CN100538834C - 用于多层记录载体的多光斑检测器装置 - Google Patents

用于多层记录载体的多光斑检测器装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及用于多层记录载体的检测器装置、拾取设备以及驱动设备，其中为了抑制串扰效应提供主光束检测器装置和布置在主光束检测器装置相对侧的两对副光束检测器装置。举例来说，获得的两个三光斑系统可以分别用于聚焦误差信号和跟踪误差信号，其中可以对附属光斑进行控制以具有与主光束同相或者反相的所希望的条纹图案。除了减少聚焦或者跟踪误差之外，上述方案还允许减少间隔层的厚度。

Description

用于多层记录载体的多光斑检测器装置
技术领域
本发明涉及用于诸如双层光盘的多层记录载体的检测器装置、光学拾取设备以及驱动设备。
背景技术
可光学记录的记录载体或者信息载体已广为人知并且用在借助诸如激光束的辐射光束而在信息载体上记录数据的记录装置中。该辐射光束聚焦在信息载体的记录层上。在辐射光束强度或者辐射功率足够的情况下，处于焦斑位置的记录层的光学性质将发生变化，其结果是在记录层中产生标记。通过改变辐射光束的强度，可以在该记录层中形成标记的图案。所记录的图案包括要以编码形式记录的数据。这种可光学记录的信息载体的例子是CD-R(Compact Disc Recordable可记录的紧致盘)或者CD-RW(Compact Disc Rewritable可重写的紧致盘)或者DVD-R(Digital Versatile Disc Recordable可记录的数字通用盘)或者相关的DVD+R。
为了扩展可光学记录的信息载体的存储容量，已经采用包括多个叠加信息或者记录层的信息载体。这种多层信息载体的记录层可以是只读的和/或可记录的(即，一次写入)和/或可重写的类型。多层可光学记录的信息载体的每个记录层都可以通过将辐射光束聚焦在相关记录层上而分别进行刻录。记录装置使用大数值孔径(NA)。由于这种大NA，在位于辐射光束源(例如，激光源)和要刻录的记录层之间的记录层(中间层)位置处的辐射光束的直径比较大。因此，中间层位置处的激光束的强度将不足以在这些层中产生标记，但能够在要被刻录的记录层中产生标记。并且，在和辐射源之间的距离大于要被刻录的记录层和辐射源之间的距离的每个记录层的位置处，由于辐射光束的直径比较大，该辐射光束的强度不足以在这些层中产生标记。在例如双层光盘的情况下，将激光束聚焦在一层上并将到达另一层的间隔(spacer)距离选择得足够大以确保可靠地读出每个独立的层。
然而，尽管中间层不能被刻录，但是它们仍然对辐射光束有影响。一部分辐射光束将被中间层反射、漫射和吸收。其余辐射光束将由中间层透射，由透射系数确定所述其余辐射光束的数量。透射部分的量值取决于中间层的光学性质。
上述影响所引起的干扰效应是相干串扰。从焦点未对准层(一层或多层)反射的光与从焦点对准层反射的光发生干涉。这导致反射光中的条纹图案(fringe pattern)。该条纹图案的相位是光学间隔厚度和激光波长的函数，并导致在检测器处的低频而且高于伺服系统带宽的频率的振幅变化。在实际的光学记录系统中，由相干串扰引起的条纹图案在推挽(PP)辐射跟踪信号和聚焦跟踪信号中产生噪声，特别是在检测器上的光斑没有精确对准的情况下，并且在HF信号的包络(envelop)变化中，其可能导致跳动增大。
由于相干串扰而在PP辐射和聚焦跟踪信号中产生的噪声会导致致动器中的损耗增加、在写和读的过程中的聚焦误差以及在写和读的过程中的径向误差。需要注意的是，由于波长作为温度的函数而变化或者在写和读操作之间变化，径向误差的局部量值和极性可能在记录载体的一个驱动器(或者两个驱动器之间)变化。
