CN1855257A - 光集成单元和拾光装置 - Google Patents
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Abstract
本发明揭示一种光集成单元和拾光装置。为了通过使光利用效率的降低为最小,实现较稳定的记录再现性能,本发明的光集成单元(1),具有:将光束(20)出射到光盘(4)的半导体激光器(11);接收从光盘(4)反射的光束(20)的返回光的感光元件(12);使光束(20)中具有P偏振的光衍射到光盘(4)而使返回光中具有S偏振的光衍射到感光元件(12)的透明元件(15);以及设在返回光入射到透明元件(15)的位置,并将返回光变换成具有S偏振的光的1/4波长片(16)。
Description
发明领域
本发明涉及光集成单元和拾光装置;详细而言,涉及实现对光盘等光信息记录媒体等记录或再现信息时用的拾光器的小型化用的光集成单元和使用该光集成单元的拾光装置。
发明背景
近年来,为了记录大容量的消息,强烈希望使光盘等光信息记录媒体的信息记录容量高密度化、大容量化,而且使拾光装置小型軽量化,以便用于移动用途。
因此,针对小型軽量化的要求提出各种集成化拾光器。这种集成化拾光器多数将半导体激光器用作光源。然而,在拾光装置中,从半导体激光器光源出射的激光的强度分布,一般为高斯型分布。因此,从半导体激光器光源出射的激光的光束相对于中心部的光强度,越往外侧,光强度越低。
所以,微小的光斑不集中到光盘上,成为使再现信号分辨率、S/N比降低的一个原因。为了解决该问题,例如专利文献1(日本国专利公开2001-134972号公报,平成2001年5月18日公开)中提出使用直线衍射光栅或全息衍射光栅的半导体激光器模件和使用该模件的光信息再现装置。根据图15和图16,说明这种半导体激光器模件和使用该模件的光信息再现装置的原理。
图15是该拾光器的组成图。如图15所示,来自装载在光集成单元106的半导体激光器光源101的出射光110入射到3光束产生用衍射光栅114。这时,将出射光110分成主光束(0次衍射光)和子光束(±1次衍射光),形成3光束出射光111。为了避免附图繁杂,未图示子光束(±1次衍射光)。
然后,该3光束出射光111从透明元件103透射,并入射到丘部和槽部组成的直线衍射光栅和全息衍射光栅104。这时,将3光束出射光111分别分成0次光和±1次光,从而分成共9条光线。这时,3光束出射光111分别相对于中心部的光强度,通过外缘部的光束的光强度降低。针对这点,设定成在直线衍射光栅或全息衍射光栅104的中心部,0次衍射光弱,在外缘部则0次衍射光的光强度强。因此,3光束出射光111通过直线衍射光栅或全息衍射光栅104时,3光束出射光111的0次衍射光的光强度分布接近较平坦的状态。即,直线衍射光栅或全息衍射光栅104中,通过使衍射效率随部位变化,使0次衍射光的光强度分布接近较平坦的状态。
这样,在分成共9条的光线中,强度分布平坦的3条0次衍射光111a被准直透镜107变成平行光后通过物镜108汇聚到光盘109上。然后,从光盘109反射的返回光112再次通过物镜108、准直透镜107在直线衍射光栅或全息衍射光栅104上透射。这里,对返回光112进行划分,形成划分返回光113,将其引导到多划分光检测器105。通过运算该多划分光检测器105的输出取得规定的信息信号。为了避免附图复杂,对返回光112仅示出光轴中心的光线。
图16是说明一例该直线衍射光栅或全息衍射光栅104的详细结构的图。如图16所示,设定直线衍射光栅或全息衍射光栅104的栅格槽宽、栅格周期、栅格槽深,使直线衍射光栅或全息衍射光栅104的中心部0次衍射光栅的光强度弱,外缘部则0次衍射光栅的光强度强。即,对刻有栅格的方向垂直的方向上,中央部的栅格槽115的栅格槽宽远离栅格周期之半的长度。
这样,为了使出射光的光强度分布为平坦状态,出射光需要通过直线衍射光栅或全息衍射光栅104的中央部。而且,为了出射光通过直线衍射光栅或全息衍射光栅104的中央部,必须对透明构件103进行位置调整。还要求调整来自光盘109的返回光112,使其通过直线衍射光栅或全息衍射光栅104的规定位置,并引导到多划分光检测器105。
然而,在上述已有技术所示的光集成单元中,将来自所述光源的出射光入射到3光束产生用衍射光栅114,分成0次光和±1次光的3光束,这时由于光衍射现象,3束出射光的光强度降低,产生光量损失。接着,3束出射光入射到直线衍射光栅或全息衍射光栅104时,产生校正强度分布的0次光和±1次光,共产生9条光线,但其中用于记录再现的仅为3束出射光的0次光,共3条,剩下的6条光线没有得到使用。这里,也判明产生大幅度光量损失,成为光利用效率降低的一个原因。
再者,返回光112穿透直线衍射光栅或全息衍射光栅104时,也产生光量损失,导致光利用效率进一步降低。
考虑该光利用效率降低,在进行拾光装置设计时,为了实现稳定的记录再现性能,需要进一步加大来自光源的输出。然而,半导体激光器加大输出时,存在工作寿命变短的问题。
上述光利用效率降低的问题,不限于专利文献1记载的具有光强度分布校正功能的直线衍射光栅或全息衍射光栅的拾光器,在包含无光强度分布校正功能的3光束产生用衍射光栅的拾光器中,也适用。
发明内容
本发明是鉴于上述问题而完成的,其目的在于,提供一种通过又进行光源强度校正、又使光利用效率降低最小实现较稳定的记录再现性能的光集成单元和拾光装置。
为了解决上述课题,本发明的光集成单元,具有:往光信息记录媒体出射光束的光源、以及接收所述光信息记录媒体反射的所述光束的返回光的感光元件,其中,所述光束具有第1偏振分量的光,并且该单元包含将所述第1偏振分量的光往所述光信息记录媒体衍射成光强度的降低率随着从光轴附近往外缘部变小的衍射单元;以及配置在所述返回光入射到所述衍射单元前的光路中,将该返回光变换成与所述第1偏振分量不同的第2偏振分量的光的偏振分量变换单元,所述衍射单元还将所述第2偏振分量的光往所述感光元件衍射。
根据上述组成,则从光源出射的光束具有第1偏振分量的光,并且衍射单元使该第1偏振分量的光往光信息记录媒体衍射,因而从衍射单元出射到光信息记录媒体的光束具有第1偏振分量。
而且,根据上述组成,则在光信息记录媒体反射的返回光入射到衍射单元前的光路中配置偏振分量变换单元,并且偏振分量变换单元将返回光变换成与所述第1偏振分量不同的第2偏振分量的光。因此,从所述衍射单元出射的光束被所述光信息记录媒体反射,变成返回光,通过偏振分量变换单元,成为第2偏振分量的光,入射到所述衍射单元。而且,根据上述组成,由于所述衍射单元使所述第2偏振分量的光往所述感光元件衍射,入射到衍射单元的第2偏振分量的返回光全部往感光元件衍射。于是,感光元件对该返回光进行感光。
即,根据上述组成,则使用偏振的组成包含使第1偏振分量的光往光信息记录媒体衍射,并使与第1偏振分量不同的第2偏振分量往感光元件衍射的所述衍射单元;以及将返回光变换成第2偏振分量的光的所述偏振分量变换单元,因而能使感光元件高效率接收光信息记录媒体反射的返回光。所以,根据上述组成,能将衍射单元往光信息记录媒体衍射的光束全部用于信号检测,光利用效率极高。
因此,根据上述组成,则在例如将半导体激光器用作光源的情况下,不需要使用输出大的半导体激光器,从而能提供廉价且具有稳定的记录再现性能的拾光装置。
又,上述衍射单元使所述第1偏振分量的光往所述光信息记录媒体衍射成光强度降低率随着从光轴附近往外缘部变小。因此,将该衍射单元往光信息记录媒体衍射的第1偏振分量的光校正成光强度分布较平坦的状态后,汇聚到所述光信息记录媒体。由此,在光信息记录媒体上,能将该光束集中成微小的光斑,使再现信号的时间轴方向分辨率提高,并能提高再现信号的S/N比。
综上所述,根据上述组成,能提供一种又进行光源强度校正又使光利用效率降低最小的拾光装置。
为了解决上述课题,本发明的拾光装置,具有上述光集成单元。
因此,本发明的拾光装置通过使光利用效率的降低最小,能实现较稳定的记录再现性能。
由下文所述的技术会充分理解本发明另外的目的、特征和优点。在下面参照附图的说明中会明白本发明的好处。
附图说明
图1(a)是示出本发明实施方式1的光集成单元的概略组成的侧视图。
图1(b)是图1(a)所示的光集成单元中从窗部17d方看的俯视图。
图2是示出使用图1的光集成单元的拾光装置的组成的概略图。
图3(a)是从光轴方向看用于图1的光集成单元的第1偏振光衍射元件的全息图案的组成的俯视图。
