CN1046367C - 消除扫描干扰的光学头 - Google Patents

Abstract

一种消除扫描干扰的光学头，它按照三光束原理工作，并包括：一个分解光束的光栅，一些透镜和光束转向器，在一个光学头的光路中，设置了一个用于在要扫描的一个轨道上产生在主光点(H)之前或者之后并列出现的辅助光束(E、F)的一个光束转向器(STUM)，并且设有检测由反射的辅助光束(E、F)构成的辅助光点信号的装置和对辅助光点信号进行求差处理以消除干扰的装置。

Description

消除扫描干扰的光学头

本发明涉及一种消除扫描干扰的光学头，用于对光学信息载体，例如CD光盘，磁光盘，相变型光盘或一次写入型光盘的轨道跟踪和扫描干扰的消除。

为了扫描和尤其是为了在光学信息载体上引导扫描光束，所谓的多光束或三光束原理已为人所知，参见Franzis出版公司1989年的Franzis工作手册第45页“数字式音频技术实践”，作者Krieg、Bernhard，沿切向在信息复制记录的主光点的前后分别设有一个轨道跟踪的辅助光点。这两个辅助光点沿径向分别射到轨道上(参见图2)，用于产生一个径向误差信号，为此，由信息载体反射的光束都单独地由一光检测器检测。根据两个辅助光点即辅助光束的反射光束强度，通过求差处理得到一个轨道误差信号，其中第一辅助信号在时间上延迟了一个量，该量由辅助光点的间距和扫描速度给出，参见日立公司的DA-100型电唱机。

其缺陷在于，所检测到的干扰信号不能通过求差处理完全地消除，因为这些信号在时间延迟后按照与其信号前缘的陡度有关的信号特性情况已掺有伪信息。此处所述的干扰信号是由于信息载体的缺陷，如划伤，信号失落，黑点引起的，或者也会由同步信号的信息内容所引起。此外，当扫描速度不同或者辅助光点相对于主光点的间距有改变时，恒定的信号延迟则导致干扰信号的消除极少，从而在径向跟踪系统电路中产生可能导致干扰扫描或者轨道损失的力。

光盘上的辅助光点和主光点是用一个光栅分解成0级和+/-1级的激光束并用一个物镜聚焦而产生的。此时0级光束构成主光点，+/-1级光束构成辅助光点。一般光的光束或激光光束的扩展方向的差异在典型的设计尺寸下小于1度，其焦点由靠近信息载体的信息平面内的物镜产生。

如图2所示装置的光盘上的光点具有足够的空间分离是必要的，以便能单独检测辅助光点和用于轨道跟踪。在附图中，为了能与主主光点H较好地区别，辅助光点E、F以不同与主光点H的大小示出，尽管光点通常是一样大的。

为了克服在光学记录介质的轨道跟踪中的干扰，人们已知可提供若干个辅助光束并且在一轨道引导体出现缺陷时可采用不同的轨道跟踪光束，例如美国专利US-5,113,378中所描述的。

为了消除在光学记录载体轨道跟踪中的干扰，设置辅助光束以便通过求差处理构成一个轨道顺序误差信号，这种方法已为人所知，参见GB2137746。在一个轨道只仅仅设置了两个辅助光束，它们同时也用来获取数据信号。但是，具有高的信息储存密度的记录载体，如CD，具有的轨道间距极小，使得通过对为了轨道跟踪所设置的辅助光点信号进行求和处理而构成的数据信号就不能再分离了。

本发明的目的是，提供一种消除扫描干扰的光学头，它能以极少的费用通过对辅助光点信号的时间延迟和随后的求差处理来避免轨道跟踪和消除干扰时的缺陷。

本发明的目的是这样实现的，即提供一种消除扫描干扰的光学头，它按照三光束原理工作，并包括：一个分解光束的光栅，一些透镜和光束转向器，在一个光学头的光路中，设置了一个用于在要扫描的一个轨道上产生在主光点(H)之前或者之后并列出现的辅助光束(E、F)的一个光束转向器(STUM)，并且设有检测由反射的辅助光束(E、F)构成的辅助光点信号的装置和对辅助光点信号进行求差处理以消除干扰的装置。

