CN1447322A - 光学拾波器装置 - Google Patents
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Abstract
一种光学拾波器装置，它具有波长选择数值孔径限定单元和波长选择分光器，以在具有不同信息记录密度和不同保护层厚度的CD、DVD和HD－DVD等三种不同光盘上再现和记录数据。波长选择数值孔径NA限定元件包括第一滤光器和第二滤光器，它们设置在透明元件的相对两侧，根据三种不同的光束将物镜的数值孔径改变为三种不同的数值孔径。第一滤光器设置在光程上，接收第一、第二和第三光束，它包括第一区，透射第一激光束；和第二区，形成在第一区的内部，以透射第一、第二和第三光束。第二滤光器设置在光程上，具有第三区，透射第一和第二光束；和第四区，设置在第三区内，以透射第一、第二和第三光束。
Description
与相关申请的交叉引用
本申请要求于2002年3月26日向日本知识产权局提交的申请号为2002-00086815的专利申请的权利，并在此对其内容进行交叉引用。
技术领域
本发明涉及光学拾波器装置，它具有波长选择数值孔径(NA)限定单元和波长选择分光器，能够用于在存储大于20GB数据量的光记录媒体上读出/写入数据；特别涉及一种光学拾波器装置，它具有波长选择数值孔径限定单元和波长选择分光器，能够用单一的物镜，从/向具有不同记录密度和不同厚度的光传输保护层的CD、DVD和HD-DVD等三种不同光记录媒体读出/写入数据。
背景技术
近来，随着读/写大量数据的要求，推出了存储大于20GB的光盘，并且提出了关于下一带光盘，即，高分辨率数字通用盘(HD-DVD)的标准。这种HD-DVD使用产生405nm波长的蓝色激光的激光二极管；具有0.85数值孔径(NA)的物镜；和为了增加大量存储数据的具有0.1mm的光传输保护层。
即使在光记录和再现装置中实现HD-DVD，因为用户需要现有技术的密致盘(CD)或数字多用盘(DVD)播放装置，在HD-DVD播放装置中实现CD或DVD播放装置是很重要的。因此，为了在HD-DVD和CD或HD-DVD和DVD之间的兼容，HD-DVD、CD和DVD具有相同的大小和直径。HD-DVD的纹轨是0.32μm，是CD纹轨的一半，以存储约27GB的大量数据。
但是，如表1所示，从/在CD、DVD和HD-DVD读/写的光学条件彼此是不同的。物镜的NA是从(有效直径)/(2×焦距长度)的公式计算的零维(zero-dimensional)数字。
表1
| 光盘 | 记录容量(GB) | 保护层厚度(mm) | 物镜的数字孔径(NA) |
| CD | 0.65 | 1.2 | 0.45 |
| DVD | 4.7 | 0.6 | 0.60 |
| HD-DVD | 大于20 | 0.1 | 0.85 |
在现有技术的CD/DVD记录和再现装置中，使用了用于CD和DVD而构成的物镜在CD或DVD上记录或再现数据。因为球差与保护层的厚度和NA的四次方成比例，所以当用于DVD的物镜也用在CD上记录/再现数据时，球差会变大。用这个物镜不能够将光束点(beam spot)的大小充分地最小化。因此，在从DVD再现数据时，通过用向物镜产生平行光通量的无限光学系统，通过将物镜的有效直径设计成具有0.65的NA，并通过校正由于具有0.6mm厚度的保护层发生的球差，将光束点最小化。
在使用这个物镜从CD再现数据时，因为CD的保护层的厚度是1.2mm，是DVD的双倍，球差在无限光学系统中增加。在有限光学系统中，发散的光通量入射到物镜上。因为设计的物镜是用在无限光学系统中，在有限光学系统中使用此物镜时发生负球差。在光盘中产生与光盘的保护层厚度成比例的正球差。因此，通过对应于光盘保护层的厚度选择优化的光学比率(optic ratio)来校正球差。
但是，因为球差与NA的四次方成比例地增加，所以即使校正了上述的球差，球差仍存在。在/从CD记录/再现数据时，必须将物镜的NA限制到0.45。故此，提出了具有波长选择数值孔径(NA)限制滤光器的光学拾波器装置。
