专利名称：光拾波装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及光拾波装置，更详细地说，涉及进行数字视频盘(DVD)及密纹盘(CD)的记录及/或再生的光拾波装置。
背景技术：
如CD-ROM(Compact Disk-Read Only Memory)那样，提供一种用半导体激光器读出信息的约1.2mm厚的光盘。通过使传感用物镜在这种光盘上进行聚焦伺服及跟踪伺服，用激光束照射信号记录面上的坑列，使信号再生。另外，为了记录长时间的动画，最近正在进行高密度化。
例如，设计出了在与CD-ROM的直径同样大小的12cm光盘的一面上记录4.7千兆字节的信息的DVD标准。DVD的透明基板的厚度约为0.6mm。将这样的两张透明基板背靠背地粘贴而成的一张DVD能记录9.4千兆字节的信息。另外，其直径、基板的厚度、记录密度与CD-ROM相同的能进行追加记录的光盘还有CD-R(Compact Disk-Recordable)。
由于考虑到今后DVD、CD-ROM及CD-R这三种光盘并存，所以一种能对三种光盘进行互换再生的装置是必要的。可是，由于DVD和CD-ROM或CD-R的透明基板的厚度不同，所以不能用一个光拾波装置使两者再生。
因此，在特开平5-303766号公报中提出了能用一个光拾波装置使具有厚0.6mm的薄的透明基板的高密度的光盘、以及具有厚1.2mm的标准透明基板的标准密度的光盘再生的装置。该装置用所设计的数值孔径为0.6的物镜、以利用波长短的激光束使高密度的光盘再生。在使标准密度的光盘再生的情况下，在物镜的光源一侧插入非球面光学元件，用来将激光束的外周部分的光遮住，形成使物镜的有效数值孔径减小的孔径。
另外，为了有选择地将从半导体激光器射出的激光束的外周部分的光遮住，改变使激光束聚焦的物镜的有效数值孔径，在特开平8-321065号公报中公开了备有能有选择地使激光束的偏振面旋转的液晶、以及只使沿特定方向偏振的激光束透过的偏振片，能使基板厚度不同的光盘互换再生的装置。该装置虽然能使基板厚度不同的DVD和CD-ROM互换再生，但由于使用波长为635nm的激光束，所以不能使CD-R再生。以下说明其原因。
图1是对每种激光束的波长示出了坑深度和反射光强度的关系的曲线图。如图1所示，在使用波长为635nm的激光束的情况下，坑深度为105nm左右时，反射光强度最大。另外，在使用波长为780nm的激光束的情况下，坑深度为125nm左右时，反射光强度最大。在CD-R的情况下，由于将有机类色素用于记录膜，所以反射率随激光束波长的变化而发生很大的变化，由于用波长为635nm的单一波长的激光束不能获得足够的反射光强度，所以不能使CD-R适当地再生。因此，在能使DVD和CD-R或CD-ROM互换再生的光拾波装置中需要有两种波长的激光。另外，今后随着短波长化的发展，在使用波长430nm的激光的情况下，其必要性就更大。
因此，本发明的目的在于提供一种使用两种波长的激光束能在基板厚度不同的光盘上进行记录及/或再生的光拾波装置。
发明的公开按照本发明，进行具有第一透明基板的第一光盘及具有比第一透明基板厚的第二透明基板的第二光盘的记录及/或再生的光拾波装置备有物镜、激光束生成装置、以及光学元件。物镜朝向第一或第二光盘配置。激光束生成装置有选择地生成具有第一波长的第一激光束、以及具有与第一波长不同的第二波长的第二激光束。光学元件被配置在物镜和激光束生成装置之间，它有使第一激光束直接透过、并使第二激光束绕射而将直径扩大的中央区域，以及使第一激光束直接透过、并使第二激光束绕射或被吸收而实际上被遮住的周边区域。
最好在上述光学元件的中央区域形成全息成象部分。
另外上述全息成象部分最好由各有四个台阶而且呈同心圆状形成的多个环状凸部构成、各台阶的高度h1由下式(1)～(5)决定。ηm=|1T∫0TA(x)exp{iφ(x)}exp-i(2πmxT)dx|2······(1)]]>
m=0η0=116{(1+cosφ(x)+cos2φ(x)+cos3φ(x))2......(3)]]>+(SINφ(x)+SIN2φ(x)+SIN3φ(x))2}m=-1η-1=14π2{(1-COSφ(x)-COS2φ(x)+COS3φ(x)]]>-SINφ(x)+SIN2φ(x)+SIN3φ(x))2…(4)+(1+COSφ(x)-COS2φ(x)-COS3φ(x)-SINφ(x)-SIN2φ(x)+SIN3φ(x))2}m=1η1=14π2{(1-cosφ(x)-cos2φ(x)+cos3φ(x)]]>+SINφ(x)-SIN2φ(x)-SIN3φ(x))2……(5)+(1+COSφ(x)-COS2φ(x)-COS3φ(x)+SINφ(x)+SIN2φ(x)+SIN3φ(x))2}式中，ηm是m次的绕射效率，φ(x)是由式(2)定义的相位差函数，T是上述相位差函数的周期，A(x)是透射率，λ是上述第一或第二波长，n是上述环状凸部的折射率，n0是上述环状凸部周边的折射率，φ0是常数。
最好在上述光学元件的周边区域形成绕射光栅。
另外上述绕射光栅最好有不均匀的光栅常数。
上述激光束生成装置最好使第一激光束沿第一方向偏振，使第二激光束沿与第一方向不同的第二方向偏振。在上述光学元件的周边区域形成具有相对于第二方向垂直的偏振方向的偏振光滤光器。
最好在上述光学元件的周边区域形成吸收第二波长的激光束的偏振玻璃。
上述激光束生成装置最好是包括外壳、第一激光芯片和第二激光芯片的半导体激光器。第一激光芯片配置在外壳内，激发第一激光束。第二激光芯片配置在外壳内，激发第二激光束。
