專利名稱：衍射元件及相應(yīng)的裝置、設(shè)備、系統(tǒng)和光柵設(shè)計(jì)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種其中能夠任意地調(diào)節(jié)衍射效率的雙波長衍射元件，一種設(shè)計(jì)衍射元件的衍射光柵的方法，一種利用衍射元件在諸如光盤之類的光學(xué)信息介質(zhì)上記錄、再現(xiàn)或擦除信息的光頭裝置，一種包括光頭裝置的光學(xué)信息設(shè)備，以及其中的每一個(gè)都包括所述光學(xué)信息設(shè)備的計(jì)算機(jī)、光學(xué)信息介質(zhì)播放器、汽車導(dǎo)航系統(tǒng)、光學(xué)信息介質(zhì)記錄器和光盤服務(wù)器。
背景技術(shù)：
當(dāng)前，各種記錄介質(zhì)可用于記錄和存儲(chǔ)數(shù)字音頻、圖像和運(yùn)動(dòng)畫面以及由計(jì)算機(jī)產(chǎn)生的文檔文件和數(shù)據(jù)文件等。將光盤用作記錄介質(zhì)之一。特別地，數(shù)字通用光盤(DVD)比傳統(tǒng)的光盤(CD)具有更高的密度和更大的容量，并且正在取代磁帶記錄器(VTR)而廣泛地用于記錄器領(lǐng)域。此外，在許多公司內(nèi)正在進(jìn)行具有更高記錄密度的下一代光盤的研究，并且預(yù)計(jì)在不久的將來會(huì)出現(xiàn)在市場上。
為了增加光盤的記錄密度，可以考慮增加入射到其信息記錄面上的光束的數(shù)值孔徑(numercial aperture-NA)。然而，如果此時(shí)光軸傾斜，產(chǎn)生了諸如增加了像差量的問題。為了解決這樣的問題，有效的是，減小光盤中保護(hù)層的厚度或基板厚度。在本說明書中，“基板厚度”表示從光束的入射面到光盤中的信息記錄面的厚度。
參考光盤的歷史，第一代光盤是CD盤，其中，使用具有780到820nm波長的紅外線光束作為光源，物鏡具有0.45的數(shù)值孔徑，并且基板的厚度是1.2mm。第二代光盤是DVD盤，其中，使用具有630到680nm的紅色光束作為光源，物鏡具有0.6的數(shù)值孔徑，并且基板厚度是0.6mm。同時(shí)，當(dāng)前正在開發(fā)的第三代光盤是超高密度光盤，其中，使用具有380到420nm的藍(lán)色光束作為光源，物鏡具有0.85的數(shù)值孔徑，并且基板厚度是0.1mm。
如上所述，為了增加記錄密度，基板厚度變得更薄?？紤]到其經(jīng)濟(jì)方面及其占用的空間，希望單個(gè)的光學(xué)信息設(shè)備能夠記錄和再現(xiàn)具有不同基板厚度和不同記錄密度的光盤。為了這個(gè)目的，需要提供包括能夠?qū)⒐馐鴷?huì)聚到具有不同基板厚度的光盤上的衍射極限的會(huì)聚光系統(tǒng)的光頭裝置。
同時(shí)，典型地，需要進(jìn)行跟蹤控制和聚焦控制來記錄和再現(xiàn)光盤。為了由低成本的緊湊布置來檢測這些控制信號(hào)，有利的是，在光頭設(shè)備中采用衍射光柵。在包括兩個(gè)或多個(gè)光源的系統(tǒng)中應(yīng)該由單個(gè)的光學(xué)信息設(shè)備來進(jìn)行記錄和再現(xiàn)的情況下，需要該衍射元件對于光源的各自的波長具有相同的衍射效率。
在日本專利待審公開No.2001-281432、2002-311219和2002-245660中公開了一種能夠針對特定的波長來調(diào)節(jié)零階光束(主光束)與一階衍射光束(副光束)的比率的結(jié)構(gòu)，并且參考圖12對其進(jìn)行描述。圖12示出了傳統(tǒng)的衍射元件200。在傳統(tǒng)衍射元件200的一個(gè)面上設(shè)置衍射具有波長λ1的激光束的第一衍射光柵200a，而在傳統(tǒng)衍射元件200的另一面上設(shè)置用于衍射具有波長λ2的第二衍射光柵200b。因此，第一衍射光柵200a衍射波長為λ1的激光束，并且將通過其的波長為λ2的光束透射為一個(gè)光束。另一方面，第二衍射光柵200b衍射波長為λ2的激光束，并且將通過其的波長λ1的激光束透射為一個(gè)光束。同時(shí)，第一衍射光柵200a的深度取決于波長λ2的激光束，并且形成第一衍射光柵200a的每一個(gè)槽脊(land)部分的寬度和每一個(gè)凹槽部分的寬度，從而使由第一衍射光柵200a衍射的波長為λ1的激光束的零階衍射光束與一階衍射光束的比率落在預(yù)定的范圍內(nèi)。同樣地，第二衍射光柵200b的深度取決于波長λ1的激光束，并且形成第二衍射光柵200b的每一個(gè)槽脊部分的寬度和每一個(gè)凹槽部分的寬度，從而使由第二衍射光柵200b衍射的波長為λ2的激光束的零階衍射光束與一階衍射光束的比率落在預(yù)定的范圍內(nèi)。
在上述的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)中，分別在可透射光的基板的相對面上設(shè)置衍射光柵，這需要耗時(shí)和昂貴的操作。
同時(shí)，由于在通過其完全地透射光束的衍射光柵的面上的光學(xué)損耗不為零，因此，具有分別設(shè)置在相反面上的兩個(gè)衍射光柵的衍射元件的光學(xué)損耗變得較大。
同時(shí)，在上述的現(xiàn)有技術(shù)文件中，使用具有針對CD的785到790nm(納米)波長的紅外線光束和具有針對DVD的650到658nm波長的紅色光束作為兩個(gè)波長。在下一代超高密度光盤設(shè)備中，由于使用具有380到420nm的藍(lán)色光束，因此，應(yīng)該設(shè)置可用于藍(lán)色光束的元件。然而，上述的現(xiàn)有技術(shù)文件未公開包括這樣的元件的結(jié)構(gòu)。

發(fā)明內(nèi)容
因此，考慮到消除現(xiàn)有技術(shù)中的以上所提到的缺陷，本發(fā)明的本質(zhì)目的是提供一種衍射元件，其中，僅在透光基板的一個(gè)面上形成衍射光柵，并且能夠任意地調(diào)節(jié)針對具有波長630到680nm的紅色光束和具有波長380到420nm的藍(lán)色光束的零階衍射效率和一階衍射效率，以及利用該衍射元件的緊湊且便宜的光頭裝置和光學(xué)信息設(shè)備。
為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的上述目的，根據(jù)本發(fā)明的衍射元件包括透光部件。在透光部件的至少一個(gè)面上形成的衍射光柵。當(dāng)具有第一波長λ1的第一激光束和具有第二波長λ2的第二激光束透過衍射元件時(shí)，使第一和第二激光束變?yōu)榉謩e具有第一和第二衍射效率的第一和第二衍射光束。衍射元件用于僅通過衍射元件的一個(gè)面使第一和第二衍射效率彼此相等。衍射光柵具有針對第一激光束的第一相位調(diào)制量φ1和針對第二激光束的第二相位調(diào)制量φ2，并且第一和第二相位調(diào)制量φ1和φ2分別由以下等式(1)和(2)近似表達(dá)φ1＝2πN1±Δφ -(1)φ2＝2πN2±Δφ -(2)其中，“N1”和“N2”是自然數(shù)，而“Δφ”是相位變化量。
同時(shí)，根據(jù)本發(fā)明的光頭裝置包括第一激光束的光源，用于發(fā)射具有第一波長λ1的藍(lán)色激光束；第二激光束的光源，用于發(fā)射具有第二波長λ2的紅色激光束；光學(xué)透鏡，用于將藍(lán)色激光束和紅色激光束會(huì)聚在光學(xué)信息介質(zhì)的信息記錄面上的細(xì)微光斑處；以及光電檢測器，用于響應(yīng)在光學(xué)信息介質(zhì)的信息記錄面上反射的藍(lán)色激光束或紅色激光束，輸出與藍(lán)色激光束或紅色激光束的量相對應(yīng)的電信號(hào)。所述光頭裝置還包括以上所述的衍射元件。該衍射元件從藍(lán)色激光束和紅色激光束中產(chǎn)生衍射光束，并且光電檢測器接收折射光束，從而檢測伺服信號(hào)。
此外，根據(jù)本發(fā)明的光學(xué)信息設(shè)備包括以上所涉及的光頭裝置。光學(xué)信息設(shè)備還包括電動(dòng)機(jī)，用于旋轉(zhuǎn)光學(xué)信息介質(zhì)，以及電路，用于根據(jù)從光頭裝置接收到的信號(hào)，控制和驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)或光頭裝置的光學(xué)透鏡、第一激光束光源和第二激光束光源之一。


