CN102314900A - 光信息再生装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种光信息再生装置，其检测容易调整两个光路的光路差、信号放大效果高、适于光学系统小型化的干涉型的光信息信号。该光信息再生装置附加分光元件(232)，该分光元件(232)将从光源所出射的光束分割为第一光束和第二光速，并进行分光以使通过物镜会聚在光信息存储介质上所反射的第一光束的信号光和未会聚在光信息记录介质上的第二光速的参照光的合成光分离为光轴附近的第一光束和周边部的第二光束，通过多个检测器单独进行检测。另外，对第一光束检测聚焦误差信号，补偿焦点偏差。

Description

光信息再生装置

技术领域

本发明涉及实现光信息再生装置的再生信号的高S/N化。

背景技术

关于光盘，在蓝色半导体激光器和使用NA0.85的高NA物镜的蓝光光盘(Blue-ray Disk)达到产品化，作为光学系统的分辨率几乎达到极限、面向更大容量上，认为今后记录层的多层化技术变得有效。近年来，市场上已经销售记录层的层间间隔为25μm的两层蓝光光盘，作为盒式收录机(recoder)的影像保存介质或个人计算机的数据保存介质使用。

在这样的多层光盘中，需要来自各记录层的检测光量几乎相同，因此随着增加记录层的数量，来自特定的记录层的反射率必须变小。因此存在来自各记录层的检测信号的S/N比降低的问题。

另外，当将激光照射到多层光盘时，同时照射多层，因此由于来自再生信息的对象层以外的记录层的反射杂散光，即层间交调失真使检测信号的S/N比降低。

但是，因为有实现光盘大容量化和视频等复制速度的高速化的必要性，因此数据传送速度也在不断高速化，这样现有技术越来越无法充分确保再生信号的S/N比。因此，为了同时推进今后的记录层的多层化和高速化，必须实现检测信号的高S/N化。

关于光盘的再生信号的高S/N化的技术，例如在专利文献1、专利文献2等中进行了阐述。两者都涉及光磁盘的再生信号的高S/N化，在将来自半导体激光器的反射光照射到光盘前进行分光，将未照射到光盘的光与来自光盘的反射光进行叠加使发生干涉，由此通过使未照射光盘的光的光量变大来达到放大微弱信号的振幅的目的。在光磁盘的信号检测中目前使用的偏振光光束分离器的透射光和反射光的差动检测中，本质上使原来的输入偏振光成分和与通过光磁盘的偏振光旋转产生的输入偏振光方向正交的偏振光成分发生干涉，通过入射偏振光放大正交偏振光成分后进行检测。因此，只要放大原来的入射偏振光成分就能放大信号，但是为了不消去或不重写数据，需要将入射到光盘的光强度抑制到某种程度以下。对此，在上述现有技术中，预先分离与信号光发生干涉的光，使其不会聚到盘上而与信号光发生干涉，能够与盘表面的光强度无关地增强为了放大信号而发生干涉的光的强度。由此，从原理上讲在光强度允许的范围内，强度越强越能够提高将来自光检测器的光电流与进行电压转换的放大器的噪声或在光检测器发生的散粒噪声等相比的S/N比。

在专利文献1中使两种光干涉并检测干涉强度。此时，使发生干涉的盘非反射光的光路长度可变，目的在于确保干涉信号振幅。在专利文献2中，除检测干涉强度外，也进行差动检测。由此消除对信号没有贡献的各光的强度成分，消除这些光具有的噪声成分，实现高S/N化。在此时的差动检测中使用无偏振光的光束分离器。

作为降低层间交调失真的技术的一个例子，在专利文献3中公开了如下方法：采用对反射光进行3分割、针对每个层(成为对象的读取层、成为对象的层的两个邻接层)在不同的焦点位置检测来自各层的反射光的方式，通过信号处理来降低交调失真。

【专利文献1】特开平5-342678号公报

【专利文献2】特开平6-223433号公报

【专利文献3】特开2001-273640号公报

发明内容

在专利文献1、2中使用的干涉仪的光学系统是马赫秦特(Mach-Zehnderinterferometer)型的光学系统，光学部件的个数多，不适合光学系统的小型化。马赫秦特型干涉仪的光学系统是最初将光分割成信号光和参照光的分割单元与用于对信号光施加作为信号的某种调制后，再次与参照光叠加使发生干涉的单元不同的干涉仪。与此相对，通过再次将信号光和参照光返回到最初分割的单元使产生干涉的是泰曼格林干涉仪或迈克尔逊干涉仪。关于在上述现有例子中使用马赫秦特光学系统的理由，在上述文献中并未进行详细阐述，但是推测是因为通过偏振光旋转产生光磁盘的信号光，因此为了调整发生干涉的光的偏振光方向，需要将能够调整旋转的λ/2板(λ：波长)配置在产生干涉的光路中，使得能够单方向透射而不是双向透射。作为其它的问题能够列举的是：特别是未阐述调整两个光路的光路差的方法，难以在实际中使用。对于该问题，在专利文献2中阐述了在盘上与记录膜分开设置用于获得使产生干涉的光的参照镜，但是这是提出新规格的盘的技术，不是使现有的盘实现高S/N化的技术。另外，在专利文献1、2中，关于多层光盘的层间交调失真没有提及。

另一方面，在专利文献3中，对反射光进行3分割，因此存在光强度降低，S/N比下降的缺点。

鉴于上述问题，本发明的目的在于提供一种光信息再生装置，其对易于调整两个光的光路差、信号放大效果高的干涉型的光信息信号进行检测。特别是提供一种对具有多个记录层的多层光盘检测S/N比高的光信息信号的光信息再生装置。

在本发明中，为了解决上述问题采用以下手段：

提供一种光信息再生装置，其将从光源出射的光束分割成第一光束和第二光束，

合成通过物镜会聚在光信息记录介质上所反射的第一光束的信号光和未会聚在光信息记录介质上的第二光束的参照光，

通过聚光透镜会聚信号光和参照光的合成光，通过多个检测器进行检测，由此取得再生信息，

另外，附加分光元件进行分光将信号光和参照光的合成光分离为光轴附近的第一光束和周边部的第二光束，通过所述多个检测器独立检测。另外，对所述第一光束检测聚焦误差信号，使用该聚焦误差信号，会聚信号光，控制照射光信息记录介质的单元，补偿焦点偏差。