图8示出具有从CD16再现数据的第一光学系统和从DVD17再现的第二光学系统的现有技术光学拾波器装置。这个光学拾波器装置包括激光二极管1，它发射从CD16读出数据的激光束；光电二极管2，它从CD接收反射的激光束；全息元件3，向光电二极管2折射激光束；和封装4，它包含有所述激光二极管1，光电二极管2和全息元件3。
所述光学拾波器装置还包括另一个激光二极管5，它发射从DVD17读出数据的另一个激光束：另一个光电二极管6，它从DVD17接收反射的激光束；另一个全息元件7，它向所述光电二极管6折射激光束；和另一个封装8，它包含有所述激光二极管5，光电二极管6和全息元件7。所述光学拾波器装置还包括分光器11；聚光镜12；全反射镜13；波长选择数值孔径(NA)限定滤光器14；物镜15；CD16；和DVD17。
波长选择NA限定滤光器14包括：中心部分，它透射650和780nm波长的激光束；和周边部分，它包围中心部分，透射650nm波长的激光束，并吸收或反射780nm的激光束。波长选择NA限定滤光器14可以是具有多层电介质层的二向色滤光片。在光学拾波器装置从DVD17再现数据时，波长选择NA限定滤光器14作为具有与物镜15系统相同直径的圆形滤光器工作，使得物镜15的NA为0.6，以透射波长为650nm的激光束。在光学拾波器装置从CD再现数据时，波长选择NA限定滤光器14作为具有比物镜15的有效直径小的直径的圆形滤光器工作，使得物镜15的NA为0.45，以透射波长为780nm的激光束。
如上所述，现有技术的光学拾波器装置使用波长选择NA限定滤光器14将物镜的NA改变为0.6和0.45之一，既从CD16也从DVD17再现数据或向其录入数据。但是，物镜的NA不能够被改变到三种不同的NA，如0.85、0.6和0.45。因此，现有技术的光学拾波器装置不能够使用物镜15，从/在各自具有不同的记录密度和保护层厚度的CD16、DVD17和HD-DVD22再现/记录数据。
为了使用单一物镜15从/在三种不同的盘再现/记录数据，现有技术光学拾波器装置在使用HD-DVD22时，应使用无限光学系统中的物镜，在/从CD16和DVD17记录/再现数据时，应使用有限光学系统，对由于CD16和DVD17的保护层的不同厚度产生的球差进行校正。但是，因为有限光学比率(激光源的光场/光盘的光场)在具有比其他光盘大的厚度的光盘中变得较小，所以，CD16或DVD17之一的激光源应邻近物镜。但是问题是，在CD16或DVD17之一的激光束太靠近物镜时，激光束会阻挡其他激光源的光程。
因此，现有技术的光学拾波器装置不能够使用单一物镜从/在三种不同光盘再现/记录数据。
发明内容
为了解决上述问题，本发明的目的是提供一种光学拾波器装置，它能够从/在保护层厚度和信息记录密度不同的三种光盘，如CD、DVD和HD-DVD再现/记录数据。
本发明另一个目的是提供一种光学拾波器装置，它能够使用波长选择数值孔径限定单元和波长选择分光器，与三种不同的光盘相对应地将物镜的数值孔径改变到三个不同的值。
通过以下的说明，或通过实践，将会明了本发明的其他的目的和优点。
为了到达上述和其他目的，提供了一种光学拾波器装置，它包括：波长选择数值孔径(NA)限定单元和波长选择分光器，以控制三种以上的光束，如第一、第二和第三光束。第一光束用于从高分辨率数字多用盘(HD-DVD)读出数据，第二光束用于从数字多用盘(DVD)读出数据，和第三光束用于从密致盘(CD)读出数据。
所述波长选择NA限定单元包括设置在共同的光程上的第一滤光器(波长选择滤光器和透射波前相位匹配层)和第二滤光器(波长选择滤光器和透射波前相位匹配层)，以将物镜的数值孔径(NA)改变成与不同波长的第一光束、第二光束和第三光束相对应的不同的NA。第一滤光器包括：第一区(波长选择滤光器)，它透射第一光束；和第二区(透射波前相位匹配层)，它形成在第一区的内部，以透射第一、第二和第三光束。第二滤光器包括：第三区(波长选择滤光器)，它透射第一和第二光束；和第四区(透射波前相位匹配层)，它透射第一、第二和第三光束。
在波长选择NA限定单元中，第一光束通过第一滤光器的第一和第二区和第二滤光器的第三和第四区透射，第二光束通过第一滤光器的第二区和第二滤光器的第三区透射，第三光束通过第一滤光器的第二区和第二滤光器的第四区透射。第一、第二和第三光束顺序通过第一和第二滤光器。物镜的NA根据第一、第二和第三光束依序降低。
