专利名称：光拾取装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于诸如CD-ROMs和DVDs等光信息处理仪器的光拾取装置，特别是涉及一种具有这样一种结构的光拾取装置，该装置用于检测出稳定的聚焦偏差信号而不受波长变化和物镜光道位置变化的影响，从而，在光学部件位置变化较小且信号特性衰变较小的同时，提供一种稳定的记录信号。
在公开出版号为sho63229640的日本专利中，提出了一种用作光头的全息头，该光头通过简化常规光学系统构成。
如
图1所示的全息头中，一旦激光束111从半导体激光器光源101发射出来，光束111传输透过一全息片103，然后入射到一物镜104。此时，透过全息片103传输的光束111被分成一0阶光束、+1阶光束和-1阶光束。在这些光束中，0阶光束可被单独利用。
透过物镜104的光束照射到光盘105的信息记录/复制面上，形成一光线焦点，而从光盘105反射的反射光束透过物镜104反向传输，入射到全息头103。由全息头103衍射的-1阶衍射光束131和+1阶衍射光束132分别入射到靠近光源101设置的两个光检测器106上。
光检测器106设在一光检测器支架107上，其转动可调。
在这种情况下，透过全息头103的反射光束呈具有两个共轭焦点171和172的形式，这两个共轭焦点相对于光轴线方向分布在光源101的前后侧。
换句话说，到达左右光检测器106的-1阶衍射光束131和+1阶衍射光束132经调整使其聚焦成分布在各光检测器106更前和更后的光点，该衍射光束将参照图2a、2b和2c作更详细地描述。
如图2b所示，当光盘105的信息记录/复制面正好设置在物镜104的聚焦点上时，左、右衍射光束131和132就分别准确地聚焦在它们各自的位置。由此，由光检测器106检测的衍射光束131和132的直径是相同的尺寸。
同样地，如图2a所示，当信息记录/复制面，即光盘105与物镜104远离时，由左光检测器106检测的左衍射光束131的直径尺寸增加，而右衍射光束132的直径减少。
相反，当信息记录/复制面，即光盘105靠近物镜104时，左衍射光束131的直径尺寸减少，而右衍射光束132的直径增加。
因此，根据左、右光检测器106的光线接收区域163至168内所接收的衍射光通量，可知道物镜104和光盘105之间的聚焦状态。假设这种聚焦偏差值由Fe表示，Fe可由光接收元件167接收的光通量减去光接收元件164接收的光通量所得出的值进行定义，即，可写为Fe=167-164，其中167表示光接收元件167接收的光通量，而164表示光接收元件164接收的光通量。另外，聚焦偏差值Fe也可由下面的等式给出Fe=(163+165+167)-(164+166+168)。
当衍射从光源101发射的光束时，全息片103可使衍射光束的焦点在脱离0阶光束的其它任何位置形成。由于这个事实，进行记录/复制操作时，就不在信息记录/复制面上进行非必要聚焦也不插入/记录多余的回放信号。
由于在上述常规的结构中，光源101的波长差别导致衍射角的变化，使用在光源发射方向上与光源101平行的光检测器164和167。鉴于这样，即便在波长产生变化的情况下，激光束也沿分开方向移动，从而使该结构几乎不会引起聚焦偏差信号等方面的变化。然而由于这种情况，仍有如下缺陷。
首先，由于常用全息片103是以以下方式设置的，该全息头在光源101的两侧具有两个共轭焦点171和172，需要在光源101的两侧分别设置光检测器，使光源介于二者之间。
于是，在现有的结构中，由于在同样的位置要有严格对称的结构，需要制作两台光检测器106，并非常挑剔地把它们固定在光检测器支架107上。根据情况，可在较大硅基座上穿孔，把光源设在所形成的孔中，从而制成这种结构。但是，这种形式的结构有一缺陷，即大大增加了硅基座部分的成本，而且需要一种新的技术(混合器材)把光源固定安装在整个光检测器的中心。
