CN1540646A - 光拾取装置、光信息记录再现装置、扩束透镜、耦合透镜和色差校正用光学元件 - Google Patents

光拾取装置、光信息记录再现装置、扩束透镜、耦合透镜和色差校正用光学元件 Download PDF

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Abstract

一种光拾取装置,包括:第一和第二光源;物镜;球差校正用光学单元;以及色差校正用光学元件,该色差校正用光学元件在其至少一个光学面上包括衍射面,使得在衍射面上形成由细微的台阶分割的多个环带构成的衍射结构,其中台阶沿光轴的深度设计为衍射级数n2比衍射级数n1低,其中所述衍射级数n2是在第二光束进入衍射结构时所产生的衍射光线中的具有最大衍射效率的衍射光线的衍射级数,而衍射级数n1是在第二光束进入衍射结构时所产生的衍射光线中具有最大衍射效率的衍射光线的衍射级数。

Description

光拾取装置、光信息记录再现装置、扩束透镜、耦合透镜和色差校正 用光学元件
技术领域
本发明涉及光拾取装置、光信息记录再现装置、扩束透镜、耦合透镜和色差校正用光学元件。
背景技术
近些年,作为影象信息等的光信息媒体急速持续普及的DVD(数字多用盘),通过使用波长650nm的红色半导体激光和数值孔径(NA)0.6的物镜,虽然可以在一个面上记录4.7GB的信息,但是为了以高的传输速率记录/再现更高密度的信息,就强烈需要更高密度化、大容量化。为了达到光盘的高密度化、大容量化,如果像众所周知的那样利用物镜把所聚光的光点的直径减小,就需要激光光源的短波长化和物镜的大数值孔径化。
关于激光光源的短波长化,波长405nm的兰紫色半导体激光和兰紫色SHG激光等正在被实用化,通过这些兰紫色激光光源和数值孔径0.6物镜的组合,对于直径12cm的光盘来说,可以在一面记录15GB程度的信息(以下,本说明书中使用兰紫色激光光源的光盘总称为“高密度光盘”)。
另外,关于物镜的大数值孔径化,提出了如下方案的光盘规格:从兰紫色激光光源发出的光束通过NA0.85的物镜进行聚光,以进行信息的记录/再现,该规格的光盘对直径12cm的光盘来说,可以在一面记录23GB程度的信息。
为了能够适当地对高密度光盘记录/再现信息,通过设置校正轴上色差(longitudinal chromatic aberration)的装置,对于防止由于被称为模跳(モ-ドホツビング)的激光光源的瞬间波长变化所引起的聚光性能的恶化是有必要的。这是由于在兰紫色区域中的透镜材料的波长分散非常大,即使是对于微小的波长变化也会产生大的调焦误差。作为适应低成本、轻量化、小型化的轴上色差校正用光学零件具有在折射透镜的表面形成衍射结构的衍射透镜。
但是,只是对于适合这样高密度光盘能够进行信息的记录/再现来说,不能说对作为光盘播放机产品的价值是十分满意。现在,根据销售记录多种多样信息的DVD和CD(紧巧盘)的现实来看,对于高密度光盘仅仅是能够记录/再现是不够的,例如,即使对于用户所有的DVD和CD也能够同样进行适当的信息的记录/再现,这就等于提高了作为高密度光盘用的光盘播放机的商品价值。从这样的背景来看,在高密度光盘用的光盘播放机上所搭载的光拾取装置,希望具有对任何高密度光盘、DVD和CD都维持互换性且同时能够适当地记录/再现信息的性能。
作为对任何高密度光盘、DVD和CD均维持互换性的同时还能够适当地进行记录/再现信息的方法,虽然考虑高密度光盘用的光学零件和DVD或CD用的光学零件按照记录/再现信息光盘的记录密度选择切换方法,但是由于需要多个光学零件,所以对小型化不利,并且,成本增加。
因此,为了谋求光拾取装置的结构简化以及低成本化,即使在具有互换性的光拾取装置中,也最好使高密度光盘用的光学零件以及DVD或CD用的光学零件通用化,构成光拾取装置光学零件的个数极大程度地减少。
因此,在将用于校正兰紫色区域中的轴上色差的衍射透镜设置于具有互换性的光拾取装置内的情况下,与设置在仅仅从高密度光盘用的兰紫色激光光源发出的光束通过的光路中比较,设置在高密度光盘用的兰紫色激光光源和DVD或CD用的激光光源发出的光束通过的光路中,光拾取装置的结构简单,能够减少光学零件的个数,可以小型化、低成本化。
这样,通过在从高密度光盘用的兰紫色激光光源和DVD或CD用的激光光源发出的光束通过的光路中设置衍射透镜,校正在兰紫色区域中的色差,能够对高密度光盘适当地记录/再现信息的光拾取装置的例子,例如记载在特开2001-60336号公报中。
但是,上述的专利申请中,从其附图和记载中没有公开关于如何对于高密度光盘进行信息的记录/再现时的球差校正。在光拾取装置中产生的球差由于与物镜NA的4次方和波长的倒数成正比例而变大,所以为了能够对高密度光盘适当地记录/再现信息,必须通过在上述的轴上色差校正的基础上,设置球差校正装置,还对由于高密度光盘保护层的厚度误差、两层盘的记录层间的调焦跳跃(フオ-カスジヤンプ)、兰紫色激光光源的波长误差等产生的球差进行校正。即,在上述专利申请记载的光拾取装置的在高密度光盘、DVD和CD中,至少有不能对高密度光盘适当地进行记录/再现信息的情况。
发明内容
本发明的目的是在考虑到上述问题之后,提供一种光拾取装置、光信息记录再现装置、扩束透镜、耦合透镜和色差校正用光学元件,可以对激光光源波长不同的高密度光盘、DVD和CD等多种光盘维持互换性,同时可适当地记录/再现信息,并且适于小型化、轻量化、低成本化。
上述的目的通过以下的结构可以实现。
本发明是一种光拾取装置,该光拾取装置具有:
第一光源,其射出450nm以下的第一波长λ1的第一光束;
第二光源,其射出比所述第一波长λ1长1.3倍的第二波长λ2的第二光束;
物镜单元,其用于把从所述第一光源射出的第一光束聚光在第一光盘的信息记录面上,并且用于从所述第二光源射出的第二光束聚光在具有与所述第一光盘不同记录密度的第二光盘的信息记录面上;
球差校正用光学单元,其设置在所述第一和第二光源与所述物镜单元之间,并且位于所述第一光束与第二光束的共通光路中。还有,所述光拾取装置在所述第一光束与第二光束的共通光路中具有色差校正用光学元件,该色差校正用光学元件至少在一个光学面上具有由细微的台阶差分割的多个环带构成的衍射结构所形成的衍射面。以及,所述台阶差的光轴方向的深度设计为衍射级数n2比衍射级数n1是更低级数,所述衍射级数n1是在所述衍射结构上入射所述第一光束的情况下产生的衍射光中具有最大衍射效率的衍射光的衍射级数,所述衍射级数n2是入射所述第二光束的情况下产生的衍射光中具有最大衍射效率的衍射光的衍射级数。
如上所述,球差校正用光学单元由于设置在450nm以下的第一波长λ1的第一光束和第二波长λ2的第二光束双方通过的共通光路中,所以上述的球差校正不仅仅是在对高密度光盘的信息的记录/再现时可以进行,也可以在对例如DVD和CD等记录密度低的光盘的信息的记录/再现时进行。因此,由于进一步能够改善对记录密度低的光盘的记录/再现特性,所以作为光拾取装置可以提高可靠性。
在色差校正用光学元件上所形成的衍射面,其环带的台阶差的光轴方向的深度设计为,相对入射所述第一光束的情况下产生的衍射光中的最大衍射效率的衍射光的衍射级数,入射所述第二光束的情况下产生的衍射光中的最大衍射效率的衍射光的衍射级数是更低级数。因此,即使光源的波长比是在大于1.3倍的情况下,由于在各自光源的波长区域能够得到充分的衍射效率,所以该色差校正用光学元件可以设置在第一光束和第二波长λ2的第二光束的双方通过的共通光路中,能够得到适于小型化、轻量化、低成本化的光拾取装置。
在本发明的光拾取装置中,优选的是,所述球差校正用光学单元通过可变调整构成所述球差校正用光学单元的透镜组中的至少一个透镜组与所述物镜单元的间隔,使向所述物镜单元的入射光束的边缘光线的倾角改变。
根据上述的结构,通过可变调整构成所述球差校正用光学单元的透镜组中的至少一个透镜组与物镜单元的间隔,可以使向物镜单元的入射光束的边缘光线的倾角(边缘光线与光轴形成的角)改变。这与通过球差校正用光学单元可变调整物镜单元的倍率对应,并且通过对应高密度光盘的信息记录面上的光点的球差变化量,以及通过使物镜单元的倍率改变,可以校正光盘信息记录面上的光点的球差变化。因此,在高密度光盘的信息记录面上形成的光点可以总是维持校正球差的状态,所以可以得到对高密度光盘良好的记录/再现特性。
在说明书中,所谓高密度光盘如上所述,是作为信息的记录/再现用的光源,使用兰紫色激光光源的光盘的总称,DVD是DVD-ROM、DVD-Video、DVD-Audio、DVD-RAM、DVD-R、DVD-RW、DVD+R、DVD+RW等的DVD系列的光盘的总称,CD是CD-ROM、CD-Audio、CD-Video、CD-R、CD-RW等的CD系列的光盘的总称,但是本发明不限于此。
在本发明所使用的色差校正用光学元件在至少一个光学面上具有由细微的台阶差分割的多个环带构成的衍射结构所形成的衍射面。通过所述衍射结构至少具有校正轴上色差的功能,能够防止因被称为模跳的激光光源瞬间的波长变化引起的聚光性能的恶化。
另外,本发明所使用的球差校正用光学单元具有至少校正一种球差的功能。另外,在称为球差校正用光学单元的情况下,还包括驱动光学部件的驱动器等的驱动装置。
在本发明的光拾取装置中,优选的是,所述色差校正用光学单元设置在所述第一和第二光源与所述物镜单元之间,不过所述物镜单元也可以具有所述色差校正用光学单元。
在本发明的光拾取装置中,一个优选结构是,所述球差校正用光学单元具有所述色差校正用光学元件。
在本发明的光拾取装置中,优选的是,所述光拾取装置还具有用于至少改变从所述第一光源射出的光束的发散角并且将其导入所述物镜单元用的耦合透镜,所述球差校正用光学单元是设置在所述耦合透镜和所述物镜单元之间的光路中达到,由正透镜组和负透镜组构成扩束透镜。
在本发明的光拾取装置中,所述球差校正用光学单元,优选的是,其用于改变从所述两种光源射出的各光束的发散角,并且将其导入所述物镜单元的耦合透镜。
如上所述,通过将球差校正用光学单元和色差校正用光学单元构成同一个光学单元,能够减少光学零件的个数,更能够实现小型化、轻量化和低成本化。
作为将球差校正用光学单元和色差校正用光学单元构成同一个光学单元的例子,如上所述,其结构透镜组中的至少一个透镜组在光轴方向可以变位,以及,其中的任何一个光学面作为如上所述设计其环带台阶差的深度的衍射面的,由正透镜组和负透镜组构成的扩束透镜。
在此,所述扩束透镜包含把入射光束的直径扩大而射出的放大系统,另外还包含缩小入射光束的直径而射出的缩小系统。
作为将球差校正用光学单元和色差校正用光学单元构成同一个光学单元的其他例子,如上所述,其构成透镜组中的至少一个透镜组在光轴方向可以变位,以及,具有将任何一个光学面作为如上所述设计了其环带台阶差的深度的衍射面的耦合透镜。用于改变从激光光源射出的发散光束并且将其导向物镜单元的耦合透镜上,具有作为球差校正用光学单元和色差校正用光学元件功能的情况下,能够大幅减少光学零件的数量,对小型化、轻量化和低成本化非常有利。
在此,耦合透镜包含把从激光光源射出的发散光束改变为大致平行光束的准直透镜。
在本发明的光拾取装置中,优选的是,所述球差校正用光学单元,具有电极和液晶分子层交替层叠的结构,可在所述电极上施加规定电压,以能够使所述液晶分子层的折射率分布变化。
在上述的结构中,球差校正用光学单元利用液晶元件。通过把电压施加在以夹着液晶分子层的方式而设置的电极上,在液晶分子层内产生折射率分布。这样,虽然透过形成折射率分布的液晶分子层的波面附加有球差,但是,此时,为了在其透过波面上附加与高密度光盘的信息记录面上的光点的球差变化相反符号的球差,而控制液晶分子层内的折射率分布。因此,由于高密度光盘的信息记录面上形成的光点能够总是维持球差被校正的状态,所以能够得到对高密度光盘良好的记录/再现特性。
这样的球差校正用光学单元利用液晶元件,由于不需要机械可动部,所以对小型化、轻量化和低成本化有利。
另外,所述的球差校正不仅仅对高密度光盘的信息记录/再现时进行,也可以对例如DVD和CD等的记录密度低的光盘的信息记录/再现时进行。
在本发明的光拾取装置中,优选的是,所述物镜单元与所述球差校正用光学单元成为整体而进行跟踪。
如果根据上述的结构,在球差校正用光学单元利用液晶元件的情况下,透过球差校正用光学单元入射在物镜单元的光束的波面带有球差。在这种情况下,通过物镜单元的跟踪,如果把物镜单元和球差校正用光学单元的光轴偏移,在产生彗差并且不能得到良好的跟踪特性。因此,优选的结构是,物镜单元与球差校正用光学单元成为整体进行跟踪。
在本发明的光拾取装置中,优选的是,所述球差校正用光学单元校正因所述第一波长λ1和所述第二波长λ2的波长差引起且在所述物镜单元产生的球差。
如果根据上述的结构,则能够提供一种光拾取装置,在本发明的光拾取装置中,由于物镜单元的波长分散的影响,对因第一波长λ1和第二波长λ2的波长差引起产生的球差,如果利用球差校正用光学元件进行校正,对高密度光盘、DVD和CD等的多种光盘在维持互换性的同时能够适当地进行记录/再现信息。
在本发明的光拾取装置中,所述球差校正用光学单元,优选的是,在所述第一波长λ1的变动范围为±10nm以内时,对因第一波长λ1的变动引起产生的球差进行校正。
如果根据上述的结构,则能够提供一种光拾取装置,由于第一光源的制造误差和环境温度变化而引起第一波长λ1发生变化的情况下,对由于物镜单元的波长分散的影响而产生的球差,如果利用球差校正用光学元件进行校正,则对高密度光盘能够适当地进行记录/再现信息。特别是,如果对高密度光盘进行记录/再现信息时的物镜的数值孔径大,则由于对第一光源的波长变化容易产生球差,所以上述的结构是有效的。
在本发明的光拾取装置中,优选的是,所述第一光盘的记录密度比所述第二光盘的记录密度高,所述第一光盘在其信息记录面上具有第一保护层,所述球差校正用光学单元对因第一保护层的厚度误差引起产生的球差进行校正。
如果根据上述的结构,则能够提供一种光拾取装置,对因记录密度最高的第一光盘的保护层的厚度误差的影响而产生的球差,如果利用球差校正用光学元件进行校正,则对高密度光盘能够适当地进行记录/再现信息。特别是,如果对高密度光盘进行记录/再现信息时的物镜的数值孔径大,则第一光盘的保护层的厚度从物镜单元设计时的基准保护层的厚度开始只要有微小的变化,就容易产生球差。因此,由于必须高精度控制光盘保护层的厚度,就有可能对光盘量产时的成品率带来不好的影响。如上所述,如果采用球差校正用光学单元校正由所述保护层的厚度误差而导致的球差的结构,则由于能够放宽保护层厚度误差的公差,所以可以提高光盘量产时的成品率。
在本发明的光拾取装置中,优选的是,所述第一光盘的记录密度比所述第二光盘的记录密度高,所述第一光盘从所述光源侧开始的顺序,具有光学透明层和信息记录面交替层叠的多层结构,在所述多层结构中,从所述光源最接近信息记录面开始的顺序,作为第一信息记录面、第二信息记录面、...、第n信息记录面时,所述球差校正用光学单元校正在所述物镜单元从所述第i信息记录面到第j信息记录面调焦跳跃时产生的球差。
其中,i是满足1≤i≤n的任意整数;j满足1≤i≤n,并且与i是不同的任意整数。
上述的结构是对具有多个信息记录面层类型的高密度光盘能够适当地进行记录/再现信息的光拾取装置。如果对高密度光盘进行记录/再现信息时的物镜的数值孔径大,则第一光盘的保护层的厚度从物镜单元设计时的基准保护层的厚度开始只要有微小的变化,就容易产生球差。因此,如果物镜单元从某信息记录面到其他的信息记录面调焦跳跃,则球差变化大。如前所述,构成利用球差校正用光学单元校正在调焦跳跃时球差变化的结构,则可以对具有多个信息记录面层类型的高密度光盘适当地进行记录/再现信息。
在本发明的光拾取装置中,优选的是,所述第一光盘的记录密度比所述第二光盘的记录密度高,所述第一光盘在信息记录面上具有厚度t1的第一保护层,第二光盘在信息记录面上具有厚度t2(t1<t2)的第二保护层,所述球差校正用光学单元校正因所述第一保护层和所述第二保护层的厚度不同而引起产生的球差。
如果根据上述的结构,则能够提供一种光拾取装置,如果利用球差校正用光学元件校正对因高密度光盘和DVD或CD保护层的厚度的不同而引起产生的球差,则对高密度光盘、DVD和CD等的多种光盘在维持互换性的同时适当地进行记录/再现信息。
在本发明的光拾取装置中,优选的是,所述物镜单元至少具有一个塑料透镜,所述球差校正用光学单元校正如下的球差,即,校正所述物镜单元具有的塑料透镜的随着环境温度变化而产生的折射率变化所引起的球差,和/或校正随着所述塑料透镜内的温度分布而产生的折射率分布所引起的球差。
在物镜单元具有塑料透镜的情况下,由于随着光拾取装置的环境变化和驱动器的发热塑料透镜的折射率也变化,所以利用该影响改变球差。因此,如果对高密度光盘进行信息的记录/再现时的物镜单元的数值孔径大,则由于该球差变化大,物镜单元的可以使用的温度范围非常窄,这在实用上是有问题的。如果物镜单元的数值孔径大,则在塑料透镜内光轴方向的温度分布和随着对光轴旋转对称的温度分布的折射率分布产生时所引起的球差变化也成为问题。上述光拾取装置构成为利用球差校正用光学单元校正随着环境温度变化和温度分布的物镜单元的球差变化的结构,所以在对高密度光盘进行信息的记录/再现时,即使产生环境温度变化和驱动器的发热,在信息记录面上所聚光的光点的球差总是处于良好的校正状态。
在本发明的光拾取装置中,优选的是,所述第一光盘的记录密度比所述第二光盘的记录密度高,所述第一光盘在信息记录面上具有第一保护层,对所述第一光盘进行信息的记录/再现时的所述物镜单元的倍率作为第一倍率,对所述第二光盘进行信息的记录/再现时的所述物镜单元的倍率作为第二倍率时,所述第一倍率和所述第二倍率互相不同,所述球差校正用光学单元,对应所述第一倍率和所述第二倍率的不同使所述物镜单元的物点位置改变。
球差校正用光学单元通过可变调整结构透镜和物镜单元的间隔,在使用把向物镜单元的入射光的边缘光线的倾角改变而构成的光学单元的情况下,可以使所述物镜单元的物点位置改变。利用该功能,如上所述,在对高密度光盘和DVD或CD进行信息的记录/再现时的物镜单元的倍率互相不同的光拾取装置中,能够对应各自的倍率使物镜单元的物点位置改变。
在本发明的光拾取装置中,所述第二波长λ2是600nm至700nm范围内的波长,在所述色差校正用光学单元上,在入射所述第一光束情况下,产生衍射光中具有最大衍射效率的衍射光的衍射级数为n1时,和在入射所述第二光束情况下,具有产生的衍射光中的最大衍射效率的衍射光的衍射级数为n2时,则所述衍射级数n1与所述衍射级数n2的组合,为(n1,n2)=(2,1),(3,2),(4,2),(5,3),(6,4),(7,4),(8,5),(10,6)中的任何一个。
如上所述,当设计色差校正用光学元件的环带台阶差的深度对450nm以下的第一波长λ1和在600nm至700nm范围内的波长的第二波长λ2,第一光束入射的情况下,产生衍射光中的具有最大衍射效率的衍射光的衍射级数为n1,第二光束入射的情况下,具有产生的衍射光中的最大衍射效率的衍射光的衍射级数为n2,如果所述衍射级数n1与所述衍射级数n2的组合是(n1,n2)=(2,1),(3,2),(4,2),(5,3),(6,4),(7,4),(8,5),(10,6)中的任何一个时,则由于能够得到各自波长区域中的充分的衍射效率,所以该色差校正用光学元件可以设置在第一光束和第二波长λ2的第二光束的双方通过的光路中,从而能够得到适于小型化、轻量化、低成本化的光拾取装置。另外,即使在校正第一波长λ1的波长区域的色差的情况下,第二波长λ2的波长区域的色差也不会过校正,所以能够提供即使对高密度光盘和DVD的任何一种均具有良好记录特性的光拾取装置。
物镜和准直透镜等采用的非球面的光学零件一般是通过模制成形制造的。在模制成形中,对于把衍射结构那样细微的结构高精度转印到光学零件的光学面上来说,优选的是,光学零件是塑料透镜。在兰紫色区域中可以使用的塑料透镜多是在该兰紫色区域的折射率在1.5~1.6的范围内的透镜。
在塑料透镜的光学面上,衍射级数n1与衍射级数n2的组合形成如上所述那样的衍射结构的情况下,具体地来说,只要衍射结构的台阶差之中与光轴最接近的台阶差的光轴方向的深度d0满足下述(1)至(8)式中的任何一个即可。
1.2μm<d0<1.7μm  ...(1)
1.9μm<d0<2.6μm  ...(2)
2.6μm<d0<3.2μm  ...(3)
3.3μm<d0<4.2μm  ...(4)
4.4μm<d0<5.0μm  ...(5)
4.7μm<d0<5.7μm  ...(6)
5.6μm<d0<6.5μm  ...(7)
6.9μm<d0<8.1μm  ...(8)
在此,(1)~(8)式是各自与(n1,n2)=(2,1),(3,2),(4,2),(5,3),(6,4),(7,4),(8,5),(10,6)相对应的台阶差深度的范围。
在本发明的光拾取装置中,更理想的是,具有对于所述第一波长λ1的第一光束的所述色差校正用光学元件的所述衍射面的结构透镜的折射率N满足1.5<N<1.6的关系,并且所述第一波长λ1和所述第二波长λ2满足1.8>λ2/λ1>1.3,并且与所述台阶差之中与光轴最接近的台阶差的台阶差量d、所述衍射级数n1和所述衍射级数n2的组合更为优选的是满足下述(a)~(f)中的至少一个条件。
(a)(n1,n2)=(4,2)并且2.6μm<d<3.2μm
(b)(n1,n2)=(5,3)并且3.3μm<d<4.2μm
(c)(n1,n2)=(6,4)并且4.4μm<d<5.0μm
(d)(n1,n2)=(7,4)并且4.7μm<d<5.7μm
(e)(n1,n2)=(8,5)并且5.6μm<d<6.5μm
(f)(n1,n2)=(10,6)并且6.9μm<d<8.1μm
下面以(a)的组合举例进行说明。
根据上述的结构,在使用例如现有的DVD等的光盘和高密度DVD的光盘时可以抑制下述发生的问题,作为各自具有最大衍射效率的衍射光,使用象一级与二级的组合或二级与三级组合这样的低级衍射光的组合的情况下的,衍射结构的与光轴垂直方向的环带宽度过于小,甚至由于有效孔径内的环带的条数过多,所以导致在光学元件成形时中所带来的转印性的恶化、光束降低、加工模具时花费时间、成本上升。
如果考虑由某衍射级数m和某最佳化的波长λB被最佳化的光轴方向剖面形状是锯齿状的衍射结构,该衍射结构的某衍射级数n,某波长λ的衍射效率ηm(λ)近似以下式表示。
(式1)
ηm(λ)=(Sinπ(αm-n)/π(αm-n))2
其中,α由以下式子给出。
(式2)
α=λB(nλ-1)/λ(nλB-1)
在式子中,nλ是波长λ中的衍射光学元件的折射率,nλB表示波长λB中衍射光学元件的折射率。
在该衍射结构的概略放大图的图29中,如果光轴方向台阶差量为dB,则对衍射级数m、最佳化波长λB和波长λB中的衍射光学元件的折射率nλB来说,以下关系成立。
(式3)
dB=mλB(nλB-1)
图30表示计算在横轴光轴方向的台阶差量dB、纵轴上衍射结构的衍射效率的变化的结果的图,图中的B4表示的是波长405nm的兰紫色光束的四级衍射光的衍射效率,R2表示的是波长655nm的红色光束的二级衍射光的衍射效率。该衍射光学元件的折射率在405nm中是1.5601,在655nm中是1.5407。通过将台阶差量dB设定在2.65至2.8之间,在高密度DVD使用兰色405nm附近和在DVD使用655nm附近的各个波长区域中得到70%以上的高衍射效率。另外,通过使兰色405nm的波长的光束入射的情况下产生的衍射光之中,具有最大衍射效率的衍射光的衍射级数n1为4以上,与光轴垂直方向的环带宽度P变大,所以成形时的衍射结构的转印性提高,在能够得到高的光透过率,并且由于实现了有效孔径内的环带的条数可减少,所以模具加工需要的时间减少,其结果是能够减少衍射光学元件的制引起本。
具有折射能力的折射面上形成衍射结构的情况下,越是远离光轴位置的台阶差,其台阶差量和从所述“式3”求出的台阶差量之间的差越大。因此,在本说明书中,衍射结构的台阶差量是指距光轴最近的台阶差的台阶差量d。
在本说明书中,“衍射结构被衍射级数m和最佳化波长λB最佳化”或“由衍射级数m和最佳化波长λB对衍射结构进行最佳化”与波长λB的光束入射的情况下,为了衍射级数m的衍射光的衍射效率在理论上达到100%,决定衍射结构的台阶差的台阶差量相同,这时的衍射级数m被称为最佳化级数。
而且,实际制作的衍射光学元件的衍射结构的最佳化级数m和最佳化波长λB,如果设最接近光轴台阶差的台阶差量为d和相对第i波长λi的第i光束(i=1或2)的衍射光学元件的折射率为Ni,
则,由λB(μm)=d(μm)×(Ni-1)/m求出。
在此,如果是把Y四舍五入而得到整数设为INT(Y),
则m,由m=INT(Y)以及
Y=d(μm)×(Ni-1)/λ1(μm)计算。
在图30中举例进行了说明的那样,本发明所用的色差校正用光学元件对于波长差的大的波长λ1和波长λ2,通过以满足(a)式那样决定最接近光轴台阶差的台阶差量d,即使通过衍射结构的衍射作用校正波长λ1附近的波长区域中物镜的色差,波长λ2附近的波长区域中的物镜的色差也没有被过度地校正,以及,在波长λ1的第一光束和波长λ2的第二光束以及各个波长区域中能够得到高衍射效率。另外,在第一光束入射时产生的衍射光之中,通过具有最大衍射效率的衍射光的衍射级数n1为4,由于垂直于光轴方向的环带宽度P变大,所以成形时的衍射结构的转印性提高,由于实现有效孔径内的环带的条数可减少少,所以模具加工所需要的时间变少,其结果能够削减衍射光学元件的制引起本。
为了通过利用模具的成形法在透镜面上制作衍射结构那样的微细结构,色差校正用光学元件优选的是采用成形时的转印性优异的塑料透镜。塑料透镜的折射率一般是在1.5~1.6的范围内。所以,具有所述衍射面的结构透镜的折射率N如上所述那样进行了规定,所述衍射面是相对所述第一波长λ1的第一光束的所述色差校正用光学元件的衍射面。
在利用满足上述(a)组合的色差校正用光学元件的情况下,所述衍射结构如果被所述衍射级数n1和最佳化波长λB最佳化而满足下式,则能够对高密度DVD进行信息的记录/再现。
