專利名稱：衍射元件和光學(xué)頭裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及衍射元件和光學(xué)頭裝置，尤其涉及用于對(duì)光記錄媒體進(jìn)行信息記錄和再現(xiàn)用的光學(xué)頭裝置的衍射元件以及使用該衍射元件的光學(xué)頭裝置。
背景技術(shù)：
已使用各種光學(xué)頭裝置，這些裝置在CD和DVD等光盤(pán)和光磁盤(pán)等光記錄媒體(下文把它們統(tǒng)稱為光盤(pán))的信息記錄面上記錄信息，或再現(xiàn)信息記錄面上記錄的信息。這些光學(xué)頭裝置中，CD類光盤(pán)的記錄、再現(xiàn)使用790nm波段的半導(dǎo)體激光器，DVD類光盤(pán)的記錄、再現(xiàn)使用660nm波段的半導(dǎo)體激光器。
光學(xué)頭裝置一面將激光匯聚到光盤(pán)信息記錄面上形成的紋道，一面使光盤(pán)旋轉(zhuǎn)，因而需要做成匯聚的激光束不脫離紋道，并為此開(kāi)發(fā)各種紋道跟蹤方法。這些跟蹤方法中，已熟知3光束法。3光束法使用衍射元件，產(chǎn)生作為衍射元件的0次衍射光(透射光)的主光束和作為±1次衍射光的子光束。
這里，參照?qǐng)D7的組成例說(shuō)明使用產(chǎn)生660nm波長(zhǎng)的光的激光源的光學(xué)頭裝置已有技術(shù)例。
來(lái)自半導(dǎo)體激光器701的660nm波長(zhǎng)出射光在分光器702透射后，在準(zhǔn)直透鏡703形成平行光，穿透物鏡704后，匯聚到光盤(pán)705的信息記錄面。此匯聚的光在信息記錄面受到反射，反射的光在與往程相同的光路上反向穿行。
即，該反射光再次由物鏡704變成平行光，在準(zhǔn)直透鏡703匯聚后，入射到分光器702。該分光器702反射的光沿與往程光軸成90度角的光軸穿行，并匯聚到光檢測(cè)器706的感光面。然后，該光檢測(cè)器706將信號(hào)光變換成電信號(hào)。作為一個(gè)例子，將3光束生成衍射元件707配置在半導(dǎo)體激光器701與分光器702之間，3光束生成衍射元件707產(chǎn)生的±1次衍射光(即子光束)與主光束相同，也匯聚到光檢測(cè)器706的感光面，變換成紋道跟蹤伺服用的電信號(hào)。
作為3光束生成衍射元件707，一般把將透明襯底或透明襯底上形成的疊層膜加工成光柵狀的制品當(dāng)作可靠性和批量生產(chǎn)性優(yōu)良的衍射元件使用。這些衍射元件中，衍射光柵利用加工成凸?fàn)畹囊r底或疊層膜與占據(jù)其凹部的空氣的相位差產(chǎn)生衍射，并利用其加工深度調(diào)整相位差，從而獲得期望的衍射效率。圖8(a)示出已有的衍射元件(即通常采用的利用SiO2蒸鍍膜與空氣的折射率差時(shí)的衍射元件)的凸部與凹部相位差的波長(zhǎng)依賴性，其中以波長(zhǎng)660nm的值歸一化。圖8(b)示出一例已有衍射元件的衍射效率對(duì)波長(zhǎng)的變化。
然而，形成光柵凸部用的材料一般比占據(jù)光柵凹部的空氣折射率大，而且波長(zhǎng)色散也大，因而光柵凸部與凹部的折射率差隨波長(zhǎng)變長(zhǎng)而減小，即對(duì)波長(zhǎng)變化呈現(xiàn)負(fù)變化率。由于折射率越大的物質(zhì)一般波長(zhǎng)色散越大，即使組合空氣以外的2種折射率不同的媒體，也同樣對(duì)波長(zhǎng)變化呈現(xiàn)負(fù)變化率。又由于決定衍射效率的相位差除折射率差外，還與波長(zhǎng)的倒數(shù)成正比，上述光學(xué)頭裝置用的普通衍射元件中，衍射效率在相位差直到π的范圍對(duì)波長(zhǎng)變化呈現(xiàn)負(fù)變化率。
因此，隨著半導(dǎo)體激光器個(gè)體差異造成的振蕩波長(zhǎng)偏差或周?chē)鷾囟茸兓斐傻恼袷幉ㄩL(zhǎng)變化，波長(zhǎng)越變長(zhǎng)，衍射效率越低。存在問(wèn)題。由于該衍射光量變動(dòng)，產(chǎn)生信號(hào)強(qiáng)度和信噪比變動(dòng)，或用于信號(hào)處理的感光元件的放大率設(shè)定對(duì)初始設(shè)定欠妥。也存在問(wèn)題。
設(shè)計(jì)對(duì)2種波段起作用的衍射光柵時(shí)，各波長(zhǎng)的光柵凸部與凹部的相位差大體上由波長(zhǎng)的倒數(shù)決定，存在非任意選擇的問(wèn)題。
