專利名稱：半導體光源、光攝像頭裝置和數(shù)據(jù)記錄/重放裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于發(fā)射兩種不同波長的光束的半導體光源，和光攝像頭裝置及用于存儲、重放和刪除光盤上數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)記錄/重放裝置。
背景技術(shù)：
眾所公知的是，光盤作為一種高密度、大容量的存儲介質(zhì)，在其上以位圖的形式對數(shù)據(jù)進行存儲。根據(jù)數(shù)據(jù)的內(nèi)容和其應用可將光盤分為不同的類型。光盤的典型實例為數(shù)字聲頻光盤、視頻、文本文件光盤、數(shù)據(jù)文件光盤等。其應用現(xiàn)在已經(jīng)擴展到了各個不同的領(lǐng)域。尤其是，數(shù)字通用盤(DVD)變的很流行，由于其使用從半導體激光器發(fā)射的波長為650nm的可見光，因此作為一種高密度光盤而引起了廣泛注意。DVD盤可具有不同的格式，包含只讀DVD-ROM、一次可寫DVD-R和可重寫DVD-RAM。同時，壓縮盤(CD)也被廣泛的應用，其使用從半導體激光器發(fā)射的波長為780nm波長的紅外光。與DVD相類似，CD盤也可為不同的格式，其包括只讀CD-ROM、可重讀一次的CD-R和進行多次重讀的CD-RW。
由于DVD和CD都很流行，為了方便用戶，需要通過使用單個的數(shù)據(jù)重放裝置，可同時對DVD-ROM和CD-ROM及DVD-R和CD-R的數(shù)據(jù)進行重放。
根據(jù)顏色反射率的不同的數(shù)值，CD-R和DVD-R技術(shù)在存儲和重放數(shù)據(jù)方面彼此相類似。然而，反射率和吸收率分別在大約780nm和650nm的窄的波長范圍內(nèi)最優(yōu)。這樣使用650nm的波長的光束就無法對CD-R數(shù)據(jù)進行讀取和重放。同樣，使用780nm波長的光束也無法對DVD-R數(shù)據(jù)進行讀取和重放。為了對此進行彌補，每個CD-R/DVD-R兼容型數(shù)據(jù)記錄/重放裝置都具有一個光攝像頭，該光攝像頭配備有DVD-R可接受的半導體激光器和CD-R可接受半導體激光器。
為了將數(shù)據(jù)記錄/重放裝置的尺寸和成本降低到最小，應降低光攝像頭的尺寸和成本。其中的一種解決方案是將上述的兩種不同的半導體激光器集中到一個單個的組件中，以便簡化光攝像頭的光學系統(tǒng)。
圖16示出了正如在日本專利公開10-289468中所揭示的一種傳統(tǒng)的光攝像頭的結(jié)構(gòu)。光攝像頭裝置1600包含光源110和120，二者都設(shè)置在組裝件60中的基片610上，用于分別發(fā)射波長為650nm的線性偏振發(fā)散光和波長為780nm的線性偏振發(fā)散光。
下面將對從存儲介質(zhì)20讀取數(shù)據(jù)和光攝像頭1600的原理進行描述。首先，從光源110或120發(fā)射的光束100入射到光束復合裝置30，其由一個偏振棱鏡(雙折射片)或全息照相實現(xiàn)。光束復合裝置30將來自光源110或光源120的光束與光軸對準。當接收到來自光源120的光束100時，通過光束復合裝置30對其進行折射或衍射，以便進行偏轉(zhuǎn)。然后通過準直透鏡131將光束100轉(zhuǎn)換為準直光，通過1/4波長片140進行圓偏振，通過孔徑15，并通過物鏡132轉(zhuǎn)化為會聚光束。將光束100入射到光存儲介質(zhì)20，更具體的，通過透明基片21而聚焦到數(shù)據(jù)記錄表面22，通過1/4波長片140轉(zhuǎn)化為與向上光束偏轉(zhuǎn)90度的偏振光，通過光束復合裝置30，并在被導引到光檢測裝置50之前被偏轉(zhuǎn)裝置40(偏振全息裝置)接收。將由光檢測裝置50產(chǎn)生的信號用做表示用于產(chǎn)生聚焦誤差信號和跟蹤誤差信號的數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)信號，其中聚焦誤差信號和跟蹤誤差信號被提供到調(diào)節(jié)器16，用于進行聚焦和跟蹤控制。
在用于可重寫的諸如DVD-RAM的盤的數(shù)據(jù)記錄/重放裝置中，通常跟蹤控制信號不穩(wěn)定，這是因為盤的細小凹坑造成的。為了進行補償，提供一個衍射光柵(未示出)，用于產(chǎn)生三種不同的衍射光，以確定聚焦誤差信號和跟蹤誤差信號。
由于傳統(tǒng)的光攝像頭裝置1600包含用于控制偏振光的偏振棱鏡或全息裝置和1/4波長片140的光束復合裝置30，因此光學系統(tǒng)的成本相對較高。
當光存儲介質(zhì)20的透明基片21為雙折射時，在光存儲介質(zhì)20上反射的光束會被光束復合裝置30所偏轉(zhuǎn)，卻很難被光檢測裝置50所接收，從而無法從光存儲介質(zhì)20讀取數(shù)據(jù)。
同樣，當在單個基片610上設(shè)置兩個光源110和120時，很難為衍射光柵余留出一定的空間，該衍射光柵用于產(chǎn)生三種不同的衍射光，并應適當?shù)倪M行控制。這樣會增大整個的光攝像頭裝置的尺寸。
