专利名称：光头、ld模组、光学记录和再现设备以及该光学记录和再现设备中使用的衍射元件的制作方法
技术领域：
本发明涉及光头、LD模组、光学记录和再现设备及其使用的衍射元件。
背景技术：
目前，光盘渐趋多样化，随之出现了能够针对在规格方面多样化的光盘实现稳定跟踪的光学记录和再现设备以及光头的需求。就是说，在光学记录和再现设备中，在光头移动到光盘上的一个目标轨迹上之后，必须要将光束照射在该目标轨迹上，才能将信息数据记录在光盘上的预定轨迹内。在这种情况下使用的跟踪误差检测方法可以大致分为(1)使用RF信号产生跟踪误差信号(下文中称为TE信号)的方法，比如相位差检测法或外差法，(2)使用分离开的子光束(±一阶光)来产生光盘上的TE信号的方法，比如三光束法或差分推挽(differential push pull，DPP)法，和(3)仅使用主光束(零阶光)而不使用任何RF信号的方法，比如推挽法。
在这些方法中，方法(1)不能应用于诸如CD-R或DVD-R这样的需要对未登记部分进行跟踪伺服控制的介质。方法(2)具有这样的缺点方法(2)不能应用于轨距不同的多种光盘，因为光束间距的最佳值取决于每种光盘的轨距并且分离开的子光束必须要关于每种光盘的跟踪方向以μm量级的高精度进行倾斜。相反，推挽法(3)具有下述三个优点。首先，方法(3)并不依赖于有没有RF信号。其次，既不需要相对于每种盘的旋转中心的高定位精度也不需要精确角度控制。再有，方法(3)并不受基于盘轨距之间的差异的限制。为此，在光盘被投入实际应用之后，方法(3)得到了广泛的利用。
推挽法(3)是这样一种方法其中，借助如附图3C所示的平行于光盘的跟踪方向的分割线53和平行于径向的分割线52，将由用于接收从光盘上反射的主光束的光接收元件构成的检测器51分为四个元件，并且，其中，跟踪误差信号TE＝(A+D)-(B+C)是通过附图3D中所示的运算电路54根据各个光接收元件的输出而得出的。当主光束的光斑50位于光盘的轨迹中央时，得到TE＝0。当光斑50偏向任何一侧时，则得到TE＞0或TE＜0。TE的这种特性被用到了跟踪控制上。顺便说一下，所述径向相当于光盘半径的方向，而跟踪方向是垂直于所述径向的方向，即，各轨迹的长度方向。
当驱动物镜进行跟踪控制时，光盘却可能会相对于另一光学系统在径向上移动(下文中称为透镜移位)或者可能会相对于所述物镜发生倾斜。在这种情况下，在所产生的TE信号中产生了DC波动(下文中称为DC偏移)，这是因为在采用所述推挽法的情况下，照射在由光接收元件构成的检测器51上的光斑50的位置和强度发生了变化。
如果在TE信号中包含DC偏移分量的时候进行伺服控制，由于跟踪性能显著下降，很容易导致跟踪误差，尤其是在使用偏心率比较大的光盘的时候。因此，在大多数情况下，推挽法一般是与消除DC偏移的装置结合使用的。
作为消除DC偏移的技术，有这样一种公知的技术依据每个光盘的偏心率预测并掌握DC偏移的产生量，从而在进行跟踪伺服控制的时候对DC偏移进行修正。还有另一种公知的背景技术，是在光头的螺纹方向(thread direction)上改善随动(follow-up)性能，以最小化透镜移位。另外还有另一种公知的背景技术，在每种光盘上设置镜面区域，从而在借助这一镜面部分对DC偏移进行了修正的时候，进行跟踪伺服控制。
不过，在任一种背景技术中，都需要进行复杂的信号处理或者要求光盘具有响应特性良好的机械部分或特殊的格式。因此，实际情况是，许多方法(1)和方法(2)的实际应用实例结构等简单，并且DC偏移的容许率比较大。
还使用了这样一种方法作为消除DC偏移的方法使用多个光束(差分推挽法)(专利文献1)。这种方法使用了具有设置在平行于跟踪方向的方向上的分割线的检测器。主光束和子光束的推挽信号被检测出来。检测出这些推挽信号之间的差，从而消除DC偏移分量。
不过，按照这种方法，在各种光盘上，要严格地定义子光束相对于主光束的位置(即，子光束相对于跟踪方向直线的角度)。按照DPP方法，需要将子光束设置在偏离主光束的跟踪位置半个轨距的位置上。出于这个原因，当，例如，将子光束设置在偏离了轨距的整数倍的位置上的时候，会出现根本无法检测到跟踪信号的缺点。出于这个原因，如果一旦预先确定了这些光束的位置，当，例如光盘的轨距发生变化时，会存在无法检测到足够质量的跟踪信号的缺点。
