CN1653527A - 拾光器 - Google Patents

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Abstract

拾光器利用倾斜多元划分型相位差光栅(3)将半导体激光器(1)出射的激光分成主光束(30)、子光束(31、32)，由物镜(5)会聚在光盘(6)的光道(61)上。使反射光通过物镜在分光器(4)上反射后，用会聚透镜(7)引导到光检测器(8A~C)。由此，使用主光束和子光束的推挽信号的跟踪误差信号检测方法中，能以低成本消除物镜移位和光盘倾斜造成的偏移，而且光利用效率不降低。

Description

拾光器
技术领域
本发明涉及对光盘和光卡等信息记录媒体以光学方式记录、再现信息的拾光器。还涉及方便且低成本地校正跟踪误差信号产生的偏移的跟踪伺服方法。
背景技术
近年来，由于能用高密度记录大量信息信号，光盘在音频、视频、计算机等许多领域中的应用不断进展。尤其是最近，如活动图像信息等那样，在计算机等中使用的数据量飞跃地增多，随之，缩小记录坑和光道间距的光盘大容量化不断进展。
为了再现所述记录媒体中以微米单位记录的信息，需要对信息光道准确跟踪光束。作为跟踪误差信号(TES)的检测方法，已经知道多种，但作为最单纯的方法，熟知推挽法。然而，推挽法在进行跟踪等时，物镜往半径方向移位和盘片倾斜等情况下，TES发生偏移。因此，作为消除此偏移的方法，日本国专利公报“专利第1756739号公报”(公开日期1986年5月13日)记载使用3光束的方法(差动推挽(DDP：Differential Push Pull)法)。
为了改善此DPP法，省略3光束在盘片上的旋转调整，日本国公开专利公报“专利公开2001-250250公报”(公开日2001年9月14日)中，提出新跟踪方法(称之为“相移DPP法”)。用图31至图34说明此方法。
例如，如图31(a)所示，半导体激光器1出射的激光由准直透镜2变换成平行光后，由光栅3划分成主光束30、子光束(+1次光)31、子光束(-1次光)32。此3光束通过分光器4后，由物镜5会聚到光盘6的光道61上。进而，通过物镜5使3光束在分光器4上反射，并且用会聚透镜7引导到光检测器8(8A、8B、8C)。
如图32所示，在分别具有相当于光道方向的划分线的对分光检测器8A、8B、8C中，对主光束30、子光束31和32的反射光远场图案进行感光。于是，获得来自各对分光检测器8A、8B、8C的差信号，即推挽信号PP30、PP31、PP32。
这里，如图31(b)所示，设定xy坐标系，将光束的中心作为原点，盘片的半径方向为x方向，与其正交的光道方向为y方向。光栅3中，第1象限的光道槽纹周期结构的相位与其它象限的该相位相差180度。因此，槽纹部衍射的子光束31、32中，仅第1象限的部分产生180度的相位差。这时，如图33所示，使用子光束31、32的推挽信号PP31、PP32与不增加相位差的推挽信号PP30相比，振幅大致为0。由于没有检测出推挽信号，与光道位置无关，将子光束31、32配置在与主光束30相同的光道上，或者配置在不同的光道上，信号都大致相同。
另一方面，如图34所示，对物镜移位和盘片倾斜造成的TES的偏移，PP30与PP31(PP32)分别根据光量，在同侧(同相)产生Δp、Δp’偏移。因此，通过进行以下的运算，能检测出消除上述偏移的差动推挽信号PP34：
PP34＝PP30-k(PP31+PP32)＝PP30-kPP33。
其中，系数k用于校正0次光30与+1次光31和-1次光的光强度差异，如果强度比为0次光∶+1次光∶-1次光＝a∶b∶b，则系数k＝a/(2b)。PP33是子光束31和32的推挽信号的和。省略没有产生子光束的推挽信号(振幅为0)的原理。根据该原理，子光束的推挽信号振幅为0，与槽纹的深度无关。即，在光道上的任何位置，振幅均为0，不需要3光束的位置调整(衍射光栅等的旋转调整)，因而能使拾光器的装配调整大为简化。
使用全息激光单元时，尤其在半导体激光光源附近配置相移衍射光栅时，实质上子光束通过区与主光束通过区在衍射光栅上错位，因而不能对2个子光束添加共同的最佳相移。即使能对某光盘的间距和纹深添加最佳相移模式，也存在间距不同的光盘中不能用的问题。因此，此已有技术例中也提出相应的相移模式。
(专利文献1)
专利第1756739号公报(第1～4页，图1～图3)
(专利文献2)
专利公开2001-250250号公报(第6～10页。图1～图3)
然而，使用上述相移光栅时，添加相移的区需要依据推挽模式，即依据光盘的间距和纹深、拾光器的光学倍率和光源方使用的NA(数值孔径)，进行最佳设计。因此，由于制作误差而相移区的宽度和位置偏离设计值时、装载此光栅的拾光器的光学参数改变时，特性劣化。
即使设计成能适应不同间距的盘片的模式，已有技术例的结构也只能适应2种间距，间距错开时和别的间距的盘片中，特性大为劣化。
装配时物镜相对位置偏移的情况下，特性也劣化。跟踪时的物镜移位特性变化大，存在极限。因此，上述已有技术中，需要减小装配公差，或进行适合光学系统和盘片的个别相移模式设计，在通用性和批量生产率方面有问题。
本发明是鉴于上述课题而完成的，提供一种使用相移DPP法的低成本TES检测法和装有该方法的拾光器，该方法可装于不同规格的拾光光学系统，能用于不同的各种间距和纹深的光盘，即使装配公差大和存在设计公差时，特性也不降低，而且能扩大物镜移位特性。
发明内容
为了达到上述目的，本发明具有以下结构。