從參考附圖結(jié)合優(yōu)選實(shí)施例的以下詳細(xì)描述中，本發(fā)明的目的和特征將變得明顯，其中，圖1是根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的光頭裝置的示意截面圖；圖2是圖1所示的光頭裝置的片斷示意截面圖；圖3是圖1所示的光頭裝置中所采用的全息圖的放大的截面圖；圖4A和4B是示出了在圖3所示的全息圖中分別針對占空比0.5和0.2，在光柵速度和衍射效率之間的關(guān)系的曲線圖；圖5是根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的光頭裝置的示意截面圖；圖6是在圖5所示的光頭裝置中采用的全息圖的放大截面圖；圖7是根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的光學(xué)信息設(shè)備的示意截面圖，其中包括圖1或圖5所示的光頭裝置；圖8是根據(jù)本發(fā)明第四實(shí)施例的計(jì)算機(jī)的結(jié)構(gòu)的示意透視圖，其中包括圖7所示的光學(xué)信息設(shè)備；圖9是根據(jù)本發(fā)明第五實(shí)施例的光盤播放器和汽車導(dǎo)航系統(tǒng)的示意透視圖，其中包括圖7所示的光學(xué)信息設(shè)備；圖10是根據(jù)本發(fā)明第六實(shí)施例的光盤記錄器的示意透視圖，其中包括圖7所示的光學(xué)信息設(shè)備；圖11是根據(jù)本發(fā)明第七實(shí)施例的光盤服務(wù)器的示意透視圖，其中包括圖7所示的光學(xué)信息設(shè)備；以及圖12是在現(xiàn)有技術(shù)的光頭裝置中所采用的衍射元件的示意透視圖。
在進(jìn)行本發(fā)明的描述之前，應(yīng)該注意，在整個(gè)附圖的幾個(gè)視圖中，相同部分由相同的參考符號(hào)來表示。
具體實(shí)施例方式
此后，將參考附圖來描述本發(fā)明的實(shí)施例。
(第一實(shí)施例)圖1示出了根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的光頭裝置50A的結(jié)構(gòu)。光頭裝置50A包括藍(lán)色激光器1，用于發(fā)射具有380nm到420nm、典型地為405nm的波長λ1的藍(lán)色激光束41；紅色激光器20，用于發(fā)射具有630nm到680nm、典型地為660nm的波長λ2的紅色激光束42；分束器4；準(zhǔn)直透鏡8；用于使光軸彎曲的上升反射鏡(rising mirror)12；充當(dāng)衍射元件的全息圖13、四分之一波片5；折射型物鏡14；分束器16；以及光電檢測器33。
光頭裝置50A可用于光盤10A和10B。光盤10A是具有0.06mm到0.11mm、例如大約0.1mm的基板厚度t1(圖2)，并且由具有波長λ1的藍(lán)色激光束41記錄和再現(xiàn)的第三代光盤。另一方面，光盤10B是具有0.54到0.65mm、例如大約0.6mm的基板厚度t2(圖2)，并且由具有波長λ2的紅色激光束42記錄和再現(xiàn)的諸如DVD的第二代光盤。在附圖中，特別是正如圖2所示的那樣，僅將從入射面10A’到信息記錄面10A”的具有厚度t1的基板表示為光盤10A，而僅將從入射面10B’到信息記錄面10B”的具有厚度t2的基板表示為光盤10B。實(shí)際上，在光盤10A和10B中，將保護(hù)層接合到基板的信息記錄面10A”或10B”，從而給基板增加機(jī)械強(qiáng)度，并且將光盤的總厚度設(shè)置為1.2mm，等于CD的厚度。因此，保護(hù)層在光盤10A中具有1.1mm的厚度，而在光盤10B中具有0.6mm的厚度。然而，在附圖中，用了說明的簡化，未示出保護(hù)層。
如果優(yōu)選地，藍(lán)色激光器1和紅色激光器20由半導(dǎo)體激光器形成，則可以使光頭裝置50A和采用該光頭裝置50A的光學(xué)信息設(shè)備尺寸緊湊、重量較輕且功率消耗較低。
在具有最高記錄密度的光盤10A上進(jìn)行記錄和再現(xiàn)的情況下，從藍(lán)色激光器1發(fā)射具有波長λ1的藍(lán)色激光束41作為線性偏振光束，并且由分束器4反射。然后，由準(zhǔn)直透鏡8將藍(lán)色激光束41變?yōu)榇笾缕叫械墓馐?，并且由上升反射鏡12使藍(lán)色激光束41的光軸彎曲。隨后，使藍(lán)色激光束41透過全息圖13，并且由四分之一波片5變?yōu)閳A偏振的光束。設(shè)計(jì)四分之一波片5，以使其同時(shí)充當(dāng)波長λ1和λ2的四分之一波片。之后，由物鏡14通過具有0.1mm的基板厚度的光盤10A的基板，將藍(lán)色激光束41會(huì)聚到光盤10A的基板的信息記錄面10A”上。
在光盤10A的信息記錄面10A”上反射的藍(lán)色激光束41反向地跟蹤前向光路，作為返回光路，并且由四分之一波片5變?yōu)榕c前向光路的光束垂直的線性偏振光束。然后，由全息圖13對藍(lán)色激光束41進(jìn)行衍射，并且通過分束器4幾乎完全地透射。隨后，藍(lán)色激光束41由分束器16完全反射，從而入射在光電檢測器33上。通過計(jì)算光電檢測器33的輸出，獲得了用于光盤10A的聚焦控制和跟蹤控制的伺服信號(hào)和信息信號(hào)。對于具有波長λ1的藍(lán)色激光束41，分束器4具有偏振分離膜，用于在前向光路上完全地反射按照一個(gè)方向定向的線性偏振光束，而在返回光路上完全地透射與如上所述的一個(gè)方向垂直的線性偏振光束。如稍后所描述的，由紅色激光器20發(fā)射的具有波長λ2的紅色激光束42完全透過分束器4。因此，分束器4是具有偏振特性和波長選擇性的光路分割元件。
另一方面，在光盤10B上進(jìn)行記錄和再現(xiàn)的情況下，從紅色激光器20發(fā)射具有波長λ2的紅色激光束42，作為幾乎線性偏振的光束，并且該光束透過分束器16和分束器4。然后，由準(zhǔn)直透鏡8將紅色激光束42變?yōu)閹缀跗叫械墓馐?，并且由上升反射鏡12使紅色激光束42的光軸彎曲。隨后，使紅色激光束42透過全息圖13，并且由四分之一波片5將其變?yōu)閳A偏振光束。之后，由物鏡14通過具有0.6mm的基板厚度的光盤10B的基板，將藍(lán)色激光束42會(huì)聚到光盤10B的基板的信息記錄面10B”上。
在光盤10B的信息記錄面10B”上反射的紅色激光束42反向地跟蹤前向光路，作為返回光路，并且由四分之一波片5變?yōu)榕c前向光路的光束垂直的線性偏振光束。然后，紅色激光束42由全息圖13衍射，并且?guī)缀跬耆赝高^分束器4。之后，紅色激光束42由分束器16完全反射，從而入射到光電檢測器33上。通過計(jì)算光電耦合器33的輸出，獲得用于光盤10B的聚焦控制和跟蹤控制的伺服信號(hào)和信息信號(hào)。為了從單個(gè)的光電檢測器33中獲得光盤10A和10B的伺服信號(hào)，相對于位于相同位置的物鏡14來設(shè)置藍(lán)色激光器1和紅色激光器20的光發(fā)射點(diǎn)，從而分別在光盤10A和10B上成像。結(jié)果，能夠減少光電檢測的數(shù)量和光電檢測器所需的線的數(shù)量。
對于具有波長λ2的紅色激光束42，分束器16是偏振分離膜，用于在前向光路上完全地透射在一個(gè)方向上定向的線性偏振光束，而在返回光路上完全地反射與所述一個(gè)方向垂直的線性偏振光束。此外，分束器16完全地反射具有波長λ1的藍(lán)色激光束41。因此，分束器16是具有偏振特性和波長選擇性的光路分割元件。
下面參考圖2到4來描述全息圖13的功能和結(jié)構(gòu)。在圖2中，全息圖13具有偏振各向異性，其中，完全地透射但不衍射按照一個(gè)方向定向的線性偏振光束，而衍射與所述一個(gè)方向垂直的線性偏振光束。在這種情況下，在具有波長λ1的藍(lán)色激光束41和具有波長λ2的紅色激光束42中的每一個(gè)的前向光路上的線性偏振光束適合于完全地透過全息圖13。在藍(lán)色激光束41和紅色激光束42的每一個(gè)的前向路徑上，由四分之一波片5將按照一個(gè)方向定向的線性偏振光束變?yōu)閳A偏振光束，并且由物鏡14會(huì)聚該圓偏振光束，以使其由光盤10A和10B的每一個(gè)反射。然后，當(dāng)圓偏振光束再次透過四分之一波片5時(shí)，將圓偏振光束變?yōu)榕c所述一個(gè)方向垂直的線性偏振光束。由于全息圖13是偏振衍射元件，在返回光路上，藍(lán)色激光束41和紅色激光束42的每一個(gè)由全息圖13衍射，從而產(chǎn)生用于獲得伺服信號(hào)的充當(dāng)主光束的零階衍射光束和充當(dāng)副光束的±一階衍射光束。
圖3是全息圖13的詳細(xì)視圖。制造具有偏振各向異性的全息圖的多種方法是公知的。作為這樣的全息圖的一個(gè)實(shí)例，圖3所示的全息圖13具有諸如液晶的結(jié)構(gòu)，其中，將具有偏振各向異性的材料13a嵌入在不具有偏振各向異性的材料13b中。還可以通過鈮酸鋰的質(zhì)子交換來獲得具有偏振各向異性的全息圖。在圖3中，可以將全息圖13當(dāng)作衍射元件，其中，交替地設(shè)置每一個(gè)具有寬度Wa的槽脊部分和每一個(gè)具有寬度Wb和深度h的凹槽部分，作為矩形衍射光柵。
