CN101055735A - 光接收半导体器件和光学拾取设备 - Google Patents
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Abstract
根据本发明的实施例，一种在用于对光盘进行驱动的光盘设备中所使用的光接收半导体器件包括：光学拾取设备，该光学拾取设备用于对照射到光盘上的光信号进行检测且将所检测的光信号转换成电信号以输出该电信号；以及光量检测电路，该光量检测电路用于对光学拾取设备所发射出的电信号进行放大，该光学拾取设备包括接收灵敏度不同的多个光接收元件并且该光量检测电路包括相同放大特性的至少一个放大器或者两个或更多放大器。
Description
技术领域
本发明涉及一种光接收半导体器件、光学拾取设备、以及光盘设备。尤其是，本发明涉及一种具有不同接收灵敏度的光接收半导体器件。
背景技术
迄今为止，CD-ROM(压缩盘片只读存储器)等等已用作为光盘之典型的记录介质。近年来，随着电子数据的记录容量的增大，已开发了各种记录介质。例如，已使用具有很大记录容量的DVD-ROM(数字多用途盘片只读存储器)以代替现有CD-ROM。已开发了用于读取记录在这种光盘上的数据的光学拾取器。
在CD/DVD(高密度盘片/数字多用途盘片)等等中所使用的光学拾取器中，使盘形激光器光照射以写入/读取信息。就写入/读取处理而言，在写入数据期间激光功率很大并且在读取数据期间激光功率很小。因此，接收用于写入/读取数据的激光的光接收元件以高精度对强光和弱光这两者进行检测。同时，随着记录速度的增大，光接收元件需要高速响应。
公开号为No.2001-209959的日本未审专利申请公开了光学拾取器电路的示例。在该光学拾取器电路中，将来自一个光接收元件的光电流提供给可对放大因数进行切换的放大器。在对强光进行检测时该放大器将其放大因数切换为小放大因数并且在对弱光进行检测时将其放大因数切换为大放大因数。
当接收强光时上述光学拾取器电路将增益切换为低增益并且当接收弱光时切换为高增益以从而对信号进行检测而不会使S/N比率降低。
如图8所示，在对放大器的放大因数进行切换的情况下，用于对信号进行放大的运算放大器的放大因数与频带成反比，这会导致这样的问题，即当使大放大因数增大以对弱光的信号进行检测时高频响应特性会降低。
此外，公开号为No.2000-258244的日本未审专利申请公开了用于对弱电流进行检测的车内光学传感器。在该光学传感器中，使光接收元件的光接收面分割，并且根据每个光接收区域的接收光量来对汽车空调器进行控制。
传统光学拾取器电路按照这种方式在读/写数据期间对强光和弱光进行检测并且因此存在很难实现相对于入射光强度而言的高检测精度以及高速响应特性这样的问题。
发明内容
根据本发明的一方面，在用于对光盘进行驱动的光盘设备中所使用的光接收半导体器件包括：光接收单元，该光接收单元包括接收灵敏度不同的多个光接收元件，检测照射到光盘上的光信号，且将检测到的光信号转换成电信号，以输出该电信号；以及放大单元，该放大单元包括至少一个放大器或具有相同放大特性的两个或更多放大器，且放大从光接收单元输出的电信号。
根据本发明的另一方面，光学拾取设备包括：发光单元，该发光单元使光照射到光盘上；以及上述光接收半导体器件。
根据本发明的优选实施例，可提供可获得相对于入射光强度而言的高检测精度以及高速响应特性的光接收半导体器件、光学拾取设备、以及光盘设备。
附图说明
结合附图从以下描述中可更显而易见地得知本发明的上述及其他目的、优点、以及特征，在附图中：
图1给出了根据本发明的光盘设备的结构示例的示意图；
图2给出了根据本发明第一实施例的光学拾取设备和光量检测电路的结构的特定示例的示意图；
图3给出了根据本发明第一实施例的光学拾取设备的光接收元件的结构示例的示意图；
图4A和4B给出了根据本发明第一实施例的光学拾取设备和光量检测电路的电路结构示例的示意图；
图5给出了根据本发明第二实施例的光学拾取设备和光量检测电路的结构的示意性示例的示意图；
图6给出了根据本发明第二实施例的光学拾取设备和光量检测电路的电路结构示例的示意图；
图7A和7B给出了根据本发明第二实施例的光学拾取设备的光接收元件的结构示例的示意图；以及
图8给出了传统光学拾取器电路的放大器的频率与增益之间的关系图。
具体实施方式
现在在这里参考说明性实施例对本发明进行描述。对于本领域普通技术人员来说使用本发明的教导可实现许多替换实施例并且本发明并不局限于为了说明性目的而说明的实施例。