本發(fā)明的目在于在將半導(dǎo)體激光器用作光源的CD類光盤(pán)和DVD類光盤(pán)等的光學(xué)頭裝置中，提供一種衍射光量隨半導(dǎo)體激光器波長(zhǎng)變化的變化小，并且進(jìn)行對(duì)光盤(pán)的信息記錄和再現(xiàn)時(shí)，能檢測(cè)出穩(wěn)定的信號(hào)的衍射元件和使用該元件的光學(xué)頭裝置。
目的又在于在不同的2種波段中，擴(kuò)大對(duì)各波段的光的衍射效率設(shè)定范圍。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供的衍射元件，具有表面形成周期性凹凸?fàn)罟鈻诺耐该饕r底和至少填充在光柵的凹部的填充材料，其中，形成光柵凹凸部的凹凸構(gòu)件和填充構(gòu)件中的任一方構(gòu)件的材料在比所用波長(zhǎng)短的波長(zhǎng)區(qū)具有光吸收端，而且所述一方構(gòu)件的折射率在全部所用波長(zhǎng)的區(qū)域小于凹凸構(gòu)件和填充構(gòu)件中的另一方構(gòu)件的折射率。
本發(fā)明提供的衍射元件，具有表面形成周期性凹凸?fàn)罟鈻诺耐该饕r底和至少填充在光柵的凹部的填充材料，其中，形成光柵凹凸部的凹凸構(gòu)件和填充構(gòu)件中的雙方構(gòu)件的材料都在比所用波長(zhǎng)短的波長(zhǎng)區(qū)具有光吸收端，而且凹凸構(gòu)件和填充構(gòu)件中波長(zhǎng)色散大的一構(gòu)件的折射率在全部所用波長(zhǎng)的區(qū)域小于凹凸構(gòu)件和填充構(gòu)件中波長(zhǎng)色散小的構(gòu)件的折射率。
所提供的上述衍射元件，其中所述凹凸構(gòu)件和所述填充構(gòu)件中的任一方包含有機(jī)物顏料，該有機(jī)物顏料在比所用波長(zhǎng)短的波長(zhǎng)區(qū)具有光吸收端。
所提供的上述衍射元件，其中所述凹凸構(gòu)件和所述填充構(gòu)件雙方都包含有機(jī)物顏料，該有機(jī)物顏料在比所用波長(zhǎng)短的波長(zhǎng)區(qū)具有光吸收端。
所提供的上述衍射元件，其中所述凹凸構(gòu)件具有包含有機(jī)物顏料的保護(hù)層。
所提供的上述衍射元件，其中所述有機(jī)物顏料是紅色有機(jī)物顏料，并且組合使用二酮基吡咯并吡咯(ジケトピロロピロル)類、蒽醌類、蒽醌喹吖酮(キナクリドン)類、縮合偶氮類和苝類組成的紅色有機(jī)物顏料群的中任一種或多種。
所提供的上述衍射元件，其中所述紅色有機(jī)物顏料是蒽醌類紅色有機(jī)物顏料。
提供一種光學(xué)頭裝置，具有作為光源的半導(dǎo)體激光器，將半導(dǎo)體激光器出射的出射光匯聚到光記錄媒體的物鏡，以及檢測(cè)出匯聚后從光記錄媒體反射的出射光的光檢測(cè)器；對(duì)光記錄媒體進(jìn)行信息的記錄和再現(xiàn)，其中，在半導(dǎo)體激光器與物鏡之間的光路中設(shè)置上述衍射元件。
所提供的上述的光學(xué)頭裝置，其中將所述衍射元件的周期性凹凸?fàn)罟鈻艠?gòu)成在光透射區(qū)劃分所述區(qū)域，使得劃分衍射的光線。
所提供的上述光學(xué)頭裝置，其中所述光學(xué)頭裝置使用不同的至少2種波段的光。


圖1示出表示實(shí)施例1的衍射元件的截面圖。
圖2示出表示實(shí)施例2的衍射元件的截面圖。
圖3示出表示裝載本發(fā)明衍射元件的光學(xué)頭裝置的梗概的概念圖。
圖4示出表示本發(fā)明衍射元件一種形態(tài)的梗概的截面圖。
圖5是表示衍射元件的特性的曲線圖，(a)對(duì)圖4所示的衍射光柵用實(shí)線表示凹凸構(gòu)件的折射率的波長(zhǎng)依賴性，用虛線表示填充構(gòu)件的折射率的波長(zhǎng)依賴性，(b)實(shí)線表示圖4所示衍射光柵的凸部與凹部相位差的波長(zhǎng)依賴性，虛線表示已有衍射元件的凸部與凹部相位差的波長(zhǎng)依賴性。
圖6是改變混合紅色有機(jī)顏料的3種濃度時(shí)的衍射元件呈現(xiàn)的特性的曲線圖，(a)示出衍射元件的凸部與凹部相位差的波長(zhǎng)依賴性，(b)示出1次衍射效率的波長(zhǎng)依賴性。
圖7示出表示裝載已有衍射元件的光學(xué)頭裝置的梗概的概念圖。