第二，由于常用全息片103具有由-1阶衍射光束131和+1阶衍射光束132形成的两个共轭焦点171和172，从全息片103到达两个光检测器106的光轴线距离相对于从全息片103到光源101的光轴线距离通常是相等的，以便把两个共轭焦点聚焦在相对于光源101的光轴线方向的前后。由此，在设计中改变全息片103、光源101和光检测器106间的距离关系是非常困难的。
另外，公开出版号为sho63-13134的日本专利中描述了使用全息片的另一现有技术。
该技术方案使用像散现象进行聚焦偏差的检测。如图3a、3b和3c所示，利用4分光检测器206检测的聚焦偏差信号Fe表示如下Fe=(263+266)-(264+265)在此光学系统中，当物镜设置在中心时，光束如图3b所示投射到光检测器206的中心。但是，如果物镜朝光盘的内圆周移动同时因跟踪光道离开中心移动，光束的位置就如图3a所示移向光检测器206中心线的下侧。除此之外，当物镜移向光盘的外圆周时，光束的位置就如图3c所示移向光检测器206中心线的上侧。因此，当物镜不在中心处时，聚焦偏差信号就会出现与物镜位置有关的差异，并会改变灵敏度。
本发明旨在克服上述常见的问题。因此，本发明的一个目的就是提供一种光拾取装置，该装置用于衍射朝向光源的一个方向聚焦距离彼此不同的两个衍射光束，使这两种光束能被单一光检测器接收，从而能检测无差异的聚焦偏差信号。
本发明的另一个目的就是提供一种光拾取装置，该装置具有一能产生两个焦度彼此不同的衍射光束的全息片，从而在全息片、光源和光检测器的相对位置关系不发生较大差别的情况下能够任意改变设计。
为到达本发明的上述目的，按照本发明所述的光拾取装置的全息片是这样形成的，利用一平行于作为记录媒体的光盘光道序列的分隔线以及一与该分隔线垂直相交的分隔线把该全息片分成4份，形成4个区域，出现了具有相同的衍射角和衍射焦点的两对顶角区。这种结构的全息片的特征是可把从光盘反射的反射光线分成一第一衍射光束和一第二衍射光束，使其分别聚焦在光检测器的前侧和后侧。
另外，利用与凹槽序列方向平行的分隔线把光接收元件一分为二，然后再从至少3个与光道序列方向平行的方向对该光接收元件进行分割，就可构成本发明所述的接收第一衍射光束和第二衍射光束的光检测器。利用这种结构的光检测器，即便是在物镜从中心向光盘的内圆周或者外圆周移动时，光检测器的光接收元件接收光束的位置也会沿分隔线移动，从而无差异地检测聚焦偏差信号，并能防止灵敏度的变化。
也就是说，利用按照本发明所述的光拾取装置实现聚焦偏差信号的检测，其特征在于，即便在光检测器有一较小的位置变化或者全息片有一旋转的位置变化时，也不会引起聚焦偏差信号的变异。
通过参照附图对具体实施例的详细描述，本发明的目的和其它效果将会更加清晰，其中图1表示常用光拾取装置的结构；图2a至2c表示常用光拾取装置的光检测器接收的衍射光束的情况；图3a至3c表示另一常用光拾取装置的光检测器接收的衍射光束的情况；图4表示按照本发明所述的一种光拾取装置的主要部分的透视图；图5表示按照本发明所述的光拾取装置的主要部分的前视图；图6表示按照本发明所述的全息片另一实施例的透视图；图7表示本发明的另一实施例前视图；图8a至8c表示按照本发明所述的光拾取装置的光检测器所接收的衍射光束的情况；图9表示光检测器的平面视图，用于解释在按照本发明所述的光拾取装置中由波长变化引起的透过光检测器的衍射光束的焦点移动情况；图10表示光检测器的平面视图，用于解释在按照本发明所述的光拾取装置中，物镜位置相对于光盘变化引起的衍射光束变动的情况；图11表示按照本发明所述的一种全息头组件的一种结构。
参照附图将描述按照本发明所述的一种光拾取装置的具体实施例。
图4中，一光源1使用一种普通半导体激光器。光源1发射的光束11透过衍射光栅2，被分成0阶光束和±1阶光束用以跟踪检测，然后这些光束穿过一全息片3。
