专利名称：集成光学部件,光头以及光学记录和/或再现装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于能够与不同型号的光学记录载体相兼容的光盘驱动器的集成光头，以及一种使用该集成光头的光学记录和/或再现装置。
目前已有大量的光学载体，包括叫做CD(光盘)的只读光盘和叫做CD-R(可记录的光盘)的可记录光盘。由于所述光盘能够成本低廉地大批量生产，而且，信息的读取和写入相当稳定，因而被广泛地使用。
该领域的最新发展趋势是试图提高这些光盘的记录容量。最近，DVD(数字多用盘或数字视盘)已经变成为一种流行的载体。DVD虽然外形尺寸和CD一样，而记录的容量却明显提高。DVD的容量足够记录一整部电影的数据而具有广播节目那样的图像质量。为了获得更高的记录密度和更大的记录容量，DVD运用了比CD的波长要短的激光。
最近，光学记录和/或再现装置已经发展到向DVD，CD和CD-R格式的载体写入信息和从其读取信息。在与所有这些格式载体相容的装置中，人们希望，尽可能将用于CD和CD-R以及DVD的光学系统设计成与许多普通部件一样的更加紧凑的设计结构，以降低制造成本。为此，组成这些系统的光学元件应尽可能集成化。
为了尽可能使光学部件集成化，提出了一种光头，它包括一个光源和一个片形的集成光学部件，所述光源可以选择性地向CD，CD-R和DVD发射激光，所述片形光学元件包括光探测元件，用于探测从光源发射出的激光束的反射部分。进而，一种运用了上述光头的光学记录和/或再现装置也正在开发之中。
图12示意表示一种运用在传统光头上的普通的集成光学部件100。所述光学元件100包括一个具有一发光点102的光源101，激光从此处发射到CD和CD-R上；一个第一光电探测器103，它被安置在第一发光点102的对面，用于探测来自CD和CD-R的激光的反射部分；第二光电探测器105，它被安置在光源101的第二发光点104的对面，所述第二发光点104向DVD发射激光束，第二光电探测器105用于探测来自DVD的激光的反射部分。上述第一和第二光电探测器103和105彼此很靠近。因此，很难在第一和第二光电探测器103和105之间再设置另外的光电探测器。
由于三激光束法的读取能力较高，为了探测CD和CD-R的跟踪误差(tracking error)信号，因而被主要采用。为了使用三激光束法探测跟踪误差信号，激光被分成一个主激光束和两个侧激光束。设置在中间位置的光电探测器探测主激光束的反射部分，而位于中间光电探测器左右两侧的光电探测器则分别探测两个侧激光束的反射部分。
由于上述的普通的集成光学部件100确定第二光电探测器105的位置与用于探测自CD和CD-R的激光束反射部分的第一光电探测器103彼此相距很近，因此，很难在此光学元件中再设置另外的光电探测器以探测侧激光束的反射部分。因此，用于探测CD和CD-R的跟踪误差信号的三激光束法不能被运用于前面述及的普通的集成光学部件。
为解决上述问题，本发明的一个目的是，提供一种能兼容于两种光盘的集成光学部件，以便能用不同波长的激光束在光盘上写入和/或读取信息，并且光电探测器能够被相对自由地设置；因而三激光束法也能被用来探测跟踪误差信号。
本发明的另一个目的是，提供一种使用了本发明的上述集成光学部件的光头，以及提供一种使用了本发明的上述光头的记录和/或再现装置。
本发明的其它目的和优点将根据下面的描述和附图进一步阐明。
为了实现上述发明目的，本发明提供一种集成光学部件，一种光头以及一种光学记录和/或再现装置，下面将作详细描述。该光学元件将被应用于一种光头，该光头既能与第一光学记录载体相兼容，以便能用第一激光束在第一光学记录载体上写入和/或读取信息，又能与第二光学记录载体相兼容，以便能用第二激光束在第二光学记录载体上写入和/或读取信息，其中第二激光束的波长比第一激光束的短。所述集成光学部件包括一个从相互靠近的发光点发射第一和第二激光束的光发射器。它还包括一个光探测器，以便探测从第一光学记录载体反射的第一激光束的反射部分，和探测从第二光学记录载体反射的第二激光束的反射部分。所述光发射器和光探测器被设置在一个集成的封壳中。
当用集成光学部件在第一光学记录载体写入和/或读取信息时，从所述封壳的一个开口中发射出第一激光束，导向第一光学记录载体。从第一光学记录载体反射的第一激光束的反射部分又通过开口被导向封壳中由光探测器探测。
同样，当用集成光学部件在第二光学记录载体写入和/或读取信息时，从所述封壳的一个开口中发射出第二激光束，导向第二光学记录载体。从第二光学记录载体反射的第二激光束的反射部分又通过开口被导向封壳中由光探测器探测。
所述光探测器包含多个光电探测器，其中至少两个位于集成光学部件所在的平面内，而该平面在位于封壳开口内侧的两个点连线的延长线上，光发射器发射的第一激光束的主激光束通过其中的一个点，光发射器发射的第二激光束的主激光束通过另一点。
如上所述，集成光学部件至少设置有两个光电探测器，这样，当以其它方式使用光探测器中的其它光电探测器时，就能探测到第一和第二激光束的反射部分。例如，用于探测第一激光束的正负一级激光束的光电探测器被设置在一适当的位置，通过三激光束法能够探测跟踪误差信号。
本发明所述的光头既能与第一光学记录载体相兼容，以便能用第一激光束在第一光学记录载体上写入和/或读取信息，又能与第二光学记录载体相兼容，以便能用第二激光束在第二光学记录载体上写入和/或读取信息，其中第二激光束的波长比第一激光束的短。所述光头包括一个集成光学部件和一个聚光器，该聚光器将第一激光束会聚并传播到第一光学记录载体，将第二激光束会聚并传播到第二光学记录载体。