另一方面，有这样一种跟踪误差检测方法，其中所产生的DC偏移量非常小，以致检测灵敏度几乎不取决于轨距(专利文献2)。在这种方法所使用的衍射光栅的凹槽部分中，在由设置在跟踪方向上的分割线分开的两个区域之间，形成了180度相位差的周期性结构。因此，在子光束由凹槽部分进行衍射的时候，在两个由设置在跟踪方向上的分割线分开的半圆形区域之间产生了180度的相位差。子光束的推挽信号与没有引入相位差的情况下的主光束的推挽信号相比，偏移了180度的相位差。因此，即使在将子光束设置在主光束所设置的轨迹上的情况下，子光束的推挽信号也是作为从主光束的推挽信号偏移了180度相位差的信号。因此，即使在没有将子光束设置在偏离主光束的位置半个轨距的位置上的情况下，也能够检测出DPP信号。
按照这种方法，即使在光盘的轨距变化的情况下，也可以毫无问题地得出足够的跟踪信号。不过这种方法具有与专利文献1相同的问题，因为它必须精确控制子光束的位置。
还有另一种公知的方法，其中仅在有效光束直径的中央部分形成衍射元件的凹槽部分，以消除DC偏移分量(专利文献3)。因为衍射元件的凹槽部分仅仅在基片的中央部分形成，因此在凹槽部分的作用下±一阶衍射光的光束直径变得小于有效光束直径。就是说，物镜对于衍射光的数值孔径得到了充分地减小。出于这一原因，仅仅子光束的光束直径能够得到放大，从而当光斑横跨轨迹时产生的信号(下文中称为跟踪横跨信号)能够得到减小。因此，通过差分算术运算可以仅消除掉DC偏移分量。在使用这种方法的时候，可以省却精确的光束位置控制，这是因为不管相对于主光束进行控制的子光束的位置如何，都可以得到良好的跟踪误差信号。不过光强度分布将会变得与初始设计相背离，这是因为只有靠近主光束中心的光被衍射。而且，因为只有中心部分的光通过了衍射元件，产生了这一部分中的光的相位差(与周边部分的光相比)。因此，很可能这个相位差会对主光束光斑的成像造成不利的影响。即使在可以部分地实现可行的记录和再现性能的情况下，也还是明显地降低了设计的余地。因此随之产生了这样的问题设计余地的降低导致生产成本的增加。
还有另一种公知的方法，其中使用了具有与其它部分产生相位差的部分的衍射元件来消除DC偏移分量(专利文献4)。在适当设计了这一相位反转区域的时候，仅仅会改变子光束的空间频率特性，以仅仅消除跟踪横跨分量，而不会对主光束的光强度分布造成任何影响。就是说，可以获得良好的跟踪误差信号。按照这种方法，可以不对子光束在光盘上的受控位置加以任何限制地进行跟踪控制。
另一方面，刀口检验(knife edge)法、傅科(Foucault)法、光束尺寸法、像散(astigmatism)法等等是用于在光头内获得聚焦误差信号的背景技术方法。在分开地装有光源和光接收元件的光头中，刀口检验法或像散法得到了广泛的应用。在装有作为一个组件的光源和光接收元件的LD模组中，一般广泛采用全息傅科法或光束尺寸法。
背景技术：
中的聚焦误差信号具有这样一个问题，跟踪横跨信号依据光盘的偏心率叠加在了聚焦误差信号上，从而造成了扰动，以致对聚焦伺服控制构成了干扰。跟踪横跨信号的叠加是很明显的，尤其是在像散法中，不过即使使用其它方法也无法完全避免。
为了减小跟踪横跨信号的叠加效果，可以在背景技术(专利文献5)采用一种能够偏移部分子光束相位的特殊的衍射元件。可以采用通过增加用于分割检测器的分割线的数量而得到的光接收元件和特殊的运算处理来消除聚焦误差信号中的扰动(专利文献6)。
JP-B-4-34212/(1992)[专利文献2]JP-A-9-81942/(1997)[专利文献3]JP-A-10-162383/(1998) JP-A-2001-250250[专利文献5]JP-A-11-296875/(1999)[专利文献6]JP-A-2000-82226在这些专利文献公开的每种方法中，都存在这样的问题必须要将对成像作出贡献的光束光通量的截面划分成多个区域。即，通过将光通量的截面分为多个区域，来实现对用于子光束成像的部分光通量进行衍射的单元、为部分子光束给出相位差的单元等等。仅仅在对成像作出贡献的光束的中心轴(即，光轴)的位置不相对于所述光通量的截面发生变化的情况下，这种方法才能有效实施。
在实际的系统中，对成像作出贡献的光的光轴位置很容易随着相对于光盘的物镜的径向位移(透镜移位)和光盘相对于入射光的光轴的倾斜(斜移)发生改变。
为了防止划分开的区域依照光轴的位移发生变化，有这样一种公知的方法，其中在传动器上安装了包含全息元件的衍射元件以及所述物镜。不过，这却引入了一个新的问题，增加可移动部分上安装的部件的数量造成了重量的增大，并且必须使用改变去路路径与归路路径之间的衍射光比例的专门设计来防止重放信号之间的干扰。
发明内容
