CN101533647B - 光学拾波器以及使用该光学拾波器的光信息处理装置 - Google Patents

光学拾波器以及使用该光学拾波器的光信息处理装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及光学拾波器以及使用该光学示波器的光信息处理装置。其目的为在光轨间隔不同的多种光记录媒体中获得去除了光轨偏置的DPP信号。HD系：光源1发射的S偏振光由液晶元件2转换为P偏振光束，经HD衍射元件3衍射为三束光，透射BD衍射元件4，经球面镜5形成平行光，透射偏振光分歧面6a并由反射面6b反射，经1/2波长板7变为S偏振，经1/4波长板8变为圆偏振光，通过物镜9在光记录媒体10上聚光。BD系：光源1发射的S偏振光透射液晶元件2和HD衍射元件3，经BD衍射元件4衍射为三束光，经球面镜5成为平行光，由偏振光分歧面6a反射，经1/4波长板13变为圆偏振光，通过物镜14在光记录媒体15上聚光。

Description

光学拾波器以及使用该光学拾波器的光信息处理装置
技术领域
本发明涉及具备光学元件的光学拾波器(optical pickup)，尤其涉及对光轨间隔不同的多个光记录媒体进行记录或者/以及重放时，可获得合适的光轨误差信号的光学拾波器，以及使用该光学示波器的光信息处理装置。
背景技术
为了将聚光点准确照射到光记录媒体中某一记录光轨上，现有的光学拾波器通常检测聚焦误差信号以及光轨误差信号，并通过这些误差信号控制物镜位置。其中，在光轨误差信号的检测方式中具有代表性的检测方式为三点(three-spot)方式、推拉(push-pull)方式、差动推拉方式。在以下的说明中出于方便起见，将上述差动推拉方式称为DPP方式。
在上述方式中尤其是DPP方式，例如参见专利文献1JP特开平7-272303号公报可知，其优点为，不但可以用相对简单的光学系统来检测高感度光轨误差信号，而且在检测中，能够使用经去除了物镜变位或光记录媒体倾斜引起的光轨误差信号偏离成分的、具有高可靠性的光轨误差信号。
在此简单说明一下DPP方式的光轨误差信号检测原理。在采用DPP方式的光学检波器中，例如如图24所示，在作为光源的半导体激光1和半透半反射镜26之间的光路中设置衍射元件23。如图25所示，通常，该衍射元件上刻有一定周期的等间隔直线状的漕，并具有从半导体激光光源1发射的光束中衍射并分离出0次以及±1次衍射光的功能，共计至少分离为三束光束。
而后，该三束光束分别通过半透半反射镜26、球面镜5、物镜29并分别被独自聚光后，如图26左侧所示，在光记录媒体30的信号记录面上形成三个聚光点100、101、102。此时，三个聚光点100、101、102的照射位置可通过用围绕光轴转动调整衍射元件23等方法，使得垂直相交于该光记录媒体30记录面上的周期性导向漕31方向即光记录媒体30半径方向上的照射位置间隔 δ一致形成为该导向漕31的周期Tp的大约1/2，来作调整。而后光记录媒体30上各个聚光点100、101、102的反射光再度到达物镜29、球面镜5、半透半反射镜26。该反射光中的部分光量通过半透半反射镜26后经由检测透镜11入射到受光元件12中。以下出于方便起见将上述导向漕周期称为光轨间隔。
如图26右侧部分所示，上述受光元件12中设有三个被分割为两个部分或四个部分的受光部20a、20b、20c，光记录媒体30的反射光各自独立地入射到预定的受光面上，分别形成检测光点200、201、202。而后，用相减器50a、50b、50c对来自各个受光面上的光点转换信号分别作相减处理，检测每个检测光点200、201、202的推拉方式光轨误差信号。以下出于方便，将推拉方式光轨误差信号简称为推拉信号。
此时，如果设对应于光记录媒体30上主聚光点100的检测光点为200，对应于副聚光点101、102的检测光点分别为201、201，从各个聚光点得到的推拉信号为Sa、Sb、Sc，则从光记录媒体30上的聚光点100、101、102之间的位置关系可明确得知，推拉信号Sa、Sb、Sc之间的位相互相相差大约180度。也就是说，推拉信号Sa和Sb以及Sc所输出的信号波形相互之间为逆相(其中Sb和Sc为同相)。因此，如果对这些信号Sa和Sb以及Sc的和信号进行减相处理，信号成分不但不会相互抵消，反而会增幅。
另一方面，如果发生物镜29变位或光记录媒体30倾斜，则会由此引起各个推拉信号中产生偏置成分，该偏置成分明显与光记录媒体30面上的聚光点位置无关，Sa、Sb、Sc都以相同极性发生。因此，如果进行上述减相处理，各个推拉信号中只有偏置成分被选择性地抵消，其结果，仅偏置成分被完全去除或大幅度减低，从而可以检测到良好的光轨误差信号。
也就是说，如图26右侧部分所示，对于推拉信号Sb和Sc，用加相器51进行加相处理，进而用放大器52将该加相处理后的信号适当放大后，用减相器53进行减相处理，从主聚光点100的推拉信号Sa中减去，从而去除或大幅度减低该推拉信号Sa中含有的偏置成分，输出仅振幅被放大的良好的光轨误差信号。
如上述简略说明的检测原理中所述的DPP方式的特征在于，其不但可以用相对简单的光学系统来检测高感度光轨误差信号，而且能够完全去除或大 幅度减低因物镜变位或光记录媒体倾斜引起的光轨误差信号中的偏离成分。
然而另一方面，DPP方式有下述实用性问题。即如上所述，在DPP方式中需要将照射于光记录媒体30上的三个聚光点的照射位置间隔δ和该光记录媒体30的光轨间隔Tp的二分之一相配。反过来说，在光轨间隔Tp完全不同于聚光点照射位置间隔δ两倍的光记录媒体30中，DPP方式无法良好地进行光轨误差信号检测。
例如，目前蓝色波长(λ＝405nm)的需求急速上升，以蓝色波长为使用波长的光记录媒体有Blu-ray(以下称为BD)系统光记录媒体、HD-DVD(以下称为HD)系统光记录媒体等。专利文献2JP特开2007-179677号公报中例举了用于重放该两种光记录媒体的光学拾波器，其中BD系统光记录媒体的光轨间隔与HD系统光记录媒体的光轨间隔不同，分别约为0.32μm和0.4μm。图27概略显示了专利文献2的光学系统的结构图。该图所示光学系统形成为用HD用物镜9将蓝色光源(半导体激光光源1b)发射的射出光聚集到HD光记录媒体10，并用BD用物镜14聚集到BD系统光记录媒体15，在光源和两个物镜的光路上设置DPP用衍射元件24。
但是，如上述专利文献2所述结构中，例如，如果调整三个聚光点设置间隔用以检测HD系统光记录媒体中的最佳光轨误差信号，则三个聚光点设置间隔在BD系统光记录媒体中便会发生偏离，难以用DDP方式检测光轨误差信号。也就是说，对光轨间隙不同的多个光记录媒体使用同一个的光学拾波器，会在某些类型的光记录媒体中难以用DPP方式检测到良好的光轨误差信号。
为了回避上述问题，可以考虑在衍射元件24的前方再设置一个衍射元件，该前方的衍射元件作为BD用，后方的衍射元件24作为HD用。然而，这样的方法因在光记录媒体上形成不需要的副聚集点，同样无法检测到正确的光轨误差信号。
另外还可以考虑使用其他解决方法，如在棱镜25的后方设置光栅，但是由于设计上的约束，在经常会存在设置困难的问题。
本发明旨在解决上述现有技术中的问题，其目的在于提供一种光学拾波器，其中具备衍射元件，可对具有不同光轨的多个光记录媒体获得良好的经去除了光轨偏置的实用DPP信号，通过该衍射元件使用DPP方式。本发明的目 的还在于提供使用该光学拾波器的光信息处理装置。
发明内容
