专利名称：波长选择性衍射光栅的制作方法
技术领域：
本发明涉及DVD(数字视盘)及CD记录及/或重放用的激光头装置及波长选择性衍射光栅。
背景技术：
近年来，有了用半导体激光读出记录在CD那样的具有约1.2毫米厚的透明基板的光盘上的信息的激光头装置。这样的光头装置对拾取信息用的物镜进行对焦伺服控制及循迹伺服控制，激光照射在记录面的坑点列上，以此重放出声音、影像、数据等的信号。
如图91所示，作为CD的一种的可记录CD(CD-R)150，在透明基板151的记录面一侧形成花青(cyanine)染料152，再形成金153。CD-R的光道节距、记录密度、坑点的长度等与通常与CD唱盘相同，只能记录一次这一点与CD唱盘不同。记录是利用使激光通过透明基板151照射在花青染料152上进行的。一旦激光照射在花青染料152上，该被照射的部分的光学特性变得不均匀。因此，在记录时激光没有照射到的部分，重放时激光几乎全部被金153反射，而记录时激光照射过的部分在重放时激光几乎全都不反射。
而在最近，为了在这样的光盘上记录长时间的移动图像，正在发展高密度光盘。例如提供与CD相同的12厘米直径，在一个面上记录约5G字节信息的DVD。DVD透明基板的厚度约为0.6毫米。两枚透明基板背面相贴而成的1枚DVD大约可以记录10G字节的信息。
但是，上述拾取用的物镜是考虑作为对象的光盘的透明基板厚度和所使用的半导体激光的波长而设计的，因此想要重放与设计厚度不同的光盘也就不能把激光聚焦在光盘记录面上，不能进行重放。例如为适合于用1.2毫米厚的透明基板的CD而设计的物镜就不能在有0.6毫米厚透明基板的DVD的记录面上使激光聚焦。
又，使用上述花青系染料152的CD-R150，如图92所示，对波长为800毫微米的激光的反射率最大，而对波长为635毫微米的激光的反射率在10％以下。因此DVD重放使用的波长635毫微米激光不能用来重放CD-R。为了用波长635毫微米的激光重放CD-R，考虑使用对635毫微米波长的激光反射率高的染料，但是，为了迎合DVD而改变CD-R的标准是不现实的。
本发明的目的在于解决上述问题，提供能够对透明基板厚度不同的两种光盘进行记录及/或重放的激光头装置。
发明内容
根据本发明的波长选择性衍射光栅具备有形成衍射光栅的主面的衍射光栅片，以及形成于衍射光栅片主面，具有相应于入射光的波长而变化的折射率的膜。
较理想的是所述膜为花青染料膜。
因此，采用本发明的波长选择性衍射光栅，具有相应于入射光的波长而变化的折射率的膜，较理想的是花青系染料形成于衍射光栅片主面上，因此入射光相应于其波长有选择的衍射。
图1是表示包含本发明实施形态1的激光头装置的光盘录放装置的结构的方框图。
图2是表示图1中的激光头装置的结构的立体图。
图3是表示图1及图2中的激光头装置的主要光学系统的配置图。
图4是表示图2及图3中的偏振片的正面图。
图5是图4所示的偏振片的偏振区域的扩大图。
图6是图2及图3中的2波长半导体激光器的顶视图。
图7是表示图2及图3中的全息图之一例的平面图。
图8是图7所示的全射衍射图的环状区域的一部分的剖面图。
图9是图2及图3中的全息图的又一例的环状区域的一部分的剖面图。
图10是表示本发明实施形态2的激光头装置的主要光学系统的配置图。
图11是表示本发明实施形态3的激光头装置的主要光学系统的配置图。
图12是表示本发明实施形态4的激光头装置的主要光学系统的配置图。
图13是波长780nm的激光射入用来代替图2及图3中的偏振片的偏振光选择性衍射光栅的情况下偏振光选择性衍射光栅的作用的说明图。
图14波长635nm的激光射入图13的偏振光选择性衍射光栅的情况下偏振光选择性衍射光栅的说明图。
图15是表示用来代替图2及图3中的偏振片的偏振光片的正面图。
图16是波长780nm的激光射入用来代替图2及图3中的偏振片的波长选择性衍射光栅的情况下波长选择性衍射光栅的作用的说明图。
图17是波长635nm的激光射入图16的波长选择性衍射光栅的情况下波长选择性衍射光栅的作用的说明图。
图18是表示图16及图17所示的波长选择性衍射光栅之一例的侧面图。
图19是图18所示的波长选择性衍射光栅的平面图。
图20是表示图16及图17所示的波长选择性衍射光栅的另一例子的平面图。
图21是表示图16及图17所示的波长选择性衍射光栅的又一例子的侧面图。
图22(a)是表示图21所示的波长选择性衍射光栅中衍射光栅的一部分XXII的一个例子的放大图，图22(b)表示其他的例子的放大图。
图23是图21所示的波长选择性衍射光栅的衍射光栅平面图。
图24是具有与图23所示的衍射光栅不同的图案的凹凸结构的衍射光栅的平面图。
图25是表示本发明实施形态12的激光头装置的光学系统的配置图。
图26是表示图25中的带全息图的衍射光栅板的侧面图。
图27是表示本发明实施形态13的激光头装置的光学系统的配置图。
图28是图27中的双焦点准直透镜的侧面图。
图29是图28中的双焦点准直透镜的作用的说明图。
图30是代替图27中的双焦点准直透镜的又一双焦点准直透镜的侧面图。
图31(a)是图30所示的双焦点准直透镜的透明电极之间未加电压时的作用的说明图，图31(b)是透明电极间加以规定电压时的作用的说明图。
图32是图30的双焦点准直透镜的作用的说明图。
图33是表示图30的双焦点准直透镜上的透明电极之间所加电压与TN型液晶的折射率的关系的曲线图。
图34是代替图27中的双焦点准直透镜用的又一双焦点准直透镜的侧面图。
图35是表示双焦点准直透镜的透明电极的图案的一个例子的平面图。
图36(a)是在图35所示的图案的透明电极上未加电压时的双焦点准直透镜的说明图。图36(b)是透明电极间加以规定电压时的双焦点准直透镜的说明图。
图37是双焦点准直透镜的透明电极的其他图案的平面图。
图38是表示本发明实施形态18的激光头装置的光学系统的配置图。
图39是图38中的滤光镜及太阳能电池的结构的剖面图。
图40是表示图39中的非晶态硅层的具体结构的剖面图。
图41是本发明实施形态22的激光头装置的光学系统的配置图。
图42是表示图41中的全息图、激光元件，以及光检测器的位置关系的说明图。
图43是表示平行光由物镜聚焦于CD的记录面上的光学系统的说明图。
图44是表示扩散光由物镜会聚于CD的记录面上的光学系统的说明图。
图45是表示物镜倍率的说明图。
图46是表示物镜倍率与波阵面的像差的关系图。
图47是图46的一部分的放大图。
图48是图46的一部分的放大图。
图49表示使用单一波长的激光的典型的激光头装置的光学系统分离表示为出射系统与光接收系统。
图50表示使用双波长的激光的激光头装置光学系统分离表示为出射系统与光接收系统。
图51是表示本发明实施形态24的激光头装置的结构的方框图。
图52(a)是图51中的波长选择性全息衍射板的平面图，图52(b)将波长选择性全息衍射板与其作用一起表示的侧面图。
图53表示将图51的激光头装置的光学系统分离表示为出射系统与光接收系统。
图54表示装本发明实施形态25的激光头装置的光学系统分离表示为出射系统与光接收系统。
图55是表示本发明实施形态26的激光头装置的光学系统的配置图。
图56(a)是图55中的偏振选择性全息衍射板的平面图，图57(b)是将偏振选择性全息衍射板与其作用一起表示的侧面图。
图57是将图55所示的激光头装置的光学系统分离表示为出射系统与光接收系统的图。
图58是将本发明实施形态27的激光头装置的光学系统分离表示为出射系统与光接收系统的图。
