會聚光學裝置、光學拾取頭和光碟裝置的製作方法
2023-12-03 11:13:31 2
專利名稱：會聚光學裝置、光學拾取頭和光碟裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及可通過單個物鏡在三種不同類型中任意一種的盤狀記錄介質上記錄信息信號並從其再現信息信號的會聚光學裝置和光學拾取頭，還涉及使用該會聚光學裝置和光學拾取頭的光碟裝置。
背景技術：
現已提出了適用於通過來自藍-紫半導體雷射器的波長約為405nm的光束對信號進行高密度記錄和再現的光碟(下文中稱為高密度記錄光碟)。此外，也已提出了具有覆蓋層的高密度記錄光碟，用於保護信號記錄層的該覆蓋層厚度小至0.1mm。
從為這樣的高密度記錄光碟提供光學拾取頭的角度，可能希望該光學拾取頭與包括CD(高密度盤)和DVD(數字通用光碟)在內的不同格式的光碟兼容，其中CD需要使用波長約為780nm的雷射束，而DVD需要使用波長約為660nm的雷射束。換句話說，需要可以與在盤結構和相關雷射器規格方面格式不同的光碟兼容的光學拾取頭和光碟裝置。
通過根據所用的波長切換物鏡以選擇性地使用不同類型的兩種光學系統(一個用於DVD和CD，另一個用於高密度記錄光碟)中的任一個，而在三種不同類型或格式中任一個的光碟上記錄信息信號並從其再現信息信號的方法是已知的。
但是，提供兩套光學系統意味著需要切換機構選擇使用多個不同類型的物鏡中任一個。此外，還需要兩個執行器和兩種不同類型的其他相關零件。這樣的布置阻礙了減小裝置尺寸並使整個結構非常複雜。
另一方面，為了減小裝置尺寸，需要與三種不同波長兼容的光學拾取頭。為了實現這樣的光學拾取頭，三種波長必須使用共同的光路，並且物鏡必須以這樣的方式來形成，即不管使用不同波長的光束和厚度不同的不同類型光碟，其都不引起任何像差。
可以想到的一種與三種不同波長兼容的光學拾取頭可以通過將物鏡與衍射元件組合來實現。可以想到將具有全息部分的衍射元件用於這樣的光學拾取頭，其中全息部分在其兩個表面上都有刻痕狀或臺階狀輪廓。這樣的衍射元件可用於衍射級次根據光束波長而變化的光束。
例如，專利文獻1[日本專利申請早期公開No.2003-177226]說明的衍射元件可發射對於兩種不同波長具有不同衍射級次的光束。
儘管具有這樣的衍射元件和物鏡的光學拾取頭可通過衍射元件來校正可歸因於碟片厚度的像差，但是可能由於衍射元件兩個表面處的衍射效率而引起光量減少的問題。
因此，由於各種問題(包括由於衍射損耗帶來的光量減少問題)，非常難以實現可與使用不同波長的高密度記錄光碟、DVD和CD兼容、並能實現相對於光碟而言記錄/再現性能優秀的光學拾取頭。
發明內容
因此，希望提供這樣的會聚光學裝置、光學拾取頭和光碟裝置，其可以通過僅布置在全息元件兩個表面之一上的全息部分來實現與三種不同波長的兼容性，從而減少由全息元件引起的衍射損耗並提高衍射效率以實現優秀的記錄/再現性能。
根據本發明，提供了一種會聚光學裝置，其包括物鏡，所述物鏡用於將從光源部分發射的第一到第三波長的光束會聚到光碟的信號記錄表面上；和布置在所述光源部分與所述物鏡之間的全息元件，所述全息元件具有兩個主要表面，其中所述全息元件在其所述主要表面之一上設有基準曲面，所述基準曲面是非球面形狀，並且在所述基準曲面上形成有全息部分。
根據本發明，還提供了一種光學拾取頭，用於通過不同波長的光束在多個光碟上記錄信號和/或從所述多個光碟再現信號，所述多個光碟各自具有不同厚度的保護襯底用於保護其記錄表面，所述光學拾取頭包括發射第一波長的光束的第一發射部分；發射第二波長的光束的第二發射部分；發射第三波長的光束的第三發射部分；物鏡，所述物鏡用於將分別從所述第一到第三發射部分發射的所述第一到第三波長的光束會聚到所述光碟的信號記錄表面上；和布置在所述第一到第三發射部分與所述物鏡之間的全息元件，所述全息元件具有兩個主要表面，其中所述全息元件在其所述主要表面之一上設有基準曲面，所述基準曲面是非球面形狀，並且在所述基準曲面上形成有全息部分。
根據本發明，還提供了一種光碟裝置，其包括光學拾取頭和用於驅動光碟旋轉的碟片旋轉驅動裝置，所述光學拾取頭用於在多個光碟上記錄信號和/或從所述多個光碟再現信號，所述多個光碟各自具有不同厚度的保護襯底用於保護其記錄表面，其中所述光學拾取頭包括發射第一波長的光束的第一發射部分；發射第二波長的光束的第二發射部分；發射第三波長的光束的第三發射部分；物鏡，所述物鏡用於將分別從所述第一到第三發射部分發射的所述第一到第三波長的光束會聚到所述光碟的信號記錄表面上；和布置在所述第一到第三發射部分與所述物鏡之間的全息元件，所述全息元件具有兩個主要表面，其中所述全息元件在其所述主要表面之一上設有基準曲面，所述基準曲面是非球面形狀，並且在所述基準曲面上形成有全息部分。
因此，由於根據本發明的會聚光學裝置包括布置在光源部分與物鏡之間用於將從光源部分發射的三種各自不同波長的光束會聚的全息元件，並且全息元件在其主要表面之一上設有基準曲面，該基準曲面是非球面形狀，並且在該基準曲面上形成有全息部分，所以現在可以實現與三種不同波長的兼容性並減少由全息元件引起的衍射損耗以防止會聚到光碟上的光束光量降低。因此，現在可以實現優秀的記錄和再現性能。
圖1是根據本發明的光碟裝置實施例的示意性框圖；圖2是根據本發明的光學拾取頭實施例中光學系統的光路示意圖；圖3是圖2的光學拾取頭實施例的全息元件中全息部分的示意性截面圖；
圖4是圖2的光學拾取頭實施例的全息元件中的全息部分的示意性截面圖，其中該全息部分被製成顯示出刻痕狀輪廓；圖5是圖示了經過全息元件的全息部分的光束不同衍射級次的衍射光強度與相位深度變化之間的關係的曲線圖；圖6是根據本發明的光學拾取頭另一實施例的光學系統的光路示意圖；圖7是圖6的光學拾取頭實施例中物鏡的示意性截面圖；並且圖8A到圖8C圖示了根據本發明的光學拾取頭的操作以及經過光學拾取頭的光束，圖8A是示出第三波長光束的光學拾取頭示意性截面圖，圖8B是示出第二波長光束的光學拾取頭示意性截面圖，而圖8C是示出第一波長光束的光學拾取頭示意性截面圖。
具體實施例方式
現在將參考圖示了根據本發明的具有光學拾取頭的光碟裝置優選實施例的附圖，更加詳細地對本發明進行說明。