假定將占空比設(shè)計(jì)為{Wa/(Wa+Wb)}，圖4A和4B是示出了在占空比分別是0.5和0.2時(shí)，通過標(biāo)量計(jì)算針對藍(lán)色激光束41和紅色激光束42獲得的零階衍射效率和一階衍射效率。在圖4A和4B中，橫軸表示以μm(微米)為單位的光柵深度(圖3)，而縱軸表示衍射效率。在圖4A和4B中，曲線“B0”和“B1”分別表示藍(lán)色激光束41的零階衍射效率和一階衍射效率，而曲線“R0”和“R1”分別表示紅色激光束42的零階衍射效率和一階衍射效率。從圖4A和4B將會(huì)看到，通過利用光柵深度h和占空比，甚至僅在衍射元件13的一個(gè)面上形成的衍射光柵能夠調(diào)節(jié)分別具有不同波長λ1和λ2的藍(lán)色激光束41和紅色激光束42的零階衍射效率和一階衍射效率。
此外，這里假定“N1”和“N2”表示自然數(shù)，“Δφ”表示相位變化量，設(shè)計(jì)衍射光柵，從而使具有波長λ1的藍(lán)色激光束41的相位調(diào)制量φ1和具有波長λ2的藍(lán)色激光束42的相位調(diào)制量φ2分別由以下等式(1)和(2)來表達(dá)。
φ1＝2πN1±Δφ -(1)φ2＝2πN2±Δφ -(2)更具體地，當(dāng)將返回光路上的線性偏振光束從具有偏振各向異性的材料13a入射到全息圖13上時(shí)，光柵深度近似由以下等式(3)來表達(dá)h＝[Nλ1λ2/{λ1(n2-1)+λ2(n1-1)}] -(3)其中，“n1”表示全息圖13對具有波長λ1的藍(lán)色激光束41的折射率，“n2”表示全息圖13對具有波長λ2的藍(lán)色激光束42的折射率，以及“N”表示自然數(shù)。
當(dāng)自然數(shù)N等于1、2和3時(shí)，分別如圖4A和4B所示，將光柵深度h設(shè)置為h1、h2和h3。因此，光柵深度h1、h2和h3分別由以下等式(4)、(5)和(6)來表達(dá)。
h1＝[λ1λ2/{λ1(n2-1)+λ2(n1-1)}] -(4)h2＝[2λ1λ2/{λ1(n2-1)+λ2(n1-1)}] -(5)h3＝[3λ1λ2/{λ1(n2-1)+λ2(n1-1)}] -(6)從針對占空比0.5的圖4A中顯而易見，藍(lán)色激光束41的零階衍射效率和紅色激光束42的零階衍射效率在光柵深度h1、h2和h3處彼此相等，而藍(lán)色激光束41的一階衍射效率和紅光激光束42的一階衍射效率在光柵深度h1、h2和h3處彼此相等。同樣，從針對占空比0.2的圖4B中顯而易見，藍(lán)色激光束41的零階衍射效率和紅色激光束42的零階衍射效率在光柵深度h1、h2和h3處彼此相等，而藍(lán)色激光束41的一階衍射效率和紅色激光束42的一階衍射效率在光柵深度h1、h2和h3處彼此相等。即，針對藍(lán)色激光束41和紅色激光束42，可以由單個(gè)的衍射元件13獲得相等的零階衍射效率和相等的一階衍射效率。
由于由在衍射元件13的一個(gè)面上形成的衍射光柵對激光束進(jìn)行衍射，光學(xué)使用效率變得高于分別在其相對面上形成具有兩個(gè)衍射光柵的衍射元件的光學(xué)使用效率。因此，可以獲得諸如以下效果可以延長激光器的使用壽命，并且可以減小功率消耗。
再次參考圖1所示的光頭裝置50A，全息圖13是用于獲得伺服信號(hào)的衍射元件。在衍射元件13中，需要用于獲得被會(huì)聚和用于產(chǎn)生射頻(RF)信號(hào)的零階衍射光束即主光束的衍射光柵的衍射效率相對較高，而用于獲得受到了波前轉(zhuǎn)換并用于伺服檢測的一階衍射光束即副光束的衍射光柵的衍射效率相對較低。在光頭裝置50A中，由于如圖1所示，設(shè)置了單個(gè)的光電檢測器33用于信號(hào)檢測，合乎意愿地減少了組件的數(shù)量。當(dāng)如上所述，將光電檢測器33同時(shí)用于波長λ1和波長λ2時(shí)，需要藍(lán)色激光束41的零階衍射效率和紅色激光束42的零階衍射效率彼此相等，并且藍(lán)色激光束41的一階衍射效率和紅色激光束42的一階衍射效率彼此相等。由本發(fā)明人所進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)表明當(dāng)零階衍射效率與一階衍射效率的比率是10/1時(shí)，不僅RF信號(hào)具有極佳的信噪比(SNR)，而且伺服信號(hào)是穩(wěn)定的。因此，在占空比為0.5的圖4A中，光柵深度h3是最合乎需要的。然而，此時(shí)，光柵深度h3是施加到全息圖13上的藍(lán)色激光束41和紅色激光束42的波長λ1和λ2的大約三倍。因此，根據(jù)標(biāo)量計(jì)算，零階衍射效率和一階衍射效率都會(huì)減小。另一方面，在占空比為0.2的圖4B中，可以充分地采用光柵深度h2，并且可以采用近似于標(biāo)量計(jì)算的衍射效率。
在前面的描述中，分別參考圖4A和4B描述了占空比0.5和0.2。然而，為了獲得合適的衍射效率，占空比和光柵深度h不局限于上述的值。更具體地，如果采用在(N＝1)時(shí)的光柵深度h1，當(dāng)占空比是0.135時(shí)，根據(jù)標(biāo)量計(jì)算的零階衍射效率和一階衍射效率分別為大約60％和大約6％。
同時(shí)，如果采用在(N＝2)時(shí)的光柵深度h2，當(dāng)如圖4B所示，占空比是0.2時(shí)，根據(jù)標(biāo)量計(jì)算的零階衍射效率和一階衍射效率分別為大約70％和大約7％。
另一方面，如果采用在(N＝3)時(shí)的光柵深度h3，當(dāng)占空比是如圖4A所示的0.5時(shí)，根據(jù)標(biāo)量計(jì)算的零階衍射效率和一階衍射效率為大約85％和大約6％。
如上所述，需要零階衍射效率與一階衍射效率的比率實(shí)際上應(yīng)該處于從大約(7/1)到大約(15/1)的范圍內(nèi)，例如，可以為大約(10/1)。從光學(xué)使用效率的觀點(diǎn)考慮，零階衍射效率與一階衍射效率的比率應(yīng)該不小于(7/1)。然而，如果零階衍射效率與一階衍射效率的比率超過了(15/1)，則不能夠忽略由雜散光所造成的影響，因此，信號(hào)變得不穩(wěn)定。因此，零階衍射效率與一階衍射效率的比率應(yīng)該按照需要落在上述范圍(7/1)到(15/1)內(nèi)。
以下描述還可以設(shè)置在光頭裝置50A中的附加裝置。這些附加裝置不局限于第一實(shí)施例，而可以應(yīng)用于所有實(shí)施例。然而，應(yīng)該注意，本發(fā)明的本質(zhì)點(diǎn)在于僅在衍射元件13的一個(gè)面上形成衍射光柵，以便獲得針對藍(lán)色激光束41和紅色激光束42的特定衍射效率。首先，在圖1中，還可以在藍(lán)色激光器1和分束器4之間設(shè)置充當(dāng)衍射元件的三光束光柵3，從而以公知的差分推拉(DPP)方法來檢測光盤10A的跟蹤誤差信號(hào)。
其次，假定將與光軸垂直的兩個(gè)方向定義為x軸和y軸，還可以在藍(lán)色激光束1和分束器4之間設(shè)置僅在諸如x軸上放大藍(lán)色激光束41的光束整形元件(beam shaping element)2，以使藍(lán)色激光束41的遠(yuǎn)場像更靠近相對于光軸對稱的強(qiáng)度分布，從而可以提高光學(xué)使用效率。光束整形元件2可以由柱面透鏡等形成。
第三，還可以在紅色激光器20和分束器16之間設(shè)置充當(dāng)衍射元件的三光束光柵22，從而以公知的DPP方法來檢測光盤10B的跟蹤誤差信號(hào)。此外，還可以在紅色激光器20和分束器16之間設(shè)置中繼透鏡21，以便出于校正遠(yuǎn)場像和提高光學(xué)使用效率的目的來改變數(shù)值孔徑。
第四，還設(shè)置了會(huì)聚透鏡6和光電檢測器7。即，從藍(lán)色激光束1發(fā)出的線性偏振光束部分地(例如，大約10％)透過分束器4，從而還由會(huì)聚透鏡6將透射的光束引導(dǎo)到光電檢測器7。利用從光電檢測器7中所獲得的信號(hào)，由藍(lán)色激光器1發(fā)射的光束量的改變受到監(jiān)控或受到反饋，從而使由藍(lán)色激光器1發(fā)出的光束量保持恒定。
此外，從紅色激光器20發(fā)出的線性偏振光束部分地(例如，大約10％)由分束器4反射，從而還由會(huì)聚透鏡6將反射光束引導(dǎo)到光電檢測器7。利用從光電檢測器7中獲得的信號(hào)，由紅色激光器20發(fā)出的光束量的改變受到監(jiān)控或受到反饋，從而使由紅色激光器20發(fā)射的光束量保持恒定。
