CN101131834A - 光学拾取装置 - Google Patents

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CN101131834A CNA2007101468771A CN200710146877A CN101131834A CN 101131834 A CN101131834 A CN 101131834A CN A2007101468771 A CNA2007101468771 A CN A2007101468771A CN 200710146877 A CN200710146877 A CN 200710146877A CN 101131834 A CN101131834 A CN 101131834A
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Abstract

本发明提供一种光学拾取装置，其包括：球面像差补偿元件，能够补偿用于BD或CD的光束的球面像差；以及相移元件，能够补偿用于DVD的光束的球面像差。该球面像差补偿元件中形成有：第一区域，能够通过衍射和散射补偿用于CD的光束的球面像差；以及第二区域，形成为围绕第一区域，并能够通过改变相位分布来补偿用于BD的光束的球面像差。可以以ON－OFF方式对第一区域和第二区域的功能进行电控制。

Description

光学拾取装置
技术领域
本发明涉及一种将光束投射至光学记录介质从而能够记录并再现信息的光学拾取装置。更具体地，本发明涉及一种光学拾取装置，其兼容三种使用不同波长的光束的光学记录介质。
背景技术
近来，包括压缩光盘(以下称为“CD”)和数字通用盘(以下称为“DVD”)的光学记录介质已经很常见并且可以广泛地获取。此外，为了增大记录在光学记录介质上的信息量，正在进行用于实现光学记录介质的更高记录密度的研究。结果，例如可以在市场上获得高密度光学记录介质诸如蓝光光盘(注册商标；以下称为“BD”)或者高清晰度DVD(HD DVD)。以下，将这些光学记录介质统称为高密度光学记录介质。
当这种光学记录介质被再现或记录时，一般使用光学拾取装置将光束投射至光学记录介质从而可将信息再现或记录在介质上。物镜的数值孔径(NA)和光源的波长根据光学记录介质的类型而不相同。这与光学记录介质的记录密度是由会聚在光学记录介质上的光束的光斑直径决定的实际情况有关。因此为了得到更小的光斑直径进而获取更高的记录密度，必须增大NA并缩短波长。
这里，以CD、DVD以及BD为例说明数值孔径和波长。例如，用于CD的数值孔径为0.50，波长为780nm；用于DVD的数值孔径为0.65，波长为650nm；用于BD的数值孔径为0.85，波长为405nm。
如上所述，由于所使用的物镜的数值孔径和光源的波长根据光学记录介质的类型而不同，因此可以想到对于各种不同的光学记录介质使用不同的光学拾取装置。但是仅使用可以再现并记录多种光学记录介质的一个光学拾取装置更为方便，并且已经开发出了许多这样的能够兼容多种光学记录介质的光学拾取装置。考虑到组装方便以及装置的最小化等等，存在这样一种光学拾取装置，其具有一个物镜，将光源发射的光束会聚到上述光学拾取装置中的光学记录介质上。
同时，当仅具有一个物镜的光学拾取装置支持多种光学记录介质时，由于用以保护记录层的透明覆盖层的厚度根据光学记录介质的类型而不同，因此在光学拾取装置的光学***中产生了球面像差。结果，在传统技术中，通过将能够补偿球面像差的球面像差补偿元件设置在光学拾取装置的光学***内，或者引入使光源发射的光束进入物镜作为发散光线或会聚光线等的有限光学***的结构，可以补偿这种球面像差。
例如，在JP-A-2003-207714中，提出了一种光学拾取装置，其能够仅通过一个物镜兼容地对三种光学记录介质进行记录和/或再现。该光学拾取装置包括：物镜，该物镜设计为用于高密度光盘；第一相位补偿器，仅补偿用于DVD的光束的相位，并使得用于高密度光盘或CD的光束通过而不产生相位变化；以及第二相位补偿器，仅补偿用于CD的光束的相位，并使得用于高密度光盘或DVD的光束通过而不产生相位变化。并且该光学拾取装置还能够兼容高密度光盘、DVD以及CD。这里，第一和第二相位补偿器对应于上述球面像差补偿元件。
