專利名稱：衍射光學(xué)元件及光學(xué)頭裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光盤裝置的光學(xué)頭裝置和衍射光學(xué)元件。特別涉及對應(yīng) 多種光盤規(guī)格的光學(xué)頭裝置和衍射光學(xué)元件。
背景技術(shù)：
可將半導(dǎo)體激光器用作光源進(jìn)行光學(xué)式信息記錄和再現(xiàn)的光盤裝
置，己經(jīng)得到應(yīng)用的有半導(dǎo)體激光器的波長以780nm為中心的CD (compactdisc，光盤)、和半導(dǎo)體激光器的波長以650nm為中心的DVD (digital versatile disc,數(shù)字通用光盤)。并且， 一般確保對光盤的互換性，
以便可以在1臺光盤裝置中使用這兩種光盤。
在具有這種互換功能的光盤裝置中，對光盤裝置進(jìn)行信息的記錄或
再現(xiàn)的光學(xué)頭裝置安裝以780nm激勵的半導(dǎo)體激光器和以650nm激勵的
半導(dǎo)體激光器這兩種半導(dǎo)體激光器。
并且，通常光學(xué)頭裝置具有用于正確跟蹤光盤的信息光道 (information track)的尋軌校正功能，但為了進(jìn)行該尋軌校正，光學(xué)頭 裝置一般具有將半導(dǎo)體激光器的光分光為三束激光的衍射光柵。例如， 將衍射光柵的光學(xué)規(guī)格設(shè)計為使在CD中實(shí)現(xiàn)公知的被稱為3光束法的 尋軌錯誤檢測方式，使在DVD中實(shí)現(xiàn)公知的被稱為差動推挽法的尋軌錯 誤檢測方式。因此，相對各個波長的半導(dǎo)體激光器分別需要專用的衍射 光柵。
但是，伴隨近年來半導(dǎo)體激光器的技術(shù)進(jìn)步，可以從一個半導(dǎo)體激 光器封裝或者一個半導(dǎo)體激光元件激勵兩種波長的激光的半導(dǎo)體激光器 已經(jīng)得到應(yīng)用。這兩種波長的激光在同一光路上傳送，所以在使用以往 被設(shè)計為在單一波長下發(fā)揮光學(xué)性能的衍射光柵時，存在不能針對兩種 波長的激光分別獲得所期望的光學(xué)性能的問題。作為針對該問題的改善對策，提出一種具有一體的兩個衍射光柵面 的衍射光學(xué)元件及安裝了該衍射光學(xué)元件的光學(xué)頭裝置(例如參照專利 文獻(xiàn)1),使用該衍射光學(xué)元件，使第1衍射光柵面只作用于第1波長(例
如780nm)，使第2衍射光柵面只作用于第2波長(例如650nm)。
另外，為了調(diào)整各個光柵面上的激光的分光比例，提出一種優(yōu)化了 衍射光柵的凸部和凹部的寬度比例的衍射光學(xué)元件及安裝了該衍射光學(xué) 元件的光學(xué)頭裝置(例如參照專利文獻(xiàn)2)。
專利文獻(xiàn)l日本特開2002 — 190133號公報(第4一5頁，圖l) 專利文獻(xiàn)2日本特開2002—311219號公報(第4一5頁，圖2) 但是，近年來對光盤裝置進(jìn)一步提高記錄密度的要求更加髙漲，作 為第3波長，半導(dǎo)體激光器的波長以405nm為中心的藍(lán)光DVD裝置已 經(jīng)得到應(yīng)用。并且，同樣也在開發(fā)可以從一個半導(dǎo)體激光器封裝激勵三 種波長的激光的半導(dǎo)體激光器。在從一個半導(dǎo)體激光器封裝激勵三種波 長的激光時，這三種波長的激光在大致同一光路上傳送。因此，在只作 用于兩種波長的激光的以往的衍射光學(xué)元件中，存在針對三種波長的激 光不能分別獲得所期望的光學(xué)性能的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明就是為了解決上述問題而提出的，其提供一種針對三種波長 的激光可以分別獲得所期望的光學(xué)性能的衍射光學(xué)元件。并且提供一種 具有這種衍射光學(xué)元件并可以對光盤進(jìn)行記錄及再現(xiàn)的光學(xué)頭裝置。
