CN1149549C

CN1149549C - 光头、记录和/或重放装置以及光盘驱动器

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Publication number: CN1149549C
Application number: CNB991221389A
Authority: CN
Inventors: ��ֲ; 植田充纪
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1998-09-04
Filing date: 1999-09-04
Publication date: 2004-05-12
Anticipated expiration: 2019-09-04
Also published as: KR20000022892A; EP0984437A2; CN1250930A; US6236031B1; JP2000149283A

Abstract

一种光头，包括一个由光源和光检测器组成的光学单元和一个主聚焦伺服装置，此主聚焦伺服装置允许一个物镜使从光源发射的光束聚焦，并且还包括一个辅助聚焦伺服装置，设置在光学单元和物镜之间，用于检测物镜的位置，处于主聚焦伺服装置提供有效信号输出的区间之外的物镜，根据来自于辅助聚焦伺服装置的检测信号而移动至此区间中。

Description

光头、记录和/或重放装置以及光盘驱动器

本发明涉及一种光头以及安装有这种光头的记录和/或重放装置，该光头用于将信息写至诸如光盘之类的记录媒体上和从诸如光盘之类的记录媒体上读出信息。

为了实现光头相对于光盘的聚焦伺服控制，一个物镜沿其光轴朝向和离开光盘移动，一个激光(束)通过物镜照射，激光的变化返回至聚焦伺服信号检测用光检测器，由此测定物镜相对于光盘是否处于聚焦位置状态。

当通过物镜的光束几乎恰好聚焦在光盘上时，一个伺服机构起动，以执行所谓的“聚焦牵引”操作。

通常，聚焦牵引是在几十微米至几微米的范围内，这个距离是指离开通过物镜的激光聚焦在光盘的信号记录表面上时的物镜位置的距离。当物镜和光盘的信号记录表面之间的距离超出上述范围时，难以精确地测定光盘的信号记录表面和物镜之间的距离，由此聚焦牵引不能很快完成。

为避免上述问题，必需首先确定物镜移动的范围。这个范围应当覆盖光盘的轴向偏差、物镜相对于机械基准高度的偏差、物镜焦距的偏差等。

聚焦伺服信号是通过象散方法、Foucault(傅科)方法、临界角方法、SSD(光点尺寸检测)方法(其中聚焦伺服信号根据光点的尺寸检测)等检测的，以检测通过物镜的光束是否聚焦在光盘的信号记录表面上。

考虑到光学设计参数(包括光学零部件位置和尺寸、光检测器技术条件等)，聚焦伺服牵引范围(为保证有效信号输出)可以加宽。

不过鉴于伺服信号增益，任何一种上述聚焦伺服方法都几乎不可能允许将牵引范围加宽至几十微米以上。

因此，如果在初始聚焦牵引期间或者由于干扰聚焦伺服严重偏离，物镜必须在宽的范围内移动，以由此检测聚焦伺服信号，直到物镜进入聚焦伺服牵引范围。

例如，如果光盘在其轴向偏离±0.3mm，物镜就必须移动0.6mm或更大的距离。

例如，在聚焦伺服牵引范围为10微米并且物镜移动距离WD小于0.6mm的光学系统中，如果小的灰尘或划痕导致聚焦误差信号输出不稳定并且物镜跟随此不稳定的输出且移动至聚焦伺服牵引范围之外，那么在最坏的情况下物镜将有可能与光盘发生碰撞。

另外，如果物镜具有大的数值孔径NA而激光(束)直径没有相应地改变，那么物镜的移动距离WD将是短的。为了物镜不与光盘碰撞，光盘应具有改善的平整度，但这是很难实现的。

如果可以得到这样一种测量系统，它可以确定物镜和光盘之间的几何关系，甚至由于干扰物镜仅仅移动几微米都可以确定，那么就可以提供这样一种机构，它根据此测量系统的输出信号防止物镜和光盘的碰撞。这种测量系统可以被用作辅助聚焦牵引装置。

业已提出采用例如反射式光检测器或电容式检测器作为辅助聚焦牵引装置，以便控制物镜的位置。但是，测量系统的问题在于：其控制能力的可靠性低并且其尺寸太大。

本发明的申请人还(例如在1998年10月15日受理的美国专利申请No.172621中)提出以下方案：在物镜的操纵机构上安装一个光学系统，用于检测到光盘的距离，并且利用它辅助聚焦牵引操作。但是，在这种情况下，由于要提供一个以上的光学系统，因此无法建立这些光学系统之间的完全协调。

另外，如果在相同光路径中设置这种辅助光学系统，光路径应当分离，但是，这将导致从光盘的信号记录表面通过反射至光头的回光量变小，由此S/N比将变差。此外，光路径也复杂了，这样光学系统就大了，这将制约光头设计成更紧凑的结构并且导致为辅助光学系统而过多耗费。

假定辅助聚焦牵引装置与前述的常规聚焦伺服装置相似地提供一个伺服控制信号，如果辅助装置实现的伺服牵引的范围为0.3mm或更大，那么就可以认为将不存在物镜和光盘的碰撞。