圖8是表示已有衍射元件的特性的曲線圖，(a)示出相位差的波長(zhǎng)依賴性，(b)示出1次衍射效率的波長(zhǎng)依賴性。
圖9是表示已有衍射元件的特性的曲線圖，(a)示出衍射元件用的材料的折射率與波長(zhǎng)色散的關(guān)系，(b)示出相位差的波長(zhǎng)依賴性。
圖10示出表示應(yīng)用本發(fā)明衍射元件的衍射元件圖案梗概的俯視圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明是具有表面形成周期性凹凸?fàn)畹墓鈻诺耐该饕r底和填充在光柵凹部的填充構(gòu)件的衍射元件。形成衍射元件光柵凹凸部的凹凸構(gòu)件和填充構(gòu)件中的任一方構(gòu)件的材料在短于所用波長(zhǎng)的波長(zhǎng)區(qū)具有光吸收端。此衍射元件的該材料又使具有吸收端的一方構(gòu)件的折射率，在全部所用波長(zhǎng)的區(qū)域小于凹凸構(gòu)件和填充構(gòu)件中的另一方構(gòu)件的折射率。
這里，填充構(gòu)件可不僅填充凹部，而且覆蓋凹凸部。形成凹凸部的凹凸構(gòu)件可形成凹部和凸部?jī)烧撸部蓛H形成孤立的凸部。即，凸部和凹部可以材料不同。下面的說(shuō)明中，凹凸構(gòu)件意指形成凸部的構(gòu)件。
由光柵凸部與光柵凹部的折射率差產(chǎn)生的相位差決定衍射光柵的衍射效率。利用依賴于波長(zhǎng)λ的光柵凸部平均折射率n1(λ)、光柵凹部折射率n2(λ)、光柵深度d和入射波長(zhǎng)λ，以下面的式2表示波長(zhǎng)λ的相位差φ。
φ＝2π·{(n1(λ)-n2(λ))·d}/λ……(式2)用于衍射元件凸部的材料一般都呈現(xiàn)波長(zhǎng)越長(zhǎng)折射率越小的趨勢(shì)，而且折射率越大該折射率隨波長(zhǎng)變化的變化越大。圖9(a)對(duì)已有衍射光柵的典型物質(zhì)的折射率的波長(zhǎng)依賴性示出曲線圖，實(shí)線表示SiO2，虛線表示TiO2，分別當(dāng)作低折射率材料和高折射率材料的例子。圖9(b)以曲線圖示出構(gòu)成對(duì)光柵凸部使用任一種上述材料并且空氣占據(jù)凹部的衍射元件的用660nm值歸一化的凸部與凹部相位差的變化，同樣也用實(shí)線和虛線分別表示使用SiO2和TiO2的情況。
從圖9(a)和圖9(b)可知，該兩種情況下，都在波長(zhǎng)變長(zhǎng)時(shí)折射率變小，而且折射率越大相位差變化越大。因此，判明形成用這些材料形成光柵凸部并且空氣占據(jù)光柵凹部的衍射光柵時(shí)，光柵的凸部與凹部的相位差呈現(xiàn)負(fù)變化率大，入射波長(zhǎng)變長(zhǎng)則衍射效率降低。
圖4示出一例滿足本發(fā)明的媒質(zhì)組合中，一媒質(zhì)包含有機(jī)顏料的形態(tài)的截面圖。透明襯底401上形成折射率為約1.5的丙烯類基本聚合物和在550nm附近具有極大吸收的紅色有機(jī)顏料組成的凹凸構(gòu)件402，用折射率為約1.7的波長(zhǎng)色散小的填充構(gòu)件403填充其凹部，并且以粘結(jié)保持對(duì)置的透明襯底404，從而形成衍射元件。
圖5(a)示出上述圖4所示的衍射光柵中用的樹(shù)脂的折射率的波長(zhǎng)依賴性。用實(shí)線表示形成凹凸構(gòu)件402的樹(shù)脂的折射率，用虛線表示填充光柵凹部的填充構(gòu)件403的折射率。從圖5(a)可知，波長(zhǎng)越長(zhǎng)，兩種材料的折射率差越大。圖5(b)用實(shí)線表示這些材料構(gòu)成的衍射光柵的凸部與凹部的相位差，其中以660nm的值歸一化。兩種材料的折射率差對(duì)波長(zhǎng)呈現(xiàn)正變化率，而且該變化率在660nm附近與波長(zhǎng)變化率大致相等，因而光柵的凸部與凹部的相位差在660nm附近呈現(xiàn)大致恒定的值。圖5(b)中一起用虛線示出的已有衍射元件的凸部與凹部相位差隨波長(zhǎng)的加長(zhǎng)而減小，與該虛線相比，可知實(shí)線的波長(zhǎng)依賴性大為減小。