因此，本發(fā)明的一個目的在于提供一種半導體光源組件，一個光攝像頭裝置，和一個光學數(shù)據(jù)裝置，其中使用非偏振棱鏡來減少元件的數(shù)量和降低整體成本。本發(fā)明的另外的一個目的在于提供一個光攝像頭裝置和一個光學數(shù)據(jù)裝置，其中在產(chǎn)生跟蹤誤差信號的同時可從光存儲介質(zhì)20讀出所需的數(shù)據(jù)信號，即使光存儲介質(zhì)的透明基片為雙折射也一樣。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的光源組件，它包含發(fā)射第一光束的第一光源；發(fā)射與第一光源不同的第二光束的第二光源；和偏轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，其對第一和第二光束進行偏轉(zhuǎn)，并釋放被偏轉(zhuǎn)的光束作為第三光束，其中偏轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)包含一個第一偏轉(zhuǎn)器，其對第一光束進行偏轉(zhuǎn)，和第二偏轉(zhuǎn)器，其對第二光束進行偏轉(zhuǎn)，從而第一偏轉(zhuǎn)光束的光軸和第二偏轉(zhuǎn)器的第二被偏轉(zhuǎn)的光束的光軸基本上一致。
根據(jù)本發(fā)明的一個方面的光攝像頭，它包含第一光源，其發(fā)射波長為λ1的第一光束；第二光源，其發(fā)射波長為λ2的第二光束，其中λ1和λ2彼此不同；和衍射器，其從由光源發(fā)射的光束產(chǎn)生多個光束；和光聚焦裝置，其將從衍射器接收的多個光束聚焦到光存儲介質(zhì)上；和分束器，其對光存儲介質(zhì)上聚焦和反射的多個光束進行衍射；和光檢測器，其接收來自分束器的衍射光，并相對衍射光的強度輸出信號；其中衍射器包含彼此成一定角度設(shè)置的第一光柵和第二光柵，在第一光柵中，波長為λ1的光束的衍射效率高于波長為λ2的光束的衍射效率，在第二光柵中，波長為λ2的光束的衍射效率高于波長為λ1的光束的衍射效率。
根據(jù)本發(fā)明的另外一個方面的光攝像頭裝置，它包含分束器，其對在光存儲介質(zhì)上聚焦和反射的光束進行衍射；和一個光檢測器，其產(chǎn)生和釋放表示從分束器接收的每個衍射光的強度的信號，其中的分束器為全息光學元件，包含第一全息結(jié)構(gòu)和第二全息結(jié)構(gòu)，第一全息結(jié)構(gòu)波長為λ1的光束的衍射效率高于波長為λ2的光束的衍射效率，在第二結(jié)構(gòu)中，波長為λ2的光束的衍射效率高于波長為λ1的光束的衍射效率。
同時，本發(fā)明的數(shù)據(jù)記錄/重放裝置包含根據(jù)本發(fā)明的一個光攝像頭裝置；一個驅(qū)動器，其改變光攝像頭裝置與數(shù)據(jù)存儲介質(zhì)的相對位置；和一個電信號處理器，其響應動光攝像頭裝置接收的信號，執(zhí)行數(shù)學運算，以重構(gòu)所需的數(shù)據(jù)。相應的，當要進行重放的光存儲介質(zhì)為部分雙折射時，通過光檢測器所接收的各個光的強度需保持不變，由此可改善數(shù)據(jù)的重放。
同時，在對光攝像頭裝置的組裝期間，對衍射光柵的位置進行調(diào)節(jié)，使其與光學存儲介質(zhì)的CD和DVD的任意兩個格式中的一個相匹配，與此同時對另外的一個格式進行自動調(diào)節(jié)。結(jié)果，可大大的提高光攝像頭裝置的生產(chǎn)率。


通過下面結(jié)合相應附圖的詳細描述，會對本發(fā)明的上述的和其他的目的和優(yōu)點有更清楚的了解和認識。
圖1為根據(jù)本發(fā)明的實施例1的半導體光源組件的結(jié)構(gòu)的示意圖；圖2為實施例1中的棱鏡的示意圖；圖3為根據(jù)本發(fā)明的實施例2的光攝像頭裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為實施例2中的全息光學元件的示意圖；圖5為實施例2中的光檢測器的元件的結(jié)構(gòu)示意圖；圖6為根據(jù)本發(fā)明的實施例3的光攝像頭裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖7為實施例3中的光檢測器14的元件14a到14d的示意圖，其中衍射光束71a到71c與另外一束衍射光72a到72c對準；圖8為根據(jù)本發(fā)明的實施例4的光攝像頭裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖9為根據(jù)本發(fā)明的實施例5的光攝像頭裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖10A為光存儲介質(zhì)的數(shù)據(jù)記錄表面上的光束組4a到4c的示意圖；圖10B為光存儲介質(zhì)的數(shù)據(jù)記錄表面上的光束組5a到5c的示意圖；圖11A為衍射光柵6的光柵結(jié)構(gòu)61的示意圖；
圖11B為衍射光柵6的光柵結(jié)構(gòu)62的示意圖；圖12為根據(jù)本發(fā)明的實施例6的光攝像頭裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖13A為光存儲介質(zhì)的數(shù)據(jù)記錄表面上的光束組4a到4c的示意圖；圖13B為光存儲介質(zhì)的數(shù)據(jù)記錄表面上的光束組5a到5c的示意圖；圖14為根據(jù)本發(fā)明的實施例7的光攝像頭裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖15為根據(jù)本發(fā)明的實施例8的光學數(shù)據(jù)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；及圖16為傳統(tǒng)的光攝像頭裝置的示意圖。
