CN1213415C

CN1213415C - 光信息处理装置和光学元件

Info

Publication number: CN1213415C
Application number: CNB991235495A
Authority: CN
Inventors: 齐藤阳一; 麻田润一; 高桥雄一; 西胁青児; 长岛贤治; 百尾和雄; 长冈淳二
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1998-11-09
Filing date: 1999-11-09
Publication date: 2005-08-03
Anticipated expiration: 2019-11-09
Also published as: CN1311449C; US6930972B2; CN1287169C; CN1516144A; US20040105375A1; US6618343B1; US6819647B2; US6888787B2; US20040008606A1; CN1258067A; KR100416350B1; CN1516143A; KR20000035339A; US20040008604A1; CN1327423C; CN1515916A; US6920101B2; US20040008603A1

Abstract

一种光盘装置，从半导体激光器向光盘的光束来路中物镜的开口大于从光盘开始的回路中物镜的开口，且在记录和重放时可改变该开口。由于光在高开口下被聚焦在光盘上，所以记录重放能力提高，同时由于在低开口下进行来自光盘的反射光的检测，所以也不损失相对于倾斜和散焦的裕量，同时由于可除去反射光中不需要的信号成分，所以也可提高信息信号的S/N，以实现高性能的光盘装置。可获得不损失重放品质的记录密度和记录品质高的光盘装置。

Description

光信息处理装置和光学元件

技术领域

本发明涉及在光盘上进行光学信息记录、重放的光信息处理装置和用于光拾取器中的光学元件。

背景技术

下面，用图18说明作为以往光信息处理装置之一的光头的动作。由作为光源一例的半导体激光器18发射的光在穿过作为分离元件的全息照相元件18-5后，由物镜18-3聚焦在作为信息记录介质一例的光盘18-2上。被光盘反射的光穿过物镜后被全息照相元件衍射，入射到第一光检测器18-4-1、18-4-2上。由物镜支架18-6决定入射到光盘上的来路光的开口，一般大多采用圆形开口。开口NA与入射到物镜上的光直径对应，如果物镜的焦点距离为f，那么直径D满足

D＝2×f×NA

的关系。由于焦点距离f一定，所以NA的大小与直径D的大小对应。从光盘反射的回路光的开口同样也由物镜支架18-6决定，在来路、回路上有相同的开口。

下面，说明各种信号的检测例。在全息照相元件由菲涅耳透镜(Fresnel lens)的一部分构成的情况下，如图18所示，可以这样构成，以便单侧的衍射光在光检测器18-4-1的前面连接焦点，其它衍射光在光检测器18-4-2后方连接焦点。如图18的A方向箭头图所示，光检测器18-4-1、18-4-2分别按三等分构成时，根据各光检测器输出的运算结果，可以检测出SSD(点尺寸探测)方式的聚焦误差信号FE。FE可以由

FE＝(18-4-1b)-(18-4-2b) ...(1)

FE＝((18-4-1a)+(18-4-1c)+(18-4-2b))-((18-4-1b)+(18-4-2a)+(18-4-2c)) ...(2)的其中之一得出。

在光盘的信迹(track)方向为图18的信迹方向时，由于信迹产生的衍射图形的远场象在光检测器上的点上如A方向箭头图所示那样生成，所以寻迹误差信号TE可由

TE＝(18-4-1a)-(18-4-1c) ...(3)

TE＝(18-4-2a)-(18-4-2c) ...(4)

TE＝((18-4-1a)+(18-4-2c))-((18-4-1c)+(18-4-2a))

...(5)的其中之一得到。

光盘的数据信息信号RF可由光检测器18-4-1的所有输出、相同的18-4-2的所有输出或18-4-1与18-4-2的相加输出得到。

图19表示采用波长相互不同的两个激光源的其它以往例的光盘装置的结构。在该光盘装置中，有波长相互不同的两个激光源19-1(波长λ1)、激光源19-2(波长λ2)。从波长λ1(在DVD等情况下，λ1＝660nm)的半导体激光源19-1发射的激光19-21通过偏光性全息照相元件19-3。

作为该偏光性全息照相元件，在铌酸锂等各向异性材料的基板上形成深度为d的格栅，在其沟部填充各向同性的物质(折射率n1)。一般来说，如果通过沟部和沟部之间的光的相位差为φ，那么可用cos²(φ/2)来表示透过率。相对于格栅沟中平行、垂直的偏振光来说，如果基板的折射率分别为n1、n2，那么对于格栅沟中平行的偏振光，由于φ＝0，所以透过率为1。另一方面，对于格栅沟中垂直的偏振光，由于φ＝2π(n1-n2)d/λ，所以如果按φ＝π那样设定深度d，那么透过率为零，即被完全衍射。

因此，考虑到从激光源19-1发射的光19-21的偏振光方向与偏光性全息照相元件19-3的槽方位，在激光19-21通过偏光性全息照相元件19-3的情况下，可以使光不被衍射地透过。用四分之一波长板19-4将透过的光19-22从直线偏振光(S波)转换成圆偏振光的光19-23，用棱镜19-5表面进行反射，然后用准直透镜19-6变为平行光19-24，经上升镜19-7入射到装载在调节器可移动端19-14上的物镜19-8上，入射到光盘的信号面19-9上。

在信号面上进行记录的情况下，通过提高激光源19-1的发射功率，产生与记录信号对应的调制，在信号面19-9上记录所需的信号。

从信号面19-9反射的光19-25沿与来路相反的方向行进，被四分之一波长板19-4转换成直线偏振光(P波)的光19-26，透过偏光性全息照相元件19-3，但此时利用偏振光全息照相元件19-3的偏振光依赖性，将光分支为以入射光轴为对称轴的+1次衍射光19-27、-1次衍射光19-28，入射到邻接光源1设置的光检测器19-10上的检测面上，得到控制信号和重放信号，重放信息。

