光學裝置和使用該光學裝置的光碟裝置的製作方法
2023-10-22 09:25:12 1
專利名稱：光學裝置和使用該光學裝置的光碟裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及利用來自雷射器等光源的光束來觀測對象物的表面形狀或距離的光學裝置、以及使用該光學裝置對CD (Compact Disc:緊湊型 盤)、DVD (Digital Versatile Disc:數字視頻盤)、MD (Mini Disc:微型盤)、以及可迸行高密度記錄的光碟等進行信息的記錄再現的光碟裝置。
背景技術：
使用雷射束進行到對象物的距離測定、或者進行雷射束的對焦的技 術廣為普及。這裡，對作為該技術的一例，即使用光信息記錄介質(以 下稱為光碟)進行數字數據的寫入或讀取的光碟裝置進行描述。在把信息記錄在光碟內並再現所記錄的信息的光碟裝置中，使從激 光器等光源所放射的光束經由物鏡等聚光在光碟上，而且為了維持該聚 光狀態而根據利用多個受光面檢測來自光碟的反射光束所獲得的電信 號，生成相當於光碟上的光束的焦點與光碟的記錄面的位置偏移的焦點 誤差信號，將該焦點誤差信號作為控制信號來進行對焦伺服控制，以使 物鏡朝其光軸方向驅動進行對焦。另一方面，隨著半導體雷射器的技術進步和精細加工技術的提高， 光碟裝置可進行大容量的記錄，不僅在計算機的數據記錄領域，而且在 音頻和視頻等的領域中也正廣為普及。特別是近年，如動態圖像信息那 樣要處理的數據量飛躍增大，隨著光碟上的信息信號和信息信號在光碟 旋轉方向上呈線狀連接的列(以下稱為軌道(track))的間距的縮小和半 導體雷射器的短波長化，光碟裝置的大容量化進一步發展。在這種背景下，為了在光碟上進行緻密的記錄、或者再現所記錄的 信息信號，需要具有不受因製造上的偏差或經年變化引起的部件的位置 偏移等的影響的聚光功能的光學裝置。作為生成焦點誤差信號的代表性的焦點誤差檢測法，有像散法。 像散法是不僅在光碟裝置中，而且在進行焦點誤差檢測或焦點校正 的光學裝置、檢測焦點誤差信號的變化作為來自距離的微小距離變化並 觀測對象物的表面形狀的計測器或觀測器等光學裝置中廣為使用的焦點 誤差檢測法。在像散法中，把由物鏡等聚光的光束照射到某個對象物(在光碟裝 置中是光碟)上，把像散賦予給來自上述對象物的反射面的反射光束， 並使用例如透鏡等轉換成聚光光束，之後根據像散產生方向來設定方向， 而且利用被交叉的分割線進行了 4分割的受光面受光，取來自各受光面 的輸出信號中的對角分量相加得到的2組和信號的差分，從而生成焦點 誤差信號。該焦點誤差信號表現出以下特性，即其電平根據光束的焦點與對 象物的反射面的距離而變化，當光束的焦點與對象物的反射面(在光碟 裝置是光碟的記錄面) 一致時，如果進行受光面和受光光束的位置調整， 以使受光面上的受光光束為大致最小彌散圓，而且使焦點誤差信號的輸 出值為接近零的某個規定值，則該焦點誤差信號的極性根據光束的焦點 相對於光碟的記錄面是前方還是後方而反轉。艮口，當物鏡的焦點在光碟的記錄面的前方充分遠離的地點到向後方 充分遠離的地點之間進行掃描時，得到呈S字狀變化的焦點誤差信號波 形。把該焦點誤差信號波形稱為"S字曲線波形"。特別是在對光碟進行再現記錄動作的光碟裝置中，使物鏡朝焦點方 向驅動以使焦點誤差信號達到規定值(例如零)，進行對焦伺服控制以使 光碟的記錄面與被物鏡聚光的光束的焦點一致。然而，在該方法中，若由於光碟裝置的光學組裝時的受光面或光學 部件的位置調整趕進不足或經時變化而在相對於上述受光面的分割線傾 斜的方向上發生反射光束相對於4分割的受光面的位置偏移，則當光碟 的記錄面與光束的焦點位置一致時，焦點誤差信號與上述規定值不一致。艮口，焦點誤差信號發生偏差，當在該狀態下與上述一樣進行對焦伺 服控制時，存在光束在光碟的記錄面上發生焦點偏移的問題。
因此，考慮了以下對策，即將光檢測器的左右對之間的和差分信 號與上下對之間的和差分信號相乘來生成校正信號，根據該校正信號校 正使用現有的像散法的焦點誤差信號來獲得焦點誤差信號(例如，參照 專利文獻l)，然而在該對策中，當在相對於4分割受光面的分割線傾斜 的方向上發生受光光束的位置偏移，或者發生因反射光束的強度分布的 非對稱引起的偏差時，不能正確地獲得焦點誤差信號，因此存在不能進 行對焦伺服控制的課題。專利文獻1日本特開平10—64080號公報(圖7，數式4) 發明內容本發明是為了解決上述課題而完成的，本發明的目的是提供具有焦 點誤差信號生成電路的光學裝置和光碟裝置，即使由於裝置組裝時的受 光面或光學部件的位置調整趕進不足或經時變化而發生受光光束相對於 4分割受光面的位置偏移、或者當物鏡朝光碟的半徑方向(以下稱為徑向) 移動(以下稱為透鏡移動)時產生的受光光束相對於受光面的位置偏移， 或者發生因反射光束的強度分布的非對稱引起的偏差，該焦點誤差信號 生成電路也能生成不發生焦點偏移的焦點誤差信號。根據本發明的光學裝置和光碟裝置，該光學裝置具有光學單元和焦 點誤差檢測單元，上述光學單元具有光源，其放射光束；聚光單元， 其把上述光束聚光到對象物上；像散附加單元，其對上述光束從上述對 象物反射後的返回光束附加像散；以及光檢測器，其具有由相互交叉的 第1分割線和第2分割線分割成4個的受光區域，在上述受光區域檢測 由上述像散附加單元附加了像散後的上述返回光束的光量，而轉換成電 信號，上述焦點誤差檢測單元使用對角和差分信號來檢測由上述聚光單 元聚光的上述光束相對於上述對象物的焦點誤差量，該對角和差分信號 是將從上述光學單元輸出的與由上述4個受光區域所檢測出的光量對應 的電信號中的相互位於對角位置上的受光區域的信號的相加信號彼此相 減得到的，其特徵在於，上述光學裝置還具有第l控制信號生成單元， 其取得將由上述4個受光區域中的與上述第1分割線相鄰的受光區域所
