專利名稱：光學(xué)拾取裝置和用于光學(xué)拾取裝置的光學(xué)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光學(xué)拾取裝置和用于光學(xué)拾取裝置的光學(xué)系統(tǒng)，更加具體而言，涉及通過使用從具有不同光源波長的光源發(fā)射的光束可以在/從光信息記錄介質(zhì)上記錄和/或再現(xiàn)信息的光學(xué)拾取裝置和用于該裝置的物鏡。
背景技術(shù)：
最近，通過使用波長為約400nm的藍(lán)紫半導(dǎo)體激光器，在可以記錄/再現(xiàn)信息的高密度光盤系統(tǒng)的研究和開發(fā)方面迅速進(jìn)展。對于NA為0.85、光源波長為405nm的規(guī)格的記錄/再現(xiàn)信息的光盤(以下，在本說明書中，將這種光盤稱為“高密度DVD”)，其每個(gè)直徑與DVD(NA0.6，光源波長650nm，存儲容量4.7GB)的12cm的直徑相同的表面可以記錄20～30GB的信息。
就光學(xué)拾取裝置作為產(chǎn)品的價(jià)值來說，適當(dāng)?shù)刂辉?從這種高密度DVD上記錄/再現(xiàn)信息的能力還不夠?？紤]到記錄各種信息的DVD和CD正處于市售之中的當(dāng)前形勢，除了適當(dāng)?shù)卦?從高密度DVD上記錄/再現(xiàn)信息的能力，提供具有適當(dāng)?shù)卦?從常規(guī)DVD或CD上記錄/再現(xiàn)信息的能力的兼容型光學(xué)拾取裝置將增加該裝置作為產(chǎn)品的價(jià)值。在這種情況下，需要用于兼容型光學(xué)拾取裝置以保證用于適當(dāng)?shù)卦?從高密度DVD、常規(guī)DVD和CD的任何一個(gè)上記錄/再現(xiàn)信息的預(yù)定點(diǎn)光量、并且成本較低、配置簡單的聚焦光學(xué)系統(tǒng)。例如，日本未審查專利公開No.2003-91859公開了通過使用全息光學(xué)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的這種兼容型光學(xué)拾取裝置。
當(dāng)通過使用相同的聚焦光學(xué)系統(tǒng)在/從CD、DVD和高密度DVD上記錄和/或再現(xiàn)信息時(shí)，例如，保護(hù)層的不同厚度導(dǎo)致球面像差，且不同的數(shù)值孔徑(NA)使得必須提供光闌(stop)。為了解決這個(gè)問題，開發(fā)了差異階次(order)衍射技術(shù)。根據(jù)該技術(shù)，當(dāng)來自具有不同光源波長的半導(dǎo)體激光器的光束要穿過設(shè)置在物鏡上的衍射結(jié)構(gòu)時(shí)，通過使用得到最高的衍射效率的階次的衍射光，執(zhí)行光聚焦操作。這使得可以校正由于保護(hù)層之間的厚度差導(dǎo)致的球面像差，或者通過將超出預(yù)定數(shù)值孔徑的區(qū)域中的光束形成為光斑(flare)，提供光闌的功能。
但是，根據(jù)差異階次衍射技術(shù)，當(dāng)給定光束的(衍射階次x波長)等于另一光束時(shí)，衍射效果(會聚角)出現(xiàn)。假定用于CD的光束具有約800nm的波長，用于高密度DVD的光束具有約400nm的波長。因此，在這種情況下，為了從用于CD的光束中區(qū)分(以改變會聚角)穿過物鏡的衍射結(jié)構(gòu)的用于高密度DVD的光束，必須進(jìn)行限制，使得任何偶數(shù)衍射階次都不能被選擇為在400nm出現(xiàn)最高衍射效率的衍射階次。另外，如果奇數(shù)衍射階次被選擇，則不能在兩個(gè)波長上同時(shí)得到足夠的衍射效率，導(dǎo)致點(diǎn)光量(spot light amount)不足。并且，存在如何為使用相同的操作波長并具有不同的保護(hù)層厚度的光學(xué)信息記錄介質(zhì)校正球面像差的問題。

發(fā)明內(nèi)容
考慮到現(xiàn)有技術(shù)中的上述問題，構(gòu)成本發(fā)明，其目的在于，提供增加物鏡的設(shè)計(jì)的自由度、具有簡單的配置并可以適當(dāng)?shù)卦诙鄠€(gè)光學(xué)信息記錄介質(zhì)上/從多個(gè)光學(xué)信息記錄介質(zhì)記錄/再現(xiàn)信息的光學(xué)拾取裝置和用于光學(xué)拾取裝置的光學(xué)系統(tǒng)。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供一種光學(xué)拾取裝置，該光學(xué)拾取裝置包括發(fā)射第一光束的第一激光源；發(fā)射具有與第一光束的偏振面基本上垂直的偏振面的第二光束的第二激光源；根據(jù)其偏振狀態(tài)(例如，偏振面的方向)選擇性地衍射第一光束和第二光束中的一個(gè)的偏振衍射元件；和通過將穿過偏振衍射元件的第一光束聚焦到第一光學(xué)信息記錄介質(zhì)的信息記錄表面上記錄和/或再現(xiàn)信息、并通過將穿過偏振衍射元件的第二光束聚焦到第二光學(xué)信息記錄介質(zhì)的信息記錄表面上記錄和/或再現(xiàn)信息的物鏡。
假定盡管使用第一光束的光學(xué)信息記錄介質(zhì)(也被稱為光盤)的保護(hù)層的厚度與使用第二光束的光學(xué)信息記錄介質(zhì)的保護(hù)層的厚度不同，但第一光束的波長等于第二光束的波長。在這種情況下，如果使用相同的光學(xué)系統(tǒng)，則關(guān)于一個(gè)光束出現(xiàn)球面像差。但是，根據(jù)本發(fā)明，僅通過偏振衍射單元將衍射效果應(yīng)用于一個(gè)光束，以抑制在同時(shí)使用兩個(gè)光學(xué)信息記錄介質(zhì)時(shí)出現(xiàn)的球面像差，由此適當(dāng)?shù)赜涗浐?或再現(xiàn)信息。即使使用不同的數(shù)值孔徑(NA)，也只有超過要求的數(shù)值孔徑的一個(gè)光束通過偏振衍射單元形成光斑，以適當(dāng)?shù)卦?從光學(xué)系統(tǒng)記錄介質(zhì)的任一個(gè)上記錄和/或再現(xiàn)信息。
根據(jù)本發(fā)明的第二方面，在第一方面所述的光學(xué)拾取裝置中，第一激光源和第二激光源發(fā)射具有不同的波長的光束，物鏡包含折射透鏡，該折射透鏡具有正折光力；和衍射透鏡結(jié)構(gòu)，該衍射透鏡結(jié)構(gòu)具有具有在折射透鏡的光學(xué)表面的至少一個(gè)上形成的細(xì)階梯狀部分的多個(gè)環(huán)，并且，對于具有較短的波長得到最高的衍射效率的衍射透鏡結(jié)構(gòu)中的衍射階次與對于具有較長的波長最到最高的衍射效率的衍射階次不同，并且當(dāng)?shù)谝还馐偷诙馐囊粋€(gè)以預(yù)定的偏振狀態(tài)入射時(shí)，偏振衍射元件產(chǎn)生在0以外的預(yù)定的衍射階次表現(xiàn)出最高的衍射效率的衍射光。
例如，當(dāng)要在/從保護(hù)層厚度或數(shù)值孔徑(NA)不同的諸如CD、DVD和高密度DVD的光學(xué)信息介質(zhì)上記錄和/或再現(xiàn)信息時(shí)，僅通過偏振衍射單元將衍射效果施加到一個(gè)光束上。這使得可以在使用任何光學(xué)信息記錄介質(zhì)時(shí)抑制球面像差的發(fā)生，并適當(dāng)?shù)赜涗浐?或再現(xiàn)信息。另外，對于不同的數(shù)值孔徑(NA)，僅有一個(gè)超過需要的數(shù)值孔徑的光束通過偏振衍射單元形成為光斑，以適當(dāng)?shù)卦?從光學(xué)信息記錄介質(zhì)的任一個(gè)上記錄和/或再現(xiàn)信息。
根據(jù)本發(fā)明的第三方面，提供一種光學(xué)拾取裝置，其中，對于具有正交的偏振面的兩個(gè)入射光束中的一個(gè)，第一或第二方面中所述的偏振衍射元件產(chǎn)生具有不低于85％的衍射效率的衍射光。
