CN1453778A

CN1453778A - 光传感器装置

Info

Publication number: CN1453778A
Application number: CN03122972A
Authority: CN
Inventors: 高须贺祥一; 伊势浩二; 石田裕之; 小野将之
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2002-04-24
Filing date: 2003-04-23
Publication date: 2003-11-05
Anticipated expiration: 2023-04-23
Also published as: US7130259B2; JP3666860B2; US20030202450A1; JP2003317280A; CN1221959C

Abstract

本发明提供一种光传感器装置，具有：产生光束的半导体激光器光源、将光束分离成主光束和副光束的衍射光栅、将用衍射光栅产生的主光束和副光束引入光信息介质上的光学元件、从光信息介质反射的反射光检测信号的受光元件，半导体激光器光源由双波长半导体激光器元件构成，双波长半导体激光器元件将产生波长λ1的光束的半导体激光器芯片和产生波长λ2的光束的半导体激光器芯片集成在一个芯片上或接近地偏置；衍射光栅具有将双波长半导体激光器元件产生的波长λ1的光束或波长λ2的光束分离成主光束和副光束的一个衍射周期Λ；对不同轨道间距的光信息介质进行信息记录。该光传感器装置适用于两种不同轨道间距的光信息介质。

Description

光传感器装置

技术领域

本发明涉及一种光盘驱动装置的主要部件光传感器(pickup)装置，特别涉及一种可在不同轨道间距的CD系列(CD、CD-ROM、CD-R、CD-RW)和DVD系列(DVD、DVD-ROM、DVD-RAM、DVD-R、DVD-RW)两种光盘上进行信息记录、再生、删除的光传感器装置。

背景技术

参照图3说明传统的光传感器装置的构成及工作原理。该装置能够在CD系列光盘110及DVD系列光盘111上进行信息记录、再生、删除。为便于说明，在图3中同时示出了CD系列光盘110及DVD系列光盘111，但实际上安装其中任一方的光盘。CD系列光盘110或DVD系列光盘111是使通用面P对着物镜109安装的。在通面用P的背面设有记录面110a或111a。由于CD系列光盘110的厚度比DVD系列光盘111的厚度厚，因此对于物镜109的内侧面，CD系列光盘110离物镜109的距离远。

该装置具有红外半导体激光器元件101及红色半导体激光器元件102。在从激光器元件101、102到光盘110、111间的光路中，配置有三光束产生用衍射光栅103、104、光束分离器105、准直透镜106、光束分离器107、聚光透镜112、受光元件113、反射镜108及物镜109。三光束产生用衍射光栅103、104将由红外半导体激光器元件101及红色半导体激光器元件102射出的光束分别形成三条光束。光束分离器105将经过三光束产生用衍射光栅103、104的光引入同一光轴上。准直透镜106、光束分离器107、物镜109及聚光透镜112是聚光装置。光束分离器107分离来自光盘110、111的反射光。

该光传感器装置的运转如以下所述。在对CD系列光盘110进行信息记录、再生、删除时，红外半导体激光器元件101开始工作。三光束产生用衍射光栅103衍射从红外半导体激光器元件101射出的用实线表示的光束，分离成三条光束(0次衍射光主光束和±1次衍射光副光束)。三条光束透过光束分离器105后，通过准直透镜106由散射光束变成平行光束，经反射镜108入射在物镜109上，然后聚光在CD系列光盘110上。从CD系列光盘110上反射的反射光经过物镜109、反射镜108，通过光束分离器107改变方向，由聚光透镜112聚光在受光元件113上。从入射到受光元件113的主光束及副光束检测RF信号、聚焦误差信号、跟踪误差信号。

此外，在对DVD系列光盘111进行信息记录、再生、删除时，红色半导体激光器元件102开始工作。三光束产生用衍射光栅104衍射从红色半导体激光器元件102射出的用虚线表示的光束，分离成三条光束(0次衍射光主光束和±1次衍射光副光束)。三条光束通过光束分离器105改变方向后，通过准直镜106由散射光束变成平行光束，借助反射镜108入射在物镜109上，然后聚光在DVD系列光盘110上。从DVD系列光盘110上反射的反射光经过物镜109、反射镜108，通过光束分离器107改变方向，由聚光透镜112聚光在受光元件113上。从入射到受光元件113的主光束及副光束检测RF信号、聚焦误差信号、跟踪误差信号。