根据本发明的半导体器件是优选在CD/DVD播放器、ROM、记录介质等等中使用的、以及用于光盘设备的光接收半导体器件。
在下文中，参考附图对本发明的实施例进行描述。
第一实施例
首先参考图1，对根据本发明优选实施例的光盘设备的总体结构进行描述。图1给出了优选实施例的光盘设备的主要部件。
如图1所示，优选实施例的光盘设备1包括光学拾取设备10、光学输出控制电路11、光量检测电路12、以及控制电路13。
光学拾取设备10包括发光元件、光学元件、以及光接收元件。发光元件由激光二极管、发光二极管等等组成，并且起到用于发射激光的发光单元的作用。光学元件由凸透镜半反射镜(未显示)等等组成，并且具有将发光单元所发射出的激光导向光盘2的记录面的作用。光接收元件起到用于接收来自光盘2的反射光的光接收单元的作用。
光学输出控制电路11对发光单元所发射出的光量进行控制。在从光盘2读取数据期间，光学输出控制电路11根据入射在光接收元件上的反射光量来执行控制以便发光元件所发射出的光量变为恒定的。此外，在将数据写入到光盘2期间，光学输出控制电路11对发光元件中的发光量进行控制。
光量检测电路12是由A/D转换器电路等等组成的，并且对发光元件所发射出的光量进行检测。在接收来自光盘2的反射光时，光量检测电路12将光接收元件所输出的模拟信号转换成数字信号，并且以与反射光量相对应的数字数据的形式，将结果得到的信号输出到控制单元13。
控制单元13是由CPU 131、存储器132、接口133等等组成的，并且对光盘设备1的操作进行控制。CPU 131执行计算或处理，以便为光盘控制读/写设备的每个块。存储器132对CPU 131的操作所需的数据进行存储。接口133接收来自主机设备3的数据/将数据发送到该主机设备3，该主机设备3用于使用光盘设备作为外存储设备。
接下来参考图2至4B，对根据本发明第一实施例的光盘设备1的详细结构进行描述。
在第一实施例的光学拾取设备10中，提供了一个光接收元件，并且其光接收面被分割成具有不同面积比的多个光接收区域。所述多个光接收区域根据面积比来输出光电流。在这种情况下，对面积比进行设置以确保光电流的均匀输出量。因此，具有均匀量的光电流被输出到在光量检测电路12中提供的同一放大器，并且该放大器以相同增益对电流进行放大。
图2的示意图给出了光学拾取设备10和光量检测电路12的结构的特定示例。图2对光学拾取设备10和光量检测电路12的主要部件进行说明。
如图2所示，光学拾取设备10的光接收元件具有大面积的光接收区域301和小面积的光接收区域302。该多个光接收区域301和多个光接收区域302是呈放射状来布置的。更具体地说，分割的光接收区域301和302沿着圆周交替排布。例如，可将大面积的接收区域301的面积设置为比小面积的光接收区域302的面积大10倍。
光量检测电路12具有开关311和312以及放大器32。开关311和312与放大器32的非反相输入端相连。开关311与分割的大面积的光接收区域301的每一个相连，并且大面积的光接收区域301的输出信号被输入到放大器32。开关312与分割的小面积的光接收区域302的每一个相连，并且小面积的光接收区域302的输出信号被输入到放大器32。开关311和312根据来自控制单元13的控制信号而导通/断开。
图3的示意图给出了光学拾取设备10和光量检测电路12的结构的特定示例。图3给出了光学拾取设备10和光量检测电路12的示意性剖面图。
如图3所示，光接收元件的光接收区域301和光量检测电路12的放大器32被形成在硅衬底41上。光接收区域301包括P型层和在P型层上形成的N型层。该硅衬底41被固定在引线框(lead frame)420的预定位置中，并与引线框420相连。利用接合线431和432使硅衬底41与引线框421和422相连。利用透明树脂441和442来对光接收区域301和放大器32进行模制。
图4A和4B给出了光学拾取设备10和光量检测电路12的电路结构的特定示例。
图4A给出了在读出数据时的结构。在读取数据期间，发光元件所发射出的光功率很小，因此入射到光接收元件上的光功率很小。在这种情况下，在根据基于读取操作所产生的控制信号的控制之下，控制单元13使开关311导通，并且使开关312断开。因此，大面积的光接收区域301被选中，并且其与放大器32的非反相输入端相连。光接收区域301根据所接收到的光量而输出光电流，该光电流被输入到放大器32。
