专利名称：衍射元件及相应的装置、设备、系统和光栅设计方法
技术领域：
本发明涉及一种其中能够任意地调节衍射效率的双波长衍射元件，一种设计衍射元件的衍射光栅的方法，一种利用衍射元件在诸如光盘之类的光学信息介质上记录、再现或擦除信息的光头装置，一种包括光头装置的光学信息设备，以及其中的每一个都包括所述光学信息设备的计算机、光学信息介质播放器、汽车导航系统、光学信息介质记录器和光盘服务器。
背景技术：
当前，各种记录介质可用于记录和存储数字音频、图像和运动画面以及由计算机产生的文档文件和数据文件等。将光盘用作记录介质之一。特别地，数字通用光盘(DVD)比传统的光盘(CD)具有更高的密度和更大的容量，并且正在取代磁带记录器(VTR)而广泛地用于记录器领域。此外，在许多公司内正在进行具有更高记录密度的下一代光盘的研究，并且预计在不久的将来会出现在市场上。
为了增加光盘的记录密度，可以考虑增加入射到其信息记录面上的光束的数值孔径(numercial aperture-NA)。然而，如果此时光轴倾斜，产生了诸如增加了像差量的问题。为了解决这样的问题，有效的是，减小光盘中保护层的厚度或基板厚度。在本说明书中，“基板厚度”表示从光束的入射面到光盘中的信息记录面的厚度。
参考光盘的历史，第一代光盘是CD盘，其中，使用具有780到820nm波长的红外线光束作为光源，物镜具有0.45的数值孔径，并且基板的厚度是1.2mm。第二代光盘是DVD盘，其中，使用具有630到680nm的红色光束作为光源，物镜具有0.6的数值孔径，并且基板厚度是0.6mm。同时，当前正在开发的第三代光盘是超高密度光盘，其中，使用具有380到420nm的蓝色光束作为光源，物镜具有0.85的数值孔径，并且基板厚度是0.1mm。
如上所述，为了增加记录密度，基板厚度变得更薄。考虑到其经济方面及其占用的空间，希望单个的光学信息设备能够记录和再现具有不同基板厚度和不同记录密度的光盘。为了这个目的，需要提供包括能够将光束会聚到具有不同基板厚度的光盘上的衍射极限的会聚光系统的光头装置。
同时，典型地，需要进行跟踪控制和聚焦控制来记录和再现光盘。为了由低成本的紧凑布置来检测这些控制信号，有利的是，在光头设备中采用衍射光栅。在包括两个或多个光源的系统中应该由单个的光学信息设备来进行记录和再现的情况下，需要该衍射元件对于光源的各自的波长具有相同的衍射效率。
在日本专利待审公开No.2001-281432、2002-311219和2002-245660中公开了一种能够针对特定的波长来调节零阶光束(主光束)与一阶衍射光束(副光束)的比率的结构，并且参考图12对其进行描述。图12示出了传统的衍射元件200。在传统衍射元件200的一个面上设置衍射具有波长λ1的激光束的第一衍射光栅200a，而在传统衍射元件200的另一面上设置用于衍射具有波长λ2的第二衍射光栅200b。因此，第一衍射光栅200a衍射波长为λ1的激光束，并且将通过其的波长为λ2的光束透射为一个光束。另一方面，第二衍射光栅200b衍射波长为λ2的激光束，并且将通过其的波长λ1的激光束透射为一个光束。同时，第一衍射光栅200a的深度取决于波长λ2的激光束，并且形成第一衍射光栅200a的每一个槽脊(land)部分的宽度和每一个凹槽部分的宽度，从而使由第一衍射光栅200a衍射的波长为λ1的激光束的零阶衍射光束与一阶衍射光束的比率落在预定的范围内。同样地，第二衍射光栅200b的深度取决于波长λ1的激光束，并且形成第二衍射光栅200b的每一个槽脊部分的宽度和每一个凹槽部分的宽度，从而使由第二衍射光栅200b衍射的波长为λ2的激光束的零阶衍射光束与一阶衍射光束的比率落在预定的范围内。
在上述的传统结构中，分别在可透射光的基板的相对面上设置衍射光栅，这需要耗时和昂贵的操作。
同时，由于在通过其完全地透射光束的衍射光栅的面上的光学损耗不为零，因此，具有分别设置在相反面上的两个衍射光栅的衍射元件的光学损耗变得较大。
同时，在上述的现有技术文件中，使用具有针对CD的785到790nm(纳米)波长的红外线光束和具有针对DVD的650到658nm波长的红色光束作为两个波长。在下一代超高密度光盘设备中，由于使用具有380到420nm的蓝色光束，因此，应该设置可用于蓝色光束的元件。然而，上述的现有技术文件未公开包括这样的元件的结构。
发明内容
因此，考虑到消除现有技术中的以上所提到的缺陷，本发明的本质目的是提供一种衍射元件，其中，仅在透光基板的一个面上形成衍射光栅，并且能够任意地调节针对具有波长630到680nm的红色光束和具有波长380到420nm的蓝色光束的零阶衍射效率和一阶衍射效率，以及利用该衍射元件的紧凑且便宜的光头装置和光学信息设备。
为了实现本发明的上述目的，根据本发明的衍射元件包括透光部件。在透光部件的至少一个面上形成的衍射光栅。当具有第一波长λ1的第一激光束和具有第二波长λ2的第二激光束透过衍射元件时，使第一和第二激光束变为分别具有第一和第二衍射效率的第一和第二衍射光束。衍射元件用于仅通过衍射元件的一个面使第一和第二衍射效率彼此相等。衍射光栅具有针对第一激光束的第一相位调制量φ1和针对第二激光束的第二相位调制量φ2，并且第一和第二相位调制量φ1和φ2分别由以下等式(1)和(2)近似表达φ1＝2πN1±Δφ -(1)φ2＝2πN2±Δφ -(2)其中，“N1”和“N2”是自然数，而“Δφ”是相位变化量。
同时，根据本发明的光头装置包括第一激光束的光源，用于发射具有第一波长λ1的蓝色激光束；第二激光束的光源，用于发射具有第二波长λ2的红色激光束；光学透镜，用于将蓝色激光束和红色激光束会聚在光学信息介质的信息记录面上的细微光斑处；以及光电检测器，用于响应在光学信息介质的信息记录面上反射的蓝色激光束或红色激光束，输出与蓝色激光束或红色激光束的量相对应的电信号。所述光头装置还包括以上所述的衍射元件。该衍射元件从蓝色激光束和红色激光束中产生衍射光束，并且光电检测器接收折射光束，从而检测伺服信号。
此外，根据本发明的光学信息设备包括以上所涉及的光头装置。光学信息设备还包括电动机，用于旋转光学信息介质，以及电路，用于根据从光头装置接收到的信号，控制和驱动电动机或光头装置的光学透镜、第一激光束光源和第二激光束光源之一。
