專利名稱：用于熒光多層存儲(chǔ)器的掃描裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于掃描信息載體中的信息的掃描裝置，所述信息載體包括在一種材料上存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的多個(gè)層，所述材料當(dāng)與由激勵(lì)源產(chǎn)生的激勵(lì)束互相作用時(shí)能夠產(chǎn)生激發(fā)的射線，所述裝置包括用于在所述載體的一個(gè)層中投射所述激勵(lì)束并聚集所述激發(fā)射線的物鏡，所述物鏡具有透鏡數(shù)值孔徑，并且所述裝置還包括用于檢測(cè)在所述物鏡上聚集的激發(fā)射線的檢測(cè)器單元。
更加具體地說，本發(fā)明涉及用于從和/或向熒光多層盤讀取和/或記錄數(shù)據(jù)的光盤裝置。
背景技術(shù)：
US 6,009,065中披露了一種用于熒光光學(xué)存儲(chǔ)器讀取的掃描裝置。信息載體是以多層光盤的形式組成的。所述信息被沉積或記錄作為熒光和非熒光單元的序列，熒光單元由當(dāng)與激勵(lì)束相互作用時(shí)能夠產(chǎn)生激發(fā)射線的材料形成。所述載體的各層通過厚層分開，所述厚層對(duì)于激勵(lì)束和激發(fā)射線的波長是透明的。這樣一個(gè)多層光盤包括多個(gè)層，從2到100或甚至更多。
用物鏡將激勵(lì)束聚焦在所述盤的一個(gè)層上。當(dāng)通過激勵(lì)束照射熒光單元時(shí)，熒光信號(hào)就被產(chǎn)生。該熒光信號(hào)具有一個(gè)波長，并且可通過檢測(cè)器單元檢測(cè)到，該波長與所述激勵(lì)束的波長是不同的。所述檢測(cè)器單元包括用于將來自焦點(diǎn)對(duì)準(zhǔn)層的熒光信號(hào)與來自焦點(diǎn)未對(duì)準(zhǔn)層的熒光信號(hào)分離開。例如，在光電二極管的前端插入共焦針孔以便在空間上阻斷來自焦點(diǎn)未對(duì)準(zhǔn)層的熒光信號(hào)。
圖1表示用于多層光學(xué)存儲(chǔ)器的掃描裝置。這樣一種掃描裝置包括激勵(lì)源11、準(zhǔn)直透鏡12、二向色鏡14、物鏡15、成像透鏡18和檢測(cè)單元19。該掃描裝置打算用于讀取熒光多層載體16。
所述激勵(lì)源產(chǎn)生激勵(lì)束13。準(zhǔn)直透鏡12被設(shè)計(jì)用于提供平行的激勵(lì)束。然后激勵(lì)束13到達(dá)二向色鏡14并指向物鏡15，該物鏡將所述激勵(lì)束13聚焦在載體16的一個(gè)層上。物鏡15可上下移動(dòng)以便將激勵(lì)束13聚焦在期望的層上。
激勵(lì)束13與盤的各層相互作用，從而產(chǎn)生激發(fā)的射線17。該激發(fā)的射線通過所述二向色鏡并到達(dá)成像透鏡18，其將所述激發(fā)的射線17聚焦在檢測(cè)單元19上。
一層的存儲(chǔ)容量取決于聚焦的激勵(lì)束的面積，即當(dāng)激勵(lì)束13聚焦在一層上時(shí)在該層上產(chǎn)生的點(diǎn)的面積。為了獲得大的存儲(chǔ)容量，就需要小的聚焦點(diǎn)面積。