此外，在JP-A-2004-246931中，提出了一种光学拾取装置，其仅通过一个物镜即能够兼容三种光学记录盘，即高密度光盘、DVD和CD。该光学拾取装置包括：物镜，设计为当用于高密度光盘的光束通过无限光学***入射至该物镜上时具有最小的球面像差的波阵面；以及相位补偿元件(球面像差补偿元件)，其能够确保对具有660nm波长(用于DVD)的光束进行足够的相位补偿，并且通过由于选取玻璃材料和矩形凹槽的高度而在407nm波长和780nm波长具有阴影扇区的波长选择性，而不对具有407nm波长(用于高密度光盘)的光束和具有780nm波长(用于CD)的光束实施不必要的动作。该光学拾取装置具有有限***入射(finite system incidence)的结构，在该结构中通过将物镜处具有780nm波长的入射光束借助于耦合透镜(coupling lens)而转换为预定发散状态的光束，来改变球面像差。
此外，在JP-A-2006-073076和JP-A-2005-322301中，报告提出了一种光学拾取装置，其仅通过一个物镜即能够兼容三种光学记录介质，即高密度光盘、DVD和CD。该光学拾取装置具有一种结构，该结构形成于设置在物镜前并用作孔径限制器的元件的表面上。该结构用作衍射光栅，其能够对通过上述元件的具有不同波长的多种光束产生衍射光来补偿球面像差。这里，在JP-A-H10-092000中，公开了一项技术，借助于该技术，即能够通过将液晶全息图(liquid crystal hologram)设置在光学路径内以及通过利用液晶全息图的衍射作用来补偿球面像差，从而提高仅能够兼容两种光学记录介质的光学拾取装置的光束利用效率。
但是，在JP-A-2003-207714公开的结构中，当CD被再现等透明覆盖层的厚度较厚以及距离记录层的焦距变为最长的情况出现时，工作距离WD3(即物镜端部与光学记录介质之间的长度)变得非常短，如图10A至图10C所示(WD1＞WD2＞WD3)，这是因为物镜设计为适用于需要大数值孔径的高密度光盘，并且每一光源发射的光束通过无限光学***入射至物镜上，在该无限光学***中，光束以平行状态进入物镜。因此，会造成光学记录介质与物镜之间碰撞的机率变高的问题。
在这点上，如JP-A-2004-246931中所公开的，当CD被再现等等时，通过将设置在共用光学***(用于三种具有不同波长的光束)外部的耦合透镜调节至光源附近，在用于CD的波长为780nm的光束通过有限光学***入射至物镜上的结构中，能够延长工作距离。这里，在有限光学***中，发散光线进入物镜。在这种情况下，存在这样的问题：由于在物镜被移位以进行追踪控制等等时(以下将其简称为“透镜移位”)产生大的彗形像差，因此通过光学拾取装置进行的再现信息等等的质量会变坏。
在JP-A-2006-073076和JP-A-2005-322301公开的结构中，由于由透明组件(该透明组件上形成有衍射光栅)组成的元件设置在物镜之前，并且该元件形成为在透镜移位时随着物镜而一体移动，因此能够解决各种光学记录介质的球面像差问题，同时还能够解决产生如上所述的彗形像差以及在CD被再现等等时工作距离变得非常短的问题。但是，在衍射光栅形成于透明组件上并且设置在光学拾取装置的光学***中时，存在这样的问题：对于具有设置为自然地(inherently)穿过组件而不会在光线穿过该组件时被衍射的波长的光束，将会减少光线透射率。结果，将会造成光学拾取装置的光学传输效率的问题。
如JP-A-H10-092000所公开的，在使用液晶全息图时能够提高光学传输效率并且补偿球面像差。但是，在JP-A-H10-092000中公开的结构仅能兼容两种光学记录介质，而在将其用于三种光学记录介质时，必须设置多个液晶全息图而产生部件数量增加的问题。
发明内容
考虑到上述问题，本发明的目的在于提供一种光学拾取装置，其能够兼容三种光学记录介质，提高光传输效率，抑制设置在光学***内的部件数量的增加，并且降低物镜和光学记录介质之间的碰撞机率。
为了实现上述目的，本发明的光学拾取装置包括：光源，发射波长为λ1、λ2和λ3(λ1＞λ2＞λ3)的光束；物镜，将所述光源发射的光束会聚至光学记录介质的记录表面上；以及球面像差补偿部，设置在光源和物镜之间以补偿球面像差；并且在光学拾取装置中，球面像差补偿部包括：第一像差补偿元件，用于补偿波长分别为λ1和λ3的光束中产生的球面像差；和第二像差补偿元件，用于补偿波长为λ2的光束中产生的球面像差。其中该第一像差补偿元件具有：第一区域，将波长为λ1的光束输出为具有预定发散角的发散光线；及第二区域，形成为围绕所述第一区域，并在波长为λ3的光束进入时改变所述波长为λ3的光束的相位分布。并且该元件以开关(ON-OFF)方式对第一区域和第二区域执行的功能进行电控制。
通过此结构，由于第一像差补偿元件具有能够以ON-FF形式对像差补偿功能进行电控制的结构，因此可以抑制不必要的光透射率的降低，从而改善光学拾取装置中的光传输效率。此外，由于第一像差补偿元件可以补偿波长不同的两种光束的球面像差，因此能够抑制设置在光学拾取装置的光学***内的部件数量的增加。
