CN1313846C - 衍射光学元件及使用了该衍射光学元件的光学头 - Google Patents

衍射光学元件及使用了该衍射光学元件的光学头 Download PDF

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Abstract

提供当波长为0.35μm≤λ1≤0.45μm的光入射时实质上射出0次衍射光、当波长为0.6μm～0.7μm的光入射实质上射出1次衍射光的衍射光学元件。这种衍射光学元件是具备基板1a、及在基板1a上形成的光栅部2a的衍射光学元件。光栅部2a的剖面实质上是在4级、5级或6级中某一级数的台阶形状，当满足0.35μm≤λ1≤0.45μm的第1波长λ1的光3入射时实质上射出0次衍射光6，当满足0.6μm≤λ2≤0.7μm的第2波长的光4入射时实质上射出1次衍射光7。

Description

衍射光学元件及使用了 该衍射光学元件的光学头
技术领域
本发明涉及衍射光学元件及使用了这种衍射光学元件的光学头。本发明特别涉及当波长为0.35μm～0.45μm的光入射时实质上射出0次衍射光、当波长为0.6μm～0.7μm的入射时实质上射出1次衍射光的衍射光学元件及使用了这种射光学元件的光学头。
背景技术
在第3047351号专利公报中，公开了当红色波长的光入射时实质上射出0次衍射光(透过光)、当作为波长比红色波长长的红外波长的光入射时实质上射出-1次衍射光的、剖面具有4级台阶形状的衍射光学元件。此外，在该公报中，同时还公开了使用了这种衍射光学元件的光学头。
然而，即使把第3047351号专利公报中公开了的技术应用于紫色波长及红色波长这两个波长的光，也不能实现当作为波长短的紫色波长的光入射时实质上的射出0次衍射光(透过光)、当作为波长比紫色光长的红色波长的光入射时实质上射出-1次衍射光的衍射光学元件。
发明内容
本发明走为了解决现有技术中的上述课题而进行的，其目的在于提供当波长为0.35～0.45μm的光入射时实质上射出0次衍射光、当波长为0.6μm～0.7μm的光入射时实质上射出1次衍射光的衍射光学元件及使用了这种衍射光学元件的光学头。
为了达到上述目的，本发明衍射光学元件的结构是具备基板、及在上述基板上形成的光栅部的衍射光学元件，其特征在于，上述光栅部的剖面是近似为锯齿形状的、在4级、5级或6级中某一级数的台阶形状，当满足0.35μm≤λ1≤0.45μm的第1波长λ1的光入射时射出比其他次数的衍射光更强的0次衍射光，当满足0.6μm≤λ2≤0.7μm的第2波长λ2的光入射时射出比其他次数的衍射光更强的1次衍射光。
按照该衍射光学元件的结构，能够实现当作为波长短的紫色波长的光入射时实质上射出0次衍射光(透过光)、当作为波长比紫色光长的红色波长的光入射时实质上射出1次衍射光的衍射光学元件。
此外，在上述本发明衍射光学元件的结构中，当满足0.75μm≤λ3≤0.85μm的第3波长λ3的光入射时射出比其他次数的衍射光更强的0次衍射光是较为理想的。
此外，在上述本发明衍射光学元件的结构，当假定光栅部台阶形状的级数为P(P为4、5、6中某一个数的级数)、上述光栅部的折射率为n时，上述光栅部的槽的深度可以2λ1(p-1)/(n-1)表示是较为理想的。按照该较为理想之例，能够使第1波长λ1的光的透过效率提高到大致为最大。
此外，在上述本发明衍射光学元件的结构中，光栅部的折射率为2以上是较为理想的。按照该较为理想之例，能够使光利用效率(0次衍射效率或1次衍射效率)提高。此外，此时，光栅部的材料为从由氧化钽、铌酸锂、氧化钛、氧化铌、及磷化镓组成的组中选择的一种材料或以其作为主要成分的材料是较为理想的。此外，此时，光栅部的材料为以从由氧化钽、铌酸锂、钽酸锂、氧化钛、氧化铌、及磷化镓组成的组中选择的一种材料作主要成分，作为次要成分包含从由钛、铌、钽、及锂组成的组中选择的至少一种材料是较为理想的。
此外，在上述本发明的衍射光学元件的结构中，当假定光栅部台阶形状的级数为p(p为4、5、6中某一个数的级数)、上述光栅部的折射率为n时，以作为比2λ1(p-1)/(n-1)厚的方式在基板上淀积薄膜并对上述薄膜进行加工形成了上述光栅部，上述光栅部的槽的深度可以2λ1(p-1)/(n-1)表示是较为理想的。按照该较为理想之例，由于不需要把基板与光栅部作成相同材料，故设计的自由度变高。此外，在进行蚀刻时使薄膜的蚀刻速率恒定、能够使光栅部的槽的深度之精度提高。
此外，本发明光学头的第1结构具备：射出满足0.35μm≤λ1≤0.45μm的第1波长λ1的光的第1光源；射出满足0.6μm≤λ2≤0.7μm的第2波长λ2的光的第2光源；物镜，它使上述第1波长λ1的光及上述第2波长λ2的光分别聚光到具有第1透明保护层的第1信息记录媒体或具有比上述第1透明保护层厚的第2透明保护层的第2信息记录媒体上；检测来自上述第1及第2信息记录媒体的光的光检测器；以及配置在上述光源与上述物镜之间的上述两个波长的光之共同光路中、上述本发明的衍射光学元件，其特征在于，
