專利名稱：光拾波器及具備該光拾波器的光盤裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光拾波器及具備該光拾波器的光盤裝置。

背景技術(shù)：

將比較弱的一定的光量的光束，照射旋轉(zhuǎn)的光盤，檢出被光盤調(diào)制的反射光后，能夠再生被光盤記錄的數(shù)據(jù)。

在再生專用(只讀)的光盤中，在光盤的制造階段，被預(yù)先螺旋狀地記錄著利用坑記錄的信息。與此不同，在可以改寫的光盤中，在形成具有螺旋狀的島或槽的軌道的基材表面上，采用蒸鍍等手法，堆積可以光學性地記錄/再生數(shù)據(jù)的記錄材料膜。將數(shù)據(jù)記錄到可以改寫的光盤上時，向光盤照射按照應(yīng)該記錄的數(shù)據(jù)調(diào)制了光量的光束，從而使記錄材料膜的特性局部變化，進行數(shù)據(jù)的寫入。

此外，坑的深度、軌道的深度及記錄材料膜的厚度，小于光盤基材的厚度。因此，光盤中記錄數(shù)據(jù)的部分，就構(gòu)成二維性的面，有時被稱作“信號面”或“信息面”。在本說明書中，考慮到這種信號面(信息面)在深度方向上具有物理性的大小，決定取代“信號面(信息面)”的術(shù)語，而使用“信息層”的術(shù)語。光盤至少具有一個這種信息層。此外，在現(xiàn)實中，一個信息層可以包含相變化材料層及反射層等多層。

再生被光盤記錄的數(shù)據(jù)時，或者將數(shù)據(jù)記錄到可以記錄的光盤中時，需要使光束在記錄層中的目標軌道上始終成為規(guī)定的集束狀態(tài)。因此，需要進行“聚焦控制”及“跟蹤控制”?！熬劢箍刂啤笔窃谛畔⒚娴姆ň€方向(以下有時稱作“基板的深度方向”)上控制物鏡的位置，以便使光束的焦點(集束點)的位置始終位于信息層上。另一方面，所謂跟蹤控制，是在光盤的半徑方向(以下有時稱作“盤徑方向”)上控制物鏡的位置，以便使光束的點位于規(guī)定的軌道上。

在現(xiàn)有技術(shù)中，作為高密度·大容量的光盤，DVD(Digital Versatile Disc)-ROM，DVD-RAM，DVD-RW，DVD-R，DVD+RW。DVD+R等光盤，已經(jīng)被投付使用。另外，CD(Compact Disc)如今也已普及。現(xiàn)在，比這些光盤更加高密度化·大容量化的藍光盤(Blu-ray Disc；BD)等下一代的光盤的開發(fā)·實用化，正在大力進行。

這些光盤，按照其種類，具有不同的多種結(jié)構(gòu)。例如軌道的物理性的結(jié)構(gòu)、軌道間距、信息層的深度(從光盤的光射入側(cè)表面到信息層的距離)等，有各種各樣。為了能夠從這種物理性的結(jié)構(gòu)不同的多種光盤中，適當?shù)刈x出數(shù)據(jù)，或者寫入數(shù)據(jù)，需要使用具有與光盤的種類對應(yīng)的數(shù)值孔徑(NA)的光學系統(tǒng)，將適當波長的激光，照射到光盤的信息層上。

圖1是示意性地表示光盤200的立體圖。作為參考，在圖1中示出物鏡(集束透鏡)220、和被該物鏡220集束的激光222。激光222從光盤200的光射入表面照射信息層上，在信息層上形成光束點。

圖2(a)、(b)及(c)分別示意性地表示CD、DVD及BD的剖面的簡要結(jié)構(gòu)。圖2所示的各光盤，具有表面(光射入側(cè)表面)200a及背面(標記面)200b，在它們之間至少具有一個信息層214。在光盤的背面200b上，設(shè)置包含標題及圖形的印刷的標記層218。所有光盤的整體的厚度，是1.2mm，直徑是12cm。為了簡單起見，在圖中既沒有繪出坑及槽等的凹凸結(jié)構(gòu)，也沒有繪出反射層等。

如圖2(a)所示，CD的信息層214，位于到表面200a大約1.2mm的深度。為了從CD的信息層214中讀出數(shù)據(jù)，需要使近紅外激光(波長785nm)集束，使其焦點位于信息層214上地進行控制。使激光集束時使用的物鏡的數(shù)值孔徑(NA)，大約為0.5。

如圖2(b)所示，DVD的信息層214，位于到表面200a大約0.6mm的深度。在現(xiàn)實的DVD中，2枚具有大約0.6mm的厚度的基板，通過粘接層做媒介，粘接到一起。具有2層信息層214的光盤，從表面200a到信息層214的距離，分別大約為0.57mm及大約0.63mm左右，互相接近。因此，不取決于的信息層214的數(shù)量，在圖中只繪出1層信息層214。為了從DVD的信息層214中讀出數(shù)據(jù)、寫入數(shù)據(jù)，需要使近紅色激光(波長660nm)集束，使其焦點位于信息層214上地進行控制。使激光集束時使用的物鏡的數(shù)值孔徑(NA)，大約為0.6。

如圖2(c)所示，BD在表面200a的一側(cè)，設(shè)置了厚度為100μm的薄罩層(透明層)，信息層214位于到表面200a大約0.1mm的深度。為了從BD的信息層214中讀出數(shù)據(jù)，需要使藍紫激光(波長405nm)集束，使其焦點位于信息層214上地進行控制。使激光集束時使用的物鏡的數(shù)值孔徑(NA)，大約為0.85。

圖3(a)是表示平行光射入物鏡220后產(chǎn)生球面象差的情況的示意圖，圖3(b)是表示使發(fā)散光射入物鏡220后，修正球面象差的情況的示意圖。

這種球面象差的大小，隨著從光盤的表面到信息層的部分的厚度(有時稱作“基材厚”)、換言之隨著“信息層的深度”變化。圖4表示射入光盤200的光束在信息層214上集束的情況。由于構(gòu)成光束的光線，在光盤的表面折射，所以光束的集束狀態(tài)隨著從光盤200的表面到信息層214的部分中的折射率及厚度變化。因此，即使對于某個特定的光盤，不產(chǎn)生球面象差時，對于基材厚不同的光盤，也產(chǎn)生球面象差。

上述具有多種結(jié)構(gòu)的光盤，在市場上銷售，人們要求能夠用一個裝置對付這些形形色色的光盤。這種光盤裝置，必須具備能夠使用從波長不同的多種光束中適當選擇的光束，在減少球面象差的狀態(tài)下照射光盤的結(jié)構(gòu)。

接著，參照圖20，講述現(xiàn)有技術(shù)的與多種光盤對應(yīng)的光盤裝置的例子。為了簡單起見，在圖20中只繪出往路側(cè)(從光源朝著盤面的一側(cè))的結(jié)構(gòu)，沒有繪出復(fù)路側(cè)(從盤面朝著光檢出器的一側(cè))的結(jié)構(gòu)。

圖20的光盤裝置，具備3個光源1B、1R、1I。由藍色發(fā)光半導(dǎo)體激光器等光源1B射出的藍色的光(例如波長為0.405μm)，被二向色鏡棱鏡2(反射藍光，比藍光長的波長側(cè)透過)反射，經(jīng)過視準透鏡3后，變換成平面波4B(所謂無限系)。平面波4B在顏色選擇性的開口濾光片5的作用下，受到開口限制，從而具有相當于NA0.85的數(shù)值孔徑后，透過物鏡6(例如NA0.85以上)，射入光盤。射入厚度為0.1mm的光盤基材7B的光，集束到光盤基材7B的背面形成的信息層8B上。在圖20中，為了簡單起見，同時示出與3個光源1B、1G、1I對應(yīng)的不同的光盤的基材7B、7G、7I和信息層8B、8G、8I，但是實際上，將一個與某個光源對應(yīng)的光盤裝入光盤裝置。

