光学信息检测方法、光学头以及光盘装置的制作方法

专利名称：光学信息检测方法、光学头以及光盘装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及光盘装置的再生信号的高S/N化。
技术背景实现了使用蓝色半导体激光器和高NA物镜的蓝光盘(Blu-ray Disc(BD))的产品化，光盘的光学系统的分辨率几乎达到极限，面 对进一步的大容量化，多层化被认为今后是有用的。在多层光盘中， 从来自各层的检测光量变成大致相同的必要性出发，不得不使来自特 定的层的反射率变小。可是光盘在大容量化的同时从视频等的复制速 度的高速化的必要性出发，传送速度的高速化也要继续，在这样的状 态下不能充分确保再生信号的S/N比。因而，为了使今后的多层化和 高速化同时进展，检测信号的高S/N化是必须的。例如在专利文献1、专利文献2等中记述了涉及光盘的再生信号 的高S/N化的技术。这些技术的目的都在于，对于光磁盘的再生信号 的高S/N化，通过将来自半导体激光器的光在照射到光盘之前进行分 支，将未照射在光盘上的光与来自光盘的反射光合成并使其干涉，增 大未照射在光盘上的光的光量，由此放大微弱的信号的振幅。在光磁 盘的信号检测中以往使用的偏振光束分离器的透射光和反射光的差 动检测，本质上是使原本的入射偏振光分量和由于光磁盘所导致的偏 振旋转而产生的与入射偏振方向正交的偏振光分量干涉，用入射偏振 光放大正交偏振光分量来进行检测。因而，如果增大原本的入射偏振 光分量则能够增大信号，但为了不擦除或覆盖数据，入射到光盘上的 光强度需要抑制在某一程度或者以下。对此，在上述以往的技术中， 预先分离与信号光干涉的光，不将它会聚在光盘上而和信号光干涉， 从而能够和盘表面的光强度没有关系地增强为了信号放大而干涉的
光的强度。由此，原理上讲在光强度允许的范围中，强度越强，就越 能提高与来自光检测器的光电流进行电压变换的放大器的噪声或在光检测器中产生的散粒噪声等相比的S/N比。在专利文献l中，使2束光干涉而检测干涉强度。此时，将进行 干涉的盘非反射光的光路长设置为可变，确保干涉信号的振幅。在专 利文献2中除了干涉强度检测外，还进行差动检测。由此去除无助于 信号的各光的强度分量，去除这些光具有的噪声分量，以谋求高S/N 化。在这种情况下的差动检测中使用无偏振光的光束分离器。[专利文献1特开平5-342678号公报专利文献2特开平6-223433号公报在上述以往技术中使用的干涉计的光学系统都是马赫-策德尔型 光学系统，光学零件的数量多，不适合光学系统的小型化。对于使用 马赫-策德尔型光学系统的理由，虽然在上述文献中没有详细说明，但 可以推测是因为光磁盘的信号光因偏振旋转而产生，因而为了进行干 涉光的偏振方向的调整，需要将能够执行旋转调整的板在进行干 涉的光路中配置成不是往返、而是只在单程方向上透射.进而作为其 他的问题，可以举出，对2束光的光路差的调整方法没有特别说明， 在实用中困难的问题。在专利文献2中虽然针对该问题说明了将用于 得到干涉光的参照镜设置在盘上并与记录膜分离，但这就提出了新规 格的盘，并不是使现有的盘实现高S/N化。发明内容本发明的第一个目的在于提供一种使2束光的光路差的调整容 易，信号放大效果高，适合于光学系统的小型化的干涉型的光信息信 号的检测方法。本发明的第二个目的在于提供一种具备使2束光的光路差的调 整容易，信号放大效果高，适合于光学系统的小型化的干涉型的光信 息信号的检测系统的光学头.本发明的第三个目的在于提供一种具备使2束光的光路差的调
整容易，信号放大效果高，适合于光学系统的小型化的干涉型的光信 息信号的检测系统的光盘装置。在本发明中，为了实现上述第一个目的使用了以下的方案。(1) 将从光源射出的光束分割为第一光束和第二光束；将第一 光束会聚照射到光信息记录介质上；将从光信息记录介质反射的信号 光引导到四个检测器；将第二光束作为参照光引导到上述四个检测器 而不会聚到光信息记录介质上；在四个检测器上，在信号光和参照光 之间的相位关系相互不同的状态下，使信号光和参照光进行光学干 涉；以及选择性地对来自四个检测器的输出的全部或者一部分进行运 算，从而获得再生信号。通过这样选择性地对4个检测器的输出进行运算，即使在各个检 测器中的光学干涉状态发生了变化，也能够始终最佳地得到与相位匹 配的状态一样的再生信号。(2) 具体地说，参照光和信号光之间的相位关系如下，在第一 检测器上和第二检测器上相差180度，在第三检测器上和第四检测器 上相差180度，在第一检测器上和第三检测器上相差卯度。由此，在360度的相位关系中，能够同时检测各错开90度的4 个相位状态。再生信号因为根据光的相位状态的360度的变化而以正 弦波状变化，所以通过观测相位状态各错开90度的4个信号，可以 利用运算来再现任意的相位状态下的信号状态。即实现任意的相位状 态下的稳定的再生，检测.(3) 作为上述运算进行如下运算将第一检测器和第二检测器 的差动信号的平方、与第三检测器和第四检测器的差动信号的平方相 加，由此，在第一和第二检测器的组及第三和第四检测器的组中相位 错开90度，所以如果前者的差动输出是正弦，则后者的差动输出变 为余弦。因而，通过取两者的平方和，可以得到始终一定的最大输出 信号。(4) 作为另一运算方法进行如下运算对上述运算附加进行平
