CN1182521C - 能够检测稳定的误差信号的光学拾取装置 - Google Patents

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Abstract

一种使用一个信号检测部件的光学拾取装置，该装置包括一个具有多个衍射和/或聚焦从记录媒体反射出来和入射至记录媒体上的光的图案区的全息图元件；一个具有多个接收和用光电方法转换由该全息图元件衍射的光的光线接收区的光检测器；和一个根据由该光检测器检测的信号，产生焦点误差信号和/或跟踪误差信号的信号运算装置。在光检测器偏移。从光源发出的光波长改变，和/或聚焦装置偏移时，该光学拾取装置仍可实现稳定的伺服工作。

Description

能够检测稳定的误差信号 的光学拾取装置
技术领域
本发明涉及一种光学拾取装置，更具体地，涉及一种通过减小在聚焦装置例如一个物镜受振动，光检测器有偏差和/或温度改变时的偏差，来检测稳定的误差信号的光学拾取装置。
背景技术
在一个高容量的记录和/或再现光学拾取装置中，为了完成稳定的伺服功能，必需要检测焦点误差信号和/或跟踪误差信号。一般，一个光学拾取装置包括一个光源；一个用于将从该光源发射的光束聚焦至一个盘的记录平面上的物镜；和一个用于检测从该盘反射出来，并通过该物镜的光中的信息信号和误差信号的信号检测部件。
在该光学拾取装置是利用象散方法检测焦点误差信号的情况下，上述信号检测部件的光学结构如图1所示。参见图1，从一个盘(没有示出)反射出来的光束，通过一个物镜(没有示出)，由一个检测透镜2聚焦；并通过一个产生象散现象的象散透镜4，由一个光检测器6接收。光检测器6具有四个按2×2矩阵排列的光线接收区A，B，C和D。
当由该光检测器6的四个相应的光线接收区A，B，C和D检测出的信号的特性相同时，则通过将由上述4个光线接收区A，B，C和D检测的信号相加，可得到一个射频信号RFS，如式(1)所示：
RFS＝(A+B+C+D).............(1)
焦点误差信号FES可通过二个在对角线上相对的光线接收区检测的信号相加(即A+C和B+D)，然后将二个和差分而得出，如式(2)所示：
FES＝(A+C)-(B+D)......(2)
基于推挽方法的跟踪误差信号TES，可通过将二个与跟踪方向平行的光线接收区检测的信号相加(即A+D和B+C)，然后将二个和差分而得出，如式(3)所示：
TES＝(A+D)-(B+C)......(3)
在使用具有通常的信号检测部件的光学拾取装置，在一个采取表面/槽的记录形式的高密度记录/再现盘，例如，DVD-RAM盘上进行记录；或从其上进行再现的情况下，即使处在“在焦点上”的状态下，由于相邻轨迹的影响，基于象散方法得出的焦点误差信号，存在着严重的串扰现象，这样，表面/槽的焦点的最佳位置不同。
另外，由于通常的信号检测部件在光检测器上形成的光点尺寸小，因此，焦点误差信号和跟踪误差信号对光检测器的偏差敏感。因而，可以产生在“在焦点上”和“在跟踪上”位置时，焦点误差信号和跟踪误差信号成为不是零的一个值的焦点偏差和跟踪偏差。
另外，由于温度改变，从光源发出的光的波长也改变。这样，如果聚焦装置，例如诸如物镜一类的光学元件上出现色差(在大多数光学元件中，波长增加可使折射率降低)，则即使在“在焦点上”状态下，也可能出现焦点误差信号为不是零的一个值的焦点偏差。
另外，如果物镜由于寻迹或盘偏心，而偏离其原来位置，则在光探测器上的光束会产生偏移。这样，推挽信号也会产生偏差。
发明内容
为了解决上述问题，本发明的目的是要提供一种没有由于聚焦装置例如，一个物镜的振动造成的跟踪误差信号的偏差，因而可进行高密度的记录/再现的光学拾取装置。另外，本发明的目的还要提供一种没有由于光检测器的偏移和/或温度的改变造成的焦点误差信号的偏差，因而可以检测稳定的误差信号的光学拾取装置。
为了达到上述目的，本发明提供的光学拾取装置包括：用于产生和发射光的第一光源；用于改变入射光的行进路径的第一光路径改变装置；用于将从该光路径改变装置出来的入射光，聚焦在记录媒体上的聚焦装置；和具有衍射经记录媒体反射后的入射光的一个全息图元件的第一信号检测部件；一个用于接收由该全息图元件衍射的光和将该光转换为电信号的光检测器；和一个用于从该光检测器检测出的信号，产生焦点误差信号和/或跟踪误差信号的信号运算装置；用于接收从记录媒体反射出来，然后通过聚焦装置和第一光路径改变装置的光的信号检测部件，其中，该全息图元件包括互相隔开一个预先确定的距离，用于衍射和聚焦入射光的第一和第二图案部分；和分别设置在该第一图案部分两侧和设置在第二图案部分两侧的，用于在不同方向衍射入射光的第三和第四图案部分；该第一和第二图案部分可使±第一级衍射光束分别聚焦在第一和第二焦点上；并且其中，该光检测器包括在“在焦点上”状态下，位于该第一和第二焦点之间的，用于接收被该第一和第二图案部分衍射和聚焦的光的第一和第二光线接收单元；及用于接收被该第三和第四图案部分衍射的光的第三和第四光线接收单元。
