光学装置和使用该光学装置的光盘装置的制作方法

专利名称：光学装置和使用该光学装置的光盘装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及利用来自激光器等光源的光束来观测对象物的表面形状或距离的光学装置、以及使用该光学装置对CD (Compact Disc:紧凑型 盘)、DVD (Digital Versatile Disc:数字视频盘)、MD (Mini Disc:微型盘)、以及可迸行高密度记录的光盘等进行信息的记录再现的光盘装置。
背景技术：
使用激光束进行到对象物的距离测定、或者进行激光束的对焦的技 术广为普及。这里，对作为该技术的一例，即使用光信息记录介质(以 下称为光盘)进行数字数据的写入或读取的光盘装置进行描述。在把信息记录在光盘内并再现所记录的信息的光盘装置中，使从激 光器等光源所放射的光束经由物镜等聚光在光盘上，而且为了维持该聚 光状态而根据利用多个受光面检测来自光盘的反射光束所获得的电信 号，生成相当于光盘上的光束的焦点与光盘的记录面的位置偏移的焦点 误差信号，将该焦点误差信号作为控制信号来进行对焦伺服控制，以使 物镜朝其光轴方向驱动进行对焦。另一方面，随着半导体激光器的技术进步和精细加工技术的提高， 光盘装置可进行大容量的记录，不仅在计算机的数据记录领域，而且在 音频和视频等的领域中也正广为普及。特别是近年，如动态图像信息那 样要处理的数据量飞跃增大，随着光盘上的信息信号和信息信号在光盘 旋转方向上呈线状连接的列(以下称为轨道(track))的间距的縮小和半 导体激光器的短波长化，光盘装置的大容量化进一步发展。在这种背景下，为了在光盘上进行致密的记录、或者再现所记录的 信息信号，需要具有不受因制造上的偏差或经年变化引起的部件的位置 偏移等的影响的聚光功能的光学装置。作为生成焦点误差信号的代表性的焦点误差检测法，有像散法。 像散法是不仅在光盘装置中，而且在进行焦点误差检测或焦点校正 的光学装置、检测焦点误差信号的变化作为来自距离的微小距离变化并 观测对象物的表面形状的计测器或观测器等光学装置中广为使用的焦点 误差检测法。在像散法中，把由物镜等聚光的光束照射到某个对象物(在光盘装 置中是光盘)上，把像散赋予给来自上述对象物的反射面的反射光束， 并使用例如透镜等转换成聚光光束，之后根据像散产生方向来设定方向， 而且利用被交叉的分割线进行了 4分割的受光面受光，取来自各受光面 的输出信号中的对角分量相加得到的2组和信号的差分，从而生成焦点 误差信号。该焦点误差信号表现出以下特性，即其电平根据光束的焦点与对 象物的反射面的距离而变化，当光束的焦点与对象物的反射面(在光盘 装置是光盘的记录面) 一致时，如果进行受光面和受光光束的位置调整， 以使受光面上的受光光束为大致最小弥散圆，而且使焦点误差信号的输 出值为接近零的某个规定值，则该焦点误差信号的极性根据光束的焦点 相对于光盘的记录面是前方还是后方而反转。艮口，当物镜的焦点在光盘的记录面的前方充分远离的地点到向后方 充分远离的地点之间进行扫描时，得到呈S字状变化的焦点误差信号波 形。把该焦点误差信号波形称为"S字曲线波形"。特别是在对光盘进行再现记录动作的光盘装置中，使物镜朝焦点方 向驱动以使焦点误差信号达到规定值(例如零)，进行对焦伺服控制以使 光盘的记录面与被物镜聚光的光束的焦点一致。然而，在该方法中，若由于光盘装置的光学组装时的受光面或光学 部件的位置调整赶进不足或经时变化而在相对于上述受光面的分割线倾 斜的方向上发生反射光束相对于4分割的受光面的位置偏移，则当光盘 的记录面与光束的焦点位置一致时，焦点误差信号与上述规定值不一致。艮口，焦点误差信号发生偏差，当在该状态下与上述一样进行对焦伺 服控制时，存在光束在光盘的记录面上发生焦点偏移的问题。
因此，考虑了以下对策，即将光检测器的左右对之间的和差分信 号与上下对之间的和差分信号相乘来生成校正信号，根据该校正信号校 正使用现有的像散法的焦点误差信号来获得焦点误差信号(例如，参照 专利文献l)，然而在该对策中，当在相对于4分割受光面的分割线倾斜 的方向上发生受光光束的位置偏移，或者发生因反射光束的强度分布的 非对称引起的偏差时，不能正确地获得焦点误差信号，因此存在不能进 行对焦伺服控制的课题。专利文献1日本特开平10—64080号公报(图7，数式4) 发明内容本发明是为了解决上述课题而完成的，本发明的目的是提供具有焦 点误差信号生成电路的光学装置和光盘装置，即使由于装置组装时的受 光面或光学部件的位置调整赶进不足或经时变化而发生受光光束相对于 4分割受光面的位置偏移、或者当物镜朝光盘的半径方向(以下称为径向) 移动(以下称为透镜移动)时产生的受光光束相对于受光面的位置偏移， 或者发生因反射光束的强度分布的非对称引起的偏差，该焦点误差信号 生成电路也能生成不发生焦点偏移的焦点误差信号。根据本发明的光学装置和光盘装置，该光学装置具有光学单元和焦 点误差检测单元，上述光学单元具有光源，其放射光束；聚光单元， 其把上述光束聚光到对象物上；像散附加单元，其对上述光束从上述对 象物反射后的返回光束附加像散；以及光检测器，其具有由相互交叉的 第1分割线和第2分割线分割成4个的受光区域，在上述受光区域检测 由上述像散附加单元附加了像散后的上述返回光束的光量，而转换成电 信号，上述焦点误差检测单元使用对角和差分信号来检测由上述聚光单 元聚光的上述光束相对于上述对象物的焦点误差量，该对角和差分信号 是将从上述光学单元输出的与由上述4个受光区域所检测出的光量对应 的电信号中的相互位于对角位置上的受光区域的信号的相加信号彼此相 减得到的，其特征在于，上述光学装置还具有第l控制信号生成单元， 其取得将由上述4个受光区域中的与上述第1分割线相邻的受光区域所