由于辅助聚焦牵引装置是防止大的干扰的保护性伺服，因此它可以被称为“间隙伺服”。

可以认为，这种辅助装置的合理使用有利于加快聚焦牵引的速度。

因此，本发明的一个目的是要通过提供一种紧凑的光头以及安装有这种光头的记录和/或重放装置克服已有技术的上述缺陷，光头包括一个辅助聚焦牵引装置，它被设计成简单的和紧凑的，并且其中，即使物镜处在可以提供有效聚焦伺服信号输出的区间之外，也可以防止与光盘碰撞。

上述目的可以通过提供一种光头实现，该光头包括一个由光源和光检测器组成的光学单元以及一个主聚焦伺服装置，此主聚焦伺服装置允许一个物镜使从光源发射的光束聚焦，根据本发明，该光头包括：

一个辅助聚焦伺服装置，它设置在光学单元和物镜之间，用于检测物镜的位置；

处于主聚焦伺服装置提供有效信号输出的区间之外的物镜，根据来自于辅助聚焦伺服装置的检测信号而移动至此区间中。

在上述的光头中，由于干扰等原因，处在主聚焦伺服装置提供有效信号输出的区间之外的物镜，根据辅助聚焦伺服装置的检测信号，移动至此区间中，于是，物镜可以安全地返回到此区间中，而不与光盘发生任何碰撞。

由于辅助聚焦伺服装置设置在光学单元和物镜之间，辅助聚焦伺服装置可以设计成简单的和紧凑的。

另外，上述目的可以通过提供一种记录和/或重放装置实现，该记录和/或重放装置包括一个用于将信息写至记录媒体上和从记录媒体上读出信息的光头，根据本发明，该光头包括：

一个由光源和光检测器组成的光学单元；

一个主聚焦伺服装置，它允许一个物镜使从光源发射的光束聚焦，和

上述目的还可以通过提供一种光盘驱动器实现，该光盘驱动器包括一个由光源和光检测器组成的光学单元以及一个聚焦伺服装置，此聚焦伺服装置允许一个物镜使从光源向光盘发射的光束聚焦，根据本发明，此聚焦伺服装置包括：

第一聚焦伺服装置，用于检测处于第一区间中的物镜的位置，在第一区间中射向光盘的光束几乎恰好聚焦在光盘上；和

第二聚焦伺服装置，用于检测移动至第二区间中的物镜的位置，第二区间处于第一区间之外，并且其中第一聚焦伺服装置提供有效信号输出。

从结合附图对本发明的优选实施例所做的以下详细说明中，本发明的这些和其它目的、特征和优点将变得更为清楚。

图1示意性地示出了根据本发明的光头的一个实施例的结构；

图2用于解释通过临界角方法实现聚焦伺服的原理；

图3显示出相对临界角棱镜的反射表面设置的一个光检测器；

图4显示出当光束未聚焦在光盘上时图1的光头中回光的光点；

图5显示出按临界角方法检测的聚焦误差信号，其中图5A显示出不存在静区时的聚焦误差信号，而图5B显示出存在静区时的聚焦误差信号；

图6显示出当辅助聚焦伺服装置具有静区时，辅助聚焦误差信号、主聚焦误差信号和RF信号之间的关系；

图7显示出在图1的光头中由主聚焦伺服装置和辅助聚焦伺服装置执行的控制操作的流程；

图8显示出设置在临界角棱镜和光检测器之间的一个耦合棱镜；

图9示意性地示出了根据本发明的光头的第二实施例的结构；

图10显示出光路径，沿此路径，经光盘的信号记录表面反射并通过物镜的回光，在临界角棱镜的反射表面上分裂；

图11显示出光路径，沿此路径，经光盘的信号记录表面反射并通过物镜的回光，在临界角棱镜的反射表面上分裂并且通过耦合棱镜；

图12显示出光路径，沿此路径，当临界角棱镜和耦合棱镜之间的间隙太大时，来自于光盘的信号记录表面并通过物镜的呈发散光状态的回光，在临界角棱镜的反射表面上分裂；

图13显示出光路径，沿此路径，当临界角棱镜和耦合棱镜之间的间隙太大时，来自于光盘的信号记录表面并通过物镜的呈会聚光状态的回光，在临界角棱镜的反射表面上分裂；

图14显示出图9的光头中的光路径，沿此路径，来自于光盘的信号记录表面并通过物镜的呈发散光状态的回光，在临界角棱镜的反射表面上分裂；

图15显示出光路径，沿此路径，来自于光盘的信号记录表面并通过物镜的呈会聚光状态的回光，在临界角棱镜的反射表面上分裂；

图16示出了根据本发明的记录和/或重放装置的结构的一个例子。

在对根据本发明的光头的实施例进行详细描述之前，下面将首先对通过临界角方法实现的聚焦伺服进行说明：

当光从一种高折射介质n₁射入一种低折射介质n₂(n₁＞n₂)时，根据斯涅耳(Snell)折射定律，光将以特定的角度折射。假定从高折射介质至低折射介质的入射角为θ₁，那么折射角θ₂将为：

θ₂＝Arc sin(n₁×sin(θ₁)/n₂)

