專利名稱：光頭裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及CD(小型光盤)及DVD(數(shù)字視頻光盤)等光記錄媒體的記錄、重放所使用的雙波長光頭裝置。更詳細地說，是涉及在這樣的雙波長光頭裝置中所使用的導光用光學元件，所述導光用光學元件用來使從不同位置發(fā)光點的光源射出的不同波長的光的相對角度發(fā)生變化，使這些光的光軸合并，或者將這些光引導至共用受光元件。
背景技術：
作為光記錄媒體，已知有如CD及DVD之類基板厚度及記錄密度不相同的記錄媒體，為了對這些記錄媒體進行信息的記錄及重放，必須用不同波長的激光。例如，DVD的重放需要650nm波長的激光，而CD-R因為在650nm波長頻帶的反射率低，故其重放和記錄需要用780nm波長的激光。
因此，作為進行DVD的重放及CD-R的重放記錄用的光頭裝置，已知有一種裝有射出650nm波長激光的激光光源和射出780nm波長激光的激光光源的裝置，它被稱為雙波長光頭裝置。例如，在日本發(fā)明專利公開公報1996年第55363號中，公開了這樣的雙波長光頭裝置。
這樣的雙波長光頭裝置為了實現(xiàn)小型緊湊的要求，各激光的光學系統(tǒng)是共用的。為此，用分光器將從各激光光源射出的、發(fā)光點不同的激光引導至共同光路，經過共同的物鏡聚焦在光記錄媒體上。此外，用共同的受光元件檢測來自光記錄媒體的反射光。
但是，為了將多條激光引導至共同的光路而使用的分光器，必須反射某一激光而使另一激光透射，從而合并光路。為了經物鏡讀取信息而要使激光聚焦在衍射極限的點上，對于透過分光器的激光就不能使波面象差惡化。因此，作為分光器，一般使用立方型的棱鏡構成的分光器。但是，這樣的分光器價格昂貴，不利于降低制造價格。
此外，使用共同的受光元件時，必須相對于共同的受光元件，對分別配置的兩個激光光源分別進行三維位置調整，將從這些光源射出后經光記錄媒體反射的反射光聚在一處。因此，存在導致調整成本提高且可靠性下降的問題。

發(fā)明內容
鑒于以上現(xiàn)有技術存在的問題，本發(fā)明的課題在于，在具有射出不同波長光的多個光源的光頭裝置中，提供一種為了使從各光源射出的各光束的光軸合并而使用的、可廉價制造的導光用光學元件。
此外，本發(fā)明的課題在于，在具有射出不同波長光的多個光源的光頭裝置中，提供一種為了將被光記錄媒體反射后的各光束引導至共用受光元件而使用的、可廉價制造的光學元件。
還有，本發(fā)明的課題在于，通過使用這種可廉價制造的導光用光學元件，提供一種能廉價制成光學系統(tǒng)、裝配時也能方便地進行調整的光頭裝置。
為了解決上述問題，本發(fā)明的導光用光學元件，是用來使光頭裝置中從各光源射出的不同波長光的光軸合并，或者是用來將這些光引導至共用受光元件，其特征在于，該導光用光學元件具有相對的入射面及出射面，所述入射面及出射面之一為臺階狀表面，該臺階狀表面的各相鄰臺階面的級差尺寸設定為，僅對透過這些相鄰臺階面的所述不同波長光之中的1種波長光，使其產生n個波長量(n＝1、2、3……)的相位差。
本發(fā)明的透過導光用光學元件的1種波長光，因為通過各臺階面后的該光分量的相位差為波長的整數(shù)倍，所以不會發(fā)生波面偏移。因此，該光前進方向不會改變，生成入射到入射面時的波面，并從出射面射出。而波長不同的其它光，在通過導光用光學元件的各臺階面后，其光分量之間的相位偏移不是波長的整數(shù)倍，所以波面也發(fā)生偏移。因此，該光的前進方向偏轉一定角度后從出射面射出。所以，通過使光透過本發(fā)明的導光用光學元件，各光束前進方向的相對角度就發(fā)生變化，就能使這些光的光軸合并，或者將這些光引導至共用受光元件。
這里，在所述各光束為發(fā)散光束或收斂光束的情況下，最好將本發(fā)明的導光用光學元件的所述臺階面做成曲面。
此外，當將所述臺階面做成同心圓狀時，與所述臺階面形成為平行時相比較，其優(yōu)點是能降低繞光學系統(tǒng)中的光軸旋轉的誤差。
