JP4855703B2 - 光ピックアップ、光記録装置、光再生装置、および光記録再生装置 - Google Patents
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同図において符号1は光源、2はカップリングレンズ、3は検出分離手段、4は対物レンズ、5は情報記録媒体、6は検出レンズ、7は回折格子、8は受光素子をそれぞれ示す。
光ピックアップは、情報記録媒体5の記録を再生する光を出射する光源1、光源1の発散光束を略平行光束にするためのカップリングレンズ2、光源1から情報記録媒体5へ向かう光束と情報記録媒体5を反射した光束を分離する為の検出分離手段3、光束を情報記録媒体5に集光する為の対物レンズ4、情報記録媒体5の信号層で反射した光束を受光素子8に集光する為の検出レンズ6、情報記録媒体5と対物レンズ4のフォーカス方向、トラック方向の位置を一定に保つために必要なフォーカスエラー信号、トラックエラー信号を生成する為の回折格子7、情報記録媒体5の信号情報を得るための受光素子8、を備えている。対物レンズは、情報記録媒体の信号情報面にスポットをフォーカスする為、光軸方向に駆動できるアクチュエータに搭載されている。
光源1を出射した光束は、カップリングレンズ2で略平行光になり、検出分離手段3を透過し、対物レンズ4により情報記録媒体5の情報記録面に微小スポットを形成する。情報記録媒体5で反射した光束は、対物レンズ4で再び略平行光になり、検出分離手段3で反射され、集光レンズ6で収束光になり、回折格子7によって光束を分岐し、各分割受光素子8の受光面で検出される。
一般的に、光源から情報記録媒体へ向かう光学系のことを、照明光学系(往路)と呼び、情報記録媒体で反射した光束が受光素子へ向かう光学系のことを、検出光学系(復路)と呼ぶ。
図15は回折格子を説明するための図である。
近年、光ピックアップを小型化する技術として、光源と受光素子と各種信号を生成するために領域を分割された回折格子を一体化した光学ユニットと呼ばれるものが登場した。
光学ユニットは、光源1と分割受光素子8と、領域を分割された回折格子7からなる。
光源1を出射した発散光は、回折格子7を透過し、光ピックアップに備えられたカップリングレンズ(図示せず)へ向かう。情報記録媒体で反射した光束は再びカップリングレンズを透過し、収束光として回折格子7に入射する。回折格子7は入射光束に対して領域分割されており、各領域で分割された光束を分割受光素子8で受光する。図15に示すように、一般的な回折格子は3分割されており、領域ABで回折した光を2分割受光素子で検出することで(ナイフエッジ法による)フォーカスエラー信号が得られ、領域、CとDで回折した光をそれぞれ個別受光することでトラックエラー信号が得られる。
同図において符号20は光ディスク装置、22はスピンドルモータ、23は光ピックアップ装置、24はレーザコントロール回路、25はエンコーダ、27はモータドライバ、28は再生信号処理回路、33はサーボコントローラ、34はバッファRAM、37はバッファマネージャ、38はインターフェース、39はROM、40はCPU、41はRAMをそれぞれ示す。
同図における矢印は代表的な信号や情報の流れを示すものであり、各ブロックの接続関係の全てを表すものではない。
前記光ピックアップ装置23は、光ディスク(情報記録媒体)5のスパイラル状又は同心円状のトラックが形成された記録面にレーザ光を照射するとともに、記録面からの反射光を受光するための装置である。前記再生信号処理回路28は、光ピックアップ装置23の出力信号である電流信号を電圧信号に変換し、該電圧信号に基づいてウォブル信号、再生信号及びサーボ信号(フォーカスエラー信号、トラックエラー信号)などを検出する。そして、再生信号処理回路28では、ウォブル信号からアドレス情報および同期信号等を抽出する。ここで抽出されたアドレス情報はCPU40に出力され、同期信号はエンコーダ25に出力される。さらに、再生信号処理回路28では、再生信号に対して誤り訂正処理等を行なった後、バッファマネージャ37を介してバッファRAM34に格納する。
エンコーダ25では、CPU40の指示に基づいて、バッファRAM34に蓄積されているデータをバッファマネージャ37を介して取り出し、エラー訂正コードの付加などを行ない、光ディスク15への書き込みデータを作成する。そして、エンコーダ25では、CPU40からの指示に基づいて、再生信号処理回路28からの同期信号に同期して、書き込みデータをレーザコントロール回路24に出力する。前記レーザコントロール回路24では、エンコーダ25からの書き込みデータに基づいて、光ピックアップ装置23からのレーザ光出力を制御する。なお、レーザコントロール回路24では、CPU40の指示に基づいて後述する光ピックアップ装置23の2つの光源の一方を制御対象とする。インターフェース38は、ホスト(例えば、パーソナルコンピュータ)との双方向の通信インターフェースであり、ATAPI(AT Attachment Packet Interface)およびUSB(Universal serial Bus)等の標準インターフェースに準拠している。ROM39には、CPU40にて解読可能なコードで記述されたプログラムが格納されている。CPU40は、ROM39に格納されているプログラムに従って各部の動作を制御するとともに、制御に必要なデータ等を一時的にRAM41に保存する。
同図において符号51はL0基板、52は半透過膜、53は中間層、54は金属反射膜、55はL1基板をそれぞれ示す。
情報記録媒体の大容量化を実現する手段として、多層情報記録媒体がある。多層情報記録媒体の代表的なものに、二層情報記録媒体がある。
二層情報記録媒体5は、光が入射する側から、L0基板51、半透過膜(L0層)52、中間層53、金属反射膜(L1層)54、L1基板55を順に積層したものである。信号情報は、L0層52の表面、またはL1層54の表面にパターン形状として記録される。L0基板51とL1基板55は、一般的にポリカーボネートが使われる。中間層53は紫外線、もしくは熱硬化型の樹脂が用いられる。半透過膜52はシリコン、もしくは銀、アルミなどが用いられる。金属反射膜54には、銀やアルミが主に用いられる。
