CN1146886C - 将信息记录在记录介质上或从其上重放该信息的装置和方法 - Google Patents

Abstract

激光二极管通过光栅、分光器和物镜，将激光束投射在小型光盘上。被小型光盘反射的激光束通过物镜和分光器投射在光敏二极管上。物镜具有0.6的大的数值孔径，以便能够重放衬底薄且以高密度录有信息的数字视频光盘。为了避免光敏二极管受到物镜数值孔径大而引起的象差的影响，光敏二极管具有较小的光敏检测单元，其归一化检测器尺寸在3μm至16μm的范围内，以便仅仅检测数值孔径达0.3的返回光，而不检测数值孔径较大的光。

Description

将信息记录在记录介质上或从其上 重放该信息的装置和方法

技术领域

本发明涉及将信息记录在记录介质上或从其上重放信息的装置和方法，更具体地说，涉及将信息记录在多种具有不同衬底厚度的园盘形记录介质上或从其中重放信息的装置和方法。

背景技术

小型光盘(CD)已经被广泛地用作记录介质，所记录的信息用光重放出来。近年来，一种被称为数字视频光盘(DVD)的新型记录介质已经用来以数字方式记录较长时间的视频影象。

为了从光学记录介质中读出所记录的数字信息，令一激光束投射在光学记录介质上，检测从光学记录介质反射回来的光，再将该反射光的强度转变成二进制数据。

附图1表示CD用的光学读出装置。如图1所示，激光二极管(LD)1发射出波长780nm的激光束。激光二极管(LD)1发射出的激光束被光栅2分成几个光束，例如，3个光束。3个光束中的一个用来读出所记录的信息，并用来控制聚焦伺服动作。剩下的两个光束用来控制光学读出装置的寻道伺服动作。这三个激光束统称为光。

由透明平板构成的分光器3将来自光栅2的激光束反射到物镜4。光(聚焦后的光)从CD10反射回来，穿过物镜4和分光器3射向用作光检测器的光敏二极管(PD)5。当反射的光穿过分光器3时，分光器3使反射的光产生像散。

物镜4将激光束聚焦在由CD10上的小坑构成的信息记录层12上。物镜4还对从CD10的信息记录层12反射回来的光聚焦，穿过分光器3投射在光敏二极管5上。

物镜4的数值孔径(NA)愈大，物镜4将光聚焦成较小的光斑的角度就愈大。在图1中，该物镜4的NA为0.45。

光敏二极管5检测LD1所射出的激光束从CD10反射回来的光。既然LD1发射出的激光束分成3个激光束，光敏二极管5就有3个光检测装置。这些光检测面中的一个用来检测读出所记录的数字信息用的激光束。剩余的两个光检测面用来检测两个寻道伺服动作用的激光束。尤其是，根据这两个激光束光能量之差控制物镜4，通过寻道伺服动作使读出所记录信息用的激光束投射在CD10上预定的光道上。

因为从信息记录层12反射回来而投射在光敏二极管5上的光，作为聚焦后的光要穿过分光器3，这束光要产生像散。物镜4就根据这样产生的像散，通过聚焦伺服动作进行控制。

CD10具有厚度t为1.2mm的透明衬底11，信息记录层12即设于其上。信息记录层12上设有保护层13。激光二极管LD1发出的激光束由物镜4聚焦，穿过透明的衬底11投射在信息记录层12上，信息记录层有许多代表所记录的信息的小坑。当激光束投射在小坑上时，便被折射，引起被记录介质反射而投射在光敏二极管5上的返回光线强度减弱。当激光束投射在信息记录层12上无小坑的区域时，被原样反射，返回光线具有高强度。从CD10返回的光线被光敏二极管5检测，将返回光线强度的高低转变成二进制电平”0”和”1”，从而将作为CD10上的小坑记录的数字信息读出。

当在寻道和聚焦伺服方式下用这样的方式控制物镜4时，激光投射在CD10给定的位置，检测返回的光线，从CD10上读出所记录的数字信息。

附图2表示最近提出的数字视频光盘(DVD)20。DVD20具有记录在双面结构上的数字信息，而CD10具有记录在单面结构上的数字信息。尤其是，DVD20包括第一园盘件和第二园盘件，第一园盘件包括衬底21、设于衬底21上的信息记录面22和设于信息记录层22上的保护膜23，而第二园盘件包括衬底31、设于衬底31上的信息记录面32和设于信息记录层32上的保护膜33，第一园盘件和第二园盘件通过保护膜23和33粘结在一起。所以，DVD20对于中间平面来说是对称的。

因为，数字信息是以高密度记录在DVD20上的，所以其衬底21和31比CD10的衬底11薄，以便最大限度地减小衬底厚度的偏移和误差。具体地说，CD10的衬底11厚1.2mm，而DVD20衬底21和31中每一块的厚度为0.6mm。DVD20小坑之间的间距和长度都比CD10的小。

DVD20的记录密度比CD10的记录密度高，DVD20用的光学读出装置的激光二极管LD41发出的激光束的波长为650nm，比CD10的光学读出装置的LD1的短。DVD20用的光学读出装置具有和CD10的光学读出装置的相同的其他组件，包括光栅42、分光器43、物镜44和光敏二极管(PD)45。

但是，由于DVD20具有比CD10高的记录密度，小坑也比较小，所以物镜44的数值孔径(NA)0.6比CD10光学读出装置的物镜4的(NA＝0.45)大。数值孔径较大的物镜44能够将激光束聚焦成较小的光斑，以读取较小的小坑。

如上所述，DVD20和CD10的结构彼此不同。所以，一般说来，必须用不同的光学系统(光学读出装置)来读出DVD20和CD10所记录的信息。

如果将DVD20用的光学读出装置，例如，如附图3所示，用在CD10上，则由于DVD20的光学读出装置是设计成在最佳条件下从DVD20读取所记录信息用的，所以由于CD10的衬底11和DVD20的衬底21和31的厚度差别，以及数值孔径的差别，当读取CD10所记录的信息时，就要产生球面像差。

例如，当其衬底厚度为1.2mm的CD用按衬底厚度为0.6mm的DVD优化的物镜重放时，按4阶赛德耳球面像差系数W₄₀计算，球面像差达到3.6μm。这个球面像差值若用均方差表示，则为0.268rmsμm(用波长650nm归一化后为0.412rmsλ)。一般说来，用于光盘的所有光学系统都要求像差均方差值之和小于或等于米哈伊判据0.07rmsλ。所以，用图3所示配置的光学系统装置很难从CD10精确地读出所记录的信息。

