專利名稱：光信息處理裝置和光學元件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在光盤上進行光學信息記錄、重放的光信息處理裝置和用于光拾取器中的光學元件。
背景技術(shù)：
下面，用圖18說明作為以往光信息處理裝置之一的光頭的動作。由作為光源一例的半導體激光器18發(fā)射的光在穿過作為分離元件的全息照相元件18-5后，由物鏡18-3聚焦在作為信息記錄介質(zhì)一例的光盤18-2上。被光盤反射的光穿過物鏡后被全息照相元件衍射，入射到第一光檢測器18-4-1、18-4-2上。由物鏡支架18-6決定入射到光盤上的來路光的開口，一般大多采用圓形開口。開口NA與入射到物鏡上的光直徑對應(yīng)，如果物鏡的焦點距離為f，那么直徑D滿足D＝2×f×NA的關(guān)系。由于焦點距離f一定，所以NA的大小與直徑D的大小對應(yīng)。從光盤反射的回路光的開口同樣也由物鏡支架18-6決定，在來路、回路上有相同的開口。
下面，說明各種信號的檢測例。在全息照相元件由菲涅耳透鏡(Fresnel lens)的一部分構(gòu)成的情況下，如圖18所示，可以這樣構(gòu)成，以便單側(cè)的衍射光在光檢測器18-4-1的前面連接焦點，其它衍射光在光檢測器18-4-2后方連接焦點。如圖18的A方向箭頭圖所示，光檢測器18-4-1、18-4-2分別按三等分構(gòu)成時，根據(jù)各光檢測器輸出的運算結(jié)果，可以檢測出SSD(點尺寸探測)方式的聚焦誤差信號FE。FE可以由FE＝(18-4-1b)-(18-4-2b) ...(1)FE＝((18-4-1a)+(18-4-1c)+(18-4-2b))-((18-4-1b)+(18-4-2a)+(18-4-2c)) ...(2)的其中之一得出。
在光盤的信跡(track)方向為圖18的信跡方向時，由于信跡產(chǎn)生的衍射圖形的遠場象在光檢測器上的點上如A方向箭頭圖所示那樣生成，所以尋跡誤差信號TE可由TE＝(18-4-1a)-(18-4-1c) ...(3)TE＝(18-4-2a)-(18-4-2c) ...(4)TE＝((18-4-1a)+(18-4-2c))-((18-4-1c)+(18-4-2a))...(5)的其中之一得到。
光盤的數(shù)據(jù)信息信號RF可由光檢測器18-4-1的所有輸出、相同的18-4-2的所有輸出或18-4-1與18-4-2的相加輸出得到。
圖19表示采用波長相互不同的兩個激光源的其它以往例的光盤裝置的結(jié)構(gòu)。在該光盤裝置中，有波長相互不同的兩個激光源19-1(波長λ1)、激光源19-2(波長λ2)。從波長λ1(在DVD等情況下，λ1＝660nm)的半導體激光源19-1發(fā)射的激光19-21通過偏光性全息照相元件19-3。
作為該偏光性全息照相元件，在鈮酸鋰等各向異性材料的基板上形成深度為d的格柵，在其溝部填充各向同性的物質(zhì)(折射率n1)。一般來說，如果通過溝部和溝部之間的光的相位差為φ，那么可用cos2(φ/2)來表示透過率。相對于格柵溝中平行、垂直的偏振光來說，如果基板的折射率分別為n1、n2，那么對于格柵溝中平行的偏振光，由于φ＝0，所以透過率為1。另一方面，對于格柵溝中垂直的偏振光，由于φ＝2π(n1-n2)d/λ，所以如果按φ＝π那樣設(shè)定深度d，那么透過率為零，即被完全衍射。
因此，考慮到從激光源19-1發(fā)射的光19-21的偏振光方向與偏光性全息照相元件19-3的槽方位，在激光19-21通過偏光性全息照相元件19-3的情況下，可以使光不被衍射地透過。用四分之一波長板19-4將透過的光19-22從直線偏振光(S波)轉(zhuǎn)換成圓偏振光的光19-23，用棱鏡19-5表面進行反射，然后用準直透鏡19-6變?yōu)槠叫泄?9-24，經(jīng)上升鏡19-7入射到裝載在調(diào)節(jié)器可移動端19-14上的物鏡19-8上，入射到光盤的信號面19-9上。
在信號面上進行記錄的情況下，通過提高激光源19-1的發(fā)射功率，產(chǎn)生與記錄信號對應(yīng)的調(diào)制，在信號面19-9上記錄所需的信號。
從信號面19-9反射的光19-25沿與來路相反的方向行進，被四分之一波長板19-4轉(zhuǎn)換成直線偏振光(P波)的光19-26，透過偏光性全息照相元件19-3，但此時利用偏振光全息照相元件19-3的偏振光依賴性，將光分支為以入射光軸為對稱軸的+1次衍射光19-27、-1次衍射光19-28，入射到鄰接光源1設(shè)置的光檢測器19-10上的檢測面上，得到控制信號和重放信號，重放信息。