二層情報記録媒体は、現在、DVDのビデオフォーマットにおいて主流となり、各種映画などを録画した二層情報記録媒体が多く出回っている。
同図(a)において、実線で示すようにL0基板51表面と対物レンズ4の間隔を遠ざけて、L0層52に微小スポットを形成する。L1層54の信号情報を再生する場合は、同図(b)の実線に示すようにL0基板51表面と対物レンズ4の間隔を近づけて、L1層54に微小スポットを形成する。L0層52、L1層54で反射した信号光束(実線)はどちらも対物レンズ4を透過すると平行光束になり、検出レンズ6の位置が固定されていれば、同一受光面8で集光され検出することができる。
L0層を再生しているときには図18(a)の点線に示すように、L1層54から迷光が発生する。またL1層54を再生しているときには図18(b)の点線に示すように、L0層52から迷光が発生する。この迷光の一部は、情報記録媒体5の信号層で反射した光束に重なり、受光素子8で検出される。
この迷光は、一般的には各種信号へのオフセットとして検出される。その発生原理については、非特許文献1において詳しく論じられている。
さらに中間層53の厚さを薄くした場合、受光素子8の手前において信号光束と迷光光束が干渉を起こし、フォーカスエラー信号、トラックエラー信号、ディスク再生信号(ジッター)に対するノイズ成分になる。例えば、図19に示すようにL0層の再生信号であるジッターを観測すると、中間層53の厚さを30μmよりも薄くすると、ジッターが著しく劣化するのが分かる。
一般的にこのような現象は二層情報記録媒体におけるクロストークと呼ばれている。このため、二層情報記録媒体の中間層53を薄くした場合は、光ピックアップにおいて迷光を除去、低減する必要がある。
また、多層情報記録媒体においては、信号を再生している層以外の全ての層からの迷光が発生し、大きなクロストークが発生する。
ところが、このような構成では回折格子で分けられる光束は迷光だけでなく、信号光も回折されるので、信号成分が低下してしまう。さらに、受光面手前での信号光束と迷光光束の干渉による光量変動が除去できず、信号光の強度が揺らいでしまう。
検出光学系に配置した集光レンズとピンホールによって、迷光の影響を低減する技術が知られている(例えば、特許文献2 参照。)。しかし、この光学系では、強度分布の最も高い迷光の中心成分がピンホールを抜け、受光素子で検出されるので、完全な迷光対策にはならない。また、一般的に対物レンズはトラック方向に駆動するので、光軸ずれが発生する。この時ピンホールの位置では信号光が蹴られ、信号光強度そのものが変動してしまう。
請求項2に記載の発明では、光源と、コリメートレンズと、検出分離手段と、対物レンズと、検出光学系と、受光素子を有し、基板厚の異なる層に情報が記録され、前記光源からの光束が入射される2層以上の多層情報記録媒体(以下単に記録媒体と称す)を記録、または再生、または記録再生する光ピックアップにおいて、前記記録媒体で反射した光束を検出する前記検出光学系が、前記光束を前記受光素子に集光させるための集光手段を備え、前記記録媒体上で前記光束が集光している層であって前記光束の前記記録媒体に対する入射側を上とし、前記上から順に数えてm番目の層で反射した信号光束Lmの集光点をfm、m+1番目の層で反射した迷光光束Lm+1の集光点をfm+1、m−1番目の層で反射した迷光光束Lm−1の集光点をfm−1とするとき、前記集光点fm+1よりも前記集光手段に近い位置に、前記記録媒体のトラック方向から見た断面における前記集光手段の光軸によって前記光束を2つの領域に分岐する光束分岐手段を備え、且つ、分岐した各光束に対して、前記集光点fmと、前記集光点fm+1との間において前記光軸から一方の側に配置され、m≠最大値のときに前記迷光光束Lm+1を遮光する前方遮光手段と、前記集光点fmと前記集光点fm−1との間において前記光軸から他方の側に配置され、m≠1のときに前記迷光光束Lm−1を遮光する後方遮光手段と、を備えたことを特徴とする。
請求項4に記載の発明では、請求項3に記載の光ピックアップにおいて、前記光束分岐手段は、2個の光学くさびを、厚さの薄い方を突き合わせて上下対称的になるよう一体化した構成であることを特徴とする。
請求項6に記載の発明では、請求項5に記載の光ピックアップにおいて、前記分岐した各光束に対して備えられている遮光手段が一体化されていることを特徴とする。
請求項8に記載の発明では、請求項3に記載の光ピックアップにおいて、前記光束分岐手段は、各領域が前記断面において互いに回折方向が異なるブレーズ型回折格子であることを特徴とする。
請求項9に記載の発明では、請求項8に記載の光ピックアップにおいて、前記ブレーズ型回折格子は各領域を回折した光束が互いに交叉するように格子角度が設定されていることを特徴とする。
請求項11に記載の発明では、請求項8ないし10のいずれか1つに記載の光ピックアップにおいて、前記回折格子が無いとした場合に生ずべき集光点fmの位置に光源を配置し、該光源は前記ブレーズ型回折格子によっては回折されない方向の直線偏光を出射することを特徴とする。
請求項12に記載の発明では、請求項8ないし11のいずれか1つに記載の光ピックアップにおいて、前記回折格子と前記遮光手段とが一体化されていることを特徴とする。
請求項13に記載の発明では、請求項8ないし11のいずれか1つに記載の光ピックアップにおいて、前記回折格子と、前記遮光手段と、前記光源と、前記受光素子とが光学ユニットとして一体化されていることを特徴とする。
請求項14に記載の発明では、請求項1に記載の光ピックアップにおいて、前記受光素子の前に第2集光レンズを設け、前記受光素子の少なくとも一部をトラック方向に平行な線で分割した2分割受光素子としたことを特徴とする。
請求項15に記載の発明では、請求項1に記載の光ピックアップにおいて、前記受光素子の少なくとも一部をトラック方向に直交する線で分割した2分割受光素子としたことを特徴とする。