尽管可以通过使用发射宽频谱的激光器来减少相干串扰，例如通过在读取过程中的激光器的HF调制，仍然可以看到非常清晰的相干串扰效应。此外，已经认识到，当与DVD-ROM技术进行比较时，在DVD+R技术的双层盘中更容易看到相干串扰效应。这是由DVD+R媒体上的较小调制值以及在写入系统中必须使用PP跟踪替代微分相位检测(DPD)跟踪而引起的。在读取过程中，通过切换到DPD跟踪减少了径向跟踪信号中的噪声。在PP跟踪中，减去从径向检测器的一半部分所获得的信号，而在DPD跟踪中，对角象限段成对的相加并且将最终得到的对角信号的相位进行比较。
US5,923,632公开了一种用于多层记录媒体的光学拾取设备，其包括具有主光束接收件以及第一和第二副光束接收件的3光斑检测器系统，第一和第二副光束接收件与该主光束接收件相隔给定距离而布置，并且定位在不会与多层光盘中未聚焦的信息信号存储层所反射的主光束发生干涉的位置。该光学拾取设备进一步具有衍射光栅，以将从光源发射的光束分为由主光束以及第一和第二副光束所组成的三个独立的光束。根据来自主光束接收件的检测结果来检测聚焦误差，并根据来自第一和第二副光束接收件的检测结果来检测跟踪误差。
发明内容
本发明的目的在于提供改进的检测器结构，借助于该检测器结构可以抑制相干串扰的有害影响。
该目的通过如权利要求1中所要求的检测器装置、如权利要求4中所要求的拾取设备以及如权利要求6中所要求的驱动设备来实现。
因此，提出一种检测器结构，其通过使用至少两个三光斑系统来抑制相干串扰的干扰影响，其中一个三光斑系统可以用于聚焦误差信号，另一个可以用于跟踪误差信号。除了减少聚焦和跟踪误差以外，所提出的检测器结构还可以减小多层记录载体的信息层之间的间隔层厚度。
该第二副光束检测器装置可以包括用于获得聚焦误差信号的四象限检测器元件，其中第二预定距离大于第一预定距离。因此，也可以从第二副光束检测器装置获得聚焦误差信号，从而可以消除聚焦误差信号中的相干串扰效应。
此外，第一副光束检测器装置可以包括两个一半的检测器元件以获得推挽跟踪误差信号。因此，跟踪误差检测系统可以适用于最佳的串扰抑制。
分束器装置可以包括衍射光栅。衍射光栅可以将辐射光束精确地分离成主光束和具有小的间隔要求的四个副光束中的前两个。
在驱动设备中，分束器装置可以适于产生相对于主光束成第一预定角的第一对副光束，并产生相对于主光束成第二预定角的第二对副光束。这允许分别控制跟踪系统和聚焦系统的串扰。由此，第一预定角可以选择为使第一对副光束和主光束之间的光程差基本上为零或者基本上为辐射源的辐射波长的整数倍，并且第二预定角可以选择为使第二对副光束和主光束之间的光程差基本上为辐射波长的一半或者基本上是辐射波长的一半的奇数倍。这确保在跟踪误差检测系统中，主光束上相干串扰的振幅效应与第一对副光束的振幅效应同相。此外，在聚焦误差检测系统中，主光束上的振幅效应与第二对副光束的振幅效应反相。在这两种情况下，都可以有效地抑制相干串扰。
优选地，分束器装置可以适合于按照能使第一对副光束照射在多层记录载体的目标信息层的凹槽之间的方式来产生第一对副光束，并按照能使第二对副光束照射在多层记录载体的各组目标信息层上的方式来产生第二对副光束。
此外，可以提供聚焦误差确定装置，用以通过将从主检测器装置获得的聚焦误差信号的值与从这一对第二副光束检测器装置获得的聚焦误差信号之和得到的值相加来计算聚焦误差，并且可以提供跟踪误差确定装置，用以通过将从主检测器装置获得的跟踪误差信号的值与这一对第一副光束检测器装置获得的跟踪误差信号之和而得到的值相减来计算跟踪误差。因此，通过使用主光束检测器装置和两对副光束检测器装置可以建立两个三光斑系统。