通過(guò)對(duì)上述波長(zhǎng)660nm附近呈現(xiàn)恒定相位差的凹凸構(gòu)件與填充構(gòu)件的組合，調(diào)整凹凸構(gòu)件的紅色有機(jī)顏料混合濃度，能改變效果最大的波長(zhǎng)。圖6(a)示出改變混合紅色有機(jī)顏料的3種濃度時(shí)的凸部與凹部相位差的波長(zhǎng)依賴性。除實(shí)線所示的對(duì)用于DVD的660nm優(yōu)化的情況外，也可作虛線所示的對(duì)CD用的790nm的優(yōu)化。判明如點(diǎn)劃線所示，通過(guò)對(duì)660nm與790nm中間的波長(zhǎng)進(jìn)行優(yōu)化，可構(gòu)成對(duì)任一波長(zhǎng)具有一定的效果。圖6(b)是示出這些圖6(a)材料中的衍射效率的波長(zhǎng)依賴性的曲線圖，實(shí)線表示對(duì)660nm優(yōu)化的情況，虛線表示對(duì)790nm優(yōu)化的情況，點(diǎn)劃線表示對(duì)中間波長(zhǎng)優(yōu)化的情況。
根據(jù)圖6(b)，設(shè)計(jì)成衍射效率在660nm和790nm大致相等并且加上對(duì)790nm進(jìn)行優(yōu)化時(shí)的衍射效率的波長(zhǎng)依賴性表明，能形成用普通衍射元件難以實(shí)現(xiàn)的衍射元件(例如790nm長(zhǎng)波長(zhǎng)的衍射效率大于660nm短波長(zhǎng)的衍射效率的衍射元件)。利用此效應(yīng)調(diào)整光柵的凹凸構(gòu)件和填充構(gòu)件的折射率與折射率的波長(zhǎng)依賴性的組合，從而能在至少使用2種波長(zhǎng)的光學(xué)頭裝置中以某種程度自由設(shè)定各波長(zhǎng)上的衍射效率。
綜上所述，使凹凸構(gòu)件或填充構(gòu)件包含在比衍射元件入射波長(zhǎng)短的波長(zhǎng)區(qū)具有吸收端的有機(jī)顏料，利用異常色散效應(yīng)，能加大折射率。
本發(fā)明是具有表面形成周期性凹凸?fàn)畹墓鈻诺耐该饕r底和填充在光柵凹部的填充構(gòu)件的衍射元件。形成衍射元件光柵凹凸部的凹凸構(gòu)件和填充構(gòu)件中的任一方構(gòu)件的材料在短于所用波長(zhǎng)的波長(zhǎng)區(qū)具有光吸收端。而且，此衍射元件使凹凸構(gòu)件和填充構(gòu)件中波長(zhǎng)色散大的任一構(gòu)件的折射率小于凹凸構(gòu)件和填充構(gòu)件中波長(zhǎng)色散小的構(gòu)件的折射率。這時(shí)，通過(guò)使折射率大的材料的吸收端比折射率小的材料的該端波長(zhǎng)短，能進(jìn)一步減小相位的波長(zhǎng)依賴性。
通過(guò)這樣將凹凸構(gòu)件和填充構(gòu)件都取為在比所用波長(zhǎng)短的波長(zhǎng)區(qū)具有光吸收端的材料，與僅在一構(gòu)件采用比所用波長(zhǎng)短的波長(zhǎng)區(qū)中具有光吸收端的材料時(shí)相比，由折射率差和波長(zhǎng)決定的各波長(zhǎng)上的相位差容易設(shè)計(jì)。因此，此衍射元件還具有在大范圍取得大致相等的衍射效率的效果。
有機(jī)顏料可利用蒸鍍法等對(duì)其制膜，也可用將有機(jī)顏料與樹(shù)脂粘合劑、聚合性單體、聚合引發(fā)劑、敏化劑、溶劑、界面活性劑等混合并適當(dāng)調(diào)整后的合成物制膜。使用合成物時(shí)，可在透明襯底上涂覆合成物后，進(jìn)行加熱，去除溶媒，進(jìn)而使合成物聚合硬化。根據(jù)需要，也可聚合硬化后，進(jìn)行加熱處理。
發(fā)生蝕刻的保護(hù)層中包含有機(jī)顏料時(shí)，在上述合成物中有選擇地對(duì)硬化后殘留的未聚合硬化部作蝕刻處理，能方便地制作期望的光柵形狀，因而較佳。上述保護(hù)層是光刻膠時(shí)，可利用光刻制版直接形成光柵，所以更好。
所用波長(zhǎng)是DVD用的660nm波段或CD用的790nm波段時(shí)，適合使用紅色有機(jī)顏料。
紅色有機(jī)顏料在上述任一波段均無(wú)顯著吸收，能實(shí)現(xiàn)高透射率。反之，在比660nm短的波長(zhǎng)呈現(xiàn)吸收，其后吸收隨波長(zhǎng)減短急劇增大，在550nm附近吸收極大，因而能利用異常色散效應(yīng)在660nm波段、790nm波段使折射率的波長(zhǎng)依賴性變化。
作為紅色顏料，可用分成二酮基吡咯并吡咯類、蒽醌類、喹吖酮類、縮合偶氮類、苝類等的有機(jī)物顏料。這些有機(jī)物顏料可單獨(dú)使用，也可將2種或3種以上混合后使用。其中，顏料紅254為代表的二酮基吡咯并吡咯類和顏料紅177為代表的蒽醌類在耐久性方面優(yōu)良，最好用作本元件的紅色有機(jī)物顏料。