另一方面，從另一個波長λ2(在CD等情況下，790nm)的半導體激光器光源19-2發(fā)射的激光19-29經(jīng)全息照相元件19-11衍射分支成三個光束(+1次衍射光、-1次衍射光、0次)，被設(shè)置在棱鏡19-5的光入射面上的孔19-12進行開口限制，透過棱鏡19-5，利用準直透鏡19-6變成聚束性的光19-30，經(jīng)上升鏡19-7，通過物鏡19-8，入射到有與使用上述光源19-1情況不同的基體材料厚度的光盤的信號面19-15。其中，由上述全息照相元件19-11產(chǎn)生的衍射光以三個點配置在各個信號面上，按照所謂的三束尋跡法用于尋跡控制信號和重放信號檢測。從信號面19-15反射的光19-31穿過鏡19-7、準直透鏡19-6、棱鏡19-5，利用全息照相元件19-11衍射，通過入射到檢測器19-16的檢測面進行信號檢測來重放信息。將物鏡19-8進行這樣的形狀設(shè)計，相對于波長λ1的光基體材料厚度為0.6mm的光盤，相對于波長λ2的光基體材料厚度為1.2mm的光盤，通過設(shè)計最佳的各自的開口和光學系統(tǒng)，以便像差最小。就是說，對于波長λ2的光來說，利用調(diào)節(jié)孔19-12進行最佳開口限制。

發(fā)明內(nèi)容
在光盤裝置中，伴隨著數(shù)據(jù)信息的高密度化，要求以上的記錄重放能力提高。一般來說，為了記錄和重放更高密度的信號，要使光盤上的聚焦點更小，即考慮縮短光源的波長，或增大物鏡的NA。但是，一般在辦公和家庭中使用的普通光盤裝置中，可以使用的短波長的光源在目前為紅色的660nm的半導體激光器，與此相比，短波長的半導體激光器缺乏可靠性，目前難以在記錄中使用。此外，如果將物鏡進行高NA化(增大物鏡支架的開口)，那么盡管使記錄重放特性的一部分得以改善，但存在相對于傾斜和散焦的裕量損失大的課題。相對于高密度化發(fā)展的光盤，本發(fā)明的第一目的在于提供可以進行良好記錄重放，同時不損失裕量的光盤裝置。
另一方面，在用圖19所示的兩個激光光源的以往的光盤裝置中存在以下三個問題。
第一，在透鏡移向光盤的信跡方向時，由于透鏡與孔的相對位置偏移產(chǎn)生開口的非對稱性，所以象差(主要為球面象差、慧形象差)增大，信號品質(zhì)顯著劣化。
第二，同樣在透鏡移動時，因透鏡與全息照相元件的相對位置偏移，經(jīng)全息照相元件的分割，分配給光檢測器的光的光量平衡被破壞，信號中DC成分重疊，發(fā)生偏置，所以尋跡控制不好。
第三，一般來說，因物鏡和準直透鏡的折射率分散，激光光源的波長在記錄和重放的功率調(diào)制的模式變化時產(chǎn)生瞬間的軸上象差(即色象差)。因此，產(chǎn)生透鏡與信號面的相對位置誤差(散焦)。為了防止該誤差，就必須有若干色象差校正元件。圖20(a)、(b)表示以往提出的色象差校正元件20-160(詳細內(nèi)容參照申請?zhí)枮樘亻_平6-82725的專利申請)的剖面結(jié)構(gòu)圖和平面圖。色象差校正板20-160在折射率為n的玻璃板上形成同心圓狀階梯結(jié)構(gòu)20-150。在圖中，透過階梯高度t為t＝λ/(n-1)的同心圓狀階梯結(jié)構(gòu)部分的波長為λ的光在相鄰階梯部分之間僅偏差2π相位，但波動地形成同一波面。另一方面，如果波長偏移λ，那么相鄰階梯部分之間的相位被微小地偏移，但由于以同心圓狀形成該階梯，產(chǎn)生消除色象差造成的軸上象差方向上的大體球面的波，因而將該元件與透鏡組合，可以進行象差校正。
以上，為了完全消除圖19所示的光頭裝置的三個問題點，期望將上述各結(jié)構(gòu)體(孔、全息照相元件、象差校正板)全部裝載在可移動體上。但是，在全部裝載這些元件的情況下，可移動體的重量變得非常大，也不容易獲得調(diào)節(jié)器的平衡。此外，由于只要重量大的部分移動就需要能量，所以存在消耗功率變大的問題。而且，由于各元件相對于整個透鏡中心(光軸中心)必須正確地位置重合，所以需要高精度的組裝工藝，生產(chǎn)率會下降。第二目的是解決該問題點。
首先，為了第一目的，本發(fā)明這樣構(gòu)成，以便從半導體激光器向光盤的來路的光路的物鏡的NA大于從光盤向回路的NA，或者，在記錄和重放時可改變NA。
因此，由于用高NA將光向光盤上聚焦，所以記錄重放能力提高，同時由于用低NA進行來自光盤的反射光的檢測，所以不損失相對于傾斜和散焦的裕量，并且由于可以除去反射光中不需要的信號成分，所以信息信號的S/N提高，可以實現(xiàn)高性能的光盤裝置。或者，通過在記錄和重放時改變物鏡的開口，可獲得不損害重放品質(zhì)，并提高了記錄密度和記錄品質(zhì)的光盤裝置。
