CN1096061C - 用于调整光束聚焦的光学系统 - Google Patents
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Abstract
调整一载体(5)上光束的聚焦的系统。一具有很宽动态检测范围和有限稳定性能的第一探测器(CA)测量由载体(5)反射的光线。一具有小动态检测范围、高稳定性和高精度的第二探测器(CB)也能测量由载体(5)反射的光线。利用控制电路控制聚焦控制装置(B)。一控制逻辑被用来在当第一聚焦误差信号超过一指定值(a)时将控制装置(B)置于此第一聚焦误差信号的控制之下直至第二聚焦误差信号超过另一指定值，然后控制装置(B)的操作即被置于此第二聚焦误差信号的控制之下。可应用于，光学读取信息单元，记录/读取光盘。
Description
本发明是关于聚焦调整或聚焦控制系统，特别是关于一用于调节在运动载体上作记录和/或读取信息单元的光束的聚焦的系统。它能特别适用于读和/或记录光或磁—光盘的设备。
本发明可被用于记录计算机数据，但也可用于激光唱盘和光盘技术。
光记录载体最常见的是由一反射面来构成，大多数情况均采取沿记录槽轨排列有不连续的小尺寸蚀变的圆盘形式。现今最普遍的载体类型是所谓的激光盘(CD)的声盘。在这一情况中，这些蚀变是反射平面上的微型凹槽，更普遍该是微型刻纹。这些微型刻纹具有0.4μm的宽度，二相邻槽轨轴线相隔1.6μm距离(称槽距)。
这些微型刻纹的存在与否由一激光装置进行检测，其激光束被聚焦在反射面上，此光束的尺寸的小型化使得它每次仅能到达一个微型刻纹。在光束抵达反射面时即被反射回。在当光束到达一微型刻纹时则发生衍射。换言之，光线被向每一方向弥散。该装置是这样一种装置，即对于平滑表面上光束的反射，检测器接收最大的能量，而在光束抵达一微型刻纹时，这些检测器仅接收光线能量的一部分，这是因为衍射使得光束的部分离开了设置在记录盘和检测器之间的光系统。
记录盘或其他预先记录的载体其所有的信息单元通常为微型刻纹形式。相反，在能被进行记录的盘中，通常仅被预先记录的信息或预先格式的为微型刻纹形式，而以形成其他蚀变亦即改变反射系数来进行记录信息，或者对于磁—光盘来说则是改变磁化强度，其在读取时以极化的旋转来表明。
被预先记录的信息，或预先格式确定槽轨的结构。
读取和/或记录装置的工作只有在读数激光束(或记录激光束)被聚焦在盘的反射表面上时才准确。
为使激光束能总是维持聚焦在反射表面上，必须为伺服控制系统提供一根据强度和正负测量聚焦偏离的装置。
现有的装置采用具有很宽的动态检测范围并提供很宽的调整范围的装置来实现这一聚焦调整功能。它们之中例如有连续式检测器。法国专利No.7401283中给出了一检测器的例子，其中借助柱面透镜将象散效应引入对读取光束的聚焦。将四个光检测器作十字状布置。在以正常方式进行聚焦时，此四个光探测器接收相同的光量。当聚焦在一个方向上偏移时，二径向相对的光探测器接收的光大于另外二个。当聚焦偏向相反方向时就产生相反的结果。这种类型的检测器的缺点在于其零调整误差位置随时间改变。
聚焦调整也可采用如法国专利No.2523349中所介绍的“采样器”式探测器。在这种系统中，信息载体至少在一信息槽轨轴线的一边有一第一记号，而在同轴线的另一边有一第二记号。二光探测器被配置在包含该槽轨轴线的平面的两边，在对第一记号然后第二记号进行扫描期间接收由载体透射的光。所检测得的光量之差可被用来根据正负和大小确定聚焦的任何误差。这样的系统的缺点是它的动态范围很小。
本发明提出的系统是使得能将这些不同型式的传感器相结合，而能得到一动态检测范围宽且不会受干扰的系统。这一系统对载体透射共点的读取光束。这使得沿着光束断面能量会作更有效的分布。
因此本发明的就涉及到一系统，用于调整一光学装置的聚焦，包括有一为在具有承载以光或磁标识形式记录的信息单元的表面的载体平面上进行光束聚焦的光系统，以及一为控制聚焦点相对载体平面的偏移的装置，其特点在于所述光束是共点的，且所述系统包括：
一第一探测器，使得能相对载体表面作聚焦调整并给一第一聚焦误差信号；
