CN1291397C - 光学头 - Google Patents

光学头 Download PDF

Info

Publication number
CN1291397C
CN1291397C CNB981187145A CN98118714A CN1291397C CN 1291397 C CN1291397 C CN 1291397C CN B981187145 A CNB981187145 A CN B981187145A CN 98118714 A CN98118714 A CN 98118714A CN 1291397 C CN1291397 C CN 1291397C
Authority
CN
China
Prior art keywords
mentioned
grating element
optical grating
light
optical
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
CNB981187145A
Other languages
English (en)
Other versions
CN1214503A (zh
Inventor
盐野照弘
细美哲雄
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Matsushita Electric Industrial Co Ltd filed Critical Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Publication of CN1214503A publication Critical patent/CN1214503A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN1291397C publication Critical patent/CN1291397C/zh
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G11—INFORMATION STORAGE
    • G11B—INFORMATION STORAGE BASED ON RELATIVE MOVEMENT BETWEEN RECORD CARRIER AND TRANSDUCER
    • G11B7/00—Recording or reproducing by optical means, e.g. recording using a thermal beam of optical radiation by modifying optical properties or the physical structure, reproducing using an optical beam at lower power by sensing optical properties; Record carriers therefor
    • G11B7/12—Heads, e.g. forming of the optical beam spot or modulation of the optical beam
    • G11B7/135—Means for guiding the beam from the source to the record carrier or from the record carrier to the detector
    • G11B7/1359—Single prisms
    • G—PHYSICS
    • G11—INFORMATION STORAGE
    • G11B—INFORMATION STORAGE BASED ON RELATIVE MOVEMENT BETWEEN RECORD CARRIER AND TRANSDUCER
    • G11B7/00—Recording or reproducing by optical means, e.g. recording using a thermal beam of optical radiation by modifying optical properties or the physical structure, reproducing using an optical beam at lower power by sensing optical properties; Record carriers therefor
    • G11B7/12—Heads, e.g. forming of the optical beam spot or modulation of the optical beam
    • G11B7/123—Integrated head arrangements, e.g. with source and detectors mounted on the same substrate
    • G—PHYSICS
    • G11—INFORMATION STORAGE
    • G11B—INFORMATION STORAGE BASED ON RELATIVE MOVEMENT BETWEEN RECORD CARRIER AND TRANSDUCER
    • G11B7/00—Recording or reproducing by optical means, e.g. recording using a thermal beam of optical radiation by modifying optical properties or the physical structure, reproducing using an optical beam at lower power by sensing optical properties; Record carriers therefor
    • G11B7/12—Heads, e.g. forming of the optical beam spot or modulation of the optical beam
    • G11B7/125—Optical beam sources therefor, e.g. laser control circuitry specially adapted for optical storage devices; Modulators, e.g. means for controlling the size or intensity of optical spots or optical traces
    • G11B7/127—Lasers; Multiple laser arrays
    • G11B7/1275—Two or more lasers having different wavelengths
    • G—PHYSICS
    • G11—INFORMATION STORAGE
    • G11B—INFORMATION STORAGE BASED ON RELATIVE MOVEMENT BETWEEN RECORD CARRIER AND TRANSDUCER
    • G11B7/00—Recording or reproducing by optical means, e.g. recording using a thermal beam of optical radiation by modifying optical properties or the physical structure, reproducing using an optical beam at lower power by sensing optical properties; Record carriers therefor
    • G11B7/12—Heads, e.g. forming of the optical beam spot or modulation of the optical beam
    • G11B7/135—Means for guiding the beam from the source to the record carrier or from the record carrier to the detector
    • G11B7/1353—Diffractive elements, e.g. holograms or gratings
    • G—PHYSICS
    • G11—INFORMATION STORAGE
    • G11B—INFORMATION STORAGE BASED ON RELATIVE MOVEMENT BETWEEN RECORD CARRIER AND TRANSDUCER
    • G11B7/00—Recording or reproducing by optical means, e.g. recording using a thermal beam of optical radiation by modifying optical properties or the physical structure, reproducing using an optical beam at lower power by sensing optical properties; Record carriers therefor
    • G11B7/12—Heads, e.g. forming of the optical beam spot or modulation of the optical beam
    • G11B7/135—Means for guiding the beam from the source to the record carrier or from the record carrier to the detector
    • G11B7/1356—Double or multiple prisms, i.e. having two or more prisms in cooperation
    • G—PHYSICS
    • G11—INFORMATION STORAGE
    • G11B—INFORMATION STORAGE BASED ON RELATIVE MOVEMENT BETWEEN RECORD CARRIER AND TRANSDUCER
    • G11B7/00—Recording or reproducing by optical means, e.g. recording using a thermal beam of optical radiation by modifying optical properties or the physical structure, reproducing using an optical beam at lower power by sensing optical properties; Record carriers therefor
    • G11B7/12—Heads, e.g. forming of the optical beam spot or modulation of the optical beam
    • G11B7/135—Means for guiding the beam from the source to the record carrier or from the record carrier to the detector
    • G11B7/1362—Mirrors
    • G—PHYSICS
    • G11—INFORMATION STORAGE
    • G11B—INFORMATION STORAGE BASED ON RELATIVE MOVEMENT BETWEEN RECORD CARRIER AND TRANSDUCER
    • G11B7/00—Recording or reproducing by optical means, e.g. recording using a thermal beam of optical radiation by modifying optical properties or the physical structure, reproducing using an optical beam at lower power by sensing optical properties; Record carriers therefor
    • G11B7/12—Heads, e.g. forming of the optical beam spot or modulation of the optical beam
    • G11B7/135—Means for guiding the beam from the source to the record carrier or from the record carrier to the detector
    • G11B7/1365—Separate or integrated refractive elements, e.g. wave plates
    • G—PHYSICS
    • G11—INFORMATION STORAGE
    • G11B—INFORMATION STORAGE BASED ON RELATIVE MOVEMENT BETWEEN RECORD CARRIER AND TRANSDUCER
    • G11B7/00—Recording or reproducing by optical means, e.g. recording using a thermal beam of optical radiation by modifying optical properties or the physical structure, reproducing using an optical beam at lower power by sensing optical properties; Record carriers therefor
    • G11B7/12—Heads, e.g. forming of the optical beam spot or modulation of the optical beam
    • G11B7/135—Means for guiding the beam from the source to the record carrier or from the record carrier to the detector
    • G11B7/1372—Lenses
    • G11B7/1374—Objective lenses
    • G—PHYSICS
    • G11—INFORMATION STORAGE
    • G11B—INFORMATION STORAGE BASED ON RELATIVE MOVEMENT BETWEEN RECORD CARRIER AND TRANSDUCER
    • G11B7/00—Recording or reproducing by optical means, e.g. recording using a thermal beam of optical radiation by modifying optical properties or the physical structure, reproducing using an optical beam at lower power by sensing optical properties; Record carriers therefor
    • G11B2007/0003—Recording, reproducing or erasing systems characterised by the structure or type of the carrier
    • G11B2007/0006—Recording, reproducing or erasing systems characterised by the structure or type of the carrier adapted for scanning different types of carrier, e.g. CD & DVD

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Optical Head (AREA)
  • Diffracting Gratings Or Hologram Optical Elements (AREA)

Abstract

提供一种可以薄型化的光学记录装置的光学头。在从光源(1)到光盘(11)的光路中配置有光路变换装置(14)、第1光栅元件(5)及第2光栅元件(6)。来自光源(1)的出射光(2)通过准直透镜(3)后入射到光路变换装置(14)，在该处全反射后入射到第1光栅元件(5)。衍射光入射到第2光栅元件(6)，并由物镜将衍射光会聚在记录媒体上。来自第1光栅元件(5)的衍射光与来自第2光栅元件(6)的衍射光，在使波长变化彼此抵消的方向上产生。