这里，该第一图案部分包括第一和第二图案区；该第二图案部分包括分别面对着该第一和第二图案区的第三和第四图案区；由该第一和第四图案区衍射的±第一级衍射光束中的一束衍射光束，聚焦在第一焦点上；而另一束衍射光束聚焦在第二焦点上；并且，被第二和第三图案区衍射的±第一级衍射光束中的一束衍射光束，聚焦在第二焦点上；而另一束衍射光束聚焦在第一焦点上。
在这种情况下，该第一光线接收单元包括二个二等分的光线接收区，用于接收由上述第一和第二图案区衍射的±第一级衍射光束中的+第一级衍射光束。该第二光线接收单元包括二个二等分的光线接收区，用于接收由上述第三和第四图案区衍射的±第一级衍射光束中的+第一级衍射光束。
最好，该二等分的光线接收区是基本上互相平行地分割的，并且第二和第八部分的光线接收区和第五和第三部分的光线接收区，是分别相对于第一和第七部分的光线接收区及第六和第四部分的光线接收区向内设置的。
该信号运算装置通过得出第一，第三，第五和第七部分的光线接收区的检测信号的和的信号；与第二，第四，第六和第八部分的光线接收区的检测信号的和的信号之差，来检测焦点误差信号。
另外，该第一光线接收单元还包括用于接收由该第一和第二图案区衍射的另一束衍射光束的第一和第二单个的光线接收区；而该第二光线接收单元还包括用于接收由该第三和第四图案区衍射的另一束衍射光束的第三和第四单个的光线接收区。
这里，该第一和第二图案部分之间的距离，和其相应的宽度经过优化，以抑制跟踪误差信号相对于光学拾取装置的聚焦装置的运动产生偏差。
为了检测没有直流分量偏差的推挽信号，该信号运算装置最好包括：用于得出该第一和第二光线接收单元的检测信号之差的第一差分单元；用于得出第三和第四光线接收单元的检测信号之差的第二差分单元；用于将第一和第二差分单元的输出信号放大至预先确定的增益电平的第一和第二放大器；和用于得出从第一和第二放大器输入的信号之差的第三差分单元，其中，该第一和第二放大器的增益满足第三差分单元的差分信号的直流分量偏差被消除的条件。
其中，所述第一光线接收单元包括第一和第二部分的光线接收区，其中每一个接收区形成一个用于接收被该第一图案区和第二图案区衍射的±第一级衍射光束中的一束衍射光束的二等分光线接收区；而该第二光线接收单元包括第三和第四部分的光线接收区，其中每一个接收区形成一个用于接收被该第二图案部分衍射的±第一级衍射光束中的一束衍射光束的二等分光线接收区。
其中，所述信号运算装置通过得出该第一和第三部分的光线接收区的检测信号的和的信号；与第二和第四部分的光线接收区的检测信号的和的信号之差，来检测焦点误差信号。
其中，所述二等分的光线接收区是互相平行地分割的；而该第二和第三部分的光线接收区放置在第一和第四部分的光线接收区之间。
其中，该信息运算装置通过得出第一和第三部分的光线接收区的检测信号的和的信号；与第二和第四部分的光线接收区的检测信号的和的信号之差，来检测焦点误差信号。
附图说明
本发明的上述目的和优点，通过结合附图对本发明的优选实施例进行的详细说明中，将会更清楚。其中：
图1为表示光学拾取装置中的通常的信号检测部件的示意图；
图2为表示根据本发明的信号检测部件的示意图；
图3为示意性地表示根据本发明的全息图元件的平面图；
图4为示意性地表示根据本发明的光检测器的平面图；
图5表示图2所示的信号检测部件的一个推挽信号检测部分的实施例；
图6A～6C表示图5中的PP1，PP2和PP信号；
图7表示当进行记录时，或者当从光源发出的光的波长因温度改变而改变时，根据本发明的信号检测部件中的衍射光的焦点位置的变化；和
图8表示使用根据本发明的信号检测部件的一个光学拾取装置的实施例。
具体实施方式
在如图8所示的一个光学拾取装置中使用的、根据本发明的信号检测部件，接收从一个光源发出的和从一个记录媒体例如一个盘上反射出来的光，并可检测焦点误差信号和/或跟踪误差信号，使该光学拾取装置在跟踪该记录媒体上的正确的跟踪位置时，可以记录/再现信息信号。另外，该信号检测部件可在再现过程中，检测信息信号。
参见图2和图3，根据本发明的信号检测部件包括：一个用于衍射从记录媒体(没有示出)上反射出来和投影至记录媒体上的会聚光的全息图元件10；一个用于接收由该全息图元件10衍射的光，并将该光转换为电信号的光检测器30；和一个用于从该光检测器30检测出的信号中生成信息信号和/或误差信号的信号运算装置50。这里，标号21表示一个光检测透镜，用于将从该记录媒体上反射出来的光聚焦，并入射至该信号检测部件中。
该全息图元件10包括彼此隔开一个预先确定的距离的，用于衍射和聚焦入射光的第一和第二图案部分；和围绕着该第一和第二图案部分，用于沿不同方向衍射该入射光的第三和第四图案部分。
最好，该第一图案部分包括第一和第二图案区A和D；而第二图案部分包括分别面对着该第一和第二图案区A和D的第三和第四图案区B和C。该第一和第二图案区A和D之间的边界，与该第三和第四图案区之间的边界基本在同一条线上；并且图案区A、B、C、D的宽度W1基本上相同。这样，图案区A、B、C和D沿着顺时针方向，按照2×2矩阵方式排列。