检测出的光量分别相加所得到的相加值的差，来检测第1控制信号；以 及第2控制信号生成单元，其取得将由上述4个受光区域中的与上述第2 分割线相邻的受光区域所检测出的光量分别相加所得到的相加值的差， 来检测第2控制信号，上述光学装置利用由附加有上述像散的返回光束 的强度分布的非对称引起的偏差量来校正上述第1控制信号或第2控制信号的至少任一方，利用将该校正后的第1控制信号和第2控制信号以及规定的常数相乘所得到的乘积信号来校正上述对角和差分信号。根据本发明的光学装置和光盘装置，具有以下效果，即即使由于 装置组装时的受光面或光学部件的位置调整赶进不足或经时变化而发生 受光光束相对于4分割受光面的位置偏移、或者在透镜移动动作时产生 的受光光束相对于受光面的位置偏移，或者发生因反射光束的强度分布 的非对称引起的偏差，也不发生焦点偏移。并且，还有一大效果是，完 全不用变更构成现有的像散法的光学系统就能实现。


图1是本发明的实施方式一的光盘装置的结构图。图2是示出本发明的实施方式一的光检测器的受光面的俯视图。 图3是本发明的实施方式二的光盘装置的结构图。 图4是本发明的实施方式三的光盘装置的结构图。 图5是本发明的实施方式四的光盘装置的结构图。 图6是示出在本发明的实施方式四的结构中，利用现有的焦点误差 检测的透镜移动时的焦点偏移的图表。图7是示出本发明的实施方式四的透镜移动时的焦点偏移的图表。图8是本发明的实施方式五的光盘装置的结构图。图9是示出本发明的实施方式五的动作步骤的流程图。标号说明1:半导体激光器；2:光束；3:准直透镜；4:偏向棱镜；5:光束； 6:光盘；7:物镜；8: 二维致动器；9:物镜；10:光束；11:圆柱透 镜；12:光检测器；13:光学单元；21:平板型半透半反镜；22:准直
透镜；23:光学单元；30:焦点误差检测电路；31: FESo生成电路；32: PXt运算电路；33: PY运算电路；34:偏差校正电路；35:偏差校正电 路；36:增益设定电路；37:乘法电路；38:校正电路；39:对焦驱动 电路；40:跟踪误差信号生成电路；41:跟踪驱动电路；50:焦点误差 检测电路；51:透镜移动量检测电路；52:增益设定电路；60:焦点误 差检测电路；61:透镜移动量检测电路；62:增益设定电路；100:位置 传感器；Lx:分割线；Ly:分割线；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:受光面积；SB:受光面积；Sc:受光面积；SD:受光面积。
具体实施方式
实施方式一图1是示出本发明的实施方式一的光盘装置的结构的概略图，图2 是示出光检测器12的4分割受光面上的受光状态的概略图。根据图对结构进行说明。从作为光源的半导体激光器1射出的光束 2由准直透镜3转换成平行光，在偏向棱镜4的内部反射面偏向为朝向十 z轴方向的光束5，之后由作为聚光单元的物镜7聚光到光盘6上。物镜7安装在作为聚光点光轴方向移动单元和聚光点光轴垂直方向 移动单元的二维致动器8上，二维致动器8具有可根据电信号在光轴方 向(图中的z轴方向)和光盘6的径向(同y轴方向)各方向上进行驱 动的结构。由光盘6反射的光束再次透射过物镜7和偏向棱镜4，由物镜9转 换成聚光光束。该聚光光束被作为像散附加单元的圆柱透镜11附加像散 而生成光束IO。由于被赋予像散，因而利用当在光盘6上对焦时反射光 向光检测器12的照射形状为大致圆形、若焦点发生偏移则为椭圆形状的 情况，来检测焦点误差，然而该技术是公知的，因而这里省略详细说明。 把具有以上各构成要素的光学记录再现部称为"光学单元13"。 光检测器12如图2所示在被作为第1分割线的分割线Lx和作为第 2分割线的分割线Ly分割成4个的受光区域中接受光束10，把与在该4
