專利名稱：光學(xué)檢測(cè)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(guān)于一種光學(xué)檢測(cè)裝置，例如光學(xué)掃描儀或是CD(光驅(qū))與DVD(數(shù)字多用途光盤)裝置中的撿取系統(tǒng)，或是光學(xué)傳輸線中的接收器。
背景技術(shù)：
由于日益增加對(duì)于照片、聲音與影像的多媒體需求，對(duì)于內(nèi)存需求是成指數(shù)地增加。在磁帶儲(chǔ)存媒體與硬盤之間，光學(xué)存儲(chǔ)系統(tǒng)構(gòu)成一特別具有吸引力的解決方法。在毫秒范圍內(nèi)的存取時(shí)間，僅稍高于硬盤的時(shí)間，光學(xué)存儲(chǔ)系統(tǒng)提供每天在客戶端使用的可能性。具有帶驅(qū)動(dòng)，其分享存盤的性質(zhì)，亦即在驅(qū)動(dòng)中儲(chǔ)存媒體可被置換的性質(zhì)。目前的內(nèi)存容量約為50億位，且短期預(yù)測(cè)可上至500億位，使得光學(xué)儲(chǔ)存媒體可與影像記錄器競(jìng)爭(zhēng)，因此似乎可以確定的是這個(gè)領(lǐng)域?qū)⒖焖俪砷L(zhǎng)。所有的光學(xué)內(nèi)存共同點(diǎn)為以光束進(jìn)行儲(chǔ)存媒體所儲(chǔ)存的存寫運(yùn)作與讀出，以及在讀出中，根據(jù)所儲(chǔ)存的數(shù)據(jù)，由儲(chǔ)存媒體所修飾的光束，例如被反射的光束，是藉由一光電檢測(cè)器，而被轉(zhuǎn)換為一電信號(hào)。
此光電檢測(cè)器的其它應(yīng)用領(lǐng)域，例如光傳輸領(lǐng)域，例如具有并行傳輸線的檢測(cè)器矩陣形式。
所有這些光檢測(cè)器的應(yīng)用，具有將光學(xué)檢測(cè)器固定于被檢測(cè)光束中的問題，所以光束對(duì)于光學(xué)檢測(cè)器具有最理想的校準(zhǔn)。此必須耗時(shí)且昂貴，因?yàn)槭褂霉鈱W(xué)檢測(cè)器組合光學(xué)裝置中的精準(zhǔn)與調(diào)整，或是需要耗時(shí)與昂貴的預(yù)防措施以對(duì)抗熱漂流或是其它特定應(yīng)用的運(yùn)作狀況，例如預(yù)防措施對(duì)抗相對(duì)于光學(xué)檢測(cè)器的光束之錯(cuò)誤校準(zhǔn)，或是對(duì)抗其它會(huì)負(fù)面影響讀出的因素。
此光學(xué)裝置例如CD與DVD裝置。其包含一讀出頭，其任務(wù)是掃描以及自CD或是DVD儲(chǔ)存媒體中擷取數(shù)據(jù)。除了激光二極管之外，光學(xué)裝置的光學(xué)、聚焦控制以及追蹤控制致動(dòng)器，所述的讀出頭亦包含一光二極管矩陣，除了數(shù)據(jù)讀出之外，其包含用于聚焦與追蹤控制的信號(hào)。習(xí)知結(jié)構(gòu)的光二極管矩陣?yán)绲?2圖中所示，例如1999年應(yīng)用物理期刊1755-1760頁，中M.O.Freeman等人的日文文章「全像攝影數(shù)字多功能光盤光學(xué)撿取頭模塊的聚焦與追蹤檢測(cè)」所述。第12圖中所示的二極管矩陣包含四個(gè)接收二極管900，902，904與906，分別以A、B、C與D代表，且配置于平面的2×2矩陣中。第12圖的二極管矩陣是配置于CD或DVD裝置的讀出頭中，以接收在所述CD或DVD上自一軌道所反射的光束。在CD的范例中，儲(chǔ)存于光盤片軌道中的數(shù)據(jù)例如以預(yù)先決定順序的平面位置與高度(依不同觀點(diǎn)，或是稱為凹處)(所謂的凹坑)。入射至板上或是自板上反射的光束，是比軌道或是凹坑較寬，因此其上所聚焦的光束之反射造成反射光束的破壞性干擾，因而以減低的反射光束之光強(qiáng)度辨識(shí)高度，且平面辨識(shí)則是藉由增加的或最大的光強(qiáng)度所辨識(shí)。光學(xué)映像反射光束至二極管矩陣上。自接收二極管900-906的輸出信號(hào)，在數(shù)據(jù)信號(hào)中，數(shù)據(jù)室儲(chǔ)存于軌道中，且是藉由將這些二極管的所有輸出信號(hào)加總而獲得，亦即藉由A+B+C+D。由于固定增加速度的讀出與增加的數(shù)據(jù)密度，接收二極管900-906必須是適合用于快速讀出的二極管。此二極管是指HF二極管。需要多于一個(gè)，亦即四個(gè)HF二極管的理由是在于由這些HF二極管所能獲得的強(qiáng)度分布信息適用于聚焦與追蹤控制。對(duì)于聚焦控制，例如聚焦在光學(xué)板上且自其反射的光束是通過散光例如圓筒狀的透鏡而映像于第12圖中的二極管矩陣之上。指定所述讀出頭與光學(xué)板之間的標(biāo)的距離，所以聚焦在光學(xué)板上的光束的圓形映像是形成在第12圖的二極管矩陣上。在解聚焦的過程中，映像在第12圖二極管矩陣上光點(diǎn)的橢圓變形，形成散光透鏡的主軸之一。對(duì)于距離與/或聚焦控制，二極管902與904以及二極管900與904的輸出信號(hào)被相加在一起，且其總額彼此相減，亦即(A+C)-(B+D)，以檢測(cè)解聚焦中的橢圓變形，其是假設(shè)散光透鏡的主軸沿著第12圖中所示的x與y軸延伸。當(dāng)散光透鏡對(duì)準(zhǔn)沿著x軸的強(qiáng)折射軸時(shí)，沿著主軸y的橢圓延伸是代表，例如大于標(biāo)的距離的距離，而沿著x軸的橢圓延伸是指例如太小的距離。根據(jù)聚焦控制信號(hào)，物鏡至光學(xué)板的距離可藉由致動(dòng)器而調(diào)整。同樣地，信號(hào)(A+D)-(C+B)可被用以控制追蹤數(shù)據(jù)載體上的激光，亦即用于放射狀地移動(dòng)讀出頭穿過旋轉(zhuǎn)的光學(xué)板。二極管的此連結(jié)適合用于檢測(cè)所謂的推-拉圖案，其是由作用如同相位光柵的高度所產(chǎn)生的折射程度之干擾所造成。
另一提供信號(hào)用于追蹤控制的可能在于亦即用于設(shè)定讀出頭的放射狀位置，或是與軌道橫切方向的讀出頭位置，是在HF二極管矩陣的外部，配置兩個(gè)附加的接收二極管。此一結(jié)構(gòu)如第13圖中所示。由圖可見，除了四個(gè)HF二極管之外，另提供兩個(gè)接收二極管908與910，由于追蹤控制需要取樣與/或并非太高的讀出速度，所以這些接收二極管被讀出的速度較慢，用于較慢讀出的檢測(cè)二極管如LF二極管，如下所述。除了實(shí)際數(shù)據(jù)讀出光束之外，提供這些LF二極管908與910用以接收兩光束，其是聚焦在所述光學(xué)板上且被反射。獲得這些附加的光束，例如自此用于以折射為第一級(jí)折射而數(shù)據(jù)讀出的實(shí)際激光二極管，其配置對(duì)應(yīng)于主要光束，因此相對(duì)于軌道的方向，稍微在主要光束之前與之后，聚焦在光學(xué)板上，有些與軌道方向橫切。較佳是讀出頭與軌道對(duì)準(zhǔn)，由于聚焦的附加光束之有限延伸，而以軌道的凹坑調(diào)整兩附加的光束。在讀出頭的側(cè)向軌道錯(cuò)誤對(duì)準(zhǔn)時(shí)，僅有附加光束的其中之一有限延伸于軌道中，而其它的附加光束并未受到調(diào)整。由此信息，可得到用于放射狀控制讀出頭的追蹤控制信號(hào)。
第12圖與第13圖的二極管矩陣共同點(diǎn)在于，其皆對(duì)因錯(cuò)誤調(diào)整或是熱漂浮所形成的光束非理想定位敏感。此外，由于在儲(chǔ)存媒體上的基質(zhì)厚度中的光學(xué)變化以及光學(xué)板自一標(biāo)的位置偏移，所以光學(xué)補(bǔ)償對(duì)于被擷取數(shù)據(jù)的錯(cuò)誤速度有負(fù)面影響，而這些事件并不能被檢測(cè)到。結(jié)果排除這些錯(cuò)誤來源而進(jìn)行的耗時(shí)且制程昂貴的精確調(diào)整，其組件昂貴且追蹤與聚焦控制更昂貴。
光學(xué)儲(chǔ)存片的儲(chǔ)存密度與壓縮度不斷增加的需求，造成其它的問題。隨著儲(chǔ)存密度的增加，由于在數(shù)據(jù)載體上同時(shí)讀出兩相鄰軌道，激光點(diǎn)的有限延伸造成串音現(xiàn)象。過去的檢測(cè)器不提供檢測(cè)此狀況的可能性。再一次地，造成錯(cuò)誤速度增加，例如若是未被讀出的軌道尚無凹坑的存在，則存在相鄰軌道的凹坑可導(dǎo)致錯(cuò)誤的讀出結(jié)果，且同時(shí)此限制數(shù)據(jù)載體上的軌道深度，其依序在決定媒體儲(chǔ)存容量上扮演決定性的角色。
此外，過去的二極管結(jié)構(gòu)缺點(diǎn)在于要獲得因錯(cuò)誤對(duì)準(zhǔn)所接收的光束信息需要很高的費(fèi)用，以及/或需要后續(xù)的校正信號(hào)。將接收窗續(xù)分為四個(gè)部分，亦即分為HF二極管900-906，例如這些二極管的讀出費(fèi)用，而必須分別設(shè)計(jì)這些二極管具有適合讀出數(shù)據(jù)的讀書速度。在圖13中，所述用于追蹤控制的LF二極管908與910，是基于第一級(jí)折射的兩光束的附加光學(xué)支出前提。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的提供一光學(xué)檢測(cè)裝置及其運(yùn)作方法，因此除了檢測(cè)光束所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)之外，具有更有效對(duì)準(zhǔn)光束與光學(xué)檢測(cè)裝置。
本發(fā)明的目的是借由權(quán)利要求1的光學(xué)裝置與權(quán)利要求18的方法所達(dá)成。
本發(fā)明的光學(xué)檢測(cè)裝置，用于在一檢測(cè)窗中檢測(cè)一光束的強(qiáng)度，以及用于檢測(cè)由光束所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，所述的光學(xué)檢測(cè)裝置包含第一檢測(cè)二極管，以及在所述檢測(cè)窗中包含至少兩個(gè)第二檢測(cè)二極管的矩陣。再者，提供一第一讀出電路連接于所述的第一檢測(cè)二極管，用于以第一讀出速度讀出第一檢測(cè)二極管，以及提供一第二讀出電路連接于第二檢測(cè)二極管，用于以小于第一讀出速度的第二讀出速度而讀出第二檢測(cè)二極管，以檢測(cè)例如光束的平均強(qiáng)度。
本發(fā)明的發(fā)現(xiàn)基礎(chǔ)在于為了達(dá)到降低對(duì)準(zhǔn)控制的費(fèi)用，必須放棄過去的方法以建構(gòu)光學(xué)檢測(cè)裝置，其使用用于數(shù)據(jù)檢測(cè)的檢測(cè)窗外部附加產(chǎn)生的光束用于控制傳輸數(shù)據(jù)的光束對(duì)準(zhǔn)，具有檢測(cè)二極管用以檢測(cè)數(shù)據(jù)，或是提供二極管用以檢測(cè)檢測(cè)窗中的數(shù)據(jù)以控制對(duì)準(zhǔn)。根據(jù)本發(fā)明，在相同檢測(cè)窗中，傳輸數(shù)據(jù)的光束是被檢測(cè)，不只是用于檢測(cè)數(shù)據(jù)的檢測(cè)二極管，還包含在較低讀出速度所讀出的附加檢測(cè)二極管的矩陣。