另一方面，从另一个波长λ2(在CD等情况下，790nm)的半导体激光器光源19-2发射的激光19-29经全息照相元件19-11衍射分支成三个光束(+1次衍射光、-1次衍射光、0次)，被设置在棱镜19-5的光入射面上的孔19-12进行开口限制，透过棱镜19-5，利用准直透镜19-6变成聚束性的光19-30，经上升镜19-7，通过物镜19-8，入射到有与使用上述光源19-1情况不同的基体材料厚度的光盘的信号面19-15。其中，由上述全息照相元件19-11产生的衍射光以三个点配置在各个信号面上，按照所谓的三束寻迹法用于寻迹控制信号和重放信号检测。从信号面19-15反射的光19-31穿过镜19-7、准直透镜19-6、棱镜19-5，利用全息照相元件19-11衍射，通过入射到检测器19-16的检测面进行信号检测来重放信息。将物镜19-8进行这样的形状设计，相对于波长λ1的光基体材料厚度为0.6mm的光盘，相对于波长λ2的光基体材料厚度为1.2mm的光盘，通过设计最佳的各自的开口和光学系统，以便像差最小。就是说，对于波长λ2的光来说，利用调节孔19-12进行最佳开口限制。

发明内容

在光盘装置中，伴随着数据信息的高密度化，要求以上的记录重放能力提高。一般来说，为了记录和重放更高密度的信号，要使光盘上的聚焦点更小，即考虑缩短光源的波长，或增大物镜的NA。但是，一般在办公和家庭中使用的普通光盘装置中，可以使用的短波长的光源在目前为红色的660nm的半导体激光器，与此相比，短波长的半导体激光器缺乏可靠性，目前难以在记录中使用。此外，如果将物镜进行高NA化(增大物镜支架的开口)，那么尽管使记录重放特性的一部分得以改善，但存在相对于倾斜和散焦的裕量损失大的课题。相对于高密度化发展的光盘，本发明的第一目的在于提供可以进行良好记录重放，同时不损失裕量的光盘装置。

另一方面，在用图19所示的两个激光光源的以往的光盘装置中存在以下三个问题。

第一，在透镜移向光盘的信迹方向时，由于透镜与孔的相对位置偏移产生开口的非对称性，所以象差(主要为球面象差、慧形象差)增大，信号品质显著劣化。

第二，同样在透镜移动时，因透镜与全息照相元件的相对位置偏移，经全息照相元件的分割，分配给光检测器的光的光量平衡被破坏，信号中DC成分重叠，发生偏置，所以寻迹控制不好。

第三，一般来说，因物镜和准直透镜的折射率分散，激光光源的波长在记录和重放的功率调制的模式变化时产生瞬间的轴上象差(即色象差)。因此，产生透镜与信号面的相对位置误差(散焦)。为了防止该误差，就必须有若干色象差校正元件。图20(a)、(b)表示以往提出的色象差校正元件20-160(详细内容参照申请号为特开平6-82725的专利申请)的剖面结构图和平面图。色象差校正板20-160在折射率为n的玻璃板上形成同心圆状阶梯结构20-150。在图中，透过阶梯高度t为

t＝λ/(n-1)

的同心圆状阶梯结构部分的波长为λ的光在相邻阶梯部分之间仅偏差2π相位，但波动地形成同一波面。另一方面，如果波长偏移λ，那么相邻阶梯部分之间的相位被微小地偏移，但由于以同心圆状形成该阶梯，产生消除色象差造成的轴上象差方向上的大体球面的波，因而将该元件与透镜组合，可以进行象差校正。

以上，为了完全消除图19所示的光头装置的三个问题点，期望将上述各结构体(孔、全息照相元件、象差校正板)全部装载在可移动体上。但是，在全部装载这些元件的情况下，可移动体的重量变得非常大，也不容易获得调节器的平衡。此外，由于只要重量大的部分移动就需要能量，所以存在消耗功率变大的问题。而且，由于各元件相对于整个透镜中心(光轴中心)必须正确地位置重合，所以需要高精度的组装工艺，生产率会下降。第二目的是解决该问题点。

首先，为了第一目的，本发明这样构成，以便从半导体激光器向光盘的来路的光路的物镜的NA大于从光盘向回路的NA，或者，在记录和重放时可改变NA。

因此，由于用高NA将光向光盘上聚焦，所以记录重放能力提高，同时由于用低NA进行来自光盘的反射光的检测，所以不损失相对于倾斜和散焦的裕量，并且由于可以除去反射光中不需要的信号成分，所以信息信号的S/N提高，可以实现高性能的光盘装置。或者，通过在记录和重放时改变物镜的开口，可获得不损害重放品质，并提高了记录密度和记录品质的光盘装置。

而且，为了实现第二目的，本发明采用以下部件。即在偏光性全息照相元件部分的两片玻璃板的其中之一上，形成相对于穿过元件的两种波长的光(波长λ1、λ2；λ1＜λ2)可分别改变各开口面积的薄膜的光学元件，其中利用两片玻璃基板夹置由双折射性材料构成的衍射格栅、和N为任意自然数时光学厚度为(N+1/4)λ1的波长膜构成该偏光性全息照相元件部分，或者，其特征在于，在两片玻璃板的其中一个上设有多个同心圆状阶梯结构的光学元件，或者，透过元件的两种光的波长λ1、λ2在N1、N2为自然数时满足(N1+1/4)λ1≈N2×λ2的关系。或者，其特征在于，代替光学厚度为(N1+1/4)λ1的波长膜，将使用光学厚度为(N1+1/5)λ1的波长膜的光学元件装载在调节器上。