具體實施例方式
下面將參考相應附圖對本發(fā)明的實施例1到8進行描述。在附圖中用相同的標號表示類似的元件。
(實施例1)本實施例中包含一個半導體光源組件，其具有一個棱鏡，該棱鏡帶有第一和第二反射表面。在該棱鏡的結(jié)構(gòu)中，在第一反射表面上反射的第一波長光束的光軸與在第二反射表面上反射的第二波長光束的光軸對準。
圖1示出了實施例1的半導體光源組件10的結(jié)構(gòu)示意圖。半導體光源組件10包含一個用于波長為λ1的激光束的半導體激光源1，用于波長為λ2的激光束的半導體激光源2和棱鏡3。半導體激光源1發(fā)出波長為λ1的線性偏振發(fā)散光束4，用于從諸如DVD-R的DVD格式的光存儲介質(zhì)讀出數(shù)據(jù)。在本發(fā)明中假設(shè)波長λ1為650nm。類似的，半導體激光源2發(fā)射波長為λ2的線性偏振發(fā)散光，用于從輸入CD-R等的CD格式的光存儲介質(zhì)讀出數(shù)據(jù)。在本發(fā)明中假設(shè)λ2為780nm。將兩個半導體激光源1和2固定到單個的組裝件10中。
棱鏡3具有三個反射面31、32和33。反射面31為二色性鏡面，其為波長可選擇的對波長為λ1的光束全發(fā)射，同時反射波長為λ2的光束。反射面32為全反射鏡面，其對波長為λ1的光束進行全反射。反射面33為全反射鏡面，其對波長為λ1和λ2的光束進行全發(fā)射。棱鏡3用于將在反射面32上反射的波長為λ1的光束的光軸與在反射面31上反射的波長為λ2的光束的光軸對準。結(jié)果，在反射面33上反射的波長為λ1和λ2的兩個光基本上沿著同一個光軸。
在兩個反射面31和32上反射的光束在被反射面33反射之前被從棱鏡3發(fā)射出。在此情況下，從棱鏡3發(fā)出的光被從圖1中所示的向外的方向上順時針偏轉(zhuǎn)90度。通過調(diào)節(jié)半導體光源組件10的位置可任意的確定從棱鏡3發(fā)出的光的方向。下面將對安裝有使用棱鏡3的光攝像頭裝置進行描述。
圖2示出了棱鏡3。棱鏡3包含兩個玻璃基片35和36。在玻璃基片36的上和下側(cè)面上通過真空氣相沉積技術(shù)分別形成全反射面33和二向色表面31，同時通過相同的技術(shù)在玻璃基片35的上側(cè)面上形成全反射面32。反射面32和33由金屬膜構(gòu)成，而二向色面31為多層介質(zhì)層。將具有反射面31到33的兩個玻璃基片35和36在界面34處彼此黏結(jié)。然后沿著切線41對兩個黏結(jié)的玻璃基片進行切割，以形成棱鏡3的單元。簡而言之，棱鏡3由兩個平面平行的玻璃片構(gòu)成。因此，棱鏡3比傳統(tǒng)的通過拋光形成的任何的棱鏡的成本都低，由此可降低半導體光源組件10的成本。
由于通過棱鏡3對光束進行偏轉(zhuǎn)，所以在波長改變時其方向不會被偏移，且可提高光源的工作可靠性。
同時，由于半導體光源組件10可保證來自棱鏡3的兩個光束4和5沿著同一個光軸傳播，可將兩個光源視為一個單個光源。相應的，當將半導體光源組件10安裝在光攝像頭裝置中時，對光源的調(diào)節(jié)會如同對單個光源進行調(diào)節(jié)一樣的簡單。
因此，半導體光源組件10可與多色激光指示器兼容。
(實施例2)在本實施例的光攝像頭裝置中，不使用1/4波長片140(圖16)。
圖3示出了實施例2的光攝像頭裝置300的結(jié)構(gòu)。光攝像頭裝置300包含一個半導體光源組件10、一個全息光學元件64、一個準直透鏡8、一個物鏡9和一個光檢測器12。
在實施例1中，當不考慮半導體光源組件10中的兩個半導體激光源1和2之間的位置關(guān)系時，在此實施例中的兩個激光源1和2之間的距離為2mm。當光源2與光源1相比更靠近準直透鏡8時，可對由于光存儲介質(zhì)20之間的基片21的厚度引起的球面象差進行矯正。例如，棱鏡3的折射率為1.51。
下面將對光攝像頭裝置300從光存儲介質(zhì)20讀出數(shù)據(jù)的操作進行描述。光攝像頭裝置300根據(jù)光存儲介質(zhì)20的類型啟動兩個半導體光源中的一個。當光存儲介質(zhì)為DVD時，半導體激光源1發(fā)射光束4。在光束4的光路通過二向色面31時，在棱鏡3的反射面32上對光束4進行反射。另一方面，當光存儲介質(zhì)為CD時，半導體激光源2發(fā)射光束5。在光束5在二向色面31上進行反射時器被棱鏡3接收。因此，光束5基本上與通過反射面31發(fā)射的光束4的光軸對準。然后，兩個光束4和5的每一個在其光路被偏轉(zhuǎn)，且通過具有20mm的聚焦距離的準直透鏡8轉(zhuǎn)換為準直光時都在反射面33上進行反射。通過聚焦距離為3mm的物鏡9對準直光4或5進行會聚，通過光存儲介質(zhì)20的透明基片21，并聚焦到數(shù)據(jù)記錄表面22上。在CD格式下，透明基片的厚度t為1.2mm，在DVD格式下為0.6mm。
在光存儲介質(zhì)20的數(shù)據(jù)記錄表面22上對光束4或5進行反射。然后，光束4或5通過物鏡9和準直透鏡8，并發(fā)射到全息光學元件64，在該處其被轉(zhuǎn)化為衍射光71或72，然后被光檢測器12所接收。
圖4示出了全息光學元件64的結(jié)構(gòu)示意圖。全息光學元件64具有三個區(qū)域64a到64c。進入全息光源元件64的光束4或5被區(qū)域64a到64c所衍射。軸64d與兩個區(qū)域64b和64c之間的分割線平行延伸，從而當用光束4或5入射時其可與數(shù)據(jù)記錄表面上的記錄槽平行。
