专利名称：光学拾取器和光盘装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及光学拾取器和光盘装置，它们使用不同波长的光束在多种类型的信息记录介质(例如光盘)上记录信息和/或从中再现信息。
背景技术：
作为下一代光盘格式，目前采用的是一种使用蓝紫半导体激光器作为光源的格式，上述激光器发出波长大约为400nm到410nm的光束。
为了提供与下一代光盘兼容的光学拾取器，需要一种与不同格式的光盘，例如现有的CD(压缩光盘)和DVD(数字通用盘)之间具有兼容性的光学拾取器。如上所述，需要与多种格式的光盘之间具有兼容性的光学拾取器和光盘装置，这些格式使用不同的盘结构以及与不同的盘结构相对应的不同的激光器规格。
作为在如上所述的使用不同波长的多种类型光盘上记录信息信号/从中再现信息信号的光学拾取器，存在一种包括与相应的光盘兼容的多个物镜的光学拾取器。
使用多个物镜的光学拾取器包括相应大量的组件。因此，光盘装置的尺寸或者制造成本有可能增大或增加。
作为在使用不同波长的多种类型光盘上记录信息信号/从中再现信息信号的光学拾取器，可以想到一种包括单个物镜和用于根据入射在物镜上的光束的波长来转换光束的发散角的光学元件的光学拾取器。
具体地说，日本专利申请公开(特开)2005-38575公开了图8所示的光学拾取器100。光学拾取器100使用物镜103将具有约405nm的第一波长的光束聚焦到与第一波长兼容的第一光盘的信号记录面上。光学拾取器100包括第一衍射元件和第二衍射元件104，其中第一衍射元件使用物镜103来改变具有约660nm的第二波长的光束的入射角，使得该光束被聚焦到与第二波长兼容的第二光盘的信号记录面上，第二衍射元件104使用物镜103来改变具有约785nm的第三波长的光束的入射角，使得该光束被聚焦到与第三波长兼容的第三光盘的信号记录面上。
使用图9中所示的衍射光栅作为第二衍射元件104，该衍射光栅的光栅高度等于对应于第一波长和第二波长的405nm和660nm的整数倍。
发明内容
然而，这样的第二衍射元件(衍射光栅)104透射具有第一波长的光束B1和具有第二波长的光束B2，同时用具有第三波长的光束B3产生负一阶光B3c5。同时，衍射光栅104产生与负一阶光基本相同量的正一阶光B3c6，正一阶光B3c6于是变为杂散光。杂散光的产生可能会使信号恶化。图8中所示的虚线B3c7指示了当0阶光入射在物镜103上时的焦点位置。
本发明将提供一种光学拾取器和光盘装置，它们使用公共物镜来允许具有相应波长的光束对于多种类型的光盘，以适当的光斑形状和适当的量会聚在信号记录面上，其中每种光盘都具有不同厚度的保护基底，从而能够在所述多种类型的光盘上记录信息信号/从中再现信息信号。
根据本发明的一种实施方案的光学拾取器包括第一光源；第二光源；第三光源；物镜；准直透镜和衍射光学元件。第一光源发射具有第一波长的光束。第二光源发射具有第二波长的光束。第三光源发射具有第三波长的光束。物镜将从第一到第三光源发出的每个光束会聚到光盘的信号记录面上。准直透镜设在第一到第三光源和物镜之间，用于转换从第一到第三光源发出的每个光束的发散角，以便获得平行光束。衍射光学元件设在准直透镜和物镜之间。衍射光学元件包括用于衍射具有第二波长的光束的第一衍射部分和用于衍射具有第三波长的光束的第二衍射部分。第二衍射部分具有由多个同心环形区组成的衍射结构。该衍射结构包括以阶梯式连续方式形成的第一到第四光学面，每个光学面都在光轴方向上具有不同的高度。
根据本发明的一种实施方案的光盘装置包括用于在多种类型的光盘上记录信息和/或从中再现信息的光学拾取器；和用于旋转式驱动光盘的盘旋转驱动装置。在该光盘装置中，光学拾取器包括第一光源；第二光源；第三光源；物镜；准直透镜和衍射光学元件。第一光源发射具有第一波长的光束。第二光源发射具有第二波长的光束。第三光源发射具有第三波长的光束。物镜将从第一到第三光源发出的每个光束会聚到光盘的信号记录面上。准直透镜设在第一到第三光源和透镜之间，用于转换从第一到第三光源发出的每个光束的发散角，以便获得平行光束。衍射光学元件设在准直透镜和物镜之间。衍射光学元件包括用于衍射具有第二波长的光束的第一衍射部分和用于衍射具有第三波长的光束的第二衍射部分。第二衍射部分具有由多个同心环形区组成的衍射结构。该衍射结构包括以阶梯式连续方式形成的第一到第四光学面，每个光学面都在光轴方向上具有不同的高度。
根据本发明的所述实施方案，衍射光学元件的第一衍射部分对具有第二波长的光束进行衍射，使得衍射光以最优发散角入射到物镜上，而衍射光学元件的第二衍射部分对具有第三波长的光束进行衍射，使得衍射光以最优发散角和最优量入射到物镜上。结果，可以使得具有每一个波长的光束的光斑形状和量可以相对于多种不同类型的光盘中相应的每一种的信号记录面都是适当的，其中每种类型的光盘都包括具有不同厚度的保护基底。
由此，由于本发明允许在多种类型的光盘上进行信号读写，并且光学组件可以共享，所以结构可以简化，尺寸可以缩小。结果，降低了制造成本。
