专利名称：衍射光栅元件和光拾取器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于半导体激光装置或光盘装置的光拾取器，并涉及一种作为光拾取器部件的衍射光栅元件。
背景技术：
有各种类型的满足各个标准的光盘，例如CD-ROM(光盘只读存储器)、CD-R(可记录光盘)、CD-RW(可重写光盘)、MD(迷你盘)、DVD-ROM(数字通用盘只读存储器)和DVD-R(可记录数字通用盘)。每种光盘系统都采用一种满足满足光盘系统中所使用的光盘类型标准的伺服信号检测方法。
这种伺服信号检测方法包括用于检测聚焦误差信号的光点尺寸检测方法(此后称作SSD方法)。所述伺服信号检测方法还包括用于检测跟踪误差信号的方法，例如3光束法，推挽法(此后称作PP方法)，差分推挽法(此后称作DPP方法)，和差分相位检测法(此后称作DPD法)。
近年来，光盘系统的主流是能够处理多个类型的光盘的复杂系统，例如能够处理CD-ROM、CD-R和CD-RW的CD复杂系统。这样的复杂系统需要采用DPP方法和DPD方法，以便从具有不同凹坑深度的不同类型的光盘的任何一种中能够检测到跟踪误差信号。
日本公开专利申请第11-296873号披露了一种采用DPD方法的光盘系统。本申请的图1为表示传统的光盘系统的误差检测部分的透视图。图2为表示传统的光盘系统的衍射光栅元件的平面图。图3为表示传统的光盘系统的光敏元件基片的平面图。
如图1所示，从半导体激光器(未示出)发射的激光束沿光轴101传送，到达光盘102并由其反射。光盘102、衍射光栅元件103和光敏元件基片104沿光轴101以所述的顺序设置。反射束105(由光盘102反射的激光束)沿光轴101通过衍射光栅元件103，并到达光敏元件基片104。
衍射光栅元件103在其中心处包括一具有衍射功能和透镜功能的衍射光栅区域106。如图2所示，衍射光栅区域106被直线106c分割成两个第一区域106a；和第二区域106b，直线106c与光轴101相交且平行于方向107，该方向是光盘102的凹坑序列曲线的切向(此后，将方向107称作为切线方向107)。
第一区域106a和第二区域106b具有相同的衍射角和不同的衍射方向。因此，进入第一区域106a的反射束105被分割成正-初级衍射束108a+和负-初级衍射束108a-，进入第二区域的106b的反射束105被分割成正-初级衍射束108b+和负-初级衍射束108b-。第一区域106a和106b还具有透镜效果，通过它们衍射束108a-和108b+进行会聚，并且衍射束108a+和108b-进行发散。
如图3所示，在光敏元件基片104的光敏表面上形成有四个光敏区域109a+、109a-、109b+、和109b-。光敏区域109a+、109a-、109b+和109b-被设置使得穿过光敏区域109a+和109a-的第一直线110a与穿过光敏区域109b+和109b-的第二直线110b近似在光轴101处相交。
光敏区域109a+和109a-中的每一个被平行于第一直线101a的三条直线分割成区域Ea1、Ea2、Eb和Ec，其中Ea1和Ea2为内侧区域，Eb和Ec为外侧区域。类似的，光敏区域109b+和109b-中的每一个被平行于第二直线110b的三条直线分割成区域Ea1、Ea2、Eb和Ec，其中Ea1和Ea2为内侧区域，Eb和Ec为外侧区域。
如图2所示，在第一区域106a中被分割的正-初级衍射束108a+和负-初级衍射束108a-分别沿第一直线110a在如111a+和111a-所示的方向被衍射。此外，在第一区域106b中被分割的正-初级衍射束108b+和负-初级衍射束108b-分别沿第二直线110b在如111b+和111b-所示的方向被衍射。然后衍射束108a+、108a-、108b+、和108b-分别进入光敏区域109a+、109a-、109b+、和109b-。