方根运算，从而得到再生信号。通过这样进行运算，再生信号的线形性增加。即，可以得到与光 源的光输出成比例的再生信号。(5) 作为上述选择性的运算，选择第一检测器和第二检测器的 差动信号、与第三检测器和第四检测器的差动信号之中的任意一个。由此，因为可以选择性地只利用信号品质更好的检测器的信号， 所以具有S/N比提高，进而运算变得简单(不需要平方运算)的优点。(6) 作为另一运算，进行对第一检测器和第二检测器的差动信 号乘以规定的系数a后得到的值、与对第三检测器和第四检测器的差 动信号乘以规定的系数p后得到的值的加法运算。该运算方式因为不进行检测器输出的平方运算，所以信号输出的 稳定度提高。即，因为能够降低激光噪声或介质噪声、放大器噪声等 检测输出波动的影响，所以可以进行高S/N检测。(7) 实际上根据规定期间内的各个检测器输出的平均值，对系 数a和系数p进行可变设定。关于信号光和参照光的相位差，因跟随光信息记录介质的上下振 动的焦点等使会聚透镜(物镜)移动而变化。因此，虽然最佳的系数 a和p变化，但通过进行检测器输出的比较长时间(再生信号检测时 钟的数10倍 数万倍)的平均值运算，可以将a和p跟踪控制在最佳 值。实际上例如，如果假定BD的2倍速的条件，则2x盘具有约 0.2mmpp的面振动、最大加速度是5m/s，在半径58mm的位置上， 假定9.8m/秒的线速度(BD2x)时，最大面振动速度变成23mm/s, 这作为最大相位变化速度是115000*2 /秒。由此，相位变化90度所 需要的最短时间为l/115000/4=2ns。这相当于检测信道时钟周期的约 250倍。因而，只要对在比其还快的时间(信道时钟的IOO倍左右以 上)中的的检测器输出进行平均，求最佳的a或p即可。(8) 在参照光的光路中设置调整参照光和信号光之间的光学 相位差(光路长之差)的单元.由此，能够使参照光和信号光的相位差始终比光源的可干涉距离
还小。例如，当可干涉距离是100jmi的情况下，通过控制为光路长之 差始终小于等于lOOjim，能够可靠地确保干涉性，能够得到本发明的 效果(利用干涉的光信号放大)。(9 )光源的光学可干涉距离比物镜等的将光束会聚到光记录介 质上的单元的可移动距离更长。由此不管物镜的移动如何，都能够始 终确保干涉性，得到本发明的效果(利用干涉的光信号放大)。(10 )光源和将光束会聚到光记录介质中的单元之间的距离固 定，使光源和会聚单元作为一体进行移动，由此可以将参照光和信号 光的相位差处于光学可干涉距离的范围内。由此，能够始终确保干涉 性，得到本发明的效果(利用干涉的光信号放大)。在本发明中，为了实现第二个目的使用了以下的方案。(ll)光学头具有半导体激光器；将来自半导体激光器的光束 分支为第 一光束和第二光束的第 一光学元件；将第 一光束会聚到光信 息记录介质的记录膜面上，并接收反射光的物镜；在第二光束的光路 中设置的参照光束反射单元；第一光检测器；第二光检测器；第三光 检测器；第四光检测器；使合成了由光信息记录介质反射的第一光束 和由参照光束反射单元反射的第二光束的光束分支，入射到第 一光检 测器和第二光检测器的第二光学元件；对于由光信息记录介质反射的第一光束和由参照光束反射单元反射的第二光束，在与第二光学元件 进行的合成相比相位关系相差90度的状态下进行合成，对该合成后 的光束进行分支，入射到第三光检测器和第四光检测器的第三光学元 件；以及用于保持半导体激光器、第一光学元件、物镜、参照光束反 射单元、第一光检测器、第二光检测器、笫三光检测器、第四光检测 器、第二光学元件、以及第三光学元件的框体，第一光束和第二光束之间的相位关系如下在第一检测器上和第 二检测器上相差180度;在第三检测器上和第四检测器上相差180度； 在第一检测器上和笫三检测器上相差90度。由此，在第一、第二、笫三、第四检测器中，对参照光和到达盘 上而反射的信号光进行合成，能够利用干涉效果进行放大而再生，所
以可以提供能够以高S/N检测微小的反射信号的光学头。因为光学头 自身具有信号运算电路，所以从光学头得到的信号和以往大致一样， 能够容易享受本发明的高S/N的效果。
在本发明中，为了实现上述的第三个目的使用了以下的方案。 (12)光盘装置的构成如下具有上述(ll)所述的光学头、控 制部、信号处理部，控制部控制光学头以及物镜的位置、半导体激光 器的发光状态，信号处理部根据来自第一至第四光检测器的输出信号 生成再生信号。
由此，在第一、第二、第三、第四检测器中，对参照光和到达盘 上而反射的信号光进行合成，能够利用千涉效果进行放大而再生，所 以能够以高S/N检测微小的反射信号。即，能够大幅度提高特别是反 射率低且信号量少的多层介质、或宽频带噪声的影响大的高速再生时 的S/N比。
如果釆用本发明，因为2束光的光路差的调整在原理上不需要， 所以能够便宜地提供具备信号放大效果高、适合于光学系统的小型化 的干涉型的光盘信号检测系统的光盘装置。此外，即使有盘抖动等引 起的光路长变动，也能够得到始终稳定、高品质地放大的再生信号。


图1是表示实现本发明的光学信息检测方法的光学系统的例子 的框图。
图2是表示信号光和参照光的偏振方向和检测光的偏振方向的图。
图3是表示本发明的实施例的信号放大模拟结果的图，
图4是表示本发明的相位分集(diversity)检测的原理的图。
图5是表示本发明的实施例的光盘装置的构成例的图。
图6是本发明的另一实施例的光盘装置的构成图.
