CN1327232A - 用于光学记录/再现系统的误差信号检测装置与方法 - Google Patents

Abstract

提供一种用于光学记录/再现系统的误差信号检测方法和装置。该方法包括:按八个光部分检测在记录介质反射和衍射之后通过物镜的入射光;分别将来自至少一位于第一对角方向的外侧光部分和内侧光部分的检测信号、与来自至少一位于第二对角方向的内侧光部分和外侧光部分的检测信号相加,来分别计算至少一第一和信号和一第二和信号;以及比较第一和第二和信号的相位并输出至少一个相位比较信号。这种信号具有高信噪比并较少受脱轨影响。

Description

用于光学记录/再现系统的误差信号检测装置与方法

本发明涉及一种用于光学记录/再现系统的误差信号检测装置及其方法，具体地说，涉及一种用于这样一种光学记录/再现系统的误差信号检测装置，在该系统中，可以使用聚焦的主光束、检测物镜和记录介质之间的倾斜误差信号，以便在记录介质上记录信息信号/从记录介质再现信息信号。

在光学拾取器沿径向扫描记录介质的同时，还在记录介质上记录信息信号或从记录介质再现信息信号，其中的记录介质是诸如安装在转盘并且旋转着的光盘。但是，如果由于光盘本身弯曲或装入的盘上的错误，而使得旋转的光盘相对于光轴倾斜，则会使记录和再现信号恶化。

在光学拾取器采用发出具有较短波长的光的光源以及具有很大的数值孔径(NA)来增加记录密度的物镜时，由盘的倾斜而产生的彗形像差会增加，从而使记录和再现信号进一步恶化。其原因是光学像差与λ/(NA)³成比例。

在需要对诸如数字视频盘(DVD)和/或后代DVD(所谓的高清晰度(HD)-DVD)之类的介质进行高密度记录和再现的光学记录和再现系统中，需要能够通过检测物镜和盘之间的倾斜度并纠正该盘的倾斜、防止记录/再现信号恶化的倾斜误差信号检测装置。

另一方面，如图1所示，在光为了记录/再现而聚焦在盘10之后，由盘10反射的光被诸如在盘10的轨道上形成的凹坑之类的记录标记衍射成0阶衍射光束和±1阶衍射光束。因此，光电检测器9接收0接衍射光束和±1阶衍射光束，这些光束在径向上相互重叠。图1图解了从例如ROM型盘这样的窄轨道高密度盘中、在径向上反射和衍射的光。示出由±1阶衍射光束在光电检测器9形成的光斑是相互分开的，并且这些光斑各自与0阶衍射光束形成的光斑重叠。

申请人在本发明中提出了一种用于光学记录/再现系统的误差信号检测装置，该装置能够基于由盘10的记录标记反射和衍射的光束、精确地检测倾斜度，即使物镜移动或物镜与盘的距离超出聚焦(On-focus)位置也是如此。

图2图解了一种用于光学记录/再现系统的误差信号检测装置的实例，它已经由本申请的申请人申请了专利，其专利要求韩国专利申请2000-12-51(2000年3月10日)、转让的日本专利申请12-280634(2000年9月14日)、台湾专利申请89119016(2000年9月15日)、美国专利申请09/663,839(2000年9月15)和中国专利申请00136638.6(2000年9月16)的优先权。如图2所示，该误差信号检测装置包括：光电检测器20，用于接收从诸如图10的盘10这样的记录介质反射和衍射的光；以及信号处理器30，用于通过处理来自光电检测器20的检测信号来检测误差信号。

光电检测器20由排列成2×4矩阵的八个区A1、A2、B1、B2、C1、C2、D1和D2构成，这些区各自根据入射光单独接收和执行光电转换。行方向上的各区之间的边界平行于记录介质的径向，而列方向上的各区之间的边界平行于记录介质的轨道的切线方向。外侧区按反时针顺序指定为A1、B1、C1和D1而内侧区按反时针顺序指定为A2、B2、C2和D2。

信号处理器30包括：第一相位比较器31，用于比较第一行中的外侧区A1和D1的检测信号a1和d1的相位；第二相位比较器33，用于比较第二行中的外侧区B1和C1的检测信号b1和c1的相位；以及加法器39，用于将来自第一和第二相位比较器31和33的相位比较信号相加。

当运行跟踪伺服系统时，具有以上配置的信号处理器30输出倾斜误差信号。使用来自信号处理器30的倾斜误差信号可以检测记录介质和物镜之间的相对倾斜。如上所述，在使用来自光电检测器20的各个区的检测信号检测倾斜误差时，由于信噪比(S/N)低，很可能受到外界噪声的影响。换句话说，来自每个区的检测信号都是具有小幅值的模拟信号，因此检测信号的S/N低。于是，当检测信号输入相位比较器时，很可能所检测的信号会被外界噪声所掩盖。

此外，具有上述配置的误差信号检测装置对光斑脱轨(detracking)有很高的灵敏度。当聚焦在盘上的光斑离开信息信号流的中心时，从误差信号检测装置输出的信号包含相当多的、由于脱轨以及倾斜误差信号引起的其它信号分量。

为了解决以上问题，本发明的目的是提供一用于光学记录/再现系统的误差信号检测装置和方法，由于具有高信噪比(S/N)，该系统较少受到脱轨和外界噪声的影响。

根据本发明的一个方面，提供一种用于光学记录/再现系统的误差信号检测方法，该方法包括：(a)检测在作为排列成2×4矩阵的四个为内侧光部分和四个为围绕相应的内侧光部分的外侧光部分的八个光部分、从记录介质反射和衍射之后，通过物镜的入射光，其中该矩阵的行和列分别平行于记录介质的切线方向和径向；(b)通过将来自至少一个位于第一对角方向的外侧光部分的检测信号、与来自至少一个位于第二对角方向的内侧光部分的检测信号相加，以计算至少一个第一和信号；(c)通过将来自至少一个位于第一对角方向的内侧光部分的检测信号、与来自至少一个位于第二对角方向的外侧光部分的检测信号相加，以计算至少一个第二和信号；以及(d)将第一和第二和信号的相位进行比较并输出至少一个相位比较信号，其中倾斜误差信号从该相位比较信号检测而得。