一第二探测器，使得能由检测被记录的信息单元来作聚焦调整；和
一控制逻辑单元，接收第一误差信号和第二误差信号，并启动控制装置的操作。
本发明的各种目的和特点在下述说明和附图中将会更清楚的理解，所列附图为：
图1a至图1c表示一现有技术中已知的系统；
图2a和图2b表示按照本发明的聚焦系统；
图3a和图3b按照本发明的运行曲线；和
图4a和4b表示详细显示按照本发明的操作信号的曲线。
首先参看图1a和1b以示例说明本发明对在一信息载体5例如一光盘上进行光束聚焦的应用。
按照图1a，此光盘可在平面XY内围绕一平行于一参考三面体XYZ的第三轴的轴线旋转。这里假定此光盘的下表面是平滑的。与其平行的上表面也是平滑的但预先刻有槽轨7，此槽轨7是平滑的槽轨而其基本上不变的宽度大约等于或小于1μm。
这样的光盘可用于在事先已经进行过记录的一平滑槽轨的一特殊点记录的信息单元，或者用于读出记录在这一槽轨的任一点的信息单元。此光盘例如说直径约为30cm，由与此光记录/读出系统的机壳作固定连结的驱动电机作相关连的旋转运动驱动。在这一示范实施例中，能读取光盘预定槽轨的装置具有一包括光能源(图1中未示出)的固定部分和一由记录/读取头构成的运动部分。众所周知，后者具有一显微镜式的物镜Ob，固定连结到一在一永磁铁(未示出)的磁场中移动的电磁线圈B，提供垂直伺服控制或聚焦，和一电流计镜M1提供径向伺服控制。光源通常为一基于半导体的激光源，其激光束必须加以放大以便能覆盖该物镜的入射光孔，这要在此物镜在沿着光轴的任何位置都能做到。
物镜Ob将光束聚焦在信息载体光盘5上的点3。此光盘以箭头6所示方向被旋转驱动。物镜Ob和镜M1被固体结合到构成记录/读取头的设备的一运动部件。此设备的这一运动部件的向前运动可由任一已知装置来实现。
光盘5具有外观可能不同的预先蚀刻的槽轨。例如可以一空心预蚀刻，将一组槽轨单元作同心圆排列，或者作成螺旋状形式。槽轨单元的宽度选择得成为稍微小于光点的直径，这些单元以宽度稍大于槽轨宽的槽间区相隔开。载体的上表面覆盖一适宜于由热—光方法记录的薄层。这种单元的安排是用来在记录前探测槽轨。
为检测由光盘反射的读取光束，在光束51的通路中插入例如一半透明板M2。
然后反射光束被送向光检测器和信号处理装置1，后者可首先产生一能启动用来引导镜M1的位置的电动机2的误差信号ε，从而得以一聚焦伺服控制系统。装置1可能其次传送误差信号ε’，便对固定连接至物镜OB的线圈B得以控制，从而获得一聚焦伺服控制系统。所有这些技术均是本技术领域的熟悉人员所了解的，不在本发明范围之内。
采用不连续的预蚀刻使得可能克服径向跟踪方面的困难。图1b表面一预蚀刻的示例。
它至少在槽轨轴线70的左边有一个标记710G，在槽轨右边有一标记710D。位于2组标记710G-710D之间的区域72被用来记录数据信息单元。
图1a的探测器1具有二个光检测器DA、DB，位于一包含槽轨的轴的平面的每一边(见图1c)。
对于这一聚焦过程，欲跟踪的载体的槽轨7被包含在物镜及其焦点之间的一平面上。由于在右边的二部分(710-D)而被光二极管DA检测得的信号大于被光极管DB所检测得的。在位于左边的部分(710-G)通过期间情况就相反。
如果欲跟踪的槽轨7在一距物镜的距离大于距焦点的平面中，所看到的效果则是无论那一点都是刚才描述的互补的情况。为确定聚焦误差信号ε’，在第一部分7通过期间分别对探测器信号VA或VB及VA1和VB1加以采样。
在第二部分通过期间对VA2和VB2加以采样，并进行下面的代数运算：
(VA1+VB2)-(VA2+VB1)
此结果在符号和辐值上都与聚焦误差信号成比例。
参看图2a来说明按照本发明的聚焦系统的示范实施例。
这一系统具有一聚焦调整控制装置，它对用于控制物镜Ob(图1a)的聚焦的线圈B作用并使其聚焦点沿一垂直于信息载体5的平面的直线移动。
探测器CA和CB接收由载体5反射的光线。探测器CA具有很宽的动态检测范围，但稳定性不佳，如图2b中曲线A所示。必须看做是不精确和易受干扰的。相反，探测器CB的动态检测范围小，而精度和稳定性均高，如图2b的曲线B所表示的。