图1是示出应用本发明的光盘装置的结构的电路框图；图2是示出应用本发明的光学拾取器的光学系统的光线图；图3是示出构成应用本发明的光学拾取器的衍射光学元件和物镜的截面图；图4是示出构成应用本发明的光学拾取器的衍射光学元件的第一衍射部分的截面图；图5是示出构成应用本发明的光学拾取器的衍射光学元件的第二衍射部分的截面图；图6A和6B是分别图示了根据与应用本发明的光学拾取器的第二衍射部分相对比的比较例的衍射部分的图，其中图6A是示出在比较例1中形成为具有衍射光栅形状的衍射部分的截面图，图6B是示出在比较例2中形成为炫耀光栅(闪耀光栅)形状的衍射部分的截面图；图7A到7D是分别图示了与应用本发明的光学拾取器的第二衍射部分的每个波长有关的相位的图，其中图7A是示出每个光学面在光轴上的高度的图，图7B是示出针对第一波长转换的波长相位的图，图7C是示出针对第二波长转换的波长相位的图，而图7D是示出针对第三波长转换的波长相位的图。
图8是示出构成现有技术的光学拾取器的物镜和衍射光栅的截面图；以及图9是示出现有技术的光学拾取器的衍射光栅的截面图。
具体实施例方式
下面将参考附图来描述应用本发明的使用光学拾取器的光盘装置。
如图1所示，应用本发明的光盘装置1包括用于在光盘2上记录信息以及从光盘2中再现信息的光学拾取器3；用作驱动装置的主轴马达4，用于旋转式地驱动光盘2；和用于在光盘2的径向上移动光学拾取器3的进给马达5。光盘装置1允许在不同格式的多种类型的光盘上进行记录和/或从中再现，从而实现了兼容性。
在本实施方案中使用的光盘2例如是CD(压缩光盘)、DVD(数字通用盘)、可以添加写入信息的CD-R(可记录光盘)和DVD-R(可记录DVD)以及可在上面重写信息的CD-RW(可重写光盘)、DVD-RW(可重写)和DVD+RW(可重写)等类型的光盘，也可以是使用大约405nm(蓝紫光)的较短发射波长的半导体激光器在上面进行高密记录的光盘，还可以是磁光盘等。
具体地说，在以下描述中，使用第一光盘11、第二光盘12和第三光盘13作为由光盘装置1在上面记录信息或者从中再现信息的三种类型的光盘。第一光盘11允许高密记录，并且包括厚度为0.1mm的保护基底，并使用波长约为405nm的光束作为记录/再现光。第二光盘12是DVD等光盘，它包括厚度为0.6mm的保护基底，并使用波长约为660nm的光束作为记录/再现光。第三光盘13是CD等光盘，它包括厚度为1.2mm的保护基底，并使用波长约为785nm的光束作为记录/再现光。
在光盘装置1中，主轴马达4和进给马达5由伺服控制电路9根据盘的类型来控制进行驱动。基于来自系统控制器7的指令控制伺服控制电路9，其中系统控制器7也用作盘类型判断装置。主轴马达4和进给马达5根据盘的类型，例如根据是第一光盘11、第二光盘12还是第三光盘13，以预定的转数进行驱动。
光学拾取器3包括与多种格式之间具有兼容性的光学系统。光学拾取器3向不同标准的光盘的记录层上辐射不同波长的光束，并且探测所述光束从记录层反射回来的光。光学拾取器3将根据探测到的反射光获得的、与所述光束中的每一种相对应的信号提供给前置放大器部分8。
前置放大器部分8的输出被传送到信号调制器/解调器和纠错码模块(此后称为信号调制/解调及ECC模块)15。信号调制/解调及ECC模块15对信号进行调制和解调，并且加入纠错码(ECC)。光学拾取器3响应于来自信号调制/解调及ECC模块15的指令，向正在旋转的光盘2的记录层上辐射光束，以在光盘2上记录信号或者从中再现信号。
前置放大器部分8被配置为基于针对每种格式不同地检测到的、对应于光束的信号，生成聚焦误差信号、循轨(跟踪)误差信号和RF信号等。根据作为将进行记录或再现的目标介质的光盘2的类型，由伺服控制电路9、信号调制/解调及ECC模块15等进行基于光盘2的标准的预定处理过程，例如解调和纠错过程。
例如，如果由信号调制/解调及ECC模块15解调出的记录信号是用于计算机的数据存储的，那么该记录信号经由接口16被传送到外部计算机17。结果，外部计算机17等可以接收到记录在光盘2上的信号作为再现信号。
另一方面，如果由信号调制/解调及ECC模块15解调出的记录信号是用于视听的，那么该记录信号将在D/A和A/D转换器18的D/A转换部分中进行数模转换，以被提供给视听处理部分19。然后，该信号在视听处理部分19中接受视听处理，以经由视听信号输入/输出部分20被传送到外部图像投影仪(未示出)等设备。
在光学拾取器3中，由伺服控制电路9来进行以下控制，例如，对用于将光学拾取器3移动到光盘2上的预定记录轨道的进给马达5的控制、对主轴马达4的控制以及对用于保持在光学拾取器3中起到聚光装置作用的物镜的双轴致动器的聚焦方向和循轨方向驱动的控制。
激光器控制部分21控制光学拾取器3的激光光源。在该具体例中，具体地说，激光器控制部分21控制激光光源在记录模式和再现模式之间改变输出功率。激光器控制部分21还根据光盘2的类型控制激光光源改变输出功率。激光器控制部分21根据盘类型判断部分22检测出的光盘2的类型来切换光学拾取器3的激光光源。
