JP2638402B2 - 光ピックアップ - Google Patents

光ピックアップ

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JP2638402B2
JP2638402B2 JP4203345A JP20334592A JP2638402B2 JP 2638402 B2 JP2638402 B2 JP 2638402B2 JP 4203345 A JP4203345 A JP 4203345A JP 20334592 A JP20334592 A JP 20334592A JP 2638402 B2 JP2638402 B2 JP 2638402B2
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昇吾 堀之内
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Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は光ディスクへの情報の記
録または再生を行う光ピックアップに関するものであ
る。
【0002】
【従来の技術】従来からレーザ光を利用して情報の記録
や再生を行う光デイスク装置の小型化が望まれており、
光ピックアップの小型・軽量化の試みが行われている。
光ピックアップの小型・軽量化は、装置全体の小型化だ
けでなく、アクセス時間の短縮などの性能向上に有利と
なる。近年、ホログラム光学素子利用による光ピックア
ップの小型・軽量化が図られており、一部実用化に供し
ている。例えば、その一例として、特開昭62−146
444号公報等があり、透明で細長な光案内体による複
数の内部反射でレーザ光を集光用のホログラムレンズま
で導くとともに、光ディスク盤からの反射光を光案内体
による複数の内部反射で光検出器まで導くもの等があ
る。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記従来
の構成では以下のような問題点を有していた。 (1)レーザ光を光ディスクの情報保持面に集光するた
めのホログラムレンズ、往復路分離用の偏光ビームスプ
リッタ、非点収差を得るためのゾーンプレートが別々に
構成されているため必要な光路長が長くなり、光ピック
アップの小型化が困難である。 (2)レーザの出力ビームが非球面リフレクタに到達す
るまでに、凹面リフレクタ等で数回の内面反射を繰り返
すので、レーザ光の偏光状態が直線偏光から楕円偏光へ
変化し、読み出した記録信号のS/N比が劣化する。 (3)光ディスクで反射された記録信号を含む復路の光
路に数個の平面鏡があるので、反射によりレーザ光の偏
光状態が変化し、記録信号のS/N比が大きく劣化す
る。 (4)不完全偏光ビームスプリッタを形成する場合、ま
ず光案内体の上面に不完全偏光ビームスプリッタ用の膜
をコーティングし、しかる後に外皮部分を形成しなけれ
ばならないため製造プロセスが複雑である。 (5)凹面リフレクタ、平面鏡の面の傾きの方向が異な
る場合、各面間の位置関係、傾き角の管理が困難であ
る。 (6)光学素子の構成が複雑で安価に生産できない。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明は上記従来の問題
点を解決するため、発光素子からの光を光ディスク盤に
集光する第1のホログラムパターンとnを整数とした場
合に発光素子からの直線偏光の偏光方向に対して(2n
+1)π/4の方向に光ディスク盤からの反射光を回折
するとともに焦点を結ぶ光へ変える第2のホログラムパ
ターンとを重畳した複合ホログラムを透明な平行平板か
らなる光ガイド部材の光ディスク盤側の平面へ、複合ホ
ログラムを通ってきた光ディスク盤からの反射光のP偏
光成分を第1受光センサへ透過し、S偏光成分を反射す
る偏光分離部を光ガイド部材の受光センサ側の平面へ、
