CN1383141A - 槽脊/槽识别方法和采用该方法的光记录/再现装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种槽脊/槽识别方法和采用该方法的光记录/再现装置。该槽脊/槽识别方法包括:通过一个能够引起并改变光盘厚度偏差效应的光学元件将光束照射在具有槽脊和槽的光盘上;通过将所反射/衍射的光束分成内部和外部光束部分对从光盘反射/衍射的光束进行检测;通过检测内部和外部光束部分之间的差分信号的改变,同时通过驱动光学元件改变光盘厚度偏差效应的大小,对光盘的槽脊和槽进行识别。

Description

槽脊/槽识别方法和采用该方法 的光记录/再现装置
                             技术领域
本发明涉及一种用于识别光斑是形成在槽脊—槽型光盘的槽脊上还是形成在槽脊—槽型光盘的槽中的方法，以及一种采用该方法的光记录/再现装置。
                             背景技术
对于槽脊—槽型光盘，为了进行可靠的跟踪和聚焦，需要识别当前光束的束斑是处于平面上还是处于槽中。这是因为对于槽脊和槽而言，在跟踪过程中通过推挽方法对物镜偏移所引起的跟踪误差分信号的偏差的补偿和聚焦偏差的补偿应该根据是槽脊还是槽而提供不同的补偿值。
参照图1，用于识别槽脊和槽的传统的光拾取装置包括一个光源1，一个对光源1发射的发散光束进行准直的准直透镜3，一个通过衍射对光束进行分离的全息元件5，一个根据入射光束的偏振态对入射光束进行透射或反射的偏振分束器7，一个用于改变入射光束的偏振态的四分之一波片9，一个用于对入射光束进行聚焦、在光盘10上形成光斑的物镜11，和一个用来接收光盘10所反射/衍射的光束的光电检测器15。
全息元件5将入射光束衍射成一个主光束和第一与第二次级光束。如图2所示，全息元件5具有第一到第四分区5a，5b，5c和5d，将该全息元件设计成使穿过第一分区5a到第三分区5c的光束相对穿过第二分区5b到第四分区5d的光束具有90°的相差。因此，穿过第一分区5a到第三分区5c的第一次级光束，即+1st级光束部分的相位相对于穿过第二分区5b到第四分区5d的第一次级光束部分的相位超前90°。相反，穿过第一分区5a到第三分区5c的第二次级光束，即-1st级光束部分的相位相对于穿过第二分区5b到第四分区5d的第二次级光束部分的相位滞后90°。
参考图3，物镜11通过对全息元件5所产生的主光束和第一与第二次级光束进行聚焦，在光盘10上形成主光斑1a和第一次级光斑1b与第二次级光斑1c。
参考图4，光电检测器15包括用来分别接收光盘10所反射的主光束和第一与第二次级光束的主光电检测器15a和第一次级光电检测器15b与第二次级光电检测器15c，。主光电检测器15a包括四个分开的板A、B、C和D，第一次级光电检测器15b包括四个分开的板E、F、G和H，第二次级光电检测器15c包括四个分开的板I、J、K和L。
假设把由主光电检测器15a四个分开的板A、B、C和D输出的信号分别表示为a、b、c和d，把由第一次级光电检测器15b四个分开的板E、F、G和H输出的信号分别表示为e、f、g和h，把由第二次级光电检测器15c四个分开的板I、J、K和L输出的信号分别表示为i、j、k和l，则再现信号RFS，槽脊/槽(L/G)信号和跟踪误差分信号TES由公式(1)表示：
RFS＝a+b+c+d
L/G信号＝(e+g+j+l)-(f+h+i+k)
TES＝(a+b)-(c+d)
上述检测的跟踪误差分信号TES和槽脊/槽(L/G)信号具有相同的周期，不过具有90°的相差，如图5所示。当跟踪误差分信号TES大小为零时，槽脊/槽(L/G)信号分别具有最大或最小值。从而，就可以知道光斑是聚焦在光盘的平面上，还是聚焦在光盘的槽上。不过，上述的传统光拾取装置使用来自光源1的光束分割成的三个光束，从而存在光利用率低的问题。
                                 发明内容
