專利名稱：光學(xué)構(gòu)件和使用該光學(xué)構(gòu)件的光學(xué)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種使2種不同波長(zhǎng)的激光通過的光學(xué)構(gòu)件，特別是涉及一種對(duì)各激光的光軸偏差進(jìn)行修正的光學(xué)構(gòu)件和使用該光學(xué)構(gòu)件的光學(xué)裝置。
圖8是以往的光拾波器40的概要圖。在該光拾波器40的發(fā)光部12中，內(nèi)置有發(fā)出彼此不同的波長(zhǎng)的激光的發(fā)光元件12a、12b。在所述光拾波器40中設(shè)置有包括具有把所述發(fā)光部12發(fā)出的激光變?yōu)槠叫泄獾囊暅?zhǔn)透鏡13、在使入射的激光反射的同時(shí)還使從所述反射方向入射的光進(jìn)行透射的分光鏡14、物鏡15和受光部16的光學(xué)系統(tǒng)。
在所述光拾波器40中，如果設(shè)計(jì)為使一方波長(zhǎng)λ1的發(fā)光元件12a通過光學(xué)系統(tǒng)的中心，則波長(zhǎng)λ1的光軸形成以圖8的一點(diǎn)劃線表示的光路。另外，另一方的波長(zhǎng)λ2的發(fā)光元件12b的光軸形成以虛線表示的光路。如圖8所示，波長(zhǎng)λ2的光軸傾斜形成，在盤D1上反射后返回的返回光也以光軸偏離的狀態(tài)由受光部16接收，所以受光部16的檢測(cè)精度下降。
在此，為了消除該偏離，通過在受光部16的感光面的前方配置圖9所示的光學(xué)構(gòu)件41，就能對(duì)光軸的位置偏差進(jìn)行修正。圖9所示的光學(xué)構(gòu)件41是在激光的射出面一側(cè)形成有鋸齒狀的衍射光柵41a，通過使雙方的激光衍射，就能使彼此的光軸在受光部16的感光面上一致。另外，此時(shí)如果設(shè)波長(zhǎng)λ1(785nm)的衍射角度為θ1，波長(zhǎng)λ2(658nm)的衍射角度為θ2，則θ1＞θ2的關(guān)系成立。
但是，在所述以往的光學(xué)構(gòu)件中，為使雙方的光軸在受光部一致而必須進(jìn)行定位，因此，要求有很高的定位精度，從而導(dǎo)致制造過程變得很復(fù)雜。并且，因?yàn)榘l(fā)光元件隨著溫度變化會(huì)產(chǎn)生波長(zhǎng)變動(dòng)，所以當(dāng)由于熱而導(dǎo)致激光波長(zhǎng)變動(dòng)時(shí)，受光位置偏離，彼此的光軸在受光部上就變得不一致。其結(jié)果是導(dǎo)致受光部的檢測(cè)精度下降。
另外，本發(fā)明的目的還在于提供一種能簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，降低成本的光學(xué)裝置。
為了實(shí)現(xiàn)以上所述目的，本發(fā)明的特征在于具有從波長(zhǎng)不同的發(fā)光元件以光軸偏離的狀態(tài)發(fā)出的激光的、設(shè)置在入射面一側(cè)的第一衍射光柵和設(shè)置在射出面一側(cè)的第二衍射光柵；所述第一衍射光柵和所述第二衍射光柵都具有呈凹凸?fàn)钚纬傻牡谝还鈻挪亢椭丿B形成在所述第一光柵部的傾斜面上的臺(tái)階狀的第二光柵部；當(dāng)設(shè)從所述第二光柵部的下層到上層的整體深度尺寸為d，每一級(jí)的深度尺寸為h，所述衍射光柵內(nèi)的衍射率為n時(shí)，設(shè)定所述每一級(jí)的深度尺寸h，使(n-1)·h為波長(zhǎng)λ的整數(shù)倍；根據(jù)所述各級(jí)的深度尺寸h來決定所述整體深度尺寸d和各級(jí)的寬度尺寸的最佳值，據(jù)此，當(dāng)所述激光在入射所述第一衍射光柵時(shí)，使一方波長(zhǎng)的激光進(jìn)行衍射，當(dāng)所述激光從所述第二衍射光柵射出時(shí)，使之進(jìn)行衍射，使所述一方波長(zhǎng)的激光的光軸與另一方波長(zhǎng)的激光的光軸一致。