本申请的第1拾光器，具有发光元件、将所述发光元件出射的光束会聚在光记录媒体上的会聚装置、设在所述发光元件与会聚装置之间以将发光元件出射的光束分成主光束和子光束的3光束以上用的光衍射元件、以及具有用与光记录媒体的光道方向大致一致的划分线划分来自所述光记录媒体的反射光并进行感光的感光元件的光检测系统，其中，所述光衍射元件分别具有多个含有在与所述光记录媒体的光道方向大致垂直的方向上形成的凹凸的第1和第2光栅图案，在光栅图案形成方向错开规定间距份额的位置形成第1光栅图案的各凹凸和第2光栅图案的各凹凸，将第1和第2光栅图案形成带状，并且相互倾斜地形成平行于与光道方向垂直的方向的第1区部分和第2区部分。
根据上述结构，在光栅图案形成方向错开规定间距份额的位置形成第1光栅图案的各凹凸和第2光栅图案的各凹凸。而且，将第1和第2光栅图案形成带状，并相互倾斜地形成平行于与光道方向垂直的方向的第1区部分和第2区部分。
因此，在产生光盘反射光推挽明暗的区域中，相移区(即第1或第2光栅图案所对应的区)交叉，将相移区划分小。结果，能使明暗翻转的区大致面积相等。因此，任何偏离光道的状态下，都能使明暗相反的区大致相等，可抑制推挽分量。
会聚装置例如在物镜由于跟踪而往径向移位时，与光衍射元件的相对位置偏移，所述相移区也偏移。然而，在产生推挽明暗的区域中，相移区交叉，使其与会聚装置无偏移的状态大致相同，因而能抑制推挽信号的振幅。因此，对物镜的移位，特性不劣化，使移位特性提高。
本发明的第2拾光器，其结构可在第1拾光器中，使所述第1光栅图案和第2光栅图案的所述凹凸的间距错开大致1/2间距。
本发明的第3拾光器，其结构可在第2拾光器中，设置所述第1、第2光栅图案的倾斜角度的边界(第1区与第2区的边界)，使其大致平行于所述光记录媒体的光道。
本发明的第4拾光器，其结构可在第3拾光器中，形成各光栅图案，使其对大致平行于所述光道的边界大致对称。
本发明第5拾光器，其结构可在第3拾光器中，形成各光栅图案，使其对大致平行于所述光道的边界非对称。
本发明第6拾光器，其结构可在第1拾光器中，将所述光衍射元件的第1光栅图案和第2光栅图案的倾斜角度设定在对光道方向35度至55度的范围。
本发明第7拾光器，其结构可在第3拾光器中，使相对于与所述光道大致平行的边界设置在两侧的第1光栅图案和第2光栅图案对所述边界的倾斜角的和设定为大致90度。
本发明第8拾光器，其结构可在第1拾光器中，使所述拾光器适应具有未记录区和已记录区的记录型光盘，所述光衍射元件的第1光栅图案和第2光栅图案的倾斜角度设定在对光道55度至75度的范围。
其结构还可将所述倾斜角度的范围设定为35度至75度。
本发明第9拾光器，其结构可在第1拾光器中，使所述多个第1光栅图案和第2光栅图案的平行于光记录媒体光道方向的宽度固定，并且按等间隔周期性地配置各图案。
本发明第10拾光器，其结构可在第1拾光器中，使所述多个第1光栅图案和第2光栅图案的平行于光记录媒体光道方向的宽度固定，并且按不等间隔配置各图案。
本发明第11拾光器，其结构可在第1拾光器中，使所述多个第1光栅图案和第2光栅图案的平行于光记录媒体光道方向的宽度连续变化。
本发明第12拾光器，其结构可在第1拾光器中，使在所述发光元件出射的光束通过的区域的端部区形成所述多个第1光栅图案和第2光栅图案。
本发明第13拾光器，其结构可在第12拾光器中，使所述端部区以所述平行于光道的边界为中心，往与光道方向垂直的方向离开一定距离L。
本发明第14拾光器，其结构可在第12拾光器中，使在形成所述多个第1光栅图案和第2光栅图案以外的、而且光束通过的区域形成间距与所述多个第1光栅图案和第2光栅图案中形成的凹凸相同而且与光道方向大致垂直的凹凸。
本发明第15拾光器，其结构可在第12拾光器中，使所述多个第1光栅图案和第2光栅图案离开的距离L，其范围为通过的光束的直径的10％至60％。
本发明第16拾光器，其结构可在第1拾光器中，形成凹凸和光栅图案，使由所述衍射元件划分的子光束在所述光记录媒体上的光点形状中，中央部分形成最大强度的峰。
本发明第17拾光器，其结构可对第1拾光器，在根据用与光记录媒体的光道方向大致一致的划分线划分所述主光束和子光束并进行感光的感光元件的输出，产生使用推挽信号的跟踪信号的光检测系统中，用各主光束总光量和子光束总光量分别对所述主光束和子光束的各推挽信号进行归一化后，对归一化后的推挽信号进行减法运算，以产生跟踪信号。
本发明第18拾光器，将发光元件出射的光束划分成主光束和子光束，利用物镜会聚到光记录媒体，由大致平行于光道方向的划分线划分其反射光，进行感光，检测出光信号，并且用提供相位差的子光束的推挽信号校正主光束的跟踪误差信号的偏移，其中，提供相位差，使干预所述子光束的推挽信号的区域中，光记录媒体的槽纹的0次衍射光的相位差添加区与±1次衍射光的相位差添加区重叠。
本发明第19拾光器，其结构可在第18拾光器中，提供相位差，使所述相位差添加区重叠，从而所述子光束的推挽信号振幅大致为0。
本发明第20拾光器，其结构可在第18拾光器中，使所述子光束中添加的相位差为大致180度。
本发明第21拾光器，将发光元件出射的光束划分成主光束和子光束，利用物镜会聚到光记录媒体，由大致平行于光道方向的划分线划分其反射光，进行感光，检测出光信号，并且用由光衍射元件提供相位差的子光束的推挽信号校正主光束的跟踪误差信号的偏移，其中，所述光衍射元件提供相位差，使干预所述子光束的推挽信号的区域中，光记录媒体的槽纹的0次衍射光的相位差添加区与±1次衍射光的相位差添加区重叠。