为了解决上述问题，本发明的一个目的在于提供一种识别光斑是聚焦在光盘的平面上还是聚焦在槽上的方法，该方法使用一个光学元件，能够产生光盘的厚度偏差的效应，通过使用单个光束可以获得高的光利用率，以及采用该方法的一种光记录/再现装置。
为了达到本发明的这个目的，所提供的槽脊/槽识别方法包括：通过一个能够产生和改变光盘的厚度偏差效应的光学元件，将光束照射到具有槽脊和槽的光盘上；通过将所反射/或衍射的光束分成内部和外部光束部分，对从光盘反射/衍射的光束进行检测；在通过驱动光学元件改变光盘的厚度偏差效应的大小的同时，通过检测内部与外部光束部分的检测信号之间差分信号的改变来对光盘的槽脊和槽进行识别。
为了达到本发明的上述目的，还提供了一种光记录/再现装置，该光记录/再现装置包括：一个光拾取装置，该光拾取装置在光源所发射的、被聚焦在光盘上的光束的路径上包括一个光学元件，该光学元件引起并改变光盘的厚度偏差效应；和一个光电检测装置，该光电检测装置通过将所反射/衍射的光束分成内部和外部光束部分而对光盘所反射/衍射的光束进行检测；和一个信号处理单元，该信号处理单元在通过驱动光学元件改变光盘的厚度偏差效应的大小的同时，通过从内部光束部分的检测信号中减去至少一个外部光束部分的检测信号对差分信号进行检测，通过检测差分信号中的变化，对槽脊/槽型光盘的槽脊和槽进行识别。
优选的是该光学元件可用于补偿光盘厚度偏差所引起的球差。优选的是从差分信号的DC值的增加或减小来对光盘的槽脊和槽进行识别。
优选的是光电检测装置通过将光束沿相当于光盘径向的方向分成内部和外光光束部分而对光束进行检测。更优选的是，光电检测装置是一个8分区光电检测器。
或者，可以按下述要求构成该光电检测装置：能通过将光束分成圆形或矩形内部光束部分和环绕该圆形或矩形内部光束部分的外部光束部分而对光束进行检测。更优选的是，光电检测装置是一个12分区的光电检测器，包括四个用于接收内部光束部分的分开的板和八个环绕该内部分开的板的用于接收外部光束部分的外部分开的板。
                           附图说明
通过参照附图对最佳实施例的详细描述，本发明的上述目的和优点将是显而易见的，其中：
图1为用于对光盘的槽脊和槽进行识别的传统光拾取装置图；
图2为图1中全息元件的平面图；
图3给出使用图1中的光拾取装置在光盘上形成光斑；
图4为图1中光电检测器的平面图；
图5为采用图1的光拾取装置的光记录/再现装置中所检测的跟踪误差分信号TES和槽脊/槽(L/G)信号曲线；
图6为根据本发明的光记录/再现装置的一个最佳实施例的图；
图7到9给出了图6的光电检测装置的可选择的实施例；
图10为图6的信号处理单元结构的一个例子的方框图；
图11A和11B给出了聚焦在光盘槽脊或槽上之后从光盘所反射的光束的强度分布；以及
图12为根据本发明的光记录/再现装置所检测的对于光盘的槽脊和槽的槽脊/槽识别信号相对光盘厚度偏差效应的曲线。
                          具体实施方式
本发明的特征在于，将光束通过一个能够引起光盘厚度偏差效应的光学元件而照射到光盘上，通过将所反射的光束分成内部和外部光束部分，检测从光盘反射的光束，并且根据光盘厚度的增加或减小效应检测内部和外部光束部分之间差分信号的变化，从而对槽脊—槽型光盘的槽脊和槽进行识别。
参考图6，本发明的光记录/再现装置的最佳实施例包括一个光拾取装置30和一个信号处理单元70，信号处理单元70处理槽脊/槽识别信号，用来识别光束是聚焦在光盘的槽脊上还是在槽内。
该光拾取装置30包括：一个光源31；一个把光源31所发射的光束会聚在光盘50上形成光斑的物镜39；一个位于光源31与物镜39之间的光程上的光程改变装置35，该光程改变装置35改变入射光束行进的路径；位于光源31与物镜39之间的光程上的一个光学元件37，该光学元件37产生光盘50的厚度偏差效应；以及一个通过将光盘50所反射的光束分成内部光部分和外部光部分检测光盘50所反射/绕射光束的光电检测装置45。