本發(fā)明的考量之一，在本發(fā)明的基礎(chǔ)是檢測(cè)窗中附加的檢測(cè)二極管初始的確造成附加的支出以及減少可有效用于數(shù)據(jù)檢測(cè)的區(qū)域，但是這些缺點(diǎn)比不上在檢測(cè)窗中附加檢測(cè)二極管的矩陣更為有效、較便宜的控制傳輸數(shù)據(jù)的光束與檢測(cè)窗的對(duì)準(zhǔn)。例如，在大多數(shù)的范例中，并不需要控制光束與檢測(cè)窗的對(duì)準(zhǔn)，以于與數(shù)據(jù)速度相同的讀出速度，在數(shù)據(jù)窗中檢測(cè)光束的強(qiáng)度，所述的數(shù)據(jù)傳輸速度大多很高。較低的讀出速度僅被設(shè)計(jì)用于對(duì)準(zhǔn)光束與檢測(cè)窗，然而，使得附加插入的檢測(cè)二極管具有較小的表區(qū)域，這是由于其可整合或加總在較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)所檢測(cè)的光束。由于附加檢測(cè)二極管的讀出較慢，這些檢測(cè)二極管的讀出支出亦較小，且此矩陣的多路傳輸讀出運(yùn)作是可能的，以用于讀出附加的矩陣，例如僅需要有一附加的輸出，或是一附加的接腳。由于所述的附加二極管是直接配置于檢測(cè)窗中，用于檢測(cè)傳輸數(shù)據(jù)的光束，再者并不需要在傳輸數(shù)據(jù)的光束之外，產(chǎn)生附加的光束。由于可借由在檢測(cè)窗中傳輸數(shù)據(jù)的光束的強(qiáng)度分布控制光束與檢測(cè)窗的對(duì)準(zhǔn)，所以借由附加檢測(cè)二極管的矩陣所檢測(cè)的空間強(qiáng)度分布，并不需要將用于數(shù)據(jù)檢測(cè)的檢測(cè)窗區(qū)域續(xù)分為幾個(gè)部分，因此僅需要快速的更昂貴的讀出電路。此外，借由附加檢測(cè)二極管矩陣所進(jìn)行的在檢測(cè)窗中傳輸數(shù)據(jù)的光束的強(qiáng)度檢測(cè)，使得強(qiáng)度中心的檢測(cè)其信息再次被用于控制光束與檢測(cè)窗的對(duì)準(zhǔn)。
根據(jù)本發(fā)明的一特定實(shí)施例，一特定光學(xué)檢測(cè)裝置如CD與DVD設(shè)備中的應(yīng)用優(yōu)點(diǎn)，如下所述。


本發(fā)明的其它較佳實(shí)施例，其詳細(xì)說明如下。
圖1是根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例，說明一光學(xué)檢測(cè)裝置。
圖2A是根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例，說明一光學(xué)掃描裝置的檢測(cè)二極管矩陣。
圖2B是一方塊圖，其是說明圖2A的光學(xué)掃描裝置的讀出與控制部分。
圖3A是根據(jù)本發(fā)明的一特定實(shí)施例，說明圖2A中所述二極管矩陣的布局。
圖3B是圖3A布局的切面圖。
圖4是一仿真結(jié)果，其說明圖3A的布局中沿著圖3B的切面所形成的無光電流(dark current)。
圖5是說明在圖3A的二極管矩陣中HF與LF二極管的區(qū)域與周圍容量是作為二極管電壓的函數(shù)，以代表所述表面與邊緣的每一單位長(zhǎng)度的改善電容。
圖6是說明圖3A的二極管矩陣的HF二極管的過渡電容，是作為二極管電壓的函數(shù)。
圖7是說明圖3A的二極管矩陣的LF二極管的過渡電容，是作為二極管電壓的函數(shù)。
圖8是根據(jù)圖3A，說明同時(shí)讀出時(shí)，二極管矩陣的二極管的頻譜反應(yīng)。
圖9是說明一讀出電路，用于讀出圖2A實(shí)施例中的HF二極管。
圖10是說明圖9中放大器的放大電路實(shí)施例。
圖11A是一讀出電路，其是讀出第2圖實(shí)施例的LF二極管。
圖11B是說明圖11A電路中所發(fā)生信號(hào)的波形，用以說明LF二極管串接形式的讀出。
圖12是說明一習(xí)知的HF二極管矩陣，其是用于CD與DVD設(shè)備中。
圖13是一個(gè)不同于圖12的二極管矩陣，其具有附加的LF二極管用于追蹤控制。
具體實(shí)施例方式
圖1是根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例，說明一光學(xué)檢測(cè)裝置，其是以10表示。在用于檢測(cè)傳輸數(shù)據(jù)的光束的檢測(cè)窗15中，所述的光學(xué)檢測(cè)裝置10包含檢測(cè)二極管的分別代表的21a，21b，21c，21d，22a，22b，22c，22d，23a，23b，23c，23d，24a，24b，24c，24d的4×4矩陣20，線數(shù)目中的字母代表列。此外，光學(xué)檢測(cè)裝置10包含一檢測(cè)二極管25，就其所覆蓋的表面區(qū)域是指未被二極管矩陣20所占據(jù)的部分。檢測(cè)二極管21a-24d是連接至一讀出電路30，而所述的讀出二極管25是連接至一數(shù)據(jù)讀出電路35。讀出電路30與35的讀出速度是不同的。所述數(shù)據(jù)讀出電路35具有一讀出速度其速度足以掃描在光束中傳輸?shù)乃鰯?shù)據(jù)，其是在足夠高度的速度下由所述檢測(cè)窗26中的光學(xué)檢測(cè)裝置所檢測(cè)。
數(shù)據(jù)讀出電路35以模擬形式，輸出所述的讀出信號(hào)至一輸出40，可用于一A/D轉(zhuǎn)換器(未顯示)。所述的讀出電路30是以較低的讀出速度，讀出所述的檢測(cè)二極管21a-24d，且連續(xù)以模擬形式在輸出在一輸出45所讀出的值。另一方面，所述的讀出電路30與35皆可輸出數(shù)字樣品。
在所述二極管矩陣所檢測(cè)到入射在檢測(cè)窗15的光束強(qiáng)度分布的基礎(chǔ)上，適合用于校正光束與檢測(cè)窗15的錯(cuò)誤調(diào)整或是錯(cuò)誤對(duì)準(zhǔn)的作用，如下所述。
本質(zhì)上，圖1的光學(xué)檢測(cè)裝置10包含兩部分。一部分包含檢測(cè)二極管25與數(shù)據(jù)讀出電路35，以用于數(shù)據(jù)檢測(cè)。檢測(cè)二極管25必須具有足夠高的帶寬讀出速度調(diào)整至在檢測(cè)窗15中所檢測(cè)到光束傳輸數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)速度。
所述檢測(cè)裝置10的第二部分包含所述二極管矩陣20與讀出電路30。此部分是負(fù)責(zé)提供信息供檢測(cè)窗15與傳輸數(shù)據(jù)的光束間之最佳對(duì)準(zhǔn)。光束與檢測(cè)窗之間前在的錯(cuò)誤對(duì)準(zhǔn)可能產(chǎn)生的原因，例如在將光學(xué)裝置(未顯示)組合于光學(xué)檢測(cè)裝置10的過程中發(fā)生錯(cuò)誤調(diào)整、熱漂浮、在光學(xué)裝置建立后運(yùn)作過程中的機(jī)械震動(dòng)、例如在可攜式的CD播放器中，或是在讀出時(shí)所進(jìn)行應(yīng)用所誘發(fā)的控制程序，例如追蹤控制或聚焦。相較于高數(shù)據(jù)速度或是高讀出速度，光束與數(shù)據(jù)窗之間對(duì)準(zhǔn)的改變很慢，如經(jīng)驗(yàn)所示，因此對(duì)于讀出電路30，較慢的讀出速度范圍例如kHz是足夠的。所述多路傳輸?shù)男盘?hào)，其是在輸出45由讀出電路30所輸出，可使用代表在二極管21a-24d位置的光束強(qiáng)度的所述信號(hào)，以決定在檢測(cè)窗口15中強(qiáng)度的中心與/或光束的中心，其亦系指在檢測(cè)窗15中光束的實(shí)際位置。決定檢測(cè)窗15中光束實(shí)際位置的可能性包含例如在檢測(cè)最大強(qiáng)度的檢測(cè)二極管21a-24d中決定檢測(cè)二極管、由檢測(cè)二極管21a-24d所檢測(cè)的強(qiáng)度分布之補(bǔ)插與后續(xù)極值頻估、通過由檢測(cè)二極管21a-24d所檢測(cè)的強(qiáng)度值與后續(xù)的極值評(píng)估以計(jì)算強(qiáng)度符合波形，但并不受限于此。
此外，由檢測(cè)二極管21a-24d所獲得的信息可被使用作為檢測(cè)在檢測(cè)窗15中例如由于使用散光透鏡所形成的光束強(qiáng)度分布的橢圓退化。此外，在某些以特定位置所配置的檢測(cè)二極管21a-24d之間的特定電路連接，例如相加或相減，可被用以抵消錯(cuò)誤對(duì)準(zhǔn)與/或用以產(chǎn)生合適的控制信號(hào)用于特定的應(yīng)用，由于這些錯(cuò)誤對(duì)準(zhǔn)造成在這些位置有特別的強(qiáng)度分布。
關(guān)于圖1，需指出的是此實(shí)施例的光學(xué)檢測(cè)裝置可用于許多光學(xué)裝置，其中提供檢測(cè)傳輸數(shù)據(jù)的光束。此裝置的范例包含光學(xué)儲(chǔ)存裝置，例如CD或是DVD設(shè)備，以及提供光學(xué)傳輸線用于連結(jié)兩電子裝置的裝置。取決于應(yīng)用，可使用許多致動(dòng)器以校正在檢測(cè)窗中光束的對(duì)準(zhǔn)。在CD與DVD的設(shè)備中，可由致動(dòng)器設(shè)定潛在的系數(shù)，用于影響在檢測(cè)窗中激光束的對(duì)準(zhǔn)，所述系數(shù)包含例如在橫切于軌道的方向中所述讀出頭的放射狀位置、物鏡與光學(xué)板之間的距離，以及例如包含完整二極管矩陣的檢測(cè)窗的壓電側(cè)向偏移，因而亦可校正靜態(tài)的錯(cuò)誤調(diào)整或是熱漂浮。
在這些所有應(yīng)用中，本發(fā)明在檢測(cè)窗15的二極管矩陣20配置，促使關(guān)于所述的檢測(cè)窗中光束對(duì)準(zhǔn)的更有效控制。在最簡(jiǎn)單的范例中，只需要提供一個(gè)二極管作為檢測(cè)數(shù)據(jù)的二極管25，所以只需要一個(gè)對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)讀出電路35用于被接收數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)速度。如上所述，較慢的檢測(cè)二極管21a-24d可能造成再輸出45連續(xù)輸出，因此在一芯片的實(shí)施中，僅需要一個(gè)接腳。
