CN1114204C - 光头装置 - Google Patents
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Abstract
一种高精度形成衍射光栅用于将激光的一部分进行反射衍射以控制激光光源发光量的光头装置。其全息透镜3具有形成对从光记录媒体5的返回激光Lr衍射引导至信号用光检测器7的第1衍射光331的第1衍射区域33、及形成对半导体模块2发射的激光Lo的一部分反射衍射并聚焦于监控用光检测器8的第二衍射光栅341的第2衍射区域34。第2衍射光栅341由条纹状的使激光Lo反射的反射部分342及使激光Lo透过的非反射部分343构成。
Description
技术领域
本发明涉及进行光记录媒体记录重放的光头装置，特别涉及通过直接检测从激光光源向光记录媒体出射的激光的一部分对激光光源的发光量进行反馈控制的光头装置。
背景技术
在CD或DVD等光记录媒体进行记录重放用的光头装置中，由于从激光光源出射的激光的光量随温度或时效变化有很大的变化，因此必须对激光光源的发光量进行反馈控制，以便能保持从激光光源获得不变的发光输出。
作为激光光源发光量的控制方法，已经知道有直接检测从激光光源向光记录媒体出射的前向光的方法。采用该方法的光头装置已经在专利第2543227号、特开平2-265036号、特公平8-7872号及特开平3-269835号公报等有揭示。
在专利第2543227号公报揭示的光头装置中，使用全息透镜，该全息透镜形成将从光记录媒体的返回光加以衍射、引导至信号用光检测器的第1衍射区域及将从激光光源出射的前向光的一部分加以反射衍射、引导至监控用光检测器的第2衍射区域。第1及第2衍射区域中，第二衍射区域是将金属膜覆盖在衬底基板表面上形成的衍射光栅而构成。
另外，在特开平2-265036号公报揭示的光头装置中，使用基本上与上述全息透镜相同构成的全息透镜，同时在同一基板上形成信号检测用光检测器及监控用光检测器。
另外，在特公平8-7872号公报揭示的光头装置中，使用仅仅形成第1衍射区域的全息透镜，同时使用将前向光的一部分向监控用光检测器反射、具有规定反射率的光学元件。另外，在该光头装置中，信号用及监控用的光检测器也形成在同一基板上。
另外，在特开平3-269835号公报揭示的光头装置中，对于在从激光光源到物镜的光路途中位置配置的反射镜表面形成第1及第2衍射区域。
在专利第2543227号及特开平2-265036号公报揭示的光头装置中，由于将金属膜覆盖在衍射光栅上，因此容易因金属膜造成光栅凹凸或间距不正确，容易产生鬼线(Ghost)。
另外，在特公平8-7872号公报揭示的光头装置中，由于用具有规定反射率的光学元件将前向光的一部分加以反射，因此该反射光成为发散光。因而，引导至光检测器的光束直径非常大，当监控用光检测器很小时，不能得到用于控制激光光源发光量所必须的光电流。
另外，在物开平3-269835号公报揭示的光头装置中，由于在反射镜的表面前向光的光束直径非常大，因此为了将前向光进行反射衍射，必须要大面积的衍射光栅，反射镜的成本就上升。
另外，在专利第2543227号公报揭示的光头装置中，由于第1及第2衍射区域形成的衍射格子凹凸的高低不一样，因此不能用同一工序同时形成两者的衍射光栅。也就是说，当想要同时形成两者的衍射光栅时，必需牺牲某一方的衍射特性。另一方面，若通过多个工序形成两者的衍射光栅，则全息透镜的单价要提高，同时由于工序增加，容易使得衍射光栅的精度降低。
还有，在这些光头装置中由于第2衍射区域位于第1衍射区域的外围，因此入射至第2衍射区域的从激光光源发射的前向光的入射角度较大。另外，由于第2衍射区域将前向光靠近外侧的部分向内侧反射衍射，将前向光的一部分引导至监控用光检测器。当对于第2衍射区域给予了这样的衍射特性时，必须要形成间距非常窄的衍射光栅。但是，产生的弊端是，很难高精度制造微细的衍射光栅，若其精度差，则不能得到所希望的衍射特性。