图4表示如何通过SSD方法检测聚焦误差信号。如图4所示，从光敏区域109a+的内侧区域Ea1和Ea2获得光电转换信号R+i，从光敏区域109a+的外侧区域Eb和Ec获得光电转换信号R+o，从光敏区域109a-的内侧区域Ea1和Ea2获得光电转换信号R-i，和从光敏区域109a-的外侧区域Eb和Ec获得光电转换信号R-o。此外，从光敏区域109b+的内侧区域Ea1和Ea2获得光电转换信号L+i，从光敏区域109b+的外侧区域Eb和Ec获得光电转换信号L+o，从光敏区域109b-的内侧区域Ea1和Ea2获得光电转换信号L-i，和从光敏区域109b-的外侧区域Eb和Ec获得光电转换信号L-o。
在上面提到的情况下，使用下式计算聚焦误差信号FE。
等式1FE＝[(L+i+L-o)+(R+i+R-o)]-[(L-i+L+o)+(R-i+R+o)]图5表示如何通过DPD方法检测跟踪误差信号。如图5所示，获得的是光敏区域109a+的内侧区域Ea1和外侧区域Eb的光电转换信号的和Ru+，光敏区域109a+的内侧区域Ea2和外侧区域Ec的光电转换信号的和Rd+，光敏区域109a-的内侧区域Ea2和外侧区域Ec的光电转换信号的和Ru-，和光敏区域109a-的内侧区域Ea1和外侧区域Eb的光电转换信号的和Rd-。此外，还获得光敏区域109b+的内侧区域Ea1和外侧区域Eb的光电转换信号的和Lu+，光敏区域109b+的内侧区域Ea2和外侧区域Ec的光电转换信的和Ld+，光敏区域109b-的内侧区域Ea2和外侧区域Ec的光电转换信号的和Lu-，和光敏区域109b-的内侧区域Ea1和外侧区域Eb的光电转换信号的和Ld-。
在该情况下，通过比较“(Ru++Ru-)+(Ld++Ld-)”和“(Lu++Lu-)+(Rd++Rd-)”的相位来检测跟踪误差信号。
如上面解释的，从在衍射光栅区域106中衍射的正/负-初级衍射束108a+、108a-、108b+、和108b-，通过SSD方法检测聚焦误差信号，并通过DPD方法检测跟踪误差信号。
然而，上述传统的光盘系统具有下列问题。
如上面解释的，当通过SSD方法检测聚焦误差信号时，来自内侧区域Ea1和Ea2的信号总是被加起来。结果，将每个光敏区域109a+、109a-、109b+、和109b-分割成三个区域就足够了。另一方面，当通过DPD方法检测跟踪误差信号时，来自内侧区域Ea1和外侧区域Eb的信号总是被相加，且来自内侧区域Ea2和外侧区域Ec的信号也总是被相加。结果，将每个光敏区域109a+、109a-、109b+、和109b-分割成两个区域就足够了。
然而，当SSD方法和DPD方法都被采用了时，光敏区域109a+、109a-、109b+、和109b-中的每一个都需要被分割成至少四个区域。那就是说，为了采用DPD方法，光敏区域109a+、109a-、109b+、和109b-中的每一个都需要被分割成四个区域，而对于传统的系统来说将每个区域分割成三个就足够了。
如在使用传统的光学系统的情况下，当分区数量增加时将出现各种问题。例如，需要对现有的光敏电路进行重大修改，或者光敏电路变得复杂，或者在光敏元件基片104中需要更多的外部输出端子。光敏电路的重大修改将去掉它与其它已有设备的兼容性。复杂的光敏电路或外部输出端子数量的增加将使得光敏元件基片104和封装的尺寸增大。这使得无法降低光盘系统的尺寸和成本，以及无法使光盘系统简单化。
下面介绍了在每个光敏区域109a+、109a-、109b+、和109b-被分割成四个小分区的情况下，分区和外部输出端子之间的连接的例子。图6-8示出了分区与外部输出端子之间的连接的例子。
图6表示在光敏元件基片104上没有提供运算电路的情况。在该情况下，需要有与分区一样多的外部输出端子(也就是说，16个)。
图7表示在光敏元件基片104上提供有运算电路的情况，该运算电路用于执行与聚焦误差信号有关的四个信号(L+i+L-o)、(R+i+R-o)、(L-i+L+o)和(R-i+R+o)的运算和与跟踪误差信号有关的四个信号(Ru++Ru-)、(Ld++Ld-)、(Lu++Lu-)、(Rd++Rd-)的运算。在该情况下，总共需要八个外部输出端子。
图8表示需要最小数量的外部输出端子的情况。关于聚焦误差信号，运算电路执行两个信号[(L+i+L-o)+(R+i+R-o)]和[(L-i+L+o)+(R-i+R+o)]的运算，它们是通过执行四个信号(L+i+L-o)、(R+i+R-o)、(L-i+L+o)和(R-i+R+o)的运算获得的。
