CN100403422C - 光盘设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种光盘设备，其利用在两个表面上形成有用于衍射分别具有不同波长的两激光束的衍射光栅的光学元件；通过使用同样的光学系统，使由两个半导体激光器输出的第一激光束和第二激光束会聚在光盘上。第一衍射光栅及第二衍射光栅的光栅槽方向被设置成使得第一衍射光栅与第二衍射光栅的光栅槽所形成的角度约为1.8度。

Description

光盘设备
技术领域
本发明涉及一种光盘设备，尤其是一种能从诸如DVD、CD之类规格可变的多种光盘中读取数据或将数据记录在该光盘上的光盘设备。
背景技术
诸如DVD播放器和DVD记录器之类的光盘设备，被配置为能够从多种光盘中读取数据或将数据记录该光盘上，这些光盘可以是例如CD、CD-R和CD-RW(在此统一简称为CD)，也可是DVD、DVD-R、DVD-RW及DVD-ROM，这些光盘可在规格上变化。
因此，用于读取DVD和CD中的数据或将数据记录在DVD和CD上的激光束的波长是相互不同的，这是由于DVD和CD的记录密度不同。因此，两个半导体激光器(包括集成激光器芯片)用于输出分别具有不同波长的两束激光束。另一方面，为了减少光盘设备中所使用的光学拾波器(opticalpickup)的尺寸和重量以及降低成本，已经提出了采用相同光学系统将从两个半导体激光器输出的激光束会聚在一光盘上。
此外，在这些光盘设备中，为了检测跟踪误差，利用衍射光栅将激光束分离成零阶衍射光、正一阶衍射光和负一阶衍射光这三条光束。
在日本特许公开2002-190133中，在板状光学元件的两个表面上分别形成有用于DVD的衍射光栅和用于CD的衍射光栅。在这种方法中，因为一个衍射光栅的光栅槽与另一衍射光栅的光栅槽所形成的角度为0.68度的较小角度，所以被一个衍射光栅所衍射的光会与被另一衍射光栅所衍射的光相互干涉。在CD的情况下，特别是，正一阶衍射光次光束(sub-beam)与负一阶衍射光次光束之间的强度比变大，从而跟踪误差信号的误差分量也变得更大。
在日本特许公开2003-162831中，为了使正一阶衍射光次光束和负一阶衍射光次光束的一推挽信号的振幅基本为零，衍射光栅由相移衍射光栅(phase-shifting diffraction grating)制成，以获得一部分激光束的相位差。该相移衍射光栅被形成为使得形状象正方形的板状光学元件例如被分为四个正方形区域，而且在关于该光学元件(光轴)的中心对称的两个区域内的光栅槽移动离开其它两个区域中的光栅槽1/4栅距。然而，制造如此复杂、高精度光栅槽的光学元件是困难的。这种方法会增加制造成本，且由于光栅槽的形状误差而产生了新的问题。
在日本特许公开2004-39109中，为了防止用于CD的激光束被用于DVD的衍射光栅所衍射及用于DVD的激光束被用于CD的衍射光栅所衍射，衍射光栅被形成为使得衍射光栅槽的深度大于一般光栅槽的深度，而且光栅槽的占空率(duty ratio)偏离0.5。然而，制造如此复杂、高精度光栅槽的光学元件是困难的。这种方法会增加制造成本，且由于光栅槽的形状误差而产生了新的问题。
在日本特许公开2002-208166中，光学元件的两个表面都设有衍射光栅。靠近光源的一个衍射光栅不但衍射用于DVD的激光束而且衍射用于CD的激光束，而另一衍射光栅再衍射来自光盘的反射光，从而将用于DVD的激光束和用于CD的激光束引导到设置在各自不同位置的受光部件。采用这样一种配置，要求有两对受光器件，这与减小光学拾波器的尺寸和重量以及降低成本的目的是背道而驰的。
发明内容
本发明用于解决上述问题，而且其目的在于提供一种光盘设备，以减少光学拾波器的尺寸和重量以及降低成本，减少两个衍射光栅的衍射光之间相互干涉的影响，从而提高光盘设备中跟踪误差信号的检测精度。
通过采用在各表面上形成有用于衍射分别具有不同波长的两束光束的衍射光栅的一光学元件，该光盘设备能从规格不同的多种光盘中读取数据或将数据记录在光盘上，而且通过使用同样的光学系统，该光盘设备可使从两个半导体激光器输出的激光束会聚在光盘上。