在步骤(b)中，最好通过将来自位于第一对角方向的一个外侧光部分的检测信号与来自位于第二对角方向的一个内侧光部分的检测信号相加，并将来自位于第一对角方向的另一个外侧光部分的检测信号与来自位于第二对角方向的另一个内侧光部分的检测信号相加，来获得一对第一和信号；在步骤(c)中，通过将来自位于第一对角方向的一个内侧光部分的检测信号与来自位于第二对角方向的一个外侧光部分的检测信号相加，并将来自位于第一对角方向的另一个内侧光部分的检测信号与来自位于第二对角方向的另一个外侧光部分的检测信号相加，来获得一对第二和信号；并且在步骤(d)中，将一对第一和信号的相位进行相互比较，将一对第二和信号的相位进行相互比较，以便输出一对相位比较信号，并且将这一对相位比较信号相加。

在步骤(b)中，第一和信号最好是通过将来自位于第一对角方向的该对外侧光部分的检测信号与来自位于第二对角方向的该对内侧光部分的检测信号相加来获得；在步骤(c)中，第二和信号最好通过将来自位于第一对角方向的该对内侧光部分的检测信号与来自位于第二对角方向的该对外侧光部分的检测信号相加来获得；并且在步骤(d)中，将第一和第二和信号的相位进行相互比较，以便输出一相位比较信号。

根据本发明的另一方面，提供一种用于光学记录/再现系统的误差信号检测装置，该装置包括：光电检测器，用于在从记录介质反射和衍射之后，从物镜接收入射光；以及信号处理器，用于通过处理来自光电检测器的检测信号，检测误差信号，其中光电检测器包括排列成2×4矩阵的四个内侧区和四个外侧区，用于独立地接收入射光并将其进行光电转换，每对内侧和外侧区位于记录介质的径向上，其中该矩阵的行和列分别平行于记录介质的径向和切线方向；而信号处理器将来自位于一对角方向的至少一个外侧区的检测信号和来自位于另一对角方向的至少一个内侧区的检测信号的和信号的相位，与来自位于所述另一对角方向的至少一个外侧区的检测信号和来自位于所述一对角方向的至少一个内侧区的检测信号的和信号的相位进行比较，以便输出至少一个相位比较误差，并且该信号处理器从所述相位比较信号中检测倾斜误差信号。

该信号处理器最好包括：第一相位比较器，用于接收来自位于第一对角方向的一个外侧区的检测信号和来自位于第二对角方向的一个内侧区的检测信号的和信号，以及来自与第一对角方向的所述另一外侧区处在同一行的、位于第二对角方向的一个外侧区的检测信号和来自位于第一对角方向的一个内侧区的检测信号的和信号，比较所收到的两个和信号的相位并输出相位比较信号；第二相位比较器，用于接收来自位于第一对角方向的另一个外侧区的检测信号和来自位于第二对角方向的另一个内侧区的检测信号的和信号，以及来自位于第二对角方向、与第一对角方向的所述另一外侧区处在同一行的一个外侧区的检测信号和来自位于第一对角方向的另一个内侧区的检测信号的和信号，比较所收到的两个和信号的相位并输出相位比较信号；以及加法器，用于将来自第一和第二相位比较器的相位比较信号相加。

该信号处理器最好包括这样一个相位比较器，用于：接收来自位于第一对角方向的各外侧区的检测信号和来自位于第二对角方向的各内侧区的检测信号的第一和信号；接收来自位于第二对角方向的各外侧区的检测信号和来自位于第一对角方向的各内侧区的检测信号的第二和信号；以及比较所述的第一和第二和信号的相位以输出相位比较信号。

用于光学记录/再现系统的误差信号检测装置最好还包括：跟踪误差检测器，用于通过将来自位于第一对角方向的各内侧和各外侧区的检测信号的和信号的相位，与来自位于第二对角方向的各内侧和各外侧区的检测信号的和信号的相位进行比较，来检测跟踪误差信号；以及差分部件，用于从信号处理器所输出的信号中减去从跟踪信号中输出的跟踪误差信号，以便从倾斜误差信号中消除脱轨分量(detrack component)。

最好假设在径向倾斜为+1°或-1°时相对于一基准电平所检测到的信号电平分别为v1和v2，在在轨(on-track)状态下所检测到的倾斜误差信号满足(v1－v2)/(v1＋v2)的绝对值的最大值等于或小于0.2。

最好假设在径向倾斜为+1°或-1°时相对于一基准电平所检测到的信号电平分别为v1和v2，所检测到的倾斜误差信号满足v3或v4的最小绝对值大约是在离轨(Off-track)状态下通过相位比较所检测到的跟踪误差信号电平的50％。

通过参考附图，详细描述其优选实施例，本发明的上述目的以及优点将会更加明显，在其中：

图1图解了从普通ROM型高密度记录介质反射和衍射的光；

图2图解了本发明的发明人提出的、用于光学记录/再现系统的误差信号检测装置的一个实例；

图3图解了采用根据本发明的、用于光学记录/再现系统的误差信号检测装置的优选实施例的光学拾取器的一个实例；

图4图解了在从记录介质反射和衍射之后，由图3的光检测单元分成的八个光部分；

图5至图7图解了根据本发明的、用于光学记录/再现系统的误差信号检测装置的不同的替代实施例；

图8A至8B是示出图2的误差信号检测装置的输出信号的图；

图9A至9B是示出图5的误差信号检测装置的输出信号的图；

图10A至10B分别是示出当跟踪误差电平为常数时，图2和图5的误差信号检测装置的输出信号的图；

图11是示出脱轨对图2和图5的误差信号检测装置的输出信号的影响的比较图；

图12至图14图解了根据本发明的误差信号检测装置的不同的替代实施例；

图15图解了根据本发明的误差信号检测装置的另一实施例；

图16A和16B是示出在离轨状态下、从图15的倾斜误差检测器输出的倾斜误差信号以及从图15的跟踪误差检测器输出的跟踪误差信号的图；

图17A和17B图解了根据本发明的误差信号检测装置的信号处理器的替代实施例；

图18图解了具有凹坑的记录介质的一部分，用于根据本发明的误差信号检测装置检测倾斜误差信号；

图19示出了根据图18的记录介质和物镜之间的径向倾斜，由光电检测器接收到的光的切面；以及

图20至图21是用在根据本发明的误差信号检测装置中的光电检测器的另一个实施例的平面图。

参考图3和图4，由记录介质10、经由物镜7和光路改变部件5反射和衍射的光B分成八个光部分A1、A2、B1、B2、C1、C2、D1和D2，并且全部都由根据本发明的一个光检测单元35进行检测。以下还用参考号250或300指示的信号处理器50从光检测单元35输出的信号中检测倾斜误差信号。

