專利名稱：光柵元件、光拾取光學(xué)系統(tǒng)以及光柵元件的設(shè)計方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光柵元件、光拾取光學(xué)系統(tǒng)以及光柵元件的設(shè)計方法，特別涉及 一種在以共通的光路將波長不同的多種激光聚光在光盤上的光拾取光學(xué)系統(tǒng)中可以使用 的光柵元件、該光拾取光學(xué)系統(tǒng)以及光柵元件的設(shè)計方法。
背景技術(shù)：
目前，正廣泛普及 CD (Compact Disc)、DVD (Digital Versatile Disc)、 BD(BlU-ray(注冊商標(biāo))Disc)等光盤。這些光盤各代不同，并且在各代中，不斷積累龐大的 內(nèi)容。此外，越是新一代的光盤，其記錄密度越高，半導(dǎo)體激光器的波長變得越短。因此，對 于再生、記錄這些光盤的光驅(qū)裝置，通常內(nèi)藏有波長不同的多個半導(dǎo)體激光光源。由此，在 一臺光驅(qū)裝置中，可以再生、記錄前一代的龐大內(nèi)容，以及新一代的內(nèi)容。例如，DVD光驅(qū)通 ?？梢赃M(jìn)行⑶的再生。此外，BD光驅(qū)通?？梢赃M(jìn)行DVD和⑶的再生。這種再生、記錄不同代光盤的光驅(qū)裝置，在其內(nèi)部裝有波長不同的多個半導(dǎo)體激 光光源。因此，需要為每個半導(dǎo)體激光光源分別設(shè)計光路。從而導(dǎo)致了部件數(shù)量的增加以 及光拾取光學(xué)系統(tǒng)的大型化。因此，為了防止部件數(shù)量的增加以及光拾取光學(xué)系統(tǒng)的大型 化，正在開發(fā)使用共通的光路將多個半導(dǎo)體激光光源所射出的多種激光聚光在光盤上的技 術(shù)。特別是，被稱作纖薄光驅(qū)、超薄光驅(qū)的搭載于筆記本電腦等中的薄型光驅(qū)，必須進(jìn)行光 學(xué)系統(tǒng)的簡化。例如，近年來，大多使用將DVD用紅色半導(dǎo)體激光器和CD用紅外半導(dǎo)體激 光器一體化為一個組件的雙波長半導(dǎo)體激光器。另一方面，在光拾取光學(xué)系統(tǒng)中，一邊進(jìn)行跟蹤控制，一邊進(jìn)行信號再生。因此，通 過光柵元件，使由半導(dǎo)體激光光源所射出的激光進(jìn)行衍射，生成0次衍射光和士 1次衍射 光。由此，0次衍射光被聚光，并在光盤上形成信號再生用的光點(diǎn)(以下，稱為主點(diǎn))。此外， 士 1次衍射光被聚光，并在光盤上形成跟蹤信號生成用的光點(diǎn)(以下，稱為副點(diǎn))。然后，由 該副點(diǎn)生成跟蹤信號。這時，希望主點(diǎn)和副點(diǎn)的間隔、強(qiáng)度比、相對位置為適應(yīng)于各代光盤 的引導(dǎo)溝形狀和磁道間距的適當(dāng)?shù)闹?。因此，光柵元件需要使用各代光盤專用的元件。也 就是說，每個激光源需要使用多個光柵元件。然而，如上所述，在使用將波長不同的2個半導(dǎo)體激光器一體化為1個組件的雙波 長半導(dǎo)體激光器時，從激光器到光盤的所有光路為共通光路。因此，在該共通光路中配置了 多個光柵元件。因此，希望各光柵元件不會對與所衍射的激光的波長不同的激光產(chǎn)生影響。因此，在專利文獻(xiàn)1中記載了在基板的兩面上設(shè)置多個溝的光柵元件。此外，在專 利文獻(xiàn)1的光柵元件表面上所設(shè)置的溝的深度是，使與所衍射的激光的波長不同波長的激 光，產(chǎn)生該激光波長的整數(shù)倍的相位差的深度。即，該光柵元件的表面，不會使與所衍射的 激光的波長不同波長的激光產(chǎn)生相位轉(zhuǎn)移。