光拾取装置 【技术领域】
本发明涉及光拾取装置和它使用的光学元件，特别是涉及使用从光源波长不同的3个光源射出的光束对3个不同的光信息记录媒体能分别进行信息的记录和/或再现的光拾取装置。
背景技术
近年来使用波长400nm左右的兰紫色半导体激光器进行信息的记录/再现的高密度光盘系统的研究·开发在急速进展。作为一例，以NA0.85、光源波长405nm的规格进行信息记录和/或再现的光盘(以下把本说明书中的该光盘叫做“高密度DVD”)对与DVD(NA0.6、光源波长650nm、存储容量4、7GB)同样大小的直径12cm的光盘，每一面能记录20～30 GB的信息。
仅是对这种高密度DVD能适当记录/再现信息，还不能说作为光拾取装置制品的价值就充足了。根据现在记录各种各样信息的DVD和CD在销售的现实情况，对高密度DVD仅能进行适当的记录/再现信息就不够了，例如对用户拥有的现有的DVD或CD也同样地能进行适当的记录/再现信息就与作为互换型的光拾取装置而提高制品的价值相联系。根据这种背景，在互换型地光拾取装置中使用的聚焦光学系统希望对高密度DVD、现有形式的DVD、CD的任一种都能进行适当的记录/再现信息。作为这种互换型的光拾取装置的例子，例如公开在下面的专利文献1中。
专利文献1：特开2001-43559号公报
对这种高密度DVD能使用的光源有限，所以使用的波长大致被决定，但保护基板厚度、存储容量、NA等规格尚未统一。例如对高密度DVD若考虑大幅度提高记录密度的话，则首先应该加大物镜的NA并随之尽量缓和由严格的精度误差而引起的像差恶化，希望光盘的保护基板(也叫做保护层)厚度变薄。相反，若把物镜的NA变成与DVD等现有的光盘标准相同的话，则虽然不大幅度增加物理上的记录密度，但作为光学系统被要求的性能变得比较宽松，所以把保护基板厚度变薄的必要性降低。作为具体的规格，对保护基板的厚度提案有：0.1mm和比现有的DVD再薄些和与现有的DVD相同是0.6mm。
为了把光拾取装置的聚焦光学系统简单化的同时，还达到记录和/或再现高密度信息，有在把使用高密度DVD时物镜的NA制作成比使用现有DVD时的NA大(例如0.85)时，例如对物镜设置高密度DVD、DVD、CD的共用区域，高密度DVD、DVD的共用区域，高密度DVD的专用区域等这3个光学功能区域，通过使通过的光束根据光源波长闪光化而能使像差特性在某种程度上良好的技术。但如所述，由于有高密度DVD的规格不统一和对高密度DVD进行信息的记录和/或再现时使用的短波长的光源对由光学元件的温度变化所引起的折射率变化和光源波长不稳定(方式跳跃等)等，其容许值严格等的问题等，所以在单一的物镜上即使对高密度DVD、现有形式的DVD、CD都给予为了进行适当的记录/再现信息所需要的光学特性，理论上姑且不论，实际上也可以说有许多的困难问题。而且在上述的物镜上设置3个光学功能区域的技术仅仅是一例，设置何种光学功能区域是随着光盘规格的不同而不同的。
而且光拾取装置自身也被要求小型化、重量轻和特别是薄型化，所以对元件部件，特别是对光学元件要求有非常严格的性能。一般来说若使装置薄型化就不能确保工作间隔(物镜光学元件与光盘的距离)长。相反地，通过提高聚焦光学系统的倍率能加大工作间隔，但这样有可能像高特性恶化，所以有不理想的问题。而且若高密度DVD、现有形式的DVD、CD的工作间隔差变大时则聚焦时传动装置的负担变大，消耗电力也增大。
【发明内容】
本发明是鉴于有关这些问题点而开发的，其目的在于提供一种光拾取装置，在缓和对物镜光学元件的设计和制造公差的限制的同时，还能对例如所有的高密度DVD、现有形式的DVD、CD进行适当的信息的记录和/或再现。
