CN1741155B - 光读写头装置和使用该光读写头装置的光信息装置 - Google Patents

Abstract

增大物镜的数值孔径(NA)、减小光盘上的聚光点的直径，获得光盘系统的高密度化。在半导体激光光源(10)与光盘(3)之间设置了校正在物镜(1)中发生的色差的色差校正元件(7)，为了校正入射到物镜(1)的开口面上的光的强度随到上述开口面的中心的距离而降低的现象，设置了透射率随到物镜(1)的上述开口面的中心的距离而增加的光分布校正元件(6)。

Description

光读写头装置和使用该光读写头装置的光信息装置

本申请是下述申请的分案申请：

发明名称：光读写头装置和使用该光读写头装置的光信息装置

申请日：2002年10月8日

申请号：02144208.8

技术领域

本发明涉及将信息记录到光信息媒体上或再生记录在光信息媒体上的信息而使用的光读写头装置和使用该光读写头装置的光信息装置(包括记录再生装置、再生专用装置)以及应用它们的系统。

背景技术

近年来，正在进行增大物镜的数值孔径(NA)、减小光盘上的聚光点的直径以求实现光盘系统的高密度化的开发研究。例如，CD系统中的物镜的NA为0.4，DVD系统中的物镜的NA为0.6，但是，在下一代光盘系统的物镜中，预期NA将大到0.85。这时，入射到物镜的开口上的光的面内分布就成了问题。

这可以通过以下内容进行说明。现在，如果入射到物镜的开口上的光的面内分布恒定，则由物镜聚光到光盘上的聚光点的直径可以表为λ/NA。其中，λ是光源的波长。另外，NA＝r/f的关系成立。其中，r是物镜的开口半径，f是物镜的焦距。

开口半径r和焦距f本来是由物镜的物理尺寸决定的，但是，可以很容易地推测，在例如开口周边部光量成为0时的实质上的开口半径将小于物镜的物理的开口半径。因此，即使想通过增大物镜的NA来实现光盘系统的高密度化，即，即使想减小光盘上的聚光点的直径，如果入射到物镜的开口上的光的面内分布不是尽可能地均匀，就不能实现高密度化。

迄今，入射到物镜的开口上的光的面内分布不均匀的情况早已成了问题。这是由于从半导体激光光源发射出的激光的光强度在光束内不均匀而引起的。

下面，使用图16和图17说明这一问题。图16是表示从半导体激光光源发射出的激光与通过准直仪透镜进入的光量的关系的图，图17是表示从半导体激光光源发射出的激光相对于扩展角的光强度分布的图。由图17可知，从半导体激光光源10发射出的激光的光强度从准直仪透镜9的中心开始随着光束半径增加而按高斯函数减小。因此，以往，为了使进入物镜的开口半径内的平行光束8内的强度分布尽可能接近于均匀，通过调整准直仪透镜9的半径rc和焦距fc(即，调整准直仪透镜9的进入NA＝rc/fc)，使从半导体激光光源10发射出的激光中只有在角度θd之内的内部的激光进入物镜的开口中。

当然，越减小准直仪透镜9的进入NA，平行光束8内的强度分布就变得越少，而从半导体激光光源发射出的激光的利用效率就降低。因此，准直仪透镜9的进入NA是考虑了平行光束8内的强度分布与激光的利用效率的平衡而决定的。通常，将该值设计为约0.2。如上所述，在下一代的光盘系统中，为了实现比DVD系统还要高密度化，物镜的数值孔径NA将增大到0.85，并且使用波长405nm的半导体激光光源。

另一方面，透镜制造用的玻璃材料随着光源波长的短波长化，折射率随波长的变化而变化的程度增大。通常，透镜所使用的玻璃材料的折射率在光源波长在405nm附近变化1nm时其变化约为在DVD再生波长650nm附近的变化量的约3～4倍。

波长405nm的半导体激光光源的温度变化时，振荡波长就发生变化，所以，物镜的折射率发生变化。而且，物镜的折射率将因此而偏离设计时的折射率，所以，由物镜聚光的聚光点距光盘表面的移动量就是DVD时的约3～4倍(物镜的色差)。另外，越是透镜的外周部，光线弯曲得越厉害，所以，通过物镜的外周部的光线受到折射率的变化的影响就越大。因此，由于上述物镜的色差影响，越是通过物镜的外周部的光线，其焦点移动就越厉害，而近轴光线的焦点移动则几乎不发生。

另一方面，为了实现高密度化而增大物镜的NA时，焦深将与NA的平方成反比地减小。因此，NA0.85的系统的焦深只有NA0.6的系统的焦深的1/2。

因此，下一代光盘系统(NA0.85、光源波长405nm)中由于色差引起的焦点移动将成为DVD系统时的8倍，这是很严重的。因此，在下一代光盘系统中，必须关注该光源波长的变化引起的焦点位置的移动。该焦点位置的移动花费10msec以上的时间时，如果利用焦点误差检测法检测焦点移动并相应地移动物镜，就可以抵消该焦点移动，所以，光源波长的变化引起的焦点位置的移动不会成为问题，但是，焦点位置的移动在10msec以下的时间内发生时，例如在半导体激光光源的记录/再生切换时焦点发生偏离，就不能很好地进行记录再生，这就成了很大的问题。

如图18所示，为了降低色差，物镜1由2组3片透镜1c、1f和1e构成。其中，透镜1c是凸透镜，透镜1f是凹透镜，所以，半导体激光光源的振荡波长比中心波长405nm短时，构成凸透镜的玻璃材料的折射率将略微增加。因此，凸透镜2b、1c、1e使光线强烈地弯曲，所以，聚光到光盘3的信号面上的聚光点4就向透镜1e一侧移动。另一方面，半导体激光光源的振荡波长比中心波长405nm长时，构成凸透镜的玻璃材料的折射率降低。因此，凸透镜2b、1c、1e使光线弯曲的力减弱，故聚光到光盘3的信号面上的聚光点4就向与透镜1e相反的一侧移动。

