CN1608288A - 双重三光点光学扫描设备 - Google Patents

Abstract

一种用于对双波长光学扫描设备的径向跟踪误差进行检测的辐射检测器阵列。用于对两种不同波长中的每一种实施三光点径向跟踪误差检测的三光点检测器(100、102、104)。附属光点检测器(102、104)被分成三个检测器元件并且根据当前用于扫描的波长切换到一个检测器元件。

Description

双重三光点光学扫描设备

本发明涉及一种双重光学扫描设备，该设备用于利用两种不同波长中的任意一种波长扫描光学记录载体，其包括用于实施扫描误差检测的辐射检测器阵列，本发明还涉及该辐射检测器阵列。

目前，正在对使用双波长激光设备的扫描设备进行研究。典型地，这种扫描设备中的两种波长使用同一条光束路径，并且在两种波长从激光设备的不同部分中发射出来之后，利用诸如衍射光栅将两种波长相互结合。这就需要对两种波长进行扫描误差的检测。

用于光盘扫描设备中的典型的扫描误差检测方法是聚焦误差检测和跟踪误差检测。已经公知了许多用于聚焦误差检测和径向跟踪误差检测的不同方法。聚焦误差检测方法包括：刀口光瞳模糊，其中光束被诸如棱镜分为两部分，并且光点在两个光点检测器上的位置表示正确的聚焦；像散聚焦，其中利用圆柱透镜或平行平面板在检测器上生成像散光点，利用菱形象限光点检测器来检测光点从圆形开始的形状变化；以及光点尺寸检测，其中光束被诸如微棱镜分为两部分，分别在再聚焦之前和之后检测这两部分最终的光点尺寸。

径向跟踪误差检测方法包括：推拉式径向跟踪，其中在分开的检测器上测量两个半光瞳之间的信号差别；三光点(或三光束)中心孔径径向跟踪，其中辐射束被衍射光栅分为三部分，并且将外部(附属)光点设定在距离主光点四分之一轨道间距处，利用这些光点的信号差别生成跟踪误差信号；三光点推拉式径向跟踪，其中辐射束被衍射光栅分为三部分，将主光点和附属光点的推拉式信号之间的差别用作跟踪误差信号；差分相位检测或差分时间检测(DPD或DTD)径向跟踪，其中(±1，±1)级相位的径向偏移在正方形象限光点检测器中得到了应用。三光点推拉式径向跟踪系统与一光点推拉式系统相比，其优点在于可以自动地补偿系统误差，该系统误差包括对称误差和不对称误差。然而，该系统需要附加的检测器元件和连接，这就使检测器阵列更为复杂。

欧洲专利申请EP-A-0860819描述了一种光学扫描设备，该设备利用具有不同波长的两种激光和共用的物镜生成适用于读取高密度及低密度盘的光点。该申请提出了用于在扫描过程中检测聚焦误差和跟踪误差的多种不同检测器阵列的装置。在一个实施例中，对于每个分开的波长使用了两个分开的检测器阵列。在另一实施例中，对于每个波长都使用了一个单独的检测器阵列。对于波长较长的情况，该阵列包括两个检测器元件以用来进行三光束跟踪误差检测，而在波长较短的情况下使用单光束跟踪。

如果在使用两种波长的扫描设备中，将一个单独的检测器阵列用于推拉式跟踪误差检测，那么就会出现以下问题，如果第n级光点检测器之间的间隔对于一种波长是正确的，那么这些检测器不能足够精确地检测其他波长的第n级光点。

本发明的目的是提供一种对于这个问题的解决方案。依照本发明的一个方面，提供了一种辐射检测器阵列，在利用两种波长扫描光学记录载体时该阵列用于进行径向跟踪误差检测，所述阵列包括多个光点检测器，该检测器用于检测分别形成对应于不同衍射级的第一和第二组光点的第一和第二组辐射束，该不同的衍射级包括零级和正负第n级，n是大于等于1的整数，所述的各个光点检测器被设置用于检测由所述光束形成的光点的特性，所述的各个光点检测器包括用于检测一个所述光点的不同部分的多个检测器元件，所述阵列包括基本上设置在中心的零级光点检测器，和设置在其各侧的第n级光点检测器，其中所述的第n级光点检测器被设置为对第一组光点和第二组光点实施径向跟踪误差检测，在第一组光点中第n级光点具有对于零级光点的第一预定间隔特性，在第二组光点中第n级光点具有对于零级光点的不同的第二预定间隔特性。