Description

光学头
技术领域
本发明涉及光学记录再生装置的光学头，尤其是可以薄型化的光学头。
背景技术
光学头是用于读出压缩盘(CD)、DVD等光盘或光学卡片存储器等光学记录媒体的信号的重要构成部件。为从光学记录媒体取出信号，光学头不仅具有信号检出功能，而且必须备有聚焦伺服、跟踪伺服等控制机构。
在图24中，示出现有的典型光学头。如图24所示，从作为光源的半导体激光器1射出的激光2，由准直透镜3变成平行光，在通过由全息元件构成的聚焦/跟踪误差信号检测元件8后，由上倾反射镜20反射，使光轴折转90°而入射到物镜4。由物镜4会聚在光盘11上的激光2，被反射后其光路折返，并由物镜4变成平行光，经由上倾反射镜20反射后，入射到聚焦/跟踪误差信号检测元件8。入射到聚焦/跟踪误差信号检测元件8的激光2，在该处被分成两路，并会聚在光检测器13a、13b上。由此，即可读出再生信号、及作为伺服信号的聚焦误差信号和跟踪误差信号。
如图24所示，光学头的高度，由WD(作用距离)、物镜4的厚度、从物镜4的下部到上倾反射镜20的上部的间隔、上倾反射镜20的高度1z的合计值表示。另外，光学头的高度方向是图中的Z轴方向。
当想要使光学头薄型化时，WD、物镜厚度和间隔的最小合计值，基本上由光盘11的类型决定。例如，在DVD的情况下，即使可将WD、物镜厚度和间隔分别按最小值估计为1.1mm，但上倾反射镜20的高度1z必须大于光束直径w1，例如必须为3mm。因此，在这种情况下，光学头的高度，即使按最小值估计也至少为6.3mm，所以，进一步的薄型化是很困难的。
发明内容
本发明是为解决现有技术的上述课题而开发的，其目的是提供一种可以薄型化的光学头。
为达到上述目的，本发明的光学头的第1结构的特征在于，备有：按顺序配置在从光源到物镜的光路中的第1和第2光栅元件、及配置在上述光源与上述第1光栅元件的光路间的光路变换装置，其特征在于：光路变换装置使来自上述光源的出射光通过上述光路变换装置入射到上述第1光栅元件，来自上述第1光栅元件的衍射光入射到第2光栅元件，来自上述第2光栅元件的衍射光入射到物镜并会聚在记录媒体上，第1光栅元件是反射型元件，光路变换装置是具有第1面的第1透明基体，上述第1光栅元件和上述光路变换装置被配置成使来自光源的出射光的光轴与上述第1面的法线所成的角度为临界角以上的角度，且上述第1面的法线与从上述第1光栅元件到第2光栅元件的衍射光的光轴所成的角度在临界角以下，来自上述光源的出射光，由上述第1面反射后入射到上述第1光栅元件，来自上述第1光栅元件的反射衍射光，透过上述第1面后入射到上述第2光栅元件。
本发明的另一种光学头，备有：按顺序配置在从光源到物镜的光路中的第1和第2光栅元件、及配置在上述光源与上述第1光栅元件的光路间的光路变换装置，其特征在于：光路变换装置使来自上述光源的出射光通过上述光路变换装置入射到上述第1光栅元件，来自上述第1光栅元件的衍射光入射到第2光栅元件，来自上述第2光栅元件的衍射光入射到物镜并会聚在记录媒体上，以从光路变换装置到第1光栅元件的与上述第1光栅元件对应的法线为基准的第1入射角，大于以与上述第1光栅元件对应的法线为基准的来自上述第1光栅元件的衍射光的出射角，且以从上述第1光栅元件到第2光栅元件的与上述第2光栅元件对应的法线为基准的第2入射角，大于以与上述第2光栅元件对应的法线为基准的来自上述第2光栅元件的衍射光的出射角。
另外，在上述本发明的光学头的第1结构中，光路变换装置，最好是，配置在光源与上述第1光栅元件的光路间，使来自上述光源的出射光通过上述光路变换装置入射到上述上述第1光栅元件，来自上述第1光栅元件的衍射光，入射到第2光栅元件，来自上述第2光栅元件的衍射光，入射到物镜并会聚在记录媒体上。按照这种最佳例，可以用第2光栅元件使光转向物镜侧，从而能实现薄型的光学头。
另外，在该情况下，最好是，第1光栅元件为反射型元件，光路变换装置是具有第1面的第1透明基体，上述第1光栅元件和上述光路变换装置被配置成使来自光源的出射光的光轴与上述第1面的法线所成的角度为临界角以上的角度，且上述第1面的法线与从上述第1光栅元件到第2光栅元件的衍射光的光轴所成的角度在临界角以下，来自上述光源的出射光，由上述第1面反射后入射到上述第1光栅元件，来自上述第1光栅元件的反射衍射光，透过上述第1面后入射到上述第2光栅元件。按照这种最佳例，由于可以使来自光源的出射光的光轴向记录媒体的方向偏移，所以能实现光学头的薄型化。此外，在该情况下，最好是，第1透明基体为具有斜面、底面和侧面的三角棱镜，上述斜面为第1面，将第1光栅元件设置于上述底面，并使来自光源的出射光从上述侧面入射到上述第1透明基体。进一步，在这种情况下，最好是，第2光栅元件为透射型元件，还备有在上表面形成上述第2光栅元件的第2透明基体，在第1透明基体的第1面上形成多层膜，并通过上述多层膜使上述第1透明基体与上述2透明基体一体化。此外，最好是，第2光栅元件为透射型元件，还备有在上表面形成上述第2光栅元件的第2透明基体，并使空气隙介于第1透明基体与上述第2透明基体之间。此外，最好是，第2光栅元件为透射型元件，还备有在上表面形成上述第2光栅元件的第2透明基体，上述第2透明基体是三角棱镜。另外，最好是，第2光栅元件为反射型元件，还备有在底面形成上述第2光栅元件的第2透明基体，在第1透明基体的第1面上形成多层膜，通过上述多层膜使上述第1透明基体与上述第2透明基体一体化，并将上述第1和第2光栅元件配置在同一面上。按照这种最佳例，能使第1和第2光栅元件的制造变得容易。
另外，在该情况下，最好是，以从光路变换装置到第1光栅元件的与上述第1光栅元件对应的法线为基准的第1入射角，大于以与上述第1光栅元件对应的法线为基准的来自上述第1光栅元件的衍射光的出射角，且以从上述第1光栅元件到第2光栅元件的与上述第2光栅元件对应的法线为基准的第2入射角，大于以与上述第2光栅元件对应的法线为基准的来自上述第2光栅元件的衍射光的出射角。按照这种最佳例，可以进行光束整形，并能提高光利用效率。进一步，在该情况下，来自第1和第2光栅元件的衍射光的出射角最好是大致为0°。按照这种最佳例，可以高效率地进行光束整形。此外，最好是，还备有第1透明基体、及在上表面或底面形成第2光栅元件的第2透明基体，通过上述第1光栅元件使上述第1透明基体与上述第2透明基体一体化。此外，第1和对第2入射角最好是45°～60°。按照这种最佳例，可以有效地进行光束的整形，并能提高光利用效率。
另外，在上述本发明的光学头的第1结构中，来自第1光栅元件的衍射光的光轴的波长变化导致的变化部分最好与来自第2光栅元件的衍射光的光轴变化部分至少部分地彼此抵消。按照这种最佳例，当采用半导体激光作为从光源发出的出射光时，即使出射光的波长随环境温度而变化，也能防止光轴的倾斜。
另外，在上述本发明的光学头的第1结构中，第1光栅元件和第2光栅元件，最好是具有相同周期的均匀周期直线光栅。按照这种最佳例，能够将波长变化的影响完全除掉。
另外，在上述本发明的光学头的第1结构中，第1光栅元件和第2光栅元件，最好是具有折射率周期分布结构的体积全息元件。如按照这种最佳例，则即使衍射角大时(例如，45°)，也能实现90％以上的高衍射效率。此外，在该情况下，入射到体积全息元件的光的偏振光，在射出路、返回路上最好都是S偏振光。按照这种最佳例，可以使体积全息元件的制造变得容易，同时能提高光利用效率。此外，在该情况下，最好还备有偏光性聚焦/跟踪误差信号检测元件，并将体积全息元件的折射率变化量振幅设定为使对应于S偏振光的1次衍射效率与对应于P偏振光的1次衍射效率之积为最大的值。按照这种最佳例，能使总的光利用效率提高。
另外，在上述本发明的光学头的第1结构中，最好还备有偏光性聚焦/跟踪误差信号检测元件、及设在从第2光栅元件到物镜的光路中的1/4波阻片。按照这种最佳例，通过使来自光源的出射光变为S偏振光，在射出路上，能使光几乎无损失地透过偏光性聚焦/跟踪误差信号检测元件。而且，通过往复经过1/4波阻片，在返回路上，可以使入射到聚焦/跟踪误差信号检测元件的光变成P偏振光，并能有效地在光检测器上进行衍射。
另外，在上述本发明的光学头的第1结构中，第1和第2光栅元件的衍射角，最好在45°以上。按照这种最佳例，可以使光学头超薄型化。
另外，在上述本发明的光学头的第1结构中，最好将第1和第2光栅元件设置在同一透明基体上。此外，在该情况下，最好将第1和第2光栅元件设置在同一透明基体的同一面上。进一步，在该情况下，最好将第1和第2光栅元件设置在同一透明基体的表面上。此外，最好是，将三角棱镜在底面与第1光栅元件相对的状态下配置在透明基体上，并将上述三角棱镜的斜面作为光路变换装置。另外，最好是，在透明基体的背面侧隔着空气层设置反射板，从上述透明基体到上述空气层的折射光，由上述反射板反射后入射到第2光栅元件。按照这种最佳例，可以使透过第1光栅元件后入射到透明基体内的激光在透明基体与空气层的边界上折射并由反射板反射后入射到第2光栅元件，所以，能将透明基体、空气层和反射板的总厚度设定为很小的值。其结果是，能够实现光学头的薄型化。
另外，在上述本发明的光学头的第1结构中，第2光栅元件最好是将平行光变成发散光、或将发散光变成平行光的光学元件。按照这种最佳例，当采用1个准直透镜及1个物镜构成2波长结构时，无论是对CD等保护层厚的光盘，还是对DVD等薄的光盘，都能够良好地将波长与其对应的光以无像差的方式会聚在凹坑面上。
