CN1697046B - 波长选择元件、物镜光学系统、光拾取和光盘驱动装置 - Google Patents

波长选择元件、物镜光学系统、光拾取和光盘驱动装置 Download PDF

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Abstract

一种光拾取装置具有：射出第一波长λ1的第一光束的第一光源；射出第二波长λ2(λ1＜λ2)的第二光束的第二光源；射出第三波长λ3(λ2＜λ3)的第三光束的第三光源；在第一～三光束共同的光程中配置至少一个光学元件。用第一光束对有厚度t1保护层的第一光盘进行信息记录和/或再现，用第二光束对有厚度t2(t2≥t1)的保护层的第二光盘进行信息记录和/或再现，用第三光束对有厚度t3(t3＞t2)的保护层的第三光盘进行信息记录和/或再现；光学元件有第一光学面，其有构成包括光学元件的光轴的中央区域的第一区域和位于第二区域的外侧的第二区域；第二区域对第三光束有遮光功能，有使第一、第二光束透过的遮光结构；通过第二区域的第三光束对在第三光盘进行记录和/或再现没有有效作用。

Description

波长选择元件、物镜光学系统、光拾取和光盘驱动装置
技术领域
本发明涉及用于对不同种类的光盘能够互换地进行信息记录和/或再现的光拾取装置中的合适的光学元件(以下，有时也称为波长选择元件)、物镜光学系统，以及光拾取装置、光盘驱动装置。
背景技术
现在，在光拾取装置中，作为用于对光盘上记录的信息进行再现和向光盘上进行信息记录的光源所使用的激光光源的短波化正在取得进展。例如，兰紫色半导体激光和利用第二谐波进行红外半导体激光的波长变换的兰紫色SHG激光等波长400～420nm的兰紫色激光光源不断被实用化。如果使用这些兰紫色激光光源，在使用和DVD(数字视频光盘)数值孔径(NA)相同的物镜光学系统时，对于直径12cm的光盘能够记录15～20GB的信息，当把物镜光学系统的NA提高到0.85时，对于直径12cm的光盘就能够记录23～25GB的信息。以下，在本申请书中，把使用兰紫色激光光源的光盘以及光磁盘统称为“高密度光盘”。
可是，只限于对该类型的高密度光盘能够适当地进行记录和/或再现，作为光盘再现和/或记录的产品，其价值不能说是完全的。现在，根据销售记录了各种各样信息的DVD和CD(小型光盘)的现实，只能够对高密度光盘进行信息的记录和/或再现是不够的。例如，要对于用户所有的DVD和CD都同样能够适当地进行信息的记录和/或再现，这才能达到提高高密度光盘用的光盘再现和/或记录装置作为商品的价值。根据这种背景，希望在高密度光盘用的光盘再现和/或记录装置中安装的光拾取装置，具有对高密度光盘和DVD、以至CD都保持着互换性，并且能够适当地进行记录和/或再现的性能。
在此，例如，在对高密度光盘和DVD、CD使用一个光拾取装置进行信息记录和/或再现时，存在对各光盘的数值孔径NA的数值，即高密度光盘是0.85、DVD是0.6、CD是0.45，不相同的问题。
因而，当想要使用同一物镜，对所有的光盘进行信息的记录和/或再现，在更换不同的光盘时，必须切换物镜光学系统的数值孔径。一般通过使光束直径变化进行数值孔径大小的切换。例如，考虑与向不同光盘切换的时间同步地驱动液晶快门，使通过该液晶快门的光束直径变化。
但是，在为了使光束直径变化而使用液晶快门的场合，需要用于控制液晶快门的电控系统，制造成本升高。另外，通过液晶快门的光是只具有规定振动方向的偏振光，因此，为了高效率地使照射光通过，必须考虑该照射光的振动方向进行设计，这就产生设计上的自由度被局限的问题。
对于上述问题，在特开平11-194207号公报(以下称专利文献1)中发表一种衍射型滤光器，其有构成滤光器的中央部分的第一区域和位于该滤光器中央部分的外侧的第二区域，在上述第一区域形成只对互相不同的两个波长的λ1、λ2的光波中的一种光具有像差校正功能的区域板，在上述第二区域形成只对于该两种波长λ1、λ2的光中的一种光实质上具有遮光功能的衍射光栅.如果使用上述的衍射型滤光器，则对于DVD、CD能够互换地进行信息的记录和/或再现.
