JPH0636252B2 - 光ピツクアツプ - Google Patents

光ピツクアツプ

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JPH0636252B2
JPH0636252B2 JP61300027A JP30002786A JPH0636252B2 JP H0636252 B2 JPH0636252 B2 JP H0636252B2 JP 61300027 A JP61300027 A JP 61300027A JP 30002786 A JP30002786 A JP 30002786A JP H0636252 B2 JPH0636252 B2 JP H0636252B2
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文雄 山岸
弘之 池田
雄史 稲垣
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Description

【発明の詳細な説明】 〔概要〕 本発明は、光ピックアップにおいて、コヒーレント光源
からの発散光を第1のグレーティングレンズで軸対称に
交差させ、第2のグレーティングレンズで光ディスク媒
体上の1点に集束させると共に、そこから得られる信号
光を第2のグレーティングレンズを介した後に分離し、
第1、第2のグレーティングレンズと同軸のリング状の
鏡面で反射させ、第1のグレーティングレンズの外側に
設けられた第3のグレーティングレンズで集束して光検
知器へ導くようにしたことにより、上記発散光の波長変
化(特に、半導体レーザの波長変化)に確実に対応でき
る軽量、小型および低価格な光ピックアップを実現した
ものである。
〔産業上の利用分野〕
本発明は、光ディスク媒体への記録、再生等を行うため
の光ピックアップに係り、特にその光学系を複数のグレ
ーティングレンズ等で構成した光ピックアップに関す
る。
昨今、光ピックアップにおいては、(i)装置の小型
化、(ii)アクセス時間の短縮化、(iii)低価格化等
を実現するために、従来の光学素子と比較して薄型、軽
量、小型であって、かつ量産性に富むグレーティングレ
ンズの使用が検討されている。
〔従来の技術〕
従来、上記の要望を実現するために提案された光ピック
アップとしては、複数のオフアクセス型グレーティング
レンズをその光軸を互いにずらして配置し、光源として
半導体レーザを用いて光学系を構成したものがある(特
開昭59-1601066)。
〔発明が解決しようとする問題点〕
一般のグレーティングレンズは、上述した長所を有する
反面、その種類(体積型ホログラムレンズ、表面レリー
フ型グレーティングレンズ、ブレーズ化グレーティング
レンズ等)に係らず、使用波長が所定の値からずれる
と、収差が発生して集束性能が劣化すると共に、焦点位
置もずれてしまうという性質を持っている。一方、半導
体レーザは、単一モードの半導体レーザであっても、そ
の発振波長が周囲温度や駆動方法によって変動するとい
う特性を持っている。例えば、(a)波長が温度変化と
共に徐々に連続して変化したり、(b)ある温度で不連
続的に波長が変化したり(いわゆるモードホップ)、あ
るいは(c)ある温度においては2つ以上の波長が存在
する、といった現象は周知のことである。
これらのことから、グレーティングレンズを用いた光ピ
ックアップにおいては、たとえ単一モードの半導体レー
ザを光源として使用した場合であっても、その周囲温度
が変化した時には、上記の現象により発振波長も変化す
るため、グレーティングレンズによる集光スポット品質
が劣化し、しかも焦点位置も変化してしまう場合もあ
る。これらのことは、光ディスク媒体上におけるスポッ
トのビーム径拡大、トラックずれの発生、フォーカスず
れの発生等につながる。
上述した従来の光ピックアップの構成においても、グレ
ーティングレンズに特有の収差と焦点位置ずれによる影
響が現れ、光ピックアップに要求されるトラックずれと
フォーカスずれの補償量を実現することはできない。し
たがって、このように半導体レーザの波長変動に伴うビ
ームスポット収差や、連続的あるいは不連続的なスポッ
ト位置変化に対する解決がなされていない限り、光ピッ