另外，在上述本发明的光学头的第1结构中，第1和第2光栅元件，最好是分别由与不同波长对应的多层体积全息元件构成。按照这种最佳例，可以采用与不同波长对应的多种类型的光盘。此外，在该情况下，多层体积全息元件，其各层的厚度最好是对应地随波长而不同。按照这种最佳例，可以按照与其对应的光盘对各层的与波长对应的衍射效率容许误差进行最佳设定。进一步，在该情况下，多层体积全息元件，其各层的厚度最好与波长大致成比例。按照这种最佳例，可以使各层的与波长对应的衍射效率容许误差相等。此外，在该情况下，多层体积全息元件，最好是使其各层的折射率周期分布结构的条纹的倾斜角不同。按照这种最佳结构，可以减少与波长不对应的各层中不需要的衍射光的发生，所以能提高光利用效率。此外，在该情况下，多层体积全息元件，最好是使其各层的折射率周期分布结构的条纹的倾斜角相同。按照这种最佳结构，可以使从第1光栅元件到第2光栅元件的衍射光的各个波长的光轴倾斜度相同。此外，在该情况下，最好是，不同波长为2波长λ1、λ2，第1和第2光栅元件，分别由与上述2波长λ1、λ2对应的2层体积全息元件构成，上述2波长λ1、λ2，分别为0.60μm≤λ1≤0.68μm、0.76μm≤λ2≤0.87μm。按照这种最佳例，可以减少2层结构的第1和第2光栅元件的在其他波长上的不需要的衍射光，因而能良好地对例如DVD、CD-R及CD盘进行读出。此外，在该情况下，最好是，不同波长为3波长λ1、λ2、λ3，第1和第2光栅元件，分别由与上述3波长λ1、λ2、λ3对应的3层体积全息元件构成，上述3波长λ1、λ2、λ3，分别为0.38μm≤λ1≤0.52μm、0.60μm≤λ2≤0.68μm、0.76μm≤λ3≤0.87μm。按照这种最佳例，可以减少3层结构的第1和第2光栅元件的在其他波长上的不需要的衍射光，因而能良好地对例如10G字节以上的高密度盘、DVD、DVD-R、CD、CD-R等多种光盘进行读出。
另外，本发明的光学头的第2结构的特征在于，备有：沿第1方向发射光束的光源、使上述第1方向的光束向第2方向偏转的第1偏转装置、将由上述第1偏转装置偏转后的光束向第3方向偏转的第2偏转装置、及将由上述第2偏转装置偏转后的光束会聚在光记录媒体上的物镜，在上述第3方向与上述光记录媒体的记录面基本垂直的状态下，上述第2偏转装置的上述第3方向的尺寸，小于上述第1方向光束的上述第3方向的尺寸。如采用该光学头的第2结构，则由于可以由第1偏转装置将从光源射出的光束向斜下方(第2方向)偏转，所以能使对第2偏转装置的入射角从y轴方向倾斜。其结果是，可以使物镜的下部所占高度变小，因而能将光学头的高度减薄。
另外，在本发明的光学头的第2结构中，第1偏转装置最好是三角棱镜。
另外，在本发明的光学头的第2结构中，第2偏转装置最好是反射型的光栅元件。
另外，在本发明的光学头的第2结构中，第2偏转装置最好是反射镜。
附图说明
图1是表示本发明第1实施形态光学头的基本结构和光传播状态的侧视图。
图2(a)是表示本发明第1实施形态光学头的第1和第2光栅元件的俯视图、(b)是详细表示本发明第1实施形态光学头的中央部结构及第1和第2光栅元件的侧视图。
图3是表示本发明第1实施形态光学头的第1和第2光栅元件的1次衍射效率与折射变化量振幅Δn的关系的图。
图4是表示本发明第1实施形态光学头当入射光波长发生变化时来自第1和第2光栅元件的衍射光的变化状态的侧视图。
图5是表示本发明第1实施形态的另一种光学头的基本结构和光传播状态的侧视图。
图6是表示本发明第1实施形态的又一种光学头的基本结构和光传播状态的侧视图。
图7是表示本发明第2实施形态光学头的基本结构和光传播状态的侧视图。
图8是表示本发明第2实施形态光学头的第1和第2光栅元件的1次衍射效率与折射率变化量振幅Δn的关系的图。
图9是表示本发明第3实施形态光学头的基本结构和光传播状态的侧视图。
图10是表示本发明第3实施形态的另一种光学头的基本结构和光传播状态的侧视图。
图11(a)是表示本发明第4实施形态的光学头的基本结构和光传播状态的侧视图，(b)是其俯视图。
图12是详细表示本发明第4实施形态光学头的中央部结构及第1和第2光栅元件的侧视图。
图13(a)是表示本发明第4实施形态的另一种光学头的基本结构和光传播状态的侧视图，(b)是其俯视图。
图14是详细表示本发明第4实施形态的另一种光学头的中央部结构及第1和第2光栅元件的侧视图。
图15是表示本发明第5实施形态光学头的基本结构和光传播状态的侧视图。
图16是表示本发明第6实施形态光学头的基本结构和光传播状态的侧视图。
图17是表示本发明第7实施形态光学头的基本结构和光传播状态的侧视图。
图18是表示本发明第8实施形态光学头的基本结构和光传播状态的侧视图。
图19是表示本发明第9实施形态光学头的基本结构和光传播状态的侧视图。
图20是表示本发明第10实施形态光学头的基本结构和光传播状态的侧视图。
图21是表示本发明第11实施形态光学头的基本结构和光传播状态的侧视图。
图22是表示本发明第12实施形态光学头的基本结构和光传播状态的侧视图。
图23是表示本发明第13实施形态光学头的基本结构和光传播状态的侧视图。
图24是表示现有的光学头的结构的侧视图。
具体实施方式
(第1实施形态)
首先，参照图1至图4并按照如图所示的坐标轴对本发明第1实施形态的光学头进行详细说明。
图1是表示本发明第1实施形态光学头的基本结构和光传播状态的侧视图，图2是本实施形态光学头的(a)：表示第1和第2光栅元件的俯视图、(b)：详细表示中央部结构及第1和第2光栅元件的侧视图，图3是表示本实施形态光学头的第1和第2光栅元件的1次衍射效率与折射率变化量振幅Δn的关系的图，图4是表示本实施形态光学头当入射光波长发生变化时来自第1和第2光栅元件的衍射光的变化状态的侧视图。
如图1所示，在本实施形态的光学头中，在从光源1到作为记录媒体的DVD或CD等光盘11的光路中，配置着光路变换装置14、第1光栅元件5及第2光栅元件6，光源1和光检测器13a、13b，被集成在光源·光检测器单元17内。
从作为光源1的半导体激光器沿y轴方向射出的例如S偏振光(光的电场方向为x轴方向)的例如波长λ＝0.655μm的激光2，由准直透镜3变成例如光束直径为2.8mm的平行光，在透过聚焦/跟踪误差信号检测元件8后(利用0次衍射光)，入射到光路变换装置14。由光路变换装置14向-z轴方向上进行全反射后的激光2，入射到第1光栅元件5。在这之后，例如，以角度θ1＝45°反射和衍射的1次衍射光，透过光路变换装置14后，入射到第2光栅元件6。接着，例如，以角度θ2＝45°沿z轴方向衍射后的1次衍射光，由物镜4会聚在光盘11上。
由光盘11反射的激光2，向相反方向折返，依次通过物镜4、第2光栅元件6、第1光栅元件5、光路变换装置14，使光路转向-y轴方向，在由聚焦/跟踪误差信号检测元件8分离后(利用1次衍射光)，由光检测器13a、13b检出。
在本实施形态中，作为第1透明基体9，使用的是斜面(第1面)与底面所成角度例如为P1＝45°、高度为3.2mm的三角棱镜(例如，用玻璃、树脂等制作)，在第1透明基体9的底面上形成第1光栅元件5，而斜面(第1面)则用作光路变换装置14。此外，第2光栅元件6，在例如厚度(高度)为1.7mm、并具有P2＝45°的斜面的其断面为倒梯形形状的第2透明基体10(例如，用玻璃、树脂等制作)的表面上形成。而且，第1透明基体9和第2透明基体10，隔着多层膜12将二者的斜面接合在一起而构成一体。此外，在这种情况下，使第1透明基体9的底面与第2透明基体10的底面位于同一平面上。
另外，聚焦/跟踪误差信号检测元件8，例如由树脂基板或玻璃基板及在其表面上形成的全息元件构成，并与第1透明基体9的侧面一体化。
从光源1射出的激光2的光轴与第1透明基体9的斜面(光路变换装置)14的法线所成的角度，设定为临界角(例如，当第1透明基体9的折射率为1.5时，为41.8°)以上的角度，例如设定为45°，而第1透明基体9的斜面(光路变换装置)14的法线与从第1光栅元件5到第2光栅元件6的衍射光光轴所成的角度，设定为临界角以下的角度，例如设定为0°。由此，可以使如虚线所示的从光源1射出的激光2的光轴向z轴方向、即光盘11的方向偏移(在图1所示的结构中，使从光源1射出的激光2的光轴与第2透明基体10的表面附近一致)。其结果是，例如，可以实现总高度为5.0mm的光学头，与现有的光学头(总高度6.3mm)相比，可以大幅度地薄型化。特别是，通过使衍射角θ1、θ2在45°以上，可以使光学头的总高度在5mm以下，因而能实现超薄型化。
在本实施形态中，作为第1和第2光栅元件5、6，如图2(a)所示，都可以采用例如周期为Λ＝0.57μm的均匀周期直线光栅。特别是，作为第1光栅元件5，可采用反射型的体积全息元件，作为第2光栅元件6，可采用透射型的体积全息元件。
如图2(b)所示，这些体积全息元件，例如可采用感光聚合物，并根据众所周知的采用Ar激光(例如，波长λ＝0.5145m或0.488μm等)的双光束干涉法，形成正弦波状的折射率周期分布结构。通过将体积全息元件用作第1和第2光栅元件5、6，即使例如在45°那样大的衍射角下，也能实现例如90％以上的高衍射效率。此外，作为体积全息元件的材料，并不一定限定于感光聚合物等感光性树脂，也可以采用明胶或具有光折射效果的掺杂Fe的LiNbO3、BiTiO3等。
第1光栅元件5，在结构上，其折射率分布层15的厚度例如为L＝7μm，在其表面上沉积Al、Au等的反射膜16，折射率分布(折射率变化量振幅Δn，例如为0.04)为周期结构的条纹18a，沿其上方向-y轴方向倾斜(其倾斜角度Φ1的值为衍射角的一半，例如22.5°)。因此，垂直入射于第1光栅元件5的激光2，通过布喇格(ブラツグ)衍射而以45°的倾斜角(θ1＝45°)作为1次衍射光射出。此外，第1光栅元件5，当其衍射角例如为45°、即超过上述临界角时，也可以不设反射膜16。第2光栅元件6具有与第1光栅元件5的折射率分布层15相同的周期和厚度，但未沉积反射膜，折射率分布条纹18b，其上方向y轴方向倾斜(其倾斜角度Φ2，例如为22.5°)。
