JP3223074B2 - 光ピックアップ装置 - Google Patents

光ピックアップ装置

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JP3223074B2
JP3223074B2 JP12358295A JP12358295A JP3223074B2 JP 3223074 B2 JP3223074 B2 JP 3223074B2 JP 12358295 A JP12358295 A JP 12358295A JP 12358295 A JP12358295 A JP 12358295A JP 3223074 B2 JP3223074 B2 JP 3223074B2
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慶一 吉年
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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、光ディスク等の光記録
媒体の記録面に記録/再生用の光ビームを照射する光ピ
ックアップ装置に関し、特に、媒体表面から記録面まで
の距離が異なる光記録媒体に対して互換性を有する光ピ
ックアップ装置に関する。
【0002】
【従来の技術】一軸回りに回転するディスクの一面(記
録面)に光ビームを照射することにより、情報の記録及
び再生の一方又は両方を行う光ディスク等の光記録媒体
は、磁気ディスク、磁気テープ等の他の記録媒体に比し
て大容量の記録が可能なものとして、その利用が拡大し
ている。更に近年においては、膨大な記録容量を必要と
する動画のディジタル記録をも可能とした高密度光ディ
スクとして、DVD(ディジタルビデオディスク)の実
用化が図られており、記録媒体としての光ディスクの重
要性は増す傾向にある。
【0003】前記DVD等の高密度光ディスクの規格
は、現状において確定されてはいないが、透明樹脂製の
基板上に、金、アルミニウム等の金属製の反射膜からな
る記録面を形成し、該記録面に前記基板の表面側から光
を照射して情報の記録/再生を行う構成にて提案されて
おり、記録容量の増大に対応するため、CD(コンパク
トディスク)等の従来の光ディスクと比して、記録面上
でのトラック幅が狭小化されている。従って、記録/再
生用の光ビームを照射する光ピックアップ装置において
は、DVD等の高密度光ディスクへの対応のため、短波
長のレーザ光を用いると共に、記録面に対向する対物レ
ンズのNA(Numerical Aperture:開口数)を大とし、
該対物レンズにより記録面上に集光される光ビームのス
ポット径を小さく保つようにしている。
【0004】また一方、CD等の従来の光ディスクの記
録面は、厚さ1.2mmの基板上にあり、このような記
録面に大なるNAを有する対物レンズを経た光ビームを
照射した場合、記録面上に集光される光ビームのスポッ
ト形状が前記基板の透過に伴って歪む現象(球面収差)
が発生し、安定した記録/再生が行えなくなるという不
都合がある。この不都合を回避するため、DVD等の高
密度光ディスクにおいては、前記基板の厚さを小さく設
定する必要が生じ、現状においては、基板の厚さをCD
の半分、即ち、0.6mmとすることが提案されてい
る。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】さて、DVD等の高密
度光ディスクを普及させるためには、CD等の従来の光
ディスクとの間での互換性を有する光ディスク装置の実
現が重要である。ところが、DVDとCDとでは、前述
した如く基板の厚さが異なり、ディスク表面から記録面
までの距離に差異があることから、記録/再生用の光ピ
ックアップ装置の互換性を実現するためには、対物レン
ズを介して照射される光ビームの焦点位置を前記厚さの
相違に応じて変更する必要がある。
【0006】この変更は、図8(a)に示す如く、厚さ
1.2mmの基板11の片側に記録面10を備えるCDの場
合と、図8(b)に示す如く、厚さ0.6mmの基板1
3,13により挾まれた記録面12,12を両側に備えるDV