本发明的光拾取装置具有：第一光源，波长是λ1；第二光源，波长是λ2(λ1＜λ2)；第三光源，波长是λ3(λ2＜λ3)；聚焦光学系统，包括物镜光学元件，所述聚焦光学系统能通过把来自所述第一光源的光束通过厚度t1的保护层聚焦在第一光信息记录媒体的信息记录面上来进行信息的记录或再现，而且能通过把来自所述第二光源的光束通过厚度t2的保护层聚焦在第二光信息记录媒体的信息记录面上来进行信息的记录或再现，能通过把来自所述第三光源的光束通过厚度t3(t1＜t3且t2＜t3)的保护层聚焦在第三光信息记录媒体的信息记录面上来进行信息的记录或再现，其中，在对所述第一光信息记录媒体进行信息的记录或再现时是把无限平行光束对所述物镜光学元件射入，并且所述光拾取装置具有把由所述第一～第三光信息记录媒体的保护层厚度差和由所述第一～第三光源的波长差的至少一方产生的球差进行矫正的功能，从所述第一光源射出的光束配置在通过的光路中，具有抑制根据所述第一光源波长变动的色差变动的色差矫正元件。
本发明的光拾取装置在对所述3种不同的光信息记录媒体进行信息的记录和/或再现时，进行由条件变化引起的色差矫正，物镜光学元件具有另一个设置的所述色差矫正元件。通过把根据条件变化的色差矫正由物镜光学元件用另一个设置的所述色差矫正元件来进行色差矫正，从而能缓和对物镜光学元件的设计和制造公差的限制。而且本发明的光拾取装置具有把由多个光源间的波长差和由多个光信息记录媒体的保护层厚度差的至少一方引起的球差进行矫正的功能。通过具有这种功能就能对具有不同波长的光源和具有不同厚度保护层的光信息记录媒体进行记录/再现。这种球差矫正功能也可以具有所述物镜光学元件，但最好由另一个设置的球差矫正元件来进行。通过由所述色差矫正元件进行色差矫正、由所述球差矫正元件进行球差矫正，能不在所述物镜光学元件上设置矫正像差用的衍射结构等而形成例如仅由折射面构成的光学面，缓和对其设计和制造公差的限制，从总体来看提供更低成本的光拾取装置。本发明中不限定于所述色差矫正元件进行全部的色差矫正，也可以由所述物镜光学元件承担一部分色差矫正。同样地，所述球差矫正元件不进行全部的球差矫正，也可以由所述物镜光学元件担保一部分球差矫正。
【附图说明】
图1是本发明实施例光拾取装置的概略剖面图。
【具体实施方式】
本发明中所述第一光信息记录媒体的保护层t1与所述第二光信息记录媒体的保护层t2最好满足以下的关系。
0.9·t1＜t2＜1.1·t1
通过满足这种关系，在第一和第二光信息记录媒体上进行记录/再现时就不需要矫正由各自保护层厚度引起的球差，而容易设计。
所述色差矫正元件和所述球差矫正元件既可以是一体的也可以是分开的，但至少所述色差矫正元件最好配置在最需要矫正色差的从所述第一光源射出的光束通过的光路中。而所述球差矫正元件配置在来自各光源的光束通过的共同光路或单独光路的任一个之中都可以。
本发明中对所述第一光信息记录媒体进行信息的再现和/或记录时，在对像差特性上最严格，所以通过对所述物镜光学元件射入无限平行光束，能把跟踪时像差恶化的影响抑制小。
本发明的光拾取装置中对所述第三光信息记录媒体进行信息的再现和/或记录时，对所述物镜光学元件最好射入有限发散光束。根据这种结构，能把由第三信息记录媒体的保护层厚度比其他光信息记录媒体的保护层厚度厚所引起的产生的过多的球差通过由对物镜光学元件射入有限发散光束所产生的不足球差至少消除一部分。
本发明的光拾取装置中对所述第二光信息记录媒体进行信息的再现和/或记录时，对所述物镜光学元件最好射入有限发散光束。根据这种结构，能把由第二光源的波长比第一光源的波长长所引起的过多球差至少消除一部分。