本發(fā)明是一種具有上述構成的導光用光學元件的光頭裝置，具有射出第1束光的第1光源，射出與所述第1束光的波長不同的第2束光的第2光源，使所述第1和第2束光聚焦于光記錄媒體的記錄面上的物鏡，以及通過所述物鏡接受由光記錄媒體的記錄面反射的第1和第2束光的共用受光元件，所述導光用光學元件配置在從所述物鏡至所述共用受光元件的光路上，使被光記錄媒體的反射面反射后的所述第1和第2束光之一偏轉后，將該兩束光引導至所述共用受光元件。
這里，也可以將所述導光用光學元件配置在從所述第1光源和所述第2光源至所述物鏡的光路上，將所述第1和第2束光在光軸處于一致的狀態(tài)下引導至所述物鏡。
另一方面，在本發(fā)明的光頭裝置中，為了使各光源與共用受光元件之間光學的位置調整簡化，最好將所述第1和第2光源做成裝在共用組件內的組合光源，代替各自獨立設置的光源。


圖1所示為應用本發(fā)明第1實施例的光頭裝置光學系統(tǒng)的簡略構成圖。
圖2(a)、(b)、(c)所示分別為圖1所示導光用光學元件的入射面?zhèn)绕矫鎴D、其側面圖及入射面剖面形狀的局部放大剖面圖。
圖3(a)、(b)分別為說明透過圖2中的導光用光學元件的激光發(fā)生偏轉原理的說明圖。
圖4(a)、(b)分別為圖1所示導光用光學元件另外例子的入射面?zhèn)绕矫鎴D和剖面圖。
圖5所示為在圖1的導光用光學元件的入射面形成的臺階面另一例子的剖面圖。
圖6(a)、(b)所示分別為圖1所示導光用光學元件另外兩個例子的剖面圖。
圖7所示為應用本發(fā)明第2實施例涉及的光頭裝置光學系統(tǒng)的簡略構成圖。
具體實施例方式
以下參照附圖，說明具有本發(fā)明的導光用光學元件的雙波長光頭裝置實施例。
圖1所示為本實施例的雙波長光頭裝置的光學系統(tǒng)簡略構成圖。本例的光頭裝置1是對CD、CD-R、DVD等基板厚度及記錄密度不相同的多種光記錄媒體6進行信息重放、記錄用的裝置，具有雙波長光源(組合光源)10和共用光學系統(tǒng)Lo，所述雙波長光源10在共用組件13內裝有射出用實線表示的波長為650nm的第1激光L1的第1激光光源11、以及射出用虛線表示的波長為780nm的第2激光L2的第2激光光源12。第1激光L1與第2激光L2的發(fā)光點位置例如相距110μm左右。
共用光學系統(tǒng)Lo中配置有為了生成跟蹤誤差信號、將從雙波長光源10射出的第1激光L1和第2激光L2分離成3束光的衍射光柵20，將分成3束光后的激光L1、L2部分反射的平板狀分光器30，使被該分光器30反射后的激光L1、L2變成平行光的準直透鏡40，以及使從準直透鏡40射出的激光L1、L2聚焦在光記錄媒體6的記錄面6a上的物鏡41。
此外，共用光學系統(tǒng)Lo配置有共用受光元件3，用于接受被光記錄媒體6的記錄面6a反射后、通過分光器30的第1激光L1和第2激光L2的返回光Lr1、Lr2。在分光器30與受光元件3之間，配置有將光軸偏移的返回光Lr1、Lr2引導至共用受光元件3的共用受光面上用的導光用光學元件5。該導光用光學元件5的結構在后面敘述。
在本例中，使從第1激光光源11射出的第1激光L1的光軸與光頭裝置1的系統(tǒng)光軸41a(物鏡41的光軸)一致。因此，從第2激光光源12射出的第2激光L2以偏離光軸的狀態(tài)通過共用光學系統(tǒng)Lo。
在該構成的光頭裝置1中，當從作為光記錄媒體6的DVD重放信息等時，從第1激光光源11射出波長650nm的第1激光L1。該第1激光L1被引導至共用光學系統(tǒng)Lo，通過物鏡41在DVD記錄面上聚焦成光點，被DVD記錄面反射后的第1激光L1的返回光Lr1經過分光器30、導光用光學元件5，聚焦在共用受光元件3上。利用共用受光元件3測出的信號進行DVD的信息重放等。
而當從作為光記錄媒體6的CD-R重放信息等時，從第2激光光源12射出波長為780nm的第2激光L2。該第2激光L2也被引導至共用光學系統(tǒng)Lo，通過物鏡41在CD-R的記錄面上聚焦成光點，被CD-R的記錄面反射后的第2激光L2的返回光Lr2經過分光器30、導光用光學元件5，聚焦在共用受光元件3上。利用共用受光元件3測出的信號進行CD-R的信息重放等。