光源31可以是半导体激光器，如边缘发射激光器或垂直腔面发射激光器(VCSEL)。可以把以预定比例透射和反射入射光束的分束器用作光程改变装置35。或者，光程改变装置35可以是偏振分束器(图中未示出)与四分之一波片(图中未示出)的组合，所述偏振分束器根据入射光束的偏振态有选择地透过或反射入射光束，所述四分之一波片设置在偏振分束器与物镜39之间的光程上，改变入射光束的相位。
当本发明的光记录/再现装置用于对下一代数字视频盘(DVD)这一所谓的高清晰度(HD)-DVD系列记录介质进行记录和再现时，光源31优选的为发射光波波长为400-420nm的蓝光半导体激光器，物镜39的数值孔径(NA)为0.7或更大，NA优选的为0.85。
光拾取装置30还可以包括一个设置在光源31与光程改变装置35之间的光程上的准直透镜33，该准直透镜33用于对光源31所发射的发散光束进行准直，还包括一个设置在光程改变装置35与光电检测装置45之间的光程上的检测透镜41，该检测透镜41用来对入射光束进行会聚。
优选的是光学元件37能够补偿光盘50的厚度偏差所引起的球差。使用用来补偿球差的光学元件通过改变光束的相位而补偿球差，然后将相对于光盘厚度偏差所引起的球差来说具有相反波前的光束入射到光盘上。通过产生希望相反的球差，使用反向原则补偿光盘50厚度偏差所引起的球差，通过在入射到光盘50上的光束中引入球差能引起光盘50的厚度偏差效应。
前面所描述的光学元件37可以是通过将液晶注入两个各具有一个电极图形的透明基板之间而制造的液晶板。由于液晶折射率的各向异性特性，穿过液晶板的光，相位发生改变。通过驱动液晶板产生光盘50的厚度偏差效应，并且通过改变光盘50的厚度偏差大小，或者通过驱动液晶板改变入射到光盘50上的光束的波前形状，使得光束相对光盘50的厚度偏差所产生的球差具有相反的波前形状，可以识别光盘50的槽脊和槽，或者能够补偿光盘50厚度偏差所引起的球差。
用于光学元件37的驱动电路可以包含在信号处理单元70中，或者与信号处理单元70相分离。
具有上述可选光学元件37的根据本发明的光记录/再现装置能够对光盘50的槽脊和槽进行识别，或者能够补偿光盘50厚度偏差所引起的球差。此处，记录介质的厚度意味着从光盘50的光接收表面到信息记录表面的距离。引起需要校正的球差的光盘50的厚度偏差包括随着光盘50上位置不同的厚度偏离和光盘50与另一个光盘之间的厚度差。
可以将光电检测装置45设计成能通过将来自光盘50的光束沿相当于光盘50径向的方向分成内部光束部分和外部光束部分而对来自光盘50的光进行检测。此处，优选的是内部与外部光束部分的比为10∶90-90∶10。
在考虑聚焦误差分信号的检测时，可以把能通过沿光盘50径向的方向将光束分成内部和外部光束部分来检测光束的具有如图7所示的8分区结构的光电检测装置46用作光电检测装置45。
8分区光电检测器46的第一到第四内部分开的板A1、B1、C1和D1接收内部光束部分。分别沿光盘50径向的方向设置在第一到第四内部分开的板A1、B1、C1和D1外部的第一到第四外部分开的板A2、B2、C2和D2接收外部光束部分。
或者，可以将光电检测装置45构造成通过将光束分成圆形或矩形中心光束部分，和完全包围该中心光束部分的外部光束部分来检测光束。例如，可以将图8或9分别示出的能够将光束分成矩形内部光束部分和围绕该内部光束部分的外部光束部分的8分区光电检测器47或12分区光电检测器48用作光电检测装置45。
8分区光电检测器47的内部分开的板A1’、B1’、C1’和D1’接收内部光束部分。分别设置的内部分开的板A1’、B1’、C1’和D1’周围的外部分开的板A2’、B2’、C2’和D2’接收外部光束部分。12分区光电检测器48的内部分开的板A、B、C和D接收内部光束部分，围绕该内部分开的板A、B、C和D的外部分开的板E、F、G、H、I、J、K和L接收外部光束部分。
或者光电检测装置45可以是具有多个衍射区域的全息光学元件(HOE，图中未示出)，通过全息光学元件入射光能够被分成相当于图7的8分区光电检测器46或图8的8分区光电检测器47，或图9的12分区光电检测器48的分开的板的内部和外部光束部分，与多个光电检测器(图中未示出)的组合，光电检测器用来检测HOE所分开并衍射的内部和外部光束。