按照本发明的上述结构，在对光盘的记录重放中，通过使来路的开口与回路的开口不同，与高NA产生的点相比，来路进行良好的记录重放，回路除去低NA产生的在来自光盘反射光的高NA部分中包括的许多交扰成分、符号间干扰成分、高象差成分，可以进行高品质的信号重放，同时具有不损失相对于散焦和倾斜裕量的良好效果。

此外，作为开口元件，使用衍射格栅，通过谋求与其它元件的一体化，具有小型化、稳定化、低成本化等良好效果。

此外，通过将回路开口外的光的至少一部分向第二光检测器导入，运算第一光检测器输出，可以使符号间干扰成分和交扰成分相互抵消，而且具有可获得良好信息信号的良好效果。

此外，利用可变地构成开口元件的开口，可以设定每种光盘的最佳开口，由于具有总可以保持良好信号重放的良好效果，所以可获得不损失重放品质，并提高了记录密度和记录品质的光盘装置。

而且，利用上述结构，可动元件的重量增加很少便可实现，可以抑制消耗功率的增加。此外，各元件间的位置不重合，组装也容易。

附图说明：

图1是本发明第一实施例的光信息处理方法的结构图。

图2是本发明第一实施例的解析例。

图3是本发明第一实施例的开口元件的结构例。

图4是本发明第二实施例的光信息处理方法的结构图。

图5是本发明第二实施例的解析例。

图6是本发明第二实施例的开口元件的结构例。

图7是本发明第三实施例的光信息处理方法的结构图。

图8是本发明第三实施例的解析例。

图9是本发明第三实施例的开口元件的结构例。

图10是本发明第三实施例的另一光信息处理方法的结构图。

图11是本发明第四实施例的光信息处理方法的结构图。

图12是本发明第五实施例的光信息处理方法的结构图。

图13是本发明第六实施例的光信息处理方法的结构图。

图14是本发明第六实施例的开口元件的结构例。

图15是本发明第七实施例的开口元件的剖面结构图。

图16表示采用本发明第七实施例的开口元件的光盘装置的结构图。

图17是本发明第八实施例的开口元件的剖面结构图。

图18是以往的光信息处理方法的结构图。

图19表示以往例中光盘装置的结构图。

图20是作为以往校正象差装置的同心圆状阶梯结构的元件剖面图和平面图。

具体实施方式

(第一实施例)

图1表示本发明第一实施例的光信息处理方法的结构例。以下，将省略在FE、TE、RF信号检测原理等方面与图18的以往例相同部分的说明。在以往例中，来路和回路的NA由物镜支架18-6决定，并且相等。在本例中，开口由物镜支架1-6、作为开口元件结构部件的λ/4板1-7和衍射格栅1-8决定。衍射格栅1-8在图中的阴影线部分上设有格栅。

以下，说明开口元件的动作。λ/4板1-7具有在入射光中产生λ/4的相位差功能。衍射格栅1-8例如为由铌酸锂等各向异性材料(例如，折射率n1和n2)制成的凹凸格栅，在其凹部中填充具有与各向异性材料的两个折射率的其中一个相等的折射率的各向同性材料(例如，折射率n1)。在该衍射格栅1-8上入射直线偏振光的光时，相对于各向异性材料的折射率n1显现的偏振方向，由于衍射格栅不相等，所以入射光全部透过。相反，作为相对于与上述偏振方向垂直的偏振方向的衍射格栅的功能，衍射入射光。在图1中，半导体激光器1-1的偏振方向与衍射格栅1-8的看不见的格栅的偏振方向对应。因此，在衍射格栅1-8上通过半导体激光器1-1入射的光无论有无格栅都继续全部透过衍射格栅1-8。因而来路的开口NA1不由开口元件决定，而由物镜支架1-6决定。另一方面，由于来自光盘的反射光在来路和回路中两次通过λ/4板，半导体激光器的偏振方向变成垂直偏振方向，使衍射格栅1-8的格栅可见，所以衍射格栅1-8的中央部分(没有阴影线的区域)的光透过，到达第一光检测器，但在格栅部分(阴影线部分)象图示那样被衍射的光不到达第一光检测器。这样，回路的开口NA2不由物镜支架1-6决定，而由衍射格栅1-8决定。

按照图1，这样构成，即NA1的一方比NA2大。为了简单地说明，如果假设NA2与以往例的开口NA相等，比较以往例与本发明，那么可知回路的开口相等，但来路的开口则是本发明的开口大。由此，本发明具有以往例中没有的以下效果。

(1)如果波长为λ，由于光盘上的点尺寸与λ/NA

成正比，所以在入射到光盘上的光的开口NA1比以往例的NA大的本发明中，光盘上的点尺寸变小，可实现记录灵敏度的提高，记录品质的提高，重放信号分辨率的提高，降低交扰，降低符号间干扰。

(2)由散焦引起的信号下降与NA的平方成正比，而由倾斜引起的信号下降与NA的三次方成正比，但在本发明中，由于回路的开口与以往例的NA相等为NA2，所以相对于散焦和倾斜的裕量与以往例相同，与来路的开口大小无关，裕量不损失。

(3)在来自光盘的反射光的NA的大区域(开口的周边部分)中包括许多由相邻信迹产生的交扰(crosstalk)成分和前后信号产生的符号间干扰成分、散焦和倾斜产生的象差成分。在本发明中，由于回路的开口设定得比来路的开口小，可除去包括许多交扰成分、符号间干扰成分、象差成分的光，所以可获得良好的重放特性。

