CN1213412C - 光头、光记录/再现装置和激光模件 - Google Patents

光头、光记录/再现装置和激光模件 Download PDF

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Abstract

发射具有不同波长的光束的两个光源(2)和(3)同时工作。这两种激光束从光记录介质上反射的光束由检测器(4)和(5)同时检测。当具有不同波长的两种光束之一聚焦在光记录介质上时，光记录介质上的另一非聚焦测量光束的光点直径设定为大于所述两种光束之一的光点直径。具有较大光点直径的反射光用于减少跟踪差错信号中的DC偏差。

Description

光头、光记录/再现装置和激光模件
技术领域
本发明涉及一种使用光头的记录/再现装置和供该记录/再现装置及光头用的LD模件。
背景技术
目前，市场上使用了多种类型的光盘，其中广为流传的是装有两种不同波长光源的光头，以适用于多种规格的盘。同时，有建议(如日本专利公开No.120568/1997所建议的)使用在单芯片上装有两种不同波长光源的激光模件(LD模件)。用装有这种LD模件的光头可使每种波长的光束各自按照用于记录/再现的光记录介质的类型启动而读取所需介质上的记录信号。
对于须要从光记录介质上读取信息的光检测器件，必须发出用于跟踪的差错信号和包含被记录信息的高频信号(通常称为RF信号)。对于单独的光束，需要有多种形式的多个设计方案。此外，这种光头须用一种将来自光源的发射光与来自光记录介质的反射光以同一光轴分离开来。用于这一目的激光模件要设计成包含这种分光的光检测器件和分离光的装置。
跟踪差错检测方法之一是一种3-束方法，如日本专利公开No.162457/1994所述。该方法用到专用于跟踪的两个侧光束和用于读取LD模件光记录介质(光盘是其一个代表性例子)上记录的信息的主光束。该方法的特征在于，使物镜在光盘径向移位而较少受到各个槽参数(例如位深和光盘尺寸)的影响，从而只引起小的DC偏置，由此保证有稳定的伺服性能。于是，此方法成为目前广泛使用的跟踪差错检测方法之一。
上述3-束方法的缺点在于，它不得不从主光束顶上发出两个分开的侧光束，这就降低了主光束的光量。此外，还须要用单独接收侧光束的光检测器件，这比其他方法要求预留更大的面积以供光检测器件之用。对于按常规分离的方法工作的光头，这一问题没有特别的影响，因为其中的元件或电路不是集成的，并且安排的是各有单项功能的部件。然而，在激光模件中，光源、光检测器件和光分离装置集成为一个单独的元件，因而很难保留供光检测器件用的区域使其不受返回光的影响。此外，在设有上述两种光源和独立的光检测器件的两波长激光模件中，该问题更为难办，须要用某种方法解决。
解决供光检测器件用的区域，即减小该器件安装面积问题的一种方法是使用不利用侧光束的跟踪方法。只用主光束而不用侧光束的这类方法包括：(1)用RF信号产生跟踪差错信号(以下称为TE信号)的方法，例如日本专利公开No.269588/1998所述的相位差检测方法以及外差法；(2)只用主光束而不用RF信号的方法，例如推挽方法。
这些方法中，方法(1)不能用于需要供非登录部分用的跟踪伺服的介质，例如CD-R和DVD-R。推挽方法要将接收主光束光点的反射光的光检测器件构成的一个检测器以跟踪方向上的一条分割线和径向上的一条分割线分离成四个器件。该推挽方法借助数学运算电路从每个光检测器件的输出中获得跟踪差错信号，并用该TE进行跟踪控制，当光点处在轨迹(凹坑)中央时，TE＝O，但光点偏向右或左时，TE＞O或TE＜O。