本发明第22拾光器，其结构可在第21拾光器中，使所述光衍射元件分别具有多个含有在与所述光记录媒体的光道方向大致垂直的方向上形成的凹凸的第1和第2光栅图案，在光栅图案形成方向错开规定间距份额的位置形成第1光栅图案的各凹凸和第2光栅图案的各凹凸，将第1和第2光栅图案形成带状。
本发明第23拾光器，其结构可在第22拾光器中，使所述第1光栅图案和第2光栅图案的所述凹凸的间距错开大致1/2间距。
本发明第24拾光器，其结构可在第21拾光器中，使所述多个第1光栅图案和第2光栅图案的形状为同心圆状或曲线状。
本发明第25拾光器，其结构可在第1至第24的任一拾光器中，装载将所述发光元件、所述衍射元件、用与光记录媒体光道方向大致一致的划分线划分反射光并进行感光的全息元件和感光元件组成的光检测系统集成为1个组件的全息激光单元。
由以下所示的记载会充分理解本发明的其它目的、特征和优点。在下面参照附图的说明中，会明白本发明的益处。
附图说明
图1(a)是示出本发明实施方式1的拾光器的光学系统的概略组成图，图1(b)是示出图1(a)中所示的衍射光栅的结构的说明图，图1(c)是图1(b)所示光栅的放大图。
图2是示出本发明实施方式1的拾光器的检测系统的组成的说明图。
图3是示出使用本发明实施方式1的拾光器时的光盘上光点的形状的说明图。
图4(a)是示出来自光盘的反射光束的衍射图案的正视图，图4(b)是示出物镜瞳面上的所述衍射图案的俯视图。
图5是示出本发明实施方式1的检测器上的光束衍射图案的说明图。
图6是示出物镜移位时检测器上的光束衍射图案的说明图。
图7(a)是示出规定标准的盘片的推挽模式的说明图，图7(b)是示出标准与图7(a)的标准不同的盘片的推挽模式的说明图。
图8是示出本发明实施方式2的衍射光栅的结构的说明图。
图9是示出本发明实施方式1中的检测器上的光束的衍射图案的说明图。
图10是示出物镜移位时在检测器上的衍射图案的说明图。
图11是示出本发明实施方式2中的检测器上的光束的衍射图案的说明图。
图12是示出物镜移位时在检测器上的衍射图案的说明图。
图13是示出本发明实施方式3的衍射光栅的结构的说明图。
图14是示出本发明实施方式3的另一衍射光栅的结构的说明图。
图15是示出本发明实施方式3的又一衍射光栅的结构的说明图。
图16是示出使用本发明实施方式1的拾光器时在具有未记录区和已记录区的光盘上的光点形状的说明图。
图17是示出已有的DPP法中物镜移位时的各推挽信号等的说明图。
图18是示出使用本发明实施方式1的拾光器时在物镜移位的情况下的各推挽信号等的说明图。
图19是示出本发明实施方式4的衍射光栅的结构的说明图。
图20是示出使用本发明实施方式4的拾光器时在光盘上的光点形状的说明图。
图21是示出使用本发明实施方式4的拾光器时在物镜移位的情况下的各推挽信号等的说明图。
图22是示出本发明实施方式5的衍射光栅的结构的说明图。
图23是示出使用本发明实施方式5的拾光器时在光盘上的光点形状的说明图。
图24是示出本发明实施方式6的拾光器的检测系统的组成的说明图。
图25是示出使用本发明实施方式6的拾光器时在物镜移位的情况下的各推挽信号等的说明图。
图26是示出本发明实施方式6的拾光器的另一检测系统的组成的说明图。
图27是示出本发明实施方式7的拾光器的光学系统的概略组成图。
图28是示出本发明实施方式7的全息激光拾光器的全息元件和光检测器的结构的说明图。
图29是示出本发明实施方式7的集成全息激光拾光器的结构的说明图。
图30(a)是示出本发明实施方式7的全息元件的结构的说明图，图30(b)是示出该衍射光栅的结构的说明图。
图31(a)示出已有技术例的拾光器的光学系统的概略组成图，图31(b)是图31(a)的光学系统包含的光栅3的正视图。
图32是示出已有技术例的拾光器的检测系统的组成的说明图。
图33是说明相移DPP法中的推挽信号用的图。
图34是示出相移DPP法中物镜移位时的推挽信号的说明图。
最佳实施方式
下面，用附图详细说明本发明的实施方式，与上述已有技术例相同的部分标注相同的符号，省略其说明。
实施方式1
用图1至图7详细说明本发明实施方式1。图1中，图1(a)是本发明的拾光器的图解截面图，图1(b)是本发明中最有特征性的光栅3的俯视图，圆圈内示出局部放大的详图。下面，以光束的光路为中心，说明本发明的拾光器。
拾光器中，半导体激光器1发出的激光由准直透镜2变换成平行光后，由光栅3划分成主光束30、子光束(+1次光)31、子光束(-1次光)32。然后，此3光束通过分光器4后，由物镜5会聚到光盘6的光道61上。进而，通过物镜5使3光束在分光器4上反射，并且用会聚透镜7引导到光检测器8(8A、8B、8C)。
图2以图解方式示出主光束30、子光束31和32的反射光远场图案及其检测电路。在分别具有相当于光道方向的划分线的对分光检测器8A、8B、8C中，对光检测器8(8A、8B、8C)上会聚的各光束进行感光，从而获得来自各对分光检测器8A、8B、8C的差信号，即推挽信号PP30、PP31、PP32。
本实施方式中，在作为产生3光束的衍射光栅的光栅3的凹槽部的结构方面具有特征，现用图1(b)和图1(c)说明这点。
如图1(b)所示，设定xy坐标系，将光栅3中光束通过的区域的中心作为原点，相当于光盘半径方向的径向作为x方向，光道方向作为y方向。光栅3中，以带状而且相互交叉的方式形成第1光栅图案A(区A)和第2光栅图案B(区B)。在将y轴(即光盘的径向)作为边界的第1区和第2区，把第1光栅图案A和第2光栅图案B形成V形，使光栅图案的方向相互反向倾斜。