請求項16に記載の発明では、請求項2ないし13のいずれか1つに記載の光ピックアップにおいて、前記光束分岐手段で分岐した一方の光束に対しては前記受光素子の前に第2集光レンズを設け、集光した信号光束をトラック方向に平行な線で分割した2分割受光素子で検出することを特徴とする。
請求項17に記載の発明では、請求項2ないし13のいずれか1つに記載の光ピックアップにおいて、前記光束分岐手段で分岐した光束を検出する前記受光素子はトラック方向に平行な線で少なくとも2分割されていることを特徴とする。
請求項18に記載の発明では、請求項2ないし13のいずれか1つに記載の光ピックアップにおいて、前記光束分岐手段で分岐した一方の光束に対しては前記受光素子の前に第2集光レンズを設け、集光した信号光束をトラック方向に平行な線で分割した2分割受光素子で検出し、他方の光束を検出する受光素子はトラック方向に平行な線で少なくとも2分割されていることを特徴とする。
請求項19に記載の発明では、請求項1ないし18のいずれか1つに記載の光ピックアップを備えた光記録装置を特徴とする。
請求項20に記載の発明では、請求項1ないし18のいずれか1つに記載の光ピックアップを備えた光再生装置を特徴とする。
請求項21に記載の発明では、請求項1ないし18のいずれか1つに記載の光ピックアップを備えた光記録再生装置を特徴とする。
光束分岐手段を用いることで、信号光束を無駄にすることなく迷光光束を分離することが可能になる。
光束分岐手段を用いることで、遮光手段の個数を減らし、光学系を簡易にすることが可能になる。
光束分岐手段に回折格子を用いることで、光学系をさらに小型化することができる。
遮光手段を一体化することによって、さらなる光学系の構成が簡易化を実現できる。
回折格子と遮光手段を一体化することで、部品点数を減らし、組み付けを簡易化することができる。
光源と回折格子と遮光手段と受光素子を一体化することで、光ピックアップを小型化することができる。
信号光束と迷光光束を完全分離すると同時に、フォーカスエラー検出光学系を一体化することが可能になる。
信号光束と迷光光束を完全分離すると同時に、トラックエラー検出光学系を一体化することが可能になる。
対物レンズがトラック方向にシフトし、光軸ずれが発生しても、信号光束を変化させずに検出することが可能になる。
本発明の光ピックアップを用いることで、良好な再生信号を取得するので、エラー率の少ない再生情報を得ることができる。
同図において符号11は前側遮光手段、12は後側遮光手段をそれぞれ示す。
同図は、多層情報記録媒体(以下単に記録媒体と称す)で反射した信号光束と迷光光束を分離検出するための検出光学系で、記録媒体のトラック方向から見た断面図である。
mを記録媒体5の記録もしくは再生しようとする層の上(光束の記録媒体5に対する入射側;以下同じ)から数えた層番号とすると、mは記録媒体5の層数を最大値とする整数となり、nを任意の整数(ただし、n≧1、m>n)として、記録媒体上のスポットが集光している層で反射した信号光束Lmと、スポットが集光していない層で反射した迷光光束Lm±nは、反射面の位置の違いにより集光レンズ6に入射する光束の倍率が異なる。この為、集光レンズ6を透過した各光束は、集光点fm、集光点fm±nで差が生じる。繁雑さを避けるため、同図ではn=1の場合のみを示している。なお、m=1の時はマイナス側の迷光は存在しない。逆にmが最大値の時はプラス側の迷光は存在しない。
対物レンズ4から見てスポットが集光している層の奥側(対物レンズ4と反対側)の層で反射した迷光光束Lm+nは、信号光束の集光点fmよりも集光レンズ6側に集光点fm+nを形成する。集光点fmに最も近いのはfm+1である。一方、対物レンズ4から見てスポットが集光している層よりの手前側(対物レンズ4側)の層で反射した迷光光束Lm−nは、信号光束の集光点fmよりも受光素子8側に集光点fm−nを形成する。集光点fmに最も近いのはfm−1である。
光束進行方向の中心線C(集光レンズの光軸)から上側半分の領域を領域A(白抜きの矢印で表示)、下側半分の領域を領域B(黒い矢印で表示)とする。本発明において、集光点fm+1と集光点fmの間には、領域Aを遮光する前方遮光手段11を設置する。また、集光点fmと集光点fm−1の間には、領域Bを遮光する後方遮光手段12を設置する。
集光レンズ6の領域Bを透過した光束は、迷光光束Lm−nは後方遮光手段12により遮光される。迷光光束Lm+nは前方遮光手段11の手前で集光するので、その位置が領域Aに反転し前方遮光手段11で遮光される。信号光束Lmは前方遮光手段11と後方遮光手段12の間で焦点を結び、ビームの位置が領域Aに反転する。この為、信号光束Lmのみが前方遮光手段11と後方遮光手段12を抜けて、受光素子8で検出される。
上記説明では前方遮光手段11を領域A側に置いたが、逆にこれを領域B側に置き、後方遮光手段12を領域Aに置けば、集光レンズ6の領域Aを透過した信号光束Lmが受光素子8で検出される。
二層情報記録媒体の対物レンズに近い層をL0層、対物レンズから遠い層をL1層とする。スポットがL0層に集光している場合、情報記録媒体で反射した光束はL0層の信号光束LmとL1層の迷光光束Lm+1がある。信号光束Lmは前方遮光手段と後方遮光手段の間で集光するので、受光素子へと抜けることができる。ところが、迷光光束Lm+1は後方遮光手段と前遮光手段により遮光され、受光素子へと抜けることができない。これにより、良好な信号を得ることが可能である。
スポットがL1層に集光している場合、情報記録媒体で反射した光束はL1層の信号光束LmとL0層の迷光光束Lm−1がある。信号光束Lmは前方遮光手段と後方遮光手段の間で集光するので、受光素子へと抜けることができる。ところが、迷光光束Lm−1は前方遮光手段と後方遮光手段により遮光され、受光素子へと抜けることができない。これにより、良好な信号を得ることが可能である。
以上の説明にあるとおり、二層情報記録媒体においても本発明の構成により、迷光を除去することが可能である。以下の請求項の説明において、多層情報記録媒体と表現し説明を行うが、上記説明にあるとおり、全ての請求項は二層情報記録媒体においてもその効果を発揮するものである。