根據(jù)本發(fā)明的第四方面，在第二或第三方面所述的光學(xué)拾取裝置中，使λ1為第一光束的波長，m1為當(dāng)?shù)谝还馐┻^衍射透鏡結(jié)構(gòu)時(shí)得到最高的衍射效率的衍射階次，λ2(λ2＞λ1)為第二光束的波長，且m2為當(dāng)?shù)诙馐┻^衍射透鏡結(jié)構(gòu)時(shí)得到最高的衍射效率的衍射階次，滿足以下條件，并且當(dāng)一個(gè)光束穿過其中時(shí)，偏振衍射元件選擇性地產(chǎn)生衍射光0.9＜|m1·λ1|/|m2·λ2|＜1.1 ...(1)根據(jù)本發(fā)明的第五方面，第二或第三方面中所述的光學(xué)拾取裝置包括發(fā)射具有波長λ3的第三光束使得偏振面與第一光束或第二光束的偏振面基本上垂直的第三激光源，并且，使λ1(λ1＜λ3)為第一光束的波長，m1為當(dāng)?shù)谝还馐┻^衍射透鏡結(jié)構(gòu)時(shí)得到最高的衍射效率的衍射階次，λ2(λ1＜λ2＜λ3)為第二光束的波長，m2為當(dāng)?shù)诙馐┻^衍射透鏡結(jié)構(gòu)時(shí)得到最高的衍射效率的衍射階次，且m3為當(dāng)?shù)谌馐┻^衍射透鏡結(jié)構(gòu)時(shí)得到最高的衍射效率的衍射階次，滿足以下條件，并且當(dāng)一個(gè)光束或兩個(gè)光束穿過其中時(shí)，偏振衍射元件選擇性地產(chǎn)生衍射光0.9＜|m1·λ1|/|m2·λ2|＜1.1...(2)|m3·λ3|/|m1·λ1|＜0.9或|m3·λ3|/|m1·λ1|＞1.1 ...(3)根據(jù)本發(fā)明的第六方面，提供一種光學(xué)拾取裝置，其中，第五方面中所述的偏振衍射元件選擇性地衍射具有對準(zhǔn)的偏振面的兩個(gè)光束，并且兩個(gè)波長的衍射效率在不同的衍射階次被最大化。
根據(jù)本發(fā)明的第七方面，提供一種光學(xué)拾取裝置，其中，與物鏡整體地驅(qū)動第一至第六方面的任一個(gè)中所述的偏振衍射元件。
根據(jù)本發(fā)明的第八方面，提供一種光學(xué)拾取裝置，其中，第一至第七方面的任一個(gè)中所述的偏振衍射元件被配置為使得雙折射介質(zhì)和各向同性介質(zhì)沿光軸方向相互緊密接觸。
根據(jù)本發(fā)明的第九方面，提供一種光學(xué)拾取裝置，其中，第八方面中所述的雙折射介質(zhì)具有沿與入射光的行進(jìn)方向垂直的平面切取且同心地形成的斷面和沿在包含入射光的行進(jìn)方向的徑向的平面切取并以鋸齒狀形成的斷面。
根據(jù)本發(fā)明的第十方面，提供一種用于光學(xué)拾取裝置的光學(xué)系統(tǒng)，該光學(xué)系統(tǒng)包括物鏡，該物鏡包含折射透鏡，該折射透鏡具有正折光力；和衍射透鏡結(jié)構(gòu)，該衍射透鏡結(jié)構(gòu)具有具有在折射透鏡的光學(xué)表面的至少一個(gè)上形成的細(xì)階梯狀部分的多個(gè)環(huán)；和根據(jù)偏振方向選擇性地衍射光的偏振衍射單元，其中，使得來自光源的入射光穿過偏振衍射單元和衍射透鏡結(jié)構(gòu)，并被具有正折光力的折射透鏡聚焦，對于具有用于信息記錄和/或再現(xiàn)的多個(gè)波長的較短波長的光束得到最高衍射效率的衍射透鏡結(jié)構(gòu)中的衍射階次與對于具有較長波長的光束得到最高衍射效率的衍射階次不同，并且當(dāng)至少一個(gè)具有多個(gè)波長的一個(gè)波長的光束以預(yù)定的偏振狀態(tài)入射時(shí)，偏振衍單元產(chǎn)生在0以外的預(yù)定的衍射階次表現(xiàn)出最高的衍射效率的衍射光。
第十方面的功能和效果與上述第二方面相同。
根據(jù)本發(fā)明的第十一方面，提供一種用于光學(xué)拾取裝置的光學(xué)系統(tǒng)，其中，對于具有正交的偏振面的兩個(gè)入射光束中的一個(gè)，第十方面中所述的偏振衍射元件產(chǎn)生具有不低于85％的衍射效率的衍射光。
根據(jù)本發(fā)明的第十二方面，在第十或第十一方面所述的用于光學(xué)拾取裝置的光學(xué)系統(tǒng)中，使λ1為第一光束的波長，m1為當(dāng)?shù)谝还馐┻^衍射透鏡結(jié)構(gòu)時(shí)得到最高的衍射效率的衍射階次，λ2(λ2＞λ1)為第二光束的波長，且m2為當(dāng)?shù)诙馐┻^衍射透鏡結(jié)構(gòu)時(shí)得到最高的衍射效率的衍射階次，滿足以下條件，并且當(dāng)一個(gè)光束穿過其中時(shí)，偏振衍射元件選擇性地產(chǎn)生衍射光0.9＜|m1·λ1|/|m2·λ2|＜1.1 ...(1)根據(jù)本發(fā)明的第十三方面，在第十或第十一方面所述的用于光學(xué)拾取裝置的光學(xué)系統(tǒng)中，光學(xué)系統(tǒng)包括發(fā)射具有波長λ3的第三光束使得偏振面與第一光束或第二光束的偏振面基本上垂直的第三激光源，并且，使λ1(λ1＜λ3)為第一光束的波長，m1為當(dāng)?shù)谝还馐┻^衍射透鏡結(jié)構(gòu)時(shí)得到最高的衍射效率的衍射階次，λ2(λ1＜λ2＜λ3)為第二光束的波長，m2為當(dāng)?shù)诙馐┻^衍射透鏡結(jié)構(gòu)時(shí)得到最高的衍射效率的衍射階次，且m3為當(dāng)?shù)谌馐┻^衍射透鏡結(jié)構(gòu)時(shí)得到最高的衍射效率的衍射階次，滿足以下條件，并且當(dāng)一個(gè)光束或兩個(gè)光束穿過其中時(shí)，偏振衍射元件選擇性地產(chǎn)生衍射光0.9＜|m1·λ1|/|m2·λ2|＜1.1...(2)|m3·λ3|/|m1·λ1|＜0.9或|m3·λ3|/|m1·λ1|＞1.1 ...(3)根據(jù)本發(fā)明的第十四方面，提供一種用于光學(xué)拾取裝置的光學(xué)系統(tǒng)，其中，第十至第十三方面的任一個(gè)中所述的偏振衍射單元選擇性地衍射具有對準(zhǔn)的偏振面的兩個(gè)光束，并且兩個(gè)波長的衍射效率在不同的衍射階次被最大化。
根據(jù)本發(fā)明的第十五方面，提供一種用于光學(xué)拾取裝置的光學(xué)系統(tǒng)，其中，與物鏡整體地驅(qū)動第十至第十四方面的任一個(gè)中所述的偏振衍射單元。
根據(jù)本發(fā)明的第十六方面，提供一種用于光學(xué)拾取裝置的光學(xué)系統(tǒng)，其中，第十至第十四方面的任一個(gè)中所述的偏振衍射元件被配置為使得雙折射介質(zhì)和各向同性介質(zhì)沿光軸方向相互緊密接觸。
根據(jù)本發(fā)明的第十七方面，提供一種用于光學(xué)拾取裝置的光學(xué)系統(tǒng)，其中，第十六方面中所述的雙折射介質(zhì)具有沿與入射光的行進(jìn)方向垂直的平面切取且同心地形成的斷面和沿在包含入射光的行進(jìn)方向的徑向的平面切取并以鋸齒狀形成的斷面。
從上述各方面可以清楚地看出，根據(jù)本發(fā)明，提供可以適當(dāng)?shù)貜母呙芏菵VD、常規(guī)DVD和CD記錄和/或再現(xiàn)信息的光學(xué)拾取裝置和透鏡。
對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，通過參照用示例性例子給出包括本發(fā)明的原理的優(yōu)選實(shí)施例的以下詳細(xì)說明書和附圖，本發(fā)明的上述和許多其它目的、特征和優(yōu)點(diǎn)將變得十分明顯。


圖1和圖2分別是表示根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例和第二實(shí)施例的光學(xué)拾取裝置的示意性配置的示意圖；
圖3是在根據(jù)本發(fā)明的光學(xué)拾取裝置中使用的偏振全息元件的斷面圖；圖4～8分別是表示根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施例至第七實(shí)施例的光學(xué)拾取裝置的示意性配置的示意圖。
圖9是表示在根據(jù)本發(fā)明的光學(xué)拾取裝置中使用的物鏡的衍射結(jié)構(gòu)的部分?jǐn)嗝鎴D。
具體實(shí)施例方式
以下參照

本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。