例如，相對(duì)設(shè)置所述入射面一側(cè)的第一衍射光柵和所述射出面一側(cè)的第二衍射光柵，所述第一衍射光柵的所述光柵部的傾斜方向和所述第二衍射光柵的所述光柵部的傾斜方向一致。
在所述本發(fā)明中，能使以光軸偏離狀態(tài)發(fā)出的激光的光軸一致。并且，因?yàn)槟苁垢鞑ㄩL(zhǎng)的激光光軸的方向一致，所以即使在光軸方向上錯(cuò)開位置來設(shè)置受光部的感光面，也不會(huì)使彼此光軸的受光位置變得不一致。而且，因?yàn)橹皇挂环讲ㄩL(zhǎng)的激光衍射，所以能降低波長(zhǎng)變動(dòng)所造成的影響。
另外，也可以在所述激光通過的所述第一衍射光柵和所述第二衍射光柵之間形成空洞部。如果這樣形成空洞部，則激光在空洞部折射，所以能減小第一衍射光柵和第二衍射光柵的衍射角度，從而能進(jìn)一步地降低波長(zhǎng)變動(dòng)造成的影響。
另外，通過使所述一方激光的波長(zhǎng)為785nm，使所述另一方激光的波長(zhǎng)為658nm，就能搭載對(duì)應(yīng)CD和DVD雙方的光拾波器。另外，在這種情況下，通過把所述第二光柵部的臺(tái)階狀的級(jí)數(shù)設(shè)置為6級(jí)，就能進(jìn)行維持激光的高效率的設(shè)計(jì)。
另外，所述第一光柵部和第二光柵部可以都用樹脂一體形成。據(jù)此，就能降低金屬模的成本，并能簡(jiǎn)化制造過程，從而能降低成本。
另外，可以在所述第二光柵部的表面上，進(jìn)一步形成凹凸?fàn)畹牡谌鈻挪?，以所述激光的波長(zhǎng)以下的周期形成所述第三光柵部。據(jù)此，就能發(fā)揮防止反射的功能，所以沒必要設(shè)置高價(jià)的防止反射膜，從而能降低成本。
另外，本發(fā)明的光學(xué)裝置其特征在于設(shè)置有使不同波長(zhǎng)的激光的發(fā)光點(diǎn)向與光軸正交的方向相互偏離置位的發(fā)光部、來自所述發(fā)光部的光通過的所述光學(xué)構(gòu)件、和接收所述激光的受光部，使一方波長(zhǎng)的激光的光軸與另一方波長(zhǎng)的激光的光軸在給定位置上一致。
在所述本發(fā)明中，因?yàn)槟芟鳒p零部件數(shù)量、簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，所以能降低制造成本。
例如，可以將所述光學(xué)構(gòu)件配置在從所述發(fā)光部到記錄媒體的光路途中，或配置在從所述記錄媒體到受光部的光路途中，所以沒有限制光學(xué)構(gòu)件的設(shè)置位置。


下面簡(jiǎn)要說明附圖。
圖1是表示搭載了本發(fā)明的光學(xué)構(gòu)件的光學(xué)裝置的一個(gè)例子的概要圖。
圖2是表示本發(fā)明的光學(xué)構(gòu)件的實(shí)施例1的部分俯視圖。
圖3是圖2的光學(xué)構(gòu)件的部分放大俯視圖。
圖4是表示光學(xué)構(gòu)件的級(jí)數(shù)為6級(jí)時(shí)的光柵深度和效率的關(guān)系的線圖。
圖5是表示光學(xué)構(gòu)件的級(jí)數(shù)為5級(jí)時(shí)的光柵深度和效率的關(guān)系的線圖。
圖6是表示本發(fā)明的光學(xué)構(gòu)件的實(shí)施例2的俯視圖。
