CN1004839B - 光学信息记录装置 - Google Patents

Abstract

一光学信息记录装置，将多个光束聚焦在一个圆盘上，形成一个写／读光点，或者是一个消迹光点。利用测定圆盘轨迹上的光点位置来控制光点之间的距离，即光点之间的长度，使得即使圆盘上的光点位置在径向方向上不同时，信息的写／读／消迹仍是均匀的、准确的。

Description

光学信息记录装置

本项发明涉及一个光学信息记录装置。主要是利用两个光点，有效地完成对刚记录完的错误进行校正;和完成写/读/消迹。

正如先有技术EP-Al-0019924和JP60-47242（A）所公开的那样，通常使用的光学圆盘有两种方法。一种方法是记录即写入后，对错误完成校正作用;另一种方法是完成写/读/消迹作用。两种方法使用的是两个光点。前者，第一种方法使用的程序书写光点和读出即再现光点是在同一轨迹上相互紧连着的。程序书写光点把数据一经记录下来，读出光点即将所记录的数据显示出来，从而对错误进行校正。后一种方法是在光学圆盘上，使用了一种硫族化物物质，并用激光光束照射在这种硫族化物物质上，使其形成晶状或非晶状，以此来显示写/消迹信息。使用这种方法，程序环形读/写光点和椭圆形的消迹光点，在同一轨迹上相互紧连着。以此为前提，以短光脉冲的形式照射程序读/写光点，迅速使硫族化物物质受热，和冷却，这样使其形成非晶状;而消迹光点则以相对的长光脉冲的形式进行照射，逐渐地加热和冷却硫族化物物质，使其形成晶状，以此完成写/读/消迹的程序。

但是，在两种方法中，圆盘旋转速度是恒定的，两个光点之间的距离也是固定的，而圆盘内外圆周位置的线速度不一样，所以两个光点之间的时间间隔，由于其在圆盘上位置的不同而不同。照此道理，在错误校正程序中，由于再现信号时间的错误而产生的错误，使错误校正无效。而在写/读/消迹程序中，消迹部分的位置是可以移动的。特别是当消迹时，由于圆盘内外圆周位置之间的线速度不同，那么，消除一个记录点的光束所需照射的时间周期随着圆盘上的不同位置而发生变化。这样就影响了圆盘内外圆周的消迹作用，其结果就不能均匀、准确地对整个圆盘表面的记录信息进行消迹。

本项发明想解决上述问题，并以此为目的，提出光学信息记录装置。此装置能够均匀、准确地在整个圆盘表面上完成写/读/消迹程序。

为了实现上述目的，本项发明的特点是：许多光束聚焦成许多用于信息的写、读、消迹程序的光点。在圆盘径向方向上，至少有一个光点的位置受到测定。而根据测定的结果，这个光点中心位置受到控制，使其沿着轨迹而发生变化。例如：在使用声-光（A/O）调制器来控制光点的位置的地方，那么声-光（A/O）调制器中使用的超声波的频率分量是根据测定光点位置的结果来进行控制的，由此来变化许多光线的反射方向，从而控制至少是一束光线的中心位置。