而且，為了實現(xiàn)第二目的，本發(fā)明采用以下部件。即在偏光性全息照相元件部分的兩片玻璃板的其中之一上，形成相對于穿過元件的兩種波長的光(波長λ1、λ2；λ1＜λ2)可分別改變各開口面積的薄膜的光學元件，其中利用兩片玻璃基板夾置由雙折射性材料構(gòu)成的衍射格柵、和N為任意自然數(shù)時光學厚度為(N+1/4)λ1的波長膜構(gòu)成該偏光性全息照相元件部分，或者，其特征在于，在兩片玻璃板的其中一個上設(shè)有多個同心圓狀階梯結(jié)構(gòu)的光學元件，或者，透過元件的兩種光的波長λ1、λ2在N1、N2為自然數(shù)時滿足(N1+1/4)λ1≈N2×λ2的關(guān)系?；蛘撸涮卣髟谟?，代替光學厚度為(N1+1/4)λ1的波長膜，將使用光學厚度為(N1+1/5)λ1的波長膜的光學元件裝載在調(diào)節(jié)器上。
按照本發(fā)明的上述結(jié)構(gòu)，在對光盤的記錄重放中，通過使來路的開口與回路的開口不同，與高NA產(chǎn)生的點相比，來路進行良好的記錄重放，回路除去低NA產(chǎn)生的在來自光盤反射光的高NA部分中包括的許多交擾成分、符號間干擾成分、高象差成分，可以進行高品質(zhì)的信號重放，同時具有不損失相對于散焦和傾斜裕量的良好效果。
此外，作為開口元件，使用衍射格柵，通過謀求與其它元件的一體化，具有小型化、穩(wěn)定化、低成本化等良好效果。
此外，通過將回路開口外的光的至少一部分向第二光檢測器導入，運算第一光檢測器輸出，可以使符號間干擾成分和交擾成分相互抵消，而且具有可獲得良好信息信號的良好效果。
此外，利用可變地構(gòu)成開口元件的開口，可以設(shè)定每種光盤的最佳開口，由于具有總可以保持良好信號重放的良好效果，所以可獲得不損失重放品質(zhì)，并提高了記錄密度和記錄品質(zhì)的光盤裝置。
而且，利用上述結(jié)構(gòu)，可動元件的重量增加很少便可實現(xiàn)，可以抑制消耗功率的增加。此外，各元件間的位置不重合，組裝也容易。


圖1是本發(fā)明第一實施例的光信息處理方法的結(jié)構(gòu)圖。
圖2是本發(fā)明第一實施例的解析例。
圖3是本發(fā)明第一實施例的開口元件的結(jié)構(gòu)例。
圖4是本發(fā)明第二實施例的光信息處理方法的結(jié)構(gòu)圖。
圖5是本發(fā)明第二實施例的解析例。
圖6是本發(fā)明第二實施例的開口元件的結(jié)構(gòu)例。
圖7是本發(fā)明第三實施例的光信息處理方法的結(jié)構(gòu)圖。
圖8是本發(fā)明第三實施例的解析例。
圖9是本發(fā)明第三實施例的開口元件的結(jié)構(gòu)例。
圖10是本發(fā)明第三實施例的另一光信息處理方法的結(jié)構(gòu)圖。
圖11是本發(fā)明第四實施例的光信息處理方法的結(jié)構(gòu)圖。
圖12是本發(fā)明第五實施例的光信息處理方法的結(jié)構(gòu)圖。
圖13是本發(fā)明第六實施例的光信息處理方法的結(jié)構(gòu)圖。
圖14是本發(fā)明第六實施例的開口元件的結(jié)構(gòu)例。
圖15是本發(fā)明第七實施例的開口元件的剖面結(jié)構(gòu)圖。
圖16表示采用本發(fā)明第七實施例的開口元件的光盤裝置的結(jié)構(gòu)圖。
圖17是本發(fā)明第八實施例的開口元件的剖面結(jié)構(gòu)圖。
圖18是以往的光信息處理方法的結(jié)構(gòu)圖。
圖19表示以往例中光盤裝置的結(jié)構(gòu)圖。
圖20是作為以往校正象差裝置的同心圓狀階梯結(jié)構(gòu)的元件剖面圖和平面圖。
具體實施例方式
(第一實施例)圖1表示本發(fā)明第一實施例的光信息處理方法的結(jié)構(gòu)例。以下，將省略在FE、TE、RF信號檢測原理等方面與圖18的以往例相同部分的說明。在以往例中，來路和回路的NA由物鏡支架18-6決定，并且相等。在本例中，開口由物鏡支架1-6、作為開口元件結(jié)構(gòu)部件的λ/4板1-7和衍射格柵1-8決定。衍射格柵1-8在圖中的陰影線部分上設(shè)有格柵。
以下，說明開口元件的動作。λ/4板1-7具有在入射光中產(chǎn)生λ/4的相位差功能。衍射格柵1-8例如為由鈮酸鋰等各向異性材料(例如，折射率n1和n2)制成的凹凸格柵，在其凹部中填充具有與各向異性材料的兩個折射率的其中一個相等的折射率的各向同性材料(例如，折射率n1)。在該衍射格柵1-8上入射直線偏振光的光時，相對于各向異性材料的折射率n1顯現(xiàn)的偏振方向，由于衍射格柵不相等，所以入射光全部透過。相反，作為相對于與上述偏振方向垂直的偏振方向的衍射格柵的功能，衍射入射光。在圖1中，半導體激光器1-1的偏振方向與衍射格柵1-8的看不見的格柵的偏振方向?qū)?yīng)。因此，在衍射格柵1-8上通過半導體激光器1-1入射的光無論有無格柵都繼續(xù)全部透過衍射格柵1-8。因而來路的開口NA1不由開口元件決定，而由物鏡支架1-6決定。另一方面，由于來自光盤的反射光在來路和回路中兩次通過λ/4板，半導體激光器的偏振方向變成垂直偏振方向，使衍射格柵1-8的格柵可見，所以衍射格柵1-8的中央部分(沒有陰影線的區(qū)域)的光透過，到達第一光檢測器，但在格柵部分(陰影線部分)象圖示那樣被衍射的光不到達第一光檢測器。這樣，回路的開口NA2不由物鏡支架1-6決定，而由衍射格柵1-8決定。
