專利名稱：衍射光柵元件和光拾取器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于半導體激光裝置或光盤裝置的光拾取器，并涉及一種作為光拾取器部件的衍射光柵元件。
背景技術(shù)：
有各種類型的滿足各個標準的光盤，例如CD-ROM(光盤只讀存儲器)、CD-R(可記錄光盤)、CD-RW(可重寫光盤)、MD(迷你盤)、DVD-ROM(數(shù)字通用盤只讀存儲器)和DVD-R(可記錄數(shù)字通用盤)。每種光盤系統(tǒng)都采用一種滿足滿足光盤系統(tǒng)中所使用的光盤類型標準的伺服信號檢測方法。
這種伺服信號檢測方法包括用于檢測聚焦誤差信號的光點尺寸檢測方法(此后稱作SSD方法)。所述伺服信號檢測方法還包括用于檢測跟蹤誤差信號的方法，例如3光束法，推挽法(此后稱作PP方法)，差分推挽法(此后稱作DPP方法)，和差分相位檢測法(此后稱作DPD法)。
近年來，光盤系統(tǒng)的主流是能夠處理多個類型的光盤的復雜系統(tǒng)，例如能夠處理CD-ROM、CD-R和CD-RW的CD復雜系統(tǒng)。這樣的復雜系統(tǒng)需要采用DPP方法和DPD方法，以便從具有不同凹坑深度的不同類型的光盤的任何一種中能夠檢測到跟蹤誤差信號。
日本公開專利申請第11-296873號披露了一種采用DPD方法的光盤系統(tǒng)。本申請的圖1為表示傳統(tǒng)的光盤系統(tǒng)的誤差檢測部分的透視圖。圖2為表示傳統(tǒng)的光盤系統(tǒng)的衍射光柵元件的平面圖。圖3為表示傳統(tǒng)的光盤系統(tǒng)的光敏元件基片的平面圖。
如圖1所示，從半導體激光器(未示出)發(fā)射的激光束沿光軸101傳送，到達光盤102并由其反射。光盤102、衍射光柵元件103和光敏元件基片104沿光軸101以所述的順序設(shè)置。反射束105(由光盤102反射的激光束)沿光軸101通過衍射光柵元件103，并到達光敏元件基片104。
衍射光柵元件103在其中心處包括一具有衍射功能和透鏡功能的衍射光柵區(qū)域106。如圖2所示，衍射光柵區(qū)域106被直線106c分割成兩個第一區(qū)域106a；和第二區(qū)域106b，直線106c與光軸101相交且平行于方向107，該方向是光盤102的凹坑序列曲線的切向(此后，將方向107稱作為切線方向107)。
第一區(qū)域106a和第二區(qū)域106b具有相同的衍射角和不同的衍射方向。因此，進入第一區(qū)域106a的反射束105被分割成正-初級衍射束108a+和負-初級衍射束108a-，進入第二區(qū)域的106b的反射束105被分割成正-初級衍射束108b+和負-初級衍射束108b-。第一區(qū)域106a和106b還具有透鏡效果，通過它們衍射束108a-和108b+進行會聚，并且衍射束108a+和108b-進行發(fā)散。
如圖3所示，在光敏元件基片104的光敏表面上形成有四個光敏區(qū)域109a+、109a-、109b+、和109b-。光敏區(qū)域109a+、109a-、109b+和109b-被設(shè)置使得穿過光敏區(qū)域109a+和109a-的第一直線110a與穿過光敏區(qū)域109b+和109b-的第二直線110b近似在光軸101處相交。
光敏區(qū)域109a+和109a-中的每一個被平行于第一直線101a的三條直線分割成區(qū)域Ea1、Ea2、Eb和Ec，其中Ea1和Ea2為內(nèi)側(cè)區(qū)域，Eb和Ec為外側(cè)區(qū)域。類似的，光敏區(qū)域109b+和109b-中的每一個被平行于第二直線110b的三條直線分割成區(qū)域Ea1、Ea2、Eb和Ec，其中Ea1和Ea2為內(nèi)側(cè)區(qū)域，Eb和Ec為外側(cè)區(qū)域。
如圖2所示，在第一區(qū)域106a中被分割的正-初級衍射束108a+和負-初級衍射束108a-分別沿第一直線110a在如111a+和111a-所示的方向被衍射。此外，在第一區(qū)域106b中被分割的正-初級衍射束108b+和負-初級衍射束108b-分別沿第二直線110b在如111b+和111b-所示的方向被衍射。然后衍射束108a+、108a-、108b+、和108b-分別進入光敏區(qū)域109a+、109a-、109b+、和109b-。
圖4表示如何通過SSD方法檢測聚焦誤差信號。如圖4所示，從光敏區(qū)域109a+的內(nèi)側(cè)區(qū)域Ea1和Ea2獲得光電轉(zhuǎn)換信號R+i，從光敏區(qū)域109a+的外側(cè)區(qū)域Eb和Ec獲得光電轉(zhuǎn)換信號R+o，從光敏區(qū)域109a-的內(nèi)側(cè)區(qū)域Ea1和Ea2獲得光電轉(zhuǎn)換信號R-i，和從光敏區(qū)域109a-的外側(cè)區(qū)域Eb和Ec獲得光電轉(zhuǎn)換信號R-o。此外，從光敏區(qū)域109b+的內(nèi)側(cè)區(qū)域Ea1和Ea2獲得光電轉(zhuǎn)換信號L+i，從光敏區(qū)域109b+的外側(cè)區(qū)域Eb和Ec獲得光電轉(zhuǎn)換信號L+o，從光敏區(qū)域109b-的內(nèi)側(cè)區(qū)域Ea1和Ea2獲得光電轉(zhuǎn)換信號L-i，和從光敏區(qū)域109b-的外側(cè)區(qū)域Eb和Ec獲得光電轉(zhuǎn)換信號L-o。