參考圖1，其圖示了根據本發明的光碟裝置實施例的示意性框圖，光碟裝置1包括光學拾取頭3、主軸電機4和進給電機5，其中光學拾取頭3用於在光碟2上記錄信息和從其再現信息，主軸電機4用作驅動光碟2旋轉的驅動裝置，進給電機5用於在光碟2的徑向上移動光學拾取頭3。光碟裝置1是與不同標準兼容的標準間(inter-standard)光碟裝置，使得其可以在光碟上記錄信息和/或從其再現信息，其中所述光碟包括具有三種不同格式的三種不同類型中的任意一種和具有多層記錄層的光碟。
可用於此光碟裝置的光碟包括這樣的光碟，例如CD(高密度盤)、DVD(數字通用光碟)、可寫入信息的CD-R(可記錄CD)和DVD-R(可記錄DVD)、可以重寫信息的CD-RW(可重寫CD)、DVD-RW(可重寫DVD)和DVD+RW(可重寫DVD)，以及高密度記錄光碟和磁光碟，其中高密度記錄光碟可以通過約405nm的短髮射波長(藍紫色)的半導體雷射器來高密度記錄信息。
光學裝置或稱為光碟1的實施例適用於用三種不同類型的光碟2來記錄/再現信息。三種不同類型的光碟包括第一類型的光碟11，其具有厚度為0.1mm的保護襯底並適用於高密度記錄，其使用波長約405nm的光束作為記錄/再現光束；第二類型的光碟12(例如DVD)，其具有厚度為0.6mm的保護襯底並適合使用波長約655nm的光束作為記錄/再現光束；和第三類型的光碟13(例如CD)，其具有厚度為1.2mm的保護襯底並適合使用波長約780nm的光束作為記錄/再現光束。
在光碟裝置1中，主軸電機4和進給電機5由伺服控制部分9控制，伺服控制部分9是根據來自系統控制器7的命令依次控制的，系統控制器7用作碟片類型確定裝置以便根據碟片類型進行不同的操作。例如，驅動其以預定的單位時間轉數旋轉，該單位時間轉數是根據其驅動的光碟類型(可以是第一類型的光碟11、第二類型的光碟12或第三類型的光碟13)來確定的。
光學拾取頭3的光學系統與三種不同波長的光束兼容，並且適於將光束(其波長根據光碟而變化)發射到安裝在光碟裝置中的三種不同標準中任意一種光碟的記錄層上並對由記錄層反射的光束的反射光進行檢測。然後，光學拾取頭3根據其檢測到的反射光向前置放大器部分14提供與光束相對應的信號。
然後將前置放大器14的輸出饋送到信號調製解調和糾錯碼塊(下文中將稱為信號調製/解調及ECC塊)15。調製/解調及ECC塊15對信號進行調製和解調並給信號加入ECC(糾錯碼)。光學拾取頭3根據來自信號調製/解調及ECC塊15的命令用光束照射正在被驅動旋轉的光碟2的記錄層，並在光碟2上記錄信號或從其再現信號。
前置放大器部分14適用於根據與檢測到的光束(其根據光碟格式而變化)相對應的信號來產生聚焦誤差信號、尋軌誤差信號、RF信號等。因此，包括解調和糾錯在內的預定處理操作由伺服控制部分9、信號調製/解調及ECC塊15和其他相關元件根據光碟2的標準來進行，其中光碟2是信號記錄或信號再現的目標介質。
如果由信號調製/解調及ECC塊15所解調的記錄信號代表待存儲於計算機中的數據，則其經由接口16發送到外部計算機17。於是，外部計算機17可以接收記錄在光碟2上的信號作為再現的信號。
如果由信號調製/解調及ECC塊15所解調的記錄信號代表視聽數據，則在D/A及A/D轉換器18的D/A轉換部分中對其進行數/模轉換並將其提供給視聽處理部分19。於是，數據在視聽處理部分19中經過視聽處理並經由視聽信號輸入/輸出部分20發送到外部圖像拾取設備或投影儀(未示出)。
進給電機5和主軸電機4將光學拾取頭3移動到光碟2的預定記錄軌道的操作，以及驅動雙軸執行器將作為光學拾取頭3中會聚裝置的物鏡保持在聚焦方向和尋軌方向上的操作是由伺服控制部分9控制的。
雷射控制部分21控制光學拾取頭3中的雷射束源。特別地，在此具體實施例中，雷射控制部分21控制雷射束源的輸出功率以在記錄模式與再現模式之間進行區分。此外，雷射控制部分21根據光碟2的類型來控制雷射束源的輸出功率。雷射控制部分21根據由碟片類型確定部分22所檢測的光碟2的類型來切換光學拾取頭3的雷射束源。
碟片類型確定部分22可以根據第一到第三類型的光碟11、12、13之間在表面反射率、輪廓和外觀方面的差別來檢測光碟2的格式。
提供的光碟裝置1的各模塊能夠通過參考碟片類型確定部分22的檢測操作結果，根據安裝在其中的光碟2的規範來處理信號。
系統控制器7根據碟片類型確定部分22的檢測操作結果確定光碟2的類型。如果光碟是適於容納在盒倉中的類型，則確定光碟類型的通常技術是使用穿過檢測孔進行操作的接觸檢測傳感器或可壓開關，所述檢測孔是穿過盒倉鑽出的。用於檢測光碟所用記錄層的技術包括適於根據TOC(目錄)信息確定用於記錄或再現的記錄層的技術，其中所述TOC信息記錄在沿著光碟的最內側軌道排列的預先錄製(pre-mastered)凹坑或凹槽中。
伺服控制部分9通常可通過檢測光學拾取頭3和光碟2相對於彼此的位置(包括根據記錄在光碟2上的地址信號來檢測相對位置的過程)來確定用於記錄和/或再現的記錄區域。
具有上述結構的光碟裝置1通過主軸電機4驅動光碟2旋轉，並根據來自伺服控制部分9的控制信號控制進給電機5的驅動操作，以使光學拾取頭3移動到與光碟2的期望記錄軌道相對應的位置並在光碟2上記錄信息或從其再現信息。
下面將對上述記錄/再現光學拾取頭3進行更詳細的說明。
參考圖2，光學拾取頭3的實施例包括第一光源部分30，具有用於發射第一波長光束的第一發射部分和用於發射第二波長光束的第二發射部分；第二光源部分31，具有用於發射第三波長光束的第三發射部分；物鏡32，用於將從第一到第三發射部分發射的光束會聚到光碟2的信號記錄表面上；全息元件33，布置在第一到第三發射部分與物鏡32之間；第一耦合透鏡34，布置在第一光源部分30與全息元件33之間並適於用作發散角改變裝置以改變入射光束的發散角；第二耦合透鏡35，布置在第二光源部分31與全息元件33之間並適於用作發散角改變裝置以改變入射光束的發散角；第一分束器36，用於為由信號記錄表面反射的返回光束形成(後向)光路作為前向光路的分支；第二分束器37，用作光路合成裝置來合併從第一光源部分30發射的光束光路和從第二光源部分31發射的光束光路；以及光電檢測器38，用於接收由第一分束器36分離的返回光束。