本项发明详细介绍如下：且伴有图解说明。

图1是根据本发明第一个实施例的光学信息记录装置的方块图。

图2a、2b是改进型的第一实施例的说明图。

图3是根据本项发明第二个实施例的装置方块图。

图4是说明声-光（A/O）驱动器结构的方块图。

图5是根据本发明第三个实施例装置的方块图。

图6是写/读光点WS和消迹光点ES之间不同的位置关系的图解说明。

图7是声-光（A/O）调制器的驱动电路的方块图。

图8是控制消迹光点的控制器方块图。

图1说明本项发明的第一个实施例，使用具有不同波长的两个半导体激光的光点。形成写/读光点的第一个半导体激光器1激发-束光线，用一个匹配透镜2，使其形成一束平行的光线。这束平行的光线通过一个波长分离滤光镜3，一个三棱镜4，和一个角镜5，用聚焦透镜6，使其聚焦在圆盘7表面上形成一个小光点。为了更清晰地说明问题，角镜5、聚焦透镜6和圆盘7是相对图纸旋转90°后，进行图解说明的。图1中说明的光学系统是把半个三棱镜作为（一个）三棱镜4的。第二个半导体激光器8的波长，无论是作为输出能力小的激光用于再现（即错误校正），还是作为输出能力大的激光用于消迹（即写/读/消迹），都不同于第一个半导体激光器1的波长，从第二个半导体激光器8激发出的一束光线通过匹配透镜9和电流镜10，在波长分离滤光镜3上反射出来。反射的光线沿着几乎与第一个半导体激光器反射的光线一样的光道通过，并经聚焦后在圆盘上形成读出光点，或者是形成消迹光点，无论是读出光点还是消迹光点都是在同一轨迹上与写/读光点紧靠在一块的。在圆盘上，两个光点之间的距离d，由公式d＝fθ求出。其中，f表示聚焦长度;θ表示第一与第二个半导体激光器的两条光道之间的夹角。例如，当f＝4.5μm;d＝20μm，则求出θ＝4.4mard。说明通过第二个半导体激光器8的光道，第二个半导体激光器发出的光线可以照射到聚光透镜6上。第二个半导体激光器8的光道与第一个半导体激光器1的光道的倾斜角度为θ＝4.4mrad。θ值则由电流镜10的旋转角度求出。因此，在上例中，φ＝2.2mrad。当考虑圆盘表面上的写、读、消迹信息时，对应于两个光点之间的几何距离d＝20μm，时间间隔t，是随着圆盘的转数N和位置D（系指直径）的不同而变化的，这样就具有它的实际意义了。准确地说，由于通过关系式t＝d/（π·D·N），t与d，D和N有关，在圆盘上不同位置的D（以下简称为圆盘位置D）处t也不同，诸如轨迹地址的ID信息和记录数据以等距时间写（记录）在圆盘上。因此，当读或者消迹过程以几何距离d固定下完成时，错误校正程序中使用的读信号的同步，由于t在圆盘不同位置D上的变化而受到干扰。这样一来，就造成错误校正作用失效。更甚者，在消迹程序中，由于消迹过程的改变，结果消迹部分的位置就会移动，根据本实施例，为保持两个光点之间的时间距离不变，电流镜10通过一线性标度尺旋转，线性标度尺可测定表示轨迹上光点位置或光学头位置轨迹地址，由圆盘7上写/读光点激发出的光反射的通量，通过聚焦透镜6、角镜5，在三棱镜4处分出来（分支），到光检测器11，反射光通量在光检测器中转变为电信号，并在一个信号处理电路12中，被处理以提供伺服信号和信息信号。由信号处理电路12解调的轨迹地址，在D/A转换器13中，转变成模拟信号。驱动装置14则使用这种模拟信号，完成电流镜10的驱动模拟，以保证两个光点之间的时间间隔不变。当使用线性刻度尺15时，表示光学头位置的模拟信号，同样地由测定器50来测定，并送到驱动装置14上，用以驱动电流镜10。无论是图2a中所示的压电装置，还是图2b中所示的摆动臂，都可以代替电流镜10。

图2a中，压电装置17装在第二个半导体激光器8上，圆盘位置的信号，诸如轨迹信息或者线性刻度尺（linear seal），用来直接移动半导体激光器8，沿着轨迹的方向只移动一点点距离。利用压电装置17，和一个固定的镜子，来代替电流镜10，那么半导体激光器8被移动的距离d′，可由公式d′＝（f′/f）d求出。因为θ＝d′/f′＝d/f，其中f′代表匹配透镜9的聚焦长度。压电装置就是这样控制着，以保持这种关系。图2b中，第二个半导体激光器8和匹配透镜9，装在摆动臂18上。摆动臂18在波长分离滤光器的轴心处摆动。摆动臂18的旋转角度φ′被控制，使φ′＝θ是固定的。摆动臂18含有一个电磁线圈19，和一个永磁铁20。控制信号电流通过电磁圈19，而获得需要的旋转角度。