另一方面，凹透镜2a、1f对光线的作用与凸透镜2b、1c、1e相反，所以，在半导体激光光源的振荡波长发生变化时，通过利用凹透镜2a、1f引起的光线的变化抵消凸透镜2b、1c、1e引起的光线的变化，可以抑制聚光点4的移动。透镜球面的曲率越大，该半导体激光光源的振荡波长的变化引起的聚光点4的移动量就越大。因此，凸透镜2b、1c、1e引起的聚光点4的移动几乎被曲率大的凹透镜1f所抵消。因此，通过利用这样的2组3片的透镜1c、1f、1e构成物镜1，即使半导体激光光源的振荡波长从405nm变化1nm，也可以将距光盘3的信号面的聚光点4的移动量限制到约0.001μm。但是，在这样的透镜结构的情况下，与CD系统、DVD系统的由单透镜构成的物镜相比，透镜增加了2片，所以，调整工序变得复杂。另外，将物镜1采用图19所示的单透镜结构时，虽然可以通过组装工序的简化和透镜片数的减少而实现成本降低，但是，色差引起的聚光点4的移动量将达到0.5μm。因此，这时，为了降低色差就必须增加某种元件。

在图20所示的光读写头装置中，为了降低成本而使用了2片结构的物镜1。按照该结构，不仅实现了成本降低，而且色差也比1片结构的物镜时降低了。但是，即使这样，色差引起的聚光点4的移动量还有约为0.35μm，为了降低色差仍然必须附加某种元件。

使用图19、图20所示的物镜1时，为了降低半导体激光光源的振荡波长变化时发生的色差，插入了由衍射光栅构成的色差校正元件7。这时，与图18所示的2组3片结构的物镜1相比，减少了1片或2片透镜，增加了色差校正元件7。但是，该色差校正元件7可以利用通过树脂成形制作构成光束扩展器2的凸透镜2b时的一面简单地形成，所以，与使用图18所示的2组3片结构的物镜1的情况相比，预计可以大大降低成本。

这种色差降低法已是迄今大家所熟知的(例如，特开2001-60336号公报，以下称为「第1现有例」)，如果物镜的色差增大，就减小色差校正元件7的光栅间距。

利用该色差校正元件7可以降低色差的理由如下。即，如上所述，例如半导体激光光源的振荡波长比中心波长405nm短时，构成凸透镜的玻璃材料的折射率将增大，从而凸透镜的放大率增大，于是，光线将强烈地弯曲，焦距将缩短。另一方面，在构成色差校正元件7的衍射光栅中波长λ与衍射角θh的关系为θh＝λ/p(p是衍射光栅的光栅间距)，所以，波长短时，衍射角减小。因此，色差校正元件7对光线的作用与凸透镜相反。于是，通过插入这样的色差校正元件7，可以抵消起因于波长变化的由物镜1引起的焦点移动。这时，利用了衍射角与波长的依赖关系，所以，应校正的色差量越大，对于波长变化就越需要增大衍射角θh。因此，如果物镜1的色差量增大，就减小色差校正元件7的光栅间距，并且越靠近内周近轴，色差校正元件7的光栅间距就越大。

如上所述，使用2片结构的物镜1时的色差引起的聚光点4的移动量约为0.35μm，用于抵消色差的色差校正元件7的光栅间距在物镜1的有效直径最外周部约为6μm、在中心部约为150μm。这样，在光栅间距大幅度变化时，色差校正元件7的各半径位置的衍射效率就如图2A的实线所示的那样变化。因此，物镜1的中心附近的光线由150μm间距的衍射光栅消色差，所以，这部分的衍射效率为99％。另一方面，物镜1的有效直径最外周部的光线由6.5μm间距的衍射光栅消色差，所以，这部分的衍射效率约为92％(对该间距的衍射效率是从理论值中扣除了由于实际的加工误差引起的降低量之后的估计值)。

下面，作为第2现有例，使用图21说明特开平7-262594号公报所公开的结构。在图21中，41是光盘、42是半导体激光光源。43是使衍射光431相对于入射光束光轴向倾斜方向分支出来并且不入射到其他光学元件上的全息图。从半导体激光光源42出射而入射到全息图43上的激光，通过衍射而变换为中心附近的光强度恒定的光束，并透过(0级衍射)全息图43。再有，构成全息图面的光栅的上表面形状具有光滑的曲线。45是将透过全息图43的在中心附近的光强度恒定的光束聚光到光盘41上而用于形成聚光点的物镜。由于全息图43引起的衍射而成为中心附近的光强度恒定的光束，所以，可以使由物镜45聚光而在光盘41上形成的聚光点的直径小到1/e²宽度略等于0.96λ/NA。

用于校正在物镜1中发生的色差的色差校正元件7随着向外周部而光栅间距减小，另外，随着向外周部而衍射效率降低。因此，物镜1的在外周部附近的光强度由于半导体激光光源的强度相对于光束半径距离按高斯函数降低而大幅度地降低。

在物镜的外周部，光强度大幅度降低时，物镜的有效NA将降低，结果，光线在光盘就不能充分集聚，从而就不能与NA成正比地提高光盘上的记录密度。

另外，在第2现有例中，为了使衍射光431相对于入射光束光轴向倾斜方向分支出来并且不入射到其他光学元件上，必须增大衍射角度。结果，全息图43的光栅间距就变得非常小，小到2μm以下，存在难于制造的问题。另外，中心附近的光强度保持恒定。此外，从半导体激光光源42出射的光束421为中心的强度最强而随着到外周逐渐地光量减弱的所谓的高斯分布。因此，全息图43的衍射效率必须在中心点为最高即0级的透射率低，随着到外周而逐渐地降低即0级的透射率增高。这样，全息图43的衍射效率就随场所而变化，所以，在有与光束421的光强度中心的位置偏离时，0级的透过光的光量分布将显著地变化，从而难于在光盘上如所设想的那样形成小的聚光点。

发明内容

本发明就是为了解决现有技术的上述课题而提出的，其目的在于提供可以增大物镜的数值孔径(NA)、缩小光盘上的聚光点的直径从而实现光盘系统的高密度化并且可以得到高的光利用效率的光读写头装置和使用该光读写头装置的光信息装置以及应用它们的系统。

为了达到上述目的，本发明的光读写头装置的第1结构是具有使用物镜将从半导体激光光源发射出的激光聚集到光信息媒体上的聚光光学系统的光读写头装置，其特征在于：在上述半导体激光光源与上述光信息媒体之间设置了校正在上述物镜中发生的色差的色差校正元件，并且为了校正入射到上述物镜的开口面上的光的强度随离开上述开口面的中心的距离而降低的现象设置了随离开上述物镜的上述开口面的中心的距离而透射率增加的光分布校正元件。

