专利名称：光学构件和使用该光学构件的光学装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种使2种不同波长的激光通过的光学构件，特别是涉及一种对各激光的光轴偏差进行修正的光学构件和使用该光学构件的光学装置。
图8是以往的光拾波器40的概要图。在该光拾波器40的发光部12中，内置有发出彼此不同的波长的激光的发光元件12a、12b。在所述光拾波器40中设置有包括具有把所述发光部12发出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还使从所述反射方向入射的光进行透射的分光镜14、物镜15和受光部16的光学系统。
在所述光拾波器40中，如果设计为使一方波长λ1的发光元件12a通过光学系统的中心，则波长λ1的光轴形成以图8的一点划线表示的光路。另外，另一方的波长λ2的发光元件12b的光轴形成以虚线表示的光路。如图8所示，波长λ2的光轴倾斜形成，在盘D1上反射后返回的返回光也以光轴偏离的状态由受光部16接收，所以受光部16的检测精度下降。
在此，为了消除该偏离，通过在受光部16的感光面的前方配置图9所示的光学构件41，就能对光轴的位置偏差进行修正。图9所示的光学构件41是在激光的射出面一侧形成有锯齿状的衍射光栅41a，通过使双方的激光衍射，就能使彼此的光轴在受光部16的感光面上一致。另外，此时如果设波长λ1(785nm)的衍射角度为θ1，波长λ2(658nm)的衍射角度为θ2，则θ1＞θ2的关系成立。
但是，在所述以往的光学构件中，为使双方的光轴在受光部一致而必须进行定位，因此，要求有很高的定位精度，从而导致制造过程变得很复杂。并且，因为发光元件随着温度变化会产生波长变动，所以当由于热而导致激光波长变动时，受光位置偏离，彼此的光轴在受光部上就变得不一致。其结果是导致受光部的检测精度下降。
另外，本发明的目的还在于提供一种能简化结构，降低成本的光学装置。
为了实现以上所述目的，本发明的特征在于具有从波长不同的发光元件以光轴偏离的状态发出的激光的、设置在入射面一侧的第一衍射光栅和设置在射出面一侧的第二衍射光栅；所述第一衍射光栅和所述第二衍射光栅都具有呈凹凸状形成的第一光栅部和重叠形成在所述第一光栅部的倾斜面上的台阶状的第二光栅部；当设从所述第二光栅部的下层到上层的整体深度尺寸为d，每一级的深度尺寸为h，所述衍射光栅内的衍射率为n时，设定所述每一级的深度尺寸h，使(n-1)·h为波长λ的整数倍；根据所述各级的深度尺寸h来决定所述整体深度尺寸d和各级的宽度尺寸的最佳值，据此，当所述激光在入射所述第一衍射光栅时，使一方波长的激光进行衍射，当所述激光从所述第二衍射光栅射出时，使之进行衍射，使所述一方波长的激光的光轴与另一方波长的激光的光轴一致。
例如，相对设置所述入射面一侧的第一衍射光栅和所述射出面一侧的第二衍射光栅，所述第一衍射光栅的所述光栅部的倾斜方向和所述第二衍射光栅的所述光栅部的倾斜方向一致。
在所述本发明中，能使以光轴偏离状态发出的激光的光轴一致。并且，因为能使各波长的激光光轴的方向一致，所以即使在光轴方向上错开位置来设置受光部的感光面，也不会使彼此光轴的受光位置变得不一致。而且，因为只使一方波长的激光衍射，所以能降低波长变动所造成的影响。
另外，也可以在所述激光通过的所述第一衍射光栅和所述第二衍射光栅之间形成空洞部。如果这样形成空洞部，则激光在空洞部折射，所以能减小第一衍射光栅和第二衍射光栅的衍射角度，从而能进一步地降低波长变动造成的影响。
另外，通过使所述一方激光的波长为785nm，使所述另一方激光的波长为658nm，就能搭载对应CD和DVD双方的光拾波器。另外，在这种情况下，通过把所述第二光栅部的台阶状的级数设置为6级，就能进行维持激光的高效率的设计。
另外，所述第一光栅部和第二光栅部可以都用树脂一体形成。据此，就能降低金属模的成本，并能简化制造过程，从而能降低成本。