按照圖1，這樣構(gòu)成，即NA1的一方比NA2大。為了簡單地說明，如果假設(shè)NA2與以往例的開口NA相等，比較以往例與本發(fā)明，那么可知回路的開口相等，但來路的開口則是本發(fā)明的開口大。由此，本發(fā)明具有以往例中沒有的以下效果。
(1)如果波長為λ，由于光盤上的點尺寸與λ/NA成正比，所以在入射到光盤上的光的開口NA1比以往例的NA大的本發(fā)明中，光盤上的點尺寸變小，可實現(xiàn)記錄靈敏度的提高，記錄品質(zhì)的提高，重放信號分辨率的提高，降低交擾，降低符號間干擾。
(2)由散焦引起的信號下降與NA的平方成正比，而由傾斜引起的信號下降與NA的三次方成正比，但在本發(fā)明中，由于回路的開口與以往例的NA相等為NA2，所以相對于散焦和傾斜的裕量與以往例相同，與來路的開口大小無關(guān)，裕量不損失。
(3)在來自光盤的反射光的NA的大區(qū)域(開口的周邊部分)中包括許多由相鄰信跡產(chǎn)生的交擾(crosstalk)成分和前后信號產(chǎn)生的符號間干擾成分、散焦和傾斜產(chǎn)生的象差成分。在本發(fā)明中，由于回路的開口設(shè)定得比來路的開口小，可除去包括許多交擾成分、符號間干擾成分、象差成分的光，所以可獲得良好的重放特性。
圖2表示本發(fā)明的重放特性的解析例。光盤有0.6μm的信跡間距，作為信息信號，假設(shè)由約0.4μm至2μm的標志構(gòu)成隨機數(shù)據(jù)，重放的光頭的波長為660nm。以來路和回路的NA為參數(shù)，顯示重放信號顫動的情況如圖2所示，用每0.1％的等高線表示顫動。在以往例的情況下，作為一般的開口，如果來路、回路中NA都為0.6，那么重放信號的顫動約為4.05％。而作為與此相對的本發(fā)明的一例，如果來路的NA1為0.63，回路的NA2為0.6，那么重放信號的顫動為3.0％，相對于以往例有1.05％的改善。作為以往例，如果來路、回路中NA都為0.63，那么重放信號的顫動約為3.07％，而在本發(fā)明中，除了沒有0.07％外，由于回路的NA也為0.63，所以相對于本發(fā)明來說，散焦裕量損失約9％，傾斜裕量損失約14％。
在上述解析中假設(shè)的光盤的情況下，在回路的NA2一般為0.6時，來路的NA1繼續(xù)增大，則漸漸地顫動減小，而在NA1為0.63至0.67時，顫動的變化變小。為了使NA1的偏差影響減小，期望設(shè)定在0.63至0.67之間。此外，在減小回路的NA2，使散焦和傾斜的裕量擴大優(yōu)先的情況下，在來路的NA1為0.60時，即使回路的NA2在0.54以下，顫動并未劣化。按照顫動優(yōu)先、裕量優(yōu)先、顫動與裕量兩者均優(yōu)先，改變最適合的NA比，大體上按1＜NA1/NA2＜1.2進行設(shè)定，可以找到最佳條件。
圖3表示本發(fā)明的開口元件的一例。圖3(a)是從物鏡1-3側(cè)觀察圖1結(jié)構(gòu)中的開口元件的圖。圖中的陰影線部分為物鏡支架1-6，其開口與來路的NA1對應(yīng)。位于陰影線部分內(nèi)側(cè)的同心圓部分表示衍射格柵1-8的格柵，其開口與回路的NA2對應(yīng)。在圖3(a)中，來路、回路中的開口都按圓形構(gòu)成，但開口的形狀并不限于此。在圓形的情況下，具有使透鏡支架1-6等的開口加工和成形容易的優(yōu)點，但一般來說，在光盤中存在在徑向方向和切線方向中最佳的NA不相同的情況。期望這種情況下的開口比圓形橢圓。圖3(b)表示物鏡支架1-6的開口在切線方向上為高NA的橢圓情況。高NA方向不限于切線方向，也有在徑向方向的情況，而且不言而喻，也可獲得由衍射格柵1-8產(chǎn)生的回路的開口也為橢圓的情況。由于相對于來路的開口，使回路的開口較小就可獲得本發(fā)明的良好效果，所以一般來說，不取決于開口的形狀。如圖3(c)所示，即使回路的開口為四角形，也不損害本發(fā)明的效果。圖3(d)表示回路的開口由四個圓形開口構(gòu)成的實例，在具有本發(fā)明的良好效果的同時，由于在回路中也除去來路開口中央部分的光，所以還具有除去包含許多DC成分的光，使數(shù)據(jù)信息信號RF的調(diào)制度提高的優(yōu)點。這樣，在本發(fā)明中，具有相對于來路將回路的開口設(shè)定得小的特征，而不特別依賴于開口的形狀。