人们提出了调整物镜的数值孔径以适应不同的记录介质类型，使DVD用的光学读出装置适用于CD，例如，日本专利申请书No.6-277400(对应于美国专利申请序列号No.08/555,339)所公开的。

附图4和5显示一种根据上述建议的光学系统。如附图4和5所示，该光学系统除如图2所示的DVD用的光学读出装置以外，还包括光圈51、改变光圈51用的执行机构53，以及检测所用的记录介质类型用的传感器52。

传感器52检测所用的记录介质的类型，执行机构53根据传感器52所检测到的信号改变光圈51。具体地说，为了读出DVD20上所记录的信息执行机构53改变光圈51，如图4所示，增大其开度，直至物镜44的数值孔径变为0.6。为了读出CD10上所记录的信息执行机构53改变光圈51，如图5所示，缩小其开度，直至物镜44的数值孔径变为0.45。这样缩小光圈51的开度，将象差(4阶赛德耳球面像差系数W₄₀与数值孔径NA的4次方成正比)减到最小，以便从CD10读取所记录的信息。

但是，因为机械光圈是新加上去的，使光学系统的部件数增加、制造成本提高、尺寸增大，而且结构复杂。因为光圈51是机械操作的，它经不起振动、不能快速操作，而且往往会在光学系统上造成故障。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种能以比较小、比较简单、成本又不高，不必使用机械光圈，通过检测从记录介质返回并进入预定范围的光的装置稳定地将信息记录在不同类型的记录介质上，并由其中重放出来的装置和方法。

本发明的其他目和、优点和新的特点，一部分将在下面的描述中提出，另一部分对于本专业的技术人员，通过检验以下的叙述领会到，或通过本发明的实践学到。本发明的目的和优点可以通过后附的权利要求书理解和掌握。

按照本发明，提供一种将信息选择性地记录在具有第一厚度的衬底上的信息记录层的第一记录介质上和具有第二厚度的衬底上的信息记录层的第二记录介质上、并选择性地从其中重放该信息的装置，其特征在于包括：

产生装置，用来产生准备投射在第一或第二记录介质的信息记录层的光，

投射装置，用来将所述产生装置产生的光聚焦，并将聚焦后的光投射在第一或第二记录介质的所述信息记录层上，以及

光敏检测装置，用来检测从第一或第二记录介质的所述信息记录层返回的光，

所述光敏检测装置的按正方形的边长计算的归一化检测器尺寸大于从第一记录介质返回的第一数值孔径N1的光在所述光敏检测装置上的光斑直径，并且小于从第二记录介质返回的数值孔径比第二数值孔径N2大的光在所述光敏检测装置上的光斑直径。

按照本发明，提供一种用光学读写装置将信息选择性地记录在具有第一厚度的衬底上的信息记录层的第一记录介质上和具有大于所述第一厚度的第二厚度的衬底上的信息记录层的第二记录介质上、并选择性地从其中重放该信息的方法，所述光学读写装置包括：产生装置，用来产生准备透过其衬底投射在第一或第二记录介质的信息记录层的光；投射装置，用来将所述产生装置产生的光聚焦，并将聚焦后的光投射在第一或第二记录介质的所述信息记录层上；以及光敏检测装置，用来检测从第一或第二记录介质的所述信息记录层返回的光；其特征在于所述方法包括以下步骤：

用光敏检测装置检测从所述信息记录层返回的光，所述光敏检测装置所具有的按正方形的边长计算的归一化检测器尺寸大于从第一记录介质返回的第一数值孔径N1的光在所述光敏检测装置上的光斑直径，并且小于从第二记录介质返回的数值孔径比第二数值孔径N2大的光在所述光敏检测装置上的光斑直径。