盘类型判断部分22可以基于第一到第三光盘11到13之间在表面反射率、形状、轮廓等方面的不同来检测光盘2的不同格式。
构成光盘装置1的每个模块被配置为能够根据在盘类型判断部分22中的检测结果进行基于要载入的光盘的规格的信号处理。
系统控制器7基于从盘类型判断部分22发出的检测结果来判断光盘2的类型。作为一种判断光盘类型的技术，如果光盘被装在盘盒中，那么给出以下技术作为一个例子提供穿过盘盒的检测孔，并使用接触检测传感器或者按钮开关来检测光盘的类型。为了确定在相同光盘中的记录层，可以使用以下方法基于在光盘的最内侧圆周上预烧录的凹坑(pit)或凹槽中记录的内容表(TOC)中的信息，确定对其进行记录/再现的记录层。
伺服控制电路9例如检测光学拾取器3和光盘2之间的相对位置(包括基于在光盘2上记录的地址信号来检测位置的情况)，以确定信息被记录到的和/或从中再现信息的记录区。
如上配置的光盘装置1利用主轴马达4旋转驱动光盘2，根据来自伺服控制电路9的控制信号来控制进给马达5的驱动，将光学拾取器3移动到与光盘2上的预期记录轨道相对应的位置，从而在光盘2上记录信息/从中再现信息。
下面将详细描述上述用于记录/再现的光学拾取器3。
光学拾取器3在多种类型的光盘上进行记录和/或从中再现，其中每种光盘都包括具有不同厚度的、用于保护信号记录面的保护基底。具体地说，以下给出的描述假定光学拾取器3在第一光盘11、第二光盘12和第三光盘13上进行记录和/或从中再现。第一光盘11包括具有约为0.1mm的第一厚度的第一保护基底，并使用具有约为405nm的第一波长的光束作为记录/再现光。第二光盘12包括具有约为0.6mm的第二厚度的第二保护基底，并使用具有约为660nm的第二波长的光束作为记录/再现光。第三光盘13包括具有约为1.2mm的第三厚度的第三保护基底，并使用具有约为785nm的第三波长的光束作为记录/再现光。
如图2所示，应用本发明的光学拾取器3包括第一光源部分31；第二光源部分32；物镜33；衍射光学元件34；和光探测器35。第一光源部分31具有用于发射具有第一波长的光束的第一发射部分。第二光源部分32具有用于发射具有第二波长的光束的第二发射部分和用于发射具有第三波长的光束的第三发射部分。物镜33将从第一到第三发射部分发出的每个光束会聚到光盘2的信号记录面上。衍射光学元件34具有第一衍射部分34a和第二衍射部分34b，并被设在物镜33与第一光源部分31和第二光源部分32之间。光探测器35探测由光盘2的信号记录面反射回来的回程光。
光学拾取器3还包括准直透镜36；第一分束器38；和第二分束器39。准直透镜36设在第一到第三发射部分和衍射光学元件34之间，用于转换从第一到第三发射部分发出的光束的发散角。第一分束器38设在准直透镜36和衍射光学元件34之间，将由信号记录面反射的回程光的光路与出射光的光路分离开，将回程光导向光探测器35。第二分束器39设在第一光源部分31和第二光源部分32与准直透镜36之间，起到光路合并装置的作用，用于合并从第一光源部分31发出的光束的光路和从第二光源部分32发出的光束的光路。
第一光源部分31包括第一发射部分，用于向第一光盘11发射具有约为405nm的第一波长的光束。第二光源部分32包括用于向第二光盘12发射具有约为660nm的第二波长的光束的第二发射部分和用于向第三光盘13发射具有约为785nm的第三波长的光束的第三发射部分。
虽然第一到第三发射部分在光学拾取器3中被设在第一光源部分31或第二光源部分32中，但是第一到第三发射部分的布局方式不限于此。例如，第一到第三发射部分可以被设在所述光源部分之一中，或者可以各自设在单独的光源部分中。
第二分束器39例如包括具有波长选择性的镜面39a。镜面39a透射从第一光源部分31的第一发射部分发出的光，但反射从第二光源部分32的第二和第三发射部分发出的光束，从而合并分别从第一到第三发射部分发出的光束的光路。
准直透镜36转换从第一光源部分31或第二光源部分32的每个发射部分发出的光束的发散角，以将所述光束转换为基本平行的光束。这样一来，准直透镜36使得光束朝着第一分束器38方向前进。
衍射光学元件34设在具有第一到第三波长的光束的光路上。具体地说，衍射光学元件34设在第一分束器38和物镜33之间，包括在与衍射光学元件34的一个面相对应的入光一侧表面上的第一衍射部分34a和在与另一面相对应的出光一侧表面上的第二衍射部分34b。
第一衍射部分34a透射具有第一和第三波长的光束B1和B3，而衍射具有第二波长的光束B2。第一衍射部分34a衍射具有第二波长的光束B2，以形成具有第二波长的光束B2通过物镜33聚焦到第二光盘12的信号记录面12a上的适当的光斑形状。具体地说，第一衍射部分34a改变具有第二波长的光束B2的发散角，使得具有第二波长的光束B2通过物镜33被适当地会聚，以调节聚焦。第一衍射部分34a还校正当具有第二波长的光束B2通过物镜33被会聚在第二光盘12的信号记录面12a上时产生的球面像差，即因对多种类型的、分别包括不同厚度的保护基底的光盘使用同一物镜33造成的球面像差。
