專利名稱:光學(xué)元件和用該元件的光頭器件以及用該光頭器件的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及光頭器件,以及用在這種光頭器件中的光學(xué)元件,用于在例如光盤和光卡的光信息介質(zhì)上記錄信息以及再現(xiàn)或擦除記錄在光信息介質(zhì)上的信息,本發(fā)明還涉及應(yīng)用這些光頭器件的光信息裝置,以及應(yīng)用這些光信息裝置的各種系統(tǒng)。
背景技術(shù):
使用具有坑形式樣(pit-shaped pattern)的光盤作為高密度、大容量存儲介質(zhì)的光學(xué)存儲技術(shù)逐漸廣泛應(yīng)用于并進(jìn)入數(shù)字音頻光盤、視頻光盤、文件光盤和數(shù)據(jù)文件的普遍應(yīng)用中。因此,以高度可靠性使用精確收縮的光束在光盤上成功地記錄或再現(xiàn)信息的功能,可分為三個(gè)主要部分,即,在光盤的衍射極限內(nèi)形成一個(gè)微小圓點(diǎn)的聚焦功能;光學(xué)系統(tǒng)的聚焦控制(“聚焦伺服”)和尋道控制(trackingcontrol)以及坑信號(pit signal)(“信息信號”)檢測。
隨著近來光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)的進(jìn)展和作為光源的半導(dǎo)體激光器波長的縮短,比常規(guī)密度光盤具有更大存儲容量的光盤的發(fā)展也在前進(jìn)。作為向更高密度發(fā)展的一種方法,當(dāng)研究將光束聚焦到光盤上的聚焦光學(xué)系統(tǒng)的光盤一側(cè)的數(shù)值孔徑(NA)增加時(shí),發(fā)現(xiàn)諸如由于光軸傾斜(公知為“傾斜”)導(dǎo)致像差增加的問題。也就是說,當(dāng)數(shù)值孔徑增加時(shí),和傾斜相關(guān)而產(chǎn)生的像差量也增加。通過降低光盤透明基底的厚度(基底厚度)可以防止該效應(yīng)產(chǎn)生。
可以被看作第一代光盤的小型盤(CD)的基底厚度大約為1.2mm,用于CD的光頭器件使用發(fā)射紅外光(波長λ3為780nm至820nm)的光源,以及數(shù)值孔徑為0.45的物鏡。另外,可以看作第二代光盤的數(shù)字通用盤(DVD)的基底厚度大約為0.6mm,用于DVD的光頭器件使用發(fā)射紅光(波長λ2為630nm至680nm)的光源,以及數(shù)值孔徑為0.6的物鏡。此外,第三代光盤的基底厚度大約為0.1mm,用于此類光盤的光頭器件使用發(fā)射藍(lán)光(波長λ1為390nm至415nm)的光源,以及數(shù)值孔徑為0.85的物鏡。
應(yīng)該注意,在本說明書中,“基底厚度”指的是從光束入射的光盤(或光記錄介質(zhì))表面到信息記錄面的厚度。如上所述,高密度光盤透明基底的基底厚度做得較薄。從經(jīng)濟(jì)和器件占用空間的觀點(diǎn)看,光信息裝置最好可以在具有不同基底厚度和記錄密度的多個(gè)不同類型的光盤上記錄和再現(xiàn)信息。然而,為此光頭器件具有的聚焦光學(xué)系統(tǒng)必須能夠在具有不同基底厚度的多個(gè)光盤上將光束聚焦到衍射極限。
另外,如果在透明基底的基底厚度較厚的光盤上記錄或再現(xiàn),就必須將光束聚焦到比光盤表面還靠后的記錄信息面,因此必須增加焦距。
在JP H11-339307A(第一常規(guī)例子)中公開了一種結(jié)構(gòu),其目標(biāo)闡釋為提供可以在具有不同基底厚度的多個(gè)光盤上記錄和再現(xiàn)信息的光頭器件。在下面參考
圖17和圖18描述第一常規(guī)例子。
如圖17所示,根據(jù)第一常規(guī)例子的光頭器件,包括的反射鏡31具有多個(gè)不同曲率半徑的反射面,且該反射面由多層電介質(zhì)薄膜構(gòu)成,以及物鏡1805,該物鏡具有的孔徑可以利用不同波長光源發(fā)射的光束401至403中最短波長的光束再現(xiàn)高密度光盤。這里,光束401至403的波長按此順序變短,并且所使用的光源波長由光盤類型確定。如果再現(xiàn)高密度光盤10a,要使用光束401至403中波長最短的光束403;如果再現(xiàn)中密度光盤10b,要使用波長第二短的光束402;如果再現(xiàn)低密度光盤10c,要使用波長最長的光束401。光束401至403由具有多種不同曲率半徑反射面的反射鏡31反射向光盤,并入射到物鏡1805。
如圖18所示,為了將多個(gè)光束401至403反射到各自光盤,反射鏡31包含具有不同曲率半徑的多個(gè)反射面。第一反射面311由多層電介質(zhì)薄膜構(gòu)成,電介質(zhì)薄膜將光束403完全反射并將其轉(zhuǎn)換為對于物鏡1805具有最佳發(fā)散角的光束,而完全透過其他光源發(fā)射的光束。另外,第二反射面312(曲率半徑為R2的球面)由多層電介質(zhì)薄膜構(gòu)成,電介質(zhì)薄膜將光束403完全反射并將其轉(zhuǎn)換為對于物鏡1805具有最佳發(fā)散角的光束,同時(shí)完全透過其他光源發(fā)射的光束。另外,第三反射面313(曲率半徑為R3的球面)由多層電介質(zhì)薄膜構(gòu)成,電介質(zhì)薄膜將光束401完全反射并將其轉(zhuǎn)換為對于物鏡1805具有最佳發(fā)散角的光束,同時(shí)完全透過其他光源發(fā)射的光束。根據(jù)光源波長和光盤類型這樣選擇反射面,可以將光束401至403的波前轉(zhuǎn)換,以使多個(gè)不同類型光盤10a至10c可互換的再現(xiàn)。
另外,在例如JP H10-334504A(第二常規(guī)例子)和JPH11-296890A(第三常規(guī)例子)中也公開了一種結(jié)構(gòu),其目標(biāo)為允許使用多個(gè)波長光束的多個(gè)不同類型光盤可互換的再現(xiàn)。也就是說,在第二常規(guī)例子中公開了使用衍射光學(xué)元件(DOE)或相位轉(zhuǎn)換元件與物鏡相結(jié)合的結(jié)構(gòu)。另外,第三常規(guī)例子中公開了可機(jī)械互換的多個(gè)物鏡的結(jié)構(gòu)。
如圖17所示,在第一常規(guī)例子中,物鏡1805相對于反射鏡31獨(dú)立驅(qū)動(見JP H11-339307A中圖4至圖6)。然而,在第一常規(guī)例子中,如上所述,因?yàn)楣馐磺畏瓷溏R31從平行光轉(zhuǎn)換為具有最佳發(fā)散角的光束,物鏡關(guān)于入射光波前的相對位置改變,產(chǎn)生像差,并且由于光盤記錄或再現(xiàn)時(shí)的尋道使物鏡移動時(shí),聚焦特性降低。另外,反射鏡31的反射面是曲面,也就是說,它由球面制成。然而球面不足以補(bǔ)償光盤10a至10c之間基底厚度的差值以及光束波長之間的差值,而且不可能消除五階或更高階像差。
另外,在第二常規(guī)例子中,如上所述使用衍射光學(xué)元件和相位轉(zhuǎn)換元件。然而,如果記錄或再現(xiàn)光盤的透明基底厚度較厚,就必須增加焦距,并且為此目的,轉(zhuǎn)換光束的光學(xué)元件必須包含特定的透鏡光學(xué)放大率。然而,當(dāng)將透鏡放大率應(yīng)用于衍射光學(xué)元件時(shí),晶格間距向外圍部分變??;如果數(shù)值孔徑在0.6的量級,晶格間距等于波長,結(jié)果衍射效應(yīng)降低并且光利用率下降。另外,當(dāng)將透鏡放大率應(yīng)用于相位轉(zhuǎn)換元件時(shí),結(jié)構(gòu)變得微小,并且當(dāng)將其應(yīng)用于衍射光學(xué)元件時(shí)會產(chǎn)生同樣問題。
另外,在如上所述的第三常規(guī)例子中,因?yàn)樾枰卸鄠€(gè)物鏡,就采用可以互換物鏡的結(jié)構(gòu),但同時(shí)部件數(shù)量增加,光頭器件的小型化也難以解決。另外,由于物鏡互換機(jī)構(gòu)的要求,光頭器件的小型化也難以解決。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)目標(biāo)是解決常規(guī)技術(shù)的難題,并提供可以實(shí)現(xiàn)對具有不同基底厚度的多個(gè)光信息介質(zhì)可互換的記錄和可互換的再現(xiàn)的光頭器件以及其中使用的光學(xué)元件,提供使用該光頭器件的光信息裝置,以及提供應(yīng)用該光信息裝置的各種系統(tǒng)。