此外，关于跟踪误差信号，运算电路只需要执行两个信号的运算(Ru++Ru-)和(Lu++Lu-)，而不需要执行剩余两个信号(Ld++Ld-)和(Rd++Rd-)的运算。那也就是说，借助DPD方法通过比较信号(Ru++Ru-)和(Lu++Lu-)的相位来检测跟踪误差信号，总共只需要四个外部输出端子。
注意图8的运算电路比图7的运算电路简单，且图8的外部输出端子的数量是图7的一半。然而，关于聚焦误差信号的检测，图8中的每个端子的信号数量的允许范围应是原来的两倍。否则，端子输出是饱和的。此外，关于跟踪误差信号的检测，图8中的能够用于检测跟踪误差信号的信号数量是原来的一半。
另外，如果将图8的运算电路应用于传统的复杂系统，则应额外采用PP方法。这使得运算电路更加复杂或增加了外部输出端子的数量。这里应该注意PP方法是这样一种方法，它用于为用于通过检测已经进入到第一区域106a的反射束105和已经进入到第二区域106b的反射束105之间的光量差来检测光轴101在半径方向112(垂直于切线方向107的方向)朝光盘102的凹坑序列的偏移。
使用PP方法，以与通过SSD方法计算聚焦误差信号FE相似的方式使用图4中所示的信号借助下面的等式来计算跟踪误差信号TE。
等式2TE＝(R+i+R-o)+(R-i+R+o)-(L+i+L-o)-(L-i+L+o)从上面的说明可以理解，PP法中使用的信号与SSD方法中使用的信号相同，所述信号是通过将光敏区域109a+、109a-、109b+、和109b-中的每一个都分割成三个区域获得的。因此，当在光敏元件基片104上提供参照图7解释的运算电路时，通常可以通过分别使用SSD方法和PP方法执行不同的外部运算，并利用信号(L+i+L-o)、(R+i+R-o)、(L-i+L+o)、和(R-i+R+o)来检测聚焦误差信号和跟踪误差信号。
另一方面，为了在图8所示的情况下通过PP方法检测跟踪误差信号，光敏元件基片104的运算电路需要执行过多数量的运算。这需要增加运算电路和外部输出端子，从而抵消了减少外部输出端子数量的优点。
如到现在为止所解释的，虽然在满足某一条件的情况下SSD和PP方法能够共享信号，但难于使DPD方法与其它方法共享信号。也就是说，除了在光敏元件基片104上没有提供运算电路的情况之外，所有方法不可能共享从外部输出端子输出的信号，并且不能防止运算电路变得复杂或防止外部输出端子在数量上的增加。
发明内容
因此本发明的目的是提供一种能够适用DPD方法的衍射光栅元件和光拾取器。
上述目的是通过一种包括衍射光栅区域的衍射光栅元件实现的，其包括一第一区域，其是所述衍射光栅区域被第一直线分割成的两个区域之一，所述第一区域被垂直于第一直线的第二直线分割成具有第一衍射光栅图案的第一子区域和具有第二衍射光栅图案的第二子区域，所述第一和第二衍射光栅图案具有不同的衍射角；和第二区域，其是所述衍射光栅区域被所述第一直线分割成的两个区域中的另一个，所述第二区域被分割成三个或更多个在垂直于第二直线的方向上对齐的分区，所述第一和第二衍射光栅图案交替地分配给所述分区中的每一个。
具有上述结构的、用于朝向信息记录介质发射光束并从信息记录介质反射的光束中读取信息的光拾取器提供了一种紧凑、低成本的光拾取器，其能够通过SSD方法检测聚焦误差信号和通过DPP方法和DPD方法检测跟踪误差信号，同时具有相对简单的光敏元件基片的电路结构和较少数量的外部输出端子。
本发明的这些和其它目的、优点和特征通过下述结合附图对其作的说明将变得显而易见，其中附图阐明了本发明的特定实施例。