如图1(c)所示，作为第1光栅图案A的A区交互形成构成光栅的凹部和凸部(槽和脊)，使其形成对光道方向垂直。同样，作为第2光栅图案B的B区也交互形成构成光栅的凹部和凸部(槽和脊)，使其形成对光道方向垂直。进而，构成第2光栅图案B中，光栅的凹凸间距与第1光栅图案A相同，但作为凹槽的光栅槽(或作为凸线(脊)的光栅线)的相对位置对第1光栅图案A的该位置错开1/2间距。即，A区(第1光栅图案A)与B区(第2光栅图案B)中，脊和槽倒置。通过形成此结构，使A区与B区成为相位相差180度的区域。因此，将不添加相位差的区域作为A时，添加180度相位差的区域成为B。专利以大致相等的间隔宽度交互形成该作为第1光栅图案A的A区和作为第2光栅图案B的B区。
通过以上进行说明的光栅3的光束被划分成主光束和子光束，并对光盘的凹凸(即光道)所产生的±1次光添加±180度的相位差。
如图3所示，由物镜5将该光束会聚在光盘6上的光点为主要由4个峰组成的形状。这时，使用子光束31、32的推挽信号PP31、PP32与已有技术例的图33所示的相同，与不加相位差的主光束的推挽信号PP30相比，振幅大致为0。
这里，说明不产生上述子光束的推挽信号(振幅0)的原理。如图4(a)所示，将物镜会聚在具有周期结构的光道61上的光束(子光束31)分成0次衍射光310和±1次衍射光311、312进行反射，并且如图4(b)所示，在其重叠区n1、n2中相互干涉，从而在物镜的瞳面上产生衍射图案(推挽图案)。
图5示出在光盘上反射并入射到物镜的光束，使用图1(b)的光栅3时，各反射衍射光中，图5的画阴影线的部分分别比其它区相位偏移180度。±1次衍射光311、312与0次衍射光310重叠的区域n1、n2中，此相位偏移区重叠，在310与311、310与312上交叉。
例如，衍射光重叠的区域中，即因光束偏离光道而产生明暗的区域(推挽信号区)n1中，划分成4种区：受相位偏移影响的部分A1、310与311的相位偏移区重叠的部分(画斗状阴影线的部分)A2、仅0次衍射光添加相移的部分B1和仅+1次衍射光添加相移的部分B1。这里，区A2对0次衍射光和+1次衍射光双方添加180度相位差，因而相对地说，两者之间没有添加相位差。于是，0次衍射光310与+1次衍射光311之间添加180度相位差的“区B1和区B2”和没有相位差的“区A1和A2”中，推挽明暗相反。
本发明中，如图1(b)所示，在y轴(即光盘的光道方向)作为边界的第1区和第2区中，使相位偏移区(例如第2光栅图案B)反向倾斜，而且加以多元划分。因此，光盘的反射光中，在产生推挽明暗的区n1和区n2上，相位偏移区都交叉，从而将相位偏移区划分得小。结果，明暗倒置的区域“区A1和A2”与“区B1和区B2”面积大致相等。因此，仅考虑n1时，在任何偏离光道的状态下，明暗相反的区总大致相等，全部加在一起，则最终检测不到推挽分量。因此，用图5的对分检测器8B检测差动信号(推挽信号)时，光道衍射的推挽分量总为0。
如图6所示，物镜由于跟踪而在径向移位时，与光栅3的相对位置错位，相位偏移区也错位。然而，产生推挽明暗的区n1和n2中，相位偏移区交叉，使其与没有物镜的状态大致相同，因而总体上保持推挽信号的振幅为0的状态。因此，对物镜的移位，特性不劣化，移位特性提高。光栅3在装配拾光器时往x方向错位的情况下，也产生相同的现象，但在相位偏移区交叉的范围中，特性大致恒定，总能将振幅抑制为0。装配拾光器时光栅3往y方向错位的情况下，由于多元划分相位偏移区，特性大致恒定，不需要调整位置。
本发明的主旨是：通过使0次衍射光310与+1次衍射光311或者0次衍射光310与-1次衍射光312的相位偏移区重叠，总体上将子光束的推挽振幅抑制为0。关于这点，对相位偏移区的倾斜角度，使其相互交叉的角度为90度时，划分数却变多，因而抑制效果提高。
因此，划分成以y轴(即光盘的光道方向)为边界，两侧反向对称倾斜的多个光栅图案时，使其倾斜角度θ1和θ2(参考图1(b))形成相互倾斜大致45度±10度，则能获得的抑制效果大。但是，不必以y轴为边界对称地形成光栅图案，以非对称倾斜角度，例如利用组合θ1＝35度和θ2＝55度，将交叉角度设定成大致为90度，能获得的推挽振幅抑制效果也大。
由于使相位偏移部分(相位偏移区)交叉重叠，即使相位偏移部分的宽度偏离设计值，或光学系统的透镜倍率等发生变化，使物镜出射光束的相移图案变化，其影响也不大，特性几乎没有变化。因此，设计公差和装配公差的容许量大，批量生产率和通用性优良。
下面说明推挽图案变化时的影响。图7示出推挽图案的概略图。即便用相同的光学系统，光盘的槽纹间距不同时，来自光盘的衍射图案也变化，例如间距小的光盘形成图7(a)那样的推挽图案，因标准不同而间距大的光盘则形成图7(b)那样的图案。即使对推挽图案这样大为不同的光盘，使用本发明的相位模式，则相位偏移区交叉重叠在一起的状态总相同，因而总能将推挽振幅抑制为0。物镜的NA(数值孔径)不同时，推挽图案也同样变化，但这时也获得同样的效果，总能抑制推挽振幅。
根据本实施方式，子光束的推挽信号的振幅总为0，与槽纹深度无关。即，在光道上的任何位置，振幅均为0，因而不需要3光束的位置调整(衍射光栅等的旋转调整)，能使拾光器的装配调整大为简化。
实施方式2
