专利名称：光学拾取装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种将光束投射到光学记录介质从而能够记录和复制信息 的光学拾取装置。具体地，本发明涉及一种光束整形元件的结构，其配备在 所述光学拾取装置中以转换光束的光强度分布。
背景技术：
近年来，包括压縮光盘(后文称为CD)和数字多功能光盘(后文称为 DVD)的光学记录介质已经为老生常谈，并且可广泛获得。而且，为了增加 记录在光学记录介质上的信息量，已经对实现更高的光学记录介质的记录密 度进行了研究。结果，比如，在市场中可获得例如Blu-Ray光盘(注册商标； 后文称为BD)或高分辨率DVD (HDDVD)等高密度光学记录介质。当读或写这样的光学记录介质时，通常使用将光束投射到光学记录介质 从而能够在所述介质上复制或记录信息的光学拾取装置。在这样的光学拾取 装置中，在将其应用到记录密度更高的光学记录介质时，需要将会聚在光学 记录介质的记录表面上的光束的光斑直径做得更小。光斑直径的尺寸通常由物镜的数值孔径(NA)、光源波长a)和RIM 强度确定。其中，物镜的数值孔径和光源波长由标准规范限定。例如，用于 BD的NA为0.85，波长为405nm。由于该情况，为了提高会聚在光学记录 介质的记录表面上的光束的光斑质量，确保足够的RIM强度很重要。在这种 情况下，术语"RIM强度"意思是在瞳孔边缘的光的强度与物镜入瞳中的最 大光强度的比率。同时，从用于光学拾取装置的半导体激光器发射的光束具有以椭圆形分 布的光强度。结果，通过采用棱镜或光束整形元件使从半导体激光器发射的 光束具有以圆形分布的光强度来确保RIM强度的方法已经得以利用，在所述 棱镜或光束整形元件中，如JP-A-2003-121780中所公开的，衍射光栅设置在 所述光束的入射表面和/或射出表面中。
但是，在通过利用例如棱镜等光束整形元件进行光束整形的结构中，因 为光学系统的部件数量增加，所以会产生这样的问题光学拾取装置的尺寸变大，并且装配操作的工作载荷变重等。关于这点，在JP-A-2001-273665中 提出了一种光束整形元件，其具有以非平行关系布置的入射表面和反射表 面，并且通过基本改变具有远场模式(far field pattern)的光的纵横比进行光 束整形，所述远场模式的横截面形状为椭圆形。该光束整形(fairing)元件 还可实现如直立镜的功能，因而可以进行光束整形而不需要增加光学系统的 部件数量，因此该光束整形元件很有用。但是如果将JP-A-2001-273665中公开的光束整形元件应用在兼容多波 长的光束的用于光学拾取装置的光学系统结构中，则会产生这样的问题由 光束整形元件反射的反射光的光轴方向由于光束的波长而变得不同。这是因 为当光束经过光束整形元件时，由于光束的波长的差异，构成如图8中所示 的光束整形元件的玻璃材料产生色散，从而折射角变得不同。关于这点，在JP-A-2001-273665中公开的系统中，描述了以下内容通 过为每一个发射具有不同波长的光束的光源有差别地布置进入准直透镜的 光束的光轴和光束整形元件，由光束整形元件而变得竖立的光束方向能够甚 至在光束波长不同时相匹配，即用于这些光束的光轴可相匹配。但是在这种 结构情况下会产生这样的问题当装配该光学拾取装置时，光轴的调节过程 的工作载荷变重。而且，为了使光学拾取装置变得更小，如果将具有两个发 光点以能够发射两个不同波长的光束的双波长集成激光二极管用作光源(例如整体型或混合型双波长激光二极管)，则会产生这样的问题由用于具有不同波长光束的光束整形元件而变得竖立的光束方向很难匹配。 发明内容鉴于上述问题，本发明的目的是提供一种兼容两个不同波长的光束的光学拾取装置，其能够确保高RIM强度的光束而不会增加部件的数量，并且可 降低所述装置的装配操作的工作载荷。为了实现上述目的，本发明的特征在于，提供一种光学拾取装置，包括 两个光源，所述两个光源发射具有不同波长的光束；平行光转换装置，其将 从光源发射的光束转换为平行光；光束整形元件，其具有以非平行关系设置
