光拾取装置 【技术领域】
本发明涉及光拾取装置，尤其涉及能更高密度地进行信息的记录和/或再生的光拾取装置。
背景技术
在DVD(Digital Versatile Disc)等光盘中能进行信息的记录/再生，在这样的光拾取装置中，为了记录和/或再生更高密度化的信息，有必要将记录坑变小，因此它有必要将聚光点变小。此处，若将光源波长设定为λ，将物镜的数值孔径设定为NA，那么点直径ω与λ/NA成比例，因此，为了缩小聚光点，有必要将波长短波长化，或者增大数值孔径。
但是，如果是数值孔径NA大的透镜，尤其对于光束中的NA高的周边部分的光线，向物镜的光线入射角变大，因此有来自光学面的反射量增大，并因周边光通量的下降，不能形成良好地聚光点之虞。
在光拾取装置的光学系统中，若降低光束的周边部分、即高NA部分的光强度，那么将给聚光点的形成(取得所要求的点直径)带来恶劣影响。象上述那样点直径ω与λ/NA成比例，在近几年的光信息记录媒体的高密度化的潮流中，在为了得到更小的点直径使用了青紫色激光光源等时，对周边的光强度下降的点的恶劣影响变得尤为显著。
而且，在将实现不同的光信息记录媒体的互换性或将象差特性的提高等作为目的，在物镜中设置光轴方向截面是锯齿状的衍射环区等的场合，在其构造上，存在遮光(衍射光横穿圆周槽变成无助于聚光)和制造误差(被称做ダレ的衍射环区的复制故障)引起的周边光通量的下降。而且，在使用衍射环区等实现不同的光信息记录媒体的互换性物镜的场合，与专用的物镜比较，一般存在光通量下降。
另外，通常，从半导体等的激光光源发出的光束本来就具有略呈高斯光强度分布(随着从中央向周边，光强度逐渐减弱的分布)，因此在光束的周边部分，光强度减弱，但越是高NA透镜，越强调该倾向。
对于这样的问题，人们已知道通过入射从半导体激光光源被出射的光束，将略呈高斯分布的光强度变换成大致均匀化的光束并出射的所谓光强度分布变换元件(参照专利文献1)。
【专利文献1】
专利第3370612号说明书
通过使这样的元件适用于光拾取装置，即使从光源被出射的光束具有略呈高斯分布的光强度，通过在入射到物镜之前做成均匀的光强度，也能解决上述的问题，象这样的问题也被考虑。但是，例如已判明了在光拾取装置中，若将入射到物镜的光束的光强度分布均匀化，那么聚光到信息记录面上的点光的旁瓣过分变大，反而有降低信息记录和/或再生的准确性之虞。
【发明内容】
本发明就是鉴于这样的问题被形成的，提供一种通过在使从光源被出射的光束的光强度分布最佳化的状态下使光束入射到物镜，对于光信息记录媒体能准确地进行信息的记录和/或再生的光拾取装置。
项1记载的光拾取装置使用从波长是200～700nm的光源被出射的光束，对光信息记录媒体进行信息的再生或记录，其特征在于，它具有使从光源被入射的光束的略呈高斯分布的光强度分布变换成通过有效直径最外周部分的出射光的光强度在通过光轴位置的出射光的光强度的45～95％之间的所希望的光强度分布的光强度分布变换元件，以及使从该光强度分布变换元件被出射的光束聚光在所述光信息记录媒体的信息记录面的物镜光学元件，因此通过用所述光强度分布变换元件，考虑旁瓣和点直径在最佳范围使入射到所述物镜光学元件的光束的周边光通量增大，对光信息记录媒体能够更准确地进行信息的记录和/或再生。
图6(a)是表示点光的周边强度比(周边的光强度对中央的光强度之比)的变化和射束直径的关系的图，图6(b)是点光的周边强度比的变化和旁瓣的关系的图。如图6(a)所示那样，越使点光的周边强度比增大，越能够将射束直径抑制得小，但在其另一方面，若使点光的周边强度比增大，那么旁瓣将变大，例如若将周边强度比设定为100％，那么就有旁瓣的增加率接近1.8％地增加，并对信息的记录和/或再生带来恶劣影响之虞。与此相对，若依据本发明，通过将周边强度比设定为45％以上，将射束直径抑制得小，而且通过将周边强度比设定为95％以下，将增大旁瓣，因而使适当的信息的记录和/或再生变为可能。