图59是表示本发明实施形态28的激光头装置的结构的立体图。
图60是将本发明实施形态29的激光头装置的光学系统分离表示为出射系统与光接收系统的图。
图61是表示包含图60所示的激光头装置的光盘录放装置的结构的方框图。
图62是表示图60及图61所示的激光头装置的结构的侧面图。
图63是表示图62所示的光检测器的结构的平面图。
图64是表示图61所示的运算电路的结构的电路图。
图65(a)～图65(c)用来说明图60所示的光头装置的聚焦伺服动作的图。
图66是用来说明图60所示的激光头装置的循迹伺服动作的图。
图67是表示本发明实施形态30的激光头装置的光检测器的结构的平面图。
图68是将本发明实施形态31的激光头装置的光学系统与DVD重放时的动作一起显示的配置图。
图69是将图68所示的激光头装置的光学系统与CD-R重放时的动作一起表示的配置图。
图70(a)是表示图68及图69中的全息图孔径(aperture)元件的正视图，图70(b)是图70(a)所示的全息图孔径元件的剖面图。
图71是图70(a)及图70(b)所示的全息图孔径元件的放大剖面图。
图72是用于说明图70(a)、图70(b)及图71所示的全息图孔径元件的衍射作用的立体图。
图73是用于说明图72所示的全息图孔径元件的衍射作用的侧面图。
图74是用于说明图72所示的全息图孔径元件的衍射作用的又一侧面图。
图75是用于说明图72～图74所示的全息图孔径元件的衍射作用的又一侧面图。
图76(a)是表示本发明实施形态32的激光头装置中使用的又一全息图孔径元件的正视图，图76(b)是图76(a)所示全息图孔径元件的剖面图。
图77是用于说明图76(a)及图76(b)所示全息图孔径元件的衍射作用的立体图。
图78是用于说明图77所示的全息图孔径元件的衍射作用的侧面图。
图79是用于说明图77所示的全息图孔径元件的衍射作用的又一侧面图。
图80是用于说明图77所示的全息图孔径元件的衍射作用的又一侧面图。
图81是表示本发明实施形态33的激光头装置中使用的又一全息图孔径元件的剖面图。
图82是将本发明实施形态34的激光头装置的光学系统与DVD重放时的动作一起表示的配置图。
图83是将图82所示的激光头装置的光学系统与CD重放时的动作一起显示的方框图。
图84用于说明在本发明实施形态35的激光头装置中作为波长选择性光学元件使用的渥拉斯顿(Wollaston)偏振棱镜的衍射作用的图。
图85是用于说明图11所示的激光头装置的光源的位置的图。
图86是表示本发明实施形态36的激光头装置的光学系统的配置图。
图87是用于说明图86所示的激光头装置的光源位置的图。
图88是表示本发明实施形态37的激光头装置的光学系统的配置图。
图89是将本发明实施形态38的激光头装置的光学系统与DVD重放时的动作一起表示的配置图。
图90是将图89所示的激光头装置的光学系统与CD重放时的动作一起表示的配置图。
图91是表示CD-R的一部分的结构的侧面图。
图92表示图91所示的CD-R的激光波长与反射率的关系。
具体实施例方式
下面参照附图对本发明的实施形态详细加以说明。图中相同或相当的部分标以相同的符号，其说明不再重复。
实施形态1参看图1，本发明实施形态1的光盘录放装置12是对安装在主轴电动机11上的光盘10进行录放的装置，具备激光头装置13、对激光头装置13中的光检测器28输出的检测信号加以放大的前置放大器14、对该放大过的检测信号作出响应，生成循迹控制及聚焦控制用的控制信号的伺服电路15、对前置放大器14检出的检测信号作出响应，判别光盘10的透明基板10a厚度的判别电路16、响应判别电路16输出的判别信号，生成驱动信号，提供给激光头装置13中的2波长半导体激光器23的驱动电路17，以及响应前置放大器14输出的检测信号，进行错误订正等处理，输出重放信号的信号处理电路18。
参考图1～图3，激光头装置13具备与光盘10相向设置的物镜21、根据光盘10的透明基板10a的厚度改变物镜21的有效孔径数值的偏振片22、有选择地生成波长635nm(允差±15，最好是±10)的激光及波长780nm(允差±15)的激光的2波长半导体激光器23、接收半导体激出器23来的激光、将该接收的激光引向物镜21的准直透镜24，以及贴在准直透镜24的表面，不使波长635nm的激光衍射，而使波长780nm的激光衍射的全息图25。
激光头装置13还具备将来自准直透镜24的激光加以反射，引向物镜21，同时将光盘10的记录面10b反射的激光加以反射的光束分束器26、接收光束分束器26反射的激光的聚光透镜27、接收聚光透镜27会聚的激光的光检测器28，以及根据伺服电路15来的控制信号使物镜21移动的伺服机构19。
因此，物镜21根据光检测器28来的聚焦误差信号在其光轴方向上移动。又，物镜21响应光检测器28来的循迹误差信号移动跟踪方向，使激光忠实地对光盘10的光道进行追迹。
DVD及CD-R的额定值及重放条件示于表1。DVD具有厚0.6mm(允差±0.05mm)的透明基板31，用波长635nm的激光重放。而CD-R具有厚1.2mm(允差±0.1mm)的基板32，用波长780nm的激光重放。
表1
又，DVD及CD-R那样的光盘10具有同心圆的形状或螺旋状光道10c。光盘10的记录密度取决于光道10c的间距P。
在激光头装置13中，物镜设计为能够把波长635nm的激光聚焦取DVD的记录面上。因此物镜21在重放DVD时具有0.60(允差±0.05)的数值孔径。
偏光片22如图4所示具有以物镜21的光轴为中心的环状的偏振区域40。在环状的偏振区域40，只有具有图上横方向的偏振面的激光通过。在环状的偏振区域40的中央区域41，具有任何方向的偏振面的激光都能够透过。在这里，波长635nm的激光以其偏振面在图上横方向上的方式射入偏振片22，波长780nm的激光以其偏振面在图上纵方向的方式射入偏振片22。因此，波长635nm的激光全部通过偏振片22射入物镜21，而波长780nm的激光其外围部分被偏振片22遮挡住，只有其中央部分射入物镜21。波长780nm的激光的有效直径为4.32mm时，偏光片22中央区域41的直径取2.88mm(允差±0.1mm)。该中央区域41的直径是波长780nm的激光的有效直径为4mm时物镜21的实际有效数值孔径为0.40(允差±0.05)的直径。
在偏振片22的偏振区域40中，如图5所示在玻璃中将银的化合物排列在规定的方向上，使其表面还原析出银50。还原的银膜具有偏振特性。这里，银50以2∶1～5∶1的纵横比(L1∶L2)延伸。偏振区域40的吸收波长可以用改变该纵横比的方法加以控制。
2波长半导体激光器23如图6所示，包含基板60、载置于基板60上的TM模式的激光元件61以及载置于基板60上的TE模式的激光元件62。激光元件61生成具有图2纵方向的偏振面的波长635nm的激光。激光元件62生成具有图上横方向的偏振面的波长780nm的激光。激光元件61及62配置为其出射口的间隔保持在100～400微米之间。
全息图25使用例如图7及图8所示的公知的全息图。该环状衍射图7所示具有形成同心圆状的多个环状区域71。各环状区域71的宽度及环状区域71间的间隔从内环到外环慢慢变小。在各环状区域71，如图8所示形成多个成阶梯状的凸部72。各凸部72有多个阶梯。这样的形状是蚀刻玻璃形成的。也可以做成越是外围的环状区域71，凸部72的各梯级的高度做得越低。各凸部72的剖面为阶梯状，但是也可以是把该阶梯部分做成一个平面的三角形。