請(qǐng)參閱圖1，最后應(yīng)指出圖1所示的實(shí)施例僅為一范例。所述二極管矩陣20的檢測(cè)二極管21a-24d的數(shù)目可變化，例如至可影響錯(cuò)誤對(duì)準(zhǔn)的致動(dòng)器，亦即其可被調(diào)整至正確的程度以抵消錯(cuò)誤對(duì)準(zhǔn)。結(jié)果僅有預(yù)期到光束的錯(cuò)誤對(duì)準(zhǔn)，例如沿著一方向，因而僅提供一致動(dòng)器用以抵消沿著此方向的錯(cuò)誤對(duì)準(zhǔn)例如檢測(cè)二極管的2×1矩陣是足夠的。相反地，在數(shù)據(jù)檢測(cè)側(cè)，不同的應(yīng)用，例如并行傳輸線其中作為一接收器的二極管矩陣市面對(duì)光束的傳輸器，可能需要提供多于一個(gè)檢測(cè)二極管用于數(shù)據(jù)檢測(cè)。結(jié)果，除了矩陣20之外，可提供檢測(cè)二極管25的矩陣用于后續(xù)圖式的實(shí)施例中，此雙重HF與LF二極管矩陣可被使用于光學(xué)并行傳輸線中的光學(xué)接收器中，用于具有光束對(duì)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)接收，同時(shí)進(jìn)行錯(cuò)誤對(duì)準(zhǔn)補(bǔ)償，例如在E1ectronics letters期刊第38冊(cè)第10卷Linten等人所著“具有光束定位的整合光學(xué)接收器”中所描述者，其是并入于本案作為參考文獻(xiàn)。
參考圖2-11，一光學(xué)掃描裝置的實(shí)施例將在后續(xù)內(nèi)容中敘述。其中該光學(xué)掃描裝置乃適于應(yīng)用在傳統(tǒng)的CD與DVD設(shè)備中，其能夠具有聚焦以及追蹤控制方面的附加能力，而且可以執(zhí)行免除將可能被檢測(cè)到的光束錯(cuò)誤對(duì)準(zhǔn)在光學(xué)檢測(cè)裝置的窗口中被檢測(cè)出來的步驟。即使本案的光學(xué)掃描裝置的二極管矩陣(其將借由參考圖2而說明于后)也適于用在其它應(yīng)用上，但為了便于了解，以下僅將其架構(gòu)在光學(xué)掃描裝置中以便克服習(xí)知與CD設(shè)備一起應(yīng)用時(shí)的問題。其中圖2A繪出了二極管矩陣，圖2B該光學(xué)掃描裝置的讀出與控制部分。圖3A、3B以及圖4至8展示出了一個(gè)在CMOS技術(shù)中的二極管矩陣的實(shí)施例以及/或是其特性。圖9至圖11展示出了用以讀出該二極管矩陣的二極管的有潛力評(píng)估電路。
將借由參考圖2至圖11而在后文中被說明的光學(xué)掃描裝置乃建立在一CD驅(qū)動(dòng)器中，該CD驅(qū)動(dòng)器并未繪出但其結(jié)構(gòu)原則上乃如一般所知者。以下所述的光學(xué)掃描裝置僅表現(xiàn)該CD驅(qū)動(dòng)器的檢冊(cè)、讀出、以及控制信號(hào)產(chǎn)生部分。另外，所述CD驅(qū)動(dòng)器包含一個(gè)驅(qū)動(dòng)器，其乃用來旋轉(zhuǎn)一個(gè)被加載其中的CD以使其變?yōu)橐还鈱W(xué)板，也包含一個(gè)被當(dāng)作是能產(chǎn)生一光束的一光產(chǎn)生裝置的激光二極管，還包括光學(xué)裝置以及一個(gè)做為伺服裝置(servo-means)的促動(dòng)器(actuator)，其中該促動(dòng)器用來設(shè)定在載體與軌道之間的距離，而一個(gè)與該軌道有關(guān)的該載體的一側(cè)向部位，其受到用來追跡與聚焦控制的控制信號(hào)所影響，是將借由該二極管矩陣所檢測(cè)到的光束強(qiáng)度分布而決定，其亦將于后續(xù)內(nèi)容中得到說明。所述光學(xué)裝置包含光學(xué)設(shè)備，例如一用以校準(zhǔn)激光束的校準(zhǔn)器、一透光性或是反射性的分光器，其以偏振為基礎(chǔ)，是一個(gè)45度而可改變偏振方向的板子、一個(gè)物鏡及/或會(huì)聚鏡，用以將被校準(zhǔn)的激光束聚焦至?xí)蛔x出的CD軌道上，在該CD上乃儲(chǔ)存有會(huì)被讀出的數(shù)據(jù)，而一個(gè)散光鏡則用將光束導(dǎo)至該二極管矩陣，其中該光束乃是來自該軌道并且是由該物鏡所捕獲者。二極管矩陣、激光二極管以及光學(xué)裝置乃相連地設(shè)在讀出頭上而且是彼此依次地有固定的位置，因此由軌道所調(diào)變以及反射的光束便會(huì)通過該光學(xué)裝置而導(dǎo)向至該二極管矩陣，于是借由光學(xué)操作該光束被可以排列在圖2 A中的二極管矩陣的一目標(biāo)區(qū)上，例如，中央。幾個(gè)相反的情況可能導(dǎo)至在圖2A中的二極管矩陣上而真的由反射激光束所覆蓋的的實(shí)際位置是與目標(biāo)區(qū)不同，例如一個(gè)錯(cuò)誤的調(diào)整、熱漂浮、讀出頭的側(cè)向或是光束-導(dǎo)向錯(cuò)誤校準(zhǔn)，此偏軌是借由以下方式而被抵銷，后續(xù)內(nèi)容將進(jìn)一步說明其細(xì)節(jié)，借由從圖2A中的二極管矩陣所檢測(cè)到的強(qiáng)度中產(chǎn)生伺服裝置的適宜控制信號(hào)以及借由圖2B中的讀出與控制部分。
圖2A繪出光學(xué)掃描裝置的二極管矩陣，其用來檢測(cè)在一檢測(cè)窗中的光束強(qiáng)度分布并用來檢測(cè)由該光束所傳輸?shù)臋z測(cè)數(shù)據(jù)，因此其是代表了光學(xué)掃描裝置的檢測(cè)部分。特別地，圖2A的二極管矩陣是包含一個(gè)由檢測(cè)二極管210a-210e、202a-202e、203a-203e、204a-204e以及205a-205e所組成的一個(gè)5×5矩陣200，其中的各自母是代表該5×5矩陣的一列。另外，圖2A的二極管矩陣包含一個(gè)由檢測(cè)二極管251a-251d、252a-252d、253a-253d以及254a-254d所組成的一個(gè)4×4矩陣250。矩陣200與250是以彼此有關(guān)聯(lián)的方式排列，因此檢測(cè)二極管215a-254d是適切地分別設(shè)于檢測(cè)二極管201a-205e間的間隔之中。換句話說，檢測(cè)二極管251a-254d是是以一種面向中央的方式與檢測(cè)二極管201a-205e一起排列而形成一個(gè)主體集中的力方排列。所有的檢測(cè)二極管201a-205e以及251a-254d是以相連排列的方式排在同一檢測(cè)窗256中，所述檢測(cè)窗256是用來檢測(cè)檢測(cè)由該軌道所反射回來而將被讀出的光束，所述光束由該軌道的凹坑所調(diào)整，因此包含被讀出的數(shù)據(jù)。檢測(cè)二極管201a-205e是分別連接至一讀出電路268(圖2B)，其以一種并聯(lián)的方式讀出那些二極管以便利用一多路方式來輸出相同的輸出信號(hào)。二極管矩陣250的檢測(cè)二極管251a-254d是彼此相連或是串聯(lián)相接以形成六區(qū)A、B、C、D、E、與F，并連接至不同的讀出電路260a、260b、260c、260d、260e以及260f，其等展現(xiàn)出一個(gè)比用來讀出該5×5矩陣200的檢測(cè)二極管201a-205e的讀出速度更快的讀出入度。特別地，如第2圖所示，檢測(cè)二極管254a、253a與253b是結(jié)合在一起而形成區(qū)域A，檢測(cè)二極管254d、253d與253c是結(jié)合在一起而形成區(qū)域B，檢測(cè)二極管252d、251d與252c是結(jié)合在一起而形成區(qū)域C，檢測(cè)二極管251a、252a與252b是結(jié)合在一起而形成區(qū)域D，檢測(cè)二極管254b與254c是結(jié)合在一起而形成區(qū)域E，檢測(cè)二極管251b與251c是結(jié)合在一起而形成區(qū)域F。
在以下內(nèi)容中，具有一個(gè)較低的讀出速度檢測(cè)二極管201a-205e的是以LF二極管表示，其中具有較高讀出速度的二極管251a-254d是以HF二極管表示。連續(xù)被讀出的LF二極管201a-205e是用來產(chǎn)生聚焦與追蹤控制的控制信號(hào)，并來控制該CD驅(qū)動(dòng)器(未圖式)的促動(dòng)器，其中所述CD驅(qū)動(dòng)器包含建構(gòu)有圖2A所示的二極管矩陣的該光學(xué)掃描裝置。HF二極管251a-254d是用來檢測(cè)在圖2A中的二極管矩陣上的入射光束所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)。進(jìn)入?yún)^(qū)域A-F的所述二極管分支提供了將在后續(xù)內(nèi)容中所說明的圖2A中的二極管矩陣提供信號(hào)A-D的可能性，而且其也在傳統(tǒng)CD裝置中被用來追蹤與聚焦控制，并且是被設(shè)計(jì)用來以根據(jù)圖12所得的一二極管矩陣為基礎(chǔ)而產(chǎn)生聚焦與伺服信號(hào)。區(qū)域與F是被排列，以致于他們能夠被用來檢測(cè)串音現(xiàn)象，其將于后續(xù)內(nèi)容中說明。
在說明了圖2A的二極管矩陣結(jié)構(gòu)以后，以下內(nèi)容是是關(guān)于在該光學(xué)掃描裝置中用來讀出二極管以及產(chǎn)生伺服信號(hào)的部分之說明。在區(qū)域A-F所產(chǎn)生的電流，如上述者，是分別借由讀出電路260a、260b、260c、260d、260e以及260f而被讀出，并且將被放大，其是借由一個(gè)轉(zhuǎn)阻放大器所執(zhí)行，一個(gè)實(shí)施例將可再參考圖9與圖10之后而詳細(xì)說明于后。讀出電路260a-260d的輸出是與一評(píng)估電路262相連，所述評(píng)估電路262在一輸出端將一數(shù)據(jù)信號(hào)輸出給一AD轉(zhuǎn)換器，而在其輸出端，借由光束所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)是依序以數(shù)字形式輸出。評(píng)估電路262更可用以在一傳統(tǒng)方式中利用HF二極管區(qū)域A、B、C以及D的輸入信號(hào)來產(chǎn)生用以追蹤與聚焦控制的控制信號(hào)，并將在其它輸出端中的其中一輸出端把控制信號(hào)輸出，如以虛線所示者。舉例來說，評(píng)估裝置262可被設(shè)置在一對(duì)應(yīng)的模式中，在其中，所述評(píng)估裝置262可以與圖2A中的二極管矩陣一起被應(yīng)用而像是在圖12中的傳統(tǒng)光學(xué)檢測(cè)裝置。讀出電路260e與260f的輸出是被連接至一控制裝置266，其在輸出端將一串音檢測(cè)信號(hào)輸出至所述AD轉(zhuǎn)換器的一控制輸入。
