專利名稱：光學檢測裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明是關于一種光學檢測裝置，例如光學掃描儀或是CD(光驅)與DVD(數(shù)字多用途光盤)裝置中的撿取系統(tǒng)，或是光學傳輸線中的接收器。
背景技術：
由于日益增加對于照片、聲音與影像的多媒體需求，對于內存需求是成指數(shù)地增加。在磁帶儲存媒體與硬盤之間，光學存儲系統(tǒng)構成一特別具有吸引力的解決方法。在毫秒范圍內的存取時間，僅稍高于硬盤的時間，光學存儲系統(tǒng)提供每天在客戶端使用的可能性。具有帶驅動，其分享存盤的性質，亦即在驅動中儲存媒體可被置換的性質。目前的內存容量約為50億位，且短期預測可上至500億位，使得光學儲存媒體可與影像記錄器競爭，因此似乎可以確定的是這個領域將快速成長。所有的光學內存共同點為以光束進行儲存媒體所儲存的存寫運作與讀出，以及在讀出中，根據(jù)所儲存的數(shù)據(jù)，由儲存媒體所修飾的光束，例如被反射的光束，是藉由一光電檢測器，而被轉換為一電信號。
此光電檢測器的其它應用領域，例如光傳輸領域，例如具有并行傳輸線的檢測器矩陣形式。
所有這些光檢測器的應用，具有將光學檢測器固定于被檢測光束中的問題，所以光束對于光學檢測器具有最理想的校準。此必須耗時且昂貴，因為使用光學檢測器組合光學裝置中的精準與調整，或是需要耗時與昂貴的預防措施以對抗熱漂流或是其它特定應用的運作狀況，例如預防措施對抗相對于光學檢測器的光束之錯誤校準，或是對抗其它會負面影響讀出的因素。
此光學裝置例如CD與DVD裝置。其包含一讀出頭，其任務是掃描以及自CD或是DVD儲存媒體中擷取數(shù)據(jù)。除了激光二極管之外，光學裝置的光學、聚焦控制以及追蹤控制致動器，所述的讀出頭亦包含一光二極管矩陣，除了數(shù)據(jù)讀出之外，其包含用于聚焦與追蹤控制的信號。習知結構的光二極管矩陣例如第12圖中所示，例如1999年應用物理期刊1755-1760頁，中M.O.Freeman等人的日文文章「全像攝影數(shù)字多功能光盤光學撿取頭模塊的聚焦與追蹤檢測」所述。第12圖中所示的二極管矩陣包含四個接收二極管900，902，904與906，分別以A、B、C與D代表，且配置于平面的2×2矩陣中。第12圖的二極管矩陣是配置于CD或DVD裝置的讀出頭中，以接收在所述CD或DVD上自一軌道所反射的光束。在CD的范例中，儲存于光盤片軌道中的數(shù)據(jù)例如以預先決定順序的平面位置與高度(依不同觀點，或是稱為凹處)(所謂的凹坑)。入射至板上或是自板上反射的光束，是比軌道或是凹坑較寬，因此其上所聚焦的光束之反射造成反射光束的破壞性干擾，因而以減低的反射光束之光強度辨識高度，且平面辨識則是藉由增加的或最大的光強度所辨識。光學映像反射光束至二極管矩陣上。自接收二極管900-906的輸出信號，在數(shù)據(jù)信號中，數(shù)據(jù)室儲存于軌道中，且是藉由將這些二極管的所有輸出信號加總而獲得，亦即藉由A+B+C+D。由于固定增加速度的讀出與增加的數(shù)據(jù)密度，接收二極管900-906必須是適合用于快速讀出的二極管。此二極管是指HF二極管。需要多于一個，亦即四個HF二極管的理由是在于由這些HF二極管所能獲得的強度分布信息適用于聚焦與追蹤控制。對于聚焦控制，例如聚焦在光學板上且自其反射的光束是通過散光例如圓筒狀的透鏡而映像于第12圖中的二極管矩陣之上。指定所述讀出頭與光學板之間的標的距離，所以聚焦在光學板上的光束的圓形映像是形成在第12圖的二極管矩陣上。在解聚焦的過程中，映像在第12圖二極管矩陣上光點的橢圓變形，形成散光透鏡的主軸之一。對于距離與/或聚焦控制，二極管902與904以及二極管900與904的輸出信號被相加在一起，且其總額彼此相減，亦即(A+C)-(B+D)，以檢測解聚焦中的橢圓變形，其是假設散光透鏡的主軸沿著第12圖中所示的x與y軸延伸。當散光透鏡對準沿著x軸的強折射軸時，沿著主軸y的橢圓延伸是代表，例如大于標的距離的距離，而沿著x軸的橢圓延伸是指例如太小的距離。根據(jù)聚焦控制信號，物鏡至光學板的距離可藉由致動器而調整。同樣地，信號(A+D)-(C+B)可被用以控制追蹤數(shù)據(jù)載體上的激光，亦即用于放射狀地移動讀出頭穿過旋轉的光學板。二極管的此連結適合用于檢測所謂的推-拉圖案，其是由作用如同相位光柵的高度所產(chǎn)生的折射程度之干擾所造成。
另一提供信號用于追蹤控制的可能在于亦即用于設定讀出頭的放射狀位置，或是與軌道橫切方向的讀出頭位置，是在HF二極管矩陣的外部，配置兩個附加的接收二極管。此一結構如第13圖中所示。由圖可見，除了四個HF二極管之外，另提供兩個接收二極管908與910，由于追蹤控制需要取樣與/或并非太高的讀出速度，所以這些接收二極管被讀出的速度較慢，用于較慢讀出的檢測二極管如LF二極管，如下所述。除了實際數(shù)據(jù)讀出光束之外，提供這些LF二極管908與910用以接收兩光束，其是聚焦在所述光學板上且被反射。獲得這些附加的光束，例如自此用于以折射為第一級折射而數(shù)據(jù)讀出的實際激光二極管，其配置對應于主要光束，因此相對于軌道的方向，稍微在主要光束之前與之后，聚焦在光學板上，有些與軌道方向橫切。較佳是讀出頭與軌道對準，由于聚焦的附加光束之有限延伸，而以軌道的凹坑調整兩附加的光束。在讀出頭的側向軌道錯誤對準時，僅有附加光束的其中之一有限延伸于軌道中，而其它的附加光束并未受到調整。由此信息，可得到用于放射狀控制讀出頭的追蹤控制信號。
第12圖與第13圖的二極管矩陣共同點在于，其皆對因錯誤調整或是熱漂浮所形成的光束非理想定位敏感。此外，由于在儲存媒體上的基質厚度中的光學變化以及光學板自一標的位置偏移，所以光學補償對于被擷取數(shù)據(jù)的錯誤速度有負面影響，而這些事件并不能被檢測到。結果排除這些錯誤來源而進行的耗時且制程昂貴的精確調整，其組件昂貴且追蹤與聚焦控制更昂貴。
光學儲存片的儲存密度與壓縮度不斷增加的需求，造成其它的問題。隨著儲存密度的增加，由于在數(shù)據(jù)載體上同時讀出兩相鄰軌道，激光點的有限延伸造成串音現(xiàn)象。過去的檢測器不提供檢測此狀況的可能性。再一次地，造成錯誤速度增加，例如若是未被讀出的軌道尚無凹坑的存在，則存在相鄰軌道的凹坑可導致錯誤的讀出結果，且同時此限制數(shù)據(jù)載體上的軌道深度，其依序在決定媒體儲存容量上扮演決定性的角色。
此外，過去的二極管結構缺點在于要獲得因錯誤對準所接收的光束信息需要很高的費用，以及/或需要后續(xù)的校正信號。將接收窗續(xù)分為四個部分，亦即分為HF二極管900-906，例如這些二極管的讀出費用，而必須分別設計這些二極管具有適合讀出數(shù)據(jù)的讀書速度。在圖13中，所述用于追蹤控制的LF二極管908與910，是基于第一級折射的兩光束的附加光學支出前提。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的提供一光學檢測裝置及其運作方法，因此除了檢測光束所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)之外，具有更有效對準光束與光學檢測裝置。
本發(fā)明的目的是借由權利要求1的光學裝置與權利要求18的方法所達成。
本發(fā)明的光學檢測裝置，用于在一檢測窗中檢測一光束的強度，以及用于檢測由光束所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，所述的光學檢測裝置包含第一檢測二極管，以及在所述檢測窗中包含至少兩個第二檢測二極管的矩陣。再者，提供一第一讀出電路連接于所述的第一檢測二極管，用于以第一讀出速度讀出第一檢測二極管，以及提供一第二讀出電路連接于第二檢測二極管，用于以小于第一讀出速度的第二讀出速度而讀出第二檢測二極管，以檢測例如光束的平均強度。
本發(fā)明的發(fā)現(xiàn)基礎在于為了達到降低對準控制的費用，必須放棄過去的方法以建構光學檢測裝置，其使用用于數(shù)據(jù)檢測的檢測窗外部附加產(chǎn)生的光束用于控制傳輸數(shù)據(jù)的光束對準，具有檢測二極管用以檢測數(shù)據(jù)，或是提供二極管用以檢測檢測窗中的數(shù)據(jù)以控制對準。根據(jù)本發(fā)明，在相同檢測窗中，傳輸數(shù)據(jù)的光束是被檢測，不只是用于檢測數(shù)據(jù)的檢測二極管，還包含在較低讀出速度所讀出的附加檢測二極管的矩陣。