推挽方法(2)是获得跟踪差错信号的最简单方法，自从研究出光记录系统之初就已广泛应用。但是，用推挽方法，由光检测器件构成的检测器上的光点的位置和强度，在由跟踪线圈驱动的物镜相对于另一光学系统径向移动时，或光盘相对物镜倾斜时，可能发生变化。这会导致在产生的跟踪差错信号中出现直流变化。这种直流变化称为DC偏差。
当跟踪伺服信号中加有所包含的DC偏差分量时，跟踪性能明显变差，特别是使用的盘偏心度大时，可能使跟踪差错超出许可范围。因此，推挽方法通常都要使用消DC偏差的装置。
按照相关现有技术中的消DC偏差装置，已知的一种方法是，事先估计伴随有盘偏心度的DC偏差，适当倾斜后，在进行跟踪伺服的过程中校正编置量。已知相关技术中有另一种方法，其中将光头螺旋方向上的跟踪性能提高，以尽量减小透镜的移位。已知相关技术中的又一种方法是，在盘上取一块很小的区域(无轨迹或凹坑的区域)，在校正该小区域中的偏置时进行跟踪伺服。
这些方法须用复杂的信号处理装置、有良好响应特性的机械部分、或特定规格的盘。因此，这些方法通常难以实际应用。
发明内容
鉴于现有技术中的这些问题，本发明的目的在于提供一种装有两种光源的光头或光记录/再现装置，该光头或光记录/再现装置具有减少DC偏差的能力，只需要比现有技术中更少数量的光检测器件和更小的设备安装面积，从而有利于减小尺寸，以及提供一种用于光头或光记录/再现装置的LD模件。
按照本发明的第一方面，一种供光记录/再现装置用的光头包括：两个光源，用于发出具有不同波长的光束；两个检测器，独立安排成用于具有不同波长的激光束；和一个衍射装置，用于将来自光记录介质的反射光束引导到具有相应波长的一个检测器上，其中，所述光头利用从检测器得到的输出来检测光记录介质中的聚焦误差和跟踪差错；来自两个光源的激光束从光记录介质上反射的光束同时由分开的光检测器件进行检测；当具有不同波长的两个光束之一聚焦在供记录/再现的光记录介质上时，光记录介质上的其他非聚焦测量光束的光点直径被设置成大于所述两个光束之一的光点直径。
以这种方法，通过同时操作两种光源而不是只操作与用在现有技术中的光头所用的光记录介质类型相配的一个光源，以及使一个光束与聚焦到记录表面时辐射的光记录介质类型相配，而使另一个光束用作非聚焦光束并使其在记录表面上有比聚焦光束更大的光点直径，使得侧光束的光点能在光盘径向几条轨迹的很宽范围内辐射。因此，由侧光束产生的反射光只含有可忽略的轨迹横向分量，该分量它是由光点越过轨迹产生的(由轨迹槽和脊之间的强度差产生的分量)。
换句话说，由于侧光束光点直径增大，非聚焦测量光束的光传输参数(OTP)的截止频率移向低频一边。这消除了间隔频率(轨迹间距的互易性)中较高的轨迹横向分量和得到了仅由透镜移位所产生的含有DC偏差分量的一个信号，以免由跟踪方向上的分割线分开安排的光检测器件接收到非聚焦测量光束以及得到输出之差。
于是，按照本发明，通过使非聚焦测量光束的光点直径大于主光束的光点直径，利用滤除效应，可以消除相应于轨迹间距的间隔频率分量。
以这种方式，按照本发明，两种光源同时工作，使来自与光记录介质相配的一个光源的光束可用于再现信号和用于聚焦误差信号。这使得在DC偏差被校正时可共用各光检测器件，从而可减少光检测器件的数目。
按照本发明的第二方面，光记录介质上非聚焦光束的光点直径设定为光记录介质上聚焦光束光点直径的2.5至15倍大。
以这种方式，由于设定非聚焦光束的光点直径至少是主光束光点直径的2.5倍大，因而侧光束的光点能在盘径向几条轨迹的很宽范围内照射。因此，由非聚焦测量光束产生的反射光只含有由光点越过轨迹而产生的可忽略的轨迹横向分量(由轨迹槽和脊之间的强度差产生的分量)。于是，可获得只含可忽略的DC偏差的轨迹差错信号。