的入射表面和反射表面，并且通过反射表面反射来自入射表面的平行光，使从光源发射的具有椭圆形光强度分布的光束的光强度分布接近圆形；光会聚 装置，其将由光束整形元件的反射表面反射的光束会聚在光学记录介质的记 录表面上；和光检测器，其接收由记录表面反射的反射光，并且在光学拾取 装置中，光束整形元件的反射表面上形成在衍射光栅，从光源发射的具有不 同波长的两个光束的至少一个由衍射光栅衍射，并且由反射表面反射并且进 入光会聚装置的两个光束的光轴方向基本相同。根据这种结构，通过在光束整形元件的反射表面上形成衍射光栅，可防 止光束整形元件中产生的色散(具有不同波长的光束的光轴方向变得不同) 的影响。结果，与通过调节光源位置来防止色散影响的传统技术中的结构相 比较，可减少光学拾取装置的装配操作的工作载荷。而且，光学拾取装置可 给出具有高RIM强度的更好的光斑而无需增加用于多个波长的部件的数量， 因为光束整形元件可实现作为直立镜的功能。而且，在如上所述构造的光学拾取装置中，优选衍射光栅具有以预定规 则间隔的光栅栅距，并且衍射光栅沿基本垂直于进入光束整形元件中的平行 光的入射方向的方向延伸。通过该结构，因为形成在光束整形元件上的衍射图案具有简单的设置， 所以容易实现能够防止色散影响的光束整形元件。而且，在以如上述方式构造的光学拾取装置中，优选的是，将衍射光栅 制成闪耀类型(blazed type)，并且两个光束中只有任一个被该衍射光栅衍 射。通过该结构，因为衍射光栅以闪耀类型制成，并且从光源发射的具有不 同波长的两个光束中只有任一个被衍射光栅衍射，所以可在防止色散的影响 的同时，可以减少光损。而且，在以如上述方式构造的光学拾取装置中，优选的是，两个光源集 成为一体，并且从基本相同的位置发射两个光束。在根据本发明的光学拾取装置中，不需要对两个光源的位置进行调节来 防止色散的影响，因为可由形成在光束整形元件上的衍射光栅防止产生在光 束整形元件中的色散的影响。结果，可实现这种结构发射具有不同波长的 两个光束的光源集成为一体。通过该结构，与多个光源设置在多个位置的这
种结构相比较，可以实现光学拾取装置的小尺寸设计。
图1为示出根据本实施例的光学拾取装置的光学系统的结构的一个示例 的示意图。图2A为示出包括在根据本实施例的光学拾取装置中的光束整形镜的结 构的立体示意图。图2B为示出包括在根据本实施例的光学拾取装置中的光束整形镜的结 构的剖面示意图。图2C为由图2B中的虚线圆圈围绕的部分的放大视图。图3为示出当从光源发射的光束由根据本实施例的光束整形镜进行光束 整形时的情况的示意图。图4为示出当具有不同波长的两个光束进入根据本实施例的光束整形镜 时的光束行为的示意图。图5为示出对于根据本发明的光束整形镜的衍射光栅的结构的模拟结果 的表格。图6A为说明对于光束整形镜的衍射光栅结构的模拟中使用的参数的说 明图。图6B为说明对于光束整形镜的衍射光栅结构的模拟中使用的参数的说 明图。图7为示出根据本实施例的光束整形镜的衍射光栅的结构变型的示例的图示。图8为说明传统技术中光束整形元件的问题的说明图。
具体实施方式
下文中将参照附图详细描述本发明的实施例。应注意的是，本文描述的 实施例仅是示例，并且本发明没有仅限于本文描述的实施例。图1为示出根据本实施例的光学拾取装置的光学系统的结构的一个示例 的示意图。根据本实施例的光学拾取装置1设计为与例如BD和DVD两种 光学记录介质ll兼容。光学拾取装置1配备有第一光源2、第二光源3、 二