另一方面，該光柵元件的表面，使衍射的激光產(chǎn) 生該激光波長的非整數(shù)倍的相位差。因此，該光柵元件的表面使衍射的激光產(chǎn)生相位轉(zhuǎn)移。 并且，該相位轉(zhuǎn)移量是從該相位差中減去該衍射的激光波長的整數(shù)倍的相位差的大小。此外，由于該相位轉(zhuǎn)移量，受到與所衍射的激光的波長不同波長的激光的波長的限制，因此無法為任意大小。具體來說，光柵元件的溝的深度，被限制為與所衍射的激光的 波長不同波長的激光波長的大概整數(shù)倍。因此，該相位轉(zhuǎn)移量的值也受到限制。因此，在 專利文獻(xiàn)1的光柵元件中，溝寬和溝間距的比率(以下，稱為Duty比)偏離1 1。通常， 當(dāng)0肚7比為1 1時，光利用效率最高。但是，專利文獻(xiàn)1的光柵元件通過使Duty比偏離 1 1，而謀求將主點(diǎn)和副點(diǎn)的光量比調(diào)節(jié)為適當(dāng)?shù)闹?。此外，在專利文獻(xiàn)2中記載了在透明基板的表面上具有帶多層膜結(jié)構(gòu)的凸部的光 柵元件。此外，該光柵元件，在透明基板表面的凹部填充了填充材料。由此，謀求一種在衍 射波長不同的2種激光時，能夠?qū)崿F(xiàn)使衍射效率為恒定的光柵元件?，F(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)1 日本特開2001-281432號公報專利文獻(xiàn)2 日本特開2008-107838號公報
發(fā)明概要發(fā)明要解決的問題然而，專利文獻(xiàn)1和專利文獻(xiàn)2所記載的光柵元件，都是衍射波長不同的2種激光 的光柵元件。因此，在專利文獻(xiàn)1和專利文獻(xiàn)2中，沒有考慮有關(guān)適宜地衍射波長不同的3 種激光的技術(shù)。因此，在搭載了將用于再生、記錄BD、DVD、⑶的波長不同的3種半導(dǎo)體激光 器一體化為一個組件的激光源的光拾取光學(xué)系統(tǒng)中無法適用。具體來說，即使在從激光源 到光盤的共通光路內(nèi)配置專利文獻(xiàn)1和專利文獻(xiàn)2的光柵元件，也無法適宜地衍射該激光 源所射出的波長不同的3種激光。本發(fā)明為解決這種問題而進(jìn)行的發(fā)明，其目的在于提供一種可以將波長不同的3 種以上激光適宜地分光為主點(diǎn)和副點(diǎn)的光柵元件、光拾取光學(xué)系統(tǒng)以及光柵元件的設(shè)計方法。用于解決問題的方法本發(fā)明中的光柵元件，具有多個在透明基板的一個表面上周期性配置凸部和凹部 而成的衍射部件。此外，多個所述衍射部件以大致垂直于所述透明基板的方向進(jìn)行層疊。此 外，在多個所述衍射部件中，至少一個所述衍射部件的所述凸部由電介質(zhì)多層膜形成。進(jìn)一 步，所述電介質(zhì)多層膜是將2種以上的介電膜以所述大致垂直的方向?qū)盈B在所述透明基板 上。并且，多個所述衍射部件以規(guī)定的衍射效率所衍射的激光波長彼此不同。在本發(fā)明中，至少一個衍射部件的凸部由電介質(zhì)多層膜形成。由此，構(gòu)成光柵元件 的多個衍射部件以規(guī)定的衍射效率所衍射的激光波長可以彼此不同。由此，該光柵元件可 以適宜地衍射波長不同的3種以上的激光。因此，可以將波長不同的3種以上的激光適宜 地分光為主點(diǎn)和副點(diǎn)。此外，本發(fā)明中的光柵元件，優(yōu)選3個衍射部件以所述大致垂直的方向進(jìn)行層疊。由此，該光柵元件可以適宜地衍射波長不同的3種激光。此外，本發(fā)明中的光柵元件，優(yōu)選2個所述衍射部件以所述大致垂直的方向進(jìn)行層置。由此，該光柵元件可以適宜地衍射波長不同的2種激光。