如上述內(nèi)容，二極管矩陣200的檢測(cè)二極管201a-205e當(dāng)時(shí)的輸出信號(hào)是被供至一讀出電路268，其以并聯(lián)的方式將輸出信號(hào)輸出至兩個(gè)計(jì)算裝置270與272，讀出電路268的結(jié)構(gòu)實(shí)施例是搭配圖11A而較詳盡地說明于后。計(jì)算裝置270計(jì)算在第2圖上的二極管矩陣的點(diǎn)的實(shí)際位置。計(jì)算裝置272是計(jì)算在圖2A上的二極管矩陣的點(diǎn)的范圍與方向的橢圓退化。由計(jì)算裝置270所計(jì)算而得的信息是被供應(yīng)至一控制裝置274，其依據(jù)該信息將控制信號(hào)輸出至適當(dāng)?shù)拇龠M(jìn)器以便校正錯(cuò)誤的調(diào)整以及熱漂浮，并用以追蹤控制，其中所述促進(jìn)器是改變讀出頭的位置，因此可以側(cè)向傳至所述軌道，并改變圖2A中的二極管矩陣的側(cè)向位置，其細(xì)節(jié)將于后續(xù)內(nèi)容中說明。計(jì)算裝置272的信息是被輸出至一控制裝置276，其根據(jù)該信息而產(chǎn)生用來聚焦控制的控制信號(hào)，并將上述控制信號(hào)輸出至一促進(jìn)器以便改變至上述光學(xué)板的距離。一控制裝置278直接接收讀出電路268的讀出信號(hào)并由其決定一控制信號(hào)以便補(bǔ)償光盤偏斜以及在機(jī)板厚度上的變化，其將在后續(xù)內(nèi)容中說明，并將該控制信號(hào)輸出至上述A/D轉(zhuǎn)換器的另一控制輸入。
在后續(xù)內(nèi)容中，具有圖2A中的二極管矩陣的光學(xué)掃描裝置的操作模式以及在圖2B中的讀出與控制部分、以及它們的有利應(yīng)用及操作模式將會(huì)被解釋，進(jìn)以克服具有所述光學(xué)掃描裝置的CD控制器的習(xí)知背景缺點(diǎn)。
在數(shù)據(jù)讀出方面，該HF二極管區(qū)域A、B、C和D的信號(hào)系由該評(píng)估裝置(evaluation device)262組合，亦即這些輸出信號(hào)系被相加。該A/D轉(zhuǎn)換器基于一閥值(threshold)將該區(qū)域A-D的組合輸出信號(hào)數(shù)字化，該閥值系為該轉(zhuǎn)換器由來自該控制裝置266的串音(crosstalk)檢測(cè)信號(hào)獲取得到，并且輸出該數(shù)字化數(shù)據(jù)作為被讀出的數(shù)據(jù)，并且儲(chǔ)存于軌道(track)中直到被讀出。如同本說明書的序研所提到的，亦可以傳統(tǒng)方式連接該區(qū)域A-D的輸出信號(hào)以產(chǎn)生用以聚焦(focus)和追蹤(tracking)控制之控制信號(hào)。使用散光鏡片(astigmatic lens)來將該反射的數(shù)據(jù)傳輸光線映像至圖2A的二極管矩陣，該評(píng)估裝置262便能借由相加來自該讀出電路260a-d的區(qū)域A、B、C和D的輸出信號(hào)，以及彼此減去該總和，亦即形成(A+C)-(B+D)，來產(chǎn)生用以距離及/或聚焦控制，以便檢測(cè)如果發(fā)生散焦(defocusing)時(shí)的橢圓變形，其系假定為該散光鏡片的主軸系沿著圖2A所示的x和y軸延伸。一執(zhí)行器(actuator)接著根據(jù)該聚焦控制信號(hào)調(diào)整該物鏡(objective lens)離該光學(xué)板(optical plate)的距離。除此之外，該評(píng)估電路262能產(chǎn)生用以追蹤控制的信號(hào)，亦即用以控制該讀出頭橫跨該轉(zhuǎn)動(dòng)光學(xué)板的該輻射移動(dòng)，其系借由評(píng)估該信號(hào)(A+D)-(C+B)之所謂推挽式模式(push-pull pattern)特性，其系因作為一相柵的高度所產(chǎn)生的折射階層干擾所引起。
除了區(qū)域A、B、C和D的信號(hào)之外，其亦由圖12所示的二極管矩陣所產(chǎn)生，區(qū)域E和F也提供了更進(jìn)一步的信號(hào)。在本案中，這些區(qū)域系布置以便其能被提供作為位置，該位置系為因所預(yù)期兩軌道會(huì)與其外部邊緣同時(shí)讀出，亦即因?yàn)榫劢乖谠摴鈱W(xué)板之該讀出點(diǎn)發(fā)光的事實(shí)，該實(shí)際要被讀出的軌道以及一相鄰軌道都會(huì)。在圖12所示的現(xiàn)有二極管矩陣，此種串音現(xiàn)象會(huì)導(dǎo)致在一邊的區(qū)域A和B，以及在另一邊的C和D的刺激，當(dāng)以補(bǔ)償A+B+C+D作為數(shù)據(jù)補(bǔ)償時(shí)這可能會(huì)引起一位錯(cuò)誤，如果一不同的二位值(凹坑或是非凹坑)出現(xiàn)在相鄰軌道而非在實(shí)際軌道上。借由提供該附加區(qū)域E和F，此類串音現(xiàn)象的刺激就會(huì)被檢測(cè)到。為這目的，該控制裝置266接收來自該讀出電路260e及360f的輸出信號(hào)，并且檢測(cè)該區(qū)域E和F其中的一的輸出信號(hào)是否超過一閥值，如果是，則該控制裝置266便借由該串音檢測(cè)信號(hào)設(shè)定較高的決定閥值(decision threshold)，其是用以借由該A/D轉(zhuǎn)換器264數(shù)字化該信號(hào)A+B+C+D，以避免因?yàn)榇衄F(xiàn)象導(dǎo)致于該加總信號(hào)中的位錯(cuò)誤達(dá)到一個(gè)錯(cuò)誤強(qiáng)度值很高的地步。
盡管該HF二極管251a-254d的組合以形成區(qū)域A-F以及這些組合信號(hào)于讀出一CD的一軌道的使用已于上文描述，現(xiàn)在將要描述該LF二極管201a-205e的輸出信號(hào)的使用，再一次假設(shè)，聚焦于該CD軌道上的該點(diǎn)是借由一具有X和Y軸的散光鏡片映像至第2圖所示的二極管矩陣，使得該光學(xué)裝置的物鏡與該CD的距離太小，因其聚焦來自該激光二極管的該激光光于該CD且映像沿著該散光鏡片的該反射光至第2圖的二極管矩陣上，其會(huì)導(dǎo)致例如沿著y軸的橢圓退化(degeneration)，且使得該距離太大會(huì)導(dǎo)致沿著x軸的橢圓退化。
由該LF二極管201a及205e所檢測(cè)的光束強(qiáng)度分布的評(píng)估是由該計(jì)算裝置270、272及該控制裝置274、276所執(zhí)行，該計(jì)算裝置270由該輸出電路268的輸出信號(hào)計(jì)算該強(qiáng)度中心的位置或是該光束于圖2A的二極管矩陣上的實(shí)際位置，該輸出信號(hào)是表示于該LD二極管矩陣上的該檢測(cè)光束的強(qiáng)度分布，并且輸出該信息至該控制裝置274，而該計(jì)算裝置272由該信息決定該激光點(diǎn)的形狀或是橢圓退化，并且輸出相同形狀至該控制裝置276，由該計(jì)算裝置270和272的決定可由經(jīng)該LD二極管的強(qiáng)度值和其后的評(píng)估所決定方程式的內(nèi)插或是滿足及/或調(diào)整來確認(rèn)，例如在決定該實(shí)際位置的案例中該外部位置的搜尋，以及在退化決定的案例中相同強(qiáng)度線的擴(kuò)張分析。
借由圖2A的二極管矩陣上的點(diǎn)的位置信息，控制裝置274產(chǎn)生控制及/或伺服(servo)信號(hào)用以補(bǔ)償在讀出頭內(nèi)的錯(cuò)誤調(diào)整(misadjustment)，亦即在激光二極管、光學(xué)裝置及/或二極管矩陣之間，和在其之間的熱漂移，以及產(chǎn)生用以追蹤控制的控制和伺服信號(hào)，舉例來說，其是根據(jù)該激光點(diǎn)實(shí)際位置與一目標(biāo)位置的偏差，其是由該裝置270計(jì)算，其是于圖2A的二極管矩陣上，在本例中該目標(biāo)位置是位于該X軸和Y軸的交叉點(diǎn)，因此，該控制裝置274控制適合的執(zhí)行器，例如壓力組件，來側(cè)向補(bǔ)償該二極管矩陣，或是控制其它執(zhí)行器，其是調(diào)整該讀出頭相對(duì)于被讀出的軌道的橫面的相對(duì)位置。該二極管矩陣的側(cè)向調(diào)整的可能性，減少了依據(jù)制程將讀出頭放入光學(xué)檢測(cè)裝置極其相關(guān)光學(xué)裝置和該激光二極管裝置的內(nèi)，而因此使得制造讀出頭及/或該CD裝置的成本降低。值得注意的是，為了這個(gè)目的，在這里該LD二極管200的矩陣亦可延伸橫跨該HF二極管矩陣250的區(qū)域，以便可以形成一個(gè)較大的電子調(diào)整區(qū)域。
如同錯(cuò)誤調(diào)整和熱漂移，讀出頭相對(duì)欲被讀出軌道橫切面的錯(cuò)誤對(duì)準(zhǔn)，如同上文所述，亦會(huì)導(dǎo)致需檢測(cè)圖2A的二極管矩陣上，該光束產(chǎn)生的點(diǎn)其實(shí)際位置的偏差，然而，以圖2A的LF二極管矩陣200，或是以借其檢測(cè)該點(diǎn)的實(shí)際位置，以一就大數(shù)量方面足夠精確的方法監(jiān)控此實(shí)際位置的進(jìn)程是可行的，以便再一次可使得一前視控制及/或伺服信號(hào)產(chǎn)生用以追蹤校正。該點(diǎn)的實(shí)際位置與該目標(biāo)位置偏差越大，該控制裝置276就能更熱切地驅(qū)動(dòng)如執(zhí)行器的裝置，其是負(fù)責(zé)該讀出頭的輻射移位，及/或在軌道橫切面上的偏差，且若偏差增加的越快，則以一成為該控制裝置276一部份的前視方式的驅(qū)動(dòng)就會(huì)熱切。
該光學(xué)板的與一目標(biāo)平面的磁盤偏斜(Disc Tilt)，及該儲(chǔ)存媒介或光學(xué)板的基質(zhì)厚度的差異，將會(huì)導(dǎo)致不同的反射。因此，該控制裝置278變會(huì)使用由該LF二極管201a-205e檢測(cè)的光強(qiáng)度的平均值，用以考慮這些不同數(shù)據(jù)補(bǔ)償?shù)姆瓷渎剩渲杏靡詳?shù)字化該信號(hào)A+B+C+D的決定閥值在借由該A/D轉(zhuǎn)換器數(shù)字化中會(huì)設(shè)定的比較低，以便減低反射，否則會(huì)設(shè)定的比較高。這方式亦會(huì)減少根據(jù)CD裝置制程及該光學(xué)板自身的生產(chǎn)的需求，因此導(dǎo)致成本的降低。
如同上文所述，聚焦錯(cuò)誤會(huì)導(dǎo)致在圖2A的檢測(cè)二極管矩陣上該激光點(diǎn)的橢圓退化。該橢圓退化可由LF二極管201a-205e檢測(cè)，且是由決定裝置272決定，以致于該控制裝置276可設(shè)定一用以聚焦控制的控制信號(hào)及/或一控制信號(hào)給一執(zhí)行器，以改變物鏡與CD的距離，其是根據(jù)該檢測(cè)的橢圓退化及/或其對(duì)準(zhǔn)及其范圍。