从参考附图结合优选实施例的以下详细描述中，本发明的目的和特征将变得明显，其中，图1是根据本发明第一实施例的光头装置的示意截面图；图2是图1所示的光头装置的片断示意截面图；图3是图1所示的光头装置中所采用的全息图的放大的截面图；图4A和4B是示出了在图3所示的全息图中分别针对占空比0.5和0.2，在光栅速度和衍射效率之间的关系的曲线图；图5是根据本发明第二实施例的光头装置的示意截面图；图6是在图5所示的光头装置中采用的全息图的放大截面图；图7是根据本发明第三实施例的光学信息设备的示意截面图，其中包括图1或图5所示的光头装置；图8是根据本发明第四实施例的计算机的结构的示意透视图，其中包括图7所示的光学信息设备；图9是根据本发明第五实施例的光盘播放器和汽车导航系统的示意透视图，其中包括图7所示的光学信息设备；图10是根据本发明第六实施例的光盘记录器的示意透视图，其中包括图7所示的光学信息设备；图11是根据本发明第七实施例的光盘服务器的示意透视图，其中包括图7所示的光学信息设备；以及图12是在现有技术的光头装置中所采用的衍射元件的示意透视图。
在进行本发明的描述之前，应该注意，在整个附图的几个视图中，相同部分由相同的参考符号来表示。
具体实施例方式
此后，将参考附图来描述本发明的实施例。
(第一实施例)图1示出了根据本发明第一实施例的光头装置50A的结构。光头装置50A包括蓝色激光器1，用于发射具有380nm到420nm、典型地为405nm的波长λ1的蓝色激光束41；红色激光器20，用于发射具有630nm到680nm、典型地为660nm的波长λ2的红色激光束42；分束器4；准直透镜8；用于使光轴弯曲的上升反射镜(rising mirror)12；充当衍射元件的全息图13、四分之一波片5；折射型物镜14；分束器16；以及光电检测器33。
光头装置50A可用于光盘10A和10B。光盘10A是具有0.06mm到0.11mm、例如大约0.1mm的基板厚度t1(图2)，并且由具有波长λ1的蓝色激光束41记录和再现的第三代光盘。另一方面，光盘10B是具有0.54到0.65mm、例如大约0.6mm的基板厚度t2(图2)，并且由具有波长λ2的红色激光束42记录和再现的诸如DVD的第二代光盘。在附图中，特别是正如图2所示的那样，仅将从入射面10A’到信息记录面10A”的具有厚度t1的基板表示为光盘10A，而仅将从入射面10B’到信息记录面10B”的具有厚度t2的基板表示为光盘10B。实际上，在光盘10A和10B中，将保护层接合到基板的信息记录面10A”或10B”，从而给基板增加机械强度，并且将光盘的总厚度设置为1.2mm，等于CD的厚度。因此，保护层在光盘10A中具有1.1mm的厚度，而在光盘10B中具有0.6mm的厚度。然而，在附图中，用了说明的简化，未示出保护层。
如果优选地，蓝色激光器1和红色激光器20由半导体激光器形成，则可以使光头装置50A和采用该光头装置50A的光学信息设备尺寸紧凑、重量较轻且功率消耗较低。
在具有最高记录密度的光盘10A上进行记录和再现的情况下，从蓝色激光器1发射具有波长λ1的蓝色激光束41作为线性偏振光束，并且由分束器4反射。然后，由准直透镜8将蓝色激光束41变为大致平行的光束，并且由上升反射镜12使蓝色激光束41的光轴弯曲。随后，使蓝色激光束41透过全息图13，并且由四分之一波片5变为圆偏振的光束。设计四分之一波片5，以使其同时充当波长λ1和λ2的四分之一波片。之后，由物镜14通过具有0.1mm的基板厚度的光盘10A的基板，将蓝色激光束41会聚到光盘10A的基板的信息记录面10A”上。
在光盘10A的信息记录面10A”上反射的蓝色激光束41反向地跟踪前向光路，作为返回光路，并且由四分之一波片5变为与前向光路的光束垂直的线性偏振光束。然后，由全息图13对蓝色激光束41进行衍射，并且通过分束器4几乎完全地透射。随后，蓝色激光束41由分束器16完全反射，从而入射在光电检测器33上。通过计算光电检测器33的输出，获得了用于光盘10A的聚焦控制和跟踪控制的伺服信号和信息信号。对于具有波长λ1的蓝色激光束41，分束器4具有偏振分离膜，用于在前向光路上完全地反射按照一个方向定向的线性偏振光束，而在返回光路上完全地透射与如上所述的一个方向垂直的线性偏振光束。如稍后所描述的，由红色激光器20发射的具有波长λ2的红色激光束42完全透过分束器4。因此，分束器4是具有偏振特性和波长选择性的光路分割元件。
另一方面，在光盘10B上进行记录和再现的情况下，从红色激光器20发射具有波长λ2的红色激光束42，作为几乎线性偏振的光束，并且该光束透过分束器16和分束器4。然后，由准直透镜8将红色激光束42变为几乎平行的光束，并且由上升反射镜12使红色激光束42的光轴弯曲。随后，使红色激光束42透过全息图13，并且由四分之一波片5将其变为圆偏振光束。之后，由物镜14通过具有0.6mm的基板厚度的光盘10B的基板，将蓝色激光束42会聚到光盘10B的基板的信息记录面10B”上。
在光盘10B的信息记录面10B”上反射的红色激光束42反向地跟踪前向光路，作为返回光路，并且由四分之一波片5变为与前向光路的光束垂直的线性偏振光束。然后，红色激光束42由全息图13衍射，并且几乎完全地透过分束器4。之后，红色激光束42由分束器16完全反射，从而入射到光电检测器33上。通过计算光电耦合器33的输出，获得用于光盘10B的聚焦控制和跟踪控制的伺服信号和信息信号。为了从单个的光电检测器33中获得光盘10A和10B的伺服信号，相对于位于相同位置的物镜14来设置蓝色激光器1和红色激光器20的光发射点，从而分别在光盘10A和10B上成像。结果，能够减少光电检测的数量和光电检测器所需的线的数量。
对于具有波长λ2的红色激光束42，分束器16是偏振分离膜，用于在前向光路上完全地透射在一个方向上定向的线性偏振光束，而在返回光路上完全地反射与所述一个方向垂直的线性偏振光束。此外，分束器16完全地反射具有波长λ1的蓝色激光束41。因此，分束器16是具有偏振特性和波长选择性的光路分割元件。
下面参考图2到4来描述全息图13的功能和结构。在图2中，全息图13具有偏振各向异性，其中，完全地透射但不衍射按照一个方向定向的线性偏振光束，而衍射与所述一个方向垂直的线性偏振光束。在这种情况下，在具有波长λ1的蓝色激光束41和具有波长λ2的红色激光束42中的每一个的前向光路上的线性偏振光束适合于完全地透过全息图13。在蓝色激光束41和红色激光束42的每一个的前向路径上，由四分之一波片5将按照一个方向定向的线性偏振光束变为圆偏振光束，并且由物镜14会聚该圆偏振光束，以使其由光盘10A和10B的每一个反射。然后，当圆偏振光束再次透过四分之一波片5时，将圆偏振光束变为与所述一个方向垂直的线性偏振光束。由于全息图13是偏振衍射元件，在返回光路上，蓝色激光束41和红色激光束42的每一个由全息图13衍射，从而产生用于获得伺服信号的充当主光束的零阶衍射光束和充当副光束的±一阶衍射光束。