如從本發(fā)明第一實(shí)施例的以下描述中將會(huì)見到的，由于藍(lán)色激光束41和紅色激光束42都應(yīng)該在前向光路和返回光路上通過全息圖13，通過利用在前向光路和返回光路上的線性偏振光束的偏振方向上的差別，全息圖13具有偏振各向異性。通過調(diào)節(jié)全息圖13的光柵深度h和占空比，可以調(diào)節(jié)藍(lán)色激光束41的零階衍射效率和紅色激光束42的零階衍射效率，從而使其大致彼此相等，而可以調(diào)節(jié)藍(lán)色激光束41的一階衍射效率和紅色激光束42的一階衍射效率，從而使其大致彼此相等。同時(shí)，如果形成衍射光柵，以使其具有接近于由等式(3)所表達(dá)的光柵深度h，則針對藍(lán)色激光束41和紅色激光束42可以獲得相同的零階衍射效率，而針對藍(lán)色激光束41和紅色激光束42可以獲得相同的一階衍射斜率。
同時(shí)，由于僅在全息圖13的一個(gè)面上形成衍射光柵，與分別在其相對面上形成具有兩個(gè)衍射光柵的全息圖相比，可以以更低的成本來制造全息圖13。
此外，由于僅在全息圖13的一個(gè)面上形成衍射光柵，與分別在其相對面上形成具有兩個(gè)衍射光柵的全息圖相比，可以減少完全透過全息圖13的光束的光學(xué)損耗。結(jié)果，由于可以提高光學(xué)使用效率，可以使光源的輸出較低。在由半導(dǎo)體激光器形成光源的情況下，可以延長光源的使用壽命，并且可以減少功率消耗。
同時(shí)，由于僅在全息圖13的一個(gè)面上形成衍射光柵，能夠獲得以下的自由度，可以將另一功能給予與具有衍射光柵的一個(gè)面相對的全息圖13的另一面上，從而可以在全息圖13的另一面上形成由于如同在三光束光柵(衍射光柵)22中的那樣的三個(gè)光束的光柵。結(jié)果，由于單個(gè)的組件13通過取消三光束光柵22而具有多個(gè)功能，在已經(jīng)設(shè)置了三光束22的位置上留下了空間，從而可以在該空間中設(shè)置另一組件，或者可以使光學(xué)系統(tǒng)在整體上尺寸更小。
(第三實(shí)施例)圖5示出了根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的光頭裝置50B的結(jié)構(gòu)。在圖5中，取消了第一實(shí)施例的光頭裝置50A的全息圖13，并且作為替代，在分束器16和光電檢測器33之間設(shè)置了全息圖31。由于光頭裝置50B的其他結(jié)構(gòu)與第一實(shí)施例的光頭裝置50A的其他結(jié)構(gòu)相似，因此，出于簡明的原因省略對其的描述。
下面參考圖6來描述全息圖31的功能和布置。出于以下的原因，與第一實(shí)施例的全息圖13相反，全息圖31不具有偏振各向異性。即，由于藍(lán)色激光束41或紅色激光束42只按照從光盤10A或10B向圖5中的光電檢測器33的一個(gè)方向通過全息圖31，因此，不需要根據(jù)線性偏振光束是按照一個(gè)方向定向還是按照與該方向垂直的方向定向，將全息圖31切換為不衍射模式或衍射模式。因此，可以由簡單的玻璃或樹脂來形成全息圖31，并且作為衍射元件，其中，交替地設(shè)置每一個(gè)具有寬度Wc的槽脊部分和每一個(gè)具有寬度Wd和深度h的凹槽部分，作為矩形衍射光柵。在全息圖31中，將占空比定義為{Wc/(Wc+Wd)}。
此外，在第二實(shí)施例中，由于全息圖31是由于獲得伺服信號(hào)的衍射元件，需要零階衍射光束即主光束的衍射效率相對較高，而一階衍射光束即副光束的衍射效率相對較低。即，如在第一實(shí)施例中所描述的，通過調(diào)節(jié)占空比和光柵深度h，能夠獲得適當(dāng)?shù)乃{(lán)色激光束41和紅色激光束42的衍射效率。
假定“n21”表示全息圖31對具有波長λ1的藍(lán)色激光束41的折射率，“n22”表示全息圖31對具有波長λ2的紅色激光束42的折射率，并且“N”表示自然數(shù)，則按照與第一實(shí)施例相同的方式，光柵h近似由以下等式(7)來表達(dá)。
h＝[Nλ1λ2/{λ1(n22-1)+λ2(n21-1)}] -(7)此外，在第二實(shí)例中，由于光柵深度h、衍射效率和占空比按照與第一實(shí)施例相同的方式滿足圖4A和4B所示的關(guān)系，利用光柵深度h和占空比，甚至僅在全息圖31的一個(gè)面上形成的衍射光柵也能夠?qū)Ψ謩e具有不同波長λ1和λ2的藍(lán)色激光束41和紅色激光束42調(diào)節(jié)到相同的零階衍射效率和相同的一階衍射效率。
當(dāng)自然數(shù)N等于1、2和3時(shí)，如先前所述的，分別將光柵深度h設(shè)置為h1、h2和h3。當(dāng)在光柵深度h1處占空比是0.135時(shí)，根據(jù)標(biāo)量計(jì)算的零階衍射效率和一階衍射效率分別為大約60％和6％。同時(shí)，當(dāng)在光柵深度h2處占空比是0.2時(shí)，根據(jù)標(biāo)量計(jì)算的零階衍射效率和一階衍射效率分別是大約70％和7％。而且，當(dāng)在光柵深度h3處占空比是0.5時(shí)，根據(jù)標(biāo)量計(jì)算的零階衍射效率和一階衍射效率分別為大約85％和6％。
如上所述，需要零階衍射效率與一階衍射效率的比率實(shí)際上應(yīng)該處于大約(7/1)到大約(5/1)的范圍內(nèi)，并且可以諸如是大約(10/1)。
此外，還可以在光頭裝置50B中設(shè)置還設(shè)置在第一實(shí)施例的光頭裝置50A中的附加裝置。
在第二實(shí)施例中，由于全息圖31設(shè)置在與第一實(shí)施例不同的位置處，因此，可以由不具有偏振各向異性的諸如玻璃和樹脂之類的一般材料來形成全息圖31。同時(shí)，在這種情況下，可以僅在全息圖31的一個(gè)面上形成衍射光柵。通過按照與第一實(shí)施例的全息圖13相同的方式來設(shè)計(jì)全息圖31，全息圖31能夠獲得針對藍(lán)色激光束41和紅色激光束42的相同的零階衍射效率和相同的一階衍射效率，并且能夠通過調(diào)節(jié)占空比來調(diào)節(jié)零階衍射效率和一階衍射效率。自然地，如果形成衍射光柵以使其具有接近于等式(7)所表達(dá)的光柵深度h，則針對藍(lán)色激光束41和紅色激光束42可以獲得相同的零階衍射效率，同時(shí)針對藍(lán)色激光束41和紅色激光束42可以獲得相同的一階衍射效率。
同時(shí)，在第二實(shí)施例中，由于僅在全息圖31的一個(gè)面上形成衍射光柵，因此，從整體上獲得了通過僅在全息圖13的一個(gè)面上形成衍射光柵所實(shí)現(xiàn)的第一實(shí)施例中的上述效果。
(第三實(shí)施例)圖7示出了根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的包括光頭裝置50的光學(xué)信息設(shè)備70。光頭裝置50由第一實(shí)施例的光頭裝置50A或第二實(shí)施例的光頭裝置50B形成。在圖7中，將由以上提到的光盤10A或10B所形成的光盤10緊夾在轉(zhuǎn)盤61和夾持器62之間，從而由電動(dòng)機(jī)63對其進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。由驅(qū)動(dòng)單元51把光頭裝置50驅(qū)動(dòng)到光盤10的軌道上，該軌道存儲(chǔ)了所需的信息。
光頭裝置50還向電路53提供與其相對于光盤10的位置相對應(yīng)的聚焦誤差信號(hào)和跟蹤誤差信號(hào)。響應(yīng)該聚焦誤差信號(hào)和跟蹤誤差信號(hào)，電路53向光頭裝置50發(fā)出用于細(xì)微地移位物鏡14的信號(hào)。根據(jù)該信號(hào)，光頭裝置50對光盤10進(jìn)行聚焦控制和跟蹤控制，以便在光盤10上讀、寫或擦除信息。
在本實(shí)施例的光學(xué)信息設(shè)備70中，由于使用第一實(shí)施例的光頭裝置50A或第二實(shí)施例的光頭裝置50B作為光頭裝置50，可以在單個(gè)的光頭裝置50中使用具有不同記錄密度的多個(gè)光盤。
(第四實(shí)施例)圖8示出了根據(jù)本發(fā)明第四實(shí)施例的其中包括第三實(shí)施例的光學(xué)信息設(shè)備70的計(jì)算機(jī)80。在圖8中，計(jì)算機(jī)80包括第三實(shí)施例的光學(xué)信息設(shè)備70、用于輸入信息的諸如鍵盤、鼠標(biāo)和觸摸屏的輸入單元71、用于根據(jù)從輸入單元71中輸入的信息或從光學(xué)信息設(shè)備70中讀出的信息來進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算的諸如中央處理單元(CPU)的算術(shù)單元72、以及用于顯示由算術(shù)單元72進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算的結(jié)果有關(guān)的信息的諸如陰極射線管、液晶顯示器(LCD)和打印機(jī)的輸出單元73。