クアップの光学系として実用化することは困難である。
本発明は、上記問題点に鑑み、半導体レーザの波長変化
に対応できる軽量、小型、低価格な光ピックアップを提
供することを目的とする。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明の光ピックアップは、まず、光ディスク媒体上に
光を集束させる光照射用光学系として、コヒーレント光
源から発せられた発散球面波光が入射するインライン型
の第1のグレーティングレンズと、これを透過した回折
光を光ディスク媒体上の1点に集束させるインライン型
の第2のグレーティングレンズとを同一光軸上に備えて
いる。上記第1、第2のグレーティングレンズはいずれ
も光軸に関して回転対称な所定の空間周波数分布を有
し、第1のグレーティングレンズが光軸に関して対称な
任意の2点からの回折光を光軸上で交差させ、第2のグ
レーティングレンズがこの交差した回折光を上記1点に
集束させるようになされている。
更に、光ディスク媒体上から反射された信号光を光検知
器に導く光検知用光学系として、上記第1、第2のグレ
ーティングレンズ間に配置された信号光分離手段および
信号光反射手段と、第1のグレーティングレンズの外側
に形成された第3のグレーティングレンズとを備えてい
る。上記信号光分離手段は、第2のグレーティングレン
ズを通過した後の信号光を分離する手段であり、上記信
号光反射手段は、上記光軸を中心とするリング上の鏡面
を持ち、この鏡面で上記分離された信号光を反射させる
手段であって、また上記第3のグレーティングレンズは
上記反射された信号光を集束させて光検知器へ入射させ
る手段である。
〔作用〕
まず、上記光照射用光学系において、第1のグレーティ
ングレンズの任意の1点に同一方向から入射した、互い
に異なる波長λ、λ(λ<λ)の2つの光の進路を
考えてみる。まず、第1のグレーティングレンズによっ
て、波長λの光は波長λの光よりも大きな角度で回折
されるとともに、これらの回折光はいずれも光軸と交わ
った後に、第2のグレーティングレンズ上に到達する。
これらの光の到達点の光軸からの距離は波長λの光の方
が波長λの光よりも遠い。次に、これらの光は上記第
2のグレーティングレンズによって回折されるが、この
時、波長λの光が波長λの光よりも大きな角度で回折
されるので、2つの光の間隔は次第に狭まっていき、最
終的には1点で交わる。よって、2つのグレーティング
レンズに所定の空間周波数分布を持たせておくことによ
り、上記2つの光の交わる点を上記光軸上の1点に置く
ことができる。
以上のことは第1のグレーティングレンズのどの点に入
射した光についても言うことが出来、しかも上記空間周
波数分布は光軸に関して回転対称としてあるので、入射
した発散球面波光はその波長が変動したとしても、光軸
上の上記1点に集束され、従って、光ディスク媒体上で
収差や焦点位置ずれが生じることはなくなる。
次に、光検知用光学系について見てみる。まず、光ディ
スク媒体上から反射された信号光は往路を戻り、すなわ
ち第2のグレーティングレンズを介して第1のグレーテ
ィングレンズに向うが、この信号光は第1のグレーティ
ングレンズに達する前に信号光分離手段によって分離さ
れる。この分離された信号光は、光軸の外側へ広がる発
散波となるが、この発散した信号光は、更に信号光反射
手段のリング状の鏡面で反射され、第1のグレーティン
グレンズの外側の輪帯域に達する。この領域には第3の
グレーティングレンズが形成されているので、ここに達
した信号光は第3のグレーティングレンズによって集束
され、光検知器に入射する。すなわち、光ディスク媒体
上からの信号光は、第2、第3のグレーティングレンズ
を介して、光検知器に導かれる。この際、第2、第3の
グレーティングレンズ系においても、上述した第1、第
2のグレーティングレンズ系と同様な波長変動補償効果
が生じることになるので、光検知器上での信号光の収差
や焦点位置ずれが抑えられる。
〔実施例〕
以下、本発明の実施例について、図面を参照しながら説
明する。
第1図(a)、(b)は、本発明の第1の実施例に係る光学系
(光照射用光学系および光検知用光学系)を示す斜視図
と、その光軸を含む面での断面図である。
