CN100382153C - 光学检测装置 - Google Patents

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Abstract

一种光学检测装置，用于检测一检测窗(15)中一光束的强度以及检测由所述光束所传输的数据，其包含在一检测窗中的一第一检测二极管(25)与至少两个第二检测二极管(21a-24d)的矩阵。此外，提供一第一读出电路(35)，其以第一读出速度读出所述第一检测二极管以检测所述数据，以及提供一第二读出电路(30)其用于以第二读出速度读出所述的第二检测二极管而检测所述光束的所述强度，所述第二读出速度小于所述第一读出速度。本发明在检测窗中附加检测二极管的矩阵，使得传输数据的光束与所述检测窗的对准更有效且/或可更廉价地控制。

Description

光学检测装置
技术领域
本发明是关于一种光学检测装置，例如光学扫描仪或是CD(光驱)与DVD(数字多用途光盘)装置中的捡取系统，或是光学传输线中的接收器。
背景技术
由于日益增加对于照片、声音与影像的多媒体需求，对于内存需求是成指数地增加。在磁带储存媒体与硬盘之间，光学存储系统构成一特别具有吸引力的解决方法。在毫秒范围内的存取时间，仅稍高于硬盘的时间，光学存储系统提供每天在客户端使用的可能性。具有带驱动，其分享存盘的性质，亦即在驱动中储存媒体可被置换的性质。目前的内存容量约为50亿位，且短期预测可上至500亿位，使得光学储存媒体可与影像记录器竞争，因此似乎可以确定的是这个领域将快速成长。所有的光学内存共同点为以光束进行储存媒体所储存的存写运作与读出，以及在读出中，根据所储存的数据，由储存媒体所修饰的光束，例如被反射的光束，是藉由一光电检测器，而被转换为一电信号。
此光电检测器的其它应用领域，例如光传输领域，例如具有并行传输线的检测器矩阵形式。
所有这些光检测器的应用，具有将光学检测器固定于被检测光束中的问题，所以光束对于光学检测器具有最理想的校准。此必须耗时且昂贵，因为使用光学检测器组合光学装置中的精准与调整，或是需要耗时与昂贵的预防措施以对抗热漂流或是其它特定应用的运作状况，例如预防措施对抗相对于光学检测器的光束之错误校准，或是对抗其它会负面影响读出的因素。
此光学装置例如CD与DVD装置。其包含一读出头，其任务是扫描以及自CD或是DVD储存媒体中撷取数据。除了激光二极管之外，光学装置的光学、聚焦控制以及追踪控制致动器，所述的读出头亦包含一光二极管矩阵，除了数据读出之外，其包含用于聚焦与追踪控制的信号。习知结构的光二极管矩阵例如第12图中所示，例如1999年应用物理期刊1755-1760页，中M.O.Freeman等人的日文文章「全像摄影数字多功能光盘光学捡取头模块的聚焦与追踪检测」所述。第12图中所示的二极管矩阵包含四个接收二极管900，902，904与906，分别以A、B、C与D代表，且配置于平面的2×2矩阵中。第12图的二极管矩阵是配置于CD或DVD装置的读出头中，以接收在所述CD或DVD上自一轨道所反射的光束。在CD的范例中，储存于光盘片轨道中的数据例如以预先决定顺序的平面位置与高度(依不同观点，或是称为凹处)(所谓的凹坑)。入射至板上或是自板上反射的光束，是比轨道或是凹坑较宽，因此其上所聚焦的光束之反射造成反射光束的破坏性干扰，因而以减低的反射光束之光强度辨识高度，且平面辨识则是藉由增加的或最大的光强度所辨识。光学映像反射光束至二极管矩阵上。自接收二极管900-906的输出信号，在数据信号中，数据室储存于轨道中，且是藉由将这些二极管的所有输出信号加总而获得，亦即藉由A+B+C+D。由于固定增加速度的读出与增加的数据密度，接收二极管900-906必须是适合用于快速读出的二极管。此二极管是指HF二极管。需要多于一个，亦即四个HF二极管的理由是在于由这些HF二极管所能获得的强度分布信息适用于聚焦与追踪控制。对于聚焦控制，例如聚焦在光盘上且自其反射的光束是通过散光例如圆筒状的透镜而映像于第12图中的二极管矩阵之上。指定所述读出头与光盘之间的标的距离，所以聚焦在光盘上的光束的圆形映像是形成在第12图的二极管矩阵上。在解聚焦的过程中，映像在第12图二极管矩阵上光点的椭圆变形，形成散光透镜的主轴之一。对于距离与/或聚焦控制，二极管902与904以及二极管900与904的输出信号被相加在一起，且其总额彼此相减，亦即(A+C)-(B+D)，以检测解聚焦中的椭圆变形，其是假设散光透镜的主轴沿着第12图中所示的x与y轴延伸。当散光透镜对准沿着x轴的强折射轴时，沿着主轴y的椭圆延伸是代表，例如大于标的距离的距离，而沿着x轴的椭圆延伸是指例如太小的距离。根据聚焦控制信号，物镜至光盘的距离可藉由致动器而调整。同样地，信号(A+D)-(C+B)可被用以控制追踪数据载体上的激光，亦即用于放射状地移动读出头穿过旋转的光盘。二极管的此连结适合用于检测所谓的推-拉图案，其是由作用如同相位光栅的高度所产生的折射程度之干扰所造成。
另一提供信号用于追踪控制的可能在于亦即用于设定读出头的放射状位置，或是与轨道横切方向的读出头位置，是在HF二极管矩阵的外部，配置两个附加的接收二极管。此一结构如第13图中所示。由图可见，除了四个HF二极管之外，另提供两个接收二极管908与910，由于追踪控制需要取样与/或并非太高的读出速度，所以这些接收二极管被读出的速度较慢，用于较慢读出的检测二极管如LF二极管，如下所述。除了实际数据读出光束之外，提供这些LF二极管908与910用以接收两光束，其是聚焦在所述光盘上且被反射。获得这些附加的光束，例如自此用于以折射为第一级折射而数据读出的实际激光二极管，其配置对应于主要光束，因此相对于轨道的方向，稍微在主要光束之前与之后，聚焦在光盘上，有些与轨道方向横切。较佳是读出头与轨道对准，由于聚焦的附加光束之有限延伸，而以轨道的凹坑调整两附加的光束。在读出头的侧向轨道错误对准时，仅有附加光束的其中之一有限延伸于轨道中，而其它的附加光束并未受到调整。由此信息，可得到用于放射状控制读出头的追踪控制信号。
第12图与第13图的二极管矩阵共同点在于，其皆对因错误调整或是热漂浮所形成的光束非理想定位敏感。此外，由于在储存媒体上的基质厚度中的光学变化以及光盘自一标的位置偏移，所以光学补偿对于被撷取数据的错误速度有负面影响，而这些事件并不能被检测到。结果排除这些错误来源而进行的耗时且制程昂贵的精确调整，其组件昂贵且追踪与聚焦控制更昂贵。
光学储存片的储存密度与压缩度不断增加的需求，造成其它的问题。随着储存密度的增加，由于在数据载体上同时读出两相邻轨道，激光点的有限延伸造成串音现象。过去的检测器不提供检测此状况的可能性。再一次地，造成错误速度增加，例如若是未被读出的轨道尚无凹坑的存在，则存在相邻轨道的凹坑可导致错误的读出结果，且同时此限制数据载体上的轨道深度，其依序在决定媒体储存容量上扮演决定性的角色。
此外，过去的二极管结构缺点在于要获得因错误对准所接收的光束信息需要很高的费用，以及/或需要后续的校正信号。将接收窗续分为四个部分，亦即分为HF二极管900-906，例如这些二极管的读出费用，而必须分别设计这些二极管具有适合读出数据的读书速度。在图13中，所述用于追踪控制的LF二极管908与910，是基于第一级折射的两光束的附加光学支出前提。
发明内容
本发明的目的提供一光学检测装置及其运作方法，因此除了检测光束所传输的数据之外，具有更有效对准光束与光学检测装置。
本发明的目的是利用下列的装置与方法所达成。
本发明的光学检测装置，用于在一检测窗中检测一光束的强度，以及用于检测由光束所传输的数据，所述的光学检测装置包含：一矩阵，具有多个第一检测二极管，所述多个第一检测二极管位于所述检测窗中；一具有多个第二检测二极管的矩阵，所述多个第二检测二极管位于所述检测窗中；一第一读出电路，连接至所述第一检测二极管，用于以第一读出速度读出所述第一检测二极管以检测所述数据；以及一第二读出电路，连接至所述的第二检测二极管，用于以低于所述第一读出速度的一第二读出速度读出所述的第二检测二极管，以检测所述光束的所述强度，其中所述第一检测二极管的矩阵是一n×n矩阵，且所述第二检测二极管的矩阵是一(n+1)×(n+1)矩阵，配置此两矩阵，因此所述第一检测二极管是配置于所述第二检测二极管的矩阵的间隔中。