依据本发明实施例的光盘设备采用光学拾波器。该光盘包括：光源，用于输出第一激光束和第二激光束，该第一激光束和该第二激光束分别具有与具有不同规格的第一光盘和第二光盘相对应的不同波长；及，一普通光学系统，用于使该第一激光束和该第二激光束会聚在光盘上并将来自该光盘的反射光束引导到一个受光部件。
该光学系统包括衍射光学元件，在该衍射光学元件上形成有分别用于将该第一激光束和该第二激光束分离成零阶衍射光主光束、正一阶衍射光次光束和负一阶衍射光次光束这三条光束的两个衍射光栅。
该衍射光学元件具有两个相互平行的平面，而且第一衍射光栅形成于该光学元件的所述两个平面的一个面上，第二衍射光栅形成于该光学元件的所述两个平面的另一面上，使得第一衍射光栅与第二衍射光栅的光栅槽所形成的角度约为1.8度。
根据这样的结构，第一激光束和第二激光束能会聚在光盘上，并可使用普通的光学系统将来自光盘的反射光束引导到一个光束接收部件。因此，可以减少光学拾波器的尺寸及重量并降低光学拾波器的成本。
此外，该光学系统包括一衍射光学单元，在该衍射光学单元上形成分别用于将第一激光束和第二激光束分离成零阶衍射光主光束、正一阶衍射光次光束和负一阶衍射光次光束这三个光束的衍射光栅。在该光学元件上，第一衍射光栅形成于一个表面上，第二衍射光栅形成于另一表面上，使得连接第一衍射光栅的各衍射光的直线与该光盘上的磁道相交的方向和连接第二衍射光栅的各衍射光的直线与该光盘上的磁道相交的方向属于相对侧。因此，与传统的实例相比较，可以减少第一衍射光栅的衍射光和第二衍射光栅的衍射光的影响，并提高跟踪误差信号的检测精度。
附图说明
图1是示出依据本发明实施例的光盘设备的结构方框图；
图2是示出光盘设备中的光学拾波器的结构示意图；
图3是示出光盘设备中的光学拾波器的改型结构示意图；
图4是示出会聚在传统光盘设备中光盘上的三束光束的位置与该光盘上的磁道之间关系的示意图；
图5是示出会聚在依据本实施例的光盘设备中光盘上的三束光束的位置和该光盘上的磁道之间关系的示意图；
图6是列举传统衍射光学元件的第一衍射光栅和第二衍射光栅与磁道方向所形成的角度的示意图；
图7是列举依据本实施例的衍射光学元件的第一衍射光栅和第二衍射光栅与磁道方向所形成的角度的示意图；
具体实施方式
下面来说明依据本发明实施例的光盘设备及在该设备中所使用的光学拾波器。图1示出了依据该实施例的光盘设备的结构。
光盘设备1包括：工作台3，其上放置着光盘2；主轴马达4，其用于旋转驱动工作台3及放置在工作台3上的光盘2；光学拾波器5，用于将激光束照射到记录有数据的光盘2的表面上，以便读取记录在光盘2上的数据和/或将数据记录在光盘2上；光学拾波器驱动机构6，用于沿光盘2的径向移动光学拾波器5；和控制器7，用于控制主轴马达4、光学拾波器5和光学拾波器驱动机构6。
光盘设备1例如是可以从只可复制的DVD(ROM)和CD(ROM)来读取数据，而且可以从可记录的DVD-R、DVD-RW、DVD-RAM、CD-R及CD-RW中读取数据或将数据记录在其内的DVD记录器。在下文中，DVD、DVD-R、DVD-RW及DVD-RAM共同地被称为“DVD”，而CD、CD-R及CD-RW共同地被称为“CD”。
图2示出了光盘设备1中所使用的光学拾波器5的结构。光学拾波器5具有用于输出具有适合于DVD(第一光盘)的660nm波长(第一波长)的第一激光束的第一激光源51、和用于输出具有适合于CD(第二光盘)的797nm波长(第二波长)的第二激光束的第二激光源52。该第一激光源51和该第二激光源52以约100μm的间隔基本相互平行地布置，且由一个芯片形成为半导体激光器件50。
为了与半导体激光器件50的发光面相对，设置了衍射光学元件53，并使与半导体激光器件50的该发光面相对的衍射光学元件53至少一部分的形状象平行板。在与半导体激光器件50的该发光面相对的衍射光学元件53的表面上形成第一衍射光栅，用于衍射适用于DVD的该第一激光束，例如将光束分离成零阶衍射光主光束、正一阶衍射光次光束和负一阶衍射光次光束这三条光束。此外，在与半导体激光器件50的该发光面相对的该表面的相对表面上形成第二衍射光栅，用于衍射适用于CD的该第二激光束，例如将光束分离成一零阶衍射光主光束、正一阶衍射光次光束和负一阶衍射光次光束这三条光束。