为了达到上述目的，本发明提供以下光学拾波器和光信息处理装置。(1)光学拾波器，用于光轨间隔不同的第一光记录媒体和第二光记录媒体的信息记录或信息重放，其包括：光源；第一聚光装置，用于在第一光记录媒体的记录面上进行聚光；第二聚光装置，用于在第二光记录媒体的记录面上进行聚光；受光装置，用于接受第一光记录媒体和第二光记录媒体的反射光；偏振光选择型光分歧装置，设于光源与第一聚光装置以及第二聚光装置之间，根据入射光的偏振方向，对第一聚光装置和第二聚光装置的光路分别进行分歧；偏振光转换装置，设于光源与偏振光选择型光分歧装置之间，对应光记录媒体，对光源发射光束的偏振方向转换；以及，第一衍射元件，设于偏振光选择型光分歧装置与偏振光转换装置之间，衍射其偏振方向垂直于光源发射光偏振方向的光束；和，第二衍射元件，设于偏振光选择型光分歧装置与偏振光转换装置之间，衍射其偏振方向与光源发射光偏振方向相同的光束，其特征在于，第一衍射元件构成为，具有光源发射光波长以上的主周期，并在该主周期的每各周期内包括两个不同类型的副波长凹凸结构，该两个副波长凹凸结构相互垂直邻接，而且具有小于光源发射光波长的副周期，通过设定两个副波长凹凸结构的感度因子，使得该两个副波长凹凸结构在光源发射光的偏振方向上的有效折射率大致相同；第二衍射元件的结构为，具有光源发射光波长以上的主周期，该主周期的每各周期内包括两个不同类型的副波长凹凸结构，该两个副波长凹凸结构相互垂直邻接，而且具有小于光源发射光波长的副周期，通过设定两个副波长凹凸结构的感度因子，使得该两个副波长凹凸结构在与光源发射光的偏振方向相垂直的偏振方向上的有效折射率大致相同。
根据上述结构，从光源发射的发射光经偏振光转换装置转换偏振方向后，通过偏振光选择型光分歧装置分歧光路，其中一方偏振成份光束在第一光记录媒体上聚光，而垂直于一方偏振成份光束的另一方偏振成份光束在第二光记录媒体上聚光，为此，位于偏振光选择型光分歧装置前方的第一衍射 元件仅在上述一方偏振成份透射时发生三光束衍射，而第二衍射元件仅在上述另一方偏振成份透射时发生三光束衍射，这样，可在不发生透射率损失的情况下，生成与各个光记录媒体相对应的三光束。
(2)光学拾波器，用于光轨间隔不同的第一光记录媒体和第二光记录媒体的信息记录或信息重放，其包括：光源；第一聚光装置，用于在第一光记录媒体的记录面上进行聚光；第二聚光装置，用于在第二光记录媒体的记录面上进行聚光；受光装置，用于接受第一光记录媒体和第二光记录媒体的反射光；偏振光选择型光分歧装置，设于光源与第一聚光装置以及第二聚光装置之间，根据入射光的偏振方向，对第一聚光装置和第二聚光装置的光路分别进行分歧；偏振光转换装置，设于光源与偏振光选择型光分歧装置之间，对应光记录媒体，转换光源发射光束的偏振方向；以及，衍射元件，设于偏振光选择型光分歧装置与偏振光转换装置之间，其中包括：第一区域，用于衍射其偏振方向垂直于光源发射光偏振方向的光束；和，第二区域，用于衍射其偏振方向与光源发射光偏振方向相同的光束，其特征在于，第一区域构成为，具有光源发射光波长以上的主周期，该主周期的每各周期中包括两个不同类型的副波长凹凸结构，该两个副波长凹凸结构相互垂直邻接，而且具有小于光源发射光波长的副周期，通过设定两个副波长凹凸结构的感度因子，使得该两个副波长凹凸结构在光源发射光的偏振方向上的有效折射率大致相同；第二区域构成为，具有光源发射光波长以上的主周期，该主周期的每各周期中包括两个不同类型的副波长凹凸结构，该两个副波长凹凸结构相互垂直邻接，而且具有小于光源发射光波长的副周期，通过设定两个副波长凹凸结构的感度因子，使得该两个副波长凹凸结构在与光源的发射光偏振方向相垂直的偏振方向上的有效折射率大致相同。
根据上述结构，从光源发射的发射光经偏振光转换装置转换偏振方向后，通过偏振光选择型光分歧装置分歧光路，其中一方偏振成份光束在第一光记录媒体上聚光，而垂直于一方偏振成份光束的另一方偏振成份光束在第二光记录媒体上聚光，为此，在位于偏振光选择型光分歧装置前方的衍射元件中，第一区域仅在上述一方偏振成份透射时发生三光束衍射，第二区域仅在上述另一方偏振成份透射时发生三光束衍射，这样，可在不发生透射率损 失的情况下，生成与各个光记录媒体相对应的三光束。
(3)光学拾波器，用于光轨间隔不同的第一光记录媒体和第二光记录媒体的信息记录或信息重放，其包括：光源；第一聚光装置，用于在第一光记录媒体的记录面上进行聚光；第二聚光装置，用于在第二光记录媒体的记录面上进行聚光；受光装置，用于接受第一光记录媒体和第二光记录媒体的反射光；偏振光选择型光分歧装置，设于光源与第一聚光装置以及第二聚光装置之间，根据入射光的偏振方向，对第一聚光装置和第二聚光装置的光路分别进行分歧；以及，第一衍射元件，设于偏振光选择型光分歧装置与光源之间，用于衍射其偏振方向与光源发射光偏振方向形成-45°的光束；和，第二衍射元件，设于偏振光选择型光分歧装置与光源之间，用于衍射其偏振方向与光源发射光偏振方向形成+45°的光束；其特征在于，光源被设为，其发射光偏振方向与偏振光选择型光分歧装置的偏振光选择方向形成+45°；第一衍射元件构成为，具有光源发射光波长以上的主周期，并在该主周期的每各周期内包括两个不同类型的副波长凹凸结构，该两个副波长凹凸结构相互垂直邻接，而且具有小于光源发射光波长的副周期，通过设定两个副波长凹凸结构的感度因子，使得该两个副波长凹凸结构在与光源发射光偏振方向形成+45°的偏振方向上的有效折射率大致相同；第二衍射元件的结构为，具有光源发射光波长以上的主周期，该主周期的每各周期内包括两个不同类型的副波长凹凸结构，该两个副波长凹凸结构相互垂直邻接，而且具有小于光源发射光波长的副周期，通过设定两个副波长凹凸结构的感度因子，使得该两个副波长凹凸结构在与光源发射光偏振方向形成-45°的偏振方向上的有效折射率大致相同。
根据上述结构，从光源发射的发射光以相对偏振光选择型光分歧装置入射面成45°倾斜的偏振方向入射偏振光选择型光分歧装置后，通过偏振光选择型光分歧装置分歧光路，其中一方偏振成份光束在第一光记录媒体上聚光，而垂直于一方偏振成份光束的另一方偏振成份光束在第二光记录媒体上聚光，为此，位于偏振光选择型光分歧装置前方的第一衍射元件仅在上述一方偏振成份透射时发生三光束衍射，而第二衍射元件仅在上述另一方偏振成份透射时发生三光束衍射，这样，可在不发生透射率损失的情况下，生成与 各个光记录媒体相对应的三光束。
(4)光学拾波器，用于光轨间隔不同的第一光记录媒体和第二光记录媒体的信息记录或信息重放，其包括：光源；第一聚光装置，用于在所述第一光记录媒体的记录面上进行聚光；第二聚光装置，用于在所述第二光记录媒体的记录面上进行聚光；受光装置，用于接受所述第一光记录媒体和第二光记录媒体的反射光；偏振光选择型光分歧装置，设于所述光源与所述第一聚光装置以及第二聚光装置之间，根据入射光的偏振方向，对所述第一聚光装置和第二聚光装置的光路分别进行分歧；偏振光转换装置，设于光源与所述偏振光选择型光分歧装置之间，对应光记录媒体，转换所述光源的发射光束的偏振方向；以及，衍射元件，设于所述偏振光选择型光分歧装置与所述光源之间，其中包括：第一区域，用于衍射其偏振方向与所述光源发射光偏振方向成-45°的光束；和，第二区域，用于衍射其偏振方向为与所述光源发射光偏振方向成+45°的光束，其特征在于，所述光源被设为，其发射光偏振方向与所述偏振光选择型光分歧装置的偏振光选择方向形成+45°；所述第一区域构成为，具有所述光源发射光波长以上的主周期，该主周期的每各周期中包括两个不同类型的副波长凹凸结构，该两个副波长凹凸结构相互垂直邻接，而且具有小于所述光源发射光波长的副周期，通过设定所述两个副波长凹凸结构的感度因子，使得该两个副波长凹凸结构在所述光源发射光偏振方向成+45°的偏振方向上的有效折射率大致相同；所述第二区域构成为，具有所述光源发射光波长以上的主周期，该主周期的每各周期中包括两个不同类型的副波长凹凸结构，该两个副波长凹凸结构相互垂直邻接，而且具有小于所述光源发射光波长的副周期，通过设定所述两个副波长凹凸结构的感度因子，使得该两个副波长凹凸结构在与所述光源发射光偏振方向成-45°的偏振方向上的有效折射率大致相同。
根据上述结构，从光源发射的发射光以相对偏振光选择型光分歧装置入射面成45°倾斜的偏振方向入射偏振光选择型光分歧装置后，通过偏振光选择型光分歧装置分歧光路，其中一方偏振成份光束在第一光记录媒体上聚光，而垂直于一方偏振成份光束的另一方偏振成份光束在第二光记录媒体上聚光，为此，在位于偏振光选择型光分歧装置前方的衍射元件中，第一区域 仅在上述一方偏振成份透射时发生三光束衍射，而第二区域仅在上述另一方偏振成份透射时发生三光束衍射，这样，可在不发生透射率损失的情况下，生成与各个光记录媒体相对应的三光束。
