專利名稱：光學(xué)掃描設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于掃描光學(xué)記錄載體的光學(xué)掃描設(shè)備。
在已知的光學(xué)掃描設(shè)備中，例如光盤(CD)和數(shù)字通用盤(DVD)記錄器和播放器，存儲(chǔ)在光學(xué)記錄載體上的數(shù)據(jù)通過將從記錄載體反射的入射射線轉(zhuǎn)換為電子數(shù)據(jù)信號(hào)而被提取出來。使用適當(dāng)?shù)碾娮釉O(shè)備進(jìn)行適當(dāng)?shù)牟僮鳎梢垣@得具有適當(dāng)?shù)男旁氡鹊臄?shù)據(jù)。
在這種檢測(cè)系統(tǒng)中，首先使用模數(shù)(A到D)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換高頻電子數(shù)據(jù)信號(hào)，在零交叉之后，在抖動(dòng)最小的選定點(diǎn)處檢測(cè)所述高頻電子數(shù)據(jù)信號(hào)。由電子設(shè)備、記錄載體或輻射源在系統(tǒng)中誘發(fā)的反射率變化、噪聲將降低信噪比，增加誤碼率。目前，采用的是6位AD轉(zhuǎn)換器，其具有64個(gè)量化級(jí)，但是，現(xiàn)已提出需要具有更高帶寬轉(zhuǎn)換器的系統(tǒng)。在高速系統(tǒng)中，AD轉(zhuǎn)換的鎖定頻率相對(duì)較高，從而使功耗較高，并引起了電磁兼容問題。
根據(jù)本發(fā)明，提供了一種用于掃描光學(xué)記錄載體的信息層的光學(xué)掃描設(shè)備，所述信息層包括以一系列的凹坑和紋脊以及凹坑和紋脊之間的過渡區(qū)的形式設(shè)置的數(shù)據(jù)軌道，所述設(shè)備包括用于產(chǎn)生輻射的輻射源和用于將射束發(fā)向光學(xué)記錄載體并在光學(xué)記錄載體的掃描之后將其發(fā)向檢測(cè)系統(tǒng)的光學(xué)裝置，所述光學(xué)裝置產(chǎn)生兩條射束，它們分別形成兩個(gè)掃描光點(diǎn)，其在信息層上彼此相對(duì)移動(dòng)，其特征在于，光學(xué)裝置適用于沿?cái)?shù)據(jù)軌道的方向相對(duì)彼此排列光點(diǎn)，并且檢測(cè)系統(tǒng)用于檢測(cè)作為由兩條射束的光程長(zhǎng)度差所引起干涉的結(jié)果的反射射束的變化，所述差表示數(shù)據(jù)軌道上凹坑與紋脊之間的過渡區(qū)。
所述設(shè)備使用光學(xué)領(lǐng)域的差分干涉對(duì)比法檢測(cè)信息信號(hào)。這樣，就能夠降低光學(xué)掃描設(shè)備的電信號(hào)處理部分中的AD轉(zhuǎn)換的復(fù)雜性。


通過下文中借助于實(shí)施例的對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式的更加具體的說明，本發(fā)明的另外的目的、優(yōu)點(diǎn)和特征將更加明顯，其優(yōu)選實(shí)施方式如圖所示，其中圖1是根據(jù)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
的結(jié)合有光拾取單元的光學(xué)掃描設(shè)備的示意圖，其將兩束射束會(huì)聚到記錄載體上；
圖2是圖1的拾取單元的示意圖，其示出了入射在光學(xué)記錄載體上的凹坑和紋脊上的兩束次級(jí)射束；圖3是根據(jù)本發(fā)明的另一具體實(shí)施方式
的光學(xué)掃描設(shè)備的一可選擇形式的示意圖；圖4A是示出兩束射束入射到光學(xué)記錄載體上的某些不同數(shù)據(jù)軌道位置的示意圖；圖4B示出了與圖4A中所示的聚焦位置相應(yīng)的各檢測(cè)器信號(hào)輸出電平；和圖5示出了當(dāng)根據(jù)本發(fā)明的光拾取單元掃描光學(xué)記錄載體時(shí)的示例性信息信號(hào)響應(yīng)。
具體實(shí)施例方式
