CN1064775C - 光拾取装置 - Google Patents

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Abstract

一种光拾取装置,其特征在于:在光源与记录媒体之间,配置将光源的光分割成若干光束的全息元件;全息元件具有以与媒体记录光迹大致成正交方向的分割线来分界且两侧衍射条件互异的一对衍射光栅;该对衍射光栅中至少有一个具有大致向记录光迹方向的衍射功能。光检测器分割线被做成与物镜作跟踪移动时在光检测器上发生的束点重心位置的移动线相重合;或在光束分离器与受光元件之间配置校正像差的光学系统。

Description

光拾取装置
本发明是涉及从光盘或光磁盘等信息记录媒体上读取信息的光拾取(pickup)装置的发明。
例如,在CD激光盘片(compactdisk)上的记录信息,通过设在盘面上的坑点列(记录光迹)加以存储,作为读取这种记录信息的光拾取装置,大多是如图16所示的采用3波束和像散法的装置。
在这种装置里,激光光源1的光通过衍射光栅7、光束分离器3在物镜4上得到聚焦,并将相干光照射在盘片5的信息记录光迹(坑点列)上,再将其反射光通过物镜4、光束分离器3导向到光检测器8上。照射在盘片5上的光点位置落在坑点部分时,由于反射光与照射光的干涉效应,与由坑点外的平坦部分所反射的情况相比,其反射光光量来得小。从而,在光拾取装置中,响应于那些坑点列的反射光量的变化,由光检测器8变换成电信号并输出之。
可是,在现实的光盘中,不能要求其表面完全设有挠曲、变形的理想的平整度。并且如果还考虑到盘面振动时,那末为了读取正确的信息,恰当地保持光拾取装置的物镜4与盘面的位置关系是十分重要的。因此要进行为使激光等光源1发出的照射光不偏离坑点列(记录光迹)的跟踪(tracking)方向的位置控制和为使激光光束焦点位置总是与盘的信息面相一致的对焦控制。就进行这种控制的当前位置检出方法来说,在已有技术中一般采用检测跟踪偏差(TE)的3波束法、检测聚焦偏差(FE)的像散法。
这种已有技术示于图16和图17中。3波束法中,用衍射光栅7将激光束分成0次、±1次3个波束,在盘5上,3个光点并排地聚焦在与记录光迹(track)成若干角度到达的位置上。而且通过伺服机构(servo)使其两端的±1次衍射光点的反射信号的电平总是相等,从而将当中的0次光点位置一直保持在中央位置。像散法中,从盘5面的反射光束作出像散,例如通过将4分割光检测器26上的两对受光元件(26a、26d与26b、26c)的对角输出分量的大小用加法器33、34和比较器35进行比较得到FE信号,用该信号检测由于对焦偏离造成的光点形状改变(椭圆的方向与椭圆度的改变)。
可是,用上述像散法检测上述已有技术例的对焦偏离时,如图17所示,为了由计算4分割检测器26输出的结果求FE信号,信号光点的中心位置在4分割检测器26的分割线(光死区)上。在这种方法中,虽从上述4分割检测器26的各受光元件输出的总和(由加法器33、34、36求和)得到读取的记录数据的高频(RF)信号,但是,如上述那样,因为光能密度高的光点中心部分位于光死区上,所以由于光点直径的增减或光点位置的移动造成了输出信号大小的改变。总而言之,用于跟踪控制、对焦控制的透镜传动装置(actuator)动作的本身会招致输出信号变化(即抖动),从而产生抖动使性能恶化的问题。
美国专利US5,128,914揭示了一种光拾取装置,该装置在光束分离器与受光元件之间没有设置校正光束分离器产生的像差用的光学系统。其中,衍射元件2将光源的出射光分为若干光束,另一方面对媒体来的反射光进行衍射变换为检测用光束,使之入射到受光元件。其结果,由于衍射元件对光源的出射光、媒体来的反射光都反射,增加了反射次数,因此,不能用作检测光的光束的比率增大,降低了检测效率。若要提高检测效率,必须使用输出大的光源,从而增加成本。
因此,本发明的目的在于提供这样一种光拾取装置,它消除光检测器的光死区;即使在光点直径增减、光点位置移动时也不改变RF输出信号的大小;抖动特性优良;还有,即使由于在跟踪控制时等引起物镜移动,也能进行不产生误动作的稳定的信息重放;可靠性得到提高。