其中，本发明的光学检测装置，包含一第一评估电路，所述的第一评估电路用于评估在所述第一检测二极管上所检测到的光束强度，其中多个第一检测二极管是通过所述的第一读出电路而并联连接至所述的第一评估电路。
根据上述构想，所述的多个第二检测二极管是并联连接。
根据上述构想，所述的光学检测装置还包含：
一评估电路，用于自所述检测窗中所检测出而在所述第二检测二极管上的所述光束的所述强度来决定所述光束的一实际位置。
根据上述构想，所述的每一第一检测二极管都建构成一区域，所述区域是具有一以第一种掺杂的一梳状方式所建构，以及具有包含一第二种掺杂的一槽，其中以梳状方式所建构的所述区域是受包埋的。
根据上述构想，其中，以梳状方式所建构的所述区域具有一n+掺杂的区域，且所述槽是p-掺杂的。
根据上述构想，所述第二检测二极管具有一n-掺杂区域，所述n-掺杂区域形成于相同的所述槽中。
根据上述构想，各所述第二检测二极管的所述n-掺杂区域是以四臂形成交错形状，所述四臂中的每一臂都投射至两相邻的所述第一检测二极管之间的一区域，以便形成电流障碍。
根据上述构想，所述第一读出电路包含一转阻放大器。
根据上述构想，所述第二读出电路包含：
一装置，用于连续连接各第二检测二极管至一供应电压，以充电所述第二检测二极管的二极管接合电容，因此通过所述第二检测二极管的一电压是对应于所述供应电压，并且是用于将所述的第二检测二极管自所述供应电压分离，以及用于在自所述供应电压分离后，一旦一整合期间已过期则连续输出通过各第二检测二极管的当时电压。
另外，本发明也提出一种光学扫描装置，所述光学扫描装置用于藉由检测自一轨道所反射的光束而读出一光盘的一轨道，其中所述光束是根据所述轨道上储存的数据而塑造，所述光学扫描装置包含：所述的光学检测装置；以及一控制装置，用于根据由所述第二检测二极管所读出而检测到的所述光束的强度而输出控制信号，以便进行追踪与/或聚焦控制。
根据上述构想，其中所述的控制装置还包含：一第一装置，用于在第二检测二极管上由所述光束的所述检测强度决定所述检测窗中所述光束的一实际位置与所述检测装置中一标的位置间的误差；以及一第二装置，用于由所述误差计算出一控制信号，其用于追踪与/或聚焦控制，因而降低所述误差。
根据上述构想，其中所决定的所述误差是以二维建立。
根据上述构想，其中所述的光学检测装置还包含两个第三检测二极管以及一第三读出电路，所述的第三读出电路连接至所述的两个第三检测二极管，用于读出所述的第三检测二极管，以检测所述光束的所述强度，所述光学扫描装置的所述控制装置还包含：一数字化装置，用于通过一门坎值而把从所述第一检测二极管读出的光束强度数字化，以获得藉该轨道来储存的数据；一装置，用于在所述第三检测二极管上所检测到的所述光束的所述强度来确定该轨道与一相邻轨道间的干扰范围；以及一装置，用于确定一控制信号，所述控制信号用于从所述的干扰范围来设定一门坎值，因此，在数字化过程中的位错误会被减少。
另外，本发明的光学储存装置包含：
一光盘，其具有一光学轨道，该光学轨道上储存有数据；
一光束产生装置，用于产生所述光束；
前述的光学扫描装置；
一光学装置，用于将所述光束聚焦于所述光学轨道上，且用于将自所述光学轨道所反射的一光束导向所述光学检测装置的一检测窗；
一载体，用于承载所述光学检测装置的所述第一与第二检测二极管、所述光束产生器以及所述光学装置；以及
一伺服装置，用于在根据来自所述光学扫描装置而用于追踪与聚焦控制的所述控制信号来设定在该载体与该光盘间的距离，以及在该载体与该光学轨道间的一横向距离。
再者，本发明所提出的用于运作一光学检测装置的方法，是用于检测在一检测窗中一光束的一强度，以及用于检测由所述光束所传输的数据，所述光学检测装置在所述检测窗中具有包含多个第一检测二极管的矩阵，以及包含多个第二检测二极管的一矩阵，其中所述第一检测二极管的矩阵是一n×n矩阵，且所述第二检测二极管的矩阵是一(n+1)×(n+1)矩阵，配置此两矩阵，因此所述第一检测二极管是配置于所述第二检测二极管的矩阵的间隔中，所述方法包含：
通过一第一读出电路以一第一读出速度读出所述的第一检测二极管，以检测所述数据；以及
通过一第二读出电路以一第二速度读出所述第二检测二极管，以检测所述光束的所述强度，其中所述第二读出速度小于所述第一读出速度。
根据本发明的一特定实施例，一特定光学检测装置如CD与DVD设备中的应用优点，如下所述。
附图说明
本发明的其它较佳实施例，其详细说明如下。
图1是根据本发明的一实施例，说明一光学检测装置。
图2A是根据本发明的一实施例，说明一光学扫描装置的检测二极管矩阵。
图2B是一方块图，其是说明图2A的光学扫描装置的读出与控制部分。
图3A是根据本发明的一特定实施例，说明图2A中所述二极管矩阵的布局。
图3B是图3A布局的切面图。
图4是一仿真结果，其说明图3A的布局中沿着图3B的切面所形成的无光电流(dark current)。
图5是说明在图3A的二极管矩阵中HF与LF二极管的区域与周围容量是作为二极管电压的函数，以代表所述表面与边缘的每一单位长度的改善电容。
图6是说明图3A的二极管矩阵的HF二极管的过渡电容，是作为二极管电压的函数。
图7是说明图3A的二极管矩阵的LF二极管的过渡电容，是作为二极管电压的函数。
图8是根据图3A，说明同时读出时，二极管矩阵的二极管的频谱反应。
图9是说明一读出电路，用于读出图2A实施例中的HF二极管。
图10是说明图9中放大器的放大电路实施例。
图11A是一读出电路，其是读出第2图实施例的LF二极管。
图11B是说明图11A电路中所发生信号的波形，用以说明LF二极管串接形式的读出。
图12是说明一习知的HF二极管矩阵，其是用于CD与DVD设备中。
图13是一个不同于图12的二极管矩阵，其具有附加的LF二极管用于追踪控制。
具体实施方式
图1是根据本发明的一实施例，说明一光学检测装置，其是以10表示。在用于检测传输数据的光束的检测窗15中，所述的光学检测装置10包含检测二极管的分别代表的21a，21b，21c，21d，22a，22b，22c，22d，23a，23b，23c，23d，24a，24b，24c，24d的4×4矩阵20，线数目中的字母代表列。此外，光学检测装置10包含一读出二极管25，就其所覆盖的表面区域是指未被二极管矩阵20所占据的部分。检测二极管21a-24d是连接至一读出电路30，而所述的读出二极管25是连接至一数据读出电路35。读出电路30与35的读出速度是不同的。所述数据读出电路35具有一读出速度其速度足以扫描在光束中传输的所述数据，其是在足够高度的速度下由所述检测窗15中的光学检测装置所检测。
数据读出电路35以模拟形式，输出所述的读出信号至一输出40，可用于一A/D转换器(未显示)。所述的读出电路30是以较低的读出速度，读出所述的检测二极管21a-24d，且连续以模拟形式在输出在一输出45所读出的值。另一方面，所述的读出电路30与35皆可输出数字样品。
在所述二极管矩阵所检测到入射在检测窗15的光束强度分布的基础上，适合用于校正光束与检测窗15的错误调整或是错误对准的作用，如下所述。
本质上，图1的光学检测装置10包含两部分。一部分包含检测二极管25与数据读出电路35，以用于数据检测。检测二极管25必须具有足够高的带宽读出速度调整至在检测窗15中所检测到光束传输数据的数据速度。
所述检测装置10的第二部分包含所述二极管矩阵20与读出电路30。此部分是负责提供信息供检测窗15与传输数据的光束间之最佳对准。光束与检测窗之间前在的错误对准可能产生的原因，例如在将光学装置(未显示)组合于光学检测装置10的过程中发生错误调整、热漂浮、在光学装置建立后运作过程中的机械震动、例如在可携式的CD播放器中，或是在读出时所进行应用所诱发的控制程序，例如追踪控制或聚焦。相较于高数据速度或是高读出速度，光束与数据窗之间对准的改变很慢，如经验所示，因此对于读出电路30，较慢的读出速度范围例如kHz是足够的。所述多路传输的信号，其是在输出45由读出电路30所输出，可使用代表在二极管21a-24d位置的光束强度的所述信号，以决定在检测窗口15中强度的中心与/或光束的中心，其亦系指在检测窗15中光束的实际位置。决定检测窗15中光束实际位置的可能性包含例如在检测最大强度的检测二极管21a-24d中决定检测二极管、由检测二极管21a-24d所检测的强度分布之补插与后续极值频估、通过由检测二极管21a-24d所检测的强度值与后续的极值评估以计算强度符合波形，但并不受限于此。