圖5示出了光檢測器12的光接收側(cè)。光檢測器12的光接收側(cè)包含四個元件12a到12d。元件12a到12d接收被衍射的光71a到71c和72a到72c。通過全息光學元件64的各個區(qū)域64a，64b，和64c可產(chǎn)生衍射光71a和72a，71b和72b，73c和73b(圖4)。
當根據(jù)入射光的強度產(chǎn)生元件12a到12d的信號輸出112a到112d時，通過傅科(Foucault)方法可計算聚焦誤差信號112a-112b。類似的，通過對112a和112c的相位進行比較的相差檢測方法可獲得跟蹤誤差信號。這些信號的檢測方法是公知的，這里將不再描述。
本實施例的光攝像頭裝置可使由光檢測器所接收的光的強度保持不變，即使光存儲介質(zhì)具有雙折射性質(zhì)也一樣，因此可改善數(shù)據(jù)重放的性能。
在此實施例中，反射面31為二向色鏡面，用于提高光的傳輸效率。當入射光的強度足夠時，可由不是波長選擇的半透明-反射鏡構(gòu)成反射面31。同時，可在準直透鏡8和物鏡9之間設(shè)置波長選擇孔徑濾波器，用于對波長為780nm的孔徑進行限定。物鏡9為具有不同曲率的特定透鏡，部分用于實現(xiàn)DVD和CD的足夠的像差。光攝像頭裝置300(圖3)可通過將光檢測器和光源形成為一個單一的部分而使其整體尺寸減小。
(實施例3)本實施例使用了光攝像頭裝置，其使用全息光學元件用于在光檢測器上將來自不同光源的衍射光進行對準。
圖6示出了實施例3的光攝像頭裝置600的結(jié)構(gòu)。此裝置與實施例2的光攝像頭裝置300(圖3)的區(qū)別在于用另外的一個全息光學元件65替代全息光學元件64(圖3)，同時用另外一個光檢測器14替代光檢測器12。其他的元件都與光攝像頭裝置300(圖3)的相同，在此將不再詳述。
全息光學元件65包含以隊一對設(shè)置在單基片的上和下側(cè)的光柵66和67。光柵66產(chǎn)生衍射光71。光柵67產(chǎn)生衍射光72。圖7示出了光檢測器14的四個元件14a到14d，其中衍射光71a到71c與另外的一組衍射光72a到72c彼此對準。全息光學元件65的光柵柵距和空間頻率軸被選擇確定，從而在光檢測器14上衍射光71和72彼此對準。光柵66和67(圖6)和圖4的64a到64c的作用基本相同。
現(xiàn)在回到圖6，光柵66產(chǎn)生從光源1發(fā)射的波長為λ1的衍射光，而沒有從光源2發(fā)射的波長為λ2的衍射光。換句話說，光柵66的波長為λ1的衍射效率高于波長為λ2的衍射效率。此點可通過將光柵深度增加為λ2的整數(shù)倍實現(xiàn)。結(jié)果，可將漫射光的量降低到最小，提高光的利用效率。類似的，光柵67產(chǎn)生從光源2發(fā)出的波長為λ2的衍射光，但沒有從光源1所發(fā)出的波長為λ1的衍射光。光柵67的波長λ2的衍射效率高于波長為λ1的衍射效率?？赏ㄟ^將光柵深度光學增大為λ1的整數(shù)倍實現(xiàn)此點。
光探測器14的尺寸小于光探測器12的尺寸(圖3)。通過彼此對準的兩個衍射光71和72可實現(xiàn)此點，從而四個元件14a到14d的尺寸為最小。當本實施例的光攝像頭裝置600通過將其元件的尺寸降到最小而降低其整體尺寸時，其可應用于任何的要求小尺寸和高運行速度的數(shù)據(jù)重放裝置。
在此實施例中，當采用已知的傅科方法獲得聚焦的誤差信號時，可通過任何其他的諸如光點尺寸檢測的方法對其進行確定。光檢測器14的結(jié)構(gòu)可接收來自全息光學元件65的共軛光71和72。此可將光的利用效率加倍，由此對提高光攝像頭裝置的信噪比作出貢獻。
當將兩個光柵66和67結(jié)合在一起時，可將光檢測器14控制到所需的尺寸，并處于所需的位置。即使對光攝像頭裝置的外部結(jié)構(gòu)進行限制，通過其光學系統(tǒng)的充分的設(shè)計自由度，也足以滿足各種的應用需求，例如固定到汽車上或形成為便攜式。
(實施例4)在本實施例的光攝像頭裝置中使用了特定的全息光學元件，它與第三實施例的相類似，用于在光檢測器上將來自不同的光源的衍射光彼此對準。
圖8示出了實施例4的光攝像頭裝置800的結(jié)構(gòu)。此裝置與實施例3的光攝像頭裝置600的區(qū)別在于，用另外的一個全息光學元件68替代全息光學元件65(圖6)，同時用設(shè)置在半導體光源組件810中的一對光源1a和2a替代兩個光源1和2(圖3)。其他的元件與光攝像頭裝置600的相同(圖6)，這里不再詳細描述。
兩個光源1a和2a都為單片電路半導體激光器，被固定在單個的半導體基片上，用于分別發(fā)射波長為780nm和650nm的光。兩個激光器之間的距離為100微米，與全息光學元件65相類似，全息光學元件68包含一對光柵69和70。光柵69產(chǎn)生衍射光71。光柵70產(chǎn)生衍射光72。類似的，光柵柵距和全息68的空間頻率軸被選擇確定，從而來自各自光柵69和70的衍射光71和72被在圖7中所示的光檢測器14上彼此對準。
由于兩個光源被彼此隔開，他們的兩個衍射光可在光檢測器14上被成功的對準。這樣可整體的降低本實施例的光攝像頭裝置的尺寸。同樣，由于光源沒有棱鏡，因此可降低光攝像頭裝置的成本。
(實施例5)本實施例安裝了一個由一對光柵構(gòu)成的衍射光柵，當相對兩個存儲介質(zhì)中的其中一個對其位置進行確定時，可獲得兩個或更多的衍射光的位置關(guān)系，并可對其相對于其他存儲介質(zhì)的位置進行自動設(shè)定。
圖9示出了實施例5的光攝像頭裝置的示意圖。此裝置與實施例2的光攝像頭裝置300(圖3)的區(qū)別在于，分別用半透明反射鏡7和另外的一個光檢測器13替代全息光學元件64和光檢測器12，將衍射光柵6設(shè)置在棱鏡3和半透明反射鏡7之間，而將凹透鏡11設(shè)置在半透明反射鏡7和光檢測器13之間。