此外，在所述凸部由所述電介質(zhì)多層膜而形成的所述衍射部件中，優(yōu)選當(dāng)附加在 以所述規(guī)定的衍射效率所衍射的激光上的相位轉(zhuǎn)移量為(Pd，附加在實質(zhì)上未衍射的激光上 的相位轉(zhuǎn)移量為9nd時，滿足以下的(3)式和⑷式。
權(quán)利要求
1.一種光柵元件，其具有多個在透明基板的一個表面上周期性配置凸部和凹部所形成 的衍射部件，多個所述衍射部件以大致垂直于所述透明基板的方向進(jìn)行層疊， 在多個所述衍射部件中，至少一個所述衍射部件的所述凸部由電介質(zhì)多層膜形成， 所述電介質(zhì)多層膜是由2種以上的介電膜以所述大致垂直的方向?qū)盈B在所述透明基 板上而成，多個所述衍射部件以規(guī)定的衍射效率所衍射的激光的波長彼此不同。
2.如權(quán)利要求1所述的光柵元件，由3個所述衍射部件以所述大致垂直的方向?qū)盈B而成。
3.如權(quán)利要求1所述的光柵元件，由2個所述衍射部件以所述大致垂直的方向?qū)盈B而成。
4.如權(quán)利要求1或2所述的光柵元件，其中，在所述凸部由所述電介質(zhì)多層膜所形成的 所述衍射部件中，附加在以所述規(guī)定的衍射效率所衍射的激光上的相位轉(zhuǎn)移量為tpD，附加 在實質(zhì)上未衍射的激光上的相位轉(zhuǎn)移量為<Pnd時，滿足以下的( 式和(4)式。
5.如權(quán)利要求3所述的光柵元件，其中，在所述凸部由所述電介質(zhì)多層膜所形成的所 述衍射部件中，附加在以所述規(guī)定的衍射效率所衍射的激光上的相位轉(zhuǎn)移量為9D，附加在 實質(zhì)上未衍射的激光上的相位轉(zhuǎn)移量為9nd時，滿足以下的( 式和(4)式。
6.如權(quán)利要求3或5所述的光柵元件，其中，所述電介質(zhì)多層膜是將由高折射率材料所 形成的所述介電膜、和由低折射率材料所形成的所述介電膜層疊而成，在所述凸部由所述電介質(zhì)多層膜所形成的所述衍射部件中，以所述規(guī)定的衍射效率 所衍射的激光的波長為λ D，實質(zhì)上未衍射的激光的波長為λ m，所述高折射率材料的波長 λ m的折射率為nHND，所述低折射率材料的波長λ m的折射率為，與所述電介質(zhì)多層膜鄰 接的空間介質(zhì)的折射率為η_，由所述高折射率材料所形成的所述介電膜的膜厚總和為dH， 由所述低折射率材料所形成的所述介電膜的膜厚總和為 <時，滿足以下的( 式和(6)式。
7.如權(quán)利要求1至6任一項所述的光柵元件，其中，所述電介質(zhì)多層膜是將由高折射率 材料所形成的所述介電膜、和由低折射率材料所形成的所述介電膜交替層疊而成。
8.如權(quán)利要求1至7任一項所述的光柵元件，其中，作為入射至所述電介質(zhì)多層膜的激 光被該電介質(zhì)多層膜所反射的比例的反射率為4%以下。
9.如權(quán)利要求1至8任一項所述的光柵元件，其中，在所述凸部由所述電介質(zhì)多層膜所 形成的所述衍射部件中，該衍射部件的格子結(jié)構(gòu)的間距為P，所述凸部的寬度為W時，滿足 以下的(7)式。0. 5 < ff/Ρ < 1. 0......(7)
10.如權(quán)利要求1至9任一項所述的光柵元件，其中，多個所述衍射部件彼此通過粘接 材料進(jìn)行粘接。
11.一種光拾取光學(xué)系統(tǒng)，具有具備射出波長不同的多種激光的多個激光源的激光單 元作為光源，在由所述激光單元所射出的激光光路上，配置權(quán)利要求1至10任一項所述的光柵元件。