Dの場合とにおいて、夫々の記録面10,12から対物レン
ズ2までの離隔距離Lを一定に保つべく、該対物レンズ
2を含む光学系の一部又は全部を光ディスクの記録面に
機械的に接離せしめる構成により実現し得る。
【0007】ところがこの構成においては、図示の如
く、記録面10,12上の集光スポットから対物レンズ2の
周縁を臨む角度θの正弦(sinθ)として表される見
かけ上のNAもまた同一となり、CD等の一般的な光デ
ィスクの記録/再生に際し、DVD等の高密度光ディス
クの記録/再生に対応すべく設定された大きいNAを有
する対物レンズ2を経た光ビームが、図8(a)に示す
如く、厚い基板11を透過して記録面10に照射されること
になり、前述した球面収差の影響により、安定した記録
/再生が行えなくなるという不都合がある。
【0008】また一方、DVD等の高密度光ディスク
と、CD等の一般的な光ディスクとに対する互換性を実
現するため、同心円状に刻まれた複数の溝からなるホロ
グラムをその表面に有する対物レンズを用い、該対物レ
ンズを経た光ビームを前記ホログラムにより回折させ
て、CDの記録面10とDVDの記録面12との相対位置の
差(=0.6mm)分だけ異なる2位置に焦点を有する
0次回折光と1次回折光とを生ぜしめ、前者によりDV
Dの記録/再生を、後者によりCDの記録/再生を夫々
行わせる構成とした光ピックアップ装置が、例えば、
「SPIE Vol.2338 Optical Data Storage(1994);28
3-288 」等に提案されている。
【0009】この構成によれば、対物レンズの位置を変
えずに焦点距離のみが変わり、これと共に見かけ上のN
Aも変化することから、前述した球面収差の発生を伴う
ことなく、DVDとCDとの間での互換性が得られる
が、ホログラムを有する特殊な対物レンズの製作に困難
を伴う上、前記ホログラムの性質上、DVD又はCDの
記録/再生に際し、記録面12又は記録面10に達する光量
は、光源が発する光ビームの光量の一部(0次回折光又
は1次回折光)であり、更に、記録面12又は記録面10か
らの反射光量の一部(0次回折光又は1次回折光)を用
いるために、DVD専用、又はCD専用の光ピックアッ
プ装置と比較して大出力の光源を必要とする難点があ
る。
【0010】本発明は斯かる事情に鑑みてなされたもの
であり、高密度光ディスクと一般的な光ディスクとのよ
うに、媒体表面から記録面までの距離が異なる光記録媒
体に対して互換性を有する光ピックアップ装置を、球面
収差の発生を伴うことなく、また特殊な対物レンズを要
することなく提供することを目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】本発明に係る光ピックア
ップ装置は、光源が発する記録/再生用の光ビームを対
物レンズにより集光し、該対物レンズに対向する光記録
媒体に照射する光ピックアップ装置において、前記光源
から前記対物レンズに至る光路の中途に配設された凹レ
ンズと、前記光路から前記凹レンズの光軸を外すべく該
凹レンズを前記光路と略直交する軸回りに略90°回転
せるレンズ移動手段とを具備することを特徴とする。
【0012】更に加えて、前記凹レンズの周縁の一部又
は前記周縁の全部に光遮蔽手段を備え、該光遮蔽手段が
前記凹レンズを90°回転させたとき、前記光路の一部、
好ましくは、少なくとも前記光路の中央にて光ビームを
遮るようにしてあることを夫々特徴とする。
【0013】
【作用】本発明においては、光源から対物レンズに至る
光ビームの光路上に凹レンズを配設し、この凹レンズを
レンズ移動手段により移動させて、凹レンズの光軸が前
記光路上にある第1の状態と光路から外れた第2の状態
とを選択することにより、対物レンズ経て照射される光
ビームの焦点位置を遠近に変更し、対物レンズから記録
面までの相対距離が長い一般的な光記録媒体に対して
は、第1の状態により対物レンズから遠い位置に焦点を
生ぜしめて対応し、また、前記相対距離が短い高密度記
録用の光記録媒体に対しては、第2の状態により対物レ
ンズに近い位置に焦点を生ぜしめて対応する。
【0014】また、レンズ移動手段による凹レンズの移
動を、光ビームの光路と略直交する一軸回りの90°の回