图2表示本发明的重放特性的解析例。光盘有0.6μm的信迹间距，作为信息信号，假设由约0.4μm至2μm的标志构成随机数据，重放的光头的波长为660nm。以来路和回路的NA为参数，显示重放信号颤动的情况如图2所示，用每0.1％的等高线表示颤动。在以往例的情况下，作为一般的开口，如果来路、回路中NA都为0.6，那么重放信号的颤动约为4.05％。而作为与此相对的本发明的一例，如果来路的NA1为0.63，回路的NA2为0.6，那么重放信号的颤动为3.0％，相对于以往例有1.05％的改善。作为以往例，如果来路、回路中NA都为0.63，那么重放信号的颤动约为3.07％，而在本发明中，除了没有0.07％外，由于回路的NA也为0.63，所以相对于本发明来说，散焦裕量损失约9％，倾斜裕量损失约14％。

在上述解析中假设的光盘的情况下，在回路的NA2一般为0.6时，来路的NA1继续增大，则渐渐地颤动减小，而在NA1为0.63至0.67时，颤动的变化变小。为了使NA1的偏差影响减小，期望设定在0.63至0.67之间。此外，在减小回路的NA2，使散焦和倾斜的裕量扩大优先的情况下，在来路的NA1为0.60时，即使回路的NA2在0.54以下，颤动并未劣化。按照颤动优先、裕量优先、颤动与裕量两者均优先，改变最适合的NA比，大体上按

1＜NA1/NA2＜1.2

进行设定，可以找到最佳条件。

图3表示本发明的开口元件的一例。图3(a)是从物镜1-3侧观察图1结构中的开口元件的图。图中的阴影线部分为物镜支架1-6，其开口与来路的NA1对应。位于阴影线部分内侧的同心圆部分表示衍射格栅1-8的格栅，其开口与回路的NA2对应。在图3(a)中，来路、回路中的开口都按圆形构成，但开口的形状并不限于此。在圆形的情况下，具有使透镜支架1-6等的开口加工和成形容易的优点，但一般来说，在光盘中存在在径向方向和切线方向中最佳的NA不相同的情况。期望这种情况下的开口比圆形椭圆。图3(b)表示物镜支架1-6的开口在切线方向上为高NA的椭圆情况。高NA方向不限于切线方向，也有在径向方向的情况，而且不言而喻，也可获得由衍射格栅1-8产生的回路的开口也为椭圆的情况。由于相对于来路的开口，使回路的开口较小就可获得本发明的良好效果，所以一般来说，不取决于开口的形状。如图3(c)所示，即使回路的开口为四角形，也不损害本发明的效果。图3(d)表示回路的开口由四个圆形开口构成的实例，在具有本发明的良好效果的同时，由于在回路中也除去来路开口中央部分的光，所以还具有除去包含许多DC成分的光，使数据信息信号RF的调制度提高的优点。这样，在本发明中，具有相对于来路将回路的开口设定得小的特征，而不特别依赖于开口的形状。

(第二实施例)

图4是按照本发明的第二实施例仅在切线方向上改变来路和回路开口情况下的结构例。将省略与图1结构相同部分的说明。根据图4，在切线方向上，由物镜支架4-1产生的来路的开口与由衍射格栅4-2产生的回路的开口被相等地设定。与此相对，在图4的B方向箭头图的径向方向上，相对于来路的开口NA1(R)，将回路的开口NA2(R)设定得小。在切线方向的符号间干扰影响少的光盘系统中，相对于图1所示的结构有以下优点。

(1)由于在径向方向上相对于来路的开口来说回路为低NA，所以由相邻信迹产生的交扰降低，记录灵敏度提高，同时可以除去大多包含在来自光盘反射光的高NA部分中的交扰成分和高象差部分，获得良好的重放信号，并且还不损失散焦和倾斜的裕量。

(2)由于在径向方向上来路、回路的开口相等，所以可以降低因回路低NA化产生的光量损失，可以在高S/N下获得重放信号。

图5是切线方向的开口在来路、回路中同时为0.60，仅在径向方向的来路和回路中改变开口情况下的重放特性的解析例。光盘的参数与实施例1相同。径向方向的来路、回路的开口同时为0.63时，颤动为约3.54％，但如果来路的开口固定在0.63，而回路的开口小于0.63，那么显然，可以使回路的开口从0.585至0.62情况下的颤动改善至3.5％以下。相反地，如果回路的开口固定在0.60，而来路的开口大于0.60，那么在来路的开口为0.64左右时，颤动达到最小，来路的开口为0.60至0.72左右可改善颤动。按照颤动优先、裕量优先、颤动与裕量均优先，改变最适合的NA比，大体上按

1＜NA1(R)/NA2(R)＜1.2

进行设定，可以找到最佳条件。

图6是本发明的开口元件的结构例。阴影线部分为物镜支架4-1，在径向方向上有长椭圆的来路开口。在椭圆开口中内接的圆形开口为由衍射格栅4-2产生的回路开口，图中的横线部分表示格栅。在本结构中可知，在切线方向上由于椭圆开口和圆形开口内接，所以来路和回路的开口相等，而仅在径向方向上来路的开口NA1(R)比回路的开口NA2(R)大。在图6中，作为开口的形状，例示了椭圆和圆的组合，但如实施例1和图3所示的那样，开口的形状并不特别限于此。

(第三实施例)

图7是按照本发明第三实施例仅在切线方向上改变来路和回路的开口情况下的结构例。将省略与图1、图4结构相同部分的说明。根据图7的B方向箭头图，在径向方向上，由物镜支架7-1产生的来路的开口与由衍射格栅7-2产生的回路的开口被相等地设定。与此相对，在切线方向上，相对于来路的开口NA1(T)，将回路的开口NA2(T)设定得小。在径向方向的交扰影响少的光盘系统中，相对于图1所示的结构有以下优点。

(1)由于在切线方向上相对于来路的开口来说回路为低NA，所以符号间干扰降低，分辨率提高，记录灵敏度提高，同时可以除去大多包含在来自光盘的反射光的高NA部分中的符号间干扰成分和高象差部分，获得良好的重放信号，并且还不损失散焦和倾斜的裕量。