(導光用光學元件)
這里，因為第1激光光源11與第2激光光源12的光軸是偏離配置的，所以，如果保持偏離狀態(tài)，則共用受光元件3接受到的返回光Lr2的受光位置也會偏離返回光Lr1的受光位置。采用導光用光學元件5來修正該受光位置的偏離。
圖2(a)、(b)及(c)所示為本例的導光用光學元件的入射面?zhèn)雀┮晥D、其側視圖及入射面剖面形狀的局部擴大剖視圖。圖3(a)、(b)分別為說明透過圖2所示導光用光學元件5的激光發(fā)生偏轉原理的說明圖。
本例的導光用光學元件5是樹脂成形品，整體呈圓盤狀，由其圓環(huán)狀外周部分51包圍的一個面為入射面52，另一個面為出射面53。從圖2(c)可知，入射面52是沿光軸5a的方向有級差的臺階狀表面，該臺階狀表面以一定的寬度形成有基本平行的多個臺階面54。另一方面，出射面53是與該光學元件的光軸5a垂直的平坦面。
該導光用光學元件5的材料由這樣的樹脂材料構成它可透過第1激光和第2激光，設對第1激光的波長650nm的折射率為n1，對第2激光的波長780nm的折射率為n2，則例如n1＝1.51862，n2＝1.52196。
參照圖3，對入射面52的級差尺寸進行說明。相鄰的下側臺階面541與上側臺階面542的級差D設定為，當波長為650nm的第1激光L1透過上側臺階面542時與透過下側臺階面541時，兩光路會產生1個波長(2π)量的差。即，第1激光L1中的透過上側臺階面542的激光部分L1A在透過級差D的厚度時的光路長度OP1(A)，在設波長650nm為λ1時，可表示為OP1(A)＝k1*n1*D其中，k1＝2π/λ1此外，透過與上側臺階面542相鄰的下側臺階面541的激光部分L1B在穿過級差D部分的空間而到達下側臺階面541的光路OP1(B)可以用下式表示OP1(B)＝k1*1*D此時，因為設定級差D要滿足使OP1(A)與OP1(B)之間產生1個波長(2π)光路差的條件，所以，OP1(A)-OP1(B)＝k1*(n1-1)*D＝2π若求級差D，則為下式D＝λ1/(n1-1)＝1253.3nm若將級差D設定為1253.3nm，則第1激光L1即使透過入射面52后相位發(fā)生偏移，波面也不會發(fā)生偏移，各級差透過波面再次互相增強，生成原來的波面(用雙點劃線示意性示出的級差透過波面T)，所以即使從出射面53射出，前進方向也不會改變。
以下說明第2激光L2。同樣計算光路長度OP2(A)與光路長度OP2(B)的光路差OPD2，其中光路OP2(A)為透過上側臺階面542的激光部分L2A透過級差D部分厚度時的光路長度，OP2(B)為透過與上側臺階面542相鄰的下側臺階面541的激光部分L2B在穿過級差D部分的空間后到達下側臺階面541為止的光路長度，設波長780nm為λ2，則光路差OPD2可表示為OPD2＝OP2(A)-OP2(B)＝k2*(n2-1)*D這里，因為級差D為D＝λ1/(n1-1)所以，OPD2＝2π*(λ1/λ2)*[(n2-1)/(n1-1)]其中，k2＝2π/λ2λ1/λ2≠(n2-1)/(n1-1)≠1所以，光路差OPD2≠2π若將級差D設定為1253.3nm，則第2激光L2在透過級差后，隨著相位發(fā)生偏移，波面也發(fā)生偏移。因此，例如如果將激光L2A透過上級542后的級差透過波面用雙點劃線示意性表示為級差透過波面S2，并將激光L2B透過下級541后的級差透過波面也用雙點劃線示意性表示為級差透過波面S1，則級差透過波面S2與級差透過波面S1產生偏移。因此，生成的各級差透過波面S1、S2與原來的波面發(fā)生了變化，所以，第2激光L2若從出射面53射出，前進方向就發(fā)生偏轉。此外，級差透過波面的變化程度通過調整級差尺寸即可調整。
另外，級差D只要是相對第1激光L1產生1個波長(2π)的整數(shù)倍(2π、4π……)相位差的尺寸即可。