另外上述光拾波装置最好沿跨越第一或第二光盘的半径方向设置的平行的两个导向轴运动，还备有立式的反射镜和框体。立式反射镜配置在物镜及光学元件的正下方，它将从半导体激光器沿平行于第一或第二光盘的主面的方向照射的第一或第二激光束反射到垂直于第一或第二光盘的主面的方向。框体被支撑在两个导向轴之间，用来收容物镜、光学元件、半导体激光器、以及立式反射镜。入射到立式反射镜上的激光束的光轴相对于通过两个导向轴的垂线构成锐角。
另外，最好使通过上述第一激光芯片的出射口和上述第二激光芯片的出射口的线相对于第一或第二光盘的主面构成与上述锐角相等的锐角。
上述光拾波装置最好还备有配置在光学元件和半导体激光器之间的准直透镜。第一激光芯片配置得至准直透镜的距离为第一距离，以便透过准直透镜的第一激光束呈平行状态。第二激光芯片配置得至准直透镜的距离为与第一距离不同的第二距离，以便透过准直透镜的第二激光束呈平行状态。
上述半导体激光器最好还包括光波导。光波导有面向第一激光芯片的出口的第一入射口、面向第二激光芯片的出口的第二入射口、以及与第一及第二入射口联通的出射口。
上述第一及第二激光芯片最好配置得使各自的一个侧面相邻。第一及第二激光芯片的出口和一个侧面之间的距离分别比出口和与该侧面相对的另一个侧面之间的距离短。
上述半导体激光器最好还包括配置在与第一及第二激光芯片的射出侧相对的一侧、共同监视从第一及第二激光芯片漏出的第一及第二激光束用的受光元件。
上述半导体激光器最好还包括第一端子、第二端子、第三端子、第四端子。第一端子连接着第一激光芯片的一个电极、第二激光芯片的一个电极、以及受光元件的一个电极。第二端子连接着第二激光芯片的另一个电极。第三端子连接着第二激光芯片的另一个电极。第四端子连接着受光元件的另一个电极。
上述第一波长最好为620～680nm，第二波长最好为765～795nm。
上述物镜最好设计得适合于第一光盘、且有0.55～0.65的有效数值孔径。
上述物镜在第二激光束入射时最好有0.40～0.50的有效数值孔径。
因此，在第一光盘的记录及/或再生时，第一激光束直接透过光学元件，被物镜聚焦在第一光盘的信号记录面上。另一方面，在第二光盘的记录及/或再生时，第二激光束的外周部分实际上被光学元件的周边区域遮住，第二激光束的中央部分被光学元件的中央区域扩展，因此第二激光束被物镜聚焦在第二光盘的信号记录面上。因此，该光拾波装置能进行基板厚度不同的第一及第二光盘的记录及/或再生。
附图的简单说明图1是对每种激光束的波长示出了坑深度和来自该坑的反射光强度的关系的曲线图。
图2是本发明的实施形态的光拾波装置的结构图。
图3是包括图1所示的光拾波装置的光盘再生装置的全体结构框图。
图4是图2所示的半导体激光器的结构的平面图。
图5是图2所示的光学元件的平面图。
图6是图5所示的光学元件的剖面图。
图7是波长为635nm的激光束入射到图5及图6所示的光学元件上时的光路图。
图8～图12是波长为780nm的激光束入射到图5及图6所示的光学元件上时的光路图。
图13是图6所示的光学元件的中央区域的放大剖面图。
图14是确定图13所示的全息成象部分中的环状凸部的各台阶的高度用的相位差函数图。
图15是对应于波长为635nm的激光束的全息成象部分中的环状凸部的各台阶的高度与0次、±1次的绕射效率的关系曲线图。
图16是对应于波长为780nm的激光束的全息成象部分中的环状凸部的各台阶的高度与0次、±1次的绕射效率的关系曲线图。
图17是为了确定环状凸部的各台阶的高度而一并示出图15及图16所示的绕射效率的曲线图。
图18是图2所示的光拾波装置进行的DVD的再生时波长为635nm的激光束的光路图。
图19是图2所示的光拾波装置进行的CD-R或CD-ROM的再生时波长为780nm的激光束的光路图。
图20是图6所示的光学元件的一个变形例图。
图21～图28是光学元件的其它变形例的剖面图。
图29是光学元件的另一变形例的平面图。
图30～图33是波长为780nm的激光束入射到图29所示的光学元件上时的光路图。
图34是光学元件的另一变形例的平面图。
图35是表示在图34所示的周边区域形成的偏振光滤光器的偏振方向的图。
图36是光学元件的另一变形例的平面图。
图37是在图36所示的周边区域形成的偏振玻璃的局部放大图。
图38是本发明的实施形态的光拾波装置的光学系统图。
图39是图38所示的准直透镜的焦距和波长的关系曲线图。
图40A是波长为635nm的激光束入射到准直透镜上时的光路图，图40B是波长为780nm的激光束入射到准直透镜上时的光路图。
图41A是将半导体激光器的变形例与波长为635nm的激光束入射到准直透镜上时的光路一起表示的图，图41B是波长为780nm的激光束从图41A所示的半导体激光器入射到准直透镜上时的光路图。
图42是将半导体激光器的变形例与光拾波装置的光学系统一起表示的图。
图43是图42所示的半导体激光器的结构图。
图44A是半导体激光器的变形例的侧视图，图44B是图44A所示的半导体激光器的平面图。
图45是半导体激光器中的两个激光芯片的配置图。
图46是半导体激光器中的两个激光芯片的变形例图。
图47是半导体激光器中的两个激光芯片的另一变形例图。
图48是半导体激光器中的另一变形例的局部切断透视图。
图49A是图48所示的半导体激光器的电路图，图49B～图49D是另一电路图。
图50是本发明实施形态的光拾波装置的光学系统图。
图51A是光拾波装置的平面图，图51B是图51A所示的光拾波装置的剖面图。
图52A是光拾波装置的变形例的平面图，图52B是图52A所示的光拾波装置的剖面图。
实施发明用的最佳形态以下，参照附图详细说明本发明的实施形态。另外，图中相同或相当的部分标以相同的符号，不重复其说明。
下表是本发明实施形态的光拾波装置进行互换再生的对象。示出了CD-ROM、CD-R及DVD的额定值及再生条件。
表