当考虑从所述多个光检测器获得的多层光盘的再生信号时，相对通过聚光透镜将信号光和参照光会聚到检测器的受光元件，杂散光在检测器上散焦，因此与参照光的干涉度降低。由此，通过参照光引起的杂散光的放大率与信号光的放大率相比，层间交调失真变得非常小。多层光盘的跟踪误差信号也同样。

另一方面，当考虑从所述多个光检测器获得的聚焦误差信号时，杂散光与再生信号同样在检测器上散焦，因此与参照光的干涉度降低，但是在不进行聚焦控制状态下，因焦点偏差导致信号光与参照光的干涉度也降低。因此，能够检测聚焦误差信号的焦点偏差范围变得非常窄，焦距控制变得困难。在此，通过仅使用光轴附近的第一光束，由焦点偏差引起的信号光的散焦波阵面像差变小，因此能够抑制参照光的干涉度的下降，能够在适当的焦点偏差范围内检测且获得层间交调失真影响小的聚焦误差信号。

由此，在具有多个记录层的多层光盘中，不仅对再生信号，对聚焦误差信号也能够降低层间交调失真，结合通过与参照光的干涉获得的信号光的放大效果，能够获得S/N比高的再生信号及聚焦误差信号，并且能够提高多层光的再生信号品质。

能够通过与现有的光盘装置相等的尺寸进行制作，实现信号放大效果高、廉价的干涉型的光学信息检测方法、光拾波器以及光盘装置。特别是能够针对具有多个记录层的多层光获得高S/N比的检测信号。

附图说明

图1是表示本发明的光信息记录再生装置的结构例的概要图。

图2是表示实现本发明的光信息检测方法的光拾波器的结构例的图。

图3是表示信号光和参照光的偏振光方向以及检测光的偏振光方向的图。

图4是表示本发明的光拾波器中的检测器的概要图。

图5是表示本发明的分光元件的一个例子的概要图。

图6是表示本发明的光拾波器中的检测器的一个例子的概要图。

图7是本发明的聚焦误差信号的仿真结果。

图8是表示本发明的聚焦控制的流程的图。

图9是表示本发明的分光元件的一个例子的概要图。

图10是表示本发明的光拾波器中的检测器的一个例子的概要图。

图11是表示本发明的跟踪控制的流程的图。

图12是表示本发明的分光元件的一个例子的概要图。

图13是表示本发明的光拾波器中的检测器的一个例子的概要图。

图14是表示本发明的分光元件的一个例子的概要图。

图15是表示本发明的光拾波器中的检测器的一个例子的概要图。

图16是表示本发明的分光元件的一个例子的概要图。

图17是表示本发明的光拾波器中的检测器的一个例子的概要图。

符号说明

1光信息记录再生装置；101光拾波器；102旋转电动机；103光信息记录介质；104控制器；105信号处理电路；106伺服控制电路；107读取控制电路；108自动位置控制单元；109激光器驱动器；110光斑；201半导体激光器；202准直透镜；203第一λ/2板；204偏振光光束分离器；205信号光；206参照光；207第一λ/4板；208物镜；209光盘；210第二λ/4板；211参照光反射单元；212光束分离器；213伺服用光束分离器；214聚光透镜；215、233、234圆柱形透镜；216光检测器；218第二λ/2板；219第三λ/4板；220、221聚光透镜；222、223偏振光光束分离器；224第一光检测器；224A四分割受光区域；224B、224C、224E、224F、224G受光区域；224D、224H、224I二分割受光区域；224J三分割受光区域；225第二光检测器；226第三光检测器；227第四光检测器；228二维执行机构；229一维执行机构；231扩展透镜(expander lens)；232分光元件；232A、232G内侧区域；232B、232C、232F外侧区域；232D内侧上部区域；232E内侧下部区域；501入射光束；502边界；601、1001内侧光束+1次衍射光；602、1002内侧光束-1次衍射光；603外侧光束透射光；1003外侧光束+1次衍射光；1004外侧光束-1次衍射光；604缓冲放大器；605电阻；606差动放大器；1301内侧上光束-1次衍射光；1303内侧上光束+1次衍射光；1302内侧下光束-1次衍射光；1304内侧下光束+1次衍射光；

具体实施方式

以下参照附图对本发明的实施例进行说明。

(实施例1)

图1是表示实现本发明的光信号检测方法的光信息记录再生装置的整体结构的一个例子的图。

[光信息记录再生装置的整体结构]

光信息记录再生装置1具备光拾波器101和旋转电动机102，光信息记录介质103能够通过旋转电动机102进行旋转。

光拾波器101发挥将光照射到光信息记录介质103，记录及/或再生数字信息的作用。在将通过光拾波器101检测到的再生光进行电流电压(IV)转换后，输入到信号处理电路105。通过信号处理电路105生成再生信号或伺服信号，发送到控制器104。

控制器104根据伺服信号来控制伺服控制电路106或读取控制电路107、自动位置控制单元108。自动位置控制单元108通过旋转电动机102进行光信息记录介质103的旋转控制，读取控制电路107进行光拾波器101的位置控制，伺服控制电路106进行后述的光拾波器101的物镜或参照光反射单元的位置控制等。由此在光信息记录介质103的任意的位置定位光斑110。另外，控制器104通过再生或记录来控制激光器驱动器109，通过适当的功率(power)/波形使包含在后述的光拾波器101中的激光器发光。

[光拾波器光学系统结构]

图2是表示光信息记录再生装置1中的光拾波器101的光学系统结构的一个例子的图。本实施例的光拾波器光学系统由干涉光学系统和检测光学系统构成，该干涉光学系统将半导体激光器所出射的光导引到光盘上使产生反射，使该反射光与参照光干涉，生成干涉光，该检测光学系统分离所生成的干涉光，赋予所分离的各干涉光相位差，通过多个检测器进行检测。