另外，可以在所述第二光栅部的表面上，进一步形成凹凸状的第三光栅部，以所述激光的波长以下的周期形成所述第三光栅部。据此，就能发挥防止反射的功能，所以没必要设置高价的防止反射膜，从而能降低成本。
另外，本发明的光学装置其特征在于设置有使不同波长的激光的发光点向与光轴正交的方向相互偏离置位的发光部、来自所述发光部的光通过的所述光学构件、和接收所述激光的受光部，使一方波长的激光的光轴与另一方波长的激光的光轴在给定位置上一致。
在所述本发明中，因为能削减零部件数量、简化结构，所以能降低制造成本。
例如，可以将所述光学构件配置在从所述发光部到记录媒体的光路途中，或配置在从所述记录媒体到受光部的光路途中，所以没有限制光学构件的设置位置。
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是表示本发明的光学构件的实施例1的部分俯视图。
图3是图2的光学构件的部分放大俯视图。
图4是表示光学构件的级数为6级时的光栅深度和效率的关系的线图。
图5是表示光学构件的级数为5级时的光栅深度和效率的关系的线图。
图6是表示本发明的光学构件的实施例2的俯视图。
图7是表示本发明的光学构件的变形例的一部分的俯视图。
图8是表示以往的光学装置中的光路的模式图。
图9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。
5—空洞部；光拾波器10；11、21、31—光学构件；11A—第一衍射光栅；11B—第二衍射光栅；11a、11c—凸部；11b、11d—台阶部；11e—微小衍射光栅；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。
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；配置在所述发光部12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以分开微小间隔(S)的状态配置。因此，因为发光点偏离，所以导致从发光部12发出的激光彼此光轴偏离。
如果从所述发光部12发出的波长λ1、λ2的激光入射到分光镜14，则由分光镜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偏离的状态下通过物镜15、视准透镜13、透射分光镜14，到达所述光学构件11。
如图2所示，所述光学构件11是将光透射性的透明树脂用金属模成形的板状构件，在光学构件11的激光入射面一侧，形成第一衍射光栅11A，在射出面一侧形成第二衍射光栅11B。
所述第一衍射光栅11A形成了连续以锯齿状形成了多个凸部11a的第一光栅部。各凸部11a以垂直面和倾斜面形成直角三角形状，各倾斜面上形成台阶状的台阶部11b(第二光栅部)。
所述第二衍射光栅11B形成连续形成与所述第一衍射光栅11A同样形状的多个凸部11c的第一光栅部，在所述第一光栅部的各倾斜面上分别重叠形成作为第二光栅部的台阶部11d。但是，所述各台阶部11d的倾斜方向与所述第一衍射光栅11A的各台阶部11b的倾斜方向彼此相反(彼此的倾斜面平行的方向)。
在图2所述的光学构件11中，所述第一衍射光栅11A的台阶部11b的各平坦面和所述第二衍射光栅11B的台阶部11d的各平坦面相对，所述台阶部11b的最下层的平坦面和所述台阶部11d的最上层的平坦面相对。但是，并不需要必须一致。
如图3所示，所述台阶部11b(11d)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(h＝d/5，w＝p/6)。但是，p为周期，该周期等于凸部11a(11c)的宽度尺寸。
在图3所示的光学构件11中，如果从最下层的平坦面S1到最上层的平坦面S6的距离即光栅深度为d，一级的深度尺寸为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。通过由所述关系式设置h，使(n-1)h为波长的正整数倍，当所述波长λ的激光通过光学构件11内时，能使激光不衍射。
