光學讀出裝置和全息照相單元的製作方法
2023-10-11 15:46:59
專利名稱：光學讀出裝置和全息照相單元的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種光學讀出裝置和全息照相單元，特別涉及一種對來自CD或DVD等光碟(下稱「盤」)的反射光作衍射並將其會聚到受光裝置上的光學讀出裝置和全息照相單元。
用於讀出盤信息的光學讀出裝置，要求再現記錄信息的功能和檢測聚焦誤差與跟蹤誤差的功能。通常，應用眾所周知的Foucault法即像散法檢測聚焦誤差，而用推挽法即三束法檢測跟蹤誤差。在結合應用Foucault法與三束法的情況下，如圖9所示，可用受光元件2a-2c接收主束，用受光元件3a與3b接收副束。根據受光元件2a與2b之間的輸出信號差值(S2a-S2b)，可確定聚焦誤差信號。根據受光元件3a和3b之間的輸出信號差值(S3a-S3b)，可確定跟蹤誤差信號。
因為在盤上反射的副束光傾斜地通過透鏡，全息照相單元4不是同等地一分為二(圖9)，因而劃分的兩個副束的光點大小不一。因此，劃分後衍射成較大光點尺寸的副束(下稱「孔徑側」)和衍射成較小光點尺寸的副束(下稱「遮光側」)，在光電檢測器1的受光表面上不對稱。在受光表面上，遮光側副束B的光點尺寸大於孔徑副束A的光點尺寸。
同時，在全息照相單元4傳統的圖案設計中，一直強調要對主束減小波前像差。然而，對副束仍保留著很大的波前像差。即如
圖10所示，通常把設計的第一圖案6與第二圖案7相對於離劃分線5的距離X表示為均衡函數Ax4+Bx2+C。這些圖案被分為兩部分，然後連接在一起得到整個圖案。然而，在圖案設計中，未對副束計及波前像差。
因此，擔心遮光側副束B可能偏出受光元件3a與3b，如圖9所示。有一個問題是，根據溫度變化，跟蹤誤差平衡與抖動可能發生重大變化，導致光學讀出裝置特性不穩定。
因此，本發明的主要目的是提供一種能穩定光學讀出裝置特性的光學讀出裝置。
第發明是一種光學讀出裝置，包括將雷射裝置的雷射束分成一個主束和兩個副束的衍射元件；把主束和副束會聚到盤上的透鏡；分成兩個第一與第二圖案以分別稍微來自盤的反射光的全息照相單元；以及光電檢測器，其第一部分接收第一圖案衍射的主束，第二部分接收第二圖案衍射的副束；其中，當把副束作為光源時，根據光程與波長，全息照相單元中的第一與第二圖案構成將副束會聚到第二部分上的光點減至最小。
第二發明是一個全息照相單元，包括全息照相圖案，用於將盤反射的兩個副束衍射會聚到受光元件上，當將副束作為光源時，根據光路長度與波長，把全自照相圖案做成使副束會聚到第二部分上的光點減至最小。
在將副束作為光源時，由於根據光路長度和波長把全息照相單元上的圖案設計成使副束會聚到受光器件上的光點尺寸減至最小，所以不用擔心副束光點會偏出受光器件的受光表面。
根據本發明，能夠穩定光學讀出裝置的特性，因為可以防止副束光點偏出遠離其邊界線的受光表面。
從下面結合附圖對本發明所作的詳細描述，本發明的上述目的與其它目的、特徵、方面和優點將變得更清楚了。
圖1示出本發明一實施例的光學讀出裝置。
圖2示出圖1實施例使用的光電檢測器。
圖3示出圖1實施例使用的光學讀出裝置。
圖4表示全息照相單元的設計方法。
圖5示出第一圖案。
圖6示出第二圖案。
圖7示出結合第一與第二圖案的全息圖案。
圖8示出離開副束光點的距離與光強的關係。
圖9是現有技術的視圖。
圖10表示普通的全息圖案。
圖1所示實施例的光學讀出裝置10，從盤電動機12轉動的盤14(如CD或DVD)中讀出信息，它包括一個作為光源的半導體雷射器16，發射預定波長的雷射。半導體雷射器16接有APC(自動功率控制)18，故其輸出受APC18控制。同時，將作為衍射單元的全息照相單元20和物鏡22安置在半導體雷射器16與盤14之間，光電檢測器24(圖2)斜置於全息照相單元20下面。
全息照相單元20包括一塊石英玻璃等形成的基片26。基片26的光柵圖案28形成在下側，產生一個主束和兩個副束。基片26用於偏振的全息圖案30形成在其頂表面。全息圖案30被盤14徑向延伸的分割線A0分割，如圖2所示，具有節距相互不同的第1圖案30a與第二圖案30b。
物鏡22固定在構成聚焦驅動器的驅動器線圈(未示出)上，通過對驅動器線圈賦能，可垂向移動。
光電檢測器24分為5個受光元件32a、32b、32c、32e和32f，如圖2所示。在受光元件32a與32b之間分開的分割線B0，其方向幾乎與全息圖案30的衍射方向一致，但成一小角度(圖2)，以防聚焦偏移。
通常，光點(空氣盤)直徑d受制於物鏡(數值孔徑為NA)和光束波長λ，可表示為d=1．22λ／NA。若半導體雷射器16-側物鏡22的NA為NAL，主束(0級光)經全息圖案30分割後的NA為NAO，表達式就為NAO=NAL／2，因為主束(0級光)已被全息圖30一分為二了。因此，主束(0級光)的光點直徑d0=2．44λ／NAL。另一方面，副束在偏離中心的位置上分割。因此，如圖2所示，孔徑側副束的光點在受光元件32e與32f上限制得很小，而遮光側副束B的光點在受光元件32e與32f上則處於高度模糊的狀態。於是，要求將受光元件32e與32f的寬度設置得比遮光側光點尺寸更寬。然而，若將這一寬度設置得過寬，晶片尺寸就增大了。因此，在本實施例中，在將副束作為光源的情況下，可根據光路長度與波長設計全息圖案30，從而使副束在受光元件32e與32f上的光點尺寸減至最小。