图7是表示本发明的运算电路的一个实施例的图。
图8是表示利用可干涉距离(相干长度)不同的光源的再生信号
强度的变化的图，(a)是可干涉距离300fim的图，(b)是可干涉 距离100fim的图，(c)是可干涉距离lmm的图。 图9是表示本发明的效果的一例的图。 图IO是表示本发明的信号处理块的构成例的图。 图ll是表示本发明的信号处理块的构成例的图。 (符号说明) 2:再生信号处理块 3:光学头 4:光盘23:地址检测电路 24:解调电路 25:信号处理电路 26:解码电路 27:微处理器 28:激光器驱动器 29:存储器76:自动位置控制单元77:主轴电机79:伺服电路80:放大器81:反馈电阻99:上位装置101:光盘装置框体102:光盘103:主轴电机104:光学头105:半导体激光器106: X/2板107:偏振光束分离器108:准直透镜 109:人/4板 110:物镜 111:准直透镜112: 5J4板114:参照光束反射单元115: X/2板116:偏振光束分离器117:第一光检测器118:第二光检测器119:第三光检测器120:第四光检测器121:调焦致动器122:跟踪致动器210、 211、 212: AD变换电路221、 222、 223、 224:平方运算器230、 231:加法器240:平方根运算电路251:电压控制发送器252:相位比较器253:滤波器254: 2值化电路261、 262:积分器270:系数计算运算控制块271、 272:系数保持电路281、 282:乘法电路291:比较器292:选择器293、 294:低通滤波器
301:半导体激光器
311:物镜
312:准直透镜
313:准直透镜
321:X/2板
322、323: X/4板
324:X/2板
325:
326:X/2板
331:参照光束反射单元
341:偏振光束分离器
342:光束分离器
343、344:偏振光束分离器
345:伺服光用光束分离器
361:第一光检测器
362:第二光检测器
363:第三光检测器
364:第四光检测器
365:伺服用检测器
371:调焦致动器
372:光路长可变单元
381:差动电路
382:差动电路
具体实施例方式
以下，使用实施例说明本发明的实施方式。实施例1]
图l是表示实现本发明的光信号检测方法的光学系统的框图.从
激光器301射出的光通过透射第一 3i/2板321,使得偏振方向旋转45
度。偏振旋转后的光用笫一偏振光束分离器341分离成正交的2个直 线偏振光， 一个偏振光的光(再生光)被反射而透射第一X/4板322， 由此变换为圆偏振光，之后用物镜311会聚并照射在光盘4上，来自 用主轴电机77旋转的光盘4的反射光(以后，称为信号光)用物镜 311再次变回平行光，在第一 k/4板322上变回直线偏振光，但由于 在盘面上的反射，圆偏振光的旋转方向反转，所以直线偏振光的方向 和原本的光正交。因此，信号光透射第一偏振光束分离器341，朝向 光束分离器342的方向。最初透射了第 一偏振光束分离器341的偏振 方向的光(以后，称为参照光)透射笫二X/4板323而变换为圆偏振 光，用参照光束反射单元331反射，和信号光一样用第二X/4板323 变换为与原本的参照光正交的直线偏振光。因此，这次用笫一偏振光 束分离器341反射，和信号光进行合成并朝向光束分离器342的方向 此时，信号光和参照光在偏振方向相互正交的状态下进行合成。合成光的一方透射作为半透半反镜(又称半透镜)的光束分离器 342，利用第二X/2板324，使偏振方向旋转45度后，用偏振光束分 离器343分离成正交的直线偏振光，用第一检测器361 (PD1)和第 二光检测器262( PD2 )进行检测。图2是表示此时用2个检测器PD1、 PD2检测出的光的偏振光分量P、 S与信号光的偏振方向(Esig)及参 照光的偏振方向(Eref)的关系的图。在检测器PD1中检测出P偏振光即Eref和Esig的P偏振方向的投影分量，在PD2中检测出S偏振光 即Ew和Esig的S偏振方向的投影分量。在S偏振方向的投影分量中， 在该图中，通过使Eref的符号反转能够看到。如果用式子表示用检测器PD1、检测器PD2检测的信号，则分别如下。[公式1<formula>formula see original document page 16</formula>(1)<formula>formula see original document page 16</formula>(2)
在此，变成绝对值的平方是因为检测的是光能的缘故。在此，为 了简单而假设Ew和Esig是完全相干。
该合成光的另 一方在作为半透半反镜的光束分离器342上反射， 在用第三1/4板325在信号光和参照光之间给予90度的相位差后，用 第三1/2板326将偏振方向旋转45度，用光束分离器344分离成正交 的直线偏振光，用第三检测器363 ( PD3 )和第四光检测器364 ( PD4 ) 进行检测。此时，用2个检测器PD3、 PD4检测的光的偏振光分量P、 S与信号光的偏振方向(Esig)以及参照光的偏振方向(Eref)的关系 也同样用图2表示，但在Ew和E^之间有90度的相位差这一点与 PD1和PD2的例子不同。如果用式子表示用检测器PD3、检测器PD4 检测的信号，则分别如下。
[公式2<formula>formula see original document page 17</formula>
式中的(l+i) 、 ( l-i)表示用1/4板使Esig、 Eref带有±45度(90 度的差)的相位差。
这样，在各个检测器检测的信号中，含有与光盘上的信息无关系 的分量，e/f，所以如果在PD1和PD2、 PD3和PD4中分别取差动信