第二衍射部分34b透射具有第一和第二波长的光束B1和B2，同时衍射具有第三波长的光束B3。第二衍射部分34b衍射具有第三波长的光束B3，以形成具有第三波长的光束B3通过物镜33聚焦到第三光盘13的信号记录面13a上的适当的光斑形状。具体地说，第二衍射部分34b改变具有第三波长的光束B3的发散角，使得具有第三波长的光束B3通过物镜33被适当地会聚，以调节聚焦。第二衍射部分34b还校正当具有第三波长的光束B3通过物镜33被会聚在第三光盘13的信号记录面13a上时产生的球面像差，即因对多种类型的、分别包括不同厚度的保护基底的光盘使用同一物镜33造成的球面像差。
下面将描述第一和第二衍射部分34a和34b的结构。在第一和第二衍射部分34a和34b的每一个上形成全息图。该全息图具有阶梯形状，它具有预定数量的同心环状阶梯，每个阶梯具有预定的相位深度。
具体地说，如图4所示，在第一衍射部分34a上形成具有预定数目n个阶梯的阶梯式全息图(n是等于或大于2的整数)，第1到第(n-1)梯级为S′1、S′2到S′n-2和S′n-1。换言之，形成了阶梯式全息图，其中连续形成有第1到第n同心环状光学面f′1、f′2到f′n-1和f′n。
在第一衍射部分34a的相邻光学面f′1、f′2到f′n-1和f′n之间的高度差(级差)基本相同。具体地说，相邻光学面之间的高度差被形成为透射具有第一和第三波长的光束B1和B3，并且衍射具有第二波长的光束B2，使得发散角允许光束B2以适当的光斑形状会聚在第二光盘12上。每个光学面f′1、f′2到f′n-1和f′n在一个圆周上的径向宽度被形成为基本相同。例如，第一衍射部分34a具有五个阶梯(n＝5)的阶梯形状。光学面之间的每个高度差被设置为用2×λ1/(n1-1)计算出的值。具体地说，每个高度差被设置为等于第一波长λ1的两个波长和第三波长λ3的一个波长，使得第一衍射部分34a基本上透射具有第一和第三波长的光束。
如上配置的第一衍射部分34a具有由上述多个同心环形区组成的衍射结构。利用该结构，第一衍射部分34a基本上透射具有第一和第三波长的光束，同时以适当的发散角及适当的量衍射具有第二波长的光束。结果，衍射光可以通过物镜33以适当的光斑形状会聚在第二光盘12的信号记录面12a上。
第二衍射部分34b具有四个阶梯的阶梯形状。具体地说，如图5所示，第二衍射部分34b具有阶梯式全息图，它被形成为具有第一到第三梯级S1到S3和以连续方式形成的同心环状的第一到第四光学面f1到f4。第一到第四光学面f1到f4被形成为在光轴方向具有不同的高度，具体地说，被形成在光轴的不同位置上。因此，相邻光学面之间的高度差不完全相同。第一光学面f1位于最外侧，具体地说，位于靠近物镜33的一侧。第二光学面f2位于第一光学面f1的内侧；第三光学面f3位于第二光学面f2的内侧；第四光学面f4位于第三光学面f3的内侧。按照这种方式，就以阶梯方式依次连续地形成了第一到第四光学面。
以一定的高度差和宽度形成第二衍射部分34b的每个光学面。该高度差和宽度使应当透射的具有第一和第二波长的光束B1和B2透射过去。它们还将具有第三波长的光束B3衍射为负一阶衍射光和正一阶衍射光，其中负一阶衍射光的发散角允许光束B3通过物镜33以适当的光斑形状会聚在第三光盘13上，而正一阶衍射光具有比负一阶衍射光少的衍射量。更具体地说，第二衍射部分34b衍射具有第三波长的光束B3，使得具有第三波长的光束B3的负一阶衍射光的衍射量E2与正一阶衍射光的衍射量E1之比(E2/E1)变为1.5或更大。聚焦在远离0阶衍射光(此后称为“0阶光”)的焦点的一侧上的衍射光被称为负一阶衍射光(此后称为“负一阶衍射光”)，而聚焦在更靠近0阶光的焦点的一侧上的衍射光被称为“正一阶衍射光”(此后称为“一阶衍射光”)。
第二衍射部分34b的第二光学面f2和第三光学面f3之间的高度差X23被形成为大于第一光学面f1和第二光学面f2之间的高度差X12以及第三光学面f3和第四光学面f4之间的高度差X34。
对于第二衍射部分34b，第一光学面f1和第三光学面f3之间的高度差X13以及第二光学面f2和第四光学面f4之间的高度差X24被形成为分别满足下面的式(1)和式(2)5×λ1/(n1-1)≤X13≤3×λ2/(n2-1) (1)5×λ1/(n1-1)≤X24≤3×λ2/(n2-1) (2)在(1)式和(2)式以及下面将要描述的(3)式和(4)式中，λ1是第一波长，λ2是第二波长，n1是衍射光学元件相对于第一波长的折射率，n2是衍射光学元件相对于第二波长的折射率。
通过分别将高度差X13和X24设置在满足(1)式和(2)式的范围内，可以使具有第一和第二波长的光束B1和B2透射过去，而具有第三波长的光束B3可以被衍射为产生具有适当的发散角的衍射光。
此外，对于第二衍射部分34b，第一光学面f1和第二光学面f2之间的高度差X12以及第三光学面f3和第四光学面f4之间的高度差X34被形成为满足以下(3)式和(4)式。
