CN1169133C - 光拾取器及光盘单元 - Google Patents

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Abstract

一种光拾取器和基于此光拾取器的光盘单元，它可做到体积小、成本低并可精确伺服。光拾取器包括分光装置，在其光源一侧表面装有第一衍射光栅和由多个其法向矢量彼此不同的表面构成的分光路部分，而在光盘一侧表面上装有由连续区构成的第二衍射光栅。第一衍射光栅将来自光源的光分光成主和侧光束，而第二衍射光栅使来自光源的光通过，并将从光盘上返回的光向着分光路部分衍射。分光路部分将来自光盘的返回光分光并将分光导入光检测器的光接收部分。

Description

光拾取器及光盘单元
本发明涉及对诸如微盘(MD)、磁光盘(MO)、小光盘(CD)和光盘存储器(CD-ROM)的光盘录/放信号的光拾取器方面，本发明还涉及装有些种光拾取装置的光盘单元。
迄今为止，作为光盘的拾取装置，已提出了如图3那样构造的采用全息装置的为将光学系统简单化、稳定化并减少尺寸而做的各种拾取装置。
在图3中，总地以标号1代表的光拾取器包括发光器件2、全息装置3、目镜4和光检测器5。
全息装置3具有两个与从发光器件2射出的光束的光轴垂直的表面，在发光元件2上射出的光束的光轴上以及在发光器件2一侧在第一表面(图3的下表面)上形成衍射光栅3a。
此外，在发光器件2射出的光束的光轴上光盘D一侧，全息装置3在其第二表面(图3上表面)上形成一个全息图3b。
全息图3b可使来自发光器件2的光束直接通过，并使从光盘D上返回的光衍射到上述光检测器5中。
在此例中，如图所示的全息图3b由两个全息图部分3b-1、3b-2构成，它是沿平行于光盘D的轨迹方向分割的，该全息图部分3b-1、3b-2具有彼此不连续的空间频率。
在所示的实例中，光检测器5包括用于接收被衍射光栅3a分割后的主光束的中心光接收部分5a、和在光接收部分5a两侧上提供的光接收部分E、F，另外，光接收部分5a包括经对光接收部分5a垂直和水平分成四块而成的4个光接收部分A、B、C和D。
另外，在未示出的处理电路中，来自上述光接收部分A、B、C、D、E和F的检测信号被光头放大器放大成输出信号Sa、Sb、Sc、Sd、Se和Sf。
此外，在算术电路中，根据下列方程(1)计算重放信号RF1。
RF1＝(Sa+Sb)+(Sc+Sd)…………(1)
根据方程(2)或(3)得到聚焦误差信号FE1。
FE1＝(Sa-Sb)…………………………(2)
FE1＝(Sa+Sd)-(Sc+Sb)………(3)
由方程(4)得出轨迹误差信号TE1。
TE1＝(Se-Sf)…………………………(4)
在如此构造的光拾取器1中，来自发光器件2的光束经全息装置3的衍射光栅3a而分成主光束和两个侧光束，随后经过全息图3b借助于物镜4到达光盘D的信号记录表面上。
从信号记录表面反射的折返光束再次经物镜4而准备入射到全息图3b上，此处，此返回光被全息图3b的每个全息部分3b-1、3b-2衍射，这样，主光束的返回光就入射在光检测器5的光接收部分5a上，而从侧光束中产生的返回光就入射到光检测器5的光接收部分E、F上。
在来自光检测器5的各光接收部分A、B、C、D、E和F的检测信号的基础上，对重放信号RF1、聚焦误差信号FE1和轨迹误差信号TE1的检测都是可能的。
在图4中还可了解到一种光拾取装置。
在图4中，总地以标号6代表的光拾取器包括光发/收装置7、全息装置3和物镜4。
如图所示那样，光发/收装置7整体地在一个半导体衬层9a上构成。
具体讲，在光发/收装置7中，发光部分是由在半导体衬层7a上形成的半导体激光元件7b和与半导体衬层7a的表面斜交的反射镜7c构成。此外，光检测器是由放置在半导体衬层7a上的第一和第二光检测器8、9构成的。
此例中，上述全息装置3具有两个与来自光发/收装置7的光束的光轴垂直的表面，衍射光栅3a在来自光发/收装置7的光轴上并在光发/收装置7一侧的第一表面(图4的下表面)上形成的，而全息图3c是在来自光发/收装置7的光束的光轴上并在光盘D一侧的第二表面(图4的上表面)上形成的。