光学信息处理装置，用于光轨间隔不同的第一光记录媒体和第二光记录媒体的信息记录或信息重放，其特征在于，具备上述(1)至(4)中任何一种光学拾波器。根据上述结构，光信息处理装置在光轨误差信号的检测中，可以检测到对物镜变位造成的光轨误差信号振幅劣化或残留偏离成分进行了改善、具有高可靠性的光轨误差信号，从而能够实行通用性广泛且可靠性高的信息记录或信息重放。
本发明的效果在于，本发明所涉及的光学拾波器以及使用该光学拾波器的光信息处理装置在多个具有不同光轨的光记录媒体的记录以及重放过程中，可以检测到物镜变位造成的光轨误差信号振幅劣化或残留偏置光轨量得到改善后的光轨误差信号，从而实行通用性广泛且可靠性高的信息记录或信息重放。
附图说明
图1是本发明实施方式1所涉及的包括液晶元件以及两枚偏振光选择型衍射元件的光学拾波器结构示意图。
图2A是从半导体激光光源一侧观察HD衍射元件时的宏观结构正视图和截面图。
图2B是从半导体激光光源一侧观察BD衍射元件时的宏观结构正视图和截面图。
图3A是HD衍射元件上形成的格子放大斜视图。
图3B是DB衍射元件上形成的格子放大斜视图。
图4A是HD衍射元件中P以及S偏振成分入射状态的示意图。
图4B是BD衍射元件中P以及S偏振成分入射状态的示意图。
图5A是在重放HD系光记录媒体时激光光点位置的示意图。
图5B是在重放BD系光记录媒体时激光光点位置的示意图。
图6是用于接受从不同类型光记录媒体返回的光束的受光元件的示意 图。
图7A是本实施方式1所使用的衍射元件在HD重放时的衍射角度示意图。
图7B是本实施方式1所使用的衍射元件在BD重放时的衍射角度示意图。
图8是在两侧表面分别设有衍射格子面的元件的截面图(中)、HD衍射元件一侧的正视图(左)、BD衍射元件一侧的正视图(右)。
图9是本发明实施方式2、即包括液晶元件以及区域分割型及偏振光选择型衍射元件的光学拾波器概略结构示意图。
图10是衍射元件宏观结构的正视图(左)和截面图(右)。
图11是衍射元件的衍射结构的正视图(左)、截面图(中)、BD部分的放大斜视图(右上)、HD部分的放大斜视图(右下)。
图12A是衍射元件在HD重放时的衍射角度示意图。
图12B是衍射元件在BD重放时的衍射角度示意图。
图13是本发明实施方式3、即可让光源转动并具备两片偏振光选择型衍射元件的光学拾波器概略结构示意图。
图14A是光源的偏振方向偏转45度S、P偏振方向。
图14B是衍射元件衍射角度的示意图。
图15是本发明实施方式4，即可让光源转动且具备区域分割型衍射元件的光学拾波器的概略结构示意图。
图16是显示各偏振方向相对感度因子的折射率的图。
图17A是光束入射到HD衍射元件上时0次透射率以及1次折射率的图。
图17B是光束入射到BD衍射元件上时0次透射率以及1次折射率的图。
图18是用以说明以石英为基材的模制作方法的制作步骤(a)～(d)的示意图。
图19是用以说明以硅为基材的模制作方法的制作步骤(a)～(d)的示意图。
图20是在玻璃基板上形成Ta2O5薄膜以制作衍射元件的制作步骤(a)～(g)的示意图。
图21是在玻璃基板上形成硅薄膜和模用以在玻璃基板上制作衍射元件的制作步骤(a)～(i)的示意图。
图22为不使用金型的衍射元件制作方法的制作步骤(a)～(g)的示意图。
图23是概略显示本发明实施方式6的光信息处理装置的模块图。
图24是采用DPP方式的现有技术光学拾波器的概略结构示意图。
图25是一例衍射元件的结构示意图。
图26是光记录媒体表面上的聚光点以及运算电路的示意图。
图27概略显示了现有光学系统的结构图。
具体实施方式
以下，参考附图详细说明本发明的实施方式。
实施方式1
图1是本发明实施方式1所涉及的包括液晶元件以及两枚偏振光选择型衍射元件的光学拾波器的结构示意图。图1中，1为半导体激光光源、2为液晶元件、3为HD用三光束HD衍射元件、4为BD用三光束BD衍射元件、5为球面镜、6为偏振光选择型光分歧器、6a为偏振光分歧器面、6b为反射镜面、7为1/2波长板、8为1/4波长板、9为HD用物镜、10为HD形同光记录媒体、11为检测镜、12为受光元件、13为1/4波长板、14位DB用物镜、15为BD系统光记录媒体。
以下对各条光路进行说明。为了便于说明，以下将垂直于纸面方向的偏振方向称为S偏振方向，纸面内(平行于纸面)方向的偏振方向称为P偏振方向。而且，在本实施方式1中半导体激光光源1发射S偏振成分的光束。
图1所示半导体激光光源1发射满足BD系统光记录媒体15以及HD系统光记录媒体10的规格的蓝色波长带域的光束，例如波长为405nm的光束。
液晶元件2使入射光发生偏振并通过电源驱动选择性地产生位相差。即，在电源接通状态时，液晶元件2使从半导体激光光源1向光记录媒体发射的偏振光束，例如S偏振光束产生相当于1/2波长的位相差，转变为P偏光方向的光束，而在电源断开状态时，不管偏振方向如何，该入射光直接透射液晶元件2，不产生位相差。
与三光束法以及DPP方式等检测光轨误差信号相同，HD衍射元件3将半导体激光光源1发射的光束分为0次光束(主光束)以及±1次光束(副光束)。 由此，从HD系光记录媒体10反射的0次光束的检测信号中获得重放信号，并通过HD系光记录媒体10反射的0次光束和±1次光束检测信号的运算得到光轨误差信号。
BD衍射元件4也与三光束法以及DPP方式等检测光轨误差信号相同，将半导体激光光源1发射的光束分为0次光束(主光束)以及±1次光束(副光束)。由此，从BD系光记录媒体15反射的0次光束的检测信号中获得重放信号，并通过BD系光记录媒体15反射的0次光束和±1次光束检测信号的运算得到光轨误差信号。
球面镜5将半导体激光光源1发射的发散入射光转换为平行光。
光分歧器6由偏振光分歧器面6a和反射镜面6b构成。偏振光分歧器面6a由多层膜形成，可让P偏振成分通过，但反射S偏振成分。反射镜面6b的反射膜由沉积形成，将光路偏转90°。
1/2波长板7使入射光产生相当于1/2波长的光学相位差，例如将P偏振方向的入射光转变为S偏振方向的反射光。同样对于S偏振方向的入射光也可将其转变为P偏振方向的反射光。
1/4波长板8设置于偏振光分歧器面6a和物镜9之间，用以提高记录光学系效率。该1/4波长板8用于改变入射光的偏振光，使入射光产生相当于1/4波长的光学相位差，当入射光为直线偏光时转换为圆偏光，反之，如射光为圆偏光时转换为直线偏光。
HD用物镜9数值孔径约为0.65，满足HD系光记录媒体10的规格。
HD系光记录媒体10在其信息记录面上形成光轨间隔为0.40μm的导向漕。该HD系光记录媒体例如为两层光记录媒体，具有从物镜方向出发依次形成的信息记录面L1、L2。
检测透镜11用于将各个光记录媒体的反射光向受光元件12聚光。
受光元件12用于接受光记录媒体10、15的反射光并检测信息信号以及/或者误差信号。
1/4波长板13设置于偏振光分歧器面6a和物镜14之间，用以满足记录光学系高效率的要求。该1/4波长板13用于改变入射光的偏振光，使入射光产生相当于1/4波长的光学相位差，当入射光为直线偏光时转换为圆偏光，反之，如射光为圆偏光时转换为直线偏光。
BD用物镜14的数值孔径约为0.85，满足HD系光记录媒体10的规格。
BD系光记录媒体15在其信息记录面上形成光轨间隔为0.32μm的导向漕。
本实施方式1的光学拾波器构成为具有向HD系光记录媒体10聚光的光学系和向BD系光记录媒体15聚光的光学系，该两个光学系共用半导体激光光源1和受光元件2。
首先，HD系光学系的光路(去路)中，半导体激光光源1发射波长为405nm带的S偏振成分直线偏振光，该S偏振成分光束经P偏振/S偏振转换元件的液晶元件2转换为P偏振成分直线偏振光。而后，经HD衍射元件3衍射该光束成为三束光束，在接着的BD衍射元件4中入射光不衍射，经球面镜5由入射发散光变成平行光。而后P偏振光通过光分歧器6的偏振光分歧器面6a，接着经反射镜面6b反射，光路偏转90°。而后，经1/2波长板7，相位偏离180°，转变为S偏振成份，并经1/4波长板8成为圆偏振光后，通过HD用物镜聚光后入射到光记录媒体10的信号记录层。
光记录媒体10的反射光(回路)顺着去路返回，经1/4波长板8成为P偏振成分，进而经1/2波长板7转换为S偏振成分光束，而后由光分歧器6的反射镜面6b反射，并受到反射S偏振成分光束的偏振光分歧器面6a反射后，光路偏转90°，而后经由检测透镜11，由受光元件12受光。