檢測出的光量分別相加所得到的相加值的差，來檢測第1控制信號；以 及第2控制信號生成單元，其取得將由上述4個受光區域中的與上述第2 分割線相鄰的受光區域所檢測出的光量分別相加所得到的相加值的差， 來檢測第2控制信號，上述光學裝置利用由附加有上述像散的返回光束 的強度分布的非對稱引起的偏差量來校正上述第1控制信號或第2控制信號的至少任一方，利用將該校正後的第1控制信號和第2控制信號以及規定的常數相乘所得到的乘積信號來校正上述對角和差分信號。根據本發明的光學裝置和光碟裝置，具有以下效果，即即使由於 裝置組裝時的受光面或光學部件的位置調整趕進不足或經時變化而發生 受光光束相對於4分割受光面的位置偏移、或者在透鏡移動動作時產生 的受光光束相對於受光面的位置偏移，或者發生因反射光束的強度分布 的非對稱引起的偏差，也不發生焦點偏移。並且，還有一大效果是，完 全不用變更構成現有的像散法的光學系統就能實現。
圖1是本發明的實施方式一的光碟裝置的結構圖。圖2是示出本發明的實施方式一的光檢測器的受光面的俯視圖。 圖3是本發明的實施方式二的光碟裝置的結構圖。 圖4是本發明的實施方式三的光碟裝置的結構圖。 圖5是本發明的實施方式四的光碟裝置的結構圖。 圖6是示出在本發明的實施方式四的結構中，利用現有的焦點誤差 檢測的透鏡移動時的焦點偏移的圖表。圖7是示出本發明的實施方式四的透鏡移動時的焦點偏移的圖表。圖8是本發明的實施方式五的光碟裝置的結構圖。圖9是示出本發明的實施方式五的動作步驟的流程圖。標號說明1:半導體雷射器；2:光束；3:準直透鏡；4:偏向稜鏡；5:光束； 6:光碟；7:物鏡；8: 二維致動器；9:物鏡；10:光束；11:圓柱透 鏡；12:光檢測器；13:光學單元；21:平板型半透半反鏡；22:準直
透鏡；23:光學單元；30:焦點誤差檢測電路；31: FESo生成電路；32: PXt運算電路；33: PY運算電路；34:偏差校正電路；35:偏差校正電 路；36:增益設定電路；37:乘法電路；38:校正電路；39:對焦驅動 電路；40:跟蹤誤差信號生成電路；41:跟蹤驅動電路；50:焦點誤差 檢測電路；51:透鏡移動量檢測電路；52:增益設定電路；60:焦點誤 差檢測電路；61:透鏡移動量檢測電路；62:增益設定電路；100:位置 傳感器；Lx:分割線；Ly:分割線；A:受光部分；B:受光部分；C: 受光部分；D:受光部分；PA:光量；PB:光量；Pc:光量；PD:光量； SA:受光面積；SB:受光面積；Sc:受光面積；SD:受光面積。
具體實施方式
實施方式一圖1是示出本發明的實施方式一的光碟裝置的結構的概略圖，圖2 是示出光檢測器12的4分割受光面上的受光狀態的概略圖。根據圖對結構進行說明。從作為光源的半導體雷射器1射出的光束 2由準直透鏡3轉換成平行光，在偏向稜鏡4的內部反射面偏向為朝向十 z軸方向的光束5，之後由作為聚光單元的物鏡7聚光到光碟6上。物鏡7安裝在作為聚光點光軸方向移動單元和聚光點光軸垂直方向 移動單元的二維致動器8上，二維致動器8具有可根據電信號在光軸方 向(圖中的z軸方向)和光碟6的徑向(同y軸方向)各方向上進行驅 動的結構。由光碟6反射的光束再次透射過物鏡7和偏向稜鏡4，由物鏡9轉 換成聚光光束。該聚光光束被作為像散附加單元的圓柱透鏡11附加像散 而生成光束IO。由於被賦予像散，因而利用當在光碟6上對焦時反射光 向光檢測器12的照射形狀為大致圓形、若焦點發生偏移則為橢圓形狀的 情況，來檢測焦點誤差，然而該技術是公知的，因而這裡省略詳細說明。 把具有以上各構成要素的光學記錄再現部稱為"光學單元13"。 光檢測器12如圖2所示在被作為第1分割線的分割線Lx和作為第 2分割線的分割線Ly分割成4個的受光區域中接受光束10，把與在該4