370(nm)<λB<410(nm)
在利用满足上述(a)组合的色差校正用光学元件的情况下,所述衍射结构如果被所述衍射级数n2和最佳化波长λB’最佳化而满足下式,则能够对现有的DVD等进行信息的记录/再现。
710(nm)<λB’<790(nm)
在利用满足上述(b)组合的衍射级数的色差校正用光学元件的情况下,如在图30中举例说明的那样,本发明所利用的色差校正用光学元件对于波长差大的波长λ1和波长λ2,通过以满足(b)式的那样决定最接近光轴的台阶差的台阶差量d,即使通过衍射结构的衍射作用校正波长λ1附近的波长区域中的物镜的色差,也没有过度校正波长λ2附近的波长区域中的物镜的色差,以及,波长λ1的第一光束和波长λ2的第二光束在各个的波长区域中能得到高的衍射效率。另外,第一光束入射时产生的衍射光中,通过具有最大衍射效率的衍射光的衍射级数n1为5,由于垂直于光轴方向的环带宽度P可减大,所以成形时的衍射结构的转印性提高,由于实现有效孔径内的环带的条数变少,所以模具加工所需要的时间变少,其结果能够削减衍射光学元件的制引起本。
在利用满足上述(b)组合的色差校正用光学元件的情况下,所述衍射结构如果被所述衍射级数n1和最佳化波长λB最佳化而满足下式,则能够对高密度DVD进行信息的记录/再现。
380(nm)<λB<430(nm)
在利用满足上述(b)组合的色差校正用光学元件的情况下,所述衍射结构如果被所述衍射级数n2和最佳化波长λB’最佳化而满足下式,则能够对现有的DVD等进行信息的记录/再现。
610(nm)<λB’<690(nm)
在利用满足上述(c)组合的衍射级数的色差校正用光学元件的情况下,如在图30中举例说明的那样,本发明所利用的色差校正用光学元件对于波长差大的波长λ1和波长λ2,通过以满足(c)式那样决定最接近光轴的台阶差的台阶差量d,即使通过衍射结构的衍射作用校正波长λ1附近的波长区域中的物镜的色差,也没有过度校正波长λ2附近的波长区域中的物镜的色差,以及,波长λ1的第一光束和波长λ2的第二光束在各个的波长区域中能得到高的衍射效率。另外,通过第一光束入射时产生的衍射光中,具有最大衍射效率的衍射光的衍射级数n1为6,由于垂直于光轴方向的环带宽度P变大时,所以成形时的衍射结构的转印性提高,由于实现有效孔径内的环带的条数变少,所以模具加工所需要的时间变少,其结果能够削减衍射光学元件的制引起本。
在利用满足上述(c)组合的色差校正用光学元件的情况下,所述衍射结构如果被所述衍射级数n1和最佳化波长λB最佳化而满足下式,则能够对高密度DVD进行信息的记录/再现。
410(nm)<λB<430(nm)
在利用满足上述(c)组合的色差校正用光学元件的情况下,所述衍射结构如果被所述衍射级数n2和最佳化波长λB’最佳化而满足下式,则能够对现有的DVD等进行信息的记录/再现。
600(nm)<λB’<630(nm)
在利用满足上述(d)组合的衍射级数的色差校正用光学元件的情况下,如在图30中举例说明的那样,本发明所利用的色差校正用光学元件对于波长差大的波长λ1和波长λ2,通过以满足(d)式那样决定最接近光轴的台阶差的台阶差量d,即使通过衍射结构的衍射作用校正波长λ1附近的波长区域中的物镜的色差,也没有过度校正波长λ2附近的波长区域中的物镜的色差,以及,波长λ1的第一光束和波长λ2的第二光束在各个的波长区域中能得到高的衍射效率。另外,第一光束入射时产生的衍射光中,通过具有最大衍射效率的衍射光的衍射级数n1为7,由于垂直于光轴方向的环带宽度P变大时,所以成形时的衍射结构的转印性提高,由于实现有效孔径内的环带的条数变少,所以模具加工所需要的时间变少,其结果能够削减衍射光学元件的制引起本。
在利用满足上述(d)组合的色差校正用光学元件的情况下,所述衍射结构如果被所述衍射级数n1和最佳化波长λB最佳化而满足下式,则能够对高密度DVD进行信息的记录/再现。
385(nm)<λB<420(nm)
在利用满足上述(d)组合的色差校正用光学元件的情况下,所述衍射结构如果被所述衍射级数n2和最佳化波长λB’最佳化而满足下式,则能够对现有的DVD等进行信息的记录/再现。
650(nm)<λB’<710(nm)
在利用满足上述(e)组合的衍射级数的色差校正用光学元件的情况下,如在图30中举例说明的那样,本发明所利用的色差校正用光学元件对于波长差大的波长λ1和波长λ2,通过以满足(e)式那样决定最接近光轴的台阶差的台阶差量d,即使通过衍射结构的衍射作用校正波长λ1附近的波长区域中的物镜的色差,也没有过度校正波长λ2附近的波长区域中的物镜的色差,以及,波长λ1的第一光束和波长λ2的第二光束在各个的波长区域中能得到高的衍射效率。另外,第一光束入射时产生的衍射光中,通过具有最大衍射效率的衍射光的衍射级数n1为8,由于垂直于光轴方向的环带宽度P变大时,所以成形时的衍射结构的转印性提高,由于实现有效孔径内的环带的条数变少,所以模具加工所需要的时间变少,其结果能够削减衍射光学元件的制引起本。
在利用满足上述(e)组合的色差校正用光学元件的情况下,所述衍射结构如果被所述衍射级数n1和最佳化波长λB最佳化而满足下式,则能够对高密度DVD进行信息的记录/再现。
395(nm)<λB<420(nm)
在利用满足上述(e)组合的色差校正用光学元件的情况下,所述衍射结构如果被所述衍射级数n2和最佳化波长λB’最佳化而满足下式,则能够对现有的DVD等进行信息的记录/再现。
610(nm)<λB’<650(nm)
在利用满足上述(f)组合的衍射级数的色差校正用光学元件的情况下,如在图30中举例说明的那样,本发明所利用的色差校正用光学元件对于波长差大的波长λ1和波长λ2,通过以满足(f)式那样决定最接近光轴的台阶差的台阶差量d,即使通过衍射结构的衍射作用校正波长λ1附近的波长区域中的物镜的色差,也没有过度校正波长λ2附近的波长区域中的物镜的色差,以及,波长λ1的第一光束和波长λ2的第二光束在各个的波长区域中能得到高的衍射效率。另外,第一光束入射时产生的衍射光中,通过具有最大衍射效率的衍射光的衍射级数n1为10,由于垂直于光轴方向的环带宽度P变大时,所以成形时的衍射结构的转印性提高,由于实现有效孔径内的环带的条数变少,所以模具加工所需要的时间变少,其结果能够削减衍射光学元件的制引起本。
在利用满足上述(f)组合的色差校正用光学元件的情况下,所述衍射结构如果被所述衍射级数n1和最佳化波长λB最佳化而满足下式,则能够对高密度DVD进行信息的记录/再现。
390(nm)<λB<420(nm)
在利用满足上述(f)组合的色差校正用光学元件的情况下,所述衍射结构如果被所述衍射级数n2和最佳化波长λB’最佳化而满足下式,则能够对现有的DVD等进行信息的记录/再现。
600(nm)<λB’<650(nm)
在本发明的光拾取装置中,具有射出与所述第一波长λ1和所述第二波长λ2不同的第三波长λ3的第三光束的第三光源,所述物镜单元把从所述第三光源射出的第三光束聚光在具有与所述第一和第二光盘不同记录密度的第三光盘的信息记录面上,并且所述色差校正用光学元件被设置在所述第一~第三光束的共通光路中,所述第二波长λ2在600nm至700nm范围内,所述第三波长λ3是在730nm至830nm范围内的波长,在所述色差校正用光学元件入射第一光束时产生衍射光中的具有最大衍射效率的衍射光的衍射级数为n1,且入射第二光束时产生衍射光中的具有最大衍射效率的衍射光的衍射级数为n2,以及入射第三光束时产生衍射光中的具有最大衍射效率的衍射光的衍射级数为n3时,所述衍射级数n1、所述衍射级数n2和所述衍射级数n3的组合,其优选的是(n1,n2,n3)=(2,1,1),(4,2,2),(6,4,3),(8,5,4),(10,6,5)中的任何一个。
如上所述,如果像衍射级数n1、衍射级数n2和衍射级数n3的组合是(n1,n2,n3)=(2,1,1),(4,2,2),(6,4,3),(8,5,4),(10,6,5)中的任何一个的那样,如果设计色差校正用光学元件的环带台阶差的深度,则由于能够得到各个波长区域中的充分的衍射效率,就可以把这样的色差校正用光学元件设置在第一光束和第二波长λ2的第二光束的双方通过的光路中,能够得到适合小型化、轻量化、低成本化的光拾取装置。另外,即使在第一波长λ1的波长区域校正轴上色差,也不会过度校正600nm至700nm的范围内和730nm至830nm的范围内波长区域中的轴上色差,所以能够提供即使对于高密度光盘和DVD和CD任何一个都具有良好记录特性的光拾取装置。
在塑料透镜的光学面上,衍射级数n1、衍射级数n2和衍射级数n3的组合在形成如上述那样的衍射结构的情况下,具体地来说,衍射结构的台阶差之中的与光轴最接近的台阶差的光轴方向的深度d0最好满足下式(9)至(13)中的任何一个。
1.2μm<d0<1.7μm  ...(9)
2.6μm<d0<3.0μm  ...(10)
4.4μm<d0<5.0μm  ...(11)
5.6μm<d0<6.5μm  ...(12)
6.9μm<d0<8.1μm  ...(13)
在此,(9)~(13)式各自对应(n1,n2,n3)=(2,1,1),(4,2,2),(6,4,3),(8,5,4),(10,6,5)台阶差的深度范围。
本发明的光拾取装置具有用于改变从所述第一光源射出的第一光束和从所述第二光源射出的第二光束的发散角,并将其导入所述物镜单元的耦合透镜,所述耦合透镜,优选的是,具有所述色差校正用光学元件。
本发明的光拾取装置中,优选的是,所述耦合透镜具有至少一个塑料透镜,并且所述色差校正用光学元件的衍射面,还具有用于抑制从耦合透镜射出的第一光束的且对温度变化的发散角或会聚角的变化的功能。
本发明的光拾取装置中,改变从光源射出的发散光束的发散角的耦合透镜被设置于物镜前。一般的作法是,耦合透镜采用的是NA为0.05至0.2程度的无像差透镜,把从激光光源射出的发散光束准直为平行光束。
如果所述耦合透镜是塑料透镜,则能够便宜并且以稳定的性能进行大量生产,但是,塑料透镜由于温度变化而产生焦距的变化,所以从耦合透镜射出的光束的发散度随温度变化而变化。其结果是存在物镜的物点位置变化并且球差恶化的问题。该球差的恶化由于与物镜NA的4次方成比例而增大,所以对于使用NA0.85的物镜的高密度光盘来说,上述的问题更加明显。
根据上述的结构,因随着温度变化耦合透镜的折射率也变化而引起射出光束的发散度变化,通过以随着温度变化兰紫色半导体激光器的波长也变化而引起折射能力的变化来补偿所述发散度变化的方式,决定衍射面的近轴光焦度,即使环境温度变化从耦合透镜射出的光束的发散度变化也能够几乎为零。因此,即使是使用NA0.85物镜的情况下,由于物镜的倍率不是随着温度变化而变化,所以球差不恶化。另外,因为用于补偿随着温度变化的从耦合透镜的射出光束的发散度变化的必要的衍射面的近轴光焦度,和用于校正兰紫色区域中的色差的必要的衍射面的近轴光焦度的符号是相同的正方向,所以兰紫色区域中的色差校正和随着温度变化的从耦合透镜的射出光束的发散度变化的补偿可以同时实现。
所述第一光盘的记录密度比所述第二光盘的记录密度大,对所述第一光盘的进行信息的记录/再现时的所述物镜单元的数值孔径设为NA,对所述第一光盘的进行信息的记录/再现时的所述物镜单元的倍率设为m1,对于所述第一光盘的进行信息的记录/再现时的所述物镜单元的对所述λ1的焦距设为f1(mm),所述第一波长为λ1(mm),所述耦合透镜的对所述λ1的焦距为fc(mm),所述耦合透镜的对所述λ1的折射率设为n,所述耦合透镜的线膨胀系数设为α,所述折射面的对所述λ1的近轴光焦度设为PD(mm-1),所述耦合透镜的对所述λ1的近轴光焦度设为PC(mm-1),所述耦合透镜的对温度变化的折射率变化率设为dn/dt,所述耦合透镜的对波长变化的折射率变化率设为dn/dλ,所述第一光源对温度变化的波长变化率设为dλ/dt时,优选的是,满足下式,
[NA1·(1-m1)]4·(f12/fC)·|c1+(c2-c1)·PD/PC|<0.13·λ1
其中,
c1=1/(n-1)·dn/dt+1/(n-1)·dn/dλ·dλ/dt-αc2=1/λ1·dλ/dt-2α
所述PD通过所述衍射结构的光程长附加量利用以下的式1表示的光程差函数进行定义,并且所述衍射结构入射所述第一光束时产生的衍射光之中,具有最大衍射效率的衍射光的衍射级数设为n1时,
利用PD=-2·n1·B2·(λ1/λB)进行表示。
(式4)
Φb = n × ( λ / λB ) × Σ j = 0 B 2 j h 2 j
所述式4中,h(mm)表示垂直于光轴的方向的高度,B2j表示光程差函数系数,n表示入射光束的衍射光中具有最大衍射效率的衍射光的衍射级数,λ(nm)表示在所述衍射结构入射光束的波长,λB(nm)表示所述衍射结构的制造波长。
为了补偿随着温度变化的从耦合透镜射出光束的发散度变化,具体地来说,优选的是,满足下式那样,设定衍射面的近轴光焦度。
[NA1·(1-m1)]4·(f12/fC)·|c1+(c2-c1)·PD/PC|<0.13·λ1
其中,
c1=1/(n-1)·dn/dt+1/(n-1)·dn/dλ·dλ/dt-α、c2=1/λ1·dλ/dt-2α
求出由于温度变化在耦合透镜的焦距变化时的物镜的波面像差的变化。
首先,在物镜和耦合透镜构成的光学系统中,由于耦合透镜的焦距的变化,所以物镜的物点的位置变化,并且考虑由于物镜倍率变化而产生的物镜的波面像差的变化。另外,倍率变化时物镜进行调焦以使散焦成分为零。
由于物镜对波长λ1的倍率m1的变化,物镜的波面像差W0(mm单位的RMS值)的变化的比率dw0/dm0用下式表示。对高密度光盘进行信息的记录/再现时的物镜的数值孔径表示为NA1,物镜对波长λ1的焦距表示为f1(mm),比率系数表示为β。
dw0/dm0=β·[NA1·(1-m1)]4·f1
在利用NA1=0.85,λ1=405nm的单透镜研讨时,β的绝对值是0.018左右。
另外,如果求出由于耦合透镜焦距的变化而引起的物镜倍率变化的比率dm0/dfc,则从耦合透镜射出光束接近平行光的情况下,近似地得到下式。
dm0/dfc=-f1/fc 2
下面说明由于温度变化而引起的耦合透镜的焦距变化。首先,作为耦合透镜的折射透镜的近轴光焦度为PR(mm-1),耦合透镜折射面的近轴光焦度为PD(mm-1),则耦合透镜整个系统的近轴光焦度为PC=PR+PD(mm-1)。但是,多个光学面为折射面的情况下,折射面近轴光焦度的总和为PD
对波长λ1的耦合透镜的折射率为n,α为线膨胀系数,t为温度,对波长λ1的耦合透镜的焦距为fc(mm),则由于温度变化耦合透镜的焦距变化的比率dfc/dt。
dfc/dt=-fc 2·dPc/dt=-fc 2·(c1·PR+c2·PD)
其中,
c1=1/(n-1)·dn/dt+1/(n-1)·dn/dλ·dλ/dt-α
c2=1/λ1·dλ/dt-2α
或者,利用PR=PC-PD,则成为下式。
dfc/dt=-fc 2·[c1·(PC-PD)+c2·PD]
      =-fc 2·PC·[c1+(c2-c1)·(PD/PC)]
      =-fc·[c1+(c2-c1)·(PD/PC)]
如果对上述进行归纳,则在光学系统中,对温度变化Δt的物镜的波面像差的变化ΔW0(mm单位的RMS值)为下式。
ΔW0=(dW0/dm0)·|(dm0/dfc)·(dfc/dt)·Δt|
根据所述的结构,通过设置具有适合耦合透镜的近轴光焦度的衍射面,能够抑制该变化ΔW0变小。
即,假定物镜的基准状态的波面像差为零,对于30度的温度变化,作为有必要抑制波面像差的变化为不足0.07·λ1RMS,则得到如下的条件。
ΔW0=(dW0/dm0)·|(dm0/dfc)·(dfc/dt)·30|<0.07·λ1
在该式中利用所述的关系,则得到如下条件式。
[NA1·(1-m1)]4·(f1/fC)·|c1+(c2-c1)·PD/PC|<0.13·λ1
通过设定折射面的近轴光焦度以满足上述的关系式,即使温度变化,由于激光光源的发光点和耦合透镜的焦点位置的位置关系也能够几乎不变,所以能够对随着温度变化的从耦合透镜射出的光束的发散度变化进行补偿。
还有,优选的是,满足下式。
|c1+(c2-c1)·PD/PC|/fc<0.08·λ1(mm)
以及,为了对应采用NA1=0.85,f1=1.765mm,m1=0的标准规格物镜的光拾取装置,如上所述,作为耦合透镜的实用条件范围,需要满足下式。
|c1+(c2-c1)·PD/PC|/fc<0.08·λ1
在本发明的光拾取装置中,优选的是,所述色差校正用光学单元,其至少具有一个近轴光焦度为负的光学面,是以对光轴大致平行状态入射的所述第一光束以大致平行的状态射出的一组结构的光学元件。
根据上述的结构,在一组结构的光学元件中,由于作为折射透镜的对第一波长λ1的近轴光焦度与衍射面的对第一波长λ1的近轴光焦度的绝对值大致相同,所以能够得到能够设置在平行光束中的色差校正用光学元件。这样结构的色差校正用光学元件作为球差校正用光学单元,对利用液晶元件的光拾取装置是最适宜的。
在本发明的光拾取装置中,所述物镜单元,优选的是,由至少两种物镜和用于对物镜进行选择切换的物镜切换机构构成。在所述两种的光盘之中,所述两种物镜是用于对具有规定记录密度的光盘进行信息的记录/再现所使用的第一物镜和用于对具有规定记录密度的光盘的以外的光盘进行信息的记录/再现所使用的第二物镜,所述物镜切换机构就是用于对这些物镜进行选择切换。
为了谋求简化和低成本化光拾取装置的结构,优选的是,把原来包括的物镜的光学零件对高密度光盘和DVD、CD实行通用化。由于受到高密度光盘可以使用的光源的限制,虽然用于信息的记录/再现的波长大概被确定,但是实际上,关于保护层的厚度和数值孔径等的光学的规格还未决定。
因此,关于对高密度光盘的信息记录/再现所使用的物镜,在一定程度上需要克服设计的烦琐性,这种情况下,使用通用的物镜,即使对DVD和CD进行适当的信息的记录/再现来说,在像差特性上是极其困难的。
所以,如上所述,物镜单元由至少两种物镜和物镜切换机构构成,所述两种物镜是用于对具有规定记录密度的光盘进行信息的记录/再现所使用的第一物镜和用于对另外的光盘进行信息的记录/再现所使用的第二物镜,通过选择地切换对应光盘记录密度使用的物镜,在维持对高密度光盘、DVD和CD等的多种光盘互换性,并且能够提供可以适当进行信息的记录/再现的光拾取装置。
为了减少光拾取装置的光学零件个数,本来优选的是,用于色差校正的衍射结构形成在对高密度光盘进行信息的记录/再现时使用的物镜的光学面上。但是,高密度光盘用的物镜由于需要大光焦度,所以具有光学面曲率半径小的倾向。如果这样的曲率在小的光学面上形成衍射结构,则由于因为环带台阶差使光线飞出而降低光利用效率,从光利用效率的观点来看,优选的是,用于色差校正的衍射结构在物镜以外的光学零件的光学面上形成。
然而,在兰紫色区域被最佳化的衍射结构所形成的光学零件设置在只从兰紫色激光光源射出光束通过的光路中,从光学零件个数的观点来看是优选的。
从这样的理由来看,色差校正用光学元件虽然在高密度光盘用的兰紫色激光光源和DVD与CD用的激光光源射出的光束通过的光路中设置是优选的,但是根据本发明的光拾取装置,由于如上所述那样对色差校正用光学元件的衍射结构的环带台阶差的深度进行设计,因为各自的光源波长区域中能够得到充分的衍射效率,所以可以把这样的色差校正用光学元件设置在高密度光盘用的兰紫色激光光源和DVD与CD用的激光光源射出的光束通过的光路中,从而能够得到适于小型化、轻量化、低成本化的光拾取装置。
在本发明的光拾取装置中,优选的是,所述第一光盘的记录密度比所述第二光盘的记录密度大,对所述第一光盘进行信息的记录/再现时的所述物镜的数值孔径,在0.8以上。
在本发明的光拾取装置中,优选的是,所述第一光盘的记录密度比所述第二光盘的记录密度大,所述第一光盘在其信息记录面上具有厚度为0.07~0.13mm范围内的第一保护层,所述第二光盘在其信息记录面上具有其厚度为0.55~0.65mm范围内的第二保护层,通过把所述第一光束聚光在所述第一光盘和所述第二光盘各自的信息记录面上,对所述第一光盘和所述第二光盘可以进行信息的记录/再现。
如上所述,高密度光盘由于受到可以使用光源的限制,虽然用于信息的记录/再现的波长大致确定,但是关于保护层的厚度和数值孔径等的光学的规格还未决定。作为高密度光盘,对于数值孔径NA为0.85,保护层的厚度为0.1mm的规格;和数值孔径NA为0.65,保护层的厚度为0.6mm的规格进行了研究。在高密度光盘用的光盘播放器中,即使对这些规格不同的多种高密度光盘适当地进行信息的记录/再现,但是,提高了其产品的价值。根据本发明的光拾取装置中,通过上述的结构,即使对这些规格不同的多种高密度光盘也可以适当地进行信息的记录/再现。
在本发明的光拾取装置中,优选的是,所述光拾取装置,还具有射出第三波长λ3(730nm≤λ3≤830nm)的第三光束的第三光源,并且所述物镜单元把所述第三光源射出的第三光束聚光在具有与所述第一和第二光盘不同记录密度的第三光盘的信息记录面上,并且所述第三光束,不通过所述色差校正用光学元件而入射到所述物镜单元上。
在对高密度光盘、DVD和CD可以兼容地进行记录/再现的物镜的透镜设计中,对高密度光盘和DVD进行信息的记录/再现时的倍率相同(最好的是倍率大致为零),如果对CD进行信息的记录/再现时的倍率是比对高密度光盘和DVD进行信息的记录/再现时的倍率小的负的倍率,则能够提高对各自光束的特性的同时能够提高衍射效率,还有,能够得到制造误差的公差是最大的透镜。
因此,在使用这样透镜的光拾取装置中,优选的是,通过把色差校正用光学元件设置在第一光束与第二光束的共通光路中,第一光束与第二光束各自通过色差校正用光学元件之后入射到物镜上,第三光束,优选的是,不通过色差校正用光学元件入射到物镜上。
具有这样结构的光拾取装置中,优选的是,色差校正用光学元件与具有其它功能的光学单元一体化以减少零件个数。例如,通过把从第一光源和第二光源射出的发散光束改变为平行光束并且将其导入物镜的准直透镜的光学面上形成衍射结构,可以把准直透镜和色差校正用光学元件一体化。最好的是,与这样的色差校正用光学元件一体化的准直透镜通过驱动器可以沿光轴方向移动的结构,因此,在准直透镜上添加上作为色差校正用光学元件的功能,从而可以具有球差校正用光学单元的功能。
或者,通过可以沿光轴方向移动的扩束透镜的光学面上形成衍射结构,也可以使在具有球差校正用光学单元的功能的扩束透镜上具有色差校正用光学元件的功能。
另外,如本发明那样,在构成为使第三光束不通过色差校正用光学元件的情况下,色差校正用光学单元的第一光束的衍射级数n1和第二光束的衍射级数n2的组合,优选的是为(n1,n2)=(5,3)。把色差校正用光学元件作成塑料透镜的情况下,通过选择这样组合的衍射级数,可以使第一光束的五级衍射光的衍射效率和第二光束的三级衍射光的衍射效率均为100%,即使对于任何的波长也可能确保高的衍射效率。
对此,在构成第三光束通过色差校正用光学元件的情况下,通过第一光束的衍射级数n1、第二光束的衍射级数n2和第三光束的衍射级数n3的组合为(n1,n2,n3)=(10,6,5),虽然各光束的衍射级数都由可能为100%,但是因为第一光束的衍射级数n1为高级,所以第一光源在具有±5nm的波长误差时衍射效率降低的程度为6%。由于这样的光源的波长误差而引起的衍射效率减少小的级数组合为(n1,n2,n3)=(2,1,1),这时的各光束的衍射效率分别是100%、87%、100%,第二光束的衍射效率低。并且,相对上述的(n1,n2)=(5,3)的组合中的第一光源的±5nm的波长误差衍射效率降低为1.5%左右。
从上述可知,通过色差校正用光学元件的光束的衍射效率和对波长误差的衍射效率减少的观点来看,优选的结构是,使第一光束和第二光束通过色差校正用光学元件,第三光束不通过色差校正用光学元件。
本发明的光信息记录再现装置搭载所述光拾取装置,并且其特征在于,在所述第一光盘和所述第二光盘的信息的记录和所述第一光盘和所述第二光盘所记录的信息的再现中,至少一方可以实施。
作为本发明所使用的扩束透镜,其用于光拾取装置,该光拾取装置包括,第一光源,其射出450nm以下的第一波长λ1的第一光束;第二光源,其射出比所述第一波长λ1长1.3倍的第二波长λ2的第二光束;物镜单元,其用于把所述第一光源射出的第一光束聚光在第一光盘的信息记录面上,并且把所述第二光源射出的第二光束聚光在具有与所述第一光盘的不同记录密度的第二光盘的信息记录面上,其特征在于,所述扩束透镜设置在所述第一和第二光源与所述物镜之间的所述第一光束和所述第二光束的共通光路中,所述扩束透镜具有正透镜组和负透镜组,所述扩束透镜具有色差校正用光学元件,该色差校正用光学元件至少一个光学面上具有形成衍射结构的衍射面,该衍射结构由被细微台阶分割的多个的环带构成,所述台阶的光轴方向的深度被设计为相对衍射级数n1衍射级数n2更低,所述衍射级数n1是在所述衍射结构上所述第一光束入射时产生衍射光中的具有最大衍射效率的衍射光的衍射级数,所述衍射级数n2是在所述衍射结构上所述第二光束入射时产生衍射光中的具有最大衍射效率的衍射光的衍射级数,并且通过可变调节构成所述扩束透镜的透镜组中至少一个透镜组与所述物镜单元的间隔,而改变向所述物镜单元的入射光束的边缘光线的倾角。
在本发明所使用的扩束透镜中,优选的是,所述第二波长λ2是600nm至700nm范围内的波长,所述衍射级数n1和所述衍射级数n2的组合,(n1,n2)=(2,1),(3,2),(4,2),(5,3),(6,4),(7,4),(8,5),(10,6)中的任何一个。
在本发明所使用的扩束透镜中,优选的是,所述色差校正用光学元件具有所述衍射面的结构透镜对所述第一波长λ1的折射率是在1.5~1.6范围内,并且对d线(波长587.6nm)的阿贝数是在50~60范围内,并且最接近所述光轴台阶的光轴方向的深度d0满足下式(1)~(8)式的某一个。
1.2μm<d0<1.7μm  ...(1)
1.9μm<d0<2.6μm  ...(2)
2.6μm<d0<3.2μm  ...(3)
3.3μm<d0<4.2μm  ...(4)
4.4μm<d0<5.0μm  ...(5)