项2记载的光拾取装置，在项1记载的发明中，在将入射的有效直径最外周部分附近的光强度设定为A，将光轴位置的光强度设定为B，将出射光的有效直径最外周部分附近的光强度设定为C，将光轴位置的光强度设定为D时，所述光强度分布变换元件满足下式。此外，所谓有效直径最外周部分假定是指用光拾取装置中的规定的光圈决定的直径。
1.2＜(C/D)/(B/A)＜1.5
项3记载的光拾取装置使用从波长是200～700nm的光源被出射的光束，对光信息记录媒体进行信息的再生或记录，其特征在于，它具有使从光源被入射的光束的略呈高斯分布的光强度分布变换成通过有效直径最外周部分的出射光的光强度在通过光轴位置的出射光的光强度的45～95％之间的所希望的光强度分布的光强度分布变换元件，以及使从该光强度分布变换元件被出射的光束聚光在所述光信息记录媒体的信息记录面的物镜光学元件，并在所述物镜光学元件的光学功能表面上具备由将光轴作为中心的环形区组成，并被构成为通过了各环形区的光束相互被给与规定的光程差的光程差给与环形区构造，因此，用所述光强度分布变换元件，通过考虑旁瓣和点直径在最佳范围使入射到所述物镜光学元件的光束的周边光通量增大，能够对光信息记录媒体更准确地进行信息的记录和/或再生。另外，通过所述光程差给与环形区构造能够进行在信息记录和/或再生时的色象差修正，使用保护层的厚度不同的光信息记录媒体的场合的球面象差修正，以及起因于温度变化引起的物镜光学元件的折射率变化的球面象差修正等。
在项1记载的光拾取装置中，所述光强度分布变换元件最好使从光源入射的光束的略呈高斯分布的光强度分布变换成通过有效直径最外周部分的出射光的光强度在通过光轴位置的出射光的光强度的60-80％之间的所希望的光强分布。由此旁瓣不超过1.7％，可避免在信息的记录时把信息写入临接的光道中。
项4记载的光拾取装置，在项3记载的发明中，在将入射的有效直径最外周部分附近的光强度设定为A，将光轴位置的光强度设定为B，将出射光的有效直径最外周部分附近的光强度设定为C，将光轴位置的光强度设定为D时，所述光强度分布变换元件满足下式。
1.2＜(C/D)/(B/A)＜1.5
项5记载的光拾取装置，在项3或项4记载的发明中，所述光程差给与环形区构造是衍射构造、相位构造、多级的至少一种。
项6记载的光拾取装置使用从波长是200～700nm的光源被出射的光束，对光信息记录媒体进行信息的再生或记录，其特征在于，它具有使从光源被入射的光束的略呈高斯分布的光强度分布变换成通过有效直径最外周部分的出射光的光强度在通过光轴位置的出射光的光强度的45～95％之间的所希望的光强度分布的光强度分布变换元件，使从该光强度分布变换元件被出射的光束聚光在所述光信息记录媒体的信息记录面的物镜光学元件，以及使从该光强度分布变换元件所出射的光束聚光在所述光信息记录媒体的信息记录面上的、数值孔径NA为0.65以上的物镜光学元件，因此用所述光强度分布变换元件，通过考虑旁瓣和点直径在最佳范围使入射到所述物镜光学元件的光束的周边光通量增大，能够更准确地进行信息的记录和/或再生。另外，通过使数值孔径NA达到0.65以上，使高密度的信息的记录和/或再生变为可能。
项7记载的光拾取装置，在项6记载的发明中，在将入射的有效直径最外周部分附近的光强度设定为A，将光轴位置的光强度设定为B，将出射光的有效直径最外周部分附近的光强度设定为C，将光轴位置的光强度设定为D时，所述光强度分布变换元件满足下式。