给出本发明是为了解决上述问题，从而本发明的一个目的是提供一种光学记录和再现设备中使用的光头，其中跟踪误差信号的DC偏移分量或聚焦误差信号的跟踪横跨分量可以通过简单的结构得以很容易地消除，而不必将光通量的截面分成多个区域，并且提供一种用于所述光头的LD模组、光学记录和再现设备以及其中使用的衍射元件。
按照本发明的第一个方面，一种用在光学记录和再现设备中的光头，包括光源；衍射元件，用于将从所述光源发出的光分散为主光束和子光束；光束聚集装置，用于将所述主光束和所述子光束聚集到光盘上；和光检测装置，包括用于检测从所述光盘上反射的所述主光束的主光束检测部分和用于检测从所述光盘上反射的所述子光束的子光束检测部分，其中所述衍射元件具有波浪状曲折的栅格图案。
这样，可以使用具有波浪状曲折的栅格图案的衍射元件，使得可以通过简单的结构很容易地消除掉DC偏移分量。
最好，将所述波浪状曲折的栅格图案形成得使所述栅格图案的振幅和周期都基本保持恒定。
这样，可以使用具有波形的振幅和周期都基本保持恒定的栅格图案的衍射元件，使得可以很容易地消除DC偏移分量，并且不管是否有透镜移位都可以将光束分散，这是因为栅格图案是周期性地形成的。
最好，所述波浪状曲折的栅格图案具有类似正弦波的形状。
这样，可以使用具有类似正弦波形状的栅格图案的衍射元件，使得可以很容易地消除DC偏移分量，并且使衍射元件的设计和制造都很容易。
最好，将所述光源、所述衍射元件和所述光检测装置集成为激光二极管(LD)模组。
按照本发明的第二个方面，一种光学记录和再现设备，具有如上所述的光头，其中所述主光束检测部分和所述子光束检测部分均由在平行于所述光盘的跟踪方向的方向上被分为两个检测元件的均分检测器构成；并且所述设备还包括运算装置，用于根据从所述主光束和所述子光束的均分检测器输出的信号计算跟踪误差信号。
最好，按照上述的光学记录和再现设备，其中所述运算装置通过从由所述主光束均分检测器以差分的方式检测到的主光束信号中减去由所述子光束均分检测器以差分的方式检测到的子光束信号，计算出消除掉了任何DC偏移分量之后的跟踪误差信号。
这样，用于接收从光盘上反射的主光束和子光束的检测器在跟踪方向上分为光接收元件，使得利用主光束和子光束的信号通过运算处理计算出跟踪误差信号。因此，可以很容易地执行所述运算处理，因为可以采用具有与按照背景技术的差分推挽法相同结构的使用运算方法的运算电路。
在具有上述光头的光学记录和再现设备中，所述子光束检测部分被分为四个或更多的检测元件；并且该设备还包括用于根据从所述子光束检测部分的四个或更多个检测元件输出的信号计算聚焦误差信号的运算装置。
在具有LD模组的上述光学记录和再现设备中，所述子光束检测部分被分为两个或更多的检测元件；并且该设备还包括用于根据从所述子光束检测部分的两个或更多个检测元件输出的信号计算聚焦误差信号的运算装置。
这样，可以得到包含很少量的跟踪横跨分量的聚焦误差信号，因为使用了具有放大的光斑尺寸的子光束来获取聚焦误差信号。因此，可以进行良好的聚焦控制，从而可以防止由跟踪横跨分量造成的扰动。
按照本发明的第三个方面，一种用于将光分散为多个光束的衍射元件，所述衍射元件用在光学记录和再现设备中并且具有波浪状曲折的栅格图案。
最好，将所述波浪状曲折的栅格图案形成得使所述栅格图案的振幅和周期都基本保持恒定。
最好，所述波浪状曲折的栅格图案具有类似正弦波的形状。
这样，按照本发明的衍射元件，可以得到具有较大光斑尺寸的子光束。因此，当该衍射元件用在光头或光学记录和再现设备中时，可以很容易地消除掉DC分量。
附图1是表示按照本发明的实施例的光头的结构的示意图。
附图2是表示按照本发明的实施例的用在光头中的衍射元件的结构的顶视图。
附图3A到3D是表示用在按照本发明的实施例的光头中的检测器的结构的平面图和电路图。
附图4A和4B是表示本发明的实施例中的主光束和子光束的排列和尺寸的光盘的顶视图。
附图5A是表示子光束光斑的放大顶视图；附图5B是表示由本发明的实施例中的衍射元件分散出来的子光束的光强度分布的附图。
附图6是表示本发明的实施例中的衍射元件的栅格图案中的正弦波波长与子光束分隔间距相对的附图。
附图7是表示与本发明的实施例中的衍射元件的栅格图案的正弦波振幅与子光束的中央波峰(零阶光)/相邻的波峰(±一阶光)的比相对的附图。
附图8是表示本发明的实施例中在没有透镜移位的情况下的主光束推挽信号和子光束推挽信号的波形的附图。
附图9是表示本发明的实施例中存在任何透镜偏移的情况下主光束推挽信号和子光束推挽信号的波形的附图。
附图10是表示背景技术中在没有透镜移位的情况下的主光束推挽信号和子光束推挽信号的波形的附图。
附图11是表示背景技术中在发生了任何透镜移位的情况下的主光束推挽信号和子光束推挽信号的波形的附图。