目前，聚焦點(diǎn)的面積與(λ/NA)2成比例，其中λ是激勵(lì)束13的波長，NA是激勵(lì)束13的數(shù)值孔徑，即在該情況下為所述物鏡的數(shù)值孔徑。因此，為了獲得大的存儲(chǔ)容量，使用具有最大可能的數(shù)值孔徑的物鏡看起來是明智的。然而，物鏡的可用數(shù)值孔徑受出現(xiàn)的像差的限制，對(duì)于激勵(lì)束13穿過物鏡的外瞳區(qū)域的部分會(huì)出現(xiàn)所述像差。這些像差將隨著物鏡的數(shù)值孔徑而嚴(yán)重增加。例如，三級(jí)球面像差將按NA4增加。這是一個(gè)缺陷，因?yàn)橄癫顚?yán)重影響檢測(cè)單元19檢測(cè)的信號(hào)，從而導(dǎo)致不可靠的掃描裝置。實(shí)際上，在多層存儲(chǔ)器中，必須對(duì)載體內(nèi)的位于不同位置的不同層進(jìn)行存取，從而導(dǎo)致與層相關(guān)的像差，尤其是球面像差。如在單層存儲(chǔ)器中，使用單個(gè)透鏡是不可能預(yù)先補(bǔ)償該像差的。
出于此原因，可用的物鏡數(shù)值孔徑受到限制，實(shí)際上限于大約0.6。目前，還必須進(jìn)行另外一種考慮。激發(fā)射線的幾何發(fā)射特性與激勵(lì)述的不一致，也就是在各向同性的情況下，所述激發(fā)射線從所述激發(fā)熒光單元在所有方向上進(jìn)行傳播。在物鏡15上聚集的激發(fā)射線17因此與通過所述激勵(lì)束引起的一小部分記錄射線相對(duì)應(yīng)，并且物鏡15的數(shù)值孔徑越小，在物鏡15上聚集的激發(fā)射線的部分越小。
因此，通過檢測(cè)單元19檢測(cè)的與在物鏡15上聚集的激發(fā)射線相對(duì)應(yīng)的信號(hào)對(duì)于具有次于0.6的數(shù)值孔徑的可用物鏡來說是低的。低的檢測(cè)信號(hào)是有缺陷的，因?yàn)樗鼘?dǎo)致低的信噪比，并因此使掃描裝置的帶寬和數(shù)據(jù)率受到限制。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種掃描裝置，其中與在物鏡上聚集的激發(fā)射線相對(duì)應(yīng)的檢測(cè)信號(hào)被增強(qiáng)。
為此，根據(jù)本發(fā)明的如在開頭段落中所述的掃描裝置的特征在于所述激勵(lì)束具有低于所述透鏡數(shù)值孔徑的數(shù)值孔徑。
如果激勵(lì)束是平行射束，則激勵(lì)束具有低于所述透鏡數(shù)值孔徑的數(shù)值孔徑這樣的事實(shí)意味著激勵(lì)束具有低于物鏡的直徑的直徑。如果所述激勵(lì)束不是平行射束，則激勵(lì)束具有低于所述透鏡數(shù)值孔徑的數(shù)值孔徑這樣的事實(shí)意味著激勵(lì)束僅僅覆蓋所述物鏡的表面的一部分。
因此，根據(jù)本發(fā)明，激勵(lì)束被構(gòu)造使得它并不通過所述物鏡的外瞳區(qū)域。因此這允許用低的數(shù)值孔徑激勵(lì)熒光單元，從而導(dǎo)致低的像差，并且檢測(cè)的信號(hào)得以增強(qiáng)，因?yàn)槲镧R的整個(gè)表面都被用于聚集發(fā)射光。
有利地，所述透鏡數(shù)值孔徑高于0.6。與已知的掃描裝置(其中所述透鏡數(shù)值孔徑一般小于0.6)相比，這允許增強(qiáng)所述檢測(cè)的信號(hào)。
優(yōu)選地，激勵(lì)束的數(shù)值孔徑基本上等于0.6。這允許掃描具有基本上等于或高于已知的多層載體的存儲(chǔ)容量的存儲(chǔ)容量的多層載體。
在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，所述掃描裝置還包括位于所述激勵(lì)源和所述物鏡之間的光學(xué)組件，用于減小所述激勵(lì)束的數(shù)值孔徑。根據(jù)該優(yōu)選實(shí)施例，在根據(jù)本發(fā)明的掃描裝置中可使用各種激勵(lì)源。實(shí)際上，如果使用了產(chǎn)生具有大于所述期望的數(shù)值孔徑的數(shù)值孔徑的激勵(lì)束的激勵(lì)源，則所述光學(xué)組件就產(chǎn)生具有期望數(shù)值孔徑的激勵(lì)束。