通过以如上方式将第1光栅元件5和第2光栅元件6的条纹倾斜角度设定为反向，可以有效地将来自光源1的y轴方向的出射光有效地偏转为z轴方向的光。而且，当采用半导体激光器时，随着环境温度的变化，出射光的波长将发生±10nm左右的变化，但在本实施形态中，来自第1光栅元件5的衍射光的光轴随波长变化而变化的部分，与来自第2光栅元件6的衍射光的光轴随波长变化而变化的部分至少部分地相互抵消。其结果是，可以垂直射出而与波长无关，并可将光源1的波长变化的影响抵消。
以下，用图4具体地说明当波长变化时光波的变化状态。
从光源1沿y轴方向入射的激光2，当不发生波长变化时(Δλ＝0)，如实线所示，由第1和第2光栅元件5、6如图所示衍射后(其衍射角都按同一θ进行说明)，沿z轴方向(垂直)射出。当波长向变长的方向变化时(Δλ＞0)，如虚线所示，在第1光栅元件5中衍射角增大Δθ+，但因对第2光栅元件6来说其入射角也增大Δθ+，所以作为其结果而产生的衍射光依然向z轴方向射出(垂直射出)，其光轴不因波长变化而发生倾斜。另一方面，当波长向变短的方向变化时(Δλ≤0)，如双点锁线所示，在第1光栅元件5中衍射角减小Δθ-，但因对第2光栅元件6来说其入射角也减小Δθ-，所以作为其结果而产生的衍射光依然向z轴方向射出(垂直射出)，其光轴不因波长变化而发生倾斜。特别是，当第1和第2光栅元件5、6的周期完全一致时，可以将波长变化的影响完全消除，而即使稍有差异，也具有相互抵消的倾向。
另外，由于是将第1光栅元件5和第2光栅元件6按顺序配置在从光源1到物镜4的光路中，所以能够减小第1光栅元件5与第2光栅元件6之间的光学距离。其结果是，可以减小因光源1的波长变化所引起的光轴横向偏移s1、s2。因此，可以将从物镜4的中心起的光轴横向偏移减小，从而能形成良好的圆形形状的聚光点。
在本实施形态中，作为第1和第2光栅元件5、6，采用了具有折射率正弦波状周期分布结构的体积全息元件，但从图3所示可以看出，其1次衍射效率依赖于折射率变化量振幅Δn，并根据入射光的偏振方向而发生不同的变化。图3(a)、(b)、(c)分别示出当衍射角θ为45°、55°、65°时的1次衍射效率。而实线为S偏振光的情况，虚线为P偏振光(光的电场方向在yz平面内)的情况，并假定波长λ＝0.655μm、厚度L＝7μm、体积全息元件的平均折射率n＝1.5、条纹的倾斜角Φ＝θ/2。
如图3所示，当衍射角θ大时，如采用S偏振光作为入射光，则可以在折射率变化量振幅Δn小的情况下实现100％的1次衍射效率(采用P偏振光时则相反)。并且，衍射角θ越大，则越倾向于能够使光学头薄型化。另外，当采用S偏振光时，如加大衍射角θ，则可以使1次衍射效率达到100％的折射率变化量振幅Δn的值变小(采用P偏振光时则相反)。折射率变化量振幅Δn小，则体积全息元件的制造将变得容易，所以，在本发明的光学头中，由于使射出路、返回路的光的偏振光都是S偏振光，所以体积全息元件的制造容易进行，同时使光利用效率提高。但是，在P偏振光下也可以工作。
另外，在本实施形态中，举例说明了将具有折射率分布的体积全息元件用作第1和第2光栅元件5、6的情况，但采用表面凹凸型的光栅也可以工作。但是，在该情况下，要想同时兼有大的衍射角和高的衍射效率就变得困难了。
另外，在本实施形态中，将第1透明基体9和第2透明基体10隔着多层膜12接合在一起而构成一体，但并不一定限定于这种结构，例如，如图5所示，仅在第1透明基体9和第2透明基体10d之间设置空气隙，也可以工作。但是，如图1所示，使多层膜12介于第1透明基体9与上述第2透明基体10之间的结构，因其稳定，所以是更希望采用的。
另外，在本实施形态中，作为第2透明基体采用了其断面为倒梯形形状的透明基体10，但并不一定限定于这种结构。只要其形状能确保激光2的光路、且在靠物镜4一侧具有可以形成第2光栅元件6的面，就可以用作第2透明基体，例如，如图5所示，也可以采用与第1透明基体9相同的三角棱镜。
另外，按照本实施形态，可以使从光源1射出的激光2的光轴向z轴方向、即光盘11的方向偏移，所以，如图6所示，可以在第2光栅元件6与黄盘11a之间配置由例如NA从0.7到0.9的高NA透镜构成的多个物镜4a、4b，其结果是，可以同时实现光学头的薄型化和光盘11a的高密度化。
(第2实施形态)
以下，参照图7、图8并以与上述第1实施形态的不同点为中心说明本发明第2实施形态的光学头。
图7是表示本发明第2实施形态光学头的基本结构和光传播状态的侧视图，图8是表示本实施形态光学头的第1和第2光栅元件的1次衍射效率与折射率变化量振幅Δn的关系的图。
如图7所示，在本实施形态中，在从准直透镜3到光路变换装置14的光路中设有偏光性聚焦/跟踪误差信号检测元件8a，在从第2光栅元件6到物镜4的光路中还设置着1/4波阻片7。偏光性聚焦/跟踪误差信号检测元件8a，以LiNbO3为基板而形成全息元件，例如，对S偏振光只是普通的基板，而对于P偏振光则形成全息元件。因此，与在不是偏光性的通常基板上形成的上述第1实施形态的光学头相比，光利用效率增强2倍以上。
另外，第2透明基体10a，按右侧面与左侧面平行(例如倾斜45°)的形式形成，整体的断面形状为平行四边形形状。通过使第2透明基体10a具有上述形状，仅沿斜的方向切断就可以从大的玻璃基板成批地切出多个，所以能提高批量生产性，并可以降低成本。
如图7所示，从光源1射出的激光2、例如使其为S偏振光，在射出路上，能使激光2几乎无损失地透过偏光性聚焦/跟踪误差信号检测元件8a。而且，通过往复经过在第2光栅元件6上形成的1/4波阻片7，在返回路上，可以使入射到聚焦/跟踪误差信号检测元件8a的激光2变成P偏振光，并能有效地在光检测器13a、13b上进行衍射。作为1/4波阻片7，可采用水晶等显示双折射性的材料，例如，如果采用Ta2O5等斜蒸镀膜，则由于其厚度可以为几μm.所以能实现薄型化。
至于聚焦/跟踪误差信号检测元件8a、1/4波阻片7的配置，从原理上说，只要满足光源1、聚焦/跟踪误差信号检测元件8a、1/4波阻片7、光盘11的光学顺序即可，但从薄型化这一点考虑，最好不要将聚焦/跟踪误差信号检测元件8a配置在从第2光栅元件6到物镜4的光路中。此外，如将1/4波阻片7配置在从光源1到第1光栅元件5的光路中，则入射到第1和第2光栅元件5、6的光就变成了圆偏振光，由于必须考虑在偏振光间的相移的影响，所以尤其是使第1和第2光栅元件5、6的设计复杂化了。因此，通过将1/4波阻片7配置在从第2光栅元件6到物镜的光路中，可以使设计简单化。
在本实施形态中，例如，在射出路上使S偏振光入射到第1和第2光栅元件5、6，在返回路上则入射P偏振光，所以，如图8中箭头所示，通过将体积全息元件的折射率变化量振幅Δn的值设定为使对应于S偏振光的1次衍射效率ηS与对应于P偏振光的1次衍射效率ηP之积ηS·ηP为最大的值，可以提高总的光利用效率。
另外，由于将Δn的值设定为使对应于S偏振光的1次衍射效率ηS与对应于P偏振光的1次衍射效率ηP之积ηS·ηP为最大的值，所以除1次衍射光外总会产生一些以原状态透射·反射的0次衍射光。首先，在射出路上的第1光栅元件5中的0次衍射光，由于沿z轴方向朝正上方射出，所以相对于光路变换装置14来说，在临界角以上。因此，不能透过而向-y轴方向反射，因而不能到达光检测器13。另外，在射出路上的第2光栅元件6中的0次衍射光，由于向右侧上方射出而不能返回，所以没有影响。其次，在返回路上的第2光栅元件6中的0次衍射光，由于沿-z轴方向朝正下方射出，所以依然不能透过光路变换装置14。另外，在返回路上的第1光栅元件5中的0次衍射光，由于向左侧上方射出，所以不能到达光检测器13。
即，在本实施形态的光学头中，光路变换装置14，利用临界角而起着使1次衍射光以外的光不能通过的阻塞作用，因而能进行S/N良好的再生信号检出。
(第3实施形态)
以下，参照图9并以与上述第1实施形态的不同点为中心说明本发明第3实施形态的光学头。
图9是表示本发明第3实施形态光学头的基本结构和光传播状态的侧视图。
如图9所示，在本实施形态中，第2光栅元件6a为反射型元件，该第2光栅元件6a在第2透明基体10的底面形成。从第1光栅元件5以角度θ1衍射的激光2，由第2透明基体10的顶面1次全反射后，入射到第2光栅元件6a。通过采用这种结构，使面朝物镜4的下部的第2透明基体10的表面仅为例如玻璃面，因而易于擦拭灰尘，而且，即使物镜4与第2透明基体10接触，也不会对第2光栅元件6a造成损坏。
第1和第2透明基体9、10，配置成使其背面在同一面上，因此，可将第1和第2光栅元件5、6a配置在同一面上。通过采用这种配置方式，可使第1和第2光栅元件5、6a的制造变得容易。此外，第1和第2光栅元件5、6a的结构，与图2(b)中示出的第1光栅元件基本相同。这样的第1和第2光栅元件5、6a，具有在其折射率分布层的上表面形成反射膜的同样结构，所以，当发生温度变化等干扰时，将产生同样的变形。因此，其特征在于，产生对称形状的相互抵消效果，因而具有抗干扰的作用。另外，第1光栅元件5和第2光栅元件6a，其条纹的倾斜，相对于z轴方向彼此反向。此外，当第1光栅元件5的衍射角例如为45°、即超过上述临界角时，也可以不设反射膜16。
另外，通过使第2光栅元件6a为反射型元件，可以加大从第1透明基体9到物镜4的间隔，所以，使控制物镜4的驱动器(图中未示出)的安装变得容易。
