专利名称：光头装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及CD(小型光盘)及DVD(数字视频光盘)等光记录媒体的记录、重放所使用的双波长光头装置。更详细地说，是涉及在这样的双波长光头装置中所使用的导光用光学元件，所述导光用光学元件用来使从不同位置发光点的光源射出的不同波长的光的相对角度发生变化，使这些光的光轴合并，或者将这些光引导至共用受光元件。
背景技术：
作为光记录媒体，已知有如CD及DVD之类基板厚度及记录密度不相同的记录媒体，为了对这些记录媒体进行信息的记录及重放，必须用不同波长的激光。例如，DVD的重放需要650nm波长的激光，而CD-R因为在650nm波长频带的反射率低，故其重放和记录需要用780nm波长的激光。
因此，作为进行DVD的重放及CD-R的重放记录用的光头装置，已知有一种装有射出650nm波长激光的激光光源和射出780nm波长激光的激光光源的装置，它被称为双波长光头装置。例如，在日本发明专利公开公报1996年第55363号中，公开了这样的双波长光头装置。
这样的双波长光头装置为了实现小型紧凑的要求，各激光的光学系统是共用的。为此，用分光器将从各激光光源射出的、发光点不同的激光引导至共同光路，经过共同的物镜聚焦在光记录媒体上。此外，用共同的受光元件检测来自光记录媒体的反射光。
但是，为了将多条激光引导至共同的光路而使用的分光器，必须反射某一激光而使另一激光透射，从而合并光路。为了经物镜读取信息而要使激光聚焦在衍射极限的点上，对于透过分光器的激光就不能使波面象差恶化。因此，作为分光器，一般使用立方型的棱镜构成的分光器。但是，这样的分光器价格昂贵，不利于降低制造价格。
此外，使用共同的受光元件时，必须相对于共同的受光元件，对分别配置的两个激光光源分别进行三维位置调整，将从这些光源射出后经光记录媒体反射的反射光聚在一处。因此，存在导致调整成本提高且可靠性下降的问题。
发明内容
鉴于以上现有技术存在的问题，本发明的课题在于，在具有射出不同波长光的多个光源的光头装置中，提供一种为了使从各光源射出的各光束的光轴合并而使用的、可廉价制造的导光用光学元件。
此外，本发明的课题在于，在具有射出不同波长光的多个光源的光头装置中，提供一种为了将被光记录媒体反射后的各光束引导至共用受光元件而使用的、可廉价制造的光学元件。
还有，本发明的课题在于，通过使用这种可廉价制造的导光用光学元件，提供一种能廉价制成光学系统、装配时也能方便地进行调整的光头装置。
为了解决上述问题，本发明的导光用光学元件，是用来使光头装置中从各光源射出的不同波长光的光轴合并，或者是用来将这些光引导至共用受光元件，其特征在于，该导光用光学元件具有相对的入射面及出射面，所述入射面及出射面之一为台阶状表面，该台阶状表面的各相邻台阶面的级差尺寸设定为，仅对透过这些相邻台阶面的所述不同波长光之中的1种波长光，使其产生n个波长量(n＝1、2、3……)的相位差。
本发明的透过导光用光学元件的1种波长光，因为通过各台阶面后的该光分量的相位差为波长的整数倍，所以不会发生波面偏移。因此，该光前进方向不会改变，生成入射到入射面时的波面，并从出射面射出。而波长不同的其它光，在通过导光用光学元件的各台阶面后，其光分量之间的相位偏移不是波长的整数倍，所以波面也发生偏移。因此，该光的前进方向偏转一定角度后从出射面射出。所以，通过使光透过本发明的导光用光学元件，各光束前进方向的相对角度就发生变化，就能使这些光的光轴合并，或者将这些光引导至共用受光元件。
这里，在所述各光束为发散光束或收敛光束的情况下，最好将本发明的导光用光学元件的所述台阶面做成曲面。
此外，当将所述台阶面做成同心圆状时，与所述台阶面形成为平行时相比较，其优点是能降低绕光学系统中的光轴旋转的误差。
