CN1725320A - 光接收和发射集成器件及其光拾取器、光盘设备 - Google Patents

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Abstract

提供了一种光接收和发射集成器件,可以与用于分立封装型光拾取器IC连接,而不考虑使用用于聚焦伺服信号的刀刃法。在光接收和发射集成器件(41)中,衍射光栅(24)将从半导体激光器(23)发射的光分开为三束光,即第一到第三束光,被分割为四个区域,即第一到第四区域,的全息元件(43)对于被光记录介质(14)反射的第一到第三束光进行分割,在光接收元件(44)中提供的四个光接收段(A,B,C,D)接收并且检测第一束光。通过刀刃法,使用由四个光接收段(A,B,C,D)接收和检测第一束光的检测输出,可以得到聚焦伺服信号。

Description

光接收和发射集成器件 及其光拾取器、光盘设备
技术领域
本发明涉及一种光接收和发射集成器件及其所配备的光拾取器以及光盘设备。
背景技术
利用光以数字方式将信息记录在光记录介质上并且从光记录介质再现信息的光信息记录/再现方法已经被广泛使用,这是因为这种方法具有许多优点,例如,它可以无接触地进行记录/再现,并且,该方法可以与只回放型、可记录型和可重写型存储器等各种型式的存储器兼容。
作为提供在光信息记录和再现设备中的,利用光将信息记录在光记录介质上和/或再现记录在光记录介质上的信息的光拾取器,有利用将分开封装的发光元件如激光二极管(缩写为LD)和光接收元件的组合的所谓的分立封装的型式和利用光接收和发射集成器件如全息激光器的型式,在该全息激光器中,将作为发光元件的半导体芯片与一部分光学部件如光接收元件集成在一起。
在两种类型的光拾取器中,为了读取光记录介质的信息信号或者为了将信息信号记录在光记录介质上,需要聚焦伺服信号和跟踪伺服信号,以便将光聚焦在光记录介质的轨迹上并且对其聚焦状态和其聚焦位置进行控制。
一般来说,分立封装型光拾取器对聚焦伺服信号使用像散法(astigmaticmethod),而使用光接收和发射集成器件型光拾取器对聚焦伺服信号使用刀刃法(knife edge method)。因此,用于检测聚焦伺服信号的方法不同。此外,由于检测方法方面的差异,分立封装型光拾取器和使用光接收和发射集成器件型光拾取器在光的分割数和用于生成由其使用的聚焦伺服信号和跟踪伺服信号的运算公式等方面有差异。
图11为以简化的方式示出了传统的分立封装型光拾取器1的配置的结构图,图12为示出了在图11所示的光拾取器1中提供的光接收元件13的结构的平面图。作为分立型光拾取器1的例子,将示出这样一种设备,它与利用不同波长的光对信息进行记录/再现的两种光记录介质兼容,例如,使用波长为780nm的红外光的光盘(缩写为CD),和使用波长为650nm的红光的数字多用盘(缩写为DVD)。
光拾取器1包括第一半导体激光器2、第一衍射光栅3、第二半导体激光器4、第二衍射光栅5、偏振光束分光器6、半反射镜7、四分之一波长板8、准直透镜9、上提镜10、物镜11、耦合透镜12和光接收元件13。第一半导体激光器2发射红光。第一衍射光栅3对从第一半导体激光器2发射的光进行衍射。第二半导体激光器4发射红外光。第二衍射光栅5对从第二半导体激光器4发射的光进行衍射。偏振光束分光器6使从第一半导体激光器2发射的光透过,并且对从第二半导体激光器4发射的光进行反射。半反射镜7对来自偏振光束分光器6的光进行反射。四分之一波长板8使由半反射镜7反射的光极化。准直透镜9主要对通过四分之一波长板8的光进行校准。上提镜10使透过准直透镜9的光大致转过直角并且导向光记录介质14。物镜11将被上提镜10反射的光聚焦在光记录介质14上。耦合透镜12对被光记录介质14反射、再次透过物镜11、被上提镜10反射并且透过准直透镜9、四分之一波长板8和半反射镜7的光进行聚焦。用被耦合透镜12聚焦的光照射光接收元件13。
虽然分立封装型光拾取器1配备有两个半导体激光器,即分别发射不同波长的光的第一和第二半导体激光器2、4,但光拾取器1只配备了用于接收被光记录介质14反射的光的单一光接收元件13。本例的光接收元件13包括八个光接收段(A、B、C、D、E、F、G、H),其中的四个光接收段(A、B、C、D)位于中间,在这四个光接收段(A、B、C、D)的两侧放置两组光接收段,两组光接收段分别包括两个光接收段(E、F)和(G、H),使得这两组光接收段(E、F)和(G、H)相对于四个光接收段(A、B、C、D)对称。
例如,从第一半导体激光器2发射的光被第一衍射光栅3衍射为一个主光束和两个副光束。主光束和副光束在记录介质14上被聚焦为光束点,并且,用被光记录介质14沿着上述光路反射的三个光束照射光接收元件。在下文中,在某些情况下,用光照射光接收元件被称为入射。
主光束入射到四个光接收段(A、B、C、D)上,通过主光束检测记录在光记录介质上的信息的再现信号、聚焦伺服信号和跟踪伺服信号。两个副光束分别入射到两组各包含两个光接收段的光接收段组(E,F)、(G,H)上,通过副光束检测跟踪伺服信号的补偿信号。
图13A到13C为示出了主光束M和副光束S1、S2入射到光接收元件13上的状态的平面图。在分立封装型光拾取器1中,可以利用像散法得到聚焦伺服信号。在像散法中,聚焦时,光束点M、S1、S2在光接收元件13上形成基本上为圆形,而在散焦时,光束点M、S1、S2在光接收元件13上形成基本上为椭圆形。
当通过在表示相应的光接收段的字母前面加上“S”来表示从组成光接收元件13的各个光接收段(A,B,C,D,E,F,G,H)检测的信号时,通过由以下示出的公式(1)到(3)的运算处理,生成相应的伺服信号。
聚焦伺服信号FES=(SA+SC)-(SB+SD)                    ...(1)
跟踪伺服信号DPP=(SA+SB)-(SC+SD)-k{(SE-SF)+(SG-SH)} ...(2)