用图8至图12详细说明本发明实施方式2。本发明实施方式2的拾光器的组成与上述发生1所示的相同，但第1光栅图案A与第2光栅图案B的形状不同。图8示出这些光栅图案。实施方式2的光栅图案划分成以y轴为中心，两侧相互反向倾斜的多个光栅图案。第1和第2光栅图案A、B中，对交互凹凸(槽和脊)的周期性结构添加180度相位差时，与实施方式1相同。然而，实施方式2中，非等间隔地形成不添加180度相位差的区(即第1光栅图案A)和添加180度相位差的区(即第2光栅图案B)时，与实施方式1不同。
这里，对非等间隔地形成光栅图案的实施方式和等间隔地形成光栅图案的实施方式1进行比较并说明。具体举出本发明的效果大、应用于槽纹间距较宽的光盘的情况或产生物镜移位的情况为例，进行说明。
现揭示使用实施方式1中所示的图1的光栅3时的问题。图9示出使用等间隔地形成光栅图案的实施方式1的光栅3时，盘片槽纹较宽的光盘的反射光的推挽图案。这样使用盘片槽纹较宽的光盘时，推挽图案n1、n2成为在光束中央重叠的状态。这时，产生相位偏移区交叉重叠的“交叉部”m1和相位偏移区不交叉的“非交叉部”m2。尤其在物镜移位时，“非交叉部”m2如图9那样变大。
这里，说明“非交叉部”的特性。例如，第1、第2光栅图案的光道方向的宽度(即相移图案的划分宽度)、光盘的槽纹间距和光学系统的倍率等为某条件时，如图9和图10所示，在非接触部产生0次衍射光310与+1次衍射光11的相位偏移部分不重叠的状态。相位偏移划分宽度恒定时，整个非交叉部成为实施方式1中说明的“区B1和B2”。因此，这时整个非交叉部成为推挽明暗，没有抑制推挽信号振幅的效果。
图11示出适应非等间隔地形成光栅图案的本实施方式时的推挽图案。从该图可知，非交叉部中不产生相位偏移区全然不重叠的状态或另行完全重叠的状态。
图12示出物镜移位大的情况。即使在物镜这样移位大的情况下，也不容易很受非交叉部的影响。因此，与等间隔地形成所述光栅图案时相比，工作得总抑制推挽明暗，即使产生物镜移位时，也能抑制推挽信号的振幅。
因而，对物镜移位大的场合、光栅错位量大的场合或槽纹间距非常宽的光盘，子光束推挽振幅的抑制效果大，相移DPP特性提高。
实施方式3
用图13至图15说明本发明实施方式3。本实施方式的拾光器的组成与图1所示的系统，但光栅3的槽部的结构不同。
首先，使用实施方式1中所示的图1的光栅3时的问题已在实施方式2中说明，因而省略。这里，与实施方式2相同，说明提高在槽纹间距非常宽的光盘和物镜移位大等情况下成问题的相位偏移区不交叉的“非交叉部”的特性的方法。
图13示出光栅3的另一光栅图案。此光栅3中，形成以y轴方向(边界)为中心两侧相互反向倾斜的多个光栅图案，并且对交互的槽的周期结构添加180度相位差。这点与实施方式1和2相同。然而，其不同点是与光记录媒体的光道方向平行的光栅图案的宽度随着从y轴(边界)的中央往端部连续变化。通过这样使光栅图案的宽度连续变化，与实施方式2相同，非交叉部中也不产生相位偏移区全然不重叠的状态或另行完全重叠的状态。
因而，对物镜移位大的场合、光栅错位量大的场合或槽纹间距非常宽的光盘，子光束推挽振幅的抑制效果大，相移DPP特性提高。
为了同样的目的，将划分区设定成图14所示那样的同心圆状或图15所示那样的曲线状，使用交互添加相位差的相移模式，也能获得完全相同的效果。
上述实施方式1至实施方式3中，根据平行于光记录媒体的光道方向的边界，大致对称地形成光栅图案。然而，从上面已进行说明的不产生子光束推挽信号的原理的说明和推挽图案不同的原理性说明可知，构成使光栅图案倾斜，并且在推挽图案中总使第1光栅图案A和第2光栅图案B重复，则能获得本发明的效果。尤其不难理解：使用实施方式2和3中所示的光栅图案时，即使不根据平行于光记录媒体的光道方向将光栅图案设置成大致对称，也能获得抑制子光束推挽振幅的效果。这里所示的图案实例是一个例子，并不限定本发明的组成。
实施方式4
用图16至图21说明本发明的实施方式4。本实施方式的拾光器的组成与图1所示的相同，但光栅3的槽部的结构不同。首先，使用实施方式1中在图1(b)示出的光栅3时，由物镜5会聚在光盘6上的光点如图3所示，成为主要由4个峰组成的形状。使第1光栅图案A和第2光栅图案B对y轴方向的边界线倾斜成子光束的推挽振幅抑制效果最高的45度时，在大致正方形的4个顶点的位置产生4个峰。说明将其用于记录型光盘时的课题。
使用相变型盘片和追记型盘片时，在未记录区和已记录区利用反射率变化的记录坑，使光道部分的反射率不同。例如，对根据光道61，外周侧(x轴的+方向)为已记录区、内周侧(x轴的-方向)为未记录区的光盘(如图16所示)，考虑光束从内周侧往外周侧移动的情况(访问的情况)。
下面具体示出物镜移位大、主光束的推挽信号PP30的偏移量p大时的推挽信号波形。图17示出使用不添加相移的已有光栅时的主光束30的推挽信号PP30、子光束31和32的推挽信号PP31和PP32的相加信号PP33(＝PP31+PP32)、从主光束39的总光量信号TT30以及子光束31和子光束32的总光量信号TT33、PP30减去PP33后所得的差动推挽信号PP34的变化。图18示出使用图1所示的添加相移的光栅3时的各推挽信号和总光量信号。
图17中，光束从未记录区往已记录区移动时，主光束的推挽信号PP30除反射率变动造成的振幅减小外，直流(DC)偏移量也变化。子光束的推挽信号PP33中也大致同样变化，因而将两者相减后所得的差动推挽信号PP34中，虽然产生反射率变动造成的振幅减小，但能大致校正DC偏移。