在計(jì)算機(jī)80中，輸入單元71還可以僅由輸入端子形成，而輸出單元73可以僅由輸出端子形成。
在本實(shí)施例的計(jì)算機(jī)80中，由于設(shè)置了第三實(shí)施例的光學(xué)信息設(shè)備70，可以對不同種類的多個(gè)光盤穩(wěn)定地進(jìn)行記錄和再現(xiàn)，從而使計(jì)算機(jī)80具有較寬的使用范圍。
(第五實(shí)施例)圖9示出了根據(jù)本發(fā)明第五實(shí)施例的其中包括第三實(shí)施例的光學(xué)信息設(shè)備70的光盤播放器90A。在圖9中，光盤播放器90A包括第三實(shí)施例的光學(xué)信息設(shè)備70、以及將從光盤信息設(shè)備70中獲得的信息信號(hào)轉(zhuǎn)換為圖像的諸如解碼器的轉(zhuǎn)換器81。還可以在光盤播放器90A中設(shè)置液晶監(jiān)視器82。
同時(shí)，本實(shí)施例還可以應(yīng)用于如圖9所示的汽車導(dǎo)航系統(tǒng)90B。
在本實(shí)施例的光盤播放器90A和汽車導(dǎo)航系統(tǒng)90B中，由于設(shè)置了第三實(shí)施例的光學(xué)信息設(shè)備70，可以對多個(gè)不同種類的光盤穩(wěn)定地進(jìn)行記錄和再現(xiàn)，從而使光盤播放器90A和汽車導(dǎo)航系統(tǒng)90B具有廣泛的使用范圍。
(第六實(shí)施例)圖10示出了根據(jù)本發(fā)明第六實(shí)施例的其中包括第三實(shí)施例的光學(xué)信息設(shè)備70的光盤記錄器100。在圖10中，光盤記錄器100包括第三實(shí)施例的光學(xué)信息設(shè)備70、以及用于將圖像信息轉(zhuǎn)換為要由光學(xué)信息設(shè)備70記錄在光盤10上的信息的諸如編碼器的轉(zhuǎn)換器91。如果還設(shè)置了用于將從光學(xué)信息設(shè)備70獲得的信息信號(hào)轉(zhuǎn)換為圖像的諸如解碼器的轉(zhuǎn)換器92，則可以再現(xiàn)所記錄的部分。還可以按照與圖8所示的第四實(shí)施例相同的方式在光盤記錄器100中設(shè)置用于顯示信息的諸如陰極射線管、液晶顯示器(LCD)和打印機(jī)的輸出單元73。
在本實(shí)施例的光盤記錄器100中，由于設(shè)置了第三實(shí)施例的光學(xué)信息設(shè)備70，可以對多個(gè)不同種類的光盤穩(wěn)定地進(jìn)行記錄和再現(xiàn)，從而使光盤記錄器100具有廣泛的使用范圍。
(第七實(shí)施例)圖11示出了根據(jù)本發(fā)明第七實(shí)施例的其中包括了第三實(shí)施例的光學(xué)信息設(shè)備70的光盤服務(wù)器110。在圖11中，光盤服務(wù)器110包括第三實(shí)施例的光學(xué)信息設(shè)備70、以及用于向光學(xué)信息設(shè)備70輸入要由光學(xué)信息設(shè)備70記錄的信息或向外部網(wǎng)絡(luò)102輸出由光學(xué)信息設(shè)備70讀取的信息的有線和無線輸入/輸出端子101。
還可以按照與圖8所示的第四實(shí)施例相同的方式設(shè)置用于顯示信息的諸如陰極射線管、液晶顯示器(LCD)和打印機(jī)的輸出單元73。此外，如果還在光盤服務(wù)器110中設(shè)置用于向和從光學(xué)信息設(shè)備70加載和卸載多個(gè)光盤的變換器103，則可以獲得能夠記錄和存儲(chǔ)非常多的信息的效果。
同時(shí)，由于光盤記錄器110與網(wǎng)絡(luò)102即諸如計(jì)算機(jī)、電話機(jī)、電視調(diào)諧器等的多個(gè)設(shè)備交換信息，光盤服務(wù)器100可以用作多個(gè)設(shè)備的共同的信息服務(wù)器。
在本實(shí)施例的光盤服務(wù)器110中，由于設(shè)置了第三實(shí)施例的光學(xué)信息設(shè)備70，因此，可以對多個(gè)不同種類的光盤穩(wěn)定地進(jìn)行記錄和再現(xiàn)，從而使光盤服務(wù)器110具有廣泛的使用范圍。
在第四到第七實(shí)施例中，在圖8、10和11中示出了輸出單元73，而在圖9中示出了液晶監(jiān)視器82。然而，不必說，輸出單元73或液晶監(jiān)視器82可以由輸出端子替代，從而使可分離商用的輸出單元或液晶監(jiān)視器與所述輸出端子相連。同時(shí)，在圖9和10中，未示出輸入單元，但是可以設(shè)置諸如鍵盤、觸摸屏、鼠標(biāo)、遙控單元等輸入單元。相反，在第四到第七實(shí)施例中，可以只設(shè)置輸入端子來替代輸入單元71，從而使可分離商用的輸入單元與輸入端子相連。
之后，列出在本發(fā)明中所獲得的顯著效果。首先，本發(fā)明的衍射元件包括透光部件以及在透光部件的至少一個(gè)面上形成的衍射光柵。當(dāng)具有第一波長λ1的第一激光束和具有第二波長λ2的第二激光束透過衍射元件時(shí)，使第一和第二激光束變?yōu)榉謩e具有第一和第二衍射效率的第一和第二衍射光束。衍射元件用于僅通過衍射元件的一個(gè)面使第一和第二衍射效率彼此相等。同時(shí)，衍射光柵具有針對第一激光束的第一相位調(diào)制量φ1和針對第二激光束的第二相位調(diào)制量φ2，并且第一和第二相位調(diào)制量φ1和φ2分別由以下等式(1)和(2)近似表達(dá)φ1＝2πN1±Δφ -(1)φ2＝2πN2±Δφ -(2)其中，“N1”和“N2”是自然數(shù)，而“Δφ”是相位變化量。因此，在該衍射元件中，通過僅在透光部件的一個(gè)面上形成的衍射光柵，可以使第一激光束的衍射效率和第二激光束的衍射效率彼此相等。因此，在諸如光拾取器中，由于可以設(shè)計(jì)其中針對兩個(gè)波長獲得等量的光的光學(xué)系統(tǒng)，可以將單個(gè)的光電檢測器用于兩個(gè)波長，從而導(dǎo)致了組件數(shù)量的減少。
同時(shí)，能夠獲得以下的自由度可以在與具有衍射光柵的一個(gè)面相反的透光部件的另一面上設(shè)置另一功能，例如用于獲得跟蹤誤差信號(hào)的三光束光柵，從而導(dǎo)致了組件數(shù)量的進(jìn)一步減少。
同時(shí)，在該衍射元件中，通常，衍射光柵的占空比為0.5。另一方面，在本發(fā)明的衍射元件中，由于衍射光柵的占空比是除了0.5之外的另外的值，因此，可以調(diào)節(jié)光柵效率。
在本發(fā)明的衍射元件中，如果第一激光束是具有作為第一波長λ1的波長為380到420nm的藍(lán)色激光束，而第二激光束是具有作為第二波長的λ2的波長為630到680nm的紅色激光束，則可以調(diào)節(jié)藍(lán)色激光束的零階衍射效率和紅色激光束的衍射效率，以使其幾乎彼此相等，而且，可以調(diào)節(jié)藍(lán)色激光束的一階衍射斜率和紅色激光束的一階衍射效率，以使其幾乎彼此相等。
在本發(fā)明的衍射元件中，衍射光柵的凹槽部分的深度h由以下等式(3)近似表達(dá)h＝[Nλ1λ2/{λ1(n2-1)+λ2(n1-1)}] -(3)其中，“N”是自然數(shù)，“n1”是針對第一激光束的衍射元件的折射率，而“n2”是針對第二激光束的衍射元件的折射率；同時(shí)，可以使第一激光束的零階衍射效率和第二激光束的零階衍射效率幾乎彼此相等，而且可以使第一激光束的一階衍射效率和第二激光束的一階衍射效率幾乎彼此相等。因此，在該衍射元件中，通過僅在透光部件的一個(gè)面上形成的衍射光柵，能夠獲得針對第一和第二激光束的幾乎相等的衍射效率。
在本發(fā)明的衍射元件中，如果衍射光柵的深度h1由以下等式(4)表達(dá)h1＝[λ1λ2/{λ1(n2-1)+λ2(n1-1)}] -(4)其中，在等式(3)中，將自然數(shù)N設(shè)置為1并且當(dāng)占空比是0.135，則可以使零階衍射效率與一階衍射效率的比率接近于(10/1)。
在本發(fā)明的衍射元件中，如果衍射光柵的深度h2由以下等式(5)表達(dá)h2＝[2λ1λ2/{λ1(n2-1)+λ2(n1-1)}] -(5)其中，在等式(3)中，將自然數(shù)N設(shè)置為2并且占空比是0.2，則可以使零階衍射效率與一階衍射效率的比率接近于(10/1)。