衍射光柵6包含一對衍射表面61和62。從光源2到光柵表面61的距離為10mm，在實際中，光束4或5通過棱鏡3并被衍射光柵6所接收。來自衍射光柵6的光束4或5被表示為三個光束4a到4c或5a到5c。三個光束被半透明反射鏡7所反射，并通過物鏡9轉(zhuǎn)換為會聚光，且聚焦到光存儲介質(zhì)20的數(shù)據(jù)記錄表面22上。然后在數(shù)據(jù)記錄表面22上對光束4或5進行反射，通過物鏡9和準直透鏡8，并通過半透明反射鏡7。在光束4或5傳輸通過半透明反射鏡7時，在通過相對光軸傾斜的凹透鏡11之前被進行散光。這樣可消除掉由于半透明反射鏡7所產(chǎn)生的彗差。最后由光檢測器13接收構(gòu)成三個分束4a到4c或5a到5c的光束4或5，其中的三個分束用于產(chǎn)生和聚焦誤差信號和跟蹤誤差信號。
下面將對光存儲介質(zhì)20、光束4a到4c或5a到5c及衍射光柵6之間的關(guān)系進行描述。
圖10A和10B分別示出了一組光束4a到4c及光存儲介質(zhì)20的數(shù)據(jù)記錄表面上的記錄槽之間的關(guān)系和另外的一組光束5a到5c及記錄槽之間的關(guān)系。如圖10A中所示光束4a到4c沿CD-ROM格式的光存儲介質(zhì)的記錄槽設(shè)置。CD-ROM以一行凹坑的形式進行記錄，每個凹坑的長為0.8微米到3微米，深度為0.1微米。記錄槽柵距tp1為1.6微米。通過衍射光柵6產(chǎn)生光束4a到4c，并劃分為零-階衍射光4a、正一階衍射光4b和負一階衍射光4c。穿過三個光束4a到4c的線和記錄槽之間的角度為θ1。光束4b沿跟蹤間距與光束4a的位移為L1b，其數(shù)值等于tp1/4或0.4微米。類似的，光束4c沿跟蹤間距與光束4a的位移為tp1/4或0.4微米?？赏ㄟ^對三個衍射光進行控制以通過轉(zhuǎn)動衍射光柵6而保持其位置關(guān)系。作為一種用于產(chǎn)生跟蹤誤差信號的三-束方法，其是公知的。
圖10B示出了聚焦到DVD-RAM格式的光存儲介質(zhì)20的記錄槽上的光束5a到5c的示意圖。DVD-RAM以一暗和亮的標記的形式進行記錄，每個標記的長為0.6到2.8微米，寬度為0.6微米。記錄槽柵距tp2為0.74微米。存儲介質(zhì)與DVD-ROM不同，其具有柵距gp2為1.48微米(＝tp2×2)且深度為0.07微米的導槽，將暗和亮的標記設(shè)置在槽之間。通過衍射光柵6產(chǎn)生光束5a到5c，并劃分為零-階衍射光5a、正一階衍射光5b和負一階衍射光5c。穿過三個光束5a到5c的線和記錄槽之間的角度為θ2。光束5b沿跟蹤間距與光束5a的位移為L2b，其數(shù)值等于tp2(＝gp2/2)或0.74微米。類似的，光束5c沿跟蹤間距與光束5a的位移為tp2(＝gp2/2)或0.74微米。作為一種用于產(chǎn)生跟蹤誤差信號的差分推一挽方法，其是公知的。
根據(jù)衍射光柵6的光柵模式61和62的傾斜確定角度θ1和θ2，如圖11中所示。通過對衍射光柵6的構(gòu)成和位置進行控制，從而衍射光和記錄槽之間的角度被適時的保持。
圖11A和11B示出了衍射光柵6的光柵圖形61和62。圖11A示出光柵圖形61，圖11B示出了光柵圖形62。通過對折射率為1.52的樹脂材料進行模制而形成衍射光柵6。兩個光柵圖形61和62之間的距離b(圖9)為1mm。通過對衍射光柵6的光柵圖形的設(shè)計，從而在光存儲介質(zhì)20的數(shù)據(jù)記錄表面上使每組衍射光束4a，4b和4c(圖10A)及5a，5b和5c(圖10B)之間的空間間隔基本上相等。當三個光束之間的間隔相同時，可降低光檢測器13的元件尺寸。
在圖11A中的光柵圖形61中，光柵圖形61的光柵深度為λ2的整數(shù)倍，對波長為λ2的光束不產(chǎn)生衍射光，而對于波長為λ1的光束產(chǎn)生衍射光。圖11B中的衍射圖形62中，光柵深度為λ1的整數(shù)倍，對于波長為λ1的光束不產(chǎn)生衍射，而對于波長為λ2的光束產(chǎn)生衍射。例如，光柵深度分別為2.3微米和1.9微米。光柵的柵距P1和P2分別為74微米和83微米。
圖11A和11B中所示的軸61a為用于產(chǎn)生衍射光柵6的基準軸。通過對衍射光柵6進行設(shè)計，從而基準軸61a和光柵圖形61的空間頻率軸61b之間的角度為θ1，而基準軸61a和光柵圖形62之間的角度為θ2。當同時生產(chǎn)出衍射光柵6的兩個衍射圖形61和62時，可將兩個角度θ1和θ2之間的關(guān)系保持恒定。如圖10A所示，將穿過光束4a到4c的線和光存儲介質(zhì)20的數(shù)據(jù)記錄表面上的記錄槽之間的角度限定為θ1。類似的，如圖10B中所示，將穿過光束5a到5c的線與記錄槽之間的角度限定為θ2。相應的，當衍射光柵6僅相對兩個存儲介質(zhì)CD和DVD中的一個進行旋轉(zhuǎn)時，對為了衍射光進行定位，從而位移L1b和L1c(圖10A)或位移L2b和L2c(圖10B)之間的關(guān)系合適，且可使光攝像頭與另外一個存儲介質(zhì)自動完成定位。結(jié)果，可大大的簡化對光軸的調(diào)節(jié)過程，從而提高光攝像頭裝置生產(chǎn)率。同時，由于衍射光柵6在其兩個側(cè)面上具有兩個圖形，此尺寸可與傳統(tǒng)的一個圖形光柵相同，由此可降低包含兩個光源的光攝像頭裝置的整體尺寸。
