CN101288124A

CN101288124A - 衍射光学元件及光学头装置

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Publication number: CN101288124A
Application number: CNA2006800383360A
Authority: CN
Inventors: 篠田昌久; 松原大介
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2005-10-28
Filing date: 2006-10-17
Publication date: 2008-10-15
Anticipated expiration: 2026-10-17
Also published as: KR20080040034A; US20090097121A1; KR100924876B1; CN101288124B; JPWO2007049481A1; US7848206B2; JP4086082B2; WO2007049481A1

Abstract

提供一种在两个衍射光栅面上衍射三种波长的光的衍射光学元件。作为解决手段，衍射光学元件构成为具有第1衍射光栅面、和面向所述第1衍射光栅面的第2衍射光栅面，对于入射的三种波长的光，在所述第1衍射光栅面上，关于一种光的衍射光的衍射效率为预定值以下，在所述第2衍射光栅面上，关于其他两种光的衍射光的衍射效率为预定值以下。由此，可以获得能利用简单的结构使三种波长的光衍射的衍射光学元件。

Description

衍射光学元件及光学头装置

技术领域

本发明涉及光盘装置的光学头装置和衍射光学元件。特别涉及对应多种光盘规格的光学头装置和衍射光学元件。

背景技术

可将半导体激光器用作光源进行光学式信息记录和再现的光盘装置，已经得到应用的有半导体激光器的波长以780nm为中心的CD(compact disc，光盘)、和半导体激光器的波长以650nm为中心的DVD(digital versatile disc，数字通用光盘)。并且，一般确保对光盘的互换性，以便可以在1台光盘装置中使用这两种光盘。

在具有这种互换功能的光盘装置中，对光盘装置进行信息的记录或再现的光学头装置安装以780nm激励的半导体激光器和以650nm激励的半导体激光器这两种半导体激光器。

并且，通常光学头装置具有用于正确跟踪光盘的信息光道(information track)的寻轨校正功能，但为了进行该寻轨校正，光学头装置一般具有将半导体激光器的光分光为三束激光的衍射光栅。例如，将衍射光栅的光学规格设计为使在CD中实现公知的被称为3光束法的寻轨错误检测方式，使在DVD中实现公知的被称为差动推挽法的寻轨错误检测方式。因此，相对各个波长的半导体激光器分别需要专用的衍射光栅。

但是，伴随近年来半导体激光器的技术进步，可以从一个半导体激光器封装或者一个半导体激光元件激励两种波长的激光的半导体激光器已经得到应用。这两种波长的激光在同一光路上传送，所以在使用以往被设计为在单一波长下发挥光学性能的衍射光栅时，存在不能针对两种波长的激光分别获得所期望的光学性能的问题。

作为针对该问题的改善对策，提出一种具有一体的两个衍射光栅面的衍射光学元件及安装了该衍射光学元件的光学头装置(例如参照专利文献1)，使用该衍射光学元件，使第1衍射光栅面只作用于第1波长(例如780nm)，使第2衍射光栅面只作用于第2波长(例如650nm)。

另外，为了调整各个光栅面上的激光的分光比例，提出一种优化了衍射光栅的凸部和凹部的宽度比例的衍射光学元件及安装了该衍射光学元件的光学头装置(例如参照专利文献2)。

专利文献1日本特开2002-190133号公报(第4-5页，图1)

专利文献2日本特开2002-311219号公报(第4-5页，图2)

但是，近年来对光盘装置进一步提高记录密度的要求更加高涨，作为第3波长，半导体激光器的波长以405nm为中心的蓝光DVD装置已经得到应用。并且，同样也在开发可以从一个半导体激光器封装激励三种波长的激光的半导体激光器。在从一个半导体激光器封装激励三种波长的激光时，这三种波长的激光在大致同一光路上传送。因此，在只作用于两种波长的激光的以往的衍射光学元件中，存在针对三种波长的激光不能分别获得所期望的光学性能的问题。

发明内容

本发明就是为了解决上述问题而提出的，其提供一种针对三种波长的激光可以分别获得所期望的光学性能的衍射光学元件。并且提供一种具有这种衍射光学元件并可以对光盘进行记录及再现的光学头装置。

本发明的衍射光学元件，具有第1衍射光栅面、和面向所述第1衍射光栅面的第2衍射光栅面，对于入射的三种波长的光，在所述第1衍射光栅面上，关于一种光的衍射光的衍射效率为预定值以下，在所述第2衍射光栅面上，关于其他两种光的衍射光的衍射效率为预定值以下。

