CN1347098A - 光学读取装置 - Google Patents

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Abstract

一种光学读取装置,包括:第一光源,用于发射第一激光束;第二光源,用于发射波长不同于第一激光束的第二激光束;第一光栅,它使第一激光束作为0级光线通过,折射第二激光束,产生一初级折射光,其光轴与第一激光束的光轴完全重合;第二光栅,用于使用由第一光栅提供的激光束作为主光束,并产生相对于主光束的子光束,用于产生三束方法的跟踪误差信号,其中,第一、第二光源和第一、第二光栅组成一个整体单元,该单元固定在用于固定该光学系统光学部件的固定元件中。

Description

光学读取装置
发明背影
1.发明领域
本发明涉及一光学读取装置，它发射多个不同波长的激光束并能从多种不同记录密度的光盘上读取信息。
2.相关技术的描述
通常，用于从光学信息记录介质如CD，DVD等读取数据的光学读取装置的光源使用半导体激光器装置。
为了读取记录介质上的数据，光发射波长和用于读取CD和DVD的半导体激光器装置的物镜的数值孔径(NA)各不相同，例如，在DVD的情况下，波长为650nm，NA为0.6，然而在CD的情况下，波长为780nm，NA为0.45。
因此为了用一个盘播放器读取各种不同的光盘如CD和DVD，就需要使用其中有两个波长650nm和780nm的光学读取装置。图1显示了光学读取装置的例子。
按照图1所示的光学读取装置，按顺序布置了用于发射波长为650nm的激光束的激光器1，用于发射波长为780nm的激光束的激光器2，合成棱镜3，半透镜4，准直透镜5和物镜6。此外，在从半透镜4分出来的另一光轴上安装了柱面透镜(未示出)和光电探测器7。在该结构中，由于从合成滤光镜3开始并延伸至光盘8的光学系统通常用于CD和DVD，在这两种情况下，从激光器发出的光束经过合成滤光镜3，然后，沿光轴Y被引导至光盘8。这里使用的物镜6是根据两个波长安装的有双焦点和不同的聚焦位置的透镜。由此可以消除由CD和DVD基体表面厚度不同引起的球面像差。
然而，在该结构中，由于需要合成棱镜等，所以要求大量的元件，生产成本也就很高。再者，因为有必要协调两个激光器和合成棱镜的位置，从而使得结构变得复杂化，并且难以调整该装置。
发明概述
鉴于上述问题，本发明的目的是要提供一结构简化和小型化了的，使用不同波长的多激光束光学读取装置。
根据本发明，提供的光学读取装置包括：光发射装置，它具有至少第一光源，用于发射第一激光束，和第二光源，用于发射波长不同于第一激光束的第二激光束，并且其中第一和第二光源紧密排列；一个光学系统，它由用于引导激光束至记录媒介的辐射光路和用于引导由记录媒介反射的激光束至光电探测器的反射光路组成；和一固定元件，用于固定光学系统的光学元件；其中在辐射光路上靠近光发射装置的安装位置，光学系统包括：第一光栅，它允许第一激光束作为0级光线通过，折射第二激光束，并产生一束光轴与第一激光束的光轴重合的初级折射光，和第二光栅，用于使用由第一光栅提供的激光束作为主光束，并产生相对于主光束的子光束，该子光束用于根据三束方法产生跟踪误差信号，该固定元件固定由光发射装置和第一、第二光栅组成的一个整体单元。
根据本发明，提供的光学读取装置包括：光发射装置，它具有至少第一光源，用于发射第一激光束，和第二光源，用于发射波长不同于第一激光束的第二激光束，并且其中第一和第二光源紧密排列；一光学系统，它由用于引导激光束至记录媒介的辐射光路和用于引导由记录媒介反射的激光束至光电探测器的反射光路组成；和一固定元件，用于固定光学系统的光学元件，其中在辐射光路上靠近光发射装置的安装位置，光学系统包括一铜焊的全息装置，它使第一激光束作为0级光线通过，折射第二激光束，并产生一初级折射光，作为主光束，其光轴与第一激光束的光轴重合；该固定元件固定由光发射装置和铜焊的全息装置组成的一个整体单元。