图3(b)是用于图1的光集成单元的第1偏振光衍射元件的全息图案的组成的A-A’剖视图。
图4是示出用于图1的光集成单元的第2偏振光衍射元件的全息图案的组成图。
图5(a)是用于本发明的光集成单元的感光元件的感光部图案,是示出所述感光部图案中在不产生球面像差时的光束感光状态的说明图。
图5(b)是示出物镜从图5(a)的状态靠近光盘时的光束感光状态的图。
图6(a)是模式图,示出第2偏振光衍射元件上,光盘反射的返回光相对于光轴方向(z方向)比中央部偏往x方向时的第2偏振光衍射元件的状态,并示出该返回光相对于光轴方向(z方向)比中央部偏往+x方向的情况。
图6(b)是模式图,示出第2偏振光衍射元件上,光盘反射的返回光相对于光轴方向(z方向)比中央部偏往x方向时的第2偏振光衍射元件的状态,并示出该返回光相对于光轴方向(z方向)比中央部偏往-x方向的情况。
图7(a)是模式图,示出第2偏振光衍射元件上,光盘反射的返回光相对于光轴方向(z方向)比中央部偏往y方向时的第2偏振光衍射元件的状态,并示出该返回光相对于光轴方向(z方向)比中央部偏往+y方向的情况。
图7(b)是模式图,示出第2偏振光衍射元件上,光盘反射的返回光相对于光轴方向(z方向)比中央部偏往y方向时的第2偏振光衍射元件的状态,并示出该返回光相对于光轴方向(z方向)比中央部偏往-y方向的情况。
图8(a)是示出本发明实施方式2的光集成单元的概略组成的侧视图。
图8(b)是图8(a)所示的光集成单元中从窗部17d方看的俯视图。
图9(a)示出用于图8的光集成单元的第1偏振光衍射元件的全息图案的组成,是从光轴方向看的俯视图。
图9(b)是用于图8的光集成单元的第1偏振光衍射元件的全息图案的组成的B-B’剖视图。
图10是示出本发明实施方式3的光集成单元的概略组成的侧视图。
图11是示出本发明实施方式4的光集成单元的概略组成的侧视图。
图12是为了说明本发明实施方式5的光集成单元的第1偏振光衍射元件的全息区而示出该全息区中衍射的光束、从半导体激光器出射的光束的光束直径和汇聚到光盘的光束的光束之间的关系的模式图。
图13是示出本发明拾光装置的另一组成的概略图。
图14是示出本发明拾光装置的又一组成的概略图。
图15是示出已有拾光装置的组成的概略图。
图16(a)示出一例图15的拾光装置的直线衍射光栅或全息衍射光栅的详细结构,是从光轴方向看的俯视图。
图16(b)是图16(a)所示的衍射元件的A-A’剖视图。
具体实施方式
实施方式1
根据图1(a)、图1(b)~图7(a)、图7(b)说明本发明一实施方式如下。
在本实施方式中,对将本发明的光集成单元用于对光盘(光信息记录媒体)以光学方式进行信息的记录和再现的光信息记录再现装置中包含的拾光装置的情况进行说明。
图2是示出使用本实施方式的光集成单元的拾光装置40的组成的概略图。
如图2所示,拾光装置40具有光集成单元1、准直透镜2、以及物镜3。
图2中,从装载在光集成单元1的光源出射的光束被准直透镜2变成平行光后,通过物镜3汇聚到光盘4。然后,来自光盘4的反射光(下文称为返回光)再次通过物镜3和准直透镜2,汇聚到装载在光集成单元1的感光元件上。
光盘4包含衬底4a、使光束透射的保护层4b、以及记录层4c。在衬底4a与保护层4b的边界形成记录层4c。而且,由物镜驱动机构(未图示)将物镜3驱动到聚焦方向(z方向)和纹道跟踪方向(x方向),即使存在光盘4的盘面摆动和偏心,汇聚光斑也跟踪记录层4c的规定位置。
在本实施方式中,说明光集成单元1具有波长405nm左右的短波长光源,并且装载NA0.85左右的高NA物镜的情况。然而,本发明不限于此。通过这样具有短波长光源和高NA物镜,可作高密度的记录再现。
即,这样采用短波长光源,并采用高NA物镜作为物镜3时,由于光盘4的保护层4b的厚度误差,产生大球面像差。因此,拾光装置40中,为了校正因保护层4b的厚度误差而产生的球面像差,由准直透镜驱动机构(未图示)往光轴方向调整准直透镜2,或者由光束扩展器驱动机构(未图示)对配置在准直透镜2与物镜3之间的用2个透镜群构成的光束扩展器(未图示)进行间隔调整。
接着,用图1(a)和图1(b)说明图2中示出的光集成单元1的结构。图1(a)、图1(b)示出光集成单元1的概略组成,图1(a)是从图中所示的光轴方向(y方向)看的侧视图。
如图1(a)所示,光集成单元1具有半导体激光器(光源)11、感光元件12、1/2波长片13、偏振分束镜(导光单元)14、透明元件(衍射元件)15、1/4波长片(偏振分量变换单元)16、以及封装件17。
封装件17,包含支座17a、底座17b和盖17c。在盖17c上形成使光通过用的窗部17d。而且,在封装件17内装载半导体激光器11和感光元件12。具体而言,支座17a上装载半导体激光器11和感光元件12。光集成单元1中,相对于盖窗部17d的面积,以足够大的尺寸制作偏振分束镜14,并且通过将偏振分束镜14粘接固定在盖17c上,将封装件17密封。结果,半导体激光器11和感光元件12不暴露于外部空气,不容易产生特性劣化。
图1(b)是为了说明封装件17内的半导体激光器11和感光元件12的配置关系而从图1(a)所示的光轴方向(z方向)(即从盖17c的窗部17d方)看封装件17的俯视图。为了避免附图复杂,省略1/2波长片13、偏振分束镜14、透明元件15和1/4波长片16。
如图1(b)所示,在支座17a上装载感光元件12,在支座17a的侧部设置半导体激光器11。光集成单元1中,将半导体激光器11的光束出射部和感光元件12的感光部配置成包含在盖17c的窗部17d的区域中,以确保半导体激光器11出射的光束的光路和受感光元件12感光的返回光的光路。
接着,根据图1(a),说明光集成单元1的各种构件的配置。下文说明中,为了说明方便,将偏振分束镜14的入射从半导体激光器11出射的光束20的面当作偏振分束镜14的光束入射面,将偏振分束镜14的入射返回光的面当作偏振分束镜14的返回光入射面。将透明元件15的入射从半导体激光器11出射的光束20的面当作透明元件15的光束入射面,将透明元件15的入射返回光的面当作透明元件15的返回光入射面。
如图1(a)所示,将偏振分束镜14配置在封装件17上。而且,将偏振分束镜14的光束入射面配置在封装件17上,使其覆盖窗部17d。
又,配置透明元件15,使其光束入射面与偏振分束镜14的返回光入射面对置,而且位于从半导体激光器11出射的光束20的光轴上。
在光集成单元1中,在半导体激光器11与偏振分束镜14之间设置1/2波长片13。即,将1/2波长片13设置在偏振分束镜14的光束入射面,而且配置在从半导体激光器11出射的光束20的光轴上。
又,将1/4波长片16设置在透明元件15的返回光入射面,并且配置在从半导体激光器11出射的光束20的光轴上。
接着,说明光集成单元1内部的光束通过路径。
如上文所述,半导体激光器11使用出射波长λ=405nm的光束20的激光器。而且,半导体激光器11出射光束20,作为偏振方向为y方向的线偏振光(S偏振)。即,半导体激光器11出射的光束20是对图中所示的光轴方向(z方向)具有y方向的偏振方向的线偏振光(S偏振)。
半导体激光器11出射的光束20,入射到12波长片13。1/2波长片13,具有将半导体激光器11出射的具有S偏振的光束20变换成对图中所示光轴方向(z方向)具有x方向的偏振方向的线偏振光(P偏振)的特性。
将1/2波长片13上变换成P偏振的光束(第1偏振分量的光)20,入射到偏振分束镜14。偏振分束镜14具有分束镜(PBS)面14a和反射镜面14b。
偏振分束镜14的PBS面14a具有的特性为:对图中所示的光轴方向(z方向)具有x方向的偏振方向的线偏振光(P偏振)透射,而使具有对该偏振方向垂直的偏振方向(即对所示光轴方向(z方向)具有y方向的偏振方向)的线偏振光(第2偏振分量的光)(S偏振)反射。换句话说,PBS面14a上,可根据入射的光束的偏振方向(即根据S偏振或P偏振)选择进行透射或进行反射。下面,说明适应偏振分束镜14的PBS面14a的偏振方向的选择性。
通常,P偏振与S偏振的反射特性不同。S偏振具有的反射特性为:随着对入射面(PBS面14a)的入射角度变大,其反射率增加。反之,P偏振具有的反射特性为:对入射面(PBS面14a)的入射角度等于布儒斯特角时不反射,使其原样穿透入射面(PBS面14a)。即,存在S偏振光反射而P偏振光透射的状态。P偏振分束镜14使用的薄膜利用上述P偏振与S偏振的反射特性不同。即,形成PBS面14a,使半导体激光器11出射的光束20进行入射的入射角度等于布儒斯特角。
