專利名稱：光學(xué)頭、光檢測器、記錄和再現(xiàn)裝置和聚焦誤差檢測方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光學(xué)頭，至少用于通過光對記錄介質(zhì)記錄或者再現(xiàn)信息；使用這樣光學(xué)頭的光信息記錄和再現(xiàn)裝置；和聚焦誤差檢測方法，用于檢測會(huì)聚在記錄介質(zhì)上的光的聚焦誤差。
近幾年中，通過使用如光盤的光信息記錄介質(zhì)，至少用于光記錄或者光再現(xiàn)信息的各種光信息記錄和再現(xiàn)裝置，已經(jīng)在市場上銷售。它們中，使用光盤作為記錄介質(zhì)的光盤驅(qū)動(dòng)器范圍大量擴(kuò)展，并且它的記錄密度越來越高。例如，作為只回放的光盤驅(qū)動(dòng)器，適用于再現(xiàn)DVD的DVD驅(qū)動(dòng)器也已經(jīng)在市場上銷售，DVD的記錄容量已經(jīng)增加到4.7GB，約CD-ROM(CompactDisk-Read Only Memory，即光盤只讀存儲(chǔ)器)容量的7倍。DVD具有與記錄容量大約是650MB的CD-ROM相同的尺寸(直徑120mm)。
一般地，在光盤中，記錄表面形成在透明基底上，用于記錄或再現(xiàn)的光通過物鏡照射到光盤上，通過透明基底，并聚焦在記錄表面上。例如，DVD驅(qū)動(dòng)器采用差分相位差方法(DPD方法)，使用被交叉格子分割成四部分的光檢測器。另一方面，為了使記錄表面的光斑最小化，執(zhí)行了聚焦誤差檢測。作為檢測方法，經(jīng)常使用像散方法，其中使用了與用于跟蹤誤差檢測相同的光檢測器。
在CD驅(qū)動(dòng)器中，物鏡的NA(Numerical Aperture，即數(shù)值孔徑)被設(shè)置為0.45。在DVD驅(qū)動(dòng)器中，為了使記錄密度更高，物鏡的NA增加到0.60。當(dāng)NA增加時(shí)，一般地說，在光盤傾斜的情況下的失真(主要是彗形失真)隨之增加，并且再現(xiàn)信號(hào)退化。由于失真通常與NA的立方和基底的厚度幾乎成比例，在DVD中，為了抑制失真，光盤的厚度被設(shè)為0.6mm，是CD厚度(1.2mm)的一半。
人們期望DVD是繼承CD的光盤。期望DVD驅(qū)動(dòng)器用于再現(xiàn)CD中的信息。在使用包括了為再現(xiàn)高密度DVD優(yōu)化的物鏡的光系統(tǒng)再現(xiàn)CD的情況下，由于基底的厚度不同而發(fā)生球面像差。這樣不能得到好的再現(xiàn)信號(hào)。
目前，還希望DVD驅(qū)動(dòng)器也再現(xiàn)作為只寫一次CD的CD-R(CDRecordable，即可記錄CD)。但是，CD-R通常由包括對相對長波長的光敏感的著色劑的材料制成。結(jié)果，難以通過使用發(fā)出在DVD驅(qū)動(dòng)器中使用的650nm光的光源再現(xiàn)CD-R。在也可以再現(xiàn)CD-R的每一種DVD-ROM再現(xiàn)裝置和DVD-Video裝置中，使用了發(fā)出650nm光的光源和發(fā)出780nm光的光源這樣兩種光源，并且采用了也被設(shè)計(jì)成抑制不同基底厚度產(chǎn)生的信號(hào)退化的光學(xué)頭(光拾取器)。用于能夠再現(xiàn)不僅DVD-ROM還有CD和CD-R的DVD-ROM裝置的光學(xué)頭將在下面描述。在下列的描述中，CD和CD-R將被簡單地描述為CD，并且DVD-ROM和DVD-Video將被簡單地描述為DVD。


圖1是顯示用于適于再現(xiàn)DVD和CD的DVD裝置的光學(xué)頭的光檢測器的結(jié)構(gòu)的平面圖。
首先，描述光檢測器。如圖1所示，光檢測器19包括基底191；主光斑光接收部分192，主光斑位于基底191的中心區(qū)域；和兩個(gè)側(cè)光斑光接收部分193和194，側(cè)光斑位于主光斑光接收部分192兩側(cè)相等間隔的位置上。主光斑光接收部分192整體上是矩形，并被交叉的分割線分割成形狀幾乎相等的四個(gè)光接收區(qū)192A、192B、192C和192D。側(cè)光斑光接收部分193和194的每一個(gè)是沒有被分割的單一區(qū)域。
在再現(xiàn)CD時(shí)，從用于CD的光源(未畫出)發(fā)出的光束被衍射光系統(tǒng)(未畫出)分成三束。三束光被物鏡會(huì)聚到作為記錄介質(zhì)的CD的記錄表面上。如圖1所示，從CD的記錄表面反射的三光束進(jìn)入光檢測器19的主光斑光接收部分192和側(cè)光斑光接收部分193和194的中心區(qū)域，并各自形成束斑196、197和198。
另一方面，在再現(xiàn)DVD時(shí)，從用于DVD的光源(未畫出)發(fā)出的光束被物鏡聚焦到作為記錄介質(zhì)的DVD的記錄表面上。從DVD的記錄表面反射的光束通過預(yù)定的光系統(tǒng)，入射到光檢測器19的主光斑光接收部分192的中心區(qū)域，并形成束斑196。束斑196的中心被調(diào)整到與主光斑光接收部分192的中心幾乎一致(也就是，四個(gè)光接收區(qū)192A、192B、192C和192D的交點(diǎn))。圖1畫出了主光斑光接收部分192上的束斑196幾乎具有圓形的情況，也就是，光學(xué)頭處在聚焦?fàn)顟B(tài)。聚焦?fàn)顟B(tài)代表光束被物鏡聚焦到記錄介質(zhì)的記錄表面，形成最小光斑的狀態(tài)。當(dāng)光學(xué)頭離開聚焦位置時(shí)，主光斑光接收部分192的束斑196形狀改變成橢圓形，或者如圖2A所示其主軸的上部相對于垂直線向左傾斜45度并且下部相對于垂直線向右傾斜45度，或者如圖2B所示其主軸的上部相對于垂直線向右傾斜45度并且下部相對于垂直線向左傾斜45度。圖2A和圖2B的每一個(gè)只局部放大地畫出了光檢測器19的主光斑光接收部分192。
從主光斑光接收部分192的四個(gè)光接收區(qū)192A、192B、192C和192D發(fā)出的光接收信號(hào)分別用參考字母a、b、c和d表示，并且從側(cè)光斑光接收部分193和194發(fā)出的光接收信號(hào)分別用參考字母e和f表示，焦點(diǎn)牽引(pull-in)信號(hào)FPI、再現(xiàn)信號(hào)RF、聚焦誤差信號(hào)FE和跟蹤誤差信號(hào)TE由下列等式(1)到(4)表達(dá)。焦點(diǎn)牽引信號(hào)FPI是用于調(diào)整范圍的信號(hào)，其中聚焦控制根據(jù)聚焦誤差信號(hào)FE來執(zhí)行，并且通過例如使用預(yù)定低通濾波器(未畫出)消除再現(xiàn)信號(hào)RF的高頻部分得到。
焦點(diǎn)牽引信號(hào)FPI=再現(xiàn)信號(hào)RF=a+b+c+d …(1)聚焦誤差信號(hào)FE=(a+c)-(c+d) …(2)跟蹤誤差信號(hào)TE=(a+c)和(b+d)之間的相位差…(3)或跟蹤誤差信號(hào)TE=(e-f)…(4)由等式(2)表達(dá)的聚焦誤差信號(hào)FE通過像散方法用于檢測聚焦誤差。如上所述，在DVD再現(xiàn)信息的時(shí)候，在圖1所示的光檢測器19中，主光斑光接收部分192的束斑196的形狀變成圓形，或其主軸取向隨聚焦度不同而不同的各種橢圓。由等式(2)得到的聚焦誤差信號(hào)FE由此改變。更具體地說，在聚焦?fàn)顟B(tài)，主光斑光接收部分192的光接收區(qū)192A、192B、192C和192D的輸出信號(hào)幾乎彼此相等。結(jié)果，聚焦誤差信號(hào)FE幾乎是0。當(dāng)系統(tǒng)不在聚焦?fàn)顟B(tài)時(shí)，束斑196具有橢圓形。這樣差異產(chǎn)生在主光斑光接收部分192的一個(gè)對角線方向上的光接收區(qū)192A和192C的輸出信號(hào)之和(a+c)，與另一個(gè)對角線方向上的光接收區(qū)192B和192D的輸出信號(hào)之和(b+d)之間。在這種情況下，它們之間的差值的符號(hào)依賴于散焦的方向，并且差值的絕對值依賴于散焦量。通過移動(dòng)物鏡使聚焦誤差信號(hào)FE變?yōu)?，就可能保持最好的聚焦?fàn)顟B(tài)。
再現(xiàn)DVD情況下的跟蹤伺服的方法與再現(xiàn)CD情況下的跟蹤伺服的方法彼此不同。特別是，在再現(xiàn)DVD的情況下，由等式(3)表達(dá)的(a+c)與(b+d)之間的相位差，通過使用主光斑光接收部分192的光接收區(qū)192A、192B、192C和192D發(fā)出的信號(hào)得到，它們用于聚焦伺服的像散方法。相位差用作跟蹤誤差信號(hào)TE。另一方面，在再現(xiàn)CD的情況下，跟蹤伺服通過所謂的三點(diǎn)方法進(jìn)行。根據(jù)三點(diǎn)方法，用于光盤上的光被衍射光柵等分成第0級(jí)光線、第+1級(jí)光線和第-1級(jí)光線的三光束。三光束被主光斑光接收部分192和側(cè)光斑光接收部分193與194的三個(gè)接收部分接收。作為跟蹤誤差信號(hào)TE，使用了由等式(4)表達(dá)的(e-f)。
用于這樣的光學(xué)頭的物鏡具有例如圖6所示的結(jié)構(gòu)。為方便解釋，圖6在左半邊畫出了CD的剖面圖，而在右半邊畫出了DVD的剖面圖。如圖所示，在具有大約0.38到0.44NA的區(qū)域中，物鏡27具有周圍區(qū)域凹進(jìn)去的帶狀基底厚度糾正部分27A，在基底厚度糾正部分27A內(nèi)側(cè)的中心區(qū)域27B和在基底厚度糾正部分27A外側(cè)的外圍區(qū)域27C，以最適合于DVD-ROM基底的厚度(0.6mm)的表面形狀形成。另一方面，基底厚度糾正部分27A被設(shè)計(jì)成最適合于CD基底的厚度(1.2mm)的表面形狀，這樣使再現(xiàn)CD時(shí)發(fā)生的失真得到糾正。這樣結(jié)構(gòu)的物鏡27由具有驅(qū)動(dòng)透鏡的線圈的致動(dòng)器(未畫出)，沿著與光盤表面成直角的方向驅(qū)動(dòng)。
在使用圖6所示的物鏡27再現(xiàn)CD的情況下的波前失真，例如如圖7所示。圖中，橫軸指示物鏡NA，而縱軸代表球面失真(單位mm)。如圖所示，通過球面失真相對小的旁軸區(qū)域與為CD設(shè)計(jì)的帶狀區(qū)域(基底厚度糾正部分27A)的合成，使在使用物鏡27再現(xiàn)CD的情況下的波前失真減小到一定程度，在實(shí)際使用中是毫無問題的。由于在具有0.44或更大的NA的外圍部分球面失真較大，光被散射，并不入射到小尺寸的主光斑光接收部分192(圖1)上，像散方法通常用它來檢測聚焦誤差。
另一方面，在再現(xiàn)DVD的情況下，通過帶狀區(qū)(基底厚度糾正部分27A)的光被散射，并且不會(huì)聚到主光斑光接收部分192。結(jié)果，具有適于通過使用單一物鏡和單一檢測設(shè)備再現(xiàn)CD和DVD的高兼容性的光系統(tǒng)可以得到實(shí)現(xiàn)，而再現(xiàn)DVD的性能幾乎沒有退化。結(jié)果，可以實(shí)現(xiàn)用于DVD、CD和CD-R的結(jié)構(gòu)簡單成本低廉的光學(xué)頭，它具有少量的部件。
但是最近，除了上述記錄介質(zhì)，可重寫的DVD-RAM(Random AccessMemory，即隨機(jī)存取存儲(chǔ)器)已開始商業(yè)應(yīng)用。人們需要也可以再現(xiàn)DVD-RAM的用于DVD的再現(xiàn)光學(xué)頭，和也可以再現(xiàn)DVD和CD的用于DVD-RAM的記錄或再現(xiàn)光學(xué)頭。
傳統(tǒng)的只再現(xiàn)DVD或CD采用在平臺(tái)上或者在凹槽上記錄信息的系統(tǒng)。適于記錄并再現(xiàn)信息的DVD-RAM采用平臺(tái)/凹槽記錄系統(tǒng)，為了增加記錄密度，既在平臺(tái)上也在凹槽上記錄信息。與傳統(tǒng)的DVD或CD不同，其中用于記錄的平臺(tái)或者凹槽變寬了，而另一個(gè)變窄了，在平臺(tái)/凹槽記錄系統(tǒng)中，平臺(tái)和凹槽兩者都被設(shè)計(jì)成變寬到適當(dāng)?shù)某潭取?br> 但是，在平臺(tái)/凹槽記錄系統(tǒng)中，通過使用像散方法檢測聚焦誤差的情況下，發(fā)生了一種被稱為“跟蹤干涉”的現(xiàn)象，它將在下列描述。已經(jīng)確定此現(xiàn)象產(chǎn)生了被稱為“軌道交叉噪聲”的噪聲?！案櫢缮妗笔沁@樣一種現(xiàn)象，當(dāng)束斑跨過軌道時(shí)聚焦誤差信號(hào)發(fā)生很大改變。“軌道交叉噪聲”是聚焦誤差信號(hào)值變化產(chǎn)生的噪聲，它依賴于束斑落在記錄介質(zhì)的平臺(tái)上還是在凹槽上而產(chǎn)生。