又可以不是所述用蚀刻玻璃的方法形成凸部72，而用对透明的钽酸锂或铌酸锂的规定部分进行质子交换的方法如图9所示形成多个成阶梯状的屈折区域91。在这里，质子交换是将氢离子插入材料中的方法使材料的折光率部分地发生变化的公知手法。
下面对具有如上所述结构的激光头装置13的动作加以说明。
首先，在进行DVD的重放的情况下，将DVD装在主轴电动机11上。从而，判别电路16根据光检测器28通过前置放大器14得到的聚焦误差信号判定装载着的光盘10是DVD光盘。驱动电路17根据判别电路16来的判别信号，向半导体激光器23的激光元件61提供驱动信号，以此激活激光元件61。
激光元件61一经激活，半导体激光器23即生成具有在图3中的与纸面垂直的偏振面的波长为635nm的激光。来自半导体激光器23的激光透过形成于准直透镜24表面的全息图25之后，透过准直透镜24。在这里，全息图25不使波长635nm的激光全部衍射，因此准直透镜24使波长635nm的激光平行。在图3中，波长635nm的激光用实线表示。实线所示的波长635nm的激光是由全息图25产生的0次衍射光。
来自准直透镜24的平行的波长635nm的激光由光束分束器26反射后进入偏振片22。偏振片22使具有在图3中垂直于纸面的偏振面的波长635nm的激光全部透过，因此来自准直透镜24的波长635nm的激光全部射入物镜21。因而，物镜21将波长635nm的激光聚焦于DVD的透明基板31上的记录面上，形成直径0.9(允差±0.1)微米的光点。
而来自DVD记录面的反射光通过物镜21、偏振片22、光束分束器26及聚光透镜27被导入光检测器28。
另一方面，在对CD-R进行重放时，CD-R被装在主轴电动机11上。因此，与上面所述相同，一旦判别电路16判定为该装载的光盘10是CD-R，驱动电路17即对半导体激光器23的激光元件62进行激活。半导体激光元件62一旦被激活，半导体激光器23即生成具有在图3中与纸面平行的偏振面的波长780nm的激光。来自半导体激光器23的波长780nm的激光在透过全息图之后透过准直透镜24，但是由于全息图25使波长780nm的激光衍射，准直透镜24未能使波长780nm的激光完全平行。在图3中，波长780nm的激光用虚线表示。虚线所示的波长780nm的激光是全息图25产生的1次衍射光。
准直透镜24来的波长780nm的激光由光束分束器26反射后射入偏振片22。偏振片22的环状的偏振区域40遮断具有在图3与纸面平行的偏振面的780nm波长的激光，因此只有780nm波长的激光的中央部透过偏振片22，射入物镜21。因而，物镜21的实际有效数值孔径为0.40。780nm波长的激光由于是1次衍射光，因此，如图3中虚线所示从偏振片22的中央区域41扩大直径射入物镜21。因而物镜21将780nm波长的激光聚焦在CD-R的透明基板32的记录面上，形成直径1.5(允差±0.1)微米的光点。
于是，与上面所述一样，来自CD-R的记录面的反射光通过物镜21、偏振片22、光束分束器26及聚光透镜27被引入光检测器28。
采用上述实施形态1，全息图25不使635nm波长的激光发生衍射，而使780nm波长的激光发生衍射，因此物镜21将635nm波长的激光聚焦于DVD的记录面上，而将780nm波长的激光聚焦在CD-R的记录面上。因此激光头装置13不仅可以对DVD，而且对CD-R也能进行录放。又，全息图25形成于准直透镜24表面，因此不必大幅度改变已有的激光头装置的结构。又，在本实施形态1中，没有机械性动作的部分，因此不易发生故障。
上面对本发明实施形态1进行了详细叙述，但是本发明的范围并非由上述实施形态1限定。
实施形态2例如在上述实施形态1中，作为激光的入射侧的准直透镜24近前的表面上形成全息图25，但是也可以如图10所示在作为激光的出射侧的准直透镜24的紧靠后表面处形成全息图25。
实施形态3又，在上述实施形态1中，全息图25与准直透镜24成一整体构成，但是也可以如图11所示在准直透镜24的近前设置板状的全息图25。
实施形态4
又可以如图12所示，将板状的全息图25紧靠准直透镜24设置于其后。
还可以使用具有波长选择性或偏振选择性的衍射光栅代替图3、图10～图12所示的全息图25。
又，在上述实施形态1～4中，635nm波长的激光不在全息图25发生衍射，也就是说使用了0次衍射光，但是也可以使用635nm波长的激光的1次衍射光和780波长的激光的2次衍射光。要而言之，准直透镜24及全息图25作为整体也可以采用使一束激光衍射到某一方向上，使又一激光束衍射到与其不同的方向上的双焦点透镜的结构。
实施形态5又，在上述第1实施形态中，为了改变物镜21的实际有效的数值孔径，使用了偏振片22，但是也可以使用图13及图14所示的偏振选择性衍射光栅100代替。偏振选择性衍射光栅100具有以物镜21的光轴为中心的环状的偏振区域101。在偏振区域101，具有与纸面平行的偏振面的激光原封不动地透过，而具有与纸面垂直的偏振面的激光向外侧衍射。在偏振选择性衍射光栅100的中央区域102，具有任何方向的偏振面的激光都原封不动透过。因而，如图13所示，具有与纸面垂直的偏振面的780nm波长的激光的周边部分在偏振选择性衍射光栅100的偏光区域101向外侧衍射，因此只有780nm波长的激光的中央部分透过偏振选择性衍射光栅100，射入物镜21。另一方面，如图14所示，具有与纸面平行的偏振面的635nm波长的激光全部透过偏振选择性衍射光栅100，原封不动地射入物镜21。
实施形态6又，也可以使用图15所示的偏振滤光镜120代替上述实施形态1的偏振片22。偏振滤光镜120具有以物镜21的光轴为中心的环状的偏振区域121。偏振滤波镜120的偏振区域121具有只让在图上纵方向上偏振的激光通过的偏振特性，但是其中央区域122完全不具有偏振特性。因而，具有图上横方向的偏振面的780nm波长的激光的周边部分被偏振区域121遮挡住，所以只有780nm波长的激光的中央部分通过，射入物镜21。另一方面，具有图上纵方向的偏振面的635nm波长的激光全部通过偏振光镜120，原封不动射入物镜21。
实施形态7又可以使用图16及图17所示的波长选择性衍射光栅130代替上述实施形态1中的偏振片22。波长选择性衍射光栅130具有以物镜21的光轴为中心的环状的波长选择区域131。在波长选择性衍射光栅130的波长选择区域131，780nm波长的激光向外侧衍射，但是在其中央区域132，780nm波长及635nm波长的激光都不衍射而原封不动地通过。因而，如图16所示，780nm波长的激光的周边部分在波长选择性衍射光栅130的波长选择区域131向外侧衍射，因此只有780nm波长的激光的中央部分通过波长选择性衍射光栅130，射入物镜21。另一方面，如图17所示，635nm波长的激光全部通过波长选择性衍射光栅130，原封不动地射入物镜21。
实施形态8这里对波长选择性衍射光栅130的几个例子加以说明。
图18所示的波长选择性衍射光栅130具备具有形成衍射光栅182的主面的衍射光栅板181，以及形成于衍射光栅181主面，具有相应于入射光波长变化的折射率的膜183。如图19的平面图所示，在衍射光栅板180的中央区域185以外的环状的波长选择区域184，衍射光栅182的凹凸结构形成直线条状。衍射光栅板181由玻璃等构成膜183由花青系染料构成。
