CN1213411C - 光盘头、激光二极管模块和光学录/放装置 - Google Patents

Abstract

在光盘5上成像的子光束的光点直径被设定为主光束直径的至少2.5倍。借助这种配置，检测子光束反射光的检测器的输出信号，即，表示被径向上分割线分割的光检测元件的输出信号的差异的信号包含可忽略的纹迹侧向分量，此纹迹侧向分量是由光束光点横跨纹迹产生的。此信号基本上只包含在跟踪控制下由物镜在径向上位移导致的直流偏移分量。这样，从主光束的推挽信号中减去检测器的输出信号，跟踪信号基本上就不包含直流偏移。

Description

光盘头、激光二极管模块和光学录/放装置

技术领域

本发明涉及光学录/放装置以及用于光学录/放装置的光盘头和激光二极管(LD)模块。

背景技术

在目前市场上可以买到各种光盘的情况下，光学录/放装置和光盘头实现对符合多种规范的光盘的稳定的跟踪。用于这情况的方法大概分为：方法(1)，使用RF信号产生跟踪信号(下文称为TE信号)，如相位差检测法和外差法；方法(2)，将主光束分裂成用于光盘上TE信号的旁束，如3光束法和差动推挽法；方法(3)，只使用主光束而不使用RF信号，如推挽法。如图4C所示，推挽法按纹迹方向51的分割线和径向的分割线将接收主光束光点反射光的光检测元件构成的检测器51分割成四个元件。推挽法借助图4D所示的运算电路42从每个光检测装置的输出中获得跟踪信号TE＝(A+D)-(B+C)，并使用该TE来进行跟踪控制，因为当光点位于纹迹(凹坑)的中央时，TE＝0，而当光点向右或向左偏时，TE＞0或TE＜0。

在这些方法中，方法(1)不能用于需要对未记录区域进行跟踪伺服的媒体，如CD-R和DVD-R。方法(2)有一个缺点，纹迹间距不能同时支持多个光盘，因为需要将从主光束分裂的子光束按几微米的精度向跟踪方向对准，且该间隔的优化值取决于光盘的纹迹间距。另一方面，方法(3)推挽法具有如下优点：第一，该方法不受是否存在RF信号的影响；第二，它不需要精确的角度调整和对光盘中央位置的高精确度的定位；第三，不存在对不同光盘纹迹间距的限制。因此，自从光盘进入商业应用后，推挽法就得以广泛运用。

用于获得根据相关技术的光盘头的聚焦误差信号的系统包括刃形系统、傅科系统、光束尺寸系统和像散系统。对于独立安装光源和光检测元件的光盘头，通常使用所述刃形系统和像散系统。另一方面，把光源和光检测元件安装在同一封装中的LD模块，通常使用全息傅科系统和光束尺寸系统。

在推挽法中，由光检测元件构成的检测器51中的光点50的位置和强度可以根据如下情况而有所不同：物镜由跟踪线圈来驱动并相对于另一种光学系统在光盘的径向移动；或者，光盘离开光轴而倾斜。这在所产生TE信号中产生直流偏移信号(跟踪错误)。这种信号变化称为直流偏移。

当所包含的直流偏移分量作用于跟踪伺服时，跟踪性能就会显著下降，产生可能的跟踪中止错误。因此，一般使用推挽法时，会附加消除直流偏移的方法。

作为根据相关技术的消除直流偏移的方法，一种已知的方法是，预先估算伴随光盘离心率的直流偏移，然后进行适当倾斜操作后，在执行跟踪伺服中校正偏移量。已知根据相关技术的另一种方法，其中提高光盘头在螺线方向上跟踪性能以将镜头位移最小化。已知根据相关技术的再一种方法，其中在光盘中设置反射镜区，并且在应用跟踪伺服的同时校正反射镜区的所述偏移。

这些方法都需要复杂的信号处理、具有良好响应特性的机构部分、或者具有特别格式的光盘。配置较为简单且基本不受偏移影响的方法(1)和(2)在实际应用中更为常见。

另一方面，在根据相关技术的聚焦误差信号中，重叠信号(当在光盘偏心的情况下光束光点横跨纹迹时产生)(所谓纹迹侧向信号)以干扰聚焦伺服的干扰信号的形式出现。虽然纹迹侧向信号的重叠在像散系统中是主要问题，但是在其它系统中也不能够完全避免。传统上，为了减小纹迹侧向信号的重叠，使用用于将子光束的相位作某些移动的特殊的衍射光栅，如日本专利公开No.11-296875/(1999)中那样，或者，将检测器分裂成更多的元件并且使用特殊的算术运算处理来消除聚焦误差信号中的干扰，如日本专利公开No.2000-82262中那样。