包含在光头中的光学部件，包括一个光发射器，用于从相互靠近的发光点发射第一和第二激光束；它还包括一个光探测器(包含多个光电探测器)，以便探测从第一光学记录载体反射的第一激光束的反射部分，和探测从第二光学记录载体反射的第二激光束的反射部分。所述光发射器和光探测器被设置在一个有一开口的封壳中。
当借助于光头在第一光学记录载体上写入和/或读取信息时，通过上述开口，封壳中的光发射器发射出第一激光束，导向第一光学记录载体。第一光学记录载体反射第一激光束，反射部分穿过开口，导向封壳内侧，由光探测器探测。
另外，当借助于光头在第二光学记录载体上写入和/或读取信息时，第二激光束从光发射器发射出。第二激光束从封壳中发射并穿过开口，并导向第二光学记录载体。第二光学记录载体反射第二激光束，反射部分穿过开口，导向封壳内侧，由光探测器探测。
所述光探测器中的至少两个光电探测器位于集成光学部件所在的平面内，而该平面在位于封壳开口内侧的两个点所连连线的延长线上，发射器发射的第一激光束的主激光束通过其中的一个点，光发射器发射的第二激光束的主激光束通过另一点。
本发明的光学记录和/或再现装置装有本发明的上述光头，其既能与第一光学记录载体相兼容，以便能用第一激光束在第一光学记录载体上写入和/或读取信息，又能与第二光学记录载体相兼容，以便能用第二激光束在第二光学记录载体上写入和/或读取信息，其中第二激光束的波长比第一激光束的短。
为更完整地理解本发明，下面参照附图将对本发明作更详细的描述和说明。
图1示意表示本发明的光学记录和/或再现装置的一个实施例的方框图；图2示意表示用于图1所示光学记录和/或再现装置的光头的一个实施例；图3是用于图2所示光头中使用的集成光学部件的一个实施例；图4是集成光学部件的透视图，示出了其封壳内部的情况；图5是封壳的平面视图；图6是一个平面视图，表示了被用于集成光学部件的全息图的一个实例；图7是一封壳的平面视图，该封壳包含了在集成光学部件中装设的光电探测器集成电路的一种变型方案；图8是一个封壳的平面视图，该封壳包含了光电探测器集成电路的另一种变型方案；图9是一个平面视图，表示了被用于集成光学部件的全息图的另一种变型方案；图10是一个封壳的平面视图，该封壳包含了光电探测器集成电路的再一种变型方案；图11示意表示集成光学部件的另一个变型方案；
图12是现有的光学元件的示意图，用以说明其光源和光探测器的相互关系。
图1示意表示为本发明的光学记录和/或再现装置的一个优选实施例。光学记录和/或再现装置1与两种形式的光盘，例如CD-R和DVD兼容，使用两种不同波长的激光束能够在这些光盘上写入和/或读取信息。如图所示，装置1的主要元件包括一个用于旋转光盘2的主轴电动机3；一个光头4，用于将激光束照射到光盘2的信号记录表面，并探测从光盘反射回来的光；一个信号处理电路5，根据光头4探测到的反射光，它产生一个读取信号和一个控制信号；一个聚焦和跟踪伺服机构6，根据信号处理电路5传来的控制信号，对聚焦和跟踪进行控制；一个存取机构7，用于将光头4移到光盘2的预定轨道上；一个系统控制器8，根据信号处理电路5所产生的信号，控制主轴电动机3、聚焦和跟踪伺服机构6及存取机构7。主轴电动机3在系统控制器8的控制下而被驱动，以预定的速度旋转光盘2。
光头4将激光束传播到被主轴电动机3旋转驱动的光盘2的信号记录表面，并探测从光盘2的信号记录表面所反射的光，向信号处理电路5提供一个探测信号。发射激光束具有最适于所使用的光盘2型号的波长。例如，当光盘2是CD-R时，光头4将发射波长约为780纳米的激光束。而当光盘2是DVD时，光头4发射的激光束的波长约为650纳米。
通过解调电路，信号处理电路5基于从光盘2反射并被光头4所探测的反射光对得到的读取信号和控制信号进行解调，；信号处理电路5还通过其中的纠错电路对调制信号实现纠错。当需将数据储存在计算机中时经过信号处理电路5解调和纠错的读取信号，通过接口9被传送到一台外部计算机。当信号要作为音频和视频用途使用时，通过一个D／A(数字-模拟)和A/D(模拟-数字)转换器10的D/A转换部分，信号经数/模转换，然后被传送到一个音频和视频装置。
经过信号处理电路5解调的控制信号，被传送到系统控制器8。根据聚焦误差信号和跟踪误差信号，系统控制器8驱动聚焦和跟踪伺服机构6。在系统控制器8的控制下，聚焦和跟踪伺服机构6则双轴向地移动一个包含在光头4内的物镜，简而言之，就是使物镜移向和离开光盘2，并在光盘2中心和边缘间沿径向移动。根据从系统控制器8提供的信号，存取机构7将光头4在光盘2上沿着预定的记录轨道沿径向移动。
光头4是本发明最基本的一个部分，下面将对它作更详细的描述。图2示出了光头4的一个实施例。如图所示，光头包括一个芯片式的集成光学部件11，在集成光学部件11内设有一个光源和多个光电探测器，从光源发射出波长互不相同的两种激光束，光电探测器用以探测从光盘2的信号记录表面反射的激光束部分；光头还包括一个准直透镜12，将从光学部件11发射来的发散光变为平行光；光头还包括一个光路转向反射镜13，用以反射从准直透镜12传来的平行光，使之转向光路；光头还包括一个孔径限制滤光器14，用以限制激光的直径；光头还包括一个物镜15，用以将激光束会聚并聚焦在光盘2的信号记录表面。
物镜15被设置在一个可移动的透镜支承件上(未示出)。聚焦和跟踪伺服机构6根据聚焦误差(focus error)信号和跟踪误差信号5来移动透镜支承件，而物镜15则被双轴向移动。也就是，物镜相对于光盘沿径向移向和离开光盘。为了使从光学部件11发出的激光束总是能聚焦在光盘2的信号记录表面上，物镜15会聚激光并跟踪光盘的记录轨道。