号，则变成下式。 [公式3
<formula>formula see original document page 17</formula>
得到信号光振幅强度和参照光振幅强度的积形式的信号。这表示 如果增大参照光的强度则能够得到大的信号输出.即表示能够放大信
号光的强度。在此，在式(5)以及式(6)中sin、 cos作为系数附带，它表示 信号光和参照光之间的相位差。可是参照光和信号光通过不同的光 路，与盘的旋转相一致地通过聚焦伺服使物镜311进行上下跟踪，所 以信号光的光路长不断变化。因而，式(5)以及式(6)的相位项不 确定，用该方式得到的信号变化大。因而在本实施例中，着眼于式(5)是sine，式(6)是cosine, 如以下那样进行两者的平方和的平方根运算而得到信号。[公式4=|￡H …( )通过这样进行运算，即使在信号光和参照光的相位变化时，也能 够稳定而可靠地得到一定的信号。用以往的光盘信号检测方法得到的信号因为简单地是^/g|2，所以信号变成下式，公式5可知放大参照光和信号光的振幅强度比大小。如上所述，在多层盘中反射率低到5%左右，信号光量少成为问题。本实施例的参照光因为用反射率大致是100%的参照光束反射单元进行反射，所以能量强度相对信号光约为20倍。因而，可知在本实施例中得到的信号被放大到V^倍，即约4.5倍。在此作为参照光束反射单元使用了角型棱镜(corner prism),防止反射光束的反射角度偏离。当然也可以使用通常的反射镜、或组合了反射镜和透镜的单元.图3是在输出信号|五^|2的以往的检测方式、只使用PD1和PD2而将Sigl作为输出的零差检测方式、以及本发明的方式(零差.分集 检测)中，对再生信号振幅进行比较并表示的图。横轴是信号光和参 照光之间的相位差，纵轴是和以往方式进行比较的再生信号振幅。困 中的5%以及20%表示介质的反射率.可知即使在只用PD1和PD2
而将Sigl作为输出的零差检测方式中，与以往相比也能够增大信号 量，但信号光和参照光的相位差变化了波长的1/10左右，信号振幅有大的劣化，但在本发明的方式的情况下，与信号光和参照光的相位差 无关而能够始终得到大的再生信号振幅。[实施例2在实施例1中，假设了信号光和参照光完全相干，但在通常的半 导体激光器中共振器长度短，相干长度(光可干涉距离)不太长。图 8是表示在实施例1的构成中使用了通常的蓝色光半导体激光器(LD) 时的再生信号强度的变化的图。为了对盘抖动进行跟踪聚焦，物镜311 上下移动，信号光的光路长变化。但是因为参照光的光路长没有变化， 所以在参照光和信号光之间产生光路长之差。该光路长之差如果比 LD的可干涉距离还大，则不能得到式(7)的输出。通常不完全相干 状态下的输出是在式(7)上乘以相干度(可干涉度)。相干度在完 全相干状态下是l，即100%，在非相干状态下是0。图8U)是通常的再生状态，即在(高频重叠的调制度约350%， LD输出2mW)下的再生的例子。本实施例中的去程光学系统的光利 用效率是约60%，如果考虑用第一偏振光束分离器分离为1/2，则照 射在盘膜面上的光的光量相当于约0.6mW。因盘抖动的原因再生信号 强度降低约20%。因为这里使用的盘的抖动量是约0.2mmpp，所以 光路长从最佳状态偏离约100nm，因而相干度降低约20%，表示只能 得到最佳时的80%左右的信号输出。图8 (b)是将高频重叠的调制 度设置为约2倍时的例子。在该例子中，可知因盘的抖动，再生信号 强度降低到1/2~1/4。图8 (c)是为了解决该问题，将高频重叠设置 成关闭(off)的例子。通常，如果不使用高频重叠，则LD的振荡状 态不稳定，噪声增大。因而，在本例中，通过增大LD的功率来抑制 了噪声的发生。具体地说，通过调整第一5i/2板321的角度，使信号 光减少，使参照光增大。由此，可以使LD功率增大信号光的减少量。 为了防止由记录信息的再生光产生的破坏，将再生光的强度保持为一 定.在该例子中，将再生光和参照光之比设置为1:3.由此LD功率
设置成4mW。因为盘膜面功率在本例子中也是0.6mW，所以信号光 量和图8(a) (b)—样，但参照光的强度是约3倍，所以再生信号 强度也同时增大到J倍。通过这样使用本实施例的光信号检测方式，可以增大再生信号强度。[实施例3在实施例1以及2中，通过式(7)的运算得到了再生信号，但 不进行平方根运算也能够得到再生信号。即，将(Sigl) 2+(Sig2) 2=|￡^2，一2作为信号使用。在这种运算中，因为不需要平方根运算所以电路构成变得简单，此外，具有信号光的能量和再生输出成比例的优点。在以往的光信号检测方式中， 再生信号输出也和|&一2成比例，所以在本实施例的方式中，具有容易使用和以往一样的信号处理方式的优点。实施例4图5是表示本发明的光盘装置的一个实施例的框图。从搭载在光 学头3上的波长405nm的蓝色半导体激光器301射出的光通过透射第 一 板321而使偏振方向旋转45度。偏振旋转后的光用第一偏振光 束分离器341分离成正交的2束直线偏振光， 一束偏振光的光(再生 光)被反射，用第一准直透镜312准直为平行光，在通过透射第一X74 板322而变换为圃偏振光后，用NA0.85的物镜311会聚，照射在光 盘4上。来自光盘4的反射光(以后，称为信号光)用物镜311再次 变回平行光，用第一k/4板322变回直线偏振光，但因为在盘面上的 反射，圆偏振光的旋转方向反转，所以直线偏振光的方向和原本的光 正交。因此，信号光透射第一偏振光束分离器341，朝向光束分离器 342的方向.