CN101313359B - 拾光器、光盘装置、计算机和光盘刻录机 - Google Patents

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Abstract

本发明中,将衍射光栅做成利用光通过衍射元件时产生的光路长之差因波长而异,赋予限制孔径的光大致半波长的光路长之差,使衍射方向相对光轴为非对称。通过这种衍射光栅的结构,对射入光盘的聚光光和来自光盘的反射光均能进行孔径限制,从而实现用一个物镜记录/再生多种光盘的拾光器。该拾光器,可以防止无用光射入光检测器,并使衍射元件低成本化。

Description

拾光器、光盘装置、计算机和光盘刻录机
技术领域
本发明涉及一种在光盘等光信息介质上记录或再生、删除信息的拾光器、使用该拾光器的光盘装置、应用该装置的个人计算机和记录视频、音频信号的光盘刻录机等的系统。
背景技术
堪称第一代光盘的压缩盘(Compact Disk)(以下记为CD),是使物镜的数值孔径为0.45至0.5,利用波长780nm的红外线在保护层厚度为1.2mm的光盘上进行记录或再生(以下记为记录/再生)。另外,在本说明书中,所谓保护层是指从光束射入光盘的面到信息记录面为止的透明介质。第二代的数字通用盘(Digital Versatile Disk)(以下记为DVD),是使物镜的数值孔径为0.6,利用波长655nm的红色光在保护层厚度为0.6mm的光盘上进行记录/再生。而第三代的蓝光盘(Blu-ray Disk)(以下记为BD),是使物镜的数值孔径为0.85,利用波长405nm的蓝色光在保护层厚度为0.1mm或0.075mm的光盘上进行记录/再生。
这样,第三代的光盘使用波长较短的蓝色激光和数值孔径较大的光学系统,实现了前所未有的高密度化,并期待今后的扩展。然而,即使有了高密度光盘的BD,也希望继承用DVD或CD积累的资产,因此需要可以对这些光盘进行记录/再生的小型而低价的光盘装置。为此,开发了一种可用一个物镜对保护层厚度不同的光盘进行记录/再生的可适应3种波长的拾光器。在该拾光器中,主要利用全息(hologram)等对由保护层厚度的差所引起的球面像差进行修正,用光学过滤器或衍射元件限制孔径。
以往公开有一种在不同种类的光盘上对不同波长的光束限制孔径进行记录/再生的结构。用图17对该结构进行说明。图17表示以往的拾光器的一个例子的概略结构。图17中,从蓝色激光器60射出的波长405nm的光束61,由准直透镜62聚光为平行光束后,透过偏振光分束器63、分色棱镜(dichroic prism)64,由镜65反射,在1/4波长板66处成为圆偏振光(circular polarized light),透过波长选择孔67,由物镜68以数值孔径NA1聚光在保护层厚度0.1mm的光盘51上。从光盘51反射回来的光,透过物镜68、波长选择孔67、1/4波长板66,成为与去时的路正交的直线偏振光,由偏振光分束器63反射,由检测透镜69聚光,并射入光检测器71的光接收面。利用其输出信号获得信息信号和控制信号。
全息单元72,是通过将红色激光器72a、红外激光器72b、全息72c、受光元件72d、72e集合成一体而成。从红色激光器72a射出的光束73,由准直透镜74聚光,经分色棱镜64、镜65反射,在1/4波长板66处成为圆偏振光,用波长选择孔67限制孔径,由物镜68以数值孔径NA2聚光在保护层厚度0.6mm的光盘52上。从光盘52反射回来的光,透过物镜68、波长选择孔67、1/4波长板66,成为与去时的路正交的直线偏振光,经分色棱镜64反射,由准直透镜74聚光,在全息72c处衍射,并射入受光元件72d。从受光元件72d的输出获得信息信号和控制信号。
此外,从红外激光器72b射出的光束75,由准直透镜74聚光,经分色棱镜64、镜65反射,在1/4波长板66处成为圆偏振光,用波长选择孔67限制孔径,由物镜68以数值孔径NA3聚光在保护层厚度1.2mm的光盘53上。从光盘53反射回来的光,透过物镜68、波长选择孔67、1/4波长板66,成为与去时的路正交的直线偏振光,经分色棱镜64反射,由准直透镜74聚光,在全息72c处衍射,并射入受光元件72e。从受光元件72e的输出获得信息信号和控制信号。
另外,对因各光盘的保护层厚度的差而产生的球面像差(spherical aberration)的修正,通过球面像差修正单元(未图示)来进行。
波长选择孔67如图18所示。图18中,波长选择孔67的中心部67a为相当于数值孔径NA3的区域,形成有透射光束61、73、75的光学多层膜。中间环部67b为相当于数值孔径NA3至NA2的区域,形成有透射光束61和光束73、反射光束75的光学多层膜。此外,外周部67c是比数值孔径NA2大的区域,形成有透射光束61、反射光束73和光束75的光学多层膜。因此,光束75以数值孔径NA3聚光在光盘53上,光束73以数值孔径NA2聚光在光盘52上。另外,在中心部67a,为了使透过此处的光束61、73的相位与透过中间环部67b、外周部67c的光束61、73的相位匹配,需要形成光学多层膜(例如日本专利公开公报特开2003-255221号(第12-13页,图10))。
作为第2个以往例,公开有一种利用衍射元件限制孔径的拾光器的结构。用图19对该结构进行说明。图19表示以往的拾光器的一个例子的概略结构。从蓝色激光器80射出的波长405nm的光束81,由准直透镜82聚光为平行光束后,透过偏振光分束器83、扩束器(beam expander)84、偏振光分束器85、衍射光学元件86,由物镜87以数值孔径NA1聚光在保护层厚度0.1mm的光盘51上。从光盘51反射回来的光,再次通过物镜87、衍射光学元件86、偏振光分束器85、扩束器84,经偏振光分束器83反射,由检测透镜88施加像散(astigmatism),聚光在光检测器89的光接收面上。由光检测器89检测出信息信号和控制信号。
此外,从红色激光器90射出的波长655nm的光束91,通过偏振光分束器92、93,由准直透镜94聚光为平行光束后,经偏振光分束器85反射,用衍射光学元件86限制光束直径,由物镜87以数值孔径NA2聚光在保护层0.6mm的光盘52上。从光盘52反射回来的光,再次通过物镜87、衍射光学元件86,经偏振光分束器85反射,由准直透镜94聚光,再经偏振光分束器93反射,由检测透镜95施加像散,聚光在光检测器96的光接收面上。由光检测器96检测出信息信号和控制信号。
其次,从红外激光器97射出的波长780nm的光束98,经偏振光分束器92反射,通过偏振光分束器93,由准直透镜94聚光为平行光束后,经偏振分光镜85反射,用衍射光学元件86限制光束直径,由物镜87以数值孔径NA3聚光在保护层1.2mm的光盘53上。从光盘53反射回来的光,再次通过物镜87、衍射光学元件86,经偏振分束器85反射,由准直透镜94聚光,再经偏振分束器93反射,由检测透镜95施加像散,聚光在光检测器96的光接收面上。由光检测器96检测出信息信号和控制信号。
另外,因各光盘的保护层厚度的差而产生的球面像差,通过另外设置的全息而被修正。
