衍射光學元件及光學頭裝置的製作方法
2023-05-21 10:12:16 2
專利名稱：衍射光學元件及光學頭裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及光碟裝置的光學頭裝置和衍射光學元件。特別涉及對應 多種光碟規格的光學頭裝置和衍射光學元件。
背景技術：
可將半導體雷射器用作光源進行光學式信息記錄和再現的光碟裝
置，己經得到應用的有半導體雷射器的波長以780nm為中心的CD (compactdisc，光碟)、和半導體雷射器的波長以650nm為中心的DVD (digital versatile disc,數字通用光碟)。並且， 一般確保對光碟的互換性，
以便可以在1臺光碟裝置中使用這兩種光碟。
在具有這種互換功能的光碟裝置中，對光碟裝置進行信息的記錄或
再現的光學頭裝置安裝以780nm激勵的半導體雷射器和以650nm激勵的
半導體雷射器這兩種半導體雷射器。
並且，通常光學頭裝置具有用於正確跟蹤光碟的信息光道 (information track)的尋軌校正功能，但為了進行該尋軌校正，光學頭 裝置一般具有將半導體雷射器的光分光為三束雷射的衍射光柵。例如， 將衍射光柵的光學規格設計為使在CD中實現公知的被稱為3光束法的 尋軌錯誤檢測方式，使在DVD中實現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體雷射器分別需要專用的衍射 光柵。
但是，伴隨近年來半導體雷射器的技術進步，可以從一個半導體激 光器封裝或者一個半導體雷射元件激勵兩種波長的雷射的半導體雷射器 已經得到應用。這兩種波長的雷射在同一光路上傳送，所以在使用以往 被設計為在單一波長下發揮光學性能的衍射光柵時，存在不能針對兩種 波長的雷射分別獲得所期望的光學性能的問題。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 的衍射光學元件及安裝了該衍射光學元件的光學頭裝置(例如參照專利 文獻1),使用該衍射光學元件，使第1衍射光柵面只作用於第1波長(例
如780nm)，使第2衍射光柵面只作用於第2波長(例如650nm)。
另外，為了調整各個光柵面上的雷射的分光比例，提出一種優化了 衍射光柵的凸部和凹部的寬度比例的衍射光學元件及安裝了該衍射光學 元件的光學頭裝置(例如參照專利文獻2)。
專利文獻l日本特開2002 — 190133號公報(第4一5頁，圖l) 專利文獻2日本特開2002—311219號公報(第4一5頁，圖2) 但是，近年來對光碟裝置進一步提高記錄密度的要求更加髙漲，作 為第3波長，半導體雷射器的波長以405nm為中心的藍光DVD裝置已 經得到應用。並且，同樣也在開發可以從一個半導體雷射器封裝激勵三 種波長的雷射的半導體雷射器。在從一個半導體雷射器封裝激勵三種波 長的雷射時，這三種波長的雷射在大致同一光路上傳送。因此，在只作 用於兩種波長的雷射的以往的衍射光學元件中，存在針對三種波長的激 光不能分別獲得所期望的光學性能的問題。
發明內容
本發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 的雷射可以分別獲得所期望的光學性能的衍射光學元件。並且提供一種 具有這種衍射光學元件並可以對光碟進行記錄及再現的光學頭裝置。
本發明的衍射光學元件，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，對於入射的三種波長的光，在所述第1衍 射光柵面上，關於一種光的衍射光的衍射效率為預定值以下，在所述第2 衍射光柵面上，關於其他兩種光的衍射光的衍射效率為預定值以下。
根據本發明的衍射光學元件，可以在兩個衍射光柵面上使三種波長 的雷射衍射。
圖1是表示本發明的實施方式1的衍射光學元件及光學頭裝置的結 構的平面圖。
圖2是從射出方向觀察本發明的實施方式1的半導體雷射器1時的
正視圖。
圖3是表示本發明的實施方式1的衍射光學元件的形狀及其動作的 平面圖。
圖4是表示在佔空比為0.5的衍射光學元件中0次衍射光和1次衍 射光各自的衍射效率的曲線圖。
圖5是表示在佔空比為0.3的衍射光學元件中0次衍射光和1次衍 射光各自的衍射效率的曲線圖。
圖6是表示在佔空比為0.2的衍射光學元件中0次衍射光和1次衍 射光各自的衍射效率的曲線圖。
圖7是表示在佔空比為0.16的衍射光學元件中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佔空 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佔空 比的依賴性的曲線圖。