本發(fā)明的考量之一，在本發(fā)明的基礎是檢測窗中附加的檢測二極管初始的確造成附加的支出以及減少可有效用于數(shù)據(jù)檢測的區(qū)域，但是這些缺點比不上在檢測窗中附加檢測二極管的矩陣更為有效、較便宜的控制傳輸數(shù)據(jù)的光束與檢測窗的對準。例如，在大多數(shù)的范例中，并不需要控制光束與檢測窗的對準，以于與數(shù)據(jù)速度相同的讀出速度，在數(shù)據(jù)窗中檢測光束的強度，所述的數(shù)據(jù)傳輸速度大多很高。較低的讀出速度僅被設計用于對準光束與檢測窗，然而，使得附加插入的檢測二極管具有較小的表區(qū)域，這是由于其可整合或加總在較長時間內所檢測的光束。由于附加檢測二極管的讀出較慢，這些檢測二極管的讀出支出亦較小，且此矩陣的多路傳輸讀出運作是可能的，以用于讀出附加的矩陣，例如僅需要有一附加的輸出，或是一附加的接腳。由于所述的附加二極管是直接配置于檢測窗中，用于檢測傳輸數(shù)據(jù)的光束，再者并不需要在傳輸數(shù)據(jù)的光束之外，產(chǎn)生附加的光束。由于可借由在檢測窗中傳輸數(shù)據(jù)的光束的強度分布控制光束與檢測窗的對準，所以借由附加檢測二極管的矩陣所檢測的空間強度分布，并不需要將用于數(shù)據(jù)檢測的檢測窗區(qū)域續(xù)分為幾個部分，因此僅需要快速的更昂貴的讀出電路。此外，借由附加檢測二極管矩陣所進行的在檢測窗中傳輸數(shù)據(jù)的光束的強度檢測，使得強度中心的檢測其信息再次被用于控制光束與檢測窗的對準。
根據(jù)本發(fā)明的一特定實施例，一特定光學檢測裝置如CD與DVD設備中的應用優(yōu)點，如下所述。


本發(fā)明的其它較佳實施例，其詳細說明如下。
圖1是根據(jù)本發(fā)明的一實施例，說明一光學檢測裝置。
圖2A是根據(jù)本發(fā)明的一實施例，說明一光學掃描裝置的檢測二極管矩陣。
圖2B是一方塊圖，其是說明圖2A的光學掃描裝置的讀出與控制部分。
圖3A是根據(jù)本發(fā)明的一特定實施例，說明圖2A中所述二極管矩陣的布局。
圖3B是圖3A布局的切面圖。
圖4是一仿真結果，其說明圖3A的布局中沿著圖3B的切面所形成的無光電流(dark current)。
圖5是說明在圖3A的二極管矩陣中HF與LF二極管的區(qū)域與周圍容量是作為二極管電壓的函數(shù)，以代表所述表面與邊緣的每一單位長度的改善電容。
圖6是說明圖3A的二極管矩陣的HF二極管的過渡電容，是作為二極管電壓的函數(shù)。
圖7是說明圖3A的二極管矩陣的LF二極管的過渡電容，是作為二極管電壓的函數(shù)。
圖8是根據(jù)圖3A，說明同時讀出時，二極管矩陣的二極管的頻譜反應。
圖9是說明一讀出電路，用于讀出圖2A實施例中的HF二極管。
圖10是說明圖9中放大器的放大電路實施例。
圖11A是一讀出電路，其是讀出第2圖實施例的LF二極管。
圖11B是說明圖11A電路中所發(fā)生信號的波形，用以說明LF二極管串接形式的讀出。
圖12是說明一習知的HF二極管矩陣，其是用于CD與DVD設備中。
圖13是一個不同于圖12的二極管矩陣，其具有附加的LF二極管用于追蹤控制。
具體實施例方式
圖1是根據(jù)本發(fā)明的一實施例，說明一光學檢測裝置，其是以10表示。在用于檢測傳輸數(shù)據(jù)的光束的檢測窗15中，所述的光學檢測裝置10包含檢測二極管的分別代表的21a，21b，21c，21d，22a，22b，22c，22d，23a，23b，23c，23d，24a，24b，24c，24d的4×4矩陣20，線數(shù)目中的字母代表列。此外，光學檢測裝置10包含一檢測二極管25，就其所覆蓋的表面區(qū)域是指未被二極管矩陣20所占據(jù)的部分。檢測二極管21a-24d是連接至一讀出電路30，而所述的讀出二極管25是連接至一數(shù)據(jù)讀出電路35。讀出電路30與35的讀出速度是不同的。所述數(shù)據(jù)讀出電路35具有一讀出速度其速度足以掃描在光束中傳輸?shù)乃鰯?shù)據(jù)，其是在足夠高度的速度下由所述檢測窗26中的光學檢測裝置所檢測。
數(shù)據(jù)讀出電路35以模擬形式，輸出所述的讀出信號至一輸出40，可用于一A/D轉換器(未顯示)。所述的讀出電路30是以較低的讀出速度，讀出所述的檢測二極管21a-24d，且連續(xù)以模擬形式在輸出在一輸出45所讀出的值。另一方面，所述的讀出電路30與35皆可輸出數(shù)字樣品。
在所述二極管矩陣所檢測到入射在檢測窗15的光束強度分布的基礎上，適合用于校正光束與檢測窗15的錯誤調整或是錯誤對準的作用，如下所述。
本質上，圖1的光學檢測裝置10包含兩部分。一部分包含檢測二極管25與數(shù)據(jù)讀出電路35，以用于數(shù)據(jù)檢測。檢測二極管25必須具有足夠高的帶寬讀出速度調整至在檢測窗15中所檢測到光束傳輸數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)速度。
所述檢測裝置10的第二部分包含所述二極管矩陣20與讀出電路30。此部分是負責提供信息供檢測窗15與傳輸數(shù)據(jù)的光束間之最佳對準。光束與檢測窗之間前在的錯誤對準可能產(chǎn)生的原因，例如在將光學裝置(未顯示)組合于光學檢測裝置10的過程中發(fā)生錯誤調整、熱漂浮、在光學裝置建立后運作過程中的機械震動、例如在可攜式的CD播放器中，或是在讀出時所進行應用所誘發(fā)的控制程序，例如追蹤控制或聚焦。相較于高數(shù)據(jù)速度或是高讀出速度，光束與數(shù)據(jù)窗之間對準的改變很慢，如經(jīng)驗所示，因此對于讀出電路30，較慢的讀出速度范圍例如kHz是足夠的。所述多路傳輸?shù)男盘枺涫窃谳敵?5由讀出電路30所輸出，可使用代表在二極管21a-24d位置的光束強度的所述信號，以決定在檢測窗口15中強度的中心與/或光束的中心，其亦系指在檢測窗15中光束的實際位置。決定檢測窗15中光束實際位置的可能性包含例如在檢測最大強度的檢測二極管21a-24d中決定檢測二極管、由檢測二極管21a-24d所檢測的強度分布之補插與后續(xù)極值頻估、通過由檢測二極管21a-24d所檢測的強度值與后續(xù)的極值評估以計算強度符合波形，但并不受限于此。
此外，由檢測二極管21a-24d所獲得的信息可被使用作為檢測在檢測窗15中例如由于使用散光透鏡所形成的光束強度分布的橢圓退化。此外，在某些以特定位置所配置的檢測二極管21a-24d之間的特定電路連接，例如相加或相減，可被用以抵消錯誤對準與/或用以產(chǎn)生合適的控制信號用于特定的應用，由于這些錯誤對準造成在這些位置有特別的強度分布。
關于圖1，需指出的是此實施例的光學檢測裝置可用于許多光學裝置，其中提供檢測傳輸數(shù)據(jù)的光束。此裝置的范例包含光學儲存裝置，例如CD或是DVD設備，以及提供光學傳輸線用于連結兩電子裝置的裝置。取決于應用，可使用許多致動器以校正在檢測窗中光束的對準。在CD與DVD的設備中，可由致動器設定潛在的系數(shù)，用于影響在檢測窗中激光束的對準，所述系數(shù)包含例如在橫切于軌道的方向中所述讀出頭的放射狀位置、物鏡與光學板之間的距離，以及例如包含完整二極管矩陣的檢測窗的壓電側向偏移，因而亦可校正靜態(tài)的錯誤調整或是熱漂浮。
在這些所有應用中，本發(fā)明在檢測窗15的二極管矩陣20配置，促使關于所述的檢測窗中光束對準的更有效控制。在最簡單的范例中，只需要提供一個二極管作為檢測數(shù)據(jù)的二極管25，所以只需要一個對應的數(shù)據(jù)讀出電路35用于被接收數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)速度。如上所述，較慢的檢測二極管21a-24d可能造成再輸出45連續(xù)輸出，因此在一芯片的實施中，僅需要一個接腳。