這樣，本例的光頭裝置的導光用光學元件5，是表面只形成級差形狀的元件，適合于批量生產，可以廉價制造。此外，在本例中，因為不使用棱鏡而能將來自各光源的激光引導至共用受光元件，所以，能使光學系統(tǒng)緊湊小型，并能降低光學系統(tǒng)的成本。還有，在本例中，因為使用雙波長的組合光源，所以，與使用獨立配置的光源相比較，各光源與共用受光元件光學位置對準較方便。
(導光用光學元件的另一例子)圖4(a)、(b)所示為導光用光學元件另一例子的入射面俯視圖和剖視圖。本例的導光用光學元件5A的基本構成與圖2所示的導光用光學元件5是相同的。不同點在于，入射面52上，形成有同心圓狀的一定寬度的臺階面54A。
在圖2所示的平行形成各臺階面的情況下，第2激光向相對各臺階面垂直的方向發(fā)生偏轉。因此，如果該導光用光學元件相對系統(tǒng)光軸41a的旋轉方向的定位精度不高，就不能將偏轉后的光引導至共用受光元件上的第1激光的受光位置。與此不同的是，在圖4所示的形成同心圓狀臺階面54的情況下，透過這些臺階面54A后的第2激光向著這些臺階面54A的中心位置偏轉一定角度。因此，與形成平行臺階面時相比較，能抑制旋轉方向的定位誤差。
還有，上述各導光用光學元件5及5A是臺階面與光軸5a垂直的平面，但也可以將其做成凸曲面或凹曲面。圖5示出了做成凸曲面的導光用光學元件的例子。即使第1激光L1和第2激光L2是收斂光束或是發(fā)散光束，該導光用光學元件5B也能使第1激光L1和第2激光L2的相對角度發(fā)生適當變化，引導至共用受光元件上圖6中示出了導光用光學元件的另外兩個例子。圖6(a)所示的導光用光學元件5c，其板狀元件本體501的一個面作為臺階狀剖面的入射面502，另一個面作為與光軸503垂直的平坦出射面504。另外在入射面502上，重疊有折射率與元件本體501不相同的重疊件505。該重疊件505的入射面506做成與光軸503垂直的平坦面。其結果是，本例的導光用光學元件5C整體為矩形剖面的元件。
圖6(b)所示的導光用光學元件5D，在三角形剖面的棱鏡體511的斜面上形成有臺階狀表面構成的入射面512，而將與此相對的平坦的面作為出射面513。此外，在入射面512上重疊折射率與棱鏡體511不相同的重疊件514，形成平坦的傾斜入射面515。
在該導光用光學元件5C、5D的情況下，從這些入射面506、515入射后從平坦出射面504、513射出的第1和第2激光，在通過該相鄰臺階面的激光部分La、Lb之間，對某一激光產生1個波長整數(shù)倍的光路差。
(第2實施例)在上述第1實施例中，導光用光學元件5配置在從物鏡40至受光元件13的光路上。但也可以不這樣配置，代之以如圖7所示，配置在從第1激光光源11和所述第2激光光源12至分光器30的光路上，該分光器30將第1激光L1和第2激光L2引導至物鏡41。
在這種情況下，通過導光用光學元件5使第1激光L1與第2激光L2的相對角度發(fā)生變化，可以使第1激光L1及第2激光L2作為其光軸一致的平行光從出射面射出，引導至共用的物鏡41。其結果是，可以用共用受光元件3接受光軸處于一致狀態(tài)的第1和第2激光的返回光Lr1、Lr2。
(其它實施形態(tài))又，在上述各例子中，是利用光學元件使第2激光發(fā)生偏轉，但也可以相反，利用光學元件使第1激光發(fā)生偏轉。
此外，在上述各光學元件中，是將它們的入射面?zhèn)茸龀膳_階狀表面，但也可以與此相反，將出射面作為臺階狀表面，將入射面做成平坦面。
還有，上述各光學元件是將出射面做成平坦面，但也可以做成凹面或凸面，以擴大或縮小通過光束的直徑。
如上所述，本發(fā)明雙波長光頭裝置所使用的導光用光學元件，將入射面或出射面做成沿光軸方向有臺階狀級差的臺階狀表面，并適當設定相鄰臺階面的級差，以使通過該導光用光學元件的不同波長光的相對角度發(fā)生變化。
本發(fā)明的導光用光學元件，因為只要使其一個面成臺階狀表面即可，所以制作簡單，作為樹脂材料的成形品能廉價地大量生產。因此，與使用棱鏡等昂貴的光學元件使來自多光源的出射光的光軸合并，或者將記錄媒體反射后的來自多光源的光引導至共用受光元件的情況相比，能低成本、小型緊湊地制成光學系統(tǒng)。
