CN1808577A - 衍射元件和具有该衍射元件的光学拾取设备 - Google Patents

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Abstract

用于光学拾取设备的衍射元件能够与具有不同轨道间距的盘一起使用。该衍射元件包括第一区域和第二区域，所述第一区域和第二区域的每个由具有预定的周期的衍射光栅组成。第一区域和第二区域具有预定的高度差Δx。

Description

衍射元件和具有该衍射元件的光学拾取设备
                        技术领域
本发明通常涉及一种光学拾取设备。更具体地讲，本发明涉及一种衍射元件和具有该衍射元件的具有改善的寻轨能力的光学拾取设备。
                        背景技术
在压缩盘(CD)播放器、数字通用盘(DVD)播放器、CD只读存储器(CD-ROM)驱动器等中，已采用光学拾取设备来在不接触光学记录介质的情况下在该介质上执行信息的读操作和写操作。为了写信息，光学拾取器将激光束照射到盘的表面上以形成凹坑，而为了读信息，该光学拾取器对盘上的凹坑信息进行光学读取并将读取的信息作为电信号输出。为了执行这些操作，该光学拾取设备包括光学元件，如用作光源以发射激光束的激光二极管、衍射元件、用于控制激光束的偏移的分束器、用于形成光路的多个透镜、用于信号检测的光电检测器等。
这样的光学拾取设备执行聚焦控制并执行寻轨控制，所述聚焦控制通过在垂直方向上移动物镜来将光束的光点聚焦在盘表面上，所述寻轨控制通过水平地移动物镜来控制在光学介质的轨道上的光束的寻轨。为了执行聚焦控制和寻轨控制，需要产生聚焦误差信号(将被称为“FE信号”)和寻轨误差信号(将被称为“TE信号”)。为了产生FE信号，通常使用像散方法，而为了产生TE信号，有各种方法，如推挽(PP)方法和差分推挽(DPP)方法。PP方法通过使用从光学介质反射的一个光束并在被分为两个区域的光学检测元件的每个区域中测量反射光束的强度，来检测光束点是否位于轨道的中心。然而，在PP方法中，由于用于执行寻轨伺服的物镜移动(object lens shift)，所以在TE信号中出现了不期望的DC偏移现象。
为此，利用3个光束来进行寻轨控制的DPP方法也被使用。在DPP方法中，主光束照射到轨道的中心，两个副光束照射到凹槽的外围。两个副光束分别沿盘的半径方向和切线方向与主光束间隔开预定的距离。DPP方法利用3个光束之差来补偿TE信号中的DC偏移。当DPP方法与由于不同的规格而具有不同轨道间距的盘一起使用时，副光束点不能形成于凹槽处。即，DPP方法不能与满足不同的规格的盘一起使用。
因此，近几年，已开发出将3个光束照射到一个轨道上从而可使用具有不同轨道间距的盘的DPP方法。然而，如果使用所述将3个光束照射到一个轨道上的DPP方法，则由于槽脊和凹槽之间的高度差异，在激光束被照射到盘上之前，需要在副光束中产生180度的相位差。
因此，对于用于光学拾取设备的改善的衍射元件以及使用该衍射元件的光学拾取设备，有持续的需求。
                        发明内容
本发明的一方面旨在解决至少上述问题和/或缺点并提供至少下面所描述的优点。因此，本发明的一方面旨在提供一种可用于具有彼此不同的轨道间距的盘的衍射元件和使用该衍射元件的光学拾取设备。
根据本发明的一方面，一种用于光学拾取设备的衍射元件包括第一区域和第二区域，所述第一区域和第二区域由具有预定的周期的衍射光栅组成。第一区域和第二区域具有预定的高度差Δx。
根据本发明另一方面，一种光学拾取设备，包括：光源，用于发射光束；衍射元件，由具有预定的周期的衍射光栅组成并包括分离的偏移指定的高度差Δx的第一区域和第二区域，用于衍射光；光学系统，形成由衍射元件衍射的光的路径；和光电检测器，用于接收从光学记录介质反射并由光学系统引导的光，以检测信息信号和误差信号。
在一个示例性实施例中，第一区域和第二区域中的衍射光栅彼此相一致，并且第一区域和第二区域之间的分割线与光学记录介质的切线方向基本平行。
在另一示例性实施例中，预定的高度差Δx被设置为使得第±1级衍射光束SB1和SB2的通过第一区域的光束SB1a和SB2a以及第±1级衍射光束SB1和SB2的通过第二区域的光束SB1b和SB2b具有180度的相位差。
在另一示例性实施例中，所述光源包括用于DVD的第一光源和用于CD的第二光源，并且所述衍射元件包括分别用于衍射从第一光源和第二光源发射的光的第一衍射元件和第二衍射元件。