发明内容
本发明的课题，目的在于提供没有上述这些问题的、能够将激光光源发射的前向光的一部分加以反射衍射、对激光光源的发光量进行反馈控制的光头装置。
本发明第1方面的光头装置，具有激光光源、将该激光光源出射的激光聚焦于光记录媒体上的物镜、配置在从前述激光光源到前述物镜的光路中途位置的全息透镜、对从前述光记录媒体的返回激光的一部分进行检测的信号用光检测器、以及为了对前述激光光源的发光量进行反馈控制而对前述激光光源向着前述光记录媒体出射的激光的一部分进行检测的监控用光检测器，前述全息透镜具有对前述返回激光加以衍射引导至前述信号用光检测器的第1衍射区域、以及将前述激光光源出射的激光的一部分进行反射衍射并引导至前述监控用光检测器的第2衍射区域，其特征在于，相对于以最靠近前述激光光源发光点的前述第2衍射区域边界点为起点所画的与该第2衍射区域垂直的线段，以前述边界点为起点画一条与以该边界点为起点通过前述发光点延伸的线段处于线对称关系的对称线段，这种情况下，前述监控用光检测器的光接收面中心位于比该对称线段更远离前述发光点的位置。
最好，前述激光光源的发光点及前述监控用光检测器的前述光接收面位于垂直于系统光轴的同一平面上。
最好，前述第2衍射区域具有透明基板、在该透明基板的光入射一侧表面形成的反射膜、以及在该反射膜表面形成的衍射光栅，所设定的衍射光栅的衍射特性使该第2衍射区域反射的激光聚焦于前述监控用光检测器的光接收面上。
最好，前述信号用光检测器及监控用光检测器形成于同一基板上。
附图说明
图1(A)为从X方向看光头装置的概略构成图。
图1(B)为从Y方向看光头装置的概略构成图。
图2(A)为从X方向看半导体激光模块、信号用光检测器及监控用光检测器的配置关系的概略构成图。
图2(B)为从Z方向看半导体激光模块、信号用光检测器及监控用光检测器的配置关系的概略构成图。
图3(A)为全息透镜的平面图。
图3(B)为全息透镜的剖面图。
图3(C)为与图3(B)所示全息透镜不同的全息透镜概略构成图之一例。
图4表示入射至第2衍射区域的激光被反射衍射的情况。
图5所示为由反射部分及非反射部分构成的明暗型衍射光栅的图形。
图6为与图1所示光头装置不同的光头装置概略构成图之一例。
具体实施方式
下面，参照附图就采用本发明的光头装置之一例加以说明。另外，由于光头装置各构成要素呈三维配置，因此在下面的说明中，将互相垂直的方向分别设为X方向、Y方向及Z方向，并且这些坐标轴说明各构成要素的位置及方向。
图1(A)表示从X方向看光头装置时的概略构成，图1(B)表示从Y方向看光头装置时的概略构成。另外，X方向为物镜的寻道移动方向，Y方向为在光记录媒体上形成轨道的形成方向，Z方向为物镜的聚焦移动方向。
如图1(A)及(B)所示，光头装置1具有作为激光光源的半导体激光模块2，从该半导体激光模块2起，向着光记录媒体5(沿Z方向)依次配置全息透镜3及物镜4。另外，光头装置1具有接收从光记录媒体的返回光Lr的信号用光检测器7，以及接收用全息透镜3反射衍射的从半导体激光模块2发射的激光(前向光)Lo的一部分的监控用光检测器8。
如图2(A)及(B)所示，半导体激光模块2具有能够向着Y方向出射激光Lo而配置的激光二极管21，以及将激光二极管21发出的激光Lo加以反射。并沿Z方向出射激光Lo的反射镜22。
激光二极管21直接或者通过辅助支架设置在半导体基板6上，激光二极管21的活性层与半导体基板6的表面(XY平面)平行，造成从激光二极管21沿Z方向出射具有长椭圆状波阵面的激光Lo。
反射镜22具有相对于从激光二极管21出射的激光Lo的出射方向倾斜45度的反射面221。作为反射镜22，例如可以通过对部分半导体基板6进行刻蚀而形成。另外，当然也可以安装相对于半导体基板6是独立的光学元件来代替上述构成。另外，若将激光二极管21配置得使其出射端面对着全息透镜3，则能够省略反射镜22。