根据本发明，提供的用于光学读取装置的半导体激光器单元包括：光发射装置，它至少具有：第一光源，用于发射第一激光束，和第二光源，用于发射波长不同于第一激光束的第二激光束，并且其中第一和第二光源紧密排列；第一光栅，它使第一激光束作为0级光线通过，折射第二激光束，产生一初级折射光，其光轴与第一激光束的光轴重合；和第二光栅，用于使用由第一光栅提供的激光束作为主光束，并产生相对于主光束的子光束，该子光束用于产生三束方法的跟踪误差信号；一固定元件，用于固定一个整体形式的光发射装置和第一、第二光栅。
根据本发明，提供的用于光学读取装置的半导体激光器单元包括：光发射装置，它至少具有：第一光源，用于发射第一激光束，和第二光源，用于发射波长不同于第一激光束的第二激光束，并且其中第一和第二光源紧密排列；一铜焊的全息装置，它使第一激光束作为0级光线通过，折射第二激光束，产生一初级折射光作为主光束，其光轴与第一激光束的光轴重合；一固定元件，用于固定一个整体形式的光发射装置和铜焊的全息装置。
附图的简要说明
图1是一结构图，显示了传统光学读取装置的一个例子；
图2显示了按照本发明一个实施例的光学读取装置的光学系统的示意图；
图3显示了图2的光学系统的全息装置的剖面图；
图4A和4B显示了在图1的装置中根据三束方法的光点的位置调整；
图5是一剖面图，显示了半导体激光器装置的详细结构；
图6显示了在图1的装置中光电探测器的感光表面的图案；
图7显示了另一全息装置的剖面图及其工作原理
图8显示了根据本发明的另一实施例的光学读取装置的圆柱固定器部分。
最佳实施例的细描述
下面将参照附图详细描述本发明的最佳实施例。
图2显示了本发明的光学读取装置的光学系统。在该光学读取装置中，用于发射两束不同波长的激光束的半导体激光器装置11和用于折射激光束的全息装置12被连接到圆柱形固定器13上并且成为一体。圆柱形固定器13是中空的并在其两端各有开口部分。半导体激光器装置11装在圆柱形固定器13的一个开口部分。全息装置12装在圆柱形固定器13的另一个开口部分。
半导体激光器装置11分别从不同的发射点发射波长为650nm的第一激光束和波长为780nm的第二激光束，发射点朝向同一个发射方向。发射点之间的间距L大约等于100μm。
如图3所示，全息装置12有第一光栅12a和第二光栅12b。第一光栅12a焊接而形成在全息装置12的基体的一个表面上，也就是说，在位于半导体激光器装置11一边的表面上，折射第二激光束，使得波长为780nm的第二激光束的初级折射光的光轴与波长为650nm的第一激光束的0级光的光轴重合。也就是说，通过第一光栅12a的第一激光束的0级光的一个和第二激光束的±初级折射光(具有正负偏光性)之一作为主光束(用于读信息的光束)，照射到光盘17上。如图3所示，铜焊的全息装置是这样一种全息装置，其上形成了锯齿形的光栅，而且根据锯齿斜面的角度可以设定高次折射光的正负光量的比例。在本实施例中，通过设定斜面的角度使得用作第二激光束的±初级折射光的主光束的光量变大，从而提高了第二激光束的使用效率。
第二光栅12b形成在全息装置12的基体的另一个表面上，也就是说，在位于下面将要解释的半透镜14的一边的表面上；第二光栅12b折射波长为780nm的第二激光束的初级光，并重新发射±初级折射光。该±初级折射光用于产生跟踪误差信号。