此外，由检测二极管21a-24d所获得的信息可被使用作为检测在检测窗15中例如由于使用散光透镜所形成的光束强度分布的椭圆退化。此外，在某些以特定位置所配置的检测二极管21a-24d之间的特定电路连接，例如相加或相减，可被用以抵消错误对准与/或用以产生合适的控制信号用于特定的应用，由于这些错误对准造成在这些位置有特别的强度分布。
关于图1，需指出的是此实施例的光学检测装置可用于许多光学装置，其中提供检测传输数据的光束。此装置的范例包含光学储存装置，例如CD或是DVD设备，以及提供光学传输线用于连结两电子装置的装置。取决于应用，可使用许多致动器以校正在检测窗中光束的对准。在CD与DVD的设备中，可由致动器设定潜在的系数，用于影响在检测窗中激光束的对准，所述系数包含例如在横切于轨道的方向中所述读出头的放射状位置、物镜与光盘之间的距离，以及例如包含完整二极管矩阵的检测窗的压电侧向偏移，因而亦可校正静态的错误调整或是热漂浮。
在这些所有应用中，本发明在检测窗15的二极管矩阵20配置，促使关于所述的检测窗中光束对准的更有效控制。在最简单的范例中，只需要提供一个二极管作为检测数据的二极管25，所以只需要一个对应的数据读出电路35用于被接收数据的数据速度。如上所述，较慢的检测二极管21a-24d可能造成再输出45连续输出，因此在一芯片的实施中，仅需要一个接脚。
请参阅图1，最后应指出图1所示的实施例仅为一范例。所述二极管矩阵20的检测二极管21a-24d的数目可变化，例如至可影响错误对准的致动器，亦即其可被调整至正确的程度以抵消错误对准。结果仅有预期到光束的错误对准，例如沿着一方向，因而仅提供一致动器用以抵消沿着此方向的错误对准例如检测二极管的2×1矩阵是足够的。相反地，在数据检测侧，不同的应用，例如并行传输线其中作为一接收器的二极管矩阵市面对光束的传输器，可能需要提供多于一个检测二极管用于数据检测。结果，除了矩阵20之外，可提供检测二极管25的矩阵用于后续图式的实施例中，此双重HF与LF二极管矩阵可被使用于光学并行传输线中的光学接收器中，用于具有光束对准的数据接收，同时进行错误对准补偿，例如在Electronics letters期刊第38册第10卷Linten等人所著“具有光束定位的整合光学接收器”中所描述者，其是并入于本案作为参考文献。
参考图2-11，一光学扫描装置的实施例将在后续内容中叙述。其中该光学扫描装置乃适于应用在传统的CD与DVD设备中，其能够具有聚焦以及追踪控制方面的附加能力，而且可以执行免除将可能被检测到的光束错误对准在光学检测装置的窗口中被检测出来的步骤。即使本案的光学扫描装置的二极管矩阵(其将借由参考图2而说明于后)也适于用在其它应用上，但为了便于了解，以下仅将其架构在光学扫描装置中以便克服习知与CD设备一起应用时的问题。其中图2A绘出了二极管矩阵，图2B该光学扫描装置的读出与控制部分。图3A、3B以及图4至8展示出了一个在CMOS技术中的二极管矩阵的实施例以及/或是其特性。图9至图11展示出了用以读出该二极管矩阵的二极管的有潜力评估电路。
将借由参考图2至图11而在后文中被说明的光学扫描装置乃建立在一CD驱动器中，该CD驱动器并未绘出但其结构原则上乃如一般所知者。以下所述的光学扫描装置仅表现该CD驱动器的检册、读出、以及控制信号产生部分。另外，所述CD驱动器包含一个驱动器，其乃用来旋转一个被加载其中的CD以使其变为一光盘，也包含一个被当作是能产生一光束的一光产生装置的激光二极管，还包括光学装置以及一个做为伺服装置(servo-means)的促动器(actuator)，其中该促动器用来设定在载体与轨道之间的距离，而一个与该轨道有关的该载体的一侧向部位，其受到用来追迹与聚焦控制的控制信号所影响，是将借由该二极管矩阵所检测到的光束强度分布而决定，其亦将于后续内容中得到说明。所述光学装置包含光学设备，例如一用以校准激光束的校准器、一透光性或是反射性的分光器，其以偏振为基础，是一个45度而可改变偏振方向的板子、一个物镜及/或会聚镜，用以将被校准的激光束聚焦至会被读出的CD轨道上，在该CD上乃储存有会被读出的数据，而一个散光镜则用将光束导至该二极管矩阵，其中该光束乃是来自该轨道并且是由该物镜所捕获者。二极管矩阵、激光二极管以及光学装置乃相连地设在读出头上而且是彼此依次地有固定的位置，因此由轨道所调变以及反射的光束便会通过该光学装置而导向至该二极管矩阵，于是借由光学操作该光束被可以排列在图2A中的二极管矩阵的一目标区上，例如，中央。几个相反的情况可能导至在图2A中的二极管矩阵上而真的由反射激光束所覆盖的的实际位置是与目标区不同，例如一个错误的调整、热漂浮、读出头的侧向或是光束-导向错误校准，此偏轨是借由以下方式而被抵销，后续内容将进一步说明其细节，借由从图2A中的二极管矩阵所检测到的强度中产生伺服装置的适宜控制信号以及借由图2B中的读出与控制部分。
图2A绘出光学扫描装置的二极管矩阵，其用来检测在一检测窗中的光束强度分布并用来检测由该光束所传输的检测数据，因此其是代表了光学扫描装置的检测部分。特别地，图2A的二极管矩阵是包含一个由检测二极管201a-201e、202a-202e、203a-203e、204a-204e以及205a-205e所组成的一个5×5矩阵200，其中的各字母是代表该5×5矩阵的一列。另外，图2A的二极管矩阵包含一个由检测二极管251a-251d、252a-252d、253a-253d以及254a-254d所组成的一个4×4矩阵250。矩阵200与250是以彼此有关联的方式排列，因此检测二极管251a-254d是适切地分别设于检测二极管201a-205e间的间隔之中。换句话说，检测二极管251a-254d是是以一种面向中央的方式与检测二极管201a-205e一起排列而形成一个主体集中的力方排列。所有的检测二极管201a-205e以及251a-254d是以相连排列的方式排在同一检测窗256中，所述检测窗256是用来检测检测由该轨道所反射回来而将被读出的光束，所述光束由该轨道的凹坑所调整，因此包含被读出的数据。检测二极管201a-205e是分别连接至一读出电路268(图2B)，其以一种并联的方式读出那些二极管以便利用一多路方式来输出相同的输出信号。二极管矩阵250的检测二极管251a-254d是彼此相连或是串联相接以形成六区A、B、C、D、E、与F，并连接至不同的读出电路260a、260b、260c、260d、260e以及260f，其等展现出一个比用来读出该5×5矩阵200的检测二极管201a-205e的读出速度更快的读出速度。特别地，如第2图所示，检测二极管254a、253a与253b是结合在一起而形成区域A，检测二极管254d、253d与253c是结合在一起而形成区域B，检测二极管252d、251d与252c是结合在一起而形成区域C，检测二极管251a、252a与252b是结合在一起而形成区域D，检测二极管254b与254c是结合在一起而形成区域E，检测二极管251b与251c是结合在一起而形成区域F。
在以下内容中，具有一个较低的读出速度检测二极管201a-205e的是以LF二极管表示，其中具有较高读出速度的二极管251a-254d是以HF二极管表示。连续被读出的LF二极管201a-205e是用来产生聚焦与追踪控制的控制信号，并来控制该CD驱动器(未图式)的促动器，其中所述CD驱动器包含建构有图2A所示的二极管矩阵的该光学扫描装置。HF二极管251a-254d是用来检测在图2A中的二极管矩阵上的入射光束所传输的数据。进入区域A-F的所述二极管分支提供了将在后续内容中所说明的图2A中的二极管矩阵提供信号A-D的可能性，而且其也在传统CD装置中被用来追踪与聚焦控制，并且是被设计用来以根据图12所得的一二极管矩阵为基础而产生聚焦与伺服信号。区域与F是被排列，以致于他们能够被用来检测串音现象，其将于后续内容中说明。