根据本发明的衍射光学元件，可以在两个衍射光栅面上使三种波长的激光衍射。

附图说明

图1是表示本发明的实施方式1的衍射光学元件及光学头装置的结构的平面图。

图2是从射出方向观察本发明的实施方式1的半导体激光器1时的正视图。

图3是表示本发明的实施方式1的衍射光学元件的形状及其动作的平面图。

图4是表示在占空比为0.5的衍射光学元件中0次衍射光和1次衍射光各自的衍射效率的曲线图。

图5是表示在占空比为0.3的衍射光学元件中0次衍射光和1次衍射光各自的衍射效率的曲线图。

图6是表示在占空比为0.2的衍射光学元件中0次衍射光和1次衍射光各自的衍射效率的曲线图。

图7是表示在占空比为0.16的衍射光学元件中0次衍射光和1次衍射光各自的衍射效率的曲线图。

图8是表示0次衍射效率的极小值和1次衍射效率的极大值对占空比的依赖性的曲线图。

图9是表示0次衍射效率的极小值和1次衍射效率的极大值对占空比的依赖性的曲线图。

图10是从射出方向观察本发明的实施方式1的其他结构的半导体激光器1的正视图。

标号说明

1半导体激光器；2第1波长的激光；3第2波长的激光；4第3波长的激光；5衍射光学元件；6第1衍射光栅面；7第2衍射光栅面；8光束分离器；9准直透镜；10物镜；11光盘；12透镜；13光束分离器；14第1光检测器；15第2光检测器；16散热部件；17第1半导体激光元件；18第2半导体激光元件；19激励第1波长的激光的区域；20激励第2波长的激光的区域21激励第3波长的激光的区域。

具体实施方式

图1是表示本发明的实施方式1的衍射光学元件及光学头装置的结构的平面图。在图1中，1表示以三种波长激励的半导体激光器，2表示第1波长的激光，3表示第2波长的激光，4表示第3波长的激光。5表示将来自半导体激光器1的射出光分光为透射光和衍射光的衍射光学元件，6表示在来自半导体激光器1的射出光入射的一面形成的第1衍射光栅面，7表示在另一面形成的第2衍射光栅面。

8表示光束分离器。9表示用于使来自半导体激光器1的射出光变为平行光的准直透镜，10表示用于对射出准直透镜9的激光进行聚光的物镜，11表示被通过物镜10聚光后的激光照射的光盘，12表示用于使被光束分离器8反射的来自光盘11的反射激光收敛的透镜。13表示光束分离器，在其反射方向配置第1光检测器14，在透射方向配置第2光检测器。

图2是从射出方向观察本发明的实施方式1的半导体激光器1时的正视图。16表示散热部件，在散热部件16上配置有第1半导体激光元件17和第2半导体激光元件18。第1半导体激光元件17例如是可以激励两种波长的激光的元件，19表示激励第1波长的激光的区域，其激励第1波长的激光2。20表示激励第2波长的激光的区域，其激励第2波长的激光3。第2半导体激光元件18具有激励第3波长的激光的区域21，其激励第3波长的激光4。

下面说明动作。首先，从半导体激光器1射出对应于光盘的类型的激光。在此，例如第1波长的激光2的波长在780nm左右，用于CD。第2波长的激光3的波长在650nm左右，用于DVD。第3波长的激光4的波长在405nm左右，用于蓝光DVD。

所射出的激光依序透射衍射光学元件5和光束分离器8，通过准直透镜9被转换为平行光，通过物镜10在光盘11上形成光点，进行信息的记录或再现。被光盘11反射的激光依序经过物镜10和准直透镜9，被光束分离器8反射，在透射透镜12后射入光束分离器13。

在光束分离器13中，第1波长的激光2和第2波长的激光3被反射，并由第1光检测器14感光。另一方面，第3波长的激光4透射光束分离器13，被第2光检测器15感光。在第1和第2光检测器14、15中，不仅检测光盘11的再现信号，还检测焦点控制所需要的信号和寻轨控制所需要的信号。

下面，说明作为本发明的主要部分的衍射光学元件5的相关动作。图3是表示衍射光学元件的形状及其动作的平面图。在图3中，衍射光学元件5的第1衍射光栅面6的光栅周期为P1，光栅槽部的宽度为W1。同样，第2衍射光栅面7的光栅周期为P2，光栅槽部的宽度为W2。在此，关于第1和第2衍射光栅面，把以槽部宽度和周期的比例定义的占空比D1和D2分别定义如下。

D1＝W1/P1 (1)

D2＝W2/P2 (2)

在此，说明衍射光学元件的普遍的光学特性。图4是表示在占空比为0.5的衍射光学元件的0次衍射光即透射光(图示的0th)、和1次衍射光(图示的1st)各自的衍射效率的曲线图。图4(a)～(c)分别表示波长为780nm、650nm、405nm时的情况。并且，在该曲线图的计算中，衍射光学元件5的折射率采用1.55。