請參閱圖1，最后應指出圖1所示的實施例僅為一范例。所述二極管矩陣20的檢測二極管21a-24d的數(shù)目可變化，例如至可影響錯誤對準的致動器，亦即其可被調整至正確的程度以抵消錯誤對準。結果僅有預期到光束的錯誤對準，例如沿著一方向，因而僅提供一致動器用以抵消沿著此方向的錯誤對準例如檢測二極管的2×1矩陣是足夠的。相反地，在數(shù)據(jù)檢測側，不同的應用，例如并行傳輸線其中作為一接收器的二極管矩陣市面對光束的傳輸器，可能需要提供多于一個檢測二極管用于數(shù)據(jù)檢測。結果，除了矩陣20之外，可提供檢測二極管25的矩陣用于后續(xù)圖式的實施例中，此雙重HF與LF二極管矩陣可被使用于光學并行傳輸線中的光學接收器中，用于具有光束對準的數(shù)據(jù)接收，同時進行錯誤對準補償，例如在E1ectronics letters期刊第38冊第10卷Linten等人所著“具有光束定位的整合光學接收器”中所描述者，其是并入于本案作為參考文獻。
參考圖2-11，一光學掃描裝置的實施例將在后續(xù)內容中敘述。其中該光學掃描裝置乃適于應用在傳統(tǒng)的CD與DVD設備中，其能夠具有聚焦以及追蹤控制方面的附加能力，而且可以執(zhí)行免除將可能被檢測到的光束錯誤對準在光學檢測裝置的窗口中被檢測出來的步驟。即使本案的光學掃描裝置的二極管矩陣(其將借由參考圖2而說明于后)也適于用在其它應用上，但為了便于了解，以下僅將其架構在光學掃描裝置中以便克服習知與CD設備一起應用時的問題。其中圖2A繪出了二極管矩陣，圖2B該光學掃描裝置的讀出與控制部分。圖3A、3B以及圖4至8展示出了一個在CMOS技術中的二極管矩陣的實施例以及/或是其特性。圖9至圖11展示出了用以讀出該二極管矩陣的二極管的有潛力評估電路。
將借由參考圖2至圖11而在后文中被說明的光學掃描裝置乃建立在一CD驅動器中，該CD驅動器并未繪出但其結構原則上乃如一般所知者。以下所述的光學掃描裝置僅表現(xiàn)該CD驅動器的檢冊、讀出、以及控制信號產(chǎn)生部分。另外，所述CD驅動器包含一個驅動器，其乃用來旋轉一個被加載其中的CD以使其變?yōu)橐还鈱W板，也包含一個被當作是能產(chǎn)生一光束的一光產(chǎn)生裝置的激光二極管，還包括光學裝置以及一個做為伺服裝置(servo-means)的促動器(actuator)，其中該促動器用來設定在載體與軌道之間的距離，而一個與該軌道有關的該載體的一側向部位，其受到用來追跡與聚焦控制的控制信號所影響，是將借由該二極管矩陣所檢測到的光束強度分布而決定，其亦將于后續(xù)內容中得到說明。所述光學裝置包含光學設備，例如一用以校準激光束的校準器、一透光性或是反射性的分光器，其以偏振為基礎，是一個45度而可改變偏振方向的板子、一個物鏡及/或會聚鏡，用以將被校準的激光束聚焦至會被讀出的CD軌道上，在該CD上乃儲存有會被讀出的數(shù)據(jù)，而一個散光鏡則用將光束導至該二極管矩陣，其中該光束乃是來自該軌道并且是由該物鏡所捕獲者。二極管矩陣、激光二極管以及光學裝置乃相連地設在讀出頭上而且是彼此依次地有固定的位置，因此由軌道所調變以及反射的光束便會通過該光學裝置而導向至該二極管矩陣，于是借由光學操作該光束被可以排列在圖2 A中的二極管矩陣的一目標區(qū)上，例如，中央。幾個相反的情況可能導至在圖2A中的二極管矩陣上而真的由反射激光束所覆蓋的的實際位置是與目標區(qū)不同，例如一個錯誤的調整、熱漂浮、讀出頭的側向或是光束-導向錯誤校準，此偏軌是借由以下方式而被抵銷，后續(xù)內容將進一步說明其細節(jié)，借由從圖2A中的二極管矩陣所檢測到的強度中產(chǎn)生伺服裝置的適宜控制信號以及借由圖2B中的讀出與控制部分。
圖2A繪出光學掃描裝置的二極管矩陣，其用來檢測在一檢測窗中的光束強度分布并用來檢測由該光束所傳輸?shù)臋z測數(shù)據(jù)，因此其是代表了光學掃描裝置的檢測部分。特別地，圖2A的二極管矩陣是包含一個由檢測二極管210a-210e、202a-202e、203a-203e、204a-204e以及205a-205e所組成的一個5×5矩陣200，其中的各自母是代表該5×5矩陣的一列。另外，圖2A的二極管矩陣包含一個由檢測二極管251a-251d、252a-252d、253a-253d以及254a-254d所組成的一個4×4矩陣250。矩陣200與250是以彼此有關聯(lián)的方式排列，因此檢測二極管215a-254d是適切地分別設于檢測二極管201a-205e間的間隔之中。換句話說，檢測二極管251a-254d是是以一種面向中央的方式與檢測二極管201a-205e一起排列而形成一個主體集中的力方排列。所有的檢測二極管201a-205e以及251a-254d是以相連排列的方式排在同一檢測窗256中，所述檢測窗256是用來檢測檢測由該軌道所反射回來而將被讀出的光束，所述光束由該軌道的凹坑所調整，因此包含被讀出的數(shù)據(jù)。檢測二極管201a-205e是分別連接至一讀出電路268(圖2B)，其以一種并聯(lián)的方式讀出那些二極管以便利用一多路方式來輸出相同的輸出信號。二極管矩陣250的檢測二極管251a-254d是彼此相連或是串聯(lián)相接以形成六區(qū)A、B、C、D、E、與F，并連接至不同的讀出電路260a、260b、260c、260d、260e以及260f，其等展現(xiàn)出一個比用來讀出該5×5矩陣200的檢測二極管201a-205e的讀出速度更快的讀出入度。特別地，如第2圖所示，檢測二極管254a、253a與253b是結合在一起而形成區(qū)域A，檢測二極管254d、253d與253c是結合在一起而形成區(qū)域B，檢測二極管252d、251d與252c是結合在一起而形成區(qū)域C，檢測二極管251a、252a與252b是結合在一起而形成區(qū)域D，檢測二極管254b與254c是結合在一起而形成區(qū)域E，檢測二極管251b與251c是結合在一起而形成區(qū)域F。
在以下內容中，具有一個較低的讀出速度檢測二極管201a-205e的是以LF二極管表示，其中具有較高讀出速度的二極管251a-254d是以HF二極管表示。連續(xù)被讀出的LF二極管201a-205e是用來產(chǎn)生聚焦與追蹤控制的控制信號，并來控制該CD驅動器(未圖式)的促動器，其中所述CD驅動器包含建構有圖2A所示的二極管矩陣的該光學掃描裝置。HF二極管251a-254d是用來檢測在圖2A中的二極管矩陣上的入射光束所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)。進入?yún)^(qū)域A-F的所述二極管分支提供了將在后續(xù)內容中所說明的圖2A中的二極管矩陣提供信號A-D的可能性，而且其也在傳統(tǒng)CD裝置中被用來追蹤與聚焦控制，并且是被設計用來以根據(jù)圖12所得的一二極管矩陣為基礎而產(chǎn)生聚焦與伺服信號。區(qū)域與F是被排列，以致于他們能夠被用來檢測串音現(xiàn)象，其將于后續(xù)內容中說明。
在說明了圖2A的二極管矩陣結構以后，以下內容是是關于在該光學掃描裝置中用來讀出二極管以及產(chǎn)生伺服信號的部分之說明。在區(qū)域A-F所產(chǎn)生的電流，如上述者，是分別借由讀出電路260a、260b、260c、260d、260e以及260f而被讀出，并且將被放大，其是借由一個轉阻放大器所執(zhí)行，一個實施例將可再參考圖9與圖10之后而詳細說明于后。讀出電路260a-260d的輸出是與一評估電路262相連，所述評估電路262在一輸出端將一數(shù)據(jù)信號輸出給一AD轉換器，而在其輸出端，借由光束所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)是依序以數(shù)字形式輸出。評估電路262更可用以在一傳統(tǒng)方式中利用HF二極管區(qū)域A、B、C以及D的輸入信號來產(chǎn)生用以追蹤與聚焦控制的控制信號，并將在其它輸出端中的其中一輸出端把控制信號輸出，如以虛線所示者。舉例來說，評估裝置262可被設置在一對應的模式中，在其中，所述評估裝置262可以與圖2A中的二極管矩陣一起被應用而像是在圖12中的傳統(tǒng)光學檢測裝置。讀出電路260e與260f的輸出是被連接至一控制裝置266，其在輸出端將一串音檢測信號輸出至所述AD轉換器的一控制輸入。