偏光分離部からの反射光を第2受光センサへ反射する反
射部を光ガイド部材の光ディスク盤側の平面へ、反射部
からの反射光を第2受光センサに導く透過窓を光ガイド
部材の受光センサ側の平面へ設け、複合ホログラムを通
ってきた光ディスク盤からの反射光の焦点が偏光分離部
と透過窓との間に存在し、第1受光センサと第2受光セ
ンサとの差によりフォーカスエラーと光ディスク盤に記
録されている情報とを検出するよう構成した。
【0005】
【作用】本発明は上記構成により、複合ホログラムの第
1のホログラムパターンと、第2のホログラムパターン
が、同一の領域に重畳されたパターンとして形成されて
おり、一領域で集光機能、往復路分離機能、フォーカス
エラー検出用の光へ変える機能の3つの機能を持たせる
ことができるとともに、複合ホログラムの第2のホログ
ラムパターンにより光ディスク盤からの反射光を発光素
子からの直線偏光の偏光方向に対してnを整数とした場
合(2n+1)π/4の方向に回折するため、偏光分離
部に対してP偏光成分、S偏光成分を半々にすることが
できる。
【0006】
【実施例】以下本発明の一実施例について、図面を参照
しながら説明する。図1(a)は本発明の一実施例にお
ける光ピックアップの平面図、図1(b)は本発明の一
実施例における図1(a)に示す光ピックアップの線X
−X断面図である。
【0007】まず、発光素子である半導体レーザから、
光ディスク盤に至る往路の光路について説明する。図1
(b)においてセンサ基板1上に水平にマウントされた
半導体レーザチップ2から水平に放出されたレーザ光3
は、同じくセンサ基板1上に反射面を半導体レーザチッ
プ2に対向するようにマウントされた台形状の反射プリ
ズム4により、透明な光ガイド部材5の第2面5bの入
射窓6から光ガイド部材5内部に入射し拡散光7にな
る。光ガイド部材の第1面5aには複合ホログラム8が
形成されている。
【0008】複合ホログラム8には図2(a)のよう
な、2種類のホログラムパターンが重畳されて描かれて
いる。図2(b)は同心円で、外周ほどピッチが小さく
なり、拡散光7を光ディスク盤9の情報記録層9aにス
ポット10として集光する収束光11に変換する第1の
ホログラムパターン8aである。図2(c)は第2のホ
ログラムパターン8bでスポット10の反射光を、復路
回折光12に変換する。
【0009】次に光ディスク盤9からの復路について説
明する。光ガイド部材5の第2面5bには、復路回折光
12のP偏光成分を透過し、S偏光成分を反射する復路
偏光分離膜がコーティングされた復路偏光分離部13が
形成してある。
【0010】図1(a)に示すように第2のホログラム
パターン8bは、複合ホログラム8に入射する拡散光7
の偏光状態を矢印で表すような直線偏光14とすると、
復路回折光12の回折方向が直線偏光14の偏光方向に
対して45゜になるよう設定してあるので、復路回折光
12は復路偏光分離部13に対してP偏光成分、S偏光
成分が約半々となり、復路偏光分離部13からの透過光
15の光量は復路回折光12の約半分になる。透過光1
5はセンサ基板1に形成された第1受光センサ16を照
射する。復路偏光分離部13で反射された復路回折光1
2の残りの約半分である反射光17は、第1面5aの復
路反射部18で反射され再び第2面5bへ向かう反射光
19となる。この反射光19は、第2面5bの透過窓2
0を透過した後、透過光21となり第2受光センサ22
を照射する。復路回折光12は復路偏光分離部13と透
過窓20間に焦点23が存在するように複合ホログラム
8等が設計されている。
【0011】図3を用いて更に詳細に光磁気信号検出原
理を説明する。図3において14は前述のように複合ホ
ログラム8に入射する直線偏光の偏光方向である。複合
ホログラム8は偏光面には影響を与えないから、光ディ
スク盤9の情報記録層9aに情報が記録されていなけれ
ば(情報記録層9aが磁化されていなければ)、スポッ