即便在透过全息片后，该光束仍然分成0阶光束和±1阶光束。在这些光束中，0阶光束要被利用。于是，光束11借助于一物镜4聚焦在一光盘5的一信息记录面上，而由信息记录面反射的一反射光束反向透过物镜4，入射到全息片3。
这里，一第一衍射光束31和一第二衍射光束32由全息片形成，该光束然后到达一靠近光源1设置的8分光检测器。光检测器6由8分元件16、62、63、64、65、66、67和68组成，为便于理解，在图中这些8分元件比实际的尺寸表示的要大。
全息片3具有由各自区域产生的两个焦点，这两个区域具有彼此间不同的衍射能力。
换句话说，如图4和5所述，全息片3的区域33和35形成一条式光栅，相当于通过光源1的一个球面波投影的干涉栅和通过光检测器8分元件67前面的两个球面波投影的干涉栅。由这种条式光栅产生第一衍射光束。同样地，其余的全息片3的区域34和36形成一条式光栅，该光栅相当于通过半导体激光光源1的一个球面波投影的干涉栅和通过光检测器8分元件64后面的两个弧形波投影的干涉栅。该条式光栅产生第二衍射光束32。为便于理解，图4中这些条式光栅比实际尺寸表示的要大。
在用于把全息片3等分成区域33、34、35和36的分隔线中，一条分隔线37与光盘5的光道序列方向平行，同时穿过全息片3的中点。同样地，另一条分隔线38与光盘5的光道序列方向平行，同时穿过全息片3的中点，并平行于光源1和光检测器6连线所指的方向。这样，分隔线38就沿光轴线垂直相交于分隔线37。
按照本发明所述的全息片3被多个穿过全息片3中点的分隔线等分成4个、8个或者更多个区域。更具体地，当由方向与光道序列平行的第一分隔线38和包括第一分隔线38的数目至少为2条的2n条分隔线把全息片等分成2n+1个扇区后，第一衍射光束31就可由交替分布在2n+1条扇区中的每隔一个的2n个区域，进行衍射。同样地，第二衍射光束32也将被分布在它们之间的其余的每隔一个的2n个区域中进行衍射。参照图4和/或6可很容易地理解这种结构形式。
例如，图6中所示的全息片3可由包括第一分隔线38的4条分隔线把全息片的区域分隔成8份，即n值设为2(其中2n+1=8)。在这些区域中，可通过划分成的斜线区域和空白区域，产生第一衍射光束31和第二衍射光束32。
如图5所示，按照本实施例所述所提供的全息片3的条式光栅，在靠近光源1进行衍射的第一衍射光束31到达光检测器6之前，在光检测器的前侧形成一焦点71，并在远离光源1的第二衍射光束32穿过光检测器6之后，在光检测器的后侧形成一焦点72。
通过对全息片3进行加工，分别形成如图5所示的第一衍射光束31的焦点71和第二衍射光束32的焦点72，同第一衍射光束31由于相对较小的衍射能力其焦距的分布靠近光源1相比较，第二衍射光束32由于较大的衍射能力其焦距的分布远离光源1，变得自然拉长。
因此，当图5所示的全息片3的条式光栅的间距相对加宽时，图5中各聚焦位置情况与之相反，这样的全息片比较容易制作；也就是说，该全息片比形成图7所示的全息片条式光栅的情况容易制作，在该图中，朝靠近光源1侧部衍射的第一衍射光束31穿过光检测器6之后，在光检测器的后部形成焦点71，而较远分布的第二衍射光栅32到达光检测器6之前，在光检测器的前部形成焦点72。
更详细地，如图7所示，本发明可实施为第二衍射光束32的焦点72在到达光检测器6之前形成，而第一衍射光束31的焦点71穿过了光检测器6之后形成。但是，在组成全息片的结构中，图5中表示的情况更好些。
再参照图4和5，从由两个分隔线37和38截成对顶角区域的全息区域33和35衍射的第一衍射光束31，在图5中光检测器6的元件67前部形成焦点71，然后再一次散射到达光检测器的元件66、67和68。
由于从全息区域34和36衍射的第二衍射光束32在光检测器元件64的后部形成焦点，该光束到达光检测器元件63,64和65时还在会聚。