因此，当sin(θ₁)＞n₂/n₁时，θ₂是一个虚数，这意味着光没有被折射而是全部被反射。

通过临界角方法实现的聚焦伺服采用例如图2中所示的一个临界角棱镜4。

临界角棱镜4是由具有相当高的折射率的材料制备的，并且成形为具有三角形截面。如图所示，与三角形的斜边对应的临界角棱镜4的表面4a是一个反射表面。

临界角棱镜4上入射光的光轴与棱镜4的反射表面4a之间界定的角度(入射角)是一个临界角θ_c，它是临界角棱镜4的材料和空气之间的交界处发生全内反射的临界角，即，临界角满足sin(θ_c)＝n₂/n₁。

另外，由两个分离的光电二极管PD₁和PD₂组成的光检测器10设置在临界角棱镜4的下游。

此外，该光学系统被调整，以便当物镜5被置于相对于光盘的信号记录表面呈聚焦位置状态(如图2中参考符号J所示的位置)时，经光盘的信号记录表面反射并已通过物镜5的回光平行于光轴。

由于上述的光学系统结构，经光盘的信号记录表面反射并已通过物镜5的回光，在临界角棱镜4的反射表面4a上被反射，并且由光检测器10检测。

下面将参照图2(图2A-2C)描述在上述结构的光头中聚焦伺服信号是如何检测的：

首先，当物镜5被置于相对于光盘的信号记录表面呈聚焦位置状态(如图2中参考符号J所示的位置)时，经光盘的信号记录表面反射的回光会通过物镜5而成为平行光，此平行光将入射至临界角棱镜4上。

由于回光是以与全内反射的临界角θ_c相等的角度入射至临界角棱镜4的反射表面4a上的，所以它在反射表面4a上被全部反射并入射至光检测器10。此时，所接收的光量为PD₁＝PD₂，于是聚焦误差信号FE＝PD₁-PD₂＝0。

正如从图2B中看到的，如果物镜5太靠近光盘的信号记录表面(如图2中参考符号N所示)，通过物镜5后的回光将是发散的。

此时，光轴上方的回光以小于临界角θ_c的角度入射至临界角棱镜4的反射表面4a上，由此它将部分地通过反射表面4a。由于光轴下方的光以大于临界角θ_c的角度入射，于是它将全部地在反射表面4a上被反射。

由此，全反射的光入射至光检测器10的右侧光电二极管PD₁。但是，它部分地通过反射表面4a，而其余部分入射至左侧光电二极管PD₂，于是接收的光量减少了。

因此，所接收的光量为PD₁＞PD₂，这样聚焦误差信号FE＝PD₁-PD₂＞0。

正如从图2C中看到的，如果物镜5太远离光盘的信号记录表面(如图2中参考符号F所示)，通过物镜5后的回光将是会聚的。

此时，光轴上方的回光以大于临界角θ_c的角度入射至临界角棱镜4的反射表面4a上，由此它将全部地在反射表面4a上被反射。由于光轴下方的光以小于临界角θ_c的角度入射，于是它将部分地通过反射表面4a。

由此，全反射的光入射至光检测器10的左侧光电二极管PD₂。但是，它部分地通过反射表面4a，而其余部分入射至右侧光电二极管PD₁，于是接收的光量减少了。

因此，所接收的光量为PD₁＜PD₂，这样聚焦误差信号FE＝PD₁-PD₂＜0。

由此，带有差值符号的聚焦误差信号FE就产生了，此信号对应于由物镜5实现的光的聚焦偏离光盘的信号记录表面上的聚焦位置J的方向。物镜5可以根据聚焦误差信号FE移动，以使光束精确地聚焦在信号记录表面上。

由临界角方法实现的聚焦伺服包括图2和3中分别示出的方式。

在图2中所示的临界角方法中，在临界角棱镜4的反射表面4a上反射的光是由光检测器10检测的，光检测器10由两个分离的光电二极管PD₁和PD₂组成，正如前面已描述的。

这个方法被广泛地应用，因为它具有这样的优点：回光以大的光量和近乎垂直的方式入射在光检测器10上。

另一方面，在图3中所示的方法中，由两个分离的光电二极管PD₁和PD₂组成的光检测器10接收通过临界角棱镜4的反射表面4a并由此折射的光。

在这个方法中，如果已通过物镜5的回光是发散的，它将不会入射在光检测器10的下侧的光电二极管PD₁上，而是只有上侧的光电二极管PD₂接收已通过临界角棱镜4的反射表面4a的光。因此，所接收的光量为PD₁＜PD₂，这样聚焦误差信号FE＝PD₁-PD₂＜0。

另一方面，如果已通过物镜5的回光是会聚光，已通过临界角棱镜4的反射表面4a的光仅仅入射在下侧的光电二极管PD₁上，而将没有光入射在上侧的光电二极管PD₂上。因此，所接收的光量为PD₁＞PD₂，这样聚焦误差信号FE＝PD₁-PD₂＞0。

应当指出的是，如果光检测器10和临界角棱镜4彼此安装在一起，它们的折射率差异可能使得无法达到全内反射。对于图3中所示的方法，为避免这种情况，必需在它们之间提供一个空气层(间隙)，或者如此制备临界角棱镜4，即，其折射率足够高，以便即使光检测器10和临界角棱镜4彼此安装在一起也能够实现全内反射。

另外，因为不能全内反射，在已通过临界角棱镜4的反射表面4a的光中，与反射表面4a平行地射出的光几乎不可能由光检测器10接收，从而导致形成一个较宽的静区。

但是，在图3中所示的方法中，由于当物镜5被置于相对于光盘的信号记录表面呈聚焦位置状态时被全内反射的光将不会分裂而由光检测器10接收，因此光可以有益地在下游的光学系统中被自由地利用。