有利地，所述光學(xué)組件是二向色鏡。因?yàn)樵谝阎膾呙柩b置中已經(jīng)使用了二向色鏡，所以該二向色鏡可被特別設(shè)計(jì)用于減小所述激勵(lì)束的數(shù)值孔徑。因此與已知的掃描裝置相比，這樣一種掃描裝置不需要更多的光學(xué)元件。
優(yōu)選地，所述光學(xué)組件是用于減小所述激勵(lì)束的直徑的孔(aperture)。當(dāng)所述激勵(lì)束是平行射束時(shí)，這是特別有利的。這樣一種孔容易設(shè)計(jì)，并且體積不大。
有利地，激勵(lì)源是激光二極管，且所述光學(xué)組件包括準(zhǔn)直透鏡。與已知的掃描裝置相比，為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明，只需改變準(zhǔn)直透鏡的直徑。
優(yōu)選地，所述光學(xué)組件還包括射束擴(kuò)展器。這允許使用已知掃描裝置的激光二極管和準(zhǔn)直透鏡，并且只增加射束擴(kuò)展器以便減小光束直徑，并因此減小激勵(lì)束的數(shù)值孔徑。
本發(fā)明的這些和其它方面通過此后所述的實(shí)施例將變得顯而易見，并且將參照這樣的實(shí)施例來對(duì)其進(jìn)行說明。


現(xiàn)在將借助于例子參考附圖詳細(xì)地說明本發(fā)明，其中圖1為表示根據(jù)背景技術(shù)的用于多層光學(xué)存儲(chǔ)器的掃描裝置的視圖；圖2為表示根據(jù)本發(fā)明的用于多層光學(xué)存儲(chǔ)器的掃描裝置的視圖；圖3為表示根據(jù)本發(fā)明的用于多層光學(xué)存儲(chǔ)器的另一掃描裝置的視圖；圖4為表示根據(jù)本發(fā)明的用于多層光學(xué)存儲(chǔ)器的掃描裝置的視圖，其中二向色鏡被用于減小激勵(lì)束的數(shù)值孔徑；圖5為表示根據(jù)本發(fā)明的用于多層光學(xué)存儲(chǔ)器的另一掃描裝置的視圖，其中二向色鏡被用于減小激勵(lì)束的數(shù)值孔徑；圖6為表示根據(jù)本發(fā)明的用于多層光學(xué)存儲(chǔ)器的掃描裝置的視圖，其中使用孔來減小激勵(lì)束的數(shù)值孔徑；圖7為表示根據(jù)本發(fā)明的用于多層光學(xué)存儲(chǔ)器的掃描裝置的視圖，其中準(zhǔn)直透鏡被用于減小激勵(lì)束的數(shù)值孔徑；圖8為表示根據(jù)本發(fā)明的用于多層光學(xué)存儲(chǔ)器的掃描裝置的視圖，其中射束擴(kuò)展器被用于減小激勵(lì)束的數(shù)值孔徑。
具體實(shí)施例方式
根據(jù)本發(fā)明的掃描裝置描繪在圖2中。這樣一個(gè)掃描裝置包括激勵(lì)源11、二向色鏡14、物鏡15、成像透鏡18、和檢測(cè)單元19。該掃描裝置趨用于讀取一熒光多層載體16。
在該例子中，對(duì)激勵(lì)源11進(jìn)行設(shè)計(jì)以便產(chǎn)生平行射束。由激勵(lì)源11產(chǎn)生的平行射束到達(dá)二向色鏡14，并產(chǎn)生激勵(lì)束13，該激勵(lì)束指向物鏡15，該物鏡將所述激勵(lì)束13聚焦在載體16的一個(gè)層上。
激勵(lì)束13具有低于物鏡15的數(shù)值孔徑的數(shù)值孔徑。在該例子中，這意味著所述激勵(lì)束的直徑d小于所述物鏡的直徑D。
例如，激勵(lì)束13的數(shù)值孔徑為0.6，物鏡的數(shù)值孔徑為0.8。對(duì)于具有焦距為1.765毫米的物鏡來說，這對(duì)應(yīng)于2.82毫米的透鏡直徑D和2.12毫米的激勵(lì)束直徑d。