第一光源部分30具有第一發射部分和第二發射部分，第一發射部分用於將約為405nm的第一波長的光束髮射到第一光碟11上，第二發射部分用於將約為655nm的第二波長的光束髮射到第二光碟12上。第二光源部分31具有第三發射部分用於將約為780nm的第三波長的光束髮射到第三光碟13上。儘管在此實施例中使第一和第二發射部分以及第三發射部分屬於各自不同的光源部分，但本發明決不限於此，根據本發明的光學拾取頭也可以布置為包括具有第一和第三發射部分的光源部分以及具有第二發射部分的光源部分。儘管在上述實施例中將具有第一到第三發射部分之中兩個的光源部分以及具有其餘發射部分的光源布置在各自不同的位置處，但本發明決不限於此，根據本發明的光學拾取頭也可以布置為包括這樣的光源部分，其具有的第一到第三發射部分基本位於同一位置或者位於各自不同的位置處。
物鏡32將第一到第三波長之一的入射光束會聚到光碟2的信號記錄表面上。物鏡32由通常為雙軸執行器的物鏡驅動機構(未示出)可動地夾持。物鏡32由雙軸執行器根據尋軌誤差信號和聚焦誤差信號(這兩者根據由光電檢測器38所檢測到的從光碟2返回的光束的RF信號產生)來驅動操作，以在兩個軸向上運動，所述兩個軸向包括其朝向和遠離光碟2運動所沿的方向和光碟2的徑向。物鏡32將從第一到第三發射部分之一發射的光束不變地會聚到光碟2的信號記錄表面上，並同時使會聚光束遵循光碟2的信號記錄表面上形成的記錄軌道。
此外，物鏡32布置為相對於第一波長的光束不產生任何像差。其具有第一表面S1(位於接收前向行進光束的一側)和第二表面S2(位於光碟附近)。第一和第二表面S1、S2具有由下式(1)表示的非球面形狀。注意在式(1)中，r1代表曲率半徑，x代表離開光軸的距離，而A1到J1代表非球面係數，Z1代表在離開光軸的距離為x的位置處在光軸的方向上離開這樣的平面的距離，該平面與光軸垂直相交並適於用作基準。
Z1=r1-1x21+1-(1+k1)r1-2x2+A1x4+B1x6+C1x8+D1x10+E1x12+F1x14+G1x16+H1x18+J1x20---(1)]]>物鏡32適於將作為準直光進入其的第一波長光束會聚到第一光碟11的信號記錄表面上。物鏡32將以預定發散角進入其的第二波長光束會聚到第二光碟12的信號記錄表面上，還將以預定發散角進入其的第三波長光束會聚到第三光碟13的信號記錄表面上。
全息元件33由玻璃材料製成，並如圖2和3所示在其兩個表面中靠近物鏡32的一個上設有呈非球面形狀並用作基準曲面的凹陷33a，全息部分33b形成在凹陷33a上。全息部分33b由可直接機加工或在模子中成型的丙烯酸樹脂材料製成。例如，它可以由丙烯酸類樹脂材料在全息元件33的凹陷33a的基準曲面上通過複製成型(replica molding)而形成。
儘管在此實施例中全息部分33b是通過丙烯酸類紫外凝固樹脂在凹陷33a(其呈非球面形狀並用作由玻璃材料製成的全息元件33的基準曲面)上複製成型形成的，但是本發明決不限於此，全息部分可以通過用諸如ZEONEX(商標名)的丙烯酸類樹脂與全息元件一體成形或直接機加工。
全息元件33的更靠近其前向行進光束進入一側的另一表面設有用於限制孔徑的孔徑限制裝置33c，以使穿過的光束所用的數值孔徑與光碟2的格式匹配。
全息部分33b的基準曲面由下式(2)表示。注意在式(2)中，c代表曲率半徑，k代表錐度係數，而A到D代表非球面係數，x和Z(x)分別代表離開光軸的距離和非球面的下垂程度(或者在離開光軸的距離為x的位置處在光軸的方向上離開這樣的平面的距離，該平面與光軸垂直相交並適於用作基準)。
Z(x)=cx21+1-(1+k)c2x2+Ax4+Bx6+Cx8+Dx10---(2)]]>將在基準曲面上形成的全息部分33b製成具有連續布置的臺階部分並呈現階梯狀輪廓，並使每個臺階部分呈現出由下式(3)所確定的深度d。注意在式(3)中，d代表全息部分的每個臺階部分的深度，m代表衍射光的衍射級次(第m級)，而λ代表入射光束的波長，N代表全息部分33b的丙烯酸類樹脂材料的折射率。
d＝mλ/(N-1) ...(3)在上式(3)中，d由m＝2，N＝1.543和λ＝0.405確定。這樣，深度d為d＝2×0.405/(1.543-1)＝1.492(μm)。
形成於基準曲面上的全息部分33b產生的光程差由下式(4)表示。注意在式(4)中，C1到C4代表全息係數，x代表離開光軸的距離，而P(x)代表離開光軸距離為x的位置處的光程差。
P(x)＝C1x2+C2x4+C3x6+C4x8+C5x10...(4)對於全息元件33的基準曲面和全息部分33b，上式(1)和(2)中的係數k、A到D和C1到C4分別由下式(5)表示。
k＝-1C1=-N-1mc2]]>C2=-N-1mA]]>C3=-N-1mB]]>C4=-N-1mC]]>C5=-N-1mD---(5)]]>經過具有上述結構的全息元件33的全息部分33b的第一到第三波長的光束由全息部分33b變成不同衍射級次的光束。更具體地說，使第一波長的光束表現出的第二級衍射光量基本等於100％，並使第二和第三波長的光束表現出的第一級衍射光量不小於96％。
如圖3所示，全息元件33的全息部分33b將作為準直光進入其的第一波長光束B1的第二級衍射光B12仍作為準直光發射，而其將作為準直光進入其的第二和第三波長的光束B2、B3的第一級衍射光B21和B31作為發散光發射。
至於第一波長光束的第二級衍射光，其可歸因於全息部分33b的衍射角和非球面基準曲面的折射角彼此抵消，使其作為準直光朝向物鏡32發射。
全息部分33b通過物鏡32來校正第二和第三波長光束的像差，物鏡32如上所述不對第一波長光束產生任何像差。換句話說，全息部分33b可以通過提供第二和第三波長的光束而消除在光碟2的信號記錄表面上引起的像差，所述第二和第三波長的光束在其進入物鏡32之前具有的像差可抵消物鏡32產生的像差。
由於全息部分33b形成於全息元件33的非球面基準曲面上，所以與需要多個加工步驟的已知全息元件相比，其可以通過機加工或者成型容易地製造。簡而言之，形成全息元件33的效率提高了。
儘管在此實施例中，全息部分呈現出具有臺階部分(其預定深度d由上述方式確定)的階梯狀輪廓，但本發明決不限於此，其也可以呈現出如圖4所示的刻痕狀輪廓。
儘管在此實施例中用作基準曲面的非球面凹陷33a布置在全息元件33的更靠近物鏡32的光發射側且全息部分33b布置在凹陷33a上，但本發明決不限於此。例如，非球面基準曲面也可以布置在全息元件33的光接收側，全息部分33b可以布置在基準曲面上。還可以將非球面基準曲面製成呈凸出輪廓，全息部分可以在用作基準曲面的非球面凸出部分上形成。
第一耦合透鏡34改變從第一光源部分30發射的第一或第二波長光束的發散角並在其朝向第二分束器37發射光束之前使光束基本準直。