又,将PBS面14a配置在1/2波长片13上变换成P偏振的光束20的光轴上,使该光束20透射。而且,将反射镜面14b配置成对PBS面14a平行。
作为偏振分束镜14的大小,构成半导体激光器11出射的光束20能透射并且由光信息记录媒体反射的返回光在PBS面14a被反射后又在反射镜面14b被反射并在感光元件12上得到感光即可,无特殊限定。然而,偏振分束镜14的大小尺寸最好相对于所示封装件17的盖17c上形成的窗部17d的面积足够大。偏振分束镜14的大小相对于盖17c的窗部17d的面积足够大时,可将偏振分束镜14粘接并固定在盖17c上。因此,能密封该封装件17,使半导体激光器11和感光元件12不暴露在外部空气中,它们不容易产生特性劣化。
入射到PBS面14a的所述光束20(P偏振)原样穿透PBS面14a,成为P偏振的光束21。然后,穿透PBS面14a的P偏振光束21入射到透明元件15。
如上文所述,光集成单元1在半导体激光器11与偏振分束镜14之间的光路中,配置1/2波长片13。不配置1/2波长片13的组成中,从半导体激光器11出射的光束20以偏振方向为y方向的线偏振(S偏振)的状态入射到偏振分束镜14。因此,光束20在偏振分束镜(PBS)面14a上受到大致全反射,产生光量损失。因此,本实施方式在半导体激光器11与偏振分束镜14之间的光路中配置1/2波长片13,将光束20的偏振方向变换成x方向的线偏振(P偏振),从而可全部穿透偏振分束镜14的PBS面14a。
接着,详细说明透明元件15。在透明元件15的相互对置的面分别形成具有第1全息区的第1偏振光衍射元件31和具有第2全息区的第2偏振光衍射元件32。
将第1偏振光衍射元件31和第2偏振光衍射元件32配置在光束20的光轴上,并且构成将第2偏振光衍射元件32配置得比第1偏振光衍射元件31靠近半导体激光器11方。
第1偏振光衍射元件31,具有使P偏振光衍射并使S偏振光透射的第1全息区。第2偏振光衍射元件32,具有使S偏振光衍射并使P偏振光透射的第2全息区。利用各偏振光衍射元件的全息区上形成的槽结构(栅格)进行这些偏振光衍射,由所述槽结构(栅格)的间距(下文称为栅格间距)规定衍射角度。后面阐述第1偏振光衍射元件31和第2偏振光衍射元件32中的全息区的详细全息图案。
因此,穿透PBS面14a的偏振光束21原样穿透第2偏振光衍射元件32,入射到第1偏振光衍射元件31。在第1偏振光衍射元件31形成检测出跟踪误差信号(TES)用的用于产生3光束的全息图案。作为使用3光束的TES检测方法,采用3光束法、差动推挽(DPP)法。
第1偏振光衍射元件31使入射的光束中的P偏振光衍射,S偏振光则原样透射。具体而言,第1偏振光衍射元件31使入射的P偏振光衍射成0次衍射光(非衍射光)和±1次衍射光衍射光)。
即,从第2偏振光衍射元件32出射的P偏振光束21入射到第1偏振光衍射元件31,衍射成0次衍射光(主光束)和±1次衍射光(子光束),并从该第1偏振光衍射元件31出射。
然后,第1偏振光衍射元件31衍射的P偏振光束21入射到1/4波长片16。1/4波长片16入射线偏振光,并且能将其变换成圆偏振光。因此,入射到1/4波长片16的P偏振光束21(线偏振)被变换成圆偏振光束,从光集成单元1出射。
如图2所示,从光集成单元1出射的圆偏振光束被准直透镜2变成平行光后,通过物镜3汇聚到光盘4。然后,光盘4反射的光束(即返回光)再次通过物镜3和准直透镜2入射到光集成单元1的1/4波长片16。
入射到光集成单元1的1/4波长片16的返回光是圆偏振光,由1/4波长片16变换成对所示光轴方向具有y方向的偏振方向的线偏振光(S偏振)。然后,S偏振的返回光入射到第1偏振光衍射元件31。
如上文所述,入射第1偏振光衍射元件31的S偏振返回光,原样穿透后入射到第2偏振光衍射元件32。然后,入射到第2偏振光衍射元件32时,S偏振返回光受到衍射,分离成0次衍射光(非衍射光)22和±1次衍射光(衍射光)23,入射到偏振分束镜14。然后,0次衍射光22和±1次衍射光23(S偏振)受到PBS面14a反射后,又受到反射镜面14b反射,并从偏振分束镜14出射。从偏振分束镜14出射的0次衍射光22和±1次衍射光23(S偏振)在感光元件12受到感光。后面阐述感光元件12的感光部图案。
如上文所述,在透明元件15中,第1偏振光衍射元件31使P偏振光衍射并使S偏振光透射,而第2偏振光衍射元件32使S偏振光衍射并使P偏振光透射。即,第1偏振光衍射元件31和第2偏振光衍射元件32可根据入射到光束的偏振方向(即根据S偏振或P偏振)选择进行透射或进行衍射。下面说明第1偏振光衍射元件31和第2偏振光衍射元件32适应偏振方向的选择性的原理。例如日本国专利公开平10-68820中记述偏振光衍射元件适应偏振方向的选择性的原理。
在本实施方式的光集成单元中,在第1偏振光衍射元件31与第2偏振光衍射元件32之间封入液晶。而且,第1偏振光衍射元件31中,设计成该第偏振光衍射元件31的凸部(即衍射光栅)的折射率与所述液晶的异常光折射率一致。另一方面,第2偏振光衍射元件32中,设计成该第偏振光衍射元件32的凸部(即衍射光栅)的折射率与所述液晶的正常光折射率一致。而且,所述液晶分子呈现光各向异性。即,对P偏振光呈现正常光折射率,而对S偏振光呈现异常光折射率。
对具有这种组成的第1偏振光衍射元件31和第2偏振光衍射元件32,首先说明往程光(即从半导体激光器11出射的具有P偏振的光束20)的适应偏振方向的选择性。从半导体激光器11出射的光束20入射到第2偏振光衍射元件32时,液晶分子对P偏振光呈现正常光折射率,因而该光束20原样穿透第2偏振光衍射元件32,入射到第1偏振光衍射元件31。第1偏振光衍射元件31的凸部(衍射光栅)的折射率与液晶的异常光折射率一致。另一方面,液晶分子对P偏振光呈现正常光折射率。因此,在液晶分子和第1偏振光衍射元件31中产生对P偏振光的折射率差异。这样,使光束20入射到第1偏振光衍射元件31时,第1偏振光衍射元件31作为衍射光栅起作用,将光束20衍射成0次衍射光(非衍射光)和±1次衍射光衍射光)。
接着,说明回程光(即具有S偏振的返回光)的适应偏振方向的选择性。光盘4反射的具有S偏振的返回光入射到第1偏振光衍射元件31时,由于液晶分子对S偏振光呈现异常光折射率,该返回光原样穿透第1偏振光衍射元件31,入射到第2偏振光衍射元件32。第2偏振光衍射元件32的凸部(衍射光栅)的折射率与液晶的正常光折射率一致。另一方面,液晶分子对S偏振光呈现异常光折射率。因此,在液晶分子和第2偏振光衍射元件32中产生对S偏振光的折射率差异。这样,使返回光入射到第2偏振光衍射元件32时,第2偏振光衍射元件32作为衍射光栅起作用,将返回光衍射成0次衍射光(非衍射光)22和±1次衍射光(衍射光)23。
接着,用图3说明第1偏振光衍射元件31中形成的全息图案。
这里,说明入射到普通直线衍射光栅的光束的光强度。入射到直线衍射光栅的光束被分离成0次衍射光(主光束)和±1次衍射光(子光束)的3光束。直线衍射光栅为具有矩形栅格槽截面的衍射光栅时,即衍射光栅的栅格槽宽度定义为w,栅格周期定义为p,栅格槽深度定义为h,具有第1偏振光衍射元件31的透明元件15的折射率定义为n,从半导体激光器出射的光束的波长定义为λ,0次衍射光的光强度定义为I0,±1次衍射光(下文仅称为1次衍射光)的光强度定义为I1,入射光的光强度定义为1时,下面的公式(1)成立。
I0=1+2β(β-1)(1-cosα)
从上述公式(1)判明,0次衍射光的光强度I0、1次衍射光的光强度I1较大程度上取决于栅格槽宽度w、栅格周期p、栅格槽深度h。而且,判明由于取β值的范围为0<β<1,β值越接近0.5,换句话说,栅格槽宽度w越接近栅格周期p之半的长度,则0次衍射光的光强度越弱,而1次衍射光的光强度越强。
这里,光的衍射方向仅取决于栅格周期p,因而可改变栅格槽宽度w、栅格槽深度h。因此,通过使栅格槽宽度w和栅格槽深度h随部位变化,可控制衍射光的光强度。