但是，专利文献1所述的衍射型滤光器是对应于两种不同波长光束的滤光器，例如，应用于对高密度光盘、DVD、CD三种以上的光盘进行信息记录和/或再现的光拾取装置中不合适。
发明内容
本发明以现在的问题为鉴，提供对于三种不同的光盘能够适当地进行信息的记录和/或再现并且实现小型化的光拾取装置和光盘驱动装置，并且其中使用的物镜光学系统和光学元件。
本发明的第一项是光拾取装置，其具有：射出第一波长λ1的第一光束的第一光源；射出第二波长λ2(λ1＜λ2)的第二光束的第二光源；射出第三波长λ3(λ2＜λ3)的第三光束的第三光源；射入上述第一光束、第二光束和第三光束的至少一个光学元件，该光拾取装置用上述第一光束，对具有厚度为t1的保护层的第一光盘进行信息的记录和/或再现，用上述第二光束对具有厚度为t2(t1≥t1)的保护层的第二光盘进行信息的记录和/或再现，用上述第三光束，对具有厚度为t3(t3＞12)的保护层的第三光盘进行信息的记录和/或再现。
在上述光拾取装置中，上述光学元件具有第一光学面，其具有构成包括上述光学元件的光轴的中央区域的第一区域和位于上述第一区域的外侧的第二区域；上述第二区域对上述第三光束实质地具有遮光功能，具有使上述第一光束和第二光束透过的第二相位结构；通过上述第二区域的上述第三光束对于在上述第三光盘进行记录和/或再现没有有效的作用。
本发明的第二项是物镜光学系统，其被用于利用第一波长λ1的第一光束、第二波长λ2(λ1＜λ2)的第二光束和第三波长λ3(λ2＜λ3)的第三光束，分别对第一光盘、第二光盘和第三光盘进行记录和/或再现的光拾取装置中。
上述物镜光学系统具有第一光学面，其具有构成包括上述物镜光学系统的光轴的中央区域的第一区域和位于上述第一区域的外侧的第二区域；上述第二区域对上述第三光束具有实质的遮光功能，具有使上述第一光束和第二光束透过的第二相位结构；通过上述第二区域的上述第三光束对于在上述第三光盘进行记录和/或再现没有有效的作用。
本发明的第三项是光拾取装置用光学元件，其是利用第一波长λ1的第一光束、第二波长λ2(λ1＜λ2)的第二光束和第三波长λ3(λ2＜λ3)的第三光束，分别对第一光盘、第二光盘和第三光盘进行记录和/或再现的光拾取装置用的光学元件。
上述光学元件具有第一光学面，其具有构成包括上述光学元件的光轴的中央区域的第一区域和位于上述第一区域的外侧的第二区域；上述第二区域对上述第三光束实质地具有遮光功能，具有使上述第一光束和第二光束透过的第二相位结构；通过上述第二区域的上述第三光束对于在上述第三光盘进行记录和/或再现没有有效的作用。
本发明的第四项是光盘驱动装置，其具有上述第一项的光拾取装置和使上述光拾取装置在光盘半径方向上自由移动的驱动装置，由上述光拾取装置进行信息的记录和/或再现。
附图说明
图1是表示光学元件(波长选择元件)的一例的剖面图；
图2是表示光学元件(波长选择元件)的另一例的剖面图；
图3是表示涉及本实施方式的光拾取装置PU的结构的示意图。
具体实施方式
参照图1，说明本发明的光学元件(波长选择元件)的一例。图1中示意地表示的波长选择元件WSE，参照图3如后所述，与聚光元件CE一起构成物镜光学系统OBJ。波长选择元件WSE的光盘侧的光学面S2被分割为，构成包括光轴的中央部分、对应数值孔径NA3的第一区域R1和位于该第一区域R1的外侧的第二区域R2；在第一区域R1形成不衍射第一光束和第二光束、衍射第三光束的相位结构D1(以下，有时也称为第一相位结构)；在第二区域R2形成使第一光束和第二光束透过、只对第三光束有实质的遮光功能的遮光结构T。
在此，“具有实质的遮光功能”是指，通过遮光结构T的光束对于在光盘上进行记录和/或再现没有有效的作用。作为遮光结构T，例如，由使通过上述遮光结构T的光束衍射，而使得对于光盘进行记录和/或再现不起作用的结构和对于射入上述遮光结构T的光束产生光程差而使相位产生偏差，由此，使通过上述遮光结构T的凸部和凹部的光束之间互相抵消，这样使对于光盘进行记录和/或再现不起作用等的结构。
上述遮光结构T既可以在第二区域R2全体上设置，也可以在第二区域R2的一部分上设置。
在本发明中，相位结构对于特定的光束“具有像差校正功能”的意思是表示，上述相位结构对于通过上述相位结构的上述特定的光束，具有减小由上述特定的光束在光盘上形成的光点的波面上的像差的作用。
在本发明中使用的相位结构或者遮光结构的形状，只要具有上述的作用就行，没有特别地限制，例如，有包括光轴的剖面形状是矩形图形并排列成同心圆状的结构。
该矩形图形的层差，根据对通过相位结构或者遮光结构的光束应该施加的作用，能够适当设定。
例如，当上述相位结构或遮光结构的层差高度为d、通过相位结构D1的光束的波长为λ、波长选择元件WSE对波长λ的光束的折射率为N时，能够用下式所示的x设计层差的高度。
x＝(d×(nλ-1))/λ；
当使通过上述相位结构或遮光结构的波长λ的光束透过时，满足下式是理想的。
0≤|INT(x)-1|≤0.1
在此，INT(x)表示最接近于自然数。通过设定为这样的层差，由层差产生的光程差大体是波长λ的整数倍，通过相位结构或遮光结构的波长λ的光束，不受任何作用地能够按原样透过。
另外，例如，还考虑要使x满足下式这样地构成层差。
0.4≤|INT(x)-1|≤0.6
在设定这样高度的层差时，因为层差的高度大体是波长λ的半整数倍，所以，相位结构对于通过相位结构的λ的光束，使通过矩形图形的凹凸部的光束的相位只形成π偏移量.因而，射入相位结构D1的光束，其光量的几乎全部被分成1级衍射和-1级衍射而光束被弯曲.