光照射用光学系は、インライン型の第1、第2のグレー
ティングレンズ1、2を同一光軸(一点鎖線)上に備え
てなり、光軸上の半導体レーザLDから発せられた球面
発散波光を第1のグレーティングレンズ1で光軸側に回
折させ、光軸と一旦交差させた後に、第2のグレーティ
ングレンズ2によって、光軸上であって光ディスク媒体
M上の1点(点P)に集束させるようにしたものであ
る。
上記第1のグレーティングレンズ1は、光軸に関して回
転対称の所定の空間周波数分布を有しており、光軸に関
して対称な任意の2点からの回折光が光軸上で交差する
ようにしてある。また、上記第2のグレーティングレン
ズ2は、光軸に関して回転対称の所定の空間周波数分布
を有しており、上記交差した回折光が光軸上の1点に集
束するようにしてある。
グレーティングレンズ1、2の具体的な空間周波数分布
は、例えば、半導体レーザLDから発せられた互いに異
なる波長λ、λ(例えば、λ=830nm、λ=830.3n
m)の光を想定し、これらの光が共に光軸上の上記1点
に集束されるように、2つのグレーティングレンズ1、
2の半径方向の空間周波数を順次計算していくことによ
って得られる(詳しくは、特開昭61-220870号参照)。
ここで、λ=830nmを固定し、λを種々の値に変えて
グレーティングレンズ1、2の空間周波数分布を計算す
ると、λ=λ±14nmの場合においても、λ=830.3nm
の場合とほぼ完全に一致した空間周波数分布が得られる
ことがわかった。このことから、例えば、λ=830nm
およびλ=830.3nmの光に対して空間周波数分布を決定
すれば、λ=830±14nmの光に対しても無収差にでき、
しかも焦点位置ずれをなくすことができるようになる。
なお、このようにして決定されたグレーティングレンズ
1、2の空間周波数分布は、平面波を集束させるインラ
イン型のグレーティングレンズの空間周波数分布に、レ
ンズ中心とレンズ外周との間で極大値を持つ軸対称の空
間周波数分布を補償要素として加え合せたものであると
言うことができる。
次に、第1図において、本実施例に係る光検知用光学系
について説明する。この光検知用光学系は、信号光分離
手段として部分透過鏡3、信号光反射手段としてのリン
グ状ミラー4、および第3のグレーティングレンズ5を
備えている。部分透過鏡3は、第1のグレーティングレ
ンズ1の形成された基板の反対側(すなわち第2のグレ
ーティングレンズ2に対向する側)の面に形成されてい
る。なお、部分透過膜3の透過率は、光ディスク媒体M
上におけるビームスポットに要する光強度、あるいは半
導体レーザLDへの戻り光量の適正値を考慮して決定す
る。リング状ミラー4は、第1、第2のグレーティング
レンズ1、2間の所定位置に配置され、その中央に第1
のグレーティングレンズ1からの回折光を通過させ得る
大きさの中空部4aを有すると共に、部分透過鏡3側の
面がリング状の鏡面となっている。第3のグレーティン
グレンズ5は、第1のグレーティングレンズ1の外側で
あって同一基板上にリング状に形成されており、光軸に
関して回転対称に光を集束させる空間周波数分布を有し
ている。
上記構成からなる光検知用光学系においては、光ディス
ク媒体M上から反射された信号光が往路を戻り、すなわ
ち第2のグレーティングレンズ2を介しリング状ミラー
4の中空部4aを通過して第1のグレーティングレンズ
1に向かうが、この信号光の一部は部分透過膜3によっ
て反射される(破線)。ここで反射された信号光は、光
軸の外側へ広がる発散波となるが、リング状ミラー4に
よって再び反射され、第1のグレーティングレンズ1の
外側の輪帯域に達する。この領域には第3のグレーティ
ングレンズ5が形成されているので、ここに達した信号
光は第3のグレーティングレンズ5によって光軸対称に
集束され、光検知器Dに入射する。光検知器Dは半導体
レーザLDを囲むリング状の受光面を持ち、第3のグレ
ーティングレンズ5からの集束光を無駄無く検知できる
ようになっている。なお、フォーカスエラーやトラック
エラーの検知は、光検知器Dとして適当に分割されたも
のを用いることによって可能となる。
このようにして、光ディスク媒体M上からの信号光は、
第2、第3のグレーティングレンズ2、5を介して光検
知器Dに導かれるが、この際、これら第2、第3のグレ