個受光面上所接受的光量相當的電信號輸出到焦點誤差檢測電路30和跟 蹤誤差信號生成電路40。焦點誤差檢測電路30具有FESo生成電路31,其生成4個受光面 的對角和差分信號FESo;作為第1控制信號生成單元的PXi運算電路32， 其檢測與分割線Lx相鄰的受光區域各自的相加值的差即第1控制信號 PX1;作為第2控制信號生成單元的PY運算電路，其檢測與分割線Ly 相鄰的受光區域各自的相加值的差即第2控制信號PY; DC偏差校正電 路34和35，其分別校正因PXi和PY內包含的因返回光束的強度分布的 非對稱引起的偏差量；相乘的常數Ki的設定電路36;乘法電路37，其 生成分別校正了偏差量的PX,和PY與常數Ki的乘積信號；以及校正電 路38，其根據對角和差分信號來校正該乘積信號。把進行以上的校正運算所獲得的控制信號輸出到作為光軸方向驅動 電路的對焦驅動電路39。對焦驅動電路39根據該控制信號輸出對焦驅動 信號，以使二維致動器8驅動，使物鏡7沿光軸方向(z軸方向)移動， 以使光束的焦點對焦在光碟6上。儘管未作圖示，然而對焦驅動電路39還具有以下功能，即針對光 盤裝置的記錄再現動作和光碟的插入退出動作等，根據需要切換對焦伺 服動作狀態和對焦伺服非動作狀態。另一方面，這裡省略說明，跟蹤誤差信號生成電路40根據以往廣為 使用的推挽法、DPD法(相位差法)、差動推挽法等跟蹤誤差檢測法來生 成跟蹤誤差信號，並輸入到作為光軸垂直方向驅動電路的跟蹤驅動電路 41。跟蹤驅動電路41輸出跟蹤驅動信號，以使該跟蹤誤差信號放大，使 二維致動器8驅動，使物鏡7沿光碟6的徑向移動，以使信息軌道跟隨 聚光在光碟上的光束的徑向位置。儘管未作圖示，跟蹤驅動電路41還具有以下功能，g卩根據光碟裝 置的記錄再現動作、通過外部馬達等光學單元進給單元使光學單元沿光 盤面的徑向動態移動而移動到作為目標的記錄區域進行數據訪問的所謂 搜索動作，切換跟蹤伺服動作狀態和跟蹤伺服非動作狀態。圖2是示出如上所述的光檢測器12的4分割受光面和照射到光檢測器12上的受光光束的概略圖,4分割受光面被相互交叉的分割線Lx和分 割線Ly分割成受光部分A、 B、 C、 D，在本實施方式一的結構中，分割 線Lx和分割線Ly分別與x軸和y軸大致平行。把照射到受光部分A、 B、 C、 D上的受光光束的面積分別定義為SA、 SB、 Sc、 Sd，把根據Sa、 Sb、 Sc、 SD所檢測出的受光光束的光量分別定 義為PA、 PB、 Pc、 Pd。另外，坐標軸x、 y、 z的方向與圖l所示的坐標軸x、 y、 z的方向 對應。並且，圖1的坐標x和圖2的坐標z的記號表示與紙面垂直的方 向(紙面近前側方向為+ )。如圖2 (a)所示，理想的是在光束5的焦點與光碟6 —致的狀態下， 根據像散效果將光束10沿z方向位置調整，以成為大致最小彌散圓，而 且將光束10在xy平面上調整並固定，以使由上述4分割受光面的各個 受光部分A、 B、 C、 D所接受的光量大致相等。下面對動作進行說明，首先對現有的焦點誤差檢測的對焦伺服動作 及其問題進行描述。眾所周知，現有的像散法的焦點誤差信號是使用光檢測器12上的對 角和差分信號FESo二 (PA+PC) — (Pb+Pd)來獲得的。如圖2 (a)所 示，在光束5的焦點與光碟6—致的狀態下，PA=PB=PC=PD，因而上 述FESo為零，對焦伺服動作點沒有變化，光束5繼續聚光在光碟6上。然後，當在該狀態下變為光束5的焦點不在光碟6上對焦的狀態時， 照射到光檢測器上的受光光束的形狀由於圓柱透鏡的像散影響而成為如 圖2 (b)所示沿受光面的對角方向延伸的橢圓形狀。在該情況下，由於 Pa=Pc、 Pb=Pd、 Pa半Pb，因而FESo為零以外的值，通過控制使該FESo 為零(即成為如圖2 (a)所示)，可使光束5的焦點正確地對焦在光碟6 上。並且，當受光面上的受光光束被調整在y方向上沒有位置偏移的理 想位置上時，受光面上的受光光束通過透鏡移動而如圖2 (c)所示在分 割線Lx上移動，因而得到Pa二Pd、 Pb=Pc，現有的像散法的焦點誤差信 號不發生焦點偏移，即使據此進行對焦伺服動作以使FESo維持零，原理
上對焦伺服動作點也沒有變化，光束5可繼續聚光在光碟6上。受光光束在分割線LX上移動的理由如下。即，這是因為，在像散法中，由於把光檢測器12的z方向位置配置在使光束10為大致最小彌散 圓的位置，因而光碟6上的y軸在光檢測器12上反轉90度而被投影在x 軸上，因此，當物鏡7在y方向進行透鏡移動時，光檢測器12上的受光 光束在x方向上移動。這裡，在由於裝置組裝時的受光面或光學部件的位置調整趕進不足 或經時變化而使光檢測器12的受光面和受光光束在y軸方向上發生位置 偏移的狀態下，若通過透鏡移動而使受光光束從分割線Lx與分割線Lx 大致平行地移動與y軸方向偏離某距離的位置，則如圖2 (d)所示成為 受光光束從分割線Lx和分割線Ly的交叉點朝相對於分割線Lx和分割線 Ly傾斜的方向移動後的狀態。在該情況下，即使在已對焦的狀態，即光 檢測器上的受光光束形狀為圓形的狀態下，如圖2 (d)所示，FESo= (PA +PC) — (PB+PD)也不為零。在現有方法中，為了控制成使該FESo為零，結果如圖2(e)所示， 在橢圓形即沒有對焦的狀態(光檢測器上的受光光束形狀不是圓形的狀 態)下，得到FESo = 0，受光光束不能保持初始調整的最小彌散圓的狀 態，結果在光碟面上光束5發生焦點偏移。上述焦點偏移成為跟蹤誤差信號的振幅、再現信號的質量、以及記 錄性能等所有特性退化的原因。