最初透射了第 一偏振光束分离器341的偏振方向的光(以 后，称为参照光)在用第二准直透镜313成为平行光后，透射第二3t/4 板323变换为圃偏振光，用参照光束反射单元331反射，和信号光一 样用第二 X/4板323变换为和原本的参照光正交的直线偏振光，因此， 这次用第一偏振光束分离器341反射，和信号光合成后朝向光束分离 器342的方向。此时，信号光和参照光在偏振方向相互正交的状态下 进行合成。合成光的一部分用伺服用光束分离器345向伺服检测器365引 导，引导到生成聚焦和跟踪等的伺服信号的伺服电路79。透射了伺服用光束分离器345后的合成光的一方透射作为半透 半反镜的光束分离器342，在用第二 X72板324将偏振方向旋转45度 后，用偏振光束分离器343分离成正交的直线偏振光，用第一检测器 361 (PD1)和第二光检测器262 (PD2)进行检测。此时得到的信号 和实施例l一样，用PD1、 PD2检测用式(1) (2)表示的信号。将 PD1、 PD2的输出输入到差动电路381中并生成差动信号Sigl。合成光的另一方在作为半透半反镜的光束分离器342上反射，用 相对信号光以及参照光的偏振方向旋转45度而配置的第三3i/4板325 变换为圃偏振光。此时因为信号光和参照光的原本的偏振方向相差90 度，所以变化为旋转方向相反的圆偏振光。该圆偏振光用偏振光束分 离器344分离成正交的直线偏振光，用第三检测器363 (PD3)和第 四光检测器364 (PD4)检测。将PD3、 PD4的输出输入到差动电路 382中并生成差动信号Sig2。得到PD3、 PD4的部分的光学元件的配 置和上述实施例1中的配置不同，但作为结果得到的信号和实施例1 相同，用PD3、 PD4检测用式(3)、式(4)表示的信号。将这样生成的差动信号Sigl和Sig2输入到再生块2中的信号处 理电路25中。在此，信号处理电路25在进行输入的时候，进行Sigl 和Sig2的采样并进行数字化，通过数字运算进行以后的处理。即，通 过数字运算进行实施例1的式(7)的处理。图10(a)表示信号处理电路25的电路块的构成的具体例。Sigl 和Sig2用AD变换电路211、 212进行数字化，在用平方运算器221、 222进行了平方运算后，用加法器230进行加法运算，其后，用平方 根电路240进行平方根运算，得到数字信号输出S。用相位比较器252 对加法器230的输出和电压控制可变频率发送器(VCO) 251的输出 进行相位比较，用低通滤波器(LPF) 253对相位比较器的输出进行
平均化，并向VCO的控制输入进行反馈，由此生成AD变换器的采 样的定时。即，得到用由相位比较器252、 VC0251、 LPF253构成的 PLL (Phase-locked loop,锁相环)电路进行了相位控制的时钟输出 (CK)，控制AD变换的定时。通过式(7)的运算生成的再生信号S在进行适当的数字均衡处 理后，输入到解调电路24或地址检测电路23，作为用户数据由解码 电路26发送到存储器29或微处理器27。微处理器根据来自上位装置 99的指示，控制任意的伺服电路79或自动位置控制单元76，使光点 37位于任意的地址。微处理器27根据来自上位装置的指示是再生还 是记录来控制激光器驱动器28，用适当的功率/波形使激光器301发 光，伺服电路79在根据伺服信号控制调焦致动器371的同时，控制 光路差调整单元372，与信号光的光路长伴随物镜311的移动的变化 相一致，用光路差调整单元372控制参照光束反射单元331的位置， 使得参照光和信号光的光路长之差始终小于等于20nm。 20nm这一距 离与在本实施例中使用的蓝色半导体激光器301的可干涉距离(相干 长度)70jun相比充分小，参照光和信号光始终保持在大致完全相干 的状态。在本实施例中作为记录介质，对于记录层数是1层~6层的6种 盘试验了记录再生，记录介质直径是120mm，具有最大100nm的覆 盖层厚度，是每一层盘上是记录容量为25GB的追记型(WO型)盘。 覆盖层厚度是层数越多越薄，在6层的情况下，覆盖层厚度是约50nm， 层的间隔是约10jim。图9表示对于这样的盘进行了记录再生时的再 生信号品质(跳动)和盘的反射率。盘的反射率是层数越多越低。在 以往的光盘装置中，随着反射率的降低，跳动急剧上升，在4层及以 上处于不能正确再生数据的状况，但通过使用本实施例的装置，即使 层数增加，反射率降低，再生跳动也保持在约7.5%以下的良好状态， 即使是各层的反射率是2%左右的6层盘也能够实现高品质的读写。如在实施例1中说明的那样，信号被放大参照光和信号光的振幅 强度比大小。在本例子中因为记录层的反射率是2%左右，所以用反射率大致是100%的参照光束反射单元得到的参照信号光相对于信号 光具有约50倍的能量强度。因而，可知在本实施例中将得到的信号 放大到V^倍，即约7倍。即，实现和在以往例子中的2°/<^7=14%的 反射率的盘同等的再生性能。能够在该多层盘上进行良好再生的原因当然主要是因为在实施 例1中说明的再生信号振幅的放大效果。此外，具有层间串扰的降低 效果也是能够进行良好的记录再生的原因之一。在本发明中，虽然通 过使参照光和信号光干涉来得到信号放大效果，但来自未聚焦的层的 反射光因为检测器上的波阵面或点直径与参照光不同，所以不能得到 充分的干涉放大效果。因此，来自其他层的串扰信号几乎不被放大， 从而相对地使串扰降低自身信号被放大的大小。在此，实际上因为在 本实施例的多层介质的全部层上进行稳定的记录再生，所以需要与覆 盖层厚度的变化对应地控制球面像差，也内置于本实施例的装置(光 学头)内，但是因为和本发明的本质性效果没有关系，所以在图5中 未图示，说明也省略。