ーティングレンズ系においても上記第1、第2のグレー
ティングレンズ系と同様にして波長変動が補償されるの
で、光検知器D上での信号光の収差や焦点位置ずれが抑
制される。なお、光ディスク媒体M上からの信号光の一
部が部分透過鏡3を透過して生じる半導体レーザLDへ
の戻り光によって、半導体レーザLDの発振波長が多モ
ードとなっても、上述したように第1、第2のグレーテ
ィングレンズ1、2が補償構造になっているため、ビー
ムスポットが変化することはない。
上述したように、本実施例によれば半導体レーザ光の波
長変動に確実に対応できるため、グレーティングレンズ
の利点(薄型、小型、軽量)を利用して光学系を容易に
一体化できる。その一体化した光学系の一例を第2図に
示す。同図においては、まず円筒状の外枠部10の底面
10aの中央に、第2のグレーティングレンズ2が嵌め
込んで固定される。リング状ミラー4の取付けられた円
板11が、リング状のスペーサ12を介して底面10a
に押し当てられる。更に、第1、第3のグレーティング
レンズ1、5および部分透過鏡3の取付けられた円板1
3が、リング状のスペーサ14を介して押し当てられ、
リング状のねじ部材15で固定される。そして最後に、
半導体レーザLDおよび光検知器Dに固定され、外周に
ねじの切られた円板16が、外枠部10にねじ込まれ、
光学系の一体化が完了する。このようにして一体化され
た光学系は、内部が密閉されており、防塵的見地からも
好ましい構造と言える。
第3図は、上記一体化された光学系Aをアクチュエータ
Bに搭載し、光ピックアップを構成した場合の一例を示
したものである。上記アクチュエータBは、従来と同様
に回転板Cに固定され、矢印方向にフォーカシングおよ
びトラッキングが可能である。また、光ディスクのアク
セスは、アクチュエータBを不図示のVCM等で光ディ
スクの半径方向に動かすことによって行う。従来の光ピ
ックアップは、対物レンズ用のアクチュエータと、対物
レンズ以外の光学系の2つの部分で構成されていたが、
第3図に示したアクチュエータBによれば、このアクチ
ュエータBのみの大きさだけを考慮して光ピックアップ
を構成できるので、軽量、小型であり、しかも光学系自
体が簡単な構成のため、低価格化も可能である。
次に、本発明の第2の実施例に係る光学系を第4図に示
す。
本実施例では、光照射用光学系は上記第1の実施例と同
一構成であるが、光検知用光学系における信号光分離手
段として、部分透過鏡3の代りに1/4波長板21と偏
光分離膜22の組合せを用いたものである。1/4波長
板21はリング状ミラー4の中空部に嵌め込んで固定さ
れ、偏光分離膜22は第1のグレーティングレンズ1の
形成された基板の反対側(すなわち第2のグレーティン
グレンズ2に対向する側)の面に形成されている。な
お、偏光分離膜22は、通常の偏光ビームスプリッタと
同様にP偏光を透過しS偏光を反射する機能を有する
が、異なるのは使用入射角度に応じた多層膜構造にした
点である。また、透過率、反射率の特性としては、例え
ばP偏光透過率≒100%、S偏光透過率≒S偏光反射率
≒50%とする。
上記構成からなる光学系における光強度分布の変化を、
特に上記偏光分離膜22の作用を考慮して説明する。
まず、半導体レーザLDからの発散波光は直線偏光とな
っており、この直線偏光が第1のグレーティングレンズ
1によって光軸へ向かう方向に回折された後、偏光分離
膜22に入射する。この時、偏光分離膜22上では、場
所によって偏光のS成分とP成分の比率が異なる。その
様子を第5図(a)に示す。ここで、偏光分離膜22の特
性が上記のように(P偏光透過率≒100%、S偏光透過
率≒S偏光反射率≒50%)設定してあるとすると、偏光
分離膜22を透過後の光強度が透過前に較べて変化す
る。例えば第5図(b)は、同図中央の矢印方向の直線偏
光が偏光分離膜22を透過後のS、P成分の分布を示し
たものである。同図において、P軸上の点は100%P成
分、S軸上の点は100%S成分であり、その他の領域に
はP、S成分が混在している(中心は特異点)。P軸近
くの斜線で示した部分は透過率が高く、S軸近くの部分
は透過率が低い。一方、半導体レーザLDからの発散波
光で第1のグレーティングレンズ1に入射した後の光強
