JP2009501405A - 能動型補正素子、それを採用した互換型光ピックアップ及び光記録及び/または再生機器 - Google Patents

能動型補正素子、それを採用した互換型光ピックアップ及び光記録及び/または再生機器 Download PDF

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Abstract

能動型補正素子、それを採用した互換型光ピックアップ及び光記録及び/または再生機器を提供する。一対の透明基板と、一対の透明基板の間に位置し、印加される電圧によって屈折率切替が能動的に行われる物質層と、物質層に隣接した少なくとも一透明基板の面に物質層の屈折率切替によって入射光を回折なしに透過させるか、または入射光を回折させて光の発散角を変化させるように形成されたホログラムパターンと、を備えることを特徴とする能動型補正素子、それを採用して同じ波長の光を使用し、厚さが異なる情報記録媒体を互換採用できる互換型光ピックアップ、及び光記録及び/または再生機器である。

Description

本発明は、光ピックアップ、それを採用した光記録及び/または再生機器に係り、特に同じ光源を使用しつつ厚さが異なる情報記録媒体を、一つの対物レンズを使用して互換適用できるようになった互換型光ピックアップ、それを採用した光記録及び/または再生機器に関する。
対物レンズにより集束された光スポットを利用して、情報記録媒体である光ディスクに/から任意の情報を記録/再生する光記録及び/または再生機器において、記録容量は、光スポットのサイズにより決定される。集束された光スポットの直径Sは、使用する光の波長(λ)と対物レンズの開口数(Numerical Aperture:NA)とにより数式1のように決定される。
[数1]
S∝λ/NA ...(1)
したがって、光ディスクの高密度化のために光ディスクに結ばれる光スポットのサイズを縮めるためには、青色レーザのような短波長光源と高いNAの対物レンズの採用が必須的である。
最近では、波長405nm近辺の光源及びNA 0.85である対物レンズを使用し、厚さ(光入射面から情報保存面までの間隔であって、ここでは、保護層の厚さに該当する)が0.1mmである光ディスクを使用する容量が約25GBのブルーレイディスク(BD)規格が提案された。また、使用波長は、BDと同一であり、かつNA 0.65である対物レンズ、及び厚さ(光入射面から情報保存面までの間隔であって、ここでは、基板の厚さに該当する)が0.6mmである光ディスクを使用する容量が約15GBのHD DVD(High Definiton Digital Versatile Disc)規格がさらに提案されて、DVDで色々な規格が混在する様相を繰り返している。
したがって、一つのシステムで二つの光ディスクの規格を互換する装置が必要であると予想される。
DVD規格、例えばDVD−RAM及びDVD±RW規格の場合、光源の波長、対物レンズのNA、及び光ディスク基板の厚さはほぼ同一であり、単にトラックピッチや光ディスクの構造が異なる。したがって、光源から出た光を光ディスクに集光するには、光ディスクの規格に関係なくほぼ同一であり、単にトラックピッチによるフォーカシングとトラッキングの互換方法のみを考慮すればよい。
しかし、次世代の光メモリ規格、例えばBD及びHD DVD規格の場合、二つの規格の間の光ディスクの厚さが異なって、これに起因した球面収差の発生が深刻であるので、これについての補正が必須的である。
既存に発表された一つの光源を使用しつつ、光ディスクの厚さ差による球面収差を補正する方法としては、ホログラム素子を使用する方法と二つの対物レンズを使用する方法とがある。
特許文献1には、ホログラム素子を使用して、DVD光源でCD系のディスクを互換する方法が開示されている。しかし、一つの光源から出射された光をホログラム素子で0次光及び1次光に回折させて二つの光に分離するので、それぞれの光効率が1/2以下に低下するという問題点がある。
特許文献2に開示された二つの対物レンズを使用する方法のうち、軸摺動アクチュエータを使用する方法は、構造が複雑であり、感度が比較的低く、非線形性が比較的大きくて高倍速及び高精密の光記録または再生装置に適していない。
特許文献3に開示された液晶素子を使用して能動的に位相を調節する方法は、液晶の偏光特性により二つの液晶を対に使用せねばならないので、コストが上昇し、二つの液晶素子間の同心度誤差により光検出器での分布が各規格のディスクに対して変動する可能性が高くなる。
特開平8−062493号公報 特願平8−252697号公報 特開2002−319172号公報
本発明の目的は、前記したような点に鑑みてなされたものであって、物質層の屈折率を能動的に切り替えて入射光を回折なしに透過させるか、または入射光を回折させて光の発散角を変化させる能動型補正素子を提供するところにある。
本発明の他の目的は、前記能動型補正素子を備えて、互換しようとする異なる情報記録媒体の規格で定義する光源が同一である場合、一対の光源と一対の対物レンズとを使用して、光効率が高く、一つの能動型補正素子のみを使用してコストの低減が可能であり、光検出器での光量分布の変動が少ない互換型光ピックアップ、それを採用した光記録及び/または再生機器を提供するところにある。
前記目的を達成するための本発明による能動型補正素子は、一対の透明基板と、前記一対の透明基板の間に位置し、印加される電圧によって屈折率切替が能動的に行われる物質層と、前記物質層に隣接した少なくとも一透明基板の面に前記物質層の屈折率切替によって入射光を回折なしに透過させるか、または入射光を回折させて光の発散角を変化させるように形成されたホログラムパターンとを備えることを特徴とする。
前記物質層は、印加される電圧によって能動的に屈折率が切り替えられる液晶層でありうる。
前記物質層は、印加される電圧によって前記ホログラムパターンが形成された透明基板と同じ屈折率を有するか、または異なる屈折率を有するように屈折率が切り替えられる。
前記ホログラムパターンが形成された透明基板とそれに隣接した物質層との屈折率差を△n、前記ホログラムパターンの深さをd、入射する光の波長をλ、回折光の次数をmとするとき、前記ホログラムパターンは、下記の式を満足する深さに形成されうる。
(△n・λ−1)d=m・λ