(第二實施例)圖4是按照本發(fā)明的第二實施例僅在切線方向上改變來路和回路開口情況下的結(jié)構(gòu)例。將省略與圖1結(jié)構(gòu)相同部分的說明。根據(jù)圖4，在切線方向上，由物鏡支架4-1產(chǎn)生的來路的開口與由衍射格柵4-2產(chǎn)生的回路的開口被相等地設(shè)定。與此相對，在圖4的B方向箭頭圖的徑向方向上，相對于來路的開口NA1(R)，將回路的開口NA2(R)設(shè)定得小。在切線方向的符號間干擾影響少的光盤系統(tǒng)中，相對于圖1所示的結(jié)構(gòu)有以下優(yōu)點。
(1)由于在徑向方向上相對于來路的開口來說回路為低NA，所以由相鄰信跡產(chǎn)生的交擾降低，記錄靈敏度提高，同時可以除去大多包含在來自光盤反射光的高NA部分中的交擾成分和高象差部分，獲得良好的重放信號，并且還不損失散焦和傾斜的裕量。
(2)由于在徑向方向上來路、回路的開口相等，所以可以降低因回路低NA化產(chǎn)生的光量損失，可以在高S/N下獲得重放信號。
圖5是切線方向的開口在來路、回路中同時為0.60，僅在徑向方向的來路和回路中改變開口情況下的重放特性的解析例。光盤的參數(shù)與實施例1相同。徑向方向的來路、回路的開口同時為0.63時，顫動為約3.54％，但如果來路的開口固定在0.63，而回路的開口小于0.63，那么顯然，可以使回路的開口從0.585至0.62情況下的顫動改善至3.5％以下。相反地，如果回路的開口固定在0.60，而來路的開口大于0.60，那么在來路的開口為0.64左右時，顫動達到最小，來路的開口為0.60至0.72左右可改善顫動。按照顫動優(yōu)先、裕量優(yōu)先、顫動與裕量均優(yōu)先，改變最適合的NA比，大體上按1＜NA1(R)/NA2(R)＜1.2進行設(shè)定，可以找到最佳條件。
圖6是本發(fā)明的開口元件的結(jié)構(gòu)例。陰影線部分為物鏡支架4-1，在徑向方向上有長橢圓的來路開口。在橢圓開口中內(nèi)接的圓形開口為由衍射格柵4-2產(chǎn)生的回路開口，圖中的橫線部分表示格柵。在本結(jié)構(gòu)中可知，在切線方向上由于橢圓開口和圓形開口內(nèi)接，所以來路和回路的開口相等，而僅在徑向方向上來路的開口NA1(R)比回路的開口NA2(R)大。在圖6中，作為開口的形狀，例示了橢圓和圓的組合，但如實施例1和圖3所示的那樣，開口的形狀并不特別限于此。
(第三實施例)圖7是按照本發(fā)明第三實施例僅在切線方向上改變來路和回路的開口情況下的結(jié)構(gòu)例。將省略與圖1、圖4結(jié)構(gòu)相同部分的說明。根據(jù)圖7的B方向箭頭圖，在徑向方向上，由物鏡支架7-1產(chǎn)生的來路的開口與由衍射格柵7-2產(chǎn)生的回路的開口被相等地設(shè)定。與此相對，在切線方向上，相對于來路的開口NA1(T)，將回路的開口NA2(T)設(shè)定得小。在徑向方向的交擾影響少的光盤系統(tǒng)中，相對于圖1所示的結(jié)構(gòu)有以下優(yōu)點。
(1)由于在切線方向上相對于來路的開口來說回路為低NA，所以符號間干擾降低，分辨率提高，記錄靈敏度提高，同時可以除去大多包含在來自光盤的反射光的高NA部分中的符號間干擾成分和高象差部分，獲得良好的重放信號，并且還不損失散焦和傾斜的裕量。
(2)由于在徑向方向上來路、回路的開口相等，所以可以降低因回路低NA化產(chǎn)生的光量損失，可以在高S/N下獲得重放信號。
圖8是徑向方向的開口在來路、回路中同時為0.60，僅在切線方向的來路和回路中改變開口的情況下的重放特性的解析例。光盤的參數(shù)與實施例1、2相同。切線方向的來路、回路的開口同時為0.66時，顫動為約3.2％，但如果來路的開口固定在0.66，而回路的開口小于0.66，那么顯然，可以使回路的開口從0.57至0.66情況下的顫動改善至3.2％以下。按照顫動優(yōu)先、裕量優(yōu)先、顫動與裕量均優(yōu)先，改變最適合的NA比，大體上按1＜NA1(T)/NA2(T)＜1.2進行設(shè)定，可以找到最佳條件。
圖9是本發(fā)明的開口元件的結(jié)構(gòu)例。陰影線部分為物鏡支架7-1，在切線方向上有長橢圓的來路開口。在橢圓開口中內(nèi)接的圓形開口為由衍射格柵7-2產(chǎn)生的回路開口，圖中的縱線部分表示格柵。在本結(jié)構(gòu)中可知，在徑向方向上由于橢圓開口和圓形開口內(nèi)接，所以來路和回路的開口相等，而僅在切線方向上來路的開口NA1(T)比回路的開口NA2(T)大。在圖9中，作為開口的形狀，例示了橢圓和圓的組合，但如實施例1和圖3所示的那樣，開口的形狀并不特別限于此。
