倾斜检测器 本发明涉及一种光盘轨迹，具体地说，涉及一种用于检测由光拾取器发射到光盘记录表面的光束的光轴相对于光盘记录表面倾斜的倾斜检测器。
为了满足光盘高密度的需要，通常要求光拾取器提高精度。特别是，当今要求由光拾取器发射到光盘记录表面上的光束的光轴，即安装在光拾取器上的物镜的光轴，应当与记录表面完全垂直。
另一方面，随着光盘密度的增加，安装在光拾取器中的物镜的孔径号(NA)也在不断增加，并且由光拾取器发射的光束具有更短的波长。结果，由于光拾取器发射的光束的光轴相对于光盘记录表面的倾斜，所以彗差显著增大。因此，迫切希望检测该倾斜。
已经提出过许多用于检测由光拾取器发射到光盘记录表面的光束光轴，也就是，安装在光拾取器中的物镜地光轴，相对于记录表面的倾斜的装置。一种此类的装置包括：第一检测器，用于检测光盘的倾斜；第二检测器，用于检测安装在光拾取器中的物镜的光轴的倾斜。换句话说，这种常规的倾斜检测器可以根据由第一检测器检测到的光盘的倾斜以及由第二检测器检测到的物镜光轴的倾斜来进行计算，以得到它们之间的相对倾斜。
然而，上述的常规倾斜检测器具有以下的缺点。即，由于该常规倾斜检测器分别检测光盘的倾斜和物镜光轴的倾斜，因此结构非常复杂。
而且，由于在各个检测器中放大器增益的分散，因此由不同检测器检测到的光盘的和物镜光轴的绝对倾斜值可能存在误差。从而进一步导致在最终阶段计算出的绝对倾斜值之间的相对倾斜值出现误差。
另外，该装置并不是直接由倾斜检测出光盘上一点处的彗差，而仅仅是根据倾斜估算彗差。这种彗差估计经常出错。
因此，在充分考虑到上述问题后，本发明的目的是提供一种倾斜检测器，它能够以高精度来检测倾斜，而无需复杂的结构。
根据本发明，本发明的上述和其它目的可以通过提供一种倾斜检测器来实现，它包括：光发射装置，用于将光束发射到光盘的记录表面上形成的轨迹上；光接收装置，用于接收来自光发射装置并由光盘反射的光束，并输出与接收到的光量相对应的光量信号；计算装置，其根据光接收装置的光量信号计算照射到光盘记录表面上的光束相对于该记录表面的倾斜，并将计算结果作为倾斜信号输出，其中，光接收装置包括被划分成多个区域的接收表面，这些区域分别用于接收由光盘反射的光束，并输出与接收到的光量相对应的光量信号；该计算装置可以根据来自光接收装置的各个区域的光量信号来计算照射到光盘记录表面上的光束相对于该记录表面的倾斜，并将计算结果作为倾斜信号输出。
优选地，该光接收装置的接收表面沿光盘的径向可以被划分为第一和第二区域，而第一和第二区域在光盘轨迹的切向上又分别可以被分成三个区域。
作为一种选择，光接收装置的接收表面在光盘轨迹的切向上可以被分成第一和第二区域，而第一和第二区域沿光盘的径向又分别可以被分成三个区域。
优选地，该计算装置可以包括：第一加法装置，用于把光接收装置的接收表面的第一区域的三个区域中的两侧区域的光量信号相加；第一除法装置，用于将第一区域的中间区域的光量信号除以第一加法装置的输出信号；第二加法装置，用于把光接收装置的接收表面的第二区域的三个区域中的两侧区域的光量信号相加；第二除法装置，用于将第二区域的中间区域的光量信号除以第二加法装置的输出信号；以及减法装置，用于从第一除法装置的输出信号中减去第二除法装置的输出信号，并将结果作为倾斜信号输出。
更加优选地，计算装置还可以包括反相装置。当光点照射到光盘记录表面的凹槽上或相邻凹槽间的凸区上以从光盘上读取信息或向光盘写信息时，该装置可反转倾斜信号的极性。
可选地，光接收装置的接收表面可以沿光盘的径向被分成四部分，然后再沿光盘轨迹的切向被分成四部分。
结合附图从下面的详细说明中可以更清楚地理解本发明的上述和其它目的、特点和优点，其中：
图1是根据本发明第一实施例的倾斜检测器的结构图；
图2是根据本发明第一实施例的光接收单元和计算单元的详细方框图；
图3是由光盘反射的光束的形状图；
图4是光接收单元的接收表面所接收到的零级光束(直行光束)和一级衍射光束的平面图；
图5是光盘在其径向上的倾斜状态图；