另外，可以提供计算装置，用以通过将从主检测器装置获得的输出信号的值与从这一对第二副光束检测器装置获得的输出信号之和得到的值相减来计算串扰值。因此，可以获得在输出HF信号上的相干串扰的量值测量。此外，可以提供调整装置，用以根据获得的串扰值和驱动设备的读出信号的包络进行调整。从而，可以校正或补偿输出HF信号中的包络变化。
附图说明
现在将根据优选实施方式并参考附图对本发明进行描述，在附图中：
图1示出根据优选实施方式的拾取单元的示意性方框图；
图2示出表示光程差和在双层光盘中得到的条纹(fringe)的示意图；以及
图3示出根据优选实施方式的检测器结构。
在下文中，将结合用于双层光盘的驱动设备来描述优选实施方式，如DVD(数字通用盘(Digital Verstile Disc))双层盘。
具体实施方式
图1示出用于提供对双层光盘的上部第一信息层L0和下部第二信息层L1的访问的拾取系统的示意性方框图。
根据该优选实施方式的光学拾取设备包括例如半导体激光器的光源30，其用作辐射源以用于发射光束。在光束方向上，光源30后面是准直透镜，从而使光束的光轴彼此对准。此外，提供用作分束器的衍射光栅40用以产生主光束和副光束，并随后提供偏振光分束器10，从而将双层光盘反射的光发送到接收反射光束的光电检测器20上。在偏振光分束器10和双层光盘之间提供四分之一波片50和物镜，从而将光束聚焦到上部和下部信息层L0和L1中的一个上。此外，反射光束由聚光透镜聚集并随后在偏振光分束器10和光电检测器20之间提供柱面透镜，从而使其光轴彼此对准。
特别是，由光源30发射的漫射激光束由准直透镜准直并由衍射光栅40分离成作为主光束的0级光和作为辅助或者副光束的+/-1级光。
根据优选实施方式，两对副光束以不同角度产生。这可以通过两个集成或者独立的衍射光栅来实现。分离成主和副光束的激光穿过分束器10并由光学透镜会聚，从而向着双层光盘的第一或者第二信息层L0、L1的轨道辐射。该反射激光束穿过物镜并在由偏振光分束器分离和反射后进入聚光透镜和柱面透镜，且照射到光电检测器20上，光电检测器具有几个检测器元件，这将在后面解释。
由光源30产生的光束或者激光可以在写操作期间由输入数据流DI进行调制。
图2示出代表在下部信息层L1进行读出或者写入操作期间由激光束在上部信息层L0处的反射获得的条纹图案和光程长度差的图。对于在上部信息层L0和下部信息层L1反射的光束分量分别示出光程长度S0和S1。如在上部的图中所表示的，反射光束分量的叠加导致物镜上的条纹图案。这些条纹导致在检测器20输出端的HF信号和聚焦/跟踪信号上的振幅变化或者脉动(beat)。在双层光盘的零倾斜的情况下，条纹围绕物镜的中心对称排列。相干串扰主要由图2上部图的中部的中央条纹和图2上部图的左右两侧的外部条纹来决定。该相干串扰显示出对两个信息层L0和L1之间的间隔厚度有很强的依赖性。可以看出，光学系统的大间隔厚度和大数值孔径(NA)是有益的，因为它们导致具有相对较小串扰效应的更多条纹。在倾斜光盘的情况中，条纹的数量在左部分和右部分有所不同，从而有更多条纹促成在HF和跟踪信号中的串扰。
此外，检测器20的检测器元件上的光束入射位置对跟踪和聚焦信号有很大影响。在光束入射误差的情况下，各个检测器元件的检测器图案的对称性消失，并且在HF跟踪和聚焦信号中产生振幅变化或脉动。相干串扰对跟踪系统的影响受光束入射的控制而不是受倾斜的控制。在三光斑PP跟踪系统或者微分相位跟踪系统的情况下，相干串扰的损害较小，其中在两个信息层L0和L1之间的厚的间隔层对于进一步减少相干串扰是有益的。