1.2＜(C/D)/(B/A)＜1.5
项8记载的光拾取装置，在项1～7任何一项记载的发明中，在所述光源和所述光强度分布变换元件之间配置入射有限光束、出射无限光束的准直元件，因此提高所述光强度部分变换元件设计的自由度。
项9记载的光拾取装置，在项1～7记载的发明中，所述光强度分布变换元件是射束扩展器的构件，因此减少光学系统的零件个数。
项10记载的光拾取装置，在项9记载的发明中，所述射束扩展器的构件之一在光轴方向能变位、而且具有球面象差修正功能，因此更能适当地进行信息的记录和/或再生。
项11记载的光拾取装置，在项9记载的发明中，所述射束扩展器的构件之一是被固定在光轴方向、而且具有光程差给与构造，因此更适当地能进行信息的记录和/或再生。
项12记载的光拾取装置，在项9～11的任何一项记载的发明中，所述射束扩展器是开普勒型。例如由于开普勒型的射束扩展器将2个正的透镜作为构件使用，因此有容易评价各自的透镜的优点。
项13记载的光拾取装置，在项9～11的任何一项记载的发明中，所述射束扩展器是伽俐略型。例如伽俐略型的射束扩展器，用负、正的透镜构成，即使各自的透镜功率小，也使节省空间的配置变为可能，因此对光拾取装置的小型化有利。
项14记载的光拾取装置，在项1～13的任何一项记载的发明中，所述光强度分布变换元件是射束整形器的构件，因此减少光学系统的零件个数。
项15记载的光拾取装置，在项1～14的任何一项记载的发明中，通过使所述物镜光学元件对光轴倾斜，修正慧差，因此更适当地能进行信息的记录和/或再生。
项16记载的光拾取装置，在项1～15的任何一项记载的发明中，因为设置了色象差修正元件，所以更适当地能进行信息的记录和/或再生。
项17记载的光拾取装置，在项1～16的任何一项记载的发明中，所述光强度分布变换元件是与所述物镜光学元件不同的元件，并能另行设计所述光强度分布变换元件和所述物镜光学元件，因此提高设计的自由度。
项18记载的光拾取装置，在项1～17的任何一项记载的发明中，所述光强度分布变换元件能局部地变更出射光束对入射光束的光强度比率，因此例如能够得到与光源的特性配合的任意的光强度分布。
项19记载的光拾取装置，在项1～18的任何一项记载的发明中，使用从多个光源被出射的光束，对不同的光信息记录媒体进行信息的记录和/或再生，更能提供附加价值高的光拾取装置。
项20记载的光拾取装置，在项1～19的任何一项记载的发明中，所述物镜光学元件将塑料作为原料被形成，因此能够廉价并大量地得到。
项21记载的光拾取装置，在项1～19的任何一项记载的发明中，所述物镜光学元件将玻璃作为原料被形成，因此即使有环境变化等也能提供稳定的性能。
在本说明书中，所谓物镜光学元件，假定狭义地讲是指在将信息记录媒体装入光拾取装置的状态下，在最接近光信息记录媒体一侧的位置，与它对向被配置的具有聚光作用的光学元件(例如透镜)，广义地讲是指与该光学元件一起通过激励器至少在其光轴方向能动作的光学元件。因此，在本说明书中，所谓物镜光学元件的光信息记录媒体一侧(影像一侧)的数值孔径NA是指位置在物镜光学元件的最接近光信息记录媒体一侧的面的数值孔径NA。另外，假定在本说明书中必要的数值孔径NA表示在各自的光信息记录媒体的规格中被规定的数值孔径，或者对于各自的光信息记录媒体，根据使用的光源的波长，能够得到为进行信息的记录或再生所必要的点直径的衍射界限性能的物镜光学元件的数值孔径。