在说明了图2A的二极管矩阵结构以后，以下内容是是关于在该光学扫描装置中用来读出二极管以及产生伺服信号的部分之说明。在区域A-F所产生的电流，如上述者，是分别借由读出电路260a、260b、260c、260d、260e以及260f而被读出，并且将被放大，其是借由一个转阻放大器所执行，一个实施例将可再参考图9与图10之后而详细说明于后。读出电路260a-260d的输出是与一评估电路262相连，所述评估电路262在一输出端将一数据信号输出给一AD转换器，而在其输出端，借由光束所传输的数据是依序以数字形式输出。评估电路262更可用以在一传统方式中利用HF二极管区域A、B、C以及D的输入信号来产生用以追踪与聚焦控制的控制信号，并将在其它输出端中的其中一输出端把控制信号输出，如以虚线所示者。举例来说，评估装置262可被设置在一对应的模式中，在其中，所述评估装置262可以与图2A中的二极管矩阵一起被应用而像是在图12中的传统光学检测装置。读出电路260e与260f的输出是被连接至一控制装置266，其在输出端将一串音检测信号输出至所述AD转换器的一控制输入。
如上述内容，二极管矩阵200的检测二极管201a-205e当时的输出信号是被供至一读出电路268，其以并联的方式将输出信号输出至两个计算装置270与272，读出电路268的结构实施例是搭配图11A而较详尽地说明于后。计算装置270计算在第2图上的二极管矩阵的点的实际位置。计算装置272是计算在图2A上的二极管矩阵的点的范围与方向的椭圆退化。由计算装置270所计算而得的信息是被供应至一控制装置274，其依据该信息将控制信号输出至适当的促进器以便校正错误的调整以及热漂浮，并用以追踪控制，其中所述促进器是改变读出头的位置，因此可以侧向传至所述轨道，并改变图2A中的二极管矩阵的侧向位置，其细节将于后续内容中说明。计算装置272的信息是被输出至一控制装置276，其根据该信息而产生用来聚焦控制的控制信号，并将上述控制信号输出至一促进器以便改变至上述光盘的距离。一控制装置278直接接收读出电路268的读出信号并由其决定一控制信号以便补偿光盘偏斜以及在机板厚度上的变化，其将在后续内容中说明，并将该控制信号输出至上述A/D转换器的另一控制输入。
在后续内容中，具有图2A中的二极管矩阵的光学扫描装置的操作模式以及在图2B中的读出与控制部分、以及它们的有利应用及操作模式将会被解释，进以克服具有所述光学扫描装置的CD控制器的习知背景缺点。
在数据读出方面，该HF二极管区域A、B、C和D的信号系由该评估装置(evaluation device)262组合，亦即这些输出信号系被相加。该A/D转换器基于一门限值(threshold)将该区域A-D的组合输出信号数字化，该门限值系为该转换器由来自该控制装置266的串音(crosstalk)检测信号获取得到，并且输出该数字化数据作为被读出的数据，并且储存于轨道(track)中直到被读出。如同本说明书的序研所提到的，亦可以传统方式连接该区域A-D的输出信号以产生用以聚焦(focus)和追踪(tracking)控制之控制信号。使用散光镜片(astigmatic lens)来将该反射的数据传输光线映像至图2A的二极管矩阵，该评估装置262便能借由相加来自该读出电路260a-d的区域A、B、C和D的输出信号，以及彼此减去该总和，亦即形成(A+C)-(B+D)，来产生用以距离及/或聚焦控制，以便检测如果发生散焦(defocusing)时的椭圆变形，其系假定为该散光镜片的主轴系沿着图2A所示的x和y轴延伸。一执行器(actuator)接着根据该聚焦控制信号调整该物镜(objective lens)离该光盘(optical plate)的距离。除此之外，该评估电路262能产生用以追踪控制的信号，亦即用以控制该读出头横跨该转动光盘的该辐射移动，其系借由评估该信号(A+D)-(C+B)之所谓推挽式模式(push-pull pattern)特性，其系因作为一相栅的高度所产生的折射阶层干扰所引起。
除了区域A、B、C和D的信号之外，其亦由图12所示的二极管矩阵所产生，区域E和F也提供了更进一步的信号。在本案中，这些区域系布置以便其能被提供作为位置，该位置系为因所预期两轨道会与其外部边缘同时读出，亦即因为聚焦在该光盘之该读出点发光的事实，该实际要被读出的轨道以及一相邻轨道都会。在图12所示的现有二极管矩阵，此种串音现象会导致在一边的区域A和B，以及在另一边的C和D的刺激，当以补偿A+B+C+D作为数据补偿时这可能会引起一位错误，如果一不同的二位值(凹坑或是非凹坑)出现在相邻轨道而非在实际轨道上。借由提供该附加区域E和F，此类串音现象的刺激就会被检测到。为这目的，该控制装置266接收来自该读出电路260e及360f的输出信号，并且检测该区域E和F其中的一的输出信号是否超过一门限值，如果是，则该控制装置266便借由该串音检测信号设定较高的决定门限值(decision threshold)，其是用以借由该A/D转换器264数字化该信号A+B+C+D，以避免因为串音现象导致于该加总信号中的位错误达到一个错误强度值很高的地步。
尽管该HF二极管251a-254d的组合以形成区域A-F以及这些组合信号于读出一CD的一轨道的使用已于上文描述，现在将要描述该LF二极管201a-205e的输出信号的使用，再一次假设，聚焦于该CD轨道上的该点是借由一具有X和Y轴的散光镜片映像至第2图所示的二极管矩阵，使得该光学装置的物镜与该CD的距离太小，因其聚焦来自该激光二极管的该激光光于该CD且映像沿着该散光镜片的该反射光至第2图的二极管矩阵上，其会导致例如沿着y轴的椭圆退化(degeneration)，且使得该距离太大会导致沿着x轴的椭圆退化。
由该LF二极管201a及205e所检测的光束强度分布的评估是由该计算装置270、272及该控制装置274、276所执行，该计算装置270由该输出电路268的输出信号计算该强度中心的位置或是该光束于图2A的二极管矩阵上的实际位置，该输出信号是表示于该LD二极管矩阵上的该检测光束的强度分布，并且输出该信息至该控制装置274，而该计算装置272由该信息决定该激光点的形状或是椭圆退化，并且输出相同形状至该控制装置276，由该计算装置270和272的决定可由经该LD二极管的强度值和其后的评估所决定方程式的内插或是满足及/或调整来确认，例如在决定该实际位置的案例中该外部位置的搜寻，以及在退化决定的案例中相同强度线的扩张分析。
借由图2A的二极管矩阵上的点的位置信息，控制装置274产生控制及/或伺服(servo)信号用以补偿在读出头内的错误调整(misadjustment)，亦即在激光二极管、光学装置及/或二极管矩阵之间，和在其之间的热漂移，以及产生用以追踪控制的控制和伺服信号，举例来说，其是根据该激光点实际位置与一目标位置的偏差，其是由该装置270计算，其是于图2A的二极管矩阵上，在本例中该目标位置是位于该X轴和Y轴的交叉点，因此，该控制装置274控制适合的执行器，例如压力组件，来侧向补偿该二极管矩阵，或是控制其它执行器，其是调整该读出头相对于被读出的轨道的横面的相对位置。该二极管矩阵的侧向调整的可能性，减少了依据制程将读出头放入光学检测装置极其相关光学装置和该激光二极管装置的内，而因此使得制造读出头及/或该CD装置的成本降低。值得注意的是，为了这个目的，在这里该LD二极管200的矩阵亦可延伸横跨该HF二极管矩阵250的区域，以便可以形成一个较大的电子调整区域。
如同错误调整和热漂移，读出头相对欲被读出轨道横切面的错误对准，如同上文所述，亦会导致需检测图2A的二极管矩阵上，该光束产生的点其实际位置的偏差，然而，以图2A的LF二极管矩阵200，或是以借其检测该点的实际位置，以一就大数量方面足够精确的方法监控此实际位置的进程是可行的，以便再一次可使得一前视控制及/或伺服信号产生用以追踪校正。该点的实际位置与该目标位置偏差越大，该控制装置276就能更热切地驱动如执行器的装置，其是负责该读出头的辐射移位，及/或在轨道横切面上的偏差，且若偏差增加的越快，则以一成为该控制装置276一部份的前视方式的驱动就会热切。