附图说明

参照附图来揭示本发明，将能更清楚地评价本发明。在附图中：

图1是CD用的传统的光学读出装置的截面图；

图2是DVD用的传统的光学读出装置的截面图；

图3是截面图，表示图2所示的CD用的传统的光学读出装置；

图4是既能用于CD又能用于DVD的传统的光学读出装置的截面图；

图5是截面图，表示图4所示CD用的传统的光学读出装置；

图6是按本发明的用来将信息记录在记录介质上并从其中重放该信息的装置的光学读出装置的截面图；

图7是曲线图，表示图6所示的光学读出装置上返回光线的寻道光线的一例；

图8是曲线图，表示记录介质衬底厚度增量与从高斯焦点平面到给定点的距离之间的关系；

图9是曲线图，表示图6所示DVD用的光学读出装置上返回光线的强度分布；

图10是曲线图，表示图6所示DVD用的光学读出装置的球面象差；

图11是曲线图，表示图6所示DVD用的光学读出装置的调制过渡函数(MTF)；

图12是曲线图，表示离高斯焦点平面的距离为0μm时，图6所示CD用的光学读出装置上返回光线的强度分布；

图13是曲线图，表示离高斯焦点平面的距离为4.0μm时，图6所示CD用的光学读出装置上返回光线的强度分布；

图14是曲线图，表示离高斯焦点平面的距离为8.0μm时，图6所示CD用的光学读出装置上返回光线的强度分布；

图15是曲线图，表示离高斯焦点平面的距离为10μm时，图6所示CD用的光学读出装置上返回光线的强度分布；

图16是曲线图，表示离高斯焦点平面的距离为12μm时，图6所示CD用的光学读出装置上返回光线的强度分布；

图17是曲线图，表示离高斯焦点平面的距离为16μm时，图6所示CD用的光学读出装置上返回光线的强度分布；

图18是曲线图，表示离高斯焦点平面的距离为24μm时，图6所示CD用的光学读出装置上返回光线的强度分布；

图19是曲线图，表示图6所示CD用的光学读出装置的球面象差；

图20是曲线图，表示图6所示CD用的光学读出装置的调制过渡函数(MTF)；

图21是曲线图，表示图6所示CD用的光学读出装置的球面象差；

图22是曲线图，表示图6所示CD用的光学读出装置的MTF；

图23是一个视图，表示图6所示的光学读出装置的归一化的光敏检测器的尺寸；

图24是一个视图，表示归一化光敏检测器尺寸与返回光的范围的关系；

图25A，25B和25C是视图，表示图6所示的光学读出装置中的光敏二极管的结构；

图26是图6所示CD用的光学读出装置的截面图；

图27是放大的视图，表示投射在CD上准备从其中读出所记录的信息的激光束的光斑位置；

图28是放大的视图，表示投射在DVD上准备从其中读出所记录的信息的激光束的光斑位置；

图29是按本发明的用来将信息记录在记录介质上或从其中重放该信息的装置的电路配置的框图；

图30A，30B和30C是视图，表示图29所示的装置中的光敏检测单元的其他结构；

图31是按照差动相位检测法产生寻道误差信号用的配置框图；

图32是说明重放CD时，当归一化检测器尺寸变化时，颤动如何变化的曲线图；

图33是说明以16μm的归一化检测器尺寸，重放CD时，聚焦误差信号和射频信号特性的曲线图；

图34是说明以10μm的归一化检测器尺寸，重放CD时，聚焦误差信号和射频信号特性的曲线图；

图35是说明以4μm的归一化检测器尺寸，重放CD时，聚焦误差信号和射频信号特性的曲线图；

图36是说明以2μm的归一化检测器尺寸，重放CD时，聚焦误差信号和射频信号特性的曲线图；

图37是说明以6μm的归一化检测器尺寸，重放DVD时，聚焦误差信号和射频信号特性的曲线图；

图38是说明以8μm的归一化检测器尺寸，重放DVD时，聚焦误差信号和射频信号特性的曲线图。

具体实施方式

图6是表示按本发明的用来将信息记录在记录介质上并从其中该重放信息的装置的光学读出装置的截面图。如图6所示，光学读出装置包括：LD41(光产生装置)，用来产生波长650或635nm的激光束；光栅42，用来将LD41产生的激光束分成3个激光束；分光器43，用来将投射在记录介质上的激光束与由记录介质反射回来的激光束分离，并使反射的激光束产生象散；物镜44(投射装置)，用来将激光束投射在记录介质上，物镜44具有0.6的数值孔径(NA)；以及光敏二极管61(光敏检测器装置)，用来检测反射的激光束，光敏二极管61具有几个小的光敏检测单元。光敏二极管61只检测进入预定的范围的返回光(反射光)，而并不检测落在预定范围以外的返回光。

下面将要论述光敏二极管的光敏检测单元的尺寸。

图7表示在记录介质衬底厚度由0.6mm(DVD20衬底21和31的厚度)增大0.1mm，变为0.7mm的情况下，图6所示光学读出装置中返回光的寻道光线。

如图7所示，投射到光敏二极管61的光离光轴的距离越远，亦即光的NA越大，光的焦点离高斯聚焦平面的距离就越大。若NA为0.45，则焦点离高斯聚焦平面的距离约为5μm。若NA为0.6，则焦点离高斯聚焦平面的距离约为8.3μm。在记录介质的衬底厚度从0.6mm增大0.6mm变成1.2mm(这是CD10衬底11的厚度)的情况下，若NA为0.6，焦点离高斯聚焦平面的距离约为51.8μm(8.3μm×0.6/0.1mm)。结果，焦点远离高斯聚焦平面。

图8是曲线图，表示记录介质衬底厚度增量Δt(由A点的0.6mm开始，这是DVD20的衬底21和31中每一个的厚度)与从高斯焦点平面到一个给定点，亦即NA为0.6的光的聚焦点，波前象散最小的点，也是光轴上光斑强度最大的点的距离之间的关系。

图6所示的DVD用的光学读出装置对应于图8的A点。具体地说，在衬底厚度为0.6mm的情况下(厚度增量Δt为0mm)，NA为0.6的光聚焦的点、波前象差最小的点，也是光轴上光斑强度最大的点全都位于高斯聚焦平面上。在厚度增量增大的情况下，这些点便远离高斯聚焦平面，不同的点距离不同。

如果图6所示光学读出装置用于其衬底厚度为1.2mm(厚度增量Δt为0.6mm)的CD，则波前象差最小的点与高斯聚焦平面的距离约为24μm，如B点所示，光轴上光斑强度最大的点(最大光斑强度点)与高斯聚焦平面的距离约为10μm，如C点所示。

因为图6所示光学读出装置基本上具有用于DVD的组件，亦即LD41、光栅42等等，故当图6所示光学读出装置用于如点A所示的DVD时，如图9所示，返回的光具有足够高的强度，如图10所示，几乎不产生球面象差。代表光学系统分辨本领的调制过渡函数(MTF)，对于光盘径向(图11曲线R所示)和光盘的切线方向(图11曲线T所示)都很好。

在将DVD用的光学读出装置应用于C的的情况下，光轴和波前象差最小的点(图8B点)之间给定的点返回光强度计算结果示于图12至图18。图12是表示在高斯焦点平面上的点，亦即距离为0μm的点上返回光线的强度分布曲线图。若将光学读出装置用来从DVD上读出所记录的信息时返回光线的强度假定为1，则图12所示的返回光线的强度仅约为返回光线强度1的5％，因此在这一点上无法从CD读出所记录的信息。

图13至17是表示沿光轴离高斯焦点平面距离分别为4.0μm，8.0μm，10μm的点(图8上的C点)，12μm和16μm上返回光线的强度分布曲线图。图18是表示离高斯焦点平面距离分别为24μm、其波前象差为最小的点(图8上的B点)上返回光线的强度分布曲线图。

正如从图12至18所能理解的，返回光线强度最大的点并非波前象差最小的点(图8上的B点)，而是如图15所示，沿光轴离高斯焦点平面距离约为10μm(光斑强度最大的点，亦即图8上的C点)的点。在这一点上返回光线的强度，约为从DVD上读出所记录的信息时返回光线的强度的15％。以这样的返回光线强度，有可能在这一点上从CD读出所记录的信息。

在B点上，如图19所示，若NA约等于或大于0.15时，则球面象差明显增大，而如图20的MTF所示，分辨本领由于空间频率为100线/mm而变低。因此，在B点上，从CD10上读出所记录的信息是困难的，因为它具有大约2.5道/mm。

在光斑强度最大的点，亦即图8中的C点上，如图21所示，若NA在约0.3的范围内，球面象差较小，而由于空间频率为1000线/mm，在光盘的径向(如图22所示曲线R所示)和光盘的切线方向(如图22曲线T)分辨本领都高。所以，在C点，有可能从CD10读出所记录的信息。

