專利名稱：光學(xué)元件、其成型用金屬模及光拾波裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及具有二進(jìn)閃光(blaze)柵的光學(xué)元件，這種光學(xué)元件適宜用作調(diào)整各種波長光的光軸的光軸調(diào)整元件，使得在雙波長光源型光拾波裝置中能以共同的光檢測(cè)器受光各種波長的光。
另外，本發(fā)明涉及將相關(guān)的光學(xué)元件成型用的成型用金屬模及這種成型用金屬模形成的光學(xué)元件。本發(fā)明還涉及將相關(guān)的光學(xué)元件作為光軸調(diào)整元件進(jìn)行組裝的光拾波裝置。
背景技術(shù)：
為了記錄及/或再生DVD及CD的記錄，已知作為光拾波裝置具有波長650nm的DVD用激光光源和波長780nm的CD用激光光源的雙波長型光拾波裝置。近年來，為了謀求雙波長光源的小型化及單元化，使用收容在單一插件內(nèi)的半導(dǎo)體底板上裝上兩個(gè)激光二極管的單片型雙激光光源等。
在雙激光光源的場(chǎng)合，因并排配置的雙方的激光二極管發(fā)光點(diǎn)間距相離100μm左右，所以如果一方激光二極管光軸與系統(tǒng)光軸一致，則另一方激光二極管的激光光軸就偏離系統(tǒng)光軸。這樣，用共同的光檢測(cè)器就不能受光雙方激光二極管射出并在光記錄媒體上各反射過來的光。因此，通過利用稱為衍射光柵等光軸調(diào)整元件或光路合成元件等衍射光柵使返回光的一方衍射，從而用共同的光檢測(cè)器能受光雙方的返回光。
具有這種光軸調(diào)整元件或光路合成元件的雙光源型光拾波裝置在特開2001-143312公報(bào)、特開2001-256670公報(bào)等已揭示。
另外，光拾波裝置上為了將生成物鏡跟蹤錯(cuò)誤信號(hào)用射出激光分割成3束，利用衍射光柵。在上述公開公報(bào)中揭示了具有所涉目的的光學(xué)系統(tǒng)。
作為光拾波裝置的光軸調(diào)整元件可考慮用二進(jìn)閃光形狀(二進(jìn)制光學(xué))的衍射光柵。該衍射光柵為將在其光入射面或光射出面上形成的閃光光柵面做成階梯狀的結(jié)構(gòu)。
具有二進(jìn)閃光柵的光學(xué)元件一般由玻璃等無機(jī)材料組成，其級(jí)數(shù)通常為2級(jí)、4級(jí)、8級(jí)等2a(a為正整數(shù))。這里，所謂x級(jí)(x為正整數(shù))意思為層差數(shù)為(x-1)的二級(jí)閃光結(jié)構(gòu)，本說明書也沿用這一意思。設(shè)級(jí)數(shù)為偶數(shù)級(jí)，就要考慮制作該光學(xué)元件的二進(jìn)閃光柵面時(shí)的作業(yè)效率。
也就是說，光柵成型面的層差形狀一般由蝕刻形成，如下表所示，對(duì)于級(jí)數(shù)所需的蝕刻次數(shù)3級(jí)及4級(jí)要2次、5、6、7、8級(jí)要3次，2a級(jí)以外時(shí)，例如在3、5、6、7、9、10等時(shí)，與2a級(jí)相比蝕刻次數(shù)有增多的傾向，另外，還要形成型狀復(fù)雜的保護(hù)膜等，因此，作業(yè)效率下降。
級(jí)數(shù)蝕刻次數(shù)21324253637383例如，用蝕刻法制作圖6(b)所示5級(jí)二進(jìn)閃光柵面時(shí)，在各道工序中，要形成將已備好的保護(hù)膜全面覆蓋各層差面的狀態(tài)。例如，在最后的蝕刻工序，如圖6(a)所示覆蓋已形成的層差面101、102、103的同時(shí)，在覆蓋最低層差面104的一半?yún)^(qū)域的狀態(tài)下，在玻璃底板100的表面上形成保護(hù)膜105形成的掩膜圖案106。從上面開始進(jìn)行離子蝕刻等干蝕，要蝕刻玻璃板表面露出部分直至虛線所示的深度。
在這基礎(chǔ)上，通過蝕刻制作層差時(shí)，若1級(jí)的層差在1μm以上，則就花費(fèi)加工時(shí)間、加工精度也低、光學(xué)特性的穩(wěn)定性也劣化。因此，以往，二制閃光柵的層差高度一般小于1μm。
這里，雙波長型光拾波裝置中DVD用激光光源的波長為650nm，CD用激光光源的波長為780nm。若想制作二進(jìn)閃光柵，使得上述激光中的一方不衍射而透過，只有另一方能衍射，則有時(shí)想將層差的級(jí)數(shù)設(shè)定的2a級(jí)以外的級(jí)數(shù)上。另外，光柵的層差變成1μm以上。
其中如上所述，在用蝕刻制作2a級(jí)以外的級(jí)數(shù)、層差高度在1μm以上的二制閃光柵時(shí)，因加工耗時(shí)成本升高，另外，加工性能及穩(wěn)定性也下降。因此，不能高精度、簡單并廉價(jià)地制作適于用作光拾波裝置用光軸調(diào)整元件用的、以廉價(jià)具有光學(xué)特性穩(wěn)定的二制閃光柵的光學(xué)元件，在這方面存在問題。
在這基礎(chǔ)上，用蝕刻制作2a級(jí)以外級(jí)數(shù)的二制閃光柵面時(shí)，如上所述有增加蝕刻次數(shù)的傾向，另外，保護(hù)膜形成工序也變得復(fù)雜，工時(shí)增加，另外，精度及質(zhì)量也下降。因而，以往的二進(jìn)制閃光柵實(shí)際上有級(jí)數(shù)限于2a級(jí)，層差高度限于1μm不到的制約，存在著不能廉價(jià)制作具有2a級(jí)以外二進(jìn)閃光柵的光學(xué)元件的問題。
所涉的問題點(diǎn)是在成型二制閃光柵用的成型用金屬模的表面上實(shí)施干蝕等加工，制作二進(jìn)閃光柵時(shí)也會(huì)同樣產(chǎn)生的問題。