即,图1所示的第1偏振光衍射元件31中,将从半导体激光器出射的光束20的中心部附近的光束通过的区域取为第1区,将外缘部附近的光束通过的区域取为第2区,则所述第1区和所述第2区中,通过使栅格槽宽度w和栅格槽深度h变化,可控制衍射光的光强度。具体而言,图2所示的y轴方向上,第1区中,使第1偏振光衍射元件31的栅格槽宽度接近栅格周期之半的长度,而第2区中,使第1偏振光衍射元件31的栅格槽宽度远离栅格槽周期之半的长度。
通过这样设置,0次衍射光(主光束)在第1区(即光束20的中心部附近)方相对于第2区(即光束20的外缘部附近),光强度降低率小(即光强度降低率随着从光轴附近往外缘部变小)。结果,0次衍射光的光强度分布接近较平坦的状态。因此,能在光盘上将入射到物镜的光束集中成微小的光斑。
这里,说明从半导体激光器11出射的光束。从半导体激光器11出射的光束扩大成椭圆状。该椭圆的短轴方向的光强度分布,与长轴方向的光轴方向光强度分布相比,并非平坦状态。因此,由于将短轴方向的光强度分布取为平坦状态,需要在该短轴方向进行光强度分布校正。例如,本实施方式中,从半导体激光器11出射长轴为x方向、短轴为y方向的椭圆状光束。因此,第1偏振光衍射元件31在作为短轴方向的y轴方向上,校正光强度分布。具体而言,必须将第1偏振光衍射元件31配置成在图2所示的y轴方向上,栅格槽宽度w变化。这样,使从半导体激光器11出射的光束在作为短轴方向的y轴方向的光强度分布为平坦状态。
图3(a)、图3(b)示出一例形成在透明元件15的面上的第1偏振光衍射元件31的全息图案,图3(a)是俯视图,图3(b)是A-A’剖视图。
如图3(a)所示,在第1偏振光衍射元件31上制作栅格槽55。该栅格槽55在第1偏振光衍射元件31中央部的栅格槽宽度接近栅格周期之半的长度,在第1偏振光衍射元件31周边部的栅格槽宽度远离栅格周期之半的长度。将第1偏振光衍射元件31的栅格周期p设计成使衍射的3光束(主光束和子光束)在感光元件12上充分隔开。
接着,用图4说明第2偏振光衍射元件32中形成的全息图案。图4是示出第2偏振光衍射元件32的全息图案的模式图。
如图4所示,第2偏振光衍射元件32的全息图案包含3个区32a、32b、32c。具体而言,它们是由与跟踪方向对应的x方向的边界线32x对分而成的一个半圆区32c、以及又由圆弧状边界线划分另一个半圆区而成的内周区32a和外周区32b。图中的虚线表示的区域35a示出照射返回光的区域。
第2偏振光衍射元件32的各区中的栅格间距在区域32b最小(衍射角最大),区域32c最大(衍射角最小),区域32a为它们的中间数值。可用来自区域32a和区域32b的±1次衍射光中的至少一个,检测出用于校正球面像差的球面像差误差信号(SAES)。可借助使用来自区域32c的+1次衍射光的单刀刃法或使用来自区域32a、区域32b和区域32c的+1次衍射光的双刀刃法检测出用于校正焦点位置偏差的焦点误差信号(FES)。
接着,用图5(a)和图5(b)说明第1偏振光衍射元件32的划分图案与感光元件12的感光部图案的关系。
图5(a)示出将准直透镜2的光轴方向位置调整得物镜3的汇聚光束对图2的光盘4的保护层4b的厚度不产生球面像差的状态下,在记录层4c上汇聚成对焦状态时的感光元件12上的光束。还示出图2中说明的第2偏振光衍射元件32的3个区域32a~32c与1次衍射光行进方向的关系。实际上将第2偏振光衍射元件32的中心位置设置在与感光部12a~12d的中心位置对应的位置上,但为了说明,图中示出相对于光轴方向(z方向)往y方向偏移。
如图5a所示,感光元件12包含12a~12n的14个感光部。往程光学***中由第1偏振光衍射元件31形成的3条光束21在光盘4上反射后,在回程光学***中,由第2偏振光衍射元件32分离成非衍射光(0次衍射光)22和衍射光(+1次衍射光)23。于是,感光元件12设置用于对这些光束22、23中需要检测出RF信号和伺服信号的光束进行感光用的感光部。
具体而言,形成第2偏振光衍射元件32的3条非衍射光(0次衍射光)22和9条+1次衍射光23,共计12条衍射光。设计成具有某种程度的规模的光束,使其中的非衍射光(0次衍射光)能作基于推挽法的TES检测。本实施方式中,将感光元件12设在相对于非衍射光22的汇聚点往内侧偏移若干的位置。本发明不限于此,也可将感光元件12配置在相对于非衍射光22往前方偏移若干的位置。
这样,将具有某种规模的光束汇聚到感光部12a~12d的边界部,因而通过将这4个感光部的输出调制成相等,可进行非衍射光40和感光元件12的位置调整,能配置作为光学元件分离单元的偏振分束镜14。
图5(b)示出物镜3从图5(a)的状态靠近光盘4时的感光元件12上的光束。由于物镜3靠近光盘4,光束的直径变大。然而,来自感光部的光束不发生溢出。
接着,用图4和图5(a)、(b)说明产生伺服信号的运作。这里,将感光部12a~12n的输出信号表示为Sa~Sn。
用非衍射光检测出RF信号(RF)。即,由下面的公式给出RF信号(RF)。
RF=Sa+Sb+Sc+Sd
通过进行Sa~Sd的相位比较,检测出DPD法的跟踪误差信号(TES1)。具体而言,在Sa与Sd的相位比较结果A和Sb与Sc的相位比较结果B中,用下面的运算式检测出TES1。
TES1=A+B
具体而言,DPD法的跟踪误差信号(TES1)利用下面的原理。即,由物镜3汇聚的光束扫描光盘4的记录层4c上形成的二进制位串时,反射光束的强度分布因位串与光束的位置关系而变化。因此,检测出Sa+Sc和Sb+Sd时,在光束扫描位串的中央的情况下,相位相同,而在光束扫描偏离中央的位置的情况下,产生因偏离方向而反向的相位差。因此,通过检测出Sa+Sc与Sb+Sd的相位差,获得跟踪误差信号。
用下面的运算式,检测出DPP法的跟踪误差信号(TES2)。
TES2={(Sa+Sc)-(Sb+Sd)}-α{(Se+Sf)+(Sg+Sh)}
这里,将α设定成用于抵消物镜偏移和光盘倾斜造成的偏置的最佳系数。
用双刀刃法检测出聚焦误差信号(FES)。即,下面的公式给出聚焦误差信号(FES)。
FES=(Sm-Sn)-{(Sk+Si)-(Sl+Sj)}
用来自内外周上分离的光束的检测信号检测出球面像差误差信号(SAES)。即,下面的公式给出球面像差误差信号(SAES)。
SAEA=(Sk-Sl)-β(Si-Sj)
这里,将β设定成用于抵消SAES的偏置的最佳系数。
接着,用图6(a)、(b)说明感光元件12、偏振分束镜14、以及透明元件15的位置调整方法。
在所述位置调整方法中,首先,在将感光部12a~12n的输出信号表示为Sa~Sn时,用非衍射光调整偏振分束镜14的位置,使入射到感光部12a~12d的光量相等,即输出信号Sa、Sb、Sc、Sd相等。其次,对透明元件15进行旋转调整,使感光部12i~12l中出现输出信号,作为Si~Sj。由此,完成透明元件15的粗调。接着,进行透明元件15的位置的微调。
下面,根据图6(a)、(b)阐述透明元件15的位置微调方法。
图6(a)、图6(b)是示出第2偏振光衍射元件32上由光盘4反射的返回光相对于光轴方向(z方向)比中央部往x方向偏移时的第2偏振光衍射元件32的状态的模式图,图6(a)示出该返回光相对于光轴方向(z方向)比第2偏振光衍射元件32的中央部往+x方向偏移的情况,图6(b)示出该返回光相对于光轴方向(z方向)比第2偏振光衍射元件32的中央部往-x方向偏移的情况。图6(a)和图6(b)中的虚线所示的区域(区域35c)示出返回光照射到第2偏振光衍射元件32的区域。
图7(a)、图7(b)是示出第2偏振光衍射元件32上由光盘4反射的返回光相对于光轴方向(z方向)比中央部往y方向偏移时的第2偏振光衍射元件32的状态的模式图,图7(a)示出该返回光相对于光轴方向(z方向)比第2偏振光衍射元件32的中央部往+y方向偏移的情况,图7(b)示出该返回光相对于光轴方向(z方向)比第2偏振光衍射元件32的中央部往-y方向偏移的情况。图7(a)和图7(b)中的虚线所示的区域(区域35d)示出返回光照射到第2偏振光衍射元件32的区域。
首先,在图6(a)的状态下,即在第2偏振光衍射元件32上,由光盘4反射的返回光相对于光轴方向(z方向)比中央部往+x方向偏移的情况下,下面的公式成立。
(Si+Sj)-(Sk+Sl)<0
另一方面,在图6(b)的状态下,即在第2偏振光衍射元件32上,由光盘4反射的返回光相对于光轴方向(z方向)比中央部往-x方向偏移的情况下,下面的公式成立。
(Si+Sj)-(Sk+Sl)>0