因此，图3中所示的方法应当优选用于本发明中，以提供一种辅助聚焦伺服装置，这将在后面进一步说明。

下面将描述根据本发明的光头的实施例：

现在参照图1，其中示意性地示出了根据本发明的光头的第一实施例的结构。光头总体上以参考数字20标示。

光头20包括：一个半导体激光器1，用于发射激光；一个准直透镜2，用于使激光形成平行光；一个射束分裂器(下面将称之为“BS”)3，用于分裂经光盘6的信号记录表面7反射的回光；一个临界角棱镜4；一个物镜5，用于将来自于激光器1的激光聚焦在光盘6的信号记录表面7上；多级透镜(由球面透镜和圆柱形透镜组成的复合透镜)8；光电二极管9，用于检测或接收光；光电二极管10(光检测器)，用于检测已通过临界角棱镜4的反射表面的光；一个光栅11，用于调整输出光束；以及一个双轴操纵机构12，用于驱动物镜5。

在上述的光头20的各元件中，半导体激光器1、光电二极管9、准直透镜2、BS 3、多级透镜8和光栅11一起形成一个光学单元13。另外，BS 3、多级透镜8和光电二极管9一起形成一个主聚焦伺服装置14。

光检测器10由两个分离的光电二极管PD₁和PD₂组成，并且与临界角棱镜4的反射表面4a相对设置。

临界角棱镜4和光检测器10一起形成一个辅助聚焦伺服装置15。

临界角棱镜4是一个其中可实现光的全内反射的棱镜。它是由玻璃或塑料制成的，并且形成为具有三角形截面。棱镜4的反射表面4a是与三角形截面的斜边相应的表面。

该光学系统被如此调整：在来自于光盘6的信号记录表面7的回光的光轴即入射在临界角棱镜4的反射表面4a上的光与反射表面4a本身之间界定的角度与前述的全内反射的临界角θ_c相同。

因此，由于图3中所示的前述的临界角方法是由临界角棱镜4和光检测器10组成的辅助聚焦伺服装置15实现的，它可以被用于物镜5的伺服控制，以便使光束聚焦在光盘6的信号记录表面7上。

由于光检测器10适于接收或检测已通过临界角棱镜4的反射表面4a的光，如图3所示，当物镜5被置于相对于光盘6的信号记录表面7呈聚焦位置状态时，在反射表面4a上全反射的光将不会分裂而由光检测器10检测，于是回光可以被有益地自由应用于诸如光学单元13等的下游光学系统中。

应当指出的是作为光头20的一种变化形式，辅助聚焦伺服装置15可以适于图2中所示的情况：在反射表面4a上反射的光由光检测器10检测。

不过，在这种情况下，为了在下游的光学单元13的主聚焦伺服装置14中由光电二极管9进行信号检测，例如BS或任何其它光学零部件应当设置成用于分离光的装置，即从由光检测器10检测的光中分离要在下游光学单元中使用的光。可以在下游光学单元中使用的光量小于由光检测器10检测的光量。

因此，光头20应当优选适于图3中所示的情况：已通过反射表面4a的光由光检测器10检测。

另外，在具有图1中所示的结构的光头20中，主聚焦伺服是由象散方法实现的，这种方法采用由例如多级透镜8中的圆柱形透镜和球面透镜的组合产生的象散，而跟踪伺服是由三点方法实现的，其中从由光栅11输出的光形成衍射光。

具有前述的结构的光头20可以实现下面将描述的功能：

例如，从半导体激光器1发射出650nm波长的激光，此激光通过光栅11、BS3和准直透镜2，从而形成平行光。输出光被临界角棱镜4全部反射、而后通过物镜5并聚焦在光盘6的信号记录表面7上。

经信号记录表面7反射的回光沿着半导体激光器1的输出光已经通过的光路径返回，并再次由物镜5折射而形成平行光，此平行光将在临界角棱镜4的反射表面4a上被全反射。

进一步，此光通过准直透镜2，再由BS3反射，并由此与输出光的光路径分离。

此光通过多级透镜8并由光电二极管9检测，在光电二极管9中光强转换成一个电信号。

不过，如果信号记录表面7偏移，并由此使聚焦的光点偏离信号记录表面7，从物镜5射出的回光将是发散光或会聚光，正如前面已经参照图2B和2C描述的那样。

入射在临界角棱镜4的反射表面4a上的发散光或会聚光将包含这样的光，即，其入射角小于前述的能够实现全内反射的入射角(临界角θ_c)。

不能全内反射的光束将通过反射表面4a，于是到达准直透镜2的回光将部分地损失。

图4示出了当激光器1的输出光在光盘6的信号记录表面7上偏离聚焦状态时回光的光点。图4A显示出临界角棱镜4上的回光光点，这是当物镜5被设置成使输出光聚焦于比光盘6的信号记录表面7上的基准位置(恰好聚焦的位置)近的位置处时的情况。图4B显示出临界角棱镜4上的回光光点，这是当物镜5被设置成使输出光聚焦于比光盘6上的基准位置(恰好聚焦的位置)远的位置处时的情况。在图4中，参考符号SO表示将要通过临界角棱镜4的回光的光点，S1表示在反射表面4a上反射的回光的光点，S2表示刚通过反射表面4a的回光的光点。光点的阴影部分表示小的光量。