在使半导体激光器件50与衍射光学元件53连接的光轴延伸线上设置有半反射镜54，其用于使由衍射光学元件53分离的三束光的一部分通过而其余部分沿基本垂直的方向被反射。在本实施例中，被半反射镜54以直角弯曲后的光轴被设为垂直于光盘2的数据记录表面。在由透明反射镜54以直角弯曲后的该光轴上，设置有使被半反射镜54反射的三束光的每一束准直的准直透镜55和用于允许准直光束会聚在光盘2的数据记录表面上的物镜56。此外，在由位于磁盘2的另一侧的半反射镜54所弯曲后的该光轴延伸线上设置有一受光器件57，用于接收由光盘2反射的、被物镜56和准直透镜55会聚的、并穿过半反射镜54的反射光束。
各个元件的布置不限于此。如图3所示，半导体激光器件50和衍射光学元件53可以布置在与光盘2的数据记录表面垂直的光轴上；而受光器件57可以沿平行于光盘2的数据记录表面的方向布置在被半反射镜54弯曲后的光轴上。
随后来说明在衍射光学元件53上形成的第一衍射光栅及第二衍射光栅的光栅槽方向。一般地，采用三光束方法来检测复制CD时的跟踪误差。例如在复制DVD的过程中可以采用推挽方法。在任一情况下，，激光束利用衍射光栅衍射而形成零阶衍射光主光束、正一阶衍射光次光束和负一阶衍射光次光束这三条光束。
图4给出了例如在日本特许公开2002-190133公开的传统光盘设备中会聚在光盘上的三条光束的位置和光盘磁道之间的关系。在图4中，光盘上的磁道被表示为平行直线40。为了易于比较，将由适用于DVD的第一衍射光栅所衍射的第一激光束的零阶衍射光主光束D0和由适用于CD的第二衍射光栅所衍射的第二激光束的零阶衍射光主光束C0示于相同位置。符号+D1和-D1分别对应于DVD且代表着由第一衍射光栅所衍射的第一激光束的正一阶衍射光次光束和负一阶衍射光次光束的位置。符号+C1和-C1分别对应于CD且代表着由第二衍射光栅所衍射的第二激光束的正一阶衍射光次光束和负一阶衍射光次光束的位置。
如图4所示，在传统光盘设备中的光盘上，第一衍射光栅及第二衍射光栅的光栅槽方向以下述方式来设置：连接由第一衍射光栅所衍射的第一激光束的正一阶衍射光+D1、零阶衍射光D0及负一阶衍射光-D1的直线LD与磁道40相交的方向和连接由第二衍射光栅所衍射的第二激光束的正一阶衍射光+C1、零阶衍射光C0及负一阶衍射光-C1的直线LC与磁道40相交的方向属于同一侧。在图4中，该直线LD与磁道40形成的夹角被定义为ФD，该直线LC与磁道40形成的夹角被定义为ФC。
因此，如日本特许公开2002-190133所述，第一衍射光栅的光栅槽与第二衍射光栅的光栅槽所形成的角度(ФC-ФD)为0.68度的一较小值，从而被第一衍射光栅所衍射的光与被第二衍射光栅所衍射的光相干涉。在CD中，有一问题是正一阶衍射光次光束与负一阶衍射光次光束之间的强度比变得更大，且跟踪误差信号的误差分量也变得更大。
随后，图5示出了根据本实施例的光盘设备1中被聚焦在光盘2上的三束光的位置和光盘上的磁道40之间的关系，图5中相同的参考号代表着与图4中的相同元件。
如图5所示，在依据本实施例所述的光盘设备1中的光盘2上，第一衍射光栅及第二衍射光栅的光栅槽方向以下述方式来设置：连接由第一衍射光栅所衍射的第一激光束的正一阶衍射光+D1、零阶衍射光D0及负一阶衍射光-D1的直线LD与磁道40相交的方向和连接由第二衍射光栅所衍射的第二激光束的正一阶衍射光+C1、零阶衍射光C0及负一阶衍射光-C1的直线LC与磁道40相交的方向属于相对侧。
因此，第一衍射光栅的光栅槽与第二衍射光栅的光栅槽所形成的角度(ФC+ФD)约为1.8度，该角度大于在传统设备中所形成的角度。因此被第一衍射光栅所衍射的光与被第二衍射光栅所衍射的光干涉的可能性就较小。在CD中，有一问题是正一阶衍射光次光束与负一阶衍射光次光束之间的强度比变得更小，且跟踪误差信号的误差分量也能更小。因此，因为第一衍射光栅所衍射的光与被第二衍射光栅所衍射的光之间的相互干涉影响减小且跟踪误差信号的检测精度提高，所以光学拾波器5和采用光学拾波器5的光盘设备1的性能稳定。