图中图1为表示传统的光盘系统的误差检测部分的透视图；图2为表示传统的光盘系统的衍射光栅元件的平面图；图3为表示传统的光盘系统的光敏元件基片的平面图；图4表示如伺通过SSD方法检测聚焦误差信号；图5表示如何通过DPD方法检测跟踪误差信号；图6表示分区和外部输出端子之间的连接；图7表示分区和外部输出端子之间的连接；图8表示分区和外部输出端子之间的连接；图9为表示本发明实施例中的光拾取器的透视图；图10为表示衍射光栅元件的衍射光栅区域的平面图；图11为表示光敏元件基片的平面图；图12为表示与光敏元件基片的每个区域进行连接的示意图；图13A表示反射束在具有第一衍射光栅图案的区域上的投射；图13B表示反射束在具有第二衍射光栅图案的区域上的投射；图14表示由衍射光栅元件衍射的正和负-初级衍射束的光路；图15A表示发射的光束进入光盘的位置；图15B为表示进入衍射光栅区域的反射光束的平面图；图15C表示通过衍射光栅元件分割反射光束；图16为表示修改例的衍射光栅元件的衍射光栅区域的平面图；图17为表示距离X和信号量之间的关系的曲线图；图18为表示具有一修改例的衍射光栅元件的光拾取器的透视图。
具体实施例方式
下面参照
本发明的优选实施例。
图9为表示本发明实施例中的光拾取器的透视图。
如图9所示，本发明实施例中的光拾取器1包括半导体激光器2、光敏元件基片3、3光束衍射光栅4、衍射光栅元件5和物镜6。半导体激光器2被设置使得半导体激光器2的光轴7垂直于光敏元件基片3的光敏表面。3光束衍射光栅4、衍射光栅元件5和物镜6从光敏元件基片3开始沿光轴7以所叙述的顺序安置，其间保持预定的距离。
从半导体激光器2发射的光沿光轴7传送，按所叙述的顺序通过3光束衍射光栅4、衍射光栅元件5和物镜6，并会聚在光盘8的表面上的凹坑序列上，所述光盘8为信息记录介质。作为通过光盘8反射的光束的反射束9沿光轴7返回到衍射光栅元件5，被衍射光栅元件5的衍射光栅区域10分割，并到达光敏元件基片3。此处应该注意，从光敏元件基片3发射的激光束到达3光束衍射光栅4并由其分割成一个主束和两个侧束。所述侧束将在稍后介绍。
图10为表示衍射光栅元件的平面图。如图10所示，衍射光栅区域10由与光轴相交并平行于光盘8的半径方向11的第一直线12分割成第一区域13和第二区域14，使得第一区域13和第二区域14在光盘8的切线方向15上对齐。此外，所述第一区域13由与光轴7相交并平行于切线方向15的第二直线16分割成第三区域17和第四区域18，使得第三区域17和第四区域18在所述半径方向11上对齐。此外，所述第二区域14由平行于切线方向15的九条直线19a-19i分割成10个分区20a-20j，使得分区20a-20j在半径方向11上对齐。
此处应该注意，分割第一区域13的第二直线16与直线19e连续，所述直线19e为九条直线19a-19i中的最中间的线。换句话说，分割邻近分区20e和20f的直线19e是第二直线16的延伸。其中第二直线16与直线19e连续的这样一种结构使得区域分割图案变得简单，并且能够更加容易地以低成本来制造衍射光栅元件5。
第三区域17具有第一衍射光栅图案。第四区域18具有第二衍射光栅图案，其具有比第一衍射光栅图案的衍射角大的衍射角。第一和第二衍射光栅图案都位于包括光轴7和直线12的平面中，并且分别具有会聚到图10中的光轴左侧的焦点。
分区20a-20j交替地具有第一和第二衍射光栅图案。也就是说，如图10所示，分区20a、20c、20e、20g和20i具有第一衍射光栅图案，分区20b、20d、20f、20h和20j具有第二衍射光栅图案。
图11为表示光敏元件基片的平面图。如图11所示，已经进入具有第一衍射光栅图案的第三区域17和分区20a、20c、20e、20g和20i的反射束9被分割成正-初级衍射束21a+和负-初级衍射束21a-，已经进入具有第二衍射光栅图案的第四区域18和分区20b、20d、20f、20h和20j的反射束9被分割成正-初级衍射束22a+和负-初级衍射束22a-，然后这些衍射束到达光敏元件基片3的光敏表面。
在光敏元件基片3的光敏表面上提供第一至第八光敏区域23至30。
其中，第一至第四光敏区域23至26被设置使得与光轴7相交并平行于半径方向11的直线26a穿过第一至第四光敏区域23至26中的每个的中心。第一至第四光敏区域23至26中的每一个被平行于直线26a的两条直线分割成三个区域，使得所述三个区域在切线方向15上对齐，所述直线26a平行于半径方向11，所述三个区域是中心区域Ea和将中心区域Ea夹在中间的一对外侧区域Eb和Ec。