图4图解了在光由记录介质10反射和衍射后、由光检测单元35从光B分出来的八个光部分A1、A2、B1、B2、C1、C2、D1和D2。根据本发明，从记录介质10入射的光B分成2×4矩阵，它包括四个外侧光部分A1、B1、C1和D1以及四个内侧光部分A2、B2、C2和D2，并独立地由光检测单元35检测。其中，这八个光部分A1、A2、B1、B2、C1、C2、D1和D2的水平边界和垂直边界分别平行于记录介质10的径向和记录介质10的轨道的切线方向。

象用于独立地检测作为八个光部分A1、A2、B1、B2、C1、C2、D1和D2的光B的光检测单元35一样，可以采用根据本发明的8-区光电检测器，它在图5中表示成参考号40、在图20中表示成参考号140和在图21中表示成参考号240。

另外，光检测单元35可以由光分离元件(未示出)以及相应于所述的光分离元件进行配置的光电检测器(未示出)构造。所述光分离元件可以包括诸如全息光学元件(HOE)之类的、具有排列成2×4矩阵的8个衍射部分的衍射元件。带8个衍射部分的衍射元件通过将入射光衍射和发射成+1阶或-1阶衍射光束，来将入射光分隔成8个光部分。其中，衍射图案的方向和所述8个衍射部分的间距宽度被设计成与光电检测器的配置相关联。

信号处理器50、250或300将来自一个对角方向中的至少一个外侧光部分的检测信号、与来自另一个对角方向中的至少一个内侧光部分的检测信号相加，检测至少一对和信号，比较这些信号的相位、并且从该相位比较信号中检测倾斜误差信号。其细节将参考图5至7、图12至15进行描述。

现在描述本发明的、用于光学记录/再现系统的误差信号检测装置的优选实施例，在其中，光电检测器40、140或240用作光检测单元35。参考图5，本发明的用于光学记录/再现系统的误差信号检测装置的一优选实施例包括：光电检测器40，用于接收从诸如图1的盘10之类的记录介质反射和衍射的光；以及信号处理器50，用于处理来自光电检测器40的检测信号并检测误差信号。光电检测器40接收从记录介质反射的光并且输出电检测信号，该电检测信号用于检测由物镜相对于记录介质的相对倾斜所引起的倾斜误差信号、跟踪误差信号和来自记录介质的再现信号。换句话说，光电检测器40是这样一个光电检测器：它被装在光学拾取器中用于检测信息信号，如图3所示。

光电检测器40包括按反时针顺序排列成2×2矩阵的第一至第四光接收部分40a(A1/A2)、40b(B1/B2)、40c(C1/C2)和40d(D1/D2)。如图5所示，第一和第四光接收部分位于第一行，而第二和第三光接收部分位于第二行。其中，四个光接收部分40a、40b、40c和40d的水平边界和垂直边界分别平行于记录介质的径向和切线方向。每个光接收部分40a、40b、40c和40d在记录介质的径向上分成两个区，以便产生四个内侧区A2、B2、C2和D2以及四个外侧区A1、B1、C1和D1。在图5所示的实施例中，每个光接收部分40a、40b、40c和40d的各自的内侧和外侧区A2与A1、B2与B1、C2与C1和D2与D1之间的宽度为常数。

换句话说，光电检测器40包括排列成2×4矩阵的8个区，在该矩阵中包括四个按反时针顺序排列的外侧区A1、B1、C1和D1，以及四个按反时针顺序排列的内侧区A2、B2、C2和D2。该八个区中的每一个独立地对入射光执行光电转换。

在根据本发明的优选实施例的误差信号检测装置中，当光从包括诸如图1的盘在内的HD-DVD ROM之类的ROM型记录介质反射，而且被该记录介质的记录凹坑(诸如HD-DVD ROM之类的ROM型记录介质所用的记录标记)、在记录介质的径向上衍射成0阶和±1阶衍射光束时，参考这样的光电检测器40、140或240来描述所优选的实施例，所述的光电检测器40、140或240设计成使得由±1阶衍射光束在光电检测器40、140或240上形成的光斑相互分离，并且每个光斑都部分地与由0阶衍射光束形成的光斑重叠。

换句话说，内侧区A2、B2、C2和D2只接收在由±1阶衍射光束形成的每个光斑和由0阶衍射光束形成的光斑之间的重叠部分的一部分，或者根本不接收该重叠部分。内侧区A2、B2、C2和D2在切线方向较长而在径向上较短。

考虑到记录介质的轨道间距和凹坑长度、所使用的光学拾取器的物镜的数值孔径以及从光源发出的光的波长，在径向中的内侧区A2、B2、C2和D2的总宽度按在0阶衍射光束的直径的10至80％范围内适当进行确定。

来自具有以上配置的光电检测器40的内侧区A2、B2、C2和D2的检测信号a2、b2、c2和d2仅仅包括0阶衍射光束的特性，而外侧区A1、B1、C1和D1的检测信号a1、b1、c1和d1包括每个±1阶衍射光束与0阶衍射光束之间的重叠部分的特性。

来自光电检测器40的八个区的检测信号具有如下的相位特性。位于第一对角方向中的外侧区A1和C1的检测信号a1和c1几乎具有相同的相位特性，而位于第二对角方向中的外侧区B1和D1的检测信号b1和d1也几乎具有相同的相位特性。在物镜和记录介质之间存在相对倾斜时，位于记录介质的切线方向中的外侧区A1和B1的检测信号a1和b1具有相反的相位特性，外侧区C1和D1的检测信号c1和d1也具有相反的相位特性。