图6是根据光接收单元的各个区域所接收到的光量，光盘倾斜状态的示意图；
图7是根据本发明第二实施例的倾斜检测器结构的方框图；
图8是根据本发明第三实施例的光接收单元的详图；
图9是根据本发明第四实施例的倾斜检测器结构的方框图；
图10a和10b分别示出了投射到光盘的凹槽以及凹槽间的凸区上的光点；
图11a-11d分别示出了光接收单元的接收表面上的光强度分布根据倾斜和移位而发生的变化；
图12a和12b示出了当沿光盘的径向出现倾斜时，光盘的凹槽与凹槽间的凸区反射光束间的比较；
图13a和13b示出了当沿光盘的切向出现倾斜时，光盘的凹槽与凹槽间的凸区反射光束的比较；
图14a和14b是示出了倾斜信号(检测信号)随着光束相对于光盘的倾斜而发生的变化的曲线图；和
图15a和15b是分别示出了在去掉基于偏移的偏差(寻迹误差信号)之后，倾斜信号(检测信号)和简单减法(A3-B3)的结果。
图1是根据本发明第一实施例的倾斜检测器的结构图。在该实施例中，倾斜检测器适合于检测光盘的径向倾斜。
在图1中，标号1表示与本倾斜检测器光学连接的光盘。光盘1具有可在其上写信息的轨迹1a。这种光盘1通常被称为凸区/凹槽光盘，即轨迹1a由凹槽及相邻凹槽间的凸区构成。
标号2表示光拾取器，它用于读取记录在轨迹1a上的信息，并检测照射到光盘1的记录表面上的光束的光轴相对于记录表面的倾斜。标号3表示计算单元，用于对来自光拾取器2的光量信号进行预定的计算，并将表示倾斜量的倾斜信号C作为计算结果输出。
光拾取器2包括多个内部元件，即，光发射装置4、准直透镜5、分束器6、物镜7、接收透镜8和光接收单元9。
光发射装置4用于发射要入射到光盘1上的光束。为此，光发射装置4例如可以包括激光二极管。准直透镜5用于将光发射装置4发射的光束转换为准直光束。分束器6用于使准直透镜5的准直光束的光轴折射90度。物镜7用于把准直光束会聚在由分束器6折射90度的光轴上，以便向光盘1的轨迹1a上投射光点。
投射到光盘1的轨迹1a上的光束被其反射，然后经过物镜7返回到分束器6。接着，光束经过分束器6到达接收透镜8。接收透镜8将光束引导至光接收单元9(将在下文中详细说明)的接收表面上，从而在其上产生图象。光接收单元9用于在其接收表面接收反射光束，并输出与接收到的光量相对应的光量信号。为此，光接收单元9可以包括诸如光电二极管。光接收单元9输出的光量信号被输出到计算单元3。
接下来，将参照图2详细说明光接收单元9和计算单元3的结构。如图所示，光接收单元9的接收表面总共被分割成六个区域。即，光接收单元9的接收表面在光盘1的径向上被分成两部分，然后沿光盘1的轨迹1a的切向被分成三部分。
标号9A1、9A2、9A3分别表示沿光盘1径向分成的两部分中的其中一个部分中的三个区域。具体来说，标号9A1和9A2分别表示三个区域中的两侧区域，而标号9A3表示区域9A1和9A2之间的中间区域。另外，标号A1表示区域9A1输出的光量信号，A2表示区域9A2输出的光量信号，A3表示区域9A3输出的光量信号。
标号9B1、9B2、9B3分别表示沿光盘1径向分成的两部分中的另一个部分中的三个区域。具体来说，标号9B1和9B2分别表示三个区域中的两侧区域，而标号9B3表示区域9B1和9B2之间的中间区域。另外，标号B1表示区域9B1输出的光量信号，B2表示区域9B2输出的光量信号，B3表示区域9B3输出的光量信号。
计算单元3包括加法器10和11、除法器12和13以及减法器14。该计算单元3可以包括微机，并且加法器10和11、除法器12和13以及减法器14可以通过诸如微机中包含的运算功能来实现。
计算单元3接收到由光接收单元9的各个区域输出的光量信号，并对接收到的信号进行预定的计算。也就是说，在计算单元3中，加法器11将光量信号A1和A2相加，并将相加的结果A1+A2提供给除法器13，除法器13还接收到光量信号A3。然后，除法器13将光量信号A3除以相加的结果A1+A2。
同样是在计算单元3中，加法器10将光量信号B1和B2相加，并将相加的结果B1+B2提供给除法器12，除法器12还接收到光量信号B3。然后，除法器13将光量信号B3除以相加结果B1+B2。