為達(dá)到如上所述的目標(biāo),根據(jù)本發(fā)明的光學(xué)元件的結(jié)構(gòu)具有一個(gè)二向色偏振分光薄膜,用于透過波長為λ1的第一光束,反射波長為λ2沿第一偏振方向偏振的第二光束的線偏振光,并透過偏振方向垂直于第一偏振方向的第二光束的線偏振光;第一1/4波片,用于將沿第一偏振方向偏振并被二向色偏振分光薄膜反射的第二光束的線偏振光轉(zhuǎn)換為基本上圓偏振的光;第一反射面,用于反射被第一1/4波片轉(zhuǎn)換為圓偏振光的第二光束;第二1/4波片,用于將第二光束再次轉(zhuǎn)換為基本上圓偏振的光,該第二光束由第一反射面反射,并被第一1/4波片轉(zhuǎn)換為偏振方向垂直于第一偏振方向的線偏振光,并透過二向色偏振分光薄膜;以及第二反射面,用于反射被第二1/4波片轉(zhuǎn)換為基本上圓偏振的光的第二光束,其中光學(xué)元件利用二向色偏振分光薄膜反射第二光束,該第二光束由第二反射面反射并由第二1/4波片轉(zhuǎn)換為沿第一偏振方向偏振的線偏振光,而且該光學(xué)元件轉(zhuǎn)換第二光束的波前。
在本發(fā)明的光學(xué)元件的結(jié)構(gòu)中,第一或第二反射面最好為曲面,而且該曲面轉(zhuǎn)換第二光束的波前。另外,在此情況下,轉(zhuǎn)換第二光束波前的曲面最好為凸面。
另外,在本發(fā)明的光學(xué)元件的結(jié)構(gòu)中,第一或第二反射面最好為反射式衍射光學(xué)元件(reflective diffraction optical element),而且該衍射光學(xué)元件轉(zhuǎn)換第二光束的波前。
另外,在本發(fā)明的光學(xué)元件的結(jié)構(gòu)中,二向色偏振分光薄膜最好也反射波長為λ3,沿第一偏振方向偏振的第三光束的線偏振光,而且能夠透過偏振方向垂直于第一偏振方向的第三光束的線偏振光,其中第一1/4波片將第三光束的線偏振光轉(zhuǎn)換為基本上圓偏振的光,其中該線偏振光沿第一偏振方向偏振并被二向色偏振分光薄膜反射,其中第二1/4波片將第三光束再次轉(zhuǎn)換為基本上圓偏振的光,該第三光束在第一反射面反射,并被第一1/4波片轉(zhuǎn)換為偏振方向垂直于第一偏振方向的線偏振光,并透過二向色偏振分光薄膜,其中光學(xué)元件利用二向色偏振分光薄膜反射第三光束,該第三光束由第二反射面反射,并由第二1/4波片轉(zhuǎn)換為沿第一偏振方向偏振的線偏振光,并且光學(xué)元件轉(zhuǎn)換第三光束的波前。另外,在此情況下,該第一或第二反射面的反射面最好可以是不同于轉(zhuǎn)換第二光束波前的反射面的曲面,并且該曲面轉(zhuǎn)換第三光束的波前。在此情況下,轉(zhuǎn)換第三光束波前的曲面最好為凹面。在此情況下,最好還提供二向色薄膜,用于透過第三光束并反射第二光束,該二向色薄膜位于第一或第二反射面的反射表面和二向色偏振分光薄膜之間,其中該反射面不是轉(zhuǎn)換第二光束波前的那個(gè)發(fā)射面。另外,在此情況下,第一或第二反射面的反射表面最好為反射式衍射光學(xué)元件,其中最好為反射式衍射光學(xué)元件的該反射面不是轉(zhuǎn)換第二光束波前的那個(gè)反射面,而該衍射光學(xué)元件轉(zhuǎn)換第三光束的波前。
另外,根據(jù)本發(fā)明的光頭器件的第一結(jié)構(gòu)提供第一激光光源,用于發(fā)射波長為λ1的第一光束;第二激光光源,用于發(fā)射波長為λ2的第二光束;以及物鏡,用于將第一和第二激光光源發(fā)射的第一和第二光束分別聚焦到第一和第二光信息介質(zhì);其中根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一條的光學(xué)元件位于第一和第二激光光源以及物鏡之間。
另外,根據(jù)本發(fā)明的光頭器件的第一結(jié)構(gòu)最好滿足下述表達(dá)式3表達(dá)式3λ1<λ2t1<t2f1<f2其中t1為第一光信息記錄介質(zhì)的基底厚度,t2為第二光信息記錄介質(zhì)的基底厚度,f1為將第一光束聚焦到第一光信息記錄介質(zhì)的信息記錄面的焦距,而f2為將第二光束聚焦到第二光信息記錄介質(zhì)的信息記錄面的焦距。
另外,在本發(fā)明的光頭器件的第一結(jié)構(gòu)中,波長為λ1的第一光束最好穿過基底厚度為t1的透明基底,并且被物鏡聚焦到第一光信息記錄介質(zhì)的信息記錄面上,而且其中第一光信息介質(zhì)以比第二光信息介質(zhì)更高的密度記錄信息,其中在物鏡面上設(shè)置第二區(qū)域,該區(qū)域靠近位于第一光束透過的第一區(qū)域圓周部分的光信息介質(zhì),并且當(dāng)波長為λ2(>λ1)的第二光束透過第二區(qū)域時(shí),第二光束透過基底厚度為t2(>t1)的透明基底且被聚焦到第二光信息記錄介質(zhì)的信息記錄面。另外,在此情況下,第二區(qū)域最好具有凸面形狀。
另外,根據(jù)本發(fā)明的光頭器件的第二結(jié)構(gòu)提供第一激光光源,用于發(fā)射波長為λ1的第一光束;第二激光光源,用于發(fā)射波長為λ2的第二光束;第三激光光源,用于發(fā)射波長為λ3的第三光束;以及物鏡,用于將第一至第三激光光源發(fā)射的第一至第三光束分別聚焦到第一至第三光信息介質(zhì),其中根據(jù)權(quán)利要求5至9中任一條的光學(xué)元件位于第一至第三激光光源和物鏡之間。
另外,在本發(fā)明的光頭器件的第二結(jié)構(gòu)中,最好將光學(xué)元件和物鏡被固定在一起作為單個(gè)部件而移動。
另外,根據(jù)本發(fā)明的光頭器件的第二結(jié)構(gòu)最好滿足下述表達(dá)式2表達(dá)式2λ1<λ2<λ3t1<t2<t3f1<f2<f3其中t1為第一光信息記錄介質(zhì)的基底厚度,t2為第二光信息記錄介質(zhì)的基底厚度,t3為第三光信息記錄介質(zhì)的基底厚度,f1為將第一光束聚焦到第一光信息記錄介質(zhì)的信息記錄面的焦距,f2為將第二光束聚焦到第二光信息記錄介質(zhì)的信息記錄面的焦距,以及f3為將第三光束聚焦到第三光信息記錄介質(zhì)的信息記錄面的焦距。
另外,在本發(fā)明的光頭器件的第二結(jié)構(gòu)中,最好將波長為λ1的第一光束穿過基底厚度為t1的透明基底,并由物鏡聚焦到第一光信息記錄介質(zhì)的信息記錄面,而且其中第一光信息介質(zhì)以比第三光信息介質(zhì)更高的密度記錄信息,其中在物鏡面上設(shè)置第二區(qū)域,該第二區(qū)域靠近位于第一光束透過的第一區(qū)域圓周部分的光信息介質(zhì),并且其中第三光束透過基底厚度為t3(>t1)的透明基底,且當(dāng)波長為λ3(>λ1)的第三光束透過第二區(qū)域時(shí)被聚焦到第三光信息記錄介質(zhì)的信息記錄面。另外,在此情況下,第二區(qū)域最好具有凸面形狀。
另外,根據(jù)本發(fā)明的光頭器件的第一或第二結(jié)構(gòu)最好還裝備第一凸透鏡,用于接收激光光源發(fā)射的光束并將其轉(zhuǎn)換為漸發(fā)散光;以及第二凸透鏡,用于將被第一凸透鏡轉(zhuǎn)換為漸發(fā)散光的光束轉(zhuǎn)換為基本上平行的光。
另外,根據(jù)本發(fā)明的光信息裝置結(jié)構(gòu)裝備有根據(jù)本發(fā)明的光頭器件,用于驅(qū)動光信息介質(zhì)的光信息介質(zhì)驅(qū)動部分,以及用于接收光頭器件獲得的信號的控制部分,并根據(jù)該信號控制光信息介質(zhì)驅(qū)動部分以及光頭器件內(nèi)的激光光源和物鏡。
另外,根據(jù)本發(fā)明的計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)裝備有根據(jù)本發(fā)明的光信息裝置;輸入設(shè)備,用于輸入信息;處理單元,用于處理根據(jù)輸入設(shè)備輸入的信息和/或光信息裝置讀取的信息;以及輸出設(shè)備,用于顯示或輸出輸入設(shè)備輸入的信息,光信息裝置讀取的信息,或處理單元處理的結(jié)果。