该光盘的与一目标平面的磁盘偏斜(Disc Tilt)，及该储存媒介或光盘的基质厚度的差异，将会导致不同的反射。因此，该控制装置278变会使用由该LF二极管201a-205e检测的光强度的平均值，用以考虑这些不同数据补偿的反射率，其中用以数字化该信号A+B+C+D的决定门限值在借由该A/D转换器数字化中会设定的比较低，以便减低反射，否则会设定的比较高。这方式亦会减少根据CD装置制程及该光盘自身的生产的需求，因此导致成本的降低。
如同上文所述，聚焦错误会导致在图2A的检测二极管矩阵上该激光点的椭圆退化。该椭圆退化可由LF二极管201a-205e检测，且是由决定装置272决定，以致于该控制装置276可设定一用以聚焦控制的控制信号及/或一控制信号给一执行器，以改变物镜与CD的距离，其是根据该检测的椭圆退化及/或其对准及其范围。
参照下列附图，接着描述的是图2A的二极管矩阵施行于CMOS技术上的优点，亦即0.6微米标准的CMOS技术。请先参照图3A及3B，其是该二极管矩阵的设计图，图3A所示为该二极管矩阵的平面图，而图3B则代表沿着图3A中的虚线所指示的截面的截面图。整个二极管矩阵是于一epitactic p--掺杂硅(Si-)基板300上形成，一p-槽(trough)302延伸横跨整个由二极管矩阵占据的区域，且其并未示于图3A中。LF二极管已经于该p-槽中借由一十字形的n-槽制成，且是以304a-308e表示，该n-槽304a-308e沿着该十字段向下延伸至epitactic p-基板300，如同图3B所示。HF二极管是由p-槽302中的双梳型结构正方n+扩散区域形成，其是以参考符号310a-313d表示。图3B所示仅为穿透该n+扩散区域313b的部分，尤其是仅示出三个指状物313b1、313b2和313b3表该双梳型结构，该双梳型n-槽304a-308e以其四个手臂分别于两相邻n+扩散区域310a-310d之间延伸，以致于每一对相邻n+扩散区域实质上是由相邻n-槽的两手臂分离，该手臂彼此互指且经由一空隙间隔开。该个别LF和HF电极的n电极的接触是由引导导线(guiding conductor lines)以一适当方式提供。如同在图3B所见，该设计的实施例范围如下：一个厚度1.6微米的n-槽、一个宽度2.8微米的n-槽四手臂、一个深度0.16微米且宽度0，6微米的n+扩散区域的手指、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。侧向形状，亦即分别由该n-槽304a-308e及该p-槽302中的n+扩散区域310a-313d所形成的LF和HF掺杂的十字部分，其所引起的优势将于下文中参照图4至图8做更详细的说明。
HF二极管的n+扩散区域中的梳状结构的一个优点是，于硅中近红外光区波长，也就是指405奈米，的穿透深度约为200奈米，所述的这个穿透深度将会关系到未来的储存系统的产生，如此以便成对的电子孔洞主要地被产生于表面上。这样意味着，所述的这些成对的电子孔洞，是借由侧面的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，其中所述的这个pn接口从所述的这个表面，以一种实质上垂直于所述的这个表面的方式，向外延伸出去。这样的pn接口的部分，是沿着所述的这个n+扩散区域以及所述的这个n-槽的周边出现。由于所述的这个周长相对于所述的这个n+扩散区域的侧面面积310a-313d的比例，是特别地高，这个高比例是导因于所述的这个n+扩散区域的梳状结构310a-313d，以致于相较于更复杂的结沟，在所述的这个波长范围中，所述的这个n+扩散区域310a-313d以及/或是条状发光二极管指状物313b1-313b3的灵敏度或是反应提高。
所述的这个n+扩散区域310a-313d中的梳状结构的另一个优点在于，光学二极管中一个低电容的表现，这样的情形是有利的，因为它们使得尽快地读出变成为可行的，以及由于这个，导致借由转阻放大器的运转而增加读出频宽，这个就如同即将参考的图9到图10中的说明。因此，使用具有一个高频宽，例如高到250兆赫，及高转阻值，例如高到200千欧母，的转阻放大器来读出的结果，便是读出装置的频宽f-3dB是一致于所述的这个转阻放大器，并且所述的这个二极管将会，举例而言，取决于如下所示的发光二极管电容Cdidode：
f 3 dB ∝ A 2 π R f · 1 C diode
其中Rf表示的是转阻值、A表示的是所述的这个转阻放大器的直流电放大值，而Cdiode表示的是所述的这个光学二极管的电容。为了达到高的频宽，就如同HF二极管负责数据重获时令人满意一般那样的，所以需要保持所述的这个二极管的接合电容被读出时能尽其所能的低，近以最小化寄托于转阻放大器上的需求。图5中显示，所述的这个HF二极管的n+扩散区域310a-313d中的双梳结构导致降低光学二极管的电容。在图5中，所述的这个HF二极管的区域电容，以每单位区域相对于横越所述的这个HF二极管的电压V为单位被绘制成图(以圆点表示)，而同样一个所述的HF二极管的周边以及/或侧壁电容，以每单位长度相对于横越所述的这个HF二极管的电压V为单位被绘制成图(以正方块表示)。如图所示，导因于较高的周边/表面-区域的比值，所述的这个HF二极管的梳状结构升级成为一个较低的二极管电容，以便所述的这个读出装置的可达到频宽是相对应地较高，这个将会于下面参考图9到图10时更详细的说明。
LF二极管槽结构的优点，主要是存在于所述的这个结构，导致相对于所述的这个n+扩散区域，所述的这个槽有一个较大地垂直(深度)扩张的这个事实。再者，所述的这个n-槽304a-308e的侧面形状如同十字状，导致各个所述的HF二极管几乎完全为四个邻近的n-槽304a-308e的臂膀所围绕住。总共，以这个方式，为了所述的这些HF二极管的一种保护环，于一侧面，以及一垂直方向被形成，所述的侧面方向是导因于纵深的n-槽横断面。就如果电荷沿着一HF二极管的周边被产生而言，它们是为一LF二极管304a-308e而不是为一邻近HF二极管所捕获，这必然导致于所述的这个侧面方向的HF二极管彼此间的一串音分散。于取向附生层300中，未被所述的这个HF二极管所捕获的扩散的电荷携带者，是为邻近LF二极管中的一个LF二极管所捕获，以致于它们无法扩散到另外一个邻近的HF二极管，对本发明而言，这可归属为一个HF二极管的垂直串音分散。
上面所说借由这些LF二极管的扩散的电荷携带者的″吸出″的另一个优点是，这些扩散的电荷携带者会模糊所述的这个二极管反应的脉冲波形式，这导因于它们的扩散时间，而将会导致一个较低的数据读出速度。由于所述的这些LF二极管是以一个于千赫兹的范围的较低频率读出，这个读出已经简短的于的前被提到，并且会于以下参考图11A时更详细的被解释，然而由所述的这些LF二极管所捕获的慢的扩散电流是不具作用的，相反地，于检测入射至如同已经在上面说明过的这些LF二极管的部分的上面的光束的强度分布，可被使用来控制于控制窗中被检测的光束的对准。如先前所描述的，借由所述的这些LF二极管304a-308e的扩散电荷携带者的″吸出″，会导致不论是从侧面或是从垂直的观点来看，所述的这个HF二极管的信息检测空间电荷地区的一个庇护物，这个应该被特意的指出。前面所描述的侧面庇护是在所述的这些LF二极管槽304a-308e的串音保护行动的组织的范围内。垂直庇护的产生表示于图3B的侧断面中，在308a以及308c的二极管区域，而垂直庇护是导因于借由设置所述的这些LF二极管槽304a-308e所产生的空间电荷区段的建筑，所述的区段以328a以及328c来表示。所述的空间电荷区段的建筑328a以及328c，是随着深度的增加而增加的，这起因于基质300的一掺杂轮廓，基质300的一掺杂轮廓，具有一随着一预定掺杂梯度下降的掺杂密度，这个亦起因于将于下面说明的图4的仿真。空间电荷区段328a以及328c的大规模的扩张，同样地是借由所述的这些LF二极管槽的弱掺杂的帮助，这个弱掺杂是相较于所述的高度掺杂的HF二极管而言，以及借由所述的这些LF二极管槽n-的深度扩张，这个深度扩张是十倍大于其所相较的那些HF二极管310a到310d。