个受光面上所接受的光量相当的电信号输出到焦点误差检测电路30和跟 踪误差信号生成电路40。焦点误差检测电路30具有FESo生成电路31,其生成4个受光面 的对角和差分信号FESo;作为第1控制信号生成单元的PXi运算电路32， 其检测与分割线Lx相邻的受光区域各自的相加值的差即第1控制信号 PX1;作为第2控制信号生成单元的PY运算电路，其检测与分割线Ly 相邻的受光区域各自的相加值的差即第2控制信号PY; DC偏差校正电 路34和35，其分别校正因PXi和PY内包含的因返回光束的强度分布的 非对称引起的偏差量；相乘的常数Ki的设定电路36;乘法电路37，其 生成分别校正了偏差量的PX,和PY与常数Ki的乘积信号；以及校正电 路38，其根据对角和差分信号来校正该乘积信号。把进行以上的校正运算所获得的控制信号输出到作为光轴方向驱动 电路的对焦驱动电路39。对焦驱动电路39根据该控制信号输出对焦驱动 信号，以使二维致动器8驱动，使物镜7沿光轴方向(z轴方向)移动， 以使光束的焦点对焦在光盘6上。尽管未作图示，然而对焦驱动电路39还具有以下功能，即针对光 盘装置的记录再现动作和光盘的插入退出动作等，根据需要切换对焦伺 服动作状态和对焦伺服非动作状态。另一方面，这里省略说明，跟踪误差信号生成电路40根据以往广为 使用的推挽法、DPD法(相位差法)、差动推挽法等跟踪误差检测法来生 成跟踪误差信号，并输入到作为光轴垂直方向驱动电路的跟踪驱动电路 41。跟踪驱动电路41输出跟踪驱动信号，以使该跟踪误差信号放大，使 二维致动器8驱动，使物镜7沿光盘6的径向移动，以使信息轨道跟随 聚光在光盘上的光束的径向位置。尽管未作图示，跟踪驱动电路41还具有以下功能，g卩根据光盘装 置的记录再现动作、通过外部马达等光学单元进给单元使光学单元沿光 盘面的径向动态移动而移动到作为目标的记录区域进行数据访问的所谓 搜索动作，切换跟踪伺服动作状态和跟踪伺服非动作状态。图2是示出如上所述的光检测器12的4分割受光面和照射到光检测器12上的受光光束的概略图,4分割受光面被相互交叉的分割线Lx和分 割线Ly分割成受光部分A、 B、 C、 D，在本实施方式一的结构中，分割 线Lx和分割线Ly分别与x轴和y轴大致平行。把照射到受光部分A、 B、 C、 D上的受光光束的面积分别定义为SA、 SB、 Sc、 Sd，把根据Sa、 Sb、 Sc、 SD所检测出的受光光束的光量分别定 义为PA、 PB、 Pc、 Pd。另外，坐标轴x、 y、 z的方向与图l所示的坐标轴x、 y、 z的方向 对应。并且，图1的坐标x和图2的坐标z的记号表示与纸面垂直的方 向(纸面近前侧方向为+ )。如图2 (a)所示，理想的是在光束5的焦点与光盘6 —致的状态下， 根据像散效果将光束10沿z方向位置调整，以成为大致最小弥散圆，而 且将光束10在xy平面上调整并固定，以使由上述4分割受光面的各个 受光部分A、 B、 C、 D所接受的光量大致相等。下面对动作进行说明，首先对现有的焦点误差检测的对焦伺服动作 及其问题进行描述。众所周知，现有的像散法的焦点误差信号是使用光检测器12上的对 角和差分信号FESo二 (PA+PC) — (Pb+Pd)来获得的。如图2 (a)所 示，在光束5的焦点与光盘6—致的状态下，PA=PB=PC=PD，因而上 述FESo为零，对焦伺服动作点没有变化，光束5继续聚光在光盘6上。然后，当在该状态下变为光束5的焦点不在光盘6上对焦的状态时， 照射到光检测器上的受光光束的形状由于圆柱透镜的像散影响而成为如 图2 (b)所示沿受光面的对角方向延伸的椭圆形状。在该情况下，由于 Pa=Pc、 Pb=Pd、 Pa半Pb，因而FESo为零以外的值，通过控制使该FESo 为零(即成为如图2 (a)所示)，可使光束5的焦点正确地对焦在光盘6 上。并且，当受光面上的受光光束被调整在y方向上没有位置偏移的理 想位置上时，受光面上的受光光束通过透镜移动而如图2 (c)所示在分 割线Lx上移动，因而得到Pa二Pd、 Pb=Pc，现有的像散法的焦点误差信 号不发生焦点偏移，即使据此进行对焦伺服动作以使FESo维持零，原理
上对焦伺服动作点也没有变化，光束5可继续聚光在光盘6上。受光光束在分割线LX上移动的理由如下。即，这是因为，在像散法中，由于把光检测器12的z方向位置配置在使光束10为大致最小弥散 圆的位置，因而光盘6上的y轴在光检测器12上反转90度而被投影在x 轴上，因此，当物镜7在y方向进行透镜移动时，光检测器12上的受光 光束在x方向上移动。这里，在由于装置组装时的受光面或光学部件的位置调整赶进不足 或经时变化而使光检测器12的受光面和受光光束在y轴方向上发生位置 偏移的状态下，若通过透镜移动而使受光光束从分割线Lx与分割线Lx 大致平行地移动与y轴方向偏离某距离的位置，则如图2 (d)所示成为 受光光束从分割线Lx和分割线Ly的交叉点朝相对于分割线Lx和分割线 Ly倾斜的方向移动后的状态。在该情况下，即使在已对焦的状态，即光 检测器上的受光光束形状为圆形的状态下，如图2 (d)所示，FESo= (PA +PC) — (PB+PD)也不为零。在现有方法中，为了控制成使该FESo为零，结果如图2(e)所示， 在椭圆形即没有对焦的状态(光检测器上的受光光束形状不是圆形的状 态)下，得到FESo = 0，受光光束不能保持初始调整的最小弥散圆的状 态，结果在光盘面上光束5发生焦点偏移。上述焦点偏移成为跟踪误差信号的振幅、再现信号的质量、以及记 录性能等所有特性退化的原因。