另外，作為光軸調(diào)整元件或3束生成衍射光柵所用的衍射用光學(xué)元件的設(shè)計(jì)，對(duì)于所用的激光波長作衍射效率最佳的設(shè)計(jì)。由此，設(shè)法抑制光量損失、提高光利用效率，若不能恰當(dāng)?shù)卦O(shè)計(jì)衍射光柵，則就會(huì)產(chǎn)生光拾波裝置再生性能惡化等問題。
例如，在具有雙激光光源的光拾波裝置上所使用的光軸調(diào)整元件其衍射效率的變化就原樣地反映在再生信號(hào)量上，影響再生性能。
本發(fā)明的課題在于鑒于以上的問題提出能在短時(shí)間內(nèi)高精度級(jí)數(shù)為2a級(jí)以外的二進(jìn)閃光柵的廉價(jià)光學(xué)元件的方案，另外，能在短時(shí)間內(nèi)高精度制作上述廉價(jià)的光學(xué)元件。
另外，本發(fā)明的課題在于提出的方案為，能高精度能形2a級(jí)以外級(jí)數(shù)的二進(jìn)閃光柵、能在短時(shí)間內(nèi)高精度地制成的成型用金屬模。
還有，本發(fā)明的課題在于提出的方案為，利用高精度形成級(jí)數(shù)為2a級(jí)以外的二進(jìn)閃光柵的廉價(jià)光學(xué)元件的光拾波裝置。
還有，本發(fā)明的課題在于提出的方案為，能確實(shí)得到目標(biāo)衍射效率的衍射用光學(xué)元件。
另外，本發(fā)明的課題在于又提出的方案為，將能確實(shí)得到目標(biāo)衍射效率的衍射用光學(xué)元件作為光軸調(diào)整元件用的光拾波裝置。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述課題，本發(fā)明的特征為，在表面形成二進(jìn)閃光柵的光學(xué)元件上，用切削加工等機(jī)械加工而形成前述二進(jìn)閃光柵，其級(jí)數(shù)為2a級(jí)以外5級(jí)以上的數(shù)目，但其層差高度在1μm以上。
本發(fā)明的光學(xué)元件用機(jī)械加工制作2a以外級(jí)數(shù)的二進(jìn)閃光柵。因而，與利用蝕刻的情形比，加工時(shí)間短，另外，加工精度不會(huì)降低，而且反復(fù)加工精度也高，故二進(jìn)閃光柵的光學(xué)特性也穩(wěn)定。再有，機(jī)械加工時(shí)，級(jí)數(shù)不管幾級(jí)加工時(shí)間不會(huì)大幅度增加，另外加工精度也穩(wěn)定，故能廉價(jià)制作成品率高質(zhì)量穩(wěn)定的二進(jìn)閃光柵。
這里，機(jī)械加工的加工精度用最高精度的機(jī)械為數(shù)十nm，其不依存于層差高度。因此，在1μm以下的層差高度時(shí)，該精度產(chǎn)生的誤差所占比例大，層差高度越低蝕刻比機(jī)械加工有利。而層差高度1μm以上，因機(jī)械加工誤差所占比例小，故機(jī)械加工極為有利。所以，利用本發(fā)明，能制作加工精度穩(wěn)定的二進(jìn)閃光柵。
還有，本發(fā)明中二進(jìn)閃光柵級(jí)數(shù)為2a以外5以上的數(shù)目，所以，與徑多道二序制作的以往的二進(jìn)閃光柵比，機(jī)械加工優(yōu)點(diǎn)明顯。
另外，前述二進(jìn)閃光柵的層差級(jí)數(shù)設(shè)x為正整數(shù)，則能取5x級(jí)或6x級(jí)。例如能取5、6級(jí)(x＝1)或10、12級(jí)(x＝2)。即使在這種多級(jí)的場(chǎng)合，采用機(jī)械加工時(shí)，與蝕刻時(shí)相比，有加工時(shí)間短，加工精度高的優(yōu)點(diǎn)。
此后，本發(fā)明的光學(xué)元件能作為具有在波長λ1及λ2的光中，用于只將一方的光衍射的二進(jìn)閃光柵的衍射光柵面使用。該光學(xué)元件為前述二進(jìn)閃光柵用機(jī)械加工而形成的。另外，其層差高度1μm以上。再有，在衍射波長λ1的光時(shí)，設(shè)衍射光柵的折射率為n，其層差高度為(λ2+λ)/(n-1)，其中λ＝0～10nm，其級(jí)數(shù)，若取x為正整數(shù)則為5x。在波長λ2的光衍射時(shí)，其層差高度為(λ1+λ)/(n-1)，其中λ＝0～10nm，其級(jí)數(shù)為6x。
特別在具有產(chǎn)生波長λ1的光的DVD用光源、產(chǎn)生波長λ2的光的CD用光源、受光從這些光源射出在光記錄媒體上反射返回光的光檢測(cè)器、及為了使光檢測(cè)器受光雙方的返回光用于調(diào)整一方返回光的光軸的光軸調(diào)整元件的光拾波裝置上，能將上述構(gòu)成的衍射光柵用作前述光軸調(diào)整元件。
這時(shí)，通常DVD用光源波長λ1為650nm，CD用光源波長λ2為780nm，故CD用光的波長為DVD用光的波長的1.2倍。因此，與CD用的光的5個(gè)波長上相當(dāng)?shù)亩M(jìn)閃光柵層差高度相當(dāng)于DVD用光的6個(gè)波長。因此，將對(duì)于CD用光的二進(jìn)閃光柵的閃光區(qū)高度設(shè)為相當(dāng)于5個(gè)波長或其整數(shù)倍時(shí)，若形成6級(jí)(層差數(shù)為5層)或其整數(shù)倍的二進(jìn)閃光柵，則該二進(jìn)閃光柵1層的高度尺寸相當(dāng)于DVD用光的1個(gè)波長的尺寸。
其結(jié)果，DVD用的光一射入該二進(jìn)制閃光柵形成的光軸調(diào)整元件上，該DVD用光不會(huì)產(chǎn)生因?qū)硬钜鸬南辔徊?，?shí)質(zhì)上不受衍射作用而透過。換言之，以最大的效率產(chǎn)生0次衍射光。相反，CD用光一射入，就以最大效率產(chǎn)生1次衍射光。
