CN1044418C - 使用全息图检测焦点误差和跟踪误差的激光头 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种读出存储在光记录载体上的信息的激光头。本发明采用用作衍射装置的全息元件把被衍射的光束旋转规定角度的方法使衍射角变化了的光束在光电二极管的规定方向上移动，而且，采用即使通过全息元件的光束的波长变化而使光点形成位置改变时也能接受衍射光束形成的光点的形状的光电二极管。这样，因为入射的是随波长的变化而改变衍射角的光束，所以可以检测出不管周围温度如何变化都不引入位移的焦点误差和跟踪误差。

Description

使用全息图检测焦点误差和跟踪误差的激光头
本发明涉及一种激光头，特别是涉及CD盘播放机、CD-ROM中使用激光束读取被记录的信息的装置的激光头。
一般，激光头把激光二极管产生的激光束发射到光记录载体，再用光电二极管把光记录载体反射的激光束变换成电信号，使用激光头的重放系统采用象散调整法、临界角检测法等来调节从激光头射出的激光束准确地聚焦在记录载体上。而且，采用3束法、推挽法等等来进行激光头的跟踪控制。下面根据图1和图2来说明采用六个光电二极管、用象散法检测焦点误差、用3束法检测跟踪误差的现有技术。
图1表示原来的激光头10的示意图。图2A～图2E是说明图2装置的焦点误差和跟踪误差的示意图，表示激光束在六个光电二极管上形成的光点。
图1的激光头10设有由产生激光束的激光二极管11和产生电信号的六个光电二极管A～F构成的光接收器16。在记录有信息的光记录载体15和激光二极管11之间按从激光二极管11至光记录载体15的方向顺次配置有光栅12、全息图透镜13和物镜14。全息图透镜13调节由光记录载体15反射的激光束的位置，使之入射到光接收器16的光电二极管A～F上。支座17把激光二极管11和光接收器16相互保持一定的间隔。
由激光二极管11射出的光束被光栅12分离成三条光束，被分离出的各条光束通过全息图透镜13的同时被衍射成多级的光束，0级衍射光束被物镜14聚束后入射到光记录载体15上。入射到光记录载体15上再反射出的光束再次通过物镜14，然后入射到全息图透镜13。全息图透镜13再次衍射从物镜射入的光束，而产生多级衍射的光束。被衍射出的光束中，被0级衍射光束之外的其余的衍射光束投射到光栅12上，光栅12把衍射光束分离成三条光束，由光栅12分离的光束射入由六个光电二极管A～F构成的光接收器16。光接收器16的入射光束在六个光电二极管的上表面形成光点。如图2A至图2C所示，光点随着焦点误差的大小而变形，虽然没有图示出形成在外围光电二极管E、F上的光点，但随跟踪误差的大小，其相对亮度是互不相同的，焦点误差FE和跟踪误差TE分别由下式计算：
          FE=(A+C)-(B+D)
          TE=E-F
上式中右边的符号表示各字母所对应的光电二极管的通量或电信号的大小，而且，当具有图2所示的形状的光点时，重放系统检测出＂0＂焦点误差FE。因为激光头10采用激光束的特定波长(在CD的情况下，一般为780nm)，所以全息图透镜13和光电二极管A～F的位置由入射到光接收器16的光束中的一次光束的衍射角来决定。
但是，众所周知，激光束的波长随温度的变化而不同，因此，在激光头10的温度随周围的温度变化而变化时，通过全息图透镜13的光的衍射角度就发生变化，由于衍射角的变化而使形成在光电二极管上的光点的集团左移或右移的形态表示于图2D和图2E。当由于波长的变化而使光点的中心位置偏离激光头10容许的光电二极管A、B、C、D的中心位置时，重放系统就难以用包含位移在内的非正常的焦点误差来准确地进行焦点调节。
把全息图透镜用作光透镜的其他现有技术有1988年3月15日批准的4,731,772号美国专利。该现有技术把兼有光分离器及双棱镜功能的全息图透镜用在激光头中，而且，该现有技术把半导体激光二极管和光电二极管安装在同一器件上，使半导体激光二极管和光电二极管同时移动，从而，即使其中哪一个振动，激光头都能准确地动作。但是，这种现在技术终归没能解决温度变化引起的衍射光束波长的变化而产生的光点位置变更的问题。
本发明的目的是为解决前述的问题而提供一种即使在周围温度变化导致光束的衍射角被改变的情况下检测焦点误差也不受位移影响的激光头。
根据本发明的一种读出光记录载体上存储的信息的激光头，包括：
发射具有已经设定的波长的光束的光发射装置；
设置在相对于所述光发射装置的一定位置的光接收器件；
设置在光发射装置的前面，用以将所述光发射装置的发射光聚束光到盘上的物镜；
