CN1689084A - 光学扫描设备 - Google Patents

Abstract

光学扫描设备1使用差分干涉对比法从光学记录载体2检测信息信号。产生两条射束13a、13b，并将其聚焦为两个不同的光点15a、15b，所述光点分别沿光学记录载体的信息层上的数据轨道移动。所述光点在纹脊和凹坑上的相对位置可在反射射束17a、17b之间产生光程差。所述光程差引起所述射束干涉相长或相消，其取决于光点的数据轨道上的相对纹脊/凹坑位置。所述干涉引起可检测信号的产生，所述信号代表信息层4上从凹坑向纹脊的过渡，反之亦然。

Description

光学扫描设备

本发明涉及一种用于扫描光学记录载体的光学扫描设备。

在已知的光学扫描设备中，例如光盘(CD)和数字通用盘(DVD)记录器和播放器，存储在光学记录载体上的数据通过将从记录载体反射的入射射线转换为电子数据信号而被提取出来。使用适当的电子设备进行适当的操作，可以获得具有适当的信噪比的数据。

在这种检测系统中，首先使用模数(A到D)转换器转换高频电子数据信号，在零交叉之后，在抖动最小的选定点处检测所述高频电子数据信号。由电子设备、记录载体或辐射源在系统中诱发的反射率变化、噪声将降低信噪比，增加误码率。目前，采用的是6位AD转换器，其具有64个量化级，但是，现已提出需要具有更高带宽转换器的系统。在高速系统中，AD转换的锁定频率相对较高，从而使功耗较高，并引起了电磁兼容问题。

根据本发明，提供了一种用于扫描光学记录载体的信息层的光学扫描设备，所述信息层包括以一系列的凹坑和纹脊以及凹坑和纹脊之间的过渡区的形式设置的数据轨道，所述设备包括用于产生辐射的辐射源和用于将射束发向光学记录载体并在光学记录载体的扫描之后将其发向检测系统的光学装置，所述光学装置产生两条射束，它们分别形成两个扫描光点，其在信息层上彼此相对移动，其特征在于，光学装置适用于沿数据轨道的方向相对彼此排列光点，并且检测系统用于检测作为由两条射束的光程长度差所引起干涉的结果的反射射束的变化，所述差表示数据轨道上凹坑与纹脊之间的过渡区。

所述设备使用光学领域的差分干涉对比法检测信息信号。这样，就能够降低光学扫描设备的电信号处理部分中的AD转换的复杂性。

附图说明

通过下文中借助于实施例的对本发明的优选实施方式的更加具体的说明，本发明的另外的目的、优点和特征将更加明显，其优选实施方式如图所示，其中：

图1是根据本发明的具体实施方式的结合有光拾取单元的光学扫描设备的示意图，其将两束射束会聚到记录载体上；

图2是图1的拾取单元的示意图，其示出了入射在光学记录载体上的凹坑和纹脊上的两束次级射束；

图3是根据本发明的另一具体实施方式的光学扫描设备的一可选择形式的示意图；

图4A是示出两束射束入射到光学记录载体上的某些不同数据轨道位置的示意图；

图4B示出了与图4A中所示的聚焦位置相应的各检测器信号输出电平；和

图5示出了当根据本发明的光拾取单元扫描光学记录载体时的示例性信息信号响应。

具体实施方式

图1示出了光学扫描设备1的元件，其包括扫描光学记录载体2的光头。图2中进一步详细示出的记录载体2是一种光盘的形式，其包括透明层3，其一侧上设置有信息层。信息层4可包括反射金属涂层。信息层4背离透明层3的一侧被保护层5保护不受环境的影响。透明层3面对所述设备的一侧被称为入射面6。透明层3用作记录载体的基底，为信息层提供机械支撑。或者，透明层3可以仅具有保护信息层的功能，而机械支撑由信息层的另一侧上的层提供，所述层可以是保护层5或与信息层4相连的另一信息层和透明层。可以将信息以布置在基本平行的、同心或螺旋形轨道上的光可检测的标记的形式存储在记录载体的信息层4上，图1或2中未示出。所述标记可以凹坑的形式存在，并分别交替散布在纹脊8a、8b之间。

