CN1208223A - 激光头装置 - Google Patents
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Abstract
本发明揭示一种激光头装置。该装置(1)利用调制衍射光栅(6)将激光二极管(2)的出射光(L)分成3束光,并共同聚焦在记录面(4a)的记录纹道(4b)上。使记录纹道(4b)上形成的+－1次光的光点(a)、(c),在与记录纹道方向正交的方向上发生象散。用衍射光栅(6)分别将从光记录媒体(4)返回的3束光分别衍射成4束光,由+－1次光所形成返回光的光点(a3)、(a4)、(c3)、(c4),形成能用共同的光学系统检测的记录纹道间隔不同的光记录媒体的跟踪误差信号。
Description
本发明涉及用于进行CD(compact disk)和DVD(digital video disk)等的光记录媒体的记录重放的激光头装置。
在以往的激光头装置中，通过物镜将从激光源射出的激光，在光记录媒体的记录面上汇聚为光点，并利用光检测器检测从光记录媒体反射回来的光，使记录在该光记录媒体中信息重放。同时，控制物镜的跟踪方向的位置，使从前述激光源射出的激光准确地对光记录媒体的记录纹道进行扫描，此外，控制物镜的聚焦方向的位置，使激光在记录面上结成焦点。
为了进行这种跟踪和聚焦控制，用从光记录媒体反射回来的光检测激光跟踪误差和聚焦误差所对应的光信息。
一般地，采用3光束法作为跟踪误差检测方法。在3光束法中，利用衍射光栅等向着记录面的记录纹道方向将激光分开成3束光，在这3束光中将±1次光(记作+-1次光)汇聚在记录纹道的边缘部分。根据在这种记录纹道的边缘部分反射的+-1次光的能量差，形成跟踪误差信号。
这样，当使+-1次光聚焦在光记录媒体的记录面上时，以往，配合光记录媒体的记录纹道间隔设计光学系统，使+-1次光的聚光位置到达记录纹道的边缘部分，而且，使+-1次光的相位差成为最大，并根据+-1次光的能量差，得到跟踪误差信号。
但是，在以往的激光头装置中，因配合光记录媒体的记录纹道间隔设计光学系统，所以当记录面的记录纹道间隔不同时，就不能使+-1次光聚焦在记录纹道的边缘部分，同时+-1次光的相位差也不能满足前述的关系。因此，当如CD和DVD那样，记录纹道间隔不同，分别为1.6μm、0.74μm时，不能用共同的光学系统检测出前述的跟踪误差信号。
鉴于前述的问题，本发明的课题是提供能用共同的光学系统检测出记录纹道间隔不同的光记录媒体的跟踪误差信号的激光头装置。
为解决前述的课题，本发明的激光头装置，具有
激光源，和
使来自所述激光源的出射光汇聚在光记录媒体的记录面上的物镜，其特征在于，还包括
检测在所述记录面反射的光的光检测手段，
在所述记录面的记录纹道方向上将来自所述激光源的出射光分开成0次光和+-1次光的3束光，使所述3束光的任何1束向着所述记录面的记录纹道中央位置射出，同时使所述+-1次光具有在与所述记录纹道方向正交的方向上的象散的调制衍射光栅，
将在所述记录面反射回来的3束光引导到光检测手段中的导光元件；
所述光检测手段包括
对所述反射回来的3束光中的0次光进行感光的记录信号检测用的光检测单元，
用于根据所述3束回光中的+-1次光在与所述记录纹道方向正交的方向上的象散，检测跟踪误差信号的跟踪差误检测用的光检测单元。
在本发明的前述的激光头装置中，不是象以往那样，使被分开的3束光中、+-1次光汇聚在记录纹道的边缘部分，而是使+-次光汇聚成与0次光同样位于记录纹道的中心线上。因此，即使记录纹道间隔变化了，也可以不必象以往那样，变更在记录纹道上形成的+-1次光的光点的位置，使之成为记录纹道的边缘部分。为此，对于记录纹道间隔不同的光记录媒体，能用共同的光学系统检测出其跟踪误差信号。