相位结构和遮光结构中的层差的高度不局限于这些，能够按照对通过的光束的作用，适当设定。
当在多条通过的光束通过的位置上形成上述相位结构和遮光结构的场合，对各个光束组合上述的关系，这样，由于使一部分光束实质地透过，使其他光束衍射，而施加像差校正作用或能够实质地施加遮光作用。
参照图1进一步说明具体的结构。相位结构D1，例如，有包括光轴的剖面形状是矩形的图形并排列在同心圆上的结构，设定矩形图形的层差d1为满足d1＝5·λ1/(N1-1)≈3·λ2/(N2-1)≈2.5·λ3/(N3-1)的高度。在此，N1是波长选择元件WSE对第一波长λ1的折射率，N2是波长选择元件WSE对第二波长λ2的折射率，N3是波长选择器WSE对第三波长λ3的折射率。
因而，由该层差d1产生的光程差是第一波长λ1的5倍、是第二波长λ2的3倍，因而，第一光束和第二光束不受相位结构D1的任何作用，按照原样透过。
另一方面，由该层差d1产生的光程差是第三波长λ3的半整数倍，因而，通过矩形图形的凹凸部的第三光束的相位只偏差π，因此，射入相位结构D1的第三光束，其光量几乎全部被分为1级衍射光和-1级衍射光。设计相位结构D1，要使其中的1级衍射光在第三光盘(例如CD)的信息记录面(RL3)上聚光。在此，在相位结构D1的近轴位置的衍射光焦度为负，射入相位结构D1的第三光束，被变换成发散光束，射入聚光元件CE。此时，由聚光元件CE的倍率变化产生的校正不足方向的球面像差和由于高密度光盘的保护层和CD的保护层的厚度不同产生的校正过剩方向的球面像差互相抵消。在球面像差被校正的状态下，第三光束的1级衍射光在第三光盘(例如CD)的信息记录面(RL3)上聚光。在此，衍射光焦度PD，由后述的光程差函数φ的2级的衍射面系数B2和在对光盘进行信息的记录和/或再现中使用的衍射光的衍射级数dor，定义为：PD＝-2·dor·B2。在本申请书中，“衍射而变换为发散光束”是指，由上式定义的衍射光焦度为负。
另外，遮光结构T也和相位结构D1相同地是，包括光轴的剖面形状是矩形图形并排列在同心圆上的结构，设定矩形图形的层差d2为满足d2＝5·λ1/(N1-1)≈3·λ2/(N2-1)≈2.5·λ3/(N3-1)的高度。
由与相位结构D1相同的原理，第一光束和第二光束不受遮光结构T的任何作用，按原状态透过。
另一方面，在遮光结构T当以凹凸部为1周期时，该1周期的宽度要成周期地排列矩形图形(图1中使周期的宽度一定)，因此，射入遮光结构T的第三光束受衍射作用，其光量几乎全部被分为1级衍射光和-1级衍射光。设计遮光结构T要使该±1级衍射光成为在充分离开由相位结构D1在第三光信息记录媒体(例如CD)的信息记录面(RL3)上形成的光点的位置上扩展的光斑成分。这样，通过遮光结构T的第三光束对在第三光盘(例如CD)上进行记录再现不起有效的作用，因而，遮光结构T具有对应数值孔径NA3的数值孔径限制功能。
另外，在图1的波长选择元件WSE中，要使遮光结构T的凹凸部的一周期的宽度为一定那样地排列为矩形图形.该排列只要具有使第三光束受到衍射作用，进而，使通过遮光结构T的第三光束的衍射光在充分离开光点的位置具有扩展的周期性就可以，除一周期的宽度为一定地排列之外，一周期的宽度越向外周就越减小的排列和一周期的宽度越向外周就越增大的排列都可以.
另外，在波长选择元件WSE的光源侧的光学面S1上，形成不使第一光束和第三光束衍射并使第二光束衍射的第二相位结构D2。第二相位结构D2是包括光轴的剖面形状为台阶形图形并排列在同心圆上的结构，是对规定平面的个数的每一个(在图1中是5个平面的每一个)，只使对应于该平面数量的层数(图1中是4层)的高度的层位移，由其形状看称为锯齿型。
另外，至于包括光轴的剖面形状是台阶形图形并排列在同心圆上的结构有两种例子，一种是上述的锯齿型，一种是毗邻的平面的层差总是一层，称这种为连续型。另外，图1中，例示了采用锯齿型的场合。
图1所示的锯齿型和连续型相比，具有伴随射入光束的波长变化的球面像差变化小的优点。这里所说的射入光束的波长变化是由半导体激光光源的固体分散和温度变化产生。在每一种类型，伴随波长的变化，在每一层各产生微小的波面偏移，在连续型，这种偏移放大地看，平滑地连接，因此，产生大的球面像差。另一方面，在锯齿型中，在每一规定层差(在图1中是4层)中，在平面位移的部分波面的偏移被中途切断，因此，如果放大来看，则不产生球面像差。
在此，设定台阶形图形的层差d3为满足d3＝2·λ1/(N1-1)≈1.2·λ2/(N2-1)≈1·λ3/(N3-1)的高度。这里，N1是波长选择元件WSE对第一波长λ1的折射率，N2是波长选择元件WSE对第二波长λ2的折射率，N3是波长选择元件WSE对第三波长λ3的折射率。
由该层差d3产生的光程差是第一波长λ1的两倍，是第三波长λ3的一倍，因而，第一光束和第三光束不受第二相位结构D2的任何作用，按原来的状态透过。
另一方面，由该层差d3产生的光程差是第二波长λ2的1.2倍，因而，通过层差前后的平面的第二光束的相位只偏差2π/5。因为一个锯齿被分为5份，所以在一个锯齿中，第二光束的相位正好偏差5×2π/5＝2π而产生1级衍射光。在此，在相位结构D1的近轴位置的衍射光焦度为负，射入相位结构D1的第三光束变换为发散光束，射入聚光元件CE。此时，由于聚光元件CE的倍率变化产生的校正不足方向的球面像差和由于高密度光盘的保护层和DVD的保护层的厚度不同产生的校正过剩方向的球面像差互相抵消，在球面像差被校正的状态，第二光束的+1级衍射光在第二光盘(例如DVD)的信息记录面(RL2)上聚光。
另外，第二相位结构D2只在对应于数值孔径NA2内的区域形成，由高密度光盘的保护层和DVD的保护层的厚度不同产生的球面像差，在由数值孔径NA2向外侧的区域不被校正，因此，通过由数值孔径NA2向外侧的区域的第二光束成为在充分离开在第二光盘(例如DVD)的信息记录面(RL2)上形成的光点的位置上扩散的光斑成分。因而，在本实施方式的光拾取装置PU中使用的波长选择元件WSE不仅有对应于第三光盘(例如CD)的数值孔径NA3的孔径限制功能，也有对应于第二光盘(例如DVD)的数值孔径NA2的孔径限制功能，因而，能够实现光拾取装置的结构的简洁化和减少零件数量。
在本实施方式中，理想的是，在上述第二区域形成的遮光结构T，其包括光轴的剖面形状是矩形图形、大体排列成同心圆形的结构.