扫描设备1包括以发射射束7的半导体激光器9的形式存在的辐射源。射束7用于扫描光学记录载体2的信息层4。射束7入射到准直透镜10上，所述透镜将射束7转换为准直光束11。准直光束11入射到光学元件12上，其自一束主光束11产生两束次级相干射束13a、13b。来自光学元件12的光束13a、13b入射到物镜系统14。物镜系统14可包括一个或多个透镜和/或光栅。图1中的物镜系统14由一个将射束13a、13b在记录载体2上会聚为两个不同的光点15a、15b的单透镜14构成。两个光点15a、15b在光学记录载体2的扫描方向上彼此相对地发生移动。

由信息层4反射的辐射形成两束发散光束，它们由物镜系统14变换为基本准直的光束17a、17b。基本准直的光束17a、17b入射在光学元件12上，并在此合并形成为一束光束18，其入射在分束器19上。分束器19通过将反射光束18的至少一部分朝准直透镜20传输而分离前向射束和反射射束，所述准直透镜将射束会聚到包括光电检测器阵列的检测系统21上。检测系统21捕捉射束，并将其转换为电输出信号，所述信号由信号处理电路23进行处理，所述信号处理电路位于扫描设备中，与光头1分开设置。

电输出信号中的一个是信息信号22，其数值代表自信息层4读出的信息。信息信号22由信号处理电路23转换为经过处理的信息信号24，之后信息处理单元对其进行误差校正处理，并将其传送给输出设备。

从检测系统得到的其它信号(未示出)包括聚焦误差信号和径向误差信号。这些信号可以由三光束的系统21检测产生，所述三光束在所述设备中产生，与用于检测信息信号的光束相分离。聚焦误差信号代表例如扫描纹脊时光点15a、15b与信息层14之间的轴向高度差。径向误差信号代表在信息层4平面上光点15a、15b与正在被光点扫描的信息层中的数据轨道的中心之间的距离。

聚焦误差信号和径向误差信号馈入到伺服电路(未示出)，其将这些信号转换为聚焦校正信号和跟踪校正信号，用于控制光头中的高带宽机械致动器(未示出)。机械聚焦致动器控制物镜系统14在聚焦方向上的位置，从而对光点15a、15b的轴向位置进行控制，以使其与信息层4的平面基本重合，并控制光点15a、15b的径向位置使其精确地跟随当前正被扫描的信息层上的轨道的中心。另一机械致动器，例如径向移动臂，改变光头1在记录载体2的径向上的位置，从而粗略地控制光点15a、15b的径向位置，以使其位于信息层4中的要被跟踪的轨道之上。记录载体2上的轨道在垂直于图1的平面的方向上延伸。

图2更加详细地示出了本发明的原理。如图2所示，光学元件12用于产生两束射束13a、13b，它们同时在记录载体2的信息层4上形成光点15a、15b。

通过下述多种方法之一产生两束分离的射束13a、13b。然而，应当注意，也可以采用能够从一个单一辐射源形成两束射束的任何合适的方法或装置。

如上所述，两个光点15a、15b形成在记录载体2的信息层4上。光点15a、15b沿信息层4内的数据轨道彼此切向移动。将光学元件12设置为使两光点15a、15b沿平行于轨道切线方向的直线定位，从而，两光点15a、15b都可以扫描轨道中横向位置相同的轨道。由于两束射束从一条射束中产生，因此，返回到光学系统的反射光束将会干涉相长或干涉相消。干涉的性质取决于用于提供光点15a、15b在信息层4上的相对定位的光路。例如，当两个光点15a、15b都会聚在纹脊或凹坑上时，将不会存在光程差，且所述干涉是相长的。因此，存在通过光拾取单元反射回来并反射到检测系统21上的基本辐射量。

