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JP2009004004A - 光学ヘッド装置および光ディスク記録再生装置 - Google Patents

光学ヘッド装置および光ディスク記録再生装置 Download PDF

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JP2009004004A JP2007162184A JP2007162184A JP2009004004A JP 2009004004 A JP2009004004 A JP 2009004004A JP 2007162184 A JP2007162184 A JP 2007162184A JP 2007162184 A JP2007162184 A JP 2007162184A JP 2009004004 A JP2009004004 A JP 2009004004A
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Abstract

【課題】データ書き込み時にも、データ読み出し時にも、レーザ出力パワーのモニタおよび制御を安定かつ高精度に行うことができ、データ読み取り特性やサーボ制御特性を向上させることができるようにする。
【解決手段】パワーモニタ用の受光素子を高パワーモニタ用受光素子31と低パワーモニタ用受光素子32とに分割し、電流電圧変換アンプも高パワーモニタ用の電流電圧変換アンプ43と低パワーモニタ用の電流電圧変換アンプ44とに分ける。低パワーモニタ用受光素子32の受光面積を高パワーモニタ用受光素子31の受光面積より小さくし、低パワーモニタ用の電流電圧変換アンプ44のゲインGrを高パワーモニタ用の電流電圧変換アンプ43のゲインGwより大きくする。さらに高パワーモニタ用受光素子31を4つの受光素子31a〜31dに分割し、受光素子31a〜31dの受光量が等しくなるようにパワーモニタ用受光部の位置を調整する。
【選択図】図5

Description

この発明は、光ディスク用の光学ヘッドおよびその周辺の回路からなる光学ヘッド装置、および、その光学ヘッド装置を備える光ディスク記録再生装置に関する。
光ディスク記録再生装置では、レーザ出射光を対物レンズで集光して光ディスク上に照射するが、レーザ出力パワーレベルが所定レベルとなるように、レーザ出射光を光ディスク照射用の光ビームとパワーモニタ用の光ビームとに分岐して、パワーモニタ用の光ビームをパワーモニタ用の受光素子で受光し、その受光出力信号に基づいて、レーザ駆動回路を制御し、レーザ駆動電流を制御する。
特許文献1(特開2003−59083号公報)には、レーザノイズを抑制してS/N(信号対ノイズ比)の高い再生信号を得るために、直流電流のレーザ駆動電流に数100MHzの高周波電流を重畳してレーザを間欠的に発光させる場合において、パワーモニタ用の光ビームを平均パワーモニタ用受光素子およびピークパワーモニタ用受光素子で受光し、平均パワーモニタ用受光素子の受光出力信号に基づいて、レーザ出射光の平均パワーレベルが所定レベルとなるようにレーザ駆動電流を制御するとともに、ピークパワーモニタ用受光素子の受光出力信号に基づいて、レーザ出射光のピークパワーレベルが所定レベルとなるように上記の高周波電流の振幅を制御することが示されている。
上に挙げた先行技術文献は、以下の通りである。
特開2003−59083号公報
従来の、レーザ出力パワーのモニタおよび制御は、上記の特許文献1のように、レーザ駆動電流に高周波電流を重畳する場合に、その高周波電流の振幅を制御する場合を別にして、パワーモニタ用受光部を構成する1つの受光素子で、レーザ出射光を受光し、電流電圧変換アンプで、その受光素子の受光出力電流を受光出力電圧に変換し、その受光出力電圧に基づいて、レーザ出力パワーレベルが所定レベルとなるようにレーザ駆動電流を制御する。
しかし、例えば、光ディスクにデータを書き込む時と、光ディスクからデータを読み出す時とでは、レーザ出力パワーレベルを大きく変える必要があり、具体的に、書き込み時のマーク形成時には、読み出し時に比べてパワーレベルを十分に高くし、しかも倍速を大きくするほどパワーレベルを高くし、さらに2層ディスクではパワーレベルをより高くする。