另一方面，由紅色發(fā)光半導(dǎo)體激光器等光源1R射出的紅色的光(例如波長為0.660μm)，透過二向色鏡棱鏡9(反射紅外光，比紅外光短的波長側(cè)透過)及二向色鏡棱鏡2，經(jīng)過視準透鏡3后，變換成發(fā)散性的球面波4R(所謂有限系)。球面波4R在顏色選擇性的開口濾光片5的作用下，受到開口限制，從而具有相當于NA0.6的數(shù)值孔徑后，透過物鏡6，射入光盤。射入厚度為0.6mm的光盤基材7R的光，集束到光盤基材7R的背面形成的信息層8R上。

進而，由紅外色發(fā)光半導(dǎo)體激光器等光源1I射出的紅外色的光(例如波長為0.790μm)，被二向色鏡棱鏡9反射，透過二向色鏡棱鏡2，經(jīng)過視準透鏡3后，變換成發(fā)散性的球面波4I(所謂有限系統(tǒng))。球面波4I在顏色選擇性的開口濾光片5的作用下，受到開口限制，從而具有相當于NA0.5的數(shù)值孔徑后，透過物鏡6，射入光盤。射入厚度為1.2mm的光盤基材7I的光，集束到光盤基材7R的背面形成的信息層8I上。

物鏡6被設(shè)計成對于厚度0.1mm的光盤基材7B而言，用無象差的方式，將波長為0.405μm的無限系射入的光聚光。這樣，對于厚度0.6mm的光盤基材7R及厚度1.2mm的光盤基材7I而言，用各自的波長0.660μm、0.790μm進行無限系射入后，就產(chǎn)生較大的球面象差。產(chǎn)生球面象差，不僅起因于基材厚度之差，而且還起因于物鏡中的折射率分散及光盤基材中的球面象差。

在圖20的現(xiàn)有技術(shù)例中，使光源1R、1I的位置，分別沿著光軸L靠近視準透鏡3后，使透過視準透鏡3的光變成發(fā)散性的球面波4R、4I。這樣，將光源1R、1I作為有限系的光源發(fā)揮作用后，能夠抵消前文講述的球面象差。
非專利文獻1日經(jīng)電子學(2004年9月27日號)P101-121
現(xiàn)有技術(shù)的具有上述結(jié)構(gòu)的光盤裝置，存在以下的問題。

若射入物鏡6的光成為有限系，則因物鏡伴隨著跟蹤控制而變位，在射到光盤信息層的收束光中，就產(chǎn)生彗形象差，使信號再生性能及記錄性能劣化。

另外，由于視準透鏡3和各光源的光學距離互不相同，所以對于在同一個基板上形成的多個光源(與2波長對應(yīng)的激光器及與3波長對應(yīng)的激光器等)的光源而言，不能應(yīng)用。因此難以使光學系統(tǒng)簡化。另外，上述光盤裝置使用的二向色鏡棱鏡2、9及顏色選擇性的開口濾光片5，是需要采用高精度的多層成膜技術(shù)的昂貴的光學部件。

進而，還存在著不能只使視準透鏡3和各光源的光學距離變化來吸收球面象差的問題。就是說，雖然能夠吸收3次的球面象差，但是由于殘存著許多5次以上的球面象差，所以需要通過設(shè)計，在各光源和視準透鏡3之間夾持衍射透鏡等象差修正部件10B、10R、10I中的某一個，從而進一步加大了光學系統(tǒng)的成本。


發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明就是針對上述問題研制的，其目的在于提供對于基材厚度不同的3種光盤，能夠通過簡單的結(jié)構(gòu)，抑制發(fā)生球面象差，削減光學部件的數(shù)量的光盤裝置。

本發(fā)明的光拾波器，具備多個光源(這些光源發(fā)射包含波長互不相同的第1及第2光束的多個光束)、物鏡(該物鏡使所述多個光束聚光)、光柵結(jié)構(gòu)(該光柵結(jié)構(gòu)具有對于所述物鏡的光軸而言的軸對稱的形狀)，所述物鏡及光柵結(jié)構(gòu)，利用所述光柵結(jié)構(gòu)，使由所述第1光束形成的p次衍射光(p為零以外的整數(shù))，集束到與所述第1光束對應(yīng)的光盤的信息層上，而且，所述物鏡及光柵結(jié)構(gòu)，利用所述光柵結(jié)構(gòu)，使由所述第2光束形成的q次衍射光(q為零以外的整數(shù)，q≠p)，集束到與所述第2光束對應(yīng)的光盤的信息層上。

在理想的實施方式中，所述第1光束，具有藍色的波長；所述第2光束，具有紅或紅外的波長；p＝3，q＝2。

在理想的實施方式中，所述多個光束，包含和所述第1及第2光束的波長不同波長的第3光束；所述物鏡及光柵結(jié)構(gòu)，利用所述光柵結(jié)構(gòu)，使由所述第3光束形成的r次衍射光(r為零以外的整數(shù)，r≠p)，集束到與所述第3光束對應(yīng)的光盤的信息層上。

在理想的實施方式中，所述第1、第2及第3光束，分別具有藍、紅及紅外的波長；p＝3，q＝r＝2。

在理想的實施方式中，與所述第1、第2及第3光束對應(yīng)的光盤，分別是BD、DVD及CD。

在理想的實施方式中，所述光柵結(jié)構(gòu)，在所述物鏡的表面形成。

在理想的實施方式中，所述光柵結(jié)構(gòu)，在平行基板上形成。

在理想的實施方式中，所述物鏡，由色散系數(shù)為30以下的光學材料形成。

在理想的實施方式中，所述光柵結(jié)構(gòu)，具有鋸齒狀表面。

在理想的實施方式中，所述光柵結(jié)構(gòu)，具備第1光透過層(該第1光透過層具有包含規(guī)定第1照耀角(Blaze angle)的多個第1光透過斜面的第1鋸齒狀表面)和第2光透過層(該第2光透過層具有包含規(guī)定第2照耀角的多個第2光透過斜面的第2鋸齒狀表面，與所述第1光透過層的所述第1鋸齒狀表面接觸)，所述第1光透過斜面的傾斜方向，和所述第2光透過斜面的傾斜方向相反。

在理想的實施方式中，所述第1光透過層及第2光透過層中的一個，由所述物鏡構(gòu)成；所述第1光透過層及第2光透過層中的另一個，在所述物鏡上形成。

在理想的實施方式中，所述第1光透過層及第2光透過層中的一個，折射率及分散，高于另一個的折射率及分散；由所述第1光透過層及第2光透過層中，折射率及分散相對高的光透過層構(gòu)成所述物鏡。

在理想的實施方式中，與所述光源的每一個對應(yīng)的光盤中的所述物鏡的焦點距離的偏差，是平均的焦點距離的1/50以下。

在理想的實施方式中，還具備第2光柵結(jié)構(gòu)，所述第2光柵結(jié)構(gòu)，形成由所述第1、第2及第3光束分別形成的p’次衍射光、q’次衍射光、r’次衍射光(p’、q’、r’為零以外的整數(shù)，不是單一的整數(shù))，各衍射光，在所述物鏡及光柵結(jié)構(gòu)的作用下，集束到與各光束對應(yīng)的光盤的信息層上。

在理想的實施方式中，所述第1、第2及第3光束，分別具有藍、紅及紅外的波長；p’＝2，q’＝r’＝1。

本發(fā)明的光盤裝置，是利用包含波長互不相同的第1及第2光束的多個光束，分別與再生數(shù)據(jù)的多種光盤對應(yīng)的光盤裝置，具備使光盤旋轉(zhuǎn)的電動機，和存取所述光盤的光拾波器；所述光拾波器，具備多個光源(這些光源發(fā)射多個光束)、物鏡(該物鏡使所述多個光束聚光)、光柵結(jié)構(gòu)(該光柵結(jié)構(gòu)具有對于所述物鏡的光軸而言的軸對稱的形狀)，所述物鏡及光柵結(jié)構(gòu)，利用所述光柵結(jié)構(gòu)，使由所述第1光束形成的p次衍射光(p為零以外的整數(shù))，集束到與所述第1光束對應(yīng)的光盤的信息層上，而且，所述物鏡及光柵結(jié)構(gòu)，利用所述光柵結(jié)構(gòu)，使由所述第2光束形成的q次衍射光(q為零以外的整數(shù)，q≠p)，集束到與所述第2光束對應(yīng)的光盤的信息層上。