一般，作為DVD用光源使用650nm波長的激光二極管比780nm波長激光二極管耐久性差，故驅(qū)動(dòng)電功率被壓低，輸出激光光量總是不足。
其中，事先DVD用光源的光和光拾波裝置的系統(tǒng)光軸一致，通過使該DVD用光源與光軸調(diào)整元件那樣，能將DVD用源射出的光的損失抑制在最小值。另外，對(duì)于CD用光能以光的利用效率高的狀態(tài)衍射導(dǎo)向光檢測(cè)器。
另外，在將對(duì)DVD用的光的二進(jìn)閃光柵的閃光區(qū)高度取相當(dāng)于6個(gè)波長或其整數(shù)的尺寸時(shí)，若形成5級(jí)或其整數(shù)倍的二進(jìn)閃光柵，該二進(jìn)閃光柵1層的高度相當(dāng)于CD用光1個(gè)波長的尺寸。這時(shí)，CD用光一射入該二進(jìn)閃光柵形成的光軸調(diào)整元件，該CD用光因不產(chǎn)生層差引起的相位差，故不受衍射作用而透過，換言之，以最大效率產(chǎn)生0次衍射光。相反，DVD用光一射入，就以最大效率產(chǎn)生1次衍射光。
此后，本發(fā)明有關(guān)用于將表面具有二進(jìn)閃光柵的光學(xué)元件成型的成型用金屬模，本發(fā)明的特征為成型用金屬模具有將前述二制閃光柵成型用的光柵成型面，用機(jī)械加工形成所述光柵成型面，其級(jí)數(shù)為2a以外5級(jí)以上的數(shù)，其層差高度在1μm以上。
這里，前述光柵成型面的級(jí)數(shù)設(shè)x為正整數(shù)，則能取5x、6x級(jí)。例如能取5、6級(jí)或10、12級(jí)。
還有，前述光柵成型面能由切削加工形成。
另一方面，本發(fā)明的特征為，在形成具有二進(jìn)制閃光柵的衍射光柵用的成型用金屬模上，該二進(jìn)制閃光柵用于使波入λ1及波長λ2的光中，只有一方的光衍射，具有形成前述二進(jìn)閃光柵的光柵成型面，用機(jī)械加工形成所述光柵成型面，其層差高度為1μm以上，在衍射波長λ1的光時(shí)，層差高度若設(shè)光柵的折射率為n，則為(λ2+λ)/(n-1)，其中λ＝0～10nm，其級(jí)數(shù)若x為正整數(shù)，則為5x級(jí)。在波長λ2的光衍射時(shí)，層差高度為(λ1+λ)/(n-1)，其中λ＝0～10nm，其級(jí)數(shù)為6x。
這里，前述光柵成型面的層差級(jí)數(shù)能取5、6級(jí)或10、12級(jí)。另外，能用切削加工形成前述光柵成型面。
接著，本發(fā)明為有關(guān)能作為光拾波裝置中光軸調(diào)整元件等使用的光學(xué)元件，其特征為，該光學(xué)元件利用上述構(gòu)成的成型用金屬模形成。作為利用本發(fā)明的成型用金屬模形成的成型品的光學(xué)元件，因?yàn)楦呔鹊匦纬蓪硬罡叨?μm以上、級(jí)數(shù)2a級(jí)以外的二進(jìn)閃光柵，故其光學(xué)特性誤差性能穩(wěn)定。
另外，本發(fā)明的特征為，在用于將規(guī)定波長的激光衍射的光學(xué)元件上，對(duì)于比射出前述激光的激光光源在常溫下的振蕩波長長2nm～8nm波長的激光作衍射效率最佳的設(shè)計(jì)。
即，通常衍射用光學(xué)元件的衍射效率設(shè)計(jì)成對(duì)于激光光源常溫下的振蕩波長為最佳。其中據(jù)本發(fā)明者等所見，光拾波裝置動(dòng)作狀態(tài)中激光光源，例如激光二極管的溫度比常溫(室溫25℃)高10～30度。其結(jié)果，激光光源的振蕩波長比設(shè)計(jì)波長向長波長一側(cè)偏移，可以確認(rèn)大多得不到目標(biāo)的衍射效率。特別在具有雙激光光源的光拾波裝置上作為光軸調(diào)整元件使用衍射光柵時(shí)，因?yàn)槿缟纤鲅苌湫实淖兓瓨拥胤从吃谠偕盘?hào)量上，對(duì)再生性能帶來壞影響，是個(gè)問題。
本發(fā)明的光學(xué)元件，預(yù)先考慮到實(shí)際使用溫度狀態(tài)下激光光源振蕩波長的變動(dòng)量，對(duì)于比常溫下的振蕩波長長2nm～8nm波長的激光進(jìn)行衍射效率的最佳設(shè)計(jì)。因此，利用本發(fā)明的衍射用光學(xué)元件，就能以希望的衍射效率衍射激光。
另外，即便激光光源劣化時(shí)，振蕩波長偏向長波長一側(cè)，但采用本發(fā)明，隨著激光光源振蕩波長劣化即使偏向長波長一側(cè)，衍射效率的最佳設(shè)計(jì)因能在比常溫時(shí)的振蕩波長長的波長側(cè)進(jìn)行，故與以往衍射用光學(xué)元件相比，能抑制激光光源的劣化對(duì)衍射效率劣化的影響。
這里，在進(jìn)行CD、DVD等再生、記錄用的光拾波裝置上，使用不同波長的激光。作為適于這種光拾波裝置用的衍射用光學(xué)元件，可以列舉前述衍射效率設(shè)計(jì)成最佳的，使得在波長不同的第1及第2激光中，對(duì)一方波長的激光的0次光衍射效率及對(duì)另一方波長的激光的1次光衍射效率分別為最大的光學(xué)元件。
例如，可使用設(shè)前述第1激光的波長為650nm、前述第2激光的波長為780nm衍射用光學(xué)元件。
另外，作為光柵形狀可用采用二進(jìn)閃光柵的衍射用光學(xué)元件。
這時(shí)，若設(shè)前述第1激光波長為λ1、該衍射用光學(xué)元件的折射率為n、λ為2～8nm范圍內(nèi)的值，設(shè)前述二進(jìn)閃光柵的層差高度為(λ1+λ)/(n-1)，則能使第1激光的0次光衍射率、即不衍射透過的光成分為最大。