並且，在如圖2 (a)或圖2 (c)所示在已對焦的狀態下，即光檢測 器上的受光光束形狀為圓形的狀態下，而且受光面積Sa+Sc:和Sb+Sd 的值相等的情況下，當由於光學系統的不平衡等而使返回光束的強度分 布存在非對稱的偏移時，由光檢測器所檢測出的光量不同，Pa+Pc與Pb 十PD的值不相等，結果FESo不為零，不能正確地進行對焦伺服動作。以上是利用現有的焦點誤差檢測的對焦伺服動作及其問題。下面對本發明的實施方式一的動作進行說明。圖1的焦點誤差檢測電路30內的FESo生成電路31進行與所謂的現 有的像散法的焦點誤差信號相同的運算，運算並輸出對角和差分信號FESo= (PA+PC) — (PB+PD)。 PXi運算電路32運算並輸出P&二 (PA +PD) — (PB+PC)。 PY運算電路33運算並輸出PY二 (PA+PB) — (Pc +PD)。在DC偏差校正電路34和35中，分別根據因返回光束的強度分 布的非對稱引起的偏差量Vdx和Vdy來校正P&和PY。這些輸出和增益 Kj在乘法電路37中相乘，由焦點誤差檢測電路30輸出利用該乘積值校 正FESo生成電路31的輸出信號而獲得的運算值FES。然而，通過由圓柱透鏡11所附加的像散的方向設定，^可取正值或 負值，乘法電路和校正電路由涉及正負的放大電路構成，可對分別具有 正負值的信號進行運算。數式(1)示出以上說明的焦點誤差檢測電路30的動作。FES二FESo—KiX (PXt+V腦)X (PY+VDY)…(1)式中，FESo= (PA+PC) _ (PB+PD) PXf (PA+PD) _ (PB+PC) PY二 (PA+PB) — (PC+PD) VDX1:關於分割線Ly的偏差量 VDY:關於分割線Lx的偏差量 K1:常數另外，儘管常數IQ可以設定成使由透鏡移動引起的焦點偏移為大致 零(最佳值)，然而在沒有必要在透鏡移動的全部範圍內一定使焦點偏移 為零的情況下，即，在透鏡移動的必要範圍可以減小的光碟裝置或可容 許的焦點偏移量有餘量的光碟裝置的情況下，增益值Kl沒有必要是最佳值，即使根據光碟裝置的系統來設定與最佳值有偏差的增益值Kn也能 獲得抑制在現有的像散法中發生的透鏡移動時的焦點偏移的效果。根據發明人的研究，當Ki的最佳值由Kbest表示時，獲得焦點偏移抑制效果的增益值的設定範圍0< I & I ^2X I Kbest I是有效的。 該設定範圍對於後述的另一實施方式中的增益值也相同。 由數式(1)得到的焦點誤差信號FES被輸入到對焦驅動電路39，沿物鏡7的光軸方向(z軸方向)驅動二維致動器8，以得到FES二O。
這裡，對數式(1 )的和PY的含義進行敘述。PY是(PA+PB) — (PC + PD)的運算值，然而(PA+PB)如圖2所 示，是光檢測器的左側的光量和，(PC + PD)是右側的光量和。取它們的差可認為是與受光光束相對於受光面的左右偏移相當的值。並且，PXj是(PA+PD) — (PB+PC)的運算值，同樣可認為是與受光光束相對於受光面的上下偏移相當的值。因此，該PY和PXJ目乘後的值可作為與受光光束沿受光面的對角方向的移動量相當的量。例如，即使受光光束在Lx上移動，左右的移動量也是零，因而得到 PY二 (PA+PB) — (Pc+Pd) =0，判斷為沒有沿對角方向的移動量，另 一方面，即使受光光束在Ly上移動，上下的移動量也是零，因而得到PA =(PA+PD) — (Pb+Pc) =0，判斷為沒有沿對角方向的移動量。在該 情況下，如圖2 (c)所示，可通過與現有的FESo相同的運算進行控制。該數式(1)在如圖2 (d)所示受光光束沿受光面的對角方向發生 了偏移的情況下發揮效果，在該情況下，通過適當地設定常數Kp根據 數式(1)的第2項的值進行校正，即使在圖2 (d)的狀態下也能使FES 為零，結果，光束5可繼續正確地聚光在光碟6上。並且，由於對該P&和PY中因返回光束的強度分布的非對稱引起 的偏差量Vdx和Vdy迸行校正，因而即使返回光束的強度分布有偏差， 也能正確地檢測出受光光束相對於受光面的左右、上下偏移。根據該實施方式一，可抑制在透鏡移動時發生的光碟面上的焦點偏 移，可在寬的透鏡移動範圍內進行對焦伺服控制，而且即使存在由於裝 置組裝時的4分割受光面或光學部件的位置調整趕進不足或經時變化而 發生受光光束的位置偏移、或者在透鏡移動動作時產生的受光光束相對 於受光面的位置偏移，或者發生因反射光束的強度分布的非對稱引起的 偏差，也不發生焦點偏移，可提高光碟裝置或光學裝置的可靠性，可降 低調整成本和製造成本。並且，可去除為了緩解受光面上的受光光束偏移而在以往有時使用 的放大透鏡，可實現光碟裝置或光學裝置的部件數量削減和低成本化。並且，即使受光面和受光光束的位置偏移方向是包含相對於受光面 的分割線傾斜的方向在內的任意方向，也能使光碟上的焦點偏移為大致 零，因而受光面的分割線方向沒有必要一定與物鏡7的透鏡移動方向一 致，可排除設計上的制約。並且，當存在受光光束與受光面的位置偏移時，光束橫截沿光碟的 信息軌道設置的引導槽或者記錄在信息軌道上的記錄標記列時受到光束 的衍射光的變化的影響而在現有的像散法焦點誤差信號上發生的串音(crosstalk)也能同時得到抑制，特別是可使光束連續地橫截引導槽或信 息標記列的搜索動作中的對焦伺服控制穩定。