本发明的光拾取装置,结构上使光源的出射光通过光束分离器、物镜照射到记录媒体上,其反射光再次通过所述光束分离器导向受光元件,读取记录于所述记录媒体的信息,并且在所述光源与所述记录媒体之间的光路上,配置有将所述光源的出射光分割成若干光束的全息元件,该全息元件具有大致在所述光轴上以与所述记录媒体的记录光迹成正交方向的分割线来分界且两侧衍射条件互异的一对衍射光栅,该一对衍射光栅中至少有一个衍射光栅具有向记录光迹方向的衍射功能,其特征在于,
所述全息元件配置在所述光源与形成平行平面板型的光束分离器之间,使所述全息元件所分割的若干光束经所述光束分离器向所述物镜方向反射,并使所述记录媒体来的反射光通过所述光束分离器导向所述受光元件,同时,在所述光束分离器与所述受光元件之间,配置有校正由所述光束分离器引起的像差的光学系统。
下面结合附图详细说明本发明实施例。
图1是表示本申请第1发明的一实施例的光拾取装置的基本构成模式图。
图2是说明通过全息元件的光束在盘记录面聚焦的原理图。
图3是表示在光盘面上5个光点照射状态的平面说明图。
图4是表示在构成光检测器的受光元件受光面上的光点状态的说明图。
图5是表示为获得来自光检测器各单元输出的RF信号、FE信号、TF信号的接线状态的电路说明图。
图6是说明全息元件的光栅图案的模式图。
图7是表示在构成光检测器的受光元件受光面上的光点状态的说明图。
图8是表示把光检测器分割线作为与记录光迹大致成正交方向的直线时,在受光面上的光点状态的说明图。
图9是表示与物镜作跟踪移动时在该光检测器上发生的束点重心位置的移动线相重合而形成光检测器的分割线的场合中,在受光元件面上光点状态的说明图。
图10是表示在不具备校正由光束分离器引起的像差的光学系统的场合中,在受光元件面上光点状态说明图。
图11是表示具备有校正由光束分离器引起的像差的光学系统的场合中,在受光元件面上光点状态说明图。
图12是表示在通过光束分离器以后的光束断面形状变化的断面说明图。
图13是表示本申请第2发明的实施例1的光拾取装置的基本构成模式图。
图14是表示本申请第2发明的实施例2的光拾取装置的基本构成模式图。
图15是表示本申请第2发明的实施例3的光拾取装置的基本构成模式图。
图16是表示已有实施例光拾取装置的基本构成模式图。
图17是表示已有实施例的4分割光检测器接线的说明图。
图1是表示本申请第1个发明的一实施例的光拾取装置模式的构造图。在这一光拾取装置中,其构成是,自光源半导体激光器1的射出光由全息(hologram)元件2分割成几个光束,这些分割光由平行平面板型的光束分离器3所反射,通过物镜4使这些反射光在光盘5的记录面上聚焦成几个光点,同时,使来自光盘5的反射光通过光束分离器3导向光检测器6。
如图1、图2及图6所示,上述全息元件2由大概在光轴上与记录媒体5的记录光迹15(参看图3)大致成正交的方向的分割线所分割。这一分割线延伸的方向是使图2的衍射光A±、B±以道宽或在其上倾斜方式排列在道15上的方向(参看图3)。而且具有以该分割线为界且两边衍射条件互异的一对衍射光栅,即改变光栅间隔和光栅方向使上述分割线两侧的衍射条件相异的一对衍射光栅A、B。这一对衍射光栅A、B之中至少有一个衍射光栅具有向记录光迹方向的衍射功能。
还有,本实施例中,虽然就图6(b)型式的全息元件加以说明,但是对(a)、(c)、(d)、(e)等其他图案的全息元件也同样能获得以下所说明的效果。
首先,根据全息元件2的作用,用图2的原理图具体说明衍射0次与±1次光束聚焦在记录面上的哪个位置上。从半导体激光器1射出并入射到图2上边衍射光栅A的光束中,不受衍射的0次光通过衍射光栅A并入射到物镜4上,聚焦于点L′。另一方面,受衍射的±1次光,就像光源位于以半导体激光器1的位置L为中心的光轴对称的虚像A+、A-上入射到物镜4,聚焦于点A′+、A′-上。也即是说,衍射光栅A射出的光束通过物镜4各自聚焦在记录面上的对应位置(共轭点)上,0次光聚焦在L的共轭点L′上,1次光聚焦在A+、A-的共轭点A′+、A′-上。