在上面提到的情況下，使用下式計算聚焦誤差信號FE。
等式1FE＝[(L+i+L-o)+(R+i+R-o)]-[(L-i+L+o)+(R-i+R+o)]圖5表示如何通過DPD方法檢測跟蹤誤差信號。如圖5所示，獲得的是光敏區(qū)域109a+的內(nèi)側(cè)區(qū)域Ea1和外側(cè)區(qū)域Eb的光電轉(zhuǎn)換信號的和Ru+，光敏區(qū)域109a+的內(nèi)側(cè)區(qū)域Ea2和外側(cè)區(qū)域Ec的光電轉(zhuǎn)換信號的和Rd+，光敏區(qū)域109a-的內(nèi)側(cè)區(qū)域Ea2和外側(cè)區(qū)域Ec的光電轉(zhuǎn)換信號的和Ru-，和光敏區(qū)域109a-的內(nèi)側(cè)區(qū)域Ea1和外側(cè)區(qū)域Eb的光電轉(zhuǎn)換信號的和Rd-。此外，還獲得光敏區(qū)域109b+的內(nèi)側(cè)區(qū)域Ea1和外側(cè)區(qū)域Eb的光電轉(zhuǎn)換信號的和Lu+，光敏區(qū)域109b+的內(nèi)側(cè)區(qū)域Ea2和外側(cè)區(qū)域Ec的光電轉(zhuǎn)換信的和Ld+，光敏區(qū)域109b-的內(nèi)側(cè)區(qū)域Ea2和外側(cè)區(qū)域Ec的光電轉(zhuǎn)換信號的和Lu-，和光敏區(qū)域109b-的內(nèi)側(cè)區(qū)域Ea1和外側(cè)區(qū)域Eb的光電轉(zhuǎn)換信號的和Ld-。
在該情況下，通過比較“(Ru++Ru-)+(Ld++Ld-)”和“(Lu++Lu-)+(Rd++Rd-)”的相位來檢測跟蹤誤差信號。
如上面解釋的，從在衍射光柵區(qū)域106中衍射的正/負-初級衍射束108a+、108a-、108b+、和108b-，通過SSD方法檢測聚焦誤差信號，并通過DPD方法檢測跟蹤誤差信號。
然而，上述傳統(tǒng)的光盤系統(tǒng)具有下列問題。
如上面解釋的，當通過SSD方法檢測聚焦誤差信號時，來自內(nèi)側(cè)區(qū)域Ea1和Ea2的信號總是被加起來。結(jié)果，將每個光敏區(qū)域109a+、109a-、109b+、和109b-分割成三個區(qū)域就足夠了。另一方面，當通過DPD方法檢測跟蹤誤差信號時，來自內(nèi)側(cè)區(qū)域Ea1和外側(cè)區(qū)域Eb的信號總是被相加，且來自內(nèi)側(cè)區(qū)域Ea2和外側(cè)區(qū)域Ec的信號也總是被相加。結(jié)果，將每個光敏區(qū)域109a+、109a-、109b+、和109b-分割成兩個區(qū)域就足夠了。
然而，當SSD方法和DPD方法都被采用了時，光敏區(qū)域109a+、109a-、109b+、和109b-中的每一個都需要被分割成至少四個區(qū)域。那就是說，為了采用DPD方法，光敏區(qū)域109a+、109a-、109b+、和109b-中的每一個都需要被分割成四個區(qū)域，而對于傳統(tǒng)的系統(tǒng)來說將每個區(qū)域分割成三個就足夠了。
如在使用傳統(tǒng)的光學系統(tǒng)的情況下，當分區(qū)數(shù)量增加時將出現(xiàn)各種問題。例如，需要對現(xiàn)有的光敏電路進行重大修改，或者光敏電路變得復雜，或者在光敏元件基片104中需要更多的外部輸出端子。光敏電路的重大修改將去掉它與其它已有設(shè)備的兼容性。復雜的光敏電路或外部輸出端子數(shù)量的增加將使得光敏元件基片104和封裝的尺寸增大。這使得無法降低光盤系統(tǒng)的尺寸和成本，以及無法使光盤系統(tǒng)簡單化。
下面介紹了在每個光敏區(qū)域109a+、109a-、109b+、和109b-被分割成四個小分區(qū)的情況下，分區(qū)和外部輸出端子之間的連接的例子。圖6-8示出了分區(qū)與外部輸出端子之間的連接的例子。
圖6表示在光敏元件基片104上沒有提供運算電路的情況。在該情況下，需要有與分區(qū)一樣多的外部輸出端子(也就是說，16個)。
圖7表示在光敏元件基片104上提供有運算電路的情況，該運算電路用于執(zhí)行與聚焦誤差信號有關(guān)的四個信號(L+i+L-o)、(R+i+R-o)、(L-i+L+o)和(R-i+R+o)的運算和與跟蹤誤差信號有關(guān)的四個信號(Ru++Ru-)、(Ld++Ld-)、(Lu++Lu-)、(Rd++Rd-)的運算。在該情況下，總共需要八個外部輸出端子。