転により行わせることにより、前記第2の状態にある凹
レンズが光ビームの光路の略中央に障害物として位置
し、この凹レンズの回折作用により対物レンズからの出
射側における光ビームの強度分布が中央に集中し、所
謂、超解像効果が得られるようになり、記録密度をより
高めた光記録媒体への対応が可能となる。
【0015】更に、前記凹レンズの周縁の一部又は全部
に光遮蔽手段を備える場合、前記第2の状態において光
ビームの光路中に障害物として位置したとき、縦位置と
なった凹レンズの周縁の光遮蔽手段により、前記光路の
一部、より好ましくは、光路の中央にて光ビームが確実
に遮蔽され、より優れた超解像効果が得られるようにな
る。
【0016】
【実施例】以下本発明をその参考例及び実施例を示す図
面に基づいて詳述する。図1は、本発明に係る光ピック
アップ装置の参考例を示す模式図である。図示の光ピッ
クアップ装置は、記録及び/又は再生用のレーザ光を発
する光源3と、光ディスク1に対向する対物レンズ2と
の間に、光分岐部4、コリメートレンズ5及び凹レンズ
6とをこの順に備え、また、前記光源3と異なる向きか
ら前記光分岐部4に対向するように受光部7を配した構
成となっている。
【0017】光源3から対物レンズ2に至る光路上に配
された前記凹レンズ6には、これを移動させるレンズ移
動手段8が付設されている。図2は、レンズ移動手段8
の構成及び動作説明のための平面図である。本図に示す
如く凹レンズ6は、周方向に等配をなす位置に、半径方
向外向きに突設された一対のばね杆60,60を備え、また
これら夫々と直交する位置に、同じく半径方向外向きに
突設された引き杆61を備えており、レンズ移動手段8
は、前記ばね杆60,60の先端部と適宜の固定部との間に
夫々介装された一対のコイルばね80,80と、前記引き杆
61の先端に固設された鉄心81及び該鉄心81の外側を囲繞
する駆動コイル82とを備えてなる。
【0018】前記コイルばね80,80は、前記光路と直交
する面内において、引き杆61の突設方向と逆向きのばね
力をばね杆60,60に加えるべく介装されており、また、
引き杆61の先端の鉄心81には、駆動コイル82への通電が
なされた場合、引き杆61の突設方向、即ち、コイルばね
80,80のばね力と逆向きの電磁力が加わるようになして
ある。
【0019】以上の構成により凹レンズ6は、駆動コイ
ル82への通電及び非通電に応じて前記光路と直交する面
内において平行移動することができる。図2(a)は、
駆動コイル82の非通電状態を、図2(b)は、同じく通
電状態を示しており、これらの図に示す如く凹レンズ6
の移動は、コイルばね80,80のばね力により同側に引か
れた図2(a)に示す第1位置と、鉄心81に加わる電磁
力により前記ばね力に抗して逆向きに引かれた図2
(b)に示す第2位置との間にて生じる。
【0020】このようにレンズ移動手段8の動作により
移動する凹レンズ6の光軸は、例えば、前記第1位置に
あるとき、図1中に実線により示す如く前記光ビームの
光路に一致した状態となし、また前記第2位置にあると
き、図1中に破線により示す如く、前記光路から外れた
状態となすことができる。前記コイルばね80,80は、凹
レンズ6の両側に突出するばね杆60,60の先端を付勢し
ており、前記第2位置となったとき、図2(b)中に2
点鎖線にて示す如く、凹レンズ6の光軸からはずれた光
ビームの光路を伸長したコイルばね80,80が塞ぐことが
ないようにしてある。
【0021】以上の如く構成された光ピックアップ装置
において、光源3から発散光として発せられる光ビーム
は、光分岐部4を経てコリメートレンズ5に達して平行
光となり、更に、凹レンズ6の配設位置を経て対物レン
ズ2に達し、該対物レンズ2により集光されつつ出射さ
れ、光ディスク1に照射される。一方、光ディスク1か
らの反射光は、対物レンズ2を経て光ピックアップ装置
に入射し、凹レンズ6の配設位置を経てコリメートレン
ズ5に達し、更に、光分岐部4により偏向されて受光部
7に受光される。
【0022】光分岐部4は、光ディスク1からの反射光
を、光源3から該光ディスク1に至る光路から分岐する
機能を果たすものであり、ハーフミラー、ホログラム素