包含紅色有機(jī)物顏料的光刻膠用于制作液晶顯示器用的濾色片，能原樣使用市售的部分濾色片用的光刻膠?？筛鶕?jù)需要，調(diào)整紅色有機(jī)物顏料、樹(shù)脂粘合劑、聚合性單體、聚合引發(fā)劑、敏化劑、溶劑、界面活性劑等的濃度和化合物。
除硬化前蝕刻含上述有機(jī)物顏料的保護(hù)層以制成光柵的方法外，也可利用對(duì)硬化后的構(gòu)件(膜或蒸鍍膜)作光刻制版和蝕刻處理，以形成光柵。還可將包含有機(jī)物顏料的抗蝕劑作為填充構(gòu)件填充到襯底表面上形成的光柵的凹部或凹凸部。作為其它填充構(gòu)件，可列舉光硬化型樹(shù)脂、熱硬化型樹(shù)脂等。
包含上述紅色有機(jī)物顏料的樹(shù)脂的折射率的波長(zhǎng)依賴性越大，折射率越高。因此，作為組合的光硬化型樹(shù)脂、熱硬化型樹(shù)脂，最好也用折射率高的，使用折射率不低于1.6的為佳。
作為這種光硬化型樹(shù)脂、熱硬化型樹(shù)脂，有包含日本國(guó)專利公開(kāi)2000-309584記載的式1表示的化合物的合成物。此合成物的折射率高，而且折射率的波長(zhǎng)色散小，能較好地用作本用途。然而，不限于該化合物。
式中，R1～R6分別表示碳原子數(shù)1～10的烴基或氫。X表示S或O，該S的個(gè)數(shù)相對(duì)于構(gòu)成三元環(huán)的S和O總數(shù)不少于50％。Y表示O、S、Se或Te，p和q分別是0～6和0～4范圍的整數(shù)。
用與無(wú)機(jī)材料的組合也能獲得同樣的效果。這時(shí)，通過(guò)將混合有機(jī)顏料的樹(shù)脂用于凹凸構(gòu)件和填充構(gòu)件的任一方，另一方使用折射率高的例如TiO2、Ta2O5、Al2O3等材料，也能取得同樣的效果。最好在抑制特性隨環(huán)境溫度變化的變化時(shí)，可組合溫度變化效應(yīng)類似的各有機(jī)物，減少這時(shí)特性隨溫度變化的變化。
本發(fā)明的光柵凸部和凹部在光學(xué)上沒(méi)有不同，預(yù)先將任一方的具有色散特性的材料做成光柵形狀，都有同樣的效果。
本發(fā)明能用于光源采用半導(dǎo)體激光器的光學(xué)頭裝置，具有抑制半導(dǎo)體激光器波長(zhǎng)個(gè)體差異造成的偏差和衍射效率隨環(huán)境溫度變化所造成波長(zhǎng)變動(dòng)的變動(dòng)的效果，還具有能實(shí)現(xiàn)可穩(wěn)定地進(jìn)行記錄和再現(xiàn)的光學(xué)頭裝置的效果。本發(fā)明減小衍射效率的波長(zhǎng)依賴性的效果不僅例子中所示的衍射效率，而且其它情況的衍射效率均有效，對(duì)用已有衍射元件的組成容易產(chǎn)生波長(zhǎng)變動(dòng)的、設(shè)計(jì)成透射率高且衍射效率低的衍射光柵尤其效果大，因而對(duì)必須確保透射光量的寫(xiě)入系統(tǒng)的光學(xué)頭效果特別大。
本發(fā)明不僅在波長(zhǎng)變動(dòng)范圍，而且對(duì)較大范圍的波長(zhǎng)的光都能設(shè)計(jì)衍射作用，所以用于對(duì)2種不同波長(zhǎng)的光起作用的衍射元件時(shí)，其效果大。
作為實(shí)際使用的例子，有用波長(zhǎng)的衍射角不同控制聚光特性和像差特性的衍射型光學(xué)元件、在光透射有效區(qū)內(nèi)非連續(xù)劃分光柵凹凸部的相位和間距等或通過(guò)改變光柵凹凸部區(qū)邊界線斜率劃分衍射光(即劃分衍射光束)的衍射元件。具體而言，可列舉CD、DVD那樣采用能適應(yīng)不同紋道間距的移相差動(dòng)推挽法的2波長(zhǎng)用3光束生成衍射光柵、對(duì)2種不同波長(zhǎng)獨(dú)立地帶有光檢測(cè)器的2波長(zhǎng)用激光器單元中用的全息衍射元件。
對(duì)這些元件而言，所用2種波長(zhǎng)上的衍射特性設(shè)計(jì)自由度大，因而對(duì)任一波長(zhǎng)都能得到大致為期望的衍射特性，效果大。
本元件的中心波長(zhǎng)不限于特定波長(zhǎng)，除對(duì)DVD用的660nm波段、CD用的790nm波段有效外，對(duì)將波長(zhǎng)取為400nm以提高記錄密度的高密度光學(xué)頭裝置，通過(guò)適當(dāng)選定組成材料，也具有同樣的效果。