同理，位于第一对角方向中的内侧区A2和C2的检测信号a2和c2几乎具有相同的相位特性，而位于第二对角方向中的内侧区B2和D2的检测信号b2和d2也几乎具有相同的相位特性。在物镜和记录介质之间存在相对倾斜时，位于记录介质的切线方向中的内侧区A2和B2的检测信号a2和b2具有相反的相位特性，内侧区C2和D2的检测信号c2和d2也具有相反的相位特性。

此外，当检测信号a1的相位超前于检测信号b1或d1的相位时，检测信号a1的相位滞后于检测信号b2或d2的相位。

根据本发明，信号处理器50使用通过将一个对角方向上的至少一个外侧区的检测信号和另一对角方向上的至少一个内侧区的检测信号的和信号的相位，与所述一个对角方向上的至少一个内侧区的检测信号和所述另一对角方向的至少一个外侧区的检测信号的和信号的相位进行比较，来检测倾斜误差信号。

例如，如图5所示，信号处理器50具有：第一相位比较器51，用于接收来自第一行中的第一和第四光接收部分40a和40d的检测信号，并输出相位比较信号；第二相位比较器53，用于接收来自第二行中的第二和第三光接收部分40b和40c的检测信号；以及加法器，用于将来自第一和第二相位比较器51和53的两个相位比较信号相加。

特别是，分别来自位于第一对角方向的第一光接收部分40a的外侧区A1的检测信号a1和来自位于第二对角方向的第四光接收部分40d的内侧区D2的检测信号d2的和信号输入第一相位比较器的正输入端。分别来自第一光接收部分40a的内侧区A2的检测信号a2和来自第四光接收部分40d的内侧区D1的检测信号d1的和信号输入第一相位比较器51的负输入端。

分别来自位于第二对角方向的第二光接收部分40b的内侧区B2的检测信号b2和来自位于第一对角方向的第三光接收部分40c的外侧区C1的检测信号c1的和信号输入第二相位比较器53的正输入端。分别来自第二光接收部分40b的内侧区B1的检测信号b1和来自第三光接收部分40c的外侧区C2的检测信号c2的和信号输入第二相位比较器53的负输入端。

另外，信号处理器50还可以包括多个增益控制器54，用于按预定的增益系数k分别放大内侧区A2、B2、C2和D2的检测信号a2、b2、c2和d2。放大内侧区A2、B2、C2和D2的每个检测信号a2、b2、c2和d2，然后与来自相应的外侧区的检测信号加到一起。因此，虽然光接收部分分成内侧和外侧区来使得内侧区接收到的光总量低于由外侧区接收到的光的总量，但内侧区的检测信号的幅度可以被调整成几乎等于外侧区的检测信号的幅度。结果，有效地消除了噪声分量，因此可以以高S/N精确地检测倾斜误差信号。

位于对角方向中的各内侧区的检测信号几乎具有相同的相位特性，而位于对角方向中的各外侧区的检测信号也几乎具有相同的相位特性。基于这些相位特性，图5的信号处理器50可以不同于图7中的信号处理器。特别是，可以将第二光接收部分40b的内侧区B2的检测信号b2代替第四光接收部分40d的内侧区D2的检测信号d2提供给第一相位比较器51的正输入端。第三光接收部分40c的内侧区C2的检测信号c2可以代替第一光接收部分40a的内侧区A2的检测信号a2，提供给第一相位比较器51的负输入端。

同理，第四光接收部分40d的内侧区D2的检测信号d2可以代替第二光接收部分40b的内侧区B2的检测信号b2提供给第二相位比较器53的正输入端。第一光接收部分40a的内侧区A2的检测信号a2可以代替第三光接收部分40c的内侧区C2的检测信号c2，提供给第二相位比较器53的负输入端。

虽然信号处理器50按图7构造，但来自第一和第二相位比较器52和53的相位比较信号实际上类似于来自于图5的第一和第二相位比较器的相位比较信号。值得注意的是，图7的信号处理器还可以包括图6所示的增益控制器54。

现在通过图解于图3至7中的误差信号检测装置描述倾斜误差信号的检测。参考图3至图7，当从记录介质10反射和衍射的光B通过物镜7和光路改变部件5、入射在光检测单元35上，最好入射在光电检测器40上时，入射光B由排列成2×4矩阵的光电检测器40的八个区A1、A2、B1、B2、C1、C2、D1和D2分成八个光部分A1、A2、B1、B2、C1、C2、D1和D2。光电检测器40的八个区中的每个区独立地检测相应的光部分。

在光电检测器40的检测信号中，位于第一对角方向中的外侧区A1的检测信号a1和位于第二对角方向中的内侧区D2或B2的检测信号d2或b2相加，位于第二对角方向中的外侧区D1的检测信号d1和位于第一对角方向中的内侧区A2或C2的检测信号a2或c2也相加。这两个和信号输出到第一相位比较器51。

同理，在光电检测器40的检测信号中，位于第一对角方向中的外侧区C1的检测信号c1和位于第二对角方向中的内侧区B2或D2的检测信号b2或d2相加，位于第二对角方向中的外侧区B1的检测信号b1和位于第一对角方向中的内侧区C2或A2的检测信号c2或a2也相加。这两个和信号输出到第二相位比较器53。第一和第二相位比较器51和53比较输出的和信号的相位。加法器59将来自第一和第二相位比较器51和53的相位比较信号相加，并输出倾斜误差信号。

在参考图3至图7所描述的误差信号检测装置的优选实施例中，例如，相位超前于检测信号d1的相位的检测信号a1与相位滞后于检测信号a2的相位的检测信号d2相加，并将和信号输出到第一相位比较器51。因为具有相反的相位特性检测信号a1和d2相加，所以消除了其中所包含的噪声分量。因此，与图2示出的本发明人以前提出误差信号检测装置相比，如图8A、8B、9A和9B所示装置可以检测带有降低了噪声的分量的倾斜误差信号。特别是，如果信号处理器50包括如图6所示的增益控制器，则各内侧区的检测信号可以按一预定的增益系数进行放大，然后与各外侧区的、具有与各内侧区的检测信号的相位特性相反的相位特性的检测信号相加。换句话说，来自内侧和外侧区的检测信号的噪声分量的幅度彼此类似，因此可以有效地消除所述的噪声分量。在检测图8A、8B、9A和9B所图解的输出信号时，提供下列数据供参考：由所采用的光源发射的光的波长为400nm，所用的物镜的NA为0.65，记录介质的轨道间距和最小凹坑长度分别为0.37μm和0.25μm。

