CN1176461C - 光学构件和使用该光学构件的光拾波器 - Google Patents

光学构件和使用该光学构件的光拾波器 Download PDF

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Abstract

一种光学构件，在衍射光栅1a、1b中，在其表面上分别交互形成凸部1a1、1b1和凹部1a2、1b2，使形成的凸部1a1、1b1的宽度尺寸与凹部1a2、1b2的宽度尺寸不同。把凸部宽度/(凸部宽度+凹部宽度)作为DUTY比，进行改变该DUTY比的设计，据此，就能进行改变激光的0次衍射光和1次衍射光的效率的设计。

Description

光学构件和使用该光学构件的光拾波器
技术领域
本发明涉及一种搭载在能发出2个波长的激光的圆盘装置上的光学构件，特别是涉及一种能按照激光的波长来独立地进行衍射的光学构件。
背景技术
在光盘装置中，有的搭载有对应CD(Compact Disk)类的光盘和DVD(Digital Versatile Disk)类的光盘的再现的光拾波器。DVD能进行比CD高的高密度记录，为了形成较高的盘记录密度等，盘内的结构不同。因此，在CD和DVD兼用的光盘装置中，搭载有波长不同的激光源，CD使用约780nm(λ1)的激光，而DVD使用波长更短的约650nm(λ2)的激光。
例如，作为所述那样的光盘装置，有的分别设置了CD用激光源和DVD用激光源。从CD用激光源发出的波长为λ1的激光被导向2焦点的物镜，用光电二极管检测在盘上反射的返回光。另外，从DVD用激光源发出的波长为λ2的激光被导向2焦点的物镜，用与以上所述相同的光电二极管来检测在盘上反射的返回光。
作为在所述光盘装置的CD用检测方法，适合使用把激光分为一条主光束和两条副光束后进行检测的三光束法，作为DVD用检测方法，适合使用只用一束光进行检测的DPD法(Differential Phase Detection；相位差法)。
另外，作为DVD使用的能重写的DVD-RAM(DVD-Random AccessMemory)中，无法采用能用一束光检测的所述DPD法。在此，代替所述DPD法，采用了Differential Push Pull(DPP)法。在该DPP法中，与CD的情况相同，有必要把DVD的激光变换为三束光。
为了降低光盘装置的成本，把CD用激光源和DVD用激光源设置在同一框体(管)内，进行了一体化的光盘装置已经被产品化。在这种情况下，就需要用于把各激光变为三束光的衍射光栅(光学构件)。
作为这样的衍射光栅，在激光的一方的面(入射一侧)设置了把λ1的激光变为三束光的第一衍射光栅，在另一面(出射一侧)设置了把λ2的激光变为三束光的第二衍射光栅。在这种情况下，有必要在用第一衍射光栅把波长λ1的激光变为三束光的同时，使波长λ2的激光保持一束光的状态进行透射，另外，在用第二衍射光栅，使波长λ1的激光透射的同时，有必要把波长λ2的激光变换为三束光。
但是，在所述以往的衍射光栅中，如果把衍射光栅设计为：当λ2的激光通过第一衍射光栅时，使它保持一束光的状态进行透射，则波长λ1的激光入射该第一衍射光栅时的0次衍射光(主光束)的效率下降，并且1次衍射光(副光束)的效率大大超过需要。
另外，如果把衍射光栅设计为：当λ1的激光通过第二衍射光栅时，不进行衍射，而是使它保持一束光的状态进行透射，则当波长λ2的激光入射该第二衍射光栅时，λ2的激光的0次衍射光的效率下降，并且1次衍射光的效率变得过大。
下面，参照图8的线图就该点加以详细说明。但是，图8所示的效率表示入射的激光为1时，通过后的0次衍射光的比率。另外，周期(p)表示从衍射光栅的凸部到相邻的凸部的距离，在图8中，周期(p)为20μm，折射率(n)为1.5。