本申请人在相当于韩国专利申请No.00-84211(申请日为2000年12月28日，发明名称为“能够检测记录介质厚度偏差和/或能够补偿记录介质厚度偏差所引起的球差的光拾取装置”)的中国专利申请No.01133018.x中已经提出了一种光拾取装置，该光拾取装置具有使用上述用于校正球差的光学元件来校正光盘厚度偏差所引起的球差的光学结构。根据本发明的光记录/再现装置所采用的光拾取装置包括中国专利申请No.01133018.x中所披露的光拾取装置的光学特征，因而在本说明书中对光电检测装置45的多个实施例不进行更详细的描述。
信号处理单元70通过从内部光束部分的检测信号减去至少一个外部光束部分的检测信号来检测差分信号，并反馈该差分信号用来驱动光学元件37，从而改变光盘50的厚度偏差效应的大小，通过检测差分信号中的变化特别是差分信号的DC值变化，对光盘的槽脊和槽进行识别。
将内部和外部光束部分的检测信号分别表示为S1和S2，如图10所示，信号处理单元70可以包括一个减法器71，该减法器71从内部光束部分的检测信号S1中减去至少一个外部光束部分的检测信号S2；一个驱动器73，该驱动器73基于减法单元71所输出的差分信号(S1-S2)来驱动光学元件37；和一个槽脊/槽识别部分，该槽脊/槽识别部分通过控制驱动器73来改变光盘50的厚度偏差效应的大小，并根据差分信号(S1-S2)的DC电平的变化输出识别在光盘50的槽脊与槽之间的槽脊/槽(L/G)信号。
为了根据光盘50的厚度变换效应的大小增强槽脊和槽中的差分信号，可以将信号处理单元70设计成在减法开始之前，对内部和外部光束部分的至少一个检测信号进行放大。
可以使用差分信号，尤其是差分信号的DC值的变化作为槽脊/槽识别信号和球差检测信号，球差检测信号用于补偿光盘50厚度偏差所引起的球差。
从上面可以理解到，本发明最佳实施例的光记录/再现装置能够对光盘50的槽脊和槽进行识别，并且能补偿光盘50厚度偏差所产生的球差，不需要另外增加光学元件，使用采用光学元件37的光拾取装置30的光学系统来补偿球差。对于光盘的槽脊和槽，球差检测信号以相反方向发生改变。根据本发明，通过本发明的光记录/再现装置中所检测的槽脊/槽识别信号，可以确定应该在哪个方向补偿光盘50的厚度偏差所引起的球差。从而，根据光束是否聚焦在光盘的槽脊上或槽上，可以精确地校正球差。
现在将描述根据本发明最佳实施例的光记录/再现装置中对光盘的槽脊和槽进行识别的原理。
图11A和11B分别给出了使用400nm波长的光源从槽宽度为0.30μm的槽脊—槽型光盘再现数据，物镜的NA为0.85，在物镜的出射光瞳处，相对于光盘厚度增加效应大约为10μm时，从光盘的槽脊和槽所反射的光束的强度分布。从图11A和11B可以看出，从光盘的槽脊和槽所反射的光束的强度分布相对于光盘50的厚度增加效应沿相反的分布发生变化。特别是，对于光盘50的平面，所反射光束的外部光束部分与内部光束部分相比具有更大的强度。相反，对于光盘50的槽，所反射光束的内部光束部分的强度比外部光束部分大。图11A和11B的强度分布的差别说明，对于光盘的平面，内部与外部光束部分之间的差分信号(在下文中称为槽脊/槽识别信号)的DC值减小，对于光盘的槽，内部与外部光束部分之间的差分信号(在下文中称为槽脊/槽识别信号)的DC值增加。
图12为使用图7的8分区光电检测器作为光电检测装置45，根据光盘的厚度效应从-10到+10μm的变化，对于所检测的光盘的槽脊和槽的槽脊/槽曲线。图12是使用405nm波长的光源和NA为0.85，对于具有槽脊和槽和0.1mm厚RAM型光盘焦距为1.76mm的物镜所得到的结果，光盘光道间距为0.32μm，槽深度为-λ/6，最小界限(mark)(3T)长度为0.194μm。
参照图12，当通过驱动光学元件37产生从-10到+10μm的光盘50厚度增加效应时，显然在光盘50的平面处槽脊/槽识别信号线性减小，在光盘50的槽处槽脊/槽识别信号线性增加。
