CN101009114A - 光学读取装置 - Google Patents

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Abstract

光学读取装置中，全息元件13分成八个区域。操作中，全息元件向形成两对衍射光组的四组衍射光增加不同的透镜光学能力。光学读取装置中，光接收元件19分成四个区域接收这些衍射光。光学读取装置输出对应形成来自光盘5的反射光的四个象限A，B，C和D的信号，以允许使用“象散法”相同的逻辑计算聚焦－误差信号。

Description

光学读取装置
技术领域
本发明涉及一种从例如光盘的信息记录介质记录/再生信息信号的光学读取(pickup)装置。
背景技术
已经有传统上使用的用作普通信息记录介质的光盘，例如广泛使用的所谓的“CD(压缩光盘)”，“DVD(数字化视频光盘)”和其他光盘。近来，不仅最初使用的只播放标准还有可记录的标准(例如，“CD-R”，“CD-RW”。“DVD-RAM”，“DVD-R”，“DVD-RW”，“+R”，“+RW”)都已经迅速普及。另外，“BD(蓝光光盘)”和“HD-DVD”也进入实际应用，作为处理高清晰视频信号的光盘。
在形成记录/再生此类关盘相关信息的读写设备(即光盘系统)的主要组件的光学读取装置中，光接收/发射功能是最基本的。另外，对于读写设备中基本物理操作方式的聚焦伺服(聚焦调节)和循轨伺服(循轨调节)操作，检测聚焦-误差(focus-error)信号和循轨-误差信号的光电功能是对光学读取装置很必要的。
为了应对上述标准的各种光盘，需要一种具有适于相应标准的光盘的某些误差信号检测功能的光学读取装置。而且，希望开发一种光学读取装置，不仅具有这些功能，还具有一种合理化的光学系统，使其结构简化并且能以高精度读取信息信号。实际上，对这个行业中的各个公司来说开发上述光学读取装置是具有竞争性的事情。
通常，在读写设备中，光学读取装置读取的信号输出提供给FEP(前端处理器)，该FEP具有基于信号输出执行计算和驱动控制的集成电路(IC)。此情形下，需要作为读写设备组件的光学读取装置既不需要特定计算也不需要开发单独FEP而能输出全部目的的信号。
作为现有技术中检测读取装置聚焦-误差信号的一种检测方法，日本专利申请第H10(1998)-64080号公开了所谓的“象散(astigmatism)法”(参见公开文本图1、2和3)。作为举例，图1示出了一种采用这种“象散法”的光学读取装置。在此读取装置中，从半导体激光器101发射激光束。准直透镜102将发射的激光束改变为平行激光光束。然后，如此取向的激光光束通过极化光束分离器103透射到物镜104。激光光束由物镜104会聚，进而发射(或投射)到光盘105。然后，激光光束在光盘105记录表面的记录轨道(凹坑(pit)线)上形成光点。同时，从光盘105的反射光通过物镜104透射到极化光束分离器103。然后，反射光进一步由极化光束分离器103反射向检测透镜107。接着，反射光由检测透镜107会聚并透射通过作为象散生成器的柱面透镜108。如图2B所示，经过柱面透镜108的反射光到达象限光检测器109并在检测器109光接收面的中心附近形成点SP。光检测器109具有通过两个正交取向的分隔线L1，L2将光接收面划分所得到的四个光接收区域DET1，DET2，DET3和DET4。在象限光检测器109中，分隔线L1平行于光学映象(optical mapping)的切线方向，它基本上与光盘105记录轨道的切线方向一致。另一方面，分隔线L2平行于光学映象的径向方向，它基本上与光盘105记录轨道的径向方向一致。
设置柱面透镜108用于在来自光盘105的反射光中生成象散。对于此反射光，在其光轴的不同位置上形成了两条以直角相互交叉的焦线。当投射到光盘105信号记录面上的激光束处于焦点对准的状态时，象限光检测器109上的点SP位于上述两条焦线之间，还基本上形成圆形(正圆)，如图2B所示。
如果发射到光盘105的激光束的焦点位于信号记录面的前侧(即，当光盘105和物镜104之间的距离变大时)，那么由反射光在检测器109上形成的点SP实际上形成在接近其中一条焦线的位置上，形成在检测器109的对角线方向上具有长轴的椭圆形点，如图2A所示。
如果发射到光盘105的激光束的焦点位于信号记录面的背侧(即，当光盘105和物镜104之间的距离变小)，那么由反射光在检测器109上形成的点SP实际上形成在接近另一条焦线的位置上，形成在检测器109的另一条对角线方向上具有长轴的椭圆形点，如图2C所示。
象限光检测器109生成四个分别与投射到光接收区DET1，DET2，DET3和DET4的光的强度成比例的电信号，并向聚焦-误差检测电路110提供这些信号，如图1所示。接收到这些信号之后，聚焦-误差检测电路110生成聚焦-误差信号(FES)并将其提供给致动器驱动电路111。然后，致动器驱动电路110向携带物镜104的致动器112提供聚焦驱动信号。接收到聚焦驱动信号之后，致动器112进行工作以在光轴方向上移动物镜104。
聚焦-误差检测电路110连接到象限光检测器109的光接收区DET1，DET2，DET3和DET4，如图3所示。在聚焦-误差检测电路110中，来自关于光检测器109光接收面中心O对称的两个光接收区DET1和DET3的光-光电流转换输出由第一加法器113相互叠加，而来自两个光接收区DET2和DET4的光-光电流转换输出由第二加法器114相互叠加。从这些加法器113，114的输出都提供给差动放大器115。差动放大器115计算输入之间的差值，并将差值以聚焦-误差信号(FES)的形式输出。也就是，如果以符号“DET1”，“DET2”，“DET3”和“DET4”分别代表相应光接收区的输出信号，那么可由表达式：FES＝(DET1+DET3)-(DET2+DET4)得到聚焦-误差信号FES。