圖7是表示本發(fā)明的光學(xué)構(gòu)件的變形例的一部分的俯視圖。
圖8是表示以往的光學(xué)裝置中的光路的模式圖。
圖9是表示以往的光學(xué)構(gòu)件及其光軸的模式圖。
下面，簡(jiǎn)要說明附圖符號(hào)。
5—空洞部；光拾波器10；11、21、31—光學(xué)構(gòu)件；11A—第一衍射光柵；11B—第二衍射光柵；11a、11c—凸部；11b、11d—臺(tái)階部；11e—微小衍射光柵；12—發(fā)光部；12a、12b—發(fā)光元件；13—視準(zhǔn)透鏡；14—分光鏡；15—物鏡；16—受光部。
圖1所示的作為光學(xué)裝置的光拾波器10具有內(nèi)置了半導(dǎo)體激光二極管的發(fā)光部12；使該發(fā)光部12發(fā)射的激光變?yōu)槠叫泄獾囊暅?zhǔn)透鏡13；在使入射的激光反射的同時(shí)，使從所述反射方向入射的光透射的分光鏡14；物鏡15；受光部16；配置在所述發(fā)光部12和分光鏡14之間的本發(fā)明的光學(xué)構(gòu)件11。
所述發(fā)光部12中，形成了用于CD的波長(zhǎng)785nm(λ1)的激光發(fā)光點(diǎn)的發(fā)光元件12a和形成了用于DVD的波長(zhǎng)658nm(λ2)的激光發(fā)光點(diǎn)的發(fā)光元件12b以分開微小間隔(S)的狀態(tài)配置。因此，因?yàn)榘l(fā)光點(diǎn)偏離，所以導(dǎo)致從發(fā)光部12發(fā)出的激光彼此光軸偏離。
如果從所述發(fā)光部12發(fā)出的波長(zhǎng)λ1、λ2的激光入射到分光鏡14，則由分光鏡14向盤D1的方向反射，由視準(zhǔn)透鏡13變?yōu)槠叫泄夂笕肷湮镧R15。由物鏡15聚光的激光在盤D1上形成光點(diǎn)。在盤D1上反射的返回光在彼此的光軸偏離的狀態(tài)下通過物鏡15、視準(zhǔn)透鏡13、透射分光鏡14，到達(dá)所述光學(xué)構(gòu)件11。
如圖2所示，所述光學(xué)構(gòu)件11是將光透射性的透明樹脂用金屬模成形的板狀構(gòu)件，在光學(xué)構(gòu)件11的激光入射面一側(cè)，形成第一衍射光柵11A，在射出面一側(cè)形成第二衍射光柵11B。
所述第一衍射光柵11A形成了連續(xù)以鋸齒狀形成了多個(gè)凸部11a的第一光柵部。各凸部11a以垂直面和傾斜面形成直角三角形狀，各傾斜面上形成臺(tái)階狀的臺(tái)階部11b(第二光柵部)。
所述第二衍射光柵11B形成連續(xù)形成與所述第一衍射光柵11A同樣形狀的多個(gè)凸部11c的第一光柵部，在所述第一光柵部的各傾斜面上分別重疊形成作為第二光柵部的臺(tái)階部11d。但是，所述各臺(tái)階部11d的傾斜方向與所述第一衍射光柵11A的各臺(tái)階部11b的傾斜方向彼此相反(彼此的傾斜面平行的方向)。
在圖2所述的光學(xué)構(gòu)件11中，所述第一衍射光柵11A的臺(tái)階部11b的各平坦面和所述第二衍射光柵11B的臺(tái)階部11d的各平坦面相對(duì)，所述臺(tái)階部11b的最下層的平坦面和所述臺(tái)階部11d的最上層的平坦面相對(duì)。但是，并不需要必須一致。
如圖3所示，所述臺(tái)階部11b(11d)中，平坦面S1～S6漸漸改變高度，形成的臺(tái)階數(shù)為6級(jí)，各級(jí)在x方向的寬度尺寸w和y方向深度尺寸h都是等間隔(h＝d/5，w＝p/6)。但是，p為周期，該周期等于凸部11a(11c)的寬度尺寸。