本发明基于这样的原理：在一种按照多光束原理工作的扫描装置中，扫描光束是这样设置的，即轨道跟踪的辅助光束在受扫描的信息载体上是以两个在轨道半径上并列的辅助光束出现的。此处的这两个辅助光束能够一起出现在信息载体上的主光点之前或者之后，并且除了起到众所周知的轨道跟踪作用外，同时还能有利地消除扫描干扰。会导致不利的信号改变的辅助光点信息的时间延迟则不再有必要了。这些是这样实现的，即由辅助光束检测的信号来源于径向并列设置的辅助光点，由此能够直接进行求差处理，从而直接消除干扰。为了得到轨道误差信号，对辅助光束信号直接进行一次求差处理，由此避免众所周知的多光束方法所具有的缺陷。为了实施上述方法，在一个按照多光束原理工作的扫描装置的光路中设置一个光束转向器，它可以是一种分体式切向镜或者由一种偏转光束的光栅构成，但是这种装置要求在光源和要扫描的信息载体之间有较大的间距，以及要求特殊的措施来分离要检测的辅助光束并且机械费用高。

因此，最好用这样的装置，即在光路中有一个双折射晶体，如一种渥拉斯顿棱镜。利用该双折射棱镜使得由激光器经光栅产生的三束扫描光束的数目翻一番。用渥拉斯顿棱镜产生的光束具有不同的偏振方向，因此可以沿着轨道以相互间任意小的间距在轨道的不同侧边设置相互垂直的偏振辅助光束。辅助光束最好并列地设置在轨道半径上，并具有不同的偏振方向，这有利于分离扫描信息。通过光束转向器设置到轨道半径上的并列的辅助光束，使不同的扫描速度不会再对扫描干扰的遮没或消除产生不利的影响，并且轨道跟踪在信息载体的缺陷位置和偏心度方面都得到改善。

以下根据附图对本发明详细说明，附图中：

图1是扫描光束定位的原理示意图；

图2是现有技术中的扫描光束定位的原理示意图；

图3是现有技术中的辅助信号变化的原理示意图；

图4是对辅助信号进行延迟处理后的变化原理示意图；

图5是消除扫描干扰后的辅助信号变化的原理示意图；

图6是消除扫描干扰的装置原理示意图；

图7是一个可无接触控制的两部分式切向镜的原理示意图；

图8是对两部分式切向镜进行手动角度调节的辅助光束偏转装置示意图；

图9是用一个双折射晶体产生扫描光束的原理示意图；

图10是产生扫描光束的装置的原理示意图；

图11是检测器装置的原理示意图；

图12是带一个双折射晶体的扫描光束装置的原理示意图。

按照图1，为了轨道跟踪和消除扫描干扰，在一个信息载体IT的轨道SP的轨道半径上并列设置两束辅助光束或辅助光点E、F和一个主光点H。在本例中，辅助光点E、F沿由左向右分布的轨道设置在主光点H的后面，但原则上也可以设置在主光点H之前。为了使辅助光点E、F较好地与主光点H区别开来，图中以不同的大小示出主光点H和辅助光点E、F，虽然光点通常是一般大的。