所谓在本说明书中使用的衍射构造是指在光学元件的表面，例如透镜的表面设置凹凸，并具有通过衍射使光束聚光或发散的作用的形态的构造，当在一个光学面上有产生衍射的区域和没有产生衍射的区域的场合，是指产生衍射的区域。作为凹凸的形状，例如，是在光学元件的表面，作为以光轴为中心的略呈同心圆形状的环形区被形成，在包含光轴的平面如果看它的截面，就知道各环形区是锯齿那样的形状，但包含那样的(同心圆)形状。
【附图说明】
图1是涉及本发明的实施形态的光拾取装置的概略截面图。
图2是涉及本实施形态的射束扩展器的截面图。
图3是表示射束扩展器的特性的图。
图4是作为涉及其它实施形态的光强度分布变换元件的修正透镜的截面图。
图5是表示修正透镜的特性的图。
图6(a)是表示点光的周边强度比的变化和射束直径的关系的图，图6(b)是点光的周边强度比的变化和旁瓣的关系的图。
【具体实施方式】
以下，参照附图，更详细地说明本发明。图1是涉及对于全部的高密度DVD(也叫做第1光盘)、现有的DVD(也叫做第2光盘)和CD(也叫做第3光盘)进行信息的记录/再生的本发明的实施形态的光拾取装置的概略截面图。此外，第1半导体激光器101、第2半导体激光器201第1半导体激光器301全部具有略呈高斯分布(随着从光轴向周边减少)的光强度。
在图1中，从作为第1光源的第1半导体激光器101(波长λ＝380nm～450nm)被出射的光束在射束整形器102中修正射束形状，通过第1射束分离器103，在作为准直元件的准直仪104中被形成平行光后，通过第2射束分离器105，入射到具有光学元件106、107的射束扩展器。至少一方(希望是光学元件106)在光轴方向可动的射束扩展器106、107变更平行光束的光束直径(此处是扩大)，并具有修正球面象差的功能。而且，在射束扩展器的其它光学元件107的光学面形成光程差给与构造(衍射环形区)，因此对于从第1半导体激光器101被出射的光束就会进行色象差修正。色象差修正用的衍射构造不仅在光学元件107中，而且也可以在其它光学元件(准直仪104)等中设置。
通过这样设置作为光强度分布变换元件的射束扩展器106、107，象后述的那样能够将略呈高斯分布的光强度变更成更合适的强度分布，而且能够进行色象差修正和球面象差修正，另外，例如在高密度DVD是在2层中具有信息记录面的类型的场合，通过使光学元件106在光轴方向移动，也能够进行信息记录面的选择。射束扩展器106、107被配置在来自后述的第2半导体激光器201、第3半导体激光器301的光束也通过的共同的光程内。
在图1中，透过了射束扩展器106、107的光束通过光圈108，通过作为只由折射面组成的物镜光学元件的物镜109，经由第1光盘110的保护层(厚度t1＝0.1～0.7mm，希望是0.1或0.6mm)聚光在其信息记录面，并在此形成聚光点。此外，物镜109可以将玻璃作为原料，但在射束扩展器106、107中能任意修正因环境变化等产生的象差恶化后，缓和了所要求的光学特性的限制，因此能够使用更廉价的塑料原料。
而且在信息记录面上通过信息坑被调制反射的光束再次透过物镜109，光圈108，射束扩展器106、107，在第2射束分离器105中被反射，在柱面透镜111中被给与象散性，透过传感器透镜112，入射到光检测器113的感光面，因此使用它的输出信号能得到在第1光盘110中被信息记录的信息的读取信号。
另外，检测在光检测器113上的点的形状变化，位置变化引起的光通量变化，并进行对焦(调焦)检测和道跟踪检测。根据该检测就会一体地使物镜109移动以便二维激励器120将来自第1半导体激光器101的光束在第1光盘110的信息记录面上成象。