前記ホログラムパターンの外周側には、開口数調節用のホログラムパターンがさらに形成されうる。
前記物質層に印加された電圧が第1電圧であるとき、前記物質層の屈折率は、ホログラムパターンが形成された透明基板の屈折率とほぼ同じになり、これにより、ホログラムパターンは、入射光を回折なしに透過させ、前記物質層に印加される電圧が第1電圧とは異なる第2電圧であるとき、前記物質層の屈折率は、ホログラムパターンが形成された透明基板と異なる屈折率となり、これにより、ホログラムパターンは、入射光を回折させる。
前記目的を達成するための本発明による互換型光ピックアップは、所定波長の光を出射する光源と、入射された光を情報記録媒体に集光させ、第1厚さ及び所定波長を有する光に規格化される第1規格の情報記録媒体に適するように設けられた対物レンズと、前記光源と対物レンズとの間に配置されて光路を変換する光路変換器と、情報記録媒体から反射され、前記対物レンズ及び光路変換器を経由して入射される光を受光する光検出器と、前記対物レンズが前記第1規格の情報記録媒体の第1厚さと異なる第2厚さを有し、前記第1規格の情報記録媒体と同じ波長の光を使用する第2規格の情報記録媒体を互換するように、前記光源から前記対物レンズに入射する光の入射角を能動的に切り替える前記光路変換器と対物レンズとの間に配置された前記したような能動型補正素子と、前記光路変換器と前記能動型補正素子との間の光路上に位置して、入射光の偏光を変える波長板と、を備えることを特徴とする。
前記ホログラムパターンの外周側には、開口数調節用のホログラムパターンがさらに形成されて、前記対物レンズが前記第1規格の情報記録媒体へ/からの記録/再生時には、前記第1規格の情報記録媒体の規格に合う第1開口数、前記第2規格の情報記録媒体へ/からの記録/再生時には、前記第2規格の情報記録媒体の規格に合う第2開口数を有するように設けられうる。
前記第1光源の波長は、約400ないし420nm近辺であり、前記第1規格の情報記録媒体の厚さは0.1mm、前記対物レンズの第1開口数は約0.85、前記第2規格の情報記録媒体の厚さは0.6mm、前記対物レンズの第2開口数は約0.65でありうる。
前記第1光源の波長は、約400ないし420nm近辺であり、前記第1規格の情報記録媒体はBD、前記第2規格の情報記録媒体はHD DVDでありうる。
前記光路変換器は、偏光依存性の光路変換器でありうる。
前記物質層に印加された電圧が第1電圧であるとき、前記物質層の屈折率は、ホログラムパターンが形成された透明基板の屈折率とほぼ同じになり、これにより、ホログラムパターンは、入射光を回折なしに透過させて、光源からの入射光は、前記対物レンズが第1規格の情報記録媒体を互換するように第1角度で前記対物レンズに入射され、前記物質層に印加される電圧が第1電圧とは異なる第2電圧であるとき、前記物質層の屈折率は、ホログラムパターンが形成された透明基板と異なる屈折率となり、これにより、ホログラムパターンは、入射光を回折させて、光源からの入射光は、前記対物レンズが第2規格の情報記録媒体を互換するように前記第1角度とは異なる第2角度で前記対物レンズに入射される。
前記ホログラムパターンが入射光を回折なしに透過させるとき、前記光源からの入射光は、前記対物レンズに平行光ビームとして入射され、前記ホログラムパターンが入射光を回折させるとき、前記光源からの入射光は、前記対物レンズに発散光ビームとして入射される。
前記目的を達成するために、本発明は、情報記録媒体の半径方向に移動可能に設置されて情報記録媒体から/に情報を再生/記録する光ピックアップ、及びこの光ピックアップを制御するための制御部を備える光記録及び/または再生機器において、前記光ピックアップは、前記した特徴点のうち少なくともいずれか一つを有する本発明による光ピックアップを備えることを特徴とする。
前記目的を達成するための本発明による光ピックアップは、第1規格の情報記録媒体及びこれとは異なる第2規格の情報記録媒体に適合する所定波長を有する光を出射する単一光源と、前記第1規格の情報記録媒体を互換できるが、前記第2規格の情報記録媒体を互換できない単一対物レンズと、前記単一光源と単一対物レンズとの間に配置され、第1規格の情報記録媒体に符合する第1情報記録媒体が使われるとき、前記単一光源からの光を変更なしに透過させて、前記単一対物レンズが変更のない入射光を収差なしに前記第1情報記録媒体にフォーカシングし、前記第2規格の情報記録媒体に符合する第2情報記録媒体が使われるとき、前記単一光源からの入射光を変更して、前記単一対物レンズが変更された光を前記第2情報記録媒体に収差なしにフォーカシングして、前記単一対物レンズが第2規格の情報記録媒体を互換可能にする単一能動型補正素子と、を備えることを特徴とする。
本発明による互換型光ピックアップは、一つの光源、一つの対物レンズ、一つの能動型補正素子のみを使用して、その規格で定義する光源が同一であり、厚さが異なる情報記録媒体を互換採用できるので、光ピックアップの構造が簡単であり、部品の数が減少する。
また、一つの能動型補正素子のみを使用するので、コストが低減し、軽くて高倍速の対応に有利であり、光検出器での光量分布の変動が少ないので、二つの液晶素子の使用時の同心度誤差などによるオフセット問題が発生しない。
以下、添付された図面を参照しつつ、本発明による能動型補正素子、それを採用した互換型光ピックアップの望ましい実施形態及びそれを採用する光記録及び/または再生機器を詳細に説明する。
図1は、本発明による能動型補正素子1の構成を説明するための横断面模式図である。
図1に示すように、本発明による能動型補正素子1は、第1及び第2透明基板2,7と、この第1透明基板2と第2透明基板7との間に位置し、印加される電圧によって屈折率切替が能動的に行われる物質層4と、前記第1及び第2透明基板2,7のうち少なくとも一つの透明基板に形成されたホログラムパターン6とを備え、前記第1及び第2透明基板2,7には、前記物質層4に電圧を印加するための透明電極3,8が形成されている。
前記物質層4は、印加される電圧によって特定の波長、例えばBD及びHD DVDに適した400ないし420nm近辺の青色波長の入射光に対して、第1及び第2透明基板2,7のうちホログラムパターン6が形成された透明基板と同じ屈折率を有するか、または異なる屈折率を有するように屈折率切替を能動的に行う異方性材料からなりうる。