<接收器整体结构>

通过准直透镜202将从装载在光拾波器101上的半导体激光器201出射的光矫正为平行光后，透过第一λ/2板203，由此使偏振光方向旋转45度。通过第一偏振光光束分离器204将偏振光的旋转后的光分离为正交的两个直线偏振光。垂直偏振光(s偏振光)的光通过第一偏振光光束分离器204进行反射，透过伺服用光束分离器213，透过第一λ/4板207，由此变换为圆偏振光，之后透过用于修正由于光盘209的基板厚度的变化而产生的球面像差的扩展透镜231，通过物镜208会聚，照射到光盘209。通过物镜208将来自光盘209的反射光205(以下称为信号光)再次返回到平行光，透过扩展透镜231、第一λ/4板207，通过伺服用光束分离器213反射一部分信号光，剩余信号光透射。通过第一λ/4板207使信号光205返回到直线偏振光，但是通过在盘面的反射，圆偏振光的旋转方向发生反转，因此直线偏振光的方向成为与原来的光正交的水平偏振光。因此，透过第一λ/4板207、伺服用光束分离器213后的信号光205透过第一偏振光光束分离器204，朝向光束分离器212。另一方面，最初透过第一偏振光光束分离器204后的水平偏振光(p偏振光)的光206(以下称为参照光)透过第二λ/4板210，转换成圆偏振光，通过参照光反射单元211进行反射，与信号光205一样，通过第二λ/4板210变换为与原来的参照光偏振光方向正交的垂直偏振光。因此这次通过第一偏振光光束分离器204进行反射，与信号光205进行合成，朝向光束分离器212的方向。此时，在偏振光方向互相正交的状态下合成信号光205和参照光206。

<对信号光专用PD216和零差(Homodyne)用PD224～227的光的分离>

伺服用光束分离器213具有100％透射垂直偏振光、反射一部分水平偏振光、透射一部分水平偏振光的性质。因此从半导体激光器201出射，通过偏振光光束分离器204反射后的垂直偏振光的光100％透过伺服用光束分离器213，照射到光盘209，通过光盘209反射、透过第一λ/4板207后的水平偏振光的信号光205通过伺服用光束分离器，一部分进行反射，一部分进行透射。

另外，伺服用光束分离器213也可以具有如下性质：100％反射垂直偏振光，反射一部分水平偏振光，透射一部分水平偏振光。此时，将第一λ/4板207、扩展透镜231、物镜208以及光盘209配置在通过伺服用光束分离器213的垂直偏振光的反射光路中。另外，将聚光透镜214、圆柱形透镜(Cylindricallens)215以及光检测器216配置在通过光盘209反射后的信号光205的伺服用光束分离器213的透射光路中。

<生成来自PD216的伺服信号>

对通过伺服用光束分离器213反射后的一部分信号光205通过聚光透镜214、圆柱形透镜215赋予像散，导引到光检测器216，根据其输出信号，通过信号处理电路105输出聚焦误差信号(FES)或跟踪误差信号(TES)。以后为了将根据光检测器216的输出信号获得的FES、TES和根据后述的光检测器224～227获得的FES、TES区别开来，表记为FES1、TES1。图4(a)表示通过伺服用光束分离器213所反射的一部分信号光205的光线图，图4(b)光检测器216的结构。如图4(a)所示那样，将光检测器216配置在通过聚光透镜214、圆柱形透镜215会聚信号光205成为最小弥散圆的位置。如图4(b)所示那样，将光检测器216分割成四个区域，当将来自各区域的输出信号设为A、B、C、D时，通过信号处理电路105输出FES1＝(A+C)-(B+D)、TES1＝(A+B)-(C+D)。另外，在本实施例中，为了表示作为聚焦误差信号检测方式使用像散法的情况，配置了圆柱形透镜215，但是也可以在聚焦误差信号检测方式中使用支棱法(Knife edge)或光斑尺寸方式(Spot size)。此时不需要圆柱形透镜215。

<生成来自PD224～227的RF信号、伺服信号>

通过偏振光光束分离器204合成的信号光205和参照光206的一部分合成光透过分光元件232、作为半透明反射镜的光束分离器212，通过第二λ/2板218使偏振光方向旋转45度，之后通过聚光透镜220会聚，透过圆柱形透镜234，通过偏振光光束分离器222分离成正交的直线偏振光，通过第一光检测器224(PD1)和第二光检测器225(PD2)进行检测。另外，圆柱形透镜234只要是产生像散的元件即可，例如能够用倾斜的平行平面板来代替。将光检测器224、225配置在通过聚光透镜220、圆柱形透镜234会聚信号光205和参照光206的合成光成为最小弥散圆的位置上。图3表示通过两个光检测器PD1、PD2检测的光的偏振光成分P、S、信号光的偏振光方向(Esig)以及参照光的偏振光方向(Eref)的关系。在光检测器PD1中检测P偏振光，即Esig和Eref的P偏振光方向的投影成分，在光检测器PD2中检测S偏振光，即Esig和Eref的S偏振光方向的投影成分。在S偏振光方向的投影成分中，该图的情况能够看到Eref的符号反转。分别用如下公式表示通过光检测器PD1、PD2检测的信号。

$I_{\mathrm{RF}1}={|\frac{1}{2}{E}_{\mathrm{sig}}+\frac{1}{2}{E}_{\mathrm{ref}}|}^2$

$I_{\mathrm{RF}2}={|\frac{1}{2}{E}_{\mathrm{sig}}-\frac{1}{2}{E}_{\mathrm{ref}}|}^2$