在本發(fā)明的衍射元件中，如果衍射光柵的深度h3由以下等式(6)表達(dá)h3＝[3λ1λ2/{λ1(n2-1)+λ2(n1-1)}] -(6)其中，在等式(3)中，將自然數(shù)N設(shè)置為3并且占空比是0.5，則可以使零階衍射效率與一階衍射效率的比率接近于(10/1)。通過采用這樣的零階衍射效率與一階衍射效率的比率，可以忽略會(huì)使光電檢測器的輸出信號(hào)不穩(wěn)定的雜散光的影響，同時(shí)，使光學(xué)使用效率保持為充分高。
在本發(fā)明的衍射元件中，如果衍射光柵由具有偏振各向異性的材料形成，可以根據(jù)偏振狀態(tài)來檢測是否正在衍射，從而還可以在返回光路中設(shè)置衍射元件。同時(shí)，本發(fā)明的衍射元件可以由不具有偏振各向異性的各向同性的材料形成，因而可以容易地形成。
此外，在根據(jù)本發(fā)明，設(shè)計(jì)僅在衍射元件中的透光部件的一個(gè)面上形成的衍射光柵的方法中，使具有第一波長λ1的第一激光束和具有第二波長λ2的第二激光束分別以第一和第二衍射效率透過衍射光柵。在衍射光柵中交替地設(shè)置每一個(gè)具有寬度Wa的槽脊部分和每一個(gè)具有寬度Wb的凹槽部分，并且將占空比定義為{Wa/(Wa+Wb)}，從而使用衍射光柵的占空比和深度h作為參數(shù)來調(diào)節(jié)第一和第二衍射效率。因此，可以任意地調(diào)節(jié)第一和第二激光束的零階衍射效率和第一和第二激光束的一階衍射效率。由于可以由僅在透光部件的一個(gè)面上形成的衍射光柵來產(chǎn)生衍射光束，因此，與其中由在衍射元件的相對面上形成的兩個(gè)衍射光柵來調(diào)節(jié)第一和第二激光束的衍射效率的情況相比，可以使光學(xué)使用效率更高。
同時(shí)，能夠獲得以下自由度，可以在與具有衍射光柵的一個(gè)面相對的透光部件的另一面上設(shè)置另一功能，例如，用于獲得跟蹤誤差信號(hào)的三光束光柵，從而導(dǎo)致組件數(shù)量的進(jìn)一步減少。
在本發(fā)明的方法中，如果第一激光束是具有作為第一波長λ1的波長為380到420nm的藍(lán)色激光束，而第二激光束是具有作為第二波長的λ2的波長為630到680nm的紅色激光束，可以在其中當(dāng)前所熱門研究的超高密度光盤采用藍(lán)色激光束作為光源而DVD采用諸如紅色激光束作為光源的單個(gè)的光學(xué)系統(tǒng)中使用該衍射元件。
在本發(fā)明的方法中，衍射光柵的凹槽部分的深度h由以下等式(7)近似表達(dá)h＝[Nλ1λ2/{λ1(n2-1)+λ2(n1-1)}] -(7)其中，“N”是自然數(shù)，“n1”是針對第一激光束的衍射元件的折射率，而“n2”是針對第二激光束的衍射元件的折射率，同時(shí)使第一激光束的零階衍射效率和第二激光束的零階衍射效率幾乎彼此相等，而使第一激光束的一階衍射效率和第二激光束的一階衍射效率幾乎彼此相等。根據(jù)這種方法，由于設(shè)計(jì)衍射光柵，從而使在諸如光拾取器中針對兩個(gè)波長可以獲得等量的光，可以使用單個(gè)的光電檢測器用于兩個(gè)波長，從而導(dǎo)致組件數(shù)量的減少。
在本發(fā)明的方法中，如果衍射光柵的深度h1由以下等式(8)表達(dá)h1＝[λ1λ2/{λ1(n2-1)+λ2(n1-1)}] -(8)
其中，在等式(7)中，將自然數(shù)N設(shè)置為1并且占空比是0.135，則可以進(jìn)行設(shè)計(jì)，從而使零階衍射效率與一階衍射效率的比率接近于(10/1)。
在本發(fā)明的方法中，如果衍射光柵的深度h2由以下等式(9)表達(dá)h2＝[2λ1λ2/{λ1(n2-1)+λ2(n1-1)}] -(9)其中，在等式(7)中，將自然數(shù)N設(shè)置為2并且占空比是0.2，則進(jìn)行設(shè)計(jì)，從而使零階衍射效率與一階衍射效率的比率接近于(10/1)。
在本發(fā)明的方法中，如果衍射光柵的深度h3由以下等式(10)表達(dá)h3＝[3λ1λ2/{λ1(n2-1)+λ2(n1-1)}] -(10)其中，在等式(7)中，將自然數(shù)N設(shè)置為3并且占空比是0.5，則進(jìn)行設(shè)計(jì)，從而使零階衍射效率與一階衍射效率的比率接近于(10/1)。通過采用這樣的設(shè)計(jì)，可以設(shè)計(jì)衍射元件，從而可以忽略會(huì)使光電檢測器的輸出信號(hào)不穩(wěn)定的雜散光的影響，同時(shí)使光學(xué)使用效率保持得足夠高。
此外，本發(fā)明的光頭裝置包括第一激光束的光源，用于發(fā)射具有第一波長λ1的藍(lán)色激光束；第二激光束的光源，用于發(fā)射具有第二波長λ2的紅色激光束；光學(xué)透鏡，用于將藍(lán)色激光束和紅色激光束會(huì)聚在光學(xué)信息介質(zhì)的信息記錄面上的細(xì)微光斑處；光電檢測器，用于響應(yīng)在光學(xué)信息介質(zhì)的信息記錄面上反射的藍(lán)色激光束或紅色激光束，輸出與藍(lán)色激光束或紅色激光束的量相對應(yīng)的電信號(hào)；以及上述的衍射元件。本發(fā)明的光頭裝置包括如上所述的以上衍射元件，因此，其是緊湊且便宜的。
此外，本發(fā)明的光學(xué)信息設(shè)備包括上述的光頭裝置；電動(dòng)機(jī)，用于旋轉(zhuǎn)光學(xué)信息介質(zhì)；以及電路，用于根據(jù)從光頭裝置中接收到的信號(hào)，控制和驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)或光頭裝置的光學(xué)透鏡、第一激光束光源和第二激光束光源之一。如上所述，本發(fā)明的光學(xué)信息設(shè)備包括上述光頭裝置，因此，其是緊湊且便宜的。
另一方面，本發(fā)明的計(jì)算機(jī)包括上述的光學(xué)信息設(shè)備；輸入單元，用于輸入信息；算術(shù)單元，用于根據(jù)由輸入單元輸入的信息或從光學(xué)信息設(shè)備中再現(xiàn)的信息來進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算；以及輸出單元，用于顯示或輸出由輸入單元輸入的信息、從光學(xué)信息設(shè)備中再現(xiàn)的信息或算術(shù)單元的算術(shù)運(yùn)算的結(jié)果。如上所述，本發(fā)明的計(jì)算機(jī)包括上述光學(xué)信息設(shè)備，因此，其是緊湊且便宜的。
此外，本發(fā)明的光學(xué)信息介質(zhì)播放器包括上述的光學(xué)信息設(shè)備；以及解碼器，用于將從光學(xué)信息設(shè)備獲得的信息信號(hào)轉(zhuǎn)換為圖像。如上所述，本發(fā)明的光學(xué)信息介質(zhì)播放器包括上述光學(xué)信息設(shè)備，因此，其是緊湊且便宜的。
同樣，本發(fā)明的汽車導(dǎo)航系統(tǒng)包括上述的光學(xué)信息設(shè)備；以及解碼器，用于將從光學(xué)信息設(shè)備獲得的信息信號(hào)轉(zhuǎn)換為圖像。如上所述，本發(fā)明的汽車導(dǎo)航系統(tǒng)包括上述光學(xué)信息設(shè)備，因此，其是緊湊且便宜的。
而且，本發(fā)明的光學(xué)信息介質(zhì)記錄器包括上述的光學(xué)信息設(shè)備，以及編碼器，用于將圖像信息轉(zhuǎn)換為要由光學(xué)信息設(shè)備記錄在光學(xué)信息介質(zhì)上的信息。如上所述，本發(fā)明的光學(xué)信息介質(zhì)記錄器包括上述光學(xué)信息設(shè)備，因此，其是緊湊且便宜的。
此外，本發(fā)明的光盤服務(wù)器包括上述的光學(xué)信息設(shè)備，以及用于與外部設(shè)備交換信息的輸入/輸出端子。如上所述，本發(fā)明的光盤服務(wù)器包括上述光學(xué)信息設(shè)備，因此，其是緊湊且便宜的。
權(quán)利要求