如该表所示，CD-ROM的基板厚度为1.2(允许误差为±0.1)mm，最短坑长度为0.90(允许误差为±0.1)μm，道间距为1.6(允许误差为±0.1)μm，对波长为780nm的激光束的反射率为60～70％以上。另外，再生时激光束的光点直径为1.5(允许误差为±0.1)μm，物镜的数值孔径为0.45(允许误差为±0.05)，激光束的波长为780(允许误差为±15)nm。CD-R的基板厚度、最短坑长度、道间距、反射率、再生时的光点直径、物镜的数值孔径、以及激光束的波长分别与上述的CD-ROM的相同。
另一方面，DVD的基板厚度为0.6(允许误差为±0.05)mm，最短坑长度为0.40(允许误差为±0.1)μm，磁道间距为0.74(允许误差为±0.01)μm，对波长为635nm的激光束的反射率为70％以上(DVD为一层时)或20～40％(DVD为两层时)。另外，再生时激光束的光点直径为0.9(允许误差为±0.5)μm，物镜的数值孔径为0.60(允许误差为±0.05)，激光束的波长为635(允许范围为620～680)nm。
参照图2，本发明实施形态的光拾波装置10备有朝向光盘配置的物镜7；有选择地生成波长为635(允许误差为±15)nm及波长为780(允许误差为±15)nm的激光束的半导体激光器1；配置在物镜7的正下方的光学元件5；共同支撑着物镜7及光学元件5的调节装置6；配置在物镜7及光学元件5的正下方、将从半导体激光器1沿平行于光盘的主面的方向照射的激光束反射到垂直于光盘的主面的方向的立式反射镜4；将从半导体激光器1照射的激光束垂直反射到立式反射镜4的半反射镜2；配置在立式反射镜4和半反射镜2之间、使从半导体激光器1照射的激光束平行的准直透镜3；以及接收从光盘反射的激光束的光检测器8。
因此，从半导体激光器1射出的激光束的一半被半反射镜2反射后入射到准直透镜3上，经过该准直透镜3而呈平行光束后被立式反射镜4立式反射。该立式激光束通过光学元件5后用物镜7进行会聚，通过由聚碳酸酯等构成的DVD的透明基板9或CD的透明基板99后被聚焦在其信号记录面9a或99a上。被信号记录面9a或99a反射的激光束通过透明基板9或99、物镜7、光学元件5、立式反射镜4、准直透镜3而回到半反射镜2，其一半透过半反射镜2，用光检测器8进行检测。
这里，物镜7设计得适合于DVD，而且有0.60(允许误差为±0.05)的数值孔径。即，物镜7设计得能将波长为635nm的平行的激光束聚焦在DVD的信号记录面9a上。
另外，半导体激光器1包括激发波长为635nm的激光束的激光芯片1a，以及激发波长为780nm的激光束的激光芯片1b。进行DVD再生时，由半导体激光器驱动电路18将激光芯片1a激活。进行CD-ROM或CD-R的再生时，由半导体激光器驱动电路18将激光芯片1b激活。
如图3所示，该光拾波装置10还备有进行物镜7的聚焦控制及跟踪控制的伺服机构13。通过聚焦控制，使激光束总聚焦在信号记录面9a或99a上的物镜7沿着垂直于光盘的主面的方向移动。另外，通过跟踪控制，使物镜7沿着垂直于道的运行方向移动，以便使激光束总照射在道上。
使用这样的光拾波装置10的光盘再生装置备有前置放大器11、伺服电路12、判断电路14、指令电路15、RF解调电路16、特性切换电路17、半导体激光器驱动电路18、以及控制电路19。
光检测器8检测被信号记录面9a或99a反射的激光束，生成再生信号并供给前置放大器11。该再生信号被前置放大器11放大后，被供给判断电路14、RF解调电路16、以及伺服电路12。伺服电路12响应所供给的再生信号的聚焦误差信号及跟踪误差信号，控制伺服机构13。另一方面，判断电路14响应所供给的再生信号，识别安装在该装置上的光盘的种类(DVD、CD-ROM或CD-R)，将该识别结果供给指令电路15。指令电路15为了切换半导体激光器1的激光芯片1a、1b，以便适合于该识别的光盘，根据该供给的识别结果，将指令供给控制电路19。另外，指令电路15为了切换RF解调电路16，以便适合于该识别的光盘的再生，根据该供给的识别结果，将指令供给特性切换电路17。控制电路19根据来自指令电路15的指令，控制半导体激光器驱动电路18，切换激光芯片1a、1b。特性切换电路17根据来自指令电路15的指令，切换RF解调电路16的特性，进行适合于安装在该装置中的光盘的再生。
参照图4，半导体激光器1除了激光芯片1a、1b以外，还备有固定这些芯片1a、1b的底座1c、以及收容激光芯片1a、1b和底座1c用的外壳1d。在外壳1d上形成三个切口k1、k2、k3，激光芯片1a、1b这样固定，以便它们的出射口PA、PB位于切口k2及k3的连线上。这样配置半导体激光器1，以便使来自激光芯片1a、1b的激光束在信号记录面9a或99a上形成的光点位于道的两侧呈线对称的位置。即，半导体激光器1这样配置，以便k2-k3方向与光盘的跟踪方向(半径方向)一致。该配置方法将在后文详细说明。
另外，上述激光芯片1a、1b分别制作后被固定在底座1c上，但也可以通过在一个半导体基板上进行结晶生长，一起制作两个激光芯片。另外，激光芯片1a、1b的出射口PA和PB的间隔L例如在100～500μm的范围内。
参照图5～图7，光学元件5有圆形的中央区域5b、以及其周边区域5a。中央区域5b能使波长为635nm的激光束直接透过，使波长为780nm的激光束绕射而扩大直径。因此，在中央区域5b形成全息成象部分20。另一方面，周边区域5a能使波长为635nm的激光束直接透过，使波长为780nm的激光束绕射而实际上被遮住。因此，在周边区域5a形成绕射光栅21。