衍射光学元件86如图20A和图20B所示。图20A中,衍射光学元件86,包括在相当于数值孔径为NA3的范围无衍射结构的区域861、在相当于数值孔径为NA3至NA2的范围有衍射结构86a的区域862和在相当于数值孔径为NA2的范围的外侧有衍射结构86b的区域863,各衍射结构呈如图20B所示的阶梯结构。衍射结构86a被设定成阶梯结构的一阶产生波长λ1和λ2的大致整数倍的光路差,以致光束81、91不发生衍射地透过,光束98发生衍射而成为无用光。衍射结构86b被设定成阶梯结构的一阶产生波长λ1的大致整数倍的光路差,以致光束81不发生衍射地透过,光束91、98发生衍射而成为无用光。因此,光束98以数值孔径NA3聚光在光盘53上,光束91以数值孔径NA2聚光在光盘52上(例如日本专利公开公报特开2005-259332号(第20-24页,图1、2))。
在第1个以往例中,由于是通过波长选择孔67进行DVD和CD的孔径限制,因而需要在一个面上设置三种光学多层膜。该光学多层膜,可以通过用例如对蓝色光透射率良好的Ta2O5作为高折射率的介质膜和用SiO2作为低折射率的介质膜,将其进行交替层压而形成。为形成这样的光学多层膜,首先要在蒸镀金属膜后,用光致抗蚀剂(photoresist)遮盖中间环部67b和外周部67c,通过蚀刻除去中心部67a的金属膜,蒸镀使光束61、光束73和光束75透射的光学多层膜。然后,通过剥离(lift off)除去中间环部67b和外周部67c的金属膜和光学多层膜,从而完成中心部67a的光学多层膜。接着,再次蒸镀金属膜后,用光致抗蚀剂遮盖中心部67a和外周部67c,通过蚀刻除去中间环部67b的金属膜,蒸镀使光束61和光束73透射、使光束75反射的光学多层膜。然后,通过剥离除去中心部67a和外周部67c的金属膜和光学多层膜,完成中间环部67b的光学多层膜。接着,以同样的过程形成使光束61透射而使光束73和光束75反射的外周部67c的光学多层膜。
如上所述,使用光学多层膜的波长选择孔,由于要重复三次金属膜的蒸镀、遮盖、光学多层膜的蒸镀、剥离的过程,具有制造过程复杂、制造成本高的问题。
在第2个以往例中,通过衍射光学元件86进行DVD和CD的孔径限制。通过区域862的光束98在衍射结构86a衍射,不聚光在光盘53的信息记录面上,通过区域863的光束91、98在衍射结构86b衍射,不聚光在光盘52、53的信息记录面上。在这样的结构中,虽然可以限制聚光在光盘信息记录面上的光束的孔径,但从光盘反射回来的衍射光,当再次在衍射孔径元件86发生衍射时,会与通过区域861被光盘53反射的光束成为同一光路,而被光检测器96所接收。用图21对此进行说明。
图21是物镜87和衍射光学元件86的剖视图,表示在光盘53上聚光的光的传播。通过区域862的光束98在衍射结构86a发生衍射,例如,+1级衍射光通过如图所示的光路,到达光盘53,在光盘53的信息记录面反射。由光盘53反射的+1级衍射光,再次射入衍射结构86a并发生衍射。在该+1级衍射光的衍射时产生的-1级衍射光,与光束98不受衍射作用而透过区域861并在光盘53反射而返回的光束为同一光路,并射入光检测器96中。此外,在衍射结构86a产生的-1级衍射光,由光盘53反射,当再次衍射而成为+1级衍射光时,同样射入光检测器96中。不仅+1级衍射光和-1级衍射光如此,当m为自然数时,+m级衍射光和-m级衍射光也同样与透过区域861的光束为同一光路,并射入光检测器96中。此外,对在衍射结构86b衍射的光束91、98而言也同样。即,尽管可以在去时的路限制孔径,却不能在返回的路限制孔径,从而再生信号或控制信号中会叠加无用光而使信号品质恶化。
另外,衍射结构86a、86b,如图20B所示呈阶梯状,具有通过产生较强的指定的衍射光,使上述衍射光射入光检测器时的光量降低的效果,但不能使衍射结构为锯齿形状,不能避免射入光检测器96的衍射光。此外,将衍射结构设为阶梯状,会使槽变深,增加因形状误差引起的透射损失(transmission loss)、衍射损失(diffraction loss)。
发明内容
本发明提供一种解决了上述以往问题的孔径限制手段,其目的在于提供一种用一个物镜实现不同种类的光盘的兼容再生及兼容记录,能以低价而稳定地进行信息的记录/再生的拾光器、光盘装置、计算机和光盘刻录机。
为达成上述目的,本发明较为理想的第1结构的拾光器包括:射出波长为λ1的光的第1光源、射出波长为λ2的光的第2光源、射出波长为λ3的光的第3光源、将波长λ1的光聚光在保护层厚度t1的第1光盘上、将波长λ2的光聚光在保护层厚度t2的第2光盘上、将波长λ3的光聚光在保护层厚度t3的第3光盘上的物镜、检测光盘的反射光的光检测器、和使光源的出射光和光盘的反射光透射或衍射的衍射孔径元件,上述衍射孔径元件具有:以光轴为中心的内半径为R1外半径在R2(R2>R1)以上的环状的第1衍射区域、和以上述光轴为中心的内半径为R2的环状的第2衍射区域,上述第1衍射区域,让波长λ1的光和波长λ2的光透射,并使波长λ3的光的衍射方向相对上述光轴为非对称,上述第2衍射区域,让波长λ1的光透射,并使波长λ2的光的衍射方向相对上述光轴为非对称。
本发明在用一个物镜记录/再生BD、DVD、CD的拾光器中,作为对应各光盘对各波长的光进行孔径限制的手段,不通过使用光学多层膜的光学滤波器,而是通过衍射孔径元件使其具备充分的孔径限制作用。衍射孔径元件可通过注射成型法(injection moldingprocess)大量而低价地生产,从而可以廉价地提供记录/再生多个光盘的兼容头部。因此,可对今后高密度光盘的普及做出贡献。
附图说明
图1是本发明实施例1的拾光器的基本结构和光的传播情况的示意图。
图2是本发明实施例1的物镜的剖视图。
图3是本发明实施例1的衍射孔径元件的剖视图,是从光轴到其一端的放大图。
图4是本发明实施例1的光路长之差和0级光的关系示意图。
图5是本发明实施例1的衍射孔径元件的第1衍射区域所衍射的光的传播情况的示意图。
图6是表示本发明实施例1的衍射孔径元件的衍射光栅图案的第1示意图。
图7是本发明实施例1的衍射孔径元件的第2衍射区域所衍射的光的传播情况的示意图。
图8是表示本发明实施例1的衍射孔径元件的衍射光栅图案的第2示意图。
图9是表示本发明实施例1的衍射孔径元件的衍射光栅图案的第3示意图。
图10是表示本发明实施例1的衍射孔径元件的衍射光栅图案的第4示意式图。
图11是本发明实施例2的衍射孔径元件的剖视图,是从光轴到其一端的放大图。
图12是表示本发明实施例2的衍射孔径元件的第1衍射区域的衍射光栅图案的示意图。
图13是表示本发明实施例2的衍射孔径元件的第2衍射区域的衍射光栅图案的示意图。
图14是本发明实施例3的光盘装置的概略结构图。
图15是本发明实施例4的计算机的概略立体图。
图16是本发明实施例5的光盘刻录机的概略立体图。
图17是以往的拾光器的一个例子的概略结构的示意图。
图18是以往的拾光器的波长选择孔的俯视图。
图19是以往的拾光器的另一个例子的概略结构的示意图。
图20A是以往的拾光器的衍射光学元件的剖视图,图20B是图20A所示的衍射光学元件的局部放大图。
图21是以往的拾光器的衍射光学元件所衍射的光的传播情况的示意图。
具体实施方式
下面,参照附图对本发明的实施例进行说明。
(第1实施例)
图1是表示本发明实施例1的拾光器的结构图。图1中,拾光器包括蓝色激光器1、红色激光器2、红外激光器3、衍射光栅7、8、9、分色棱镜10、11、分束器12、准直透镜13、波长板14、镜15、物镜16、衍射孔径元件(diffraction aperture element)17、镜筒(lens barrel)18、检测透镜19、光检测器20。