圖IO是從射出方向觀察本發明的實施方式1的其他結構的半導體激 光器l的正視圖。
標號說明
1半導體雷射器；2第1波長的雷射；3第2波長的雷射；4第3 波長的雷射；5衍射光學元件；6第l衍射光柵面；7第2衍射光柵面； 8光束分離器；9準直透鏡；IO物鏡；ll光碟；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半導體雷射 元件；18第2半導體雷射元件；19激勵第1波長的雷射的區域；20激勵 第2波長的雷射的區域；21激勵第3波長的雷射的區域。
具體實施方式
圖1是表示本發明的實施方式1的衍射光學元件及光學頭裝置的結
構的平面圖。在圖1中，1表示以三種波長激勵的半導體雷射器，2表示 第l波長的雷射，3表示第2波長的雷射，4表示第3波長的雷射。5表 示將來自半導體雷射器1的射出光分光為透射光和衍射光的衍射光學元 件，6表示在來自半導體雷射器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表示用於使來自半導體雷射器1的射出光變為 平行光的準直透鏡，10表示用於對射出準直透鏡9的雷射進行聚光的物 鏡，11表示被通過物鏡10聚光後的雷射照射的光碟，12表示用於使被 光束分離器8反射的來自光碟11的反射雷射收斂的透鏡。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明的實施方式1的半導體雷射器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半導體雷射元件 17和第2半導體雷射元件18。第1半導體雷射元件17例如是可以激勵 兩種波長的雷射的元件，19表示激勵第1波長的雷射的區域，其激勵第 1波長的雷射2。 20表示激勵第2波長的雷射的區域，其激勵第2波長的 雷射3。第2半導體雷射元件18具有激勵第3波長的雷射的區域21，其 激勵第3波長的雷射4。
下面說明動作。首先，從半導體雷射器1射出對應於光碟的類型的 雷射。在此，例如第1波長的雷射2的波長在780nm左右，用於CD。 第2波長的雷射3的波長在650nm左右，用於DVD。第3波長的雷射4 的波長在405nm左右，用於藍光DVD。
所射出的雷射依序透射衍射光學元件5和光束分離器8，通過準直 透鏡9被轉換為平行光，通過物鏡10在光碟11上形成光點，進行信息 的記錄或再現。被光碟11反射的雷射依序經過物鏡10和準直透鏡9,被 光束分離器8反射，在透射透鏡12後射入光束分離器13。
在光束分離器13中，第1波長的雷射2和第2波長的雷射3被反射， 並由第1光檢測器14感光。另一方面，第3波長的雷射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，不僅檢測光碟ll的再現信號，還檢測焦點控制所需要的信號和尋軌控制所: 需要的信號。
下面，說明作為本發明的主要部分的衍射光學元件5的相關動作。 圖3是表示衍射光學元件的形狀及其動作的平面圖。在圖3中，衍射光
學元件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，關於第1和第2衍射光柵面，把以槽部寬度和周期的比例定義的佔 空比Dl和D2分別定義如下。
D1=W1/P1 (1) D2-W2/P2 (2) 在此，說明衍射光學元件的普遍的光學特性。圖4是表示在佔空比 為0.5的衍射光學元件的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。並且，在該曲線圖的計算中， 衍射光學元件5的折射率採用1.55。
圖5是表示在佔空比為0.3的衍射光學元件中0次衍射光和1次衍 射光各自的衍射效率的曲線圖。圖6是表示在佔空比為0.2的衍射光學元 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 佔空比為0.16的衍射光學元件中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次衍射光根據衍射光柵的深度而變動，不過在此作 為具有特徵的特性， 一般當把波長設為人、把衍射光學元件5的折射率設 為N時，0次衍射效率在X/2/ (N—l)的偶數倍的衍射光柵深度時達到極 大，在X/2/ (N—l)的奇數倍的衍射光柵深度時達到極小。相反，l次衍 射效率在X/2/ (N—l)的偶數倍的衍射光柵深度時達到極小，在X/2/ (N 一l)的奇數倍的衍射光柵深度時達到極大。並且，O次衍射效率的極小 值和1次衍射效率的極大值依賴於佔空比。