此外，在將構成臺階狀表面的各臺階面做成同心圓狀的情況下，可以獲得這樣的優(yōu)點可以降低組裝到光頭裝置光學系統(tǒng)中時對旋轉方向的位置精度的要求。
還有，若采用本發(fā)明的導光用光學元件，因為不使用棱鏡等昂貴的元件，就可以使共用組件內裝有多個光源的組合光源射出的光的光軸合并，使用這樣的組合光源構成光頭裝置的光學系統(tǒng)就很方便。其結果是，與使用獨立設置的光源時相比，光學系統(tǒng)的各光學元件、器件的位置調整就極方便。
同樣，若采用本發(fā)明的導光用光學元件，不使用棱鏡等昂貴的元件，就能將從不同光源射出并經記錄媒體反射后的各光束引導至共用受光元件。因此，能低成本、小型緊湊地構成光頭裝置的光學系統(tǒng)。
除了上述效果之外，如果在本發(fā)明的光頭裝置中，配置透明平板元件代替導光用光學元件，并配置一個光源代替雙波長組合光源，就能在一般性單波長型的光頭裝置中構成光學系統(tǒng)。這樣，本發(fā)明還可獲得這樣的優(yōu)點可以使裝入這種光學系統(tǒng)的光學系統(tǒng)構造能通用于雙波長光頭和單波長光頭。
權利要求
1.一種為了使光頭裝置中從不同光源射出的不同波長光的光軸合并、或者為了將這些光引導至共用受光元件而使用的導光用光學元件，其特征在于，該導光用光學元件具有相對的入射面及出射面，所述入射面及出射面之一為臺階狀表面，該臺階狀表面的各相鄰臺階面的級差尺寸設定為，僅對透過這些相鄰臺階面的所述不同波長光中的一種波長光，使其產生n個波長量(n＝1、2、3……)的相位差。
2.根據(jù)權利要求1所述的導光用光學元件，其特征在于，所述臺階面為曲面。
3.根據(jù)權利要求1所述的導光用光學元件，其特征在于，所述臺階面做成同心圓狀。
4.一種具有權利要求1所述的導光用光學元件的光頭裝置，其特征在于，具有射出第1束光的第1光源，射出與所述第1束光的波長不同的第2束光的第2光源，使所述第1和第2束光聚焦于光記錄媒體的記錄面的物鏡，以及通過所述物鏡接受由光記錄媒體的記錄面反射的第1和第2束光的共用受光元件，所述導光用光學元件配置在從所述物鏡至所述共用受光元件的光路上，使被光記錄媒體的記錄面反射后的所述第1和第2束光之一發(fā)生偏轉后，將該兩束光引導至所述共用受光元件。
5.一種具有權利要求1所述的導光用光學元件的光頭裝置，其特征在于，具有射出第1束光的第1光源，射出與所述第1束光的波長不同的第2束光的第2光源，使所述第1和第2束光聚焦于光記錄媒體的記錄面的物鏡，以及通過所述物鏡接受由光記錄媒體的記錄面反射的第1和第2束光的共用受光元件，所述導光用光學元件配置在從所述第1光源和所述第2光源至所述物鏡的光路上，將所述第1和第2束光在光軸處于一致的狀態(tài)下引導至所述物鏡。
6.根據(jù)權利要求4或5所述的光頭裝置，其特征在于，所述第1和第2光源是裝在共用組件內的組合光源。
全文摘要
一種雙波長光頭裝置,具有使各激光的光軸合并或將各激光引導至共用受光元件的小型、廉價的導光用光學元件。將光軸偏離的第1和第2激光(L1)、(L2)引導至共用受光元件(3)用的導光用光學元件(5)由樹脂成形品構成,具有圓盤狀的本體(51),其一表面為臺階狀的入射面(52),另一表面為垂直于光軸(5a)的平坦出射面(53)。入射面(52)的臺階狀表面的相鄰臺階面(54)的級差尺寸設定為,僅透過激光返回光(Lr1)時,產生1個波長的光路差。激光返回光(Lr1)通過元件(5)時前進方向不偏轉。激光返回光(Lr2)透過元件(5)即偏轉一定角度,在共用受光元件上與激光返回光(Lr1)聚焦在相同的位置。
文檔編號G11B7/125GK1337688SQ01122360
公開日2002年2月27日 申請日期2001年7月3日 優(yōu)先權日2000年7月7日
發(fā)明者武田正 申請人:株式會社三協(xié)精機制作所