此外，对在设置于第一像差补偿元件内的两个球面像差补偿区域中的内部区域中的球面像差进行补偿的方法，能够通过使具有预定角度的发散光线进入物镜而消除球面像差。结果，当CD被记录和再现时(其中其有效直径为最短并且焦距设定为例如在能够兼容BD、DVD和CD的光学拾取装置中最远)，工作距离(WD，即物镜端部与光学记录介质之间的长度)相比于通过改变光束的相位分布补偿球面像差的情况而言可被延长。因此，能够降低物镜与光学记录介质之间碰撞的机率。
优选地，在根据本发明的如上所述构造的光学拾取装置中，第一像差补偿元件由液晶元件构成，所述液晶元件包括：液晶；第一透明电极和第二透明电极，设置为将液晶夹在它们中间。所述第一区域和所述第二区域通过电极图案而形成，该电极图案形成在以两种图案制成的所述第一透明电极和所述第二透明电极中的至少一个电极中。所述电极图案在所述第一区域中为同心干涉图案，并且当电压施加在所述第一透明电极和所述第二透明电极之间时，波长为λ1的光束被衍射并输出为发散光线。所述电极图案在所述第二区域中形成为具有多个同心区域，在所述多个区域的每一区域中，能够调节施加在所述第一透明电极和所述第二透明电极之间的电压，并且通过调节施加的所述电压来改变波长为λ3的光束的相位分布。
通过这种结构，由于第一像差补偿元件为液晶元件，因此能够容易地实现能够以ON-OFF形式对像差补偿功能进行电控制的第一像差补偿元件。
此外，优选地，在根据本发明的如上所述构造的光学拾取装置中，第二像差补偿元件具有多个相移区域以改变波长为λ2的光束的相位分布，而不改变波长为λ1和λ3的光束的相位分布。
通过这种结构，由于通过第二像差补偿元件对波长为λ2的光束中产生的球面像差进行的补偿是基于相位分布的变化，因此相比于使用通过衍射补偿球面像差的结构，能够在第二像差补偿元件处最大程度地防止降低光透射率。结果，能够改善光学拾取装置中的光传输效率。
此外，优选地，在根据本发明的如上所述构造的光学拾取装置中，第二像差补偿元件由透明组件制成，并且多个相移区域通过以阶梯图案改变所述透明组件的厚度而制成。
通过这种设置，可以减小第二像差补偿元件的重量，并且使光学拾取装置中的元件的组装简便，这是因为相比于例如由液晶形成相移区域的情况，其不需要布线。
此外，优选地，在根据本发明的如上所述构造的光学拾取装置中，在所述第二像差补偿元件的***侧设置有对波长为λ2的光束选择性地进行孔径限制的功能。
通过这种设置，光学拾取装置的光学***的结构变得简单，这是因为不需要单独设置孔径限制滤光器。
此外，优选地，在根据本发明的如上所述构造的光学拾取装置中，该光学拾取装置还包括致动器，其至少在调焦方向和追踪方向驱动所述物镜，并且所述致动器将所述物镜、所述第一像差补偿元件和所述第二像差补偿元件作为一体驱动。
通过这种设置，能够容易地抑制彗形像差的产生，这是因为物镜、第一像差补偿元件和第二像差补偿元件可以通过致动器作为一体驱动。
附图说明
图1为示出根据本发明实施例的光学拾取装置的光学***结构的一个实例的示意图。
图2A为示出包括在根据本发明实施例的光学拾取装置内的相移元件的结构的平面示意图。
图2B为沿图2A所示的线B-B切割所取的横截面图。
图3为示出包括在根据本发明实施例的光学拾取装置内的球面像差补偿元件的一个实例的横截面图。
图4A为图3所示的球面像差补偿元件从下部观看的平面图。
图4B为图3所示的球面像差补偿元件从上部观看的平面图。
图5A为示出根据本发明实施例的球面像差补偿元件的第一区域的结构从第二透明电极侧观看的平面图。
图5B为示出沿图5A所示的线A-A切割时，根据本发明实施例的球面像差补偿元件的第一区域的结构的横截面图。
图6为示出进入根据本发明实施例的球面像差补偿元件的光束被衍射并作为发散光线输出的情况的示意图。
图7A为说明由根据本发明实施例的球面像差补偿元件的第二区域进行球面像差补偿的情况的解释性视图。
图7B为说明由根据本发明实施例的球面像差补偿元件的第二区域进行球面像差补偿的情况的解释性视图。
图8A为示意图，示出当光学记录介质为BD时，光束被会聚到根据本发明的光学拾取装置内的光学记录介质上的情况。
图8B为示意图，示出当光学记录介质为DVD时，光束被会聚到根据本发明的光学拾取装置内的光学记录介质上的情况。
图8C为示意图，示出当光学记录介质为CD时，光束被会聚到根据本发明的光学拾取装置内的光学记录介质上的情况。
图9A为示意图，示出包括在根据本发明实施例的光学拾取装置内的第二像差补偿元件的一个变化实例。
图9B为示意图，示出包括在根据本发明实施例的光学拾取装置内的第二像差补偿元件的变化实例。
图10A为示意图，用于解释当使用传统技术中的球面像差补偿元件时的问题。
图10B为示意图，用于解释当使用传统技术中的球面像差补偿元件时的问题。
