CN1381843A - 光学构件和使用该光学构件的光学装置 - Google Patents

光学构件和使用该光学构件的光学装置 Download PDF

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Abstract

一种光学构件,在透明树脂衬底上形成凸部11a作为第一光栅部,在所述凸部11a的倾斜面上重叠形成作为第二光栅部的台阶部11b。在台阶部11b的各级中,当设深度尺寸为h,折射率为n时,使(n－1)h为波长的正整数倍,据此来决定h,用该深度h和周期p来决定最适当的台阶数。在波长为658nm和785nm的情况下,最适当的台阶数为6级。

Description

光学构件和使用该光学构件的光学装置
技术领域
本发明涉及一种2种不同波长的激光入射的光学构件，特别是涉及一种用受光部接收彼此光轴错开的激光的光学构件和使用该光学构件的光学装置。
背景技术
在搭载在CD和DVD双方都能使用的光盘装置中的光拾波器中，为了简化结构，搭载有把两个不同波长的激光光源设置为一体的发光部。在所述发光部中，因为隔开微小的间隔配置了所述光源，所以在激光的光轴错开的状态下形成光路。在光轴错开的状态下，因为受光部的受光位置产生了偏差，所以有必要在受光部使双方的激光的受光位置一致。
图7是表示为了消除所述偏差而设置的以往的光学构件30的俯视图。所述光学构件30在板状的透明构件的一侧的面上形成有凹凸形状的衍射光栅30a，设置在与受光部相对的位置上。
所述光学构件30搭载在CD和DVD兼用的光盘装置上，在该光盘装置中，设置有发出作为CD用的785nm波长(λ1)的激光和作为DVD用的658nm的波长(λ2)的激光的发光部。如图7所示，在盘上反射的返回光的光轴错开的状态下返回到光学构件30，用所述光学构件30的衍射光栅30a使双方的激光衍射，在到达受光部31的位置，使受光位置变为相互一致。另外，根据波长的长度衍射角度不同，在图7所示的情况下，λ1的衍射角度(θ1)比λ2的衍射角度(θ2)大。
但是，因为在发出所述激光的发光部中，具有随着温度变化波长发生变动的特性，所以在所述以往的光学构件30中，随着温度变化，衍射角度变动，结果使在激光的受光部的受光位置变得彼此不一致，产生了偏移问题。例如，如果受光部的受光位置大幅度地偏移，则高于1次衍射光的高次衍射光漏入受光部，产生偏移。
发明内容
鉴于以上所述问题的存在，本发明的目的在于：提供一种能使相互错开的激光的光轴在受光部上一致，并能降低由温度变化造成的波长变动的影响的光学构件和使用该光学构件的光学装置。
为了实现以上所述目的，本发明的光学构件，入射不同波长λ1和λ2的激光，其特征在于：设置有使第一波长λ1的激光衍射，使第二波长λ2的激光不衍射地透射的衍射光栅。
在这种情况下，能使所述衍射光栅的结构为：对于所述第一波长λ1的激光，对1次衍射光具有选择性，对于所述第二波长λ2的激光，具有对0次衍射光的选择性。
所述衍射光栅具有形成凹凸状的第一光栅部和在所述第一光栅部的倾斜面上呈台阶状形成的第二光栅部，呈所述台阶状形成的第二光栅部的每一级台阶的深度(h)，相对于所述第二波长λ2的激光为(n-1)h＝mλ2(但是，n为折射率，m为正整数)，最好把所述第二光栅部的台阶状的台阶数设置为：能使所述第二波长λ2的激光不衍射而透射，使所述第一波长λ1的激光以给定的角度衍射。
另外，最好使所述第二光栅部的各台阶在宽度方向和深度方向都是等距离形成的。
在所述本发明中，因为使一方波长的激光不衍射，所以能使另一方激光的衍射角度变小，从而能降低因温度变化导致的波长变动的影响，能减小受光部的受光位置的偏差。
另外，通过使所述第一波长λ1为785nm，所述第二波长λ2为658nm，就能适用于CD和DVD兼用的光拾波器。
另外，在所述情况下，通过把所述第二光栅部的台阶状的台阶数设置为6级，就能对双方的激光进行维持其在受光位置上的高效率的设计。
另外，最好在所述第二光栅部的表面上形成凹凸状的第三光栅部，形成所述凹凸，使在所述第二光栅部的一个台阶上形成的第三光栅部的周期在所述激光的波长以下。因为利用该凹凸能起到防止反射的效果，所以能降低由光的反射造成的损失。