圖3畫出了“跟蹤干涉”現(xiàn)象。圖中，橫軸畫出了物鏡在與光盤成直角方向上的位置，而縱軸指示了聚焦誤差信號(hào)的輸出電平。實(shí)曲線FEL是顯示束斑在平臺(tái)的情況下，物鏡位置與聚焦誤差信號(hào)FE之間的關(guān)系的聚焦誤差曲線。虛曲線FEG是顯示束斑在凹槽上的情況下，物鏡位置與聚焦誤差信號(hào)FE之間的關(guān)系的聚焦誤差曲線。
如圖所示，聚焦誤差曲線FEL(FEG)的尖峰之間的范圍被指定為聚焦?fàn)恳秶鶶PP。聚焦伺服只在這一范圍內(nèi)進(jìn)行。只在這一區(qū)域提供聚焦?fàn)恳齾^(qū)域SPP并且執(zhí)行聚焦伺服的原因是，當(dāng)物鏡的位置與聚焦位置偏離很大程度的情況下聚焦誤差信號(hào)FE也可以變?yōu)?，有必要去除這樣的散焦?fàn)顟B(tài)被檢測為聚焦?fàn)顟B(tài)的情況。
如圖3所示，聚焦?fàn)恳秶鶶PP中的聚焦誤差信號(hào)FE的值依賴于束斑是在記錄介質(zhì)的平臺(tái)上還是凹槽上而改變。結(jié)果，在兩個(gè)位置上聚焦誤差信號(hào)FE變?yōu)?；當(dāng)束斑在平臺(tái)上的情況下的物鏡位置XL，和當(dāng)束斑在凹槽上的情況下的物鏡位置XG。另一方面，用于控制光學(xué)頭操作的控制器(未畫出)控制通過用于驅(qū)動(dòng)物鏡(未畫出)的線圈的電流，以在與光盤成直角的方向上驅(qū)動(dòng)物鏡使聚焦誤差信號(hào)FE變?yōu)?。每當(dāng)束斑從平臺(tái)移動(dòng)到凹槽和從凹槽移動(dòng)到平臺(tái)時(shí)，物鏡在位置XL和位置XG之間移動(dòng)，并且表現(xiàn)為軌道交叉噪聲。噪聲產(chǎn)生各種麻煩，如散焦、聚焦伺服和跟蹤伺服的傳輸特點(diǎn)的退化、和驅(qū)動(dòng)透鏡的線圈燒壞或毀壞。引起參考圖3解釋的跟蹤干涉現(xiàn)象的機(jī)制還沒有被完全分析清楚。
為了避免軌道交叉噪聲產(chǎn)生的麻煩，可以考慮使用所謂光斑尺寸方法執(zhí)行聚焦誤差檢測。根據(jù)上述像散方法，使用了分割的主光斑光接收部分192(圖1)，并且分割區(qū)域的輸出信號(hào)根據(jù)等式(2)對角線相加和相減，這樣得到相應(yīng)于光接收光斑形狀的信號(hào)。相反，根據(jù)光斑尺寸方法，光斑尺寸從光接收部分的輸出信號(hào)中檢測，并且根據(jù)光斑尺寸執(zhí)行聚焦控制。
但是，在光斑尺寸方法中，由于需要具有相對大光接收區(qū)的主光斑光接收部分，因此會(huì)伴隨著下列的麻煩。特別是，如上所述，在根據(jù)光斑尺寸方法使用具有帶狀基底厚度糾正部分27A(圖6)執(zhí)行聚焦誤差檢測，通過共享物鏡和光接收部分實(shí)現(xiàn)低成本光學(xué)頭的情況下，由于主光斑光接收部分太大，通過外圍區(qū)域27C的散射光在再現(xiàn)CD時(shí)被主光斑光接收部分接收。另一方面，在再現(xiàn)DVD時(shí)，通過帶狀基底厚度糾正區(qū)域27A的散射光被主光斑光接收部分接收。結(jié)果，在再現(xiàn)CD或DVD時(shí)，再現(xiàn)信號(hào)RF退化，并且伺服信號(hào)如聚焦誤差信號(hào)也退化。
本發(fā)明是在考慮上述問題之后作出的，本發(fā)明的目的是提供一種光學(xué)頭，光檢測器，光記錄和再現(xiàn)裝置和聚焦誤差檢測裝置及聚焦誤差檢測方法，可以適用于各種記錄介質(zhì)，也可以適用于其中平臺(tái)和凹槽都用作信息記錄區(qū)域的平臺(tái)/凹槽記錄系統(tǒng)。
根據(jù)本發(fā)明，提供了一種光學(xué)頭，包括光源，用于發(fā)出光束；物鏡，用于將光源發(fā)出的光束聚焦到具有預(yù)定軌道引導(dǎo)結(jié)構(gòu)的記錄介質(zhì)的記錄表面；分光裝置，用于將從光源發(fā)出的光束和從記錄介質(zhì)的記錄表面反射的光束彼此分開；光檢測裝置，用于接收從記錄介質(zhì)反射并由分光裝置分開的光束；和像散產(chǎn)生裝置，用于在記錄介質(zhì)的記錄表面反射并通過分光裝置到達(dá)光檢測裝置的光束中產(chǎn)生的像散，其中光檢測裝置包括四個(gè)外圍光接收部分，關(guān)于第一軸和第二軸幾乎對稱排列，第一軸平行于記錄介質(zhì)的軌道引導(dǎo)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的一組衍射圖樣的排列方向，而第二軸垂直于該排列方向；和中間光接收部分，位于夾在兩條排列線之間的中間區(qū)域中，兩條排列線平行于四個(gè)外圍光接收部分的排列中的第二軸。
根據(jù)本發(fā)明，提供了一種光檢測器，用于檢測聚焦誤差，當(dāng)從光源發(fā)出的光束被物鏡聚焦在具有預(yù)定軌道引導(dǎo)結(jié)構(gòu)的記錄介質(zhì)上時(shí)，產(chǎn)生該聚焦誤差，光檢測器包括四個(gè)外圍光接收部分，關(guān)于第一軸和第二軸幾乎對稱排列，第一軸平行于記錄介質(zhì)的軌道引導(dǎo)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的一組衍射圖樣的排列方向，而第二軸垂直于該排列方向；和中間光接收部分，位于夾在兩條排列線之間的中間區(qū)域中，兩條排列線平行于四個(gè)外圍光接收部分的排列中的第二軸；輸入端，用于輸入轉(zhuǎn)換信號(hào)；和轉(zhuǎn)換裝置，用于響應(yīng)輸入端提供的轉(zhuǎn)換信號(hào)，轉(zhuǎn)換四個(gè)外圍光接收部分和中間光接收部分的輸出信號(hào)。
根據(jù)本發(fā)明，提供了一種光信息記錄和再現(xiàn)裝置，包括記錄介質(zhì)驅(qū)動(dòng)裝置，用于驅(qū)動(dòng)記錄介質(zhì)；光學(xué)頭，用于從記錄介質(zhì)驅(qū)動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)的記錄介質(zhì)上讀取信號(hào)；光學(xué)頭驅(qū)動(dòng)裝置，用于沿記錄介質(zhì)移動(dòng)光學(xué)頭；信號(hào)處理裝置，用于根據(jù)光學(xué)頭讀出的信號(hào)產(chǎn)生再現(xiàn)信號(hào)；和伺服控制裝置，用于根據(jù)光學(xué)頭讀出的信號(hào)控制記錄介質(zhì)驅(qū)動(dòng)裝置、光學(xué)頭驅(qū)動(dòng)裝置和光學(xué)頭的操作，其中光學(xué)頭具有光源，用于發(fā)出光束；物鏡，用于將光源發(fā)出的光束聚焦到具有預(yù)定軌道引導(dǎo)結(jié)構(gòu)的記錄介質(zhì)的記錄表面；分光裝置，用于將從光源發(fā)出的光束和從記錄介質(zhì)的記錄表面反射的光束彼此分開；光檢測裝置，用于接收從記錄介質(zhì)反射并由分光裝置分開的光束，它具有四個(gè)外圍光接收部分，關(guān)于第一軸和第二軸幾乎對稱排列，第一軸平行于記錄介質(zhì)的軌道引導(dǎo)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的一組衍射圖樣的排列方向，而第二軸垂直于該排列方向，和中間光接收部分，位于夾在兩條排列線之間的中間區(qū)域中，兩條排列線平行于四個(gè)外圍光接收部分的排列中的第二軸；和像散產(chǎn)生裝置，用于在記錄介質(zhì)的記錄表面反射并通過分光裝置到達(dá)光檢測裝置的光束中產(chǎn)生像散。
根據(jù)本發(fā)明，提供了一種用于光學(xué)頭的聚焦誤差檢測方法，光學(xué)頭具有光源，用于發(fā)出光束；物鏡，用于將光源發(fā)出的光束聚焦到具有預(yù)定軌道引導(dǎo)結(jié)構(gòu)的記錄介質(zhì)的記錄表面；分光裝置，用于將從光源發(fā)出的光束和從記錄介質(zhì)的記錄表面反射的光束彼此分開；光檢測裝置，用于接收從記錄介質(zhì)反射并由分光裝置分開的光束；像散產(chǎn)生裝置，用于在記錄介質(zhì)的記錄表面反射并通過分光裝置到達(dá)光檢測裝置的光束中產(chǎn)生像散，其中光檢測裝置裝備有四個(gè)外圍光接收部分，關(guān)于第一軸和第二軸幾乎對稱排列，第一軸平行于記錄介質(zhì)的軌道引導(dǎo)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的一組衍射圖樣的排列方向，而第二軸垂直于該排列方向；和中間光接收部分，位于夾在兩條排列線之間的中間區(qū)域中，兩條排列線平行于四個(gè)外圍光接收部分的排列中的第二軸，并且聚焦誤差信號(hào)通過將根據(jù)四個(gè)外圍光接收部分輸出的信號(hào)得到的檢測信號(hào)，與根據(jù)中間光接收部分輸出的信號(hào)得到的檢測信號(hào)的常數(shù)倍相加得到的。在這種情況下，常數(shù)倍中的常數(shù)不僅可以是正數(shù)，而且可以是負(fù)數(shù)，甚至可以是0。
在本發(fā)明的光學(xué)頭或光信息記錄和再現(xiàn)裝置中，從光源發(fā)出的光束被物鏡聚焦到具有預(yù)定軌道引導(dǎo)結(jié)構(gòu)的記錄介質(zhì)的記錄表面上，并被記錄表面反射。從記錄介質(zhì)的記錄表面反射的光束，被分光裝置與光源發(fā)出的光束分開，并進(jìn)入到光檢測裝置。此時(shí)，像散產(chǎn)生裝置使來自記錄介質(zhì)的記錄表面的光束產(chǎn)生像散。光檢測裝置包括四個(gè)外圍光接收部分，關(guān)于第一軸和第二軸幾乎對稱排列，第一軸平行于記錄介質(zhì)的軌道引導(dǎo)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的一組衍射圖樣的排列方向，而第二軸垂直于該排列方向；中間光接收部分，位于夾在兩條排列線之間的中間區(qū)域，兩條排列線平行于四個(gè)外圍光接收部分的排列中的第二軸。四個(gè)外圍光接收部分和中間光接收部分被光束斑照射。
在本發(fā)明的光檢測器中，四個(gè)外圍光接收部分的輸出信號(hào)和中間光接收部分的輸出信號(hào)響應(yīng)輸入端提供的轉(zhuǎn)換信號(hào)來轉(zhuǎn)換，四個(gè)外圍光接收部分關(guān)于第一軸和第二軸幾乎對稱排列，第一軸平行于記錄介質(zhì)的軌道引導(dǎo)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的一組衍射圖樣的排列方向，而第二軸垂直于該排列方向，中間光接收部分位于夾在兩條排列線之間的中間區(qū)域中，兩條排列線平行于四個(gè)外圍光接收部分的排列中的第二軸。根據(jù)輸出信號(hào)，檢測當(dāng)從光源發(fā)出的光束被物鏡聚焦在具有預(yù)定軌道引導(dǎo)結(jié)構(gòu)的記錄介質(zhì)的記錄表面時(shí)發(fā)生的聚焦誤差。
在本發(fā)明的聚焦誤差檢測方法中，首先，光檢測裝置裝備有四個(gè)外圍光接收部分，關(guān)于第一軸和第二軸幾乎對稱排列，第一軸平行于記錄介質(zhì)的軌道引導(dǎo)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的一組衍射圖樣的排列方向，而第二軸垂直于該排列方向；和中間光接收部分，位于夾在兩條排列線之間的中間區(qū)域中，兩條排列線平行于四個(gè)外圍光接收部分的排列中的第二軸。然后，聚焦誤差信號(hào)通過將根據(jù)從四個(gè)外圍光接收部分輸出的信號(hào)得到的檢測信號(hào)，與根據(jù)從中間光接收部分輸出的信號(hào)得到的檢測信號(hào)的常數(shù)倍相加得到的。
本發(fā)明的這些和其它目的和特征，從下列結(jié)合附圖的優(yōu)選實(shí)施例的描述中變得更清楚，其中圖1是平面圖，畫出用于根據(jù)相關(guān)技術(shù)的光學(xué)頭的光檢測器的光接收部分的結(jié)構(gòu)圖；圖2A和2B是解釋圖1所示光檢測器的動(dòng)作的示意圖；圖3是特性曲線圖，畫出了傳統(tǒng)光學(xué)頭的聚焦誤差曲線；圖4是方塊圖，畫出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的光信息記錄和再現(xiàn)裝置的示意性結(jié)構(gòu)。
