CN1372259A - 光学构件及使用该光学构件的光传感器 - Google Patents

Abstract

一种光学构件,使不同振荡波长的激光13a’、13b’以其光轴相互平行地入射,包括:各激光13a’、13b’入射的入射面30a;将入射到入射面30a中的各激光13a’、13b’射出的出射面30b;还包括:在入射面30a上形成的、按照入射的各激光13a’、13b’的振荡波长使各激光13a’、13b’的衍射光以不同的衍射角透射的第1衍射光栅30f;在出射面30b上形成的、将被第1衍射光栅30f衍射的各激光13a’、13b’以与该振荡波长对应的衍射角再次衍射的第2衍射光栅30g;使从出射面30b射向外部的各激光13a’、13b’的衍射光的光轴相互一致。

Description

光学构件及使用该光学构件的光传感器

技术领域

本发明涉及一种可以对CD(CD-R)、DVD等不同的光盘进行记录/再现的光传感器以及用于该光传感器的光学构件。

背景技术

近年来，对记录密度比CD等高的光盘即DVD进行记录、再现的DVD装置已产品化、普及化，安装在该DVD装置上的光传感器也正在小型化、轻量化。并且，在DVD装置中，为了达到与CD(包括CD-R)等的互换性的要求，需要具备DVD用的激光光源(650nm波段)和CD用的激光光源(780nm波段)等振荡波长不同的2个半导体激光器。

而且，作为可以用一个光盘装置再现CD、CD-R、DVD等各种光盘的光传感器的构成部件，使用在一个框体内具备射出振荡波长不同的激光的2个光源的2波长激光二极管是众所周知的。通过使用该2波长激光二极管，能够简化光传感器的光学系统。

另外，因为将光源设置在不同的位置上，所以从所述2波长激光二极管的各光源射出的激光的光轴相互平行。

为了在光传感器中使用该2波长激光二极管，需要使各激光的光轴保持一致。作为使从这样的2波长激光二极管射出的光轴保持一致的技术，在特开平11-110785号公报、特开平11-97804号公报中有记载。

如图7及图8所示，现有的半导体激光装置具备：将具有不同振荡波长的半导体激光元件1、2容纳在框体4内，在该框体4的上面设置衍射光栅3的结构。

而且，对衍射光栅3进行光学设计，以使从半导体激光元件1倾斜入射的激光保持原样地透射并射出，同时将从半导体激光元件2倾斜入射的激光衍射，并以同一光轴Ma方向射出其1次衍射光。这样，半导体激光元件1、2的虚拟发光点2A在同一轴上或变为同一点(参照特开平11-110785号公报)。

其次，如图9A、图9B所示，现有的另外的2波长激光二极管组件具备：在2波长激光二极管100(200)内设置相互水平(垂直)的不同的波长的激光二极管131、132(231、232)，从这里射出的各激光的光轴相互平行的结构。

而且，如图10所示，使用外部射束一致部件(微型2色棱镜、微型2色板、微型2色光束分配装置等)即反射器件360，利用反射器件360的顶部反射面361和底部反射面362的间隔的差(d)，使入射到反射器件360上的激光以近乎直角反射出去，使该反射的各激光的光轴保持一致(参照特开平11-97804号公报)。

不过，虽然现有的半导体激光装置是利用衍射光栅3的装置，但为了使各激光的光轴保持一致，成为将各激光从半导体激光元件1、2分别倾斜射出，同样倾斜入射到衍射光栅3中的结构。因此，出现了2个半导体激光元件1、2的光学设计或组装时的定位精度问题。

另一方面，现有的另外的2波长激光二极管组件100(200)是为了使各激光的光轴保持一致而利用反射器件的组件，但使用反射器件使从激光二极管131、132射出的各激光以近乎直角反射并偏转，一般对于光学设计来说是复杂的，而且在组装时的位置精度的确定也是非常难的。与此同时，因为需要在正交方向上设置几个光学构件(平行光透镜、物镜等)，所以与把光传感器整体设置在一条直线上的光学构件相比，有大型化的问题。