如上述內容，二極管矩陣200的檢測二極管201a-205e當時的輸出信號是被供至一讀出電路268，其以并聯(lián)的方式將輸出信號輸出至兩個計算裝置270與272，讀出電路268的結構實施例是搭配圖11A而較詳盡地說明于后。計算裝置270計算在第2圖上的二極管矩陣的點的實際位置。計算裝置272是計算在圖2A上的二極管矩陣的點的范圍與方向的橢圓退化。由計算裝置270所計算而得的信息是被供應至一控制裝置274，其依據(jù)該信息將控制信號輸出至適當?shù)拇龠M器以便校正錯誤的調整以及熱漂浮，并用以追蹤控制，其中所述促進器是改變讀出頭的位置，因此可以側向傳至所述軌道，并改變圖2A中的二極管矩陣的側向位置，其細節(jié)將于后續(xù)內容中說明。計算裝置272的信息是被輸出至一控制裝置276，其根據(jù)該信息而產(chǎn)生用來聚焦控制的控制信號，并將上述控制信號輸出至一促進器以便改變至上述光學板的距離。一控制裝置278直接接收讀出電路268的讀出信號并由其決定一控制信號以便補償光盤偏斜以及在機板厚度上的變化，其將在后續(xù)內容中說明，并將該控制信號輸出至上述A/D轉換器的另一控制輸入。
在后續(xù)內容中，具有圖2A中的二極管矩陣的光學掃描裝置的操作模式以及在圖2B中的讀出與控制部分、以及它們的有利應用及操作模式將會被解釋，進以克服具有所述光學掃描裝置的CD控制器的習知背景缺點。
在數(shù)據(jù)讀出方面，該HF二極管區(qū)域A、B、C和D的信號系由該評估裝置(evaluation device)262組合，亦即這些輸出信號系被相加。該A/D轉換器基于一閥值(threshold)將該區(qū)域A-D的組合輸出信號數(shù)字化，該閥值系為該轉換器由來自該控制裝置266的串音(crosstalk)檢測信號獲取得到，并且輸出該數(shù)字化數(shù)據(jù)作為被讀出的數(shù)據(jù)，并且儲存于軌道(track)中直到被讀出。如同本說明書的序研所提到的，亦可以傳統(tǒng)方式連接該區(qū)域A-D的輸出信號以產(chǎn)生用以聚焦(focus)和追蹤(tracking)控制之控制信號。使用散光鏡片(astigmatic lens)來將該反射的數(shù)據(jù)傳輸光線映像至圖2A的二極管矩陣，該評估裝置262便能借由相加來自該讀出電路260a-d的區(qū)域A、B、C和D的輸出信號，以及彼此減去該總和，亦即形成(A+C)-(B+D)，來產(chǎn)生用以距離及/或聚焦控制，以便檢測如果發(fā)生散焦(defocusing)時的橢圓變形，其系假定為該散光鏡片的主軸系沿著圖2A所示的x和y軸延伸。一執(zhí)行器(actuator)接著根據(jù)該聚焦控制信號調整該物鏡(objective lens)離該光學板(optical plate)的距離。除此之外，該評估電路262能產(chǎn)生用以追蹤控制的信號，亦即用以控制該讀出頭橫跨該轉動光學板的該輻射移動，其系借由評估該信號(A+D)-(C+B)之所謂推挽式模式(push-pull pattern)特性，其系因作為一相柵的高度所產(chǎn)生的折射階層干擾所引起。
除了區(qū)域A、B、C和D的信號之外，其亦由圖12所示的二極管矩陣所產(chǎn)生，區(qū)域E和F也提供了更進一步的信號。在本案中，這些區(qū)域系布置以便其能被提供作為位置，該位置系為因所預期兩軌道會與其外部邊緣同時讀出，亦即因為聚焦在該光學板之該讀出點發(fā)光的事實，該實際要被讀出的軌道以及一相鄰軌道都會。在圖12所示的現(xiàn)有二極管矩陣，此種串音現(xiàn)象會導致在一邊的區(qū)域A和B，以及在另一邊的C和D的刺激，當以補償A+B+C+D作為數(shù)據(jù)補償時這可能會引起一位錯誤，如果一不同的二位值(凹坑或是非凹坑)出現(xiàn)在相鄰軌道而非在實際軌道上。借由提供該附加區(qū)域E和F，此類串音現(xiàn)象的刺激就會被檢測到。為這目的，該控制裝置266接收來自該讀出電路260e及360f的輸出信號，并且檢測該區(qū)域E和F其中的一的輸出信號是否超過一閥值，如果是，則該控制裝置266便借由該串音檢測信號設定較高的決定閥值(decision threshold)，其是用以借由該A/D轉換器264數(shù)字化該信號A+B+C+D，以避免因為串音現(xiàn)象導致于該加總信號中的位錯誤達到一個錯誤強度值很高的地步。
盡管該HF二極管251a-254d的組合以形成區(qū)域A-F以及這些組合信號于讀出一CD的一軌道的使用已于上文描述，現(xiàn)在將要描述該LF二極管201a-205e的輸出信號的使用，再一次假設，聚焦于該CD軌道上的該點是借由一具有X和Y軸的散光鏡片映像至第2圖所示的二極管矩陣，使得該光學裝置的物鏡與該CD的距離太小，因其聚焦來自該激光二極管的該激光光于該CD且映像沿著該散光鏡片的該反射光至第2圖的二極管矩陣上，其會導致例如沿著y軸的橢圓退化(degeneration)，且使得該距離太大會導致沿著x軸的橢圓退化。
由該LF二極管201a及205e所檢測的光束強度分布的評估是由該計算裝置270、272及該控制裝置274、276所執(zhí)行，該計算裝置270由該輸出電路268的輸出信號計算該強度中心的位置或是該光束于圖2A的二極管矩陣上的實際位置，該輸出信號是表示于該LD二極管矩陣上的該檢測光束的強度分布，并且輸出該信息至該控制裝置274，而該計算裝置272由該信息決定該激光點的形狀或是橢圓退化，并且輸出相同形狀至該控制裝置276，由該計算裝置270和272的決定可由經(jīng)該LD二極管的強度值和其后的評估所決定方程式的內插或是滿足及/或調整來確認，例如在決定該實際位置的案例中該外部位置的搜尋，以及在退化決定的案例中相同強度線的擴張分析。
借由圖2A的二極管矩陣上的點的位置信息，控制裝置274產(chǎn)生控制及/或伺服(servo)信號用以補償在讀出頭內的錯誤調整(misadjustment)，亦即在激光二極管、光學裝置及/或二極管矩陣之間，和在其之間的熱漂移，以及產(chǎn)生用以追蹤控制的控制和伺服信號，舉例來說，其是根據(jù)該激光點實際位置與一目標位置的偏差，其是由該裝置270計算，其是于圖2A的二極管矩陣上，在本例中該目標位置是位于該X軸和Y軸的交叉點，因此，該控制裝置274控制適合的執(zhí)行器，例如壓力組件，來側向補償該二極管矩陣，或是控制其它執(zhí)行器，其是調整該讀出頭相對于被讀出的軌道的橫面的相對位置。該二極管矩陣的側向調整的可能性，減少了依據(jù)制程將讀出頭放入光學檢測裝置極其相關光學裝置和該激光二極管裝置的內，而因此使得制造讀出頭及/或該CD裝置的成本降低。值得注意的是，為了這個目的，在這里該LD二極管200的矩陣亦可延伸橫跨該HF二極管矩陣250的區(qū)域，以便可以形成一個較大的電子調整區(qū)域。
如同錯誤調整和熱漂移，讀出頭相對欲被讀出軌道橫切面的錯誤對準，如同上文所述，亦會導致需檢測圖2A的二極管矩陣上，該光束產(chǎn)生的點其實際位置的偏差，然而，以圖2A的LF二極管矩陣200，或是以借其檢測該點的實際位置，以一就大數(shù)量方面足夠精確的方法監(jiān)控此實際位置的進程是可行的，以便再一次可使得一前視控制及/或伺服信號產(chǎn)生用以追蹤校正。該點的實際位置與該目標位置偏差越大，該控制裝置276就能更熱切地驅動如執(zhí)行器的裝置，其是負責該讀出頭的輻射移位，及/或在軌道橫切面上的偏差，且若偏差增加的越快，則以一成為該控制裝置276一部份的前視方式的驅動就會熱切。
該光學板的與一目標平面的磁盤偏斜(Disc Tilt)，及該儲存媒介或光學板的基質厚度的差異，將會導致不同的反射。因此，該控制裝置278變會使用由該LF二極管201a-205e檢測的光強度的平均值，用以考慮這些不同數(shù)據(jù)補償?shù)姆瓷渎剩渲杏靡詳?shù)字化該信號A+B+C+D的決定閥值在借由該A/D轉換器數(shù)字化中會設定的比較低，以便減低反射，否則會設定的比較高。這方式亦會減少根據(jù)CD裝置制程及該光學板自身的生產(chǎn)的需求，因此導致成本的降低。
如同上文所述，聚焦錯誤會導致在圖2A的檢測二極管矩陣上該激光點的橢圓退化。該橢圓退化可由LF二極管201a-205e檢測，且是由決定裝置272決定，以致于該控制裝置276可設定一用以聚焦控制的控制信號及/或一控制信號給一執(zhí)行器，以改變物鏡與CD的距離，其是根據(jù)該檢測的橢圓退化及/或其對準及其范圍。