4.7μm<d0<5.7μm  ...(6)
5.6μm<d0<6.5μm  ...(7)
6.9μm<d0<8.1μm  ...(8)
在本发明所使用的扩束透镜中,优选的是,所述光拾取装置具有射出与所述第一波长λ1和所述第二波长λ2不同的第三波长λ3的第三光束的第三光源,所述物镜单元把从所述第三光源射出的第三光束聚光在具有与所述第一和第二光盘不同记录密度的第三光盘的信息记录面上,并且所述扩束透镜被设置在所述第一~第三光束的共通光路中,所述第二波长在600nm至700nm范围内,所述第三波长是在730nm至830nm范围内的波长,所述衍射结构上入射所述第三光束时产生衍射光中的具有最大衍射效率的衍射光的衍射级数为n3时,所述衍射级数n1、所述衍射级数n2和所述衍射级数n3的组合(n1,n2,n3)=(2,1,1),(4,2,2),(6,4,3),(8,5,4),(10,6,5)中的一个。
在本发明所使用的扩束透镜中,优选的是,所述色差校正用光学元件具有所述衍射面的结构透镜对所述第一波长λ1的折射率是在1.5~1.6范围内,并且对d线(波长587.6nm)的阿贝数是在50~60范围内,并且最接近所述光轴台阶差的光轴方向的深度d0满足下式(9)~(13)式的任何一个。
1.2μm<d0<1.7μm  ...(9)
2.6μm<d0<3.0μm  ...(10)
4.4μm<d0<5.0μm  ...(11)
5.6μm<d0<6.5μm  ...(12)
6.9μm<d0<8.1μm  ...(13)
作为本发明所使用的耦合透镜,其用于光拾取装置,该光拾取装置包括,第一光源,其射出450nm以下的第一波长λ1的第一光束;第二光源;其射出比所述第一波长λ1长1.3倍的第二波长λ2的第二光束;物镜单元,其用于把所述第一光源射出的第一光束聚光在第一光盘的信息记录面上,并且把所述第二光源射出的第二光束聚光在具有与所述第一光盘的不同记录密度的第二光盘的信息记录面上,其特征在于,所述耦合透镜设置在所述第一和第二光源和所述物镜之间的所述第一光束和所述第二光束的共通光路中,所述耦合透镜具有正透镜组和负透镜组,所述耦合透镜具有色差校正用光学元件,该色差校正用光学元件至少一个光学面上具有形成衍射结构的衍射面,该衍射结构由被细微台阶差分割的多个的环带构成,所述台阶差的光轴方向的深度被设计为相对衍射级数n1衍射级数n2更低,所述衍射级数n1是在所述衍射结构上所述第一光束入射时产生衍射光中的具有最大衍射效率的衍射光的衍射级数,所述衍射级数n2是在所述衍射结构上所述第二光束入射时产生衍射光中的具有最大衍射效率的衍射光的衍射级数,并且通过可变调节构成所述耦合透镜的透镜组中至少一个透镜组与所述物镜单元的间隔,改变向所述物镜单元的入射光束的边缘光线的倾角。
在本发明所使用的耦合透镜中,优选的是,所述第二波长λ2是600nm至700nm范围内的波长,所述衍射级数n1和所述衍射级数n2的组合,(n1,n2)=(2,1),(3,2),(4,2),(5,3),(6,4),(7,4),(8,5),(10,6)中的任何一个。
在本发明所使用的耦合透镜中,优选的是,所述色差校正用光学元件具有所述衍射面的结构透镜对所述第一波长λ1的折射率是在1.5~1.6范围内,并且对d线(波长587.6nm)的阿贝数是在50~60范围内,并且最接近所述光轴台阶差的光轴方向的深度d0满足下式(1)~(8)式的某一个。
1.2μm<d0<1.7μm  ...(1)
1.9μm<d0<2.6μm  ...(2)
2.6μm<d0<3.2μm  ...(3)
3.3μm<d0<4.2μm  ...(4)
4.4μm<d0<5.0μm  ...(5)
4.7μm<d0<5.7μm  ...(6)
5.6μm<d0<6.5μm  ...(7)
6.9μm<d0<8.1μm  ...(8)
在本发明所使用的耦合透镜中,优选的是,所述光拾取装置具有射出与所述第一波长λ1和所述第二波长λ2不同的第三波长λ3的第三光束的第三光源,所述物镜单元把从所述第三光源射出的第三光束聚光在具有与所述第一和第二光盘不同记录密度的第三光盘的信息记录面上,并且所述耦合透镜被设置在所述第一~第三光束的共通光路中,所述第二波长在600nm至700nm范围内,所述第三波长是在730nm至830nm范围内的波长,所述衍射结构上入射所述第三光束时产生衍射光中的具有最大衍射效率的衍射光的衍射级数为n3时,所述衍射级数n1、所述衍射级数n2和所述衍射级数n3的组合(n1,n2,n3)=(2,1,1),(4,2,2),(6,4,3),(8,5,4),(10,6,5)中的一个。
在本发明所使用的耦合透镜中,优选的是,所述色差校正用光学元件具有所述衍射面的结构透镜对所述第一波长λ1的折射率是在1.5~1.6范围内,并且对d线(波长587.6nm)的阿贝数是在50~60范围内,并且最接近所述光轴台阶差的光轴方向的深度d0满足下式(9)~(13)式的任何一个。
1.2μm<d0<1.7μm  ...(9)
2.6μm<d0<3.0μm  ...(10)
4.4μm<d0<5.0μm  ...(11)
5.6μm<d0<6.5μm  ...(12)
6.9μm<d0<8.1μm  ...(13)
在本发明所使用的耦合透镜中,所述衍射级数n1和所述衍射级数n2的组合,(n1,n2)=(5,3),(6,4),(7,4),(8,5),(10,6)中的任何一个是优选的,而(n1,n2)=(5,3),(7,4),(10,6)中的任何一个是更优选的,而(n1,n2)=(5,3)是最好的。
在本发明所使用的耦合透镜中,优选的是,在所述耦合透镜的结构透镜之中,对具有所述衍射面的结构透镜的所述第一波长λ1的折射率是在1.5~1.6的范围内,并且具有所述衍射面的结构透镜对d线(波长587.6nm)的阿贝数是在50~60范围内,并且距所述台阶差之中光轴近的台阶差光轴方向的深度d0满足下式(4)、(6)和(8)式的任何一个。
3.3μm<d0<4.2μm  ...(4)
4.7μm<d0<5.7μm  ...(6)
6.9μm<d0<8.1μm  ...(8)
在本发明所使用的耦合透镜中,优选的是所述光拾取装置具有射出与所述第一波长λ1和所述第二波长λ2不同的第三波长λ3的第三光束的第三光源,所述物镜单元把从所述第三光源射出的第三光束聚光在具有与所述第一和第二光盘不同记录密度的第三光盘的信息记录面上,并且所述耦合透镜被设置在所述第一~第三光束的共通光路中,所述第二波长在600nm至700nm范围内,所述第三波长是在730nm至830nm范围内的波长,所述衍射结构上入射所述第三光束时产生衍射光中的具有最大衍射效率的衍射光的衍射级数为n3时,所述衍射级数n1、所述衍射级数n2和所述衍射级数n3的组合(n1,n2,n3)=(2,1,1),(8,5,4),(10,6,5)中的任何一个。
在本发明所使用的耦合透镜中,优选的是,距所述光轴最近的台阶差的光轴方向的深度d0满足下式(9)、(12)和(13)式的任何一个。
1.2μm<d0<1.7μm  ...(9)
5.6μm<d0<6.5μm  ...(12)
6.9μm<d0<8.1μm  ...(13)
在本发明所使用的耦合透镜中,优选的是,所述耦合透镜至少具有一个塑料透镜,并且所述衍射面,还具有用于抑制从所述耦合透镜射出的所述第一光束的相对温度变化的发散角或会聚角的变化的功能。
在本发明所使用的耦合透镜中,优选的是,所述第一波长为λ1(mm),所述耦合透镜对所述λ1的焦距为fc(mm),所述耦合透镜对所述λ1的折射率为n,所述耦合透镜的线膨胀系数为α,所述衍射面对所述λ1的近轴光焦度为PD(mm-1),所述耦合透镜对所述λ1的近轴光焦度为PC(mm-1),所述耦合透镜对温度变化的折射率变化率为dn/dt,所述耦合透镜对波长变化的折射率变化率为dn/dλ,所述第一光源对温度变化的波长变化率为dλ/dt时,满足下式,
|c1+(c2-c1)·PD/PC|/fc<0.08·λ1(mm)
其中,
c1=1/(n-1)·dn/dt+1/(n-1)·dn/dλ·dλ/dt-α、c2=1/λ1·dλ/dt-2α
所述PD通过所述衍射结构的光程长附加量利用以下的式1表示的光程差函数进行定义,并且所述衍射结构入射所述第一光束的时产生的衍射光之中,具有最大衍射效率的衍射光的衍射级数设为n1时,
利用PD=-2·n1·B2·(λ1/λB)进行表示。
式4
Φb = n × ( λ / λB ) × Σ j = 0 B 2 j h 2 j
所述式4中h(mm)表示垂直于光轴的高度,B2j表示光程差函数系数,n表示具有入射光束的衍射光中最大衍射效率的衍射光的衍射级数,λ(nm)表示在所述衍射结构入射光束的波长,λB(nm)表示所述衍射结构的制造波长。
作为本发明所使用的色差校正用光学元件,其用于光拾取装置,该光拾取装置包括,第一光源,其射出450nm以下的第一波长λ1的第一光束;第二光源,其射出比所述第一波长λ1的1.3倍长第二波长λ2的第二光束;物镜单元,其用于把所述第一光源射出的第一光束聚光在第一光盘的信息记录面上,并且把所述第二光源射出的第二光束聚光在具有与所述第一光盘的不同记录密度的第二光盘的信息记录面上,其特征在于,所述色差校正用光学元件设置在所述第一和第二光源和所述物镜之间的所述第一光束和所述第二光束的共通光路中,是把对光轴大致平行状态入射的所述第一光束以大致平行状态射出的色差校正用光学元件,并且所述色差校正用光学元件至少一个光学面上具有形成衍射结构的衍射面,该衍射结构由被细微台阶差分割的多个的环带构成,所述台阶差的光轴方向的深度被设计为相对衍射级数n1衍射级数n2更低,所述衍射级数n1是在所述衍射结构上所述第一光束入射时产生衍射光中的具有最大衍射效率的衍射光的衍射级数,所述衍射级数n2是在所述衍射结构上所述第二光束入射时产生衍射光中的具有最大衍射效率的衍射光的衍射级数。
在本发明所使用的色差校正用光学元件中,优选的是,所述衍射结构形成在宏观上呈平面状的光学面上,其相反侧的光学面是近轴光焦度为负,并且在光学面上不形成所述衍射结构。
在本发明所使用的色差校正用光学元件中,优选的是,所述第二波长λ2是600nm至700nm范围内的波长,所述衍射级数n1和所述衍射级数n2的组合,(n1,n2)=(2,1),(3,2),(4,2),(5,3),(6,4),(7,4),(8,5),(10,6)中的任何一个。
在本发明所使用的色差校正用光学元件中,优选的是,所述色差校正用光学元件具有所述衍射面的结构透镜对所述第一波长λ1的折射率是在1.5~1.6范围内,并且对d线(波长587.6nm)的阿贝数是在50~60范围内,并且距所述光轴最近的台阶差的光轴方向的深度d0满足下式(1)~(8)式的某一个。
1.2μm<d0<1.7μm  ...(1)
1.9μm<d0<2.6μm  ...(2)
2.6μm<d0<3.2μm  ...(3)
3.3μm<d0<4.2μm  ...(4)
4.4μm<d0<5.0μm  ...(5)
4.7μm<d0<5.7μm  ...(6)
5.6μm<d0<6.5μm  ...(7)
6.9μm<d0<8.1μm  ...(8)
在本发明所使用的色差校正用光学元件中,优选的是,所述光拾取装置具有射出与所述第一波长λ1和所述第二波长λ2不同的第三波长λ3的第三光束的第三光源,所述物镜单元把从所述第三光源射出的第三光束聚光在具有与所述第一和第二光盘不同记录密度的第三光盘的信息记录面上,并且所述色差校正用光学元件被设置在所述第一~第三光束的共通光路中,所述第二波长在600nm至700nm范围内,所述第三波长是在730nm至830nm范围内的波长,所述衍射结构上入射所述第三光束时产生衍射光中的具有最大衍射效率的衍射光的衍射级数为n3时,所述衍射级数n1、所述衍射级数n2和所述衍射级数n3的组合(n1,n2,n3)=(2,1,1),(4,2,2),(6,4,3),(8,5,4),(10,6,5)中的一个。
在本发明所使用的色差校正用光学元件中,优选的是,所述色差校正用光学元件具有所述衍射面的结构透镜对所述第一波长λ1的折射率是在1.5~1.6范围内,并且对d线(波长587.6nm)的阿贝数是在50~60范围内,并且距所述光轴最近的台阶差的光轴方向的深度d0满足下式(9)~(13)式的某一个。
1.2μm<d0<1.7μm  ...(9)
2.6μm<d0<3.0μm  ...(10)
4.4μm<d0<5.0μm  ...(11)
5.6μm<d0<6.5μm  ...(12)
6.9μm<d0<8.1μm  ...(13)
附图说明
图1是表示光拾取装置结构的主要部分的平面图;
图2是表示光拾取装置结构的主要部分的平面图;
图3是物镜单元的立体图;
图4是表示光拾取装置结构的主要部分的平面图;
图5是表示光拾取装置结构的主要部分的平面图;
图6是表示光拾取装置结构的主要部分的平面图;
图7是对高密度光盘进行信息的记录/再现时的光路图;
图8是对DVD进行信息的记录/再现时的光路图;
图9是对CD进行信息的记录/再现时的光路图;
图10是表示兰紫色区域的物镜的色差校正效果的曲线图;
图11是表示对因温度变化在物镜上产生的球差的校正结果的曲线图;
图12是对第一高密度光盘进行信息的记录/再现时的光路图;
图13是对第二高密度光盘进行信息的记录/再现时的光路图;
图14是对DVD进行信息的记录/再现时的光路图;
图15是对CD进行信息的记录/再现时的光路图;
图16是表示兰紫色区域的第一物镜的色差校正效果的曲线图;
图17是表示兰紫色区域的第二物镜的色差校正效果的曲线图;
图18是表示因第一高密度光盘的保护层的厚度变化而产生的球差的校正结果的曲线图;
图19是对高密度光盘和DVD进行信息的记录/再现时的光路图;
图20是表示兰紫色区域的第一物镜的色差校正效果的曲线图;
图21是表示温度特性的曲线图;
图22是对高密度光盘和DVD进行信息的记录/再现时的光路图;
图23是表示兰紫色区域的物镜的色差校正效果的曲线图;
图24是表示光拾取装置结构的主要部分的平面图;
图25是表示光拾取装置结构的主要部分的平面图;
图26是对高密度光盘和DVD进行信息的记录/再现时的光路图;
图27是对CD进行信息的记录/再现时的光路图;
图28是表示兰紫色区域的物镜的色差校正效果的曲线图;
图29是衍射结构一实施例的光轴方向的放大剖面图;
图30表示在横轴上光轴方向的台阶差量dB,纵轴上衍射结构的衍射效率的变化的计算结果的图。
具体实施方式
下面,参照附图详细说明用于实施本发明的最佳形态。
(第一实施形态)
图1是表示第一光拾取装置PU1结构的主要部分的平面图,该光拾取装置即使对高密度光盘HD、DVD和CD任何一种也能够适当地进行信息的记录/再现。
高密度光盘HD的光学规格是:波长405nm,保护层的厚度0.6mm,数值孔径NA0.65;DVD的光学规格是:波长655nm,保护层的厚度0.6mm,数值孔径NA0.63;CD的光学规格是:波长785nm,保护层的厚度1.2mm,数值孔径0.50。但是,波长、保护层的厚度和数值孔径的组合不限于此。
光拾取装置PU1包括:高密度光盘HD用模块MD1,其具有在对高密度光盘HD进行信息的记录/再现时进行发光并且射出405nm激光光束的兰紫色半导体激光器LD1和光检测器PD1,并且该兰紫色半导体激光器LD1和光检测器PD1被一体化;激光模块LM,其由对DVD进行信息的记录/再现时进行发光并且射出655nm激光光束的第一发光点EP1、对CD进行信息的记录/再现时进行发光并且射出785nm激光光束的第二发光点EP2、接受从DVD信息记录面RL2的反射光束的第一受光部DS1、接受从CD信息记录面RL3的反射光束的第二受光部DS2和棱镜PS构成;物镜单元OU,其由物镜OBJ、双轴驱动器AC2、对应高密度光盘HD的数值孔径0.65的光阑STO构成;偏振光束分光器BS;准直透镜COL;扩束透镜单元EU,其由具有负透镜NL与正透镜PL的扩束透镜EXP和单轴驱动器AC1构成。
并且,图1中还表示了激光模块M的侧面图。
作为高密度光盘HD用光源,也可以使用上述兰紫色半导体激光器LD1以外的兰紫色SHG激光器。
物镜OBJ是对高密度光盘HD最佳化的两面非球面塑料透镜,在其光源侧的光学面上,形成有波长选择性的滤波器。通过该滤波器对应波长限制光束的通过区域,从而对DVD实现数值孔径为0.63,并且对CD实现数值孔径为0.50。
代替具有这样波长选择性的滤波器,也可以把衍射结构形成在物镜OBJ光源侧的光学面上,该衍射结构记载在第27次光学论坛演讲集第55~56页。
在物镜单元OU上,虽然省略了图示,但是设置有双轴驱动器AC2的进行动作控制的动作控制电路。
扩束透镜单元EU兼有作为色差校正用光学单元的功能和作为球差校正用光学单元的功能。即,色差校正用光学单元和球差校正用光学单元是同一个光学单元。
在扩束透镜EXP的正透镜PL光学面上,形成用于校正在兰紫色区域中的物镜OBJ的色差的衍射结构,如图1中的放大图所示,其环带的台阶差的光轴方向的深度d被设计为,相对在波长405nm的激光光束入射时产生的衍射光之中具有最大衍射效率的衍射光的衍射级数,波长655nm和波长785nm的光束入射时产生的衍射光之中具有最大衍射效率的衍射光的衍射级数为更低级数。因此,各波长区域中能够得到充分的衍射效率,并且即使在兰紫色区域校正色差的情况下,在波长655nm和波长785nm的波长区域中也不会过度校正色差。
扩束透镜EXP的负透镜NL通过单轴驱动器AC1驱动而沿光轴变化移动,由于可以改变向物镜OBJ入射的边缘光线的倾角,所以能够校正由于各种原因产生的高密度光盘的信息记录面上的光点的球差变化。关于这个问题在后面进行详细的说明。
扩束透镜单元EU,虽然省略了图示,但是设置了单轴驱动器AC1进行动作控制的动作控制电路。
在光拾取装置PU1中,在对高密度光盘HD进行信息记录/再现的情况下,在图1中如实线所画的光路那样,使高密度光盘HD用模块MD1动作并且使兰紫色半导体激光器LD1发光。从兰紫色半导体激光器LD1所射出的发散光束透过偏振光束分光器BS,再经准直透镜COL成为平行光束,透过扩束透镜EXP扩大光束直径后,被光阑STO限制光束直径,利用物镜OBJ通过高密度光盘HD的保护层PL1在信息记录面RL1上形成光点。物镜OBJ通过在其周边配置的双轴驱动器AC2进行调焦和跟踪。在信息记录面RL1上由信息位调制的反射光束再次通过物镜OBJ、光阑STO、扩束透镜EXP和准直透镜COL后,成为会聚光束,透过偏振光束分光器BS后,在高密度光盘HD用模块MD1的光检测器PD1的受光面上进行光束会聚。并且,能够利用光检测器PD1的输出信号读取由高密度光盘HD所记录的信息。
在此,对高密度光盘HD进行信息的记录/再现的情况下,例如,兰紫色半导体激光器LD1的波长变化、保护层PL1的厚度误差、两层盘的信息记录面之间的调焦跳跃、环境温度变化和随着双轴驱动器AC2的发热引起的物镜OBJ的折射率变化等的影响,在信息记录面RL1上的光点的球差在过校正方向变化时,扩束透镜EXP的负透镜NL通过单轴驱动器AC1驱动而变化移动,以使与物镜OBJ的间隔减窄。相反,在信息记录面RL1上的光点的球差在欠校正方向变化时,扩束透镜EXP的负透镜NL通过单轴驱动器AC1驱动而变化移动,以使与物镜OBJ的间隔加宽。因此,由于在信息记录面RL1上的光点球差总是处于被校正的状态,所以对高密度光盘HD来说,能够得到良好的记录/再现特性。
由于透过形成了衍射结构的扩束透镜EXP的正透镜PL和物镜OBJ的波面的色差处于良好的校正状态,所以当从信息的再现切换到记录时,兰紫色半导体激光器LD1即使发生模跳,聚光在信息记录面RL1上的光点直径也不变大。
在光拾取装置PU1中,在对DVD进行信息的记录/再现时使发光点EP1发光。从发光点EP1射出的发散光束,在图1中如虚线所画的光路那样,由棱镜PS反射后,再由偏振光束分光器BS反射,经准直透镜COL成为平行光束。然后,由扩束透镜EXP扩大光束直径,被光阑STO限制光束直径后,通过具有波长选择性的滤波器而更加限制光束直径。然后,利用物镜OBJ通过DVD的保护层PL2在信息记录面RL2上形成光点。物镜OBJ通过在其周边配置的双轴驱动器AC2进行调焦和跟踪。在信息记录面RL2上由信息位调制的反射光束再次通过物镜OBJ、光阑STO、扩束透镜EXP和准直透镜COL后,成为会聚光束,被偏振光束分光器BS反射后,由棱镜PS内部进行两次反射在受光部DS1上聚光。并且,能够利用受光部DS1的输出信号读取由DVD所记录的信息。
如上所述,由于物镜OBJ是对高密度光盘HD被最佳化的两面非球面塑料透镜,所以在对物镜OBJ入射655nm光束的情况下,在DVD的信息记录面RL2上聚光的光点由于受到物镜OBJ波长分散的影响,球差向过校正方向变化。因此,在对DVD进行记录/再现的情况下,减窄与物镜OBJ的间隔以校正该球差的变化,在扩束透镜EXP的负透镜NL与物镜OBJ的间隔最佳化后(即,物镜OBJ的物点位置最佳化后)对DVD进行记录/再现。
在光拾取装置PU1中,在对CD进行信息的记录/再现时使发光点EP2发光。从发光点EP2射出的发散光束,在图1中如双点划线所画的光路那样,由棱镜PS反射后,再由偏振光束分光器BS反射,经准直透镜COL成为平行光束。然后,由扩束透镜EXP扩大光束直径,被光阑STO限制光束直径后,通过具有波长选择性的滤波器更加限制光束直径。然后,利用物镜OBJ通过CD的保护层PL3在信息记录面RL3上形成光点。物镜OBJ通过在其周边配置的双轴驱动器AC2进行调焦和跟踪。在信息记录面RL3上由信息位调制的反射光束再次通过物镜OBJ、光阑STO、扩束透镜EXP和准直透镜COL后,成为会聚光束,被偏振光束分光器BS反射后,由棱镜PS内部进行两次反射在受光部DS2上聚光。并且,能够利用受光部DS2的输出信号读取由CD所记录的信息。
由于物镜OBJ是对高密度光盘HD被最佳化的两面非球面塑料透镜,所以在对物镜OBJ入射785nm光束的情况下,在CD的信息记录面RL3上聚光的光点由于受到物镜OBJ波长分散和高密度光盘的保护层PL1和CD的保护层PL3的不同的影响球差向过校正方向变化。因此,在对CD进行记录/再现的情况下,减窄与物镜OBJ的间隔以校正该球差的变化,在扩束透镜EXP的负透镜NL与物镜OBJ的间隔最佳化后(即,物镜OBJ的物点位置最佳化后)对CD进行记录/再现。
(第二实施形态)
图2是表示对规格不同的两种高密度光盘的第一高密度光盘HD1和第二高密度光盘HD2、DVD、CD的任何的一个能够适当地进行信息的记录/再现的第二光拾取装置PU2的结构的概略平面图。第一高密度光盘HD1的光学规格是:波长405nm,保护层的厚度0.1mm,数值孔径NA0.85;第二高密度光盘HD2的光学规格是:波长405nm,保护层的厚度0.6mm,数值孔径NA0.65;DVD的光学规格如下:波长655nm,保护层的厚度0.6mm,数值孔径NA0.63;CD的光学规格是:波长785nm,保护层的厚度1.2mm,数值孔径NA0.50。但是,波长、保护层的厚度、数值孔径的组合不限于此。
光拾取装置PU2包括:高密度光盘HD用模块MD1,其具有在对第一高密度光盘HD1和第二高密度光盘HD2进行信息的记录/再现时进行发光并且射出405nm激光光束的兰紫色半导体激光器LD1和光检测器PD1,并且该兰紫色半导体激光器LD1和光检测器PD1被一体化;激光模块LM,其由对DVD进行信息的记录/再现时进行发光并且射出655nm激光光束的第一发光点EP1、对CD进行信息的记录/再现时进行发光并且射出785nm激光光束的第二发光点EP2、接受从DVD信息记录面RL2的反射光束的第一受光部DS1、接受从CD信息记录面RL3的反射光束的第二受光部DS2和棱镜PS构成;物镜单元OU;偏振光束分光器BS;准直透镜单元CU,其由准直透镜COL和单轴驱动器AC1构成。
并且,图2中还表示了激光模块M的侧面图。
作为高密度光盘HD用光源,也可以使用上述兰紫色半导体激光器LD1以外的兰紫色SHG激光器。
物镜单元OU包括:第一物镜OBJ1,其用于对第一高密度光盘HD1进行信息的记录/再现;第一光阑STO1,其对应第一高密度光盘HD1的数值孔径NA0.85;第二物镜OBJ2,其用于对第二高密度光盘HD2和DVD与CD进行信息的记录/再现;第二光阑STO2,其对应第二高密度光盘HD2的数值孔径NA0.65;双轴驱动器AC2;物镜切换机构(未图示),如图2中的箭头所示,根据进行信息的记录/再现的光盘的记录密度,对所选择的第一物镜OBJ1和第二物镜OBJ2进行切换。
第一物镜OBJ1是对第一高密度光盘HD1最佳化的两面非球面塑料透镜,在其光源侧的光学面上,形成有波长选择性的滤波器。通过该滤波器根据波长限制光束的通过区域,从而对DVD实现数值孔径为0.63,并且对CD实现数值孔径为0.50。
代替具有这样波长选择性的滤波器,也可以把衍射结构形成在第二物镜OBJ2光源侧的光学面上,该衍射结构记载在第27次光学论坛演讲集第55~56页。
图3是第二光拾取装置PU2所使用的物镜单元OU的立体图。图3所表示的物镜单元OU包括:第一物镜OBJ1,其用于对第一高密度光盘HD1进行信息的记录/再现;第一光阑STO1(未图示),其对应第一高密度光盘HD1的数值孔径NA0.85;第二物镜OBJ2,其用于对第二高密度光盘HD2和DVD、CD进行信息的记录/再现;第二光阑STO2(未图示),其对应第二高密度光盘HD2的数值孔径NA0.65;转盘B,其使这些第一物镜OBJ1和第二物镜OBJ2的光轴保持在同一圆周CL上;步进电机SM(未图示),其作为切换物镜的装置,通过设置在圆周CL的中心轴的位置的支承轴P使转盘B转动;底架S,其保持转盘B,使该转盘B通过在圆周CL的中心轴的位置设置的支承轴P转动自如,并且沿该转动中心轴自如地往复移动;调焦驱动器FA(未图示),其使转盘B沿支承轴P的方向往复移动;跟踪驱动器TA,其对转盘B的转动动作施加靠压力,并且对第一物镜OBJ1和第二物镜OBJ2进行定位。该物镜单元OU虽然省略了图示,但是设置有进行双轴驱动器AC2(调焦驱动器FA和跟踪驱动器TA)的动作控制的动作控制电路。