在此，成为绝对值的平方是因为检测的是光的能量。在此，为了简单化，假设Esig和Eref为完全相关。

通过偏振光光束分离器204合成而得的信号光205和参照光205的合成光的另一部分透过分光元件232，通过作为半透明反射镜的光束分离器212反射，通过相对信号光205及参照光205的偏振光方向旋转45度配置的第三λ/4板219变换成圆偏振光。此时在信号光205及参照光205中原来的偏振光方向90度不同，因此变换为相反的旋转方向的圆偏振光。该圆偏振光通过透镜221会聚，透过圆柱形透镜233，通过偏振光光束分离器223分离成正交的直线偏振光，通过第三光检测器226(PD3)和第四光检测器227(PD4)进行检测。另外，圆柱形透镜233只要是产生像散的元件即可，例如也能够用倾斜的平行平面板来代替。将光检测器226、227配置在通过聚光透镜221、圆柱形透镜233会聚信号光205和参照光206的合成光成为最小弥散圆的位置。同样通过图3表示通过两个光检测器PD3、PD4检测的光的偏振光成分P、S、信号光的偏振光方向(Esig)以及参照光的偏振光方向(Eref)的关系，但是不同于PD1和PD2的例子的是Esig和Eref之间有90度相位差。分别通过下式表示通过光检测器PD3、PD4检测的信号。

$I_{\mathrm{RF}3}={|\frac{1}{2}\exp (-i\frac{\mathrm{\&pi;}}{4})E_{\mathrm{sig}}+\frac{1}{2}\exp (+i\frac{\mathrm{\&pi;}}{4})E_{\mathrm{ref}}|}^2$

$I_{\mathrm{RF}4}={|\frac{1}{2}\exp (+i\frac{\mathrm{\&pi;}}{4})E_{\mathrm{sig}}+\frac{1}{2}\exp (-i\frac{\mathrm{\&pi;}}{4})E_{\mathrm{ref}}|}^2$

公式中的exp(±iπ/4)表示通过λ/4板在Esig、Eref赋予±45度(90度的差)的相位差。通过光束分离器212、偏振光光束分离器222、223分割后的信号光205和参照光206的相位差如公式(1)～(4)所示那样，在四个光检测器PD1、PD2、PD3、PD4上成为分别互不相同的0°、180°、90°、270°。

如此，在通过各检测器检测的信号中包含与光盘209上的信息无关系的成分|Eref|2，因此如果分别在PD1和PD2、PD3和PD4上取差动信号，则为公式(5)、公式(6)所示那样，

能够获得信号光振幅强度和参照光振幅强度的乘积的形式的信号。这表示如果增大参照光的强度，则能够获得较大的信号输出。即表示能够放大信号光的强度。

在此，在公式(5)及公式(6)中存在sin、cos，这表示信号光和参照光之间的相位差。但是信号光和参照光通过其它光路，与盘的旋转配合，通过聚焦伺服、物镜209上下移动来进行追随，因此信号光的光路长度不间断地进行变化。因此公式(5)及公式(6)的相位项不确定，通过该公式获得的信号发生大的变化。

因此通过信号运算电路105进行两者的平方和的运算获得信号。

S＝(Sig1)²+(Sig2)²＝|E_sig|²|E_ref|²                 (7)

通过这样进行运算，即使在信号光和参照光的相位发生了变化时，也能够稳定可靠地获得一定的信号。如公式(7)那样，能够通过进行平方和的运算获得输出S与信号光强度|Esig|²成比例的信号，因此再生RF信号能够获得与现有的CD、DVD、BD相同的信号波形。另外，其放大率为|Eref|²，可以知道通过增强参照光强度，能够提高放大率。另外，也可以在平方和之后取平方根来作为再生RF信号。当进行取平方根的运算时，成为与信号强度的平方根成比例的输出，因此再生RF信号成为与现有的光磁盘相同的信号波形。

另外，在本实施例中，针对半透明反射镜212的反射光和透射光，分别使用不同的聚光透镜220、221和圆柱形透镜233、234，但是也可以在通过半透明反射镜212对光进行分光前，配置聚光透镜和圆柱形透镜，对半透明反射镜212的反射光和透射光公用。

图5是表示本发明中的分光元件232的结构的一个例子的图。分光元件232相对于入射光束501的直径，通过相对较小的直径502来设定边界，在其内侧区域232A和外侧区域232B中，仅内侧区域232A具有衍射光栅的结构(pattern)。在此，相对较小是指将对分光元件232的内侧区域232A的直径502的入射光束直径501的比作为r，且满足0＜r＜1。另外，内侧区域232A的形状也没必要为圆形，只要相对于入射光束501具有较小的区域即可，例如可以为四角形。入射到内侧区域232A的光衍射为±1次光，入射到外侧区域的光透射。由此将光束的内侧和外侧分离，会聚到光检测器224、225、226、227。图6表示本实施例中的光检测器224、225、226、227的结构的一个例子。因为四个光检测器224、225、226、227具有相同结构，因此以后使用光检测器PD1、224进行说明。在分光元件232的内侧区域232A中的+1次衍射光601通过四分割受光区域224A受光、-1次衍射光602在受光区域224B受光，分光元件232的外侧区域232B的透射光603通过受光区域224C受光。如以下说明那样，分别在伺服信号、再生RF信号中使用在分光元件232的内侧区域232A中的+1次衍射光601、-1次衍射光602。尽量将更多的光量用于再生RF信号中，因此关于分光元件232的内侧区域的衍射率分别优选将+1次、-1次衍射光的衍射率设为R₊₁、R_-1，且R₊₁＜R_-1。因此作为内侧区域的衍射光栅，例如使用锯齿波的闪耀光栅(blazed grating)。通过缓冲放大器604将受光区域224B、224C的输出转换为电压，由通过电阻605设定了适当的增益的差动放大器606进行加减运算，作为公式(1)所示的再生RF信号I_RF1进行输出。同样也从光检测器PD2(225)、PD3(226)、PD4(227)输出公式(2)、(3)、(4)所示的I_RF2、I_RF3、I_RF4。在图5所示的分光元件232中，相对外侧区域232B透射100％光，内侧区域232A作为一部分+1次衍射光进行分光，因此，在受光区域224B和224C中，相对于入射光量的检测光量的比不同。因此，只要将电阻605作为可变电阻进行调整即可。从四分割受光区域输出信号I_1A、I_1B、I_1C、I_1D，用于以下说明的聚焦误差信号的运算。下标文字的1表示光检测器号，A、B、C、D表示对应的四分割受光区域。同样也从光检测器PD2(225)、PD3(226)、PD4(227)输出信号I_2A、I_2B、I_2C、I_2D、I_3A、I_3B、I_3C、I_3D、I_4A、I_4B、I_4C、I_4D。根据从光检测器224、225、226、227的四分割受光元件所获得的输出I_XY(X＝1、2、3、4，Y＝A、B、C、D)例如如以下那样获得聚焦误差信号FES2。

f(X，Y)＝I_XY-I_X+1，Y

FES2＝{f(1，A)²+f(3，A)²+f(1，C)²+f(3，C)²}

-{f(1，B)²+f(3，B)²+f(1，D)²+f(3，D)²}                (8)