ト10の反射光である復路回折光12も直線偏光14と
同じ偏光方向を有する。このような状態の復路回折光1
2の偏光方向を、P偏光成分をほぼ100%透過させ、
S偏光成分をほぼ100%反射する復路偏光分離部13
の偏光分離膜に対し、図3に示すように方位45゜で入
射するように復路回析光12の回析方向を直線偏光14
の偏光方向に対して45゜に設定する。直線偏光14は
光ディスク盤9の磁化された情報ピットで反射すると、
磁化の極性と磁化の強さによって回転方向が±θkの範
囲で変化する(カー効果)。いま直線偏光14の状態か
らθk回転した状態を直線偏光24、−θk回転した状
態を直線偏光25とする。直線偏光24から直線偏光2
5まで変調された光磁気信号を復路偏光分離部13の偏
光分離膜に入射させると、第1受光センサ16で検出す
るP偏光成分は信号26のようになり、第2受光センサ
22で検出するS偏光成分は信号27のようになる。信
号26と信号27は位相が90゜ずれているから、両信
号を差動増幅すれば、信号成分は2倍となり、同位相成
分のノイズはキャンセルされるので結果的にS/N比が
良くなる。
【0012】これらの第1受光センサ16、第2受光セ
ンサ22等が形成されているセンサ基板1への各種信号
の入出力は、リードフレーム28を介して行われる。2
9は樹脂、セラミックス等の非導電性材質で作られたパ
ッケージである。光ガイド部材5とパッケージ29で囲
まれた空間30は通常窒素ガス等の不活性ガスで充満さ
れるが、必要に応じて透明樹脂等で充填しても良い。
【0013】なお、本実施例は復路回析光12の回析方
向を直線偏光14の偏光方向に対して45゜に設定した
が、この角度は45゜、225゜、315゜のいずれか
でも良い。
【0014】次に、図4を用いて第1受光センサ16お
よび第2受光センサ22の形状と、信号検出原理につい
て説明する。第1受光センサ16および第2受光センサ
22は、それぞれ4つの部分16a、16b、16c、
16d、および22a、22b、22c、22dに分割
されている。ここで、第1受光センサ16、第2受光セ
ンサ22の各部分16a、16b、16c、16d、お
よび22a、22b、22c、22dからの電流を、そ
れぞれI(16a)、I(16b)、I(16c)、I
(16d)、およびI(22a)、I(22b)、I
(22c)、I(22d)とする。図4の回路図からわ
かるように、フォーカスエラー信号(F.E.)、トラ
ッキングエラー信号(T.E.)、RF(記録)信号
(R.F.)の各信号は以下の数式(数1)、(数
2)、(数3)により得られるような回路構成になって
いる。
【0015】
【数1】
【0016】
【数2】
【0017】
【数3】
【0018】このフォーカスエラー信号(F.E.)、
トラッキングエラー信号(T.E.)、RF(記録)信
号(R.F.)の内、フォーカスエラー信号(F.
E.)についてさらに説明する。
【0019】いま光ディスク盤9の情報記録層9aに、
複合ホログラム8のスポット10が正確に合焦してお
り、この合焦状態における第1受光センサ16および第
2受光センサ22上のレーザ光の照射形状をそれぞれ3
1a、32aとすると、次の(数4)になるようにレー
ザ光の照射強度分布と、レーザ光と第1受光センサ16
および第2受光センサ22との位置関係が調整されてい
る。
【0020】
【数4】 F.E.=0
【0021】次に、光ディスク盤9と第1面5a間の距
離が合焦状態から近接した場合、第1受光センサ16お
よび第2受光センサ22上のレーザ光の照射形状はそれ
ぞれ31c、32cとなり、フォーカスエラー信号
(F.E.)は(数5)のように変化する。
【0022】
【数5】 F.E.>0
【0023】逆に、光ディスク盤9と第1面5a間の距
離が合焦状態から離れた場合、第1受光センサ16およ
び第2受光センサ22上のレーザ光の照射形状は31
b、32bとなり、フォーカスエラー信号(F.E.)