而且，还有如下问题：即必须在反射器件的顶部和底部形成对应于给定波长的激光的透射膜或反射膜，而为形成该膜需要增加许多制造成本。

发明内容

鉴于以上所述问题的存在，本发明的目的在于：提供一种光学构件以及使用该光学构件的光传感器，对于从2波长激光二极管射出的光轴相互平行的激光来说，利用简单的结构就可以使各激光的光轴变为一致。

作为用于解决至少一个所述问题的第1技术方案，是不同振荡波长的激光在使其光轴相互平行之后入射的光学构件，包括：各激光入射的入射面；将入射到该入射面中的各激光射出的出射面；还包括：在入射面上形成的、按照入射的各激光的振荡波长使该各激光的衍射光以不同的衍射角透射内部，并将该衍射光引导到所述出射面的同一位置上的第1衍射光栅；在出射面上形成的、将被第1衍射光栅衍射的各激光以与该振荡波长对应的衍射角再次衍射的第2衍射光栅；并且使从出射面射向外部的各激光的衍射光的光轴相互一致。

另外，作为第2技术方案，是利用树脂成形来一体形成具有第1衍射光栅和第2衍射光栅的光学构件。

另外，作为第3技术方案，是使第1衍射光栅及第2衍射光栅成为火焰形状，并使各衍射光栅的火焰方向相对于入射的所述各激光的方向为反向。

另外，作为第4技术方案，是各激光的衍射光分别是在第1衍射光栅及第2衍射光栅上被衍射的1次衍射光。

另外，第5技术方案是：包括：具有分别射出各激光并使其光轴相互平行的2个光源的2波长激光二极管；使从2波长激光二极管射出的各激光入射到入射面的第1衍射光栅上的光学构件；使被第1衍射光栅衍射、又被光学构件的第2衍射光栅衍射之后射出的光轴保持一致后的各激光的衍射光聚束的物镜；所聚束的各激光的衍射光被DVD或CD光盘反射，使相对于该反射的各激光的各返回光透射所述物镜、光学构件后，入射到具有受光元件的受光构件内。

附图说明

图1是用于说明本发明的一个实施例即光学构件及发光构件的简略说明图。

图2是在本发明的一个实施例即使用光学构件的光传感器中的发光构件的简略立体图。

图3A是本发明的一个实施例即光学构件的入射面的简略说明图。

图3B是所述光学构件的出射面的简略说明图。

图4是用于说明本发明的一个实施例即使用光学构件的光传感器的局部说明图。

图5是用于说明本发明的一个实施例即使用光学构件的光传感器的变形例的局部说明图。

图6是用于说明本发明的一个实施例即使用光学构件的光传感器的局部说明图。

图7是使用现有的衍射光栅的半导体激光装置的简略构成图。

图8是表示图7的半导体激光装置外观的简略立体图。

图9A、图9B分别是现有的其他激光二极管组件的立体图。

图10是现有的其他激光二极管组件的简略说明图。

附图符号说明

12—2波长激光二极管；13a’—激光(短波长的激光)；13b’—激光(长波长的激光)；14—受光构件；14a—受光元件；30—光学构件；30a—入射面；30b—出射面；30f—第1衍射光栅；30g—第2衍射光栅。

具体实施方式

下面，参照图1至图6说明本发明的一个实施例即光学构件及具备该光学构件的光传感器。

如图1及图6所示，光传感器主要包括：发光构件即2波长激光二极管12；内藏了受光元件14a的受光构件14；光学构件30；平行光透镜40；未图示的物镜。

而且，将光传感器设置在未图示的光盘(CD或DVD)的对面，并在与CD(DVD)面正交的方向即聚焦方向以及CD(DVD)的半径方向即跟踪方向上可以移动地支承物镜。

如图2所示，所述2波长激光二极管12包括：圆盘状的衬底部12a；在衬底部12a的其中一侧的平面部12a’上设置突出来的正方体状的基座12b；位置确定并且被粘合在基座12b的侧面(图2中的上面)上的激光芯片13；为了包住基座12b而在其中一侧的平面部12a’上安装固定的、一体形成管状的主体部12c和具有开口部12d’的顶板12d的盖部12e；为了从盖部12e的内侧堵住开口部12d’而被粘合的透明的圆盘状的光学玻璃板12f。这样，在由衬底部12a、盖部12e和光学玻璃板12f构成的一个组件的密闭的空间中设置激光芯片13。