並且，在現有的像散法中發生受光光束與受光面的位置偏移時，原 理上發生的S字曲線波形的峰值偏移得到改善，難以發生由振動或衝擊 等幹擾等引起的對焦伺服的幹擾，可使對焦伺服動作穩定。另外，圓柱透鏡11除了像散附加功能以外，還可以具有把光束10 的焦點引導到最佳位置的透鏡功能，在該情況下，可省略物鏡9，可簡化 裝置。並且，當展開數式(1)時，得到數式(2)。FES = FESo — IQ X PXi X PY—Id X V腦X PY—Id X VDY X PXi — K！ XVDYXVDX1…(2)當然也可以使用該數式(2)。 實施方式二圖3是示出本發明的實施方式二的光碟裝置的結構的概略圖。 以與實施方式一的不同點為中心進行說明。圖中，檢測二維致動器8朝與沿著光束的光軸的方向垂直的方向即徑向的移動量的位置傳感器即物鏡位置傳感器100輸出與透鏡移動量對應的電壓。因此，該電壓值可稱為與物鏡7的透鏡移動量相當的值。在透鏡移動量檢測電路51中，根據該物鏡位置傳感器100的輸出信號V^，計算與對應於透鏡移動量而變化的受光光束相對於受光面的上下偏移相當的值PX2。該PX2相當於數式(1)的PXp焦點誤差檢測電路50使用以上說明的數據來進行數式(3)的運算。FES=FESo—K2X (PX2+VDX2) X (PY+VDY)…(3) )的PXp用Vdx2代替偏差量Vj^，用k2代替增益值Kp即，用位置傳感器100的信息代替伴隨透鏡移動的 PX的變化，來抑制透鏡移動時的焦點偏移，Vdx2和k2與位置傳感器100的輸出匹配。由於其他結構和動作與實施方式一相同，因而省略說明。根據該實施方式二，儘管需要位置傳感器100，然而除了實施方式一的效果以外，由於無需進行p&的運算，因而可簡化運算。另外，在物鏡位置傳感器100的輸出信號Vu與後級的電路匹配的 情況下，可以去除透鏡移動量檢測電路51，在該情況下，可進一步簡化 結構。當然，來自位置傳感器100的輸出也可以是電流。實施方式三圖4是示出本發明的實施方式三的光碟裝置的結構的概略圖。 以與實施方式一的不同點為中心進行說明。圖中，跟蹤驅動電路41輸出使二維致動器8朝與沿著光束的光軸的方向垂直的方向即徑向移動的驅動信號。由於物鏡7根據該驅動信號沿徑向移動，因而該驅動信號可稱為與物鏡7的透鏡移動量相當的值。在透鏡移動量檢測電路61中，根據該驅動信號計算與對應於透鏡移動量而變化的受光光束相對於受光面的上下偏移相當的值PX3。該PX3相當於數式(1)的P&。焦點誤差檢測電路60使用以上說明的數據來進行數式(4)的運算。FES=FESo—K3X (PX3+VDX3) X (PY+VDY)…(4)數式(4)用PX3代替數式(1)的PXi，用Vdx3代替偏差量Vd"，用K3代替增益值Kp即，用來自跟蹤驅動電路41的驅動信號代替伴隨透鏡移動的PXi的變化，來抑制透鏡移動時的焦點偏移，Vdx3和K3與跟蹤驅動電路41的輸出匹配。由於其他結構和動作與實施方式一相同，因 而省略說明。根據該實施方式三，除了實施方式一的效果以外，由於無需進行PX, 的運算，因而可簡化運算。另外，在來自跟蹤驅動電路41的驅動信號與後級的電路匹配的情況 下，可以去除透鏡移動量檢測電路61，在該情況下，可進一步簡化結構。
並且，還可以採用以下結構，即，取代來自跟蹤驅動電路41的驅動 信號，而使用由跟蹤誤差信號生成電路40所生成的根據透鏡移動量而在原理上發生的推挽法或DPD法的跟蹤誤差信號的偏差值、或者DPP法跟 蹤誤差檢測法所需要的子光束推挽信號的偏差值中的任一方。在該情況 下，取代圖6所示的跟蹤驅動電路41的輸出，而將從跟蹤誤差信號生成 電路40所輸出的信號輸入到透鏡移動量檢測電路61 。 實施方式四在上述各實施方式中，使用了圓柱透鏡ll作為附加像散的單元，然 而也可以取代該圓柱透鏡11，而使用平板型半透半反鏡來附加像散。圖 5示出該例。以與實施方式一的不同點為中心進行說明。圖中，從半導體雷射器 1射出的光束2被作為平板型光學元件的平板型半透半反鏡21朝+z軸 方向偏向，之後通過準直透鏡22而變為平行的光束5，通過物鏡7聚光 在光碟6上。由光碟6反射的光束再次透射過物鏡7、準直透鏡22、平板型半透 半反鏡21，在光檢測器12上受光光束被聚光。平板型半透半反鏡21相 對於返回光束的光軸傾斜配置。把具有以上的各構成要素的光學記錄再現部稱為"光學單元23"。 在該例中，通過使平板型半透半反鏡21相對於光軸傾斜配置來賦予 像散，然而由於光檢測器12的受光面上的受光光束的形狀失真，或者光 強度分布為非對稱，因而即使在無透鏡移動的狀態下調整光檢測器12的 受光面和受光光束以使PY二0，也產生由受光面各受光部分的光量差引 起的偏差量，作為PY運算結果，得到受光光束好像在受光面的y軸方向 上發生偏移那樣的值，在現有的像散法中由於透鏡移動而發生光碟上的 焦點偏移。艮P，由於大量發生因反射光束的強度分布的非對稱引起的偏差，因 而本發明的效果很好。由於其他結構與實施方式一相同，因而省略。在以上例中，對使用平板型半透半反鏡21作為附加像散的單元的例