子等を用い得る。受光部7は、その受光量に応じた再生
出力を発すると共に、非点収差法等によるフォーカスエ
ラー信号、3ビーム法等によるトラッキングエラー信号
を発すべくなしてある。
【0023】本発明に係る光ピックアップ装置の参考例
においては、以上の如く行われる記録/再生動作に際
し、レンズ移動手段8の動作により凹レンズ6を前述し
た2位置に移動させることにより、対物レンズ2から出
射される光ビームの焦点位置を2通りに変えることがで
きる。図3は、凹レンズ6の移動に伴う焦点位置の変化
態様の説明図である。
【0024】図3(a)は、凹レンズ6が前記第1位置
にあり、光源3から対物レンズ2に至る光路上に存在し
ている状態を、図3(b)は、凹レンズ6が前記第2位
置にあり、前記光路から外れている状態を夫々示してい
る。図3(b)の状態にあるとき、光源3が発する光ビ
ームはコリメートレンズ5の通過により平行光となって
対物レンズ2に達し、該対物レンズ2により集光される
のに対し、図3(a)の状態にある場合、対物レンズ2
には、凹レンズ6の通過により拡散されて対物レンズ2
に達し、該対物レンズ2により集光される。
【0025】この結果、対物レンズ2から出射される光
ビームの焦点は、凹レンズ6の移動に応じて遠近に変化
し、図3(a)の状態での焦点位置は、図3(b)の状
態でのそれよりも遠くなり、両者の差を0.6mmとす
ることにより、DVD等の高密度光ディスク、及びCD
等の一般的な光ディスクに、対物レンズ2の位置を変え
ることなく対応し得る。また、図3(a)の状態にある
とき、対物レンズ2の集光は、凹レンズ6による拡散を
経て行われることから、焦点位置から対物レンズ2を臨
む角度θ1 は、図3(b)の状態にあるときの同様の角
度θ2 よりも小さく、これらの角度θ1 ,θ2 の正弦と
して表される見かけ上のNAは前者の方が小さくなり、
図3(a)の状態にて行われるCDの記録/再生動作に
際し、球面収差の発生を回避することができる。
【0026】例えば、前記DVDの記録/再生を可能と
するために、大きいNA(=sinθ2 =0.6)を有
し、開口径dが3.0mmである対物レンズ2を採用し
た場合、図3(b)の状態での焦点距離f2 (=d/2
・tanθ2 )は2.0mmとなり、このとき、図3
(a)に示す状態、即ち、CDの記録/再生時における
焦点距離をf1 とし、対物レンズ2と凹レンズ6の光軸
上での離隔距離をb1 、凹レンズ6の仮想焦点距離をb
2 とした場合、次式に示すレンズの結像公式が成り立
つ。
【0027】
【数1】
【0028】従って、CDの記録/再生時における焦点
距離をf1 を2.6(=f2 +0.6)mmとするに
は、b=8.7mmとすればよく、例えば、対物レンズ
2と凹レンズ6の光軸上での離隔距離b1 を3.0mm
に設定した場合、仮想焦点距離b2 が5.7mmである
凹レンズ6を採用することにより、前記DVD及び前記
CDの双方に対応し得るようになる。
【0029】図4は、凹レンズ6を移動させるためのレ
ンズ移動手段8の他の構成を示す平面図である。本図に
おいて凹レンズ6は、周方向の一か所に半径方向外向き
に突設された揺動杆62の先端の枢支により、前記光路と
直交する面内での揺動可能に支持されており、該揺動杆
62の中途部には、引き杆63の基端が揺動自在に枢支され
ており、レンズ移動手段8は、揺動杆62の中途部を一側
に引っ張るコイルばね83と、前記引き杆63の先端に固設
された鉄心84及び該鉄心84の外側を囲繞する駆動コイル
85とを備えてなる。
【0030】この構成により凹レンズ6は、駆動コイル
85への通電及び非通電に応じて前記揺動杆62先端の枢支
軸回りに揺動し、前記光路と直交する面内において移動
することができる。図4(a)は、駆動コイル85の非通
電状態を、図4(b)は、同じく通電状態を夫々示して
おり、凹レンズ6の移動は、コイルばね83のばね力によ
り引かれた図4(a)に示す第1位置と、駆動コイル85
への通電により鉄心84に加わる電磁力により逆向きに引
かれた図4(b)に示す第2位置との間にて生じる。そ
して、例えば、第1位置にあるとき、凹レンズ6の光軸
を前記光路に一致させ、CD等の一般的な光ディスクの