即如圖3所示，當把+1級副束作為光源時，在整個圓區上根據光路長度與波長設計第一圖案30a，使副束光點在受光元件上的尺寸最小。當把-1級副束作為光源時，在整個圓區上根據光路長度與波長設計第二圖案30b，使副束光點在受光元件上最小。把這些圖案分為兩部分，然後連接起來得到全息圖案30。說得再詳細一點，在設計第一圖案30a時，把全息照相單元20和光電檢測器24置於預定位置，如圖4(A)所示。假定+1級副束的虛擬光源點為P1，受光元件32f上的會聚點為S1，可確定全息照相單元上點01的路徑，其中01P1與01S1之間+1級副束光路長度(光距)之差(01P1-01S1)為nλ(n=0，±整數，λ為波長)。將此作為第一圖案30a。另一方面，根據虛擬光源點P2與-1級副束的會聚點S，以同樣的方法確定第二圖案30b，如圖4(B)所示。然後，將第一圖案30a與第二圖案30b分成兩部分，再連接起來。順便提一下，對於在空氣與基片26中延伸的光路長度，可用所謂的射線跟蹤計算法確定各個光路長度，然後相加。
例如，雷射用節距長度為16μm的光柵圖案28分成三束，在盤14上離主束光點±13μm的位置上形成副束光點。在通過物鏡22與全息圖案30將該副束的反射光會聚到離主束光軸±66μm的位置時，副束各虛擬光源點P1與P2將偏離實際發光點P0±70μm。在此條件下，可用上述設計方法得到圖5所示的第一圖案30a和圖6所示的第二圖案30b。根據這些圖案30a與30b，得到圖7的全息圖案30。根據Ax4+Dx3+Bx2+Ex+C，可用多項式表示第一圖案30a和第二圖案30b。即，全息圖案30中的第一圖案30a和第二圖案30b可用某種圖案構制，該圖案相對於離圖案間邊界線的距離X具有奇數級相依性。
操作中，當接通光學讀出裝置10的開關時，盤電機12轉動盤14，半導體雷射器16發光。於是，來自雷射器16的雷射束通過光柵圖案28衍射成一個主束和兩個副束。由光柵圖案28分割的三個光束通過全息圖案30後，由物鏡22會聚到盤14上。盤14反射的光通過物鏡22後被全息圖案30衍射。這樣，主束會聚在光電檢測器24的受光元件32a-32c上，副束會聚在受光元件32e與32f上。根據受光元件32a與32b之間的輸出信號之差(S32a-S32b)，確定聚焦誤差信號，並根據受光元件32e與32f之間的輸出信號之差(S32e-S32f)，確定跟蹤誤差信號。
根據本實施例，當把副束作為光源時，可根據光路長度與波長設計全息圖案30，使副束的光點尺寸最小。因此，不用擔心遮光側副束偏出受光表面。所以，可以防止因溫度變化而出現的跟蹤誤差平衡或抖動，由此穩定了光學讀出裝置10的特性。同時能拓寬全息照相單元20、光電檢測器24等允許的連接精度範圍。順便提一下，圖8表示在應用圖7的全息圖案30時，與副束中心的距離和光強之間的關係。圖中，與現有技術相比，底部副束光點在右側的強度大大減小了。由此可理解，副束的光點尺寸大大減小了。
雖然已詳細描述了本發明內容，但是應明白，這僅是示例性描述，並不作為限制，本發明的精神和範圍僅由所附的權項限定。
權利要求
1．一種光學讀出裝置，包括衍射元件，用於將來自雷射器的雷射束分為一個主束和兩個副束；透鏡，用於將主束和副束會聚到盤上；分成第一與第二圖案的全息照相單元，分別衍射所述盤的反射光；及光電檢測器，包括接收主束的第一部分和接收副束的第二部分，所述副束分別由所述第一和第二圖案衍射；其中，當把副束作為光源時，可根據光程與波長將所述全息照相單元中的所述第一與第二圖案做成使副束會聚到所述第二部分上的光點最小。
2．如權利要求1所述的光學讀出裝置，其中所述第一與第二圖案分別由這樣一些圖案構成，即每個圖案相對於與圖案邊界線的距離具有奇數級相依性。
3．一種全息照相單元，包括全息圖案，在將副束作為光源時，用於對盤反射的兩個副束作衍射，並將它們會聚到受光元件上，根據光路長度與波長，把所述全息圖案做成使副束會聚到所述第二部分上的光點最小。
4．如權利要求1所述的全息照相單元，其中所述全息圖案包括節距不同的第一與第二圖案。
5．如權利要求4所述的全息照相單元，其中所述第一與第二圖案由這樣一些圖案構成，即每個圖案相對於與圖案邊界線的距離具有奇數級相依性。
全文摘要
提供一種光學讀出裝置和全息照相單元,能穩定光學讀出裝置的特性。所述光學讀出裝置包括衍射元件、透鏡、全息照相單元和光電檢測器。當把副束作為光源時,根據光路長度與波長,可把全息照相單元上的圖案設計成使副束會聚到受光元件上的光點尺寸減至最小,因而副束光點不會偏出受光元件的受光表面,穩定了光學讀出裝置的特性。
文檔編號G11B7/09GK1294736SQ00800134
公開日2001年5月9日 申請日期2000年2月9日 優先權日1999年2月10日
發明者田中直太郎 申請人:羅姆股份有限公司