第二耦合透鏡35改變從第二光源部分31發射的第三波長光束的發散角並將其朝向第二分束器37發射。
第一分束器36布置在第一耦合透鏡34和第二耦合透鏡35與全息元件33之間的光路上，通過其反射鏡表面36a為來自光碟2的返回光束形成(後向)光路作為前向光路的分支，並發射返回的光束。用於將分支光路的雷射束會聚到光電檢測器38的光接收表面上的光學元件39(通常是柱透鏡)布置在第一分束器36與光電檢測器38之間。
第二分束器37布置在第一耦合透鏡34和第二耦合透鏡35與第一分束器36之間的光路上，並具有表現出波長選擇性的反射鏡表面37a。反射鏡表面37a使從第一光源部分30的第一發射部分發射的光束和從第二發射部分發射的光束透射，並使從第二光源部分31的第三發射部分發射的光束反射，以合併從第一到第三發射部分所發射的光束的光路。
具有上述結構的光學拾取頭3根據光電檢測器38所獲得的聚焦誤差信號和尋軌誤差信號驅動物鏡32，以將其移動到相對於光碟2信號記錄表面的聚焦位置處。這樣，光束被聚焦到光碟2的信號記錄表面上，信息被記錄在光碟2上或從其再現。
這樣，光學拾取頭3可以用具有不同波長並從第一和第二光源部分30、31的多個發射部分發射的光束中相應的一個，通過全息元件33獲得最優衍射效率和最優衍射角，從而從多個不同類型的光碟11、12、13中任一個讀取信號及寫入信號。
上述光學拾取頭3的物鏡32和全息元件33用作會聚光學裝置以將進入的光束會聚到預定位置上。在該會聚光學裝置中，全息元件33布置在物鏡32的光接收側，並且在其兩個表面中的用作非球面基準曲面的一個上設有全息部分33b。通過這樣的布置，會聚光學裝置可以與三種不同波長的光束兼容，並同時通過減少可歸因於全息元件的衍射損耗而防止會聚光束光量的任何下降。
下面將討論光學拾取頭3在第一到第三光碟11、12、13中任一個上進行信號記錄/再現操作的原理以及全息元件33因此實現相對於不同格式的兼容性的原理。
如上所述，光學拾取頭3僅通過形成於全息元件33兩個表面之一上的全息部分即可使其自身適應三種不同類型的光碟。光學拾取頭3將第二級衍射光用於與第一光碟11相對應的約405nm的第一波長的光束，而將第一級衍射光既用於與第二光碟12相對應的約660nm的第二波長的光束又用於與第三光碟13相對應的約780nm的第三波長的光束。
圖3示出了全息元件33中用於形成全息部分33b的凹陷33a以及形成於凹陷33a上的全息部分33b的輪廓。參考圖3，虛線L指示了凹陷33a用於界定全息部分33b輪廓的非球面基準曲面。
如圖3所示，全息部分33b形成為具有連續布置的臺階部分並呈現階梯狀輪廓。將臺階部分在光軸方向上看去的深度製成彼此相等。更具體地說，使其等於第一波長(405nm)相位差的整數倍。臺階部分的深度根據所使用衍射光的級次(哪一級的衍射光)來限定。
全息部分33b階梯狀輪廓的臺階部分的每級(臺階)深度d由上述式(3)確定。注意在式(3)中，d代表全息部分的臺階部分每級的深度，m代表衍射光的衍射級次(第m級)，而λ代表入射光束的波長，N代表全息部分33b的丙烯酸類樹脂材料的折射率。
由於此處將第二級衍射光用於第一波長光束，式(3)的係數由下式(6)表示。
m＝2N＝1.543...(6)λ＝0.405由式(3)和(6)，深度d為d＝2×0.405/(1.543-1)＝1.492(μm)。
除了由反射和吸收引起的損耗以外，衍射光量相對於進入上述結構全息部分的第一波長(405nm)光束的光量之比理論上是100％。
下面將討論非球面基準曲面與全息部分33b的輪廓之間的關係。
穿過全息部分33b的光束的衍射角由光柵的柵距(或在與光軸垂直相交的平面中看去階梯的臺階部分的面內間距)確定。穿過全息部分的光束光量被確定為光柵深度(或在光軸方向上看去階梯的每級臺階部分深度d)的函數。由於全息元件33形成為使由臺階部分間距確定的衍射角牴消且消除由基準曲面的非球面形狀確定的折射角，所以第一波長光束的第二級衍射光從全息元件33發射筆直向前行進，或者說作為準直光發射。
由於全息部分33b以上述方式形成，所以使用了起初為第一波長設計的物鏡32。換句話說，物鏡32設計為在其將第一波長光束會聚到光碟11的信號記錄表面上時不引起任何像差。
另一方面，第二波長光束和第三波長光束都由全息部分33b衍射，但全息元件33的非球面形狀優化為使得由於第二光碟12的厚度與波長之間的關係而產生的球差以及由於第三光碟13的厚度與波長之間的關係而產生的球差兩者都通過非球面基準曲面所產生的衍射角和折射角得到校正。換句話說，非球面形狀的設計是為了校正球差。
如上面所指出的，第一波長的光束經過全息部分33b筆直向前行進。換句話說，其作為準直光進入全息部分並作為準直光從全息部分發射。這樣，全息部分33b的相位差和非球面形狀表現出如下所述的關係。
全息元件33的全息部分33b基準曲面的非球面表面由上述式(2)限定。另一方面，全息部分33b產生的光程差由上述式(4)限定。
因此，對於由全息部分33b引起的用於抵消折射角的衍射角，其必須滿足下式(7)所限定關係的要求，其中所述折射角是非球面基準曲面對於穿過具有全息部分33b的全息元件33的第m級衍射光引起的。注意在式(7)中，N代表全息部分33b的丙烯酸類樹脂的折射率，m代表衍射級次。
Total=Z(x)+mP(x)N-1=0---(7)]]>當全息部分33b的輪廓以這樣的方式限定，即係數k、A到D以及C1到C4滿足上述式(5)的各關係時，滿足上述式(7)要求的關係。
當全息部分33b形成為呈現出階梯狀輪廓(全息部分33b的臺階部分深度等於由上述式(3)所限定的d)時，第一波長的光束筆直向前行進，並且第二波長光束的像差和第三波長光束的像差得到校正。注意在上述式(3)中，d代表全息部分的每級臺階部分的深度，m代表衍射光的衍射級次(第m級)，而λ代表入射光束的波長，N代表全息部分33b的丙烯酸類樹脂材料的折射率。
下面將說明將第二級衍射光用於第一波長光束而將第一級衍射光用於第二波長光束和第三波長光束的原因。
圖5是圖示了穿過全息元件33的全息部分的光束的不同衍射級次衍射光強度或衍射光量與相位深度P(x)的變化之間關係的曲線圖。換句話說，圖5圖示了全息元件33的衍射效率。在圖5中，實線L0指示強度相對於第0級衍射光相位深度的變化，點劃線L1指示強度相對於第一級衍射光相位深度的變化，而雙點劃線L2指示強度相對於第二級衍射光相位深度的變化，虛線L3、L4和L5分別指示強度相對於第三、第四和第五級衍射光相位深度的變化。
