專利名稱：組合激光源和檢測系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般地涉及一種系統(tǒng)，用于在多層光盤信息存儲(chǔ)系統(tǒng)中，將激光聚焦在選定的層上。更具體地，本發(fā)明針對(duì)一種系統(tǒng)，用于提供一種電信號(hào)，該信號(hào)與激光源為實(shí)現(xiàn)聚焦而相對(duì)于旋轉(zhuǎn)光盤的移動(dòng)數(shù)量成正比。甚至更具體地，本發(fā)明針對(duì)一種系統(tǒng)，其中，一種透鏡或光源作機(jī)電高頻振動(dòng)以產(chǎn)生一種電信號(hào)，該信號(hào)突出地表現(xiàn)為有能力為被讀或?qū)懙墓鈱W(xué)層提供指示。最重要的和與本發(fā)明最相關(guān)的是，它針對(duì)一種半導(dǎo)體激光器，它既可用做光源，又可用做檢測器。
采用光學(xué)盤用于信息存儲(chǔ)，已變得很流行了。這些盤能存儲(chǔ)數(shù)字化數(shù)據(jù)，并通常稱為CD ROM。已證明，這些器件能存儲(chǔ)成百上千個(gè)兆比特的信息。
甚至最近，已經(jīng)證明，用光盤存儲(chǔ)技術(shù)可以在多個(gè)層上讀寫信息。這些新光盤可在每個(gè)附加層上存儲(chǔ)不同的信息。這種光學(xué)存儲(chǔ)的多層方法顯著地增加了每個(gè)盤的存儲(chǔ)容量。然而，采用這些盤需要高密度驅(qū)動(dòng)器。
這些新的驅(qū)動(dòng)器包括一臺(tái)激光器和裝在一種伺服電動(dòng)機(jī)控制的機(jī)構(gòu)上的透鏡。通過移動(dòng)透鏡趨近和遠(yuǎn)離光盤，激光聚焦在盤中的不同層上。可是，在盤中用于數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的層數(shù)越多，提供正確的激光聚焦就越困難。尤其是，作為聚焦困難的結(jié)果，這些盤在每個(gè)數(shù)據(jù)層之間典型地要求具有厚度為100微米或更多的“緩存器”。
因此，需要能在光盤上精確地聚焦激光，并伴隨地能從該特定層上讀出反射光。由此可見，采用使用伺服電動(dòng)機(jī)和已經(jīng)存在于這種驅(qū)動(dòng)器中的反饋環(huán)路的一種定位準(zhǔn)直技術(shù)是很可取的。此外，對(duì)于便攜式或移動(dòng)式應(yīng)用中，甚至對(duì)單層光盤，能改進(jìn)跟蹤以便使它們更能耐沖擊和振動(dòng)，通常是可取的。同樣，通過簡單地改變已經(jīng)使用的盤驅(qū)動(dòng)器以便提高其跟蹤精度，能對(duì)這些問題提供一種解決方案也是很可取的。用一種系統(tǒng)，其中激光光源也用做反射光的檢測器，尤其能很好地滿足這些要求。
根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施方案，一種光學(xué)信息存儲(chǔ)系統(tǒng)包括一種包含存儲(chǔ)信息的可旋轉(zhuǎn)光盤。提供一種激光源，以便從可旋轉(zhuǎn)的盤上產(chǎn)生調(diào)制反射。在光盤附近，提供一種透鏡系統(tǒng)裝置或機(jī)構(gòu)，用于聚焦激光。提供一種高頻振動(dòng)裝置或機(jī)構(gòu)，它能引起激光源的振動(dòng)，及/或使透鏡移向或遠(yuǎn)離可旋轉(zhuǎn)的盤。這將引起檢測信號(hào)的調(diào)制，它可用于產(chǎn)生一種顯著的優(yōu)點(diǎn)。進(jìn)而，本系統(tǒng)采用激光源作為獨(dú)立的光源和檢測器，它在光從盤上反射后接收光；該光源/檢測器將光變換為電信號(hào)。而且，關(guān)于本發(fā)明的特殊相關(guān)性，具有一種裝置或機(jī)構(gòu)，用于分析來自光檢測器的電信號(hào)，及用于從此產(chǎn)生一種為達(dá)理想聚焦使光源相對(duì)于盤移動(dòng)量成正比的電信號(hào)。在本發(fā)明的另一種實(shí)施方案中，分析來自光檢測器的電信號(hào)的裝置可簡單地用于指示激光聚焦在多層CD-ROM盤中哪個(gè)平面上。