なお、本発明の図ではすべて、後方遮光手段を受光素子と独立した状態で表示するが、この両者は一体化することができる。あるいは、受光素子自体を遮光すべき領域に感度を持たない状態にする、例えば後方遮光手段を配置すべき領域とは反対側の領域のみに受光域を配置する、ことでも同じ効果が得られる。
同図において符号13は光束分岐手段を示す。
同図は多層情報記録媒体で反射した信号光束と迷光光束を効率よく分離検出するための検出光学系である。
本実施形態では、集光レンズ6と前方遮光手段11の間に、光束を領域A、領域Bで2分割する光束分岐手段13を設けている。光束分岐手段13は反射系なので、上方へ反射する光束に関しては同図において上方は折り曲げられた中心線Cより右側に領域Aが生じ、下方へ反射する光束に関しては同図において中心線Cより左側に領域Aが生ずる。いずれも白抜きの矢印で示してある。以後の図においても同様の表示をする。なお、光束分岐手段13より下方の光学系に関しては符号に’を付けて区別する。
このような構成にすると、中心線Cより上側の領域Aに関して、先に図1において説明したように、前方遮光手段11と後方遮光手段12を配置する領域を入れ替えた状態と実質的に同じ構成が得られる。
集光レンズ6で領域Aを透過した光束は光束分岐手段13で反射し、受光素子8に向かう。集光点fm+1と集光点fmの間には、領域Bを遮光する前方遮光手段11を設置する。また、集光点fmと集光点fm−1の間には、領域Aを遮光する後方遮光手段12を設置する。迷光光束Lm+nは前方遮光手段11の手前で集光するので、その位置が領域Bに反転し前方遮光手段11で遮光される。迷光光束Lm−nは後方遮光手段12により遮光される。信号光束Lmは前方遮光手段11と後方遮光手段12の間で焦点を結び、ビームの位置が領域Bに反転する。この為、信号光束Lmのみが前方遮光手段11と後方遮光手段12を抜けて、受光素子8で検出される。
以上説明したように、集光レンズ6で領域Aを透過した信号光束は受光素子8で検出され、集光レンズ6で領域Bを透過した信号光束は受光素子8’で検出されるので、信号光束を無駄にすることなく検出することが可能になる。
本実施形態の光束分岐手段13は直角プリズムの外側2面を利用したような図になっているが、2枚の単なる平面反射鏡の組み合わせでも良いし、2面の反射鏡の交叉角も直角である必要はない。要は、2面の反射鏡の交叉位置が中心線C上に一致しており、遮光板等の機構部品が他の部品と当たらないようになっていればよい。
同図において符号14は遮光手段をそれぞれ示す。
本実施形態は、多層情報記録媒体で反射した信号光束と迷光光束を効率よく、さらに簡易な構成で分離検出するための検出光学系である。
本実施形態では光束分岐手段13の位置を、集光レンズ6からさらに離して、集光点fm+1と集光点fmの間になるような位置に置く。
このようにすると、同図において光束分岐手段13より上方へ反射する光束は、迷光光束のLm+1とLm−1がともに領域Aに存在し、光束Lmは集光点fmを過ぎたところから領域Bに存在するようになる。したがって、集光レンズ6から見て集光点fmより遠い側に領域Aを遮光する遮光手段14を置けば受光素子8には信号光束Lmのみが到達することになる。
光束分岐手段13より下方についても同様な考え方で遮光手段14’を領域Bに置けば、受光素子8’は信号光束Lmのみを受光することができる。
本実施形態における遮光手段14は図1、図2に示した後方遮光手段と類似の機能を有している。したがって、この遮光手段14を受光素子8と一体化することが可能である。遮光手段14’と受光素子8’の関係も同様である。
同図において符号15は光束分岐手段を示す。
本実施形態は、多層情報記録媒体で反射した信号光束と迷光光束を効率よく、さらに簡易な構成で分離検出するための検出光学系である。
本発明では、集光点fm+1と集光点fmの間に、光束を領域A、領域Bで2分割する光束分岐手段15を設けている。光束分岐手段15は2個の光学くさびを、厚さの薄い方を突き合わせて上下対称的になるよう一体化した構成になっている。なお、光束分岐手段以降における中心線Cより下の光学系に関しては符号に’を付けて区別する。
集光レンズ6で領域Aを透過した光束は、光束分岐手段15の手前で集光しない場合、光束分岐手段15で屈折し受光素子8に向かう。集光点fmと集光点fm−1の間には、領域Aを遮光する遮光手段14を設置する。
集光レンズ6で領域Bを透過した光束は、光束分岐手段15の手前で集光しない場合、光束分岐手段15で屈折し受光素子8’に向かう。集光点fmと集光点fm−1の間には、領域Bを遮光する遮光手段14’を設置する。
集光レンズ6で領域Aを透過した迷光光束Lm+nは光束分岐手段の手前で集光するので、その位置が領域Bに反転し遮光手段14’で遮光される。迷光光束Lm−nは遮光手段14により遮光される。信号光束Lmは光束分岐手段15と遮光手段14の間で焦点を結び、ビームの位置が領域Bに反転する。この為、信号光束Lmのみが遮光手段14を抜けて、受光素子8で検出される。
以上説明したように、集光レンズ6で領域Aを透過した信号光束Lmは受光素子8で検出され、集光レンズ6で領域Bを透過した信号光束Lmは受光素子8’で検出されるので、信号光束Lmを無駄にすることなく検出することが可能になる。さらに、迷光光束Lm±nは、2枚の遮光手段14、14’によって全て除去されるので、光学系の構成が簡易になる。
本実施形態に用いた光束分岐手段15の配置位置を、集光点fm+1よりも集光レンズ6に近い側にすることもできる。この構成は原理的に図2に示した実施形態と同様であり、分岐された各光束に関して前方遮光手段と後方遮光手段が必要になる。その場合、2つの光束に対応する後方遮光手段は、互いに近接位置になるので一体化することもできる。
同図において符号16は光束分岐手段としての回折格子を示す。
本実施形態は、多層情報記録媒体で反射した信号光束と迷光光束を効率よく、さらに簡易な構成で分離検出するための検出光学系であり、図4に示した光ピックアップにおける光束分岐手段15の代わりにブレーズ型回折格子からなる光束分岐手段16を用いるものである。