因此,通过调整透明元件15的位置,使x方向的透明元件15的位置偏移满足下面的公式,能在第2偏振光衍射元件32的中央部入射返回光,抵消透明元件15的x方向位置偏移,从而调整x方向的透明元件15的位置偏移。
(Si+Sj)-(Sk+S1)=0
又,在图7(a)的状态下,即第2偏振光衍射元件32上,由光盘4反射的返回光相对于光轴方向(z方向)比中央部往+y方向偏移的情况下,下面的公式成立。
(Si+Sj)+(Sk+S1)<(Sm+Sn)
另一方面,在图7(b)的状态下,即第2偏振光衍射元件32上,由光盘4反射的返回光相对于光轴方向(z方向)比中央部往-y方向偏移的情况下,下面的公式成立。
(Si+Sj)+(Sk+Sl)>(Sm+Sn)
因此,通过调整透明元件15的位置,使x方向的透明元件15的位置偏移满足下面的公式,能在第2偏振光衍射元件32的中央部入射返回光,抵消透明元件15的y方向位置偏移,从而调整y方向的透明元件15的位置偏移。
(Si+Sj)+(Sk+Sl)-(Sm+Sn)=0
这样,抵消x方向和y方向的透明元件15的位置偏差,从而完成透明元件15的位置微调。
又,可在具有相互平行的2个面的结构的透明元件15上,以掩模精度准确定位,合为一体地制作第1偏振光衍射元件31和第2偏振光衍射元件32。因此,在进行第2偏振光衍射元件32的位置调整以取得规定的伺服信号的同时,完成第1偏振光衍射元件31的位置调整。即,光集成单元1的组装调整方便,同时还能提高调整精度。
根据本实施方式,则通过实施上述位置调整方法,能简化组装工序,可提供廉价的拾光装置。
在本实施方式中,利用第1偏振光衍射元件31,使从半导体激光器11出射的光束20的光强度分布形成平坦状态。
因此,能在光盘4上集中微小的光斑,使拾光装置的再现信号在时间轴方向的分辨率提高,从而能使再现信号的S/N比提高。
再者,光集成单元1的组成是使用偏振的组成,其中包含1/2波长片13、1/4波长片16和偏振光衍射元件(第1偏振光衍射元件31和第2偏振光衍射元件32)。因此,光的利用效率高,可不提高半导体激光器的输出而实现稳定的记录再现性能。
在本实施方式中,还使用具有相互平行的2个反射面偏振分束镜4。
因此,能将第2偏振光衍射元件32配置在与半导体激光器11和感光元件11对置的一方。于是,能加长半导体激光器11至衍射元件(第1偏振光衍射元件31和第2偏振光衍射元件32)的光路长度。又能加长感光元件12至衍射元件(第1偏振光衍射元件31和第2偏振光衍射元件32)的光路长度。
其结果,在将衍射元件(第1偏振光衍射元件31和第2偏振光衍射元件32)的衍射角度设定得小的情况下,也能使感光元件12上的衍射的光(返回光)的分离良好。这样,能以小衍射角度分离感光元件12上的0次光和+1次光,因而能检测出非衍射光和衍射光两者,并且用非衍射光检测出高速信号,诸如RF信号和DPD法的TES信号。
再者,通过使用密封的半导体组件,使半导体激光器不暴露在外部空气中,不容易产生特性劣化。
实施方式2
根据图8(a)和图8(b)说明本发明另一实施方式如下。本实施方式中,说明与实施方式1的不同点,因而为了说明方便,对具有与实施方式1中说明的构件相同的功能的构件标注相同的标号,省略其说明。
图8(a)、图8(b)是示出本发明实施方式2的光集成单元的组成的组成图。图8(a)是相对于所示的光轴方向(z方向)从y方向看的侧视图,图8(b)是为了说明封装件17内的半导体激光器11与感光元件12的配置关系而从图8(a)所示的光轴方向(z方向)(即从盖17c的窗部17d方)看封装件17的俯视图。
本实施方式的光集成单元中,实施方式1的光集成单元的半导体激光器11(光源)的安装方向不同。本实施方式的光集成单元的组成去除1/2波长片13。而且,本实施方式的光集成单元中,图8(a)所示的第1偏振光衍射元件34的全息图案与实施方式1的不同。
即,上述实施方式1中,图1所示的半导体激光器11出射相对于所示的光轴方向(z方向)具有y方向的偏振方向的线偏振光(S偏振)。与此相反,本实施方式中,图8所示的半导体激光器11’出射相对于所示的光轴方向(z方向)具有x方向的偏振方向的线偏振光(P偏振)。
因此,如图8(a)所示,从半导体激光器11’出射的P偏振光束20’入射到偏振分束镜14时,在PBS面14a不受到反射。所以,本实施方式的光集成单元11’与上述实施方式1的光集成单元相比,其组成不必配置1/2波长片13。
而且,从半导体激光器11’出射的光束20’是长轴为y方向、短轴为x方向的椭圆状光束。如上述实施方式1所说明,此椭圆状光束的短轴方向的光强度分布与长轴方向的光强度分布相比,不是平坦状态。因此,为了使短轴方向的光强度分布为平坦状态,需要在该短轴方向进行光强度分布校正。
即,图8(a)、图8(b)所示的第1偏振光衍射元件34在作为短轴方向的x方向校正光强度分布。具体而言,必须将第1偏振光衍射元件34配置成在图8(a)、图8(b)所示的y轴方向上,栅格槽宽度w变化。这样,使从半导体激光器11’出射的光束在作为短轴方向的x轴方向的光强度分布为平坦状态。
下面,根据图9(a)、图9(b),说明一例第1偏振光衍射元件34的全息图案,图9(a)、图9(b)示出一例透明元件15’的面上形成的第1偏振光衍射元件34的全息图案,图9(a)是俯视图,图9(b)是B-B’剖视图。
如图9(a)所示,在第1偏振光衍射元件34上形成栅格槽56。该栅格槽56在x方向上,第1偏振光衍射元件34中央部的栅格槽宽度接近栅格周期之半的长度,而第1偏振光衍射元件34周边部的栅格槽宽度远离栅格周期之半的长度。因此,x方向上,入射的激光束的光强度分布接***坦。
此外,本实施方式的光集成单元11’,也同样在第1偏振光衍射元件34与第2偏振光衍射元件32之间封入液晶,实现适应偏振方向的选择性。
在本实施方式中,与上述实施方式1的光集成单元中的第1偏振光衍射元件31和第2偏振光衍射元件32相同,第1偏振光衍射元件34也设计成该第1偏振光衍射元件34的凸部(即衍射光栅)的折射率与所述液晶的折射率一致。因此,与上述实施方式1相同,取得适应偏振方向的选择性。
综上所述,本实施方式的光集成单元由于半导体激光器11’出射P偏振光束20’,能去除1/2波长片。因此,与上述实施方式1相比,能减少部件数量,而且具有可提供小型、价廉的拾光装置的效果。
再者,本实施方式中,用第1偏振光衍射元件34使从半导体激光器11’出射的光束20’的光强度分布为平坦状态。因此,能在光盘上集中微小的光斑,同时还使拾光装置的再现信号的时间轴方向的分辨率提高,从而能使再现信号的S/N比提高。
实施方式3
根据图10说明本发明另一实施方式如下。本实施方式中,说明与实施方式1的不同点,因而为了说明方便,对具有与实施方式1中说明的构件相同的功能的构件标注相同的标号,省略其说明。
图10是示出本发明实施方式3的光集成单元的组成的相对于光轴方向(z方向)从y方向看的侧视图。本实施方式的光集成单元中,实施方式1的光集成单元中的半导体激光器11和感光元件12的组成不同。
即,上述实施方式1中,将半导体激光器11和感光元件12原样配置在封装件17内。与此相反,如图10所示,本实施方式的光集成单元1”中,将半导体激光器11和感光元件12分别收装在独立的封装件18、19。即,如图10所示,将本实施方式的半导体激光器11和感光元件12分别收装在独立的封装件18、19,并且在收装到封装件18、19的状态下,与上述实施方式1相同地集成化为封装件17。
这样,由于能可靠地密封半导体激光器和感光元件12,具有能可靠地抑制特性劣化的效果。
又,由于封装件17不必密封,偏振分束镜14的大小可以不完全覆盖窗部17d,部件形状能小型化,从而具有可实现光集成单元的小型軽量化和低成本化的效果。
此外,由于半导体激光器11和感光元件12的处理方便,不容易发生处理差错造成的故障,同时还在半导体激光器11和感光元件12有故障时便于修理。
再者,由于半导体激光器11可相对于偏振分束镜14和感光元件12调整位置,具有能吸收组装误差并使返回光可靠地入射到感光元件的效果。
实施方式4
根据图11说明本发明另一实施方式如下。本实施方式中,说明与上述实施方式的不同点,因而为了说明方便,对具有与上述实施方式中说明的构件相同的功能的构件标注相同的标号,省略其说明。
图11是示出本发明实施方式4的光集成单元1的组成的相对于光轴方向(z方向)从y方向看的侧视图。本实施方式的光集成单元中,上述实施方式3的光集成单元的半导体激光器11(光源)的安装方向不同。