根据该优选实施方式，通过增加相对于检测器20上的主光束检测器元件对称设置的两个附加的副光束检测器元件可以为聚焦误差信号引入第二个三光斑系统。
图3示出根据该优选实施方式的检测器结构，该检测器结构具有检测器20和用于产生聚焦误差信号FE、推挽跟踪信号PP以及相干串扰信号CC的处理电路。任选的是，相干串扰信号CC可以用于控制拾取设备的HF输出信号的包络或者振幅。
由于使用了两个附加的副光束检测器，因此必须在分束器40处产生两个副光束对(即，四个副光束)，这可以通过至少一个衍射光栅来实现。因此，获得了五光斑系统。举例来说，可以根据各个衍射光栅的第一级或者第二级光来产生这对附加的副光束。由这两对副光束产生的附属(satellite)光斑相对于主光斑的光程差可以通过为附属光斑选择适当的角度进行控制。按照这种方式，附属光斑可以具有所希望的条纹图案，其可以与主光束的条纹图案或者是同相或者是反相。
在由主光斑和两个内部附属光斑所获得的三光斑PP跟踪系统中，附属光斑置于下部信息层L1的表面上的凹槽之间，并且该附属光斑的推挽信号PPa和PPb与主光束的推挽信号PPc是反相的。在这种情况下，可以通过从中心光斑的推挽信号PPc中减去附属光斑的推挽信号PPa与PPb的和来得到最终的跟踪误差信号PP，这可以表示为下式：
PP＝PPc-γ(PPa+PPb)             (1)
其中γ表示特定的校正参数，该系数可以根据实验结果而获得。为了有效地消除相干串扰，主光束上的相干串扰的振幅效应应当与附属光束上的振幅效应同相。因此，附属光束的光程差优选应当是0或者是λ，其中λ表示激光束的波长。当然，也可以使用波长λ的任何整数倍。然而，0相位差通常是最实用的选择。这意味着在实际中，附属光斑应当优选地接近主光斑的位置而设置。
为了消除对聚焦通道或者聚焦系统的作用，提出附加的三光斑聚焦系统。根据图3，检测器20的结构包括四个附属或者副光束检测器20-2a、20-2b、20-3a和20-3b以及中央或者主光束检测器20-1。两个内部副光束检测器20-2a和20-2b分别用于产生推挽信号PPa和PPb，而两个外部副光束检测器20-3a和20-3b分别用于产生聚焦误差信号FEa和FEb。
与主光束检测器20-1相似，聚焦副光束检测器20-3a和20-3b包括四象限或者象限检测器元件A、B、C和D，根据这些元件的检测输出产生聚焦误差信号FEa和FEb。跟踪副光束检测器20-2a和20-2b适合于产生两个一半的检测器元件A和B的信号，尽管它们也可以包括象限检测器元件，将两个象限检测器元件相结合以获得一半的检测器元件。可选择的是，它们实际上可以仅包括两个一半的检测器元件。
如图3中所示，光束入射位置(由检测器元件20-1、20-2a、20-2b、20-3a和20-3b上的环形光斑显示)不是处于中心，从而由于光束入射误差而破坏了检测器输出信号的对称性。然而，通过提出的五光斑系统显著地减少了最后得到的相干串扰效果。
聚焦系统的四象限检测器元件的输出信号可以根据下列方程获得：
FE＝(A+C)-(B+D)                 (2)
其中A、B、C和D代表由四象限检测器元件产生的检测输出。聚焦误差信号FE表示辐射到双层光盘的内部信息层L1的表面上的光的散焦程度。
由三光斑聚焦误差系统获得的总的聚焦误差信号现在可以根据下列方程获得：
FE＝FEc+γ(FEa+FEb)              (3)
当主光束的振幅效应与副光束的振幅效应反相时，相干串扰被消除。因此，副光束的光程差优选应当为λ/2或者其奇数倍。在副光束的附属光斑置于凹槽上的情况下，当间隔层是55μm而折射率m＝1.5且波长λ为655nm时，盘上从附属光斑到主光斑的光程差应当是163μm。当附属光斑定位在凹槽之间时，出于适当选择副光束的角度的原因而应当考虑λ/8的典型单光路光程差。