此处应该注意，没有必要使第一至第四光敏区域23至26中的每一个都被平行于半径方向11的直线分割。例如，在图3所示的情况下，其中光敏区域109a+、109a-、109b+、和109b-沿第一直线110a或第二直线110b进行设置，第一直线110a或第二直线110b均关于半径方向112具有一个角度，每个区域可通过平行于第一直线110a或第二直线110b的线进行分割使得分区在切线方向107上基本对齐。
第五至第八光敏区域27至30沿切线方向15被设置在第一和第三光敏区域23和25的两侧。第五至第八光敏区域27至30接收负-初级衍射束，其为到达光盘8并由光盘8反射然后经衍射光栅元件5衍射的两个侧光束之一，其中当3光束衍射光栅4对从光敏元件基片3发射的激光束进行分割时产生所述两个侧光束。
图12为表示与光敏元件基片的每个区域的连接的示意图。如图12所示，通过将从第一光敏区域23的外侧区域Eb和Ec和从第二光敏区域24的中心区域Ea获得的光电转换信号相加获得和FE1；通过将从第一光敏区域23的中心区域Ea和从第二光敏区域24的外侧区域Eb和Ec获得的光电转换信号相加获得和FE2；通过将从第三光敏区域25的外侧区域Eb和Ec和从第四光敏区域26的中心区域Ea获得的光电转换信号相加获得和FE3；通过将从第三光敏区域25的中心区域Ea和第四光敏区域26的外侧区域Eb和Ec获得的光电转换信号相加获得和FE4；通过将从第五和第六光敏区域27和28获得的光电转换信号相加获得和E；以及通过将从第七和第八光敏区域29和30获得的光电转换信号进行相加获得和F。这些信号用于检测跟踪误差信号或聚焦误差信号。
图13A表示将反射束投射到具有第一衍射光栅图案的区域上。图13B表示将反射束投射到具有第二衍射光栅图案的区域。已经进入具有第一衍射光栅图案的第三区域17和分区20a、20c、20e、20g和20i的反射束9被分割成正-初级衍射束21a+和负-初级衍射束21a-，正-初级衍射束21a+进入光敏区23，而负-初级衍射束21a-进入光敏区24。
已经进入具有第二衍射光栅图案的第四区域17和分区20b、20d、20f、20h和20j的反射束9被分割成正-初级衍射束22a+和负-初级衍射束22a-，正-初级衍射束22a+进入光敏区25，而负-初级衍射束22a-进入光敏区26。
图11表示将衍射束21a+、21a-、22a+和22a-分别投射在第一至第四光敏区域23至26上。每个投射由下列部分构成(i)四分之一圆，其来自第三区域17或第四区域18的衍射束的投射，和(ii)半圆，其来自第二区域14的衍射束的投射并具有两种不同的交替矩形部分的组合之一。
反射束9的光量分布被表示为以光轴7为中心的高斯分布。结果，下面的(a)、(b)和(c)具有相同的光量(a)形成四分之一圆投射的来自第三区域17的衍射束，(b)形成四分之一圆投射的来自第四区域18的衍射束，和(c)在半圆投射中形成交替矩形部分的组合的、来自具有第一或第二衍射光栅图案的第二区域14的衍射束。上面(a)、(b)和(c)中的每一个的光量由“A×(B/4)”表示，其中“A”表示光的总量，“B”表示第一或第二衍射光栅图案的衍射率。
图14表示通过衍射光栅元件衍射的正和负-初级衍射束的光路。在图14中，示出了圆弧S1至S3。具有这些圆弧的圆都是以衍射光栅元件5的表面和光轴7的交点为中心。具有圆弧S1的圆的半径距离为L1，其中距离L1为半导体激光器2的光发射点32和交点31之间的距离。正-初级衍射束21a+和22a+会聚在圆弧S2上，其中具有圆弧S2的圆的半径距离为L2(L2＞L1)。负-初级衍射束21a-和22a-会聚在圆弧S3上，其中具有圆弧S3的圆的半径距离为L3(L3＜L1)。从此可以理解，从交点31到正-初级衍射束21a+和22a+的焦点的距离与到负-初级衍射束21a-和22a-的不同，所述距离根据衍射光栅元件5的透镜功能变化。
当沿光轴7从标准位置朝光盘8移动物镜6时，正-初级衍射束21a+和22a+的焦点移动到光敏元件基片3上，正-初级衍射束21a+和22a+会聚在光敏区域23和25上。另一方面，当沿光轴7从标准位置朝光敏元件基片3移动物镜6时，负-初级衍射束21a-和22a-的焦点移动到光敏元件基片3上，负-初级衍射束21a-和22a-会聚在光敏区域24和26上。