从而，前面所描述的根据本发明的光记录/再现装置能够通过检测差分信号DC值的增加或减小，同时通过驱动光学元件37改变光盘50的厚度偏差效应，对光盘的槽脊与槽进行识别。因此，在将用于补偿光盘50的厚度偏差所引起的球差的球差检测信号反馈给光学元件37之前，能够确定当前光束是否被聚焦在光盘50的槽脊上或槽中，从而能够沿精确方向补偿球差。
另外，由于前面所述的根据本发明的光记录/再现装置能够识别当前光斑的位置是否在光盘的槽脊上或槽中，可能使聚焦和/或跟踪伺服系统最优化。
虽然在上述实施例中所描述和说明的光学元件37还提供了对球差的补偿功能，不过光学元件37可以仅具有产生光盘50厚度偏差效应的功能，不具有球差补偿功能。
如上所述，在根据本发明的光记录/再现装置中，使用光源发出的单光束通过能够产生光盘厚度偏差效应的光学元件照射槽脊—槽型光盘。从光盘所反射的光束被分成内部和外部光束部分，并作为内部和外部光束部分被接收，检测内部和外部光束部分的检测信号之间的差分信号的变化，同时增加或减小光盘的厚度变换效应的大小。从差分信号的变化来确定当前光束的位置是处于光盘槽脊上还是处于槽中。根据本发明的光记录/再现装置的结构具有更高的光利用率。
已经参照最佳实施例对本发明进行了特别地说明和描述，本领域普通技术人员应该理解到，在不偏离本发明精神和所附权利要求所限定的范围的条件下，可以在形式上和细节上对其进行多种变型。

Claims (11)

1.一种槽脊/槽识别方法，其特征在于，包括：
通过一个能够产生和改变光盘的厚度偏差效应的光学元件，将光束照射到具有槽脊和槽的光盘上；
通过将所反射/或衍射的光束分成内部和外部光束部分，对从光盘反射/衍射的光束进行检测；
在通过驱动光学元件改变光盘的厚度偏差效应的大小的同时，通过检测内部与外部光束部分的检测信号之间差分信号的改变来对光盘的槽脊和槽进行识别。
2.如权利要求1所述的槽脊/槽识别方法，其特征在于：该光学元件可以用于补偿光盘厚度偏差所引起的球差。
3.如权利要求1或2所述的槽脊/槽识别方法，其特征在于：根据差分信号的DC值的增加或减小对光盘的槽脊与槽进行识别。
4.一种光记录/再现装置，该光记录/再现装置包括一个光拾取装置和一个能够对槽脊/槽型光盘的槽脊和槽进行识别的信号处理单元，该光记录/再现装置的特征在于：
该光拾取装置包括一个位于光源所发射的、通过物镜聚焦在光盘上的光束的行进路径上的光学元件，该光学元件引起并改变光盘的厚度偏差效应；和一个光电检测装置，该光电检测装置通过将所反射/衍射的光束分成内部和外部光束部分而检测光盘所反射/衍射的光束；以及
该信号处理单元在通过驱动光学元件改变光盘的厚度偏差效应的大小的同时，通过从内部光束部分的检测信号中减去至少一个外部光束部分的检测信号对差分信号进行检测，通过检测差分信号中的变化，对槽脊/槽型光盘的槽脊和槽进行识别。
5.如权利要求4所述的光记录/再现装置，其特征在于：该光学元件可供选择地用于补偿光盘厚度偏差所引起的球差。
6.如权利要求4所述的光记录/再现装置，其特征在于：该信号处理单元根据差分信号的DC值的增加或减小对光盘的槽脊和槽进行识别。
7.如权利要求4所述的光记录/再现装置，其特征在于：内部和外部光束部分的分配比率在10∶90到90∶10范围内。
8.如权利要求4、5、6或7所述的光记录/再现装置，其特征在于：光电检测装置通过将光束沿相当于光盘径向的方向分成内部和外部光束部分来检测光束。
9.如权利要求8所述的光记录/再现装置，其特征在于：该光电检测装置为8分区光电检测器。
10.如权利要求4、5、6或7所述的光记录/再现装置，其特征在于：该光电检测装置通过将光束分成圆形或矩形内部光束部分和围绕该圆形或矩形内部光束部分的外部光束部分来检测光束。
11.如权利要求10所述的光记录/再现装置，其特征在于：该光电检测装置为12分区光电检测器，包括四个用于接收内部光束部分的内部分开的板，和八个围绕该内部分开的板并用于接收外部光束部分的外部分开的板。
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