子作了說明，然而即使在為了使用多個光源來對不同種類的光碟進行記 錄再現而使用將多個光源一體化的發光元件，在設計上把至少一個光源 配置在物鏡或準直透鏡的軸外的結構中，或者在通過全息光學元件等衍 射元件波長選擇性地使光束的光路彎折而使從多個光源放射的光束被共 同的受光面受光來生成焦點誤差信號的結構中，由於受光面上的受光光 束的形狀失真、或者光強度分布為非對稱，因而通過進行與上述相同的 對焦伺服控制，當然可獲得相同效果。發明人為了確認該實施方式四的效果，針對現有的像散法和實施方 式四的對焦伺服動作的情況，通過模擬計算出伴隨透鏡移動而產生的光碟6上的光束5發生的焦點偏移量，並與光檢測器12的受光面和受光光束的初始位置偏移量進行了比較。 模擬條件在模擬中，設物鏡的數值孔徑NA二0.6，波長為650nm，物鏡的焦 距為3.36mm，準直透鏡的焦距為21.4mm。這裡，作為表示光檢測器12的受光面和受光光束的位置偏移量的指 標，針對x方向定義光量平衡BX二 ((A+D) — (B+C)) / (A+B+C +D),針對y方向定義光量平衡BY二 ((A+B) — (C+D)) / (A+B 十C+D)，分別用百分比值表示。分別在(a) BX= — 25%、 (b) BX=0%、 (c) BX=+25% (a) (c)下分別模擬了受光面和受光光束的對於x軸方向的初始位置偏移條 件，並且在BY二土25。/。、 0。/。以及士15。/。的條件下模擬了對於y軸方向的 初始位置偏移條件。模擬結果圖6示出使用現有的像散法的結果。由於受光光束的形狀失真，因 而得到以透鏡移動是O、或者BY二O為中心的非對稱特性。並且，即使 是BY二O，也表現出透鏡移動的影響。並且，容易大幅發生焦點偏移的條件是BX為負且透鏡移動量是負 方向(即在內周側透鏡移動)的條件、或者是BX為正且透鏡移動量是 正方向(即在外周側透鏡移動)的條件，在上述2個條件下發生的焦點
偏移量為光碟裝置的透鏡移動可能範圍或者光檢測器12和受光光束的位 置偏移容許範圍的界限值，結果光碟裝置的性能範圍變窄。下面，圖7示出根據實施方式四的結果。可知在該情況下即使使BX、 BY的任一方變化，也幾乎不發生在現有的像散法中成為問題的焦點偏移。從以上的模擬結果來看，確認了實施方式四的效果。 實施方式五在上述各實施方式中，由於具體地示出了焦點誤差信號的運算式， 因而針對其實現，考慮了使用適合於裝置開發的例如軟體等來實現。這 裡，示出了使用硬體邏輯電路作為其實現方法的例子。圖8是示出本發明的實施方式五的光碟裝置的結構的概略圖。在該 例中，示出了使用硬體邏輯電路來實現實施方式一的例子，因而對於執 行與示出上述實施方式一的結構的圖1相同的功能和動作的部分標註同 一標號，省略其動作說明。並且，為了簡單起見，以焦點誤差信號的運 算部分為中心進行敘述。從PY運算電路33所輸出的PY二 (PA+PB) — (PC+PD)的偏差 量被校正，在A/D轉換器130中被轉換成數字值，被輸入到開關設定值 運算部131。在開關設定值運算部131中，運算與根據PY值所運算的在 實施方式一說明的數式(1)的PXi的係數相當的Ke二&X (PY+VDY) 的絕對值I Ke I和極性，決定與絕對值I Ke I和極性分別對應的設定值 RT1和設定值RT2，分別送出到增益值寄存器132和極性值寄存器133。增益值寄存器132和極性值寄存器133分別保持設定值RT1和設定 值RT2，並送出到開關型可變電阻器134的輸入端子CTL1和開關電路 139的輸入端子CTL2。開關型可變電阻器134是根據在控制端子CTL1設定的值，可把輸 入端子IN與輸出端子OUT之間的電阻值切換為N種的電阻值Ri RN 的可變電阻器，通過電阻值為Ro的電阻器135和放大器136的組合來構 成具有Ri/Ro Rw/Ro的N種增益值的放大級。在上述結構中，由於可進行切換設定的增益值被限於N種，因而實
際上從偏差校正電路35所輸出的模擬信號的值被開關設定值運算部131設定為上述R,/Ro Rn/Ro的N種增益值中的儘可能接近的增益值所對應 的設定值RT1和設定值RT2。開關電路137切換輸出來自由開關型可變電阻器134、電阻值為& 的電阻器135以及放大器136構成的上述放大級的輸出信號或GND電平 的某一方，開關電路139根據來自極性值寄存器133的值而選擇性地輸 出所輸入的2種中的任一種。作為把反轉電路138配置在開關電路139 的輸入端子的一方上的結構，將位於其前級的開關電路137的輸出反轉 或不反轉的信號切換輸出。另一方面，PXi運算電路32的輸出信號的偏差量被校正，經由電阻 器135被輸入到放大器136，按照與設定值RT1 (即，絕對值I Ke I ) 對應的倍率來放大，之後如上所述作為根據設定值RT2(g卩，Ke的極性) 決定了極性的輸出信號140來輸出。然後，由減法器141生成FESo生成 電路31的輸出信號FESo和輸出信號140的差分信號，然後上述差分信 號被輸入到對焦驅動電路39。