从半导体激光器1射出并入射到图2下边衍射光栅B的光束,也可完全同样地考虑,0次光聚焦在L的共轭点L′上,±1次光聚焦在B+、B-的共轭点B′+、B′-。从而,半导体激光器1的射出光,通过全息元件2的上、下衍射光栅A、B的作用,成为衍射0次与±1次的光束,通过物镜4以后,以L′、A′+、A′-、B′+、B′-5个光点聚焦在光盘5的记录面上。
从垂直于光盘5的记录面的方向看,光点样子如图3所示。记录光迹15的中心光点10是0次衍射光,其余4点为±1次衍射光。还有通过全息元件2上不设衍射光栅的部分C的光束,聚焦于与衍射0次光相同的光点上。因此,衍射光栅A的衍射±1次光点11、13,位于以中心光点10对称的位置上,衍射光栅B的衍射±1次光点12、14,也位于以中心光点10对称的位置上。各光点位置通过各确定的衍射光栅A、B的各自的光栅间隔与光栅方向,可使各自的±1次光聚焦于记录光迹15的恰当位置上。并且,这些衍射±1次光的光点的大概形状可由各衍射光栅开口形状的傅里叶变换来得到。
其次,说明光检测器6上的光点。光盘5的记录面上的上述5个光点,由光盘5分别反射,再次通过物镜4并通过光束分离器3在光检测器的焦面上重组成像。然而光检测器一方的焦面上的光点位置关系,与上述光盘5记录面上的光点位置关系同样是共轭关系。因而物镜4与光盘5的位置关系在光轴方向或与光轴垂直方向有移动时,光点形状与光点位置在记录面上与光检测器一方的焦面上同样地要改变。物镜4与光盘5的位置关系在光轴方向上变化,也即对于对焦偏离的光检测器6上的光点的变化,以图4说明之。
焦点对准时,如图4(b)所示的那样,以0次光的光点16为中心的衍射光栅A的衍射±1次光的光点17、19和衍射光栅B的衍射±1次光的光点18、20分别位于上下,全部形成最小光点。而且,光点16位于受光元件21的中心位置上,衍射±1次光的光点17-20,其各自的中心位置在并排地设于受光元件21两侧的2分割受光元件22a、22b-25a、25b的各自的分割线上。
另一方面,当物镜4与光盘5的距离缩短时,如图4(a)所示那样,0次光的光点16位置不变而直径变大,衍射光栅A的衍射±1次光的光点17、19变大,其形状似衍射光栅A的口径形状,同时其中心移向图4的上侧。衍射光栅B的衍射±1次光的光点18、20变大,其形状似衍射光栅B的口径形状,同时其中心移向图4的下侧。衍射±1次光的光点17-20的一大半位置在各2分割受光元件22a、22b-25a、25b的一侧上。
还有,图4表示的是理想状态,因此衍射±1次光的光点17-20只位于一侧。实际上,由于模糊等原因,也有一部分位于另一侧上。
反之,物镜4与光盘5的距离拉大时,如图4(c)所示那样,0次光的光点,位置不变而直径变大,衍射光栅A的衍射±1次光的光点17、19变大,其形状似衍射光栅A的口径上下倒转的形状,同时其中心移向图4的下侧。衍射光栅B的衍射±1次光的光点18、20变大,其形状似衍射光栅B的孔径上下倒转的形状,同时其中心移向图4的上侧。
因而,如图5所示那样,对于光检测器6的各受光元件21、22a、22b-25a、25b的输出,与FE信号有关,2分割受光元件22a、22b与23a、23b的输出、2分割受光元件24a、24b与25a、25b的输出,分别用比较器27、28进行上下相反的比较,其结果再用比较器29比较,按此方式来接线,可以得到FE信号。而且一经这样得到的FE信号,由于经过比较,能够抵消由随同光源的波长变化、±1次光的衍射角度变化所引起的各2分割受光元件的输出变化。
另一方面,有关检测物镜4与光盘5的位置关系的跟踪方向的偏移,完全与通常的3波束法情况相同,如图5所示那样,将与TE信号有关的2分割受光元件22a、22b与23a、23b的输出、2分割受光元件24a、24b与25a、25b的输出分别通过加法器30、31相加,其结果用比较器32进行比较,按此方式接线,可以得到TE信号。
再者,TE信号也可仅用2分割受光元件22a、22b和24a、24b的输出或2分割受光元件23a、23b和25a、25b的输出来得到。
并且,对于RF信号,只是根据不同对焦程度衍射0次光的光束直径有所增减,而光点位置总是在光检测器6的受光元件21上。因而,在已有技术例中见到的光检测器的光死区的影响一概不会发生。