向棱镜4、准直透镜(平行光转换装置)5、分光器6、光束整形镜7、物镜 (光会聚装置)8、会聚透镜9和光检测器(光检测装置)10。在这种情况 下，图1中只示出了从第一光源2发射的光束的光路，省略了从第二光源3 发射的光束的光路。第一光源2为激光二极管，其发射单一波长的光束，并且发射波长为 405nm用于BD的光束。第二光源3为激光二极管，其发射单一波长的光束， 并且发射波长为650nm用于DVD的光束。由第一光源2或第二光源3发射 的光束被传送到二向棱镜4。二向棱镜4使从第一光源2发射的光束经过其自身，并且反射从第二光 源3发射的光束。在这种情况下，第一光源2和第二光源3设置成在经过二 向棱镜4后光束的光轴基本相同。经过二向棱镜4的光束被传送到准直透镜准直透镜5将从第一光源2或第二光源3发射的发散光转换为基本平行 于光轴的平行光。经过准直透镜5的光束被传送到分光器6。分光器6使从第一光源2和第二光源3发射的光束经过其自身以将所述 光束导向至光学记录介质11侧，并且同时其将由光学记录介质11的记录表 面lla反射的反射光束导向至光探测器10侧。从第一光源2或第二光源3 发射的并且经过分光器6的光束被传送到光束整形镜7。光束整形镜7具有这样的作用使从具有以椭圆形光强度分布的第一光 源2和第二光源3发射的光束的光强度分布接近圆形。同时光束整形镜7具 有直立镜的功能，其将从分光器6传送的光束在反射表面反射，以使从第一 光源2和第二光源3发射的光束的方向朝向光学记录介质11 。而且，当具有不同波长的光束进入时，在光束整形镜7处产生这样的现 象因为由于构成光束整形镜7的透明构件的色散而产生折射角的差异，反 射光束的光轴方向变得彼此不同。光束整形镜7还具有补偿该现象的功能。 关于光束整形镜7的结构的详细说明将在后文给出。由光束整形镜7反射的 光束被传送到物镜8。物镜8将入射光束会聚在光学记录介质11的记录表面lla上。物镜8 安装在未示出的致动器上，并且通过该致动器能够使物镜8在至少平行于物 镜8光轴的聚焦方向和平行于光学记录介质11的径向方向的跟踪方向移动。 根据这种设置，能够控制物镜8的位置，以使物镜8的聚焦位置总是保持在 记录表面lla上，并且使由物镜8会聚的光束的光斑位置沿形成在光学记录 介质ll上的磁轨移动。前述方式为焦距调节，后述方式为跟踪调节。由光学记录介质11反射的光束经过物镜8，并由光束整形镜7反射，且 由分光器6再次反射。由分光器6反射的光束由会聚透镜9会聚以聚焦在光 检测器10的光接收区(未示出)上。光检测器10具有将在光接收区(未示出)上接收的光信号转换为电信 号的作用。来自光检测器10的电信号用作复制信息的复制信号、进行用于 物镜8的焦距调节或跟踪调节的焦距误差信号、跟踪误差信号等。接下来，将详细说明本实施例中的光束整形镜7。图2A是示出根据本 实施例的光束整形镜7的结构的立体示意图，图2B是示出根据本实施例的 光束整形镜7的结构的剖视示意图，图2C是由图2B中示出的虚线圆圈围绕 的部分的放大视图。光束整形镜7由例如玻璃、透明树脂等透明构件制成，并且以梯形形状 形成，以具有以非平行关系设置的入射表面7a和反射表面7b。通过在透明 构件上形成金属层、多层电介质层等而形成反射表面7b的反射功能。考虑 到待由光束整形镜7整形的具有椭圆形光强度分布的光束的光强度分布的分 布情况，透明构件的折射率和进入光束整形镜7的光束的入射角等，合适地 确定入射表面7a和反射表面7b的位置关系。而且，在垂直于图2B表面方向延伸的衍射光栅12形成在光束整形镜7 的反射表面7b上。如图2C中所示，该衍射光栅12由交替设置的凹入部分 和凸出部分的图案构成，并且如图2C所示，每一个凹入部分具有相同的宽 度Wa，每一个凸出部分具有相同的宽度Wb。由公式(Wa/(Wa+Wb"定义的 该衍射光栅12的占空比为0.5。换句话说，形成在反射表面7b上的衍射光 栅12具有预定的规则的光栅栅距。在这种情况下，图2C中的由斜线标示的 阴影部分示出了构成光束整形镜7的透明构件。按照上述方式构造的光束整形镜7设置在光学拾取装置1中的平行光束 进入的位置处，以使形成在反射表面7b上的衍射光栅12设置在与从第一光 源2或第二光源3发射的并且转换为平行光的光束入射方向基本垂直的方向 延伸。