并且，在如图2 (a)或图2 (c)所示在已对焦的状态下，即光检测 器上的受光光束形状为圆形的状态下，而且受光面积Sa+Sc:和Sb+Sd 的值相等的情况下，当由于光学系统的不平衡等而使返回光束的强度分 布存在非对称的偏移时，由光检测器所检测出的光量不同，Pa+Pc与Pb 十PD的值不相等，结果FESo不为零，不能正确地进行对焦伺服动作。以上是利用现有的焦点误差检测的对焦伺服动作及其问题。下面对本发明的实施方式一的动作进行说明。图1的焦点误差检测电路30内的FESo生成电路31进行与所谓的现 有的像散法的焦点误差信号相同的运算，运算并输出对角和差分信号FESo= (PA+PC) — (PB+PD)。 PXi运算电路32运算并输出P&二 (PA +PD) — (PB+PC)。 PY运算电路33运算并输出PY二 (PA+PB) — (Pc +PD)。在DC偏差校正电路34和35中，分别根据因返回光束的强度分 布的非对称引起的偏差量Vdx和Vdy来校正P&和PY。这些输出和增益 Kj在乘法电路37中相乘，由焦点误差检测电路30输出利用该乘积值校 正FESo生成电路31的输出信号而获得的运算值FES。然而，通过由圆柱透镜11所附加的像散的方向设定，^可取正值或 负值，乘法电路和校正电路由涉及正负的放大电路构成，可对分别具有 正负值的信号进行运算。数式(1)示出以上说明的焦点误差检测电路30的动作。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:关于分割线Ly的偏差量 VDY:关于分割线Lx的偏差量 K1:常数另外，尽管常数IQ可以设定成使由透镜移动引起的焦点偏移为大致 零(最佳值)，然而在没有必要在透镜移动的全部范围内一定使焦点偏移 为零的情况下，即，在透镜移动的必要范围可以减小的光盘装置或可容 许的焦点偏移量有余量的光盘装置的情况下，增益值Kl没有必要是最佳值，即使根据光盘装置的系统来设定与最佳值有偏差的增益值Kn也能 获得抑制在现有的像散法中发生的透镜移动时的焦点偏移的效果。根据发明人的研究，当Ki的最佳值由Kbest表示时，获得焦点偏移抑制效果的增益值的设定范围0< I & I ^2X I Kbest I是有效的。 该设定范围对于后述的另一实施方式中的增益值也相同。 由数式(1)得到的焦点误差信号FES被输入到对焦驱动电路39，沿物镜7的光轴方向(z轴方向)驱动二维致动器8，以得到FES二O。
这里，对数式(1 )的和PY的含义进行叙述。PY是(PA+PB) — (PC + PD)的运算值，然而(PA+PB)如图2所 示，是光检测器的左侧的光量和，(PC + PD)是右侧的光量和。取它们的差可认为是与受光光束相对于受光面的左右偏移相当的值。并且，PXj是(PA+PD) — (PB+PC)的运算值，同样可认为是与受光光束相对于受光面的上下偏移相当的值。因此，该PY和PXJ目乘后的值可作为与受光光束沿受光面的对角方向的移动量相当的量。例如，即使受光光束在Lx上移动，左右的移动量也是零，因而得到 PY二 (PA+PB) — (Pc+Pd) =0，判断为没有沿对角方向的移动量，另 一方面，即使受光光束在Ly上移动，上下的移动量也是零，因而得到PA =(PA+PD) — (Pb+Pc) =0，判断为没有沿对角方向的移动量。在该 情况下，如图2 (c)所示，可通过与现有的FESo相同的运算进行控制。该数式(1)在如图2 (d)所示受光光束沿受光面的对角方向发生 了偏移的情况下发挥效果，在该情况下，通过适当地设定常数Kp根据 数式(1)的第2项的值进行校正，即使在图2 (d)的状态下也能使FES 为零，结果，光束5可继续正确地聚光在光盘6上。并且，由于对该P&和PY中因返回光束的强度分布的非对称引起 的偏差量Vdx和Vdy迸行校正，因而即使返回光束的强度分布有偏差， 也能正确地检测出受光光束相对于受光面的左右、上下偏移。根据该实施方式一，可抑制在透镜移动时发生的光盘面上的焦点偏 移，可在宽的透镜移动范围内进行对焦伺服控制，而且即使存在由于装 置组装时的4分割受光面或光学部件的位置调整赶进不足或经时变化而 发生受光光束的位置偏移、或者在透镜移动动作时产生的受光光束相对 于受光面的位置偏移，或者发生因反射光束的强度分布的非对称引起的 偏差，也不发生焦点偏移，可提高光盘装置或光学装置的可靠性，可降 低调整成本和制造成本。并且，可去除为了缓解受光面上的受光光束偏移而在以往有时使用 的放大透镜，可实现光盘装置或光学装置的部件数量削减和低成本化。并且，即使受光面和受光光束的位置偏移方向是包含相对于受光面 的分割线倾斜的方向在内的任意方向，也能使光盘上的焦点偏移为大致 零，因而受光面的分割线方向没有必要一定与物镜7的透镜移动方向一 致，可排除设计上的制约。并且，当存在受光光束与受光面的位置偏移时，光束横截沿光盘的 信息轨道设置的引导槽或者记录在信息轨道上的记录标记列时受到光束 的衍射光的变化的影响而在现有的像散法焦点误差信号上发生的串音(crosstalk)也能同时得到抑制，特别是可使光束连续地横截引导槽或信 息标记列的搜索动作中的对焦伺服控制稳定。