下面將描述使用通過上述方法生產(chǎn)的衍射光產(chǎn)生聚焦誤差信號和跟蹤誤差信號的方法。回到圖9，光檢測器13包含八個元件13a到13h。元件13a到13d接收光束4a和5a，元件13e和13f接收光束4b和5b，元件13g和13h接收光束4c和5c。元件13a到13h分別相對于所接收的光束的強度產(chǎn)生和輸出電信號I13a到I13h。對于任何類型的光存儲介質(zhì)，通過表示為(I13a+I13c)-(I13b+I13d)的象散方法可由它們各自的元件13a到13d的四個信號I13a到I13d獲得聚焦誤差信號。
當光存儲介質(zhì)為諸如CD-ROM的CD時，計算的跟蹤誤差信號為(I13e+I13f)-(I13g+I13h)。另一方面，當光存儲介質(zhì)為DVD-ROM時，可使用相差檢測方法獲得跟蹤誤差信號，并當光存儲介質(zhì)為DVD-RAM時，計算出為(I13a+I13d)-(I13b+I13c)+k.{((I13a+I13g)-(I13f+I13h))，其中k為用于矯正相對衍射光柵6的衍射效率的信號的幅度的系數(shù)。當存儲介質(zhì)為DVD-RAM時，跟蹤誤差信號可為(I13a+113d)-(I13b+I13c)。當響應跟蹤行為而移動物鏡時，會產(chǎn)生偏移信號?？赏ㄟ^上述的運算減去偏移信號，稱為差分推挽方法。按照上述的方法可產(chǎn)生聚焦誤差信號和跟蹤誤差信號。
雖然在本實施例中，角度θ2被確定與DVD-RAM格式相匹配，也可通過改變光柵圖形62的空間頻率軸而對其進行控制，以獲得最佳值L1b和L1c(圖10A)(對于DVD-R，L1b和L1c的最佳值為0.37微米)。在具有用于不同波長光或不同類型的裝置的光源的數(shù)據(jù)重放裝置中，在本實施例的光攝像頭裝置中，可對光學系統(tǒng)進行改裝，從而滿足數(shù)據(jù)重放裝置的要求。上述的光學系統(tǒng)只是一個實例，通過調(diào)節(jié)光柵的柵距P1或P2，可對61a和61b或62a和62b之間的角度進行任意的設(shè)定。根據(jù)光學的需要，可去掉凹透鏡11。
(實施例6)在本實施例的光攝像頭裝置中，具有特定的衍射光柵，其可防止跟蹤誤差信號的偏差。
圖12示出了實施例6的光攝像頭裝置1200。此裝置與實施例5的光攝像頭裝置900(圖9)的區(qū)別在于，用另外的一個衍射光柵63替代衍射光柵6(圖9)。衍射光柵63可使聚焦到光存儲介質(zhì)20上的衍射光束4a到4c，5a到5c的光斑和光存儲介質(zhì)20的記錄槽之間的位置關(guān)系可不同。另外，衍射光柵63也可使光檢測器13的元件在不同的位置接收光束4a到4c和5a到5c。通過對衍射光柵63進行設(shè)計，用于分別從光源1和光源2產(chǎn)生衍射光束4a到4c和5a到5c。
圖13A和13B分別示出了光束4a到4c和光存儲介質(zhì)20的數(shù)據(jù)記錄表面上的記錄槽之間的位置關(guān)系和光束5a到5c和數(shù)據(jù)記錄表面上的記錄槽之間的位置關(guān)系。如圖13A中所示，光束4a和4c被聚焦到CD-R格式的光學存儲介質(zhì)20記錄槽上。CD-R格式的槽柵距gp1為1.6微米，并在槽中或槽之間形成一行數(shù)據(jù)標記。數(shù)據(jù)標記的長為3微米，寬為0.6微米。與DVD-RAM不同的是，此格式的槽柵距gp1與記錄槽柵距tp1相同。將由衍射光柵63所產(chǎn)生的衍射光束4a到4c分為零-階衍射光4a，正一階衍射光4b，和負一階衍射光4c。衍射光柵的傾斜角為θ3，從而光束4b或4c與光束4a沿記錄槽柵距的位移L1b為0.8微米(＝tp1/2)。
圖11B示出了聚焦到DVD-RAM格式的光存儲介質(zhì)的記錄槽上的光束5a到5c的示意圖。當在衍射光柵63的一個光柵圖形上產(chǎn)生光束5b或5c與光束5a沿記錄槽柵距的為L2b或L2c的位置時，通過相對CD上的記錄槽調(diào)節(jié)光束可對DVD的角度θ3進行自動設(shè)定。位移為0.67微米，其小于實施例2的0.74微米的位移，并可略微降低跟蹤誤差信號的幅度，但不產(chǎn)生任何的偏差信號。DVD-RAM格式同樣包含0.62微米的標準跟蹤間距。為了從不是0.74微米而是0.62微米跟蹤間距的盤讀出數(shù)據(jù)，最好使用本實施例的光攝像頭裝置1200(圖12)。這是因為本實施例在所應用的存儲介質(zhì)的整個范圍內(nèi)都可防止跟蹤誤差信號的偏差。
在本實施例中，作為單一單元提供的衍射光柵63可保證光束4a到4c或5a到5c在光檢測器13的直行上進行對準。當存儲介質(zhì)為DVD-ROM時，通過對113a到113d的相差進行比較的相差檢測方法可獲得跟蹤誤差信號，否則，也可采用差分推挽方法，其表示為(I13a+I13d)-(I13b+I13c)+k1.{((I13e-I13f)+k2(I13g-I13h)}。其中數(shù)值k1和k2為用于根據(jù)衍射光柵63的衍射效率和光存儲介質(zhì)20的反射率而矯正信號強度的系數(shù)。
本實施例的光攝像頭裝置(圖12)最好應用于可在諸如CD-R和DVD-RAM的盤上記錄數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)記錄/重放裝置。此光攝像頭裝置1200(圖12)與實施例3的光攝像頭裝置600(圖6)一樣，可保證對兩個格式CD和DVD中的一個的衍射光柵63(圖12)進行調(diào)節(jié)，從而可自動的對另外的一個格式進行重放，由此可使調(diào)節(jié)步驟簡化。
(實施例7)在本實施例的光攝像頭裝置中，在從兩個不同的光源發(fā)出的光束像散不同時，其具有一個用于最佳設(shè)置的棱鏡。