0.065×λ1/(n1-1)≤X12≤0.165×λ1/(n1-1) (3)0.065×λ1/(n1-1)≤X34≤0.165×λ1/(n1-1) (4)在(3)式和(4)式中，下限代表使具有第三波长的光束的正负一阶光产生光量之比(E2/E1)等于或大于1.5的不平衡的极限，下面将会描述。上限代表确保具有第一和第二波长的光束具有90％或更多的0阶光量的极限，下面将会描述。具体地说，如果高度差X12或X34变得小于0.065×λ1/(n1-1)，则无法获得具有第三波长的光束的负一阶光的必要量。同时，正一阶光的量变大。另一方面，如果高度差X12或X34变得大于0.165×λ1/(n1-1)，则具有第一和第二波长的光束B1和B2中的每一个的0阶光的量变小。
例如，基于第四光学面f4作为参考，则第一到第三光学面f1到f3的位置，即代表在光轴方向上的高度的高度差X14、X24和X34就是X14＝3.713μm，X24＝3.643μm并且X34＝0.070μm。换言之，第一光学面f1和第二光学面f2之间的高度差X12是0.070μm，第二光学面f2和第三光学面f3之间的高度差X23是3.573μm，而第一光学面f1和第三光学面f3之间的高度差X13是3.643μm。第一到第四光学面f1到f4在一个圆周上的径向宽度被形成为基本彼此相等。一个圆周的宽度在变化时是朝着外侧减小。
配备有第二衍射部分34b的衍射光学元件34具有相对于第一波长(405nm)为1.556的折射率n1、相对于第二波长(660nm)为1.539的折射率n2和相对于第三波长(785nm)为1.536的折射率n3。
在(1)式和(2)式中代表高度差X13和X24的下限的左手侧通过下式(5)求出，在(1)式和(2)式中代表高度差X13和X24的上限的右手侧通过下式(6)求出，在(3)式和(4)式中代表高度差X12和X34的下限的左手侧通过下式(7)求出，在(3)式和(4)式中代表高度差X12和X34的上限的右手侧通过下式(8)求出。
5×λ1/(n1-1)＝5×0.405/(1.556-1)＝3.6421(5)3×λ2/(n2-1)＝3×0.660/(1.539-1)＝3.6734(6)0.065×λ1/(n1-1)＝0.065×0.405/(1.556-1)＝0.0473(7)0.165×λ1/(n1-1)＝0.165×0.405/(1.556-1)＝0.1201(8)如上所述的包括多个同心环形区的衍射结构被形成在如上所述配置的第二衍射部分34b上。结果，第二衍射部分34b以表1中所示的衍射效率来衍射具有第一到第三波长的光束B1到B3。表1示出了第一到第三波长的各阶的衍射效率。具体地说，第二衍射部分34b基本上透射具有第一和第二波长的光束B1和B2，同时衍射具有第三波长的光束B3。于是，第二衍射部分34b允许负一阶光以52.4％的衍射效率出射，允许正一阶光以28.5％的衍射效率出射。
第二衍射部分34b基本上透射具有第一和第二波长的光束B1和B2，使得光束B1和B2中的每一个都以最优量朝着物镜33射出。另一方面，第二衍射部分34b允许具有第三波长的光束B3的负一阶光以最优的发散角并以最优量朝着物镜33射出。结果，负一阶光就通过物镜33以适当的光斑形状会聚到第三光盘13的信号记录面13a上。当第二衍射部分34b产生具有第三波长的光束的负一阶光时，第二衍射部分34b可以减少不可避免地与负一阶光一同产生的正一阶光的衍射量。这样一来就可以防止杂散光的产生。
具体地说，第二衍射部分34b基本上透射具有第一和第二波长的光束，并且调节具有第三波长的光束的正负阶光的多个衍射阶(被衍射来转换发散角)的平衡。所获得的不平衡提高了期望的负一阶光的衍射效率，同时降低了有可能成为杂散光的正一阶光的衍射效率。
如上所述，衍射光学元件34包括使具有相应波长的各个光束以适当的光斑形状及适当的量会聚在对应于每个光束的光盘的信号记录面上的第一和第二衍射部分34a和34b。
虽然第二衍射部分34b在本实施方案中被配置为提高负一阶光的衍射效率并将负一阶光会聚在第三光盘上。但是本发明不限于此。例如，第二衍射部分34b可以被配置为减少负一阶光的衍射量，而增加正一阶光的衍射量。
下面将描述利用上述第二衍射部分34b如何实现具有第三波长的光束的正负一阶光的衍射量的不平衡。
首先，参考图6A，将描述与构成本发明的第二衍射部分34b相比较的比较例1中的衍射部分。
如图6A所示，在比较例1中的衍射光学元件的衍射部分134b具有所谓的衍射光栅形状，其第一光学面fc1和第二光学面fc2连续形成。衍射部分134b调节第一光学面fc1和第二光学面fc2之间的高度差hc(它对应于衍射光栅的深度)，以便透射具有预定波长的光束，并且将另一个具有预定波长的光束衍射为正负一阶光。具体地说，当hc＝3.65μm并且第一光学面fc1和第二光学面fc2在径向上的宽度Wc为0.5μm时，具有第一到第三波长的光束B1到B3的各阶衍射效率如表2所示。