在上述本发明的光读写头装置的第1结构中，上述光分布校正元件最好是具有相位级差的同心圆状的衍射光栅。另外，这时，上述色差校正元件和上述光分布校正元件最好分别在1片透镜的两面形成。

另外，本发明的光读写头装置的第2结构是具有使用物镜将从半导体激光光源发射出的激光聚集到光信息媒体上的聚光光学系统的光读写头装置，其特征在于：在上述半导体激光光源与上述光信息媒体之间，为了校正入射到上述物镜的开口面上的光的强度随离开上述开口面的中心的距离而降低的现象设置了使上述物镜的上述开口面的中心附近的透射率降低一定量的光分布校正元件。

在上述本发明的光读写头装置的第2结构中，上述光分布校正元件的透射率降低的部分最好利用金属蒸镀膜形成。

在上述本发明的光读写头装置的第2结构中，上述光分布校正元件的透射率降低的部分最好利用全息图形成。

在上述本发明的光读写头装置的第2结构中，上述光分布校正元件的透射率降低的部分最好利用电介质的多层膜形成。

在上述本发明的光读写头装置的第2结构中，上述光分布校正元件的透射率降低的部分的该透射率最好在65％～85％的范围内。

在上述本发明的光读写头装置的第2结构中，在上述半导体激光光源与上述光信息媒体之间还设置了校正在上述物镜中发生的色差的色差校正元件，并且上述光分布校正元件的透射率降低的部分的该透射率最好在60％～75％的范围内。

在上述本发明的光读写头装置的第1或第2结构中，还具有检测由上述光信息媒体反射的光的光检测器和将由上述光信息媒体反射的光从上述半导体激光光源的方向分支出来而导向上述光检测器的光路分支装置，上述光分布校正元件最好配置在上述半导体激光光源与上述光路分支装置之间。

另外，本发明的光读写头装置的第3结构是具有使用物镜将从半导体激光光源发射出的激光聚集到光信息媒体上的聚光光学系统的光读写头装置，其特征在于：在上述半导体激光光源与上述光信息媒体之间，为了校正入射到上述物镜的开口面上的光的强度随离开上述开口面的中心的距离而降低的现象设置了使上述物镜的上述开口面的中心附近的反射率降低一定量的光分布校正元件。

在上述本发明的光读写头装置的第3结构中，上述光分布校正元件的反射率降低的部分最好利用电介质的多层膜形成。

在上述本发明的光读写头装置的第3结构中，上述光分布校正元件的反射率降低的部分的反射率最好在65％～85％的范围内。

在上述本发明的光读写头装置的第3结构中，在上述半导体激光光源与上述光信息媒体之间还设置了校正在上述物镜中发生的色差的色差校正元件，并且上述光分布校正元件的反射率降低的部分的反射率最好在60％～75％的范围内。

在上述本发明的光读写头装置的第3结构中，还具有检测由上述光信息媒体反射的光的光检测器和将由上述光信息媒体反射的光从上述半导体激光光源的方向分支出来而导向上述光检测器的光路分支装置，上述光分布校正元件最好配置在上述光路分支装置与上述光信息媒体之间。

另外，本发明的光读写头装置的第4结构是具有使用物镜将从半导体激光光源发射出的激光聚集到光信息媒体上的聚光光学系统的光读写头装置，其特征在于：在上述半导体激光光源与上述光信息媒体之间设置了校正在上述物镜中发生的色差的由起伏型的炫耀光栅构成的色差校正元件，并且为了校正入射到上述物镜的开口面上的光的强度随离开上述开口面的中心的距离而降低的现象而将上述色差校正元件的与上述物镜的开口面的中心附近对应的部分的上述炫耀光栅的高度设定为与衍射效率成为最大的高度不同的高度。

在上述本发明的光读写头装置的第4结构中，上述色差校正元件与上述物镜最好一体地固定。另外，这时，上述色差校正元件在上述物镜的表面上最好一体地形成。

在上述本发明的光读写头的第1、第2、第3或第4结构中，与不进行光分布校正的情况相比，从上述半导体激光光源到上述聚光光学系统的数值孔径最好设定为大的数值。

另外，本发明的光读写头装置的第5结构是具有使用物镜将从半导体激光光源发射出的激光聚集到光信息媒体上的聚光光学系统的光读写头装置，其特征在于：在上述半导体激光光源与上述光信息媒体之间，为了校正入射到上述物镜的开口面上的光的强度随离开上述开口面的中心的距离而降低的现象设置了使上述物镜的上述开口面的中心附近的透射率降低一定量的光分布校正元件，使用被上述光分布校正元件损耗了的上述物镜的上述开口面的中心附近的光，监测从上述光源发射出的光的功率。

另外，本发明的光读写头装置的第6结构是具有使用物镜将从半导体激光光源发射出的激光聚集到光信息媒体上的聚光光学系统的光读写头装置，其特征在于：在上述半导体激光光源与上述光信息媒体之间，为了校正入射到上述物镜的开口面上的光的强度随离开上述开口面的中心的距离而降低的现象设置了使上述物镜的上述开口面的中心附近的透射率降低一定量的光分布校正元件，使用被上述光分布校正元件损耗了的上述物镜的上述开口面的中心附近的光，监测从上述光源发射出的光的功率。

另外，本发明的光信息装置的结构的特征在于：具有上述本发明的光读写头装置；驱动上述光信息媒体的光信息媒体驱动部；以及接收从上述光读写头装置得到的信号并根据上述信号控制上述光信息媒体驱动部、上述光读写头装置内的上述半导体激光光源和物镜的控制部。

另外，本发明的计算机的结构的特征在于：具有上述本发明的光信息装置；进行信息的输入的输入装置；根据从上述输入装置输入的信息或由上述光信息装置读出的信息进行运算的运算装置；以及显示或输出从上述输入装置输入的信息或由上述光信息装置读出的信息或由上述运算装置运算的结果的输出装置。