图3是全息图13的详细视图。制造具有偏振各向异性的全息图的多种方法是公知的。作为这样的全息图的一个实例，图3所示的全息图13具有诸如液晶的结构，其中，将具有偏振各向异性的材料13a嵌入在不具有偏振各向异性的材料13b中。还可以通过铌酸锂的质子交换来获得具有偏振各向异性的全息图。在图3中，可以将全息图13当作衍射元件，其中，交替地设置每一个具有宽度Wa的槽脊部分和每一个具有宽度Wb和深度h的凹槽部分，作为矩形衍射光栅。
假定将占空比设计为{Wa/(Wa+Wb)}，图4A和4B是示出了在占空比分别是0.5和0.2时，通过标量计算针对蓝色激光束41和红色激光束42获得的零阶衍射效率和一阶衍射效率。在图4A和4B中，横轴表示以μm(微米)为单位的光栅深度(图3)，而纵轴表示衍射效率。在图4A和4B中，曲线“B0”和“B1”分别表示蓝色激光束41的零阶衍射效率和一阶衍射效率，而曲线“R0”和“R1”分别表示红色激光束42的零阶衍射效率和一阶衍射效率。从图4A和4B将会看到，通过利用光栅深度h和占空比，甚至仅在衍射元件13的一个面上形成的衍射光栅能够调节分别具有不同波长λ1和λ2的蓝色激光束41和红色激光束42的零阶衍射效率和一阶衍射效率。
此外，这里假定“N1”和“N2”表示自然数，“Δφ”表示相位变化量，设计衍射光栅，从而使具有波长λ1的蓝色激光束41的相位调制量φ1和具有波长λ2的蓝色激光束42的相位调制量φ2分别由以下等式(1)和(2)来表达。
φ1＝2πN1±Δφ -(1)φ2＝2πN2±Δφ -(2)更具体地，当将返回光路上的线性偏振光束从具有偏振各向异性的材料13a入射到全息图13上时，光栅深度近似由以下等式(3)来表达h＝[Nλ1λ2/{λ1(n2-1)+λ2(n1-1)}] -(3)其中，“n1”表示全息图13对具有波长λ1的蓝色激光束41的折射率，“n2”表示全息图13对具有波长λ2的蓝色激光束42的折射率，以及“N”表示自然数。
当自然数N等于1、2和3时，分别如图4A和4B所示，将光栅深度h设置为h1、h2和h3。因此，光栅深度h1、h2和h3分别由以下等式(4)、(5)和(6)来表达。
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)从针对占空比0.5的图4A中显而易见，蓝色激光束41的零阶衍射效率和红色激光束42的零阶衍射效率在光栅深度h1、h2和h3处彼此相等，而蓝色激光束41的一阶衍射效率和红光激光束42的一阶衍射效率在光栅深度h1、h2和h3处彼此相等。同样，从针对占空比0.2的图4B中显而易见，蓝色激光束41的零阶衍射效率和红色激光束42的零阶衍射效率在光栅深度h1、h2和h3处彼此相等，而蓝色激光束41的一阶衍射效率和红色激光束42的一阶衍射效率在光栅深度h1、h2和h3处彼此相等。即，针对蓝色激光束41和红色激光束42，可以由单个的衍射元件13获得相等的零阶衍射效率和相等的一阶衍射效率。
由于由在衍射元件13的一个面上形成的衍射光栅对激光束进行衍射，光学使用效率变得高于分别在其相对面上形成具有两个衍射光栅的衍射元件的光学使用效率。因此，可以获得诸如以下效果可以延长激光器的使用寿命，并且可以减小功率消耗。
再次参考图1所示的光头装置50A，全息图13是用于获得伺服信号的衍射元件。在衍射元件13中，需要用于获得被会聚和用于产生射频(RF)信号的零阶衍射光束即主光束的衍射光栅的衍射效率相对较高，而用于获得受到了波前转换并用于伺服检测的一阶衍射光束即副光束的衍射光栅的衍射效率相对较低。在光头装置50A中，由于如图1所示，设置了单个的光电检测器33用于信号检测，合乎意愿地减少了组件的数量。当如上所述，将光电检测器33同时用于波长λ1和波长λ2时，需要蓝色激光束41的零阶衍射效率和红色激光束42的零阶衍射效率彼此相等，并且蓝色激光束41的一阶衍射效率和红色激光束42的一阶衍射效率彼此相等。由本发明人所进行的实验表明当零阶衍射效率与一阶衍射效率的比率是10/1时，不仅RF信号具有极佳的信噪比(SNR)，而且伺服信号是稳定的。因此，在占空比为0.5的图4A中，光栅深度h3是最合乎需要的。然而，此时，光栅深度h3是施加到全息图13上的蓝色激光束41和红色激光束42的波长λ1和λ2的大约三倍。因此，根据标量计算，零阶衍射效率和一阶衍射效率都会减小。另一方面，在占空比为0.2的图4B中，可以充分地采用光栅深度h2，并且可以采用近似于标量计算的衍射效率。
在前面的描述中，分别参考图4A和4B描述了占空比0.5和0.2。然而，为了获得合适的衍射效率，占空比和光栅深度h不局限于上述的值。更具体地，如果采用在(N＝1)时的光栅深度h1，当占空比是0.135时，根据标量计算的零阶衍射效率和一阶衍射效率分别为大约60％和大约6％。
同时，如果采用在(N＝2)时的光栅深度h2，当如图4B所示，占空比是0.2时，根据标量计算的零阶衍射效率和一阶衍射效率分别为大约70％和大约7％。
另一方面，如果采用在(N＝3)时的光栅深度h3，当占空比是如图4A所示的0.5时，根据标量计算的零阶衍射效率和一阶衍射效率为大约85％和大约6％。
如上所述，需要零阶衍射效率与一阶衍射效率的比率实际上应该处于从大约(7/1)到大约(15/1)的范围内，例如，可以为大约(10/1)。从光学使用效率的观点考虑，零阶衍射效率与一阶衍射效率的比率应该不小于(7/1)。然而，如果零阶衍射效率与一阶衍射效率的比率超过了(15/1)，则不能够忽略由杂散光所造成的影响，因此，信号变得不稳定。因此，零阶衍射效率与一阶衍射效率的比率应该按照需要落在上述范围(7/1)到(15/1)内。
以下描述还可以设置在光头装置50A中的附加装置。这些附加装置不局限于第一实施例，而可以应用于所有实施例。然而，应该注意，本发明的本质点在于仅在衍射元件13的一个面上形成衍射光栅，以便获得针对蓝色激光束41和红色激光束42的特定衍射效率。首先，在图1中，还可以在蓝色激光器1和分束器4之间设置充当衍射元件的三光束光栅3，从而以公知的差分推拉(DPP)方法来检测光盘10A的跟踪误差信号。
其次，假定将与光轴垂直的两个方向定义为x轴和y轴，还可以在蓝色激光束1和分束器4之间设置仅在诸如x轴上放大蓝色激光束41的光束整形元件(beam shaping element)2，以使蓝色激光束41的远场像更靠近相对于光轴对称的强度分布，从而可以提高光学使用效率。光束整形元件2可以由柱面透镜等形成。
第三，还可以在红色激光器20和分束器16之间设置充当衍射元件的三光束光栅22，从而以公知的DPP方法来检测光盘10B的跟踪误差信号。此外，还可以在红色激光器20和分束器16之间设置中继透镜21，以便出于校正远场像和提高光学使用效率的目的来改变数值孔径。