因此，在NA约达0.3的范围内，在光斑强度最大点上，检测从CD10返回的光线，即可从CD10读出所记录的信息。

图23表示按正方形的边长计的归一化的检测器尺寸10，15和20μm。每个归一化检测器尺寸都是用实际的检测器(光敏二极管61的光检测单元)的长度L除以物镜44的放大倍数m(L/m)而算出的。所以，检测器的实际尺寸用归一化检测器尺寸乘以物镜44的放大倍数而算出的。例如，若物镜的放大倍数为7.2，则检测器的实际尺寸，按正方形的边长计算，分别为72(10×7.2)，108(15×7.2)和144(20×7.2)μm。

为了从DVD上读出所记录的信息，对于NA＝0.6，投射在光敏二极管61的返回光斑用图23所示同心园中最大的一个园表示。因此，为了从DVD上读出所记录的信息，光敏二极管61的归一化检测器尺寸必须为边长大于或等于10μm的正方形。

图24表示从CD上读出所记录的信息时，对于不同的NA值，归一化检测器尺寸与返回光的范围之间的关系。为了在光斑强度最大的点上检测返回光线，需要不检测NA大于0.3的光，亦即球面象差大的光。如图24所示，若检测器尺寸按正方形边长计为20μm，，则整个地检测NA为0.4的光。若检测器尺寸按正方形边长计算为15μm，(特别是左上角或右下角切除的归一化检测器尺寸为20μm)，则检测不到NA为0.4的部分的光。所以，归一化检测器尺寸最好最大为16μm，因为在这个尺寸下，整个地检测不到NA为0.4的光。

因此，为了从DVD上读出所记录的信息，不检测NA超过0.3的返回光，从CD上读出所记录的信息时，归一化检测器尺寸应在10至16μm的范围以内。这样，光敏检测器所具有的归一化检测器尺寸，大于第一数值孔径N1(0.6)的从DVD记录介质返回的光在光敏检测器上的光斑直径，而小于某个第二数值孔径N2(0.3)的从CD记录介质返回的光在光敏检测器上的光斑直径。

图25A至图25C表示光敏二极管61的特定配置。如图25A至25C所示，光敏二极管61包括光敏检测单元61-1，61-2，61-3。光敏检测单元61-1用来读出所记录的信息，并控制物镜44的聚焦伺服动作，尺寸为90×85μm(换算为归一化检测器尺寸时，为12.5×11.8，因为物镜44的放大倍数为7.2)。光敏检测器61-1分成4块A，B，C和D，因为聚焦伺服动作使用象散方法。

因为如图6所示的光学读出装置具有光敏二极管61，后者包括光敏检测单元61-1，其尺寸为12.5×11.8，小得足以检测投射在它上面给定范围(NA约为0.3)的返回光，所以如图26所示，从DVD上读出所记录的信息用的光学读出装置，可以从CD上读出所记录的信息。

光敏检测器单元61-2，61-3用来以所谓3光束寻道伺服动作控制物镜44。但是，光敏检测单元61-2，61-3分别分成两段G，H及E，F，使之也能以差动推挽式寻道伺服动作中控制物镜44。

为了从CD10上读出所记录的信息，在3光束寻道伺服动作中，寻道激光光斑定位得能够分别照射当前正在读出的光道沿径向向内和向外的部分，以此控制物镜44。光敏检测单元61-2检测，例如，从光道径向向内部分上寻道激光束光斑返回的光，而光敏检测单元61-3检测，例如，从光道径向向外部分上寻道激光束光斑返回的光。

当信息重放激光束光斑恰当地跟随该光道，亦即没有寻道误差时，从寻道激光束光斑返回的两个光束具有相同的强度。但是，当信息重放激光束光斑向外偏离光道，亦即出现沿径向向外偏离光道的寻道误差时，光道从沿径向向外部分的寻道激光束光斑与光道重叠的面积减小，光道沿径向向外部分的寻道激光束光斑反射回来而投射在光敏检测单元61-3上的返回光的强度增大(因为光道上有用来折射光的小坑，所以因寻道激光束光斑与光道重叠面积减小，故反射的光强度增大)。与此同时，投射在光道沿径向向内的部分上的寻道激光束光斑与光道重叠面积增大，因而从光道沿径向向内部分的寻道激光束光斑反射回来而投射在光敏检测单元61-2上的光强度减弱。相反，当信息重放激光束光斑从光道沿径向向内偏移时，亦即出现沿径向向内偏离光道的寻道误差时，光道沿径向向外和向内部分上寻道激光束光斑反射回来而投射在光敏检测单元61-3和61-2上的返回光的强度分别减小和增大。

把沿光道径向向外和向内的部分上寻道激光束光斑反射回来的光强度，亦即光敏检测单元61-2和61-3输出的电信号加以比较。若沿光道径向向外的部分上寻道激光束光斑反射回来的光强度较高，则沿着径向从光道向外移动信息重放激光束的光斑。若沿光道径向向内的部分上寻道激光束光斑反射回来的光强度较高，则沿着径向从光道向内移动信息重放激光束的光斑。因而，知道了寻道误差的数量和方向，就可以对物镜进行寻道调整。

若为了从DVD上读出所记录的信息，采用三光束寻道伺服操作对物镜44进行控制，则因三个激光束之间的间距是固定在从CD上读出所记录的信息用的间距，亦即是与CD10光道的间距对应的间距，而DVD20的光道间距小于CD10的光道间距，三个激光束的激光束光斑对于DVD20，如图28所示，无法恰当定位。结果，难以对物镜44实现正确的寻道控制。

按照本发明，为了从DVD20读出所记录的信息，采用差动推挽寻道伺服操作来对物镜44进行控制。若出现寻道误差，则投射在跨于光道上的光敏检测单元61-1，61-2，61-3中的每一个的左区和右区的光量发生变化。采用差动推挽寻道伺服操作，把投射在左区和右区的光量彼此加以比较，根据所比较的光量之间的差值，检测寻道误差。

图29显示按本发明将信息记录在记录介质上并将其重放出来用的装置的电路配置。在图29中，光敏二极管61的光敏检测单元61-1主要用来读出所记录的信息并通过聚焦伺服操作对物镜44进行聚焦控制，但是它也部分地通过寻道伺服操作对物镜44进行控制。光敏检测单元61-1分成4段A，B，C，D，每一段均用来将检测的光转变成电信号。

