CN1122988C - 光传感头装置及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
一种光传感头装置，具有：第1绕射光栅，其上形成将从发光元件射出的光绕射以引导到聚光透镜的第1光栅图形；第2绕射光栅，其上形成将来自光记录媒体的返回光绕射以引导到受光元件的第2光栅图形；其特点是，在第1及第2绕射光栅中至少一个绕射光栅上附加将该绕射光栅与其他结构要素间进行对位用的第1定位标记。本发明可以容易地将光学元件以最佳状态设置在光程中。
Description
本发明涉及进行光记录媒体的记录和再现用的光传感头装置及其制造方法。
进行CD(compact disc)和DVD(digital video disc)等光记录媒体的再现用的光传感头装置是用物镜把来自激光光源的激光在光记录媒体的记录面上聚光，同时用光检测器把来自该光记录媒体的返回光进行检测，再根据该光检测器的检测结果再现光记录媒体上记录的信息。光传感头装置中有一种如日本发明专利公开1995-302433号公报所公开的，是在激光光源和物镜之间的光程中设置绕射光栅，通过该绕射光栅把从激光光源射出的激光分割成多束激光后引导到光记录媒体上。另外，日本发明专利公开1995-130021号公报和日本发明专利公开1995-130223号公报分别公开的是通过绕射光栅把来自光记录媒体的返回光绕射后引导到光检测器。
上述构造的光传感头装置如图7所示，在绕射光栅18的装载区域81形成凹部82作为规定该绕射光栅18装载位置的引导部，通过使绕射光栅18落入该凹部82内部，使凹部82的内壁与绕射光栅18的外周端面101抵接，以决定绕射光栅18的装载位置。
也有的装置如图8所示，把绕射光栅18的装载区域91做成平坦部，同时在该装载区域91预先设置定位标记92，通过使绕射光栅18的外周端面101与该定位标记92对齐来决定绕射光栅18的装载位置。
这种绕射光栅18的栅距历来较宽，故即使面内方向的装载位置略有偏差，也不会对光传感头装置的性能有太大的影响。然而，近年来有缩小绕射光栅18的栅距、使激光用更大的角度绕射、以将受光器等光学元件和绕射光栅18置于小空间的趋势。结果是使绕射光栅18在面内方向的装载位置也会对光传感头装置的性能产生重大影响，如果采用传统的利用绕射光栅18的外周端101与凹部82的内壁之间的抵接来定位的结构(见图7)、或者采用使绕射光栅18的外周端101与定位标记92对位的方法(见图8)，则绕射光栅18的外形尺寸和形状的误差就会变成装载位置的误差。其结果，不能把来自光记录媒体的返回光有效地引导到光检测器，导致光传感头装置性能降低。
本发明申请人曾就新型光传感头装置提出发明专利申请(日本发明专利公开1998-11773号、CN98108428.1号)，该装置为了精确地从返回光得到误差信号，使用形成不等距光栅图形的绕射光栅(调制绕射光栅)，将从激光光源射出的光分割成3束后引导到聚光透镜，并从来自记录媒体记录面的返回光检测聚焦误差信号。这种光传感头装置是通过调节绕射光栅的栅距来改变射到记录媒体记录面上的光束的焦距。另外，3个光束的间隔取决于光栅相对激光光源的位置。然而，由于调制绕射光栅的光栅图形是不等距的，故使用这种方式的光传感头装置，尤其在绕射光栅的光栅位置与激光光源之间的位置关系发生偏差时，不能得到规定的焦距和光束间隔。因此，装载调制绕射光栅的光传感头装置必须将绕射光栅在面内方向精确地对位，而传统的对位结构不能得到符合此要求的对位精度。
鉴于上述问题，本发明的目的在于提出一种能够容易地将绕射光栅以最佳状态置于光程中的光传感头装置。