图10C为示意图，用于解释当使用传统技术中的球面像差补偿元件时的问题。
具体实施方式
以下，将参照所附附图具体说明本发明的内容。但是，这里所述的实施例仅为实例，而本发明并不限于这些实施例。图1为示意图，示出根据本发明的光学拾取装置的光学***的一个实施例。根据本发明的光学拾取装置1设计为兼容诸如BD、DVD和CD之类的光学记录介质。
光学拾取装置1配备有：第一光源2，其为两种波长结合的类型，可以发射用于CD的波长为780nm的光束或者用于DVD的波长为650nm的光束；第二光源3，可以发射用于BD的波长为405nm的光束；第一分束器4和第二分束器5，分别反射光源2、3发射的光束，使光学记录介质15(CD、DVD、或BD)所反射的反射光束穿过，并将光束分别引导至光电检测器13、14；第一准直镜6和第二准直镜7，将入射光束转换为平行光线；二向棱镜8，反射用于CD或DVD的光束，并使用于BD的光束穿过；相移元件9(第二像差补偿元件)，能够改变用于DVD的光束的相位分布并补偿球面像差，以及使用于CD或BD的光束穿过而不实施任何动作，该相移元件9的具体结构将在随后描述；球面像差补偿元件100(第一像差补偿元件)，通过对其功能的ON-OFF控制对用于CD和BD的光束进行球面像差补偿而不对用于DVD的光束实施任何动作，该球面像差补偿元件100的具体结构将在随后描述；物镜11，将入射光束会聚到光学记录介质15的记录表面15a；第一光电检测器13，将接收到的来自CD或DVD(光学记录介质)15的反射光转换为电信号；以及第二光电检测器14，将接收到的来自BD(光学记录介质)15的反射光转换为电信号。
在本实施例的光学拾取装置1中，物镜11设计为最适合对BD的信息进行再现等等。在这种情况下，当其对光学记录介质15的透明覆盖层15b的厚度不同的DVD或CD上的信息进行再现等等时，会产生球面像差。结果，在该光学拾取装置1中，在对DVD或CD的信息进行再现等等时，必须能够补偿球面像差。此外，对于BD，由于透明覆盖层15b的厚度的不同等等所产生的球面像差的影响很大，能够适当改变球面像差补偿值的结构是优选的。考虑到这一点，设计出光学拾取装置1。
这里，在本实施例中，物镜11设计为最适合对BD的信息进行再现等等。但是物镜11的设计并不必限制于本实施例的结构，因为有这样的情况：即使并不如上所述设计物镜，也必可以如本实施例一样补偿BD、DVD或CD的球面像差。
物镜11、球面像差补偿元件100、以及相移元件9设计为通过将它们设置在致动器12上而可将它们作为一体驱动，该致动器12至少在调焦方向和追踪方向上驱动物镜11。这里所述的致动器12的结构是公知的结构，在该结构中通过永磁铁与线圈之间的电磁力驱动物镜11、球面像差补偿元件100、以及相移元件9，因此省略了对致动器12的详细说明。这里，将物镜11、球面像差补偿元件100、以及相移元件9作为一体驱动是为了减少彗形像差的影响，因为当仅单独驱动物镜11时，产生的彗形像差可能会变大。
接下来，参考图2A和图2B说明相移元件9。图2A为示出相移元件9的结构的平面示意图，图2B为沿图2A所示的线B-B切割所取的横截面图。
如图2A所示，在相移元件9中以同心方式形成多个相移区域。如图2B所示，在所述多个相移区域中，在透明基底16内形成阶状阶梯，并且在每一阶梯处都调节透明基底16的厚度。因此，对于每一相移区域，穿过相移元件9的光束穿过基底16的时间都不相同，从而产生相位分布的变化。
形成这种相移元件9中每一相移区域的图案(pattern)(即透明基底16的各个宽度和厚度)，从而能够补偿用于DVD的光束中产生的球面像差，其中该球面像差的量值已经预先测定。这里，不方便的是当用于BD或CD的光束穿过相移元件9时，在光束的相位分布中引入变化，因此，例如将邻接的相移区域之间产生的相移量调节为大体上是每一光束波长的整数倍。通过上述设置，相移元件9仅对用于DVD的光束产生相位分布的变化，而不对用于BD和CD的光束实施任何动作。
此外，为了在没有形成相移区域的***侧处对用于DVD的光束进行孔径限制，在相移元件9中形成孔径限制部17。该孔径限制部17可以通过这样的结构来实现：例如，利用使用于BD的光束穿过并反射用于DVD的光束的二向镜的结构，或者形成有仅仅衍射用于DVD的光束而使用于BD的光束通过的衍射区域的结构，等等。这里，可以对用于CD的光束实施孔径限制，也可以不对其实施孔径限制。
虽然，在本实施例中，利用了将孔径限制部17设置于相移元件9上的结构，但当然也可以使用将用于限制孔径的滤光器独立于相移元件9而设置的另一结构。