圖1示出了光學(xué)掃描設(shè)備1的元件，其包括掃描光學(xué)記錄載體2的光頭。圖2中進(jìn)一步詳細(xì)示出的記錄載體2是一種光盤的形式，其包括透明層3，其一側(cè)上設(shè)置有信息層。信息層4可包括反射金屬涂層。信息層4背離透明層3的一側(cè)被保護(hù)層5保護(hù)不受環(huán)境的影響。透明層3面對(duì)所述設(shè)備的一側(cè)被稱為入射面6。透明層3用作記錄載體的基底，為信息層提供機(jī)械支撐?；蛘撸该鲗?可以僅具有保護(hù)信息層的功能，而機(jī)械支撐由信息層的另一側(cè)上的層提供，所述層可以是保護(hù)層5或與信息層4相連的另一信息層和透明層?？梢詫⑿畔⒁圆贾迷诨酒叫械摹⑼幕蚵菪诬壍郎系墓饪蓹z測(cè)的標(biāo)記的形式存儲(chǔ)在記錄載體的信息層4上，圖1或2中未示出。所述標(biāo)記可以凹坑的形式存在，并分別交替散布在紋脊8a、8b之間。
掃描設(shè)備1包括以發(fā)射射束7的半導(dǎo)體激光器9的形式存在的輻射源。射束7用于掃描光學(xué)記錄載體2的信息層4。射束7入射到準(zhǔn)直透鏡10上，所述透鏡將射束7轉(zhuǎn)換為準(zhǔn)直光束11。準(zhǔn)直光束11入射到光學(xué)元件12上，其自一束主光束11產(chǎn)生兩束次級(jí)相干射束13a、13b。來自光學(xué)元件12的光束13a、13b入射到物鏡系統(tǒng)14。物鏡系統(tǒng)14可包括一個(gè)或多個(gè)透鏡和/或光柵。圖1中的物鏡系統(tǒng)14由一個(gè)將射束13a、13b在記錄載體2上會(huì)聚為兩個(gè)不同的光點(diǎn)15a、15b的單透鏡14構(gòu)成。兩個(gè)光點(diǎn)15a、15b在光學(xué)記錄載體2的掃描方向上彼此相對(duì)地發(fā)生移動(dòng)。
由信息層4反射的輻射形成兩束發(fā)散光束，它們由物鏡系統(tǒng)14變換為基本準(zhǔn)直的光束17a、17b?；緶?zhǔn)直的光束17a、17b入射在光學(xué)元件12上，并在此合并形成為一束光束18，其入射在分束器19上。分束器19通過將反射光束18的至少一部分朝準(zhǔn)直透鏡20傳輸而分離前向射束和反射射束，所述準(zhǔn)直透鏡將射束會(huì)聚到包括光電檢測(cè)器陣列的檢測(cè)系統(tǒng)21上。檢測(cè)系統(tǒng)21捕捉射束，并將其轉(zhuǎn)換為電輸出信號(hào)，所述信號(hào)由信號(hào)處理電路23進(jìn)行處理，所述信號(hào)處理電路位于掃描設(shè)備中，與光頭1分開設(shè)置。
電輸出信號(hào)中的一個(gè)是信息信號(hào)22，其數(shù)值代表自信息層4讀出的信息。信息信號(hào)22由信號(hào)處理電路23轉(zhuǎn)換為經(jīng)過處理的信息信號(hào)24，之后信息處理單元對(duì)其進(jìn)行誤差校正處理，并將其傳送給輸出設(shè)備。
從檢測(cè)系統(tǒng)得到的其它信號(hào)(未示出)包括聚焦誤差信號(hào)和徑向誤差信號(hào)。這些信號(hào)可以由三光束的系統(tǒng)21檢測(cè)產(chǎn)生，所述三光束在所述設(shè)備中產(chǎn)生，與用于檢測(cè)信息信號(hào)的光束相分離。聚焦誤差信號(hào)代表例如掃描紋脊時(shí)光點(diǎn)15a、15b與信息層14之間的軸向高度差。徑向誤差信號(hào)代表在信息層4平面上光點(diǎn)15a、15b與正在被光點(diǎn)掃描的信息層中的數(shù)據(jù)軌道的中心之間的距離。
聚焦誤差信號(hào)和徑向誤差信號(hào)饋入到伺服電路(未示出)，其將這些信號(hào)轉(zhuǎn)換為聚焦校正信號(hào)和跟蹤校正信號(hào)，用于控制光頭中的高帶寬機(jī)械致動(dòng)器(未示出)。機(jī)械聚焦致動(dòng)器控制物鏡系統(tǒng)14在聚焦方向上的位置，從而對(duì)光點(diǎn)15a、15b的軸向位置進(jìn)行控制，以使其與信息層4的平面基本重合，并控制光點(diǎn)15a、15b的徑向位置使其精確地跟隨當(dāng)前正被掃描的信息層上的軌道的中心。另一機(jī)械致動(dòng)器，例如徑向移動(dòng)臂，改變光頭1在記錄載體2的徑向上的位置，從而粗略地控制光點(diǎn)15a、15b的徑向位置，以使其位于信息層4中的要被跟蹤的軌道之上。記錄載體2上的軌道在垂直于圖1的平面的方向上延伸。