圖1是表示根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的光學(xué)拾取裝置的示意性配置的示意圖，通過使用波長如高密度DVD中那樣為405nm的光源，該光學(xué)拾取裝置可以通過數(shù)值孔徑(NA)為0.6～0.65的物鏡OBJ在/從高密度DVD(DSC1)和厚度如常規(guī)DVD那樣為0.6mm的光盤DSC2(以下稱為“準(zhǔn)高密度DVD”)上記錄/再現(xiàn)信息。
參照圖1，從用作第一光源的第一半導(dǎo)體激光器BL(波長λ1＝380～450nm，在這種情況下為405nm)發(fā)射的光束(第一光束)穿過光束分離器BS并被準(zhǔn)直器CL轉(zhuǎn)換為平行光束。然后該光束穿過作為偏振衍射單元的偏振全息元件HOE，并通過具有正折光力和數(shù)值孔徑(NA)為0.85的物鏡OBJ、經(jīng)由第一光盤DSC1的保護(hù)層(厚度t＝0.09～0.11mm，在這種情況下為0.1mm)被聚焦到第一光盤DSC1的信息記錄表面上，由此在信息記錄表面上形成聚焦的光點(diǎn)。通過用光電檢測器(未示出)檢測反射的光，得到記錄在第一光盤DSC1上的信息的讀信號。
參照圖1，用作第二光源的第二半導(dǎo)體激光器AL(波長λ1＝380～450nm，在這種情況下為405nm)發(fā)射偏振面與從第一半導(dǎo)體激光器BL發(fā)射的光束的偏振面相差90°的光束(第二光束)。該光束被光束分離器BS反射并被準(zhǔn)直器CL轉(zhuǎn)換為平行光束。然后該光束穿過用作偏振衍射單元的偏振全息元件HOE，并通過物鏡OBJ、經(jīng)由第二光盤DSC2的保護(hù)層(厚度t＝0.5～0.7mm，在這種情況下為0.6mm)被聚焦到第二光盤DSC2的信息記錄表面上，由此在信息記錄表面上形成聚焦的光點(diǎn)。通過用光電檢測器(未示出)檢測反射的光，得到記錄在第二光盤DSC2上的信息的讀信號。
偏振全息元件HOE在垂直于光軸的方向具有圖3中所示的斷面形狀(在包含光軸的平面內(nèi)的斷面形狀)。
參照圖3，偏振全息元件包含各向同性介質(zhì)H2、雙折射介質(zhì)H3和夾住這些介質(zhì)的一對玻璃板H1。如圖3所示，雙折射介質(zhì)H3在入射光的行進(jìn)方向具有鋸齒狀斷面形狀，并具有許多鋸齒狀部分同心地從中心到周邊延伸的衍射結(jié)構(gòu)。雙折射介質(zhì)H3的實(shí)際形狀不限于圖3中所示的形狀。該元件可以具有其它鋸齒狀形狀，且各鋸齒的斜面可以具有階梯的形狀。各向同性介質(zhì)H2具有與雙折射介質(zhì)H3的形狀互補(bǔ)的形狀，并與雙折射介質(zhì)的鋸齒狀表面緊密接觸。
各向同性介質(zhì)H2是具有用于入射光的折射率n的物質(zhì)。雙折射介質(zhì)H3具有當(dāng)入射光的偏振面沿預(yù)定方向時(shí)表現(xiàn)出折射率n、當(dāng)入射光的偏振面與預(yù)定方向垂直時(shí)表現(xiàn)出折射率n′的性能。即，當(dāng)來自第一半導(dǎo)體激光器BL發(fā)射光束(第一光束)或來自第二半導(dǎo)體激光器AL的發(fā)射光束(第二光束)以預(yù)定的偏振狀態(tài)入射到偏振全息元件HOE上時(shí)，偏振全息元件HOE在0以外的預(yù)定衍射階次上產(chǎn)生表現(xiàn)出最高的衍射效率的衍射光。
根據(jù)第一實(shí)施例，從第一半導(dǎo)體激光器BL發(fā)射的光束的偏振面與從第二半導(dǎo)體激光器AL發(fā)射的光束的偏振面相差90°。因此，當(dāng)從第一半導(dǎo)體激光器BL發(fā)射的光束的偏振面被設(shè)置為沿預(yù)定的方向時(shí)，即使穿過偏振全息元件HOE也等同于穿過均勻的面平行介質(zhì)。因此，光的發(fā)散角保持相同，并且光以此狀態(tài)入射到物鏡OBJ上。這使得可以適當(dāng)?shù)卦?從具有0.1mm厚的保護(hù)層的第一光盤DSC1上記錄和/或再現(xiàn)信息。
另一方面，從第二半導(dǎo)體激光器AL發(fā)射的光束穿過具有折射率n和n′的偏振全息元件HOE的介質(zhì)，由此，介質(zhì)之間的界面上的衍射結(jié)構(gòu)產(chǎn)生與正透鏡等同的衍射效果。這使得，當(dāng)改變發(fā)散角時(shí)，光入射到物鏡OBJ上。因此，即使當(dāng)使用相同的物鏡OBJ時(shí)，也可以適當(dāng)?shù)卦?從具有0.6mm厚的保護(hù)層的第二光盤DSC2上記錄和/或再現(xiàn)信息，同時(shí)校正球面像差。
另外，當(dāng)使用第二光盤DSC2時(shí)，偏振全息元件HOE的選擇性衍射效果將位于第二光盤DSC2所需的預(yù)定數(shù)值孔徑的外側(cè)的外側(cè)光束形成為光斑，以防止其有助于光點(diǎn)的形成，由此使得偏振全息元件HOE具有光闌(stop)的功能。
在這種情況下，對于具有正交偏振面的預(yù)定波長的入射光束的至少一個(gè)，偏振全息元件HOE優(yōu)選產(chǎn)生衍射效率為85％或更大的衍射光。
圖2是表示根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的光學(xué)拾取裝置的示意性配置的示意圖，該光學(xué)拾取裝置可以在/從高密度DVD(DSC1)和常規(guī)DVD(DSC3)上記錄/再現(xiàn)信息。
參照圖2，從用作第一光源的第一半導(dǎo)體激光器BL(波長λ1＝380～450nm，在這種情況下為405nm)發(fā)射的光束(第一光束)穿過光束分離器BS并被準(zhǔn)直器CL轉(zhuǎn)換為平行光束。然后該光束穿過作為偏振衍射單元的偏振全息元件HOE，并通過數(shù)值孔徑(NA)為0.85的物鏡OBJ、經(jīng)由第一光盤DSC1的保護(hù)層(厚度t＝0.09～0.11mm，在這種情況下為0.1mm)被聚焦到第一光盤DSC1的信息記錄表面上，由此在信息記錄表面上形成聚焦的光點(diǎn)。通過用光電檢測器(未示出)檢測反射的光，得到記錄在第一光盤DSC1上的信息的讀信號。
參照圖2，用作第二光源的第二半導(dǎo)體激光器EL(波長λ2＝600～700nm，在這種情況下為650nm)發(fā)射偏振面與從第一半導(dǎo)體激光器BL發(fā)射的光束的偏振面相差90°的光束(第二光束)。該光束被光束分離器BS反射并被準(zhǔn)直器CL轉(zhuǎn)換為平行光束。然后該光束穿過用作偏振衍射單元的偏振全息元件HOE，并通過物鏡OBJ、經(jīng)由第二光盤DSC3的保護(hù)層(厚度t＝0.5～0.7mm，在這種情況下為0.6mm)被聚焦到第二光盤DSC3的信息記錄表面上，由此在信息記錄表面上形成聚焦的光點(diǎn)。通過用光電檢測器(未示出)檢測反射的光，得到記錄在第二光盤DSC2上的信息的讀信號。
使m1為當(dāng)具有波長λ1＝405nm的第一光束穿過設(shè)置在物鏡OBJ的折射表面上的衍射結(jié)構(gòu)(衍射透鏡結(jié)構(gòu))時(shí)得到最高衍射效率的衍射階次，使m2為當(dāng)具有波長λ2＝650nm的第二光束穿過該衍射結(jié)構(gòu)時(shí)得到最高衍射效率的衍射階次。在這種情況下，例如，如果選擇衍射階次，使得m1＝8且m2＝5或m1＝6且m2＝4，可以在各波長上的衍射效果沒有大大降低的情況下使用各波長之間的衍射效果的差。這種效果使得可以校正由于各光盤的保護(hù)層之間的厚度差導(dǎo)致的球面像差的殘留球面像差，這種殘留球面像差是不能只通過物鏡OBJ上的入射光束之間的發(fā)射角的差而得到校正的。另外，這種效果使得可以校正由于來自405nm光源的光的波長的變化和瞬時(shí)波長波動導(dǎo)致的色差，并將與預(yù)定數(shù)值孔徑對應(yīng)的第二光束的光束外面的光束形成為光斑。在這種情況下，僅使得偏振全息元件HOE改變與第二光束對應(yīng)的光束的發(fā)散角。但也可使得偏振全息元件HOE具有為第二光束校正由于保護(hù)層厚度差異導(dǎo)致的球面像差的功能或具有基于光斑的形成的光闌(stop)效果的功能。