跟踪伺服信号DPD=(SA+SC)-(SB+SD)(相位差运算)        ...(3)
这里,k为按照需要(以及在下文中示出的公式中)设置的放大因数组,并且,有两个用于得到跟踪伺服信号的运算公式,这是由于根据不同类型的光记录介质如DVD或CD,并且根据用途如再现或记录来选择和使用其中的一个公式。如图13A到13C和以上公式所示,在光拾取器1中,主光束M入射到四个光接收段(A,B,C,D)上,通过像散法,利用分别由四个光接收段(A,B,C,D)检测的信号(SA,SB,SC,SD),得到聚焦伺服信号。利用分别由其上入射主光束M的四个光接收段(A,B,C,D)检测的信号(SA,SB,SC,SD),和由其上入射两个副光束S1、S2的两个光接收段的两个组(E,F)、(G,H)检测的信号(SE,SF,SG,SH),得到跟踪伺服信号。
在如上所述的,这样配置的,以便与不同类型的光记录介质如分别使用不同波长的光记录/再现信息的CD和DVD兼容的分立封装型光拾取器1中,一般情况下,使不同波长的光入射到一个光接收元件中的同一个光接收段上,因此,光拾取器1被配置为使CD和DVD的输出信号从相同的输出端输出,并且仅配备一个输出端系统。
图14为按照简化的方式示出了传统的使用光接收和发射集成器件型光拾取器20的结构的系统图,图15为示出了在图14所示的光拾取器20中提供的光接收元件26的结构的平面图。使用光接收和发射集成器件型光拾取器20具有与分立封装型光拾取器1相似的结构,因此用相同的标号表示相似的部分,并且将省略对这些部分的描述。
使用光接收和发射集成器件型光拾取器20的特征在于光接收和发射集成器件,其中至少提供了整体封装的一个发光元件和一个光接收元件。在作为例子在这里示出的光拾取器20中,光接收和发射集成器件是全息激光器,并且提供发射红光并且接收由光记录介质反射的光的第一光接收和发射集成器件21和发射红外光并且接收由光记录介质反射的光的第二光接收和发射集成器件22。
第一光接收和发射集成器件21包括第一半导体激光器23、第一衍射光栅24、第一全息元件25和第一光接收元件26。第一半导体激光器23发射红光。第一衍射光栅24对从第一半导体激光器23发射的光进行衍射。第一全息元件25对被光记录介质14反射的光进行分割和衍射,使之入射到第一光接收元件26上。第一光接收元件26接收并且检测由第一全息元件25分割的光。除了半导体激光器是发射红外光的第二半导体激光器27以外,第二光接收和发射集成器件22与第一光接收和发射集成器件21相似,包括第二衍射光栅28、第二全息元件29和第二光接收元件30。
在使用光接收和发射集成器件型光拾取器20中,由在第一光接收和发射集成器件21中提供的第一光接收元件26接收并且检测从第一光接收和发射集成器件21的第一半导体激光器23发射的光。由在第二光接收和发射集成器件22中提供的第二光接收元件30接收并且检测从第二光接收和发射集成器件22的第二半导体激光器27发射的光。
第一和第二光接收元件26、30按照相同的方式进行配置,分别包括由两个光接收段组成的一个组(A,B)和关于这两个光接收段(A,B)对称布置的每组由三个光接收段组成的两个组(G,C,E)、(F,D,H)。
图16A和16B各示出了一种状态,其中,由光记录介质14反射的光被第一全息元件25分割,并且使之入射到第一光接收元件26上,而图17A到17C示出了在聚焦时和散焦时使光入射到第一光接收元件26上的状态。由于第一和第二光接收和发射集成器件21、22进行相同的光接收操作,因此将以第一光接收和发射集成器件21作为代表性例子进行描述。第一全息元件25为光分割元件,具有三个隔开的区域,即,第一到第三区域25a、25b、25c,并且对光进行分割。第一全息元件25具有形成为圆形的平面形状,它首先被通过圆心的第一分割线31分割为两个区域,其中的一个是第三区域25c,而剩余的区域又被与第一分割线31以直角相交的第二分割线32分割为第一和第二区域25a、25b,由此形成三个区域,即,第一到第三区域25a、25b、25c。第一全息元件25能够在每个区域对进入三个区域的每个区域的光进行衍射,从而对光进行分割。
从第一半导体激光器23发射的光被第一衍射光栅24衍射为一个主光束和两个副光束,以及主光束和副光束被光记录介质14反射等情况与分立封装型光拾取器1中的情况相同。由被分割为三个区域的第一全息元件25进一步将主光束M和副光束S1、S2分别分为三束光,并使之入射到第一光接收元件26上。
图16A示出了主光束M被第一全息元件25分为三束光,并使之入射到光接元件26上的情况,图16B示出了副光束S1、S2分别被第一全息元件25分为三束光,并使之入射到光接元件26上的情况。主光束M被第一全息元件25分为三束光,并且使这三束光分别入射到两个光接收段(A,B)、在一侧的三个光接收段中的光接收段(C)以及在另一侧的三个光接收段中的光接收段(D)上。
此外,副光束S1、S2分别被第一全息元件25分为三束光,使被第一区域25a衍射的副光束S1、S2入射到在一侧的三个光接收段中的光接收段(E,G)上,使被第二区域25b衍射的副光束S1、S2入射到在另一侧的三个光接收段中的光接收段(F,H)上。使被第三区域25c衍射的副光束S1、S2分别入射在两个光接收段(A,B)与一侧的三个光接收段(E,C,G)之间和两个光接收段(A,B)与另一侧的三个光接收段(F,D,H)之间。
在使用光接收和发射集成器件型光拾取器20中,利用刀刃法得到聚焦伺服信号。在刀刃法中,聚焦时,使光束点M、S1、S2在第一光接收元件26上形成基本上为圆形,在散焦时,光束点M、S1、S2在光接收元件26上的形状取决于第一全息元件25的相应区域。
当通过在表示各个光接收段的字母前面加上“S”来表示从组成光接收元件26的相应光接收段(A,B,C,D,E,F,G,H)检测的信号时,通过由以下示出的公式(4)到(6)的运算处理,生成相应的伺服信号。
聚焦伺服信号FES=(SA-SB)                    ...(4)