在這里，發(fā)明者們了解到，信號(hào)檢測過程可能是以發(fā)生在某些固態(tài)激光器件中的、在此以前沒有描述過的物理現(xiàn)象為基礎(chǔ)的。特別是，本申請(qǐng)人了解到，當(dāng)激光二極管的調(diào)制光反射回來照入二極管自身時(shí)，其電流強(qiáng)度發(fā)生變化。特別是，本申請(qǐng)人了解到，可以利用激光二極管既當(dāng)作光源，又當(dāng)做檢測器，用于CD-ROM驅(qū)動(dòng)電路。特別是，本發(fā)明人了解到，這種現(xiàn)象允許不用單獨(dú)的光檢測器來構(gòu)成電路。因此，這就導(dǎo)致較輕的重量，較容易移動(dòng)，并較容易聚焦激光/檢測器機(jī)構(gòu)。而且，結(jié)果是可能增大光學(xué)存儲(chǔ)密度。
進(jìn)一步注意到，本發(fā)明的一種重要情況是，利用特定的輸出波形，用來辨別激光源的定位。特別是，通過與兩臺(tái)計(jì)數(shù)器耦合的閾值電路的簡單的便利，可能通過適當(dāng)?shù)挠?jì)算機(jī)邏輯，提供一種指明聚焦平面的電信號(hào)。而且，作為能夠知道聚焦平面定位在哪里的自然結(jié)果，相應(yīng)地比較容易將焦平面控制在人們需要的地方。
于是，本發(fā)明的目的之一是，提供一種在多層光盤上提供讀寫信息的機(jī)構(gòu)。
此外，本發(fā)明的目的之一是，在光盤存儲(chǔ)系統(tǒng)中，提供一種更精確和嚴(yán)格地校準(zhǔn)激光讀寫系統(tǒng)的數(shù)字電信號(hào)和電路。
本發(fā)明還有另一個(gè)目的是，在CD-ROM系統(tǒng)中更容易控制聚焦和對(duì)準(zhǔn)。
本發(fā)明還有另一目的是，增大光學(xué)信息盤的存儲(chǔ)容量。
本發(fā)明仍有另一目的是，擴(kuò)大對(duì)多層光盤和多層光盤系統(tǒng)性能的應(yīng)用。
本發(fā)明還有另一目的是，使激光讀寫系統(tǒng)的重量更輕。
本發(fā)明還有一個(gè)目的是，增大光盤驅(qū)動(dòng)器的存儲(chǔ)，速度和容量。
本發(fā)明仍有進(jìn)一步的目的是，利用Z軸方向聚焦原理，也在X和Y軸方向提供精確的跟蹤。
本發(fā)明的又一個(gè)目的是提供一種簡單的數(shù)字電路以確定聚焦定位。
最后，但不限于此，本系統(tǒng)的目的之一是，提供一種既可當(dāng)做激光源，又當(dāng)做反射激光檢測系統(tǒng)的機(jī)構(gòu)。
在說明書的結(jié)論部分中，特別地指明本發(fā)明的主題并突出地提出權(quán)利要求。但是，既做為組織又做為實(shí)施方法的本發(fā)明，和進(jìn)一步目的和優(yōu)點(diǎn)一起，可由結(jié)合附圖參照下列說明得到最佳的理解，其中

圖1是部分示意框圖，用于說明本發(fā)明的系統(tǒng)；圖2是原理框圖，示出一種信號(hào)處理機(jī)構(gòu)，用于產(chǎn)生一種與提供正確聚焦所需的距離成正比的信號(hào)；圖3示出根據(jù)本發(fā)明產(chǎn)生的各種信號(hào)波形的波形作為焦平面的CD位置相對(duì)于透鏡光束腰平面的函數(shù)；圖4是圖3示出的信號(hào)經(jīng)過閾值檢測電路處理后的波形的說明；及圖5示出用于確定焦平面位置的數(shù)字電路的一種實(shí)施方案；圖6示出確定焦平面位置的數(shù)字電路另一種實(shí)施方案；及圖7示出由反射和檢測(激)光產(chǎn)生的各種信號(hào)，該信號(hào)是當(dāng)高頻振動(dòng)用于跟蹤在X-Y平面中，不同反射率區(qū)域邊界時(shí)產(chǎn)生的。