当上述第1波长λ1的光入射到上述衍射光学元件上时，上述衍射光学元件射出比其他次数的衍射光更强的0次衍射光，上述物镜使该0次衍射光聚光到上述第1信息记录媒体上，当上述第2波长λ2的光入射到上述衍射光学元件上时，上述衍射光学元件射出比其他次数的衍射光更强的1次衍射光，上述物镜使该1次衍射光聚光到上述第2信息记录媒体上。
此外，本发明光学头的第2结构具备：射出满足0.35μm≤λ1≤0.45μm的第1波长λ1的光的第1光源；射出满足0.6μm≤λ2≤0.7μm的第2波长λ2的光的第2光源；物镜，它使上述第1波长λ1的光及上述第2波长λ2的光分别聚光到具有第1透明保护层的第1信息记录媒体或具有比上述第1透明保护层厚的第2秀明保护层的第2信息记录媒体上；检测来自上述第1及第2信息记录媒体的光的光检测器；以及配置在上述物镜与上述信息记录媒体之间的上述两个波长的光之共同光路中的、上述本发明的衍射光学元件，其特征在于，当从上述物镜射出的上述第1波长λ1的光入射到上述衍射光学元件上时，上述衍射光学元件射出比其他次数的衍射光更强的0次衍射光，该0次衍射光被聚光到上述第1信息记录媒体上，当从上述物镜射出的上述第2波长λ2的光入射到上述衍射光学元件上时，上述衍射光学元件射出比其他次数的衍射光更强的1次衍射光，该1次衍射光被聚光到上述第2信息记录媒体上。
此外，本发明光学头的第3结构具备：射出满足0.35μm≤λ1≤0.45μm的第1波长λ1的光的第1光源；射出满足0.6μm≤λ2≤0.7μm的第2波长λ2的光的第2光源；由第1及第2透镜构成的物镜，它使上述第1波长λ1的光及上述第2波长λ2的光分别聚光到具有第1透明保护层的第1信息记录媒体或具有比上述第1透明保护层厚的第2秀明保护层的第2信息记录媒体上；检测来自上述第1及第2信息记录媒体的光的光检测器；以及配置在上述第1透镜与上述第2透镜之间的光路中的、上述本发明的衍射光学元件，其特征在于，当从上述第1透镜射出的上述第1波长λ1的光入射到上述衍射光学元件上时，上述衍射光学元件射出比其他次数的衍射光更强的0次衍射光，上述第2透镜使该0次衍射光被聚光到上述第1信息记录媒体上，当从上述第1透镜射出的上述第2波长λ2的光入射到上述衍射光学元件上时，上述衍射光学元件射出比其他次数的衍射光更强的1次衍射光，上述第2透镜使该1次衍射光被聚光到上述第2信息记录媒体上。
此外，在上述本发明光学头的第1～第3结构中，上述衍射光学元件通过改变所述光栅部的周期分布来校正上述物镜对于第2波长λ2的光所具有的球面象差、与当对应于来自上述物镜的上述第2波长λ2的光之射出光通过上述第2信息记录媒体的上述第2透明保护层时产生的球面象差之和是较为理想的。按照该较为理想之例，能够使第2波长λ2的光良好地聚光到第2信息记录媒体上。
此外，在上述本发明光学头的第1～第3结构中，从上述物镜到上述第2信息记录媒体的工作距离比从上述物镜到上述第1信息记录媒体的工作距离小是较为理想的。
此外，在上述本发明光学头的第1～第3结构中，从上述物镜到上述第2信息记录媒体的工作距离比人上述物镜到上述第1信息记录媒体的工作距离大是较为理想的。
此外，本发明光学头的第4结构具备：射出满足0.35μm≤λ1≤0.45μm的第1波长λ1的光的第1光源；射出满足0.6μm≤λ2≤0.7μm的第波长λ2的光的第2光源；物镜，它使上述第1波长λ1的光及上述第2波长λ2的光分别聚光到第1信息记录媒体或第2信息记录媒体上；检测来自上述第1及第2信息记录媒体的光的光检测器；以及配置在上述光源与上述物镜之间的上述两个波长的光之共同光路中的、上述本发明的衍射光学元件，其特征在于，当上述第1波长λ1的光入射到上述衍射光学元件上时，上述衍射光学元件射出比其他次数的衍射光更强的0次衍射光，上述物镜使该0次衍射光聚光到上述第1信息记录媒体上，当上述第2波长λ2的光入射到上述衍射光学元件上时，上述衍射光学元件射出比其他次数的衍射光更强的1次衍射光，该1次衍射光在与上述第1波长λ1的光成为同一光轴后、被上述物镜聚光到上述第2信息记录媒体上。
附图的简单说明
图1A为示出本发明第1实施例中的衍射光学元件的平面图，图1B为图1A的A-A’剖面图。
图2A为示出本发明第1实施例中的衍射光学元件的平面图，图2B为图2A的B-B’剖面图。
图3为示出本发明第2实施例衍射光学元件(4级时)中的、对于第1波长λ1的光的标准化周期Λ/λ1与0次衍射效率之关系的曲线图。
图4为示出本发明第2实施例衍射光学元件(4级时)中的、对于第2波长λ2的光的标准化周期Λ/λ2与1次衍射效率之关系的曲线图。
图5A为示出本发明第3实施例中的衍射光学元件的平面图，图5B为图5A的C-C’剖面图。
图6A为示出本发明第4实施例中的衍射光学元件的平面图，图6B为图6A的D-D’剖面图。
图7A为示出本发明第5实施例中的衍射光学元件的平面图，图7B为图7A的E-E’剖面图。
图8为示出本发明第6实施例中的光学头的基本结构及光的传播情况的侧视图。
图9为示出本发明第7实施例中的光学头的基本结构及光的传播情况的侧视图。