反之，若設(shè)前述第2激光波長為λ2、該衍射用光學(xué)元件的折射率為n、λ取2～8nm范圍內(nèi)的值，若前述二進(jìn)閃光柵的層差高度為(λ2+λ)/(n-1)，則能使第2激光的0次光衍射效率為最大。
以下，本發(fā)明的特征為，在具有產(chǎn)生波長λ1激光的DVD用激光光源、產(chǎn)生波長λ2激光的CD用激光光源、受光這些激光光源射出、在光記錄媒體上反射返回用的光檢測(cè)器、和調(diào)整一方返回光的光軸使得各返回光能在前述光檢測(cè)器上受光用的光軸調(diào)整元件的光拾波裝置上，作為前述光軸調(diào)整元件如上所述利用具有層差高度已設(shè)定的二進(jìn)閃光柵的衍射用光學(xué)元件。
采用本發(fā)明，能使在實(shí)際使用狀態(tài)下各波長激光的衍射效率最佳。因而，能抑制再生信號(hào)量下降、確實(shí)避免再生性能惡化。另外，即使在激光光源劣化振蕩波長偏向長波長一側(cè)，因衍射效率的最佳設(shè)計(jì)仍能在比常溫時(shí)的振蕩波長長的波長一側(cè)進(jìn)行，故比以往的衍射用光學(xué)元件，能抑制激光光源的劣化對(duì)衍射效率劣化的影響。


圖1為表示適用本發(fā)明的雙波長光源型光拾波裝置光學(xué)系統(tǒng)的概略構(gòu)成圖。
圖2(a)為表示圖1的光軸調(diào)整元件的斷面圖、(b)為表示其二進(jìn)閃光柵層差高度及閃光區(qū)高度的說明圖。
圖3(a)為表示圖1的光軸調(diào)整元件另一例的斷面圖、(b)為表示其二進(jìn)制閃光柵層差高度及閃光區(qū)高度的說明圖。
圖4為表示圖3的光軸調(diào)整元件作用效果用的圖。
圖5為表示圖1光軸調(diào)整元件的又一其它例的說明圖。
圖6為表示用蝕刻制作5級(jí)二進(jìn)閃光柵時(shí)掩膜圖案的說明圖。
具體實(shí)施形態(tài)以下，參照附圖，說明具有適用本發(fā)明的光學(xué)元件的雙波長光源型光拾波裝置一示例。
(光拾波裝置的光學(xué)系統(tǒng))圖1為表示本例的光拾波裝置光學(xué)系統(tǒng)的概略構(gòu)成圖。本例的光拾波裝置1的光學(xué)系統(tǒng)具有雙波長光源2、將從其射出的激光反射導(dǎo)入視準(zhǔn)透鏡3的半透半反射鏡4、通過視準(zhǔn)透鏡3使變成平行光后的激光會(huì)聚在光記錄媒體5上用的雙焦點(diǎn)物鏡6。另外，還具有通過物鏡6、視準(zhǔn)透鏡3及半透半反射鏡4受光光記錄媒體5反射的激光返回光的光檢測(cè)器7。在雙波長光源2和半透半反射鏡4之間配置衍射光柵8，雙波長光源2來的光被衍射成3束向光記錄媒體5，光檢測(cè)器7根據(jù)光記錄媒體5反射的各光束返回光的受光量檢測(cè)錯(cuò)誤信號(hào)。
本例的光拾波裝置1作為光記錄媒體5進(jìn)行DVD及CD的記錄及/或再生用的裝置，雙波長光源2的構(gòu)成，例如將射出DVD用波長650nm激光的激光二極管、和射出CD用波長780nm激光的激光二極管裝入單元內(nèi)共同的半導(dǎo)體底板上。另外，DVD用激光二極管射出的DVD用激光的光軸和系統(tǒng)光軸一致，CD用激光光軸對(duì)系統(tǒng)光軸稍有偏離。
調(diào)整該光軸的偏離，使得能用共同的光檢測(cè)器7受光各激光的返回光，在半透半反射鏡4和光檢測(cè)器7之間，配置具有二進(jìn)閃光柵的光軸調(diào)整元件10。本例的光軸調(diào)節(jié)稅元件其形成的二進(jìn)閃光柵，對(duì)650nm波長的激光以最大效率產(chǎn)生0次衍射光(即不衍射直線行進(jìn)的光成分為最大)、對(duì)于780nm波長的激光以最大效率產(chǎn)生1次衍射光，通過恰當(dāng)?shù)卦O(shè)定該1次衍射光的衍射方向，從而調(diào)整CD用激光光軸的偏離，能將該激光的返回光導(dǎo)至光檢測(cè)器7的受光面。
(光軸調(diào)整用元件)圖2(a)表示有本例的光軸調(diào)整元件10的斷面形狀。參照該圖說明之，本例的光軸調(diào)整元件10的光射入面上形成二進(jìn)閃光柵11，光射出面為與光軸正交的平坦的面，二進(jìn)閃光柵11為在光射入面上向同一方向傾斜的相同層數(shù)的臺(tái)階狀的光柵周期地排列的構(gòu)造，本例中6級(jí)(5層)的階梯狀光柵分多個(gè)周期形成(在圖中為了便于理解只示出3個(gè)周期)。另外，層差高度h，若取該元件的折射率為n，則為650/(n-1)nm，1μm以上。
說明本例的光軸調(diào)整元件10的衍射作用。因DVD用激光的波長λ1為650nm，CD用激光的波長λ2為780nm，所以CD用激光波長為DVD用激光波長的1.2倍。因此，如圖2(b)所示相當(dāng)于CD用激光5個(gè)波長的二進(jìn)閃光柵11的閃光區(qū)高度H(＝5λ2/(n-1)＝5×780/(n-1))相當(dāng)于DVD用激光的6個(gè)波長。
因而，在將對(duì)于CD用激光的二進(jìn)閃光柵11一個(gè)周期的層差高度(閃光區(qū)高度)H作為相當(dāng)于5個(gè)波長或其整數(shù)倍的尺寸時(shí)，若形成6級(jí)(層差數(shù)為5層)或其整數(shù)倍的二進(jìn)閃光柵，則該二進(jìn)閃光柵11的1層的層差高度相當(dāng)于DVD用激光的1個(gè)波長的尺寸。
