用於信息記錄介質重放的光學拾波器的製作方法
2023-06-01 18:04:11 3
專利名稱：用於信息記錄介質重放的光學拾波器的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種光學拾波器，用於信息記錄層為多層結構的信息記錄介質的重放。
像DVD(數字視盤或通用盤)那樣的光碟可以有這樣的結構，其信息記錄層為多層以便提高記錄密度。在重放這種類型的光碟時，來自光學拾波器的光束在光碟的信息記錄層中的一個上聚光或聚焦，其反射光在光探測器上聚光。
然而，如果光束以上述方式在一個信息記錄層上聚光，則來自個信息記錄層的反射光以散焦狀態與重放一個信息記錄層時的記錄信號重疊。這樣就產生了記錄信號的串擾。由於這些信息記錄層的記錄信號相互之間不相關，因而產生了這樣的問題來自另一個信息記錄層的信息對被重放的一個信息記錄層的記錄信號的質量造成象隨機噪聲那樣的有害影響。
因此，本發明的目的是提供一種用於多層型記錄介質的重放的光學拾波器設備，它能抑制記錄信號的串擾。
本發明的上述目的可以通過用於信息記錄層為多層結構的信息記錄介質重放的光學拾波器設備來實現。該拾光設備設有一個發射光束的光源；一個光探測器，用於檢測反射光束和輸出對應於被探測的反射光束的光探測信號；一個光學系統，用於在信息記錄層的一個上聚光發射的光束和把一個信息記錄層反射的光束作為反射光束會聚在光探測器上；和一個操作機構，用於至少部分地以聚焦伺服方向操作光學系統，以便根據由光探測輸出的光探測信號中產生的聚焦信號來聚焦---伺服一控制關於一個信息記錄層的發射光束。光學系統被設計成滿足公式S≤0.63d/n；這裡S代表分別給定最大和最小聚焦誤差信號值的被作業系統的兩個焦點之間的距離，d代表信息記錄層之間的間隔，n代表信息記錄層之間的隔離介質的折射率。
根據本發明的光學拾波器裝置，光學系統被設計為滿足公式S≤0.63d/n，這裡S代表分別給定最大和最小聚焦誤差信號值的被操作光學系統的兩個聚焦點之間的距離。這樣，從一個被重放的信息記錄層上的光探測信號對另一個信息記錄層的光探測信號的比值(可以表示為由這些每個信息記錄層的反射光束組成並被聚焦或聚光在光探測器上的光斑面積比值)就可以被限制，使其低的足以把對應來自另一個信息記錄層的光探測信號的隨機噪聲(即，光檢測信號的串擾)降低到在實際檢測中不會造成噪聲問題的某種程度。
在本發明的的光學拾波器設備中，光學系統可以至少包括物鏡、準直透鏡、柱面透鏡、和凹透鏡中的一個，以便可以在一個信息記錄層上聚焦發射的光束和通過使用相對簡易的光學結構在光探測器上聚焦反射光束。
在本發明的光學拾波器設備中，光探測器可以包括輸出光探測信號的四分探測器，以便使用已知的例如散光方法從四分光測器的檢測信號中容易和確定地產生聚焦誤差信號。
通過下面的結合附圖對本發明優選實施例的詳細說明將會進一步理解本發明的特性、實用性和進一步特點。
圖1是作為本發明實施例的光學拾波器設備的示意圖；圖2A是反射光的截面圖，它示出了使用圖1的光學拾波器設備重放多層盤時的反射光的軌跡；圖2B是使用圖1的光學拾波器設備重放多層盤時反射光在光探測器處的光點的平面圖；圖3是顯示多層盤第一層的反射光的光點形狀從聚焦狀態到散焦狀態的變化，和在相應時間第二層反射光光點形狀的變化的示意圖；圖4A是顯示獲得聚焦光點半徑的近軸光線軌跡的曲線圖；圖4B是顯示獲得散焦光點半徑的近軸光線軌跡的曲線圖；圖4C是顯示聚焦誤差信號的S字母間隔的曲線圖；圖5是顯示在附加的白高斯噪聲存在的情況下每個隨機雙極性二進位基帶信號和隨機開/關二進位信號的誤差比值的曲線；圖6是顯示用於各種碼的隨機糾錯能力的曲線圖；圖7是顯示近軸光線的軌跡示意圖，用於說明圖1的光學拾波器設備中每個透鏡的安排；圖8A是顯示近軸光線的軌跡的一種曲線圖，用於說明圖1的光學拾波器設備中的柱面和凹面複合透鏡的焦距等；圖8B是顯示近軸光線的軌跡的另一種曲線圖，用於說明圖1拾光設備中的柱面和凹面複合透鏡的焦距等；