在另一示例性实施例中，所述光学系统包括：第一分束器，用于改变从第一光源发射的光的路径，并使从第二光源发射的光通过；第二分束器，用于改变从第一分束器发出的光的路径，并将从光学记录介质反射的光引导到所述光学检测器；准直透镜，用于将从第二分束器发出的光改变为基本平行的光束；和物镜，用于将从所述准直透镜发出的光聚焦到光学记录介质上。
                        附图说明
从下面结合附图的描述，本发明的某些实施例的上述和其他目的、特征和优点将更明显，附图中：
图1是示意性地解释根据本发明的一个示例性实施例的光学拾取设备的原理的示图；
图2是图1中所示的衍射元件的示意性透视图；
图3是图2中所示的衍射元件的主视图；
图4是沿图2的线IV-IV截取的剖视图；
图5是示出由衍射元件分离的3个光束照射到盘上的状态的示意性俯视图；
图6是图1中所示的光学检测元件的示意性示图；和
图7是示意性地显示根据本发明的一个示例性实施例产生的TE信号的曲线图。
在附图中，相同的标号将始终被理解为表示相同的部件、特征和结构。
                      具体实施方式
在描述中定义的诸如详细的结构和部件的事物被提供，以有助于对本发明实施例的充分理解。因此，本领域的普通技术人员将理解，在不脱离本发明的范围和精神的情况下，可对其中所描述的实施例进行各种改变和修改。此外，为了清楚和简洁，公知的功能和结构的描述被省略。
参照图1，根据本发明的一个示例性实施例的光学拾取设备包括光源100、光学系统120、前光电二极管(FPD)140、衍射元件160、和光电二极管集成电路(PDIC)180。
光源100包括用于DVD的第一光源100a和用于CD的第二光源100b。光源100a和光源100b最好是产生具有单波长的光束的激光二极管(LD)。更优选地，第一光源100a发射具有650nm波长的光，第二光源100b发射具有780nm波长的光。在所示出的实施例中，光源100包括与DVD和CD一起使用的光源。然而，所述光源也可包括用于蓝光盘(BD)和高清晰度(HD)-DVD的发射405nm波长的光的光源。
光学系统120包括第一分束器122、第二分束器124、反射镜126、准直透镜128、1/4波片130、物镜132和传感器透镜134。
优选地，第一分束器122是立方体分束器。第一分束器122通过反射从第一光源100a发射的光而允许从第二光源100b发射的光通过来改变光路。这样的光的选择性透射取决于由第一光源100a和第二光源100b发射的光之间的波长差异，或者发射的光的偏振态。由于这种技术为本领域的技术人员所知，因此为了简洁，详细的描述将被省略。
第二分束器124允许从第一分束器122发出的光的一部分被透射到FPD140。剩余的部分被反射到反射镜126。
反射镜126改变从第二分束器124反射的光的路径，从而反射的光入射到物镜132上。
准直透镜128将从反射镜126反射的光准直为基本平行的光束。
1/4波片130将通过准直透镜128的线偏振光改变为圆偏振光，并将从盘D反射的圆偏振光改变为线偏振光。由于这样的1/4波片130的功能和操作是本领域技术人员所知的，因此为了简洁，详细的解释将省略。
从1/4波片130发出的光由物镜132聚焦到盘D上。
传感器透镜134可以是凹透镜，在其中，从盘D反射的光的光点被放大，从而可形成由PDIC 180使用的更大、更有效的光点。而且，为了获得FE信号，传感器透镜134可在从盘D反射的光中产生像散。
FPD 140接收从第一光源100a和第二光源100b发射的光的一部分，以测量这些光的强度。测量的强度被传送到控制单元(未示出)并控制施加到第一光源100a和第二光源100b的电压，从而发射的光的强度可被保持在基本恒定的强度。
衍射元件160包括用于衍射从第一光源100a发射的光束的第一衍射元件160a和用于衍射从第二光源100b发射的光束的第二衍射元件160b。由于第一衍射元件160a和第二衍射元件160b的功能和结构彼此基本相同，因此仅详细描述一个衍射元件160。
参照图2至图5，从光源100发射的光被衍射元件160衍射，以形成作为第0级衍射光束的主光束和作为第±1级衍射光束的副光束。
即，从光源100发射的光被衍射元件160分为3个光束MB、SB1和SB2。衍射元件160被分为第一区域162和第二区域164，其中，第一区域162和第二区域164之间的分割线DL基本平行于盘D的切线方向。而且，第一区域162和第二区域164的衍射光栅基本平行于盘D的半径方向而形成，从而3个光束MB、SB1和SB2可彼此基本平行地照射到盘D的一个轨道上。