例如，与第一光束相对应的物镜NA大于与第二光束和第三光束相对应的物镜的NA，与第三光束相对应的物镜的NA小于与第一和第二光束相对应的物镜的NA。与第二光束相对应的物镜的NA，在与第一和第三光束相对应的物镜的两个NA之间。用波长选择NA限定单元，物镜的NA能够根据第一、第二和第三光束改变。所述光学拾波器装置能够用单一物镜，在不同保护层厚度和记录密度的三种不同的盘上再现数据和记录数据。
根据本发明的一个方面，在波长选择NA限定单元中，第一滤光器的第二区和第二滤光器的第四区具有在共同的光程上的共同光轴。
根据本发明的另一方面，在波长选择NA限定单元中，第二区包括透射波前相位匹配层，它在通过第一区的第一光束的波前和通过第二区的第一光束的波前之间匹配相位。第四区包括另一个透射波前相位匹配层，它在通过第四区的第一和第二光束的波前和通过第三区的第一和第二光束的波前之间匹配相位。
在波长选择NA限定单元中，通过第一区的第一光束的一部分的相位，与通过第二区的第一光束的另一部分的相位进行匹配，通过第四区的第一和第二光束的部分的相位与通过第二滤光器的第三区的第一光束和第二光束的其余部分的相位进行匹配。尽管通过第一和第二滤光器的不同区透射的光束的光学特性不同，但是，通过第一滤光器的第一和第二区的第一光束的部分和其余部分的波前的相位保持了匹配，通过第三区和第四区的第一光束和第二光束的部分和其余部分的波前的相位保持了匹配。因为，第一到第三光束的波前相匹配，提高了第一、第二和第三光束相干性。
根据本发明另一方面，第一滤光器和第二滤光器与在第一和第二滤光器之间的透明元件形成一个整体。
根据本发明另一方面，波长选择分光器在所述三种光束当中至少透射一种光束，并反射其余光束。所述波长选择分光器包括透明体和在透明单元两侧上的半透射层。
因为波长选择分光器在透明体的两侧形成有半透射层，所以透明体不会弯曲或变形，并且改善了波长选择分光器的光谱透射率特性。其结果，获得光束的足够小的焦斑。
波长选择分光器的半透明层包括多层电介质层。
所述光学拾波器装置包括：三个光电二极管，它们发射各具有不同波长的三个光束；透镜单元，它控制发射的光束以具有预定的直径，并照射到光盘上，聚光和透射从光盘反射的光束；和光检测器，它接收聚光和透射的光束。光学拾波器装置包括与光电二极管和透镜单元相邻设置的波长选择NA限定单元。
因为在光学拾波器装置中波长选择NA限定单元与光电二极管和透镜单元相邻设置，所以，能够根据三种不同的光束改变NA，并且能够用单一的物镜从具有不同记录密度和不同保护层厚度的三种光盘再现数据。
所述光学拾波器装置包括与所述光电二极管和波长选择NA限定单元相邻设置的凹透镜。
所述光学拾波器装置包括在透镜单元中设置的波长选择NA限定单元。
附图说明
参照附图的以下优选实施例的详细说明将使得本发明的这些和其他目的和优点更明了。
图1是本发明实施例的光学拾波器装置的主要部分示意图；
图2是图1的光学拾波器装置的波长选择数值孔径限定单元的光谱透射率特性曲线图；
图3是本发明另一实施例的光学拾波器装置剖视图；
图4是本发明另一实施例的光学拾波器装置剖视图；
图5是本发明另一实施例的光学拾波器装置的波长选择分光器的部分剖视图；
图6是图5的波长选择分光器的光谱透射率特性的曲线图；
图7是本发明另一实施例的另一波长选择NA限定单元的剖视图；和
图8是现有技术光学拾波器装置的示意图。
具体实施方式
下面详细参引附图中示出的本发明的优选实施例。其中，相同的符号表示相同的元件。下面说明的实施例是为了解释本发明，而不应理解为是对本发明的限定。
图1是本发明实施例的在光学拾波器装置中与面向光盘的物镜相邻的主要部分示意图。各图的相同符号表示相同元件，因此省略它们的说明。因为在图1和8中的相同的符号表示相同的元件，所以也省略它们的说明。见图1，光学拾波器装置包括：物镜15；波长选择数值孔径(NA)限定单元21，它设置在光源，如激光二极管，和物镜15之间；和高分辨率通用光盘(HD-DVD)22、数字多用盘(DVD)17和密致盘(CD)16之一。波长选择NA限定单元21和物镜形成透镜系统。HD-DVD包括0.1mm厚度的保护层，DVD包括0.6mm厚度的保护层，和CD包括1.2mm厚度的保护层。