附图12是表示本发明的实施例中依据透镜移位量标绘出的主光束推挽信号和子光束推挽信号的DC偏移分量的值的附图。
附图13A和13B是表示使用在按照本发明的实施例的光头中的检测器结构的平面图。
附图14是表示按照本发明的实施例的装配有LD模组的光头的结构的示意图。
附图15A到15C是表示按照本发明的实施例的LD模组中安装的全息元件和检测器的结构的平面图。
附图16是表示按照本发明的实施例的光学再现设备的示意性结构的框图。
具体实施例方式
下面将参照附图1、2、3A-3D、4A-4B、5A-5B、6-12、13A-13B、14和15A-15C对本发明的实施例进行详细的介绍。
(结构)首先将参照附图1对按照本发明的一个实施例的光头的结构进行介绍。附图1是表示按照本发明的实施例的光头的结构的示意图。如附图1所示，按照这一实施例的光头具有光源1、衍射元件2、准直透镜3、分束器4、物镜7、象变透镜8和检测器6。光源1由激光单元构成。衍射元件2用于将从光源1发出的激光光束分离为多束。准直透镜3将分离后的光束引导到分束器4。分束器4使从准直透镜3导入的光束透射并且将从光盘5上反射的光束向着检测器6那一侧反射。物镜7对从分束器4导入的光束进行聚集并将这些光束聚焦在光盘5的表面上。象变透镜8将由分束器4反射的光束会聚到检测器6上。检测器6由光电二极管或类似器件构成，用于接收反射光束。
顺便说一下，准直透镜3、分束器4和物镜7的组合等价于本发明中的“光束聚集装置”。检测器6等价于本发明中的“光检测装置”。
下面，将参照附图2对按照这一实施例的光头中使用的衍射元件2的栅格图案进行介绍。附图2是表示所述衍射元件的栅格图案局部的顶视图。如附图2所示，衍射元件2设置有用作全息元件的凹槽2a。虽然在附图2中仅示出了衍射元件2的一部分，但实际上衍射元件2设置有多个周期性形成的凹槽2a。顺便说一下，这些凹槽2a等价于本发明中的“栅格图案”。在这个实施例中，如附图2所示，将每个凹槽2a形成为类似正弦曲线的形状。设A为该正弦曲线的振幅。设T为一个周期的长度。当各个凹槽2a都具有类似这种周期性正弦曲线的形状时，这些凹槽2a的宽度保持恒定。
顺便说一下，本发明的栅格图案形状并不局限于正弦曲线，只要这一形状是波浪状曲折形状即可。对该形状没有具体的限制，只要能够实现放大子光束光斑直径的目的即可。不过，最好所述栅格图案的波形的振幅和周期在衍射元件2的整个区域上是基本恒定的。保持所述振幅和周期基本恒定，使得在发生透镜移位的时候，不管光束在衍射元件2上入射的位置在那里，光束都能够基于同样的原则进行分散。当栅格图案具有类似正弦曲线的形状时，可以对栅格形状的参数进行很容易的控制，从而能够很容易地得出具有本发明的效果的衍射元件，而不必进行复杂的设计。
下面，将参照附图3A到3D介绍检测器6的结构。附图3A是表示检测器6的结构的平面图。检测部件6a由沿着检测部件6a上的图像的跟踪方向设置的分割线26和沿着径向设置的分割线25分为四个光接收元件。检测部件6a的这四个光接收元件是用于接收主光束(零阶光)的反射光的元件。检测部件6b由沿着跟踪方向设置的分割线27分为两个光接收元件。检测部件6c由沿着跟踪方向设置的分割线28分为两个光接收元件。检测部件6b和6c的光接收元件是用于接收子光束(±一阶光)的反射光的元件。顺便说一下，检测部件6a等价于本发明中的“主光束检测部分”，而检测部件6b和6c等价于本发明中的“子光束检测部分”。
附图3B是表示用于根据检测部件6a到6c的输出信号计算TE信号的运算电路的附图。该运算电路可以安装在光头上，或者也可以安装在光头之外的其它区域上。在附图3B中，运算电路30根据接收主光束的反射光的检测部件6a的输出信号进行算术运算(A+D)-(B+C)。运算电路31和32分别根据接收子光束的反射光的检测部件6b和6c的输出信号进行算术运算(E-F)和(G-H)。
运算电路33通过将运算电路31和32的输出相加为和(E-F)+(G-H)并用一个系数α乘以该和而计算出一个适用于消除DC偏移的值。系数α是这样设置的，当产生了DC偏移分量时，使得包含在运算电路30的输出中的DC偏移分量的信号电平等于实质上作为运算电路33的输出给出的DC偏移分量的信号电平。
运算电路34通过从运算电路30的输出减去运算电路33的输出计算出TE信号。因此，由运算电路34输出的TE信号是由下述表达式给出的TE＝(A+D)-(B+C)-α[(E-F)+(G-H)]。顺便说一下，运算电路30到34等价于本发明中的“运算装置”。