第一物镜OBJ1和第二物镜OBJ2分别设置在贯通园板状的转盘B的平面部的孔部,并且分别以距转盘B中心等距离地设置。该转盘B与在其中心部从底架S立设的支承轴P的上端部转动自如地配合,在该支承轴P的下方设置省略了图示的调焦驱动器FA。该调焦驱动器FA由设置在支承轴P下端部的磁铁FM和在其周围设置的调焦线圈FC构成,从而进行第一物镜OBJ1和第二物镜OBJ2的调焦。
如上所述,通过跟踪驱动器TA以具有与光轴平行的轴线的支承轴P为中心付与该转盘B的转动动作。该跟踪驱动器TA具有:一对跟踪线圈TCA、TCB,其设置在转盘B的端缘部并且对称地隔着支承轴P;磁铁TMA、TMB、TMC、TMD,其成对地形成两组,设置在接近转盘B的端缘部的位置并且对称地隔着底架S上的支承轴P。
而且,跟踪线圈TCA、TCB在与一侧成对的磁铁TMA、TMB一一相向时,为了使第一物镜OBJ1位于从激光光源发出的光束的光路上,而设定磁铁TMA、TMB的位置,另外,跟踪线圈TCA、TCB在与另一侧成对的磁铁TMC、TMD一一相向时,为了使第二物镜OBJ2位于从激光光源发出的光束的光路上,而设定磁铁TMA、TMB的位置。
在上述的转盘B上设置了限制其转动范围的未图示的挡块,以使跟踪线圈TCA与磁铁TMA或磁铁TMD,以及跟踪线圈TCB与磁铁TMB或磁铁TMC不相对。
跟踪驱动器TA被设置为圆形转盘B的外周的切线方向与光盘轨迹的切线方向垂直相交,通过该转盘B上以微小单位施加靠压力进行转动动作,以对轨迹的光点位置的偏移进行修正(跟踪)。
准直透镜单元CU兼有作为色差校正用光学单元的功能和作为球差校正用光学单元的功能,在准直透镜单元CU的光学面上形成用于校正兰紫色区域中的第一物镜OBJ1和第二物镜OBJ2的色差的衍射结构,如图2的放大图所示,其环带的台阶差的光轴方向的深度d被设计为,相对在波长405nm的激光光束入射时产生的衍射光之中具有最大衍射效率的衍射光的衍射级数,波长655nm和波长785nm的光束入射时产生的衍射光之中具有最大衍射效率的衍射光的衍射级数为更低级数。因此,各自的波长区域中能够得到充分的衍射效率,并且即使在兰紫色区域校正色差的情况下,在波长655nm和波长785nm的波长区域中也不会过度校正色差。
准直透镜COL通过单轴驱动器AC1驱动而沿光轴变化移动,由于可以改变向第一物镜OBJ1和第二物镜OBJ2入射的边缘光线的倾角,所以能够校正由于各种原因产生的高密度光盘的信息记录面上的光点的球差变化。关于这个问题在后面进行详细的说明。
准直透镜单元CU,虽然省略了图示,但是设置了进行单轴驱动器AC1动作控制的动作控制电路。
在光拾取装置PU2中,在对第一高密度光盘HD1进行信息记录/再现的情况下,通过物镜单元OU的物镜切换机构,把第一物镜OBJ1插入从兰紫色半导体激光器LD1发出的光束的光路中。然后,在图2中如实线所画的光路那样,使高密度光盘HD用模块MD1动作并且使兰紫色半导体激光器LD1发光。从兰紫色半导体激光器LD1所射出的发散光束透过偏振光束分光器BS,再经准直透镜COL成为平行光束后,被第一光阑STO1限制光束直径,利用第一物镜OBJ1通过第一高密度光盘HD1的保护层PL1A在信息记录面RL1A上形成光点。第一物镜OBJ1通过在其周边配置的双轴驱动器AC2进行调焦和跟踪。在信息记录面RL1A上由信息位调制的反射光束再次透过第一物镜OBJ1、第一光阑STO1和准直透镜COL后,成为会聚光束,透过偏振光束分光器BS后,在高密度光盘HD用模块MD1的光检测器PD1的受光面上进行光束会聚。并且,能够利用光检测器PD1的输出信号读取由第一高密度光盘HD1所记录的信息。
在光拾取装置PU2中,在对第二高密度光盘HD2进行信息记录/再现的情况下,通过物镜单元OU的物镜切换机构,把第二物镜OBJ2插入从兰紫色半导体激光器LD1的光束的光路中。然后,在图2中如实线所画的光路那样,使高密度光盘HD用模块MD1动作并且使兰紫色半导体激光器LD1发光。从兰紫色半导体激光器LD1所射出的发散光束透过偏振光束分光器BS,经准直透镜COL成为平行光束后,被第二光阑STO2限制光束直径,利用第二物镜OBJ2通过第二高密度光盘HD2的保护层PL1B在信息记录面RL1B上形成光点。第二物镜OBJ2通过在其周边配置的双轴驱动器AC2进行调焦和跟踪。在信息记录面RL1B上由信息位调制的反射光束再次透过第二物镜OBJ2、第二光阑STO2和准直透镜COL后,成为会聚光束,透过偏振光束分光器BS后,高密度光盘HD用模块MD1的光检测器PD1的受光面上进行光束会聚。并且,能够利用光检测器PD1的输出信号读取由第二高密度光盘HD2所记录的信息。
对第一高密度光盘HD1(或第二高密度光盘HD2)进行信息的记录/再现的情况下,例如,兰紫色半导体激光器LD1的波长变化、保护层PL1A(PL1B)的厚度误差、两层盘的信息记录面之间的调焦跳跃、环境温度变化和随着双轴驱动器AC2的发热引起的第一物镜OBJ1(第二物镜OBJ2)的折射率变化等的影响,在信息记录面RL1A(RL1B)上的光点的球差在过校正方向变化时,准直透镜COL通过单轴驱动器AC1驱动而变化移动,以使与第一物镜OBJ1(第二物镜OBJ2)的间隔加宽。相反,在信息记录面RL1A(RL2B)上的光点的球差在欠校正方向变化时,准直透镜COL通过单轴驱动器AC1驱动而变化移动,以使与第一物镜OBJ1(第二物镜OBJ2)的间隔减窄。因此,由于在信息记录面RL1A(RL1B)上的光点球差总是处于被校正的状态,所以对第一高密度光盘HD1(第二高密度光盘HD2)来说能够得到良好的记录/再现特性。
由于透过形成了衍射结构的准直透镜COL和物镜OBJ的波面的色差处于良好的校正状态,所以当从信息的再现切换到记录时,兰紫色半导体激光器LD1即使发生模跳,聚光在信息记录面RL1A(RL1B)上的光点直径也不变大。
在光拾取装置PU2中,在对DVD进行信息的记录/再现的情况下,通过物镜单元OU的物镜切换机构,把第二物镜OBJ2插入从发光点EP1发出的光束的光路中后,使发光点EP1发光。从发光点EP1射出的发散光束,在图2中如虚线所画的光路那样,由棱镜PS反射后,再由偏振光束分光器BS反射,经准直透镜COL成为平行光束。然后,被第二光阑STO2限制光束直径后,由具有波长选择性的滤波器更加限制光束直径。然后,利用第二物镜OBJ2通过DVD的保护层PL2在信息记录面RL2上形成光点。第二物镜OBJ2通过在其周边配置的双轴驱动器AC2进行调焦和跟踪。在信息记录面RL2上由信息位调制的反射光束再次透过第二物镜OBJ2、第二光阑STO2和准直透镜COL后,成为会聚光束,被偏振光束分光器BS反射后,在棱镜PS内部两次反射聚光在受光部DS1上。然后,能够利用受光部DS1的输出信号读取由DVD所记录的信息。
如上所述,由于第二物镜OBJ2是对第二高密度光盘HD2被最佳化的两面非球面塑料透镜,所以在对第二物镜OBJ2入射655nm光束的情况下,在DVD的信息记录面RL2上聚光的光点由于受到第二物镜OBJ2波长分散的影响,球差向过校正方向变化。因此,在对DVD进行记录/再现的情况下,加宽与第二物镜OBJ2的间隔以校正该球差的变化,在准直透镜COL与第二物镜OBJ2的间隔最佳化后(即,第二物镜OBJ2的物点位置最佳化后)对DVD进行记录/再现。
在光拾取装置PU2中,在对CD进行信息的记录/再现的情况下,通过物镜单元OU的物镜切换机构,把第二物镜OBJ2插入从发光点EP2发出的光束的光路中后,使发光点EP2发光。从发光点EP2射出的发散光束,在图2中如双点划线所画的光路那样,由棱镜PS反射后,再由偏振光束分光器BS反射,经准直透镜COL成为平行光束。然后,被第二光阑STO2限制光束直径后,由具有波长选择性的滤波器更加限制光束直径。然后,利用第二物镜OBJ2通过CD的保护层PL3在信息记录面RL3上形成光点。第二物镜OBJ2通过在其周边配置的双轴驱动器AC2进行调焦和跟踪。在信息记录面RL3上由信息位调制的反射光束再次透过第二物镜OBJ2、第二光阑STO2和准直透镜COL后,成为会聚光束,被偏振光束分光器BS反射后,在棱镜PS内部两次反射聚光在受光部DS2上。然后,能够利用受光部DS2的输出信号读取由DVD所记录的信息。
由于第二物镜OBJ2是对第二高密度光盘HD2被最佳化的两面非球面塑料透镜,所以在对第二物镜OBJ2入射785nm光束的情况下,在CD的信息记录面RL3上聚光的光点由于受到第二物镜OBJ2波长分散、第二高密度光盘的保护层PL1B与CD的保护层PL3不同的影响球差向过校正方向变化。因此,在对CD进行记录/再现的情况下,加宽与第二物镜OBJ2的间隔以校正该球差的变化,在准直透镜COL与第二物镜OBJ2的间隔最佳化后(即,第二物镜OBJ2的物点位置最佳化后)对CD进行记录/再现。
(第三实施形态)
图4是表示第三光拾取装置PU3结构的概略图,该光拾取装置即使对高密度光盘HD及DVD和CD均能够适当地进行信息的记录/再现。高密度光盘HD光学规格是:波长405nm,保护层的厚度0.6mm,数值孔径NA0.65;DVD的光学规格是:波长655nm,保护层的厚度0.6mm,数值孔径NA0.63;CD的光学规格是:波长785nm,保护层的厚度1.2mm,数值孔径NA0.50。但是,波长、保护层的厚度和数值孔径的组合不限于此。
光拾取装置PU3包括:激光模块LM,其具有:在对高密度光盘HD进行信息的记录/再现时进行发光并且射出405nm的激光光束的第一发光点EP1、对DVD进行信息的记录/再现时进行发光并且射出655nm激光光束的第二发光点EP2、对CD进行信息的记录/再现时进行发光并且射出785nm激光光束的第三发光点EP3、接受从高密度光盘HD信息记录面RL1的反射光束的第一受光部DS1、接受从DVD信息记录面RL2的反射光束的第二受光部DS2、接受从CD信息记录面RL3的反射光束的第三受光部DS3和棱镜PS;物镜单元OU,其具有物镜OBJ、双轴驱动器AC2、对应高密度光盘HD的数值孔径0.65的光阑STO;准直透镜COL;液晶元件LCD,其被一对光学透明基板T1和T2夹住而设置的一对电极ELP1和ELP2、还有夹住这些电极ELP1和ELP2而设置的液晶分子层LC和用于向电极ELP1和ELP2施加电压的电源(未图示)。
作为高密度光盘HD用光源,也可以使用上述兰紫色半导体激光器LD1以外的兰紫色SHG激光器。
物镜OBJ是对高密度光盘HD最佳化的两面非球面塑料透镜,在其光源侧的光学面上,形成有波长选择性的滤波器。该滤波器限制对应波长光束的通过区域,从而对DVD实现数值孔径NA为0.63,并且对CD实现数值孔径NA为0.50。
代替具有这样波长选择性的滤波器,也可以把衍射结构形成在物镜OBJ光源侧的光学面上,该衍射结构记载在第27次光学论坛演讲集第55~56页。
在物镜单元OU上,虽然省略了图示,但是设置有双轴驱动器AC2的进行动作控制的动作控制电路。
物镜OBJ通过滤波器与液晶元件LCD形成为一体化,物镜OBJ和液晶元件LCD成为一体进行跟踪和调焦。
准直透镜COL具有作为色差校正用光学单元的功能,在准直透镜COL的光学面上,形成有校正在兰紫色区域中物镜OBJ球差的衍射结构,如图4中的放大图所示,其环带的台阶差的光轴方向的深度d被设计为,相对在波长405nm的激光光束入射时产生的衍射光之中具有最大衍射效率的衍射光的衍射级数,波长655nm和波长785nm的光束入射时产生的衍射光之中具有最大衍射效率的衍射光的衍射级数为更低级数。因此,各自的波长区域中能够得到充分的衍射效率,并且即使在兰紫色区域校正色差的情况下,在波长655nm和波长785nm的波长区域中也不会过度校正色差。
液晶元件LCD具有作为球差校正用光学单元的功能,详细的内容在以后说明,能够校正各种各样的重要原因而发生的在高密度光盘HD的信息记录面上的光点的球差变化。关于通过这样的液晶元件LCD校正的球差变化的技术,由于记载在特开2001-43549号公报上,所以在此不进行详细的记述。
在光拾取装置PU3中,在对高密度光盘HD进行信息记录/再现的情况下,首先使发光点EP1发光。从发光点EP1射出的发散光束如图4中实线所画的光路那样,被棱镜PS反射后,透过偏振光束分光器BS,再经准直透镜COL成为平行光束。然后,透过液晶元件LCD,并且被光阑STO限制光束直径后,利用物镜OBJ通过高密度光盘HD的保护层PL1在信息记录面RL1上形成光点。物镜OBJ通过在其周边配置的双轴驱动器AC2进行调焦和跟踪。在信息记录面RL1上由信息位调制的反射光束再次透过物镜OBJ、光阑STO、液晶元件LCD和准直透镜COL后,成为会聚光束,被偏振光束分光器BS反射后,由棱镜PS内部进行两次反射在受光部DS1上聚光。并且,能够利用受光部DS1的输出信号读取由高密度光盘HD所记录的信息。
对高密度光盘HD进行信息的记录/再现的情况下,例如,从发光点EP1射出的兰紫色激光的波长变化、保护层PL1的厚度误差、两层盘的信息记录面之间的调焦跳跃、环境温度变化和随着双轴驱动器AC2的发热引起的物镜OBJ的折射率变化等的影响,在信息记录面RL1上的光点的球差在过校正方向变化时,由电源向电极ELP1和ELP2施加电压,通过使液晶分子层LC内的折射率分布变化,在透过液晶元件LCD的兰紫色激光光束上附加校正不足的球差波面,相反,信息记录面RL1上的光点的球差向校正不足方向变化的情况下,由电源向电极ELP1和ELP2施加电压,通过使液晶分子层LC内的折射率分布变化,在透过液晶元件LCD的兰紫色激光光束上附加过校正的球差波面。因此,由于在信息记录面RL1上的光点球差总是处于被校正的状态,所以对高密度光盘HD来说能够得到良好的记录/再现特性。
由于透过形成了衍射结构的准直透镜COL和物镜OBJ的波面的色差处于良好的校正状态,所以当从信息的再现切换到记录时,兰紫色半导体激光器LD1即使发生模跳,聚光在信息记录面RL1上的光点直径也不变大。
在光拾取装置PU3中,在对DVD进行信息的记录/再现时使发光点EP2发光。从发光点EP2射出的发散光束,在图4中如虚线所画的光路那样,由棱镜PS反射后,再由偏振光束分光器BS反射,经准直透镜COL成为平行光束。然后,透过液晶元件LCD,被光阑STO限制光束直径,利用物镜OBJ通过DVD的保护层PL2在信息记录面RL2上形成光点。物镜OBJ通过在其周边配置的双轴驱动器AC2进行调焦和跟踪。在信息记录面RL2上由信息位调制的反射光束再次通过物镜OBJ、光阑STO、液晶元件LCD和准直透镜COL后,成为会聚光束,被偏振光束分光器BS反射后,由棱镜PS内部进行两次反射在受光部DS1上聚光。并且,能够利用受光部DS1的输出信号读取由DVD所记录的信息。
如上所述,由于物镜OBJ是对高密度光盘HD被最佳化的两面非球面塑料透镜,所以在对物镜OBJ入射655nm光束的情况下,在DVD的信息记录面RL2上聚光的光点由于受到物镜OBJ波长分散的影响,球差向过校正方向变化。因此,在对DVD进行记录/再现的情况下,由电源向电极ELP1和ELP2施加电压,使液晶分子层LC内的折射率分布变化,在透过液晶元件LCD的655nm光束上附加校正不足的球差波面,以校正该球差的变化。因此,通过液晶元件LCD和物镜OBJ并且在DVD的信息记录面RL2上聚光的655nm光束由于成为球差被校正的状态,所以可以对DVD进行信息的记录/再现。
在光拾取装置PU3中,在对CD进行信息的记录/再现时使发光点EP3发光。从发光点EP3射出的发散光束,在图4中如双点划线所画的光路那样,由棱镜PS反射后,再由偏振光束分光器BS反射,经准直透镜COL成为平行光束。然后,透过液晶元件LCD,被光阑STO限制光束直径,利用物镜OBJ通过CD的保护层PL3在信息记录面RL3上形成光点。物镜OBJ通过在其周边配置的双轴驱动器AC2进行调焦和跟踪。在信息记录面RL3上由信息位调制的反射光束再次通过物镜OBJ、光阑STO、液晶元件LCD和准直透镜COL后,成为会聚光束,被偏振光束分光器BS反射后,由棱镜PS内部进行两次反射在受光部DS3上聚光。并且,能够利用受光部DS3的输出信号读取由CD所记录的信息。
由于物镜OBJ是对高密度光盘HD被最佳化的两面非球面塑料透镜,所以在对物镜OBJ入射785nm光束的情况下,在CD的信息记录面RL3上聚光的光点由于受到物镜OBJ波长分散和高密度光盘的保护层PL1与CD的保护层PL3的不同的影响,球差向过校正方向变化。因此,在对CD进行记录/再现的情况下,由电源向电极ELP1和ELP2施加电压,使液晶分子层LC内的折射率分布变化,在透过液晶元件LCD的785nm光束上附加校正不足的球差波面,以校正该球差的变化。因此,透过液晶元件LCD和物镜OBJ并且在CD的信息记录面RL3上聚光的785nm光束由于成为球差被校正的状态,所以可以对CD进行信息的记录/再现。
(第四实施形态)
图5是表示第四光拾取装置PU4结构的概略图,该光拾取装置即使对高密度光盘HD、DVD和CD任均能够适当地进行信息的记录/再现。高密度光盘HD光学规格是:波长405nm,保护层的厚度0.1mm,数值孔径NA0.85;DVD的光学规格是:波长655nm,保护层的厚度0.6mm,数值孔径NA0.65;CD的光学规格是:波长785nm,保护层的厚度1.2mm,数值孔径NA0.50。但是,波长、保护层的厚度和数值孔径的组合不限于此。
光拾取装置PU4包括:兰紫色半导体激光器LD1,其在对高密度光盘HD进行信息的记录/再现时进行发光并且射出405nm激光光束;红色半导体激光器LD2,其对DVD进行信息的记录/再现时进行发光并且射出655nm激光光束;光检测器PD1/PD2,其共用于高密度光盘HD和DVD;CD用模块MD3,其把对CD进行信息的记录/再现时进行发光并且射出785nm的激光光束的红外半导体激光器LD3和光检测器PD3一体化;物镜单元OU;第一偏振光束分光器BS1;第二偏振光束分光器BS2;第三偏振光束分光器BS3;准直透镜单元CU,其由第一准直透镜COL1和单轴驱动器AC1构成;第二准直透镜COL2;传感器透镜SEN;光束整形元件SH。
作为高密度光盘HD用光源,也可以使用上述兰紫色半导体激光器LD1以外的兰紫色SHG激光器。
物镜单元OU包括:第一物镜OBJ1,其用于对高密度光盘HD和DVD进行信息的记录/再现;第一光阑STO1,其对应高密度光盘HD的数值孔径NA0.85;第二物镜OBJ2,其用于对CD进行信息的记录/再现;第二光阑STO2,其对应CD的数值孔径NA0.50;双轴驱动器AC2;物镜切换机构(未图示),如图5中的箭头所示,根据进行信息的记录/再现的光盘的记录密度,对所选择的第一物镜OBJ1和第二物镜OBJ2进行切换。物镜单元OU的结构由于与图3所示相同所以省略说明。第一物镜OBJ1由衍射透镜L1和具有把透过该衍射透镜的激光光束聚光在光盘的信息记录面上功能的两面为非球面的聚光透镜L2构成。衍射透镜L1是塑料透镜,聚光透镜是玻璃透镜。各个透镜通过保持部件HB而被一体化。
在设计第一物镜OBJ1时假定了高密度光盘HD和DVD的光学规格是:高密度光盘HD:波长λ1=405nm,保护层PL1的厚度t1=0.1mm,数值孔径NA1=0.85;DVD:波长λ2=655nm,保护层PL2的厚度t2=0.6mm,数值孔径NA2=0.65;但是,波长、保护层的厚度和数值孔径的组合不限于此。
在物镜单元OU上,虽然省略了图示,但是设置有进行双轴驱动器AC2的动作控制的动作控制电路。
衍射透镜L1的光源侧的光学功能面S1被分割为对应NA2内区域的第一区域AREA1(图示省略)和对应从NA2到NA1区域的第二区域AREA2(图示省略),在其内部所形成的阶梯结构的多个环带以光轴为中心而排列构成的阶梯型衍射结构DOE形成在第一区域AREA1。
在第一区域AREA1所形成的阶梯型衍射结构DOE中,各环带内所形成的台阶结构的一个台阶的深度d由d=2·λ1/(n1-1)(μm)式计算的值而被设定,各环带的分割数量N设定为5。其中λ1是从兰紫色半导体激光射出的激光光束的波长以微米单位表示(在此,λ1=0.405μm),n1是衍射透镜L1对波长λ1的折射率(在此,n1=1.524694)。
对该台阶型衍射结构DOE,波长λ1的激光光束入射的情况下,邻接台阶间产生2×λ1(μm)的光程差,波长λ1的激光光束由于实质上不贡献相位差所以不产生衍射而直接通过。以下的说明中,通过台阶型衍射结构实质上不贡献相位差所以不产生衍射而直接通过的光束被称为0级衍射光。
另一方面,对该台阶型衍射结构DOE,在从红色半导体射出的波长λ2(在此,λ2=0.655μm)的激光光束入射的情况下,通过邻接台阶间产生d×(n2-1)-λ2=0.13μm的光程差,被分为5分割的环带一分来说,由于产生0.13×5=0.65μm和波长λ2的1波长分的光程差,所以透过邻接环带的波面分别偏移一个波长再重合。即,通过该台阶型衍射结构DOE,波长λ2的光束成为向一级方向衍射的衍射光。物镜OBJ利用台阶型衍射结构DOE对波长λ2的衍射作用,校正高密度光盘HD的保护层PL1与DVD的保护层PL2的厚度的不同引起产生的球差。n2是衍射透镜L2对波长λ2的折射率(在此,n2=1.506513)。虽然这时波长λ2的激光光束的一级衍射光的衍射效率为87.3%,但是对DVD信息的记录/再现是充分的光量。
台阶型衍射结构DOE由于形成包含光轴的第一区域AREA1,所以因为保护层PL1与保护层PL2的厚度的不同引起产生的球差,只对第一区域AREA1通过的波长λ2的光束进行校正,而对通过包围其周围的第二区域AREA2波长λ2的光束不进行校正。因此,入射物镜OBJ的波长λ2的光束之中,通过第二区域AREA2的光束向DVD的信息记录面RL2上的光点形成不贡献闪烁(フレア)成分。
在此,由于与自动地根据NA2进行孔径限制等价,所以第四光拾取装置PU4中,根据DVD的数值孔径NA2的孔径限制元件不需要另外设置。
第一准直透镜COL1兼备具有作为色差校正用光学单元的功能和作为球差校正用光学单元的功能。即,色差校正用光学单元和球差校正用光学单元是同一个光学单元。
另外,在第一准直透镜COL1的出射面上,形成用于校正兰紫色区域中的第一物镜OBJ的色差的衍射结构,如图5中的放大图所示,其环带的台阶差的光轴方向的深度d设计为,与波长405nm的激光光束入射情况下产生的衍射光中的具有最大衍射效率的衍射光的衍射级数比较,波长655nm的光束入射情况下产生的衍射光中的具有最大衍射效率的衍射光的衍射级数更低。因此,在各自的波长区域中得到充分的衍射效率,并且即使在校正兰紫色区域中的色差的情况下,在波长655nm波长区域中的色差校正也不会过校正。
第一准直透镜COL1通过单轴驱动器AC1沿光轴移动,由于使向第一物镜OBJ1入射光束的边缘光线的倾角变化成为可能,详细说明后述,能够校正由于各种各样的原因产生的高密度光盘的信息记录面上的光斑的球差变化。
在准直透镜单元CU上,虽然省略了图示,但是设置了进行单轴驱动器AC1动作控制的动作控制电路。
在光拾取装置PU4中,在对高密度光盘HD进行信息记录/再现的情况下,在图5中如实线所画的光路那样,使兰紫色半导体激光器LD1发光。从兰紫色半导体激光器LD1所射出的发散光束,由透过光束整形元件SH把其断面形状从椭圆形整形为圆形之后,在透过第一和第二偏振光束分光器BS1和BS2后,由第一准直透镜COL1改变为平行光束,通过第三偏振光束分光器BS3,由光阑STO1限制光束直径,利用第一物镜OBJ1通过高密度光盘HD的保护层PL1在信息记录面RL1上形成光点。第一物镜OBJ1通过在其周边配置的双轴驱动器AC2进行调焦和跟踪。
在信息记录面RL1上由信息位调制的反射光束再次透过第一物镜OBJ1、第三偏振光束分光器BS3、第一准直透镜COL1后,被第二偏振光束分光器BS2反射,利用传感器SEN,付与像散的同时变换为会聚光束光束,在光检测器PD1/PD2的受光面上会聚。所以,利用光检测器PD1/PD2的输出信号能够读取高密度光盘HD上所记录的信息。
在此,在对高密度光盘HD进行信息的记录/再现时,例如,兰紫色半导体激光器LD1的波长变化、保护层PL1的厚度误差、两层盘的信息记录面之间的调焦跳跃、环境温度变化和随着双轴驱动器AC2的发热引起的物镜OBJ的折射率变化等的影响,在信息记录面RL1上的光点的球差在过校正方向变化时,第一准直透镜COL1被单轴驱动器AC1移动,以使与第一物镜OBJ1之间的间隔加宽。相反,在信息记录面RL1上的光点的球差在校正不足方向变化时,第一准直透镜COL1被单轴驱动器AC1移动,以使与第一物镜OBJ1之间的间隔减窄。因此,由于在信息记录面RL1上的光点球差总是处于被校正的状态,所以对高密度光盘HD来说能够得到良好的记录/再现特性。
由于透过形成了衍射结构的第一准直透镜COL1和第一物镜OBJ1的波面的色差处于良好的校正状态,所以当从信息的再现切换到记录时,兰紫色半导体激光器LD1即使发生模跳,聚光在信息记录面RL1上的光点直径也不变大。
第一准直透镜COL1通过随着环境温度变化兰紫色半导体激光器LD1的波长也变化的而引起的衍射光焦度的变化,而具有补偿因随着环境温度变化第一准直透镜COL1的折射率也变化(折射能力变化)而起的射出光束的发散度的变化功能,所以即使环境温度变化从第一准直透镜COL1射出的光束的发散度几乎不变化。因此,由于随着温度变化第一物镜OBJ1的倍率不变化,所以球差不恶化。
在光拾取装置PU4中,在对DVD进行信息的记录/再现时,在图5中如虚线所画的光路那样,使红色半导体激光器LD2发光。从红色半导体激光器LD2射出的发散光束,由第一偏振光束分光器BS1反射后,透过第二偏振光束分光器BS2,由第一准直透镜COL1改变为平行光束,通过第三偏振光束分光器BS3,由光阑STO1限制光束直径,利用第一物镜OBJ1通过高密度光盘DVD的保护层PL2在信息记录面RL2上形成光点。第一物镜OBJ1通过在其周边配置的双轴驱动器AC2进行调焦和跟踪。