信号用光检测器7及监控用光检测器8直接形成于同一半导体基板6。信号用光检测器7形成于离开半导体激光模块2在X方向一边端部沿X方向规定距离的位置处，监控用光检测器8形成于离开半导体激光模块2在Y方向一边端部沿Y方向规定距离的位置处。
从激光二极管2 1出射的激光Lo沿Y方向前进，入射至反射镜22的反射面221。激光Lo在该反射面221转过直角，沿Z方向出射。因此，在本例中，半导体激光模块2的实质性发光点J位于反射镜22的反射面221。从激光二极管21出射的激光Lo沿Z方向以长椭圆状波阵面出射，即对Y方向较宽的激光Lo向光记录媒体5出射。该激光Lo入射至全息透镜3。
在本例的光头装置1中，半导体激光模块2及各光检测器7及8封装在置于半导体基板6表面的封装外壳9内，在该封装外壳9的上部，即半导体激光模块2发射的激光Lo前进方向形成开口的激光射入射出窗口91。在本例中，安装有全息透镜3，对于该激光射入射出窗口91，封装外壳9的内部呈气密状态。这样，能够确保从半导体激光模块2射向光记录媒体5的激光Lo的光路，同时能够保护半导体激光模块2、信号用光检测器7及监控用光检测器8不受灰尘影响。
图3(A)及(B)所示分别为全息透镜3的平面图及剖面图。在图3(A)中，虚线所示的椭圆形区域R为激光Lo照射区域。全息透镜3具有衬底基板31及保护基板32，该衬底基板31具有第1表面311(在本例中，是基板的两面当中由激光二极管21出射的激光Lo入射的一面)及第2表面312(两面当中由激光二极管21出射的激光Lo出射的另外一面)，该保护基板32与该衬底基板31的第2表面312一侧贴紧。衬底基板31及保护基板32都具有让半导体激光模块2出射的激光Lo穿透的光学特性。在衬底基板31的第1表面311形成第1衍射区域33，从光记录媒体5的返回光Lr经过衍射，引导至信号用光检测器7。另外，在衬底基板31的第2表面312形成第2衍射区域34，将从半导体激光模块2向着光记录媒体5出射的激光Lo的一部分经过反射衍射，引导至监控用光检测器8。
第1衍射区域33形成为圆形区域，该圆形区域具有与衬底基板31的第1表面311中照射区域R的中心基本上同一中心，其半径C基本上与照射区域R的短轴方向(X方向)的半径相等，第1衍射区域33由第1表面311上形成的凹凸状的第1衍射光栅331构成。该第1衍射光栅331形成光栅图形，使半导体激光模块2发射的激光Lo透过，并使从光记录媒体5的返回光Lr产生衍射，聚焦在信号用光检测器7的光接收面71上。另外，第1衍射区域33，考虑到半导体激光模块2、全息透镜3及物镜4等的安装误差及半导体激光模块2发射激光的出射角误差，另外再进一步考虑到由于寻道动作造成物镜4的移动等，最好形成的尺寸比半径要大一圈。
另外，在从衬底基板31的第2表面312中的照射区域R去掉第1衍射区域33在该第二表面312投影时的区域后的两端区域中，其中一端区域(图3(A)中斜线表示的区域)形成第2衍射区域34。第2衍射区域34是构成作为后述的第2衍射光栅341的区域，图3(B)的情况是其表面用保护基板32覆盖。
下面，就图3(B)的第2衍射区域34形成的第2衍射光栅341加以说明。如图4所示，第2衍射光栅341是明暗型衍射光栅，是由对半导体激光模块2发射的激光Lo进行反射的反射部分342及对半导体激光模块2发射的激光Lo不反射的非反射部分343交替形成的条纹状。
反射部分342可以由例如Al、F、Ne-Fe、Au、Cr等金属膜形成。反射部分342及非反射部分343构成的光栅图形设计为使入射至第2衍射光栅34的激光Lo的一部分在反射部分342进行反射衍射后聚焦于监控用光检测器8的光接收面81那样的图形。具体地说，距离半导体激光模块2出射的激光Lo的光轴L越远，间距越细，整体上形成不等间隔的图形。