在本發(fā)明的光拾波器中，通過組合使用具有鋸齒斷面的光柵和物鏡，利用特定次數(shù)的衍射光，從而可以雖然是無限光學系統(tǒng)，但能夠與基材厚不同的多種光盤對應(yīng)。就是說，采用本發(fā)明的光拾波器后，能夠在遍及廣大的波長范圍中維持很高的衍射效率。具體地說，使用上述結(jié)構(gòu)的物鏡，藍色時利用3次衍射光，紅色·紅外時利用2次衍射光，從而能夠取消光盤基材厚之差及分散影響造成的象差，將光學結(jié)構(gòu)大幅度簡化。




圖1是示意性地表示光盤和物鏡的配置關(guān)系的立體圖。
圖2(a)、(b)及(c)是分別示意性地表示CD、DVD及BD的剖面的簡要結(jié)構(gòu)的圖形。
圖3(a)是表示平行光射入物鏡后產(chǎn)生球面象差的情況的示意圖，圖3(b)是表示使發(fā)散光射入和(a)的物鏡同樣的物鏡后，修正球面象差的情況的示意圖。
圖4是表示射入光盤200的光束在信息層214上集束的情況的圖形。
圖5是表示采用本發(fā)明的光拾波器的第1實施方式中的主要部件結(jié)構(gòu)圖。
圖6是表示本發(fā)明宜于使用的光柵結(jié)構(gòu)的圖形。
圖7是為了講述第1實施方式的物鏡面中的衍射原理而繪制的圖形。
圖8是第1實施方式的物鏡面中的衍射效率特性圖。
圖9是為了講述第1實施方式的實施方式的其它物鏡面中的衍射原理而繪制的圖形。
圖10是圖9所示的物鏡面中的衍射效率特性圖。
圖11是為了講述采用本發(fā)明的光拾波器的第2實施方式的物鏡面中的衍射原理而繪制的圖形。
圖12是表示采用本發(fā)明的光拾波器的第3實施方式中的主要部件結(jié)構(gòu)圖。
圖13是表示采用本發(fā)明的光拾波器的第4實施方式中的主要部件結(jié)構(gòu)圖。
圖14是為了講述第4實施方式的物鏡面中的衍射原理而繪制的圖形。
圖15是第4實施方式中的衍射效率特性圖。
圖16是表示采用本發(fā)明的光拾波器的第5實施方式中的主要部件結(jié)構(gòu)圖。
圖17是表示采用本發(fā)明的光拾波器的第6實施方式中的主要部件結(jié)構(gòu)圖。
圖18是為了講述第6實施方式的物鏡面中的衍射原理而繪制的圖形。
圖19是第6實施方式中的衍射效率特性圖。
圖20是講述現(xiàn)有技術(shù)的光拾波器中的主要部件結(jié)構(gòu)圖。
圖21是表示采用本發(fā)明的光盤裝置的結(jié)構(gòu)示例的圖形。
符號說明
1B藍色光源 1R紅色光源 1I紅外光源 L光軸 3視準透鏡3 4B對于藍色光源而言的平面波光線 4R對于紅色光源而言的平面波光線 4I對于紅外光源而言的平面波光線 6物鏡 6A由第1材料構(gòu)成的構(gòu)成部 6B由第2材料構(gòu)成的構(gòu)成部 6a由第1材料構(gòu)成的構(gòu)成部形成光柵的面 6b由第2材料構(gòu)成的構(gòu)成部形成光柵的面 7B對于藍色光源而言的光盤基材 7R對于紅色光源而言的光盤基材 7I對于紅外光源而言的光盤基材 8B對于藍色光源而言的光盤信息層 8R對于紅色光源而言的光盤信息層 8I對于紅外光源而言的光盤信息層
具體實施例方式
本發(fā)明的光拾波器，具備多個光源(這些光源發(fā)射包含波長互不相同的第1及第2光束的多個光束)、物鏡(該物鏡使所述多個光束聚光)、光柵結(jié)構(gòu)(該光柵結(jié)構(gòu)具有對于所述物鏡的光軸而言的軸對稱的形狀)。在理想的實施方式中，使用物鏡和光柵結(jié)構(gòu)一體化的衍射透鏡。

在本發(fā)明中，采用光柵結(jié)構(gòu)后，由第1光束(例如藍光)形成的p次衍射光(p為零以外的整數(shù))，在物鏡及光柵結(jié)構(gòu)的聚光作用下，集束到與第1光束對應(yīng)的光盤(例如BD)的信息層上。另外，采用光柵結(jié)構(gòu)后，由第2光束(例如紅光或紅外光)形成的q次衍射光(q為零以外的整數(shù)，q≠p)，在物鏡及光柵結(jié)構(gòu)的聚光作用下，集束到與第2光束對應(yīng)的光盤(例如DVD或CD)的信息層上。這樣，適當使用不同次數(shù)的衍射光，可以對于波長及基材厚不同的光盤進行減少球面象差的聚光。在最理想的實施方式中，選擇p＝3、q＝2的條件。

下面，參照附圖，講述采用本發(fā)明的光拾波器及具備該光拾波器的光盤裝置的實施方式。

(第1實施方式) 先參照圖5～圖10，講述采用本發(fā)明的光拾波器的第1實施方式。此外，在這些圖中，對于和圖20所示的現(xiàn)有技術(shù)示例共同的構(gòu)成要素，賦予相同的參照符號。

首先，參照圖5。圖5是表示本實施方式中的光拾波器的主要部件的局部剖面圖。在圖5中，為了簡單起見，只繪出往路側(cè)(從光源朝著盤面的一側(cè))的結(jié)構(gòu)，沒有繪出復(fù)路側(cè)(從盤面朝著光檢出器的一側(cè))的結(jié)構(gòu)。

由藍色發(fā)光半導(dǎo)體激光器等光源1B發(fā)射的藍色的光(波長為0.405μm)，經(jīng)過視準透鏡3后，變換成平面波4B(無限系)。該平面波4B經(jīng)過物鏡6(NA0.85)，透過厚度為0.1mm的光盤基材7B，集束到光盤基材7B的背面形成的信息層8B上。

在本實施方式中，由在光源1B和同一個基板上形成的紅色發(fā)光半導(dǎo)體激光器等光源1R射出的紅色的光(波長為0.660μm)，也經(jīng)過視準透鏡3后，變換成平面波4R(無限系)。平面波4R經(jīng)過物鏡6，透過厚度為0.6mm的光盤基材7R，集束到光盤基材7R的背面形成的信息層8R上。另外，由紅外色發(fā)光半導(dǎo)體激光器等光源1I射出的紅外色的光(波長為0.790μm)也經(jīng)過視準透鏡3后，變換成平面波4I(為限系)。平面波4I經(jīng)過物鏡6，透過厚度為1.2mm的光盤基材7I的光，集束到光盤基材7R的背面形成的信息層8I上。

這樣，在本實施方式中，在大致同一個光軸上，配置射出不同波長的光束的多個光源，全部作為無限系的光源發(fā)揮作用。在這一點上，與上文講述的現(xiàn)有技術(shù)的例子有很大的不同。在本實施方式中，能夠?qū)⒉ㄩL不同的光束的每一個都變化成平行光，從而與不同的基材厚度對應(yīng)的理由，是由于物鏡6的結(jié)構(gòu)是新型的緣故。

以下，參照圖6，講述物鏡6的簡要結(jié)構(gòu)。圖6是表示物鏡6的光柵結(jié)構(gòu)的圖形。本實施方式中的物鏡6，如圖6所示，具備具有第1鋸齒狀表面(sawtooth blazed surface)的第1光透過層和具有第2鋸齒狀表面的第2光透過層，它們被層疊。