当发射到光盘105信号记录面上的激光束处于焦点对准的状态时，象限光检测器109上点SP的光强表现出关于光接收面中心O对称的强度分布，使得聚焦-误差信号变为零(0)。而如果发射到光盘105信号记录面上的激光束不处于焦点对准的状态，那么来自检测器109一条对角线上的两个光接收区的光-光电流转换输出的总和不同于检测器109另一条对角线上的其他光接收区的光-光电流转换输出的总和。因此，在这种情况下，从差动放大器115输出的聚焦误差信号具有对应此时聚焦误差的值。
作为现有技术中检测读取装置聚焦-误差信号的另一种检测方法，日本专利申请第2629781号(参见图8)和第2724422号(参见图6)公开了所谓的“SSD(spot size detection，点尺寸检测)法”。在采用此点尺寸法的读取装置中，如图4所示，来自光盘的反射光被未示出的全息元件等分散成两个或多个光通量(light flux)R1，R2。然后，光通量R1，R2分别以不同的正光焦度(positive power)成为会聚光。光通量R1在到达通量会聚点之前由光接收元件201接收，而另一个光通量R2在通过通量会聚点之后由另一个光接收元件202接收。
在光接收元件201中，其光接收面由平行分隔线分为三个光接收区DET1，DET2和DET3，如图5所示。而在另一个光接收元件202中，其光接收面由平行分隔线分为三个光接收区DET4，DET5和DET6。相应的光通量R1，R2在相应光接收面的中心附近形成点。
当发射到光盘105信号记录面上的激光束处于焦点对准的状态时，从反射光分散出来的光通量R1，R2在光接收元件201，202上形成的点具有彼此基本相等的尺寸，如图5所示。
如果发射到光盘105的激光束的焦点位于信号记录面的背侧(即，当光盘105和物镜104之间的距离变小)，那么从反射光分散出来的光通量R1，R2在光接收元件201，202上形成的点将形成在光通量R1的会聚点附近，从而光通量R1的点变小而光通量R2的另一个点变大。
如果发射到光盘105的激光束的焦点位于信号记录面的前侧(即，当光盘105和物镜104之间的距离变大时)，那么从反射光分散出来的光通量R1，R2在光接收元件201，202上形成的点将形成在另一个光通量R2的会聚点附近，从而光通量R1的点变大而光通量R2的另一个点变小。
如果光通量R1，R2形成的点变小，那么光通量功率(flux power)将集中在相应光接收元件201，202中心的光接收区DET2，DET5。相反地，如果光通量R1，R2形成的点变大，那么通量功率分散到光接收元件201，202两侧的光接收区DET1，DET3，DET4和DET6。也就是，如果以符号“DET1”，“DET2”，“DET3”，“DET4”，“DET5”和“DET6”分别代表相应光接收元件201，202的各个输出信号，那么可由表达式：FES＝(DET1+DET3+DET5)-(DET2+DET4+DET6)得到聚焦-误差信号FES。
同时，在上述“CD”和“DVD”的光学读取装置中，经常出现的情况是在具有非集成形式的光学构造的光学读取装置(大体积光学系统)中采用象散法。另外，在象散法的情形下，需要以高精度调整象限光检测器相对于来自光盘的反射光的位置，导致读取装置的制造和调整过程非常复杂。
不过，如果采用所谓的“推-拉法”或者“DPD(差相检测)法”作为检测循轨-误差信号的方法，象散法将更有利，因为在象散法中由光盘反射的光的强度由切向和径向轴分成四个象限并以四个分量的形式表示。因此在采用“推-拉法”或者“DPD(差相检测)法”的情形，可以利用象散法中来自象限光检测器的信号输出。
另一方面，经常出现的情况是在具有使用全息元件等的集成光学系统的光学读取装置中采用SSD法。也就是，在采用SSD法的情况下，不同透镜光学能力(lens power)(正光焦度)附加到两个光通量(即，全息元件的±一级衍射光)，进而通过以平行于径向轴的分隔线划分一个光接收区得到的三个分区的相应信息的形式检测这些(两个)光通量每个的强度。因此，在采用SSD法的光学读取装置中，聚焦-误差信号的检测精度没有可能受依赖于光通量元件波长的全息衍射角变化引起的光点移动或者径向轴方向上光学系统的安装误差的影响。总之，采用SSD法的光学读取装置能够放宽它在径向轴方向上的安装精度。
另外，由于SSD法使用的两个光通量关于切线方向相互对称，而且又具有不同透镜光学能力，还可能互补地放宽相对于切向方向的安装精度。
然而，在采用SSD法的情况下，很难检测来自光盘的反射光的强度分量，其由切向轴同等(equivalent)方向的分隔线所划分得到，并且在DPD法和推-拉法中也需要。即使在全息元件中作如此划分，也需要不同于SSD法的三部分划分区域来划分另一个元件的区域，因为使用径向和切向轴的象限划分(对于DPD，推-拉)和SSD法的三部分划分之间逻辑上没有一致性。
因此，如果采用推-拉法或者DPD法检测循轨-误差信号，那么检测循轨-误差信号的光路必须与检测聚焦-误差信号的光路分开(还有它们相应的输出系统)，这导致光学读取装置结构复杂化。
以此方式，象散法和SSD法都有优点和缺点。在任一采用其中一种方法的情况下，需要牺牲另一种方法的优点而选择唯一一种。
另外，由于象散法和SSD法在聚焦-误差信号的算法逻辑之间存在不同，象散法生成聚焦-误差信号的FEP(前端处理器)与另一种SSD法的FEP不兼容，对于每一种方法需要唯一的FEP。因此，对于象散法已经存在作为一个单元的读-写设备，SSD法的光学读取装置没有任何可以互换的组件。而且，这两种方法都能处理的FEP结构很复杂。