圖8C是顯示近軸光線的軌跡的再一種曲線圖，用於說明圖1的拾光設備中的柱面和凹面複合透鏡的焦距等；和圖9是顯示近軸光線的軌跡的曲線圖；用於說明本發明實施例的光學系統的一種設計實例中每個透鏡的具體位置。
正面參照
本發明的實施例。
圖1是顯示本發明實施例的用於信息記錄介質的重放的光學拾波器設備結構的示意圖。如圖1所示，該拾光設備設有一個物鏡1a；一個操作機構1b；一個四分之一波片2a；一個分光器2b；一個準直透鏡3；一個柱面透鏡和凹透鏡的複合透鏡4；一個4分(支)光探測器(下面，稱為「PD」)；一個半導體雷射器(下面，稱為「LD」)5；和一個耦合透鏡6。光學拾波器設備以下述的方式構成。即，LD5發送的雷射束在信息記錄盤的一個信息層(如圖1中的信息記錄面)上被聚光或聚焦。來自信息記錄面的反射光經過每個透鏡在PD上聚光，以便讀出信息。更具體地說，PD向信息處理單元100輸出一個對應被檢測反射光的光檢測信號Sdet。然後，信號處理單元100藉助於已知的(例如)散光方法產生聚焦誤差信號FE，和產生(另外的)伺服信號以及重放記錄信號Sre。聚焦控制信號Sc根據聚焦誤差信號FE產生，以形成聚焦伺服環路。隨後，當損傷機構1b根據聚焦控制信號Sc操作物鏡1a時，操作機構1b以聚焦伺服方向(圖中箭頭所示)以及跟蹤伺服的方向隨動控制雷射束。
如果多層型的信息記錄盤，如多層型DVD通過使用上述結構的光學拾波器設備被重放(如圖2A所示)，則從第一和第二層每一個反射的光的狀態就變成圖2B所示的那樣。在圖2A中，第一和第二信息記錄層以間隔(即、距離)d被相互隔離，第一和第二層之間的隔離介質具有折射率n。在這裡，圖2B示出要重放的第一層的狀態。即，在PD的光檢測面上聚焦光點(為聚焦的光點)由來自第一層的反射光形成；在PD的光檢測面上，散焦光點(是光斑，但未聚焦)由來自第二層的反射光形成；換句話說，當記錄信息從信息記錄層的一層(為半反射層)讀出時，來自信息記錄層的另一層(為高或半反射層)的反射光經半反射層(即，第一層)也由PD接收，從而產生記錄信號的串擾。由於第一和第二層的記錄信號不相關，因此一個信號作為隨機噪聲影響另一個信號，從而對閱讀信號的信號質量帶來有害的影響。
為了定量地抑制或限制這種串擾，作了下面的研究。首先，由於可以假定來自每個記錄層的光檢測信號與PD上的光檢測量有理想的比例，因而研究光點的面積。
圖3分別示出了與散焦或聚焦狀態一致的每層反射光光點形狀的變化。具體地說，按照狀態A.B.C和D的順序，第一層的反射光光點的形狀從聚焦狀態變為散焦狀態。此外，狀態A』、B』、C』和D』的每一個代表與狀態A、B、C和D的相應的一個相一致的第二層反射光光點的形狀。
從圖3中可以看出，對第一層處於聚焦狀態(即，狀態A)時處於散焦狀態(即，狀態A』)的第二層來說，只有圖3中狀態A』顯示的具有散焦光點面積πrd2的光點區域被PD光檢測，因此光檢測量小於圖3中狀態D』所示的處於第二層聚焦狀態時的光檢測量。由於在圖3中狀態A』至D』的每一個中反射光的總光通量未改變，因此，處於(由圖3中狀態A』顯示的)散焦狀態時的面積πrd2中的光通量與處於(由圖3中狀態D』顯示的)聚焦狀態時的面積πrd2的光通量彼此相等。因此，就對應面積πrd2的總光通量而言，由圖3中狀態A』顯示的處於第二層散焦狀態時由PD可接收的光通量等於對應面積πrf2的光通量。