借由n-槽取代n+扩散来产生所述的这些LF二极管是有利的，其在于达到一个较小的电容值。为了说明这个，所述的侧壁光学二极管电容(以菱形体表示)，以及所述的表面光学二极管电容(以三角形表示)，也对比于二极管的电压V被绘制成图表示在图5中，以为具有一结构的n-槽二极管的代表实例，这个具有一结构的n-槽二极管是在其它方面等同于如图5所示的n+扩散区域二极管电容值所基于的这个二极管结构。如同所观察到的，相较地一n-槽二极管的电容是比一个n+扩散二极管来的低。再者，由于更高的圆周对比于表面区域比例，所述的这个n-槽304a-308e的十字形状会降低二极管电容。由LF二极管结构的选择达到的二极管电容的减少，依次导致具有LF二极管读出的一个较低的信号/噪声比例。以此方式，在n-槽LF二极管的整合读出情况下，这个情况将会在下面参考到图11A时被更详细解释，在其中，所述的这些LF二极管是借由整合来读出，并且光电流整合在这个光电流的内在界面电容内，下面的公式适用于这样的一个读出系统的信号/噪声比例：
Figure C0381185000241
这里的Tint指的是整合时间、Uth指的是所述的那个晶体管的电压门限值，用以提供在整合周期的开始，将所述的这个LF二极管设置成一个被定义的电位、Iph指的是所述的这个二极管的光电流，而Cdiode指的是所述的光电二极管的电容。必然地，信号/噪声比例随着二极管电容降低而增加，这个是n-槽的十字结构的一个附加优点。
随着一个仿真程序的帮助，因热产生的少数电荷携带者的电流密度的一个仿真，如同光学引起的电荷携带者的一个表示一样地，沿着一个横截面被执行，所述的这个横截面一致于图3B中，除了所述的双梳结构的n+扩散区域的那些图像的号码，之外的十字结构。在图4中显示了这个仿真的结果，这些等距离排列箭头的方向以及长度，表示了在这些各自的位置的暗电流的方向以及数量，而排置在图表的左侧下方的数字的尺度是以微米计量长度的表示。暗电流的数量也借由沿着轮廓划线部分或者是荫庇的部分来说明。图4中显示，在所提供的一个epitatic p-基质404中，数个为两个所述的LF二极管n-槽402a以及403b，所围绕的所述的这些HF二极管n+扩散区域，400a、400b、400c、400d、400e以及、400f，由于仿真的目的，没有p-槽。如同可以从图4看到的，仿真导致所述的那些空间电荷区域，膨胀到几乎完全正好在所述的这些HF二极管的指状物400a到400f下面，这允许相对较晚而在更深的地区产生的散布的电荷携带者的垂直保护变得可行，并且由于增加的漂流电流的部分以及减少的扩散电流的部分，使得所述的这些HF二极管的频宽可以变的更高。所述的这些被暗电流表示的箭头，已经由处于等距离位置的仿真所计算了，而服务以为由光产生了电荷携带者的过程的一测量法。如同可见的，唯有一小部分所述的这些电荷携带者，它们是指于两个微米深度的下所产生的这些电荷携带者，到达所述的那些HF二极管指状物400a到400f，这样以便带着它们的光电流实质上组成所述的漂流电流，这表示相较于一个没有被LF二极管所围绕而不被庇护的HF二极管，于速度上的一个改进，因为，如同前面已经说明过的，所述的这些于较深处所产生的电荷携带者，于产生到检测中间产生一个一个较长的时间偏斜，而所述的这个长时间偏斜是导因于它们的较长散布路径。关于低散布电流的原因为，所述的这些LF二极管402a以及402b，吸出大部分的位于硅或是二氧化硅表面底下两个微米深度所述的这些少数电荷携带者。如同也可以见到的是，有效率的防止电荷携带者散布到邻近的HF二极管的n+HF二极管指状物处。
从上面所述考虑，导因于借由围绕住所述的这些HF二极管的所述的这些LF二极管的散布主流的″吸出″，这是由于他们的十字结构，一个更进一步的优点是明显的。如果吾人考虑就波长405奈米的光的穿透深度而言，未来光学储存系统的波长为0.196微米、就波长650奈米的光而言，操作的DVD装置的波长为2.89微米、而就波长780奈米的光而言，操作的CD-ROM装置的波长为8.0微米，这可以从第四同的仿真中观察到，借由照射波长650以及780奈米的光，所产生的电荷携带者不会供献到所述的这些HF二极管指状物400a到400f的光电流中，必然地，在一个固定的光源下，所述的这些HF二极管的光电流的数量，对于个自的光波长较不敏感。必然地，LF二极管以上述渴望的n-槽形状出现，具有一个线性作用，其关于所述的这些HF二极管的光谱作用。这个线性作用也可以由图8中观察到，图8显示一个图表，其中所述LF二极管(以小方块表示)以及HF二极管(以小十字表示)的光谱反应相对于波长被绘制成图。如果这些二极管同时读出时，两者曲线表示HF以及/或者LF二极管的光谱响应如同在第2A以及图2B中，光学扫描装置的操作期间的情况。如同可见的，所述的这些LF二极管显示典型光学二极管的光谱反应行为：因为电荷携带者于来源的再结合比率通常比与于更下深所产生的电荷再结合的比率高，以致这些二极管的光谱的响应和/或者灵敏性随着波长的增加而增加。从一个特定的波长向前，于目前的这个实施例大约为650奈米，然而，所述的散布的电荷携带者，于再结合前，不再到达LF二极管的空间电荷地区，这是导因于光穿透到半导体基质的深度会随着波长的增加而增加的这个事实。接着，从650奈米的波长向前，更高波长的灵敏性下降产生。然而，所述的这些HF二极管的特性曲线与所述的那些LF二极管的基本是不同的。如同可见的，于400奈米到460奈米范围，他们仅仅表现出一个的小的提升0.008A/W。从460奈米到700奈米，所述的这些HF二极管的灵敏性保持在几乎是定值，并且从700奈米到800奈米的区间，仅下降0.21A/W。如果吾人考虑转阻放大器的放大效果，这个转阻放大器就如同已经在上面被提到很多次的，而且将会在下面更详细的说明，是被用来读出所述的HF二极管，所述的这个放大效果具有主动反馈，而导因于所使用晶体管的非-线性，其典型地遭受正负百分之五的变动，所述的这个晶体管部分地被用在三极管地区以及用作它本身构造，可以认为所述的HF二极管的光谱响应几乎是线性的这个导致一个读系统，在所有的波长，都具有一个几乎是定值的放大效果。导因于所述的这些HF二极管的指状二极管结构的粗造表面，以及导因于所氧化物厚度的变异结果，此外，于650奈米到800奈米波长范围，所述的这些HF二极管，不再存在一个干扰现象，如同所述的这些LF二极管的情形，其中，所述的有这些波长的干扰现象在光谱响应功能方面具有一轻微影响。关于HF二极管架构也占有优势的地方是，如同可以从图8中看见的是，所述的那些位于靠近紫外光波长范围的HF二极管，亦即指的是将来光学存储系统所用的波长，具有一个相对性来说更好的灵敏性。
为了完成性的缘故仅仅，在图中显示了两个图表图6和图7。这个是越过二极管电压来绘制成图，并且表示一个单一HF二极管(图6)以及一个单一的LF二极管(图7)的电容。如同可以看到的，所述的这些HF二极管的绝对电容达到从在3.3福特电压时的98千万亿分之一法拉变到在1福特电压时的165千万亿分之一法拉。这是可以使用一个用来读出的转组放大器，而简单地的读出的一个值的范围。由于横越所述的这个二极管的电压，是借由读出回路而维持为一个定值，所以电荣电变异将不再会是有问题的。所述的这些LF二极管接合电容在一个电压从3.3福特到1福特的范围时，它们的确切值是介于19.7千万亿分之一法拉到22.4千万亿分之一法拉的范围中，这表示于所述的这个范围中，光电流的整合在读出回路中完成，所述的这个读出回路将于下面图11A中说明。对应参考图3到图8，在了解已于前面图2A以及图2B中说明过的二极管列的一个较佳实例的一个硬件后，所述LF以及/或是HF二极管的一个电位读出回路的一个较佳实例，将会于下面参考图9到图11说明，图9以及图10起初相关于所述的HF二极管的读出，而图11A关于所述的LF二极管的读出。
图9图表式地显示一个HF二极管读出，以及/或是结合这些HF二极管而形成的HF二极管区域读出，以及/或是并联连接的HF二极管的基本架构，所述的这个被读出的HF二极管，以及/或是所述的这些被读出的HF二极管区域，是借由参考号码500表明，并且产生所述的这个光电流Iph。所述的这个HF二极管被连接在这个参考电位502以及一个转组放大器504的一个输入之间，这个的结构将会在下面参考图10时，使用一个较佳实施例来更详细的解释。阻抗Zf(s)表示的是，所述的这个转组放大器504的反馈分枝的阻抗，而Zi(s)表示的是，源头的阻抗。U0是在所述的这个转组放大器504输出的输出电压。对图9的基本架构的分析，导致这个架构的传送公式如下。