另外，因为所述第一光栅部和第二光栅部都是用树脂来一体形成的，所以能降低制造成本。
另外，本发明的光学装置其特征在于：设置有使发出第一波长λ1的激光的发光点与发出第二波长λ2的激光的发光点向与光轴正交的方向错开置位的发光部和使来自所述发光部的光透射的所述光学构件，使所述第一波长λ1的激光的光轴与第二波长λ2的激光的光轴在给定位置上一致。
在所述本发明中，因为设置有把两个波长的激光的光源设置为一体的发光部，和能使两个波长的激光独立地衍射的单一光学构件，所以能减少零部件数量，简化结构，从而能降低成本。
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学装置的一个例子的概要图。
图2是表示光学构件及其光轴的模式图。
图3是表示光学构件的一部分的俯视图。
图4是表示相对于台阶数为6的光栅深度的光的效率的线图。
图5是表示相对于台阶数为5的光栅深度的光的效率的线图。
图6是表示本发明的光学构件的变形例的一部分的俯视图。
图7是表示以往的光学构件及其光轴的模式图。
下面，简要说明附图符号。
10-光拾波器；11-光学构件；11a-凸部(第一光栅部)；11b-台阶部(第二光栅部)；11c-微小光栅部(第三光栅部)；12-发光部；12a、12b-发光元件；13-视准透镜；14-分光镜；15-物镜；16-受光部。
具体实施方式
图1是表示搭载了本发明的光学构件的光学装置的一个例子的概要图，图2是表示光学构件及其光轴的模式图，图3是表示光学构件的一部分的俯视图，图4是表示相对于台阶数为6的光栅深度的光的效率的线图，图5是表示相对于台阶数为5的光栅深度的光的效率的线图。
图1所示的作为光学装置的光拾波器10具有：内置了半导体激光二极管的发光部12；使该发光部12发射的激光变为平行光的视准透镜13；在使入射的激光反射的同时，使从所述反射方向入射的光透射的分光镜14；物镜15；受光部16；配置在所述受光部16和分光镜14之间的本发明的光学构件11。
所述发光部12中，形成了用于CD的波长785nm(λ1)的激光发光点的发光元件12a和形成了用于DVD的波长658nm(λ2)的激光发光点的发光元件12b，在单一的框体内以分开微小间隔(S)的状态配置。
如果从所述发光部12发射的波长λ1、λ2的激光入射到分光镜14，则在分光镜14向盘D1的方向反射，由视准透镜13变为平行光后入射到物镜15。由物镜15聚光的激光在盘D1上形成光点，在盘D1上反射的返回光在彼此的光轴错开的状态下通过物镜15、视准透镜13，透射分光镜14，到达所述光学构件。
如图2所示，所述光学构件11是用光透射性的树脂构件、玻璃构件或树脂和玻璃的复合材料形成的板状构件。在该光学构件11中，DVD用波长λ2的激光不衍射，直接透射，导入受光部16，使CD用波长λ1的激光衍射后，导入受光部16。另外，如图1所示，可以在光学构件11和受光部16之间配置凹透镜17，使在受光部16上形成的激光束的形状扩大。
所述受光部16由光电二极管形成，具有分割为四份的传感器A、B、C、D组合而成的感光元件和在所述感光元件的两侧部设置的传感器E和F构成的侧部感光元件。例如，作为CD和DVD的跟踪伺服机构，分别适用三光束法、相位差法，作为聚焦伺服机构适用象散法。在CD和DVD的聚焦伺服机构中，使用所述感光元件作为公共元件。
在所述受光部16中，由于波长随着温度变化而变化，激光的光点在与传感器E和传感器F连接成的EF方向正交的方向上偏移，其结果，更高次的衍射光漏入感光元件，从而导致产生偏移这一问题。在此，在下面表示改善了所述偏差后的光学构件11。
在所述光学构件11的射出面一侧，形成有连续形成多个凸部11a的第一光栅部，各凸部11a的倾斜面上形成有台阶状的台阶部11b(第2光栅部)。由所述凸部11a和台阶部11b构成衍射光栅11A。
所述第一光栅部近乎为锯齿状，各凸部11a都是同一形状，是由垂直面和倾斜面形成的直角三角形。另外，所述台阶部11b中，平坦面S1～S6渐渐改变高度，形成的台阶数为6级，各级在x方向的宽度尺寸w和y方向深度尺寸h都是等间隔的(h＝d/5，w＝p/6)。但是，p为周期，该周期是凸部11a的宽度尺寸。