換句話說，如圖3中狀態A所示的那樣，在第一層處於聚焦狀態時，整個聚焦光點面積πrf2的反射光被接收。此時的光通量等於處在第一層散焦狀態(即，圖3中的狀態D)時的面積πrd2內的光通量。由於第二層散焦狀態時的面積πrd2等於圖3中的狀態A』所示的第二層散焦光點的面積πrd2的比值可以被假定為等於處於第二層散焦狀態時的反射光的光檢測量對處在第一層聚焦狀態時的反射光的總的光接收量的比值。即，該比值可以表示(達)如下πrf2/πrd2＝(第二層的光檢測則信號)/(第一層的光檢測信號)這裡，假定PD側面的NA(數值孔徑)為NAp，PD上的散光差值為AS，聚焦信號FE的S字母間隔或寬度為S，光路的橫向放大率(即，返回放大率)為β，因此，可以從圖4中得到由下式表達的處於聚焦狀態時的光點半徑rf。
rf＝NAp*(AS/2)＝NAp*(2S*β2/2)＝NAp*S*β2)另一方面，假定第一和第二層間的光學距離為d』＝(d/n)；n為信息記錄層間的隔離介質的折射率)，則從圖4B中可以得出下列公式表示的處在散焦狀態時的光點半徑rd。
rd＝NAp*2d』*β2
圖4C用於說明聚焦誤差信號FE的S字母間隔的曲線圖。如圖4C所示，藉助散光方法得到的聚焦誤差信號FE具有最大和最小峰值，以形成所謂的關於聚焦點位移(即，焦點與信息記錄面之間的位移或距離)的S字母曲線。S字母間隔是分別給出聚焦誤差信號FE的最大和最小值的被操作物鏡的兩個焦點間的距離。
通過上述的關於rf和rd的兩個公式，其比值可以用下式表示。
πrf2/πrd2＝(S/2d』)2因此，根據本發明，來自另一層的光檢測信號(即，噪聲)對來自被重放的一層的光檢測信號(即，信號)的比值被定義為串擾CT。也就是說，若假定來自被重放的一層的光檢測信號為Sg，來自另一層的光檢測信號為Ns，則串擾被定義如下。
CT＝Ns/Sg＝πrf2/πrd2＝(S/2d』)2然後設計光學系統，以使現串擾值CT小於預定值。
其次，通過(基於)根據普通信號對噪聲功率，比與比特差錯率之間的關係對串擾CT的適當值的研究，可以理解下面的事實。即，根據「數據傳輸」(WilliamR.Bennett等，LATTICE公司ltd，1966)，當比特誤差率為10-8時，在隨機雙極二進位基帶信號中相對於噪聲功率比的信號約為15dB；上述的比特誤差率10-8與(例如)密實盤的數據結構中的塊誤差率6×106相等，如圖5所示。這樣，根據「數字聲頻新模型」(Doi等，無線電技術公司，1987)，糾錯後不造成實際問題的狀態可以通過使用糾錯方法中的交錯碼來得到，如圖6所示。
如上所述，為了得到校正後足夠的比特差錯率，信號對噪聲功率此應不小於20dB。因此，在本發明中可以認為比值Sg/Ns(被重放的一個記錄層的光檢測信號Sg對另一個記錄層的光檢測信號的比值)應不少於20dB。即，在本發明中，串擾CT由下式確定。
CT＝Ns/Sg＝πrf2/πrd2＝(S/2d』)2這樣，光學系統被設定滿足下列公式表達的條件。
20log(S/2d』)2≤-2O∴s/d』≤0.63換句話說，如果設計光學系統使之得到滿足該公式的S字母間隔(見圖4C)，則字母間隔表示的串擾和信息記錄層間的光學距離可以被減小，這樣就可以獲得校正後的足夠大的比率差錯率。
下面說明這種光學系統的具體設計實例。圖7是用於解釋本實施例中每個透鏡安排的視差光線的軌跡圖。在圖7中，參考標記f』ob代表物鏡的焦距，f』co代表準直透鏡的焦距，f』cy代表柱面透鏡的焦距，f』oc代表凹透鏡的焦距，f』cyc代表柱面透鏡和凹透鏡的複合透鏡的焦距，hco代表準直秀鏡的主表面位置上取外側光的半徑，hcc代表凹透鏡的主表面位置上最外側光的半徑，hcyc代表柱面透鏡和凹透鏡的複合透鏡的主表面位置處的最外側光的半徑，hp代表PD表面上最外側光的半徑，dcocyc代表準直透鏡主表面與柱面/凹面複合透鏡主表面之間的距離，dcoc代表準直透鏡主表面與凹透鏡主表面之間的距離，dcyc代表凹透鏡的中心厚度與柱面透鏡中心厚度的總值(snm value)，Hcyc代表凹透鏡主表面與柱面/凹面複合透鏡主表面之間的距離，Fcoc代表凹透鏡主表面與準直/凹面複合透鏡的焦點之間的距離，fall代表柱面/凹面複合透鏡主表面與三複合透鏡焦點之間距離，S1是準直/凹面複合透鏡的焦點與PD表面之間的距離，S2是三複合透鏡的焦點與PD表面之間的距離。