图10为示出本发明第8实施例中的光学头的基本结构及光的传播情况的侧视图。
图11为示出本发明第9实施例中的光学头的基本结构及光的传播情况的侧视图。
发明的实施例
下面，使用实施例更具体地说明本发明。
[第1实施例]
首先，使用图1、且按图示那样建立坐标轴，详细地说明本旭有第1实施例中的衍射光学元件。图1A为示出本发明第1实施例中的衍射光学元件的平面图，图1B为图1A的A-A’剖面图。
如图1所示，本实施例的衍射光学元件8a具备基板1a、及在基板1a上形成的光栅部2a。在此，光栅部2a的剖面实质上是在4级、5级或6级中某一级数的台阶形状(图1示出4级情况)。而且，当满足0.35μm≤λ1≤0.45μm的第1波长λ1的光3从衍射光学元件8a的背面(与形成了光栅部2a的面相反侧的面)入射时，该衍射光学元件8a实质上射出0次衍射光6(所谓0次衍射光就是透过光)。此外，当满足0.6μm≤λ2≤0.7μm的第2波长λ2的光4从衍射光学元件8a的背面入射时，该衍射光学元件8a实质上射出1次衍射光7。因而，本实施例的衍射光学元件8a对于第1波长λ1的光3只作为透过元件而起作用，对于第2波长λ2的光4作为光偏转元件而起作用。
再有，在本实施例中，所谓1次衍射光是对于图1的光栅部2a的槽的方向以用图1的7表示的方向射出的衍射光。即，在本实施例中，当用锯齿形状(支柱形状)来近似光栅部2a的台阶形状时，把在大致生成折射光的方向上射出的衍射光称为「1次衍射光」。附带说一下，把对于Z轴在与1次衍射光对称的方向上射出的衍射光称为「-1次衍射光」。再有，该定义也适用于其它实施例中。
通过用第1波长λ1、光栅部2a的台阶形状的级数p(p为4、5、6中某一个数的级数)、及光栅部2a的折射率n、把光栅部2a的槽的深度L实质上设定为L＝2λ1(p-1)/(n-1)，能够使第1波长λ1的光3的透过效率提高到大致为最大。例如，4级(p＝4)、λ1＝0.405μm、λ2＝0.658μm、n＝1.5时，光栅部2a的槽的深度L的希望值为4.86μm。
当光栅部2a的周期Λ变小时第1波长λ1的光3的透过效率降低，但当光栅部2a的周期Λ在第1波长λ1的20倍以上时该透过效率大概约为70-95％。此外，当光栅部2a的周期Λ在第2波长λ2的20倍以上时，第2波长λ2的光4的1次衍射效率大概约为65～75％。光栅部2a的周期Λ根据对应于第2波长λ2的光4的1次衍射光7的衍射角确定，即可。
此外，对于5级(p＝5)的衍射光学元件8a，例如λ1＝0.405μm、λ2＝0.658μm、n＝1.5时，光栅部2a的槽的深度L的希望值为6.48μm。此时，相应于光栅部2a的槽的深度L加深，与4级(p＝4)的衍射光学元件8a相比，第1波长λ1的光3的透过效率降低了约几％～5％。此时，与4级的衍射光学元件8a相比，第2波长λ2的光4的1次衍射效率也降低了约几％～5％。
进而，对于6级(p＝6)的衍射光学元件8a，例如λ1＝0.405μm、λ2＝0.658μm、n＝1.5时，光栅部2a的槽的深度L的希望值为8.1μm。此时，相应于光栅部2a的槽的深度L进一步加深，与5级(p＝5)的衍射光学元件80相比，第1波长λ1的光3的透过效率降低了约12％～5％，第2波长λ2的光4的1次衍射效率比4级(p＝4)或5级(p＝5)的情况也降低了约50％～60％。
在本实施例的衍射光学元件8a中，作为基板1a使用玻璃基板，通过根据级数p重复进行光刻及离子蚀刻(在4级(p＝4)时进行2次，在5级(p＝5)及6级(p＝6)时进行3次)，在基板(玻璃基板)1a上进行刻入形成了光栅部2a。基板1a与光栅部2a用相同的材料形成为一体，衍射光学元件8a成为稳定的结构。此外，在光栅部2a之上进行了AR涂布，由此减小了衍射光学元件8a表面上的反射损耗。
再有，在本实施例中，第1波长λ1的光3及第2波长λ2的光4从衍射光学元件8a的背面入射，但也可从衍射光学元件8a的表面入射。
此外，在其次的第2实施例中将要详细地加以说明，而在本实施例中的衍射光学元件8a中也可以通过使光栅部2a的折射率n为2以上而使光利用效率(0次衍射效率或1次衍射效率)提高。
[第2实施例]
其次，使用图2～图4，详细地说明本发明第2实施例中的衍射光学元件。图2A为示出本发明第2实施例中的衍射光学元件的平面图，图2B为图2A的B-B’剖面图。
如图2所示，本实施例的衍射光学元件8b具备基板1b、及在基板1b上形成的光栅部2b。在此，光栅部2b的剖面实质上是在4级、5级或6级中某一级数的台阶形状(图2示出4级情况)。而且，当满足0.35μm≤λ1≤0.45μm的第1波长λ1的光3从衍射光学元件8b的背面(与形成了光栅部2b的面相反侧的面)入射时，该衍射光学元件8b实质上射出0次衍射光6。此外，光满足0.6μm≤λ2≤0.7μm的第2波长λ2的光4从衍射光学元件8b的背面入射时，该衍射光学元件8b实质上射出1次衍射光7。本实施例的衍射光学元件8b在使用不同的材料构成了基板1b及光栅部2b之点上，与上述第1实施例的衍射光学元件8a不同。