本發(fā)明的衍射光學(xué)元件，具有第1衍射光柵面、和面向所述第1衍 射光柵面的第2衍射光柵面，對于入射的三種波長的光，在所述第1衍 射光柵面上，關(guān)于一種光的衍射光的衍射效率為預(yù)定值以下，在所述第2 衍射光柵面上，關(guān)于其他兩種光的衍射光的衍射效率為預(yù)定值以下。
根據(jù)本發(fā)明的衍射光學(xué)元件，可以在兩個衍射光柵面上使三種波長 的激光衍射。


圖1是表示本發(fā)明的實(shí)施方式1的衍射光學(xué)元件及光學(xué)頭裝置的結(jié) 構(gòu)的平面圖。
圖2是從射出方向觀察本發(fā)明的實(shí)施方式1的半導(dǎo)體激光器1時的
正視圖。
圖3是表示本發(fā)明的實(shí)施方式1的衍射光學(xué)元件的形狀及其動作的 平面圖。
圖4是表示在占空比為0.5的衍射光學(xué)元件中0次衍射光和1次衍 射光各自的衍射效率的曲線圖。
圖5是表示在占空比為0.3的衍射光學(xué)元件中0次衍射光和1次衍 射光各自的衍射效率的曲線圖。
圖6是表示在占空比為0.2的衍射光學(xué)元件中0次衍射光和1次衍 射光各自的衍射效率的曲線圖。
圖7是表示在占空比為0.16的衍射光學(xué)元件中0次衍射光和1次衍 射光各自的衍射效率的曲線圖。
圖8是表示0次衍射效率的極小值和1次衍射效率的極大值對占空 比的依賴性的曲線圖。
圖9是表示0次衍射效率的極小值和1次衍射效率的極大值對占空 比的依賴性的曲線圖。
圖IO是從射出方向觀察本發(fā)明的實(shí)施方式1的其他結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體激 光器l的正視圖。
標(biāo)號說明
1半導(dǎo)體激光器；2第1波長的激光；3第2波長的激光；4第3 波長的激光；5衍射光學(xué)元件；6第l衍射光柵面；7第2衍射光柵面； 8光束分離器；9準(zhǔn)直透鏡；IO物鏡；ll光盤；12透鏡；13光束分離器； 14第1光檢測器；15第2光檢測器；16散熱部件；17第1半導(dǎo)體激光 元件；18第2半導(dǎo)體激光元件；19激勵第1波長的激光的區(qū)域；20激勵 第2波長的激光的區(qū)域；21激勵第3波長的激光的區(qū)域。
具體實(shí)施方式
圖1是表示本發(fā)明的實(shí)施方式1的衍射光學(xué)元件及光學(xué)頭裝置的結(jié)
構(gòu)的平面圖。在圖1中，1表示以三種波長激勵的半導(dǎo)體激光器，2表示 第l波長的激光，3表示第2波長的激光，4表示第3波長的激光。5表 示將來自半導(dǎo)體激光器1的射出光分光為透射光和衍射光的衍射光學(xué)元 件，6表示在來自半導(dǎo)體激光器1的射出光入射的一面形成的第1衍射光 柵面，7表示在另一面形成的第2衍射光柵面。