第四，还设置了会聚透镜6和光电检测器7。即，从蓝色激光束1发出的线性偏振光束部分地(例如，大约10％)透过分束器4，从而还由会聚透镜6将透射的光束引导到光电检测器7。利用从光电检测器7中所获得的信号，由蓝色激光器1发射的光束量的改变受到监控或受到反馈，从而使由蓝色激光器1发出的光束量保持恒定。
此外，从红色激光器20发出的线性偏振光束部分地(例如，大约10％)由分束器4反射，从而还由会聚透镜6将反射光束引导到光电检测器7。利用从光电检测器7中获得的信号，由红色激光器20发出的光束量的改变受到监控或受到反馈，从而使由红色激光器20发射的光束量保持恒定。
如从本发明第一实施例的以下描述中将会见到的，由于蓝色激光束41和红色激光束42都应该在前向光路和返回光路上通过全息图13，通过利用在前向光路和返回光路上的线性偏振光束的偏振方向上的差别，全息图13具有偏振各向异性。通过调节全息图13的光栅深度h和占空比，可以调节蓝色激光束41的零阶衍射效率和红色激光束42的零阶衍射效率，从而使其大致彼此相等，而可以调节蓝色激光束41的一阶衍射效率和红色激光束42的一阶衍射效率，从而使其大致彼此相等。同时，如果形成衍射光栅，以使其具有接近于由等式(3)所表达的光栅深度h，则针对蓝色激光束41和红色激光束42可以获得相同的零阶衍射效率，而针对蓝色激光束41和红色激光束42可以获得相同的一阶衍射斜率。
同时，由于仅在全息图13的一个面上形成衍射光栅，与分别在其相对面上形成具有两个衍射光栅的全息图相比，可以以更低的成本来制造全息图13。
此外，由于仅在全息图13的一个面上形成衍射光栅，与分别在其相对面上形成具有两个衍射光栅的全息图相比，可以减少完全透过全息图13的光束的光学损耗。结果，由于可以提高光学使用效率，可以使光源的输出较低。在由半导体激光器形成光源的情况下，可以延长光源的使用寿命，并且可以减少功率消耗。
同时，由于仅在全息图13的一个面上形成衍射光栅，能够获得以下的自由度，可以将另一功能给予与具有衍射光栅的一个面相对的全息图13的另一面上，从而可以在全息图13的另一面上形成由于如同在三光束光栅(衍射光栅)22中的那样的三个光束的光栅。结果，由于单个的组件13通过取消三光束光栅22而具有多个功能，在已经设置了三光束22的位置上留下了空间，从而可以在该空间中设置另一组件，或者可以使光学系统在整体上尺寸更小。
(第三实施例)图5示出了根据本发明第二实施例的光头装置50B的结构。在图5中，取消了第一实施例的光头装置50A的全息图13，并且作为替代，在分束器16和光电检测器33之间设置了全息图31。由于光头装置50B的其他结构与第一实施例的光头装置50A的其他结构相似，因此，出于简明的原因省略对其的描述。
下面参考图6来描述全息图31的功能和布置。出于以下的原因，与第一实施例的全息图13相反，全息图31不具有偏振各向异性。即，由于蓝色激光束41或红色激光束42只按照从光盘10A或10B向图5中的光电检测器33的一个方向通过全息图31，因此，不需要根据线性偏振光束是按照一个方向定向还是按照与该方向垂直的方向定向，将全息图31切换为不衍射模式或衍射模式。因此，可以由简单的玻璃或树脂来形成全息图31，并且作为衍射元件，其中，交替地设置每一个具有宽度Wc的槽脊部分和每一个具有宽度Wd和深度h的凹槽部分，作为矩形衍射光栅。在全息图31中，将占空比定义为{Wc/(Wc+Wd)}。
此外，在第二实施例中，由于全息图31是由于获得伺服信号的衍射元件，需要零阶衍射光束即主光束的衍射效率相对较高，而一阶衍射光束即副光束的衍射效率相对较低。即，如在第一实施例中所描述的，通过调节占空比和光栅深度h，能够获得适当的蓝色激光束41和红色激光束42的衍射效率。
假定“n21”表示全息图31对具有波长λ1的蓝色激光束41的折射率，“n22”表示全息图31对具有波长λ2的红色激光束42的折射率，并且“N”表示自然数，则按照与第一实施例相同的方式，光栅h近似由以下等式(7)来表达。
h＝[Nλ1λ2/{λ1(n22-1)+λ2(n21-1)}] -(7)此外，在第二实例中，由于光栅深度h、衍射效率和占空比按照与第一实施例相同的方式满足图4A和4B所示的关系，利用光栅深度h和占空比，甚至仅在全息图31的一个面上形成的衍射光栅也能够对分别具有不同波长λ1和λ2的蓝色激光束41和红色激光束42调节到相同的零阶衍射效率和相同的一阶衍射效率。
当自然数N等于1、2和3时，如先前所述的，分别将光栅深度h设置为h1、h2和h3。当在光栅深度h1处占空比是0.135时，根据标量计算的零阶衍射效率和一阶衍射效率分别为大约60％和6％。同时，当在光栅深度h2处占空比是0.2时，根据标量计算的零阶衍射效率和一阶衍射效率分别是大约70％和7％。而且，当在光栅深度h3处占空比是0.5时，根据标量计算的零阶衍射效率和一阶衍射效率分别为大约85％和6％。
如上所述，需要零阶衍射效率与一阶衍射效率的比率实际上应该处于大约(7/1)到大约(5/1)的范围内，并且可以诸如是大约(10/1)。
此外，还可以在光头装置50B中设置还设置在第一实施例的光头装置50A中的附加装置。
在第二实施例中，由于全息图31设置在与第一实施例不同的位置处，因此，可以由不具有偏振各向异性的诸如玻璃和树脂之类的一般材料来形成全息图31。同时，在这种情况下，可以仅在全息图31的一个面上形成衍射光栅。通过按照与第一实施例的全息图13相同的方式来设计全息图31，全息图31能够获得针对蓝色激光束41和红色激光束42的相同的零阶衍射效率和相同的一阶衍射效率，并且能够通过调节占空比来调节零阶衍射效率和一阶衍射效率。自然地，如果形成衍射光栅以使其具有接近于等式(7)所表达的光栅深度h，则针对蓝色激光束41和红色激光束42可以获得相同的零阶衍射效率，同时针对蓝色激光束41和红色激光束42可以获得相同的一阶衍射效率。
同时，在第二实施例中，由于仅在全息图31的一个面上形成衍射光栅，因此，从整体上获得了通过仅在全息图13的一个面上形成衍射光栅所实现的第一实施例中的上述效果。
(第三实施例)图7示出了根据本发明第三实施例的包括光头装置50的光学信息设备70。光头装置50由第一实施例的光头装置50A或第二实施例的光头装置50B形成。在图7中，将由以上提到的光盘10A或10B所形成的光盘10紧夹在转盘61和夹持器62之间，从而由电动机63对其进行旋转。由驱动单元51把光头装置50驱动到光盘10的轨道上，该轨道存储了所需的信息。