前記物質層4は、印加される電圧によって屈折率が切り替えられる液晶層でありうる。液晶が配向処理された場合には、この液晶層は、偏光選択性を有する。すなわち、液晶ディレクタの長軸方向と同じ方向に偏光された光に対してのみ電圧の印加によって屈折率切替が可能である。液晶ディレクタの長軸方向と垂直した方向に偏光された光は、印加される電圧が変わる場合にも、同じ屈折率を有するので、屈折率切替が起きない。したがって、配向処理された液晶層を有する場合、能動型補正素子1は、偏光選択性を有する。
図1、後述する図3A及び図3Bでは、光が入射される側に位置した第1透明基板2は、平板基板であり、光が出射される側に位置した第2透明基板7にホログラムパターン6が形成された例を示す。以下では、ホログラムパターン6が形成された基板をホログラム基板5として表現する。
前記ホログラムパターン6は、例えば第2透明基板7の物質層4に隣接した面に物質層4の屈折率切替によって入射光を回折なしに透過させるか、または入射光を回折させて光の発散角を変化させるように形成される。
図2は、図1のホログラムパターン6の平面図である。図2において、横、縦軸は、その中心に対するホログラムパターンが形成された半径範囲を例示的に示したものであって、単位はmmである。図2において、半径1.5mmは、後述するようにNA0.85に該当する半径範囲でありうる。
図1及び図2に示したように、前記ホログラムパターン6は、例えば半径の自乗に比例する位相分布を発生させるように形成されうる。このホログラムパターン6は、後述する回転対称形で表したホログラム位相係数で、C2項のみが値を有し、残りの係数はゼロ値となる場合に該当する。ホログラムパターン6の形態は、その能動型補正素子1が適用される光学システムの他の光学要素の設計事項を考慮して、そのホログラム位相係数値の設計値によって多様に変形されうる。
前記ホログラムパターン6は、次のように形成されうる。例えば、図1及び図2に示したような半径の自乗に比例する位相分布を発生させるホログラムパターン6を有するホログラム基板5(例えば、第2透明基板7+ホログラムパターン6)を製作し、ITO(Indium Tin Oxide)透明電極8を形成する。この透明電極8は、前記ホログラム基板5のホログラムパターン6が形成された面の反対面に形成されうる。代案として、透明電極8は、ホログラム基板5のホログラムパターン6が形成された面上に形成されることもある。
透明電極3が形成された他の平板基板2(例えば、ガラス材質)を準備し、この平板基板2と前記ホログラム基板5との間に液晶のような異方性材料を封入して物質層4を形成すれば、図1に示したような能動型補正素子1が得られる。
図3A及び図3Bは、図1の能動型補正素子1の動作原理を説明するための図面である。
図3Aのように、ホログラム基板5の屈折率n1と液晶材料の屈折率n2がほぼ同一であるように電圧V1を印加すれば、入射する光は回折なしに透過する。一方、図3Bのように、電圧V2を印加してホログラム基板5の屈折率n1と液晶材料の屈折率n2’が異なれば、入射する光は、ホログラム基板5のホログラムパターン6によって回折が発生し、これにより、光の発散角が平行や収斂または発散により切り替えられる。図3Bは、入射光が発散される例を示す。ここで、電圧V1,V2は、例えば使われる液晶が正の屈折率異方性を有するか、負の屈折率異方性を有するか、水平配向状態であるか、垂直配向状態であるかによって変わりうる。
図3Aでは、能動型補正素子1に平行光が入射される場合、電圧印加によって入射光が回折なしに透過される場合を例示的に示し、図3Bでは、能動型補正素子1に平行光が入射される場合、入射光が1次に回折されて発散される場合を例示的に示す。
このとき、回折効率は、ホログラム基板5と液晶材料との屈折率差、ホログラムパターン6の深さ、入射する光の波長と関係がある。
したがって、本発明による能動型補正素子1は、次の条件を満足するように形成されることが望ましい。すなわち、ホログラム基板5の屈折率n1と、電圧印加によってホログラム基板5とは異なる屈折率を有するように切り替えられた液晶材料の屈折率n2’との差を△n=n1−n2’、ホログラムパターン6の深さをd、入射する光の波長をλ、ホログラムパターン6により生成される回折光の次数をmとするとき、数式2を満足するように形成されることが望ましい。
[数2]
(△n・λ−1)d=m・λ …(2)
この条件を満足するとき、回折効率は、ほぼ100%となる。
前記のようなホログラムパターン6が形成された能動型補正素子1は、印加される電圧に起因した物質層4の屈折率切替によって入射される光を選択的に回折なしに透過させるか、または回折透過させることにより光の発散角を変化させる。かかる能動型補正素子1は、後述する本発明による互換型光ピックアップへの適用時、光の発散角を変化させることにより対物レンズの設計値とは異なる厚さを有する情報記録媒体へ/からの記録/再生時、厚さの差により発生する球面収差を補正できる。
図4は、本発明による能動型補正素子を備えた互換型光ピックアップの一実施形態を概略的に示す光学的構成図である。本発明の一実施形態による互換型光ピックアップは、互換しようとする異なる情報記録媒体の規格で定義する光源が同一である場合に使われうるものであって、一つの光源11と一つの対物レンズ30とを使用する。
図4に示すように、本発明の一実施形態による互換型光ピックアップは、光源11と、第1規格の情報記録媒体10、例えばBD 10aに適するように設けられた対物レンズ30と、光源11と対物レンズ30との間に配置されて光路を変換する光路変換器と、情報記録媒体10から反射され、対物レンズ30及び光路変換器を経由して入射される光を受光する光検出器18と、前記光路変換器と対物レンズ30との間に配置されて、光源11から対物レンズ30に入射する光の入射角を能動的に切り替える能動型補正素子20と、前記光路変換器と能動型補正素子20との間の光路上に位置して入射光の偏光を変える波長板19とを備えて構成される。