圖10表示本發(fā)明的其它結(jié)構(gòu)例，作為開口元件，采用λ/4板1-7和偏振光分光鏡(以下為PBS)10-1。由于PBS10-1的偏振膜也根據(jù)入射光的偏振方向改變透過/反射，所以具有與衍射格柵7-2相同的功能。作為開口元件，在按高消光比除去高NA部分的光的情況下，期望采用PBS，而在小型薄型的情況下，期望采用衍射格柵。作為開口元件的結(jié)構(gòu)，除此之外，也可以組合λ/4板和液晶等，可以按照用途選定最適合的結(jié)構(gòu)。
(第四實施例)用圖11說明本發(fā)明第四實施例的結(jié)構(gòu)。再有，將省略與實施例1～3相同部分的說明。作為光源的半導體激光器11-1和第一光檢測器11-2-1、11-2-2在基底11-3上構(gòu)成為一體。來自半導體激光器11-1的光通過與物鏡1-3一體構(gòu)成的衍射格柵11-5、λ/4板1-7、通過物鏡支架11-4射向光盤1-2。來自光盤的反射光被衍射格柵衍射，其一部分射向第一光檢測器。在本發(fā)明中，衍射格柵11-5具備圖1中衍射格柵1-8和作為分離元件的全息照相元件1-5的功能，衍射格柵11-5的陰影線部分有將不需要的光向第一光檢測器外衍射的功能，而衍射格柵11-5的中央部分有全息照相元件1-5的功能。在本發(fā)明中，具有以下良好效果。
(1)由于衍射格柵也有作為分離元件的全息照相元件功能，所以可以減少零件數(shù)，實現(xiàn)小型化、低成本化。
(2)由于開口元件和物鏡構(gòu)成為一體，所以可以減輕因物鏡的移動等造成的影響。
(3)由于光源和第一光檢測器一體地構(gòu)成，所以可以實現(xiàn)光學系統(tǒng)的小型化、穩(wěn)定化。
上述(1)、(2)、(3)不必同時滿足，根據(jù)光學系統(tǒng)結(jié)構(gòu)等情況，即使個別滿足，各個的效果也相同。
再有，圖11中A方向箭頭圖嚴格地說不能看見基底11-3，但為了容易進行說明，將半導體激光器和光檢測器也透視地示出。
在圖11中，表示了在徑向方向、切線方向上可同時改變來路、回路開口的結(jié)構(gòu)，但不言而喻，其中任何一方的開口在來路、回路中一定的情況下也是同樣的。
(第五實施例)用圖12說明本發(fā)明第五實施例的結(jié)構(gòu)。將省略與實施例4相同部分的說明。在本發(fā)明中，將第二光檢測器設(shè)置在4元件、基底12-1上。在來自光盤的反射光中，入射到衍射格柵12-3的格柵部分的光被衍射，導入給第二光檢測器。在向第二光檢測器導入的光中，如果為切線方向，那么大多包含符號間干擾信息，而如果為徑向方向，那么大多包含交擾信息。在實施例1～4中，通過除去這種光來進行良好的信息信號的檢測。在本發(fā)明中，通過運算第一光檢測器輸出和第二光檢測器輸出獲得信息信號。即使除去開口的高NA部分的光，也不能完全除去射向第一光檢測器的光的符號間干擾成分和交擾成分。通過從第一光檢測器輸出中減去包含很多符號間干擾成分和交擾成分的第二光檢測器輸出，可以抵消第一光檢測器輸出內(nèi)的符號間干擾成分和交擾成分，可以進一步提高信息信號品質(zhì)。在圖12中，在切線方向、徑向方向上同時將高NA部分的光導向第二光檢測器，但根據(jù)需要，也可以在其中一個方向上將高NA部分的光導向第二光檢測器。在符號間干擾影響輕微的系統(tǒng)中，即使僅有徑向方向的結(jié)構(gòu)，也可以改善信息信號品質(zhì)。而僅有切線方向的結(jié)構(gòu)也是一樣的。
(第六實施例)用圖13說明本發(fā)明第六實施例的結(jié)構(gòu)。將省略與實施例1相同部分的說明。在本發(fā)明中，開口元件由λ/4板1-7和液晶元件13-1，以及液晶元件13-1的驅(qū)動電路13-2構(gòu)成。液晶元件13-1的功能與衍射格柵1-8一樣使來自光盤的反射光的預定部分向第一光檢測器衍射，但本發(fā)明的液晶元件可以改變使光衍射的范圍。圖14表示液晶元件的結(jié)構(gòu)例。圖14所示的陰影線部分為液晶14-1，其上下被透明電極14-2、14-3夾住。將透明電極設(shè)置在各玻璃等的透光性基板14-4、14-5上。其側(cè)面用密封材料14-6密封液晶14-1。用驅(qū)動電路14-7在上下的透明電極上施加電壓時，被上側(cè)的透明電極14-2的周期結(jié)構(gòu)夾住的液晶部分顯示與透明電極的周期對應(yīng)的各向異性，具有作為各向異性的衍射格柵的功能。在本例中，上側(cè)的透明電極14-2被分割成三個范圍，可以這樣構(gòu)成，以便用切換電路14-8切換施加與各個范圍對應(yīng)的驅(qū)動電路14-7的電壓。圖14表示僅切換電路14-8的(a)接通，僅透明電極14-2外側(cè)的一處具有作為衍射格柵的功能。根據(jù)切換電路14-8的狀態(tài)，可以變更衍射格柵部分。在本例中，將透明電極14-2進行三分割，但不言而喻，按照需要可以改變分割數(shù)。在本發(fā)明中，利用液晶改變開口元件的衍射格柵的范圍，由于可以改變回路的開口，所以具有可以按照光盤設(shè)定最佳開口的良好效果。在相對于有不同信跡間距和位間距的多個光盤進行記錄和重放的情況下，對于各個光盤，可以自動地學習對應(yīng)最佳的開口。