波长选择NA限定单元21，根据相对应光源(激光二极管)发射的不同波长的三种光束，控制物镜15，改变NA值。这三种不同的光束，例如，包括第一光束L1，它具有405nm的第一波长，用于从HD-DVD再现数据和在其上记录数据：第二光束L2，它具有650nm的第二波长，用于在DVD上记录数据和从其再现数据；和第三光束L3，它具有780nm的第三波长，用于从CD再现数据和在其上记录数据。波长选择NA限定单元21包括透明元件23；第一滤光器(第一波长选择件)24，它设置在透明元件23的第一侧面上；和第二滤光器(第二波长选择件)25，它设置在透明元件23的与第一侧面相反的第二侧面上。波长选择NA限定单元21的光轴与三个不同的光束的光程和物镜15的中心轴线Ax重合。
第一滤光器24包括：第一区(波长选择滤光器)24a，它透射第一激光束L1；第二区(透射波前相位匹配层)24b，它设置在第一区24a的中心部分中，以透射第一和第三激光束L1、L2和L3。第二区24b是透射波前相位匹配层，相位匹配通过第一区，而不是第二区24b透射的第一激光束L1的一部分和通过第二区24b透射的第一激光束L1的另一部分的波前。
第二滤光器25包括：第三区(波长选择滤光器)25a，它透射第一和第二激光束L1和L2；和第二区(透射波前相位匹配层)25b，它设置在第三区25a的中心部分，透射第一、第二和第三激光束L1、L2和L3。第四区24b是透射波前相位匹配层，它相位匹配通过第三区，而不是第四区25b透射的第一和第二激光束L1和L2的部分与通过第四区25b透射的第一、第二和第三激光束L1、L2和L3的其余部分的波前。
第一滤光器24和第二滤光器25具有相同的直径D0。第四区25b的直径D3小于第二区24b的直径D2，第二区的直径D2小于第一和第三区24a和25a的直径。即，第四区25b的表面积小于第二区24b的表面积。波长选择NA限定单元21的光轴、三个不同光束的光程和物镜15的中心轴Ax重合。
通过在透明元件23的相对应的侧面上涂覆不同特性的多层电介质层，在透明元件23的相对应侧面形成波长选择滤光器24a和25a和透射波前相位匹配层24b和25b。因为第一滤光器24和第二滤光器形成在透明元件23的相反两侧上，所以波长选择NA限定单元21不弯曲而是保持平坦，能够保持每个激光束的透射波前在希望的状态，并处于从光盘读出和在其中记录数据的良好状态中。
图2是图1的光学拾波器装置的波长选择数值孔径(NA)限定单元的光谱透射率特性曲线图。曲线示出，波长选择滤光器24a的光谱透射率特性A和波长选择滤光器25a的光谱透射率特性B。
下面说明用本发明实施例的光学拾波器装置从三种不同光盘，如CD16、DVD17和HD-DVD22再现和在其上记录数据的方法。为了在最高记录密度和最薄保护层厚度的HD-DVD22上进行记录和再现操作，从激光二极管发射405nm的第一激光束L1。第一激光束L1被转换成平行的光通量，如通过准直透镜或聚光透镜成为直径为D0的光通量，并入射到具有0.85的最高NA(物镜的有效直径/(2×焦距))的物镜15。第一激光束被物镜15收缩到具有预定直径的焦斑，并且焦斑到达HD-DVD22的信息记录表面。
为了在中等记录密度和中等保护层厚度的DVD17，或在最低记录密度和最厚保护层的CD15上进行记录和再现，最好是使用预定的有限光学比(激光源的光场/光盘的光场)校正由于在光盘之间的厚度差造成的球差。在记录和再现中用具有厚保护层的厚光盘时，厚保护层的厚光盘的有限光学比如下地变小。
在第一激光束L1的波长λ1是405nm时，在HD-DVD上再现和记录操作中使用的NA1＝0.85。
在第二激光束的波长λ2是650nm时，在DVD上记录和再现使用的NA2＝0.65。
在第三激光束的波长λ3是780nm时，在CD上记录和再现使用的NA3＝0.45。
因此，根据第一、第二和第三激光束L1、L2和L3，第一滤光器24和第二滤光器25具有以下功能。