在图3所示的光学构件11上形成的衍射光栅11A中，如果各级的深度尺寸为h，树脂的折射率为n，激光的波长为λ，则关系式(n-1)h＝mλ成立。但是，m为正整数。通过由所述关系式决定h，使(n-1)h为波长的正整数倍，对于所述波长λ的激光，能使它不衍射而直接进行透射。
由所述关系式，对于λ2(658nm)的激光设置h，使(n-1)h为λ2的正整数倍，当λ2的激光入射到衍射光栅11A时，能不衍射，而是以0次衍射光直接透射。
根据以上所述，决定凸部11a的光栅深度尺寸d(＝5h)，周期p也例如预先设置在从30到50μm的范围内，决定剩下的台阶部的级数，据此就能决定光学构件11的形状。在此，通过一级一级地改变台阶数，证明图3所示的台阶数为6级的形状为最佳。下面，参照图4就其理由加以说明。
图4是表示相对于波长λ1和波长λ2的各衍射光的光栅深度和效率的关系的线图。但是，周期(p)为20μm，折射率为1.54。另外，图4的纵轴的效率表示当激光通过衍射光栅11A时的、通过前的激光光量为1时，通过后的0次衍射光(0T)、±1次衍射光(±1T)和±2次衍射光(±2T)的光量的比率。
如图4(a)所示，通过把衍射光栅的光栅深度尺寸d设置为6μm附近，能得到高效率的658nm(2)的0次衍射光和785nm(λ1)的1次衍射光。
如以上所述，通过形成光学构件11，对于λ1的激光，具有选择1次衍射光的选择性，对于λ2的激光，具有选择0次衍射光的选择性。并且都能以高效率得到λ1的1次衍射光和λ2的0次衍射光。
另外，在图4(b)和(c)所示光栅深度尺寸下，无法取得高效率的785nm(λ1)的1次衍射光和658nm(λ2)的0次衍射光。如果深度尺寸d变大，对应波长变化的变动就变大，所以不好。并且，虽然在(b)的深度下，能得到785nm的2次衍射光，但是效率变差，所以不好。
因此，光栅深度尺寸d为6μm附近(更确切地说，应为6.1μm附近)，通过以等距离形成台阶部11b的各级的宽度尺寸和深度尺寸，就能得到维持了高效率的衍射光栅11A。
另外，图5所示的线图是把图3所示衍射光栅11A的台阶数由6级改为5级。但是，在这种情况下也如以上所述，以等距离形成各级的宽度尺寸和深度尺寸。
在图5所示的衍射光栅11A中，通过把衍射光栅的光栅深度尺寸d设置为5.8μm附近(e)，据此就能得到高效率的658nm的-1次衍射光和785nm的0次衍射光。在这种情况下，也可以把λ1和λ2颠倒，使658nm为λ1，785nm为λ2。
如以上所述，通过采用由图4(a)或图5(e)来决定衍射光栅的光栅深度尺寸d所得到的形状，只使658nm的激光的0次衍射光透射，并且只使785nm的激光的1次衍射光衍射，或只使658nm的激光的-1次衍射光衍射，只使785nm的激光的0次衍射光透射，能使785nm的光轴和658nm的光轴在受光部16上一致。
因此，因为一方的激光不衍射，所以不受波长变动的影响，因为另一方的激光虽然衍射，但是衍射角度比以往小，所以作为整体能降低波长变动导致的影响。并且，在所述的光学构件11中，在台阶数为6级和5级中，采取6级的形状在光的效率方面更好。
另外，在本实施例中，虽然说明了波长658nm和785nm的组合，但是也可以是其它波长的组合。波长的组合不同，最佳的台阶部的级数和深度尺寸也就不同。
另外，通过用树脂一体形成构成所述第一光栅部的凸部11a和构成第二光栅部的台阶部11b，就能降低成本。
图6所示的衍射光栅11B是表示所述衍射光栅11A的变形例的一部分的俯视图。
该衍射光栅11B在所述衍射光栅11A的台阶部11b的各平坦面S1～S6上重叠形成由锯齿状的的凹凸构成的微小衍射光栅(第三光栅部)11c。在该微小光栅部11c中，当把从凸部到相邻的凸部作为1个周期时，该1周期最好比所述激光的波长λ1和λ2短。据此，就能起到与形成高价防止反射膜时同样的防止反射的作用。
综上所述，本发明能使错开的光轴在给定的位置上一致，并且能仅使一方波长的激光衍射，而使另一方的激光的衍射角度比以往的衍射角度更小，因此，与使双方的激光都衍射的情况相比，更能降低由于温度的变化而导致的波长变动所造成的影响。
另外，因为本发明的光学装置具有发射两个波长的激光的发光部和使各激光的光轴一致的单一光学构件，所以能减少零部件数量，简化结构，从而能降低成本。