同时，第一区域162和第二区域164的衍射光栅彼此相一致(即，它们相对于彼此没有偏移)。如果第一区域162和第二区域164具有相同的高度H，并且彼此没有偏移，则衍射光栅在作为由衍射元件160衍射的第±1级衍射光束的副光束中不产生任何相位差。然而，如上所述，3个光束MB、SB1和SB2照射到作为光学记录介质的盘D的一个轨道上，因此，在副光束SB1和SB2中应该产生180度的相位差。
现在，将描述产生这样的相位差的衍射光栅160的结构。为了形成副光束SB1和SB2的相位差，优选地，衍射光栅160的第一区域162和第二区域164形成为彼此偏移指定的高度差Δx。在本示例性实施例中，第二区域164的高度与第一区域162的高度相同，但是第二区域164在垂直方向相对第一区域162偏移。由于垂直偏移差Δx，可产生如下面的方程1所示的相位差。
(方程1)
E1＝E0ei(kx-ωt)
E2＝E0ei(k(x+Δx)-ωt)＝E0ei(kx-ωt)eikΔx
方程1是表示当从图1所示的光源100发射的光通过衍射元件160时的光的路径的函数，其中，E1是通过第一区域162的光的路径函数，E2是通过第二区域164的光的路径函数，E0指的是光的振幅，k是具有诸如k＝2π/λ关系的常数，λ指的是光的波长，ω指的是光的频率，t指的是时间。
如方程1所示，在分别通过第一区域162的光束SB1a和SB2a以及通过第二区域164的光束SB1b和SB2b的每一个中，产生kΔx的相位差。优选地，使用180度的相位差(即，2π)，从而可使用传统的DPP方法。然而，当使用计算TE信号的其他方法时，相位差可不需要为180度。在这种情况下，由高度差Δx产生的相位差可随着衍射元件160的折射率而变化。因此，如果已知衍射元件160的折射率，则可计算出产生期望的相位差所需的偏移高度差Δx。
由于相位差可随着光的波长而变化，因此当使用具有不同波长的光时，需要改变Δx的值。为此，在用于衍射从第一光源100a发射的光的第一衍射元件160a中，所述Δx应该考虑从第一光源100a发射的光的波长而形成为具有指定的偏移高度差Δx。
由于与上述相同的原因，在用于衍射从第二光源100b发射的光的第二衍射元件160b中，所述Δx应考虑从第二光源100b发射的光的波长而形成为具有指定的偏移高度差Δx。
如图5所示，经过第一分束器122、第二分束器124、反射镜126、准直透镜128、1/4波片130、物镜132(图1)，被衍射元件160分离的3个光束照射到盘D的轨道上，其中，照射到中心的光束表示主光束MB，位于主光束的左侧和右侧的光束分别表示作为第±1级衍射光束的副光束SB1和SB2。副光束SB1和SB2被衍射元件160进一步分为通过第一区域162的光束SB1a和SB2a以及通过第二区域164的光束SB1b和SB2b。而且，经过物镜132、1/4波片130、准直透镜128、反射镜126、第二分束器124、和传感器透镜134(图1)，从盘D反射的光束被PDIC 180接收到。
现在将描述PDIC 180。PDIC 180将从盘D反射的光转换为电信号，并检测信息信号(如射频(RF)信号)、FE信号和TE信号。如图6所示，PDIC180包括3个光检测元件182、184a和184b。设置在PDIC 180的中心位置处的光检测元件182用作主光束的光检测元件，并被分为四个区域A、B、C和D。位于光检测元件182两侧的光检测元件184a和184b用作副光束的光检测元件，并分别被分为区域E1、E2、E3、E4以及F1、F2、F3、F4。主光束和副光束照射到被划分的区域上，并且由照射的光产生的电信号被独立地输出。这样的电信号可被用于计算信息信号、FE信号和TE信号。可通过像散方法来获得FE信号，并可通过DPP方法来获得TE信号。
现在，将描述用于计算信息信号、FE信号和TE信号的方法。假设从划分的区域A、B、C、D；E1、E2、E3、E4；以及F1、F2、F3、F4输出的电信号分别为a、b、c、d；e1、e2、e3、e4；和f1、f2、f3、f4，则可分别通过下面的方程2来计算信息信号(RF)，通过下面的方程3来计算FE信号，并通过下面的方程4来计算TE信号。
(方程2)
RF＝a+b+c+d
(方程3)
FE＝[(a+c)-(b+d)]+k[(e1+e3)-(e2+e4)+(f1+f3)-(f2+f4)]