在本实施例的衍射光学元件8b中，作为基板1b使用玻璃基板或树脂基板，在基板1b上以厚度T淀积薄膜，通过根据级数p重复进行光刻及离子蚀刻(在4级(p＝4)时进行2次，在5级(p＝5)及6级(p＝6)时进行3次)，以最大L对薄膜进行刻入、形成了光栅部2b。此时，由于不需要以相同的材料作成基板1b及光栅部2b，故提高了设计的自由度。
此外，通过把薄膜的厚度T作成比光栅部2b的槽的深度L大，在蚀刻时可使薄膜的蚀刻速率恒定，使光栅部2b的槽的深度L的精度提高了。可以认为，这是因为由于界面的影响、在基板1b表面附近淀积起来的薄膜的密度不同了，但薄膜的厚度增大时其密度就变得恒定了。
在本实施例中，也与上述第1实施例相同，通过用第1波长λ1、光栅部2b的台阶形状的级数p(p为4、5、6中某一个数的级数)、及光栅部2b的折射率n、把光栅部2b的槽的深度L实质上设定为L＝2λ1(p-1)/(n-1)，能够使第1波长λ1的光3的透过效率提高到大致为最大。本发明人发现，通过使光栅部2b的折射率n为2以上，可以使光利用效率(0次衍射效率或1次衍射效率)提高。
图3示出本发明第2实施例衍射光学元件(4级时)中的、对于第1波长λ1的光的标准化周期Λ/λ1与0次衍射效率之关系。此外，图4示出本发明第2实施例衍射光学元件(4级时)中的、对于第2波长λ2的光的标准化周期Λ/λ2与1次衍射效率之关系。图3及图4对于光栅部2b的折射率n为1.5、2.0、2.2、2.5这4种情况示出了衍射效率，但可知，通过使光栅部2b的折射率n为2以上可提高光利用效率(0次衍射效率或1次衍射效率)。此外，从图3、图4还可知，存在着光栅部2b的折射率n越大效率的提高越大的倾向。在本实施例的衍射光学元件8b中，作为折射率n为2以上的光栅部2b的材料使用了氧化钽。
此外，正如从L＝2λ1(p-1)/(n-1)的关系可知的那样，由于当光栅部2b的折射率n变大时光栅部2b的槽的深度L的希望值变小，故可谋求制作工艺变得容易(蚀刻时间缩短、精度提高等)了。
再有，在本实施例衍射光学元件8b中，作为光栅部2b的材料使用了氧化钽、但除了氧化钽之外还可以使用铌酸锂、钽酸锂、氧化钛、氧化铌或磷化镓。此外，作为光栅部2b的材料可以使用以从由氧化钽、铌酸锂、钽酸锂、氧化钛、氧化铌、及磷化镓组成的组中选择的一种材料作为主要成分的材料。此外，作为次要成分包含从由钛、铌、钽、及锂组成的组中选择的至少一种材料是所希望的。
此外，当折射率n为2以上时，光栅部2b上的菲涅耳反射变大，但在本实施例的衍射光学元件8b中，通过在光栅部2b上进行AR涂布减小了衍射光学元件8b表面上的反射损耗(图3、图4示出进行了AR涂布时的效率)。
此外，即使在玻璃或树脂那样的例如n＝1.5的情况下效率多少有些降低，但还可以构成图2那样的衍射光学元件8b。
此外，在本实施例中，第1波长λ1的光3及第2波长λ2的光4从衍射光学元件8b的背面入射，但也可从衍射光学元件8b的表面入射。
[第3实施例]
其次，使用图5，详细地说明本发明第3实施例中的衍射光学元件。图5A为示出本发明第3实施例中的衍射光学元件的平面图，图5B为图5A的C-C’剖面图。
如图5所示，本实施例的衍射光学元件8c具备基板1c、及在基板1c上形成的光栅部2c。在此，光栅部2c的剖面实质上是在4级、5级或6级中某一级数的台阶形状(图5示出5级情况)。而且，当满足0.35μm≤λ1≤0.45μm的第1波长λ1的光3从衍射光学元件8c的背面(与形成了光栅部2c的面相反侧的面)入射时，该衍射光学元件8c实质上射出0次衍射光6。此外，当满足0.6μm≤λ2≤0.7μm的第2波长λ2的光4从衍射光学元件8c的背面入射时，该衍射光学元件8c实质上射出1次衍射光7。此外，当满足0.75μm≤λ3≤0.85μm的第3波长λ3的光5从衍射光学元件8c的背面入射时，该衍射光学元件8c实质上射出0次衍射光19。如上所述，本实施例的衍射光学元件8c对应于3个波长，对于第1波长λ1的光3及第3波长λ3的光5只作为透过元件而起作用，对于第2波长λ2的光4作为光偏转元件而起作用。
在本实施例中，也与上述第1及第2实施例相同，通过用第1波长λ1、光栅部2c的台阶形状的级数p(p为4、5、6中某一个数的级数)、及光栅部2c的折射率n、把光栅部2c的槽的深度L实质上设定为L＝2λ1(p-1)/(n-1)，能够使第1波长λ1的光3的透过效率提高到大致为最大。例如，5级(p＝5)、λ1＝0.405μm、n＝1.5时，光栅部2c的槽的深度L的希望值为6.48μm。
级数p为5时，当光栅部2c的周期Λ变小时第1波长λ1的光3的透过效率降低，但当光栅部2c的周期Λ在第1波长λ1的20倍以上时该透过效率大概约为68-93％。此外，当光栅部2c的周期Λ在第2波长λ2的20倍以上时，第2波长λ2的光4的1次衍射效率大概约为63～73％。进而，当光栅部2c的周期Λ在第3波长λ3的20倍以上时，第3波长λ3的光5的0次衍射效率大概约为68～93％。
再有，在级数P为4的情况下光的利用效率最好这一点与上述第1实施例衍射光学元件8a的情况相同。此外，通过使光栅部2c的折射率n为2以上提高了光利用效率(0次衍射效率或1次衍射效率)的情况，也与上述第2实施例衍射光学元件8b的情况相同。