參照下列附圖，接著描述的是圖2A的二極管矩陣施行于CMOS技術上的優(yōu)點，亦即0.6微米標準的CMOS技術。請先參照圖3A及3B，其是該二極管矩陣的設計圖，圖3A所示為該二極管矩陣的平面圖，而圖3B則代表沿著圖3A中的虛線所指示的截面的截面圖。整個二極管矩陣是于一epitactic p--摻雜硅(Si-)基板300上形成，一p-槽(trough)302延伸橫跨整個由二極管矩陣占據(jù)的區(qū)域，且其并未示于圖3A中。LF二極管已經(jīng)于該p-槽中借由一十字形的n-槽制成，且是以304a-308e表示，該n-槽304a-308e沿著該十字段向下延伸至epitactic p-基板300，如同圖3B所示。HF二極管是由p-槽302中的雙梳型結構正方n+擴散區(qū)域形成，其是以參考符號310a-313d表示。圖3B所示僅為穿透該n+擴散區(qū)域313b的部分，尤其是僅示出三個指狀物313b1、313b2和313b3表該雙梳型結構，該雙梳型n-槽304a-308e以其四個手臂分別于兩相鄰n+擴散區(qū)域310a-310d之間延伸，以致于每一對相鄰n+擴散區(qū)域實質上是由相鄰n-槽的兩手臂分離，該手臂彼此互指且經(jīng)由一空隙間隔開。該個別LF和HF電極的n電極的接觸是由引導導線(guidingconductor lines)以一適當方式提供。如同在圖3B所見，該設計的實施例范圍如下一個厚度1.6微米的n-槽、一個寬度2.8微米的n-槽四手臂、一個深度0.16微米且寬度0,6微米的n+擴散區(qū)域的手指、一厚度3.7微米的epitactic硅基板300、以及一厚度1.3微米且深度1.3微米的p-槽302。側向形狀，亦即分別由該n-槽304a-308e及該p-槽302中的n+擴散區(qū)域310a-313d所形成的LF和HF摻雜的十字部分，其所引起的優(yōu)勢將于下文中參照圖4至圖8做更詳細的說明。
HF二極管的n+擴散區(qū)域中的梳狀結構的一個優(yōu)點是，于硅中近紅外光區(qū)波長，也就是指405奈米，的穿透深度約為200奈米，所述的這個穿透深度將會關系到未來的儲存系統(tǒng)的產(chǎn)生，如此以便成對的電子孔洞主要地被產(chǎn)生于表面上。這樣意味著，所述的這些成對的電子孔洞，是借由側面的pn接合，也就是指，所述的pn接合的那些部分，而更有效的地被分散，其中所述的這個pn接口從所述的這個表面，以一種實質上垂直于所述的這個表面的方式，向外延伸出去。這樣的pn接口的部分，是沿著所述的這個n+擴散區(qū)域以及所述的這個n-槽的周邊出現(xiàn)。由于所述的這個周長相對于所述的這個n+擴散區(qū)域的側面面積310a-313d的比例，是特別地高，這個高比例是導因于所述的這個n+擴散區(qū)域的梳狀結構310a-313d，以致于相較于更復雜的結溝，在所述的這個波長范圍中，所述的這個n+擴散區(qū)域310a-313d以及/或是條狀發(fā)光二極管指狀物313b1-313b3的靈敏度或是反應提高。
所述的這個n+擴散區(qū)域310a-313d中的梳狀結構的另一個優(yōu)點在于，光學二極管中一個低電容的表現(xiàn)，這樣的情形是有利的，因為它們使得盡快地讀出變成為可行的，以及由于這個，導致借由轉阻放大器的運轉而增加讀出頻寬，這個就如同即將參考的圖9到圖10中的說明。因此，使用具有一個高頻寬，例如高到250兆赫，及高轉阻值，例如高到200千歐母，的轉阻放大器來讀出的結果，便是讀出裝置的頻寬f-3dB是一致于所述的這個轉阻放大器，并且所述的這個二極管將會，舉例而言，取決于如下所示的發(fā)光二極管電容Cdidodef3dB∝A2πRf·1Cdiode]]>其中Rf表示的是轉阻值、A表示的是所述的這個轉阻放大器的直流電放大值，而Cdiode表示的是所述的這個光學二極管的電容。為了達到高的頻寬，就如同HF二極管負責數(shù)據(jù)重獲時令人滿意一般那樣的，所以需要保持所述的這個二極管的接合電容被讀出時能盡其所能的低，近以最小化寄托于轉阻放大器上的需求。圖5中顯示，所述的這個HF二極管的n+擴散區(qū)域310a-313d中的雙梳結構導致降低光學二極管的電容。在圖5中，所述的這個HF二極管的區(qū)域電容，以每單位區(qū)域相對于橫越所述的這個HF二極管的電壓V為單位被繪制成圖(以圓點表示)，而同樣一個所述的HF二極管的周邊以及/或側壁電容，以每單位長度相對于橫越所述的這個HF二極管的電壓V為單位被繪制成圖(以正方塊表示)。如圖所示，導因于較高的周邊/表面-區(qū)域的比值，所述的這個HF二極管的梳狀結構升級成為一個較低的二極管電容，以便所述的這個讀出裝置的可達到頻寬是相對應地較高，這個將會于下面參考圖9到圖10時更詳細的說明。
LF二極管槽結構的優(yōu)點，主要是存在于所述的這個結構，導致相對于所述的這個n+擴散區(qū)域，所述的這個槽有一個較大地垂直(深度)擴張的這個事實。再者，所述的這個n-槽304a-308e的側面形狀如同十字狀，導致各個所述的HF二極管幾乎完全為四個鄰近的n-槽304a-308e的臂膀所圍繞住?？偣?，以這個方式，為了所述的這些HF二極管的一種保護環(huán)，于一側面，以及一垂直方向被形成，所述的側面方向是導因于縱深的n-槽橫斷面。就如果電荷沿著一HF二極管的周邊被產(chǎn)生而言，它們是為一LF二極管304a-308e而不是為一鄰近HF二極管所捕獲，這必然導致于所述的這個側面方向的HF二極管彼此間的一串音分散。于取向附生層300中，未被所述的這個HF二極管所捕獲的擴散的電荷攜帶者，是為鄰近LF二極管中的一個LF二極管所捕獲，以致于它們無法擴散到另外一個鄰近的HF二極管，對本發(fā)明而言，這可歸屬為一個HF二極管的垂直串音分散。
上面所說借由這些LF二極管的擴散的電荷攜帶者的″吸出″的另一個優(yōu)點是，這些擴散的電荷攜帶者會模糊所述的這個二極管反應的脈沖波形式，這導因于它們的擴散時間，而將會導致一個較低的數(shù)據(jù)讀出速度。由于所述的這些LF二極管是以一個于千赫茲的范圍的較低頻率讀出，這個讀出已經(jīng)簡短的于的前被提到，并且會于以下參考圖11A時更詳細的被解釋，然而由所述的這些LF二極管所捕獲的慢的擴散電流是不具作用的，相反地，于檢測入射至如同已經(jīng)在上面說明過的這些LF二極管的部分的上面的光束的強度分布，可被使用來控制于控制窗中被檢測的光束的對準。如先前所描述的，借由所述的這些LF二極管304a-308e的擴散電荷攜帶者的″吸出″，會導致不論是從側面或是從垂直的觀點來看，所述的這個HF二極管的信息檢測空間電荷地區(qū)的一個庇護物，這個應該被特意的指出。前面所描述的側面庇護是在所述的這些LF二極管槽304a-308e的串音保護行動的組織的范圍內。垂直庇護的產(chǎn)生表示于圖3B的側斷面中，在308a以及308c的二極管區(qū)域，而垂直庇護是導因于借由設置所述的這些LF二極管槽304a-308e所產(chǎn)生的空間電荷區(qū)段的建筑，所述的區(qū)段以328a以及328c來表示。所述的空間電荷區(qū)段的建筑328a以及328c，是隨著深度的增加而增加的，這起因于基質300的一摻雜輪廓，基質300的一摻雜輪廓，具有一隨著一預定摻雜梯度下降的摻雜密度，這個亦起因于將于下面說明的圖4的仿真?？臻g電荷區(qū)段328a以及328c的大規(guī)模的擴張，同樣地是借由所述的這些LF二極管槽的弱摻雜的幫助，這個弱摻雜是相較于所述的高度摻雜的HF二極管而言，以及借由所述的這些LF二極管槽n-的深度擴張，這個深度擴張是十倍大于其所相較的那些HF二極管310a到310d。
借由n-槽取代n+擴散來產(chǎn)生所述的這些LF二極管是有利的，其在于達到一個較小的電容值。為了說明這個，所述的側壁光學二極管電容(以菱形體表示)，以及所述的表面光學二極管電容(以三角形表示)，也對比于二極管的電壓V被繪制成圖表示在圖5中，以為具有一結構的n-槽二極管的代表實例，這個具有一結構的n-槽二極管是在其它方面等同于如圖5所示的n+擴散區(qū)域二極管電容值所基于的這個二極管結構。如同所觀察到的，相較地一n-槽二極管的電容是比一個n+擴散二極管來的低。再者，由于更高的圓周對比于表面區(qū)域比例，所述的這個n-槽304a-308e的十字形狀會降低二極管電容。由LF二極管結構的選擇達到的二極管電容的減少，依次導致具有LF二極管讀出的一個較低的信號/噪聲比例。以此方式，在n-槽LF二極管的整合讀出情況下，這個情況將會在下面參考到圖11A時被更詳細解釋，在其中，所述的這些LF二極管是借由整合來讀出，并且光電流整合在這個光電流的內在界面電容內，下面的公式適用于這樣的一個讀出系統(tǒng)的信號/噪聲比例 這里的Tint指的是整合時間、Uth指的是所述的那個晶體管的電壓閥值，用以提供在整合周期的開始，將所述的這個LF二極管設置成一個被定義的電位、Iph指的是所述的這個二極管的光電流，而Cdiode指的是所述的光電二極管的電容。必然地，信號/噪聲比例隨著二極管電容降低而增加，這個是n-槽的十字結構的一個附加優(yōu)點。