本发明中对所述第二信息记录媒体进行信息的再现或记录时，对所述物镜光学元件射入的有限发散光束的发散角，最好小于对所述第三信息记录媒体进行信息的再现或记录时，对所述物镜光学元件射入的有限发散光束的发散角。
本发明的光拾取装置中所述聚焦光学系统包括准直仪，从所述第一光源、所述第二光源和所述第三光源射出的光束在其通过相同准直仪朝向所述物镜光学元件在能减少部件个数的点上来说是理想的。
本发明的光拾取装置中所述第二光源和所述第三光源在其安装在同一基板上在能谋求低成本化和节省空间化的点来说是理想的。
本发明的光拾取装置中所述第一光源、所述第二光源和所述第三光源在其距所述物镜光学元件等距离配置而在更能谋求低成本化和节省空间化的点上来说是理想的。
本发明的光拾取装置中所述色差矫正元件最好是光束扩展器、准直仪、耦合透镜的至少一个，是光束扩展器则更理想。作为更具体的结构是在光束扩展器、准直仪、耦合透镜的至少一个的光学面上能付与衍射结构、相位结构、多能级等的结构。
本发明的光拾取装置中所述球差矫正元件最好至少一部分在光轴方向上可移动。通过这种结构，根据进行信息的记录和/或再现的光源波长、倍率、基板厚度、温度等条件能通过使所述球差矫正元件的一部分移动来自由地进行球差矫正。
本发明的光拾取装置中所述球差矫正元件最好是光束扩展器、准直仪、耦合透镜、物镜光学元件的至少一个，是光束扩展器则更理想。作为更具体的结构是在光束扩展器、准直仪、耦合透镜、物镜光学元件的至少一个的光学面上付与衍射结构、相位结构、多相位等的结构。
本发明的光拾取装置中所述球差矫正元件也最好是液晶元件。通过根据进行信息的记录和/或再现的光源波长、倍率、基板厚度、温度等条件使所述液晶元件动作，能自由地进行球差矫正。作为液晶元件的一例，有具有按绝缘基板(例如玻璃基板)、电极、液晶分子层、电极、绝缘基板(例如玻璃基板)的顺序层合的结构，在该液晶元件中的电极之中至少一个被分割成以光轴为中心的环带图形。使用根据光检测器的输出信号生成的信息记录面上聚焦点的球差变化信号，在电极上当对这样被分割成环带图形的电极施加规定的电压时，则液晶分子层的配列图形变化成环带状，作为结果是使能在液晶元件上具有以光轴为中心的环带状的折射率分布。在透过了具有该环带状折射率分布的液晶元件的光束波阵面上由于附加有球差，所以这样能矫正由随着温度变化而光源(半导体激光器)波长变化所产生的球差变化。
本发明的光拾取装置中所述球差矫正元件最好是把根据所述物镜光学元件的温度变化而产生的球差进行矫正。
本发明的光拾取装置中所述物镜光学元件最好是把塑料作为原材料。
本发明的光拾取装置中所述物镜光学元件最好是把玻璃作为原材料。
本发明的光拾取装置中最好具有能根据所述光信息记录媒体的需要数值口径来缩小光束的口径限制元件。作为所述口径限制元件有根据波长来变化光圈径的光圈和在光学面上付与了分色涂层的光学元件等。若能把口径限制元件与球差矫正元件和色差矫正元件兼用的话，就能减少部件个数。
本说明书中所说的物镜光学元件，狭义上是指把光信息记录媒体装填在了光拾取装置中的状态下，在最靠近光信息记录媒体侧的位置上应该与其相对配置的具有聚焦作用的光学元件(例如透镜)，广义上是指通过传动装置与其光学元件一起至少能在光轴方向上动作的光学元件。因此本说明书中所说的光学元件的光信息记录媒体侧(像侧)的数值口径NA是指光学元件位于最靠近光信息记录媒体侧的面的数值口径NA。而且本说明书中的需要数值口径NA是表示由各自光信息记录媒体的规格规定的数值口径，或是对各自的光信息记录媒体、根据使用的光源波长能得到为进行信息的记录或再现所必要光点直径的衍射极限性能的物镜光学元件的数值口径。