但是，在如图3所示的传统的光传感器装置中，为适应CD系列光盘和DVD系列光盘，需要两个半导体激光器元件、两个衍射光栅及将从两个半导体激光器元件射出的光引入同一光轴上的光束分离器105。所以，光传感器装置很难达到小型化。此外，由于光学部件件数多，各光学部件之间的位置调整烦杂，对于以一种光盘为对象的光传感器装置来讲，存在大幅度增加部件材料费用及调整成本的问题。

发明内容

本发明的目的是，将与CD系列光盘和DVD系列光盘相对应、进行信息记录、再生、删除的光传感器装置小型化、低成本化。

本发明的光传感器装置，具有：产生光束的半导体激光器光源、将上述光束分离成主光束和副光束的衍射光栅、将用上述衍射光栅产生的上述主光束和副光束引入光信息介质上的光学元件、从上述光信息介质反射的反射光检测信号的受光元件，其特征在于，上述半导体激光器光源由双波长半导体激光器元件构成，在该双波长半导体激光器元件中，产生波长λ1的光束的半导体激光器芯片和产生波长λ2的光束的半导体激光器芯片集成在一个芯片上，或接近地偏置；上述衍射光栅具有将上述双波长半导体激光器元件产生的上述波长λ1的光束或上述波长λ2的光束分离成主光束和副光束的一个衍射周期Λ；对不同轨道间距的光信息介质进行信息记录或读取、及伴随该记录和读取的跟踪控制。

附图说明

图1是表示本发明实施方式的光传感器装置的光学系统的示意图。

图2A及图2B分别表示本发明实施方式中CD系列光盘及DVD系列光盘的轨道间距与主光束及副光束的位置关系的示意图。

图3是表示传统的光传感器装置中光学系统的示意图。

具体实施方式

在本发明的光传感器装置中，通过双波长半导体激光器元件产生第1波长的光束或第2波长的光束，利用具有一个衍射周期的衍射光栅将光束分离成主光束和副光束。由此，由一组半导体激光器元件和三光束产生用衍射光栅构成适合在CD系列光盘和DVD系列光盘上进行信息记录、再生及删除的光传感器装置。因此，能够容易实现光传感器装置的小型化。此外，还可削减光学部件件数，简化光传感器装置的调整工序并降低成本。

较佳的结构是，在轨道间距T1的第1光信息介质上记录或再生时使用上述波长λ1的光束，在轨道间距T2的第2光信息介质上记录或再生时使用上述波长λ2的光束，将通过上述衍射光栅衍射上述波长λ1的光束而产生的主光束和副光束在上述第1光信息介质上的间隔设定为L1，通过上述衍射光栅衍射上述波长λ2的光束而产生的主光束和副光束在上述第2光信息介质上的间隔设定为L2，m和n设定为0以上整数时，下述关系式成立：

L2＝(2n+1)/(2m+1)×T2/T1×L1

此外，较佳的结构是，在将连接上述衍射光栅衍射上述波长λ1的光束而产生的主光束和副光束在上述第1光信息介质上的各中心点的直线、与垂直于上述第1光信息介质的轨道间距方向的直线所形成的角度设定为α1(0＜α1＜90＝；将连接上述衍射光栅衍射上述波长λ2的光束而产生的主光束和副光束在上述第2光信息介质上的各中心的直线、与垂直于上述第2光信息介质的轨道间距方向的直线所形成的角度设定为α2(0＜α2＜90＝时，下述关系式成立：

α1＝α2＝sin^-1{(2m+1)×T1/2/×L1}

＝sin^-1{(2n+1)×T2/2/×L2}

在以上的构成中，构成最好是，在将从上述波长λ1的半导体激光器芯片及上述波长λ2的半导体激光器芯片到上述衍射光栅的空气换算距离设定为d，将在上述第1光信息介质上记录或再生时的光学倍率设定为β1，将在上述第2光信息介质上记录或再生时的光学倍率设定为β2时，下述关系式成立：