光头装置50还向电路53提供与其相对于光盘10的位置相对应的聚焦误差信号和跟踪误差信号。响应该聚焦误差信号和跟踪误差信号，电路53向光头装置50发出用于细微地移位物镜14的信号。根据该信号，光头装置50对光盘10进行聚焦控制和跟踪控制，以便在光盘10上读、写或擦除信息。
在本实施例的光学信息设备70中，由于使用第一实施例的光头装置50A或第二实施例的光头装置50B作为光头装置50，可以在单个的光头装置50中使用具有不同记录密度的多个光盘。
(第四实施例)图8示出了根据本发明第四实施例的其中包括第三实施例的光学信息设备70的计算机80。在图8中，计算机80包括第三实施例的光学信息设备70、用于输入信息的诸如键盘、鼠标和触摸屏的输入单元71、用于根据从输入单元71中输入的信息或从光学信息设备70中读出的信息来进行算术运算的诸如中央处理单元(CPU)的算术单元72、以及用于显示由算术单元72进行算术运算的结果有关的信息的诸如阴极射线管、液晶显示器(LCD)和打印机的输出单元73。
在计算机80中，输入单元71还可以仅由输入端子形成，而输出单元73可以仅由输出端子形成。
在本实施例的计算机80中，由于设置了第三实施例的光学信息设备70，可以对不同种类的多个光盘稳定地进行记录和再现，从而使计算机80具有较宽的使用范围。
(第五实施例)图9示出了根据本发明第五实施例的其中包括第三实施例的光学信息设备70的光盘播放器90A。在图9中，光盘播放器90A包括第三实施例的光学信息设备70、以及将从光盘信息设备70中获得的信息信号转换为图像的诸如解码器的转换器81。还可以在光盘播放器90A中设置液晶监视器82。
同时，本实施例还可以应用于如图9所示的汽车导航系统90B。
在本实施例的光盘播放器90A和汽车导航系统90B中，由于设置了第三实施例的光学信息设备70，可以对多个不同种类的光盘稳定地进行记录和再现，从而使光盘播放器90A和汽车导航系统90B具有广泛的使用范围。
(第六实施例)图10示出了根据本发明第六实施例的其中包括第三实施例的光学信息设备70的光盘记录器100。在图10中，光盘记录器100包括第三实施例的光学信息设备70、以及用于将图像信息转换为要由光学信息设备70记录在光盘10上的信息的诸如编码器的转换器91。如果还设置了用于将从光学信息设备70获得的信息信号转换为图像的诸如解码器的转换器92，则可以再现所记录的部分。还可以按照与图8所示的第四实施例相同的方式在光盘记录器100中设置用于显示信息的诸如阴极射线管、液晶显示器(LCD)和打印机的输出单元73。
在本实施例的光盘记录器100中，由于设置了第三实施例的光学信息设备70，可以对多个不同种类的光盘稳定地进行记录和再现，从而使光盘记录器100具有广泛的使用范围。
(第七实施例)图11示出了根据本发明第七实施例的其中包括了第三实施例的光学信息设备70的光盘服务器110。在图11中，光盘服务器110包括第三实施例的光学信息设备70、以及用于向光学信息设备70输入要由光学信息设备70记录的信息或向外部网络102输出由光学信息设备70读取的信息的有线和无线输入/输出端子101。
还可以按照与图8所示的第四实施例相同的方式设置用于显示信息的诸如阴极射线管、液晶显示器(LCD)和打印机的输出单元73。此外，如果还在光盘服务器110中设置用于向和从光学信息设备70加载和卸载多个光盘的变换器103，则可以获得能够记录和存储非常多的信息的效果。
同时，由于光盘记录器110与网络102即诸如计算机、电话机、电视调谐器等的多个设备交换信息，光盘服务器100可以用作多个设备的共同的信息服务器。
在本实施例的光盘服务器110中，由于设置了第三实施例的光学信息设备70，因此，可以对多个不同种类的光盘稳定地进行记录和再现，从而使光盘服务器110具有广泛的使用范围。
在第四到第七实施例中，在图8、10和11中示出了输出单元73，而在图9中示出了液晶监视器82。然而，不必说，输出单元73或液晶监视器82可以由输出端子替代，从而使可分离商用的输出单元或液晶监视器与所述输出端子相连。同时，在图9和10中，未示出输入单元，但是可以设置诸如键盘、触摸屏、鼠标、遥控单元等输入单元。相反，在第四到第七实施例中，可以只设置输入端子来替代输入单元71，从而使可分离商用的输入单元与输入端子相连。
之后，列出在本发明中所获得的显著效果。首先，本发明的衍射元件包括透光部件以及在透光部件的至少一个面上形成的衍射光栅。当具有第一波长λ1的第一激光束和具有第二波长λ2的第二激光束透过衍射元件时，使第一和第二激光束变为分别具有第一和第二衍射效率的第一和第二衍射光束。衍射元件用于仅通过衍射元件的一个面使第一和第二衍射效率彼此相等。同时，衍射光栅具有针对第一激光束的第一相位调制量φ1和针对第二激光束的第二相位调制量φ2，并且第一和第二相位调制量φ1和φ2分别由以下等式(1)和(2)近似表达φ1＝2πN1±Δφ -(1)φ2＝2πN2±Δφ -(2)其中，“N1”和“N2”是自然数，而“Δφ”是相位变化量。因此，在该衍射元件中，通过仅在透光部件的一个面上形成的衍射光栅，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，在诸如光拾取器中，由于可以设计其中针对两个波长获得等量的光的光学系统，可以将单个的光电检测器用于两个波长，从而导致了组件数量的减少。
同时，能够获得以下的自由度可以在与具有衍射光栅的一个面相反的透光部件的另一面上设置另一功能，例如用于获得跟踪误差信号的三光束光栅，从而导致了组件数量的进一步减少。
同时，在该衍射元件中，通常，衍射光栅的占空比为0.5。另一方面，在本发明的衍射元件中，由于衍射光栅的占空比是除了0.5之外的另外的值，因此，可以调节光栅效率。
在本发明的衍射元件中，如果第一激光束是具有作为第一波长λ1的波长为380到420nm的蓝色激光束，而第二激光束是具有作为第二波长的λ2的波长为630到680nm的红色激光束，则可以调节蓝色激光束的零阶衍射效率和红色激光束的衍射效率，以使其几乎彼此相等，而且，可以调节蓝色激光束的一阶衍射斜率和红色激光束的一阶衍射效率，以使其几乎彼此相等。
在本发明的衍射元件中，衍射光栅的凹槽部分的深度h由以下等式(3)近似表达h＝[Nλ1λ2/{λ1(n2-1)+λ2(n1-1)}] -(3)其中，“N”是自然数，“n1”是针对第一激光束的衍射元件的折射率，而“n2”是针对第二激光束的衍射元件的折射率；同时，可以使第一激光束的零阶衍射效率和第二激光束的零阶衍射效率几乎彼此相等，而且可以使第一激光束的一阶衍射效率和第二激光束的一阶衍射效率几乎彼此相等。因此，在该衍射元件中，通过仅在透光部件的一个面上形成的衍射光栅，能够获得针对第一和第二激光束的几乎相等的衍射效率。