图8A和8B分别图解了当物镜和记录介质之间不出现相对倾斜时和当物镜和记录介质之间出现相对倾斜时，来自图2示出的误差信号检测装置的输出信号。图9A和9B分别图解了当不出现相对倾斜时和当物镜和记录介质之间出现相对倾斜时，来自图5示出的误差信号检测装置的输出信号。

通过比较当不出现相对倾斜时由两个误差信号检测装置输出的、示出在图8A和9A的输出信号，可以明显地看出是处在图8A中的信号包括相当多的噪声。相反，如图9A所示，来自本发明的误差信号检测信号的输出信号几乎不包含任何噪声分量。同理，当出现倾斜时，来自图2的误差信号检测装置的输出信号包含相当多的噪声，如图8B所示；反之，如图9B所示，来自本发明的误差信号检测信号的输出信号几乎不包含任何噪声分量。

图10A和10B对比地示出了当运行跟踪伺服系统使得光斑跟随目标轨道的中心并且跟踪误差信号TE电平保持为常数时，分别来自图2的误差信号检测装置的倾斜误差信号S′和来自图5的本发明的误差信号检测装置的倾斜误差信号S。在这种情况下，来自本发明人以前提出图2的误差信号检测装置的倾斜误差信号S′包含相当多的噪声，如图10A所示；相反，来自本发明的误差信号检测装置的倾斜误差信号S中的噪声分量急剧减少，如图10B所示。

如以前参考图所描述的那样，本发明的误差信号检测装置的优选实施例可以改善倾斜误差信号的噪声特性，因此与图2所示的误差信号检测装置相比，能够检测带有高S/N的倾斜误差信号。该倾斜误差信号几乎不受外界噪声分量的影响。

此外，如图11所示，与自图2所示的误差信号检测装置输出的倾斜误差信号S′相比，由本发明的误差信号检测装置5检测到的倾斜误差信号S较少受到脱轨的影响。根据本发明的误差信号检测装置的优选实施例，虽然记录介质的凹坑深度可以不同，但相对于物镜的径向移动、可以检测到已经降低了偏移的倾斜误差信号。

特别是，图11图解了在不存在任何倾斜时，脱轨对本发明的误差信号检测装置的倾斜误差信号S的影响，和对图2所示的误差信号检测装置的倾斜误差信号S′的影响。在图11中，还图解了跟踪误差信号TE电平。如图11所示，当不出现脱轨时，跟踪误差信号TE电平和倾斜误差信号S以及S′都等于零。当聚焦在记录介质上的光斑偏离目标轨道的中心约为轨道间距的10％时，即，脱轨度为大约-10％时，倾斜误差信号S′由于脱轨而显示出相对高的电平。倾斜误差信号S也受到脱轨的影响，但其程度远小于倾斜误差信号S′所受到的影响。倾斜误差信号S还具有比跟踪误差信号TE低的电平。

如前面所述，根据本发明的用于光学记录/再现系统的误差信号检测装置的优选实施例可以有效地检测带有高S/N的倾斜误差信号，并且较少受到脱轨和来源于外界的噪声的影响。根据本发明的误差信号检测装置的优选实施例利用光电检测器的八个区的所有检测信号，并采用两个相位比较器，因此，由该装置检测轨的倾斜误差信号具有高增益电平。

图12图解了根据本发明的用于光学记录/再现系统的误差信号检测装置的另一优选实施例。图12的误差信号检测装置的特征在于信号处理器250仅仅包括一个相位比较器255，它接收光电检测器40的检测信号并输出相位比较信号。与图5所示的参考号相同的参考号用于表示同样的元件，因此，不再提供其描述。

将位于第一对角方向上的外侧区A1和C1的检测信号a1和c1，与第二对角方向上的内侧区B2和D2的检测信号b2和d2之和提供给相位比较器255的正输入端。将位于第一对角方向上的内侧区A2和C2的检测信号a2和c2，与第二对角方向上的外侧区B1和D1的检测信号b1和d1之和提供给相位比较器255的负输入端。

当信号处理器250象本实施例这样仅仅采用一个相位比较器255时，与如图5所示那样包括两个相位比较器51和53的信号处理器250相比，所述增益仅仅略微降低一点。信号处理器250的优点在于其配置简单。

和如图5所示的误差信号检测装置一样，由于位于第一对角方向上的各外侧区的检测信号，与另一对角方向上的各内侧区的检测信号被相加，因此，噪声分量会因为各对角地相反的内侧和外侧区的检测信号具有相反的相位特性而被消除。因此，可以由图12的误差信号检测装置检测具有高S/N的倾斜误差信号。

如图6所示，信号处理器250还可以包括多个增益控制器254，用于按预定的增益系数k放大内侧区A2、B2、C2和D2的各个检测信号a2、b2、c2和d2，以使得内侧区A2、B2、C2和D2的各个检测信号a2、b2、c2和d2被放大，并与外侧区A1、B1、C1和D1的各个检测信号a1、b1、c1和d1相加，如图1 3所示。因此，可以检测具有高S/N的倾斜误差信号。

另一方面，当信号处理器250只包括一个相位比较器255时，如图12所示，如果凹坑深度对各个记录介质来说不同并且所使用的光学拾取器的物镜在径向上移动，则从信号处理器250所输出的误差检测信号可以偏移(offset)。

为了使该误差信号检测装置即使在凹坑深度对各个记录介质都不同的时候，也能够输出具有被抑制的偏移(offset)的倾斜误差信号，最好信号处理器250还包括延迟器251，用于延迟将要被输入相位比较器255的正输入端的检测信号a1、b2、c1和d2。注意到图13的信号处理器250也还包括一个延迟器，如图14所示。

在参考图14描述的误差信号检测装置的实施例中，计算一对和信号(a1＋b2＋c1＋d2)和(a2＋b1＋c2＋d1)，或者(a1＋c1＋k(b2＋d2))和(b1＋d1＋k(c2＋a2))，并用延迟器251延迟其中一对和信号，然后用相位比较器255将被延迟的信号的相位与另一信号的相位比较。因此，即使凹坑深度对各个记录介质来说不同并且所述物镜在径向上移动，也可以在不考虑偏移的情况下检测误差检测信号。