如图8所示，为了在第一衍射光栅不输出λ2的1次衍射光，有必要设计为：使图8的Q1点表示的光栅深度在1.3附近，但是此时，λ1的激光通过时的0次衍射光的效率下降到60％左右，并且1次衍射光的效率比需要高出10％左右。为了在第二衍射光栅不输出λ1的1次衍射光，有必要设计为：使图8的Q2点表示的光栅深度在1.6左右，但是此时，λ2的激光通过时的0次衍射光的效率下降到60％以下，并且1次衍射光的效率比需要高出很多，高出10％以上。如果0次衍射光的效率低，则信号光的S/N比就变差。另外，在跟踪伺服系统中使用在第一衍射光栅的λ1的1次衍射光时，如果在第二衍射光栅产生副光束(1次衍射光)，则在跟踪信号中就产生偏移。同样，对于λ2，如果在跟踪伺服系统中使用第二衍射光栅的1次衍射光，在这种情况下，如果在第一衍射光栅产生λ2的副光束(1次衍射光)，则在跟踪信号中就产生偏移。
图9是把折射率n＝1.54时，图8的范围S部分放大后的线图，图9的×标记是λ1的1次衍射光的效率除以λ1的0次衍射光的效率得到的比率。另外，在这种情况下，一般把用所述×标记表示的比率设置为：在再现用CD的情况下为10％以上15％以下。
图10是折射率n＝1.54时的图8的范围S部分的放大图，表示了波长λ2的1次衍射光的光栅深度与效率之间的关系。但是，纵轴的效率是用指数表示的。
如图10所示，为了在第一衍射光栅不输出λ2的1次衍射光，作为最适合的光栅深度是图10的T所表示的范围，但这样就被限制在T所表示的狭窄范围中了，尽管能把(1次衍射光的效率)/(0次衍射光的效率)设计为在10％以上15％以下的范围内，但是无法进行改变1次衍射光的效率的设计，从而限制了设计的自由度。
发明内容
鉴于以上所述问题的存在，本发明的目的在于：提供一种能对双方的波长的激光进行最适合的设计，并能进行使1次衍射光的效率改变的设计的光学构件。
另外，本发明的目的还在于：提供一种能简化结构、降低成本的光拾波器。
为了实现以上所述目的，本发明的光学构件在第一波长λ1和第二波长λ2的激光入射的透明构件的一侧的面上，设置有在使所述第一波长λ1的激光衍射的同时，使所述第二波长λ2的激光不衍射的第一衍射光栅，在另一侧的面上设置有在使所述第二波长λ2的激光衍射的同时，使所述第一波长λ1的激光不衍射的第二衍射光栅；
其特征在于：
使所述第一衍射光栅的深度设计得在所述第二波长λ2的激光不发生衍射的同时，所述第一衍射光栅的凸部的宽度尺寸和凹部的宽度尺寸使衍射的所述第一波长λ1的激光的0次衍射光与1次衍射光的效率比在给定的范围内；
使所述第二衍射光栅的深度设计得在所述第一波长λ1的激光不发生衍射的同时，所述第二衍射光栅的凸部的宽度尺寸和凹部的宽度尺寸使衍射的所述第二波长λ2的激光的0次衍射光与1次衍射光的效率比在给定的范围内。
因为所述本发明能使2个波长的激光分别独立地进行衍射，并且能使0次衍射光和1次衍射光的比率有一定范围，所以能扩大设计的自由度。其结果是：能提高轨道误差的检测精度。
例如，能采用这样的结构：把1次衍射光的光量相对于所述第一波长或所述第二波长的0次衍射光的光量的比率(1次衍射光/0次衍射光)设置在5％以上15％以下。例如，在作为再现用CD使用的情况下，最好在10％以上15％以下的范围内使用。另外，在作为记录用CD使用的情况下，最好在5％以上15％以下的范围内使用，而且，如果在5％以上10％以下的范围内使用则更好。
另外，通过使所述凸部比所述凹部的宽度宽，在模成形时，能容易地从模一侧的凹部中拔出，使模成形变得容易。
另外，进行构成时，能使所述第一波长λ1大约为780nm，所述第二波长λ2大约为650nm。因此，能对应CD和DVD双方的情况。
另外，最好在所述第一衍射光栅和第二衍射光栅中的至少一方的表面上，形成比所述第一和第二波长的激光的波长小的周期的微小衍射光栅。通过设置这样的微小衍射光栅，就能起到与高价的防止反射膜同等的防止反射的效果，从而能降低光的反射损失。
本发明的光拾波器其特征在于：设置有包含所述光学构件、向所述光学构件发射不同波长的激光的发光元件、物镜和接收反射到记录媒体上的返回光的受光部的光学系统。采用这样的结构，因为用一个光学构件就能分别使2个波长的激光分别独立地进行衍射，所以能减少零部件的数量，从而能简化结构、降低成本。