如图6所示，光学元件5的中央区域5b有大致呈三角形状的凹凸结构，周边区域5a有剖面呈四边形状的凹凸结构。更具体地说，中央区域5b的全息成象部分20由呈同心圆形成的多个环状凸部22构成。各环状凸部22有四个台阶22a。环状凸部22的间距P1从内侧向外侧逐渐变窄，以便该全息成象部分20具有透镜效果。各台阶22a的高度这样确定，以便全息成象部分20只对波长为780nm的激光束才具有作为透镜的功能。将在后文详细说明各台阶22a的高度。另一方面，周边区域5a的绕射光栅21由沿同一方向形成的多个条状凸部23构成。条状凸部23以一定的间距P2(最好为8～12μm)形成，因此绕射光栅21有一定的光栅常数。该绕射光栅21的条状凸部23的高度也是这样确定的，即只对波长为780nm的激光束才具有绕射光栅的功能。将在后文详细说明该条状凸部23的高度。另外，通过对玻璃24进行刻蚀，能容易地制作具有这样结构的光学元件5。
这里，参照图7～图12说明光学元件5的功能。
如图7所示，如果波长为635nm的平行激光束25入射到光学元件5上，由于光学元件5对波长为635nm的激光束25完全不起作用，所以该入射的激光束25不绕射而直接透过光学元件5。该透过的激光束25入射到物镜7上，由物镜7会聚后聚焦在DVD26的信号记录面9a上。另外，在图7中放大示出了光学元件5的剖面的一部分。
另一方面，如图8～图9所示，如果波长为780nm的平行激光束27入射到光学元件5上，则激光束27中的通过了光学元件5的激光束28一边扩大直径一边传播。另外，入射到光学元件5上的激光束27的直径由于比中央区域5b的直径大，所以激光束27还入射到周边区域5a上。由于在该周边区域5a上形成了绕射光栅21，所以激光束27的外周部分以激光束28为中心向左右两侧进行较大的绕射。更具体地说，由绕射光栅21产生的+1次绕射光束29相对于激光束28向图中左侧方向传播。另外，由绕射光栅21产生的-1次绕射光束30相对于激光束28向图中右侧方向传播。因此，只有透过中央区域5b的激光束28才能入射到物镜7上，由物镜7会聚后聚焦在CD-ROM的信号记录面99a上。另一方面，透过光学元件5的周边区域5a的激光束29、30受在周边区域5a上形成的绕射光栅21的作用而产生较大的绕射，不入射到物镜7上。即，入射到光学元件5上的波长为780nm的激光束27的外周部分实际上被光学元件5的周边区域5a遮住。
这里，透过光学元件5一边扩大直径一边传播的激光束28是-1次绕射光束LB-1。严格地说，除了该-1次绕射光束LB-1以外，还有0次绕射光束LB0、+1次绕射光束(图中未示出)等，这样的绕射光束的强度尽可能地将其抑制得低一些。之所以利用一边扩大直径一边传播的-1次绕射光束LB-1，是因为物镜7被设计成只有在遮住波长为780nm的激光束27的外周部分时才用于DVD26，所以平行于物镜7入射的激光束不能准确地聚焦在CD-ROM31的信号记录面99a上，从而发生象差。由此决定了光学元件5的中央区域5b的直径大小、以及在该中央区域5b形成的全息成象部分20的形状，以便由0次绕射光束LB0及-1次绕射光束LB-1形成的物镜7的有效数值孔径为0.45。另外，在图8中放大示出了光学元件5的剖面的一部分。
在以上说明中，透过光学元件5的周边区域5a的激光束29及30被绕射而不入射到物镜7上，但如图11及图12所示，这些激光束29及30即使入射到物镜7上也不聚焦。
另外，如图2所示，光学元件5被固定在支撑物镜7用的调节装置6上。该调节装置6被连接在图3所示的伺服机构13上。该伺服机构13响应来自光检测器8的聚焦误差信号，沿光轴方向移动调节装置6，同时响应来自光检测器8的跟踪错误信号，沿光盘的半径方向移动调节装置6。这样由于光学元件5固定在透镜7上，所以光学元件5与物镜7一起移动。
如上所述，光学元件5实际上将波长为780nm的激光束27的外周部分遮住，使其中央部分绕射而扩大直径，因此能将激光束27聚焦在CD-ROM31的信号记录面99a上。另外，光学元件5不使波长为635nm的激光束进行任何绕射而直接透过，因此能将激光束25聚焦在DVD26的信号记录面9a上。
现在，如图13所示，说明有四个台阶的环状凸部22的各台阶22a的高度h1的确定方法。
首先，假设图14所示的相位差函数φ(x)。相位差函数的周期T在比激光束的波长λ或绕射区域的厚度稍大时，m次的绕射效率ηm一般用下式(1)表示。ηm=|1T∫0TA(x)exp{iφ(x)}exp-i(2πmxT)dx|2······(1)]]>式中，A(x)是x处的透射率。以下设A(x)=1。图14所示的相位差函数φ(x)用下式(2)表示。
式中，n是全息成象部分20中的环状凸部22的材料的折射率，n0是环状凸部22周围(通常是空气)的折射率。
在m=0、m=±1时，如下求绕射效率。当m=0时η0=116{(1+COSφ(x)+COS2φ(x)+COS3φ(x))2]]>+(SINφ(x)+SIN2φ(x)+SIN3φ(x))2……(3)当m=-1时η-1=14π2{(1-COSφ(x)-COS2φ(x)+COS3φ(x)]]>-SINφ(x)+SIN2φ(x)+SIN3φ(x))2+(1+COSφ(x)-COS2φ(x)-COS3φ(x)-SINφ(x)-SIN2φ(x)+SIN3φ(x))2……(4)当m=1时η1=14π2{(1-COSφ(x)-COS2φ(x)+COS3φ(x)]]>+SINφ(x)-SIN2φ(x)-SIN3φ(x))2+(1+COSφ(x)-COS2φ(x)-COS3φ(x)+SINφ(x)+SIN2φ(x)+SIN3φ(x))2……(5)图15是λ=635nm、n=2.3368、n0=1时各台阶22a的高度h1和绕射效率ηm的关系曲线图。由图15可知，当h=0.475μm时，波长为635nm的激光束的0次绕射效率η0为最大，-1次绕射效率η-1及+1次绕射效率η1为最小。
图16是λ=780nm、n=2.3368、n0=1时各台阶22a的高度h1和绕射效率ηm的关系曲线图。由图16可知，当h=0.455μm时，波长为780nm的激光束的-1次绕射效率η-1为最大，0次绕射效率η0及+1次绕射效率η1为最小。