图5是表示在占空比为0.3的衍射光学元件中0次衍射光和1次衍射光各自的衍射效率的曲线图。图6是表示在占空比为0.2的衍射光学元件中0次衍射光和1次衍射光各自的衍射效率的曲线图。图7是表示在占空比为0.16的衍射光学元件中0次衍射光和1次衍射光各自的衍射效率的曲线图。另外，图5～图7中的波长和折射率的条件与图4所示相同。

0次衍射光和1次衍射光根据衍射光栅的深度而变动，不过在此作为具有特征的特性，一般当把波长设为λ、把衍射光学元件5的折射率设为N时，0次衍射效率在λ/2/(N-1)的偶数倍的衍射光栅深度时达到极大，在λ/2/(N-1)的奇数倍的衍射光栅深度时达到极小。相反，1次衍射效率在λ/2/(N-1)的偶数倍的衍射光栅深度时达到极小，在λ/2/(N-1)的奇数倍的衍射光栅深度时达到极大。并且，0次衍射效率的极小值和1次衍射效率的极大值依赖于占空比。

图8是表示0次衍射效率的极小值和1次衍射效率的极大值对占空比的依赖性的曲线图，作为示例示出波长为780nm时的情况。另外，后面叙述的在波长为780nm时的趋势，同样对其他波长也存在。图8(a)～图8(c)分别表示占空比为0.5、0.3、0.2时的情况。0次衍射效率的极小值在占空比为0.5时达到最小，随着占空比变小而增大。另一方面，1次衍射效率的极大值在占空比为0.5时达到最大，随着占空比变小而减小。图9是表示0次衍射效率的极小值和1次衍射效率的极大值相对占空比的变化的曲线图，0次衍射效率的极小值和1次衍射效率的极大值相等时的占空比在0.3以下，约为0.27。更加具体地讲约是0.265。

下面，使用图3说明衍射光学元件5的动作。第1衍射光栅面6例如如图6中的A部直线所示，占空比D1＝0.2，衍射光栅深度形成为约1.5微米。因此，在从半导体激光器1向第1衍射光栅面6入射三种波长的激光时，根据图6中的A部直线部位的特性，在第2波长即650nm处产生1次衍射光，在第1波长的780nm处和第3波长的405nm处不产生1次衍射光，入射光直接透射。另一方面，第2衍射光栅面7例如如图6中的B部直线所示，占空比D2＝0.2，衍射光栅深度形成为约1.2微米。因此，在从半导体激光器1向第2衍射光栅面7入射三种波长的激光时，根据图6中的B部直线部位的特性，在第1波长的780nm处和第3波长的405nm处产生1次衍射光，在第2波长即650nm处不产生1次衍射光，入射光直接透射。

根据以上所述，在第1衍射光栅面6可以只对第2波长的激光3获得寻轨控制用的1次衍射光。另外，在第2衍射光栅面7可以对第1波长的激光2和第3波长的激光4这两种波长的激光，获得寻轨控制用的1次衍射光。因此，可以在两个衍射光栅面上获得针对三种波长的所期望的特性。

可是，在上述的说明中，说明了占空比为0.2的情况，但是，例如把第2衍射光栅面7的占空比设为D2＝0.5时，根据图4中的C部直线部位可知，在第3波长405nm时，0次衍射效率和1次衍射效率几乎相同。通常，0次衍射光用于光盘的记录再现，所以优选衍射效率尽可能大。另一方面，1次衍射光专门用于寻轨控制，所以优选1次衍射效率小于0次衍射效率。其理由之一是，将从半导体激光器激励的激光输出尽可能分配给0次衍射光，确保光盘的记录所需要的激光强度，这成为半导体激光器的经济型使用方法。另外，作为另一理由是因为需要考虑对光盘的受热损伤。即，在向光盘记录时进行在脉冲方面提高激光输出的动作。但与该动作联动，不仅0次衍射光提高，1次衍射光的激光强度也提高。在1次衍射光的激光强度过大时，通过1次衍射光也能进行对光盘的记录，这样有可能产生给光盘造成受热损伤的情况。1次衍射光用于寻轨控制，所以优选1次衍射光的激光强度较小，以便在进行激光强度提高的记录时也不会给光盘造成受热损伤。因此，一般将1次衍射效率设定为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次衍射效率几乎相同时，将引发不能充分确保光盘的记录再现所需要的0次衍射光的强度的问题、以及导致通过1次衍射光记录在光盘中或者造成受热损伤的问题，所以在设计上不希望把占空比设为D2＝0.5。同样，如果把第2衍射光栅面7的占空比设为D2＝0.3，根据图5中的D部直线部位可知，依旧是0次衍射效率和1次衍射效率接近的值。