一至少具有二个触头C1、C2的转换系统使聚焦控制装置B能或者被连接到一搜索斜坡信号发生器RF或者连接到探测器CA或者探测器CB。
控制逻辑LC使得能对系统的工作进行管理对斜坡信号发生器GR和触头C1、C2的控制电路CC1和CC1进行控制。
此系统按如下方式工作：
借助一图中未示出的设施向控制逻辑单元LC提出以信号AC表示的聚焦处理请求。
而后此控制逻辑单元利用电路CC1和CC2分别使触头C1和C2切换到位置pA1和pB2。
生成一如图3a中所示的斜坡信号加给聚焦调整装置B以便保证光束聚焦点的移动垂直于信息载体表面(载体5)。此光束聚焦点的运动要使得载体5的表面能进入探测器CA的传感器区域。然后由探测器CA生成一位置误差信号εA。
当信号εA到达一预定值α时，控制逻辑单元LC使开C2改变到位置pB1(闭合回路)。此回路即被加给误差信号εA。
然后伺服机构可锁定使回路的操作点(见图2b)在曲线A上由点A向回路的均衡的稳定点O’(相当于信号εA＝0)位移。
在完成这一过程时，在探测器CB的捕获区间的光束聚焦点和一信号εB被生成。当此信号达到一预定值β时，控制逻辑单元开关C1转换到位置pA2。然后回路被加以误差信号εB。操作点由曲线A的点b进到曲线B的点c。
必须注意的是，触头C1的转换到位置pA1可在系统开始运行后进行。在触头C2过渡到位置pB1时它必须起作用。
在图2b，现在运行点已由点C移到点d而后再到达作为此回路(连接到探测器B)的稳定位置的点O(εB＝0)，对应于一较之相应于点O’的更精确的有效的聚焦(Δf＝0)。
图3b表示上述操作期间聚焦点位移的示例。
在上述操作程序期间此装置的工作依靠信号fokA，fokB(聚焦OK)加以控制，这些信号相当于有效值，即大于阀值的值。这些信号使得特别能消除有关信号εA、εB的点。接近0的值实际上可在曲线A和B的不同区间得到。这样读得的信号将模糊是这些区间内不同的有效值(见图4a和4b)。
这些信号可用来：
—确定良好的点a、b(fokA、fokB)；
—检查在a、b的锁定(fokA、fokB)；
—检查聚焦的偏差(fokA、fokB)。
较具体说，在一聚焦命令期间，如果未给出信号fokA(fokA＝0)未给出信号fokB(fokB＝0)，系统就促使斜坡信号发生器GR工作直至误差信号εA大于阀值水平a且fokA＝1。然后由探测器CA进行调整直到误差信号εB超过水平b(见图2b)且fokB＝1，然后聚焦由探测器CB进行调整。
这里上述是假设在聚焦搜索命令期间系统是在散焦状态的。因此，此方法中的各不同步骤凭借：斜坡信号、CA探测器然后CB探测器。
但如果在聚焦搜索命令期间聚焦误差很小，就给出例如说一信号fokA或fokB而系统就从位于图2b中的运行点开始操作。
例如，可被加入信号fokA和fokB(fokA＝1、fokB＝1)而聚焦的调整就直接通过到探测器CB的控制之下。
按照另一可能的操作模式，有可能使fokA＝1和fokB＝0。在此情形下可选择以使聚焦调整置于探测器CA的控制之下直至信号εB通过阀值b并直至fokB＝1为止。如果在某一定的时间滞结束时后，这种情况没有产生，则聚焦控制就进到受探测器CB的控制。
必须注意的是，将此系统进行简化可以仅利用信号fokA和fokB来进行聚焦调整。在这种情况下，在聚焦搜索请求期间，fokA＝0且fokB＝0，斜坡信号发生器给出斜坡信号直至fokA＝1，然后由fokA控制聚焦调整直至fokB＝1。
按照另一可行的实施方案，探测器CB可以是采用摆频振荡检测误差信号的系统，即包含有一以同步检测来产生一比较精确的误差信号的聚焦调整振荡器的系统。
按照本发明一示范实施方案，探测器CA具有很宽的动态检测范围，并具有四个光电检测元件。如上述那样，其操作利用了读取光束的象散作用。
探测器CB为一采样式探测器，并具有二个光电检测元件。
必须指出的是，探测器CB的此二个光电检测元件可以是探测器CA那样的元件。
在前面的说明中，大致地描述了一信息单元为光识标(刻标、标记变化、反射强度变化等等)的光学信息载体的读取过程。但此载体也可以是一具有以磁化定向为特点的信息单元的磁载体。这样读数就将是利用克耳效率或法拉第效应(光极化旋转)的磁—光读数过程。