图4B给出了在写入数据时的结构。发光元件所发射出的用于写入数据的光功率通常比读取数据的功率要大，因此入射到光接收元件上的光功率很大。在这种情况下，在根据基于写入操作所产生的控制信号的控制之下，控制单元13使开关311断开，并且使开关312导通。因此，小面积的光接收区域302被选中，并且其与放大器32的非反相输入端相连。光接收区域302根据所接收到的光量而输出光电流，使光电流被输入到放大器32。
在读取操作或写入操作期间，光几乎均匀地入射到整个光接收元件上，因此所接收到的用于读取或写入操作的光量是根据光接收区域301与302之间的面积比而确定的。因此，在读取或写入数据期间，光接收元件根据光接收区域301与302之间的面积比而输出光电流。换句话说，根据光接收区域301与302之间的面积比，能够将几乎均匀地入射到整个光接收元件上的光发散成光电流。使基于光接收区域301与302之间的面积比所分割的光输出到放大器32。
例如，可将大面积的光接收区域301的面积设置为达到小面积的光接收区域302的10倍。在这种情况下，读取数据期间的大面积的光接收区域301的输出量比写入数据期间的小面积的光接收区域302的输出量要大10倍。因此，假如发光元件所发射出的用于读取数据的光功率是用于写入数据的功率的1/10，那么发光元件在读取/写入操作期间输出相同的光量，并且该输出光可被输入到放大器32。
如上所述，在该实施例的光盘设备1中，即使所接收到的光功率在读取操作与写入操作之间不同，也可通过将光接收元件的光接收表面分割成光接收区域301和302，来输出相同量的光电流。其结果是，可使输入到用于检测信号的放大器32的信号电流量保持恒定。
因此，即使入射到光接收元件上的光级改变了，放大器32的输入信号电平也是恒定的，因此可使用输出特性的放大器32，并且可获得放大器的相同输出特性。因此，不必对放大器的放大因数比进行设置，可以通过将重心放在高速响应特性上来设计该器件，而无需受到在增益与频带之间进行折衷的限制。因此，既能够实现与更宽范围的入射光强度相关的高检测精度，也能够实现高速响应特性。
顺便说一下，该实施例对其光接收面被分割成不同面积比的多个光接收区域的一个光接收元件进行了描述。在这里，在某些情况下将多个光接收区域的每一个称为″光接收元件″。在这种情况下，假定一个光接收元件被分割成多个光接收元件。
第二实施例
在第一实施例中，一个光接收元件的光接收面被分割成多个光接收区域。本发明的第二实施例描述了如下示例，其中通过改变光接收元件的数目来获得与第一实施例相似的效果。也就是说，在第二实施例中，提供了元件数目不同的多个光接收元件组，并且该多个光接收元件组根据该元件数目来输出光电流。此时，确定每个组中的元件数目以便输出相同量的光电流。
此外，在第二实施例中，从每个光接收元件输出的光电流被输入到不同放大器。这些放大器被设置为具有相同特性，这使得能够以相同增益来放大每个光接收元件的输出信号。
下面参考图5和6给出了与第二实施例有关的示意性描述。图5给出了光学拾取设备和光量检测电路的结构的示意图。图6给出了光学拾取设备和光量检测电路的电路结构示例的示意图。
如图5所示，光学拾取设备10包括多个光接收元件。更具体地说，该多个光接收元件被划分成具有较多元件的光接收元件组303和具有较少元件的光接收元件组304。光接收元件组303和304是每个都以放射状来布置的组。更具体地说，光接收元件组303和304沿着圆周交替排布。例如，具有较多元件的光接收元件组303的数目可被设置成比具有较少元件的光接收元件组304的数目要大10倍。
光量检测电路12包括具有相同增益的放大器321和322，并且放大器321和322的非反相输入端与具有较多元件的光接收元件组303以及具有较少元件的光接收元件组304相连。光接收元件组303和304的输出信号被输入到放大器321和322。
图6的示意图给出了光学拾取设备10和光量检测电路12的电路结构的示意性示例。
如图6所示，从发光元件射出的用于读取数据的光功率很小，因此入射到光接收元件上的光功率很小。在这种情况下，控制单元13基于根据读取操作所产生的控制信号，来对具有较多元件的光接收元件组303和放大器321进行驱动。因此，具有较多元件的光接收元件组303根据所接收到的光量来输出光电流，该光电流被输入到放大器321。
通常，从发光元件射出的用于写入数据的光功率通常比用于读取数据的光功率要大，因此入射到光接收元件上的光功率很大。在这种情况下，控制单元13基于根据写入操作所产生的控制信号，来对具有较少元件的光接收元件组304和放大器322进行驱动。因此，具有较少元件的光接收元件组304根据所接收到的光量来输出光电流，该光电流被输出到放大器322。