ブレーズ型回折格子は、周知の通り、回折のブラッグ条件を利用して任意の次数の回折効率を高めた回折格子である。本説明では+1次光、もしくは−1次光を最も高めたブレーズ型回折格子として説明するが、この時の回折次数は任意の値を取ることが可能で、+1次光もしくは−1次光に限定されるものではない。さらに、ここで用いられるブレーズ型回折格子の格子形状は、単純な斜め定周期のものではなく、入射収束光に対してブラッグ条件を全て満たした任意周期のものを用いるのが望ましい。
本発明で用いるブレーズ型回折格子は、領域Aの光束に対しては+1次光の強度が強い回折光が生じ、領域Bの光束に対しては−1次光の強度が強い回折光が生じる、各領域で回折方向の異なるブレーズ型回折格子になっている。
本実施形態では、集光点fm+1と集光点fmの間に、光束を2分割するブレーズ型回折格子を設けている。また、光束分岐手段以降における中心線Cより下の光学系に関しては符号に’を付けて区別する。
集光レンズ6で領域Bを透過した光束は、光束分岐手段16の手前で集光しない場合、ブレーズ型回折格子で回折し受光素子8’に向かう。集光点fmと集光点fm−1の間には、領域Bを遮光する遮光手段14’を設置する。
集光レンズ6で領域Aを透過した迷光光束Lm+nは光束分岐手段16の手前で集光するので、その位置が領域Bに反転し遮光手段14’で遮光される。迷光光束Lm−nは遮光手段14により遮光される。信号光束Lmは光束分岐手段16と遮光手段14の間で焦点を結び、ビームの位置が領域Bに反転する。この為、信号光束Lmのみが遮光手段14を抜けて、受光素子8aで検出される。
集光レンズ6で領域Bを透過した迷光光束Lm+nは光束分岐手段16の手前で集光するので、その位置が領域Aに反転し遮光手段14で遮光される。迷光光束Lm−nは遮光手段14’により遮光される。信号光束Lmは光束分岐手段16と遮光手段14’の間で焦点を結び、ビームの位置が領域Aに反転する。この為、信号光束Lmのみが遮光手段14’を抜けて、受光素子8’で検出される。
以上説明したように、集光レンズ6で領域Aを透過した信号光束Lmは受光素子8で検出され、集光レンズ6で領域Bを透過した信号光束Lmは受光素子8’で検出されるので、信号光束Lmを無駄にすることなく検出することが可能になる。さらに、迷光光束Lm±nは、2枚の遮光手段14、14’によって全て除去されるので、光学系の構成が簡易になる。また、ブレーズ型回折格子は平板状に構成することができるので、光学系を小型化することが可能になる。
光束分岐手段16を集光点fm+1よりも集光レンズ6側に近づけて配置すれば、図4において説明したのと同様に、前方遮光手段と後方遮光手段が必要になる。
同図において符号17は光束分岐手段としての回折格子、18は遮光手段をそれぞれ示す。
本実施形態は、多層情報記録媒体で反射した信号光束と迷光光束を効率よく、さらに簡易な構成で分離検出するための検出光学系である。
本実施形態で用いる光束分岐手段17は、図5と類似でブレーズ型回折格子を組み合わせて用いる。すなわち、光束分岐手段17は、領域Aの光束に対しては−1次光の強度が強い回折光が生じ、領域Bの光束に対しては+1次光の強度が強い回折光が生じる、各領域で回折方向の異なるブレーズ型回折格子になっている。この為、ブレーズ型回折格子の各領域で回折した各信号光束は遮光手段の手前で一度交わる。
本実施形態では、集光点fm+1と集光点fmの間に、光束を2分割する光束分岐手段17を設けている。
集光レンズ6で領域Aを透過した光束は、光束分岐手段17の手前で集光しない場合、ブレーズ型回折格子で回折し受光素子8’に向かう。集光点fmと集光点fm−1の間には、遮光手段18を設置し、その下端部18bが領域Aを遮光する。
集光レンズ6で領域Bを透過した光束は、光束分岐手段17の手前で集光しない場合、ブレーズ型回折格子で回折し受光素子8に向かう。集光点fmと集光点fm−1の間には、設置された遮光手段18の上端部18aが領域Bを遮光する。
集光レンズ6で領域Aを透過した迷光光束Lm+nは光束分岐手段17の手前で集光するので、その位置が領域Bに反転し遮光手段18で遮光される。迷光光束Lm−nは遮光手段18により遮光される。信号光束Lmは光束分岐手段17と遮光手段Aの間で焦点を結び、ビームの位置が領域Bに反転する。この為、信号光束Lmのみが遮光手段18を抜けて、受光素子8’で検出される。
集光レンズ6で領域Bを透過した迷光光束Lm+nは光束分岐手段17の手前で集光するので、その位置が領域Aに反転し遮光手段18で遮光される。迷光光束Lm−nも遮光手段18により遮光される。信号光束Lmは光束分岐手段17と遮光手段18の間で焦点を結び、ビームの位置が領域Aに反転する。この為、信号光束Lmのみが遮光手段18を抜けて、受光素子8で検出される。
以上説明したように、集光レンズ6で領域Aを透過した信号光束Lmは受光素子8’で検出され、集光レンズ6で領域Bを透過した信号光束Lmは受光素子8で検出されるので、信号光束Lmを無駄にすることなく検出することが可能になる。さらに、迷光光束Lm±nは、遮光手段18によって全て除去されるので、光学系の構成が簡易になる。また、ブレーズ型回折格子は平板状に構成することができるので,光学系を小型化することが可能になる。
なお、自明のことなので図示は省略するが、図4において光束分岐手段14として、2個の光学くさびを、厚さの厚い方を突き合わせて上下対称的になるよう一体化した構成にする場合、光束の曲げられる方向が同図とは逆になるので、結果として本実施形態と同様の光路が形成される。したがって、本実施形態の遮光手段18と同様、遮光手段も1枚で構成することが可能になる。
図7において符号19、20は光束分岐遮光手段をそれぞれ示す。
本実施形態は多層情報記録媒体で反射した信号光束と迷光光束を効率よく、さらに簡易な構成で分離検出するための検出光学系において、光学系をさらに簡易化したものである。
本実施形態において、光束分岐手段に回折格子を用いたことで回折格子と遮光手段を一体に積層し、光束分岐遮光手段19、20として一部品化することが可能になる。