在跟踪通道中消除相干串扰的要求可以表示如下：
Figure C200580043829D00101
其中s表示上部和下部信息层L0和L1之间的间隔层的厚度，n表示折射率，
Figure C200580043829D00111
表示当附属光斑定位在凹槽之间时要考虑的光程差，α表示副光束相对于主光束的角度。
类似地，在聚焦误差系统和HF系统中消除相干串扰的要求可以表示如下：
关于上述消除串扰的条件，应该注意不一定必须精确满足为主光束和各对副光束之间的光程差而提出的上述依赖于波长的值。尽管实际上，在提出的优选值附近将产生变动，仍可以在很大程度上抑制串扰。因此，如果能基本上满足这些条件就足够了。
由于具有该附加的三光斑聚焦检测器结构，HF信号上的相干串扰CC的量值也可以根据如下表达式来获得：
CC＝CAc-γ(CAa+CAb)                 (6)
其中CAa和CAb分别表示外部副光束检测器20-3a和20-3b各自的HF输出信号的值，而CAc表示主检测器20-1的HF输出信号。这些HF信号作为象限检测器元件的直接输出信号获得而不经过任何中间处理，例如，如方程(2)所示。该相干串扰信号CC可以任选地用于修正由于相干串扰所引起的HF信号的包络变化。对于该相干串扰信号CC，如同在主光束的情况中的那样，下部信息层L1的凹槽内的那一对外部副光束的附属光斑的位置是优选的。
由方程(1)、(3)和(6)表达的处理可以通过由相应软件程序控制的各个处理或者计算元件来获得，或者根据数字信号处理电路来获得。图3中，这些系统或电路由方框22、24、26来表示，其适合于执行在方程(1)、(3)和(6)中所表达的处理。当然，这三个处理方框22、24、26可以作为单个处理器或者计算元件或者单个信号处理器来实现。产生相干串扰信号CC的处理元件26的输出信号可以用于控制振幅变化电路28，其可以是具有自动增益控制(AGC)函数的放大器，从而修正或者补偿拾取设备的HF输出信号上的包络变化，并产生修正的HF输出信号HFcorr。
总之，已经描述了用于多层记录载体的盘驱动设备的拾取设备的检测器结构，其中为了抑制串扰效应而提供主光束检测器装置和布置在主光束检测器装置相对侧的两对副光束检测器装置。举例来说，获得的两个三光斑系统可以用于聚焦误差信号和跟踪误差信号，其中可以对附属光斑进行控制以具有与主光束同相或反相的所希望的条纹图案。除了减少聚焦和跟踪误差之外，上述测量还能够减少间隔层的厚度。
应该注意，根据优选实施方式的驱动设备、拾取设备和检测器结构对任何类型的光盘都适用，从而防止串扰效应。此外，分束器40可以由任何类型的分束元件来实现，借助于该分束器可以按照上述预定角来产生中央主光束和附加的副光束。举例来说，任何类型的衍射、折射或者镜像效应都可以用在分束元件中。此外，检测器20上的检测器元件可以具有其它排列以检测补偿串扰效应所需要的副光束和主光束。还应该注意，可以提供附加的副光束检测器元件以增强在优选实施方式中描述的效果。
还应该注意的是，上面提及的实施方式是说明性的而不是限制本发明，并且本领域普通技术人员在不背离由附加权利要求限定的本发明的范围的情况下能够设计出许多替换实施方式。在权利要求中，置于括号中的任何附图标记不应当解释为对权利要求的限制。词语“包括”或者“包含”等等并不排除在任何权利要求或者说明书整体中所列的那些元件或者步骤之外还存在的元件或步骤。元件的单数引用并不排除这种元件的复数引用，反之亦然。事实上，在彼此不同的从属权利要求中叙述的某些方案并不表示不能有效地使用这些方案的结合。