隨著一個仿真程序的幫助，因熱產(chǎn)生的少數(shù)電荷攜帶者的電流密度的一個仿真，如同光學引起的電荷攜帶者的一個表示一樣地，沿著一個橫截面被執(zhí)行，所述的這個橫截面一致于圖3B中，除了所述的雙梳結構的n+擴散區(qū)域的那些圖像的號碼，之外的十字結構。在圖4中顯示了這個仿真的結果，這些等距離排列箭頭的方向以及長度，表示了在這些各自的位置的暗電流的方向以及數(shù)量，而排置在圖表的左側下方的數(shù)字的尺度是以微米計量長度的表示。暗電流的數(shù)量也借由沿著輪廓劃線部分或者是蔭庇的部分來說明。圖4中顯示，在所提供的一個epitatic p-基質404中，數(shù)個為兩個所述的LF二極管n-槽402a以及403b，所圍繞的所述的這些HF二極管n+擴散區(qū)域，400a、400b、400c、400d、400e以及、400f，由于仿真的目的，沒有p-槽。如同可以從圖4看到的，仿真導致所述的那些空間電荷區(qū)域，膨脹到幾乎完全正好在所述的這些HF二極管的指狀物400a到400f下面，這允許相對較晚而在更深的地區(qū)產(chǎn)生的散布的電荷攜帶者的垂直保護變得可行，并且由于增加的漂流電流的部分以及減少的擴散電流的部分，使得所述的這些HF二極管的頻寬可以變的更高。所述的這些被暗電流表示的箭頭，已經(jīng)由處于等距離位置的仿真所計算了，而服務以為由光產(chǎn)生了電荷攜帶者的過程的一測量法。如同可見的，唯有一小部分所述的這些電荷攜帶者，它們是指于兩個微米深度的下所產(chǎn)生的這些電荷攜帶者，到達所述的那些HF二極管指狀物400a到400f，這樣以便帶著它們的光電流實質上組成所述的漂流電流，這表示相較于一個沒有被LF二極管所圍繞而不被庇護的HF二極管，于速度上的一個改進，因為，如同前面已經(jīng)說明過的，所述的這些于較深處所產(chǎn)生的電荷攜帶者，于產(chǎn)生到檢測中間產(chǎn)生一個一個較長的時間偏斜，而所述的這個長時間偏斜是導因于它們的較長散布路徑。關于低散布電流的原因為，所述的這些LF二極管402a以及402b，吸出大部分的位于硅或是二氧化硅表面底下兩個微米深度所述的這些少數(shù)電荷攜帶者。如同也可以見到的是，有效率的防止電荷攜帶者散布到鄰近的HF二極管的n+HF二極管指狀物處。
從上面所述考慮，導因于借由圍繞住所述的這些HF二極管的所述的這些LF二極管的散布主流的″吸出″，這是由于他們的十字結構，一個更進一步的優(yōu)點是明顯的。如果吾人考慮就波長405奈米的光的穿透深度而言，未來光學儲存系統(tǒng)的波長為0.196微米、就波長650奈米的光而言，操作的DVD裝置的波長為2.89微米、而就波長780奈米的光而言，操作的CD-ROM裝置的波長為8.0微米，這可以從第四同的仿真中觀察到，借由照射波長650以及780奈米的光，所產(chǎn)生的電荷攜帶者不會供獻到所述的這些HF二極管指狀物400a到400f的光電流中，必然地，在一個固定的光源下，所述的這些HF二極管的光電流的數(shù)量，對于個自的光波長較不敏感。必然地，LF二極管以上述渴望的n-槽形狀出現(xiàn)，具有一個線性作用，其關于所述的這些HF二極管的光譜作用。這個線性作用也可以由圖8中觀察到，圖8顯示一個圖表，其中所述LF二極管(以小方塊表示)以及HF二極管(以小十字表示)的光譜反應相對于波長被繪制成圖。如果這些二極管同時讀出時，兩者曲線表示HF以及/或者LF二極管的光譜響應如同在第2A以及圖2B中，光學掃描裝置的操作期間的情況。如同可見的，所述的這些LF二極管顯示典型光學二極管的光譜反應行為因為電荷攜帶者于來源的再結合比率通常比與于更下深所產(chǎn)生的電荷再結合的比率高，以致這些二極管的光譜的響應和/或者靈敏性隨著波長的增加而增加。從一個特定的波長向前，于目前的這個實施例大約為650奈米，然而，所述的散布的電荷攜帶者，于再結合前，不再到達LF二極管的空間電荷地區(qū)，這是導因于光穿透到半導體基質的深度會隨著波長的增加而增加的這個事實。接著，從650奈米的波長向前，更高波長的靈敏性下降產(chǎn)生。然而，所述的這些HF二極管的特性曲線與所述的那些LF二極管的基本是不同的。如同可見的，于400奈米到460奈米范圍，他們僅僅表現(xiàn)出一個的小的提升0.008A/W。從460奈米到700奈米，所述的這些HF二極管的靈敏性保持在幾乎是定值，并且從700奈米到800奈米的區(qū)間，僅下降0.21A/W。如果吾人考慮轉阻放大器的放大效果，這個轉阻放大器就如同已經(jīng)在上面被提到很多次的，而且將會在下面更詳細的說明，是被用來讀出所述的HF二極管，所述的這個放大效果具有主動反饋，而導因于所使用晶體管的非-線性，其典型地遭受正負百分之五的變動，所述的這個晶體管部分地被用在三極管地區(qū)以及用作它本身構造，可以認為所述的HF二極管的光譜響應幾乎是線性的這個導致一個讀系統(tǒng)，在所有的波長，都具有一個幾乎是定值的放大效果。導因于所述的這些HF二極管的指狀二極管結構的粗造表面，以及導因于所氧化物厚度的變異結果，此外，于650奈米到800奈米波長范圍，所述的這些HF二極管，不再存在一個干擾現(xiàn)象，如同所述的這些LF二極管的情形，其中，所述的有這些波長的干擾現(xiàn)象在光譜響應功能方面具有一輕微影響。關于HF二極管架構也占有優(yōu)勢的地方是，如同可以從圖8中看見的是，所述的那些位于靠近紫外光波長范圍的HF二極管，亦即指的是將來光學存儲系統(tǒng)所用的波長，具有一個相對性來說更好的靈敏性。
為了完成性的緣故僅僅，在圖中顯示了兩個圖表圖6和圖7。這個是越過二極管電壓來繪制成圖，并且表示一個單一HF二極管(圖6)以及一個單一的LF二極管(圖7)的電容。如同可以看到的，所述的這些HF二極管的絕對電容達到從在3.3福特電壓時的98千萬億分之一法拉變到在1福特電壓時的165千萬億分之一法拉。這是可以使用一個用來讀出的轉組放大器，而簡單地的讀出的一個值的范圍。由于橫越所述的這個二極管的電壓，是借由讀出回路而維持為一個定值，所以電榮電變異將不再會是有問題的。所述的這些LF二極管接合電容在一個電壓從3.3福特到1福特的范圍時，它們的確切值是介于19.7千萬億分之一法拉到22.4千萬億分之一法拉的范圍中，這表示于所述的這個范圍中，光電流的整合在讀出回路中完成，所述的這個讀出回路將于下面圖11A中說明。對應參考圖3到圖8，在了解已于前面圖2A以及圖2B中說明過的二極管列的一個較佳實例的一個硬件后，所述LF以及/或是HF二極管的一個電位讀出回路的一個較佳實例，將會于下面參考圖9到圖11說明，圖9以及圖10起初相關于所述的HF二極管的讀出，而圖11A關于所述的LF二極管的讀出。
圖9圖表式地顯示一個HF二極管讀出，以及/或是結合這些HF二極管而形成的HF二極管區(qū)域讀出，以及/或是并聯(lián)連接的HF二極管的基本架構，所述的這個被讀出的HF二極管，以及/或是所述的這些被讀出的HF二極管區(qū)域，是借由參考號碼500表明，并且產(chǎn)生所述的這個光電流Iph。所述的這個HF二極管被連接在這個參考電位504以及一個轉組放大器504的一個輸入之間，這個的結構將會在下面參考圖10時，使用一個較佳實施例來更詳細的解釋。阻抗Zf(s)表示的是，所述的這個轉組放大器504的反饋分枝的阻抗，而Zi(s)表示的是，源頭的阻抗。U0是在所述的這個轉組放大器504輸出的輸出電壓。對圖9的基本架構的分析，導致這個架構的傳送公式如下。
U0Iph=A(s)Zf(s)Zi(s)Z1(s)(A(s)-1)-Zf(s)]]>其中A(s)表示的是，所述的這個轉組放大器504的放大效果。如果有無窮大的理想的放大器時，U0＝Zf(s)的這個等式產(chǎn)生Iph的結果，這個表明所述的這個光電流Iph，借由所述的這個Zf(s)系數(shù)，被轉變成為一個電壓。