首先，第一滤光器24使得直径D1的光通量的第一激光束L1能够在不缩小第一激光束L1的直径情况下，通过波长选择滤光器24a和透射波前相位匹配层24b透射，并且使得具有直径小于D1的D2的第二和第三激光束L2和L3能够通过直径为D2的透射波前相位匹配层24b透射。即，在波长选择滤光器24a中阻挡第二和第三激光束L2和L3，通过波长选择滤光器24a透射的第一激光束L1的一部分和通过透射波前相位匹配层24b透射的第一激光束L1的另一部分被透射波前相位匹配层24b匹配。
接下来，第二滤光器25使得具有直径D1的光通量的第一激光束L1和具有直径D2的光通量的第二激光束L2能够在不缩小第一和第二激光束L1和L2的直径的情况下，通过波长选择滤光器25a和透射波前相位匹配层25b透射，并使得具有小于D1和D2的直径为D3的第三激光束L3能够通过直径为D2的透射波前相位匹配层25b。即，在波长选择滤光器25a中阻挡第三激光束L3，通过波长选择滤光器25a的第一和第二激光束L1和L2的各部分和通过透射波前相位匹配层25b透射的第一和第二激光束L1和L2的其余部分由透射波前相位匹配层25b匹配。
如果直径D1、D2和D3是与各NA值，NA1、NA2和NA3相对应的值，则需要将各NA值改变为诸如NA1＝0.85，NA2＝0.60，NA3＝0.45，以通过波长选择NA限定滤光器21透射这三个不同的激光束L1、L2和L3。
如上所述，因为根据本发明实施例构成的光学拾波器装置设有在面向激光二极管的物镜15侧面上设置的波长选择NA限定单元21，所以NA能够随着三种不同的激光束L1、L2和L3相对应地改变。其结果，用单一的物镜，如物镜15，在三种不同记录密度和保护层厚度的光盘上，如CD15、DVD16和HD-DVD22上记录和再现数据。另外，波长选择NA限定单元21的结构简单，不需要其他组件来改变NA，从而使具有光谱透射率特性的光学拾波器装置能够被简单和小型化。
图3是本发明另一个实施例的光学拾波器装置的结构剖视图。在光学拾波器装置中实现图1的波长选择NA限定单元21，以将NA改变为0.85，0.60和0.45，在三种不同光盘：CD15、DVD16和HD-DVD22上进行记录和再现。因为图3和8中的相同的符号表示相同的元件，所以省略它们的说明。
见图3，光学拾波器装置包括第一激光二极管31，它发射在HD-DVD22上记录和再现中使用的405nm波长的第一激光束L11；第二二极管5，它发射在DVD17上记录和再现中使用的650nm波长的第二激光束L21；第三二极管1，它发射在CD16上记录和再现中使用780nm波长的第三激光束L31；第一光电二极管32，它接收从HD-DVD22反射的第一激光束；第二光电二极管6；第三光电二极管2；分光器33和34；聚光镜35，它聚光波长780nm的第三激光束L31；另一聚光镜36，它聚光波长650nm的第二激光束L21；另一个聚光镜37，它聚光波长405nm的第一激光束L11；和凹透镜38。
在这个光学拾波器装置中，在激光二极管1和5邻近物镜15设置时，在DVD17或CD16上的记录和再现操作的有限光学比变小。这种结构防止激光二极管之一阻挡其他激光束的光程。
在上述情况，使用聚光透镜36和35，聚光从激光二极管1发射的第三激光束L31和从第二激光二极管5发射的第二激光束L21，并在光盘聚焦，以将焦点与用面向聚光二极管5和1的物镜的光点重合。在物镜15和激光二极管1和5之间的距离保持在预定距离的情况下，有限光学比变得更小。
在所述光学拾波器装置中，从第三激光二极管1发射的第三激光束L31由物镜15聚光在CD16上并聚焦，第三激光束L31的焦点与面向第三激光二极管1的物镜15的光点重合。从第二激光二极管5发射的第二激光束L21由物镜15聚光在DVD17上并聚焦，第二激光束L21的焦点位置与第三激光束L31的焦点位置相比，位于离开物镜15较远的位置上，与面向第二激光二极管1的物镜15的光点重合。根据不同波长的三个不同激光束L11、L21和L31改变物镜15的NA的方法与图2的方法相同。
根据各激光二极管的位置，图3的光学拾波器装置变得尺寸较小。即使第二和第三激光二极管5和1设置在靠近物镜15和其他激光光束的光程的位置上，也能够根据具有不同波长的三种不同的激光束L11、L21和L31改变NA。其结果，能够用单一的物镜15在不同的记录密度和保护层厚度的光盘，如CD16、DVD17和HD-DVD22上记录和再现数据。