在图4A和4B中，在反射表面4a上反射的回光的光点S1均将部分地损失，并且已通过反射表面4a的光点S2(当激光器1的输出光恰好聚焦在信号记录表面上时的暗点)均将部分地泄漏。

在图4A中，光点S1和S2在其各自的右侧部分呈现出变化。而在图4B中，光点S1和S2在其各自的左侧部分呈现出变化。

正如图4A和4B中示出的，通过由至少两个分离的光电二极管PD₁和PD₂组成的光检测器10，对相应地由图2或3所示的在反射表面4a上反射的光或通过反射表面4a的光进行的检测，使得可以获知物镜5是靠近光盘6的信号记录表面7还是远离信号记录表面7。

采用临界角棱镜的该聚焦伺服系统的特征在于：由于仅仅在入射至棱镜的反射表面上的光束的角度已变化超过预定的值时信号才可以被检测，当物镜接近相对于光盘的信号记录表面呈聚焦状态的位置设置时，检测信号将不会变化，因此将存在一个具有一定宽度的静区。

以上情况被视为临界角方法的一个缺点。不过，在本发明中，静区可以有益地利用。

图5示出了不存在静区和存在静区两种情况下的聚焦误差信号FE，以相互对比。图5A示出了不存在静区情况下的聚焦误差信号FE，而图5B示出了存在静区情况下的聚焦误差信号FE。

当在物镜与光盘的信号记录表面之间的距离DL的一部分中存在一个静区25时，聚焦误差信号FE在静区25中呈现零值，如图5B中所示。

此时，由于聚焦位置处于上述的静区25的范围内，因此难以精确地使光聚焦在合适位置。

在用于根据本发明的光头20中的辅助聚焦伺服装置15的临界角方法中，当在由辅助聚焦伺服装置15检测的辅助聚焦误差信号FE2中发现静区25时，如图6A中所示，聚焦位置处于静区25的范围内。

另外，如图6B中所示，当采用象散方法时，由主聚焦伺服装置14检测的主聚焦误差信号FE1是一个S形的信号，它具有两个峰，即上峰和下峰，并且在这两个峰之间还有例如一个用于主聚焦伺服装置14的牵引区间26(其中可以检测到有效信号输出)。

因此，如图6A和6B中所示，通过如此设定两个聚焦伺服装置14和15：由主聚焦伺服装置14检测的主聚焦误差信号FE1的牵引区间26设在由辅助聚焦伺服装置15检测的辅助聚焦误差信号FE2的静区25中，主聚焦伺服装置14就可以免受静区25的不利影响。

应当指出的是，当物镜5使光在聚焦位置附近聚焦时，一个射频信号RF具有一个峰值，如图6C中所示。

图7显示出由光头20中的主聚焦伺服装置14和辅助聚焦伺服装置15实现的控制操作的流程。

如图7中所示，除了图1中光头20的各组件外，还设置有一个聚焦控制器21。

光学单元13中的主聚焦伺服装置14提供一个射频信号RF和主聚焦误差信号FE1，而辅助聚焦伺服装置15则提供辅助聚焦误差信号FE2。根据射频信号RF和主聚焦误差信号FE1或辅助聚焦误差信号FE2检测散焦，从而提供一个检测信号S，此信号将被发送至聚焦控制器21。

根据所提供的检测信号S，聚焦控制器21提供一个控制信号SC。根据控制信号SC，双轴操纵机构12被驱动，以使物镜5移动，直到光聚焦于合适位置。

在用于光盘的普通光头中，聚焦伺服控制是采用单一聚焦伺服装置实现的。为了聚焦牵引，物镜在光轴方向上在一个宽的范围内相对于光盘移动，以检测所谓的S形信号。

进一步，物镜被调整，直到信号达到S形的零点，而后物镜继续精细地移动。

另一方面，在根据本发明的光头20中，实际的聚焦位置在辅助聚焦伺服装置15的静区25中，即信号输出为零的范围内。因此，首先使物镜5在光轴方向上移动，以检查由辅助聚焦伺服装置15检测的任何辅助聚焦误差信号FE2，并且使物镜进一步移动，直到它进入信号输出的静区25。

一旦物镜5进入静区25，它要在光轴方向上移动，移动的范围将不会超出静区25，并且主聚焦伺服装置14被用于正常的聚焦牵引。

因此，辅助聚焦伺服装置15的静区25的宽度可以做得小于主聚焦伺服装置14的S形牵引范围，以通过从辅助聚焦伺服装置15转换至主聚焦伺服装置14而瞬间实现聚焦牵引。

在根据本发明的这个光头20中，物镜5的位置可以由辅助聚焦伺服装置15检测。因此，即使干扰使得物镜5相对于光盘6的位置超出了主聚焦伺服装置14的牵引范围，物镜5也可以很快地返回聚焦位置并且由此防止与光盘6碰撞。