特别是，假如非聚焦测量光束在盘径向上的宽度至少是聚焦光束光点直径的2.5倍大，则数学运算后表明的轨迹横向分量的幅度可至少保持在原来的轨迹横向信号的90％。
非聚焦测量光束光点直径的上限是有限制的，因为该光点直径在尺寸上不允许与检测器(光检测器件)上的非聚焦测量光束重叠。该上限还受到侧光束的检测器的光检测面积限制。两种限制中，后者更主要。检测器的一侧通常设定为150微米左右或更小。一种方案是，在光头中盘与光检测器件之间取10倍大小，这时非聚焦光束光点的合理直径应设为15微米或更小。换句话说，盘上聚焦光束的光点直径为1微米左右时，所希望的是非聚焦光束的光点直径为主光束光点直径的15倍或更小。
按照本发明的第三方面，产生不同波长的两种激光束的光源发出的激光束的出射方位是偏移的。
以这种方式，通过使两种光源发出的激光束的出射方位偏移，可控制光记录介质上两种光束的光点直径之差。
按照本发明的第四方面，光记录/再现装置具有一个数学运算电路，以利用来自光检测器件的两个光束的信号输出求取一个跟踪差错信号。
以这种方式，通过利用来自光检测器件的两个光束的信号输出求取跟踪差错信号，不再须要用侧光束和供侧光束用的光检测器件来校正DC偏差，于是可减少光检测器件的数目。
按照本发明的第五方面，光记录/再现装置具有一个数学运算电路，以按照推挽方法从各光检测器件中去除跟踪差错信号，所述光检测器件是按推挽方法供来自原来的跟踪差错信号的非聚焦激光束用的，而原来的跟踪差错信号来自供聚焦激光束用的光检测器件，由此求取跟踪差错信号。
如本发明第五方面所述的光记录/再现装置，通过利用来自光检测器件的两个光束的信号输出来获取跟踪差错信号，不再须要用侧光束和供侧光束用的光检测器件来校正DC偏差，于是可减少光检测器件的数目。
按照本发明的第六方面，光记录/再现装置还包括一个极性选择电路，以借助一个指示当时使用的光记录介质的信号，改变供跟踪差错信号用的数学运算电路的输出的极性。
以这种方式，通过对当时使用的光记录介质所依从的供跟踪差错信号用的数学运算电路输出极性的正反选择，可以共用数学运算电路来求取一个跟踪差错信号，于是简化了电路结构。
按照本发明的第七方面，使用一种LD模件，以供本发明第一至第四方面任一项所述的光头之用，或供本发明第四至第六方面任一项所述的光记录/再现装置之用。
供上述结构的光头或光记录/再装置用的LD模件的优点在于，非聚焦测量光束能用于校正DC偏差，这样就减少了光检测器件的数目，可使装置的尺寸减小。
附图说明
图1是本发明的光头实施例的示意图；
图2A是沿光轴方向看的本发明一个实施例的衍射装置和检测器视图；
图2B是按照本发明一个实施例的为获取跟踪差错信号和聚焦误差信号的电路图；
图3A是一侧视图，示出在本发明一个实施例中用于在两种分开的光盘上进行记录/再现的光盘上光束的聚焦状态；
图3B是一侧视图，示出在本发明一个实施例中用于在两种分开的光盘上进行记录/再现的光盘上光束的非聚焦状态；
图3C和3D是说明本发明一个实施例中在光盘上照射的每一光点尺寸的说明图；
图4A是用于说明图2B所示电路工作的波形图；和
图4B是实现本发明时假设的光源安排的一个例子的侧视图。
具体实施方式
图1是本发明的光头实施例的示意图。该图中示出的激光模件(LD模件)1包括两种光源2、3、由分开的光检测器件构成的检测器4、5、以及将来自光介质的反射光引导到相应的检测器4、5的光检测器件上的全息衍射装置6。
图中还示出准直透镜7、物镜8和作为光记录介质的光盘9。图1中，光源2和3是例如DVD光源(发出650nm波长的激光束)的第一光源和例如CD光源(发出780nm波长的激光束)的第二光源。无论第一光源2还是第二光源3在现有技术的装置中都曾经依据光记录介质9的类型而工作，而在本发明中，光源2和3同时工作并照射到光记录介质9上。