在涉及本实施方式的光拾取装置中，进而，当设上述光学元件对于第三光束的折射率为n3时，以下式表示的x3，
x3＝(d2×(n3λ3-1))/λ3；
满足以下的关系式是理想的，
0.4≤|INT(x3)-x3|≤0.6，
但是，INT(x3)代表最接近于x3的自然数。
另外，上述第一波长λ1和第二波长λ2满足以下的关系是理想的，此时，上述INT(x1)和INT(x2)满足以下的关系是更理想的方式。
INT(x1)＝5
INT(x2)＝3。
另外，上述矩形图形既可以周期地排列，也可以非周期地排列。
在本实施方式中，理想的方式之一是，上述第二区域还具有在上述第一区域的外侧毗连的第2(a)区域和位于该第2(a)区域的外侧的第2(b)区域；上述遮光结构只在上述第2(a)区域和上述第2(b)区域中的任何一个的区域上形成；另一个的区域是不形成上述遮光结构的连续面。
参照图2说明本发明的光学元件(波长选择元件)的另一例。图2的波长选择元件WSE的光盘侧的光学面S2，被分割成，构成包括光轴的中央部分的、对应于数值孔径NA2内的第一区域R1和位于该第一区域R1的外侧的第二区域R2；第二区域R2还具有毗连在第一区域R1的外侧的第2(a)区域R2(a)和位于第2(a)区域R2(a)的外侧的第2(b)区域R2(b)。
在第一区域R1上，形成不衍射第一光束和第三光束、衍射第二光束的相位结构D1，在光源侧的光学面S1上，形成不衍射第一光束和第二光束，而衍射第三光束的第二相位结构D2。图2的波长选择元件WSE的相位结构D1和第二相位结构D2的各个功能和结构分别和图1的波长选择元件WSE的第二相位结构D2和相位结构D1相同，因而，在此省略其详细的说明。
在图2的波长选择元件WSE中，在第2(b)区域R2(b)内形成，使第一光束和第二光束透过，只对第三光束具有实质的遮光功能的遮光结构T；该遮光结构T是，包括光轴的剖面形状是矩形图形并排列在同心圆上的结构，矩形图形的层差d1与图1的波长选择元件WSE的遮光结构T相同地被设定为，满足d1＝5·λ1/(N1-1)≈3·λ2/(N2-1)≈2.5·λ3/(N3-1)的高度。因而，第一光束和第二光束不受该遮光结构T的任何作用，按原样透过。
而且，当以凹凸部为1周期时，该矩形图形被非周期地排列，要使第三光束的±1级衍射光的衍射效率充分地变小。由于这样地非周期地排列凹凸部，射入遮光结构T的第三光束不受衍射作用地按原状态直行，然而，由于层差d1的高度为第三波长λ3的半整数倍，所以通过毗连的凹凸部的波面的相位的偏差为π，通过毗连的凹凸部的波面的相位互相抵消。结果，由射入遮光结构T的第三光束的0级衍射光(非衍射光)形成的光点上的光的强度非常地低，能够使遮光结构T具有对应于数值孔径NA3的孔径限制功能。
另外，当矩形图形有形状误差时，由于该误差部分的散射影响，射入光束的透过率变低，形成遮光结构T的区域越大，该透过率降低越大.另外，为了使遮光结构T具有对应数值孔径NA3的孔径限制功能，必须要至少遮挡通过数值孔径NA3的外侧区域的光线中的、聚集在第三光盘(例如CD)的信息记录面(RL3)上形成的光点附近的光线.
在图2的波长选择元件WSE，由于通过第2(b)区域R2(b)的光线聚集在光点附近、通过第2(a)区域R2(a)的光线在离开光点充分远的位置扩散，因此，只在第二(b)区域R2(b)形成遮光结构T，第二(a)区域R2(a)构成不形成遮光结构T的连续面。由此，具有对应于数值孔径NA3的孔径限制功能，并且，减小由于矩形的图形中的形状误差产生的透过率下降的影响。
另外，理想的是，与图2的波长选择元件WSE相反，在通过第2(a)区域R2(a)的光线聚集在光点附近、通过第2(b)区域R2(b)的光线在充分远离光点的位置扩散的场合，只在第二(a)区域R2(a)上形成遮光结构T，把第二(b)区域R2(b)成为不形成遮光结构T的连续面。
在本实施方式，由在上述第一区域形成的相位结构进行像差校正的光束是上述第二光束和上述第三光束之中的一种光束是理想的。
上述相位结构理想的是，使上述第二光束和第三光束的至少一方光束衍射、使散射角度增大，由此，进行像差校正。
另外，更理想的方式之一是，上述波长选择元件，在与上述光源侧的光学面S1不同的光学面S2上，有构成包括上述光学元件的光轴的中央区域的第三区域，上述第三区域具有第二相位结构，该第二相位结构具有对上述第二或者第二光束中的不由上述相位结构进行像差校正的光束的像差校正功能。
理想的方式之一是，上述波长选择元件的第二相位结构，使不由上述相位结构进行像差校正的光束衍射，使散射角增大，由此，进行像差校正。
更理想的是，上述波长选择元件，既可以是聚光镜物镜，也可以是物镜之外另设的透镜。在上述波长选择元件是物镜之外另设的透镜的场合，上述波长选择元件和上述物镜要保持相互之间的位置关系不变。
另外，上述波长选择元件是树脂材料制成是理想的方式之一。
在上述波长选择元件中，在玻璃基板上形成构成上述相位结构和遮光结构的树脂层。
所有的光学树脂和光学玻璃都能用于制作波长选择元件WSE，但是，为了形成细微结构的遮光结构T、相位结构D1和第二相位结构D2，在熔化状态粘性小的材料、即光学用树脂(称为光学树脂)是合适的材料。和使用光学玻璃的场合相比，使用光学树脂，能够以低成本大量生产性能稳定的元件。另外，因为重量轻，所以驱动物镜光学系统OBJ的驱动器AC1(参照图3)的驱动力小就可以。另外，当在玻璃基板上层积形成遮光结构T、相位结构D1和第二相位结构D2的树脂层，而形成所谓混合结构的波长选择元件WSE时，作为树脂层，使用紫外线硬化树脂适宜制造。
在本申请书中，把使用兰紫色半导体激光和兰紫色SHG激光作为信息记录和/或再现用光源的光盘统称为“高密度光盘”，除由NA0.85的物镜光学系统进行信息的记录和/或再现、保护层厚度是0.1mm左右规格的光盘(例如，兰光盘，略称为BD)之外，也包括由NA0.65～0.67的物镜光学系统进行信息记录和/或再现、保护层厚度是约0.6mm左右的光盘(例如简称为HD、DVD、HD).另外，除在信息记录面上有这种保护层的光盘之外，也包括在信息记录面上有数nm～数十nm厚度的保护膜的光盘和保护层或保护膜厚度为零的光盘.另外，在本申清书中，高密度光盘中也包括使用兰紫色半导体激光和兰紫色SHG激光作为信息记录和/或再现用光源的光磁盘.