其次，BD系光学系的光路(去路)中，半导体激光光源1发射波长为405nm带的S偏振成分直线偏振光，该S偏振成分通过P偏振/S偏振转换元件的液晶元件2不发生任何变化。而后，在HD衍射元件3中不发生衍射，而在接着的BD衍射元件4中受到衍射成为三束光束，经球面镜5由入射发散光变成平行光。而后在光分歧器6的偏振光分歧器面6a上S偏振光束受到反射，光路偏转90°。而后，经1/4波长板13成为圆偏振光后，由BD用物镜14聚光后入射到光记录媒体15的信号记录层。
光记录媒体15的反射光(回路)顺着去路返回，经1/4波长板13成为P偏振成分，而后在透射P偏振成份的光分歧器6偏振光分歧器面6a透射后，经由检测透镜11由受光元件12受光。
如图2A、图2B是HD、BD衍射元件的宏观结构示意图。图2A是从半导体激光光源一侧观察HD衍射元件时的正视图(左)和截面图(右)。图2B是从半导体激光光源一侧观察BD衍射元件时的正视图(左)和截面图(右)。
HD衍射元件3所具有的格子面衍射P偏振成份光束，但不衍射而是透射S偏振成份光束。与之相反，BD衍射元件4所具有的格子面可让P偏振成份光束通过，不衍射P偏振成份光束，而衍射S偏振成份光束。
图1的说明中HD衍射元件3的衍射元件面和BD衍射元件4的衍射元件面皆处于面对半导体激光光源1设置状态。
而且，HD衍射元件3的周期格子方向和DB衍射元件4的周期格子方向相对S偏振方向分别形成预定角度θ1和θ2。
图3A和图3B是HD衍射元件3和DB衍射元件4上形成的格子放大斜视图，其中显示了HD衍射元件3和DB衍射元件4所形成的周期结构中的三个周期，该周期为波长以上。图3A是HD用三光束衍射元件放大图，图3B是BD用三光束衍射元件放大图。
如图3A所示，HD衍射元件3的结构中不但具有周期P(HD)为波长以上的主周期结构，而且形成了具有比波长短的周期q1(HD)和周期q2(HD)的副波长凹凸结构。波长以上的主周期结构衍射入射光，副波长凹凸结构对是进行P偏振成份衍射还是进行S偏振成份衍射作出偏振光选择。这样，如图4A所示，当P偏振成分光束入射时HD衍射元件3发生衍射，而对S偏振成分光束则发生不感带透射。
与此相同，在如图3B所示的BD衍射元件4的结构中，不但具有周期P(BD)为波长以上的主周期结构，而且形成了具有比波长短的周期q1(BD)和周期q2(BD)的副波长凹凸结构。波长以上的主周期结构衍射入射光，副波长凹凸结构对是进行P偏振成份衍射还是进行S偏振成份衍射作出偏振光选择。这样，如图4B所示，当S偏振成分的光束入射时BD衍射元件4发生衍射，而对P偏振成分的光束则发生不感带透射。
图5A和图5B是在重放不同类型的光记录媒体时激光光点位置的示意图。图5A是在重放HD系光记录媒体时的激光光点位置的示意图，图5B是在重放BD系光记录媒体时的激光光点位置的示意图。
在重放HD系光记录媒体10时所需的激光光束的三光点位置为主光点L1M、以及该主光点L1M右上方的第一副光点L1A和左下方的第二副光点L1B，在重放BD系光记录媒体15时所需的激光光束的三光点位置为主光点L2M、以及该主光点L2M右上方的第一副光点L2A和左下方的第二副光点L2B。
HD系光记录媒体10和BD系光记录媒体15的主光点L1M和L2M的中心相同，但由于光轨不同各自所对应的副光点位置不同，BD系光记录媒体15的副光点L2A和L2B相对于HD系光记录媒体10的副光点L1A和L1B偏离一角度，该角度表示为围绕光轴的角度θ时成为(θ1-θ2)。
为配合上述角度θ设定HD衍射元件3的周期格子方向和BD衍射元件4的周期格子方向分别倾斜θ1和θ2，因此，透射HD衍射元件3的激光光束L1和透射BD衍射元件4的激光光束L2分别在光记录媒体的适当位置上形成光点。
图6是用于接受从不同类型的光记录媒体返回光束的受光元件的示意图。图6中，20a为分割为四个部分的四分割型主受光部，20b和20c分别为一分为二的而分割型副受光部。
与上述相同，可以对形成于受光面上的三光点形成位置进行调整。如图所示，DPP方式的受光元件12具有：四分割型主受光部20a，用于接受返的三光束中的主光束；以及，两个二分割型副受光部20b和20c，用于接受副光束。其中，HD系光记录媒体10返回光束的主返回光点R1M以及BD系光记录媒体返回光束的主返回光点R2M在主受光部20a上的聚光，第一副返回光点R1A、R1B以及第二副返回光点R2A、R2B分别在副受光部20b和20c上聚光。
第一副返回光点R1A、R2A以及第二副返回光点R1B、R2B在同一受光元件12上受光。当对准激光光束的主返回光点R1M和R2M的中心调整受光元件12的位置时，由于HD系光记录媒体10和BD系光记录媒体15的光轨间隔不同，第一副返回光点R2A相对R1A以及第二副返回光点R2B相对R1B分别绕光轴倾斜角度θ即(θ1-θ2)。该角度θ与HD衍射元件3的格子方向与BD衍射元件的格子方向之间的角度差相同。
图7A和图7B是本实施方式1所使用的衍射元件的衍射角度示意图。图7A和图7B中的标记α和β分别表示HD衍射元件3和BD衍射元件4的激光光束衍射角度。
如图7A和图7B所示，HD衍射元件3中P偏振成分激光光束的折射角度为α，BD衍射元件4中S偏振成分激光光束的折射角度为β。设HD衍射元件3的周期为P(HD)，BD衍射元件4的周期为P(BD)，P(HD)和P(BD)均为半导体激光光源发射的发射光的波长以上，根据式1可求出上述角度α和β满足式1时的值。
Sin(α)＝λ/P(HD)
Sin(β)＝λ/P(BD)
(式1)
在此，λ为半导体激光的波长。通过选择周期P(HD)和P(DB)，可使副光束分别入射到HD系光记录媒体10和BD系光记录媒体15的预定位置。
通常，用于光学拾波器的三光束用衍射元件中，1次衍射率和0次透射率之比即±1次衍射率/0次透射率的取值范围大致在0.05～0.30之内。
在此，如果HD衍射元件3和BD衍射元件4的衍射效率随光束不同而相差很大时，受光元件12的增益回变得难以调整，并且发生副光束光量过小噪音增多，从而使得记录和重放特性变差。
然而如果副光束强度过大，则由于主光束强度下降而使得用于记录的功率降低，需要使用高输出功率的半导体激光光源。并且会发生以副光束在光记录媒体上进行记录，从而使记录特性变差。
另外，本实施方式1还可以采用如图8所示的单一化元件，即将HD衍射元件3和BD衍射元件4的衍射格子面分别设在该单一化元件的两个侧面上。这样可以减少元件数量和加工工序，降低成本。
另外，上述偏振光转换装置除了图1所示的液晶元件2以外，还可以使用下述方法，即设置1/2波长板用以发生1/2波长光学相位差，并机械转动0°和90°。
实施方式2
图9是本发明实施方式2、即包括液晶元件以及区域分割型且偏振光选择型衍射元件的光学拾波器概略结构示意图。如图9所示，本实施方式2的光学拾波器与图1所示上述实施方式1的光学拾波器的不同之处在于，本实施方式2采用设置三光束用衍射元件16结构，用于取代实施方式1所采用的HD衍射元 件3和BD衍射元件4。
图10是衍射元件16的宏观结构示意图。图10的左图是从光源出发观察衍射元件16的正视图，图10的右图是截面图。如图所示，衍射元件16被分割成BD衍射区域3a和HD衍射区域3b两个区域。
BD衍射区域4a的格子面衍射P偏振成份光束而不衍射S偏振成份光束，S偏振成份可透射该格子面。与此相反，HD衍射区域3a不衍射P偏振成份光束而衍射S偏振成份光束，具有衍射S偏振成份的格子面。
在图10的说明中，HD衍射区域3a和BD衍射区域4a的衍射元件面均面向半导体激光光源1。而且，HD衍射区域3a所形成的周期性格子方向和BD衍射区域4a所形成的周期性格子方向分别为预定角度θ1和θ2。
图11是衍射元件16的衍射结构示意图。该图中的左图和中图与右上图和右下图显示的是同一元件，右上图是BD衍射区域4a的放大斜视图，右下图是HD衍射区域3a的放大斜视图。右上图是衍射元件16上BD衍射区域4a中形成的格子的放大图，显示了周期为波长以上的三个周期的格子。右下图是衍射元件16上HD衍射区域3a中形成的格子的放大图，显示了周期为波长以上的三个周期的格子。