本发明的技术方案是一种光传感头装置，具有：第1绕射光栅，其上形成将从发光元件射出的光绕射以引导到物镜的第1光栅图形；第2绕射光栅，其上形成将来自光记录媒体的返回光绕射以引导到光检测装置的第2光栅图形，其特征在于，在所述第1及第2绕射光栅中至少一个绕射光栅上附加将该绕射光栅与其构成所述光传感头装置的他结构要素间进行对位用的第1定位标记，在所述其他构成要素上附加与所述第1定位标记对位用的第2定位标记。
在上述技术方案的光传感头装置中，所述第1绕射光栅是调制绕射光栅，具有把从发光元件射出的光分割成3束后引导到所述物镜的不等距的第1光栅图形，且在该第1绕射光栅上附有所述第1定位标记。
本发明的光传感头装置的制造方法的特征在于，所述第1定位标记在形成所述绕射光栅的光栅图形的工序中形成。
在上述制造方法中，在用栅状膜形成所述绕射光栅的光栅图形时同时用该膜形成所述第1定位标记。
在上述方案的光传感头装置中，附有所述第1定位标记的绕射光栅与所述所述发光元件或所述光检测装置中至少一方的元件一起装入单元盒内构成光学单元，且在该单元盒上构成装载附有所述第1定位标记的绕射光栅的装载区域。
在上述方案的光传感头装置中，将所述装载区域做成可使所述绕射光栅沿与其平面平行的方向移动，同时在该装载区域附有通过与所述第1定位标记间进行对比来表示该装载区域上该绕射光栅在面内方向装载位置的第2定位标记。
在上述方案的光传感头装置中，在所述单元盒中装载所述第1绕射光栅及所述第2绕射光栅。
在上述方案的光传感头装置中，所述第1绕射光栅与所述第2绕射光栅构成一体。
以下是对附图的简单说明。
图1(A)、(B)、(C)、(D)分别是本发明实施形态的光传感头装置光学系统大致结构的说明图、第1绕射光栅的光栅图形的俯视图、第2绕射光栅的光栅图形的俯视图、以及受光器的排列的俯视图。
图2是在本发明实施形态1的光传感头装置上边将绕射光栅与光学单元的单元盒对位边进行安装的立体图。
图3(A)、(B)分别为具有不同光栅图形的绕射光栅的立体图。
图4(A)是在本发明实施形态2的光传感头装置上边将绕射光栅与光学单元的单元盒对位边进行安装的立体图，(B)是表示这种绕射光栅的制造方法的说明图。
图5是在运用本发明的光传感头装置上，将第1绕射光栅、第2绕射光栅、底板(激光二极管及光检测器)全部单元化的光学单元的剖视图。
图6是在运用本发明的光传感头装置上间接地对照定位标记以将绕射光栅定位的说明图。
图7是在传统的光传感头装置上边将绕射光栅与光学单元的单元盒对位边进行安装的立体图。
图8是在传统的又一光传感头装置上边将绕射光栅与光学单元的单元盒对位边进行安装的立体图。
以下结合附图说明运用了本发明的光传感头装置。
〔实施形态1)
图1(A)表示本形态光传感头装置光学系统的大致结构。如图所示，光传感头装置1具有作为发光元件的激光二极管2，从其射出的激光L0通过物镜4而作为光点在光学记录媒体5的记录面5a上聚焦。物镜4可向聚焦方向和跟踪方向移动，并通过向各方向的移动来进行聚焦控制和跟踪控制。
在激光二极管2与物镜4之间的光程上，从激光二极管2一侧起顺序排列着由调制绕射光栅构成的第1绕射光栅12和由偏振光绕射光栅构成的第2绕射光栅11。图1(B)和图1(C)分别表示第1绕射光栅12的光栅图形及第2绕射光栅的光栅图形，第2绕射光栅11上等距地形成光栅图形，而第1绕射光栅12上不等距地形成光栅图形。这里，第1绕射光栅12的光栅图形与第2绕射光栅11以它们的绕射方向正交的状态排列。
在图1(A)中，在第2绕射光栅11靠物镜4的一侧设有1/4波长板8。本例中，是按照使从激光二极管2射出的激光L0通过第1绕射光栅12受到绕射作用而不通过第2绕射光栅1 1受到绕射作用的要求来设定激光L0的偏振光方向和第2绕射光栅11的晶体轴方向。激光L0通过1/4波长板8后变成圆偏振光，在记录媒体的记录面5a上反射后再度通过1/4波长板8后再度变回直线偏振光，而偏振光方向成为正交的方向。因此，来自记录媒体5的返回光受到第2绕射光栅11的绕射作用。