实施例5在实施例4中作为信号处理块使用了图10(a)所示的电路构成， 但在本实施例中，使用了图10 (b)所示的电路构成。在本例子中， 在数字化(AD变换)之前，用模拟平方运算器223、 224以及加法器 231将实施例3所示的信号S= ( Sigl) 2+ ( Sigl) 2,/g|2 卩作为模拟信号得到。在该例子中，得到的模拟信号因为和在以往的光 盘装置中得到的再生信号相同(但是高S/N),所以，在本实施例中， 在以往的光盘装置的信号处理电路部的前级配置本信号处理部。在实 施例4的例子中，需要最低搭栽2个高速的A/D变换电路，但在本例 子中，高速的A/D变换电路和以往的光盘的数字信号处理电路一样， 有一个即可.因此，可以抑制成本的上升，该信号处理部还可以搭栽 在光学头3上.这种情况下，包含有信号处理部的光盘装置一侧的控 制电路可以使用和以往一样的电路. [实施例6在以上的实施例中，是从4个检测器的信号通过平方和运算得到 了信号，但通常在平方和运算中在原本的信号有变动的情况下，该变 动有被扩大的趋势。当光路长之差有了变动的情况下，如图4所示各 检测器中的再生输出有变动。这是由于式(1) ~式(4)的三角函数 的系数，即，信号光和参照光的干涉状态改变的缘故。但是，如上述 实施例那样，如果用参照光和信号光的相位差相差90度的4个检测 器检测信号，则可以用任一个检测器得到比较大的输出信号。因而， 在本实施例中，采用在式(5)和式(6)的差动运算信号(Sigl， Sig2) 上乘以系数，并进行加法运算而得到信号输出的方式。即，用式(9) 得到再生信号。系数《、 p用式(10) 、 (11)的运算求得。公式65<formula>formula see original document page 24</formula>在此，上线表示平均值，即从数10纳秒到数100微秒内对图5 的二个差动输出Sigl以及Sig2进行平均化，使用该平均输出，用式(10) (ll)求出系数，在乘法器中设定，用式(9)的系数加法运 算得到最终的信号输出。因为对式(10 )(11 )的分母标准化为a2+p2=l， 原理上(如果没有噪声)分母始终应该是一定值，即使代替式(10)(11) 简单地将Sigl的平均值设置为a，将Sig2的平均值设置为p, 也能够得到大致同样的效果，图11 (a)表示实现本实施例之信号处理的信号处理部的框图。 差动信号Sigl、 Sig2用AD变换器211、 212进行数字化，将数字输 出输入到2个积分器261、 262中进行平均化。系数计算块270使用 通过积分器平均化后的值并按照式(10) (11)计算系数a以及p， 分别设置在系数保持电路(寄存器)271以及272中。用乘法电路281 以及282进行了系数相乘的2个数字化信号用加法器230相加，得到 依据式(9)的数字信号输出S。用于数字化的定时和图10 (a)的例 子一样，通过以加法器230的输出为基础，用由相位比较器252、 VC0251、 LPF253构成的PLL ( Phase-locked loop )电路进行了相位 控制的时钟输出(CK)得到，这里在积分器261、 262中的平均时间可以相对于信号取入频率 (采样速率)或者信道时钟频率设置为数十倍及以上的长度。例如在 100倍的情况下，与直接的平方和运算的情况相比，将由信号变动引 起的系数波动的影响抑制在1/VT^，即1/10。但是系数需要根据光路 长的变动而变化。从噪声抑制的观点出发，虽然长时间平均较好，但 信号光和参照光的相位差由于跟踪光信息记录介质的上下振动的聚 焦等而按照会聚透镜(物镜)的移动变化，与该变化对应地，需要将 a和p跟踪控制在最佳值。例如，假定BD ( Blu-ray盘)2倍速度的 条件。盘具有约0.2mmpp的面振动、最大加速度是5m/s，在半径58mm 的位置上，假定9.8m/秒的线速度(BD2x)时，则最大面振动速度为 23mm/s，这作为最大相位变化速度变成115000*2兀/秒。由此，相位变 化90度所需要的最短时间为l/115000/4=2jis。这相当于检测信道时钟 周期的约250倍。因而，如果对在比其短的时间(信道时钟的100倍 左右及以上)内的检测器输出进行平均，求最佳的a和p，则能够跟 踪光路长的变化，检测噪声的影响也能够充分降低。在本实施例中，虽然使用信号的平均输出得到了可变系数，但如 图11 (b)所示，用比较器291对利用低通滤波器293、 294得到的 Sigl和Sig2的平均输出的大小进行比较，以比较结果为基础用选择 器292选择较大的信号，在AD变换电路210中进行数字化，通过进 行这种构成的信号处理，也能够得到本发明的效果，这种情况下，虽 然有时因光路长的变动而使信号输出最大降低30%，但尽管如此，与 以往的再生方法相比，因为能够得到充分大的信号增大效果，所以能 够和前面的实施例一样得到本发明的效果.[实施例7