另外，本发明的光盘播放机的结构的特征在于：具有上述本发明的光信息装置；以及将从上述光信息装置得到的信息信号变换为图像的从信息向图像变换的变换装置。

另外，本发明的车辆驾驶导向系统的结构的特征在于：具有上述本发明的光盘播放机。

另外，本发明的光盘记录装置的结构的特征在于：具有本发明的光信息装置；以及将图像信息变换为由上述光信息装置向上述光信息媒体记录的信息的从图像向信息变换的变换装置。

另外，本发明的光盘服务器的结构的特征在于：具有上述本发明的光信息装置；以及与外部进行信息的交换的输入输出端子。

附图说明

图1是表示本发明实施例1中的光读写头装置的概略结构图。

图2A是表示离开色差校正元件的光轴中心的距离与光栅间距和衍射效率的关系的图，图2B是表示离开本发明实施例1中的光分布校正元件的光轴中心的距离与光栅间距和衍射效率的关系的图。

图3是表示本发明实施例1中的光读写头装置的其他例的物镜周围的情况的概略结构图。

图4是表示本发明实施例2中的光读写头装置的物镜周围的情况的概略结构图。

图5是表示本发明实施例2中的光分布校正元件和色差校正元件的平面图。

图6是表示本发明实施例2中的光读写头装置的另一例的概略结构图。

图7A是表示本发明实施例2中的光分布校正元件的另一例的概略剖面图，图7B是表示本发明实施例2中的光分布校正元件的又一例的概略剖面图。

图8是表示本发明实施例3中的形成了兼作光分布校正元件的色差校正元件的透镜的概略剖面图。

图9是表示本发明实施例3中的形成了兼作光分布校正元件的色差校正元件的透镜的其他例的概略剖面图。

图10是表示本发明实施例4中的光读写头装置的物镜周围的情况的概略结构图。

图11是表示本发明实施例5中的光信息装置的概略结构图。

图12是表示本发明实施例6中的计算机的概略斜视图。

图13是表示本发明实施例7中的光盘播放机的概略斜视图。

图14是表示本发明实施例8中的光盘记录装置的概略斜视图。

图15是表示本发明实施例9中的光盘服务器的概略斜视图。

图16是表示现有技术中从半导体激光光源发射出的激光与由准直仪透镜进入的光量的关系的图。

图17是表示现有技术中从半导体激光光源发射出的激光相对于扩展角的光强度分布的图。

图18是表示现有技术中具有2组3片结构的物镜的光读写头装置的物镜周围的情况的概略结构图。

图19是表示现有技术中具有单透镜结构的物镜的光读写头装置的物镜周围的情况的概略结构图。

图20是表示现有技术中具有2片结构的物镜的光读写头装置的物镜周围的情况的概略结构图。

图21是表示现有技术中光读写头装置的其他例的主要部分的概略剖面图。

具体实施方式

下面，使用实施例进一步具体地说明本发明。

实施例1.

图1是表示本发明实施例1中的光读写头装置的概略结构图。

如图1所示，本实施例的光读写头装置具有将从半导体激光光源10发射出的激光使用物镜1聚集到光盘(光信息媒体)3上的聚光光学系统。这里，物镜1由从半导体激光光源10一侧起依次配置的凹透镜1a和凸透镜1b构成(2片结构)。

在半导体激光光源10与物镜1之间，设置了由从半导体激光光源10一侧起依次配置的凹透镜2a和凸透镜2b构成的光束扩展器2。这样插入光束扩展器2的理由如下。即，为了实现光盘系统的高密度化，如果增大物镜1的数值孔径(NA)，则由于光盘3的保护层的厚度误差，光盘3上的聚光点4的大小将由于面像差而发生变化。因此，通过插入光束扩展器2，使其入射侧凹透镜2a与出射侧凸透镜2b的间隔发生变化，来校正该球面像差。另外，光束扩展器2也是为了使物镜1的开口半径与来自准直仪透镜9的平行光束8的光束直径匹配而插入的。

在构成光束扩展器2的凸透镜2b的凹透镜2a一侧的面上，为了校正在物镜1中发生的色差，形成了由衍射光栅构成的色差校正元件7。

这样，在本实施例中，在物镜1中发生的色差就由在构成光束扩展器2的凸透镜2a上形成的色差校正元件7进行校正，在进行记录/再生切换时半导体激光光源10的激光输出发生变化时，光盘3上的聚光点4也不发生焦点移动。但是，如在现有技术的说明中所述的那样，色差校正元件7随着向光束的半径方向而间距减小，最短间距长度在光束的最外周部约为6μm，衍射效率也降低到约90％。另一方面，从半导体激光光源10发射出的发散光(激光)由准直仪透镜9变换为平行光束8。这时，如图16所示，作为由准直仪透镜9决定的激光的取入角，采取比激光的扩展角θ小的角度θd，以使透镜有效直径最外周部的光强度相对于光轴上的光强度尽可能不降低。因此，激光的取入角θd越小，边缘强度就越高，但是，准直仪透镜9中激光的传输效率将降低。按照该方法，的确使用色差校正元件7可以解决由于在外周部发生的衍射效率降低而引起的光量分布降低的问题。但是，该方法存在光量损失很大这样的问题。

因此，在本实施例中，为了解决这一问题，在构成光束扩展器2的凸透镜2b的物镜1一侧的面上形成由透射率随离开物镜1的开口面的中心(光轴)的距离而增加的衍射光栅构成的光分布校正元件6。色差校正元件7在中央部衍射效率高，随着到周边部，衍射效率降低，由此产生了光量分布。即，入射到物镜1的开口面上的光的强度随离开上述开口面的中心的距离而降低。为了校正该降低现象，必须形成在中央部透射率低、在随着到周边部而透射率增高的光分布校正元件6。作为光分布校正元件6，可以形成例如在中心部有使衍射效率增高的沟槽深度而越到周边部沟槽深度就越浅的相位型衍射光栅。另外，通过改变衍射光栅的凸面与凹面在1间距内的比值，也可以校正入射到物镜1的开口面上的光的强度随离开上述开口面的中心的距离而降低的现象。这时，通过使在周边部凸面与凹面之比大于1或小于1并越到中心部该比值就越接近于1，而越到中心部就可以越使衍射效率提高并越使透射率降低。