在圖6中，示意性地示出該物鏡的第1鋸齒狀表面110及第2鋸齒狀表面120的剖面。第1鋸齒狀表面110，具有規(guī)定第1照耀角α的多個第1光透過斜面112；第2鋸齒狀表面120，具有規(guī)定第2照耀角β的多個第2光透過斜面122。

第1鋸齒狀表面110及第2鋸齒狀表面120，都具有將各個斷面呈三角形狀的單位構(gòu)造周期性地排列的結(jié)構(gòu)。對單位構(gòu)造的基準面而言的高度，在第1鋸齒狀表面110及第2鋸齒狀表面120之間，未必需要一致。在圖示的例子中，用“d”表示第1鋸齒狀表面110中的單位構(gòu)造的高度(稱作“階差”)，用“d’”表示第2鋸齒狀表面120中的階差。

在本說明書中，將構(gòu)成單位構(gòu)造的表面的二個面中，面積相對寬廣的面，稱作“光透過斜面”，將該光透過斜面與基準面之間的角度，定義為照耀角(Blaze angle)。構(gòu)成單位構(gòu)造的表面的二個面中，“光透過斜面”以外的面，大致垂直于基準面，對光的衍射實質(zhì)上沒有影響。

上述照耀角，具有滿足0°＜α＜90°、0°＜β＜90°的關(guān)系的大小，是銳角。第1及第2光透過斜面112、122的法線方向，對于基準面的法線方向而言，傾斜與照耀角相等的角度。在本說明書中，將該傾斜的方向，稱作“光透過斜面的傾斜方向”，在圖1中，用粗大的黑箭頭表示。在本發(fā)明中，光透過斜面的傾斜方向，在第1鋸齒狀表面110及第2鋸齒狀表面120之間，正相反地設(shè)定。

在圖6中，繪出基準面是平面的情況，但是基準面也可以是曲面。另外，照耀角α、β，不需要在基準面上具有一定的值，可以隨著位置而變化。在圖6中雖然沒有繪出，但是第1鋸齒狀表面110在第1光透過層上形成，第2鋸齒狀表面120在第2光透過層上形成。

圖5所示的物鏡6，用折射率及分散特性不同的兩種透明材料(塑料及紫外線硬化樹脂等)?；w6A呈透鏡形狀，具有光射入側(cè)的面6a及光射出側(cè)的面6c。在基體6A的光射入側(cè)的表面6a上，形成斷面具有鋸齒形狀的光柵?；w6A作為“第2光透過層”發(fā)揮作用。

基體6A的表面6a、6c，形成以光軸L為中心軸的球面或非球面。構(gòu)成光柵的多個光透過斜面，分別在表面6a上具有以光軸L為中心軸的鏈環(huán)形狀，在半徑方向上排列。因此，光柵的階差，以光軸為中心的同心圓形狀地形成。

透明層6B，在基體6A的光射入側(cè)的表面6a上形成，作為“第1光透過層”發(fā)揮作用。在透明層6B的表面6b上，形成具有和表面6a中的光柵的“傾斜方向”相反方向的“傾斜方向”的光柵。構(gòu)成該光柵的多個光透過斜面，也分別在表面6b中具有以光軸L為中心軸的鏈環(huán)形狀，在半徑方向上排列。

在本實施方式中，圖5所示的“傾斜方向”，朝著光軸L，或從光軸L大致輻射狀地延伸的朝向。這樣，在本實施方式中，層疊的2個光柵的“傾斜方向”存在正相反的關(guān)系，就意味著在上下接近的位置(對應(yīng)的位置)中的“傾斜方向”正向反，位置不同的“傾斜方向”的關(guān)系，未必是正向反。

此外，光柵斷面，也可以取代具有圖示的那種鋸齒狀，而具有與圖中的鋸齒形狀內(nèi)接的小臺階形狀。

具有這種結(jié)構(gòu)的聚光元件，已經(jīng)在2005年9月27日遞交的國際申請(PCT/JP2005/017773)中予以公開。該國際申請公布的內(nèi)容，在這里全部引用。

在圖5所示的例子中，在2層光柵之間，具備鋸齒的邊緣位置(下刃位置)。本實施方式中的透明層6B的折射率及分散，比基體6A的折射率及分散低。透明層6B的厚度，最好盡量薄地形成，例如形成幾μm以下的厚度。

具有這種結(jié)構(gòu)的物鏡6，例如采用下述方法制造。

首先，準備具有表面形成光柵的透鏡形狀地成形的基體6A。接著，將基體6A插入帶光柵的透鏡形狀的成形面的金屬模型(未圖示)中，在基體6A和金屬模型的間隙中，充填第2材料。采用紫外線硬化及熱硬化等方法，使該第2材料硬化后，從金屬模型中取出。這樣，就可以獲得圖5所示的物鏡6。

射入物鏡6的光4B、4R及4I，在透明層6B的表面6b及基體6A的表面6a上，同時產(chǎn)生折射和衍射，進而還在基體6A的相反面6c上折射，成為在信息層8B、8G、8I上聚光的光。

接著，參照圖7，講述由物鏡6形成的衍射。圖7是講述由物鏡6形成的衍射的原理的圖形。在圖7中，為了簡單起見，將各面作為平面繪出，光4也作為垂直地射到面上的光。

設(shè)基體6A的折射率為n，透明層6B折射率為n’，在面6a上形成的光柵的間距為Λ，其斷面階差為d，在面6b上形成的光柵的間距為Λ，其斷面階差為d’。這時，透過這些光柵的光的波面成為間距Λ的鋸齒狀。該階差Δ(相位階差)，可以用下列的(公式1)表示。

Δ＝d’(n’-1)-d(n-n’)(公式1)
將折射率n、n’分離成不取決于波長λ的部分(第1項)和取決于波長λ的部分(第2項)后，可以近似為下列的(公式2)及(公式3)。

n＝n0-(λ-λ0)σ (公式2) n’＝n0’-(λ-λ0)σ’(公式3)
在這里，n0、n0’、λ0、σ、σ’都是正數(shù)，λ0是中心波長，n0、n0’是中心波長的折射率，σ、σ’是分散系數(shù)。

相位階差Δ，可以用下列的(公式4)表示。
Δ＝d’(n0’-1)-d(n0-n0’)-(λ-λ0){d’σ’-d(σ-σ’)}(公式4)
由于波長λ的射入光4，透過后以間距Λ的周期產(chǎn)生相位階差Δ，所以除了0次衍射光40以外，還產(chǎn)生1次衍射光41、2次衍射光42及3次衍射光43等衍射波。使q為整數(shù)時，q次衍射光的衍射角度θ(與面法線構(gòu)成的角度)，可以用下列(公式5)求出。

sinθ＝qλ/Λ(公式5)
q次衍射光的衍射效率成為最大的條件，可以用下列(公式6)求出。
Δ＝qλ(公式6)
因此，λ＝λ0時，衍射效率成為最大，減小|Δ/λ|對于λ而言的變化量的條件、即跨越廣大的波長區(qū)域維持很高的衍射光的效率的條件，可以用下列(公式7)及(公式8)表示。

{d’(n0’-1)-d(n0-n0’)}/λ＝q (公式7) {d’σ’-d(σ-σ’)}/qλ0＜0(公式8)
此外，由于色散系數(shù)是與上述σ、σ’的倒數(shù)成正比的值，所以設(shè)與σ、σ’對應(yīng)的色散系數(shù)為v、v’后，可以將(公式8)置換成下列(公式9)。

d’/d＜v’/v-1(公式9)
如果v’＞v，那么(公式9)就表示容易減少|(zhì)Δ/λ|對于λ而言的變化量。

圖8表示本實施方式的物鏡中的各衍射光的衍射效率的波長依存性。在這里，基體6A使用高分散透明塑料材料(例如kanebo株式會社制造商品名O-PET(n＝1.62、v＝24)，以下相同)，透明層6B使用UV樹脂(n’＝1.49、v’＝59))，將階差d、d’設(shè)定成d＝6.6μm、d’＝4.5μm。但是，如果設(shè)vd為d線(波長vd＝0.5876μm)的色散系數(shù)、nd為d線的折射率、nC為c線(波長v C＝0.6563μm)的折射率、nF為F線(波長vF＝0.4861μm)的折射率，那么波長v的折射率n，可以用下列(公式10)近似。

n＝nd-(λd-2-λ-2)(nd-1)/vd(λF-2-λC-2) (公式10)
在以下的計算中，都使用該近似(公式10)。

在圖8中，曲線D0表示0次衍射光的特性，曲線D1表示1次衍射光的特性，曲線D2表示2次衍射光的特性，曲線D3表示3次衍射光的特性。曲線D3表示波長0.405μm時大致為100％的衍射效率，曲線D2表示波長0.660μm和波長0.790μm時為98％、83％的衍射效率。