与(5)、(6)一样，首先，分别在光检测器PD1和PD2之间(X＝1)、PD3和PD4之间(X＝3)取得差动信号f(X，Y)(其中，Y＝A、B、C、D)。然后，通过在四分割受光元件的各区域A～D中取f(1、Y)和f(3、Y)的平方和，与公式(7)一样，成为与信号光和参照光的相位变化无关的信号。最后通过四分割受光元件的对角区域的和的差动运算，获得像散信号(受光区域A+C和区域B+D的差动信号)。

或者如下那样获得聚焦误差信号FES2。

FES2＝{[f(1，A)+f(1，C)]²+[f(3，A)+f(3，C)]²}

-{[f(1，B)+f(1，D)]²+[f(3，B)+f(3，D)]²}                 (9)

图7是通过计算机仿真确认本发明中的聚焦误差信号的结果。仿真根据标量衍射理论通过傅里叶积分求出光检测器上的光强度分布。计算条件是波长405nm、物镜NA0.85、检测部聚光透镜NA0.077、检测部像散1.44mm、四分割受光区域尺寸110μm、检测器分割线宽5μm，相对于分光元件232的内侧区域232A的直径502的入射光束直径501的比r是76.5％。图7(a)是通过光检测器216仅从信号光205获得的现有的聚焦误差信号(实线)和再生RF信号(虚线)的散焦特性，图7(b)是通过光检测器224、225、226、227，根据公式(8)获得的聚焦误差信号(实线)和再生RF信号(虚线)的散焦特性。观察再生RF信号(虚线)，与仅从图7(a)的信号光获得的再生RF信号相比，根据图7(b)的信号光和参照光的合成光获得的再生RF信号散焦的同时急剧衰减。因此几乎能够忽略来自偏离物镜208的焦点位置的层的反射光量，在多层光盘中成为层间交调失真的影响小的信号。另一方面，观察聚焦误差信号(实线)，相对于根据图7(a)的信号光获得的聚焦误差信号FES1收缩范围大约为1.2μm，在根据图7(b)的信号光和参照光的合成光获得的聚焦误差信号FES2中为0.7μm，大约窄了一半，与再生RF信号一样，与FES1相比，散焦也一同衰减。因此能够在适当的焦点偏差范围内检测且能够获得层间交调失真的影响小的聚焦误差信号。另外，能够根据对分光元件232的内侧区域232A的直径502的入射光束直径501的比r(0＜r＜1)来设计聚焦的收缩范围，能够通过增大r使收缩范围变得更窄，使层间交调失真的影响变得更小。

<伺服控制>

将通过信号处理电路105所生成的聚焦误差信号经由控制器104、伺服控制电路106反馈给装载有物镜208的二维执行机构228的聚焦驱动端子，对焦点位置进行闭环控制。

另外，将相同信号也反馈给装载有参照光反射单元211的一维执行机构229，与物镜208连动来驱动参照光反射单元211。由此能够保持在光盘209反射的信号光208和在参照光反射单元211反射的参照光206的光路差几乎为零。通常的半导体激光器的相关长度是几10μm，因此只要光路差的调整精度在该范围以下即可。另外，作为半导体激光器201，例如可以使用DFB激光器等相关长度为几cm～几m非常长的激光器。此时，不必驱动参照光反射单元211，使信号光和参照光的光路差为零，不需要对聚焦误差信号的一维执行机构(actuator)229进行反馈。

在本实施例中，能够geniu仅检测信号光205的光检测器216和检测信号光205和参照光206的合成光的各光检测器224、225、226、227生成聚焦误差信号FES1、FES2。FES2与FES1相比层间交调失真的影响较小，但是来自与物镜208的焦点位置分离的层的S形的聚焦误差信号变小，有可能不适于计算多层光盘的层数，或进行记录层的切换(层间跳跃)。因此如图8所示那样，也可以通过图1所示的光信息记录再生装置1的控制器104来切换聚焦误差信号，使得例如当再生层数少的光盘时或将光盘209设置在光信息记录再生装置1中、计数层数等进行光信息记录再生装置1的初始调整时，进行多层光盘的记录层切换(层间跳跃)时等，不仅需要记录层，还需要记录层以外的S形的聚焦误差信号时作为聚焦误差信号使用FES1，在尽量不受层间交调失真的影响地进行多层光盘的记录再生时作为聚焦误差信号使用FES2。

通过信号处理电路105所生成的跟踪误差信号经由控制器104、伺服控制电路106反馈给装载有物镜208的二维执行控制机构228的跟踪驱动端子，进行闭环控制。

<参照光反射单元>

例如通过反射镜来实现参照光反射单元211。此时，需要调整反射镜的倾斜度使得通过参照光反射单元211的反射光相对于所入射的参照光211的光轴不倾斜。因此可以具备检测反射镜或参照光211的波阵面的倾斜度、反馈给参照光反射单元211，调整参照光211的波阵面的倾斜度的机构。或者，通过聚光透镜和反射镜来实现参照光反射单元211。通过聚光透镜会聚参照光206，并在其焦点位置放置反射镜，由此能够在与入射光相反方向上产生反射的参照光。此时，即使反射镜倾斜，参照光的光轴仅对信号光反射偏离，因此与仅通过反射镜实现参照光反射单元211时相比容易调整反射镜的角度。或者，通过隅角棱镜(Comer Cube)来实现参照光反射单元211。隅角棱镜是一种无论通过怎样的入射角入射光，反射光都一定返回到与入射光相同的方向的元件，因此不需要调整波阵面的倾斜度。