A段连接到加法器72，95，用来向其输出电信号，而B段连接到加法器71，96，用来向其输出电信号。C段连接到加法器72，96，用来向其输出电信号，而D段连接到加法器71，95，用来向其输出电信号。

光敏检测单元61-2，61-3用来通过寻道伺服操作对物镜44进行控制。光敏检测单元61-2分成2段E，F，每一段均用来将检测的光转变成电信号。E，F段连接到加法器88和减法器98，用来向其输出电信号。光敏检测单元61-3分成2段G，H，每一段均用来将检测的光转变成电信号。G，H段连接到加法器89和减法器99，用来向其输出电信号。

加法器71计算光敏检测单元61-1的B，D段分别输出的电信号的和，并将和信号输出到加法器73。加法器72计算光敏检测单元61-1的A，C段分别输出的电信号的和，并将和信号输出到加法器73。

加法器73计算加法器71，72输出的信号的和，亦即A，B，C，D段输出的电信号的和，并通过放大器74将和输出给均衡器(均衡装置)75和平滑电路76。

均衡器75处理光敏检测单元61-1检测的并作为从记录介质读出的电信号，按照预定的均衡特性，与低频成分相比，加强其高频成分，并将处理后的信号输出给二进制信号发生器78。均衡器75可以根据比较器(判定装置)77输出的，代表所确定的正在读出的记录介质类型的信号，改变其均衡特性。因为DVD20的信息存储密度比CD10高，所以重放DVD20时，均衡器75增强比重放CD10时频率更高的信号成分。

平滑电路76对所提供的信号进行平滑处理，并将平滑后的信号输出给比较器77。

比较器77将读CD时平滑电路产生的输出电压乘2后的值，亦即读CD时平滑电路76产生的输出信号电平和读DVD时平滑电路76产生的输出信号电平的中间值，作为基准值储存起来。比较器77将平滑电路76的输出信号(读DVD时平滑电路76产生的输出信号电压是读CD时平滑电路76产生的输出信号电压的3倍)与基准值加以比较，以此确定记录介质的类型。然后比较器77将代表所确定的记录介质类型的信号输出给均衡器75、锁相器PLL80和选择开关91。

二进制信号发生器78不对称地校正均衡器75输出的均衡后的信号，将校正后的信号转变成二进制信号，并输出给解调器/ECC电路79和PLL80。

解调器/ECC电路79校正所提供的信号中所含的差错，按PLL80提供的时钟信号，对二进制数据进行解调，并将视频信号和音频信号(重放CD时只有音频信号)，输出给处理器81。

PLL80由二进制信号发生器78提供的信号产生时钟信号，并将时钟信号输出给解调器/ECC电路79。因为DVD20和CD10来的二进制数据解调用的时钟频率是彼此不同的，所以PLL80根据比较器77来的输出给解调器/ECC电路79的信号，提供与记录介质类型对应的频率的时钟信号。

解调器/ECC电路79既提供视频信号又提供音频信号时，处理器81将音频信号输出给扬声器82，将视频信号输出给CRT83。解调器/ECC电路79仅提供音频信号时，处理器81将音频信号输出给扬声器82。

减法器84计算加法器71输出的光敏检测单元61-1的B，D段的输出信号的和，与加法器72输出的光敏检测单元61-1的A，C段的输出信号的和的差值，亦即减法器84计算(b+d)-(a+c)，式中a，b，c，d代表A，B，C，D段分别输出的信号，然后将计算出来的差值作为聚焦误差信号通过放大器85输出给聚焦伺服电路86。

聚焦伺服电路86响应所提供的聚焦误差信号，控制聚焦执行机构87，沿着光轴移动物镜44，使落在光敏检测单元61-1上的光斑呈圆形。

加法器88，89计算分别从光敏检测单元61-2，61-3输出的电信号的和，并将和信号输出给减法器90。减法器90计算加法器88，89输出的电信号的差值，并将差值信号作为读CD时的寻道误差信号，输出给选择开关91。

这时，输出给选择开关91的寻道误差信号(三光束寻道误差信号)表达为(e+f)-(g+h)，式中e，f，g，h分别代表与E，F，G，H段所检测的光量对应的电信号。

减法器98，99计算光敏检测单元61-2，61-3分别输出的电信号的差值，并将差值信号输出给加法器100。加法器100计算该差值信号的和，并将和信号通过放大器101输出给减法器102。

放大器101以预定的系数K将加法器100提供的信号放大，并将放大后的信号输出给减法器102。

加法器95计算光敏检测单元61-1的A，D段输出的电信号的和，并将和信号输出给减法器97。加法器96计算光敏检测单元61-1的B，C段输出的电信号的和，并将和信号输出给减法器97。减法器97计算加法器96，95的输出信号的差值，并将差值信号输出给减法器102。

减法器102计算放大器101的输出信号和减法器97的信号的差值，并将差值信号作为读DVD时的寻道误差信号(差动推挽寻道误差信号)输出给选择开关91

假定A，B，C，D，E，F，G，H段输出的电信号分别用a，b，c，d，e，f，g，h代表，放大器101具有放大系数K，则输出到选择开关91的寻道误差信号可表达为(b+c)-(a+d)-K{(e-f)+(g-h)}。

若当前正在重放的记录介质，如比较器77的输出信号所指示的是CD10，则选择开关91选择该输出信号，亦即减法器90来的三光束寻道误差信号，并将所选择的三光束寻道误差信号通过放大器92提供给寻道伺服电路93(控制装置)。若当前正在重放的记录介质，如比较器77的输出信号所指示的是DVD20，则选择开关91选择该输出信号，亦即减法器102来的差动推挽寻道误差信号，并将所选择的差动推挽寻道误差信号通过放大器92提供给寻道伺服电路93。

寻道伺服电路93响应所提供的寻道误差信号，控制寻道执行机构94，沿着与光道垂直的方向移动物镜44，使激光束投射在信息记录层的光道上。

下面介绍用图29所示的装置确定正在重放的记录介质类型的过程。

首先，用光敏检测单元61-1的A至D段检测读取所记录的信息的激光束的返回光，并将其分别转换成电信号a，b，c，d。然后加法器71至73将这些电信号相加，得出和信号(a+b+c+d)，代表返回光的强度的和信号(a+b+c+d)通过放大器74提供给平滑电路76。