根据以上所述可知，为了使0次衍射效率和1次衍射效率成为更加优选的状态，0次衍射效率的极小值和1次衍射效率的极大值的大小关系非常重要。该大小关系依赖于衍射光栅深度，这已在图4～图7的曲线图中明确示出，但根据图8可知，为了使0次衍射效率大于1次衍射效率，可以把占空比设为0.3以下。并且，更优选占空比在约0.27以下。并且，最优选把占空比设为0.265以下。即，如图9所示，通过把占空比设为0.265以下，可使0次衍射效率大于1次衍射效率，而与衍射光栅深度无关。

通过如以上说明的那样来构成衍射光学元件5，相对在大致相同光路上传送的三种波长的激光，可以在两个衍射光栅面上分别获得所期望的衍射效率。由此，在光学头装置中，可以利用简单的光学系统结构进行使用了1次衍射光的寻轨控制。

另外，在实施方式1的第1衍射光栅面6上，把占空比设为D1＝0.2，但也可以在第2波长即650nm时改变占空比D1，以使0次衍射效率和1次衍射效率成为所期望的数值。例如，在设D1＝0.16时，成为图7中的E部直线部位，可以在增大0次衍射效率且减小1次衍射效率的方向改变特性。

另外，在实施方式1的第2衍射光栅面6上，把衍射光栅深度设为约1.2微米，但也可以如图6中的F部直线所示设为约2.4微米。该情况时，与B部直线部位相比，第1波长即780nm与第3波长即405nm时的0次衍射效率与1次衍射效率的大小不同，所以选择对光学头装置和光盘装置的性能有利的衍射光栅深度即可。

另外，在实施方式1的衍射光学元件中，在一方衍射光栅面上使第2波长的650nm的激光3衍射，在另一方衍射光栅面上使第1波长的780nm的激光2和第3波长的405nm的激光4同时衍射。这是因为第1波长约是第3波长的2倍长度，在第1波长时达到0次衍射效率的极大值的衍射光栅深度处，存在第3波长的0次衍射效率也经常出现极大值的良好关系。

但是，即使不是上述的2倍关系，由于0次衍射效率在λ/2/(N-1)的偶数倍的衍射光栅深度时达到极大值，所以在使用一般任意的两种不同波长的最小公倍数、根据λ/2/(N-1)的关系式求出的衍射光栅深度处，可以实现使这两种波长不同时进行衍射的条件。

另外，实施方式1的半导体激光器1采取在散热部件16上并排设置3个激光激励区域19、20、21的方式，但也可以采取图10所示的方式。图10是从射出方向观察结构与图2所示不同的半导体激光器时的正视图。即，在散热部件16上层叠了第1半导体激光元件17和第2半导体激光元件18的方式。此外，采取第1半导体激光元件17具有激光激励的两个区域的方式，但不限于此。

另外，实施方式1的衍射光学元件5形成为在从半导体激光器1入射激光的衍射光栅面上，使一种波长的激光衍射，在射出激光的衍射光栅面上，使两种波长的激光衍射。但是，也可以形成为在入射激光的衍射光栅面上，使两种波长的激光衍射，在射出激光的衍射光栅面上，使一种波长的激光衍射。

Claims

1.一种衍射光学元件，其特征在于，

该衍射光学元件具有第1衍射光栅面、和面向所述第1衍射光栅面的第2衍射光栅面，

针对入射的三种波长的光，在所述第1衍射光栅面上，关于一种光的衍射光的衍射效率为预定值以下，在所述第2衍射光栅面上，关于其他两种光的衍射光的衍射效率为预定值以下。

2.根据权利要求1所述的衍射光学元件，其特征在于，在第2衍射光栅面上衍射光的衍射效率为预定值以下的是入射的三种波长的光之中波长最长的光和波长最短的光。

3.根据权利要求1所述的衍射光学元件，其特征在于，第1衍射光栅面及/或第2衍射光栅面的槽部相对于光栅间距之比在0.3以下。

4.根据权利要求3所述的衍射光学元件，其特征在于，第1衍射光栅面及/或第2衍射光栅面的槽部相对于光栅间距之比在0.27以下。

5.根据权利要求1所述的衍射光学元件，其特征在于，1次衍射光的1次衍射效率约为0次衍射光的0次衍射效率的1/4～1/20。

6.根据权利要求5所述的衍射光学元件，其特征在于，1次衍射光的1次衍射效率约为0次衍射光的0次衍射效率的1/5～1/20。

7.一种光学头装置，其特征在于，

该光学头装置具有激励三种波长的光的光源和权利要求1所述的衍射光学元件，

该光学头装置构成为使从所述光源激励的光入射到所述衍射光学元件。