如上所述，这样确定高度h1，即，使波长为635nm的激光束的0次绕射光束大，而且使波长为780nm的激光束的-1次绕射光束大。例如，如图17所示，为了使波长为635nm的0次绕射效率η0为90％以上、而且使波长为780nm的-1次绕射效率η-1为70％以上，则高度h1必须在0.448～0.482μm的范围内。
其次，说明确定在光学元件5的周边部分5a形成的绕射光栅21的条状凸部23的高度h2的方法。该高度h2用下式(6)确定。式中，m是整数，λ是不绕射而直接透过的激光束的波长，n是绕射光栅21的条状凸部23的材料的折射率，n0是环状凸部22周围(通常是空气)的折射率。
h2=m×λ/(n-n0)……(6)假设m=1、λ=635nm、n=2.3368、n0=1，则h2=0.475μm。
如上所述，通过确定高度h2，能制成使波长为635nm的激光束不绕射而直接透过、使波长为780nm的激光束绕射的具有波长选择性的绕射光栅21。
另外，通过在绕射光栅21上形成具有对应于波长而变化的折射率的花菁染料类色素等的膜，也可以使绕射光栅21具有波长选择性。花青染料类色素对波长为635nm的激光束具有1.50的折射率，对波长为780nm的激光束具有1.65的折射率。另一方面，由玻璃构成的绕射光栅21对波长为635nm或780nm的任何一种激光束都具有1.50的折射率。因此，能制成使波长为780nm的激光束绕射、而使波长为635nm的激光束不绕射的具有波长选择性的绕射光栅。
其次，说明如上结构的光拾波装置的工作情况。
如图18所示，DVD再生时，激光芯片1a被半导体激光器驱动电路18激活。因此，从半导体激光器1射出的波长为635nm的激光束被半反射镜2将其一半反射，被准直透镜3变成平行光束，再被立式反射镜4立式反射，在光学元件5上不绕射而直接透过。该透过的激光束入射到物镜7上，由物镜7会聚后通过DVD透明基板9，聚焦在信号记录面9a上。信号记录面上的激光束的光点直径为0.9(允许误差为±0.1)μm。
另一方面，如图19所示，CD-R或CD-ROM再生时，激光芯片1b被半导体激光器驱动电路18激活。因此，从半导体激光器1射出的波长为780nm的激光束被半反射镜2将其一半反射，被准直透镜3变成平行光束，再被立式反射镜4立式反射，在光学元件5上其外周部分实际上被遮住，只有其中央部分由于绕射而将直径扩大。透过该光学元件5的中央区域5b的激光束一边扩大直径一边入射到物镜7上，该入射的激光束由物镜7会聚后通过CD-R或CD-ROM的透明基板99，聚焦在其信号记录面99a上。信号记录面99a上的激光束的光点直径为1.5(允许误差为±0.1)μm。
如上所述，如果采用本发明的实施形态，则由于在被配置在物镜7的正下方的光学元件5的中央区域形成使波长为635nm的激光束直接透过、使波长为780nm的激光束绕射而扩大直径的全息成象部分20，而且在光学元件5的周边区域5a形成使波长为635nm的激光束直接透过、使波长为780nm的激光束绕射而实际上被遮住的绕射光栅21，所以波长为635nm的激光束被物镜7聚焦在DVD的信号记录面9a上，同时波长为780nm的激光束被物镜7聚焦在CD-R或CD-ROM31的信号记录面99a上。其结果，该实施形态的光拾波装置能进行DVD、CD-R及CD-ROM的互换再生。
另外，该光拾波装置由于使用最适合于DVD的波长为635nm的激光束，以及最适合于CD-R或CD-ROM的波长为780nm的激光束，所以能适合于DVD、CD-R及CD-ROM的再生。
另外，由于在现有的光拾波装置中只增加将全息成象部分20和绕射光栅21一起形成的一个光学元件5，所以该光拾波装置的尺寸与以往几乎相同。
另外，由于光学元件5被固定在物镜7上，所以即使物镜7为了聚焦及跟踪而移动，也能将激光束准确地聚焦在信号记录面上。另外，该光学元件5由于没有电气的或机械的变动部分，所以不容易引起故障。
如图6所示，在上述光学元件5的中央区域5b形成的全息成象部分20的环形凸部22虽然在其内侧有台阶，但如图20所示，也可以在外侧有台阶。
另外，如图6所示，上述全息成象部分20的环形凸部22虽然有四个台阶22a，但如图21所示，也可以有七个台阶，该台阶数不特别限定。
另外，上述全息成象部分20的环形凸部22虽然有多个台阶，但也可以形成有斜面32a的环形凸部32来代替台阶。
另外，在上述光学元件5中虽然全息成象部分20及绕射光栅21是在同一面上形成的，但如图23及图24所示，也可以在彼此相对的面上形成。在此情况下，如图23所示，最好在物镜7一侧的面上形成绕射光栅，在其相反一侧的面上形成全息成象部分20，如图24所示，也可以在物镜7一侧的面上形成全息成象部分20，而在其相反一侧的面上形成绕射光栅21。在通过刻蚀形成全息成象部分20及绕射光栅21的情况下，当全息成象部分20及绕射光栅21的凸部22及23的高度互不相同时，这样在互不相同的面上形成全息成象部分20及绕射光栅21的方法能容易地制作该光学元件5。
另外，在由具有斜面32a的环状凸部32构成的全息成象部分20的情况下也一样，如图25及图26所示，也可以在互不相同的面上形成全息成象部分20及绕射光栅21。
在上述光学元件中，虽然是在周边区域5a形成绕射光栅21，但如图27所示，也可以在周边区域5a形成全息成象部分33来代替它。周边区域5a中的全息成象部分33的环状凸部22虽然与中央区域5b中的全息成象部分20的环状凸部22同样是在同心圆上形成的，但与中央区域5b中的环状凸部22不同，它是以一定的间距P3形成的。如果采用该图27所示的光学元件5，则由于在周边区域5a也形成全息成象部分33，所以入射到周边区域5a的激光束全部绕射到外侧，没有绕射到内侧而入射到物镜7上的光束。其结果，能减少由绕射到内侧的激光束引起的噪声。
另外，图27所示的环状凸部22虽然在内侧有台阶，但图28所示，也可以在外侧有台阶。