设置在所述光发射装置与物镜之间的衍射分离器；
设置在前述记录载体和光发射装置之间的衍射装置，从前述光记载载体反射的光具有相对于由前述记录载体和光发射装置构成的轴倾斜的轴，所述的衍射装置把所述的被反射的光衍射得具有应答于前述光记录载体上形成的焦点变化的空间变化；以及
即使随周围温度变化光束的波长与已经设定的波长不同时也能从被衍射装置衍射的光束中检出跟踪误差和焦点误差而配置在从前述光记录载体射入衍射装置并被衍射的光束的路径上的光检测装置，
其特征在于，前述衍射装置设有把从前述光记录载体入射到衍射装置的光束分离成为具有不同衍射角的两条光束，再使之旋转已经设定的角度后射出的两种全息元件，
前述的全息元件是把从各全息元件射出的光束旋转同一角度的第1全息元件和第2全息元件。
本发明的衍射分离器使被衍射后的光束旋转规定的角度，从而使改变了衍射角的光束在光电二极管的规定方向上移动。而且，使用即使由于通过衍射分离器的光束的波长变化而使形成的光点位置变化的情况下，也能接受被衍射的光束形成的光点的形状的光电二极管。
以下根据附图详细说明本发明的一个实施例。
图1是原来的激光头。
图2A至2E是说明图1的装置的焦点误差和跟踪误差的示意图。
图3是按照本发明的优选实施例的激光头的慨略结构图。
图4A及4B是表示衍射分离器投射到光电二极管上的光束形状的示意图。
图5A及5B表示被全息图元件旋转的光点。
图6是正焦点时由全息图元件在光接收器的边上形成的光点。
图7A至7E表示由物镜在焦点方向上移送而在光电二极管上生成的光点。
图3表示按照本发明的优选实施例的激光头的慨略结构。
图3的激光头30有一个具备激光二极管的发光器31和一个固定在相对发光器31一定位置上具有四个光电二极管A1、A2、B1、B2的光接收器35，在发光器31的前面定位有把发光器31射出的光束聚束到光盘34上的物镜33。而且，在发光器31和物镜33之间配置有衍射分离器32，衍射分离器32和美国专利US 4,731,772的全息图透镜一样具备光分离器和双棱镜双重功能，因此，衍射分离器32能使从发光器引入射的光束衍射，并只让其中的0次衍射光束通过物镜汇聚到光盘34上。而且，衍射分离器32具有从光盘34入射来的光束旋转一定角度的功能。这样的衍射分离器32能把来自物镜33的入射光束按不同的角度衍射，且由被称为全息光学元件的图5所示的第1全息元件321和第2全息元件322构成。和原来一样，在25℃的常温下，衍射分离器32被调节得发光点聚焦在光电二极管A1、A2、B1、B2的中心位置。激光二极管LD和光电二极管A1、A2、B1、B2分别表示在后述的图6和图7上。
上述的激光头30动作开始时，发光器31的激光二极管LD射出的光束由衍射分离器32衍射，而只有0次衍射光束入射到物镜33上，由物镜33所汇聚的0次衍射光束被已经刻槽的光盘34反射，被反射的光束再次通过物镜33入射到衍射分离器32，衍射分离器32的第1全息元件321和第2全息元件322为把逆时钟旋转过的光点形成在光接收器35的光电二极管A1、A2、B1、B2上，就先把入射光束旋转之后再射出去。
图4A表示第1全息元件321衍射的向光电二极管A1、A2；前进的光束的行进路径，而图4B表示第2全息元件322衍射的向光电二极管B1、B2前进的光束的行进路径。
图5A和图5B表示在入射到全息元件的光束被旋转的形态下在光电二极管上形成光点的情况。特别是，图5A表示第1全息元件321在光电二极管A1、A2上形成的光点，图5B表示第2全息元件322在光电二极管B1、B2上形成的光点。在图5A和图5B中，32表示衍射分离器，35表示光接收器。
图6表示在正焦点时由全息元件321、322形成在光接收器35的附近的光点。图7A至图7E表示物镜33和光盘34之间的距离变化时分别形成在光电二极管A1、A2、B1、B2的光点。
由全息元件321和322衍射的光束随着离全息元件321、322的行进距离的变化其聚束的程度不同，因此，在下面的说明中，焦点误差FE和跟踪误差TE全部为零的光点形成上光电二极管A1、A2、B1、B2上的情况下，把形成在全息元件和光电二极管之间的焦线作为″前焦线″，而把形成在超过光电二极管的位置上的假想的焦线定为″后焦线″。