附图说明
下面简要说明附图。
图1是表示搭载了本发明的光学构件的光拾波器装置的概要图。
图2是表示光学构件的形状的部分省略俯视图。
图3是表示785nm的1次衍射光和0次衍射光的比率与DUTY比的关系的线图。
图4是表示图3所示情况下的658nm的1次衍射光和最适合的光栅深度的线图。
图5是表示658nm的1次衍射光和0次衍射光的比率与DUTY比的关系的线图。
图6是表示图5所示情况下的658nm的1次衍射光和最适合的光栅深度的线图。
图7是表示本发明的光学构件的变形例的部分放大俯视图。
图8是表示光栅深度和各衍射光的效率的关系的线图。
图9是把图8的一部分放大后的线图。
图10是表示658nm的1次衍射光相对于光栅深度的效率变化的线图。
下面简要说明附图符号。
1-光学构件；1a-第一衍射光栅；1b-第二衍射光栅；2-光源；2a、2b-发光元件；4-视准透镜；5-物镜；6-受光部；10-光拾波器；11、12-微小衍射光栅。
具体实施方式
图1是本发明的光拾波器一个例子的概要图，图2是表示光学构件的形状的部分省略俯视图，图3是表示785nm的1次衍射光和0次衍射光的比率与DUTY比的关系的线图，图4是表示图3所示情况下的658nm的1次衍射光和最适合的光栅深度的线图，图5是表示658nm的1次衍射光和0次衍射光的比率与DUTY比的关系的线图，图6是表示图5所示情况下的658nm的1次衍射光和最适合的光栅深度的线图。并且，DUTY比表示凸部宽度相对于光栅的宽度(凹部加上凸部的宽度)的比。
下面，就本发明的光学构件1和搭载了该光学构件1的光拾波器10加以说明。另外，所述光拾波器10搭载在例如象读取专用CD(CD-ROM)和能重写DVD(DVD-RAM)那样双方都由三光束法进行检测的光盘装置上。
在图1所示的光拾波器10中，发出作为CD用的波长λ1约780nm的激光的发光元件2a和发出作为DVD用的波长λ2约650nm的激光的发光元件2b以微小的间隔分开，设置在单一框体内，构成光源(发光部)2。
在所述光拾波器10中，作为光学系统，光学构件1配置在所述光源2的发光一侧的前方，其他分光镜3、视准透镜4、物镜5以及受光部6配置在给定的位置上。
从所述光源2的发光元件2a、2b的一方发出的激光通过所述光学构件1，在分光镜3向盘D一侧反射后，由视准透镜4调整为平行光，通过物镜5，在盘D的表面形成激光的光点。然后，在盘D反射后返回的返回光通过物镜5和视准透镜4，直线前进，通过分光镜3，被导向受光部6的感光元件。
所述受光部6的感光元件由针状光电二极管形成，按照由该元件检测的信号，能把物镜5向沿着盘面的跟踪方向修正，另外能向与盘面正交的聚焦方向修正。
另外，图中虽然未显示，但在所述光拾波器10中设置了使所述物镜5自由微动的物镜支架，设置了略微驱动该物镜支架的驱动部件。根据基于所述驱动部件的动力，能驱动物镜5向跟踪方向和聚焦方向进行微小移动。
所述光学构件1是由合成树脂或这些的复合材料构成的光透射性的透明构件，是使用金属模成形的。在光学构件1中，从所述光源2发出的激光的入射面一侧，形成把CD用785nm(λ1)波长的激光衍射为三束光的第一衍射光栅1a，在所述光学构件1的射出面一侧形成把DVD用658nm(λ2)波长的激光衍射为三束光的第二衍射光栅1b。可以一体形成第一衍射光栅1a和第二衍射光栅1b，也可以先分别形成各衍射光栅1a、1b，然后用透明树脂制的粘合剂等进行固定。
如图2所示，在所述光学构件1上形成的第一衍射光栅1a是交错反复形成凸部1a1和凹部1a2的凹凸形状。另外，衍射光栅1a的各凸部1a1的宽度尺寸W1都是同一尺寸，各凹部1a2的宽度尺寸W2也都是同一尺寸。另外，在所述光学构件1上形成的第二衍射光栅1b是交错反复形成凸部1b1和凹部1b2的凹凸形状，衍射光栅1b的各凸部1b1的宽度尺寸W3都是同一尺寸，各凹部1b2的宽度尺寸W4也都是同一尺寸。但是，W1≠W2，W3≠W4。另外，凸部1a1、1b1和凹部1a2、1b2的宽度尺寸中，最好凸部比凹部宽，因此，容易形成金属模一侧的凹部，另外成形时的拔模变得良好。