如图3-5所示，光学部件11被设置在一个用合成树脂制成的封壳21中。封壳21具有在其一主侧面带开口23的一个带基片的格间22。在格间22的基片26上，装有一个能发射两种不同波长激光束的半导体激光器24和一个光电探测器集成电路25，该光电探测器用于探测从半导体激光器24发出并从光盘2的信号记录表面反射回来的任何激光的反射部分。所容纳的基片26一般与开口23平行。
该类型的双波长半导体激光器24利用了半导体的复合发射性能。它适合于有选择地发射激光束，如，对CD-R可以发射一种最适宜波长为780纳米的激光束(“第一激光束L1”)，而对DVD则可发射另一种最适宜波长为650纳米的激光束(“第二激光束L2”)。也就是说，当使用CD-R光盘时，半导体激光器24发射一种最适合CD-R的激光束L1。同样，当使用DVD光盘时，半导体激光器24发射一种最适合DVD的激光束L2。
双波长半导体激光器24具有一发射第一激光束L1的第一发光窗口24a，和一发射第二激光束L2的第二发光窗口24b，两发光窗口相互靠近(见图5)。因此，半导体激光器24发出的第一激光束和第二激光束L1、L2沿着同样的光路导向光盘2上。
双波长半导体激光器24被一个支承件27所支承，所述支承件27安装在基片26上。在支承件27的一侧集成形成一个反射器28，用以反射第一激光束L1和第二激光束L2。
如图3和4所示，反射器28具有一与基片26约成45度角倾斜设置的反射表面28a。反射表面28a与第一和第二发光窗口24a和24b相对。因而，第一激光束L1沿平行于基片26的方向从第一发光窗口24a发出，而被反射表面28a反射。第一激光束L1的光路几乎是与基片26成直角转向的。于是，第一激光束L1通过开口23导向穿出封壳21。同样，第二激光束L2沿平行于基片26的方向从第二发光窗口24b发出，而被反射表面28a反射。第二激光束L2的光路几乎也是与基片26成直角转向的。于是，第二激光束L2通过开口23导向穿出封壳21。
光电探测器集成电路25由多个光电探测器和一个电流/电压转换电路集成形成，而光电探测器用于探测从光盘2(CD-R)的信号记录表面反射的第一激光束L1的反射部分，和从光盘2(DVD)的信号记录表面反射的第二激光束L2的反射部分，电流/电压转换电路则将来自光电探测器的电流转换成电压。
如图4和5所示，光电探测器集成电路25包含4个光电探测器A、B、C和D，用以探测第一激光束L1的反射部分，还包含2个光电探测器E和F，用以探测第二激光束L2的反射部分。
光电探测器A和B分别被分成三个光电探测区域A1、A2、A3和B1、B2、B3。如图5中所示，这些区域的设置(run in)方向与光盘2的径向相对应。光电探测区域A1到A3和B1到B3探测第一激光束L1的反射部分，并向光盘2提供一个探测信号。根据探测信号用微分三等分法计算出一个读取信号和一个聚焦误差信号。其余的两个光电探测器C和D分别设置在光电探测器A的右侧和左侧。也就是，在垂直于光盘径向2的方向上远离光电探测器A的位置。光电探测器C和D探测第一激光束L1的反射部分以提供一个探测信号。根据这个探测信号，运用三激光束法计算出一个跟踪误差信号。
如图5所示，用于探测第二激光束L2的反射部分的两个光电探测器E和F分别被分成四个光电探测区域E1、E2、E3、E4和E1、F2、F3、F4，这些区域的设置与光盘2的径向相对应。光电探测区域E1到E4和F1到F4探测第二激光束L2的反射部分，并向光盘2(DVD)提供一个探测信号。根据这个探测信号，用微分三等分法计算出一个读取信号和一个聚焦误差信号，用DPD(微分相位探测)的方法计算出一个跟踪误差信号。
在集成光学部件11的平面内，设置有光电探测器A，B，E和F，并且沿两个点p1和p2所连连线的延长方向而依次设置，其中点p1在封壳21的开口23的内侧，经该开口23通过从双波长半导体激光器24发出并被反射器28的反射表面28a所反射的第一激光束L1的主激光束，另一点p2在封壳21的开口23的内侧，经该开口23通过从双波长半导体激光器24发出并被反射器28的反射表面28a所反射的第二激光束L2的主激光束。
从反射表面28a反射的第一激光束L1和第二激光束L2在与基片26垂直的方向上行进，并通过开口23。因此，在集成光学部件11的平面内，点p1投影到反射器28的反射表面28a上的点p3，在点p3，第一激光束的主激光束被反射，而点p2投影到反射表面28a上的点p4，在点p4，第二激光束的主激光束也被反射。这样，点p3和点p4的连线便与点p1和点p2的连线相互平行。四个光电探测器A，B，E和F被设置在这一连线的延长线上。
按照这种方式设置四个光电探测器，能使得集成光学部件11的集成结构紧凑，也使得整个装置的结构更紧凑，厚度更薄。适当定位光电探测器C和D通过三激光束法能够实现跟踪控制。
通过一个支承板31，将一个光学零件32安装在封壳21具有开口23的主侧面上(见图3)。，双波长半导体激光器24所发出的并被反射器28的反射表面28a所反射的第一和第二激光束L1和L2通过支承板31和光学零件32传送。另外，第一和第二激光束的反射部分又通过支承板31和光学零件32而被反射回封壳21的基片格间22内。
在支承光学零件32的同时，支承板31密封封壳21的开口23。支承板由透明材料如玻璃制成，成形为板形其大小以盖住开口23为宜。支承板31用粘合剂或类似物附着到封壳21具有开口23的主侧面。光学零件32由透明材料如玻璃制成，形状为直角平行六面体。光学零件32也用粘合剂或类似物附着到支承板31。
在光学零件32的底侧形成一附着到支承板31的光栅33，以作为分光装置，第一和第二激光束L1和L2的入射到该位置。光栅33将射到光学零件32的第一激光束L1分割成至少三光束，包括作为主激光束的零级衍射光，和作为侧激光束的正负一级衍射光。