该第三图案部分包括在上述第一和第二图案部分之间，更接近第一图案部分的图案区E1；和在该第一图案部分外面，面对着图案区E1的图案区E2。同样，上述第四图案部分包括在上述图案区E1和第二图案部分之间的图案区F1；和在该第二图案部分外面，面对着图案区F1的图案区F2。这里，第三和第四图案部分的图案区，可以在上述第一和第二图案部分之间；或在其外面。
结果，本发明的全息图元件10包括至少6个图案区，即：用于在不同方向衍射和聚焦入射光的图案区A、B、C和D；和至少二个在该图案区A、B、C、D之间，或在其外面，用于衍射入射光的图案区E1/E2和F1/F2。这样，这些图案区A、B、C、D、E1/E2和F1/F2将入射光分成至少6部分，然后再分别地将该6个部分衍射为±第一级的光束。
这里，在第一至第四图案区A、B、C、D中所形成的全息图图案，彼此按照预先确定的角度排列，因此，可以在不同方向上衍射入射光。至少某些图案区的间距不同，因此可以不同的衍射角度来衍射入射光。考虑到上述光检测器30的光线接收区的布局，优化在相应的图案区A、B、C和D上形成的全息图图案的图案间距；和与入射光的方向有关的入射光的衍射角度和衍射方向，以减小误差信号的偏差。这点将在后面讨论。
详细地说，在上述第一和第二图案区A和D中，形成全息图图案以衍射入射光，使+第一级衍射光束基本上位于图4所示的坐标系的第I象限内；而-第一级衍射光束基本上位于第III象限内。在上述第三和第四图案区B和C中形成衍射入射光的全息图图案，使+第一级衍射光束基本上位于上述坐标系的第IV象限内；而-第一级衍射光束基本上位于第II象限内。这里，相应的图案区A、D、B和C的图案排列成使得即使当由于记录模式改变或温度改变引起从该光学拾取装置的光源发出的光的波长改变时，相应的图案区A、D、B和C衍射的光束与X-轴之间的各种衍射方向的组合不会造成焦点偏移。
换句话说，如果温度改变，则从光源发出的光的波长改变。因此，至少某些光学元件，例如聚焦装置的折射率改变，使衍射光束的焦点位置偏移，从而造成焦点误差信号的偏差。另外，如果由于温度改变，造成从光源发出的光的波长改变，则被该全息图元件10衍射的光束的衍射角度改变，从而使焦点误差信号产生偏差。因此，如图4所示，应适当地设计图案区A、B、C和D的图案方向，使得落在上述光检测器30上的光束的位置为最优。这样，衍射光束与X-轴之间的间隔距离的值α，β和γ为最优，因此可以消除焦点误差信号的偏差。详细地说，α，β和γ为X-轴与在二等分光线接收区A1/A2，二等分光线接收区C1/C2和二等分光线接收区B1/B2中所接收的光束点之间的最短距离。这点将在后面说明。
第一和第四图案区A和C用于衍射入射光，并可起作为相对于一个衍射光束，例如，+第一级衍射光具有负(-)焦度；而相对于另一个衍射光束，例如-第一级衍射光束，具有(+)焦度的透镜的作用。第二和第三图案区D和B用于衍射入射光，并可起到作为相对于一个衍射光束，例如+第一级衍射光具有正(+)焦度；而相对于另一个衍射光束，例如-第一级衍射光束具有负(-)焦度的透镜的作用。
在这种情况下，由该第一和第四图案区A和C衍射的-第一级衍射光束，和由该第二和第三图案区D和B衍射的+第一级衍射光束的焦距较短，因此可以聚焦在第一焦点f1上。另外，由该第一和第四图案区A和C衍射的+第一级衍射光束，和由该第二与第三图案区B和D衍射的-第一级衍射光束的焦距较长，因此，从记录媒体上看时，可以聚焦在比第一焦点f1远的第二焦点f2上。
如以下所述那样，在“在焦点上”状态下，该光检测器30位于第一焦点f1和第二焦点f2之间，最好是在二者的中间；使第一焦点f1和第二焦点f2位于该光检测器30的前端和后端。这样，在“在焦点上”状态下，被上述第一至第四图案区A、D、B和C衍射，并被该光检测器30接收的±第一级光束的光点尺寸基本上相同，如图4所示。
该第一至第四图案区A、D、B和C将入射光分开，并只衍射相应图案区所接收的入射光。这样，±第一级衍射光束的光点图像颠倒，并且形状相同，如图4所示。
上述第三和第四图案部分的图案区E1/E2和F1/F2，与第一和第二图案部分不同，只以不同的方向衍射入射光。这样，在“在焦点上”状态下，由图案区E1/E2和F1/F2衍射的+第一级衍射光束，最好聚焦在为该第一焦点f1和第二焦点f2的中心的一个焦点f上。对于-第一级衍射光束也是如此。
在本发明的全息图元件10中，对第一和第二图案部分之间的距离，最好为位于该第一和第二图案部分之间的第三和第四图案部分的图案区E1和F1的宽度W2；及第一和第二图案部分的宽度W1进行优化，以便克服光学拾取装置的聚焦装置的运动，抑制跟踪误差信号的偏差。由于第三和第四图案部分的图案区E1和F1的宽度相同，因此，在该第三和第四图案部分之间的中心轴线看时，该全息图元件10的结构基本上是对称的。
另外，在该全息图元件10和光检测器30之间，最好还设有一个焦距调节透镜25，例如，一个凹透镜。最好，该焦距调节透镜25放在全息图元件10和第一焦点f1之间，用以改变焦距，例如，增加焦距。这样，采用该焦距调节透镜25，可以增加安装该光检测器30的自由度。