另外，上述光学元件5的绕射光栅21虽然有一定的光栅常数，但图29所示，也可以有不均匀的光栅常数。更具体地说，在该光学元件5的周边区域5a上形成的绕射光栅的条状凸部的间距在图中从右侧向左侧逐渐变窄。
这里，参照图30～图33说明该光学元件5的绕射作用。
如果波长为780nm的激光束27入射到光学元件5上，则激光束27中入射到全息成象部分上的中央部分与上述相同，变成直径逐渐扩大的激光束28。另外，激光束27中入射到绕射光栅上的外周部分以激光束28为中心向左右进行较大的绕射。但是，左侧的+1次的绕射光束29一边收缩直径一边传播，右侧的-1次的绕射光束30一边扩大直径一边传播。
在该光学元件5的周边区域5a上形成的绕射光栅的光栅常数由于是不均匀的，所以+1次的绕射光束29及-1次的绕射光束30通过与往复路径相同的路径而不返回光学元件5。因此，能减少由光束29及30引起的噪声。
另外，光学元件5的周边区域5a也可以实际上将波长为780nm的激光束遮住，如图34所示，也可以在光学元件34的周边区域34a中形成偏振光滤光器。在该光学元件34的中央部分34b与上述相同，形成全息成象部分。在周边区域34a中形成偏振光滤光器如图35所示，在图中具有纵向的偏振方向。因此，该周边区域34a能使在图中沿纵向偏振的激光束直接透过，但在图中沿横向偏振的激光束被吸收而将其遮住。在使用这样的光学元件34的光拾波装置中，半导体激光器1必须使波长为635nm的激光束在图中沿纵向偏振，使波长为780nm的激光束在图中沿水平方向偏振。因此，能使波长为635nm的激光束全部透过光学元件34，但用周边区域34a将波长为780nm的激光束的外周部分遮住，而用全息成象部分只使其中央部分绕射，一边扩大直径一边到达物镜7。
另外，如图36所示，也可以在光学元件35的周边区域35a形成偏振玻璃。在该光学元件35的中央部分35b与上述一样形成全息成象部分。该偏振玻璃为了吸收波长为780nm的激光束，如图37所示，在玻璃表面上烧成将银原子拉伸而成的表面层。该被拉伸的银原子的纵横比R1/R2在1～5的范围内。在该光学元件35中这样设定纵横比R1/R2，以便只吸收波长为780nm的激光束。因此，在使用这样的光学元件35的情况下，也能使波长为635nm的激光束全部透过光学元件35，用偏振片将波长为780nm的激光束的外周部分遮住，使其中央部分绕射，一边扩大直径一边到达物镜7。
另外，由于只要通过吸收而遮住波长为780nm的激光束即可，所以也可以用能吸收波长为780nm的激光束的有色玻璃代替这样的偏振玻璃。
另外，在以上说明中，光学元件的中央区域对应于激光束的波长有选择地引起绕射现象，但光学元件不受此限制，也可以对应于激光束的偏振面有选择地引起绕射现象。即，也可以是这样的光学元件光学元件的中央区域不使图中沿纵向偏振的激光束绕射，只使图中沿横向偏振的激光束绕射。
如图38所示，如果激光芯片1a及1b配置在垂直于光轴的同一平面内，则采用单一材料的准直透镜3对应于激光束的波长具有不同的焦距。即，如图39所示，准直透镜3对波长为780nm的焦距比对波长为635nm的焦距长0.15mm。这样的焦距差能引起色象差。
例如，如果将激光芯片1a及1b配置在准直透镜3相对于波长为635nm的焦点上，则如图40A所示，从激光芯片1a射出的波长为635nm的激光束25透过准直透镜3后呈平行光束，但如图40B所示，从激光芯片1b射出的波长为780nm的激光束27透过准直透镜3后不呈平行光束。因此，波长为780nm的激光束27不能被物镜7准确地聚焦在CD-R或CD-ROM的信号记录面上，从而产生色象差。
因此，为了不产生这样的色象差，最好将激光芯片1a配置在距离准直透镜为第一焦距F1的位置，以便使透过准直透镜3的波长为635nm的激光束25呈平行光束，如图41B所示，最好将激光芯片1b配置在距离准直透镜3为比第一焦距F1长0.15mm的第二焦距F2的位置，以便使透过准直透镜3的波长为780nm的激光束呈平行光束。
另外，在图38中，将分光器36配置在光学元件5和准直透镜3之间，以代替半反射镜2。因此，将来自分光器36的激光束会聚在光检测器8用的会聚透镜37被配置在分光器36和光检测器8之间。
另外，为了不使光轴偏移，可以将波长为635nm及波长为780nm的激光束的出射口集中成一个。例如，如图42所示，该半导体激光器38包括将波长为635nm的激光束与波长为780nm的激光束合成用的光波导39。如图43所示，光波导39呈Y形，它有分别面向激光芯片1a及1b的出射口的两个入射口、以及与这两个入射口联通的一个出射口。如果采用这样的半导体激光器38，则由于将波长为635nm的激光束的发光点与波长为780nm的激光束的发光点模拟成一个，所以能使光轴不偏移。
如图44A及图44B所示，激光芯片1a及1b彼此相邻地固定在底座1c上，但如图45所示，它们的出射口PA及PB之间有规定的间隔PL1。一般情况下激光芯片1a、1b的宽度为300～350μm，所以该间隔PL1的大小也与上述宽度基本上相同。这样的出射口PA、PB中的任何一个都会成为引起象差的原因，所以最好使间隔PL1尽可能地短些。
因此，如图46所示，最好不在激光芯片1a、1b的中心形成出射口PA及PB，而是偏离中心，以便使它们的间隔PL1短一些。或者如图47所示，也可以在激光芯片1a及1b的中心形成出射口PA及PB之后，将它们相邻的一侧切断，缩短出射口PA及PB的间隔PL3。
如上所述，激光芯片1a及1b被配置在靠近彼此相邻的一个侧面，这些出射口PA及PB到该侧面的距离比到与该侧面相对的另一侧面之间的距离短。