与此相对应，图18中，光束从未记录区往已记录区移动时，主光束的推挽信号PP30与图17时相同。然而，虽然子光束的推挽信号PP33抑制由于光道弯曲而产生的推挽信号振幅，使其大致为0，但DC偏移变化与主光束的推挽信号PP30不同。因此，将两者相减后得到的差动推挽信号PP34中，除反射率变动造成的振幅减小外，还在未记录区与已记录区的边界附近产生DC偏移。
其产生的原因在于，子光束会聚在光盘6上的光点的光束强度如图3和图16所示，总体上扩大，因而与主光束30相比，受未记录区和已记录区的反射率变动的影响平缓。此DC偏移因光盘的槽纹形状和记录媒体的反射率变动而异，有小到能忽略的光盘，也有产生量大，相移校正的媒体。
因此，即使采用添加相移的光束时，也设计成会聚在光盘6上的光点的光束强度不在径向扩大。这样设计，所述DC偏移产生量小。图19示出考虑这点的本实施例的光栅3。
此光栅3的光栅图案与图1所示的光栅图案基本相同，但把以y轴(即光盘的光道方向)为边界，对称地相互方向倾斜的多个光栅图案的倾斜角度θ设定为65度。这时会聚在光盘6上的光点的形状成为图20那样，子光束的4个峰配置成在径向(x方向)靠近。
图21示出使用此光栅时的各推挽信号。子光束的推挽信号PP33中，从未记录区移动到已记录区时的DC偏移变化比图18的情况下急剧，接近主光束30的推挽信号PP30的变化。因此，从PP30减去PP33后所得的差动推挽信号PP34中，虽然产生反射率变动造成的振幅减小，但能大致校正DC偏移。
随着使倾斜角度从45度加大，光盘6上的子光束的强度分布总体上往径向减小，因而该DC偏移也减小。反之，接近90度时，子光束的推挽信号振幅抑制效果减小，振幅变大，因而原来无3光束旋转调整的效果小，欠佳。倾斜角度在55度至75度的范围，则能获得抑制子光束的推挽信号振幅和已记录未记录边界附近的DC偏移减小两种效果。
实施方式5
用图22至图23说明本发明的实施方式5。本实施方式的拾光器的组成与图1所示的相同，但光栅3的槽部的结构不同。图22示出减小实施方式4说明的未记录区和已记录区中的DC偏移用的另一相移光栅的形态。
此光栅3中，与图1所示的光栅图案不同，不进行在径向中央部分形成凹凸(槽和脊)交互错开的第1光栅图案A和第2光栅图案B的区域划分。然而，设置作为划分成主光束30和子光束31、32用的垂直于光道方向的衍射光栅的凹凸(槽和脊)。将此区域作为第3光栅图案。间距最好与第1和第2光栅图案的相同，其凹凸关系最好与第1或第2光栅图案的一致。
这时会聚在光盘6上的光点的形状成为图23所示那样在子光束31和32中4个峰的中央产生强度峰值。使用此光栅时的各推挽信号与实施方式4中所示的图21相同。因此，从主光束的推挽信号PP30减去子光束的推挽信号PP33后得到的差动推挽信号PP34中，虽然产生反射率变动造成的振幅减小，但能校正DC偏移。
随着第3光栅区的径向宽度加大，光盘6上的子光束中心部的强度加大，因而此DC偏移减小。然而，反之，子光束振幅抑制效果减小，原来的无3光束旋转调整的效果减小，欠佳。各宽度为入射到光栅的光束的直径的10％至60％左右，则能获得抑制子光束振幅抑制和已记录未记录边界附近的DC偏移减小两种效果。
这里，如图22所示，在光束通过区的端部形成构成第1和第2光栅图案的区域，使其对光道离开平行直线距离L；但不限于此，也可在光束通过区的中央部以外设置添加相位偏移的光栅图案。例如，不需要对光道平行分离，做成圆形、矩形等形状也能获得同样的效果。即，通过构成在划分的子光束中央部产生强度峰，可高水平兼顾反射率变动造成的振幅减小和DC偏移的课题。将本实施方式与实施方式3和实施方式4组合，也能获得同样的效果。
实施方式6
用图24、图25、图26详细说明本发明的实施方式6。本实施方式的拾光器的组成与图1所示的相同，但其特征在于致力于各光束推挽信号的运算方法，以减小在未记录区和已记录区的边界部分产生的DC偏移。
实施方式4所示的图17和图18中，进行总光量信号TT30和TT33的比较。光束从未记录区移动到已记录区时，与使用不添加相位偏移的已有光栅的场合(图17)相比，使用图1所示的添加相位偏移的光栅3的场合(图18)在边界附近，从主光束的推挽信号PP30减去子光束的推挽信号PP33后得到的差动推挽信号PP34产生DC偏移。这点已在实施方式中说明。产生该偏移的原因在于，使用图1所示的添加相位偏移的光栅3时，子光束的推挽信号PP33抑制由于光道弯曲而产生的推挽信号振幅，使其大致为0，但DC偏移的变化与主光束的推挽信号PP30不同。
这里，对总光量信号TT33，比较图17和图18，则与使用不添加相位偏移的已有光栅的场合(图17)相比，使用图1所示的添加相位偏移的光栅3的场合(图18)TT33也缓慢变化。如图24所示，利用下面的公式的运算求出差动推挽信号PP35：
PP35＝PP30/TT30-k(PP33/TT33)。
即，用主光束30的总光量TT30和子光束的总光量TT33分别除各自的推挽信号，进行归一化后，进行相减，从而能使所述DC偏移大为减小。
图25中示出使用图1所示的添加相位偏移的光栅3时的归一化的各推挽信号PP30/TT30、PP33/TT33和PP35。与图18所示的差动推挽信号PP34相比，能使DC偏移大为减小。
又，如图26所示，利用下面的公式的运算求出差动推挽信号PP36：
PP36＝PP30/TT30-k(PP31/TT31+PP32/TT32)。
即，分别将各子光束的推挽信号归一化后，从主光束的推挽信号减去。这样也能获得同样的效果。
显然，除用运算处理进行上述归一化外，进行利用AGC(Auto Gain Control：自动增益控制)使总光量的至恒定的反馈处理，也能获得同样的效果。