然而，如果一个光点15a位于凹坑上，而另一光点15b入射到纹脊上，并且纹脊和凹坑之间的高度差经过适当选择，两条光束之间将存在光程差，从而，所述干涉是相消的，导致基本上不存在通过光拾取单元反射回来并反射到检测系统21的辐射。

这样，可以检测出记录载体的信息层4中的纹脊到凹坑的转换，反之亦然。

用于从一个单一辐射源中产生两条次级辐射束的光学元件12可以是沃拉斯顿棱镜。沃拉斯顿棱镜通常由双折射材料形成，所述材料即在正交方向上具有不同光学性质的材料。当射束入射到双折射材料上时，可以产生具有正交偏振方向并且分别彼此偏移的两束光。当沃拉斯顿棱镜用作光学元件12时，使用了偏振方向与棱镜12的光轴呈45的线偏振辐射源9。并且，偏振分析器平板(未示出)位于检测器系统21与分束器19之间，其光轴与偏振方向的等同方向呈45°。

在本发明的另一具体实施方式中，如图3所示，光学元件包括产生具有预定相位关系的的两束次级射束的衍射光栅。可以用每单位距离(d)一纹槽的双态光栅产生相位差为π的两个点光栅。这种光栅的一个实施例的设计参数及性能如下表中所示，所述光栅使用了使相对相位延迟为π并且纹脊纹槽等宽(0.5d)的两个阶梯高度。然而，应当理解，也可以使用具有适当特性的其它光栅。

表格

级	强度	相位
			-1	40.53％	-π/2
0	00.00％	-

+1

40.53％

π/2

在该具体实施方式中，具有与图1和2的第一实施方式中所通用的相似功能的元件的附图标记为原来的附图标记加100。如图3所示，由源109产生的一条射束107入射到光学元件132上，所述光学元件包括双衍射光栅和准直透镜110。光学元件132产生两束次级射束113a、113b，所述射束以上述方式会聚在光学记录载体102的信息层上。将所述光学元件132设置为使两个光点115a、115b沿平行于轨道切线方向的直线定位，从而，两个光点115a、115b都可以扫描轨道中横向位置相同的轨道。从信息层反射的射束传回分束器119。分束器119通过将反射光束117a、117b的至少一部分透射向检测系统121而分离前向射束和反射射束。应当注意，反射射束被传输给检测系统，而并不再次通过光学元件132，所述反射射束在被分束器19反射后重新结合。被准直透镜20折射之后，射束入射在楔形元件133和组合透镜134上。这些元件使次级射束在检测系统21上重叠。

由于光学元件132增加了相位差π，因此，如果两个光点115a、115b都落在纹脊或凹坑上，则射束将干涉相消，如果一个光点115a落在纹脊上而另一光点115b落在凹坑或反之时，所述射束将干涉相长。

在上述具体实施方式中，信号处理系统23；123可以包括放大器，在所述放大器中，放大使输出级饱和。放大器的输出可以馈入到信号处理电路23；123中的数字判定电路，例如触发器，从它可以发生随后的数据提取。将放大级设置为使零电平不被放大为超过判定电路的阈值电平的程度。为了降低零电平，电子高通滤波器可以插入在放大器之前。

参考图4A、4B和5，其示出了检测系统的一示例性响应。图4B示出了与纹脊、凹坑和过渡相应的各种状态下检测到的信息信号22；122，所述各状态在图4A中示意性地示出。当两个光点都落在纹脊或凹坑上时，入射在检测系统上的射束将接近零，因为射束干涉相消。当光点都落在过渡侧时，射束将干涉相长，并且更强的信号将入射在检测系统上。但是，在该实施例中，也可以看到在纹脊和凹坑中出现低信号电平，在过渡区内出现高电平，这是由于光学装置中在次级射束之间引入了相位差π，在没有在光学装置中引入相位差的情况下，可以看到相反的情形。