度分布は、第5図(c)に示したように非対称で、S軸方
向の強度が大きい。従って、半導体レーザLDからの発
散波光が第1のグレーティングレンズ1および偏光分離
膜22を透過した後は、第5図(d)に示すようにほぼ軸
対称に近い光強度分布が得られる。最終的には、このよ
うにして得られた光強度分布を持つ光波が、1/4波長
板21および第2のグレーティングレンズ2を介して光
ディスク媒体M上に照射される。
光照射用光学系においては、半導体レーザLDの発散波
光が上述したようにしてビーム整形されたことになるの
で、回折限界の微小スポットをディスク媒体M上に形成
するにあたっては非常に好ましい作用と言える。
一方、光ディスク媒体M上から反射された信号光は、第
2のグレーティングレンズ2および1/4波長板21を
介して、偏光分離膜22に達する偏光分離膜22の反射
特性は第5図(e)に示すように、透過特性(同図(b)とは
逆になっており、S軸沿いの部分が主として反射され
る。この際に入射する信号光は、上述したように偏光分
離膜22を高効率で透過したP偏光が1/4波長板21
を往復することにより偏光方向が90°回転してS偏光と
なったものなので、これが偏光分離膜22に入射するこ
とにより高効率で反射される。従って、信号光の分離効
率は第1図に示した部分透過鏡3と比べ、非常に高いも
のとなる。この反射後の信号光は、第1図の実施例と同
様に、リング状ミラー4および第3のグレーティングレ
ンズ5を介して光検知器Dに導かれる。
本実施例においても、第1の実施例と同様に、光照射用
光学系においては第1、第2のグレーティングレンズ
1、2によって、光検知用光学系においては第2、第3
のグレーティングレンズ2、5によって、それぞれ波長
変動を補償することができる。
なお、1/4波長板21を第2のグレーティングレンズ
2の基板として用いてもよく、また偏光分離膜22に密
着して配置してもよい。
次に、本発明の第3の実施例に係る光学系を第6図に示
す。
本実施例では、光照射用光学系は上記第1の実施例と同
一構成であるが、第3のグレーティングレンズ5の空間
周波数分布を光軸に関して非回転対称にし、非軸からず
れた位置にある通常の分割型光検知器D′に信号光を導
くようにしたものである。本実施例におけるフォーカス
エラー、トラックエラーの検知は、第3のグレーティン
グレンズ5の空間周波数を適当に工夫することにより、
非常に敏感に行うことができる。なお、第4図に示した
第2の実施例に対して上記の変形を加えるようにしても
よい。
本実施例においても、上記第1、第2の実施例と同様に
して波長変動を補償することができる。
また、上述した第2、第3の実施例に係る光学系におい
ても、第2図に示したような一体化を容易に行うことが
でき、よって第3図に示したような軽量、小型かつ低価
格な光ピックアップを構成することができる。
〔発明の効果〕
本発明の光ピックアップによれば、グレーティングレン
ズと半導体レーザと組合せた時に問題となっていた波長
変動によるビームスポット変化を、第1および第2のグ
レーティングレンズで補償できると共に、光検知器上で
の信号光の変動についても第2および第3のグレーティ
ングレンズで補償できるので、波長変動に確実に対応で
きるようになり、従って軽量、小型かつ低価格な光ピッ
クアップの実現が可能になった。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の第1の実施例に係る光学系を示し、同
図(a)は斜視図、同図(b)は光軸を含む面での断面図、 第2図は上記第1の実施例に係る光学系の一体化例を示
す断面図、 第3図は上記一体化された光学系を用いて構成した光ピ
ックアップを示す斜視図、 第4図は本発明の第2の実施例に係る光学系の断面図、 第5図(a)〜(e)は第4図に示した偏光分離膜22に伴う
光強度分布の変化を示す図、 第6図は本発明の第3の実施例に係る光学系の断面図で
ある。 1……第1のグレーティングレンズ、 2……第2のグレーティングレンズ、 3……部分透過鏡、 4……リング状ミラー、 5……第3のグレーティングレンズ、 21……1/4波長板、 22……偏光分離膜、 LD……半導体レーザ、 D、D′……光検知器、 M……光ディスク媒体.