如上面的说明所指出的，本发明实施例中的光拾取器1，与传统光拾取器的情况相同，通过沿光轴7移动物镜6改变焦点位置而执行聚焦调节。这使得可以通过SSD方法来检测聚焦误差信号。
传统技术中的衍射束的投射为半圆的形状，如图3所示。相反，本发明实施例中的投射为四分之一圆和半圆组合起来的图形，所述半圆由交替的矩形部分构成。然而，即使衍射束具有不同形状的投射，如果它们具有相同的衍射率和相同的衍射光栅图案，衍射束也具有相同的光量和相同的焦点。
利用下式来计算通过SSD方法的聚焦误差信号。
等式3FE＝FE1+FE3-FE2-FE4下面将说明从衍射光栅元件5分割的衍射束获得哪种凹坑信息。
图15A表示发射的光束进入光盘的位置。图15B为表示进入衍射光栅区域的反射光束的平面图。图15C表示由衍射光栅元件分割的反射光束。
如图15A所示，假定从半导体激光器2发射的光束在从期望的位置沿半径方向11偏离的位置处到达光盘8的表面上形成的凹坑33。在该情况下，由于凹坑33内侧的表面具有比凹坑33外侧表面低的反射率，所以反射束的阴影部分34具有比非阴影部分35小的光量(参见图15B)。
如图15C所示，反射束9被衍射和分割成正-初级衍射束36u、36d、37u和37d，其中36u表示来自第三区域17的衍射束，37u表示来自第四区域18的衍射束，36d表示来自具有第一衍射光栅图案的第二区域的分区20a、20c、20e、20g和20i的衍射束，37d表示来自具有第二衍射光栅图案的第二区域的分区20b、20d、20f、20h和20j的衍射光束。这里省略了对负-初级衍射束的说明。
衍射束36u和37u包含关于凹坑序列位置沿半径方向偏离的信息。也就是说，关于偏离的信息可从衍射束36u和37u和光量差检测到。
另一方面，由于衍射束36d和37d来自于沿半径方向交替对齐并且不能反映光量差的第二区域14的分区，所以衍射束36d和37d并不包含关于凹坑序列位置沿半径方向偏离的信息。
因此，从衍射束36u和37u来获得关于凹坑序列位置沿半径方向偏离的信息。
此处应该注意，由于衍射束36u和37u保留了凹坑序列33是否出现的信息，所以从光盘8读取数据的能力未被降低。
下面将介绍如何通过DPP方法和DPD方法检测跟踪误差信号。此处假定光电转换信号FE1-FE4、E和F被用于检测。
首先，将介绍通过DPP方法检测跟踪误差信号。使用下式计算通过DPP方法的跟踪误差信号TE(DPP)。
等式4TE(DPP)＝(FE1+FE2-FE3-FE4)+k×(E-F)如图12所示，和FE1和FE2是通过将来源于已经进入第一和第二光敏区域23和24的正和负-初级衍射束21a+和21a-的光电转换信号相加来计算的。也就是说，所述信号是通过(i)来自具有第一衍射光栅图案的第三区域17的衍射束36u和(ii)来自具有第一衍射光栅图案的分区20a、20c、20e、20g和20I的衍射束36d产生的。
类似的，和FE3和FE4是通过将来源于已经进入第三和第四光敏区域25和26的正和负-初级衍射束22a+和22a-的光电转换信号相加来计算的。也就是说，所述信号是通过(i)来自具有第二衍射光栅图案的第三区域17的衍射束37u和(ii)来自具有第二衍射光栅图案的分区20b、20d、20f、20h和20j的衍射束37d产生的。
从等式4可以理解，通过在衍射束36u和36d的光量和衍射束37u和37d的光量之间进行比较来获得跟踪误差信号。并且，如早先说明的，衍射束36u和37u包含关于凹坑序列位置沿半径方向偏离的信息，但衍射束36d和37d不包含该信息。
因此，在本实施例中，关于凹坑序列位置沿半径方向偏离的信息实质上是通过在来自第三区域17的衍射束36u的光量和来自第四区域18的衍射束37u的光量之间进行比较获得的。由此可以理解，在没有使用来自分区20a至20j的衍射束36d和37d的光量的情况下，能够检测通过DPP方法获得跟踪误差信号。
然而，在本发明的实施例中，由于来自分区20a至20j的衍射束36d和37d的光量未被使用，所以信号电平是图3所示的传统情况的一半，在图3中，衍射束被分割成在半径方向112中对齐的两个束。