在圖5中畫出的虛線Lb1、Lb2和Lb3確定了第一到第三波長光束的強度。更具體地說，當如虛線Lb1所指示，第一波長(405nm)光束的第二級衍射光強度最大並且因此相位深度為2λ時，第二波長(660nm)光束的相位深度為1.12λ，且如虛線Lb2所示第一級衍射光被衍射不少於96％，並且第三波長(780nm)光束的相位深度為0.93λ，且如虛線Lb3所示第一級衍射光被衍射不少於97％。這樣，可以為光的使用者實現很高的效率並獲得足夠光量來用三種不同類型的光束(第一到第三波長的光束)進行信號的記錄和再現。
第二波長光束的相位深度和第三波長光束的相位深度可由下式(8)計算。注意在式(8)中，d代表深度，根據上式(3)和(6)其等於1.492(μm)，Nw代表全息部分33b的折射率，其對於第二波長(660nm)的光束等於1.497且對於第三波長(780nm)的光束等於1.544，而λ代表入射光束的波長。
P＝d×(Nw-1)/λ ...(8)下面將參考圖2說明從上述光學拾取頭3的第一和第二光源部分30、31所發射的光束的光路。首先將說明發射到第一光碟11上以讀取或寫入信息的第一波長光束的光路。
當碟片類型確定部分22確定光碟2的類型為第一光碟11的類型時，使第一光源部分30的第一發射部分發射第一波長光束。
從第一光源部分30的第一發射部分發射的第一波長光束由第一耦合透鏡34改變其發散角並在其朝向第二分束器37發射之前變成基本準直光束。由第一耦合透鏡34準直的第一波長光束透射經過第二分束器37的反射鏡表面37a並經過第一分束器36的反射鏡表面36a，而進入全息元件33。
進入全息元件33的第一波長光束由布置在全息元件33另一表面處的孔徑限制裝置33c限制孔徑，並由布置在光束進入全息元件33時所經表面處的全息部分33b衍射。此時全息部分33b使第一波長光束的衍射光表現出基本等於100％的光量用於第二級衍射光，並且由全息部分33b引起的衍射角牴消由非球面基準曲面引起的折射角而使第一波長光束作為準直光發射。
由全息元件33衍射的第一波長光束的第二級衍射光被物鏡32恰當地會聚到第一光碟11的信號記錄表面11a上。
會聚到第一光碟11上的光束由信號記錄表面反射，並在其由第一分束器36的反射鏡表面36a反射和朝向光電檢測器38發射之前經過物鏡32和全息元件33。之後，由第一分束器36形成分支的光束由光學元件39會聚到光電檢測器38的光接收表面上並被檢測。
現在將說明發射到第二光碟12上以讀取或寫入信息的第二波長光束的光路。
當碟片類型確定部分22確定光碟2的類型為第二光碟12的類型時，使第一光源部分30的第二發射部分發射第二波長光束。
從第一光源部分30的第二發射部分發射的第二波長光束由第一耦合透鏡34改變其發散角並在其朝向第二分束器37發射之前變成基本準直光束。由第一耦合透鏡34準直的第二波長光束透射經過第二分束器37的反射鏡表面37a並經過第一分束器36的反射鏡表面36a，而進入全息元件33。
進入全息元件33的第二波長光束由布置在全息元件33另一表面處的孔徑限制裝置33c限制孔徑，並由布置在光束進入全息元件33時所經表面處的全息部分33b衍射。此時全息部分33b使第二波長光束的衍射光表現出基本等於96％的光量用於第一級衍射光，並且當光束經過物鏡時產生的像差得到校正並作為發散光發射，這將在下文中進行更詳細的說明。
由全息元件33衍射的第二波長光束的第一級衍射光被物鏡32恰當地會聚到第二光碟12的信號記錄表面12a上。
由第二光碟12的信號記錄表面12a所反射光束的返回光路與第一波長光束的上述返回光路相同，因此將不再進一步說明。
現在將說明發射到第三光碟13上以讀取或寫入信息的第三波長光束的光路。
當碟片類型確定部分22確定光碟2的類型為第三光碟13的類型時，使第二光源部分31的第三發射部分發射第三波長的光束。
從第二光源部分31的第三發射部分發射的第三波長光束由第二耦合透鏡35改變其發散角並朝向第二分束器37發射。由第二耦合透鏡35改變發散角的第三波長光束由第二分束器37的反射鏡表面37a反射，其光路發生變化並在此後與第一和第二波長光束的上述光路合併。由第二分束器37的反射鏡表面37a反射的第三波長光束透射經過第一分束器36的反射鏡表面36a，而進入全息元件33。
進入全息元件33的第三波長光束由布置在全息元件33另一表面處的孔徑限制裝置33c限制孔徑，並由布置在光束進入全息元件33時所經表面處的全息部分33b衍射。此時全息部分33b使第三波長光束的衍射光表現出基本等於96％的光量用於第一級衍射光，並且當光束經過物鏡時產生的像差得到校正並作為發散光發射，這將在下文中進行更詳細的說明。
由全息元件33衍射的第三波長光束的第一級衍射光被物鏡32恰當地會聚到第三光碟13的信號記錄表面13a上。
由第三光碟13的信號記錄表面13a所反射光束的返回光路與第一波長光束的上述返回光路相同，因此將不再進一步說明。
儘管在此實施例中第三波長光束是由第二耦合透鏡35改變發散角的，但本發明決不限於此。也可以布置為通過調整第三發射部分的位置安排，使第三波長光束經由第二分束器37和第一分束器36進入全息元件33而不改變發散角。
此外，此實施例中在進入全息元件33之前，儘管第一和第二波長光束由第一耦合透鏡34基本準直，第三波長光束由第二耦合透鏡35變成發散光，但本發明決不限於此。例如，也可以布置為使得在進入全息元件之前，第一到第三波長的所有光束都被準直，或者第一到第三波長光束的某些或全部都變成發散光或會聚光。
根據本發明的光學拾取頭3的實施例在第一和第二光源部分30、31與物鏡32之間設有全息元件33用於將從布置在第一和第二光源部分30、31中的第一到第三發射部分所發射的三種不同類型的光束會聚，並且在全息元件33的兩個表面之一處的凹陷33a上形成全息部分33b，所述凹陷33a具有非球面基準曲面以使光學拾取頭3與三種波長兼容並通過減少可歸因於全息元件33的衍射損耗而防止會聚到光碟上的光束光量的任何降低。這樣，光學拾取頭的此實施例可使其自身不僅易用於信號再現，而且易用於信號記錄，從而實現優秀的記錄/再現特性。