另外，在本实施形态中，在结构上将由三角棱镜构成的第1透明基体9与断面为倒梯形形状的第2透明基体10的斜面接合在一起，并使第1和第2透明基体9、10的背面在同一面上，从而将第1和第2光栅元件5、6a配置在同一面(背面)上，但并不一定限定于这种结构。例如，如图10所示，作为第2透明基体，使用平板状的第2透明基体10e，将该第2透明基体10e的上表面的大致左半部分隔着空气层与由三角棱镜构成的第1透明基体9的底面接合，并将第1和第2光栅元件5、6a配置在第2透明基体10e的背面上，也可以获得同样的效果。此外，通过使第2透明基体10e为上述形状，仅在垂直方向切断就可以从大的玻璃基板成批地切出多个，所以能提高批量生产性，并可以降低成本。
(第4实施形态)
以下，参照图11、图12并以与上述第1实施形态的不同点为中心说明本发明第4实施形态的光学头。
图11(a)是表示本发明第4实施形态光学头的基本结构和光传播状态的侧视图，图11(b)是其俯视图，图12是详细表示本发明第4实施形态光学头的中央部结构及第1和第2光栅元件的侧视图。
如图11所示，本实施形态的光学头是2波长的结构。即，设有与DVD对应的例如波长λ1＝0.655μm的半导体激光源1a、及与CD-R和CD对应的例如波长λ2＝0.795μm的半导体激光源1b。光源1a、1b分别安装在光源·光检测器组件17a、17b的内部。另外，如图12所示，第1和第2光栅元件5b、6b也是与2波长对应的结构。即，在第1透明基体9的底面形成着例如在表面上具有Al、Au等反射膜16的2层结构的第1光栅元件5b，构成2层结构的与各波长对应的折射率分布层5c、5d，其厚度、周期都对应地随波长而不同。例如，厚度为L1＝7μm、L2＝8.5μm，周期为Λ1＝0.57μm、Λ2＝0.69μm。如果将折射率分布层5c、5d的厚度设定为与波长大致成比例的值，则可以使与各波长对应的衍射效率的容许误差相等。折射率周期分布结构的条纹18c、18d，其上方向-y轴方向倾斜，其倾斜角度均为相同值，例如设定为衍射角的一半的22.5°。
另外，第2光栅元件6b同样也是折射率分布层6c、6d的2层结构，折射率分布层6c与折射率分布层5c、折射率分布层6d与折射率分布层5d，除条纹18e、18f的倾斜角度或倾斜方向以外规格相同。条纹18e、18f的倾斜角度，设定为衍射角的一半，例如22.5°。
通过将各光栅元件的2层结构的条纹18的倾斜角度均设定为相同的角度，可以使从第1光栅元件5b到第2光栅元件6b的衍射光的各波长的光轴倾斜度相同。
对波长λ1＝0.655μm的激光2a，折射率分布层5c、6c通过布喇格衍射分别对光进行衍射，但例如对波长λ2＝0.795μm等其他波长的激光，由于不满足布喇格衍射条件，所以起着使其大部分透过的作用。同样，对波长λ2＝0.795μm的激光2b，折射率分布层5d、6d通过布喇格衍射分别对光进行衍射，但例如对波长λ1＝0.655μm等其他波长的激光，由于不满足布喇格衍射条件，所以起着使其大部分透过的作用。
另外，通过使各光栅元件的2层结构的条纹18的角度稍有差异、例如相差1°～5°左右，可以减少与各波长不对应的层上的不需要的衍射光的发生。就是说，例如，如果用第1光栅元件5b进行说明，则折射率分布层5c是与波长λ1对应的层，但由于光也通过折射率分布层5d，所以在该层上尽管很少但也发生衍射光。这时，如果使折射率分布层5d上的条纹18d的倾斜角与折射率分布层5c上的条纹18c的倾斜角稍有不同，则由于存在进一步偏离布喇格衍射条件的倾向，因而可以使不需要的衍射光的发生锐减，并使光利用效率提高。
如图11所示，本实施形态的光学头，在光路中设有光束分离器19，在结构上可使从各光源1a、1b射出的激光2a、2b入射到同一个准直透镜3。从准直透镜3到光源1b的距离，设定为比从准直透镜3到光源1a的距离短，例如仅5mm、因此，在通过准直透镜3的激光中，与波长λ1对应的光束变成平行光，而与波长λ2对应的光束则变成具有最多1.2°左右倾斜度的稍许发散的光。因此，与波长λ2对应的焦点位置，在z轴方向上变得比与波长λ1对应的焦点位置大，因而可以分别与光盘11a和光盘11b相对应。
另外，在第2光栅元件6b上，在其周围按环状形成仅使波长λ1的光通过的具有波长选择性的多层膜，用于对入射到物镜4的波长λ2的光进行孔径限制。因此，实际上可以降低波长λ2的光的数值孔径NA。
如将2波长λ1、λ2设定为0.60μm≤λ1≤0.68μm、0.76μm≤λ2≤0.87μm，则可以减少2层结构的第1和第2光栅元件5b、6b的在其他波长上的不需要的衍射光，因而能良好地对例如DVD、CD-R及CD盘进行读出。
另外，在本实施形态中，将第1透明基体9和第2透明基体10隔着多层膜12接合在一起而构成一体，但并不一定限定于这种结构，例如，如图13、图14所示，即使在第1透明基体9与第2透明基体10之间仅设置空气隙23，也可以工作。但是，如图11、图12所示，使多层膜12介于第1透明基体9与上述第2透明基体10之间的结构，因其稳定，所以是更希望采用的。
另外，在本实施形态中，作为第2透明基体采用了其断面为倒梯形形状的透明基体10，但并不一定限定于这种结构。只要其形状能确保激光2的光路、且在靠物镜4一侧具有可以形成第2光栅元件6的面，就可以用作第2透明基体，例如，如图13、14所示，也可以与第1透明基体9相同采用由三角棱镜构成的第2透明基体10d。
另外，在本实施形态中，在构成2层结构的第1光栅元件5b的折射率分布层5c、5d中，在形成时是使周期大的折射率分布层5d与第1透明基体9接触，但并不一定限定于这种结构。例如，如图14所示，在构成2层结构的第1光栅元件5b的折射率分布层5c、5d中，在形成时也可以使周期小的折射率分布层5c与第1透明基体9接触(与第2光栅元件6b结构相同)。如采用这种结构，则由于第1光栅元件5b和第2光栅元件6b可以按同样的工序制作，所以使第1和第2光栅元件5b。6b的制造变得容易。
另外，在本实施形态中，将构成2层结构的第2光栅元件6b的折射率分布层6c、6d的条纹18e、18f的倾斜角度设定为相同的角度，但并不一定限定于这种结构。例如，如图14所示，在构成2层结构的第2光栅元件6e的折射率分布层6c、6f中，将靠近物镜4的折射率分布层6f的条纹18g的倾斜角度设定为越靠右侧越逐渐地大于折射率分布层6c的条纹18e的倾斜角度(相对于折射率分布层6f的中央部在最右部例如为+1°)，在左侧逐渐地小于折射率分布层6c的条纹18e的倾斜角度(相对于折射率分布层6f的中央部在最左部例如为-1°)，从而可以获得如下效果。即，在第2光栅元件6f的整个表面上可满足布喇格条件，而且在第2光栅元件6f的周边的衍射效率不会降低，所以，可以获得高的效率。此外，在这种情况下，如图13所示，必须将从准直透镜3到光源1a的距离与从准直透镜3到光源1b的距离设定为相等，从而使与波长λ1、λ2对应的光束都变成平行光。
另外，在本实施形态中，举例说明了与2波长对应的情况，但并不一定限定于这种情况，也可以是与3波长以上的波长对应的结构。在这种情况下，第1和第2光栅元件，由与各波长对应的多层体积全息元件构成。按照这种结构，可以采用与不同的波长对应的多种类型的光盘。这时，多层体积全息元件，其各层的厚度最好是对应地随波长而不同。按照这种最佳结构，可以根据与其对应的光盘对与各波长对应的衍射效率容许误差进行最佳设定。
例如，假定对应波长为3波长λ1、λ2、λ3，第1和第2光栅元件，分别由与上述3波长λ1、λ2、λ3对应的3层体积全息元件构成，并且，如果将λ1、λ2、λ3设定为0.38μm≤λ1≤0.52μm、0.60μm≤λ2≤0.68μm、0.76μm≤λ3≤0.87μm，则可以减少3层结构的第1和第2光栅元件的在其他波长上的不需要的衍射光，因而能良好地对例如10G字节以上的高密度盘、DVD、DVD-R、CD、CD-R等多种光盘进行读出。
(第5实施形态)
以下，参照图15并以与上述第2实施形态的不同点为中心说明本发明第5实施形态的光学头。
图15是表示本发明第5实施形态光学头的基本结构和光传播状态的侧视图。
上述第1～第4实施形态光学头的光学系统，是不进行光束整形的结构，与此不同，本实施形态光学头的光学系统，为具有光束整形功能的结构。
第1光栅元件5a是透射型元件，在结构上，以从光路变换装置14到第1光栅元件5a的与第1光栅元件5a对应的法线为基准的第1入射角θ1，大于以与第1光栅元件5a对应的法线为基准的来自第1光栅元件5a的衍射光的出射角，且以从第1光栅元件5a到第2光栅元件6的与第2光栅元件6对应的法线为基准的第2入射角θ2，大于以与第2光栅元件6对应的法线为基准的来自第2光栅元件6的衍射光的出射角。在图15中，来自第1和第2光栅元件5a、6的衍射光的出射角为0°。第1透明基体9与在上表面形成有第2光栅元件6的第2透明基体10b，中间夹入(隔着)第1光栅元件5a，并使其一体化。
从光源1射出的激光2由准直透镜3变成平行光，假定其在z轴方向的光束直径为w1、x轴方向的光束直径为w3(图中未示出)，并假定从第2光栅元件6射出后的y轴方向的光束直径为w2，则w2/w1＞1。
一般说来，从半导体激光器光源1射出的光是椭圆光束，如想要提高光的利用效率，就必须进行从椭圆光束到圆形光束的光束整形。