本说明书中所用的衍射结构是指在光学元件的表面，例如透镜的表面上设置浮雕图案，具有利用衍射使光束有聚焦或发散作用的形态，在一个光学面上有产生衍射的区域和不产生衍射的区域时是指产生衍射的区域。作为凸纹的形状，所知道的有例如在光学元件的表面上形成作为以光轴为中心的大致同心圆状的环带，在包含光轴的平面上看其剖面时各环带是锯齿那样的形状，并且包括这种形状。
本说明书中作为光信息记录媒体，只要满足本发明的结构就没有特别的限制，例如作为第一光信息记录媒体有高密度DVD系列的光盘，作为第二光信息记录媒体除了再现专用中使用的DVD-ROM、DVD-Video之外，再现/记录兼用的DVD-RAM、DVD-R、DVD-RW等各种DVD系列的光盘在使用。所说的第三光信息记录媒体是使用例如CD-R、CD-RW等CD系列的光盘。
下面参照附图更详细地说明本发明。图1是能对所有的高密度DVD(也叫做第一光盘)、现有的DVD(也叫做第二光盘)、和CD(也叫做第三光盘)进行信息的记录/再现的本发明实施例光拾取装置的概略剖面图。
图1中从作为第一光源的第一半导体激光器101(波长λ1＝380nm～450nm)射出的光束利用光束整形器102矫正光束形状，通过第一光束分离器103并用准直仪104变成平行光束后通过第二光束分离器105，向具有光学元件106、107的光束扩展器射入。至少一个(最好是光学元件106)能在光轴方向上移动的光束扩展器(106、107)具有变更平行光束的光束径(在此是扩大)，并且矫正球差的功能。在光束扩展器另一个光学元件107的光学面上形成有衍射结构(衍射环带)，这样对从第一半导体激光器101射出的光束进行色差矫正。色差矫正用的衍射结构不仅是光学元件107，也可以设置在其他光学元件(准直仪104)上。
通过这样设置光束扩展器(106、107)能进行色差矫正和球差矫正，而且在例如高密度DVD是具有两层信息记录面形式时，通过把光学元件106在光轴方向上移动，还能进行信息记录面的选择。光束扩展器(106、107)配置在来自后述的第二半导体激光器201、第三半导体激光器301的光束通过的共通光路内。
图1中透过光束扩展器(106、107)的光束通过光圈108，利用仅由折射面构成的物镜光学元件物镜109通过第一光盘110的保护层(厚度t1＝0.5～0.7mm、最好是0.6mm)聚焦在其信息记录面上，在此形成聚焦点。物镜109也可把玻璃作为原材料，但由于用光束扩展器(106、107)能把由环境变化等产生的像差恶化任意矫正，所以对要求的光学特性的限制就缓和了，所以可以使用更便宜的塑料材料。
在信息记录面上通过信息位调制反射的光束再次透过物镜109、光圈108、光束扩展器(107、106)，用第二光束分离器105反射，在圆柱形透镜111给予像散，透过检测透镜112向光检测器113的受光面射入，所以使用该输出信号能得到在第一光盘110上记录的信息的信息读出信号。
而且检测在光检测器113上点的形状变化和位置变化产生的光量变化，进行对焦检测和磁道检测。根据该检测，2维传动装置120为了使来自第一半导体激光器101的光束在第一光盘110的信息记录面上成像而把物镜109一体移动。
图1中第二半导体激光器201和第三半导体激光器301安装在同一基板上，成为所谓被叫做两激光器一封装的单一单元。从作为第二光源的第二半导体激光器201(波长λ2＝600nm～700nm)射出的光束通过1/4波长板202，通过第三光束分离器203利用第一光束分离器103反射，用准直仪104一边缩小光束径一边使其成为平行光束，通过第二光束分离器105，向光束扩展器(106、107)射入，在此变换成具有弱发散角的有限发散光束。如上述那样，光束扩展器(106、107)能进行球差矫正。作为口径限制元件的准直仪104上被付与有分色涂层，通过根据波长而限制光束的通过区域来例如对来自第一半导体激光器101的光束实现物镜109的数值口径NA＝0.65，对来自第二半导体激光器201的光束实现物镜109的数值口径NA＝0.65，对来自第三半导体激光器301的光束实现物镜109的数值口径NA＝0.45。但数值口径的组合不限制于此。