在公知的用于多層系統(tǒng)的掃描裝置中，實(shí)際上并不使用數(shù)值孔徑為0.8的物鏡，因?yàn)檫@將導(dǎo)致數(shù)值孔徑為0.8的激勵(lì)束，它將產(chǎn)生光學(xué)像差，其對(duì)于每個(gè)尋址層是不同的。因此，具有低于0.6的數(shù)值孔徑的物鏡通常用在公知的掃描裝置中。結(jié)果，物鏡15僅僅聚集一小部分由所述激勵(lì)束引起的激發(fā)射線。實(shí)際上，能被顯示的是在物鏡15上被聚集的由所述激勵(lì)束引起的激發(fā)射線部分為大約(NA/2n)2，其中n為熒光多層載體16的折射系數(shù)。對(duì)于0.6的物鏡和1.5的折射系數(shù)來說，由激勵(lì)束引起的激發(fā)射線只有4％在物鏡15上被聚集。
在上述的例子中，當(dāng)激勵(lì)束13的數(shù)值孔徑為0.6和物鏡的數(shù)值孔徑為0.8時(shí)，由激勵(lì)束引起的激發(fā)射線有7.1％在物鏡15上被聚集。在物鏡15上聚集的激發(fā)射線的這種巨大增長導(dǎo)致由檢測(cè)單元19檢測(cè)的信號(hào)的巨大增長，由此使掃描裝置更加可靠。此外，因?yàn)樵诒緦?shí)例中激勵(lì)束13的數(shù)值孔徑與已知的掃描裝置中的相同，所以本發(fā)明不會(huì)引入額外的光學(xué)像差，并且熒光多層載體16的存儲(chǔ)容量不會(huì)降低。
當(dāng)然，在根據(jù)本發(fā)明的掃描裝置中也可使用其它的數(shù)值孔徑。例如，能夠在0.4和0.7之間選擇激勵(lì)束的數(shù)值孔徑，在0.5和1之間選擇物鏡的數(shù)值孔徑。數(shù)值孔徑的選擇特別依賴于串?dāng)_的期望等級(jí)。串?dāng)_表示與未對(duì)準(zhǔn)的層對(duì)應(yīng)的檢測(cè)信號(hào)部分。
實(shí)際上，在物鏡15上聚集的激發(fā)射線的增長和由檢測(cè)單元19的限制尺寸引起的檢測(cè)單元19上的檢測(cè)信號(hào)的降低之間存在一個(gè)平衡，因?yàn)樵诩ぐl(fā)射線中出現(xiàn)的像差增加了由檢測(cè)單元19檢測(cè)的焦點(diǎn)的大小，所述焦點(diǎn)的大小是由串?dāng)_的期望等級(jí)確定的。因此，數(shù)值孔徑的選擇取決于串?dāng)_的期望等級(jí)。
根據(jù)本發(fā)明的另一掃描裝置描繪在圖3中。這種掃描裝置包括激勵(lì)源11、二向色鏡14、物鏡15和檢測(cè)單元19。該掃描裝置打算用于讀取熒光多層載體16。
在本實(shí)例中，激勵(lì)源11產(chǎn)生發(fā)散的射束，該射束通過二向色鏡14以便產(chǎn)生激勵(lì)束13。所述激勵(lì)源例如為激光二極管。因此激勵(lì)束13是發(fā)散的射束，物鏡15被設(shè)計(jì)用于將激勵(lì)束13聚焦在所述熒光多層載體16的期望層上。在本實(shí)例中，激勵(lì)束13的數(shù)值孔徑低于物鏡15的數(shù)值孔徑這樣的事實(shí)意味著激勵(lì)束13只覆蓋物鏡15的一部分表面。換言之，激勵(lì)束13和物鏡15的中心盤之間的交集為圓盤形，該圓盤的直徑小于物鏡15的直徑D。
圖4表示一種掃描裝置，其中二向色鏡被用于減小激勵(lì)束的數(shù)值孔徑。在該掃描裝置中，激勵(lì)源11產(chǎn)生平行的射束，該平行射束的直徑大于根據(jù)本發(fā)明的期望激勵(lì)束的直徑。二向色鏡14用于產(chǎn)生具有期望數(shù)值孔徑的激勵(lì)束13。