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佔空 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，後面敘述的在波長為780nrn時的趨勢，同樣對其他波長也存在。圖8 (a) 圖8 (c)分別表示佔空比為0.5、 0.3、 0.2吋的情況。O次衍射效率的豐及 小值在佔空比為0.5時達到最小，隨著佔空比變小而增大。另一方面，1 次衍射效率的極大值在佔空比為0.5時達到最大，隨著佔空比變小而減 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佔 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 等時的佔空比在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，佔空比Dl = 0.2，衍射光柵深度形成為約 1.5微米。因此，在從半導體雷射器1向第1衍射光柵面6入射三種波長 的雷射時，根據圖6中的A部直線部位的特性，在第2波長即650nm處 產生1次衍射光，在第1波長的780nm處和第3波長的405nm處不產生 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，佔空比D2二0.2，衍射光柵深度形成為約1.2微米。 因此，在從半導體雷射器1向第2衍射光柵面7入射三種波長的雷射時， 根據圖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處產生1次衍射光，在第2波長即650nm處不產生1次衍射光， 入射光直接透射。
根據以上所述，在第1衍射光柵面6可以只對第2波長的雷射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 長的雷射2和第3波長的雷射4這兩種波長的雷射，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，說明了佔空比為0.2的情況，但是，例如 把第2衍射光柵面7的佔空比設為D2=0.5時，根據圖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次衍射光用於光碟的記錄再現，所以優選衍射效率儘可能大。 另一方面，l次衍射光專門用於尋軌控制，所以優選l次衍射效率小於O 次衍射效率。其理由之一是，將從半導體雷射器激勵的雷射輸出儘可能分配給0次衍射光，確保光碟的記錄所需要的雷射強度，這成為半導體 雷射器的經濟型使用方法。另外，作為另一理由是因為需要考慮對光碟 的受熱損傷。即，在向光碟記錄時進行在脈衝方面提高雷射輸出的動作。 但與該動作聯動，不僅0次衍射光提高，1次衍射光的雷射強度也提高。 在1次衍射光的雷射強度過大時，通過1次衍射光也能進行對光碟的記 錄，這樣有可能產生給光碟造成受熱損傷的情況。1次衍射光用於尋軌控 制，所以優選1次衍射光的雷射強度較小，以便在進行雷射強度提高的
記錄時也不會給光碟造成受熱損傷。因此， 一般將1次衍射效率設定為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，將引發不能充 分確保光碟的記錄再現所需要的0次衍射光的強度的問題、以及導致通 過1次衍射光記錄在光碟中或者造成受熱損傷的問題，所以在設計上不 希望把佔空比設為D2二0.5。同樣，如果把第2衍射光柵面7的佔空比設 為D2 = 0.3，根據圖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 優選的狀態，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係 非常重要。該大小關係依賴於衍射光柵深度，這已在圖4 圖7的曲線圖 中明確示出，但根據圖8可知，為了使0次衍射效率大於1次衍射效率， 可以把佔空比設為0.3以下。並且，更優選佔空比在約0.27以下。並且， 最優選把佔空比設為0.265以下。即，如圖9所示，通過把佔空比設為 0.265以下，可使O次衍射效率大於1次衍射效率,而與衍射光柵深度無關。