は(数6)のように変化する。
【0024】
【数6】 F.E.<0
【0025】以上のようなフォーカスエラー検出方式は
スポットサイズ法として、またトラッキングエラー検出
方式はプッシュプル方式として知られている。
【0026】このように復路回折光12の焦点23が復
路偏光分離部13と透過窓20間に存在するように設計
することで、従来よく用いられている非点収差法でフォ
ーカスエラーを検出する場合に比べて、非点収差発生用
の複雑なホログラムパターンが不必要であり、複合ホロ
グラム8の第2のホログラムパターン8bが集光のみの
非常にシンプルなパターンとなる。
【0027】図5、図6はスポットサイズ法より簡便な
フォーカスエラー検出方式を用いた場合の構成を示した
ものである。図5(a)において、光ガイド部材5の第
2面5bには偏光分離膜33が、さらに積層されて拡散
膜34、遮光膜35がコーティングしてあり、偏光分離
窓36が設けてある。図5(b)のように拡散膜34の
形状を輪帯とし、内径をd、外径をDとするとき、復路
回折光12の偏光分離膜33上における直径Hが(数
7)の関係になるようにd、Dを決めている。
【0028】
【数7】 d<H<D
【0029】これは、dからHまでの範囲の透過光を拡
散膜34で拡散させ、反射光37に影響を与えないため
である。このような主旨から拡散膜34はレーザ光を吸
収する吸収膜でも良い。拡散膜34の内径dより内径側
を透過した透過光38は第1受光センサ39に到達す
る。
【0030】図6は第2受光センサ40に入射する反射
光19を示したものである。光ガイド部材5の第2面5
bには反射光19の径より小さな透過窓41を形成する
ために遮光膜42がコーティングしてある。この遮光膜
42はもちろん図5の遮光膜35と連続的な領域として
コーティングしても良い。図6(b)は反射光19が第
2面5bに到達するときの径と透過窓41の径の大小を
表したものである。透過窓41からの透過光43は第2
受光センサ40を照射している。
【0031】このような方式のフォーカスエラー検出方
式を用いるとき、第1受光センサ39、第2受光センサ
40は図4の第1受光センサ16、第2受光センサ22
のように分割されている必要はなく、透過光38および
透過光43を受光するのに十分広い受光面積を有する第
1受光センサ39と第2受光センサ40の出力の差をフ
ォーカスエラーとして用いることができる。図7は第1
受光センサ39、第2受光センサ40のそれぞれの出
力、および第1受光センサ39と第2受光センサ40の
差信号を表したものである。
【0032】このフォーカスエラー検出方式では図4で
示したような多分割受光センサを用いないため、第1受
光センサ39、第2受光センサ40とレーザ光の照射形
状との微妙な位置調整が不要であり、生産性、長期安定
性に優れている。
【0033】なお、図1に示す方式、および図5,図6
のいずれの方式においても、入射窓6、復路偏光分離部
13、透過窓20、透過窓41以外の部分を、光ガイド
部材5の第2面5b全体にわたり、遮光膜35をコーテ
ィングして用いれば、光ガイド部材5内で発生する色々
な迷光が受光センサに与える影響を格段に小さくできる
ので、信号のS/N比が向上する。
【0034】図8は図1の半導体レーザチップ2と反射
プリズム4近傍の構造を拡大して示した図である。反射
プリズム4は台形であり、その反射面4aには半導体レ
ーザチップ2の放出光の一部を反射プリズム4内部に透
過する半透過膜がコーティングされている。反射プリズ
ム4内に取り込まれた半透過光45はセンサ基盤1の反
射プリズム4の底面と接触する部分に形成されたモニタ
ーセンサ44で検出される。このモニターセンサ44は
常に半導体レーザチップ2の光量変化をモニターし制御
回路に情報をフィードバックする。従来は半導体レーザ
チップ2の後面2aからの放出光量をモニターしていた
が、後面2aからの放出光は他の受光センサ(第1受光
センサ16、第2受光センサ22など)に対する迷光の
原因となる。本発明の構成では反射プリズム4内に取り
込むため、他の受光センサへの影響を少なくできるとい
うメリットがある。半導体レーザチップ2から放出され
たレーザ光は反射プリズム4によって光ガイド部材5の
第2面5bに設けられた入射窓6から入射する。反射プ
リズム4を用いることにより、半導体レーザチップ2を