根据本发明，该光检测器30位于被上述第三和第四图案部分衍射的衍射光束聚焦在“在焦点上”状态下的焦点f上。该光检测器30包括用于接收第一和第二图案部分衍射的光线，然后使该光线聚焦的第一和第二光线接收单元；及用于接收由第三和第四图案部分衍射的光的第三和第四光线接收单元，如图4所示。
该第一光线接收单元包括二个二等分的光线接收区A1/A2和D1/D2，用于接收由上述第一和第二图案区A和D衍射的±第一级衍射光束中的+第一级衍射光束。该第二光线接收单元包括二个二等分的光线接收区B1/B2和C1/C2，用于接收由上述第三和第四图案区B和C衍射的±第一级衍射光束中的+第一级衍射光束。为了说明方便起见，图案区和接收被该图案区衍射的光束的光线接收区，用同一个标号表示。
在本发明的优选实施例中，二等分的光线接收区A1/A2，D1/D2，B1/B2和C1/C2如图4所示那样排列。换句话说，由于全息图元件10的相应的图案区A、B、C和D的设计，上述二等分光线接收区A1/A2和D1/D2，以及二等分光线接收区B1/B2和C1/C2基本上分别排列在第I象限和第IV象限内。这里，该二等分光线接收区D1/D2靠近X轴。另外，二等分光线接收区A1/A2，B1/B2，C1/C2和D1/D2分割成基本上互相平行，其分割线与X轴平行。一部分的光线接收区A2，C2，B1和D1比另一部分光线接收区A1，C1，B2和D2更接近X轴。换句话说，一部分光线接收区A2和C2，相对于另一部分光线接收区A1和C1，向内设置；而一部分光线接收区B1和D1相对于另一部分光线接收区B2和D2向内放置。
如后面所述，二等分光线接收区A1/A2，B1/B2，C1/C2和D1/D2的检测信号，主要用于检测焦点误差信号；但也可以用于检测跟踪误差信号和信息信号。
上述第一和第二光线接收单元最好还包括用于接收由上述图案区A和D衍射的±第一级衍射光束中的-第一级衍射光束的单个的光线接收区A和D；和用于接收上述图案区B和C衍射的±第一级衍射光束中的-第一级衍射光束的单个的光线接收区B和C。这里，单个光线接收区A和D，相对于图4所示的坐标系的原点O，位于第III象限内，与二等分光线接收区A1/A2和D1/D2对称。同样，单个光线接收区B和C位于第II象限内。与二等分光线接收区B1/B2和C1/C2对称。
该单个光线接收区A、B、C和D的检测信号，主要用于检测信息信号，但也可以用于检测跟踪误差信号。
第三光学接收单元包括位于第II象限内，用于接收由上述第三图案部分的图案区E1和E2衍射的+第一级衍射光束的光线接收区E1+E2；而第四光线接收单元包括放置在第I象限内，用于接收上述第四图案部分的图案区F1和F2衍射的+第一级衍射光束的光线接收区F1+F2。也可以设置第三和第四光线接收单元，用于接收由上述第三和第四图案部分衍射的-第一级衍射光束。
由于在“在焦点上”状态下，该光检测器30基本上放在上述第一焦点f1和第二焦点f2的中间，即在焦点f处，因此，在“在焦点上”状态下，上述二等分光线接收区A1/A2，B1/B2，C1/C2和D1/D2以及单个光线接收区A、B、C和D接收的衍射光束的光点形状和尺寸基本上相同。另外，这些光点聚焦在上述第三和第四光线接收单元的光线接收区E1+E2和F1+F2上。
信号运算装置50利用光检测器30的检测信号，检测跟踪和/或焦点误差信号。在再现过程中，该信号运算装置50也可检测信息信号。
根据本发明，该信号运算装置50最好设置的按照记录/再现模式或记录媒体的形式，有选择地检测推挽信号或相位差信号，然后可检测跟踪误差信号。该跟踪误差信号可根据记录/再现模式或记录媒体形式，用不同的方法检测。
例如，在DVD-ROM盘的记录/再现或DVD-R/RW盘的再现过程中，信号运算装置50将接收上述全息图元件10的对角线上相对的图案区A和C所衍射的衍射光束的上述单个光线接收区A和C的一个和的信号；与接收由上述全息图元件的另二个对角线上相对的图案区B和D所衍射的衍射光束的上述单个光线接收区B和D的相位信号进行比较，从而产生一个相位差信号。另外，也可以通过将相应的二等分光线接收区的检测信号中的相位信号进行比较，而产生一个相位差信号。在这种情况下，由于相位差信号是通过比较检测信号的相位产生的，因此可将偏差减至最小。
在DVD-RAM盘的记录/再现，或DVD-R/RW盘的再现过程中，该信号运算装置50可以检测推挽信号。
即使当由于盘式记录媒体的偏移或偏心，使聚焦装置，例如一个物镜，偏离其原来位置时，该信号运算装置50也可以检测没有偏差的推挽信号。现在来说明这种检测的原理。
当聚焦装置偏移时，主要是在光束的中心部分，即有光束入射的上述图案区E1和F1的部分处；和光束的周边部分，即有光束入射的上述图案区E2和F2的部分处，产生推挽信号的偏差。这样，如果全息图元件10的图案区E1和F1的宽度W2，和图案区A和B的宽度W1具有适当的值，则与由上述图案区E1/E2和F1/F2产生的推挽信号PP2(PP2＝e1+e2-f1-f2)比较，由上述图案区A、D、B和C产生的推挽信号PP1(PP1＝a+d-b-c)具有较大的交流电流(AC)分量，和较小的直流电流(DC)分量偏差。如图6A所示。相反，如图6B所示，则与PP1信号比较，PP2信号具有较小的交流分量和较大的直流分量偏差。因此，PP1信号和PP2信号要单独检测，再分别乘以相应的系数；然后得到二个信号之差，从而即使在聚焦装置运动时，也可产生没有偏差的推挽信号。