(工作过程)下面将参照附图4A-4B、5A-5B、6-12、13A-13B、14和15A-15C介绍具有上述结构的光头的工作过程。
从光源1发出的光束由衍射元件2分离成了多个光束。这些光束透射通过准直透镜3和分束器4，从而借助物镜7在光盘5上形成图像。下面将参照附图4A和4B介绍形成在光盘5上的该图像的光斑图案。
附图4A是表示在光束由按照本发明的实施例的衍射元件2进行了分离的情况下形成在光盘5上的光斑的示意图。在附图4A中，光盘5具有轨迹11和槽脊12。顺便说一下，在这个实施例中，使用了具有以大约1.5μm的间距间隔排布的轨迹11和槽脊12的DVD-RAM作为光盘5。光斑20表示由零阶光造成的主光束光斑。光斑21表示由±一阶光造成的子光束光斑。另一方面，附图4B是表示在光束由按照背景技术的衍射元件进行分离的情况下的光斑的示意图。在附图4B中，光斑13表示主光束光斑，而光斑14表示子光束光斑。
本实施例中的主光束光斑20的直径D1基本上等于背景技术中的光斑13的直径。不过，本实施例中的子光束的直径表现为直径在接近垂直于±一阶光的光束彼此之间的连线的方向上得到放大的光强度分布。每个子光束光斑的主轴直径D3为大约4μm。在本实施例中，D3大于D1。
另一方面，背景技术中的各个子光束光斑14的直径D2等于主光束光斑13的直径D1(D1＝D2)。
本实施例中，各个子光束光斑照射在光盘5上的沿径向排列的数个轨迹的较宽范围上。因此，子光束的反射光几乎不含有光束光斑横跨轨迹时产生的跟踪横跨分量(基于轨迹11上反射光的强度和槽脊12上反射光的强度之间的差)。换句话说，因为随着子光束光斑尺寸的增大，子光束中的光学传递函数(OTF)的截止频率向低频端进行了移动，所以消除了空间频率较高(相当于轨距的倒数)的跟踪横跨分量，从而能够得到仅包含由透镜移位或其它类似原因造成的DC偏移分量的信号。虽然附图4A中示出了子光束没有照射在由主光束照射的轨迹上的情况，但是子光束照射的位置是没有限制的。例如，子光束可以照射在由主光束照射的轨迹上。就是说，子光束可以照射在光盘5上的任何位置上。
当由沿着跟踪方向设置的分割线27和28被分成光接收元件的各个检测部件6b和6c接收到子光束的反射光并且根据由光接收元件接收到的信号计算出了输出信号之间的差时，该差中几乎不含有由跟踪横跨分量造成的信号。不过，当物镜7相对于另一个光学系统比如光源1或检测器6在径向上发生移动时，在分离开的光接收元件中产生了与物镜7的移动相应的光强度。该光强度与DC偏移的量相当。
另一方面，因为主光束光斑的直径是根据轨迹(凹坑)宽度唯一确定的，所以主光束的反射光不仅含有跟踪横跨分量而且还含有DC偏移分量。
因此，当从由接收主光束的反射光的检测部件6a得到的包含DC偏移分量的跟踪横跨分量减去由接收子光束的反射光的检测部件6b和6c得到的DC偏移分量时，可以得到除去了DC偏移分量的TE信号。
顺便说一句，子光束的光强度分布不具有单调上升的轮廓。子光束光强度分布的轮廓将参照附图5A和5B进行介绍。附图5A是表示子光束光斑21的放大顶视图。如附图5A所示，子光束被沿着光盘5的径向分离为多个光束21a、21b、21c和21d。附图5B是表示子光束的强度分布的附图。在附图5B中，横轴表示从子光束光斑21的中心到光盘5的径向的距离，而纵轴表示子光束的强度。如附图5B所示，子光束具有由多个光束集合而成的轮廓。就是说，由具有类似正弦曲线形状的衍射元件得到的子光束进一步分成了多个衍射光束。在附图5B中，波峰22a是位于光斑21的中心的光束21a的波峰，波峰22b、22c和22d是从光斑21的中心分离的光束21b、21c和21d的波峰。虽然子光束光斑21关于作为波峰22a的衍射光束的光束21a对称，但是附图5B仅示出了一侧的波峰。
当对光束分离间距和各个凹槽2a的波长T之间的关系进行研究时，发现光束分离间距与正弦曲线的一个周期的长度T成反比，如附图6所示(即，满足条件sinθ＝mλ/T，此时θ为衍射的角度，m是衍射的阶次，λ是光源的波长，而T是正弦曲线一个周期的长度)。附图7表示与栅格图案的正弦曲线的振幅A相对的子光束的中央波峰22a(子光束的零阶光)与相邻的波峰22b(子光束的±一阶光)的比。从附图7可以明显看出，光束间的光强度比与正弦曲线振幅之间的关系基本上表现为一个二次曲线。
从这些结果显然可知，当将正弦曲线的振幅A和子光束的零阶衍射光的强度与子光束的高阶衍射光的强度的比值设定为适当的值时，可以得到期望的光束强度分布(轮廓)。