来自记录媒体5的返回光被第2绕射光栅11绕射后被光检测装置10受光。根据光检测装置10的受光量检测位信号，并且检测聚焦误差信号及跟踪误差信号。
如图1(D)所示，本例的光检测装置10具有隔着激光二极管2而左右对称排列的2组光检测器组20、30。光检测器组20具有位于中央的位信号检测用光检测器21和位于其两侧的聚焦误差及跟踪误差检测用光检测器22、23。同样，另一组光检测器组30也具有位于中央的位信号检测用光检测器31和位于其两侧的聚焦误差及跟踪误差检测用光检测器32、33。这里，光检测器22、23以及光检测器32、33是3分割式光检测器。即，光检测器22具有受光面22a、22b、22c，同样，光检测器23也具有受光面23a、23b、23c。另外，光检测器32、33也具有受光面32a、32b、32c以及33a、33b、33c。
如此结构的光传感头装置1的光信号检测动作在前述日本发明专利公开1998-11773号公报中已有详细记载，故在此结合图1简要说明。
在图1所示的光传感头装置1上，来自激光二极管2的激光射出光L0首先通过第1绕射光栅12的光栅图形120的形成区域后受到绕射作用，主要被分割成0次光、+1次绕射光以及-1次绕射光这3束光。第1绕射光栅12的绕射方向被设定为记录媒体的记录轨迹方向。这样形成的3束光在平透过第2绕射光栅11后通过1/4波长板8并被变换成圆偏振光，然后射入物镜4。3束光经过物镜4后作为3个光点在形成于记录媒体5的记录面5a上的记录轨迹上聚光。
在记录媒体5上反射的返回3束光Lr经过物镜4后返回1/4波长板8，并通过该波长板8后再度变换为直线偏振光。然而，偏振光方向切换成与激光射出光L0正交的方向。其结果，返回3束光Lr在通过第2绕射光栅11时受到绕射作用，分别绕射成3束光。该绕射方向是与第1绕射光栅12的绕射方向正交的方向，且要避开第1绕射光栅12的光栅图形120的形成区域。其结果，包含在返回3束光Lr的0次光、+1次绕射光、-1次绕射光分别再绕射成0次光、+1次绕射光、-1次绕射光的3束光。从而，返回3束光Lr作为光点a1、b1、c1在构成光检测10的光检测器组20的光检测器21、22及23的受光面上聚光， 并作为光点a2、b2、c2在光检测器31、32及33的受光面上聚光。这里，在形成于记录媒体5的记录面上的各光束的光点中，在位于两侧的光点b、c中产生像散现象。从而，这些光点的返回光成像，使在光检测器的受光面上形成的光点b1、b2和光点c1、c2上的子午像散的横像差幅度根据焦点偏移的方向而向相反方向变化。即，在焦点正确的状态下，光点b1、b2和光点c1、c2成为相同尺寸的椭圆形。而在焦点向记录媒体5的光轴方向前方偏移的前焦点位置上，光点b1、b2的幅度变窄，而光点c1、c2的幅度却变宽。相反，在焦点向记录媒体5的光轴方向后方偏移的后焦点位置上，光点b1、b2的幅度变宽，而光点c1、c2的幅度却变窄。从而，用光检测装置10可以把这些光点的幅度变化作为各检测器的受光量变化进行检测，并生成聚焦误差信号。另外，跟踪误差信号通过一般所用的3束法形成，位信号则根据设置在光检测装置10中央的光检测器21、31的受光量来进行检测。
另外，在本例中，光检测装置10设有2组光检测器组20、30。其实基本上只要具备其中一组光检测器组20或30即可。或者，也可以设置2组光检测器组20和30，用其中一组检测跟踪误差信号，用另一组检测聚焦误差信号。