之所以能够获得以上结果是因为第一光学面fc1和第二光学面fc2之间的高度差hc被设置为具有第一波长的光束B1和具有第二波长的光束B2的波长的整数倍，从而透射具有第一波长的光束B1和具有第二波长的光束B2。另一方面，在衍射部分134b中，在改进具有第三波长的光束的负一阶光B3c1的衍射效率方面是有局限的同时产生了基本相同量的正一阶光B3c2。因此，鉴于正一阶光B3c2等产生了杂散光，所以衍射部分134b是有缺点的。
下面将参考图6B来描述用于解决比较例1中的衍射部分134b的问题的比较例2中的衍射部分144b。
如图6B所示，比较例2中的衍射部分144b具有所谓的炫耀光栅形状，包括平行于光轴方向的面fc3以及相对于与光轴方向垂直交叉的面倾斜的斜面fc4。这样的衍射部分144b调节斜面fc4的高度，以使正负一阶光的衍射效率失去平衡。具体地说，可以在减少正一阶光B3c4的同时增加负一阶光B3c3。然而，另一方面，衍射部分144b很难透射相互不同的具有第一波长的光束B1和具有第二波长的光束B2的绝大部分。
因此，如图5所示，上述构成本发明的第二衍射部分34b被形成为具有由第一到第四光学面形成的四个小高度差。结果，第二衍射部分34b就可以被配置为具有相对于具有第三波长的光束B3的伪斜面。
图7A示出了第二衍射部分34b的每个光学面在光轴方向上相对于参考面的高度，而在图7B到7D示出的状态中，每个光学面的高度被转换为当具有第一波长的光束B1、具有第二波长的光束B2和具有第三波长的光束B3分别穿过第二衍射部分34b时的每个波长相位。在图7A到7D中，P1到P4分别代表形成第一到第四光学面的区域。在图7A中光轴方向上的高度以及在图7B到7D中的每个波长相位都是基于用作参考面的第四光学面f4来确定的。
图7B到7D可以通过以下方法来计算将从用作参考面的第四光学面f4到第一到第三光学面f1到f3的高度差X14、X24和X34分别除以(λ1/(n1-1))、(λ2/(n2-1))和(λ3/(n3-1))。
如图7B和7C所示，具有第一波长的光束B1和具有第二波长的光束B2与没有高度差的情况基本同样地透射。换言之，对于具有第一波长的光束B1和具有第二波长的光束B2，第一到第四光学面f1到f4的高度(它们全被转换为波长)都落在±0.1λ/(nx-1)的范围内。结果，主要产生0阶光。这里，λ代表每一个波长，而nx代表相对于每个波长的折射率。
另一方面，如图7D所示，对于具有第三波长的光束B3，与提供了如图7D中的虚线P5和P6所示的伪斜面的情况一样，正负一阶光的衍射效率失去平衡。具体地说，负一阶光的量可以相对于正一阶光的量增加，从而获得如上面表1中所示的衍射效率。换言之，用高度差X12和X34指示的小高度差的形成允许对应于顶部光学面的第一和第二光学面f1和f2以及对应于底部光学面的第三和第四光学面f3和f4中的每一个成为如虚线P5和P6所示的伪斜面。结果就可以实现负一阶光和正一阶光的量的不平衡。
对于第二衍射部分34b，将第二光学面f2和第三光学面f3之间的高度差X23设置为大于第一光学面f1和第二光学面f2之间的高度差X12以及第三光学面f3和第四光学面f4之间的高度差X34。这样一来，顶部光学面f1和f2以及底部光学面f3和f4中的每一个都被形成为伪斜面，以产生用斜面形成顶部光学面和底部光学面时相同的效果。结果，就可以使正负一阶光的衍射量不平衡。此外，通过如上所述地形成第一到第四光学面f1到f4之间的高度差，第二衍射部分34b可以基本上透射具有第一波长的光束B1和具有第二波长的光束B2，同时衍射具有第三波长的光束B3，使得负一阶光与正一阶光的衍射量之比为1.5或更大。结果，可以朝着物镜33以最优发散角射出适当量的负一阶光，它允许具有第三波长的光束B3通过物镜33以适当的光斑形状会聚在第三光盘13的信号记录面13a上。同时，减少了正一阶光的衍射量，以防止杂散光的产生。
以上描述的衍射光学元件34的上述第一和第二衍射部分34a和34b可以使用树脂材料通过模塑来形成，或者使用玻璃等材料通过蚀刻来形成。虽然在本实施方案中，第一和第二衍射部分34a和34b是在单个衍射光学元件34的两个侧面(即，在光入射面和光出射面)上形成的，但是第一和第二衍射部分34a和34b的位置不限于此。可以为各个衍射光学元件提供第一和第二衍射部分34a和34b。
虽然在以上描述中，第一波长是405nm，第二波长是660nm，第三波长是785nm，但是波长不限于此。利用满足上述(1)到(4)式的衍射光学元件34，只要第一波长在400nm到410nm的范围内，第二波长在650nm到660nm的范围内，第三波长在775nm到790nm的范围内，就可以获得和上述一样的衍射效率。