そのため、上記のようにパワーモニタ用の受光素子および電流電圧変換アンプを、書き込み時と読み出し時とで共通化し、同一のものとすると、ダイナミックレンジ内でマーク形成時のパワーレベルをより高くするとき、読み出し時の受光出力電圧はマーク形成時の受光出力電圧の数十分の1以下というような著しく低い値となり、装置製造上のばらつきや温度変化などによる制御特性のばらつきや変化がレーザ出力パワー制御に大きく影響して、レーザ駆動電流に大きな誤差として表れ、レーザ出力パワーレベルが所定レベルに対して大きくずれてしまって、データ読み出し性能などに悪影響を及ぼす。
そこで、この発明は、データ書き込み時のような高パワー出力時にも、データ読み出し時のような低パワー出力時にも、レーザ出力パワーのモニタおよび制御を安定かつ高精度に行うことができ、データ読み取り特性やサーボ制御特性を向上させることができるようにしたものである。
この発明の光学ヘッド装置は、
レーザと、
このレーザの出射光を光ディスク照射用の光ビームとパワーモニタ用の光ビームとに分岐する光分岐素子と、
それぞれ上記パワーモニタ用の光ビームを受光する高パワーモニタ用受光素子および低パワーモニタ用受光素子からなるパワーモニタ用受光部と、
上記高パワーモニタ用受光素子の受光出力電流を受光出力電圧に変換する高パワーモニタ用の電流電圧変換アンプと、
上記低パワーモニタ用受光素子の受光出力電流を受光出力電圧に変換する低パワーモニタ用の電流電圧変換アンプと、
上記高パワーモニタ用の電流電圧変換アンプの出力の受光出力電圧に基づいて、相対的に高パワーを出力する時の上記レーザの出力パワーレベルを制御し、上記低パワーモニタ用の電流電圧変換アンプの出力の受光出力電圧に基づいて、相対的に低パワーを出力する時の上記レーザの出力パワーレベルを制御するパワー制御回路と、
を備えるものである。
上記の構成の、この発明の光学ヘッド装置では、パワーモニタ用の受光素子を、高パワーモニタ用の受光素子と低パワーモニタ用の受光素子とに分割し、受光素子の受光出力電流を受光出力電圧に変換する電流電圧変換アンプも、高パワーモニタ用の電流電圧変換アンプと低パワーモニタ用の電流電圧変換アンプとに分けるので、高パワー出力時のレーザ出力パワーのモニタ制御特性および低パワー出力時のレーザ出力パワーのモニタ制御特性を、それぞれ適切に設定することができ、データ書き込み時のような高パワー出力時にも、データ読み出し時のような低パワー出力時にも、レーザ出力パワーのモニタおよび制御を安定かつ高精度に行うことができ、結果として、データ読み取り特性やサーボ制御特性を向上させることができる。
以上のように、この発明によれば、データ書き込み時のような高パワー出力時にも、データ読み出し時のような低パワー出力時にも、レーザ出力パワーのモニタおよび制御を安定かつ高精度に行うことができ、データ読み取り特性やサーボ制御特性を向上させることができる。
[1.光ディスク記録再生装置の全体構成:図1]
図1は、この発明の光学ヘッド装置の一例を用いた、この発明の光ディスク記録再生装置の一例を示す。
光ディスク10は、超解像光磁気ディスクなどの光磁気ディスクや、相変化型光ディスクなどである。
光学ヘッド20は、半導体レーザ(レーザダイオード)21、ビームスプリッタ23、対物レンズ25、受光素子IC(集積回路)28およびパワーモニタ用受光部30などを含むものとして構成される。
半導体レーザ21から出射されたレーザ光1は、3ビーム法によるトラッキングエラー検出用に3本のビームを形成するグレーティング22を介してビームスプリッタ23に入射して、ビームスプリッタ23を透過した光ビーム2とビームスプリッタ23で反射した光ビーム3とに分岐される。
ビームスプリッタ23を透過した光ビーム2は、コリメータレンズ24で平行光とされて対物レンズ25に入射し、対物レンズ25によって光ディスク10上に集光される。ビームスプリッタ23で反射した光ビーム3は、パワーモニタ用受光部30で受光される。