作為企圖逐步移動(dòng)透鏡改變位置而又保持聚焦的替代辦法，根據(jù)本發(fā)明，寧愿將透鏡前后移動(dòng)，或在中心位置附近“顫動(dòng)”。顫動(dòng)頻率可以低到幾百赫，以便不影響盤驅(qū)動(dòng)器其它方面的運(yùn)行。顫動(dòng)的光從光盤上反射，并用光檢測器取樣。根據(jù)本發(fā)明的其它方面，這些方面將在下面更詳細(xì)地討論，做為另一方案，激光器或光二極管本身可交替地用做光檢測器。
當(dāng)要讀的光盤表面在焦點(diǎn)內(nèi)時(shí)，反射光信號(hào)相對(duì)于顫動(dòng)頻率被倍頻。在下面更詳細(xì)地討論的圖3和4中，倍頻將更做專門說明。這種倍頻可用閾值處理電路檢測，該電路將倍頻轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。當(dāng)移動(dòng)透鏡在光盤不同的層上聚焦時(shí)，反射光信號(hào)僅部分倍頻。用這種方法可以精確地測定什么時(shí)候光聚焦在盤的幾個(gè)不同平面上。盤上相繼的平面間的間隔等于顫動(dòng)信號(hào)的四分之一。例如，若采用2.5千赫的顫動(dòng)，可區(qū)分兩個(gè)相距100微米的平面的聚焦。采用5千赫的稍高的顫動(dòng)頻率，使人們可分辨僅相距50微米的平面。以這種方法，人們可將光聚焦在更多的，彼此更接近的平面上。本發(fā)明僅限于透鏡的實(shí)際顫動(dòng)頻率。透鏡的標(biāo)稱位置(顫動(dòng)的中心點(diǎn))由一種檢測器電路的反饋環(huán)路有效地控制。以這種方法，盤的所需平面總保持在焦點(diǎn)上。由于在盤上保持更精確的聚焦，在單個(gè)的盤上本方法允許使用更多的層，并可使存儲(chǔ)密度增大3或4或更多的因數(shù)。作為一種替代辦法，本發(fā)明可以高精度地檢測單層盤是否在焦點(diǎn)上。
相應(yīng)地，本發(fā)明的方法還可用于制造和利用單層盤驅(qū)動(dòng)器，因此，該驅(qū)動(dòng)器更為健全并能抗沖擊和振動(dòng)，正如在移動(dòng)及/或便攜式計(jì)算機(jī)的環(huán)境所遇到的情況。而且，本發(fā)明的執(zhí)行是極為實(shí)際的，因?yàn)楝F(xiàn)有的光盤驅(qū)動(dòng)器已包括可用于執(zhí)行本發(fā)明的必要的伺服電動(dòng)機(jī)和透鏡定位系統(tǒng)。進(jìn)而指出，本發(fā)明適用于存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)、聲頻信息及/或視頻信息的光盤驅(qū)動(dòng)器的讀和寫。此外，值得注意的是，本發(fā)明提供的顫動(dòng)還可由透鏡本身的機(jī)械振動(dòng)變形產(chǎn)生，而不是用機(jī)械裝置將透鏡單純地前后移動(dòng)。不過，這不是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案。
為了更完整地理解本發(fā)明，將注意力針對(duì)圖1，其中用示意圖的形式表示一種可用于說明本發(fā)明操作的裝置。特別是，在圖1中，其中，二極管注入型激光器10將激光穿過優(yōu)選的交叉纖維80投向透鏡100，交叉纖維80可修正激光的不均勻發(fā)散。交叉纖維80用于使激光成圓形，以便使在兩方向中的發(fā)散相等。透鏡100的物理定位用音圈20控制，該音圈由函數(shù)發(fā)生器60獲得適當(dāng)?shù)念潉?dòng)信號(hào)。該信號(hào)還包括一種適當(dāng)?shù)闹绷髌每刂齐娖?。光從透鏡100投向光盤或CD靶30，然后光從CD靶被反射，穿過透鏡100和二極管注入型激光器10回到光檢測器40。從光檢測器40來的電信號(hào)可被直接利用。作為替代，本發(fā)明者們觀察到，實(shí)際上，流過二極管注入型激光器10的驅(qū)動(dòng)電流，被從靶返回的光所調(diào)制。于是，通過在電源70的電流通路中提供一電阻器R(參考號(hào)90)，通過將其對(duì)置的端點(diǎn)連接到提供交變輸出信號(hào)的差分放大器50上，可以提取這種相同的信號(hào)作為跨在電阻器R的電壓降。在一適當(dāng)?shù)臅r(shí)間周期τ(用毫秒量度)內(nèi)積分該信號(hào)，可產(chǎn)生一輸出信號(hào)，這里也稱為R，它正比于對(duì)一特定的層實(shí)現(xiàn)最佳聚焦而重新定位透鏡的量。