在光学拾取装置1按照上述方式构造的情况下，光束从第一光源2或第 二光源3发射，并且具有椭圆形光强度分布，对该光束进行光束整形以通过 如图3中所示沿短轴方向扩展使光强度分布接近圆形。通过该扩展，可实现 更高的RIM强度，并且可能在光学记录介质11的记录表面lla上形成更好 的光斑。图3为示出通过根据本实施例的光束整形镜7对从第一光源2或第二光 源3发射的光束进行光束整形时的情况的示意图。在图3中，由X (X')和 Y (Y')标示的方向分别对应于图1中所示的由X (X')和Y (Y')标示的 方向。在这种情况下，方向X (X')垂直于图1的表面。光束具有不同波长 a和X2，在该实施例中，X1对应于用于BD的具有 405nm波长的光束，并且对应于用于DVD的具有650nm波长的光束。 当光束进入光束整形镜7时，由于构成光束整形镜7的透明构件的色散造成 的折射角的差异，产生如图4中所示的进入反射表面7b的入射角产生位移。 但是，因为衍射光栅12形成在光束整形镜7上，并且具有波长为XI和 的光束在彼此不同的预定方向被衍射，在反射表面7b上反射的具有波长为人l 和的光束的光轴方向变得基本相同。结果，对于具有不同波长的两个光 束，没有通过在传统技术中进行的第一光源2和第二光源3的位置调节使光 轴匹配，也可以在光学记录介质11的记录表面lla上形成更好的光斑。图4为示出具有不同波长的两个光束进入根据本实施例的光束整形镜7 中时的光束行为的示意图。在这种情况下，进入光束整形镜7内并且被反射 的具有不同波长M和"的光束仍然具有轻微的光轴移位d，并且该移位导 致影响慧形像差的问题，但是其在可由物镜8等的结构吸收的一定宽度范围 内存在。接下来将基于图5中示出的模拟结果描述光束整形镜7的衍射光栅12 的结构。图6A和图6B为说明对于光束整形镜7的衍射光栅结构的模拟中使 用的参数的说明图。后文还将参照图6A和图6B进行说明。首先进行计算，以当实现模拟时使进入光束整形镜7中的光束的波长为 405nm和650nm,构成光束整形镜7的透明构件的材料为聚甲基丙烯酸甲酯 (PMMA)，入射表面7a和反射表面7b之间的最大距离为3mm。在这种情 况下，假设PMMA具有D线折射率(nd) =1.49，阿贝数(Vd) =58。
在该模拟中，预先设置由入射表面7a和反射表面7b形成的楔形角(见 图6A和图6B)和由进入反射表面7b的光束方向和反射表面7b的法线形成 的入射角(见图6A和图6B)。于是，当光束进入光束整形镜7时，随着形 成在反射表面7b上的光栅栅距和衍射光栅12的衍射级的改变，对每一个波 长观察由反射表面7b上的衍射光栅12衍射和反射的光束形成的光斑。该模 拟以这样的方式进行从上面描述的具有不同波长的两个光束的观察结果中 检索光轴方向变得基本相同的情况。在这种情况下，当入射表面7a和反射表面7b为图6A中所示的关系时， 假设楔形角为正，并且当入射表面7a和反射表面7b为图6B中所示的关系 时，假设楔形角为负。而且，入射角调节为这样的状况进入光束整形镜7 中的入射光束的方向和由反射表面7b反射的来自光束整形镜7的输出光束 的方向变得基本垂直。由该模拟结果能够确定的是，通过适当选择各楔形角衍射级和光栅栅距 来补偿色散的影响，可能使具有不同波长的两个光束的光轴方向基本相同。 关于楔形角，考虑到不同的光束的光强度分布情况，优选该楔形角由所采用 的光源等确定，因为通过设定楔形角，光束整形比可通过楔形角的设定在很 大程度上改变。当光束由光束整形镜7整形时，图5中示出的光束整形比由沿X方向和 Y方向(X， Y方向见图3)的扩展率的比率表示。在这种情况下，在根据本 实施例的光学拾取装置l中，采用这种结构光束的短轴由用于整形的光束 整形镜7扩展。但是，通过调节如图5中所示的楔形角，可以压縮光束的一 个方向。例如，还优选的是这种结构通过在图6B中所示的方向设置光束 整形镜7，对其中用于整形的光束的长轴进行压縮。