在本实施形态的光学头中，由于使激光2的偏振光为P偏振光，所以从光源1射出x轴方向细长的光束。该光束由光路变换装置14转向-z轴方向，以例如θ1＝45°的角度入射到第1光栅元件5a，并相对于第1光栅元件5a垂直地射出1次衍射光。这时的光束直径放大到w1/cosθ1。另外，相对于第1光栅元件5a垂直射出的1次衍射光，在第2透明基体10b的底面上全反射，以例如θ2＝45°的角度入射到第2光栅元件6，并相对于第2光栅元件6垂直地射出1次衍射光。这时的光束直径放大到w2＝w1/(cosθ1·co sθ2)。例如在θ1＝θ2＝45°的情况下，w2＝2w1放大率变成2倍。而当θ1＝θ2＝52°时，w2＝2.6w1，因而可以基本上将从光源1射出的椭圆光束完全整形为圆形。最好是θ1、θ2＝～52°左右，但如设定为θ1＝θ2＝～45°至～60°，也能有效地进行整形，从而提高光利用效率。特别是，如图15所示，如果使来自第1和第2光栅元件5a、6的衍射光的出射角近似为0°，则能高效率地进行光束整形。
(第6实施形态)
以下，参照图16并以与上述第5实施形态的不同点为中心说明本发明第6实施形态的光学头。
图16是表示本发明第6实施形态光学头的基本结构和光传播状态的侧视图。
如图16所示，在本实施形态的光学头中，在结构上，使从光源1到光路变换装置14的光轴从y轴方向向z轴方向稍许倾斜例如5°左右。光源·光检测器单元17、准直透镜3、聚焦/跟踪误差信号检测元件8也与之相应地倾斜，通过调整光路变换装置14的角度，使其沿-Z轴方向向正下方反射。通过采用这样的配置，可以有效地利用光源·光检测器单元17的下部的空间，并增加光盘11与光学部件3、17等的间隔，因而在配置上留出了余裕，使配置和调整变得容易。
(第7实施形态)
以下，参照图17并以与上述第5实施形态的不同点为中心说明本发明第7实施形态的光学头。
图17是表示本发明第7实施形态光学头的基本结构和光传播状态的侧视图。
如图17所示，在本实施形态的光学头中，作为第2光栅元件6a，采用反射型元件，并将该第2光栅元件6a设在第2透明基体10b的背面。在第2透明基体10b的上表面形成多层膜12a，并将1/4波阻片7设置在多层膜12a的上表面。
通过使第2光栅元件6a为反射型元件，可以加大从第1透明基体9到物镜4的间隔，因而使控制物镜4的驱动器(图中未示出)的安装变得容易。当光在第2透明基体10b内进行全反射时，多层膜12a用于进行分隔，使其不受1/4波阻片7的影响。
(第8实施形态)
以下，参照图18并以与上述第7实施形态的不同点为中心说明本发明第8实施形态的光学头。
图18是表示本发明第8实施形态光学头的基本结构和光传播状态的侧视图。
如图18所示，在本实施形态的光学头中，作为第1光栅元件5e，采用反射型元件，并将该第1光栅元件5e设在第2透明基体10c的斜面上。将第1透明基体9隔着多层膜12a设置在第2透明基体10c的左上表面上。
由于使第1光栅元件5e为反射型元件，所以无须将第1光栅元件5e设在第1透明基体9与第2透明基体10c之间，因而使结构稳定，同时组装也变得容易。
(第9实施形态)
以下，参照图19并以与上述第1实施形态的不同点为中心说明本发明第9实施形态的光学头。
图19是表示本发明第9实施形态光学头的基本结构和光传播状态的侧视图。
如图19所示，在本实施形态中，使用平板状的第2透明基体10e作为第2透明基体，并在第2透明基体10e的表面上形成第1和第2光栅元件5a、6。这里，第1和第2光栅元件5a、6都采用透射型元件。此外，在第2透明基体10e上，以底面与第1光栅元件5a相对的状态配置着由三角棱镜构成的第1透明基体9，并将该第1透明基体9的斜面用作光路变换装置14。
通过准直透镜3变成平行光的激光2，由光路变换装置14向-z轴方向全反射，并在透过第1光栅元件5a后入射到第2透明基体10e内。然后，入射到第2透明基体10e内的激光2，在第2透明基体10e的底面进行1次全反射，并入射到第2光栅元件6。
如上所述，通过使用平板状的第2透明基体10e作为第2透明基体，仅在垂直方向切断就可以从大的玻璃基板成批地切出多个，所以能提高批量生产性，并可以降低成本。此外，作为第1和第2光栅元件，采用了都是透射型元件的第1和第2光栅元件5a、6，所以，当发生温度变化等干扰时，将产生同样的变形。因此，其特征在于，产生对称形状的相互抵消效果，因而具有抗干扰的作用。另外，通过将第1和第2光栅元件5a、6在第2透明基体10e的同一面上形成，使第1和第2光栅元件5a、6的制造变得容易。
(第10实施形态)
以下，参照图20并以与上述第9实施形态的不同点为中心说明本发明第10实施形态的光学头。
图20是表示本发明第10实施形态光学头的基本结构和光传播状态的侧视图。
如图20所示，在本实施形态的光学头中，在平板状的第2透明基体10e的背面一侧，隔着空气层设置着反射板24。
通过准直透镜3变成平行光的激光2，由光路变换装置14向-z轴方向全反射，并在透过第1光栅元件5a后入射到第2透明基体10e内。从第2透明基体10e到空气层的折射光，由反射板24反射后，入射到第2光栅元件6。
如上所述，通过将反射板24隔着空气层设置在第2透明基体10e的背面一侧，可以使透过第1光栅元件5a入射到第2透明基体10e内的激光2在第2透明基体10e与空气层的边界上折射，并由反射板24反射后入射到第2光栅元件6，所以，可以将第2透明基体10e、空气层和反射板24的总厚度设定为比上述第9实施形态中的第2透明基体10e的厚度薄。其结果是，可以做到比上述第9实施形态的光学头薄。
(第11实施形态)
以下，参照图21说明本发明第11实施形态的光学头。
在上述第1～第10实施形态中，举例说明了将光路变换装置配置在光源与第1光栅元件的光路间的情况，但本发明并不限定于这种结构，在结构上也可以将光路变换装置配置在第2光栅元件与物镜的光路间。
图21是表示具有上述结构的光学头的基本结构和光传播状态的侧视图。
如图21所示，在本实施形态的光学头中，在从光源1到记录媒体即DVD或CD等光盘11的光路中，配置着第1光栅元件5f、第2光栅元件6f、及作为光路变换装置的上倾反射镜20。光源1和光检测器13a、13b被集成在光源·光检测器单元17内。这里，第1和第2光栅元件5f、6f都是透射型元件。
在光源1与第1光栅元件5f的光路间，配置着将从光源1沿y轴方向射出的激光2变成平行光的准直透镜3、及聚焦/跟踪误差信号检测元件8。这里，聚焦/跟踪误差信号检测元件8，例如由树脂基板或玻璃基板及在其表面上形成的全息元件构成，并与第1光栅元件5f的表面一体化。第2光栅元件6f，与第1光栅元件5f平行，且向-z轴方向偏移配置。由上倾反射镜20构成的光路变换装置，相对于第2光栅元件6f倾斜45°角度配置，该上倾反射镜20将来自第2光栅元件6f的衍射光向z轴方向反射并将其导向物镜4。
从作为光源1的半导体激光器沿y轴方向射出的例如S偏振光的例如波长λ＝0.655μm的激光2，由准直透镜3变成例如光束直径为2.8mm的平行光，在透过聚焦/跟踪误差信号检测元件8后(利用0次衍射光)，入射到第1光栅元件5f。在这之后，例如，以45°角透射和衍射的1次衍射光，以45°角入射到第2光栅元件6f。接着，例如，以45°角向y轴方向衍射后的1次衍射光，由上倾反射镜20向z轴方向反射，并由物镜4会聚在光盘11上。
由光盘11反射的激光2，向相反方向折返，依次通过物镜4、上倾反射镜20、第2光栅元件6f、第1光栅元件5f，使光路转向-y轴方向，在由聚焦/跟踪误差信号检测元件8分离后(利用1次衍射光)，由光检测器13a、13b检出。
按照本实施形态的光学头的结构，可以使从光源1射出的激光2的光轴向-z轴方向、即与光盘11相反的方向偏移。其结果是，可以加大物镜4的设置空间，使控制物镜4的驱动器(图中未示出)的安装变得容易。
(第12实施形态)
以下，参照图22说明本发明第12实施形态的光学头。
图22是表示本发明第12实施形态光学头的基本结构和光传播状态的侧视图。
如图22所示，本实施形态的光学头，备有：沿第1方向(y轴方向)发射光束2的光源1、将该第1方向的光束2向第2方向(右斜下方)偏转的例如棱镜等第1偏转装置21、将由第1偏转装置21偏转后的光束2向第3方向(z轴方向)偏转的例如反射镜等第2偏转装置22a、及将由第2偏转装置22a偏转后的光束2会聚在光盘11上的物镜4。在第3方向与光盘11的记录面基本垂直的状态下，第2偏转装置22a的上述第3方向的尺寸1z，小于上述第1方向光束2的上述第3方向的尺寸w1。作为第1偏转装置21，例如可采用三角棱镜，在从光源1到第1偏转装置21的光路中，还设有准直透镜3和聚焦/跟踪误差信号检测元件8。
在现有的光学头结构中，w1≤1z(参照图24)，但在本实施形态的光学头中，由于可以由第1偏转装置21将从光源1射出的激光2向斜下方(第2方向)偏转，所以能使对第2偏转装置22a的入射角从y轴方向倾斜，因而可以使物镜4的下部所占高度1z变小(w1＞1z)，并能将光学头的高度减薄。
(第13实施形态)
以下，参照图23并以与上述第12实施形态的不同点为中心说明本发明第13实施形态的光学头。
图23是表示本发明第13实施形态光学头的基本结构和光传播状态的侧视图。
如图23所示，在本实施形态的光学头中，作为第2偏转装置22b，采用反射型的光栅元件，并将该第2偏转装置22b设置成与光盘11平行(与y轴方向平行)。通过将该第2偏转装置22b设置成与光盘11平行，能使第2偏转装置22b的z方向的厚度1z为最小值、例如0.3mm，因而可以做到比上述第9实施形态的光学头薄。
以上，对本发明的第1～第13实施形态的光学头进行了说明，但除了这些实施形态以外，当然也可以构成将各种光学头的结构组合的光学头，并具有同样的效果。此外，在实施形态的说明中采用的物镜和准直透镜，是为了说明方便而命名的，与一般所说的透镜相同。
如上所述，按照本发明，可以实现薄型的光学头。