Claims (16)
1、用于调整一包括有为在载有以光或磁标识形式记录的信息单元的表面的载体(5)平面上的光束聚焦的光学系统(Ob)以及一控制聚焦点相对于载体(5)平面的位移的装置(B)的光装置的聚焦的系统，其特征是：所述光束为共点的，而所述系统包括：
一第一探测器(CA)，使得能相对于载体的表面进行聚焦调整，并给出第一聚焦误差信号；
一第二探测器(CB)，使得能由检测所记录的信息单元来调整聚焦；和
一控制逻辑单元，接收第一误差信号和第二误差信号，并启动控制装置的操作。
2、按照权利要求1的系统，其特征是控制逻辑单元在当第一聚焦误差信号超过某一指定值(a)时使得控制装置(B)能受此第一聚焦误差信号的控制直到第二聚焦误差信号超过另一指定值，然后此控制装置(B)的操作接受此第二聚焦误差信号的控制。
3、按照权利要求1的系统，其特征是
第一探测器(CA)具有指定的聚焦动态检测范围；和
第二探测器(CB)具有小于第一探测器动态范围的聚焦动态检测范围。
4、按照权利要求1或4的系统，其特征是所述信息单元是位于读取这些信息单元的轴线两侧的信息单元。
5、按照权利要求2的系统，其特征是所述控制逻辑单元在启动一聚焦命令期间给出一连续的变量信号(fR)至控制装置(B)直至第一误差信号(εA)大于其指定值(a)。
6、按照权利要求1的系统，其特征在于至少包括：
测量由载体反射的光强并在其水平高于一指定水平时给出一信号(fokA)的装置；
控制逻辑单元(LC)给予控制装置(B)一具有连续(εA)变量(fR)的信号直至第一探测器(CA)在一输出端给出一第一聚焦误差信号(εA)而信号(fokA)被给出，此第一聚焦误差信号被送给控制装置(B)直至第二探测器(CB)在一输出端给出一第二聚焦误差信号(εB)。
7、按照权利要求2的系统，其特征是所述系统包括有一为控制单元被激活的开关系统，此系统包括：
一第一开关(C1)使得或者第一探测器(CA)的输出或者第二探测器(CB)的输出连接到控制装置(B)；
一第二开关(C2)使得或者一给出连续变量信号(fR)的电路或者第一开关(C1)连接到控制装置(B)。
8、按照权利要求6的系统，其特征是载体(5)载有可按光束(1)的相对位移作光学读取的信息单元，此系统还包括有测量信息读取信号的强度并在此强度高于一阀值时给出一信号(fokB)的装置，在当此信号(fokB)被给出时控制逻辑单元考虑聚焦误差信号(εB)。
9、按照权利要求8的系统，其特征是第一开关(C1)将第一信号(fokA)或第二信号(fokB)连通到控制装置(B)。
10、按照权利要求1的系统，其特征是所述第一检测器(CA)包括有：
四个光电检测元件；
一象散装置放置于由载体(5)发射的读取光束的通路中；
一比较电路，能对四光电检测器检测得光量进行比较。
11、按照权利要求1的系统，其特征是：
所述载体(5)在光束的光照区内包括有二个位于光束和载体(5)的相对位移轴线的图象两侧的标记；
所述第二探测器(CB)具有二个位于元件平面上的槽轨轴线两侧的光电检测元件；
一能在读取第一标记然后读取第二标记期间对由二光电检测元件所检测得光量进行比较的电路。
12、按照权利要求10或11的系统，其特征是第二探测器(CB)的二个光电检测器元件为第一探测器(CA)的那些元件。
13、按照权利要求1的系统，其特征是所述第二探测器(CB)包括一采取摆频振荡检测误差的系统，其中的设备使得能引发调整聚焦的振荡和使得能同步地检测聚焦误差。
14、按照权利要求6或8之一的系统，其特征是第一聚焦信号(fokA)为第一聚焦误差信号(εA)和由一光电检测元件接收的光量的信号的组合，而第二聚焦信号(fokB)为一第二聚焦误差信号(εB)和一由读取载体上的信息单元得到的最小信号值(HF)的组合。
15、按照权利要求1的系统，其特征是载体(5)为一光或磁信息载体。
16、按照权利要求16的系统，其特征是载体(5)是一光盘。
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