发明内容
在上述的情况下，本发明的目的是提供一种光学读取装置，能够放宽其在径向轴方向上的安装精度，而不会受依赖于光通量元件波长的衍射角变化引起的光点移动或者径向轴方向上光学系统的安装误差的影响，并且能够互补地放宽相对于切向方向的安装精度(即，SSD法的优点)。本发明的另一目的是提供一种光学读取装置，能够保证其与象散法聚焦-误差信号的检测在算法逻辑上的兼容性，允许使用象散法的FEP(前端处理器)作为计算聚焦-误差信号的FEP，并且能够使用由切向和径向轴将来自信息记录介质的发射光强度分成四象限而获得的强度分量进行循轨-误差信号检测(即，通过“推-拉法”、“2-元件DPD法”和“4-元件DPD法”检测)。
为了达到这些目的，根据本发明的第一方面，提供了一种光学读取装置，其将会聚光发射到沿着记录轨道记录有信息信号的信息记录介质上，检测来自信息记录介质的会聚光的反射光并读取信息信号，该读取装置包括：全息元件，形成在包含来自信息记录介质的反射光的转接区域的平面上；光接收元件，检测通过全息元件的反射光，其中：该全息元件由与延展平行于光学映象中反射光的反射光轴的切向轴一致的第一分隔线，与穿过反射光轴的径向轴一致、并与光学映象中记录轨道垂直交叉的第二分隔线，延展平行于第二分隔线的第三分隔线和延展平行于第二分隔线的第四分隔线划分成八个区域，该第三分隔线与第四分隔线关于第二分隔线对称；全息元件的八个区域分为在第二分隔线的一侧的第一和第二区域组以及在第二分隔线的另一侧的第三和第四区域组，第一和第二区域组中每个包含关于第一分隔线和第三分隔线或者第四分隔线的交叉点在对角线方向上彼此相对的两个区域，第三和第四区域组中每个包含关于第一分隔线和第四分隔线或者第三分隔线的交叉点在对角线方向上彼此相对的两个区域，一个区域组中两个区域的每个都部分构成一组曲线，其产生具有连续波面的衍射光；第一到第四区域组形成为使得每个区域组中划分零级和±一级衍射光的方向基本上与径向轴的同等方向一致；第一到第四区域组形成为使得生成两对衍射光组，其中一对衍射光组相对反射光轴的衍射角不同于另一对衍射光组相应的衍射角；第一到第四区域组形成为对于相应衍射光在切向轴的同等方向增加不同的透镜光学能力，从而形成不同会聚角的会聚光，该相应的衍射光包括在相同对的衍射光组中并且其相对反射光轴的衍射角彼此相等；光接收元件形成为在发射到信息记录介质的会聚光处于聚焦对准状态时，至少包含由第一到第四区域组在对反射光轴基本相同方向上衍射的两对衍射光组的相应转接区域；光接收元件形成在与全息元件在反射光轴方向上分隔的平面上，使得允许两对衍射光组在发射到信息记录介质的会聚光处于聚焦对准状态的情况下彼此空间分离；所述平面位于两对衍射光组中一个衍射光切线方向上的焦线和两对衍射光组中另一衍射光切线方向上的另一条焦线之间；光接收元件由平行于切向轴同等方向并基本位于两对衍射光组中点的第五分隔线和平行于径向轴同等方向而穿过反射光轴的第六分隔线划分为四个光接收区，该四个光接收区产生四个光-光电流转换输出，每一个与衍射光照射强度任一个成比例；以及光接收元件构造成如果发射到信息记录介质的会聚光处于聚焦对准状态，则衍射光组中对应第三分隔线和第四分隔线的分布线与光接收元件的第二分隔线一致，从而四个光接收区形成四个光-光电流转换输出，对应于由切向轴和径向轴划分来自信息记录介质的反射光而获得的四个象限分量。
由于光接收元件的第二分隔线平行于光学映象中的径向轴，上述光学读取装置光学上具有“SSD法”的特征。另外，上述光学读取装置能够独立而无遗漏地检测通过由切向轴和径向轴划分来自信息记录介质的反射光强度而获得的四个象限的四个分量。因此，上述光学读取装置能够在算法逻辑上执行被认为是“象散法”的检测。
为了达到上述目的，根据本发明的第二方面，还提供了一种光学读取装置，其将会聚光发射到沿着记录轨道记录有信息信号的信息记录介质上，检测来自信息记录介质的会聚光的反射光并读取信息信号，该读取装置包括：全息元件，形成在包含来自信息记录介质的反射光的转接区域的平面上；光接收元件，检测通过全息元件的反射光，其中：该全息元件由与延展平行于光学映象中反射光的反射光轴的切向轴一致的第一分隔线，与穿过反射光轴的径向轴一致、并与光学映象中记录轨道垂直交叉的第二分隔线，延展平行于第二分隔线的第三分隔线和延展平行于第二分隔线的第四分隔线划分成八个区域，该第三分隔线与第四分隔线关于第二分隔线对称；全息元件的八个区域分为在第二分隔线的一侧的第一和第二区域组以及在第二分隔线的另一侧的第三和第四区域组，第一和第二区域组中每个包含关于第一分隔线和第三分隔线或者第四分隔线的交叉点在对角线方向上彼此相对的两个区域，第三和第四区域组中每个包含关于第一分隔线和第四分隔线或者第三分隔线的交叉点在对角线方向上彼此相对的两个区域，一个区域组中两个区域的每个都部分构成一组曲线，其产生具有连续波面的衍射光；第一到第四区域组形成为使得每个区域组中划分零级和±一级衍射光的方向基本上与径向轴的同等方向一致；第一到第四区域组形成为使得生成两对衍射光组，其中一对衍射光组相对反射光轴的衍射角不同于另一对衍射光组相应的衍射角；第一到第四区域组形成为对于相应衍射光在切向轴同等方向和径向轴同等方向中每一个增加不同的透镜光学能力，从而产生不同会聚角的会聚光，该相应的衍射光包括在相同对的衍射光组中并且其相对反射光轴的衍射角彼此相等；光接收元件形成为在发射到信息记录介质的会聚光处于聚焦对准状态时，至少包含由第一到第四区域组在对反射光轴基本相同方向上衍射的两对衍射光组的转接区域；光接收元件形成在与全息元件在反射光轴方向上分隔的平面上，使得允许两对衍