图15图解了根据本发明的、用于光学记录/再现系统的误差信号检测装置的另一个实施例。图15的误差信号检测装置的特征在于：信号处理器300其构成使得在从光电检测器40的检测信号检测倾斜误差信号时可以消除脱轨的影响。与图5所示的参考号相同的参考号用于表示同样的元件，因此，其中不再提供其描述。

在图解与图15的本实施例中，信号处理器300包括：倾斜误差检测器350，用于检测包含倾斜误差分量的信号；跟踪误差检测器330，用于检测跟踪误差信号；以及差分部件370，用于从倾斜误差检测器350输出的信号中减去从跟踪误差检测器330中输出的跟踪误差信号。特别是，倾斜误差检测器350可以构造成具有图5至7以及图12至14所示的信号处理器50和250的任何配置。当出现脱轨时，就象参考图11所描述的那样，从倾斜误差检测器350输出的倾斜误差信号包括较少脱轨分量。

跟踪误差检测器330包括一个相位比较器(未示出)，使得通过相位差检测，即通过比较输入信号的相位，来检测跟踪信号。特别是，跟踪误差检测器330通过将位于一对角方向上的第一和第三光接收部分40a和40c的检测信号a1，a2、c1和c2之和信号的相位，与另一对角方向上的第二和第四光接收部分40b和40d的检测信号b1，b2、d1和d2之和信号的相位比较，来检测跟踪误差信号。根据所使用的记录介质的类型，跟踪误差检测器330可以构造成使得能够适合于以其它方式检测跟踪误差信号。

图15的信号处理器300最好还可以包括增益控制器360，例如位于倾斜误差检测器350的输出端和差分部件370的一个输入端之间，用于按预定的增益系数k放大倾斜误差检测器350输出的信号并输出其结果。按照图11的描述，脱轨分量不等于来自倾斜误差检测器350的信号和来自跟踪误差检测器330的信号。因此，校正从倾斜误差检测器350输出的倾斜误差信号，使得差分部件370接收包含同样总量的脱轨分量的倾斜误差和跟踪误差信号。

由于利用差分部件370从倾斜误差检测器350的信号中减去跟踪误差检测器330的信号，消除了脱轨成分。因此，仅仅从差分部件370输出作为倾斜误差分量的信号，使得图15中的误差信号检测装置可以更精确地检测倾斜误差信号。

以下描述在用图15所示的信号处理器200检测倾斜误差信号过程中、脱轨分量的消除。特别是，参考图16A和16B，存在这样一段时间，在该时间段中，来自倾斜误差检测器350的倾斜误差信号和来自跟踪误差检测器330的跟踪误差信号线性地变换。倾斜误差信号和跟踪误差信号的每一个的线性变换范围都相当于轨道间距的大约±30％。

图16A和16B分别图解了在不存在径向倾斜和存在径向倾斜时，关于离轨位置的倾斜误差信号S和跟踪误差信号TE。当不存在径向倾斜时，如图16A所示，所述倾斜误差信号S和跟踪误差信号TE几乎具有相同的相位特性，并且所述倾斜误差信号S和跟踪误差信号TE的峰值互相一致。相反，当存在径向倾斜时，如图16B所示，所述倾斜误差信号S和所述跟踪误差信号TE之间的电平差比图16A的对应电平差值要大。而且所述倾斜误差信号S和所述跟踪误差信号TE的峰值互相形成奇特的角(odd angles)。存在这样一段时间，在该时间段中，所述倾斜误差信号S和所述跟踪误差信号TE几乎线性地变换。因此，在线性变换期间通过将所述跟踪误差信号TE从所述倾斜误差信号S减去，可以消除所述脱轨分量，进而仅仅检测倾斜误差信号，而不管脱轨的发生。

如前面所述，根据本发明的、参考图5至7以及12至15所描述的误差信号检测装置的优选实施例适合于当光斑通过正常跟踪伺服操作在轨道的中心上移动时，检测倾斜误差信号。

从图16A可以推知，当不存在径向倾斜时，本发明的误差信号检测装置所检测轨道的倾斜误差信号与用相位比较法，即相位差法，获得的跟踪误差信号的倾斜误差信号具有类似的特性。因此，很明显，该倾斜误差信号可以用作指示光斑的偏离轨道的中心的程度的脱轨信号。即使物镜移动，倾斜误差信号包含比跟踪误差信号少的噪声分量，并且与该跟踪误差信号相比变化较少。由于这些原因，将该倾斜误差信号用作脱轨信号是有益的。

另一方面，对于参考图5至7以及图12至15描述的根据本发明的误差信号检测装置的实施例，信号处理器50、250和300中的任何一个都可以在其输出端再包括低通滤波器(LPF)400，如图17A所示，或者用于检测信号的包络(envelope)或中间电平的变化的包络或中间电平检测器450。如图17B所示。

特别是，如图17A所示，当信号处理器50、250或300包括LPF400时，LPF400滤去具有相对高的频率的跟踪误差信号分量。因此，可以精确地检测到物镜和记录介质之间相对倾斜程度，而不管跟踪伺服如何操作。在这种情况下，LPF400的截止频率可以根据采用的倾斜误差信号变化。例如，当倾斜误差信号用于补偿由倾斜所引起的再现信号恶化时，将LPF400的截止频率确定为比目标补偿频带高5至10倍。假设倾斜角度在±1°范围之内，盘的转数是43Hz，倾斜容限为0.6°，以及倾斜误差校正部分的补偿频带为约200-300Hz，则LPF400的截止频率将为1-3kHz。

如图17B所示，当信号处理器50、250或300在其输出端包括包络或中间电平检测器450时，可以在无跟踪伺服操作下检测倾斜误差信号。特别是，虽然不是操作跟踪伺服系统来校正跟踪误差，但来自信号处理器50、250或300的输出信号包括相对高的频率的跟踪误差分量和相对低的频率的倾斜误差信号。因此，如果包络或中间电平检测器450安装在信号处理器50、250或300的输出端，则可以检测输出信号，即相对低的频率的倾斜误差信号的包络。

另外，用于检测跟踪误差信号的峰值之间的中间电平的包络或中间电平检测器450可以安装在信号处理器50、250或300的输出端。跟踪误差信号的中间电平变化对应于倾斜误差信号的分量，即包络信号。