圖14示出了實施例7的光攝像頭裝置1400。此裝置與實施例6的光攝像頭裝置1200(圖12)的區(qū)別在于用另外的一個棱鏡37替代棱鏡3(圖12)。
棱鏡37具有一個全反射表面39和一個二向色表面38，該表面為波長選擇面。從光源1發(fā)出的光束4在全反射表面39上進行反射并通過二向色表面38。另一方面，從光源2發(fā)出的光束5在二向色表面38上進行反射。光束4和5都沿通過棱鏡37后都沿相同的路徑傳播。
來自光源1的光束4具有大致為20微米的象散差，諸如增益波導激光束，并入射到象散差已經(jīng)被消除了的棱鏡37。來自光源2的光束5不通過棱鏡37，且不具有象散。當在來自各自光源的兩個光束之間存在象散時，對兩個光束中的一個的象散進行矯正。這樣可降低來自棱鏡37的兩個光束的象散，從而可利于從光存儲介質(zhì)20讀取數(shù)據(jù)。更具體的，當來自兩個各自光源的光束之間存在象散差時，最好使用本實施例的光攝像頭裝置。
光攝像頭裝置1400與實施例6的光攝像頭裝置1200(圖12)類似，具有一個衍射光柵63，可對兩個格式CD和DVD中的一個進行調(diào)節(jié)，從而可對另外的一個格式進行自動調(diào)節(jié)，以進行重放，從而簡化了調(diào)節(jié)步驟。
在不脫離本發(fā)明的范圍的情況下可對光學系統(tǒng)進行修改和變化。
(實施例8)在本實施例的光攝像頭裝置中，其使用前面所述的任意的一個光攝像頭裝置。
圖15示出了光攝像頭裝置1500。通過光存儲介質(zhì)驅(qū)動器81旋轉(zhuǎn)位于光數(shù)據(jù)裝置1500上的光存儲介質(zhì)20。光攝像頭裝置80提供了一個電路83，其具有與光存儲介質(zhì)20上的相對位置相對應的信號。電路83對信號進行放大或計算，從而略微移動光攝像頭裝置80或光攝像頭裝置80中的物鏡。驅(qū)動器82用于驅(qū)動光攝像頭裝置80，物鏡驅(qū)動器85用于驅(qū)動光攝像頭裝置中的物鏡。驅(qū)動器82或85對光存儲介質(zhì)20進行聚焦/跟蹤伺服控制操作，以變對光存儲介質(zhì)20進行寫、讀或刪除數(shù)據(jù)的操作。接口84將裝置與電源或外部電源相連。更具體的，電路83、用于光攝像頭裝置的驅(qū)動器82、光存儲介質(zhì)驅(qū)動器81和物鏡驅(qū)動器85通過接口84進行供電?？蓪㈦娫椿蛲獠侩娫吹慕涌诨蜻B接端設(shè)置在每個驅(qū)動器或電路中。
如前所述，可允許非-偏振棱鏡將第一波長光的光軸與在棱鏡的第二反射面上反射的第二波長光的光軸對準。結(jié)果，接收到兩個非偏振光束，就如同從一個信號源發(fā)出的一樣。當將此光源應用到光攝像頭裝置中時，可不使用傳統(tǒng)的1/4波長片。這樣在生產(chǎn)光攝像頭裝置期間，可使光學元件的組裝和調(diào)節(jié)大大簡化，就如同傳統(tǒng)的具有單個光源的光攝像頭裝置一樣。
即使光存儲介質(zhì)部分雙折射，由光檢測器所接收到的光的強度也保持不變，由此可保證對數(shù)據(jù)裝置上的數(shù)據(jù)進行重放。
同時，在對光攝像頭裝置進行組裝期間，將衍射光柵的位置調(diào)節(jié)為與CD和DVD中的一個的相適應，同時對另外的一個格式進行自動設(shè)置。結(jié)果，可大大的提高光攝像頭裝置的生產(chǎn)率。
至此對本發(fā)明進行了描述，但本發(fā)明并不限于此。在本發(fā)明的權(quán)利要求的范圍內(nèi)，對本領(lǐng)域中的技術(shù)人員而言所做的各種的變化和修改都在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.光源組件，該組件包含發(fā)射第一光束的第一光源；發(fā)射與第一光源不同的第二光束的第二光源；和偏轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，其對第一和第二光束進行偏轉(zhuǎn)，并釋放被偏轉(zhuǎn)的光束作為第三光束，其中偏轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)包含一個第一偏轉(zhuǎn)器，其對第一光束進行偏轉(zhuǎn)，和第二偏轉(zhuǎn)器，其對第二光束進行偏轉(zhuǎn)，從而第一偏轉(zhuǎn)光束的光軸和第二偏轉(zhuǎn)器的第二被偏轉(zhuǎn)的光束的光軸基本上一致。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光源組件，其特征在于偏轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)同樣包含第三偏轉(zhuǎn)器，其對從第一和第二偏轉(zhuǎn)器接收的第一和第二偏轉(zhuǎn)光進行偏轉(zhuǎn)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的光源組件，其特征在于第一、第二和第三偏轉(zhuǎn)器都設(shè)置在基本上平行的透明基片上。
4.一種光攝像頭裝置，其包含權(quán)利要求3的光源組件，其特征在于還包含光會聚部分，其將從光源組件接收到的第三光束會聚到光存儲介質(zhì)上；分束器，其對在光存儲介質(zhì)上反射的光束進行偏轉(zhuǎn)；和光檢測器，其接收來自分束器的偏轉(zhuǎn)光，并相對偏轉(zhuǎn)光束的強度輸出信號。