图8是径向方向的开口在来路、回路中同时为0.60，仅在切线方向的来路和回路中改变开口的情况下的重放特性的解析例。光盘的参数与实施例1、2相同。切线方向的来路、回路的开口同时为0.66时，颤动为约3.2％，但如果来路的开口固定在0.66，而回路的开口小于0.66，那么显然，可以使回路的开口从0.57至0.66情况下的颤动改善至3.2％以下。按照颤动优先、裕量优先、颤动与裕量均优先，改变最适合的NA比，大体上按

1＜NA1(T)/NA2(T)＜1.2

进行设定，可以找到最佳条件。

图9是本发明的开口元件的结构例。阴影线部分为物镜支架7-1，在切线方向上有长椭圆的来路开口。在椭圆开口中内接的圆形开口为由衍射格栅7-2产生的回路开口，图中的纵线部分表示格栅。在本结构中可知，在径向方向上由于椭圆开口和圆形开口内接，所以来路和回路的开口相等，而仅在切线方向上来路的开口NA1(T)比回路的开口NA2(T)大。在图9中，作为开口的形状，例示了椭圆和圆的组合，但如实施例1和图3所示的那样，开口的形状并不特别限于此。

图10表示本发明的其它结构例，作为开口元件，采用λ/4板1-7和偏振光分光镜(以下为PBS)10-1。由于PBS10-1的偏振膜也根据入射光的偏振方向改变透过/反射，所以具有与衍射格栅7-2相同的功能。作为开口元件，在按高消光比除去高NA部分的光的情况下，期望采用PBS，而在小型薄型的情况下，期望采用衍射格栅。作为开口元件的结构，除此之外，也可以组合λ/4板和液晶等，可以按照用途选定最适合的结构。

(第四实施例)

用图11说明本发明第四实施例的结构。再有，将省略与实施例1～3相同部分的说明。作为光源的半导体激光器11-1和第一光检测器11-2-1、11-2-2在基底11-3上构成为一体。来自半导体激光器11-1的光通过与物镜1-3一体构成的衍射格栅11-5、λ/4板1-7、通过物镜支架11-4射向光盘1-2。来自光盘的反射光被衍射格栅衍射，其一部分射向第一光检测器。在本发明中，衍射格栅11-5具备图1中衍射格栅1-8和作为分离元件的全息照相元件1-5的功能，衍射格栅11-5的阴影线部分有将不需要的光向第一光检测器外衍射的功能，而衍射格栅11-5的中央部分有全息照相元件1-5的功能。在本发明中，具有以下良好效果。

(1)由于衍射格栅也有作为分离元件的全息照相元件功能，所以可以减少零件数，实现小型化、低成本化。

(2)由于开口元件和物镜构成为一体，所以可以减轻因物镜的移动等造成的影响。

(3)由于光源和第一光检测器一体地构成，所以可以实现光学系统的小型化、稳定化。

上述(1)、(2)、(3)不必同时满足，根据光学系统结构等情况，即使个别满足，各个的效果也相同。

再有，图11中A方向箭头图严格地说不能看见基底11-3，但为了容易进行说明，将半导体激光器和光检测器也透视地示出。

在图11中，表示了在径向方向、切线方向上可同时改变来路、回路开口的结构，但不言而喻，其中任何一方的开口在来路、回路中一定的情况下也是同样的。

(第五实施例)

用图12说明本发明第五实施例的结构。将省略与实施例4相同部分的说明。在本发明中，将第二光检测器设置在4元件、基底12-1上。在来自光盘的反射光中，入射到衍射格栅12-3的格栅部分的光被衍射，导入给第二光检测器。在向第二光检测器导入的光中，

如果为切线方向，那么大多包含符号间干扰信息，而如果为径向方向，那么大多包含交扰信息。在实施例1～4中，通过除去这种光来进行良好的信息信号的检测。在本发明中，通过运算第一光检测器输出和第二光检测器输出获得信息信号。即使除去开口的高NA部分的光，也不能完全除去射向第一光检测器的光的符号间干扰成分和交扰成分。通过从第一光检测器输出中减去包含很多符号间干扰成分和交扰成分的第二光检测器输出，可以抵消第一光检测器输出内的符号间干扰成分和交扰成分，可以进一步提高信息信号品质。在图12中，在切线方向、径向方向上同时将高NA部分的光导向第二光检测器，但根据需要，也可以在其中一个方向上将高NA部分的光导向第二光检测器。在符号间干扰影响轻微的系统中，即使仅有径向方向的结构，也可以改善信息信号品质。而仅有切线方向的结构也是一样的。

(第六实施例)

用图13说明本发明第六实施例的结构。将省略与实施例1相同部分的说明。在本发明中，开口元件由λ/4板1-7和液晶元件13-1，以及液晶元件13-1的驱动电路13-2构成。液晶元件13-1的功能与衍射格栅1-8一样使来自光盘的反射光的预定部分向第一光检测器衍射，但本发明的液晶元件可以改变使光衍射的范围。图14表示液晶元件的结构例。图14所示的阴影线部分为液晶14-1，其上下被透明电极14-2、14-3夹住。将透明电极设置在各玻璃等的透光性基板14-4、14-5上。其侧面用密封材料14-6密封液晶14-1。用驱动电路14-7在上下的透明电极上施加电压时，被上侧的透明电极14-2的周期结构夹住的液晶部分显示与透明电极的周期对应的各向异性，具有作为各向异性的衍射格栅的功能。在本例中，上侧的透明电极14-2被分割成三个范围，可以这样构成，以便用切换电路14-8切换施加与各个范围对应的驱动电路14-7的电压。图14表示仅切换电路14-8的(a)接通，仅透明电极14-2外侧的一处具有作为衍射格栅的功能。根据切换电路14-8的状态，可以变更衍射格栅部分。在本例中，将透明电极14-2进行三分割，但不言而喻，按照需要可以改变分割数。在本发明中，利用液晶改变开口元件的衍射格栅的范围，由于可以改变回路的开口，所以具有可以按照光盘设定最佳开口的良好效果。在相对于有不同信迹间距和位间距的多个光盘进行记录和重放的情况下，对于各个光盘，可以自动地学习对应最佳的开口。