前記光源11は、第1規格の情報記録媒体、例えばBD 10a及びそれとは異なる厚さを有する第2規格の情報記録媒体、例えばHD DVD 10bに共通に使われる波長の光を出射するためのものである。例えば、第1及び第2規格の情報記録媒体のうちいずれか一つはBD 10a、残りの一つはHD DVD 10bであるとき、前記光源11は、約400ないし420nm近辺の青色光、例えば405nm波長の青色光を出射するように設けられる。前記光源11としては、約400ないし420nm近辺の青色光、例えば405nm波長の青色光を出射する半導体レーザを備えうる。
前記対物レンズ30は、入射された光を情報記録媒体10に集光させ、BD 10aに最適化されるように形成されることが望ましい。すなわち、前記対物レンズ30は、400ないし420nm近辺の波長を有する光が入射されるとき、約0.1mm厚さのBD 10aに最適の光スポットを形成するように設計されうる。
前記能動型補正素子20としては、図1ないし図3Bを参照にして前述したような本発明による能動型補正素子1を備えうる。すなわち、前記能動型補正素子20は、二枚の透明基板2,7の間に位置して、電源駆動源25から印加される電圧によって屈折率切替が行われる物質層4を備え、透明基板の前記物質層4と接する面に前記物質層での屈折率切替によって入射光を回折なしに透過させるか、または入射光を回折させて光の発散角を変化させるようにホログラムパターン6が形成される。前記物質層4が配向処理された液晶層である場合、前記能動型補正素子20は、偏光選択性を有する。電源駆動源25は、この二つの透明基板2,7の間に位置した物質層4に電気的に連結される。
前記能動型補正素子20は、前述したように、入射光を回折なしに透過させるように動作される場合(例えば、物質層4に電圧V1が印加される場合)には、ホログラムパターン6が形成された透明基板とそれに隣接した物質層4の屈折率が同一であり、入射光を回折させて光の発散角を変化させるように動作される場合(例えば、物質層4に電圧V2が印加される場合)には、ホログラムパターン6が形成された透明基板と物質層4の屈折率が変わるように形成される。
本発明の一実施形態による互換型光ピックアップに適用される能動型補正素子20の具体的な実施形態については、前記対物レンズ30の具体的な実施形態と共に後述する。
一方、本発明による互換型光ピックアップでは、波長板19が光路変換器と能動型補正素子20との間に位置する。この波長板19としては、前記光源11から出射された光の波長に対して1/4波長板を備えうる。
前記波長板19を光路変換器と能動型補正素子20との間に配置することによって、本発明による互換型光ピックアップは、一つの物質層4を有する前記能動型補正素子20のみを使用することにより、光ディスクの厚さ差による球面収差を補正することが可能であるが、その詳細な理由については後述する。
一方、本発明による互換型光ピックアップは、前記光路変換器で光効率をさらに向上させるために、偏光依存性の光路変換器、例えば偏光ビームスプリッタ13を備えることが望ましい。偏光ビームスプリッタ13は、入射光を偏光によって選択的に透過または反射させて、光源11側から入射される一の線偏光は、例えば透過させて対物レンズ30側に進めさせ、情報記録媒体10から反射されて戻る直交する他の線偏光は、例えば反射させて前記光検出器18に向かわせる。
一方、本発明の一実施形態による互換型光ピックアップは、光源11から出射された光を少なくとも二つの光に分岐するためのグレーティング12、及び非点収差法によりフォーカスエラー信号の検出を可能にするシリンダーレンズ17などをさらに含みうる。図4において、14は、光源11から出射された光を平行光にコリメーティングするコリメーティングレンズ、15は、光路を曲げるための反射ミラー、35は、対物レンズ30をフォーカス、トラッキング及び/またはチルト方向に駆動するためのアクチュエータ、16は、光源11の光出力をモニタリングするためのモニタリング用の光検出器である。
前記したような本発明の一実施形態による互換型光ピックアップは、次のように作動する。BD 10aの適用時には、電源駆動源25から能動型補正素子20に電圧V1が印加されて、物質層4の屈折率と、その物質層4に隣接した面にホログラムパターンが形成された透明基板の屈折率とがほぼ同じ状態に維持され、これにより、入射される平行光は、能動型補正素子20を回折なしに透過して平行光状態で対物レンズ30に入射され、対物レンズ30により集束されてBD 10a上に光スポットとして結ばれる。
HD DVD 10bの適用時には、電源駆動源25から能動型補正素子20に電圧V2が印加されて、物質層4の屈折率と、その物質層4に隣接した面にホログラムパターンが形成された透明基板の屈折率とが異なる状態となり、入射される平行光は、能動型補正素子20を通過しつつそのホログラムパターンにより、例えば1次に回折されて発散角が変化し、これにより、対物レンズ30に入射される入射角が変わって、例えば発散光が対物レンズ30に入射される。これにより、対物レンズ30は、BD10aとは異なる厚さのHD DVD 10bにその厚さ差による球面収差が補正された光スポットを形成する。
前記のような構成を有する本発明の一実施形態による互換型光ピックアップにより、互換しようとする光ディスクの規格が同じ光源を使用しつつ、その厚さが異なる場合に発生する球面収差を補正できる理由を説明すれば、次の通りである。
前記光源11、すなわち半導体レーザから出射された光は、主に一方向に線偏光された光、例えばP偏光の光Lである。前記光路変換器として偏光ビームスプリッタ13を備えれば、前記光源11から出射された線偏光された光は、例えば前記偏光ビームスプリッタ13を透過して波長板19に進む。以下では、図5を参照して、光源11から出射される光が100%P偏光成分の光であり、能動型補正素子20がP偏光の入射光に対してのみ能動型補正素子として作用する場合を例として説明する。
図5は、情報記録媒体10として対物レンズ30の設計時とは異なる厚さの情報記録媒体、例えばHD DVD 10bの採用時、本発明による互換型光ピックアップでの偏光による光路を示す図面である。図5は、能動型補正素子20の物質層4に電圧V2を印加して、物質層4が、ホログラムパターン6が形成された透明基板とは異なる屈折率を有し、これにより、入射光をホログラムパターン6により回折させた場合の光の進行過程を示す。図5では、便宜上、反射ミラー15及びそれによる光路変換は省略した。