而且，光学玻璃板12f是修正从以下所述光源13a、13b发散地射出的激光13a’、13b’的水平方向(图2中的y方向)和垂直的方向(图2中的x方向)的光学象差之差的元件。

在所述激光芯片13中，以相近的位置并列设置射出DVD用的短波长(650nm波段)的激光13a’(用图1中的实线表示)的光源13a和射出CD用的长波长(780nm波段)的激光13b’(用图1中的点线表示)的光源13b。

并且，由光源13a、13b分别射出的激光13a’、13b’从玻璃板12f射出，并使之与衬底部12a的其中一侧的平面部12a’的正交的方向(图2中的z方向)相互平行。

而且，激光13a’、13b’的射出位置在激光芯片13的头端面13’(设置头端面13’，使之平行于平面部12a’)的同一平面上构成。并且，在与衬底部12a的其中一侧的平面部12a’相反的另一侧的平面部上设置多个突出来的外部连接端子(未图示)，通过该外部连接端子将驱动电流供给到激光芯片13中。

并且，在制作2波长激光二极管12的过程中，因为在给定的衬底面上对具有2个光源13a、13b的激光芯片13进行如半导体处理那样的精密加工，所以利用高精度将各光源13a、13b之间的间隔D均等地形成相互靠近的给定的值。

其次，如图1及图3A、3B所示，所述光学构件30由具备相互对向的入射面30a和出射面30b的树脂制的平行平板构成，在入射面30a的中央部分上形成截面呈锯齿状的第1衍射光栅30f，在出射面30b的中央部分上也形成截面呈锯齿状的第2衍射光栅30g。

而且，如图1所示，形成所述光学构件30，使之成为所述第1衍射光栅30f和所述第2衍射光栅30g互相朝向相反方向的火焰(锯齿)形状。

通过树脂成形的精密加工形成有呈该火焰形状的第1、第2衍射光栅30f、30g，使之如果入射光轴相互平行的激光13a’、13b’，就以给定的衍射角(θ1、θ2)射出该激光，并使各衍射光栅30f、30g的火焰的刀尖的方向与入射的所述激光13a’、13b’的方向相反。

在此，在利用注射成形(树脂成形)形成所述光学构件30时，同时一体形成第1、第2衍射光栅30f、30g。

而且，设置所述光学构件30，以保证从所述2波长激光二极管12射出的激光13a’、13b’的光轴分别正交于入射面30a、出射面30b的方向将该激光13a’、13b’入射、射出该入射面30a及出射面30b。

而且，对于第1、第2衍射光栅30f、30g进行光学设计，以使通过这些衍射作用形成的各激光13a’、13b’的1次衍射光的光量比另外的衍射光(n＝2、3、4…)的光量多。

并且，对于所述光学构件30进行适当的光学设计，以使在从光学角度设计该平行平板的厚度和第1衍射光栅30f的形状之际，修正各激光13a’、13b’的光学象差。

而且，对于所述光学构件30进行最适当的光学设计，以使在从光学角度设计第2衍射光栅30g之际，修正从不同的入射面30a射出的并射向出射面30g的各激光13a’、13b’的光学象差，使这些激光的光轴保持一致地射出。

如图4所示，所述平行光透镜40由树脂制或玻璃制的单透镜构成，是将扩展开入射的激光变为平行光的透镜。

而且，设置所述平行光透镜40，使所述光学构件30的出射面30b与从该出射面30b射出的激光的光轴正交。

即，从2波长激光二极管12射出的激光13a’、13b’的光轴和从光学构件30的出射面30b射出的激光13a’、13b’的衍射光的光轴相互平行。

如图6所示，所述受光构件14包括：内藏了受光元件14a的组件；在组件上设置的向外部突出来的外部连接端子(未图示)。

而且，受光构件14位于光学构件30的入射面30a和2波长激光之间的空间内(激光13a’、13b’的光轴上除外)，接受来自光盘(DVD或CD)的各返回光。

而且，对于受光构件14来说，可以通过外部连接端子向受光元件14a中供给电源电压，利用受光元件14a将已经过光电变换的信号向外部输出。

下面，参照图1及图4说明该光传感器的作用。

首先，从2波长激光二极管12的光源13a射出的短波长的激光13a’透射光学玻璃板12f并修正因2波长激光二极管12造成的光学象差之后，入射到光学构件30的入射面30a的第1衍射光栅30f上。