把CMOS技術用作執(zhí)行的結果，可以Zf(s)看作一個歐姆的阻抗值Rf，而可以把Zi(s)看作由所述的這個轉阻放大器的一個輸入晶體管的柵電容Cg，以及所述的這個HF二極管500的接合以及/或是界面的電容Cd等所組成的一個電容值。s是用作讀出頻率的一個變量。假定所述的這個轉阻放大器504，有一個足夠地高的頻寬，也就是如同A(s)＝A，并且鑒于上面所述的假定以及/或者考慮，最后提到的公式導致如下結果。
U0Iph=ARf(A-1)(1-s(Cg+Cd)RfA-1)]]>從這個公式，導致頻寬-3dB公式如下；f3dB=1-A2π(Cg+Cd)Rf]]>
后面的這個公式顯示所述的這個HF讀出的頻寬-3dB，是主要地由三個參數(shù)所決定所述的這個頻寬-3dB隨著所述的這個放大效果A的量的增加而增加，就穩(wěn)定性的原因而言A必須是負數(shù)。再者，所述的這個頻寬-3dB隨著所述的反饋阻抗值或是輸入電容值的增加而降低。舉例來說，一個為63歐姆的反饋阻抗值，和一個為30的電壓放大值，會導致一個142兆赫茲的頻寬。
圖10顯示一個轉阻放大器504的一個較佳實例，目前這個轉阻放大器是一個單一端點的輸入放大器，而相較于一個標準操作的放大器，好比在大部分光學檢取單元所使用的，所述的這個轉阻放大器，由于用較少的數(shù)目的輸入晶體管，而表現(xiàn)出一個改進的噪聲表現(xiàn)。圖10中所顯示的轉阻放大器包含三個放大分枝，600，602以及604，以及一個反饋路徑606。各個放大分枝600到604，除了參數(shù)量之外，它們在結構上是一致的。這也就是為何，所述的這個結構即將在以下說明時僅參考第一個放大分枝600。第一個放大階段包含一個pMOS晶體管M2，而它的柵是為連接到所述的這個偏壓極Vbias，而它的源(汲)極是為連接到所述的這個供給電壓電位607。第二個放大階段由兩個nMOS晶體管M1與M3所組成。M1晶體管的柵極是為連接到所述的這個轉阻放大器的一個輸入Iin。而M2晶體管的源(汲)極是連接到所述的這個M1晶體管的源(汲)極，不但如此，它也連接到所述的這個M3晶體管的源(漏)極。所述的這些nMOS晶體管M1與M3的源極，是為分別地連接地以及所述的參考電位6 08。所述的這個M2晶體管的漏極，更連接到接下來的放大階段602的M1′晶體管的柵極。同樣地，所述的這個第二放大階段602的M2′晶體管的漏極，是為連接到第三的放大階段604的M1″晶體管的柵極。所述的這個第三放大階段的pMOS晶體管M2″的漏極，借由所述的這個反饋路徑606連接到所述的這個輸入Iin。一個pMOS晶體管的一個源/漏極延伸，以及一個nMOS晶體管M5是為連接到所述的這個反饋路徑606中。所述的這個pMOS晶體管M4的柵極，是為連接地，而所述的這個nMOS晶體管M5的柵極，是為連接到所述的這個轉阻放大器的一個Rf_控制極。所述的這個第三放大階段的pMOS晶體管M2″的漏極，更連接到所述的這個轉阻放大器的一個輸出Vout，而在所述的這個轉阻放大器中所述的輸出電壓U0被應用。
為了使所述的這些晶體管，保持對輸入Iin中更大的輸入電流的飽和，關于裝置專門的參數(shù)，與另一些所述的放大階段600以及604相比較，可以改變所述的這個放大第二階段620，例如柵的長度。自從一個歐姆反饋電阻值的寄生電容，相當?shù)販p少系統(tǒng)的頻寬以后，已經(jīng)取而代的的選擇使用借由所述的晶體管M6與M5的主動反饋。由透所述的這個nMOS晶體管M5在輸入Rf_控制的電壓，設置了電阻值的實際數(shù)量。所述的這個pMOS晶體管M4充當為線性化。
應當注意的是，可以使一個電壓放大器連接在所述的這個轉阻放大器的輸出V_out，以獲得一個足夠電壓擺動，以及為了從，例如所述的這個CMOS芯片，驅使信號。就這個末端來說，這個接下來的電壓放大器的頻寬，應該更適宜被選擇，以致它不會對對于放大器架構的HF讀出的頻寬-3dB，不會有負的影響這個已經(jīng)在上面討論過了。
圖11A顯示讀出LF二極管的LF讀出回路。因為所述的讀出的執(zhí)行是介在kHz千赫茲頻率范圍，所以需要選擇一個整合方式，伴隨著所述的LF二極管的柵欄層電容使用在整合所述的光電流。
首先必須指出在圖11A中，僅僅只有顯示部分所述的這些LF二極管的讀出回路，而且以下也會先就這一部份的LF二極管的讀出回路來討論，而上述相關LF二極管的讀出回路在以下將以參考號碼700標示。所述的這個LF二極管700，將會借由在所述的開關S1，而在所述的供電電位700及接地和(或)所述的參考電位704之間作一連串的反復校準。在圖11A中的等量回路圖形，劃線部分顯示所述的這個LF二極管700的柵欄層電容，或是接合電容Cd，它當作是一個與所述的LF二極管700并聯(lián)的電容器。所述的這個LF二極管700，與所述的這個開關S1的連接體，與所述的一個nMOS的晶體管M4相連接。而所述的這個M4的漏極接著又被連接到一個供電電位704。所述的這個晶體管M4的源極，借由所述的這個開關S2被串聯(lián)到一個輸出放大器706的輸入端。而在所述的這個晶體管M5的漏極/源極端、所述的晶體管與所述的這個輸出放大器706的輸入端，以及所述的這個接地702相連接，而所述的這個晶體管M5的柵極與所述的電位偏壓(v_bias)連接，隨著所述的這個開關S2壓下，所述的這個晶體管M4以及晶體管M5一起形成源極隨耦器。
在上段中，已描述過所述的這個LF二極管700的讀出回路結構的部分，之后在下面將討論所述的這個LF二極管700的操作模式。借由壓下所述的這個開關S1，這被應用于橫跨所述的這個LF二極管700的電壓Ud[i]，這個一開始是被設為供電電壓Vdd，而一但所述開關S1被打開，橫跨所述的這個LF二極管700的接口電容Cd的兩端的電壓將立即減少，原因是因為光電極電容Cd將借由光電流放電。下列公式對于電壓Ud與時間的關系為真Ud[i]=VDD-1Cd∫tISITTtIph[i](τ)dt]]>假定所述的這個二極晶體電容Cd與Ud[i]無關，trest顯示開關S1正被打開的時間點，t則表示任意的一個時間點，而τ則是一個集合變量?？梢园l(fā)現(xiàn)到當所述的Cd減少時，電壓的變動將增加。而借由所述的這個開關S2壓下，數(shù)據(jù)取得放大器將被打開，而對由所述的晶體管M4及M5組成的數(shù)據(jù)取得放大器而言，Ud[i]是唯一的輸入電壓。
經(jīng)由所述的輸出放大器706，所述的數(shù)據(jù)取得放大器中的晶體管M5的源極的電壓將被放大，以至于輸出的電壓可以被讀出。為了讀出所有所述的LF二極管，對于所述的這個每一個LF二極管，讀出回路必須包含一個所述的這個開關S1、一個所述的這個開關S2，以及一個所述的晶體管M4。而所述的開關S1及開關S2會受到重設(i)及選擇(i)的訊號所控制，對于選擇及重設的時間計劃是如此，則會產(chǎn)生一種脈沖波，上述脈沖波從輸入時刻25開始會以規(guī)則的模式作位相上挪移。這個第i個(ith)脈沖波是用來在一個輸入時鐘時期的持續(xù)時間中，把所述的第i個(ith)LF光電二極管的二極管電壓指向所述的這個輸出放大器706。用第i+1個((i+1)th)脈沖波來重設所述的這個第i個(ith)LF光電二極管。必然地，信號重設以及選擇，以瀑布一樣的方式，被應用在5×5的LF光電二極管矩陣中所述的每一個LF光電二極管上，所述的這些信號在每一個第25個的時鐘時期具有一個脈波，所述的重設信號的脈沖波，立即跟隨所述的每一個LF二極管的選擇信號的脈沖波。必然地，23個時鐘時期消逝在所述的每一個LF二極管的選擇，以及它們的讀出的時間之間，在讀出以及/或者多路傳輸發(fā)送選擇期間，向這儲存的中的一個，添加目前的光電流。在一個時鐘時期以前，所有的25LF二極管的重設以及/或者選擇信號是彼此互相根據(jù)地偏移，以致于所述的所有的25LF二極管，都是以一是列的以及/或者瀑布一樣的方式讀出。這個輸出放大器或者是輸出緩沖器是較佳地被設計，如此以致它們的增加時間比時鐘時期的一半還要來的更短。所述的時鐘速率可以是，例如25兆赫茲。在這種情況下，下降的時鐘脈沖波邊緣，可以被用來掃描數(shù)據(jù)取得放大器的輸出信號。為了說明讀出方案，圖11B中顯示，所述的這個放大器706的輸出信號if_out的波形的實例，以三個排列以一個在另外一個上面的圖表，在圖的最下方的一個瀑布狀多路傳輸控制用的時鐘clk，以及一個LF二極管用的重設以及選擇。
所述的LF二極管的多路傳輸讀出操作，保證對所有的LF二極管而言僅只有一個輸出緩沖器706，這正如同于第3圖到圖11的光學檢測裝置的完成中，僅需要一個接腳以及/或者一個墊以當成一個整合回路。