而且，在图1中，第2半导体激光器201和第3半导体激光器301被安装在同一基片上，并被变成叫做所谓2激光1封装的单一部件。从作为第2光源的第2半导体激光器201(波长λ2＝600～700nm)被出射的光束通过1/4波长板202，通过第3射束分离器203，在第1射束分离器103中被反射，在准直仪104中一边缩小光束直径一边变成平行光束，通过第2射束分离器105，入射到射束扩展器106、107，在此处被变换成具有弱发散角的有限发散光束。象上述那样，射束扩展器106、107能够进行球面象差修正。此外，在作为孔径限制元件的准直仪104中，通过给与二向色性着色，并根据波长限制光束的通过区域，例如就会对于来自第1半导体激光器101的光束，实现物镜109的数值孔径NA＝0.65，对于来自第2半导体激光器201的光束，实现物镜109的数值孔径NA＝0.65，对于来自第3半导体激光器301的光束，实现物镜109的数值孔径NA＝0.45。但是，数值孔径的组合不受此限制。
在图1中，透过射束扩展器106、107的光束在具有弱发散角的有限发散状态下通过光圈108，用只由折射面组成的物镜109，经由第2光盘110’的保护层(厚度t2＝0.5～0.7mm，希望是0.6mm)被聚光在其信息记录面上，并在此处形成聚光点。
然后，在信息记录面上由信息坑调制并反射的光束再次通过物镜109、光圈108、射束扩展器(107、106)、第2射束分离器105、准直仪104，在第1射束分离器103中被反射，之后，在柱面透镜204中给与象散性，通过传感透镜205，入射到光检测起206的感光面，因此使用它的输出信号，能得到在第2光盘110’中被信息记录的信息的读取信号。
另外，检测在光检测器113上的点的形状变化，位置变化引起的光通量变化，并进行对焦检测和道跟踪检测。根据该检测就会使物镜109一体地移动以便二维激励器120使来自第3半导体激光器301的光束在第2光盘110’的信息记录面上成象。
此外，在图1中，来自作为第3光源的第3半导体激光器301(波长λ3＝770nm～830nm)被出射的光束通过1/4波长板202，通过第3射束分离器203，在第1射束分离器103中被反射，在准直仪104中一边缩小光束直径一边变成平行光线，通过第2射束分离器105，入射到射束扩展器106、107，在这里被变换成具有比第2半导体激光器201的光束的场合强的(大的)发散角的有限发散光束。同样地，射束扩散器106、107能够进行色象差修正和球面象差修正。
在图1中，透过射束扩展器106、107的光束在具有强发散角的有限发散状态下通过光圈108，用只由折射面组成的物镜109，经由第3光盘110”的保护层(厚度t3＝1.1～1.3mm，希望是1.2mm)被聚光在其信息记录面上，并在此处形成聚光点。
然后，在信息记录面上由信息坑调制并反射的光束再次通过物镜109、光圈108、射束扩展器107、106、第2射束分离器105、准直仪104，在第1射束分离器103中被反射，接着，在第3射束分离器203中被反射，之后，在柱面透镜204中给与象散性，通过传感透镜205，入射到光检测起206的感光面，因此使用它的输出信号，能得到在第3光盘110”中被信息记录的信息的读取信号。
另外，检测在光检测起113上的点的形状变化，位置变化引起的光通量变化，并进行对焦检测和道跟踪检测。根据该检测就会使物镜109一体地移动以便二维激励器120使来自第2半导体激光器201的光束在第3光盘110”的信息记录面上成象。
图2是涉及本实施形态的射束扩展器的截面图，图3是表示这样的射束扩展器的特性的图。在图3中，对于入射到射束扩展器的光束IL，出射的光束OL的光强度分布被修正，但没有完全变均匀，通过出射光束OL的有效直径(此处与光圈直径对应)最外周部分的光的强度就会是接近通过光轴位置的光的强度的70％。这样，尤其通过使入射到物镜的光束的周边的光通量最佳化，进行聚光点的旁瓣的最佳化，并能进行更适当的信息的记录和/或再生。