当装入光学记录和/或再现装置中的光盘2是CD-R时，通过光栅33产生的两个侧激光束的反射部分被上述光电探测器集成电路25的光电探测器C和D所探测，因而，利用三激光束法而实现跟踪控制。需注意的是，光栅33应设计成这样，即，能够让零级激光束几乎100％地通过，而不使第二激光束L2衍射。通过按这种方式设计光栅33，则第二激光束L2的强度不会被减弱，因而可以提高光的利用效率。
在光学零件32的顶面形成一全息图34，作为光路形成分路装置，第一或第二激光束L1或L2的反射部分正好入射到全息图34位置。如图6所示，全息图34沿与光盘2相切的方向被均分成两个全息区域34a和34b。两个全息区域34a和34b其上形成有全息光栅，各具有不同的光栅常数。由于入射到全息区域34a和34b之一(34a)的光和入射到全息区域34b的光分别以不同的角度衍射，则入射到全息图34的第一或第二激光束L1或L2的反射部分将沿着多个光路导向。
当装入本发明所述的光学记录和/或再现装置的光盘是CD-R时，第一激光束L1的反射部分被全息图34的全息区域之一(34a)所衍射而产生的正一级激光束，与被全息图34的另一全息区域34b所衍射而产生的正一级激光束，两者分别被光电探测器A和B所探测。正一级衍射激光束在焦点前后分别被散焦，通过微分三等分法实现调焦控制。
另外，当装入本发明所述的光学记录和/或再现装置的光盘是DVD时，第二激光束L2的反射部分被全息图34的全息区域之一(34a)所衍射而产生的正一级激光束，与被全息图34的另一全息区域34b所衍射而产生的正一级激光束，两者分别被光电探测器E和F所探测。正一级衍射激光束在焦点前后分别被散焦，通过微分三等分法实现调焦控制。
下面将说明上述的光学记录和/或再现装置1的操作过程。
首先，介绍将一张CD-R作为光盘2装入光学记录和/或再现装置1的使用方法。当光盘装入装置后，在系统控制器8的控制下，主轴电动机3驱动光盘，使光盘以预定的速度旋转。一驱动电流被施加给双波长半导体激光器24，所述激光器24包含在光头4的集成光学部件11上，波长约为780纳米的第一激光束L1从第一窗口24a发射出。第一激光束L1沿着与容纳在封壳21的格间22内的基片26平行的方向行进，然后被反射表面28a反射。因此，第一激光束L1沿着与基片26垂直的光路导向，通过封壳21的开口23进入支承板31。接着，第一激光束L1穿过支承板31，通过设在光学零件32的下侧的光栅33传输到光学零件32。这样，第一激光束L1被分成至少三激光束，包括零级主激光束和正负一级侧激光束。这三激光束，包括一主激光束和两侧激光束，沿几乎与光盘2的信号记录表面平行的方向通过集成光学部件11。第一激光束L1被准直透镜12整形变成平行激光束，再被光路转向反射镜13反射。因而，第一激光束L1沿90度角转向的光路被导向，沿着与光盘2的信号记录表面垂直的方向行进。然后，通过孔径限制滤光器14而调整了激光束的直径，激光束入射到物镜15上。入射光被物镜15会聚聚焦在旋转着的光盘2的信号记录表面的预定记录轨道上。这时，由光栅33产生的一主激光束和两侧激光束在光盘2的信号记录表面上确定了三个点。
第一激光束L1的反射部分，包含有一个从光盘2的信号记录表面反射部分的信号，其再次通过物镜15，孔径限制滤光器14，光路转向反射镜13，准直透镜12，最后返回到集成光学部件11的光学零件32。这时，第一激光束L1的反射部分中，一部分通过设置在光学零件32上的全息图34的全息区域之一(34a)，其余部分则通过另一全息区域34b。因而，反射部分以不同的角度分别被全息区域34a和34b所衍射，并沿多个光路导向。第一激光束L1的反射部分依次通过光学零件32，支承板31，进入封壳21。被全息区域34a和34b衍射而产生的正一级激光束，两者分别被光电探测器A和B所探测。正一级衍射激光束在焦点前后分别被散焦。而两侧激光束分别被光电探测器C和D探测。
被光电探测器A，B，C和D探测的第一激光束L1的反射部分被光电探测器集成电路25进行光电转换，并作为探测信号被传输给信号处理电路5。信号处理电路5根据探测信号，利用微分三等分法计算出一个读取信号RF，一个聚焦误差信号FE，利用三激光束法计算出一个跟踪误差信号TR。假设，根据光电探测区域A1，A2，A3和B1，B2，B3及光电探测器C和D探测的激光束而产生的探测信号，分别是SA1，SA2，SA3和SB1，SB2，SB3及SC，SD。那么，读取信号RF1，聚焦误差信号FE1和跟踪误差信号TR1由下面的关系式确定RF1=SA1+SA2+SA3+SB1+SB2+SB3(1)
FE1=(SA1+SA3+SB2)-(SA2+SB1+SB3)(2)TR1=SC-SD (3)接下来，再介绍将一张DVD作为光盘2装入光学记录和/或再现装置1的使用方法。当光盘2装入装置1后，在系统控制器8的控制下，主轴电动机3驱动光盘以预定的速度旋转。一驱动电流被施加给包含在光头4的集成光学部件11的双波长半导体激光器24，波长约为650纳米的第二激光束L2从第二窗口24b发射出。第二激光束L2沿着几乎与第一激光束L1相同的路径传播，第二激光束L2沿着与容纳在封壳21的基片格间22内的基片26平行的方向行进，然后被反射表面28a反射。因此，第二激光束L2沿着与基片26垂直的光路导向，通过封壳21的开口23进入支承板31。接着，第二激光束L2穿过支承板31被传输到光学零件32。假如，将位于光学零件32底面的光栅33设计成允许第二激光束L2零级激光束几乎能100％地通过它，则第二激光束L2通过光栅33而没有被衍射，然后通过光学零件32，并导向穿出集成光学部件11。第二激光束L2沿着与光盘2的信号记录表面平行的方向行进。随后，第二激光束L2通过准直透镜12整形变成平行光束，再被光路转向反射镜13反射。因而，第二激光束L2按90度角转向导向，沿着与光盘2的信号记录表面垂直的方向行进。然后，第二激光束L2通过孔径限制滤光器14而调整了激光束的直径，该直径与第一激光束L1的直径不同。激光束L2再入射到物镜15上，入射光被物镜15会聚并聚焦在旋转着的光盘2的信号记录表面的预定轨道上。