除法器13和12将相除的结果提供给减法器14，然后减法器14从除法器13的相除结果中减去除法器12的相除结果。结果，计算单元3将相减的结果作为倾斜信号C输出，该信号表示光盘1径向倾斜。计算单元3的这种计算操作可以用下面的公式1来表达：
公式1：C=A3(A1+A2)-B3(B1+B2)]]>
下面将对根据本发明第一实施例的具有上述结构的倾斜检测器的工作情况加以详细说明。如图3所示，由具有凸区L和凹槽G的光盘1的反射的光束包括直接反射光束或零级光束，以及由凸区L和凹槽G反射的一级衍射光束。零级光束和一级衍射光束相互干涉，导致它们相互混合。
图4是在光接收单元9的接收表面上所接收的零级光束(直行光束)和一级衍射光束的平面图。如图所示，零级光束(直行光束)和一级衍射光束具有互相干涉的交迭部分。
假设如图5所示光盘1在径向上倾斜，如图6所示，光接收单元9的各个区域9A1至9A3和9B1至9B3分别接收的光量发生偏差。换句话说，由于光盘1的倾斜，在光投射到光盘上的点上产生彗差，因此使得光接收单元9的各个区域所接收到的光量发生偏差。这种偏差的发生是由于部分A的区域9A1至9A3和部分B的区域9B1至9B3之间的反相关系。例如，如图6所示，如果在部分A的中间区域9A3接收到较高的光强，则在部分B的两侧部分的区域9B1和9B2接收到较高的光强。
即使在光盘1或光束，即光拾取器2在光盘1的径向偏移并且光点超出光盘1的轨迹1a时，所接收的光的强度出现偏差。因此，例如，在仅仅考虑来自区域9A3的光量信号A3和来自区域9B3的光量信号B3之间的差值的情况下，就得到由于倾斜引起的倾斜信号和偏移所导致的寻迹误差信号的交迭信号，由此，不能够仅仅抽取出倾斜信号。为了解决这个问题，根据本发明，计算单元3执行上述公式1的计算操作，从而仅仅抽取出倾斜信号。
计算单元3也可以执行下面的公式2以得到同样的效果。
公式2：C=A3(A1+A2+A3)-B3(B1+B2+B3)]]>
图7是一个方块图，示出了根据本发明的第二实施例的倾斜检测器的结构。在该实施例中，倾斜检测器用于检测光盘1的轨迹1a的切向的倾斜。如图所示，光接收单元9的接收表面一共被划分成六个区域。也就是说，光接收单元9的接收表面在光盘1的轨迹1a的切向分成两个区域，然后沿光盘1的径向分成三个区域。
在第二实施例中，计算单元3与第一实施例的结构和操作(计算操作)相同。作为计算操作的结果，计算单元3中的减法器14输出倾斜信号C，该信号表示在光盘1的轨迹1a的切向的倾斜。
尽管仅仅在光盘的径向产生折射光束，但是在零级光束和一级折射光束的干涉区域内出现如图13a和13b所示的彗差效应。在这种情况下，在如图7所示的光接收单元9的部分A和B观察到不同的光量偏差。
接下来，参照图8描述本发明的第三实施例。在该实施例中，倾斜检测器用于检测径向倾斜和切向倾斜。如图所示，光接收单元15的接收表面被划分成一共十六个区域。也就是说，光接收单元15的接收表面在径向被分成四个区域，然后在切向被分成四个区域。该光接收单元15用于既执行在第一实施例中光接收单元用于检测径向倾斜的功能，又执行在第二实施例中光接收单元用于检测切向倾斜的功能。第三实施例中除了光接收单元15外的其它元件与第一或第二实施例中的其它元件相同，在这里没有示出。
对于利用光接收单元15检测径向倾斜，计算单元执行下面的公式3的操作：
公式3：C=(D5+D6+D9+D10)(D1+D2+D13+D14)-(D7+D8+D11+D12)(D3+D4+D15+D16)]]>
其中，C是径向倾斜信号，D1至D16是从如图8所示的光接收单元15的各个区域输出的光量信号。
对于利用光接收单元15检测切向倾斜，计算单元执行下面的公式4的操作：
公式4：C=(D14+D10+D15+D11)(D13+D9+D16+D12)-(D6+D2+D7+D3)(D5+D1+D8+D4)]]>