跟踪伺服信号DPP=(SC-SD)-k{(SE-SF)+(SG-SH)} ...(5)
跟踪伺服信号DPD=(SC-SD)(相位差运算)        ...(6)
如图16A、16B以及以上运算公式所示,在光拾取器20中,通过由第一全息元件25将主光束M分为三束光,并且使其中的一束光入射并凝聚,从而延伸到两个光接收段(A,B)上,根据由光接收段(A,B)检测的信号(SA,SB)得到聚焦伺服信号。根据信号(SC,SD)和信号(SE,SG,SF,SH)得到跟踪伺服信号,其中,信号(SC,SD)是由相应组的三个光接收段中的光接收段(C)、(D)对被第一全息元件25分为三束光的主光束M的剩余的两束光进行检测得到的信号,信号(SE,SG,SF,SH)是被相应组的三个光接收段中的光接收段(E,G)、(F,H)对被第一全息元件25分为三束光的副光束S1、S2进行检测得到的信号。
如上所述的使用光接收和发射集成器件型光拾取器20配备有用于在CD上进行记录/从CD再现的第二光接收和发射集成器件22,和用于在DVD上进行记录/从DVD再现的第一光接收和发射集成器件21,在第一和第二光接收和发射集成器件21、22中单独配备有第一和第二光接收元件26、30,配置为从与相应的光接收元件连接的配备有两个输出端系统的输出端输出CD的输出信号和DVD的输出信号。
图18A和18B各示出了在传统的光盘设备中的IC的连接。图18A示出了配备有分立封装型光拾取器1的光盘设备101,图18B示出了配备有光接收和发射集成器件型光拾取器20的光盘设备111。
配备有分立封装型光拾取器1的光盘设备101包括光拾取器1和控制电路板部分102。控制电路板部分102包括用于分立封装型光拾取器的前端IC103和用于系统控制的IC 104。
为了与光盘设备101中的分立封装型光拾取器1连接而安装的IC是用于分立封装型光拾取器的前端IC 103,具有分别与为在光拾取器1中提供的光接收元件13的八个光接收段布置的八个输出端对应的八个端(A到H)。由于用于分立封装型光拾取器的前端IC 103仅有与在光拾取器1中提供的一个输出端系统对应的一个连接端系统,因此使用了小尺寸的IC。
另一方面,在配备有光接收和发射集成器件型光拾取器20的光盘设备111中,光接收和发射集成器件型光拾取器20具有两个输出端系统,即,第一输出端系统(A到H)和第二输出端系统(A′到H′),因此,作为为了与光拾取器20连接而安装的IC,使用了用于分立封装型光拾取器和光接收和发射集成型光拾取器的前端IC 113。布置在控制电路板部分112上的用于分立封装型光拾取器和光接收和发射集成型光拾取器的前端IC 113具有与光拾取器20的两个输出端系统对应的两个连接端系统,因此,它可以用于分立封装型光拾取器和光接收和发射集成型光拾取器这两者,但与前述的用于分立封装型光拾取器的前端IC 103相比,尺寸较大。
安装在光盘设备中的IC根据来自光拾取器的输出生成聚焦伺服信号和跟踪伺服信号,但是,当光拾取器的类型与上述不同时,用于检测聚焦伺服信号的方法、生成聚焦伺服信号和跟踪伺服信号的运算公式、以及检测信号的输出端的数量等都不同,因此出现了这样的问题,根据安装的光拾取器的类型,必须改变进行差分需要的运算和输入端的数量。
为了解决这个问题,理想的情况是对安装在光盘设备中的IC进行配置,从而与分立封装型和如图18B所示的使用光接收和发射集成器件型兼容,但是,电路和接线端的数量增加,并且IC尺寸变大,与小型化相反,因此仍然有许多这样的情况,其中,使用需要配备有仅一个输入端,并且仅与分立封装型光拾取器兼容的IC。
作为光接收和发射集成器件中的一种的全息激光器是非常可靠的,并且用于检测全息激光器中的聚焦伺服信号的刀刃法有这样的优点,即,轨迹交叉信号的噪音很难叠加在聚焦伺服信号上,但是,使用这种器件的光拾取器不能与仅与分立封装型光拾取器兼容的IC连接,因此出现了与IC的组合受到限制和设计自由度低的问题。
传统上,已经提出了许多使从光源发射的光和/或从光源发射的并且被光记录介质反射的光分束或对其进行分割的技术,以及用于分束或分割,由此增加聚焦伺服信号、跟踪伺服信号和再现信号的质量并且简化装配和调整的各种方法。
例如,已经提出了某些技术。在一种技术中,参照序列号为JP-B2 6-90798(1994)的经过审查的日本专利出版物,布置了光路分割器,用于将从光记录介质反射的光分割到四个区域,这四个区域关于两个垂直相交的轴线对称。光路分割器被设计为使在光路分割器中形成两对的四个区域中的一对区域在有限线段上彼此接触,并且由这一对区域使另一对区域彼此隔离。通过用六分型光电检测器检测用光路分割器分割的光,可以实现对轨迹误差的稳定检测和对聚焦误差的稳定检测,其中,跟踪误差的交叠被减小到极限。在另一种技术中,参照序列号为JP-B2 6-77335(1994)的已审查的日本专利出版物,光接收元件被分为四个光接收区域,并且用于将被光记录介质反射的光引导到光接收元件的第二衍射元件被分为三个光进入区域。使第零阶衍射光和±第一阶衍射光进入第二衍射光栅的规定光进入区域,被第二衍射元件衍射的光被凝聚到光接收元件的特定光接收区域上,由此便于对焦点偏移进行调整。
尽管披露了通过布置如JP-B2 6-90798和JP-B2 6-77335等中的光学部件来使光分开或对其分割的许多技术,但是,完全没有披露或建议过这样的尝试,即,使与分立封装型光拾取器兼容的IC能够与使用光接收和发射集成器件型光拾取器一起使用。
发明内容
本发明的目的是提供:一种光接收和发射集成器件,能够在不考虑使用用于聚焦伺服信号的刀刃法的情况下与用于分立封装型光拾取器的IC连接;一种配备其的光拾取器;以及一种光盘设备。
本发明提供了在用于在光记录介质上记录信息和/或再现记录在光记录介质上的信息的光拾取器中使用的光接收和发射集成器件,这种光接收和发射集成器件包括:
光源,用于发射光;
光分束元件,用于使从光源发射的光分开为至少三个分束;