第二激光束L2的反射部分，包含有一个来自光盘2的信号记录表面的信号部分，其再依次通过物镜15，孔径限制滤光器14，光路转向反射镜13，准直透镜12，并通过全息图34传输到集成光学部件11的光学零件32。这时，反射部分被全息图34所衍射，沿着多个光路导向传播。第二激光束L2被衍射的反射部分通过支承板31，进入封壳21。被全息区域之一(34a)所衍射而产生的正一级激光束，和被另一全息区域34b所衍射而产生的正一级激光束，两者分别被光电探测器E和F所探测。正一级衍射激光束还在焦点前后分别被散焦。
被光电探测器E和F探测的第二激光束L2的反射部分被光电探测器集成电路25进行光电转换，并作为探测信号被传输给信号处理电路5。信号处理电路5根据探测信号，利用微分三等分法计算出一个读取信号RF，一个聚焦误差信号FE，利用DPD(微分相位探测)法计算出一个跟踪误差信号TR。假设，基于由光电探测区域E1，E2，E3和E4，F1，F2，F3和F4所探测的激光束而产生的探测信号，分别是SE1，SE2，SE3和SE4，SF1，SF2，SF3和SF4。那么，读取信号RF2，聚焦误差信号FE2和跟踪误差信号TR2由下面的关系式确定RF2=SE1+SE2+SE3+SE4+SF1+SF2+SF3+SF4(4)FE2=(SE1+SE3+SF2+SF3)-(SE2+SE3+SF1+SF4)(5)TR2=(SE1+SE2+SF3+SF4)-(SE3+SE4+SF1+SF2)(6)如前所述，介绍了本发明的一个实施例，即，在光电探测器集成电路25中形成的光电探测器A，B，C和D，用于探测第一激光束L1的反射部分，而光电探测器E和F用于探测第二激光束L2的反射部分，所述光电探测器集成电路25被设置在双波长半导体激光器24的一侧。需要注意的是，设置在光学记录和/或再现装置1中的光电探测器集成电路25的结构并不局限于上述实施例，比如，可以将用于探测第一激光束L1的反射部分的光电探测器A，B，C和D，和将用于探测第二激光束L2的反射部分的光电探测器E和F，分别形成在两个单独的光电探测器集成电路25a和25b上，两者分别设置在双波长半导体激光器24的相对两侧，如图7所示。
这时，形成在光电探测器集成电路25a的光电探测器A和B，与形成在光电探测器集成电路25b的光电探测器E和F，分别位于点p1和p2的连线的两侧延长线上，其中，点p1位于封壳21的开口23内侧，而第一激光束L1的主激光束从此通过，另一点p2也位于封壳21的开口23内侧，而第二激光束L2的主激光束从此通过。也就是说，位于点p3和p4的连线的两侧延长线上，其中，点p3位于反射器28的反射面28a上，第一激光束L1的主激光束在此被反射，第二激光束L2的主激光束则在另一点p4被反射。应注意在此实施例中，被全息区域之一(34a)所衍射的第一激光束L1的反射部分中的正一级激光束，与被另一全息区域34b所衍射的正一级激光束，两者分别被形成在光电探测器集成电路25a上的光电探测器A和B探测。反之，被光电探测器A探测到的侧激光束将被位于光电探测器集成电路25上的光电探测器C和D探测。另外，被全息区域之一(34a)所衍射的第二激光束L2的反射部分中的负一级激光束，与被另一全息区域34b所衍射的负一级激光束，两者分别被形成在光电探测器集成电路25b上的光电探测器E和F探测。
正如前所述，第一激光束L1的反射部分和第二激光束L2的反射部分，两者分别被光电探测器集成电路25上两单独的光电探测器探测。然而，在本发明的光学记录和/或再现装置1中，光电探测器可共用探测第一激光束L1的反射部分和第二激光束L2的反射部分。
如图8所示，是包含有另一种变型方案的光电探测器集成电路的封壳的平面视图。在光电探测器集成电路40中设有可用于探测第一激光束L1和第二激光束L2的反射部分的共用光电探测器。该光电探测器集成电路40包括两个光电探测器G和H，用于探测第一激光束L1和第二激光束L2的反射部分，还包括两个光电探测器I和J，用于探测第一激光束L1的其余反射部分。两个光电探测器G和H用于探测第一激光束L1和第二激光束L2的反射部分，分别由4个光电探测区域G1，G2，G3和G4及H1，H2，H3和H4组成，其设置方向与光盘2的径向一致。通过光电探测区域G1，G2，G3和G4及H1，H2，H3和H4，光电探测器集成电路40可探测第一激光束L1的反射部分，以给光盘2(CD-R)提供一个探测信号，根据所述探测信号，用微分三等分法计算出一个读取信号和一个聚焦误差信号。此外，通过光电探测区域G1，G2，G3和G4及H1，H2，H3和H4，光电探测器集成电路40可探测第二激光束L2的反射部分，以给光盘2(DVD)提供一个探测信号，根据所述探测信号，用微分三等分法计算出一个读取信号和一个聚焦误差信号，用DPD法计算出一个跟踪误差信号。通过光电探测器集成电路40的其余两个光电探测器I和J，可探测第一激光束L1的反射部分的侧激光束，并提供一个探测信号，用三激光束法计算出一个跟踪误差信号。