附图8表示在没有透镜移位的情况下由检测器6得到的主光束推挽信号和子光束推挽信号的波形41a和41b。因为子光束的光束光斑在盘的径向上的尺寸大于主光束在径向上的尺寸，所以子光束推挽信号中的跟踪横跨分量的波形振幅要小于主光束推挽信号中的跟踪横跨分量的波形振幅。顺便说一下，DVD-RAM作为光盘使用。
附图9表示在物镜7从中立位置沿着光盘的径向移动了3mm的情况下主光束推挽信号和子光束推挽信号的波形42a和42b。在这种情况下，子光束推挽信号中所产生的DC偏移的量基本上等于主光束推挽信号中所产生的DC偏移的量。与没有透镜移位的情况一样，子光束推挽信号中的跟踪横跨分量的波形振幅小于主光束推挽信号中的跟踪横跨分量的波形振幅。
附图10和11表示背景技术中的推挽信号的波形。附图10表示在没有透镜移位的情况下的主光束推挽信号和子光束推挽信号的波形43a和43b。在这种情况下，当对这两个信号进行差分放大时，将会得到跟踪误差信号，这是因为这两个信号中的跟踪横跨分量的波形之间相位差为大约180度。附图11表示在发生了透镜移位的情况下的主光束推挽信号和子光束推挽信号的波形44a和44b。可以确定，在这两个波形中均产生了负偏移。子光束推挽信号中的跟踪横跨分量的波形振幅与本发明的实施例相比是比较大的，即，基本上等于主光束推挽信号的跟踪横跨分量的振幅。
然后，运算电路根据检测器6输出的信号计算跟踪误差信号。如附图8和9所示，形成了关于主光束的运算电路30的输出(A+D)-(B+C)，以致在跟踪横跨信号中包含了DC偏移分量。
另一方面，产生了关于子光束的运算电路31和32输出，这些输出为分别由分割线27和28分开的光接收元件输出的信号之间的差。这些差都几乎不包含任何由跟踪横跨分量造成的信号。这一情况可以从附图9中的子光束推挽信号的波形中明显看出。不过，这些差实质上表示了DC偏移分量，因为DC偏移是由透镜移位引起的。
当通过运算电路的算术运算从主光束推挽信号中减去了子光束推挽信号时，消除了偏移信号分量(DC分量)，同时主光束推挽信号中的跟踪横跨分量(AC分量)按原样保留了下来。结果，不管子光束相对于光盘轨迹的受控位置在哪里，总是能够得到消除掉DC偏移分量之后的跟踪误差信号。
在通过前面给出的方法得到的跟踪误差信号的基础上进行跟踪控制，以移动光头并将光束照射在目标轨迹上，从而将信息数据记录在光盘上的预定轨迹内，或者从预定的轨迹中再现信息数据。
附图12是表示在相对于物镜5的移位量标绘出DC偏移分量的值的情况下的主光束推挽信号和子光束推挽信号各自的波形中的DC偏移分量的附图。在附图12中，曲线45a表示主光束推挽信号的DC偏移分量，而曲线45b表示子光束推挽信号的DC偏移分量。这两条曲线45a和45b中的偏移量以基本上与透镜移位相等的斜率变化。显然，DC偏移分量通过本实施例中的运算处理很好地去除掉了。
因为不需要从子光束中检测出关于轨迹或凹坑的反差，所以可以将子光束照射在任何位置上，只要该位置处于光盘的信息记录区域内即可。因此，实现了无需高精度(μm量级的精度)地控制子光束的位置的效果，并且还实现了不必考虑光盘轨距之间的差别的效果。因此，可以在光盘上的位置控制方面没有任何限制地进行跟踪控制。
上面已经介绍了跟踪误差信号的检测过程。下面，将参照附图13A和13B介绍聚焦误差信号的检测过程。附图13A和13B是表示用于获得聚焦误差信号的检测器结构的平面图。附图13A表示按照本发明的检测器的结构。附图13B表示按照背景技术的检测器的结构。
在聚焦误差信号的检测过程中，同样也可以使用光束光斑尺寸较大的子光束，使得只有跟踪横跨信号被消除掉，而聚焦伺服控制必需的一般称为“S信号”的信号分量保留下来。
首先，将对通过按照背景技术的检测器的结构和像散技术检测聚焦误差信号的运算方法进行介绍。如附图13B所示，用于接收主光束的反射光的检测部件6a被分割成了四个区域，而用于接收子光束的反射光的检测部件6b和6c都被分割成了两个区域。按照背景技术的像散方法，根据检测部件6a的区域A到D的各个输出，将聚焦误差信号FE计算为FE＝(A+C)-(B+D)。按照这种方法，跟踪横跨分量叠加到了聚焦误差信号FE上，以致跟踪横跨分量起到了扰动的作用，这种扰动将会对聚焦伺服控制造成干扰。
下面，将会对通过按照本实施例的检测器的结构和像散技术检测聚焦误差信号的运算方法进行介绍。按照本实施例，如附图13A所示，用于接收子光束的检测部件6b和6c之一，例如，检测器6b，被分割成四个区域。根据检测部件6b的分割区域A到D的各个输出，将聚焦误差信号FE计算为FE＝(A+C)-(B+D)。