光ディスク10に入射した光は、光ディスク10の記録層で反射し、戻り光として、対物レンズ25およびコリメータレンズ24を介してビームスプリッタ23に入射して、ビームスプリッタ23で反射し、光ビーム5として示すように、光磁気ディスク用のウォラストンプリズム26およびマルチレンズ27を介して受光素子IC28に入射して、受光素子IC28の受光素子で受光される。
半導体レーザ21は、レーザ駆動回路41からのレーザ駆動電流Idによって駆動される。
パワーモニタ用受光部30は、後述のように高パワーモニタ用受光素子31と低パワーモニタ用受光素子32とに分割される。
高パワーモニタ用受光素子31の受光出力電流Iwは、高パワーモニタ用の電流電圧変換アンプ43で受光出力電圧Vwに変換され、その受光出力電圧Vwは、パワー制御回路42に供給される。低パワーモニタ用受光素子32の受光出力電流Irは、低パワーモニタ用の電流電圧変換アンプ44で受光出力電圧Vrに変換され、その受光出力電圧Vrは、パワー制御回路42に供給される。
さらに、高パワー出力時および低パワー出力時、コントローラ51からパワー制御回路42には、それぞれのレーザ出力パワーの目標レベル(目標値)を示す電圧が供給され、パワー制御回路42は、高パワー出力時には、高パワーモニタ用受光素子31による電流電圧変換アンプ43からの受光出力電圧Vwが高パワー出力時の目標レベル電圧に一致するように、レーザ駆動回路41を制御し、レーザ駆動電流Idを制御するとともに、低パワー出力時には、低パワーモニタ用受光素子32による電流電圧変換アンプ44からの受光出力電圧Vrが低パワー出力時の目標レベル電圧に一致するように、レーザ駆動回路41を制御し、レーザ駆動電流Idを制御する。
受光素子IC28は、再生信号、フォーカスエラー信号およびトラッキングエラー信号の検出用に分割された受光素子に対して、それぞれの受光出力電流を受光出力電圧に変換する電流電圧変換アンプや、その受光出力電圧を増幅するアンプなどが集積されたものである。
受光素子IC28の受光出力信号Soは、光学ヘッド20からRFアンプ52に送出される。
さらに、受光素子IC28の受光出力信号So中のフォーカスエラー信号およびトラッキングエラー信号は、RFアンプ52からサーボ制御回路53に供給され、サーボ制御回路53によって、光ディスク10を回転駆動するスピンドルモータ(図では省略)、光学ヘッド20および磁気ヘッド61を光ディスク10のラジアル方向に送るヘッド送り機構(図では省略)を駆動するヘッド送りモータ(図では省略)、および対物レンズ25をフォーカス方向およびトラッキング方向に駆動する2軸アクチュエータ29などの駆動が制御される。
受光素子IC28の受光出力信号So中の再生信号は、RFアンプ52からDSP(Digital Signal Processor)54に送出され、DSP54で処理される。
光ディスク10が超解像光磁気ディスクなどの光磁気ディスクである場合には、データ書き込み時、DSP54によってヘッド駆動回路62が制御され、ヘッド駆動回路62から磁気ヘッド61に駆動電流が供給される。
[2.レーザ出力パワーのモニタおよび制御:図2〜図6]
(2−1.レーザ出力パワーレベル:図2)
例えば、DVD−RW(DVD−Rewritable)では、図2に示すように、レーザ出力パワーレベルは、データ読み出し時には、低いパワーレベルLrとされ、データ書き込み時のマーク形成時には、読み出し時のパワーレベルLrより十分高いパワーレベルLwとされ、スペース形成時(消去時)にも、マーク形成時ほどではないが、読み出し時のパワーレベルLrより高いパワーレベルLeとされる。
さらに、書き込み時のパワーレベルLw,Leは、図において複数段階で示すように、倍速によっても変化し、マーク形成時のパワーレベルLwは、読み出し時のパワーレベルLrの数十倍にされることもある。
そのため、上記のようにパワーモニタ用の受光素子および電流電圧変換アンプを、書き込み時と読み出し時とで共通化し、同一のものとすると、マーク形成時のパワーレベルLwの読み出し時のパワーレベルLrに対する比率Lw/Lrが著しく大きいときには、読み出し時の受光出力電圧が著しく小さくなってしまう。