在形成这种第2衍射光栅341时，可以采用制作具有规定图形的光刻掩膜板、并用该光刻掩膜板的光刻技术，将在衬底基板31的表面(第2表面312)上形成的金属膜刻成图形。作为该光刻掩膜板形成的图形，例如可以如图5所示，与由监控用光检测器8的光接收面81中心I作为光源时从该处出射的球面波与半导体激光模块2的发光点J作为光源时从该处出射的球面波的干涉形成的干涉条纹K一致。若利用计算机对从半导体激光模块2的发光点J至衬底基板31的第2表面312的光路、与从同一个衬底基板31的第2表面312的位置至监控用光检测器8的光接收面81中心I的光路的光路长之差为激光Lo的波长整数倍的位置进行仿真，则能够求出这样的干涉条纹图形。若采用这样形成的光刻掩膜板，则能够很容易形成具有将在第2衍射区域34反射的激光聚焦于监控用光检测器8的光接收面那样的衍射特性的明暗型第2衍射光栅341。
另外，全息透镜3除了图3(B)所示的构成以外，也可如图3(C)那样构成。也就是说，在图3(C)中，该第2衍射区域34由作为底板的透明基板31、在该透明基板31的光入射一侧的表面311复盖的金属反射膜35、以及在该金属反射膜35的表面形成的凹凸状第2衍射光栅341形成。第二衍射光栅341具有使在第2衍射区域33反射衍射的激光聚焦于监控用光检测器8的衍射特性。
在这样构成的光头装置1中，从图1及图4中可知，由于全息透镜3的安装，使得相对于封装外壳9的激光射入射出窗口91，衬底基板31的第1表面311成为半导体激光模块2出射的激光Lo的光入射面，因此入射至该全息透镜3的半导体激光模块2发射的激光Lo中、入射至第1衍射区域33的激光全部透过第1衍射区域33引导至物镜4。引导至该物镜4的激光通过物镜4聚焦于光记录媒体5的记录面51上成为一个光点。另外，入射全息透镜3的激光Lo中、入射至第2衍射区域34的激光，仅仅入射至第2衍射区域34的反射部分342的激光被反射衍射，聚焦于监控用光检测器8的光接收面81。然后，根据监控用光检测器8的光电流对半导体激光模块2、即激光二极管21的发光量进行反馈控制。
相反，入射至全息透镜3的激光Lo中、不入射至第1及第2衍射区域33及34的激光，以及入射至第2衍射区域34的非反射部分343的激光，全部透过衬底基板31。为此，在本例中，能够防止上述激光由衬底基板31反射而入射至信号用光检测器7及监控用光检测器8。
在光记录媒体5的记录面51受到调制而反射的返回激光Lr，透过物镜4再次入射至全息透镜3的第1衍射区域33。入射至第1衍射区域33的返回激光Lr，利用第1衍射光栅331产生衍射，聚焦于信号用光检测器7的光接收面71。在本例中，根据信号用光检测器7产生的光电流得到凹坑信号、寻道误差信号及聚焦误差信号，进行信息读取、物镜4的寻道控制及聚焦控制。
这样，在图3(B)所示的光头装置1中，始终在第2衍射区域34形成条纹状的反射部分342及非反射部分343，将半导体激光模块2发射的激光Lo的一部分引导至监控用光检测器8，而在图3(C)所示的本例的光头装置1中，通过在覆盖于透明基板31的表面311上的金属反射膜35表面形成第2衍射光栅341，构成第2衍射区域33。因此，能够防止以往的凹凸表面上覆盖金属膜构成的衍射光栅所发生的那样光栅间距不均匀或凹凸高低不均匀等而导致的衍射特性变差，能够容易得到所希望的衍射特性。因而也能够防止鬼线的发生等。另外，由于在第2衍射区域34向着监控用光检测器8进行反射衍射，并将激光聚焦于该监控用光检测器8，因此能够使得该光检测器8的光接收面81上光束直径减小，即使采用光接收面较小的监控用光检测器，也能够可靠地得到激光二极管21发光量控制所必须的光电流。而且，由于监控用光检测器8能够做得较小，因此，半导体基板6的尺寸也可以较小。