1.如圖7所示，在光學拾波器設備的返程光路中，組合準直透鏡與柱面透鏡和凹透鏡的複合。這裡假定有下列關係透鏡距離＝d；複合透鏡焦距＝f每個透鏡的焦距＝f』1，f』2由於1/f』＝1/f』1+1/f』2-d/(f』1*f』2)因此，幾何鏡片這兩個透鏡的複合系統可以由下列公式說明，f』＝-f』1*f』2/(d-f』1-f』2)2.入射到物鏡後面的準直透鏡的平行光通量在準直透鏡後面的複合透鏡的焦點上聚光或聚焦。
從第一透鏡位置到複合透鏡焦點的距離可以由下列公式說明F2＝(1-dK1)/K＝(1-d/f』)f』＝((f』1-d)/f』1)*((-f』1*f』2)/(d-f』1-f』2))＝-f』2(f』1-d)/(d-f』1-f』2)3.從第二透鏡的f』2到複合透鏡的主表面(後側)的距離可以由下列公式表示。
H2＝-dk1/K＝-d/f』/f』1＝f』2*d/(d-f』1-f』2)4.根據對實際光路的應用，可以作如下考慮。最始，由下式表示柱面透鏡和凹透鏡的複合透鏡(此後稱為柱面/凹面複合鏡)的焦距f』cyc。
f』cyc＝-f』cy*f』cc/(dcyc-f』cy-f』cc)……(1)這裡，參考標記f』cy代表柱面鏡的焦距，f』cc代表凹透鏡的焦距，d』cyc是柱面/凹面複合透鏡的主表面間隔。
假定透鏡的折射率為nL，柱面透鏡的半徑為rcy，凹透鏡的半徑為rcc，(如圖8A所示)，則焦距f』cy和f』cc可以由下式分別得到。
f』cy＝rcy/(nL-1) ……(2)f』cc＝rcc/(nL-1) ……(3)此外，柱面透鏡的中心厚度d』cy用下式表示，如圖8B所示。
d』cy＝t/2nL凹透鏡的中心厚度du用下式表示，如圖8C所示。
du＝t/2nL這樣，數值dcyc就可以用下式(4)表示。
dcyc＝t/nL……(4)因此，如果透鏡規格設置如下，折射率nL＝1.49柱面透鏡的半徑rcy＝-35凹透鏡的半徑rcc＝8柱面/凹面複合透鏡的厚度t＝2準直透鏡的焦距f』co＝18，則，f』cy＝-71.429f』cc＝-16.327dcyc＝1.342這樣，通過使用上述公式(1)，本實例的焦距可以被確定為f』cyc＝-13.089。
另一方面，從凹透鏡的主表面到柱面/凹面複合透鏡的主表面的距離Hcyc由下式表示。
Hcyc＝-f』oc*d』cyc/[-(dcyc-f』cy-f』cc)]這樣，本實例中Hcyc和數值可以被確定為Hcyc＝-0.246另一方面，準直透鏡、柱面透鏡和凹透鏡的複合焦距f』all由下列表示f』all＝-f』co*f』cyc/(dcoyc-f』co-f』cyc) ……(5)因此，假定複合焦距f』all＝29.505；物鏡的焦距f』ob＝3.349。