所述激光13a’通过第1衍射光栅30f的衍射作用，透射该第1衍射光栅30f之后，被分散为n次衍射光。

而且，所述激光13a’被依次分散并形成为：由所述激光13a’的未图示的直线前进方向的激光(0次衍射光)；与该0次光邻近的1次衍射光等的n次光(n＝1、2、3…)，将被使用的1次衍射光以给定的衍射角(θ1)射出。

而且，将透射光学构件30内部的1次衍射光导向出射面30b的给定的位置(P)。

接着，以给定的入射角(θ3)入射到光学构件30的第2衍射光栅30g上的所述1次衍射光13a’被分散为：未图示的直线前进方向的激光(0次衍射光)；具有给定的衍射角的n次衍射光(n＝1、2、3…)，并向外部射出。将其中的1次衍射光从出射面30b射向平行光透镜40。

据此，射出所述短波长的激光13a’，使其光轴从光源13a到光学构件30的第1衍射光栅30f为近乎水平方向(图1中的z方向)，而且从第1衍射光栅30f到第2衍射光栅30g以给定的衍射角(θ1)偏转，而且使从第2衍射光栅30g射向平行光透镜40的1次衍射光的光轴变为近乎水平方向(图1中的z方向)。

另一方面，从2波长激光二极管12的光源13b射出的长波长的激光13b’透射光学玻璃板12f并修正因2波长激光二极管12造成的光学象差之后，入射到光学构件30的入射面30a的第1衍射光栅30f上。

所述激光13b’通过第1衍射光栅30f的衍射作用，透射该第1衍射光栅30f之后，被分散为n次衍射光，其中的1次衍射光(n＝1)以具有比所述衍射角θ1大的角度的给定的衍射角(θ2)透射内部并被导向出射面30b的给定的位置(P)。

接着，以入射角(θ4，但比入射角θ3大。)入射到出射面30b的给定的位置(P)的1次衍射光在第2衍射光栅30g上以给定的衍射角分散，并将其中的1次衍射光(n＝1)从出射面30b向平行光透镜40射出。

这样，从2波长激光二极管12的光源13a、13b使其光轴相互平行地射出的短波长激光13a’、长波长激光13b’分别交于第1衍射光栅30f的面上的不同的点，但透射内部的各激光13a’、13b’的1次衍射光被引导到出射面30b的第2衍射光栅30g的同一位置(P)，在第2衍射光栅30g上射出，使射出的各激光13a’、13b’的光轴相互一致。

其次，作为从光学构件30入射并作为平行光从平行光透镜40射向未图示的物镜的衍射光的各激光13a’、13b’，通过物镜的聚光作用，分别在未图示的光盘(CD、DVD等)的记录信息面上聚束为小光点。

而且，如图6所示，由光盘的记录信息面反射而返回的返回光以相反的方向(图6所示的箭头方向)前进，依次透射物镜、平行光透镜40、光学构件30，聚束在具备受光元件14a的受光构件14上，利用受光元件14a进行光电变换并将给定的再现信号等输出。

下面，参照图5说明本发明的实施例的光学构件的变形例。

本发明的变形例的光学构件30，其特征在于：相对于图5所示的y轴方向，仅使所述光学构件30的入射面30a、出射面30b按顺时针方向倾斜(倾斜角为θ)。

这样，通过相对于2波长激光二极管12的各激光13a’、13b’的光轴倾斜地设置光学构件30，可以容易对入射的各激光13a’、13b’的1次衍射光的光学象差(特别是象散)进行修正调整，可以不减少被用于再现信号等的1次衍射光的光量，所以能够达到进一步提高光学性能的目的。