在信息记录面RL2上由信息位调制的反射光束再次透过第一物镜OBJ1、第三偏振光束分光器BS3、第一准直透镜COL1后,被第二偏振光束分光器BS反射,利用传感器SEN,付与像散的同时变换为会聚光束光束,在光检测器PD1/PD2的受光面上会聚。并且,利用光检测器PD1/PD2的输出信号能够读取DVD上所记录的信息。
在光拾取装置PU4中,在对CD进行信息的记录/再现时,通过对物镜单元OU的物镜切换机构,把第二物镜OBJ2插入红外半导体激光LD3发出的光束光路中。然后,在图5中如双点划线所画的光路那样,使CD用模块MD3动作让红外半导体激光器LD3发光。红外半导体激光器LD3射出的发散光束,由第二准直透镜COL2变化为平行光束后,被第三偏振光束分光器BS3反射,由光阑STO2限制光束直径,利用第二物镜OBJ2通过CD的保护层PL3在信息记录面RL3上形成光点。第二物镜OBJ2通过在其周边配置的双轴驱动器AC2进行调焦和跟踪。
在信息记录面RL3上由信息位调制的反射光束再次透过第二物镜OBJ2后、被第三偏振光束分光器BS3反射,在CD用模块MD3的光检测器PD3的受光面上进行会聚。并且,能够利用光检测器PD3的输出信号读取由CD所记录的信息。
(第五实施形态)
图6是表示对高密度光盘HD和DVD适当地进行信息的记录/再现的第五光拾取装置PU5结构的概略图,高密度光盘HD的光学规格是:波长405nm,保护层的厚度0.1mm,数值孔径0.85;DVD的光学规格是:波长655nm,保护层的厚度0.6mm,数值孔径0.65。但是,波长、保护层的厚度和数值孔径的组合不限于此。
光拾取装置PU5包括:兰紫色半导体激光器LD1,其在对高密度光盘HD进行信息的记录/再现时进行发光并且射出405nm激光光束;红色半导体激光器LD2,其对DVD进行信息的记录/再现时进行发光并且射出655nm激光光束;光检测器PD1/PD2,其共用于高密度光盘HD和DVD;物镜单元OU,其具有物镜OBJ、双轴驱动器AC2和对应高密度光盘HD的数值孔径NA0.85的光阑STO;准直透镜COL;液晶元件LCD,其具有被一对光学透明基板T1和T2夹住而设置的一对电极ELP1和ELP2、被这些电极ELP1和ELP2夹住而设置的液晶分子层LC和用于向电极ELP1和ELP2施加电压的电源(未图示);色差校正用光学元件HOE;第一偏振光束分光器BS1;第二偏振光束分光器BS2;传感器透镜SEN;光束整形元件SH。
作为高密度光盘HD用光源,也可以使用上述兰紫色半导体激光器LD1以外的兰紫色SHG激光器。
物镜OBJ由衍射透镜L1和聚光透镜L2构成,该聚光透镜的两面为非球面,其具有把透过该衍射透镜L1的激光光束聚光在光盘的信息记录面上功能。衍射透镜L1是塑料透镜,聚光透镜L2是玻璃透镜。各个透镜通过保持部件HB被一体化。
在设计OBJ时假定高密度光盘HD和DVD的光学规格是:高密度光盘HD是:波长λ1=405nm,保护层PL1的厚度t1=0.1mm,数值孔径NA1=0.85;DVD是:波长λ2=655nm,保护层PL2的厚度t2=0.6mm,数值孔径NA2=0.65。但是,波长、保护层的厚度和数值孔径的组合不限于此。
在物镜单元OU上,虽然省略了图示,但是设置有进行双轴驱动器AC2的动作控制的动作控制电路。
衍射透镜L1的光源侧的光学功能面S1被分割为对应NA2内区域的第一区域AREA1(图示省略)和对应从NA2到NA1区域的第二区域AREA2(图示省略),在其内部所形成的阶梯结构的多个环带以光轴为中心而排列构成的阶梯型衍射结构DOE形成在第一区域AREA1。关于台阶型衍射结构DOE的形状和功能由于与第四实施形态相同,所以省略说明。
色差校正用光学元件HOE具有作为色差校正用光学单元的功能,液晶元件LCD具有球差校正用光学单元的功能。
在色差校正用光学元件的入射面上,形成用于校正兰紫色区域中的物镜OBJ的色差的衍射结构,如图6放大图所示的那样,其环带的台阶差的光轴方向的深度d设计为,与波长405nm的激光光束入射情况下产生的衍射光中的具有最大衍射效率的衍射光的衍射级数比较,波长655nm的光束入射情况下产生的衍射光中的具有最大衍射效率的衍射光的衍射级数更低。因此,在各自的波长区域中得到充分的衍射效率,并且即使在校正兰紫色区域中的色差的情况下,在波长655nm波长区域中的色差校正也不会过校正。
另外,液晶元件LCD具有作为球差校正用光学单元的功能,校正由各种各样的原因产生的在高密度光盘信息记录面上光点的球差变化,关于这一点将在后详细描述。通过这样的液晶元件LCD校正球差变化的技术由于记载在例如特开2001-43549号公报上,所以在次不进行详细描述。
在光拾取装置PU5中,在对高密度光盘HD进行信息记录/再现的情况下,在图6中如实线所画的光路那样,使兰紫色半导体激光器LD1发光。从兰紫色半导体激光器LD1所射出的发散光束,由透过光束整形元件SH把其断面形状从椭圆形整形为圆形之后,在透过第一和第二偏振光束分光器BS1和BS2后,由第一准直透镜COL1改变为平行光束,通过色差校正用光学元件HOE,由光阑STO限制光束直径,透过液晶元件LCD,利用物镜OBJ通过高密度光盘HD的保护层PL1在信息记录面RL1上形成光点。物镜OBJ通过在其周边配置的双轴驱动器AC2进行调焦和跟踪。
在信息记录面RL1上由信息位调制的反射光束再次透过物镜OBJ、液晶元件LCD、色差校正用光学元件HOE、准直透镜COL后,被第二偏振光束分光器BS2反射,利用传感器SEN,付与像散的同时变换为会聚光束,在光检测器PD1/PD2的受光面上会聚。所以,利用光检测器PD1/PD2的输出信号能够读取高密度光盘HD上所记录的信息。
在对高密度光盘HD进行信息的记录/再现时,例如,兰紫色半导体激光器LD1射出的兰紫色激光光束的波长变化、保护层PL1的厚度误差、两层盘的信息记录面之间的调焦跳跃、环境温度变化和随着双轴驱动器AC2的发热引起的物镜OBJ的折射率变化等的影响,在信息记录面RL1上的光点的球差在过校正方向变化时,由电源向电极ELP1和ELP2施加电压,通过使液晶分子层LC内的折射率分布发生变化,在通过液晶元件LCD的兰紫色激光光束中附加校正不足的球差波面。相反,在信息记录面RL1上的光点的球差在校正不足方向变化时,由电源向电极ELP1和ELP2施加电压,通过使液晶分子层LC内的折射率分布发生变化,在通过液晶元件LCD的兰紫色激光光束中附加过校正的球差波面。因此,由于信息记录面RL1上的光点总是处于被校正的状态,所以对高密度光盘HD来说能够得到良好的记录/再现特性。
由于通过形成衍射结构的色差校正用光学元件HOE和物镜OBJ的波面的色差处于良好的校正状态,所以当从信息的再现切换到记录时,兰紫色半导体激光器LD1即使发生模跳,聚光在信息记录面RL1上的光点直径也不变大。
在光拾取装置PU5中,在对DVD进行信息的记录/再现时,在图5中如虚线所画的光路那样,使红色半导体激光LD2发光。红色激光LD2射出的发散光束,被第一偏振光束分光器BS1反射后,透过第二偏振光束分光器BS2,由准直透镜COL改变为平行光束,通过色差校正用光学元件HOE,由光阑STO限制光束直径,透过液晶元件LCD,利用物镜OBJ通过DVD的保护层PL2在信息记录面RL2上形成光点。物镜OBJ通过在其周边配置的双轴驱动器AC2进行调焦和跟踪。
在信息记录面RL2上由信息位调制的反射光束再次透过物镜OBJ、液晶元件LCD、色差校正用光学元件HOE、准直透镜COL后,被第二偏振光束分光器BS反射,利用传感器SEN,付与像散的同时变换为会聚光束,在光检测器PD1/PD2的受光面上会聚。并且,利用光检测器PD1/PD2的输出信号能够读取DVD上所记录的信息。
上述的第一至第五光拾取装置中说明了,通过球差校正用光学元件,校正在对高密度光盘HD进行信息记录/再现时的信息记录面上的光点的球差的实施例,但是,校正在对DVD和CD进行信息记录/再现时的球差也是可以的。
(第六实施形态)
图24是表示对高密度光盘HD、DVD和CD适当地进行信息的记录/再现的第六光拾取装置PU6结构的概略图,高密度光盘HD的光学规格是:波长405nm,保护层的厚度0.0875mm,数值孔径NA0.85;DVD的光学规格是:波长655nm,保护层的厚度0.6mm,数值孔径NA 0.6;CD的光学规格是:波长785nm,保护层的厚度1.2mm,数值孔径NA0.45。但是,波长、保护层的厚度和数值孔径的组合不限于此。
光拾取装置PU6包括:高密度光盘HD或DVD用的激光模块LM1,其具有,在对高密度光盘HD进行信息的记录/再现时进行发光并且射出405nm激光光束(第一光束)的第一发光点EP1(第一光源)、在对DVD进行信息的记录/再现时进行发光并且射出655nm激光光束(第二光束)的第二发光点EP2(第二光源)、接受从高密度光盘HD的信息记录面RL1的反射光束的第一受光部DS1、接受从DVD的信息记录面RL2的反射光束的第二受光部DS2和棱镜PS;CD用模块MD3,其把对CD进行信息的记录/再现时进行发光并且射出785nm的激光光束(第三光束)的红外半导体激光器LD3(第三光源)和光检测器PD3一体化;物镜单元OU,其具有物镜OBJ、CD用的孔径限制元件AP、双轴驱动器AC2、对应高密度光盘HD的数值孔径NA0.85的光阑STO和保持部件HB;偏振光束分光器BS;准直透镜单元CU,其具有准直透镜COL和单轴驱动器AC1;光束整形元件SH。
在光拾取装置PU6中,在对高密度光盘HD进行信息的记录/再现的情况下,使高密度光盘HD/DVD用激光模块LM1动作,且使第一发光点EP1发光。从发光点EP1射出的发散光束,在图24中如实线所画的光路那样,由棱镜PS反射后,通过透过光束整形元件SH,使其断面形状从椭圆形整形为圆形,经过准直透镜COL成为平行光束后,透过偏振光束分光器BS,被光阑STO2限制光束直径后,透过孔径限制元件AP,利用物镜OBJ通过HD的保护层PL1在信息记录面RL1上形成光点。物镜OBJ通过在其周边配置的双轴驱动器AC2进行调焦和跟踪。在信息记录面RL1上由信息位调制的反射光束再次透过物镜OBJ、孔径限制元件AP和偏振光束分光器BS后,由准直透镜COL会聚,透过光束整形元件SH后,在棱镜PS内部两次反射聚光在受光部DS1上。然后,能够利用受光部DS1的输出信号读取由高密度光盘HD所记录的信息。
在光拾取装置PU6中,在对DVD进行信息的记录/再现的情况下,通过单轴驱动器AC2使准直透镜COL移动,使物镜OBJ和准直透镜之间的距离比在对DVD进行信息的记录/再现时减小,从而使第二光束为平行的光束状态从准直透镜COL射出。然后,使物镜OBJ和第一光盘高密度光盘HD/DVD用激光模块LM1动作,且使第二发光点EP2发光。从第二发光点EP2射出的发散光束,在图24中如点划线所画的光路那样,由棱镜PS反射后,通过透过光束整形元件SH,使其断面形状从椭圆形整形为圆形,经过准直透镜COL成为平行光束后,透过偏振光束分光器BS,透过孔径限制元件AP,利用物镜OBJ通过DVD的保护层PL2在信息记录面RL2上形成光点。物镜OBJ通过在其周边配置的双轴驱动器AC2进行调焦和跟踪。在信息记录面RL2上由信息位调制的反射光束再次透过物镜OBJ、孔径限制元件AP和偏振光束分光器BS后,由准直透镜COL会聚,透过光束整形元件SH后,在棱镜PS内部两次反射聚光在受光部DS2上。然后,能够利用受光部DS2的输出信号读取由高密度光盘DVD所记录的信息。
在对CD进行信息的记录/再现的情况下,在图24中如双点划线所画的光路那样,使CD用模块MD3动作,且使红外半导体激光LD3发光。从红外半导体激光LD3射出的发散光束,被偏振光束分光器BS反射,透过孔径限制元件AP限制光束直径,利用物镜OBJ通过CD的保护层PL3在信息记录面RL3上形成光点。物镜OBJ通过在其周边配置的双轴驱动器AC2进行调焦和跟踪。在信息记录面RL3上由信息位调制的反射光束再次透过物镜OBJ、孔径限制元件AP后,被偏振光束分光器BS反射,在CD用模块MD1的光检测器PD3的受光面上会聚。然后,能够利用光检测器PD3的输出信号读取由CD所记录的信息。
物镜OBJ由衍射透镜L1和具有把透过该衍射透镜的激光光束聚光在光盘的信息记录面上功能的两面为非球面的聚光透镜L2构成。各透镜均为塑料透镜,通过与光学面一体成形的凸缘部接合而被一体化。
在物镜单元OU上,虽然省略了图示,但是设置有进行双轴驱动器AC2的动作控制的动作控制电路。
衍射透镜L1的光源侧的光学功能面S1被对应NA2内区域的第一区域AREA1(图示省略)和对应从NA2到NA1区域的第二区域AREA2(图示省略)分割开,在其内部所形成的阶梯结构的多个环带以光轴为中心而排列构成的阶梯型衍射结构DOE形成在第一区域AREA1。
在第一区域AREA1所形成的阶梯型衍射结构DOE中,各环带内所形成的台阶结构的一个台阶的深度d0
由d0=2·λ1/(n1-1)(μm)
式计算的值设定,各环带的分割数量N设定为5。但是λ1是从兰紫色半导体激光射出的激光光束的波长以微米单位表示(在此,λ1=0.405μm),n1是衍射透镜L1对波长λ1的折射率(在此,n1=1.524694)。
对该台阶型衍射结构DOE,波长λ1的激光光束入射的情况下,邻接台阶间产生2×λ1(μm)的光程差,波长λ1的激光光束由于实质上不贡献相位差所以不产生衍射而直接通过。以下的说明中,通过台阶型衍射结构实质上不贡献相位差而直接通过的光束被称为0级衍射光。
对该台阶型衍射结构DOE,在波长λ3的激光光束入射的情况下,由于λ3≈2×λ1,邻接台阶间产生1×λ3(μm)的光程差,波长λ3的激光光束也与波长λ1的激光光束相同,实质上不贡献相位差而直接通过。
另一方面,对该台阶型衍射结构DOE,从红色半导体激光射出的波长λ2(在此,λ2=0.655μm)的激光光束入射的情况下,邻接台阶间产生d×(n2-1)-λ2=0.13(μm)的光程差,对被5分割的环带的一分来说,由于产生0.13×5=0.65μm的波长λ2的1波长分的光程差,透过邻接环带的波面分别偏移一个波长而重合。即,该台阶型衍射结构DOE波长λ2的光束成为向一级方向衍射的衍射光。物镜OBJ利用台阶型衍射结构DOE对λ2的衍射作用,校正因高密度光盘HD的保护层PL1与DVD的保护层PL2的厚度不同而引起产生的球差。n2是衍射透镜L2对波长λ2的折射率(在此,n2=1.506513)。虽然这时波长λ2的激光光束的一级衍射光的衍射效率为87.3%,但是对DVD信息的记录/再现是充分的光量。
台阶型衍射结构DOE由于形成包含光轴的第一区域AREA1,所以因为保护层PL1与保护层PL2的厚度的不同引起产生的球差,只对第一区域AREA1通过的波长λ2的光束进行校正,而对通过包围其周围的第二区域AREA2波长λ2的光束不进行校正。因此,入射物镜OBJ的波长λ2的光束之中,通过第二区域AREA2的光束向DVD的信息记录面RL2上的光点形成不贡献闪烁成分。
在此,由于与自动地根据NA2进行孔径限制等价,所以第四光拾取装置PU4中,根据DVD的数值孔径NA2的孔径限制元件不需要另外设计。
准直透镜单元CU兼有色差校正用光学元件的功能和球差校正用光学单元的功能。即,色差校正用光学元件和球差校正用光学单元是同一个光学单元。
在准直透镜单元CU的出射面上,形成用于校正兰紫色区域中物镜OBJ的色差衍射结构HOE,如图中的放大图所示,其环带的台阶差的光轴方向的深度d被设计为,相对在波长405nm的激光光束入射时产生的衍射光之中具有最大衍射效率的衍射光的衍射级数,波长655nm光束入射时产生的衍射光之中具有最大衍射效率的衍射光的衍射级数为更低级数。因此,各自的波长区域中能够得到充分的衍射效率,并且即使在兰紫色区域校正色差的情况下,在波长655nm的波长区域中也不会过度校正色差。
准直透镜COL通过单轴驱动器AC1其沿光轴移动,由于向物镜OBJ的入射光束的边缘光线的倾角变化成为可能,吸收第一波长λ1和第二波长λ2之间的色差,能够使任何波长的光束以平行光束的状态从准直透镜COL射出。通过对高密度光盘HD进行信息的记录/再现时,使准直透镜COL在光轴方向移动,由于能够校正在高密度光盘HD信息记录面RL1上所形成的光点的球差,所以能够维持对高密度光盘HD的总是良好的记录/再现的特性。
通过准直透镜COL的位置调整所校正球差的产生原因,例如,因兰紫色半导体激光器LD1的制造误差引起波长的不一致,随着温度的变化而物镜OBJ的折射率变化或折射率的分布、对两层盘、四层盘等的多层盘的记录/再现时的层间的调焦跳跃、保护层PL1的制造误差引起的不一致和厚度分布等。
以上的说明,虽然对在高密度光盘HD信息记录面RL1上所形成的光点的球差进行校正的情况进行了说明,但是也可以通过准直透镜COL的位置调整对DVD信息记录面RL2上所形成的光点的球差进行校正。
本发明的实施形态中,作为用于进行对应NA3的孔径限制的孔径元件,具有通过接合部件HB与物镜OBJ一体化的孔径限制元件AP。并且,通过双轴驱动器AC2对孔径限制元件AP和物镜OBJ一体地进行跟踪驱动。
在孔径限制元件AP的光学面上,形成具有透过率的波长选择性的波长选择滤波器WF。该波长选择滤波器具有透过率的波长选择性,在NA3内的区域,使第一波长λ1至第三波长λ3的所有波长透过,从NA3到NA1区域仅遮断第三波长λ3,并且透过第一波长λ1和第二波长λ2,所以通过该波长选择性能够进行对应NA3的孔径限制。
波长选择滤波器WF可以形成在衍射透镜L1光学功能面上,或者也可以形成在聚光透镜L2的光学功能面上。
(第七实施形态)
图25是表示对高密度光盘HD、DVD和CD适当地进行信息的记录/再现的第七光拾取装置PU7结构的概略图,高密度光盘HD的光学规格是:波长405nm,保护层的厚度0.0875mm,数值孔径NA0.85;DVD的光学规格是:波长655nm,保护层的厚度0.6mm,数值孔径NA0.6;CD的光学规格是:波长785nm,保护层的厚度1.2mm,数值孔径NA0.45。但是,波长、保护层的厚度和数值孔径的组合不限于此。
光拾取装置PU7包括:光源单元LDU,其具有在对高密度光盘HD进行信息的记录/再现时进行发光并且射出405nm激光光束(第一光束)的兰紫色半导体激光器LD1和对DVD进行信息的记录/再现时进行发光并且射出655nm激光光束(第二光束)的红色半导体激光器LD2,且兰紫色半导体激光器LD1和红色半导体激光器LD2被一体化;光检测器PD,其共用于高密度光盘HD和DVD;CD用的模块MD3,其具有在对CD进行信息的记录/再现时进行发光并且射出785nm激光光束(第三光束)的红外半导体激光器LD3和光检测器PD3,且红外半导体激光器LD3和光检测器PD3被一体化;物镜单元OU,其具有物镜OBJ、CD用的孔径限制元件AP、双轴驱动器AC2、对应高密度光盘HD的数值孔径NA0.85的光阑STO和保持部件HB;第一偏振光束分光器BS1;第二偏振光束分光器BS2;准直透镜COL、扩束透镜单元EU,其具有由负透镜E1和正透镜E2构成的扩束透镜EXP和单轴驱动器AC1;传感器透镜SEN,其用于把从信息记录面RL1和RL2的反射光束分割;光束整形元件SH。
在光拾取装置PU7中,在对高密度光盘HD进行信息的记录/再现的情况下,在图25中如实线所画的光路那样,使兰紫色半导体激光器LD1发光。从兰紫色半导体激光器LD1射出的发散光束通过透过光束整形元件SH,使其断面形状从椭圆形整形为圆形后,透过第一偏振光束分光器BS1,被准直透镜COL变换为平行光束,在透过扩束透镜EXP、第二偏振光束分光器BS2后,被光阑STO限制光束直径,透过孔径限制元件AP,利用物镜OBJ通过高密度光盘HD的保护层PL1在信息记录面RL1上形成光点。物镜OBJ通过在其周边配置的双轴驱动器AC2进行调焦和跟踪。
在信息记录面RL1上由信息位调制的反射光束再次透过物镜OBJ、孔径限制元件AP、第二偏振光束分光器BS2、扩束透镜EXP、准直透镜COL后,被第一偏振光束分光器BS1反射,通过传感器透镜SEN给予像散,在光检测器PD的受光面上会聚。并且,能够利用光检测器PD的输出信号读取由高密度光盘HD所记录的信息。
在对DVD进行信息的记录/再现的情况下,通过单轴驱动器AC1使负透镜E1移动,以使扩束透镜EXP的负透镜E1和正透镜物镜E2的距离比在对高密度HD进行信息的记录/再现时增大,从而使第二光束为平行的光束状态从扩束透镜EXP射出。然后,在图25中如虚线所画的光路那样,使红色半导体激光器LD2发光。从红色半导体激光器LD2射出的发散光束,通过透过光束整形元件SH,使其断面形状从椭圆形整形为圆形后,透过第一偏振光束分光器BS1,通过准直透镜COL变换为弱发散光,由扩束透镜EXP变换为平行光束,透过第二偏振光束分光器BS2和孔径限制元件AP后,利用物镜OBJ通过DVD的保护层PL2在信息记录面RL2上形成光点。物镜OBJ通过在其周边配置的双轴驱动器AC2进行调焦和跟踪。
在信息记录面RL2上由信息位调制的反射光束再次透过物镜OBJ、孔径限制元件AP、第二偏振光束分光器BS2、扩束透镜EXP和准直透镜COL后,被第一偏振光束分光器BS1反射,由传感器透镜SEN给予像散,在光检测器PD的受光面上会聚。并且,能够利用光检测器PD的输出信号读取由DVD所记录的信息。
在对CD进行信息的记录/再现的情况下,在图25中如双点划线所画的光路那样,使CD用模块MD3动作,且使红外半导体激光LD3发光。从红外半导体激光LD3射出的发散光束,被第二偏振光束分光器BS2反射后,由孔径限制元件AP限制光束直径,利用物镜OBJ通过CD的保护层PL3在信息记录面RL3上形成光点。物镜OBJ通过在其周边配置的双轴驱动器AC2进行调焦和跟踪。
在信息记录面RL3上由信息位调制的反射光束再次透过物镜OBJ、孔径限制元件AP后,被第二偏振光束分光器BS2反射,在CD用模块MD1的光检测器PD3的受光面上会聚。然后,能够利用光检测器PD3的输出信号读取由CD所记录的信息。
物镜OBJ的结构和功能由于与第六实施形态中的物镜OBJ相同,所以在此省略说明。
另外,孔径限制元件AP的结构和功能由于与第六实施形态中的孔径限制元件AP相同,所以在此省略说明。
在本实施形态中,扩束透镜单元EU兼有作为色差校正用光学元件的功能和作为球差校正用光学单元的功能。即,色差校正用光学元件和球差校正用光学单元是同一个光学单元。
在扩束透镜EXP的正透镜E2的出射面上,形成用于校正兰紫色区域中第一物镜OBJ的色差衍射结构HOE,如图中的放大图所示,其环带的台阶差的光轴方向的深度d被设计为,相对在波长405nm的激光光束入射时产生的衍射光之中具有最大衍射效率的衍射光的衍射级数,波长655nm光束入射时产生的衍射光之中具有最大衍射效率的衍射光的衍射级数为更低级数。因此,各自的波长区域中能够得到充分的衍射效率,并且即使在兰紫色区域校正色差的情况下,在波长655nm的波长区域中也不会过度校正色差。
扩束透镜EXP的负透镜E1构成为通过单轴驱动器AC2在光轴方向可以移动其位置,如上所述,吸收第一波长λ1和第二波长λ2之间的色差,能够使任何波长的光束以平行光束的状态从扩束透镜EXP射出。通过对高密度光盘HD进行信息的记录/再现时,使负透镜E1在光轴方向移动,由于能够校正在高密度光盘HD信息记录面RL1上所形成的光点的球差,所以能够维持对高密度光盘HD的总是良好的记录/再现的特性。
通过负透镜E1的位置调整所校正球差的发生原因,例如,因兰紫色半导体激光器LD1的制造误差引起波长的不一致,随着温度的变化而引起的物镜OBJ的折射率变化或折射率的分布、对两层盘、四层盘等的多层盘的记录/再现时的层间的调焦跳跃、保护层PL1的制造误差引起的厚度不一致和厚度分布等。
以上的说明,虽然对在高密度光盘HD信息记录面RL1上所形成的光点的球差进行校正的情况进行了说明,但是也可以通过负透镜E1的位置调整对DVD信息记录面RL2上所形成的光点的球差进行校正。
实施例
下面,对以下的实施例进行说明,即,在光拾取装置PU1中作为扩束透镜EXP和物镜OBJ是恰当的光学系统的实施例1;在光拾取装置PU2中作为准直透镜COL、第一物镜OBJ1和第二物镜OBJ的适当的光学系统的实施例2;在光拾取装置PU4中作为第一准直透镜COL1和第一物镜OBJ1的适当的光学系统的实施例3;在光拾取装置PU5中作为色差校正用光学元件HOE和物镜OBJ的适当的光学系统的实施例4;在光拾取装置PU6中作为准直透镜COL和物镜OBJ的适当的光学系统的实施例5,在光拾取装置PU7中作为扩束透镜EXP和物镜OBJ的适当的光学系统的实施例5。
各个实施例中的非球面是:从与其面的顶点相接的平面的变化量为X(mm)、与光轴垂直方向的高为h(mm)、曲率半径为r(mm),以式2表示。其中,圆锥系数为κ,非球面系数为A2i。
式5
X = h 2 / r 1 + 1 - ( 1 + κ ) h 2 / r 2 + Σ i = 2 A 2 i h 2 i
各个实施例的衍射结构用通过衍射结构附加在透过波面的光程差(光程差附加量)表示。该光程差由以下参数表示:与光轴垂直方向的高为h(mm)、光程差系数为B2j、在入射光束的衍射光中的具有最大衍射效率的衍射光的衍射级数为n、入射衍射结构的光束波长λ(nm)、衍射结构的制造波长为λB(nm),由所述式1定义的光程差函数Φb(mm)表示。
实施例1是在光拾取装置PU1中作为扩束透镜EXP和物镜OBJ是适当的光学系统。包括,对波长405nm、0.6mm的厚度的保护层,物镜OBJ,其是像差校正被最佳化的塑料透镜;扩束透镜EXP,其由负透镜NL与正透镜PL的两片塑料透镜构成。
表1中表示的是该光学系统的具体的透镜数据,图7表示对高密度光盘HD进行信息的记录/再现时的光路图,图8表示对DVD进行信息的记录/再现时的光路图,图9表示对CD进行信息的记录/再现时的光路图。
表一
f1=2.308,NA1=0.65,λ1=405nm,m1=0.00,n1=10,d2=2.000,d6=1.059,d7=0.6
f2=2.385,NA2=0.63,λ2=655nm,m2=-0.02,n2=6,d2=1.510,d6=1.172,d7=0.6
f3=2.392,NA3=0.50,λ3=785nm,m3=-0.09,n3=5,d2=0.100,d6=0.936,d7=1.2