另外，在该系统开始工作时，聚焦牵引可以在短时间内实现。

辅助聚焦伺服装置15设置在物镜5与包括光发射器和光检测器的光学单元13之间，并且还安装在光头20的光学系统中。因此，与辅助聚焦伺服装置独立设置的情况相比，光头20可以设计得更简单。

在辅助聚焦伺服装置15的检测信号的静区25做得比主聚焦伺服装置14的S形牵引区间26窄的情况下，在移动至辅助聚焦伺服装置15的静区25之后，从辅助聚焦伺服装置15转换至主聚焦伺服装置14，由此，总是可以实现精确的聚焦，并且聚焦牵引可以在更短的时间内实现，无论物镜5相对于光盘6的几何位置关系如何。

在图1中，信号记录表面7被显示为形成于光盘6的前侧(物镜侧)。不过，应当指出的是，根据本发明的光头也可以与靠近后侧形成信号记录表面7(正如在小型盘中)的光盘6联用。根据本发明的光头可以与任何光盘6联用，无论信号记录表面7在光盘6中的位置如何。

本发明中采用的主聚焦伺服和跟踪伺服方法不限于上述的象散方法和三点方法，并且通过修改光学单元13的结构，任何其它合适的方法都可以被采用。另外，临界角方法被用于辅助聚焦伺服检测。不过，可以采用象散方法、Foucault方法、临界角方法、SSD(光点尺寸检测)方法等中的任何一种方法替代临界角方法。

辅助聚焦伺服装置可以包括第二棱镜27，此棱镜作为耦合棱镜，它被设置在临界角棱镜4和光检测器10之间，如图8中所示。

如此设置的第二棱镜27允许光几乎垂直地入射在光检测器10上，如图中虚线所示的。

另外，在临界角棱镜4和第二棱镜27之间设有一个空气间隙28，用于保持在临界角棱镜4的反射表面(倾斜表面)4a上全内反射的临界角不变。

由此构成的辅助聚焦伺服装置提高了由光检测器10检测通过临界角棱镜4的反射表面4a的光的效率。

现在参照图9，此图示意性地示出了根据本发明的光头的第二实施例，其中包括图8中所示的辅助聚焦伺服装置。根据本发明的光头的第二实施例总体以参考数字30表示。

除了前面已经描述的第一实施例中的辅助聚焦伺服装置15的各组成元件外，光头30还包括一个耦合棱镜31，此棱镜设置在临界角棱镜4和光检测器10之间。由此构成的辅助聚焦伺服装置以参考数字32表示。

耦合棱镜31形成为具有三角形断面。它被设置成其对应三角形斜边的倾斜表面31a与临界角棱镜4的反射表面4a相对。应当指出的是，耦合棱镜31可能不总是由与临界角棱镜4相同的材料制成并形成为具有等边三角形断面。

辅助聚焦伺服装置32允许光通过临界角棱镜4的反射表面4a入射至耦合棱镜31上并通过耦合棱镜31而由光检测器10检测。

正如前面已经描述的，对于通过反射表面4a的光，由于不能全内反射，大体上平行于反射表面4a从中射出的光几乎不能由光检测器10检测。

例如，如果通过物镜5的回光为平行于光轴的光α₀，如图10中所示，当入射在临界角棱镜4上时它将在反射表面4a上全部被反射，反射光为α₁。另一方面，如果通过物镜5的回光为不平行于光轴的光β₀或γ₀，即为发散光或会聚光，当它入射在临界角棱镜4上时，它将部分地通过反射表面4a，并且以相对于光轴倾斜的角度被折射为光β₁或γ₁。光β₁或γ₁是在朝向反射表面4a的方向上被折射的。由.比光β₁或γ₁几乎平行于反射表面4a并且很难由光检测器10高效率地检测。

为实现光检测器10对通过反射表面4a的光的高效率检测，在辅助聚焦伺服装置32中，耦合棱镜31被设置在临界角棱镜4和光检测器10之间，如图11中所示。即，在辅助聚焦伺服装置15中，通过反射表面4a的光β₀或γ₀入射在耦合棱镜31上，并且将在朝向光检测器10的方向上被折射而形成为光线β₂或γ₂。由此，通过物镜5的回光可以大致垂直于光检测器10的表面被导引。

另外，辅助聚焦伺服装置32在临界角棱镜4和耦合棱镜31之间设有一个空气间隙33，此间隙防止在临界角棱镜4的反射表面4a上全内反射的临界角的变化。

为形成空气间隙33，临界角棱镜4的反射表面4a和耦合棱镜31的倾斜表面31a之间的间隔可以在几微米至几百微米的量级。

如果空气间隙33太大，通过临界角棱镜4的反射表面4a的光将以大的角度折射，并随后入射在耦合棱镜31上，正如从图12和13中将能看到的。由此，如果通过物镜5的回光为发散光，通过临界角棱镜4的反射表面4a的光会入射在光检测器10的光电二极管PD₁和PD₂上，如图12中所示，并且几乎不可能仅仅导引至光检测器10的光电二极管PD₁。另外，如果通过物镜5的回光为会聚光，通过临界角棱镜4的反射表面4a的光会入射在光检测器10的光电二极管PD₂的端部，如图13中所示，并且很难高效率地仅仅导引至光检测器10的光电二极管PD₂。