図5に示すように、光源11から出射され、偏光ビームスプリッタ13を透過して、波長板19に入射される平行したP偏光の光Lは、この波長板19を通過しつつ一円偏光に変わる。一円偏光の光Lrは、P偏光の光及びS偏光の光がそれぞれ50%ずつ含まれる。
したがって、能動型補正素子20に入射されたP偏光の光Lpは、能動型補正素子20を通過しつつ、その発散角が変化して対物レンズ30に入射され、対物レンズ30により情報記録媒体10、例えばHD DVD 10bの記録面上にフォーカシングされる。これにより、対物レンズ30の設計値と異なる厚さを有するHD DVD10bの記録/再生時、厚さ差により発生する球面収差が補正される。図5では、このときの光路を実線で表す。
情報記録媒体10から反射されたP偏光の光Lp’は、再び能動型補正素子20に入射される。入射されたP偏光の光Lp’は、能動型補正素子20を再び通過しつつ再び平行光になって波長板19に再入射される。再入射されたP偏光の光Lp’は、波長板19を通過しつつ所定の円偏光の光Lr’となり、この円偏光の光のうち、半分に該当するS偏光の光、すなわち有効光Laは、偏光ビームスプリッタ13から反射されて光検出器18に向かう。この光Laは、光検出器18の有効受光面内に受光される。前記円偏光の光Lr’のうち、残りの半分に該当するP偏光の光Lbは、偏光ビームスプリッタ13を透過して光源11側に進んで損失される。したがって、光源11から出射された光の約50%が情報記録媒体10にフォーカシングされる有効光として使われ、また、その有効光の半分、すなわち光源11から出射された光の約25%が光検出器18に有効光として受光される。
図6A及び図6Bは、情報記録媒体10から反射されて光検出器18に進む光の光路図であり、図6Aは、信号光として使われる前記有効光Laの経路を示す。図6Aに示したように、偏光ビームスプリッタ13から反射されて光検出器18に進む有効光Laは、全部光検出器18に受光される。
一方、光源11から出射され、波長板19を通過した一円偏光の光Lrのうち、残りのS偏光成分の光Lsは、能動型補正素子20を発散角の変化なしに透過するので、情報記録媒体10の記録面上にフォーカシングされずに有効光として使われない。図5では、このS偏光成分の光Lsについての経路を点線で表した。
この能動型補正素子20を透過したS偏光の光Lsは、情報記録媒体10から反射された後に能動型補正素子20に再入射され、再び能動型補正素子20をそのまま透過する。このS偏光の光Lsは、波長板19を再び通過しつつ所定の円偏光の光Lrlとなる。この円偏光の光のうち、半分に該当するS偏光の光Lalは、偏光ビームスプリッタ13から反射されて光検出器18側に向かい、残りの半分に該当するP偏光の光Lblは、偏光ビームスプリッタ13を透過して光源11側に進んで消失される。前記光検出器18側に向かうP偏光の光Lblのほとんどは、図6Bに示したように、光検出器18の有効受光領域内に入射されずに消失される。前記P偏光の光Lblのうち、約1%未満の光のみが光検出器18に受光されるので、この光は、検出信号に影響を及ぼさない。ここで、図6Bは、有効光として使われない外れる光の経路を示す。
表1は、前記したような偏光変化による本発明による互換型光ピックアップの各光路上での光の偏光成分量を整理して示す。表1において、収差補正は、情報記録媒体10上にフォーカシングされて記録/再生時に有効光として使われる光を指す。収差未補正は、情報記録媒体10上にフォーカシングされずに記録/再生時に有効光として使われない光を指摘する。
Figure 2009501405
以下では、前記対物レンズ30の具体的な実施形態及び能動型補正素子20の実施形態について説明する。
表2は、本発明の一実施形態による互換型光ピックアップに適用されて、BD 10a及びHD DVD 10bを互換できる対物レンズ30及び能動型補正素子20の一設計例を示す。
表2のデータは、表3に整理して示したように、408nm波長の青色光に対して、0.1mm厚さのBD 10aに対しては、能動型補正素子20が回折なしに光を透過させ(回折次数0次)、対物レンズ30が0.85のNA、2.35mmの焦点距離を表し、0.6mm厚さのHD DVD 10bに対しては、能動型補正素子20が入射光を1次に回折させて、その発散角が変化して、これにより、対物レンズ30に入射される光の入射角が変化して、対物レンズ30が0.65のNA、2.33mmの焦点距離を表すように設計した場合である。
Figure 2009501405
Figure 2009501405
表2及び表3に示すように、能動型補正素子20は、二枚の透明基板2,7を使用し、光が出射される側に位置した透明基板7の物質層4に隣接する面s4にホログラムパターン6が形成された構造であり、BD 10aに対しては、ホログラム回折次数が0次であり、HD DVD 10bに対しては、ホログラム回折次数が1次に作動される。ここで、物質層4の厚さは、実質的に透明基板に比べて非常に薄いため、設計では、この物質層4の厚さは考慮しなかった。
表2において、C1,C2,C3,C4は、ホログラム位相係数を表す。
表2において、s9及びs10面は、対物レンズ30の二つの非球面レンズ面を表すものであって、Kは、非球面式での円錐定数、A,B,C,D,E,F,G,H,Jは、非球面係数を表す。
ここで、回転対称形で、ホログラム位相係数は、数式3のように表す。
Figure 2009501405
ここで、Cはホログラム位相係数、rは曲率半径、λは波長、φは位相を表す。
表2では、前記対物レンズ30の両レンズ面が非球面で形成された例を示す。
レンズの非球面についての非球面式は、非球面の頂点からの深さをzとするとき、数式4のように表す。
Figure 2009501405
数式4において、hは光軸からの高さ、cは曲率、Kは円錐定数、AないしJは非球面係数である。
図7A及び図7Bは、波長408nm、NA 0.85、情報記録媒体10の厚さ0.1mmで設計された焦点距離f=2.35mmであるBD 10a用対物レンズ30を利用した表2の設計データの実施形態による光路図であり、図7Aは、電圧V1が能動型補正素子20に印加されて入射光の回折が起きずに透過してBD 10aに焦点が結ばれる場合を示す。図7Bは、電圧V2の印加時に能動型補正素子20で回折が起きて、前記対物レンズ30の設計時に使われた厚さ基準と異なる厚さのHDDVD 1bに焦点が結ばれる所定の偏光、例えばP偏光の光(実線で表す)と、能動型補正素子20で回折が起きないHD DVD 10bに焦点が結ばれない直交偏光、例えばS偏光の光(点線で表す)とを表す。図7Bにおいて、S偏光の光は、情報記録媒体10上で直径が約150μmであるので、収差が補正されない。この光は、光検出器18の有効な受光面内にほとんど入れずに、記録、再生信号にほとんど影響を与えない。