因為滿足v’＞v，所以哪條曲線都具有遍及廣大的波長區(qū)域，維持很高的衍射光的效率的特性。由此可知本實施方式中的物鏡6，雖然是使用了衍射的單一的透鏡，但是對于3個波長的光，都能夠維持很高的光的效率衍射。

此外，還可以對面6a、6b的光柵結(jié)構(gòu)的衍射現(xiàn)象，進行如下講述。即設(shè)m、 m’為整數(shù)，階差d、d’滿足下列(公式11)及(公式12)。

d＝|mλ0/(n-n’)|(公式11) d’＝|m’λ0’/(n’-1)| (公式12)
這時，在面6a的光柵中，主要對于λ0的波長，衍射m次光；在面6b的光柵中，主要對于λ0’的波長，衍射m’次光。波長λ0、λ0’雖然接近，但可以不一致。這時，作為光柵結(jié)構(gòu)的整體，對于λ0～λ0’附近的波長，就衍射(m+m’)次光。在圖8的例子中，曲線D3對于0.405μm附近的波長，存在著m＝5、m’＝-2、m+m’＝3的關(guān)系；曲線D2對于0.690μm附近的波長，存在著m＝3、m’＝-1、m+m’＝2的關(guān)系。

如圖9所示，面6a、6b的光柵的階差位置橫向錯開δ時，衍射效率如圖10所示地變化。圖10是表示δ/Λ＝0.02的計算結(jié)果的曲線圖，其它條件都與圖8所示的條件相等。

曲線D3(3次衍射光)，表示波長0.405μm時為93％的衍射效率；曲線D2(2次衍射光)，表示波長0.660μm和波長0.790μm時為94％、83％的衍射效率。這樣，由于階差位置錯開后，可以看到效率有所下降，因此最好將階差位置的錯開抑制在2～3％左右以下。

接著，從象差的方面考察本實施方式中的物鏡6進行的聚光。如果設(shè)定光盤的基材厚x后，設(shè)計對光柵引起的衍射忽略不計的物鏡(基礎(chǔ)的物鏡)，那么由于衍射，就在藍波長λ1的光上添加基材厚(x+0.1)的球面象差，在紅波長λ2的光上添加基材厚(x+0.6)的球面象差，在紅外波長λ3的光上添加基材厚(x+1.2)的球面象差。這樣，能夠吸收各自為0.1、0.6、1.2的基材厚度的球面象差。實際上，具有伴隨著波長差的分散影響，波長越短，光盤及透鏡的折射率就越大，與之連動球面象差也變大。將該球面象差換算成基材厚差，設(shè)藍波長λ1、紅波長λ2、紅外波長λ3的象差量為t1、t2、t3(但是將紅外波長作為分散的基準，使t3＝0)后，波長越短，象差就越作用于基材厚差的正側(cè)，所以t1＞t2＞t3＝0。

這樣，由于衍射，就在藍波長λ1的光上添加基材厚(x+0.1+t1)的球面象差，在紅波長λ2的光上添加基材厚(x+0.6+t2)的球面象差，在紅外波長λ3的光上添加基材厚(x+1.2+t3)的球面象差，能夠吸收各自為0.1、0.6、1.2的基材厚度的球面象差和分散影響造成的球面象差。另一方面，由于衍射產(chǎn)生的象差與衍射次數(shù)×波長成正比，所以如果將光柵的衍射次數(shù)定為藍波長λ1為p次、紅波長λ2為q次、紅外波長λ3為r次，那么下列(公式13)成立。

(x+0.1+t1)∶(x+0.6+t2)∶(x+1.2+t3)＝pλ1∶qλ2∶rλ3 (公式13)
在這里，如果假設(shè)q＝r、λ1＝0.405μm、λ2＝0.660μm、λ3＝0.790μm，因為紅色的以上的波長分散較小，所以近似地使t2＝t3＝0，那么根據(jù)(公式13)，由于x＝2.446mm，所以下列(公式14)成立。

p/q＝660(x+0.1+t1)/405(x+0.6)(公式14)
如果使t1＝0，那么p/q＝1.362；使t1＞0，那么p/q就成為接近1.5的值；使t1＝0.258，那么p/q＝1.5。在物鏡中使用高分散(低色散系數(shù))的玻璃材料，或者加大透鏡厚度后，能夠使t1變大。但是在透鏡厚2mm、焦點距離3mm的情況下具體計算后，即使假設(shè)使用最大分散(色散系數(shù)為20左右)的材料，也只有0.3mm左右。此外，除了透鏡厚度以外，工作距離、焦點距離、正旋條件的不滿足量等，也影響t1的大小。

因此，在常識性的設(shè)計參數(shù)下，p/q＝2(p＝2，q＝r＝1)等的p/q＝1.5以外的組合，從物理的角度上說是不可能的。換言之，適當選擇透鏡材料及透鏡厚度等后，能夠滿足p/q＝1.5。這樣，本實施方式中的衍射次數(shù)的組合(p＝3，q＝r＝2)，可以說是能夠取消伴隨著基材厚差及折射率分散而出現(xiàn)的象差的最佳的組合。實際上，用在透鏡玻璃材料中使用了O-PET(n＝1.62、vd＝24)的模式計算后，在NA0.5以內(nèi)，基本上能夠完全吸收0.1、0.6、1.2的基材厚度的球面象差和分散影響造成的球面象差，可以說透鏡玻璃材料的色散系數(shù)如果在30以下，能夠取消象差的可能性就很大。

此外，物鏡6被分作NA＝0.0～0.5、NA＝0.5～0.65、NA＝0.65～0.85等3個區(qū)段，在NA＝0.0～0.5中，因為對于3個波長(藍、紅、紅外)的光而言，衍射性能、象差性能都必須滿足，所以需要上述的結(jié)構(gòu)?？墒牵贜A＝0.5～0.65中，對于2個波長(藍、紅)的光而言，在NA＝0.65～0.85中，對于1個波長(藍)的光而言，只要使衍射效率性能、象差性能得到滿足就行，所以包含斷面結(jié)構(gòu)及設(shè)計規(guī)格在內(nèi)，也可以是別的結(jié)構(gòu)。

特別是在NA＞0.5的區(qū)域，對于紅外光而言，使(公式13)的第3個比例式得不到滿足地設(shè)計后，由于透過NA＞0.5的區(qū)域的紅外光，在光盤信息層及光檢出面上散逸，所以物鏡6就作為對紅外光而言的NA＝0.5的開口濾光片，發(fā)揮作用。

同樣，在NA＞0.65的區(qū)域，對于紅光而言，使(公式13)的第2個比例式得不到滿足地設(shè)計后，由于透過NA＞0.65的區(qū)域的紅光，在光盤信息層及光檢出面上散逸，所以物鏡6就作為對紅光而言的NA＝0.65的開口濾光片，發(fā)揮作用。這樣，能夠不必象現(xiàn)有技術(shù)的示例那樣需要開口濾光片5，有益于低成本化。

在本實施方式中，由于使3個光源形成無限系地進行配置，所以不存在物鏡伴隨著跟蹤控制而變位所引起的問題(射到光盤信息層的收束光產(chǎn)生彗形象差，使再生性能及記錄性能劣化的問題)。其結(jié)果，對于在同一個基板上形成的多個光源(與2波長對應(yīng)的激光器及與3波長對應(yīng)的激光器等)的光源而言，也能應(yīng)用。當然，表面6a、6b形成的光柵斷面，也可以是與鋸齒內(nèi)接的臺階狀，這時與鋸齒狀相比，雖然折射效率劣化，但隨著加工方法的不同，卻往往容易加工。