参考图3，介绍本项发明的第二个实施例。在这个实施例中，两个光点由单一激光光源，通过一个声-光（A/O）调制器而形成，以此来代替第一个实施例中的两个激光光源、一束从半导体激光器的激光光源1发出的光线，通过匹配透镜2、声-光（A/O）调制器23、三棱镜4、角镜5，被聚焦透镜6在圆盘7表面上聚焦。和图1相似，角镜、聚焦透镜等等是相对于图纸旋转90°后来进行图解说明的。声-光（A/O）调制器23由诸如TeO₂或者是PbMoO₄的声-光材料组成。与驱动信号相当波长的超声波是通过这些声光材料扩散的。并且它对超声波响应，而使一束入射光线偏斜，并且对其进行调制。在声-光（A/O）调制器23中，由于偏斜角与应用的频率成正比，所以当驱动信号同时具有许多频率时，那么声-光（A/O）调制器就可产生多个衍射光线。在两个光点同时形成的错误校正程序中，需要两个频率。消迹头需要一个写/读光点，和用于形成消迹椭圆光点的n光线。这样，所需频率就等于n+1。图4所示的是声-光（A/O）驱动装置28的结构图。写/读光点必须与消迹光点距离不一样。因此，它要能沿轨迹在需要的方向上移动。为达此目的，从代表光点位置的轨迹地址信息D/A转换器中的模拟信号，或者是用线性刻度尺确定的模拟信号，被加到频率调制（FM）电路101中，从而得到所希望的振荡频率。另一方面，把有几个振荡频率f₁至f_n的振荡电路102的输出迭加在一起就可以形成消迹光点。频率调制电路101和振荡电路102的输出都加到一个门电路103上，门电路103对许多频率分量的任何输出量都可以进行开、关控制，来选择与这束光线的偏转角相对应的唯一的频率分量。在后面将要介绍的第三个实施例中，振荡电路102的每个频率分量的开、关控制，都可选择使用，以此来控制消迹光束的长度。分别从门电路103中发出的信号，在一个迭加电路104中进行合成。RF放大器105将合成的信号放大，此信号有许多频率分量。信号放大后，再加到转换器106中，转换器是和声-光（A/O）调制器23联在一块的。按照图4中的电路装置，圆盘上可以形成写/读的一个光点，和含有几个光点的消迹光点。当然，也有可能形成一个消迹光点和另一个单一的写出光点。对声-光（A/O）驱动器28的详细介绍可参阅美国专利申请号639004。如上所述，这个单一的光点，与n光点之间的距离，是随着频率调制电路101中的振荡频率的不同而变化的。

从圆盘7反射的光线通过聚焦透镜6和角镜5，在三棱镜4处，分支到光检测器11。光检测器11将这束光线转换成电信号。信号处理电路12测定伺服信号，以及信息信号。D/A转换器把信息信号的轨迹信息变成模拟信号，并顺序再加到频率调制电路101中，使其以与圆盘位置相应的频率振荡。频率调到电路101包括在声-光（A/O）驱动器28中。加到频率调制电路101中的有可能是线性刻度尺上的模拟电信号，而不是轨迹信息。在错误校正中，使用两束光线就足够了，并且，使用频率调制电路101，和一个振荡器（例如f₁），也可得到同样的效果。

在第二个实施例中，变化圆盘内外圆周上的光点距离，可以保持时间间隔恒定，但是，代表圆盘位置的轨迹信息和线性刻度尺信号，都可以附带用作门电路103的控制信号的大小。这样就可控制圆盘内外圆周上的写、消迹功率。从而保证了写/读/消迹操作程序的稳定性。