蓝色激光器1射出波长λ1(约405nm)的光。红色激光器2射出波长λ2(约655nm)的光。红外激光器3射出波长λ3(约780nm)的光。光盘51是保护层厚度t1约为0.075mm或0.1mm的光盘,是通过波长λ1的光束而被记录/再生的光信息介质、例如BD用的光盘。光盘52是保护层厚度t2约为0.6mm的光盘,是通过波长λ2的光束而被记录/再生的光信息介质、例如DVD用的光盘。光盘53是保护层厚度t3约为1.2mm的光盘,是通过波长λ3的光束而被记录/再生的光信息介质、例如CD用的光盘。图1中用实线表示光盘51,用虚线表示光盘52,用点划线表示光盘53,只表示从光束射入的面到信息记录面的保护层。实际上,光盘51、52、53,为了确保机械强度,使外形与CD同为1.2mm,贴合有基材。光盘52贴合厚度0.6mm的基材,光盘51贴合厚度1.1mm的基材,但在本发明的附图中,为求简化而省略了基材。物镜16使光聚光在光盘51、52、53上。物镜16在透镜表面形成有全息16a。利用在全息16a产生的衍射光的波长依存性,修正因光盘51、52、53的保护层厚度的差异所引起的球面像差。下面对如上述而构成的拾光器的运作进行说明。
在记录/再生高记录密度的光盘51时,从蓝色激光器1射出的波长λ1的光束4通过衍射光栅7而被分成主光束和两个副光束,透过分色棱镜10、11,射入分束器12。分色棱镜10透射波长λ1的光,反射波长λ2的光,分色棱镜11透射波长λ1和λ2的光,反射波长λ3的光。此外,分束器12是光路分歧元件,对波长λ1、λ2的光,具有反射偏振面(plane of polarization)与入射面呈水平方向的直线偏振光(以下记为S偏振光)、透射与其正交的方向的直线偏振光(以下记为P偏振光)的偏振光分离特性,对波长λ3的光具有反射S偏振光的一部分、透射S偏振光的一部分的特性。蓝色激光器1射出的光束4,设定为以S偏振光射入分束器12中,经分束器12反射,由准直透镜13聚光,在波长板14处从直线偏振光变换为圆偏振光。准直透镜13可沿箭头X的方向移动,在光盘51的保护层厚度t1为0.075mm时,使准直透镜13向远离发光点的方向移动,在保护层厚度t1为0.1mm时,使准直透镜13向靠近发光点的方向移动,设定在缩小球面像差的位置上,适应2层结构的光盘51。波长板14设计成对波长λ1、λ2的光起1/4波长板的作用,对波长λ3的光不起波长板的作用。随后,光束4在镜15反射,透过衍射孔径元件17,通过镜筒18中设置的孔径18a而被孔径限制为数值孔径NA1,射入物镜16中。在此,光束4通过形成于物镜16的透镜表面的全息16a而发生衍射,受到物镜16的折射作用,通过保护层厚度t1,以数值孔径NA1聚光在光盘51的信息记录面上。被光盘51的信息记录面反射的光束4,成为与去时的路反向的圆偏振光,逆向循原光路通过物镜16、衍射孔径元件17,由波长板14变换为P偏振光,经准直透镜13聚光,透过分束器12。成为聚光光的光束4,由检测透镜19施加像散,射入光检测器20,通过受光元件20a被进行光电变换。检测透镜19由在相对分束器12的入射面倾斜45°的方向上具有透镜作用的圆柱形透镜(cylindrical lens)构成。通过对光束4施加像散,可由像散法获得聚焦信号,并通过由衍射光栅7形成的主光束和两个副光束构成差分推挽法(differentialpush-pull)(以下记为DPP),可获得追踪信号。此外,还可以根据光检测器20的输出获得信息信号。
其次,在记录/再生光盘52时,从红色激光器2射出的波长λ2的光束5通过衍射光栅8而被分成主光束和两个副光束,在分色棱镜10反射,透过分色棱镜11,射入分束器12。红色激光器2射出的光束5,设定为以S偏振光射入分束器12中,经分束器12反射,由准直透镜13聚光,通过波长板14从直线偏振光变换为圆偏振光。随后,光束5在镜15反射,由衍射孔径元件17限制孔径,射入物镜16中。在此,光束5因形成于物镜16的表面的全息16a而发生衍射,受到物镜16的折射作用,通过保护层厚度t2,以数值孔径NA2聚光在光盘52的信息记录面上。被光盘52的信息记录面反射的光束5,成为与去时的路反向的圆偏振光,逆向循原光路通过物镜16、衍射孔径元件17,由波长板14变换为P偏振光,经准直透镜13聚光,透过分束器12。成为聚光光的光束5,由检测透镜19施加像散,射入光检测器20,通过受光元件20a被进行光电变换。通过对光检测器20的输出进行演算,与上述同样可获得聚焦信号、追踪信号和信息信号。
其次,在记录/再生光盘53时,从红外激光器3射出的波长λ3的光束6通过衍射光栅9而被分成主光束和两个副光束,经分色棱镜11反射,射入分束器12。从红外激光器3射出的光束6,设定为以S偏振光射入分束器12中,S偏振光的一部分在此反射,由准直透镜13聚光。随后,光束6透过波长板14,在镜15反射,由衍射孔径元件17限制孔径,射入物镜16中。在此,光束6因全息16a而发生衍射,受到物镜16的折射作用,通过保护层厚度t3,以数值孔径NA3聚光在光盘53的信息记录面上。被光盘53的信息记录面反射的光束6,逆向循原光路通过物镜16、衍射孔径元件17,透过波长板14,经准直透镜13聚光,以S偏振光射入分束器12中。光束6的S偏振光的一部分在此透射,由检测透镜19施加像散,射入光检测器20,通过受光元件20a被进行光电变换。通过对光检测器20的输出进行演算,与上述同样可以获得聚焦信号、追踪信号和信息信号。CD用的光盘中,有的双折射(birefraction)较大,像光束4、5那样,当通过偏振光分离进行光路分歧时,光不会向光检测器20传播。因此,较为理想的是,光束6不根据偏振光方向、而是以反射一定的光并透射一定的光来进行光路分歧。此外,通过上述聚焦信号,使保持物镜16的镜筒18追随光盘51、52、53的盘面振动,并通过追踪信号,使其追随光盘51、52、53上形成的轨道。
图2是物镜16的剖视图,表示聚光在光盘51、52、53上的光的传播。全息16a是在物镜16的表面呈同心圆状形成的锯齿状的衍射光栅,设计成从光束4、5、6产生的+1级衍射光最强。利用该+1级衍射光的波长依存性,修正因光盘51、52、53的保护层厚度的差异而产生的球面像差。即,上述光束4的+1级衍射光受到物镜16的折射作用,通过保护层厚度t1,在光盘51的信息记录面上形成良好的光点,上述光束5的+1级衍射光受到物镜16的折射作用,通过保护层厚度t2,在光盘52的信息记录面上形成良好的光点,上述光束6的+1级衍射光受到物镜16的折射作用,通过保护层厚度t3,在光盘53的信息记录面上形成良好的光点。该球面像差的修正,也可利用全息的+1级衍射光以外的衍射光。例如,对波长λ1的光束4可利用+3级衍射光,对光束5、6可利用+2级衍射光。