假设，由光电探测器集成电路40的光电探测区域G1，G2，G3和G4，H1，H2，H3和H4以及由光电探测器I和J所探测的反射部分的函数的探测信号，分别是SG1，SG2，SG3和SG4，SH1，SH2，SH3和SH4以及SI和SJ。那么，对于光盘2(CD-R)，读取信号RF1，聚焦误差信号FE1和跟踪误差信号TR1由下面的关系式确定RF1=SG1+SG2+SG3+SG4+SH1+SH2+SH3+SH4(7)FE1=(SG1+SG4+SH2+SH3)-(SG2+SG3+SH1+SH4)(8)TR1=SI-SJ (9)对于光盘2(DVD)，读取信号RF2，聚焦误差信号FE2和跟踪误差信号TR2由下面的关系式确定RF2=SG1+SG2+SG3+SG4+SH1+SH2+SH3+SH4(10)FE2=(SG1+SG4+SH2+SH3)-(SG2+SG3+SH1+SH4)(11)TR2=(SG1+SG2+SH3+SH4)-(SG3+SG4+SH1+SH2)(12)需要注意的是，当光电探测器集成电路按照上述结构设计，即位于光学部件11的一个平面内时，光电探测器G和H则位于点p1和p2的连线延长线上，其中，点p1位于封壳21的开口23内侧，而第一激光束L1的主激光束从此通过，另一点p2也位于封壳21的开口23内侧，而第二激光束L2的主激光束从此通过。也就是说，位于点p3和p4的连线的两侧延长线上，其中，点p3位于反射器28的反射面28a上，第一激光束L1的主激光束在此被反射，另一点p4点位于反射器28的反射面28a上，第二激光束L2的主激光束则在此被反射。当光电探测器G和H按照上述设置时，整个集成光学部件11会设计得更加紧凑，而恰当地设置其余两个光电探测器I和J，又能利用三激光束法实行适当的跟踪控制。
如前所述，探测第一或第二激光束L1或L2的反射部分，利用微分三等分法而产生一个聚焦误差信号FE1或FE2。但是，本发明并不局限于这样的实施例；比如，聚焦误差信号FE1和FE2也可以用傅科法计算而产生。而用傅科法计算时，可使用类似于图9所示的全息图50。该全息图50包括三个全息区域50a，50b和50c，在各区域中形成有不同光栅常数的全息光栅。入射到全息图50的第一和第二激光束L1和L2的反射部分分别以不同的角度被衍射，而该角度取决于入射反射光束的各全息区域的光栅常数。
在这种情况下，光学部件11使用了如图10所示的光电探测器集成电路60。该光电探测器集成电路60包含3个光电探测器K、L和M，沿着与光盘2径向一致的方向二等分设置。被第一全息区域50a所衍射的正一级激光束由光电探测器集成电路60的光电探测器K探测。被第三全息区域50c所衍射的正一级激光束由光电探测器L探测。被第二全息区域50b所衍射的正一级激光束由光电探测器M探测。全息图50形成在光学零件32的顶面，而第一或第二激光束L1或L2的反射部分正好通过此处，在光学零件32内还包括光电探测器集成电路60，如图10所示。利用傅科法可计算出聚焦误差信号FE1和FE2，利用DPID法可计算出跟踪误差信号TR1和TR2。
另外，光电探测器集成电路60的3个光电探测器K、L和M被设置在proj集成光学部件11的一个平面上，并位于点p1和p2的连线延长线上，其中，点p1位于封壳21的开口23内侧，而第一激光束L1的主激光束从此通过，另一点p2也位于封壳21的开口23内侧，第二激光束L2的主激光束从此通过。也就是说，位于点p3和p4的连线的两侧延长线上，其中，点p3位于反射器28的反射面28a上，第一激光束L1的主激光束在此被反射，第二激光束L2的主激光束则在另一点p4被反射。
在前述各实施例中，对本发明做了详细的描述，通过全息图34或50的描述；作为光路分路器，全息图34或50形成在在光学零件32的顶侧，第一或第二激光束L1或L2的反射部分则通过此处。然而，本发明所述的用于光学记录和/或再现装置1的光学部件11并不局限于上述实施例。比如，如图11所示，可经过支承板31将复合棱镜71设置在封壳21上，将它作为光路形成分路器。
图11示出了另一种变型方案的集成光学部件70。如图所示，该集成光学部件70设有一复合棱镜71。复合棱镜71包括一个第一棱镜零件73，其将射向光盘2的第一或第二激光束L1或L2和从自光盘2反射回来的第一或第二激光束L1或L2中的反射部分分开，因而形成一个激光束分离层72；还包括一个第二棱镜零件75，其上形成一个半透层74使第一或第二激光束L1或L2的反射部分中的一部分通过它，而反射部分中的另一部分被反射；还包括一个第三棱镜零件77，其上形成一个全反射层76，将已经通过半透层74的第一或第二激光束L1或L2的反射部分全部反射。所述第一棱镜零件73是一个透明的三角形棱镜，有一个与基片26约成45度角的倾斜表面。所述激光束分离层72在第一棱镜零件73的倾斜表面上形成。所述第二棱镜零件75是一个透明棱镜，其截面为平行四边形，并有一对表面与基片26约成45度角。第二棱镜零件75的一个倾斜表面与第一棱镜零件73相接合，激光束分离层72在两者之间。半透层74形成于第二棱镜零件75的另一倾斜表面。与第二棱镜零件75类似，第三棱镜零件77是一个透明棱镜，其截面为平行四边形，并有一对倾斜表面与基片26约成45度角。第三棱镜零件77在其中一个倾斜表面与第二棱镜零件75相接合，倾斜表面半透层74在两者之间。全反射层76形成于第三棱镜零件77的另一倾斜表面上。
当第一或第二激光束L1或L2的反射部分入射到上述复合棱镜71上时，反射部分的一部分被激光束分离层72反射。被激光束分离层72所反射的第一或第二激光束L1或L2的反射部分，通过第二棱镜零件75，入射到半透层74上。入射的反射部分中的一部分光被反射，而另一部分光则通过半透层74。因此，反射部分的光路被分成两部分。被半透层74反射的第一或第二激光束L1或L2的反射部分入射到封壳21，由集成电路25的光电探测器探测。而通过半透层74的第一或第二激光束L1或L2的反射部分，则继续通过第三棱镜零件77，然后被全反射层76反射，进入封壳21，进而由集成电路25的光电探测器探测。
