CN1753090A - 斜入射多层光盘的调焦方法 - Google Patents

Abstract

一种斜入射多层光盘的调焦方法，涉及的调焦装置是：激光器发出的并经过准直后的激光经过透镜聚焦倾斜射入光盘表面，在光盘的信息记录面上反射后经过透镜聚焦成像，再经过成像点处设置的柱面镜，通过六象限光电探测器接收像散形成离焦信号；其步骤如下：1)使光盘由远离激光焦点的位置向激光焦点移动以实现粗调焦；2)激光经过上述调焦装置在光电探测器的四个象限的面上形成光斑；3)设离焦信号T为光电探测器一三象限光电流的和与二四象限光电流的和两者之差与总光电流的比；4)用T控制两透镜的位置的二维力矩器改变两透镜的位置以减小离焦量；5)重复上述2)至4)的过程，直到实现激光聚焦点在光盘信息记录面上的准确聚焦照明为止。

Description

斜入射多层光盘的调焦方法

技术领域

本发明涉及光存储技术，特别是涉及一种多层光盘在光存储读出写入时的调焦技术。

背景技术

高密度大容量数据存储是信息科学中的关键研究领域，是信息社会和知识经济迅速发展的重要支撑条件之一，在国民经济建设和现代科学技术中具有十分重要的地位。现今的光学数据存储技术如CD和DVD光盘已在音像视听和计算机数据存储领域得到广泛的应用。人们正在设法进一步提高光盘存储器的存储密度，如采用大数值孔径物镜或使用较短波长光源。但是，现今的光盘存储面密度已经接近由电磁波衍射效应引起的空间分辨率极限，下一代超高密度光存储器将建立在突破衍射分辨率极限的近场光学存储技术或突破光盘平面限制的三维光学体存储技术之上。

三维光学存储器中数据不只记录在介质的表面，而是记录在具有一定厚度的介质体内。三维光存储的优势在于1)突破二维平面限制，存储容量高；2)适于并行读写，数据传输速率快；3)可实现无机械运动结构设计，适合于特殊领域应用。三维光存储主要有两种方式：一是全息体存储，二是多层位存储。全息体存储因为其误码率较难控制，目前还不能够用于数据存储。多层位存储可以借用许多目前已经发展起来的单层光盘存储技术，误码率可与单层光盘存储技术相当，但也有一系列新问题，主要是读出时的层间串扰和读出时的信息层调焦对准问题。目前提出的多层位存储主要有三种：双光子多层存储技术、荧光多层存储技术和波导多层存储技术。双光子多层技术和荧光多层存储技术可以减少层间串扰和提高存储密度，但双光子多层技术需要采用结构复杂的装置和体积庞大的脉冲激光光源，成本昂贵，目前仍处于实验室研究阶段。荧光多层技术实用化的主要困难在于数据记录方法和存储盘制作工艺复杂，对数据读出系统的灵敏度要求很高。波导多层存储技术可以利用波导光照明技术有效的完全避免层间串扰，对照明光的强度要求较高。但是上述三种多层位存储都存在读出时的信息层调焦对准问题。

用多层存储提高光存储密度的主要困难之一也是数据读出系统的自动调焦。现有光盘调焦技术基本采用垂直入射和反射的方式，在多层存储情况下每个存储层都会同时反射出信息，这些信息方向相同，强度相近，很难被区分开来。因此，现有光盘调焦技术不能用于多层存储。

发明内容

针对上述现有技术中存在的缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种可以方便的分离光盘各层信息，避免层间信息的相互串扰的斜入射多层光盘的调焦方法。

为了解决上述技术问题，本发明提供的一种多层光盘的调焦方法，所述调焦方法涉及的多层光盘的调焦装置，包括激光器、透镜、光栏、柱面镜和光电探测器；其光路调焦装置的基本结构是：激光器发出的并经过准直后的激光经过透镜聚焦倾斜射入光盘表面，所述激光在光盘的信息记录面上反射后经过透镜聚焦成像，再经过成像点处设置的光栏和柱面镜，通过六象限光电探测器(接收器)接收像散形成离焦误差信号；由离焦信号大小和符号判断光盘离焦量的大小及光盘位置，从而进行调焦。调整透镜和光盘之间的距离，使得激光焦点跟随光盘盘面的端面跳动不断调整并一直聚焦在光盘信息记录面附近，让光盘的信息面始终处于透镜的焦深之中。所述光电探测器为通常光盘读出光路中使用的六象限光电探测器，其中中间的四个象限用于调焦，两边两象限用于信道跟踪(亦称循迹)。