本例中，如上所述1層的層差高度h為650/(n-1)，1個(gè)周期的層差高度H為5×780/(n-1)。因此，如圖2(a)所示DVD用激光L1的返回光一射入二進(jìn)閃光柵11形成的光軸調(diào)整元件10，該DVD用激光L1不會(huì)產(chǎn)生因?qū)硬钜鸬南辔徊顚?shí)質(zhì)上不受折射作用影響透過后直線行進(jìn)。換言之，以最大效率產(chǎn)生0次衍射L1(0)。相反，一射入CD用激光L2，就以最大效率產(chǎn)生1次衍射光L2(1)。
在本例，因適當(dāng)?shù)卦O(shè)定好1次衍射光L2(1)的衍射方向，所以，能調(diào)整成使雙波長光源2射出的CD用激光光軸和系統(tǒng)光軸一致。另外，該光軸調(diào)整元件10上設(shè)定成以最大效率產(chǎn)生DVD用激光的0次衍射L1(0)及CD用激光的1次衍射光L2(1)，能提高各種波長激光的使用效率。
這里，本例的光軸調(diào)整元件10能為用成型用金屬模成型的塑料等組成的成型品。另外，也能通過玻璃或塑料等光學(xué)材料表面直接作機(jī)械加工而形成。
設(shè)為成型品時(shí)，用機(jī)械加工進(jìn)行成型用金屬模上二進(jìn)閃光柵成型用的光柵成型面的加工。作為機(jī)械加工如采用切削加工，希望面光潔度高。還有，光柵成型面可以為與上述光軸調(diào)整元件10的二進(jìn)閃光柵11對(duì)應(yīng)級(jí)數(shù)的層差面。
同樣，在通過對(duì)光學(xué)材料表面實(shí)施機(jī)械加工形成二進(jìn)閃光柵時(shí)，若使用切削加工，則也希望面光潔度高。
本例的光軸調(diào)整元件10，1層的層差高度h為大于1μm的尺寸，通過切削加工等機(jī)械加工在其成型用金屬模的光柵用成型面上加工層差，或通過在光學(xué)材料表面切削加工等機(jī)械加工加工出層差。因此，不同于以前用蝕刻加工出層差，能以較短的加工時(shí)間，而且高精度地形成二進(jìn)閃光柵用的光柵成型面。因此，能廉價(jià)生產(chǎn)具有二進(jìn)閃光柵11的光軸調(diào)整元件10。另外，能獲得光學(xué)特性誤差小、性能穩(wěn)定的光軸調(diào)整元件10。
還有，本例的二進(jìn)閃光柵為6級(jí)，但制作其整數(shù)倍級(jí)數(shù)的二進(jìn)閃光柵也能得到同樣的作用效果，制作6級(jí)或12級(jí)的二進(jìn)閃光柵是常用的。
(其它的實(shí)施形態(tài))
上述的例子中，設(shè)二進(jìn)閃光柵為6級(jí)，但若設(shè)級(jí)數(shù)為5級(jí)、或10級(jí)，也能將其層差高度取780/(n-1)。這時(shí)，CD用激光L2因不產(chǎn)生層差引起的相位差，所以實(shí)質(zhì)上不受衍射作用的影響透過后直線行進(jìn)，能以DVD用光的1次衍射效率為最大，制作CD用激光的0次衍射效率為最大的光軸調(diào)整元件。
另外，本發(fā)明對(duì)于具有不同于上述實(shí)施例的2a級(jí)以外級(jí)數(shù)的二進(jìn)閃光柵的光學(xué)元件也能適用，特別在本發(fā)明的構(gòu)成用于層數(shù)多的(級(jí)數(shù)高的)二進(jìn)閃光柵時(shí)，用本發(fā)明能在較短加工時(shí)間內(nèi)，高加工精度制作二進(jìn)閃光柵，效果顯著。
(光軸調(diào)整用元件的最佳設(shè)計(jì))在根據(jù)常溫(室溫25℃)下的振蕩波長進(jìn)行光軸調(diào)整元件衍射效率的最佳設(shè)計(jì)時(shí)，如前所述，1層的層差高度h取650/(n-1)、1個(gè)周期的層差高度H取5×(780+λ)/(n-1)。
這樣，DVD用激光L1的返回光一射入本例的光軸調(diào)整元件20，因?yàn)樵揇VD用激光L1不產(chǎn)生層差引起的相位差，故以最大的效率產(chǎn)生0次衍射光L1(0)，以最大的效率產(chǎn)生CD用激光L2的1次衍射光L2(1)。
圖4上表示本例的光軸調(diào)整元件20作用效果圖。如該圖所示本例如以實(shí)線的特性曲線A所示將動(dòng)作時(shí)的波長(650+λ)作為中心波長，設(shè)計(jì)成對(duì)于該中心波長能得到最大的衍射效率。該中心波長對(duì)應(yīng)激光光源2的動(dòng)作溫度為此常溫(25℃)下振蕩波長即650nm為中心，設(shè)定成對(duì)該中心波長能得到最大的效率。由此，因在實(shí)際動(dòng)作時(shí)，激光光源的振蕩波長向長波長一側(cè)偏移，故對(duì)于實(shí)際動(dòng)作時(shí)的振蕩波長，衍射效率會(huì)稍些偏離最佳狀態(tài)。
另外，如本例的光軸調(diào)整元件20在此激光光源2的常溫下振蕩波長長的波長一側(cè)，進(jìn)行衍射效率最佳設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)于隨著激光光源2的劣化向振蕩波長的長波長側(cè)的偏移也有效。在該實(shí)施例中，與前述設(shè)計(jì)相比因衍射效率設(shè)定成在長波長一側(cè)能得到最大效率，故激光光源2劣化后其振蕩波長偏向長波長一側(cè)時(shí)，與前述最佳設(shè)計(jì)的衍射效率下降相比，本例的場(chǎng)合能抑制衍射效率下降。換言之，也有能抑制因激光光源劣化引起的衍射效率降低的優(yōu)點(diǎn)。