本实施方式的光集成单元1出射P偏振光束20’,因而其组成去除1/2波长片13。所以,能减少部件数量,而且具有可提供小型、廉价的拾光装置的效果。
本实施方式的光集成单元的图11所示的第1偏振光衍射元件34的全息图案与实施方式1的不同,而与上述实施方式2的相同。
因此,如图11所示,本实施方式的光集成单元1中,第1偏振光衍射元件43上使从半导体激光器11’出射的光束20’在所示x轴方向的光强度分布为平坦状态。因此,与实施方式2相同,能在光盘上集中微小的光斑,同时还使拾光装置的再现信号的时间轴方向的分辨率提高,从而具有能使再现信号的S/N提高的效果。
本实施方式1的光集成单元1与上述实施方式3相同,将半导体激光器11和感光元件12分别收装在封装件18、19。即,如图10所示,将本实施方式的半导体激光器11和感光元件12分别收装在独立的封装件18、19,进而在收装到封装件18、19的状态下,集成化为与上述实施方式1相同的封装件17。
综上所述,本实施方式的光集成单元1除上述实施方式3的效果外,还通过减少部件数量,可提供小型且价廉的拾光装置。
实施方式5
根据图12说明本发明另一实施方式如下。本实施方式中,说明与实施方式1的不同点,因而为了说明方便,对具有与实施方式1中说明的构件相同的功能的构件标注相同的标号,省略其说明。
本实施方式的光集成单元对上述实施方式1~4的光集成单元中的第1偏振光衍射元件而言,其特征为:该第1偏振光衍射元件的全息区小于半导体激光器出射的光束的光束的直径,而且小于汇聚到光盘4的光束直径。
下面,根据图12,说明本实施方式的光集成单元中的第1偏振光衍射元件的全息区。图12是模式图,为了说明本实施方式的光集成单元中的第1偏振光衍射元件的全息区,示出该全息区衍射的光束、从半导体激光器出射的光束的直径与汇聚到光盘的光束的直径的关系。
图12所示的区域50示出从半导体激光器11出射的光束穿透图2所示的准直透镜后的光束。这里,如上述图2所示,从半导体激光器11出射的光束通过透明元件15入射到准直透镜2。而且,从半导体激光器11出射的光束通过透明元件15时被第1偏振光衍射元件31衍射。
从半导体激光器出射的光束,在第1偏振光衍射元件31入射到构成栅格槽的区域和不构成该槽的区域。因此,在构成栅格槽的区域与不构成该槽的区域,透射光(从第1偏振光衍射元件31透射的光束)的光强度变化。于是,如图12所示,对从半导体激光器11出射的光束而言,出现第1偏振光衍射元件31衍射的区域51。
如上述图2所示,从准直透镜2出射的光束通过物镜3汇聚在光盘4上。这里,图12所示的区域52示出由物镜汇聚到光盘并且用于信息记录再现的光束。
在拾光装置中,为了跟踪控制,通常物镜往径向(x方向)移位,因而将区域52设定成大于物镜的有效直径。又,调整透明元件15的位置,使第1偏振光衍射元件31衍射的区域51配置在作为出射光的光束的区域50的中央,从而完成透明元件15的粗调。然后,通过再进行上述实施方式1中所述的透明元件15的位置微调方法,使透明元件15的位置调整方便。
因此,需要将第1偏振光衍射元件制作成第1偏振光衍射元件的面上的出射光的区域50较小,而且用于信息的记录再现的区域52的直径较大。
在上述实施方式1~5中,说明了由第1偏振光衍射元件产生3光束的组成。然而,本发明不限于此,本发明的光集成单元中的第1偏振光衍射元件也可用于产生TES中不用3光束的1光束用的光集成单元。
再者,如图13所示,作为本发明的拾光装置,也可构成装载去除1/4波长片16的光集成单元30,并且与外装的1/4波长片5组合。
本发明的拾光装置,还可构成在图13的组成中改变半导体激光器11(光源)的安装方向,将第1偏振光衍射元件的全息图案更改成图9所示的第1偏振光衍射元件34的全息图案,而且去除1/2波长片13;也就是说,可以是图14所示的组成。
此外,在上述实施方式1的光集成单元1中,构成第2偏振光衍射元件32比第1偏振光衍射元件31更配置在靠近半导体激光器11方,但本发明的光集成单元不限于此,也可构成第1偏振光衍射元件31和第2偏振光衍射元件32的配置相反。即,可构成第1偏振光衍射元件31比第2偏振光衍射元件32更配置在靠近半导体激光器11方。
又,上述实施方式2的光集成单元1’中,构成第2偏振光衍射元件32比第1偏振光衍射元件34更配置在靠近半导体激光器11方(参考图8),但本发明的光集成单元不限于此,也可构成第1偏振光衍射元件34和第2偏振光衍射元件32的配置相反。即,可构成图8所示的第1偏振光衍射元件34比第2偏振光衍射元件32更配置在靠近半导体激光器11方。
可以说,本发明的光集成单元,具有:光源;使来自所述光源的出射光衍射的第1偏振光衍射元件;设置成划分来自光信息记录媒体的返回光光束的中心部附近的光束和所述返回光光束的外缘部附近的光束的第2偏振光衍射元件;将所述返回光引导到感光元件的光分离单元;以及检测出所述返回光的感光元件,其中,所述第1偏振光衍射元件至少所述出射光光束中心部附近的光束通过的区域的栅格宽度或栅格深度与所述出射光束外缘部附近的光束的栅格宽度或栅格深度相互不同,并且使所述第1偏振光衍射元件和所述第2偏振光衍射元件对置地形成在透明元件的面上。
即,换句话说,本发明的光集成单元,具有:光源;使来自所述光源的出射光衍射的第1偏振光衍射元件;设置成划分来自光信息记录媒体的返回光光束的中心部附近的光束和所述返回光光束的外缘部附近的光束的第2偏振光衍射元件、将所述返回光引导到感光元件的光分离单元;以及检测出所述返回光的感光元件,其中,所述第1偏振光衍射元件至少所述出射光光束中心部附近的光束通过的区域的栅格槽宽度或栅格槽深度与所述出射光束外缘部附近的光束的栅格槽宽度或栅格槽深度相互不同,并具有将来自所述光源的出射光至少划分成3光束的第1全息区,所述第2偏振光衍射元件具有将来自所述光信息记录媒体的返回光分离成非衍射光和衍射光的第2全息区,而且在所述第1偏振光衍射元件的与所述光源对置的一方还具有1/4波长片。
于是,该组成中,所述光分离单元,最好是至少具有相互平行的2个平行面的偏振分束镜。
根据该组成,则通过使用具有光强度分布校正功能的第1偏振光衍射元件和划分返回光的第2偏振光衍射元件,使出射光的光强度分布为平坦状态,能在光盘上集中微小的光斑,使拾光装置的再现信号的时间轴方向分辨率提高,进而使再现信号的S/N比提高。而且,由于使用偏振的组成包含1/2波长片、1/4波长片、偏振性衍射元件,来自光源的出射光仅在第1偏振光衍射元件衍射,第2偏振光衍射元件上不衍射。来自光信息记录媒体的返回光仅在第2偏振光衍射元件衍射,在第1偏振光衍射元件上不衍射,因而光利用效率高。又由于第1偏振光衍射元件产生的3光束全部用于TES检测方法,光利用效率高。因此,可提供光源中不必使用输出大的半导体激光器而且价廉、具有稳定的特性的拾光装置。
此外,通过使用具有相互平行的2个反射面的偏振分束镜,可将第2偏振光衍射元件配置在与光源和感光元件对置的一方,可加长光源至衍射元件的光路长度。结果,即使减小衍射元件的衍射角也能在感光元件上分离光束。由于能这样用小的衍射角分离感光元件上的0次衍射光和+1次衍射光,可检测出非衍射光和衍射光两者,并且用非衍射光检测出诸如RF信号和DPD法的TES信号那样的高速信号,还能用衍射光检测出伺服信号。再者,通过使用密封的半导体组件,使半导体激光器不暴露在外部空气中,不容易产生特性劣化。
还可在具有相互平行的2个面的结构的透明元件上,以掩模精度准确定位,合为一体地制作第1偏振光衍射元件和第2偏振光衍射元件。因此,在进行第2偏振光衍射元件的位置调整以获得规定的伺服信号的同时,完成第1偏振光衍射元件的位置调整。因此,光集成单元的组装调整方便,同时还能提高调整精度。又,可对感光元件和光分离单元调整位置,并通过实施所述调整方法,能使组装工序简化。因此,能提供廉价的拾光装置。
通过将第1偏振光衍射元件形成得辐射光在第1偏振光衍射元件上的光束直径较小而且汇聚到所述光信息记录媒体的光束直径较大,能进一步简化组装工序,可提供廉价的拾光装置。
本发明不限于上述实施方式,组合权利要求书所示范围中适当改变的技术的方法而得的实施方式也包含在本发明的技术范围内。
综上所述,本发明的光集成单元,包含将光束中的第1偏振分量的光往所述光信息记录媒体衍射而使所述返回光中的第2偏振分量的光往所述感光元件衍射成光强度的降低率随着从光轴附近往外缘部变小的衍射单元;以及设在所述返回光入射到所述衍射单元位置,并将该返回光变换成第2偏振分量的光的偏振分量变换单元。