如在圖3中著重說明的，在最佳聚焦點(diǎn)，顫動(dòng)調(diào)制輸出信號(hào)被倍頻。參照?qǐng)D3的討論，這種現(xiàn)象更特別地說明如下圖2是功能框圖，示出用于測試本發(fā)明原理的一種裝置。尤其是，函數(shù)發(fā)生器60產(chǎn)生顫動(dòng)信號(hào)I＝IosinΩDt。同時(shí)，包括光檢測器40、二極管注入型激光器10、光束準(zhǔn)直交織纖維80、透鏡100的激光光學(xué)裝置，導(dǎo)致產(chǎn)生一信號(hào)S。顫動(dòng)信號(hào)I和返回信號(hào)S，最好是分別流過放大器55和56。根據(jù)下列方程式
信號(hào)S可表示為具有直流分量a0的、加上其它正弦和余弦分量的傅里葉級(jí)數(shù)。
從檢測器40的輸出，即跨接在電阻器90上的電壓、正比于信號(hào)I和S的矢量叉積。如果該叉積在顫動(dòng)信號(hào)的周期(周期為τ)內(nèi)積分，由此可得的結(jié)果表示在下列方程2中。R∝∫θt(IOsinωDt)(a0+a1sinωDt+a2sin2ωDt+···)dt]]>由于在下列方程中表示的正交性關(guān)系
由此可見，輸出結(jié)果R和系數(shù)a1的數(shù)值成正比。這種數(shù)值表示從焦平面至所需平面間的距離。于是，看來本發(fā)明的唯一特性是，提供一種信號(hào)，該信號(hào)與定位誤差的量成正比。這是一種重要特性，因?yàn)樗鼮榫_地準(zhǔn)直透鏡提供一反饋控制機(jī)構(gòu)。
此外還可看出，輸出結(jié)果或正或負(fù)，這取決于透鏡偏離焦點(diǎn)的方向。因此，信號(hào)R允許確定三種條件(1)系統(tǒng)是否偏離焦點(diǎn)；(2)透鏡實(shí)現(xiàn)聚焦必須移動(dòng)的方向；和(3)透鏡恢復(fù)焦點(diǎn)必須移動(dòng)的量。
而且上述方程證明，對(duì)于發(fā)生的任何散焦的數(shù)量，總是可能確定這些性質(zhì)。對(duì)本發(fā)明來說，這是唯一的特征，尤其是和要求透鏡被(可能是異常大的)預(yù)定的最小數(shù)量散焦的其它系統(tǒng)比較時(shí)。這種限制嚴(yán)重地削減了透鏡焦點(diǎn)的精細(xì)控制。可是在本發(fā)明中，最小的修正限制不是一種固有的限制。
更特別地，在圖2中可以看出，信號(hào)R可通過可選用的變換器110反饋至伺服驅(qū)動(dòng)器200，它在周期τ中作出響應(yīng)，以便為適當(dāng)聚焦而正確地定位透鏡?？梢钥闯?，這種反饋機(jī)構(gòu)采用的變量具有最大的修正誤差。以這種方法，可完成精確和迅速的對(duì)準(zhǔn)。
本發(fā)明操作的原理可以更具體地在圖3中說明，圖3顯示一種5層光盤的實(shí)例。尤其是，從透鏡100向外軸向伸展的線，表示對(duì)該透鏡聚焦的錐形。特別是，對(duì)于任何給定的透鏡配置，聚焦錐形具有一個(gè)點(diǎn)，在該點(diǎn)它是最狹的。這點(diǎn)確定透鏡的光束腰平面。對(duì)于透鏡的特定形狀來說，這種平面是恒定的。還應(yīng)特別指出，相對(duì)于這個(gè)和其它圖形，有關(guān)的特征是透鏡和盤間的距離。圖3是從透鏡方向看去而畫出的。在中心的垂直實(shí)線表示，當(dāng)所加的顫動(dòng)電壓為零時(shí)，透鏡的DC位置。該DC位置，名義上可被想做待讀的盤的等層的位置。在圖中的左手部分中示出的數(shù)字，對(duì)應(yīng)于圖中右手部分示出的信號(hào)時(shí)間點(diǎn)。現(xiàn)在特別地對(duì)顫動(dòng)方面的操作進(jìn)行描述。