フロントページの続き (72)発明者 池田 弘之 神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地 富士通株式会社内 (72)発明者 稲垣 雄史 神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地 富士通株式会社内

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】コヒーレント光源(LD)から発せられた
    発散球面波光を光ディスク媒体(M)上の1点に集束さ
    せる光照射用光学系と、 前記光ディスク媒体上から反射された信号光を光検知器
    (D)に導く光検知用光学系とを備える光ピックアップ
    において、 前記光照射用光学系として、前記発散球面波光が入射す
    るインライン型の第1のグレーティングレンズ(1)
    と、該第1のグレーティングレンズを透過した回折光を
    前記1点に集束させるインライン型の第2のグレーティ
    ングレンズ(2)とを同一光軸上に備えてなり、 前記第1のグレーティングレンズは、前記光軸に関して
    回転対称の所定の空間周波数分布を有し、前記光軸に関
    して対称な任意の2点からの回折光を前記光軸上で交差
    させて前記第2のグレーティングレンズに入射させるも
    のであって、前記第2のグレーティングレンズは、前記
    光軸に関して回転対称の所定の空間周波数分布を有し、
    前記交差した回折光を前記1点に集束させるものであ
    り、 前記光検知用光学系として、前記第1、第2のグレーテ
    ィングレンズ間に配置され、前記第2のグレーティング
    レンズを透過した後の前記信号光を分離する信号光分離
    手段(3;21、22)と、前記第1、第2のグレーテ
    ィングレンズの間に配置され、前記光軸を中心とするリ
    ング状の鏡面を持ち、前記信号光分離手段で分離された
    信号光を前記鏡面で反射させる信号光反射手段(4)
    と、前記第1のグレーティングレンズの外側に形成さ
    れ、前記信号光反射手段で反射された信号光を集束させ
    て前記光検知器へ入射させる第3のグレーティングレン
    ズ(5)とを備えてなることを特徴とする光ピックアッ
    プ。
  2. 【請求項2】前記第1、第2のグレーティングレンズの
    空間周波数分布はいずれも、平面波を集束させるインラ
    イン型グレーティングレンズの空間周波数分布に、レン
    ズ中心とレンズ外周との間で極大値を持つ軸対称の空間
    周波数分布を加え合わせた分布であることを特徴とする
    特許請求の範囲第1項記載の光ピックアップ。
  3. 【請求項3】前記信号光分離手段は、前記第1のグレー
    ティングレンズの前記第2のグレーティングレンズ側の
    面に形成された部分透過鏡(3)であることを特徴とす
    る特許請求の範囲第1項または第2項記載の光ピックア
    ップ。
  4. 【請求項4】前記信号光分離手段は、前記信号光反射手
    段の中空部に設けられた1/4波長板(21)と、前記
    第1のグレーティングレンズの前記第2のグレーティン
    グレンズ側の面に形成された偏光分離膜(22)とを組
    合せてなることを特徴とする特許請求の範囲第1項また
    は第2項記載の光ピックアップ。
  5. 【請求項5】前記光検知器は前記コヒーレント光源を囲
    む輪帯状の光検知器(D)であると共に、前記第3のグ
    レーティングレンズは前記光軸に関して回転対称の空間
    周波数分布を有し、前記信号光を該第3のグレーティン
    グレンズにより前記輪帯状の光検知器へ入射させること
    を特徴とする特許請求の範囲第1項乃至第4項のいずれ
    か1つに記載の光ピックアップ。
  6. 【請求項6】前記光検知器は前記光軸からずれた位置に
    ある分割型光検知器(D′)であると共に、前記第3の
    グレーティングレンズは前記光軸に関して非回転対称の
    空間周波数分布を有し、前記信号光を該第3のグレーテ
    ィングレンズにより前記分割型光検知器へ入射させるこ
    とを特徴とする特許請求の範囲第1項乃至第4項のいず
    れか1つに記載の光ピックアップ。
  7. 【請求項7】前記第1および第3のグレーティングレン
    ズを同一基板上に形成することを特徴とする特許請求の
    範囲第1項乃至第6項のいずれか1つに記載の光ピック
    アップ。
  8. 【請求項8】前記コヒーレント光源は半導体レーザ(L
    D)であることを特徴とする特許請求の範囲第1項乃至
    第7項のいずれか1つに記載の光ピックアップ。
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