CN1155958C - 光学读出装置和全息照相单元 - Google Patents

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Abstract

提供一种光学读出装置和全息照相单元，能稳定光学读出装置的特性。所述光学读出装置包括衍射元件、透镜、全息照相单元和光电检测器。当把副束作为光源时，根据光路长度与波长，可把全息照相单元上的图案设计成使副束会聚到受光元件上的光点尺寸减至最小，因而副束光点不会偏出受光元件的受光表面，稳定了光学读出装置的特性。

Description

光学读出装置和全息照相单元
技术领域
本发明涉及一种光学读出装置和全息照相单元，特别涉及一种对来自CD或DVD等光盘(下称“盘”)的反射光作衍射并将其会聚到受光装置上的光学读出装置和全息照相单元。
背景技术
用于读出盘信息的光学读出装置，要求再现记录信息的功能和检测聚焦误差与跟踪误差的功能。通常，应用众所周知的Foucault法即像散法检测聚焦误差，而用推挽法即三束法检测跟踪误差。在结合应用Foucault法与三束法的情况下，如图9所示，可用受光元件2a-2c接收主束，用受光元件3a与3b接收副束。根据受光元件2a与2b之间的输出信号差值(S2a-S2b)，可确定聚焦误差信号。根据受光元件3a和3b之间的输出信号差值(S3a-S3b)，可确定跟踪误差信号。
因为在盘上反射的副束光倾斜地通过透镜，全息照相单元4不是同等地一分为二(图9)，因而划分的两个副束的光点大小不一。因此，划分后衍射成较大光点尺寸的副束(下称“孔径侧”)和衍射成较小光点尺寸的副束(下称“遮光侧”)，在光电检测器1的受光表面上不对称。在受光表面上，遮光侧副束B的光点尺寸大于孔径副束A的光点尺寸。
同时，在全息照相单元4传统的图案设计中，一直强调要对主束减小波前像差。然而，对副束仍保留着很大的波前像差。即如图10所示，通常把设计的第一图案6与第二图案7相对于离划分线5的距离X表示为均衡函数Ax4+Bx2+C。这些图案被分为两部分，然后连接在一起得到整个图案。然而，在图案设计中，未对副束计及波前像差。
因此，担心遮光侧副束B可能偏出受光元件3a与3b，如图9所示。有一个问题是，根据温度变化，跟踪误差平衡与抖动可能发生重大变化，导致光学读出装置特性不稳定。
发明内容
因此，本发明的主要目的是提供一种能稳定光学读出装置特性的光学读出装置。
第一发明是一种光学读出装置，包括：衍射元件，用于将来自激光器的激光束分为一个主束和两个副束；透镜，用于将主束和副束会聚到盘上；分成第一与第二图案的全息照相单元，分别衍射所述盘的反射光；及光电检测器，包括接收主束的第一部分和接收副束的第二部分，所述副束分别由所述第一和第二图案衍射；其中，通过寻找所述全息照相单元上一点的路径，以使该路径上的这一点到所述副束虚拟光源和到所述第二部分上会聚点之间的+1阶副束光路长度上的差为波长的整数，从而所述全息照相单元中的所述第一与第二图案使副束的光点最小。
在第一发明的基础上，还提供了一种光学读出装置，其特点是，所述第一与第二图案分别由一曲线构成，该曲线是所述全息照相单元上的一点离开所述第一和第二图案边界线的距离的连续奇数阶多项式。
第二发明是一个全息照相单元，包括：全息图案，用于对盘反射的两个副束作衍射，并将它们会聚到受光元件的第二部分上，通过寻找所述全息照相单元上一点的路径，以使该路径上的这一点到所述副束虚拟光源和到所述第二部分上会聚点之间的+1阶副束光路长度上的差为波长的整数，从而所述全息照相图案使副束的光点最小。
在第一发明的基础上，还提供了一种全息照相单元，其特点是，所述全息图案包括节距不同的第一与第二图案。
在此基础上，还提供了一种全息照相单元，其特点是，所述第一与第二图案由一曲线构成，该曲线是所述全息照相单元上的一点离开所述第一和第二图案边界线的距离的连续奇数阶多项式。
在将副束作为光源时，由于根据光路长度和波长把全息照相单元上的图案设计成使副束会聚到受光器件上的光点尺寸减至最小，所以不用担心副束光点会偏出受光器件的受光表面。
根据本发明，能够稳定光学读出装置的特性，因为可以防止副束光点偏出远离其边界线的受光表面。
从下面结合附图对本发明所作的详细描述，本发明的上述目的与其它目的、特征、方面和优点将变得更清楚了。
附图说明
图1示出本发明一实施例的光学读出装置。
图2示出图1实施例使用的光电检测器。
图3示出图1实施例使用的光学读出装置。
图4表示全息照相单元的设计方法。
图5示出第一图案。
图6示出第二图案。
图7示出结合第一与第二图案的全息图案。
图8示出离开副束光点的距离与光强的关系。
图9是现有技术的视图。
图10表示普通的全息图案。
具体实施方式