參考上述圖2到圖11的說明后應該要指出，圖2A中所述的的二極管矩陣，可與一個或是幾個或是圖2A中所有的裝置做整合，以產(chǎn)生一個以例如一個芯片的型式的光學檢測裝置。所述的導電形式，也就是指n-導電以及p-導電，是可以被顛倒的，再者，所述的這些LF二極管使用其它的排列方式，以作為一個矩陣亦是可行的。
權利要求
1.一種光學檢測裝置，用于檢測一檢測窗(15；256)中的一光束的強度，且用于檢測由所述光束所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，所述的光學檢測裝置包含一第一檢測二極管(25；251a-254d)，其位于所述檢測窗(15；256)中；至少兩第二檢測二極管(21a-24d；201a-205e)的一矩陣，其位于所述檢測窗(15；256)中；一第一讀出電路(35；600)，連接至所述第一檢測二極管(25；251a-254d)，用于以第一讀出速度讀出所述第一檢測二極管(25；251a-254d)以檢測所述數(shù)據(jù)；以及一第二讀出電路(30)，連接至所述的第二檢測二極管(21a-24d；201a-205e)，用于以低于所述第一讀出速度的一第二讀出速度讀出所述的第二檢測二極管(21a-24d；201a-205e)，以檢測所述光束的所述強度。
2.如權利要求1所述的光學檢測裝置，其特征在于包含第一檢測二極管(251a-254d)的一矩陣(250)。
3.如權利要求2所述的光學檢測裝置，其特征在于所述第一檢測二極管(251a-254d)的矩陣(250)是一n×n矩陣，且所述第二檢測二極管(201a-205e)的矩陣(200)是一(n+1)×(n+1)矩陣，配置此兩矩陣，因此所述第一檢測二極管(251a-254d)是被配置于所述第二檢測二極管(201a-205e)的矩陣的間隔中。
4.如權利要求2或3所述的光學檢測裝置，其特征在于多個(A，B，，C，E，F(xiàn))第一檢測二極管(201a-204e)是平行連接以便一起由一第一評估電路讀出。
5.如權利要求1至4任一項所述的光學檢測裝置，其特征在于一數(shù)目的第二檢測二極管是平行連接。
6.如權利要求1至5任一項所述的光學檢測裝置，其特征在于還包含一評估電路(270)，其用于自所述檢測窗(256)中所檢測出而在所述第二檢測二極管(201a-205e)上的所述光束的所述強度來決定所述光束的一實際位置。
7.如權利要求1至6任一項所述的光學檢測裝置，其特征在于所述第一檢測二極管(251a-254d)具有一區(qū)域(310a-313d)，其是具有一以第一種摻雜的一梳狀方式所建構，以及具有包含一第二種摻雜的一槽(302)，其中以梳狀方式所建構的所述區(qū)域(310a-313d)是被包埋。
8.如權利要求7所述的光學檢測裝置，其特征在于以梳狀方式所建構的所述區(qū)域(310a-313d)具有一n+摻雜的區(qū)域(310a-313d)，且所述槽(302)是p-摻雜的。
9.如權利要求7或所述8的光學檢測裝置，其特征在于所述第二檢測二極管(201a-205e)具有一n-摻雜區(qū)域(201a-205e)，其形成于相同的所述槽(302)中。
10.如權利要求1至6任一項所述的光學檢測裝置，其特征在于所述第一檢測二極管(251a-254d)的矩陣(250)是一n×n矩陣，且所述第二檢測二極管(201a-205e)的矩陣(200)是一(n+1)×(n+1)矩陣，配置此兩矩陣，因此所述第一檢測二極管(251a-254d)是被配置于所述第二檢測二極管(201a-205e)的矩陣的間隔中，且其中各第二二極管的所述n-摻雜區(qū)域(304a-308e)是以四臂形成交錯形狀，其投射至兩相鄰第一檢測二極管之間的一區(qū)域，以便就不同擴散而電流將其分離。
11.如權利要求1至10任一項所述的光學檢測裝置，其特征在于所述第一讀出電路包含一轉阻放大器(600)。
12.如權利要求1至11任一項所述的光學檢測裝置，其特征在于所述第二讀出電路包含一裝置(S1，S2)，其用于連續(xù)連接各第二檢測二極管至一供應電壓(702)，以充電所述第二檢測二極管的二極管接合電容，因此通過所述第二檢測二極管的一電壓是對應于所述供應電壓，并且是用于將所述的第二檢測二極管自所述供應電壓(702)分離，以及用于在自所述供應電壓分離后，一旦一整合期間已過期則連續(xù)輸出用于通過各第二檢測二極管的電壓。
13.一種光學掃描裝置，用于藉由檢測自一軌道所反射的光束而讀出一光學板的一軌道，其中所述光束是根據(jù)所述軌道上儲存的數(shù)據(jù)而塑造，所述光學掃描裝置包含如權利要求1至12中任一項所述的光學檢測裝置；以及一控制裝置(270，272，274，276，278)，用于根據(jù)所檢測到的所述光束的強度以及所述的第二檢測二極管而輸出控制信號，以便追蹤與/或聚焦控制。
14.如權利要求13所述的光學掃描裝置，其特征在于所述的控制裝置還包含一裝置，用于在第二檢測二極管上由所述光束的所述檢測強度決定所述檢測窗中所述光束的一實際位置與所述檢測裝置中一標的位置間的誤差；以及一裝置，用于由所述誤差計算出一控制信號，其用于追蹤與/或聚焦控制，因而降低所述誤差。
15.如權利要求13所述的光學掃描裝置，其特征在于所決定的所述誤差是以二維建立。
16.如權利要求13至15中任一項所述的光學掃描裝置，其特征在于所述的光學檢測裝置還包含兩個第三二極管以及一第三讀出電路，其連接至所述的兩個第三二極管，用于讀出所述的第三檢測二極管，以使檢測所述光束的所述強度，所述光學掃描裝置的所述控制裝置還包含一裝置，用于在所述第三二極管上由所檢測到的所述光束的所述強度決定兩相鄰軌道的同時讀出范圍；以及一裝置，用于決定一控制信號用于設定閥值以數(shù)字化由所決定范圍所檢測出的所述數(shù)據(jù)，因此，在數(shù)字化過程中的位錯誤會被減少。
17.一種光學儲存裝置，其包含一光學板，其具有一光學軌道，其具有數(shù)據(jù)儲存于其上的數(shù)據(jù)；一光束產(chǎn)生裝置，用于產(chǎn)生所述光束；一光學掃描裝置，其是如權利要求13至16中任一項所述的；一光學裝置，用于將所述光束聚焦于所述軌道上，且用于將自所述軌道所反射的一光束導向所述光學檢測裝置的檢測窗；一載體，用于承載所述光學檢測裝置的所述第一與第二檢測二極管、所述光束產(chǎn)生器以及所述光學裝置；以及一伺服裝置，根據(jù)來自所述光學掃描裝置而用于追蹤與聚焦控制的所述控制信號來決定用于設定所述載體與所述軌道間的距離以及關于所述軌道的一側向位置。
18.一種用于運作一光學檢測裝置的方法，其是用于檢測在一檢測窗(15；256)中一光束的一強度，以及用于檢測由所述光束所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，所述光學檢測裝置具有在所述檢測窗(15；256)中的一第一檢測二極管(25；251a-254d)，以及至少兩個第二檢測二極管(21a-24d；201a-205e)的一矩陣，所述方法包含以一第一讀出速度讀出所述的第一檢測二極管(25；251a-254d)，以檢測所述數(shù)據(jù)；以及以一第二速度讀出所述第二檢測二極管(21a-24d；201a-205e)，以檢測所述光束的所述強度，其中所述第二讀出速度小于所述第一讀出速度。
全文摘要
一種光學檢測裝置，用于檢測一檢測窗(15)中一光束的強度以及檢測由所述光束所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，其包含在一檢測窗中的一第一檢測二極管(25)與至少兩個第二檢測二極管(21a－24d)的矩陣。此外，提供一第一讀出電路(35)，其以第一讀出速度讀出所述第一檢測二極管以檢測所述數(shù)據(jù)，以及提供一第二讀出電路(30)其用于以第二讀出速度讀出所述的第二檢測二極管而檢測所述光束的所述強度，所述第二讀出速度小于所述第一讀出速度。本發(fā)明在檢測窗中附加檢測二極管的矩陣，使得傳輸數(shù)據(jù)的光束與所述檢測窗的對準更有效且/或可更廉價地控制。
文檔編號G11B7/125GK1656540SQ03811850
公開日2005年8月17日 申請日期2003年5月22日 優(yōu)先權日2002年5月24日
發(fā)明者霍格爾·霍夫曼, 哈特穆特·利希特, 因果·黑赫曼, 維爾納·布洛克赫德, 阿爾明·克姆納 申請人:德商弗朗霍夫應用研究促進學會, 德國湯森－伯蘭特有限公司