射光组在发射到信息记录介质的会聚光处于聚焦对准状态的情况下彼此空间分离；所述平面位于两对衍射光组中一个衍射光切线方向上的焦线和两对衍射光组中另一衍射光切线方向上的另一条焦线之间、以及两对衍射光组中一个衍射光径向方向上的焦线和两对衍射光组中另一衍射光径向方向上的另一条焦线之间；光接收元件由平行于切向轴同等方向并基本位于两对衍射光组中点的第五分隔线和平行于径向轴同等方向而穿过反射光轴的第六分隔线划分为四个光接收区，该四个光接收区产生四个光-光电流转换输出，每个与衍射光照射强度任一个成比例；以及光接收元件构造成如果发射到信息记录介质的会聚光处于聚焦对准状态，则衍射光组中对应第三分隔线和第四分隔线的分布线与光接收元件的第二分隔线一致，从而四个光接收区产生四个光-光电流转换输出，对应于由切向轴和径向轴划分来自信息记录介质的反射光而获得的四个象限分量。
由于光接收元件的第二分隔线平行于光学映象中的径向轴，上述光学读取装置光学上具有“SSD法”的特征。另外，上述光学读取装置能够独立而无遗漏地检测通过由切向轴和径向轴划分来自信息记录介质的反射光强度而获得的四个象限的四个分量。因此，上述光学读取装置能够在算法逻辑上执行被认为是“象散法”的检测。
附图说明
图1示出了现有技术中采用象散法的光学读取装置结构的侧视图；
图2A，2B和2C示出了现有技术中采用象散法的光学读取装置中象限光检测器结构的前视图；
图3示出了现有技术中采用象散法的光学读取装置中聚焦-误差信号检测电路构成的框图；
图4示出了现有技术中采用SSD法的光学读取装置中光接收元件结构的侧视图；
图5示出了现有技术中采用SSD法的光学读取装置中光接收元件结构的平面图；
图6示出了本发明光学读取装置的光学系统的结构的透视图；
图7示出了本发明第一实施例光学读取装置的全息元件结构的平面图；
图8示出了本发明第一实施例光学读取装置的光接收元件结构的平面图；
图9示出了本发明第一实施例光学读取装置中聚焦-误差信号检测操作的平面图；
图10示出了说明光学读取装置中聚焦-误差信号检测和象散法之间兼容性的平面图；
图11示出了本发明第二实施例光学读取装置的全息元件结构的平面图；
图12示出了本发明第二实施例光学读取装置的光接收元件结构的平面图；
图13示出了本发明第二实施例光学读取装置中聚焦-误差信号检测操作的平面图。
具体实施方式
以下将参考附图描述本发明的实施例。
(第一实施例)
图6示出了本发明光学读取装置的光学系统的结构的透视图。
读取装置向作为信息记录介质的光盘(沿着记录轨道记录有信息信号)发射会聚光，并通过检测来自光盘的会聚光的反射光读取出信息信号。
在光学读取装置中，从安装在底座1的激光元件2发射出的光通量在形成棱镜一个端面的反射镜3处反射并随后从全息元件13透射到物镜4。在全息元件13处，该光通量(即，出射光)不会受到任何效果的损害。
进入物镜4的光通量变为会聚光会聚到光盘5的信号记录面，在该面上形成光点6。
信号记录面上反射形成的反射光(即回射光)返回到物镜4并随后通过物镜4进入全息元件13。该全息元件13设立在包含来自光盘5的反射光所经过区域的平面上。全息元件13设置在透明衬底12上，具有精细周期性结构。
此处，将与光盘5上记录轨道8的切线平行的轴称为“切向轴9”，并将与切向轴9直角交叉并穿过光盘5旋转中心10的轴称为“径向轴11”。从光盘5出射和到光盘5的光通量的光轴7垂直于切向轴9和径向轴11。
光盘5反射的并进入全息元件13的反射光经过全息元件13衍射。如此后将提及的，全息元件13由多个分隔线14，15，16，17分成多个区域(八个区域)。来自光盘5的反射光在全息元件13的相应分隔区域经过不同或相同的衍射。经过衍射的反射光在相对光轴7预定角度上从零级光偏离到一级衍射光，从而从全息元件13发射出两对衍射光组(总共四个衍射光)。该两对衍射光组进入光接收衬底18。
光接收元件19形成在光接收衬底18上。该两对衍射光组经过全息元件13一起进入光接收元件19没有泄露。从而，光接收元件19检测透射过全息元件13的反射光。
如之后所述的，光接收元件19由两个分隔线20，21分成四个光接收区。对于每个光接收区，光接收元件19对应入射光通量的光强进行光-光电流转换，进而输出信号。从而，对应四个光接收区，光接收元件19输出四个信号。
注意来自光盘5的反射光的零级光(全息元件13处)沿光轴7前进不会经过衍射，并将返回到形成棱镜一个端面的反射镜3。该零级光通过反射镜3进入棱镜。零级光由未示出的设置在棱镜底侧的光接收元件接收。从该光接收元件输出的信号形成光盘5中记录的信息的读取信号。
图7示出了全息元件结构的平面图。
如图7所示，全息元件13由与平行于光学映象中切向轴9一致的第一分隔线14，与光学映象中径向轴11一致的第二分隔线15，平行于第二分隔线15的第三分隔线16，和平行于第二分隔线15的第四分隔线17划分成八个区域。而且，第三分隔线16与第四分隔线17关于第二分隔线15对称。
在全息元件13中，这八个区域包括第二分隔线15一侧的第一区域组和第二区域组，每个组包括两个关于第一分隔线14和第三分隔线16的交叉点在对角线方向上彼此相对的区域；并包括在第二分隔线15另一侧的第三和第四区域组，每个组包含两个关于第一分隔线14和第四分隔线17的交叉点在对角线方向上彼此相对的两个区域。
一个区域组中包括的两个区域中每个都部分构成一组曲线形成具有连续波面的衍射光。与第一到第四区域组相同，每个区域组中衍射零级和±一级衍射光的方向基本上与径向轴的同等方向一致。另外，在第一区域组中，其在径向轴同等方向上的衍射角基本等于第二区域组在径向轴同等方向上的衍射角。类似的，第三区域组在径向轴同等方向上的衍射角基本等于第四区域组在径向轴同等方向上的衍射角。注意，第一区域组在径向轴同等方向上的衍射角不同于第三区域组在径向轴同等方向上的衍射角。