对于上述根据本发明的、用于光学记录/再现系统的误差信号检测装置的优选实施例，采用图18所示的具有凹坑P的ROM型记录介质，并且在跟踪伺服操作的前提下检测倾斜误差信号。光电检测器40所接收的光的切面(具有象篮球一样的图案)根据物镜和记录介质之间的相对径向倾斜变化，如图19所示。图19图解了再在轨位置，径向倾斜为0°、+0.5°和-0.5°时光电检测器40所接收的光的切面。

对于上述根据本发明的误差信号检测装置的优选实施例，假设在径向倾斜为+1°或-1°时，相对于一基准电平所检测到的倾斜误差信号分别为v1和v2，则在在轨(on-track)状态下所检测到的倾斜误差信号满足(v1－v2)/(v1＋v2)的绝对值的最大值等于或小于0.2。

假设在径向倾斜为+1°或-1°时，相对于一基准电平所检测到的倾斜误差信号分别为v3和v4，则所检测到的倾斜误差信号满足v3或v4的最小绝对值大约是在离轨(Off-track)状态下通过相位比较所检测到的跟踪误差信号的最大值的50％。

倾斜误差信号的所述基准信号，使用这样的信号来确定，这样的信号是当从记录介质再现出来的信息信号具有最大电平时、当从记录介质再现出来的信息信号具有最小抖动电平时、当从记录介质中解码信息信号的解码模块输出的解码误差信号具有最小值时、或者当所述解码块检测到的诸如扇区同步之类的特定信号图案具有良好外形时，所输出的一个信号或一组信号。

根据本发明的误差信号检测装置的优选实施例，所述相位比较其可以设计成使得他们通过放大或截止输入信号的频率、数字化输入信号、比较所数字化的输入信号的相位以及合成相位比较信号，来执行其自身的相位比较功能。

如前面所述，径向倾斜误差信还可以通过根据本发明的误差信号检测装置的优选实施例来检测。注意到根据本发明的误差信号检测装置可以应用到适合于诸如HD-DVD RAM之类的RAM型介质以及适合于诸如HD-DVD ROM之类的ROM型介质的光记录和再现系统。

虽然在根据本发明的、用于光学记录/再现系统的误差信号检测装置的优选实施例中，图解了拥有恒定宽度的8各矩形区的光电检测器40，即在四个光接收部分的每一个中都拥有一对内侧和外侧区，但显然光电检测器40能分成各种形式的多个区。

例如，如图20所示，采用在光接收部分40a、40b、40c和40d的每一个中都拥有一对内侧和外侧区的光电检测器40，在其中，位于径向上的每一对内侧和外侧区的宽度都在记录介质的切线方向上变化。显然图20的光电检测器40被设计成使得各区的宽度沿曲线变化，但很显然，各区的宽度沿直线而不是沿曲线变化。

另外，如图21所示，光电检测器240可以设计成使得第一至第四光接收部分40a、40b、40c和40d在切线方向上和/或径向上、以距离d来彼此分开。很显然，图20的光电检测器140可以构造成使得第一至第四光接收部分40a、40b、40c和40d在切线方向上和/或径向上、以一预定距离彼此分开。

如前面所述，根据本发明的、用于光学记录/再现系统的误差信号检测装置的优选实施例可以检测具有高S/N的倾斜误差信号，因此，所述倾斜误差较少受到源于外界噪声的影响。可以抑制倾斜误差信号上的脱轨效应。此外，如果使用跟踪误差信号消除脱轨分量，则可以精确地检测倾斜误差信号。

当根据本发明的误差信号检测装置应用于采用短波长光源和高NA物镜的高密度光学记录/再现装置系统的的优选实施例，以调整物镜和记录介质之间的相对倾斜时，可以防止由于由记录介质之间的相对倾斜引起的彗星像差导致的记录/再现信号的恶化。

虽然这个发明是具体参考其优选实施例被示出和描述的，但本领域的普通技术人员会理解，在不脱离权利要求书所限定的精神和范围的前提下，可以对其进行各种形式和细节改变。

Claims (22)

1.一种用于光学记录/再现系统的误差信号检测方法，该方法包括：

(a)检测按作为排列成2×4矩阵的四个为内侧光部分和四个为围绕相应的内侧光部分的外侧光部分的八个光部分、从记录介质反射和衍射之后，通过物镜的入射光，其中该矩阵的行和列分别平行于记录介质的切线方向和径向；

(b)通过将来自至少一个位于第一对角方向的外侧光部分的检测信号、与来自至少一个位于第二对角方向的内侧光部分的检测信号相加，以计算至少一个第一和信号；

(c)通过将来自至少一个位于第一对角方向的内侧光部分的检测信号、与来自至少一个位于第二对角方向的外侧光部分的检测信号相加，以计算至少一个第二和信号；以及

(d)将第一和第二和信号的相位进行比较并输出至少一个相位比较信号，

其中倾斜误差信号根据该相位比较信号检测而得。

2.如权利要求1所述的方法，其中，在步骤(b)中，通过将来自位于第一对角方向的一个外侧光部分的检测信号与来自位于第二对角方向的一个内侧光部分的检测信号相加，并将来自位于第一对角方向的另一个外侧光部分的检测信号与来自位于第二对角方向的另一个内侧光部分的检测信号相加，来获得一对第一和信号；在步骤(c)中，通过将来自位于第一对角方向的一个内侧光部分的检测信号与来自位于第二对角方向的一个外侧光部分的检测信号相加，并将来自位于第一对角方向的另一个内侧光部分的检测信号与来自位于第二对角方向的另一个外侧光部分的检测信号相加，来获得一对第二和信号；并且在步骤(d)中，将一对第一和信号的相位进行相互比较，将一对第二和信号的相位进行相互比较，以便输出一对相位比较信号，并且将这对相位比较信号相加。

3.如权利要求1所述的方法，其中，在步骤(b)中，第一和信号是通过将来自位于第一对角方向的该对外侧光部分的检测信号与来自位于第二对角方向的该对内侧光部分的检测信号相加来获得；在步骤(c)中，第二和信号通过将来自位于第一对角方向的该对内侧光部分的检测信号与来自位于第二对角方向的该对外侧光部分的检测信号相加来获得；并且在步骤(d)中，将第一和第二和信号的相位进行相互比较，以便输出一相位比较信号。