本发明是一种具有上述构成的导光用光学元件的光头装置，具有射出第1束光的第1光源，射出与所述第1束光的波长不同的第2束光的第2光源，使所述第1和第2束光聚焦于光记录媒体的记录面上的物镜，以及通过所述物镜接受由光记录媒体的记录面反射的第1和第2束光的共用受光元件，所述导光用光学元件配置在从所述物镜至所述共用受光元件的光路上，使被光记录媒体的反射面反射后的所述第1和第2束光之一偏转后，将该两束光引导至所述共用受光元件。
这里，也可以将所述导光用光学元件配置在从所述第1光源和所述第2光源至所述物镜的光路上，将所述第1和第2束光在光轴处于一致的状态下引导至所述物镜。
另一方面，在本发明的光头装置中，为了使各光源与共用受光元件之间光学的位置调整简化，最好将所述第1和第2光源做成装在共用组件内的组合光源，代替各自独立设置的光源。
图1所示为应用本发明第1实施例的光头装置光学系统的简略构成图。
图2(a)、(b)、(c)所示分别为图1所示导光用光学元件的入射面侧平面图、其侧面图及入射面剖面形状的局部放大剖面图。
图3(a)、(b)分别为说明透过图2中的导光用光学元件的激光发生偏转原理的说明图。
图4(a)、(b)分别为图1所示导光用光学元件另外例子的入射面侧平面图和剖面图。
图5所示为在图1的导光用光学元件的入射面形成的台阶面另一例子的剖面图。
图6(a)、(b)所示分别为图1所示导光用光学元件另外两个例子的剖面图。
图7所示为应用本发明第2实施例涉及的光头装置光学系统的简略构成图。
具体实施例方式
以下参照附图，说明具有本发明的导光用光学元件的双波长光头装置实施例。
图1所示为本实施例的双波长光头装置的光学系统简略构成图。本例的光头装置1是对CD、CD-R、DVD等基板厚度及记录密度不相同的多种光记录媒体6进行信息重放、记录用的装置，具有双波长光源(组合光源)10和共用光学系统Lo，所述双波长光源10在共用组件13内装有射出用实线表示的波长为650nm的第1激光L1的第1激光光源11、以及射出用虚线表示的波长为780nm的第2激光L2的第2激光光源12。第1激光L1与第2激光L2的发光点位置例如相距110μm左右。
共用光学系统Lo中配置有为了生成跟踪误差信号、将从双波长光源10射出的第1激光L1和第2激光L2分离成3束光的衍射光栅20，将分成3束光后的激光L1、L2部分反射的平板状分光器30，使被该分光器30反射后的激光L1、L2变成平行光的准直透镜40，以及使从准直透镜40射出的激光L1、L2聚焦在光记录媒体6的记录面6a上的物镜41。
此外，共用光学系统Lo配置有共用受光元件3，用于接受被光记录媒体6的记录面6a反射后、通过分光器30的第1激光L1和第2激光L2的返回光Lr1、Lr2。在分光器30与受光元件3之间，配置有将光轴偏移的返回光Lr1、Lr2引导至共用受光元件3的共用受光面上用的导光用光学元件5。该导光用光学元件5的结构在后面叙述。
在本例中，使从第1激光光源11射出的第1激光L1的光轴与光头装置1的系统光轴41a(物镜41的光轴)一致。因此，从第2激光光源12射出的第2激光L2以偏离光轴的状态通过共用光学系统Lo。
在该构成的光头装置1中，当从作为光记录媒体6的DVD重放信息等时，从第1激光光源11射出波长650nm的第1激光L1。该第1激光L1被引导至共用光学系统Lo，通过物镜41在DVD记录面上聚焦成光点，被DVD记录面反射后的第1激光L1的返回光Lr1经过分光器30、导光用光学元件5，聚焦在共用受光元件3上。利用共用受光元件3测出的信号进行DVD的信息重放等。
而当从作为光记录媒体6的CD-R重放信息等时，从第2激光光源12射出波长为780nm的第2激光L2。该第2激光L2也被引导至共用光学系统Lo，通过物镜41在CD-R的记录面上聚焦成光点，被CD-R的记录面反射后的第2激光L2的返回光Lr2经过分光器30、导光用光学元件5，聚焦在共用受光元件3上。利用共用受光元件3测出的信号进行CD-R的信息重放等。