花青系染料最好是使用下式(1)表示的碘化3-乙基(ethyl)-2-[3-(3-乙基-2-萘并(naphth)[2，1-d]噻唑啉(thiazolinylydene))-1-丙烯基]萘并[2，1-d]噻唑(thiazolium)(别名为碘化3，3’-二乙基-2，2’-(6，7，6’，7’-二苯并(dibenzo))硫羰花青(thiacarbocyanine))、 或下式(2)表示的碘化3-乙基(ethyl)-2-[3-(1-乙基-4(1H)-喹啉(quinolilydene)-1-丙烯基(propenyl)]苯并唑(benzooxazololium)(别名为碘化1，3’-二乙基-4，2’-喹喔羰花青(quinoxacarbocianine))、 或下式(3)表示的碘化3-乙基(ethyl)-2-[3-(3-乙基-2-萘并(naphth)[1，2-d]噻唑啉(thiazolinylydene))-1-丙烯基]萘并[1，2-d]噻唑(thiazolium)(别名为碘化3，3’-二乙基-2，2’-(4，5，4’，5’-二苯并)硫羰花青(thiacarbocyanine))等、 花青系染料对于635nm波长的激光具有1.50的折射率，对于780nm波长的激光具有1.65的折射率。也就是说，花青系染料的折射率随着波长而改变。另一方面，玻璃构成的衍射光栅板181对于635nm波长或780nm波长的任何一种激光都具有1.50的折射率。因此，衍射光栅182对于635nm波长的激光不起作用。从而，在波长选择性衍射光栅180的波长选择区域184，对780nm波长的激光产生衍射，而对635nm波长的激光不产生衍射。
实施形态9又可以使用如图20所示的波长选择性衍射光栅186代替图18及图19所示的波长选择性衍射光栅180。在该波长选择性衍射光栅186的中央区域188以外的环状的波长选择区域187，衍射光栅的凹凸结构形成同心圆的条状。
实施形态10又可以使用图21所示的波长选择性衍射光栅210。该波长选择性衍射光栅210由具有形成衍射光栅212的主面的玻璃板211构成。衍射光栅212如图22(a)的放大图所示具有阶梯状的凹凸结构。凹凸结构以例如8～30微米，最好是20～30微米的间距P形成。1个梯级差H以635nm的整数倍形成。在各凹凸结构上形成4～6个梯级差。
图22(a)所示的凹凸结构的前端部是尖锐的，但是也可以是图22(b)所示的平坦的结构。
如图23的平面图所示，在波长选择性衍射光栅210的中央区域214以外的环状的波长选择区域213，衍射光栅212的凹凸结构形成直线条状。
从而，在波长选择性衍射光栅210的波长选择区域213，780nm波长的激光发生衍射，而635nm波长的激光不发生衍射。
实施形态11又可以使用图24所示的波长选择性衍射光栅215代替图21～23所示的波长选择性衍射光栅210。在该波长选择性衍射光栅215的中央区域217以外的环状的波长选择区域216，衍射光栅的凹凸结构形成同心圆条状。
实施形态12参考图25，本发明实施形态12的激光头装置13以具备带有全息图的衍射光栅板251为其特征。此外，该激光头装置13还具备将平行于光盘的记录面的激光反射到垂直于记录面的方向上的向上反射镜253、作为光束分束器的一种取代图2所示的光束分束器26的半反射镜255，以及取代图2所示的准直透镜24、27的准直透镜254。物镜21和偏振片22固定于致动器252上。
该光头装置13为了进行循迹控制采用众所周知的3束方式。一般的3束方式中设置用于将1束激光分为3束的衍射光栅板。在本实施形态12中，不在准直透镜的表面，而在3束方式用的衍射光栅板表面形成全息图。
参照图26，带有全息图的衍射光栅板251由具有形成3束方式用的衍射光栅261的主面的玻璃片262和形成于该主面的相反侧的面上的全息图263构成的。
在该激光头装置13中，635nm波长的激光如图25中的实线所示，在带有全息图的衍射光栅板251不衍射地射入物镜21。另一方面，780nm的激光如图25中的虚线所示，在带有全息图的衍射光栅板251发生衍射并射入物镜21。因而，该激光头装置13也与上述实施例一样，不仅对DVD，而且对CD-R也能够进行记录与重放。
采用该实施形态12，由于全息图263形成于3束方式用的衍射光栅板251上，没有必要大幅度改变已有的激光头装置的结构。
实施形态13参考图27，本发明实施形态13的激光头装置13以具备带有2个焦点的双焦点准直透镜271为其特征。
双焦点准直透镜271如图28所示具备透镜272、与透镜272相对设置的透镜273，以及夹在透镜272与273之间的花青染料274。如上所述，花青染料274对于635nm波长的激光具有1.50的折射率，对于780nm波长的激光具有1.65的折射率。透镜272与273具有1.50的折射率。
因而，在635nm波长的激光入射的情况下，双焦点准直透镜271与单准直透镜254一样具有相同的功能。因此，635nm波长的激光如图28的实线所示，在透镜272的表面和透镜273的表面发生折射，如图29的实线所示光线平行。另一方面，780nm波长的激光如图28的虚线所示，不仅在透镜272的表面和透镜273的表面，而且还在透镜272及透镜273与花青染料274之间的界向也发生折射。因此，如图29的虚线所示，780nm波长的激光比平行略为展开地射入物镜21。因而物镜21将780nm波长的激光聚焦于与635nm波长的激光不同的位置上。
实施形态14又可以使用图30所示的双焦点准直透镜300取代上述双焦点准直透镜271。该双焦点准直透镜300包含透镜301、与透镜301相对设置的透镜302、形成于透镜301内表面的透明电极303、形成于透镜302内表面的透明电极304，以及夹在透明电极303和304之间的TN型液晶305。而且为了驱动TN型液晶设置了由振荡电路构成的液晶驱动电路306。液晶驱动电路306在CD-R重放时、也就是780nm波长的激光射入双焦点准直透镜300时在透明电极303与304之间加以规定电压。
TN型液晶305在不加电压时折射率为1.50，在加电压时折射率为1.65。又可以使用STN型液晶代替TN型液晶305。
如图31(a)所示，当透明电极303和304之间没有加电压时，TN型液晶305的折射率为1.50，因此该双焦点准直透镜300与单准直透镜254具有相同的功能。另一方面，如图31(b)所示，一旦在透明电极303和304之间加以规定电压，TN型液晶305的折射率整体上变成1.65，因此入射光不仅在透镜301及302表面，而且在透镜301、302与TN型液晶305之间的界面都发生折射。
在DVD进行重放时，也就是635nm波长的激光射入双焦点准直透镜300时，由于电压没有加在透明电极303与304之间，如图32的实线所示，双焦点准直透镜300将635nm波长的激光平行地引入物镜21。而在CD-R重放时，也就是780nm波长的激光射入双焦点准直透镜300时，规定电压加在透明电极303及304之间，因此如图32的虚线所示，双焦点准直透镜300使780nm波长的激光比平行略为展开地将其引入物镜21。因而物镜21将780nm波长的激光聚焦于与635nm波长的激光不同的位置上。
施加的电压与TN液晶的折射率的关系示于图33。TN型液晶305的折射率从1.50开始增加的电压，以及折射率在1.65饱和的电压可以自由设定，但是施加的电压最好是使用5～12V范围内的电压。