在此例中，上述全息图3c为一个连续区域，光使来自光发/收装置7的光束直接通过并将光盘D发出的返回光衍射出去，这样，就将1级光和-1级光分别引入第一和第二光检测器8、9。
如图所示，每个光检测器8、9包括一个中心光接收部分，由衍射光栅3a分割的主光束入射在此部分上；还包括位于此中心光接收部分两侧的光接收部分8e、8f或9e、9f，用于接收所述光束。中心部分具有光接收部分8a、8b和8c或9a、9b和9c。它的是通过将中心部分沿与光盘D的轨迹平行的分割线分成三部分而成的。
此外，在未示出的处理电路中，来自光接收部分8a、8b、8c、8e和8f或9a、9b、9c、9e和9f的检测信号被光头放大器放大成输出信号SA、SB、SC、SE、SF、SG、SH、SI、SK和SL。由下列方程(5)可得到重放信号RF2。
RF2＝(SA+SB+SC)+(SG+SH+SI)…………(5)
由方程(6)可得聚焦误差信号FE2。
FE2＝(SA+SH+SC)-(SG+SB+SI)…………(6)
由以下方程可得轨迹误差信号TE2。
TE2＝(SE+SK)-(SF+SL)………………………(7)
在如此构造的光拾取器6中，来自光发/收装置7的光束被分成主光束和两个侧光束，随后经过全息图3c借助于物镜4到达光盘D的信号记录表面上。
从信号记录表面反射的折返光束再次经物镜4而准备入射到全息图3c上，此处，此返回光被全息图3c衍射，这样，1级光和-1级光就分别入射到第一和第二光检测器8、9上。
在来自光检测器8、9的检测信号的基础上，对重放信号RF2、聚焦误差信号FE2和轨迹误差信号TE2的检测都是可能的。
但是，如上所构造成的光拾取器1、6会产生以下问题。
第一，在光拾取器1中，尽管可以根据所谓的Foucault方法检测聚焦误差信号，为了使主光束的返回光导入光检测器5的每个检测部分A、B、C和D中，需要使全息装置3的全息图3b包括具有不同衍射角度的区域3b-1、3b-2。
因此，需要用蚀刻、注模等来制造全息装置3的金属掩膜图形等等，这就使其变得复杂且成本提高。
另外，在光拾取器6中，可用所谓的光束大小方法来测聚焦误差信号，且全息装置3的全息图以连续的区域方式实现，因此，与光拾取器1相比，易于以低成本实现全息装置3。
但在此情况下，从光束大小方法的原理可知，需要放大在光发/收装置7的光检测器8、9上的返回光的光斑的直径。由于此原因，使用于检测轨迹误差信号和中心光接收部分的光接收部分8e、8f或9e、9f之间的光接收部分之间的距离被延长，从而使光盘D的信号记录表面的主光束和侧光束的距离的缩短出现困难，且轨迹误差信号易受光盘D的信号记录表面上的轨迹断裂等的影响。
此外，由于此聚焦误差检测方法，假聚焦信号会在其聚焦误差与物镜的聚焦深度相比较大的区域中，因而需要对抗这种假聚焦信号的对策。
本发明是针对上述问题而提出的，本发明的目的在于提供一种光拾取装置和借用此光拾取装置而成的光盘单元，不仅可以减少其大小而且还可降低成本，甚至可以确保伺服精度。
为达到此目的，根据本发明而提供一种光拾取装置，它包括：光源；光聚焦装置，用于将光源射出的光束聚焦在光盘的信号记录表面上；置于光源与光聚焦装置之间的分光装置；以及光检测器，包括光接收部分，用于接收从光盘的信号记录表面上返回的光束，它经分光装置后分光，其中，分光装置在其光源一侧的表面装有第一衍射光栅和由多个其法向矢量彼此不同的表面构成的分光路部分，并在其光盘一侧表面上，装有由连续区构成的第二衍射光栅，第一衍射光栅将来自光源的光分光成主和侧光束，而第二衍射光栅使来自光源的光通过，并将从光盘上返回的光向着分光路部分衍射；分光路部分将来自光盘的返回光分光，并将分光导入光检测器的光接收部分。
以上述的结构，从光源射出的光束经分光装置的第一衍射光栅分成三束，即光束和侧光束，接着通过诸如全息图的第二衍射光栅，并经光聚焦装置到达光盘的信号记录表面。