此外，在本实施例中，第1波长λ1的光3、第2波长λ2的光4、及第3波长λ3的光5从衍射光学元件8c的背面入射，但也可从衍射光学元件8c的背面入射。
[第4实施例]
其次，使用图6，以与上述第2实施例衍射光学元件8b之不同点为中心说明本发明第4实施例的衍射光学元件。图6A为示出本发明第4实施例中的衍射光学元件的平面图，图6B为图6A的D-D’剖面图。
如图6所示，本实施例的衍射光学元件8d具备基板1d、及在基板1d上形成的光栅部2d。在此，光栅部2d的剖面实质上是在4级、5级或6级中某一级数的台阶形状(图6示出4级情况)。而且，当满足0.35μm≤λ1≤0.45μm的第1波入λ1的光3从衍射光学元件8d的表面(形成了光栅部2d的面)入射时，该衍射光学元件8d实质上射出0次衍射光6。此外，当满足0.6μm≤λ2≤0.7μm的第2波长λ2的光4从衍射光学元件8d的表面入射时，该衍射光学元件8d实质上射出1次衍射光7。通过使光栅部2d的周期随着去往外周而减小，可以使衍射光学元件8d对于第2波长λ2的光4作为凸透镜而起作用。因而，本实施例的衍射光学元件8d对于第1波长λ1的光3只作为透过元件而起作用，对于第2波长λ2的光4作为凸型、衍射型微透镜而起作用。
再有，在级数P为4的情况下光的利用效率最好这一点与上述第1实施例衍射光学元件8a的情况相同。此外，通过使光栅部2d的折射率n为2以上提高了光利用效率(0次衍射效率或1次衍射效率)的情况，也与上述第2实施例衍射光学元件8b的情况相同。
此外，在本实施例中也与上述第3实施例相同，也可以对应于3个波长，作成除了对第1波长λ1的光3及第2波长λ2的光4之外、还对满足0.75μm≤λ3≤0.85μm的第3波长λ3的光实质上射出0次衍射光。
此外，在本实施例中，第1波长λ1的光3及第2波长λ2的光4从衍射光学元件8d的表面入射，但也可以衍射光学元件8d的背面入射。
[第5实施例]
其次，使用图7，以与上述第4实施例衍射光学元件8d之不同点为中心说明本发明第5实施例的衍射光学元件。图7A为示出本发明第5实施例中的衍射光学元件的平面图，图7B为图7A的E-E’剖面图。
如图7所示，本实施例的衍射光学元件8e具备基板1e、及在基板1e上形成的光栅部2e。在此，光栅部2e的剖面实质上是在4级、5级或6级中某一级数的台阶形状(图7示出4级情况)。而且，当满足0.35μm≤λ1≤0.45μm的第1波入λ1的光3从衍射光学元件8e的表面(形成了光栅部2e的面)入射时，该衍射光学元件8e实质上射出0次衍射光6。此外，当满足0.6μm≤λ2≤0.7μm的第2波长λ2的光4从衍射光学元件8e的表面入射时，该衍射光学元件8e实质上射出1次衍射光7。在本实施例的衍射光学元件8e中，光栅部2e的槽的结构与上述第4实施例的衍射光学元件8d方向相反。因而，本实施例的衍射光学元件8e对于第1波长λ1的光3只作为透过元件而起作用，对于第2波长λ2的光4作为凹型、衍射型微透镜而起作用。
再有，在级数P为4的情况下光的利用效率最好这一点与上述第1实施例衍射光学元件8a的情况相同。此外，通过使光栅部2e的折射率n为2以上提高了光利用效率(0次衍射效率或1次衍射效率)的情况，也与上述第2实施例衍射光学元件8b的情况相同。
此外，在本实施例中也与上述第3实施例相同，也可以对应于3个波长，作成除了对第1波长λ1的光3及第2波长λ2的光4之外、还对满足0.75μm≤λ3≤0.85μm的第3波长λ3的光实质上射出0次衍射光。
此外，在本实施例中，第1波长λ1的光3及第2波长λ2的光4从衍射光学元件8e的表面入射，但也可以衍射光学元件8e的背面入射。
[第6实施例]
其次，使用图8说明本发明第6实施例的光学头。图8为示出本发明第6实施例中的光学头的基本结构及光的传播情况的侧视图。
本实施例的光学头具备：射出满足0.35μm≤λ1≤0.45μm的第1波长λ1的光3的第1光源9a；射出满足0.6μm≤λ2≤0.7μm的第2波长λ2的光4的第2光源9b；物镜16，它使第1波长λ1的光13(平行光)及第2波长λ2的光14(平行光)分别聚光到具有第1透明保护层的第1信息记录媒体(光盘)17a或具有比上述第1透明保护层厚的第2透明保护层的第2信息记录媒体(光盘)17b上；检测来自第1及第2信息记录媒体17a、17b的光的光检测器20a～20d；以及配置在第1波长λ1的光13(平行光)及第2波长λ2的光14(平行光)之共同光路中的、上述第5实施例的衍射光学元件8e。
当满足0.35μm≤λ1≤0.45μm的第1波长λ1的光13(平行光)从衍射光学元件8e的表面(形成了光栅部2e的面)入射时，该衍射光学元件8e实质上射出0次衍射光6。然后，物镜16使该0次衍射光6聚光到第1信息记录媒体17a上。当满足0.6μm≤λ2≤0.7μm的第2波长λ2的光14(平行光)从衍射光学元件8e的表面入射时，该衍射光学元件8e实质上射出1次衍射光7。然后，物镜16使该1次衍射光7聚光到第2信息记录媒体17b上。