在实施例4中，示出用单纯的差动电路实现检测器输出间的差动 运算的例子，但实际上光检测器各自附带电流电压(IV )变换放大器， 通常使用来自和IV放大器成为一体的检测器(OEIC )的电输出信号。 但是，IV变换电路自身成为噪声的发生源。这是由于内置于放大器中 的反馈电阻的热噪声而产生，热噪声由电阻值唯一决定。因而，如本 发明所示，增加检测器的数量也导致放大器噪声的增大。因而，作为 抑制放大器噪声的增大的差动检测方法，有使用图7所记载的电路构 成的方法。该方法是直接连结检测器PD1、 PD2,将IV放大器80连 接在PD1和PD2的连接点上的方法，因为能够对2个检测器用1个 放大器得到差动信号，所以原理上可以降低3dB的噪声。此外，因为 在放大器的输入级差动运算已经结束，所以去除DC分量而不会使放 大器饱和，可以进行高增益的IV变换。即，可以增大反馈电阻81。 因为热噪声与反馈电阻81的平方根成比例，输出与反馈电阻81成比 例，所以输出/噪声比与反馈电阻81的平方根成比例地增大。即，可 以得到高的S/N。[实施例8作为本发明的另一实施例，示出应用于使包含有物镜的全部的光 学系统作为一体移动、进行聚焦或跟踪控制的一体型光学头的例子。 在图6中，在光盘装置框体101中，配置有光盘102、主轴电机103、 对光盘102进行信息的记录再生的光学头装置104。光学头装置104 通过调焦致动器121、跟踪致动器122,分别可以在向光盘会聚的光 轴方向、盘的半径方向上移动。在光学头装置104中有半导体激光器 105，射出的光用V2板106使偏振方向旋转，入射到偏振光束分离器 107。偏振光束分离器107反射S偏振光分量，使P偏振光分量透射。 反射的S偏振光分量用准直透镜108形成平行光，用X/4板109变换 为圃偏振光，用物镜110会聚在光盘上的记录膜上。反射的光再次入 射到物镜110，在再次透射3J4板109时，变换为偏振方向和入射时 相比旋转90度的直线偏振光，透射偏振光束分离器107.另一方面， 最初透射偏振光束分离器107的P偏振光分量用第二准直透镜111形
成平行光，用第二X/4板112形成圆偏振光，用参照光束反射单元114 反射，再次入射到1/4板112变换为和最初入射的光相比偏振方向旋 转了90度的直线偏振光，在偏振光束分离器107上反射。通过这些过程，合成来自光盘102的反射返回光和来自参照光束 反射单元114的反射返回光，入射到第二 板115，使各个光的直 线偏振方向旋转45度，入射到第二偏振光束分离器116，使相对第二 偏振光束分离器的分离面的P偏振光分量的光透射而入射到第 一光检 测器117，使S偏振光分量的光反射而入射到第二光检测器118。虽 然在图中省略，但和图1 一样，通过在信号光和参照光之间加入90 度的相位差的光学元件，合成光还被导向第三光检测器119和笫四光 检测器120。在本例中，光检测器117、 118、 119、 120具有被分割成伺服信 号取得用的受光部，通过这些输出信号的运算得到伺服信号。焦点误 差检测中使用光点大小法，跟踪检测中使用推挽法。对焦点误差信号 和跟踪误差信号分别进行放大而反馈到图中的调焦致动器121和跟踪 致动器122，进行闭环控制。再生信号RFS基本上使用检测器117-120 的总光量信号IPD广IPD4，和实施例l一样使用式(7)。在本例子中，因为全部的光学系统被一体地驱动，所以即使盘进 行上下运动的情况下信号光的光路长也不变化。即，如果预先设计成 参照光和信号光的光路长相等，则参照光和信号光的相位关系大致保 持一定。实际上，如果考虑因温度变化引起的光路长变化、盘的覆盖 厚度或折射率的变动、初始调整偏差的补偿等，则在波长级别上相位 差变动，但是，通过采用式(7)的信号取得方式，不取决于相位变 动而能够始终得到稳定的信号输出。这样，如果采用本发明，则通过使比信号光强的参照光与信号光 干涉，能够实现高S/N化，可以应对光盘的多层化和高速化。在以上的实施例中，示出了分割单一光源的光来使用的例子，但 代替分割单一光源的光来使用，还可以使用具有比在相当于再生信号 的数据取入间隔的时间内光在真空中前进的距离还长的光可干涉距
离的2个光源所射出的第一和第二光束。这种情况下，需要2个光源 的波长大致一致，但因为在再生信号的数据取入期间，光的干涉状态 大致是一定的，所以同样能够得到至此为止说明过的本发明的效果。 此外，本发明中的光学系统并不限于以上所示的实施例(图l， 图5，图6)。例如作为用于得到各相差卯度的4个相位差状态的信 号输出的光学元件，除了使用了 X/2板324、 326或3i/4板325的光学 系统外，通过使用偏振控制棱镜或偏振性衍射光学元件、纳米光学 (nano-photonic )材料等复合光学功能元件也可以实现。无论如何， 通过构成能够得到信号光和干涉光的相位差状态不同的至少4个状态 的信号输出的光学系统，并进行信号的运算/选择，都能够得到本发明 的效果。利用本发明，可以实现光盘的再生信号的高S/N化，并能够实现 多层光盘或高传送速度的光盘装置。
权利要求
1. 一种光学信息检测方法，其特征在于 将从光源射出的光束分割为第一光束和第二光束； 将上述第一光束会聚照射到光信息记录介质上； 将从上述光信息记录介质反射的信号光引导到四个检测器； 将上述第二光束作为参照光引导到上述四个检测器而不会聚到上述光信息记录介质上；在上述四个检测器上，在上述信号光和上述参照光之间的相位关 系相互不同的状态下，使上述信号光和上述参照光进行光学千涉；以 及选择性地对来自上述四个检测器的输出的全部或者一部分进行 运算，从而获得再生信号。
2. 根据权利要求l所述的光学信息检测方法，其特征在于 上述参照光和上述信号光之间的相位关系如下在第一检测器上和第二检测器上相差180度；在第三检测器上和第四检测器上相差180 度；在上述第一检测器上和上述第三检测器上相差90度。
3. 根据权利要求2所述的光学信息检测方法，其特征在于 上述运算包含如下运算将上述第 一检测器和上述笫二检测器的差动信号的平方、与上述第三检测器和上述第四检测器的差动信号的 平方相加。
4. 根据权利要求3所述的光学信息检测方法，其特征在于 对上述相加的结果附加进行平方根运算，从而获得再生信号。
5. 根据权利要求2所述的光学信息检测方法，其特征在于 上述选择性的运算是选择上述第 一检测器和上述第二检测器的差动信号、与上述第三检测器和上述第四检测器的差动信号之中的任 一个.