另外,根據(jù)本發(fā)明的光盤播放器結(jié)構(gòu)包括根據(jù)本發(fā)明的光信息裝置,以及信息-圖像轉(zhuǎn)換裝置,用于將光信息裝置獲得的信息信號轉(zhuǎn)換為圖像。
另外,根據(jù)本發(fā)明的車輛導(dǎo)航系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)包括根據(jù)本發(fā)明的光盤播放器。
另外,根據(jù)本發(fā)明的光盤記錄器的結(jié)構(gòu)包括根據(jù)本發(fā)明的光信息裝置,以及一個(gè)圖像-信息轉(zhuǎn)換裝置用于將圖像信息轉(zhuǎn)換為可通過光信息裝置記錄在光信息介質(zhì)上的信息。
另外,根據(jù)本發(fā)明的光盤服務(wù)器的結(jié)構(gòu)包括根據(jù)本發(fā)明的光信息裝置,以及無線輸入/輸出終端,用于在光信息裝置和外設(shè)部分間交換信息。
附圖簡述圖1為示出根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的光頭器件的簡圖;圖2為示意性示出根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例光學(xué)元件中第一光束光路的剖視圖;圖3為示意性示出根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例光學(xué)元件中第二光束光路的剖視圖;圖4為示意性示出根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例光學(xué)元件中第二光束的波前轉(zhuǎn)換狀態(tài)的剖視圖;圖5為示意性示出根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例光學(xué)元件中第三光束光路的剖視圖;圖6為示意性示出根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例光學(xué)元件中第三光束的波前轉(zhuǎn)換狀態(tài)的剖視圖;圖7為根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例,靠近光盤的物鏡表面形狀的剖視圖;圖8為根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例,如果物鏡選用另一種形狀,物鏡鄰近部分結(jié)構(gòu)的剖視圖;圖9為根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例,靠近光盤的具有另一種形狀的物鏡表面形狀的剖視圖;圖10為根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的光頭器件的物鏡鄰近部分結(jié)構(gòu)的剖視圖;圖11為根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的光頭器件的物鏡鄰近部分另一種結(jié)構(gòu)的剖視圖;圖12為示出根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的光信息裝置的結(jié)構(gòu)簡圖;圖13為示出根據(jù)本發(fā)明第四實(shí)施例的計(jì)算機(jī)的透視簡圖;圖14為示出根據(jù)本發(fā)明第五實(shí)施例的光盤播放器的透視簡圖;圖15為示出根據(jù)本發(fā)明第六實(shí)施例的光盤記錄器的透視簡圖;圖16為示出根據(jù)本發(fā)明第七實(shí)施例的光盤服務(wù)器的透視簡圖;圖17為示出根據(jù)常規(guī)技術(shù)的光頭器件物鏡周圍結(jié)構(gòu)的剖視圖;
圖18為示出根據(jù)常規(guī)技術(shù)的光頭器件中為了彎折光軸的反射鏡的剖視圖。
發(fā)明詳述本發(fā)明將使用實(shí)施例在下面做進(jìn)一步更詳細(xì)的說明。
第一實(shí)施例圖1為示出根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的光頭器件結(jié)構(gòu)簡圖。圖1中,數(shù)字1表示第一激光光源,它發(fā)射波長為λ1的第一光束。數(shù)字2表示第二激光光源,它發(fā)射波長為λ2的第二光束。數(shù)字3表示第三激光光源,它發(fā)射波長為λ3的第三光束。數(shù)字7表示準(zhǔn)直透鏡(第一凸透鏡),數(shù)字20表示用于彎曲光軸的反射鏡,數(shù)字18表示物鏡,它將第一至第三激光光源1至3發(fā)出的第一至第三光束聚焦到光信息介質(zhì)上。數(shù)字8表示具有波前轉(zhuǎn)換元件的光學(xué)元件,用以引導(dǎo)分別由第二激光光源2和第三激光光源3發(fā)射的波長為λ2的第二光束和波長為λ3的第三光束,使其沿不同于由第一激光光源1發(fā)射的波長為λ1的第一光束的光路傳播(光路迂回optical path detour),并改變第二光束和第三光束的波前。也就是說,光學(xué)元件8是一個(gè)用于改變第二光束和第三光束的光程和波前的元件。數(shù)字9、10和11表示光信息介質(zhì),例如光盤或光卡,然而,在下面的說明中將使用光盤作為光信息介質(zhì)的實(shí)例。
第一至第三激光光源1至3中的幾個(gè)或者全部最好為半導(dǎo)體激光光源,因此可以得到更緊湊、更輕、更高能效的光頭器件,以及使用這種器件的光信息裝置。這里,第一激光光源1的波長最短,第三激光光源3的波長最長,當(dāng)記錄或者再現(xiàn)記錄密度最高的光盤9時(shí),使用第一激光光源1,反之,當(dāng)記錄或者再現(xiàn)記錄密度最低的光盤1 1時(shí),使用第三激光光源3。在這種情況下,通過將第一激光光源1至第三激光光源3的波長設(shè)置為λ1=390nm至415nm,λ2=630nm至680nm,λ3=780nm至810nm,能夠互換地記錄和再現(xiàn)可從市場上購買的CD、DVD,以及具有比CD、DVD更高記錄密度的光盤。
通過將第一激光光源發(fā)射的第一光束聚焦到如下所述的光盤9的信息記錄面91(見圖2),以在記錄密度最高的光盤9上進(jìn)行記錄和再現(xiàn)。也就是說,由第一激光光源1發(fā)射的波長為λ1的第一光束通過波長選擇薄膜5(二向色薄膜),基本上完全通過分束薄膜6,并由1/4波片37轉(zhuǎn)換為圓偏振光。由1/4波片37轉(zhuǎn)換為圓偏振光的第一光束由準(zhǔn)直透鏡7轉(zhuǎn)換為基本平行的光,其光軸被反射鏡20彎折,并通過光學(xué)元件8,如圖2所示。并且,如圖1和圖2所示,通過光學(xué)元件8的第一光束31通過光盤9的透明基底,t1并由物鏡18聚焦在信息記錄面91上,該基底厚度t1大約等于0.1mm。
在圖2中,數(shù)字8表示對第二光束和第三光束進(jìn)行光路迂回和波前轉(zhuǎn)換的光學(xué)元件。另外,數(shù)字24表示光學(xué)薄膜,它使波長為λ1的第一光束透過,對于波長為λ2的第二光束和波長為λ3的第三光束,其作用像隨后解釋的一樣,類似二向色偏振分光薄膜。這里,光學(xué)薄膜24使波長為λ1的第一光束透過,因此并不改變第一光束的波前。正因?yàn)槿绱?,將物鏡18設(shè)計(jì)成這種形式,使波長為λ1的基本平行的第一光束31透過光盤9基底厚度為t1的透明基底,并聚焦在信息記錄面91上。另外,光學(xué)元件8不轉(zhuǎn)變第一光束的波前,因此不必將光學(xué)元件8和物鏡18的相對位置調(diào)整為具有高精度。因此,對于波長最短且記錄密度最高的光盤9執(zhí)行記錄和再現(xiàn)的波長為λ1的第一光束而言,能夠擴(kuò)大光學(xué)元件8和物鏡18之間可允許的位置公差,另外,如下面所說明,當(dāng)使用具有更長波長的光記錄和再現(xiàn)記錄密度較低的光盤時(shí),則需要考慮光學(xué)元件8和物鏡18之間的相對位置。因此,由于光學(xué)元件8和物鏡18相對位置的公差量可以增大,就可能得到容易制作的光頭器件。