圖5是畫出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的光學(xué)頭的完整結(jié)構(gòu)的示意圖6是剖面圖，畫出了圖5的物鏡的結(jié)構(gòu)；圖7是特性曲線圖，畫出了圖6所示的物鏡的波前失真特征；圖8是平面圖，畫出了圖5的光檢測器的結(jié)構(gòu)；圖9是電路圖，畫出了光檢測器的算術(shù)電路的結(jié)構(gòu)；圖10A和10B是解釋凹槽記錄系統(tǒng)的示意圖；圖11A和11B是解釋平臺(tái)/凹槽記錄系統(tǒng)的示意圖；圖12A和12B畫出了在通過無像散地用于DVD的光學(xué)頭再現(xiàn)DVD-RAM的情況下，計(jì)算光盤衍射光在物鏡光瞳上的相位分布的例子的圖形；圖13A和13B畫出了在通過無像散地用于DVD的光學(xué)頭再現(xiàn)DVD-RAM的情況下，計(jì)算光盤衍射光在物鏡光瞳上的密度分布的例子的圖形；圖14A和14B畫出了在通過無像散地用于DVD的光學(xué)頭再現(xiàn)DVD-RAM的情況下，計(jì)算光盤衍射光在物鏡光瞳上的相位分布的另一個(gè)例子的圖形；圖15A和15B是解釋在像散方法中光斑的狀態(tài)改變的示意圖；圖16A和16B畫出了通過使用像散方法再現(xiàn)平臺(tái)/凹槽記錄介質(zhì)的情況下，光接收部分上的衍射圖樣的例子的示意圖；圖17是定義失真方向的示意圖；圖18A和18B是解釋圖5所示的光檢測器的光接收部分的結(jié)構(gòu)、會(huì)聚光斑的形狀和位置與方向之間的關(guān)系的示意圖；圖19是特性曲線圖，畫出了實(shí)施例中適當(dāng)?shù)玫降木劢拐`差曲線；圖20A和20B畫出了在通過有像散地用于DVD的光學(xué)頭再現(xiàn)DVD-RAM的情況下，計(jì)算光盤衍射光在物鏡光瞳上的相位分布的例子的圖形；圖21A和21B畫出了在通過有像散地用于DVD的光學(xué)頭再現(xiàn)DVD-RAM的情況下，計(jì)算光盤衍射光在物鏡光瞳上的密度分布的例子的圖形；圖22A和22B是通過使用輪廓線畫出了圖21A和21B中密度分布的示意圖；圖23是解釋當(dāng)光斑在平臺(tái)上時(shí)聚焦誤差信號(hào)的增益，與當(dāng)光斑在凹槽上時(shí)聚焦誤差信號(hào)的增益彼此不一樣的情況的示意圖；圖24A和24B畫出了在再現(xiàn)DVD-RAM的用于DVD的光學(xué)頭處在散焦?fàn)顟B(tài)的情況下，計(jì)算光盤衍射光在物鏡光瞳上的密度分布的例子的圖形；圖25A和25B畫出了在再現(xiàn)DVD-RAM的用于DVD的光學(xué)頭處在散焦?fàn)顟B(tài)的情況下，計(jì)算光盤衍射光在物鏡光瞳上的密度分布的另一個(gè)例子的圖形；
圖26A和26B是平面圖，畫出了光檢測器的一種變型。
本發(fā)明的實(shí)施例將在下列參考附圖具體描述。
圖4畫出了作為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的光信息記錄和再現(xiàn)裝置的光盤驅(qū)動(dòng)器的示意性結(jié)構(gòu)。由于根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的光學(xué)頭、光檢測器和聚焦誤差檢測方法是通過根據(jù)實(shí)施例的光信息記錄和再現(xiàn)裝置實(shí)現(xiàn)的，它們也將在下面描述。
光盤驅(qū)動(dòng)器1包括主軸電機(jī)11，用于旋轉(zhuǎn)光盤30；光學(xué)頭12；光學(xué)頭定位電機(jī)13，用于在光盤30的徑向移動(dòng)光學(xué)頭12，將光學(xué)頭12載到預(yù)定記錄軌道位置；和伺服控制電路14，用于控制主軸電機(jī)11、光學(xué)頭定位電機(jī)13和光學(xué)頭12的雙軸致動(dòng)器29(未在圖4中畫出)。光學(xué)頭定位電機(jī)13對應(yīng)于本發(fā)明的“光學(xué)頭驅(qū)動(dòng)裝置”的例子，伺服控制電路14對應(yīng)于本發(fā)明的“伺服控制裝置”的例子，并且雙軸致動(dòng)器29對應(yīng)于本發(fā)明的“物鏡驅(qū)動(dòng)裝置”的例子。
光盤驅(qū)動(dòng)器1還包括前置放大器15，連接到光學(xué)頭12上；信號(hào)調(diào)制/解調(diào)和誤差糾正單元16，連接到前置放大器15的輸出端；RAM(random accessmemory，即隨機(jī)存取存儲(chǔ)器)17，作為工作內(nèi)存，連接到信號(hào)調(diào)制/解調(diào)和誤差糾正單元16；和系統(tǒng)控制器18，用于控制伺服控制電路14和信號(hào)調(diào)制/解調(diào)和誤差糾正單元16。信號(hào)調(diào)制/解調(diào)和誤差糾正單元16對應(yīng)于本發(fā)明的“信號(hào)處理裝置”的例子。
當(dāng)光盤驅(qū)動(dòng)器1被用于，例如數(shù)據(jù)存儲(chǔ)時(shí)，光盤驅(qū)動(dòng)器1還包括接口42，用于連接信號(hào)調(diào)制/解調(diào)和誤差糾正單元16和外部計(jì)算機(jī)41。當(dāng)光盤驅(qū)動(dòng)器1被用于，例如音頻視頻時(shí)，它還包括音頻視頻輸入/輸出單元43，用于輸入和輸出音頻視頻信號(hào)；和D/A和A/D轉(zhuǎn)換器44。D/A和A/D轉(zhuǎn)換器44具有對信號(hào)調(diào)制/解調(diào)和誤差糾正單元16的輸出信號(hào)執(zhí)行數(shù)字-模擬(其后被描述為D/A)轉(zhuǎn)換，并將所得的模擬信號(hào)發(fā)送給音頻視頻輸入/輸出單元43的功能。D/A和A/D轉(zhuǎn)換器44還具有對音頻視頻輸入/輸出單元43接收的音頻視頻信號(hào)執(zhí)行模擬-數(shù)字(其后被描述為A/D)轉(zhuǎn)換，并將所得的數(shù)字信號(hào)傳輸給信號(hào)調(diào)制/解調(diào)和誤差糾正單元16的功能。
作為光盤30，多種形式的光盤可以被使用。具體地說，除了只在平臺(tái)或者在凹槽記錄信息的記錄系統(tǒng)的記錄介質(zhì)，如CD、CD-R和DVD，在平臺(tái)和在凹槽都記錄信息的平臺(tái)/凹槽記錄系統(tǒng)的DVD-RAM或類似物也可以被使用。選擇多種形式的光盤中的一種，并且信息可以對光盤至少或者記錄或者再現(xiàn)。平臺(tái)和凹槽對應(yīng)于本發(fā)明的“軌道引導(dǎo)結(jié)構(gòu)”的例子。
主軸電機(jī)11由伺服控制電路14根據(jù)系統(tǒng)控制器18的指令來控制，并以預(yù)定的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)。
信號(hào)調(diào)制/解調(diào)和誤差糾正單元16具有信號(hào)調(diào)制單元(未畫出)，調(diào)制外部提供的信號(hào)，以便記錄在光盤30上；信號(hào)解調(diào)單元(未畫出)，將從光盤30再現(xiàn)的信號(hào)解調(diào)；和誤差糾正單元(未畫出)，用于將誤差糾正碼與將被記錄在光盤30上的信號(hào)相加，并且通過使用誤差糾正碼糾正從光盤30上再現(xiàn)的信號(hào)的誤差。
光學(xué)頭12根據(jù)信號(hào)調(diào)制/解調(diào)和誤差糾正單元16的指令利用記錄信號(hào)調(diào)制的光束照射在旋轉(zhuǎn)光盤30的信號(hào)記錄表面來記錄信息。光學(xué)頭12發(fā)出光到光盤30，檢測被信號(hào)記錄表面調(diào)制的反射光束，并將相應(yīng)于反射光束的信號(hào)提供給前置放大器15。
前置放大器15根據(jù)光學(xué)頭12的信號(hào)產(chǎn)生RF信號(hào)作為再現(xiàn)信號(hào)，還根據(jù)將再現(xiàn)的光盤的種類產(chǎn)生伺服信號(hào)。RF信號(hào)提供給信號(hào)調(diào)制/解調(diào)和誤差糾正單元16，并根據(jù)該信號(hào)受到預(yù)定的處理，如解調(diào)和誤差糾正處理。伺服信號(hào)至少包括聚焦?fàn)恳盘?hào)、聚焦誤差信號(hào)和跟蹤誤差信號(hào)，并提供給伺服控制電路14。伺服控制電路14根據(jù)伺服信號(hào)控制光學(xué)頭12的操作。具體地說，根據(jù)聚焦?fàn)恳盘?hào)和聚焦誤差信號(hào)，執(zhí)行在光軸方向移動(dòng)光學(xué)頭12的物鏡27(圖5)的聚焦伺服控制。通過控制，保持這樣的狀態(tài)，使得被物鏡27聚焦的光束總是聚焦在光盤30的信號(hào)記錄表面上，根據(jù)跟蹤誤差信號(hào)，執(zhí)行在光盤30的徑向移動(dòng)光學(xué)頭12的物鏡27的跟蹤伺服控制。通過控制，保持這樣的狀態(tài)，使得被物鏡27聚焦的光束總是定位在光盤30的平臺(tái)或凹槽上。
被信號(hào)調(diào)制/解調(diào)和誤差糾正單元16調(diào)制的再現(xiàn)信號(hào)，如果用于計(jì)算機(jī)中的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，那么通過接口42傳輸給外部計(jì)算機(jī)41。
圖5畫出了圖4說明的光學(xué)頭12的結(jié)構(gòu)。如圖5所示，光學(xué)頭12包括物鏡27，面對DVD 30a或CD 30b放置(其后，共同被稱為光盤30)；雙軸致動(dòng)器29，適于在聚焦方向F(與光盤30的表面垂直的方向，也就是，物鏡27的光軸21的方向)和跟蹤方向T(軌道交叉方向，也就是，光盤30的徑向或與圖紙垂直的方向)驅(qū)動(dòng)物鏡27；準(zhǔn)直鏡26；650nm的5/4波片25；棱形分光器24；透鏡組28；和光檢測器9。準(zhǔn)直鏡26、5/4波片、分光器24、透鏡組28和光檢測器9，從光盤30側(cè)沿光學(xué)頭12的光軸21順序排列。
光檢測器9對應(yīng)于本發(fā)明的“光檢測裝置”的例子，分光器24對應(yīng)于本發(fā)明的“分光裝置”的例子，而透鏡組28對應(yīng)于本發(fā)明的“像散產(chǎn)生裝置”的例子。
在分光器24中，形成兩個(gè)分光面，每一個(gè)都與光軸21形成大約45度角。650nm的偏振分光膜24a形成在位置靠近光盤30的分光面上，而波長選擇膜24b形成在位置遠(yuǎn)離光盤30的分光面上。分光器24可以由，例如一組光學(xué)棱鏡和由氣相沉積或?yàn)R射形成在光學(xué)棱鏡之間的絕緣復(fù)層構(gòu)成。
光學(xué)頭12還具有兩個(gè)半導(dǎo)體激光器22a和22b，它們在與光軸21幾乎成直角的方向上發(fā)出光。半導(dǎo)體激光器22a放置在與偏振分光膜24a在上面形成的分光面相對應(yīng)的位置，并發(fā)出具有650nm波長的激光束。半導(dǎo)體激光器22b放置在與波長選擇膜24a在上面形成的分光面相對應(yīng)的位置，并發(fā)出具有780nm波長的激光束。在半導(dǎo)體激光器22a與分光器24之間，放置了用于衍射從半導(dǎo)體激光器22a發(fā)出的650nm激光束的衍射光柵23a。在半導(dǎo)體激光器22b與分光器24之間，放置了用于衍射從半導(dǎo)體激光器22b發(fā)出的780nm激光束的衍射光柵23b。
半導(dǎo)體激光器22a和22b是使用半導(dǎo)體的復(fù)合光(recombination light)的發(fā)光設(shè)備。半導(dǎo)體激光器22a發(fā)出的激光束幾乎變成關(guān)于分光器24的偏振分光膜24a形成其上的分光面的S偏振光(線偏振光，其中偏振方向與入射面垂直)。偏振分光膜24a反射幾乎所有S偏振光部分，并傳輸幾乎所有P偏振光部分。相應(yīng)于波長選擇膜24b反射的數(shù)量的、從半導(dǎo)體激光器22發(fā)出的具有780nm波長的光，被波長選擇膜24b反射，并且相應(yīng)于波長選擇膜24b傳輸?shù)臄?shù)量的光，被允許通過波長選擇膜24b。從半導(dǎo)體激光器22a發(fā)出并被光盤30反射的具有650nm波長的幾乎所有光，被允許通過波長選擇膜24b。
光學(xué)頭12讓底部部分支持著(未畫出)，使之可以在光盤30的徑向沿導(dǎo)軌(未畫出)移動(dòng)。光學(xué)頭12除了物鏡27之外的部件被固定在底部部分上。
物鏡27具有圖6所示的帶狀基底厚度糾正部分27A，并具有圖7所示的關(guān)于半導(dǎo)體激光器22b發(fā)出的具有650nm波長的光的波前失真。物鏡27被雙軸致動(dòng)器29在聚焦方向F和跟蹤方向T上驅(qū)動(dòng)。由于物鏡27的結(jié)構(gòu)和波前失真特征已經(jīng)在相關(guān)技術(shù)中描述，它們的描述在這里被省略。
衍射設(shè)備23a衍射半導(dǎo)體激光器22a的光線，主要產(chǎn)生第0級(jí)衍射光和第±1級(jí)衍射光的三衍射光。衍射設(shè)備23b的衍射半導(dǎo)體激光器22b的光線，主要產(chǎn)生第0級(jí)衍射光和第±1級(jí)衍射光的三衍射光。