再有，在本实施例中，利用液晶元件使回路的开口可改变，但不言而喻，对于来路的开口也同样可以实现这种变化。根据需要，可以相应改变来路、回路两方的开口。在本例中，仅示出了与实施例1对应的结构，但并不限于此，即使对于实施例2～5中的任何一个结构，都可以使开口元件可变。

(第七实施例)

图15表示本发明第七实施例的开口元件15-41的剖面结构。本实施例由双折射性材料构成的衍射格栅和1/4波长板构成的开口元件构成偏振性全息照相元件。

在折射率、厚度、相对于偏振光方向的双折射方位上的最佳化条件下，由与粘接层15-44邻接设置的双折射性树脂形成的滤色镜15-45相对于波长λ1(例如660nm)的光有与五分之四波长相当的光学厚度，该滤色镜相对于波长λ2(例如790nm)的光源光达到与大致一个波长相当的光学厚度。因此，上述偏振光全息照相元件层仅对于λ1的光使直线偏振光原样透过，在经反射面反射，入射到相反方向的情况下完全衍射，而对于λ2的光，由于偏振波面不改变，所以即使反复透过元件，光也不衍射。

再有，在本实施例中，相对于660nm的光与五分之四的波长相当，但一般来说，在波长为λ1(nm)和λ2(nm)的情况下，根据下述条件设计波长板。

(N1+1/4)λ1≈N2×λ2

其中，N1、N2为任意的自然数。

在另一个玻璃板15-47上形成透过λ1的光、遮住λ2的光的色分离膜15-48，而且，在区域A和区域B中形成使透过的光的相位差一致的相位调整膜15-49。由此，波长λ1的光透过区域A、区域B，而λ2的光仅透过B区域，即进行开口限制。

再有，作为其它实施例，也可以使用代替五分之四波长膜的六分之五波长膜15-51。在这种情况下，相对于波长λ1的光，通过不完全衍射，在波长λ1的激光光源中有意图地制作返回光，也可以提高激光的稳定性。

图16是表示使用本发明第七实施例的开口元件的光盘装置的结构图。

从波长660nm的半导体激光器光源16-1发射的激光16-21由棱镜16-5的表面反射，通过准直透镜1 6-6变成平行光16-24，经上升镜16-7非衍射地透过本发明实施例的开口元件16-41，通过包含于开口元件16-41中的五分之四的波长膜16-43，从直线偏振光转换成圆偏振光，在物镜16-8上入射直径为D1的光束。物镜16-81对直径为D1的光聚焦并使其射在光盘的信号面16-9上。在信号面上进行记录的情况下，通过提高激光光源16-1的发射功率，进行与记录信号对应的调制，在信号面16-9上记录使用的信号。

从信号面16-9反射的光沿与来路相反的方向行进，转换成与来路垂直方向的直线偏振光，入射到元件16-41的偏振光全息照相元件部分上，利用该偏振光依赖性，将光分支成以入射光轴为对称轴的衍射光16-27’、16-27a、16-28’、16-28b。本衍射光中直径D2光束的衍射光经上升镜16-7、准直透镜16-6、棱镜16-5入射到邻接光源设置的光检测器16-10的检测面上，利用获得的控制信号和重放信号进行重放。比直径为D2的光束的直径大的部分的衍射光16-27a、16-28b未导入光检测器，在重放信号时不使用。

通过使以上的物镜的开口达到

D1＞D2

D1：记录时物镜的开口

D2：重放时物镜的开口

在同一物镜中，NA与开口成比例，由于变成

NA1＞NA2

NA1：记录时物镜的NA

NA2：重放时物镜的NA

所以在记录和重放时就可改变NA。

再有，在本实施例中，使记录时的NA增大，但与此相反，在重放时也可以容易地增大NA。

从另一个780nm的光源16-2发射的激光经全息照相元件16-11衍射分支成三个光束(+1次衍射光、-1次衍射光、0次)，通过准直透镜变为聚束性光，经上升镜后由设置于本发明实施例的开口元件16-41的玻璃基板表面的开孔膜16-48进行开口限制，通过物镜入射到有不同基体材料厚度的光盘的信号面上。对于波长660nm基体材料厚度0.6mm的光盘，以及对于波长780nm基体材料厚度1.2mm的光盘来说，通过分别设计最佳的开口和光学系统，将物镜进行形状设计，使象差达到最小。从信号面反射的光穿过开口元件16-41，但由于上述五分之四的波长膜是相对于660nm波长设定的，相对于780nm波长大致变为1波长膜，并且由于不进行与直线偏振光→圆偏振光→与来路垂直的直线偏振光的转换，所以不产生由偏振性全息照相元件16-42造成的衍射。透过元件的光经镜16-7、准直透镜16-6、棱镜16-5入射到全息照相元件16-11上，由全息照相元件16-11衍射，入射到检测器16-16的检测面上。

(第八实施例)