光检测器元件61和62用于检测3束跟踪的从属光束。也就是说，光检测器元件61和62用作跟踪误差检测元件，而光检测器元件63、64、65、66、67和68用于检测聚焦偏差。
下面描述聚焦偏差信号的检测。
图8b示出了当光束的焦点准确地在光盘5上形成时，在光检测器6的左、右两侧对第一衍射光束31和第二衍射光束32的光线进行接收的情况。此时，两衍射光束关于分隔线对称，该分隔线把光检测器6分成由3分光接收元件63、64和65组成的一第一光接收元件和由3分光接收元件66、67和68组成的一第二光接收元件。此外，图8a表示焦点由于靠近光盘5和物镜4之间而变得模糊时，图8c表示焦点由于远离光盘5和物镜4之间变得模糊时，光检测器6接收由全息片3衍射的第一衍射光束31和第二衍射光束32的两种不同情况。
因此，通过光接收元件64的光通量减去光接收元件67的光通量所得出的值可给出聚焦偏差信号Fe。换句话说，可写为Fe=64-67，其中64表示光接收元件64的光通量，而67表示接收元件67的光通量。另外，聚焦偏差值Fe也可由下面的等式定义Fe=(64+66+68)-(63+65+67)。
在此实施例中，全息片3最好是这样制成的，它具有旋转可调的结构，能把光束的通量持续地分布到各自的光检测器元件，以便在形成光束焦点时，使聚焦偏差信号为0交叉点。
现在描述跟踪信号的检测。
在光拾取领域一般通过使用一3光束方法检测跟踪误差信号Te。
从光源1发射的光束11入射到衍射光栅2，而后衍射成0阶光束和±阶光束。在这里±阶光束用于跟踪误差信号。
穿过全息片3和物镜4后，在光盘5信息记录面上再次与0阶光束会合的位置上聚焦的±1阶光束被反射，穿过物镜4之后由全息片3衍射，到达光检测器6的元件61和62。
此时，以下述方式，即光盘5信息记录面上的+1阶光束和-1阶光束的焦点分布在关于跟踪光道分别形成的+90°和-90°的轨迹上的点时，从61中减去62可得到跟踪误差信号Te。
再有，由光检测器6的聚焦偏差信号的六个元件的和可检出回放信号Rf。即Rf=63+64+65+66+67+68。
同时，由于使用全息片3聚焦偏差的检测光学系统具有相对光源波长变化的衍射角，到达光检测器的衍射光束的位置可能因为不同的衍射角而发生偏离。因此，光通量的比例或各光检测器元件上的面积比例可能改变，从而引起焦点的变化，但是该变化在本发明中可用下面所述的方案进行解决。
更具体地说，全息片3的第一衍射光束31和第二衍射光束32的衍射方向，在与光源1一侧的与光道序列平行的方向上有被衍射的衍射角，而光检测器6中的元件分隔线也平行于作为衍射方向的光道序列。正因如此，即便改变衍射光束31和32的位置，它们也不可避免地沿光检测器6的分隔线移动。因此，光通量的比例或到达各光检测器6的元件上的面积比例不会改变，从而不会出现问题。
当波长朝长波长方向变化而不是上面所述的参照光线的波长时，沿光检测器的分隔线，远离光源方向移动的衍射光束的辐射图表示在图9中。
同样地，如果跟踪光盘5上的信息记录光道时，物镜4偏离光盘5的中心，到达各光检测器元件的衍射光束的位置可能移动或者偏移。
因此，有可能产生这样的问题，即因改变光通量的比例或者各光检测器元件所占的面积比例致使发生焦点的变化，但是，这种问题在本发明中可如下解决。
也就是说，由物镜4的偏离引起的全息片3上的光束的移动，受到引导沿分隔线38进行。于是，即便在移动之后，产生第一衍射光束31的全息区域33和35的光线利用面积也不会改变。同样的原因，产生第二衍射光束32的全息区域34和36的光线利用面积也不会改变。到达各光检测器6元件的各衍射光束的位置偏移受到引导沿分隔线进行。因此，由于光通量的比例或者到达各光检测器元件的面积比例不发生变化，就不会发生问题。由物镜4的位置变化引起的光检测器6上的衍射光束的上述位移表示在图10中。
另一方面，图11示出了本发明的另一实施例，其中，组成了包括全息片的一全息片组件，用于安装在按照本发明所述的光拾取装置上。