Claims (30)

1.一种光学头，备有：按顺序配置在从光源到物镜的光路中的第1和第2光栅元件、及配置在上述光源与上述第1光栅元件的光路间的光路变换装置，
其特征在于：光路变换装置使来自上述光源的出射光通过上述光路变换装置入射到上述第1光栅元件，来自上述第1光栅元件的衍射光入射到第2光栅元件，来自上述第2光栅元件的衍射光入射到物镜并会聚在记录媒体上，
第1光栅元件是反射型元件，光路变换装置是具有第1面的第1透明基体，上述第1光栅元件和上述光路变换装置被配置成使来自光源的出射光的光轴与上述第1面的法线所成的角度为临界角以上的角度，且上述第1面的法线与从上述第1光栅元件到第2光栅元件的衍射光的光轴所成的角度在临界角以下，来自上述光源的出射光，由上述第1面反射后入射到上述第1光栅元件，来自上述第1光栅元件的反射衍射光，透过上述第1面后入射到上述第2光栅元件。
2.一种光学头，备有：按顺序配置在从光源到物镜的光路中的第1和第2光栅元件、及配置在上述光源与上述第1光栅元件的光路间的光路变换装置，
其特征在于：光路变换装置使来自上述光源的出射光通过上述光路变换装置入射到上述第1光栅元件，来自上述第1光栅元件的衍射光入射到第2光栅元件，来自上述第2光栅元件的衍射光入射到物镜并会聚在记录媒体上，
以从光路变换装置到第1光栅元件的与上述第1光栅元件对应的法线为基准的第1入射角，大于以与上述第1光栅元件对应的法线为基准的来自上述第1光栅元件的衍射光的出射角，且以从上述第1光栅元件到第2光栅元件的与上述第2光栅元件对应的法线为基准的第2入射角，大于以与上述第2光栅元件对应的法线为基准的来自上述第2光栅元件的衍射光的出射角。
3.根据权利要求1或2所述的光学头，其特征在于：来自第1光栅元件的衍射光的光轴的由波长变化导致的变化部分与来自第2光栅元件的衍射光的光轴的变化部分，至少部分地彼此抵消。
4.根据权利要求1或2所述的光学头，其特征在于：第1光栅元件和第2光栅元件，是具有相同周期的均匀周期直线光栅。
5.根据权利要求1或2所述的光学头，其特征在于：第1光栅元件和第2光栅元件，是具有折射率周期分布结构的体积全息元件。
6.根据权利要求5所述的光学头，其特征在于：入射到体积全息元件的光的偏振光，在射出路、返回路上都是S偏振光。
7.根据权利要求5所述的光学头，其特征在于：还备有偏光性聚焦/跟踪误差信号检测元件，并将体积全息元件的折射率变化量振幅设定为使对S偏振光的1次衍射效率与对P偏振光的1次衍射效率之积为最大的值。
8.根据权利要求1所述的光学头，其特征在于：第1透明基体是具有斜面、底面和侧面的三角棱镜，上述斜面为第1面，将第1光栅元件设置于上述底面，并使来自光源的出射光从上述侧面入射到上述第1透明基体。
9.根据权利要求8所述的光学头，其特征在于：第2光栅元件是透射型元件，还备有在上表面形成上述第2光栅元件的第2透明基体，在第1透明基体的第1面上形成多层膜，并通过上述多层膜使上述第1透明基体与上述第2透明基体一体化。
10.根据权利要求8所述的光学头，其特征在于：第2光栅元件是透射型元件，还备有在上表面形成上述第2光栅元件的第2透明基体，并使空气隙介于第1透明基体与上述第2透明基体之间。
11.根据权利要求8所述的光学头，其特征在于：第2光栅元件是透射型元件，还备有在上表面形成上述第2光栅元件的第2透明基体，上述第2透明基体是三角棱镜。
12.根据权利要求1或2所述的光学头，其特征在于：还备有偏光性聚焦/跟踪误差信号检测元件、及设在从第2光栅元件到物镜的光路中的1/4波阻片。
13.根据权利要求8所述的光学头，其特征在于：第2光栅元件是反射型元件，还备有在底面形成上述第2光栅元件的第2透明基体，在第1透明基体的第1面上形成多层膜，通过上述多层膜使上述第1透明基体与上述第2透明基体一体化，并将上述第1和第2光栅元件配置在同一面上。
14.根据权利要求1或2所述的光学头，其特征在于：第1和第2光栅元件的衍射角在45°以上。
15.根据权利要求1或2所述的光学头，其特征在于：将第1和第2光栅元件设在同一透明基体上。
16.根据权利要求15所述的光学头，其特征在于：将第1和第2光栅元件设在同一透明基体的同一面上。
17.根据权利要求16所述的光学头，其特征在于：将第1和第2光栅元件设在同一透明基体的表面上。
18.根据权利要求17所述的光学头，其特征在于：将三角棱镜在底面与第1光栅元件相对的状态下配置在透明基体上，上述三角棱镜的斜面是光路变换装置。
19.根据权利要求17所述的光学头，其特征在于：在透明基体的背面侧隔着空气层设置反射板，从上述透明基体到上述空气层的折射光，由上述反射板反射后入射到第2光栅元件。
20.根据权利要求1或2所述的光学头，其特征在于：第2光栅元件是将平行光变成发散光、或将发散光变成平行光的光学元件。
21.根据权利要求1或2所述的光学头，其特征在于：第1和第2光栅元件分别由与不同波长对应的多层体积全息元件构成。
22.根据权利要求21所述的光学头，其特征在于：多层体积全息元件，其各层的厚度对应地随波长而不同。
23.根据权利要求22所述的光学头，其特征在于：多层体积全息元件，其各层的厚度与波长成比例。
24.根据权利要求21所述的光学头，其特征在于：多层体积全息元件，其各层的折射率周期分布结构的条纹的倾斜角不同。
25.根据权利要求21所述的光学头，其特征在于：多层体积全息元件，其各层的折射率周期分布结构的条纹的倾斜角相同。
26.根据权利要求21所述的光学头，其特征在于：不同波长为2波长λ1、λ2，第1和第2光栅元件，分别由与上述2波长λ1、λ2对应的2层体积全息元件构成，上述2波长λ1、λ2，为0.60μm≤λ1≤0.68μm、0.76μm≤λ2≤0.87μm。
27.根据权利要求21所述的光学头，其特征在于：不同波长为3波长λ1、λ2、λ3，第1和第2光栅元件，分别由与上述3波长λ1、λ2、λ3对应的3层体积全息元件构成，上述3波长λ1、λ2、λ3，为0.38μm≤λ1≤0.52μm、0.60μm≤λ2≤0.68μm、0.76μm≤λ3≤0.87μm。
28.根据权利要求2所述的光学头，其特征在于：来自第1和第2光栅元件的衍射光的出射角为0°。
29.根据权利要求2所述的光学头，其特征在于：还备有第1透明基体、及在上表面或底面形成第2光栅元件的第2透明基体，通过上述第1光栅元件使上述第1透明基体与上述第2透明基体一体化。
30.根据权利要求2所述的光学头，其特征在于：第1和第2入射角为45°～60°。
CNB981187145A 1997-08-26 1998-08-26 光学头 Expired - Fee Related CN1291397C (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP230057/97 1997-08-26
JP23005797 1997-08-26