由所述关系式，在所述光学构件11中，对于λ2(658nm)的激光设置h，使(n-1)h为λ2的正整数倍，当λ2的激光入射到光学构件11时，能不衍射，而是以0次衍射光直接透射。通过这样设置h，当λ2的激光通过所述光学构件11时，无论在入射面还是在射出面都不会衍射，λ2的激光在光学构件11内，保持0次衍射光的状态直线前进。
另一方面，在本实施例中，因为采取了使λ2的激光不衍射的设计，所以有必要使λ1(785nm)的激光的光轴与λ2的激光的光轴一致。在此，通过采用图2、3所示形状，在所述光学构件11的第一衍射光栅11A，使λ1的激光的1次衍射光向λ2的激光的光轴一侧衍射，再在与所述第一衍射光栅11A反向设置的第二衍射光栅11B，使λ1的激光向与所述相反的一侧衍射，从而能使λ1的激光的的光轴与λ2的激光的光轴方向一致。
因为通过所述深度尺寸h决定光栅深度d(＝5h)，周期p也例如预先设置在从30到50μm的范围内，所以通过决定剩下的台阶部的级数，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，确认图3所示的台阶数为6级时能得到最佳值。下面，参考图4就其理由加以说明。
图4是表示对于波长λ1和波长λ2的各衍射光，光栅深度(μm)和效率的关系线图。但是，此时的衍射光栅11A、11B的周期(p)都为20μm，折射率都为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。另外，在第二衍射光栅11B中，激光通过的方向相反，衍射方向相反，得到的波形与图4相同。
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，能以高效率输出658nm的0次衍射光和785nm的1次衍射光。
并且，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，所以不好。如果光栅深度尺寸d变大，对于波长的变化性的变动就变大，所以不好。另外，虽然在(b)的光栅深度下，能得到785nm的2次衍射光，但是效率变差，所以不好。
因此，把光栅深度尺寸d定为6.1μm附近，通过以等距离形成台阶部11b、11d的各级的宽度尺寸和深度尺寸，就能得到维持了高效率的光学构件11。
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。如图5所示，通过把衍射光栅11A、11B的光栅深度尺寸d设置为5.8μm附近(e)，能得到较高效率的658nm的-1次衍射光和785nm的0次衍射光。
在所述光学构件11中，最好把所述衍射光栅11A、11B的台阶部11b、11d设置为6级或5级，采取6级的形状在光的效率方面更好。另外，如果用波长658nm和785nm的组合以外的组合，则光栅的深度尺寸d和台阶数不同。
在按如以上所述形成的6级光学构件11中，通过使658nm的激光不衍射而透射，并且使785nm的激光衍射，就能使785nm的1次衍射光的光轴与658nm的0次衍射光的光轴在受光部16的感光面上一致。另外，在采取5级的场合，也通过使785nm的激光不衍射而透射，并且使658nm的激光衍射，就能使658nm的-1次衍射光的光轴与785nm的0次衍射光的光轴在受光部16的感光面上一致。
图6是表示本发明的光学构件的实施例2的部分俯视图。图6所示的光学构件21中，在所光学构件11的第一衍射光栅11A和第二衍射光栅11B之间形成了空洞部5。从第一衍射光栅11A入射的波长λ1(λ2)的激光通过所述空洞部5，从第二衍射光栅11B射出。另外，空洞部5最好是空气层，但是也可以是液体填充的层。
如以上所述，通过形成空洞部5，通过折射作用，使激光大大弯曲，从而能减小第一衍射光栅11A和第二衍射光栅11B的激光衍射量。