還有，具有本例的二進(jìn)閃光柵的光軸調(diào)整元件20能通過蝕刻、機(jī)械切削制作。另外，也能作為成型品制作，這時(shí)也可用蝕刻或機(jī)械切削制作其成型用金屬模的成型面。
另外，在本例中，設(shè)法使650nm波長激光直線行進(jìn)，780nm波長激光衍射，反之，也可制作光軸調(diào)整元件使650nm波長激光衍射、780nm波長激光直線行進(jìn)。
這時(shí)，例如圖5所示可取二進(jìn)閃光柵的層差高度h為(780+λ)/(n-1)、閃光區(qū)高度H為6×(650+λ)/(n-1)的5級(jí)(層差數(shù)4)(其中λ為2nm-8nm)。
還有，若不考慮前述溫度，在衍射波長λ1的光時(shí)，層差高度，若取前述衍射光柵的折射率為n，則為(λ2+λ)/(n-1)，其中λ＝0-10nm，其級(jí)數(shù)，若取x為正整數(shù)，則取5x級(jí)。在波長λ2的光衍射時(shí)，層差高度為(λ1+λ)/(n-1)，其中λ＝0-10nm，其級(jí)數(shù)取6x級(jí)。
(其它的實(shí)施形態(tài))上述例子為進(jìn)行雙波長光源型光拾波裝置中不同波長激光光軸調(diào)整用光學(xué)調(diào)整元件的例子。但本發(fā)明對(duì)于具有用于上述以外用途的二進(jìn)閃光柵的衍射用光學(xué)元件也能同樣適用。
另外，對(duì)于二進(jìn)閃光柵以外的衍射光柵也同樣適用，例如在上述的光拾波裝置上，對(duì)于形成3束用的衍射光柵8也能適用本發(fā)明的衍射用光學(xué)元件。
如上所述，在本發(fā)明中，設(shè)法通過切削加工等機(jī)械加工制作層差高度1μm以上、級(jí)數(shù)為2a以外5以上的二進(jìn)閃光柵。因此，與以往靠蝕刻形成二進(jìn)閃光柵不同，能不增加加工時(shí)間、不降低加工精度，形成二進(jìn)閃光柵。同樣，也能在短時(shí)間內(nèi)高精度地形成成型用金屬模內(nèi)二進(jìn)閃光柵成型用光柵成型面。還有，無論層數(shù)是幾層，都能保持同一加工精度，因反復(fù)的加工精度高，故能廉價(jià)地在質(zhì)量穩(wěn)定，成品率高的狀態(tài)下制作二進(jìn)閃光柵、及其成型用金屬模。
特別是在5、6級(jí)、10、12級(jí)等層數(shù)多的場(chǎng)合，也能以較短加工時(shí)間、高加工精度制作二進(jìn)閃光柵、及其成型用金屬模。
然后，在將本發(fā)明的光學(xué)元件作為雙波長光源型光拾波裝置的光軸調(diào)整元件使用時(shí)，能高精度、廉價(jià)獲得對(duì)于DVD用的光及CD用的光中一方能得到最大的0次衍射效率、對(duì)于DVD用的光及CD用的光的另一方能得到最大的1次衍射效率的元件。
另外，在利用所涉的光軸調(diào)整元件的光拾波裝置上，因各種波長的光利用效率高、而且光軸調(diào)整元件性能穩(wěn)定，故光軸調(diào)整精度高、簡單，對(duì)于光拾波裝置性能穩(wěn)定及其降低價(jià)格有利。
另外，本發(fā)明的光學(xué)元件，其特征為對(duì)于比射出激光的激光光源常溫下的振蕩波長長2nm-8nm波長的激光作衍射效率的最佳設(shè)計(jì)。即，預(yù)先設(shè)想實(shí)際使用溫度狀態(tài)下激光光源振蕩波長的變動(dòng)量，對(duì)比常溫的振蕩波長長2nm-8nm的波長的激光作衍射效率的最佳設(shè)計(jì)。因此，若利用本發(fā)明的衍射用光學(xué)元件能以希望的衍射效率衍射激光。
另外，在激光光源劣化時(shí)，振蕩波長偏向長波長側(cè)，采用本發(fā)明，即使在激光光源振蕩波長隨著劣化偏向表波長一側(cè)，因衍射效率的最佳設(shè)計(jì)在比常溫時(shí)振蕩波長長的波長一側(cè)進(jìn)行，故比以往的衍射用光學(xué)元件，能抑制激光光源的劣化對(duì)衍射效率劣化的影響。
接著，在本發(fā)明的光拾波裝置上，對(duì)于激光光源振蕩波長為比常溫時(shí)長2nm-8nm的波長一側(cè)時(shí)，將調(diào)整DVD用激光光源及CD用激光光源射出的、光記錄媒體反射后的返回的光軸用光軸調(diào)整元件的衍射效率設(shè)計(jì)成最佳。因此，采用本發(fā)明，因?yàn)槟苁构馐安ㄑb置動(dòng)作時(shí)光軸調(diào)整元件的衍射效率為最佳，所以能確實(shí)防止再生信號(hào)重下降引起的再生性能惡化。
權(quán)利要求
1.一種光學(xué)元件，在表面形成二進(jìn)閃光柵，其特征在于，用機(jī)械加工形成所述二進(jìn)閃光柵，其級(jí)數(shù)在5級(jí)以上，其層差高為1μm以上。
2.如權(quán)利要求1所述的光學(xué)元件，其特征在于，所述二進(jìn)閃光柵的級(jí)數(shù)，若取x為正整數(shù)則為5x以上。
3.如權(quán)利要求2所述的光學(xué)元件，其特征在于，所述二進(jìn)閃光柵的級(jí)數(shù)為5或10。
4.如權(quán)利要求1所述的光學(xué)元件，其特征在于，所述二進(jìn)閃光柵的級(jí)數(shù)，若取x為正整數(shù)則為6x以上。
5.如權(quán)利要求4所述的光學(xué)元件，其特征在于，所述二進(jìn)閃光柵的級(jí)數(shù)為6或12。
6.如權(quán)利要求1所述的光學(xué)元件，其特征在于，用切削加工形成所述二進(jìn)閃光柵。