如图5所示，在本发明的详细的实施例中，该用于检测推挽信号的信号运算装置50部分由用于得到上述第一和第二光线接收单元的检测信号之差的第一差分单元51a；用于得到上述第三和第四光线接收单元的检测信号之差的第二差分单元51b；用于将第一和第二差分单元51a和51b的输出信号放大至预先确定的增益电平的第一和第二放大器53a和53b；和用于得到从第一和第二放大器53a和53b输入的信号之差的第三差分单元55构成。
上述第一光线接收单元的检测信号，最好是，上述单个光线接收区A和D的检测信号a和d的和的信号a+d，加在上述差分单元的正(+)输入口上；而上述第二光线接收单元的检测信号，为上述单个光线接收区B和C的检测信号b和c的和的信号b+c，加在该差分单元的负(-)输入口上。另外，上述二等分光线接收区A1/A2和D1/D2的检测信号a1，a2，d1和d2的和的信号a1+a2+d1+d2；以及上述二等分光线接收区B1/B2和C1/C2的检测信号b1，b2，c1和c2的和的信号b1+b2+c1+c2，可以加在第一差分单元51a上。
如图6A所示，第一差分单元51a的输出信号，即PP1＝D+ESin(ωt)，具有偏差D。第一差分单元51a的输出信号，由第一放大器53a放大至增益K1，然后加在第三差分单元55的正(+)输入口上。
另一方面，上述第三和第四光线接收单元的光线接收区E1+E2和F1+F2的检测信号e1+e2和f1+f2，加在第二差分单元51b的正(+)输入口和负(-)输入口上；并且该第二差分单元51b的输出信号PP2＝D′+E′Sin(ωt)，具有偏差D′，如图6B所示，同样，第二差分单元51b的输出信号由第二放大器53b放大至增益k2，然后加在第三差分单元55的负(-)输入口上。
因此，第三差分单元55的输出信号可用下式(4)表示：
(k1D-k2D′)+(k1E-k2E′)Sin(ωt)...(4)
如果增益k1和k2满足使式(4)中的直流分量，即偏差等于零的条件，如式(5)所示那样；则从第三差分单元55可输出一个去除了偏差的推挽信号PP，如式(6)所示。图6C表示去除了偏差的推挽信号PP。
k1D-k2D′＝0           ......(5)
PP＝(k1E-k2E′)Sin(ωt)......(6)
根据本发明的信号运算装置50，按下述方式检测焦点误差信号。
信号运算装置50得到相应的二等分光线接收区A1/A2，B1/B2，C1/C2和D1/D2的检测信号之差，然后将各个信号差相加，从而可检测焦点误差信号。当光束由上述第一和第四图案区A和C衍射时，靠近X轴的一部分光线接收区A2和C2的检测信号a2和c2，要从远离X轴的另一部分光线接收区A1和C1的检测信号a1和c1中减去。当光束由上述第二和第三图案区D和B衍射时，远离X轴的一部分光线接收区B2和D2的检测信号b2和d2，要从靠近X轴的另一部分光线接收区B1和D1的检测信号b1和d1中减去。然后，将二个结果相加。这样，焦点误差信号FES可用下式(7)表示：
FES＝(a1+b1+c1+d1)-(a2+b2+c2+d2)...(7)
式中，在“在焦点上”状态下，a1＝a2，b1＝b2，c1＝c2和d1＝d2，因此，焦点误差信号FES为零。这点可通过适当地设计上述二等分光线接收区的二个部分的边界线的位置，和从全息图元件10看的，二个部分边界线之间的距离；或者通过适当地放大在该信号运算装置50的相应的二个部分光线接收区的检测信号来达到。
当记录媒体和聚焦装置之间的距离，比聚焦装置的焦距小时，则由该全息图元件10衍射的光束的焦点向后移动。这样，二等分光线接收区A1/A2和C1/C2接收的光束的光点较大；而二等分光线接收区B1/B2和D1/D2所接收的光束的光点较小。因此，焦点误差信号FES大于零。
当记录媒体和聚焦装置之间的距离大于聚焦装置的焦距时，由全息图元件10衍射的光束的焦点向前移动。这样，二等分光线接收区A1/A2和C1/C2接收的光束的光点较小；而二等分光线接收区B1/B2和D1/D2所接收的光束的光点较大。这样，焦点误差信号FES小于零。
如上所述，本发明的全息图元件10将某些图案所接收的入射光a，d，b和c进行分割，然后，单独衍射这些光束，并将衍射的光束聚焦在不同的焦点上。这样，衍射光束的焦点可根据记录媒体和聚焦装置之间的距离而偏移，使上述光检测器30所接收的光束的光点尺寸改变，从而可检测焦点误差信号。
在根据本发明的信号检测部件中，由于二等分光线接收区A1/A2，D1/D2，B1/B2和C1/C2的接收光线的面积比所接收的光束的光点尺寸大，因此由于光检测器30的偏移造成的焦点误差信号的恶化，比在通常情况下的焦点误差信号恶化小。另外，即使当光检测器30偏移时，也可以如下所述那样，检测偏差为极小的焦点误差信号。