在检测出这种跟踪误差信号的方式中，即使把分开的3束光全部简单地汇聚焦在记录纹道的中心线上，也不能正确地检测出伴随物镜的跟踪移位的跟踪差错信号。可是，在本发明的激光头装置中，因在与记录纹道方向正交的方向上对+、-次光提供相反的象散，所以能得到正确的跟踪误差信号，并能进行高精度的跟踪控制。
为了形成跟踪误差信号，可以在跟踪误差检测用的光检测器中，设置将对3束回光中的+1次光进行感光的感光面分为两半的第1感光单元，和将对3束回光中的-1次光进行感光的感光面分为两半的第2感光单元，同时对各感光面的感光结果进行运算处理，使起因于物镜的跟踪移位的感光量变化相互抵消。
此外，利用调制衍射光栅，使+-1次光在记录纹道方向上也具有象散，同时，如果在光检测系统中，设置用于根据3束回光中的+-1次光的记录纹道方向的象散，检测聚焦误差信号的聚焦误差检测用的光检测单元，那么也能检测出聚焦误差信号。
图1(A)是适用于本发明的激光头装置的概略结构图。
图1(B)是表示调制衍射光栅的衍射图的说明图。
图1(C)是表示衍射光栅的衍射图的说明图。
图1(D)是表示光检测装置的结构的说明图。
图2是用于说明图1(A)-图1(D)的光学系统的动作的概念图。
图3(A)是表示在记录纹道上形成的光点的形状的说明图。
图3(B)是表示子午剖面的光的状态的说明图。
图3(C)是表示弧矢剖面的光的状态的说明图。
图3(D)是表示从记录面返回的3束光的物镜孔面的能量分布的说明图。
图4是表示用于形成各种信号的电路结构的说明图。
图5用于说明起因于物镜的跟踪移位的光量变化和这种光量变化跟踪给误差信号带来的影响。
下面，参照附图对适用于本发明的激光头装置进行说明。
图1(A)表示基于本发明的激光头装置的概略结构。如图所示，激光头装置1具有作为激光源的激光二极管2，由此射出的激光L，借助物镜3在光记录媒体4的记录面4a上汇聚为光点。激光二极管2也可以设置成从基板直接向着物镜3射出激光，也可以利用反射镜向物镜3反射来自激光二极管2的激光光L。
在激光二极管2和物镜3之间的光路上，分别从激光二极管2的一侧，顺序地配置用于将射出的激光分开成0次光和+-1次光的3束光束的调制衍射光栅5、和作为用于将来自光记录媒体4的记录面4a的回光引导到光检测器的感光面上的导光元件的衍射光栅6。在本例中，在玻璃基片7的光检测装置10一侧的面上形成调制衍射光栅5，在物镜3一侧的面上形成衍射光栅6。
图1(b)和图1(c)分别表示调制衍射光栅5的光栅图和衍射光栅6的光栅图，这些光栅图的衍射方向为正交的方向。
在本例的激光头装置1中，从激光二极管射出的激光L，由调制衍射光栅5受到衍射作用，然后通过衍射光栅6。因设置衍射光栅6的光栅图，使通过调制衍射光栅5的光不受到衍射作用，所以受到调制衍射光栅5衍射作用的激光L，原样地通过衍射光栅6，并通过物镜3，将通过这种衍射光栅6的激光汇聚焦在光记录媒体4的记录面4a上，由该记录面进行反射再次通过物镜3引导到衍射光栅6中。引导到衍射光栅6中的来自光记录媒体4的回光，在受到衍射光栅6衍射作用而进行衍射后，由光检测装置10感光。根据光检测装置10的感光量，检测凹坑信号(RF信号)、跟踪误差信号(TE信号)、聚焦误差(TE信号)，和用于求得光量平衡的推挽信号(PP信号)。
如图1(D)所示，本例的光检测装置10具有夹持激光二极管2并配置成左右对称的2组光检测器群20、30。光检测器群20包括位于中央检测RF信号和PP信号用的光检测器21和位于其两侧检测聚焦误差信号检测用的光检测器22、23。另一个光检测器群30包括位于中央检测RF信号和PP信号用的光检测器31和位于其两侧检测跟踪误差信号检测用的光检测器32、33。