发明内容

鉴于相关技术中的问题，本发明目的在于提供配备跟踪控制装置的光盘头，激光二极管模块及光学录/放装置，这种跟踪控制装置不需要复杂的信号处理或位置调整，而且可以通过简单的配置很容易地消除偏移。

根据本发明的第一个方面是配备在光学录/放装置中的光盘头，所述光盘头通过衍射元件把从光源射出的单一激光束分裂成多个子光束，并把这些子光束发射到光盘上，从而，使用子光束进行跟踪控制，其特征在于磁盘上成像的子光束的光点直径被设定为主光束的直径的至少2.5倍。

这样，设定子光束的光点直径为主光束的直径的至少2.5倍使得子光束的光点可以在径向上较宽范围地发射到光盘的多条纹迹上。因此，由子光束产生的反射光包含可忽略的纹迹侧向分量，此纹迹侧向分量由横跨纹迹的光束光点产生(即，由纹迹凹坑与凸面之间的强度差异所产生的分量)。换句话说，由于子光束的光点直径增大了，光学传递参数(OTP)的截止频率在低频区移动。这消除了空间频率(纹迹间距的倒数)中较高的纹迹侧向分量，并得到包含仅仅由透镜移动引起的直流偏移分量的信号。根据本发明，进行这样的设计，以便通过将子光束的光点直径增加到主光束直径的至少2.5倍，借助滤光作用可以将对应于纹迹间距的空间频率分量消除。

当通过使子光束的反射光进入由沿着跟踪方向的分割线分割的光检测元件构成的检测器而得到各光检测元件的输出信号的差别时，此差别几乎没有包含由纹迹侧向分量产生的信号。但是，物镜已相对于另一光学系统例如光源或检测器在径向移动。这产生对应于分裂的光检测元件的位移的反射光强度的差别，此差别显示直流偏移量。

另一方面，主光束的光点直径是由纹迹(比特)宽度和必然包含纹迹侧向分量及直流偏移的主光束产生的反射光唯一确定的。包含这种直流偏移的纹迹侧向信号由主光束的反射光的检测器来检测。

这样，通过从包含从主光束的反射光的检测器获得的直流偏移的信号大量地减去从子光束反射光的检测器所得到的直流偏移信号，可以得到已消除了直流偏移的TE信号。

在聚焦误差信号的检测中，按照相关技术利用具有大的光点直径的子光束来进行算术运算，能够方便地仅仅借助上述滤光作用消除纹迹侧向信号，同时保留聚焦伺服所需要的称为S形信号的信号分量。这种方法的另一个优点是：只要子光点的直径满足上述条件，对聚焦误差信号的检测系统没有特别的限制。

子光束不必是正圆形，可以是椭圆。如果径向的光盘宽度是主光束的光点直径的至少2.5倍，经过运算操作后的纹迹偏移分量的幅度可以维持在要得到的纹迹偏移信号的至少90％。

因为在光盘上子光束在尺寸方面必须不与主光束重叠，所以子光束的光点直径的上限是受限制的。此上限还受子光束的检测器的光检测面积的限制。在这些限制中，后者更为突出。检测器的一个侧边通常设定为大约150微米以下。在磁盘与光盘头的光检测器之间存在10倍大小的设计中，子光束的光点直径合理地设定为15微米以下。另一方面，一个磁盘上的主光束的光点直径大约是1微米，这样，子光束的光点直径合乎需要地为主光束的光点直径的15倍以下。

根据本发明的第二个方面的激光二极管模块是根据本发明的第一个方面的激光二极管模块，其特征在于：在分裂光束的衍射装置中使用旨在向非0阶光光束提供光行差的全息装置，来作为把在光盘上成像的子光束光点直径放大到超过主光束的直径的装置。