下面,用图3至图10说明衍射孔径元件17的功能和结构。图3是衍射孔径元件17的剖视图,是从光轴到其一端的放大图。在图3的衍射孔径元件17中,通过半径R1的波长λ3的光以数值孔径NA3聚光在光盘53上,通过半径R2的波长λ2的光以数值孔径NA2聚光在光盘52上。半径R1的内部是没有衍射光栅的平面区域17a,半径R1到R2的范围是第1衍射区域17b,半径R2的外侧是第2衍射区域17c。第1衍射区域17b是以光轴为中心的具有内半径R1、外半径R2的环状区域,第2衍射区域17c是以光轴为中心的内半径R2的环状区域。此外,第1和第2衍射区域17b、17c的衍射光栅,分别呈深度为h1、h2的矩形形状,衍射后的光从衍射角较小的一方开始产生+1级、+2级、+3级……的衍射光,在其相反侧对称地产生-1级、-2级、-3级…的衍射光。在此,光路长之差若为光束通过衍射区域时因衍射光栅的阶梯结构而产生的光路长的差异,则设对波长λ的折射率为n,该光路长之差L如下所示,可用衍射光栅的深度h与媒介和空气的折射率之差(n-1)的乘积来表示,
L=h×(n-1)
该光路长之差L若为波长λ的k倍,则
kλ=h×(n-1)    ……(1)。
若求光路长之差L和0级光(不受衍射作用而透射的光)的关系,则如图4所示。图4中,横轴为以波长为单位的光路长之差L,表示从0波长到1波长的范围,纵轴为按标量计算时0级光的比例。0级光为100%表示全部光束透射而不发生衍射,为0%则意味着全部光束都发生衍射。此外,由于0级光的比例在波前相差1波长时与0波长时同等,故1波长以上的0级光的比例,重复从0波长到1波长的特性,可通过0级光相对从0波长到1波长的光路长之差L的比例,求取0级光相对全部光路长之差L的比例。由此,只要将光束通过第1衍射区域17b时产生的光路长之差L设为波长λ1和λ2的整数倍、波长λ3的整数倍+半波长,即可使波长λ1的光束4和波长λ2的光束5透射而过,使波长λ3的光束6发生衍射,可将光束6设定为数值孔径NA3。举个例子,若衍射孔径元件12的材料为硼硅酸盐冕玻璃(borosilicate crown glass)(BK7),第1衍射区域17b的光栅深度h1为3.82μm,则波长λ为405nm时BK7的折射率n为1.5302,故由(1)式可得k为5.00,光束4产生的光路长之差L为5波长。因此,0级光的比例与0波长时同等,波长λ1的光束4将近100%透射。此外,由于波长λ为655nm时BK7的折射率n为1.5144,根据(1)式可得k为3.00,光束5产生的光路长之差L为3波长。因此,0级光的比例与0波长时同等,波长λ2的光束5将近100%透射。另一方面,由于波长λ为780nm时的BK7的折射率n为1.5112,根据(1)式可得k为2.50,光束5产生的光路长之差为2.5波长。由于0级光的比例与0.5波长时同等,波长λ3的光束6将近100%衍射,0级光不透射,可以限制孔径。
然后,如果将光束通过第2衍射区域17c时产生的光路长之差L设为波长λ1的整数倍、波长λ2和λ3的整数倍+半波长,即可使波长λ1的光束4透射而过,使波长λ2的光束5和波长λ3的光束6发生衍射。通过使光束5发生衍射,可将数值孔径设定为NA2,通过使光束6发生衍射,在该区域中也可限制孔径。举个例子,若第2衍射区域17c的衍射光栅的深度h2为0.70μm,则波长λ为405nm时,根据(1)式可得k为0.92,光束4产生的光路长之差L为0.92波长。因此,波长λ1的光束4约有95%透射。此外,波长λ为655nm时,根据(1)式可得k为0.55,光束5产生的光路长之差L为0.55波长,故波长λ2的光束5约有97.5%衍射,可将数值孔径设定为NA2。另一方面,波长λ为780nm时,根据(1)式可得k为0.46,光束5产生的光路长之差L为0.46波长,故波长λ3为780nm的光束6约有98%衍射,与波长λ2同样可以限制孔径。在第2衍射区域17c中,虽然波长λ2、λ3的光束5、6不能同时100%衍射,而有2~3%作为0级光透射而过,但实用上并无问题。另外,透过第1和第2衍射区域17b、17c的0级光,约在±10%以下即可。±10%的0级光,经光盘51、52、53反射,再次透过第1和第2衍射区域17b、17c而成为±1%,在光检测器20的入射允许范围内。由图3可知透过衍射区域的0级光为±10%的光路长之差为(k±0.1)λ。
此外,将第2衍射区域17c的衍射光栅的深度设定为仅是光束5将近100%衍射,其结果,所产生的光束6的0级光可通过球面像差而受孔径限制。波长λ3的光束6若数值孔径增大,则通过形成于物镜16表面的全息16a修正球面像差变得困难,通过数值孔径NA2以上的区域的光束6,不会聚光在与透过数值孔径NA3内的光束6相同的位置上。此外,光盘53的反射光也由于球面像差,不沿着与通过平面区域17a的光束6相同的光路返回,而是扩散。
另外,积极地利用光束6的球面像差对孔径的限制,在第2衍射区域17c中,通过将光路长之差L设为波长λ1的整数倍、波长λ2的整数倍+半波长,使波长λ1的光束4透射而过,使波长λ2的光束5发生衍射,则将光束5设定为数值孔径NA2,光束6也可通过球面像差进行孔径限制。举个例子,若第2衍射区域17c的光栅的深度h2为3.12μm,则波长λ为405nm时,根据(1)式可得k为4.08,光束4产生的光路长之差L为4.08波长。因此,与0.08波长时同等,波长λ1的光束4约有95%透射。此外,波长λ为655nm时,根据(1)式可得k为2.45,光束5产生的光路长之差为2.45波长。因此,与0.45波长时同等,波长λ2的光束5约有97.5%衍射,可将数值孔径设定为NA2。此外,同样地,若第2衍射区域17c的衍射光栅的深度h2为4.52μm,则光束4产生的光路长之差为5.91波长,约有95%透射,波长λ为655nm时,光束5产生的光路长之差为3.55波长,光束5约有97.5%衍射,同样可设定为数值孔径NA2。另外,在上述说明中,作为衍射孔径元件17的材料虽举BK7为例进行了说明,但材料并不受限制。低成本批量生产,适用以树脂材料成形的方法。例如,衍射孔径元件17,可通过加热熔融树脂材料、加压注入金属模具内、予以固化成形的注射成型法进行大批量生产,实现制造成本的大幅度降低。
这种通过衍射孔径元件17进行的孔径限制,如以往例所示,若衍射光栅相对光轴对称地形成,则即使在去时的路上对光束限制孔径,光盘51、52、53的反射光也会通过与通过平面区域17a的光束6相同的光路而射入光检测器20中。本发明为解决这一问题,在第1衍射区域17b中,使波长λ3的光束6相对光轴非对称地衍射,在第2衍射区域17c中,使波长λ2、λ3的光束5、6或仅使波长λ2的光束5相对光轴非对称地衍射。用图5至图7对此进行说明。图5是衍射孔径元件17和物镜16的剖视图,表示聚光在光盘53上的光束6的传播。图6是衍射孔径元件17的正视图,示意地表示衍射光栅的图案。此外,图7是衍射孔径元件17和物镜16的剖视图,表示聚光在光盘52上的光束5的传播。
图6中,第1衍射区域17b被分割为两个区域17b1、17b2,其衍射光栅的方向相互正交,第2衍射区域17c也被分割为两个区域17c1、17c2,其衍射光栅的方向相互正交。因此,射入区域17b1的光束6,从衍射孔径元件17的正面看向A方向衍射而成为多种级数(a plurality of orders)的衍射光,射入区域17b2的光束6,向B方向衍射而成为多种级数的衍射光。向A方向衍射的光束6内,例如+1级衍射光6a,如图5所示,通过物镜16,到达光盘53,经光盘53的信息记录面反射,再次通过物镜16。从物镜16射出的+1级衍射光6b,与射入物镜16的+1级衍射光6a大致平行。由于该+1级衍射光6b一旦射入区域17b2中,则向与区域17b1的衍射方向正交的B方向衍射,从图5的剖视图看是直线前进,不返回与通过平面区域17a的光束6相同的光路。区域17b1中产生的-1级光、+m级光、-m级光也同样如此,不会返回与通过平面区域17a的光束6相同的光路。