检测RF信号和PP信号用的光检测器21、31是在记录面4a的记录纹道方向上分为两半的光检测器。也就是说，光检测器21包括2个感光面21a、21b，同样，光检测器31也包括2个感光面31a、31b。
检测FE信号用的光检测器22、23是沿对记录纹道方向正交的方向3等分的光检测器，光检测器22包括3个感光面22a、22b和22c，光检测器23也包括3个感光面23a、23b和23c。
检测TE信号用的光检测器32、33与检测RF信号用的光检测器21、31相同，是沿着记录纹道方向被分为两半的光检测器，光检测器32包括2个感光面32a、32b，光检测器33也包括相同的2个感光面33a、33b。
图2表示调制衍射光栅5的出射光的衍射作用、衍射光栅6的回光的衍射作用、和在记录面上以及光检测器的感光面上形成的光点的状态。图3进一步详细地表示在记录面上形成的光点的状态。
下面，参照图1、2、3对本例的激光头装置1的光信号检测动作进行说明。从激光二极管2射出的激光L射入到调制衍射光栅5中。射入到调制衍射光栅5中的激光L受到调制衍射光栅5的衍射作用，并被分开成0次光L(0)和+-1次光、即+1次光L(+1)和-1次光L(-1)的3束光。形成调制衍射光栅5的光栅图，使这种衍射方向成为记录纹道方向。
这3束光原样地通过衍射光栅6后，通过物镜3，在形成于光记录媒体4的记录面4a上的所要的记录纹道4b上汇聚为光点a、b、c。在本例中，各光点a、b、c都在记录纹道4b的中心线40L上，即设定成形成在记录纹道4b的中央位置上。
在光记录媒体4的记录面4a反射回来的3束光束Lr(0)、Lr(+1)、Lr(-1)，经过物镜3再次射入到衍射光栅6中。如图1(c)所示，衍射光栅6包括沿记录纹道方向被分为两半的第1和第2衍射区域6a、6b。在这些衍射区域6a、6b中，设定第1衍射区域6a的光栅间隔比第2衍射区域6b的光栅间隔窄。其结果，射入到衍射光栅6的3束回光Lr(0)、Lr(+1)、Lr(-1)，在第1和第2衍射区域6a、6b分别被分开成2束衍射光。
详细地说，关于3束回光中的0次光Lr(0)的回光，射入到第1衍射区域6a中的光分量，向外侧衍射，并分别形成+1次光Lr1(0)+1、-1次光Lr1(0)-1。因为比第1衍射区域6a的光栅间隔宽地形成第2衍射区域6b的光栅间隔，残留的射入到第2衍射区域6b中的光分量，比第1衍射区域6a的场合往内侧地衍射，并形成+1次光Lr2(0)+1、-1次光Lr2(0)-1。
关于射入到衍射光栅6中的3束回光中的+1次光Lr(+1)的回光，射入到第1衍射区域6a中的光分量，向外侧衍射成+1次光Lr1(+1)+1、-1次光Lr1(+1)-1，残留的射入到第2衍射区域6b中的光分量、比第1衍射区域6a的场合往内侧地衍射成+1次光Lr2(+1)+1、-1次光Lr2(+1)-1。
此外，关于射入到衍射光栅6中的3束回光中的-1次光Lr(-1)的回光，射入到第1衍射区域6a中的光分量，向外侧衍射成+1次光Lr1(-1)+1、-1次光Lr1(-1)-1，残留的射入到第2衍射区域6b中的光分量、被衍射成+1次光Lr2(-1)+1、-1次光Lr2(-1)-1。
在这些+-1次光中，+1次光的Lr1(+1)-1、Lr2(+1)，分别在光检测器23的感光面23a、23b、23c上汇聚为光点a1、a2。-1次光Lr1(-1)-1、Lr2(-1)-1，分别在光检测器22的感光面22a、22b、22c上汇聚为光点c1、c2,-1次光Lr1(0)-1在位于光检测器21的外侧的感光面21a上汇聚为光点b1,-1次光Lr2(0)-1在位于光检测器21的内侧的感光面21b上汇聚为光点b2。