在本发明的衍射元件中，如果衍射光栅的深度h1由以下等式(4)表达h1＝[λ1λ2/{λ1(n2-1)+λ2(n1-1)}] -(4)其中，在等式(3)中，将自然数N设置为1并且当占空比是0.135，则可以使零阶衍射效率与一阶衍射效率的比率接近于(10/1)。
在本发明的衍射元件中，如果衍射光栅的深度h2由以下等式(5)表达h2＝[2λ1λ2/{λ1(n2-1)+λ2(n1-1)}] -(5)其中，在等式(3)中，将自然数N设置为2并且占空比是0.2，则可以使零阶衍射效率与一阶衍射效率的比率接近于(10/1)。
在本发明的衍射元件中，如果衍射光栅的深度h3由以下等式(6)表达h3＝[3λ1λ2/{λ1(n2-1)+λ2(n1-1)}] -(6)其中，在等式(3)中，将自然数N设置为3并且占空比是0.5，则可以使零阶衍射效率与一阶衍射效率的比率接近于(10/1)。通过采用这样的零阶衍射效率与一阶衍射效率的比率，可以忽略会使光电检测器的输出信号不稳定的杂散光的影响，同时，使光学使用效率保持为充分高。
在本发明的衍射元件中，如果衍射光栅由具有偏振各向异性的材料形成，可以根据偏振状态来检测是否正在衍射，从而还可以在返回光路中设置衍射元件。同时，本发明的衍射元件可以由不具有偏振各向异性的各向同性的材料形成，因而可以容易地形成。
此外，在根据本发明，设计仅在衍射元件中的透光部件的一个面上形成的衍射光栅的方法中，使具有第一波长λ1的第一激光束和具有第二波长λ2的第二激光束分别以第一和第二衍射效率透过衍射光栅。在衍射光栅中交替地设置每一个具有宽度Wa的槽脊部分和每一个具有宽度Wb的凹槽部分，并且将占空比定义为{Wa/(Wa+Wb)}，从而使用衍射光栅的占空比和深度h作为参数来调节第一和第二衍射效率。因此，可以任意地调节第一和第二激光束的零阶衍射效率和第一和第二激光束的一阶衍射效率。由于可以由仅在透光部件的一个面上形成的衍射光栅来产生衍射光束，因此，与其中由在衍射元件的相对面上形成的两个衍射光栅来调节第一和第二激光束的衍射效率的情况相比，可以使光学使用效率更高。
同时，能够获得以下自由度，可以在与具有衍射光栅的一个面相对的透光部件的另一面上设置另一功能，例如，用于获得跟踪误差信号的三光束光栅，从而导致组件数量的进一步减少。
在本发明的方法中，如果第一激光束是具有作为第一波长λ1的波长为380到420nm的蓝色激光束，而第二激光束是具有作为第二波长的λ2的波长为630到680nm的红色激光束，可以在其中当前所热门研究的超高密度光盘采用蓝色激光束作为光源而DVD采用诸如红色激光束作为光源的单个的光学系统中使用该衍射元件。
在本发明的方法中，衍射光栅的凹槽部分的深度h由以下等式(7)近似表达h＝[Nλ1λ2/{λ1(n2-1)+λ2(n1-1)}] -(7)其中，“N”是自然数，“n1”是针对第一激光束的衍射元件的折射率，而“n2”是针对第二激光束的衍射元件的折射率，同时使第一激光束的零阶衍射效率和第二激光束的零阶衍射效率几乎彼此相等，而使第一激光束的一阶衍射效率和第二激光束的一阶衍射效率几乎彼此相等。根据这种方法，由于设计衍射光栅，从而使在诸如光拾取器中针对两个波长可以获得等量的光，可以使用单个的光电检测器用于两个波长，从而导致组件数量的减少。
在本发明的方法中，如果衍射光栅的深度h1由以下等式(8)表达h1＝[λ1λ2/{λ1(n2-1)+λ2(n1-1)}] -(8)
其中，在等式(7)中，将自然数N设置为1并且占空比是0.135，则可以进行设计，从而使零阶衍射效率与一阶衍射效率的比率接近于(10/1)。
在本发明的方法中，如果衍射光栅的深度h2由以下等式(9)表达h2＝[2λ1λ2/{λ1(n2-1)+λ2(n1-1)}] -(9)其中，在等式(7)中，将自然数N设置为2并且占空比是0.2，则进行设计，从而使零阶衍射效率与一阶衍射效率的比率接近于(10/1)。
在本发明的方法中，如果衍射光栅的深度h3由以下等式(10)表达h3＝[3λ1λ2/{λ1(n2-1)+λ2(n1-1)}] -(10)其中，在等式(7)中，将自然数N设置为3并且占空比是0.5，则进行设计，从而使零阶衍射效率与一阶衍射效率的比率接近于(10/1)。通过采用这样的设计，可以设计衍射元件，从而可以忽略会使光电检测器的输出信号不稳定的杂散光的影响，同时使光学使用效率保持得足够高。
此外，本发明的光头装置包括第一激光束的光源，用于发射具有第一波长λ1的蓝色激光束；第二激光束的光源，用于发射具有第二波长λ2的红色激光束；光学透镜，用于将蓝色激光束和红色激光束会聚在光学信息介质的信息记录面上的细微光斑处；光电检测器，用于响应在光学信息介质的信息记录面上反射的蓝色激光束或红色激光束，输出与蓝色激光束或红色激光束的量相对应的电信号；以及上述的衍射元件。本发明的光头装置包括如上所述的以上衍射元件，因此，其是紧凑且便宜的。
此外，本发明的光学信息设备包括上述的光头装置；电动机，用于旋转光学信息介质；以及电路，用于根据从光头装置中接收到的信号，控制和驱动电动机或光头装置的光学透镜、第一激光束光源和第二激光束光源之一。如上所述，本发明的光学信息设备包括上述光头装置，因此，其是紧凑且便宜的。
另一方面，本发明的计算机包括上述的光学信息设备；输入单元，用于输入信息；算术单元，用于根据由输入单元输入的信息或从光学信息设备中再现的信息来进行算术运算；以及输出单元，用于显示或输出由输入单元输入的信息、从光学信息设备中再现的信息或算术单元的算术运算的结果。如上所述，本发明的计算机包括上述光学信息设备，因此，其是紧凑且便宜的。
此外，本发明的光学信息介质播放器包括上述的光学信息设备；以及解码器，用于将从光学信息设备获得的信息信号转换为图像。如上所述，本发明的光学信息介质播放器包括上述光学信息设备，因此，其是紧凑且便宜的。
同样，本发明的汽车导航系统包括上述的光学信息设备；以及解码器，用于将从光学信息设备获得的信息信号转换为图像。如上所述，本发明的汽车导航系统包括上述光学信息设备，因此，其是紧凑且便宜的。
而且，本发明的光学信息介质记录器包括上述的光学信息设备，以及编码器，用于将图像信息转换为要由光学信息设备记录在光学信息介质上的信息。如上所述，本发明的光学信息介质记录器包括上述光学信息设备，因此，其是紧凑且便宜的。
此外，本发明的光盘服务器包括上述的光学信息设备，以及用于与外部设备交换信息的输入/输出端子。如上所述，本发明的光盘服务器包括上述光学信息设备，因此，其是紧凑且便宜的。