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN1214503A CN1214503A (zh) 1999-04-21
CN1291397C true CN1291397C (zh) 2006-12-20

Family

ID=16901889

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CNB981187145A Expired - Fee Related CN1291397C (zh) 1997-08-26 1998-08-26 光学头

Country Status (4)

Country Link
US (1) US6487016B1 (zh)
JP (1) JP4272696B2 (zh)
KR (1) KR100295192B1 (zh)
CN (1) CN1291397C (zh)

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6829096B1 (en) * 1999-02-25 2004-12-07 Confluent Photonics Corporation Bi-directional wavelength division multiplexing/demultiplexing devices
JP3634736B2 (ja) * 2000-10-12 2005-03-30 ペンタックス株式会社 光ヘッド用対物レンズおよび光ヘッドの光学系
US6765724B1 (en) * 2001-01-16 2004-07-20 Holotek, Llc Diffraction grating-based wavelength selection unit having improved polarization dependent performance
CN100472623C (zh) * 2001-11-22 2009-03-25 索尼株式会社 光学头装置及光盘装置
JP2003223738A (ja) * 2001-11-22 2003-08-08 Sony Corp 光ピックアップ装置及び光ディスク装置並びに光学装置及び複合光学素子
GB0410245D0 (en) * 2004-05-07 2004-06-09 Suisse Electronique Microtech Diffractive filter
ITUB20154022A1 (it) * 2015-09-30 2017-03-30 St Microelectronics Srl Sistema per accoppiare luce a dispositivi integrati e procedimento corrispondente
JP6696236B2 (ja) * 2016-03-14 2020-05-20 セイコーエプソン株式会社 表示装置および導光装置
DE102017122353A1 (de) * 2017-09-26 2019-03-28 Carl Zeiss Ag Optische Übertragungsanordnung zum Übertragen eines Quellbildes

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0677331B2 (ja) 1986-09-18 1994-09-28 富士通株式会社 光ヘツド
ES2086303T3 (es) * 1987-02-03 1996-07-01 Fujitsu Ltd Dispositivo de desviacion holografico.
US4907850A (en) * 1987-07-17 1990-03-13 Canon Kabushiki Kaisha Apparatus for periodically generating second harmonic
US5070488A (en) * 1988-06-29 1991-12-03 Atsuko Fukushima Optical integrated circuit and optical apparatus
JP2933166B2 (ja) * 1988-10-28 1999-08-09 オリンパス光学工業株式会社 光ピックアップ
EP0422661A3 (en) * 1989-10-13 1992-07-01 Mitsubishi Rayon Co., Ltd Polarization forming optical device and polarization beam splitter
JP2806293B2 (ja) * 1994-10-06 1998-09-30 松下電器産業株式会社 光ピックアップ及びその製造方法
EP0745983A3 (en) * 1995-05-31 1998-03-04 Daewoo Electronics Co., Ltd Optical pickup
JP3439903B2 (ja) * 1996-03-11 2003-08-25 富士通株式会社 光ディスク装置用光学ヘッド

Also Published As

Publication number Publication date
KR100295192B1 (ko) 2001-07-12
US6487016B1 (en) 2002-11-26
CN1214503A (zh) 1999-04-21
KR19990023891A (ko) 1999-03-25
JP4272696B2 (ja) 2009-06-03
JP2009021012A (ja) 2009-01-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN1290103C (zh) 光学头器件和使用该光学头器件的光学信息装置
CN1066839C (zh) 光头设备
CN1049063C (zh) 光学头器件和光学信息装置
CN1148241A (zh) 光学式再生装置
CN1137475C (zh) 光头和光盘设备
CN1257501C (zh) 采用单一物镜的一种光学头装置
CN1558406A (zh) 光头装置、使用该装置的光信息装置及光盘记录器
CN1881007A (zh) 光路校正装置和使用该光路校正装置的光拾取器
CN1291397C (zh) 光学头
JP2008052826A (ja) 光ピックアップ装置
CN1146883C (zh) 光头设备
CN1090784C (zh) 物镜装置以及采用该物镜装置的光学头
CN1187000A (zh) 物镜以及采用该物镜的光学头和光盘装置
CN1825446A (zh) 光拾取头以及盘驱动装置
CN1641764A (zh) 光束整形棱镜以及使用其的光学拾取器
CN1198154C (zh) 光拾取装置
CN1538417A (zh) 激光头装置、衍射元件及衍射元件的制造方法
CN1258251C (zh) 半导体激光装置和光学读写装置
US20030218952A1 (en) Optical pickup device
CN1910669A (zh) 具有全息元件的光集成单元及光拾取装置
CN1993738A (zh) 衍射部件
CN1711596A (zh) 2波长光源单元及光头装置
CN1463060A (zh) 半导体激光器单元和光学头装置
CN1914673A (zh) 光学器件及光拾波器装置
KR100421045B1 (ko) 박형 광픽업장치

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
C17 Cessation of patent right
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20061220

Termination date: 20120826