近轴数值
  面番号     r(mm)     d(mm)     Nλ1     Nλ2     Nλ3     νd
    0     -     ∞     -     -     -
    1     -2.4275     0.8000     1.5247     1.5065     1.5050     56.5
    2     ∞     d2     -     -     -
    3     ∞     1.3000     1.5247     1.5065     1.5050     56.5
    4     -5.5265     5.0000     -     -     -
    5     1.4461     1.6000     1.5247     1.5065     1.5050     56.5
    6     -4.6094     d6     -     -     -
    7     ∞     d7     1.6195     1.5772     1.57050     30.0
    8     ∞     -     -     -     -
非球面系数
    第1面     第4面     第5面     第6面
    κ     -0.8860E+00     -9.8200E-01     -0.6905E+00     -0.1166E+02
    A4     -0.6345E-05     6.0653E-04     0.6960E-02     0.3525E-01
    A6     -0.1949E-03     0     0.1261E-02     -0.1316E-01
    A8     0     0     0.6829E-03     0.3206E-02
    A10     0     0     -0.1649E-03     -0.3705E-03
    A12     0     0     0.5041E-04     0
光程差函数系数
  第4面
    λB   405nm
    B2   -1.5000E-03
    B4   -4.0136E-05
在表1中,f1、NA1、λ1、m1、n1是在使用高密度光盘HD时的物镜OBJ焦距、物镜OBJ的数值孔径、光学系统的设计波长、物镜OBJ的倍率、由在扩束透镜EXP的正透镜PL上形成的衍射结构产生的衍射光中的具有最大衍射效率的衍射光的衍射级数,f2、NA2、λ2、m2、n2是在使用DVD时的同样的值,f3、NA3、λ3、m3、n3是在使用CD时的同样的值。另外,d2、d6、d7分别是使用光盘时中的负透镜NL与正透镜PL的间隔、保护层的厚度、动作距离。r(mm)为曲率半径、d(mm)为面间隔、Nλ1为波长λ1中的折射率、Nλ2为波长λ2中的折射率、Nλ3为波长λ3中的折射率、νd为d光线的阿贝数和λB为衍射结构的制造波长。
正透镜PL的物镜OBJ侧的光学面(表1中的第四面)上形成衍射结构,最接近其光轴的台阶差的深度是7.6μm。如果向该衍射结构入射从兰紫色半导体激光器LD1的激光,则产生具有10级衍射光的最大衍射效率,如果入射从激光模块LM的第一发光点EP1的激光,则6级衍射光产生具有最大衍射效率,如果入射从激光模块LM的第二发光点EP2的激光,则5级衍射光产生具有最大衍射效率。
根据这样的结构,各波长的各个衍射级数的衍射效率,分别对405nm的10级衍射光为100%,对655nm的6级衍射光为99.7%,对785nm的5级衍射光为99.6%,即使对任何波长能够确保都有高的衍射效率。
图10中表示的是根据该衍射结构的兰紫色区域的物镜OBJ的色差校正效果。图中,“OBJ+EXP”表示由物镜OBJ和扩散透镜EXP构成的光学系统的特性,OBJ表示物镜OBJ的特性。在计算波面像差时,物镜OBJ固定在405nm中的最佳像面位置。从图10中可以看出,由物镜OBJ和扩散透镜EXP构成的光学系统对根据兰紫色半导体激光器LD1的模跳的波长变化(+1nm程度)具有充分的性能。
在该光学系统中,对高密度光盘HD进行信息的记录/再现中,通过可变调节扩束透镜EXP的负透镜NL和正透镜PL的间隔,可以校正由各种各样的原因产生的球差。
在图11中表示的是作为其一实施例的校正由于温度变化物镜OBJ产生的球差的结果。图中,“OBJ+EXP”表示由物镜OBJ和扩散透镜EXP构成的光学系统的特性,OBJ表示物镜OBJ的特性,“EXP间隔”表示对各个温度的负透镜NL和正透镜PL的最佳间隔。对物镜OBJ的温度变化的折射率的变化量是-1.1×10-5/℃。从图11中可以看出,由物镜OBJ和扩散透镜EXP构成的光学系统,即使因环境温度变化和双轴驱动器AC2的发热引起的OBJ的温度发生变化的情况下,也能够维持良好的性能。
对DVD来说,负透镜NL和正透镜PL的间隔是1.51mm,对物镜OBJ入射发散光束,以校正因物镜OBJ的波长分散产生的球差的状态,进行信息的记录/再现。
对CD来说,负透镜NL和正透镜PL的间隔是0.10mm,对物镜OBJ入射发散光束,以校正因物镜OBJ的波长分散产生的球差和校正因高密度光盘HD和CD的保护层的厚度的不同引起的球差的状态,进行信息的记录/再现。
(实施例2)
实施例2是作为光拾取装置PU2中的准直透镜COL、第一物镜OBJ1和第二物镜OBJ2的恰当的光学系统,其包括:第一物镜OBJ1,其对波长405nm、0.1mm厚度的保护层,被进行最佳化球差校正的两组两片构成的塑料透镜;第二物镜OBJ2,其对波长405nm、0.6mm厚度的保护层,被进行最佳化球差校正的塑料透镜;准直透镜COL,其是塑料透镜。
表2中表示的是由第一物镜OBJ1和准直透镜COL构成的光学系统的具体的透镜数据,表3中表示的是由第二物镜OBJ2和准直透镜COL构成的光学系统的具体的透镜数据,图12表示对第一高密度光盘HD1进行信息的记录/再现时的光路图,图13表示对第二高密度光盘HD2进行信息的记录/再现时的光路图,图14表示对DVD进行信息的记录/再现时的光路图,图15表示对CD进行信息的记录/再现时的光路图。
表2
f1=1.765,NA1=0.85,λ1=405nm,m1=0.00,n1=2
近轴数值
  面番号     r(mm)   d(mm)   Nλ1   Nλ2   Nλ3     νd
    0     -   13.5332   -   -     -
    1     -60.0547   2.0000   1.5247   1.5065   1.5050     56.5
    2     -12.6988   10.0000   -   -     -
    3     2.0993   2.5000   1.5247   1.5065   1.5050     56.5
    4     7.4878   0.0500   -   -     -
    5     0.8495   1.1000   1.5247   1.5065   1.5050     56.5
    6     ∞   0.2396   -   -     -
    7     ∞   0.1000   1.6195   1.5772   1.57050     30.0
    8     ∞   -   -   -     -
非球面系数
    第2面     第3面     第4面     第5面
    κ     -1.1627E-01     -0.1297E+00     0.4212E+02     -0.7523E+00
    A4     -8.5920E-06     -0.3325E-02     0.7053E-02     0.1335E+00
    A6     0     -0.6201E-04     -0.1832E-01     0.8649E-02
    A8     0     -0.5159E-03     0.9122E-02     0.2157E+00
    A10     0     -0.1181E-03     -0.6431E-02     -0.1010E+00
    A12     0     -0.6648E-04     -0.7441E-02     0
    A14     0     0.1212E-03     0     0
    A16     0     -0.39442E-04     0     0
光程差函数系数
    第2面
    λB     390nm
    B2     -8.0000E-03
    B4     -7.3601E-06
在表2中,f1、NA1、λ1、m1、n1是在使用第一高密度光盘HD1时的物镜OBJ焦距、第一物镜OBJ1的数值孔径、光学系统的设计波长、第一物镜OBJ1的倍率、由在准直透镜COL上形成的衍射结构产生的衍射光中具有最大衍射效率的衍射光的衍射级数。r(mm)为曲率半径、d(mm)为面间隔、Nλ1为波长λ1中的折射率、Nλ2为波长λ2中的折射率、Nλ3为波长λ3中的折射率、νd为d光线的阿贝数和λB为衍射结构的制造波长。
在表3中,f1、NA1、λ1、m1、n1是在使用第二高密度光盘HD2时的第二物镜OBJ2焦距、第二物镜OBJ2的数值孔径、光学系统的设计波长、第二物镜OBJ2的倍率、由在准直透镜COL上形成的衍射结构产生的衍射光中的具有最大衍射效率的衍射光的衍射级数,f2、NA2、λ2、m2、n2是在使用DVD时的同样的值,f3、NA3、λ3、m3、n2是在使用CD时的同样的值。另外,d0、d2、d4、d5分别是使用光盘时中的物体距离、准直透镜COL与第二物镜OBJ2的间隔、保护层的厚度、动作距离。r(mm)为曲率半径、d(mm)为面间隔、Nλ1为波长λ1中的折射率、Nλ2为波长λ2中的折射率、Nλ3为波长λ3中的折射率、νd为d光线的阿贝数。
表3
f1=2.308,NA1=0.65,λ1=405nm,m1=0.00,n1=2,d0=13.5332,d2=10.0000,d4=1.059,d5=0.6
f2=2.385,NA2=0.63,λ2=655nm,m2=-0.02,n2=1,d0=12.8785,d2=7.5500,d4=1.172,d5=0.6
f3=2.392,NA3=0.50,λ3=785nm,m3=-0.09,n3=1,d0=6.1285,d2=14.3000,d4=0.936,d5=1.2
近轴数值
  面番号     r(mm)     d(mm)   Nλ1   Nλ2   Nλ3     νd
    0     -     d0   -   -     -
    1     -60.0547     2.0000   1.5247   1.5065   1.5050     56.5
    2     -12.6988     d2   -   -     -
    3     1.4461     1.6000   1.5247   1.5065   1.5050     56.5
    4     -4.6094     d4   -   -     -
    5     ∞     d5   1.6195   1.5772   1.57050     30.0
    6     ∞     -   -   -     -
非球面系数
    第2面     第5面     第6面
    κ     -1.1627E-01     -0.6906E+00     -0.1166E+02
    A4     -8.5920E-06     0.6960E-02     0.3525E-01
    A6     0     0.1261E-02     -0.1316E-01
    A8     0     0.6829E-03     0.3206E-02
    A10     0     -0.1649E-03     -0.3705E-03
    A12     0     0.5041E-04     0
光程差函数系数
    第2面
    λB     390nm
    B2     -8.0000E-03
    B4     -7.3601E-06
准直透镜COL的物镜OBJ侧的光学面(表2和表3中的的第二面)形成衍射结构,最接近其光轴的台阶差的深度是1.48μm。如果向该衍射结构入射从兰紫色半导体激光器LD1的激光,则2级衍射光产生具有最大衍射效率,如果入射从激光模块LM的第一发光点EP1的激光,则1级衍射光产生具有最大衍射效率,如果入射从激光模块LM的第二发光点2的激光,则1级衍射光产生具有最大衍射效率。
根据这样的结构,各波长的各个衍射级数的衍射效率,分别对405nm的2级衍射光为97.7%,对655nm的1级衍射光为93.4%,对785nm的1级衍射光为99.2%,即使对任何波长能够确保都有高的衍射效率。
图16中表示的是根据该衍射结构的兰紫色区域的第一物镜OBJ1的色差校正效果。图中,“OBJ+COL”表示由第一物镜OBJ1和准直透镜COL构成的光学系统的特性,“OBJ”表示第一物镜OBJ1的特性。
图17中表示的是根据该衍射结构的兰紫色区域的第二物镜OBJ2的色差校正效果。图中,“OBJ+COL”表示由第二物镜OBJ1和准直透镜COL构成的光学系统的特性,“OBJ”表示第二物镜OBJ2的特性。
在图16和图17中,在计算波面像差时,所述物镜OBJ1和OBJ2固定在405nm中的最佳像面位置。从图16和图17中可以看出,由第一物镜OBJ1和准直透镜COL构成的光学系统和第二物镜OBJ2和准直透镜COL构成的光学系统对根据兰紫色半导体激光器LD1的模跳引起的波长变化(+1nm程度)具有充分的性能。
在该光学系统中,对第一高密度光盘HD1和第二高密度光盘HD2进行信息的记录/再现中,通过可变调节准直透镜COL与物镜OBJ1、OBJ2的间隔,可以校正由各种各样的原因产生的球差。
在图18中表示的是作为其一实施例的校正由于第一高密度光盘HD1的保护层的厚度变化产生的球差的结果。在图中,“OBJ+COL”表示由第一物镜OBJ1和准直透镜COL构成的光学系统的特性,“OBJ”表示第一物镜OBJ1的特性,“COL-OBJ间隔”表示对各个保护层厚度的准直透镜COL和第一物镜OBJ1的最佳间隔。从图18中可以看出,可以说由第一物镜OBJ1和准直透镜COL构成的光学系统,即使对具有多个信息记录面层类型的第一高密度光盘HD1也能够维持良好的性能。
对DVD来说,在由第二物镜OBJ2和准直透镜COL构成的光学系统中,准直透镜COL和第二物镜OBJ2的间隔为7.55mm(因此,激光模块LM的第一发光点EP1与准直透镜COL的间隔为12.8785mm),对第二物镜OBJ2入射发散光束,以校正因第二物镜OBJ2的波长分散产生的球差的状态,进行信息的记录/再现。
对CD来说,在由第二物镜OBJ2和准直透镜COL构成的光学系统中,准直透镜COL与第二物镜OBJ2的间隔为14.3mm(因此,激光模块LM的第二发光点EP2与准直透镜COL的间隔为6.1285mm),对第二物镜OBJ2入射发散光束,以校正因第二物镜OBJ2的波长分散产生的球差的状态和以校正因第二高密度光盘HD2和CD保护层的厚度不同而产生的球差的状态,进行信息的记录/再现。
在所述实施例2中,由准直透镜COL和第二物镜OBJ2构成的光学系统可以作为光拾取装置PU3中的准直透镜COL和物镜OBJ使用。
(实施例3)
实施例3是作为光拾取装置PU4中的第一准直透镜COL1和第一物镜OBJ1的恰当的光学系统,其包括:第一物镜OBJ1,其对高密度光盘HD和DVD具有互换性,所述高密度光盘HD的规格为波长405nm、0.1mm厚度的保护层和数值孔径0.85,所述DVD的规格为波长655nm、0.6mm厚度的保护层和数值孔径0.65;第一准直透镜COL1,其第一物镜OBJ1侧的光学面为衍射面的塑料透镜。
表4中表示的是光学系统的具体的透镜数据,图19表示光路图。
表4
f1=1.765,NA1=0.85,λ1=405nm,m1=0.00,n1=3,d0=19.034,d6=0.531,d7=0.1
f2=1.830,NA2=0.65,λ2=655nm,m2=0.00,n2=2,d0=24.445,d6=0.300,d7=0.6
近轴数值
  面番号     r(mm)     d(mm)     Nλ1     Nλ2     νd
    0     -     d0     -     -     -
    1     -43.9416     1.2000     1.5247     1.5065     56.5
    2     -17.7938     15.0000     -     -     -
    3     ∞     1.0000     1.5247     1.5065     56.5
    4     ∞     0.1000     -     -     -
    5     1.2369     2.1400     1.6032     1.6227     61.2
    6     -3.3104     d6     -     -     -
    7     ∞     d7     1.6195     1.5772     30.0
    8     ∞     -     -     -     -
非球面系数
    第1面     第2面     第5面     第6面
    κ     0     -0.5556E+00     -0.6547E+00     -0.1110E+03
    A4     0.6263E-05     0     0.1559E-01     0.1720E+00
    A6     0     0     -0.1050E-02     -0.2917E+00
    A8     0     0     0.1087E-01     0.3735E+00
    A10     0     0     -0.1015E-01     -0.3574E+00
A12 0 0 0.3038E-02 0.1940E+00
    A14     0     0     0.4027E-02     0
    A16     0     0     -0.4404E-02     0
    A18     0     0     0.1731E-02     0
    A20     0     0     -0.2543E-03     0
光程差函数系数
    第2面     第3面
    λB     423nm     655nm
    B2     -5.5489E-03     7.0802E-03
    B4     -4.2383E-06     -2.2182E-03
    B6     0     2.8903E-04
    B8     0     -6.0153E-04
    B10     0     8.3936E-05
在表4中,f1、NA1、λ1、m1、n1在使用高密度光盘HD时的第一物镜OBJ1焦距、第一物镜OBJ1的数值孔径、光学系统的设计波长、第一物镜OBJ1的倍率、由在第一准直透镜COL1上形成的衍射结构产生的衍射光中的具有最大衍射效率的衍射光的衍射级数,f2、NA2、λ2、m2、n2是在使用DVD时的同样的值。在使用高密度光盘HD时,在衍射透镜L1(表4中第三面)上形成的台阶形衍射结构DOE产生的衍射光中的具有最大衍射效率的衍射光的衍射级数为0(在使用高密度光盘HD时,不接受衍射作用的为0级衍射光),在使用DVD时,在衍射透镜L1(表4中第三面)上形成的台阶形衍射结构DOE产生的衍射光中的具有最大衍射效率的衍射光的衍射级数为1。
另外,d0、d6、d7分别是使用光盘时的激光光源发光点与第一准直透镜COL1的间隔、保护层的厚度、动作距离。r(mm)为曲率半径、d(mm)为面间隔、Nλ1为波长λ1中的折射率、Nλ2为波长λ2中的折射率、Nλ3为波长λ3中的折射率、νd为d光线的阿贝数和λB为衍射结构的制造波长。图19中,实线表示的光路是对高密度光盘HD进行信息的记录/再现时的光路,虚线表示的光路是对DVD进行信息的记录/再现时的光路。
第一物镜OBJ1包括:衍射透镜L1,其是形成有台阶型衍射结构DOE的塑料透镜;聚光透镜L2,其是两面为非球面的NA0.85的玻璃透镜,通过台阶型衍射结构DOE的作用,由于校正因保护层PL1和PL2厚度的不同引起的球差,从而实现使高密度光盘HD与DVD互换。
第一准直透镜COL1的第一物镜OBJ1侧的光学面上(表4中的的第二面)形成衍射结构,最接近其光轴的台阶的深度是2.43μm。如果向该衍射结构入射从兰紫色半导体激光器LD1的激光,则3级衍射光产生具有最大衍射效率,如果入射从红色半导体激光器LD2发出的激光光束,则2级衍射光产生具有最大衍射效率。
根据这样的结构,各波长的各个衍射级数的衍射效率,分别对405nm的3级衍射光为92.9%,对655nm的2级衍射光为95.3%,即使对任何波长能够确保都有高的衍射效率。
图20中表示的是根据该衍射结构的兰紫色区域的第一物镜OBJ1的色差校正效果。图中,“OBJ1+COL1”表示由第一物镜OBJ1和第一准直透镜COL1构成的光学系统的特性,“OBJ1”表示第一物镜OBJ1的特性。在计算波面像差时,第一物镜OBJ1固定在405nm中的最佳像面位置。从图20中可以看出,由第一物镜OBJ1和第一准直透镜COL1构成的光学系统对因兰紫色半导体激光器LD1的模跳引起的波长变化(+1nm程度)具有充分的性能。
在该光学系统中,实施例1和实施例2的光学系统同样,在对高密度HD进行信息的记录/再现中,通过可变调节变更第一准直透镜COL1和第一物镜OBJ1的间隔,可以校正由各种各样的原因产生的球差。
在光学系统中,通过第一准直透镜COL1的衍射面的近轴光焦度被设定为满足(14)和(15)式,随着温度变化而从第一准直透镜COL1射出光束的发散度变化几乎为0。图21表示的是该光学系统的温度特性。图中的“OBJ1+COLR”表示由折射透镜COLR和第一物镜OBJ1构成的光学系统的温度特性,该折射透镜COLR是与第一准直透镜COL1的焦距相同且没有衍射结构。“OBJ1+COL1”表示由第一准直透镜COL1和第一物镜OBJ1构成的光学系统的温度特性,所述第一准直透镜COL1通过衍射结构补偿随着温度变化而引起的射出光束的发散度变化。在计算所述温度特性的情况下,随着折射透镜COLR、第一准直透镜COL1和衍射透镜L1的温度变化而引起的折射率变化率为-11×10-5/℃、线膨胀系数为7.0×10-5、随着兰紫色半导体激光器LD1的温度变化而引起的波长变化率为+0.05nm/℃。从图21中可以看出,由第一准直透镜COL1和第一物镜OBJ1构成的光学系统中,即使温度变化第一物镜OBJ1的球差也几乎不变化,从而能够维持对高密度光盘HD良好的记录/再现特性。
关于该光学系统中的所述(14)式和(15)式的数值表示如下:
NA1=0.85、m1=0、f1=1.765(mm)、λ1=0.000405mm、fc=20mm、|β|=0.018n=1.524694、α=7.0×10-5、dn/dt=-11×10-5/℃、dn/dλ=-153/mm、dλ/dt=0.000005mm/℃、PD=0.0333mm-1、PC=0.05mm-1、c1=-2.94×10-4、c2=-1.65×10-5、(14)式=0.0219·λ1(λ1=0.000405nm)、(15)式=0.0135·λ1(λ1=0.000405nm)。
实施例4
实施例4是作为光拾取装置PU5中的色差校正用光学元件HOE和物镜OBJ的恰当的光学系统,其包括:物镜OBJ,其对高密度光盘HD和DVD具有互换性,所述高密度光盘HD的规格为波长405nm、0.1mm厚度的保护层和数值孔径0.85,所述DVD的规格为波长655nm、0.6mm厚度的保护层和数值孔径0.65;色差校正用光学元件HOE,其是激光光源侧的光学面为衍射面的塑料透镜。
表5中表示的是光学系统的具体的透镜数据,图22表示光路图。
表5
f1=1.765,NA1=0.85,λ1=405nm,m1=0.00,n1=5,d6=0.531,d7=0.1
f2=1.830,NA2=0.65,λ2=655nm,m2=0.00,n2=3,d6=0.300,d7=0.6
近轴数值
  面番号     r(mm)     d(mm)     Nλ1     Nλ2     νd
    0     -     ∞     -     -     -
    1     ∞     1.2000     1.5247     1.5065     56.5
    2     16.5145     5.0000     -     -     -
    3     ∞     1.0000     1.5247     1.5065     56.5
    4     ∞     0.1000     -     -     -
    5     1.2369     2.1400     1.6032     1.6227     61.2
    6     -3.3104     d6     -     -     -
    7     ∞     d7     1.6195     1.5772     30.0
    8     ∞     -     -     -     -
非球面系数
    第2面     第5面     第6面
    κ     0.2301E+02     -0.6547E+00     -0.1110E+03
    A4     0.1988E-02     0.1559E-01     0.1720E+00