并且，在现有的像散法中发生受光光束与受光面的位置偏移时，原 理上发生的S字曲线波形的峰值偏移得到改善，难以发生由振动或冲击 等干扰等引起的对焦伺服的干扰，可使对焦伺服动作稳定。另外，圆柱透镜11除了像散附加功能以外，还可以具有把光束10 的焦点引导到最佳位置的透镜功能，在该情况下，可省略物镜9，可简化 装置。并且，当展开数式(1)时，得到数式(2)。FES = FESo — IQ X PXi X PY—Id X V腦X PY—Id X VDY X PXi — K！ XVDYXVDX1…(2)当然也可以使用该数式(2)。 实施方式二图3是示出本发明的实施方式二的光盘装置的结构的概略图。 以与实施方式一的不同点为中心进行说明。图中，检测二维致动器8朝与沿着光束的光轴的方向垂直的方向即径向的移动量的位置传感器即物镜位置传感器100输出与透镜移动量对应的电压。因此，该电压值可称为与物镜7的透镜移动量相当的值。在透镜移动量检测电路51中，根据该物镜位置传感器100的输出信号V^，计算与对应于透镜移动量而变化的受光光束相对于受光面的上下偏移相当的值PX2。该PX2相当于数式(1)的PXp焦点误差检测电路50使用以上说明的数据来进行数式(3)的运算。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，用位置传感器100的信息代替伴随透镜移动的 PX的变化，来抑制透镜移动时的焦点偏移，Vdx2和k2与位置传感器100的输出匹配。由于其他结构和动作与实施方式一相同，因而省略说明。根据该实施方式二，尽管需要位置传感器100，然而除了实施方式一的效果以外，由于无需进行p&的运算，因而可简化运算。另外，在物镜位置传感器100的输出信号Vu与后级的电路匹配的 情况下，可以去除透镜移动量检测电路51，在该情况下，可进一步简化 结构。当然，来自位置传感器100的输出也可以是电流。实施方式三图4是示出本发明的实施方式三的光盘装置的结构的概略图。 以与实施方式一的不同点为中心进行说明。图中，跟踪驱动电路41输出使二维致动器8朝与沿着光束的光轴的方向垂直的方向即径向移动的驱动信号。由于物镜7根据该驱动信号沿径向移动，因而该驱动信号可称为与物镜7的透镜移动量相当的值。在透镜移动量检测电路61中，根据该驱动信号计算与对应于透镜移动量而变化的受光光束相对于受光面的上下偏移相当的值PX3。该PX3相当于数式(1)的P&。焦点误差检测电路60使用以上说明的数据来进行数式(4)的运算。FES=FESo—K3X (PX3+VDX3) X (PY+VDY)…(4)数式(4)用PX3代替数式(1)的PXi，用Vdx3代替偏差量Vd"，用K3代替增益值Kp即，用来自跟踪驱动电路41的驱动信号代替伴随透镜移动的PXi的变化，来抑制透镜移动时的焦点偏移，Vdx3和K3与跟踪驱动电路41的输出匹配。由于其他结构和动作与实施方式一相同，因 而省略说明。根据该实施方式三，除了实施方式一的效果以外，由于无需进行PX, 的运算，因而可简化运算。另外，在来自跟踪驱动电路41的驱动信号与后级的电路匹配的情况 下，可以去除透镜移动量检测电路61，在该情况下，可进一步简化结构。
并且，还可以采用以下结构，即，取代来自跟踪驱动电路41的驱动 信号，而使用由跟踪误差信号生成电路40所生成的根据透镜移动量而在原理上发生的推挽法或DPD法的跟踪误差信号的偏差值、或者DPP法跟 踪误差检测法所需要的子光束推挽信号的偏差值中的任一方。在该情况 下，取代图6所示的跟踪驱动电路41的输出，而将从跟踪误差信号生成 电路40所输出的信号输入到透镜移动量检测电路61 。 实施方式四在上述各实施方式中，使用了圆柱透镜ll作为附加像散的单元，然 而也可以取代该圆柱透镜11，而使用平板型半透半反镜来附加像散。图 5示出该例。以与实施方式一的不同点为中心进行说明。图中，从半导体激光器 1射出的光束2被作为平板型光学元件的平板型半透半反镜21朝+z轴 方向偏向，之后通过准直透镜22而变为平行的光束5，通过物镜7聚光 在光盘6上。由光盘6反射的光束再次透射过物镜7、准直透镜22、平板型半透 半反镜21，在光检测器12上受光光束被聚光。平板型半透半反镜21相 对于返回光束的光轴倾斜配置。把具有以上的各构成要素的光学记录再现部称为"光学单元23"。 在该例中，通过使平板型半透半反镜21相对于光轴倾斜配置来赋予 像散，然而由于光检测器12的受光面上的受光光束的形状失真，或者光 强度分布为非对称，因而即使在无透镜移动的状态下调整光检测器12的 受光面和受光光束以使PY二0，也产生由受光面各受光部分的光量差引 起的偏差量，作为PY运算结果，得到受光光束好像在受光面的y轴方向 上发生偏移那样的值，在现有的像散法中由于透镜移动而发生光盘上的 焦点偏移。艮P，由于大量发生因反射光束的强度分布的非对称引起的偏差，因 而本发明的效果很好。由于其他结构与实施方式一相同，因而省略。在以上例中，对使用平板型半透半反镜21作为附加像散的单元的例