此外,射入区域17b2的光束6,向B方向衍射而成为多种级数的衍射光,各衍射光通过物镜16,经光盘53反射,再次通过物镜16射入区域17b1。射入区域17b1的各衍射光,由于向A方向衍射,不返回与通过平面区域17a的光束6相同的光路。因此,波长λ3的光束6,在第1衍射区域17b中约有100%衍射,衍射后的光经光盘53反射,虽再次在第1衍射区域17b中发生衍射,但其衍射光不会射入光检测元件20a中。因此,本发明在去时的路上和返回的路上都能对光束6进行孔径限制。
其次,在第2衍射区域17c中,射入区域17c1的光束5和光束6,与第1衍射区域17b同样,从衍射孔径元件17的正面看向A方向衍射而成为多种级数的衍射光,在区域17c2中向B方向衍射而成为多种级数的衍射光。如图7所示,向A方向衍射的光束5内,例如+1级衍射光,通过物镜16,经光盘52反射,再次通过物镜16,射入区域17c2。射入区域17c2的+1级衍射光,由于向B方向衍射,不经过与通过平面区域17a的光束5相同的光路。区域17c1中产生的-1级光、+m级光、-m级光也同样如此,不会返回与通过平面区域17a的光束5相同的光路。
此外,射入区域17c2的光束5,向B方向衍射而成为多种级数的衍射光,各衍射光通过物镜16,经光盘52反射,再次通过物镜16射入区域17c1。射入区域17c1的各衍射光,由于向A方向衍射,因此不会返回与通过平面区域17a的光束5相同的光路。射入区域17c1、17c2的光束6也同样如此。因此,波长λ2的光束5和波长λ3的光束6,在第2衍射区域17c中约有97%衍射,衍射后的光,虽经光盘53反射,再次在第2衍射区域17c中发生衍射,但其衍射光不会射入光检测元件20a中。因此,在去时的路上和返回的路上都能对光束5、光束6进行孔径限制。另外,如上所述数值孔径在NA2以上,光束6的球面像差增大,无需通过衍射孔径元件17进行孔径限制时,也可将第2衍射区域17c做成仅使光束5以数值孔径为NA2地发生衍射。
使光束5、光束6相对光轴非对称地发生衍射的衍射光栅,可采用图8、图9、图10所示的结构。图8、图9、图10都是衍射孔径元件17的正视图,示意地表示衍射光栅的图案。图8中,第1衍射区域17b被分割为两个区域17b3和17b4,区域17b3的衍射光栅为圆周方向,区域17b4的衍射光栅为半径方向。因此,由于射入区域17b3的光束6,从衍射孔径元件17的正面看向C方向衍射,经光盘反射后的衍射光,在区域17b4中向D方向衍射,故不会返回与通过平面区域17a的光束6相同的光路。因此,在去时的路上和返回的路上都能对光束6进行孔径限制。此外,第2衍射区域17c也同样,区域17c3的衍射光栅为圆周方向,区域17c4的衍射光栅为半径方向,由于射入区域17c3的光束5、6向C方向衍射,射入区域17c4的光束5、6向D方向衍射,故不会返回与通过平面区域17a的光束5、6相同的光路。因此,在去时的路上和返回的路上都能对光束5和6进行孔径限制。
其次,图9中,第1衍射区域17b被分割为两个区域17b5和17b6,区域17b5和17b6的衍射光栅,以如图所示的倾斜方向相互正交。由于射入区域17b5的光束6向E方向衍射,经光盘53反射后的衍射光,在区域17b6中向F方向衍射,故衍射光不会返回与通过平面区域17a的光束6相同的光路,在去时的路上和返回的路上都能对光束6进行孔径限制。此外,第2衍射区域17c也同样,由于射入区域17c5的光束5、6向E方向衍射,射入区域17c6的光束5、6向F方向衍射,故不会返回与通过平面区域17a的光束5、6相同的光路。因此,在去时的路上和返回的路上都能对光束5和6进行孔径限制。
其次,图10中,第1衍射区域17b被分割为四个区域17b7至17b10,隔着光轴而相对的区域的衍射光栅相互正交,衍射方向为从G到J。由于射入区域17b7、17b8的光束6向G方向和H方向衍射,经光盘53反射的衍射光,分别在区域17b9、17b10中向I方向和J方向衍射,故不会偏到与通过平面区域17a的光束6相同的光路,从而在去时的路上和返回的路上都能将光束6孔径限制为数值孔径NA3。此外,第2衍射区域17c也同样,区域17c7至17c10所衍射的光束5、6,不会返回与通过平面区域17a的光束5、6相同的光路,在去时的路上和返回的路上都能对光束5和6进行孔径限制。通过这样进行4分割,可以防止例如在图6的区域17b1和17b2的边界区域衍射的光的一部分返回与通过平面区域17a的光束6相同的光路。另外,也可以进一步增加分割数。
此外,在本实施例中,是将衍射方向设成隔着光轴而正交的方向,但未必一定要是正交方向,只要将衍射方向设定成不致返回与通过平面区域17a的光束6相同的光路即可。至少,衍射方向不能相对光轴而对称。
如上所述,波长λ1的光束4在镜筒18的孔径部18a被孔径限制为数值孔径NA1,波长λ2的光束5在衍射孔径元件17的第2衍射区域17c被孔径限制为数值孔径NA2,波长λ3的光束6在衍射孔径元件17的第1衍射区域17b被孔径限制为数值孔径NA3,由此可以设定聚光在各光盘51、52、53上的光束4、5、6的数值孔径。
此外,聚焦检测以像散法为例进行了说明,但也可为刀口法(knife edge method)或光点尺寸检测法(spot size detection method)等其它方式,而追踪检测以DPP法为例进行了说明,但也可为相位差法、推挽法或其它方式。另外,在本实施例中,利用全息的衍射光对因光盘51、52、53的保护层厚度差而产生的球面像差进行了修正,但也可通过组合透镜进行修正,或用发散光进行修正等。
在本实施例中,如图5所示,衍射孔径元件17与物镜16分开而单独构成,设置在光源1、2、3和物镜16的光路中,物镜16附近的位置上,但本实施例并不限于该结构。也可在物镜16的表面上形成衍射孔径元件17。
根据本实施例,在用波长不同的多个光束记录/再生多种光盘的拾光器中,可以用衍射孔径元件设定聚光在各光盘上的光束的数值孔径,从而确保充分的孔径性能。该衍射孔径元件,由于可用注射成型法大量生产,所以可以低价提供实用的拾光器。
(第2实施例)
图11是本发明实施例2的衍射孔径元件的剖视图,是从光轴到其一端的放大图。图11中,衍射孔径元件21在两个面211、212上设置有衍射区域。一方的面211,在半径R1的内侧设有平面区域21a,在半径R1的外侧设有衍射光栅的深度为h1的第1衍射区域21b,另一方的面212,在半径R2的内侧设有平面区域21c,在半径R2的外侧设有衍射光栅的深度为h2的第2衍射区域21d。即,在面211上形成以光轴为中心的内半径R1、衍射光栅的深度h1的环状的第1衍射区域21b。且第1衍射区域21b的外半径在R2(R2>R1)以上。另一方面,在面212上形成以光轴为中心的内半径R2、衍射光栅的深度h2的第2衍射区域21d。通过半径R1的波长λ3的光以数值孔径NA3聚光在光盘53上,通过半径R2的波长λ2的光以数值孔径NA2聚光在光盘52上。此外,拾光器的结构,是将实施例1的衍射孔径元件17置换为图11的衍射孔径元件21,运作相同。即,从图1的蓝色激光器1射出的波长λ1的光束4,透过本实施例的衍射孔径元件21,在孔径18a处受到孔径限制,通过物镜16,穿过保护层厚度t1以数值孔径NA1聚光在光盘51的信息记录面上。此外,从红色激光器2射出的波长λ2的光束5,在本实施例的衍射孔径元件21处受到孔径限制,通过物镜16,穿过保护层厚度t2以数值孔径NA2聚光在光盘52的信息记录面上。从红外激光器3射出的波长λ3的光束6,在本实施例的衍射孔径元件21处受到孔径限制,通过物镜16,以数值孔径NA3聚光在光盘53的信息记录面上。在光盘51、52、53反射的光束,由光检测器20接收,获得信息信号。此外,物镜16通过利用全息16a的衍射,可使光束4穿过保护层厚度t1,在光盘51的信息记录面上形成良好的光点,上述光束5穿过保护层厚度t2,在光盘52的信息记录面上形成良好的光点,上述光束6穿过保护层厚度t3,在光盘53的信息记录面上形成良好的光点。