当光检测器30在X轴方向偏移时，由于二等分光线接收区A1/A2，D1/D2，B1/B2和C1/C2是在与Y轴平行的方向上分割的，因此不产生偏差。
当光检测器30在Y轴方向，例如在+Y方向偏移时，则在“在焦点上”状态下，二等分光线接收区A1/A2和C1/C2之间的检测信号之差为a1-a2＝-S，c1-c2＝S；而二等分光线接收区B1/B2和D1/D2之间的检测信号之差为b1-b2＝-T，d1-d2＝T。因此，焦点误差信号为零，即：(a1-a2)+(c1-c2)+(b1-b2)+(d1-d2)＝-S+S-T+T＝0，这样，不会产生偏差。另外，当光检测器30在与上述相反的方向，即-Y方向偏移时，因为反向平衡的关系，也不会产生偏差。
另外，根据本发明的信号检测装置，在记录操作过程中，或当从光源发出的光的波长改变时，也可检测偏差为极小的焦点误差信号。
例如，如果与装配光学元件的调整的波长比较，波长增加时，则该光学元件的折射率改变。当考虑从光源至光检测器30的整个光学系统时，在“在焦点上”状态下，由全息图元件10衍射的光束的焦点f1，f和f2向着上述焦点调节透镜25偏移，然后变成f1′，f′和f2′，如图7所示。
当不考虑光检测器30所接收的±第一级衍射光束的衍射角度变化时，则在“在焦点上”状态下，各个焦点向着上述焦点调节透镜25移动，因此，在二等分光线接收区A1/A2和C1/C2上形成的光点尺寸较小。这样，检测信号为a1＜a2，c1＜c2。在二等分光线接收区B1/B2和D1/D2上形成的光点尺寸较大。这样，检测信号为b1＜b2，d1＜d2。因此，焦点误差信号FES小于零，即(a1+b1+c1+d1)-(a2+b2+c2+d2)＜0，从而产生偏差。
然而，光检测器30所接收的光为全息图元件10衍射的±第一级衍射光束，并且该衍射光束的衍射角θ与波长λ有关。即Sinθ＝λ/P(式中，P为全息图元件10的每一个图案区的间距)。因此，如果波长λ较长，则衍射角θ增大。这样，二等分光线接收区A1/A2，B1/B2，C1/C2和D1/D2接收的+第一级衍射光束偏移，离开图4所示的原点O。这时，二等分光线接收区A1/A2和C1/C2所接收的+第一级衍射光束，从一部分光线接收区A2和C2，向着另一部分光线接收区A1和C1偏移，即：在由于焦点向着该焦点调节透镜25偏移所产生的偏差减小的方向上偏移。
同样，二等分光线接收区B1/B2所接收的+第一级衍射光束，从一部分光线接收区B1向着另一部分光线接收区B2偏移，即在由于焦点偏移产生的偏差增大的方向上偏移。另外，二等分光线接收区域D1/D2所接收的+第一级衍射光束，从一部分光线接收区D1，向着另一部分光线接收区D2偏移，即：在由焦点偏移产生的偏差增大的方向上偏移。
因此，如图4所示，如果形成图案时，使X轴与第一和第四图案区A和D所衍射的入射光的衍射方向之间的角度绝对值，比X轴与第二和第三图案区B和C衍射的入射光的衍射方向之间的角度的绝对值大；和相应的角度的绝对值为适当的值时，则在二等分光线接收区B1/B2和D1/D2中增大的偏差量，可以比在二等分光线接收区A1/A2和C1/C2中减少的偏差量小。因此，当衍射角改变时，偏差减小。
另外，当与装配光学元件时调整的波长比较，波长减小时，则会产生与上述现象相反的现象。
结果，通过使用根据本发明的全息图元件10和光检测器30，几乎可以消除由于从光源发出的光的波长的变化产生的焦点误差信号的偏差。
在该光学拾取装置要进行记录媒体的再现的情况下，通过将第一至第四光线接收单元的检查信号相加，该信号运算装置50可以检测信息信号RFS。通过将上述第一和第二光线接收单元的单个光线接收区A、B、C和D的检测信号a，b，c，和d；与上述第三和第四光线接收单元的单个光线接收区E1+E2和F1+F2的检测信号e1+e2和f1+f2相加，可以检测出信息信号RFS，如式(8)所示：
RFS＝a+b+c+d+e1+e2+f1+f2  ......(8)
式中：信息信号RFS可通过将光线接收区E1+E2和F1+F2的检测信号，与上述二等分光线接收区的检测信号相加；或通过将所有的检测信号相加而检测出来。
在上述根据本发明的信号检测部件中，已经说明了该全息图元件10的第一和第二图案部分中的每一个部分，均由二个图案区组成。然而，该第一和第二图案部分中的每一个部分，也可以由单一一个图案区组成；并且可以设有光检测器的相应的光线接收区和信号运算装置。这点可从以上说明中很容易推论出来，因此省略了其详细说明。
现在参照图8来说明采用根据本发明的信号检测部件的一个光学拾取装置的优选实施例。
参见图8可看出，该光学拾取装置包括一个光源101；一个用于改变入射光的行进路径的光路径改变装置103；一个将从该光路径改变装置103出来的入射光，聚集在记录媒体100a上的聚焦装置110，例如一个物镜；和一个用于检测记录媒体100a的信息信号和/或误差信号的信号检测部件120。另外，在该光路径改变装置103和聚焦装置110之间，还可设置一个用于对从光源101发出的发散光进行平行校正的准直透镜107。