子作了说明，然而即使在为了使用多个光源来对不同种类的光盘进行记 录再现而使用将多个光源一体化的发光元件，在设计上把至少一个光源 配置在物镜或准直透镜的轴外的结构中，或者在通过全息光学元件等衍 射元件波长选择性地使光束的光路弯折而使从多个光源放射的光束被共 同的受光面受光来生成焦点误差信号的结构中，由于受光面上的受光光 束的形状失真、或者光强度分布为非对称，因而通过进行与上述相同的 对焦伺服控制，当然可获得相同效果。发明人为了确认该实施方式四的效果，针对现有的像散法和实施方 式四的对焦伺服动作的情况，通过模拟计算出伴随透镜移动而产生的光盘6上的光束5发生的焦点偏移量，并与光检测器12的受光面和受光光束的初始位置偏移量进行了比较。 模拟条件在模拟中，设物镜的数值孔径NA二0.6，波长为650nm，物镜的焦 距为3.36mm，准直透镜的焦距为21.4mm。这里，作为表示光检测器12的受光面和受光光束的位置偏移量的指 标，针对x方向定义光量平衡BX二 ((A+D) — (B+C)) / (A+B+C +D),针对y方向定义光量平衡BY二 ((A+B) — (C+D)) / (A+B 十C+D)，分别用百分比值表示。分别在(a) BX= — 25%、 (b) BX=0%、 (c) BX=+25% (a) (c)下分别模拟了受光面和受光光束的对于x轴方向的初始位置偏移条 件，并且在BY二土25。/。、 0。/。以及士15。/。的条件下模拟了对于y轴方向的 初始位置偏移条件。模拟结果图6示出使用现有的像散法的结果。由于受光光束的形状失真，因 而得到以透镜移动是O、或者BY二O为中心的非对称特性。并且，即使 是BY二O，也表现出透镜移动的影响。并且，容易大幅发生焦点偏移的条件是BX为负且透镜移动量是负 方向(即在内周侧透镜移动)的条件、或者是BX为正且透镜移动量是 正方向(即在外周侧透镜移动)的条件，在上述2个条件下发生的焦点
偏移量为光盘装置的透镜移动可能范围或者光检测器12和受光光束的位 置偏移容许范围的界限值，结果光盘装置的性能范围变窄。下面，图7示出根据实施方式四的结果。可知在该情况下即使使BX、 BY的任一方变化，也几乎不发生在现有的像散法中成为问题的焦点偏移。从以上的模拟结果来看，确认了实施方式四的效果。 实施方式五在上述各实施方式中，由于具体地示出了焦点误差信号的运算式， 因而针对其实现，考虑了使用适合于装置开发的例如软件等来实现。这 里，示出了使用硬件逻辑电路作为其实现方法的例子。图8是示出本发明的实施方式五的光盘装置的结构的概略图。在该 例中，示出了使用硬件逻辑电路来实现实施方式一的例子，因而对于执 行与示出上述实施方式一的结构的图1相同的功能和动作的部分标注同 一标号，省略其动作说明。并且，为了简单起见，以焦点误差信号的运 算部分为中心进行叙述。从PY运算电路33所输出的PY二 (PA+PB) — (PC+PD)的偏差 量被校正，在A/D转换器130中被转换成数字值，被输入到开关设定值 运算部131。在开关设定值运算部131中，运算与根据PY值所运算的在 实施方式一说明的数式(1)的PXi的系数相当的Ke二&X (PY+VDY) 的绝对值I Ke I和极性，决定与绝对值I Ke I和极性分别对应的设定值 RT1和设定值RT2，分别送出到增益值寄存器132和极性值寄存器133。增益值寄存器132和极性值寄存器133分别保持设定值RT1和设定 值RT2，并送出到开关型可变电阻器134的输入端子CTL1和开关电路 139的输入端子CTL2。开关型可变电阻器134是根据在控制端子CTL1设定的值，可把输 入端子IN与输出端子OUT之间的电阻值切换为N种的电阻值Ri RN 的可变电阻器，通过电阻值为Ro的电阻器135和放大器136的组合来构 成具有Ri/Ro Rw/Ro的N种增益值的放大级。在上述结构中，由于可进行切换设定的增益值被限于N种，因而实
际上从偏差校正电路35所输出的模拟信号的值被开关设定值运算部131设定为上述R,/Ro Rn/Ro的N种增益值中的尽可能接近的增益值所对应 的设定值RT1和设定值RT2。开关电路137切换输出来自由开关型可变电阻器134、电阻值为& 的电阻器135以及放大器136构成的上述放大级的输出信号或GND电平 的某一方，开关电路139根据来自极性值寄存器133的值而选择性地输 出所输入的2种中的任一种。作为把反转电路138配置在开关电路139 的输入端子的一方上的结构，将位于其前级的开关电路137的输出反转 或不反转的信号切换输出。另一方面，PXi运算电路32的输出信号的偏差量被校正，经由电阻 器135被输入到放大器136，按照与设定值RT1 (即，绝对值I Ke I ) 对应的倍率来放大，之后如上所述作为根据设定值RT2(g卩，Ke的极性) 决定了极性的输出信号140来输出。然后，由减法器141生成FESo生成 电路31的输出信号FESo和输出信号140的差分信号，然后上述差分信 号被输入到对焦驱动电路39。