在圖4中說(shuō)明的上、下玻璃襯底中設(shè)置相位片，則能構(gòu)成本實(shí)施方式的衍射元件。通過(guò)將相位片與衍射元件綜合為一體，能又小型又一起具有對(duì)入射光改變衍射效應(yīng)和偏振狀態(tài)的效果，因而較佳。作為相位片，可列舉1/2波長(zhǎng)片、1/4波長(zhǎng)片，也可設(shè)置多塊相位片。
下面說(shuō)明實(shí)施例。
例1圖1示出本例的衍射元件。
作為紅色有機(jī)物顏料，混合48％包含15％顏料254的含顏料液(御國(guó)色素公司制的CF紅EX-2739)、41％季戊四醇四丙烯酸酯(日本化藥公司制的KAYARAD-DPHA)、11％丙二醇-1-單甲基-乙基-2-乙酸酯，制作混合物。作為光聚合引發(fā)劑，將イルガキユア907(Chiba專門(mén)化學(xué)制品公司制)混合成相對(duì)于上述混合物為0.2％，制作合成物。這里，數(shù)值為質(zhì)量％。
利用旋鍍法將此合成物作為凹凸構(gòu)件，均勻鍍覆在背面施加未示出的低反射鍍層的透明襯底(即玻璃襯底101)上，在100℃下保持3分鐘。接著，對(duì)整個(gè)合成物表面照射紫外線后，在200℃下保持60分鐘，從而制作厚0.55μm的膜。在這樣制作的膜上，利用濺射法形成厚60nm的SiO2膜，再用旋鍍法在SiO2膜上涂覆光刻膠。接著，在玻璃襯底101的SiO2膜方配置光掩模，作紫外線曝光后，進(jìn)行干蝕刻，從而制作含紅色顏料的光柵凹凸部102。然后，去除SiO2膜，將圖1所示的衍射光柵制作成光柵間距20μm、光柵高度0.55μm。
凹凸構(gòu)件的折射率在波長(zhǎng)660nm處為1.575。
接著，將聚合后的折射率在波長(zhǎng)660nm處為1.704的聚合物以單體狀態(tài)作為填充構(gòu)件103填充到光柵的凹凸部102，進(jìn)而疊置另一施加低反射鍍層(未示出)的玻璃襯底104，并夾入衍射光柵和聚合物。然后，利用加熱，使單體聚合并硬化，從而制作衍射元件1。
這樣制作的元件上入射波長(zhǎng)660nm的半導(dǎo)體激光器的激光時(shí)，0次衍射光的透射率為88.5％，+1次衍射光和-1次衍射光的衍射效率分別為4.3％。衍射效率對(duì)入射光波長(zhǎng)的變化在入射波長(zhǎng)640nm的半導(dǎo)體激光器的激光時(shí)，0次衍射光的透射率為88.8％，+1次衍射光和-1次衍射光的衍射效率分別為4.1％；入射波長(zhǎng)680nm的半導(dǎo)體激光器的激光時(shí)，0次衍射光的透射率為88.6％，+1次衍射光和-1次衍射光的衍射效率分別為4.2％。本元件呈現(xiàn)在上述波長(zhǎng)范圍波長(zhǎng)依賴性小的衍射特性。
例2圖2示出本例的衍射元件。
用濺射法在施加未示出的低反射鍍層的透明襯底(即玻璃襯底201)上按厚度0.28μm形成波長(zhǎng)660nm處的折射率為2.084、波長(zhǎng)790nm處的折射率為2.067的Ta2O5膜。在Ta2O5膜上利用旋鍍法涂覆光刻膠。接著，在玻璃襯底的Ta2O5膜方配置光掩模，作紫外線曝光后，進(jìn)行干蝕刻，從而制作光柵的凹凸部202。
作為紅色有機(jī)物顏料，混合60％包含15％顏料254的含顏料液(御國(guó)色素公司制的CF紅EX-2739)、3％季戊四醇四丙烯酸酯(日本化藥公司制的KAYARAD-DPHA)、37％丙二醇-1-單甲基-乙基-2-乙酸酯，制作混合物。作為光聚合引發(fā)劑，將イルガキユア907(Chiba專門(mén)化學(xué)制品公司制)混合成相對(duì)于上述混合物為0.2％，制作合成物。這里，數(shù)值為質(zhì)量％。
利用旋鍍法在表面形成凹凸的Ta2O5膜上均勻鍍覆此合成物后，在100℃下保持3分鐘。接著，對(duì)整個(gè)合成物表面照射紫外線后，在200℃下保持60分鐘，從而形成厚1μm的填充膜203。填充用的含紅色有機(jī)顏料的樹(shù)脂膜硬化后在波長(zhǎng)660nm和波長(zhǎng)790nm處，分別呈現(xiàn)1.834和1.764的折射率。
另外，在背面施加低反射鍍層的玻璃襯底204的表面用紫外線硬化型粘接劑206粘接滯后值為約延伸175nm的聚碳酸酯膜，當(dāng)作相位片205。用紫外線硬化型粘接劑206將處理后的這2塊玻璃襯底疊在一起，使聚碳酸酯膜的面與含紅色有機(jī)顏料的膜相對(duì)，從而制作內(nèi)置相位片205的衍射元件2。