進而，物鏡6采用將塑料作為基礎(chǔ)，將紫外線硬化樹脂與其貼合在一起的結(jié)構(gòu)。但是將塑料作為基礎(chǔ)后，溫差引起的形狀變化較大，可靠性差。因此，可以采用將高分散的玻璃材料作為基礎(chǔ)透鏡(無光柵)(雖然為了取消象差需要高分散，但不需要高折射率)，在其表面形成帶高折射率、高分散的光柵的塑料，再在其上形成帶低折射率、低分散的光柵的紫外線硬化樹脂的結(jié)構(gòu)。

此外，在物鏡6中，用滿足(公式13)的設(shè)計能夠除去球面象差。但是由于設(shè)計的方法，殘存伴隨波長差的Defocus象差(1次球面象差)。該象差與物鏡6對于3個光源而言的各焦點距離的偏差成正比。例如如果物鏡的焦點距離的偏差是各焦點距離的平均值的1/10左右，那么就有伴隨著藍光源的1nm的波長差的Defocus＝1μm的計算結(jié)果。因此，如果能夠?qū)⒃撈羁刂圃诮裹c距離的平均值的1/50以下，就可以說伴隨著波長差的Defocus象差是非常小的級別。

此外，對于藍光源而言的光盤基材厚度，例如是在HD-DVD中能夠使用的0.6mm時，能夠?qū)?公式14)置換成下列(公式15)。

p/q＝660(x+0.6+t1)/405(x+0.6)(公式15)
在公式15中，如果使t1＝0，那么p/q＝1.6302；使t1＝0.692，那么p/q＝2.0(p＝2、q＝r＝1的組合)。即使假設(shè)使用最大分散的材料，t1＝0.692也是不可能的值，難以發(fā)現(xiàn)光盤基材厚度0.6mm取消象差的條件。可是使光盤基材厚度為0.3mm后，t1＝0，p/q＝1.473，使用分散較小的材料，有可能滿足p/q＝1.5。因此，為了利用衍射次數(shù)的組合，取消伴隨著基材厚差及折射率分散而產(chǎn)生的象差，對于藍光源而言的光盤基材厚度需要在0.3mm以下，在B1u-Ray DISK中能夠應(yīng)用的0.1mm滿足該要求
上述的光拾波器，與3波長對應(yīng)地具備3種光源，但是本發(fā)明的光拾波器，也可以與2波長對應(yīng)地具備2種光源。這時，最好對于藍色利用p＝3的衍射光，對于紅或紅外利用q＝2的衍射光。

接著，參照圖21，講述采用本發(fā)明的光盤裝置的實施方式。該實施方式，具備具有圖5所示的結(jié)構(gòu)的光拾波器300、使光盤200旋轉(zhuǎn)的盤電動機302和進行各種信號處理的部分。

在圖21所示的例子中，光拾波器300的輸出，通過前端信號處理部306做媒介，傳輸給編碼/譯碼器308。在讀出數(shù)據(jù)時，編碼/譯碼器308根據(jù)光拾波器300獲得的信號，將被光盤200記錄的數(shù)據(jù)譯碼。在寫入數(shù)據(jù)時，編碼/譯碼器308將用戶數(shù)據(jù)代碼化，生成應(yīng)該寫入光盤200的信號，向光拾波器300發(fā)送。

前端信號處理部306，在根據(jù)光拾波器300的輸出，生成再生信號的同時，還生成聚焦誤差信號FE及跟蹤誤差信號TE。聚焦誤差信號FE及跟蹤誤差信號TE，被向伺服控制部310發(fā)送。伺服控制部310在通過驅(qū)動放大器304做媒介，控制盤電動機302的同時，還通過光拾波器300內(nèi)的促動器做媒介，控制物鏡的位置。

編碼/譯碼器308及伺服控制部310等構(gòu)成要素，被CPU309控制。

采用本發(fā)明的光盤裝置，并不局限于圖21所示的結(jié)構(gòu)，將本發(fā)明的光拾波器和其它眾做周知的光盤裝置中的光拾波器進行置換后，也能獲得。

此外，在以下講述的光拾波器的各實施方式，也可以如圖21所示，和眾做周知的構(gòu)成要素一起，作為光盤裝置的構(gòu)成要素適當使用。

(第2實施方式) 接著，參照圖11，講述采用本發(fā)明的光拾波器的第2實施方式。本實施方式的結(jié)構(gòu)，除了物鏡6以外，和第1實施方式的結(jié)構(gòu)同樣，對于共同的要素，不再贅述。

在本實施方式中，物鏡6的面6b形成的光柵的間距及階差，與第1實施方式中的物鏡6的面6b形成的光柵的間距及階差不同。

圖11是講述本實施方式的物鏡6的面6a、6b中的衍射的原理的圖形。為了簡單起見，將各面作為平面繪出，光也作為垂直地射到面上的光。設(shè)基體6A的折射率為n，透明層6B折射率為n’，在面6a上形成的光柵的間距為Λ，階差d的鋸齒狀的斷面，在面6b上形成的光柵的間距為Λ/3，階差d’/3的鋸齒狀的斷面。

在第1實施方式中，對于0.690μm附近的波長而言，在面6b上形成的光柵成為3次衍射光，在面6a上形成的光柵成為-1次衍射光，作為在面6b、6a上的光柵結(jié)構(gòu)的整體，產(chǎn)生3-1＝2次衍射光。另一方面，在本實施方式中，各自的階差成為d＝6.6μm、d’/3＝1.5μm，在面6a上形成的光柵的衍射作用相同，在面6b上形成的光柵衍射，雖然根據(jù)(公式12)，其次數(shù)變化(由3次變成1次)，但是因為光柵間距成為1/3，所以根據(jù)(公式5)，其衍射方向卻不變。這樣，作為面6b、6a的整體結(jié)構(gòu)的衍射作用，本實施方式和第1實施方式完全相同。

因此，盡管光柵的間距和階差不同，但是卻可以獲得和第1實施方式完全相同的效果，所以間距較大的光柵時，采用本實施方式后，具有能夠使光柵的階差減小，使形成光柵的金屬模型的切削研磨工序等的制造作變得容易等優(yōu)點。另外，實際產(chǎn)生的階差部位，雖然存在對于面而言不垂直地傾斜的加工誤差。但是該加工誤差與光的散射有關(guān)，所以采用能夠使光柵的階差減小的本實施方式后，還具有減少光的散射的效果。

(第3實施方式) 再接著，參照圖12，講述采用本發(fā)明的光拾波器的第3實施方式。本實施方式的結(jié)構(gòu)，除了將藍色發(fā)光半導(dǎo)體激光器等的光源1B與其它的光源(1R)1I)分離，添加了顏色象差修正元件11和二向色鏡棱鏡2以外，都和第1實施方式的結(jié)構(gòu)同樣，對于第1實施方式的光拾波器共同的構(gòu)成要素，賦予相同的參照符號后進行講述。

圖12是表示第3實施方式中的光拾波器的剖面結(jié)構(gòu)。在圖12中，由藍色發(fā)光半導(dǎo)體激光器等的光源1B發(fā)射的藍色的光(例如波長為0.405μm)，透過顏色象差修正元件11，被二向色鏡棱鏡2(反射藍光，比藍光長的波長側(cè)透過)反射，經(jīng)過視準透鏡3后，變換成平面波4B(所謂無限系)。平面波4B經(jīng)過物鏡6(例如NA0.85以上)，透過基材厚度為0.1mm的光盤基材7B，集束到基材背面(射入面的相反面)形成的信息層8B上。

另一方面，由在和光源1B不同的基板上形成的紅色發(fā)光半導(dǎo)體激光器等的光源1R射出的紅色的光(例如波長為0.660μm)，透過二向色鏡棱鏡2，經(jīng)過視準透鏡3后，變換成平面波4R(所謂無限系)。該平面波4R經(jīng)過物鏡6，透過基材厚度為0.6mm的光盤基材7R，集束到基材背面形成的信息層8R上。