如圖1所示,由光盤9的信息記錄面反射,并沿原光路返回(返回路徑)的第一光束被1/4波片37轉(zhuǎn)換為偏振方向與該光束初始偏振方向垂直的線偏振光,然后由分束薄膜6基本上完全反射,并通過探測透鏡12入射到光電探測器13上。因此,通過計(jì)算光電探測器13的輸出強(qiáng)度就可以得到用于聚焦控制和尋道控制的伺服信號和信息信號。如上所述,對于波長為λ1的第一光束,分束薄膜6是偏振分離薄膜,使沿預(yù)定方向偏振的線偏振光完全透過,而完全反射所有偏振方向與該預(yù)定方向垂直的線偏振光。另外,對于波長為λ2的第二光束和波長為λ3的第三光束,分束薄膜6具有將第二激光光源2和第三激光光源3發(fā)射的線偏振光部分透射,部分反射的能力。對于如上所述波長為λ1的第一光束,數(shù)字37表示1/4波片,然而,對于波長為λ2的第二光束和波長為λ3的第三光束,數(shù)字37表示的結(jié)構(gòu)為1/2波片,或?qū)τ谄穹较虿挥绊懴辔徊顒e。
需要注意的是,在第一激光光源1到分束薄膜6之間的光路中放置衍射光柵4,就可以通過本領(lǐng)域所公知的差動推拉(differential pushpull)(DPP)法探測到尋道錯(cuò)誤信號。
另外,不用準(zhǔn)直透鏡7將第一光束轉(zhuǎn)換為基本上平行的光,也可以有一種結(jié)構(gòu),其中由第一凸透鏡7將第一光束轉(zhuǎn)換為漸發(fā)散光,再由第二凸透鏡22將該第一光束(該漸發(fā)散光)進(jìn)一步轉(zhuǎn)換為基本上平行的光。因此,在此情況下,通過驅(qū)動裝置23沿光軸方向(水平方向,見圖1)移動第二凸透鏡22,就可以改變第一光束的平行度。順便指出,當(dāng)由于透明基底的厚度差異導(dǎo)致基底厚度不均勻,或者如果光盤9為雙層盤,層間厚度導(dǎo)致基底厚度差異時(shí),則會出現(xiàn)球面像差。然而,如上所述,通過沿光軸方向移動第二凸透鏡22可以補(bǔ)償球面像差。如果用于光盤9的聚焦光線的數(shù)值孔徑(NA)為0.85,通過如上所述的方式移動第二凸透鏡22可以補(bǔ)償大約數(shù)百mλ的球面像差,從而可以補(bǔ)償±30um的基底厚度差異。然而,如果再現(xiàn)DVD或CD時(shí),必須校正的基底厚度差異至少為0.5mm,所以不可能只通過移動第二凸透鏡充分地校正球面像差。
另外,如果彎折光軸的反射鏡20的構(gòu)成方式使得其并不是徹底的反射鏡,而是半透明的薄膜,該薄膜最多能通過第一光束20%的光量,這樣,通過聚焦透鏡19(凸透鏡)將通過反射鏡20的該部分第一光束引導(dǎo)到光電探測器21上,然后就可以通過利用從光電探測器21上獲得的信號監(jiān)控第一激光光源1的發(fā)光量的變化以反饋發(fā)光量的變化,并保持第一激光光源1的發(fā)光量恒定。
值得注意的是,在上面的說明中使用了“聚焦”一詞,在本發(fā)明中“聚焦”指“將光束匯聚到衍射極限下的一個(gè)微小點(diǎn)”。
如下所述,通過將第二激光光源發(fā)射的第二光束聚焦到光盤10的一個(gè)信息記錄面101(見圖3)上,執(zhí)行第二高記錄密度的光盤10的記錄和再現(xiàn)。也就是說,如圖1所示,由第二激光光源發(fā)射的波長為λ2的基本上線偏振的第二光束,透過波長選擇薄膜14(二向色薄膜)后,由波長選擇薄膜5(二向色薄膜)反射,并進(jìn)一步通過分束薄膜6。通過分束薄膜6的第二光束被準(zhǔn)直透鏡7轉(zhuǎn)換為基本上平行的光,然后,其光軸被反射鏡20彎折,以使通過光學(xué)元件8,如圖3所示。也就是說,如圖1和圖3所示,光軸被反射鏡20彎折后的第二光束32,在光學(xué)元件8中反射了四次,并由波前轉(zhuǎn)換元件25(一個(gè)具有凸彎曲反射面的光學(xué)元件,例如反射面27)改變其波前。通過光學(xué)元件8后的第二光束32穿過光盤10上基底厚度t2大約等于0.6mm的透明基底,由物鏡18聚焦在信息記錄面101上。
參照圖3,光學(xué)元件8的作用將在這里作詳細(xì)說明。在圖3中,數(shù)字8表示對第二光束和第三光束進(jìn)行光路迂回和波前轉(zhuǎn)換的光學(xué)元件。另外,數(shù)字24表示光學(xué)薄膜,它使波長為λ1的第一光束透射,而對于波長為λ2的第二光束和波長為λ3的第三光束則起二向色偏振分光薄膜的作用。光學(xué)薄膜24反射第二光束32沿第一偏振方向偏振的線偏振光,反射鏡20將該線偏振光的光軸彎曲,并引導(dǎo)其入射到1/4波片17上(第一1/4波片)。第二光束32經(jīng)1/4波片17轉(zhuǎn)換為圓偏振光后,由二向色薄膜26(第一反射表面)反射。該二向色薄膜26是一個(gè)光學(xué)薄膜,反射波長為λ2的第二光束,透射波長為λ3的第三光束。值得注意的是,如果不使用波長為λ3的第三光束,也就是說,如果不必記錄或再現(xiàn)透明基底的基底厚度t3大約等于1.2mm的光盤11,也可以簡單地使用一個(gè)全反射鏡代替二向色薄膜26。由二向色薄膜26反射的第二光束32再次穿過1/4波片17,并轉(zhuǎn)換為線偏振光,其偏振方向和入射到光學(xué)元件8時(shí)的初始偏振方向(第一偏振方向)垂直,然后基本上透過光學(xué)薄膜24(二向色偏振分光薄膜)?;旧贤高^光學(xué)薄膜24(二向色偏振分光薄膜)的第二光束32由1/4波片16(第二1/4波片)再次轉(zhuǎn)換為圓偏振光,然后由波前轉(zhuǎn)換元件25的反射面27(第二反射面)反射。
在這種情況下,例如通過將反射面27構(gòu)造為凹面鏡,就可以在不損失光強(qiáng)的情況下改變波長為λ2的第二光束的波前。
另外,如果第二激光光源2有剩余的光發(fā)射能力,由于反射面27是由反射型的衍射光學(xué)元件所構(gòu)造,所以通過擴(kuò)展光學(xué)元件8,波前轉(zhuǎn)換元件25可以做得更小,更輕,造價(jià)更低。
由反射面27反射并變換波前的第二光束32,再次穿過1/4波片16轉(zhuǎn)換為線偏振光,其偏振方向和入射到光學(xué)元件8時(shí)的初始偏振方向相同,然后由光學(xué)薄膜(二向色偏振分光薄膜)24全部反射。全部由光學(xué)薄膜(二向色偏振分光薄膜)24反射的第二光束32通過光盤10上基底厚度t2大約等于0.6mm的透明基底,然后由物鏡18聚焦在信息記錄面101上。這里,光盤10從光入射面到信息記錄面101的透明基底的基底厚度較厚,其厚度t2大約等于0.6mm,因此當(dāng)記錄和再現(xiàn)光盤10時(shí)有必要將焦距增加到f=f2,并使其大于記錄和再現(xiàn)光盤9時(shí)使用的焦距f=f1,其中光盤9的基底厚度t1大約等于0.1mm(即,f2>f1)。如圖4所示,根據(jù)本實(shí)施例,這可以通過將反射面27設(shè)置為凸面,并使由波形轉(zhuǎn)換元件25作用而轉(zhuǎn)換波形的第二光束成為發(fā)散光而實(shí)現(xiàn)。
另外,通過將反射面27塑造為非球面而不是球面,當(dāng)記錄和再現(xiàn)光盤10時(shí),可以減小第五階和更高階球面像差,增加波前聚焦的質(zhì)量,更精確的進(jìn)行記錄和再現(xiàn)。
如上所述,波長為λ2的第二光束的波前由光學(xué)元件8轉(zhuǎn)換。因此,當(dāng)光學(xué)元件8和物鏡18的相對位置存在偏差時(shí),由于該光的波前未像預(yù)先設(shè)計(jì)的一樣入射到物鏡18,在入射到光盤10的波前上就會產(chǎn)生像差,并降低該光的聚焦特性。因此,在本實(shí)施例中,將光學(xué)元件8和物鏡18整體固定,光學(xué)元件8和物鏡18的構(gòu)成形式使得它們能夠作為單個(gè)部件,在聚焦控制和跟蹤中由公共驅(qū)動裝置36所驅(qū)動。
如圖1所示,由光盤10的信息記錄面反射,并沿原光路返回(返回路徑)的第二光束,在光學(xué)元件8中又反射四次,然后由分束薄膜6反射,并通過探測透鏡12入射到光電探測器13上。因此,通過計(jì)算光電探測器13的輸出功率就可以得到用于聚焦控制和尋道控制的伺服信號和信息信號。另外,通過設(shè)置分束薄膜6對于波長為λ2的第二光束的透射系數(shù),使其高于對該同一光束的反射系數(shù),就可以增加用于記錄光盤10的第二光束的光量,例如,透射系數(shù)∶反射系數(shù)=7∶3。另外,通過使用這種結(jié)構(gòu)能夠減小第二激光光源的發(fā)光量,并減小光能的消耗。