k＝(a+b+c+d)/(e1+e2+e3+e4+f1+f2+f3+f4)
(方程4)
MPP＝(a+d)-(b+c)
SPP＝(e1+e4)-(e2+e3)+(f1+f4)-(f2+f3)
TE(DPP)＝MPP-kSPP
k＝(a+b+c+d)/(e1+e2+e3+e4+f1+f2+f3+f4)
值k是用于补偿衍射的第±1级副光束的与第0级主光束不同的光强的增益。
由方程4产生的MPP(主光束推挽)信号和SPP(副光束推挽)信号的信号波形显示在图7中。这里，水平轴是在盘D上的半径方向上光的照射位置，垂直轴是依据光的照射计算的电信号的值。如图7所示，MPP信号具有相对于SPP信号的180度的相位差。因此，根据本发明，MPP信号和SPP信号具有180度相位差，可通过传统的DPP方法控制寻轨。
如上所述，根据本发明的实施例，通过偏移被分为两个区域的衍射元件的每个区域并在作为从光源发射的光的第±1级衍射光束的副光束中产生相位差，可使用将三个光束发射到盘的一个轨道上的方法来获得TE信号。
此外，根据本发明的实施例，通过将三个光束发射到盘的一个轨道上来计算TE信号，可防止存在的DC偏移，同时提高用于在具有不同轨道间距的盘上读或写信息的兼容型光学拾取设备的寻轨控制精度。
尽管已参照其某些示例性实施例显示和描述了本发明，但是本领域的技术人员应该理解，在不脱离权利要求所限定的本发明的精神和范围的情况下，可在其中进行各种形式和细节上的改变。

Claims (13)

1、一种用于光学拾取设备的衍射元件，包括：
第一区域，由具有预定的周期的衍射光栅组成；和
第二区域，由具有预定的周期的衍射光栅组成，
其中，第一区域和第二区域偏移预定的高度差Δx。
2、如权利要求1所述的衍射元件，其中，
第一区域和第二区域的衍射光栅彼此相一致。
3、如权利要求1所述的衍射元件，其中，
第一区域和第二区域的分割线与光学介质的切线方向基本平行。
4、如权利要求1所述的衍射元件，其中，
高度差Δx被设置为使得第±1级衍射光束SB1和SB2的通过第一区域的光束SB1a和SB2a与第±1级衍射光束SB1和SB2的通过第二区域的光束SB1b和SB2b具有180度的相位差。
5、一种光学拾取设备，包括：
光源，用于发射光束；
衍射元件，包括分别由具有预定的周期的衍射光栅构成并偏移预定的高度差Δx的第一区域和第二区域，用于将光衍射；
光学系统，为被衍射元件衍射的光形成路径，并引导从光学记录介质反射的光；和
光电二极管集成电路，用于接收从光学记录介质反射的光，以检测信息信号和误差信号。
6、如权利要求5所述的光学拾取设备，其中，
第一区域和第二区域的衍射光栅彼此相一致。
7、如权利要求5所述的光学拾取设备，其中，
第一区域和第二区域的分割线与光学记录介质的切线方向基本平行。
8、如权利要求5所述的光学拾取设备，其中，
高度差Δx被设置为使得第±1级衍射光束SB1和SB2的通过第一区域的光束SB1a和SB2a与第±1级衍射光束SB1和SB2的通过第二区域的光束SB1b和SB2b具有180度的相位差。
9、如权利要求5所述的光学拾取设备，其中，
所述光源包括用于DVD的第一光源和用于CD的第二光源。
10、如权利要求9所述的光学拾取设备，其中，
所述衍射元件包括分别衍射从第一光源和第二光源发射的光束的第一衍射元件和第二衍射元件。
11、如权利要求10所述的光学拾取设备，其中，
第一衍射元件的高度差Δx被设置为使得第±1级衍射光束SB1和SB2的通过第一区域的光束SB1a和SB2a与第±1级衍射光束SB1和SB2的通过第二区域的光束SB1b和SB2b具有180度的相位差。
12、如权利要求11所述的光学拾取设备，其中，
第二衍射元件的高度差Δx被设置为使得第±1级衍射光束SB1和SB2的通过第一区域的光束SB1a和SB2a与第±1级衍射光束SB1和SB2的通过第二区域的光束SB1b和SB2b具有180度的相位差。
13、如权利要求12所述的光学拾取设备，其中，所述光学系统包括：
第一分束器，用于改变从第一光源发射的光的光路，并允许从第二光源发射的光通过该第一分束器；
第二分束器，用于改变从第一分束器发出的光的光路，并将从光学记录介质反射的光引导到所述光电二极管集成电路；
准直透镜，用于将从第二分束器发出的光改变为基本平行的光束；和
光学物镜，用于将从所述准直透镜发出的基本平行的光束聚焦到光学记录介质上。
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