<记录/再生时的光路切换>

图2表示再生记录在光盘209中的信息时的光线图，将来自半导体激光器201的光分离成信号光205和参照光206两条光束，但是在记录时不需要参照光，因此将透过第一λ/2板203的光作为S偏振光，全部在第一偏振光光束分离器204进行反射并作为信号光使用。例如通过在记录时和再生时旋转第一λ/2板，使信号光和参照光的强度比变化来实现这些。或者，也可以使用通过施加电压来切换入射的光的偏振光方向，或者拔插λ/2板来实现。

但是，在记录信息时使用从光检测器224、225、226、227获得的聚焦误差信号FES2的情况下，不限于此。

<其它的球面像差修正方法>

在本实施例中，作为球面像差修正机构，表示了启动两个一组扩展透镜的一部分的例子，但是这也可以例如将准直透镜202装载在执行机构中启动。另外，还可以使用电压驱动的液晶可变相位调制元件，直接调制波阵面。

(实施例2)

在本实施例中对实现不仅从光检测器224、225、226、227检测聚焦误差信号也检测跟踪误差信号的光信号检测方法的光信息记录再生装置的一个例子进行说明。另外，关于在本实施例中的光信息记录再生装置1以及光拾波器101，关于具有与赋予了所说明的图1、图2中所示的相同的符号的结构和相同的功能的部分省略说明。

图9是表示光信息记录再生装置1中的光拾波器101的分光元件232的结构的另外一个例子的图。分光元件232相对入射光束501的直径，以相对较小的直径502来设定边界，使在其内侧区域232A和外侧区域232C中衍射光栅的方向不同。另外，内侧区域232A的形状不必为圆形，只要具有相对于入射光束501小的区域的形状即可，例如可以为四角形。入射到内侧区域232A、外侧区域232C的光分别衍射成±1次光。由此将光束的内侧和外侧分离，会聚到检测器224、225、226、227。图10表示本发明中的光检测器224、225、226、227的结构的一个例子。四个检测器224、225、226、227结构相同，因此以后使用光检测器224进行说明。在分光元件232的内侧区域232A的+1次衍射光1001在四分割受光区域224A受光、-1次衍射光1002在受光区域224B受光，分光元件232的外侧区域232C的+1次衍射光1003在二分割区域224D受光，-1次衍射光1004在受光区域224E受光。将分光元件232的内侧区域232A、外侧区域中的+1次衍射光1001、1003用于伺服信号，将-1次衍射光1002、1004用于再生RF信号。尽量把较多的光量用在再生RF信号中，因此关于分光元件232的内侧区域232A、外侧区域232C的衍射率，优选分别将+1次、-1次的衍射光的衍射率设为R₊₁、R_-1，在内侧区域、外侧区域都是R₊₁＜R_-1。因此作为衍射光栅，例如使用锯齿波的闪耀衍射光栅。通过缓冲放大器604将受光区域224B、224E的输出转换为电压，由通过电阻605设定了适当的增益的差动放大器606进行加减运算，作为公式(1)表示的再生RF信号I_RF1进行输出。同样也从光检测器PD2(225)、PD3(226)、PD4(227)输出公式(2)、(3)、(4)表示的I_RF2、I_RF3、I_RF4。当在光束内外分割的光量比不均等时，只要将电阻605作为可变电阻进行调整即可。从四分割受光区域224A输出信号I_1A、I_1B、I_1C、I_1D，从二分割受光区域输出信号I_1E、I_1F，用于计算以下说明的聚焦误差信号、跟踪误差信号。下标文字的1表示光检测器号码，A、B、C、D、E、F表示对应的四分割受光区域、二分割受光区域。同样也从光检测器PD2(225)、PD3(226)、PD4(227)输出信号I_XY(X＝2、3、4，Y＝A、B、C、D、E、F)。例如能够根据从光检测器224、225、226、227的四分割受光元件获得的输出IXY(X＝1、2、3、4，Y＝A、B、C、D)使用公式(8)或(9)获得聚焦误差信号FES2。另外，例如如下那样获得跟踪误差信号TES2。

${\mathrm{PP}}_L\left(X\right)=\underset{Y=A,D,E}{\mathrm{\&Sigma;}}(I_{\mathrm{XY}}-I_{X+1,Y}),{\mathrm{PP}}_R\left(X\right)=\underset{Y=B,C,F}{\mathrm{\&Sigma;}}(I_{\mathrm{XY}}-I_{X+1,Y})---\left(10\right)$

TES2＝{PP_L(1)²+PP_L(3)²}-{PP_R(1)²-PP_R(3)²}

与公式(5)(6)一样，首先，分别在光检测器PD1和PD2之间(X＝1)、PD3和PD4之间(X＝3)取得差动信号PP_L(X)、PP_R(X)。然后，通过取PP_L(1)和PP_L(3)、PP_R(1)和PP_R(3)的平方和，与公式(7)一样成为不依赖于信号光和参照光的相位变化的信号。最后，通过PP_L的平方和的项与PP_R的平方和的项的差动运算，获得推挽信号(受光区域A+D+E和区域B+C+F的差动信号)。

关于跟踪误差信号TES2，将通过光盘的磁道的±1次衍射光作为推挽信号进行检测，因此不仅使用内侧区域232A的光，也使用外侧区域232C的光。

在本实施例中，能够从仅检测信号光205的光检测器216以及检测信号光205和参照光206的合成光的各光检测器224、225、226、227生成聚焦误差信号FES1、FES2和跟踪误差信号TES1、TES2。关于聚焦误差信号与实施例1重复，因此省略说明。跟踪误差信号TES2与TES1相比，层间交调失真小，但是在发生物镜的焦点偏差时，信号光量有可能减少。因此如图11所示那样，通过图1所示的光信息记录再生装置1的控制器切换聚焦误差信号，使得例如当再生层数少的光盘时或将光盘209设置在光信息记录再生装置1，进行光信息记录再生装置的初始调整时、进行多层光盘的记录层切换(层间跳跃)时等，作为跟踪误差信号使用TES1，在尽量不受层间交调失真的影响地进行多层光盘的记录再生时，作为跟踪误差信号使用TES2。

(实施例3)