β1×tan{sin^-1(λ2/Λ)}-

β2×(2n+1)/(2m+1)×T2/T1×tan{sin^-1(λ1/Λ)}

0

dβ1×L1/tan{sin^-1(λ1/Λ)}

＝β2×L2/tan{sin^-1(λ2/Λ)}

如上所述，通过最佳设计衍射光栅的位置及周期，只使用一个衍射光栅就能够构成最佳的光学系统。

以下，参照图1和图2说明本发明实施方式中的光传感器装置。图1表示本发明实施方式的光传感器装置的光学系统。为便于说明，在图1中同时示出了CD系列光盘7及DVD系列光盘8，但实际上在光盘安装部位(图中未示出)安装任一种的光盘。记录面7a或8a的背面对着物镜109安装的。在该装置中，采用了双波长半导体激光器元件1。在双波长半导体激光器元件1中，红外半导体激光器芯片和红色半导体激光器芯片被集成化。在双波长半导体激光器元件1到CD系列光盘7或DVD系列光盘8之间的光路中，配置有三光束产生用衍射光栅2、作为聚光装置的准直透镜3及物镜6、光束分离器4、反射镜5、聚光透镜9以及受光元件10。光束分离器4分离从光盘上反射的反射光。由聚光透镜9将光束分离器4分离的反射光引入受光元件10。

以下说明上述光传感器装置的工作情况。在对CD系列光盘7进行信息记录、再生或删除时，双波长半导体激光器元件1开始工作。用三光束产生用衍射光栅2衍射从双波长半导体激光器元件1射出的用实线表示的红外光(波长λ1＝785nm)光束，并分离成三条光束(0次衍射光主光束和±1次衍射光副光束)。三条光束通过准直透镜3由散射光束变成平行光束，经反射镜5入射在物镜6上，然后聚光在CD系列光盘7上。从CD系列光盘7反射的反射光经过物镜6、反射镜5，通过光束分离器4改变方向，由聚光透镜9聚光在受光元件10上。从入射到受光元件10的主光束及副光束检测RF信号、聚焦误差信号、跟踪误差信号。

此外，在对DVD系列光盘8进行信息记录、再生或删除时，双波长半导体激光器元件1的红色半导体激光器芯片开始工作。用三光束产生用衍射光栅2衍射从双波长半导体激光器元件1射出的用虚线表示的红色光(波长λ2＝650nm)光束，并分离三条光束(0次衍射光主光束和±1次衍射光副光束)。三条光束通过准直透镜3由散射光束变成平行光束，经反射镜5入射在物镜6上，然后聚光在DVD系列光盘8上。从DVD系列光盘8反射的反射光经过物镜6、反射镜5，通过光束分离器4改变方向，由聚光透镜9聚光在受光元件10上。从入射到受光元件10的主光束及副光束检测RF信号、聚焦误差信号、跟踪误差信号。

根据本实施方式，如后述那样，通过设定三光束产生用衍射光栅2的周期Λ及位置，可以得到如图2A和图2B所示那样的光束和轨道的配置关系。此处所说的三光束产生用衍射光栅2的位置，指的是从构成双波长半导体激光器元件1的红外/红色半导体激光器芯片的出射端面到三光束产生用衍射光栅2的空气换算长度d。

图2A表示CD系列光盘7(轨道间距T1)的凸缘(land)11及沟槽(groove)12与聚光在它们上面的主光束13及副光束14的关系。图2B表示DVD系列光盘8(轨道间距T2)的凸缘15及沟槽16与聚光在它们上面的主光束17及副光束18的关系。在主光束13、17分别位于沟槽12、16上面时，副光束14、18分别位于凸缘11、15上面，而且连接主光束和副光束中心点的直线与垂直于轨道间距方向的直线所形成的角度α相互相等。

以下，详细说明本实施方式中的三光束产生用衍射光栅2的周期Λ及配置。如图2A及图2B所示，在主光束和副光束位于光盘上面时，如将主光束13和副光束14间的距离设定为L1，主光束17和副光束18间的距离设定为L2，0以上的整数设定为m、n时，成立以下关系式：

L1×sinα＝(2m+1)×T1/2…(1)

L2×sinα＝(2n+1)×T2/2…(2)

此处，图2所示的本实施方式的构成相当于m、n都为0时的情况，但为了表示更一般的情况，所以采用m、n进行说明。

此外，如果红外光λ1的三光束产生用衍射光栅2形成的衍射角设定为θ1，红色光λ2的三光束产生用衍射光栅2形成的衍射角设定为θ2，在与三光束产生用衍射光栅2的周期Λ之间成立以下关系式：

Λ×sinθ1＝λ1… (3)

Λ×sinθ2＝λ2… (4)

此外，如果将在CD系列光盘上记录、再生或删除信息时的光学倍率设定为β1，将在DVD系列光盘上记录、再生或删除信息时的光学倍率设定为β2，光盘上的主光束和副光束间的距离L1、L2以及从红外/红色半导体激光器芯片出射端面到三光束产生用衍射光栅2的空气换算长度之间成立以下关系式：

d×tanθ1β1×L1… (5)

d×tanθ2β2×L2… (6)