这样使用偏振的组成包含使第1偏振分量的光往光信息记录媒体衍射而使第2偏振分量的光往感光元件衍射的所述衍射单元和将返回光变换成第2偏振分量的光的所述偏振分量变换单元,因而能使光信息记录媒体反射的返回光效率良好地在感光元件感光。所以,能将第1偏振光衍射元件衍射的光束全部用于信号检测,使光利用效率极高。
因此,在例如将半导体激光器用作光源的情况下,不需要使用输出大的半导体激光器,从而能提供廉价且具有稳定的记录再现性能的拾光装置。
又,上述衍射单元使所述第1偏振分量的光往所述光信息记录媒体衍射成光强度降低率随着从光轴附近往外缘部变小,因而能在光信息记录媒体上将该光束集中成微小的光斑,使再现信号的时间轴方向分辨率提高,并能提高再现信号的S/N比。
综上所述,本发明的拾光装置由于具有所述光集成单元,使光利用效率的降低最小,能实现较稳定的记录再现性能。
再者,上述“第1偏振分量的光”和“第2偏振分量的光”分别具有能实现上述“使用偏振”的组成的偏振分量,则无专门限定,但尤其以线偏振为佳。这些光为线偏振时,最好第1偏振分量与第2偏振分量相互垂直。即,“第1偏振分量的光”为具有规定偏振方向的线偏振光时,最好“第2偏振分量的光”是具有与该规定的偏振方向垂直的偏振方向的线偏振光。
本发明的光集成单元中,所述偏振分量变换单元最好是1/4波长片。
所述“第1偏振分量的光”和“第2偏振分量的光”分别是线偏振光时,根据上述组成,衍射单元仅将具有规定偏振方向的线偏振光往光信息记录媒体衍射,使其入射到1/4波长片。然后,该线偏振光穿透1/4波长片,从而作为圆偏振光照射在光信息记录媒体上。因此,例如产生RF信号时,不容易受光信息记录媒体的衬底的双折射影响。
又,本发明的光集成单元中,最好所述衍射单元包含使所述光束中的第1偏振分量的光衍射而使所述返回光中的第2偏振分量的光透射的第1偏振光衍射元件和使所述返回光中的第2偏振分量的光衍射而使所述光束中的第1偏振分量的光透射的第2偏振光衍射元件。
根据上述组成,则从光源出射的光束中的第1偏振分量的光在所述第1偏振光衍射元件上往光信息记录媒体衍射,而原样穿透所述第2偏振光衍射元件。
然后,从所述第1偏振光衍射元件和第2偏振光衍射元件出射的光束被所述光信息记录媒体反射,成为返回光,通过偏振分量变换单元后,变成第2偏振分量的光,入射到所述衍射单元。这时,具有第2偏振分量的返回光原样穿透所述第1偏振光衍射元件后,在所述第2偏振光衍射元件衍射到感光元件。
因此,利用具有第1偏振光衍射元件和第2偏振光衍射元件的组成,能使从光源产生的光束中的第1偏振分量的光往所述光信息记录媒体衍射,而该光信息记录媒体反射的该光束(返回光)中的第2偏振分量的光则往所述感光元件衍射。
最好所述第1偏振光衍射元件将所述光束分成3光束。
“分成3光束”含义为,将从光源出射的光束划分成0次光束(主光束)和±1次光束(子光束)。由此,可检测出基于3光束法的跟踪误差信号。
最好所述第2偏振光衍射元件将所述返回光分成非衍射光和衍射光。具体而言,所述第2偏振光衍射元件具有划分成所述返回光的中心部附近的光束和所述返回光的外缘部附近的光束的衍射光的第2全息区。
在本发明的光集成单元中,最好所述第1偏振光衍射元件具有至少在所述光束中的中心部附近的光通过的区域上的栅格槽宽度或栅格槽深度与在所述光束的外缘部附近的光通过的区域上的栅格槽宽度或栅格槽深度相互不同的第1全息区。
根据上述组成,则在第1全息区中,至少在所述光束中的中心部附近的光通过的区域上的栅格槽宽度或栅格槽深度与在所述光束的外缘部附近的光通过的区域上的栅格槽宽度或栅格槽深度相互不同,因而可将穿透所述第1全息区的光的强度分布校正成较平坦的状态。
因此,根据上述组成,则能使从光源出射的光束的光强度分布以较平坦的状态汇聚到所述光信息记录媒体。所以,利用上述组成,能在光信息记录媒体上将该光束集中成较微细的光斑,使再现信号的时间轴方向分辨率提高,从而可提高再现信号的S/N比。利用上述组成,还能提供又进行光源强度校正又使光利用效率降低最小的拾光装置。
尤其,在第1偏振光衍射元件将光束分成3光束的情况下,所述第1全息区使所述3光束中的0次衍射光(主光束)的光强度分布为较平坦的状态。
又,最好所述第1全息区是直线衍射光栅时,所述光束中的中心部附近的光通过的区域上,使栅格槽宽度接近栅格周期之半的长度,而所述光束的外缘部附近的光通过的区域上,使栅格槽宽度远离栅格槽周期之半的长度。这时,0次衍射光在中心部附近的光通过的区域相对于外缘部附近的光通过的区域,光强度降低率小(即光强度降低率随着从光轴附近往外缘部变小),能使0次衍射光的光强度分布接近较平坦的状态,因而有利。
又,在本发明的光集成单元中,最好所述第1偏振光衍射元件和所述第2偏振光衍射元件相互平行地对置,而且配置在所述光束的光轴上。
根据上述组成,则由于所述第1偏振光衍射元件和所述第2偏振光衍射元件相互平行地对置,而且配置在所述光束的光轴上,通过进行第2偏振光衍射元件的位置调整,使第2偏振光衍射元件衍射的光入射到感光元件,能同时完成第1偏振光衍射元件的位置调整。所以,能使光集成单元的组装工序中的第1偏振光衍射元件和第2偏振光衍射元件的位置调整方便,同时还能提高调整精度。
尤其,在所述第1偏振光衍射元件具有至少在所述光束中的中心部附近的光通过的区域上的栅格槽宽度或栅格槽深度与在所述光束的外缘部附近的光通过的区域上的栅格槽宽度或栅格槽深度相互不同的第1全息区的情况下,即第1偏振光衍射元件中具有使光强度分布为较平坦的状态的光强度校正功能的情况下,将第1偏振光衍射元件配置在第1全息区的中心与所述光束的光轴错开的位置时,由于光强度分布不能准确校正,应用上述组成尤其有效。
又,在本发明的光集成单元中,最好还包含具有使所述光束透射并使所述返回光反射的功能面,并将该返回光引导到所述感光元件的导光单元。
根据上述组成,则从所述光源出射的光束穿透所述导光单元的功能面后,入射到所述衍射单元。因此,能加长从所述光源出射并入射到所述衍射单元前的光束的光路长度。
在所述感光元件上,对受所述衍射单元衍射后通过所述导光单元的返回光进行感光。即,在穿透所述衍射单元后入射到所述感光元件前的期间通过所述所述导光单元。因此,能加长受所述感光元件感光前的被衍射的返回光的光路长度。
这样,将所述衍射单元的衍射角度设定得小时,也能使所述感光元件上的被衍射的光(返回光)的分离良好。
尤其,在所述第2偏振光衍射元件将所述返回光划分成非衍射光和衍射光的情况下,有时难以使衍射光和非衍射光充分分离,以在感光元件上感光。此情况下,利用上述组成,在通过长的光路的期间,衍射光与非衍射光的间隔大,能在所述感光元件上良好地分离衍射光和非衍射光。
在本发明的光集成单元中,最好所述功能面使所述光束中的第1偏振分量的光透射,并使所述返回光中的第2偏振分量的光反射。
这样,所述导光单元能在所述功能面使光信息记录媒体反射的具有第2偏振分量的返回光全部反射,并效率良好地引导到感光元件。所以,利用上述组成,可进一步提高返回光的利用效率。
又,在本发明的光集成单元中,最好所述导光单元具有对所述功能面反射的返回光进行反射的反射面。
这样,能使第2偏振光衍射元件衍射的返回光反射到希望的方向,同时还能进一步加长光路长度。
而且,所述功能面与所述反射面相互平行更好。这样,光入射到功能面的什么部分(例如功能面的外周面),都能使导光单元内的光路长度不变,而效率良好地将功能面反射的返回光引导到感光元件。因此,具有光集成单元中的导光单元的位置调整方便的效果。
所述功能面最好是偏振分束镜面。
又,本发明的光集成单元中,最好还在入射到所述功能面前的所述光束的光轴上具有1/2波长片。
这样,就具有增加光源的部件布局自由度的效果。
例如,所述功能面使所述光束中的第1偏振分量的光透射,并使所述返回光中的第2偏振分量的光反射时,光源的布局受到限制,使其出射第1偏振分量的光。因此,通过在入射到所述功能面前的所述光束的光轴上设置1/2波长片,光源即使出射所述第1偏振分量以外的第2偏振分量的光束,也能应用,而不降低光利用效率。即,具有使光源布局自由度增加的效果。
又,在本发明的光集成单元中,最好所述感光元件具有对所述衍射光进行感光的感光部和对所述非衍射光进行感光的感光部。
根据上述组成,则由于所述感光元件具有对所述非衍射光进行感光的感光部,能将该非衍射光用于高速信号的检测。