(导光用光学元件)
这里，因为第1激光光源11与第2激光光源12的光轴是偏离配置的，所以，如果保持偏离状态，则共用受光元件3接受到的返回光Lr2的受光位置也会偏离返回光Lr1的受光位置。采用导光用光学元件5来修正该受光位置的偏离。
图2(a)、(b)及(c)所示为本例的导光用光学元件的入射面侧俯视图、其侧视图及入射面剖面形状的局部扩大剖视图。图3(a)、(b)分别为说明透过图2所示导光用光学元件5的激光发生偏转原理的说明图。
本例的导光用光学元件5是树脂成形品，整体呈圆盘状，由其圆环状外周部分51包围的一个面为入射面52，另一个面为出射面53。从图2(c)可知，入射面52是沿光轴5a的方向有级差的台阶状表面，该台阶状表面以一定的宽度形成有基本平行的多个台阶面54。另一方面，出射面53是与该光学元件的光轴5a垂直的平坦面。
该导光用光学元件5的材料由这样的树脂材料构成它可透过第1激光和第2激光，设对第1激光的波长650nm的折射率为n1，对第2激光的波长780nm的折射率为n2，则例如n1＝1.51862，n2＝1.52196。
参照图3，对入射面52的级差尺寸进行说明。相邻的下侧台阶面541与上侧台阶面542的级差D设定为，当波长为650nm的第1激光L1透过上侧台阶面542时与透过下侧台阶面541时，两光路会产生1个波长(2π)量的差。即，第1激光L1中的透过上侧台阶面542的激光部分L1A在透过级差D的厚度时的光路长度OP1(A)，在设波长650nm为λ1时，可表示为OP1(A)＝k1*n1*D其中，k1＝2π/λ1此外，透过与上侧台阶面542相邻的下侧台阶面541的激光部分L1B在穿过级差D部分的空间而到达下侧台阶面541的光路OP1(B)可以用下式表示OP1(B)＝k1*1*D此时，因为设定级差D要满足使OP1(A)与OP1(B)之间产生1个波长(2π)光路差的条件，所以，OP1(A)-OP1(B)＝k1*(n1-1)*D＝2π若求级差D，则为下式D＝λ1/(n1-1)＝1253.3nm若将级差D设定为1253.3nm，则第1激光L1即使透过入射面52后相位发生偏移，波面也不会发生偏移，各级差透过波面再次互相增强，生成原来的波面(用双点划线示意性示出的级差透过波面T)，所以即使从出射面53射出，前进方向也不会改变。
以下说明第2激光L2。同样计算光路长度OP2(A)与光路长度OP2(B)的光路差OPD2，其中光路OP2(A)为透过上侧台阶面542的激光部分L2A透过级差D部分厚度时的光路长度，OP2(B)为透过与上侧台阶面542相邻的下侧台阶面541的激光部分L2B在穿过级差D部分的空间后到达下侧台阶面541为止的光路长度，设波长780nm为λ2，则光路差OPD2可表示为OPD2＝OP2(A)-OP2(B)＝k2*(n2-1)*D这里，因为级差D为D＝λ1/(n1-1)所以，OPD2＝2π*(λ1/λ2)*[(n2-1)/(n1-1)]其中，k2＝2π/λ2λ1/λ2≠(n2-1)/(n1-1)≠1所以，光路差OPD2≠2π若将级差D设定为1253.3nm，则第2激光L2在透过级差后，随着相位发生偏移，波面也发生偏移。因此，例如如果将激光L2A透过上级542后的级差透过波面用双点划线示意性表示为级差透过波面S2，并将激光L2B透过下级541后的级差透过波面也用双点划线示意性表示为级差透过波面S1，则级差透过波面S2与级差透过波面S1产生偏移。因此，生成的各级差透过波面S1、S2与原来的波面发生了变化，所以，第2激光L2若从出射面53射出，前进方向就发生偏转。此外，级差透过波面的变化程度通过调整级差尺寸即可调整。
另外，级差D只要是相对第1激光L1产生1个波长(2π)的整数倍(2π、4π……)相位差的尺寸即可。