在把半导体激光器装置11和全息装置12连接到圆柱形固定器13的情况下，用胶粘剂(未显示)将半导体激光器装置11牢牢固定在圆柱形固定器13上。旋转全息装置12使得波长为780nm的第二激光束的初级折射光的光轴与波长为650nm的第一激光束的光轴重合，并把它安装在半导体激光器装置11的对面。然后，用胶粘剂把全息装置12牢牢固定在圆柱形固定器13上。也可以使用这样一种方法，即把全息装置12预先固定在圆柱形固定器13上，旋转半导体激光器装置11使它对着全息装置12，然后再把全息装置12固定到圆柱形固定器13上。
在通过三束方法执行跟踪伺服控制的情况下，形成在光盘上的三个点光的位置通过旋转圆柱形固定器13调整到光学读取装置本体19上。也就是，在光学读取装置本体19上形成支撑圆柱形固定器13的安装孔20。圆柱形固定器13在用胶粘剂固定前在安装孔20中可以旋转。安装有半导体激光器装置11和全息装置12的圆柱形固定器13插在安装孔20中。如图4A所示，根据三个光点的位置调整，光点的三个圆S1到S3形成在光盘的T轨道上。光点S1到S3的每一个圆心位于连接它们的直线SL上。光点S1是主光束的光点。在通过三束方法的跟踪伺服控制中，使用了次光束的S2和S3光点，使得光点S1落在T轨道的中心。通过旋转圆柱形固定器13，如图4B所示，直线SL和T轨道(精确地说，是T轨道的一条切线)形成的角θ可变。通过光点的位置调整，例如，光点S2和S3几乎落在光盘的镜面上，以便稍微包含T轨道。这时，由于第一和第二激光束的光发射点以及第一光栅12a和第二光栅12b间的相对位置关系总是一定的，所以旋转调整不会引起第一激光束的0级光和第二激光束的初级光之间的关系偏差。通过使圆柱形固定器13的旋转中心和光点S1的圆心重合，可以方便的进行位置调整。在光点的位置调整之后，圆柱形固定器13例如用胶粘剂固定在光学读取装置本体19上。
在光学读取装置的光学系统中，半透镜14反射经过全息装置12的激光束。经半透镜14反射的激光束在先后经过准直透镜15和物镜16后，到达光盘17。准直透镜15把来自半透镜14的激光束转变成平行光，并提供给物镜16。物镜16是一双焦点透镜，它把平行光的激光束会聚到光盘17的记录表面上。DVD和CD(包括CD-R)用作光盘17。一张这种光盘装在转盘(未显示)上。
经光盘17的记录表面反射的激光束被物镜16转变成平行光，再被准直透镜15转变成会聚激光束，然后经轻微折射通过半透镜14。通过半透镜14的激光束到达光电探测器18。
光学元件如半透镜14，准直透镜15和光电探测器18固定在本体19，本体19作为支撑元件。尽管在图2中没有显示，物镜16通过聚焦调节器和跟踪调节器(两者都未显示)可移动地固定在光学读取装置的本体19上。尽管在图2中分段显示了光学读取装置的本体19，实际上本体19是一个整体。
图5显示了半导体激光器装置11芯片的剖面图。如图5所示，半导体激光器装置11是形成为一个芯片那样的单片类型。第一光源发射单元31和第二光源发射单元32通过分离槽33形成在一整块n-型GaAs基体30的一个主表面上，其中第一光源发射单元31具有第一光发射点A1，它发射波长为650nm的第一激光束，第二光源发射单元32具有第二光发射点A2，它发射波长为780nm的第二激光束。第一光源发射单元31和第二光源发射单元32各有一层状结构，随后将对此结构作解释。作为两个光发射单元31和32的共同电极的背电极34形成在基体30的另一主表面上。具有光发射点A1的第一光发射单元31的光发射表面和具有光发射点A2的第二光发射单元32的光发射表面朝向相同的发射方向。