這樣制作的元件上入射波長(zhǎng)660nm的半導(dǎo)體激光器的激光時(shí)，0次衍射光的透射率為88.5％，+1次衍射光和-1次衍射光的衍射效率分別為4.2％。入射波長(zhǎng)790nm的半導(dǎo)體激光器的激光時(shí)，0次衍射光的透射率為88.3％，+1次衍射光和-1次衍射光的衍射效率分別為4.4％。在2種不同波長(zhǎng)上呈現(xiàn)大致相等的衍射特性。
入射波長(zhǎng)680nm的半導(dǎo)體激光器的激光時(shí)，0次衍射光的透射率為88.6％，+1次衍射光和-1次衍射光的衍射效率分別為4.2％。本元件呈現(xiàn)在上述波長(zhǎng)范圍波長(zhǎng)依賴性型的衍射特性。又，通過(guò)將入射的偏振光方向取為與聚碳酸酯膜的延伸方向成45度，使入射的直線偏振光出射對(duì)波長(zhǎng)660nm和波長(zhǎng)790nm橢圓率角分別為84度和80度的接近圓偏振光的橢圓偏振光，從而本元件大體上作為1/4波長(zhǎng)片起作用。
參照?qǐng)D3的組成例說(shuō)明使用本發(fā)明的衍射元件的光學(xué)頭裝置。將半導(dǎo)體激光器取為2波長(zhǎng)半導(dǎo)體激光器301(將出射DVD類光盤(pán)用的波長(zhǎng)660nm的激光的半導(dǎo)體激光器和出射CD類光盤(pán)用的波長(zhǎng)790nm的激光的半導(dǎo)體激光器綜合為一體)。
來(lái)自2波長(zhǎng)半導(dǎo)體激光器301的以實(shí)線表示的波長(zhǎng)660nm的出射光和以虛線表示的波長(zhǎng)790nm的出射光在分光器302上透射后，在準(zhǔn)直透鏡303變成平行光，穿透物鏡304后，按大致相同的路徑匯聚到光盤(pán)305的信息記錄面。此匯聚的光在信息記錄面受到反射，反射的光在與往程相同的光路上反向穿行。
也就是說(shuō)，該反射光再次由物鏡304變成平行光，在準(zhǔn)直透鏡303上匯聚后，入射到分光器302。該分光器302上反射的光沿與往程的光軸成90度角的光軸穿行，并匯聚到2波長(zhǎng)光檢測(cè)器306中配置用于660nm和790nm的感光面。然后，在該2波長(zhǎng)光檢測(cè)器306將信號(hào)光變換成電信號(hào)。
作為一個(gè)例子，將2波長(zhǎng)用3光束生成衍射光柵307配置在2波長(zhǎng)半導(dǎo)體激光器301與分光器302之間，使內(nèi)置的相位片延伸方向與出射的偏振光的方向形成45度，從而2波長(zhǎng)3光束生成衍射光柵307生成的作為±1次衍射光的子光束與主光束同樣，也分別匯聚到2波長(zhǎng)光檢測(cè)器306的感光面，變換成用于紋道跟蹤伺服的電信號(hào)。這里用的3光束生成衍射光柵在光透射的有效區(qū)內(nèi)劃分成圖10中用黑表示的凹部與用白表示的凸部在同一周期僅相位相反的2種光柵區(qū)1001、1002。由該劃分產(chǎn)生的衍射光束以分離狀產(chǎn)生大致4束光，可適應(yīng)記錄再現(xiàn)中使用660nm波長(zhǎng)的DVD和使用790nm波長(zhǎng)的CD的不同紋道間距。
2波長(zhǎng)3光束生成衍射光柵307對(duì)任一波長(zhǎng)均令強(qiáng)度大致相同的信號(hào)光匯聚在2波長(zhǎng)光檢測(cè)器上，對(duì)DVD和CD光盤(pán)均能施行紋道跟蹤伺服。而且，由于任一波長(zhǎng)的光均變換成大致圓偏振的光，不遭受從光盤(pán)返回的的光造成的半導(dǎo)體激光器不穩(wěn)定，能獲得良好的信號(hào)特性。
工業(yè)上的實(shí)用性使用本發(fā)明的衍射元件，則實(shí)現(xiàn)衍射效率隨半導(dǎo)體激光器制作偏差和環(huán)境溫度變化引起的振蕩波長(zhǎng)變化的變化小的衍射元件。而且，能實(shí)現(xiàn)能以某種程度自由設(shè)計(jì)對(duì)至少2種不同波長(zhǎng)的衍射特性的衍射元件。
此外，使用本發(fā)明的衍射元件的光學(xué)頭裝置中，通過(guò)疊層相位片，能實(shí)現(xiàn)裝置部件數(shù)少且小型化，同時(shí)還能在CD類和DVD類光盤(pán)記錄和再現(xiàn)中實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定信號(hào)檢測(cè)。