再有，在本實施例中，利用液晶元件使回路的開口可改變，但不言而喻，對于來路的開口也同樣可以實現(xiàn)這種變化。根據(jù)需要，可以相應(yīng)改變來路、回路兩方的開口。在本例中，僅示出了與實施例1對應(yīng)的結(jié)構(gòu)，但并不限于此，即使對于實施例2～5中的任何一個結(jié)構(gòu)，都可以使開口元件可變。
(第七實施例)圖15表示本發(fā)明第七實施例的開口元件15-41的剖面結(jié)構(gòu)。本實施例由雙折射性材料構(gòu)成的衍射格柵和1/4波長板構(gòu)成的開口元件構(gòu)成偏振性全息照相元件。
在折射率、厚度、相對于偏振光方向的雙折射方位上的最佳化條件下，由與粘接層15-44鄰接設(shè)置的雙折射性樹脂形成的濾色鏡15-45相對于波長λ1(例如660nm)的光有與五分之四波長相當?shù)墓鈱W厚度，該濾色鏡相對于波長λ2(例如790nm)的光源光達到與大致一個波長相當?shù)墓鈱W厚度。因此，上述偏振光全息照相元件層僅對于λ1的光使直線偏振光原樣透過，在經(jīng)反射面反射，入射到相反方向的情況下完全衍射，而對于λ2的光，由于偏振波面不改變，所以即使反復透過元件，光也不衍射。
再有，在本實施例中，相對于660nm的光與五分之四的波長相當，但一般來說，在波長為λ1(nm)和λ2(nm)的情況下，根據(jù)下述條件設(shè)計波長板。
(N1+1/4)λ1≈N2×λ2其中，N1、N2為任意的自然數(shù)。
在另一個玻璃板15-47上形成透過λ1的光、遮住λ2的光的色分離膜15-48，而且，在區(qū)域A和區(qū)域B中形成使透過的光的相位差一致的相位調(diào)整膜15-49。由此，波長λ1的光透過區(qū)域A、區(qū)域B，而λ2的光僅透過B區(qū)域，即進行開口限制。
再有，作為其它實施例，也可以使用代替五分之四波長膜的六分之五波長膜15-51。在這種情況下，相對于波長λ1的光，通過不完全衍射，在波長λ1的激光光源中有意圖地制作返回光，也可以提高激光的穩(wěn)定性。
圖16是表示使用本發(fā)明第七實施例的開口元件的光盤裝置的結(jié)構(gòu)圖。
從波長660nm的半導體激光器光源16-1發(fā)射的激光16-21由棱鏡16-5的表面反射，通過準直透鏡16-6變成平行光16-24，經(jīng)上升鏡16-7非衍射地透過本發(fā)明實施例的開口元件16-41，通過包含于開口元件16-41中的五分之四的波長膜16-43，從直線偏振光轉(zhuǎn)換成圓偏振光，在物鏡16-8上入射直徑為D1的光束。物鏡16-81對直徑為D1的光聚焦并使其射在光盤的信號面16-9上。在信號面上進行記錄的情況下，通過提高激光光源16-1的發(fā)射功率，進行與記錄信號對應(yīng)的調(diào)制，在信號面16-9上記錄使用的信號。
從信號面16-9反射的光沿與來路相反的方向行進，轉(zhuǎn)換成與來路垂直方向的直線偏振光，入射到元件16-41的偏振光全息照相元件部分上，利用該偏振光依賴性，將光分支成以入射光軸為對稱軸的衍射光16-27’、16-27a、16-28’、16-28b。本衍射光中直徑D2光束的衍射光經(jīng)上升鏡16-7、準直透鏡16-6、棱鏡16-5入射到鄰接光源設(shè)置的光檢測器16-10的檢測面上，利用獲得的控制信號和重放信號進行重放。比直徑為D2的光束的直徑大的部分的衍射光16-27a、16-28b未導入光檢測器，在重放信號時不使用。
通過使以上的物鏡的開口達到D1＞D2D1記錄時物鏡的開口D2重放時物鏡的開口在同一物鏡中，NA與開口成比例，由于變成NA1＞NA2
NA1記錄時物鏡的NANA2重放時物鏡的NA所以在記錄和重放時就可改變NA。
再有，在本實施例中，使記錄時的NA增大，但與此相反，在重放時也可以容易地增大NA。