在圖3所示的光學(xué)構(gòu)件11中，如果從最下層的平坦面S1到最上層的平坦面S6的距離即光柵深度為d，一級(jí)的深度尺寸為h，樹脂的折射率為n，激光的波長(zhǎng)為λ，則關(guān)系式(n-1)h＝mλ成立。但是，m為正整數(shù)。通過由所述關(guān)系式設(shè)置h，使(n-1)h為波長(zhǎng)的正整數(shù)倍，當(dāng)所述波長(zhǎng)λ的激光通過光學(xué)構(gòu)件11內(nèi)時(shí)，能使激光不衍射。
由所述關(guān)系式，在所述光學(xué)構(gòu)件11中，對(duì)于λ2(658nm)的激光設(shè)置h，使(n-1)h為λ2的正整數(shù)倍，當(dāng)λ2的激光入射到光學(xué)構(gòu)件11時(shí)，能不衍射，而是以0次衍射光直接透射。通過這樣設(shè)置h，當(dāng)λ2的激光通過所述光學(xué)構(gòu)件11時(shí)，無論在入射面還是在射出面都不會(huì)衍射，λ2的激光在光學(xué)構(gòu)件11內(nèi)，保持0次衍射光的狀態(tài)直線前進(jìn)。
另一方面，在本實(shí)施例中，因?yàn)椴扇×耸功?的激光不衍射的設(shè)計(jì)，所以有必要使λ1(785nm)的激光的光軸與λ2的激光的光軸一致。在此，通過采用圖2、3所示形狀，在所述光學(xué)構(gòu)件11的第一衍射光柵11A，使λ1的激光的1次衍射光向λ2的激光的光軸一側(cè)衍射，再在與所述第一衍射光柵11A反向設(shè)置的第二衍射光柵11B，使λ1的激光向與所述相反的一側(cè)衍射，從而能使λ1的激光的的光軸與λ2的激光的光軸方向一致。
因?yàn)橥ㄟ^所述深度尺寸h決定光柵深度d(＝5h)，周期p也例如預(yù)先設(shè)置在從30到50μm的范圍內(nèi)，所以通過決定剩下的臺(tái)階部的級(jí)數(shù)，就能決定光學(xué)構(gòu)件11的形狀。在此，通過一級(jí)一級(jí)地改變臺(tái)階數(shù)，確認(rèn)圖3所示的臺(tái)階數(shù)為6級(jí)時(shí)能得到最佳值。下面，參考圖4就其理由加以說明。
圖4是表示對(duì)于波長(zhǎng)λ1和波長(zhǎng)λ2的各衍射光，光柵深度(μm)和效率的關(guān)系線圖。但是，此時(shí)的衍射光柵11A、11B的周期(p)都為20μm，折射率都為1.54。另外，圖4的縱軸的效率表示當(dāng)激光通過衍射光柵11A時(shí)的通過前激光光量為1時(shí)，通過后的0次衍射光(0T)、1次衍射光(1T)和2次衍射光(2T)的光量的比率。另外，在第二衍射光柵11B中，激光通過的方向相反，衍射方向相反，得到的波形與圖4相同。
如圖4(a)所示，通過把衍射光柵的光柵深度尺寸d設(shè)置為6μm附近，能以高效率輸出658nm的0次衍射光和785nm的1次衍射光。
并且，在圖4(b)和(c)所示光柵深度尺寸下，無法取得高效率的785nm(λ1)的1次衍射光和658nm(λ2)的0次衍射光，所以不好。如果光柵深度尺寸d變大，對(duì)于波長(zhǎng)的變化性的變動(dòng)就變大，所以不好。另外，雖然在(b)的光柵深度下，能得到785nm的2次衍射光，但是效率變差，所以不好。
因此，把光柵深度尺寸d定為6.1μm附近，通過以等距離形成臺(tái)階部11b、11d的各級(jí)的寬度尺寸和深度尺寸，就能得到維持了高效率的光學(xué)構(gòu)件11。
另外，圖5所示的線圖是把圖3所示衍射光柵11A的臺(tái)階數(shù)由6級(jí)改為5級(jí)。如圖5所示，通過把衍射光柵11A、11B的光柵深度尺寸d設(shè)置為5.8μm附近(e)，能得到較高效率的658nm的-1次衍射光和785nm的0次衍射光。