1.一種衍射元件，包括透光部件；以及在透光部件的至少一個(gè)面上形成的衍射光柵；其中，當(dāng)具有第一波長λ1的第一激光束和具有第二波長λ2的第二激光束透過衍射元件時(shí)，使第一和第二激光束變?yōu)榉謩e具有第一和第二衍射效率的第一和第二衍射光束；其中，衍射元件用于僅通過衍射元件的一個(gè)面使第一和第二衍射效率彼此相等；其中，衍射光柵具有針對第一激光束的第一相位調(diào)制量φ1和針對第二激光束的第二相位調(diào)制量φ2，并且第一和第二相位調(diào)制量φ1和φ2分別由以下等式(1)和(2)近似表達(dá)φ1＝2πN1±Δφ -(1)φ2＝2πN2±Δφ -(2)其中，“N1”和“N2”是自然數(shù)，而“Δφ”是相位變化量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的衍射元件，其特征在于在衍射光柵中交替地設(shè)置每一個(gè)具有寬度Wa的槽脊部分和每一個(gè)具有寬度Wb的凹槽部分，并且將占空比定義為{Wa/(Wa+Wb)}，以設(shè)其為除了0.5之外的其他值。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的衍射元件，其特征在于第一激光束是具有作為第一波長λ1的波長為380到420nm的藍(lán)色激光束，而第二激光束是具有作為第二波長的λ2的波長為630到680nm的紅色激光束。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的衍射元件，其特征在于衍射光柵的深度h由以下等式(3)近似表達(dá)h＝[Nλ1λ2/{λ1(n2-1)+λ2(n1-1)}] -(3)其中，“N”是自然數(shù)，“n1”是針對第一激光束的衍射元件的折射率，而“n2”是針對第二激光束的衍射元件的折射率；其中，第一激光束的零階衍射效率和第二激光束的零階衍射效率彼此接近，而第一激光束的一階衍射效率和第二激光束的一階衍射效率彼此接近。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的衍射元件，其特征在于衍射光柵的深度h1由以下等式(4)表達(dá)h1＝[λ1λ2/{λ1(n2-1)+λ2(n1-1)}] -(4)其中，在等式(3)中，將自然數(shù)N設(shè)置為1。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的衍射元件，其特征在于在衍射光柵中交替地設(shè)置每一個(gè)具有寬度Wa的槽脊部分和每一個(gè)具有寬度Wb的凹槽部分，并且將占空比定義為{Wa/(Wa+Wb)}；其中，當(dāng)占空比是0.135時(shí)，零階衍射效率與一階衍射效率的比率接近于(10/1)。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的衍射元件，其特征在于衍射光柵的深度h2由以下等式(5)表達(dá)h2＝[2λ1λ2/{λ1(n2-1)+λ2(n1-1)}] -(5)其中，在等式(3)中，將自然數(shù)N設(shè)置為2。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的衍射元件，其特征在于在衍射光柵中交替地設(shè)置每一個(gè)具有寬度Wa的槽脊部分和每一個(gè)具有寬度Wb的凹槽部分，并且將占空比定義為{Wa/(Wa+Wb)}；其中，當(dāng)占空比是0.2時(shí)，零階衍射效率與一階衍射效率的比率接近于(10/1)。
9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的衍射元件，其特征在于衍射光柵的深度h3由以下等式(6)表達(dá)h3＝[3λ1λ2/{λ1(n2-1)+λ2(n1-1)}] -(6)其中，在等式(3)中，將自然數(shù)N設(shè)置為3。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的衍射元件，其特征在于在衍射光柵中交替地設(shè)置每一個(gè)具有寬度Wa的槽脊部分和每一個(gè)具有寬度Wb的凹槽部分，并且將占空比定義為{Wa/(Wa+Wb)}；其中，當(dāng)占空比是0.5時(shí)，零階衍射效率與一階衍射效率的比率接近于(10/1)。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的衍射元件，其特征在于衍射光柵由具有偏振各向異性的材料形成。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的衍射元件，其特征在于衍射光柵由不具有偏振各向異性的各向同性的材料形成。
13.一種設(shè)計(jì)僅在衍射元件中的透光部件的一個(gè)面上形成的衍射光柵從而使具有第一波長λ1的第一激光束和具有第二波長λ2的第二激光束分別以第一和第二衍射效率透過衍射光柵的方法；其中，在衍射光柵中交替地設(shè)置每一個(gè)具有寬度Wa的槽脊部分和每一個(gè)具有寬度Wb的凹槽部分，并且將占空比定義為{Wa/(Wa+Wb)}，從而使用衍射光柵的占空比和深度h作為參數(shù)來調(diào)節(jié)第一和第二衍射效率。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于第一激光束是具有作為第一波長λ1的波長為380到420nm的藍(lán)色激光束，而第二激光束是具有作為第二波長的λ2的波長為630到680nm的紅色激光束。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于衍射光柵的深度h由以下等式(7)近似表達(dá)h＝[Nλ1λ2/{λ1(n2-1)+λ2(n1-1)}] -(7)其中，“N”是自然數(shù)，“n1”是針對第一激光束的衍射元件的折射率，而“n2”是針對第二激光束的衍射元件的折射率；其中，第一激光束的零階衍射效率和第二激光束的零階衍射效率彼此接近，而第一激光束的一階衍射效率和第二激光束的一階衍射效率彼此接近。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于衍射光柵的深度h1由以下等式(8)表達(dá)h1＝[λ1λ2/{λ1(n2-1)+λ2(n1-1)}] -(8)其中，在等式(7)中，將自然數(shù)N設(shè)置為1。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于當(dāng)占空比是0.135時(shí)，零階衍射效率與一階衍射效率的比率接近于(10/1)。
18.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于衍射光柵的深度h2由以下等式(9)表達(dá)h2＝[2λ1λ2/{λ1(n2-1)+λ2(n1-1)}] -(9)其中，在等式(7)中，將自然數(shù)N設(shè)置為2。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其特征在于當(dāng)占空比是0.2時(shí)，零階衍射效率與一階衍射效率的比率接近于(10/1)。
20.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于衍射光柵的深度h3由以下等式(10)表達(dá)h3＝[3λ1λ2/{λ1(n2-1)+λ2(n1-1)}] -(10)其中，在等式(7)中，將自然數(shù)N設(shè)置為3。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其特征在于當(dāng)占空比是0.5時(shí)，零階衍射效率與一階衍射效率的比率接近于(10/1)。
22.一種光頭裝置，包括第一激光束的光源，用于發(fā)射具有第一波長λ1的藍(lán)色激光束；第二激光束的光源，用于發(fā)射具有第二波長λ2的紅色激光束；光學(xué)透鏡，用于將藍(lán)色激光束和紅色激光束會(huì)聚在光學(xué)信息介質(zhì)的信息記錄面上的細(xì)微光斑處；光電檢測器，用于響應(yīng)在光學(xué)信息介質(zhì)的信息記錄面上反射的藍(lán)色激光束或紅色激光束，輸出與藍(lán)色激光束或紅色激光束的量相對應(yīng)的電信號(hào)；以及衍射元件，其包括透光部件、以及在透光部件的至少一個(gè)面上形成的衍射光柵；其中，當(dāng)藍(lán)色激光束和紅色激光束透過衍射元件時(shí)，使藍(lán)色激光束和紅色激光束變?yōu)榉謩e具有第一和第二衍射效率的第一和第二衍射光束；其中，衍射元件用于僅通過衍射元件的一個(gè)面使第一和第二衍射效率彼此相等；其中，衍射光柵具有針對藍(lán)色激光束的第一相位調(diào)制量φ1和針對紅色激光束的第二相位調(diào)制量φ2，并且第一和第二相位調(diào)制量φ1和φ2分別由以下等式(11)和(12)近似表達(dá)φ1＝2πN1±Δφ -(11)φ2＝2πN2±Δφ -(12)其中，“N1”和“N2”是自然數(shù)，而“Δφ”是相位變化量，其中，衍射元件從藍(lán)色激光束和紅色激光束中產(chǎn)生衍射光束，并且光電檢測器接收折射光束，從而檢測伺服信號(hào)。