接下来，说明球面像差补偿元件100。图3为横截面图，示出了根据本实施例的球面像差补偿元件100的结构。图4A和图4B为平面图，示出本实施例中球面像差补偿元件100的结构。图4A为图3所示的球面像差补偿元件从下部观看的平面图，图4B为图3所示的球面像差补偿元件从上部观看的平面图。这里，如同以下将要说明的，本实施例中的球面像差补偿元件100具有功能不同的第一区域和第二区域这两个区域。在图3和图4B中，第一区域中的第二透明电极102b的图案以缩略形式示出，其具体结构被省略。
如图3、图4A和图4B所示，本实施例的球面像差补偿元件100包括：液晶101；第一透明电极102a和第二透明电极102b，设置为将液晶101夹在中间；以及两个透明基底103，设置为将液晶101以及两个透明电极102a、102b所形成的部分夹在中间。液晶101由诸如向列型液晶之类形成，当将电压施加在透明电极102a和102b上时，液晶101朝向的方向发生改变。透明电极102a、102b由例如氧化铟锡(ITO)制成，并用于向液晶101施加电压。透明基底103由例如玻璃制成，并且用于支承透明电极102a、102b。
在透明电极102a、102b中，第一透明电极102a仅由一个电极形成作为公共电极，而不具有任何成形的图案，尤其示出于图4A。另一方面，第二透明电极102b具有两种电极图案，其细节将在随后说明。结果，分别用作不同功能的第一区域和第二区域形成于球面像差补偿元件100上。
以下，将分别针对第一区域和第二区域说明球面像差补偿元件100的结构和动作。首先参考图5A和图5B说明第一区域。图5A和图5B为示出本实施例中球面像差补偿元件100的第一区域的结构的示意图，图5A为第一区域从第二透明电极102b侧观看的平面图，图5B为沿图5A所示的线A-A切割时所取的横截面图。
如图5A所示，以同心干涉图案制成设置在第一区域内的第二透明电极102b的电极图案。液晶101在整个的第一区域中具有统一的折射率(n0)而作为一个整体，并且其朝向设置为使得其在电压没有施加在第一透明电极102a和第二透明电极102b之间时，不对穿过的光束实施任何动作。
结果，当电压没有施加在第一透明电极102a和第二透明电极102b之间时，光束穿过第一区域而不接收任何动作。另一方面，当电压施加在它们之间时，第一透明电极102a和第二透明电极102b之间的液晶101(参见图5B)改变其朝向的方向，从而在该位置处的折射率从n0变为了n1。因此，折射率为n0的部分和折射率为n1的部分以同心方式交替地形成在第一区域中，第一区域衍射入射光束，并能够产生发散光线(例如，+1阶光线)，如图6所示。
图6为示出进入根据本实施例的球面像差补偿元件100的光束被衍射并作为发散光线输出的情况的示意图。虽然没有示出详细的结构，但是第一区域内的第二透明电极102b被制成等电位而作为一个整体，并且通过单独布线连接至用于球面像差补偿元件100的驱动电路(未示出)。此外，用作公共电极的第一透明电极102a也通过单独布线连接至上述驱动电路。
形成第一区域内第二透明电极102b的同心干涉图案，从而在用于CD的光束进入时，使其输出具有预定的发散角α的发散光线(参见图6)。通过这种设置，能够补偿用于CD的光束中所产生的球面像差。
制作如上所述形成于第二透明电极102b上的同心干涉图案，从而使其与通过使例如用于CD的光束和发散光线对第二透明电极102b形成于透明基底103上的表面产生干涉而制成的图案相同。其中该用于CD的光束从光学拾取装置1的第一光源2发射并进入球面像差补偿元件100，该发散光线被球面像差补偿元件100作为具有预定发散角α的发散光线输出，通过物镜11被会聚在光学记录介质15(CD)上，然后被光学记录介质15反射并穿过物镜11作为会聚光线进入球面像差补偿元件100。
接下来，将参考图3、图4A、图4B、图7A和图7B说明球面像差补偿元件100的第二区域。这里，图7A和图7B为解释性视图，以解释通过球面像差补偿元件100的第二区域实施的球面像差补偿，其细节将在随后说明。
如图4B所示，形成第二区域，以使其围绕第一区域。在第二区域中，第二透明电极102b的电极图案形成为具有多个同心区域。制成各个同心区域，使它们相互不接触，并且图4B中示出的黑色线部分对应于所形成的不接触的空间。此外，在所述多个区域中，单独连接多条布线104，从而使它们能够将电位独立地施加在所述多个区域的各个区域上。这里，布线104被连接至球面像差补偿元件100的驱动电路(未示出)。如果存在足以将相同的电位总是施加在多个区域之间的这样的区域，那么使用诸如这样一种结构就不存在问题：即将总是给定为相同电位的这些区域的布线104聚集到一起作为仅有的一条布线连接至上述驱动电路。