图4是本发明另一个实施例的光学拾波器装置的剖视图。图4的光学拾波器装置包括位于图3所示的光学拾波器装置的分光器11和34之间的凹透镜41。
在图4的光学拾波器装置中，从第三激光二极管1发射的激光束L32被聚光透镜35转换成基本平行的通量，从第二激光二极管5发射的第二激光束L22被聚光透镜36转换成基本平行的通量。第二和第三激光束L22和L23由分光器11变成重合的，并入射到凹透镜41。
在通过凹透镜41透射的第二和第三激光束中，从第二激光二极管5发射的第二激光束L22的光通量辐射点与面向第二激光二极管5的凹透镜41的光点重合，并且第三激光二极管1发射的第三激光束L32束的光通量的辐射点与面向第三激光二极管1的凹透镜41的光点重合。因此，在第二和第三激光二极管1和5设置成与物镜15分开预定距离的情况下，能够保持有限光学比相对较小。
在所述光学拾波器装置中，从第三激光二极管1发射的第三激光束L32被聚光透镜35转换成平行通量，并由分光器11反射，从第三激光二极管5发射的第二激光束L22被聚光透镜36转换成部分聚焦和基本平行的通量，并通过分光器11透射。被分光器11透射或反射的第二和第三激光束L22和L32的各自的光变成重合，并且各光通量被凹透镜41折射，并被分光器34反射。图4的光学拾波器装置中根据不同波长的激光束L11、L21和L31改变物镜15的NA方法与图2的相同。
与图3的光学拾波器装置相同，图4的光学拾波器装置也用单一物镜例如物镜15，在三种不同记录密度和厚度的光盘，如CD16、DVD17和HD-DVD22上记录和再现数据。
图5是根据本发明另一个实施例的光学拾波器装置的波长选择分光器51的部分剖视图。在图3和5的光学拾波器装置中能够实现波长选择分光器51。波长选择分光器51包括平板形衬底52和在玻璃衬底52两侧的相对应侧面上形成的具有多层电介质层的半透射层53和54，以透射所述三种激光束之一，例如，波长405nm的第一激光束L13，但是反射其余的激光束，例如，波长650nm和波长780nm的第二和第三激光束L23和L33。
图6是示出图5的光学拾波器装置的波长选择分光器51的光谱透射率特性曲线。这个曲线示出偏振光束P和S的光谱透射率特性曲线。
在这个光学拾波器装置中，激光二极管31发射的第一激光束L13入射到改变成具有0.85最高NA的物镜15上时，由聚光透镜(或准直透镜) 改变成平行光束，并通过波长选择分光器51透射。
从第二激光二极管5发射的第二激光束L23被激光透镜36折射和透射，并通过分光器11透射，从第三激光二极管1发射的第三激光束L33被聚光透镜35折射和透射，并被分光器11反射。在第二和第三激光束L23和L33被折射或反射时，第二和第三激光束L23和L33光程变成重合，并且第二和第三激光束L23和L33被波长选择分光器51反射。如上所述，波长选择分光器51透射用于HD-DVD的第一激光束L13，反射用于DVD的第二激光束L23，和CD的第三激光束L33。
因为在波长选择分光器51中，多层电介质层形成的半透射层53和54形成在平板形玻璃衬底52的两侧上，所以，能够防止玻璃衬底弯曲，并且能够提高波长选择分光器51的光谱透射率特性。因此，每个激光束的透射波前不变形，能够获得足够小的焦斑，能够向单一物镜15有效入射不同波长的三种不同激光束。
图7是本发明另一实施例的波长选择NA限定单元61剖视图。因为图中的相同符号表示相同元件，所以省略了它们的说明。与图1的波长选择NA限定单元21相同，波长选择NA限定单元61根据三种不同激光束L1，L2和L3改变物镜15的NA。波长选择NA限定单元61包括：玻璃衬底62，它具有厚度大于透明元件23的圆形板；第一滤光器24，它形成在玻璃衬底62的一侧上；和第二滤光器25，它形成在玻璃衬底62的另一侧上。波长选择NA限定单元61的玻璃衬底62，第一滤光器24和第二滤光器25形成在一体化的单一体中。
与图1的第二滤光器25相同，在第二滤光器63中，第一激光束L1和第二激光束L2通过具有环形层的波长选择滤光器(第三区)63a透射，第一、第二和第三激光束L1、L2和L3通过圆形的透射波前相位匹配层(第四区)63b透射，后者设置在波长选择滤光器63a的环形板层内。第一滤光器24和第二滤光器63具有相同直径D0。透射波前相位匹配层63b具有直径D13，它比透射波前相位匹配层24b的直径D2大。即，透射波前相位匹配层63b的表面积大于透射波前相位匹配层24b的表面积。透射波前相位匹配层24b和63b的光程位于物镜15的中心轴线Ax上。