23.一種光頭裝置，包括第一激光束的光源，用于發(fā)射具有第一波長λ1的藍(lán)色激光束；第二激光束的光源，用于發(fā)射具有第二波長λ2的紅色激光束；光學(xué)透鏡，用于將藍(lán)色激光束和紅色激光束會(huì)聚在光學(xué)信息介質(zhì)的信息記錄面上的細(xì)微光斑處；光電檢測器，用于響應(yīng)在光學(xué)信息介質(zhì)的信息記錄面上反射的藍(lán)色激光束或紅色激光束，輸出與藍(lán)色激光束或紅色激光束的量相對應(yīng)的電信號(hào)；以及衍射元件，其包括透光部件、以及在透光部件的至少一個(gè)面上形成的衍射光柵，從而使藍(lán)色激光束和紅色激光束分別以第一和第二衍射效率透過衍射光柵；其中，在衍射光柵中交替地設(shè)置每一個(gè)具有寬度Wa的槽脊部分和每一個(gè)具有寬度Wb的凹槽部分，并且將占空比定義為{Wa/(Wa+Wb)}，從而使用占空比和深度作為參數(shù)來調(diào)節(jié)第一和第二衍射效率；其中，衍射元件從藍(lán)色激光束和紅色激光束中產(chǎn)生衍射光束，并且光電檢測器接收折射光束，從而檢測伺服信號(hào)。
24.一種光學(xué)信息設(shè)備，包括光頭裝置，所述光頭裝置包括第一激光束的光源，用于發(fā)射具有第一波長λ1的藍(lán)色激光束；第二激光束的光源，用于發(fā)射具有第二波長λ2的紅色激光束；光學(xué)透鏡，用于將藍(lán)色激光束和紅色激光束會(huì)聚在光學(xué)信息介質(zhì)的信息記錄面上的細(xì)微光斑處；光電檢測器，用于響應(yīng)在光學(xué)信息介質(zhì)的信息記錄面上反射的藍(lán)色激光束或紅色激光束，輸出與藍(lán)色激光束或紅色激光束的量相對應(yīng)的電信號(hào)；以及衍射元件，其包括透光部件、以及在透光部件的至少一個(gè)面上形成的衍射光柵；其中，當(dāng)藍(lán)色激光束和紅色激光束透過衍射元件時(shí)，使藍(lán)色激光束和紅色激光束變?yōu)榉謩e具有第一和第二衍射效率的第一和第二衍射光束；其中，衍射元件用于僅通過衍射元件的一個(gè)面使第一和第二衍射效率彼此相等；其中，衍射光柵具有針對藍(lán)色激光束的第一相位調(diào)制量φ1和針對紅色激光束的第二相位調(diào)制量φ2，并且第一和第二相位調(diào)制量φ1和φ2分別由以下等式(11)和(12)近似表達(dá)φ1＝2πN1±Δφ -(11)φ2＝2πN2±Δφ -(12)其中，“N1”和“N2”是自然數(shù)，而“Δφ”是相位變化量；其中，衍射元件從藍(lán)色激光束和紅色激光束中產(chǎn)生衍射光束，并且光電檢測器接收折射光束，從而檢測伺服信號(hào)；電動(dòng)機(jī)，用于旋轉(zhuǎn)光學(xué)信息介質(zhì)；以及電路，用于根據(jù)從光頭裝置中接收到的信號(hào)，控制和驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)或光頭裝置的光學(xué)透鏡、第一激光束光源和第二激光束光源之一。
25.一種光學(xué)信息設(shè)備，包括光頭裝置，所述光頭裝置包括第一激光束的光源，用于發(fā)射具有第一波長λ1的藍(lán)色激光束；第二激光束的光源，用于發(fā)射具有第二波長λ2的紅色激光束；光學(xué)透鏡，用于將藍(lán)色激光束和紅色激光束會(huì)聚在光學(xué)信息介質(zhì)的信息記錄面上的細(xì)微光斑處；光電檢測器，用于響應(yīng)在光學(xué)信息介質(zhì)的信息記錄面上反射的藍(lán)色激光束或紅色激光束，輸出與藍(lán)色激光束或紅色激光束的量相對應(yīng)的電信號(hào)；以及衍射元件，其包括透光部件、以及在透光部件的至少一個(gè)面上形成的衍射光柵，從而使藍(lán)色激光束和紅色激光束分別以第一和第二衍射效率透過衍射光柵；其中，在衍射光柵中交替地設(shè)置每一個(gè)具有寬度Wa的槽脊部分和每一個(gè)具有寬度Wb的凹槽部分，并且將占空比定義為{Wa/(Wa+Wb)}，從而使用占空比和深度作為參數(shù)來調(diào)節(jié)第一和第二衍射效率；其中，衍射元件從藍(lán)色激光束和紅色激光束中產(chǎn)生衍射光束，并且光電檢測器接收折射光束，從而檢測伺服信號(hào)；電動(dòng)機(jī)，用于旋轉(zhuǎn)光學(xué)信息介質(zhì)；以及電路，用于根據(jù)從光頭裝置中接收到的信號(hào)，控制和驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)或光頭裝置的光學(xué)透鏡、第一激光束光源和第二激光束光源之一。
26.一種計(jì)算機(jī)，包括如權(quán)利要求24所述的光學(xué)信息設(shè)備；輸入單元，用于輸入信息；算術(shù)單元，用于根據(jù)由輸入單元輸入的信息或從光學(xué)信息設(shè)備中再現(xiàn)的信息來進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算；以及輸出單元，用于顯示或輸出由輸入單元輸入的信息、從光學(xué)信息設(shè)備中再現(xiàn)的信息或算術(shù)單元的算術(shù)運(yùn)算的結(jié)果。
27.一種計(jì)算機(jī)，包括如權(quán)利要求25所述的光學(xué)信息設(shè)備；輸入單元，用于輸入信息；算術(shù)單元，用于根據(jù)由輸入單元輸入的信息或從光學(xué)信息設(shè)備中再現(xiàn)的信息來進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算；以及輸出單元，用于顯示或輸出由輸入單元輸入的信息、從光學(xué)信息設(shè)備中再現(xiàn)的信息或算術(shù)單元的算術(shù)運(yùn)算的結(jié)果。
28.一種光學(xué)信息介質(zhì)播放器，包括如權(quán)利要求24所述的光學(xué)信息設(shè)備；以及解碼器，用于將從光學(xué)信息設(shè)備獲得的信息信號(hào)轉(zhuǎn)換為圖像。
29.一種光學(xué)信息介質(zhì)播放器，包括如權(quán)利要求25所述的光學(xué)信息設(shè)備；以及解碼器，用于將從光學(xué)信息設(shè)備獲得的信息信號(hào)轉(zhuǎn)換為圖像。
30.一種汽車導(dǎo)航系統(tǒng)，包括如權(quán)利要求24所述的光學(xué)信息設(shè)備；以及解碼器，用于將從光學(xué)信息設(shè)備獲得的信息信號(hào)轉(zhuǎn)換為圖像。
31.一種汽車導(dǎo)航系統(tǒng)，包括如權(quán)利要求25所述的光學(xué)信息設(shè)備；以及解碼器，用于將從光學(xué)信息設(shè)備獲得的信息信號(hào)轉(zhuǎn)換為圖像。
32.一種光學(xué)信息介質(zhì)記錄器，包括如權(quán)利要求24所述的光學(xué)信息設(shè)備，以及編碼器，用于將圖像信息轉(zhuǎn)換為要由光學(xué)信息設(shè)備記錄在光學(xué)信息介質(zhì)上的信息。
33.一種光學(xué)信息介質(zhì)記錄器，包括如權(quán)利要求25所述的光學(xué)信息設(shè)備，以及編碼器，用于將圖像信息轉(zhuǎn)換為要由光學(xué)信息設(shè)備記錄在光學(xué)信息介質(zhì)上的信息。
34.一種光盤服務(wù)器，包括如權(quán)利要求24所述的光學(xué)信息設(shè)備，以及用于與外部設(shè)備交換信息的輸入/輸出端子。
35.一種光盤服務(wù)器，包括如權(quán)利要求25所述的光學(xué)信息設(shè)備，以及用于與外部設(shè)備交換信息的輸入/輸出端子。
全文摘要
一種衍射元件，包括透光部件；以及在透光部件的至少一個(gè)面上形成的衍射光柵。當(dāng)具有第一波長λ1的第一激光束和具有第二波長λ2的第二激光束分別以第一和第二衍射效率透過衍射元件時(shí)，衍射元件用于僅通過衍射元件的一個(gè)面使第一和第二衍射效率彼此相等。衍射光柵具有針對第一激光束的第一相位調(diào)制量φ1和針對第二激光束的第二相位調(diào)制量φ2，并且第一和第二相位調(diào)制量φ1和φ2分別近似為2πN1±Δφ和2πN2±Δφ，其中，“N1”和“N2”是自然數(shù)，而“Δφ”是相位變化量。
文檔編號(hào)G11B7/125GK1538414SQ200410032568
公開日2004年10月20日 申請日期2004年4月9日 優(yōu)先權(quán)日2003年4月15日
發(fā)明者田中俊靖, 金馬慶明, 佐野晃正, 明, 正 申請人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會(huì)社