準(zhǔn)直鏡26將分光器24的光轉(zhuǎn)換成平行光通量。物鏡27將準(zhǔn)直鏡26的光聚焦并將光會(huì)聚在信號(hào)記錄表面。從光盤30返回的光順序通過物鏡27、準(zhǔn)直鏡26、分光器24和透鏡組28，并入射到光檢測器9。
透鏡組28是具有柱面和凹面的復(fù)合物鏡，并具有柱面透鏡和凹透鏡的功能。放置透鏡組28使柱面母線的方向與軌道(平臺(tái)或凹槽)的衍射圖樣的排列方向成45度。通過柱面透鏡功能，使用于得到聚焦誤差信號(hào)的像散發(fā)生在分光器24出射光中。通過凹透鏡功能，光束的光路長度可以延伸到光檢測器9。
650nm的5/4波片將5/4波長的相位差給予半導(dǎo)體激光器22a的650nm光，并且將幾乎一個(gè)波長的相位差給予半導(dǎo)體激光器22b的780nm光。
圖8是平面圖，畫出了光檢測器9的結(jié)構(gòu)。在本實(shí)施例的光檢測器9中，相關(guān)技術(shù)(圖1)所示的光檢測器19中主光斑光接收部分192的中心區(qū)域，在跟蹤方向被分割成中間區(qū)域。四個(gè)光接收部分重新位于中間區(qū)域中。接收側(cè)光斑的每一個(gè)光接收部分在相應(yīng)于軌道的切線方向上被分開，來適應(yīng)推挽跟蹤伺服控制。平面圖中光檢測器9的結(jié)構(gòu)將在下列作更具體描述。
在圖8中，假設(shè)通過光檢測器9中心的橫軸是X軸，而通過光檢測器9中心的縱軸是Y軸。Y軸方向相應(yīng)于光盤30上與跟蹤方向T成直角的方向(也就是軌道的切線方向)，并且也與反射光束由光盤30的平臺(tái)和凹槽產(chǎn)生的一組衍射圖樣(笫0級(jí)光線和第±1級(jí)光線等)在剛被反射后位置上的排列方向成直角。
如圖8所示，光檢測器9包括基底91；主光斑光接收部分92，整體具有矩形形狀，放置在基底91的中心區(qū)域；和兩個(gè)側(cè)光斑光接收部分93和94，具有幾乎相同的形狀和尺寸，在Y軸方向上以幾乎相等的間隔放置在主光斑光接收部分92的兩側(cè)。
主光斑中心光接收部分92包括四個(gè)外圍光接收部分92A、92B、92C和92D，關(guān)于Y軸和X軸幾乎對稱，并具有幾乎相等形狀和尺寸；和中間光接收部分92M，放置在夾在與X軸平行的兩行(一行由光接收部分92A和92D組成，另一行由光接收部分92B和29C組成)之間的中間區(qū)域。中間光接收部分92M還被Y軸和X軸分割成四個(gè)小光接收部分92Mw、92Mx、92My和92Mz。
側(cè)光斑光接收部分93被X軸分割成具有幾乎相等形狀和尺寸的兩個(gè)光接收部分93E和93F。側(cè)光斑光接收部分94被Y軸分割成具有幾乎相等形狀和尺寸的兩個(gè)光接收部分94G和94H。
來自主光斑光接收部分92中的分光接收部分和側(cè)光斑光接收部分93和94中的分光接收部分的檢測信號(hào)，被例如在光檢測器9的基底91上形成的放大器(未畫出)進(jìn)行電流電壓轉(zhuǎn)換，然后被基底91上提供的算術(shù)電路40(圖9)處理，這樣不僅作為再現(xiàn)信號(hào)的RF信號(hào)而且如聚焦?fàn)恳盘?hào)FPI、聚焦誤差信號(hào)FCS和跟蹤誤差信號(hào)TRK用于控制的伺服信號(hào)都得到計(jì)算。
在實(shí)施例中，聚焦誤差信號(hào)FCS按下列等式(5)計(jì)算，F(xiàn)CS={(a+c)-(b+d)}-K1×{(mw+my)-(mx+mz)}-K2×{(mw+my)+(mx+mz)}…(5)其中，a、b、c和d各自代表外圍光接收部分92A到92D的輸出信號(hào)，mw、mx、my和mz各自代表中間光接收部分92M的小光接收部分92Mw、92Mx、92My和92Mz的輸出信號(hào)，并且K1和K2是系數(shù)，可以是正或負(fù)值或0。如后所述，K1是糾正系數(shù)，用于消除光學(xué)頭12的光系統(tǒng)本身的像散的影響。K2是糾正系數(shù)，用于消除當(dāng)光斑在平臺(tái)上的情況下和光斑在凹槽上的情況下聚焦伺服控制的增益彼此不同時(shí)的影響。
當(dāng)假設(shè)K1=0且K2=0時(shí)，聚焦誤差信號(hào)FCS1由下列等式(6)給出，F(xiàn)CS1=(a+c)-(b+d)…(6)當(dāng)假設(shè)K1≠0且K2=0時(shí)，聚焦誤差信號(hào)FCS2由下列等式(7)給出，F(xiàn)CS2={(a+c)-(b+d)}-K1×{(mw+my)-(mx+mz)}…(7)當(dāng)假設(shè)K1=0且K2≠0時(shí)，聚焦誤差信號(hào)FCS3由下列等式(8)給出，F(xiàn)CS3={(a+c)-(b+d)}-K2×{(mw+my)-(mx+mz)}…(8)當(dāng)假設(shè)K1≠0且K2≠0時(shí)，聚焦誤差信號(hào)FCS4由下列與等式(5)相同的等式(9)給出，F(xiàn)CS4={(a+C)-(b+d)}-K1×{(mw+my)-(mx+mz)}-K2×{(mw+my)+(mx+mz)}…(9)如上所述，通過系數(shù)K1和K2的組合，由等式(6)到(9)表達(dá)的四種聚焦誤差信號(hào)FCS1、FCS2、FCS3和FCS4之一可以由圖9所示的算術(shù)電路40有選擇地計(jì)算。
具體地說，例如當(dāng)光盤30是CD或DVD時(shí)，通過設(shè)置K1=-1且K2=0，聚焦誤差信號(hào)FCS2可以被使用。在這種情況下的聚焦誤差信號(hào)FCS2與傳統(tǒng)像散方法中的聚焦誤差信號(hào)FE相同。例如當(dāng)光盤30是DVD-RAM時(shí)，通過設(shè)置K1=0且K2=0，聚焦誤差信號(hào)FCS1可以被使用。另一種組合也是可以的。
另一方面，算術(shù)電路40可以選擇計(jì)算四種跟蹤誤差信號(hào)TRK1、TRK2、TRK3和TRK4之一作為跟蹤誤差檢測信號(hào)。跟蹤誤差信號(hào)由下列等式(10)到(14)計(jì)算。K3是系數(shù)，可以是正或負(fù)值或0，TRK1=(a+c)與(b+d)之間的相位差信號(hào)…(10)TRK2=(a+mw+c+my)與(b+mx+d+mz)之間的相位差信號(hào)…(11)TRK3={(a+d)-(b+c)}-K3×{(e-f)+(g-h)} …(12)TRK4={(a+d+mw+mz)-(b+c+mx+my)}-K3×{(e-f)+(g-h)} …(13)TRK5=(e+f)-(g+h) …(14)TRK2代表通過使用與傳統(tǒng)技術(shù)相同的差分相位差方法執(zhí)行檢測的跟蹤誤差信號(hào)。TRK4代表通過使用差分推挽方法執(zhí)行檢測的情況下的跟蹤誤差信號(hào)。TRK1是通過從TRK2中去除小光接收部分92Mw、92Mx、92My和92Mz的輸出信號(hào)mw、mx、my和mz得到。TRK3通過從TRK4中去除小光接收部分92Mw、92Mx、92My和92Mz的輸出信號(hào)mw、mx、my和mz得到。TRK5是通過使用三束方法(三光斑方法)執(zhí)行檢測的情況下的跟蹤誤差信號(hào)。
更具體地說，最好，TRK1或TRK2用于DVD的情況，TRK3或TRK4用于DVD-ROM的情況，TRK5用于CD。
RF信號(hào)通過例如下列等式(15)計(jì)算。這實(shí)質(zhì)上與傳統(tǒng)技術(shù)相同，RF=a+b+c+d+mw+mx+my+mz …(15)聚焦?fàn)恳盘?hào)FPI通過使用低通濾波器消除RF信號(hào)的高頻部分得到。
圖9畫出了用于將光檢測器9的每一個(gè)分光接收部分輸出的檢測信號(hào)進(jìn)行信號(hào)處理的算術(shù)電路的例子。如圖所示，算術(shù)電路40包括加法器41，用于將外圍光接收部分92A和92C的輸出信號(hào)相加；加法器42，用于將外圍光接收部分92B和92D的輸出信號(hào)相加；和差分設(shè)備43，用于得到加法器41和42的輸出信號(hào)之間的差值。算術(shù)電路40對應(yīng)于本發(fā)明的“聚焦檢測裝置”或“算術(shù)裝置”的例子。
算術(shù)電路40還包括加法器44，用于將中間光接收部分92M中的小光接收部分92Mw和92My的輸出信號(hào)相加；加法器45，用于將中間光接收部分92M中的小光接收部分92Mx和92Mz的輸出信號(hào)相加；和差分設(shè)備46，用于得到加法器44和45的輸出信號(hào)之間的差值。
算術(shù)電路40還包括乘法器47，用于將差分設(shè)備46的輸出信號(hào)與系數(shù)K1相乘；加法器49，用于將加法器44和45的輸出信號(hào)相加；乘法器50，用于將加法器49的輸出信號(hào)與系數(shù)K2相乘；加法器52，用于將乘法器47和50的輸出信號(hào)相加；和差分設(shè)備51，用于得到加法器52的輸出信號(hào)與差分設(shè)備43的輸出信號(hào)的差值，來計(jì)算由等式(5)表達(dá)的聚焦誤差信號(hào)FCS。差分設(shè)備46的輸出信號(hào)[(mw+my)-(mx+mz)]對應(yīng)于本發(fā)明的“中間差分信號(hào)”的例子。加法器49的輸出信號(hào)[(mw+y)+(mx+mz)]對應(yīng)于本發(fā)明的“中間總和信號(hào)”的例子。
算術(shù)電路40還包括加法器53，用于將加法器41和42的輸出信號(hào)相加；加法器56，通過將加法器49和53的輸出信號(hào)相加，得到RF信號(hào)；低通濾波器(LPF)57，通過從加法器56的輸出信號(hào)中消除高頻部分，得到聚焦?fàn)恳盘?hào)FPI；和相位差檢測器55，用于檢測加法器41和42的輸出信號(hào)之間的相位差，并將其作為跟蹤誤差信號(hào)TRK1輸出。
而且，算術(shù)電路40包括系數(shù)調(diào)整/設(shè)置單元58，根據(jù)系統(tǒng)控制器18(圖4)提供的設(shè)置信號(hào)SET，將系數(shù)K1和K2設(shè)置為預(yù)定值，或?qū)⑾禂?shù)K1和K2調(diào)整為優(yōu)化值，并輸出結(jié)果值。通過調(diào)整系數(shù)K1和K2的值，可以選擇由等式(6)到(9)表達(dá)的聚焦誤差信號(hào)FCS1到FCS4之一，或與根據(jù)等式(2)所示的傳統(tǒng)像差方法的聚焦誤差信號(hào)FE相同的信號(hào)。
聚焦誤差信號(hào)FCS對應(yīng)于本發(fā)明的“聚焦誤差信號(hào)”的例子。系數(shù)調(diào)整/設(shè)置單元58對應(yīng)于本發(fā)明的“轉(zhuǎn)換裝置”的例子。
以與聚焦誤差信號(hào)相似的方式，除了跟蹤誤差信號(hào)TRK1之外的跟蹤誤差信號(hào)TRK2到TRK4通過使用圖9中省略的加法器、乘法器、差分設(shè)備等產(chǎn)生。
現(xiàn)在將描述具有上述結(jié)構(gòu)的光學(xué)頭12和包括光學(xué)頭12的光盤驅(qū)動(dòng)器1的操作和動(dòng)作。
首先，描述光盤驅(qū)動(dòng)器1的整個(gè)操作。主軸電機(jī)11由系統(tǒng)控制器18和伺服控制電路14控制，并以預(yù)定的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)。光學(xué)頭12通過將用于再現(xiàn)的激光束照射到光盤30的信號(hào)記錄表面，并檢測返回的光來再現(xiàn)信息。從光學(xué)頭12輸出的再現(xiàn)信號(hào)被前置放大器15放大，通過誤差糾正單元進(jìn)行誤差糾正處理，并被信號(hào)調(diào)制/解調(diào)和誤差糾正單元16中的信號(hào)解調(diào)單元解調(diào)。所得信號(hào)通過接口42傳輸?shù)酵獠坑?jì)算機(jī)42，或通過D/A和A/D轉(zhuǎn)換器44進(jìn)行D/A轉(zhuǎn)換，并從音頻視頻輸入/輸出單元43輸出。另一方面，伺服控制電路14根據(jù)系統(tǒng)控制器18的指令，控制主軸電機(jī)11和光學(xué)頭定位電機(jī)13，并根據(jù)光學(xué)頭12通過前置放大器15提供的伺服信號(hào)，控制光學(xué)頭12的物鏡27的聚焦操作和跟蹤操作。
現(xiàn)在參考圖5，描述光學(xué)頭12的操作和動(dòng)作。[DVD的再現(xiàn)]首先，描述再現(xiàn)記錄在DVD30a上的信息的情況。在這種情況下，DVD30a可以是只有平臺(tái)或者凹槽用作記錄區(qū)域的只再現(xiàn)DVD30a，如DVD-ROM或DVD-video，或平臺(tái)和凹槽都用作記錄區(qū)域的DVD-RAM。