第一光发射单元31从GaAs基体30开始按顺序具有以下几层，它们分别是n-型AlGaInP覆层41，应变量子井活动层42，p-型AlGaInP覆层43，n-型GaAs层44，p-型GaAs层45和电极46。覆层43剖面的中心部分呈梯形形状。形成n-型GaAs层44是为了覆盖除梯形上表面外的覆层43。在梯形上表面形成p-型GaInP覆层47。第一光发射点A1位于应变量子井活动层42上。
第二光发射单元32具有所谓的双异质结构。一对n-型AlGaAs埋层51和52以一预定的间隙安装在GaAs基体30上。一个电极55通过绝缘层53和54安装在这对n-型AlGaAs埋层51和52上。在埋层51和52之间的GaAs基体30上先后分层形成了n-型AlGaAs覆层56，非掺杂GaAs活动层57和p-型AlGaAs覆层58。覆层58和电极55接触。第二光发射点A2位于活动层57上。源于第一光发射点A1的光轴和源于第二光发射点A2的光轴的间距例如等于100μm。
半导体激光器装置11固定在绝缘基座中，它们再装进箱体11a中，如图2所示。
半导体激光器装置11由一激光驱动电路(未显示)驱动。激光驱动电路驱动半导体激光器装置11以便根据要从中读取记录信息的光盘17的类型来选择性地发射第一激光束或第二激光束。也就是，当光盘17为DVD时，激光驱动电路驱动半导体激光器装置11以选择性地发射波长为650nm的第一激光束。当光盘17为CD时，激光驱动电路驱动半导体激光器装置11以选择性地发射波长为780nm的第二激光束。
如图6所示，光电探测器18的感光表面包括三块矩形区域或T1，M，T2，并且这些区域按顺序排列在同一平面的一条线上。区域M位于区域T1和T2之间，并交叉的分为四部分。分开的部分分别由感光装置18a至18d形成。感光装置18a和18d的感光表面以分离十字点为中心对称分布。感光装置18b和118c的感光表面以分离十字点为中心对称分布。区域T1和T2是三束方法的跟踪区，由感光装置18e和18d形成。
如图2所示，在本发明的光学读取装置的光学系统中，当光盘17为DVD时，通过激光器驱动电路的选择性驱动，半导体激光器装置11发射发射波长为650nm的第一激光束(图2中的实线所示)。第一激光束的0级光按原样通过全息装置12的第一光栅12a和第二光栅12b到达半透镜14。经半透镜14反射的第一激光束的0级光通过准直透镜15和物镜16到达光盘17。经光盘17的记录表面反射的第一激光束的0级光通过物镜16，准直透镜15和半透镜14到达光电探测器18的感光表面的区域M。
根据感光装置18a到18d的输出信号，分别产生读取信号RF，跟踪误差信号TE和聚焦误差信号FE。假定感光装置18a到18d的输出信号按顺序分别设定为a，b，c和d，则读取信号按下式计算：
RF＝a+b+c+d。
跟踪误差信号TE用相差方法按下式计算：
TE＝(a′+d′)-(b′+c′)
参考符a′，b′，c′和d′表示将信号a，b，c，d与读取信号RF进行相位比较经计算所得信号。
聚焦误差信号FE用像散方法由下式计算得到：
FE＝(a+d)-(b+c)
读取信号RF，聚焦误差信号FE，和跟踪误差信号TE由数学运算电路(未显示)产生。
当光盘17为CD时，半导体激光器装置11通过激光驱动电路的选择性驱动发射波长为780nm的第二激光束(图2中的虚线所示)。第二激光束经全息装置12的第一光栅12a的折射作用以这种方式折射，以使+初级光最大并使其光轴与第一激光束的0级光的光轴重合。当第二激光束的+初级光成为主光束并到达全息装置12的第二光栅12b的时候，相对于第二激光束的+初级光的±初级光由第二光栅12b的折射作用产生。该±初级光用作三束方法跟踪的次光束。