從另一個780nm的光源16-2發(fā)射的激光經(jīng)全息照相元件16-11衍射分支成三個光束(+1次衍射光、-1次衍射光、0次)，通過準直透鏡變?yōu)榫凼怨猓?jīng)上升鏡后由設(shè)置于本發(fā)明實施例的開口元件16-41的玻璃基板表面的開孔膜16-48進行開口限制，通過物鏡入射到有不同基體材料厚度的光盤的信號面上。對于波長660nm基體材料厚度0.6mm的光盤，以及對于波長780nm基體材料厚度1.2mm的光盤來說，通過分別設(shè)計最佳的開口和光學系統(tǒng)，將物鏡進行形狀設(shè)計，使象差達到最小。從信號面反射的光穿過開口元件16-41，但由于上述五分之四的波長膜是相對于660nm波長設(shè)定的，相對于780nm波長大致變?yōu)?波長膜，并且由于不進行與直線偏振光→圓偏振光→與來路垂直的直線偏振光的轉(zhuǎn)換，所以不產(chǎn)生由偏振性全息照相元件16-42造成的衍射。透過元件的光經(jīng)鏡16-7、準直透鏡16-6、棱鏡16-5入射到全息照相元件16-11上，由全息照相元件16-11衍射，入射到檢測器16-16的檢測面上。
(第八實施例)圖17表示本發(fā)明第八實施例的開口元件17-41的剖面結(jié)構(gòu)。由在兩片玻璃基板上夾置偏振性全息照相元件層和波長膜構(gòu)成元件。在玻璃基板17-46上，利用液晶等雙折射性材料(折射率n1、n2)形成凹凸結(jié)構(gòu)17-43，在其上設(shè)有各向同性的粘接層(折射率n1)17-44。通過使折射率、厚度、相對于偏振光方向的雙折射方位最佳化，由與粘接層17-44鄰接設(shè)置的雙折射性樹脂形成的濾色鏡17-45相對于波長λ1(例如660nm)的光有與五分之四波長相當?shù)墓鈱W厚度，該濾色鏡相對于波長λ2(例如790nm)的光源的光達到與大致一個波長相當?shù)墓鈱W厚度。因此，上述偏振光全息照相元件層僅對于λ1的光使直線偏振光原樣透過，在經(jīng)反射面反射，入射到相反方向的情況下完全衍射，而對于λ2的光，由于偏振波面不改變，所以即使反復透過元件，光也不衍射。再有，一般來說，該效果可以使透過元件的兩種光的波長λ1、λ2滿足(N1+1/4)λ1≈N2×λ2(N1、N2＝1，2，3，...)的關(guān)系。
在另一個玻璃板17-47上形成透過λ1的光、遮住λ2的光的色分離膜17-48，而且，在區(qū)域A和區(qū)域B中形成使透過的光的相位差一致的相位調(diào)整膜17-49。由此，波長λ1的光透過區(qū)域A、區(qū)域B，而λ2的光僅透過B區(qū)域，即進行開口限制。再有，在形成衍射格柵的玻璃板17-46的背面上預先形成同心圓狀的階梯結(jié)構(gòu)17-50，如在以往例中說明的那樣，相對于激光源1的波長偏移，具有校正色差的作用。再有，對于另一個波長λ2來說，由于原來就為大致球面的波，所以為了校正該部分，有必要設(shè)定光學系統(tǒng)。
利用這些玻璃基板17-46、17-47，通過粘接層17-44、17-51夾置波長膜濾色鏡17-45和衍射格柵部分17-43，形成元件17-41。在這種情況下，由于按半導體工藝的掩模對準的要點以晶片單位形成該元件，所以開口限制膜17-48、衍射格柵17-43、同心圓狀階梯結(jié)構(gòu)17-50的中心相對位置很少錯位，并且生產(chǎn)率高。
權(quán)利要求
1.一種光學元件，該光學元件可透過波長為λ1的光和有比λ1長的波長為λ2的光，其特征在于，該光學元件包括利用兩片玻璃基板夾置由雙折射性材料構(gòu)成的衍射格柵、和N為任意自然數(shù)時光學厚度為(N+1/5)λ1的波長膜的偏光性全息照相元件部分；和設(shè)置在其中一片該玻璃基板上，相對于穿過元件的兩個波長λ1和λ2(λ1＜λ2)的光，分別具有不同開口面積的薄膜結(jié)構(gòu)。
2.如權(quán)利要求1所述的光學元件，其特征在于，在所述兩片玻璃基板(折射率ng)上未設(shè)置所述薄膜結(jié)構(gòu)的一方，設(shè)有相鄰階梯高度為1/(ng-1)的多個同心圓狀階梯結(jié)構(gòu)。
3.如權(quán)利要求1所述的光學元件，其特征在于，如果N1和N2為任意自然數(shù)，那么穿過元件的兩種光的波長λ1、λ2滿足(N1+1/5)λ1≈N2×λ2的關(guān)系。
全文摘要
一種光學元件，該光學元件可透過波長為λ1的光和有比λ1長的波長為λ2的光，其特征在于，該光學元件包括利用兩片玻璃基板夾置由雙折射性材料構(gòu)成的衍射格柵、和N為任意自然數(shù)時光學厚度為(N+1/5)λ1的波長膜的偏光性全息照相元件部分；和設(shè)置在其中一片該玻璃基板上，相對于穿過元件的兩個波長λ1和λ2(λ1＜λ2)的光，分別具有不同開口面積的薄膜結(jié)構(gòu)。
文檔編號G11B7/135GK1516144SQ0313646
公開日2004年7月28日 申請日期1999年11月9日 優(yōu)先權(quán)日1998年11月9日
發(fā)明者齊藤陽一, 麻田潤一, 高橋雄一, 西脅青児, 長島賢治, 百尾和雄, 長岡淳二, 一, 二, 治, 雄 申請人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會社