對于DVD30a的再現(xiàn)，使用了從半導(dǎo)體激光器22a發(fā)出的具有650nm波長的光束。從半導(dǎo)體激光器22a發(fā)出的具有650nm波長的光束，被衍射光柵23a分離成第0級(jí)光和第±1級(jí)光的三光束。然后，三光束進(jìn)入分光器24的偏振分光膜24a。由于入射光幾乎是關(guān)于偏振分光膜24a的S偏振光，幾乎所有光量的光都被偏振分光膜24a反射，并入射到650nm的5/4波片25。650nm的5/4波片25在入射光束的普通光和非常光之間產(chǎn)生5/4波長的相位差，這樣，將入射到650nm的5/4波片25的線偏振光轉(zhuǎn)換成幾乎圓偏振光。從650nm的5/4波片25發(fā)出的圓偏振光還進(jìn)入準(zhǔn)直鏡26，并被轉(zhuǎn)換成入射到物鏡27的平行光束。
物鏡27使三入射光的每一束在DVD30a的信號(hào)記錄表面會(huì)聚成點(diǎn)。圖5所示的物鏡27被雙軸致動(dòng)器29根據(jù)伺服控制電路(圖4)的指令，在聚焦方向F和跟蹤方向T上驅(qū)動(dòng)。
來自DVD30a的信號(hào)記錄表面的三反射光通過物鏡27和準(zhǔn)直鏡26再次入射到650nm的5/4波片25。650nm的5/4波片25將普通光和非常光之間的5/4波長的相位差給予入射的反射光(圓偏振光)。此光被轉(zhuǎn)換成線偏振光，它的偏振方向在入射時(shí)改變90度，并且線偏振光入射到分光器24上。由于此光是關(guān)于分光器24的偏振分光膜24a的P偏振光，此光被允許通過偏振分光膜24a，從入射光中分離出，并進(jìn)入波長選擇膜24b。波長選擇膜24b只反射780nm的光，并允許具有650nm波長的幾乎所有光通過其中。結(jié)果，來自DVD30a的反射光按原樣通過波長選擇膜24b并進(jìn)入透鏡組28。
由實(shí)施例的聚焦誤差檢測方法得到聚焦誤差信號(hào)的像散(像散差)附加到從DVD30a進(jìn)入透鏡組28的三反射光中。所得的光進(jìn)入光檢測器9。
在光檢測器9中，由透鏡組28將像散附加其中的三束光入射到主光斑光接收部分92和側(cè)光斑光接收部分93和94，并形成束斑。主光斑光接收部分92的外圍光接收部分92A到92D，小光接收部分92Mw、92Mx、92My和92Mz和側(cè)光斑光接收部分93和94的光接收部分93E、93F、94G和94H，每個(gè)都根據(jù)照射光量產(chǎn)生信號(hào)，它們被提供給圖9所示的算術(shù)電路40。
算術(shù)電路40根據(jù)光盤30的類型等，通過等式(5)所示的算術(shù)處理，計(jì)算并輸出聚焦誤差信號(hào)FCS。在計(jì)算聚焦誤差信號(hào)FCS時(shí)，使用了系數(shù)調(diào)整/設(shè)置單元58輸出的系數(shù)K1和K2。具體地說，例如在光盤30是DVD的情況下，通過設(shè)置K1=-1且K2=0，等式(7)表達(dá)的FCS2作為聚焦誤差信號(hào)FCS輸出。例如在光盤30是DVD-RAM的情況下，通過設(shè)置K1=0且K2=0，等式(6)表達(dá)的FCS1作為聚焦誤差信號(hào)FCS輸出。系數(shù)K1和K2可以是其它值。
算術(shù)電路40也根據(jù)光盤30的類型等，通過相應(yīng)于等式(10)到(14)之一的算術(shù)處理，計(jì)算信號(hào)TRK1到TRK5的任意一個(gè)，并輸出所得的信號(hào)作為跟蹤誤差信號(hào)TRK。具體地說，例如在光盤30是DVD的情況下，TRK1或TRK2用作跟蹤誤差信號(hào)。在光盤30是DVD-RAM的情況下，使用了TRK3或TRK4。也可以使用其它選擇式樣。
算術(shù)電路40還通過等式(15)所示的算術(shù)處理產(chǎn)生RF信號(hào)。RF信號(hào)通過低通濾波器57，變成聚焦?fàn)恳盘?hào)FPI。
束斑96的中心被調(diào)整成與主光斑光接收部分92的中心(也就是四個(gè)小光接收部分92Mw、92Mx、92My和92Mz的交點(diǎn))基本一致。束斑97和98的每一個(gè)的中心被調(diào)整成幾乎與側(cè)光斑光接收部分93和94的每一個(gè)的中心一致。
圖8畫出了束斑96、97和98的每一個(gè)幾乎是圓形的狀態(tài)，也就是，光學(xué)頭處在聚焦?fàn)顟B(tài)。例如當(dāng)物鏡27不在聚焦?fàn)顟B(tài)時(shí)，以與參考圖2A和2B解釋的情況相似的方式，主光斑光接收部分92的束斑96改變它的形狀成橢圓形，它的主軸的上半部分相對于垂直線向左傾斜45度，而它的主軸的下半部分相對于垂直線向右傾斜45度，或者它的主軸的上半部分相對垂直線向右傾斜45度，而它的主軸的下半部分相對于垂直線向左傾斜45度。從外圍光接收部分92A到92D和小光接收部分92Mw、92Mx、92My和92Mz輸出的信號(hào)的每一個(gè)的尺寸依賴于物鏡27是否聚焦而改變。
聚焦誤差信號(hào)FCS與跟蹤誤差信號(hào)TRK1到TRK5的任何一個(gè)、聚焦?fàn)恳盘?hào)FPI和RF信號(hào)一起提供給前置放大器15，并且輸入信號(hào)被放大。放大的聚焦信號(hào)、跟蹤誤差信號(hào)和聚焦?fàn)恳盘?hào)FPI提供給伺服控制電路14，并且放大的RF信號(hào)提供給信號(hào)調(diào)制/解調(diào)和誤差糾正單元16。信號(hào)調(diào)制/解調(diào)和誤差糾正單元16的后隨操作如上所述，這里省略其描述。
在聚焦?fàn)恳盘?hào)FPI被定位于相應(yīng)于聚焦?fàn)恳秶鶶PP(圖3)的范圍中的條件下，伺服控制電路14通過雙軸致動(dòng)器29在聚焦方向F上控制驅(qū)動(dòng)物鏡27，使聚焦誤差信號(hào)FCS變?yōu)?。伺服控制電路14也通過雙軸致動(dòng)器29在跟蹤方向T上驅(qū)動(dòng)物鏡27，使跟蹤誤差信號(hào)TRK變?yōu)?。在該實(shí)施例中，與作為例子的圖3所示的情況不同，聚焦誤差信號(hào)FCS的值不依賴于施加到DVD30a的信號(hào)記錄表面的光束斑是在平臺(tái)上還是在凹槽上而改變。原因?qū)⒃谄浜笤敿?xì)描述。[CD的再現(xiàn)]現(xiàn)在描述再現(xiàn)記錄在CD30b上的信息的情況。CD30b可以是用于音頻的普通CD或CD-ROM或CD-R。
對于CD30b的再現(xiàn)，使用了從半導(dǎo)體激光器22b發(fā)出的具有780nm波長的光束。從半導(dǎo)體激光器22b發(fā)出的具有780nm波長的光束，被衍射光柵23b分離成第0級(jí)光和第±1級(jí)光的三光束。然后，三光束進(jìn)入波長選擇膜24b。三光束通過使用三光斑方法得到跟蹤誤差信號(hào)。
光量依賴于波長選擇膜24b的反射、已經(jīng)進(jìn)入波長選擇膜24b的三光束的每一個(gè)被反射，并且結(jié)果進(jìn)入偏振分光膜24a。偏振分光膜24a傳輸具有780nm波長的幾乎所有光束。通過偏振分光膜24a的三光束入射到650nm的5/4波片25。由于650nm的5/4波片25用作對780nm波長光的單波片，入射光的偏振狀態(tài)沒有改變。這樣，光按原樣通過5/4波片25，并進(jìn)入準(zhǔn)直鏡26。準(zhǔn)直鏡26將三入射光束的每一個(gè)轉(zhuǎn)換成入射到物鏡27的平行光。
物鏡27將三入射光束的每一個(gè)在CD30b的信號(hào)記錄表面上會(huì)聚成點(diǎn)。來自CD30b的信號(hào)記錄表面的三反射光束，通過物鏡27的準(zhǔn)直鏡26再次進(jìn)入650nm的5/4波片25，并且按原樣通過5/4波片25而不改變偏振狀態(tài)。
通過650nm的5/4波片25的三光束進(jìn)入分光器24，通過偏振分光膜24a并且入射到波長選擇膜24b。波長選擇膜24b只傳輸根據(jù)其透射比的光量的光，將此光與來自半導(dǎo)體激光器22b的入射光分開所得。通過波長選擇膜24b的三光束進(jìn)入透鏡組28，在那里像散被附加到光束上，并且所得光束入射到光檢測器9上。
在像散被透鏡組28加入的三光束中作為中心光的第0級(jí)光，入射到主光斑光接收部分92，并形成束斑。兩邊的第±1級(jí)光各自入射到側(cè)光斑光接收部分93和94，并形成束斑。
主光斑光接收部分92的外圍光接收部分92A到92D和小光接收部分92Mw、92Mx、92My和92Mz，每個(gè)都根據(jù)照射光量輸出信號(hào)，并且信號(hào)被提供給圖9所示的算術(shù)電路40。算術(shù)電路40根據(jù)等式(5)計(jì)算并輸出聚焦誤差信號(hào)FCS。在計(jì)算聚焦誤差信號(hào)FCS時(shí)，使用了系數(shù)調(diào)整/設(shè)置單元58輸出的系數(shù)K1和K2。具體地說，例如通過設(shè)置K1=-1且K2=0，由等式(7)表達(dá)的FCS2作為聚焦誤差信號(hào)輸出。這與傳統(tǒng)像散方法得到的聚焦誤差信號(hào)FE相同。系數(shù)K1和K2可以是其它值。
算術(shù)電路40也通過相應(yīng)于等式(10)到(14)之一的算術(shù)處理計(jì)算跟蹤誤差信號(hào)TRK1到TRK5的任意一個(gè)，并輸出所得信號(hào)作為跟蹤誤差信號(hào)TRK。具體地說，例如TRK5被用作跟蹤誤差信號(hào)。也可以使用其它信號(hào)，例如也使用側(cè)光斑光接收部分93和94的光接收部分93E、93F、94G和94H的輸出信號(hào)的等式(12)的信號(hào)TRK3。
算術(shù)電路40還通過等式(15)所示的算術(shù)處理產(chǎn)生RF信號(hào)。RF信號(hào)通過低通濾波器57，并變成聚焦?fàn)恳盘?hào)FPI。隨后的聚焦誤差檢測和聚焦控制與DVD30a情況中的相似。<聚焦誤差檢測的原理>
通過比較傳統(tǒng)技術(shù)的像散方法描述實(shí)施例中使用的聚焦誤差檢測的原理。
如上所述，當(dāng)使用具有圖1所示結(jié)構(gòu)的光檢測器19的傳統(tǒng)像散方法，在平臺(tái)/凹槽記錄系統(tǒng)，如DVD-RAM的記錄媒本上執(zhí)行聚焦誤差檢測時(shí)，在聚焦誤差信號(hào)中產(chǎn)生“軌道交叉噪聲”。這主要有下述兩個(gè)原因。
第一個(gè)原因涉及平臺(tái)/凹槽記錄系統(tǒng)特有的光盤結(jié)構(gòu)?！败壍澜徊嬖肼暋笨偸窃谄脚_(tái)/凹槽記錄系統(tǒng)的普通光盤與傳統(tǒng)像散方法聯(lián)系在一起時(shí)產(chǎn)生。發(fā)生的程度根據(jù)軌道間距、物鏡NA和聚焦誤差牽引范圍之間的關(guān)系而改變。
第二個(gè)原因是被光學(xué)頭會(huì)聚并發(fā)出到光盤上的光束已經(jīng)包括像散。發(fā)生的程度根據(jù)像散的幅度和方向而改變很大。<軌道交叉噪聲的第一個(gè)原因>
首先描述第一個(gè)原因。一般地，被物鏡會(huì)聚的光束落在光盤的平臺(tái)或凹槽上，并被反射衍射。在平臺(tái)/凹槽記錄系統(tǒng)的情況下，信息被記錄在平臺(tái)和凹槽兩者上，軌道間距(平臺(tái)間的距離或凹槽間的距離)相對于被物鏡會(huì)聚的光束斑的直徑變得相對較大。結(jié)果，如圖10A、10B、11A和11B所示，光盤衍射光在物鏡光瞳上的重疊方式，與平臺(tái)記錄系統(tǒng)或凹槽記錄系統(tǒng)(其后，為了解釋簡便，稱之為凹槽記錄系統(tǒng))的重疊方式非常不同。
圖10A畫出了凹槽記錄系統(tǒng)中光盤的信號(hào)記錄表面與每個(gè)衍射光之間的關(guān)系。圖10B畫出了凹槽記錄系統(tǒng)中衍射光在物鏡的光瞳上的重疊狀態(tài)。圖11A畫出了平臺(tái)/凹槽記錄系統(tǒng)中光盤的信號(hào)記錄表面與每個(gè)衍射光之間的關(guān)系。圖11B畫出了平臺(tái)/凹槽記錄系統(tǒng)中衍射光在物鏡的光瞳上的疊加狀態(tài)。在說明中，在圖10A和11A中，當(dāng)從光照射側(cè)來看時(shí)，信號(hào)記錄表面的凸出部分被稱為凹槽G而凹進(jìn)部分被稱為平臺(tái)L。
在再現(xiàn)凹槽記錄系統(tǒng)的光盤如MD(Mini Disc，即小型盤)時(shí)，如圖10A和10B所示，通常，第+1級(jí)光S(+1)和第-1級(jí)光S(-1)彼此不重疊。相反，在再現(xiàn)平臺(tái)/凹槽記錄系統(tǒng)的光盤如DVD-RAM時(shí)，如圖11A和11B所示，產(chǎn)生笫0級(jí)光(0)、第+1級(jí)光S(+1)和第-1級(jí)光S(-1)的所有三衍射光彼此重疊的干涉區(qū)51。而且在這種情況下，還產(chǎn)生第0級(jí)光(0)與第+2級(jí)光S(+2)彼此重疊的干涉區(qū)52和第0級(jí)光(0)與第-2級(jí)光S(-2)彼此重疊的干涉區(qū)53。