光分割元件,用于对从光源发射的并且被光记录介质反射的光进行分割,该光分割元件被分为四个或更多区域,将光分为四束或更多束;以及
光接收元件,有四个或更多个光接收段,用于接收被光分割元件分割的光,
其中,被光分束元件分束的至少三个分束的光中的第一束光,被光分割元件分割为四束或更多束,并且被四个或更多个光接收段接收和检测,通过刀刃法,利用来自四个或更多个光接收段的检测输出,得到聚焦伺服信号。
此外,在本发明中,最好,为了得到聚焦伺服信号,用被四个或更多个光接收段接收和检测第一束光照射相应的四个或更多个光接收段的边缘附近。
此外,在本发明中,最好,在接收在四个或更多个光接收段的边缘附近的第一束光的四个或更多个光接收段中的一半的光接收段的边缘附近的光接收区域占据第一束光的光束点的位置与剩余的一半光接收段的边缘附近的光接收区域占据第一束光的光束点的位置彼此相对。
此外,在本发明中,最好,光接收和发射集成器件还包括第一到第四输出端,用于将被四个或更多个光接收段接收和检测的第一束光的检测输出输出为四个信号。
此外,在本发明中,最好,光源发射不同波长的光,
通过对从光源发射的至少两种不同波长的光中的每一种光进行分束生成的第一束光被光分割元件分割为四束或更多束光,并且第一束光被四个或更多个光接收段接收和检测,通过刀刃法,利用来自四个或更多个光接收元件的检测输出,得到聚焦伺服信号。
此外,在本发明中,最好,在其中布置单个光接收元件,并且,由单个光接收元件接收从光源发射的至少两种不同波长的光。
本发明提供了一种光拾取器,用于在将信息记录在光记录介质上和/或再现记录在光记录介质上的信息,该光拾取器包括:上述的光接收和发射集成器件中的一种。
本发明提供了一种光拾取器,用于在将信息记录在光记录介质上和/或再现记录在光记录介质上的信息,该光拾取器包括:
上述的光接收和发射集成器件中的一种;以及
第一到第四输出电路,用于将至少八个或更多个检测输出输出为四个信号,这些检测输出是通过由四个或更多个光接收段对被光分束元件将从光源发射的至少两种不同波长的光进行分束而得到的第一束光进行接收和检测,通过将连接到接收和检测在光分割元件的相同分割区域被分割的每个第一束光的检测电路彼此连接,而从四个或更多个光接收段输出的。
此外,本发明提供了一种光盘设备,用于将信息记录在光记录介质上和/或再现记录在光记录介质上的信息,该光盘设备包括:
上述的光拾取器中的一种;以及
集成电路,每个集成电路用于根据从光拾取器输出的检测信号进行运算,生成聚焦伺服信号和跟踪伺服信号,并且对光拾取器进行运行控制,以便根据相应的伺服信号,将信息记录在光记录介质上和/或再现记录在光记录介质上的信息,
其中,集成电路是这样制成的集成电路:假定该集成电路连接到通过将单独封装的作为光源的光发射元件与接收被光记录介质反射的光的光接收元件进行组合而使用的分立封装型光拾取器,该集成电路不是被修改的以便与使用光接收和发射集成器件型光拾取器连接的集成电路。
按照本发明,光接收和发射集成器件配备有光分割元件,用于将从光源发射的并且被光记录介质反射的光分割为四束或更多束光,该光接收和发射集成器件还利用位于光接收元件中的四个或更多个光接收段接收被光分割元件分割的光。在接收光的情况下,用被光分割元件分割的光逐个照射四个或更多个光接收段的边缘附近。本发明的光接收和发射集成器件被配置为,通过刀刃法,利用可以与用于分立封装型光拾取器的IC连接的四个或更多个光接收段对光进行接收和检测得到的检测输出,得到聚焦伺服信号。
此外,按照本发明,在接收在四个或更多个光接收段的边缘附近的第一束光的四个或更多个光接收段中的一半的光接收段的边缘附近的光接收区域占据第一束光的光束点的位置,与剩余的一半光接收段的边缘附近的光接收区域占据第一束光的光束点的位置,彼此相对。因此,接收第一光束的四个或更多个光接收段各个一半光接收段的光接收区域的位置可以变得彼此对称,因而可以增加利用光接收段得到的聚焦伺服信号的精度。
此外,按照本发明,光接收和发射集成器件配备有第一到第四输出端,用于将被四个或更多个光接收段接收和检测的第一束光的检测输出输出为四个信号,因此,它能够与用于分立封装型光拾取器的IC连接。
此外,按照本发明,在提供多个分别发射不同波长的光的光源或者提供多波长型光源的情况下,就至少两种不同波长的光而言,对器件这样进行配置,即,将被光记录介质反射的光分为四束或更多束光,用四个或更多个光接收段接收被分割的光,通过刀刃法,利用被四个或更多个光接收段对光进行接收和检测得到的检测输出,得到聚焦伺服信号。因此,甚至配备有分别发射不同波长的光的光源的光接收和发射集成器件也能够与用于分立封装型光拾取器的IC连接。
此外,按照本发明,在光源发射多束不同波长的光,但只布置了单个光接收元件的情况下,它可以与用于分立封装型光拾取器的IC连接,通过对其进行配置,以便通过刀刃法,利用从光接收元件的至少四个或更多个光接收段检测的信号,得到聚焦伺服信号。
按照本发明,光拾取器不仅可以连接和使用分立封装的光发射元件和光接收元件,而且,取而代之,提供了光接收和发射集成器件。
此外,按照本发明,在提供了可以分别与至少两种不同波长的光兼容的光接收元件的情况下,由至少四个或更多个光接收段进行接收和检测得到的检测输出是用于至少两种不同波长的光的八个或更多个输出。光拾取器包括第一到第四输出电路,用于通过将检测电路彼此连接,将至少八个或更多个检测输出输出为四个信号,这些检测电路与对在光分割元件的相同分割区域被分割的每束第一束光进行接收和检测的光接收段连接。由此,它可以与用于分立封装型光拾取器的IC连接。
此外,按照本发明,通过对其中提供了上述的光拾取器中的一种光拾取器并且安装了用于分立封装型光拾取器的IC的光盘设备进行配置,消除了对使用被修改为与使用光接收和发射集成器件型光拾取器连接的专用IC的需要。因此,可以使相应的IC减小尺寸。此外,由于与分立封装型光拾取器相比,使用光接收和发射集成器件型光拾取器非常可靠,可以实现以前从未出现过的小尺寸、薄型式和高可靠的光盘设备。
附图说明