值得注意的是,通過在第二激光光源2至分束薄膜6之間的光路中放置衍射光柵15,就可以由本領(lǐng)域公知的差動推拉(DPP)法探測到尋道錯(cuò)誤信號。
另外,如上所述,不用準(zhǔn)直透鏡7將第一光束轉(zhuǎn)換為完全平行光,也可以提供一種結(jié)構(gòu),其中由第一凸透鏡7將第二光束轉(zhuǎn)換為漸發(fā)散光,再由第二凸透鏡22將第二光束(漸發(fā)散光)進(jìn)一步轉(zhuǎn)換為完基本上平行的光。因此,在這種情況下,用驅(qū)動裝置23沿光軸方向(水平方向,見圖1)移動第二面凸透鏡22,就可以改變第二光束的平行度。順便指出,當(dāng)透明基底的厚度差異導(dǎo)致基底厚度不均勻,或者當(dāng)光盤10是一個(gè)雙層盤,層間厚度導(dǎo)致基底厚度差異時(shí),則會出現(xiàn)球面像差。然而,用最少的附加零件就可以補(bǔ)償該球面像差。
另外,如果彎折光軸的反射鏡20的組合方式使得它并不是完全反射鏡,而是最多能通過第二光束的20%光量的半透明薄膜,這樣,通過聚焦透鏡(凸透鏡)19將通過反射鏡20的第二光束的一部分引導(dǎo)到光電探測器21,然后就可以通過利用從光電探測器21上獲得的信號監(jiān)控第二激光光源2的發(fā)光量的變化,以反饋發(fā)光量的變化,并保持第二激光光源2的發(fā)光量恒定。另外,通過提供一個(gè)具有激光光源3的結(jié)構(gòu),就能夠記錄或者播放諸如CD的光盤11,其透明基底的基底厚度t3約等于1.2mm。
另外,構(gòu)建根據(jù)本實(shí)施例的結(jié)構(gòu)用以利用反射面27(第二反射面)轉(zhuǎn)換第二光束的波前,但是,也可以設(shè)計(jì)為通過由二向色薄膜26制成的第一反射面改變第二光束的波前。
記錄和再現(xiàn)記錄密度最低的光盤是通過將第三激光光源3發(fā)射的第三光束聚焦到如下所述的光盤11的信息記錄面111(見圖5)上而進(jìn)行的。也就是說,如圖1所示,波長為λ3的第三光束,該光束是由第三激光光源3發(fā)射的基本上線偏振的光,由波長選擇薄膜14(二向色薄膜)反射,然后進(jìn)一步由波長選擇薄膜5(二向色薄膜)反射,并通過分束薄膜6。通過分束薄膜6的第三光束由準(zhǔn)直透鏡7轉(zhuǎn)換為基本上平行的光,然后,第三光束的光軸被反射鏡20彎折,以通過光學(xué)元件8,如圖5所示。也就是說,如圖1和圖5所示,光軸被反射鏡20彎折的第三光束33,在光學(xué)元件8中反射了四次,并由波前轉(zhuǎn)換元件25(例如,具有凸形反射曲面的光學(xué)元件27)和波前轉(zhuǎn)換元件28(例如,具有凹形反射曲面的光學(xué)元件29)轉(zhuǎn)換其波前。然后,通過光學(xué)元件8的第三光束33,穿過物鏡18后,穿過光盤11上基底厚度t3大約等于1.2mm的透明基底,聚焦在信息記錄面111上。
參照圖5,光學(xué)元件8的作用將在這里詳細(xì)說明。在圖5中,數(shù)字8表示對第二光束和第三光束進(jìn)行光路迂回和波前轉(zhuǎn)換的光學(xué)元件。另外,數(shù)字24表示光學(xué)薄膜,它使波長為λ1的第一光束通過,而對于波長為λ2的第二光束和波長為λ3的第三光束則起二向色偏振分光薄膜的作用。光學(xué)薄膜24反射沿第一偏振方向偏振的第三光束33的線偏振光,反射鏡20彎折該偏振光的光軸,并將其引導(dǎo)到1/4波片17上(第一1/4波片)。隨后,沿第一偏振方向偏振的第三光束33的線偏振光由1/4波片17轉(zhuǎn)換為圓偏振光,然后通過二向色薄膜26。該二向色薄膜26是一個(gè)光學(xué)薄膜,它反射波長為λ2的第二光束,并使波長為λ3的第三光束透過。通過二向色薄膜26的第三光束33由波前轉(zhuǎn)換元件28的反射面29(第三反射面)反射。
在這種情況下,例如,通過將反射面29構(gòu)造為凹面反射鏡,就能夠在不損失光強(qiáng)的情況下轉(zhuǎn)換波長為λ3的第三光束的波前。
另外,如果第三激光光源3有剩余的光發(fā)射能力,或只需要重放光盤11,由于反射面29是由反射型的衍射光學(xué)元件所構(gòu)造,因此通過擴(kuò)展光學(xué)元件8,波前轉(zhuǎn)換元件28能夠做得更小,更輕,造價(jià)更低。
第三光束33由反射面29進(jìn)行波前轉(zhuǎn)換和反射后,再次通過1/4波片17,并轉(zhuǎn)換為偏振方向和入射到光學(xué)元件8時(shí)的初始偏振方向(第一偏振方向)垂直的線偏振光,然后基本上全部通過光學(xué)薄膜24(二向色偏振分光薄膜)?;旧贤耆ㄟ^光學(xué)薄膜24(二向色偏振分光薄膜)的第三光束33由1/4波片16(第二1/4波片)再次轉(zhuǎn)換為圓偏振光,然后由波前轉(zhuǎn)換元件25的反射面27反射。由反射面27進(jìn)行反射和波前轉(zhuǎn)換后的第三光束33,再次穿過1/4波片16,并轉(zhuǎn)換為偏振方向和入射到光學(xué)元件8時(shí)的初始偏振方向(第一偏振方向)相同的線偏振光,然后由光學(xué)薄膜24(二向色偏振分光薄膜)完全反射。然后,由光學(xué)薄膜24(二向色偏振分光薄膜)完全反射的第三光束通過基底厚度t3大約等于1.2mm的光盤11的透明基底,然后由物鏡18聚焦到信息記錄面111上。這里,從光入射面到信息記錄面111的光盤11的基底厚度較厚,其厚度t3大約等于1.2mm,因此當(dāng)記錄和再現(xiàn)光盤11時(shí)有必要將焦距f=f3增加,并使其大于記錄和再現(xiàn)光盤10時(shí)使用的焦距f=f2,光盤10基底厚度t2大約等于0.6mm(f3>f2)。如圖6所示,根據(jù)本實(shí)施例,可以通過將反射面29制作為一個(gè)凹面,以及將反射面27制作為凸面,并聚焦由反射面29反射的光線,然后通過波形轉(zhuǎn)換元件25的波前轉(zhuǎn)換使第三光束成為發(fā)散光。
另外,通過將反射面29制作為非球面而不是球面,當(dāng)記錄和再現(xiàn)光盤11時(shí),可以減小第五階和更高階球面像差,增加波前聚焦的質(zhì)量,并更精確的進(jìn)行記錄和再現(xiàn)。
如上所述,波長為λ3的第三光束的波前由光學(xué)元件8轉(zhuǎn)換。因此,當(dāng)光學(xué)元件8和物鏡18的相對位置存在偏差時(shí),由于該波前不能像預(yù)先設(shè)計(jì)的一樣入射到物鏡18,因此在入射到光盤11的波前上產(chǎn)生像差,并且聚焦特性降低。因此,如上所述,在本實(shí)施例中,光學(xué)元件8和物鏡18被整體固定,光學(xué)元件8和物鏡18的構(gòu)成形式使得它們能夠作為單個(gè)部件,在聚焦控制或?qū)さ罆r(shí)由公共驅(qū)動裝置36驅(qū)動。
如圖1所示,被光盤11的信息記錄面反射,并沿原光路返回(返回路徑)的第三光束,在光學(xué)元件8中又反射了四次,然后由分束薄膜6反射,并通過探測透鏡12入射到光電探測器13上。因此,通過計(jì)算光電探測器13的輸出功率就可以得到用于聚焦控制和尋道控制的伺服信號以及信息信號。另外,通過設(shè)定分束薄膜6對于波長為λ3的第三光束的透射系數(shù),使其高于同一光束的反射系數(shù),就能夠增加用于記錄光盤101的第三光束的光通量,例如,透射系數(shù)∶反射系數(shù)=7∶3。另外,使用這種結(jié)構(gòu)能夠減小第三激光光源3的發(fā)光量,并減小光能的消耗。
值得注意的是,通過在第三激光光源3至分束薄膜6之間的光路中放置衍射光柵15,就可能由本領(lǐng)域內(nèi)所公知的差動推拉(DPP)法探測到尋道錯(cuò)誤信號。
另外,如上所述,不用準(zhǔn)直透鏡7將第三光束轉(zhuǎn)換為基本上平行的光,還可以提供一種結(jié)構(gòu),其中由第一凸透鏡7將第三光束轉(zhuǎn)換為漸發(fā)散光,再由第二面凸透鏡22將第三光束(漸發(fā)散光)進(jìn)一步轉(zhuǎn)換為基本上平行的光。因此,在這種情況下,通過驅(qū)動裝置23沿光軸方向(水平方向,見圖1)移動第二凸透鏡22,就可以改變第三光束的平行度。順便指出,當(dāng)透明基底上的厚度差異導(dǎo)致基底厚度不均勻,或者當(dāng)光盤11是雙層盤,層間厚度導(dǎo)致基底厚度差異時(shí),則會出現(xiàn)球面像差。然而,用最少的附加零件就可以補(bǔ)償該球面像差。