可是,如上述那样,就光束分离器3来说,由于采用平行平板型,在聚焦光束透过时会产生像散。也即如为了跟踪控制而对记录光迹跟踪、移动物镜,就会由于上述光束分离器3的像散,光检测器6受光元件上的检测光点17-20的中心位置(重心位置)将移动在如图7及图9所示那样的曲线22c-25c上。即是,如图8所示那样,相对于受光元件的中心线(假想分割线)位置有上偏或下偏,并移向如图示的左右方向。
因此,在这种场合,在2分割受光元件的输出中产生了不平衡,特别是由于焦点误差检出信号的偏移发生(FES≠0),产生对焦控制中的误动作。
然而,在本申请第1发明中,如图7及图9所示的那样,由于将检测器的分割线22c-25c做成与物镜4作跟踪移动时在该光检测器上发生的束点17-20的重心位置移动线相重合,因此2分割受光元件的输出中不会产生不平衡,特别是由于焦点误差检出信号不会发生偏离(FES=0),因此可实现良好的对焦控制。
而且,在这种场合,为跟踪控制等在物镜4跟踪记录光迹时,各检出点17-20如图9所示,形状不变,移动在受光元件的分割线22c-25c上。
这样一来,在本实施例中,由于,在半导体激光器1与光盘5之间的光路上,配置有将来自半导体激光器1的出射光分割成几个波束的全息元件2,该全息元件2具备有以与光盘5的记录光迹15大致成正交方向的分割线为界的且两侧衍射条件互异的一对衍射光栅A、B,同时,该一对衍射光栅A、B之中,至少有一个具有大致向记录光迹方向的衍射功能,因此,通过在全息元件2上受衍射的光束成分(±1次光),获得跟踪偏移信号及对焦偏离信号,另一方面尽量利用不受衍射的0次光成分以获得RF信号。因而在RF信号检出中,不必使用分割型的光检测器,全无受光元件的光死区的影响,因此,即使有光点直径增减、光点位置移动,也不改变输出信号的大小,因而抖动特性优良的信号检测成为可能。并且FE信号不受由波长变动、面振动等引起的影响。
并且,物镜4由于跟踪控制而一旦移动,则由光束分离器3引起的非点像差的影响,光检测器6上的束点的重心位置将离开该光检测器6的分割线(直线)移动,信号重放中对焦伺服系统的偏位(Offset)失常,有产生误动作的危险,但是,由于将光检测器6的分割线22c-25c做成与物镜4作跟踪移动时在该检测器上发生的束点17-20的重心位置移动线相重合,因此即使物镜4由于跟踪控制等的移动,光检测器上的束点17-20也变成移动在该光检测器6的分割线22c-25c上,从而获得光检测器上没有偏位的稳定的检出信号,因而能提高装置的可靠性。
其次,图13中示出有关本申请第2发明的实施例1的光检出装置的模式的构想图。图13与表示第1发明的图1,除开图13中的光束分离器3与光检测器6之间配置了圆柱透镜7,基本上是一致的。因而在上述第1发明与下面说明的第2个发明中,相同的构成物使用共同的符号,而且在第1发明中已经说明过的构成物,此处的说明就从略。
第2发明也与第1发明同样采用平行四边形的光束分离器3,再在第2发明中,在该光束分离器3与光检测器6之间配置了圆柱透镜7。当在光束分离器3与光检测器6之间的光路上配置好该圆柱透镜7之后,就构成了校正由光束分离器3引起的像差的光学系统。因而通过这个光束分离器3之后的光束断在,就如图12中从(a)到(e)那样变化。图12中从左侧(a)到右侧(e),表示离开光束分离器3依次位置上的形状。
在没有上述圆柱透镜时,因跟踪控制,物镜在记录光迹正交方向上移动之际,由于上述光束分离器3的像差,受光元件6上的检出点中心(重心)相对受光元件的中心线产生位置偏离并移动。为消除这一点,上述圆柱透镜7由在记录光迹正交方向(Y方向)上具有透镜作用的凸透镜或凹透镜所构成。
例如,在无圆柱透镜7的场合,受光元件上的光点状态如图10所示出。首先,如图10(a)中所示的物镜4不移动时位于受光元件的中心位置的各检出光点,因跟踪控制等物镜4作沿记录光迹正交方向(Y方向)移动时,就像图10(b)所示那样,形状发生变化并离开受光元件的中心线(分割线)移动。因此这种场合,2分割受光元件的输出发生不平衡,特别是由于焦点误差信号偏移(FES≠0),引起对焦控制的误动作。