另外，在半导体激光器1中需要设置监视从此发射的激光束用的受光元件。如上所述，在设置两个激光芯片1a、1b的情况下，可以分别与各激光芯片1a、1b对应地设置两个受光元件，但如图48所示，最好设置一起监视从激光芯片1a、1b的背后泄漏的波长为635nm及780nm的激光束用的单一的受光元件44。
另外，该半导体激光器1有四个端子45～48。如图49A所示，端子45连接着激光芯片1a的阳极、激光芯片1b的阳极、以及受光元件44的阴极。端子46连接着激光芯片1a的阴极。端子47连接着激光芯片1b的阴极。端子48连接着受光元件44的阳极。由于端子45这样连接着激光芯片1a、1b及受光元件44各自的一个电极，所以能减少半导体激光器1的端子数。
另外，如图49B所示，端子45也可以连接在受光元件44的阳极上，端子48也可以连接在受光元件44的阴极上。
另外，如图49C所示，也可以使端子45连接着激光芯片1a、1b的阴极、以及受光元件44的阴极，端子46连接着激光芯片1a的阳极，端子47连接着激光芯片1b的阳极，端子48连接着受光元件44的阳极。
另外，如图49D所示，还可以使端子45连接着激光芯片1a及1b的阴极、以及受光元件44的阳极，端子46连接着激光芯片1a的阳极，端子47连接着激光芯片1b的阳极，端子48连接着受光元件44的阴极。
图50是只表示上述光拾波装置的光学系统的平面图。另外，在该图50中三光束方式用的绕射光栅40被设置在半导体激光器1和半反射镜2之间。另外，将波长为635nm或780nm的激光束会聚到光检测器8上的规定位置用的沃拉斯顿棱镜41被配置在半反射镜2和光检测器8之间。
这里，在图50中在立式反射镜4的上侧示出了物镜7及光学元件5，但物镜7及光学元件5配置在立式反射镜4的正上方。即，物镜7的光轴不与半导体激光器1的光轴平行，而是与其垂直。
如图51A所示，图50所示的光学系统被收容的框体42中。这样的框体42被支撑在两个导向轴43及43之间。由于导向轴43横跨光盘的半径方向架设，所以包括这样的光学系统和框体42的光拾波装置沿导向轴43在光盘的半径方向上运动。因此，物镜7朝向靠近主轴电动机44的驱动轴(光盘的中心)或远离该驱动轴的方向移动。
在该图51A所示的光拾波装置中，入射到立式反射镜4上的激光束的光轴LN1与通过两个导向轴43的垂线LN2一致，所以导向轴43及43的间隔GL1比较宽。
因此，如图52A所示，最好这样配置光学系统，即，使入射到立式反射镜4上的激光束的光轴LN1相对于通过两个导向轴43的垂线LN2构成锐角θ(例如30～45°)。如果这样配置，则导向轴43及43的间隔GL2变得比上述间隔GL1窄。
在图51A所示的配置的情况下，如图51B所示，如果这样配置半导体激光器1，即，使通过激光芯片1a的出射口及激光芯片1b的出射口的线LN3与光盘的主面平行，则来自激光芯片1a及1b的波长为635nm及780nm的激光束能分别在光盘上的道两侧呈线对称地形成光点。
另一方面，在图52A所示的配置的情况下，如果这样配置半导体激光器1，即，使通过激光芯片1a的出射口及激光芯片1b的出射口的线LN3与光盘的主面平行，则这些激光束分别在道两侧非对称地形成光点。因此，如图52B所示，最好这样配置半导体激光器1，即，使通过激光芯片1a的出射口及激光芯片1b的出射口的线LN3相对于光盘的主面构成与图52A所示的锐角θ相等的锐角θ。
另外，图52B所示的半导体激光器1的外壳1d有平行于框体42的上面及下面的切口1e。这样，由于在半导体激光器1的外壳1d上形成切口1e，所以能使框体42的厚度T2比图51B所示的框体42的厚度T1薄。
上述的光拾波装置虽然主要是进行再生，但也可以进行记录，另外也可以进行记录及再生。
权利要求
1．一种光拾波装置，进行具有第一透明基板(9)的第一光盘(26)及具有比上述第一透明基板(9)厚的第二透明基板(99)的第二光盘(31)的记录及/或再生，其特征在于备有朝向上述第一或第二光盘(26、31)配置的物镜(7)；有选择地生成具有第一波长的第一激光束(25)、以及具有与上述第一波长不同的第二波长的第二激光束(27)的激光束生成装置(1)；被配置在上述物镜(7)和上述激光束生成装置(1)之间、有使上述第一激光束(25)直接透过、并使上述第二激光束(27)绕射而将直径扩大的中央区域(5b)，以及使上述第一激光束(25)直接透过、并使上述第二激光束(27)绕射或被吸收而实际上被遮住的周边区域(5a)的光学元件(5)。
2．根据权利要求1所述的光拾波装置，其特征在于在上述光学元件(5)的中央区域(5b)形成全息成象部分(20)。
3．根据权利要求2所述的光拾波装置，其特征在于上述全息成象部分(20)由各有四个台阶(22a)而且呈同心圆状形成的多个环状凸部(22)构成，上述各台阶(22a)的高度h1由下式(1)～(5)决定，ηm=|1T∫OTA(x)exp{iφ(x)}exp-i(2πmxT)dx|2······(1)]]>
m=0η0=116{(1+COSφ(x)+COS2φ(x)+COS3φ(x)2]]>+(SINφ(x)+SIN2φ(x)+SIN3φ(x)2}……(3)m=-1η-1=14π2{(1-COSφ(x)-COS2φ(x)+COS3φ(x)]]>-SINφ(x)+XIN2φ(x)+SIN3φ(x))2+(1+COSφ(x)-COS2φ(x)-COS3φ(x)-SINφ(x)-SIN2φ(x)+SIN3φ(x)2……(4)m=1η1=14π2{(1-COSφ(x)-COS2φ(x)+COS3φ(x)]]>+SINφ(x)-SIN2φ(x)-SIN3φ(x))2+(1+COSφ(x)-COS2φ(x)-COS3φ(x)+SINφ(x)+SIN2φ(x)+SIN3φ(x))2……(5)式中，ηm是m次的绕射效率，φ(x)是由式(2)定义的相位差函数，T是上述相位差函数的周期，A(x)是透射率，λ是上述第一或第二波长，n是上述环状凸部(22)的折射率，n0是上述环状凸部(22)周边的折射率，φ0是常数。