平滑电路76将提供的信号平滑，并将平滑后的信号输出给比较器77。读DVD时产生的平滑信号电平约为读CD时产生的平滑信号电平的三倍。所以，比较器77将平滑信号与预定的基准值，亦即读DVD时产生的平滑信号电平与读CD时产生的平滑信号电平之间的中间值进行比较。若当前正在读取的记录介质是DVD20，则比较器77输出，例如，正信号，而若当前正在读取的记录介质是CD10，则比较器77输出，例如，负信号。

下面介绍由图29所示的装置执行的聚焦伺服过程。

光敏检测单元61-1的A至D4段将所检测的返回光分别转换成电信号a，b，c，d。加法器71计算分别由B，D段输出的电信号的和(b+d)，而加法器72计算分别由A，C段输出的电信号的和(a+c)。减法器84计算和(b+d)及(a+c)的之间的差值((b+d)-(a+c))。减法器84的差值信号作为寻道误差信号，通过放大器85提供给聚焦伺服电路86。

当投射在光敏检测单元61-1的返回光的光斑呈圆形时，提供给聚焦伺服电路86的聚焦误差信号为零。而当投射在光敏检测单元61-1的返回光的光斑呈椭圆形，而其最大轴方向是B，D段时，提供给聚焦伺服电路86的聚焦误差信号为某个正电平。当投射在光敏检测单元61-1的返回光的光斑呈椭圆形，而其最大轴方向是A，C段时，提供给聚焦伺服电路86的聚焦误差信号为某个负电平。

根据聚焦误差信号的符号和电平，聚焦伺服电路86控制聚焦执行机构87沿着光轴移动物镜44，直至光敏检测单元61-1上的光斑呈圆形为止。

如上所述，根据象散方法的原理，把用光敏检测单元61-1的B，D段检测到的光量，与用光敏检测单元61-1的A，C段检测到的光量彼此加以比较，以确定聚焦误差的方向和大小，在聚焦伺服控制下，根据所确定的聚焦误差的方向和大小，移动物镜44。

下面介绍图29所示的装置所执行的寻道伺服过程。

光敏检测单元61-2，61-3用E，F和G，H段将所检测的返回光量分别转变成电信号e，f和g，h，并将电信号e，f和g，h输出给加法器88，89，加法器88，89分别向减法器90提供和信号(e+f)及(g+h)，减法器90计算和信号(e+f)及(g+h)的差值((e+f)-(g+h))，并将差值信号作为三光束寻道误差信号输出给选择开关91。

减法器98，99计算E，F及G，H段所检测的返回光量(e-f)和(g-h)之间的差值。

光敏检测单元61-1的B，C段分别将其检测光量转变成电信号b，c，并将其输出给加法器96，而光敏检测单元61-1的A，D段分别将其检测光量转变成电信号a，d，并将其输出给加法器95。这些加法器95，96计算来自B，C段和A，D段的电信号的和(b+c)及(a+d)，并将和信号输出给减法器97。

减法器97计算来自B，C段的电信号和(b+c)及自A，D段的电信号和(a+d)之间的差值((b+c)-(a+d))，并将差值信号输出给减法器102。

减法器98计算光敏检测单元61-2的E段所检测到的返回光量转换出来的电信号e及光敏检测单元61-2的F段所检测到的返回光量转换出来的电信号f之间的差值(e-f)，并将差值信号输出给加法器100。减法器99计算光敏检测单元61-3的G段所检测到的返回光量转换出来的电信号g及光敏检测单元61-3的H段所检测到返回光量转换出来的电信号h之间的差值(g-h)，并将差值信号输出给加法器100。加法器100计算所提供的差值信号的和((e-f)+(g-h))，并将和值信号输出给放大器101。

放大器101以放大倍数K将所提供的信号放大，并将放大后的信号(K((e-f)+(g-h)))输出给减法器102。

减法器102计算减法器97的输出信号((b+c)-(a+d))和放大器101的输出信号(K((e-f)+(g-h)))之间的差值(((b+c)-(a+d))-(K((e-f)+(g-h))))，并将差值信号作为差动推挽寻道误差信号输出给选择开关91。

如上所述，选择开关91接受比较器77提供的输出信号。如果比较器77的输出信号为正，指示记录介质是DVD，则选择开关91选择减法器102来的差动推挽寻道误差信号，并通过放大器92将差动推挽寻道误差信号提供给寻道伺服电路93。

如果比较器77的输出信号为负，指示记录介质是CD，则选择开关91选择减法器90来的三光束寻道误差信号，并通过放大器92将三光束寻道误差信号提供给寻道伺服电路93。

寻道伺服电路93响应所提供的寻道误差信号控制寻道执行机构94，在与光道垂直的适当方向上移动物镜44。

这样物镜44在寻道过程中受到控制，使激光束总是投射在要求的光道上，从而获得适当的返回光。

下面将要介绍从记录介质读出所记录的信息的过程。

代表所读出的记录信息的返回光由光敏检测器61-1的A至D四段检测出来，后者将返回光分别转换成电信号a，b，c，d。加法器71至73计算电信号a，b，c，d的和(a+b+c+d)，并将和信号作为代表返回光强度的信号，通过放大器74提供给均衡器75。

均衡器75根据比较器77来的输出信号，用与正在重放的记录介质对应的均衡特性，对来自放大器74的信号进行均衡处理。然后，均衡器75将均衡后的信号输出给二进制信号发生器78。二进制信号发生器78对该信号进行校正，并将校正后的信号转换成二进制数据，输出给解调器/ECC电路79和PLL80。

PLL80根据比较器77的输出信号确定的记录介质类型，从二进制信号发生器78所提供的信号产生时钟信号，并将时钟信号输出给解调器/ECC电路79。解调器/ECC电路79将含于所提供的信号中的差错加以校正，并根据PLL80提供的时钟信号对二进制数据进行解调。若记录介质为CD，则解调器/ECC电路79输出一个解调的声频信号给处理器81。若记录介质为DVD，则解调器/ECC电路79输出解调的视频和声频信号给处理器81。