通过以下结合参照附图进行的详细描述,本发明的其他和另外的目的、特性和优点将变得更加清楚,其中:
图1A和1B为各以简化的方式示出了按照本发明的一个实施例的光拾取器的结构的系统图;
图2A和2B各示出了一种情况,其中,用第一全息元件将被光记录介质反射的光分割并且使之入射到第一光接收元件上;
图3A到3C示出了在聚焦时和散焦时,使光入射到第一光接收元件上的情况;
图4示出了第一束光的光接收检测信号的输出;
图5示出了第二和第三束光的光接收检测信号的输出;
图6为示出了在按照本发明的另一个实施例的光拾取器中提供的第一全息元件和第一光接收元件的结构的平面图;
图7A到7C示出了在聚焦时和散焦时,使光入射到第一光接收元件上的情况;
图8示出了第一和第二光接收和发射集成器件的检测电路的连接情况;
图9以简化的方式示出了按照本发明的另一个实施例的经过改进的例子的光接收和发射集成器件的结构;
图10以简化的方式示出了按照本发明的另一个实施例的光盘设备的结构;
图11为以简化的方式示出了传统的分立型光拾取器的结构的系统图;
图12为示出了在图11中示出的光拾取器中提供的光接收元件的结构的平面图;
图13A到13C为示出了入射到光接收元件上的主光束和副光束的情况的平面图;
图14为以简化的方式示出了传统的使用光接收和发射集成器件型光拾取器的结构的系统图;
图15为在图14示出的光拾取器中提供的光接收元件的结构的平面图;
图16A和16B各示出了一种状态,其中,被光记录介质反射的光被第一全息元件分割,并且使之入射到第一光接收元件上;
图17A到17C示出了在聚焦时和散焦时入射到第一光接收元件上的光的情况;并且
图18A和18B各示出了在传统的光盘设备中提供的IC的连接。
具体实施方式
以下参照附图,对本发明的优选实施例进行描述。
图1A和1B为各以简化的方式示出了按照本发明的一个实施例的光拾取器40的结构的系统图。由于本实施例的光拾取器40与图14示出的上述的使用光接收和发射集成器件型光拾取器20相似,因此,用相同的标号表示对应的部分并省略对其的描述。
在光拾取器40中值得注意的是,在其中提供了按照本发明的另一个实施例的第一和第二光接收和发射集成器件41、42。第一和第二光接收和发射集成器件41、42的特征在于在其中分别提供了第一和第二全息器件43、45以及第一和第二光接收器件44、46。由于以相同的方式对第一和第二光接收和发射集成器件41、42进行配置,因此通过将第一光接收和发射集成器件41用作代表性的例子,对其结构进行描述。
第一光接收和发射集成器件41包括:第一半导体激光器23,起发射光的光源的作用;第一衍射光栅24,起光分束元件的作用,对从第一半导体激光器23发射的光进行衍射,并且将其分开为至少三个分束,即,第一到第三束光;第一全息元件43,起光分割元件的作用,用于分割从第一半导体激光器23发射的并且被光记录介质14反射的光;以及第一光接收元件44,用于接收被第一全息元件43分割的光。
在本实施例中,与前述的光拾取器20中的相同,第一半导体激光器23发射红光。第一衍射光栅24将从第一半导体激光器23发射的光分为至少三个分束,即,第零阶衍射光和±第一阶衍射光。第零阶衍射光被称为第一束光(某些情况下称为主光束M),±第一阶衍射光被称为第二和第三束光(某些情况下称为副光束S1、S2)。
在图1B中,利用平面图示出了在第一光接收和发射集成器件41提供的第一全息元件43和第一光接收元件44的结构。第一全息元件43具有形成为圆形的平面形状,并且被两条分割线,即,通过圆心以直角相交的第一和第二分割线47、48,分割为四个区域,即,第一到第四区域43a、43b、43c、43d。第一分割线47将第一全息元件43划分两部分,即,第一和第四区域43a、43d的部分和第三和第二区域43c、43b的部分,第二分割线48对被第一分割线47分割的区域进一步进行分割,即,分割为第一区域43a和第四区域43d,以及第三区域43c和第二区域43b。第一全息元件43在第一到第四区域43a、43b、43c、43d将被光记录介质14反射的第一到第三束光分别分为四束光,并且使光入射到第一光接收元件44上。
第一光接收元件44配备有四个或更多个光接收段,每个光接收段由光电变换器如光电二极管构成,在本实施例中,第一光接收元件44配备有十二个光接收段(A,B,C,D,E1,E2,F1,F2,G1,G2,H1,H2),并且对通过第一全息元件43入射到其上的光进行检测。
在本实施例中,每个光接收段都有形成为矩形的平面形状,并且对十二个光接收段(A,B,C,D,E1,E2,F1,F2,G1,G2,H1,H2)这样进行布置,将它们分为第一到第四光接收段组44a、44b、44c、44d,每组包括三个光接收段。就是说,第一到第四光接收段组44a、44b、44c、44d为:接收在第一全息元件43的第一区域43a分割的光的第一光接收段组44a;接收在第一全息元件43的第四区域43d分割的光的第四光接收段组44d;接收在第一全息元件43的第二区域43b分割的光的第二光接收段组44b;以及,接收在第一全息元件43的第三区域43c分割的光的第三光接收段组44c,这些光接收段组按照顺时针的顺序排列。
第一光接收段组44a包括光接收段(E1,A,G1),第二光接收段组44b包括光接收段(E2,B,G2),第三光接收段组44c包括光接收段(F2,C,H2),第四光接收段组44d包括光接收段(F1,D,H1)。组成每个光接收段组的三个光接收段沿着与第一全息元件43的第二分割线48延伸的方向平行的方向排列,并且排列为使接收第一束光的光接收段(A,B,C,D)中的每一个位于中间。
图2A和2B各示出了一种情况,其中,用第一全息元件43将被光记录介质14反射的光分割并且使之入射到第一光接收元件44上,并且,图3A到3C示出了在聚焦时和散焦时,使光入射到第一光接收元件44上的情况。图2A示出了被光记录介质14反射的光中的第一束光(主光束M)入射到第一光接收元件44上的情况,而图2B示出了被光记录介质14反射的光中的第二和第三束光(副光束S1、S2)入射到第一光接收元件44上的情况。