所述调焦方法的具体步骤如下：

1)光盘的粗调焦：用计算机控制的机械的方法使所述调焦装置中的光盘由远离激光焦点的位置向(上)激光焦点的位置移动，使激光焦点到达拟读出的多层光盘的某一层的信息记录面的附近以实现粗调焦；

2)发出激光形成光斑：由激光器发出并经过准直后的激光经过透镜聚焦倾斜射入多层光盘的表面，所述激光在所述指定层的信息记录面上反射后经过透镜成像，所述激光经过所述成像点处设置的一柱面镜后在光电探测器的四个象限的面上形成光斑(像散信号)；

3)计算出离焦信号T：设离焦信号T为光电探测器一三象限光电流的和与二四象限光电流的和两者之差与总光电流的比；当存在离焦时，离焦信号T不等于零，否则，离焦信号等于零；T＜0时光线在未到光盘信息记录层前已经聚焦，T＞0时光线在通过光盘信息记录层以后才聚焦；

4)用离焦信号T控制透镜的位移：用计算出的离焦信号T控制所述调焦装置中的两透镜的位置的二维力矩器以改变所述两透镜的位置，使得离焦量减小，从而使光电探测器(接收器)面上检测到的像散信号减小；

5)重复上述步骤2)至步骤4)的过程，直到实现多层光盘照明激光聚焦光点在指定层的信息记录面上的准确聚焦照明为止。

较佳地，所述步骤2)中，在所述成像点处设置的一柱面镜前还设置一光栏。

较佳地，所述步骤2)中，所述激光与光盘主轴的入射角为45°。

利用本发明提供的斜入射多层光盘的调焦方法，由于斜入射使反射像均偏离光轴，不同层的反射像偏离量的大小均不相同，只有被选择进行调焦的信息记录层的反射像才在光轴上或离光轴很近。因此可以用倾斜入射光聚焦于被选择进行调焦的信息记录层上，用置于光轴上的光栏进行选取(在层厚度较大时，偏离量也变大，甚至可以不用光栏)反射光，使光学系统中的光电接收器只接收到需要的信号，滤除其它所有各层的反射光，从而解决层间信息的相互串扰的问题，实现数据读出系统的自动调焦。

根据上述方法构成的多层光盘调焦方法，其特点是可以方便的分离光盘各层信息，从根本上解决多层光盘自动调焦的问题，解决多层光盘实际应用的根本问题。

附图说明

图1是本发明实施例的多层光盘像散法调焦和跟踪光路示意图；

图2是本发明实施例的柱面镜像散法的调焦光路示意图；

图3是本发明实施例的六象限接收器的几何形状示意图；

图4是本发明实施例的实际光斑与四象限部分的相对位置关系的示意图。

具体实施方式

以下结合附图说明对本发明的实施例作进一步详细描述，但本实施例并不用于限制本发明，凡是采用本发明的相似结构及其相似变化，均应列入本发明的保护范围。

本发明实施例所提供的一种多层光盘的调焦装置，具体调焦过程中可利用柱面镜像散法来实现，其光路基本原理图参见图1所示，激光器发出的并经过准直后的激光1在倾斜入射的情况下，经过透镜聚焦于光盘5的信息记录面，激光在光盘5的信息记录面上反射，经过透镜聚焦成像，成像点处放置一光栏3和一柱面镜2，离焦时会产生像散。通过光电探测器(接收器)4接收像散形成离焦误差信号，通过离焦信号大小和符号判断光盘离焦量的大小及光盘位置，从而进行调焦。调整透镜和光盘之间的距离，使得激光焦点跟随光盘盘面的端面跳动不断调整并一直聚焦在光盘信息记录面附近，让光盘的信息面始终处于透镜的焦深之中。如图2所示，在倾斜入射的情况下，与一般单层光盘存储技术使用的像散法不同的是，柱面镜2置于光盘上被照明点通过物镜后所成像点处，在物点离焦情况下在光电探测器4上产生像散信号；在图2中，rx和ry分别为垂直于反射光轴的平面上的X轴和Y轴。

为采集像散信号，采用如图3所示的通常光盘读出光路中使用的六象限光电探测器进行接收；其中，中间的四个象限6、7、8、9用于调焦，两边两象限10、11用于信道跟踪(亦称循迹)。设离焦信号T为一三象限光电流的和与二四象限光电流的和两者之差与总光电流的比，当存在离焦时，离焦信号T不等于零，否则，离焦信号等于零；T＜0时光线在未到光盘信息记录层前已经聚焦，T＞0时光线在通过光盘信息记录层以后才聚焦。根据测量得到的T即可进行自动调焦。