如图3所示，在所述衍射光栅1a中，如果用DUTY比(凸部宽度(W1)/1周期宽度(W1+W2))表示凸部1a1的宽度尺寸和凹部1a2的宽度尺寸比率，当使该DUTY比变化时，如果用使658nm的1次衍射光变得最小的光栅深度的条件计算该DUTY比，则用○标记表示785nm(λ1)的0次衍射光的变化，用◇标记表示785nm的1次衍射光的变化。并且，图3所示的衍射光栅1a在周期(p)为30μm、折射率为1.54的情况下，与图8至图10所示的衍射光栅中设置的周期(p＝20μm)不同，但是周期为20μm的衍射光栅与周期为30μm的衍射光栅只是有若干的峰值不同，能得到几乎相同的波形。
另外，如图3所示，如果由785nm的0次衍射光和785nm的1次衍射光表示对于785nm的1次衍射光与0次衍射光的比率(1次衍射光/0次衍射光)，成为用图中的×标记表示的波形。另外，此时的λ2的1次衍射光的效率成为用图4的◆表示的波形。但是，图4的纵轴的效率用指数表示。
在图3和图4中，通过使DUTY比在约0.35至0.65的范围内变动，能使λ1(785nm)的0次衍射光和1次衍射光的比率在从10％到15％的范围内变动。并且，在该范围中能把λ2(658nm)的1次衍射光的效率抑制到充分低的程度。
因此，在用波长为785nm的激光进行再现处理的光盘装置中，如果使DUTY比在约0.35至0.65的范围内变动，能使1次衍射光/0次衍射光在10％以上15％以下的范围内变动，因此能进行变更785nm的激光的1次衍射光效率的设计。
另外，在使用了波长为785nm的激光的能写入的光盘装置中，通过使DUTY比在约0.22至0.35以及0.65至0.77的范围中变动，能使1次衍射光/0次衍射光在5％以上10％以下的范围内变动，因此能进行降低785nm的激光的1次衍射光效率的设计。但是，在这种情况下，也可以把1次衍射光/0次衍射光设置为5％以上至15％以下。
另外，图4的□标记表示使DUTY比变化时的衍射光栅1a的光栅深度的最适合值。
这样，通过进行改变第一衍射光栅1a的凹部1a2和凸部1a1的宽度尺寸的设计，能使波长785nm(λ1)的激光在入射时，能衍射为三束光，能使波长658nm(λ2)的激光在入射时不衍射为三束光，而是保持一束光进行透射。
另一方面，在图5中，使在所述衍射光栅1b的DUTY比(W3/(W3+W4))变化时，如果用785nm的1次衍射光变得最小的光栅深度的条件计算，则用●标记表示658nm的0次衍射光的变化，用◆标记表示658nm的1次衍射光的变化。并且，把衍射光栅1b设定为与所述衍射光栅1a具有相同的周期(p)和折射率，但是，在实际使用时，周期也可以不同。
如果从图5所示的658nm(λ2)的0次衍射光和1次衍射光表示对于658nm的1次衍射光与0次衍射光的比率(1次衍射光/0次衍射光)，就成为用图5中的×标记表示的波形。另外，此时的λ1的1次衍射光的效率成为用图6的◇表示的波形。但是，图6的纵轴的效率用指数表示。
在图5和图6中，通过使DUTY比在约0.25至0.33和约0.65至0.72的范围内变动，能使λ2(658nm)的0次衍射光和1次衍射光的比率在从10％到15％的范围内变动。并且，在该范围中能把λ1(785nm)的1次衍射光的效率抑制到充分低的程度(参照图6)。
因此，在用波长为658nm的激光进行再现处理的光盘装置中，通过进行变更DUTY比的设计，能进行调节658nm的激光的1次衍射光效率的设计。
另外，在使用了波长为658nm的激光的能重写的光盘装置中，通过使DUTY比在约0.17至0.25和约0.72至0.8的范围内变动，能把1次衍射光/0次衍射光在5％以上10％以下的范围内变动，因此能进行降低658nm的激光的1次衍射光效率的设计。但是，也可以不是5％以上10％以下，而是设置为5％以上15％以下。