參照下列附圖，接著描述的是圖2A的二極管矩陣施行于CMOS技術(shù)上的優(yōu)點(diǎn)，亦即0.6微米標(biāo)準(zhǔn)的CMOS技術(shù)。請(qǐng)先參照?qǐng)D3A及3B，其是該二極管矩陣的設(shè)計(jì)圖，圖3A所示為該二極管矩陣的平面圖，而圖3B則代表沿著圖3A中的虛線所指示的截面的截面圖。整個(gè)二極管矩陣是于一epitactic p--摻雜硅(Si-)基板300上形成，一p-槽(trough)302延伸橫跨整個(gè)由二極管矩陣占據(jù)的區(qū)域，且其并未示于圖3A中。LF二極管已經(jīng)于該p-槽中借由一十字形的n-槽制成，且是以304a-308e表示，該n-槽304a-308e沿著該十字段向下延伸至epitactic p-基板300，如同圖3B所示。HF二極管是由p-槽302中的雙梳型結(jié)構(gòu)正方n+擴(kuò)散區(qū)域形成，其是以參考符號(hào)310a-313d表示。圖3B所示僅為穿透該n+擴(kuò)散區(qū)域313b的部分，尤其是僅示出三個(gè)指狀物313b1、313b2和313b3表該雙梳型結(jié)構(gòu)，該雙梳型n-槽304a-308e以其四個(gè)手臂分別于兩相鄰n+擴(kuò)散區(qū)域310a-310d之間延伸，以致于每一對(duì)相鄰n+擴(kuò)散區(qū)域?qū)嵸|(zhì)上是由相鄰n-槽的兩手臂分離，該手臂彼此互指且經(jīng)由一空隙間隔開。該個(gè)別LF和HF電極的n電極的接觸是由引導(dǎo)導(dǎo)線(guidingconductor lines)以一適當(dāng)方式提供。如同在圖3B所見，該設(shè)計(jì)的實(shí)施例范圍如下一個(gè)厚度1.6微米的n-槽、一個(gè)寬度2.8微米的n-槽四手臂、一個(gè)深度0.16微米且寬度0,6微米的n+擴(kuò)散區(qū)域的手指、一厚度3.7微米的epitactic硅基板300、以及一厚度1.3微米且深度1.3微米的p-槽302。側(cè)向形狀，亦即分別由該n-槽304a-308e及該p-槽302中的n+擴(kuò)散區(qū)域310a-313d所形成的LF和HF摻雜的十字部分，其所引起的優(yōu)勢(shì)將于下文中參照?qǐng)D4至圖8做更詳細(xì)的說明。
HF二極管的n+擴(kuò)散區(qū)域中的梳狀結(jié)構(gòu)的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，于硅中近紅外光區(qū)波長(zhǎng)，也就是指405奈米，的穿透深度約為200奈米，所述的這個(gè)穿透深度將會(huì)關(guān)系到未來的儲(chǔ)存系統(tǒng)的產(chǎn)生，如此以便成對(duì)的電子孔洞主要地被產(chǎn)生于表面上。這樣意味著，所述的這些成對(duì)的電子孔洞，是借由側(cè)面的pn接合，也就是指，所述的pn接合的那些部分，而更有效的地被分散，其中所述的這個(gè)pn接口從所述的這個(gè)表面，以一種實(shí)質(zhì)上垂直于所述的這個(gè)表面的方式，向外延伸出去。這樣的pn接口的部分，是沿著所述的這個(gè)n+擴(kuò)散區(qū)域以及所述的這個(gè)n-槽的周邊出現(xiàn)。由于所述的這個(gè)周長(zhǎng)相對(duì)于所述的這個(gè)n+擴(kuò)散區(qū)域的側(cè)面面積310a-313d的比例，是特別地高，這個(gè)高比例是導(dǎo)因于所述的這個(gè)n+擴(kuò)散區(qū)域的梳狀結(jié)構(gòu)310a-313d，以致于相較于更復(fù)雜的結(jié)溝，在所述的這個(gè)波長(zhǎng)范圍中，所述的這個(gè)n+擴(kuò)散區(qū)域310a-313d以及/或是條狀發(fā)光二極管指狀物313b1-313b3的靈敏度或是反應(yīng)提高。
所述的這個(gè)n+擴(kuò)散區(qū)域310a-313d中的梳狀結(jié)構(gòu)的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于，光學(xué)二極管中一個(gè)低電容的表現(xiàn)，這樣的情形是有利的，因?yàn)樗鼈兪沟帽M快地讀出變成為可行的，以及由于這個(gè)，導(dǎo)致借由轉(zhuǎn)阻放大器的運(yùn)轉(zhuǎn)而增加讀出頻寬，這個(gè)就如同即將參考的圖9到圖10中的說明。因此，使用具有一個(gè)高頻寬，例如高到250兆赫，及高轉(zhuǎn)阻值，例如高到200千歐母，的轉(zhuǎn)阻放大器來讀出的結(jié)果，便是讀出裝置的頻寬f-3dB是一致于所述的這個(gè)轉(zhuǎn)阻放大器，并且所述的這個(gè)二極管將會(huì)，舉例而言，取決于如下所示的發(fā)光二極管電容Cdidodef3dB∝A2πRf·1Cdiode]]>其中Rf表示的是轉(zhuǎn)阻值、A表示的是所述的這個(gè)轉(zhuǎn)阻放大器的直流電放大值，而Cdiode表示的是所述的這個(gè)光學(xué)二極管的電容。為了達(dá)到高的頻寬，就如同HF二極管負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)重獲時(shí)令人滿意一般那樣的，所以需要保持所述的這個(gè)二極管的接合電容被讀出時(shí)能盡其所能的低，近以最小化寄托于轉(zhuǎn)阻放大器上的需求。圖5中顯示，所述的這個(gè)HF二極管的n+擴(kuò)散區(qū)域310a-313d中的雙梳結(jié)構(gòu)導(dǎo)致降低光學(xué)二極管的電容。在圖5中，所述的這個(gè)HF二極管的區(qū)域電容，以每單位區(qū)域相對(duì)于橫越所述的這個(gè)HF二極管的電壓V為單位被繪制成圖(以圓點(diǎn)表示)，而同樣一個(gè)所述的HF二極管的周邊以及/或側(cè)壁電容，以每單位長(zhǎng)度相對(duì)于橫越所述的這個(gè)HF二極管的電壓V為單位被繪制成圖(以正方塊表示)。如圖所示，導(dǎo)因于較高的周邊/表面-區(qū)域的比值，所述的這個(gè)HF二極管的梳狀結(jié)構(gòu)升級(jí)成為一個(gè)較低的二極管電容，以便所述的這個(gè)讀出裝置的可達(dá)到頻寬是相對(duì)應(yīng)地較高，這個(gè)將會(huì)于下面參考圖9到圖10時(shí)更詳細(xì)的說明。
LF二極管槽結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)，主要是存在于所述的這個(gè)結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致相對(duì)于所述的這個(gè)n+擴(kuò)散區(qū)域，所述的這個(gè)槽有一個(gè)較大地垂直(深度)擴(kuò)張的這個(gè)事實(shí)。再者，所述的這個(gè)n-槽304a-308e的側(cè)面形狀如同十字狀，導(dǎo)致各個(gè)所述的HF二極管幾乎完全為四個(gè)鄰近的n-槽304a-308e的臂膀所圍繞住?？偣?，以這個(gè)方式，為了所述的這些HF二極管的一種保護(hù)環(huán)，于一側(cè)面，以及一垂直方向被形成，所述的側(cè)面方向是導(dǎo)因于縱深的n-槽橫斷面。就如果電荷沿著一HF二極管的周邊被產(chǎn)生而言，它們是為一LF二極管304a-308e而不是為一鄰近HF二極管所捕獲，這必然導(dǎo)致于所述的這個(gè)側(cè)面方向的HF二極管彼此間的一串音分散。于取向附生層300中，未被所述的這個(gè)HF二極管所捕獲的擴(kuò)散的電荷攜帶者，是為鄰近LF二極管中的一個(gè)LF二極管所捕獲，以致于它們無法擴(kuò)散到另外一個(gè)鄰近的HF二極管，對(duì)本發(fā)明而言，這可歸屬為一個(gè)HF二極管的垂直串音分散。
上面所說借由這些LF二極管的擴(kuò)散的電荷攜帶者的″吸出″的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，這些擴(kuò)散的電荷攜帶者會(huì)模糊所述的這個(gè)二極管反應(yīng)的脈沖波形式，這導(dǎo)因于它們的擴(kuò)散時(shí)間，而將會(huì)導(dǎo)致一個(gè)較低的數(shù)據(jù)讀出速度。由于所述的這些LF二極管是以一個(gè)于千赫茲的范圍的較低頻率讀出，這個(gè)讀出已經(jīng)簡(jiǎn)短的于的前被提到，并且會(huì)于以下參考圖11A時(shí)更詳細(xì)的被解釋，然而由所述的這些LF二極管所捕獲的慢的擴(kuò)散電流是不具作用的，相反地，于檢測(cè)入射至如同已經(jīng)在上面說明過的這些LF二極管的部分的上面的光束的強(qiáng)度分布，可被使用來控制于控制窗中被檢測(cè)的光束的對(duì)準(zhǔn)。如先前所描述的，借由所述的這些LF二極管304a-308e的擴(kuò)散電荷攜帶者的″吸出″，會(huì)導(dǎo)致不論是從側(cè)面或是從垂直的觀點(diǎn)來看，所述的這個(gè)HF二極管的信息檢測(cè)空間電荷地區(qū)的一個(gè)庇護(hù)物，這個(gè)應(yīng)該被特意的指出。前面所描述的側(cè)面庇護(hù)是在所述的這些LF二極管槽304a-308e的串音保護(hù)行動(dòng)的組織的范圍內(nèi)。垂直庇護(hù)的產(chǎn)生表示于圖3B的側(cè)斷面中，在308a以及308c的二極管區(qū)域，而垂直庇護(hù)是導(dǎo)因于借由設(shè)置所述的這些LF二極管槽304a-308e所產(chǎn)生的空間電荷區(qū)段的建筑，所述的區(qū)段以328a以及328c來表示。所述的空間電荷區(qū)段的建筑328a以及328c，是隨著深度的增加而增加的，這起因于基質(zhì)300的一摻雜輪廓，基質(zhì)300的一摻雜輪廓，具有一隨著一預(yù)定摻雜梯度下降的摻雜密度，這個(gè)亦起因于將于下面說明的圖4的仿真?？臻g電荷區(qū)段328a以及328c的大規(guī)模的擴(kuò)張，同樣地是借由所述的這些LF二極管槽的弱摻雜的幫助，這個(gè)弱摻雜是相較于所述的高度摻雜的HF二極管而言，以及借由所述的這些LF二極管槽n-的深度擴(kuò)張，這個(gè)深度擴(kuò)張是十倍大于其所相較的那些HF二極管310a到310d。