0次光Lr(0)的+1次光Lr1(0)+1在位于光检测器31的外侧的感光面31a上汇聚为光点b3,+1次光Lr2(0)+1在位于光检测器31的内侧的感光面31b上汇聚为光点b4。+1次光的Lr1(+1)+1在位于光检测器33的外侧的感光面33a汇聚为光点a3,+1次光的Lr2(+1)+1在位于光检测器33的内侧的感光面33b上汇聚为光点a4。-1次光的Lr1(-1)+1在位于光检测器32的外侧上的感光面32a上汇聚为光点c3,-1次光的Lr2(-1)+1在位于光检测器32的内侧的感光面32b上汇聚为光点c4。
此外，在本例中，设定衍射光栅6和调制衍射光栅5之间的光路长度，使由衍射光栅6衍射的回光的+-1次光不通过调制衍射光栅5。
图3(A)、(B)、(C)、(D)分别表示在记录纹道上形成的光点形状、子午线剖面的光束、弧矢剖面的光束、物镜孔面的能量分布。
如图1(B)所示，在本例的激光头装置1中，调制衍射光栅6包括光栅间隔不同的圆弧状的光栅图。因此，从激光二极管2射出的激光L，由调制衍射光栅6在记录纹道方向上分开成3束光，同时对被分开的3束光中的+-1次光L(+1)、L(-1)，在记录纹道方向和与记录纹道方向正交的方向上发生象散。这些象散对+1次光和-1次光为互逆。
其结果，如图3(A)、(B)、(C)所示，不受调制衍射光栅6调制的0次光L(0)，以焦点相合的状态在记录纹道4b的中心线40L上汇聚为大致成圆形的光点B。
另一方面，从激光二极管2射出的+1次光L(+1)，因调制衍射光栅6在记录纹道方向上受到象散，如图3(B)所示，在子午线剖面见到光的场合，在记录纹道4b上成为后焦点状态。这种+1次光L(+1)，因调制衍射光栅6在与记录纹道方向正交的方向上也受到象散，所以如图3(C)所示，在弧矢剖面见到光的场合，在记录纹道4b上也成为后焦点状态。其结果，+1次光L(+1)沿记录纹道方向在记录纹道4b的中心线40L上汇聚为椭圆形光点a。
-1次光L(-1)，因调制衍射光栅6而在记录纹道方向上受到象散，同时受到的这种象散与+1次光L(+1)相反。因此，由图3(B)可知，在子午线剖面见到光的场合，在记录纹道4b上成为前焦点状态。-1次光L(-1)，因调制衍射光栅6在与记录纹道方向正交的方向上也受到象散，同时受到的这种象散与+1次光L(+1)相反，所以由图3(C)可知，-1次光L(-1)在弧矢剖面见到光的场合，在记录纹道4b上成为前焦点状态。其结果，+1次光L(+1)也沿记录纹道方向在记录纹道4b的中心线40L上汇聚为椭圆形光点c。
如图3(C)、(D)所示，在本例的激光头装置1中，在0次光L(0)的光点b的位置从记录纹道4b的中心线上向左偏移的场合，从激光二极管2射出的激光光L的+-1次光L(+1)、L(-1)中，因+1次光L(+1)在后焦点上、-1次光成为L(-1)前焦点，所以前述+-1次光在记录面4进行反射并再次射入到物镜4中的+-1次光Lr(+1)、Lr(-1)的能量分布是相反的。也就是说，随着0次光的光点b在记录纹道上的汇聚位置，+-1次光Lr(+1)、Lr(-1)的能量分布发生变化，同时该+-1次光Lr(+1)、Lr(-1)的能量分布成相反的关系。
因此，以从激光二极管2射出的激光L的+-1次光L(+1)、L(-1)作为各光检测器的感光量的变化加以检测，能生成TE信号。也就是说，如图4所示，取在2等分型光检测器32的外侧感光面32a的感光量c3(光点c的左半部分)与隔着光检测器31并位于与2等分型光检测器32相反侧的2等分型光检测器33的内侧感光面33b上的感光量a4(光点a的右半部分)的和S1。取在2等分型光检测器32的内侧感光面32b的感光量c4(光点c的右半部分)与2等分型光检测器33的外侧感光面33a上的感光量a3(光点a的左半部分)的和S2。而且，借助于求出这两个和信号S1、S2的差，形成TE信号。