另外,如果彎折光軸的反射鏡20的構(gòu)成使得它并不是一個(gè)完全反射鏡,而是一個(gè)最多能通過第三光束20%光量的半透明的薄膜,這樣通過聚焦透鏡19(凸透鏡)將通過反射鏡20的該部分第三光束引導(dǎo)到光電探測器21上,然后就可以通過從光電探測器21上獲得信號來監(jiān)控第三激光光源3的發(fā)光量變化,以反饋發(fā)光量的變化,并保持第三激光光源3的發(fā)光量恒定。
下面,將參照圖6至9說明物鏡的第二表面(靠近光盤的表面)形狀。
如上所述,當(dāng)記錄或再現(xiàn)光盤10或者光盤11時(shí),為了能夠提供與具有更厚基底的透明基底的兼容性,當(dāng)記錄或者再現(xiàn)光盤10時(shí)必須加長焦距f2,當(dāng)記錄或者再現(xiàn)光盤11時(shí)必須加長焦距f3,使它們比記錄或者再現(xiàn)光盤9時(shí)的焦距f1更長。因此,在記錄和再現(xiàn)光盤11時(shí),物鏡18第二表面182所必需的有效直徑比記錄和再現(xiàn)光盤9時(shí)的有效直徑大,但NA值卻較小。
例如,當(dāng)NA=0.5時(shí),記錄或再現(xiàn)光盤11的第三光束33通過的范圍比記錄或再現(xiàn)光盤9所使用的有效區(qū)域(第一區(qū)域1821)的范圍更寬,如圖6和圖7所示。因此,當(dāng)記錄或再現(xiàn)光盤9時(shí),在物鏡18的有效區(qū)域(第一區(qū)域1821)之外的外部圓周部分,也就是說,在遠(yuǎn)離光軸的區(qū)域(第二區(qū)域1822),提供了在NA=0.5時(shí)采用波長為λ3的第三光束對于光盤11記錄或再現(xiàn)的非球面區(qū)域,其中光盤11的記錄密度較低,并具有基底較厚的透明基底。因此,將物鏡的第二表面182分隔成多個(gè)同心環(huán)形區(qū)域,這樣就在外部圓周區(qū)域以較低NA和波長較長的光束對于記錄密度較低且透明基底較厚的光盤11提供用于記錄和再現(xiàn)的非球面區(qū)域,因此,如圖2和圖6所示,改變焦距以使得對多個(gè)不同類型的光盤9和光盤11執(zhí)行記錄和再現(xiàn)。值得注意的是,例如,通過對焦距的設(shè)計(jì),使記錄和再現(xiàn)光盤10時(shí),第二光束32通過比記錄和再現(xiàn)光盤9時(shí)更寬的有效區(qū)域(第一區(qū)域1821),因此,不但可以記錄和再現(xiàn)光盤9,還可以記錄和再現(xiàn)光盤10(見圖4)。
此外,如圖8和圖9所示,通過將物鏡18的第二表面182的第二區(qū)域1822構(gòu)造成凹形的非球面,就可以將波前轉(zhuǎn)換元件25的凸形反射面27設(shè)置成逐漸彎曲的形式,結(jié)果就可以更容易地制造波前轉(zhuǎn)換元件25。
另外,根據(jù)本實(shí)施例,如圖3至6所示,由于可以使光束從物鏡18下面直接入射到波前轉(zhuǎn)換光學(xué)元件8,所以將光學(xué)元件8和物鏡18作為單個(gè)部件驅(qū)動的驅(qū)動裝置36的設(shè)計(jì)就可以得到擴(kuò)展。結(jié)果,就可能設(shè)計(jì)具有更高性能的驅(qū)動裝置36,例如聚焦和尋道時(shí)的頻率特性。
第二實(shí)施例圖10為示意性示出根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的光頭器件的物鏡的鄰近部分結(jié)構(gòu)的剖視圖。
根據(jù)本實(shí)施例,將激光光源發(fā)射光束的結(jié)構(gòu)變?yōu)榭墒构馐旧掀叫?,以及在返回路徑中探測伺服信號和信息信號的結(jié)構(gòu),與如上所述第一實(shí)施例中的結(jié)構(gòu)相同(見圖1)。另外,如圖10所示,根據(jù)本實(shí)施例,由反射鏡201代替反射鏡20彎折光軸,而且并未使用光學(xué)元件8。
反射鏡201具有由平面制作成的第一反射面2011,用于向光盤反射波長為λ1的第一光束;以及由不同曲率半徑的非球面制作成的第二反射面2012和第三反射面2013,用于將波長為λ2的第二光束和波長為λ3的第三光束向其各自的光盤反射。
第一反射面2011由二向色薄膜構(gòu)成,它將第一激光光源1發(fā)射的波長為λ1的第一光束301的基本上平行的光完全向物鏡18反射,同時(shí)使波長為λ2的第二光束302和波長為λ3的第三光束303完全通過,這兩束光分別由第二激光光源2和第三激光光源3發(fā)射。另外,第二個(gè)反射面2012由二向色薄膜構(gòu)成,這樣它完全反射由第二激光光源2發(fā)射的波長為λ2的第二光束302的光,并將其轉(zhuǎn)換為對于物鏡18具有最佳發(fā)散角的光束,同時(shí)完全透過由第三激光光源3發(fā)射的波長為λ3的第三光束303。另外,第三反射面2013由全反射薄膜構(gòu)成,這樣它完全反射由第三激光光源發(fā)射的波長為λ3的第三光束303的光,并將其轉(zhuǎn)換為對于物鏡18具有最佳發(fā)散角的光束。
因?yàn)榉瓷溏R201以上述方式構(gòu)成,通過選擇適合于激光光源和光盤類型的反射面,以使光束301至303的波前轉(zhuǎn)換,使多個(gè)不同類型的光盤9至光盤11都能夠互換地記錄和再現(xiàn)。
另外,通過使用上述結(jié)構(gòu),與第一常規(guī)例子相比,可以獲得如下文所述的兩個(gè)效果。首先,通過將第一個(gè)反射面設(shè)計(jì)為平面,就使得入射到物鏡18的波長為λ1的第一光束為基本上平行的光。因此,在記錄和重放光盤9時(shí),即使物鏡18和反射鏡201的相對位置存在上下波動,也不會產(chǎn)生像差,其中光盤9的記錄密度最高,并需要在最大程度上抑制像差。另外,因?yàn)榈诙€(gè)反射面2012和第三個(gè)反射面2013由非球面構(gòu)成,就能夠減少第五階和更高階光學(xué)像差,結(jié)果,就可以對光盤10和11進(jìn)行出色的記錄和再現(xiàn)。
另外,如圖11所示,即使在記錄或再現(xiàn)光盤10或11的過程中物鏡18由于尋道而發(fā)生移動,通過利用支撐部件33將物鏡18和反射鏡201整體固定,就可以抑制像差的產(chǎn)生,所以,可以對光盤10和11進(jìn)行出色的記錄或再現(xiàn)。
第三實(shí)施例圖12為示意性示出根據(jù)本發(fā)明第三結(jié)構(gòu)的光信息器件的結(jié)構(gòu)圖。如圖12所示,光盤10(9或11,下同)由光盤驅(qū)動部分52旋轉(zhuǎn)驅(qū)動,該驅(qū)動部分具有發(fā)動機(jī)或類似器件(如果使用光卡代替光盤10,則將卡可轉(zhuǎn)移地驅(qū)動(translatably driven))。數(shù)字55表示在第一和第二實(shí)施例中所示的光頭器件,而且該光頭器件55可以通過光頭驅(qū)動裝置51粗調(diào)至光盤10上包含所需信息的軌道。
另外,根據(jù)與光盤10的位置關(guān)系,光頭器件向作為控制部分的電路53發(fā)出聚焦誤差信號和尋道誤差信號。根據(jù)這些信號,電路53向光頭器件55發(fā)出用于精確控制物鏡的信號。因此,根據(jù)這些信號,光頭器件55對光盤10執(zhí)行聚焦控制和尋道控制,并讀取、記錄或者擦除信息。另外,根據(jù)從光頭器件55中獲得的信號,電路53還控制光盤驅(qū)動裝置52部分和光頭器件55中的激光光源。值得注意的是,在圖12中的數(shù)字54表示電源或者與外部電源的連接部分。
在本實(shí)施例的光信息裝置50中,將上述第一實(shí)施例和第二實(shí)施例中所示出的本發(fā)明的光頭器件作為光頭55使用,該器件體積小,成本低,甚至在考慮到物鏡由于跟蹤而發(fā)生移動的情況下,也能夠獲得卓越性能的信息信號,因此,能夠以低成本獲得可以精確、穩(wěn)定地進(jìn)行信息再現(xiàn)的小型光信息裝置。
第四實(shí)施例圖13為示意性示出根據(jù)本發(fā)明第四實(shí)施例的計(jì)算機(jī)的透視圖。