4．根据权利要求2所述的光拾波装置，其特征在于在上述光学元件(5)的周边区域(5a)形成绕射光栅(21)。
5．根据权利要求4所述的光拾波装置，其特征在于上述绕射光栅(21)有不均匀的光栅常数。
6．根据权利要求2所述的光拾波装置，其特征在于上述激光束生成装置(1)使上述第一激光束(25)沿第一方向偏振，使第二激光束(27)沿与第一方向不同的第二方向偏振，在上述光学元件(34)的周边区域(34a)形成具有相对于上述第二方向垂直的偏振方向的偏振光滤光器。
7．根据权利要求2所述的光拾波装置，其特征在于在上述光学元件(35)的周边区域(35a)形成吸收上述第二波长的激光束(27)的偏振玻璃。
8．根据权利要求1所述的光拾波装置，其特征在于上述激光束生成装置(1)是包括外壳(1d)；配置在上述外壳(1d)内、激发上述第一激光束(25)的第一激光芯片(1a)；以及配置在上述外壳(1d)内、激发上述第二激光束(27)的第二激光芯片(1b)的半导体激光器(1)。
9．根据权利要求8所述的光拾波装置，其特征在于上述光拾波装置沿跨越上述第一或第二光盘(26、31)的半径方向设置的平行的两个导向轴(43)运动，还备有配置在上述物镜(7)及上述光学元件(5)的正下方、将从上述半导体激光器(1)沿平行于上述第一或第二光盘(26、31)的主面的方向照射的上述第一或第二激光束(25、27)反射到垂直于上述第一或第二光盘(26、31)的主面的方向的立式反射镜(4)；以及被支撑在上述两个导向轴(43)之间、用来收容上述物镜(7)、上述光学元件(5)、上述半导体激光器(1)、以及上述立式反射镜(4)用的框体(42)，入射到上述立式反射镜(4)上的激光束的光轴(LN1)相对于通过上述两个导向轴(43)的垂线(LN2)构成锐角(θ)。
10．根据权利要求9所述的光拾波装置，其特征在于使通过上述第一激光芯片(1a)的出射口(PA)和上述第二激光芯片(1b)的出射口(PB)的线(LN3)相对于第一或第二光盘(26、31)的主面构成与上述锐角(θ)相等的锐角(θ)。
11．根据权利要求8所述的光拾波装置，其特征在于还备有配置在上述光学元件(5)和上述半导体激光器(1)之间的准直透镜(3)，上述第一激光芯片(1a)配置成至上述准直透镜(3)的距离为第一距离(F1)，以便透过上述准直透镜(3)的上述第一激光束(25)呈平行光束，上述第二激光芯片(1b)配置成至上述准直透镜(3)的距离为与上述第一距离(F1)不同的第二距离(F2)，以便透过上述准直透镜(3)的上述第二激光束(27)呈平行光束。
12．根据权利要求8所述的光拾波装置，其特征在于上述半导体激光器(1)还包括具有面向上述第一激光芯片(1a)的出口的第一入射口、面向上述第二激光芯片(1b)的出口的第二入射口、以及与上述第一及第二入射口联通的出射口的光波导(39)。
13．根据权利要求8所述的光拾波装置，其特征在于上述第一及第二激光芯片(1a、1b)配置得使各自的一个侧面相邻、上述第一及第二激光芯片(1a、1b)的出口(PA、PB)和上述一个侧面之间的距离分别比上述出口(PA、PB)和与上述一个侧面相对的另一个侧面之间的距离短。
14．根据权利要求8所述的光拾波装置，其特征在于上述半导体激光器(1)还包括配置在与上述第一及第二激光芯片(1a、1b)的出射侧相对的一侧、共同监视从上述第一及第二激光芯片(1a、1b)漏出的上述第一及第二激光束(25、27)用的受光元件(44)。
15．根据权利要求8所述的光拾波装置，其特征在于上述半导体激光器(1)还包括连接上述第一激光芯片(1a)的一个电极、上述第二激光芯片(1b)的一个电极、以及上述受光元件(44)的一个电极的第一端子(45)；连接上述第一激光芯片(1a)的另一个电极的第二端子(46)；连接上述第二激光芯片(1b)的另一个电极的第三端子(47)；以及连接上述受光元件(44)的另一个电极的第四端子(48)。
16．根据权利要求1所述的光拾波装置，其特征在于上述第一波长为620～680nm，上述第二波长为765～795nm。
17．根据权利要求1所述的光拾波装置，其特征在于上述物镜(7)设计成适合于上述第一光盘(26)、且有0.55～0.65的有效数值孔径。
18．根据权利要求1所述的光拾波装置，其特征在于上述物镜(7)在上述第二激光束(27)入射时有0.40～0.50的有效数值孔径。
全文摘要
一种光拾波装置,备有有选择地生成具有波长为635nm的激光束(25)和波长为780nm的激光束(27)的半导体激光器(1);以及具有形成了全息成象部分(20)的中央区域(5b)和形成了绕射光栅(21)的周边区域(5a)的光学元件(5)。该光学元件(5)配置在物镜(7)的正下方。中央区域(5b)使波长为635nm的激光束直接透过,但使波长为780nm的激光束绕射而扩大直径。另一方面,周边区域(5a)使波长为635nm的激光束直接透过,但使波长为780nm的激光束绕射而实际上将其遮住。因此,波长为635nm的激光束(25)全部入射到物镜(7)上。并被聚焦在DVD(26)的信号记录面(9a)上。另一方面,波长为780nm的激光束(27)的外周部分被光学元件(5)的周边区域(5a)进行较大的绕射,只有其中央部分一边扩大直径一边入射到物镜(7)上。因此,波长为780nm的激光束(27)被聚焦在CD－R或CD－ROM(31)的信号记录面(99a)上。因此,该光拾波装置能进行DVD、CD－R及CD－ROM的互换再生。
文档编号G11B7/12GK1235689SQ9719926
公开日1999年11月17日 申请日期1997年9月29日 优先权日1996年10月31日
发明者梶山清治, 土屋洋一, 山田真人, 加纳康行, 市浦秀一 申请人:三洋电机株式会社