也就是，在图7中，以符号“凹LaA”和“凹LaB”表示的部分(即，第一区域组)都由同组曲线的相应部分形成，并且被用于以较小的衍射角提供反射光以便将反射光照射到图8所示光接收元件19左侧的接受区。此外，在图7中，以符号“凸LbA”和“凸LbB”表示的部分(即，第二区域组)都由同组曲线的相应部分形成，并且被用于以较小的衍射角提供反射光以便将反射光照射到图8所示光接收元件19左侧的接受区。
在图7中，以符号“凹RcC”和“凹RcD”表示的部分(即，第三区域组)都由同组曲线的相应部分形成，并且被用于以较大的衍射角提供反射光以便将反射光照射到图8所示光接收元件19右侧的接受区。此外，在图7中，以符号“凸RdC”和“凸RdD”表示的部分(即，第四区域组)都由同组曲线的相应部分形成，并且被用于以较大的衍射角提供反射光以便将反射光照射到图8所示光接收元件19右侧的接受区。
这些区域组相同的是，衍射方向基本与径向轴方向一致。而且，这些区域组都设置为将衍射光发射到光接收元件19，这是光轴7在径向轴方向上的延伸。此外，由第一到第四区域组，形成了两对衍射光组(第一和第二区域组的第一衍射光组；第三和第四区域组的第二衍射光组)，其相对反射光光轴(即，反射光轴)的衍射角彼此不同。
应当注意，全息元件13中反射光(即，返回光)的入射轮廓(contour)30是同等于物镜4开口的部分。因此，较佳的是第三分隔线16和第四分隔线17之间的间距设置在轮廓30直径的40％到60％的范围内。
对于形成相同衍射光组的各衍射光，其相对反射光轴7的衍射角彼此相等(例如，第一衍射光组中的一个衍射光和另一个衍射光；第二衍射光组中的一个衍射光和另一个衍射光)，在切向轴的同等方向上具有彼此不同的附加透镜光学能力，从而形成了具有彼此不同会聚角的会聚光。
也就是，图7中，分别以符号“凹LaA”，“凹LaB”，“凹RcC”和“凹RcD”表示的部分(即，第一区域组和第三区域组)将对应切线方向上凹透镜的透镜光学能力增加到照射光接收元件19的一级衍射光中。当进入每个区域的反射光都是会聚光时，它将因对应凹透镜的附加透镜光学能力而变为具有平缓(gentle)角的会聚光。
还有，图7中，分别以符号“凸LbA”，“凸LbB”，“凸RdC”和“凸RdD”表示的部分(即，第二区域组和第四区域组)将相对切线方向上对应凸透镜的透镜光学能力增加到照射到光接收元件19的一级衍射光中。当进入每个区域的反射光都是会聚光时，它将因对应凸透镜的附加透镜光学能力而变为具有尖锐(steep)角的会聚光。
光接收元件19如下形成。首先，如图6所示，如果发射到光盘5的会聚光处于聚焦对准状态，那么光接收元件将包括两对衍射光组相应的转接(transmit)区域，该两对衍射光组由第一到第四区域组在相对反射光轴7的基本上相同方向(即，基本上为径向轴方向)上被衍射。然后，在与光轴方向上全息元件13分隔的平面上形成光接收元件19，以允许两对衍射光组在发射到光盘5的会聚光处于聚焦对准状态时彼此空间分离。
也就是，尽管全息元件13第一到第四区域组衍射形成的两对衍射光组在恰好被从全息元件13发射出的点形成了基本完整的轮廓，由于彼此之间衍射角的不同它们将逐渐彼此分开。经此分开，当它们到达与全息元件13在光轴方向上相距预定距离的特定位置时，两对衍射光组在衍射方向、即径向轴方向上彼此分离。
此外，光接收元件19形成在位于由全息元件13第一到第四区域组所衍射成的两对衍射光组中一个衍射光的焦线(切线方向上)和另一衍射光的另一条焦线(切线方向上)之间的平面上。
也就是，当全息元件13衍射的两对衍射光组中相应衍射光在切线方向设置有不同透镜光学能力时，切线方向上相应点的尺寸在焦线之间基本中间的位置上变得彼此相等。光接收元件19设置在这样的位置上。
图8示出了光接收元件19的平面图。
如图8所示，光接收元件19由第一分隔线20和第二分隔线21分为四个光接收区。第一分隔线20平行于切向轴同等方向并基本位于两对衍射光组的中点。而第二分隔线21平行于径向轴同等方向并穿过反射光轴7。这四个光接收区形成四个光-光电流转换输出，每一个与衍射光照射强度任一个成比例。这些光-光电流转换输出通过分别对应四个光接收区的四个信号输出终端读取出。
在光接收元件19中，形状与全息元件13中相应区域的形状相同的光点形成在由两对衍射光组分成两对的四个轮廓31中。此外，光接收元件19构造成如果发射到光盘5的会聚光处于聚焦对准状态，则(衍射光组中)对应第三分隔线16和第四分隔线17的分布线(profile line)与光接收元件19的第二分隔线21一致。
假设字母A，B，C和D分别代表切向轴9和径向轴11划分来自光盘5的反射光得到的四个象限，如果6所示。这时，得到的四个分量A，B，C和D分别对应图8中以A，B，C和D表示的光接收元件19上的光接收区。
以此方式，光接收元件19的四个光接收区形成四个光-光电流转换输出，每个都与两对衍射光组中任一个成比例，光-光电流转换输出A，B，C和D分别对应切向轴9和径向轴11划分反射光得到的四个象限的分量。
图9示出了检测聚焦-误差信号操作的平面图。
根据本实施例的读取装置，如图9所示，全息元件13上四个象限(A，B，C和D)分量分成两对衍射光组并被光接收元件19接收。使用光-光电流转换输出A，B，C和D，聚焦-误差信号FE可由表达式：FE＝(A+C)-(B+D)计算得到。