具體來說，從圖3中位置1可見，DC位置處于其最遠(yuǎn)的右手傳播點(diǎn)。當(dāng)透鏡進(jìn)一步向右作顫動(dòng)時(shí)，信號(hào)電平從位置1處的電平降到在位置2處的最低點(diǎn)。當(dāng)顫動(dòng)的透鏡返回標(biāo)稱的DC位置時(shí)，信號(hào)值回到在圖中點(diǎn)3處的值。當(dāng)透鏡位置由于顫動(dòng)進(jìn)一步向右移動(dòng)時(shí)，即接近透鏡的光束腰平面，信號(hào)在位置4處增至其最高的正輸出電平。此后，當(dāng)透鏡回到其DC位置時(shí)，信號(hào)電平再次下降。于是，當(dāng)透鏡顫動(dòng)一個(gè)循環(huán)周期τ時(shí)，信號(hào)電平變至圖3所示的情況1(“1”如圖中圓周中所示)的左手和右手部分的位置1，2，3，4和5所顯示的電平。
當(dāng)DC位置進(jìn)一步向左移動(dòng)時(shí)，可見到產(chǎn)生了不同的輸出信號(hào)。該信號(hào)顯示在圖3的情況2中。循環(huán)的第一個(gè)半周幾乎全同于情況1中顯示的情況。不過，曲線的深度不像在情況1中顯示的那樣劇烈。盡管如此，更有意義地是，在顫動(dòng)的位置通過0偏置位置3時(shí)，隨著最大值兩次通過光束腰平面，顫動(dòng)的透鏡產(chǎn)生了一個(gè)有雙峰4和6的信號(hào)。因此，總的輸出信號(hào)在周期τ的后半部分出現(xiàn)倍頻的形式。最后的輸出信號(hào)在圖3中如情況2所示。
特別應(yīng)當(dāng)指出的是，在圖3的情況3中，輸出波形有效地顯示為顫動(dòng)驅(qū)動(dòng)器信號(hào)的倍頻。發(fā)生這種情況是因?yàn)镈C位置全同于光束腰平面。這說明，焦點(diǎn)在平面上的情況是最佳選擇。
這種顫動(dòng)倍頻現(xiàn)象，在美國專利4,385,744號(hào)提出的，該專利于1982年11月9日授與Richard Wilkinson。不過，Wilkison的講述并未提供一種機(jī)構(gòu)用于提取R值，該值表示移動(dòng)透鏡實(shí)現(xiàn)焦點(diǎn)量。若沒有這個(gè)變量，難以實(shí)現(xiàn)對(duì)準(zhǔn)機(jī)構(gòu)的反饋控制。
關(guān)于圖3中所示的其它情況，情況4和情況5是稍微對(duì)稱的，但分別是情況2和情況1的鏡象。在每種情況下，示出了輸出信號(hào)的波形。
本發(fā)明者進(jìn)一步認(rèn)識(shí)到，最后的輸出波形可用數(shù)字方式處理。尤其是，在圖3中，情況1至5的波形可通過一種閾值檢測器。如果進(jìn)行這種過程，最后的信號(hào)波形和各尖峰或脈沖，分別是B至F部分，示于圖4中。具體來說，參照?qǐng)D4的部分B，可以看出，情況1導(dǎo)致低于0伏電壓參考線的兩個(gè)脈沖，隨之以高于所示參考線的兩個(gè)電壓脈沖。當(dāng)輸出信號(hào)形式上升到高于參考電平51或52，如圖4的左手部分所示，導(dǎo)致產(chǎn)生這些脈沖。用同樣方法，可以產(chǎn)生脈沖或尖峰序列作為其它情況的結(jié)果。這些情況示于圖4的C、D、E、F部分。
此外，本發(fā)明者了解到，這些信號(hào)可通過一正脈沖計(jì)數(shù)器和一負(fù)脈沖計(jì)數(shù)器，以便提供透鏡的DC位置相對(duì)于所需待聚焦平面所在地方的極迅速的指示。進(jìn)行這種數(shù)字信號(hào)處理操作的電路，示于圖5中。另一種替代辦法示于圖6中。具體地參考圖5，來自圖1中顯示裝置的信號(hào)經(jīng)過閾值檢測器120，導(dǎo)致產(chǎn)生如圖4的右手部分所示的一系列尖峰脈沖。提供一正脈沖計(jì)數(shù)器130對(duì)電壓為正的脈沖計(jì)數(shù)。類似地，負(fù)脈沖發(fā)生器140計(jì)數(shù)負(fù)脈沖。這些計(jì)數(shù)器的輸出送到狀態(tài)檢測邏輯電路150，該邏輯電路可幾乎立即提供DC透鏡位置相對(duì)于所需位置的指示。