波长选择NA限定单元61中，通过透射波前相位匹配层24b透射的第二和第三激光束L2和L3在通过玻璃衬底时发散，以具有加大的直径，并分别入射到波长选择滤光器63a和透射波前相位匹配层63b。在第二滤光器63中，具有加大直径的第二激光束L2通过波长选择滤光器63a和透射波前相位匹配层63b透射，并且第三激光束L3也具有加大的直径，所述直径大于透射波前相位匹配层24b的直径D2，它通过透射波前相位匹配层63b透射，因为透射波前相位匹配层63b的直径D13大于透射波前相位匹配层24b的直径D2。因此，能够有效地获得第二激光束L3的光量，用于在CD16上记录和再现操作，并且通过波长选择滤光器63a透射的第二激光束L2的一部分和通过波前相位匹配层63b透射的另一部分的相位被透射波前相位匹配层63b匹配。
与图1的波长选择Na限定单元21相同，在波长选择NA限定单元61中，能够根据三种不同的激光束L1、L2和L3改变NA。因此，在光学拾波器装置中实现波长选择NA限定单元61时，使用单一物镜，能够在记录密度和厚度不同的三种光盘，如CD16、DVD17和HD-DVD22上记录和再现数据。
根据本发明的光学拾波器装置的实施例，波长选择NA限定单元21和61，根据用于HD-DVD22的405nm波长的第一激光束L2，用于DVD17的650nm波长的第二激光束L2和用于CD16的780nm波长的第三激光束L3来改变NA。能够将液体光闸(liquid shutter)或全息元件用作波长选择NA限定单元21和61。
虽然波长选择滤光器和透射波前相位匹配层图示为圆形的，但是，波长选择滤光器和透射波前相位匹配层的形状不限于此。例如，波长选择滤光器和透射波前相位匹配层的形状也能够是与激光二极管相同的各种形状之一。能够根据在第一滤光器和第二滤光器之间的距离，或希望的激光束加大的直径，确定波长选择滤光器和透射波前相位匹配层的直径。波长选择滤光器和透射波前相位匹配层的直径并不限于此。
如上所述，波长选择NA限定单元包括在光程上设置的第一滤光器(第一波长选择件)和第二滤光器(第二波长选择件)。第一滤光器包括第一区，它透射第一激光束；和第二区，它设置在第一区内，透射第一、第二和第三激光束。第二滤光器包括第三区，它透射第一和第二激光束；和第四区，它设置在第三区内，透射第一、第二和第三激光束。因此，所述光学拾波器装置，能够根据三种不同的激光束改变物镜的NA，并且能够用单一物镜，在记录密度和厚度不同的三种光盘上记录和再现数据。
因为第二区是将通过第一区透射的第一激光束与通过第二区透射的第一激光束进行相位匹配的透射波前相位匹配层，并且第四区是将通过第三区透射的第一和第二激光束与通过第四区透射的第一和第二激光束进行匹配相位的透射波前相位匹配层，所以通过第一滤光器的第一激光束的波前相位和第一和第二激光束的波前相位能够排列成相位匹配。因此，因为第一、第二和第三激光束相位匹配，所以各激光束的相干性改善。
在透射这三个光束之一并反射其他的光束的波长选择分光器中，因为半透射层形成在透明体两侧，所以防止透明体弯曲，并能够改善波长选择分光器的光谱透射率特性。因此，每个激光束的透射波前不变形，能够获得足够小的焦斑，不同波长的三种激光束能够有效地入射到单一物镜上。
在所述光学拾波器装置中，从激光二极管发射的激光束的直径缩小为预定直径，被聚焦在各光盘中的相应的一个上，并且波长选择NA限定单元，与聚光和透射从光盘反射的激光束的透镜系统的激光二极管相邻。因此，能够根据三种不同的激光束改变物镜的NA，能够使用单一物镜在记录密度和厚度不同的光盘上记录和再现数据。
根据本发明的实施例，光学拾波器装置设有：根据三种不同的激光束改变NA的波长选择NA限定单元；波长选择分光器；和在记录密度和厚度不同的三种光盘上记录和再现数据的单一的物镜。
虽然说明了本发明的机构实施例，但是，本领域的普通技术人员可以理解，不偏离本发明能够改变这些实施例，本发明的的范围由权利要求及其等同的限定。