借由n-槽取代n+擴(kuò)散來產(chǎn)生所述的這些LF二極管是有利的，其在于達(dá)到一個(gè)較小的電容值。為了說明這個(gè)，所述的側(cè)壁光學(xué)二極管電容(以菱形體表示)，以及所述的表面光學(xué)二極管電容(以三角形表示)，也對(duì)比于二極管的電壓V被繪制成圖表示在圖5中，以為具有一結(jié)構(gòu)的n-槽二極管的代表實(shí)例，這個(gè)具有一結(jié)構(gòu)的n-槽二極管是在其它方面等同于如圖5所示的n+擴(kuò)散區(qū)域二極管電容值所基于的這個(gè)二極管結(jié)構(gòu)。如同所觀察到的，相較地一n-槽二極管的電容是比一個(gè)n+擴(kuò)散二極管來的低。再者，由于更高的圓周對(duì)比于表面區(qū)域比例，所述的這個(gè)n-槽304a-308e的十字形狀會(huì)降低二極管電容。由LF二極管結(jié)構(gòu)的選擇達(dá)到的二極管電容的減少，依次導(dǎo)致具有LF二極管讀出的一個(gè)較低的信號(hào)/噪聲比例。以此方式，在n-槽LF二極管的整合讀出情況下，這個(gè)情況將會(huì)在下面參考到圖11A時(shí)被更詳細(xì)解釋，在其中，所述的這些LF二極管是借由整合來讀出，并且光電流整合在這個(gè)光電流的內(nèi)在界面電容內(nèi)，下面的公式適用于這樣的一個(gè)讀出系統(tǒng)的信號(hào)/噪聲比例 這里的Tint指的是整合時(shí)間、Uth指的是所述的那個(gè)晶體管的電壓閥值，用以提供在整合周期的開始，將所述的這個(gè)LF二極管設(shè)置成一個(gè)被定義的電位、Iph指的是所述的這個(gè)二極管的光電流，而Cdiode指的是所述的光電二極管的電容。必然地，信號(hào)/噪聲比例隨著二極管電容降低而增加，這個(gè)是n-槽的十字結(jié)構(gòu)的一個(gè)附加優(yōu)點(diǎn)。
隨著一個(gè)仿真程序的幫助，因熱產(chǎn)生的少數(shù)電荷攜帶者的電流密度的一個(gè)仿真，如同光學(xué)引起的電荷攜帶者的一個(gè)表示一樣地，沿著一個(gè)橫截面被執(zhí)行，所述的這個(gè)橫截面一致于圖3B中，除了所述的雙梳結(jié)構(gòu)的n+擴(kuò)散區(qū)域的那些圖像的號(hào)碼，之外的十字結(jié)構(gòu)。在圖4中顯示了這個(gè)仿真的結(jié)果，這些等距離排列箭頭的方向以及長(zhǎng)度，表示了在這些各自的位置的暗電流的方向以及數(shù)量，而排置在圖表的左側(cè)下方的數(shù)字的尺度是以微米計(jì)量長(zhǎng)度的表示。暗電流的數(shù)量也借由沿著輪廓?jiǎng)澗€部分或者是蔭庇的部分來說明。圖4中顯示，在所提供的一個(gè)epitatic p-基質(zhì)404中，數(shù)個(gè)為兩個(gè)所述的LF二極管n-槽402a以及403b，所圍繞的所述的這些HF二極管n+擴(kuò)散區(qū)域，400a、400b、400c、400d、400e以及、400f，由于仿真的目的，沒有p-槽。如同可以從圖4看到的，仿真導(dǎo)致所述的那些空間電荷區(qū)域，膨脹到幾乎完全正好在所述的這些HF二極管的指狀物400a到400f下面，這允許相對(duì)較晚而在更深的地區(qū)產(chǎn)生的散布的電荷攜帶者的垂直保護(hù)變得可行，并且由于增加的漂流電流的部分以及減少的擴(kuò)散電流的部分，使得所述的這些HF二極管的頻寬可以變的更高。所述的這些被暗電流表示的箭頭，已經(jīng)由處于等距離位置的仿真所計(jì)算了，而服務(wù)以為由光產(chǎn)生了電荷攜帶者的過程的一測(cè)量法。如同可見的，唯有一小部分所述的這些電荷攜帶者，它們是指于兩個(gè)微米深度的下所產(chǎn)生的這些電荷攜帶者，到達(dá)所述的那些HF二極管指狀物400a到400f，這樣以便帶著它們的光電流實(shí)質(zhì)上組成所述的漂流電流，這表示相較于一個(gè)沒有被LF二極管所圍繞而不被庇護(hù)的HF二極管，于速度上的一個(gè)改進(jìn)，因?yàn)?，如同前面已?jīng)說明過的，所述的這些于較深處所產(chǎn)生的電荷攜帶者，于產(chǎn)生到檢測(cè)中間產(chǎn)生一個(gè)一個(gè)較長(zhǎng)的時(shí)間偏斜，而所述的這個(gè)長(zhǎng)時(shí)間偏斜是導(dǎo)因于它們的較長(zhǎng)散布路徑。關(guān)于低散布電流的原因?yàn)?，所述的這些LF二極管402a以及402b，吸出大部分的位于硅或是二氧化硅表面底下兩個(gè)微米深度所述的這些少數(shù)電荷攜帶者。如同也可以見到的是，有效率的防止電荷攜帶者散布到鄰近的HF二極管的n+HF二極管指狀物處。
從上面所述考慮，導(dǎo)因于借由圍繞住所述的這些HF二極管的所述的這些LF二極管的散布主流的″吸出″，這是由于他們的十字結(jié)構(gòu)，一個(gè)更進(jìn)一步的優(yōu)點(diǎn)是明顯的。如果吾人考慮就波長(zhǎng)405奈米的光的穿透深度而言，未來光學(xué)儲(chǔ)存系統(tǒng)的波長(zhǎng)為0.196微米、就波長(zhǎng)650奈米的光而言，操作的DVD裝置的波長(zhǎng)為2.89微米、而就波長(zhǎng)780奈米的光而言，操作的CD-ROM裝置的波長(zhǎng)為8.0微米，這可以從第四同的仿真中觀察到，借由照射波長(zhǎng)650以及780奈米的光，所產(chǎn)生的電荷攜帶者不會(huì)供獻(xiàn)到所述的這些HF二極管指狀物400a到400f的光電流中，必然地，在一個(gè)固定的光源下，所述的這些HF二極管的光電流的數(shù)量，對(duì)于個(gè)自的光波長(zhǎng)較不敏感。必然地，LF二極管以上述渴望的n-槽形狀出現(xiàn)，具有一個(gè)線性作用，其關(guān)于所述的這些HF二極管的光譜作用。這個(gè)線性作用也可以由圖8中觀察到，圖8顯示一個(gè)圖表，其中所述LF二極管(以小方塊表示)以及HF二極管(以小十字表示)的光譜反應(yīng)相對(duì)于波長(zhǎng)被繪制成圖。如果這些二極管同時(shí)讀出時(shí)，兩者曲線表示HF以及/或者LF二極管的光譜響應(yīng)如同在第2A以及圖2B中，光學(xué)掃描裝置的操作期間的情況。如同可見的，所述的這些LF二極管顯示典型光學(xué)二極管的光譜反應(yīng)行為因?yàn)殡姾蓴y帶者于來源的再結(jié)合比率通常比與于更下深所產(chǎn)生的電荷再結(jié)合的比率高，以致這些二極管的光譜的響應(yīng)和/或者靈敏性隨著波長(zhǎng)的增加而增加。從一個(gè)特定的波長(zhǎng)向前，于目前的這個(gè)實(shí)施例大約為650奈米，然而，所述的散布的電荷攜帶者，于再結(jié)合前，不再到達(dá)LF二極管的空間電荷地區(qū)，這是導(dǎo)因于光穿透到半導(dǎo)體基質(zhì)的深度會(huì)隨著波長(zhǎng)的增加而增加的這個(gè)事實(shí)。接著，從650奈米的波長(zhǎng)向前，更高波長(zhǎng)的靈敏性下降產(chǎn)生。然而，所述的這些HF二極管的特性曲線與所述的那些LF二極管的基本是不同的。如同可見的，于400奈米到460奈米范圍，他們僅僅表現(xiàn)出一個(gè)的小的提升0.008A/W。從460奈米到700奈米，所述的這些HF二極管的靈敏性保持在幾乎是定值，并且從700奈米到800奈米的區(qū)間，僅下降0.21A/W。如果吾人考慮轉(zhuǎn)阻放大器的放大效果，這個(gè)轉(zhuǎn)阻放大器就如同已經(jīng)在上面被提到很多次的，而且將會(huì)在下面更詳細(xì)的說明，是被用來讀出所述的HF二極管，所述的這個(gè)放大效果具有主動(dòng)反饋，而導(dǎo)因于所使用晶體管的非-線性，其典型地遭受正負(fù)百分之五的變動(dòng)，所述的這個(gè)晶體管部分地被用在三極管地區(qū)以及用作它本身構(gòu)造，可以認(rèn)為所述的HF二極管的光譜響應(yīng)幾乎是線性的這個(gè)導(dǎo)致一個(gè)讀系統(tǒng)，在所有的波長(zhǎng)，都具有一個(gè)幾乎是定值的放大效果。導(dǎo)因于所述的這些HF二極管的指狀二極管結(jié)構(gòu)的粗造表面，以及導(dǎo)因于所氧化物厚度的變異結(jié)果，此外，于650奈米到800奈米波長(zhǎng)范圍，所述的這些HF二極管，不再存在一個(gè)干擾現(xiàn)象，如同所述的這些LF二極管的情形，其中，所述的有這些波長(zhǎng)的干擾現(xiàn)象在光譜響應(yīng)功能方面具有一輕微影響。關(guān)于HF二極管架構(gòu)也占有優(yōu)勢(shì)的地方是，如同可以從圖8中看見的是，所述的那些位于靠近紫外光波長(zhǎng)范圍的HF二極管，亦即指的是將來光學(xué)存儲(chǔ)系統(tǒng)所用的波長(zhǎng)，具有一個(gè)相對(duì)性來說更好的靈敏性。
為了完成性的緣故僅僅，在圖中顯示了兩個(gè)圖表圖6和圖7。這個(gè)是越過二極管電壓來繪制成圖，并且表示一個(gè)單一HF二極管(圖6)以及一個(gè)單一的LF二極管(圖7)的電容。如同可以看到的，所述的這些HF二極管的絕對(duì)電容達(dá)到從在3.3福特電壓時(shí)的98千萬億分之一法拉變到在1福特電壓時(shí)的165千萬億分之一法拉。這是可以使用一個(gè)用來讀出的轉(zhuǎn)組放大器，而簡(jiǎn)單地的讀出的一個(gè)值的范圍。由于橫越所述的這個(gè)二極管的電壓，是借由讀出回路而維持為一個(gè)定值，所以電榮電變異將不再會(huì)是有問題的。所述的這些LF二極管接合電容在一個(gè)電壓從3.3福特到1福特的范圍時(shí)，它們的確切值是介于19.7千萬億分之一法拉到22.4千萬億分之一法拉的范圍中，這表示于所述的這個(gè)范圍中，光電流的整合在讀出回路中完成，所述的這個(gè)讀出回路將于下面圖11A中說明。對(duì)應(yīng)參考圖3到圖8，在了解已于前面圖2A以及圖2B中說明過的二極管列的一個(gè)較佳實(shí)例的一個(gè)硬件后，所述LF以及/或是HF二極管的一個(gè)電位讀出回路的一個(gè)較佳實(shí)例，將會(huì)于下面參考圖9到圖11說明，圖9以及圖10起初相關(guān)于所述的HF二極管的讀出，而圖11A關(guān)于所述的LF二極管的讀出。
圖9圖表式地顯示一個(gè)HF二極管讀出，以及/或是結(jié)合這些HF二極管而形成的HF二極管區(qū)域讀出，以及/或是并聯(lián)連接的HF二極管的基本架構(gòu)，所述的這個(gè)被讀出的HF二極管，以及/或是所述的這些被讀出的HF二極管區(qū)域，是借由參考號(hào)碼500表明，并且產(chǎn)生所述的這個(gè)光電流Iph。所述的這個(gè)HF二極管被連接在這個(gè)參考電位504以及一個(gè)轉(zhuǎn)組放大器504的一個(gè)輸入之間，這個(gè)的結(jié)構(gòu)將會(huì)在下面參考圖10時(shí)，使用一個(gè)較佳實(shí)施例來更詳細(xì)的解釋。阻抗Zf(s)表示的是，所述的這個(gè)轉(zhuǎn)組放大器504的反饋分枝的阻抗，而Zi(s)表示的是，源頭的阻抗。U0是在所述的這個(gè)轉(zhuǎn)組放大器504輸出的輸出電壓。對(duì)圖9的基本架構(gòu)的分析，導(dǎo)致這個(gè)架構(gòu)的傳送公式如下。
U0Iph=A(s)Zf(s)Zi(s)Z1(s)(A(s)-1)-Zf(s)]]>其中A(s)表示的是，所述的這個(gè)轉(zhuǎn)組放大器504的放大效果。如果有無窮大的理想的放大器時(shí)，U0＝Zf(s)的這個(gè)等式產(chǎn)生Iph的結(jié)果，這個(gè)表明所述的這個(gè)光電流Iph，借由所述的這個(gè)Zf(s)系數(shù)，被轉(zhuǎn)變成為一個(gè)電壓。