光源101发出适合于在较薄的记录媒体100a，例如，DVD族的盘上进行记录和/或再现的波长为λ1的光；并且所发出的光，通过上述光路径改变装置103，由聚焦装置110，聚集在记录媒体100a上。
图8表示一个偏振光束分离器，它可以根据偏振的方向，传送和反射入射至该光路径改变装置103中的光。另外，在这种情况下，在偏振光束分离器和聚焦装置110之间，还设有一个改变入射光的偏振情况的波片109。这里，相对于从光源101发出的光的波长，该波片109最好为上述波长1/4波片。在光源101发出供记录和再现用的、具有不同波长的光束的情况下，相对于用于再现的光的波长而言，该波片109最好为上述波长的1/4波片。
在这个实施例中，该偏振光束分离器将从光源101入射的线性偏振光分量，传送至记录媒体100a上；并将与其垂直的其他线性偏振光分量反射出去。这样，该1/4波长的波片将通过上述偏振光束分离器传送的线性偏振光，改变为圆偏振光，并由该偏振光束分离器反射出去，然后再投射至信号检测部件120中。
另外，准直透镜107放在该偏振光束分离器和聚焦装置110之间，使会聚的光投射至上述信号检测部件120中。在这种情况下，该准直透镜107起一个光检测透镜的作用。该准直透镜107也可放置在光源101和偏振光束分离器之间；而用于使入射光会聚的光检测透镜(没有示出)可以单独地放置在该偏振光束分离器和信号检测部件120之间。
该信号检测部件120包括一个全息图元件10、一个焦点调节透镜25和一个光检测器30；这些元件均与图2～图7所示的元件相同。
在根据本发明的光学拾取装置中，在较薄的盘式记录媒体上进行记录/再现过程中，被该记录媒体100a反射和入射至其上的光，由至少具有6个图案区的全息图元件10衍射，和/或会聚起来，如图3所示。然后，该衍射的光由具有多个接收被相应的图案区衍射的光的光线接收区的光检测器30检测，如图4所示。这样，可以精确地检测出误差信号。换句话说，即使当光检测器30偏移，或诸如物镜一类的聚焦装置110偏移；或当从该光学拾取装置的光源发出的光的波长，由于记录模式或温度的改变而改变时，也可以检测偏差为极小的稳定的焦点误差信号和跟踪误差信号。
再参见图8可看出，根据本发明的光学拾取装置最好还包括：一个用于发射适合于在较厚的记录媒体100b，例如CD族盘，上进行记录和/或再现的波长为λ2的光，和接收从该记录媒体100b反射的光的光模件131；与用于改变从该光模件131发出的光的行进路径的聚焦装置140。这样，该光学拾取装置可以兼容地使用厚度不同的记录媒体。
该光学模件131包括：一个光源(没有示出)，一个全息图(没有示出)，和一个放在该光源的一个侧面上，用于接收经过该全息图衍射后的入射光，以检测信息信号和/或误差信号的光检测器(没有示出)。该全息图可使从光源发出的大部的光直线地行进，并可以衍射从较厚的盘式记录媒体100b，例如，CD族盘，上反射后的+第一级和/或-第一级入射光。该光模件131的结构是公知的，因此省略其详细说明。
该光学拾取装置也可不用上述光模件131，而是采用一个光源101；一个放在该光源101和光路径改变装置140之间的光束分离器(没有示出)；和一个信号检测部件120。
为了最大限度地减小在较薄的盘式记录媒体100a上进行记录和/或再现时的光损失，该光路径改变装置140最好包括一个用于传送波长为λ1的，从该光源101发出的大部分光，和反射波长为λ2的、从该光模件131发出的光的二向色滤光器。标号137表示沿着该光模件131和分光滤光器之间的光路放置的一个聚焦透镜。
为了兼容地使用厚度不同的记录媒体，最好设置一个调节入射至聚焦装置110中的光束横截面的装置。图8表示一个可以作为光束横截面调节装置用的孔径滤光器115，它可以是例如，一个液晶光闸，用于根据供记录和/或再现用的记录媒体的厚度，调节所传送的入射光束的尺寸。标号108表示一个反射入射光，和改变入射光行进路径的反光镜。
上述根据本发明的光学拾取装置，在较薄的记录媒体上进行记录和/或再现过程中，可以没有偏差的检测焦点误差信号和跟踪误差信号，从而可以得到稳定的伺服工作。
虽然，用在图8所示的光学拾取装置中的根据本发明的信号检测部件，可以稳定地检测焦点误差信号和跟踪误差信号；然而，在本发明的范围内，该信号检测部件可以用在各种不同的光学拾取装置中。
上述根据本发明的信号检测部件包括：一个具有4个用于衍射和聚焦入射光的图案区，和至少二个用于衍射入射光的图案区的全息图元件；和与该全息图元件相应的光检测器；因此，即使在该光检测器偏移，和从光源发出的光的波长改变时，也可以检测偏差较小的稳定的焦点误差信号。
另外，根据本发明的信号检测部件，即使当聚焦装置，例如一个物镜，偏移时，也可以检测没有偏差的推挽信号。
特别是，由于根据本发明的信号检测部件，是利用具有多个衍射入射光和使入射光聚焦在不同焦点上的图案区的全息图元件；及具有接收衍射光束的二等分光线接收区的一个光检测器，而不是用象散方法来检测焦点误差信号，因此即使在是以高密度记录和/或再现方式，即表面/槽记录方式，在盘式记录媒体上进行记录/再现的情况下，也不会由于槽对焦点误差信号的影响，而产生严重的串扰现象。