在所述光學(xué)構(gòu)件11中，最好把所述衍射光柵11A、11B的臺(tái)階部11b、11d設(shè)置為6級(jí)或5級(jí)，采取6級(jí)的形狀在光的效率方面更好。另外，如果用波長(zhǎng)658nm和785nm的組合以外的組合，則光柵的深度尺寸d和臺(tái)階數(shù)不同。
在按如以上所述形成的6級(jí)光學(xué)構(gòu)件11中，通過使658nm的激光不衍射而透射，并且使785nm的激光衍射，就能使785nm的1次衍射光的光軸與658nm的0次衍射光的光軸在受光部16的感光面上一致。另外，在采取5級(jí)的場(chǎng)合，也通過使785nm的激光不衍射而透射，并且使658nm的激光衍射，就能使658nm的-1次衍射光的光軸與785nm的0次衍射光的光軸在受光部16的感光面上一致。
圖6是表示本發(fā)明的光學(xué)構(gòu)件的實(shí)施例2的部分俯視圖。圖6所示的光學(xué)構(gòu)件21中，在所光學(xué)構(gòu)件11的第一衍射光柵11A和第二衍射光柵11B之間形成了空洞部5。從第一衍射光柵11A入射的波長(zhǎng)λ1(λ2)的激光通過所述空洞部5，從第二衍射光柵11B射出。另外，空洞部5最好是空氣層，但是也可以是液體填充的層。
如以上所述，通過形成空洞部5，通過折射作用，使激光大大彎曲，從而能減小第一衍射光柵11A和第二衍射光柵11B的激光衍射量。
圖7所示的光學(xué)構(gòu)件31是表示所述光學(xué)構(gòu)件11、21的變形例的部分俯視圖。所述光學(xué)構(gòu)件31在所述光學(xué)構(gòu)件11、21上形成的臺(tái)階部11b、11d的各平坦面上形成由鋸齒狀的的微小衍射光柵11e(第三光柵部)。此時(shí)，當(dāng)把微小光柵部11e的一個(gè)凸部(或凹部)的寬度尺寸作為1周期時(shí)，該1周期最好在激光的波長(zhǎng)短以下。結(jié)果能發(fā)揮防止反射的功能，所以不再需要高價(jià)的防止反射膜，從而能降低成本。
另外，在所述光學(xué)構(gòu)件11、21、31中，所述凸部11a、11c與所述臺(tái)階部11b、11d都是用樹脂，使用金屬模一體成形的，從而能降低成本。
如以上所述，本發(fā)明能使彼此偏離的光軸在給定的位置一致。并且即使在光軸方向偏離設(shè)置受光部的定位位置，也能使彼此的受光位置不偏離，從而能緩和定位精度。另外，因?yàn)橹皇挂环讲ㄩL(zhǎng)的激光衍射，所以能降低基于溫度變化的波長(zhǎng)變動(dòng)的影響。
另外，通過在第一衍射光柵和第二衍射光柵之間設(shè)置空洞部，能使激光在所述空洞部折射，結(jié)果能減少在第一衍射光柵和第二衍射光柵中一方的激光衍射量，從而能降低基于溫度變化的波長(zhǎng)變動(dòng)的影響。
另外，因?yàn)楸景l(fā)明的光學(xué)裝置減少了零部件數(shù)量，簡(jiǎn)化了結(jié)構(gòu)，所以能降低成本。
權(quán)利要求
1.一種光學(xué)構(gòu)件，其特征在于具有從不同波長(zhǎng)的發(fā)光元件使光軸偏離發(fā)出的激光的、設(shè)置在入射面一側(cè)的第一衍射光柵和設(shè)置在射出面一側(cè)的第二衍射光柵；所述第一衍射光柵和所述第二衍射光柵都具有呈凹凸?fàn)钚纬傻牡谝还鈻挪亢椭丿B形成在所述第一光柵部的傾斜面上的臺(tái)階狀的第二光柵部；當(dāng)設(shè)從所述第二光柵部的下層到上層的整體深度尺寸為d，每一級(jí)的深度尺寸為h，所述衍射光柵內(nèi)的衍射率為n時(shí)，設(shè)定所述每一級(jí)的深度尺寸h，使(n-1)·h為波長(zhǎng)λ的整數(shù)倍；根據(jù)所述各級(jí)的深度尺寸h來決定所述整體深度尺寸d和各級(jí)的寬度尺寸的最佳值，據(jù)此，當(dāng)所述激光在入射所述第一衍射光柵時(shí)，使一方波長(zhǎng)的激光衍射，當(dāng)所述激光從所述第二衍射光柵射出時(shí)，使之進(jìn)行衍射，使所述一方波長(zhǎng)的激光的光軸與另一方波長(zhǎng)的激光的光軸一致。