本実施形態は、多層情報記録媒体で反射した信号光束と迷光光束を効率よく、さらに簡易な構成で分離検出するための検出光学系において、光源を適所に配置することでピックアップをさらに小型化したものである。
本実施形態は図5に示した実施形態に適用した構成を示す。図8において、光源1は各遮光手段14、14’の間に配置される。また、光束分岐手段16は、光源1を出射した偏光方向の光束は回折せずに透過し、光源1を出射した偏光方向に対して直交した偏光方向の光束は回折するブレーズ型偏光回折格子を用いている。
光源1を出射した光束は、回折格子から作用を受けず集光レンズ6に向かう(この先は図示省略)。集光レンズ6によって平行光束になった光束はλ/4波長板によって円偏光に変換され、対物レンズ4で集光され、情報記録媒体5に集光される。情報記録媒体5で反射した信号光束は、対物レンズ4で再び平行光束になり、再度λ/4波長板を通ることによって光源を出射した偏光方向に対して直交した偏光方向の直線偏光になり、集光レンズ6を透過し、光束分岐手段16の回折格子で分岐回折され受光素子8、8’で検出される。
すでに説明したとおり、多層情報記録媒体5における迷光光束は、遮光手段によって遮光され、良好な信号光束のみが受光素子8、8’で検出される。
上記光源1と、回折格子16と、遮光手段14と、受光素子8、8’は、一体化して光学ユニットとすることも可能である。このような構成にすることで、本発明の光ピックアップの光学系はより小型化することが可能になる。
同図において符号21は第2集光レンズ、22は分割受光素子、Sは受光素子からの出力信号をそれぞれ示す。
本実施形態は、多層情報記録媒体で反射した信号光束と迷光光束を分離検出するための検出光学系において、同時にフォーカスエラー信号を取得する為の構成を示している。
本実施形態では、後方遮光手段12と分割受光素子22の間に第2集光レンズ21を設け、信号光束Lmが集光する場所において信号光束Lmを分割受光素子22で検出する。
本構成におけるフォーカスエラー信号の取得原理を説明する。
対物レンズ4を出射した光束が情報記録媒体5に集光した場合、情報記録媒体5を反射した信号光束Lmは、分割受光素子22の単体素子22aと22b間に集光され、単体素子のそれぞれの出力SaとSbの差分Sa−Sbは0になる。一方、対物レンズ4が情報記録媒体5に対して遠ざかった場合、第2集光レンズ21で集光した光束は、分割受光素子22の手前で一度集光され、半円形に広がったビームが22bに入射される(第2レンズ以降に点線で表示)。すなわちSa−Sb<0になる。逆に、対物レンズが情報記録媒体に対して近づいた場合、第2集光レンズ21で集光した光束は、分割受光素子22の後方で集光されるので、集光される前の半円形に広がったビームが22aに入射される(第2レンズ以降に破線で表示)。すなわちSa−Sb>0になる。したがって、Sa−Sbを演算することで対物レンズが情報記録媒体に対してどこにフォーカスされているかの信号(=フォーカスエラー信号)が得られる。
この時、信号光束は、Sa+Sbで得られる。
本説明では、図1の光学系に対してフォーカスエラー信号を検出する構成を示したが、本構成は図2ないし7のいずれの光学系に対しても適用することが可能である。
本実施形態においては、後方遮光手段12と受光素子22の間に第2集光レンズ21が配置されているため、後方遮光手段12と受光素子を一体化することはできない。その代わり、後方遮光手段12と第2集光レンズ21と一体化することができる。第2集光レンズは少なくとの光束の入射側において、光軸から片側だけレンズ機能を有していればよい。光軸から反対側は光束がと占いようにしてあればどんな形状でも構わない。
同図において符号24はビームスポット、25は分割腺、26は分岐線をそれぞれ示す。
本実施形態は、多層情報記録媒体で反射した信号光束と迷光光束を分離検出するための検出光学系において、対物レンズがトラック方向にシフトした時にも、信号光束の絶対量が変わらない構成を示すものである
情報記録媒体5で反射した光束は、情報記録媒体5の溝で回折され、同図(b)に示す野球のボールのようなパターン(トラックパターン)を形成する。曲線で分割されたパターンのうち中央部のパターンはトラック部分からの反射光、両側のパターンはトラックの両脇の段差部分との関係で発生する回折光であり、通常は中央部のパターンより光量が大きい。以後の説明では両側のパターンの方が中央部のパターンより光量が大きいものとして説明を行う。
本発明では、前方遮光手段11と後方遮光手段12の光束を遮光する分割線25、または光束分岐手段の光束を分岐する分岐線26を、信号光束のトラック方向に向けている。。同図(c)に示すように、トラック方向の光軸ずれが発生したとき、光束は光学系に対して分割線25、あるいは分岐線26の方向に移動する。この為、対物レンズ4がトラック方向にシフトし、信号光束に光軸ずれが発生しても、分割線25や分岐線26の上下の光束の配分が変化しないので、受光素子22に抜ける信号光束の光量を変えることなく、信号検出することが可能になる。
多層情報記録媒体で反射した信号光束と迷光光束を分離検出するための検出光学系において、同時にトラックエラー信号を取得することができる。
本発明では、信号光束Lmを分割受光素子22(22c、22d)で検出する。この分割受光素子22は、前記した分割線25や分岐線26に直交する方向の分割線により、データ記録方向yに沿って少なくとも2分割されている。
本構成におけるトラックエラー信号の取得原理を説明する。
本構成の遮光手段を抜けた信号光束は半円状の発散ビームになり、分割受光素子で検出される。
情報記録媒体上で、溝の中心にスポットがある場合、トラックパターンは左右対称になるので、分割受光素子からの出力ScとSdの差分Sc−Sdは0になる。情報記録媒体が偏芯などにより、溝がスポットに対してずれた場合、図10(c)に示すように、トラックパターンが左右非対称になるので、Sc−Sdは>0、または<0に変化する。従って、Sc−Sdを演算することでスポットが情報記録媒体に対してどこにトラッキングされているかの信号(=トラックエラー信号)が得られる。