其中，C是切向倾斜信号，D1至D16是从如图8所示的光接收单元15的各个区域输出的光量信号。
下面，将参照图9描述本发明的第四实施例。在该实施例中，倾斜检测器用于得到从光盘1上的凸区读取的倾斜信号的极性和从光盘上的凹槽读取的倾斜信号的极性的总和。为此，计算单元3还包括一个反相器16，用于将来自减法器14的倾斜信号C反相，并输出反相的倾斜信号Cb。
在如图10a所示，光点投射到光盘1的凹槽G，和在如图10b所示，光点投射到光盘1的凸区L的情况下，折射光束的极性反转，由此使得即使在光盘1在同一方向具有倾斜并且产生相同的彗差的情况下，反射光束在强和弱部分反相。因此，当光点投射到凹槽G和光点投射到凸区L时，倾斜信号C的极性反转。在这点上，设置反相器16使得在两种情况下的输出信号的极性相同。例如，对于光点投射到凹槽G的情况，来自减法器14的倾斜信号C被作为倾斜检测器的输出信号。对于光点投射到凸区L的情况，来自反相器16的反相的倾斜信号Cb被作为倾斜检测器的输出信号。
在图9所示的第四实施例中，除了第一实施例的结构外，还设有反相器16。也可以在第二或第三实施例的结构的基础上，设置反相器16。
图11到15示出了本发明上述实施例的模拟结果。图11示出了由于倾斜和偏移而引起的光接收单元的接收表面上光强分布的变化，其中，图11a是既不基于倾斜也不基于偏移的光强分布的图，图11b是仅仅基于偏移的光强分布的图，图11c是仅仅基于倾斜的光强分布的图，图11d是基于倾斜和偏移的光强分布的图。
图12和13示出了光盘的凹槽和凸区反射的光束之间的比较。图12示出了当光盘在径向存在倾斜时，光盘的凹槽和凸区反射的光束之间的比较，其中，图12a是显示从凹槽反射的光束的图，图12b是显示从凸区反射的光束的图。如这些图所示，从凹槽反射的光束和从凸区反射的光束的强度分布是反相的。因此，根据本发明的第四实施例，在计算单元3中设有反相器16，用于使生成的信号的极性相同。反相器16将倾斜信号C的极性反转并输出反相的信号Cb。最后，可以选择倾斜信号C或反相的倾斜信号Cb作为倾斜检测器的输出信号。
图13示出了当光盘在切向存在倾斜时，光盘的凹槽和凸区反射的光束之间的比较，其中，图13a是显示从凹槽反射的光束的图，图12b是显示从凸区反射的光束的图。如这些图所示，与光盘在径向存在倾斜的情况相似，从凹槽反射的光束和从凸区反射的光束的强度分布是反相的。
图14示出了由于光束相对于光盘的倾斜而导致的倾斜信号(检测信号)的变化，其中，图14a是显示由于切向倾斜而导致的倾斜信号(检测信号)的变化的曲线图。在该曲线图中，示出了径向倾斜信号和切向倾斜信号。切向倾斜导致切向倾斜信号的变化，而导致径向倾斜信号的变化很小。
图14b是显示由于径向倾斜而导致的倾斜信号(检测信号)的变化的曲线图。在该曲线图中，示出了径向倾斜信号和切向倾斜信号。径向倾斜导致径向倾斜信号的变化，而导致切向信号的变化很小，从而具有没有串扰的优选检测特性。
图15a是显示在通过计算单元3消除了基于偏移的偏差后的倾斜信号(检测信号)的曲线图。在本发明中，计算单元3用于执行消除基于偏移的偏差(寻迹误差信号)的计算功能。结果，在倾斜检测器的输出信号中不存在偏差(寻迹误差信号)。
图15b显示简单减法(A3-B3)的结果。简单减法的这个结果代表基于偏移的偏差(寻迹误差信号)与倾斜信号交迭。因此，假设径向的倾斜角是0度，则径向倾斜信号不会变为0。
从上述的说明中可以看出，根据本发明，倾斜检测器不需要分别检测光盘的倾斜和物镜的光轴的倾斜，并且能够根据倾斜直接检测彗差，从而简化了结构。
另外，本倾斜检测器的操作不受当检测光盘倾斜的绝对值和物镜光轴倾斜的绝对值时所出现的误差的影响。而且，本倾斜检测器能够根据倾斜直接检测彗差。因此，倾斜检测器不需要根据倾斜估算彗差，并能够高精确度地检测倾斜。此外，物镜的寻迹偏移不会引起倾斜信号的误差，由此能够进行高精度的检测。
尽管为了说明的目的公开了本发明的优选实施例，但本领域的技术人员应该知道能够进行各种修改、添加和替换，而不背离本发明在所附权利要求中公开的范围和精神。