这样，在不增加部件数量的情况下，要得到通过分裂主光束的衍射装置而放大了光点直径的子光束，就需要与使用根据相关技术的差动推挽法时相同数量的部件与相同的尺度。

根据本发明的第三个方面的光学录/放装置包括根据本发明的第一方面的光盘头或者根据本发明的第二个方面的激光二极管模块，其特征在于：

接收主光束与子光束的光盘反射光的检测器在进入检测器的图像的跟踪方向上具有分割线，以及

所述光学录/放装置对来自被每个涉及主光束与子光束的检测器的所述分割线分割的光检测装置的输出信号进行算术运算处理，以得到跟踪信号。

通过这种方法进行跟踪，允许使用与差动推挽法配置相同的运算电路，此差动推挽法为根据相关技术的一种算术运算方法。此配置易于实现。

根据本发明的第四个方面的光学录/放装置是一种根据本发明的第三个方面的光学录/放装置，其特征在于：所述光学录/放装置通过从借助推挽法从主光束得到的跟踪信号中减去借助推挽法从子光束得到的信号来消除跟踪信号中的直流偏移信号分量。

根据本发明的第四个方面的配置同本发明的第三个方面中一样，易于实现。

此外，有可能利用具有大尺寸的子光束来检测聚焦误差信号而容易地获得包含可以忽略的纹迹侧向分量的信号。

此外，有可能提供这样的LD模块：通过设置子光束从其中返回的检测器并且对信号进行算术运算，它能够产生包含可忽略的纹迹侧向分量聚焦误差信号。

附图说明

图1是说明根据本发明的光盘头的实施例的方框图；

图2A是解释衍射装置的透视图；

图2B是说明一般衍射装置的凹坑间距配置的曲线图；

图2C与2D是本发明中使用的衍射装置的所述间距配置示例的曲线图；

图2E为显示本发明中所用衍射装置的所述间距配置的凹坑图案的图例；

图3A说明根据相关技术的差动推挽法中光盘上的主光束与子光束的位置及大小；

图3B说明根据本发明的光盘上的主光束与子光束的位置及大小；

图4A显示实现本发明时假定的检测器的配置的示例；

图4B显示实现本发明时假定的运算电路的配置的示例；

图4C显示根据相关技术的推挽法中的检测器的配置的示例；

图4D显示根据相关技术的运算电路的配置的示例；

图5A-5D显示相对于主光束的光点直径、对光盘上的子光束的光点直径进行不同的改变以及对光盘头在光盘径向上的位置进行不同的改变而得到的TE信号波形；以及

图6显示相对于主光束的光点直径，对光盘上的子光束的光点直径进行不同的改变得到的TE信号输出电平的变化。

图7A说明根据相关技术的检测器分裂方法和用于借助像散系统检测聚焦误差信号的算术运算方法；

图7B说明根据本发明的检测器分裂方法和用于借助所像散系统检测聚焦误差信号的算术运算方法；

图8示出LD模块的配置；

图9A示出根据相关技术的、借助LD模块的全息装置分裂图案和检测器的排列；

图9B示出根据本发明的检测器的排列；以及

图9C示出提供既用于+1阶子光束又用于-1阶子光束的分裂成两个元件的检测器的例子。

具体实施方式

图1为说明根据本发明的光盘头的实施例的方框图。图1中所示为：包括激光装置的光源1；用于分裂来自光源1的激光束的衍射装置2；准值透镜3；以及光束分束器4。光束分束器4使来自准值透镜3的光传递到光盘5上，并使光盘5的反射光反射到检测器6上。图中还显示了把光束分束器的反射光会聚到检测器6上的物镜7与变形(柱面)透镜8。

图2A-2E说明光盘头所用的衍射装置2的配置。如图2A所示，衍射装置2通过其一面形成大量槽2a而构成全息装置9。如图2B所示，在一般全息装置上沿槽的排列方向X，槽2a的间距P是固定不变的。如果间距P是固定的，如图3A所示，借助0阶光、在光盘5(显示有纹迹凹坑11与凸面12)上主光束13的光点的直径D1等于借助±1阶光的子光束14的光点的直径D2(D1＝D2)。

如图2C所示之例，根据本发明，当离开对应于从光源1发射出的光束中心的位置X1距离增加时，实线15与16显示间距P逐渐增大，而虚线17与18显示间距P减小。向非0阶光光束提供光程差，以便借助±1阶光提供子光束21的光点的直径D3，此直径为借助0阶光的主光束20的光点直径D1的至少2.5倍(2.5×D1＜＝D3)。

另一种放大子光束21的光点直径D3的方法是如图2D所示的周期性地改变间距P或将凹坑2S构造成曲线形。

图4A显示检测器6的配置。检测器6a是主光束反射光的检测器，并且包括四个被该检测器上图像的纹迹方向的分割线25与图像的径向的分割线26所分割的光检测元件。检测器6b与6c是用于子光束的反射光的检测器，并且包括两个被纹迹方向的分割线27与28所分割的光检测元件。