实施形态15上述双焦点准直透镜300的透镜301及透镜302的内表面都是平坦的，但是也可以像图34所示的双焦点准直透镜340那样，透镜341及透镜342的内表面做成弯曲的。
实施形态16上述双焦点准直透镜300、340中，透明电极303、304整体形成于透镜301、302、341、342的内表面上，但是也可以如图35所示，将透明电极351、352做成直线条图案。
如图36(a)所示，电压没有施加于条状的透明电极351及352之间时TN型液晶305的折射率整体上是1.50，而一旦如图36(b)所示，有规定电压施加于条状的透明电极351及352之间，则TN型液晶305的折射率部分发生变化。也就是1.50与1.65的折射率显现于直线条纹。
采用该实施形态16，由于透明电极351及透明电极352形成直线条状图案，TN型液晶305还具有偏振选择性。
实施形态17上述双焦点准直透镜350的透明电极351及352形成直线条状图案，但是也可以如图37所示使透明电极371形成同心圆状条纹的图案。
采用本实施形态17，透明电极371形成同心圆状条纹的图案，因此TN型液晶还作为全息图起作用。其结果是，该准直透镜所具有的2个焦点的差变得更大。
实施形态18如图38所示，半导体激光器23所发出的激光的一部分由半反射镜255反射，而其他部分透过半反射镜255。该实施形态18以有效利用透过半反射镜255的激光为目的。
参照图38，本发明实施形态18的激光头装置13，其特征在于具备太阳能电池382、安装在太阳能电池382的受光面上的滤光片381，以及依靠太阳能电池382提供的电力驱动双焦点准直透镜300的TN型液晶305的液晶驱动电路306。
滤光片381遮断635nm波长的激光，而使780nm的激光透过。也可以使用偏振方向与780nm波长的激光的偏振方向一致的偏振性滤光片。
太阳能电池382如图39所示，具备玻璃、聚碳酸酯、塑料膜等构成的透明基板383，以及形成于透明基板383的主面上的多个光电池384。滤光片381形成于透明基板383主面的相反侧的面上。
各光电池384分别包含形成于透明基板383主面的ITO、SnO2、ZnO等构成的透明电极385、形成于透明电极385上的PIN结构的非晶态硅(a-Si)层386，以及铝、银等构成的背面电极387。光电池384分别将透过滤光片381的激光的光能变换为电能，多个光电池384串联连接。因此可以利用改变光电池的数目的方法自由设定太阳能电池382的两个端子之间生成的电压。
非晶态硅层386如图40所示包含在透明电极385上形成的p型的非晶态碳化硅(a-SiC)层、本征非晶态硅层，以及n型非晶态硅层。
再参照图38，在对DVD进行重放时，激光元件61产生635nm波长的激光。635nm波长的激光的一部分由半反射镜255反射，其他部分透过半反射镜255。但是635nm波长的激光没有透过滤光片381，因此太阳能电池382没有生成电压。结果液晶驱动电路306不动作，所以双焦点准直透镜300中的TN型液晶305的折射率是1.50。因而由半反射镜255反射的635nm波长的激光由于双焦点准直透镜300作用而变成平行。
而在对CD-R进行重放时，激光元件62生成780nm波长的激光。780nm波长的激光一部分由半反射镜255反射，其他部分透过半反射镜255。透过半反射镜255的780nm波长的激光又透过滤光片381，因此太阳能电池382向液晶驱动电路306提供电力。因此双焦点准直透镜300的TN型液晶305的折射率变成1.65。因而由半反射镜255反射的780nm波长的激光由于双焦点准直透镜300的折射变成比平行略为展开。
采用本实施形态18，为了驱动TN型液晶305，太阳能电池382有效地利用透过半反射镜255的激光，因此不必从外部提供用于驱动TN型液晶305的电力。而且由于设置有选择地只使780nm波长的激光透过的滤光片381，所以双焦点准直透镜300的焦点能自动切换。
实施形态19现在DVD的规格如上述表1所示，但是可以预料今后DVD的记录密度将提高。在这里，将具有比表1所示的标准的DVD的密度高的记录密度的DVD称为“高密度DVD”。
上述实施形态的激光头装置能够替换重放CD-R和DVD，但也可以是能够替换重放CD和高密度DVD的装置。CD和高密度DVD的额定值和重放条件示于表2。
表2
CD具有厚度为1.2(允差±0.1)mm的透明基板，使用635nm波长的激光进行重放。而高密度DVD具有厚度为0.6(允差±0.05)mm的透明基板，使用480nm波长的激光进行重放。表1所示的标准DVD的光道间距为0.74微米，而表2所示的高密度DVD的光道间距为0.56微米。
实施形态20在上述实施形态19中CD重放使用635nm波长的激光，但是如下面的表3所示，也可以使用780nm波长的激光。在这种情况下，物镜的实际有效数值孔径设定为0.45，以取代0.40的数值孔径。
表3
实施形态21本发明实施形态21的激光头装置能够替换重放CD-R及高密度DVD。CD-R及高密度DVD的额定值及重放条件示于下表4。
表4
CD-R的额定值及重放条件基本上与表1相同，但在表1中反射率在60％以上，而在表4中反射率为60～70％。又，高密度DVD的额定值及重放条件与表2及表3相同。
实施形态22参考图41，本发明实施形态22的激光头装置13以具备光检测器411与激光元件61、62一起形成的半导体元件410为特征。在该激光头装置13，与图11所示的实施形态3大致相同地在准直透镜254的近前设置全息图25。该激光头装置13与上述实施形态不同，没有设置半反射镜等光束分束器。
半导体元件410包含基板60、设置于基板60，生成635nm波长的激光的激光元件61、在基板60上与激光元件61邻近设置的生成780nm波长的激光的激光元件62，以及在基板60上与激光元件61及62隔离设置，从光盘反射的光中检测全息图25产生的1次衍射光的光检测器411。
设置全息图25时，在光盘反射的光当中全息图25产生的0次衍射光返回激光元件61或62，而1次衍射光到达与激光元件61、62不同的位置。光检测器411设置于那样的位置上。
在这里，如图42所示，全息图25的凹凸结构的间距以P(微米)表示，激光元件61、62及光检测器411到全息图25的距离以L(mm)表示，从激光元件61到光检测器411的距离以Z1(mm)表示，从激光元件62到光检测器411的距离以Z2(mm)表示。1次衍射光要到达光检测器411，只要上述参数P、L、Z1、Z2满足下面的表5所示的任一关系即可。
表5
激光元件61生成480nm波长的激光，激光元件62生成635nm波长的激光时，只要上述参数P、L、Z1、Z2满足下面的表6所示的任一关系即可。
表6
激光元件61生成480nm波长的激光，激光元件62生成780nm波长的激光时，只要上述参数P、L、Z1、Z2满足下面的表7所示的任一关系即可。
表7
采用本实施形态中22，将从光盘的反射光中检测全息图25产生的1次衍射光的光检测器411与激光元件61、62邻近设置，因此不必为检测反射光而设置半反射镜等光束分束器。
实施形态23上述物镜21设计得能够将635nm波长的激光聚焦于DVD的记录面上。因而如图43所示物镜21将物镜21将780nm波长的平行的激光聚焦于CD的记录面上时，产生波面像差。但是一旦使图44所示的扩散光(光源位置有限)射入物镜21，则发射的波面像差变小。