如图11的右下图所示，在HD衍射区域3a中，不但具有周期P(HD)为波长以上的主周期结构，而且形成了具有比波长短的周期q1(HD)和q2(HD)的副波长凹凸结构(参见图3A)。波长以上的主周期结构衍入射光射，副波长凹凸结构对P偏振光或S偏振光的衍射作出偏振光选择。这样，如图12A所示，当P偏振成分光束入射时衍射元件16发生部分衍射，而对S偏振成分光束则发生不感带透射。
与此相同，在如图11的右上图所示的BD衍射区域4a中，不但具有周期P(BD)为波长以上的主周期结构，而且形成了具有比波长短的周期q1(BD)和q2(BD)的副波长凹凸结构(参见图3B)。波长以上的主周期结构衍射入射光，副波长凹凸结构对P偏振光或S偏振光的衍射作出偏振光选择。这样，如图12B所示，当S偏振成分光束入射时衍射元件16发生部分衍射，而对P偏振成分的光束则发生不感带透射。
实施方式3
图13是本发明实施方式3、即可使光源转动并具备两片偏振光选择型衍射元件的光学拾波器的概略结构示意图。如图13所示，本发明实施方式3的光学拾波器与图1所示实施方式1的光学拾波器的不同之处在与本发明实施方式3未设置液晶元件。
另外，本实施方式3与实施方式1的不同之处还在于，如图14A所示，转动光源的偏振方向，使其相对S偏振方向偏转45°成为倾斜方向。该45度方向的偏振成份可分解为P偏振成份和S偏振成份。也就是说，半导体激光光源1同时发射P偏振成份和S偏振成份。
按上述设计可省略实施方式1中使用的电装置即液晶元件2，减少光学拾波器的组装工序，减小产品成本。
这样，如图14B所示，在HD衍射元件3中仅有S偏振成份发生衍射，在BD衍射元件4中仅有P偏振成份发生衍射。虽然需要在未图示偏振光分歧器面之前设置两个光记录媒体用的三光束衍射元件，但因衍射元件各自具有偏振光选择性，因此能够生成没有光束利用效率损失的三光束。
实施方式4
图15是本发明实施方式4，即可使光源转动且具备区域分割型衍射元件的光学拾波器的概略结构示意图。如图15所示，本实施方式4光学拾波器中的半导体激光偏振方向与上述图13所示实施方式3的半导体激光偏振方向相同，并具有与实施方式2相同的三光束用衍射元件。
与实施方式1的光学拾波器结构相比，本实施方式不需要液晶元件2，而且可用一个衍射元件作为发射到两个光记录媒体的三光束用衍射元件，实现了元件单一化，更加确切地说是在一个面上发生衍射，减少组装工序，减小产品成本，实现产品小型化。
在此，对本发明中的实施方式1和3的光学拾波器中装设的三光束用HD衍射元件3和BD衍射元件4进行详细说明。实施方式2和4中装设的三光束用衍射元件16是将一个表面分割为HD衍射元件结构区域和BD衍射元件结构区域而形成的单一化元件。
如图2A、图2B所示的HD、BD衍射元件的宏观结构，HD衍射元件3所具有的格子面衍射P偏振光，而不衍射S偏振光，S偏振光透射该格子面。而与之 相反，BD衍射元件4所具有的格子面可让P偏振光透射，不衍射P偏振光，而衍射S偏振光。而且，HD衍射元件3的周期格子方向和DB衍射元件4的周期格子方向分别相对S偏振方向形成预定角度θ1和θ2。
图3A和图3B是显示了HD衍射元件3和BD衍射元件4上所形成的格子放大图。首先说明图3A中所述的HD衍射元件3中的标记。如图3A所示的波长以上的主周期结构中重迭了A和B两种副波长凹凸结构，其中，副波长凹凸结构A的漕方向为S偏振方向，其周期比波长短，副波长凹凸结构B的漕方向为P偏振方向，其周期比波长短。
在图3A中，
P(HD)表示HD衍射元件3中形成的主周期结构的周期，该周期为波长以上。
L(HD)表示下述副波长凹凸结构A所形成的区域宽度。
L(HD)/P(HD)称为衍射元件的Duty，用于下述衍射效率计算等。
q1(HD)表示副波长凹凸结构A的周期。
m1(HD)表示副波长凹凸结构A的凸部宽度。
m1(HD)/q1(HD)称为感度因素(feeling factor)，用于下述有效折射率计算。
q2(HD)表示副波长凹凸结构B的周期。
m2(HD)表示副波长凹凸结构B的凸部宽度。
m2(HD)/q2(HD)称为感度因子，用于下述有效折射率计算。
d1(HD)表示副波长凹凸结构A的沟的深度。
d2(HD)表示副波长凹凸结构B的沟的深度。
其次说明图3B中所述的BD衍射元件4中的标记。如图3B所示的波长以上的主周期结构中重迭了C和D两种副波长凹凸结构，其中副波长凹凸结构C的漕方向为S偏振方向，其周期比波长短，副波长凹凸结构D的漕方向为P偏振方向，其周期比波长短。
在图3B中，
P(BD)表示BD衍射元件4中形成的主周期结构的周期，该周期为波长以上。
L(BD)表示下述副波长凹凸结构B所形成的区域宽度。
L(BD)/P(BD)称为衍射元件的Duty，用于下述衍射效率计算等。
q1(BD)表示副波长凹凸结构C的周期。
m1(BD)表示副波长凹凸结构C的凸部宽度。
m1(BD)/q1(BD)称为感度因素，用于下述有效折射率计算。
q2(BD)表示副波长凹凸结构D的周期。
m2(BD)表示副波长凹凸结构D的凸部宽度。
m2(BD)/q2(BD)称为感度因子，用于下述有效折射率计算。
d1(BD)表示副波长凹凸结构C的沟的深度。
d2(BD)表示副波长凹凸结构D的沟的深度。
如图3A所示，在HD衍射元件3的主周期结构中，不但具有波长以上的周期P(HD)结构，而且形成了具有比波长短的周期q1(HD)和q2(HD)的副波长凹凸结构。波长以上的主周期结构衍射入射光，副波长凹凸结构对是进行P偏振成份衍射还是进行S偏振成份衍射作出偏振光选择。这样，如图4A所示，当P偏振成分光束入射时HD衍射元件3发生衍射，而对S偏振成分光束发生不感带透射。
同样，如图3B所示，在BD衍射元件4的主周期结构中，不但具有波长以上的周期P(BD)结构，而且形成了具有比波长短的周期q1(BD)和q2(BD)的副波长凹凸结构。波长以上的主周期结构衍射入射光，副波长凹凸结构对是进行P偏振成份衍射还是进行S偏振成份衍射作出偏振光选择。这样，如图4B所示，当S偏振成分光束入射时BD衍射元件4发生衍射，而对P偏振成分光束发生不感带透射。
各个衍射元件表面形成的副波长凹凸结构出现一般所知的结构性双折射。
在此，结构性双折射是指，对折射率不同的两种介质用短于光波长的周期作条纹状设置时，平行于条纹的偏振成份(TE波)和垂直于条纹的偏振成份(TM波)之间折射率不同，产生双折射效果。
在此，可设定空气和折射率n的介质作为具有不同折射率的两种介质，并设定波长为副波长凹凸结构周期两倍以上的光束垂直入射。此时根据入射 光偏振方向是平行副波长凹凸结构的漕(TE方向)，还是垂直副波长凹凸结构的漕(TM方向)，其副波长凹凸结构的有效折射率分别可通过下式2和式3计算。
式2和式3中，以n(TE)表示入射光的偏振方向平行于副波长凹凸结构的漕时的有效折射率，以n(TM)表示入射光的偏振方向垂直于副波长凹凸结构的漕时的有效折射率，t表示上述感度因子。
n(TE)＝[t×n2+(1-t)]1/2        (式2)
n(TM)＝[t/n2+(1-t)]1/2         (式3)
图16是感度因子与不同偏振方向的折射率之间的关系图。图16显示了各个折射率的计算结果例。在计算中n＝2.313，波长为405nm。
图3A和图3B的感度因子t分别进行按如下计算，即，副波长凹凸结构A的感度因子t1(HD)用式4，副波长凹凸结构B的感度因子t2(HD)用式5，副波长凹凸结构C的感度因子t1(BD)用式6，副波长凹凸结构D的感度因子t2(BD)用式7计算。
t1(HD)＝m1(HD)/q1(HD)    (式4)
t2(HD)＝m2(HD)/q2(HD)    (式5)
t1(BD)＝m1(BD)/q1(BD)    (式6)
t2(BD)＝m2(BD)/q2(BD)    (式7)
根据以上所述，各个副波长凹凸结构的有效折射率按照如下计算，即，副波长凹凸结构A的TE方向有效折射率n(TE，HD1)用式8，副波长凹凸结构A的TM方向有效折射率n(TM，HD1)用式9；副波长凹凸结构B的TE方向有效折射率n(TE，HD2)用式10，副波长凹凸结构B的TM方向有效折射率n(TM，HD2)用式11；副波长凹凸结构C的TE方向有效折射率：n(TE，BD1)用式12，副波长凹凸结构C的TM方向有效折射率：n(TM，BD1)用式13；副波长凹凸结构D的TE方向有效折射率：n(TE，BD2)用式14，副波长凹凸结构D的TM方向有效折射率；n(TM，BD2)用式15计算。