另外，在本申请书中，DVD是DVD-ROM、DVD-Video、DVD-Audio、DVD-RAM、DVD-R、DVD-RW、DVD+R、DVD+RW等DVD系列光盘的总称。CD是CD-ROM、CD-Audio、CD-Video、CD-R、CD-RW等CD系列光盘的总称。关于记录密度，高密度光盘最高，依次是DVD、CD逐渐降低。
另外，在本申请书中“物镜光学系统”是指：在光拾取装置中，配置在与光盘相对的位置，至少包括具有把从光源射出的波长互相不同的光束在记录密度互相不同的各个光盘的信息记录面上进行聚光的功能的聚光元件的光学系统。
另外，在有与上述的聚光元件形成一体，由驱动机构进行跟踪和聚焦的光学元件的场合，由这些光学元件和聚光元件构成的光学系统成为物镜光学系统。当物镜光学系统这样地由多个光学元件构成时，理想的是，可以在聚光元件的光学面上形成相位结构，然而，为了减少由相位结构的层差部分造成的光束被去掉的影响，在聚光元件以外的光学元件的光学面上形成相位结构。
以下，参照附图说明本发明的实施方式。首先，参照图1说明使用涉及本发明的实施方式的波长选择元件的光拾取装置。
图3是表示对BD、DVD和CD都能适当地进行信息记录和/或再现的光拾取装置PU的结构的示意图。BD的光学规格是：第一波长λ1＝405nm、保护层PL1的厚度t1＝0.1mm、数值孔径NA1＝0.85；DVD的光学规格是：第二波长λ2＝658nm、保护层L2的厚度t2＝0.6mm、数值孔径NA2＝0.60；CD的光学规格是：第三波长λ3＝785nm、保护层PL3的厚度t3＝1.2mm、数值孔径NA3＝0.45。但是，波长、保护层厚度和数值孔径的组合不局限于这些。
光拾取装置的结构包括：兰紫色半导体激光源LD1(第一光源)，其在对BD进行信息的记录和/或再现时发光、射出405nm的激光光束(第一光束)；DVD和/或CD用激光源单元LU，其把在对DVD进行信息的记录和/或再现时发光、射出655nm激光束(第二光束)的第一发光点(第二光源)EP1和在对CD进行信息的记录时发光、射出785nm的激光束(第三光束)的第二发光点(第三光源)EP2安装在一个芯片上制成；BD和/或DVD和/或CD共用的光检测器PD；物镜光学系统OBJ，其由波长选择元件WSE和具有使透过该波长选择元件WSE的激光束在信息记录面RL1、RL2、RL3上聚光的功能的、两面形成非球面的聚光元件CD构成；两轴驱动器AC1；单轴驱动器AC2；由近轴光焦度是负的第一透镜EXP1和近轴光焦度是正的第二透镜EXP2构成的扩束镜EXP；第一偏振光束分光器BS1；第二偏振光束分光器BS2；第一准直透镜COL1；第二准直透镜COL2；第三准直透镜COL3；用于对由信息记录面RL1、RL2和RL3反射的光束施加像散的检测透镜SEN。另外，作为BD用的光源，除上述兰紫色半导体激光LD1之外，也可以使用兰紫色SHG激光。
在光拾取装置PU中，当对BD进行信息的记录和/或再现时，如图3中用实线画的其光线路径那样，首先使兰紫色半导体激光器LD1发光.从兰紫色半导体激光源LD1射出的分散光束，由第一准直透镜COL1变换成平行光束后，被第一偏振光束分光器BS1反射，通过第二偏振光束分光器BS2，透过第一透镜EXP1、第二透镜EXP2，由此，被扩径之后，利用物镜光学系统OBJ，通过BD的保护层PL1，在信息记录面RL1上形成为光点.物镜光学系统OBJ通过配置在其周边的两轴驱动器能够进行聚焦和跟踪.