多个光接收元件在读取或写入操作期间根据光接收元件组303和304而输出光电流。光接收元件组303和304的输出电流被输入到不同的放大器321和322，不过放大器321和322具有相同特性。
例如，具有较多元件的光接收元件组303包括多达具有较少元件的光接收元件组304的10倍的元件。此时，用于读取数据的具有较多元件的光接收元件组303的输出电流量比用于读取数据的具有较多元件的光接收元件组304的大10倍。因此，假如发光元件所发射出的用于读取数据的光功率是用于写入数据的光功率的1/10，那么发光元件可在读取/写入数据期间输出相同量的电流，并且该电流可被输入到相同具有相同特性的放大器321和322。
正如所述，即使在第二实施例中，与第一实施例相似的是，属于光接收元件组303和304的光接收元件的数目被设置得适当，以便从而输出相同的光电流量。因此，可以使用放大器32来获得相同的放大器输出特性。因此，既能够实现与更宽范围的入射光强度相关的高检测精度，也能够实现高速响应特性。
此外，在第二实施例中，光接收元件组303和304分别具有放大器321和322，因此多个放大器是必要的。与之对比，在第一实施例中，使用开关311和312来切换多个光接收区域301和302，并且输出电流被输入到单个放大器32。因此，第一实施例中的放大器数目可被减少到第二实施例中数目的1/2，这使得能够降低电路尺寸。
在第一和第二实施例中，不同的光接收区域301和302或者光接收元件组303和304被放射状布置，然而也可以其他形状来布置，而没有特定的限制。例如，如图7A中所示，可以绕着大面积光接收区域401的中心，同心地布置小面积光接收区域302。或者，如图7B所示，也可以将具有较多元件的光接收元件组411和具有较少元件的光接收元件组412布置成条纹形。顺便说一下，在第一实施例中，单个光接收元件的分割区域之间的面积比被改变，并且开关可以与单个放大器相连，以便有选择地输入光电流，但是不同面积比的多个光接收区域可以连接到放大器。顺便说一下，在第二实施例中，多个光接收元件组与放大器相连，但是多个光接收元件组可以与连接到开关的单个放大器相连，以便有选择地输入光电流。
很显然的是本发明并不局限于在不脱离本发明的范围和精神的情况下可做出修改和改变的上述实施例。
Claims (13)
1.一种在用于对光盘进行驱动的光盘设备中使用的光接收半导体器件，包括：
光接收单元，该光接收单元包括接收灵敏度不同的多个光接收元件，检测照射到光盘上的光信号，且将检测到的光信号转换成电信号，以输出该电信号；以及
放大单元，该放大单元包括至少一个放大器或具有相同放大特性的两个或更多放大器，且放大从光接收单元输出的电信号。
2.根据权利要求1的光接收半导体器件，其中放大单元具有一个放大器，并且所述一
个放大器输入从多个光接收元件所输出的电信号中所选择出来的预定强度的信号。
3.根据权利要求1的光接收半导体器件，其中该放大单元具有与多个光接收元件一样多的放大器，将该多个光接收元件的输出信号输入到每个放大器，并且从放大器的输出信号中选择出预定信号。
4.根据权利要求1的光接收半导体器件，其中多个光接收元件在光接收面积方面彼此不同。
5.根据权利要求2的光接收半导体器件，其中多个光接收元件在光接收面积方面彼此不同。
6.根据权利要求3的光接收半导体器件，其中多个光接收元件在光接收面积方面彼此不同。
7.根据权利要求4的光接收半导体器件，其中多个光接收元件的每一个是由一个或多个光电二极管组成的。
8.根据权利要求5的光接收半导体器件，其中多个光接收元件的每一个是由一个或多个光电二极管组成的。
9.根据权利要求4的光接收半导体器件，其中多个光接收元件的每一个是由一个或多个光电二极管组成的。
10.根据权利要求7的光接收半导体器件，其中这多个光接收元件是以同心、放射状、或者条纹形式来布置的。
11.根据权利要求8的光接收半导体器件，其中这多个光接收元件是以同心、放射状、或者条纹形式来布置的。
12.根据权利要求9的光接收半导体器件，其中这多个光接收元件是以同心、放射状、或者条纹形式来布置的。
13.一种光学拾取设备包括：
发光单元，其将光照射到光盘；以及
根据权利要求1的光接收半导体器件。
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