6. 根据权利要求2所述的光学信息检测方法，其特征在于 上述选择性的运算是使上述第 一检测器和上述第二检测器的差动信号乘以规定的系数a后得到的值、与使上述第三检测器和上述第 四检测器的差动信号乘以规定的系数p后得到的值的加法运算。
7. 根据权利要求6所述的光学信息检测方法，其特征在于 根据规定期间内的各个检测器输出的平均值，对上述系数a以及系数P进行可变设定。
8. 根据权利要求l所述的光学信息检测方法，其特征在于 在上述参照光的光路中设置调整上述参照光和上述信号光之间的光学相位差、即光路长之差的单元。
9. 根据权利要求l所述的光学信息检测方法，其特征在于 上述光源的光学可干涉距离比将上述第 一光束会聚到上述光记录介质中的单元的可动距离长。
10. 根据权利要求l所述的光学信息检测方法，其特征在于 上述光源和将上述第一光束会聚到上述光记录介质中的会聚单元之间的距离固定，使上述光源和上述会聚单元作为一体进行移动， 由此调整上述第一光束在上述光信息记录介质上的会聚状态。
11. 一种光学头，其特征在于，具有 半导体激光器；将来自上述半导体激光器的光束分支为第一光束和第二光束的 第一光学元件；将上述第一光束会聚到光信息记录介质的记录膜面上，并接收反 射光的物镜；在上述第二光束的光路中设置的参照光束反射单元；第一光检测器；第二光检测器；第三光检测器；第四光检测器；使合成了由上述光信息记录介质反射的上述第一光束和由上述 参照光束反射单元反射的上述笫二光束的光束分支，入射到上述第一 光检测器和上述笫二光检测器的第二光学元件；对于由上述光信息记录介质反射的上述第一光束和由上述参照 光束反射单元反射的上述第二光束，在与上述第二光学元件进行的合成相比相位关系相差90度的状态下进行合成，对该合成后的光束进 行分支，入射到上述第三光检测器和上述第四光检测器的第三光学元 件；以及用于保持上述半导体激光器、上述第一光学元件、上述物镜、上 述参照光束反射单元、上述第一光检测器、上述第二光检测器、上述 第三光检测器、上述第四光检测器、上述第二光学元件、以及上述第 三光学元件的框体，上述第一光束和上述第二光束之间的相位关系如下在上述第一 检测器上和上述第二检测器上相差180度；在上述第三检测器上和上 述第四检测器上相差180度；在上述第一检测器上和上述第三检测器 上相差90度。
12. 根据权利要求ll所述的光学头，其特征在于，具有 生成上述第一检测器的输出与上述第二检测器的输出的差信号的电路；以及生成上述第三检测器的输出与上述第四检测器的输出的差信号 的电路。
13. 根据权利要求ll所述的光学头，其特征在于，具有 使上述参照光束反射单元移动，从而调整上述第二光束的光路长的单元。
14. 根据权利要求ll所述的光学头，其特征在于 上述物镜固定在上述框体中，并且具有在上述物镜的光轴方向上驱动上述框体的致动器。
15. —种光盘装置，其特征在于 具有光学头、控制部、信号处理部， 上述光学头具有 半导体激光器；将来自上述半导体激光器的光束分支为第一光束和第二光束的第一光学元件；将上述第 一光束会聚到光信息记录介质的记录膜面上，并接收反 射光的物镜；在上述第二光束的光路中设置的参照光束反射单元；第一光检测器；第二光检测器；第三光检测器；第四光检测器；使合成了由上述光信息记录介质反射的上述第一光束和由上述 参照光束反射单元反射的上述第二光束的光束分支，入射到上述第一 光检测器和上述第二光检测器的第二光学元件；对于由上述光信息记录介质反射的上述第一光束和由上述参照 光束反射单元反射的上述第二光束，在与上述第二光学元件进行的合 成相比相位关系相差90度的状态下进行合成，对该合成后的光束进 行分支，入射到上述第三光检测器和上述第四光检测器的第三光学元 件；以及用于保持上述半导体激光器、上述第一光学元件、上述物镜、上 述参照光束反射单元、上述第一光检测器、上述第二光检测器、上述 第三光检测器、上述第四光检测器、上述笫二光学元件、以及上述第 三光学元件的框体，上述控制部控制上述光学头以及上述物镜的位置和上述半导体 激光器的发光状态，上述信号处理部根据来自上述第一至第四光检测器的输出信号 生成再生信号，上述第一光束和上述第二光束之间的相位关系如下在上述笫一 检测器上和上述第二检测器上相差180度；在上述笫三检测器上和上 述第四检测器上相差180度；在上述第一检测器上和上述第三检测器 上相差90度，
16.根据权利要求15所述的光盘装置，其特征在于上述信号处理部进行如下运算将上述第一检测器和上述第二检 测器的差动信号的平方、与上述第三检测器和上述第四检测器的差动 信号的平方相加。
17. 根据权利要求15所述的光盘装置，其特征在于 上述信号处理部进行如下处理计算使上述第一检测器和上述第二检测器的差动信号的平方、与上述第三检测器和上述第四检测器的 差动信号的平方相加后的结果的平方根。
18. 根据权利要求15所述的光盘装置，其特征在于 上述信号处理部进行如下处理选择上述第一检测器和上述第二检测器的差动信号、与上述第三检测器和上述第四检测器的差动信号 之中的任一个。
19. 根据权利要求15所述的光盘装置，其特征在于 上述信号处理部进行使上述第 一检测器和上述第二检测器的差动信号乘以系数a后得到的值、与使上述第三检测器和上述第四检测 器的差动信号乘以系数p后得到的值的加法运算，其中对于上述系数 a，根据规定期间内的该信号的平均值进行可变设定；对于上述系数p， 根据上述规定期间内的该信号的平均值进行可变设定。
20. 根据权利要求15所述的光盘装置，其特征在于，具有 使上述参照光束反射单元移动，从而调整上述第二光束的光路长的单元。
21. 根据权利要求15所述的光盘装置，其特征在于 上述物镜固定在上述框体中，并且具有在上述物镜的光轴方向上驱动上述框体的致动器。
全文摘要
本发明提供一种光学信息检测方法、光学头以及光盘装置。在多层光盘·高速光盘中，因为有效的介质反射率低、读出时间短，所以每单位时间的再生光量显著下降，再生信号品质(S/N)大幅度降低。为了解决上述问题，使从光盘反射的反射信号光和从同一光源分支且未照射在光盘上而导入到检测器的参照光在检测器上进行干涉。此时，通过同时得到参照光和信号光的相位关系各相差90度的4种干涉状态的检测器输出并进行运算，即使有因盘抖动引起的光路长变动，也能够得到始终稳定且经过高品质放大的再生信号。
文档编号G11B7/13GK101145358SQ200710154218
公开日2008年3月19日 申请日期2007年9月11日 优先权日2006年9月11日
发明者三上秀治, 宮本治一, 岛野健 申请人:株式会社日立制作所