通过全息装置12的第二激光束经半透镜14反射，然后通过准直透镜15和物镜16到达光盘17。经光盘17记录表面反射的第二激光束的每一级光通过物镜16，准直透镜15和半透镜14到达光电探测器18的感光表面的区域或T1，M和T2。即，第二激光束的主光束在区域M上形成光点，跟踪次光束分别在区域T1和T2上形成光点。
根据感光装置18a到18d的输出信号产生了读取信号RF和聚焦误差信号FE。跟踪误差信号TE根据感光装置18e到18f的输出信号产生。假定感光装置18a到1 8f的输出信号按顺序设定为a到f，则读取信号RF按下式计算：
RF＝a+b+c+d
跟踪误差信号TE用三束方法按下式计算：
TE＝e-f
聚焦误差信号FE通过像散方法按下式计算：
FE＝(a+d)-(b+c)
在本实施例中，全息装置12不局限于如图3所示的具有第一和第二光栅12a和12b的装置。例如，如图7所示，可以使用铜焊的全息装置21。在铜焊的全息装置21的一个表面上形成锯齿形光栅21a。在光学系统中，光栅21a位于半透镜14的一侧。虽然光栅21a没有折射波长为650nm的第一激光束，但折射了波长为780nm的第二激光束。如图7所示，第二激光束的+初级折射光变成最大，其光轴被调整与第一激光束的光轴重合，并且该+初级折射光成为主光束。折射第二激光束的+二级折射光和0级光，以便用它们作为三束方法的跟踪次光束。0级光和+二级折射光各自的光量在铜焊的全息装置21中设为几乎相同水平，并且低于+初级折射光的光量。
在图2所示的实施例中，全息装置12直接固定在圆柱形固定器13上。但是，如图8所示，也可这样构造读取装置，使得全息装置12牢牢固定在全息固定架22上，并连到那里；通过旋转包含全息装置12的全息固定架22，半导体激光器装置11和全息装置12互相定位，以使得波长为780nm的第二激光束的初级折射光的光轴与波长为650nm的第一激光束的光轴重合，然后，全息固定架22牢牢固定在圆柱固定器13的另一个孔中，并连到那里。
按照如上所述的发明，光学卖取装置可以做成小尺寸。并且通过仅仅做简单的调整就可以平稳的实现跟踪伺服控制。

Claims (22)

1.一种光学读取装置，包括：
光发射装置，它具有至少第一光源，用于发射第一激光束；和第二光源，用于发射波长不同于上述第一激光束的第二激光束；并且所述第一和第二光源紧密排列；
光学系统，它由用于引导所述激光束至记录媒介的辐射光路和用于引导由所述记录媒介反射的激光束至光电探测器的反射光路构成；以及
固定元件，用于固定所述光学系统的光学元件，
其中，在所述辐射光路上靠近所述光发射装置的安装位置，所述光学系统包括：第一光栅，它使所述第一激光束作为0级光线通过，折射所述第二激光束，并产生一初级折射光，其光轴与所述第一激光束的光轴重合；以及第二光栅，用于使用由所述第一光栅提供的激光束作为主光束，并产生相对于所述主光束的子光束，该子光束用于产生根据三束方法的跟踪误差信号；和
所述固定元件固定由所述光发射装置和所述第一、第二光栅组成的一个整体单元。
2.根据权利要求1的装置，其中，所述的第一和第二光栅由一个全息装置形成。
3.根据权利要求2的装置，其中，所述全息装置是这样的一个装置，所述的第一光栅形成在盘形基片的一个表面，所述的第二光栅形成在所述盘形基片的另一表面。
4.根据权利要求2的装置，其中，所述第一光栅铜焊在所述全息装置中。
5.根据权利要求1的装置，其中，在所述第一光栅中所述初级折射光的光量大于具有不同偏光性的另一初级折射光的光量。
6.根据权利要求1的装置，其中，所述第一激光束的波长短于所述第二激光束的波长。
7.一种光学读取装置，包括：
光发射装置，它具有至少第一光源，用于发射第一激光束，和第二光源，用于发射波长不同于所述第一激光束的第二激光束，并且其中，所述第一和第二光源紧密排列；