圖8表示需要最小數(shù)量的外部輸出端子的情況。關(guān)于聚焦誤差信號，運算電路執(zhí)行兩個信號[(L+i+L-o)+(R+i+R-o)]和[(L-i+L+o)+(R-i+R+o)]的運算，它們是通過執(zhí)行四個信號(L+i+L-o)、(R+i+R-o)、(L-i+L+o)和(R-i+R+o)的運算獲得的。
此外，關(guān)于跟蹤誤差信號，運算電路只需要執(zhí)行兩個信號的運算(Ru++Ru-)和(Lu++Lu-)，而不需要執(zhí)行剩余兩個信號(Ld++Ld-)和(Rd++Rd-)的運算。那也就是說，借助DPD方法通過比較信號(Ru++Ru-)和(Lu++Lu-)的相位來檢測跟蹤誤差信號，總共只需要四個外部輸出端子。
注意圖8的運算電路比圖7的運算電路簡單，且圖8的外部輸出端子的數(shù)量是圖7的一半。然而，關(guān)于聚焦誤差信號的檢測，圖8中的每個端子的信號數(shù)量的允許范圍應是原來的兩倍。否則，端子輸出是飽和的。此外，關(guān)于跟蹤誤差信號的檢測，圖8中的能夠用于檢測跟蹤誤差信號的信號數(shù)量是原來的一半。
另外，如果將圖8的運算電路應用于傳統(tǒng)的復雜系統(tǒng)，則應額外采用PP方法。這使得運算電路更加復雜或增加了外部輸出端子的數(shù)量。這里應該注意PP方法是這樣一種方法，它用于為用于通過檢測已經(jīng)進入到第一區(qū)域106a的反射束105和已經(jīng)進入到第二區(qū)域106b的反射束105之間的光量差來檢測光軸101在半徑方向112(垂直于切線方向107的方向)朝光盤102的凹坑序列的偏移。
使用PP方法，以與通過SSD方法計算聚焦誤差信號FE相似的方式使用圖4中所示的信號借助下面的等式來計算跟蹤誤差信號TE。
等式2TE＝(R+i+R-o)+(R-i+R+o)-(L+i+L-o)-(L-i+L+o)從上面的說明可以理解，PP法中使用的信號與SSD方法中使用的信號相同，所述信號是通過將光敏區(qū)域109a+、109a-、109b+、和109b-中的每一個都分割成三個區(qū)域獲得的。因此，當在光敏元件基片104上提供參照圖7解釋的運算電路時，通常可以通過分別使用SSD方法和PP方法執(zhí)行不同的外部運算，并利用信號(L+i+L-o)、(R+i+R-o)、(L-i+L+o)、和(R-i+R+o)來檢測聚焦誤差信號和跟蹤誤差信號。
另一方面，為了在圖8所示的情況下通過PP方法檢測跟蹤誤差信號，光敏元件基片104的運算電路需要執(zhí)行過多數(shù)量的運算。這需要增加運算電路和外部輸出端子，從而抵消了減少外部輸出端子數(shù)量的優(yōu)點。
如到現(xiàn)在為止所解釋的，雖然在滿足某一條件的情況下SSD和PP方法能夠共享信號，但難于使DPD方法與其它方法共享信號。也就是說，除了在光敏元件基片104上沒有提供運算電路的情況之外，所有方法不可能共享從外部輸出端子輸出的信號，并且不能防止運算電路變得復雜或防止外部輸出端子在數(shù)量上的增加。

發(fā)明內(nèi)容
因此本發(fā)明的目的是提供一種能夠適用DPD方法的衍射光柵元件和光拾取器。
上述目的是通過一種包括衍射光柵區(qū)域的衍射光柵元件實現(xiàn)的，其包括一第一區(qū)域，其是所述衍射光柵區(qū)域被第一直線分割成的兩個區(qū)域之一，所述第一區(qū)域被垂直于第一直線的第二直線分割成具有第一衍射光柵圖案的第一子區(qū)域和具有第二衍射光柵圖案的第二子區(qū)域，所述第一和第二衍射光柵圖案具有不同的衍射角；和第二區(qū)域，其是所述衍射光柵區(qū)域被所述第一直線分割成的兩個區(qū)域中的另一個，所述第二區(qū)域被分割成三個或更多個在垂直于第二直線的方向上對齊的分區(qū)，所述第一和第二衍射光柵圖案交替地分配給所述分區(qū)中的每一個。
具有上述結(jié)構(gòu)的、用于朝向信息記錄介質(zhì)發(fā)射光束并從信息記錄介質(zhì)反射的光束中讀取信息的光拾取器提供了一種緊湊、低成本的光拾取器，其能夠通過SSD方法檢測聚焦誤差信號和通過DPP方法和DPD方法檢測跟蹤誤差信號，同時具有相對簡單的光敏元件基片的電路結(jié)構(gòu)和較少數(shù)量的外部輸出端子。


本發(fā)明的這些和其它目的、優(yōu)點和特征通過下述結(jié)合附圖對其作的說明將變得顯而易見，其中附圖闡明了本發(fā)明的特定實施例。