已经被衍射光栅24衍射并且被光记录介质14反射的,进入第一全息元件43的第一束光被第一全息元件43的第一到第四区域43a、43b、43c、43d分为四束光,因此,在第一区域43a分割的第一束光入射到光接收段(A)上,在第二区域43b分割的第一束光入射到光接收段(B)上,在第三区域43c分割的第一束光入射到光接收段(C)上,在第四区域43d分割的第一束光入射到光接收段(D)上。在第一光接收和发射集成器件41中,这样确定第一全息元件43和第一光接收元件44的位置,即,在使被第一全息元件43分割为四束光的第一束光入射到四个光接收段(A,B,C,D)的情况下,使第一束光分别入射到四个光接收段(A,B,C,D)的边缘附近。
已经被衍射光栅24衍射并且被光记录介质14反射的,进入第一全息元件43的第二和第三束光分别在第一全息元件43的第一到第四区域43a、43b、43c、43d分为四束光,因此,使在第一区域43a分割的第二和第三束光分别入射到光接收段(E1)、(G1)上,使在第二区域43b分割的第二和第三束光分别入射到光接收段(E2)、(G2)上,使在第三区域43c分割的第二和第三束光分别入射到光接收段(F2)、(H2)上,使在第四区域43d分割的第二和第三束光分别入射到光接收段(F1)、(H1)上。
在本实施例的使用光接收和发射集成器件型光拾取器40中,通过刀刃法,利用入射到第一光接收元件44的各个光接收段(A,B,C,D)上的第一束光的检测输出,得到聚焦伺服信号。在刀刃法中,在聚焦时,第一到第三束光在第一光接收元件44上形成基本上为圆形,而在散焦时,第一到第三束光形成的形状取决于第一光接收元件44上的第一全息元件43的各个区域的形状。
在下文中,将对第一光接收元件44中的光接收检测信号的输出进行描述。图4示出了第一束光的光接收检测信号的输出,图5示出了第二和第三束光的光接收检测信号的输出。
在第一光接收和发射集成器件41中,布置了对应于相应的四个光接收段(A,B,C,D)的第一到第四输出端(为了方便,用与表示光接收段的符号A、B、C、D相同的符号来表示)。从对应于各个光接收段的第一到第四输出端(A,B,C,D),将在四个光接收段(A,B,C,D)接收和检测的第一束光的检测输出为四个信号。
由于图3B示出了聚焦时的典型例子,四个光接收段(A,B,C,D)在其边缘附近分别接收被第一全息元件43分为四束光的第一束光。在作为四个光接收段(A,B,C,D)的一半的光接收段(A,B)的边缘附近的光接收区域在第一束光的光束点中占据的位置是光束点的上部(在图3A到图3C的面向纸面定义上、下侧的情况下),在剩下一半的光接收段(C,D)的边缘附近的光接收区域在第一束光的光束点中占据的位置是光束点的下部,因而它们彼此相对。因此,通过利用从各个光接收段得到的检测信号(按照与以前描述的方式相同的方式,通过给每个表示光接收段的符号加上“S”来表示信号),对公式(7)进行运算,可以得到聚焦伺服信号。
聚焦伺服信号FES=(SA+SC)-(SB+SD) ...(7)
根据上述,本实施例的光拾取器40是使用光接收和发射集成器件型的,其中,通过刀刃法得到聚焦伺服信号,但是,可以通过与分立封装型光拾取器中相同的运算得到聚焦伺服信号。
此外,第一光接收和发射集成器件41还配备有四个输出端(为了方便,用与表示光接收段的符号E、F、G、H相同的符号来表示)。对各个光接收段和输出端(E,F,G,H)进行连接,以便得到下列输出。从输出端E输出在第一区域43a被分割并且使之入射到光接收段(E1)的第二束光和在第二区域43b被分割并且使之入射到光接收段(E2)的第二束光的检测信号。从输出端F输出在第四区域43d被分割并且使之入射到光接收段(F1)的第二束光和在第三区域43c被分割并且使之入射到光接收段(F2)的第二束光的检测信号。从输出端G输出在第一区域43a被分割并且使之入射到光接收段(G1)的第三束光和在第二区域43b被分割并且使之入射到光接收段(G2)的第三束光的检测信号。从输出端H输出在第四区域43d被分割并且使之入射到光接收段(H1)的第三束光和在第三区域43c被分割并且使之入射到光接收段(H2)的第三束光的检测信号。
通过利用与前述的第一束光有关的从四个输出端(A,B,C,D)输出的检测信号和与第二和第三束光有关的从四个输出端(E,F,G,H)输出的检测信号,对公式(8)或公式(9)进行运算,可以得到跟踪伺服信号。
跟踪伺服信号DPP=(SA+SB)-(SC+SD)-k{(SE-SF)+(SG-SH)} ...(8)
跟踪伺服信号DPD=(SA+SC)-(SB+SD)(相位差运算)        ...(9)
根据上述,在本实施例的光拾取器40中,可以通过进行与分立封装型光拾取器中相同的运算,得到跟踪伺服信号。
就是说,可以使被在光拾取器40中提供的第一束光接收和发射集成器件41检测的信号的输出端具有与在分立封装型光拾取器中的检测信号的输出端的结构相同的结构,因而使与用于分立封装型光拾取器的IC的连接成为可能。
图6为示出了在按照本发明的另一个实施例的光拾取器中提供的第一全息元件43和第一接收元件44的结构的平面图。由于在本实施例的光拾取器中提供的第一全息元件43和第一接收元件44与在第一实施例的光拾取器40中提供的相应部分相同或相似,因此用相同的标号表示对应的部分,并且省略对其的描述。
在本实施例中,每个光接收段都具有形成为矩形的平面形状,并且按照包括空白部分的四行和四列对十二个光接收段(A,B,C,D,E1,E2,F1,F2,G1,G2,H1,H2)进行排列。在下文中,仅用表示光接收段的符号表示光接收段的排列:(E1)、(F1)、(F2)、(E2)排列在第一行的第一到第四列;(A)、(空白部分)、(空白部分)、(B)排列在第二行的第一到第四列;(空白部分)、(D)、(C)、(空白部分)排列在第三行的第一到第四列;(G1)、(H1)、(H2)、(G2)排列在第四行的第一到第四列。