進而，由在和光源1B同一個基板上形成的紅外色發(fā)光半導(dǎo)體激光器等光源1I射出的紅外色的光(例如波長為0.790μm)，透過二向色鏡棱鏡2，經(jīng)過視準透鏡3后，變換成平面波4I(所謂無限系)經(jīng)過物鏡6，透過厚度為1.2mm的光盤基材7I的光，集束到基材背面形成的信息層8I上。

物鏡6具有和第1實施方式中的物鏡6完全相同的結(jié)構(gòu)，可以獲得和第1實施方式的效果同樣的效果。

顏色象差修正元件11，是在透明基板的單面11a上，形成了對于光軸L而言同心的鋸齒狀斷面的光柵的元件。在該光柵的作用下，由光源1B發(fā)射的藍色的光(在本例中波長為0.405μm)，特定的次數(shù)(例如1次)的光，被強烈衍射。在物鏡6中，雖然能夠通過滿足(公式13)的設(shè)計，除去球面象差，但是由于設(shè)計方法的不同，殘存著伴隨波長差而產(chǎn)生的Defocus象差(1次球面象差)。特別是藍色的波長，由于分散的影響大，所以往往由1nm的波長差產(chǎn)生1μm左右的Defocus(聚光點位置的變位)。在本實施方式的中，在藍色光的光路上，插入顏色象差修正元件11后，作為衍射方位之差(即Defocus象差)，出現(xiàn)透過光的波長差，在用物鏡6修正Defocus象差時使用它，和第1實施方式相比，雖然光學部件有所增加，但卻具有設(shè)計的余裕度寬廣的優(yōu)點。此外，顏色象差修正元件11中形成的光柵斷面，也可以是與鋸齒內(nèi)接的臺階狀。

(第4實施方式) 接著，參照圖13～圖15，講述采用本發(fā)明的光拾波器的第4實施方式。本實施方式的結(jié)構(gòu)，除了物鏡6以外，都和第1實施方式的結(jié)構(gòu)同樣，對于共同的要素，不再贅述。

圖13表示本實施方式中的物鏡6以后的往路側(cè)(從光源朝著盤面的一側(cè))的結(jié)構(gòu)。在圖13中，物鏡6的透明層6B的表面6b及基體6A的表面6a等，和第1實施方式相同，但在基體6A的相反面(往路側(cè)的光射出面)6c上，與光軸L同心地形成鋸齒狀斷面的光柵。

圖14是講述本實施方式的物鏡6的相反面6c中的衍射的原理的圖形，為了簡單起見，將各面作為平面繪出，光也作為垂直地射到面上的光。在鋸齒狀斷面的光柵的作用下，射入光4除了0次衍射光40’以外，還派生1次衍射光41’、2次衍射光42’等衍射波。在這里，將基體6A作為O-PET(nd＝1.62、v d＝24)，使折射率遵照(公式10)，光柵的階差d”＝1.23μm，圖15是描繪其衍射效率的波長依存性的圖形。

在圖15中，曲線D0是0次衍射光的特性，曲線D1是1次衍射光的特性，曲線D2是2次衍射光的特性，曲線D3是3次衍射光的特性，曲線D2在波長為0.405μm時大致成為100％的衍射效率，曲線D1在波長為0.660μm和波長為0.790μm時分別成為95％和98％的衍射效率。這樣，因為不會由其它波長的光引起效率劣化等弊端，在修正藍色光的顏色象差(伴隨著波長差而產(chǎn)生的Defocus象差)時能夠使用相反面6c的光柵，所以能夠用比第3實施方式更簡單的結(jié)構(gòu)，獲得相同的效果(擴大設(shè)計的余裕度的效果)。

(第5實施方式) 再接著，參照圖16，講述采用本發(fā)明的光拾波器的第5實施方式。本實施方式的結(jié)構(gòu)，除了物鏡6以外，都和第4實施方式的結(jié)構(gòu)同樣，對于共同的要素，不再贅述。

圖16表示本實施方式中的物鏡6前后的往路側(cè)(從光源朝著盤面的一側(cè))的結(jié)構(gòu)。在圖13所示的第4實施方式的物鏡6，在本實施方式中，如圖16所示，被分作衍射元件部6’和物鏡部6”。衍射元件部6’，將折射率和分散特性不同的2種透明媒質(zhì)(例如玻璃、塑料或紫外線硬化樹脂)作為材料構(gòu)成，由第1材料構(gòu)成的基體6A’，成為平面板形狀，在其表面6a’上，形成成為鋸齒狀斷面的光柵，光柵的方位，在表面6a’上，沿著以光軸L為中心軸的圓周。由第2材料構(gòu)成的透明層6B’覆蓋形成光光柵的表面6a’，其表面6b’(面向空氣側(cè)的面)，使前文講述的光柵的斷面反轉(zhuǎn)的形狀(使所謂鋸齒的前進方向反轉(zhuǎn)的斷面形狀)的光柵，具備鋸齒的邊緣位置(下刃位置)地形成。與第2材料相比，第1材料是高折射、高分散。由于在第1材料中使用高分散的材料，從而滿足v’＞v，所以在衍射元件部6’中的衍射效率，如圖8所示，所有的曲線都能夠在遍及廣大的波長區(qū)域，表示維持高衍射光的效率的特性。在物鏡部6”的面6c’中，與光軸L同心地形成鋸齒狀斷面的光柵，它和第4實施方式的在面6c上形成的光柵發(fā)揮相同的作用(修正顏色象差)。此外，構(gòu)成物鏡部6”的材料，為了修正基材厚差引起的球面象差，最好使用高分散(例如色散系數(shù)30以下)的材料。

射入衍射元件部6’的光4B、4R、4I，在透明層6B’的表面6b’ 和基體6A’的表面6a’上衍射，在物鏡部6”的表面6c’上同時發(fā)生衍射和折射，在物鏡部6”的相反面(往路的光射出面)折射，成為集束到信息層8B、8R、8I上的光。本實施方式堪稱將第4實施方式分成兩個部件的結(jié)構(gòu)，可以獲得和第4實施方式同樣的效果。但是，在第4實施方式中，在非球面上形成面6a及6b等復(fù)雜的光柵結(jié)構(gòu)，而在本實施方式中，能夠在平面上形成該結(jié)構(gòu)，所以加工上的優(yōu)點(容易制作)突出。此外，由于衍射元件部6’從物鏡部6”的中心軸偏心后就產(chǎn)生象差，所以需要將它們在同一個支架上構(gòu)成，維持同軸性。

(第6實施方式) 接著，參照圖17及圖18，講述采用本發(fā)明的光拾波器的第6實施方式。本實施方式的結(jié)構(gòu)，除了物鏡6以外，都和第1實施方式的結(jié)構(gòu)相同。

首先，參照圖17。圖17表示本實施方式中的往路側(cè)(從光源朝著盤面的一側(cè))的斷面結(jié)構(gòu)。圖17所示的物鏡6，在基體6A的表面6a上，形成與光軸L同心地形成鋸齒狀斷面的光柵。圖18是講述本實施方式的物鏡6的面6a中的衍射的原理的圖形，為了簡單起見，將各面作為平面繪出，光也作為垂直地射到面上的光。

如圖18所示，在階差d鋸齒狀斷面的光柵的作用下，射入光4除了0次衍射光40以外，還派生1次衍射光41、2次衍射光42、3次衍射光43等衍射波。在這里，使基體6A由各分散的塑料材料O-PET(nd＝1.62、vd＝24)形成，使折射率遵照(公式10)，光柵的階差d＝1.85μm，圖15是描繪這時的物鏡6的面6a的衍射效率的波長依存性的圖形。

在圖19中，曲線D0是0次衍射光的特性，曲線D1是1次衍射光的特性，曲線D2是2次衍射光的特性，曲線D3是3次衍射光的特性，曲線D3在波長為0.405μm時大致成為100％的衍射效率，曲線D2在波長為0.660μm和波長為0.790μm時分別成為76％和27％的衍射效率。