图1中透过了光束扩展器(106、107)的光束以具有弱发散角的有限发散状态通过光圈108，利用仅由折射面构成的物镜109通过第二光盘110′的保护层(厚度t2＝0.5～0.7mm、最好是0.6mm)聚焦在其信息记录面上，在此形成聚焦点。
在信息记录面上通过信息位调制反射的光束再次透过物镜109、光圈108、光束扩展器(107、106)、第二光束分束器105、准直仪104，用第一光束分离器103反射、接着用第三光束分离器203反射，然后在圆柱形透镜204被给予像散，透过检测透镜205向光检测器206的受光面射入，所以使用该输出信号能得到在第二光盘110′上记录的信息的信息读出信号。
而且检测由在光检测器113上点的形状变化和位置变化产生的光量变化，进行对焦检测和磁道检测。根据该检测，2维传动装置120为了使来自第三半导体激光器301的光束在第二光盘110′的信息记录面上成像而把物镜109一体移动。
图1中从作为第三光源的第三半导体激光器301(波长λ3＝770nm～830nm)射出的光束通过1/4波长板202，通过第三光束分离器203利用第一光束分离器103反射，用准直仪104一边缩小光束径一边使其变成平行光束，通过第二光束分离器105，向光束扩展器(106、107)射入，在此变换成具有比第二半导体激光器201光束的情况强的(大的)发散角的有限发散光束。同样地，光束扩展器(106、107)能进行色差矫正和球差矫正。
图1中透过了光束扩展器(106、107)的光束以具有强发散角的有限发散状态通过光圈108，利用仅由折射面构成的物镜109通过第三光盘110″的保护层(厚度t3＝1.1～1.3mm、最好是1.2mm)聚焦在其信息记录面上，在此形成聚焦点。
在信息记录面上通过信息位调制反射的光束再次透过物镜109、光圈108、光束扩展器(107、106)、第二光束分离器105、准直仪104，用第一光束分离器103反射、接着用第三光束分离器203反射，然后在圆柱形透镜204被给予像散，透过检测透镜205向光检测器206的受光面射入，所以使用该输出信号能得到在第三光盘110″上记录的信息的信息读出信号。
而且检测由在光检测器113上点的形状变化和位置变化产生的光量变化，进行对焦检测和磁道检测。根据该检测，2维传动装置120为了使来自第二半导体激光器201的光束在第三光盘110″的信息记录面上成像而把物镜109一体移动。
以上所述的本实施例，通过光束扩展器(106、107)作为具有色差矫正功能和球差矫正功能的色差矫正元件和球差矫正元件在起作用，能根据对各光盘进行信息的记录和/或再现的光源波长、倍率、基板厚度、温度等条件自由地进行色差矫正和球差矫正。这样能容易进行物镜109的设计和制造。作为球差矫正元件并不限定于光束扩展器，也可利用设置了衍射结构的准直仪和其他的光学元件。代替光束扩展器或加之设置液晶元件也可。
以上参照实施例说明了本发明，但当然本发明不应该限定于所述实施例的解释，而是可以进行适当的变更·改良。
根据本发明，提供一种光拾取装置，在缓和对物镜光学元件的设计和制造公差的限制的同时，还能对所有的例如高密度DVD和现有的DVD、CD进行适当的信息的记录和/或再现。