如图45所示，以bb表示从光源(半导体激光器23)到物镜21的距离，以aa表示从物镜21到焦点(光盘的记录面)的距离，则物镜21的倍率以aa/bb表示。物镜21的倍率aa/bb与所述波面像差的关系示于图46。在这里，785nm波长(λ)的激光被聚焦于具有1.2mm厚的透明基板31的CD的记录面上。在物镜21的实际有效数值孔径被设定为0.45的条件下进行仿真。
考虑图46所示的倍率与波面像差的关系，则要使波面像差达到最小，只要将半导体激光器23配置于倍率约为0.06的位置上。
如果波面像差为0.05λ(λ＝785nm)以下，则实际使用上没有问题，因此，如图47所示，物镜的倍率最好是使用0.025～0.095范围内的倍率。
还有，在扩散光射入物镜21的情况下，利用循迹控制使物镜向跟踪方向移动，则激光相对于物镜倾斜入射。其结果是，重放特性比平行光射入物镜21时的特性坏。
因此，尽可能使距离bb加大，也就是说使倍率aa/bb尽可能小则射入物镜21的激光接近平行，因此能够抑制上面所述的物镜21的移动引起的重放特性的劣化。因而，如图48所示，物镜21的倍率使用0.025～0.065范围内的倍率更为理想。
实施形态24在图49，使用单一波长激光的典型的激光头装置的光学系统分开表示为出射系统和受光系统。激光元件491射出的激光通过物镜21到达光盘的记录面492。光盘的记录面492来的反射光再度通过物镜21到达光检测器493。光检测器493的受光部494为了进行聚焦控制而分为4部分。
在图50，使用双波长激光的激光头装置的光学系统被分开表示为出射系统和受光系统。生成780nm波长的激光的激光元件501与生成635nm波长的激光的激光元件491保持距离cc配置。因此780nm波长的激光与635nm波长的激光到达不同的位置。
与此相反，考虑在与用于635nm波长激光的受光部494相距dd距离的位置上设置用于780nm波长激光的受光部502。但是以高精度将激光元件491与501配置于距离cc上是极其困难的。因此，即使在距离dd上将受光部494与502加以配置，也存在不能够使激光正确地聚焦于受光部494与502的中心的问题。
本发明实施形态24为解决上述存在问题而作，其目的在于提供具备检测波长不同的两束激光的1个光检测器的激光头装置。
参照图51，本发明实施形态24的激光头装置13以光检测器28和准直透镜254之间具备波长选择性全息衍射板510为特征。波长选择性全息衍射板510能够在光轴方向上移动。
在波长选择性全息衍射板510上，如图52(a)所示凹凸结构被做成条状。波长选择性全息衍射板510如图52(b)所示，不使635nm波长的激光发生衍射，而使其原封不动地通过，而对780nm波长的激光则使其向规定的方向衍射、通过。
在图53，图51所示的激光头装置13的光学系统分开表示为出射系统和受光系统。激光元件61射出的635nm波长的激光通过物镜21聚焦于光盘的记录面492上。光盘的记录面492来的反射光通过物镜21到达波长选择性全息图板510。635nm波长的激光没有在波长选择性全息图板510衍射就原封不动地通过，因此在光检测器28中的4分割的受光部531的中心聚焦。而激光元件62来的780nm波长的激光通过物镜21聚焦于光盘的记录面492上。光盘的记录面492的反射光通过物镜21到达波长选择性全息图板510。780nm波长的激光在波长选择性全息图板510向内侧衍射。波长选择性全息图板510配置于光轴方向上的特定位置上，以使780nm波长的激光的向内侧衍射的1次衍射光聚焦于受光部531的中心。
采用该实施形态24，即使激光元件61及62之间的距离aa有偏差，也能够借助于在光轴方向上适当调整全息图板510的方法，不仅把635nm波长的激光，而且还把780nm波长的激光都聚焦于受光部531的中心。因此只要将图50所示的受光部494及502设置为1个共同的受光部531即可。
在该激光头装置中，对光检测器28的位置进行调整使635nm波长的激光聚焦于受光部531的中心之后，只要对全息图板510的位置进行调整使780nm波长的激光聚焦于受光部531的中心即可。
实施形态25在图53所示的实施形态24的光检测器28只设置1个受光部531，而图54所示的实施形态25的光检测器541分别设置635nm波长用的受光部542和780波长用的受光部543。来自激光元件61的635nm波长的激光与上述实施形态24一样聚焦于受光部542的中心。而来自激光元件62的780nm波长的激光在波长选择性全息图板510向外侧衍射。波长选择性全息图板510配置于光轴方向上的特定位置上，以使780nm波长的激光的向外侧衍射的1次衍射光聚焦于受光部543的中心。
实施形态26图55所示的实施形态26的激光头装置13中，配置偏振选择性全息图板550代替上述波长选择性全息图板510。偏振选择性全息图板550如图56(a)所示那样全息图案形成条状。偏振选择性全息图板550如图56(b)所示，不使在图上纵方向上偏振的激光衍射，而使其原封不动透过，反之，对于在纸面垂直的方向上偏振的激光则使其向规定的方向衍射、透过。
在图57中，图55所示的激光头装置13的光学系统分开表示为出射系统和受光系统。由于激光元件61来的635nm波长的激光在图上的纵方向上偏振，所以不在偏振选择性全息图板550衍射而原封不动透过，在光检测器28的受光部531的中心聚焦。另一方面，激光元件62来的780nm波长的激光则在垂直于纸面的方向上偏振，因此在选择性全息图板550向内侧衍射。选择性全息图板550配置于光轴方向上的特定位置上，以使780nm波长的激光的向内侧衍射的1次衍射光聚焦于受光部531的中心。
实施形态27在图57所设置的实施形态26的光检测器28，只设置1个受光部531，而图58所示的实施形态27的光检测器580则分别在规定的距离ee配置635nm波长用的受光部581和780nm波长用的受光部582。来自激光元件61的635nm波长的激光不在偏振选择性全息图板550发生衍射而原封不动地透过，聚焦于受光部581的中心。而来自激光元件62的780nm波长的激光则在偏振选择性全息图板550向外侧衍射。偏振选择性全息图板550配置于光轴方向上的特定位置上，以使780nm波长的激光向外侧衍射的1次衍射光在受光部582的中心聚焦。
实施形态28如图59所示，实施形态28的激光头装置13与图51及图55所示的光学系统不同，而采用与图2所示的光学系统相同的光学系统。在该激光头装置中13中，波长选择性全息图板510配置于准直透镜27与光检测器28之间。当然也可以配置偏振选择性全息图板550代替波长选择性全息图板510。
实施形态29在图54及图58所示的实施形态25及27中，780nm波长用的受光部543及582与635nm波长用的受光部542及581具有相同的形状，而在图60所示的实施形态29中，光检测器590具备635nm波长用的受光部和具有与此不同的形状的780nm波长用的受光部592。
图61是表示包含本实施形态29的激光头装置13的光盘记录/重放装置12的结构的方框图。参照图61，该光盘记录/重放装置12具备根据光检测器590输出的检测信号生成重放信号、聚焦出错信号及循迹误差信号，将这些信号提供给前置放大器14的运算电路601。
参照图61及图62，激光头装置13具备物镜21、伺服机构19、半导体激光器23、半反射镜255、准直透镜254、全息图25及光检测器590。