8表示光束分離器。9表示用于使來自半導(dǎo)體激光器1的射出光變?yōu)?平行光的準(zhǔn)直透鏡，10表示用于對射出準(zhǔn)直透鏡9的激光進(jìn)行聚光的物 鏡，11表示被通過物鏡10聚光后的激光照射的光盤，12表示用于使被 光束分離器8反射的來自光盤11的反射激光收斂的透鏡。13表示光束分 離器，在其反射方向配置第1光檢測器14，在透射方向配置第2光檢測器。
圖2是從射出方向觀察本發(fā)明的實(shí)施方式1的半導(dǎo)體激光器1時的 正視圖。16表示散熱部件，在散熱部件16上配置有第1半導(dǎo)體激光元件 17和第2半導(dǎo)體激光元件18。第1半導(dǎo)體激光元件17例如是可以激勵 兩種波長的激光的元件，19表示激勵第1波長的激光的區(qū)域，其激勵第 1波長的激光2。 20表示激勵第2波長的激光的區(qū)域，其激勵第2波長的 激光3。第2半導(dǎo)體激光元件18具有激勵第3波長的激光的區(qū)域21，其 激勵第3波長的激光4。
下面說明動作。首先，從半導(dǎo)體激光器1射出對應(yīng)于光盤的類型的 激光。在此，例如第1波長的激光2的波長在780nm左右，用于CD。 第2波長的激光3的波長在650nm左右，用于DVD。第3波長的激光4 的波長在405nm左右，用于藍(lán)光DVD。
所射出的激光依序透射衍射光學(xué)元件5和光束分離器8，通過準(zhǔn)直 透鏡9被轉(zhuǎn)換為平行光，通過物鏡10在光盤11上形成光點(diǎn)，進(jìn)行信息 的記錄或再現(xiàn)。被光盤11反射的激光依序經(jīng)過物鏡10和準(zhǔn)直透鏡9,被 光束分離器8反射，在透射透鏡12后射入光束分離器13。
在光束分離器13中，第1波長的激光2和第2波長的激光3被反射， 并由第1光檢測器14感光。另一方面，第3波長的激光4透射光束分離 器13，被第2光檢測器15感光。在第1和第2光檢測器14、 15中，不僅檢測光盤ll的再現(xiàn)信號，還檢測焦點(diǎn)控制所需要的信號和尋軌控制所: 需要的信號。
下面，說明作為本發(fā)明的主要部分的衍射光學(xué)元件5的相關(guān)動作。 圖3是表示衍射光學(xué)元件的形狀及其動作的平面圖。在圖3中，衍射光
學(xué)元件5的第1衍射光柵面6的光柵周期為Pl，光柵槽部的寬度為Wl。 同樣，第2衍射光柵面7的光柵周期為P2，光柵槽部的寬度為W2。在 此，關(guān)于第1和第2衍射光柵面，把以槽部寬度和周期的比例定義的占 空比Dl和D2分別定義如下。
D1=W1/P1 (1) D2-W2/P2 (2) 在此，說明衍射光學(xué)元件的普遍的光學(xué)特性。圖4是表示在占空比 為0.5的衍射光學(xué)元件的0次衍射光即透射光(圖示的0th)、和1次衍射 光(圖示的1st)各自的衍射效率的曲線圖。圖4 (a) (c)分別表示 波長為780nm、 650nm、 405nm時的情況。并且，在該曲線圖的計算中， 衍射光學(xué)元件5的折射率采用1.55。
圖5是表示在占空比為0.3的衍射光學(xué)元件中0次衍射光和1次衍 射光各自的衍射效率的曲線圖。圖6是表示在占空比為0.2的衍射光學(xué)元 件中0次衍射光和1次衍射光各自的衍射效率的曲線圖。圖7是表示在 占空比為0.16的衍射光學(xué)元件中0次衍射光和1次衍射光各自的衍射效 率的曲線圖。另外，圖5 圖7中的波長和折射率的條件與圖4所示相同。 0次衍射光和1次衍射光根據(jù)衍射光柵的深度而變動，不過在此作 為具有特征的特性， 一般當(dāng)把波長設(shè)為人、把衍射光學(xué)元件5的折射率設(shè) 為N時，0次衍射效率在X/2/ (N—l)的偶數(shù)倍的衍射光柵深度時達(dá)到極 大，在X/2/ (N—l)的奇數(shù)倍的衍射光柵深度時達(dá)到極小。相反，l次衍 射效率在X/2/ (N—l)的偶數(shù)倍的衍射光柵深度時達(dá)到極小，在X/2/ (N 一l)的奇數(shù)倍的衍射光柵深度時達(dá)到極大。并且，O次衍射效率的極小 值和1次衍射效率的極大值依賴于占空比。