光学系统，它由一用于引导所述激光束至记录媒介的辐射光路和用于引导由所述记录媒介反射的激光束至光电探测器的反射光路构成；和
固定元件，用于固定所述光学系统的光学元件，
其中，在所述辐射光路上靠近所述光发射装置的安装位置，所述光学系统包括一铜焊全息装置，它使所述第一激光束作为0级光线通过，折射所述第二激光束，产生一初级折射光，作为主光束，其光轴与所述第一激光束的光轴重合；
所述固定元件固定由所述光发射装置和所述铜焊全息装置组成的一个整体单元。
8.根据权利要求7的装置，其中，在所述铜焊全息装置中，在盘形基片的一个表面上铜焊了锯齿形状的全息装置，并且该表面安装在所述单元中使它朝向所述光发射装置相对的方向。
9.根据权利要求7的装置，其中，所述铜焊全息装置产生0级光和所述第二激光束的二级折射光作为次级光束，用于产生三束方法中的跟踪误差信号。
10.根据权利要求7的装置，其中，所述铜焊全息装置使所述第二激光束的0级光的光量与所述二次折射光的光量完全相合，其偏光性与所述初级折射光的相同。
11.根据权利要求7的装置，其中，所述第一激光束的波长短于所述第二激光束的波长。
12.一种用于光学读取装置的半导体激光器单元，包括：
光发射装置，它具有至少第一光源，用于发射第一激光束，和第二光源，用于发射波长不同于所述第一激光束的第二激光束，并且其中所述第一和第二光源紧密排列；
第一光栅，它使所述第一激光束作为0级光线通过，折射所述第二激光束，产生一初级折射光，其光轴与所述第一激光束的光轴完全重合；
第二光栅，用于使用由所述第一光栅提供的激光束作为主光束，并产生相对于所述主光束的子光束，该子光束用于产生三束方法的所述跟踪误差信号；
固定元件，用于固定一个整体形式的所述光发射装置和所述第一、第二光栅。
13.根据权利要求12的单元，其中，所述第一和第二光栅由一个全息装置形成。
14.根据权利要求13的单元，其中，所述全息装置具有形成在盘形基片一个表面上的所述第一光栅和形成在所述盘形基片另一个表面上的所述第二光栅。
15.根据权利要求13的单元，其中，所述第一光栅铜焊在所述全息装置中。
16.根据权利要求12的单元，其中，在所述第一光栅中所述初级折射光的光量大于具有不同偏光性的另一初级折射光的光量。
17.根据权利要求12的单元，其中，所述第一激光束的波长短于所述第二激光束的波长。
18.一种用于光学读取装置的半导体激光器单元，包括：
光发射装置，它具有至少第一光源，用于发射第一激光束，和第二光源，用于发射波长不同于所述第一激光束的第二激光束，并且其中所述第一和第二光源紧密排列；
铜焊的全息装置，它使所述第一激光束作为0级光线通过，折射所述第二激光束，产生一初级折射光，作为主光束，其光轴与第一激光束的光轴完全重合；和
固定元件，用于固定一个整体形式的光发射装置和铜焊的全息装置。
19.根据权利要求18的单元，其中在所述铜焊全息装置中，在盘形基片的一个表面上铜焊了锯齿形状的全息装置，并且该表面安装在所述单元中使它朝向所述光发射装置相对的方向。
20.根据权利要求18的单元，其中，所述铜焊全息装置产生0级光和所述第二激光束的二级折射光作为次级光束，用于产生三束方法中的跟踪误差信号。
21.根据权利要求18的单元，其中，所述铜焊全息装置使所述第二激光束的0级光的光量与所述二级折射光的光量完全相合，其偏光性与所述初级折射光的相同。
22.根据权利要求18的单元，其中，所述第一激光束的波长短于所述第二激光束的波长。
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