    A6     0     -0.1050E-02     -0.2917E+00
    A8     0     0.1087E-01     0.3735E+00
    A10     0     -0.1015E-01     -0.3574E+00
    A12     0     0.3038E-02     0.1940E+00
    A14     0     0.4027E-02     0
    A16     0     -0.4404E-02     0
    A18     0     0.1731E-02     0
    A20     0     -0.2543E-03     0
光程差函数系数
    第1面     第3面
    λB     405nm     655nm
    B2     -3.1000E-03     7.0802E-03
    B4     -2.5009E-04     -2.2182E-03
    B6     2.8903E-04
    B8     -6.0153E-04
    B10     8.3936E-05
在表5中,f1、NA1、λ1、m1、n1是在使用高密度光盘HD时的物镜OBJ的焦距、物镜OBJ的数值孔径、光学系统的设计波长、物镜OBJ的倍率、由在色差校正用光学元件HOE的衍射结构产生的衍射光中的具有最大衍射效率的衍射光的衍射级数,f2、NA2、λ2、m2、n2、n2’是在使用DVD时的同样的值。在使用高密度光盘HD时,在衍射透镜L1(表5中第三面)上形成的台阶形衍射结构DOE产生的衍射光中的具有最大衍射效率的衍射光的衍射级数为0(在使用高密度光盘HD时,不接受衍射作用的为0级衍射光),在使用DVD时,在衍射透镜L1上形成的台阶形衍射结构DOE产生的衍射光中的具有最大衍射效率的衍射光的衍射级数为1。
另外,d6、d7分别是使用光盘时保护层的厚度、动作距离。r(mm)为曲率半径、d(mm)为面间隔、Nλ1为波长λ1中的折射率、Nλ2为波长λ2中的折射率、Nλ3为波长λ3中的折射率、νd为d光线的阿贝数和λB为衍射结构的制造波长。图22中,实线表示的光路是对高密度光盘DH进行信息的记录/再现时的光路,虚线表示的光路是对DVD进行信息的记录/再现时的光路。
物镜OBJ包括:衍射透镜L1,其是形成有台阶型衍射结构DOE的塑料透镜;聚光透镜L2,其是两面为非球面的NA0.85的玻璃透镜,通过台阶型衍射结构DOE的作用,由于校正因保护层PL1和PL2厚度的不同引起的球差,从而实现高密度光盘HD与DVD的互换。
色差校正用光学元件HOE的激光光源侧的光学面是在平面状的光学面上(表5中的的第一面)形成衍射结构衍射面,最接近其光轴的台阶的深度是3.86μm。如果向该衍射结构入射从兰紫色半导体激光器LD1的激光,则5级衍射光产生具有最大衍射效率,如果入射从红色半导体激光器LD2发出的激光,则3级衍射光产生具有最大衍射效率,
根据这样的结构,各波长的各个衍射级数的衍射效率,分别对405nm的5级衍射光为100%,对655nm的3级衍射光为99.9%,即使对任何波长能够确保都有高的衍射效率。
还有,由于对高密度光盘HD的记录/再现用光束的衍射级数n1和DVD的记录/再现用光束的衍射级数n2进行选择,使利用δΦD={n1·λ1/(Nλ1-1)}/{n2·λ2/(Nλ2-1)}进行定义的,通过衍射结构向λ1附加的光程长和向λ2附加的光程长的比δΦD为接近于1的值,所以λ1的衍射角和λ2的衍射角几乎相同。因此,本实施例中的色差校正用光学元件HOE容易配置在λ1和λ2均为平行光束的光路中。
作为色差校正用光学元件HOE,在使用兰紫色区域中的折射率在1.5~1.6的范围内,并且相对d光线(587.6nm)的阿贝数在50~60的范围内的材料的情况下,δΦD作为相对λ1和λ2为接近1值的衍射级数n1和n2的组合(n1,n2),在本实施例采用(5,3)之外也可以采用(10,5)。
色差校正用光学元件HOE的物镜OBJ侧的光学面(表5中的第二面)是近轴光焦度为负的非球面,其近轴光焦度的绝对值由于与衍射面的近轴光焦度相同,所以以平行光束的状态入射的波长λ1的光束以平行光束的状态射出。
图23中表示的是根据该衍射结构的兰紫色区域的物镜OBJ的色差校正效果。在图中,“OBJ+COL”表示由物镜OBJ和色差校正用光学元件HOE构成的光学系统的特性,“OBJ”表示第一物镜OBJ的特性。在计算波面像差时,物镜OBJ固定在405nm中的最佳像面位置。从图23中可以看出,由物镜OBJ和色差校正用光学元件HOE构成的光学系统对因兰紫色半导体激光器LD1的模跳的引起波长变化(+1nm程度)具有充分的性能。
(实施例5)
实施例5是作为光拾取装置PU6中的准直透镜COL和物镜OBJ的恰当的光学系统,其包括:物镜OBJ,其对高密度光盘HD、DVD和CD具有互换性,所述高密度光盘HD的规格为波长405nm、0.0875mm厚度的保护层和数值孔径0.85,所述DVD的规格为波长658nm、0.6mm厚度的保护层和数值孔径0.6,所述CD的规格为波长785nm、1.2mm厚度的保护层和数值孔径0.45;准直透镜COL,其是物镜OBJ侧的光学面为衍射面的塑料透镜。
表6中表示的是光学系统的具体的透镜数据,图26和图27表示光路图。
表6
f1=2.000,NA1=0.85,λ1=408nm,m1=0.00,n1=5,d0=18.736,d2=20.000,d6=0.664,d7=0.1
f2=2.072,NA2=0.60,λ2=658nm,m2=0.00,n2=3,d0=19.414,d2=19.322,d6=0.431,d7=0.6
f3=2.069,NA3=0.45,λ3=785nm,m3=-0.149,d6=0.333,d7=1.2
HD、DVD的近轴数值
  面番号     r(mm)     d(mm)     Nλ1     Nλ2     νd   备注
    0     -     d0     -     -     -   发光点
    1     -16.2867     1.2000     1.5247     1.5065     56.5   准直透镜
    2     -20.8387     d2     -     -     -
    3     ∞     1.0000     1.5242     1.5064     56.5   物镜
    4     ∞     0.1000     -     -     -
    5     1.3156     2.3500     1.5596     1.5406     56.3
    6     -2.6935     d6     -     -     -
    7     ∞     d7     1.6211     1.5798     30.0 保护层
    8     ∞     -     -     -     -
CD的近轴数值
  面番号     r(mm)     d(mm)   Nλ3     νd 备注
    0     -     14.550   -     - 发光点
    3     ∞     1.0000   1.5050     56.5 物镜
    4     ∞     0.1000   -     -
    5     1.3156     2.3500   1.5378     56.3
    6     -2.6935     d6   -     -
    7     ∞     d7   1.5733     30.0 保护层
    8     ∞     -   -     -
非球面系数
    第1面     第2面     第5面     第6面
    κ     -0.1000E+02     0.1170E+02     -0.6677E+00     -0.4265E+02
    A4     -0.2574E-03     0     0.10942E-01     0.1292E+00
    A6     0     0     0.1198E-02     -0.1725E+00
    A8     0     0     0.3188E-02     0.1609E+00
    A10     0     0     -0.2625E-02     -0.9634E-01
    A12     0     0     0.8605E-03     0.3157E-01
    A14     0     0     0.6914E-03     -0.4291E-02
    A16     0     0     -0.7048E-03     0
    A18     0     0     0.2356E-03     0
    A20     0     0     -0.2819E-04     0
光程差函数系数
    第2面     第3面
    λB     408nm     658nm
    B2     0.5500E-02     5.0000E-03
    B4     -0.1596E-04     -1.4363E-03
    B6     0     3.5683E-05
    B8     0     -1.9658E-04
    B10     0     2.3577E-05
在表6中,f1、NA1、λ1、m1、n1是在使用高密度光盘HD时的物镜OBJ焦距、物镜OBJ的数值孔径、光学系统的设计波长、物镜OBJ的倍率、由在准直透镜COL的衍射结构产生的衍射光中的具有最大衍射效率的衍射光的衍射级数,f2、NA2、λ2、m2、n2是在使用DVD时的同样的值。另外,d0、d2、d6、d7分别是使用光盘时激光光源的发光点与准直透镜COL的间隔、准直透镜COL和物镜OBJ的间隔、保护层的厚度、动作距离。r(mm)为曲率半径、d(mm)为面间隔、Nλ1为波长λ1中的折射率、Nλ2为波长λ2中的折射率、Nλ3为波长λ3中的折射率、νd为d光线的阿贝数和λB为衍射结构的制造波长。
图26中,实线表示的光路是对高密度光盘DH进行信息的记录/再现时的光路,虚线表示的光路是对DVD进行信息的记录/再现时的光路。图27中,点划线表示的光路是对CD进行信息的记录/再现时的光路。
物镜OBJ包括:衍射透镜L1,其是形成有台阶型衍射结构DOE所形成的塑料透镜;聚光透镜L2,其是两面为非球面的NA0.85的塑料透镜,通过台阶型衍射结构DOE的作用,由于校正因保护层PL1和PL2厚度的不同引起的球差,而实现使高密度光盘HD与DVD互换。
在使用高密度光盘HD时,由衍射透镜L1上形成的台阶型衍射结构DOE产生的衍射光中的具有最大衍射效率的衍射光的衍射级数为0(成为在使用高密度光盘HD时不接受衍射作用的0级衍射光),使用DVD时,由衍射透镜L1上形成的台阶型衍射结构DOE产生的衍射光中的具有最大衍射效率的衍射光的衍射级数为1,使用CD时,由衍射透镜L1上形成的台阶型衍射结构DOE产生的衍射光中的具有最大衍射效率的衍射光的衍射级数为1,(成为在使用CD时不接受衍射作用的0级衍射光)。
准直透镜COL的物镜OBJ侧的光学面上(表6中的第二面)形成衍射结构,最接近其光轴的台阶差的深度是3.89μm。如果向该衍射结构入射从第一发光点EP1发出的第一光束,则5级衍射光产生具有最大衍射效率,如果入射从第二发光点EP2发出的第二光束,则3级衍射光产生具有最大衍射效率。根据这样的结构,各波长的各个衍射级数的衍射效率,分别对408nm的3级衍射光为100%,对658nm的2级衍射光为100%,即使对任何波长能够确保都有高的衍射效率。
图28中表示的是根据该衍射结构的兰紫色区域的物镜OBJ的色差校正效果。图中,“OBJ+COL”表示由物镜OBJ和准直透镜COL构成的光学系统的特性,“OBJ”表示第一物镜OBJ的特性。在计算波面像差时,物镜OBJ固定在408nm中的最佳像面位置。从图28中可以看出,可以说由物镜OBJ和准直透镜COL构成的光学系统对根据兰紫色半导体激光器LD1的模跳的波长变化(+1nm程度)具有充分的性能。
另外,在该光学系统中,与实施例1至实施例4的光学系统相同,在对高密度光盘HD的信息的记录/再现中,通过可变调节准直透镜COL与物镜OBJ的间隔,可以校正由各种各样的原因产生的球差。
在该光学系统中,由于使用把第一发光点EP1和第二发光点EP2接近配置的激光模块LM,在第二光束向准直透镜COL入射时,由于色差的影响从准直透镜COL射出的第二光束必须为完全的平行光束,在物镜OBJ产生球差。在此,该光学系统在对DVD进行信息的记录/再现时,对应色差的量0.687mm为了把准直透镜COL向物镜OBJ接近而使其移动,将从准直透镜COL射出的第二光束为平行光束,然后对DVD进行信息的记录/再现。
如果根据本发明,对激光光源波长不同的高密度光盘、DVD和CD等多种光盘维持互换性并且进行信息的记录/再现,能够得到适于小型化、轻量化、低成本化的光拾取装置、光信息记录再现装置、扩束透镜、耦合透镜和色差校正用光学元件。

Claims (47)

1.一种光拾取装置,包括:
第一光源,其发出450nm或更小的第一波长λ1的第一光束;
第二光源,其发出第二波长λ2的第二光束,第二波长λ2比第一波长λ1长1.3倍;
物镜单元,其用于将第一光源发出的第一光束聚光在第一光盘的第一信息记录面上,并且用于将第二光源发出的第二光束聚光在第二光盘的信息记录面上,第二光盘的信息记录面具有与第一光盘的信息记录面不同的记录密度;
球差校正用光学单元,其设置在第一和第二光源二者与所述物镜单元之间,并且设置于第一光束与第二光束的共同光路中,以及
色差校正用光学元件,该色差校正用光学元件布置在第一光束和第二光束的共同光路上,并在色差校正用光学元件的至少在一个光学面上具有衍射面,使得在该衍射面上形成由细微的台阶分割的多个环带构成的衍射结构,
其中,台阶差沿光轴的深度设计为衍射级数n2比衍射级数n1低,其中所述衍射级数n2是在第二光束进入衍射结构时所产生的衍射光线中的具有最大衍射效率的衍射光线的衍射级数,而衍射级数n1是在第二光束进入衍射结构时所产生的衍射光线中具有最大衍射效率的衍射光线的衍射级数。
2.如权利要求1所述的光拾取装置,其中,球差校正用光学单元通过可变地调节在构成球差校正用光学单元的透镜组中的至少一个透镜组与物镜单元之间的间隔,来改变入射到物镜单元的入射光束中的边缘光线的倾角。
3.如权利要求1所述的光拾取装置,其中,色差校正用光学元件布置在第一光源和第二光源二者与物镜单元之间。
4.如权利要求3所述的光拾取装置,其中,球差校正用光学单元包括色差校正用光学元件。
5.如权利要求1所述的光拾取装置,其中,物镜单元包括色差校正用光学元件。
6.如权利要求1所述的光拾取装置,其中,光拾取装置还包括至少一个耦合透镜,用于改变第一光源发出的光束的发散角,并将经改变的光束引入到物镜单元中,而球差校正用光学单元包括耦合透镜和扩束透镜,该扩束透镜包括正透镜组和负透镜组,并且布置在耦合透镜和物镜单元之间的光路上。
7.如权利要求1所述的光拾取装置,其中,球差校正用光学单元是耦合透镜,用来改变第一光源和第二光源发出的光束的发散角,并将经改变的光束引入到透镜单元中。
8.如权利要求1所述的光拾取装置,其中,球差校正用光学单元包括这样一种结构,其中电极和液晶分子层交替层叠,以便可以通过向电极施加预定电压来改变液晶分子层的折射率分布。
9.如权利要求8所述的光拾取装置,其中,与球差校正用光学单元整合成一体的物镜单元执行跟踪操作。
10.如权利要求1所述的光拾取装置,其中,球差校正用光学单元校正物镜单元中由于在第一波长λ1和第二波长λ2之间的波长差而引起的球差。
11.如权利要求1所述的光拾取装置,其中,在第一波长λ1在±10nm的范围内变化的情况下,球差校正用光学单元校正由第一波长λ1的变化而引起的球差。
12.如权利要求1所述的光拾取装置,其中,第一光盘的记录密度大于第二光盘的记录密度,第一光盘在其第一信息记录面上包括第一保护层,而球差校正用光学单元校正由第一保护层的厚度误差所引起的球差。
13.如权利要求1所述的光拾取装置,其中,第一光盘的记录密度大于第二光盘的记录密度,第一光盘包括多层结构,其中自光源一侧的顺序开始光学透明层和信息记录面交替层叠,并且球差校正用光学单元校正在物镜单元使其焦点从第i个信息记录面跳到第j个信息记录面时所引起的球差,其中i是满足1≤i≤n的任意整数;j是满足1≤j≤n的任意整数,且j与i不同,并且在多层结构中的各个信息记录面从最接近光源的信息记录面开始按顺序被假定为第一信息记录面、第二信息记录面、...和第n信息记录面。
14.如权利要求1所述的光拾取装置,其中,第一光盘的记录密度大于第二光盘的记录密度,第一光盘在第一信息记录面上包括厚度为t1的第一保护层,第二光盘在第二信息记录面上包括厚度为t2(t1<t2)的第二保护层,球差校正用光学单元校正由第一保护层的厚度与第二保护层的厚度之间的厚度差所引起的球差。
15.如权利要求1所述的光拾取装置,其中,物镜单元包括至少一个塑料透镜,球差校正用光学单元校正由物镜单元内所包含的因塑料透镜的环境温度变化引起的折射率变化,和/或校正因塑料透镜中温度分布引起的折射率分布的球差。
16.如权利要求1所述的光拾取装置,其中,第一光盘的记录密度大于第二光盘的记录密度,第一光盘在其第一信息记录面上包括第一保护层;
第一放大率和第二放大率彼此不同,其中第一放大率是在对第一光盘进行信息记录/再现时物镜单元的放大率,而第二放大率是在对第二光盘进行信息记录/再现时物镜单元的放大率,球差校正用光学单元根据第一放大率和第二放大率的不同改变物镜单元的物点位置。
17.如权利要求1所述的光拾取装置,其中,第二波长λ2在600nm-700nm的范围内,而折射级数n1和n2的组合是以下中的一种:
(n1,n2)=(2,1),(3,2),(4,2),(5,3),(6,4),(7,4),(8,5),(10,6)。
18.如权利要求1所述的光拾取装置,其中,光拾取装置还包括第三光源,用于发出第三波长λ3的光束,第三波长λ3不同于第一和第二波长;
物镜单元将第三光源发出的第三光束聚光在第三光盘的第三信息记录面上,该第三光盘具有与第一和第二光盘不同的记录密度,
色差校正用光学单元布置在第一到第三光束的共同光路上,第二波长λ2在600nm-700nm范围内,第三波长λ3在730nm-830nm范围内,色差校正用光学单元满足以下组合中的一种:
(n1,n2,n3)=(2,1,1),(4,2,2),(6,4,3),(8,5,4),(10,6,5),
其中,n1,n2,n3分别是在第一、第二和第三光束进入色差校正用光学元件时在衍射光线中具有最大衍射效率的衍射光线的衍射级数。
19.如权利要求1所述的光拾取装置,其中,光拾取装置包括耦合透镜,用于改变第一光源发出的第一光束和第二光源发出的第二光束的发散角,并将光束引入到物镜单元中,且耦合透镜包括色差校正用光学元件。
20.如权利要求19所述的光拾取装置,其中,耦合透镜包括至少一个塑料透镜,而色差校正用光学元件的衍射面还具有对耦合透镜发出的第一光束抑制发散角随着温度变化而变化,或抑制会聚角随着温度变化而变化的功能。
21.如权利要求20所述的光拾取装置,其中,第一光盘的记录密度大于第二光盘的记录密度,耦合透镜是一组塑料透镜,而光拾取装置满足以下方程:
{NA1·(1-m1)}4·(f12/fc)·|C1+(C2-C1)·PD/PC|<0.13·λ1
其中,NA1是在对第一光盘进行信息记录/再现时的物镜单元的数值孔径,m1是在对第一光盘进行信息记录/再现时物镜单元的放大率,f1(mm)是在对第一光盘进行信息记录/再现时物镜单元对第一波长λ1的焦距,λ1(mm)是第一波长,FC是耦合透镜对第一波长λ1的焦距,n是耦合透镜对第一波长λ1的折射率,α是耦合透镜的线性膨胀系数,PD(mm-1)是衍射面对第一波长λ1的近轴光焦度,PC(mm-1)是耦合透镜对第一波长λ1的近轴光焦度,dn/dλ是由耦合透镜的温度变化引起的折射率变化率,dλ/dt是由温度变化引起的波长变化率,而C1和C2由下面的方程定义:
C1=1/(n-1)·dn/dt+1/(n-1)·dn/dλ·dλ/dt-α
C2=1/λ1·dλ/dt-2α
在由衍射结构带来的增加的光路长度由如下方程表示的光路差函数定义时:
PD=-2·n1·B2·(λ1/λB)
并且n1是在第一光束进入衍射结构的情况下在衍射光线中具有最大衍射效率的衍射光线的衍射级数时,PD由以下方程引起的增加的光程长度的量来定义:
φ b = n × ( λ / λB ) × Σ j = 0 B 2 j h 2 j
其中,h(mm)是在与光路垂直方向的高度,B2j是光路差函数的系数,n是在入射光束的衍射光线中的具有最大衍射效率的衍射光线的衍射级数,λ(nm)是向衍射结构入射的光束的波长,而λB(nm)是衍射结构的结构波长(construction wavelength)(或闪耀波长(blazed wavelength))。
22.如权利要求21所述的光拾取装置,其满足以下方程:
|C1+(C2-C1)·PD/PC|/fC<0·08·λ1(mm)。
23.如权利要求1所述的光拾取装置,其中,色差校正用光学元件包括至少一个具有负近轴光焦度的光学表面,并且为一组传递几乎平行于光轴的第一光束并且发射出几乎平行光束的光学元件。
24.如权利要求1所述的光拾取装置,其中,物镜单元包括至少两种物镜和切换机构,所述两种物镜是在具有预定记录密度的光盘上记录/再现信息的第一物镜,和在与具有预定记录的所述光盘不同的另一种光盘上记录/再现信息的第二物镜,而所述切换机构选择性切换这些物镜。
25.如权利要求1所述的光拾取装置,其中,第一光盘的记录密度大于第二光盘的记录密度,而物镜单元的数值孔径在第一光盘上进行信息记录/再现的情况下为0.8或更大。
26.如权利要求1所述的光拾取装置,其中,第一光盘的记录密度大于第二光盘的记录密度,在第一光盘的第一信息记录面上的第一保护层具有在0.07mm-0.13mm范围内的厚度,在第二光盘的第二信息记录面上的第二保护层具有在0.55mm-0.65mm范围内的厚度,而光拾取装置通过将第一光束会聚在第一光盘和第二光盘的每个信息记录面上在第一光盘和第二光盘上进行记录/再现信息。
27.如权利要求3所述的光拾取装置,其中,光拾取装置还包括第三光源,用于发出波长λ3(730nm≤λ3≤830nm)的第三光束,物镜单元将第三光束聚光在第三光盘上,且第三光束进入物镜单元而不通过色差校正用光学元件。
28.一种光学信息记录和再现装置,其包括如权利要求1所述的光拾取装置,并适于进行在第一和第二光盘上记录信息和再现第一和第二光盘上记录的信息中的至少一种操作。
29.一种用于光拾取装置的扩束透镜,包括:
第一光源,其发出450nm或更小的第一波长λ1的第一光束;
第二光源,其发出第二波长λ2的第二光束,第二波长λ2比第一波长λ1长1.3倍;
物镜单元,其用于将第一光源发出的第一光束聚光在第一光盘的第一信息记录面上,并且用于将第二光源发出的第二光束聚光在第二光盘的信息记录面上,第二光盘的信息记录面具有与第一光盘的信息记录面不同的记录密度;
其中,扩束透镜布置在第一光源和第二光源二者与物镜单元之间,并且布置在第一光束和第二光束的共同光路中;
扩束透镜包括正透镜组和负透镜组;
包括一个色差校正用光学元件,该色差校正用光学元件在其至少一个光学面上包括衍射面,使得在该衍射面上形成由细微的台阶差分割的多个环带构成的衍射结构,
设计为具有衍射级数n2的衍射光线比具有衍射级数n1的衍射光线的级数低,其中所述衍射级数n2是在第二光束进入衍射结构时的衍射光线中的具有最大衍射效率的衍射光线的衍射级数,而衍射级数n1是在第二光束进入衍射结构时的衍射光线中具有最大衍射效率的衍射光线的衍射级数;并且
通过可变地调节构成球差校正用光学单元的透镜组中的至少一个透镜组与物镜单元之间的间隔来改变向物镜单元入射的光束中的边缘光线的倾角。
30.如权利要求29所述的扩束透镜,其中,第二波长λ2在600nm-700nm的范围内,而衍射级数n1和n2的组合为以下中的一种:
(n1,n2)=(2,1),(3,2),(4,2),(5,3),(6,4),(7,4),(8,5),(10,6)。
31.如权利要求30所述的扩束透镜,其中,构成色差校正用光学元件并包括衍射面的透镜对第一波长λ1的折射率在1.5-1.6的范围内,d光线的阿贝数(波长为587.6nm)在50-60范围内,而沿着光轴并最靠近光轴的台阶差深度d0满足下面中的一种:
(1)  1.2μm<d0<1.7μm
(2)  1.9μm<d0<2.6μm
(3)  2.6μm<d0<3.2μm
(4)  3.3μm<d0<4.2μm
(5)  4.4μm<d0<5.0μm
(6)  4.7μm<d0<5.7μm
(7)  5.6μm<d0<6.5μm
(8)  6.9μm<d0<8.1μm。
32.如权利要求29所述的扩束透镜,其中,光拾取装置还包括第三光源,用于发出第三波长λ3的第三光束,该第三波长不同于第一和第二波长;
物镜单元将第三光源发出的第三光束聚光在第三光盘的第三信息记录面上,该第三光盘的记录密度不同于第一和第二光盘的;
色差校正用光学单元布置在第一到第三光束的共同光路中,第二波长λ2在600-700nm范围内,第三波长λ3在730-830nm范围内,而色差校正用光学单元满足以下组合中的一种:
(n1,n2,n3)=(2,1,1),(4,2,2),(6,4,3),(8,5,4),(10,6,5),
其中,n1,n2,n3分别是在第一、第二和第三光束进入色差校正用光学元件时在衍射光线中具有最大衍射效率的衍射光线的衍射级数。