当聚焦误差信号是根据光斑尺寸按照本方法得到放大的子光束的反射光计算出来的时，可以得到含有很少量跟踪横跨分量的聚焦误差信号。另外，也可以将另一个检测部件6a或6c分割成四个区域，从而可以根据通过运算处理适当产生的必要的信号来计算出聚焦误差信号。
按照本发明的另一个实施例，可以采用装配有包含光源1和检测器6的LD模组的光头。装配有这样的LD模组的光头将参照附图14进行介绍。如附图14所示，LD模组61包括光源1、衍射元件2、检测器6和全息元件60。全息元件60是这样一个元件通过该全息元件，使从光盘5上反射的光朝向检测器6偏转。
附图15A到15C表示包含在LD模组61中的全息元件60和检测器6的结构。附图15A和15B是表示本发明的实施例中的全息元件60和检测器6的结构的示意图。附图15C是表示背景技术中的全息元件60和检测器6的结构的示意图。
首先，参照附图15C对背景技术中的检测器的结构和运算技术进行介绍。如附图15C所示，全息元件60被分成了三个区域α、β和γ。检测器6是由检测部件6d到6j构成的。检测部件6d被分成了两个区域。检测部件6d、6e和6h作为用于接收主光束的反射光的光接收元件。检测部件6d接收来自全息元件60的区域α的主光束(零阶光)。检测部件6e接收来自区域β的光束。检测部件6h接收来自区域γ的光束。检测部件6f、6g、6i和6j作为用于接收子光束的光接收元件。检测部件6f和6g接收来自区域β的子光束(±一阶光)。检测部件6i和6j接收来自区域γ的子光束(±一阶光)。按照背景技术，使用了与主光束光斑尺寸相同的子光束，从而计算两个区域的输出A和B之间的差(FE＝A-B)来检测聚焦误差信号FE，其中所述两个区域是将检测部件6d通过分割线分成的两个区域。
下面，参照附图15A对本实施例中的检测器的结构和运算技术进行介绍。如附图15A所示，检测器6包括检测部件6d到6h，和分成了两个区域的检测部件6k。检测部件6k接收来自区域α的子光束。计算检测部件6k所分成的两个区域的输出A和B之间的差(FE＝A-B)来检测聚焦误差信号。按照本实施例，当根据子光束的反射光计算聚焦误差信号时，可以得到与背景技术相比包含更少量的跟踪横跨分量的聚焦误差信号，这是因为每个子光束的光斑尺寸都得到了放大。
下面将参照附图15B对本实施例中检测器的另一个例子的结构和运算技术进行介绍。如附图15B所示，检测器6包括检测部件6d到6h，以及都被分成两个区域的检测部件6k和6m。检测部件6k和6m接收来自区域α的子光束(±一阶光)。在这种情况下，计算检测部件6k所分成的两个区域的输出A和B之间的差(FE＝A-B)或检测部件6m所分成的两个区域的输出a和b之间的差(FE＝a-b)来检测聚焦误差信号FE。或者也可以计算这些差的和来检测聚焦误差信号。
当使用本发明的检测器的结构和运算技术时，可以得到包含很少量的跟踪横跨分量的聚焦误差信号。
跟踪控制或聚焦控制是根据由前面给出的方法得到的跟踪误差信号或聚焦误差信号进行的。下面将参照附图16对具有执行跟踪控制和聚焦控制能力的光学记录和再现设备进行介绍。
附图16是表示光学再现设备的框图。该光学再现设备对记录在由卡盘装置(未示出)卡在转轴电机73上的光盘5上的信息进行再现。光头10安装在包含滑动机构的框架98，从而光头10可以借助滑动电机97在光盘5的径向上移动。
从光头10输出的电信号被输入给RF放大器74，以获得作为数据重放信号的RF信号、聚焦误差信号和跟踪误差信号。在RF放大器74中，将电信号输入给运算单元75，以产生RF信号。由数字信号处理电路(未示出)对该RF信号进行波形均衡和波形整形。然后，由D/A转换器(未示出)将该RF信号转换为模拟信号。这样，就输出了模拟信号。
在RF放大器74中，除了用作数据输出信号的电信号之外的由光头10输出的其它电信号被分别输入给了聚焦误差检测电路78和跟踪误差检测电路79。在电路78和79中，分别计算出含有很少量跟踪横跨分量的聚焦误差信号和除去了DC偏移分量之后的跟踪误差信号，并将它们输入给伺服处理电路86。
该伺服处理电路86包括聚焦控制电路87、跟踪控制电路88和滑动控制电路90。在该伺服处理电路86中，将各个伺服信号发送给了聚焦修正驱动器92、跟踪修正驱动器93和滑动驱动器95，从而可以根据由RF放大器74给出的聚焦误差信号和跟踪误差信号进行光头10的聚焦控制、光头10的跟踪控制和光头10位置的滑动控制。该伺服处理电路86还包括转轴控制电路91，该转轴控制电路91向转轴驱动器96发出转轴伺服信号。