当采用倾斜入射方案时，为了使四象限部分能够生成离焦信号，像散椭圆的长短轴方向应与r_x轴方向成45度，这就是说柱面镜也需要围绕光轴旋转45度。另外，倾斜入射使光盘离焦时产生的像散光束中心偏离。在如图2的情况下，正离焦会使光斑中心向上偏，负离焦使光斑中心向下偏。离焦时光电探测器面上形成像散信号对应的光斑变化情况如图4所示，其中图4A是T＜0时焦点距光盘较近的光斑情况，图4C是T＞0焦点距光盘较远的光斑情况。

本发明的多层光盘的调焦方法，其具体步骤如下：

1)光盘的粗调焦：用计算机控制的机械的方法使图1中所示的光盘5由远离激光焦点的位置向(上)激光焦点的位置移动，以接近激光的焦点，实现粗调焦，使激光焦点到达拟读出的多层光盘的某一层的信息记录面的附近；

2)发出激光形成光斑：按照如图1所示的光路，由激光器发出并经过准直后的激光1倾斜照向多层光盘5的表面，所述激光经过透镜聚焦于光盘指定层的信息记录面的附近，所述激光在所述指定层的信息记录面上反射后经过透镜成像，所述激光经过成像点处设置的一光栏3和一柱面镜2，根据入射角等于反射角的原理，一光栏3和一柱面镜2与光盘5轴线的角度应等于所述激光与光盘5轴线的入射角；当有离焦出现时产生像散现象，在通常光盘读出光路中使用的六象限光电探测器(接收器)的用于调焦的中间的四个象限的面上形成像散信号；光电探测器面上形成像散信号对应的光斑变化情况如图4所示；如果聚焦良好，如图4B所示在接收器上形成圆光斑；如果存在离焦，则形成椭圆光斑，且光斑中心在垂直光轴方向上也有一定位移，如图4A、图4C所示；

3)计算出离焦信号T：根据光电探测器(接收器)的四象限上接收、转换得到的电流信号计算出离焦量的大小和方向；设离焦信号T为一三象限光电流的和与二四象限光电流的和两者之差与总光电流的比，当存在离焦时，离焦信号T不等于零，否则，离焦信号等于零；T＜0时光线在未到光盘信息记录层前已经聚焦，T＞0时光线在通过光盘信息记录层以后才聚焦。根据测量得到的四个象限光电流的信号，即可进行计算得到离焦信号T；

4)用离焦信号T控制透镜的位移：用计算出的离焦信号T控制两透镜的位置的二维力矩器改变两透镜的位置，使得离焦量减小，从而使光电探测器(接收器)面上检测到的像散信号减小；

5)重复上述步骤2)至步骤4)的过程，直到实现多层光盘照明激光聚焦光点在指定层的信息记录面上的准确聚焦照明为止。

Claims (3)

1、一种多层光盘的调焦方法，其特征是，方法涉及的光路调焦装置的基本结构是：激光器发出的并经过准直后的激光经过透镜聚焦倾斜射入光盘表面，所述激光在光盘的信息记录面上反射后经过透镜聚焦成像，再经过成像点处设置的柱面镜，通过光电探测器接收像散形成离焦误差信号；所述调焦方法的具体步骤如下：

1)光盘的粗调焦：用计算机控制的机械的方法使所述调焦装置中的光盘由远离激光焦点的位置向激光焦点的位置移动，以实现粗调焦；

2)发出激光形成光斑：由激光器发出并经过准直后的激光经过透镜聚焦倾斜射入多层光盘的表面，所述激光在所述指定层的信息记录面上反射后经过透镜成像，所述激光经过所述成像点处设置的一柱面镜后在光电探测器的四个象限的面上形成光斑；

3)计算出离焦信号T：设离焦信号T为光电探测器一三象限光电流的和与二四象限光电流的和两者之差与总光电流的比；当存在离焦时，离焦信号T不等于零，否则，离焦信号等于零；

4)用离焦信号T控制透镜的位移：用计算出的离焦信号T控制所述调焦装置中的两透镜的位置的二维力矩器改变所述两透镜的位置，使得离焦量减小；

5)重复上述步骤2)至步骤4)的过程，直到实现多层光盘照明激光聚焦光点在指定层的信息记录面上的准确聚焦照明为止。

2、据权利要求1所述的多层光盘的调焦方法，其特征是，所述步骤2)中，在所述成像点处设置的一柱面镜前还设置一光栏。

3、据权利要求1所述的多层光盘的调焦方法，其特征是，所述步骤2)中，所述激光与光盘主轴的入射角为45°。

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