处理器81把声频信号输出给扬声器82，而如果提供视频信号，则将视频信号输出给CRT83。

如上所述，从CD和DVD读出所记录的信息，进行均衡、校正、解调，然后输出给扬声器82和CRT83进行重放。

这样，在聚焦和寻道伺服控制下，选择性地从CD和DVD读出所记录的信息，将声频和视频信号重放出来。

图25B中所示的光敏检测器61-1基本上呈八角形。但是，光敏检测器61-1如图30A所示可以呈矩形。或者，为了不检测不希望要的光，亦即NA为0.4的光，如图24所示，光敏检测器61-1可以通过切除矩形相对的两角而呈六角形，或如图30C所示，可以呈圆形。

在图29所示的装置中，寻道伺服过程是以三光束寻道伺服法或差动推挽伺服法为依据的。但是，寻道伺服过程也可以按差动相位检测法(PDP)进行。按照差动相位检测法，如图31所示，光敏检测单元61-1A，C段输出的电信号用加法器72相加，而光敏检测单元61-1B，D段输出的电信号用加法器71相加。然后，将加法器71，72输出的和信号用相位比较器101比较彼此的相位，产生相位误差信号作为寻道误差信号。

按照差动相位检测法，因为寻道误差信号只能由信息重放激光束光斑、寻道光斑所反射回来的光产生，因而由光敏检测单元61-1，61-3产生，故可省去选择开关。因此，相位比较器101的输出信号可以直接输出到放大器92。

对于按照差动相位检测法产生寻道误差信号的原理，例如，在日本专利申请No.5-800535中做了公开。

若按照差动相位检测法产生寻道误差信号，并按照象散法产生聚焦误差信号，则既可以从CD10，又可以从DVD20重放所记录的信息，并且只利用光敏检测单元61-1的输出信号进行寻道伺服过程和聚焦伺服过程。

为了实际地从CD10和从DVD20重放所记录的信息，需要检测有小的象差、比预定电平更高的电平的反射光，还要考虑其他条件。

例如，如图32所示，重放CD时，颤动会随着归一化检测器尺寸变化而变化。

图32表示按照象散法进行聚焦伺服过程，而按照差动相位检测法进行寻道伺服过程时，当归一化检测器尺寸变化时颤动如何变化。在图32中，实线曲线代表计算机模拟过程产生的计算值，虚线曲线则代表试验值。

如图32所示，若归一化检测器尺寸太大，则由于光敏检测器单元所检测的光象差太大(NA大的光)，颤动增大。

若归一化检测器尺寸太小，则由于对寻道伺服控制和聚焦伺服控制的要求和附件的精度，很难使反射光的光斑保持在光敏检测器单元的给定位置上。结果，光敏检测单元不能检测到足够的返回光，使颤动增大。

若颤动增大超过8％，则基本上无法从记录介质重放所记录的信息。因此，颤动最好应减小到8％或更小。为了将颤动减小到8％或更小，归一化检测器尺寸最大应约为16μm，最小应约为1.8μm。

为了将颤动减小到7％或更小，归一化检测器尺寸最大应约为14μm，最小应约为2μm。

但是，如图32所示，若归一化检测器尺寸接近2μm，归一化检测器尺寸即使只稍微变化一点，颤动便会急剧增大。因此，从实际的观点看，归一化检测器尺寸至少应为4μm。

射频信号，亦即光敏检测单元61-1的A至D段输出的电信号的和示于图29，如图33至38所模拟的，按照象散法检测的聚焦误差信号随着归一化检测器尺寸变化而变化。

图33至36示出当使用归一化检测器尺寸为16μm，10μm，4μm和2μm的光敏二极管重放CD时，射频信号和聚焦误差信号变化的情况。图37和38示出当使用归一化检测器尺寸分别为6μm和8μm的光敏二极管重放DVD时，射频信号和聚焦误差信号变化的情况。

如图33所示，当使用归一化检测器尺寸为16μm的光敏二极管重放CD时，聚焦误差信号并没有所谓S型曲线，而是在正区具有一个很大的最小值(V-型缺口)，这使聚焦伺服过程难以稳定。

如图34所示，当使用归一化检测器尺寸为10μm的光敏二极管重放CD时，聚焦误差信号有一个颇高的正电平，这使它具有这样的特性，使得它能够进行聚焦伺服过程。

如图35所示，当使用归一化检测器尺寸为4μm的光敏二极管重放CD时，聚焦误差信号具有比较明显的S型曲线。如图36所示，当使用归一化检测器尺寸分别为2μm的光敏二极管重放CD时，聚焦误差信号具有不规则的S型曲线。

因此，为了在重放CD时聚焦误差信号具有令人满意的S型曲线，归一化检测器尺寸应约为15μm或更小(亦即，约小于16μm)，最好14μm或更小，10μm或更小则更佳，下限应约为3μm(亦即，大于2μm)，最好4μm。

如图38所示，当使用归一化检测器尺寸为8μm的光敏二极管重放DVD时，聚焦误差信号具有明显的S型曲线。如图37所示，当使用归一化检测器尺寸为6μm的光敏二极管重放DVD时，在跨越零点的附近，聚焦误差信号具有死区(梯度小的地方)。

因此，为了在重放DVD时聚焦误差信号具有良好的S型曲线，归一化检测器尺寸的值应大于7μm，最好8μm或更大。

为了从光敏检测单元的输出信号重放记录在信息记录层上的信息，为了将颤动保持在预定水平以下，归一化检测器尺寸应在约1.8μm至约16μm。

为了在重放DVD时检测到足够的返回光量，归一化检测器尺寸最好应为10μm或更大。

为了从光敏检测单元的输出信号产生聚焦误差信号，归一化检测器尺寸应在约3μm至约15μm的范围内，为了在重放CD10时使聚焦误差信号具有良好的S型曲线，最好在约4μm至约14μm的范围内。

为了在重放DVD20时聚焦误差信号具有良好的S型曲线，归一化检测器尺寸的值应大于7μm，最好8μm或更大。

若射频信号(重放的信息信号)和聚焦误差信号都来自光敏检测检测单元的输出信号，则归一化光敏检测单元尺寸应该既满足获得重放信息信号的条件，又满足获得聚焦误差信号的条件。尤其是，归一化光敏检测器尺寸应在约8μm至约14μm的范围内。

尽管本发明是就选择性择重放两种类型的光盘，亦即CD和DVD而描述的，但本发明的原理也适用于选择性地重放三种或更多种类型的光盘或其他不同于光盘的记录介质。本发明还适用于将信息记录在记录介质上，而不是重放记录在记录介质上的信息。