物镜33是与三种波长兼容的物镜。物镜33的数值孔径对于第一波长是0.85，对于第二波长是0.60，对于第三波长是0.45。物镜33可以将具有第一波长的光束(其发散角经准直透镜36转换后成为基本平行的光束)会聚到具有第一保护基底厚度的第一光盘11的信号记录面11a上。物镜33可以将具有第二波长的光束(它在被准直透镜36转换为基本平行的光束后，被衍射光学元件34的第一衍射部分34a衍射，以转换其发散角)会聚到具有第二保护基底厚度的第二光盘12的信号记录面12a上。此外，物镜33可以将具有第三波长的光束(它在被准直透镜36转换为基本平行的光束后，被衍射光学元件34的第二衍射部分34b衍射，以转换其发散角)会聚到具有第三保护基底厚度的第三光盘13的信号记录面13a上。具有第一到第三波长的光束由于衍射光学元件34的存在，分别以根据波长的适当发散角入射到物镜33上。结果，物镜33实现了与三种不同波长之间的兼容性。各个波长的数值孔径不限于以上描述的数值；例如，对于第二波长，数值孔径可以约为0.60到0.65，而对于第三波长，可以约为0.45到0.51。
第一分束器38设在准直透镜36和衍射光学元件34之间的光路上。第一分束器38的镜面38a向物镜33透射出射光束，同时分离从光盘2返回的回程光的光路，使其射向光探测器35。在第一分束器38和光探测器35之间设有光学元件41，例如柱面透镜，用于将光路被分离出来的光束聚焦到光探测器35的光接收面上。
下面将描述在光学拾取器3中从第一和第二光源部分31和32中射出的光束的光路。首先描述用于在第一光盘11上读写信息的光路。
在确定了光盘2的类型是第一光盘11后，盘类型判断部分22使第一光源部分31的第一发射部分发射具有第一波长的光束。
如图2和3中所示，从第一光源部分31的第一发射部分射出的具有第一波长的光束透射穿过第二分束器39的镜面39a。在经准直透镜36转换为基本平行的光后，具有第一波长的光束入射到第一分束器38上。
入射到第一分束器38上的具有第一波长的光束透射穿过镜面38a，入射到衍射光学元件34上。
入射到衍射光学元件34上的具有第一波长的光束B1透射穿过设在光入射侧的第一衍射部分34a以及设在光出射侧的第二衍射部分34b，朝着物镜33射出。
透射穿过衍射光学元件34的具有第一波长的光束B1通过物镜33以适当的光斑形状会聚到第一光盘11的信号记录面11a上。
会聚到第一光盘11上的光束被信号记录面11a反射，透射穿过物镜33和衍射光学元件34。接着，该光束被第一分束器38反射而射向光探测器35。光路被第一分束器38分离出来的具有第一波长的光束经过光学元件41被会聚到光探测器35的光接收面上，以便被探测。
下面将描述用于在第二光盘12上读写信息的光路。
在确定了光盘2的类型是第二光盘12后，盘类型判断部分22使第二光源部分32的第二发射部分发射具有第二波长的光束。
如图2和3中所示，从第二光源部分32的第二发射部分射出的具有第二波长的光束被第二分束器39的镜面39a反射。在经准直透镜36转换为基本平行的光后，具有第二波长的光束入射到第一分束器38上。
入射到第一分束器38上的具有第二波长的光束透射穿过镜面38a，入射到衍射光学元件34上。
入射到衍射光学元件34上的具有第二波长的光束B2被设在光入射侧的第一衍射部分34a衍射，然后透射穿过设在光出射侧的第二衍射部分34b，朝着物镜33射出。
被衍射光学元件34的第一衍射部分34a衍射的具有第二波长的光束B2通过物镜33以适当的光斑形状会聚到第二光盘12的信号记录面12a上。
由于被第二光盘12的信号记录面12a反射回来的回程光束的光路类似于上述具有第一波长的光束的情况，所以这里省略其描述。
下面将描述用于在第三光盘13上读写信息的光路。
在确定了光盘2的类型是第三光盘13后，盘类型判断部分22使第二光源部分32的第三发射部分发射具有第三波长的光束。
如图2和3中所示，从第二光源部分32的第三发射部分射出的具有第三波长的光束被第二分束器39的镜面39a反射。在经准直透镜36转换为基本平行的光后，具有第三波长的光束入射到第一分束器38上。
入射到第一分束器38上的具有第三波长的光束透射穿过镜面38a，入射到衍射光学元件34上。
入射到衍射光学元件34上的具有第三波长的光束B3透射穿过设在光入射侧的第一衍射部分34a，然后被设在光出射侧的第二衍射部分34b衍射，朝着物镜33射出。此时，如上所述，第二衍射部分34b允许具有第三波长的光束的通过的负一阶光以满足以下条件的发散角入射到物镜33上，所述的发散角允许负一阶光经过物镜33以适当的光斑形状会聚到第三光盘13的信号记录面13a上。此外，第二衍射部分34b调节正负一阶光的平衡，以使衍射量不平衡，即增加负一阶光的衍射量，而减少正一阶光的衍射量。结果，光可以以适当的量通过物镜33会聚。同时可以防止杂散光的产生。
被衍射光学元件34的第二衍射部分34b衍射的具有第三波长的光束B3通过物镜33以适当的光斑形状会聚到第三光盘13的信号记录面13a上。
由于被第三光盘13的信号记录面13a反射回来的回程光的光路类似于上述具有第一波长的光束的情况，所以这里省略其描述。
在应用本发明的光学拾取器3中，衍射光学元件34的第一衍射部分34a衍射具有第二波长的光束，使具有第二波长的光束以最优的发散角和最优的量入射到物镜33上。此外，衍射光学元件34的第二衍射部分34b衍射具有第三波长的光束，以使具有第三波长的光束以最优的发散角和最优的量入射到物镜33上。因此，利用多种类型的光盘11到13(分别包括不同厚度的保护基底)的信号记录面共用的物镜33，就可以使具有相应波长的光束具有适当的光斑形状。