為了產(chǎn)生具有小于由激勵(lì)源11產(chǎn)生的平行射束的直徑的直徑的激勵(lì)束13，二向色鏡14被設(shè)計(jì)用于只反射來自激勵(lì)源11的平行射束的一部分，該部分與激勵(lì)束13相對(duì)應(yīng)。這可通過對(duì)二向色鏡14的表面進(jìn)行適當(dāng)?shù)奶幚韥韺?shí)現(xiàn)。相反，二向色鏡14被設(shè)計(jì)用于使與所述激發(fā)射線相對(duì)應(yīng)的射束不發(fā)生變化，以便使得在物鏡15上聚集的所有激發(fā)射線都能夠由檢測(cè)單元19檢測(cè)到。
圖5表示另外的掃描裝置，其中二向色鏡用于減小激勵(lì)束的數(shù)值孔徑。在該掃描裝置中，激勵(lì)源11產(chǎn)生平行的射束，其直徑大于根據(jù)本發(fā)明的激勵(lì)束的直徑。
對(duì)二向色鏡14進(jìn)行設(shè)計(jì)使得來自激勵(lì)源11的平行射束只有一部分能夠通過二向色鏡14，所述部分與激勵(lì)束13相對(duì)應(yīng)。這可通過對(duì)二向色鏡14的表面進(jìn)行適當(dāng)?shù)奶幚韥韺?shí)現(xiàn)。相反，二向色鏡14被設(shè)計(jì)用于反射與所述激發(fā)射線相對(duì)應(yīng)的整個(gè)射束，以便使得在物鏡15上聚集的所有激發(fā)射線都能夠由檢測(cè)單元19檢測(cè)到。
圖6表示一種掃描裝置，其中一個(gè)孔被用于減小激勵(lì)束的數(shù)值孔徑。在該掃描裝置中，激勵(lì)源11產(chǎn)生平行的射束，該平行射束的直徑大于根據(jù)本發(fā)明的期望激勵(lì)束的直徑。使用孔60以便產(chǎn)生激勵(lì)束13。
所述孔被設(shè)計(jì)用于阻擋由激勵(lì)束11產(chǎn)生的平行射束，除了具有直徑d的部分，該部分與激勵(lì)束13相對(duì)應(yīng)。該孔由能夠吸收由源11產(chǎn)生的射束的材料制成，并且包括一個(gè)開口(hole)，該開口的直徑等于激勵(lì)束13的直徑d。
圖7表示一種掃描裝置，其中準(zhǔn)直透鏡12被用于減小激勵(lì)束的數(shù)值孔徑。在該例子中，激勵(lì)源11為激光二極管，其放置在準(zhǔn)直透鏡12的焦點(diǎn)處。準(zhǔn)直透鏡12的直徑等于期望的激勵(lì)束13的直徑。激光二極管11產(chǎn)生發(fā)散的射束，通過準(zhǔn)直透鏡12將該發(fā)散射束轉(zhuǎn)換成平行射束。然后該平行射束被二向色鏡14反射，產(chǎn)生具有期望的數(shù)值孔徑的激勵(lì)束13。
圖8表示一種掃描裝置，其中射束擴(kuò)展器12被用于減小激勵(lì)束的數(shù)值孔徑。所述射束擴(kuò)展器70包括第一射束擴(kuò)展器透鏡701和第二射束擴(kuò)展器透鏡702。在該例子中，激勵(lì)源11為激光二極管，其放置在準(zhǔn)直透鏡12的焦點(diǎn)處。準(zhǔn)直透鏡12的直徑大于期望的激勵(lì)束13的直徑。激光二極管11產(chǎn)生發(fā)散的射束，通過準(zhǔn)直透鏡12將該發(fā)散射束轉(zhuǎn)換成平行射束。因此該平行射束就具有大于期望的激勵(lì)束13的直徑的直徑。
所述射束擴(kuò)展器用于從具有較大直徑的射束產(chǎn)生具有較小直徑的射束。第一射束擴(kuò)展器透鏡701具有與準(zhǔn)直透鏡12相同的直徑。第二射束擴(kuò)展器透鏡702具有等于所述期望的激勵(lì)束13的直徑d的直徑。放置第一和第二射束擴(kuò)展器透鏡701和702使得它們的焦點(diǎn)重合。因此就獲得一平行射束，其直徑等于期望激勵(lì)束的直徑d。
下述權(quán)利要求中的任何參考標(biāo)記都不應(yīng)構(gòu)成對(duì)權(quán)利要求的限制。很顯然動(dòng)詞“包括”及其變化形式的使用并不排除出現(xiàn)除在任一權(quán)利要求中所定義的那些之外的任何其它元件。在元件之前出現(xiàn)的詞語“一”并不排除出現(xiàn)多個(gè)這樣的元件。