圖中圖1為表示傳統(tǒng)的光盤系統(tǒng)的誤差檢測部分的透視圖；圖2為表示傳統(tǒng)的光盤系統(tǒng)的衍射光柵元件的平面圖；圖3為表示傳統(tǒng)的光盤系統(tǒng)的光敏元件基片的平面圖；圖4表示如伺通過SSD方法檢測聚焦誤差信號；圖5表示如何通過DPD方法檢測跟蹤誤差信號；圖6表示分區(qū)和外部輸出端子之間的連接；圖7表示分區(qū)和外部輸出端子之間的連接；圖8表示分區(qū)和外部輸出端子之間的連接；圖9為表示本發(fā)明實施例中的光拾取器的透視圖；圖10為表示衍射光柵元件的衍射光柵區(qū)域的平面圖；圖11為表示光敏元件基片的平面圖；圖12為表示與光敏元件基片的每個區(qū)域進行連接的示意圖；圖13A表示反射束在具有第一衍射光柵圖案的區(qū)域上的投射；圖13B表示反射束在具有第二衍射光柵圖案的區(qū)域上的投射；圖14表示由衍射光柵元件衍射的正和負-初級衍射束的光路；圖15A表示發(fā)射的光束進入光盤的位置；圖15B為表示進入衍射光柵區(qū)域的反射光束的平面圖；圖15C表示通過衍射光柵元件分割反射光束；圖16為表示修改例的衍射光柵元件的衍射光柵區(qū)域的平面圖；圖17為表示距離X和信號量之間的關(guān)系的曲線圖；圖18為表示具有一修改例的衍射光柵元件的光拾取器的透視圖。
具體實施例方式
下面參照

本發(fā)明的優(yōu)選實施例。
圖9為表示本發(fā)明實施例中的光拾取器的透視圖。
如圖9所示，本發(fā)明實施例中的光拾取器1包括半導體激光器2、光敏元件基片3、3光束衍射光柵4、衍射光柵元件5和物鏡6。半導體激光器2被設(shè)置使得半導體激光器2的光軸7垂直于光敏元件基片3的光敏表面。3光束衍射光柵4、衍射光柵元件5和物鏡6從光敏元件基片3開始沿光軸7以所敘述的順序安置，其間保持預定的距離。
從半導體激光器2發(fā)射的光沿光軸7傳送，按所敘述的順序通過3光束衍射光柵4、衍射光柵元件5和物鏡6，并會聚在光盤8的表面上的凹坑序列上，所述光盤8為信息記錄介質(zhì)。作為通過光盤8反射的光束的反射束9沿光軸7返回到衍射光柵元件5，被衍射光柵元件5的衍射光柵區(qū)域10分割，并到達光敏元件基片3。此處應該注意，從光敏元件基片3發(fā)射的激光束到達3光束衍射光柵4并由其分割成一個主束和兩個側(cè)束。所述側(cè)束將在稍后介紹。
圖10為表示衍射光柵元件的平面圖。如圖10所示，衍射光柵區(qū)域10由與光軸相交并平行于光盤8的半徑方向11的第一直線12分割成第一區(qū)域13和第二區(qū)域14，使得第一區(qū)域13和第二區(qū)域14在光盤8的切線方向15上對齊。此外，所述第一區(qū)域13由與光軸7相交并平行于切線方向15的第二直線16分割成第三區(qū)域17和第四區(qū)域18，使得第三區(qū)域17和第四區(qū)域18在所述半徑方向11上對齊。此外，所述第二區(qū)域14由平行于切線方向15的九條直線19a-19i分割成10個分區(qū)20a-20j，使得分區(qū)20a-20j在半徑方向11上對齊。
此處應該注意，分割第一區(qū)域13的第二直線16與直線19e連續(xù)，所述直線19e為九條直線19a-19i中的最中間的線。換句話說，分割鄰近分區(qū)20e和20f的直線19e是第二直線16的延伸。其中第二直線16與直線19e連續(xù)的這樣一種結(jié)構(gòu)使得區(qū)域分割圖案變得簡單，并且能夠更加容易地以低成本來制造衍射光柵元件5。
第三區(qū)域17具有第一衍射光柵圖案。第四區(qū)域18具有第二衍射光柵圖案，其具有比第一衍射光柵圖案的衍射角大的衍射角。第一和第二衍射光柵圖案都位于包括光軸7和直線12的平面中，并且分別具有會聚到圖10中的光軸左側(cè)的焦點。
分區(qū)20a-20j交替地具有第一和第二衍射光柵圖案。也就是說，如圖10所示，分區(qū)20a、20c、20e、20g和20i具有第一衍射光柵圖案，分區(qū)20b、20d、20f、20h和20j具有第二衍射光柵圖案。
圖11為表示光敏元件基片的平面圖。如圖11所示，已經(jīng)進入具有第一衍射光柵圖案的第三區(qū)域17和分區(qū)20a、20c、20e、20g和20i的反射束9被分割成正-初級衍射束21a+和負-初級衍射束21a-，已經(jīng)進入具有第二衍射光柵圖案的第四區(qū)域18和分區(qū)20b、20d、20f、20h和20j的反射束9被分割成正-初級衍射束22a+和負-初級衍射束22a-，然后這些衍射束到達光敏元件基片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區(qū)域23至30。
其中，第一至第四光敏區(qū)域23至26被設(shè)置使得與光軸7相交并平行于半徑方向11的直線26a穿過第一至第四光敏區(qū)域23至26中的每個的中心。第一至第四光敏區(qū)域23至26中的每一個被平行于直線26a的兩條直線分割成三個區(qū)域，使得所述三個區(qū)域在切線方向15上對齊，所述直線26a平行于半徑方向11，所述三個區(qū)域是中心區(qū)域Ea和將中心區(qū)域Ea夾在中間的一對外側(cè)區(qū)域Eb和Ec。