如圖13所示,根據(jù)本實(shí)施例的計(jì)算機(jī)60包括上述第三實(shí)施例的光信息裝置50;用于輸入信息的輸入設(shè)備65;用于處理信息的處理單元64;用于顯示或輸出信息的輸出設(shè)備61。其中輸入設(shè)備65例如為鍵盤、鼠標(biāo)或觸摸屏;處理單元64,例如為中央處理單元(CPU),用于處理由輸入設(shè)備65經(jīng)輸入電纜63輸入,或從光信息裝置50讀出的信息;輸出設(shè)備61,例如為陰極射線管、液晶顯示器或打印機(jī),用于顯示或輸出從輸入設(shè)備65輸入,或從光信息裝置50讀出,或由處理單元64計(jì)算出的結(jié)果的信息。值得注意的是,在圖13中,數(shù)字62表示輸出電纜,用于向輸出設(shè)備61輸出例如處理單元64計(jì)算出的結(jié)果的信息。
第五實(shí)施例圖14為示意性示出根據(jù)本發(fā)明第五實(shí)施例的一個(gè)光盤播放器的透視圖。
如圖14所示,根據(jù)本實(shí)施例的光盤播放器67裝備有根據(jù)第三實(shí)施例的光信息裝置50,和用于將從光信息裝置50獲得的信號轉(zhuǎn)換為圖像的信息-圖像轉(zhuǎn)換器件(例如解碼器66)。
值得注意的是,也能夠?qū)⒈窘Y(jié)構(gòu)作為汽車導(dǎo)航系統(tǒng)使用。另外,也可以將該結(jié)構(gòu)設(shè)置為經(jīng)輸出電纜62與例如陰極射線管、液晶顯示器或打印機(jī)的輸出設(shè)備61連接。
第六實(shí)施例圖15為示意性示出根據(jù)本發(fā)明第六實(shí)施例的光盤記錄器的透視圖。
如圖15所示,根據(jù)本實(shí)施例的光盤記錄器71裝備有根據(jù)第三實(shí)施例的光信息裝置50和圖像-信息轉(zhuǎn)換器(例如編碼器68),該轉(zhuǎn)換器用于將圖像信息轉(zhuǎn)換為信息,該信息通過光信息裝置50記錄到光盤上。
值得注意的是,可以有一種包括信息-圖像轉(zhuǎn)換器件(例如解碼器66)的結(jié)構(gòu),該轉(zhuǎn)換器件將從光信息裝置50上獲得的信號轉(zhuǎn)換為圖像,并因此能夠在記錄光盤,或是再現(xiàn)已經(jīng)記錄的部分時(shí),在監(jiān)視器上同時(shí)地顯示。
另外,也可以將光盤記錄器設(shè)計(jì)為經(jīng)輸出電纜62與諸如陰極射線管、液晶顯示器或打印機(jī)的輸出設(shè)備連接。
裝備有根據(jù)第三實(shí)施例的光信息裝置50,或是應(yīng)用上述記錄或再現(xiàn)方法的計(jì)算機(jī),光盤播放器和光盤記錄器都能夠穩(wěn)定地記錄或再現(xiàn)多種不同類型的光盤,因此可以在更廣的應(yīng)用范圍中使用。
第七實(shí)施例圖16為示意性示出根據(jù)本發(fā)明第六實(shí)施例的光盤服務(wù)器的透視圖。
如圖16所示,本實(shí)施例的光盤服務(wù)器70裝備有根據(jù)第三實(shí)施例的光信息裝置50和輸入/輸出無線終端(無線的輸入/輸出終端)69,無線終端是無線的接收和發(fā)射設(shè)備,用于從外部部件讀入信息,記錄在光信息裝置50上,并將從光信息裝置50上讀出的信息輸出到外部部件(即,為了和外部部件交換信息)。
通過上述結(jié)構(gòu),可以將光盤服務(wù)器70作為信息共享服務(wù)器使用,能夠通過包括諸如計(jì)算機(jī)、電話和電視調(diào)諧器等多個(gè)無線接收和發(fā)射終端的設(shè)備,來回地交換數(shù)據(jù)。另外,由于能夠穩(wěn)定地記錄和再現(xiàn)多種不同類型的光盤,光盤服務(wù)器70能夠在更廣的應(yīng)用范圍中使用。
值得注意的是,可以在一種結(jié)構(gòu)中加入圖像-信息轉(zhuǎn)換器件(例如編碼器68),以便于將圖像信息轉(zhuǎn)換為能夠由光信息裝置50在光盤上記錄的信息。
另外,還可以有一種增加了信息-圖像轉(zhuǎn)換器件(例如解碼器66)的結(jié)構(gòu),該信息-圖像轉(zhuǎn)換器將從光信息裝置50上獲得的信號轉(zhuǎn)換為圖像,因此能夠在記錄光盤或再現(xiàn)已經(jīng)記錄的部分時(shí),在監(jiān)視器上同時(shí)地顯示。
另外,還可以將光盤服務(wù)器設(shè)計(jì)為經(jīng)過輸出電纜62與諸如陰極射線管、液晶顯示器或打印機(jī)的輸出設(shè)備連接。
另外,根據(jù)第四至第七實(shí)施例,輸出設(shè)備61如圖13至16所示,然而通過簡單地提供沒有輸出設(shè)備61的輸出終端,也能夠得到一種單獨(dú)出售的銷售機(jī)型。另外,在圖14至16中并沒有顯示輸入設(shè)備,然而,銷售機(jī)型也可以提供諸如鍵盤、鼠標(biāo)或者觸摸屏的輸入設(shè)備。
另外,即使用光卡取代光盤作為根據(jù)本發(fā)明的光學(xué)信息媒質(zhì),也能夠獲得與光盤相似的效果。也就是說,本發(fā)明能夠應(yīng)用于所有通過形成微小聚焦點(diǎn)進(jìn)行記錄或再現(xiàn)的光信息介質(zhì)。
權(quán)利要求
1.一個(gè)光學(xué)元件,包括一個(gè)二向色偏振分光薄膜,用于通過波長為λ1的第一光束,反射波長為λ2的第二光束的沿第一偏振方向偏振的線偏振光,并透過該第二光束中偏振方向與該第一偏振方向垂直的線偏振光;一個(gè)第一1/4波片,用于將該第二光束中沿該第一偏振方向偏振,并由該二向色偏振分光薄膜反射的該線偏振光轉(zhuǎn)換為基本上圓偏振的光;一個(gè)第一反射面,用于反射被該第一1/4波片轉(zhuǎn)換為圓偏振光的該第二光束;一個(gè)第二1/4波片,將該第二光束再次轉(zhuǎn)換為基本上圓偏振的光,該第二光束由該第一反射面反射,并被該第一1/4波片轉(zhuǎn)換為偏振方向與該第一偏振方向垂直的線偏振光,并通過該二向色偏振分光薄膜;以及一個(gè)第二反射面,用于反射被該第二1/4波片轉(zhuǎn)換為基本上圓偏振的光的該第二光束;其中,該光學(xué)元件通過該二向色偏振分光薄膜反射該第二光束,該第二光束由該第二反射面反射,并由該第二1/4波片轉(zhuǎn)換為沿該第一偏振方向偏振的線偏振光;以及其中,該光學(xué)元件轉(zhuǎn)換該第二光束的波前。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)元件,其中所述第一或所述第二反射面是曲面,而且該曲面轉(zhuǎn)換所述第二光束的波前。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的所述光學(xué)元件,其中轉(zhuǎn)換所述第二光束波前的所述曲面是凸面。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)元件,其中所述第一或第二反射面是反射式衍射光學(xué)元件,且該衍射光學(xué)元件轉(zhuǎn)換所述第二光束的波前。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一個(gè)所述的光學(xué)元件,其中所述二向色偏振分光薄膜也反射波長為λ3的第三光束的沿所述第一偏振方向偏振的線偏振光,并透過該第三光束中偏振方向與該第一偏振方向垂直的該線偏振光;其中所述第一1/4波片將該第三光束中沿該第一偏振方向偏振,并被該二向色偏振分光薄膜反射的該線偏振光轉(zhuǎn)換為基本上圓偏振的光;其中所述第二1/4波片將被所述第一反射面反射的該第三光束再次轉(zhuǎn)換為基本上圓偏振的光,該第三光束為被該第一1/4波片轉(zhuǎn)換為偏振方向與該第一偏振方向垂直的,并透過該二向色偏振分光薄膜的線偏振光;以及其中,該光學(xué)元件通過該二向色偏振分光薄膜反射該第三光束,該第三光束為被該第二反射面反射的,并由該第二1/4波片轉(zhuǎn)換為沿該第一偏振方向偏振的線偏振光;以及其中,該光學(xué)元件轉(zhuǎn)換該第三光束的波前。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的光學(xué)元件,其中所述第一或第二反射面的所述反射表面是曲面,用以轉(zhuǎn)換該第三光束的波前,該曲面不同于轉(zhuǎn)換所述第二光束波前的所述反射面。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的光學(xué)元件,其中改變所述第三光束波前的所述曲面為凹面。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的光學(xué)元件,其中所述第一或第二反射面的所述反射表面是反射式衍射光學(xué)元件,該反射表面不同于轉(zhuǎn)換所述第二光束波前的所述反射面,而且該衍射光學(xué)元件改變所述第三光束的波前。