当光盘5具有处于聚焦对准状态(图9中以“正好”表示)的会聚光时，两对衍射光组形成的相应光点变得彼此相等，从而聚焦-误差信号FE达到零(0)。在此状态下，由于光-光电流转换输出A，B，C和D分别对应全息元件13上四个象限(A，B，C和D)分量，推-拉信号TEpp，2-元件DPD信号TE2-dpd，4-元件DPD信号TE4-dpd，可以使用相应光-光电流转换输出A，B，C和D通过以下计算式得到：
TEpp＝(A+D)-(B+C)；
TE2-dpd：[A+D]和[B+C]之间相位比较；
TE4-dpd：[A+滞后-D]和[B+滞后-C]之间相位比较。
当会聚光不在光盘5上处于聚焦对准状态时，换句话说，物镜4更接近光盘5(图9中以“近”表示)或者物镜4更远离光盘5(图9中以“远”表示)，聚焦-误差信号FE不变为零(0)，如下：
(近)FE＝(A+C)-(B+D)＜0
(远)FE＝(A+C)-(B+D)＞0
当物镜4更接近光盘5(近)时，聚焦-误差信号FE具有与物镜4离光盘5更远的情况下聚焦-误差信号FE相反的极性。也就是，应当理解本实施例的聚焦-误差信号FE确切地作用为一种聚焦-误差信号。
图10示出了解释本读取装置中聚焦-误差信号的检测与象散法之间兼容性的平面图。
将本发明光学读取装置的聚焦-误差信号检测与现有技术中象散法的相比，可以发现图10左列所示象散法与图10右列所示本发明在反射光分割方式和光接收点的形状不同，而输出信号(光-光电流转换输出A，B，C和D)完全兼容。这意味着本发明的光学读取装置能够使用光-光电流转换输出A，B，C和D通过现有技术中与象散法相同的计算方法计算聚焦-误差信号。
(第二实施例)
全息元件13中区域组的构成和光接收元件13中光接收区的构成将如以下进行修改。
图11示出了本发明第二实施例全息元件的构成的平面图。应注意，在第二实施例中，与第一实施例类似的元件以相同的参考数字表示。
如图11所示，根据第二实施例，全息元件13由与平行于光学映象切向轴9一致的第一分隔线14，与光学映象中径向轴11一致的第二分隔线15，平行于第二分隔线15的第三分隔线16和平行于第二分隔线15的第四分隔线17划分成八个区域。而且，第三分隔线16与第四分隔线17关于第二分隔线15对称。
在全息元件13中，这八个区域包括在第二分隔线15的一侧的第一和第二区域组，第一和第二区域组每个包含两个关于第一分隔线14和第三分隔线16的交叉点在对角线方向上彼此相对的区域；还包括在第二分隔线15的另一侧的第三和第四区域组，第三和第四区域组每个包含两个关于第一分隔线14和第四分隔线17的交叉点在对角线方向上彼此相对的区域。
包括在同一区域组中两个区域的每个都部分地在同一组中构成一组曲线，形成具有一致连续波面的衍射光。第一到第四区域组相同的是，每个区域组中衍射零级和±一级衍射光的方向基本上与径向轴的同等方向一致。另外，在第一区域组中，其在径向轴同等方向上的衍射角基本等于第二区域组在径向轴同等方向上的衍射角。类似的，第三区域组在径向轴同等方向上的衍射角基本等于第四区域组在径向轴同等方向上的衍射角。注意，第一区域组在径向轴同等方向上的衍射角不同于第三区域组在径向轴同等方向上的衍射角。
也就是，在图11中，以符号“凹LaA”和“凹LaB”表示的部分(即，第一区域组)都由同组曲线的相应部分形成，并且被用于以较小的衍射角提供反射光以便将反射光照射到图12所示光接收元件19左侧的接受区。此外，在图11中，以符号“凸LbA”和“凸LbB”表示的部分(即，第二区域组)都由同组曲线的相应部分形成，并且被用于以较小的衍射角提供反射光以便将反射光照射到图12所示光接收元件19左侧的接受区。
在图11中，以符号“凹RcC”和“凹RcD”表示的部分(即，第三区域组)都由同组曲线的相应部分形成，并且被用于以较大的衍射角提供反射光以便将反射光照射到图12所示光接收元件19右侧的接受区。此外，在图11中，以符号“凸RdC”和“凸RdD”表示的部分(即，第四区域组)都由同组曲线的相应部分形成，并且被用于以较大的衍射角提供反射光以便将反射光照射到图12所示光接收元件19右侧的接受区。
这些区域组相同的是，衍射方向基本与径向轴方向一致。而且，这些区域组都设置为将衍射光发射到光接收元件19，这是光轴7在径向轴方向上的延伸。此外，由第一到第四区域组，形成了两对衍射光组(第一和第二区域组的第一衍射光组；第三和第四区域组的第二衍射光组)，其相对反射光光轴(即，反射光轴)的衍射角彼此不同。
应当注意，全息元件13中反射光(即，返回光)的入射轮廓30是同等于物镜4开口的部分。因此，较佳的是第三分隔线16和第四分隔线17之间的间距设置在轮廓30直径的40％到60％的范围内。
对于形成相同衍射光组的衍射光，其相对反射光轴7的衍射角彼此相等(即，第一衍射光组中的一个衍射光和另一个衍射光；第二衍射光组中的一个衍射光和另一个衍射光)，在切向轴和径向轴的同等方向上都具有彼此不同的附加透镜光学能力，从而形成了具有彼此不同会聚角的会聚光。
也就是，图11中，分别以符号“凹LaA”，“凹LaB”，“凹RcC”和“凹RcD”表示的部分(即，第一区域组和第三区域组)将对应每一切线轴方向和径向轴同等方向上的凹透镜的透镜光学能力增加到照射光接收元件19的一级衍射光中。当进入每个区域的反射光都是会聚光时，它将因对应凹透镜的附加透镜光学能力而变为具有平缓角的会聚光。
还有，图11中，分别以符号“凸LbA”，“凸LbB”，“凸RdC”和“凸RdD”表示的部分(即，第二区域组和第四区域组)将对应每一切线轴方向和径向轴同等方向上凸透镜的透镜光学能力增加到照射光接收元件19的一级衍射光中。当进入每个区域的反射光都是会聚光时，它将因对应凸透镜的附加透镜光学能力而变为具有尖锐角的会聚光。