利用激光束的影响使辅助光束E、F并列地射在信息载体IT的轨道SP的轨道半径上，则不仅能用众所周知方式将它们用于轨道跟踪，而且能尤其有利地用于消除扫描干扰。消除扫描干扰是通过对所检测的辅助光束信号进行求差处理实现的。该辅助光束信号是由并列设置的辅助光束E、F发出的。由于辅助光束E、F并列设置，两个辅助光束E、F的干扰可以说是同时检测到的，因此通过对所检测的辅助光信号进行求差处理使干扰完全被遮没亦即消除。在这方面相对于众所周知的三光束原理，即如图2所示，辅助光束E、F沿切向在主光点H前后相对于轨道SP为错开设置，本发明的方法和装置具有特别的优点。图3中示出了用众所周知的辅助光装置和用辅助光E、F在作为示例的干扰情况下所检测到的辅助光束信号。可以看到，所测到的干扰错开一个持续时间T，该时间T与辅助光束E、F的扫描速度和间隔有关。对来自辅助光束E、F的辅助光束信号进行求差处理时，由干扰产生的干扰信号保留在轨道误差信号中。因此，为了消除扫描干扰，已经建议在进行求差处理之前使超前的辅助光束E的辅助光束信号延迟一个持续时间T。可以通过对辅助光束E经过时间延迟后的辅助光束信号E′进行求差处理来消除干扰。然而，如图4中第三图所示，这种通过时间延迟而造成的信号变形只能部分地解决上述问题，只有如图5所示使辅助光束E、F相互并列地定位时才能达到完全消除干扰。用并列设置的辅助光束E、F所检测的干扰在选择相应极性的检测器时可导致镜面对称的辅助光束信号，它们叠加后能完全消除干扰。如已提及的，为了达到这种效果，用一种激光束产生这样的影响，该激光束通过一种光束转向器STUM产生两束在信息载体的一个轨道SP上并列设置的辅助光束E、F和一个主光点H。按照图6中所示的第一实施例，光束转向器STUM可以由一个两部分组成的切向镜构成，该镜设置在一个按照三光束原理工作的扫描装置的光路上。为了使辅助光点E、F按照本发明并列地对准信息载体IT的轨道SP并且检测出来自辅助光点E、F的辅助信号，将激光器L发出的光束用一个光栅G分解成0级和+/-1级的光束，并且穿过第一物镜O1射向分光器STL，该分光器STL分光后的光束偏转到作为光束转向器STUM的两部分式切向镜上。利用该两部分式的切向镜则使得焦点也即辅助光点E、F和主光点H经一个径向镜RS并穿过第二物镜O2以给定的方式射向信息载体IT。此时两部分式切向镜的一个分镜尤其用于使辅助光点E、F中的一个光点在辅助光点E、F中的另一个光点旁边射到信息载体IT的轨道SP上。被信息载体IT反射的光则再穿过第二物镜O2，经径向镜RS和光束转向器STUM的切向镜，并且穿过分光器STL和第三物镜O3而投射到检测器D上，该检测器D由一些单独的阻挡层光电池构成，用于检测辅助光束信号和主光束信号。但是两个位于并列位置上的辅助光点在由信息载体IT至检测器D的返回路径上不会再由切向镜分离开。因此所用光栅G应是一种变型的渥拉斯顿(Wollaston)棱镜，用该棱镜可以由一束激光构成一个圆偏振的主光束和两个相互垂直偏振的辅助光束。这种偏振能够使辅助光点在返回路径上产生空间上的分离。

按照图7，两部分式切向镜由一个第一分镜TS1和一个第二分镜TS2构成，其中设有一个第一压电元件PE1和一个第二压电元件PE2，用于分镜TS1、TS2的定向，以便能相互独立地控制两个分镜。按照图8，分镜TS1、TS2也可以分别绕轴ATS1或ATS2转动地装在一个框架R中，其中，借助于一个螺钉SR和一个支持弹簧FD相对于另一个分镜TS2对分镜TS1进行机械调节，而使框架R以及一个压电元件PE能共同地进行动态切向的再调节。

按照一个未示出的实施例，也可以采用一个偏转光束的绕射光栅来使光束偏转，该绕射光栅装在光路或者至少与一个转向镜组成一体。

图10所示的实施例证明是非常有利的，在该实施例中，光路中采用了一种双折射晶体，例如是一种渥拉斯顿棱镜WP。在轨道SP上直接产生并列的辅助光点E和F或EP和FP的原理如图9所示。由扫描光束的发出点产生一束激光光束、为了图示的目的，激光的原点位于XY座标系的原点并具有一个偏振方向P。