如以上说明的本实施例的光学构件30，使不同振荡波长的激光13a’、13b’以其光轴相互平行地入射，包括：各激光13a’、13b’入射的入射面30a；将入射到入射面30a中的各激光13a’、13b’射出的出射面30b；还包括：在入射面30a上形成的、按照入射的各激光13a’、13b’的振荡波长使各激光13a’、13b’的衍射光以不同的衍射角(θ1、θ2)透射内部并将该衍射光引导到出射面30b的同一位置(P)上的第1衍射光栅30f；在出射面30b上形成的、将被第1衍射光栅30f衍射的各激光13a’、13b’以与该振荡波长对应的衍射角再次衍射的第2衍射光栅30g；并使从出射面30b射向外部的各激光13a’、13b’的衍射光的光轴相互一致。因此，由于不需要象现有例这样使从2波长激光二极管12的各光源13a、13b射出的激光13a’、13b’倾斜地射出，所以能够简单地进行2波长激光二极管12的设计和制造。

并且，因为无需构成如使用现有的反射器件将从2波长激光二极管12的各光源13a、13b射出的各激光13a’、13b’折射为正交方向的结构，所以可以简化使用该光学构件30的光传感器的设计，并且也能够容易达到小型化。

并且，因为不使入射到光学构件30上的各激光13a’、13b’从出射面30b的第2衍射光栅30g上倾斜地射出，能够使该射出的激光(衍射光)的光轴相互一致，所以容易用简单的构成进行光学设计。

并且，通过利用树脂成形一体形成具有第1衍射光栅30f和第2衍射光栅30g的光学构件30，可以简单且大量地制作，所以能够使造价低廉。

并且，通过使第1衍射光栅30f和第2衍射光栅30g成为相同的火焰形状，可以简化用于分别入射到第1衍射光栅30f上的各激光13a’、13b’和分别从第2衍射光栅30g作为光轴一致的衍射光射出的光学设计，而且容易组装。

并且，通过使第1及第2衍射光栅30f、30g成为火焰形状，并使各衍射光栅30f、30g的火焰方向相对于入射到入射面30a上的各激光13a’、13b’的方向成为反向，能够使衍射光的光量高效率地从出射面30b射出。

并且，通过成为相同的火焰形状，可以简单地加工制作树脂成形用的模具，同时也容易进行该光学构件的树脂成形加工。

并且，通过成为相同的火焰形状，因为可以只将第1、第2衍射光栅作为成形加工的对象，所以能简单地进行加工，而且在组装时，因为仅注意在第1、第2衍射光栅各自的上下方向(图中的y轴方向)上没有安装错误就可以，所以容易安装。

并且，各激光13a’、13b’的衍射光分别是在第1衍射光栅30f及第2衍射光栅30g上被衍射的1次衍射光，据此可以减少光量的损失，能够更高效率地加以利用。

并且，本实施例的使用光学构件30的光传感器包括：具有射出各激光13a’、13b’并使其光轴相互平行的2个光源13a、13b的2波长激光二极管12；将从2波长激光二极管12射出的各激光13a’、13b’入射到入射面30a的第1衍射光栅30f上的光学构件30；将被第1衍射光栅30f衍射、又被光学构件30的第2衍射光栅30g衍射之后射出的各激光13a’、13b’的衍射光聚束在DVD或CD的光盘上的物镜；使被光盘反射的相对于光轴保持一致的各激光的各返回光透射物镜、光学构件30，入射到具有受光元件14a的受光构件14上，据此，分别将光轴相同的各激光聚束到DVD、CD的各光盘上，所以能够利用简单的构成并使用同一个受光构件14的受光元件14a正确地接收来自光盘的返回光。