9.根據(jù)權(quán)利要求6至8中任一個(gè)所述的光學(xué)元件,還包括一個(gè)二向色薄膜,用于透過所述第三光束并反射所述第二光束,該二向色薄膜位于所述第一或第二反射面的所述反射表面與所述二向色偏振分光薄膜之間,該反射表面不同于改變該第二光束波前的所述反射表面。
10.一個(gè)光頭器件,包括發(fā)射波長為λ1的第一光束的第一激光光源;發(fā)射波長為λ2的第二光束的第二激光光源;以及一個(gè)物鏡,用于將由該第一和第二激光光源發(fā)射的該第一和第二光束分別聚焦到第一和第二光信息媒介質(zhì)上;其中根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一個(gè)所述的光學(xué)元件裝備在該第一個(gè)和第二激光光源以及該物鏡之間。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的光頭器件,其中將所述光學(xué)元件和所述物鏡固定為單個(gè)部件而移動。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的光頭器件,它滿足下面的表達(dá)式1表達(dá)式1λ1<λ2t1<t2f1<f2其中t1是所述第一光信息記錄介質(zhì)的基底厚度,t2是所述第二光信息記錄媒介質(zhì)的基底厚度,f1是使所述第一光束聚焦到該第一光信息記錄介質(zhì)的信息記錄面上的焦距,f2是使所述第二光束聚焦到該第二光信息記錄介質(zhì)的信息記錄面上的焦距。
13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的光頭器件,其中波長為λ1的所述第一光束透過基底厚度為t1的透明基底,并由所述物鏡聚焦到所述第一光信息記錄介質(zhì)的信息記錄面;而且其中該第一光信息記錄媒介質(zhì)以比所述第二光信息記錄介質(zhì)更高的密度記錄信息;而且其中,在靠近所述光信息介質(zhì)的該物鏡表面該第一光束通過的第一區(qū)域的圓周部分上,設(shè)置第二區(qū)域,而且,其中當(dāng)波長為λ2(>λ1)的該第二光束穿過該第二區(qū)域時(shí),該第二光束通過基底厚度為t2(>t1)的該透明基底,并由物鏡聚焦到所述第二光信息記錄介質(zhì)的信息記錄面上。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的光頭器件,其中所述第二區(qū)域具有凸面形狀。
15.一個(gè)光頭器件,包括發(fā)射波長為λ1的第一光束的第一激光光源;發(fā)射波長為λ2的第二光束的第二激光光源;發(fā)射波長為λ3的第三光束的第三激光光源;以及一個(gè)物鏡,用于將由該第一至第三激光光源發(fā)射的該第一至第三光束分別聚焦到第一至第三光信息介質(zhì)上;其中根據(jù)權(quán)利要求5至9中任一個(gè)所述的光學(xué)元件裝備在該第一至該第三激光光源和該物鏡之間。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的光頭器件,其中所述光學(xué)元件和所述物鏡被固定為單個(gè)部件而移動。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的光頭器件,它滿足下面的表達(dá)式2表達(dá)式2λ1<λ2<λ3t1<t2<t3f1<f2<f3其中t1是所述第一光信息記錄介質(zhì)的基底厚度,t2是所述第二光信息記錄介質(zhì)的基底厚度,t3是所述第三光信息記錄介質(zhì)的基底厚度,f1是當(dāng)將第一光束聚焦到該第一光信息記錄介質(zhì)的信息記錄面上時(shí)的焦距,f2是當(dāng)將第二光束聚焦到該第二光信息記錄介質(zhì)的信息記錄面上時(shí)的焦距,f3是當(dāng)將第三光束聚焦到該第三光信息記錄介質(zhì)的信息記錄面上時(shí)的焦距。
18.根據(jù)權(quán)利要求15所述的光頭器件,其中波長為λ1的所述第一光束通過基底厚度為t1的所述透明基底,并由物鏡聚焦到所述第一光信息記錄介質(zhì)的信息記錄面上;而且其中該第一光信息介質(zhì)比所述第三光信息介質(zhì)以更高密度記錄信息;其中在靠近所述光信息介質(zhì)的所述物鏡表面的該第一光束通過的第一區(qū)域的圓周部分上設(shè)置第二區(qū)域;而且其中當(dāng)波長為λ3(>λ1)的所述第三光束穿過第二區(qū)域時(shí),該第三光束穿過基底厚度為t3(>t1)的該透明基底,并聚焦到該第三光信息記錄介質(zhì)的信息記錄面上。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的光頭器件,其中所述第二區(qū)域具有凸面形狀。
20.根據(jù)權(quán)利要求10或15所述的光學(xué)元件,還包括一個(gè)第一凸透鏡,用于接收由第一激光光源發(fā)射的光束,并將該光束轉(zhuǎn)換為漸發(fā)散光;以及一個(gè)第二凸透鏡,它將由該第一凸透鏡轉(zhuǎn)換為漸發(fā)散光的光束轉(zhuǎn)換為基本上平行的光。
21.一個(gè)光信息裝置,包括根據(jù)權(quán)利要求10至20中任一個(gè)所述的光頭器件;一個(gè)光信息介質(zhì)驅(qū)動部分,用于驅(qū)動光信息介質(zhì);以及一個(gè)控制部分,用于接收從該光頭器件上獲得的信號,并根據(jù)該信號,控制該光信息介質(zhì)的驅(qū)動部分和該光頭器件中的激光光源和物鏡。
22.一個(gè)計(jì)算機(jī),包括根據(jù)權(quán)利要求21所述的光信息裝置;一個(gè)輸入設(shè)備,用于輸入信息;一個(gè)處理單元,用于根據(jù)由輸入設(shè)備輸入的信息和/或從光信息裝置上讀出的信息進(jìn)行處理;以及一個(gè)輸出設(shè)備,用于顯示或輸出信息,該信息可以是輸入設(shè)備輸入的信息,從光信息裝置上讀出的信息,或者是該處理單元處理的結(jié)果。
23.一個(gè)光盤播放器,包括根據(jù)權(quán)利要求21所述的光信息裝置;以及一個(gè)信息-圖像轉(zhuǎn)換裝置,用于將光信息裝置上獲得的信息信號轉(zhuǎn)換為圖像。
24.一個(gè)汽車導(dǎo)航系統(tǒng),包括根據(jù)權(quán)利要求23所述的光盤播放器。
25.一個(gè)光盤記錄器,包括根據(jù)權(quán)利要求21所述的光信息裝置;以及一個(gè)圖像-信息轉(zhuǎn)換裝置,用于將圖像信息轉(zhuǎn)換為可由光信息裝置記錄在光信息介質(zhì)上的信息。
26.一個(gè)光盤服務(wù)器,包括根據(jù)權(quán)利要求21所述的光信息裝置;以及一個(gè)無線輸入/輸出終端,用于在光信息裝置和外部部件間進(jìn)行信息交換。
全文摘要
通過提供具有大數(shù)值孔徑(NA)的物鏡,本發(fā)明使用一個(gè)能夠記錄或再現(xiàn)高密度光盤的光頭記錄或播放常規(guī)光盤,例如CD和DVD。為了轉(zhuǎn)換第二光束(32)的波前,在第一和第二激光光源與物鏡(18)之間裝備光學(xué)元件(8)。另外,光學(xué)元件(8)和物鏡(18)被固定為單個(gè)部件而移動。
文檔編號G11B7/125GK1639611SQ0380465
公開日2005年7月13日 申請日期2003年1月30日 優(yōu)先權(quán)日2002年2月26日
發(fā)明者金馬慶明, 水野定夫, 佐野晃正 申請人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會社