全息衍射装置6具有α、β和γ区域，α区域由对着β和γ区域的径向分割线10分开。β和γ区域由轨迹方向上的分割线11分开。
图2A示出检测器4和5的安排。光检测器件11和12分别是用于接收反射光的光检测器件和用于获得聚焦误差信号的光检测器件，所述反射光是来自光盘的在全息装置6的α区域衍射的反射光，而所述聚焦误差信号是来自由光源2或3发出的光束在光记录介质上反射的光的信号。光检测器件11和12沿着径向分割线11a和12a分开，并且根据对应于数学运算(A-B)或(a-b)的运算结果作为分开区域的输出的信号是正的还是负的，来确定光记录介质9上的聚焦误差。
光检测器件13或14接收光源2或3发出的从光记录介质9上反射的反射光中的全息衍射装置6的β区域的衍射输出。光检测器件15或16接收光源2或3发出的从光记录介质9上反射的反射光中的全息衍射装置6的γ区域的衍射输出。
图2B是从图2A所示光检测器件求取跟踪差错信号的数学运算电路的电路图。数学运算电路20求取光检测器件13和15的输出C和D之间的差，数学运算电路21求取光检测器件14和16的输出c和d之间的差，因数电路22使数学运算电路21的DC偏差的大小与数学运算电路20的DC偏差的大小相配，数学运算电路23将因数电路22的输出从数学运算电路20的输出中减去。数学运算电路的输出TE由下式表达：
TE＝(C-D)-k(c-d)       (1)
极性选择电路24选择数学运算电路23输出的极性。假如设在光记录/再现装置中的光记录介质检测装置25成为由第一光源2编址的光记录装置，则电路24从TE信号输出端子26上输出数学运算电路23的不变化的输出信号。假如设在光记录/再现装置中的光记录介质检测装置25成为由第二光源3编址的光记录装置，则电路24从TE信号输出端子26上输出数学运算电路23的极性反向的输出信号。
数学运算电路27从光检测器件11的分割线11a分开的两个区域求取输出之差(A-B)，也就是当第一光源2用于记录和再现时所计算的聚焦误差信号。数学运算电路29从光检测器件12的分割线12a分开的两个区域求取输出之差(a-b)，也就是当第二光源3用于记录和再现时所计算的聚焦误差信号。输出选择电路30借助光记录介质检测装置25的输出，对数学运算电路27和29的输出进行选择。由输出选择电路31的输出端子31获得聚焦误差信号。
如图3A所示，由第一光源2编址的供DVD用的光盘9A的以标号32示出的表面至记录表面33的厚度H1约为0.6mm。与其不同，由第二光源3编址的供CD用的光盘9B的以标号34示出的表面至记录表面35的厚度H2约为1.2mm。
于是，如图3A所示，假如来自第一光源2的光束36聚焦在用于记录/再现的光盘9A上，则由第二光源3辐射的光束38在记录表面33上产生的光点39的直径大于由第一光源2辐射的光束36在记录表面33上产生的光点37的直径，见图3C。
与上不同，如图3B所示，假如来自第二光源3的光束38聚焦在用于记录/再现的光盘9B上，则由第一光源2辐射的光束36在记录表面35上产生的光点37A的直径大于由第二光源3辐射的光束38在记录表面35上产生的光点39A的直径，见图3D。
利用光源2或3在光盘9A或9B上进行记录/再现时，获得的作为数学运算电路20的输出(C-D)或数学运算电路21的输出(c-d)的轨迹横向信号含有DC偏差。
假如用例如第一光源2在光盘9A上进行记录/再现，则光束的光点39越过多个轨迹槽43或脊44照射，这样，数学运算电路21的输出含有包括轨迹横向分量的一个可忽略的信号。