实施方式7
用图27至图30详细说明本发明的实施方式7。这里，说明作为拾光装置，用于将作为光源的半导体激光器、3光束用光栅、伺服信号产生用全息元件和光检测器集成化的全息激光单元时的实例。
如图27所示，从半导体激光器1出射的光在光栅2被划分成3光束(主光束和±1次光的子光束)，并通过准直透镜2和物镜5将全息元件9的0次衍射光会聚在光盘6上。然后，其回光由全息元件9衍射，并引导到光检测器。
这里，如图28所示，利用在与光盘6的径向对应的x方向上延伸的划分线9g、在从该划分线9g的中心与光盘6的径向正交的y方向(即与光盘6的光道方向对应的方向)上延伸的划分线9h，将全息元件9划分成3个划分区9a、9b、9c，并分别对应于各划分区9a、9b、9c形成分别开的光栅。
感光元件10包括聚焦用对分感光区10a、10b和跟踪用感光区10c、10d、10e、10f、10g、10h。
将上文所述的半导体激光器1组成的发光元件、光衍射元件(上述光栅3)、用与光记录媒体的光道方向大致一致的划分线划分反射光的全息元件9和感光元件10构成的光检测系统集成为1个组件。图29示出此结构。
在对焦状态时，全息元件9的划分区9a衍射的主光束在划分线10y上形成光束P1，划分区9b、9c衍射的主光束分别在感光区10c、10d上形成光束P2、P3。
划分区9a衍射的±1次子光束分别在对分感光区10a、10b的外侧形成光束P4、P5，划分区9b、9c衍射的±1次子光束分别在感光区10e、10f上形成光束P6、P7，在感光区10g、10h上形成光束P8、P9。
设感光区10a、10b、10c、10d、10e、10f、10g、10h的输出信号分别为Ia、Ib、Ic、Id、Ie、If、Ig、Ih，则利用单刀刃法运算(Ia-Ib)，求出聚焦误差信号FES。又，由下面的公式求动作误差信号TES：
TES＝(Ic-Id)-k((If-Ih)+(Ie-Ig))。
这里，TES的(Ic-Id)是主光束的推挽信号，(If-Ih)、(Ie-Ig)分别是子光束的±1次光的推挽信号。
与上述实施方式1的不同点是对推挽信号使用光束的一半的光(仅用全息元件的划分区9b、9c的光)。图17中，例如设入射到处在双光路的全息元件的划分区9b、9c的光为第1象限和第2象限，则需要仅进行此第1象限和第2象限的光输出的减法运算，以将推挽信号振幅抵消为0。
全息激光器的结构中，光源与光栅的距离短，因而在光栅3和全息元件9上实质性地利用入射到物镜5的子光束的光与主光束30偏离的部分，如图30所示。
该偏离量因光栅和全息元件的光轴方向的位置而异，但在集成为小型的全息激光器单元中，成为较大的值。偏离量小到相对于光束直径可忽略的程度时，如果在光轴中心提供相位差分布，则视为对±1次光施加相同的相位分布，但偏离量大时，需要考虑该量进行设计。
已有技术例中，在这种情况下示出最佳相位差模式的例子，但本发明中，能原样应用实施方式1至实施方式3中示出的相位差模式。
图30是在全息激光器中装载与实施方式1相同的模式，在光栅上实质性的子光束的位置对主光束偏离大时，而且3元划分全息元件上仅在一部分光束检测出推挽信号的结构中，具有抑制推挽振幅的效果。因此，全息激光器中，尤其在作为全息激光器单元集成化时，本发明特别有效。
上述实施方式中，作为给3光束的±1次光提供相位差的方法，揭示将光栅的槽的周期结构局部错位的方法，但本发明不限于此，实际上也可用透射玻璃片和相位差片。
综上所述，本发明的拾光器的结构为：具有发光元件、将所述发光元件出射的光束会聚在光记录媒体上的会聚装置、设在所述发光元件与会聚装置之间以将发光元件出射的光束分成主光束和子光束的3光束以上用的光衍射元件、以及具有用与光记录媒体的光道方向大致一致的划分线划分来自所述光记录媒体的反射光并进行感光的感光元件的光检测系统，其中所述光衍射元件分别具有多个含有在与所述光记录媒体的光道方向大致垂直的方向上形成的凹凸的第1光栅图案和对所述第1光栅图案错开凹凸的间距的2光栅图案，并且相互倾斜地形成所述第1光栅图案和所述第2光栅图案。
最佳实施方式一节中构成的具体实施方式或实施例终究是阐明本发明技术内容的，不应仅限于该具体实例狭义解释本发明，在本发明精神和以下记载的权利要求书的范围内可作各种变换并实施。
工业上的实用性
本发明的拾光器的结构为：光衍射元件分别具有多个含有在与所述光记录媒体的光道方向大致垂直的方向上形成的凹凸的第1和第2光栅图案，在光栅图案形成方向错开规定间距份额的位置形成第1光栅图案的各凹凸和第2光栅图案的各凹凸，将第1和第2光栅图案形成带状，并且相互倾斜地形成平行于与光道方向垂直的方向的第1区部分和第2区部分。
因此，在用相移DPP法的跟踪伺服法中，物镜和光栅的错位大、光盘的槽纹结构的间距大、使用不同标准的盘片、透镜和物镜的数值孔径等光学系统参数变化、全息激光器单元等集成拾光器中用部分光束检测TES等情况下，都能抑制推挽信号振幅。
因此，能实现不需要调整子光束位置(即不需要3光束旋转调整)的低成本拾光器。还能用于装配公差大的场合、各种盘片和光学系统，因而批量生产率和通用性尤其优良。又能在反射率变化的记录型光盘中校正跟踪信号产生的反射率变化所造成的偏移，因而可用于记录型光盘。

Claims (25)

1、一种拾光器，具有
发光元件，
将所述发光元件出射的光束会聚在光记录媒体上的会聚装置，
设在所述发光元件与会聚装置之间、以将发光元件出射的光束分成主光束和子光束的3光束以上用的光衍射元件，以及