此处，如果通过公式(1)～(6)求出与三光束产生用衍射光栅2的周期Λ(不定值)和确定值T1、T2、β1、β2、m、n、λ1、λ2的关系，成立如下关系式：

β1×tan{sin^-1(λ2/Λ)}-

β2×(2n+1)/(2m+1)×T2/T1×tan{sin^-1(λ1/Λ)}

0 … (7)

由此，从式(7)求出衍射光栅2的周期Λ。

此外，关于L1、L2、d，如果首先对L1选择了光驱动装置系统上的适当值，由式(1)、(2)求出L2：

L2＝(2n+1)/(2m+1)×T2/T1×L1 … (8)

此外，由式(1)、(2)、(5)、(6)求出此时的d及α为：

α＝sin^-1{(2m+1)×T1/2/L1} … (9)

dβ1×L1/tan{sin^-1(λ1/Λ)}

＝β2×L2/tan{sin^-1(λ2/Λ)} … (10)

通过利用以上所示的三光束产生用衍射光栅2的位置及周期的关系，能够只使用一个双波长半导体激光器元件1和一个三光束产生用衍射光栅2，构成在不同轨道间距的光盘上进行记录、再生或删除信息的光传感器装置。这样就不需要像以往那样分别采用两组半导体激光器元件和两组三光束产生用衍射光栅，因此能够容易使装置小型化。

此外，还能削减光学部件件数，同时简化光传感器装置的调整工序，大幅度降低成本。

Claims

1.一种光传感器装置，具有：产生光束的半导体激光器光源、将上述光束分离成主光束和副光束的衍射光栅、将用上述衍射光栅产生的上述主光束和副光束引入光信息介质上的光学元件、从上述光信息介质反射的反射光检测信号的受光元件，其特征在于，

上述半导体激光器光源由双波长半导体激光器元件构成，在该双波长半导体激光器元件中，产生波长λ1的光束的半导体激光器芯片和产生波长λ2的光束的半导体激光器芯片集成在一个芯片上，或接近地偏置；

上述衍射光栅具有将上述双波长半导体激光器元件产生的上述波长λ1的光束或上述波长λ2的光束分离成主光束和副光束的一个衍射周期Λ；

对不同轨道间距的光信息介质进行信息记录或读取、及伴随该记录和读取的跟踪控制。

2.如权利要求1记载的光传感器装置，其特征在于：在对轨道间距T1的第1光信息介质记录或再生时使用上述波长λ1的光束，对轨道间距T2的第2光信息介质记录或再生时使用上述波长λ2的光束，将通过上述衍射光栅衍射上述波长λ1的光束而产生的主光束和副光束在上述第1光信息介质上的间隔设定为L1，将通过上述衍射光栅衍射上述波长λ2的光束而产生的主光束和副光束在上述第2光信息介质上的间隔设定为L2，将m和n设定为0以上整数时，下述关系式成立：

L2＝(2n+1)/(2m+1)×T2/T1×L1。

3.如权利要求2记载的光传感器装置，其特征在于：将连接上述衍射光栅衍射上述波长λ1的光束而产生的主光束和副光束在上述第1光信息介质上的各中心点的直线、与垂直于上述第1光信息介质的轨道间距方向的直线所形成的角度设定为α1(0＜α1＜90＝，将连接上述衍射光栅衍射上述波长λ2的光束而产生的主光束和副光束在上述第2光信息介质上的各中心点的直线与垂直于上述第2光信息介质的轨道间距方向的直线所形成的角度设定为α2(0＜α2＜90＝时，下述关系式成立：

α1＝α2＝sin^-1{(2m+1)×T1/2/×L1}

＝sin^-1{(2n+1)×T2/2/×L2}。

4.如权利要求2或3记载的光传感器装置，其特征在于：在将从上述波长λ1的半导体激光器芯片及上述波长λ2的半导体激光器芯片到上述衍射光栅的距离设定为d，该d是换算为空气折射系数的值，将对上述第1光信息介质记录或再生时的光学倍率设定为β1，将对上述第2光信息介质记录或再生时的光学倍率设定为β2时，下述关系式成立：

β1×tan{sin^-1(λ2/Λ)}-

β2×(2n+1)/(2m+1)×T2/T1×tan{sin^-1(λ1/Λ)}

0

dβ1×L1/tan{sin^-1(λ1/Λ)}

＝β2×L2/tan{sin^-1(λ2/Λ)}