以上では、本発明による互換型光ピックアップが光源11側から波長板19に入射される光がP偏光の光となり、能動型補正素子20がP偏光の光に対して発散角を切り替えるように設けられたと説明及び図示したが、本発明がこれに限定されるものではなく、多様な変形及び均等な他の実施形態が可能である。例えば、光源11側から波長板19に入射される光がPまたはS偏光の光となり、能動型補正素子20がS偏光に対して発散角を切り替えるように設けられることも可能である。
前述したような本発明による互換型光ピックアップによれば、一つの能動型補正素子のみを使用するので、BD 10aに最適化された光検出器18でHD DVD 10bの再生時、フォーカシング及びトラッキング信号にオフセットが発生する問題点が発生しない。
すなわち、従来の特開2002−319172号公報に開示された装置のように、二個の液晶素子を使用する場合には、二枚の液晶素子間の同心度誤差により光検出器での分布が各規格の情報記録媒体に対して変動する可能性がある。
図8Aは、情報保存媒体から反射されて光検出器に進む光に影響を及ぼす液晶素子と、光源から情報記録媒体に進む光に影響を及ぼす液晶素子との間の同心度誤差がないときの光検出器上での光分布を示し、図8Bは、情報記録媒体から反射されて光検出器に進む光に影響を及ぼす液晶素子の同心度が、光源から情報記録媒体に進む光に影響を及ぼす液晶素子に比べて10μmほど外れたときの光検出器上での光分布を示す。
図8Aと図8Bとの比較により分かるように、二つの液晶素子間の同心度誤差が存在すれば、光検出器上での光分布が変化し、これにより、フォーカシング及びトラッキング信号にオフセットが発生する。
しかし、本発明による互換型光ピックアップの場合には、一つの能動型補正素子のみを使用するので、情報記録媒体から反射されて光検出器に進む光も同じ液晶素子を通過し、光検出器により検出されたフォーカシング及びトラッキング信号においてオフセット問題が発生しない。
一方、以上では、能動型補正素子20が物質層4に接する透明基板の面に光の発散角を変化させるために形成されたホログラムパターン6を備えると説明及び図示したが、前記能動型補正素子20は、前記ホログラムパターン6の外周側にNA調節用のホログラムパターン(図9の27)をさらに備えることもできる。
ここで、BD 10aの場合には、要求される有効なNAが0.85である一方、HD DVD 10bの場合には、要求される有効なNAが0.65である。したがって、HD DVD 10bに適するように電圧V2が能動型補正素子20に印加されて入射光を回折させるとき、HD DVD 10bで要求するNA 0.65に該当する領域外側部の光が対物レンズ30によりHD DVD 10b上に集束されないように作用するNA調節手段の追加が必要である。
図9は、能動型補正素子20の透明基板面にブレーズドタイプで製作したホログラムパターン6及びNA調節用のホログラムパターン27の2次元形状及び1次元断面を示す。
図9に示すように、HD DVD 10bのNA 0.65に該当する有効径、例えば2.4mm(半径1.2mm)より小さい領域では、ホログラムパターン6が形成され、半径1.2mmより大きい領域では、NA調節機能を行うNA調節用のホログラムパターン27が形成されうる。
例えば、NA 0.85に該当する半径が1.5mmであるとき、NA 0.65に該当する半径は、約1.2mmとなる。したがって、NAの調節のために、半径1.2mmを境界として、その内側には、光の発散角の調節のための位相分布を形成し、その外側には、NAの調節のための位相分布を形成する。
前記能動型補正素子20がそのNA調節用のホログラムパターン27でNA調節機能が発生するように動作されるとき、半径1.2mm範囲内の光は、HD DVD 10bの情報保存面上に記録/再生用スポットを形成する。一方、半径1.2mm外側の光は、NA調節用のホログラムパターン27により光が焦点を結ばずにHD DVD 10bの記録、再生信号にほとんど影響を与えない。
したがって、光の発散角の調節のためのホログラムパターン6の外周にNA調節用のホログラムパターン27をさらに備えた能動型補正素子20によれば、BD 10aの記録/再生時には、ホログラムパターン6及びNA調節用のホログラムパターン27による回折なしに光を透過させる。HD DVD 10bの記録/再生時には、NA 0.65に該当する領域の光は、ホログラムパターン6により回折されて発散角が変化して、対物レンズ30に入射される角が変化し、これにより、対物レンズ30の設計値(BD 10aの厚さ0.1mm)とHD DVD 10bの厚さとの差による球面収差が補正されてHD DVD 10bに最適の光スポットとして結ばれ、NA 0.65に該当する領域外側部の光は、NA調節用のホログラムパターン27により回折されて焦点を結ばずに、HD DVD 10bの記録、再生信号に影響を与えない。
図10は、本発明による互換型光ピックアップを適用した光記録及び/または再生機器の構成を概略的に示す図面である。
図10に示すように、光記録及び/または再生機器は、情報記録媒体10を回転させるためのスピンドルモータ312と、前記情報記録媒体10の半径方向に移動可能に設置されて情報記録媒体10から/に情報を再生/記録する光ピックアップ300と、スピンドルモータ312及び光ピックアップ300を駆動するための駆動部307と、光ピックアップ300のフォーカス、トラッキング及び/またはチルトサーボを制御し、情報記録媒体10を記録及び/または再生するように前記駆動部307を通じて前記光ピックアップ300を制御するための制御部309と、を備える。ここで、352は、ターンテーブル、353は、情報記録媒体10を前記ターンテーブルにチャッキングするためのクランプを表す。
光ピックアップ300は、前述したような本発明の多様な実施形態による互換型光ピックアップのうちいずれか一つの光学系構造を有する。