设计衍射光学元件8e，通过改变光栅部2e的周期分布，校正物镜16对于第2波长λ2的光14(平行光)所具有的球面象差、与当对应于来自物镜16的第2波长λ2的光14(平行光)之射出光通过第2信息记录媒体17b的上述第2透明保护层时产生的球面象差之和。利用这样的设计，能够使第2波长λ2的光14(平行光)良好地聚光到第2信息记录媒体17b上了。
再有，如图8所示那样，以使其基板1e面向物镜16的方式配置了衍射光学元件8e，但也可以以使其光栅部2e面向物镜16的方式来配置衍射光学元件8e。对于后述的第7实施例及第9实施例，也可以这样说。
进而，可以把衍射光学元件8e配置在物镜16与信息记录媒体17之间。而且此时，可以把光栅部2e直接设置在物镜16上，来代替在基板1e上形成光栅部2e。通过把光栅部2e这样直接设置在物镜16上，能够谋求结构的稳定化。在把衍射光学元件8作成这样的配置时，在从物镜16射出、入射到衍射光学元件8e上的光是第1波长λ1的光的情况下，衍射光学元件8e实质上射出0次衍射光6。此外，在从物镜16射出、入射到衍射光学元件8e上的光是第2波长λ2的光的情况下，衍射光学元件8e实质上射出1次衍射光7。然后，从衍射光学元件8e射出的0次衍射光6被聚光到第1信息记录媒体17a上，从衍射光学元件8e射出的1次衍射光7被聚光到第2信息记录媒体17b上。
在本实施例的光学头中，使用了2个把光源(9a、9b)与光检测器集成起来的单元(10a及10b)。而且，使用分光器18使第1波长λ1的光3与第2波长λ2的光4之光轴一致。在准直透镜15使光轴一致了的两个波长的光3、4变成平行光13、14之后，光13、14通过由衍射光学元件构成的聚焦/跟踪误差信号检测元件11(0次衍射光利用去路，1次衍射光利用归路)，向上反射镜12使其光轴弯曲90°而入射到衍射光学元件8e上。
第1波长λ1例如为0.405μm，第2波长λ2例如为0.658μm。物镜16的数值孔径对第1波长λ1例如为0.85，对第2波长λ2例如为0.6。作为高密度光盘的第1信息记录媒体17a中的第1透明保护层的厚度例如为0.1mm(第1信息记录媒体17a的总厚度为1.2mm)，作为DVD的第2信息记录媒体17b中的第2透明保护层的厚度例如为0.6mm(第2信息记录媒体17b的总厚度为1.2mm)。
在本实施例的光学头中，从物镜16到第2信息记录媒体17b的工作距离WD2比从物镜16到第1信息记录媒体17a的工作距离WD1小。衍射光学元件8e对于第2波长λ2作为凹透镜面起作用，第2波长λ2的光4依次透过凹透镜(衍射光学元件8e)及物镜16而聚光到第2信息记录媒体17b上。因此，由于作成WD1＞WD2，故凹透镜的聚焦功率较小即可(凹透镜的数值NA小)。因而，由于衍射光学元件8e的光栅部2e的周期Λ变大，故如图3及图4所示那样光利用效率提高，衍射光学元件8e的制作也变得容易。
[第7实施例]
其次，使用图9，以与上述第5实施例光学头的不同之点为中心说明本发明第7实施例的光学头。图9为示出本发明第7实施例中的光学头的基本结构及光的传播情况的侧视图。
如图9所示那样，在本实施例中，物镜由第1透镜16a及第2透镜16b组成(2个透镜的结构)，例如形成数值孔径NA为0.85的聚光透镜。在物镜的数值孔径NA为0.65以上时，如本实施例那样用2个以上透镜来构成物镜时比上述第6实施例那样的1个透镜的结构变得更需要进行透镜间的调整，对视场角及倾斜等的误差变大。
在本实施例的光学头中，从物镜16到第2信息记录媒体17b的工作距离WD2比从物镜16到第1信息记录媒体17a的工作距离WD1大。在把物镜作成2个透镜的结构时，WD1受变小到例如0.15mm，但对于作为DVD的第2信息记录媒体17b来说，通过把WD2作成0.3mm能够减少发生翘曲的DVD与物镜16的碰撞。
[第8实施例]
其次，使用图10，以与上述第7实施例光学头的不同之点为中心说明本发明第8实施例的光学头。图10为示出本发明第8实施例中的光学头的基本结构及光的传播情况的侧视图。
本实施例的光学头具备：射出满足0.35μm≤λ1≤0.45μm的第1波长λ1的光3的第1光源9a；射出满足0.6μm≤λ2≤0.7μm的第2波长λ2的光4的第2光源9b；由第1透镜16a及第2透镜16b组成的物镜，它使第1波长λ1的光13(平行光)及第2波长λ2的光14(平行光)分别聚光到具有第1透明保护层的第1信息记录媒体17a或具有比上述第1透明保护层厚的第2透明保护层的第2信息记录媒体17b上；检测来自第1及第2信息记录媒体17a、17b的光的光检测器(未图示)；以及配置在第1透镜16a与第2透镜16b之间的光路中的、上述第5实施例中记述那样的形状的衍射光学元件8f的光栅部2f。
当从第1透镜16a射出的第1波长λ1的光13入射到衍射光学元件8f上时，该衍射光学元件8f实质上射出0次衍射光6。然后，第2透镜16b使从衍射光学元件8f射出的0次衍射光6聚光到第1信息记录媒体17a上。此外，当从第1透镜16a射出的第2波长λ2的光14入射到衍射光学元件8f上时，该衍射光学元件8f实质上射出1次衍射光7。然后，第2透镜16b使从衍射光学元件8f射出的1次衍射光7聚光到第2信息记录媒体17b上。