图6示出了传统衍射光学元件的一个实例。图7示出了依据本实施例所述的衍射光学元件53的一个实例。在图6和图7中，以放大的方式来表示第一衍射光栅的光栅槽G1和第二衍射光栅的光栅槽G2分别与光盘2的磁道方向所形成的夹角ФC和ФD。
从图6与图7的对比可理解的是，衍射光学元件53与传统衍射光学元件的不同仅在于衍射光栅槽的方向，而制造过程及成本与平常的相同。当跟踪误差信号被检测时，尽管计算由受光器件的每个受光区域所输出的信号的方法需要稍微改进，但是能通过重写一算法程序来对其进行处理。因此，利用一个光学系统，分别具有不同波长的第一激光束和第二激光束能会聚在相应的第一光盘和第二光盘上，而且来自光盘的反射光束能会聚在受光器件上。因此，可以减少光盘1的尺寸、重量以及降低成本。
尽管在本实施例的说明中将DVD记录器作为该光盘设备的一个实例，但是本发明不局限于此。本发明可以应用到所有能从具有不同规格的多种光盘中读取数据或将数据记录在光盘上的光盘设备。此外，光盘不限于DVD和CD，更不必说可以支持将来可以被付诸实用的带有新格式的光盘。
本发明基于2004年7月22日在日本提交的日本专利申请2004-213801，其内容通过参考结合了于此。
尽管参照附图由实例来详细地说明了本发明，但是应该清楚的是，对熟悉本领域的技术人员来说，任何变化和修改都是显而易见的。因此，除非这种变化和修改脱离了本发明的范围，否则它们都被解释为包括于本发明之内。

Claims (2)

1.一种采用光学拾波器的光盘设备，其中，
该光盘设备包括：光源，用于输出第一激光束和第二激光束，该第一激光束和该第二激光束分别具有与具有不同规格的第一光盘和第二光盘相对应的不同波长；及，普通光学系统，用于使该第一激光束和该第二激光束会聚在光盘上并将来自该光盘的反射光束引导到一个受光部件；
该光学系统包括衍射光学元件，在该衍射光学元件上形成有两个衍射光栅，所述两个衍射光栅分别用于将该第一激光束和该第二激光束分离成零阶衍射光主光束、正一阶衍射光次光束和负一阶衍射光次光束的三条光束；及
该衍射光学元件具有两个相互平行的平面，而且，第一衍射光栅形成于该光学元件的所述两个平面的一个面上，第二衍射光栅形成于该光学元件的所述两个平面的另一面上，使得第一衍射光栅与第二衍射光栅的光栅槽所形成的角度约为1.8度。
2.一种采用光学拾波器的光盘设备，其中，包括：
第一激光源，用于输出具有适用于第一光盘的第一波长的第一激光束；
第二激光源，其设置成与该第一激光源基本平行并距离该第一激光光源预定距离，用于输出具有适用于第二光盘的第二波长的第二激光束，该第二光盘具有不同于该第一光盘的规格；
衍射光学元件，在该衍射光学元件上形成有衍射光栅，所述衍射光栅用于衍射从该第一激光源输出的该第一激光束和从该第二激光源输出的该第二激光束，并将光束分离成零阶衍射光主光束、正一阶衍射光次光束和负一阶衍射光次光束的三个光束；
半反射镜，用于使该衍射光学元件所分离的三条光束的一部分通过，并使其余的光束沿一预定方向反射；
准直透镜，用于使通过该半反射镜或由该半反射镜反射的朝向该准直透镜的三束光束均准直；
物镜，用于使由该准直透镜校准的准直光束会聚在所述第一或第二光盘的数据记录表面上；及
受光器件，用于接收被所述第一或第二光盘反射的并被该物镜和该准直透镜会聚的、且由该半反射镜反射或穿过该半反射镜的、朝向该受光器件的反射光束；其中
该衍射光学元件具有两个相互平行的平面，用于衍射该第一激光束的第一衍射光栅形成在所述两个平面的一个面，用于衍射该第二光束的第二衍射光栅形成在所述两个平面的另一面上；
该第一衍射光栅及该第二衍射光栅的光栅槽方向被设置成使得第一衍射光栅与第二衍射光栅的光栅槽所形成的角度约为1.8度；及
通过该第一衍射光栅的光栅槽与该第二衍射光栅的光栅槽所形成的角度来改善跟踪误差信号的检测精度，从而使得该第一衍射光栅及该第二衍射光栅所衍射的光干涉影响减小。
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