這樣，根據本發明的光學拾取頭3的上述實施例通過單個全息元件即可得到最優衍射效率和最優衍射角，使其可以用從布置在第一和第二光源部分30、31中的多個發射部分所發射的不同波長光束中選擇的匹配光束而從不同類型的光碟11、12、13中任一個讀取信號和在其上寫入信號。此外，對所有的光碟共用例如物鏡的光學零件，使其可以簡化結構並減小光學拾取頭的尺寸。因此，本發明可以實現高生產率和低成本。
此外，根據本發明的光學拾取頭3的上述實施例通過單個全息元件即可對多個不同波長的光束得到最優衍射效率和最優衍射角，使得其可對所有的光碟共用例如物鏡的光學零件以使其可以簡化結構並減小光學拾取頭的尺寸。因此，本發明可以實現高生產率和低成本。
此外，在根據本發明的光學拾取頭3的上述實施例中，全息元件33在其非球面基準曲面上設有全息部分33b，與具有全息輪廓(需要多個製備步驟)的傳統全息元件相比，可以以提高的效率加工該全息元件33。這樣，光學拾取頭3的上述實施例可以進一步提高生產率和降低製造成本。
儘管在光學拾取頭3的上述實施例中，第一和第二發射部分布置在第一光源部分30中而第三發射部分布置在第二光源部分31中，但本發明決不限於此，例如，也可以將所有的第一到第三發射部分布置在單個光源部分中。
現在將參考圖6說明包括單個光源部分的光學拾取頭50的實施例，該單個光源部分具有第一到第三發射部分。在以下說明中，與光學拾取頭3的上述實施例共有的部分分別用相同標號標記並且不再進行詳細說明。
如圖6所示，光學拾取頭50包括光源部分51，具有第一到第三發射部分並適用於發射不同波長的多個光束；物鏡32，用於將從光源部分51發射的光束會聚到光碟2的信號記錄表面上；全息元件33，布置在光源部分51與物鏡32之間；耦合透鏡54，布置在光源部分51與全息元件33之間並適用於作為發散角改變裝置以改變入射光束的發散角；分束器56，用於為信號接收表面反射的返回光束形成(後向)光路作為前向光路的分支；和光電檢測器38，用於接收由分束器56分開的返回光束。
光學拾取頭50另外還包括布置在分束器56與全息元件33之間用作選擇性發散角改變裝置的衍射元件55，所述選擇性發散角改變裝置用於根據入射光束的波長改變其發散角。
光源部分51具有用於將約405nm的第一波長光束髮射到第一光碟11上的第一發射部分、用於將約655nm的第二波長光束髮射到第二光碟12上的第二發射部分以及用於將約780nm的第三波長光束髮射到第三光碟13上的第三發射部分。
耦合透鏡54改變從光源部分51發射的第一到第三波長中任一個光束的發散角，並在光束朝向分束器56發射之前使其基本準直。
分束器56布置在耦合透鏡54與全息元件33之間的光路上，並像上述實施例中的第一分束器36一樣，通過其反射鏡表面56a為來自光碟2的返回光束形成(後向)光路作為前向光路的分支並發射返回光束。用於將分支光路的雷射束會聚到光電檢測器38的光接收表面上的光學元件39(通常是柱透鏡)布置在分束器56與光電檢測器38之間。
衍射元件55使第一和第二波長的光束透射並使第三波長的光束衍射。換句話說，其選擇性地改變第三波長光束的發散角。因此，衍射元件55使作為準直光進入其的第一和第二波長光束仍作為準直光透射，但使作為準直光進入其的第三波長光束衍射並將其作為發散光發射。
具有上述結構的光學拾取頭50根據光電檢測器38所獲得的聚焦誤差信號和尋軌誤差信號驅動物鏡32，以將其移動到相對於光碟2信號記錄表面的聚焦位置處。這樣，光束被聚焦到光碟2的信號記錄表面上，並且信息被記錄在光碟2上或從其再現。
這樣，光學拾取頭50可以用具有不同波長並從光源部分51的多個發射部分發射的光束中相應的一個，通過全息元件33獲得最優衍射效率和最優衍射角，從而從多個不同類型的光碟11、12、13中任一個讀取信號及在其上寫入信號。
上述光學拾取頭50的物鏡32和全息元件33用作會聚光學裝置以將進入的光束會聚到預定位置上。在該會聚光學裝置中，全息元件33布置在物鏡32的光接收側，並且在其兩個表面中用作非球面基準曲面的一個上設有全息部分33b。通過這樣的布置，會聚光學裝置可以與三種不同波長的光束兼容，並同時通過減少可歸因於全息元件的衍射損耗而防止會聚光束光量的任何下降。
由於光學拾取頭50在第一到第三光碟11、12、13中任一個上進行信號記錄/再現操作的原理以及全息元件33因此實現對於不同格式的兼容性的原理與上述光學拾取頭3的相同，所以在此不再進一步說明。
下面將參考圖6說明從上述光學拾取頭50的光源部分51所發射的光束的光路。首先將說明發射到第一光碟11上以讀取或寫入信息的第一波長光束的光路。
當碟片類型確定部分22確定光碟2的類型為第一光碟11的類型時，使光源部分51的第一發射部分發射第一波長光束。
從光源部分51的第一發射部分發射的第一波長光束由耦合透鏡54改變其發散角並在其朝向分束器56發射之前變成基本準直光束。由耦合透鏡54準直的第一波長光束透射經過分束器56的反射鏡表面56a並經過衍射元件55，而進入全息元件33。
進入全息元件33的第一波長光束由布置在全息元件33另一表面處的孔徑限制裝置33c限制孔徑，並由布置在光束進入全息元件33時所經表面處的全息部分33b衍射。此時全息部分33b使第一波長光束的衍射光表現出基本等於100％的光量用於第二級衍射光，並且由全息部分33b引起的衍射角牴消由非球面基準曲面引起的折射角而使第一波長光束作為準直光發射。
由全息元件33衍射的第一波長光束的第二級衍射光由物鏡32恰當地會聚到第一光碟11的信號記錄表面11a上。
會聚到第一光碟11上的光束由信號記錄表面反射，並在其由分束器56的反射鏡表面56a反射和朝向光電檢測器38發射之前經過物鏡32、全息元件33和衍射元件55。之後，由分束器56形成分支的光束由光學元件39會聚到光電檢測器38的光接收表面上並被檢測。
現在將說明發射到第二光碟12上以讀取或寫入信息的第二波長光束的光路。
當碟片類型確定部分22確定光碟2的類型為第二光碟12的類型時，使光源部分51的第二發射部分發射第二波長的光束。
從光源部分51的第二發射部分發射的第二波長的光束由耦合透鏡54改變其發散角並在其朝向分束器56發射之前變成基本準直光束。由耦合透鏡54準直的第二波長光束透射經過分束器56的反射鏡表面56a和衍射元件55，而進入全息元件33。
進入全息元件33的第二波長光束由布置在全息元件33另一表面處的孔徑限制裝置33c限制孔徑，並由布置在光束進入全息元件33時所經表面處的全息部分33b衍射。此時全息部分33b使第二波長光束的衍射光表現出基本等於96％的光量用於第一級衍射光，並且當光束經過物鏡時產生的像差得到校正並作為發散光發射，這將在下文中進行更詳細的說明。