具有用与光记录媒体的光道方向大致一致的划分线、划分来自所述光记录媒体的反射光、并进行感光的感光元件的光检测系统，
其特征在于，
所述光衍射元件分别具有多个含有在与所述光记录媒体的光道方向大致垂直的方向上形成的凹凸的第1和第2光栅图案，在光栅图案形成方向错开规定间距份额的位置形成第1光栅图案的各凹凸和第2光栅图案的各凹凸，将第1和第2光栅图案形成带状，并且相互倾斜地形成平行于与光道方向垂直的方向的第1区部分和第2区部分。
2、如权利要求1中所述的拾光器，其特征在于，
所述第1光栅图案和第2光栅图案的所述凹凸的间距错开大致1/2间距。
3、如权利要求2中所述的拾光器，其特征在于，
设置所述第1、第2光栅图案的倾斜角度的边界，使其大致平行于所述光记录媒体的光道。
4、如权利要求3中所述的拾光器，其特征在于，
形成各光栅图案，使其对大致平行于所述光道的边界大致对称。
5、如权利要求3中所述的拾光器，其特征在于，
形成各光栅图案，使其对大致平行于所述光道的边界非对称。
6、如权利要求1中所述的拾光器，其特征在于，
将所述光衍射元件的第1光栅图案和第2光栅图案的倾斜角度设定在对光道方向35度至55度的范围。
7、如权利要求3中所述的拾光器，其特征在于，
相对于与所述光道大致平行的边界设置在两侧的第1光栅图案和第2光栅图案对所述边界的倾斜角的和设定为大致90度。
8、如权利要求1中所述的拾光器，其特征在于，
所述拾光器适应具有未记录区和已记录区的记录型光盘，所述光衍射元件的第1光栅图案和第2光栅图案的倾斜角度设定在对光道55度至75度的范围。
9、如权利要求1中所述的拾光器，其特征在于，
所述多个第1光栅图案和第2光栅图案的平行于光记录媒体光道方向的宽度固定，并且按等间隔周期性地配置各图案。
10、如权利要求1中所述的拾光器，其特征在于，
所述多个第1光栅图案和第2光栅图案的平行于光记录媒体光道方向的宽度固定，并且按不等间隔配置各图案。
11、如权利要求1中所述的拾光器，其特征在于，
所述多个第1光栅图案和第2光栅图案的平行于光记录媒体光道方向的宽度连续变化。
12、如权利要求1中所述的拾光器，其特征在于，
在所述发光元件出射的光束通过的区域的端部区形成所述多个第1光栅图案和第2光栅图案。
13、如权利要求12中所述的拾光器，其特征在于，
使所述端部区以所述平行于光道的边界为中心，往与光道方向垂直的方向离开一定距离L。
14、如权利要求12中所述的拾光器，其特征在于，
在形成所述多个第1光栅图案和第2光栅图案以外的、而且光束通过的区域，形成间距与所述多个第1光栅图案和第2光栅图案中形成的凹凸相同而且与光道方向大致垂直的凹凸。
15、如权利要求12中所述的拾光器，其特征在于，
所述多个第1光栅图案和第2光栅图案离开的距离L，其范围为通过的光束的直径的10％至60％。
16、如权利要求1中所述的拾光器，其特征在于，
形成凹凸和光栅图案，使由所述衍射元件划分的子光束在所述光记录媒体上的光点形状中，中央部分形成最大强度的峰。
17、如权利要求1中所述的拾光器，
在根据用与光记录媒体的光道方向大致一致的划分线划分所述主光束和子光束并进行感光的感光元件的输出，产生使用推挽信号的跟踪信号的光检测系统中，其特征在于，
用各主光束总光量和子光束总光量分别对所述主光束和子光束的各推挽信号进行归一化后，对归一化后的推挽信号进行减法运算，以产生跟踪信号。
18、一种拾光器，其特征在于，
将发光元件出射的光束划分成主光束和子光束，利用物镜会聚到光记录媒体，由大致平行于光道方向的划分线划分其反射光，进行感光，检测出光信号，并且用提供相位差的子光束的推挽信号校正主光束的跟踪误差信号的偏移，其中
提供相位差，使干预所述子光束的推挽信号的区域中，光记录媒体的槽纹的0次衍射光的相位差添加区与±1次衍射光的相位差添加区重叠。
19、如权利要求18中所述的拾光器，其特征在于，
提供相位差，使所述相位差添加区重叠，从而所述子光束的推挽信号振幅大致为0。
20、如权利要求18中所述的拾光器，其特征在于，
所述子光束中添加的相位差为大致180度。
21、一种拾光器，其特征在于，
将发光元件出射的光束划分成主光束和子光束，利用物镜会聚到光记录媒体，由大致平行于光道方向的划分线划分其反射光，进行感光，检测出光信号，并且用由光衍射元件提供相位差的子光束的推挽信号校正主光束的跟踪误差信号的偏移，其中
所述光衍射元件提供相位差，使干预所述子光束的推挽信号的区域中，光记录媒体的槽纹的0次衍射光的相位差添加区与±1次衍射光的相位差添加区重叠。
22、如权利要求21中所述的拾光器，其特征在于，
所述光衍射元件分别具有多个含有在与所述光记录媒体的光道方向大致垂直的方向上形成的凹凸的第1和第2光栅图案，在光栅图案形成方向错开规定间距份额的位置形成第1光栅图案的各凹凸和第2光栅图案的各凹凸，将第1和第2光栅图案形成带状。
23、如权利要求22中所述的拾光器，其特征在于，
所述第1光栅图案和第2光栅图案的所述凹凸的间距错开大致1/2间距。
24、如权利要求21中所述的拾光器，其特征在于，
所述多个第1光栅图案和第2光栅图案的形状为同心圆状或曲线状。
25、如权利要求1至24中任一项所述的拾光器，其特征在于，
装载将所述发光元件、所述衍射元件、用与光记录媒体光道方向大致一致的划分线划分反射光并进行感光的全息元件和感光元件组成的光检测系统集成为1个组件的全息激光单元。
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