圖8是表示0次衍射效率的極小值和1次衍射效率的極大值對占空 比的依賴性的曲線圖，作為示例示出波長為780nm時的情況。另外，后面敘述的在波長為780nrn時的趨勢，同樣對其他波長也存在。圖8 (a) 圖8 (c)分別表示占空比為0.5、 0.3、 0.2吋的情況。O次衍射效率的豐及 小值在占空比為0.5時達(dá)到最小，隨著占空比變小而增大。另一方面，1 次衍射效率的極大值在占空比為0.5時達(dá)到最大，隨著占空比變小而減 小。圖9是表示0次衍射效率的極小值和1次衍射效率的極大值相對占 空比的變化的曲線圖，0次衍射效率的極小值和1次衍射效率的極大值相 等時的占空比在0.3以下，約為0.27。更加具體地講約是0.265。
下面，使用圖3說明衍射光學(xué)元件5的動作。第1衍射光柵面6例 如如圖6中的A部直線所示，占空比Dl = 0.2，衍射光柵深度形成為約 1.5微米。因此，在從半導(dǎo)體激光器1向第1衍射光柵面6入射三種波長 的激光時，根據(jù)圖6中的A部直線部位的特性，在第2波長即650nm處 產(chǎn)生1次衍射光，在第1波長的780nm處和第3波長的405nm處不產(chǎn)生 l次衍射光，入射光直接透射。另一方面，第2衍射光柵面7例如如圖6 中的B部直線所示，占空比D2二0.2，衍射光柵深度形成為約1.2微米。 因此，在從半導(dǎo)體激光器1向第2衍射光柵面7入射三種波長的激光時， 根據(jù)圖6中的B部直線部位的特性，在第1波長的780nm處和第3波長 的405nm處產(chǎn)生1次衍射光，在第2波長即650nm處不產(chǎn)生1次衍射光， 入射光直接透射。
根據(jù)以上所述，在第1衍射光柵面6可以只對第2波長的激光3獲 得尋軌控制用的1次衍射光。另外，在第2衍射光柵面7可以對第1波 長的激光2和第3波長的激光4這兩種波長的激光，獲得尋軌控制用的1 次衍射光。因此，可以在兩個衍射光柵面上獲得針對三種波長的所期望 的特性。
可是，在上述的說明中，說明了占空比為0.2的情況，但是，例如 把第2衍射光柵面7的占空比設(shè)為D2=0.5時，根據(jù)圖4中的C部直線 部位可知，在第3波長405nm時，0次衍射效率和1次衍射效率幾乎相 同。通常，O次衍射光用于光盤的記錄再現(xiàn)，所以優(yōu)選衍射效率盡可能大。 另一方面，l次衍射光專門用于尋軌控制，所以優(yōu)選l次衍射效率小于O 次衍射效率。其理由之一是，將從半導(dǎo)體激光器激勵的激光輸出盡可能分配給0次衍射光，確保光盤的記錄所需要的激光強(qiáng)度，這成為半導(dǎo)體 激光器的經(jīng)濟(jì)型使用方法。另外，作為另一理由是因?yàn)樾枰紤]對光盤 的受熱損傷。即，在向光盤記錄時進(jìn)行在脈沖方面提高激光輸出的動作。 但與該動作聯(lián)動，不僅0次衍射光提高，1次衍射光的激光強(qiáng)度也提高。 在1次衍射光的激光強(qiáng)度過大時，通過1次衍射光也能進(jìn)行對光盤的記 錄，這樣有可能產(chǎn)生給光盤造成受熱損傷的情況。1次衍射光用于尋軌控 制，所以優(yōu)選1次衍射光的激光強(qiáng)度較小，以便在進(jìn)行激光強(qiáng)度提高的