按照第一个实施例，及其改正和本项发明的第二实施例，光学信息记录装置就能实现，这里，当通过使用双光点而使用错误校正和消迹功能时，代表圆盘位置的轨迹信息和感测光学头位置的线性刻度尺被用于使两个光点之间的时间间隔恒定，因而避免数据发生错误，以及由于时间干扰而产生的消迹位置的移动。此外，用代表圆盘位置的一个信息就可以控制圆盘内外圆周上的写、消迹功率。从而保证整个圆盘表面上的数据的错误校正和数据的消迹的均匀性和准确性。

现在参阅图5，讨论本项发明的第三个实施例。根据这个实施例，在一个光学圆盘上，一种材料受到一束激光光束的照射，而形成晶状或者是形成非晶状，以此来完成信息的写/消迹程序。消迹光点的长度是根据圆盘的位置而受到控制的。在本实施例中，用作激光光源的是一个半导体激光器。

一个匹配透镜2将激光光源1激发的一束光形成平行光道，然后使其进入一个A/O调制器23。在A/O调制器光接收范围受限制的地方，附加第一光束成形器31（一个三棱镜，或是一组圆柱透镜）来限制从镜轴方向上的半导体激光器上激发的一束椭圆光束。第二光束成形器32（一个三棱镜，或一组圆柱透镜）将从A/O调制器23发出的光束形成一束环形光，并通过一个偏振三棱镜4、一个λ/4平板33和聚焦透镜6使其能在圆盘7的表面上聚焦。A/O调制器23由诸如TeO₂或者PbMoO₄的声光材料制成。通过这些声光材料，可以产生一与驱动信号相应波长的超声波。A/O调制器对该超声波响应，对入射光束进行偏转和调制。在A/O调制器23中，由于折射角与所加的频率成正比，所以当驱动信号同时有许多频率时，A/O调制器就会产生许多衍射光束。同样，单一频率驱动产生的单一衍射光束可形成写/读环形光点，那么由许多密集的频率驱动所产生的为合成密集的衍射光束，图6所示的是写/读光点WS和消迹光点ES之间的位置关系。在图6中，1-3部分说明各光点WS和消迹光点ES的位置接近，而4-5部分，则说明各光点WS和ES的位置分离。适当选择所用的许多频率，可以具体解决各式各样型式的光点位置。对消迹程序来说，半导体激光器或者由一脉冲信号驱动，或者是由一个直流DC信号驱动。脉冲信号由消迹用的脉冲组成，相对来讲，它具有宽脉冲的性质，并且上面重迭一个直流DC信号，提供与读程序相同的输出电平。在前者的驱动中，当消迹脉冲有害地影响轨迹错误测定信号和聚焦错误测定信号以导至在轨迹和聚焦错误测定信号中产生错误时，轨迹和聚焦错误信号值在消迹光点不出现时，必须予以取样保持，在消迹光点出现的情况下，这些信号的测定必须受到抑制。在后者的驱动中，各个光点WS和ES，如图6中4-5部分所示，彼此相互是分离的，双方不互影响，因此上述的取样保持就不必要了。

当通过n环形光点形成一个椭圆光点时，形成椭圆光点的长度为ι，ι可由公式求出：

ι＝（n-1）x+d＝｛（n-1）K+1｝d其中d表示环形光点的直径，x表示两个相邻环形光点圆心之间的距离。K等于x/d的比值（K＝〈`-;x;d`〉）。另一方面，长度为ι的消迹光点照射到以匀速n旋转的圆盘上的直径D的位置时，消迹光束照射的时间周期t用公式t＝ι/（πDN）表示。因此，若长度ι固定，时间t则随着圆盘内圆周上直径D的减少而增加。这样，为了在圆盘内外圆周上获得相同的消迹效果，要变化形成消迹光点的环形光点的数目n，以增加或着减少形成消迹光点驱动频率数目的方式，来达到改变消迹光点长度ι。结果，在由直径D所限定的既定位置内，消迹光束照射的时间周期t就尽可能地被固定。