这样，本例的光头装置的导光用光学元件5，是表面只形成级差形状的元件，适合于批量生产，可以廉价制造。此外，在本例中，因为不使用棱镜而能将来自各光源的激光引导至共用受光元件，所以，能使光学系统紧凑小型，并能降低光学系统的成本。还有，在本例中，因为使用双波长的组合光源，所以，与使用独立配置的光源相比较，各光源与共用受光元件光学位置对准较方便。
(导光用光学元件的另一例子)图4(a)、(b)所示为导光用光学元件另一例子的入射面俯视图和剖视图。本例的导光用光学元件5A的基本构成与图2所示的导光用光学元件5是相同的。不同点在于，入射面52上，形成有同心圆状的一定宽度的台阶面54A。
在图2所示的平行形成各台阶面的情况下，第2激光向相对各台阶面垂直的方向发生偏转。因此，如果该导光用光学元件相对系统光轴41a的旋转方向的定位精度不高，就不能将偏转后的光引导至共用受光元件上的第1激光的受光位置。与此不同的是，在图4所示的形成同心圆状台阶面54的情况下，透过这些台阶面54A后的第2激光向着这些台阶面54A的中心位置偏转一定角度。因此，与形成平行台阶面时相比较，能抑制旋转方向的定位误差。
还有，上述各导光用光学元件5及5A是台阶面与光轴5a垂直的平面，但也可以将其做成凸曲面或凹曲面。图5示出了做成凸曲面的导光用光学元件的例子。即使第1激光L1和第2激光L2是收敛光束或是发散光束，该导光用光学元件5B也能使第1激光L1和第2激光L2的相对角度发生适当变化，引导至共用受光元件上图6中示出了导光用光学元件的另外两个例子。图6(a)所示的导光用光学元件5c，其板状元件本体501的一个面作为台阶状剖面的入射面502，另一个面作为与光轴503垂直的平坦出射面504。另外在入射面502上，重叠有折射率与元件本体501不相同的重叠件505。该重叠件505的入射面506做成与光轴503垂直的平坦面。其结果是，本例的导光用光学元件5C整体为矩形剖面的元件。
图6(b)所示的导光用光学元件5D，在三角形剖面的棱镜体511的斜面上形成有台阶状表面构成的入射面512，而将与此相对的平坦的面作为出射面513。此外，在入射面512上重叠折射率与棱镜体511不相同的重叠件514，形成平坦的倾斜入射面515。
在该导光用光学元件5C、5D的情况下，从这些入射面506、515入射后从平坦出射面504、513射出的第1和第2激光，在通过该相邻台阶面的激光部分La、Lb之间，对某一激光产生1个波长整数倍的光路差。
(第2实施例)在上述第1实施例中，导光用光学元件5配置在从物镜40至受光元件13的光路上。但也可以不这样配置，代之以如图7所示，配置在从第1激光光源11和所述第2激光光源12至分光器30的光路上，该分光器30将第1激光L1和第2激光L2引导至物镜41。
在这种情况下，通过导光用光学元件5使第1激光L1与第2激光L2的相对角度发生变化，可以使第1激光L1及第2激光L2作为其光轴一致的平行光从出射面射出，引导至共用的物镜41。其结果是，可以用共用受光元件3接受光轴处于一致状态的第1和第2激光的返回光Lr1、Lr2。
(其它实施形态)又，在上述各例子中，是利用光学元件使第2激光发生偏转，但也可以相反，利用光学元件使第1激光发生偏转。
此外，在上述各光学元件中，是将它们的入射面侧做成台阶状表面，但也可以与此相反，将出射面作为台阶状表面，将入射面做成平坦面。
还有，上述各光学元件是将出射面做成平坦面，但也可以做成凹面或凸面，以扩大或缩小通过光束的直径。
如上所述，本发明双波长光头装置所使用的导光用光学元件，将入射面或出射面做成沿光轴方向有台阶状级差的台阶状表面，并适当设定相邻台阶面的级差，以使通过该导光用光学元件的不同波长光的相对角度发生变化。