33.如权利要求32所述的扩束透镜,其中,构成色差校正用光学元件并包括衍射面的透镜对第一波长λ1的折射率在1.5-1.6范围内,而对d线的Abbe数(波长为587.6nm)在50-60范围内,沿着光轴并最靠近光轴的台阶差的深度d0满足以下中的一种:
(9)  1.2μm<d0<1.7μm
(10) 2.6μm<d0<3.2μm
(11) 4.4μm<d0<5.0μm
(12) 5.6μm<d0<6.5μm
(13) 6.9μm<d0<8.1μm。
34.一种用于光拾取装置的耦合透镜,包括:
第一光源,其发出450nm或更小的第一波长λ1的第一光束;
第二光源,其发出第二波长λ2的第二光束,第二波长λ2比第一波长λ1长1.3倍;
物镜单元,其用于将第一光源发出的第一光束聚光在第一光盘的第一信息记录面上,并且用于将第二光源发出的第二光束聚光在第二光盘的信息记录面上,第二光盘的信息记录面具有与第一光盘的信息记录面不同的记录密度;
其中,耦合透镜布置在第一光源和第二光源二者与物镜单元之间,并且在第一光束和第二光束的共同光路中;
包括色差校正用光学元件,该色差校正用光学元件在其至少一个光学面上包括衍射面,使得在衍射面上形成由细微的台阶差分割的多个环带构成的衍射结构,
设计成具有衍射级数n2的衍射光线比具有衍射级数n1的衍射光线的级数低,其中所述衍射级数n2是在第二光束进入衍射结构时的衍射光线中的具有最大衍射效率的衍射光线的衍射级数,而衍射级数n1是在第二光束进入衍射结构时的衍射光线中具有最大衍射效率的衍射光线的衍射级数;并且
通过可变地调节构成球差校正用光学单元的透镜组中的至少一个透镜组与物镜单元之间的间隔来改变向物镜单元入射的光束中的边缘光线的倾角。
35.如权利要求34所述的耦合透镜,其中,第二波长λ2在600nm-700nm的范围内,而衍射级数n1和n2的组合为以下中的一种:
(n1,n2)=(2,1),(3,2),(4,2),(5,3),(6,4),(7,4),(8,5),(10,6)。
36.如权利要求35所述的耦合透镜,其中,构成色差校正用光学元件并包括衍射面的透镜对第一波长λ1的折射率在1.5-1.6的范围内,d线的Abbe数(波长为587.6nm)在50-60范围内,而沿着光轴并最靠近光轴的台阶差深度d0满足下面中的一种:
(1)  1.2μm<d0<1.7μm
(2)  1.9μm<d0<2.6μm
(3)  2.6μm<d0<3.2μm
(4)  3.3μm<d0<4.2μm
(5)  4.4μm<d0<5.0μm
(6)  4.7μm<d0<5.7μm
(7)  5.6μm<d0<6.5μm
(8)  6.9μm<d0<8.1μm。
37.如权利要求34所述的耦合透镜,其中,光拾取装置还包括第三光源,用于发出第三波长λ3,该第三波长不同于第一和第二波长;
物镜单元将第三光源发出的第三光束聚光在第三光盘的第三信息记录面上,该第三光盘的记录密度不同于第一和第二光盘的;
耦合透镜布置在第一到第三光束的共同光路中,第二波长λ2在600-700nm范围内,第三波长λ3在730-830nm范围内,而色差校正用光学单元满足以下组合中的一种:
(n1,n2,n3)=(2,1,1),(4,2,2),(6,4,3),(8,5,4),(10,6,5),
其中,n1,n2,n3分别是在第一、第二和第三光束进入色差校正用光学元件时在衍射光线中具有最大衍射效率的衍射光线的衍射级数。
38.如权利要求37所述的耦合透镜,其中,构成色差校正用光学元件并包括衍射面的透镜对第一波长λ1的折射率在1.5-1.6范围内,而对d线的Abbe数(波长为587.6nm)在50-60范围内,沿着光轴并最靠近光轴的台阶差的深度d0满足以下中的一种:
(9)  1.2μm<d0<1.7μm
(10) 2.6μm<d0<3.2μm
(11) 4.4μm<d0<5.0μm
(12) 5.6μm<d0<6.5μm
(13) 6.9μm<d0<8.1μm。
39.如权利要求38所述的光拾取装置,其中,耦合透镜包括至少一个塑料透镜,并且色差校正用光学元件的衍射面具有对从耦合透镜发出的第一光束抑制发散角随着温度变化而变化,或抑制会聚角随着温度变化而变化的功能。
40.如权利要求39所述的耦合透镜,它是一组耦合透镜并满足以下方程:
{NA1(1-m1)}4·(f12/fc)·|C1+(C2-C1)·PD/PC|<0.13·λ1
其中,NA1是在对第一光盘进行信息记录/再现时的物镜单元的数值孔径,m1是在对第一光盘进行信息记录/再现时物镜单元的放大率,f1(mm)是在对第一光盘进行信息记录/再现时物镜单元对第一波长λ1的焦距,λ1(mm)是第一波长,fC是耦合透镜对第一波长λ1的焦距,n是耦合透镜对第一波长λ1的折射率,α是耦合透镜的线性膨胀系数,PD(mm-1)是衍射面对第一波长λ1的近轴光焦度,PC(mm-1)是耦合透镜对第一波长λ1的近轴光焦度,dn/dλ是由耦合透镜的温度变化导致的折射率变化率,dλ/dt是由温度变化导致的波长变化率,而C1和C2和PD由下面的方程定义:
C1=1/(n-1)·dn/dt+1/(n-1)·dn/dλ·dλ/dt-α
C2=1/λ1·dλ/dt-2α
PD=-2·n1·B2·(λ1/λB)
其中,n1是在第一光束进入衍射结构时在衍射光线中具有最大衍射效率的衍射光线的衍射级数时,PD由衍射结构所引起的增加的光程长度的量来定义,该衍射结构由满足以下方程的光路差函数表示:
φ b = n × ( λ / λB ) = Σ j = 0 B 2 j h 2 j
其中,h(mm)是在与光路垂直方向上的高度,B2j是光路差函数的系数,n是在入射光束的衍射光线中的具有最大衍射效率的衍射光线的衍射级数,λ(nm)是向衍射结构入射的光束的波长,而λB(nm)是衍射结构的结构波长(闪耀波长)。
41.如权利要求40所述的光拾取装置,其满足以下方程:
|C1+(C2-C1)·PD/PC|/fc<0.08·λ1(mm)。
42.一种用于光拾取装置的色差校正用光学元件,包括:
第一光源,其发出450nm或更小的第一波长λ1的第一光束;
第二光源,其发出第二波长λ2的第二光束,第二波长λ2比第一波长λ1长1.3倍;
物镜单元,其用于将第一光源发出的第一光束聚光在第一光盘的第一信息记录面上,并且用于将第二光源发出的第二光束聚光在第二光盘的信息记录面上,第二光盘的信息记录面具有与第一光盘的信息记录面不同的记录密度;
其中,色差校正用光学元件布置在第一光源和第二光源二者与物镜单元之间,并且在第一光束和第二光束的共同光路中;
色差校正用光学元件包括至少一个具有负近轴光焦度的光学面,并且传递几乎平行于光轴的第一光束,发射出几乎平行的光束;
色差校正用光学元件在其至少一个光学面上包括衍射面,使得在衍射面上形成由细微的台阶差分割的多个环带构成的衍射结构,并且
设计成具有衍射级数n2的衍射光线比具有衍射级数n1的衍射光线的级数低,其中所述衍射级数n2是在第二光束进入衍射结构时衍射光线中的具有最大衍射效率的衍射光线的衍射级数,而衍射级数n1是在第二光束进入衍射结构时衍射光线中具有最大衍射效率的衍射光线的衍射级数。
43.如权利要求42所述的色差校正用光学元件,其中,所述衍射结构形成在宏观上来看为平的光学表面上,所述光学表面的相对面是负近轴光焦度,且在其上没有衍射结构。
44.如权利要求42所述的色差校正用光学元件,其中,第二波长λ2在600nm-700nm的范围内,而衍射级数n1和n2的组合为以下中的一种:
(n1,n2)=(2,1),(3,2),(4,2),(5,3),(6,4),(7,4),(8,5),(10,6)。
45.如权利要求44所述的色差校正用光学元件,其中,构成色差校正用光学元件并包括衍射面的透镜对第一波长λ1的折射率在1.5-1.6的范围内,d线的Abbe数(波长为587.6nm)在50-60范围内,而沿着光轴并最靠近光轴的台阶差深度d0满足下面中的一种:
(1)  1.2μm<d0<1.7μm
(2)  1.9μm<d0<2.6μm
(3)  2.6μm<d0<3.2μm
(4)  3.3μm<d0<4.2μm
(5)  4.4μm<d0<5.0μm
(6)  4.7μm<d0<5.7μm
(7)  5.6μm<d0<6.5μm
(8)  6.9μm<d0<8.1μm。
46.如权利要求42所述的色差校正用光学元件,其中,光拾取装置还包括第三光源,用于发出第三波长λ3,该第三波长不同于第一和第二波长;
物镜单元将第三光源发出的第三光束聚光在第三光盘的第三信息记录面上,该第三光盘的记录密度不同于第一和第二光盘的;
色差校正用光学单元布置在第一到第三光束的共同光路中,第二波长λ2在600-700nm范围内,第三波长λ3在730-830nm范围内,而色差校正用光学单元满足以下组合中的一种:
(n1,n2,n3)=(2,1,1),(4,2,2),(6,4,3),(8,5,4),(10,6,5),
其中,n1,n2,n3分别是在第一、第二和第三光束进入色差校正用光学元件时在衍射光线中具有最大衍射效率的衍射光线的衍射级数。
47.如权利要求46所述的色差校正用光学元件,其中,构成色差校正用光学元件并包括衍射面的透镜对第一波长λ1的折射率在1.5-1.6范围内,而对d线的Abbe数(波长为587.6nm)在50-60范围内,沿着光轴并最靠近光轴的台阶差的深度d0满足以下中的一种:
(9)  1.2μm<d0<1.7μm
(10) 2.6μm<d0<3.2μm
(11) 4.4μm<d0<5.0μm
(12) 5.6μm<d0<6.5μm
(13) 6.9μm<d0<8.1μm。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN100424767C (zh) * 2005-01-24 2008-10-08 三星电子株式会社 光学拾取装置
CN102341856A (zh) * 2009-03-02 2012-02-01 索尼计算机娱乐公司 光盘设备、其控制方法、程序以及信息记录介质
US8934323B2 (en) 2009-03-02 2015-01-13 Sony Corporation Optical disk device, control method therefor, program, and information recording medium
CN105321790A (zh) * 2014-05-26 2016-02-10 斯伊恩股份有限公司 离子注入装置

Families Citing this family (41)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TW200502670A (en) * 2002-11-21 2005-01-16 Konica Minolta Holdings Inc Objective lens, optical system and optical pickup apparatus
US6982838B2 (en) * 2003-06-04 2006-01-03 Pentax Corporation Objective lens for optical pick-up
JP5002118B2 (ja) 2003-06-18 2012-08-15 コニカミノルタアドバンストレイヤー株式会社 光ピックアップ装置用の光学素子、及び光ピックアップ装置
JP2005108321A (ja) * 2003-09-30 2005-04-21 Konica Minolta Opto Inc 光ピックアップ装置及び光情報記録再生装置
US20060198279A1 (en) * 2003-10-27 2006-09-07 Konica Minolta Opto, Inc. Optical pickup apparatus
JP4179148B2 (ja) * 2003-11-28 2008-11-12 日本ビクター株式会社 光ピックアップ装置
US7990832B2 (en) * 2004-04-28 2011-08-02 Sony Corporation Optical pickup including plural light sources and recording and/or reproducing apparatus for an optical recording medium
TW200540857A (en) * 2004-05-10 2005-12-16 Konica Minolta Opto Inc Optical pickup apparatus
JP4363251B2 (ja) * 2004-05-14 2009-11-11 ソニー株式会社 光ピックアップおよび光ディスク装置
US7706237B2 (en) * 2004-06-03 2010-04-27 Konica Minolta Opto, Inc. Objective lens and optical pickup apparatus
JP4412085B2 (ja) * 2004-07-09 2010-02-10 ソニー株式会社 光ピックアップ装置、記録及び/又は再生装置
JP2006040479A (ja) * 2004-07-29 2006-02-09 Toshiba Corp 光ピックアップ装置及び光ディスク装置
KR100651325B1 (ko) * 2004-11-05 2006-11-29 삼성전기주식회사 색수차 보정소자 및 그것을 이용한 광픽업장치
US7656775B2 (en) * 2004-11-15 2010-02-02 Panasonic Corporation Optical head, and information recording-and-regeneration apparatus
JP2006147053A (ja) * 2004-11-19 2006-06-08 Konica Minolta Opto Inc 光ピックアップ装置
JP2006202416A (ja) * 2005-01-20 2006-08-03 Konica Minolta Opto Inc 光ピックアップ装置
KR100680171B1 (ko) 2005-01-25 2007-02-08 삼성전자주식회사 호환형 광픽업
KR100603770B1 (ko) * 2005-02-03 2006-07-24 삼성전자주식회사 호환형 광픽업장치
JP2006309848A (ja) * 2005-04-27 2006-11-09 Toshiba Corp 光ヘッド及び光ディスク装置
WO2006118221A1 (ja) * 2005-04-28 2006-11-09 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. 対物レンズの傾き調整方法、光ピックアップの製造方法、対物レンズの傾き調整装置、光ピックアップ部品、光ピックアップ、及び光情報記録再生装置
CN1877716B (zh) * 2005-05-23 2011-11-16 Hoya株式会社 物镜和光学信息读取/写入装置
CN1896773B (zh) * 2005-07-12 2010-10-06 Hoya株式会社 光盘驱动器及其物镜
US7668066B2 (en) * 2005-11-08 2010-02-23 Konica Minolta Opto, Inc. Optical pickup apparatus
WO2007064040A1 (en) 2005-12-02 2007-06-07 Ricoh Company, Ltd. Multilayer optical information recording medium, optical head, and optical drive
JP2007323744A (ja) * 2006-06-01 2007-12-13 Funai Electric Co Ltd 光ピックアップ
JP2007323793A (ja) * 2006-06-05 2007-12-13 Sanyo Electric Co Ltd 光ピックアップ装置
US20080019232A1 (en) 2006-07-21 2008-01-24 Samsung Electronics Co., Ltd. Object lens and optical pick-up device having the same
JP2008192193A (ja) * 2007-01-31 2008-08-21 Toshiba Corp 光ヘッド装置及び光ディスク装置
EP2141702B1 (en) * 2007-04-27 2013-11-06 Konica Minolta Opto, Inc. Objective lens for optical pickup device, and optical pickup device
JP2009129502A (ja) * 2007-11-22 2009-06-11 Sony Corp 光ピックアップ及び光ディスク装置
JP5151443B2 (ja) * 2007-12-13 2013-02-27 株式会社リコー 光走査装置および光走査方法および画像形成装置
JP2009223946A (ja) * 2008-03-17 2009-10-01 Sanyo Electric Co Ltd 光ピックアップ装置
JP4650529B2 (ja) * 2008-07-04 2011-03-16 ソニー株式会社 光ピックアップ及びこれを用いた光ディスク装置
US8989597B2 (en) * 2009-11-06 2015-03-24 Xieon Networks S.A.R.L. Electrically controllable collimator in a laser resonator
JP5584552B2 (ja) * 2009-12-21 2014-09-03 Hoya株式会社 光情報記録再生装置用対物レンズ、及び光情報記録再生装置
JP5300769B2 (ja) * 2010-03-24 2013-09-25 Hoya株式会社 光情報記録再生装置用対物レンズ、及び光情報記録再生装置
JP2012104183A (ja) 2010-11-09 2012-05-31 Funai Electric Co Ltd 光ピックアップ
KR101727520B1 (ko) * 2010-12-17 2017-04-18 삼성전자주식회사 회절 소자를 갖는 광 픽업 장치 및 이를 구비한 광 기록 및 재생 장치
EP2503376B1 (de) * 2011-03-24 2020-02-19 Fisba Ag Vorrichtung und Verfahren zur Bilderfassung
CN103323933B (zh) * 2013-05-22 2015-05-20 中国科学院安徽光学精密机械研究所 一种适用于小型稀薄空气密度在线测量仪的接收物镜
WO2017041047A1 (en) 2015-09-04 2017-03-09 Kla-Tencor Corporation Method of improving lateral resolution for height sensor using differential detection technology for semiconductor inspection and metrology

Family Cites Families (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6222812B1 (en) 1996-08-29 2001-04-24 Samsung Electronics Co., Ltd. Optical pickup using an optical phase plate
US6304540B1 (en) 1998-03-30 2001-10-16 Samsung Electronics Co., Ltd. Optical pickup compatible with a digital versatile disk and a recordable compact disk using a holographic ring lens
JP3976457B2 (ja) 1998-10-28 2007-09-19 松下電器産業株式会社 光学ヘッド
ATE362172T1 (de) * 1999-01-22 2007-06-15 Konica Minolta Opto Inc Optische abtastvorrichtung zur informationsaufzeichnung und informationswiedergabe
JP2001093179A (ja) * 1999-09-21 2001-04-06 Pioneer Electronic Corp 光ピックアップ
KR100657251B1 (ko) * 2000-01-14 2006-12-19 삼성전자주식회사 광픽업장치
KR100848862B1 (ko) * 2000-09-04 2008-07-29 코닌클리케 필립스 일렉트로닉스 엔.브이. 광학 주사장치
ATE289444T1 (de) 2000-09-25 2005-03-15 Koninkl Philips Electronics Nv Optisches abtastgerät
ATE414977T1 (de) 2000-10-08 2008-12-15 Koninkl Philips Electronics Nv Optisches abtastgerät
KR100354771B1 (ko) * 2000-12-28 2002-10-05 삼성전자 주식회사 기록매체 두께 변화 검출 및/또는 그 두께 변화에 의해발생된 구면수차 보정 가능한 광픽업장치
US6873590B2 (en) * 2001-03-09 2005-03-29 Pentax Corporation Objective lens for optical pick-up
JP4610118B2 (ja) * 2001-03-30 2011-01-12 Hoya株式会社 光ヘッド用対物レンズ
JP2003167187A (ja) * 2001-06-20 2003-06-13 Konica Corp 対物レンズ、光ピックアップ装置及び記録・再生装置
US7362688B2 (en) 2001-09-20 2008-04-22 Koninklijke Philips Electronics N.V. Optical scanning device
CN1313846C (zh) * 2001-10-05 2007-05-02 松下电器产业株式会社 衍射光学元件及使用了该衍射光学元件的光学头
US7206276B2 (en) * 2001-10-12 2007-04-17 Konica Corporation Objective lens, optical element, optical pick-up apparatus and optical information recording and/or reproducing apparatus equipped therewith
JP4126530B2 (ja) 2002-03-20 2008-07-30 コニカミノルタホールディングス株式会社 収差補正素子、光ピックアップ装置及び記録再生装置
JP2004005943A (ja) 2002-04-26 2004-01-08 Konica Minolta Holdings Inc 記録再生用光学系、対物レンズ、収差補正用光学素子、光ピックアップ装置、及び記録再生装置
US7193954B2 (en) 2003-03-31 2007-03-20 Konica Minolta Holding, Inc. Optical pickup device and objective lens for the optical pickup device

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN100424767C (zh) * 2005-01-24 2008-10-08 三星电子株式会社 光学拾取装置
US7885165B2 (en) 2005-01-24 2011-02-08 Samsung Electronics Co., Ltd. Optical pick-up device
CN102341856A (zh) * 2009-03-02 2012-02-01 索尼计算机娱乐公司 光盘设备、其控制方法、程序以及信息记录介质
CN102341856B (zh) * 2009-03-02 2015-01-07 索尼电脑娱乐公司 光盘设备、其控制方法、程序以及信息记录介质
US8934323B2 (en) 2009-03-02 2015-01-13 Sony Corporation Optical disk device, control method therefor, program, and information recording medium
CN105321790A (zh) * 2014-05-26 2016-02-10 斯伊恩股份有限公司 离子注入装置
CN105321790B (zh) * 2014-05-26 2018-01-16 斯伊恩股份有限公司 离子注入装置

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US20040213131A1 (en) 2004-10-28

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