在信息记录面RL1由信息凹坑调制的反射光束，再透过物镜光学系统OBJ、第二透镜EXP2、第一透镜EXP2、第二偏振光束分光器BS2、第一偏振光束分光器BS1之后，在通过第三准直透镜COL3时成为收敛光束，由检测透镜SEN施加像散，聚集在光检测器PD的光接收面上。而且，能够用光检测器PD的输出信号读取记录在BD上的信息。
另外，在光拾取装置PU中，当对DVD进行信息的记录和/或再现时，使发光点EP1发光。从发光点EP1射出的发散光束，如图3中用虚线描画其光线路径那样，由第二准直透镜COL2变换成平行光束之后，被第二偏振光束分光器BS2反射，透过第一透镜EXP1、第二透镜EXP2，由此，被扩径，由物镜光学系统OBJ，通过DVD的保护层PL2，在信息记录面RL2上形成为光点。物镜光学系统CBJ通过配置在其周边的两轴驱动器AC1进行聚焦和跟踪。
在信息记录面RL2由信息凹坑调制的反射光束，再透过物镜光学系统OBJ、第二透镜EXP2、第一透镜EXP1、第二偏振光束分光器BS2、第一偏振光束分光器BS1之后，在通过第三准直透镜COL3时成为收拢光束，由检测透镜SEN施加像散，聚集在光检测器PD的光接收面上。而且，能够利用光检测器PD的输出信号读取记录在DVD上的信息。
另外，在光拾取装置PU中，当对CD进行信息的记录和/或再现时，使发光点EP2发光。从发光点EP2射出的发散光束，如图3中用点划线描画其光线路径那样，由第二准直透镜COL2变换成平行光束之后，被第二偏振光束分光器BS2反射，透过第一透镜EXP1、第二透镜EXP2，由此，被扩径，由物镜光学系统OBJ、通过CD的保护层PL3，在信息记录面RL3上形成为光点。物镜光学系统OBJ通过配置在其周边的两轴驱动器AC1进行聚焦和跟踪。
在信息记录面RL2由信息凹坑调制的反射光束，再透过物镜光学系统OBJ、第二透镜EXP2、第一透镜EXP1、第二偏振光束分光器BS2、第一偏振光束分光器BS1之后，在通过第三准直透镜COL3时成为收拢光束，由检测透镜SEN施加像散，聚集在检测器PD的光接收面上。而且，能够利用光检测器PD的输出信号读取记录在CD上的信息。
在本实施方式的光拾取装置中，波长选择元件WSE和BD专用透镜、即聚光元件CE，通过连接部件B同轴地形成一体。具体地是，在圆筒形的连接部件B的一端上嵌合固定波长选择元件WSE，在另一端上嵌合固定聚光元件CE，把这些零件沿着光轴x同轴地构成一体。另外，在把波长选择元件WSE和聚光元件CE形成一体时，要保持波长选择元件WSE和聚光元件CE的相互的位置关系不变就可以，除上述地通过连接部件B的方法之外，把波长选择元件WSE和聚光元件CE的各自的法兰部之间嵌合固定的方法也可以。
由于这样地保持波长选择元件WSE和聚光元件CE的相互的位置关系不变，能够抑制聚焦和跟踪时产生像差，能够获得良好的聚焦特性和跟踪特性。
另外，通过由单轴驱动器AC2在光轴方向驱动扩束透镜EXP的第一透镜EXP1，能够校正在BD的信息记录面RL1上形成的光点的球面像差。由第一透镜EXP1的位置调节校正的球面像差产生的原因，例如，是：由于兰紫色半导体激光源LD1的制造误差产生的波长偏差；伴随温度变化产生的物镜透镜系统的折射率变化和折射率分布；两层光盘、4层光盘等多层光盘的信息记录层间的聚焦的突变；由于BD保护层的制造误差造成的厚度不均匀和厚度分布等。另外，取代第一透镜EXP1，形成在光轴方向驱动第二透镜EXP2或者第一准直透镜COL1的结构，也能够校正在BD的信息记录面RL1上形成的光点的球面像差。
另外，在以上的说明，是形成通过在光轴方向驱动第一透镜EXP1，校正在BD的信息记录面RL1上形成的光点的球面像差的结构.然而，也可以形成，校正在DVD的信息记录面RL2上形成的光点的球面像差，进而，也可以校正在CD的信息记录面RL3上形成的光点的球面像差的结构.
另外，在本实施方式，使用把第一发光点EP1和第二发光点EP2形成在一个芯片上的DVD和/或CD用激光源单元LU。然而，也不局限于此，也可以把射出BD用的波长405nm激光束的发光点形成在同一芯片上，使用这样形成的BD和/或DVD和/或CD用的一芯片激光源单元。或者，使用把兰紫色半导体激光、红色半导体激光和红外半导体激光的三种激光源收纳在一个框体内，形成的BD和/或DVD和/或CD用的一壳体的激光源单元也可以。
另外，在本实施方式中，形成分别配置光源和光检测器PD的结构。然而，也不局限于此，也可以使用把光源和光检测器集成化的激光源模块。
另外，在本实施方式，形成把波长选择元件WSE和聚光元件CE作为单个的光学元件分别配置的结构。然而，也不限于此，也可以在聚光元件CE的光学面上形成相位结构D1、遮光结构T和第二相位结构D2，由此，可以使聚光元件CE具有波长选择元件WSE的功能，而作为物镜光学系统OBJ使用。
实施例
(数值实施例)
以下，举例表示由图1所示的波长选择元件WSE和聚光元件CE构成，并且，用于图3的光拾取装置中的物镜光学系统OBJ的具体的数值实施例。另外，波长选择元件WSE和聚光元件CE是树脂材料制。聚光元件CE也可以是玻璃制。透镜数据和规格示于表1。在表1中，r(mm)是曲率半径；d(mm)是透镜间隔；NBD、NDVD、NCD分别是透镜对第一波长λ1(＝408nm)、第二波长λ2(＝658nm)、第三波长λ3(＝785nm)的折射率；Vd是d线透镜的阿贝数；dorBD、dorDVD、dorCD分别是对BD记录和/或再现使用的衍射光的衍射级数、对DVD记录和/或再现使用的衍射光的衍射级数、对CD记录和/或再现使用的衍射光的衍射级数。另外，规定用E表示10的次方，例如2.5×10-3表示为2.5E-3。
表1
(近轴数据)