5.一種光攝像頭裝置，該裝置包含第一光源，其發(fā)射波長為λ1的第一光束；第二光源，其發(fā)射波長為λ2的第二光束，其中λ1和λ2彼此不同；和衍射器，其從由光源發(fā)射的光束產(chǎn)生多個光束；和光聚焦裝置，其將從衍射器接收的多個光束聚焦到光存儲介質(zhì)上；分束器，其對光存儲介質(zhì)上聚焦和反射的多個光束進行衍射；光檢測器，其接收來自分束器的衍射光，并相對衍射光的強度輸出信號；其中，衍射器包含彼此成一定角度設(shè)置的第一光柵和第二光柵，在第一光柵中，波長為λ1的光束的衍射效率高于波長為λ2的光束的衍射效率，在第二光柵中，波長為λ2的光束的衍射效率高于波長為λ1的光束的衍射效率。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的光攝像頭裝置，其特征在于第一光柵產(chǎn)生波長為λ1的第一光束的第一衍射光，第二光柵產(chǎn)生波長為λ2的第二光束的第二衍射光。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的光攝像頭裝置，其特征在于由第一光柵產(chǎn)生的第一衍射光的間隔和由第二光柵產(chǎn)生的第二衍射光的間隔基本上具有相同的長度。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的光攝像頭裝置，其特征在于穿過由第一光柵產(chǎn)生的第一衍射光的線和穿過由第二光柵產(chǎn)生的第二衍射光的線在光檢測器上基本上一致。
9.一種光攝像頭裝置包含第一光源，其發(fā)射第一光束；第二光源，其發(fā)射第二光束，其中第一光束和第二光束的波長彼此不同；偏轉(zhuǎn)器，其對由第一光源發(fā)射的第一光束和由第二光源發(fā)射的第二光束進行偏轉(zhuǎn)，并沿第三光軸產(chǎn)生第三光束；衍射器，其通過從偏轉(zhuǎn)器接收的第三光束產(chǎn)生多個光束；光會聚裝置，其將從衍射器接收的多個光束聚焦到光存儲介質(zhì)上；分束器，其對光存儲介質(zhì)上聚焦和反射的多個光束進行衍射；光檢測器，其接收來自分束器的衍射光，并相對衍射光的強度輸出信號。
10.一種光攝像頭裝置，其特征在于包含第一光源，其發(fā)射波長為λ1的第一光束；第二光源，其發(fā)射波長為λ2的第二光束，其中λ1和λ2彼此不同；和光聚焦裝置，其將從第一光源接收的第一光束和從第二光源接收的第二光束會聚到光存儲介質(zhì)上；分束器，其對光存儲介質(zhì)上聚焦和反射的第一和第二光束進行偏轉(zhuǎn)；光檢測器，其接收來自分束器的偏轉(zhuǎn)光，并相對偏轉(zhuǎn)光的強度輸出信號；其中分束器為全息光學元件，包含第一全息結(jié)構(gòu)和第二全息結(jié)構(gòu)，第一全息結(jié)構(gòu)中，波長為λ1的光束的衍射效率高于波長為λ2的光束的衍射效率，第二全息結(jié)構(gòu)中，波長為λ2的光束的衍射效率高于波長為λ1的光束的衍射效率。
11.根據(jù)權(quán)利要求4所述的光攝像頭裝置，其特征在于第一光束的波長為λ1，第二光束的波長為λ2，其中分束器為全息光學元件，包含第一全息結(jié)構(gòu)和第二全息結(jié)構(gòu)，第一全息結(jié)構(gòu)中，波長為λ1的光束的衍射效率高于波長為λ2的光束的衍射效率，第二全息結(jié)構(gòu)中，波長為λ2的光束的衍射效率高于波長為λ1的光束的衍射效率。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的光攝像頭裝置，其特征在于由第一全息結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的衍射光束和由第二全息結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的衍射光束在光檢測器上基本上對準。
13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的光攝像頭裝置，其特征在于第一光源、第二光源和光檢測器被形成為一個單一的結(jié)構(gòu)。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的光攝像頭裝置，其特征在于光檢測器接收來自全息光學元件的共軛光。
15.一種數(shù)據(jù)記錄/重放裝置，其包含根據(jù)權(quán)利要求4所述的的光攝像頭裝置；驅(qū)動器，其改變光攝像頭裝置相對數(shù)據(jù)存儲介質(zhì)的位置；和電信號處理器，其執(zhí)行數(shù)學運算，響應從光攝像頭裝置接收的信號生成所需的數(shù)據(jù)。
全文摘要
一種光源組件,它包含第一光源,用于發(fā)射第一光束,第二光源,用于發(fā)射不同于第一光束的第二光束,和一個偏轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu),其對第一和第二光束進行偏轉(zhuǎn),并由被偏轉(zhuǎn)光形成第三光束。偏轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)包含第一和第二偏轉(zhuǎn)器,其對第一和第二光速進行偏轉(zhuǎn),從而使第一和第二被偏轉(zhuǎn)光的光軸基本上一致。
文檔編號G11B7/13GK1340816SQ01120008
公開日2002年3月20日 申請日期2001年7月4日 優(yōu)先權(quán)日2000年7月7日
發(fā)明者門脅慎一, 金馬慶明 申請人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會社