接着，将说明通过DPD方法检测跟踪误差信号。通过DPD方法检测跟踪误差信号TE(DPD)的方法是在(a)由来自第三区域17和分区20f至20j的衍射束产生的信号的相位和(b)由来自第四区域18和分区20a至20e的衍射束产生的信号的相位之间进行比较(参见图15B)。由于此原因，在传统的技术中，所述衍射光栅区域被与光轴相交并平行于切线方向107的直线分割成两个，每个光敏区域被与光轴相交并与半径方向112平行的直线分割成两个区域。
然而，在本实施例中，虽然进入第二区域14的反射束包含沿半径方向11偏离的信息，但衍射束36d和37d不包含该信息。这使得在由来自第三区域17的衍射束产生的信号的相位和由来自第四区域18的衍射束产生的信号的相位之间能够进行比较，即使所述光敏区域未被分割成在切线方向15对齐的分区。此处应注意，出于与DPP方法中相同的原因，检测的信号量是所述传统情况的一半。
如上所述，关于朝向信息记录介质发射光束和从信息记录介质反射的光束读取信息的光拾取器，本实施例提供了一种能够通过SSD方法检测聚焦误差信号和能够通过DPP方法和DPD方法检测跟踪误差信号的紧凑、低成本光拾取器，其比较简单的、带有光敏元件基片和较少数量的外部输出端子的电路结构。
本发明并不局限于上述的实施例，而是可以按照各种方式对其进行修改。衍射光栅元件和光拾取器的每个部件可以在排列、尺寸、材料质量、形状等方面自由修改。
例如，如本发明实施例中所解释的，不需要对衍射光栅元件的衍射光栅区域进行分割，但也可以进行适当的修改。
(1)将衍射光栅区域10分割成两个分区使得所述分区在切线方向15对齐的直线12可以不与光轴7相交。图16为表示修改例的衍射光栅元件的衍射光栅区域的平面图。图17为表示距离X和检测的信号量之间的关系的曲线图。
如图16所示，所述修改例的衍射光栅区域38与图10中所示的本发明实施例的衍射光栅区域10的不同之处在于将衍射光栅区域38分割成两个在切线方向对齐的分区的直线39不与光轴7相交。下面的说明将以直线39为中心，并省略或简化其它与本发明实施例中的那些元件相同的元件的说明，所述相同的元件被标以相同的附图标记。
修改例的衍射光栅区域38被设计以便在一定程度上损害通过DPD方法检测跟踪误差信号的精度的情况下，改进通过DPP方法检测跟踪误差信号的精度。如早先所述的，使用本发明的光拾取器1，通过SSD方法检测的聚焦误差信号的数量等于传统的拾取器的数量，通过DPP方法检测的跟踪误差信号的数量是传统的拾取器的一半，通过DPD方法检测的跟踪误差信号的数量是传统的拾取器的一半。
这种信号数量的减少对于稳定的系统操作来说是不利的。优选的情况是获得尽可能大的信号量。为了确保通过DPP方法能够获得较大的信号量，可采用下列构成。
如图16所示，在修改例的衍射光栅区域38中，直线39和直线40相距X，所述直线40与光轴7相交并平行于半径方向11。同时如图17所示，通过DPP方法获得的信号量随着直线39在图16中向下移动而增加(X＜0)，并且随着直线在图16中向上移动而减少(X＞0)。另一方面，当X＝0时通过DPD方法获得的信号量最大，并随着距离X增加而减小。因此通过适当地调节距离X而确保通过DPP方法获得较大数量的信号，同时确保通过DPD方法所需的信号量。
(2)在本发明实施例中，衍射光栅区域10的第二区域14被九条直线19a-19i分割成10个分区20a-20j。然而，所述第二区域14可被分割成三个或更多个分区，而不限于10个分区。此处应该注意，当分区的数量减少时，使进入第二区域14的反射束9的光量的偏差平均的效果就恶化了，这将降低通过DPD方法检测跟踪误差信号的精度。此外，当分区的数量极大增加时，每个分区20a-20j的面积就减小，每个分区20a-20j中的衍射光栅的数量也减少。这可降低衍射光栅元件5的衍射功能和透镜功能。
(3)在本发明实施例中，每个分区20a-20j在半径方向上的宽度基本上彼此相等。然而，每个分区的宽度可以不必彼此相等。此外平行于切线方向15的直线可以不必用于划分分区20a-20j。
此外，衍射光栅元件可以具有下列结构，图18为表示具有一修改例的衍射光栅元件的光拾取器44的透视图。