圖12A和12B到圖14A和14B畫出了在通過用于DVD的光學(xué)頭再現(xiàn)例如具有4.7GB記錄容量的DVD-RAM的情況下，光盤衍射光在物鏡的光瞳上的密度分布和相位分布的計(jì)算結(jié)果。具體地說，圖12A和12B三維地畫出了在物鏡的光瞳上的相位分布。圖13A和13B三維地畫出了在物鏡的光瞳上的密度分布。圖14A和14B三維地畫出了在同一位置通過第三級(jí)像散(和散焦和瓣?duì)罨?piston))來擬合密度分布得到的相位分布。圖12A、13A和14A畫出了會(huì)聚光斑在平臺(tái)上的情況，而圖12B、13B和14B畫出了會(huì)聚光斑在凹槽上的情況。
使用如下值作為計(jì)算條件。為了簡化，在平臺(tái)和凹槽具有相同寬度的矩形形狀的條件下進(jìn)行計(jì)算。下列條件中的“邊緣密度”代表物鏡上光瞳邊緣上的光密度與光瞳中心上的光密度的比例。光學(xué)頭光源波長=660nm。
物鏡的NA=0.60軌道切向上的邊緣密度=0.55光盤徑向上的邊緣密度=0.45光盤軌道間隔=1.239μm=(0.165×2)全程(round-trip)相位深度=λ/6從如圖12A和14A和圖12B和14B可明顯得知，相反信號(hào)的像散由于被平臺(tái)和凹槽衍射的光通量的干涉而發(fā)生。
從如圖13A和13B得知，在會(huì)聚光斑在平臺(tái)上的情況下和會(huì)聚光斑在凹槽上的情況下的光密度分布彼此相等。其中三衍射光重疊的干涉區(qū)51具有特別高的密度分布。
擬合的像散量用下列等式(16)表達(dá)。當(dāng)考慮NA后在光盤上轉(zhuǎn)換成像散差時(shí)，在光在平臺(tái)上與光在凹槽上每一個(gè)情況下的像散量由等式(17)估計(jì)，WL,G=±0.046[λrms]... (16)ΔL,G=W×λ×4×61/2/NA2=0.83[μm] ... (17)另一方面，當(dāng)假設(shè)像散方法的牽引范圍是SPP，而返回系統(tǒng)的放大倍數(shù)是β時(shí)，在返回系統(tǒng)中，透鏡組產(chǎn)生的像散差由下列等式(18)表達(dá)。返回系統(tǒng)的NA(被稱為NAback)由下列等式(19)表達(dá)，Δback=SPP×2×β2... (18)NAback=NA/β ... (19)由返回系統(tǒng)的透鏡組產(chǎn)生的像散量由下列等式(20)表達(dá)。
Wback=Δback×NAback2/λ/4/61/2=SPP×NA2/λ/2/61/2[λrms] ... (20)例如，當(dāng)假設(shè)牽引范圍SPP=6[μm]時(shí)，Wback=0.67[λrms]一般地，在像散方法中，如圖15A所示，在返回光路中位置P1上的透鏡組28的柱面的母線方向D1，被設(shè)置為與光盤的軌道(平臺(tái)或凹槽)形成的衍射圖樣的排列方向D2成45度。這樣透鏡組28在與母線方向D1成直角的方向D0上產(chǎn)生像散。假設(shè)光檢測器9的主光斑光接收部分92(以下簡稱為光接收部分)被放置在產(chǎn)生像散的方向D0上的聚焦位置F2和沒有產(chǎn)生像散且與方向D0成直角的方向D1(與透鏡組28的柱面的母線平行)上的聚焦位置F1的幾乎中間位置P2中。在這種情況下，光接收部分上的光斑在聚焦時(shí)幾乎變成圓形。光斑在相應(yīng)于聚焦?fàn)恳秶鶶PP的兩端變成線(圖3)。結(jié)果，從光檢測器9得到的聚焦誤差信號(hào)畫出關(guān)于物鏡位置的S型曲線。
當(dāng)考慮聚焦時(shí)物鏡光瞳上的衍射圖樣和光接收部分上的衍射圖樣時(shí)，在與透鏡組28的柱面的母線相平行的方向和成直角的方向中，只有在聚焦的方向正好在光接收面之前，圖樣才顛倒。結(jié)果，如圖15B所示光斑形成在光接收部分上。
如圖13A和14B所示，光斑在平臺(tái)上的情況下和光斑在凹槽上的情況下在光接收部分表面上的光密度分布彼此幾乎相等。當(dāng)光接收部分表面上的光斑如圖15B所示時(shí)，即使進(jìn)行像散方法的計(jì)算，光斑在平臺(tái)上的情況下和光斑在凹槽上的情況下的計(jì)算結(jié)果之間沒有差異。
但是，如上所述，實(shí)際上，由于平臺(tái)和凹槽產(chǎn)生的衍射，可以通過像散估計(jì)的相位分布發(fā)生在反射光中。通過綜合透鏡組28產(chǎn)生的像散和平臺(tái)凹槽衍射產(chǎn)生的像散得到的像散的方向，不形成關(guān)于光接收部分的分割線的45度角。在平臺(tái)情況下的方向和在凹槽情況下的方向在與彼此相反的方向上偏離幾度。結(jié)果，如圖16A和16B所示，三衍射光彼此重疊的干涉區(qū)51相應(yīng)于光斑196在平臺(tái)上的狀態(tài)和光斑196在凹槽上的狀態(tài)，在分界線DL1和DL2上旋轉(zhuǎn)幾度。干涉區(qū)51的密度，如圖13A和13B所示，與其他區(qū)域相比非常高。它的行為使得根據(jù)光檢測器9的輸出通過像散計(jì)算的結(jié)果劇烈波動(dòng)。具體地說，在光斑在平臺(tái)上的情況和光斑在凹槽上的情況之間聚焦誤差信號(hào)FE產(chǎn)生很大差異。
關(guān)于聚焦?fàn)恳秶?μm的情況，作為透鏡組28產(chǎn)生的像散與平臺(tái)/凹槽衍射引起的像散綜合的結(jié)果產(chǎn)生的第±1級(jí)光的旋轉(zhuǎn)角估算如下。
當(dāng)假設(shè)失真方向已確定，并且第一聚焦的方向是方向軸D3時(shí)，如圖17所示，透鏡組的像散MAS、平臺(tái)產(chǎn)生的像散LAS和凹槽產(chǎn)生的像散GAS分別由下列等式(21)到(23)表達(dá)。其中A、B代表常數(shù)，θ代表當(dāng)光盤的徑向被用作參考時(shí)光通量在光瞳橫截面上的方向角，而ρ代表距光軸作為中心的光瞳坐標(biāo)系統(tǒng)中原點(diǎn)的距離(其中光瞳的半徑是1)。MAS=A×ρ2×Sin2θ …(21)LAS=-B×ρ2×Cos2θ…(22)GAS=+B×ρ2×Cos2θ…(23)根據(jù)等式(21)到(23)，光斑在平臺(tái)上的情況下的合成像散TAS由下列等式(24)表達(dá)。光斑在凹槽上的情況下的合成像散TAS由下列等式(25)表達(dá)，TAS=(A2+B2)1/2×ρ2×Sin2(θ-α/2)…(24)TAS=(A2+B2)1/2×ρ2×Sin2(θ+α/2)…(25)角α是滿足下列等式(26)和(27)的值，Cosα=A/(A2+B2)1/2…(26)Sinα=B/(A2+B2)1/2…(27)由于衍射圖樣關(guān)于作為光接收部分中心的、圖17中靠近方向軸D4的區(qū)域發(fā)生顛倒，衍射圖樣的排列方向從原始方向轉(zhuǎn)動(dòng)了90度。光斑在平臺(tái)上的情況下倒置軸的方向只偏離方向軸D4(+α/2)。光斑在凹槽上的情況下倒置軸的方向只偏離方向軸D4(-α/2)。結(jié)果，如圖18A和18B所示，在光斑在平臺(tái)上的情況下和光斑在凹槽上的情況下，三衍射光重疊的干涉區(qū)51各自偏離分界線DX(+α)和(-α)。
通過實(shí)際使用值進(jìn)行計(jì)算。根據(jù)A∝0.67[λrms]和B∝0.046[λrms]，得到α=3.9[度]。
上述考慮是在光學(xué)頭會(huì)聚在光盤上的光束的失真(主要是像散)不是很大的前提下作出的。<對于第一個(gè)原因的測量>
根據(jù)上述考慮，在實(shí)施例中，在光學(xué)頭包括小失真的前提下，光檢測器9的主光斑光接收部分92被分成圖8和圖18A和18B所示的圖樣。例如，使用了由等式(6)計(jì)算的聚焦誤差信號(hào)FCS1，等式(6)不使用中間光接收部分92M的輸出信號(hào)，中間光接收部分92M包括三衍射光重疊的干涉區(qū)51，但只使用外圍光接收部分92A到92D的輸出信號(hào)。也就是，在圖9中，通過設(shè)置信號(hào)SET來設(shè)置K1=0且K2=0，得到聚焦誤差信號(hào)FCS1。
聚焦誤差信號(hào)FCS1幾乎不受干涉區(qū)15的密度分布改變的影響，在干涉區(qū)51中三衍射光在光斑在平臺(tái)上的情況和光斑在凹槽的情況之間重疊。結(jié)果，可以執(zhí)行沒有“軌道交叉噪聲”的極好聚焦控制。也就是，如圖19所示，在聚焦誤差信號(hào)電平變?yōu)?的位置附近的區(qū)域(圓200內(nèi))內(nèi)，光斑在平臺(tái)上的情況下的聚焦誤差信號(hào)FEL與光斑在凹槽上情況下的聚焦誤差信號(hào)FEG之間沒有差異。因此，無條件地確定聚焦?fàn)恳秶鶶PP內(nèi)信號(hào)電平變?yōu)?的物鏡位置。這樣，每當(dāng)光束斑在平臺(tái)和凹槽之間移動(dòng)時(shí)，物鏡都要一點(diǎn)一點(diǎn)移動(dòng)的現(xiàn)象得到抑制。<軌道交叉噪聲的第二個(gè)原因>
現(xiàn)在解釋“軌道交叉噪聲”的第二個(gè)原因?？紤]光學(xué)頭的出射光束包括像散的情況。在這種情況下，由于像散產(chǎn)生的相位分布的不對稱，衍射光的合成相位分布變得不對稱，使密度分布發(fā)生不對稱。
圖20A和20B到圖22A和22B畫出了在光學(xué)頭本身具有像散的情況下，物鏡的光瞳上的相位分布與密度分布的計(jì)算結(jié)果。具體地說，圖20A和20B三維地畫出了相位分布。圖21A和21B三維地畫出了密度分布。圖22A和22B用輪廓線二維地畫出了圖21A和12B所示的密度分布。圖20A、21A和22A畫出了會(huì)聚光斑在平臺(tái)上的情況。圖20B、21B和22B畫出了會(huì)聚光斑在凹槽上的情況。每個(gè)圖形都畫出了像散方向與軌道切向形成45度的情況。在這種情況下，密度分布的不對稱是最顯著的。假設(shè)光學(xué)頭本身的像散量是0.03[λrms]。
從圖21A和21B和圖22A和22B中得知，當(dāng)光學(xué)頭本身具有像散時(shí)，光接收部分上的密度分布是非對稱的，不同于圖13A和13B的情況。由此產(chǎn)生的“軌道交叉噪聲”根據(jù)光學(xué)頭發(fā)出的光束的像散的輻度和方向而改變。這樣，在這種情況下，即使使用算術(shù)算式(6)得到的聚焦誤差信號(hào)FCS1，“軌道交叉噪聲”也以與傳統(tǒng)像散方法相似的方式產(chǎn)生。<對付第二個(gè)原因的措施>
根據(jù)上述考慮，在實(shí)施例中，注意這樣的事實(shí)，軌道交叉產(chǎn)生的、干涉區(qū)51的密度改變信息是從小光接收部分92Mw、92Mx、92My和92Mz的輸出信號(hào)中得到，小光接收部分92Mw、92Mx、92My和92Mz通過將主光斑光接收部分92中的中間光接收部分92M分割成四部分得到。包括在聚焦誤差信號(hào)FCS1中的、由光學(xué)頭的像散產(chǎn)生的“軌道交叉噪聲”被小光接收部分92Mw、92Mx、92My和92Mz的輸出信號(hào)抵消。更具體地說，聚聚控制通過使用由等式(7)計(jì)算的聚焦誤差信號(hào)FCS2來執(zhí)行。在這種情況下，通過圖9中的設(shè)置信號(hào)SET設(shè)置K2=0，來使用信號(hào)FCS2作為聚焦誤差信號(hào)FCS是足夠的。
在這種情況下，即使光學(xué)頭本身包括像散，聚焦誤差信號(hào)FCS2幾乎不受第±1級(jí)光的影響。結(jié)果，可以實(shí)現(xiàn)極好的聚焦控制，而沒有第二個(gè)原因產(chǎn)生的“跟蹤誤差信號(hào)”。在等式(7)中，系數(shù)K1可能是預(yù)定固定值(例如“-1”)。也可以如此設(shè)置，使得在聚焦?fàn)顟B(tài)時(shí)對每種類型光學(xué)頭、每種類型光盤或每個(gè)光學(xué)頭“軌道交叉噪聲”變得最小。系數(shù)K1可以通過從一組不同的預(yù)備值(離散值)中選擇適當(dāng)?shù)囊粋€(gè)來設(shè)置，或以模擬方式設(shè)置為可調(diào)整的任意值。<聚焦伺服中增益差產(chǎn)生的問題和對付此問題的措施>
也在使用聚焦誤差信號(hào)FSC1的情況下，和在調(diào)整常數(shù)K1使在聚焦時(shí)“軌道交叉噪聲”在FCS2計(jì)算中變?yōu)樽钚≈档那闆r下，例如如圖23所示，當(dāng)在光斑在平臺(tái)上的情況下和光斑在凹槽上的情況下聚焦誤差信號(hào)的增益彼此不同時(shí)，可能發(fā)生聚焦控制受到妨礙的情況。在圖23中，盡管使聚焦誤差信號(hào)電平變?yōu)?的物鏡位置被無條件確定，但光斑在平臺(tái)上情況的聚焦誤差信號(hào)FEL與光斑在凹槽上情況的聚焦誤差信號(hào)FEG之間傾斜角存在很大差異。因此，在這種狀態(tài)下，在移動(dòng)物鏡的控制中控制增益的優(yōu)化值發(fā)生改變。改變增益變得必要了。