在如此构成的光传感头装置1上，把第1绕射光栅12和激光二极管2以及光检测装置10所处的底板6装载于1个单元盒7中构成光学单元70，把装有这些光学要素的光学单元70支承在光传感头装置主体(未图示)上。
这里，第1绕射光栅12如图1(B)所示，光栅图形120为不等距的，要在光传感头装置1上用前述像散进行信号检测时，必须将第1绕射光栅12和其他构成要素正确对位。即，在采用图1所示方式的光传感头装置1中，由形成不等距光栅图形的第1绕射光栅12根据来自激光二极管2的激光射出光L0照射在哪个位置上而使照射在记录媒体5的记录面5a上的光束的焦距和3个光束的间隔发生变动。从而，由调制绕射光栅构成的第1绕射光栅12尤其需要在绕射光栅装载区域73的平面内精确地对位。
为此，本形态采用图2所示的对位结构。图2表示把第1绕射光栅12安装到光学单元70的单元盒7上的状态。
在图1(A)和图2中，单元盒7为箱形体，在上面部71的中央形成矩形贯穿孔72，其上面部71垂直于装置光轴L，在单元盒7的内部设有底板6，其上形成激光二极管2及光检测装置10，在单元盒7的上面部71上，贯穿孔72的周围成为绕射光栅装载区域73。即，第1绕射光栅12只要设在单元盒7的绕射光栅装载区域73，其安装姿势即自动确定，并且垂直于装置光轴L。
绕射光栅装载区域73是利用单元盒7的上面部71，而第1绕射光栅12可在其面内方向移动。因此，如果不加处理，第1绕射光栅12在绕射光栅半截区域73中应处的位置就不明确，本形态是在第1绕射光栅12上光栅图形120形成区域两侧的2个部位分别标上以“+”表示的第1定位标记121，在绕射光栅装载区域73的2个部位标上通过与第1定位标记121对位而表示第1绕射光栅12在该装载区域面内方向的装载位置的、以“+”表示的第2定位标记74。
在这些标记中，第2定位标记74的位置是以设置在单元盒7内的底板6的激光二极管2及光检测装置10的位置为基准设定的。
而第1定位标记121的位置则是以光栅图形120的形成区域的位置为基准设定的。即，第1定位标记121是在形成绕射光栅12的光栅图形120的工序中与光栅图形120同时形成。因此，光栅图形120和第1定位标记121的位置关系可以直接精确地设定。
在这样精确地设定光栅图形120和第1定位标记121的位置关系时，在如图3(A)所示、用在具有光学各向异性的透明底板125上形成的栅状槽126构成第1绕射光栅12的光栅图形120的场合，当在金属模内对第1绕射光栅12进行树脂成形时，在金属模内预先构成为形成光栅图形120所需的栅状凹凸，同时构成为形成第1定位标记121所需的凹凸。这样，在金属模内构成的形成标记用的凹凸就在绕射光栅上印出“+”形的凸出或凹入的第1定位标记121。从而，与在第1绕射光栅12上形成光栅图形120后另外形成第1定位标记121的场合不同，可以直接而且精确地确定光栅图形120和第1定位标记121之间的位置关系。
另外，也有时是如图3(B)所示，第1绕射光栅12的光栅图形120是用蒸镀法等方法把具有光学各向异性的有机膜128在整个透明的光学各向同性底板127上成膜后，用光刻技术形成图形(形成蚀刻)。在这种场合，在形成构成光栅图形120的有机膜128的同时，用印有“+”印记的有机膜128形成第1定位标记121。从而，与在第1绕射光栅12上形成光栅图形120之后再另外形成第1定位标记121的场合不同，可以直接且精确地规定光栅图形120与第1定位标记121之间的位置关系。
如此构成的第1绕射光栅12如图2所示，首先，载放在单元盒7的绕射光栅装载区域73(单元盒7的上面部71)上，然后，在绕射光栅装载区域73上向其面内方向移动，使第1绕射光栅12上的2个第1定位标记121分别与绕射光栅装载区域73上的2个第2定位标记74重合。由于在进行这一位置调节的过程中始终保持第1绕射光栅12的下端面与绕射光栅装载区域73的抵接，故第1绕射光栅12的姿势不会发生倾斜。