此處應該注意，沒有必要使第一至第四光敏區(qū)域23至26中的每一個都被平行于半徑方向11的直線分割。例如，在圖3所示的情況下，其中光敏區(qū)域109a+、109a-、109b+、和109b-沿第一直線110a或第二直線110b進行設(shè)置，第一直線110a或第二直線110b均關(guān)于半徑方向112具有一個角度，每個區(qū)域可通過平行于第一直線110a或第二直線110b的線進行分割使得分區(qū)在切線方向107上基本對齊。
第五至第八光敏區(qū)域27至30沿切線方向15被設(shè)置在第一和第三光敏區(qū)域23和25的兩側(cè)。第五至第八光敏區(qū)域27至30接收負-初級衍射束，其為到達光盤8并由光盤8反射然后經(jīng)衍射光柵元件5衍射的兩個側(cè)光束之一，其中當3光束衍射光柵4對從光敏元件基片3發(fā)射的激光束進行分割時產(chǎn)生所述兩個側(cè)光束。
圖12為表示與光敏元件基片的每個區(qū)域的連接的示意圖。如圖12所示，通過將從第一光敏區(qū)域23的外側(cè)區(qū)域Eb和Ec和從第二光敏區(qū)域24的中心區(qū)域Ea獲得的光電轉(zhuǎn)換信號相加獲得和FE1；通過將從第一光敏區(qū)域23的中心區(qū)域Ea和從第二光敏區(qū)域24的外側(cè)區(qū)域Eb和Ec獲得的光電轉(zhuǎn)換信號相加獲得和FE2；通過將從第三光敏區(qū)域25的外側(cè)區(qū)域Eb和Ec和從第四光敏區(qū)域26的中心區(qū)域Ea獲得的光電轉(zhuǎn)換信號相加獲得和FE3；通過將從第三光敏區(qū)域25的中心區(qū)域Ea和第四光敏區(qū)域26的外側(cè)區(qū)域Eb和Ec獲得的光電轉(zhuǎn)換信號相加獲得和FE4；通過將從第五和第六光敏區(qū)域27和28獲得的光電轉(zhuǎn)換信號相加獲得和E；以及通過將從第七和第八光敏區(qū)域29和30獲得的光電轉(zhuǎn)換信號進行相加獲得和F。這些信號用于檢測跟蹤誤差信號或聚焦誤差信號。
圖13A表示將反射束投射到具有第一衍射光柵圖案的區(qū)域上。圖13B表示將反射束投射到具有第二衍射光柵圖案的區(qū)域。已經(jīng)進入具有第一衍射光柵圖案的第三區(qū)域17和分區(qū)20a、20c、20e、20g和20i的反射束9被分割成正-初級衍射束21a+和負-初級衍射束21a-，正-初級衍射束21a+進入光敏區(qū)23，而負-初級衍射束21a-進入光敏區(qū)24。
已經(jīng)進入具有第二衍射光柵圖案的第四區(qū)域17和分區(qū)20b、20d、20f、20h和20j的反射束9被分割成正-初級衍射束22a+和負-初級衍射束22a-，正-初級衍射束22a+進入光敏區(qū)25，而負-初級衍射束22a-進入光敏區(qū)26。
圖11表示將衍射束21a+、21a-、22a+和22a-分別投射在第一至第四光敏區(qū)域23至26上。每個投射由下列部分構(gòu)成(i)四分之一圓，其來自第三區(qū)域17或第四區(qū)域18的衍射束的投射，和(ii)半圓，其來自第二區(qū)域14的衍射束的投射并具有兩種不同的交替矩形部分的組合之一。
反射束9的光量分布被表示為以光軸7為中心的高斯分布。結(jié)果，下面的(a)、(b)和(c)具有相同的光量(a)形成四分之一圓投射的來自第三區(qū)域17的衍射束，(b)形成四分之一圓投射的來自第四區(qū)域18的衍射束，和(c)在半圓投射中形成交替矩形部分的組合的、來自具有第一或第二衍射光柵圖案的第二區(qū)域14的衍射束。上面(a)、(b)和(c)中的每一個的光量由“A×(B/4)”表示，其中“A”表示光的總量，“B”表示第一或第二衍射光柵圖案的衍射率。
圖14表示通過衍射光柵元件衍射的正和負-初級衍射束的光路。在圖14中，示出了圓弧S1至S3。具有這些圓弧的圓都是以衍射光柵元件5的表面和光軸7的交點為中心。具有圓弧S1的圓的半徑距離為L1，其中距離L1為半導體激光器2的光發(fā)射點32和交點31之間的距離。正-初級衍射束21a+和22a+會聚在圓弧S2上，其中具有圓弧S2的圓的半徑距離為L2(L2＞L1)。負-初級衍射束21a-和22a-會聚在圓弧S3上，其中具有圓弧S3的圓的半徑距離為L3(L3＜L1)。從此可以理解，從交點31到正-初級衍射束21a+和22a+的焦點的距離與到負-初級衍射束21a-和22a-的不同，所述距離根據(jù)衍射光柵元件5的透鏡功能變化。
當沿光軸7從標準位置朝光盤8移動物鏡6時，正-初級衍射束21a+和22a+的焦點移動到光敏元件基片3上，正-初級衍射束21a+和22a+會聚在光敏區(qū)域23和25上。另一方面，當沿光軸7從標準位置朝光敏元件基片3移動物鏡6時，負-初級衍射束21a-和22a-的焦點移動到光敏元件基片3上，負-初級衍射束21a-和22a-會聚在光敏區(qū)域24和26上。