权利要求
1.一种衍射元件，包括透光部件；以及在透光部件的至少一个面上形成的衍射光栅；其中，当具有第一波长λ1的第一激光束和具有第二波长λ2的第二激光束透过衍射元件时，使第一和第二激光束变为分别具有第一和第二衍射效率的第一和第二衍射光束；其中，衍射元件用于仅通过衍射元件的一个面使第一和第二衍射效率彼此相等；其中，衍射光栅具有针对第一激光束的第一相位调制量φ1和针对第二激光束的第二相位调制量φ2，并且第一和第二相位调制量φ1和φ2分别由以下等式(1)和(2)近似表达φ1＝2πN1±Δφ -(1)φ2＝2πN2±Δφ -(2)其中，“N1”和“N2”是自然数，而“Δφ”是相位变化量。
2.根据权利要求1所述的衍射元件，其特征在于在衍射光栅中交替地设置每一个具有宽度Wa的槽脊部分和每一个具有宽度Wb的凹槽部分，并且将占空比定义为{Wa/(Wa+Wb)}，以设其为除了0.5之外的其他值。
3.根据权利要求1所述的衍射元件，其特征在于第一激光束是具有作为第一波长λ1的波长为380到420nm的蓝色激光束，而第二激光束是具有作为第二波长的λ2的波长为630到680nm的红色激光束。
4.根据权利要求1所述的衍射元件，其特征在于衍射光栅的深度h由以下等式(3)近似表达h＝[Nλ1λ2/{λ1(n2-1)+λ2(n1-1)}] -(3)其中，“N”是自然数，“n1”是针对第一激光束的衍射元件的折射率，而“n2”是针对第二激光束的衍射元件的折射率；其中，第一激光束的零阶衍射效率和第二激光束的零阶衍射效率彼此接近，而第一激光束的一阶衍射效率和第二激光束的一阶衍射效率彼此接近。
5.根据权利要求4所述的衍射元件，其特征在于衍射光栅的深度h1由以下等式(4)表达h1＝[λ1λ2/{λ1(n2-1)+λ2(n1-1)}] -(4)其中，在等式(3)中，将自然数N设置为1。
6.根据权利要求5所述的衍射元件，其特征在于在衍射光栅中交替地设置每一个具有宽度Wa的槽脊部分和每一个具有宽度Wb的凹槽部分，并且将占空比定义为{Wa/(Wa+Wb)}；其中，当占空比是0.135时，零阶衍射效率与一阶衍射效率的比率接近于(10/1)。
7.根据权利要求4所述的衍射元件，其特征在于衍射光栅的深度h2由以下等式(5)表达h2＝[2λ1λ2/{λ1(n2-1)+λ2(n1-1)}] -(5)其中，在等式(3)中，将自然数N设置为2。
8.根据权利要求7所述的衍射元件，其特征在于在衍射光栅中交替地设置每一个具有宽度Wa的槽脊部分和每一个具有宽度Wb的凹槽部分，并且将占空比定义为{Wa/(Wa+Wb)}；其中，当占空比是0.2时，零阶衍射效率与一阶衍射效率的比率接近于(10/1)。
9.根据权利要求4所述的衍射元件，其特征在于衍射光栅的深度h3由以下等式(6)表达h3＝[3λ1λ2/{λ1(n2-1)+λ2(n1-1)}] -(6)其中，在等式(3)中，将自然数N设置为3。
10.根据权利要求9所述的衍射元件，其特征在于在衍射光栅中交替地设置每一个具有宽度Wa的槽脊部分和每一个具有宽度Wb的凹槽部分，并且将占空比定义为{Wa/(Wa+Wb)}；其中，当占空比是0.5时，零阶衍射效率与一阶衍射效率的比率接近于(10/1)。
11.根据权利要求1所述的衍射元件，其特征在于衍射光栅由具有偏振各向异性的材料形成。
12.根据权利要求1所述的衍射元件，其特征在于衍射光栅由不具有偏振各向异性的各向同性的材料形成。
13.一种设计仅在衍射元件中的透光部件的一个面上形成的衍射光栅从而使具有第一波长λ1的第一激光束和具有第二波长λ2的第二激光束分别以第一和第二衍射效率透过衍射光栅的方法；其中，在衍射光栅中交替地设置每一个具有宽度Wa的槽脊部分和每一个具有宽度Wb的凹槽部分，并且将占空比定义为{Wa/(Wa+Wb)}，从而使用衍射光栅的占空比和深度h作为参数来调节第一和第二衍射效率。
14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于第一激光束是具有作为第一波长λ1的波长为380到420nm的蓝色激光束，而第二激光束是具有作为第二波长的λ2的波长为630到680nm的红色激光束。
15.根据权利要求13所述的方法，其特征在于衍射光栅的深度h由以下等式(7)近似表达h＝[Nλ1λ2/{λ1(n2-1)+λ2(n1-1)}] -(7)其中，“N”是自然数，“n1”是针对第一激光束的衍射元件的折射率，而“n2”是针对第二激光束的衍射元件的折射率；其中，第一激光束的零阶衍射效率和第二激光束的零阶衍射效率彼此接近，而第一激光束的一阶衍射效率和第二激光束的一阶衍射效率彼此接近。
16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于衍射光栅的深度h1由以下等式(8)表达h1＝[λ1λ2/{λ1(n2-1)+λ2(n1-1)}] -(8)其中，在等式(7)中，将自然数N设置为1。
17.根据权利要求16所述的方法，其特征在于当占空比是0.135时，零阶衍射效率与一阶衍射效率的比率接近于(10/1)。
18.根据权利要求15所述的方法，其特征在于衍射光栅的深度h2由以下等式(9)表达h2＝[2λ1λ2/{λ1(n2-1)+λ2(n1-1)}] -(9)其中，在等式(7)中，将自然数N设置为2。
19.根据权利要求18所述的方法，其特征在于当占空比是0.2时，零阶衍射效率与一阶衍射效率的比率接近于(10/1)。
20.根据权利要求15所述的方法，其特征在于衍射光栅的深度h3由以下等式(10)表达h3＝[3λ1λ2/{λ1(n2-1)+λ2(n1-1)}] -(10)其中，在等式(7)中，将自然数N设置为3。
21.根据权利要求20所述的方法，其特征在于当占空比是0.5时，零阶衍射效率与一阶衍射效率的比率接近于(10/1)。
22.一种光头装置，包括第一激光束的光源，用于发射具有第一波长λ1的蓝色激光束；第二激光束的光源，用于发射具有第二波长λ2的红色激光束；光学透镜，用于将蓝色激光束和红色激光束会聚在光学信息介质的信息记录面上的细微光斑处；光电检测器，用于响应在光学信息介质的信息记录面上反射的蓝色激光束或红色激光束，输出与蓝色激光束或红色激光束的量相对应的电信号；以及衍射元件，其包括透光部件、以及在透光部件的至少一个面上形成的衍射光栅；其中，当蓝色激光束和红色激光束透过衍射元件时，使蓝色激光束和红色激光束变为分别具有第一和第二衍射效率的第一和第二衍射光束；其中，衍射元件用于仅通过衍射元件的一个面使第一和第二衍射效率彼此相等；其中，衍射光栅具有针对蓝色激光束的第一相位调制量φ1和针对红色激光束的第二相位调制量φ2，并且第一和第二相位调制量φ1和φ2分别由以下等式(11)和(12)近似表达φ1＝2πN1±Δφ -(11)φ2＝2πN2±Δφ -(12)其中，“N1”和“N2”是自然数，而“Δφ”是相位变化量，其中，衍射元件从蓝色激光束和红色激光束中产生衍射光束，并且光电检测器接收折射光束，从而检测伺服信号。