图4B是运算电路，它从检测器6a至6c的输出信号获取TE信号。该运算电路或者安装在光盘头上或者安装在其它地方，用来处理由光盘头的检测器6所获得的信号。在图4B中，运算电路30对用于主光束的反射光检测器6a的分割元件的输出信号执行运算操作(A+D)-(B+C)。运算电路31与32对用于子光束的反射光的检测器6a与6c的输出信号分别执行运算操作(E-F)及(G-H)。将运算电路31与32的输出(E-F)与(G-H)相加，再把相加的结果乘以系数α，电路33就得到消除直流偏移的正确值。通过从运算电路30的输出减去运算电路33的输出，运算电路34就得到了TE信号。

这样，运算电路34的输出TS则为：

TE＝(A+D)-(B+C)-α{(E-F)+(G-H)}

运算电路30的输出是包含直流偏移的纹迹侧向信号。子光束光点照射在多个纹迹凹坑11或凸面12上，运算电路31与32的每一个输出信号是来自被分割线分割的光检测器的输出信号之间的差值，此差值几乎不包含纹迹侧向分量的信号。但是，物镜透镜7已相对于除物镜透镜7以外的光学系统(如光源1或检测器6)径向移位。这在检测器6b与6c的分裂的光检测元件的输出中产生由位移所对应的光轴不对准导致的反射光的强度差，此强度差显示了直流偏移量。用于处理检测器6a的输出信号的运算电路30的输出信号包含直流偏移及纹迹侧向信号。

在运算电路33中，系数α的设定原则是，使该运算电路输出信号中所包含的直流偏移的信号电平与基本上作为运算电路30的输出信号的直流偏移的信号电平相等。通过这样的运算操作，就得到了消除直流偏移的TE信号。图4B的运算电路可配置成与使用先有技术的差动推挽法的运算电路的配置相同。

图5A-5D显示在来自光源1的光束λ的波长是650nm的情况下，相对于主光束的光点直径，对光盘上的子光束的光点直径进行不同的改变以及对光盘的径向光盘头位置进行不同的改变而得到的TE信号波形。在图5A至5D中，图4B中的运算电路33的系数α是0.5，通过将子光束的光点直径除以主光束的光点直径就得到光点比，通过对±1阶光的光源波长λ分别产生0.3λ，4λ和5λ的散焦，即得到光点比1.0，1.8，2.5和3.3。如果光点比是2.5，子光束的推挽信号幅度则大约是主光束的幅度的16％。

图6显示对应不同光点比所得的信号电平。从图5和图6可知，光点比越大，所得到的TE信号就越大。为了在运算操作后保持TE信号的纹迹侧向分量的幅度，光点直径的比率必须等于或大于2.5倍。

图7A说明根据相关技术的检测器分裂方法和用于借助像散系统检测聚焦误差信号的算术运算方法。图7B说明根据本发明的检测器分裂方法和用于借助所像散系统检测聚焦误差信号的算术运算方法。用于所述子光束之一的检测器分裂成4个元件。主光束和其它子光束分别使用分裂成两个元件的检测器，以便应用上述跟踪信号检测系统。根据需要，可以把所有检测器分裂成4个元件，并且可以产生和利用必要的信号，如日本权利公开No.2000-82226所描述的实施例中那样。

图8示出LD模块的配置。图9A示出根据相关技术的、借助LD模块的全息装置分裂图案和检测器的排列。上标α，β，γ表示被全息装置的区域弯曲的光束打在所指定的检测器上。撇号的存在/不存在(α，α’，α”)分别表示0阶、+1阶或-1阶的返回光束(后两者是可以互换的)。图9B示出根据本发明的检测器的排列。这种配置具有以下特征：在子光束投射并且相应的算术运算用于获得聚焦误差信号的场合提供分裂成两个元件的检测器。提供检测器I以便提高用作RF信号的光的使用效率。图9C示出提供既用于+1阶子光束又用于-1阶子光束的分裂成两个元件的检测器的例子。根据需要，可以同时使用检测器A、B和A’、B’，也可以将它们分开使用。

在实现本发明时，完全无需检测纹迹或凹坑的对比率(contrast)。相应地，子光束可置于光盘上储存信息的任何地方。这意味着不需要在光盘头里按微米的量级来调整子光束的位置，也没有必要考虑光学录/放装置中纹迹间距的差别，这两点都是优点。