權(quán)利要求
1.一種用于掃描信息載體(16)中的信息的掃描裝置，所述信息載體包括在一種材料上存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的多個(gè)層，所述材料當(dāng)與由激勵(lì)源(11)產(chǎn)生的激勵(lì)束(13)互相作用時(shí)能夠產(chǎn)生激發(fā)的射線，所述裝置包括用于在所述載體的一個(gè)層中投射所述激勵(lì)束并聚集所述激發(fā)射線的物鏡(15)，所述物鏡具有透鏡數(shù)值孔徑，和用于檢測(cè)在所述物鏡上聚集的激發(fā)射線的檢測(cè)器單元(19)，所述掃描裝置的進(jìn)一步的特征在于所述激勵(lì)束具有低于所述透鏡數(shù)值孔徑的數(shù)值孔徑。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的掃描裝置，其中所述透鏡數(shù)值孔徑在0.5和1之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的掃描裝置，其中所述激勵(lì)束的數(shù)值孔徑在0.4和0.7之間。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的掃描裝置，進(jìn)一步包括位于所述激勵(lì)源和所述物鏡之間的光學(xué)組件，用于減小所述激勵(lì)束的數(shù)值孔徑。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的掃描裝置，其中所述光學(xué)組件為用于減小所述激勵(lì)束的數(shù)值孔徑的二向色鏡(14)。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的掃描裝置，其中所述光學(xué)組件為用于減小所述激勵(lì)束的直徑的孔(60)。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的掃描裝置，其中所述激勵(lì)源為激光二極管，并且所述光學(xué)組件包括準(zhǔn)直透鏡(12)。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的掃描裝置，其中所述光學(xué)組件還包括射束擴(kuò)展器(70)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于掃描信息載體(16)中的信息的掃描裝置，所述信息載體包括在一種材料上存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的多個(gè)層，所述材料當(dāng)與由激勵(lì)源(11)產(chǎn)生的激勵(lì)束(13)互相作用時(shí)能夠產(chǎn)生激發(fā)的射線。所述掃描裝置包括用于在所述載體的一個(gè)層中投射所述激勵(lì)束并聚集所述激發(fā)射線的物鏡(15)。所述掃描裝置還包括用于檢測(cè)在所述物鏡上聚集的激發(fā)射線的檢測(cè)器單元(19)。根據(jù)本發(fā)明，所述激勵(lì)束具有低于所述透鏡數(shù)值孔徑的數(shù)值孔徑。
文檔編號(hào)G11B7/135GK1679094SQ03820958
公開日2005年10月5日 申請(qǐng)日期2003年8月22日 優(yōu)先權(quán)日2002年9月4日
發(fā)明者C·布什, M·巴利斯特雷星, W·奧菲 申請(qǐng)人:皇家飛利浦電子股份有限公司