被集成电路25的光电探测器探测的第一或第二激光束L1或L2的反射部分，通过光电转换，给信号处理电路5提供一个探测信号。信号处理电路5根据该探测信号计算出一个读取信号、一个聚焦误差信号和一个跟踪误差信号。
如前所述，第一或第二激光束L1或L2沿着与基片26平行的方向被发射，之后，被反射表面28a反射，沿被转向了90度的光路，即几乎垂直于基片26的方向，然后，通过封壳21上的开口23射出封壳。然而，本发明的光学记录和/或再现装置1不局限于上述情形。例如，第一或第二激光束L1或L2可以从双波长半导体激光器24发射出，导向到与基片26的垂直的方向传播，而不使用反射器28。在此例中，双波长半导体激光器24的第一发光窗口24a即发射第一激光束L1的窗口，是与点p1一致的窗口，该点p1位于封壳21的开口23内侧，且第一激光束L1的主激光束从此通过。第二发光窗口24b即发射第二激光束L2的窗口，与点p2一致。这时，光电探测器集成电路25上的光电探测器A、B、E和F，或光电探测器集成电路40上的光电探测器G和H，或者光电探测器集成电路60上的光电探测器K、L和M，将被设置在第一和第二发光窗口的连线的延长线上。
如前所述，集成光学部件11具有一个适于发射第一和第二激光束L1和L2的双波长半导体激光器24。然而，也可以分别为第一激光束L1和第二激光束L2各设置一个单独的半导体激光器，两激光器彼此接近。
如前所述，第一和第二激光束L1和L2被准直透镜12整形变为平行光。然而，当用一有限物镜用作物镜15时，就不需要准直透镜12了。
同样，第一或第二激光束L1或L2通过反射镜13转向了光路，又通过孔径限制滤光器14入射到物镜15，因此而纠正了球面象差。然而，假如采用另一种器来纠正球面象差，则不需要孔径限制滤光器14了。同样，光头4也可以这样设置，即，让第一或第二激光束L1或L2直接入射到物镜15上，而不需要转向光路。尽管如此，最好让光路平行于光盘2的信号记录表面，以使光学记录和/或再现装置1的结构更薄。
本发明的光学记录和/或再现装置1，也可以适于使用不同波长的激光束分别在两种或更多种记录载体上写入和/或读取信息。因此，光盘2的种类也不局限于CD-D和DVD。
对于本发明的集成光学部件，因在点与点之间的延长线上设置有多个中的至少两种光电探测器，其中，所述点是指第一和第二激光束的主激光束通过的点，所以，第一或第二激光束的反射部分能被恰当地探测，而反射光探测器中的其余光电探测器的设置则相对可以相对自由。例如，用于探测第一激光束的正和负一级反射部分的光电探测器可设置成这样，使得用三激光束法，能得到一个跟踪误差信号。
根据上面对本发明所作的详细描述，可知能够实现提出的发明目的。而且，在不偏离本发明的构思和范围的情况下可以对本发明所述的方法和结构作某些改变。就是说，上述文字记载和附图所示的技术内容均应理解为只是为说明本发明的，而不应局限于此。
权利要求
1．一种用于光头的集成光学部件，既能与第一光学记录载体相兼容，以便能用第一激光束在第一光学记录载体上记录和/或读取信息，又能与第二光学记录载体相兼容，以便能用第二激光束在第二光学记录载体上记录和/或读取信息，其中第二激光束的波长比第一激光束的短；所述集成光学部件包括一个具有开口的封壳，封装有一个光发射器和一个光探测器；所述光发射器用于从所述的第一激光器和第二激光器分别发射出第一和第二激光束；第一和第二激光束是从相互靠近的发光窗口发出的；所述光探测器包括多个光电探测器，用以探测从第一光学记录载体反射的第一激光束的反射部分，和从第二光学记录载体反射的第二激光束的反射部分；以及其中，在所述光探测器的多个光电探测器中，至少有两个光电探测器位于集成光学部件所在的平面内，并处在由所述封壳开口内侧的两点所连成的第一连线的延长线上，其中一点通过出自所述封壳的第一激光束的主激光束，另一点通过出自所述封壳的第二激光束的主激光束。
2．根据权利要求1所述的集成光学部件，其特征在于，还包括一个光反射器，用于将从所述的光发射器发射的第一和第二激光束反射至所述封壳的开口处；所述的光反射器规定由另两点所连成的第二线，被光反射元件反射的第一激光束的主激光束通过其中一点，被光反射元件反射的第二激光束的主激光束通过另一点，而且所述的第二连线平行于所述的第一连线。
3．根据权利要求1所述的集成光学部件，其特征在于，还包括一个连接所述发光点的第三连线，第三连线平行于所述的第一连线和第二连线。
4．根据权利要求1所述的集成光学部件，其特征在于，还包括一个光路分路器，用于将所述的从第一光学记录载体反射的第一激光束的反射部分分成第一多个光路，而将所述的从第二光学记录载体反射的第二激光束的反射部分分成第二多个光路；所述的第一光路和第二光路入射到所述的光探测器。
5．根据权利要求4所述的集成光学部件，其特征在于，所述的光路分路器包括一个衍射器，用于分别衍射第一激光束的反射部分和第二激光束的反射部分。
6．根据权利要求4所述的集成光学部件，其特征在于，所述的光路分路器包括一个具有一半透层的光学棱镜。
7．根据权利要求1所述的集成光学部件，其特征在于，还包括一个分光器，用于将从所述光发射器发射的第一激光束分成至少三光束，包括一零级激光束，一正一级激光束和一负一级激光束。
8．根据权利要求7所述的集成光学部件，其特征在于，所述的分光器允许所有的零级激光束充分地通过。
9．根据权利要求7所述的集成光学部件，其特征在于，所述的正和负一级激光束由不是位于所述的第一连线上的所述多个光电探测器中的光电探测器探测，以便于用三激光束法计算出一个跟踪误差信号。
10．根据权利要求1所述的集成光学部件，其特征在于，所述的位于第一连线延长线上的两个光电探测器提供一个探测信号，根据所述第一激光束和第二激光束的反射部分，计算出一个聚焦误差信号。