Figure G2005100696080D00151
d4 BD＝0.7187，d4 DVD＝0.4851，d4 CD＝0.3170，d5 BD＝0.0875，d5DVD＝0.6000，d5CD＝1.2000
(非球面系数)
  第三面   第四面
  κ   -0.652486   -43.575572
  A4   0.77549E-02   0.97256E-01
  A6   0.29588E-03   -0.10617+00
  A8   0.19226E-02   0.81812E-01
  A10   -0.12294E-02   -0.41190E-01
  A12   0.29138E-03   0.11458E-01
  A14   0.21569E-03   -0.13277E-02
  A16   -0.16850E-03   0.0000E+00
  A18   0.44948E-04   0.0000E+00
  A20   -0.43471E-05   0.0000E+00
(衍射面系数)
  第一面   第二面
  dor<sub>BD</sub>/dor<sub>DVD</sub>/dor<sub>CD</sub>   0/1/0   0/0/1
  λB   658nm   785nm
  B2   0.36500E-02   0.22000E-01
  B4   -0.10196E-02   -0.16995E-02
  B6   0.16630E-04   0.76582E-03
  第一面   第二面
  B8   -0.93691E-04   -0.27689E-03
  B10   0.90441E-05   0.23084E-04
在本实施例，用以下的光程差函数φ(mm)表示由相位结构D1和第二相位结构对射入光束施加的光程差。
(光程差函数)
φ＝λ/λB×dor×(B2y2+B4y4+B6y6+B8y8+B10y10)；
式中：φ是光程差函数；λ是射入衍射结构的光束的波长；λB是制造波长；dor是在对光盘的记录和/或再现中使用的衍光的衍射级数；y是距光轴的距离；B2、B4、B6、B8、B10是衍射面系数。
另外，把表1所示系数分别代入以下的非球面表现式，用所得数式规定物镜系统的光学面，其被形成为在光轴的周围轴对称的非球面。
(非球面表现式)
Z＝(y2/R)/[1+√{1-(K+1)(y/R)2}]+A4y4+A6y6+A8y8+A10y10+A12y12+A14y14+A16y16+A18y18+A20y20；
式中：Z是非球面形状(从非球面的面顶点沿光轴方向的距离)；
y是距光轴的距离；R是曲率半径；K是2级曲线系数；
A4、A6、A8、A10、A12、A14、A16、A18、A20是非球面系数。
在波长选择元件WSE的光盘侧的第一区域R1(对应于NA3内的区域)上形成的相位结构D1是排列矩形图形的结构，设定其高度Δ1为3.89μm。另外，在对应由NA3向外侧的区域、即第二区域R2上，形成遮光结构T，其是排列和相位结构相同高度的矩形图形的结构，凹凸部一周期的宽度被设定为10μm，该宽度在第二区域R2内为一定的。另外，在波长选择元件WSE的光盘侧的光学面S2中，第一区域R1的直径是2.22mm。
另外，在本数值实施例中，通过第二区域R2周边部的光线聚集在光点附近，通过第二区域R2的内侧(和第一区域R1接近侧)的光线在充分远离光点的位置扩散，因此，如图2所示，把第二区域R2分割成毗连第一区域R1的外侧的第二(a)区域R2(a)和位于第二(a)区域R2(a)的外侧的第二(b)区域R2(b)，只在第二(b)区域R2(b)上形成遮光结构T，第二(a)区域R2(a)构成不形成遮光结构T的连续面，即使形成这样的结构，也能够使遮光结构T具有对应于数值孔径NA3的孔径限制功能。
另外，在本数值实施例的物镜光学系统OBJ，在聚光元件CE的光源侧光学面S3的面顶点位置，配置对应于NA1＝0.85的直径3.74mm的光阑STO，因而，通过了波长选择元件WSE的第一光束乃至第三光束由该光阑限制光束直径。另外，把BD、DVD、CD在分别使用时的数值孔径和入瞳直径表示于表2。
表2
                    BD          DVD         CD
波长(nm)            408         658         785
数值孔径            0.85        0.60        0.45
入瞳直径(mm)        3.74        2.75        2.22
根据本发明，能够提供对于三种不同的光盘能够适当地进行信息的记录和/或再现，并且实现小型化的光拾取装置和光盘驱动装置及其使用的物镜光学系统、波长选择元件。

Claims (20)

1.一种光拾取装置，其具有：射出第一波长λ1的第一光束的第一光源；射出第二波长λ2的第二光束的第二光源；射出第三波长λ3的第三光束的第三光源；在上述第一光束、第二光束和第三光束的共同的光程中配置的至少一个光学元件，其特征在于：上述光拾取装置用上述第一光束对具有厚度t1的保护层的第一光盘进行信息的记录和/或再现，用上述第二光束对具有厚度t2的保护层的第二光盘进行信息的记录和/或再现，用上述第三光束对具有厚度t3的保护层的第三光盘进行信息的记录和/或再现；
上述光学元件具有第一光学面，该第一光学面具有构成包括上述光学元件的光轴的中央区域的第一区域和位于上述第一区域的外侧的第二区域；
在上述第一区域上与空气接触形成第一相位结构，该第一相位结构对于上述第一光束乃至上述第三光束中的至少一个光束具有像差校正功能；