此外，通过使光分布校正元件6的衍射效率恒定而仅在凸透镜2

b的中心部形成该光分布校正元件6，可以提高光分布校正元件6对光轴的位置误差的允许度。而且，由此也可以得到光读写头装置的组装变得容易这样显著的效果。

另外，将衍射光栅做成同心圆状，还可以有效地使光分布校正元件6具有透镜的效果。这时，在光盘3上，透射光聚焦时衍射光散焦，从而不会带有不需要的信息反射回来。因此，如第2现有例那样，不必通过减小光栅间距来增大衍射角度，从而光分布校正元件6的制造变得容易。

另外，光分布的校正也可以通过使用由例如铬(Cr)或银(Ag)这样的金属的蒸镀膜仅在中心部分形成的滤光片构成的光分布校正元件而实现。这里，形成金属蒸镀膜的区域的大小即金属蒸镀膜的直径最好大于凸透镜2b的直径的1/2而小于3/4。这时，当然也如第2现有例那样不必形成小间距的光栅，从而光分布校正元件6的制造变得容易。

光分布校正元件6的中心部分(形成金属蒸镀膜而透射率降低一定量的部分)的透射率在不是将光分布校正元件6与色差校正元件7同时使用时，最好约为65％～85％。这是将不使用中心部分的光量的光量损失用于获得增大准直仪透镜9的进入NA的效果，从而总体上可以获得能够提高光利用效率的效果的值。

另外，光分布校正元件6的中心部分(形成金属蒸镀膜而透射率降低一定量的部分)的透射率在将光分布校正元件6与色差校正元件7同时使用时，最好约为60％～75％。这是相对于不将上述的光分布校正元件6与色差校正元件7同时使用的情况可以进一步获得校正约1成的由色差校正元件引起的外周部的透射率降低的效果的值。

通过这样形成光分布校正元件6，也可以采取与色差校正元件7的一体成形而制作光分布校正元件6。由此，便能以约5μm的误差使色差校正元件7与光分布校正元件6的中心一致，从补偿由色差校正元件7引起的外周部的光量降低的观点考虑，可以更正确地进行轮廓校正。如果利用该光分布校正元件6进行光分布的校正，可以比现有技术中减小准直仪透镜9的进入NA而使光量分布变得平坦的方法大幅度地改善从半导体激光光源10发射出的激光的利用效率。

另外，在本实施例的光读写头装置中，设置了用于分支为从半导体激光光源10到光盘3的光路(往路)和由光盘3反射的光达到光检测器12的光路(复路)的作为光路分支装置的偏振光分束器13。再有，作为光路分支装置，除了偏振光分束器13以外，也可以使用半反射镜或衍射元件等。这时，通过将光分布校正元件6插入到半导体激光光源10与光路分支装置之间，光分布校正元件6仅在往路起作用，而在复路不起作用，这就提高了复路的光利用效率和信噪比(S/N)，从而可以实现稳定的信号再生。再有，在图1中，5表示向物镜1入射的入射光。

作为一例，对于减小准直仪透镜9的进入N A而校正光分布的情况和利用光分布校正元件6校正光分布情况，利用模拟计算了哪种方式可以改善从半导体激光光源10发射出的激光的利用效率。再有，通过光盘系统的记录再生实验，已判明在物镜1的最外周的光强度小于中心部的光强度的60％时，记录再生信号的品质开始恶化。因此，作为物镜1的最外周的光强度，用确保大于中心部的光强度的60％的条件进行了模拟。

首先，在不存在色差校正元件7和光分布校正元件6时，物镜1的有效直径为3.4mm、激光的扩展角为27度、准直仪透镜9的进入NA为0.2、物镜1的最外周的光强度为中心部的光强度的60％时，从半导体激光光源10发射出的激光的利用效率为40％。其次，在上述条件下仅插入色差校正元件7时，从半导体激光光源10发射出的激光的利用效率降低到37.8％，物镜1的最外周的光强度降低到中心部的光强度的56％。但是，色差校正元件7在有效最大直径位置处的光栅间距为6.5μm，衍射效率为91％，中心部的衍射效率成为98％。

这样，仅插入色差校正元件7时，由于物镜1的最外周的光强度小于中心部的光强度的60％，所以，为了将其校正提高到60％以上，首先，将准直仪透镜9的进入NA从0.2减小到0.188。但是，这时，从半导体激光光源10发射出的激光的利用效率进一步降低到33.7％。

其次，插入本实施例的光分布校正元件6，使物镜1的最外周的光强度提高到中心部的光强度的60％以上。这时，从半导体激光光源10发射出的激光的利用效率成为36.2％。

但是，光分布校正元件6的衍射效率按以下方式进行设定。即，在与色差校正元件7的中心部相向的位置处的光分布校正元件6的衍射效率被设定为91.5％，在与色差校正元件7的光栅间距为15μm的位置相向的位置处的光分布校正元件6的衍射效率被设定为91.3％；在与色差校正元件7的光栅间距为10μm的位置相向的位置处的光分布校正元件6的衍射效率被设定为91.1％；在与色差校正元件7的光栅间距为6.5μm的位置相向的位置处的光分布校正元件6的衍射效率被设定为100％。

图2A表示离开色差校正元件的光轴中心的距离与衍射效率和光栅间距的关系，图2B表示离开本实施例的光分布校正元件的光轴中心的距离与衍射效率和光栅间距的关系。

从半导体激光光源10发射出的激光的利用效率在现有的方式(减小准直仪透镜9的进入NA的方式)中为33.7％，但是，在本实施例的方式中则为36.2％，通过插入光分布校正元件6，估计得到了3％(考虑现有的方式中的33.7％为基准时约为1成)的改善。这个值虽然看起来很小，但是，将本实施例的方式应用于现实的记录再生光读写头装置时，所需要的半导体激光光源10的输出光量将发生很大的变化。

对于这一点，例如将信息记录到光盘3上时，作为来自物镜1的输出光量，以需要12m W的情况为例进行说明。现在，不存在色差校正元件7时所需要的半导体激光光源10的输出是12/0.4＝30mW。

这时，利用本实施例的光分布校正元件6校正在色差校正元件7中发生的光分布不均匀时，使用12/0.36＝33mW的半导体激光光源10就行了。即，对半导体激光光源10的负担增加10％就行了。