如上面的說明所指出的，本發(fā)明實施例中的光拾取器1，與傳統(tǒng)光拾取器的情況相同，通過沿光軸7移動物鏡6改變焦點位置而執(zhí)行聚焦調(diào)節(jié)。這使得可以通過SSD方法來檢測聚焦誤差信號。
傳統(tǒng)技術(shù)中的衍射束的投射為半圓的形狀，如圖3所示。相反，本發(fā)明實施例中的投射為四分之一圓和半圓組合起來的圖形，所述半圓由交替的矩形部分構(gòu)成。然而，即使衍射束具有不同形狀的投射，如果它們具有相同的衍射率和相同的衍射光柵圖案，衍射束也具有相同的光量和相同的焦點。
利用下式來計算通過SSD方法的聚焦誤差信號。
等式3FE＝FE1+FE3-FE2-FE4下面將說明從衍射光柵元件5分割的衍射束獲得哪種凹坑信息。
圖15A表示發(fā)射的光束進入光盤的位置。圖15B為表示進入衍射光柵區(qū)域的反射光束的平面圖。圖15C表示由衍射光柵元件分割的反射光束。
如圖15A所示，假定從半導體激光器2發(fā)射的光束在從期望的位置沿半徑方向11偏離的位置處到達光盤8的表面上形成的凹坑33。在該情況下，由于凹坑33內(nèi)側(cè)的表面具有比凹坑33外側(cè)表面低的反射率，所以反射束的陰影部分34具有比非陰影部分35小的光量(參見圖15B)。
如圖15C所示，反射束9被衍射和分割成正-初級衍射束36u、36d、37u和37d，其中36u表示來自第三區(qū)域17的衍射束，37u表示來自第四區(qū)域18的衍射束，36d表示來自具有第一衍射光柵圖案的第二區(qū)域的分區(qū)20a、20c、20e、20g和20i的衍射束，37d表示來自具有第二衍射光柵圖案的第二區(qū)域的分區(qū)20b、20d、20f、20h和20j的衍射光束。這里省略了對負-初級衍射束的說明。
衍射束36u和37u包含關(guān)于凹坑序列位置沿半徑方向偏離的信息。也就是說，關(guān)于偏離的信息可從衍射束36u和37u和光量差檢測到。
另一方面，由于衍射束36d和37d來自于沿半徑方向交替對齊并且不能反映光量差的第二區(qū)域14的分區(qū)，所以衍射束36d和37d并不包含關(guān)于凹坑序列位置沿半徑方向偏離的信息。
因此，從衍射束36u和37u來獲得關(guān)于凹坑序列位置沿半徑方向偏離的信息。
此處應該注意，由于衍射束36u和37u保留了凹坑序列33是否出現(xiàn)的信息，所以從光盤8讀取數(shù)據(jù)的能力未被降低。
下面將介紹如何通過DPP方法和DPD方法檢測跟蹤誤差信號。此處假定光電轉(zhuǎn)換信號FE1-FE4、E和F被用于檢測。
首先，將介紹通過DPP方法檢測跟蹤誤差信號。使用下式計算通過DPP方法的跟蹤誤差信號TE(DPP)。
等式4TE(DPP)＝(FE1+FE2-FE3-FE4)+k×(E-F)如圖12所示，和FE1和FE2是通過將來源于已經(jīng)進入第一和第二光敏區(qū)域23和24的正和負-初級衍射束21a+和21a-的光電轉(zhuǎn)換信號相加來計算的。也就是說，所述信號是通過(i)來自具有第一衍射光柵圖案的第三區(qū)域17的衍射束36u和(ii)來自具有第一衍射光柵圖案的分區(qū)20a、20c、20e、20g和20I的衍射束36d產(chǎn)生的。
類似的，和FE3和FE4是通過將來源于已經(jīng)進入第三和第四光敏區(qū)域25和26的正和負-初級衍射束22a+和22a-的光電轉(zhuǎn)換信號相加來計算的。也就是說，所述信號是通過(i)來自具有第二衍射光柵圖案的第三區(qū)域17的衍射束37u和(ii)來自具有第二衍射光柵圖案的分區(qū)20b、20d、20f、20h和20j的衍射束37d產(chǎn)生的。
從等式4可以理解，通過在衍射束36u和36d的光量和衍射束37u和37d的光量之間進行比較來獲得跟蹤誤差信號。并且，如早先說明的，衍射束36u和37u包含關(guān)于凹坑序列位置沿半徑方向偏離的信息，但衍射束36d和37d不包含該信息。
因此，在本實施例中，關(guān)于凹坑序列位置沿半徑方向偏離的信息實質(zhì)上是通過在來自第三區(qū)域17的衍射束36u的光量和來自第四區(qū)域18的衍射束37u的光量之間進行比較獲得的。由此可以理解，在沒有使用來自分區(qū)20a至20j的衍射束36d和37d的光量的情況下，能夠檢測通過DPP方法獲得跟蹤誤差信號。
然而，在本發(fā)明的實施例中，由于來自分區(qū)20a至20j的衍射束36d和37d的光量未被使用，所以信號電平是圖3所示的傳統(tǒng)情況的一半，在圖3中，衍射束被分割成在半徑方向112中對齊的兩個束。
接著，將說明通過DPD方法檢測跟蹤誤差信號。通過DPD方法檢測跟蹤誤差信號TE(DPD)的方法是在(a)由來自第三區(qū)域17和分區(qū)20f至20j的衍射束產(chǎn)生的信號的相位和(b)由來自第四區(qū)域18和分區(qū)20a至20e的衍射束產(chǎn)生的信號的相位之間進行比較(參見圖15B)。由于此原因，在傳統(tǒng)的技術(shù)中，所述衍射光柵區(qū)域被與光軸相交并平行于切線方向107的直線分割成兩個，每個光敏區(qū)域被與光軸相交并與半徑方向112平行的直線分割成兩個區(qū)域。