記錄時也不會給光盤造成受熱損傷。因此， 一般將1次衍射效率設(shè)定為0 次衍射效率的1/4 1/20、乃至1/5 1/20左右的大小。
因此，在0次衍射效率和1次衍射效率幾乎相同時，將引發(fā)不能充 分確保光盤的記錄再現(xiàn)所需要的0次衍射光的強(qiáng)度的問題、以及導(dǎo)致通 過1次衍射光記錄在光盤中或者造成受熱損傷的問題，所以在設(shè)計上不 希望把占空比設(shè)為D2二0.5。同樣，如果把第2衍射光柵面7的占空比設(shè) 為D2 = 0.3，根據(jù)圖5中的D部直線部位可知，依舊是0次衍射效率和1 次衍射效率接近的值。
根據(jù)以上所述可知，為了使O次衍射效率和1次衍射效率成為更加 優(yōu)選的狀態(tài)，O次衍射效率的極小值和1次衍射效率的極大值的大小關(guān)系 非常重要。該大小關(guān)系依賴于衍射光柵深度，這已在圖4 圖7的曲線圖 中明確示出，但根據(jù)圖8可知，為了使0次衍射效率大于1次衍射效率， 可以把占空比設(shè)為0.3以下。并且，更優(yōu)選占空比在約0.27以下。并且， 最優(yōu)選把占空比設(shè)為0.265以下。即，如圖9所示，通過把占空比設(shè)為 0.265以下，可使O次衍射效率大于1次衍射效率,而與衍射光柵深度無關(guān)。
通過如以上說明的那樣來構(gòu)成衍射光學(xué)元件5，相對在大致相同光 路上傳送的三種波長的激光，可以在兩個衍射光柵面上分別獲得所期望 的衍射效率。由此，在光學(xué)頭裝置中，可以利用簡單的光學(xué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進(jìn) 行使用了1次衍射光的尋軌控制。
另外，在實(shí)施方式1的第1衍射光柵面6上，把占空比設(shè)為D1二0.2， 但也可以在第2波長即650nm時改變占空比Dl，以使0次衍射效率和1 次衍射效率成為所期望的數(shù)值。例如，在設(shè)D1二0.16時，成為圖7中的E部直線部位，可以在增大0次衍射效率且減小1次衍射效率的方向改變特性。
另外，在實(shí)施方式1的第2衍射光柵面6上，把衍射光柵深度設(shè)為 約1.2微米，但也可以如圖6中的F部直線所示設(shè)為約2.4微米。該情況 時，與B部直線部位相比，第1波長即780nm與第3波長即405nm時的 0次衍射效率與1次衍射效率的大小不同，所以選擇對光學(xué)頭裝置和光盤 裝置的性能有利的衍射光柵深度即可。
另外，在實(shí)施方式1的衍射光學(xué)元件中，在一方衍射光柵面上使第 2波長的650nm的激光3衍射，在另一方衍射光柵面上使第1波長的 780nm的激光2和第3波長的405nm的激光4同時衍射。這是因?yàn)榈? 波長約是第3波長的2倍長度，在第1波長時達(dá)到0次衍射效率的極大 值的衍射光柵深度處，存在第3波長的0次衍射效率也經(jīng)常出現(xiàn)極大倡: 的良好關(guān)系。
但是，即使不是上述的2倍關(guān)系，由于0次衍射效率在X/2/ (N—l) 的偶數(shù)倍的衍射光柵深度時達(dá)到極大值，所以在使用一般任意的兩種不 同波長的最小公倍數(shù)、根據(jù)人/2/(N—l)的關(guān)系式求出的衍射光柵深度處， 可以實(shí)現(xiàn)使這兩種波長不同時進(jìn)行衍射的條件。