虽然在示例中形成两个子光束，但是可使用包住检测器的检测件的单一子光束。当使用两个子光束时，检测器6b，6c可以分别只配备一个光检测元件。

全息装置可独立使用或与检测器6一起配置成一个模块。如果可以达到放大成像光点的目的，则不限制光行差与全息图案的类型。

根据本发明的第一个方面，子光束的光点直径设定为主光束光点直径的至少2.5倍。这样通过简单的配置容易地消除了直流偏移，而不需要复杂的信号处理和位置调整。

根据本发明的第二方面，在分裂光束的衍射装置中使用旨在对非0阶光光束提供光行差的全息装置，作为放大成像在光盘上的子光束的光点直径使其超过主光束的光点直径的装置。这样，在不增加部件数量的情况下，需要与使用根据相关技术的差动推挽法时的装置相同数量的部件与相同的尺度。

根据本发明的第三和第四方面，接收主光束与子光束的光盘反射光的检测器在进入检测器的图像的跟踪方向上具有分割线，且光学录/放装置对被每个涉及主光束与子光束的检测器的所述分割线分割的输出信号进行运算处理，以得到跟踪信号。通过这种方法进行跟踪，允许使用与差动推挽法配置相同的运算电路，差动推挽法为根据相关技术的一种算术运算方法。此配置易于实现。

Claims (15)

1.一种光盘头，它包括：

发射单个激光束的光源；

衍射元件，它将所述单个激光束分裂成多个子光束并将所述多个子光束照射到光盘上，以便进行跟踪控制；

其中光盘上所述子光束的直径设定为主光束直径的至少2.5倍，

所述衍射元件向非0阶光的光束提供光行差。

2.根据权利要求1的光盘头，其特征在于还包括光束分裂器，它使来自所述光源的光照射到所述光盘上并使从所述光盘反射的光照射到检测器。

3.根据权利要求1的光盘头，其特征在于：所述衍射元件放大所述光盘上所述子光束的直径。

4.根据权利要求3的光盘头，其特征在于：所述衍射元件包括旨在向非0阶光的光束提供光行差的全息装置。

5.根据权利要求1的光盘头，其特征在于还包括：用于接收光盘上反射的子光束的检测器被分裂成至少4个区，并且通过算术运算产生聚焦误差信号。

6.根据权利要求1-5项中任何一项的光盘头，其特征在于，所述子光束照射多个纹迹。

7.一种激光二极管模块，它包括：

光盘头，它又包括：

发射单个激光束的光源；

衍射元件，它将所述单个激光束分裂成多个子光束并将所述多个子光束照射到光盘上，以便进行跟踪控制；

其中所述衍射元件将光盘上所述子光束的直径放大到主光束的至少2.5倍，

所述衍射元件向非0阶光的光束提供光行差。

8.一种根据权利要求7的激光二极管模块，其特征在于：所述衍射元件包括旨在对非0阶光的光束提供光行差的全息装置。

9.根据权利要求7的激光二极管模块，其特征在于还包括：用于接收光盘上反射的子光束的检测器被分裂成至少2个区，并且通过算术运算产生聚焦误差信号。

10.根据权利要求7-9项中任何一项的激光二极管模块，其特征在于，所述子光束照射多个纹迹。

11.一种光学录/放装置，它包括：

包括发射单个激光束的光源的光盘头；以及衍射元件，它将所述单个激光束分裂成多个子光束，并将所述多个子光束照射到光盘上，以便进行跟踪控制，其中光盘上所述的子光束直径为主光束直径的至少2.5倍；

检测器，它分别接收主光束和子光束的光盘反射光，所述检测器中的每一个被跟踪方向上的分割线分割；

其中对来自被所述分割线分割的每一个检测器的输出信号进行算术运算处理，以得到跟踪信号，

所述衍射元件向非0阶光的光束提供光行差。

12.根据权利要求11的光学录/放装置，其特征在于：通过从借助推挽法从主光束得到的跟踪信号减去借助推挽法从子光束得到的信号来消除跟踪信号的DC偏移信号分量。

13.根据权利要求11的光学录/放装置，其特征在于还包括：用于接收光盘上反射的子光束的检测器被分裂成至少4个区，并且通过算术与运算产生聚焦误差信号。

14.根据权利要求11的光学录/放装置，其特征在于还包括：用于接收光盘上反射的子光束的检测器被分裂成至少2个区，并且通过算术与运算产生聚焦误差信号。

15.根据权利要求11-14项中任何一项的光学录/放装置，其特征在于，所述子光束照射多个纹迹。

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