U 0 I ph = A ( s ) Z f ( s ) Z i ( s ) Z 1 ( s ) ( A ( s ) - 1 ) - Z f ( s )
其中A(s)表示的是，所述的这个转组放大器504的放大效果。如果有无穷大的理想的放大器时，U0＝Zf(s)的这个等式产生Iph的结果，这个表明所述的这个光电流Iph，借由所述的这个Zf(s)系数，被转变成为一个电压。
把CMOS技术用作执行的结果，可以Zf(s)看作一个欧姆的阻抗值Rf，而可以把Zi(s)看作由所述的这个转阻放大器的一个输入晶体管的栅电容Cg，以及所述的这个HF二极管500的接合以及/或是界面的电容Cd等所组成的一个电容值。s是用作读出频率的一个变量。假定所述的这个转阻放大器504，有一个足够地高的频宽，也就是如同A(s)＝A，并且鉴于上面所述的假定以及/或者考虑，最后提到的公式导致如下结果。
U 0 I ph = A R f ( A - 1 ) ( 1 - s ( C g + C d ) R f A - 1 )
从这个公式，导致频宽-3dB公式如下；
f 3 dB = 1 - A 2 π ( C g + C d ) R f
后面的这个公式显示所述的这个HF读出的频宽-3dB，是主要地由三个参数所决定：所述的这个频宽-3dB随着所述的这个放大效果A的量的增加而增加，就稳定性的原因而言A必须是负数。再者，所述的这个频宽-3dB随着所述的反馈阻抗值或是输入电容值的增加而降低。举例来说，一个为63欧姆的反馈阻抗值，和一个为30的电压放大值，会导致一个142兆赫兹的频宽。
图10显示一个转阻放大器504的一个较佳实例，目前这个转阻放大器是一个单一端点的输入放大器，而相较于一个标准操作的放大器，好比在大部分光学检取单元所使用的，所述的这个转阻放大器，由于用较少的数目的输入晶体管，而表现出一个改进的噪声表现。图10中所显示的转阻放大器包含三个放大分枝，600，602以及604，以及一个反馈路径606。各个放大分枝600到604，除了参数量之外，它们在结构上是一致的。这也就是为何，所述的这个结构即将在以下说明时仅参考第一个放大分枝600。第一个放大阶段包含一个pMOS晶体管M2，而它的栅是为连接到所述的这个偏压极Vbias，而它的源(汲)极是为连接到所述的这个供给电压电位607。第二个放大阶段由两个nMOS晶体管M1与M3所组成。M1晶体管的栅极是为连接到所述的这个转阻放大器的一个输入Iin。而M2晶体管的源(汲)极是连接到所述的这个M1晶体管的源(汲)极，不但如此，它也连接到所述的这个M3晶体管的源(漏)极。所述的这些nMOS晶体管M1与M3的源极，是为分别地连接地以及所述的参考电位608。所述的这个M2晶体管的漏极，更连接到接下来的放大阶段602的M1′晶体管的栅极。同样地，所述的这个第二放大阶段602的M2′晶体管的漏极，是为连接到第三的放大阶段604的M1″晶体管的栅极。所述的这个第三放大阶段的pMOS晶体管M2″的漏极，借由所述的这个反馈路径606连接到所述的这个输入Iin。一个pMOS晶体管的一个源/漏极延伸，以及一个nMOS晶体管M5是为连接到所述的这个反馈路径606中。所述的这个pMOS晶体管M4的栅极，是为连接地，而所述的这个nMOS晶体管M5的栅极，是为连接到所述的这个转阻放大器的一个Rf_控制极。所述的这个第三放大阶段的pMOS晶体管M2″的漏极，更连接到所述的这个转阻放大器的一个输出Vout，而在所述的这个转阻放大器中所述的输出电压U0被应用。
为了使所述的这些晶体管，保持对输入Iin中更大的输入电流的饱和，关于装置专门的参数，与另一些所述的放大阶段600以及604相比较，可以改变所述的这个放大第二阶段620，例如栅的长度。自从一个欧姆反馈电阻值的寄生电容，相当地减少系统的频宽以后，已经取而代的的选择使用借由所述的晶体管M6与M5的主动反馈。由透所述的这个nMOS晶体管M5在输入Rf_控制的电压，设置了电阻值的实际数量。所述的这个pMOS晶体管M4充当为线性化。
应当注意的是，可以使一个电压放大器连接在所述的这个转阻放大器的输出V_out，以获得一个足够电压摆动，以及为了从，例如所述的这个CMOS芯片，驱使信号。就这个末端来说，这个接下来的电压放大器的频宽，应该更适宜被选择，以致它不会对对于放大器架构的HF读出的频宽-3dB，不会有负的影响这个已经在上面讨论过了。
图11A显示读出LF二极管的LF读出回路。因为所述的读出的执行是介在kHz千赫兹频率范围，所以需要选择一个整合方式，伴随着所述的LF二极管的栅栏层电容使用在整合所述的光电流。
首先必须指出在图11A中，仅仅只有显示部分所述的这些LF二极管的读出回路，而且以下也会先就这一部份的LF二极管的读出回路来讨论，而上述相关LF二极管的读出回路在以下将以参考号码700标示。所述的这个LF二极管700，将会借由在所述的开关S1，而在所述的供电电位700及接地和(或)所述的参考电位704之间作一连串的反复校准。在图11A中的等量回路图形，划线部分显示所述的这个LF二极管700的栅栏层电容，或是接合电容Cd，它当作是一个与所述的LF二极管700并联的电容器。所述的这个LF二极管700，与所述的这个开关S1的连接体，与所述的一个nMOS的晶体管M4相连接。而所述的这个M4的漏极接着又被连接到一个供电电位702。所述的这个晶体管M4的源极，借由所述的这个开关S2被串联到一个输出放大器706的输入端。而在所述的这个晶体管M5的漏极/源极端、所述的晶体管与所述的这个输出放大器706的输入端，以及所述的这个接地704相连接，而所述的这个晶体管M5的栅极与所述的电位偏压(v_bias)连接，随着所述的这个开关S2压下，所述的这个晶体管M4以及晶体管M5一起形成源极随耦器。
在上段中，已描述过所述的这个LF二极管700的读出回路结构的部分，之后在下面将讨论所述的这个LF二极管700的操作模式。借由压下所述的这个开关S1，这被应用于横跨所述的这个LF二极管700的电压Ud[i]，这个一开始是被设为供电电压Vdd，而一但所述开关S1被打开，横跨所述的这个LF二极管700的接口电容Cd的两端的电压将立即减少，原因是因为光电极电容Cd将借由光电流放电。下列公式对于电压Ud与时间的关系为真：
U d [ i ] = V DD - 1 C d ∫ t ISITT t I ph [ i ] ( τ ) dτ
假定所述的这个二极晶体电容Cd与Ud[i]无关，trest显示开关S1正被打开的时间点，t则表示任意的一个时间点，而τ则是一个集合变量。可以发现到当所述的Cd减少时，电压的变动将增加。而借由所述的这个开关S2压下，数据取得放大器将被打开，而对由所述的晶体管M4及M5组成的数据取得放大器而言，Ud[i]是唯一的输入电压。
经由所述的输出放大器706，所述的数据取得放大器中的晶体管M5的源极的电压将被放大，以至于输出的电压可以被读出。为了读出所有所述的LF二极管，对于所述的这个每一个LF二极管，读出回路必须包含一个所述的这个开关S1、一个所述的这个开关S2，以及一个所述的晶体管M4。而所述的开关S1及开关S2会受到重设(i)及选择(i)的讯号所控制，对于选择及重设的时间计划是如此，则会产生一种脉冲波，上述脉冲波从输入时刻25开始会以规则的模式作位相上挪移。这个第i个(ith)脉冲波是用来在一个输入时钟时期的持续时间中，把所述的第i个(ith)LF光电二极管的二极管电压指向所述的这个输出放大器706。用第i+1个((i+1)th)脉冲波来重设所述的这个第i个(ith)LF光电二极管。必然地，信号重设以及选择，以瀑布一样的方式，被应用在5×5的LF光电二极管矩阵中所述的每一个LF光电二极管上，所述的这些信号在每一个第25个的时钟时期具有一个脉波，所述的重设信号的脉冲波，立即跟随所述的每一个LF二极管的选择信号的脉冲波。必然地，23个时钟时期消逝在所述的每一个LF二极管的选择，以及它们的读出的时间之间，在读出以及/或者多路传输发送选择期间，向这储存的中的一个，添加目前的光电流。在一个时钟时期以前，所有的25LF二极管的重设以及/或者选择信号是彼此互相根据地偏移，以致于所述的所有的25LF二极管，都是以一是列的以及/或者瀑布一样的方式读出。这个输出放大器或者是输出缓冲器是较佳地被设计，如此以致它们的增加时间比时钟时期的一半还要来的更短。所述的时钟速率可以是，例如25兆赫兹。在这种情况下，下降的时钟脉冲波边缘，可以被用来扫描数据取得放大器的输出信号。为了说明读出方案，图11B中显示，所述的这个放大器706的输出信号if_out的波形的实例，以三个排列以一个在另外一个上面的图表，在图的最下方的一个瀑布状多路传输控制用的时钟clk，以及一个LF二极管用的重设以及选择。