7.一種衍射光柵，包括二進(jìn)閃光柵，所述二進(jìn)閃光柵用于在波長λ1及波長λ2的光中只衍射波長λ1的光，其特征在于，用機(jī)械加工形成所述二進(jìn)閃光柵，所述二進(jìn)閃光柵的層差高度，若在1μm以上同時(shí)設(shè)衍射光柵的折射率為n，則為(λ2+λ)/(n-1)，其中λ＝0-10nm，該二進(jìn)閃光柵的級(jí)數(shù)，若取x為正整數(shù)則為5x。
8.如權(quán)利要求7所述衍射光柵，其特征在于，設(shè)定所述λ為2-8nm。
9.如權(quán)利要求7所述衍射光柵，其特征在于，所述二進(jìn)閃光柵的級(jí)數(shù)為5或10。
10.一種衍射光柵，包括二進(jìn)閃光柵，所述二進(jìn)閃光柵用于在波長λ1及波長λ2的光中只衍射波長λ2的光，其特征在于，用機(jī)械加工形成所述二進(jìn)閃光柵，該二進(jìn)閃光柵的層差高度，若在1μm以上同時(shí)設(shè)衍射光柵的折射率為n，則為(λ1+λ)/(n-1)，其中λ＝0-10nm，該二進(jìn)閃光柵的級(jí)數(shù)若x為正整數(shù)，則為6x。
11.如權(quán)利要求10所述的衍射光柵，其特征在于，設(shè)定所述λ為2-8nm。
12.如權(quán)利要求10所述的衍射光柵，其特征在于，所述二進(jìn)閃光柵的級(jí)數(shù)為6或12。
13.一種成型用金屬模，用于成型在表面具有二進(jìn)閃光柵的光學(xué)元件，其特征在于，具有成型所述二進(jìn)閃光柵用的光柵成型面，用機(jī)械加工形成這種光柵成型面，其層差數(shù)為與5級(jí)以上的二進(jìn)閃光柵對(duì)應(yīng)的數(shù)，其層差高度為1μm以上。
14.如權(quán)利要求13所述成型用金屬模，其特征在于，所述光柵成型面的層差數(shù)，若取x為正整數(shù)則為與5x級(jí)的二進(jìn)閃光柵對(duì)應(yīng)的數(shù)。
15.如權(quán)利要求14所述成型用金屬模，其特征在于，所述光柵成型面的層差數(shù)為與5級(jí)或10級(jí)二進(jìn)閃光柵對(duì)應(yīng)的數(shù)。
16.如權(quán)利要求13所述成型用金屬模，其特征在于，所述光柵成型的層差數(shù)，若取x為正整數(shù)則為與6x的二進(jìn)閃光柵對(duì)應(yīng)的數(shù)。
17.如權(quán)利要求16所述成型用金屬模，其特征在于，所述光柵成型面的層差數(shù)為與6級(jí)或12級(jí)二進(jìn)閃光柵對(duì)應(yīng)的數(shù)。
18.如權(quán)利要求13所述成型用金屬模，其特征在于，用切削加工形成所述光柵成型面。
19.一種成型用金屬模，包括二進(jìn)閃光柵，所述二進(jìn)閃光柵用于在波長λ1及波長λ2的光中只衍射波長λ1的光，其特征在于，具有成型所述二進(jìn)閃光柵用的光柵成型面、用機(jī)械加工形成所述光柵成型面，所述光柵成型面的層差高度，若在1μm以上同時(shí)設(shè)衍射光柵的折射率為n，則為(λ2+λ)/(n-1)，其中λ＝0-10nm，所述光柵成型面的層差數(shù)，若取x為正整數(shù)則為與5x級(jí)的二進(jìn)閃光柵對(duì)應(yīng)的數(shù)。
20.如權(quán)利要求19所述成型用金屬模，其特征在于，設(shè)定所述λ為2-8nm。
21.如權(quán)利要求19所述成型用金屬模，其特征在于，所述光柵成型面的層差數(shù)為與5級(jí)或10級(jí)二進(jìn)閃光柵對(duì)應(yīng)擻。
22.一種成型用金屬模，包括二進(jìn)閃光柵，所述二進(jìn)閃光柵用于在波長λ1及波長λ2的光中只衍射波長λ2的光，其特征在于，具有成型所述二進(jìn)閃光柵用的光柵成型面，用機(jī)械加工形成所述光柵成型面，所述光柵成型面的層差高度，若在1μm以上同時(shí)設(shè)衍射光柵的折射率為n，則為(λ1+λ)/(n-1)，其中λ＝0-10nm，所述光柵成型面的層數(shù)，若取x為正整數(shù)則為與6x級(jí)二進(jìn)閃光柵對(duì)應(yīng)的數(shù)。
23.如權(quán)利要求22所述成型用金屬模，其特征在于，設(shè)定所述λ為2-8nm。
24.如權(quán)利要求22所述成型用金屬模，其特征在于，所述光柵成型面的層差數(shù)為與6級(jí)或12級(jí)二進(jìn)閃光柵對(duì)應(yīng)的數(shù)。
25.一種光學(xué)元件，在表面具有二進(jìn)閃光柵，其特征在于，具有成型所述二進(jìn)閃光柵用的光柵成型面，用機(jī)械加工形成所述光柵成型面，其層差數(shù)為與5級(jí)以上的二進(jìn)閃光柵對(duì)應(yīng)的數(shù)，其層差高度用1μm以上的成型用金屬模形成。
26.一種衍射光柵，包括二進(jìn)閃光柵，所述二進(jìn)閃光柵用于在波長λ1及波長λ2的光中只衍射波長λ1的光，其特征在于，具有成型所述二進(jìn)閃光柵用的光柵成型面，用機(jī)械加工形成所述光柵成型面，所述光柵成型面的層差高度，若在1μm以上同時(shí)設(shè)衍射光柵的折射率為n，則為(λ2+λ)/(n-1)，其中λ＝0-10nm，所述光柵成型面的層差數(shù)，若取x為正整數(shù)，則利用與5x級(jí)二進(jìn)閃光柵對(duì)應(yīng)的數(shù)的成型用金屬模形成。