把CMOS技術(shù)用作執(zhí)行的結(jié)果，可以Zf(s)看作一個(gè)歐姆的阻抗值Rf，而可以把Zi(s)看作由所述的這個(gè)轉(zhuǎn)阻放大器的一個(gè)輸入晶體管的柵電容Cg，以及所述的這個(gè)HF二極管500的接合以及/或是界面的電容Cd等所組成的一個(gè)電容值。s是用作讀出頻率的一個(gè)變量。假定所述的這個(gè)轉(zhuǎn)阻放大器504，有一個(gè)足夠地高的頻寬，也就是如同A(s)＝A，并且鑒于上面所述的假定以及/或者考慮，最后提到的公式導(dǎo)致如下結(jié)果。
U0Iph=ARf(A-1)(1-s(Cg+Cd)RfA-1)]]>從這個(gè)公式，導(dǎo)致頻寬-3dB公式如下；f3dB=1-A2π(Cg+Cd)Rf]]>
后面的這個(gè)公式顯示所述的這個(gè)HF讀出的頻寬-3dB，是主要地由三個(gè)參數(shù)所決定所述的這個(gè)頻寬-3dB隨著所述的這個(gè)放大效果A的量的增加而增加，就穩(wěn)定性的原因而言A必須是負(fù)數(shù)。再者，所述的這個(gè)頻寬-3dB隨著所述的反饋?zhàn)杩怪祷蚴禽斎腚娙葜档脑黾佣档?。舉例來說，一個(gè)為63歐姆的反饋?zhàn)杩怪担鸵粋€(gè)為30的電壓放大值，會(huì)導(dǎo)致一個(gè)142兆赫茲的頻寬。
圖10顯示一個(gè)轉(zhuǎn)阻放大器504的一個(gè)較佳實(shí)例，目前這個(gè)轉(zhuǎn)阻放大器是一個(gè)單一端點(diǎn)的輸入放大器，而相較于一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)操作的放大器，好比在大部分光學(xué)檢取單元所使用的，所述的這個(gè)轉(zhuǎn)阻放大器，由于用較少的數(shù)目的輸入晶體管，而表現(xiàn)出一個(gè)改進(jìn)的噪聲表現(xiàn)。圖10中所顯示的轉(zhuǎn)阻放大器包含三個(gè)放大分枝，600，602以及604，以及一個(gè)反饋路徑606。各個(gè)放大分枝600到604，除了參數(shù)量之外，它們?cè)诮Y(jié)構(gòu)上是一致的。這也就是為何，所述的這個(gè)結(jié)構(gòu)即將在以下說明時(shí)僅參考第一個(gè)放大分枝600。第一個(gè)放大階段包含一個(gè)pMOS晶體管M2，而它的柵是為連接到所述的這個(gè)偏壓極Vbias，而它的源(汲)極是為連接到所述的這個(gè)供給電壓電位607。第二個(gè)放大階段由兩個(gè)nMOS晶體管M1與M3所組成。M1晶體管的柵極是為連接到所述的這個(gè)轉(zhuǎn)阻放大器的一個(gè)輸入Iin。而M2晶體管的源(汲)極是連接到所述的這個(gè)M1晶體管的源(汲)極，不但如此，它也連接到所述的這個(gè)M3晶體管的源(漏)極。所述的這些nMOS晶體管M1與M3的源極，是為分別地連接地以及所述的參考電位6 08。所述的這個(gè)M2晶體管的漏極，更連接到接下來的放大階段602的M1′晶體管的柵極。同樣地，所述的這個(gè)第二放大階段602的M2′晶體管的漏極，是為連接到第三的放大階段604的M1″晶體管的柵極。所述的這個(gè)第三放大階段的pMOS晶體管M2″的漏極，借由所述的這個(gè)反饋路徑606連接到所述的這個(gè)輸入Iin。一個(gè)pMOS晶體管的一個(gè)源/漏極延伸，以及一個(gè)nMOS晶體管M5是為連接到所述的這個(gè)反饋路徑606中。所述的這個(gè)pMOS晶體管M4的柵極，是為連接地，而所述的這個(gè)nMOS晶體管M5的柵極，是為連接到所述的這個(gè)轉(zhuǎn)阻放大器的一個(gè)Rf_控制極。所述的這個(gè)第三放大階段的pMOS晶體管M2″的漏極，更連接到所述的這個(gè)轉(zhuǎn)阻放大器的一個(gè)輸出Vout，而在所述的這個(gè)轉(zhuǎn)阻放大器中所述的輸出電壓U0被應(yīng)用。
為了使所述的這些晶體管，保持對(duì)輸入Iin中更大的輸入電流的飽和，關(guān)于裝置專門的參數(shù)，與另一些所述的放大階段600以及604相比較，可以改變所述的這個(gè)放大第二階段620，例如柵的長(zhǎng)度。自從一個(gè)歐姆反饋電阻值的寄生電容，相當(dāng)?shù)販p少系統(tǒng)的頻寬以后，已經(jīng)取而代的的選擇使用借由所述的晶體管M6與M5的主動(dòng)反饋。由透所述的這個(gè)nMOS晶體管M5在輸入Rf_控制的電壓，設(shè)置了電阻值的實(shí)際數(shù)量。所述的這個(gè)pMOS晶體管M4充當(dāng)為線性化。
應(yīng)當(dāng)注意的是，可以使一個(gè)電壓放大器連接在所述的這個(gè)轉(zhuǎn)阻放大器的輸出V_out，以獲得一個(gè)足夠電壓擺動(dòng)，以及為了從，例如所述的這個(gè)CMOS芯片，驅(qū)使信號(hào)。就這個(gè)末端來說，這個(gè)接下來的電壓放大器的頻寬，應(yīng)該更適宜被選擇，以致它不會(huì)對(duì)對(duì)于放大器架構(gòu)的HF讀出的頻寬-3dB，不會(huì)有負(fù)的影響這個(gè)已經(jīng)在上面討論過了。
圖11A顯示讀出LF二極管的LF讀出回路。因?yàn)樗龅淖x出的執(zhí)行是介在kHz千赫茲頻率范圍，所以需要選擇一個(gè)整合方式，伴隨著所述的LF二極管的柵欄層電容使用在整合所述的光電流。
首先必須指出在圖11A中，僅僅只有顯示部分所述的這些LF二極管的讀出回路，而且以下也會(huì)先就這一部份的LF二極管的讀出回路來討論，而上述相關(guān)LF二極管的讀出回路在以下將以參考號(hào)碼700標(biāo)示。所述的這個(gè)LF二極管700，將會(huì)借由在所述的開關(guān)S1，而在所述的供電電位700及接地和(或)所述的參考電位704之間作一連串的反復(fù)校準(zhǔn)。在圖11A中的等量回路圖形，劃線部分顯示所述的這個(gè)LF二極管700的柵欄層電容，或是接合電容Cd，它當(dāng)作是一個(gè)與所述的LF二極管700并聯(lián)的電容器。所述的這個(gè)LF二極管700，與所述的這個(gè)開關(guān)S1的連接體，與所述的一個(gè)nMOS的晶體管M4相連接。而所述的這個(gè)M4的漏極接著又被連接到一個(gè)供電電位704。所述的這個(gè)晶體管M4的源極，借由所述的這個(gè)開關(guān)S2被串聯(lián)到一個(gè)輸出放大器706的輸入端。而在所述的這個(gè)晶體管M5的漏極/源極端、所述的晶體管與所述的這個(gè)輸出放大器706的輸入端，以及所述的這個(gè)接地702相連接，而所述的這個(gè)晶體管M5的柵極與所述的電位偏壓(v_bias)連接，隨著所述的這個(gè)開關(guān)S2壓下，所述的這個(gè)晶體管M4以及晶體管M5一起形成源極隨耦器。
在上段中，已描述過所述的這個(gè)LF二極管700的讀出回路結(jié)構(gòu)的部分，之后在下面將討論所述的這個(gè)LF二極管700的操作模式。借由壓下所述的這個(gè)開關(guān)S1，這被應(yīng)用于橫跨所述的這個(gè)LF二極管700的電壓Ud[i]，這個(gè)一開始是被設(shè)為供電電壓Vdd，而一但所述開關(guān)S1被打開，橫跨所述的這個(gè)LF二極管700的接口電容Cd的兩端的電壓將立即減少，原因是因?yàn)楣怆姌O電容Cd將借由光電流放電。下列公式對(duì)于電壓Ud與時(shí)間的關(guān)系為真Ud[i]=VDD-1Cd∫tISITTtIph[i](τ)dt]]>假定所述的這個(gè)二極晶體電容Cd與Ud[i]無關(guān)，trest顯示開關(guān)S1正被打開的時(shí)間點(diǎn)，t則表示任意的一個(gè)時(shí)間點(diǎn)，而τ則是一個(gè)集合變量?？梢园l(fā)現(xiàn)到當(dāng)所述的Cd減少時(shí)，電壓的變動(dòng)將增加。而借由所述的這個(gè)開關(guān)S2壓下，數(shù)據(jù)取得放大器將被打開，而對(duì)由所述的晶體管M4及M5組成的數(shù)據(jù)取得放大器而言，Ud[i]是唯一的輸入電壓。
經(jīng)由所述的輸出放大器706，所述的數(shù)據(jù)取得放大器中的晶體管M5的源極的電壓將被放大，以至于輸出的電壓可以被讀出。為了讀出所有所述的LF二極管，對(duì)于所述的這個(gè)每一個(gè)LF二極管，讀出回路必須包含一個(gè)所述的這個(gè)開關(guān)S1、一個(gè)所述的這個(gè)開關(guān)S2，以及一個(gè)所述的晶體管M4。而所述的開關(guān)S1及開關(guān)S2會(huì)受到重設(shè)(i)及選擇(i)的訊號(hào)所控制，對(duì)于選擇及重設(shè)的時(shí)間計(jì)劃是如此，則會(huì)產(chǎn)生一種脈沖波，上述脈沖波從輸入時(shí)刻25開始會(huì)以規(guī)則的模式作位相上挪移。這個(gè)第i個(gè)(ith)脈沖波是用來在一個(gè)輸入時(shí)鐘時(shí)期的持續(xù)時(shí)間中，把所述的第i個(gè)(ith)LF光電二極管的二極管電壓指向所述的這個(gè)輸出放大器706。用第i+1個(gè)((i+1)th)脈沖波來重設(shè)所述的這個(gè)第i個(gè)(ith)LF光電二極管。必然地，信號(hào)重設(shè)以及選擇，以瀑布一樣的方式，被應(yīng)用在5×5的LF光電二極管矩陣中所述的每一個(gè)LF光電二極管上，所述的這些信號(hào)在每一個(gè)第25個(gè)的時(shí)鐘時(shí)期具有一個(gè)脈波，所述的重設(shè)信號(hào)的脈沖波，立即跟隨所述的每一個(gè)LF二極管的選擇信號(hào)的脈沖波。必然地，23個(gè)時(shí)鐘時(shí)期消逝在所述的每一個(gè)LF二極管的選擇，以及它們的讀出的時(shí)間之間，在讀出以及/或者多路傳輸發(fā)送選擇期間，向這儲(chǔ)存的中的一個(gè)，添加目前的光電流。在一個(gè)時(shí)鐘時(shí)期以前，所有的25LF二極管的重設(shè)以及/或者選擇信號(hào)是彼此互相根據(jù)地偏移，以致于所述的所有的25LF二極管，都是以一是列的以及/或者瀑布一樣的方式讀出。這個(gè)輸出放大器或者是輸出緩沖器是較佳地被設(shè)計(jì)，如此以致它們的增加時(shí)間比時(shí)鐘時(shí)期的一半還要來的更短。所述的時(shí)鐘速率可以是，例如25兆赫茲。在這種情況下，下降的時(shí)鐘脈沖波邊緣，可以被用來掃描數(shù)據(jù)取得放大器的輸出信號(hào)。為了說明讀出方案，圖11B中顯示，所述的這個(gè)放大器706的輸出信號(hào)if_out的波形的實(shí)例，以三個(gè)排列以一個(gè)在另外一個(gè)上面的圖表，在圖的最下方的一個(gè)瀑布狀多路傳輸控制用的時(shí)鐘clk，以及一個(gè)LF二極管用的重設(shè)以及選擇。