但是，要想通过减小现有的准直仪透镜9的进入NA来解决这种光分布不均匀的问题，所需要的半导体激光光源10的输出就应为12/0.33＝36mW，必须增加20％的输出。即，按照本实施例，与不使用光分布校正元件的情况相比，通过将从半导体激光光源10到聚光光学系统的数值孔径设定成较大，可以获得提高光利用效率、将外周部的光强度保持为与光轴附近的光强度大致相同从而可以确保对光盘3的聚光性能这样显著的效果。

在记录时所需要的输出光量为50mW时，如果应用本实施例的方式，使用激光输出为55mW的半导体激光光源10就可以了，但是，使用现有的降低进入NA的方法时，就需要激光输出为60mW的半导体激光光源10。

这样，在将信息记录到光盘3上时，通常，需要高输出的半导体激光光源10，所以，该传输效率的改善是非常重要的。

再有，在本实施例中，设置了光束扩展器2，但是，即使不设置光束扩展器2，也必然能得到所期望的效果，从而也可以有未设置光束扩展器2的结构。

另外，在本实施例中，物镜1由凹透镜1a和凸透镜1b构成(2片结构)，但是，即使是图3所示的1片结构的情况，在原理上也是完全相同的。

实施例2.

图4是表示本发明实施例2中的光读写头装置的物镜周围的情况的概略结构图，图5是表示光分布校正元件和色差校正元件的平面图。

如图4和图5所示，在本实施例中，光分布校正元件6和色差校正元件7通过同时成形而分别在与光束扩展器2分开的1片成形板11的两面形成。并且，该成形板11与物镜1一体地固定。因此，即使物镜1沿光盘3上的信息沟槽在横向移动，物镜1的中心和色差校正元件7的中心以及光分布校正元件6的中心也不会偏离。因此，色差校正元件7也不必使用超过所需要的小的间距，从而元件的制造也就变得简单。另外，通过扩大光栅间距，还可以提高光利用效率。

光分布校正元件6所需要的半径方向的衍射效率如图2B所示的那样几乎是恒定的，所以，不必改变衍射光栅的沟槽深度，但是，如果有必要大幅度地改变半径方向的衍射效率时，也可以改变衍射光栅的沟槽深度。而且，如果由于衍射光栅的沟槽深度的变化而透射光的相位成为问题时，也可以改变物镜1的形状或构成光束扩展器2的透镜的形状用以校正该相位。

此外，光分布的校正也可以通过变更为了防止物镜1的表面的反射而形成的反射防止膜(AR镀膜)的设计而实现。增大物镜1的NA时，如图1所示，必须增大物镜1的半导体激光光源10一侧的面(例如在透镜1a的图中为左侧的凸面)的曲率。因此，光线的入射角度在光轴附近和最外周差别很大。例如，设物镜1的NA为0.85时，在光轴附近和最外周，光线的入射角度相差约40度以上。AR镀膜的反射率随光线的入射角度而变化，所以，如果对在最外周的光线的入射角度设计成反射率最低而透射率增高，则在光轴附近的内周部就发生反射，从而透射率降低。此外，通过增大从半导体激光光源10到准直仪透镜9的NA，不增加零部件数和加工工时就可以取得实现提高光利用效率和聚光性能即提高光记录密度这样的效果。这样，对AR镀膜的设计所作的努力已在特开2001-6204号公报中公开了，但是，没有公开本专利申请中的「还通过增大光源到准直仪透镜的NA而实现提高光利用效率」这样的结构。

另外，光分布校正元件可以用上述以外的其它方法实现。在图6中示出了使用本发明实施例2中的上述以外的光分布校正元件的光读写头装置的概略结构。如图6所示，该光读写头装置具有使用物镜907将从半导体激光光源901发射出的激光聚集到光盘908上的聚光光学系统。在半导体激光光源901与物镜907之间设置从半导体激光光源901一侧起由依次配置了的凹透镜904和凸透镜905构成的光束扩展器。

另外，在光束扩展器与物镜907之间配置了用电介质的多层膜(例如，可用SiO₂与氧化钛交互层叠多层的膜)形成的镜而构成的光分布校正元件906。该光分布校正元件(镜)906的反射率随偏振方向而不同。例如，其规定部(光轴附近的内周部)的反射率对P偏振光为K1，对S偏振光为K2。另外，规定部以外(规定部的外周部)的反射率对P偏振光和S偏振光均为K3。在本实施例中，设定K1＝70％，K2＝K3＝100％。

另外，在光读写头装置中，设置了作为用于分支成从半导体激光光源901至光盘908的光路(往路)和由光盘908反射的光至光检测器910的光路(复路)的光路分支装置的偏振光分束器903。再有，在图6中，902是将从半导体激光光源901发射出的发散光(激光)变换为平行光束的准直仪透镜，909为聚光透镜，911为L/4波长片(L为1以上的奇数)。另外，912是接收往路的光中透过光分布校正元件906的光的光检测器。

以下，参照图6对这样构成的光读写头装置的工作进行说明。从半导体激光光源901发射出的线偏振光的光(偏振方向为对光分布校正元件906成为P偏振光的方向)利用准直仪透镜902变换为平行光束。透过准直仪透镜902的光又透过偏振光分束器903后经过凹透镜904成为发散光。然后，该发散光经过凸透镜905变换为平行光束，被光分布校正元件906反射，在其行进方向被弯曲90度。利用光分布校正元件906使行进方向被弯曲了的光经过L/4波长片911变换成圆偏振光后，利用物镜907聚集到光盘908上。

其次，被光盘908反射的光透过物镜907后，经过L/4波长片911变换为与从半导体激光光源901发射出的光的偏振方向正交的方向的光。透过L/4波长片911的光在被光分布校正元件906反射并依次透过凸透镜905、凹透镜904后，被偏振光分束器903反射，经过聚光透镜909聚集到光检测器910上。然后，光检测器910输出示出了光盘908上的光的聚焦状态的聚焦误差信号，还输出示出了光的照射位置的跟踪误差信号。这里，聚焦误差信号和跟踪误差信号用众所周知的技术，例如非点像差法和推挽法等检测。聚焦控制装置(未图示)根据聚焦误差信号在物镜907的光轴方向控制该物镜907的位置，使得光总是呈聚焦状态聚集在光盘908上。另外，跟踪控制装置(未图示)根据跟踪误差信号控制物镜907的位置，使得光聚集在光盘908上所希望的轨道上。另外，从光检测器910也可得到记录在光盘908上的信息。