n(TE，HD1)＝{t1(HD)×n2+[1-t1(HD)]}1/2    (式8)
n(TM，HD1)＝{t1(HD)/n2+[1-t1(HD)]}1/2     (式9)
n(TE，HD2)＝{t2(HD)×n2+[1-t2(HD)]}1/2    (式10)
n(TM，HD2)＝{t2(HD)/n2+[1-t2(HD)]}1/2      (式11)
n(TE，BD1)＝{t1(BD)×n2+[1-t1(BD)]}1/2     (式12)
n(TM，BD1)＝{t1(BD)/n2+[1-t1(BD)]}1/2      (式13)
n(TE，BD2)＝{t2(BD)×n2+[1-t2(BD)]}1/2     (式14)
n(TM，BD2)＝{t2(BD)/n2+[1-t2(BD)]}1/2      (式15)
相位差计算如下，即P偏振方向光束入射时的副波长凹凸结构A和B的ψ(HD，P偏振光)用式16，S偏振方向光束入射时的副波长凹凸结构A和B的ψ(HD，S偏振光)用式17，P偏振方向光束入射时的副波长凹凸结构C和D的ψ(BD，P偏振光)用式18，S偏振方向光束入射时的副波长凹凸结构C和D的ψ(BD，S偏振光)用式19计算。
ψ(HD，P偏振光)＝|(2π/λ)×[n(TM，HD1)×d1(HD)
-n(TE，HD2)×d2(HD)]|        (式16)
ψ(HD，S偏振光)＝|(2π/λ)×[n(TE，HD1)×d1(HD)
-n(TM，HD2)×d2(HD)]|        (式17)
ψ(BD，P偏振光)＝|(2π/λ)×[n(TM，BD1)×d1(BD)
-n(TE，BD2)×d2(BD)]|        (式18)
ψ(BD，S偏振光)＝|(2π/λ)×[n(TE，BD1)×d1(BD)
-n(TM，BD2)×d2(BD)]|        (式19)
在此，λ为使用波长，d(即d1(HD)、d1(BD)、d2(HD)、d2(BD))为副波长凹凸结构的漕深。这样，通过适当选择感度因子以及漕深d，可任意调整相位差。
HD衍射元件3具有衍射P偏振光，并且不衍射而是透射S偏振光的格子面。如果要让S偏振成分光束不感带透射，需要相位差为0或2nπ(n为整数)。
以下显示一例具体的数值。
在n＝2.313的介质中，设感度因子如下，
副波长凹凸结构A的感度因子t1(HD)＝0.30，
副波长凹凸结构B的感度因子t2(HD)＝0.70，
在各有效折射率为，
副波长凹凸结构A在TE方向有效折射率n(TE，HD1)＝1.518，
副波长凹凸结构A在TM方向有效折射率n(TM，HD1)＝1.150，
副波长凹凸结构B在TE方向有效折射率n(TE，HD2)＝2.011，
副波长凹凸结构B在TM方向有效折射率n(TM，HD2)＝1.523
的副波长凹凸结构A和B中，设漕深d为相同时，
P偏振方向光束入射时的副波长凹凸结构A和B的相位差为
ψ(HD，P偏振光)＝(2π/λ)×(2.011-1.150)，
S偏振方向光束入射时的副波长凹凸结构A和B的相位差为
ψ(HD，S偏振光)≈0。
从上述计算中可知，当S偏振成分光束不感带透射时，在副波长凹凸结构A和B之间，与入射光偏振方向相同的方向上，有效折射率非常接近(1.518和1.523)，但因元件材料的折射率分散，因而难以做到完全相同。通常，该有效折射率差取在0.05以下。这在下述的BD衍射元件中也相同，不再重复叙述。
图17A是在上述条件中当光束入射到HD衍射元件3上时的0次透射率以及1次折射率的图。图17A的纵轴为衍射效率，横轴为副波长凹凸结构的漕深d。
由于S偏振成分作不感带透射，因此0次光束为1.0，并且不发生±1次衍射光束。另一方面，P偏振成分形成正弦曲线。只要选定±1次衍射光束和0次光束之比便可决定漕深，获得适当的DPP信号。例如，在图17A中该衍射比为0.1位置上注上标记。
BD衍射元件4具有衍射S偏振光并且不衍射而透射P偏振光的格子面。如果要让P偏振成分光束不感带透射，则需要相位差为0或2nπ(n为整数)。
以下显示一例具体的数值。
在n＝2.313的介质中，设感度因子如下，
副波长凹凸结构C的感度因子t1(BD)＝0.70，
副波长凹凸结构D的感度因子t2(BD)＝0.30，
在各有效折射率为，
副波长凹凸结构C在TE方向有效折射率n(TE，BD1)＝2.011，
副波长凹凸结构C在TM方向有效折射率n(TM，BD1)＝1.523，
副波长凹凸结构D在TE方向有效折射率n(TE，BD2)＝1.518，
副波长凹凸结构D在TM方向有效折射率n(TM，BD2)＝1.150的副波长凹凸结构C和D中，设漕深d为相同时，
P偏振方向光束入射时的副波长凹凸结构C和D的相位差为
ψ(BD，P偏振光)≈0
S偏振方向光束入射时的副波长凹凸结构C和D的相位差为
ψ(BD，S偏振光)＝(2π/λ)×(2.011-1.150)
图17B是在上述条件中当光束入射到BD衍射元件4上时的0次透射率以及1次折射率的图。图17A的纵轴为衍射效率，横轴为副波长凹凸结构的漕深d。
P偏振成分不感带透射，因此0次光束为1.0并且不发生±1次衍射光束。另一方面，S偏振成分形成正玄曲线。只要选定±1次衍射光束和0次光束之比便能够决定漕深，获得适当的DPP信号。例如，在图17B中该衍射比为0.1位置上注上标记。
实施方式5
下面用本发明实施方式5说明上述各实施方式中的衍射元件的制作步骤。在说明衍射元件的制作之前首先说明模的制作方法。
图18是用以说明以石英为基材的模制作方法的制作步骤(a)～(d)的示意图。首先在图18的步骤(a)中，以石英材料55为基板，在该基板表面涂敷预定厚度的电子线57绘画用抗蚀剂56，而后预干。而后根据预制程序绘制对应衍射元件各部分的间隔和线宽度。
其次在图18的步骤(b)中，对抗蚀剂56进行显影和冲洗，由此在抗蚀剂51上形成副波长凹凸结构58。其中的漕底露出石英材料55。
接着在图18的步骤(c)中，将副波长凹凸结构58的抗蚀剂图案作为掩模进行石英材料55的干式蚀刻。蚀刻用RIE(Reactive Ion Etching，活性离子蚀刻)、NLD(Magnetic Neutral Loop Discharge，磁中性环路放电)、TCP(Transformer Coupled Plasma，电感耦合型等离子)等蚀刻装置进行，并使用CF4气体。通过在基板上施加偏压进行与表面垂直的蚀刻。
接着在图18的步骤(d)中剥离抗蚀剂55。剥离方法可以采用，在干式蚀刻装置中输入氧气并用氧等离子去除抗蚀剂的方法，以及，从装置中取出基板用CAROS(硫酸和过氧化氢的混合液体)清洗去除抗蚀剂的方法。上述剥 离结束后的基板被用作为石英模。
另外，图19是用以说明以硅为基材的模制作方法的制作步骤(a)～(d)的示意图。首先在图19的步骤(a)中，以硅材料59为基板，在该基板表面涂敷预定厚度的电子线57绘画用抗蚀剂56，而后预干。而后根据预制程序绘制对应衍射元件各部分的间隔和线宽度。
其次在图19的步骤(b)中，显影并冲洗抗蚀剂56，由此在抗蚀剂56上形成副波长凹凸结构58。其中的漕底露出硅材料59。
接着在图19的步骤(c)中，将副波长凹凸结构58的抗蚀剂图案作为掩模进行石英材料55的碱性湿式蚀刻(使用KOH溶液)。蚀刻以硅基板59的面作为侧壁保持一定间隔向深度方向进行。除了上述以外，利用博施法(Boschprocess)进行蚀刻，也能够得到同样的结构。
接着在图19的步骤(d)中剥离抗蚀剂56。剥离结束后的基板被作为硅模。出于方便起见，有时将上述制作的石英模或硅模称为金型。
图20是在玻璃基板上形成Ta2O5薄膜，制作衍射元件的制作步骤(a)～(g)的示意图。
首先在图20的步骤(a)中，在玻璃基板表面形成Ta2O5薄膜。利用溅射法按下述条件制作。
1.基板温度：70～100℃
2.制膜压力：5～8×10-4Torr
3.制膜速度：0.7～ 