センサ基板1上に水平にマウントでき、配線や放熱の点
で有利であるとともに、光ガイド部材5への入射角の設
定が精度良くできるというメリットがある。
【0035】
【発明の効果】以上のように本発明は、発光素子からの
光を光ディスク盤に集光する第1のホログラムパターン
とnを整数とした場合に発光素子からの直線偏光の偏光
方向に対して(2n+1)π/4の方向に光ディスク盤
からの反射光を回折するとともに焦点を結ぶ光へ変える
第2のホログラムパターンとを重畳した複合ホログラム
を透明な平行平板からなる光ガイド部材の光ディスク盤
側の平面へ、複合ホログラムを通ってきた光ディスク盤
からの反射光のP偏光成分を第1受光センサへ透過し、
S偏光成分を反射する偏光分離部を光ガイド部材の受光
センサ側の平面へ、偏光分離部からの反射光を第2受光
センサへ反射する反射部を光ガイド部材の光ディスク盤
側の平面へ、反射部からの反射光を第2受光センサに導
く透過窓を光ガイド部材の受光センサ側の平面へ設け、
複合ホログラムを通ってきた光ディスク盤からの反射光
の焦点が偏光分離部と透過窓との間に存在し、第1受光
センサと第2受光センサとの差によりフォーカスエラー
と光ディスク盤に記録されている情報とを検出するよう
構成したことにより、複合ホログラムの第1のホログラ
ムパターンと、第2のホログラムパターンが、同一の領
域に重畳されたパターンとして形成されており、一領域
で集光機能、往復路分離機能、フォーカスエラー検出用
の光へ変える機能の3つの機能を持たせることができ、
光ピックアップの小型化が可能となるとともに、複合ホ
ログラムの第2のホログラムパターンにより光ディスク
盤からの反射光を発光素子からの直線偏光の偏光方向に
対してnを整数とした場合(2n+1)π/4の方向に
回折するため、偏光分離部に対してP偏光成分、S偏光
成分を半々にすることができ、光ディスク盤からの反射
光を第1受光センサと、第2受光センサにそれぞれ50
%の割合で分光することが可能となり、第1受光センサ
と、第2受光センサの差動増幅により、光ディスク盤に
記録されている情報を持つ信号以外の同位相ノイズ成分
が除去された良質なRF(記録)信号を得ることができ
る。さらに光ディスク盤からの反射光の焦点が復路半透
過部と透過窓間に存在するため第1受光センサと、第2
受光センサの差によりスポットサイズ法などの手段によ
りフォーカスエラー信号を得ることができる。また、製
造法としても平行平板へのホログラムのパターンニング
や、膜形成などの簡単な構成であるため、高精度に高集
積化が可能で、しかも安価な光磁気記録用等の光ピック
アップを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】(a)は本発明の一実施例における光ピックア
ップの平面図 (b)は本発明の一実施例における図1(a)に示す光
ピックアップの線X−X断面図
【図2】(a)は本発明の一実施例における光ピックア
ップの第1のホログラムパターンと第2のホログラムパ
ターンの重畳パターンを示す図 (b)は本発明の一実施例における光ピックアップの第
1のホログラムパターンを示す図 (c)は本発明の一実施例における光ピックアップの第
2のホログラムパターンを示す図
【図3】本発明の一実施例における光ピックアップの光
磁気信号検出原理図
【図4】本発明の一実施例における光ピックアップを構
成する受光センサの形状および信号処理回路図
【図5】(a)は本発明の一実施例における光ピックア
ップの他のフォーカスエラー検出方式を用いた場合の第
1受光センサ付近の断面図 (b)は本発明の一実施例における光ピックアップの他
のフォーカスエラー検出方式を用いた場合の第1受光セ
ンサ付近の平面図
【図6】(a)は本発明の一実施例における光ピックア
ップの他のフォーカスエラー検出方式を用いた場合の第
2受光センサ付近の断面図 (b)は本発明の一実施例における光ピックアップの他
のフォーカスエラー検出方式を用いた場合の第2受光セ
ンサ付近の平面図
【図7】(a)は本発明の一実施例における光ピックア
ップの他のフォーカスエラー検出方式を用いた場合の第
1受光センサからの出力波形図 (b)は本発明の一実施例における光ピックアップの他
のフォーカスエラー検出方式を用いた場合の第2受光セ