上述第二区域，对上述第三光束具有实质的遮光功能，具有使上述第一光束和第二光束透过的遮光结构；
上述遮光结构为与空气接触形成；
上述遮光结构为包含光轴的剖面形状形成矩形图形并排列成同心圆形的结构；
上述矩形图形为一周期的宽度越向外周就越减小的结构；
通过上述第二区域的上述第三光束对在上述第三光盘进行记录和/或再现没有有效的作用；上述光拾取装置满足以下条件式：λ1＜λ2，λ2＜λ3，t2≥t1，t3＞t2。
2.如权利要求1所述的光拾取装置，其特征在于：上述光学元件在与上述第一光学面不同的第二光学面上，具有构成包括上述光学元件的光轴的中央区域的第三区域；
上述第三区域具有第二相位结构，其对于上述第一～第三光束中的至少一个光束具有像差校正的功能。
3.如权利要求1所述的光拾取装置，其特征在于：上述光学元件在与上述第一光学面不同的第二光学面上，具有构成包括上述光学元件的光轴的中央区域的第三区域，上述第三区域具有第二相位结构，其对于通过上述第一区域的上述第一～第三光束中的至少一个光束具有像差校正功能。
4.如权利要求1所述的光拾取装置，其特征在于，当设上述遮光结构的层差高度为d2、上述光学元件对上述第三光束的折射率为n3时，用下式表示的x3：
x3＝(d2×(n3-1))/λ3；
满足以下的关系式：
0.4≤|INT(x3)-x3|≤0.6；
其中，INT(x3)表示最接近于x3的自然数。
5.如权利要求1所述的光拾取装置，其特征在于，上述第一波长λ1和第二波长λ2满足以下的关系式：
390nm≤λ1≤420nm；
630nm≤λ2≤680nm。
6.如权利要求5所述的光拾取装置，其特征在于，当设上述遮光结构的层差高度为d2，上述光学元件对上述第一光束的折射率为n1、上述光学元件对上述第二光束的折射率为n2时，用下式表示的x1、x2：
x1＝(d2×(n1-1))/λ1；
x2＝(d2×(n2-1))/λ2；
满足以下的关系：
INT(x1)＝5；INT(x2)＝3；
其中，INT(x1)表示最接近于x1的自然数，INT(x2)表示最接近于x2的自然数。
7.如权利要求4所述的光拾取装置，其特征在于，上述第三波长λ3满足以下的关系：750nm≤λ3≤800nm。
8.如权利要求1所述的光拾取装置，其特征在于：上述第二区域具有和上述第一区域的外侧毗连的第2(a)区域和位于该第2(a)区域外侧的第2(b)区域；上述遮光结构被形成在上述第2(a)区域和该第2(b)区域的任何一个区域内；另一个区域以不形成遮光结构的连续面构成。
9.如权利要求1所述的光拾取装置，其特征在于，上述第一相位结构，使上述第二光束和第三光束的至少一方光束衍射、使散射角增大，由此，进行像差校正。
10.如权利要求8所述的光拾取装置，其特征在于：上述光学元件在与上述第一光学面不同的第二光学面上具有构成包括上述光学元件的光轴的中央区域的第三区域；
上述第三区域具有第二相位结构，其具有对于上述第二光束和第三光束中的不由上述第一相位结构像差校正的光束进行像差校正的功能。
11.如权利要求10所述的光拾取装置，其特征在于，上述第二相位结构，使不由上述第一相位结构像差校正的光束衍射、使散射角增大，由此，进行像差校正。
12.如权利要求10所述的光拾取装置，其特征在于，上述第一相位结构具有多个小台阶形结构。
13.如权利要求10所述的光拾取装置，其特征在于，上述第二相位结构具有多个小台阶形结构。
14.如权利要求1所述的光拾取装置，其特征在于，上述光学元件是物镜。
15.如权利要求1所述的光拾取装置，其特征在于，上述光拾取装置在位于上述光学元件的靠光盘侧具有物镜，并且保持上述光学元件和上述物镜的互相的位置关系不变。
16.如权利要求1所述的光拾取装置，其特征在于，上述光学元件是树脂材料制。
17.如权利要求1所述的光拾取装置，其特征在于，上述光学元件在玻璃基板上形成树脂层，在该树脂层上至少形成上述遮光结构。
18.如权利要求1所述的光拾取装置，其特征在于，上述光学元件是物镜。
19.一种光学元件，其是在光拾取装置中应用的光学元件，该光拾取装置具有：射出第一波长λ1的第一光束的第一光源、射出第二波长λ2的第二光束的第二光源、射出第三波长λ3的第三光束的第三光源以及在上述第一光束、第二光束和第三光束的共同的光程中配置的至少一个光学元件，并且，用上述第一光束对具有厚度t1的保护层的第一光盘进行信息的记录和/或再现，用上述第二光束对具有厚度t2的保护层的第二光盘进行信息的记录和/或再现，用上述第三光束对具有厚度t3的保护层的第三光盘进行信息的记录和/或再现；上述光学元件的特征在于：
上述光学元件具有第一光学面，其具有构成包括上述光学元件的光轴的中央区域的第一区域和位于上述第一区域的外侧的第二区域；
在上述第一区域上与空气接触形成相位结构，该相位结构对于上述第一光束乃至上述第三光束中的至少一个光束具有像差校正功能；
上述第二区域对上述第三无束具有实质的遮光功能，具有使上述第一光束和第二光束透过的遮光结构；
上述遮光结构为与空气接触形成；
上述遮光结构为包含光轴的剖面形状形成矩形图形并排列成同心圆形的结构；
上述矩形图形为一周期的宽度越向外周就越减小的结构；
通过上述第二区域的上述第三光束对于在上述第三光盘进行记录和/或再现没有有效的作用；
上述光拾取装置满足以下条件式：λ1＜λ2，λ2＜λ3，t2≥t1，t3＞t2。
20.一种光盘的驱动装置，其特征在于：具有权利要求1所述的光拾取装置和使上述光拾取装置在光盘半径方向上自如地移动的驱动装置，由上述光拾取装置进行信息的记录和/或再现。
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