再有，在本实施例中，第1波长λ1的光13及第2波长λ2的光14从衍射光学元件8f的背面入射，但也可从衍射光学元件8f的表面入射。
此外，在本实施例中，在第1透镜16a及第2透镜16b中靠近光源9的第1透镜16a之上形成衍射光学元件8f的光栅部2f，省略了基板。通过作成这样的结构能够减少部件个数，结构也稳定化了。再有，也可以在第1透镜16a的、面向向上反射镜12一侧的曲率大的面上；第2透镜16b的、面向记录媒体17一侧的面上；或者第2透镜16b的、面向第1透镜16a一侧的曲率大的面上，来形成衍射光学元件8f的光栅部2f。
[第9实施例]
其次，使用图11，以与上述第6实施例光学头的不同之点为中心说明本发明第9实施例的光学头。图11为示出本发明第9实施例中的光学头的基本结构及光的传播情况的侧视图。
本实施例的光学头具备：射出满足0.35μm ≤λ1≤0.45μm的第1波长λ1的光3的第1光源9a；射出满足0.6μm≤λ2≤0.7μm的第2波长λ2的光4的第2光源9b；物镜16，它使第1波长λ1的光13(平行光)及第2波长λ2的光14(平行光)分别聚光第1信息记录媒体17a或第2信息记录媒体17b上；检测来自第1及第2信息记录媒体17a、17b的光的光检测器(未图示)；以及配置在光源9与物镜16之间的两个波长的光之共同光路中的、上述第1实施例的衍射光学元件8a。
当第1波长λ1的光3从衍射光学元件8a的表面(形成了光栅部2a的面)入射时，该衍射光学元件8a实质上射出0次衍射光13。然后，物镜16使该0次衍射光13聚光到第1信息记录媒体17a上。此外，当第2波长λ2的光4从衍射光学元件8a的表面入射时，该衍射光学元件8a实质上射出1次衍射光14。然后，在使该1次衍射光14实质上与第1波长λ1的光13成为同一光轴之后，物镜16使该1次衍射光14聚光到第2信息记录媒体17b上。
在本实施例的光学头中，第1光源9a及第2光源9b内装于光源/光检测器单元10内，使用衍射光学元件8a使第1波长λ1的光3及第2波长λ2的光4之光轴一致。通过作成这样的结构能够减少部件个数，结构也稳定化了。
此外，在本实施例的光学头中，进而把衍射光学元件8e设置在物镜16与向上反射镜12之间，但不一定必须是该衍射光学元件8e，也可以是其它装置。
上面，在第1～第9实施例中，说明了衍射光学元件及光学头，但本发明不限定于这些实施例，把每一个实施例的衍射光学元件或光学头的结构组合起来而形成的衍射光学元件或光学头也包含在本发明中，也能够产生同样的效果。
再有，在上述实施例中使用了的物镜及准直透镜是为了方便而命名的，与一般所谓的透镜相同。
此外，在上述第6～第9实施例中，举光盘为例作了说明，但是，应用于以能够使用同样的信息记录再生装置来再生原度或记录密度等多种规格不同的媒体的方式设计出来的卡状、鼓状、带状制品中的情况，也包含在本发明的范围内。
正如上面说明了的那样，按照本发明可以实现当波长为0.35μm～0.45μm的光入射时实质上射出0次衍射光、当波长为0.6μm～0.7μm的光入射时实质上射出1次衍射光的衍射光学元件及使用了这种衍射光学元件的高密度光盘与DVD的互换的光学头。

Claims (14)

1.一种衍射光学元件，它是具备基板、及在上述基板上形成的光栅部的衍射光学元件，其特征在于，
上述光栅部的剖面是近似为锯齿形状的台阶形状，而该锯齿形状在第4级、第5级或第6级中某一级数的台阶上形成，
当满足0.35μm≤λ1≤0.45μm的第1波长λ1的光入射时射出具有比其他次数的衍射光大的衍射效率的0次衍射光，当满足0.6μm≤λ2≤0.7μm的第2波长λ2的光入射时射出具有比其他次数的衍射光大的衍射效率的1次衍射光。
2.根据权利要求1中所述的衍射光学元件，其特征在于，当满足0.75μm≤λ3≤0.85μm的第3波长λ3的光入射时射出具有比其他次数的衍射光大的衍射效率的0次衍射光。
3.根据权利要求1中所述的衍射光学元件，其特征在于，当假定光栅部台阶形状的级数为P、上述光栅部的折射率为n时，其中，P为4、5、6中某一个数的级数，上述光栅部的槽的深度以2λ1(p-1)/(n-1)表示。
4.根据权利要求1中所述的衍射光学元件，其特征在于，光栅部的折射率为2以上。
5.根据权利要求4中所述的衍射光学元件，其特征在于，光栅部的材料为从由氧化钽、铌酸锂、钽酸锂、氧化钛、氧化铌、及磷化镓组成的组中选择的一种材料或以其作为主要成分的材料。
6.根据权利要求4所述的衍射光学元件，其特征在于，光栅部的材料为以从由氧化钽、铌酸锂、钽酸锂、氧化钛、氧化铌、及磷化镓组成的组中选择的一种材料作为主要成分，作为次要成分包含从由钛、铌、钽、及锂组成的组中选择的至少一种材料。