由在矩阵排列的第二和第三行之间的,沿着与分割第一全息元件43的第一分割线47平行的方向延伸的虚拟分割线50将十二个光接收段分为两组,即,第一光接收段组51和第二光接收段组52。十二个光接收段中的一半的六个光接收段(A,B,E1,E2、F1、F2)属于第一光接收段组51,剩余的六个光接收段(D,C,G1,G2、H1、H2)属于第二光接收段组52。光接收段(A)和光接收段(D)以交错的方式排列在虚拟分割线50的两侧,光接收段(C)和光接收段(B)以交错的方式排列在虚拟分割线50的两侧。光接收段(A)和光接收段(B)相对于虚拟分割线50位于同侧,光接收段(D)和光接收段(C)相对于虚拟分割线50位于同侧。在第一全息元件43的第一到第四区域43a、43b、43c、43d被分割的第一束光、第二束光和第三束光分别入射到相应的光接收段上,这些光接收段与在前述的第一实施例中描述的相同的符号有关。
图7A到7C示出了在聚焦时和散焦时,使光入射到第一光接收元件44上的情况。在本实施例以及前述第一实施例的光拾取器中,通过进行与在分立封装型光拾取器中的运算相同的运算,可以得到聚焦伺服信号和跟踪伺服信号。
就是说,可以使由在光拾取器中提供的第一光接收和发射集成器件41检测的信号的输出端具有与在分立封装型光拾取器中的检测信号的输出端的结构相同的结构,因而使与用于分立封装型光拾取器的IC的连接成为可能。此外,由于在本实施例中各个段排列在包括空白部分的四行和四列中,因此,在第一光接收元件44上占据的面积可以很小,第一光接收元件44的尺寸变得很小,因此,可以使光拾取器本身的尺寸很小。
图8示出了第一和第二光接收和发射集成器件41、42的检测电路的连接情况。如上所述,以与第一光接收和发射集成器件41相同的方式对第二光接收和发射集成器件42进行配置。因此,在光拾取器40中,从第一光接收和发射集成器件41输出八个信号,从第二光接收和发射集成器件42输出八个信号。因此,涉及第一和第二光接收和发射集成器件41、42的相应的检测输出的输出端的数量为十六,通过8(A到H)×2=16得到,因此,涉及所有检测输出的检测电路的数量也为十六。
但是,在本实施例的光拾取器40中,如图8所示,在第一光接收和发射集成器件41和第二光接收和发射集成器件42的检测电路中,与用于接收和检测在第一和第二全息元件43、45的相同的分割区域被分割的每束光的光接收段连接的检测电路相互连接,因此,虽然提供了两个光接收和发射集成器件41、42,但可以具有八个输出电路(Ac,Bc,Cc,Dc,Ec,Fc,Gc,Hc)的第一和第二光接收和发射集成器件41、42中的每一个输出检测信号。
就是说,从四个输出电路(Ac,Bc,Cc,Dc)输出第一束光的检测信号,从四个输出电路(Ec,Fc,Gc,Hc)输出第二和第三束光的检测信号。
在如上所述布置两个光接收和发射集成器件并且连接布置在各个光接收和发射集成器件中的光接收元件的检测电路的情况下,为了使光接收元件的输出不影响另一个光接收元件的输出,理想的情况是使未被使用的光接收元件的输出处于高阻抗状态。
图9以简化的方式示出了按照本发明的另一个实施例的经过改进的例子的光接收和发射集成器件60的结构。本实施例的光接收和发射集成器件60包括:双波长半导体激光器61,起光源的作用,其中集成了分别发射不同波长的光的半导体激光器;配备有第一衍射光栅62和第一全息元件63的第一光学部件64;配备有第二衍射光栅65和第二全息元件65的第二光学部件67;以及单个光接收元件68。
双波长半导体激光器61将能够分别发射不同波长的第一和第二波长的光69、70,如用于CD的红外光和用于DVD的红光,的激光器芯片合并为整体。在本实施例的光接收和发射集成器件60中,第一光学部件64与第二光学部件67沿着从双波长半导体激光器61发射的第一波长的光69或第二波长的光70的行进方向合并为整体,第一光学部件64比第二光学部件67更靠近双波长半导体激光器61。当以这样的方式对它们进行布置时,对第一和第二全息元件63、66进行选择,使得第一波长的光69被提供在第一光学部件64中的第一全息元件63衍射的衍射角θ1大于第二波长的光70被提供在第二光学部件67中的第二全息元件66衍射的衍射角θ2。
以与上述的第一光接收元件44相同的方式对在其中提供的仅一个光接收元件68进行配置,并且检测信号的输出端的结构也相同。光接收元件68被布置在被第一全息元件63衍射的第一波长的光69的光路和被第二全息元件63衍射的第一波长的光70的光路重合的位置,并且能够接收和检测被全息元件63、66衍射的两束光69、70
在这样配置的光接收和发射集成器件60中,从双波长半导体激光器61分别发射不同波长的光69、70,但是,即使当为了再现记录在光记录介质上的信息而发射两个波长中的任一波长的光时,都能够用单个光接收元件68对光进行接收和检测,并且通过利用从与光接收元件68连接的八个输出端输出的检测信号,对前述的公式(7)到(9)进行运算,可以得到聚焦伺服信号和跟踪伺服信号。因此,配备有本实施例的光接收和发射集成器件60的光拾取器能够与用于分立封装型光拾取器的IC连接。
图10以简化的方式示出了按照本发明的另一个实施例的光盘设备71的配置。光盘设备71包括第一实施例的光拾取器40、控制电路板部分72以及没有示出的盘驱动部分。控制电路板部分72包括:前端IC 73,用于分立封装型的光拾取器,配备有与光拾取器40的八个输出端(Ac,Bc,Cc,Dc,Ec,Fc,Gc,Hc)对应的八个端(A,B,C,D,E,F,G,H);以及用于糸统控制的IC 74。
尽管本实施例的光盘设备71配备有非常可靠的光接收和发射集成器件型的光拾取器40,不需要安装前面描述的,如图18B所示的专用IC,即,为了与光接收和发射集成器件型光拾取器连接而改变其中的运算电路系统和输入端的数量的IC,这是一种能够用于分立封装型光拾取器和光接收和发射集成器件型光拾取器的IC。因此,光盘设备71的特征在于这样的结构,其中,安装了用于分立封装型光拾取器的IC 73,与专用IC相比,它是通用的并且尺寸小。