图1所示实施例的光学读出装置10，从盘电动机12转动的盘14(如CD或DVD)中读出信息，它包括一个作为光源的半导体激光器16，发射预定波长的激光。半导体激光器16接有APC(自动功率控制)18，故其输出受APC18控制。同时，将作为衍射单元的全息照相单元20和物镜22安置在半导体激光器16与盘14之间，光电检测器24(图2)斜置于全息照相单元20下面。
全息照相单元20包括一块石英玻璃等形成的基片26。基片26的光栅图案28形成在下侧，产生一个主束和两个副束。基片26用于偏振的全息图案30形成在其顶表面。全息图案30被盘14径向延伸的分割线A0分割，如图2所示，具有节距相互不同的第1图案30a与第二图案30b。
物镜22固定在构成聚焦驱动器的驱动器线圈(未示出)上，通过对驱动器线圈赋能，可垂向移动。
光电检测器24分为5个受光元件32a、32b、32c、32e和32f，如图2所示。在受光元件32a与32b之间分开的分割线B0，其方向几乎与全息图案30的衍射方向一致，但成一小角度(图2)，以防聚焦偏移。
通常，光点(空气盘)直径d受制于物镜(数值孔径为NA)和光束波长λ，可表示为d＝1.22λ/NA。若半导体激光器16一侧物镜22的NA为NAL，主束(0阶光)经全息图案30分割后的NA为NAO，表达式就为NAO＝NAL/2，因为主束(0阶光)已被全息图30一分为二了。因此，主束(0阶光)的光点直径d0＝2.44λ/NAL。另一方面，副束在偏离中心的位置上分割。因此，如图2所示，孔径侧副束的光点在受光元件32e与32f上限制得很小，而遮光侧副束B的光点在受光元件32e与32f上则处于高度模糊的状态。于是，要求将受光元件32e与32f的宽度设置得比遮光侧光点尺寸更宽。然而，若将这一宽度设置得过宽，芯片尺寸就增大了。因此，在本实施例中，在将副束作为光源的情况下，可根据光路长度与波长设计全息图案30，从而使副束在受光元件32e与32f上的光点尺寸减至最小。
即如图3所示，当把+1阶副束作为光源时，在整个圆区上根据光路长度与波长设计第一图案30a，使副束光点在受光元件上的尺寸最小。当把-1阶副束作为光源时，在整个圆区上根据光路长度与波长设计第二图案30b，使副束光点在受光元件上最小。把这些图案分为两部分，然后连接起来得到全息图案30。说得再详细一点，在设计第一图案30a时，把全息照相单元20和光电检测器24置于预定位置，如图4(A)所示。假定+1阶副束的虚拟光源点为P1，受光元件32f上的会聚点为S1，可确定全息照相单元上点O1的路径，其中O1P1与O1S1之间+1阶副束光路长度(光距)之差(O1P1-O1S1)为nλ(n＝0，±整数，λ为波长)。将该点O1的路径作为第一图案30a。另一方面，根据虚拟光源点P2与-1阶副束的会聚点S，以同样的方法确定第二图案30b，如图4(B)所示。然后，将第一图案30a与第二图案30b分成两部分，再连接起来。顺便提一下，对于在空气与基片26中延伸的光路长度，可用所谓的射线跟踪计算法确定各个光路长度，然后相加。
例如，激光用节距长度为16μm的光栅图案28分成三束，在盘14上离主束光点±13μm的位置上形成副束光点。在通过物镜22与全息图案30将该副束的反射光会聚到离主束光轴±66μm的位置时，副束各虚拟光源点P1与P2将偏离实际发光点P0±70μm。在此条件下，可用上述设计方法得到图5所示的第一图案30a和图6所示的第二图案30b。根据这些图案30a与30b，得到图7的全息图案30。根据Ax4+Dx3+Bx2+Ex+C，可用多项式表示第一图案30a和第二图案30b。即，全息图案30中的第一图案30a和第二图案30b可用某种图案构制，该图案相对于离图案间边界线的距离X具有奇数阶相依性，即该图案并不关于第一图案30a和第二图案30b的边界线对称。
操作中，当接通光学读出装置10的开关时，盘电机12转动盘14，半导体激光器16发光。于是，来自激光器16的激光束通过光栅图案28衍射成一个主束和两个副束。由光栅图案28分割的三个光束通过全息图案30后，由物镜22会聚到盘14上。盘14反射的光通过物镜22后被全息图案30衍射。这样，主束会聚在光电检测器24的受光元件32a-32c上，副束会聚在受光元件32e与32f上。根据受光元件32a与32b之间的输出信号之差(S32a-S32b)，确定聚焦误差信号，并根据受光元件32e与32f之间的输出信号之差(S32e-S32f)，确定跟踪误差信号。
根据本实施例，当把副束作为光源时，可根据光路长度与波长设计全息图案30，使副束的光点尺寸最小。因此，不用担心遮光侧副束偏出受光表面。所以，可以防止因温度变化而出现的跟踪误差平衡或抖动，由此稳定了光学读出装置10的特性。同时能拓宽全息照相单元20、光电检测器24等允许的连接精度范围。顺便提一下，图8表示在应用图7的全息图案30时，与副束中心的距离和光强之间的关系。图中，与现有技术相比，底部副束光点在右侧的强度大大减小了。由此可理解，副束的光点尺寸大大减小了。
虽然已详细描述了本发明内容，但是应明白，这仅是示例性描述，并不作为限制，本发明的精神和范围仅由所附的权项限定。