这里，由于光分布校正元件906具有上述那样的反射率特性，对于往路而言，光轴附近的内周部的反射率下降，其结果是，可以相对地提高物镜907的最外周的光强度。另外，对复路而言，由于光分布校正元件906的反射率是均匀的，不随位置而变化，所以，光分布校正元件906是通常的镜。

如上所述，即使通过使用用电介质的多层膜形成的、具有上述那样的反射率特性的镜，也可以进行光分布的校正。另外，由于不必使光栅间距像现有例2那样变窄，光分布校正元件906的制造变得容易。再有，该光分布校正元件906与上述透射型的光分布校正元件不同，是反射型的光分布校正元件。

另外，由于光分布校正元件906处于接近于物镜907的位置，所以，如进行使光强度分布的中心与物镜907的中心一致的调整，则规定部(光轴附近的内周部)的中心与光强度分布的中心的偏差减小。其结果是，在不进行光分布校正元件906的位置调整的情况下，组装光读写头装置成为可能。此外，由于往路的光之中透过光分布校正元件906的光轴附近的内周部的光被光检测器912所接收，从半导体激光光源901发射出的光的功率受到监测。由于通过采用该结构，使用并监测不将从半导体激光光源901发射出的光的功率用于记录或再生的光成为可能，所以，可以实现光利用效率高的光读写头装置。

另外，在本结构中，使光分支出来的偏振光分束器903与光盘908之间配置光分布校正元件906，但是，光分布校正元件906的反射率随偏振方向而不同，所以，在复路中不产生光量损失。

在光分布校正元件906不与色差校正元件同时使用的情况下，光分布校正元件906的中心部分的反射率最好与上述实施例1一样，为65％～85％左右。这是准直仪透镜902使进入NA增大的效果超过不用中心部分的光量的光量损失，从而作为整体得到可以提高光利用效率这样的效果的值。

在光分布校正元件906与色差校正元件同时使用的情况下，光分布校正元件906的中心部分的反射率最好与上述实施例一样，为60％～75％左右。这是相对于上述光分布校正元件906不与色差校正元件同时使用的情况还降低约1成，从而取得校正色差校正元件造成的外周部的透射效率降低的效果的值。

另外，作为上述以外的光分布校正元件，也可以考虑只在玻璃片的中央部分形成全息图、降低该部分的透射率的光学元件。这里，在透过形成了全息图的部分的光和透过形成了全息图的部分以外的部分的光的相位不同，光读写头装置的特性受到损失的情况下，可以进行相位重合。例如，如图7A所示，这种相位重合可以通过减薄形成了全息图913的部分以外的部分的厚度来实现。另外，作为进行相位重合的其它方法，例如，如图7B所示，也有在形成了全息图913的部分的背面设置薄膜914(例如，可以以单层来应用SiO₂)的方法。再有，即使用其它方法进行相位重合也没有任何问题。另外，也可以只在玻璃片的中央部分形成电介质的多层膜来降低该部分的透射率。

另外，在上述中，通过用光检测器912接收透过光分布校正元件906的光轴附近的内周部的光，说明了监测从半导体激光光源901发射出的光的功率的情况，但是，即使是应用了光分布校正元件906以外的光分布校正元件的情况，也可以监测从半导体激光光源901发射出的光的功率。例如，在形成全息图，降低该部分的透射率来校正光分布的元件(图1的2b或图7)的情况下，可以应用其衍射光监测从半导体激光光源发射出的光的功率。另外，在形成金属蒸镀膜，降低该部分的透射率来校正光分布的元件的情况下，可以应用其反射光监测从半导体激光光源发射出的光的功率。再有，为了接收上述的衍射光或反射光，也可以采用用于改变该光的行进方向的光学元件(例如镜)。另外，即使应用供记录或再生的光学系统中使用的光学元件来改变光的行进方向也没有任何问题。这时，由于可以任意设定用于接收衍射光或反射光的光检测器的位置，所以，对光读写头装置在设计上是有利的。

实施例3.

也可以将光分布校正元件兼作色差校正元件使用。下面，应用图8说明这种情况。图8是表示构成光束扩展器的凸透镜的概略剖面图。如图8所示，在凸透镜2b的左侧的面上，为了校正在物镜中发生的色差，一体地形成由起伏型的炫耀光栅(锯齿状的炫耀全息图)构成的色差校正元件7b。这里，与物镜的开口面的中心附近对应的部分的炫耀光栅的高度比衍射效率为最大的高度低，由此，色差校正元件7b的中心附近的衍射效率将降低。因此，不另外设置光分布校正元件就可以进行光分布的校正，从而可以实现缩小聚光点的直径和提高光利用效率，同时还可以减少零部件数。

另外，如图9所示，通过使与物镜的开口面的中心附近对应的部分的炫耀光栅的高度高于衍射效率为最大的高度，也可以降低色差校正元件7c的衍射效率。

实施例4.

物镜1为组合透镜时，如图10所示，也可以将光分布校正元件配置在构成组合透镜的某两个透镜(例如，透镜1d与1e)之间。此外，通过在透镜(例如，在图10中为1d)表面形成兼作光分布校正元件的色差校正元件7，可以减少零部件数。

实施例5.

图11是表示本发明实施例5中的光信息装置的概略结构图。如图11所示，光盘3置于转台82上，由作为光信息媒体驱动部的电机64进行转动驱动(使用光卡取代光盘3时，该光卡则进行平移驱动)。55是上述实施例1～实施例4所示的光读写头装置，该光读写头装置55由光读写头装置的驱动装置51粗驱动到光盘3上存在所希望的信息的轨迹的部位。

另外，光读写头装置55将聚焦误差信号及轨迹误差信号与和光盘3的位置关系对应地向作为控制部的电路53传送。电路53根据这些信号将用于微驱动物镜的信号向光读写头装置55传送。并且，光读写头装置55根据该信号对光盘3进行聚焦控制和跟踪控制之后，进行信息的读出、写入(记录)或消除。另外，该电路53也根据从光读写头装置55得到的信号来控制电机64及光读写头装置55内的半导体激光光源。

在本实施例的光信息装置67中，作为光读写头装置55，使用上述实施例1～实施例4所示的光读写头装置，所以，可以在光盘3上形成微小的聚光点，从而可以对高的记录密度的光盘进行记录或再生。

实施例6.