另外，實(shí)施方式1的半導(dǎo)體激光器1采取在散熱部件16上并排設(shè)置 3個激光激勵區(qū)域19、 20、 21的方式，但也可以采取圖IO所示的方式。 圖10是從射出方向觀察結(jié)構(gòu)與圖2所示不同的半導(dǎo)體激光器時的正視 圖。即，在散熱部件16上層疊了第1半導(dǎo)體激光元件17和第2半導(dǎo)體 激光元件18的方式。此外，釆取第1半導(dǎo)體激光元件17具有激光激勵 的兩個區(qū)域的方式，但不限于此。
另外，實(shí)施方式1的衍射光學(xué)元件5形成為在從半導(dǎo)體激光器1入 射激光的衍射光柵面上，使一種波長的激光衍射，在射出激光的衍射光 柵面上，使兩種波長的激光衍射。但是，也可以形成為在入射激光的衍 射光柵面上，使兩種波長的激光衍射，在射出激光的衍射光柵面上，使 一種波長的激光衍射。
權(quán)利要求
1. 一種衍射光學(xué)元件，其特征在于，該衍射光學(xué)元件具有第1衍射光柵面、和面向所述第1衍射光柵面的第2衍射光柵面，針對入射的三種波長的光，在所述第1衍射光柵面上，關(guān)于一種光的衍射光的衍射效率為預(yù)定值以下，在所述第2衍射光柵面上，關(guān)于其他兩種光的衍射光的衍射效率為預(yù)定值以下。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的衍射光學(xué)元件，其特征在于，在第2衍射 光柵面上衍射光的衍射效率為預(yù)定值以下的是入射的三種波長的光之中 波長最長的光和波長最短的光。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的衍射光學(xué)元件，其特征在于，第l衍射光 柵面及/或第2衍射光柵面的槽部相對于光柵間距之比在0.3以下。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的衍射光學(xué)元件，其特征在于，第l衍射光 柵面及/或第2衍射光柵面的槽部相對于光柵間距之比在0.27以下。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的衍射光學(xué)元件，其特征在于，1次衍射光 的1次衍射效率約為0次衍射光的0次衍射效率的1/4 1/20。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的衍射光學(xué)元件，其特征在于，1次衍射光 的1次衍射效率約為0次衍射光的0次衍射效率的1/5 1/20。
7. —種光學(xué)頭裝置，其特征在于，該光學(xué)頭裝置具有激勵三種波長的光的光源和權(quán)利要求1所述的衍 射光學(xué)元件，該光學(xué)頭裝置構(gòu)成為使從所述光源激勵的光入射到所述衍射光學(xué)元件。
全文摘要
提供一種在兩個衍射光柵面上衍射三種波長的光的衍射光學(xué)元件。作為解決手段，衍射光學(xué)元件構(gòu)成為具有第1衍射光柵面、和面向所述第1衍射光柵面的第2衍射光柵面，對于入射的三種波長的光，在所述第1衍射光柵面上，關(guān)于一種光的衍射光的衍射效率為預(yù)定值以下，在所述第2衍射光柵面上，關(guān)于其他兩種光的衍射光的衍射效率為預(yù)定值以下。由此，可以獲得能利用簡單的結(jié)構(gòu)使三種波長的光衍射的衍射光學(xué)元件。
文檔編號G11B7/135GK101288124SQ20068003833
公開日2008年10月15日 申請日期2006年10月17日 優(yōu)先權(quán)日2005年10月28日
發(fā)明者松原大介, 篠田昌久 申請人:三菱電機(jī)株式會社