从光盘信号记录表面返回的光再次通过光聚焦装置准备入射在分光装置的第二衍射光栅上。另外，返回光束被此第二衍射光栅衍射，主光束的返回光入射在诸如Foucault棱镜的分光路装置上。这样，由主光束所引发的返回光被此分光路部分的各表面分路，分路后的光别入射在光检测器的对应光接收部分。于是，在光接收部分的检测信号的基础上，可根据所谓的Foucault方法产生重放信号和聚焦误差信号。
另外，与此相似，侧光束返回光被上述分光路部分的表面分路，准备入射到光检测器的对应光接收部分，这样，就可根据诸如三束方法可在光接收部分的检测信号的基础上测出轨迹误差。
此时，由于聚焦误差信号是根据Foucault方法测出的，则在光检测器的返回光的光点直径很小。由于此原因，主光束与侧光束之间的间隔可很短，这样，放大了光盘上所录的信号串与连接主光束与侧光束的光点间的线之间的夹角的允许范围。
由于返回光是被分光路部分分路的，第二衍射光栅可在同一方向与整个返回光一起衍射。因此，不需将第二衍射光栅分区，第二光栅可以一个连续的区来形成，这使整个分光装置的结构被简化。
由于分光路部分是设在分光装置的光源一侧的表面上的，部件的数目减少，从而达到使整个光拾取装置的体积和厚度减小的目的。
由于轨迹误差信号是根据所谓三束方法测出的，甚至在光盘的信号记录表面有缺陷的情况下，都可实现稳定的伺服。
当分光装置是以注塑或玻璃压模的方式制造时，就可以低成本来实现分光装置。
当在一个半导体衬层上形成光源和光检测器时，分光装置是相对于此半导体衬层被支撑着的，光源、光检测器以及分光装置成一体，它可使光拾取器和整个光盘单元的尺寸进一步减小。
图1为方框图，示出包含根据本发明的光拾取装置的光盘单元的实施例的整个结构；
图2为透视图，示出在图1的光盘单元中的光拾取器的第一实施例的结构；
图3为透视图，示出已有技术光拾取装置的一个实例的结构；
图4为透视图，示出已有技术光拾取装置的另一个实例的结构；
见图1和2，下面描述本发明的优选实施例。
在图1中，以标号10表示的光盘单元包括用于转动地驱动光盘11的驱动装置的旋转电机12；一个光拾取器20，用于通过光束照射而将信号录在光盘11的信号记录表面上，并通过使用此信号记录表面返射的光束而重放所录的信号；以及控制部分13，用于控制这些元件。
在此情况下，控制部分13包括光盘控制器14、信号解调器15、纠错电路16、接口17、光头存取控制部分18和伺服电路19。
光盘控制器14用来控制旋转电机12，从而可以预定速度驱动旋转。信号解调器15将光盘拾取器20上的所录信号解调，以对其纠错，并经接口17将其送到外部计算机等上。外部计算机等可以接收录在光盘11上的作为重放信号的信号。
光头读取控制部分18通过轨迹跳跃等将光拾取器20移到光盘11的给定记录点上。在此位置处，伺服电路19将光拾取器20的双轴驱动器上夹着的物镜在聚焦方向和轨迹方向上移动。
图2示出上述光盘单元10中采用的光拾取器。
在图2中，光拾取器20包括用作光源的发光部分21、用作分光装置的全息装置22、用作光聚焦装置的物镜23和光检测器24。
发光部分21是由放置在位于第一半导体衬层21a上的第二半导体衬层21b上的半导体激光器21c和与半导体衬层21a的表面呈45度角斜置的反射镜21d构成。
在此实例中，半导体激光器21c为采用半导体再结合的发光器，并作为光源在X方向发射光束。从半导体激光器21c上射出的光束在Z方向在反射镜21d上反射。
全息装置22具有两个与发光器21的光束的光轴垂直的表面，在发光器21的光束的光轴上于发光部分21一侧的第一表面22a(图2的下表面)上形成第一衍射光栅25，Foucault棱镜26在远离光轴的区域上形成分光部分。
此外，全息装置22在发光部分21的光束的光轴上的光盘11一侧的第二表面(图2的上表面)上有一个用作第二衍射光栅的全息图27。
第一衍射光栅25具有沿X轴方向延伸的平行槽，以将发光部分21的光束分成包括O级衍射光的主光束和包括±1级衍射光的两个侧光束。
第一衍射光栅25为使所有主光束和侧光束通过的区域尽可能地小。
作为第二衍射光栅的全息图27使发光部分21来的光束直接通过，并将光盘11的返回光衍射到光检测器24。