另外，图6所示的□标记表示使DUTY比变化时的衍射光栅1b的光栅深度的最适合值。
这样，通过进行改变第一衍射光栅1b和1a的凹部和凸部的宽度尺寸的设计，能使波长658nm的激光在入射时，能在衍射光栅1b衍射为三束光，在衍射光栅1a不衍射，保持三束出射，能使波长785nm的激光在入射时在衍射光栅1a衍射为三束光，在衍射光栅1b不衍射，保持三束光出射。通过进行改变DUTY比的设计，就能进行改变激光的0次衍射光和1次衍射光的效率的设计。
图7是表示本把所述光学构件1变形后的光学构件1A的部分放大俯视图。
在该光学构件1A中，在凸部1a1、凹部1a2的表面上分别设置了微小衍射光栅11、12。该微小衍射光栅11形成锯齿状的凹凸，如果从所述微小衍射光栅11的凸部到相邻的凸部为一个周期，该一个周期最好比激光的波长(λ1、λ2)短。这样，通过与衍射光栅1a的凸部1a1和凹部1a2重叠形成所述微小衍射光栅11、12，就能发挥防止反射的效果，从而能降低激光反射导致的损失。另外，所述微小衍射光栅11、12可以与所述衍射光栅1a一起设置在所述衍射光栅1b一侧，或者设置在衍射光栅1a、1b中的任何一方。
以上说明的本发明能使两个波长的激光分别独立衍射，并且能进行改变激光的0次衍射光和1次衍射光的比率的设计。其结果，缓和了设计上的制约，能提高在受光部的检测精度。
另外，通过使凸部比凹部宽，使模一侧的凹部容易形成，从而使模成形变得容易，能提高成形时的拔模。
另外，通过在衍射光栅的表面设置微小衍射光栅，能达到防止反射的效果。因此，不需要设置高价的防止反射膜，所以能降低成本。
因为本发明的光拾波器能减少零部件的数量，从而简化了结构，所以能降低成本。

Claims (7)

1.一种光学构件，在第一波长λ1和第二波长λ2的激光入射的透明构件的一侧的面上，设置有在使所述第一波长λ1的激光衍射的同时，不使所述第二波长λ2的激光衍射的第一衍射光栅，在另一侧的面上，设置有在使所述第二波长λ2的激光衍射的同时，不使所述第一波长λ1的激光衍射的第二衍射光栅；其特征在于：
使所述第一衍射光栅的深度设计得使所述第二波长λ2的激光不发生衍射的同时，所述第一衍射光栅的凸部的宽度尺寸和凹部的宽度尺寸使衍射的所述第一波长λ1的激光的0次衍射光与1次衍射光的效率比在给定的范围内；
使所述第二衍射光栅的深度设计得使所述第一波长λ1的激光不发生衍射的同时，所述第二衍射光栅的凸部的宽度尺寸和凹部的宽度尺寸使衍射的所述第二波长λ2的激光的0次衍射光与1次衍射光的效率比在给定的范围内。
2.根据权利要求1所述的光学构件，其特征在于：
1次衍射光的光量相对于所述第一波长λ1或所述第二波长λ2的0次衍射光的光量的比率即1次衍射光/0次衍射光是5％以上15％以下。
3.根据权利要求2所述的光学构件，其特征在于：
所述比率为5％以上10％以下。
4.根据权利要求2或3所述的光学构件，其特征在于：
所述凸部比所述凹部的宽度宽。
5.根据权利要求2或3所述的光学构件，其特征在于：
所述第一波长λ1约为780nm，所述第二波长λ2约为650nm。
6.根据权利要求2或3所述的光学构件，其特征在于：
在所述第一衍射光栅和第二衍射光栅中至少一方的表面上，形成有比所述第一波长和第二波长的激光的波长小的周期的微小衍射光栅。
7.一种光拾波器，其特征在于：
设置有包含权利要求2或3所述的光学构件、向所述光学构件发射不同波长的激光的光源、物镜和接收在记录媒体上反射的返回光的受光部的光学系统。
CNB021180016A 2001-04-18 2002-04-18 光学构件和使用该光学构件的光拾波器 Expired - Fee Related CN1176461C (zh)

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