この時、信号光束は、Sc+Sdで得られる。
多層情報記録媒体で反射した信号光束と迷光光束を分離検出するための検出光学系において、フォーカスエラー信号とトラックエラー信号を同時に取得することができる。
本発明では、集光レンズ6と前方遮光手段の間に、光束を領域A、領域Bで2分割する光束分岐手段13を設けている。この部分に関しては図2に示した構成と同様である。また、集光レンズ6で領域Aを透過した信号光束に対しては、後方遮光手段12と受光素子の間に第2集光レンズ21を設け、信号光束Lmが集光する場所において信号光束Lmを分割受光素子23(23a、23b)で検出する。また、集光レンズ6で領域Bを透過した信号光束に対しては、信号光束Lmを、データ記録方向yに沿って少なくとも2分割された分割受光素子23’(23’c、23’d)で検出する。
このような構成によって、
フォーカスエラー信号はSa−Sb
トラックエラー信号はSc−Sd
再生信号はSa+Sb+Sc+Sd
を取得することで、各信号を迷光光束の影響なく取得することができる。
本発明によって構成した記録再生装置20を用いて、情報記録媒体15にデータを記録する場合の処理動作について、図16を参照しながら簡単に説明する。CPU40は、ホストから記録要求を受信すると、記録速度に基づいてスピンドルモータ22の回転を制御するための制御信号をモータドライバ27に出力するとともに、ホストから記録要求を受信した旨を再生信号処理回路28に通知する。情報記録媒体15の回転が所定の線速度に達すると、再生信号処理回路28では、光ピックアップ装置23からの迷光光束の影響の無い出力信号に基づいて正確にアドレス情報を取得し、CPU40に通知する。さらに、再生信号処理回路28では、本発明の光ピックアップ装置23からの迷光光束の影響の無い出力信号に基づいて、トラックエラー信号及びフォーカスエラー信号を検出し、サーボコントローラ33に出力する。サーボコントローラ33では、再生信号処理回路28からのトラックエラー信号及びフォーカスエラー信号に基づいて、正確に、モータドライバ27を介して光ピックアップ装置23のトラッキングアクチュエータ及びフォーカシングアクチュエータを駆動する。すなわち、トラックずれ及びフォーカスずれを精度よく補正する。CPU40は、ホストからのデータをバッファマネージャ37を介してバッファRAM34に蓄積する。バッファRAM34に蓄積されたデータ量が所定の値を超えると、バッファマネージャ37は、CPU40に通知する。CPU40は、バッファマネージャ37からの通知を受け取ると、エンコーダ25に書き込みデータの作成を指示するとともに、再生信号処理回路28からのアドレス情報に基づいて、所定の書き込み開始地点に光ピックアップ23が位置するように光ピックアップ23のシーク動作を指示する信号をモータドライバ27に出力する。CPU40は、再生信号処理回路28からのアドレス情報に基づいて、光ピックアップ装置23の位置が書き込み開始地点であると判断すると、エンコーダ25に通知する。そして、エンコーダ25では、レーザコントロール回路24及び光ピックアップ装置23を介して、書き込みデータを情報記録媒体15に記録する。
以上の説明から明らかなように、本実施形態に係る該記録再生装置では、再生信号処理回路28とCPU40及び該CPU40によって実行されるプログラムとによって、多層情報記録媒体に対して記録、再生動作が実現されている。しかしながら、本発明がこれに限定されるものではないことは勿論である。すなわち、上記実施形態は一例に過ぎず、上記のCPU40によるプログラムに従う処理によって実現した構成各部の少なくとも一部をハードウェアによって構成することとしても良いし、あるいは全ての構成部分をハードウェアによって構成することとしても良い。
同図において符号24、25は光束分岐遮光手段をそれぞれ示す。
本実施形態は原理的には図7に示した実施形態と実質同じであるので詳細な説明は省略する。ただし、同図(a)において光束分離遮光手段24のプリズム24aの厚みが大きくなるが、例えば2点鎖線で示したように、有効光束より外側の部分を切り落としても一向に差し支えない。
なお、光束は光束分岐遮光手段を透過後も屈折するが図では簡略表示した。
3 検出分離手段
4 対物レンズ
5 多層情報記録媒体
6 検出レンズ
8 受光素子
11 前方遮光手段
12 後方遮光手段
13、15、16、17 光束分岐手段
14、18 遮光手段
19、20 光束分岐遮光手段
21 第2集光レンズ
22、23 2分割素子
24、25 光束分岐遮光手段
Claims (21)
- 光源と、コリメートレンズと、検出分離手段と、対物レンズと、検出光学系と、受光素子とを有し、基板厚の異なる層に情報が記録され、前記光源からの光束が入射される2層以上の多層情報記録媒体(以下単に記録媒体と称す)を記録、または再生、または記録再生する光ピックアップにおいて、
前記記録媒体で反射した光束を検出する前記検出光学系が、前記光束を前記受光素子に集光させるための集光手段を備え、前記記録媒体上で前記光束が集光している層であって前記光束の前記記録媒体に対する入射側を上とし、前記上から順に数えてm番目の層で反射した信号光束Lmの集光点をfm、m+1番目の層で反射した迷光光束Lm+1の集光点をfm+1、m−1番目の層で反射した迷光光束Lm−1の集光点をfm−1とするとき、前記集光点fmと、前記集光点fm+1との間に配置され、m≠最大値のときに前記記録媒体のトラック方向から見た断面における前記集光手段の光軸から一方の側を遮光する前方遮光手段と、前記集光点fmと前記集光点fm−1との間に配置され、m≠1のときに前記光軸から他方の側を遮光する後方遮光手段と、を備えたことを特徴とする光ピックアップ。 - 光源と、コリメートレンズと、検出分離手段と、対物レンズと、検出光学系と、受光素子を有し、基板厚の異なる層に情報が記録され、前記光源からの光束が入射される2層以上の多層情報記録媒体(以下単に記録媒体と称す)を記録、または再生、または記録再生する光ピックアップにおいて、