与第一区域中相同，在第二区域中，液晶101在整个第二区域具有统一的折射率(n0)而作为一个整体，并且其朝向设置为使得其在电压没有施加在第一透明电极102a和第二透明电极102b之间时，不对穿过的光束实施任何动作。结果，当电压没有施加在第一透明电极102a和第二透明电极102b之间时，光束穿过第二区域而不接收任何动作。另一方面，当电压施加在第一透明电极102a和第二透明电极102b之间时，它们之间的液晶101(参见图3)改变了朝向的方向，从而改变了该位置处的折射率。
在第二区域中，形成第二透明电极102b，使其具有如上所述的多个同心区域，并且透明电极102b能够为各个区域(同心区域)提供独立的电位。可以在各个同心区域处调节施加在第一透明电极102a和第二透明电极102b之间的电压，因此，能够在各个区域(同心区域)中控制液晶101的折射率。
图7A以实线示出当BD被光学拾取装置再现时用于BD的光束所产生的球面像差。如图所示，在远离光轴的***侧的球面像差变大。因此，如果对主要产生在***侧的大的球面像差进行补偿，就能够抑制由于球面像差的产生而造成再现质量的变坏。结果，将作为第二区域中的第二透明电极102b的图案而形成的多个同心区域的区域数目以及它们的面积设计为能够补偿在***侧变大的球面像差。
相移图案为图7A中点划线示出的图案，通过该相移图案，利用多个同心区域(如上所述设计它们的数目和面积)并调节施加在各个区域上的电压，来补偿用于BD的光束中产生的球面像差。这里，在第一区域内的第一透明电极102a和第二透明电极102b之间不施加电压。更准确地，在多个同心区域中产生的相移图案必须具有负值，这些负值的绝对值与图7A示出的图形相同。但是，为了方便，在图7A中以正值示出它们。
图7B示出了从图7A示出的球面像差(实线)中减去相移图案(点划线)的结果。从图中可以理解，如果补偿用于BD的光束从而改变与第二区域相对应的部分的相位分布，就可以补偿球面像差。
这里，由于球面像差的出现等根据各个区域中要补偿球面像差的光束的有效直径以及物镜的设计而变化，因此考虑到这种情况而适当地确定第一区域和第二区域的尺寸。
在本实施例的球面像差补偿元件100中，使用这样的结构：当对第一透明电极102a和第二透明电极102b施加电压时，在第一区域和第二区域中实施球面像差补偿功能。但是，本发明不限于这种结构，也可以使用这样的结构：当对第一透明电极102a和第二透明电极102b不施加电压时补偿球面像差，而当对第一透明电极102a和第二透明电极102b施加电压时不实施球面像差补偿功能。
此外，在本实施例中，第一透明电极102a用作公共电极，但是也可以使用第一透明电极102a的电极图案与第二透明电极102b相同的结构。在此情况下，也可以获得与上述相同的效果。
主要参考图1、图8A、图8B和图8C，说明通过使用如上所述构造的光学拾取装置1对BD、DVD或CD上的信息进行再现等的操作。这里，图8A-图8C为示出将光束会聚在光学记录介质15上的情况的示意图。图8A为光学记录介质15为BD时的情况，图8B为光学记录介质15为DVD时的情况，图8C为光学记录介质15为CD时的情况。
当用于BD的光束从第二光源3发射出后，其顺序经过第二分束器5、第二准直镜7、以及二向棱镜8，然后平行光束进入相移元件9，如图8A所示。这里，通过设置在致动器12的基板(未示出)上的孔，对进入相移元件9内的光束进行孔径限制。
如上所述，由于相移元件9被制成为不对用于BD的光束实施任何动作的结构，因此该光束穿过相移元件9进入球面像差补偿元件100。在球面像差补偿元件100中，当用于BD的光束进入时，并不在第一区域内的透明电极102a和102b之间施加电压，而仅在第二区域内的透明电极102a和102b之间施加预定电压。通过这种设置，第一区域的衍射功能变为OFF状态，仅仅控制第二区域内相位分布的功能变为ON状态。结果，通过改变用于BD的光束的相位分布就能够进行球面像差补偿。
通过球面像差补偿元件100改变了相位分布的光束被物镜11会聚到光学记录介质15(BD)上。光学记录介质15反射的光束经过与其入射时相同的光路，进入第二分束器5，接着穿过第二分束器5被会聚到第二光电检测器14上。
虽然在上述实施例中，使用当用于BD的光束进入球面像差补偿元件100时关闭第一区域中的功能的结构，但是也可以根据情况使用当第一区域开启时对用于BD的光束中产生的球面像差进行补偿的结构。
当用于DVD的光束从第一光源2发射出后，其顺序穿过第一分束器4、第一准直镜6以及二向棱镜8，然后平行光束进入相移元件9，如图8B所示。这里，通过设置在致动器12的基板(未示出)上的孔，对进入相移元件9内的光束进行孔径限制。