Claims (5)

1.一种光学读出装置，包括：
衍射元件，用于将来自激光器的激光束分为一个主束和两个副束；
透镜，用于将主束和副束会聚到盘上；
分成第一与第二图案的全息照相单元，分别衍射所述盘的反射光；及
光电检测器，包括接收主束的第一部分和接收副束的第二部分，所述副束分别由所述第一和第二图案衍射；
其中，通过寻找所述全息照相单元上一点的路径，以使该路径上的这一点到所述副束虚拟光源和到所述第二部分上会聚点之间的+1阶副束光路长度上的差为波长的整数，从而所述全息照相单元中的所述第一与第二图案使副束的光点最小。
2.如权利要求1所述的光学读出装置，其特征在于，所述第一与第二图案分别由一曲线构成，该曲线是所述全息照相单元上的一点离开所述第一和第二图案边界线的距离的连续奇数阶多项式。
3.一种全息照相单元，包括：
全息图案，用于对盘反射的两个副束作衍射，并将它们会聚到受光元件的第二部分上，通过寻找所述全息照相单元上一点的路径，以使该路径上的这一点到所述副束虚拟光源和到所述第二部分上会聚点之间的+1阶副束光路长度上的差为波长的整数，从而所述全息照相图案使副束的光点最小。
4.如权利要求3所述的全息照相单元，其特征在于，所述全息图案包括节距不同的第一与第二图案。
5.如权利要求4所述的全息照相单元，其特征在于，所述第一与第二图案由一曲线构成，该曲线是所述全息照相单元上的一点离开所述第一和第二图案边界线的距离的连续奇数阶多项式。
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