还有，在图3(B)所示的本例的光头装置1中，与反射镜表面形成衍射光栅的情况不同，其第2衍射区域34能够做得较小，全息透镜3的价格也不会大幅度上升。再有，在第1衍射区域33利用刻蚀等方法形成凹凸状的衍射光栅，而在第2衍射区域34，则可以利用蒸镀等方法形成的金属膜生成规定的条纹状图形的方法形成衍射光栅，因此能够用不同的工艺以适合于各衍射区域的最佳条件分别形成各自的衍射区域33及34。因而，与一起利用刻蚀形成衍射区域33及34的凹凸状衍射光栅的情况相比，能够提高第1及第2衍射光栅331及341的精度，而且能够降低制造成本。
这里，在全息透镜3与物镜4之间的光路中配置λ/4片，同时全息透镜3具有光学偏振特性，这样的构成能够使半导体激光模块2发射的激光Lo高效透过，而且能够使从光记录媒体5的反回激光Lr高效衍射。当构成这样的光学系统时，对于以往那样形成凹凸的第2衍射区域，将对半导体激光模块2出射的激光Lo的偏振方向受到影响，不能够高效地将激光Lo反射衍射至监控用光检测器8。而与此不同的是，若构成的第2衍射区域34具有在图3(B)所示的本例的光头装置1中说明的那样形成条纹状的反射部分342及非反射部分343的明暗型衍射光栅，则能够与激光Lo的偏振方向无关，将入射至第2衍射区域34的激光向着监控用光检测器8进行反射衍射。
在本例的图3(B)所示的光头装置1中，由于第1衍射区域33及第2衍射区域34分别形成于衬底基板31的相反的两面，因此在各区域33及34形成衍射光栅331及341的过程中，能够完全回避某一衍射光栅的形成使另一衍射光栅特性下降的弊端，根据这一点，也能够理想地设定多区域33及34的衍射特性。
下面，根据图1及图2说明各光检测器7及8。在图1(A)中，双点划线M是以最靠近全息透镜3的半导体激光模块2发光点J的第2衍射区域34边界点H为起点所画的与该第2衍射区域34垂直的垂线。另外，虚线N是与以上述边界点H为起点所画的通过上述发光点J而延伸的线段相对于该垂线M构成线对称关系的对称线段。
监控用光检测器8，如图2(A)所示直接形成于半导体基板6上，其光接收面81的中心I的位置，相对于对称线段N更远离半导体激光模块2的发光点J。也就是说，当设垂线M与半导体基板6的交点为P、从其光接收面81的中心I至交点P的距离为b、从交点P至半导体激光模块2的发光点J的距离为a时，监控用光检测器8形成的位置满足a＜b的条件。在本例中，由于配置的监控用光检测器8满足上述的条件，因此在将半导体激光模块2出射的激光Lo的一部分引导至监控用光检测器8时，在第2衍射区域34，激光Lo的一部分以比其入射角还要大的反射角向着离开该激光Lo的光轴的方向反射衍射。
另外，监控用光检测器8，其光接收面81与半导体激光模块2的发光点J基本上处于与系统光轴(在本例中与激光Lo的光轴一致)垂直的同一平面上。信号用光检测器7，形成于与监控用光检测器8同一个半导体基板6，形成于相对于半导体激光模块2在X方向偏离规定距离的位置。
在这样的本例光头装置1中，通过在第2衍射区域34向外侧、即将半导体激光模块2出射的激光Lo的一部分向相对于该激光Lo的光轴远离的方向反射衍射，使其反射衍射光引导至监控用光检测器8。因此，与将激光的一部分向内侧反射的情况相比，可以使第2衍射区域34的第2衍射光栅341间距变宽。因而，能够高精度形成第2衍射光栅341。换句话说，能够保证第2衍射区域34具有所希望的衍射特性。
另外，在本例的光头装置1中，由于半导体激光模块2、信号用光检测器7及监控用光检测器8形成于同一个半导体基板6上，因此能够更简单地构成光头装置的光学系统。另外，由于第2衍射区域34仅仅在第1衍射区域33的单侧形成，同时分别用单一的光检测器7及8对光记录媒体5的重放用激光及监控用激光进行检测，因此从这一点来说，也能够更简单地构成光头装置1的光学系统。