如上所述的光束整形镜7具有这样的结构其中衍射光栅12衍射具有 不同波长的两个光束，以使具有两个波长的衍射光的光轴方向基本相同。本发明不只限于该结构。采用这样的结构也没有问题其中两个光束中只有任一个由形成在光束整形镜7上的衍射光栅12衍射，并且从光束整形镜7到 物镜8的两个光束的光轴方向基本相同。特别地，如果通过使形成在衍射光栅12上的衍射槽制成例如闪耀型， 所述闪耀型为如图7中所示的锯齿型，并且选择闪耀角e(衍射光栅表面的 法线和每一个槽表面的法线之间的角度)，使具有不同波长的两个光束的任一个可被衍射，并且使从光束整形镜7到物镜8的具有不同波长的两个光束 的光轴方向基本相同，由于衍射效率由闪耀型槽提高，即使利用衍射光，光 强度的损失也可变小。结果，从提高光学拾取装置中光束的使用效率角度看， 这种结构是优选的。而且，在上面描述的光学拾取装置l中，采用这种结构用于BD的光 源2和用于DVD的光源3设置在两个不同位置中。本发明不只限于该结构。 为了将光源设置在一个位置中，采用下述结构也没有问题该结构中集成了 用于BD和DVD的两个光源，例如，具有用于发射不同波长的两种类型的 光束的两个发光点的双波长组合激光二极管。由于通过该设置，光学拾取装 置可设计成小尺寸，因此这也是优选的。而且，根据本实施例的光学拾取装置1具有与BD和DVD兼容的结构， 但是，本发明不仅限于该结构。不必多说，本发明可广泛应用于任何与两种 光学记录介质兼容的使用两种不同波长的光学拾取装置。根据本发明，对于兼容具有不同波长的两个光束的光学拾取装置，可确 保高RIM强度，可减小装置的装配操作的工作载荷而不需要增加部件数量。 结果，作为与两种光学记录介质兼容的光学拾取装置是有用的。
权利要求
1.一种光学拾取装置，包括两个光源，所述两个光源发射具有不同波长的光束；平行光转换装置，其将从所述光源发射的光束转换为平行光；光束整形元件，其具有以非平行关系设置的入射表面和反射表面，并且通过反射表面反射来自入射表面的平行光，使从所述光源发射的具有椭圆形光强度分布的光束的光强度分布接近圆形；光会聚装置，其将由所述光束整形元件的反射表面反射的光束会聚在光学记录介质的记录表面上；和光检测装置，其接收由所述记录表面反射的反射光，其中在所述光束整形元件的反射表面上形成衍射光栅，从所述光源发射的具有不同波长的两个光束的至少一个由所述衍射光栅衍射，并且由所述反射表面反射并且进入所述光会聚装置的所述两个光束的光轴方向基本相同。
2. 根据权利要求1所述的光学拾取装置，其中所述衍射光栅具有以预定 规则间隔的光栅栅距，并且所述衍射光栅沿基本垂直于进入所述光束整形元 件中的平行光线的入射方向的方向延伸。
3. 根据权利要求1所述的光学拾取装置，其中所述两个光源集成为一体 并且从基本相同的位置发射所述两个光束。
4. 根据权利要求2所述的光学拾取装置，其中所述衍射光栅制成闪耀 型，并且所述两个光束中只有任一个由所述衍射光栅衍射。
5. 根据权利要求2所述的光学拾取装置，其中所述两个光源集成为一 体，并且从基本相同的位置发射所述两个光束。
6. 根据权利要求4所述的光学拾取装置，其中所述两个光源集成为一 体，并且从基本相同的位置发射所述两个光束。
全文摘要
在一种与具有两种波长的两个光束兼容的光学拾取装置中，设置有光束整形镜，其具有以非平行关系设置的入射表面和反射表面，并且通过由反射表面反射进入入射表面的光束，使从具有椭圆形光强度分布的光源发射的光束的光强度分布接近圆形。衍射光栅形成在光束整形镜的反射表面上，从光源发射的具有不同波长的两个光束的至少一个由衍射光栅衍射，并且使从光束整形镜输出的两个光束的光轴方向基本相同。
文档编号G02B5/08GK101131833SQ200710146870
公开日2008年2月27日 申请日期2007年8月24日 优先权日2006年8月24日
发明者竹本诚二, 藤井仁, 长岛贤治 申请人:船井电机株式会社