如图18所示，本修改例的衍射光栅元件41具有在其第一主表面上形成的衍射光栅区域42，和具有在与所述第一主表面基本平行的第二主表面上形成的3光束衍射光栅43。例如，衍射光栅元件41被设置使得第一主表面面对物镜6且第二主表面面对光敏元件基片3，同时使光轴7穿过这些元件中的每一个的中心。
从半导体激光器2发射的光束沿光轴7传送，按规定的顺序穿过衍射光栅元件41的3光束衍射光栅43和衍射光栅区域42，然后穿过物镜6，并会聚在光盘8的表面上的凹坑序列上。从光盘8反射的光束9沿光轴7传送以返回到衍射光栅元件41，在其衍射光栅区域42被分割，并到达光敏元件基片3。
使用上述的其中衍射光栅元件41提供有3光束衍射光栅43的结构，就消除了分开准备3光束衍射光栅的必要。这减少了光拾取器44的元件数量。
虽然参照附图利用例子已经完全说明了本发明，但应该注意各种变化和修改对于本领域技术人员来说将是显而易见的。因此，除非这种变化和修改脱离了本发明的范围，否则这些变化和修改应被理解为包括在本发明中。
权利要求
1.一种包括衍射光栅区域的衍射光栅元件，包括第一区域，其是所述衍射光栅区域被第一直线分割成的两个区域之一，所述第一区域被垂直于第一直线的第二直线分割成具有第一衍射光栅图案的第一子区域和具有第二衍射光栅图案的第二子区域，所述第一和第二衍射光栅图案具有不同的衍射角；和第二区域，其是所述衍射光栅区域被所述第一直线分割成的两个区域中的另一个，所述第二区域被分割成三个或更多个在垂直于第二直线的方向上对齐的分区，所述第一和第二衍射光栅图案交替地分配给所述分区中的每一个。
2.如权利要求1所述的衍射光栅元件，其中所述三个或更多个分区中的一对邻近的分区被所述第二直线的延长线所分割。
3.如权利要求1所述的衍射光栅元件，进一步包括为第一主表面提供所述衍射光栅区域；和为基本上与所述第一主表面平行的第二主表面提供3光束衍射光栅。
4.一种光拾取器，包括朝向信息记录介质发射光的光源；光敏元件基片，用于接收从信息记录介质反射的光，并将光信号转换成电信号；和在权利要求1中所定义的衍射光栅元件，其将所述反射光衍射到所述光敏元件基片上，其中设置所述衍射光栅元件，使得所述第二直线平行于与在信息记录介质上形成的凹坑序列的曲线相切的方向，并使得所述第二直线或所述第二直线的延长线与所述光源发射的光的光轴相交。
5.如权利要求4所述的光拾取器，其中所述第一直线不与所述光源发射的光的光轴相交。
6.如权利要求4所述的光拾取器，其中所述光敏元件基片进一步包括第一光敏区域，其从所述衍射光栅区域中的、具有第一衍射光栅图案的区域接收正-初级衍射束；第二光敏区域，其从所述衍射光栅区域中的、具有第一衍射光栅图案的区域接收负-初级衍射束；第三光敏区域，其从所述衍射光栅区域中的、具有第二衍射光栅图案的区域接收正-初级衍射束；第四光敏区域，其从所述衍射光栅区域中的、具有第二衍射光栅图案的区域接收负-初级衍射束。
7.如权利要求6所述的光拾取器，其中所述第一至第四光敏区域中的每一个被分割成三个分区，这些分区在垂直于所述第一直线的方向上对齐，和所述光敏元件基片进一步包括对从所述第一至第四光敏区域接收的光电转换信号执行运算的运算电路。
8.如权利要求4所述的光拾取器，其中通过光点尺寸检测方法检测聚焦误差信号，和通过差分推挽方法或差分相位检测方法来检测跟踪误差信号。
全文摘要
一种包括衍射光栅区域的衍射光栅元件，包括第一区域，其是所述衍射光栅区域被一第一直线分割成的两个区域之一，所述第一区域被垂直于第一直线的第二直线分割成具有第一衍射光栅图案的第一子区域和具有第二衍射光栅图案的第二子区域，所述第一和第二衍射光栅图案具有不同的衍射角；和第二区域，其是所述衍射光栅区域被所述第一直线分割成的两个区域中的另一个，所述第二区域被分割成三个或更多个在垂直于第二直线的方向上对齐的分区，所述第一和第二衍射光栅图案交替地分配给所述分区中的每一个。
文档编号G11B7/09GK1607404SQ200410092168
公开日2005年4月20日 申请日期2004年10月15日 优先权日2003年10月15日
发明者加藤真弘, 河内泰之, 中西秀行 申请人:松下电器产业株式会社