7.根据权利要求1中所述的衍射光学元件，其特征在于，当假定光栅部台阶形状的级数为p、上述光栅部的折射率为n时，其中，p为4、5、6中某一个数的级数，以作为比2λ1(p-1)/(n-1)厚的方式在基板上淀积薄膜并对上述薄膜进行加工形成了上述光栅部，上述光栅部的槽的深度以2λ1(p-1)/(n-1)表示。
8.一种光学头，它具备：射出满足0.35μm≤λ1≤0.45μm的第1波长λ1的光的第1光源；射出满足0.6μm≤λ2≤0.7μm的第2波长λ2的光的第2光源；物镜，它使上述第1波长λ1的光及上述第2波长λ2的光分别聚光到具有第1透明保护层的第1信息记录媒体或具有比上述第1透明保护层厚的第2透明保护层的第2信息记录媒体上；检测来自上述第1及第2信息记录媒体的光的光检测器；以及配置在上述光源与上述物镜之间的上述两个波长的光之共同光路中、根据权利要求1中记述的衍射光学元件，其特征在于，
当上述第1波长λ1的光入射到上述衍射光学元件上时，上述衍射光学元件射出具有比其他次数的衍射光大的衍射效率的0次衍射光，上述物镜使该0次衍射光聚光到上述第1信息记录媒体上，
当上述第2波长λ2的光入射到上述衍射光学元件上时，上述衍射光学元件射出具有比其他次数的衍射光大的衍射效率的1次衍射光，上述物镜使该1次衍射光聚光到上述第2信息记录媒体上。
9.一种光学头，它具备：射出满足0.35μm≤λ1≤0.45μm的第1波长λ1的光的第1光源；射出满足0.6μm≤λ2≤0.7μm的第2波长λ2的光的第2光源；物镜，它使上述第1波长λ1的光及上述第2波长λ2的光分别聚光到具有第1透明保护层的第1信息记录媒体或具有比上述第1透明保护层厚的第2透明保护层的第2信息记录媒体上；检测来自上述第1及第2信息记录媒体的光的光检测器；以及配置在上述物镜与上述信息记录媒体之间的上述两个波长的光之共同光路中、根据权利要求1中记述的衍射光学元件，其特征在于，
当从上述物镜射出的上述第1波长λ1的光入射到上述衍射光学元件上时，上述衍射光学元件射出具有比其他次数的衍射光大的衍射效率的0次衍射光，该0次衍射光被聚光到上述第1信息记录媒体上，当从上述物镜射出的上述第2波长λ2的光入射到上述衍射光学元件上时，上述衍射光学元件射出具有比其他次数的衍射光大的衍射效率的1次衍射光，该1次衍射光被聚光到上述第2信息记录媒体上。
10.一种光学头，它具备：射出满足0.35μm≤λ1≤0.45μm的第1波长λ1的光的第1光源；射出满足0.6μm≤λ2≤0.7μm的第2波长λ2的光的第2光源；由第1及第2透镜构成的物镜，它使上述第1波长λ1的光及上述第2波长λ2的光分别聚光到具有第1透明保护层的第1信息记录媒体或具有比上述第1透明保护层厚的第2透明保护层的第2信息记录媒体上；检测来自上述第1及第2信息记录媒体的光的光检测器；以及配置在上述第1透镜与上述第2透镜之间的光路中的、根据权利要求1中记述的衍射光学元件，其特征在于，
当从上述第1透镜射出的上述第1波长λ1的光入射到上述衍射光学元件上时，上述衍射光学元件射出具有比其他次数的衍射光大的衍射效率的0次衍射光，上述第2透镜使该0次衍射光聚光到上述第1信息记录媒体上，
当从上述第1透镜射出的上述第2波长λ2的光入射到上述衍射光学元件上时，上述衍射光学元件射出具有比其他次数的衍射光大的衍射效率的1次衍射光，上述第2透镜使该1次衍射光聚光到上述第2信息记录媒体上。
11.根据权利要求8～10的任一项中所述的光学头，其特征在于，上述衍射光学元件通过改变所述光栅部的周期分布来校正上述物镜对于第2波长λ2的光所具有的球面象差、与当对应于来自上述物镜的上述第2波长λ2的光之射出光通过上述第2信息记录媒体的上述第2透明保护层时产生的球面象差之和。
12.根据权利要求8～10的任一项中所述的光学头，其特征在于，从上述物镜到上述第2信息记录媒体的工作距离比从上述物镜到上述第1信息记录媒体的工作距离小。
13.根据权利要求8～10的任一项中所述的光学头，其特征在于，从上述物镜到上述第2信息记录媒体的工作距离比从上述物镜到上述第1信息记录媒体的工作距离大。
14.一种光学头，它具备：射出满足0.35μm≤λ1≤0.45μm的第1波长λ1的光的第1光源；射出满足0.6μm≤λ2≤0.7μm的第2波长λ2的光的第2光源；物镜，它使上述第1波长λ1的光及上述第2波长λ2的光分别聚光到第1信息记录媒体或第2信息记录媒体上；检测来自上述第1及第2信息记录媒体的光的光检测器；以及配置在上述光源与上述物镜之间的上述两个波长的光之共同光路中的、根据权利要求1中记述的衍射光学元件，其特征在于，
当上述第1波长λ1的光入射到上述衍射光学元件上时，上述衍射光学元件射出具有比其他次数的衍射光大的衍射效率的0次衍射光，上述物镜使该0次衍射光聚光到上述第1信息记录媒体上，
当上述第2波长λ2的光入射到上述衍射光学元件上时，上述衍射光学元件射出具有比其他次数的衍射光大的衍射效率的1次衍射光，该1次衍射光在通过上述衍射光学元件与上述第1波长λ1的光成为同一光轴后、被上述物镜聚光到上述第2信息记录媒体上。
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