在实施例1、2中，表示了作为聚焦误差信号检测方式使用像散方式的情况，但是在本实施例中，对使用支棱法时的光信息记录再生装置的一个例子进行说明。当在光拾波器101中使用像散方式时，如图2所示那样配置圆柱形透镜233、234，但是在使用支棱法时不需要。另外，此时将光检测器224、225、226、227配置在聚光透镜220、221的焦点位置。

图12是表示光信息记录再生装置1中的光拾波器101的分光元件232的结构的另外一个例子的图。分光元件232相对入射光束501的直径，以相对小的直径502设定边界，将其内侧区域又分割成上下两个区域232D、232E，内侧区域232D、232E具有光栅方向不同的衍射光栅的结构。另外，内侧区域232D、232E的形状未必为圆形，只要是具有相对于入射光束501小的区域的形状即可，例如可以是四方形。使入射到内侧区域232D、232E的光衍射为±1次光，入射到外部区域232B的光透射。由此，将光束的内侧的两个上下区域和外侧分离，会聚到光检测器224、225、226、227。图13表示本实施例中的光检测器224、225、226、227的结构的一个例子。四个光检测器224、225、226、227结构相同，因此以后使用光检测器PD1、224进行说明。在分光元件232的内侧上部区域232D中的+1次衍射光1303在二分割受光区域224H受光，-1次衍射光1301在受光区域224F受光，在分光元件232的内侧下部区域232E的+1次衍射光1304在二分割受光区域224I受光，-1次衍射光1302在受光区域224G受光、分光元件232的外侧区域232B的透射光1305在受光区域224C受光。分别将分光元件232的内侧区域232D、232E的+1次衍射光1303、1304、-1次衍射光1301、1302用于以下说明的伺服信号、再生RF信号中。尽量在再生RF信号中使用较多的光量，因此关于分光元件232的内侧区域的衍射率，优选分别将+1次、-1次衍射光的衍射率设为R₊₁、R_-1，且R₊₁＜R_-1。因此作为内侧区域的衍射光栅，例如使用锯齿波的闪耀衍射光栅。通过缓冲放大器604将受光区域224C、224F、224G的输出转换为电压，由通过电阻605设定了适当的增益的差动放大器606进行加减运算，作为公式(1)所示的再生RF信号I_RF1进行输出。同样也从光检测器PD2(225)、PD3(226)、PD4(227)输出公式(2)、(3)、(4)所示的I_RF2、I_RF3、I_RF4。在图12所示的分光元件232中，相对外侧区域232B透射100％光，内侧区域232D、232E作为一部分+1次衍射光被分光，因此在受光区域224F、224G和224C中，相对于入射光量的检测光量的比不同。因此只要将电阻605作为可变电阻进行调整即可。从二分割受光区域224H输出信号I_1A、I_1B，从224I输出信号I_1C、I_1D，用于计算以下说明的聚焦误差信号。下标文字的1表示光检测器号码，A、B、C、D表示对应的二分割受光区域。同样也从光检测器PD2(225)、PD3(226)、PD4(227)输出信号I_2A、I_2B、I_2C、I_2D、I_3A、I_3B、I_3C、I_3D、I_4A、I_4B、I_4C、I_4D。根据从光检测器224、225、226、227的两个二分割受光元件所获得的输出I_XY(X＝1、2、3、4，Y＝A、B、C、D)、例如如以下那样获得聚焦误差信号FES2。

f(X，Y)＝I_XY-I_X+1，Y                            (11)

FES2＝{f(1，A)²+f(3，A)²+f(1，C)²+f(3，C)²}

-{f(1，B)²+f(3，B)²+f(1，D)²+f(3，D)²}

与公式(5)(6)一样，首先，分别在光检测器PD1和PD2之间(X＝1)、PD3和PD4(X＝3)之间，取得差动信号f(X、Y)(其中Y＝A、B、C、D)。然后，在两个二分割受光元件的各区域A～D中取f(1、Y)和f(3、Y)的平方和，由此与公式(7)相同地成为与信号光和参照光的相位变化无关的信号。最后，通过两个二分割受光元件的输出的差的差动运算，获得支棱法的聚焦误差信号。

另外，在本实施例中，入射到分光元件232的外侧区域的光束不进行衍射，使用透射光，但是如图14所示那样，外侧区域232F具有与内侧区域232D、232E不同的光栅方向的衍射光栅的结构，也可以将入射到外侧区域232F的光束作为+1次衍射光进行衍射。将入射到原本内侧区域的232D、232E的光束作为±1次光进行衍射，会聚到受光区域224F、224G、224H、224I，但是有可能由于衍射光栅的光栅形状的制造误差等发生0次透射光，会聚到检测器224C。因此也可以使入射到外侧区域232F的光束在与内侧区域232D、232E不同的方向上发生衍射，由此能够与所述内侧区域的0次透射光分离，检测外侧区域232F的光束。图15表示此时的光检测器224的结构。与图13外侧区域232F用的受光区域224C的位置不同。

(实施例4)

在本实施例中，对作为聚焦误差信号检测方式使用光斑尺寸方式时的光信息记录再生装置的一个例子。在光接收101中使用像散方式时，如图2所示那样配置圆柱形透镜233、234，但是在使用光斑尺寸方式时不需要。另外，此时将光检测器224、225、226、227配置在聚光透镜220、221的焦点位置的前方或后方。或者，也能够在聚光透镜220、221的焦点位置的前方及后方配置两个检测器，使用差动光斑尺寸方式。

图16是表示光信息记录再生装置1中的光拾波器101的分光元件232的结构的另外的一个例子的图。分光元件232相对于入射光束501的直径，以相对较小的直径502设定边界，在其内侧区域232G和外侧区域232B中，仅内侧区域232A具有衍射光栅的结构。区域232G作为曲线光栅使得在内侧区域使对衍射光起透镜作用。另外，内侧区域232G的形状不需要一定是圆形，只要具有相对于入射光束501小的区域的形状即可，例如可以为四角形。使入射到内侧区域232G的光衍射为±1次光，入射到外侧区域232B的光透射。由此将光束的内侧和外侧分离，会聚到光检测器224、225、226、227。