因此，应用本发明的光学拾取器3使得可以对多种类型的、分别包括不同厚度的保护基底的光盘进行信号读写。同时，光学组件可以共用。因此，可以简化配置结构，减小尺寸，从而降低制造成本。
此外，在应用本发明的光学拾取器3中，第二衍射部分34b透射具有第一和第二波长的光束。同时，第二衍射部分34b以预定的发散角和增加的衍射量来衍射具有第三波长的光束的负一阶光，同时以减小的衍射量来衍射正一阶光。因此，具有第三波长的光束的负一阶光可以以适当的光斑形状和适当的衍射量会聚到第三光盘上，而又可以减少可能产生杂散光的衍射阶的衍射光。由此，可以防止杂散光的产生。
此外，应用本发明的光盘装置1包括上述允许对多种类型的光盘进行信号读写的光学拾取器3。另外，可以共用光学组件。因此，可以简化配置结构，减小尺寸，从而降低制造成本。
本领域的技术人员应当理解，根据设计要求和其他因素可以作出多种修改、组合、子组合和替换，它们都落入所附权利要求及其等同物的范围内。
权利要求
1.一种光学拾取器，包括发射具有第一波长的光束的第一光源；发射具有第二波长的光束的第二光源；发射具有第三波长的光束的第三光源；将从第一到第三光源发射的每个光束会聚到光盘的信号记录面的物镜；设在第一到第三光源和物镜之间的准直透镜，用于转换从第一到第三光源发射的每个光束的发散角，以便获得平行光束；以及设在准直透镜和物镜之间的衍射光学元件，其中所述衍射光学元件包括衍射具有第二波长的光束的第一衍射部分和衍射具有第三波长的光束的第二衍射部分，第二衍射部分具有由多个同心环形区组成的衍射结构，并且所述衍射结构包括以阶梯式连续方式形成的第一到第四光学面，每个光学面在光轴方向具有不同的高度。
2.如权利要求1所述的光学拾取器，其中，第一到第四光学面在光轴方向上的高度中的每一个高度被形成为基本上透射具有第一波长和第二波长的光束，并且将具有第三波长的光束衍射为负一阶衍射光和正一阶衍射光，其中正一阶衍射光的量少于负一阶衍射光的量。
3.如权利要求2所述的光学拾取器，其中，第二衍射部分衍射所述光束，使得具有第三波长的光束的负一阶衍射光的衍射量与正一阶衍射光的衍射量之比为1.5或更大。
4.如权利要求1所述的光学拾取器，其中，第二光学面和第三光学面之间的高度差被设置为大于第一光学面和第二光学面之间的高度差以及第三光学面和第四光学面之间的高度差。
5.如权利要求1所述的光学拾取器，其中第一光学面和第三光学面之间的高度差X13满足(1)式5×λ1/(n1-1)≤X13≤3×λ2/(n2-1)，并且第二光学面和第四光学面之间的高度差X24满足(2)式5×λ1/(n1-1)≤X24≤3×λ2/(n2-1)，其中，λ1是所述第一波长，λ2是所述第二波长，n1是所述衍射光学元件相对于第一波长的折射率，n2是所述衍射光学元件相对于第二波长的折射率。
6.如权利要求1所述的光学拾取器，其中第一光学面和第二光学面之间的高度差X12满足(3)式0.065×λ1/(n1一1)≤X12≤0.165×λ1/(n1-1)，并且第三光学面和第四光学面之间的高度差X34满足(4)式0.065×λ1/(n1-1)≤X34≤0.165×λ1/(n1-1)，其中，λ1是所述第一波长，n1是所述衍射光学元件相对于第一波长的折射率。
7.一种光盘装置，包括用于在多种不同类型的光盘上记录信息和/或从中再现信息的光学拾取器；和用于旋转驱动光盘的盘旋转驱动装置，其中所述光学拾取器包括发射具有第一波长的光束的第一光源；发射具有第二波长的光束的第二光源；发射具有第三波长的光束的第三光源；将从第一到第三光源发射的每个光束会聚到光盘的信号记录面的物镜；设在第一到第三光源和物镜之间的准直透镜，用于转换从第一到第三光源发射的每个光束的发散角，以便获得平行光束；以及设在准直透镜和物镜之间的衍射光学元件，其中所述衍射光学元件包括用于衍射具有第二波长的光束的第一衍射部分和用于衍射具有第三波长的光束的第二衍射部分，第二衍射部分具有由多个同心环形区组成的衍射结构，并且所述衍射结构包括以阶梯式连续方式形成的第一到第四光学面，每个光学面在光轴方向具有不同的高度。
全文摘要
本发明涉及一种光学拾取器和光盘装置。光学拾取器包括分别发射各自具有第一到第三波长的光束的第一到第三光源；将从所述光源发射的每个光束会聚到光盘的信号记录面上的物镜；设在光源和物镜之间，用于转换从光源发射的每个光束的发散角，以便获得平行光的准直透镜；和设在准直透镜和物镜之间的衍射光学元件。衍射光学元件包括分别衍射具有第二波长和第三波长的光束的第一和第二衍射部分。第二衍射部分具有由多个同心环形区组成的衍射结构，具有第一到第四光学面，每个光学面在光轴方向上具有不同的高度。
文档编号G11B7/135GK1913016SQ200610114868
公开日2007年2月14日 申请日期2006年8月9日 优先权日2005年8月9日
发明者齐藤政宏 申请人:索尼株式会社