Claims (12)

1.一种用于检测由主光束和多个副光束在多层记录载体上的反射而产生的辐射图案的检测器装置，所述检测器装置包括：
主光束检测器装置(20-1)，其用于检测从所述多层记录载体反射的所述主光束；
一对第一副光束检测器装置(20-2a、20-2b)，其布置在所述主光束检测器装置(20-1)的相对侧，并与所述主光束检测器装置(20-1)相隔第一预定距离，并设置为用于检测所述多个副光束的各自的第一对副光束；以及
一对第二副光束检测器装置(20-3a、20-3b)，其布置在所述主光束检测器装置(20-1)的相对侧，并与所述主光束检测器装置(20-1)相隔第二预定距离，并设置为用于检测所述多个副光束的各自的第二对副光束。
2.如权利要求1所述的检测器装置，其中所述第二副光束检测器装置每个都包括用于获得聚焦误差信号的四象限检测器元件(A、B、C、D)，并且其中所述第二预定距离大于所述第一预定距离。
3.如权利要求1或2所述的检测器装置，其中所述第一副光束检测器装置每个都包括两个一半的检测器元件(A、B)以获得推挽跟踪误差信号。
4.一种用于多层记录载体的拾取设备，包括：根据权利要求1到3中任意一个的检测器装置，用于向所述多层记录载体发射辐射光束的辐射源(30)，以及用于将所述辐射源(30)发射的辐射光束分成所述主光束和所述多个副光束并将所述主光束和所述副光束辐射到所述多层记录载体的分束装置(40)。
5.如权利要求4所述的设备，其中所述分束装置(40)包括衍射光栅。
6.一种用于提供对多层记录载体的访问的驱动设备，所述驱动设备包括如权利要求4或5所述的拾取设备。
7.如权利要求6所述的设备，其中所述分束装置(40)适合于产生与所述主光束成第一预定角度的第一对副光束，并产生与所述主光束成第二预定角度的第二对副光束。
8.如权利要求7所述的设备，其中将所述第一预定角度选择成使所述第一对副光束与所述主光束之间的光程差为零或者为所述辐射源(30)的辐射波长的整数倍，并且其中将所述第二预定角度选择成使所述第二对副光束与所述主光束之间的光程差为所述辐射波长的一半或者为所述辐射波长的一半的奇数倍。
9.如权利要求8所述的设备，其中所述分束装置(40)适合于按照使所述第一对副光束照射到所述多层记录载体的下部信息层(L1)的凹槽之间的方式来产生所述第一对副光束，并且按照使所述第二对副光束照射到所述多层记录载体的下部信息层(L1)的各个凹槽上的方式来产生所述第二对副光束。
10.如权利要求4至9中任意一个所述的设备，进一步包括聚焦误差确定装置(22)和跟踪误差确定装置(24)，所述聚焦误差确定装置用于通过将从所述主检测器装置(20-1)获得的聚焦误差信号(FEc)的值与从所述第二对副光束检测器装置(20-3a、20-3b)获得的聚焦误差信号(FEa，FEb)之和得到的值相加来计算聚焦误差(FE)，所述跟踪误差确定装置用于通过从所述主检测器装置(20-1)获得的跟踪误差信号(PPc)的值中减去从所述第一对副光束检测器装置(20-2a、20-2b)获得的跟踪误差信号(PPa、PPb)之和得到的值来计算跟踪误差(PP)。
11.如权利要求4至9中任意一个所述的设备，进一步包括计算装置(26)，其用于通过从所述主检测器装置(20-1)获得的输出信号的值中减去从所述第二对副光束检测器装置(20-3a、20-3b)获得的输出信号之和得到的值来计算串扰值(CC)。
12.如权利要求10所述的设备，进一步包括调整装置(28)，其用于根据所述串扰值(CC)对所述驱动设备的读出信号的包络进行调整。
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