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)構(gòu)件，其特征在于相對(duì)設(shè)置所述入射面一側(cè)的第一衍射光柵和所述射出面一側(cè)的第二衍射光柵，使所述第一衍射光柵的所述光柵部的傾斜方向與所述第二衍射光柵的所述光柵部的傾斜方向一致。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)構(gòu)件，其特征在于在所述激光通過的所述第一衍射光柵和所述第二衍射光柵之間形成有空洞部。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的光學(xué)構(gòu)件，其特征在于所述一方激光的波長(zhǎng)為785nm，所述另一方激光的波長(zhǎng)為658nm。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的光學(xué)構(gòu)件，其特征在于所述第二光柵部的臺(tái)階數(shù)為6級(jí)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的光學(xué)構(gòu)件，其特征在于所述第一光柵部和所述第二光柵部都是用樹脂一體形成的。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的光學(xué)構(gòu)件，其特征在于在所述第二光柵部的表面上，還形成有凹凸?fàn)畹牡谌鈻挪?，所述第三光柵部是以所述激光的波長(zhǎng)以下的周期來形成的。
8.一種光學(xué)裝置，其特征在于設(shè)置有使不同波長(zhǎng)的激光的發(fā)光點(diǎn)向與光軸正交的方向相互偏離置位的發(fā)光部、來自所述發(fā)光部的光通過的權(quán)利要求1～7中任意1項(xiàng)所述的光學(xué)構(gòu)件、和接收所述激光的受光部，使一方波長(zhǎng)的激光的光軸與另一方波長(zhǎng)的激光的光軸在給定位置上一致。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的光學(xué)裝置，其特征在于將所述光學(xué)構(gòu)件配置在從所述發(fā)光部到記錄媒體的光路途中，或從所述記錄媒體到受光部的光路途中。
全文摘要
一種光學(xué)構(gòu)件,在光學(xué)構(gòu)件11的入射面一側(cè)形成第一衍射光柵11A,在射出面一側(cè)形成第二衍射光柵11B。第一衍射光柵11A在呈凹凸?fàn)钚纬傻耐共?1a的傾斜面上重疊形成臺(tái)階部11b,第二衍射光柵11B也同樣在凸部11c的傾斜面上重疊形成臺(tái)階部11d,第一衍射光柵11A和第二衍射光柵11B反向配置。
文檔編號(hào)G02B5/18GK1381761SQ0211800
公開日2002年11月27日 申請(qǐng)日期2002年4月18日 優(yōu)先權(quán)日2001年4月18日
發(fā)明者京谷升一 申請(qǐng)人:阿爾卑斯電氣株式會(huì)社