对焦驱动电路39为了使上述差分信号维持规定值，输出对焦驱动信 号，以使设置在光学单元13内的二维致动器8驱动，使物镜7沿光轴方 向(z轴方向)移动，以使光束的焦点在光盘6上对焦。放大器136、反转电路138以及减法器141具有涉及正负的输入范 围和输出范围，可对分别具有正负值的信号进行放大或运算。根据图9所示的流程图对以上说明的图8的动作进行说明。假定图9所示的流程图的动作过程从即将进入对焦伺服动作前开 始，按顺序进行说明。当光盘6被插入到光盘装置内时，使开关电路137与GND连接(步 骤Sl)，仅仅从FESo生成电路31所输出的FESo被输入到减法器141。然后，使对焦驱动电路39进行接通动作，由光学单元13使光盘6 开始对焦伺服控制(步骤S2)。此时，对焦驱动电路39将从减法器141 所输出的焦点误差信号FESo以初始决定的伺服增益进行放大，并把该放 大后的信号作为对焦驱动信号来输出，使上述光学单元的二维致动器8 驱动。并且，此时进行对焦伺服控制，以使上述焦点误差信号FESo为零， 而不进行电气的焦点偏差校正。在上述动作后，读取由偏差校正电路35所获得的PY值(步骤S3)， 根据由A/D转换器130转换成数字值的PY值，在开关设定值运算部131 中决定设定值RT1和设定值RT2 (步骤S4)。上述决定的设定值RT1和设定值RT2分别被临时存储在增益值寄存 器132和极性值寄存器133内，之后被送出到开关型可变电阻器134，对 应于设定值RT1来切换开关型可变电阻器134的增益值，同时根据设定 值RT2切换开关电路139 (步骤S5)。之后，使开关电路137与放大器136连接(步骤S6)，使从偏差校 正电路34所输出的P&值的大致Ke倍的输出信号140输入到减法器141。 通过步骤6，从减法器141输出根据FESo-KeXPX!运算的信号，输入 到对焦驱动电路39，因而在该时刻，开始利用焦点误差信号FES二FESo 一KeXPXi的对焦伺服动作。在上述动作完成后，为了在对焦驱动电路39使记录再现信号的质量 (例如，记录再现信号抖动值)为最佳，在对焦驱动电路39的内部对焦 点误差信号FES电气地赋予偏差(步骤S7)，调整对焦偏差。并且，也 可以采取以下措施，即在步骤S7的前面或后面插入将对焦伺服增益调 整到最佳以使伺服动作更稳定的步骤。根据该实施方式五，除了实施方式一的效果以外，由于无需使用乘 法电路，因而可取得能以更简易的电路结构抑制光盘6上的光束的焦点 偏移的效果。在实施方式五中，对实施方式一的例子作了描述，然而即使应用于 实施方式二 四，也能获得相同效果。在该情况下，可以在开关设定值 运算部把要求出的系数Ke适当设定成与各实施方式对应。并且，光学单元13也可以是在实施方式四说明的具有平板型半透半 反镜21的光学单元23。在上述各实施方式中，也可以使用将PX!二 (PA+PD) — (PB+PC) 和PY二 (PA+PB) — (PC+PD)除以由光检测器的4分割受光面所接受 的全部光量(PA + PB + PC + PD)而规范化后的值。在该情况下，由于可 抑制根据全部光量的变化而产生的最佳增益值的变动，因而对于例如反 射率不同的光盘，可使用大致相同的增益值来获得焦点偏移抑制效果。并且，由于(Pa — Pb)、 (Pd — Pc)、以及将它们用光量和规范化后的 (Pa—Pb) / (Pa+Pb)、和(Pd—Pc) / (Pc+Pd)在微小范围内伴随透 镜移动而发生与PXJ目同的变化，因而可分别用来代替PX,。另一方面，由于(Pa—Pd)、 (Pb—Pc)、以及将它们用光量和规范化 后的(Pa—Pd) / (Pa+Pd)、和(Pb—Pc) / (PB+PC)也在微小范围内 伴随透镜移动而发生与PY相同的变化，因而可分别用来代替PY。并且，在光检测器12的xy平面内的调整中，如果使用为了得到PY =—VDY、 PX^—VDx而赋予朝y轴、x轴方向的初始位置偏差的光学单 元，则只需把省略了 DC偏差校正电路的焦点误差检测电路应用于光盘 装置，就能抑制以受光光束的形状失真或者光强度分布的非对称性为主 要原因的焦点偏移、以及在现有的像散法中原理上发生的焦点偏移。并且，本来没有光检测器12的第1分割线Lx与第2分割线Ly的区 别，因此不管受光光束在光检测器12上沿哪个方向移动，都能通过进行 各数式的运算，可靠地去除偏差影响。即，如图2 (c)所示，示出了光 检测器12上的受光光束由于透镜移动而与分割线Lx (也可以是Ly)平 行地移动的例子，然而也可以不与分割线平行。在该情况下，由于缓解 了光学系统的配置制约，因而还具有实现装置小型化的效果。并且，在上述各实施方式中，对光盘装置中的适应例作了说明，然 而只要是由光检测器接受来自对象物的反射光来检测光束相对于对象物 的焦点偏移的结构，则也可以应用于进行光盘以外的对象物的表面形状 或距离测量的光学装置，当然可同样改善焦点偏移的特性。
权利要求