另外，在光头装置1中，仅仅在第1衍射区域33的单侧形成第2衍射区域34，但也可以在第1衍射区域33的两侧形成第2衍射区域34，也就是说，也可以在图1(A)及图3(B)的假想虚线所示位置处形成第2衍射区域34。这种情况下，如图2(B)所示，只要在相对于半导体激光模块2出射的激光Lo的光轴与监控用光检测器8的对称位置再设置一个监控用光检测器即可。
另外，半导体激光模块2、信号用光检测器7及监控用光检测器8也不限于直接形成于半导体基板6，当然也可以分别是独立的元件。另外，信号用光检测器7也不一定必须是一个，2个以上也可以。
另外，在本例中，全息透镜3的安装，使得相对于封装外壳9的激光射入射出窗口91的部位，衬底基板31的第1表面311成为激光Lo的光入射面，但也可以这样安装，使保护基板32的表面成为光入射面。这种情况下，如图6所示，也可以在保护基板32的表面形成第2衍射区域34。这种情况下也如前所述，当然也可以在第1衍射区域33的两侧形成第2衍射区域34。
如上所述，在本发明的光头装置中，在第2衍射区域形成条纹状的反射部分，将激光光源出射的激光的一部分引导至监控用光检测器。因而，不需要像以往构成的衍射光栅那样在凹凸表面覆盖金属膜，可以防止覆盖金属膜时产生的光栅间距不均匀或高低不均匀，能够容易得到所希望的衍射特性。另外，由于在第2衍射区域向着监控用光检测器反射衍射，因此能够使得监控用光检测器的光接收面上激光(监控光)的光束直径减小，即使采用光接收面较小的监控用光检测器，也能够可靠地得到激光光源光量控制所必须的光电流。另外，与反射镜表面形成衍射光栅的情况不同，第2衍射区域的面积也能够较小。再有，可以在第1衍射区域利用刻蚀等方法形成凹凸状衍射光栅，在第2衍射区域利用蒸镀等方法形成条纹状金属膜等，能够用不同的工艺形成各自的衍射区域。这样，由于能够用不同的工艺制造各自的衍射区域，因此能够高精度、且低成本制造两者的衍射光栅。
另外，在本发明中，通过规定设置监控用光检测器的位置，在第2衍射区域将激光光源发射的激光的一部分以比入射角要大的角度向外侧进行反射衍射，引导至监控用光检测器。因而，能够使第2衍射区域的光栅间距变宽，能够容易地保证使第2衍射区域具有所希望的衍射特性。
Claims (4)
1.一种光头装置，具有激光光源、将该激光光源出射的激光聚焦于光记录媒体上的物镜、配置在从前述激光光源到前述物镜的光路中途位置的全息透镜、对从前述光记录媒体的返回激光的一部分进行检测的信号用光检测器、以及为了对前述激光光源的发光量进行反馈控制而对前述激光光源向着前述光记录媒体出射的激光的一部分进行检测的监控用光检测器，前述全息透镜具有对前述返回激光加以衍射引导至前述信号用光检测器的第1衍射区域、以及将前述激光光源出射的激光的一部分进行反射衍射并引导至前述监控用光检测器的第2衍射区域，其特征在于，
相对于以最靠近前述激光光源发光点的前述第2衍射区域边界点为起点所画的与该第2衍射区域垂直的线段，以前述边界点为起点画一条与以该边界点为起点通过前述发光点延伸的线段处于线对称关系的对称线段，这种情况下，前述监控用光检测器的光接收面中心位于比该对称线段更远离前述发光点的位置。
2.如权利要求1所述的光头装置，其特征在于，前述激光光源的发光点及前述监控用光检测器的前述光接收面位于垂直于系统光轴的同一平面上。
3.如权利要求1所述的光头装置，其特征在于，前述第2衍射区域具有透明基板、在该透明基板的光入射一侧表面形成的反射膜、以及在该反射膜表面形成的衍射光栅，所设定的衍射光栅的衍射特性使该第2衍射区域反射的激光聚焦于前述监控用光检测器的光接收面上。
4.如权利要求1所述的光头装置，其特征在于，前述信号用光检测器及监控用光检测器形成于同一基板上。
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