ンサからの出力波形図 (c)は本発明の一実施例における光ピックアップの他
のフォーカスエラー検出方式を用いた場合の第1受光セ
ンサの出力から第2受光センサの出力を引いた出力波形
【図8】本発明の一実施例における光ピックアップの半
導体レーザチップと反射プリズム近傍の拡大図
【符号の説明】
1 センサ基盤 2 半導体レーザチップ 4 反射プリズム 5 光ガイド部材 8 複合ホログラム 9 光ディスク盤 10 スポット 12 復路回折光 13 復路偏光分離部 14 直線偏光 16 第1受光センサ 18 復路反射部 20 透過窓 22 第2受光センサ 28 リードフレーム 29 パッケージ 34 拡散膜

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】光ディスク盤へ直線偏光の光を照射する発
    光素子と、光ディスク盤からの反射光を受光する第1受
    光センサおよび第2受光センサと、前記両受光センサと
    光ディスク盤との間に配設された、前記発光素子からの
    光を光ディスク盤へ案内するとともに、光ディスク盤か
    らの反射光を前記両受光センサへ案内する透明な平行平
    板からなる光ガイド部材とを有し、前記発光素子からの
    光を光ディスク盤に集光する第1のホログラムパターン
    と、nを整数とした場合に前記発光素子からの直線偏光
    の偏光方向に対して(2n+1)π/4の方向に光ディ
    スク盤からの反射光を回折するとともに焦点を結ぶ光へ
    変える第2のホログラムパターンとを重畳した複合ホロ
    グラムを前記光ガイド部材の光ディスク盤側の平面へ、
    前記複合ホログラムを通ってきた光ディスク盤からの反
    射光のP偏光成分を前記第1受光センサへ透過し、S偏
    光成分を反射する偏光分離部を前記光ガイド部材の前記
    両受光センサ側の平面へ、前記偏光分離部からの反射光
    を前記第2受光センサへ反射する反射部を前記光ガイド
    部材の光ディスク盤側の平面へ、前記反射部からの反射
    光を前記第2受光センサに導く透過窓を前記光ガイド部
    材の前記両受光センサ側の平面へ設け、前記複合ホログ
    ラムを通ってきた光ディスク盤からの反射光の焦点が前
    記偏光分離部と前記透過窓との間に存在し、前記第1受
    光センサと前記第2受光センサとの差によりフォーカス
    エラーと光ディスク盤に記録されている情報とを検出す
    ることを特徴とする光ピックアップ。
  2. 【請求項2】前記発光素子、前記両受光センサが、前記
    光ガイド部材と非接触に配置されたことを特徴とする請
    求項1記載の光ピックアップ。
  3. 【請求項3】前記発光素子からの光を反射することによ
    り前記光ガイド部材へ入射させる入射光反射部材を備え
    たことを特徴とする請求項2記載の光ピックアップ。
  4. 【請求項4】前記発光素子、および前記入射光反射部材
    が、前記両受光センサが形成されているセンサ基板上に
    配置されていることを特徴とする請求項3記載の光ピッ
    クアップ
  5. 【請求項5】前記入射光反射部材が台形プリズムであ
    り、前記台形プリズムの斜面に半透過膜をコーティング
    するとともに、前記台形プリズム底面に接触して前記セ
    ンサ基板に光量モニターセンサを形成し、前記発光素子
    からの光の一部を前記台形プリズムの内部に透過させ、
    前記光量モニターセンサにて前記発光素子の光量をモニ
    ターすることを特徴とする請求項4記載の光ピックアッ
    プ。
  6. 【請求項6】前記偏光分離部を構成する偏光分離膜に、
    光を拡散する部材で構成され、光ディスク盤からの反射
    光の光束径より小さな絞りを持つ絞り膜を積層するとと
    もに、前記透過窓を光ディスク盤からの反射光の光束径
    より小さくして、前記絞りおよび前記透過窓からの透過
    光をそれぞれ前記第1受光センサ、および前記第2受光
    センサで検出し、透過光の光量差によりフォーカスエラ
    ーを検出することを特徴とする請求項2記載の光ピック
    アップ。
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