所述的LF二極管的多路傳輸讀出操作，保證對(duì)所有的LF二極管而言僅只有一個(gè)輸出緩沖器706，這正如同于第3圖到圖11的光學(xué)檢測(cè)裝置的完成中，僅需要一個(gè)接腳以及/或者一個(gè)墊以當(dāng)成一個(gè)整合回路。
參考上述圖2到圖11的說明后應(yīng)該要指出，圖2A中所述的的二極管矩陣，可與一個(gè)或是幾個(gè)或是圖2A中所有的裝置做整合，以產(chǎn)生一個(gè)以例如一個(gè)芯片的型式的光學(xué)檢測(cè)裝置。所述的導(dǎo)電形式，也就是指n-導(dǎo)電以及p-導(dǎo)電，是可以被顛倒的，再者，所述的這些LF二極管使用其它的排列方式，以作為一個(gè)矩陣亦是可行的。
權(quán)利要求
1.一種光學(xué)檢測(cè)裝置，用于檢測(cè)一檢測(cè)窗(15；256)中的一光束的強(qiáng)度，且用于檢測(cè)由所述光束所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，所述的光學(xué)檢測(cè)裝置包含一第一檢測(cè)二極管(25；251a-254d)，其位于所述檢測(cè)窗(15；256)中；至少兩第二檢測(cè)二極管(21a-24d；201a-205e)的一矩陣，其位于所述檢測(cè)窗(15；256)中；一第一讀出電路(35；600)，連接至所述第一檢測(cè)二極管(25；251a-254d)，用于以第一讀出速度讀出所述第一檢測(cè)二極管(25；251a-254d)以檢測(cè)所述數(shù)據(jù)；以及一第二讀出電路(30)，連接至所述的第二檢測(cè)二極管(21a-24d；201a-205e)，用于以低于所述第一讀出速度的一第二讀出速度讀出所述的第二檢測(cè)二極管(21a-24d；201a-205e)，以檢測(cè)所述光束的所述強(qiáng)度。
2.如權(quán)利要求1所述的光學(xué)檢測(cè)裝置，其特征在于包含第一檢測(cè)二極管(251a-254d)的一矩陣(250)。
3.如權(quán)利要求2所述的光學(xué)檢測(cè)裝置，其特征在于所述第一檢測(cè)二極管(251a-254d)的矩陣(250)是一n×n矩陣，且所述第二檢測(cè)二極管(201a-205e)的矩陣(200)是一(n+1)×(n+1)矩陣，配置此兩矩陣，因此所述第一檢測(cè)二極管(251a-254d)是被配置于所述第二檢測(cè)二極管(201a-205e)的矩陣的間隔中。
4.如權(quán)利要求2或3所述的光學(xué)檢測(cè)裝置，其特征在于多個(gè)(A，B，，C，E，F(xiàn))第一檢測(cè)二極管(201a-204e)是平行連接以便一起由一第一評(píng)估電路讀出。
5.如權(quán)利要求1至4任一項(xiàng)所述的光學(xué)檢測(cè)裝置，其特征在于一數(shù)目的第二檢測(cè)二極管是平行連接。
6.如權(quán)利要求1至5任一項(xiàng)所述的光學(xué)檢測(cè)裝置，其特征在于還包含一評(píng)估電路(270)，其用于自所述檢測(cè)窗(256)中所檢測(cè)出而在所述第二檢測(cè)二極管(201a-205e)上的所述光束的所述強(qiáng)度來決定所述光束的一實(shí)際位置。
7.如權(quán)利要求1至6任一項(xiàng)所述的光學(xué)檢測(cè)裝置，其特征在于所述第一檢測(cè)二極管(251a-254d)具有一區(qū)域(310a-313d)，其是具有一以第一種摻雜的一梳狀方式所建構(gòu)，以及具有包含一第二種摻雜的一槽(302)，其中以梳狀方式所建構(gòu)的所述區(qū)域(310a-313d)是被包埋。
8.如權(quán)利要求7所述的光學(xué)檢測(cè)裝置，其特征在于以梳狀方式所建構(gòu)的所述區(qū)域(310a-313d)具有一n+摻雜的區(qū)域(310a-313d)，且所述槽(302)是p-摻雜的。
9.如權(quán)利要求7或所述8的光學(xué)檢測(cè)裝置，其特征在于所述第二檢測(cè)二極管(201a-205e)具有一n-摻雜區(qū)域(201a-205e)，其形成于相同的所述槽(302)中。
10.如權(quán)利要求1至6任一項(xiàng)所述的光學(xué)檢測(cè)裝置，其特征在于所述第一檢測(cè)二極管(251a-254d)的矩陣(250)是一n×n矩陣，且所述第二檢測(cè)二極管(201a-205e)的矩陣(200)是一(n+1)×(n+1)矩陣，配置此兩矩陣，因此所述第一檢測(cè)二極管(251a-254d)是被配置于所述第二檢測(cè)二極管(201a-205e)的矩陣的間隔中，且其中各第二二極管的所述n-摻雜區(qū)域(304a-308e)是以四臂形成交錯(cuò)形狀，其投射至兩相鄰第一檢測(cè)二極管之間的一區(qū)域，以便就不同擴(kuò)散而電流將其分離。
11.如權(quán)利要求1至10任一項(xiàng)所述的光學(xué)檢測(cè)裝置，其特征在于所述第一讀出電路包含一轉(zhuǎn)阻放大器(600)。
12.如權(quán)利要求1至11任一項(xiàng)所述的光學(xué)檢測(cè)裝置，其特征在于所述第二讀出電路包含一裝置(S1，S2)，其用于連續(xù)連接各第二檢測(cè)二極管至一供應(yīng)電壓(702)，以充電所述第二檢測(cè)二極管的二極管接合電容，因此通過所述第二檢測(cè)二極管的一電壓是對(duì)應(yīng)于所述供應(yīng)電壓，并且是用于將所述的第二檢測(cè)二極管自所述供應(yīng)電壓(702)分離，以及用于在自所述供應(yīng)電壓分離后，一旦一整合期間已過期則連續(xù)輸出用于通過各第二檢測(cè)二極管的電壓。
13.一種光學(xué)掃描裝置，用于藉由檢測(cè)自一軌道所反射的光束而讀出一光學(xué)板的一軌道，其中所述光束是根據(jù)所述軌道上儲(chǔ)存的數(shù)據(jù)而塑造，所述光學(xué)掃描裝置包含如權(quán)利要求1至12中任一項(xiàng)所述的光學(xué)檢測(cè)裝置；以及一控制裝置(270，272，274，276，278)，用于根據(jù)所檢測(cè)到的所述光束的強(qiáng)度以及所述的第二檢測(cè)二極管而輸出控制信號(hào)，以便追蹤與/或聚焦控制。
14.如權(quán)利要求13所述的光學(xué)掃描裝置，其特征在于所述的控制裝置還包含一裝置，用于在第二檢測(cè)二極管上由所述光束的所述檢測(cè)強(qiáng)度決定所述檢測(cè)窗中所述光束的一實(shí)際位置與所述檢測(cè)裝置中一標(biāo)的位置間的誤差；以及一裝置，用于由所述誤差計(jì)算出一控制信號(hào)，其用于追蹤與/或聚焦控制，因而降低所述誤差。
15.如權(quán)利要求13所述的光學(xué)掃描裝置，其特征在于所決定的所述誤差是以二維建立。
16.如權(quán)利要求13至15中任一項(xiàng)所述的光學(xué)掃描裝置，其特征在于所述的光學(xué)檢測(cè)裝置還包含兩個(gè)第三二極管以及一第三讀出電路，其連接至所述的兩個(gè)第三二極管，用于讀出所述的第三檢測(cè)二極管，以使檢測(cè)所述光束的所述強(qiáng)度，所述光學(xué)掃描裝置的所述控制裝置還包含一裝置，用于在所述第三二極管上由所檢測(cè)到的所述光束的所述強(qiáng)度決定兩相鄰軌道的同時(shí)讀出范圍；以及一裝置，用于決定一控制信號(hào)用于設(shè)定閥值以數(shù)字化由所決定范圍所檢測(cè)出的所述數(shù)據(jù)，因此，在數(shù)字化過程中的位錯(cuò)誤會(huì)被減少。
17.一種光學(xué)儲(chǔ)存裝置，其包含一光學(xué)板，其具有一光學(xué)軌道，其具有數(shù)據(jù)儲(chǔ)存于其上的數(shù)據(jù)；一光束產(chǎn)生裝置，用于產(chǎn)生所述光束；一光學(xué)掃描裝置，其是如權(quán)利要求13至16中任一項(xiàng)所述的；一光學(xué)裝置，用于將所述光束聚焦于所述軌道上，且用于將自所述軌道所反射的一光束導(dǎo)向所述光學(xué)檢測(cè)裝置的檢測(cè)窗；一載體，用于承載所述光學(xué)檢測(cè)裝置的所述第一與第二檢測(cè)二極管、所述光束產(chǎn)生器以及所述光學(xué)裝置；以及一伺服裝置，根據(jù)來自所述光學(xué)掃描裝置而用于追蹤與聚焦控制的所述控制信號(hào)來決定用于設(shè)定所述載體與所述軌道間的距離以及關(guān)于所述軌道的一側(cè)向位置。
18.一種用于運(yùn)作一光學(xué)檢測(cè)裝置的方法，其是用于檢測(cè)在一檢測(cè)窗(15；256)中一光束的一強(qiáng)度，以及用于檢測(cè)由所述光束所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，所述光學(xué)檢測(cè)裝置具有在所述檢測(cè)窗(15；256)中的一第一檢測(cè)二極管(25；251a-254d)，以及至少兩個(gè)第二檢測(cè)二極管(21a-24d；201a-205e)的一矩陣，所述方法包含以一第一讀出速度讀出所述的第一檢測(cè)二極管(25；251a-254d)，以檢測(cè)所述數(shù)據(jù)；以及以一第二速度讀出所述第二檢測(cè)二極管(21a-24d；201a-205e)，以檢測(cè)所述光束的所述強(qiáng)度，其中所述第二讀出速度小于所述第一讀出速度。
全文摘要
一種光學(xué)檢測(cè)裝置，用于檢測(cè)一檢測(cè)窗(15)中一光束的強(qiáng)度以及檢測(cè)由所述光束所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，其包含在一檢測(cè)窗中的一第一檢測(cè)二極管(25)與至少兩個(gè)第二檢測(cè)二極管(21a－24d)的矩陣。此外，提供一第一讀出電路(35)，其以第一讀出速度讀出所述第一檢測(cè)二極管以檢測(cè)所述數(shù)據(jù)，以及提供一第二讀出電路(30)其用于以第二讀出速度讀出所述的第二檢測(cè)二極管而檢測(cè)所述光束的所述強(qiáng)度，所述第二讀出速度小于所述第一讀出速度。本發(fā)明在檢測(cè)窗中附加檢測(cè)二極管的矩陣，使得傳輸數(shù)據(jù)的光束與所述檢測(cè)窗的對(duì)準(zhǔn)更有效且/或可更廉價(jià)地控制。
文檔編號(hào)G11B7/125GK1656540SQ03811850
公開日2005年8月17日 申請(qǐng)日期2003年5月22日 優(yōu)先權(quán)日2002年5月24日
發(fā)明者霍格爾·霍夫曼, 哈特穆特·利希特, 因果·黑赫曼, 維爾納·布洛克赫德, 阿爾明·克姆納 申請(qǐng)人:德商弗朗霍夫應(yīng)用研究促進(jìn)學(xué)會(huì), 德國湯森－伯蘭特有限公司