换句话说,本发明能够实现具有这样优点的光盘设备,优点在于用于光接收和发射集成器件型光拾取器的IC和用于分立封装型光拾取器的IC实现了以前从未出现过的小尺寸、薄型式和高可靠的光盘设备。
尽管在前面描述的实施例中,起光分割元件作用的全息元件被分为四个区域,但是,它可以被分为多于四个区域,不受上述结构的限制。在这种情况下,通过按照需要选择信号并且最终连接,可以将输入到IC的信号减少到四个。此外,可以按照全息元件的型式,来改变用于检测主光束以得到聚焦伺服信号的每个光接收段(A,B,C,D)的排列。此外,尽管结构是这样的,即,副光束的检测信号的输出取自四个输出端(E,F,G,H),但是,检测信号的取出可以是(E+G)和(F+H)这两个,或者可以是(E-F)和(G-H)这两个,不受上述结构的限制。
在不脱离本发明的精神或主要特性的情况下,可以以其它特定形式实施本发明。因此,无论在哪方面来看,这里描述的这些实施例都应该理解为说明性的,而非限制性的,由所附权利要求而不是由上述描述来说明本发明的范围,因此,意图在于将属于权利要求的等价物的含义和范围中的所有变化都包含在权利要求中。

Claims (9)

1.一种光接收和发射集成器件(41,42,60),用在将信息记录在光记录介质(14)上和/或再现记录在光记录介质(14)上的信息的光拾取器中,这种光接收和发射集成器件包括:
光源(23,27,61),用于发射光;
光分束元件(24,28,62,65),用于将从所述光源(23,27,61)发射的光分开为至少三束光;
光分割元件(43,45,63,66),用于对从所述光源(23,27,61)发射的并且被所述光记录介质(14)反射的光进行分割,该光分割元件被分为四个或更多个区域,并且将所述光分割为四束或更多束光;以及
光接收元件(44,46,68),具有四个或更多个光接收段(A,B,C,D,E1,E2,F1,F2,G1,G2,H1,H2),用于接收被所述光分割元件(43,45,63,66)分割的光,
其中,在被所述光分束元件(24,28,62,65)分开的至少三束光中的第一束光,其被所述光分割元件(43,45,63,66)分割为四束或更多束光,并且被四个或更多个光接收段(A,B,C,D)接收和检测,并且通过刀刃法,使用来自所述四个或更多个光接收段的检测输出,得到聚焦伺服信号。
2.如权利要求1所述的光接收和发射集成器件(41,42),其中,为了得到聚焦伺服信号,用被所述四个或更多个光接收段(A,B,C,D)接收和检测的所述第一束光照射相应的四个或更多个光接收段(A,B,C,D)边缘附近。
3.如权利要求2所述的光接收和发射集成器件(41,42),其中,在接收在所述四个或更多个光接收段(A,B,C,D)的边缘附近的所述第一束光的所述四个或更多个光接收段(A,B,C,D)中的一半光接收段(A,B)的边缘附近的光接收区域在所述第一束光的光束点中所占据的位置,与剩余一半光接收段(C,D)的边缘附近的光接收区域在所述第一束光的光束点中所占据的位置,彼此相对。
4.如权利要求1所述的光接收和发射集成器件(41,42),还包括:
第一到第四输出端,用于将由所述四个或更多个光接收段(A,B,C,D)接收和检测的所述第一束光的检测输出作为四个信号输出。
5.如权利要求1所述的光接收和发射集成器件(41,42,60),其中,所述光源(23,27,61)发射不同波长的光,
通过对从所述光源(23,27,61)发射的至少两种不同波长的光中的每一种光进行分束而生成的第一束光,被所述光分割元件(43,45,63,66)分为四束或更多束光,并且被所述四个或更多个光接收段(A,B,C,D)接收和检测,并且,通过刀刃法,使用来自所述四个或更多个光接收元件的检测输出,得到聚焦伺服信号。
6.如权利要求5所述的光接收和发射集成器件(60),其中,单个光接收元件(68)被布置在其中,并且
由所述单个光接收元件(68)接收从所述光源(61)发射的至少两种不同波长的光。
7.一种光拾取器(40),用于在将信息记录在光记录介质(14)上和/或再现记录在光记录介质(14)上的信息,该光拾取器包括:
如权利要求1所述的光接收和发射集成器件(41,42,60)。
8.一种光拾取器(40),用于在将信息记录在光记录介质(14)上和/或再现记录在光记录介质(14)上的信息,该光拾取器包括:
如权利要求5所述的光接收和发射集成器件(41,42,60);以及
第一到第四输出电路(Ac,Bc,Cc,Dc),用于将至少八个或更多个检测输出输出为四个信号,这些检测输出是通过由所述四个或更多个光接收段(A,B,C,D)对被所述光分束元件(24,28,62,65)将从所述光源(23,27,61)发射的至少两种不同波长的光分束而得到的第一束光进行接收和检测,通过将连接到接收和检测在光分割元件(43,45,63,66)的相同分割区域被分割的每一个第一束光的所述光接收段(A,B,C,D)的检测电路彼此连接,而从所述四个或更多个光接收段输出的。
9.一种光盘设备(71),用于将信息记录在光记录介质(14)上和/或再现记录在光记录介质(14)上的信息,该光盘设备包括:
如权利要求8所述的光拾取器(40);以及
集成电路(73),用于根据从所述光拾取器(40)输出的检测信号进行运算,生成聚焦伺服信号和跟踪伺服信号,并且对所述光拾取器(40)进行运行控制,以便根据相应的伺服信号,将信息记录在光记录介质(14)上和/或再现记录在光记录介质(14)上的信息,
其中,所述集成电路(73)是这样制成的:假定该集成电路连接到通过将单独封装的作为光源的光发射元件与接收被光记录介质反射的光的光接收元件进行组合而使用的分立封装型光拾取器,该集成电路不能被修改以便与使用光接收和发射集成器件型光拾取器连接。
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