通過如以上說明的那樣來構成衍射光學元件5，相對在大致相同光 路上傳送的三種波長的雷射，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，在光學頭裝置中，可以利用簡單的光學系統結構進 行使用了1次衍射光的尋軌控制。
另外，在實施方式1的第1衍射光柵面6上，把佔空比設為D1二0.2， 但也可以在第2波長即650nm時改變佔空比Dl，以使0次衍射效率和1 次衍射效率成為所期望的數值。例如，在設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，在實施方式1的第2衍射光柵面6上，把衍射光柵深度設為 約1.2微米，但也可以如圖6中的F部直線所示設為約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，所以選擇對光學頭裝置和光碟 裝置的性能有利的衍射光柵深度即可。
另外，在實施方式1的衍射光學元件中，在一方衍射光柵面上使第 2波長的650nm的雷射3衍射，在另一方衍射光柵面上使第1波長的 780nm的雷射2和第3波長的405nm的雷射4同時衍射。這是因為第1 波長約是第3波長的2倍長度，在第1波長時達到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次衍射效率也經常出現極大倡: 的良好關係。
但是，即使不是上述的2倍關係，由於0次衍射效率在X/2/ (N—l) 的偶數倍的衍射光柵深度時達到極大值，所以在使用一般任意的兩種不 同波長的最小公倍數、根據人/2/(N—l)的關係式求出的衍射光柵深度處， 可以實現使這兩種波長不同時進行衍射的條件。
另外，實施方式1的半導體雷射器1採取在散熱部件16上並排設置 3個雷射激勵區域19、 20、 21的方式，但也可以採取圖IO所示的方式。 圖10是從射出方向觀察結構與圖2所示不同的半導體雷射器時的正視 圖。即，在散熱部件16上層疊了第1半導體雷射元件17和第2半導體 雷射元件18的方式。此外，釆取第1半導體雷射元件17具有雷射激勵 的兩個區域的方式，但不限於此。
另外，實施方式1的衍射光學元件5形成為在從半導體雷射器1入 射雷射的衍射光柵面上，使一種波長的雷射衍射，在射出雷射的衍射光 柵面上，使兩種波長的雷射衍射。但是，也可以形成為在入射雷射的衍 射光柵面上，使兩種波長的雷射衍射，在射出雷射的衍射光柵面上，使 一種波長的雷射衍射。
權利要求
1. 一種衍射光學元件，其特徵在於，該衍射光學元件具有第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，關於一種光的衍射光的衍射效率為預定值以下，在所述第2衍射光柵面上，關於其他兩種光的衍射光的衍射效率為預定值以下。
2. 根據權利要求1所述的衍射光學元件，其特徵在於，在第2衍射 光柵面上衍射光的衍射效率為預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. 根據權利要求1所述的衍射光學元件，其特徵在於，第l衍射光 柵面及/或第2衍射光柵面的槽部相對於光柵間距之比在0.3以下。
4. 根據權利要求3所述的衍射光學元件，其特徵在於，第l衍射光 柵面及/或第2衍射光柵面的槽部相對於光柵間距之比在0.27以下。
5. 根據權利要求1所述的衍射光學元件，其特徵在於，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. 根據權利要求5所述的衍射光學元件，其特徵在於，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. —種光學頭裝置，其特徵在於，該光學頭裝置具有激勵三種波長的光的光源和權利要求1所述的衍 射光學元件，該光學頭裝置構成為使從所述光源激勵的光入射到所述衍射光學元件。
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元件。作為解決手段，衍射光學元件構成為具有第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，對於入射的三種波長的光，在所述第1衍射光柵面上，關於一種光的衍射光的衍射效率為預定值以下，在所述第2衍射光柵面上，關於其他兩種光的衍射光的衍射效率為預定值以下。由此，可以獲得能利用簡單的結構使三種波長的光衍射的衍射光學元件。
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 優先權日2005年10月28日
發明者松原大介, 篠田昌久 申請人:三菱電機株式會社