因此，采用根据本发明的上述信号检测部件的光学拾取装置，可以实现稳定的伺服工作和高密度的记录和/或再现。

Claims (12)

1.一种光学拾取装置，它具有用于产生和发射光的第一光源；用于改变入射光的行进路径的第一光路径改变装置；用于将从该光路径改变装置出来的入射光，聚焦在记录媒体上的聚焦装置；和用于接收从该记录媒体反射出来，通过该聚焦装置和第一光路径改变装置的光，并用于检测信息信号和/或误差信号的第一信号检测部件；该光学拾取装置的特征在于：该第一信号检测部件包括：
用于衍射投射在记录媒体并从该记录媒体反射回来的光的一个全息图元件；
一个用于接收由该全息图元件衍射的光和将该光转换为电信号的光检测器；和
一个用于从该光检测器检测出的信号中产生焦点误差信号和/或跟踪误差信号的信号运算装置；其中，该全息图元件包括互相隔开一个预先确定的距离，用于衍射和聚焦入射光的第一和第二图案部分；和分别设置在该第一图案部分两侧和设置在第二图案部分两侧的用于在不同方向衍射入射光的第三和第四图案部分；该第一和第二图案部分可使±第一级衍射光束分别聚焦在第一和第二焦点上；并且其中，该光检测器包括在“在焦点上”状态下，位于该第一和第二焦点之间的，用于接收被该第一和第二图案部分衍射和聚焦的光的第一和第二光线接收单元；及用于接收被该第三和第四图案部分衍射的光的第三和第四光线接收单元；
其中，该第一图案部分包括第一和第二图案区；该第二图案部分包括分别面对着该第一和第二图案区的第三和第四图案区；由该第一和第四图案区衍射的±第一级衍射光束中的一束衍射光束，聚焦在第一焦点上；而另一束衍射光束聚焦在第二焦点上；并且，被第二和第三图案区衍射的±第一级衍射光束中的一束衍射光束，聚焦在第二焦点上；而另一束衍射光束聚焦在第一焦点上。
2.如权利要求1所述的光学拾取装置，其中，该第一光线接收单元包括二个二等分的光线接收区，用于接收由上述第一和第二图案区衍射的±第一级衍射光束中的+第一级衍射光束；该第二光线接收单元包括二个二等分的光线接收区，用于接收由上述第三和第四图案区衍射的±第一级衍射光束中的+第一级衍射光束。
3.如权利要求2所述的光学拾取装置，其中，该信号运算装置通过得出第一，第三，第五和第七部分的光线接收区的检测信号的和的信号；与第二，第四，第六和第八部分的光线接收区的检测信号的和的信号之差，来检测焦点误差信号。
4.如权利要求2所述的光学拾取装置，其中，该二等分的光线接收区是互相平行地分割的，并且第二和第八部分的光线接收区和第五和第三部分的光线接收区，是分别相对于第一和第七部分的光线接收区及第六和第四部分的光线接收区向内设置的。
5.如权利要求4所述的光学拾取装置，其中，该信号运算装置通过得出第一，第三，第五和第七部分的光线接收区的检测信号的和的信号；与第二，第四，第六和第八部分的光线接收区的检测信号的和的信号之差，来检测焦点误差信号。
6.如权利要求2所述的光学拾取装置，其中，该第一光线接收单元还包括用于接收由该第一和第二图案区衍射的另一束衍射光束的第一和第二单个的光线接收区；而该第二光线接收单元还包括用于接收由该第三和第四图案区衍射的另一束衍射光束的第三和第四单个的光线接收区。
7.如权利要求1所述的光学拾取装置，其中，该第一和第二图案部分之间的距离，和其相应的宽度经过优化，以抑制跟踪误差信号相对于聚焦装置的运动产生偏差。
8.如权利要求1所述的光学拾取装置，其中，该第一和第二图案部分之间的距离，和其相应的宽度经过优化，以抑制跟踪误差信号相对于聚焦装置的运动产生偏差。
9.如权利要求1所述的光学拾取装置，其中，该信号运算装置根据记录媒体的记录/再现模式或其形式，有选择地检测推挽信号或相位差信号。
10.如权利要求1所述的光学拾取装置，其中，为了检测没有直流分量偏差的推挽信号，该信号运算装置包括：
用于得出该第一和第二光线接收单元的检测信号之差的第一差分单元；
用于得出第三和第四光线接收单元的检测信号之差的第二差分单元；
用于将第一和第二差分单元的输出信号放大至预先确定的增益电平的第一和第二放大器；和
用于得出从第一和第二放大器输入的信号之差的第三差分单元，其中，该第一和第二放大器的增益满足第三差分单元的差分信号的直流分量偏差被消除的条件。
11.如权利要求1所述的光学拾取装置，其中，第一光源发出适合于在较薄的记录媒体上进行记录和/或再现的第一种波长的光；并且其中，该光学拾取装置还包括用于发出适合于在较厚的记录媒体上进行记录和/或再现的第二种波长的光线的第二光源；以及沿着该第一光源和聚焦装置之间的光路设置，用于改变从第二光源发出的光的行进路径的第二光路经改变装置。
12.如权利要求11所述的光学拾取装置，其中，该第二光路经改变装置为用于传送第一种波长的光，和反射第二种波长的光的一个二向色滤光器；并且其中，该光学拾取装置还包括用于接收从第二光源发出的和从记录媒体上反射出来的光，用于在较厚的盘上进行记录和/或再现过程中，测信息信号和/或误差信号的第二信号检测部件。
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