具體地，如果正脈沖計(jì)數(shù)器130具有數(shù)值1，這意味著圖4中的D、E、F情況是可能性。如果下一個(gè)脈沖是正脈沖，情況E和F是可能性。如果在一行中出現(xiàn)三個(gè)正脈沖，則顯然圖4的E部分說明的情況是適應(yīng)的。這對(duì)應(yīng)于圖3中的情況4。于是，可知，移動(dòng)顫動(dòng)偏置的DC值，從而將透鏡移向右方是所需的。應(yīng)當(dāng)特別地注意，在確定要做什么來改變DC偏置值時(shí)，并不需要生成全部脈沖。在它加速正確操作方面，這是非常需要的。人們甚至不需要等待整個(gè)的顫動(dòng)周期τ，以開始通過反饋伺服環(huán)路開始產(chǎn)生所需的定位。作為替代辦法，上下計(jì)數(shù)器135可將其輸出信號(hào)供應(yīng)計(jì)數(shù)器邏輯電路155，該邏輯電路以類似方式操作，以提供透鏡位置相對(duì)于其所需位置的一種指示。
在發(fā)展這里公開的改進(jìn)的聚焦系統(tǒng)過程中，關(guān)于某些激光器件的操作，本申請(qǐng)者也發(fā)現(xiàn)和利用了一種全新的現(xiàn)象。具體地，半導(dǎo)體二極管激光器，如那些從固態(tài)材料，包括砷化鎵鋁，當(dāng)調(diào)制激光被反射回到激光腔時(shí)，可起光檢測器那樣的作用。反射回到空腔的光的調(diào)制表現(xiàn)為激光驅(qū)動(dòng)電流的相應(yīng)調(diào)制。如果信號(hào)以不同于激光驅(qū)動(dòng)信號(hào)的頻率被檢測，因而，這兩者可用一種選頻濾光器分開，然后，可由串聯(lián)的電阻器獲得被檢測信號(hào)，從而傳導(dǎo)驅(qū)動(dòng)電流(如上面討論的并示于圖1中)。也可采用用于檢測電流變化的任何其它方便的裝置。
具體地，參考這里討論的聚焦應(yīng)用，顫動(dòng)信號(hào)以比激光數(shù)據(jù)速率低得多的頻率工作，因此，用傳統(tǒng)的信號(hào)濾光器件和方法很容易分開?？墒?，這種現(xiàn)象的利用不限于CD-ROM型的應(yīng)用場合。例如，它也可被用于條形碼掃描器，或在采用從靶反射激光的光纖傳感器系統(tǒng)中應(yīng)用。
采用上述既當(dāng)作激光源，又當(dāng)做信號(hào)檢測器的半導(dǎo)體激光器件，對(duì)工業(yè)提供許多好處。例如，本發(fā)明的這方案消除了對(duì)額外的單獨(dú)的檢測器的需要。單單這一點(diǎn)就是肯定的成本、包裝和制造方面的優(yōu)點(diǎn)?？墒?，它只是許多有關(guān)的優(yōu)點(diǎn)之一。另外，這種設(shè)計(jì)簡化了聚焦光學(xué)器件和準(zhǔn)直，因?yàn)榇龣z測光只是從它的來處簡單地沿同一路徑反射回來的。利用這種簡化的光學(xué)幾何結(jié)構(gòu)，本裝置更能耐沖擊、振動(dòng)和其它光源的失配情況。光學(xué)的或光振幅技術(shù)因光學(xué)像差和光源波動(dòng)而遭受損失。不過，本發(fā)明采用了一種基本上擺脫這些振幅問題的頻率方法。因此可見，應(yīng)用頻率效應(yīng)的直接結(jié)果是，整個(gè)系統(tǒng)很不易遭受噪聲效應(yīng)的影響(例如，由激光驅(qū)動(dòng)電流變化引起的光強(qiáng)變化)。可是，這并不妨礙基于振幅的方法和本發(fā)明結(jié)合。