そのため、この発明では、上述したように、具体的には以下の例に示すように、パワーモニタ用の受光素子を、高パワーモニタ用受光素子31と低パワーモニタ用受光素子32とに分割し、受光素子の受光出力電流を受光出力電圧に変換する電流電圧変換アンプも、高パワーモニタ用の電流電圧変換アンプ43と低パワーモニタ用の電流電圧変換アンプ44とに分ける。
図2のようにスペース形成時も読み出し時よりパワーレベルを高くする場合には、高パワーモニタ用は、マーク形成時およびスペース形成時のパワーモニタ用であり、低パワーモニタ用は、読み出し時のパワーモニタ用である。
これに対して、例えば、DVD−R(DVD−Recordable)では、スペース形成時は、読み出し時と同じで、低いパワーレベルとされる。この場合は、マーク形成時が高パワー出力時であり、スペース形成時および読み出し時が低パワー出力時である。
(2−2.パワーモニタ用の受光素子および電流電圧変換アンプの第1の例:図3)
図3に、図1に示したパワーモニタ用受光部30および電流電圧変換アンプ43,44の一例を示す。
この例では、パワーモニタ用受光部30全体としては、受光面を円形にし、高パワーモニタ用受光素子31は、その受光面を内角が180度より大きい扇形とし、低パワーモニタ用受光素子32は、その受光面を内角が180度より小さい扇形として、低パワーモニタ用受光素子32の受光面積を高パワーモニタ用受光素子31の受光面積より小さくする。
図3は、図1に示したパワーモニタ用の光ビーム3のスポット3sがパワーモニタ用受光部30全体の受光面内に収まる集光型にする場合で、この場合には、スポット3sの中心がパワーモニタ用受光部30全体の受光面の中心に位置し、スポット3sが高パワーモニタ用受光素子31の受光面と低パワーモニタ用受光素子32の受光面とにまたがるようにする。
さらに、この例では、低パワーモニタ用受光素子32の受光出力電流Irを受光出力電圧Vrに変換する低パワーモニタ用の電流電圧変換アンプ44のゲインGrを、高パワーモニタ用受光素子31の受光出力電流Iwを受光出力電圧Vwに変換する高パワーモニタ用の電流電圧変換アンプ43のゲインGwより大きくする。
したがって、この例では、図示するように集光型とし、スポット3s全体の光量をPx、高パワーモニタ用受光素子31の受光面積Sw中のスポット3sが照射される領域部分の面積をSws、低パワーモニタ用受光素子32の受光面積Sr中のスポット3sが照射される領域部分の面積をSrsとすると、
Vw=k×Px×{Sws/(Sws+Srs)}×Gw …(1)
Vr=k×Px×{Srs/(Sws+Srs)}×Gr …(2)
となる。kは、受光量から受光出力電流への変換係数(変換効率)である。
この例では、高パワー出力時、すなわち図2の場合は書き込み時のマーク形成時およびスペース形成時、高パワーモニタ用の電流電圧変換アンプ43の出力の受光出力電圧Vwは、扱いやすいレベルになるとともに、電流電圧変換アンプ43のゲインGwを電流電圧変換アンプ44のゲインGrより小さくするので、必要以上に高レベルとなることがなく、レーザ出力パワーのモニタおよび制御を安定かつ高精度に行うことができる。
一方、低パワー出力時には、すなわち図2の場合は読み出し時には、低パワーモニタ用の電流電圧変換アンプ44のゲインGrを大きくすることによって、上記のようにマーク形成時のパワーレベルLwの読み出し時のパワーレベルLrに対する比率Lw/Lrが著しく大きいときでも、受光出力電圧Vrとして高いレベルの信号電圧が得られる。
したがって、読み出し時にも、レーザ出力パワーのモニタおよび制御を安定かつ高精度に行うことができ、結果として、データ読み取り特性やサーボ制御特性を向上させることができる。
フォトダイオードなどの受光素子の寄生容量は受光面積に比例し、受光素子の受光面積が大きく、寄生容量が大きいと、受光出力電流から受光出力電圧への変換のゲインを決定する抵抗値を大きくすることが難しく、ゲインを大きくすることが難しい。
しかし、低パワーモニタ用受光素子32は、受光面積を小さくするので、寄生容量が小さくなり、上記のように低パワーモニタ用の電流電圧変換アンプ44のゲインGrを大きくすることができる。