如上所述，由于为了补偿用于DVD的光束中产生的球面像差而在相移元件9上形成多个相移区域，因此对用于DVD的光束实施了相位补偿。此外，由于在相移元件9内形成了限制用于DVD的光束孔径的孔径限制部17，因此对用于DVD的光束实施了与孔径限制部17相对应的孔径限制。
通过相移元件9实施了相位补偿和孔径限制的光束进入球面像差补偿元件100，但是，由于球面像差补偿元件100的第一区域和第二区域的功能在用于DVD的光束进入时被关闭(电压未施加在透明电极102a、102b之间的情况)，因此光束穿过球面像差补偿元件而不接收任何动作。换句话说，通过球面像差补偿元件100几乎不会削减用于DVD的光束的光透射率。
穿过球面像差补偿元件100的光束被物镜11会聚到光学记录介质15(DVD)上。光学记录介质15反射的光束穿过与其入射时相同的光路，进入第一分束器4，接着穿过第一分束器4被会聚到第一光电检测器13上。
当用于CD的光束从第一光源2发射出后，其顺序穿过第一分束器4、第一准直镜6以及二向棱镜8，然后平行光束进入相移元件9，如图8C所示。这里，通过设置在致动器12的基板(未示出)上的孔，对进入相移元件9内的光束进行孔径限制。
如上所述，由于相移元件9被制成不对用于CD的光束实施任何动作的结构，因此光束穿过相移元件9进入球面像差补偿元件100。在球面像差补偿元件100中，当用于CD的光束进入时，并不在第二区域的透明电极102a和102b之间施加电压，而仅在第一区域的透明电极102a和102b之间施加预定电压。通过这种设置，第二区域的控制相移的功能变为OFF状态，只有第一区域的衍射功能变为ON状态。结果，用于CD的光束在穿过球面像差补偿元件100后变为具有预定发散角α的发散光线，从而能够消除在光束穿过物镜11到达光学记录介质15(CD)时产生的球面像差。光学记录介质15反射的光束经过与其入射时相同的光路，进入第一分束器4，接着穿过第一分束器4被会聚到第一光电检测器13上。
在这种结构中，通过将进入物镜11的光束变为发散光线来补偿球面像差。通过这种设置，相比于传统技术所实现的通过改变光束的相位分布来补偿球面像差的情况，工作距离WD4(参见图8C)(即物镜11端部与光学记录介质15之间的长度)可被延长(WD4＞WD3；参见图8C和图10C)。结果，能够降低物镜11与光学记录介质15之间碰撞的机率。
这里，上述光学拾取装置1不具有这样的结构：对用于CD的光束实施适合于CD所使用的数值孔径的孔径限制。在此情况下，***侧的光束成分变为光斑(flare)成分，并且不用于聚焦。但是，在本实施例中，由于即使在这种情况下也可以确保对于CD的足够的再现质量等，因此考虑到会增加部件的数量等等而不特别对孔径进行限制。当然，单独设置对用于CD的光束进行孔径限制的元件也是可以的。这里，为求简便，仅在图8C中示出与有效直径相对应的光束部分。
如上所述，在根据本实施例的光学拾取装置1中，由于球面像差补偿元件100实施其功能的ON-OFF控制，因此提高了光学拾取装置1的光学传输效率。此外，也能够降低光学记录介质15和物镜11之间碰撞的概率。另外，光学拾取装置还具有这样的效果：由于球面像差补偿元件100能够补偿两种光束的球面像差，因此能够减少用于实施球面像差补偿的部件的数量。
在如上所述的光学拾取装置1中，使用了将进入相移元件9的用于DVD或CD的光束变为平行光的结构。但是，也可以使用例如通过对第一准直镜6进行位置调节使光束作为诸如发散光线之类进入的结构。在此情况下，由于存在出现彗形像差的机率，因此需要注意发散角。也可以根据情况向致动器12提供诸如倾斜调节功能之类，来解决上述问题。
此外，在如上所述的光学拾取装置1中，可以使用这样的结构：对用于DVD的光束使用相移元件9来补偿球面像差，对用于DVD的光束实施球面像差补偿的元件(第二像差补偿元件)的结构并不限于此。即，也可以使用诸如以下的结构：通过以例如图9A和图9B所示的具有多个同心区域的电极图案形成其中一个透明电极202，使用液晶元件200来调节所通过的光束的相位分布，并且通过调节对各个区域所施加的电压来调节液晶201的朝向。这里，图9A和图9B为示出第二像差补偿元件的一个改型实例的示意图，图9A为液晶元件200的横截面示意图，图9B为形成有电极图案的透明电极202的平面图。此外，也可以使用以扩展镜(expanding lens)等等代替相移元件9的结构，由于扩展镜的结构已知，在此省略其说明。但是，当使用扩展镜时，很难将它与物镜11作为一体驱动，并且有可能出现彗形像差。在这种情况下，可以通过例如向致动器12提供倾斜调节功能来解决上述问题。
在以上给出的描述中，说明了能够兼容BD、DVD和CD的光学拾取装置。但是，无需说明，本发明还可以应用于能够兼容除了如上所述之外的其它光学记录介质的光学拾取装置。