在这样进行了第1绕射光栅12的对位后，由于不用第1绕射光栅12的外周端面作为对位的基准，故即使第1绕射光栅12的外形尺寸或外形有误差，这种误差也不会影响第1绕射光栅12的对位精度。另外，光栅图形120和第1定位标记121是同时形成的，故它们之间的位置关系可以精确地规定。因此，第1绕射光栅12的装载位置及方向可精确地规定。因此，作为第1绕射光栅，即使采用光栅图形不等距的调制绕射光栅等、其装载位置可能对光传感头装置1的性能产生重大影响的绕射光栅，也因可将来自光记录媒体5的返回3束光Lr(返回光)有效地引导到光检测装置10，而能得到高性能的光传感头装置1。
另外，在完成第1绕射光栅12在面内方向的对位后，用粘接剂等把第1绕射光栅12固定在单元盒7的上面部71(绕射光栅装载2区域73)。
〔实施形态2)
另外，如图4(A)所示，在第1绕射光栅12的制造工序中，也可以在整个透明底板127上形成有机膜后，用光刻技术蚀刻形成规定的光栅图形120时，沿第1绕射光栅12的外周缘留出外框状有机膜128，且在相当于该外框部分129各边的部分形成尖端向着光栅图形120的形成区域的三角形的第1定位标记121。即便在这种场合，如果事先在相当于单元盒7的上面部71的绕射光栅装载区域73上形成譬如箭头状的第2定位标记74，则只要把各三角部分(第1定位标记121)的尖端与箭头状的第2定位标记74对位，就可将第1绕射光栅12的位置对准。
又，第1绕射光栅12在如图4(B)那样置入大型透明底板12A后，把该大型透明底板12A沿划线1 2B切断，以将各绕射光栅12切出。从而，如果预先沿第1绕射光栅12的外周缘留出外框状膜(外框部分129)，则可用该膜自动形成划线12B，且该划线12B是与光栅图形120同时形成的。故沿该划线12B切出的第1绕射光栅12的外周端面与光栅图形120的位置关系便直接精确地设定。另外，即使沿划线12B切出第1绕射光栅12的切割装置的切割精度不佳，且第1绕射光栅12的外周端面的精度不佳，由于最终是用第1绕射光栅12上所附的第1定位标记121和单元盒7的绕射光栅装载区域73上所附的第2定位标记74来进行第1绕射光栅12的对位的，故可以精确地将第1绕射光栅12对位。
还有，图4(A)的第1绕射光栅12除了光栅图形120的形成区域以及构成第1定位标记121的膜128部分外均是透明的，故第2定位标记74也可以不在第1绕射光栅12的装载位置周围，而是如图4(A)虚线所示，在与第1绕射光栅12重合的区域内形成三角形的第2定位标记74。
〔其他实施形态〕
上述实施形态说明的是把第1绕射光栅12安装在单元盒7上的例子，而在把第2绕射光栅11安装在单元盒7上时，也可以在绕射光栅上以及绕射光栅装载区域分别形成第1及第2定位标记，并将这些定位标记对位以决定第2绕射光栅11的装载位置。譬如图5所示，也有的是把第2绕射光栅11、第1绕射光栅12、底板6(激光二极管2以及光检测装置10)全部装载在1个单元盒7中构成光学单元70。在这种场合，可以给第1以及第2绕射光栅11、12分别加上第1定位标记，对各绕射光栅装载区域73、76则如图4(A)虚线所示的那样，在与绕射光栅重叠的区域内等形成第2定位标记。
另外还有的不是把绕射光栅单元化，而是直接装载在光传感头装置主体上，在这种场合，可以在形成于光传感头装置主体上的绕射光栅装载区域形成前述第2定位标记。
还有的是在1个光学元件的表面和背面分别形成第2绕射光栅11和第1绕射光栅12，形成整体结构。在采用了这种光学元件的光传感头装置上也可运用本发明。即，可以在第1绕射光栅上或第2绕射光栅上预先形成第1定位标记，并将该第1定位标记和装载区域上的第2定位标记对位，以进行2个绕射光栅形成一体的光学元件的对位。