然而，在本實施例中，雖然進入第二區(qū)域14的反射束包含沿半徑方向11偏離的信息，但衍射束36d和37d不包含該信息。這使得在由來自第三區(qū)域17的衍射束產(chǎn)生的信號的相位和由來自第四區(qū)域18的衍射束產(chǎn)生的信號的相位之間能夠進行比較，即使所述光敏區(qū)域未被分割成在切線方向15對齊的分區(qū)。此處應注意，出于與DPP方法中相同的原因，檢測的信號量是所述傳統(tǒng)情況的一半。
如上所述，關(guān)于朝向信息記錄介質(zhì)發(fā)射光束和從信息記錄介質(zhì)反射的光束讀取信息的光拾取器，本實施例提供了一種能夠通過SSD方法檢測聚焦誤差信號和能夠通過DPP方法和DPD方法檢測跟蹤誤差信號的緊湊、低成本光拾取器，其比較簡單的、帶有光敏元件基片和較少數(shù)量的外部輸出端子的電路結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明并不局限于上述的實施例，而是可以按照各種方式對其進行修改。衍射光柵元件和光拾取器的每個部件可以在排列、尺寸、材料質(zhì)量、形狀等方面自由修改。
例如，如本發(fā)明實施例中所解釋的，不需要對衍射光柵元件的衍射光柵區(qū)域進行分割，但也可以進行適當?shù)男薷摹?br> (1)將衍射光柵區(qū)域10分割成兩個分區(qū)使得所述分區(qū)在切線方向15對齊的直線12可以不與光軸7相交。圖16為表示修改例的衍射光柵元件的衍射光柵區(qū)域的平面圖。圖17為表示距離X和檢測的信號量之間的關(guān)系的曲線圖。
如圖16所示，所述修改例的衍射光柵區(qū)域38與圖10中所示的本發(fā)明實施例的衍射光柵區(qū)域10的不同之處在于將衍射光柵區(qū)域38分割成兩個在切線方向?qū)R的分區(qū)的直線39不與光軸7相交。下面的說明將以直線39為中心，并省略或簡化其它與本發(fā)明實施例中的那些元件相同的元件的說明，所述相同的元件被標以相同的附圖標記。
修改例的衍射光柵區(qū)域38被設(shè)計以便在一定程度上損害通過DPD方法檢測跟蹤誤差信號的精度的情況下，改進通過DPP方法檢測跟蹤誤差信號的精度。如早先所述的，使用本發(fā)明的光拾取器1，通過SSD方法檢測的聚焦誤差信號的數(shù)量等于傳統(tǒng)的拾取器的數(shù)量，通過DPP方法檢測的跟蹤誤差信號的數(shù)量是傳統(tǒng)的拾取器的一半，通過DPD方法檢測的跟蹤誤差信號的數(shù)量是傳統(tǒng)的拾取器的一半。
這種信號數(shù)量的減少對于穩(wěn)定的系統(tǒng)操作來說是不利的。優(yōu)選的情況是獲得盡可能大的信號量。為了確保通過DPP方法能夠獲得較大的信號量，可采用下列構(gòu)成。
如圖16所示，在修改例的衍射光柵區(qū)域38中，直線39和直線40相距X，所述直線40與光軸7相交并平行于半徑方向11。同時如圖17所示，通過DPP方法獲得的信號量隨著直線39在圖16中向下移動而增加(X＜0)，并且隨著直線在圖16中向上移動而減少(X＞0)。另一方面，當X＝0時通過DPD方法獲得的信號量最大，并隨著距離X增加而減小。因此通過適當?shù)卣{(diào)節(jié)距離X而確保通過DPP方法獲得較大數(shù)量的信號，同時確保通過DPD方法所需的信號量。
(2)在本發(fā)明實施例中，衍射光柵區(qū)域10的第二區(qū)域14被九條直線19a-19i分割成10個分區(qū)20a-20j。然而，所述第二區(qū)域14可被分割成三個或更多個分區(qū)，而不限于10個分區(qū)。此處應該注意，當分區(qū)的數(shù)量減少時，使進入第二區(qū)域14的反射束9的光量的偏差平均的效果就惡化了，這將降低通過DPD方法檢測跟蹤誤差信號的精度。此外，當分區(qū)的數(shù)量極大增加時，每個分區(qū)20a-20j的面積就減小，每個分區(qū)20a-20j中的衍射光柵的數(shù)量也減少。這可降低衍射光柵元件5的衍射功能和透鏡功能。
(3)在本發(fā)明實施例中，每個分區(qū)20a-20j在半徑方向上的寬度基本上彼此相等。然而，每個分區(qū)的寬度可以不必彼此相等。此外平行于切線方向15的直線可以不必用于劃分分區(qū)20a-20j。
此外，衍射光柵元件可以具有下列結(jié)構(gòu)，圖18為表示具有一修改例的衍射光柵元件的光拾取器44的透視圖。
如圖18所示，本修改例的衍射光柵元件41具有在其第一主表面上形成的衍射光柵區(qū)域42，和具有在與所述第一主表面基本平行的第二主表面上形成的3光束衍射光柵43。例如，衍射光柵元件41被設(shè)置使得第一主表面面對物鏡6且第二主表面面對光敏元件基片3，同時使光軸7穿過這些元件中的每一個的中心。