具体而言,能将所述非衍射光用于RF信号和基于DPD法的TES信号等高速信号的检测。又能将所述衍射光用于伺服信号的检测。
这样,例如用衍射光进行所述高速信号的检测时,由于受到波长变动和公差的影响,需要考虑感光元件上聚光位置变动,预先将感光部设计得大些,这样约束感光部面积,成为限制RF信号高速再现的原因,但本发明的光集成单元中,使用非衍射光,因而与使用衍射光时相比,感光部的面积不受约束。因此,能实现良好的RF信号的高速再现。
又,在本发明的光集成单元中,最好所述光源是设置在密封的封装件的半导体激光器。
这样,使光源不暴露在外部空气中,不容易发生特性劣化。
又,在本发明的光集成单元中,最好所述光源能相对于所述感光元件和所述导光单元进行位置调整。
这样,由于使光源和感光元件准确对位,即使光源采用收装在封装件的半导体激光器时,也能使返回光可靠地入射到感光元件。因此,能使对非衍射光进行感光的感光部的面积最小,可良好地进行高速信号的检测。
又,在本发明的光集成单元中,最好通过将所述第2偏振光衍射光栅衍射的光入射到所述感光元件,对所述第1偏振光衍射元件进行位置调整。
根据上述组成,则通过进行第2偏振光衍射元件的位置调整,使第2偏振光衍射元件衍射的光入射到感光元件,同时完成第1偏振光衍射元件的位置调整。因此,光集成单元组装工序中的第1偏振光衍射元件和第2偏振光衍射元件的位置调整方便,同时还能提高调整精度。
又,在本发明的光集成单元中,最好所述第1偏振光衍射元件具有小于从所述光源出射的光束在所述第1偏振光衍射元件上的照射区域而且大于该光束汇聚到所述光信息记录媒体的汇聚区域的第1全息区。
这样,通过调整衍射单元的位置,使第1全息区配置在所述照射区域的中央,完成衍射单元的位置粗调。因此,光集成单元组成工序中的衍射单元位置粗调方便。
又,在本发明的光集成单元中,最好所述衍射单元还具有透明元件,并且在所述透明元件的相互对置的面上,分别形成所述第1偏振光衍射元件和所述第2偏振光衍射元件。
根据上述组成,则由于在透明元件的相互对置的面上分别形成所述第1偏振光衍射元件和所述第2偏振光衍射元件,可合为一体地制作第1偏振光衍射元件和第2偏振光衍射元件,从而能减少部件数量。
综上所述,本发明提供光利用效率极高、而且具有稳定的记录再现性能的光集成单元、以及包含该单元的拾光装置,因而主要可用于光信息记录产业。
“发明详细说明(具体实施方式)”中完成的具体实施方式或实施例终究是阐明本发明技术内容的,不应仅限于该具体例作狭义解释,在本发明的精神和接着记述的权利要求书的范围内可作各种变换并付诸实施。
Claims (24)
1、一种光集成单元(1、1’、30),其特征在于,具有
往光信息记录媒体(4)出射光束(20)的光源(11、11’);以及
接收所述光信息记录媒体反射的所述光束的返回光的感光元件(12),
所述光束具有第1偏振分量的光,并且该光集成单元包含
将所述第1偏振分量的光往所述光信息记录媒体衍射成光强度的降低率随着从光轴附近往外缘部变小的衍射单元(15、15’);以及
配置在所述返回光入射到所述衍射单元前的光路中,将该返回光变换成与所述第1偏振分量不同的第2偏振分量的光的偏振分量变换单元(16),
所述衍射单元还将所述第2偏振分量的光往所述感光元件衍射。
2、如权利要求1中所述的光集成单元(1、1’、30),其特征在于,
所述第1偏振分量的光和所述第2偏振分量的光,是具有相互正交的偏振方向的线偏振光。
3、如权利要求1中所述的光集成单元(1、1’、30),其特征在于,
所述偏振分量变换单元(16)是1/4波长片。
4、如权利要求1中所述的光集成单元(1、1’、30),其特征在于,
所述衍射单元(15、15’)具有
使所述第1偏振分量的光衍射而使所述第2偏振分量的光透射的第1偏振光衍射元件(31、34);以及
使所述第2偏振分量的光衍射而使所述第1偏振分量的光透射的第2偏振光衍射元件(32)。
5、如权利要求4中所述的光集成单元(1、1’、30),其特征在于,
所述第1偏振光衍射元件(31、34)将所述光束分成3光束。
6、如权利要求4中所述的光集成单元(1、1’、30),其特征在于,
所述第2偏振光衍射元件(32)将所述返回光分成非衍射光(22)和衍射光(23)。
7、如权利要求4中所述的光集成单元(1、1’、30),其特征在于,
所述第1偏振光衍射元件(31、34),具有至少在所述光束中的中心部附近的光通过的区域上的栅格槽宽度或栅格槽深度与在所述光束的外缘部附近的光通过的区域上的栅格槽宽度或栅格槽深度相互不同的第1全息区。
8、如权利要求4中所述的光集成单元(1、1’、30),其特征在于,
所述第2偏振光衍射元件(32),具有分成所述返回光的中心部附近的光束和所述返回光的外缘部附近的光束的第2全息区。
9、如权利要求4中所述的光集成单元(1、1’、30),其特征在于,
所述第1偏振光衍射元件(31、34)和所述第2偏振光衍射元件(32)相互平行地对置,而且被配置在所述光束的光轴上。
10、如权利要求1至9中任一项所述的光集成单元(1、1’、30),其特征在于,
还包含具有使所述光束透射并使所述返回光反射的功能面(14a),并将该返回光引导到所述感光元件(12)的导光单元(14)。
11、如权利要求10中所述的光集成单元(1、1’、30),其特征在于,
所述功能面(14a)使所述光束中的第1偏振分量的光透射,并使所述返回光中的第2偏振分量的光反射。
12、如权利要求10中所述的光集成单元(1、1’、30),其特征在于,
所述导光单元(14),具有对所述功能面(14a)反射的返回光进行反射的反射面(14b)。
13、如权利要求10中所述的光集成单元(1、1’、30),其特征在于,
所述功能面(14a)是偏振分束镜面。
14、如权利要求10至13中任一项所述的光集成单元(1、1’、30),其特征在于,
还在入射到所述功能面(14a)前的所述光轴上,设置1/2波长片。
15、如权利要求6至9中任一项所述的光集成单元(1、1’、30),其特征在于,
所述感光元件,具有对所述衍射光进行感光的感光部和对所述非衍射光(22)进行感光的感光部。
16、如权利要求15中所述的光集成单元(1、1’、30),其特征在于,
将所述非衍射光(22)用于高速信号的检测。
17、如权利要求16中所述的光集成单元(1、1’、30),其特征在于,
所述高速信号是RF信号和基于DPD法的TES信号。
18、如权利要求15中所述的光集成单元(1、1’、30),其特征在于,
将所述衍射光(23)用于伺服信号的检测。
19、如权利要求1中所述的光集成单元(1、1’、30),其特征在于,
所述光源(11、11’)是收装在密封组件中的半导体激光器。
20、如权利要求19中所述的光集成单元(1、1’、30),其特征在于,
所述光源(11、11’),可相对于所述感光元件(12)和所述导光单元(14)调整位置。
21、如权利要求4中所述的光集成单元(1、1’、30),其特征在于,
通过将所述第2偏振光衍射光栅(32)衍射的光入射到所述感光元件(12),对所述第1偏振光衍射元件(31、34)进行位置调整。
22、如权利要求4中所述的光集成单元(1、1’、30),其特征在于,
所述第1偏振光衍射元件(31、34)具有小于所述光源(11、11’)出射的光束在所述第1偏振光衍射元件上的照射区,而且大于该光束汇聚到所述光信息记录媒体(4)的聚光区的第1全息区。
23、如权利要求4中所述的光集成单元(1、1’、30),其特征在于,
所述衍射单元还具有透明元件,
在所述透明元件的相互对置的面上,分别形成所述第1偏振光衍射元件(31、34)和所述第2偏振光衍射元件。
24、一种拾光装置(40),其特征在于,
所包含的光集成单元(1、1’、30),具有往光信息记录媒体(4)出射光束(20)的光源(11、11’)、以及接收所述光信息记录媒体反射的所述光束的返回光的感光元件(12),其中
所述光束具有第1偏振分量的光,并且该光集成单元包含
将所述第1偏振分量的光往所述光信息记录媒体衍射成光强度的降低率随着从光轴附近往外缘部变小的衍射单元(15、15’);以及
配置在所述返回光入射到所述衍射单元前的光路中,将该返回光变换成与所述第1偏振分量不同的第2偏振分量的光的偏振分量变换单元(16),
所述衍射单元还将所述第2偏振分量的光往所述感光元件衍射。
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