記録/再生に対応させ、逆に第2位置にあるとき、凹レ
ンズ6の光軸を前記光路から外した状態となし、DVD
等の高密度光ディスクの記録/再生に対応させることが
できる。
【0031】図5は、本発明に係る光ピックアップ装置
実施例を示す模式図である。この光ピックアップ装置
は、図1に示す参考例と同様、記録及び/又は再生用の
レーザ光を発する光源3と、光ディスク1に対向する対
物レンズ2との間に、光分岐部4、コリメートレンズ5
及び凹レンズ6とをこの順に備え、また、前記光源3と
異なる向きから前記光分岐部4に対向するように受光部
7を配してなり、前記凹レンズ6を移動させる構成とな
っているが、該凹レンズ6の移動は、図1に示す参考例
とは異なり、光ビームの光路と略直交する軸回りに略90
°回転することにより、図中に実線にて示す如く、前記
光路にその光軸を沿わせた位置(横位置)と、図中に破
線にて示す如く、その光軸を前記光路と直交させた位置
(縦位置)との間にて行わせるようになしてある。
【0032】また、凹レンズ6の周縁6aには、望ましく
は、その全部又は一部に光遮蔽手段が設けてある。この
光遮蔽手段は、例えば、黒色塗料の塗布、又は光遮蔽部
材の被着により設けることができる。
【0033】図6は、以上の如き移動を行わせるための
レンズ移動手段9の構成及び動作説明のための平面図で
ある。本図に示す如く前記凹レンズ6は、その外周に半
径方向外向きに突設された支軸64回りに回動自在に枢支
されている。支軸64の中途部には、これと略直交する向
きに引き杆65が突設されており、支軸64を枢軸とする凹
レンズ6の回転は、この回転に伴って揺動する前記引き
杆65が、揺動域に臨ませて配設された一対のストッパ部
材66,67と当接する範囲に制限されるようになしてあ
る。
【0034】レンズ移動手段9は、前記引き杆65の先端
部と適宜の固定部との間に介装されたコイルばね90と、
前記引き杆65の先端部に連結された鉄心91、及び該鉄心
91の外側を囲繞する駆動コイル92とを備えてなり、該駆
動コイル92への通電がなされた場合、鉄心91に前記コイ
ルばね90のばね力と逆向きの電磁力が加わるようになし
てある。
【0035】而して凹レンズ6は、駆動コイル92への通
電及び非通電に応じて前記支軸64回りに回転し、図6
(a)に示す如く、コイルばね90のばね力により同側に
引かれた引き杆65が一方のストッパ部材66に当接した位
置と、図6(b)に示す如く、鉄心91に加わる電磁力に
より前記ばね力に抗して逆向きに引かれた引き杆65が他
方のストッパ部材67に当接して位置とに拘束される。こ
れらの拘束位置間での回転角度は、ストッパ部材66,67
の相対位置により適宜に設定でき、略90°の回転角度が
得られるようにストッパ部材66,67を配することによ
り、図6(a)の拘束位置において、紙面を貫く向きの
前記光路に凹レンズ6の光軸を沿わせた横位置が、また
図6(b)の拘束位置において、前記光路に凹レンズ6
の光軸を直交させた縦位置が夫々得られる。
【0036】以上の如く構成された光ピックアップ装置
においては、凹レンズ6を横位置と縦位置との間にて回
転移動させることにより、対物レンズ2から出射される
光ビームの焦点位置を遠近に変更し、対物レンズ2の位
置を変えることなくDVD及びCDの記録/再生に対応
させることができ、またこの焦点位置の変化は、見かけ
上のNAの変化を伴って生じるから、CDの記録/再生
動作に際し、球面収差の発生を回避することができる。
【0037】更に、この光ピックアップ装置において
は、凹レンズ6を前記縦位置に保って行われるDVDに
対する記録/再生動作に際し、以下に示す付加的な効果
が得られる。図7は、この付加的な効果の説明図であ
り、凹レンズ6を縦位置に保った場合の光ビームの伝播
状態を示している。
【0038】図示の如く縦位置とされた凹レンズ6は、
対物レンズ2に至る光ビームの光路の略中央に障害物と
して位置しており、前記光ビームは、凹レンズ6の両側
に分岐され、これらの分岐光が凹レンズ6の通過後に回
折されて、光路の中央に集中し、所謂、超解像効果が得
られる。このとき、前述の如く、凹レンズ6の周縁6aに
光遮蔽手段が設けてある場合、この光遮蔽手段により光