依照本发明的第二方面，提供了一种双重光学扫描设备，该设备利用了两种波长，其包括所述的辐射检测器阵列。

本发明的其他方面和优点将通过以下对于本发明的优选实施例的描述变得更为明显，如相关的附图中所述的，其中：

图1是依照本发明实施例设置的光学扫描设备的示意图；

图2是聚焦在传统的光盘数据轨道上的三光点的示意图；

图3是传统的三光点推拉式跟踪误差检测器阵列的示意图；

图4和图5表示了依照本发明实施例设置的检测器阵列的示意图。

依照本发明的实施例，至少采用两种格式(例如CDR(W)格式和/或DVD-RAM格式)的光盘OD来存储数据。利用光学扫描设备，可以对CDR(W)格式盘进行写入并对两种格式的盘进行读取。该盘包括覆盖了至少一个信息层的外部透明层。如果是多层的光盘，可以将两个或多个信息层设置在覆盖层之后的光盘内不同深度处。信息层背对透明层的侧面受到保护层的保护而避免了环境影响，或者如果是多层的光盘，则是距离覆盖层最远的信息层背对透明层的侧面得到保护。透明层面向该设备的侧面是光盘的入射面。

将信息以光学可检测标记的形式存储在光盘的信息层中，该标记被设置在基本上平行、同心或螺旋的轨道中。该标记可以是任意光学可读取的形式，例如信息坑或者具有与其周围不同的反射系数的区域。信息层可以由光学可读取材料制成。

如图1的实施例所示，该光学扫描设备包括双波长辐射源2，该辐射源包括例如两个工作在两个预定波长λ₁和λ₂的半导体激光器，例如λ₁＝780nm，λ₂＝655nm。这两个激光器可以集成在一个基底上。辐射源2有选择地发出两种波长之一的发散辐射束。光路包括路径连接部件4，该部件具有将两种波长的光束路径相连接的功能。连接部件4可以采用衍射元件光栅或全息元件的形式。如果采用全息元件，那么该连接部件4也可以起到预准直器的作用。这个功能对于获得用于写入模式的足够强度和用于读取DVD格式盘的足够边缘强度来说是需要的。衍射光栅元件6用于形成三个分开的光束，包括一个零级的主光束和两个第一级的附属光束，从而实施三光点推拉式径向跟踪。分束器8将入射束引导到折叠式反射镜10。在折叠式反射镜10之后放置了一个准直透镜12。在达到光盘之前，光束通过物镜14，该物镜用于将光束聚焦到光盘OD信息层上的光点上。当使用两种波长λ₁和λ₂之一进行扫描时，物镜14适用于为不同基底厚度的CD和DVD格式盘提供球差校正。

光束从盘上反射后，沿入射光束路径返回，直到到达分束器8，该分束器使反射光束透射。该光束由检测器透镜16引导至光点检测器阵列18上，该阵列将光学信号转变为用于数据读取、聚焦误差控制和跟踪误差控制的电信号，以下将更加详细地进行描述。正向敏感光电二极管20用于在扫描过程中精确地控制辐射源2的功率，特别是在写入过程中。

图2表示了一种由光栅6形成的三光束的装置，即第一级附属光束a和b以及零级光束c，这些光束正确地跟踪光盘OD的轨道。

图3表示了一种传统的三光点检测器的装置，第一级光点检测器a和b分别都包括两个半检测器元件a1、a2；b1、b2，零级光点检测器c包括四个象限检测器元件c1、c2、c3、c4，这些检测器用于检测三光束光点a、b和c中的推拉式径向跟踪误差以及主光束光点c中的像散聚焦误差。光点检测器a、b、c以一般相当于切线(轨道-平行)的方向设置在光学扫描设备中。三个光点推拉式径向跟踪利用了全部三个光点的推拉式信号。主光点c和两个附属光点a和b的推拉式信号由位移x的函数进行描述，该函数为：

                  PP(c)＝γm_pp.sin(2πx/q)

                  PP(a)＝m_pp.sin(2π(x-x₀)/q)

                  PP(b)＝m_pp.sin(2π(x+x₀)/q)

在上式中，m_pp是推拉调制，q是轨道间距，x₀是各个光点a和b与中心光点的理想间隔，一般设为q/2，通过选择衍射光栅间距使信号最大化，γ是衍射效率，而更为特别地在有光栅的情况下，γ为光栅比。

在传统检测器阵列中形成连接从而提供径向误差信号(RE)，该信号如下：

       RE＝c1-c2-c3+c4-γ(a1-a2+b1-b2)

图4和图5表示了依照本发明实施例的辐射检测器阵列。该检测器为光电二极管元件的形式，这些元件形成了分开的光点检测器，每个光点检测器被分成多个检测器元件，这些元件由提供希望的信号分隔的分隔线分开。