11．根据权利要求1所述的集成光学部件，其特征在于，所述的位于第一连线延长线上的两个光电探测器提供探测信号，以便用微分三等分法计算出一个聚焦误差信号，用DPD(微分相位探测)法计算出一个跟踪误差信号。
12．根据权利要求1所述的集成光学部件，其特征在于，所述的位于第一连线延长线上的三个光电探测器提供探测信号，以便用傅科法计算出一个聚焦误差信号，用DPD(微分相位探测)法计算出一个跟踪误差信号。
13．根据权利要求1所述的集成光学部件，其特征在于，所述的位于第一连线延长线上的两个光电探测器，探测记录在第一和第二光学记录载体上的信息信号。
14．根据权利要求1所述的集成光学部件，其特征在于，所述的光发射器包括一个双波长半导体激光器二极管，用于发射所述的第一和第二激光束。
15．根据权利要求1所述的集成光学部件，其特征在于，所述的光发射器包括一个用于发射所述的第一激光束的第一半导体激光器二极管，和一个用于发射所述的第二激光束的第二半导体激光器二极管。
16．一种光头，既能与第一光学记录载体相兼容，以便能用第一激光束在第一光学记录载体上记录和/或读取信息，又能与第二光学记录载体相兼容，以便能用第二激光束在第二光学记录载体上记录和/或读取信息，其中第二激光束的波长比第一激光束的短；所述光头包括一个聚光器，用于会聚第一激光束并把它传播至第一光学记录载体，和会聚第二激光束并把它传播至第二光学记录载体；一个集成光学部件，它包括一个具有开口的封壳，封装有一个光发射器和一个光探测器；所述光发射器用于从所述的第一激光器和第二激光器分别发射出第一和第二激光束；第一和第二激光束是从相互靠近的发光窗口发出的；所述光探测器包括多个光电探测器，用以探测从第一光学记录载体反射的第一激光束的反射部分，和从第二光学记录载体反射的第二激光束的反射部分；以及其中，多个中光电探测器至少两个位于集成光学部件所在的平面内，并处在由所述封壳开口内侧的两点所连成的第一连线的延长线上，其中一点通过出自封壳的第一激光束的主激光束，另一点通过出自出自封壳的第二激光束的主激光束。
17．根据权利要求16所述的一种光头，其特征在于，还包括一个光反射器，用于将从所述的光发射器发射的第一和第二激光束反射至所述封壳的开口处；所述的光反射器规定由另两点所连成的第二连线，被光反射元件反射的第一激光束的主激光束通过其中一点，被光反射元件反射的第二激光束的主激光束通过另一点，而且所述的第二连线平行于所述的第一连线。
18．根据权利要求16所述的一种光头，其特征在于，还包括一个连接所述发光点的第三连线，第三连线平行于所述的第一连线和第二连线。
19．根据权利要求16所述的一种光头，其特征在于，还包括一个光路分路器，用于将所述的从第一光学记录载体反射的第一激光束的反射部分分成第一多个光路，而将所述的从第二光学记录载体反射的第二激光束的反射部分分成第二多个光路；所述的第一光路和第二多个光路入射到所述的光探测器。
20．一种光学记录和/或再现装置，包括一个光头，该光头既能与第一光学记录载体相兼容，以便能用第一激光束在第一光学记录载体上记录和/或读取信息，又能与第二光学记录载体相兼容，以便能用第二激光束在第二光学记录载体上记录和/或读取信息，其中第二激光束的波长比第一激光束的短；所述光头包括一个聚光器，用于会聚第一激光束并把它传播至第一光学记录载体，和会聚第二激光束并把它传播至第二光学记录载体；一个集成光学部件，它包括一个具有开口的封壳，封装有一个光发射器和一个光探测器；所述光发射器用于从所述的第一激光器和第二激光器分别发射出第一和第二激光束；第一和第二激光束是从相互靠近的发光窗口发出的；所述光探测器包括多个光电探测器，用以探测从第一光学记录载体反射的第一激光束的反射部分，和从第二光学记录载体反射的第二激光束的反射部分；在所述光探测器的多个光电探测器中，至少有两个光电探测器位于集成光学部件所在的平面内，并处在由所述封壳开口内侧的两点所连成的第一连线的延长线上，出自所述封壳开口的第一激光束的主激光束通过其中一点时，出自所述封壳开口的第二激光束的主激光束通过另一点。
21．根据权利要求20所述的一种光学记录和/或再现装置，其特征在于，还包括一个光反射器，用于将从所述的光发射器发射的第一和第二激光束反射至所述封壳的开口处；所述的光反射器确定由另两点所连成的第二连线，被光反射元件反射的第一激光束的主激光束通过其中一点，被光反射元件反射的第二激光束的主激光束通过另一点，而且所述的第二连线平行于所述的第一连线。
22．根据权利要求20所述的一种光学记录和/或再现装置，其特征在于，还包括一个连接所述发光点的第三连线，第三连线平行于所述的第一连线和第二连线。
23．根据权利要求20所述的一种光学记录和/或再现装置，其特征在于，还包括一个光路分路器，用于将所述的从第一光学记录载体反射的第一激光束的反射部分分成第一多个光路，而将所述的从第二光学记录载体反射的第二激光束的反射部分分成第二多个光路；所述的第一光路和第二光路入射到所述的光探测器。
全文摘要
一种集成光学部件,光头以及光学记录和/或再现装置,利用三激光束法可以探测跟踪误差信号,能够用两种不同波长的激光束在两种不同型号的光盘上记录和/或读取信息。使用位于集成光学部件所在的平面内的多个光电探测器探测从光盘反射出的激光束的反射部分,产生一误差信号。用于探测一级反射部分的光电探测器被设置在从一个双波长半导体激光器发射的第一、第二激光束的主激光束分别通过的两点间连线的延长线上。
文档编号G11B7/12GK1284714SQ0012861
公开日2001年2月21日 申请日期2000年7月8日 优先权日1999年7月8日
发明者游马嘉人 申请人:索尼公司