图5示出了检测到的信息信号，其示出了光拾取单元跨越记录载体的信息层的轨道进行扫描时凹坑与纹脊之间的检测过渡处所出现的峰值，反之亦然。当所述射束从信息层上的凹坑向纹脊进行扫描时，或反之时，在过渡区内产生信号的峰值。所述峰值的宽度由扫描速度、光点之间的位移以及干涉的质量确定。

为了获得最佳信噪比，相消干涉电平应尽可能接近零。为了获得最佳对比度，凹坑的深度最好设定在0.25波长光学深度。为了避免在次级射束之一中产生明显等级的自干涉，轨道间距p、射束波长λ和物镜的数值孔径NA最好根据下述关系而设定：

$p<\frac{\mathrm{\&lambda;}}{2\mathrm{NA}}.$

上述发明不需要在信号处理电路23；123中采用复杂的AD转换器。这是由于上述原因而产生的优点。然而，本发明还具有其它的优点。例如，按比例放大到更高的带宽是直接进行的，并且仅需要采用更高带宽的光电检测器和以数据速度运行的判定电路。在传统光学扫描设备中，为了获得足够的分辨率，可以更高的速度运行AD转换器。

此外，由于避免了对各检测部分的差信号进行复杂处理，因此，可以实现对电子噪声源的抑制。另外，由于提供了归零信号而不是非归零信号，因此，能更容易引入极限量化，从而根据偏好来增加最短数据段的信号。

应当理解，上面详述的所有元件可以由适当的基本执行相同的功能的可选择元件所替代。

上述具体实施方式应被理解为本发明的示例性实施例。也可以预想到本发明的其它实施方式。应当理解，与任意一个具体实施方式相关描述的任意特征可以单独使用或与所述其它特征相结合，也可以与任何其它具体实施方式的一个或多个特征结合使用，或与任何其它具体实施方式相结合。此外，在不背离本发明的范围的条件下，也可以采用上述等价实施方式和改进，本发明的范围在附加的权利要求中定义。

Claims (11)

1.一种用于扫描光学记录载体的信息层的光学扫描设备，所述信息层包括以一系列的凹坑和纹脊以及凹坑和纹脊之间的过渡区的形式设置的数据轨道，所述设备包括用于产生辐射的辐射源和用于将辐射束传向光学记录载体并在光学记录载体的扫描之后将其传向检测系统的光学装置，所述光学装置产生两条射束，所述两条射束在信息层上形成两个彼此偏移的相应扫描光点，其特征在于，光学装置适用于沿数据轨道的方向对光点进行彼此之间的排列，并且检测系统被设置用于检测作为由两条射束的光程长度差所引起干涉的结果的反射射束的变化，所述差表示数据轨道上凹坑与纹脊之间的过渡区。

2.根据权利要求1所述的光学扫描设备，其中，所述光学装置包括光学元件，其中，辐射源形成一条单一辐射束，所述光学元件将所述单一辐射束分裂为两条次级射束。

3.根据权利要求2所述的光学扫描设备，其中，光学元件包括衍射光栅。

4.根据权利要求3所述的光学扫描设备，其中，衍射光栅在两条次级射束之间引入相位差。

5.根据权利要求4所述的光学扫描设备，其中，衍射光栅在两条次级射束之间产生相位差π。

6.根据权利要求2到5中任意一个所述的光学扫描设备，其中，光学装置使两条次级射束从信息层传送到检测系统而不入射在光学元件上。

7.根据权利要求2所述的光学扫描设备，其中，光学元件包括双折射材料。

8.根据权利要求7所述的光学扫描设备，其中，光学元件包括渥拉斯顿棱镜。

9.根据上述权利要求中任意一个所述的光学扫描设备，其中，检测系统适用于产生电信号，所述电信号包括一系列波峰。

10.根据权利要求9所述的光学扫描设备，其中，每个所述波峰都代表数据轨道上纹脊和凹坑之间的过渡区。

11.根据上述权利要求中任意一个所述的光学扫描设备，检测系统包括光电检测器，所述两条射束在到达光电检测器位置之前合并。

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