下面,用图11对衍射孔径元件21的功能进行说明。图11中,将通过第1衍射区域21b的光束的光路长之差设为波长λ1和λ2的整数倍、波长λ3的整数倍+半波长,以致透射波长λ1的光束4和波长λ2的光束5,衍射波长λ3的光束6。通过使光束6衍射,可以限制孔径将其设定为数值孔径NA3。若衍射孔径元件21的材料为BK7,衍射光栅的深度h1与实施例1的第1衍射区域17b的衍射光栅的深度相同为3.82μm,则与实施例1同样,在波长λ为405nm时,光路长之差为5波长,与0波长同等,波长λ为655nm时,光路长之差为3波长,与0波长同等。因此,由图4可知,波长λ1的光束4和波长λ2的光束5将近100%透射。另一方面,由于波长λ为780nm时,光路长之差为2.5波长,与0.5波长时同等,波长λ3的光束6将近100%衍射,0级光不透射,故可将光束6孔径限制为数值孔径NA3。
其次,若将第2衍射区域21d的光路长之差设为波长λ1的整数倍、波长λ2的整数倍+半波长,则可使波长λ1的光束4透射而过,波长λ2的光束5发生衍射。通过使光束5衍射,可将光束5孔径限制为数值孔径NA2。若与实施例1的第2衍射区域17c同样,将衍射光栅的深度h2设为0.70μm,则波长λ为405nm时,光路长之差为0.92波长,由图4可知波长λ1的光束4约有95%透射。另一方面,波长λ为655nm时,光路长之差为0.55波长,波长λ2的光束5约有97.5%衍射,可以将孔径限制为数值孔径NA2。在第2衍射区域21d中,虽然波长λ2的光束5不能同时100%衍射,而有2~3%作为0级光透射而过,但实用上并无问题。
另外,与实施例1同样,若将第2衍射区域21d的衍射光栅深度h2为3.12μm,则波长λ1的光束4产生的光路长之差等同于0.08波长,约95%透射,波长λ2的光束5产生的相位差(difference in phase)等同于0.45波长,约97.5%衍射,可将孔径限制为数值孔径NA2。此外,若将衍射光栅的深度h2设为4.52μm,则波长λ1的光束4产生的光路长之差等同于0.9波长,约95%透射,波长λ2的光束5产生的光路长之差等同于0.55波长,约97.5%衍射,可将孔径限制为数值孔径NA2。
另外,在上述说明中,作为衍射孔径元件21的材料虽举BK7为例进行了说明,但与实施例1相同,材料并不受限制。
第1衍射区域21b,使波长λ3的光束6相对光轴非对称地衍射,在第2衍射区域21d中,使波长λ2的光束5相对光轴非对称地衍射。用图12和图13对此进行说明。图12和图13是衍射孔径元件21的面211和面212的正视图,示意地表示衍射光栅的图案。图12中,第1衍射区域21b被分割为两个区域21b1和21b2,其衍射光栅的方向如图12所示,相互正交。射入区域21b1的光束6,从面211的正面看向A方向衍射而成为多种级数的衍射光,通过物镜16,经光盘53反射,再次通过物镜16,射入区域21b2,但由于区域21b2的衍射方向与区域21b1的衍射方向正交,故不会返回与通过平面区域21a的光束6相同的光路。射入区域21b2的光束6,向B方向衍射而成为多种级数的衍射光,经光盘53反射,射入区域21b1中,但由于衍射方向正交,所以同样不会返回与通过平面区域21a的光束6相同的光路。
此外,图13中,第2衍射区域21d被分割为两个区域21d1和21d2,其衍射光栅的方向如图所示,相互正交。射入区域21d1的光束5,从面212的正面看向A方向衍射而成为多种级数的衍射光,通过物镜16,经光盘52反射,再次通过物镜16,射入区域21d2,但由于区域21d2的衍射方向与区域21d1的衍射方向正交,故不会返回与通过平面区域21c的光束5相同的光路。射入区域21d2的光束5,向B方向衍射而成为多种级数的衍射光,经光盘52反射,射入区域21d1中,但由于衍射方向正交,所以同样不会返回与通过平面区域21c的光束5相同的光路。
本实施例中,由于将光束6和光束5的衍射区域分开,所以可以分别赋予适当的光路长之差。在上述说明中,光束5的衍射效率约为97.5%,但通过将光路长之差设为半波长,则可使其将近100%衍射。
如上所述,通过本发明,对向光盘52、53聚光的光束5、6和从光盘52、53反射的光束5、6都能进行孔径限制。此外,用于非对称衍射的衍射光栅,也可以为实施例1的图8、9、10所说明的图案。虽然将衍射方向设成隔着光轴而正交的方向,但未必一定要是正交方向,只要将衍射方向设定为不致返回与通过平面区域21a、21c的光束6、5相同的光路即可。
这样,波长λ1的光束4在镜筒18的孔径部18a被孔径限制为数值孔径NA1,波长λ2的光束5在衍射孔径元件21的第2衍射区域21d被孔径限制为数值孔径NA2,波长λ3的光束6在衍射孔径元件21的第1衍射区域21b被孔径限制为数值孔径NA3,由此可以设定聚光在各光盘51、52、53上的光束4、5、6的数值孔径。
本实施例也与上述实施例1同样,衍射孔径元件21可与物镜16分开而独立构成,也可形成于物镜16的表面上。
以上,根据本实施例,在用波长不同的多个光束记录/再生多种光盘的拾光器中,可以用衍射孔径元件设定聚光在各光盘上的光束的数值孔径,从而确保充分的孔径性能。该衍射孔径元件,由于可用注射成型法大量生产,所以可以低价提供实用的拾光器。
(第3实施例)
图14是采用实施例1或实施例2的拾光器的光盘装置的概略结构图。光盘装置107,包括驱动装置101、光学头(应为拾光器)102、电路103、马达104和转盘(turntable)105。图14中,光盘100搭载在转盘105上,由马达104转动。实施例1或实施例2所示的拾光器102,由驱动装置101移送至光盘100上目标信息所在的轨道处。
拾光器102,对应与光盘100的位置关系,向电路103发送聚焦误差信号及追踪误差信号。电路103根据该信号,向拾光器102发送用于驱动物镜的信号。拾光器102根据该信号,对光盘100进行聚焦控制和追踪控制,进行信息的读取、写入或删除。
上述说明中,搭载的光盘100是保护层厚度为t1、t2、t3的任一种光盘。本实施例的光盘装置107,由于采用实施例1或实施例2的拾光器,用一个拾光器可以对应记录密度不同的多种光盘。
(第4实施例)
本实施例是具备上述实施例3的光盘装置107的计算机的实施例。图15是本实施例的计算机的立体图。图15所示的计算机109,包括实施例3的光盘装置107、用于信息输入的键盘111和鼠标112等的输入装置116、基于从输入装置116输入的信息、从光盘装置107读出的信息等进行演算的CPU等演算装置108、显示演算装置108的演算结果的信息的阴极射线管或液晶显示装置等输出装置110。