图7是对图5中所示的A/O驱动器28的详细说明图。A/O驱动器28包括一个振荡电路102，电路102含有一个用于写/读光束频率的振荡器和n个用于消迹光束频率f₁-f_n的振荡器;一个控制器100，用来控制消迹光点的长度;一个门电路103，开、关装置，控制振荡电路101的输出量，即此电路101的振荡幅度，一个迭加电路104，用以迭加（n+1）输出信号的;和一个RF放大器105，用来放大已合成的信号。合成的信号加到与A/O调制器连在一块的转换器106上，这样就形成了以单一光束为基础的写/读环形光点以及n束光为基础的消迹椭圆形光点。

从圆盘7反射的光通量，通过聚光透镜6和λ/4平板33。随之，光通量在偏振三棱镜处朝光检测器11偏斜，并照射到光检测器11上。于是光检测器11将这个光通量转变电信号。信号处理电路12测定一个信息信号和一个伺服信号。将信息信号的轨迹信息加到控制器100上，来接通与圆盘的一个位置相应的一组振荡器。

如图8所示，用于消迹光点的控制器包括n个比较器41（l）-41（n）;和与每个比较器联在一起的初始电平电路42（l）-42（n）。例如，把作为轨迹地址的16位的一个数字信号输送到每个比较器中，预先已置有一16位初始电平的比较器将初始电平和输入轨迹地址进行比较。当输送到比较器的两个输入量满足以下条件时，即初始电平C≤轨迹地址T，C＜T、C＞T或者C≥T，比较器可产生一个能接通一个或者数个相应的振荡器的信号，同样的道理，适当地选用初始电平，相应于输入轨迹地址则可选用一组所需要频率f₁-f_n的振荡器。被说明的电路包括一个组合逻辑电路，可以为每一个相对应的输入量提供输出量。换句话说，这样的电路可利用一个个现有的可编程序只读存储器来实现。在使用光学头线性刻度尺的地方，这个线性刻度尺上的电信号通过A/D转换器22，将其传换成16位数字信号，再将这个16位数字信号作为与轨迹地址相应信号，加到控制器100上，亦可获得同样的效果。

现在，我们再考虑一下这样一个问题。一个圆盘的可记录范围，为一个直径是200mm的最外圆周和一个直径为100mm的最内圆周所限定的最大范围。这样的一个圆盘，以每分钟转数为1200的速度旋转。假定记录薄膜的性能需要消迹光束照射的时间周期为1微秒，那么，内、外最大圆周上的消迹光点长度必须分别为12.6μm和6.28μm。假如使用一个光点直径为1.66μm的激光束，假设K＝1/2，那么，上述光点的长度，可由圆盘最大外圆上的14个光点和圆盘最大内圆上的7个光点来实现。这样，从7个光点一直到14个光点，光点长度共分8级。当8级的光点长度一块儿由轨迹信息控制而出现时，那么上面例举的圆盘轨迹的总数目为31250，其轨迹节距为1.6μm。圆盘位置、轨迹地址、以及光点的数目相互之间的关系，如表1所示。这里，控制器所使用的初始电平是表2中所列的。假如这样设置的比较器是为了当轨迹信号超过初始电平时，产生接通振荡器的信号，对（12000）₁₀的一个轨迹来说，必须接通频率为f₁-f₁₀的十个振荡器。

表1.圆盘位置、轨迹地址和光点数目之间的关系

图盘位置 轨迹地址 光点数目

（mmφ）

100～112.5 0～3906 7

112.5～125 3907～7813 8

125～137.5 7814～11719 9

137.5～150 11720～15625 10

150～162.5 15626～19531 11

162.5～175 19532～23438 12

175～187.5 23439～27344 13

187.5～200 27345～31249 14

表2.控制器使用的初始电平

频率 十进制 16进制 二进制（16位）

f₁ 0 0000 0000000000000000

f₂ 0 0000 0000000000000000

f₃ 0 0000 0000000000000000

f₄ 0 0000 0000000000000000

f₅ 0 0000 0000000000000000

f₆ 0 0000 0000000000000000

f₇ 0 0000 0000000000000000

f₈ 3907 OF43 0000111101000011

f₉ 7814 IE86 0001111010000110

f₁₀ 11720 2DC8 0010110111001000

f₁₁ 15626 3DOA 0011110100001010

f₁₂ 19532 4C4C 0100110001001100

f₁₃ 23439 568F 0101011010001111

f₁₄ 27345 6ADI 0110101011010001

Claims (16)