由全息元件33衍射的第二波長光束的第一級衍射光由物鏡32恰當地會聚到第二光碟12的信號記錄表面12a上。
由第二光碟12的信號記錄表面12a所反射光束的返回光路與第一波長光束的上述返回光路相同，因此將不再進一步說明。
現在將說明發射到第三光碟13上以讀取或寫入信息的第三波長光束的光路。
當碟片類型確定部分22確定光碟2的類型為第三光碟13的類型時，使光源部分51的第三發射部分發射第三波長的光束。
從光源部分51的第三發射部分發射的第三波長的光束由耦合透鏡54改變其發散角並朝向分束器56發射。之後由耦合透鏡54準直的第三波長光束透射經過分束器56的反射鏡表面56a，並在其進入全息元件33之前由衍射元件55衍射和改變發散角。
進入全息元件33的第三波長光束由布置在全息元件33另一表面處的孔徑限制裝置33c限制孔徑，並由布置在光束進入全息元件33時所經表面處的全息部分33b衍射。此時全息部分33b使第三波長光束的衍射光表現出基本等於96％的光量用於第一級衍射光，並且當光束經過物鏡時產生的像差得到校正並作為發散光發射，這將在下文中進行更詳細的說明。
由全息元件33衍射的第三波長光束的第一級衍射光由物鏡32恰當地會聚到第三光碟13的信號記錄表面13a上。
由第三光碟13的信號記錄表面13a所反射光束的返回光路與第一波長光束的上述返回光路相同，因此不再進一步說明。
儘管在進入全息元件33之前第一到第三波長的所有光束都由耦合透鏡54基本準直，並且只有第三波長光束由衍射元件55變成發散光，但本發明決不限於此。例如，在對第一到第三波長的所有光束進行準直之後，可以在第一到第三波長的光束進入全息元件之前將第一到第三波長的任意或所有光束變成發散光或會聚光。
根據本發明的光學拾取頭50的實施例在光源部分51與物鏡32之間設有全息元件33用於將從布置在光源部分51中的第一到第三發射部分所發射的三種不同類型的光束會聚，並且在全息元件33的兩個表面之一處的凹陷33a上形成全息部分33b，所述凹陷33a具有非球面基準曲面以使光學拾取頭50與三種波長兼容並通過減少可歸因於全息元件的衍射損耗而防止會聚到光碟上的光束光量的任何降低。這樣，光學拾取頭的此實施例可使其自身不僅易用於信號再現，而且易用於信號記錄，以實現優秀的記錄/再現特性。
這樣，根據本發明的光學拾取頭50的上述實施例通過單個全息元件即可得到最優衍射效率和最優衍射角，使其可以用從布置在光源部分51中的多個發射部分所發射的不同波長光束中選擇的匹配光束而從不同類型的光碟11、12、13中任一個讀取信號和在其上寫入信號。此外，對所有的光碟共用例如物鏡的光學零件，使其可以簡化結構並減小光學拾取頭的尺寸。因此，本發明可以實現高生產率和低成本。
此外，根據本發明的光學拾取頭50的上述實施例通過單個全息元件即可對多個不同波長的光束得到最優衍射效率和最優衍射角，使得其可對所有的光碟共用例如物鏡的光學零件以使其可以簡化結構並減小光學拾取頭的尺寸。因此，本發明可以實現高生產率和低成本。
此外，在根據本發明的光學拾取頭50的上述實施例中，全息元件33在其非球面基準曲面上設有全息部分33b，與具有全息輪廓(需要多個製備步驟)的傳統全息元件相比，可以以提高的效率加工該全息元件33。這樣，光學拾取頭50的上述實施例可以進一步提高生產率和降低製造成本。
儘管在光學拾取頭3或光學拾取頭50的上述實施例中，第一到第三發射部分布置在一個或兩個光源部分中，但本發明決不限於此，例如，也可以將所有的第一到第三發射部分分別布置在不同位置。
根據本發明的會聚光學裝置包括一個或多於一個光源部分、物鏡32和全息元件33，該全息元件33布置在光源部分(或多個光源部分)與物鏡32之間用於將從布置在光源部分(或多個光源部分)中的第一到第三發射部分發射的三種不同類型光束會聚，並且在全息元件33的兩個表面之一處的凹陷33a上形成全息部分33b，所述凹陷33a具有非球面基準曲面以使光學拾取頭3與三種波長兼容並通過減少可歸因於全息元件33的衍射損耗而防止會聚到光碟上的光束光量的任何降低。這樣，根據本發明的會聚光學裝置通過單個全息元件即可對多個不同波長的光束得到最優衍射效率和最優衍射角，使得其可對所有的光碟共用例如物鏡的光學零件以使其可以實現用於信號再現和信號記錄的光學拾取頭以及結構簡單且尺寸較小的光碟裝置。因此，本發明可以實現高生產率和低成本。
根據本發明的光碟裝置1包括一個或多於一個光源部分、物鏡32和全息元件33，該全息元件33布置在光源部分(或多個光源部分)與物鏡32之間用於將從布置在光源部分(或多個光源部分)中的第一到第三發射部分發射的三種不同類型光束會聚，並且在全息元件33的兩個表面之一處的凹陷33a上形成全息部分33b，所述凹陷33a具有非球面基準曲面以使光學拾取頭3與三種波長兼容並通過減少可歸因於全息元件33的衍射損耗而防止會聚到光碟上的光束光量的任何降低。這樣，光碟裝置可使其自身不僅易用於信號再現，而且易用於信號記錄，以實現優秀的記錄/再現特性。
因此，根據本發明的光碟裝置1通過布置在其光學拾取頭中的單個全息元件即可得到最優衍射效率和最優衍射角，使其可以用從布置在光源部分中的多個發射部分所發射的不同波長光束中選擇的匹配光束而在不同類型的光碟11、12、13中任一個上記錄信號和從其再現信號。此外，對所有的光碟共用例如物鏡的光學零件，使其可以簡化結構並減小光學拾取頭的尺寸。因此，本發明可以實現高生產率和低成本。
現在將參考圖7和8以及下列表1到3中所列數據對根據本發明的光學拾取頭的全息元件33和物鏡32進行更具體的說明。
表1
表2
表3
上面的表1示出在上述式(4)中為全息元件33的全息部分33b的全息係數選擇的具體值。表2示出在上述式(2)中為全息部分33b的基準曲面的非球面形狀的非球面係數選擇的具體值。表1的值和表2的值滿足上述式(5)的關係(當m＝2和N＝1.543時)。
上面的表3示出在上述式(1)中為非球面係數等選擇的具體值，用於物鏡32的第一表面S1(靠近全息元件)的形狀和第二表面S2(靠近光碟)的非球面形狀。表3的值滿足上述式(1)的關係。
物鏡32的折射率N2作為波長的函數而變化。對於第一波長(405nm)的折射率N21為1.83664，對於第二波長(660nm)的折射率N22為1.79597，而對於第三波長(780nm)的折射率N23為1.78899。