所述的LF二极管的多路传输读出操作，保证对所有的LF二极管而言仅只有一个输出缓冲器706，这正如同于第3图到图11的光学检测装置的完成中，仅需要一个接脚以及/或者一个垫以当成一个整合回路。
参考上述图2到图11的说明后应该要指出，图2A中所述的的二极管矩阵，可与一个或是几个或是图2A中所有的装置做整合，以产生一个以例如一个芯片的型式的光学检测装置。所述的导电形式，也就是指n-导电以及p-导电，是可以被颠倒的，再者，所述的这些LF二极管使用其它的排列方式，以作为一个矩阵亦是可行的。

Claims (16)

1.一种光学检测装置，用于检测一检测窗(15；256)中的一光束的强度，且用于检测由所述光束所传输的数据，所述的光学检测装置包含：
一矩阵(250)，具有多个第一检测二极管(251a-254d)，所述多个第一检测二极管(251a-254d)位于所述检测窗(256)中；
一具有多个第二检测二极管(201a-205e)的矩阵(200)，所述多个第二检测二极管(201a-205e)位于所述检测窗(256)中；
一第一读出电路(600)，连接至所述第一检测二极管(251a-254d)，用于以第一读出速度读出所述第一检测二极管(251a-254d)以检测所述数据；以及
一第二读出电路(30)，连接至所述的第二检测二极管(21a-24d；201a-205e)，用于以低于所述第一读出速度的一第二读出速度读出所述的第二检测二极管(201a-205e)，以检测所述光束的所述强度，其中所述第一检测二极管(251a-254d)的矩阵(250)是一n×n矩阵，且所述第二检测二极管(201a-205e)的矩阵(200)是一(n+1)×(n+1)矩阵，配置此两矩阵，因此所述第一检测二极管(251a-254d)是配置于所述第二检测二极管(201a-205e)的矩阵的间隔中。
2.如权利要求1所述的光学检测装置，其特征在于所述的光学检测装置还包含一个第一评估电路，所述第一评估电路用于评估在所述第一检测二极管上所检测到的光束强度，其中多个(A、B、C、E、F)第一检测二极管(251a-254d)是通过所述的第一读出电路而并联连接至所述第一评估电路。
3.如权利要求1或2所述的光学检测装置，其特征在于所述的多个第二检测二极管是并联连接。
4.如权利要求1或2所述的光学检测装置，其特征在于还包含：
一评估电路(270)，用于自所述检测窗(256)中所检测出而在所述第二检测二极管(201a-205e)上的所述光束的所述强度来决定所述光束的一实际位置。
5.如权利要求1或2所述的光学检测装置，其特征在于所述的每一第一检测二极管(251a-254d)都建构成一区域(310a-313d)，所述区域(310a-313d)是具有一以第一种掺杂的一梳状方式所建构，以及具有包含一第二种掺杂的一槽(302)，其中以梳状方式所建构的所述区域(310a-313d)是受包埋的。
6.如权利要求5所述的光学检测装置，其特征在于以梳状方式所建构的所述区域(310a-313d)具有一n+掺杂的区域(310a-313d)，且所述槽(302)是p-掺杂的。
7.如权利要求5所述的光学检测装置，其特征在于所述第二检测二极管(201a-205e)具有一n-掺杂区域(304a-308e)，所述n-掺杂区域(304a-308e)形成于相同的所述槽(302)中。
8.如权利要求7所述的光学检测装置，其特征在于各所述第二检测二极管(201a-205e)的所述n-掺杂区域(304a-308e)是以四臂形成交错形状，所述四臂中的每一臂都投射至两相邻的所述第一检测二极管之间的一区域，以便形成电流障碍。
9.如权利要求1或2所述的光学检测装置，其特征在于所述第一读出电路包含一转阻放大器(600)。
10.如权利要求1或2所述的光学检测装置，其特征在于所述第二读出电路包含：
一装置(S1，S2)，用于连续连接各第二检测二极管至一供应电压(702)，以充电所述第二检测二极管的二极管接合电容，因此通过所述第二检测二极管的一电压是对应于所述供应电压，并且是用于将所述的第二检测二极管自所述供应电压(702)分离，以及用于在自所述供应电压分离后，一旦一整合期间已过期则连续输出通过各第二检测二极管的电压。
11.一种光学扫描装置，用于藉由检测自一轨道所反射的光束而读出一光盘的一轨道，其中所述光束是根据所述轨道上储存的数据而塑造，所述光学扫描装置包含：
如权利要求1至10中任一项所述的光学检测装置；以及
一控制装置(270，272，274，276，278)，用于根据由所述第二检测二极管所读出而检测到的所述光束的强度而输出控制信号，以便进行追踪与/或聚焦控制。
12.如权利要求11所述的光学扫描装置，其特征在于所述的控制装置还包含：
一装置，用于在第二检测二极管上由所述光束的所述检测强度决定所述检测窗中所述光束的一实际位置与所述检测装置中一标的位置间的误差；以及
一装置，用于由所述误差计算出一控制信号，其用于追踪与/或聚焦控制，因而降低所述误差。
13.如权利要求11所述的光学扫描装置，其特征在于所决定的所述误差是以二维建立。
14.如权利要求11至13中任一项所述的光学扫描装置，其特征在于所述的光学检测装置还包含两个第三检测二极管以及一第三读出电路，所述第三读出电路连接至所述的两个第三检测二极管，用于读出所述的第三检测二极管，以检测所述光束的所述强度，所述光学扫描装置的所述控制装置还包含：
一数字化装置，用于通过一门限值而把从所述第一检测二极管读出的光束强度数字化，以获得藉所述轨道来储存的数据
一装置，用于在所述第三检测二极管上所检测到的所述光束的所述强度来确定所述轨道与一相邻轨道间的干扰范围；以及
一装置，用于确定一控制信号，所述控制信号用于从所述干扰范围来设定一门限值，因此，在数字化过程中的位错误会被减少。
15.一种光学储存装置，其包含：
一光盘，其具有一光学轨道，该光学轨道上储存有数据；
一光束产生装置，用于产生所述光束；
一光学扫描装置，其是如权利要求11至14中任一项所述的；
一光学装置，用于将所述光束聚焦于所述轨道上，且用于将自所述轨道所反射的一光束导向所述光学检测装置的检测窗；
一载体，用于承载所述光学检测装置的所述第一与第二检测二极管、所述光束产生器以及所述光学装置；以及
一伺服装置，用于在根据来自所述光学扫描装置而用于追踪与聚焦控制的所述控制信号来设定在该载体与该光盘间的距离，以及在该载体与该光学轨道间的一横向距离。
16.一种用于运作一光学检测装置的方法，其是用于检测在一检测窗(256)中一光束的一强度，以及用于检测由所述光束所传输的数据，所述光学检测装置在所述检测窗(256)中具有包含多个第一检测二极管(251a-254d)的矩阵(250)，以及包含多个第二检测二极管(201a-205e)的一矩阵(200)，其中所述第一检测二极管(251a-254d)的矩阵(250)是一n×n矩阵，且所述第二检测二极管(201a-205e)的矩阵(200)是一(n+1)×(n+1)矩阵，配置此两矩阵，因此所述第一检测二极管(251a-254d)是配置于所述第二检测二极管(201a-205e)的矩阵的间隔中，所述方法包含：
通过一第一读出电路以一第一读出速度读出所述的第一检测二极管(25；251a-254d)，以检测所述数据；以及
通过一第二读出电路以一第二速度读出所述第二检测二极管(21a-24d；201a-205e)，以检测所述光束的所述强度，其中所述第二读出速度小于所述第一读出速度。
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