图17表示本发明第八实施例的开口元件17-41的剖面结构。由在两片玻璃基板上夹置偏振性全息照相元件层和波长膜构成元件。在玻璃基板17-46上，利用液晶等双折射性材料(折射率n1、n2)形成凹凸结构17-43，在其上设有各向同性的粘接层(折射率n1)17-44。通过使折射率、厚度、相对于偏振光方向的双折射方位最佳化，由与粘接层17-44邻接设置的双折射性树脂形成的滤色镜17-45相对于波长λ1(例如660nm)的光有与五分之四波长相当的光学厚度，该滤色镜相对于波长λ2(例如790nm)的光源的光达到与大致一个波长相当的光学厚度。因此，上述偏振光全息照相元件层仅对于λ1的光使直线偏振光原样透过，在经反射面反射，入射到相反方向的情况下完全衍射，而对于λ2的光，由于偏振波面不改变，所以即使反复透过元件，光也不衍射。再有，一般来说，该效果可以使透过元件的两种光的波长λ1、λ2满足(N1+1/4)λ1≈N2×λ2(N1、N2＝1，2，3，...)的关系。

在另一个玻璃板17-47上形成透过λ1的光、遮住λ2的光的色分离膜17-48，而且，在区域A和区域B中形成使透过的光的相位差一致的相位调整膜17-49。由此，波长λ1的光透过区域A、区域B，而λ2的光仅透过B区域，即进行开口限制。再有，在形成衍射格栅的玻璃板17-46的背面上预先形成同心圆状的阶梯结构17-50，如在以往例中说明的那样，相对于激光源1的波长偏移，具有校正色差的作用。再有，对于另一个波长λ2来说，由于原来就为大致球面的波，所以为了校正该部分，有必要设定光学系统。

利用这些玻璃基板17-46、17-47，通过粘接层17-44、17-51夹置波长膜滤色镜17-45和衍射格栅部分17-43，形成元件17-41。在这种情况下，由于按半导体工艺的掩模对准的要点以晶片单位形成该元件，所以开口限制膜17-48、衍射格栅17-43、同心圆状阶梯结构17-50的中心相对位置很少错位，并且生产率高。

Claims

1、一种光信息处理装置，对该信息记录介质，进行信息的记录和重放中的任一种，该光信息处理装置包括光源、将来自光源的光聚焦在信息记录介质上的物镜、由向该光源的光路分离来自该信息记录介质的光的分离元件和接收由该分离元件分离的光的第一光检测器，设从该光源向该信息记录介质的第一光路的开口为NA1，从该信息记录介质向该第一光检测器的第二光路的开口为NA2时，为了满足NA1＞NA2的关系，该第2光路的开口NA2由偏光性全息照相元件与λ/4板组合而成的开口元件或由作为驱动液晶、切换开口的液晶元件的开口元件构成，所述开口元件与所述物镜一同搭载于驱动所述物镜的驱动装置上。

2、如权利要求1所述的光信息处理装置，其特征在于，所述第一光路的开口NA1和所述第二光路的开口NA2满足

1＜NA1/NA2＜1.2。

3、如权利要求1所述的光信息处理装置，其特征在于，所述第一光路的开口NA1构成为圆形。

4、如权利要求1所述的光信息处理装置，其特征在于，由衍射格栅和λ/4板组成的开口元件构成所述第二光路的开口。

5、如权利要求1所述的光信息处理装置，其特征在于，所述分离元件由全息照相元件构成。

6、如权利要求1所述的光信息处理装置，其特征在于，所述光源和所述第一光检测器构成为一体。

7、如权利要求1所述的光信息处理装置，其特征在于，所述物镜和所述开口元件构成为一体。

8、如权利要求1所述的光信息处理装置，其特征在于，所述第2光路的开口由所述开口元件可变地构成。

9.如权利要求1所述的光信息处理装置，其特征在于，由λ/4板和液晶元件组成的开口元件构成所述第二光路的开口。

10.如权利要求1所述的光信息处理装置，其特征在于，用这样的开口元件构成所述第二光路的开口，该开口元件包括偏光性全息照相元件部分和薄膜结构，其中，所述偏光性全息照相元件部分利用两片玻璃基板夹置由双折射性材料构成的衍射格栅和N为任意自然数时光学厚度为(N+1/4)λ1的波长膜而形成，所述薄膜结构设置在其中一片该玻璃基板上，相对于穿过元件的两个波长λ1和λ2(λ1＜λ2)的光，分别具有不同开口面积。

11.如权利要求10所述的光信息处理装置，其特征在于，如果N1和N2为任意自然数，那么穿过元件的两种光的波长λ1、λ2满足(N1+1/4)λ1≈N2×λ2的关系。

12.如权利要求1所述的光信息处理装置，其特征在于，用这样的开口元件构成所述第二光路的开口，该开口元件包括偏光性全息照相元件部分和薄膜结构，其中，所述偏光性全息照相元件部分由双折射性材料构成的衍射格栅和N为任意自然数时光学厚度为(N+1/5)λ1的波长膜而形成，所述薄膜结构设置在其中一片该玻璃基板上，相对于穿过元件的两个波长λ1和λ2(λ1＜λ2)的光，分别具有不同开口面积。

13.如权利要求12所述的光信息处理装置，其特征在于，如果N1和N2为任意自然数，那么穿过元件的两种光的波长λ1、λ2满足(N1+1/5)λ1≈N2×λ2的关系。

14.如权利要求1所述的光信息处理装置，其特征在于，该装置具有这样的结构，即在与信息记录介质的信息列的信迹垂直的方向的开口中，当从该光源向该信息记录介质的第一光路的开口为NA1(R)，从该信息记录介质向该第一光检测器的第二光路的开口为NA2(R)时，