该激光束此后射到一个光栅G上，光栅G相对于坐标轴Y有一个偏转角c。光栅G以众所周知的方式产生一个0级的主光束和两个+/-1级的辅助光束。这些光束然后通过一个双折射晶体(最好是一个渥拉斯顿棱镜WP)，并在穿过渥拉斯顿棱镜WP的路程上不仅使光束的数目翻一番，而且也使它们的偏振方向P受到影响。其中经渥拉斯顿棱镜WP由一束光束产生的两束光束具有相互垂直的偏振方向P，此外渥拉斯顿棱镜WP在一个轨道SP上产生两个并列的辅助光点EP、FP。该辅助光点EP、FP是由辅助光束E、F引导出来的，并且具有相互垂直的偏振方向P。而且利用渥拉斯顿棱镜WP也使主光束H构成两个主光点，但在信息扫描中只用了一个主光点。其它的辅助光点的情况相似，只是出于完整性的考虑才给出。偏振方向相互垂直的辅助光点EP、FP可以沿轨道SP以相互间任意小的间距设置在轨道SP的不同侧上。为了辅助光束E、F的空间分离，利用了它们不同的偏振方向P。为了偏振性灵敏地分离辅助光束E、F以及为了提供信息信号，最好采用一个双折射晶体，但相应的效果也可以用极向灵敏的电介质层来实现。如图9所示的两个辅助光点EP、FP产生的原理由图10所示的一种设计布置来实现，其中两个辅助光点EP、FP并列地位于一个信息载体IT的一个轨道SP的半径上。如图10所示，一个激光器L的光经一个物镜O1，一个光栅G，一个渥拉斯顿棱镜WP，一个分光器NPBS和一个物镜O2传输到一个信息载体IT上，以便在此处形成一个特定的用于信息扫描的主光点HP和两个并列设置的辅助光点EP、FP。而由信息载体反射的光则经该物镜O2，分光器NPBS，另一个渥拉斯顿棱镜WP，一个物镜O3和一个圆柱形透镜O4，传送到一个光检测器D1上。特别是应将渥拉斯顿棱镜WP用在激光二极管L和信息载体IT之间的光路中，以便使辅助光点EP、FP并列地设置，而当将该棱镜设置在分光器NPBS和光检测器D1之间的光路中时则使偏振光产生空间分离。分光器NPBS是一个非偏振分光器，分光比例为50％对50％，渥拉斯顿棱镜WP作为光束转向器STUM位于激光二极管L和信息载体IT之间的光路中。在信息载体IT上构成的辅助光点EP、FP和主光点HP(如图12所示)由光检测器D1检测。如图11所示，光检测器D1含有一个检测主光点HP的四象限检测器ABCD以及两个另外的用于检测辅助光点EP、FP或E和F的检测平面。用光检测器D1从辅助光点EP、FP检测的信号可以直接进行求差处理，以构成一轨道误差信号，由此实现在轨道跟踪和消除干扰信号方面所提及的优点。

主光点HP的偏振方向是次要的，它可以根据要进行信息扫描所选择的光束沿轨道SP的方向或者垂直于轨道SP的方向来选取，但有利的是图12中所示的偏振方向垂直于轨道SP。

Claims (6)

1、一种消除扫描干扰的光学头，它按照三光束原理工作，并包括：一个分解光束的光栅，一些透镜和光束转向器，其特征在于，在一个光学头的光路中，设置了一个用于在要扫描的一个轨道上产生在主光点(H)之前或者之后并列出现的辅助光束(E、F)的一个光束转向器(STUM)，并且设有检测由反射的辅助光束(E、F)构成的辅助光点信号的装置和对辅助光点信号进行求差处理以消除干扰的装置。

2、按权利要求1所述的装置，其特征在于，所述的光束转向器(STUM)是一种分体式切向镜。

3、按权利要求1所述的装置，其特征在于，所述的光束转向器(STUM)是一种偏转光束的绕射光栅。

4、按权利要求1所述的装置，其特征在于，所述的光束转向器(STUM)是一种双折射晶体。

5、按权利要求4所述的装置，其特征在于，所述的光束转向器(STUM)是一种渥拉斯顿(Wollaston)棱镜(WP)。

6、按权利要求1所述的装置，其特征在于，所述的光束转向器(STUM)是一种极向灵敏的电介质层。

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