作为这样的射束扩展器在表1中示出合适的实施例的透镜数据。此外，假定在这以后(包含表的透镜数据)，使用E(例如，2.5×E-3)表示10的幂乘数(例如，2.5×10-3)。
【表1】第i面 ri di ni(405nm)0 ∞1 ∞ 1.000 1.0光圈直径2.6mmL12 -12.2508 0.800 1.5253 11.1489 1.011 1.0L24 13.0940 1.000 1.5255 -12.9706 - 1.0
非球面数据
第2面 非球面系数
κ-1.7105×E-0
A4+2.0283×E-2
A6+1.4929×E-3
A8-1.5978×E-3
A10+2.1103×E-4
第3面 非球面系数
κ0
A4+1.8405×E-2
A6+2.8517×E-3
A8-2.0989×E-3
A10+2.8568×E-4
第4面 非球面系数
κ0
A4-7.8094×E-3
A6+5.2097×E-3
A8-3.2228×E-4
A100
第5面 非球面系数
κ-5.0374×E-0
A4-7.0512×E-3
A6+3.7596×E-3
A8+1.2812×E-4
A10+2.9309×E-5
物镜的两面是用[数式1]表示的非球面。但是，Z是光轴方向的轴，h是离光轴的高度，r是近轴曲率半径，κ是圆锥系数，A2i是非球面系数。
【数式1】
Z=(h2/r)1+1-(1+k)(h/r)2+Σi=19A2ih2i]]>
图4是作为涉及其它的实施形态的光强度分布变换元件的修正透镜的截面图，图5是表示这样的透镜的特性的图。图5所示的修正透镜406能够用来替代图1的射束扩展器106、107。对于入射到修正透镜406的光束IL，出射的光束OL的光强度分布被修正，但没有变均匀，通过出射光束OL的有效直径(此处与光圈直径对应)最外周部分的光的强度就会是通过光轴位置的光的强度约65％。同样地，尤其通过使入射到物镜的光束的周边光通量最佳化，进行聚光点的旁瓣的最佳化，并能进行更合适的信息的记录和/或再生。
作为这样的修正透镜在表2中示出合适的实施例的透镜数据。
【表2】第i面ri di ni(405nm)0 ∞1∞ 5.000 1.0000光圈直径3.5mm2-2.2933 2.000 1.50003-2.9558 0.000 1.00004∞ 5.000 1.0000
非球面数据
第2面
非球面系数
κ-9.9852×E-1
A4+1.2648×E-2
A6+2.3791×E-3
A8-3.1426×E-4
第3面
非球面系数
κ-3.9775×E-0
A4-9.8474×E-3
A6+2.5830×E-3
A8-1.2003×E-4
此外，作为光强度分布变换元件可以是射束整形器，或者，在制造时或在制造以后，通过使物镜对光轴倾斜，也能够修正慧差，也可以设置色象差修正元件。光强度分布变换元件能局部变换出射光束对入射光束的光强度比率。本实施形态的物镜将塑料作为原料，但也可以将玻璃作为原料。此外，在上述的实施形态中，将对于不同的光盘能进行信息的记录和/或再生的互换类型的光拾取装置作为例子列举，但不要受它限制，在对于单一种类的光盘进行信息的记录和/或再生的专用的光拾取装置中本发明也能适用。
若依据本发明，通过在使从光源被出射的光束的光强度分布最佳化的状态下使光束入射到物镜，能够提供对于光信息记录媒体准确地进行信息的记录和/或再生的光拾取装置。