NA1(R)＞NA2(R)，

而在与该信息记录介质的信息列的信迹平行的方向的开口中，当该第一光路的开口为NA1(T)，该第二光路的开口为NA2(T)时，

NA1(T)＝NA2(T)。

15.如权利要求14所述的光信息处理装置，其特征在于，所述信息记录介质的信息列的信迹和所述垂直方向的开口满足

1＜NA1(R)/NA2(R)＜1.2。

16.如权利要求14所述的光信息处理装置，其特征在于，所述第二光路的开口由衍射格栅和λ/4板组成的开口元件构成。

17.如权利要求14所述的光信息处理装置，其特征在于，所述分离元件由全息照相元件构成。

18.如权利要求14所述的光信息处理装置，其特征在于，所述光源和所述第一光检测器构成为一体。

19.如权利要求14所述的光信息处理装置，其特征在于，所述第二光路的开口由λ/4板和液晶元件组成的开口元件构成，所述光信息处理装置配有该液晶元件的驱动电路。

20.如权利要求14所述的光信息处理装置，其特征在于，所述光信息处理装置配有该液晶元件的驱动电路和切换该驱动电路的切换电路，利用该切换电路，依据所述信息记录介质改变开口元件的开口。

21.如权利要求14所述的光信息处理装置，其特征在于，如果N1和N2为任意自然数，那么穿过元件的两种光的波长λ1、λ2满足(N1+1/4)λ1≈N2×λ2的关系。

22.如权利要求14所述的光信息处理装置，其特征在于，如果N1和N2为任意自然数，那么穿过元件的两种光的波长λ1、λ2满足(N1+1/5)λ1≈N2×λ2的关系。

23.如权利要求1所述的光信息处理装置，该装置具有这样的结构，即在与信息记录介质的信息列的信迹平行的方向的开口中，当从该光源向该信息记录介质的第一光路的开口为NA1(T)，从该信息记录介质向该第一光检测器的第二光路的开口为NA2(T)时，

NA1(T)＞NA2(T)，

而在与该信息记录介质的信息列的信迹垂直的方向的开口中，当该第一光路的开口为NA1(R)，该第二光路的开口为NA2(R)时，NA1(R)＝NA2(R)。

24.如权利要求23所述的光信息处理装置，其特征在于，所述信息记录介质的信息列的信迹和所述平行方向的开口满足

1＜NA1(T)/NA2(T)＜1.2。

25.如权利要求23所述的光信息处理装置，其特征在于，所述第二光路的开口由衍射格栅和λ/4板组成的开口元件构成。

26.如权利要求23所述的光信息处理装置，其特征在于，所述分离元件由全息照相元件构成。

27.如权利要求23所述的光信息处理装置，其特征在于，所述光源和所述第一光检测器构成为一体。

28.如权利要求23所述的光信息处理装置，其特征在于，所述第二光路的开口由λ/4板和液晶元件组成的开口元件构成，所述光信息处理装置配有该液晶元件的驱动电路。

29.如权利要求23所述的光信息处理装置，其特征在于，所述光信息处理装置配有该液晶元件的驱动电路和切换该驱动电路的切换电路，利用该切换电路，依据所述信息记录介质改变开口元件的开口。

30.如权利要求23所述的光信息处理装置，其特征在于，如果N1和N2为任意自然数，那么穿过元件的两种光的波长λ1、λ2满足(N1+1/4)λ1≈N2×λ2的关系。

31.如权利要求23所述的光信息处理装置，其特征在于，如果N1和N2为任意自然数，那么穿过元件的两种光的波长λ1、λ2满足(N1+1/5)λ1≈N2×λ2的关系。

32.如权利要求1所述的光信息处理装置，其特征在于，该装置还具有第二光检测器和这样的结构，即在与信息记录介质的信息列的信迹垂直的方向的开口中，当从该光源向该信息记录介质的第一光路的开口为NA1(R)，从该信息记录介质向该第一光检测器的第二光路的开口为NA2(R)时，

NA1(R)＞NA2(R)，

NA1(T)＝NA2(T)，

这样构成，以便在该第二光路的开 NA2(R)外的光中的至少一部分被导向第二光检测器。

33.如权利要求32所述的光信息处理装置，其特征在于，对所述第一光检测器和所述第二光检测器的各输出实施预定的运算，根据其运算结果重放所述信息记录介质的信息。

34.如权利要求32所述的光信息处理装置，其特征在于，所述第一光检测器和所述第二光检测器构成为一体。

35.如权利要求32所述的光信息处理装置，其特征在于，所述第二光路的开口由λ/4板和液晶元件组成的开口元件构成，所述光信息处理装置配有该液晶元件的驱动电路。

36.如权利要求32所述的光信息处理装置，其特征在于，所述光信息处理装置配有该液晶元件的驱动电路和切换该驱动电路的切换电路，利用该切换电路，根据所述信息记录介质改变开口元件的开口。

37.如权利要求1所述的光信息处理装置，其特征在于，该装置还具有第二光检测器和这样的结构，即在与信息记录介质的信息列的信迹平行的方向的开口中，当从该光源向该信息记录介质的第一光路的开口为NA1(T)，从该信息记录介质向该第一光检测器的第二光路的开口为NA2(T)时，

NA1(T)＞NA2(T)，

而在与该信息记录介质的信息列的信迹垂直的方向的开口中，当该第一光路的开口为NA1(R)，该第二光路的开口为NA2(R)时，

NA1(R)＝NA2(R)

这样构成，以便该第二光路的开口NA2(T)外的光中的至少一部分被导向第二光检测器。

38.如权利要求37所述的光信息处理装置，其特征在于，对所述第一光检测器和所述第二光检测器的各输出实施预定的运算，根据其运算结果重放所述信息记录介质的信息。

39.如权利要求37所述的光信息处理装置，其特征在于，所述第一光检测器和所述第二光检测器构成为一体。

40.如权利要求37所述的光信息处理装置，其特征在于，所述第二光路的开口由λ/4板和液晶元件组成的开口元件构成，所述光信息处理装置配有该液晶元件的驱动电路。

41.如权利要求37所述的光信息处理装置，其特征在于，所述光信息处理装置配有该液晶元件的驱动电路和切换该驱动电路的切换电路，利用该切换电路，根据所述信息记录介质改变开口元件的开口。