光接收元件19如下形成。首先，如图6所示，如果发射到光盘5的会聚光处于聚焦对准状态，那么光接收元件19将包括两对衍射光组相应的转接区域，该两对衍射光组由第一到第四区域组在相对反射光轴7的基本上相同方向(即，基本上为径向轴方向)上被衍射。然后，在与光轴方向上全息元件13分隔的平面上形成光接收元件19，以允许两对衍射光组在发射到光盘5的会聚光处于聚焦对准状态时彼此空间分离。
也就是，尽管全息元件13第一到第四区域组衍射形成的两对衍射光组在恰好被从全息元件13发射出处形成了基本完整的轮廓，由于彼此之间衍射角的不同它们将逐渐彼此分开。经此分开，当它们到达与全息元件13在光轴方向上相距预定距离的特定位置时，两对衍射光组在衍射方向、即径向轴方向上彼此分离。
此外，光接收元件19形成在位于由全息元件13第一到第四区域组所衍射成的两对衍射光组中一个衍射光的焦线(切线方向上)和另一衍射光的另一条焦线(切线方向上)之间、以及两对衍射光组中一个衍射光的焦线(径向方向上)和另一衍射光的另一条焦线(径向方向上)之间的平面上。
也就是，当全息元件13衍射的两对衍射光组中相应衍射光在切线和径向方向设置有不同透镜光学能力时，切线和径向方向上点的尺寸在焦线之间基本中间的位置上变得彼此相等。光接收元件19设置在这样的位置上。
图12示出了光接收元件19的平面图。
如图12所示，光接收元件19由第一分隔线20和第二分隔线21分为四个光接收区。第一分隔线20平行于切向轴同等方向并基本位于两对衍射光组中点。而第二分隔线21平行于径向轴同等方向并穿过反射光轴7。这四个光接收区形成四个光-光电流转换输出，每一个与衍射光照射强度任一个成比例的。这些光-光电流转换输出通过分别对应四个光接收区的四个信号输出终端读取出。
在光接收元件19中，形状与全息元件13中相应区域的形状相同的光点形成由两对衍射光组分成的四个(两对)轮廓31中。此外，光接收元件19构造成如果发射到光盘5的会聚光处于聚焦对准状态，则对应第三分隔线16和第四分隔线17的分布线(衍射光组中)与光接收元件19的第二分隔线21一致。
假设字母A，B，C和D分别代表切向轴9和径向轴11划分来自光盘5的反射光得到的四个象限，如果6所示。这时，得到的四个分量A，B，C和D分别对应图12中以A，B，C和D表示的光接收元件19光接收区。
以此方式，光接收元件19的四个光接收区形成四个光-光电流转换输出，每个都与两对衍射光组中任一个成比例，光-光电流转换输出A，B，C和D分别对应切向轴9和径向轴11划分反射光得到的四个象限的分量。
图13示出了检测聚焦-误差信号操作的平面图。
根据本实施例的读取装置，如图13所示，全息元件13上四个象限(A，B，C和D)分量分成两对衍射光组并被光接收元件19接收。使用光-光电流转换输出A，B，C和D，聚焦-误差信号FE可由表达式：FE＝(A+C)-(B+D)计算得到。
当光盘5具有处于聚焦对准状态(图13中以“正好”表示)的会聚光时，两对衍射光组形成的相应光点变得彼此相等，从而聚焦-误差信号FE达到零(0)。在此状态下，由于光-光电流转换输出A，B，C和D分别对应全息元件13上四个象限(A，B，C和D)分量，推-拉信号TEpp，2-元件DPD信号TE2-dpd，4-元件DPD信号TE4-dpd，可以使用相应光-光电流转换输出A，B，C和D通过以下计算式得到：
TEpp＝(A+D)-(B+C)；
TE2-dpd：[A+D]和[B+C]之间相位比较；
TE4-dpd：[A+滞后-D]和[B+滞后-C]之间相位比较。
当会聚光不在光盘5上处于聚焦对准状态时，换句话说，物镜4更接近光盘5(图13中以“近”表示)或者物镜4更远离光盘5(图13中以“远”表示)，聚焦-误差信号FE不变为零(0)，如下：
(近)FE＝(A+C)-(B+D)＜0
(远)FE＝(A+C)-(B+D)＞0
当物镜4更接近光盘5(近)时，聚焦-误差信号FE具有与物镜4离光盘5更远的情况下聚焦-误差信号FE相反的极性。也就是，应当理解本实施例的聚焦-误差信号FE确切地作用为一种聚焦-误差信号。
同样，在第二实施例的光学读取装置中，其输出信号(光-光电流转换输出A，B，C和D)与现有技术中象散法的完全兼容。这意味着第二实施例的光学读取装置能够使用光-光电流转换输出A，B，C和D通过现有技术中与象散法相同的计算方法计算聚焦-误差信号。
上述实施例相同的是，本发明能够应用于读/写处理各种标准，如CD标准、DVD标准、“HD-DVD”、“BD”等光盘的光学读取装置。
根据本发明，由于光接收元件的第二分隔线平行于光学映象中的径向轴，上述光学读取装置光学上具有“SSD法”的特征。另外，上述光学读取装置能够独立而无遗漏地检测通过由切向轴和径向轴划分来自信息记录介质的反射光强度而获得的四个象限的四个分量。因此，上述光学读取装置能够在算法逻辑上执行被认为是“象散法”的聚焦-误差信号检测。
本发明的光学读取装置，能够放宽其在径向轴方向上的安装精度，而不会受依赖于光通量元件波长的衍射角变化引起的光点移动或者径向轴方向上光学系统的安装误差的影响。另外，还能够互补地放宽相对于切向方向的安装精度(即，SSD法的优点)。而且，还能够保证其与象散法中聚焦-误差信号的检测在算法逻辑上的兼容性，允许使用象散法的FEP(前端处理器)作为计算聚焦-误差信号的FEP。
因此，本光学读取装置允许与象散法传统使用的FEP(前端处理器)相连接而又能保持“SSD法”安装精度的范围。而且，本光学读取装置与在象散法中已经制造为完整产品的读写装置的组件相兼容。
另外，本发明的光学读取装置能够使用由切向和径向轴将来自信息记录介质的反射光强度分成四象限而获得的强度分量进行循轨-误差信号检测(即，通过“推-拉法”、“2-元件DPD法”和“4-元件DPD法”检测)，而不会使其结构复杂。