根據(jù)上述考慮，在實(shí)施例中，通過將聚焦誤差信號(hào)FCS1或FCS2加上或減去中間光接收部分92M中小光接收部分92Mw、92Mx、92My和92Mz的輸出信號(hào)之和(中間總和信號(hào))，得到由等式(8)和(9)表達(dá)的聚焦誤差信號(hào)FCS3和FCS4，從而可以解決光斑在平臺(tái)上的情況和光斑在凹槽上情況之間的增益差異。下列將描述其原理。
圖24A和24B和圖25A和25B畫出了當(dāng)散焦量是例如±0.5μm時(shí)，在光斑在平臺(tái)上的情況下和光斑在凹槽上的情況下物鏡光瞳上密度分布的計(jì)算結(jié)果。具體地說，圖24A和24B畫出了散焦量是-0.5μm的情況。圖25A和25B畫出了散焦量是+0.5μm的情況。圖24A和25A畫出了光斑在平臺(tái)上的情況，而圖24B和25B畫出了光斑在凹槽上的情況。
如圖13A和13B所示，當(dāng)散焦量是0時(shí)，在光斑在平臺(tái)上和光斑在凹槽上情況下的密度分布彼此沒有差異。相反，當(dāng)存在散焦時(shí)，如圖24A和24B和圖25A和25B所示，密度分布根據(jù)散焦方向而改變，具體地說，干涉區(qū)51的密度的改變方向變得相反。通過使用將相應(yīng)于干涉區(qū)51的中間光接收部分92M的輸出信號(hào)的和乘以系數(shù)K2，并從FCS1或FCS2中減去相乘結(jié)果得到的信號(hào)FCS3和FCS4，可以消除在光斑在平臺(tái)上的情況和光斑在凹槽上的情況下的聚焦伺服增益之間的差異。這樣，可以得到極好的聚焦伺服特性。在等式(8)和(9)中，最好對每一個(gè)光學(xué)頭調(diào)整和設(shè)置系數(shù)K2，使散焦時(shí)的聚焦誤差信號(hào)FCS3或FCS4在光斑在平臺(tái)上時(shí)的情況與光斑在凹槽時(shí)的情況一致。
實(shí)施例中使用的光檢測器9的光接收部分的圖樣，與傳統(tǒng)光學(xué)頭的光檢測器19(圖1)的圖樣相似，除了分割光接收部分的數(shù)量增加的點(diǎn)以外傳統(tǒng)光學(xué)頭的光檢測器19使用像散進(jìn)行聚焦誤差檢測，并使用差分相位差方法和三束方法進(jìn)行跟蹤誤差檢測。結(jié)果，通過在圖9的算術(shù)電路40中簡單設(shè)置K1=0且K2=0，可以產(chǎn)生傳統(tǒng)聚焦誤差信號(hào)FE，可以容易地保證與傳統(tǒng)系統(tǒng)的兼容性。還可以初步計(jì)算聚焦誤差信號(hào)FE和根據(jù)實(shí)施例的所有聚焦誤差信號(hào)FCS1到FCS4，并根據(jù)光盤的類型等通過預(yù)定模式轉(zhuǎn)換信號(hào)選擇和輸出這些信號(hào)之一。
根據(jù)實(shí)施例，如上所述，代替?zhèn)鹘y(tǒng)光檢測器19，光檢測器9用作光學(xué)頭的光檢測裝置，其中主光斑光接收部分92的分割圖樣與傳統(tǒng)的不同。不用使用主光斑光接收部分92的中間光接收部分92M的輸出信號(hào)，通過只使用外圍光接收部分92A到92D的輸出信號(hào)執(zhí)行預(yù)定的算術(shù)處理。通過使用算術(shù)處理得到的聚焦誤差信號(hào)FCS1，可以執(zhí)行聚焦控制。結(jié)果，在以與傳統(tǒng)像散方法的情況相似的方式構(gòu)成光學(xué)頭的各個(gè)部分而不是光檢測器9來保持兼容性的同時(shí)，也可以對平臺(tái)和凹槽記錄介質(zhì)執(zhí)行不產(chǎn)生大量“軌道交叉噪聲”的極好聚焦控制。
根據(jù)實(shí)施例，當(dāng)失真包括在光學(xué)頭本身中是，包括在聚焦誤差信號(hào)FCS1中的光學(xué)頭的像散產(chǎn)生的“軌道交叉噪聲”，可以通過來自小光接收部分92Mw、92Mx、92My和92Mz的輸出信號(hào)消除，這樣得到聚焦誤差信號(hào)FCS2。聚焦控制通過使用聚焦誤差信號(hào)FCS2執(zhí)行。結(jié)果，可以抑制光學(xué)頭本身的失真產(chǎn)生的“軌道交叉噪聲”，并且可以實(shí)現(xiàn)極好的聚焦控制。
而且，根據(jù)實(shí)施例，當(dāng)聚焦控制由于在光斑在平臺(tái)上的情況和光斑在凹槽上的情況下聚焦誤差信號(hào)的增益彼此不同而被中斷時(shí)，通過將聚焦誤差信號(hào)FCS1或FCS2與中間光接收部分92M的小光接收部分92Mw、92Mx、92My和92Mz的輸出信號(hào)之和相加或相減，得到聚焦誤差信號(hào)FCS3或FCS4。通過使用聚焦誤差信號(hào)FCS3或FCS4執(zhí)行聚焦控制。結(jié)果可消除在光斑在平臺(tái)上的情況和光斑在凹槽上的情況下聚焦誤差信號(hào)的增益之間的差異，并且可以實(shí)現(xiàn)極好的聚焦控制。
根據(jù)實(shí)施例，光檢測器9的光接收部分圖樣，與只關(guān)于分割數(shù)量增加的點(diǎn)的傳統(tǒng)光學(xué)頭的光檢測器的圖樣不同。結(jié)果，通過算術(shù)電路40可以非常簡單地產(chǎn)生傳統(tǒng)聚焦誤差信號(hào)FE。這樣，可以確保與傳統(tǒng)系統(tǒng)的兼容性。
如上所述，在實(shí)施例中，算術(shù)電路可以產(chǎn)生一組聚焦誤差信號(hào)FCS1到FCS4的任意一個(gè)。根據(jù)各種情況，如光學(xué)頭的光學(xué)性能(失真特性)和光學(xué)頭的輸出增益特性，聚焦控制可以通過使用優(yōu)化聚焦誤差信號(hào)執(zhí)行。
根據(jù)實(shí)施例，可以通過使用與像散方法的情況中的光接收部分一樣小的光接收部分(主光斑光接收部分92)實(shí)現(xiàn)聚焦誤差檢測。結(jié)果，例如，甚至當(dāng)光學(xué)頭由具有帶狀基底厚度糾正部分的物鏡27(圖6)構(gòu)成以確保DVD和CD之間的兼容性時(shí)，如光接收部分接收不必要的散射光這樣的麻煩也可以有效地避免，并且可以抑制信號(hào)退化。
盡管通過上述實(shí)施例已經(jīng)對本發(fā)明作了描述，但本發(fā)明并不限于此實(shí)施例，而可以進(jìn)行各種改進(jìn)和應(yīng)用，而這些改進(jìn)和應(yīng)用都未脫離本發(fā)明的要點(diǎn)。例如，盡管在前面的實(shí)施例中，中間光接收部分92M被分成四個(gè)小光接收部分92Mw、92Mx、92My和92Mz，但本發(fā)明不限于這樣的排列。例如，當(dāng)由等式(6)和(8)表達(dá)的信號(hào)FCS1和FCS3之一用作聚焦誤差檢測信號(hào)，并且由等式(10)和(12)表達(dá)的信號(hào)TRK1和TRK3之一用作跟蹤誤差檢測信號(hào)時(shí)，中間光接收部分92M的四個(gè)小光接收部分92Mw、92Mx、92My和92Mz的輸出信號(hào)是不必要的。這樣，在這種情況下，主光斑光接收部分92的中間光接收部分92M不必被分成四個(gè)部分，而只用作單一的中間光接收部分92M，如圖26所示，并且通過使用中間光接收部分92M的輸出信號(hào)，足以進(jìn)行等式(6)、(8)、(10)或(12)的計(jì)算。
盡管在實(shí)施例中常數(shù)K1到K3被設(shè)置為預(yù)定值，但本發(fā)明不限于上述情況。例如，常數(shù)K1到K3可以根據(jù)要再現(xiàn)的光盤的類型、光盤驅(qū)動(dòng)器中使用的光學(xué)頭的規(guī)格等設(shè)置為任意值。
盡管在前面的實(shí)施例中算術(shù)電路40被包括在光檢測器9中，但算術(shù)電路40也可以構(gòu)造成為與光檢測器9分開的外部電路。
盡管實(shí)施例中描述了光學(xué)部分分開配置的光學(xué)頭，但本發(fā)明不限于那樣的光學(xué)頭。本發(fā)明也可以應(yīng)用于整體配置光學(xué)系統(tǒng)所構(gòu)成的光學(xué)頭。
本發(fā)明應(yīng)用的對象不僅限于DVD-RAM，本發(fā)明通常可以應(yīng)用于信息被記錄在平臺(tái)和凹槽兩者上的平臺(tái)/凹槽記錄系統(tǒng)的記錄介質(zhì)上。而且，本發(fā)明還可以應(yīng)用于信息被記錄在平臺(tái)或凹槽上的記錄介質(zhì)，只要介質(zhì)是第0級(jí)光和第±1級(jí)光的三衍射光在記錄表面上彼此重疊的系統(tǒng)的介質(zhì)。而且，本發(fā)明不僅可以應(yīng)用于旋轉(zhuǎn)的盤形記錄介質(zhì)，而且可以應(yīng)用于直線傳輸?shù)膸斡涗浗橘|(zhì)等，只要介質(zhì)是這樣系統(tǒng)的光記錄介質(zhì)。
如上所述，根據(jù)本實(shí)施例的光學(xué)頭或光信息記錄和再現(xiàn)裝置，光學(xué)頭這樣構(gòu)成，使得用于接收記錄介質(zhì)的反射光的光檢測裝置包括四個(gè)光接收部分，關(guān)于第一軸和第二軸幾乎對稱排列，第一軸平行于記錄介質(zhì)的軌道引導(dǎo)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的一組衍射圖樣的排列方向，而第二軸垂直于該排列方向；和中間光接收部分，位于夾在兩條排列線之間的中間區(qū)域中，兩條排列線平行于四個(gè)外圍光接收部分的排列中的第二軸。結(jié)果，可以從四個(gè)外圍光接收部分和中間光接收部分得到分開的輸出信號(hào)。通過分離或有選擇地使用輸出信號(hào)，可以執(zhí)行光學(xué)頭的操作控制(如聚焦控制)。特別是，也在從平臺(tái)/凹槽記錄系統(tǒng)的記錄介質(zhì)中再現(xiàn)信息的情況下，通過消除在非優(yōu)選狀態(tài)下從光檢測裝置的光接收部分中的一些區(qū)域中接收的信號(hào)，可以消除所謂“軌道交叉噪聲”的影響，并且可以實(shí)現(xiàn)極好的聚焦誤差控制?？梢灾煌ㄟ^改變光檢測裝置的光接收部分的圖樣和從傳統(tǒng)光學(xué)頭中的光接收部分得到的信號(hào)的處理模式，得到光學(xué)頭。這樣不需要準(zhǔn)備新的特別部件，而稍微改動(dòng)傳統(tǒng)部件就足夠了。不用徒勞地使傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜化，可以以相對簡單的結(jié)構(gòu)提供便宜的光學(xué)頭和光信息記錄和再現(xiàn)裝置。
特別是，根據(jù)本實(shí)施例一個(gè)方面的光學(xué)頭，由于光接收部分被第一和第二軸分割成四個(gè)小光接收部分，可以使用四個(gè)小光接收部分的每一個(gè)的輸出信號(hào)。
根據(jù)實(shí)施例另一方面的光學(xué)頭，計(jì)算作為在四個(gè)外圍光接收部分的排列中沿一條對角線的兩個(gè)外圍光接收部分輸出的信號(hào)之和，與沿另一條對角線的兩個(gè)外圍光接收部分輸出的信號(hào)之和之間的差值的外圍差分信號(hào)。根據(jù)計(jì)算結(jié)果，檢測光被物鏡會(huì)聚在記錄介質(zhì)上的聚焦?fàn)顟B(tài)。結(jié)果，沒有受到中間光接收部分的輸出信號(hào)的影響，可以通過像散方法實(shí)現(xiàn)聚焦控制。
根據(jù)本實(shí)施例另一方面的光學(xué)頭，根據(jù)至少從四個(gè)外圍光接收部分輸出的信號(hào)和從中間光接收部分的四個(gè)小光接收部分輸出的信號(hào)，檢測聚焦?fàn)顟B(tài)。這樣，大量光接收信息可以從幾個(gè)輸出信號(hào)中得到。例如，通過適當(dāng)?shù)亟M合信號(hào)，這樣可以實(shí)現(xiàn)高精確聚焦控制。
根據(jù)本實(shí)施例另一方面的光學(xué)頭，計(jì)算作為在四個(gè)外圍光接收部分的排列中沿一條對角線的兩個(gè)外圍光接收部分輸出的信號(hào)之和，與沿另一條對角線的兩個(gè)外圍光接收部分輸出的信號(hào)之和之間差值的外圍差分信號(hào)。至少計(jì)算作為在中間光接收部分的四個(gè)小光接收部分排列中沿一條對角線的兩個(gè)小光接收部分輸出的信號(hào)之和，與沿另一條對角線的兩個(gè)小光接收部分輸出的信號(hào)之和之間的差值的中間差分信號(hào)，或者作為從中間光接收部分的四個(gè)小光接收部分輸出的信號(hào)之和的中間總和信號(hào)。根據(jù)至少將中間差分信號(hào)的常數(shù)倍或中間總和信號(hào)的常數(shù)倍之一，與外圍差分信號(hào)相加得到的相加結(jié)果，檢測聚焦?fàn)顟B(tài)。因此，可以執(zhí)行這樣的聚焦控制，其中也考慮作為除外圍差分信號(hào)之外的要素的中間差分信號(hào)和中間總和信號(hào)，通過適當(dāng)?shù)卦O(shè)置與中間差分信號(hào)和中間總和信號(hào)相乘的常數(shù)，可以實(shí)現(xiàn)更精確的聚焦控制。