通过使空气间隙33较小，如果通过物镜5的回光为发散光的话，就有可能将通过临界角棱镜4的反射表面4a的光仅仅导引至光检测器10的光电二极管PD₁，如图14中所示。如果通过物镜5的回光为会聚光的话，就有可能将通过临界角棱镜4的反射表面4a的光仅仅导引至光检测器10的光电二极管PD₂，如图15中所示。

但是，如果空气间隙33太小，从临界角棱镜4的反射表面4a射出的短暂(evanescent)光将联接耦合棱镜31，结果，临界角棱镜4的反射表面4a上的临界角不能被利用，并且由此不能通过临界角方法实现聚焦伺服。

因此，临界角棱镜4的反射表面4a和耦合棱镜31的倾斜表面31a之间的间隔应当优选在如上所述的几微米至几百微米的量级上。

由此构成的辅助聚焦伺服装置32允许穿过临界角棱镜4的反射表面4a的光，通过耦合棱镜31被光检测器10有效地检测。

因此，该光头30呈现出与根据本发明的第一实施例的光头20相同的效果以及辅助聚焦伺服装置32中的改善的检测灵敏度。

现在参照图16，其中示意性地示出了根据本发明的记录和/或重放装置的结构的一个例子。该记录和/或重放装置总体上由图16中的参考数字90表示。

如图16中所示，该记录和/或重放装置90包括：根据本发明的一个光头91；一个主轴电动机92，用于驱动光盘6旋转；一个进给电动机93，用于使光头91移动；一个调制解调器电路94，用于提供预定的信号处理；一个伺服控制电路95，用于光头91的伺服控制；以及一个系统控制器96，用于控制整个系统。

主轴电动机92由伺服控制电路95驱动和控制。它被驱动按预定的速度旋转。光盘6被夹装在主轴电动机92上，信号通过该装置90被写至光盘6上或者从此光盘上读出，主轴电动机92驱动光盘6按预定的速度旋转。

光头91向正在旋转的光盘6发射激光，并且检测来自于光盘的回光。光头91是根据本发明的一种光头，例如光头30。

光头91连接至调制解调器电路94。为了从光盘6读出信息信号，光头91向正在被驱动而旋转的光盘6发射激光，从来自于光盘6的检测回光中检测读出信号，并且将此信号供给调制解调器电路94。

为了将信息信号写至光盘6上，从一个外部电路97提供的并且在调制解调器电路94中经过预定处理的一个写信号被供给光头91，光头91将根据调制解调器电路94提供的写信号向光盘6发射激光。

光头91还连接至伺服控制电路95。为了将信息写至光盘6上或从光盘6读出信息，光头91从回光中检测临界角聚焦误差信号和象散聚焦误差信号，所述回光是从正在旋转的光盘6经反射形成的，正如前面已经描述的，并且光头91将这些误差信号供给伺服控制电路95。另外，光头91还将从经光盘6反射形成的回光中检测跟踪误差信号，并且将此跟踪误差信号供给伺服控制电路95。在以下的说明中，从光头91供给伺服控制电路95的这些信号将总称为“伺服信号”。

调制解调器电路94连接至系统控制器96和外部电路97。在系统控制器96的控制下，调制解调器电路94从外部电路97接收要被写至光盘6上的信号，并且按预定的方式处理信号。由调制解调器电路94如此调制的信号被供给光头91。

另外，为了从光盘6读出信息信号，调制解调器电路94将在系统控制器96的控制下，从光头91接收从光盘6读出的信号，并且按预定的方式对其进行处理。由调制解调器电路94调制的信号被从调制解调器电路94传送至外部电路97。

在将信息信号写至光盘6或者从光盘6读出信息信号的过程中，进给电动机93被设置用于将光头91移动至光盘6上的预定径向位置。其驱动是依据由连接进给电动机93的伺服控制电路95供给的控制信号。

伺服控制电路95由系统控制器96控制，用于控制进给电动机93，以便使光头91移动至光盘6上的预定位置。伺服控制电路95还连接至主轴电动机92并且由系统控制器96控制，以控制主轴电动机92的工作。即，在将信息信号写至光盘6上或者从光盘6读出信息的过程中，伺服控制电路95控制主轴电动机92，以便使光盘6按预定的速度旋转。

另外，伺服控制电路95还连接至光头91。在将信息信号写至光盘6上或者从光盘6读出信息的过程中，从光头91向伺服控制电路95提供一个伺服控制信号，正如前面已经描述的，并且伺服控制电路95根据此伺服控制信号提供光头91的聚焦伺服和跟踪伺服控制。通过一个双轴操纵机构使物镜精细地移动，光头91得以聚焦和跟踪伺服控制，光头91的物镜安装在所述操纵机构上。

在按上述方式构成的记录和/或重放装置90中，可以通过临界角方法进行聚焦伺服控制，因为所采用的光头91是根据本发明的光头，并且光学系统可以设计成简单的。

在以上的说明中，已经参照光盘描述了记录媒体。但是本发明可以广泛地适用于其中可以采用临界角方法实现聚焦伺服控制的多种记录媒体，因此本发明不仅限于光盘。

根据本发明的光头不局限于前面已经描述的实施例，而是可以在不脱离将在后面(权利要求中)限定的本发明的范围和精神的情况下进行各种方式的修改。

正如前面已经描述的，根据本发明，物镜的位置可以由辅助聚焦伺服装置检测。这样，即使发生了干扰而使物镜相对于光盘偏离聚焦位置状态，物镜也可以很快地返回到相对于光盘呈聚焦状态的位置，并且由此防止了与光盘的碰撞。