對焦驅動電路39為了使上述差分信號維持規定值，輸出對焦驅動信 號，以使設置在光學單元13內的二維致動器8驅動，使物鏡7沿光軸方 向(z軸方向)移動，以使光束的焦點在光碟6上對焦。放大器136、反轉電路138以及減法器141具有涉及正負的輸入範 圍和輸出範圍，可對分別具有正負值的信號進行放大或運算。根據圖9所示的流程圖對以上說明的圖8的動作進行說明。假定圖9所示的流程圖的動作過程從即將進入對焦伺服動作前開 始，按順序進行說明。當光碟6被插入到光碟裝置內時，使開關電路137與GND連接(步 驟Sl)，僅僅從FESo生成電路31所輸出的FESo被輸入到減法器141。然後，使對焦驅動電路39進行接通動作，由光學單元13使光碟6 開始對焦伺服控制(步驟S2)。此時，對焦驅動電路39將從減法器141 所輸出的焦點誤差信號FESo以初始決定的伺服增益進行放大，並把該放 大後的信號作為對焦驅動信號來輸出，使上述光學單元的二維致動器8 驅動。並且，此時進行對焦伺服控制，以使上述焦點誤差信號FESo為零， 而不進行電氣的焦點偏差校正。在上述動作後，讀取由偏差校正電路35所獲得的PY值(步驟S3)， 根據由A/D轉換器130轉換成數字值的PY值，在開關設定值運算部131 中決定設定值RT1和設定值RT2 (步驟S4)。上述決定的設定值RT1和設定值RT2分別被臨時存儲在增益值寄存 器132和極性值寄存器133內，之後被送出到開關型可變電阻器134，對 應於設定值RT1來切換開關型可變電阻器134的增益值，同時根據設定 值RT2切換開關電路139 (步驟S5)。之後，使開關電路137與放大器136連接(步驟S6)，使從偏差校 正電路34所輸出的P&值的大致Ke倍的輸出信號140輸入到減法器141。 通過步驟6，從減法器141輸出根據FESo-KeXPX!運算的信號，輸入 到對焦驅動電路39，因而在該時刻，開始利用焦點誤差信號FES二FESo 一KeXPXi的對焦伺服動作。在上述動作完成後，為了在對焦驅動電路39使記錄再現信號的質量 (例如，記錄再現信號抖動值)為最佳，在對焦驅動電路39的內部對焦 點誤差信號FES電氣地賦予偏差(步驟S7)，調整對焦偏差。並且，也 可以採取以下措施，即在步驟S7的前面或後面插入將對焦伺服增益調 整到最佳以使伺服動作更穩定的步驟。根據該實施方式五，除了實施方式一的效果以外，由於無需使用乘 法電路，因而可取得能以更簡易的電路結構抑制光碟6上的光束的焦點 偏移的效果。在實施方式五中，對實施方式一的例子作了描述，然而即使應用於 實施方式二 四，也能獲得相同效果。在該情況下，可以在開關設定值 運算部把要求出的係數Ke適當設定成與各實施方式對應。並且，光學單元13也可以是在實施方式四說明的具有平板型半透半 反鏡21的光學單元23。在上述各實施方式中，也可以使用將PX!二 (PA+PD) — (PB+PC) 和PY二 (PA+PB) — (PC+PD)除以由光檢測器的4分割受光面所接受 的全部光量(PA + PB + PC + PD)而規範化後的值。在該情況下，由於可 抑制根據全部光量的變化而產生的最佳增益值的變動，因而對於例如反 射率不同的光碟，可使用大致相同的增益值來獲得焦點偏移抑制效果。並且，由於(Pa — Pb)、 (Pd — Pc)、以及將它們用光量和規範化後的 (Pa—Pb) / (Pa+Pb)、和(Pd—Pc) / (Pc+Pd)在微小範圍內伴隨透 鏡移動而發生與PXJ目同的變化，因而可分別用來代替PX,。另一方面，由於(Pa—Pd)、 (Pb—Pc)、以及將它們用光量和規範化 後的(Pa—Pd) / (Pa+Pd)、和(Pb—Pc) / (PB+PC)也在微小範圍內 伴隨透鏡移動而發生與PY相同的變化，因而可分別用來代替PY。並且，在光檢測器12的xy平面內的調整中，如果使用為了得到PY =—VDY、 PX^—VDx而賦予朝y軸、x軸方向的初始位置偏差的光學單 元，則只需把省略了 DC偏差校正電路的焦點誤差檢測電路應用於光碟 裝置，就能抑制以受光光束的形狀失真或者光強度分布的非對稱性為主 要原因的焦點偏移、以及在現有的像散法中原理上發生的焦點偏移。並且，本來沒有光檢測器12的第1分割線Lx與第2分割線Ly的區 別，因此不管受光光束在光檢測器12上沿哪個方向移動，都能通過進行 各數式的運算，可靠地去除偏差影響。即，如圖2 (c)所示，示出了光 檢測器12上的受光光束由於透鏡移動而與分割線Lx (也可以是Ly)平 行地移動的例子，然而也可以不與分割線平行。在該情況下，由於緩解 了光學系統的配置制約，因而還具有實現裝置小型化的效果。並且，在上述各實施方式中，對光碟裝置中的適應例作了說明，然 而只要是由光檢測器接受來自對象物的反射光來檢測光束相對於對象物 的焦點偏移的結構，則也可以應用於進行光碟以外的對象物的表面形狀 或距離測量的光學裝置，當然可同樣改善焦點偏移的特性。
權利要求