此外，0次光L(0)的光点b在记录纹道4b的中心线上，在最佳状态时，3光束回光中包含的0次光Lr(0)和+-1次光Lr(+1)、Lr(-1)，取大致相等的能量分布，并且其能量分布成左右对称。因此，在这种场合，不发生跟踪误差信号。
这样，在本例的激光头装置中，在被分开的3束光中，使+-1次光Lr(+1)、Lr(-1)不聚焦在记录纹道的边缘部分上，而与0次光的Lr(0)相同，聚焦成位于记录纹道4b的中心线上，以检测跟踪误差信号TE。于是，即使记录纹道间隔变化，也可以不变更其光点形成位置，使形成于记录纹道上的+-1次光L(+1)、L(-1)的光点的位置a、c的位置成为记录纹道4b的边缘部分。因此，能用共同的光学系统检测CD和DVD那样记录纹道间隔不同的光记录媒体的跟踪误差信号。
这里，在本例的激光头装置1中，因使被分开的3束光全部聚焦在记录纹道4b的中心线上，所以有时随着物镜3的跟踪移位，+-1次光的部分回光被截割，引导到光检测器中的光量发生变化。图5表示在图1(a)所示的光学系统中，物镜3对着图纸跟踪移位到右侧，在+-1次光的部分回光被截割的情况下，光检测器群30中各光检测器的感光面上形成的光点。
如前所述，在物镜3在移位到右侧的场合，随着其移位，在位于第1衍射区域6a侧的光检测器32、33的外侧感光面32a、33a上汇聚的光的一部分如图5虚线所示被截割成月牙状，在这些感光面32a、33a的感光量发生了变化。在本例的激光头装置1中，可借助于以在感光面32a的感光量作为和信号S1的一部分，在感光面33a的感光量作为和信号S2的一部分，进行运算处理，使起因于物镜3的跟踪移位的感光量的变化部分相互抵消，从而能抑制伴随物镜3的跟踪移位的光量变化对跟踪误差信号的影响。此外，在物镜3移位到左侧的场合，与在物镜3跟踪移位到右侧的场合相同，也能抑制对跟踪误差信号的影响。
这样，在本例的激光头装置1中，即使让在调制衍射光栅6被分开的3束光都聚焦在记录纹道4b的中心线40L上，也能避免受到物镜3偏移造成的光量变化的影响而跟踪误差信号的精度降低。因此，能正确地检测出记录纹道间隔不同的光记录媒体的跟踪误差信号，并能高精度地控制物镜3的跟踪方向的位置。
接着，对本例的激光头装置1的聚焦误差信号的生成动作进行说明。在本例的激光头装置1中，调制衍射光栅6也对+-1次光L(+1)、L(-1)在记录纹道方向上也分别施加相反的象散。因此，形成于3等分型光检测器22的各感光面22a、22b、22c的光点c1、c2和形成于3等分型光检测器23的各感光面23a、23b、23c的光点a1、a2，其光点形状根据偏离焦点的方向和远近发生变化。
因此，在本例的激光头装置1中，检测这些光点a1、a2、c1、c2的感光量变化，生成聚焦误差信号。具体地说，如图4所示，取在3等分型光检测器22的两侧感光面22a、22c的感光量和隔着光检测器21并位于与光检测器22相反侧的3等分型光检测器23的中央感光面23b上的感光量的和S3。取在3等分型光检测器22的中央的感光面22b的感光量和3等分型光检测器23的两侧的感光面23a、23c上的感光量的和S4。而且，借助于求出这两个和信号S3、S4的差，形成FE信号。
在本例的激光头装置1中，利用位于3等分型光检测器22、23之间的2等分型光检测器21和位于3等分型光检测器31、33之间的2等分型光检测器32，形成RF信号和PP信号。
也就是说，借助于求得在2个2等分型光检测器21、31的各感光面21a、21b、31a、31b上的感光量的和，形成RF信号。借助于求得在位于2等分型光检测器21、31的外侧感光面21a、31a上的感光量的和与位于2等分型光检测器21、31的内侧感光面21b、31b上的感光量的和的差，形成PP信号。