0.9＜|m1·λ1|/|m2·λ2|＜1.1 ...(1)圖4是表示根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施例的光學(xué)拾取裝置的示意性配置的示意圖，該光學(xué)拾取裝置可以在高密度DVD(DSC1)和準(zhǔn)高密度DVD(DSC2)、和常規(guī)DVD(DSC3)上記錄/再現(xiàn)信息。
參照圖4，從用作第一光源的第一半導(dǎo)體激光器BL(波長e1＝380～450nm，在這種情況下為405nm)發(fā)射的光束(第一光束)穿過第一光束分離器BS1并被第一準(zhǔn)直器CL1轉(zhuǎn)換為平行光束。然后該光束穿過第二光束分離器BS2和作為偏振衍射單元的偏振全息元件HOE，并通過數(shù)值孔徑(NA)為0.85的物鏡OBJ、經(jīng)由第一光盤DSC1的保護(hù)層(厚度t＝0.09～0.11mm，在這種情況下為0.1mm)被聚焦到第一光盤DSC1的信息記錄表面上，由此在信息記錄表面上形成聚焦的光點(diǎn)。通過用光電檢測器(未示出)檢測反射的光，得到記錄在第一光盤DSC1上的信息的讀信號。
參照圖4，用作第二光源的第二半導(dǎo)體激光器AL(波長λ2＝380～450nm，在這種情況下為405nm)發(fā)射偏振面與從第一半導(dǎo)體激光器BL發(fā)射的光束的偏振面相差90°的光束(第二光束)。該光束被第一光束分離器BS1反射并被第一準(zhǔn)直器CL1轉(zhuǎn)換為平行光束。然后該光束穿過第二光束分離器BS2和用作偏振衍射單元的偏振全息元件HOE，并通過物鏡OBJ、經(jīng)由第二光盤DSC2的保護(hù)層(厚度t＝0.5～0.7mm，在這種情況下為0.6mm)被聚焦到第二光盤DSC2的信息記錄表面上，由此在信息記錄表面上形成聚焦的光點(diǎn)。通過用光電檢測器(未示出)檢測反射的光，得到記錄在第二光盤DSC2上的信息的讀信號。
參照圖4，用作第三光源的第三半導(dǎo)體激光器EL(波長λ3＝600～700nm，在這種情況下為650nm)發(fā)射偏振面與從第一半導(dǎo)體激光器BL發(fā)射的光束的偏振面相差90°的光束(第三光束)。該光束被第二準(zhǔn)直器CL2轉(zhuǎn)換為平行光束。該光束被第二光束分離器BS2反射并然后穿過用作偏振衍射單元的偏振全息元件HOE，并通過物鏡OBJ、經(jīng)由第三光盤DSC3的保護(hù)層(厚度t＝0.5～0.7mm，在這種情況下為0.6mm)被聚焦到第三光盤DSC3的信息記錄表面上，由此在信息記錄表面上形成聚焦的光點(diǎn)。通過用光電檢測器(未示出)檢測反射的光，得到記錄在第三光盤DSC3上的信息的讀信號。
在第三實(shí)施例中，從第一半導(dǎo)體器BL發(fā)射的光束具有與從第二和第三半導(dǎo)體激光器AL和EL發(fā)射的光束的偏振面相差90°的偏振面。因此，當(dāng)從第一半導(dǎo)體器激光器BL發(fā)射的光束的偏振面被設(shè)為沿預(yù)定方面時(shí)，即使穿過偏振全息元件HOE也等同于穿過均勻的面平行介質(zhì)。因此，光的發(fā)散角保持相同，并且光以此狀態(tài)入射到物鏡OBJ上。這使得可以適當(dāng)?shù)卦?從具有0.1mm厚的保護(hù)層的第一光盤DSC1上記錄和/或再現(xiàn)信息。
另一方面，從第二半導(dǎo)體激光器AL和第三半導(dǎo)體激光器EL發(fā)射的光束穿過具有折射率n和n′的偏振全息元件HOE的介質(zhì)，由此，介質(zhì)之間的界面上的衍射結(jié)構(gòu)產(chǎn)生與正透鏡等同的衍射效果。這使得，當(dāng)改變發(fā)散角時(shí)，光入射到物鏡OBJ上。因此，即使當(dāng)使用相同的物鏡OBJ時(shí)，也可以適當(dāng)?shù)卦?從分別具有0.6mm厚的保護(hù)層的第二和第三光盤DSC2和DSC3上記錄和/或再現(xiàn)信息，同時(shí)校正球面像差。在從第二和第三半導(dǎo)體激光器AL和EL發(fā)射的光束中，提供將穿過物鏡的數(shù)值孔徑NA即0.65外面的光束形成光斑的衍射效果使得偏振全息元件HOE起光闌的作用。這減少了由于盤傾斜導(dǎo)致的慧形像差，并由此使得可以適當(dāng)在記錄和/或再現(xiàn)信息。
偏振全息元件HOE選擇性地衍射偏振面相互一致的第二和第三光束。對于波長為λ2的光束得到最高的衍射效果的衍射階次與對于波長為λ3的光束得到最高的衍射效果的衍射階次不同。
更加具體而言，在物鏡OBJ的折射表面上設(shè)置衍射結(jié)構(gòu)(衍射透鏡結(jié)構(gòu))，并使得對于具有短波長的第二光束衍射效率的衍射階次m2(第三階次)與對于具有長波長的第三光束衍射效率為最大的衍射階次m3(第二階次)不同。這使得對于第二光束和第三光束可以同時(shí)得到足夠大的衍射效率，并且?guī)缀蹙鶆虻靥峁┭苌湫Ч詫τ谶@兩個(gè)光束改變發(fā)散角。
以下詳細(xì)說明物鏡OBJ的衍射結(jié)構(gòu)。
如圖9所示，物鏡OBJ是具有均為非球形表面的入射表面51和出射表面52的由塑性樹脂制成的單透鏡，入射表面51具有凸形形狀。
注意，可以通過組合多個(gè)光學(xué)元件，形成物鏡OBJ。在這種情況下，如果在這些光學(xué)元件的至少一個(gè)的物側(cè)設(shè)置凸形光學(xué)表面，并且在物側(cè)和像側(cè)上的光學(xué)表面的至少一個(gè)上設(shè)置下述的衍射結(jié)構(gòu)60，就滿足要求。
在入射表面51的整個(gè)區(qū)域上形成對于入射光束提供衍射效果的衍射結(jié)構(gòu)60。衍射結(jié)構(gòu)60包含繞光軸L基本上同心地形成并對于入射光束具有衍射效果的多個(gè)衍射環(huán)61。
各衍射環(huán)61形成為當(dāng)從沿光軸L的平面觀察時(shí)(縱向斷面圖)呈鋸齒狀的形狀，并且，通過為光束提供預(yù)定的相差，為入射到各衍射環(huán)61上的具有特定波長的光束提供正的衍射效果。
注意，“正的衍射效果”表示當(dāng)沿向下的方向(under direction)會產(chǎn)生球面像差時(shí)為穿過的光束提供以抵消由于波長的增加而導(dǎo)致的沿向上的方向(over direction)產(chǎn)生的球面像差的衍射效果。
各衍射環(huán)61的始點(diǎn)61a和終點(diǎn)61a位于圖9中所示的預(yù)定的非球面表面S(以下稱為“產(chǎn)生非球形表面”)上，并且可以通過相對于產(chǎn)生非球形表面S的沿光軸L方向的位移量限定各衍射環(huán)61的形狀。附圖標(biāo)記62表示階梯表面62。
另外，非球形表面S可以被限定為以光軸L為旋轉(zhuǎn)中心的到光軸L的距離相關(guān)的函數(shù)。注意，衍射環(huán)61的設(shè)計(jì)方法是公知的，因此這里忽略對其的說明?？梢灾粸槌錾浔砻?2提供這種相差施加結(jié)構(gòu)。作為替代方案，可以同時(shí)為入射表面51和出射表面52提供這種結(jié)構(gòu)。
圖5是表示根據(jù)本發(fā)明的第四實(shí)施例的光學(xué)拾取裝置的示意性配置的示意圖，該光學(xué)拾取裝置可以在高密度DVD(DSC1)、常規(guī)DVD(DSC3)和CD(DSC4)上記錄/再現(xiàn)信息。
參照圖5，從用作第一光源的第一半導(dǎo)體激光器BL(波長λ1＝380～450nm，在這種情況下為405nm)發(fā)射的光束(第一光束)穿過準(zhǔn)直器CL和光束分離器BS。然后該光束穿過作為偏振衍射單元的偏振全息元件HOE，并通過至少包含作為在其至少一個(gè)光學(xué)表面上具有由多個(gè)具有細(xì)階梯狀部分的環(huán)形成的衍射結(jié)構(gòu)的衍射透鏡的第一透鏡和作為折射透鏡的第二透鏡的物鏡OBJ、經(jīng)由第一光盤DSC1的保護(hù)層(厚度t＝0.09～0.11mm，在這種情況下為0.1mm)被聚焦到第一光盤DSC1的信息記錄表面上，由此在信息記錄表面上形成聚焦的光點(diǎn)。在這種情況下，物鏡OBJ具有0.85的數(shù)值孔徑。通過用光電檢測器(未示出)檢測反射的光，得到記錄在第一光盤DSC1上的信息的讀信號。