在本实施例中的装置包括通常设置在检测器阵列中一条线上的三个光点检测器100、102、104，这条线位于基本上相当于轨道切线的方向上。中心光点检测器100包括并排设置在一个象限中的四个矩形检测器元件C1到C4，它们被垂直的分隔线分开，用于检测零级主光点的位置和形状。附属光点检测器102和104分别包括三个检测器元件A1、A2、A3和C1、C2、C3，它们被设置在相当于轨道-切线方向的两条分隔线分开。检测器102、104检测第一级附属光点。光点检测器100、102、104被设置用于按照在现有技术部分所述的相似方式实施三光点推拉式径向跟踪误差和像散聚焦误差的检测，但是不同之处在于分别对第一和第二波长λ₁和λ₂的两组光束之一进行检测。

所有光点检测器的所有检测器元件提供了一个输出信号，将这些信号供给到电处理电路，其中将这些输出信号组合并处理为读取信号、聚焦误差信号和跟踪误差信号。

本实施例的检测器阵列中形成了连接从而提供了如下的径向误差信号(RE)：

          对于λ₁ RE＝C1-C2-C3+C4-γ1(A1+A2-A3+B1+B2-B3)

          对于λ₂ RE＝C1-C2-C3+C4-γ2(A1-A2-A3+B1-B2-B3)

在以上公式中，γ1和γ2是对于该两种波长的光栅比(主光点相对于附属光点的功率比)。它们都取决于三光点光栅6的轮廓深度。跟踪误差处理电路适用于补偿γ1不等于γ2的典型特征。

要注意在处理电路中，对于λ1而言，检测器元件A2和A3的输出信号以及元件B1和B2的输出信号相加，而对于λ2而言，检测器元件A1和A2的输出信号以及元件B2和B3的输出信号相加。

要注意，仅将一个三光点光栅6用于生成两种波长之一的光束组。对于不同的波长会生成不同的衍射角。由于波长的差别，光盘和检测阵列上的主光点到附属光点的正确距离对于λ1和λ2而言是不同的，关系如下：

$s\left({\mathrm{\λ}}_1\right)=\frac{{\mathrm{\λ}}_1}{{\mathrm{\λ}}_2}\·s\left({\mathrm{\λ}}_2\right)$

要注意，附属光点检测器102、104分成了三部分，而不是像传统技术那样，将两部分附属光点检测器用于三光点径向推拉式跟踪误差检测。两个检测器的全部三个元件A1、A2、A3和B1、B2、B3用于检测两种波长中某一波长情况下的径向跟踪误差信号。然而，中心检测器元件A2和B2输出的切换取决于目前用于扫描的波长。

图4表示了当第一波长λ₁(较长波长)用于扫描以及正确跟踪时，零级光点和两个第一级光点在检测器元件100、102、104上的位置。在这个正确跟踪的装置中，每个附属光点分别集中在中心检测器元件A2和B2以及距离零级光点检测器100最远的外部检测器元件A1和B3之间的分隔线上。同时零级光点集中在分别将检测器元件C1和C2以及检测器元件C4和C3分开的中心分隔线上。零级检测器元件100中的这个中心分隔线和附属光点检测器102、104中的最外方的分隔线之间的距离对于第一波长而言，被设定为正确光点间隔s(λ₁)，如图4所示。

图5表示了当第二波长λ₂用于扫描以及正确跟踪时，零级光点和两个一级光点在检测器元件100、102、104上的位置。在这个正确跟踪的装置中，每个附属光点分别集中在中心检测器元件A2和B2以及距离零级光点检测器100最近的外部检测器元件A3和B1之间的分隔线上。同时零级光点集中在分别将检测器元件C1和C2以及检测器元件C4和C3分开的中心分隔线上。零级检测器元件100中的这个中心分隔线和附属光点检测器102、104中的最外方的分隔线之间的距离对于第二波长而言，被设定为正确光点间隔s(λ2)，如图5所示。

要注意，每个附属光点检测器102、104的中心检测器元件A2、B2的面积小于每个外部检测器元件A1、A2和B1、B3的面积。这是因为波长变化较小(从780nm(λ₁)到655nm(λ₂))；如果采用了更大的波长变化，可能不会是这种情况。

要注意，对于CDR(W)，对于λ1，优选的光点分隔是0.8μm，而对于DVD-RAM，对于λ2，优选的光点分隔是0.74μm。

在一个实施例中，以某种方式对附属光点相对于轨道的距离进行调整，使得对于650nm而言，最佳的情况即s(λ₁)＝0.88μm并且s(λ₂)＝0.74μm(±0.2μm)，这是因为这对于DVD来说是最为关键的。与最佳的情况相比，一组典型的信号电平如下：