然而在本申请的第2发明的实施例1中,由于配置了校正由光束分离器3引起像差的圆柱透镜7,首先在物镜不移动时,如图11(a)那样受光元件上各检出点17-20大致为圆形并照射在受光元件的中心位置上。而且因跟踪控制物镜沿记录光迹正交方向(Y方向)移动时,上述各检出点如图11(b)所示那样,形状没有变化,并沿受光元件中心线(分割线)移动。这种场合,2分割受光元件的输出没有发生不平衡,特别是由于焦点误差信号不发生偏移(FES=0)因此对焦控制运行良好。
这样,本实施例1中,由于在光束分离器3与受光元件6之间配置了校正由光束分离器3引起像差的光学系统的圆柱透镜7,因此在根据跟踪控制有物镜移动时,受光元件6上的检出点也不受光束分离器3引起的像差的影响移动在受光元件6上,获得没有受光元件6偏位的稳定的检出信号。
在用相同符号表示与上述实施例1相同构成物的图14中示出的实施例2中,采用衍射型透镜17作为校正由光束分离器3引起像差的光学系统。这种衍射型透镜17被做成在记录光迹正交方向(Y方向)上具有更大的衍射性,对于这种最简单的透镜,可使直线光栅延伸在记录光迹方向(Y直角方向)上来设计之。
再有,在用相同符号表示相同构成物的图15所示的实施例3中,在光束分离器3的光出射面上,校正光束分离器3的像差用的衍射型透镜27与之做成一体。这种设计对于各实施例也能得到同样的作用与效果。
上述第1发明的实施例与第2发明的实施例1-3中,虽然是就光盘的拾取装置作了说明,但是对于用光磁盘的场合,若在图1中的光束分离器3与光检测器6之间配置偏光分离元件,则也同样适用。
根据上述的本申请的第1及第2发明的光检出装置中,由于完全没有光检出元件的光死区的影响,因此即使有光点直径增减、光点位置移动也不改变RF输出信号的大小,使抖动特性优良的信号检出成为可能。
此外,尤其是本申请的第1发明,虽然因跟踪控制移动物镜,作为光束分离器产生的像散影响,使光检测器上的束点重心位置离开该光检测器的分割线(直线)而移动,在信号重放中产生太大的聚焦伺服位偏,而会有产生误动作的危险性,但由于将光检测器的分割线作成与物镜跟踪移动时发生的在该光检测器上束点重心位置的移动线相重合,因此,即使跟踪控制等使物镜移动,则光检测器上的光束点也会在该光检测器的分割线上移动,从而由光检测器能获得没有位偏而稳定的检出信号,并提高了装置的可靠性。
并且,本申请的第2发明,由于在光束分离器与构成光检测器的受光元件之间,配置了校正由光束分离器引起的像差的光学系统,物镜即使按照跟踪控制移动时,受光元件的检出光点也不受由光束分离器引起像差的影响移动在受光元件上,能得到没有受光元件偏位的稳定的检出信号的构成,因此,能进行不因透镜移动产生误动作的稳定的信息重放,能提高装置的可靠性。

Claims (4)

1.一种光拾取装置,结构上使光源的出射光通过光束分离器、物镜照射到记录媒体上,其反射光再次通过所述光束分离器导向受光元件,读取记录于所述记录媒体的信息,并且在所述光源与所述记录媒体之间的光路上,配置有将所述光源的出射光分割成若干光束的全息元件,该全息元件具有大致在所述光轴上以与所述记录媒体的记录光迹成正交方向的分割线来分界且两侧衍射条件互异的一对衍射光栅,该一对衍射光栅中至少有一个衍射光栅具有向记录光迹方向的衍射功能,其特征在于,
所述全息元件配置在所述光源与形成平行平面板型的光束分离器之间,使所述全息元件所分割的若干光束经所述光束分离器向所述物镜方向反射,并使所述记录媒体来的反射光通过所述光束分离器导向所述受光元件,同时,在所述光束分离器与所述受光元件之间,配置有校正由所述光束分离器引起的像差的光学系统。
2.如权利要求1中所记载的光拾取装置,其特征在于:
所述校正由光束分离器引起的像差的光学系统可由圆柱透镜构成。
3.如权利要求1中所记载的光拾取装置,其特征在于:
所述校正由光束分离器引起的像差的光学系统可由衍射型透镜构成。
4.如权利要求3中所记载的光拾取装置,其特征在于:
可将所述衍射型透镜与所述光束分离器设置成一体。
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