しかも、低パワーモニタ用受光素子32の受光面積を小さくし、寄生容量を小さくすることによって、低パワーモニタ用受光素子32の周波数特性を高域側に広帯域化することができる。
なお、低パワーモニタ用の電流電圧変換アンプ44のゲインGrを大きくすると、データ書き込み中に電流電圧変換アンプ44の出力の受光出力電圧Vrが飽和することが考えられる。そして、データ書き込み中に電流電圧変換アンプ44の出力の受光出力電圧Vrが飽和すると、データ読み出しに移行したとき、受光出力電圧Vrが低下するのに時間がかかり、データ読み出しに応じたパワー制御が実行されるのに時間がかかる。
そのため、低パワーモニタ用の電流電圧変換アンプ44にリミッタ特性を持たせて、電流電圧変換アンプ44の出力の受光出力電圧Vrが飽和しないようにすることが望ましい。
図3は、集光型にする場合であるが、パワーモニタ用の光ビーム3がパワーモニタ用受光部30全体の受光面の周囲にまで渡る非集光型とすることもできる。
(2−3.パワーモニタ用の受光素子および電流電圧変換アンプの第2の例:図4)
図4に、図1に示したパワーモニタ用受光部30および電流電圧変換アンプ43,44の他の例を示す。
この例でも、パワーモニタ用受光部30全体としては、受光面を円形にするが、この例では、低パワーモニタ用受光素子32は、その受光面を円形にして、パワーモニタ用受光部30の中心部に配し、高パワーモニタ用受光素子31は、その受光面を環状にして、低パワーモニタ用受光素子32を取り囲むように配して、低パワーモニタ用受光素子32の受光面積を高パワーモニタ用受光素子31の受光面積より小さくする。
図4も、集光型にする場合で、パワーモニタ用の光ビーム3のスポット3sの中心が低パワーモニタ用受光素子32の受光面の中心に位置し、スポット3sが低パワーモニタ用受光素子32の受光面と高パワーモニタ用受光素子31の受光面とにまたがるようにする。ただし、この例でも、非集光型としてもよい。
さらに、この例でも、低パワーモニタ用の電流電圧変換アンプ44のゲインGrを、高パワーモニタ用の電流電圧変換アンプ43のゲインGwより大きくする。
光ビーム3は光軸に垂直な面内では中心部ほど光強度が高いので、この例では、受光出力電流Iwと受光出力電流Irとの比率Ir/Iwは、式(1)(2)中の面積Swsと面積Srsとの比率が同じであれば、図3の例の場合より大きくなる。
この例でも、図3の例と同様に、データ書き込み時にも、データ読み出し時にも、レーザ出力パワーのモニタおよび制御を安定かつ高精度に行うことができ、結果として、データ読み取り特性やサーボ制御特性を向上させることができる。
(2−4.パワーモニタ用受光部の位置調整:図5および図6)
上記のようにパワーモニタ用受光部30は、パワーモニタ用の光ビーム3のスポット3sの中心がパワーモニタ用受光部30全体の受光面の中心に位置するように、光ビーム3の光軸に垂直な面方向における位置を調整するが、例えば、受光面積が大きい方の高パワーモニタ用受光素子31を、さらに複数の受光素子に分割すれば、その調整を容易かつ確実に行うことができる。
図5に、その場合の一例を示す。この例は、図4の例で、高パワーモニタ用受光素子31を、90度の角間隔で4つの受光素子31a,31b,31cおよび31dに分割する場合である。
受光素子31a,31b,31cおよび31dは、それぞれスイッチ45a,45b,45cおよび45dを介して、高パワーモニタ用の電流電圧変換アンプ43に接続する。
そして、製品出荷前の調整時には、例えば、図6(A)に示すように、パワーモニタ用の光ビーム3のスポット3sをパワーモニタ用受光部30に照射した状態で、スイッチ45a,45b,45cおよび45dを順次オンにし、受光素子31a,31b,31cおよび31dを順次選択して、電流電圧変換アンプ43の出力の受光出力電圧Vwによって、受光素子31a,31b,31cおよび31dの受光量を順次モニタする。
図6(A)のようにパワーモニタ用受光部30のスポット3sに対する位置がずれている場合には、受光素子31a,31b,31cおよび31dの受光量が等しくならないのに対して、図6(B)のようにパワーモニタ用受光部30のスポット3sに対する位置がずれていない場合には、受光素子31a,31b,31cおよび31dの受光量が全て等しくなる。