另外,计算机109也可以不包括输入装置116和输出装置110,只包括光盘装置107和演算装置108。此外,计算机109也可以搭载输入光盘装置107上记录的信息、或向外部输出由光盘装置107读取的信息的有线或无线的输入输出端子。
本实施例的计算机109,包括上述实施例3的光盘装置107,由于可以稳定地记录或再生不同种类的光盘,可用于广泛的用途。
(第5实施例)
本实施例是具备上述实施例3的光盘装置107的光盘刻录机的实施例。图16是本实施例的光盘刻录机的立体图。图16所示的光盘刻录机115,包括实施例3的光盘装置107和通过光盘装置107将图像信号变换为记录到光盘上的信息信号的记录信号处理电路113。
较为理想的是,光盘刻录机115还包括将从光盘装置107获得的信息信号变换为图像信号的再生信号处理电路114。采用该结构,还可以再生已经记录的部分。另外,还可以包括显示信息的阴极射线管、液晶显示装置等输出装置110。
本实施例的光盘刻录机115,包括上述实施例3的光盘装置107,由于可以稳定地记录或再生不同种类的光盘,可用于广泛的用途。
另外,上述的具体实施例中,主要包含有具有以下结构的发明。
本发明较为理想的第1结构的拾光器包括:射出波长为λ1的光的第1光源、射出波长为λ2的光的第2光源、射出波长为λ3的光的第3光源、将波长λ1的光聚光在保护层厚度t1的第1光盘上、将波长λ2的光聚光在保护层厚度t2的第2光盘上、将波长λ3的光聚光在保护层厚度t3的第3光盘上的物镜、检测光盘的反射光的光检测器、和使光源的出射光和光盘的反射光透射或衍射的衍射孔径元件,上述衍射孔径元件具有:以光轴为中心的内半径为R1外半径在R2(R2>R1)以上的环状的第1衍射区域、和以上述光轴为中心的内半径为R2的环状的第2衍射区域,上述第1衍射区域,让波长λ1的光和波长λ2的光透射,并使波长λ3的光的衍射方向相对上述光轴为非对称,上述第2衍射区域,让波长λ1的光透射,并使波长λ2的光的衍射方向相对上述光轴为非对称。
上述拾光器,在使用三波长λ1、λ2、λ3的光学系统中,通过使衍射孔径元件的第1和第2衍射区域的衍射方向相对光轴为非对称,对光源的出射光和光盘的反射光都能进行孔径限制。
上述拾光器中,较为理想的是,上述第1和第2衍射区域形成在上述衍射孔径元件的一个面上,上述第1衍射区域的以上述光轴为中心的外半径为R2。
采用该结构,衍射孔径元件的孔径限制所产生的衍射光,即使经光盘反射再次由衍射孔径元件衍射,也不会取与通过孔径内的光相同的光路,衍射光不会被光检测器所接收。
上述拾光器中,较为理想的是,上述第1衍射区域形成在上述衍射孔径元件的一个面上,上述第2衍射区域形成在上述衍射孔径元件的另一个面上。
采用该结构,衍射孔径元件的孔径限制所产生的衍射光,即使经光盘反射再次由衍射孔径元件衍射,也不会取与通过孔径内的光相同的光路,衍射光不会被光检测器所接收。此外,由于第1衍射区域和第2衍射区域形成在不同的面上,因而可使λ2和λ3的光分别产生最佳衍射。
上述拾光器中,较为理想的是,上述衍射孔径元件与上述物镜分开而独立构成。
采用该结构,可以大批量生产衍射孔径元件,从而降低生产成本。
上述拾光器中,较为理想的是,当上述物镜以数值孔径NA1将波长λ1的光聚光在上述第1光盘上,以数值孔径NA2将波长λ2的光聚光在上述第2光盘上,以数值孔径NA3将波长λ3的光聚光在上述第3光盘上时,通过上述第1衍射区域的内半径R1的圆周上的位置的波长λ3的光相当于数值孔径NA3,通过上述第2衍射区域的内半径R2的圆周上的位置的波长λ2的光相当于数值孔径NA2。
采用该结构,可以限制孔径,使第1衍射区域中波长λ3的光的数值孔径为NA3,第2衍射区域中的波长λ2的光的数值孔径为NA2。
上述拾光器中,较为理想的是,上述数值孔径NA1、NA2和NA3满足NA1>NA2>NA3的关系。
采用该结构,可对物镜的数值孔径不同的光盘的光分别进行孔径限制。
上述拾光器中,较为理想的是,上述数值孔径NA1为0.85,上述数值孔径NA2为0.6至0.65,上述数值孔径NA3为0.45至0.5。
采用该结构,可对物镜的数值孔径不同的CD、DVD和BD的光分别进行孔径限制。
上述拾光器中,较为理想的是,上述第1衍射区域按衍射光栅的方向被分割为多个第1区域,该分割的第1区域的衍射光栅的方向,不同于隔着上述光轴而位于对称位置上的第1区域的衍射光栅的方向,上述第2衍射区域按衍射光栅的方向被分割为多个第2区域,该分割的第2区域的衍射光栅的方向,不同于隔着上述光轴而位于对称位置上的第2区域的衍射光栅的方向。
采用该结构,由于来自光源的光在衍射孔径元件处衍射时的衍射方向与来自光盘的反射光再次在衍射孔径元件处衍射时的衍射方向不一致,所以衍射光不会被光检测器所接收。
上述拾光器中,较为理想的是,上述第1衍射区域中,上述第1区域的衍射光栅的方向与隔着上述光轴而位于对称位置上的第1区域的衍射光栅的方向正交,上述第2衍射区域中,上述第2区域的衍射光栅的方向与隔着上述光轴而位于对称位置上的第2区域的衍射光栅的方向正交。
采用该结构,由于来自光源的光在衍射孔径元件处衍射时的衍射方向与来自光盘的反射光再次在衍射孔径元件处衍射时的衍射方向正交,所以衍射光不会被光检测器所接收。
上述拾光器中,较为理想的是,上述衍射孔径元件,在设上述衍射孔径元件对波长λ3的光的折射率为n3,上述第1衍射区域的衍射光栅的深度为h1时,满足
k3=h1×(n3-1)/λ3
2.4≤k3≤2.6
的关系。
采用该结构,可使通过上述第1衍射区域的波长λ1和λ2的光束透射而过,使波长λ3的光束发生衍射。
上述拾光器中,较为理想的是,上述衍射孔径元件,在设上述衍射孔径元件对波长λ2的光的折射率为n2,上述第2衍射区域的衍射光栅的深度为h2时,满足
k2=h2×(n2-1)/λ2
0.4≤k2≤0.6
的关系。
采用该结构,可使通过上述第2衍射区域的波长λ1的光束透射而过,使波长λ2和λ3的光束发生衍射。
上述拾光器中,较为理想的是,上述衍射孔径元件,在设上述衍射孔径元件对波长λ2的光的折射率为n2,上述第2衍射区域的衍射光栅的深度为h2时,满足
k2=h2×(n2-1)/λ2
2.4≤k2≤2.6
的关系。
采用该结构,可使通过上述第2衍射区域的波长λ1的光束透射而过,使波长λ2的光束发生衍射。
上述拾光器中,较为理想的是,上述衍射孔径元件,在设上述衍射孔径元件对波长λ2的光的折射率为n2,上述第2衍射区域的衍射光栅的深度为h2时,满足
k2=h2×(n2-1)/λ2
3.4≤k2≤3.6
的关系。
采用该结构,可使通过上述第2衍射区域的波长λ1的光束透射而过,使波长λ2的光束发生衍射。
上述拾光器中,较为理想的是,上述保护层的厚度t1、t2和t3满足t1<t2<t3的关系。
采用该结构,可以记录/再生保护层厚度不同的光盘。
上述拾光器中,较为理想的是,上述保护层的厚度t1约为0.075mm或0.1mm,上述保护层的厚度t2约为0.6mm,上述保护层的厚度t3约为1.2mm。
采用该结构,可以记录/再生保护层厚度不同的BD、DVD和CD用的光盘。
上述拾光器中,较为理想的是,上述波长λ1在从390nm到420nm的波长带域,上述波长λ2在从640nm到680nm的波长带域,上述波长λ3在从750nm到830nm的波长带域。
采用该结构,可以记录/再生波长不同的BD、DVD和CD用的光盘。