此外，因?yàn)橄斯鈾z測器，而且提高了光學(xué)容差，讀頭可做得比較輕(較小的質(zhì)量和重量)。這意味著，讀頭可以更快地移動(dòng)。單獨(dú)這一點(diǎn)就給于數(shù)據(jù)存取更多的時(shí)間，因此，也給與數(shù)據(jù)檢索更多的時(shí)間。此外，通過簡化和聚焦光學(xué)元件，讀頭可放得更靠近CD-ROM盤。這就可能制造更緊湊的驅(qū)動(dòng)裝置，這是對(duì)便攜應(yīng)用特別重要的一種特征。
最后，但很重要地，由于能將讀頭移得接近盤，實(shí)現(xiàn)了光的更好聚焦，可使磁道更加靠近在一起，從而增加存儲(chǔ)密度，即使是在單面，單層CD器件中也是如此。
根據(jù)上述，應(yīng)理解到，本發(fā)明在控制激光聚焦在固體內(nèi)各種平面上時(shí)，使本發(fā)明更突出地便于實(shí)用。于是，當(dāng)本發(fā)明定位系統(tǒng)的基本應(yīng)用針對(duì)多層CD-ROM讀出設(shè)備時(shí)，也應(yīng)理解到公開的設(shè)備和方法可用于讀出三維全息信息。因此，本發(fā)明也是一種精確選擇固體內(nèi)一平面區(qū)域的控制機(jī)構(gòu)所述區(qū)是一全息存儲(chǔ)介質(zhì)，用于在激光和存在于選定平面的光學(xué)，晶態(tài)，結(jié)構(gòu)或其它特性的相互作用。
與上述Z-方向的位置控制相對(duì)應(yīng)，可在系統(tǒng)中找到本發(fā)明原理的另一種應(yīng)用，用于改進(jìn)在X-Y平面內(nèi)的CD-ROM磁道跟隨。在這種情況中，顫動(dòng)最好是應(yīng)用于CD-ROM盤上相對(duì)于彎曲磁道的徑向方向。由于磁道間的面積比有紋孔的寫區(qū)段更具反射性，可利用返回信號(hào)的性質(zhì)指示聚焦激光點(diǎn)相對(duì)于跟隨磁道的位置。如上述，這種較大的控制度，允許磁道間的間隔更接近，從而增加表面數(shù)據(jù)密度?？墒?，因?yàn)橛胁糠执诺牢幢粚懭耄蛞愿鞣N有紋孔的數(shù)據(jù)模式寫入。最好在較長的時(shí)間周期中對(duì)輸出電平進(jìn)行平均。于是，例如，當(dāng)上述積分過程在一周期τ中進(jìn)行時(shí)，作為實(shí)例，對(duì)X-Y方向控制的過程可采用對(duì)周期為4τ的積分。
X-Y定位的原理示于圖7A至7D。在每一種情況下，示出了聚焦(激光)光點(diǎn)的中間位置，其以頻率ω左右(X-方向)顫動(dòng)。如果，如圖7a所示，光點(diǎn)永遠(yuǎn)不能跨過反射區(qū)(在左邊)和無反射區(qū)(在右邊)間的邊界，輸出電平相對(duì)恒定(按前述求平均值進(jìn)行補(bǔ)償?shù)臒o反射區(qū)的紋孔除外)。如果，像圖7C和7D所示、聚焦光點(diǎn)的正中位置如圖所示，可分別地看出圖7C和7D右手部分中的最終輸出波形變化。于是，和對(duì)Z軸方向定位一樣，顫動(dòng)也可用于在所需的(圖7B)跟蹤和移動(dòng)光點(diǎn)的需求之間進(jìn)行識(shí)別。還有，如上述，相對(duì)于Z軸方向定位，本發(fā)明還提供了待定值R，表示中間光點(diǎn)位置將移動(dòng)的數(shù)量和其中必須移動(dòng)的方向，即，在圖7C中向右，和在圖7D中向左移動(dòng)。
本發(fā)明還有一種應(yīng)用，是在光盤既包含音頻和視頻，及/或音頻和數(shù)字式數(shù)據(jù)時(shí)，從其上讀出存儲(chǔ)的(典型地?cái)?shù)字式)信息。尤其是，計(jì)算機(jī)應(yīng)用的CD-ROM，和描述為數(shù)字式視盤(DVD)的光盤，以不同格式存儲(chǔ)信息的情況。此外，光盤可在一層存儲(chǔ)音頻信息，而在另一層存儲(chǔ)數(shù)字式數(shù)據(jù)。讀出這兩種不同格式的(音頻與數(shù)據(jù))激光點(diǎn)的大小也是不同的?？墒?，本發(fā)明既能控制焦平面也能控制激光點(diǎn)的大小。即使這兩種不同格式存在于一張單層光盤上，用本發(fā)明的方法和系統(tǒng)，該光盤仍是完全可讀的。