參照圖5，用作第二光源的第二半導(dǎo)體激光器EL和用作第三光源的第三半導(dǎo)體激光器CHL被集成為一個(gè)單元，由此在一個(gè)封裝中形成兩個(gè)激光器。第二半導(dǎo)體激光器EL(波長λ1＝600～700nm，在這種情況下為650nm)發(fā)射偏振面與從第一半導(dǎo)體激光器BL發(fā)射的光束的偏振面相差90°的光束(第二光束)。該光束被光束分離器BS反射并作為發(fā)散光束入射到用作衍射偏振衍射單元的偏振全息元件HOE上，并通過至少包含作為在其至少一個(gè)光學(xué)表面上具有由多個(gè)具有細(xì)階梯狀部分的環(huán)形成的衍射結(jié)構(gòu)的衍射透鏡的第一透鏡和作為折射透鏡的第二透鏡的物鏡OBJ、經(jīng)由第二光盤DSC3的保護(hù)層(厚度t＝0.5～0.7mm，在這種情況下為0.6mm)被聚焦到第二光盤DSC3的信息記錄表面上，由此在信息記錄表面上形成聚焦的光點(diǎn)。通過用光電檢測器(未示出)檢測反射的光，得到記錄在第二光盤DSC3上的信息的讀信號。
另外，參照圖5，用作第三光源(波長λ3＝700～800nm，在這種情況下為780nm)發(fā)射偏振面的方向被設(shè)為與從第一半導(dǎo)體激光器BL發(fā)射的光束的偏振面的方向相同的光束(第三光束)。該光束被光束分離器BS反射并作為發(fā)散光束穿過用作衍射偏振衍射單元的偏振全息元件HOE上。然后，該光束通過至少包含作為在其至少一個(gè)光學(xué)表面上具有由多個(gè)具有細(xì)階梯狀部分的環(huán)形成的衍射結(jié)構(gòu)的衍射透鏡的第一透鏡和作為折射透鏡的第二透鏡的物鏡OBJ、經(jīng)由第三光盤DSC4的保護(hù)層(厚度t＝1.1～1.3mm，在這種情況下為1.2mm)被聚焦到第三光盤DSC4的信息記錄表面上。這在信息記錄表面上形成聚焦的光點(diǎn)。通過用光電檢測器(未示出)檢測反射的光，得到記錄在第三光盤DSC4上的信息的讀信號。
根據(jù)第四實(shí)施例，由于使用一個(gè)封裝中的兩個(gè)激光器，因此第二半導(dǎo)體激光器EL和第三半導(dǎo)體激光器CHL與物鏡OBJ的距離相等，并由此設(shè)置相等的發(fā)散角。在這種狀態(tài)中，可以校正由于保護(hù)層之間的厚度差導(dǎo)致的像差。因此以以下的方式使用偏振全息元件。
使得從第一半導(dǎo)體激光器BL和第三半導(dǎo)體激光器CHL發(fā)射的光束的每一個(gè)的偏振面與從第二半導(dǎo)體激光器EL發(fā)射的第二光束的偏振面相差90°。因此，當(dāng)從第一半導(dǎo)體激光器BL發(fā)射的光束的偏振面被設(shè)置為沿預(yù)定的方向時(shí)，即使穿過偏振全息元件HOE也等同于穿過均勻的面平行介質(zhì)。因此，光的發(fā)散角保持相同，并且光以此狀態(tài)入射到物鏡OBJ上。使得來自第一半導(dǎo)體激光器BL的光束作為平行光束入射到物鏡OBJ上，并使得來自第三半導(dǎo)體激光器CHL的光束作為發(fā)散光束入射到物鏡OBJ上。這使得可以適當(dāng)?shù)卦?從具有0.1mm厚的保護(hù)層的第一光盤DSC1和具有1.2mm厚的保護(hù)層的第三光盤DSC4上記錄和/或再現(xiàn)信息。
另一方面，從第二半導(dǎo)體激光器EL發(fā)射的光束穿過具有折射率n和n′的偏振全息元件HOE的介質(zhì)，由此，介質(zhì)之間的界面上的衍射結(jié)構(gòu)產(chǎn)生與正透鏡等同的衍射效果。這使得，當(dāng)改變發(fā)散角時(shí)，光入射到物鏡OBJ上。因此，即使當(dāng)使用相同的物鏡OBJ時(shí)，也可以適當(dāng)?shù)亟?jīng)由與1.2mm厚的保護(hù)層不同的保護(hù)層(t＝0.6mm)在/從第二光盤DSC3上記錄和/或再現(xiàn)信息，同時(shí)校正球面像差。
如第四實(shí)施例所述，使m1為當(dāng)具有波長λ1＝405nm的第一光束穿過設(shè)置在物鏡OBJ的折射表面上的衍射結(jié)構(gòu)(衍射透鏡結(jié)構(gòu))時(shí)得到最高衍射效率的衍射階次，使m2為當(dāng)具有波長λ2＝650nm的第二光束穿過該衍射結(jié)構(gòu)時(shí)得到最高衍射效率的衍射階次，并使m3為當(dāng)具有波長λ3＝780nm的第三光束穿過該衍射結(jié)構(gòu)時(shí)得到最高衍射效率的衍射階次。在這種情況下，例如，如果選擇衍射階次，使得m1＝8、m2＝5且m3＝4或m1＝6、m2＝4且m3＝3，可以在各波長上的衍射效果沒有大大降低的情況下使用各波長之間的衍射效果的差。這種效果使得可以校正由于各光盤的保護(hù)層之間的厚度差導(dǎo)致的球面像差的殘留球面像差，這種殘留球面像差是不能只通過物鏡OBJ上的入射光束之間的發(fā)射角的差而得到校正的。另外，這種效果使得可以校正由于來自405nm光源的光的波長的變化和瞬時(shí)波長波動導(dǎo)致的色差，并將與預(yù)定數(shù)值孔徑對應(yīng)的第二光束或第三光束的光束外面的光束形成為光斑。在這種情況下，僅使得偏振全息元件HOE改變與第二光束對應(yīng)的光束的發(fā)散角。但也可使得偏振全息元件HOE具有為第二光束校正由于保護(hù)層厚度差異導(dǎo)致的球面像差的功能或具有基于光斑的形成的光闌(stop)效果的功能。在使用第二光束和第三光束時(shí)，將偏振全息元件HOE的光束穿過區(qū)域分成三個(gè)區(qū)域并向它們提供基于不同規(guī)格的衍射結(jié)構(gòu)使得易于形成光斑。
0.9＜|m1·λ1|/|m2·λ2|＜1.1 ...(2)|m3·λ3|/|m1·λ1|＜0.9或|m3·λ3|/|m1·λ1|＞1.1 ...(3)圖6是表示根據(jù)本發(fā)明的第五實(shí)施例的光學(xué)拾取裝置的示意性配置的示意圖，該光學(xué)拾取裝置可以在準(zhǔn)高密度DVD(DSC2)、常規(guī)DVD(DSC3)和CD(DSC4)上記錄/再現(xiàn)信息。
參照圖6，從用作第一光源的第一半導(dǎo)體激光器AL(波長e1＝380～450nm，在這種情況下為405nm)發(fā)射的光束(第一光束)穿過第一光束分離器BS1并被準(zhǔn)直器CL轉(zhuǎn)換為平行光束。然后該光束穿過第二光束分離器BS2并被作為偏振衍射單元的偏振全息元件HOE選擇性地衍射。然后該平行光束被轉(zhuǎn)換為會聚光束并入射到數(shù)值孔徑(NA)為0.65的物鏡OBJ上。該光束經(jīng)由第一光盤DSC2的保護(hù)層(厚度t＝0.5～0.7mm，在這種情況下為0.6mm)被聚焦到第一光盤DSC2的信息記錄表面上，由此在信息記錄表面上形成聚焦的光點(diǎn)。通過用光電檢測器(未示出)檢測反射的光，得到記錄在第一光盤DSC2上的信息的讀信號。通過上述HOE的選擇性的衍射效果校正短波長光源中的色差。
參照圖6，用作第二光源的第二半導(dǎo)體激光器EL(波長λ1＝600～700nm，在這種情況下為650nm)發(fā)射偏振面與從第一半導(dǎo)體激光器AL發(fā)射的光束的偏振面相差90°的光束(第二光束)。該光束被第一光束分離器BS1反射并被準(zhǔn)直器CL轉(zhuǎn)換為平行光束。然后該光束穿過第二光束分離器BS2和用作偏振衍射單元的偏振全息元件HOE，并通過物鏡OBJ、經(jīng)由第二光盤DSC3的保護(hù)層(厚度t＝0.5～0.7mm，在這種情況下為0.6mm)被聚焦到第二光盤DSC3的信息記錄表面上，由此在信息記錄表面上形成聚焦的光點(diǎn)。通過用光電檢測器(未示出)檢測反射的光，得到記錄在第二光盤DSC3上的信息的讀信號。