根據(jù)本實(shí)施例另一方面的光學(xué)頭，由于可以任意設(shè)置算術(shù)裝置中與中間光接收部分輸出的檢測信號(hào)相乘的常數(shù)，可以便于聚焦控制的優(yōu)化。
根據(jù)本實(shí)施例另一方面的光學(xué)頭，算術(shù)裝置中與中間光接收部分輸出的檢測信號(hào)相乘的常數(shù)，可以從至少相應(yīng)于記錄介質(zhì)的類型或光學(xué)頭的類型的一組預(yù)定值中選擇，或調(diào)整為使物鏡會(huì)聚的光束跨越軌道引導(dǎo)結(jié)構(gòu)時(shí)產(chǎn)生的聚焦誤差信號(hào)的波動(dòng)幾乎最小的值。這樣，適當(dāng)?shù)木劢箍刂瓶偪梢愿鶕?jù)記錄介質(zhì)的類型、光學(xué)頭的類型等來實(shí)現(xiàn)。
根據(jù)實(shí)施例的光檢測器，它包括四個(gè)外圍光接收部分和中間光接收部分，并且四個(gè)外圍光接收部分和中間光接收部分的輸出信號(hào)，根據(jù)提供的轉(zhuǎn)換信號(hào)轉(zhuǎn)換。這樣，可以適當(dāng)?shù)馗淖儥z測聚焦誤差信號(hào)的方法，聚焦誤差是當(dāng)光源發(fā)出的光被物鏡會(huì)聚到具有預(yù)定軌道引導(dǎo)結(jié)構(gòu)的記錄介質(zhì)上時(shí)產(chǎn)生的。
根據(jù)本實(shí)施例的聚焦誤差檢測方法，光檢測裝置配置有四個(gè)外圍光接收部分和中間光接收部分，并且聚焦誤差信號(hào)通過將根據(jù)四個(gè)外圍光接收部分輸出的信號(hào)得到的檢測信號(hào)，與根據(jù)中間光接收部分輸出的信號(hào)得到的檢測信號(hào)的常數(shù)倍相加得到。因此光接收信息不僅可以從四個(gè)外圍光接收部分，而且可以從中間光接收部分中得到。例如，這樣通過適當(dāng)?shù)亟M合信號(hào)或適當(dāng)?shù)卦O(shè)置常數(shù)，可以實(shí)現(xiàn)更精確的聚焦控制。
特別是，根據(jù)實(shí)施例一個(gè)方面的聚焦誤差檢測方法，中間光接收部分被第一和第二軸分割成四個(gè)小光接收部分，并且與常數(shù)相乘的檢測信號(hào)根據(jù)從中間光接收部分的四個(gè)小光接收部分輸出的信號(hào)得到。這樣可以更具體地知道中間光接收部分的光接收狀態(tài)。
雖然本發(fā)明已經(jīng)參考為說明目的所選的特定實(shí)施例進(jìn)行了描述，但很明顯，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以據(jù)此作出大量未脫離本發(fā)明的基本概念和范圍的改進(jìn)。
權(quán)利要求
1．一種光學(xué)頭，包括光源，用于發(fā)出光束；物鏡，用于將光源發(fā)出的光束會(huì)聚到具有預(yù)定軌道引導(dǎo)結(jié)構(gòu)的記錄介質(zhì)的記錄表面上；分光裝置，用于將從光源發(fā)出的光束與記錄介質(zhì)的記錄表面反射的光束彼此分開；光檢測裝置，用于接收從記錄介質(zhì)反射并被分光裝置分開的光束；像散產(chǎn)生裝置，用于在記錄介質(zhì)的記錄表面反射并通過分光裝置到達(dá)光檢測裝置的光束中產(chǎn)生像散；其中光檢測裝置包括四個(gè)外圍光接收部分，關(guān)于第一軸和第二軸幾乎對稱排列，第一軸平行于記錄介質(zhì)的軌道引導(dǎo)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的一組衍射圖樣的排列方向，而第二軸垂直于該排列方向；和中間光接收部分，位于夾在兩條排列線之間的中間區(qū)域中，兩條排列線平行于四個(gè)外圍光接收部分的排列中的第二軸。
2．根據(jù)權(quán)利要求1的光學(xué)頭，其中中間光接收部分被第一和第二軸分割成四個(gè)小光接收部分。
3．根據(jù)權(quán)利要求1的光學(xué)頭，還包括聚焦檢測裝置，根據(jù)至少從四個(gè)外圍光接收部分輸出的信號(hào)，檢測被物鏡會(huì)聚在記錄介質(zhì)上的光束的聚焦?fàn)顟B(tài)。
4．根據(jù)權(quán)利要求3的光學(xué)頭，其中聚焦檢測裝置進(jìn)行外圍差分信號(hào)的計(jì)算，它是四個(gè)外圍光接收部分的排列中沿一條對角線的兩個(gè)外圍光接收部分輸出的信號(hào)之和，與沿另一條對角線的兩個(gè)外圍光接收部分輸出的信號(hào)之和之間的差值，并根據(jù)計(jì)算結(jié)果檢測聚焦?fàn)顟B(tài)。
5．根據(jù)權(quán)利要求2的光學(xué)頭，還包括聚焦檢測裝置，根據(jù)至少從四個(gè)外圍光接收部分輸出的信號(hào)，和中間光接收部分的四個(gè)小光接收部分輸出的信號(hào)，檢測聚焦?fàn)顟B(tài)。
6．根據(jù)權(quán)利要求5的光學(xué)頭，其中聚焦檢測裝置執(zhí)行外圍差分信號(hào)的計(jì)算，它是四個(gè)外圍光接收部分的排列中沿一條對角線的兩個(gè)外圍光接收部分的輸出的信號(hào)之和，與沿另一條對角線的兩個(gè)外圍光接收部分的輸出的信號(hào)之和之間的差值，至少計(jì)算一個(gè)中間差分信號(hào)，它是中間光接收部分的四個(gè)小光接收部分的排列中沿一條對角線的兩個(gè)小光接收部分輸出的信號(hào)之和，與沿另一條對角線的兩個(gè)小光接收部分輸出的信號(hào)之和之間的差，或者中間總和信號(hào)，它是中間光接收部分的四個(gè)小光接收部分輸出的信號(hào)的總和，并且根據(jù)相加結(jié)果檢測聚焦?fàn)顟B(tài)，相加結(jié)果是通過至少將中間差分信號(hào)的常數(shù)倍或者中間總和信號(hào)的常數(shù)倍，與外圍差分信號(hào)相加得到的。
7．根據(jù)權(quán)利要求1的光學(xué)頭，還包括算術(shù)裝置，通過將根據(jù)四個(gè)外圍光接收部分輸出的信號(hào)得到的檢測信號(hào)，與根據(jù)中間光接收部分輸出的信號(hào)得到的檢測信號(hào)的常數(shù)倍相加，得到聚焦誤差信號(hào)；和物鏡驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，根據(jù)算術(shù)裝置得到的聚焦誤差信號(hào)，在物鏡的光軸方向移動(dòng)物鏡。
8．根據(jù)權(quán)利要求7的光學(xué)頭，其中算術(shù)裝置包括系數(shù)設(shè)置裝置，用于任意設(shè)置與中間光接收部分輸出的檢測信號(hào)相乘的常數(shù)。
9．根據(jù)權(quán)利要求8的光學(xué)頭，其中系數(shù)設(shè)置裝置中的、與中間光接收部分輸出的檢測信號(hào)相乘的常數(shù)，可以在至少根據(jù)記錄介質(zhì)的類型或者光學(xué)頭的類型的一組預(yù)定值中選擇。
10．根據(jù)權(quán)利要求8的光學(xué)頭，其中系數(shù)設(shè)置裝置中的、與中間光接收部分輸出的檢測信號(hào)相乘的常數(shù)是這樣的值，它使當(dāng)物鏡會(huì)聚的光束跨越軌道引導(dǎo)結(jié)構(gòu)時(shí)產(chǎn)生的聚焦誤差信號(hào)的波動(dòng)最小化。
11．一種光檢測器，用于檢測聚焦誤差，聚焦誤差是當(dāng)光源發(fā)出的光束被物鏡聚焦到具有預(yù)定軌道引導(dǎo)結(jié)構(gòu)的記錄介質(zhì)上時(shí)發(fā)生的，包括四個(gè)外圍光接收部分，關(guān)于第一軸和第二軸幾乎對稱排列，第一軸平行于記錄介質(zhì)的軌道引導(dǎo)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的一組衍射圖樣的排列方向，而第二軸垂直于該排列方向；中間光接收部分，位于夾在兩條排列線之間的中間區(qū)域中，兩條排列線平行于四個(gè)外圍光接收部分的排列中的第二軸；輸入端，用于輸入轉(zhuǎn)換信號(hào)；和轉(zhuǎn)換裝置，響應(yīng)從輸入端輸入的轉(zhuǎn)換信號(hào)，轉(zhuǎn)換四個(gè)外圍光接收部分和中間光接收部分的輸出信號(hào)。
12．一種光信息記錄和再現(xiàn)裝置，用于至少將信息記錄到記錄介質(zhì)上或者從記錄介質(zhì)再現(xiàn)信息，包括記錄介質(zhì)驅(qū)動(dòng)裝置，用于驅(qū)動(dòng)記錄介質(zhì)；光學(xué)頭，用于從記錄介質(zhì)驅(qū)動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)的記錄介質(zhì)上讀信號(hào)；光學(xué)頭驅(qū)動(dòng)裝置，用于將光學(xué)頭沿記錄介質(zhì)移動(dòng)；信號(hào)處理裝置，根據(jù)光學(xué)頭讀出的信號(hào)產(chǎn)生再現(xiàn)信號(hào)；和伺服控制裝置，根據(jù)光學(xué)頭讀出的信號(hào)控制記錄介質(zhì)驅(qū)動(dòng)裝置、光學(xué)頭驅(qū)動(dòng)裝置和光學(xué)頭的操作，其中光學(xué)頭具有光源，用于發(fā)出光束；物鏡，用于將光源發(fā)出的光束會(huì)聚到具有預(yù)定軌道引導(dǎo)結(jié)構(gòu)的記錄介質(zhì)的記錄表面上；分光裝置，用于將光源發(fā)出的光束與記錄介質(zhì)的記錄表面反射的光束彼此分開；光檢測裝置，用于接收從記錄介質(zhì)反射并被分光裝置分開的光束，它具有四個(gè)外圍光接收部分，關(guān)于第一軸和第二軸幾乎對稱排列，第一軸平行于記錄介質(zhì)的軌道引導(dǎo)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的一組衍射圖樣的排列方向，而第二軸垂直于該排列方向；和中間光接收部分，位于夾在兩條排列線之間的中間區(qū)域中，兩條排列線平行于四個(gè)外圍光接收部分的排列中的第二軸；和像散產(chǎn)生裝置，用于在記錄介質(zhì)的記錄表面反射并通過分光裝置到達(dá)光檢測裝置的光束中產(chǎn)生像散。
13．一種用于光學(xué)頭的聚焦誤差檢測方法，其中光學(xué)頭具有光源，用于發(fā)出光束；物鏡，用于將光源發(fā)出的光束會(huì)聚到具有預(yù)定軌道引導(dǎo)結(jié)構(gòu)的記錄介質(zhì)的記錄表面上；分光裝置，用于將光源發(fā)出的光束與記錄介質(zhì)的記錄表面反射的光束彼此分開；光檢測裝置，用于接收從記錄介質(zhì)反射并被分光裝置分開的光束；和像散產(chǎn)生裝置，用于在記錄介質(zhì)的記錄表面反射并通過分光裝置到達(dá)光檢測裝置的光束中產(chǎn)生像散，其中光檢測裝置裝備有四個(gè)外圍光接收部分，關(guān)于第一軸和第二軸幾乎對稱排列，第一軸平行于記錄介質(zhì)的軌道引導(dǎo)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的一組衍射圖樣的排列方向，而第二軸垂直于該排列方向；和中間光接收部分，位于夾在兩條排列線之間的中間區(qū)域中，兩條排列線平行于四個(gè)外圍光接收部分的排列中的第二軸，和聚焦誤差信號(hào)通過將根據(jù)四個(gè)外圍光接收部分輸出的信號(hào)得到的檢測信號(hào)，與根據(jù)中間光接收部分輸出的信號(hào)得到的檢測信號(hào)的常數(shù)倍相加得到。
14．根據(jù)權(quán)利要求13的聚焦誤差檢測方法，其中中間光接收部分被第一和第二軸分割成四個(gè)小光接收部分，和與常數(shù)相乘的檢測信號(hào)根據(jù)中間光接收部分的四個(gè)小光接收部分輸出的信號(hào)得到。
全文摘要
一種光學(xué)頭、光檢測器、光記錄和再現(xiàn)裝置和聚焦誤差檢測方法,適用于多種記錄介質(zhì)和平臺(tái)/凹槽記錄系統(tǒng)。光學(xué)頭的光檢測器中主光斑光接收部分被分割成幾部分。由四個(gè)小光接收部分組成的中間光接收部分位于中間區(qū)域。不使用中間光接收部分的輸出信號(hào),只從外圍光接收部分的輸出信號(hào)中得到聚焦誤差信號(hào),通過使用聚焦誤差信號(hào)執(zhí)行聚焦控制。以與傳統(tǒng)像散方法相似的方式構(gòu)成光學(xué)頭除光檢測器之外的其它部分以保持兼容性,可以在平臺(tái)或凹槽記錄介質(zhì)上執(zhí)行不產(chǎn)生很多軌道交叉噪聲的極好聚焦控制。
文檔編號(hào)G11B7/09GK1297225SQ00136639
公開日2001年5月30日 申請日期2000年9月29日 優(yōu)先權(quán)日1999年9月29日
發(fā)明者西紀(jì)彰 申請人:索尼公司