Claims (9)

1.一种光学构件，入射不同波长λ1和λ2的激光，其特征在于：
设置有使第一波长λ1的激光衍射，使第二波长λ2的激光不衍射而透射的衍射光栅。
2.根据权利要求1所述的光学构件，其特征在于：
所述衍射光栅，对于所述第一波长λ1的激光，对1次衍射光具有选择性，对于所述第二波长λ2的激光，具有对0次衍射光的选择性。
3.根据权利要求2所述的光学构件，其特征在于：
所述衍射光栅具有呈凹凸状形成的第一光栅部和呈台阶状形成在所述第一光栅部的倾斜面上的第二光栅部，以所述台阶状形成的第二光栅部的每一级台阶的深度(h)，相对于所述第二波长λ2的激光为(n-1)h＝mλ2；
把所述第二光栅部的台阶状的台阶数设置为：能使所述第二波长λ2的激光不衍射而透射，使所述第一波长λ1的激光以给定角度衍射；
所述n为折射率，所述m为正整数。
4.根据权利要求3所述的光学构件，其特征在于：
所述第二光栅部的各台阶在宽度方向和深度方向都是以等间距来形成的。
5.根据权利要求3所述的光学构件，其特征在于：
所述第一波长λ1为785nm，所述第二波长λ2为658nm。
6.根据权利要求5所述的光学构件，其特征在于：
所述第二光栅部的台阶状的台阶数为6级。
7.根据权利要求3所述的光学构件，其特征在于：
在所述第二光栅部的表面上形成有凹凸状的第三光栅部，把所述凹凸形成为：使形成在所述第二光栅部的1个台阶上的第三光栅部的周期在所述激光的波长以下。
8.根据权利要求7所述的光学构件，其特征在于：
所述第一光栅部和第二光栅部都是用树脂一体形成的。
9.一种光学装置，其特征在于：
设置有使发出第一波长λ1的激光的发光点与发出第二波长λ2的激光的发光点向与光轴正交的方向错开置位的发光部，和使来自所述发光部的光进行透射的、权利要求1～8中任意1项所述的光学构件，使所述第一波长λ1的激光的光轴与第二波长λ2的激光的光轴在给定位置上一致。
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