另外，參照圖6，用作第三光源的第三半導(dǎo)體激光器EL(波長λ3＝700～800nm，在這種情況下為780nm)發(fā)射偏振面與從第一半導(dǎo)體激光器AL發(fā)射的光束的偏振面相差90°的光束(第三光束)。該光束被第二光束分離器BS2反射并作為發(fā)散光束穿過偏振全息元件HOE。然后，該光束通過物鏡OBJ、經(jīng)由第三光盤DSC4的保護(hù)層(厚度t＝1.1～1.3mm，在這種情況下為1.2mm)被聚焦到第三光盤DSC4的信息記錄表面上，由此在信息記錄表面上形成聚焦的光點(diǎn)。在這種情況下，物鏡OBJ的表面的至少一個(gè)是衍射表面。使λ1為第一光源的波長，m1為得到最高衍射效率的衍射階次，λ2為第二光源的波長，m2為得到最高衍射效率的衍射階次，λ為第三光源的波長，m3為得到最高衍射效率的衍射階次，那么，0.9＜|m1·λ1|/|m2·λ2|＜1.1 ...(2)|m3·λ3|/|m1·λ1|＜0.9或|m3·λ3|/|m1·λ1|＞1.1 ...(3)該衍射效果校正由于第一和第二光盤DSC2和DSC3之間的保護(hù)層厚度差和與物鏡OBJ上的入射光束之間的分散角差相關(guān)的波長差導(dǎo)致的球面像差。通過用光電檢測器(未示出)檢測反射的光，得到記錄在第三光盤DSC4上的信息的讀信號。
根據(jù)第五實(shí)施例，使得從第二半導(dǎo)體激光器EL和第三半導(dǎo)體激光器CHL發(fā)射的光束的每一個(gè)的偏振面與從第一半導(dǎo)體激光器AL發(fā)射的光束的偏振面相差90°。因此，當(dāng)從第二半導(dǎo)體激光器EL和從第三半導(dǎo)體激光器CHL發(fā)射的光束的每一個(gè)的偏振面被設(shè)置為沿預(yù)定的方向時(shí)，即使穿過偏振全息元件HOE也等同于穿過均勻的面平行介質(zhì)。因此，光的發(fā)散角保持相同，并且光以此狀態(tài)入射到物鏡OBJ上。使得第二光束作為平行光束入射到物鏡OBJ上，并使得第三光束作為發(fā)散光束入射到物鏡OBJ上。這使得可以適當(dāng)?shù)卦?從具有0.6mm厚的保護(hù)層的第二光盤DSC3和具有1.2mm厚的保護(hù)層的第三光盤DSC4上記錄和/或再現(xiàn)信息。
另一方面，從第一半導(dǎo)體激光器AL發(fā)射的光束穿過具有折射率n和n′的偏振全息元件HOE的介質(zhì)，由此，介質(zhì)之間的界面上的衍射結(jié)構(gòu)產(chǎn)生與正透鏡等同的衍射效果。這使得，當(dāng)改變發(fā)散角時(shí)，光入射到物鏡OBJ上。因此，即使當(dāng)使用相同的物鏡OBJ時(shí)，也可以校正只和第一光束有關(guān)的色差。
圖7是表示根據(jù)本發(fā)明的第六實(shí)施例的光學(xué)拾取裝置的示意性配置的示意圖，該光學(xué)拾取裝置可以在高密度DVD(DSC1)、準(zhǔn)高密度DVD(DSC2)、常規(guī)DVD(DSC3)、和CD(DSC4)上記錄/再現(xiàn)信息。
參照圖7，從用作第一光源的第一半導(dǎo)體激光器BL(波長λ1＝380～450nm，在這種情況下為405nm)發(fā)射的光束(第一光束)穿過第一光束分離器BS1并被準(zhǔn)直器CL轉(zhuǎn)換為平行光束。然后該光束穿過第二光束分離器BS2和第三光束分離器BS3。光束進(jìn)一步穿過作為偏振衍射單元的偏振全息元件HOE，并通過至少包含作為在其至少一個(gè)光學(xué)表面上具有由多個(gè)具有細(xì)階梯狀部分的環(huán)形成的衍射結(jié)構(gòu)的衍射透鏡的第一透鏡和作為折射透鏡的第二透鏡的物鏡OBJ、經(jīng)由第一光盤DSC1的保護(hù)層(厚度t＝0.09～0.11mm，在這種情況下為0.1mm)被聚焦到第一光盤DSC1的信息記錄表面上，由此在信息記錄表面上形成聚焦的光點(diǎn)。通過用光電檢測器(未示出)檢測反射的光，得到記錄在第一光盤DSC1上的信息的讀信號。
參照圖7，用作第二光源的第二半導(dǎo)體激光器AL(波長λ2＝380～450nm，在這種情況下為405nm)發(fā)射偏振面與從第一半導(dǎo)體激光器BL發(fā)射的光束的偏振面相差90°的光束(第二光束)。該光束被第一光束分離器BS1反射并被準(zhǔn)直器CL轉(zhuǎn)換為平行光束。然后該光束穿過第二光束分離器BS2和第三光束分離器BS3。光束進(jìn)一步穿過用作偏振衍射單元的偏振全息元件HOE，并通過至少包含作為在其至少一個(gè)光學(xué)表面上具有由多個(gè)具有細(xì)階梯狀部分的環(huán)形成的衍射結(jié)構(gòu)的衍射透鏡的第一透鏡和作為折射透鏡的第二透鏡的物鏡OBJ、經(jīng)由第二光盤DSC2的保護(hù)層(厚度t＝0.5～0.7mm，在這種情況下為0.6mm)被聚焦到第二光盤DSC2的信息記錄表面上，由此在信息記錄表面上形成聚焦的光點(diǎn)。通過用光電檢測器(未示出)檢測反射的光，得到記錄在第二光盤DSC2上的信息的讀信號。
另外，參照圖7，第三半導(dǎo)體激光器EL(波長λ1＝600～700nm，在這種情況下為650nm)發(fā)射偏振面的方向被設(shè)置為與從第一半導(dǎo)體激光器BL發(fā)射的光束的偏振面的方向相同的光束(第三光束)。該光束被第二光束分離器BS2反射，并穿過第三光束分離器BS3。該光束作為發(fā)散光束入射到用作偏振衍射單元的偏振全息元件HOE上并然后在其中穿過。并且，該光束通過至少包含作為在其至少一個(gè)光學(xué)表面上具有由多個(gè)具有細(xì)階梯狀部分的環(huán)形成的衍射結(jié)構(gòu)的衍射透鏡的第一透鏡和作為折射透鏡的第二透鏡的物鏡OBJ、經(jīng)由第三光盤DSC3的保護(hù)層(厚度t＝0.5～0.7mm，在這種情況下為0.6mm)被聚焦到第三光盤DSC3的信息記錄表面上，由此在信息記錄表面上形成聚焦的光點(diǎn)。通過用光電檢測器(未示出)檢測反射的光，得到記錄在第三光盤DSC3上的信息的讀信號。
另外，參照圖7，第四半導(dǎo)體激光器CHL(波長λ3＝700～800nm，在這種情況下為780nm)發(fā)射偏振面的方向被設(shè)置為與從第一半導(dǎo)體激光器BL發(fā)射的光束的偏振面的方向相同的光束(第四光束)。該光束被第三光束分離器BS3反射，并作為發(fā)散光束入射到用作偏振衍射單元的偏振全息元件HOE上并然后在其中穿過。并且，該光束通過至少包含作為在其至少一個(gè)光學(xué)表面上具有由多個(gè)具有細(xì)階梯狀部分的環(huán)形成的衍射結(jié)構(gòu)的衍射透鏡的第一透鏡和作為折射透鏡的第二透鏡的物鏡OBJ、經(jīng)由第四光盤DSC4的保護(hù)層(厚度t＝1.1～1.3mm，在這種情況下為1.2mm)被聚焦到第四光盤DSC4的信息記錄表面上，由此在信息記錄表面上形成聚焦的光點(diǎn)。通過用光電檢測器(未示出)檢測反射的光，得到記錄在第四光盤DSC4上的信息的讀信號。
根據(jù)第六實(shí)施例，使得從第一半導(dǎo)體激光器BL、第三半導(dǎo)體激光EL和第四半導(dǎo)體激光器CHL發(fā)射的光束的每一個(gè)的偏振面與從第二半導(dǎo)體激光器AL發(fā)射的光束的偏振面相差90°。偏振全息元件HOE僅衍射從第二半導(dǎo)體激光器AL發(fā)射的第二光束，由此校正由于第一和第二光盤DSC1和DSC2之間的保護(hù)層厚度差導(dǎo)致的球面像差，并通過光斑的形成提供關(guān)于第二光束的光闌效果。
物鏡OBJ包含作為在其至少一個(gè)光學(xué)表面上具有由多個(gè)具有細(xì)階梯狀部分的環(huán)形成的衍射結(jié)構(gòu)的衍射透鏡的第一透鏡和作為折射透鏡的第二透鏡。該衍射結(jié)構(gòu)被設(shè)計(jì)為使得m1為關(guān)于波長λ1得到最高衍射效率的衍射階次，m2為關(guān)于波長λ2得到最高衍射效率的衍射階次，m3為關(guān)于波長λ3得到最高衍射效率的衍射階次，將m1、m2和m3設(shè)為不同的整數(shù)。另外，為了滿足等式(2)和(3)，例如，將衍射結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為，設(shè)m1＝8、m2＝5和m3＝4或m1＝6、m2＝4和m3＝3。這使得可以通過使用入射光束之間的發(fā)散角的差在具有不同的保護(hù)層厚度的光盤上形成良好的光點(diǎn)，而不使各波長的衍射效率降低到85％或更低。