還應(yīng)理解到，雖然這里討論的實(shí)例針對(duì)單個(gè)讀頭的應(yīng)用，本發(fā)明還是完全可用于采用讀頭陣列(或其它讀出設(shè)備)實(shí)現(xiàn)并行數(shù)據(jù)讀出的情況與設(shè)備。事實(shí)上，由本發(fā)明做成更實(shí)用的、較小的尺寸，可提供較大空間供附加讀頭的并行操作。
根據(jù)上述，應(yīng)當(dāng)理解，所有上述目的已經(jīng)達(dá)到。此外，可以看出，本發(fā)明的裝置提供一種機(jī)構(gòu)，用于在多層光學(xué)存儲(chǔ)盤設(shè)備中精確地調(diào)整激光源的焦點(diǎn)。因?yàn)楸景l(fā)明可利用光束腰線圈激勵(lì)的機(jī)構(gòu)，用于定位光學(xué)存儲(chǔ)盤透鏡系統(tǒng)，本發(fā)明的系統(tǒng)可以最小的不便利性用于現(xiàn)有CD-ROM設(shè)備的改型。不過，應(yīng)特別指出，本發(fā)明的操作不限于透鏡的振蕩運(yùn)動(dòng)。光源或靶也可移動(dòng)。有關(guān)連的是，系統(tǒng)(光源，透鏡，反射靶)中的一種元件對(duì)其它兩種元件的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。在采用本發(fā)明的典型的CD-ROM系統(tǒng)中，靶本身的運(yùn)動(dòng)不是所需的。
雖然根據(jù)其某些優(yōu)選實(shí)施方案詳細(xì)描述了本發(fā)明，但那些熟悉本領(lǐng)域技術(shù)的人員仍可進(jìn)行許多改動(dòng)和變化。因此，附加的權(quán)利要求書意圖覆蓋一切適合本發(fā)明的實(shí)質(zhì)精神和范圍的改形和變化。
權(quán)利要求
1.一種組合的激光源和檢測系統(tǒng)包括一個(gè)半導(dǎo)體激光源，它能通過改變加到所述半導(dǎo)體光源上的驅(qū)動(dòng)電流，使其光輸出被調(diào)制；及用于檢測流過所述半導(dǎo)體激光源的電流變化的裝置，所述變化取決于從所述半導(dǎo)體光源上發(fā)出并返回的調(diào)制激光。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其特征在于，所述檢測裝置包括一所述電流經(jīng)過的電阻性裝置，和耦合至該電阻性裝置兩端的電壓信號(hào)的頻率濾波器裝置，該頻率濾波器能在與所述變化同樣的頻率范圍內(nèi)選擇性地通過信號(hào)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其特征在于，進(jìn)一步包括反射性靶裝置，該裝置的定位能把來自所述光源的光返回到所述光源。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的系統(tǒng)，其特征在于，所述反射性靶是旋轉(zhuǎn)的。
5.根據(jù)權(quán)利要求3的系統(tǒng)，其特征在于，所述靶是一種小型盤。
全文摘要
激光以一種精確的方式聚焦在多層光盤記錄系統(tǒng)中的選定層上，借助于從顫動(dòng)光源上輸出電信號(hào)的分析，導(dǎo)致產(chǎn)生一電信號(hào)，該信號(hào)與系統(tǒng)部件相對(duì)運(yùn)動(dòng)的數(shù)量成正比，該運(yùn)動(dòng)在某一層上實(shí)現(xiàn)所需的聚焦。
文檔編號(hào)G11B7/125GK1164734SQ9710306
公開日1997年11月12日 申請(qǐng)日期1997年3月19日 優(yōu)先權(quán)日1996年4月1日
發(fā)明者L·雅各布威策, C·M·德庫薩蒂斯 申請(qǐng)人:國際商業(yè)機(jī)器公司