本发明较为理想的第2结构的光盘装置包括,上述的任一拾光器、用来转动光盘的马达、和基于从上述拾光器获得的信号,对上述马达、上述拾光器所使用的光学透镜和上述拾光器所使用的光源的至少其中之一进行控制和驱动的电路。
上述光盘装置,由于通过马达,使第1光盘、第2光盘和第3光盘转动,通过电路,基于从光学头获得的信号,对马达、光学头所使用的光学透镜和光学头所使用的光源的至少其中之一进行控制和驱动,故可将上述光学头应用于光盘装置中。
本发明较为理想的第3结构的计算机包括,上述光盘装置、基于输入的信息和从上述光盘装置再生的信息的至少其中之一进行演算的演算装置,和输出上述输入的信息、从上述光盘装置再生的信息和上述演算装置的演算结果的至少其中之一的输出装置。
上述计算机,由于通过演算装置,基于从输入装置或输入端子输入的信息和从光盘装置再生的信息的至少其中之一进行演算,通过输出装置或输出端子,输出从输入装置或输入端子输入的信息、从光盘装置再生的信息和演算装置的演算结果的至少其中之一,故可将具备上述光学头的光盘装置应用于计算机中。
本发明较为理想的第4结构的光盘刻录机,包括上述光盘装置、将图像信息变换为在上述光盘装置上记录的信号的记录用信号处理电路和将从上述光盘装置获得的信号变换为图像信息的再生用信号处理电路。
上述光盘刻录机,由于通过记录用信号处理电路,图像信息被变换为在光盘装置上记录的信号,通过再生用信号处理电路,从光盘装置获得的信号被变换为图像信息,故可将具备上述光学头的光盘装置应用于光盘刻录机中。
产业上的利用可能性
本发明的拾光器,用一个物镜实现不同种类的光盘的兼容再生或兼容记录,即使光盘不同也可设定为最佳数值孔径,稳定地再生或记录信息。因此,适用于作为其应用设备的光盘装置、计算机、光盘刻录机等。

Claims (18)

1.一种拾光器,其特征在于包括:
第1光源,射出波长为λ1的光;
第2光源,射出波长为λ2的光;
第3光源,射出波长为λ3的光;
物镜,将波长λ1的光聚光在保护层厚度t1的第1光盘上、将波长λ2的光聚光在保护层厚度t2的第2光盘上、将波长λ3的光聚光在保护层厚度t3的第3光盘上;
光检测器,检测光盘的反射光;及
衍射孔径元件,使光源的出射光和光盘的反射光透射或衍射;其中,
上述衍射孔径元件具有:以光轴为中心的内半径为R1、外半径为R2以上的环状的第1衍射区域和以上述光轴为中心的内半径为R2的环状的第2衍射区域,其中,R2>R1,其中,
上述第1衍射区域,让波长λ1的光和波长λ2的光透射,并使波长λ3的光的衍射方向相对上述光轴为非对称,
上述第2衍射区域,让波长λ1的光透射,并使波长λ2的光的衍射方向相对上述光轴为非对称,
上述第1衍射区域按衍射光栅的方向被分割为多个第1区域,该分割的第1区域的衍射光栅的方向,不同于隔着上述光轴而位于对称位置上的第1区域的衍射光栅的方向,上述第2衍射区域按衍射光栅的方向被分割为多个第2区域,该分割的第2区域的衍射光栅的方向,不同于隔着上述光轴而处于对称位置上的第2区域的衍射光栅的方向。
2.根据权利要求1所述的拾光器,其特征在于:
上述第1和第2衍射区域形成在上述衍射孔径元件的一个面上,
上述第1衍射区域的以上述光轴为中心的外半径为R2。
3.根据权利要求1所述的拾光器,其特征在于:
上述第1衍射区域形成在上述衍射孔径元件的一个面上,上述第2衍射区域形成在上述衍射孔径元件的另一个面上。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的拾光器,其特征在于:上述衍射孔径元件与上述物镜分开而独立构成。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的拾光器,其特征在于:在上述物镜以数值孔径NA1将波长λ1的光聚光在上述第1光盘上、以数值孔径NA2将波长λ2的光聚光在上述第2光盘上、以数值孔径NA3将波长λ3的光聚光在上述第3光盘上时,通过上述第1衍射区域的内半径R1的圆周上的位置的波长λ3的光相当于数值孔径NA3,通过上述第2衍射区域的内半径R2的圆周上的位置的波长λ2的光相当于数值孔径NA2。
6.根据权利要求5所述的拾光器,其特征在于:上述数值孔径NA1、NA2和NA3满足NA1>NA2>NA3的关系。
7.根据权利要求6所述的拾光器,其特征在于:上述数值孔径NA1为0.85,上述数值孔径NA2为0.6至0.65,上述数值孔径NA3为0.45至0.5。
8.根据权利要求1所述的拾光器,其特征在于:
上述第1衍射区域中,上述第1区域的衍射光栅的方向与隔着上述光轴而位于对称位置上的第1区域的衍射光栅的方向正交;
上述第2衍射区域中,上述第2区域的衍射光栅的方向与隔着上述光轴而位于对称位置上的第2区域的衍射光栅的方向正交。
9.根据权利要求1至3中任一项所述的拾光器,其特征在于:上述衍射孔径元件,在设上述衍射孔径元件对波长λ3的光的折射率为n3、上述第1衍射区域的衍射光栅的深度为h1时,满足以下的关系:
k3=h1×(n3-1)/λ3
2.4≤k3≤2.6。
10.根据权利要求1至3中任一项所述的拾光器,其特征在于:上述衍射孔径元件,在设上述衍射孔径元件对波长λ2的光的折射率为n2、上述第2衍射区域的衍射光栅的深度为h2时,满足以下的关系:
k2=h2×(n2-1)/λ2
0.4≤k2≤0.6。
11.根据权利要求1至3中任一项所述的拾光器,其特征在于:上述衍射孔径元件,在设上述衍射孔径元件对波长λ2的光的折射率为n2、上述第2衍射区域的衍射光栅的深度为h2时,满足以下的关系:
k2=h2×(n2-1)/λ2
2.4≤k2≤2.6。
12.根据权利要求1至3中任一项所述的拾光器,其特征在于:上述衍射孔径元件,在设上述衍射孔径元件对波长λ2的光的折射率为n2、上述第2衍射区域的衍射光栅的深度为h2时,满足以下的关系:
k2=h2×(n2-1)/λ2
3.4≤k2≤3.6。
13.根据权利要求1至3中任一项所述的拾光器,其特征在于:上述保护层的厚度t1、t2和t3满足t1<t2<t3的关系。
14.根据权利要求13所述的拾光器,其特征在于:上述保护层的厚度t1约为0.075mm或0.1mm,上述保护层的厚度t2约为0.6mm,上述保护层的厚度t3约为1.2mm。
15.根据权利要求1至3中任一项所述的拾光器,其特征在于:上述波长λ1在从390nm到420nm的波长带域,上述波长λ2在从640nm到680nm的波长带域,上述波长λ3在从750nm到830nm的波长带域。
16.一种光盘装置,其特征在于包括:
如权利要求1至3中任一项所述的拾光器;和
用来转动光盘的马达;以及
基于从上述拾光器获得的信号,对上述马达、上述拾光器所使用的光学透镜和上述拾光器所使用的光源的至少其中之一进行控制和驱动的电路。
17.一种计算机,其特征在于包括:
如权利要求16所述的光盘装置;
基于输入的信息和从上述光盘装置再生的信息的至少其中之一进行演算的演算装置;和
输出上述输入的信息、从上述光盘装置再生的信息和上述演算装置的演算结果的至少其中之一的输出装置。
18.一种光盘刻录机,其特征在于包括:
如权利要求16所述的光盘装置;
将图像信息变换为在上述光盘装置上记录的信号的记录用信号处理电路;和
将从上述光盘装置获得的信号变换为图像信息的再生用信号处理电路。
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