本實施方式中的象差的修正效果，和第1實施方式同樣，是能夠取消伴隨著基材厚差及折射率分散而產(chǎn)生的象差的最佳的組合。但是，對于波長為0.660μm和波長為0.790μm而言的衍射效率，比第1實施方式低。特別是紅外光時，不宜在記錄用途中使用。不過，與第1實施方式相比，光柵的結(jié)構(gòu)簡單，如果能夠限定用途，就可以作為便宜的結(jié)構(gòu)采用。

此外，就象將第4實施方式分成兩個部件構(gòu)成第5實施方式那樣，本實施方式也能夠分作衍射元件部和物鏡部。這時，在衍射元件部的一個面上形成與光軸L同心地形成鋸齒狀斷面的光柵；物鏡部則不附加光柵，用高分散的玻璃材料形成。當然，既能夠在物鏡部形成修正顏色象差的光柵，也能夠使該修正顏色象差用的光柵，是衍射元件部的其它面。同樣，也可以采用將以上6個實施方式進行各種組合的結(jié)構(gòu)，從而兼具各自的效果。

本發(fā)明宜于在用波長互不相同的光束存取多種光盤的光盤裝置中應(yīng)用。由于現(xiàn)在，CD、DVD、BD等遵照各種規(guī)格的光盤正在市場上銷售，所以需要用一個光盤裝置對這些光盤實行記錄再生。
權(quán)利要求
1、一種光拾波器，具備
多個光源，這些光源發(fā)射包含波長互不相同的第1及第2光束的多個光束；
物鏡，該物鏡使所述多個光束聚光；以及
光柵結(jié)構(gòu)，該光柵結(jié)構(gòu)具有對于所述物鏡的光軸而言的軸對稱的形狀，
所述物鏡及光柵結(jié)構(gòu)，使利用所述光柵結(jié)構(gòu)而由所述第1光束形成的p次衍射光，集束到與所述第1光束對應(yīng)的光盤的信息層上，p為零以外的整數(shù)，而且，
所述物鏡及光柵結(jié)構(gòu)，使利用所述光柵結(jié)構(gòu)而由所述第2光束形成的q次衍射光，集束到與所述第2光束對應(yīng)的光盤的信息層上，q為零以外的整數(shù)，q≠p。
2、如權(quán)利要求1所述的光拾波器，其特征在于所述第1光束，具有藍色的波長；所述第2光束，具有紅或紅外的波長；
p＝3， q＝2。
3、如權(quán)利要求1所述的光拾波器，其特征在于所述多個光束，包含與所述第1及第2光束的波長不同波長的第3光束；
所述物鏡及光柵結(jié)構(gòu)，使利用所述光柵結(jié)構(gòu)而由所述第3光束形成的r次衍射光，集束到與所述第3光束對應(yīng)的光盤的信息層上，r為零以外的整數(shù)，r≠p。
4、如權(quán)利要求3所述的光拾波器，其特征在于所述第1、第2及第3光束，分別具有藍、紅及紅外的波長； p＝3，q＝r＝2。
5、如權(quán)利要求4所述的光拾波器，其特征在于與所述第1、第2及第3光束對應(yīng)的光盤，分別是BD、DVD及CD。
6、如權(quán)利要求1所述的光拾波器，其特征在于所述光柵結(jié)構(gòu)，形成在所述物鏡的表面。
7、如權(quán)利要求1所述的光拾波器，其特征在于所述光柵結(jié)構(gòu)，形成在平行基板上。
8、如權(quán)利要求5所述的光拾波器，其特征在于所述物鏡，由色散系數(shù)為30以下的光學材料形成。
9、如權(quán)利要求1所述的光拾波器，其特征在于所述光柵結(jié)構(gòu)，具有鋸齒狀表面。
10、如權(quán)利要求1所述的光拾波器，其特征在于
所述光柵結(jié)構(gòu)，具備
第1光透過層，該第1光透過層具有包含了規(guī)定第1照耀角的多個第1光透過斜面的第1鋸齒狀表面；和
第2光透過層，該第2光透過層具有包含了規(guī)定第2照耀角的多個第2光透過斜面的第2鋸齒狀表面，并與所述第1光透過層的所述第1鋸齒狀表面接觸，
所述第1光透過斜面的傾斜方向與所述第2光透過斜面的傾斜方向相反。
11、如權(quán)利要求10所述的光拾波器，其特征在于所述第1光透過層及第2光透過層中的一方，由所述物鏡構(gòu)成；
所述第1光透過層及第2光透過層中的另一方，形成在所述物鏡上。
12、如權(quán)利要求11所述的光拾波器，其特征在于所述第1光透過層及第2光透過層中的一方的折射率及分散，高于另一方的高折射率及分散；
由所述第1光透過層及第2光透過層中折射率及分散相對較高的光透過層構(gòu)成所述物鏡。
13、如權(quán)利要求4所述的光拾波器，其特征在于與所述多個光源的每一個對應(yīng)的光盤中的所述物鏡的焦點距離的偏差，是平均的焦點距離的1/50以下。
14、如權(quán)利要求3所述的光拾波器，其特征在于還具備第2光柵結(jié)構(gòu)，
所述第2光柵結(jié)構(gòu)，形成由所述第1、第2及第3光束分別形成的p’次衍射光、q’次衍射光、以及r’次衍射光，p’、q’、r’為零以外的整數(shù)且不是單一的整數(shù)，各衍射光，在所述物鏡及光柵結(jié)構(gòu)的作用下，集束到與各光束對應(yīng)的光盤的信息面上。
15、如權(quán)利要求14所述的光拾波器，其特征在于所述第1、第2及第3光束，分別具有藍、紅及紅外的波長； p’＝2，q’＝r’＝1。
16、一種光盤裝置，是利用包含波長互不相同的第1及第2光束的多個光束，分別再生數(shù)據(jù)的與多種光盤對應(yīng)的光盤裝置，
具備
使光盤旋轉(zhuǎn)的電動機；和
存取所述光盤的光拾波器，
所述光拾波器，具備
多個光源，這些光源發(fā)射所述多個光束；
物鏡，該物鏡使所述多個光束聚光；
光柵結(jié)構(gòu)，該光柵結(jié)構(gòu)具有對于所述物鏡的光軸而言的軸對稱的形狀，
所述物鏡及光柵結(jié)構(gòu)，使利用所述光柵結(jié)構(gòu)而由所述第1光束形成的p次衍射光，集束到與所述第1光束對應(yīng)的光盤的信息層上，p為零以外的整數(shù)，而且，
所述物鏡及光柵結(jié)構(gòu)，使利用所述光柵結(jié)構(gòu)而由所述第2光束形成的q次衍射光，集束到與所述第2光束對應(yīng)的光盤的信息層上，q為零以外的整數(shù)，q≠p。
全文摘要
一種光拾波器，具備多個光源，這些光源發(fā)射包含波長互不相同的第1及第2光束的多個光束；物鏡，其使多個光束聚光；以及光柵結(jié)構(gòu)，其具有對于物鏡的光軸而言的軸對稱的形狀。使利用光柵結(jié)構(gòu)而由第1光束(例如藍色)形成的p次衍射光(p為零以外的整數(shù))，在物鏡及光柵結(jié)構(gòu)的集光作用下集束到與第1光束對應(yīng)的光盤(例如BD)的信息層上。另外，使利用光柵結(jié)構(gòu)而由第2光束(例如紅或紅外)形成的q次衍射光(q為零以外的整數(shù)，q≠p)，在物鏡及光柵結(jié)構(gòu)的集光作用下集束到與第2光束對應(yīng)的光盤(例如DVD或CD)的信息層上。這樣，通過適當利用不同次數(shù)的衍射光，在波長及基材厚度不同的光盤的聚光中可降低球面象差。
文檔編號G11B7/135GK101103400SQ20068000232
公開日2008年1月9日 申請日期2006年1月19日 優(yōu)先權(quán)日2005年1月20日
發(fā)明者西脅青兒, 百尾和雄 申請人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會社