另一方面，從第二半導(dǎo)體激光器AL發(fā)射的光束穿過具有折射率n和n′的偏振全息元件HOE的介質(zhì)，由此，介質(zhì)之間的界面上的衍射結(jié)構(gòu)產(chǎn)生與正透鏡等同的衍射效果。這使得，當(dāng)改變發(fā)散角時(shí)，光入射到物鏡OBJ上。因此，即使當(dāng)使用相同的物鏡OBJ時(shí)，也可以適當(dāng)?shù)卦?從具有0.6mm厚的保護(hù)層的第二光盤DSC2上記錄和/或再現(xiàn)信息，同時(shí)校正球面像差。
另外，當(dāng)使用第二光盤DSC2時(shí)，偏振全息元件HOE的選擇性衍射效果將位于第二光盤DSC2所需的預(yù)定數(shù)值孔徑的外側(cè)的外側(cè)光束形成為光斑，以防止其有助于光點(diǎn)的形成，由此使得偏振全息元件HOE具有光闌(stop)的功能。
圖8是表示根據(jù)本發(fā)明的第七實(shí)施例的光學(xué)拾取裝置的示意性配置的示意圖，該光學(xué)拾取裝置可以在準(zhǔn)高密度DVD(DSC2)、常規(guī)DVD(DSC3)、和CD(DSC4)上記錄/再現(xiàn)信息。
參照圖8，從用作第一光源的第一半導(dǎo)體激光器AL(波長λ1＝380～450nm，在這種情況下為405nm)發(fā)射的光束(第一光束)穿過第一光束分離器BS1并被第一準(zhǔn)直器CL1轉(zhuǎn)換為平行光束。然后該光束穿過第二光束分離器BS2和作為偏振衍射單元的偏振全息元件HOE，并通過物鏡OBJ、經(jīng)由第一光盤DSC2的保護(hù)層(厚度t＝0.5～0.7mm，在這種情況下為0.6mm)被聚焦到第一光盤DSC2的信息記錄表面上，由此在信息記錄表面上形成聚焦的光點(diǎn)。通過用光電檢測器(未示出)檢測反射的光，得到記錄在第一光盤DSC2上的信息的讀信號。
參照圖8，用作第二光源的第二半導(dǎo)體激光器EL(波長λ1＝600～700nm，在這種情況下為650nm)發(fā)射偏振面與從第一半導(dǎo)體激光器BL發(fā)射的光束的偏振面相同的光束(第二光束)。該光束被第一光束分離器BS1反射并被第二準(zhǔn)直器CL2轉(zhuǎn)換為平行光束。然后該光束穿過第二光束分離器BS2和用作偏振衍射單元的偏振全息元件HOE，并通過物鏡OBJ、經(jīng)由第二光盤DSC3的保護(hù)層(厚度t＝0.5～0.7mm，在這種情況下為0.6mm)被聚焦到第二光盤DSC3的信息記錄表面上，由此在信息記錄表面上形成聚焦的光點(diǎn)。通過用光電檢測器(未示出)檢測反射的光，得到記錄在第二光盤DSC3上的信息的讀信號。
參照圖8，用作第三光源的第三半導(dǎo)體激光器CHL(波長λ3＝700～800nm，在這種情況下為780nm)發(fā)射偏振面與從第一半導(dǎo)體激光器BL發(fā)射的光束的偏振面相差90°的光束(第三光束)。該光束被第二準(zhǔn)直器CL2轉(zhuǎn)換為平行光束。該光束被第二光束分離器BS2反射，然后穿過用作偏振衍射單元的偏振全息元件HOE，并通過物鏡OBJ、經(jīng)由第三光盤DSC4的保護(hù)層(厚度t＝1.1～1.3mm，在這種情況下為1.2mm)被聚焦到第三光盤DSC4的信息記錄表面上，由此在信息記錄表面上形成聚焦的光點(diǎn)。通過用光電檢測器(未示出)檢測反射的光，得到記錄在第三光盤DSC4上的信息的讀信號。
在第七實(shí)施例中，物鏡OBJ的至少一個(gè)表面具有衍射結(jié)構(gòu)，且m1＝6、m2＝4和m3＝3或m1＝8、m2＝5和m3＝4，其中，m1是當(dāng)具有波長λ1＝405nm的第一光束穿過透鏡時(shí)得到最高衍射效率的衍射階次，m2是當(dāng)具有波長λ2＝650nm的第二光束穿過透鏡時(shí)得到最高衍射效率的衍射階次，m3是當(dāng)具有波長λ3＝780nm的第三光束穿過透鏡時(shí)得到最高衍射效率的衍射階次。
衍射結(jié)構(gòu)被設(shè)計(jì)為校正由于第一和第二光盤DSC2和DSC3和第三光盤DSC4之間的保護(hù)層厚度差導(dǎo)致的球面像差，并通過使用所需要的數(shù)值孔徑之間的差提供基于光斑的形成的光闌效果。
在這種情況下，由于m1·λ1m2·λ2≠m3·λ3，第三光束產(chǎn)生與其它衍射效果不同的衍射效果。如果使得衍射結(jié)構(gòu)同時(shí)具有校正由于保護(hù)層的厚度差導(dǎo)致的球面像差的功能和基于光斑的形成的光闌效果的功能，則最小衍射間距減小，導(dǎo)致需要較高的加工精度。但是，由于使得從第三半導(dǎo)體激光器CHL發(fā)射的光束的偏振面與從第一和第二半導(dǎo)體激光器AL和EL發(fā)射的光束的偏振面相差90°，因此，如果偏振全息元件HOE被設(shè)計(jì)為僅在第三光束上發(fā)揮其衍射效果，那么可以防止物鏡的衍射結(jié)構(gòu)的最小衍射間距的減小。因此，當(dāng)從第一和第二半導(dǎo)體激光器AL和EL發(fā)射的各光束的偏振面被設(shè)為沿預(yù)定的方向時(shí)，即使穿過偏振全息元件HOE也等同于穿過均勻的面平行介質(zhì)。因此，光的發(fā)散角保持相同，并且光以此狀態(tài)入射到物鏡OBJ上。這使得可以適當(dāng)?shù)卦?從分別具有0.6mm厚的保護(hù)層的第一和第二光盤DSC2和DSC3上記錄和/或再現(xiàn)信息。相反，可以在第一和第二光束上發(fā)揮偏振全息元件HOE的衍射效果，并且，另一方面，不在第三光束上發(fā)揮衍射效果。在這種情況下，可以在第一和第二光束中執(zhí)行色差校正。
另一方面，從第三半導(dǎo)體激光器CHL發(fā)射的光束穿過具有折射率n和n′的偏振全息元件HOE的介質(zhì)，由此，介質(zhì)之間的界面上的衍射結(jié)構(gòu)產(chǎn)生與正透鏡等同的衍射效果。這使得，當(dāng)改變發(fā)散角時(shí)，光入射到物鏡OBJ上。因此，即使當(dāng)使用相同的物鏡OBJ時(shí)，也可以適當(dāng)?shù)卦?從具有1.2mm厚的保護(hù)層的第三光盤DSC4上記錄和/或再現(xiàn)信息，同時(shí)校正球面像差。
假定當(dāng)使用第三光盤DSC4時(shí)設(shè)定的數(shù)值孔徑NA與其它光盤的不同。在這種情況下，如果在與偏振全息元件HOE中的小數(shù)值孔徑NA對應(yīng)的位置外面(有效直徑)設(shè)置衍射結(jié)構(gòu)，那么當(dāng)使用具有較小的數(shù)值孔徑NA的光盤時(shí)，僅可將穿過有效直徑外面的衍射結(jié)構(gòu)的光束形成為光斑。這使得可以為偏振全息元件HOE提供光闌功能。
在所有上述實(shí)施例中，優(yōu)選整體(integrally)地驅(qū)動偏振全息元件HOE和物鏡OBJ。
作為偏振全息元件HOE的結(jié)構(gòu)，在本發(fā)明中舉例說明了圖3中所示的兩層結(jié)構(gòu)。可以設(shè)想具有單層結(jié)構(gòu)的偏振全息元件，其中，通過將細(xì)粒子(例如針狀粒子)混入樹脂膜中并設(shè)計(jì)相對于樹脂的取向的針狀粒子的方向，提高雙折射特性。
權(quán)利要求
1.一種光學(xué)拾取裝置，該光學(xué)拾取裝置包括發(fā)射第一光束的第一激光源；發(fā)射具有與所述第一光束的偏振面基本上垂直的偏振面的第二光束的第二激光源；根據(jù)其偏振狀態(tài)選擇性地衍射所述第一光束和所述第二光束中的一個(gè)的偏振衍射元件；和通過將穿過所述偏振衍射元件的所述第一光束聚焦到第一光學(xué)信息記錄介質(zhì)的信息記錄表面上記錄或再現(xiàn)信息、并通過將穿過所述偏振衍射元件的所述第二光束聚焦到第二光學(xué)信息記錄介質(zhì)的信息記錄表面上記錄或再現(xiàn)信息的物鏡。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的裝置，其中，所述第一激光源和所述第二激光源發(fā)射具有不同的波長的光束，所述物鏡包含折射透鏡，該折射透鏡具有正折光力；和衍射透鏡結(jié)構(gòu)，該衍射透鏡結(jié)構(gòu)具有具有在所述折射透鏡的透鏡表面的至少一個(gè)上形成的細(xì)階梯狀部分的多個(gè)環(huán)，對于具有較短的波長得到最高的衍射效率的衍射透鏡結(jié)構(gòu)中的衍射階次與對于具有較長的波長最到最高的衍射效率的衍射階次不同，以及當(dāng)所述第一光束和所述第二光束的一個(gè)以預(yù)定的偏振狀態(tài)入射時(shí)，所述偏振衍射元件產(chǎn)生在0以外的預(yù)定的衍射階次表現(xiàn)出最高的衍射效率的衍射光。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的裝置，其中，對于具有正交的偏振面的兩個(gè)入射光束中的一個(gè)，所述偏振衍射元件產(chǎn)生具有不低于85％的衍射效率的衍射光。