由于物镜的位置可以由辅助聚焦伺服装置检测，在系统起动过程中，聚焦可在短的时间内得以牵引。

由于辅助聚焦伺服装置设置在光学单元和物镜之间，它可以设计成简单的，这将有助于光头的更紧凑设计。

另外，如果相应于辅助聚焦伺服装置存在一个静区，此静区可以比主聚焦伺服装置提供有效信号输出的区间窄，由此总可以获得精确的聚焦，并且可以在短的时间内实现聚焦牵引，无论物镜相对于光盘的几何位置如何。

Claims

1.一种光头，它包括一个由光源和光检测器组成的光学单元以及一个主聚焦伺服装置，此主聚焦伺服装置允许一个物镜使从光源发射的光束聚焦，该光头包括：

处于主聚焦伺服装置提供有效信号输出的区间之外的物镜，根据来自辅助聚焦伺服装置的检测信号而移动至此区间中；

其中，辅助聚焦伺服装置包括一个临界角棱镜和光检测器，该光检测器设置在临界角棱镜附近，且检测一个光束，此光束在临界角棱镜的一个反射表面上的入射角小于全内反射的临界角。

2.根据权利要求1的光头，其中，在辅助聚焦伺服装置的牵引区间中限定了一个静区，在该静区中所述检测信号小于一个预定值，并且还在此静区内限定了一个区间，在此区间中主聚焦伺服装置提供有效信号输出。

3.根据权利要求2的光头，其中，静区具有一个较窄的区间，此区间小于主聚焦伺服装置提供有效信号输出的区间。

4.根据权利要求1的光头，其中，一个耦合棱镜紧靠临界角棱镜设置。

5.根据权利要求4的光头，其中，光检测器设置在耦合棱镜附近。

6.根据权利要求4的光头，其中，一个光束通过耦合棱镜并且由光检测器检测，此光束在临界角棱镜的反射表面上的入射角小于全内反射的临界角。

7.根据权利要求4的光头，其中，在临界角棱镜和耦合棱镜之间设有一个间隙。

8.一种记录和/或重放装置，包括一个用于将信息写至记录媒体上和从记录媒体上读出信息的光头，该光头包括：

一个由光源和光检测器组成的光学单元；

处于主聚焦伺服装置提供有效信号输出的区间之外的物镜，根据来自于辅助聚焦伺服装置的检测信号而移动至此区间中；

9.根据权利要求8的记录/或重放装置，其中，在辅助聚焦伺服装置的牵引区间中限定了一个静区，在该静区中所述检测信号小于一个预定值，并且还在此静区内限定了一个区间，在此区间中主聚焦伺服装置提供有效信号输出。

10.根据权利要求9的记录/或重放装置，其中，静区具有一个较窄的区间，此区间小于主聚焦伺服装置提供有效信号输出的区间。

11.根据权利要求8的记录/或重放装置，其中，一个耦合棱镜紧靠临界角棱镜设置。

12.根据权利要求11的记录/或重放装置，其中，光检测器设置在耦合棱镜附近。

13.根据权利要求11的记录/或重放装置，其中，一个光束通过耦合棱镜并且由光检测器检测，此光束在临界角棱镜的反射表面上的入射角小于全内反射的临界角。

14.根据权利要求11的记录/或重放装置，其中，在临界角棱镜和耦合棱镜之间设有一个间隙。

15.一种光盘驱动器，包括一个由光源和光检测器组成的光学单元以及一个聚焦伺服装置，此聚焦伺服装置允许一个物镜使从光源向光盘发射的光束聚焦，此聚焦伺服装置包括：

第一聚焦伺服装置，用于检测处于第一区间中的物镜的位置，在第一区间中射向光盘的光束几乎恰好聚焦在盘上；和

第二聚焦伺服装置，用于检测移动至第二区间中的物镜的位置，第二区间处于第一区间之外，并且其中第一聚焦伺服装置提供有效信号输出；

其中，当物镜处于第一聚焦伺服装置提供有效信号输出的第一区间之外时，聚焦伺服装置允许物镜根据来自于第二聚焦伺服装置的检测信号移动至第一区间中；

第一聚焦伺服装置根据由光检测器检测的信号提供聚焦伺服；

所述光盘驱动器还包括设置在光学单元和物镜之间的第二光检测器，所述第二聚焦伺服装置根据由第二光检测器检测的信号提供聚焦伺服；

所述第二聚焦伺服装置包括一个临界角棱镜和第二光检测器，该第二光检测器设置在临界角棱镜附近，一个光束由第二光检测器检测，此光束在临界角棱镜的反射表面上的入射角小于全内反射的临界角。

16.根据权利要求15的光盘驱动器，其中，在第二聚焦伺服装置的牵引区间中限定了一个静区，在静区中检测信号小于预定值，并且还在此静区内限定了第一区间，在此区间中第一聚焦伺服装置提供有效信号输出。

17.根据权利要求16的光盘驱动器，其中，静区具有一个较窄的区间，此区间小于第一聚焦伺服装置提供有效信号输出的区间。