Figure G2009101184711D00241
/sec
4.RF功率：300～500W
其次，在图20的步骤(b)中，在Ta2O5薄膜上涂敷UV(紫外线)硬化树脂(产品名称：GrandicRC8790，DIC株式会社制)，而后从上方压制模，对于模，可使用硅模或石英模，在形成微结构的纳米印刷时，因石英模光透射性能更好因此更加适于使用石英模。
接着在图20的步骤 
Figure G2009101184711D00242
中，从模的上方面照射UV(紫外线)用以固化树脂。使用硅模时从玻璃基板一侧照射紫外线。
接着在图20的步骤(d)中进行脱模。玻璃基板上的UV硬化树脂中形成了凸起状微结构。在图20(e)中对树脂进行干式蚀刻，直到露出Ta2O5为止。干 式蚀刻条件如下：
1.气体种类：氧气(O2)
2.进气量：20sccm(standard cm3/min，在1atm、0℃或常温条件下)
3.压力：0.4Pa
4.树脂蚀刻速度：30nm/sec
5.上部偏压功率：1KW
6.下部偏压功率：60W
接着在图20的步骤(f)中，进行干式蚀刻，使Ta2O5漕的深度达到要求深度。干式蚀刻条件如下：
1.气体种类：CHF3(三氟甲烷)，氩气(Ar)
2.进气量：Ar 5sccm，CHF320sccm
3.压力：0.3Pa
4.Ta2O5蚀刻速度：8nm/sec
5.上部偏压功率：1KW
6.下部偏压功率：400W
最后，在氧气(等离子)中用干式蚀刻进行剥离处理，以去除最上面的残留树脂掩膜。
形成的衍射元件如图20的步骤(g)所示状态，玻璃基板上的Ta2O5成为衍射部件。
图21是在玻璃基板上形成硅薄膜和模在玻璃基板上制作衍射元件的制作步骤(a)～(i)的示意图。
首先在图21的步骤(a)中，在玻璃基板表面形成硅(Si)薄膜。利用溅射法按下述条件制作。
1.基板温度：70～100℃
2.制膜压力：7～8×10-4Torr
3.制膜速度：0.5～ 
Figure G2009101184711D00251
/sec
4.RF功率：100～200W
其次，在图21的步骤(b)中，在Si薄膜上涂敷UV硬化树脂(产品名称：GrandicRC8790，DIC株式会社制)，而后从上方压制模。对于模，可使用 硅模或石英模，在形成微结构的纳米印刷时，因石英模光透射性能更好因此更加适于使用石英模。
接着在图21的步骤(c)中，从模的上方面照射紫外线用以固化树脂。使用硅模时从玻璃基板一侧照射紫外线。
接着在图21的步骤(d)中进行脱模。玻璃基板上的UV硬化树脂中形成了凸起状微结构。
在图21的步骤(e)用干式蚀刻去除树脂直到Si薄膜露出。干式蚀刻条件如下：
1.气体种类：氧气(O2)
2.进气量：20sccm
3.压力：0.4Pa
4.树脂蚀刻速度：30nm/sec
5.上部偏压功率：1KW
6.下部偏压功率：60W
在图21的步骤(f)中对Si薄膜以及树脂进行干式蚀刻，直到露出玻璃基板为止。干式蚀刻条件如下：
1.气体种类：SF6(6氟化硫)、CHF3
2.进气量：SF620sccm，CHF35sccm
3.压力：0.3Pa
4.树脂蚀刻速度：5nm/sec，Si蚀刻速度：30nm/sec
5.上部偏压功率：1KW
6.下部偏压功率：50W
接着在图21的步骤(g)中，进行干式蚀刻，使玻璃漕达到要求深度。干式蚀刻条件如下：
1.气体种类：CHF3，Ar
2.进气量：Ar 5sccm，CHF320sccm
3.压力：0.3Pa
4.Si蚀刻速度：4nm/sec，玻璃蚀刻速度：12nm/sec
5.上部偏压功率：1KW
6.下部偏压功率：400W
接着在图21的步骤(h)中，进行剥离处理，去除最上部残留的Si薄膜。硅掩膜用碱性(KOH)溶液进行湿式剥离。
形成的衍射元件如图21的步骤(i)所示状态，玻璃基板本身一侧表面成为衍射部件。
图22为不使用金型的衍射元件制作方法的制作步骤(a)～G的示意图。
首先在图22的步骤(a)中，在玻璃基板表面形成Si薄膜。利用溅射法按下述条件制作。
1.基板温度：70～100℃
2.制膜压力：7～8×10-4Torr
3.制膜速度：0.5～ 
Figure G2009101184711D00271
/sec
4.RF功率：100～200W
其次，在图22的步骤(b)中在Si薄膜上涂敷电子线用抗蚀剂。
接着在图22的步骤(c)中利用“高精度微副曝光装置”等i线缩小投影型曝光装置(stepper)。曝光后，同过显影工序去除一部分抗蚀剂，使Si薄膜暴露。剩下的抗蚀剂用于后面的可视用掩膜图案。
接着在图22的步骤(d)中对Si薄膜进行干式蚀刻，直到露出玻璃基板为止。干式蚀刻条件如下：
1.气体种类：SF6、CHF3
2.进气量：SF620sccm，CHF35sccm
3.压力：0.4Pa
4.Si蚀刻速度：30nm/sec
5.上部偏压功率：1KW
6.下部偏压功率：50W
接着在图22的步骤(e)中，进行干式蚀刻，使玻璃基板的漕达到要求深度。干式蚀刻条件如下：
1.气体种类：CHF3，Ar
2.进气量：Ar 5sccm，CHF320sccm
3.压力：0.3Pa
4.玻璃蚀刻速度：12nm/sec
5.上部偏压功率：1KW
6.下部偏压功率：400W
接着在图22的步骤(f)中，进行剥离处理去除最上部残留的Si薄膜。硅掩膜用碱性(KOH)溶液进行湿式剥离。
形成的衍射元件如图22的步骤(g)所示状态，玻璃基板本身一侧表面成为衍射部件。
实施方式6
图23是概略显示本发明实施方式6的光信息处理装置的模块图。如图23所示，光信息处理装置具备以上所述的光学拾波器41，用于记录以及重放光记录媒体信息信号的装置。该光信息处理装置包括：主轴马达48，用于转动光记录媒体30；光学拾波器41，用于记录及重放信息信号；送入马达42，用于将光学拾波器41移动到光记录媒体30的内外周上；调制解调电路44，进行预定的调质处理和解调处理；伺服控制电路43，用于进行光学拾波器41的伺服控制等；以及，系统控制器47，用于控制整个光信息处理装置。
上述光信息处理装置的动作如下，即，主轴马达48受伺服控制电路43驱动控制，以预定的转动速度转动。即，记录及重放对象的光记录媒体30固定设置于主轴马达48的驱动轴上，通过受到伺服控制电路控制驱动的主轴马达48驱动，以预定的转动速度转动扫描。
如上所述，光学拾波器41记录以及重放光记录媒体30的信息信号时，对受驱动而转动的光记录媒体30照射激光，而后检测其返回光束。该光学拾波其41连接调制解调电路44。当进行信息信号记录时，向光学拾波器41输送从外部电路45输入并经调制解调电路44实行了预定调制处理的信号。根据调制解调电路44提供的信号，光学拾波器41对光记录媒体30照射经过光强度调制的激光光束。
在进行信息信号重放时，光学拾波器41对受驱动而转动的光记录媒体30照射具有一定输出的激光，基于该激光的返回光束生成重放信号，并向调制解调电路44提供该重放信号。
另外，光学拾波器41还连接伺服控制电路43。在记录及重放信息信号时， 由受到驱动转动的光记录媒体30反射的返回光束生成聚焦信号以及光轨伺服信号，该光轨伺服信号并被提供给伺服控制电路43。
调制解调电路44连接系统控制器47以及外部电路45。对光记录媒体30中进行记录时，该调制解调电路44在系统控制器47的控制下，从外部电路45接受需要记录到光记录媒体中的信号，并对该信号进行预定的调制处理，而后向光学拾波器41提供调制后的信号。
在重放光记录媒体30中的信息信号时，调制解调电路44在系统控制器47的控制下，从光学拾波器41接受光记录媒体30的重放信号，并对该重放信号进行预定的解调处理，而后向外部电路45输出解调后的信号。
送入马达42在进行信息信号的记录以及重放时，将光学拾波器41移动到光记录媒体30径向预定位置，并接受基于伺服控制电路43控制信号的驱动。即，该送入马达42连接伺服控制电路43并受到伺服控制电路43的控制。
伺服控制电路43在系统控制器47的控制下，控制送入马达42将光学拾波器41移动到光记录媒体30径向预定位置。伺服控制电路43还连接主轴马达48，并在系统控制器47的控制下，控制主轴马达48的动作。即，在记录以及重放光记录媒体30中的信息信号时，伺服控制电路43控制主轴马达48驱动光记录媒体30以预定速度转动。