按照本发明，光学读出装置不需要机械移动部件来选择性地重放不同衬底厚度的记录介质。光学读出装置可以用在振动的环境下，不太容易出故障，可以缩小尺寸，制造成本可以不高。

参照附图描述了本发明的最佳实施例之后，人们不难明白，本发明并不限于就是这些实施例，在不离开后附权利要求书所定义的本发明的精神和范围的情况下，本专业的技术人员能作出各种各样的变化和修改。

Claims (22)

1.一种将信息选择性地记录在具有第一厚度的衬底上的信息记录层的第一记录介质上和具有第二厚度的衬底上的信息记录层的第二记录介质上、并选择性地从其中重放该信息的装置，其特征在于包括：

产生装置，用来产生准备投射在第一或第二记录介质的信息记录层的光，

投射装置，用来将所述产生装置产生的光聚焦，并将聚焦后的光投射在第一或第二记录介质的所述信息记录层上，以及

光敏检测装置，用来检测从第一或第二记录介质的所述信息记录层返回的光，

所述光敏检测装置的按正方形的边长计算的归一化检测器尺寸大于从第一记录介质返回的第一数值孔径N1的光在所述光敏检测装置上的光斑直径，并且小于从第二记录介质返回的数值孔径比第二数值孔径N2大的光在所述光敏检测装置上的光斑直径。

2.根据权利要求1所述的重放信息的装置，其特征在于，所述光敏检测装置具有最小3μm，而最大16μm的归一化检测器尺寸。

3.根据权利要求2所述的重放信息的装置，其特征在于，所述光敏检测装置具有最小4μm的归一化检测器尺寸，这是根据所述投射装置的放大倍数进行归一化的。

4.根据权利要求3所述的重放信息的装置，其特征在于，所述光敏检测装置包括输出聚焦伺服信号用的装置。

5.根据权利要求2所述的重放信息的装置，其特征在于，所述光敏检测装置具有最大14μm的归一化检测器尺寸，这是根据所述投射装置的放大倍数进行归一化的。

6.根据权利要求5所述的重放信息的装置，其特征在于，所述光敏检测装置包括输出聚焦伺服信号用的装置。

7.根据权利要求2所述的重放信息的装置，其特征在于，所述光敏检测装置具有最小8μm的归一化检测器尺寸，这是根据所述投射装置的放大倍数进行归一化的。

8.根据权利要求7所述的重放信息的装置，其特征在于，所述光敏检测装置包括输出聚焦伺服信号用的装置。

9.根据权利要求2所述的重放信息的装置，其特征在于，所述光敏检测装置具有最小10μm的归一化检测器尺寸，这是根据所述投射装置的放大倍数进行归一化的。

10.根据权利要求9所述的重放信息的装置，其特征在于，所述光敏检测装置包括用来输出从第一或第二记录介质的所述信息记录层重放的信号的装置。

11.根据权利要求2所述的重放信息的装置，其特征在于，所述光敏检测装置具有最小8μm，最大14μm的归一化检测器尺寸，这是根据所述投射装置的放大倍数进行归一化的。

12.根据权利要求11所述的重放信息的装置，其特征在于，所述光敏检测装置包括用来输出聚焦伺服信号和从第一或第二记录介质的所述信息记录层重放的信号的装置。

13.根据权利要求2所述的重放信息的装置，其特征在于，所述光敏检测装置具有最小10μm，最大14μm的归一化检测器尺寸，这是根据所述投射装置的放大倍数进行归一化的。

14.根据权利要求13所述的重放信息的装置，其特征在于，所述光敏检测装置包括用来输出聚焦伺服信号和从第一或第二记录介质的所述信息记录层重放的信号的装置。

15.根据权利要求2所述的重放信息的装置，其特征在于，所述第一记录介质的记录密度大于第二记录介质。

16.根据权利要求2所述的重放信息的装置，其特征在于，还包括：

判定装置，用来把所述第一记录介质和所述第二记录介质彼此区分，以及

均衡装置，用来使根据所述判定装置区分的、当重放所述笫一记录介质时和重放所述第二记录介质时、来自所述光敏检测装置的具有不同特性的输出信号均衡。

17.根据权利要求16所述的重放信息的装置，其特征在于，所述判定装置包括根据所述光敏检测装置输出的信号的电平，彼此区分所述第一记录介质和所述第二记录介质。

18.根据权利要求2所述的重放信息的装置，其特征在于，还包括：

判定装置，用来把所述第一记录介质和所述第二记录介质彼此区分，以及

控制装置，用来根据判定装置区分出来的、当重放所述第一记录介质时和重放所述第二记录介质时的不同的寻道控制过程，对所述投射装置进行控制。

19.根据权利要求1所述的重放信息的装置，其特征在于，所述第一数值孔径N1为0.6，所述第二数值孔径N2为0.3。

20.根据权利要求1所述的重放信息的装置，其特征在于，所述光敏检测装置的归一化检测器尺寸范围为10μm至16μm，这是将所述光敏检测装置的长度除以所述投射装置的放大倍数而归一化的。

21.一种用光学读写装置将信息选择性地记录在具有第一厚度的衬底上的信息记录层的第一记录介质上和具有大于所述第一厚度的第二厚度的衬底上的信息记录层的第二记录介质上、并选择性地从其中重放该信息的方法，所述光学读写装置包括：产生装置，用来产生准备透过其衬底投射在第一或第二记录介质的信息记录层的光；投射装置，用来将所述产生装置产生的光聚焦，并将聚焦后的光投射在第一或第二记录介质的所述信息记录层上；以及光敏检测装置，用来检测从第一或第二记录介质的所述信息记录层返回的光；其特征在于所述方法包括以下步骤：

用光敏检测装置检测从所述信息记录层返回的光，所述光敏检测装置所具有的按正方形的边长计算的归一化检测器尺寸大于从第一记录介质返回的第一数值孔径N1的光在所述光敏检测装置上的光斑直径，并且小于从第二记录介质返回的数值孔径比第二数值孔径N2大的光在所述光敏检测装置上的光斑直径。

22.根据权利要求21所述的重放信息的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

用具有最小3μm，最大16μm的归一化检测器尺寸的所述光敏检测装置检测从所述信息记录层返回的光。

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