4.根據(jù)權(quán)利要求2的裝置，其中，使λ1為所述第一光束的波長，m1為當(dāng)所述第一光束穿過所述衍射透鏡結(jié)構(gòu)時(shí)得到最高的衍射效率的衍射階次，λ2(λ2＞λ1)為所述第二光束的波長，且m2為當(dāng)所述第二光束穿過所述衍射透鏡結(jié)構(gòu)時(shí)得到最高的衍射效率的衍射階次，滿足以下條件，并且當(dāng)一個(gè)光束穿過其中時(shí)，所述偏振衍射元件選擇性地產(chǎn)生衍射光0.9＜|m1·λ1|/|m2·λ2|＜1.1 ...(1)
5.根據(jù)權(quán)利要求2的裝置，其中，所述裝置包括發(fā)射具有波長λ3的第三光束使得偏振面與所述第一光束或所述第二光束的偏振面基本上垂直的第三激光源，使λ1(λ1＜λ3)為所述第一光束的波長，m1為當(dāng)所述第一光束穿過所述衍射透鏡結(jié)構(gòu)時(shí)得到最高的衍射效率的衍射階次，λ2(λ1＜λ2＜λ3)為所述第二光束的波長，m2為當(dāng)所述第二光束穿過所述衍射透鏡結(jié)構(gòu)時(shí)得到最高的衍射效率的衍射階次，且m3為當(dāng)所述第三光束穿過所述衍射透鏡結(jié)構(gòu)時(shí)得到最高的衍射效率的衍射階次，滿足以下條件，并且當(dāng)一個(gè)光束或兩個(gè)光束穿過其中時(shí)，所述偏振衍射元件選擇性地產(chǎn)生衍射光0.9＜|m1·λ1|/|m2·λ2|＜1.1 ...(2)|m3·λ3|/|m1·λ1|＜0.9或|m3·λ3|/|m1·λ1|＞1.1 ...(3)
6.根據(jù)權(quán)利要求5的裝置，其中，所述偏振衍射元件選擇性地衍射具有對準(zhǔn)的偏振面的兩個(gè)光束，并且所述兩個(gè)波長的衍射效率在不同的衍射階次被最大化。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的裝置，其中，與所述物鏡整體地驅(qū)動所述偏振衍射元件。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的裝置，其中，所述偏振衍射元件被配置為使得雙折射介質(zhì)和各向同性介質(zhì)沿光軸方向相互緊密接觸。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的裝置，其中，所述雙折射介質(zhì)具有沿與入射光的行進(jìn)方向垂直的平面切取且同心地形成的斷面和沿在包含所述入射光的所述行進(jìn)方向的徑向的平面切取并以鋸齒狀形成的斷面。
10.一種光學(xué)系統(tǒng)，用于光學(xué)拾取裝置，該光學(xué)系統(tǒng)包括物鏡，該物鏡包含折射透鏡，該折射透鏡具有正折光力；和衍射透鏡結(jié)構(gòu)，該衍射透鏡結(jié)構(gòu)具有具有在所述折射透鏡的光學(xué)表面的至少一個(gè)上形成的細(xì)階梯狀部分的多個(gè)環(huán)；和根據(jù)偏振方向選擇性地衍射光的偏振衍射元件，其中，使得來自光源的入射光穿過所述偏振衍射元件和所述衍射透鏡結(jié)構(gòu)，并被所述具有正折光力的折射透鏡聚焦，對于具有用于信息記錄或再現(xiàn)的多個(gè)波長的較短波長的光束得到最高衍射效率的衍射透鏡結(jié)構(gòu)中的衍射階次與對于具有較長波長的光束得到最高衍射效率的衍射階次不同，以及當(dāng)至少一個(gè)具有多個(gè)波長的一個(gè)波長的光束以預(yù)定的偏振狀態(tài)入射時(shí)，所述偏振衍射元件產(chǎn)生在0以外的預(yù)定的衍射階次表現(xiàn)出最高的衍射效率的衍射光。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的光學(xué)系統(tǒng)，其中，對于具有正交的偏振面的兩個(gè)入射光束中的一個(gè)，所述偏振衍射元件產(chǎn)生具有不低于85％的衍射效率的衍射光。
12.根據(jù)權(quán)利要求10的光學(xué)系統(tǒng)，其中，使λ1為所述第一光束的波長，m1為當(dāng)所述第一光束穿過所述衍射透鏡結(jié)構(gòu)時(shí)得到最高的衍射效率的衍射階次，λ2(λ2＞λ1)為所述第二光束的波長，且m2為當(dāng)所述第二光束穿過所述衍射透鏡結(jié)構(gòu)時(shí)得到最高的衍射效率的衍射階次，滿足以下條件，并且當(dāng)一個(gè)光束穿過其中時(shí)，所述偏振衍射元件選擇性地產(chǎn)生衍射光0.9＜|m1·λ1|/|m2·λ2|＜1.1 ...(1)
13.根據(jù)權(quán)利要求10的光學(xué)系統(tǒng)，其中，所述光學(xué)系統(tǒng)包括發(fā)射具有波長λ3的第三光束使得偏振面與所述第一光束或所述第二光束的偏振面基本上垂直的第三激光源，使λ1(λ1＜λ3)為所述第一光束的波長，m1為當(dāng)所述第一光束穿過所述衍射透鏡結(jié)構(gòu)時(shí)得到最高的衍射效率的衍射階次，λ2(λ1＜λ2＜λ3)為所述第二光束的波長，m2為當(dāng)所述第二光束穿過所述衍射透鏡結(jié)構(gòu)時(shí)得到最高的衍射效率的衍射階次，且m3為當(dāng)所述第三光束穿過所述衍射透鏡結(jié)構(gòu)時(shí)得到最高的衍射效率的衍射階次，滿足以下條件，并且當(dāng)一個(gè)光束或兩個(gè)光束穿過其中時(shí)，所述偏振衍射元件選擇性地產(chǎn)生衍射光0.9＜|m1·λ1|/|m2·λ2|＜1.1 ...(2)|m3·λ3|/|m1·λ1|＜0.9或|m3·λ3|/|m1·λ1|＞1.1 ...(3)
14.根據(jù)權(quán)利要求13的光學(xué)系統(tǒng)，其中，所述偏振衍射元件選擇性地衍射具有對準(zhǔn)的偏振面的兩個(gè)光束，并且所述兩個(gè)波長的衍射效率在不同的衍射階次被最大化。
15.根據(jù)權(quán)利要求10的光學(xué)系統(tǒng)，其中，與所述物鏡整體地驅(qū)動所述偏振衍射元件。
16.根據(jù)權(quán)利要求10的光學(xué)系統(tǒng)，其中，所述偏振衍射元件被配置為使得雙折射介質(zhì)和各向同性介質(zhì)沿光軸方向相互緊密接觸。
17.根據(jù)權(quán)利要求16的光學(xué)系統(tǒng)，其中，所述雙折射介質(zhì)具有沿與入射光的行進(jìn)方向垂直的平面切取且同心地形成的斷面和沿在包含所述入射光的所述行進(jìn)方向的徑向的平面切取并以鋸齒狀形成的斷面。
全文摘要
本發(fā)明針對光學(xué)拾取裝置，該光學(xué)拾取裝置包括發(fā)射第一光束的第一激光源(BL)；發(fā)射具有與第一光束的偏振面基本上垂直的偏振面的第二光束的第二激光源(AL)；根據(jù)其偏振狀態(tài)選擇性地衍射第一光束和第二光束中的一個(gè)的偏振衍射元件(HOE)；和通過將穿過偏振衍射元件(HOE)的第一光束聚焦到第一光學(xué)信息記錄介質(zhì)(DSC1)的信息記錄表面上記錄和/或再現(xiàn)信息、并通過將穿過偏振衍射元件(HOE)的第二光束聚焦到第二光學(xué)信息記錄介質(zhì)(DSC2)的信息記錄表面上記錄和/或再現(xiàn)信息的物鏡(OBJ)。
文檔編號G02B13/18GK1777938SQ20048001083
公開日2006年5月24日 申請日期2004年4月20日 優(yōu)先權(quán)日2003年4月22日
發(fā)明者森伸芳, 木村徹 申請人:柯尼卡美能達(dá)精密光學(xué)株式會社