利用上述结构，可在光轨间隔不同的多种光记录媒体的记录以及重放中改善伴随物镜变位而发生的光轨误差信息振幅劣化以及残留偏置光轨量，并检测到改善后的光轨误差信号，以进行具备优异的通用性和可靠性的信息记录以及重放。
本发明所涉及的光学拾波器以及利用该光学拾波器的光信息处理装置可在光轨间隔不同的多种光记录媒体的记录以及重放中，改善伴随物镜变位而发生的光轨误差信息振幅劣化以及残留偏置光轨量，并检测到改善后的光轨误差信号，以进行具备优异的通用性和可靠性的信息记录以及重放，并在光轨间隔不同的多个光记录媒体中进行记录以及重放时，获得合适的光轨误差信息，在产业上具有实用性。

Claims (5)

1.光学拾波器，用于光轨间隔不同的第一光记录媒体和第二光记录媒体的信息记录或信息重放，其包括：
光源；
第一聚光装置，用于在所述第一光记录媒体的记录面上进行聚光；
第二聚光装置，用于在所述第二光记录媒体的记录面上进行聚光；
受光装置，用于接受所述第一光记录媒体和第二光记录媒体的反射光；
偏振光选择型光分歧装置，设于所述光源与所述第一聚光装置以及第二聚光装置之间，根据入射光的偏振方向，对所述第一聚光装置和第二聚光装置的光路分别进行分歧；
偏振光转换装置，设于光源与所述偏振光选择型光分歧装置之间，对应光记录媒体，对所述光源发射光束的偏振方向转换；以及，
第一衍射元件，设于所述偏振光选择型光分歧装置与所述偏振光转换装置之间，衍射其偏振方向垂直于所述光源发射光偏振方向的光束；和，
第二衍射元件，设于所述偏振光选择型光分歧装置与所述偏振光转换装置之间，衍射其偏振方向与所述光源发射光偏振方向相同的光束，
其特征在于，
所述第一衍射元件构成为，具有周期为所述光源发射光波长以上的主周期结构，该主周期结构的每个周期内包括两个不同类型的副波长凹凸结构，该两个副波长凹凸结构相互垂直邻接，而且具有小于所述光源发射光波长的周期，通过设定所述两个副波长凹凸结构的感度因子，使得该两个副波长凹凸结构在所述光源发射光的偏振方向上的有效折射率差在0.05以下；
所述第二衍射元件构成为，具有周期为所述光源发射光波长以上的主周期结构，该主周期结构的每个周期内包括两个不同类型的副波长凹凸结构，该两个副波长凹凸结构相互垂直邻接，而且具有小于所述光源发射光波长的周期，通过设定所述两个副波长凹凸结构的感度因子，使得该两个副波长凹凸结构在与所述光源发射光的偏振方向相垂直的偏振方向上的有效折射率差在0.05以下。 
2.光学拾波器，用于光轨间隔不同的第一光记录媒体和第二光记录媒体的信息记录或信息重放，其包括：
光源；
第一聚光装置，用于在所述第一光记录媒体的记录面上进行聚光；
第二聚光装置，用于在所述第二光记录媒体的记录面上进行聚光；
受光装置，用于接受所述第一光记录媒体和第二光记录媒体的反射光；
偏振光选择型光分歧装置，设于所述光源与所述第一聚光装置以及第二聚光装置之间，根据入射光的偏振方向，对所述第一聚光装置和第二聚光装置的光路分别进行分歧；
偏振光转换装置，设于光源与所述偏振光选择型光分歧装置之间，对应光记录媒体，转换所述光源发射光束的偏振方向；以及，
衍射元件，设于所述偏振光选择型光分歧装置与所述偏振光转换装置之间，其中包括：
第一区域，用于衍射其偏振方向垂直于所述光源发射光偏振方向的光束；和，
第二区域，用于衍射其偏振方向与所述光源发射光偏振方向相同的光束，
其特征在于，
所述第一区域构成为，具有周期为所述光源发射光波长以上的主周期结构，该主周期结构的每个周期中包括两个不同类型的副波长凹凸结构，该两个副波长凹凸结构相互垂直邻接，而且具有小于所述光源发射光波长的周期，通过设定所述两个副波长凹凸结构的感度因子，使得该两个副波长凹凸结构在所述光源发射光的偏振方向上的有效折射率差在0.05以下；
所述第二区域构成为，具有周期为所述光源发射光波长以上的主周期结构，该主周期结构的每个周期中包括两个不同类型的副波长凹凸结构，该两个副波长凹凸结构相互垂直邻接，而且具有小于所述光源发射光波长的周期，通过设定所述两个副波长凹凸结构的感度因子，使得该两个副波长凹凸结构在与所述光源的发射光偏振方向相垂直的偏振方向上的有效折射率差在0.05以下。 
3.光学拾波器，用于光轨间隔不同的第一光记录媒体和第二光记录媒体的信息记录或信息重放，其包括：
光源；
第一聚光装置，用于在所述第一光记录媒体的记录面上进行聚光；
第二聚光装置，用于在所述第二光记录媒体的记录面上进行聚光；
受光装置，用于接受所述第一光记录媒体和第二光记录媒体的反射光；
偏振光选择型光分歧装置，设于所述光源与所述第一聚光装置以及第二聚光装置之间，根据入射光的偏振方向，对所述第一聚光装置和第二聚光装置的光路分别进行分歧；以及，
第一衍射元件，设于所述偏振光选择型光分歧装置与所述光源之间，用于衍射其偏振方向与所述光源发射光偏振方向形成-45°的光束；和，
第二衍射元件，设于所述偏振光选择型光分歧装置与所述光源之间，用于衍射其偏振方向与所述光源发射光偏振方向形成+45°的光束，
其特征在于，
所述光源被设为，其发射光偏振方向与所述偏振光选择型光分歧装置的偏振光选择方向形成+45°；
所述第一衍射元件构成为，具有周期为所述光源发射光波长以上的主周期结构，并在该主周期结构的每个周期内包括两个不同类型的副波长凹凸结构，该两个副波长凹凸结构相互垂直邻接，而且具有小于所述光源发射光波长的周期，通过设定所述两个副波长凹凸结构的感度因子，使得该两个副波长凹凸结构在与所述光源发射光偏振方向形成+45°的偏振方向上的有效折射率差在0.05以下；
所述第二衍射元件的结构为，具有周期为所述光源发射光波长以上的主周期结构，该主周期结构的每个周期内包括两个不同类型的副波长凹凸结构，该两个副波长凹凸结构相互垂直邻接，而且具有小于所述光源发射光波长的周期，通过设定所述两个副波长凹凸结构的感度因子，使得该两个副波长凹凸结构在与所述光源发射光偏振方向形成-45°的偏振方向上的有效折射率差在0.05以下。
4.光学拾波器，用于光轨间隔不同的第一光记录媒体和第二光记录媒 体的信息记录或信息重放，其包括：
光源；
第一聚光装置，用于在所述第一光记录媒体的记录面上进行聚光；
第二聚光装置，用于在所述第二光记录媒体的记录面上进行聚光；
受光装置，用于接受所述第一光记录媒体和第二光记录媒体的反射光；
偏振光选择型光分歧装置，设于所述光源与所述第一聚光装置以及第二聚光装置之间，根据入射光的偏振方向，对所述第一聚光装置和第二聚光装置的光路分别进行分歧；
偏振光转换装置，设于光源与所述偏振光选择型光分歧装置之间，对应光记录媒体，转换所述光源的发射光束的偏振方向；以及，
衍射元件，设于所述偏振光选择型光分歧装置与所述光源之间，其中包括：
第一区域，用于衍射其偏振方向与所述光源发射光偏振方向成-45°的光束；和，
第二区域，用于衍射其偏振方向为与所述光源发射光偏振方向成+45°的光束，
其特征在于，
所述光源被设为，其发射光偏振方向与所述偏振光选择型光分歧装置的偏振光选择方向形成+45°；
所述第一区域构成为，具有周期为所述光源发射光波长以上的主周期结构，该主周期结构的每个周期中包括两个不同类型的副波长凹凸结构，该两个副波长凹凸结构相互垂直邻接，而且具有小于所述光源发射光波长的周期，通过设定所述两个副波长凹凸结构的感度因子，使得该两个副波长凹凸结构在所述光源发射光偏振方向成+45°的偏振方向上的有效折射率差在0.05以下；
所述第二区域构成为，具有周期为所述光源发射光波长以上的主周期结构，该主周期结构的每个周期中包括两个不同类型的副波长凹凸结构，该两个副波长凹凸结构相互垂直邻接，而且具有小于所述光源发射光波长的周期，通过设定所述两个副波长凹凸结构的感度因子，使得该两个副波长凹凸 结构在与所述光源发射光偏振方向成-45°的偏振方向上的有效折射率差在0.05以下。
5.光学信息处理装置，用于光轨间隔不同的第一光记录媒体和第二光记录媒体的信息记录或信息重放，其特征在于，具备权利要求1至4中任意一项所述的光学拾波器。 
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