第一到第三光碟的折射率N3對於第一到第三波長都相同，並可表示為N3＝1.533。
至於第一到第三光碟的保護襯底厚度T，第一光碟的保護襯底厚度T1為0.1(mm)，第二光碟的保護襯底厚度T2為0.6(mm)，而第三光碟的保護襯底厚度T3為1.2(mm)。
圖8A、8B、8C圖示了全息元件33和物鏡32對於第一到第三光碟11、12、13是如何操作用於信號記錄和再現的。如圖8C和7所示，全息元件33與物鏡32之間的表面間距在光軸上是0.4mm，並且全息元件33自身的表面間距在光軸上是1.0mm，而物鏡32自身的表面間距在光軸上是1.6mm。如圖7所示，物鏡32相對於第一波長光束的孔徑直徑為3.0mm。
在圖7和8A到8C中，WD表示工作距離(mm)。用於第一光碟11的WD1為0.74，用於第二光碟12的WD2為0.53，而用於第三光碟13的WD3為0.34。
I/O距離對於第一和第二波長光束為∞，對於第三波長光束為20(mm)。注意I/O距離是對於物鏡32和全息元件33而言的。
這是因為全息部分33b對於第二和第三波長光束使用了相同的衍射級(第1級)，由碟片厚度和波長差引起的球差是通過改變I/O距離而校正的。
示出表1到3的數據的示例光學拾取頭實現上面列出的WD和I/O距離所表達的性能。
因此，光學拾取頭通過單個全息元件即可得到最優衍射效率和最優衍射角，使其可以用從布置在一個或多於一個光源部分中的多個發射部分所發射的不同波長光束中選擇的匹配光束從不同類型的光碟中任一個讀取信號和在其上寫入信號。此外，對所有的光碟共用例如物鏡的光學零件，使其可以簡化結構並減小光學拾取頭的尺寸。因此，本發明可以實現高生產率和低成本。
本領域技術人員應當明白，在所附權利要求或其等同方案範圍內，根據設計需要和其他因素，可以在此範圍內產生各種改變、組合、子組合和替換。
本發明包含與2004年12月28日提交給日本專利局的日本專利申請JP 2004-381517和2005年3月10日提交給日本專利局的日本專利申請JP2005-067819相關的主題，其全部內容通過引用而結合於此。
權利要求
1.一種會聚光學裝置，包括物鏡，所述物鏡用於將從光源部分發射的第一到第三波長的光束會聚到光碟的信號記錄表面上；和布置在所述光源部分與所述物鏡之間的全息元件，所述全息元件具有兩個主要表面，其中所述全息元件在其所述主要表面之一上設有基準曲面，所述基準曲面是非球面形狀，並且在所述基準曲面上形成有全息部分。
2.一種光學拾取頭，用於通過不同波長的光束在多個光碟上記錄信號和/或從所述多個光碟再現信號，所述多個光碟各自具有不同厚度的保護襯底用於保護其記錄表面，所述光學拾取頭包括發射第一波長的光束的第一發射部分；發射第二波長的光束的第二發射部分；發射第三波長的光束的第三發射部分；物鏡，所述物鏡用於將分別從所述第一到第三發射部分發射的所述第一到第三波長的光束會聚到所述光碟的信號記錄表面上；和布置在所述第一到第三發射部分與所述物鏡之間的全息元件，所述全息元件具有兩個主要表面，其中所述全息元件在其所述主要表面之一上設有基準曲面，所述基準曲面是非球面形狀，並且在所述基準曲面上形成有全息部分。
3.根據權利要求2所述的光學拾取頭，其中所述第一波長為約405nm，所述第二波長為約660nm，並且所述第三波長為約780nm。
4.根據權利要求2或3所述的光學拾取頭，其中從所述全息部分發射不同衍射級次的衍射光用於所述第一到第三波長的光束。
5.根據權利要求2或3所述的光學拾取頭，其中第二級衍射光由所述全息部分用於所述第一波長的光束並且第一級衍射光由所述全息部分用於所述第二和第三波長的光束。
6.根據權利要求2或3所述的光學拾取頭，其中所述第一波長的光束由所述全息元件變成準直光並且所述第二和第三波長的光束由所述全息元件變成發散光。
7.根據權利要求2或3所述的光學拾取頭，其中當從所述第一發射部分發射的所述第一波長的光束通過所述全息部分時，使第二級衍射光量基本等於100％並且由於由所述全息部分引起的衍射角與由所述非球面基準曲面引起的折射角彼此抵消，所述第二級衍射光朝向所述物鏡發射而不改變發散角。
8.根據權利要求2或3所述的光學拾取頭，其中所述物鏡形成為不對所述第一波長的光束引起任何像差並且所述全息部分校正所述第二和第三波長的光束的像差。
9.根據權利要求2所述的光學拾取頭，其中所述基準曲面的所述非球面形狀滿足下式(1)的要求Z(x)=cx21+1-(1+k)c2x2+Ax4+Bx6+Cx8+Dx10...(1),]]>其中c曲率半徑，k錐度係數，A到D非球面係數，x離開光軸的距離並且Z(x)所述非球面表面的下垂程度。
10.根據權利要求2所述的光學拾取頭，其中所述全息部分形成為呈現出刻痕狀輪廓。
11.一種光碟裝置，包括光學拾取頭和用於驅動光碟旋轉的碟片旋轉驅動裝置，所述光學拾取頭用於在多個光碟上記錄信號和/或從所述多個光碟再現信號，所述多個光碟各自具有不同厚度的保護襯底用於保護其記錄表面，其中所述光學拾取頭包括發射第一波長的光束的第一發射部分；發射第二波長的光束的第二發射部分；發射第三波長的光束的第三發射部分；物鏡，所述物鏡用於將分別從所述第一到第三發射部分發射的所述第一到第三波長的光束會聚到所述光碟的信號記錄表面上；和布置在所述第一到第三發射部分與所述物鏡之間的全息元件，所述全息元件具有兩個主要表面，其中所述全息元件在其所述主要表面之一上設有基準曲面，所述基準曲面是非球面形狀，並且在所述基準曲面上形成有全息部分。
全文摘要
一種會聚光學裝置通過全息元件減少衍射損耗並實現與三種不同波長的兼容性。本發明提供了一種光學拾取頭以通過不同波長的光束在多個光碟上記錄信號和/或從其再現信號，這些光碟各具有不同厚度的保護襯底用於保護其記錄表面，該光學拾取頭包括發射第一波長光束的第一發射部分、發射第二波長光束的第二發射部分、發射第三波長光束的第三發射部分、物鏡以及布置在第一到第三發射部分與物鏡之間的全息元件，該物鏡用於將分別從第一到第三發射部分發射的第一到第三波長光束會聚到光碟的信號記錄表面上，該全息元件有兩個主要表面，其中全息元件在其主要表面之一上設有非球面形狀的基準曲面，且基準曲面上形成有全息部分。
文檔編號G11B7/135GK1831976SQ20051013530
公開日2006年9月13日 申請日期2005年12月27日 優先權日2004年12月28日
發明者日根野哲 申請人:索尼株式會社