该激光头装置13为了聚焦伺服而采用像散方法，还为了DVD的循迹伺服而采用单束方式，为了CD的循迹伺服而采用3束方式。因此，如图63所示接收DVD用的635nm波长的激光的受光部591由4个分割传感器591B1～591B4构成。接收CD用的780nm波长的激光的受光部592由3个分割传感器592A1～592A3构成。受光部592在第1方向上与受光部591保持距离配置。各分割传感器592A1～592A3构成在第1方向上延伸的长方形。分割传感器592A2在垂直于上述第1方向的第2方向上与分割传感器592A1保持距离配置。分割传感器592A3在与上述第2方向相反的第3方向上与分割传感器592A1保持距离配置。在接收主激光的受光部592的两侧配置分别接收两束副激光的边传感器593A4及593A5。
运算电路601如图64所示，具备计算边传感器593A5的检测信号A5与593A4的检测信号A4之差(A5-A4)的减法电路631、计算分割传感器592A2及592A3的检测信号A2与A3之和(A2+A3)与分割传感器592A1的检测信号A1之差((A2+A3)-A1)的减法电路632、计算分割传感器592A1～592A3的检测信号A1～A3的总和(A1+A2+A3)的加法电路633、计算分割传感器591B2及591B4的检测信号B2及B4之和(B2+B4)与分割传感器591B1及591B3的检测信号B1及B3之和(B1+B3)的差((B2+B4)-(B1+B3))的减法电路634、计算分割传感器591B1～591B4的检测信号B1～B4的总和(B1+B2+B3+B4)的加法电路635、能够对减法电路631的输出信号加以放大，调整的具有增益的放大器636、能够对减法电路632的输出信号加以放大，调整的具有增益的放大器637、能够对加法电路633的输出信号加以放大，调整的具有增益的放大器638，以及根据图61所示的判别电路16来的判别信号切换的开关电路639。
在DVD重放时，上述总和(B1+B2+B3+B4)被作为重放信号RF输出。而上述差((B2+B4)-(B1+B3))被作为聚焦出错信号FE及循迹误差信号TE输出。
另一方面，在CD重放时，上述总和(A1+A2+A3)被作为重放信号RF输出。而上述差((A2+A3)-A1)被作为聚焦出错信号FE输出。还有，上述差(A5-A4)被作为循迹误差信号TE输出。
下面对本光盘记录/重放装置的聚焦伺服动作加以说明。
如图65(a)所示，在DVD重放时受光部591上形成光束光点640，而在CD重放时受光部592上形成光束光点641。在本实施形态29，与激光元件61及62的间隔的偏差相应，光束光点641的位置在图上的纵方向上产生偏差，但是由于受光部592由在图上纵方向上延伸的长方形的分割传感器592A1～592A3构成，无论光束光点641在图上的纵方向上有多少偏差，也能够恰当地生成重放信号RF、聚焦出错信号FE及循迹误差信号TE。
一旦物镜21靠近光盘或远离光盘，如图65(b)及图65(c)所示光束光点640及641在图上的横方向或纵方向上变形。与此相应生成聚焦出错信号FE，借助于此使物镜21在其光轴上移动，以使激光聚焦于光盘10的记录面上。
下面对本光盘记录/重放装置的循迹伺服动作加以说明。
在DVD重放时，与上述聚焦出错信号FE一样，生成循迹误差信号TE，借助于此使物镜21在与光道垂直的方向上移动，以使激光经常照射在光道上。
而在CD重放时，如图66所示1束主激光和2束副激光照射在光盘10上。1束主激光在光盘10的信号记录面反射后射入光检测器590的受光部592，2束副激光在光盘10的信号记录面反射后分别射入光检测器590的边传感器593A4及593A5。以此使光束光点641形成于受光部592上，光束光点650及651分别形成于边传感器593A4及593A5。照射于光盘10的主激光的位置一旦从光道偏离开，即与此相应生成循迹误差信号TE。以此使物镜21在与光道垂直的方向上移动，以使主激光经常照射在光道上。
采用本实施形态29，在第1方向上与DVD用的分割传感器591B1～591B4保持距离配置的CD用的分割传感器592A1～592A3形成在该第1方向上延伸的长方形，因此不管从激光元件61到激光元件62的距离aa有多少偏差，也能够生成正确的重放信号RF及聚焦出错信号FE。
实施形态30如图67所示，实施形态30的激光头装置的光检测器660具备接收CD用的主激光的受光部592、接收CD用的两束副激光中的1束的受光部661，以及接收另一束副激光及DVD用的激光的受光部662。受光部662由4个分割传感器662A1～662A4构成，在DVD重放及CD重放时共用。
DVD重放时在受光部662上形成光束光点663。重放信号RF、聚焦出错信号FE，以及循迹误差信号TE与上面所述一样生成。
而在CD重放时，在受光部592上形成主激光光点664，副激光光点665及666分别形成于受光部661及662上。重放信号RF及聚焦出错信号FE与上面所述一样形成。循迹误差信号TE利用计算受光部661的检测信号与分割传感器662B1～662B4来的检测信号的总和(B1+B2+B3+B4)之差生成。
采用本实施形态30，受光部共用于DVD及CD的重放，因此传感器的数目可以减少。
实施形态31在上述实施形态中，全息图25与用于变更物镜21的数值孔径的波长选择性衍射光栅130分开，但是全息图22及波长选择性衍射光栅130也可以形成单一的光学元件。
例如图68及图69所示的实施形态31的激光头装置具备全息图与波长选择性衍射光栅形成一体的全息图孔径元件(hologram aperture element)681.。全息图孔径元件681如图70(a)及图70(b)所示具备玻璃片684、形成于玻璃片684中央的全息图682，以及形成于玻璃片684上的全息图682周边的波长选择性衍射光栅683。
在形成全息图682的中央区域，如图71所示，环状凸部72形成同心圆状。凸部72的间距从内侧向外侧慢慢变狭窄，使全息图682具有透镜效果。又使凸部72的梯级差为780nm的整数倍，以使全息图只对780nm波长的激光作为透镜起作用。另一方面，衍射光栅683的凹凸结构以一定的间距形成，因此衍射光栅683具有一定的光栅常数。
在这里将参照图72～图75对全息图孔径元件681的衍射作用加以说明。
780nm波长的平行的激光720一旦射入全息图孔径元件681，激光720中通过全息图682的激光721即一边扩大直径一边行进。又由于射入全息图孔径元件681的激光720的直径比全息图682的直径大，激光720也射入衍射光栅683。因此，激光720的外围部分以激光721为中心明显地向左右两侧衍射。更具体地说，如图73所示，衍射光栅683产生的+1次衍射光722相对于激光721向图上左侧方向行进。另一方面，如图74所示，衍射光栅683产生的-1次衍射光723相对于激光721向图上右侧方向行进。
另一方面，一旦635nm波长的激光720射入全息图孔径元件681，由于全息图孔径元件681对于635nm波长的激光720完全不起作用，因此该入射的激光720不发生衍射而原封不动地透过全息图孔径元件681。
又，全息图孔径元件681与图25所示的偏振片22一样，固定在用于支持物镜21的致动器252上。致动器252与伺服机构19结合。伺服机构19根据光检测器28来的聚焦出错信号使致动器252在光轴方向上移动，同时根据光检测器28来的循迹误差信号使致动器252在与光盘的光道的行走方向垂直的方向上移动。由于全息图孔径元件681被固定于物镜21上，全息图孔径元件681与物镜21一起移动。