如前所述，在本发明的激光头装置中，借助于在与记录纹道方向正交的方向对被分开的3束光中的+-1次光提供相反的象散，使+-1次光不聚焦在记录纹道的边缘部分，而与0次光相同地聚焦在记录纹道的中心线上，以得到跟踪误差信号。于是，即使记录纹道间隔变化，也可以不变更其光点形成位置，使形成于记录纹道上的+-1次光的光点的位置成为记录纹道的边缘的一部分。因此，能用共同的光学系统检测出记录纹道间隔不同的光记录媒体的跟踪误差信号。
Claims (10)
1．一种激光头装置，其特征在于，包括
激光源，
使来自所述激光源的出射光汇聚在光记录媒体的记录面上的物镜，
检测在所述记录面反射的光的光检测手段，
在所述记录面的记录纹道方向上将来自所述激光源的出射光分开成0次光和+-1次光的3束光，使所述3束光的任何1束向着所述记录面的记录纹道中央位置射出，同时使所述+-1次光在与所述记录纹道方向正交的方向上具有不同的焦点位置的象散的调制衍射光栅，
将在所述记录面反射回来的3束光引导到光检测手段中的导光元件；
所述光检测手段包括
对所述反射回来的3束光中的0次光进行感光的记录信号检测用的光检测单元，
用于根据与所述3束回光中的+-1次光在与所述记录纹道方向正交的方向上的不同焦点位置的象散，检测跟踪误差信号的跟踪误差检测用的光检测单元。
2．如权利要求1所述的激光头装置，其特征在于，
所述跟踪误差检测用的光检测单元包括
将对所述返回3束回光中的+1次光进行感光的感光面分为两半的第1感光单元，将对所述3束回光中的-1次光进行感光的感光面分为两半的第2感光单元；
对所述各感光面的感光结果进行运算处理，使起因于所述物镜的跟踪移位的感光量变化相抵消，以便检测出所述跟踪误差信号。
3．如权利要求2所述的激光头装置，其特征在于，
在衍射光栅上形成所述调制衍射光栅，所述衍射光栅对所述+-1次光在与所述记录纹道方向正交的方向，在所述记录面上使所述+-1次光的一方聚焦为后焦点状态，同时使所述+-1次光的另一方聚焦为前焦点位置。
4．如权利要求3所述的激光头装置，其特征在于，
形成所述调制衍射光栅所述衍射光栅，使所述+-1次光也在记录纹道方向上具有象散；
所述光检测手段包括用于根据所述3束回光的+-1次光在所述记录纹道方向的象散，检测聚焦误差信号的聚焦误差检测用的光检测单元。
5．如权利要求2所述的激光头装置，其特征在于，
在衍射光栅上形成所述调制衍射光栅，所述衍射光栅对所述+-1次光分别在所述记录纹道方向和与所述记录纹道方向正交的方向，在所述记录面上使一方聚焦为后焦点状态、同时使另一方聚焦在前焦点位置上。
6．如权利要求5所述的激光头装置，其特征在于，
所述调制衍射光栅具有光栅间隔不同的圆弧状光栅图。
7．如权利要求1所述的激光头装置，其特征在于，
所述导光元件包括沿记录纹道方向分为两半的第1衍射区域和第2衍射区域，
按照形成2束衍射光的要求构成所述第1衍射区域和第2衍射区域，
所述跟踪误差检测用的光检测单元包括
将对由所述3束回光的+1次光形成的所述2个衍射光进行感光的感光面分为两半的第1感光单元，和
将对由所述3束回光的-1次光形成的所述2个衍射光进行感光的感光面分为两半的第2感光单元。
8．如权利要求7所述的激光头装置，其特征在于，
按照在由所述调制衍射光栅分开的、射向所述记录面的所述3束光上不施加衍射作用，使其原样通过的要求形成所述导光元件。
9．如权利要求8所述的激光头装置，其特征在于，
所述导光元件设定所述导光元件与所述调制衍射光栅间的光路长度，使由所述第1衍射区域和第2衍射区域衍射后的回光中的+-1次光，不通过所述调制衍射光栅。
10．如权利要求9所述的激光头装置，其特征在于，
分别在玻璃基片的相对的面上形成所述导光元件和所述调制衍射光栅。
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