图17表示本实施例中的光检测器224、225、226、227的结构的一个例子。因为四个光检测器224、225、226、227结构相同，因此以后使用光检测器PD1、224进行说明。在分光元件232的内侧区域232G中的+1次衍射光601在三分割受光区域224J受光，-1次衍射光602在受光区域224B受光，分光元件232的外侧区域232B的透射光603在受光区域224C受光。分别将在分光元件232的内侧区域232G中的+1次衍射光601、-1次衍射光602分别用于以下说明的伺服信号、再生RF信号中。因为尽量在再生RF信号中使用较多的光量，因此关于分光元件232的内侧区域的衍射率优选分别将+1次、-1次衍射光的衍射率设为R₊₁、R_-1，且R₊₁＜R_-1。因此作为内侧区域的衍射光栅，例如使用锯齿波的闪耀衍射光栅。通过缓冲放大器604将受光区域224B、224C的输出转换为电压，由通过电阻605设定了适当的增益的差动放大器606进行加减运算，作为公式(1)表示的再生RF信号I_RF1进行输出。同样也从光检测器PD2(225)、PD3(226)、PD4(227)输出公式(2)、(3)、(4)所示的I_RF2、I_RF3、I_RF4。在图16所示的分光元件232中，在外侧区域232B透射100％光，将内测区域233G作为一部分+1次衍射光进行分光，因此在受光区域224B和224C中相对于入射光量的检测光量的比不同。因此只要将电阻605作为可变电阻进行调整即可。从三分割受光区域224J输出信号I_1A、I_1B、I_1C，用于计算以下说明的聚焦误差信号。下标文字的1表示光检测器号码，A、B、C表示对应的四分割受光区域。同样也从光检测器PD2(225)、PD3(226)、PD4(227)输出信号I_2A、I_2B、I_2C、I_3A、I_3B、I_3C、I_4A、I_4B、I_4C。根据从光检测器224、225、226、227的三分割受光元件所获得的输出I_XY(X＝1、2、3、4，Y＝A、B、C)，例如如以下那样获得聚焦误差信号FES2。

f(X，Y)＝I_XY-I_X+1，Y                                          (12)

FES2＝{f(1，A)²+f(3，A)²}-{f(1，B)²+f(3，B)²+f(1，C)²+f(3，C)²}

与图(5)(6)一样，首先，分别在光检测器PD1和PD2之间(X＝1)、PD3和PD4(X＝3)之间取得差动信号f(X、Y)(其中Y＝A、B、C)。然后，在三分割受光元件的各区域A～C中取f(1、Y)和f(3、Y)的平方和，由此与公式(7)一样成为与信号光和参照光的相位变化无关的信号。最后，通过三分割受光元件的中央区域和外侧两个区域的和的差动运算，获得聚焦误差信号。

Claims (6)

1.一种光信息再生装置，其特征在于，

具备：

光源；

第一分光元件，其分割从所述光源出射的光束；

会聚光学系统，将从所述光源出射、通过所述第一分光元件分割后的光束的一方会聚在光信息记录介质上；

可变焦点机构，其使在所述会聚光学系统中会聚的光的焦点位置可变；

干涉光学系统，其使会聚在所述光信息记录介质上并反射的信号光和从所述分割后的光束的另一方获得的参照光进行光学干涉；

分割光学系统，其将所述干涉光学系统中的干涉光分割成多个；

多个检测器，其在相位关系互不相同的状态下，分别检测在所述分割光学系统中所分割的多个干涉光；以及

第二分光元件，其进行分光，使得将所述多个干涉光分离成光轴附近的第一光束和周边部的第二光束，会聚在所述多个检测器上，

关于所述第一光束，检测焦点偏差信号，

使用所述焦点偏差信号来控制所述可变焦点机构。

2.根据权利要求1所述的光信息再生装置，其特征在于，

所述第二分光元件具有将所述第一光束再分割成至少两条光束的第一光束分割单元，

根据通过所述第一光束分割单元所分割的光束中的至少一条光束来检测焦点偏差信号，根据另一方来检测再生信号。

3.根据权利要求2所述的光信息再生装置，其特征在于，

所述第二分光元件具有将所述第二光束再分割成至少两条光束的第二光束分割单元，

根据通过所述第二光束分割单元所分割的光束中的至少一条光束以及通过所述第一光束分割单元所分割的光束中的至少一条光束来检测跟踪误差信号，根据通过所述第二光束分割单元所分割的光束中的另一方来检测再生信号。

4.根据权利要求2或3所述的光信息再生装置，其特征在于，

通过所述第一光束分割单元或所述第二光束分割单元所分割的光束，将用于检测焦点偏差信号或跟踪误差信号的光束的光量设为R₊₁，将用于检测再生信号的光束的光量设为R_-1，且R₊₁＜R_-1。

5.根据权利要求1所述的光信息再生装置，其特征在于，

还具备分割所述信号光的第三分光元件，

根据通过所述第三分光元件所分割的光束的一方检测焦点偏差信号且/或跟踪误差信号。

6.一种光信息再生装置，其特征在于，

具备：

光源；

第一分光元件，其分割从所述光源出射的光束；

会聚光学系统，将从所述光源出射、并通过所述第一分光元件分割后的光束的一方会聚在光信息记录介质上；

可变焦点机构，其使在所述会聚光学系统中会聚的光的焦点位置可变；

干涉光学系统，其使会聚在所述光信息记录介质上并反射的信号光和从所述分割后的光束的另一方获得的参照光进行光学干涉；

分割光学系统，其将所述干涉光学系统中的干涉光分割成多个；

多个检测器，其在相位关系互不相同的状态下，分别检测在所述分割光学系统中所分割的多个干涉光；

第二分光元件，其进行分光，使得将所述多个干涉光分离成光轴附近的第一光束和周边部的第二光束，会聚在所述多个检测器上；

第三分光元件，其分割所述信号光；以及

切换单元，其切换根据通过所述第三分光元件所分割的信号光来得到的焦点偏差信号和根据通过所述多个检测器检测到的干涉光来得到的焦点偏差信号，

通过所述切换单元进行切换，控制所述可变焦点机构。

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