23.一种光头装置，包括第一激光束的光源，用于发射具有第一波长λ1的蓝色激光束；第二激光束的光源，用于发射具有第二波长λ2的红色激光束；光学透镜，用于将蓝色激光束和红色激光束会聚在光学信息介质的信息记录面上的细微光斑处；光电检测器，用于响应在光学信息介质的信息记录面上反射的蓝色激光束或红色激光束，输出与蓝色激光束或红色激光束的量相对应的电信号；以及衍射元件，其包括透光部件、以及在透光部件的至少一个面上形成的衍射光栅，从而使蓝色激光束和红色激光束分别以第一和第二衍射效率透过衍射光栅；其中，在衍射光栅中交替地设置每一个具有宽度Wa的槽脊部分和每一个具有宽度Wb的凹槽部分，并且将占空比定义为{Wa/(Wa+Wb)}，从而使用占空比和深度作为参数来调节第一和第二衍射效率；其中，衍射元件从蓝色激光束和红色激光束中产生衍射光束，并且光电检测器接收折射光束，从而检测伺服信号。
24.一种光学信息设备，包括光头装置，所述光头装置包括第一激光束的光源，用于发射具有第一波长λ1的蓝色激光束；第二激光束的光源，用于发射具有第二波长λ2的红色激光束；光学透镜，用于将蓝色激光束和红色激光束会聚在光学信息介质的信息记录面上的细微光斑处；光电检测器，用于响应在光学信息介质的信息记录面上反射的蓝色激光束或红色激光束，输出与蓝色激光束或红色激光束的量相对应的电信号；以及衍射元件，其包括透光部件、以及在透光部件的至少一个面上形成的衍射光栅；其中，当蓝色激光束和红色激光束透过衍射元件时，使蓝色激光束和红色激光束变为分别具有第一和第二衍射效率的第一和第二衍射光束；其中，衍射元件用于仅通过衍射元件的一个面使第一和第二衍射效率彼此相等；其中，衍射光栅具有针对蓝色激光束的第一相位调制量φ1和针对红色激光束的第二相位调制量φ2，并且第一和第二相位调制量φ1和φ2分别由以下等式(11)和(12)近似表达φ1＝2πN1±Δφ -(11)φ2＝2πN2±Δφ -(12)其中，“N1”和“N2”是自然数，而“Δφ”是相位变化量；其中，衍射元件从蓝色激光束和红色激光束中产生衍射光束，并且光电检测器接收折射光束，从而检测伺服信号；电动机，用于旋转光学信息介质；以及电路，用于根据从光头装置中接收到的信号，控制和驱动电动机或光头装置的光学透镜、第一激光束光源和第二激光束光源之一。
25.一种光学信息设备，包括光头装置，所述光头装置包括第一激光束的光源，用于发射具有第一波长λ1的蓝色激光束；第二激光束的光源，用于发射具有第二波长λ2的红色激光束；光学透镜，用于将蓝色激光束和红色激光束会聚在光学信息介质的信息记录面上的细微光斑处；光电检测器，用于响应在光学信息介质的信息记录面上反射的蓝色激光束或红色激光束，输出与蓝色激光束或红色激光束的量相对应的电信号；以及衍射元件，其包括透光部件、以及在透光部件的至少一个面上形成的衍射光栅，从而使蓝色激光束和红色激光束分别以第一和第二衍射效率透过衍射光栅；其中，在衍射光栅中交替地设置每一个具有宽度Wa的槽脊部分和每一个具有宽度Wb的凹槽部分，并且将占空比定义为{Wa/(Wa+Wb)}，从而使用占空比和深度作为参数来调节第一和第二衍射效率；其中，衍射元件从蓝色激光束和红色激光束中产生衍射光束，并且光电检测器接收折射光束，从而检测伺服信号；电动机，用于旋转光学信息介质；以及电路，用于根据从光头装置中接收到的信号，控制和驱动电动机或光头装置的光学透镜、第一激光束光源和第二激光束光源之一。
26.一种计算机，包括如权利要求24所述的光学信息设备；输入单元，用于输入信息；算术单元，用于根据由输入单元输入的信息或从光学信息设备中再现的信息来进行算术运算；以及输出单元，用于显示或输出由输入单元输入的信息、从光学信息设备中再现的信息或算术单元的算术运算的结果。
27.一种计算机，包括如权利要求25所述的光学信息设备；输入单元，用于输入信息；算术单元，用于根据由输入单元输入的信息或从光学信息设备中再现的信息来进行算术运算；以及输出单元，用于显示或输出由输入单元输入的信息、从光学信息设备中再现的信息或算术单元的算术运算的结果。
28.一种光学信息介质播放器，包括如权利要求24所述的光学信息设备；以及解码器，用于将从光学信息设备获得的信息信号转换为图像。
29.一种光学信息介质播放器，包括如权利要求25所述的光学信息设备；以及解码器，用于将从光学信息设备获得的信息信号转换为图像。
30.一种汽车导航系统，包括如权利要求24所述的光学信息设备；以及解码器，用于将从光学信息设备获得的信息信号转换为图像。
31.一种汽车导航系统，包括如权利要求25所述的光学信息设备；以及解码器，用于将从光学信息设备获得的信息信号转换为图像。
32.一种光学信息介质记录器，包括如权利要求24所述的光学信息设备，以及编码器，用于将图像信息转换为要由光学信息设备记录在光学信息介质上的信息。
33.一种光学信息介质记录器，包括如权利要求25所述的光学信息设备，以及编码器，用于将图像信息转换为要由光学信息设备记录在光学信息介质上的信息。
34.一种光盘服务器，包括如权利要求24所述的光学信息设备，以及用于与外部设备交换信息的输入/输出端子。
35.一种光盘服务器，包括如权利要求25所述的光学信息设备，以及用于与外部设备交换信息的输入/输出端子。
全文摘要
一种衍射元件，包括透光部件；以及在透光部件的至少一个面上形成的衍射光栅。当具有第一波长λ1的第一激光束和具有第二波长λ2的第二激光束分别以第一和第二衍射效率透过衍射元件时，衍射元件用于仅通过衍射元件的一个面使第一和第二衍射效率彼此相等。衍射光栅具有针对第一激光束的第一相位调制量φ1和针对第二激光束的第二相位调制量φ2，并且第一和第二相位调制量φ1和φ2分别近似为2πN1±Δφ和2πN2±Δφ，其中，“N1”和“N2”是自然数，而“Δφ”是相位变化量。
文档编号G11B7/125GK1538414SQ200410032568
公开日2004年10月20日 申请日期2004年4月9日 优先权日2003年4月15日
发明者田中俊靖, 金马庆明, 佐野晃正, 明, 正 申请人:松下电器产业株式会社