CDR(W)     97％

DVD-RAM    100％

在另一实施例中，将该距离调整到对于DVD和CD而言的最佳情况之间，即s(λ₁)＝0.84μm(±0.2μm)并且s(λ₂)＝0.70μm(±0.2μm)。在本实施例中，信号电平如下：

CDR(W)     99％

DVD-RAM    99％

要注意，在各个实施例中，正确的跟踪光点距离比，以及相应的检测器间隔比s(λ₁)∶s(λ₂)设为约等于780∶655。

本发明可用于DVD/CDR(W)组合扫描设备、DVD-ROM/CD组合扫描设备、DVD-RAM/CDR(W)双写入器扫描设备，以及这些设备的各种组合。

以上的实施例可以理解为本发明的示例性实例。可以设想本发明还有其他的实施例。例如，代替检测该第一级附属光点，而采用与检测器元件102和104相似的检测器元件来检测第二级附属光点；或者除了检测第一级附属光点之外，还可以采用与检测器元件102和104相似的检测器元件来检测第二级附属光点。此外，可以将零级检测器用于实施光点尺寸聚焦误差检测而不用于像散聚焦误差检测。可以理解，在一个实施例中所描述的任何特征也可以用于其他实施例中。此外，在未背离相关权利要求中所限定的本发明的范围的情况下，也可以采用以上没有描述的等价例和修改例。

Claims (14)

1.一种用于当利用两种不同波长中的任意一种扫描光学记录载体时进行径向跟踪误差检测的辐射检测器阵列，所述阵列包括多个光点检测器，用于检测分别形成了第一和第二组光点的第一和第二组辐射束，第一和第二组光点对应于不同的衍射级，包括零级和第n级，n为大于等于1的整数，所述的每个光点检测器被设置用于检测由所述光束形成的光点的特性，所述的每个光点检测器包括多个用于检测光点中的不同部分的检测器元件，所述阵列包括基本上设置于中心的零级光点检测器，在其每一侧设置了第n级光点检测器，其特征在于，所述第n级光点检测器被设置用于对第一组光点和第二组光点实施径向跟踪误差检测，在第一组光点中第n级光点具有相对于零级光点的第一预定间隔特性，在第二组光点中第n级光点具有相对于零级光点的不同的第二预定间隔特性。

2.根据权利要求1所述的辐射检测器阵列，其中所述的第n级光点检测器被设置用于实施推拉式径向跟踪误差检测。

3.根据权利要求1或2所述的辐射检测器阵列，其中所述的每个第n级光点检测器包括多个被分隔装置分开的检测器元件，所述分隔装置包括限定了所述第一间隔特性的第一分隔装置和限定了所述第二间隔特性的第二分隔装置。

4.根据权利要求3所述的辐射检测器阵列，其中所述第一分隔装置和所述第二分隔装置被设置在用于检测所述第一组第n级光点和所述第二组第n级光点的中心检测器元件的每一侧。

5.根据权利要求4所述的辐射检测器阵列，其中所述的每个第n级光点检测器包括三个检测器元件，包括所述的中心检测器元件和设置在其每一侧的外部检测器元件。

6.根据权利要求5所述的辐射检测器阵列，其中将全部三个检测器元件用于检测所述第一组第n级光点和所述第二组第n级光点。

7.根据权利要求5或6所述的辐射检测器阵列，其中所述的检测器元件具有垂直于所述分隔装置测定的检测表面宽度，并且其中所述的每个外部检测器元件具有比所述中心检测器元件更大的检测表面宽度。

8.根据前述的任意一个权利要求所述的辐射检测器阵列，其中所述零级光点检测器被设置用于检测所述第一组光点和所述第二组光点的推拉式径向跟踪误差。

9.根据前述的任意一个权利要求所述的辐射检测器阵列，其中所述零级光点检测器被设置用于检测所述第一组光点和所述第二组光点的聚焦误差。

10.根据前述的任意一个权利要求所述的辐射检测器阵列，其中所述第一和第二间隔特性的比约为780∶655。

11.一种利用两种波长的双重光学扫描设备，其包括根据前述的任意一个权利要求的辐射检测器阵列。

12.根据权利要求11所述的双重光学扫描设备，所述设备包括用于生成所述第一组辐射束和所述第二组辐射束的衍射部件。

13.根据权利要求11或12所述的双重光学扫描设备，包括用于生成第一预定波长的辐射和第二预定波长的辐射的辐射源装置，所述第一组辐射束由该第一预定波长的辐射形成，所述第二组辐射束由第二预定波长的辐射形成。

14.根据权利要求13所述的光学扫描设备，其中所述第一和第二间隔特性的比大约与第一和第二波长的比相对应。

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