当物镜8相对于光学系统(例如除物镜8之外的光源2或检测器4、5)在径向由跟踪伺服产生移位时，会在检测器4的分开的光检测器件13、15的输出中产生由于光轴不能相应于该移位对准所引起的反射光强度之差，这种差显示出包含在数学运算电路20的输出(C-D)中的DC偏差量，如图4A所示。
另一方面，数学运算电路21的输出中包含少量的轨迹横向分量，且只包含DC偏差。在因数电路22中将DC偏差量乘以因数k，由此按照图4A中的DC偏差DCf求取图4A中由k(c-d)示出的输出，然后执行式(1)表示的运算，于是求得图4中TE所示的消除了DC偏差的一个TE信号。在这种情况下，极性选择电路24从TE信号输出端子26上输出由光记录介质检测装置25得到的TE信号，而不改变信号的极性。
相反，利用第二光源3在光盘9B上进行记录/再现时，第二光源3在光盘9B上产生的光点39A的直径小于第一光源2在光盘9B上产生的光点37A的直径。在这种情况下，图2中数学运算电路22的输出k(c-d)从数学运算电路20的输出(C-D)中被减去，从而消除了DC偏差，并且所得到的输出的极性由极性选择电路24反向，所产生的信号作为TE信号从TE信号输出端子26上输出。
假如用第一光源2进行记录/再现，则输出选择电路30选择数学运算电路27的输出(A-B)，并将此信号作为聚焦误差信号从端子31上输出。(A-B)＞意味着焦点太接近，(A-B)＝O意味着焦点正好在目标上，而(A-B)＜O意味着焦点太远。假如用第二光源3进行记录/再现，则输出选择电路30选择数学运算电路29的输出(a-b)，并将此信号作为聚焦误差信号从端子31上输出。
假如TE信号是经上述运算获得的，可以证明，为了在数学运算后维持轨迹横向分量幅度为原来的轨迹横向信号的至少90％，光点直径之比至少应有2.5倍。该光点直径之比最好设定为15倍或低一些，这是因为非聚焦测量光束的尺寸必须选择得使光束不与光检测器件上的聚焦测量光束重叠，以及因为光检测器件的光检测面积是有限制的。
按照本发明，两种光源可同时工作。与光记录介质配合的一个光源2(或3)发出的光束可用于恢复信号和用于聚焦误差信号。另一光源3(或2)发出的信号可用于校正DC偏差。于是可共用光检测器件，使DC偏差得以校正。这使得光检测器件的数目减少。具体例子是，在日本专利公开No.9-120568/(1997)中，装了两个光源，其光检测器件总共需要十个。而本发明总共只需六个光检测器件。
在实施本发明时，最好能将两个光原2和3发出的激光束的出射方位偏移Δ(如图4B所示)，并按需要来设定偏移量Δ，由此设定光盘上光点直径之比。按照用LD模件作为一个部件的光头的光学系统设计原理，偏移量Δ必须按需要在一定范围内调整，该范围应当不受装在光座40上的用于连接各部件的架子41的遮挡所造成的影响。例如，偏转量Δ可设定为75微米。
由于两个光源2和3同时启用，因而可以通过独立地设置用于监视出射光束的光检测器件45、46来自动控制光源的输出功率。
如果光源2和3的照射面定位在光盘方向，则可减少制造工艺的数量和部件的数目，而不需要在安装光源2和3之前使用反射镜。
按照本发明的第一方面，两种光源，即用于记录/再现的一个光源和不用于记录/再现的一个光源，可同时工作。用于记录/再现的一个光束照射并聚焦在盘的记录面上，而另一个光束用作非聚焦光束，使其在记录面上的光点直径大于前者的光点直径。这样可以共用光检测器件，使DC偏差被校正，于是减少了光检测器件的数目。