参照图11所表示的全息头组件8的一个实施例，该全息头组件设有一向一记录媒体5发射发出光线的一光源1，还设有一把光源1发射的发出光线分成一主光束和至少两种从属光束的衍射光栅2。除此之外，还有这样一种结构的一全息片3由一平行于光道序列的第一分隔线38、该分隔线在一发出光线轴线方向把从记录媒体反射的反射光线进行分隔，以及包括第一分隔线38、其数目至少为2条的2n条分隔线把该全息片等分成2n+1个扇区之后，第一衍射光束被交替分布在所述的2n+1个扇区中每隔一个的2n个区域衍射，而第二衍射光束被其余每隔一个的2n个区域衍射。全息头组件进一步设有一包括第一光接收元件66、67和68和第二光接收元件63、64和65的光检测器，该第一光接收元件在至少3个光道序列方向上被分隔，用于接收来自于全息片3的经衍射的第一衍射光束31，而该第二光接收元件在至少3个光道序列方向上被分隔，用于接收第二衍射光束3。
把通过衍射光栅2分离的主光束和从属光束互不依赖地聚焦在记录媒体5上的物镜4，安装在全息头组件8和记录媒体5之间，其结构与如图5所示的相同。
如上面详细所述，安装本发明所述的光拾取装置仅使用了一个小的光检测器，这样有助于降低制作成本，设计灵活性大，信号特性引起的改变较小不受可能的波长变化或者物镜跟踪位置的偏离的干扰，同时便于调整，性能稳定。
尽管参照具体实施例图示并且描述了本发明，有关技术人员都应理解，在不偏离由附属权利要求书所限定本发明的范围和精神的条件下，可以作出各种形式和细节上的改变。
权利要求
1．一种光拾取装置包括一向一记录媒体发射一发出光线的光源；一把从所述光源发射的所述发出光线分成一主光束和至少两种从属光束的衍射光栅；一把由所述衍射光栅分成的所述主光束和从属光束独立地聚焦在所述记录媒体上的物镜；一全息片，该全息片把由所述记录媒体反射后，又透过所述物镜的一反射光线分成彼此间具有不同焦距的一第一衍射光束和一第二衍射光束，并把所述第一和第二衍射光束在所述光源发出光线的轴线的一个方向上进行衍射；以及一被分成多个光接收元件的单个光检测器，用以接收所述的第一衍射光束和第二衍射光束，并根据所接收的衍射光束检测聚焦偏差信号。
2．如权利要求1所述的一种光拾取装置，其特征在于所述全息片的构成使得所述第一衍射光束的焦点形成于到达所述光检测器之前，同时靠近所述光源，而且所述第二衍射光束的焦点形成于穿过所述光检测器之后，同时远离所述光源。
3．如权利要求1所述的一种光拾取装置，其特征在于所述全息片的构成使得所述第一所述衍射光束的焦点形成于穿过所述光检测器之后，同时靠近所述光源，而且所述第二衍射光束的焦点形成于到达所述光检测器之前，同时远离所述光源。
4．如权利要求2、3中任一项所述的一种光拾取装置，其特征在于所述全息片被2n个穿过中心的分隔线分成2n+1个区域，使交替布置在所述的2n+1个区域中的每隔一个的2n个区域衍射所述的第一衍射光束31；并使其余交替安排其间的每隔一个的2n个区域衍射所述第二衍射光束。
5．如权利要求4所述的一种光拾取装置，其特征在于当所述n值设为1时，一平行于所述距记录媒体的光道序列的第一分隔线和一与所述光道序列垂直相交的第二分隔线把所述全息片分成4分区域，该4分区域呈下述方式所述4分区域中一对对顶角区域衍射所述第一衍射光束，而其余的一对区域衍射所述第二衍射光束。
6．如权利要求1所述的一种光拾取装置，其特征在于所述第一衍射光束和第二衍射光束的所述焦点中的任一焦点可按照光轴线方向到达所述光检测器之前形成，而另一焦点在穿过所述光检测器之后形成。
7．如权利要求6所述的一种光拾取装置，其特征在于所述两个焦点中的任一焦点靠近所述光源形成，而另一焦点在相对较远的地方形成。
8．如权利要求1所述的一种光拾取装置，其特征在于所述光检测器设在所述第一衍射光束的焦点和所述第二衍射光束的焦点之间，并与所述发出光线的轴线垂直安装。