光ディスク10から反射された光は、光ピックアップ300に設けられた光検出器を通じて検出され、光電変換されて電気的信号に変わり、この電気的信号は、駆動部307を通じて制御部309に入力される。前記駆動部307は、スピンドルモータ312の回転速度を制御し、前記制御部309から入力された信号を増幅させ、前記増幅された入力信号によって光ピックアップ300を駆動する。前記制御部309は、駆動部307から入力された信号に基づいて調節されたフォーカスサーボ、トラッキングサーボ及び/またはチルトサーボ命令を再び駆動部307に送り、光ピックアップ300のフォーカシング、トラッキング及び/またはチルト動作を具現させる。本発明による互換型光ピックアップを採用した光記録及び/または再生機器は、BD及びHD DVDを互換採用でき、一つの対物レンズ30及び一つの能動型補正素子20を使用することにより、既存の一つのレンズホルダに二つ以上の対物レンズが備えられるか、またはレンズホルダに二枚の液晶素子が結合された構造と比較して、高倍速の対応に有利である。
本発明による能動型補正素子の構成を説明するための横断面模式図である。 図1のホログラムパターンの平面図である。 図1の能動型補正素子の動作原理を示す図面である。 図1の能動型補正素子の動作原理を示す図面である。 本発明による能動型補正素子を備えた互換型光ピックアップの一実施形態を概略的に示す光学的構成図である。 情報記録媒体として対物レンズの設計時とは異なる厚さの情報記録媒体の採用時、本発明による互換型光ピックアップでの偏光による光路を示す図面である。 情報記録媒体から反射されて光検出器に進む信号光として使われる有効光の光路図である。 情報記録媒体から反射されて光検出器に進む信号光(有効光)として使われない外れる光の光路図である。 能動型補正素子を回折なしに通過し、波長408nm、NA 0.85、情報記録媒体の厚さ0.1mmで焦点距離f=2.35mmで表2の設計データの実施形態によって設計されたBD用対物レンズを通過した光の光路図である。 図7Aの能動型補正素子を回折しつつ通過し、図7Aの対物レンズを通過してHD DVDにフォーカスされる光の光路図である。 情報記録媒体から反射されて光検出器に進む光に影響を及ぼす液晶素子と、光源から情報記録媒体に進む光に影響を及ぼす液晶素子との間の同心度誤差がないときの光検出器上での光分布を示す図面である。 情報記録媒体から反射されて光検出器に進む光に影響を及ぼす液晶素子の同心度が、光源から情報記録媒体に進む光に影響を及ぼす液晶素子に比べて10μmほど外れたときの光検出器上での光分布を示す図面である。 本発明による能動型補正素子の他の実施形態であって、能動型補正素子の透明基板面にブレーズドタイプで製作したホログラムパターン及びNA調節用のホログラムパターンの2次元形状及び1次元断面を示す図面である。 本発明による互換型光ピックアップを適用した光記録及び/または再生機器の構成を概略的に示す図面である。
符号の説明
1 能動型補正素子
2 透明基板(平板基板)
3 透明電極
4 物質層
5 ホログラム基板
6 ホログラムパターン
7 透明基板
8 透明電極(ITO)
10 情報記録媒体(光ディスク)
11 光源
12 グレーティング
13 偏光ビームスプリッタ
15 反射ミラー
17 シリンダーレンズ
18 光検出器
19 波長板
20 能動型補正素子
25 電源駆動源
27 ホログラムパターン
30 対物レンズ
300 光ピックアップ
307 駆動部
309 制御部
312 スピンドルモータ

Claims (21)

  1. 一対の透明基板と、
    前記一対の透明基板の間に位置し、印加される電圧によって屈折率切替が能動的に行われる物質層と、
    前記物質層に隣接した少なくとも一透明基板の面に前記物質層の屈折率切替によって入射光を回折なしに透過させるか、または入射光を回折させて光の発散角を変化させるように形成されたホログラムパターンと、を備えることを特徴とする能動型補正素子。
  2. 前記物質層は、印加される電圧によって屈折率が切り替えられる液晶層であることを特徴とする請求項1に記載の能動型補正素子。
  3. 前記物質層は、印加される電圧によって前記ホログラムパターンが形成された透明基板と同じ屈折率を有するか、または異なる屈折率を有するように屈折率が切り替えられることを特徴とする請求項1に記載の能動型補正素子。
  4. 前記ホログラムパターンが形成された透明基板とそれに隣接した物質層との屈折率差を△n、前記ホログラムパターンの深さをd、入射する光の波長をλ、前記ホログラムパターンにより生成された回折光の次数をmとするとき、
    前記ホログラムパターンは、下記の式を満足する深さに形成されたことを特徴とする請求項1に記載の能動型補正素子:
    (△n・λ−1)d=m・λ。
  5. 前記ホログラムパターンの外周側には、開口数調節用のホログラムパターンがさらに形成されたことを特徴とする請求項1ないし4のうちいずれか一項に記載の能動型補正素子。
  6. 前記物質層に印加された電圧が第1電圧であるとき、前記物質層の屈折率は、ホログラムパターンが形成された透明基板の屈折率とほぼ同じになり、これにより、ホログラムパターンは、入射光を回折なしに透過させ、
    前記物質層に印加される電圧が第1電圧とは異なる第2電圧であるとき、前記物質層の屈折率は、ホログラムパターンが形成された透明基板と異なる屈折率となり、これにより、ホログラムパターンは、入射光を回折させることを特徴とする請求項1ないし4のうちいずれか一項に記載の能動型補正素子。
  7. 所定波長の光を出射する光源と、
    光源側から入射された光を情報記録媒体に集光させ、第1厚さ及び所定波長を有する光に規格化された第1規格の情報記録媒体に適するように設けられた対物レンズと、
    前記光源と対物レンズとの間に配置されて光路を変換する光路変換器と、
    情報記録媒体から反射され、前記対物レンズ及び光路変換器を経由して入射される光を受光する光検出器と、
    前記光路変換器と対物レンズとの間に配置され、前記対物レンズが、前記第1規格の情報記録媒体、及び前記第1規格の情報記録媒体の第1厚さと異なる第2厚さを有し、前記第1規格の情報記録媒体と同じ波長の光を使用する第2規格の情報記録媒体を互換するように、前記対物レンズに入射する光の入射角を能動的に切り替える請求項1ないし4のうちいずれか一項に記載の能動型補正素子と、