图7所示的光学构件31是表示所述光学构件11、21的变形例的部分俯视图。所述光学构件31在所述光学构件11、21上形成的台阶部11b、11d的各平坦面上形成由锯齿状的的微小衍射光栅11e(第三光栅部)。此时，当把微小光栅部11e的一个凸部(或凹部)的宽度尺寸作为1周期时，该1周期最好在激光的波长短以下。结果能发挥防止反射的功能，所以不再需要高价的防止反射膜，从而能降低成本。
另外，在所述光学构件11、21、31中，所述凸部11a、11c与所述台阶部11b、11d都是用树脂，使用金属模一体成形的，从而能降低成本。
如以上所述，本发明能使彼此偏离的光轴在给定的位置一致。并且即使在光轴方向偏离设置受光部的定位位置，也能使彼此的受光位置不偏离，从而能缓和定位精度。另外，因为只使一方波长的激光衍射，所以能降低基于温度变化的波长变动的影响。
另外，通过在第一衍射光栅和第二衍射光栅之间设置空洞部，能使激光在所述空洞部折射，结果能减少在第一衍射光栅和第二衍射光栅中一方的激光衍射量，从而能降低基于温度变化的波长变动的影响。
另外，因为本发明的光学装置减少了零部件数量，简化了结构，所以能降低成本。
权利要求
1.一种光学构件，其特征在于具有从不同波长的发光元件使光轴偏离发出的激光的、设置在入射面一侧的第一衍射光栅和设置在射出面一侧的第二衍射光栅；所述第一衍射光栅和所述第二衍射光栅都具有呈凹凸状形成的第一光栅部和重叠形成在所述第一光栅部的倾斜面上的台阶状的第二光栅部；当设从所述第二光栅部的下层到上层的整体深度尺寸为d，每一级的深度尺寸为h，所述衍射光栅内的衍射率为n时，设定所述每一级的深度尺寸h，使(n-1)·h为波长λ的整数倍；根据所述各级的深度尺寸h来决定所述整体深度尺寸d和各级的宽度尺寸的最佳值，据此，当所述激光在入射所述第一衍射光栅时，使一方波长的激光衍射，当所述激光从所述第二衍射光栅射出时，使之进行衍射，使所述一方波长的激光的光轴与另一方波长的激光的光轴一致。
2.根据权利要求1所述的光学构件，其特征在于相对设置所述入射面一侧的第一衍射光栅和所述射出面一侧的第二衍射光栅，使所述第一衍射光栅的所述光栅部的倾斜方向与所述第二衍射光栅的所述光栅部的倾斜方向一致。
3.根据权利要求1所述的光学构件，其特征在于在所述激光通过的所述第一衍射光栅和所述第二衍射光栅之间形成有空洞部。
4.根据权利要求2所述的光学构件，其特征在于所述一方激光的波长为785nm，所述另一方激光的波长为658nm。
5.根据权利要求4所述的光学构件，其特征在于所述第二光栅部的台阶数为6级。
6.根据权利要求5所述的光学构件，其特征在于所述第一光栅部和所述第二光栅部都是用树脂一体形成的。
7.根据权利要求6所述的光学构件，其特征在于在所述第二光栅部的表面上，还形成有凹凸状的第三光栅部，所述第三光栅部是以所述激光的波长以下的周期来形成的。
8.一种光学装置，其特征在于设置有使不同波长的激光的发光点向与光轴正交的方向相互偏离置位的发光部、来自所述发光部的光通过的权利要求1～7中任意1项所述的光学构件、和接收所述激光的受光部，使一方波长的激光的光轴与另一方波长的激光的光轴在给定位置上一致。
9.根据权利要求8所述的光学装置，其特征在于将所述光学构件配置在从所述发光部到记录媒体的光路途中，或从所述记录媒体到受光部的光路途中。
全文摘要
一种光学构件,在光学构件11的入射面一侧形成第一衍射光栅11A,在射出面一侧形成第二衍射光栅11B。第一衍射光栅11A在呈凹凸状形成的凸部11a的倾斜面上重叠形成台阶部11b,第二衍射光栅11B也同样在凸部11c的倾斜面上重叠形成台阶部11d,第一衍射光栅11A和第二衍射光栅11B反向配置。
文档编号G02B5/18GK1381761SQ0211800
公开日2002年11月27日 申请日期2002年4月18日 优先权日2001年4月18日
发明者京谷升一 申请人:阿尔卑斯电气株式会社