1.一种光学装置，该光学装置具有光学单元和焦点误差检测单元，上述光学单元具有光源，其放射光束；聚光单元，其把上述光束聚光到对象物上；像散附加单元，其对上述光束从上述对象物反射后的返回光束附加像散；以及光检测器，其具有被相互交叉的第1分割线和第2分割线分割成4个的受光区域，在上述受光区域检测由上述像散附加单元附加了像散后的上述返回光束的光量，而将该光量转换成电信号，上述焦点误差检测单元使用对角和差分信号来检测由上述聚光单元聚光的上述光束相对于上述对象物的焦点误差量，该对角和差分信号是将从上述光学单元输出的与由上述4个受光区域所检测出的光量对应的电信号中的相互位于对角位置上的受光区域的信号的相加信号彼此相减而得到的，其特征在于，上述光学装置还具有第1控制信号生成单元，其取得将由上述4个受光区域中的与上述第1分割线相邻的受光区域所检测出的光量分别相加的相加值的差，来检测第1控制信号；以及第2控制信号生成单元，其取得将由上述4个受光区域中的与上述第2分割线相邻的受光区域所检测出的光量分别相加的相加值的差，来检测第2控制信号，上述光学装置利用由附加有上述像散的返回光束的强度分布的非对称引起的偏差量来校正上述第1控制信号或第2控制信号的至少任一方，利用将该校正后的第1控制信号和第2控制信号以及规定的常数相乘所得到的乘积信号来校正上述对角和差分信号。
2. 根据权利要求1所述的光学装置，其特征在于，乘积信号被利用 由光检测器的4个受光区域所接受的光量的合计值规范化。
3. 根据权利要求1所述的光学装置，其特征在于，该光学装置还具 有聚光点光轴方向移动单元，其使由被聚光单元聚光的光束在对象物 上形成的聚光点的焦点位置沿上述光束的光轴方向移动；以及光轴方向 驱动电路，其根据由焦点误差检测单元所检测出的焦点误差量，生成用 于驱动上述聚光点光轴方向移动单元的驱动信号。
4. 根据权利要求1所述的光学装置，其特征在于，该光学装置还具 有聚光点光轴垂直方向移动单元，其使由被聚光单元聚光的光束在对 象物上形成的聚光点的焦点位置沿与上述光束的光轴方向垂直的方向移 动；以及光轴垂直方向驱动电路，其生成用于使上述聚光点的焦点位置 沿与上述光束的光轴方向垂直的方向移动的驱动信号。
5. 根据权利要求4所述的光学装置，其特征在于，该光学装置还具 有位置传感器，该位置传感器检测聚光单元朝与光束的光轴方向垂直的 方向的移动量，第1控制信号或第2控制信号是上述位置传感器的输出 信号。
6. 根据权利要求4所述的光学装置，其特征在于，第l控制信号或 第2控制信号是从光轴垂直方向驱动电路输出的驱动聚光点光轴垂直方 向移动单元的驱动信号。
7. 根据权利要求1所述的光学装置，其特征在于，像散附加单元是 在入射面或射出面的至少一方上具有圆柱面的光学元件。
8. 根据权利要求1所述的光学装置，其特征在于，像散附加单元包括返回光聚光单元，其将返回光束聚光；以及平板型光学元件，其相对于由上述返回光聚光单元所聚光的上述返 回光束的光轴倾斜配置，上述返回光束透射过上述平板型光学元件。
9. 根据权利要求1所述的光学装置，其特征在于，像散附加单元是 在入射面或射出面的至少一方上形成有衍射面的全息光学元件。
10. 根据权利要求1所述的光学装置，其特征在于，光检测器配置 在规定位置上，使得第1控制信号或第2控制信号的偏差量的至少任一方为零。
11. 根据权利要求1所述的光学装置，其特征在于，对应于聚光点 光轴垂直方向移动单元使聚光点在对象物上移动的方向，返回光束在光 检测器上移动的方向与第1分割线和第2分割线都不平行。
12. —种光盘装置，其特征在于，该光盘装置使用对象物是构成为 将信息数据记录在螺旋状或圆形状的信息轨道上或者从上述信息轨道再 现信息数据的光信息记录介质的、权利要求1所述的光学装置，来进行 上述信息数据的记录或再现。
13. 根据权利要求12所述的光盘装置，其特征在于，该光盘装置还具有径向位置控制单元，其在光信息记录介质的半径方向上驱动聚光单元；以及跟踪误差信号检测单元，其生成将由光检测器的各受光区域所接受 的光量组合而生成的跟踪误差信号，第1控制信号或第2控制信号是由上述跟踪误差信号检测单元所生 成的上述跟踪误差信号的偏差值。
14. 根据权利要求13所述的光盘装置，其特征在于，跟踪误差信号 检测单元采用相位差法、推挽法或差动推挽法中的任一种方法来检测跟 踪误差信号。
全文摘要
本发明提供光学装置和使用该光学装置的光盘装置。在基于利用现有的像散法的焦点误差信号的对焦伺服控制中，由于光检测器的受光面上的受光光束的位置偏移、或者因返回光的强度分布的非对称引起的偏差而使焦点误差信号产生误差，存在不能正确地进行对焦伺服动作的课题。本发明利用因返回光的强度分布的非对称引起的偏差来校正根据在光检测器(12)上的切线方向上产生的受光面与受光光束的位置偏移量和物镜(7)的透镜移动量的关系而导出的信号，求出与规定的常数的乘积值，根据从现有的像散法的运算式中减去该运算值所得到的焦点误差信号来进行对焦伺服控制。
文档编号G11B7/135GK101111890SQ200580047610
公开日2008年1月23日 申请日期2005年12月26日 优先权日2005年3月8日
发明者中井贤也 申请人:三菱电机株式会社