本发明的导光用光学元件，因为只要使其一个面成台阶状表面即可，所以制作简单，作为树脂材料的成形品能廉价地大量生产。因此，与使用棱镜等昂贵的光学元件使来自多光源的出射光的光轴合并，或者将记录媒体反射后的来自多光源的光引导至共用受光元件的情况相比，能低成本、小型紧凑地制成光学系统。
此外，在将构成台阶状表面的各台阶面做成同心圆状的情况下，可以获得这样的优点可以降低组装到光头装置光学系统中时对旋转方向的位置精度的要求。
还有，若采用本发明的导光用光学元件，因为不使用棱镜等昂贵的元件，就可以使共用组件内装有多个光源的组合光源射出的光的光轴合并，使用这样的组合光源构成光头装置的光学系统就很方便。其结果是，与使用独立设置的光源时相比，光学系统的各光学元件、器件的位置调整就极方便。
同样，若采用本发明的导光用光学元件，不使用棱镜等昂贵的元件，就能将从不同光源射出并经记录媒体反射后的各光束引导至共用受光元件。因此，能低成本、小型紧凑地构成光头装置的光学系统。
除了上述效果之外，如果在本发明的光头装置中，配置透明平板元件代替导光用光学元件，并配置一个光源代替双波长组合光源，就能在一般性单波长型的光头装置中构成光学系统。这样，本发明还可获得这样的优点可以使装入这种光学系统的光学系统构造能通用于双波长光头和单波长光头。
权利要求
1.一种为了使光头装置中从不同光源射出的不同波长光的光轴合并、或者为了将这些光引导至共用受光元件而使用的导光用光学元件，其特征在于，该导光用光学元件具有相对的入射面及出射面，所述入射面及出射面之一为台阶状表面，该台阶状表面的各相邻台阶面的级差尺寸设定为，仅对透过这些相邻台阶面的所述不同波长光中的一种波长光，使其产生n个波长量(n＝1、2、3……)的相位差。
2.根据权利要求1所述的导光用光学元件，其特征在于，所述台阶面为曲面。
3.根据权利要求1所述的导光用光学元件，其特征在于，所述台阶面做成同心圆状。
4.一种具有权利要求1所述的导光用光学元件的光头装置，其特征在于，具有射出第1束光的第1光源，射出与所述第1束光的波长不同的第2束光的第2光源，使所述第1和第2束光聚焦于光记录媒体的记录面的物镜，以及通过所述物镜接受由光记录媒体的记录面反射的第1和第2束光的共用受光元件，所述导光用光学元件配置在从所述物镜至所述共用受光元件的光路上，使被光记录媒体的记录面反射后的所述第1和第2束光之一发生偏转后，将该两束光引导至所述共用受光元件。
5.一种具有权利要求1所述的导光用光学元件的光头装置，其特征在于，具有射出第1束光的第1光源，射出与所述第1束光的波长不同的第2束光的第2光源，使所述第1和第2束光聚焦于光记录媒体的记录面的物镜，以及通过所述物镜接受由光记录媒体的记录面反射的第1和第2束光的共用受光元件，所述导光用光学元件配置在从所述第1光源和所述第2光源至所述物镜的光路上，将所述第1和第2束光在光轴处于一致的状态下引导至所述物镜。
6.根据权利要求4或5所述的光头装置，其特征在于，所述第1和第2光源是装在共用组件内的组合光源。
全文摘要
一种双波长光头装置,具有使各激光的光轴合并或将各激光引导至共用受光元件的小型、廉价的导光用光学元件。将光轴偏离的第1和第2激光(L1)、(L2)引导至共用受光元件(3)用的导光用光学元件(5)由树脂成形品构成,具有圆盘状的本体(51),其一表面为台阶状的入射面(52),另一表面为垂直于光轴(5a)的平坦出射面(53)。入射面(52)的台阶状表面的相邻台阶面(54)的级差尺寸设定为,仅透过激光返回光(Lr1)时,产生1个波长的光路差。激光返回光(Lr1)通过元件(5)时前进方向不偏转。激光返回光(Lr2)透过元件(5)即偏转一定角度,在共用受光元件上与激光返回光(Lr1)聚焦在相同的位置。
文档编号G11B7/125GK1337688SQ01122360
公开日2002年2月27日 申请日期2001年7月3日 优先权日2000年7月7日
发明者武田正 申请人:株式会社三协精机制作所