前記記録媒体で反射した光束を検出する前記検出光学系が、前記光束を前記受光素子に集光させるための集光手段を備え、前記記録媒体上で前記光束が集光している層であって前記光束の前記記録媒体に対する入射側を上とし、前記上から順に数えてm番目の層で反射した信号光束Lmの集光点をfm、m+1番目の層で反射した迷光光束Lm+1の集光点をfm+1、m−1番目の層で反射した迷光光束Lm−1の集光点をfm−1とするとき、前記集光点fm+1よりも前記集光手段に近い位置に、前記記録媒体のトラック方向から見た断面における前記集光手段の光軸によって前記光束を2つの領域に分岐する光束分岐手段を備え、且つ、分岐した各光束に対して、前記集光点fmと、前記集光点fm+1との間において前記光軸から一方の側に配置され、m≠最大値のときに前記迷光光束Lm+1を遮光する前方遮光手段と、前記集光点fmと前記集光点fm−1との間において前記光軸から他方の側に配置され、m≠1のときに前記迷光光束Lm−1を遮光する後方遮光手段と、を備えたことを特徴とする光ピックアップ。 - 光源と、コリメートレンズと、検出分離手段と、対物レンズと、検出光学系と、受光素子を有し、基板厚の異なる層に情報が記録され、前記光源からの光束が入射される2層以上の多層情報記録媒体(以下単に記録媒体と称す)を記録、または再生、または記録再生する光ピックアップにおいて、
前記記録媒体で反射した光束を検出する前記検出光学系が、前記光束を前記受光素子に集光させるための集光手段を備え、前記記録媒体上で前記光束が集光している層であって前記光束の前記記録媒体に対する入射側を上とし、前記上から順に数えてm番目の層で反射した信号光束Lmの集光点をfm、m+1番目の層で反射した迷光光束Lm+1の集光点をfm+1、m−1番目の層で反射した迷光光束Lm−1の集光点をfm−1とするとき、前記集光点fmと前記集光点fm+1との間に、前記光束を前記記録媒体のトラック方向から見た断面における前記集光手段の光軸によって2つの領域に分岐する光束分岐手段を備え、且つ、分岐した各光束に対して、前記集光点fmと、前記集光点fm−1との間において前記光軸から一方の側に配置され、m≠最大値のときに前記迷光光束Lm+1を遮光し、m≠1のときに前記迷光光束Lm−1を遮光する遮光手段を備えたことを特徴とする光ピックアップ。 - 請求項3に記載の光ピックアップにおいて、
前記光束分岐手段は、2個の光学くさびを、厚さの薄い方を突き合わせて上下対称的になるよう一体化した構成であることを特徴とする光ピックアップ。 - 請求項3に記載の光ピックアップにおいて、
前記光束分岐手段は、2個の光学くさびを、厚さの厚い方を突き合わせて上下対称的になるよう一体化した構成であることを特徴とする光ピックアップ。 - 請求項5に記載の光ピックアップにおいて、
前記分岐した各光束に対して備えられている遮光手段が一体化されていることを特徴とする光ピックアップ。 - 請求項4ないし6のいずれか1つに記載の光ピックアップにおいて、
前記光学くさびと前記遮光手段とが一体化されていることを特徴とする光ピックアップ。 - 請求項3に記載の光ピックアップにおいて、
前記光束分岐手段は、各領域が前記断面において互いに回折方向が異なるブレーズ型回折格子であることを特徴とする光ピックアップ。 - 請求項8に記載の光ピックアップにおいて、
前記ブレーズ型回折格子は各領域を回折した光束が互いに交叉するように格子角度が設定されていることを特徴とする光ピックアップ。 - 請求項9に記載の光ピックアップにおいて、
前記分岐した各光束に対して備えられている遮光手段が一体化されていることを特徴とする光ピックアップ。 - 請求項8ないし10のいずれか1つに記載の光ピックアップにおいて、
前記回折格子が無いとした場合に生ずべき集光点fmの位置に光源を配置し、該光源は前記ブレーズ型回折格子によっては回折されない方向の直線偏光を出射することを特徴とする光ピックアップ。 - 請求項8ないし11のいずれか1つに記載の光ピックアップにおいて、
前記回折格子と前記遮光手段とが一体化されていることを特徴とする光ピックアップ。 - 請求項8ないし11のいずれか1つに記載の光ピックアップにおいて、
前記回折格子と、前記遮光手段と、前記光源と、前記受光素子とが光学ユニットとして一体化されていることを特徴とする光ピックアップ。 - 請求項1に記載の光ピックアップにおいて、
前記受光素子の前に第2集光レンズを設け、前記受光素子の少なくとも一部をトラック方向に平行な線で分割した2分割受光素子としたことを特徴とする光ピックアップ。 - 請求項1に記載の光ピックアップにおいて、
前記受光素子の少なくとも一部をトラック方向に直交する線で分割した2分割受光素子としたことを特徴とする光ピックアップ。 - 請求項2ないし13のいずれか1つに記載の光ピックアップにおいて、
前記光束分岐手段で分岐した一方の光束に対しては前記受光素子の前に第2集光レンズを設け、集光した信号光束をトラック方向に平行な線で分割した2分割受光素子で検出することを特徴とする光ピックアップ。 - 請求項2ないし13のいずれか1つに記載の光ピックアップにおいて、
前記光束分岐手段で分岐した光束を検出する前記受光素子はトラック方向に平行な線で少なくとも2分割されていることを特徴とする光ピックアップ。 - 請求項2ないし13のいずれか1つに記載の光ピックアップにおいて、
前記光束分岐手段で分岐した一方の光束に対しては前記受光素子の前に第2集光レンズを設け、集光した信号光束をトラック方向に平行な線で分割した2分割受光素子で検出し、他方の光束を検出する受光素子はトラック方向に平行な線で少なくとも2分割されていることを特徴とする光ピックアップ。 - 請求項1ないし18のいずれか1つに記載の光ピックアップを備えたことを特徴とする光記録装置。
- 請求項1ないし18のいずれか1つに記載の光ピックアップを備えたことを特徴とする光再生装置。
- 請求項1ないし18のいずれか1つに記載の光ピックアップを備えたことを特徴とする光記録再生装置。
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