最后，本领域技术人员应当理解前述描述只是所公开的光学读取装置的实施例及对其所作变型，在不脱离权利要求范围的情况下可以进行各种改变和变型。

Claims (2)

1.一种光学读取装置，其将会聚光发射到沿着记录轨道记录有信息信号的信息记录介质上，检测来自信息记录介质的会聚光的反射光并读取信息信号，该读取装置包括：
全息元件，形成在包含来自信息记录介质的反射光的转接区域的平面上；
光接收元件，检测通过全息元件的反射光，其中：
该全息元件由与延展平行于光学映象中反射光的反射光轴的切向轴一致的第一分隔线，与穿过反射光轴的径向轴一致、并与光学映象中记录轨道垂直交叉的第二分隔线，延展平行于第二分隔线的第三分隔线和延展平行于第二分隔线的第四分隔线划分成八个区域，该第三分隔线与第四分隔线关于第二分隔线对称；
全息元件的八个区域分为在第二分隔线的一侧的第一和第二区域组以及在第二分隔线的另一侧的第三和第四区域组，第一和第二区域组中每个包含关于第一分隔线和第三分隔线或者第四分隔线的交叉点在对角线方向上彼此相对的两个区域，第三和第四区域组中每个包含关于第一分隔线和第四分隔线或者第三分隔线的交叉点在对角线方向上彼此相对的两个区域，一个区域组中两个区域的每个都部分构成一组曲线，其产生具有连续波面的衍射光；
第一到第四区域组形成为使得每个区域组中划分零级和±一级衍射光的方向基本上与径向轴的同等方向一致；
第一到第四区域组形成为使得生成两对衍射光组，其中一对衍射光组相对反射光轴的衍射角不同于另一对衍射光组相应的衍射角；
第一到第四区域组形成为对于相应衍射光在切向轴的同等方向增加不同的透镜光学能力，从而形成不同会聚角的会聚光，该相应的衍射光包括在相同对的衍射光组中并且其相对反射光轴的衍射角彼此相等；
光接收元件形成为在发射到信息记录介质的会聚光处于聚焦对准状态时，至少包含由第一到第四区域组在对反射光轴基本相同方向上衍射的两对衍射光组的相应转接区域；
光接收元件形成在与全息元件在反射光轴方向上分隔的平面上，使得允许两对衍射光组在发射到信息记录介质的会聚光处于聚焦对准状态的情况下彼此空间分离；
所述平面位于两对衍射光组中一个衍射光切线方向上的焦线和两对衍射光组中另一衍射光切线方向上的另一条焦线之间；
光接收元件由平行于切向轴同等方向并基本位于两对衍射光组中点的第五分隔线和平行于径向轴同等方向而穿过反射光轴的第六分隔线划分为四个光接收区，该四个光接收区产生四个光-光电流转换输出，每一个与衍射光照射强度任一个成比例；
光接收元件构造成如果发射到信息记录介质的会聚光处于聚焦对准状态，则衍射光组中对应第三分隔线和第四分隔线的分布线与光接收元件的第二分隔线一致，从而四个光接收区形成四个光-光电流转换输出，对应于由切向轴和径向轴划分来自信息记录介质的反射光而获得的四个象限分量。
2.一种光学读取装置，其将会聚光发射到沿着记录轨道记录有信息信号的信息记录介质上，检测来自信息记录介质的会聚光的反射光并读取信息信号，该读取装置包括：
全息元件，形成在包含来自信息记录介质的反射光的转接区域的平面上；
光接收元件，检测通过全息元件的反射光，其中：
该全息元件由与延展平行于光学映象中反射光的反射光轴的切向轴一致的第一分隔线，与穿过反射光轴的径向轴一致、并与光学映象中记录轨道垂直交叉的第二分隔线，延展平行于第二分隔线的第三分隔线和延展平行于第二分隔线的第四分隔线划分成八个区域，该第三分隔线与第四分隔线关于第二分隔线对称；
全息元件的八个区域分为在第二分隔线的一侧的第一和第二区域组以及在第二分隔线的另一侧的第三和第四区域组，第一和第二区域组中每个包含关于第一分隔线和第三分隔线或者第四分隔线的交叉点在对角线方向上彼此相对的两个区域，第三和第四区域组中每个包含关于第一分隔线和第四分隔线或者第三分隔线的交叉点在对角线方向上彼此相对的两个区域，一个区域组中两个区域的每个都部分构成一组曲线，其产生具有连续波面的衍射光；
第一到第四区域组形成为使得每个区域组中划分零级和±一级衍射光的方向基本上与径向轴的同等方向一致；
第一到第四区域组形成为使得生成两对衍射光组，其中一对衍射光组相对反射光轴的衍射角不同于另一对衍射光组相应的衍射角；
第一到第四区域组形成为对于相应衍射光在切向轴同等方向和径向轴同等方向中每一个增加不同的透镜光学能力，从而产生不同会聚角的会聚光，该相应的衍射光包括在相同对的衍射光组中并且其相对反射光轴的衍射角彼此相等；
光接收元件形成为在发射到信息记录介质的会聚光处于聚焦对准状态时，至少包含由第一到第四区域组在对反射光轴基本相同方向上衍射的两对衍射光组的转接区域；
光接收元件形成在与全息元件在反射光轴方向上分隔的平面上，使得允许两对衍射光组在发射到信息记录介质的会聚光处于聚焦对准状态的情况下彼此空间分离；
所述平面位于两对衍射光组中一个衍射光切线方向上的焦线和两对衍射光组中另一衍射光切线方向上的另一条焦线之间、以及两对衍射光组中一个衍射光径向方向上的焦线和两对衍射光组中另一衍射光径向方向上的另一条焦线之间；
光接收元件由平行于切向轴同等方向并基本位于两对衍射光组中点的第五分隔线和平行于径向轴同等方向而穿过反射光轴的第六分隔线划分为四个光接收区，该四个光接收区产生四个光-光电流转换输出，每个与衍射光照射强度任一个成比例；以及
光接收元件构造成如果发射到信息记录介质的会聚光处于聚焦对准状态，则衍射光组中对应第三分隔线和第四分隔线的分布线与光接收元件的第二分隔线一致，从而四个光接收区产生四个光-光电流转换输出，对应于由切向轴和径向轴划分来自信息记录介质的反射光而获得的四个象限分量。
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