1.一種光學裝置，該光學裝置具有光學單元和焦點誤差檢測單元，上述光學單元具有光源，其放射光束；聚光單元，其把上述光束聚光到對象物上；像散附加單元，其對上述光束從上述對象物反射後的返回光束附加像散；以及光檢測器，其具有被相互交叉的第1分割線和第2分割線分割成4個的受光區域，在上述受光區域檢測由上述像散附加單元附加了像散後的上述返回光束的光量，而將該光量轉換成電信號，上述焦點誤差檢測單元使用對角和差分信號來檢測由上述聚光單元聚光的上述光束相對於上述對象物的焦點誤差量，該對角和差分信號是將從上述光學單元輸出的與由上述4個受光區域所檢測出的光量對應的電信號中的相互位於對角位置上的受光區域的信號的相加信號彼此相減而得到的，其特徵在於，上述光學裝置還具有第1控制信號生成單元，其取得將由上述4個受光區域中的與上述第1分割線相鄰的受光區域所檢測出的光量分別相加的相加值的差，來檢測第1控制信號；以及第2控制信號生成單元，其取得將由上述4個受光區域中的與上述第2分割線相鄰的受光區域所檢測出的光量分別相加的相加值的差，來檢測第2控制信號，上述光學裝置利用由附加有上述像散的返回光束的強度分布的非對稱引起的偏差量來校正上述第1控制信號或第2控制信號的至少任一方，利用將該校正後的第1控制信號和第2控制信號以及規定的常數相乘所得到的乘積信號來校正上述對角和差分信號。
2. 根據權利要求1所述的光學裝置，其特徵在於，乘積信號被利用 由光檢測器的4個受光區域所接受的光量的合計值規範化。
3. 根據權利要求1所述的光學裝置，其特徵在於，該光學裝置還具 有聚光點光軸方向移動單元，其使由被聚光單元聚光的光束在對象物 上形成的聚光點的焦點位置沿上述光束的光軸方向移動；以及光軸方向 驅動電路，其根據由焦點誤差檢測單元所檢測出的焦點誤差量，生成用 於驅動上述聚光點光軸方向移動單元的驅動信號。
4. 根據權利要求1所述的光學裝置，其特徵在於，該光學裝置還具 有聚光點光軸垂直方向移動單元，其使由被聚光單元聚光的光束在對 象物上形成的聚光點的焦點位置沿與上述光束的光軸方向垂直的方向移 動；以及光軸垂直方向驅動電路，其生成用於使上述聚光點的焦點位置 沿與上述光束的光軸方向垂直的方向移動的驅動信號。
5. 根據權利要求4所述的光學裝置，其特徵在於，該光學裝置還具 有位置傳感器，該位置傳感器檢測聚光單元朝與光束的光軸方向垂直的 方向的移動量，第1控制信號或第2控制信號是上述位置傳感器的輸出 信號。
6. 根據權利要求4所述的光學裝置，其特徵在於，第l控制信號或 第2控制信號是從光軸垂直方向驅動電路輸出的驅動聚光點光軸垂直方 向移動單元的驅動信號。
7. 根據權利要求1所述的光學裝置，其特徵在於，像散附加單元是 在入射面或射出面的至少一方上具有圓柱面的光學元件。
8. 根據權利要求1所述的光學裝置，其特徵在於，像散附加單元包括返回光聚光單元，其將返回光束聚光；以及平板型光學元件，其相對於由上述返回光聚光單元所聚光的上述返 回光束的光軸傾斜配置，上述返回光束透射過上述平板型光學元件。
9. 根據權利要求1所述的光學裝置，其特徵在於，像散附加單元是 在入射面或射出面的至少一方上形成有衍射面的全息光學元件。
10. 根據權利要求1所述的光學裝置，其特徵在於，光檢測器配置 在規定位置上，使得第1控制信號或第2控制信號的偏差量的至少任一方為零。
11. 根據權利要求1所述的光學裝置，其特徵在於，對應於聚光點 光軸垂直方向移動單元使聚光點在對象物上移動的方向，返回光束在光 檢測器上移動的方向與第1分割線和第2分割線都不平行。
12. —種光碟裝置，其特徵在於，該光碟裝置使用對象物是構成為 將信息數據記錄在螺旋狀或圓形狀的信息軌道上或者從上述信息軌道再 現信息數據的光信息記錄介質的、權利要求1所述的光學裝置，來進行 上述信息數據的記錄或再現。
13. 根據權利要求12所述的光碟裝置，其特徵在於，該光碟裝置還具有徑向位置控制單元，其在光信息記錄介質的半徑方向上驅動聚光單元；以及跟蹤誤差信號檢測單元，其生成將由光檢測器的各受光區域所接受 的光量組合而生成的跟蹤誤差信號，第1控制信號或第2控制信號是由上述跟蹤誤差信號檢測單元所生 成的上述跟蹤誤差信號的偏差值。
14. 根據權利要求13所述的光碟裝置，其特徵在於，跟蹤誤差信號 檢測單元採用相位差法、推挽法或差動推挽法中的任一種方法來檢測跟 蹤誤差信號。
全文摘要
本發明提供光學裝置和使用該光學裝置的光碟裝置。在基於利用現有的像散法的焦點誤差信號的對焦伺服控制中，由於光檢測器的受光面上的受光光束的位置偏移、或者因返回光的強度分布的非對稱引起的偏差而使焦點誤差信號產生誤差，存在不能正確地進行對焦伺服動作的課題。本發明利用因返回光的強度分布的非對稱引起的偏差來校正根據在光檢測器(12)上的切線方向上產生的受光面與受光光束的位置偏移量和物鏡(7)的透鏡移動量的關係而導出的信號，求出與規定的常數的乘積值，根據從現有的像散法的運算式中減去該運算值所得到的焦點誤差信號來進行對焦伺服控制。
文檔編號G11B7/135GK101111890SQ200580047610
公開日2008年1月23日 申請日期2005年12月26日 優先權日2005年3月8日
發明者中井賢也 申請人:三菱電機株式會社