從半導體激光器2發(fā)射的光束沿光軸7傳送，按規(guī)定的順序穿過衍射光柵元件41的3光束衍射光柵43和衍射光柵區(qū)域42，然后穿過物鏡6，并會聚在光盤8的表面上的凹坑序列上。從光盤8反射的光束9沿光軸7傳送以返回到衍射光柵元件41，在其衍射光柵區(qū)域42被分割，并到達光敏元件基片3。
使用上述的其中衍射光柵元件41提供有3光束衍射光柵43的結(jié)構(gòu)，就消除了分開準備3光束衍射光柵的必要。這減少了光拾取器44的元件數(shù)量。
雖然參照附圖利用例子已經(jīng)完全說明了本發(fā)明，但應該注意各種變化和修改對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說將是顯而易見的。因此，除非這種變化和修改脫離了本發(fā)明的范圍，否則這些變化和修改應被理解為包括在本發(fā)明中。
權(quán)利要求
1.一種包括衍射光柵區(qū)域的衍射光柵元件，包括第一區(qū)域，其是所述衍射光柵區(qū)域被第一直線分割成的兩個區(qū)域之一，所述第一區(qū)域被垂直于第一直線的第二直線分割成具有第一衍射光柵圖案的第一子區(qū)域和具有第二衍射光柵圖案的第二子區(qū)域，所述第一和第二衍射光柵圖案具有不同的衍射角；和第二區(qū)域，其是所述衍射光柵區(qū)域被所述第一直線分割成的兩個區(qū)域中的另一個，所述第二區(qū)域被分割成三個或更多個在垂直于第二直線的方向上對齊的分區(qū)，所述第一和第二衍射光柵圖案交替地分配給所述分區(qū)中的每一個。
2.如權(quán)利要求1所述的衍射光柵元件，其中所述三個或更多個分區(qū)中的一對鄰近的分區(qū)被所述第二直線的延長線所分割。
3.如權(quán)利要求1所述的衍射光柵元件，進一步包括為第一主表面提供所述衍射光柵區(qū)域；和為基本上與所述第一主表面平行的第二主表面提供3光束衍射光柵。
4.一種光拾取器，包括朝向信息記錄介質(zhì)發(fā)射光的光源；光敏元件基片，用于接收從信息記錄介質(zhì)反射的光，并將光信號轉(zhuǎn)換成電信號；和在權(quán)利要求1中所定義的衍射光柵元件，其將所述反射光衍射到所述光敏元件基片上，其中設(shè)置所述衍射光柵元件，使得所述第二直線平行于與在信息記錄介質(zhì)上形成的凹坑序列的曲線相切的方向，并使得所述第二直線或所述第二直線的延長線與所述光源發(fā)射的光的光軸相交。
5.如權(quán)利要求4所述的光拾取器，其中所述第一直線不與所述光源發(fā)射的光的光軸相交。
6.如權(quán)利要求4所述的光拾取器，其中所述光敏元件基片進一步包括第一光敏區(qū)域，其從所述衍射光柵區(qū)域中的、具有第一衍射光柵圖案的區(qū)域接收正-初級衍射束；第二光敏區(qū)域，其從所述衍射光柵區(qū)域中的、具有第一衍射光柵圖案的區(qū)域接收負-初級衍射束；第三光敏區(qū)域，其從所述衍射光柵區(qū)域中的、具有第二衍射光柵圖案的區(qū)域接收正-初級衍射束；第四光敏區(qū)域，其從所述衍射光柵區(qū)域中的、具有第二衍射光柵圖案的區(qū)域接收負-初級衍射束。
7.如權(quán)利要求6所述的光拾取器，其中所述第一至第四光敏區(qū)域中的每一個被分割成三個分區(qū)，這些分區(qū)在垂直于所述第一直線的方向上對齊，和所述光敏元件基片進一步包括對從所述第一至第四光敏區(qū)域接收的光電轉(zhuǎn)換信號執(zhí)行運算的運算電路。
8.如權(quán)利要求4所述的光拾取器，其中通過光點尺寸檢測方法檢測聚焦誤差信號，和通過差分推挽方法或差分相位檢測方法來檢測跟蹤誤差信號。
全文摘要
一種包括衍射光柵區(qū)域的衍射光柵元件，包括第一區(qū)域，其是所述衍射光柵區(qū)域被一第一直線分割成的兩個區(qū)域之一，所述第一區(qū)域被垂直于第一直線的第二直線分割成具有第一衍射光柵圖案的第一子區(qū)域和具有第二衍射光柵圖案的第二子區(qū)域，所述第一和第二衍射光柵圖案具有不同的衍射角；和第二區(qū)域，其是所述衍射光柵區(qū)域被所述第一直線分割成的兩個區(qū)域中的另一個，所述第二區(qū)域被分割成三個或更多個在垂直于第二直線的方向上對齊的分區(qū)，所述第一和第二衍射光柵圖案交替地分配給所述分區(qū)中的每一個。
文檔編號G11B7/09GK1607404SQ200410092168
公開日2005年4月20日 申請日期2004年10月15日 優(yōu)先權(quán)日2003年10月15日
發(fā)明者加藤真弘, 河內(nèi)泰之, 中西秀行 申請人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會社