在跟踪修正驱动器93中，依据伺服信号产生用于驱动光头10中的跟踪装置的跟踪驱动电流，以对跟踪进行修正。在聚焦修正电路92中，依据伺服信号产生用于在聚焦方向上移动光头10的聚焦透镜的聚焦驱动电流。在滑动驱动器95中，依据滑动伺服信号产生用于驱动滑动电机97使光头10滑动的电流。在转轴驱动器96中，依据转轴伺服信号产生用于控制转轴电机73的转动的电流。
在前面所述的光学再现设备中，当根据按照本发明的实施例得到的除去了DC偏移分量之后的跟踪误差信号进行跟踪控制时，能够使光束的跟踪更加精确。当根据含有很少量的跟踪横跨分量的聚焦误差信号进行聚焦控制时，能够精确地移动聚焦透镜。
虽然是针对光学再现设备进行的介绍，但是本发明也可以应用于具有记录和再现光学信号能力的光学记录和再现设备，只要将预定的电路等加入到所述光学再现设备中即可。或者光学再现设备也可以使用其它的结构。
权利要求
1.一种用在光学记录和再现设备中的光头，包括光源；衍射元件，用于将从所述光源发出的光分散为主光束和子光束；光束聚集装置，用于将所述主光束和所述子光束聚集到光盘上；和光检测装置，包括用于检测从所述光盘上反射的所述主光束的主光束检测部分和用于检测从所述光盘上反射的所述子光束的子光束检测部分，其中所述衍射元件具有波浪状曲折的栅格图案。
2.按照权利要求1所述的光头，其中将所述波浪状曲折的栅格图案形成得使所述栅格图案的振幅和周期都基本保持恒定。
3.按照权利要求1所述光头，其中所述波浪状曲折的栅格图案具有类似正弦波的形状。
4.按照权利要求1到3中任何一项所述的光头，其中将所述光源、所述衍射元件和所述光检测装置集成为激光二极管(LD)模组。
5.一种光学记录和再现设备，包括光头，该光头包括光源；衍射元件，用于将从所述光源发出的光分散为主光束和子光束；光束聚集装置，用于将所述主光束和所述子光束聚集到光盘上；和光检测装置，包括用于检测从所述光盘上反射的所述主光束的主光束检测部分和用于检测从所述光盘上反射的所述子光束的子光束检测部分，其中所述衍射元件具有波浪状曲折的栅格图案；和运算装置，用于根据从所述主光束检测部分和所述子光束检测部分输出的信号计算跟踪误差信号，其中所述主光束检测部分和所述子光束检测部分均由在平行于所述光盘的跟踪方向的方向上被分为两个检测元件的均分检测器构成。
6.按照权利要求5所述的光学记录和再现设备，其中所述运算装置通过从由所述主光束均分检测器以差分的方式检测到的主光束信号中减去由所述子光束均分检测器以差分的方式检测到的子光束信号，计算出消除掉了任何DC偏移分量之后的跟踪误差信号。
7.一种光学记录和再现设备，包括光头，该光头包括光源；衍射元件，用于将从所述光源发出的光分散为主光束和子光束；光束聚集装置，用于将所述主光束和所述子光束聚集到光盘上；和光检测装置，包括用于检测从所述光盘上反射的所述主光束的主光束检测部分和用于检测从所述光盘上反射的所述子光束的子光束检测部分，其中所述衍射元件具有波浪状曲折的栅格图案；和运算装置，用于根据从所述子光束检测部分输出的信号计算聚焦误差信号，其中所述子光束检测部分被分为四个或更多的检测元件。
8.一种光学记录和再现设备，包括LD模组，在该LD模组中集成了光源；衍射元件，用于将从所述光源发出的光分散为主光束和子光束；和光检测装置，包括用于检测从所述光盘上反射的所述主光束的主光束检测部分和用于检测从所述光盘上反射的所述子光束的子光束检测部分，其中所述衍射元件具有波浪状曲折的栅格图案，其中所述子光束检测部分被分为两个或更多个检测元件；和所述设备还包括用于根据由所述子光束检测部分的所述两个或更多个检测元件输出的信号计算聚焦误差信号的运算装置。
9.一种用于将光束分散为多个光束的衍射元件，所述衍射元件用在光学记录和再现设备中并且具有波浪状曲折的栅格图案。
10.按照权利要求9所述的衍射元件，其中将所述波浪状曲折的栅格图案形成得使所述栅格图案的振幅和周期都基本保持恒定。
11.按照权利要求9所述的衍射元件，其中所述波浪状曲折的栅格图案具有类似正弦波的形状。
全文摘要
由衍射元件(2)将光源(1)发出的光束分为主光束和子光束。因为该衍射元件(2)具有形成为类似正弦波形状的衍射图案，所以子光束的光斑变得大于主光束的光斑。结果，子光束几乎不包含任何当光斑横跨光盘(5)上的任何一条轨迹时产生的跟踪横跨分量。因此，当从主光束的推挽信号中减去用于检测子光束的检测器输出的信号时，能够得到基本不包含DC偏移分量的跟踪误差信号或聚焦误差信号。
文档编号G02B5/18GK1581319SQ20041005666
公开日2005年2月16日 申请日期2004年8月13日 优先权日2003年8月13日
发明者涩谷义一, 冈祯一郎 申请人:Tdk株式会社