根据本发明的光学拾取装置是非常有用的，因为其能够兼容多种光学记录介质，可以充分补偿球面像差，达到提高光学传输效率的目的，减少部件数量，以及减少光学记录介质和物镜之间碰撞的机率。

Claims (18)

1.一种光学拾取装置，包括：
多个光源，发射波长为λ1、λ2和λ3的光束，其中λ1＞λ2＞λ3；
物镜，将所述光源发射的光束会聚至光学记录介质的记录表面上；
第一像差补偿元件，设置在所述光源和所述物镜之间，用于补偿波长分别为λ1和λ3的光束中产生的球面像差；以及
第二像差补偿元件，设置在所述光源和所述物镜之间，用于补偿波长为λ2的光束中产生的球面像差，其中
所述第一像差补偿元件具有：第一区域，将波长为λ1的光束输出为具有预定发散角的发散光线；及第二区域，形成为围绕所述第一区域，并在波长为λ3的光束进入时改变所述波长为λ3的光束的相位分布；并且所述第一像差补偿元件能够以开关方式对所述第一区域和所述第二区域实现的功能进行电控制。
2.如权利要求1所述的光学拾取装置，其中
所述第一像差补偿元件由液晶元件构成，所述液晶元件包括液晶以及设置为将液晶夹在中间的第一透明电极和第二透明电极；
所述第一区域和所述第二区域通过电极图案而形成，该电极图案形成在以两种图案制成的所述第一透明电极和所述第二透明电极的至少其中之一中；
所述电极图案在所述第一区域中为同心干涉图案，并且当电压施加在所述第一透明电极和所述第二透明电极之间时，波长为λ1的光束被衍射并输出为发散光线，以及
所述电极图案在所述第二区域中形成为具有多个同心区域，在所述多个同心区域的每一区域中，能够调节施加在所述第一透明电极和所述第二透明电极之间的电压，并且通过调节施加的电压来改变波长为λ3的光束的相位分布。
3.如权利要求1所述的光学拾取装置，其中所述第二像差补偿元件具有多个相移区域，以改变波长为λ2的光束的相位分布而不改变波长为λ1和λ3的光束的相位分布。
4.如权利要求1所述的光学拾取装置，其中在所述第二像差补偿元件的***侧设置有对波长为λ2的光束选择性地进行孔径限制的功能。
5.如权利要求1所述的光学拾取装置，还包括致动器，其至少在调焦方向和追踪方向驱动所述物镜，其中所述致动器将所述物镜、所述第一像差补偿元件和所述第二像差补偿元件作为一体驱动。
6.如权利要求2所述的光学拾取装置，其中所述第二像差补偿元件具有多个相移区域，以改变波长为λ2的光束的相位分布而不改变波长为λ1和λ3的光束的相位分布。
7.如权利要求2所述的光学拾取装置，其中在所述第二像差补偿元件的***侧设置有对波长为λ2的光束选择性地进行孔径限制的功能。
8.如权利要求2所述的光学拾取装置，还包括致动器，其至少在调焦方向和追踪方向驱动所述物镜，其中所述致动器将所述物镜、所述第一像差补偿元件和所述第二像差补偿元件作为一体驱动。
9.如权利要求3所述的光学拾取装置，其中所述第二像差补偿元件由透明组件制成，并且所述多个相移区域通过以阶梯图案改变所述透明组件的厚度而制成。
10.如权利要求3所述的光学拾取装置，其中在所述第二像差补偿元件的***侧设置有对波长为λ2的光束选择性地进行孔径限制的功能。
11.如权利要求3所述的光学拾取装置，还包括致动器，其至少在调焦方向和追踪方向驱动所述物镜，其中所述致动器将所述物镜、所述第一像差补偿元件和所述第二像差补偿元件作为一体驱动。
12.如权利要求6所述的光学拾取装置，其中所述第二像差补偿元件由透明组件制成，并且所述多个相移区域通过以阶梯图案改变所述透明组件的厚度而制成。
13.如权利要求6所述的光学拾取装置，其中在所述第二像差补偿元件的***侧设置有对波长为λ2的光束选择性地进行孔径限制的功能。
14.如权利要求6所述的光学拾取装置，还包括致动器，其至少在调焦方向和追踪方向驱动所述物镜，其中所述致动器将所述物镜、所述第一像差补偿元件和所述第二像差补偿元件作为一体驱动。
15.如权利要求9所述的光学拾取装置，其中在所述第二像差补偿元件的***侧设置有对波长为λ2的光束选择性地进行孔径限制的功能。
16.如权利要求9所述的光学拾取装置，还包括致动器，其至少在调焦方向和追踪方向驱动所述物镜，其中所述致动器将所述物镜、所述第一像差补偿元件和所述第二像差补偿元件作为一体驱动。
17.如权利要求12所述的光学拾取装置，其中在所述第二像差补偿元件的***侧设置有对波长为λ2的光束选择性地进行孔径限制的功能。
18.如权利要求12所述的光学拾取装置，还包括致动器，其至少在调焦方向和追踪方向驱动所述物镜，其中所述致动器将所述物镜、所述第一像差补偿元件和所述第二像差补偿元件作为一体驱动。
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