此外，全息图27是由一组类似曲线的槽或在整个衍射区与Y轴平行的一组直线槽构成，且其空间频率处于连续状态。由于全息图27，从光盘11返回的光是以预定的衍射角q在×方向衍射。
此时，衍射角q被设定，从而使全息图27衍射的返回光束不会通过第一衍射光栅25。
此外，Foucault棱镜26具有两个其法向矢量彼此不同的平面26a、26b，两平面26a、26b之间的边界平行于X轴延伸，并通过由全息图27衍射的返回光束的中心。
在此情况中，平面26a的法向矢量的角度基本上等于上述全息图27产生的衍射角相对于平面26b的法向矢量的夹角q。此外，平面26b的法向矢量与全息装置22的侧表面22a的发光部分21的法向矢量具有相同的分量。
物镜23为凸透镜，以将发光部分21发出的光聚焦在光盘D的信号记录表面的所要的记录轨迹上。
此外，物镜23是由未示出的可在两个轴向，即聚焦方向和轨迹方向可移动的双轴驱动器支撑的。
在所示的例子中，光检测器24包括用于接收由衍射光栅25分光的主光束的中心光接收部分24a，和置于此光接收部分2a两侧以接收侧光束的光接收部分E、F，另外，光接收部分24a具有4个光接收部分A、B、C和D，它们是通过在垂直和水平将光接收部分24a分成4块而获得的。
此外，在未示出的处理电路中，来自光接收部分A、B、C、D、E和F的检测信号被光头放大器放大成输出信号Sa、Sb、Sc、Sd、Se和Sf。此外，在算术电路中，可根据方程(8)来获得重放信号RF。
RF＝(Sa+Bb)+(Sc+Sd)…………(8)
聚焦误差信号FE可根据方程(9)、(10)或(11)由所谓的Foucault方法得出。
FE＝(Sa+Sd)-(Sb+Sc)………………(9)
FE＝(Sa-Sb)……………………………(10)
FE＝(Sd-Sc)……………………………(11)
由方程(12)经所谓的三束方法得出轨迹误差信号TE。
TE＝(Se-Sf)……………………………(12)
在图2中，虽然上述光检测器24是以在发光部分21的半导体衬层21a上形成的方法与发光部分21整体形成的，但本发明并不局限于此，光检测器24也可以以与发光部分21相分开的方式来构造。
上面描述了包括本发明实施例的光提取器20的光盘单元10，但其操作情况将描述如下：
首先，光盘单元10的旋转电机12的转动旋转地驱动光盘11，光拾取器20沿光盘11的径向未示出的导轨移动，这样，物镜23的光轴被移到光盘11的所要的轨迹位置上，从而完成对其访问。
在此状态下，在光拾取器20中，来自发光部分21的光束经全息装置22的第一衍射光栅25被分成3个光束，随后，通过全息图27而由物镜23将其聚焦在光盘11的信号记录表面上。
从光盘11返回的光再次经过物镜23而准备入射在全息装置22的全息图27上。另外，返回光被全息图27衍射，这样由主光束引起的返回光入射在Foucault棱镜26上。于是，主光束返回光被Foucault棱镜26的平面26a、26b以半圆形分光，这样，分出的光就分别射到光检测器24的光接收部分上。也就是说，经平面26a的返回光到达光接收部分A和B，而经平面26b的光则到达光接收部分C和D。此外，侧光束返回光以基本半圆形被Foucault棱镜26分光，且分光的光入射在光接收部分E和F上。
因此，在来自光检测器24的各光接收部分的检测信号的基础上，光盘11上的记录信号被重放，并且如上面所提到的，根据三束方法测轨迹误差信号TE，根据Foucault方法测聚焦误差信号，并且，在这些信号的基础上，伺服电路19通过使用光盘驱动控制器14而进行光拾取器13的聚焦伺服和轨迹伺服。
此时，由于用作光盘一侧第二衍射光栅的全息图27整体地构成一个连续的区域，因此可用注塑模、玻璃压模等形成，且格式化的金属图案易于产生，而制造成本很低。
在上述实施例中，虽然用了全息装置22，但本发明并不局限于此，并且非常明显，任何采用分光装置而其中的衍射光栅提供在光盘11一侧表面上将返回光分光的装置都可接受。