1、一个光学信息记录装置，包括一个产生一组光束的装置;一个将该光束在事先确定的圆盘的轨迹上并聚焦形成一组沿着轨迹的不同位置的光点的装置，其特征是：

一个沿轨迹的方向上，将许多光点中的至少一个光点的中心位置变化的装置，

一个在圆盘径向方向上，检测许多光点中至少一个光点的位置的装置;

一个根据来自位置检测装置的输出信号，控制光点位置变化装置，使两光点之间保持时间间隔相同的控制装置。

2、根据权利要求1的一个光学信息记录装置，其特征是：多光束产生装置包括多个激光光源。

3、根据权利要求2的一个光学信息记录装置，其特征是：变化多光点的位置的装置包括一个电流镜，电流镜位于多光束中的至少一束光的通道上，根据位置测定装置的输出量，来驱动电流镜，实现控制多光点之间的距离。

4、根据权利要求2的光学信息记录装置，其特征是：变化多光点的位置的装置包括附在多个激光光源中的至少一个光源上的压电装置，根据位置检测装置的输出量，来控制加到压电装置上的电场，以达到控制多光点之间的距离的目的。

5、根据权利要求2的一个光学信息记录装置，其特征是：变化多光点位置的装置包括有一摆动臂，摆动臂承载多激光光源中的至少一个，通过摆动臂上的一个电磁线圈的电流是随着位置检测装置输出量而变化，从而实现控制许多光点之间距离的目的。

6、根据权利要求1的一个光学信息记录装置，其特征是：位置检测装置包括一个光检测器。光检测器接收圆盘表面反射的一束光，并将其转换成一个电信号，这个电信号可提供轨迹地址信息。

7、一个根据权利要求1的光学信息记录装置，其特征是：位置检测装置包含一线性刻度尺，线性刻度尺测定光学信息记录装置在圆盘上的位置。

8、一个根据权利要求1的光学信息记录装置，其特征是：多光束产生装置包括一个声-光调制器，声-光调制器中使用的超声波具有多个频率，从单一激光光源激发出的单一光束通过该声-光调制器。

9、一个根据权利要求8的光学信息记录装置，其特征是：声-光调制器的作用是作为多光点位置的变化装置，声-光调制装置对控制装置输出量响应，从而达到控制许多光点之间的距离的目的，该控制装置包括单独产生许多频率信号的多个振荡器和一个对位置测定装置的输出信号产生响应并将振荡器的各个输出量迭加在一起，并进行调制的装置。

10、一个根据权利要求9的光学信息记录装置，其特征是：多个振荡器中，至少有一个振荡器包括频率调制电路，频率调制电路相应于位置检测装置的输出，产生所需要的频率信号。

11、一个根据权利要求10的光学信息记录装置，其特征是：调制系统包括一个门电路，该门电路对位置测定装置的输出产生响应，对振荡器的各个输出量，单独地进行开、关控制。

12、一种根据权利要求8的光学信息记录装置，其特征在于，所述光点中心位置控制装置包括：用于独立形成多个频率信号的振荡器组，和一装置，该装置根据所述位置检测装置的输出信号对所述振荡器的输出进行调制和相加，由此改变加到所述声-光调制器上的频率信号数，以改变所述光点的长度，由此控制所述光点的中心位置。

13、一种根据权利要求12的光学信息记录装置，其特征在于，所述调制装置包括用以将所述位置检测装置的输出信号和初始电平进行比较的比较装置，所述比较装置的输出被用于分别关断和接通所述振荡器的输出。

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