以上说明了本发明的实施例，但本发明并不局限于所述实施例，可以在不脱离其宗旨的范围内实施变更。

例如，也可以不必使光学构件30的入射面30a和出射面30b成为平行的平板。

并且，将光学构件30与2波长激光二极管12一体地安装在其框体上也可以。因此，能够简化确定调整位置的步骤。

如以上说明的本实施例的光学构件是使不同振荡波长的激光以其光轴相互平行地入射的光学构件，包括：各激光入射的入射面；将入射到入射面中的各激光射出的出射面；还包括：在入射面上形成的、按照入射的各激光的振荡波长使各激光的衍射光以不同的衍射角透射内部并将该衍射光引导到所述出射面的同一位置上的第1衍射光栅；在出射面上形成的、将被第1衍射光栅衍射的各激光以与该振荡波长对应的衍射角再次衍射的第2衍射光栅；使从出射面射向外部的各激光的衍射光的光轴相互一致，据此，即使不象现有的这样利用反射器件使入射的激光从出射面的第2衍射光栅倾斜地射出，也能使射出的激光(衍射光)的光轴相互一致，所以能够构造简单。并且，与现有这样使用成膜的反射器件的情况相比造价低廉。

并且，通过利用树脂成形一体形成具有第1衍射光栅和第2衍射光栅的光学构件，可以简单且大量地加工制作，所以能够使造价低廉。

并且，通过使第1衍射光栅及第2衍射光栅成为火焰形状，并使各衍射光栅的火焰方向相对于入射的各激光的方向成为反向，能够使衍射光的光量高效率地射出。

并且，各激光的衍射光分别是在第1衍射光栅及第2衍射光栅上被衍射的1次衍射光，据此能够更高效率地利用被第1、第2衍射光栅分散的各激光的光量，所以不会使光学性能低下。

并且，本发明的使用光学构件的光传感器包括：具有分别射出各激光并使其光轴相互平行的2个光源的2波长激光二极管；将从2波长激光二极管射出的所述各激光入射到入射面的第1衍射光栅上的光学构件；将被第1衍射光栅衍射、又被光学构件的第2衍射光栅衍射之后射出的各激光的衍射光聚束在DVD或CD的光盘上的物镜；使被光盘反射的相对于光轴保持一致的各激光的各返回光透射所述物镜、光学构件，入射到具有受光元件的受光构件上，据此，因为可以使入射的激光不偏离正交方向，所以能够将使用该光学构件的光传感器并列设置在一条直线上，在容易做到小型化、薄型化的同时，可以简单且精度高地制作组装该光传感器。并且，因为将光轴相同的各激光聚束到光盘上，所以能够利用简单的构成并使用受光构件的受光元件正确地接收来自光盘的返回光。

Claims (5)

1.一种光学构件，使不同振荡波长的激光在其光轴相互平行之后入射，其特征在于：

包括：所述各激光入射的入射面；将入射到该入射面中的所述各激光射出的出射面；

还包括：

形成在所述入射面上，并且按照入射的所述各激光的振荡波长使该各激光的衍射光以不同的衍射角透射内部并将该衍射光引导到所述出射面的同一位置上的第1衍射光栅；

形成在所述出射面上，并使被所述第1衍射光栅衍射的所述各激光以与该振荡波长对应的衍射角再次衍射的第2衍射光栅；并且使从所述出射面射向外部的所述各激光的衍射光的光轴相互一致。

2.根据权利要求1所述的光学构件，其特征在于：

通过树脂成形一体形成了具有所述第1衍射光栅和所述第2衍射光栅的所述光学构件。

3.根据权利要求1或2所述的光学构件，其特征在于：

使所述第1衍射光栅及所述第2衍射光栅成为火焰形状，并使各衍射光栅的火焰方向相对于入射的所述各激光为反方向。

4.根据权利要求1或2所述的光学构件，其特征在于：

所述各激光的衍射光分别是在所述第1衍射光栅及所述第2衍射光栅上被衍射的1次衍射光。

5.一种光传感器，使用权利要求1或2所述的光学构件，其特征在于：包括：

具有分别射出所述各激光并使其光轴相互平行的2个光源的2波长激光二极管；

使从所述2波长激光二极管射出的所述各激光入射到所述入射面的所述第1衍射光栅上的所述光学构件；

使被所述第1衍射光栅衍射，又被所述光学构件的所述第2衍射光栅衍射之后射出的光轴保持一致后的所述各激光的衍射光聚束的物镜；

聚束后的所述各激光的衍射光被DVD或CD光盘反射，使相对于该反射的各激光的各返回光透射所述物镜、所述光学构件后，入射到具有受光元件的受光构件上。

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