將本發(fā)明的衍射元件用于光學(xué)頭裝置，則能在光盤(pán)的記錄和再現(xiàn)中實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定信號(hào)檢測(cè)。
權(quán)利要求
1.一種衍射元件，其特征在于，包括表面形成周期性凹凸?fàn)罟鈻诺耐该饕r底，以及至少填充在光柵的凹部的填充材料；形成光柵凹凸部的凹凸構(gòu)件和填充構(gòu)件中的任一方構(gòu)件的材料在比所用波長(zhǎng)短的波長(zhǎng)區(qū)具有光吸收端，而且所述一方構(gòu)件的折射率在全部所用波長(zhǎng)的區(qū)域小于凹凸構(gòu)件和填充構(gòu)件中的另一方構(gòu)件的折射率。
2.一種衍射元件，其特征在于，包括表面形成周期性凹凸?fàn)罟鈻诺耐该饕r底，以及至少填充在光柵的凹部的填充材料；形成光柵凹凸部的凹凸構(gòu)件和填充構(gòu)件中的雙方構(gòu)件的材料都在比所用波長(zhǎng)短的波長(zhǎng)區(qū)具有光吸收端，而且凹凸構(gòu)件和填充構(gòu)件中波長(zhǎng)色散大的一構(gòu)件的折射率在全部所用波長(zhǎng)的區(qū)域小于凹凸構(gòu)件和填充構(gòu)件中波長(zhǎng)色散小的構(gòu)件的折射率。
3.如權(quán)利要求1中所述的衍射元件，其特征在于，所述凹凸構(gòu)件和所述填充構(gòu)件中的任一方包含有機(jī)物顏料，該有機(jī)物顏料在比所用波長(zhǎng)短的波長(zhǎng)區(qū)具有光吸收端。
4.如權(quán)利要求2中所述的衍射元件，其特征在于，所述凹凸構(gòu)件和所述填充構(gòu)件雙方都包含有機(jī)物顏料，該有機(jī)物顏料在比所用波長(zhǎng)短的波長(zhǎng)區(qū)具有光吸收端。
5.如權(quán)利要求3或4中所述的衍射元件，其特征在于，所述凹凸構(gòu)件具有包含有機(jī)物顏料的保護(hù)層。
6.如權(quán)利要求3或4或5所述的衍射元件，其特征在于，所述有機(jī)物顏料是紅色有機(jī)物顏料，并且組合使用二酮基吡咯并吡咯類、蒽醌類、喹吖酮類、縮合偶氮類和苝類組成的紅色有機(jī)物顏料群的中任一種或多種。
7.如權(quán)利要求6中所述的衍射元件，其特征在于，所述紅色有機(jī)物顏料是蒽醌類紅色有機(jī)物顏料。
8.一種光學(xué)頭裝置，包括作為光源的半導(dǎo)體激光器，將半導(dǎo)體激光器出射的出射光匯聚到光記錄媒體的物鏡，以及檢測(cè)出匯聚后從光記錄媒體反射的出射光的光檢測(cè)器；對(duì)光記錄媒體進(jìn)行信息的記錄和再現(xiàn)，其特征在于，在半導(dǎo)體激光器與物鏡之間的光路中，設(shè)置若權(quán)利要求1至7中任一項(xiàng)所述的衍射元件。
9.如權(quán)利要求8中所述的光學(xué)頭裝置，其特征在于，將所述衍射元件的周期性凹凸?fàn)罟鈻艠?gòu)成在光透射區(qū)劃分所述區(qū)域，使得劃分衍射的光線。
10.如權(quán)利要求8或9所述的光學(xué)頭裝置，其特征在于，所述光學(xué)頭裝置使用不同的至少2種波段的光。
全文摘要
提供一種衍射元件和光學(xué)頭裝置，其衍射光量隨所用波長(zhǎng)變化的變化小，進(jìn)行光盤(pán)的信息記錄和再現(xiàn)時(shí)能檢測(cè)出穩(wěn)定的信號(hào)。將衍射元件構(gòu)成形成光柵凹凸部的凹凸構(gòu)件(102)和填充構(gòu)件(103)中的任一方構(gòu)件的材料在短于所用波長(zhǎng)的波長(zhǎng)區(qū)具有個(gè)吸收端，而且所述一方構(gòu)件的折射率在全部所用波長(zhǎng)的區(qū)域小于凹凸構(gòu)件(102)和填充構(gòu)件(103)中的另一方構(gòu)件的折射率。將該衍射元件設(shè)置在光學(xué)頭裝置的光源與物鏡之間的光路中。
文檔編號(hào)G11B7/1353GK1777937SQ20048001079
公開(kāi)日2006年5月24日 申請(qǐng)日期2004年4月23日 優(yōu)先權(quán)日2003年4月25日
發(fā)明者佐藤弘昌, 村上亮太 申請(qǐng)人:旭硝子株式會(huì)社