路の略中央が略完全に遮蔽されるから、より優れた超解
像効果が得られる。
【0039】この結果、対物レンズ2の出射側にて集光
された光スポットは、図中に示す如く、中央に高いピー
クを有する強度分布を示すようになり、再生信号のS/
N比が向上する等、前述したDVDに対する記録/再生
動作の信頼性が増す上、記録密度をより高めた光記録媒
体への対応が可能となる。
【0040】
【発明の効果】以上詳述した如く本発明に係る光ピック
アップ装置においては、光源から対物レンズに至る光ビ
ームの光路上に配設した凹レンズをレンズ移動手段によ
り移動させ、この凹レンズの光軸を光路に一致させた状
態と光路から外れた状態とを生ぜしめる構成としたか
ら、対物レンズを経て照射される光ビームの焦点位置を
見かけ上のNAと共に変更でき、球面収差の発生を伴う
ことなく、また特殊な対物レンズを要することなく、D
VDとCDとのように、媒体表面から記録面までの距離
が異なる光記録媒体に対する互換性が得られる。
【0041】また、レンズ移動手段による凹レンズの移
動を、光ビームの光路と略直交する軸回りの略90°の回
転により行わせたから、前記光路から光軸を外した状態
にある凹レンズが光路の略中央に障害物として位置し、
この状態での記録/再生動作に際し、対物レンズから出
射される光ビームの強度分布が前記凹レンズの回折作用
により中央に集中せしめられ、超解像の効果を得ること
ができる。
【0042】更に、凹レンズの周縁の一部又は全部に光
遮蔽手段を備えたから、該凹レンズを90°回転させたと
き、前記光路上での遮光が良好になされ、超解像の効果
がより高められて、DVD等の高密度光ディスクに対す
る記録/再生動作の信頼性が増す上、記録密度をより高
めた光記録媒体への対応が可能となる等、本発明は優れ
た効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る光ピックアップ装置の参考例を示
す模式図である。
【図2】凹レンズ移動のためのレンズ移動手段の構成
示す平面図である。
【図3】凹レンズの移動に伴う焦点位置変化の説明図で
ある。
【図4】レンズ移動手段の他の構成を示す平面図であ
る。
【図5】本発明に係る光ピックアップ装置の実施例を示
す模式図である。
【図6】図5に示す光ピックアップ装置におけるレンズ
移動手段の一実施例を示す平面図である。
【図7】図5に示す光ピックアップ装置における付加的
な効果の説明図である。
【図8】DVDとCDとにおける記録/再生状態の相違
の説明図である。
【符号の説明】
1 光ディスク 2 対物レンズ 3 光源 4 光分岐部 5 コリメートレンズ 6 凹レンズ 7 受光部 8 レンズ移動手段 9 レンズ移動手段
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 吉年 慶一 大阪府守口市京阪本通2丁目5番5号 三洋電機株式会社内 (72)発明者 新名 達彦 大阪府守口市京阪本通2丁目5番5号 三洋電機株式会社内 (56)参考文献 特開 平7−182690(JP,A) 特開 平8−212583(JP,A) 特開 平6−52549(JP,A) 特開 昭61−243960(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G11B 7/09 - 7/22

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 光源が発する記録/再生用の光ビームを
    対物レンズにより集光し、該対物レンズに対向する光記
    録媒体に照射する光ピックアップ装置において、前記光
    源から前記対物レンズに至る光路の中途に配設された凹
    レンズと、前記光路から前記凹レンズの光軸を外すべく
    該凹レンズを前記光路と略直交する軸回りに略90°回転
    させるレンズ移動手段とを具備することを特徴とするピ
    ックアップ装置。
  2. 【請求項2】 前記凹レンズの周縁の一部又は全部に光
    遮蔽手段を備える請求項1記載の光ピックアップ装置。
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