    前記光路変換器と前記能動型補正素子との間の光路上に位置して、入射光の偏光を変える波長板と、を備えることを特徴とする光ピックアップ。
  8. 前記ホログラムパターンの外周側には、前記対物レンズの開口数を調整するための開口数調節用のホログラムパターンがさらに形成されて、前記対物レンズに、前記第1規格の情報記録媒体へ/からの記録/再生時には第1開口数、前記第2規格の情報記録媒体へ/からの記録/再生時には第2開口数を有させることを特徴とする請求項7に記載の光ピックアップ。
  9. 前記第1光源の波長は、約400ないし420nm近辺であり、前記第1規格の情報記録媒体の厚さは0.1mm、前記対物レンズの第1開口数は約0.85、前記第2規格の情報記録媒体の厚さは0.6mm、前記対物レンズの第2開口数は約0.65であることを特徴とする請求項8に記載の光ピックアップ。
  10. 前記第1光源の波長は、約400ないし420nm近辺であり、前記第1規格の情報記録媒体はBD、前記第2規格の情報記録媒体はHD DVDであることを特徴とする請求項7に記載の光ピックアップ。
  11. 前記光路変換器は、偏光依存性の光路変換器であることを特徴とする請求項7に記載の光ピックアップ。
  12. 前記物質層に印加された電圧が第1電圧であるとき、前記物質層の屈折率は、ホログラムパターンが形成された透明基板の屈折率とほぼ同じになり、これにより、ホログラムパターンは、入射光を回折なしに透過させて、光源からの入射光は、前記対物レンズが第1規格の情報記録媒体を互換するように第1角度で前記対物レンズに入射され、
    前記物質層に印加される電圧が第1電圧とは異なる第2電圧であるとき、前記物質層の屈折率は、ホログラムパターンが形成された透明基板と異なる屈折率となり、これにより、ホログラムパターンは、入射光を回折させて、光源からの入射光は、前記対物レンズが第2規格の情報記録媒体を互換するように前記第1角度とは異なる第2角度で前記対物レンズに入射されることを特徴とする請求項7に記載の光ピックアップ。
  13. 前記ホログラムパターンが入射光を回折なしに透過させるとき、前記光源からの入射光は、前記対物レンズに平行光ビームとして入射され、
    前記ホログラムパターンが入射光を回折させるとき、前記光源からの入射光は、前記対物レンズに発散光ビームとして入射されることを特徴とする請求項12に記載の光ピックアップ。
  14. 情報記録媒体の半径方向に移動可能に設置されて情報記録媒体から/に情報を再生/記録する光ピックアップ、及びこの光ピックアップを制御するための制御部を備える光記録及び/または再生機器において、
    前記光ピックアップは、請求項7に記載の光ピックアップを備えることを特徴とする光記録及び/または再生機器。
  15. 前記ホログラムパターンの外周側には、前記対物レンズの開口数を調整するための開口数調節用のホログラムパターンがさらに形成されて、前記対物レンズが前記第1規格の情報記録媒体へ/からの記録/再生時には第1開口数、前記第2規格の情報記録媒体へ/からの記録/再生時には第2開口数を有させることを特徴とする請求項14に記載の光記録及び/または再生機器。
  16. 前記第1光源の波長は、約400ないし420nm近辺であり、前記第1規格の情報記録媒体の厚さは0.1mm、前記対物レンズの第1開口数は約0.85、前記第2規格の情報記録媒体の厚さは0.6mm、前記対物レンズの第2開口数は約0.65であることを特徴とする請求項15に記載の光記録及び/または再生機器。
  17. 前記第1光源の波長は、約400ないし420nm近辺であり、前記第1規格の情報記録媒体はBD、前記第2規格の情報記録媒体はHD DVDであることを特徴とする請求項14に記載の光記録及び/または再生機器。
  18. 前記光路変換器は、偏光依存性の光路変換器であることを特徴とする請求項14に記載の光記録及び/または再生機器。
  19. 前記物質層に印加された電圧が第1電圧であるとき、前記物質層の屈折率は、ホログラムパターンが形成された透明基板の屈折率とほぼ同じになり、これにより、ホログラムパターンは、入射光を回折なしに透過させて、光源からの入射光は、前記対物レンズが第1規格の情報記録媒体を互換するように第1角度で前記対物レンズに入射され、
    前記物質層に印加される電圧が第1電圧とは異なる第2電圧であるとき、前記物質層の屈折率は、ホログラムパターンが形成された透明基板と異なる屈折率となり、これにより、ホログラムパターンは、入射光を回折させて、光源からの入射光は、前記対物レンズが第2規格の情報記録媒体を互換するように前記第1角度とは異なる第2角度で前記対物レンズに入射されることを特徴とする請求項14に記載の光記録及び/または再生機器。
  20. 前記ホログラムパターンが入射光を回折なしに透過させるとき、前記光源からの入射光は、前記対物レンズに平行光ビームとして入射され、
    前記ホログラムパターンが入射光を回折させるとき、前記光源からの入射光は、前記対物レンズに発散光ビームとして入射されることを特徴とする請求項19に記載の光記録及び/または再生機器。
  21. 第1規格の情報記録媒体及びこれとは異なる第2規格の情報記録媒体に適合する所定波長を有する光を出射する単一光源と、
    前記第1規格の情報記録媒体を互換できるが、第2規格の情報記録媒体を互換できない単一対物レンズと、
    前記単一光源と単一対物レンズとの間に配置され、第1規格の情報記録媒体に符合する第1情報記録媒体が使われるとき、前記単一光源からの光を変更なしに透過させて、前記単一対物レンズが変更のない入射光を収差なしに前記第1情報記録媒体にフォーカシングし、前記第2規格の情報記録媒体に符合する第2情報記録媒体が使われるとき、前記単一光源からの入射光を変更して、前記単一対物レンズが変更された光を前記第2情報記録媒体に収差なしにフォーカシングして、前記単一対物レンズが第2規格の情報記録媒体を互換可能にする単一能動型補正素子と、を備えることを特徴とする光ピックアップ。
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