图12是表示本发明实施例6中的计算机的概略斜视图。

如图12所示，本实施例的计算机100具有上述实施例5的光信息装置67；用于进行信息的输入的键盘或鼠标以及触摸屏等输入装置65；根据从输入装置65输入的信息或由光信息装置67读出的信息等而进行运算的中央运算装置(CPU)等运算装置84；以及用于显示或输出由运算装置84运算的结果等信息的阴极射线管装置、液晶显示装置或打印机等输出装置81。

实施例7.

图13是表示本发明实施例7中的光盘播放机的概略斜视图。

如图13所示，本实施例的光盘播放机121具有上述实施例5的光信息装置67；以及将从光信息装置得到的信息信号变换为图像的从信息向图像变换的变换装置(例如，译码器66)。

再有，本结构可以作为车辆驾驶导向系统使用。另外，也可以采用附加了液晶监视器等的显示装置120的结构。

实施例8.

图14是表示本发明实施例8中的光盘记录装置的概略斜视图。

如图14所示，本实施例的光盘记录装置110具有上述实施例5的光信息装置67和将图像信息变换为由光信息装置67向光盘上记录的信息的从图像向信息变换的变换装置(例如，编码器68)。

再有，也可以采用附加了将从光信息装置67得到的信息信号变换为图像的从信息向图像变换的变换装置(例如，译码器66)的结构，由此，也可以再生已记录的部分。

另外，也可以采用附加了显示信息的阴极射线管装置、液晶显示装置、打印机等输出装置81的结构。

具有上述实施例5的光信息装置67的或者采用了上述记录/再生方法的计算机、光盘播放机、光盘记录器可以对高的记录密度的光盘进行记录或再生，所以，可以存储和处理更多的信息。

实施例9.

图15是表示本发明实施例9的光盘服务器的概略斜视图。

如图15所示，本实施例的光盘服务器130具有上述实施例5的光信息装置67和用于取入光信息装置67记录的信息或将由光信息装置67读出的信息向外部输出的有线或无线的输入输出端子69。

利用上述结构，光盘服务器130可以与网络135即多个装置例如计算机、电话、电视调谐器等交换信息并且可以作为对这些多个装置的共有的信息服务器使用。另外，对不同种类的光盘可以稳定地进行记录或再生，所以，可以使用于广泛的用途。

另外，也可以采用附加了显示信息的阴极射线管装置、液晶显示装置、打印机等输出装置81的结构。

此外，通过采用附加了将多个光盘取出和放入光信息装置的变换器131的结构，可以记录/存储多种信息。

再有，在上述实施例6～实施例9中，图12～图15表示出了输出装置81和液晶监视器120，但是，不用说，也可以仅具有输出端子而不具有输出装置81和液晶监视器120，把它们作为另外销售的商品形态。另外，在图13和图14中未表示输入装置，但是，也可以有具有键盘、触摸屏、鼠标、遥控装置等输入装置的商品形态。相反，在上述实施例6和实施例9中，也可以具有将输入装置作为另外销售的商品，而仅包括输入端子的形态。

另外，作为本发明的光信息装置，使用光卡取代光盘时，也可以获得与使用光盘时相同的效果。即，本发明通过形成微小的聚光点，可以应用于进行记录或再生的所有的光信息媒体。

如上所述，按照本发明，可以实现增大物镜的数值孔径(NA)、减小光盘上的聚光点的直径从而获得光盘系统的高密度化的光读写头装置。并且，这时，可以使记录再生光读写头所需要的半导体激光输出比现有的降低进入NA的方法降低约1成或1成以上。即，可以提高光利用效率。

Claims (9)

1.一种光读写头装置，其具有聚光光学系统，上述聚光光学系统使用物镜把从半导体激光光源发射出的激光聚集到光信息媒体上，

该光读写头装置的特征在于：

在上述半导体激光光源与上述光信息媒体之间，设置了校正由上述物镜产生的色差的色差校正元件，并且为了校正入射到上述物镜的开口面上的光的强度基于上述色差校正元件的衍射效率特性随离开上述开口面的中心的距离而降低的现象，在上述物镜上形成有反射防止膜，该反射防止膜使上述开口面的外周部的透射率变得比上述开口面的中心附近的透射率高。

2.一种光信息装置，其特征在于：

具有：

权利要求1所述的光读写头装置；

驱动上述光信息媒体的光信息媒体驱动部；以及

控制部，其接收从上述光读写头装置得到的信号，并根据上述信号控制上述光信息媒体驱动部和上述光读写头装置内的上述半导体激光光源以及物镜。

3.一种计算机，其特征在于：

具有：

权利要求2所述的光信息装置；

进行信息输入的输入装置；

根据从上述输入装置输入的信息或由上述光信息装置读出的信息进行运算的运算装置；以及

输出装置，其显示或输出从上述输入装置输入的信息或由上述光信息装置读出的信息或由上述运算装置运算的结果。

4.一种光盘播放机，其特征在于：

具有：

权利要求2所述的光信息装置；以及

将从上述光信息装置得到的信息信号变换为图像的、从信息向图像变换的变换装置。

5.一种车辆驾驶导向系统，其特征在于：

具有：

权利要求4所述的光盘播放机。

6.一种光盘记录装置，其特征在于：

具有：

权利要求2所述的光信息装置；以及

将图像信息变换为由上述光信息装置向上述光信息媒体上记录的信息的、从图像向信息变换的变换装置。

7.一种光盘服务器，其特征在于：

具有：

权利要求2所述的光信息装置；以及

与外部进行信息交换的输入输出端子。

8.一种物镜，把从半导体激光光源发射出的激光聚集到光信息媒体上，其特征在于，包含：

物镜本身；以及

光分布校正元件，其与上述物镜本身形成为一体，并且使上述物镜本身的开口面的外周部的透射率变得比上述开口面的中心附近的透射率高。

9.如权利要求8所述的物镜，其特征在于：

上述光分布校正元件是反射防止膜。

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