在DVD重放时，如图68所示由2波长半导体激光器23生成的635nm波长的激光透过了3束方式用的衍射光栅680，由半反射镜255反射，，再由准直透镜254变成平行。该平行激光射入全息图孔径元件681，但是由于全息图孔径元件681对635nm波长的激光完全不起作用，该入射的激光不发生衍射，原封不动地透过全息图孔径元件681，射入物镜21，因此，635nm波长的激光聚焦于DVD的透明基板31的记录面上。
另一方面，在CD重放时，如图69所示，由2波长半导体激光器23生成的780nm波长的激光与上述635nm波长的激光一样射入全息图孔径元件681，但是全息图孔径元件681对780nm波长的激光如上所述起作用，因此该入射的激光的外围部分明显向外侧衍射，其结果是，只有该入射的激光的中央部分一边扩大直径一边射入物镜21。因此780nm波长的激光聚焦于CD的透明基板32的记录面上。
采用上述实施形态31，全息图682及波长选择性衍射光栅683形成一体，因此该激光头装置的尺寸变得比上述实施形态小。而且由于全息图孔径元件681被固定于物镜21上，所以即使由于聚焦及跟踪物镜有移动，也能够正确地使激光聚焦于记录面上。
实施形态32在上述实施形态31中，全息图孔径元件681的衍射光栅683具有一定的光栅常数，而在本实施形态32中，如图76(a)及图76(b)所示，全息图孔径元件761的波长选择性衍射光栅762具有不均一的光栅常数。更具体地说，使衍射光栅762的凹凸结构的间距从图上右侧向左侧慢慢变窄。
在这里将参照图77～图80对该全息图孔径元件761的衍射作用加以说明。
780nm波长的激光720一旦射入全息图孔径元件761，激光720中射入全息图682的中央部分即与上面所述一样变成慢慢扩大直径的激光721。又，激光720中射入波长选择性衍射光栅762的外围部分则以激光721为中心明显向左右衍射。但是与上述实施形态31的全息图孔径元件681的情况不同，左侧的+1次衍射光770一边缩小直径一边行进，而右侧的-1次衍射光771一边扩大直径一边行进。
在上述实施形态31中，波长选择性衍射光栅683的光栅常数是一定的，所以+1次衍射光722及-1次衍射光723通过物镜21，对照地射入光盘，因此光盘来的反射光可能通过与去路相同的路径返回全息图孔径元件681。但是，在本实施形态中波长选择性衍射光栅762的光栅常数不均一，因此+1次衍射光770及-1次衍射光771的反射光不通过与去路相同的路径返回全息图孔径元件761。因此起因于衍射光770及771的噪声能够得到降低。
实施形态33上述实施形态31及32在全息图682外侧形成波长选择性衍射光栅683、762，但是也可以如图81所示在全息图682外侧也形成全息图811以代之。外侧的全息图811的凸部72与内侧的全息图682的凸部72一样做成同心圆状，但是与内侧的全息图682的凸部72不同，以一定的间距形成。
如图71所示，在全息图682的外侧形成波长选择性衍射光栅683时，衍射光栅683产生的衍射光不仅指向物镜21的外侧，也指向中央。因此有可能由射入物镜21中央的激光引起噪声。
与此相反，如果采用图81所示的实施形态33，则在全息图682的外侧也形成全息图811，因此全息图811产生的衍射光只指向物镜的外侧，其结果是，衍射光引起的噪声可以减少。
此外，在上述实施形态中全息图孔径元件靠近物镜，因此波长选择性衍射光栅产生的衍射光有可能射入物镜。因此也可以将全息图孔径元件与物镜保持距离配置，以使波长选择性衍射光栅产生的衍射光不射入物镜。
实施形态34与图51所示的实施形态24相同，如图82及图83所示，为了使光检测器23上的激光的聚焦位置能够调整，也可以再设置波长选择性全息图板510。
实施形态35如图84所示，也可以采用不使635nm波长的激光衍射而透过，使780nm波长的激光衍射再透过的Wollaston偏振棱镜840代替上述全息图以及偏振选择性与波长选择性衍射光栅。
实施形态36在图11所示的实施形态3，只使780nm波长的激光向外侧衍射。换句话说，如图85所示，全息图25只使780nm波长的光源850向前方移动。因此780nm的假想光源851比635nm波长的光源852更加靠近全息图25。
在图86所示的实施形态36，使用只使635nm波长的激光向内侧衍射的全息图860代替这样的全息图25。
如图87所示，全息图860不使780nm波长的激光衍射而使其原封不动地透过，但是使635nm波长的激光向内侧衍射后透过。换句话说，全息图860只使635nm波长的光源852假想地向后方移动。因此635nm波长的假想光源870比780nm波长的光源离全息图860远。使用这样的全息图860也能够实现与图85实质上相同的光学系统。
采用上述实施形态36，由于使用只使635nm波长的激光向内侧衍射的全息图860，所以能够使2波长半导体激光器与全息图860之间的距离比上述实施形态短。其结果是，本实施形态36的激光头装置的尺寸缩小。
实施形态37在上述实施形态36中，在准直透镜254的近前设置只使635nm波长的激光向内侧衍射的全息图860，但是，与图3所示的实施形态1一样，也可以在准直透镜254的表面形成只使635nm波长的激光向内侧衍射的全息图870。
实施形态38如上所述在DVD重放时使用单光束方式，而在CD重放时使用3光束方式。通常为了将一束激光分离为3束使用衍射光栅，但是该衍射光栅只对DVD重放时使用的635nm波长的激光起作用即可。
因此，如图89及图90所示，只要设置使635nm波长的激光衍射以将其分为3束，而不使780nm波长的激光衍射，使其原封不动地透过的波长选择性衍射光栅890即可。这种波长选择性衍射光栅890与上述波长选择性衍射光栅130一样构成。
如图89所示，在DVD重放时，激光元件61生成635nm波长的激光，该生成的激光不经过波长选择性衍射光栅890分离就透过。
而如图90所示，在CD重放时激光元件62生成789nm波长的激光，该生成的激光由波长选择性衍射光栅890分离为3束后透过。
采用上述实施形态38，由于设置只将780nm波长的激光分离为3束的波长选择性衍射光栅890，在DVD重放时可以减少不希望有的衍射光引起的噪声。
此外，也可以使用650(允差±20)nm波长的激光代替635nm等波长的激光，激光的波长没有特别限定，本发明能够在不脱离其宗旨的范围内加以各种改良、修正、变形等的状态下实施。
权利要求
1.一种波长选择性衍射光栅，其特征在于，具备具有形成衍射光栅(182)的主面的衍射光栅板(181)，以及形成于所述衍射光栅板(181)的所述主面，具有相应于入射光的波长而变化的折射率的膜(183)。
2.根据权利要求1波长选择性衍射光栅，其特征在于，所述膜(183)是花青系染料。
全文摘要
本发明提供一种波长选择性衍射光栅，具备具有形成衍射光栅(182)的主面的衍射光栅板(181)，以及形成于所述衍射光栅板(181)的所述主面，具有相应于入射光的波长而变化的折射率的膜(183)。所述膜(183)是花青系染料。
文档编号G11B7/13GK1523591SQ20041000227
公开日2004年8月25日 申请日期1997年3月27日 优先权日1996年9月27日
发明者梶山清治, 加纳康行, 山田真人, 土屋洋一, 市浦秀一, 一, 人, 山清治, 行 申请人:三洋电机株式会社