4.如权利要求3所述的方法，其中，在步骤(d)中还包括延迟第一或第二和信号的步骤。

5.如权利要求1至4之一所述的方法，还包括在与来自外侧光部分的检测信号相加之前，以预定的增益系数放大来自各个内侧光部分的检测信号的步骤。

6.如权利要求1至4之一所述的方法，还包括：

(e)将位于第一对角方向的各内侧和外侧光部分的检测信号的第三和信号，与位于第二对角方向的各内侧和外侧光部分的检测信号的第四和信号比较，以便跟踪误差信号；和

(f)从步骤(d)所检测到的倾斜误差信号中减去步骤(e)中所检测到的跟踪误差信号，以便从所述倾斜误差信号中消除脱轨分量。

7.如权利要求6所述的方法，其中步骤(f)还包括以预定的增益系数放大在步骤(d)所检测到的倾斜误差信号和在步骤(e)中所检测到的跟踪误差信号至少其中之一。

8.一种用于光学记录/再现系统的误差信号检测装置，该装置包括：

光电检测器，用于在从记录介质反射和衍射之后，从物镜接收入射光；以及

信号处理器，用于通过处理来自光电检测器的检测信号，检测误差信号，

其中光电检测器包括排列成2×4矩阵的四个内侧区和四个外侧区，用于独立地接收入射光并将其进行光电转换，每对内侧和外侧区位于记录介质的径向上，其中该矩阵的行和列分别平行于记录介质的径向和切线方向；而

信号处理器将来自位于一对角方向的至少一个外侧区的检测信号和来自位于另一对角方向的至少一个内侧区的检测信号的和信号的相位，与来自位于所述另一对角方向的至少一个外侧区的检测信号和来自位于所述一对角方向的至少一个内侧区的检测信号的和信号的相位进行比较，以便输出至少一个相位比较误差，并且该信号处理器从所述相位比较信号中检测倾斜误差信号。

9.如权利要求8所述的装置，其中该信号处理器包括：

第一相位比较器，用于接收来自位于第一对角方向的一个外侧区的检测信号和来自位于第二对角方向的、与第一对角方向中所述一外侧区处在同一行的一个内侧区的检测信号的和信号，以及来自位于第二对角方向的一个外侧区的检测信号和来自位于第一对角方向的一个内侧区的检测信号的和信号，比较所收到的两个和信号的相位并输出相位比较信号；

第二相位比较器，用于接收来自位于第一对角方向的另一个外侧区的检测信号和来自位于第二对角方向的另一个内侧区的检测信号的和信号，以及来自位于第二对角方向、与第一对角方向中的所述另一外侧区处在同一行的一个外侧区的检测信号和来自位于第一对角方向的另一个内侧区的检测信号的和信号，比较所收到的两个和信号的相位并输出相位比较信号；以及

加法器，用于将来自第一和第二相位比较器的相位比较信号相加。

10.如权利要求8所述的装置，其中该信号处理器包括这样一个相位比较器，用于：接收来自位于第一对角方向的各外侧区的检测信号和来自位于第二对角方向的各内侧区的检测信号的第一和信号；接收来自位于第二对角方向的各外侧区的检测信号和来自位于第一对角方向的各内侧区的检测信号的第二和信号；以及比较所述的第一和第二和信号的相位以输出相位比较信号。

11.如权利要求10所述的装置，其中该信号处理器在相位比较器的一个输入端还包括延迟器，其中第一或第二和信号输入到所述输入端。

12.如权利要求8至11之一所述的装置，其中该信号处理器还包括增益控制器，用于以预定增益系数放大来自各内侧区的检测信号，使得被放大的检测信号与其它检测信号相加。

13.如权利要求8至11之一所述的装置，其中该信号处理器的输出信号用作指示光斑偏离记录介质上的轨道的中心的程度的脱轨信号。

14.如权利要求8至11之一所述的装置，在该信号处理器的输出端还包括低通滤波器，用于对所接收到的信号进行低通滤波，以便检测物镜和记录介质之间的相对倾斜的程度，而不管跟踪伺服如何操作。

15.如权利要求8至11之一所述的装置，在该信号处理器的输出端还包括检测器，用于检测对应于物镜和记录介质之间的相对倾斜的从该信号处理器输出的信号的包络，或者用于检测从该信号处理器输出的信号的中间电平的变化，以便在无跟踪伺服操作的前提下检测倾斜误差信号。

16.如权利要求8至11之一所述的装置，还包括：

跟踪误差检测器，用于通过将来自位于第一对角方向的各内侧和各外侧区的检测信号的和信号的相位，与来自位于第二对角方向的各内侧和各外侧区的检测信号的和信号的相位进行比较，来检测跟踪误差信号；以及

差分部件，用于从信号处理器所输出的信号中减去从跟踪误差检测器中输出的跟踪误差信号，以便从倾斜误差信号中消除脱轨分量。

17.如权利要求16所述的装置，还在跟踪误差检测器和该信号处理器的至少一个和差分部件的输入端之间包括增益控制器。

18.如权利要求8所述的装置，其中每个内侧和外侧区的宽度为常数，或在切线方向上变化。

19.如权利要求8或18所述的装置，其中所述光电检测器的各内侧区在光已经从记录介质反射和衍射之后，接收0阶衍射的入射光束的大约10-80％。

20.如权利要求8或18所述的装置，其中每一个都包括一对内侧和外侧区的四个光接收部分在径向和/或切线方向上彼此分开。

21.如权利要求8至11之一所述的装置，其中假设在径向倾斜为+1°或-1°时相对于一基准电平所检测到的信号电平分别为v1和v2，在在轨状态下所检测到的倾斜误差信号满足(v1－v2)/(v1＋v2)的绝对值的最大值等于或小于0.2。

22.如权利要求8至11之一所述的装置，其中假设在径向倾斜为+1°或-1°时相对于一基准电平所检测到的信号电平分别为v1和v2，所检测到的倾斜误差信号满足使得v3或v4的最小绝对值大约是在离轨状态下通过相位比较所检测到的跟踪误差信号的最大值的50％。

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