12.一種光柵元件的設(shè)計方法，為具有多個在透明基板的一個表面上周期性配置凸部 和凹部而成的衍射部件的光柵元件的設(shè)計方法，多個所述衍射部件以大致垂直于所述透明基板的方向進(jìn)行層疊， 在多個所述衍射部件中，至少一個所述衍射部件的所述凸部由電介質(zhì)多層膜形成， 所述電介質(zhì)多層膜是由2種以上的介電膜以所述大致垂直的方向?qū)盈B在所述透明基 板上而成，多個所述衍射部件以規(guī)定的衍射效率所衍射的激光的波長彼此不同。
13.如權(quán)利要求12所述的光柵元件的設(shè)計方法，其中，3個所述衍射部件以所述大致垂直的方向進(jìn)行層疊。
14.如權(quán)利要求12所述的光柵元件的設(shè)計方法，其中，2個所述衍射部件以所述大致垂直的方向進(jìn)行層疊。
15.如權(quán)利要求12或13所述的光柵元件的設(shè)計方法，其中，在所述凸部由所述電介質(zhì) 多層膜所形成的所述衍射部件中，附加在以所述規(guī)定的衍射效率所衍射的激光上的相位轉(zhuǎn) 移量為《PD，附加在實質(zhì)上未衍射的激光上的相位轉(zhuǎn)移量為9nd時，滿足以下的( 式和(4)式。
16.如權(quán)利要求14所述的光柵元件的設(shè)計方法，其中，在所述凸部由所述電介質(zhì)多層 膜所形成的所述衍射部件中，附加在以所述規(guī)定的衍射效率所衍射的激光上的相位轉(zhuǎn)移量 為tpD,附加在實質(zhì)上未衍射的激光上的相位轉(zhuǎn)移量為CPnd時，滿足以下的( 式和(4)式。
17.如權(quán)利要求14或16所述的光柵元件的設(shè)計方法，其中，所述電介質(zhì)多層膜是將由 高折射率材料所形成的所述介電膜、和由低折射率材料所形成的所述介電膜層疊而成，在所述凸部由所述電介質(zhì)多層膜所形成的所述衍射部件中，以所述規(guī)定的衍射效率
18.如權(quán)利要求12至17任一項所述的光柵元件的設(shè)計方法，其中，所述電介質(zhì)多層膜 是將由高折射率材料所形成的所述介電膜、和由低折射率材料所形成的所述介電膜交替層 疊而成。
19.如權(quán)利要求12至18任一項所述的光柵元件的設(shè)計方法，其中，作為入射至所述電 介質(zhì)多層膜的激光被該電介質(zhì)多層膜所反射的比例的反射率為4%以下。
20.如權(quán)利要求12至19任一項所述的光柵元件的設(shè)計方法，其中，在所述凸部由所述 電介質(zhì)多層膜所形成的所述衍射部件中，該衍射部件的格子結(jié)構(gòu)的間距為P，所述凸部的寬 度為W時，滿足以下的(7)式。0. 5 < ff/Ρ < 1. 0......(7)
21.如權(quán)利要求12至20任一項所述的光柵元件的設(shè)計方法，其中，多個所述衍射部件 彼此通過粘接材料進(jìn)行粘接。
全文摘要
一種光柵元件，其具有在透明基板(12D)、(12E)、(12F)的一個表面上周期性配置凸部(12G)、(12I)、(12K)和凹部(12H)、(12J)、(12L)而成的衍射部件(12A)、(12B)、(12C)，并且衍射部件(12A)、(12B)、(12C)以大致垂直于透明基板(12D)、(12E)、(12F)的方向進(jìn)行層疊，衍射部件(12A)、(12B)的凸部(12G)、(12I)由電介質(zhì)多層膜形成，該電介質(zhì)多層膜構(gòu)成為，由2種以上的介電膜以該大致垂直的方向?qū)盈B在透明基板(12D)、(12E)上而形成，并且以規(guī)定的衍射效率衍射該衍射部件(12A)、(12B)、(12C)的激光波長彼此不同。
文檔編號G02B5/18GK102119415SQ20098013110
公開日2011年7月6日 申請日期2009年10月29日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月5日
發(fā)明者宮內(nèi)充佑, 島野健, 柴貴子 申請人:日立麥克賽爾株式會社