那麼，圖像生成放大率β1可以被確定為β1＝f』all』/f』ob＝29.505/3.349＝8.81此時，準直透鏡與柱面/凹面複合透鏡之間的間隔dcocyc可以被確定為dcocyc＝12.896另一方面，準直透鏡主表面到凹透鏡主表面之間的距離dcoc為dcoc＝dcocyc-Hcyc這樣，在本實例中，dcoc可以被確定為dcoc＝12.896-(-0.246)＝13.142準直透鏡和凹透鏡的複合焦距f』coc被表示為f』coc＝-f』co*f』co/(dcoc-f』co-f』oc)這樣，在該實例中，f』coc被具體確定為f』coc＝25.624如果根據上述參數安排每個透鏡，則設置準直透鏡，柱面透鏡構成的複合透鏡系統中每個的焦點離柱面/凹面複合透鏡位置為距離Fall。在本實例中，距離Fall的具體值為Fall＝8.366用相同的方式，使準直透鏡和凹透鏡構成的複合透鏡的焦點相距凹透鏡的位置為距離Fcoc。在本實例中，距離Fcoc的具體值為Fcoc＝6.915從上述研究中可以確定複合透鏡設計中的準直透鏡與柱面透鏡之間的距離為dcoc-dcyc＝13.142-1.342＝11.8此外，散光距離As被確定為As＝Fall+Hcyc(-1)-Fcoc＝1.205上述實例中得到的結果如圖9所示。根據這些結果，準直透鏡和凹透鏡的複合透鏡系統的返回放大率可以由下式給出β2＝f』coc/f』ob＝5.624/3.349＝7.65這樣假定返回放大率β為返回放大率β1和β2的平均值，即β＝8.23這樣，S字母距離(見圖4C)可以被確定為S＝As/(2β2)＝0.0089此時，假定d』＝0.032那麼，20log(s/2d)2＝-34它意味著可以得到足夠的比特差錯率。
如上所述，如果設計光學系統使其滿足公式S≤0.63d』，則可以減小串擾，並可以得到校正後的足夠的比特差錯率。
在上述的說明中，所說明的是光學格波器設備為單焦型的情況。但本發明不限於此。例如，本發明適用於雙焦(點)型的光學拾波器的設備。
此外，在上述說明中，所說明的是採用散光方法為聚焦差錯信號產生方法的情況，但本發明不限於此。例如，可以採用已知的聚焦差錯信號產生方法，如刀口(knife-edge)方法，楔形稜鏡(Wedge-Prism)方法，臨界角(Critical angle)方法或類似方法代替散光方法。
根據以上詳細說明的實施例，通過設計光學系統使其滿足公式S≤0.63d/n(這裡，S代表S字母間隔，d代表信息記錄層之間的間隔，n代表信息記錄層之間隔離介質的折射率)，可以減小串擾(即，被重放的一個記錄層的光檢測信號對另一個記錄層的光檢測信號的比值，以由在光探測器上聚光或聚焦的每個信息記錄層的反射光光點的面積的比值)，同時也可以減小隨機噪聲。因此，校正後的比特差錯率可以被限制在足夠低的程度，以致能夠實現信息記錄介質精確和極好地重放操作。
權利要求
1.一種光學拾波器，用於對具有第一和第二信息記錄層的信息記錄介質的重放，該光學拾波器包括一個光學系統；一個探測器，用於檢測從信息記錄介質反射的光束；其中所述光學系統遵從表達式S≤0.63d/n，式中S為第一焦點與第二焦點之間的距離，第一焦點給定聚焦差錯信號的S字母曲線的最大值，第二焦點給定所述S字母曲線的最小值，d為第一與第二信息記錄層之間的間隔，而n為第一與第二信息記錄層之間隔離介質的折射率。
2.根據權利要求1所述的光學拾波器，其特徵在於，所述光學系統包括一個物鏡。
3.根據權利要求1所述的光學拾波器，其特徵在於，所述光學系統包括用於改變光路方向的光學器件。
4.根據權利要求1所述的光學拾波器，其特徵在於，所述光學拾波器是雙焦類型的。
全文摘要
用於多層結構信息記錄層中信息記錄介質重放的光學拾波器設備設制有一個光源(5)；一個光探測器(PD)；一個光學系統(1a，2－4)和一個操作機構(1b)。光學系統被設計成滿足公式≤0.63d/n，其中，S代表分別給出聚焦差錯信號最大和最小值的被操作的光學系統的兩個焦點之間的距離，d代表信號記錄層之間的間隔，n代表信息記錄層之間隔介質的折射率。
文檔編號G11B7/135GK1440029SQ0312056
公開日2003年9月3日 申請日期2003年3月3日 優先權日1996年6月21日
發明者高橋真一 申請人:先鋒株式會社