27.一種衍射光柵，包括二進(jìn)閃光柵，所述二進(jìn)閃光柵用于在波長λ1及波長λ2的光中只衍射波長λ2的光，其特征在于，具有成型所述二進(jìn)閃光柵用的光柵成型面，用機(jī)械加工形成所述光柵成型面，所述光柵成型面的層差高度，若在1μm以上同時(shí)設(shè)衍射光柵的折射率為n，則為(λ1+λ)/(n-1)，其中λ＝0-10nm，所述光柵成型面的層差數(shù)，若取x為正整數(shù)，則利用與6x級(jí)二進(jìn)閃光柵對(duì)應(yīng)的數(shù)的成型用金屬模形成。
28.一種光拾波裝置，包括產(chǎn)生波長λ1光的DVD用光源、產(chǎn)生波長λ2光的CD用光源、受光從這些光源射出并在光記錄媒體上反射后各返回光用的光檢測(cè)器、以及調(diào)整一方返回光的光軸、使所述光檢測(cè)器能受光各返回光用的光軸調(diào)整元件，其特征在于，所述光軸調(diào)整元件為具有用于所述波長λ1及波長λ2的光中，只衍射波長λ1光的二進(jìn)閃光柵的衍射光柵，用機(jī)械加工形成所述二進(jìn)閃光柵，所述二進(jìn)閃光柵的層差高度，若在1μm以上同時(shí)設(shè)衍射光柵的折射率為n，則為(λ2+λ)/(n-1)，其中λ＝0-10nm，該二進(jìn)閃光柵的級(jí)數(shù)，若取x為正整數(shù)則為5x的衍射光柵。
29.一種光拾波裝置，包括產(chǎn)生波長λ1光的DVD用光源、產(chǎn)生波長λ2光的CD用光源、受光從這些光源射出并在光記錄媒體上反射后各返回光用的光檢測(cè)器、以及調(diào)整一方返回光的光軸、使所述光檢測(cè)器能受光各返回光用的光軸調(diào)整元件，其特征在于，所述光軸調(diào)整元件為具有用于所述波長λ1及波長λ2的光中，只衍射波長λ2的光的二進(jìn)閃光柵的衍射光柵，用機(jī)械加工形成所述二進(jìn)閃光柵，所述二進(jìn)閃光柵的層差高度，若在1μm以上同時(shí)設(shè)衍射光柵的折射率為n，則為(λ1+λ)/(n-1)，其中λ＝0-10nm，該二進(jìn)閃光柵的級(jí)數(shù)，若取x為正整數(shù)則為6x的衍射光柵。
30.一種光學(xué)元件，用于衍射規(guī)定波長激光，其特征在于，對(duì)比射出所述激光的激光光源常溫下的振蕩波長長2nm-8nm的激光，作衍射效率最適設(shè)計(jì)。
31.如權(quán)利要求30所述光學(xué)元件，其特征在于，作所述衍射效率最佳設(shè)計(jì)，使不同波長的第1及第2激光中，對(duì)一方波長激光的0次光衍射效率及對(duì)另一方波長激光的1次光衍射效率分別為最大。
32.如權(quán)利要求31所述光學(xué)元件，其特征在于，所述第1激光的波長為650nm，所述第2激光的波長為780nm。
33.如權(quán)利要求30所述光學(xué)元件，其特征在于，光柵面為二進(jìn)閃光柵。
34.如權(quán)利要求33所述光學(xué)元件，其特征在于，設(shè)所述第1激光的波長為λ1、所述衍射用光學(xué)元件的折射率為n、λ為在2-8nm范圍內(nèi)的值，則所述二進(jìn)閃光柵的層差高度為(λ1+λ)/(n-1)。
35.如權(quán)利要求33所述光學(xué)元件，其特征在于，設(shè)所述第2激光的波長為λ2，所述衍射用光學(xué)元件的折射率為n、λ為在2-8nm范圍內(nèi)的值，則所述二進(jìn)閃光柵的層差高度為(λ2+λ)/(n-1)。
36.一種光拾波裝置，包括產(chǎn)生波長λ1光的DVD用光源、產(chǎn)生波長λ2光的CD用光源、受光從這些光源射出并在光記錄媒體上反射后各返回光用的光檢測(cè)器、以及調(diào)整一方返回光的光軸、使所述光檢測(cè)器能受光各返回光用的光軸調(diào)整元件，其特征在于，所述光軸調(diào)整元件為設(shè)該衍射用光學(xué)元件的折射率為n、λ為在2-8nm范圍內(nèi)的值，則所述二進(jìn)閃光柵的層差高度為(λ1+λ)/(n-1)的光學(xué)元件。
37.一種光拾波裝置，包括產(chǎn)生波長λ1光的DVD用光源、產(chǎn)生波長λ2光的CD用光源、受光從這些光源射出并在光記錄媒體上反射后各返回光用的光檢測(cè)器、以及調(diào)整一方返回光的光軸、使所述光檢測(cè)器能受光各返回光用的光軸調(diào)整元件，其特征在于，所述光軸調(diào)整元件為設(shè)該衍射用光學(xué)元件的折射率為n、λ為在2-8nm范圍內(nèi)的值，則所述二進(jìn)閃光柵的層差高度為(λ2+λ)/(n-1)的光學(xué)元件。
全文摘要
本發(fā)明揭示一種光學(xué)元件、其成型用金屬模及光拾波裝置，具有調(diào)整雙波長光源型光拾波裝置中各種波長光的光軸用二進(jìn)閃光柵的光軸調(diào)整元件的方案。光軸調(diào)整元件10具有二進(jìn)閃光柵11、其層差高h(yuǎn)為650/(n－1)(1μm以上)，閃光區(qū)高度H為5×780/(n－1)。對(duì)于650nm波長的DVD用激光L1以最大效率產(chǎn)生0次衍射光L1(0)，對(duì)于780nm波長的CD用激光L2以最大效率產(chǎn)生1次衍射光L2(1)。因能靠切削加工形成二進(jìn)閃光柵，故與蝕刻不同，能在較短加工時(shí)間內(nèi)高精度形成二進(jìn)閃光柵。因而，能廉價(jià)生產(chǎn)光軸調(diào)整元件、又能確實(shí)可靠地調(diào)整光軸。
文檔編號(hào)G11B7/135GK1450538SQ0311039
公開日2003年10月22日 申請(qǐng)日期2003年4月9日 優(yōu)先權(quán)日2002年4月9日
發(fā)明者林賢一 申請(qǐng)人:株式會(huì)社三協(xié)精機(jī)制作所