如果入射到一个全息元件321或322的光束的光点是半月形时，焦点误差FE和跟踪误差TE全都为零的同样的半月形光点就形成在各全息元件321和322相对应的光电二极管A1、A2或B1、B2上。如图5A和5B所示，这样的光点在光电二极管A1、A2、B1、B2上呈现为逆时针旋转90°的形态。如果光束的焦点准确地会聚在光盘34上，光点就呈现图7C的形状。反之，光束的焦点未处于光盘34上时，在光电二极管A1、A2、B1、B2上就形成图7A、图7B、图7D、图7E那样的光点。如果把物镜33在光盘上形成正焦点时光盘34和物镜33之间的距离作为″动作距离″，若物镜33和光盘34之间的″实际距离″短于″动作距离″的情况下，由光电二极管A1、A2、B1、B2构成的光接收器35检测出图7A和图7B形状的光点。另一方面，在″实际距离″长于″动作距离″的情况下，光接收器35检出图7D和图7E形状的光点。
在未示出的焦点伺服机构进行光束焦点调节过程中，如果由于激光头发热或周围环境的变化而使温度上升或下降时，焦点误差FE和跟踪误差TE检测中的所用的光束的波长发生变化，因此，被衍射分离器32的全息元件321、322衍射的光束的衍射分离器32的全息元件321、322衍射的光束的衍射角也随之被改变。但是，由于构成衍射分离器32的全息元件321和322的结构是使射出的光束的衍射角的变化发生在光电二极管A1、A2、B1、B2的长度方向上，所以不管周围温度变化如何，光点都被形成在光电二极管上。因此，激光头能准确地检出存储在光盘34上的信息。
用由光接收器35检出的光点，计算焦点误差FE和跟踪误差TE的公式如下：
          FE=(A1+B2)-(A2+B1)
          TE=(A1+A2)-(B1+B2)
如果由于实际距离比动作距离短很多，光接收器35检出图7A的前焦线光点或图7B形状的光点的话，未示出的焦点伺服机构就移动物镜33使之远离光盘34；如果光接收器35检出的光点具有图7D或图7E的形状，焦点伺服机构就把物镜33移近光盘34。因此，物镜33的光焦点被准确地聚焦在光盘34上。焦点误差FE取决于入射到光电二极管A1、A2、B1、B2的光束的相对光通量。如图7B所示，在实际距离短于动作距离的情况下，如果比一比由第1全息元件321聚焦在光电二极管A1和A2上的光点，可以发现聚焦在光电二极管A1上的光点在聚焦在光电二极管A2上的光点大，因此，焦点伺服机构先采取使用四个光电二极管A1、A2、B1、B2的原来的象散调整法检测出焦点误差FE，再按照检测出的焦点误差移动物镜33。虽然没有进行图示，但也可知道，由于跟踪误差TE的大小使入射到两个光电二极管A1、A2的光通量和入射到另两个光电二极管B1、B2的光通量变得不相同。因此，如果用原来的推挽法的话，跟踪伺服机构可以用被检出的跟踪误差来调节激光头的跟踪。
如上所述，本发明借助于衍射分离器把衍射的光束旋转规定角度的方法使衍射角度改变了的光束在光电二极管的规定方向上移动。而且采用即使由于通过衍射分离器的光束的波长变化而使光点形成位置变化的情况下也能接受被衍射的光束的光点的形状的光电二极管。因此，由于入射的是根据波长的变化而改变了衍射角的光束，所以无论周围温度的变化如何也能检出没有引入位移的焦点误差和跟踪误差。

Claims (4)

1．一种使用全息图检测焦点误差和跟踪误差的激光头，包括：
发射具有已经设定的波长的光束的光发射装置；
设置在相对于所述光发射装置的一定位置的光接收器件；
设置在光发射装置的前面，用以将所述光发射装置的发射光聚束光到盘上的物镜；
设置在所述光发射装置与物镜之间的衍射分离器；
设置在前述记录载体和光发射装置之间的衍射装置，从前述光记载载体反射的光具有相对于由前述记录载体和光发射装置构成的轴倾斜的轴，所述的衍射装置把所述的被反射的光衍射得具有应答于前述光记录载体上形成的焦点变化的空间变化；以及
即使随周围温度变化光束的波长与已经设定的波长不同时也能从被衍射装置衍射的光束中检出跟踪误差和焦点误差而配置在从前述光记录载体射入衍射装置并被衍射的光束的路径上的光检测装置，
其特征在于，前述衍射装置设有把从前述光记录载体入射到衍射装置的光束分离成为具有不同衍射角的两条光束，再使之旋转已经设定的角度后射出的两种全息元件，
前述的全息元件是把从各全息元件射出的光束旋转同一角度的第1全息元件和第2全息元件。
2．根据权利要求1的激光头，其特征在于，前述的光检测装置具有多个光电二极管，这些光电二极管平行于光束的衍射方向的部分的长度比垂直于衍射方向的部分的长度长。
3．根据权利要求1的激光头，其特征在于，前述的光检测装置具有采用比例象散调整法检测焦点误差、用推挽法检测跟踪误差而相互邻接配置的四个光电二极管。
4．根据权利要求3的激光头，其特征在于，前述光检测装置被设置得和前述光发射装置一起移动。
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