したがって、受光素子31a,31b,31cおよび31dの受光量が全て等しくなるように、パワーモニタ用受光部30の位置を調整する。
位置を調整したら、パワーモニタ用受光部30を調整後の位置に固定し、スイッチ45a,45b,45cおよび45dをオンにして、出荷する製品としては、受光素子31a,31b,31cおよび31dを1つの高パワーモニタ用受光素子31として機能させる。
図3の例でも、同様に、高パワーモニタ用受光素子31を複数の受光素子に分割して、パワーモニタ用受光部30の位置を調整することができる。
低パワーモニタ用受光素子32を複数の受光素子に分割して、パワーモニタ用受光部30の位置を調整することもできるが、低パワーモニタ用受光素子32の受光面積は小さいので、上記のように受光面積の大きい高パワーモニタ用受光素子31を複数の受光素子に分割する方が望ましい。
また、以上は集光型に構成する場合であるが、非集光型に構成する場合でも、集光型に構成する場合ほどではないが、パワーモニタ用受光部30上でパワーモニタ用の光ビーム3は強度分布を有するので、パワーモニタ用受光部30の高パワーモニタ用受光素子31または低パワーモニタ用受光素子32を、受光面積が等しい複数の受光素子に分割し、それぞれの受光素子の受光量が全て等しくなるように、パワーモニタ用受光部30のパワーモニタ用の光ビーム3の光軸に垂直な面方向における位置を調整する。
この発明の光学ヘッド装置の一例を用いた、この発明の光ディスク記録再生装置の一例を示す図である。 レーザ出力パワーレベルの説明に供する図である。 パワーモニタ用受光部の一例を示す図である。 パワーモニタ用受光部の一例を示す図である。 パワーモニタ用受光部の一例を示す図である。 図5の例での位置調整の説明に供する図である。
符号の説明
主要部については図中に全て記述したので、ここでは省略する。

Claims (5)

  1. レーザと、
    このレーザの出射光を光ディスク照射用の光ビームとパワーモニタ用の光ビームとに分岐する光分岐素子と、
    それぞれ上記パワーモニタ用の光ビームを受光する高パワーモニタ用受光素子および低パワーモニタ用受光素子からなるパワーモニタ用受光部と、
    上記高パワーモニタ用受光素子の受光出力電流を受光出力電圧に変換する高パワーモニタ用の電流電圧変換アンプと、
    上記低パワーモニタ用受光素子の受光出力電流を受光出力電圧に変換する低パワーモニタ用の電流電圧変換アンプと、
    上記高パワーモニタ用の電流電圧変換アンプの出力の受光出力電圧に基づいて、相対的に高パワーを出力する時の上記レーザの出力パワーレベルを制御し、上記低パワーモニタ用の電流電圧変換アンプの出力の受光出力電圧に基づいて、相対的に低パワーを出力する時の上記レーザの出力パワーレベルを制御するパワー制御回路と、
    を備える光学ヘッド装置。
  2. 請求項1の光学ヘッド装置において、
    上記低パワーモニタ用受光素子の受光面積が上記高パワーモニタ用受光素子の受光面積より小さく、かつ上記低パワーモニタ用の電流電圧変換アンプのゲインが上記高パワーモニタ用の電流電圧変換アンプのゲインより大きい光学ヘッド装置。
  3. 請求項2の光学ヘッド装置において、
    上記低パワーモニタ用受光素子は、受光面が円形で、上記パワーモニタ用受光部の中心部を構成し、上記高パワーモニタ用受光素子は、受光面が環状で、上記パワーモニタ用受光部の周辺部を構成する光学ヘッド装置。
  4. 請求項2の光学ヘッド装置において、
    上記高パワーモニタ用受光素子または上記低パワーモニタ用受光素子が、互いに受光面積が等しい複数の受光素子に分割され、その複数の受光素子の受光量が等しくなるように上記パワーモニタ用受光部の位置が調整された光学ヘッド装置。
  5. 請求項1記載の光学ヘッド装置を備える光ディスク記録再生装置。
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