另外，上述任何一个形态在将附有第1定位标记的绕射光栅对位时，都是将该绕射光栅的装载区域等附近部分所附的第2定位标记与第1定位标记进行对比，当然，也可以如图5所示，在使设置在空间上与第1绕射光栅12隔开的位置上的第2绕射光栅11与第1绕射光栅12对位的场合，或是在使设置在空间上与第1绕射光栅12隔开的位置上的底板6与第1绕射光栅12对位的场合，运用本发明。即，可以在第1绕射光栅12上预先附加第1定位标记，并且在第2绕射光栅或底板6上附加第2定位标记，通过将该第1定位标记与第2定位标记进行对比，使设置在空间上与第1绕射光栅12隔开的位置上的结构要件(第2绕射光栅11或底板6)和第1绕射光栅12对位。
另外，在将附在绕射光栅上的第1定位标记与规定的标记进行对比时，不限于把这些标记进行直接对比，也可以使标记之间进行间接对比。譬如可以在图6所示的第1绕射光栅12上，以将对边上形成的第1定位标记121之间进行连接的假想线Q1、Q2的交点P为基准进行第1绕射光栅12的对位。在进行这样的对位时，也可以在固定的CCD摄象机的寻象器内映出十字形游标，以4个第1定位标记121与该游标重合的状态将第1绕射光栅12对位后，以游标的交点为基准将其他光学零件对位。
如上所述，本发明的光传感头装置是以附加在绕射光栅上的第1定位标记为基准进行绕射光栅的对位。从而，由于不是以绕射光栅的外周端面为对位基准，故即使绕射光栅的外形尺寸等有误差，这类误差也不会影响绕射光栅的对位精度。因此，可以精确地决定绕射光栅的装载位置以及方向。因此，作为绕射光栅，即使采用栅距不等的调制光栅等、其装载位置可能对光传感头装置的性能产生重大影响的绕射光栅，也能获得高性能。
Claims (8)
1.一种光传感头装置，具有：第1绕射光栅，其上形成将从发光元件射出的光绕射以引导到物镜的第1光栅图形；第2绕射光栅，其上形成将来自光记录媒体的返回光绕射以引导到光检测装置的第2光栅图形，
其特征在于，在所述第1及第2绕射光栅中至少一个绕射光栅上附加将该绕射光栅与构成所述光传感头装置的其他结构要素之间进行对位用的第1定位标记，在所述其他构成要素上附加与所述第1定位标记对位用的第2定位标记。
2.根据权利要求1所述的光传感头装置，其特征在于，所述第1绕射光栅是调制绕射光栅，具有把从发光元件射出的光分割成3束后引导到所述物镜的不等距的第1光栅图形，且在该第1绕射光栅上附有所述第1定位标记。
3.权利要求1或2的光传感头装置的制造方法，其特征在于，所述第1定位标记在形成所述绕射光栅的光栅图形的工序中形成。
4.根据权利要求3所述的光传感头装置的制造方法，其特征在于，在用栅状膜形成所述绕射光栅的光栅图形时同时用该膜形成所述第1定位标记。
5.根据权利要求1或2所述的光传感头装置，其特征在于，附有所述第1定位标记的绕射光栅与所述所述发光元件或所述光检测装置中至少一方的元件一起装入单元盒内构成光学单元，且在该单元盒上构成装载附有所述第1定位标记的绕射光栅的装载区域。
6.根据权利要求5所述的光传感头装置，其特征在于，将所述装载区域做成可使所述绕射光栅沿与其平面平行的方向移动，同时在该装载区域附有通过与所述第1定位标记间进行对比来表示该装载区域上该绕射光栅在面内方向装载位置的第2定位标记。
7.根据权利要求6所述的光传感头装置，其特征在于，在所述单元盒中装载所述第1绕射光栅及所述第2绕射光栅。
8.根据权利要求5所述的光传感头装置，其特征在于，所述第1绕射光栅与所述第2绕射光栅构成一体。
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