此外，在上述实施例中，虽然上述全息装置22是以从发光部分21和光检测器24上分开的状态构造的，但整体地由发光部分21的半导体衬层21a支撑的全息装置22也可采用。此时，发光部分21、光检测部分24和全息装置(或分光装置)以一整体方式形成。
还有，虽然本发明的光盘单元10或光拾取器20采用非偏振光拾取器以从诸如CD和CD-ROM的光盘中进行重放，但本发明并不局限于此，它也可以用磁光盘等的偏振光拾取器或光盘单元。如上所述，根据本发明它可以提供一种光拾取器和采用此光拾取器的光盘单元，它能以低价提供小尺寸的结构，并能精确伺服。

Claims (12)

1.一种光拾取器，包括：
光源；
光聚焦装置，用于将所述光源射出的光束聚焦在光盘的信号记录表面上；
置于所述光源与所述光聚焦装置之间的分光装置；以及
光检测器，包括光接收部分，用于接收从所述光盘的所述信号记录表面上返回的光束，它经所述分光装置后分光，
其中，在所述分光装置的光源一侧的表面装有第一衍射光栅和由多个其法向矢量彼此不同的表面构成的Foucault棱镜，并在所述分光装置的光盘一侧表面上，装有由连续区构成的第二衍射光栅，
所述第一衍射光栅将来自所述光源的光分光成主和侧光束，而所述第二衍射光栅使来自所述光源的光通过，并将从所述光盘上返回的光向着Foucault棱镜衍射；
所述Foucault棱镜将来自所述光盘的所述返回光分光，并将分光导入所述光检测器的所述光接收部分。
2.如权利要求1所述的光拾取器，其特征在于，所述第二衍射光栅为全息图。
3.如权利要求1所述的光拾取器，其特征在于，所述分光装置是由塑料注模形成的。
4.如权利要求1所述的光拾取器，其特征在于，所述分光装置是由玻璃压模形成的。
5.如权利要求1所述的光拾取器，其特征在于，所述光源和所述光检测器是在一个半导体衬层上形成的，且所述分光装置是支撑在所述半导体衬层上的。
6.如权利要求1所述的光拾取器，其特征在于，所述光检测器的光接收部分接收经所述Foucault棱镜分光而产生的光束，且所述光检测器输出用于产生重放信号、聚焦误差信号和轨迹误差信号的检测信号。
7.一种光盘单元，包括：
用于转动地驱动光盘的驱动装置；
光拾取器，用于将光经光聚焦装置加到转动的所述光盘上，并用于检测经所述光聚焦装置的来自所述光盘的信号记录表面的返回光；
双轴驱动器，用于支撑所述光聚焦装置，这样，所述光聚焦装置就可在两个轴向上移动；
信号处理电路，用于在来自所述光拾取器的检测信号的基础上重放信号；以及
伺服电路，用于在来自所述光拾取器的所述检测信号的基础上，在所述两个轴向移动所述光聚焦装置，
所述光拾取器包括：
光源；
光聚焦装置，用于将所述光源射出的光束聚焦在被旋转驱动的光盘的信号记录表面上；
置于所述光源与所述光聚焦装置之间的分光装置；以及
光检测器，包括光接收部分，用于接收从所述光盘的所述信号记录表面上返回的光束，它经所述分光装置后分光，
其中，在所述分光装置的光源一侧的表面装有第一衍射光栅和由多个其法向矢量彼此不同的表面构成的Foucault棱镜，并在所述分光装置的光盘一侧表面上，装有由连续区构成的第二衍射光栅，
所述第一衍射光栅将来自所述光源的光分光成主和侧光束，而所述第二衍射光栅使来自所述光源的光通过，并将从所述光盘上返回的光向着所述Foucault棱镜衍射；
所述Foucault棱镜将来自所述光盘的所述返回光分光，并将分光导入所述光检测器的所述光接收部分。
8.如权利要求7所述的光拾取器，其特征在于，所述第二衍射光栅为全息图。
9.如权利要求7所述的光拾取器，其特征在于，所述分光装置是由塑料注模形成的。
10.如权利要求7所述的光拾取器，其特征在于，所述分光装置是由玻璃压模形成的。
11.如权利要求7所述的光拾取器，其特征在于，所述光源和所述光检测器是在一个半导体衬层上形成的，且所述分光装置是支撑在所述半导体衬层上的。
12.如权利要求7所述的光拾取器，其特征在于，所述光检测器的光接收部分接收经所述Foucault棱镜分光而产生的光束，且所述光检测器输出用于产生重放信号、聚焦误差信号和轨迹误差信号的检测信号。
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