按照本发明的第二方面，将光记录介质上非聚焦光束的光点直径设定为至少是光记录介质上聚焦光束的光点直径的2.5倍大。于是，由非聚焦测量光束产生的反射光包含了包括由越过一轨迹的光点产生的一个可忽略的轨迹横向分量的信号。结果，可获得含有可忽略的DC偏差的轨迹差错信号。将光记录介质上非聚焦光束的光点直径设定为光记录介质上聚焦光束的光点直径的15倍大或比15倍小一些，于是无须限制检测器的光检测器件的光检测面积。此外，可防止接收的光束重叠在检测器上。
按照本发明的第三方面，两种光源的激光光束的出射方位偏移，于是可按需要来控制光记录介质上两种光束光点的直径之差。
按照本发明的第四方面，利用来自光检测器件的两个光束的信号输出所获得的跟踪差错信号，不再需要用侧光束和供侧光束用的光检测器件来校正DC偏差，于是减少了光检测器件的数目。
按照本发明的第五方面，利用来自光检测器件的两个光束的信号输出所获得的跟踪差错信号，不再需要用侧光束和供侧光束用的光检测器件来校正DC偏差，于是减少了光检测器件的数目。
按照本发明的第六方面，通过对当时使用的光记录介质所依据的跟踪差错信号的数学运算电路的输出进行正反极性选择，可共用一个数学运算电路来获取跟踪差错信号，于是简化了电路结构。
按照本发明的第七方面，使用了一种LD模件，以供本发明第一至第四方面任一项所述的光头之用，或供本发明第四至第六方面任一项所述的光记录/再记录装置之用，于是，可用非聚焦测量光束来校正DC偏差，这样就减少了光检测器件的数目和减小了装置的尺寸。

Claims (7)

1.一种供光记录/再现装置用的光头，包括：
两个光源，用于发出具有不同波长的两个激光束；
两个检测器，独立安排成用于各自接收激光束；
一个衍射装置，用于将来自光记录介质的反射光束引导到相应的检测器上，
其中，来自所述两个光源的激光束从光记录介质上反射的光束同时由所述两个检测器进行检测，
两个光束之一聚焦在光记录介质上用于记录或再现，而另一个光束不聚焦在光记录介质上，光记录介质上的非聚焦光束的光点直径被设置成大于聚焦光束的光点直径，以及
所述非聚焦光束用于至少跟踪差错检测，以减少跟踪差错信号的DC偏差。
2.如权利要求1所述的光头，其特征在于，光记录介质上非聚焦光束的光点直径设定为光记录介质上聚焦光束光点直径的2.5至15倍大。
3.如权利要求1所述的光头，其特征在于，两个光源中相应一个光源发出的各自激光束的出射方位是偏移的，以及
两个光源容纳在单独一个封装内。
4.如权利要求2所述的光头，其特征在于，两个光源中相应一个光源发出的各自激光束的出射方位是偏移的，以及
两个光源容纳在单独一个封装内。
5.一种光记录/再现装置，包括：
一个光头，该光头包括：
两个光源，用于发出具有不同波长的两个激光束；
两个检测器，独立安排成用于各自接收激光束；
一个衍射装置，用于将来自光记录介质的反射光束引导到相应的检测器上，
其中，来自所述两个光源的激光束从光记录介质上反射的光束同时由所述两个检测器进行检测，
两个光束之一聚焦在光记录介质上用于记录或再现，而另一个光束不聚焦在光记录介质上，光记录介质上的非聚焦光束的光点直径被设置成大于聚焦光束的光点直径，和
所述非聚焦光束用于聚焦误差检测和跟踪差错检测中至少之一，以减少跟踪差错信号的DC偏差；以及
一个数学运算电路，以利用来自两个检测器的输出信号求取一个跟踪差错信号。
6.如权利要求5所述的光记录/再现装置，其特征在于，所述数学运算电路，通过从按照聚焦激光束的跟踪差错信号中去除按照非聚焦激光束的跟踪差错信号，来求取一个跟踪差错信号。
7.如权利要求6所述的光记录/再现装置，其特征在于，还包括一个极性选择电路，以借助一个指示当时使用的光记录介质的信号，改变供跟踪差错信号用的数学运算电路的输出的极性。
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