Claims (16)
1.一种波长选择NA限定单元，它对应于沿光程通过的不同的激光束，改变物镜的数值孔径，包括：
第一滤光器，设置在光程上，以接收第一、第二和第三光束，它具有：第一区，透射第一激光束；和第二区，形成在第一区的内部，以透射第一、第二和第三激光束；以及
第二滤光器，它设置在光程上，它具有：第三区，透射第一和第二激光束；和第四区，它设置在第三区内，以透射第一、第二和第三激光束。
2.根据权利要求1的波长选择NA限定单元，其中，第二区包括第一透射波前相位匹配层，它将通过第一区的第一激光束和通过第二区的第一激光束相位匹配，第四区包括：
第二透射波前相位匹配层，它将通过第三区的第一和第二激光束和通过第四区的第一和第二激光束相位匹配。
3.根据权利要求1的波长选择NA限定单元，其中，第二区和第四区包括在光程上的共同中心。
4.根据权利要求3的波长选择NA限定单元，其中，第二区包括第一透射波前相位匹配层，它将通过第一区的第一激光束和通过第二区的第一激光束相位匹配，第四区包括：
第二透射波前相位匹配层，它将通过第三区的第一和第二激光束和通过第四区的第一和第二激光束相位匹配。
5.根据权利要求1的波长选择NA限定单元，还包括：透明元件，设置在第一滤光器和第二滤光器之间，以形成一个整体。
6.一种波长选择分光器，接收不同波长的三种光束，包括：
透明体；和
半透射层，它在透明体两侧上形成以透射三种光束之一，反射其余两种光束。
7.根据权利要求6的波长选择分光器，其中，每个半透射层包括：
多层电介质层。
8.一种具有光盘的光学拾波器装置，包括：
激光二极管，发射具有不同波长的三个光束；
透镜单元，它具有物镜，使得所述光束射在所述光盘上，并透射或反射从光盘反射的光束；
光电二极管，它接收反射的光束；以及
波长选择NA限定单元，它对应于沿光程通过的三种不同的激光束改变物镜的数值孔径，其中波长选择NA限定单元包括：
第一滤光器，设置在光程上，接收第一、第二和第三光束，它具有：第一区，透射第一激光束；和第二区，形成在第一区的内部，以透射第一、第二和第三激光束；以及
第二滤光器，设置在光程上，它具有：第三区，透射第一和第二激光束；和第四区，设置在第三区内，以透射第一、第二和第三激光束。
9.根据权利要求8的光学拾波器装置，还包括：
凹透镜，它设置在波长选择NA限定单元和激光二极管之间。
10.根据权利要求9的光学拾波器装置，还包括：
波长选择分光器，它接收不同波长的三种光束，具有透明体和形成在所述透明体相对两侧上的第一和第二多层电介质层，以透射所述三种光束之一，并反射其余两种光束。
11.根据权利要求10的光学拾波器装置，还包括：
波长选择分光器，它接收不同波长的三种光束，具有透明体和形成在所述透明体两侧上的半透射层，以透射所述三种光束之一，并反射其余两种光束。
12.根据权利要求8的光学拾波器装置，还包括：波长选择分光器，它接收不同波长的三种光束，具有透明体和在所述透明体两侧上形成的半透射层，以透射所述三种光束之一，并反射其余两种光束。
13.根据权利要求8的光学拾波器装置，还包括：波长选择分光器，它接收不同波长的三种光束，具有透明体和形成在所述透明体相对两侧上的第一和第二多层电介质层，以透射所述三种光束之一，并反射其余两种光束。
14.一种具有光盘的光学拾波器装置，包括：
激光二极管，发射具有不同波长的三个光束；
透镜单元，具有物镜，使得所述光束射在所述光盘上，并透射从光盘反射的光束；
光电二极管，它接收反射的光束；和
波长选择NA限定单元，它设置在物镜和激光二极管之间，将物镜的数值孔径NA改变成三种不同的NA，它具有第一和第二滤光器，和透明元件，所述透明元件设置在所述第一和第二滤光器间以形成一个整体。
15.根据权利要求14的光学拾波器装置，还包括：
凹透镜，它设置在波长选择NA限定单元和激光二极管之间。
16.根据权利要求14的光学拾波器装置，还包括：
波长选择分光器，它接收不同波长的三种光束，具有透明体和形成在所述透明体两侧上的半透射层，透射所述三种光束之一，并反射其余两种光束。
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