9．如权利要求8所述的一种光拾取装置，其特征在于所述光检测器包括接收所述第一衍射光束的一第一光接收元件和接收所述第二衍射光束的一第二光接收元件，该接收元件由垂直相交于所述记录媒体的光道序列方向的所述分隔线等分而成，而所述的第一光接收元件和第二光接收元件分别由至少3个光接收元件组成，这些光接收元件由平行于所述光道序列方向的分隔线分隔而成，以便把这些光接收元件设置在与所述光道序列方向垂直的方向上。
10．一种光拾取装置包括一全息头组件；该全息头组件包括一向一记录媒体发射发出光线的光源；一把所述光源发射的发出光线分成一主光束和至少两束从属光束衍射光栅；一全息片，该全息片把由所述记录媒体反射后透过一物镜的一反射光线分成一第一衍射光束和一第二衍射光束，这些光束具有彼此不同焦距，该全息片并把所述第一和第二衍射光束向所述光源发出光线的轴线的一个方向衍射；以及一接收所述第一衍射光束和第二衍射光束的光检测器，以检测聚焦偏差信号；其中所述物镜安装在所述全息头组件和所述记录媒体之间，用于把由所述衍射光栅分离的所述主光束和从属光束独立地聚焦在所述记录媒体上；由此，所述全息头组件可绕所述光源的所述发出光线的轴线的轴心转动，以便于把所述主光束和从属光束照射到所述记录媒体的所述光道上。
11．如权利要求10所述的一种光拾取装置，其特征在于所述全息片的构成使得所述第一衍射光束的焦点形成于到达所述光检测器之前，同时靠近所述光源，而且，所述第二衍射光束的焦点形成于穿过所述光检测器之后，同时远离所述光源。
12．如权利要求10所述的一种光拾取装置，其特征在于所述全息片的构成使得所述第一衍射光束的焦点形成于穿过所述光检测器之后，同时靠近所述光源；而且所述第二衍射光束的焦点形成于到达所述光检测器之前，同时远离所述光源。
13．如权利要求11、12中任一项所述的一种光拾取装置，其特征在于所述全息片被2n个穿过中心的分隔线分成2n+1个区域，使交替布置在所述的2n+1个区域中的每隔一个的2n个区域衍射所述的第一衍射光束31；并使其余交替布置其间的每隔一个的2n个区域衍射所述第二衍射光束。
14．如权利要求13所述的一种光拾取装置，其特征在于当所述n值设为1时，一平行于所述距记录媒体光道序列的第一分隔线和一与所述光道序列垂直相交的第二分隔线把所述全息片分成4分区域，该4分区域呈下述方式所述4分区域中一对对顶角区域衍射所述第一衍射光束，而其余的一对区域衍射所述第二衍射光束。
15．如权利要求10所述的一种光拾取装置，其特征在于所述第一衍射光束和第二衍射光束的所述焦点中的任一焦点可(按照光轴线方向)到达所述光检测器之前形成，而另一焦点在穿过所述光检测器之后形成。
16．如权利要求15所述的一种光拾取装置，其特征在于所述两个焦点中的任一焦点靠近所述光源形成，而另一焦点在相对较远的地方形成。
17．如权利要求10所述的一种光拾取装置，其特征在于所述光检测器设在所述第一衍射光束的焦点和所述第二衍射光束的焦点之间，并与所述发出光线的轴线垂直安装。
18．如权利要求17所述的一种光拾取装置，其特征在于所述光检测器包括接收所述第一衍射光束的一第一光接收元件和接收所述第二衍射光束的一第二光接收元件，该接收元件由垂直相交于所述记录媒体的光道序列方向的所述分隔线等分而成，而所述的第一光接收元件和第二光接收元件分别由至少3个光接收元件组成，这些光接收元件由平行于所述光道序列方向的分隔线分隔而成，以便把这些光接收元件设置在与所述光道序列方向垂直的方向上。
全文摘要
一种用于光信息处理仪器的光拾取装置包括:一光源;一把所述光源发射的光线分成一主光束和至少两种从属光束的衍射光栅;一把衍射光栅分离的主光束和从属光束独立地聚焦在所述记录媒体上的物镜;一被分成文档编号G11B7/13GK1215206SQ9812017
公开日1999年4月28日 申请日期1998年10月15日 优先权日1997年10月20日
发明者酒井博 申请人:三星电机株式会社