圖2更加詳細(xì)地示出了本發(fā)明的原理。如圖2所示，光學(xué)元件12用于產(chǎn)生兩束射束13a、13b，它們同時(shí)在記錄載體2的信息層4上形成光點(diǎn)15a、15b。
通過下述多種方法之一產(chǎn)生兩束分離的射束13a、13b。然而，應(yīng)當(dāng)注意，也可以采用能夠從一個(gè)單一輻射源形成兩束射束的任何合適的方法或裝置。
如上所述，兩個(gè)光點(diǎn)15a、15b形成在記錄載體2的信息層4上。光點(diǎn)15a、15b沿信息層4內(nèi)的數(shù)據(jù)軌道彼此切向移動(dòng)。將光學(xué)元件12設(shè)置為使兩光點(diǎn)15a、15b沿平行于軌道切線方向的直線定位，從而，兩光點(diǎn)15a、15b都可以掃描軌道中橫向位置相同的軌道。由于兩束射束從一條射束中產(chǎn)生，因此，返回到光學(xué)系統(tǒng)的反射光束將會(huì)干涉相長(zhǎng)或干涉相消。干涉的性質(zhì)取決于用于提供光點(diǎn)15a、15b在信息層4上的相對(duì)定位的光路。例如，當(dāng)兩個(gè)光點(diǎn)15a、15b都會(huì)聚在紋脊或凹坑上時(shí)，將不會(huì)存在光程差，且所述干涉是相長(zhǎng)的。因此，存在通過光拾取單元反射回來并反射到檢測(cè)系統(tǒng)21上的基本輻射量。
然而，如果一個(gè)光點(diǎn)15a位于凹坑上，而另一光點(diǎn)15b入射到紋脊上，并且紋脊和凹坑之間的高度差經(jīng)過適當(dāng)選擇，兩條光束之間將存在光程差，從而，所述干涉是相消的，導(dǎo)致基本上不存在通過光拾取單元反射回來并反射到檢測(cè)系統(tǒng)21的輻射。
這樣，可以檢測(cè)出記錄載體的信息層4中的紋脊到凹坑的轉(zhuǎn)換，反之亦然。
用于從一個(gè)單一輻射源中產(chǎn)生兩條次級(jí)輻射束的光學(xué)元件12可以是沃拉斯頓棱鏡。沃拉斯頓棱鏡通常由雙折射材料形成，所述材料即在正交方向上具有不同光學(xué)性質(zhì)的材料。當(dāng)射束入射到雙折射材料上時(shí)，可以產(chǎn)生具有正交偏振方向并且分別彼此偏移的兩束光。當(dāng)沃拉斯頓棱鏡用作光學(xué)元件12時(shí)，使用了偏振方向與棱鏡12的光軸呈45的線偏振輻射源9。并且，偏振分析器平板(未示出)位于檢測(cè)器系統(tǒng)21與分束器19之間，其光軸與偏振方向的等同方向呈45°。
在本發(fā)明的另一具體實(shí)施方式
中，如圖3所示，光學(xué)元件包括產(chǎn)生具有預(yù)定相位關(guān)系的的兩束次級(jí)射束的衍射光柵?？梢杂妹繂挝痪嚯x(d)一紋槽的雙態(tài)光柵產(chǎn)生相位差為π的兩個(gè)點(diǎn)光柵。這種光柵的一個(gè)實(shí)施例的設(shè)計(jì)參數(shù)及性能如下表中所示，所述光柵使用了使相對(duì)相位延遲為π并且紋脊紋槽等寬(0.5d)的兩個(gè)階梯高度。然而，應(yīng)當(dāng)理解，也可以使用具有適當(dāng)特性的其它光柵。
表格


在該具體實(shí)施方式
中，具有與圖1和2的第一實(shí)施方式中所通用的相似功能的元件的附圖標(biāo)記為原來的附圖標(biāo)記加100。如圖3所示，由源109產(chǎn)生的一條射束107入射到光學(xué)元件132上，所述光學(xué)元件包括雙衍射光柵和準(zhǔn)直透鏡110。光學(xué)元件132產(chǎn)生兩束次級(jí)射束113a、113b，所述射束以上述方式會(huì)聚在光學(xué)記錄載體102的信息層上。將所述光學(xué)元件132設(shè)置為使兩個(gè)光點(diǎn)115a、115b沿平行于軌道切線方向的直線定位，從而，兩個(gè)光點(diǎn)115a、115b都可以掃描軌道中橫向位置相同的軌道。從信息層反射的射束傳回分束器119。分束器119通過將反射光束117a、117b的至少一部分透射向檢測(cè)系統(tǒng)121而分離前向射束和反射射束。應(yīng)當(dāng)注意，反射射束被傳輸給檢測(cè)系統(tǒng)，而并不再次通過光學(xué)元件132，所述反射射束在被分束器19反射后重新結(jié)合。被準(zhǔn)直透鏡20折射之后，射束入射在楔形元件133和組合透鏡134上。這些元件使次級(jí)射束在檢測(cè)系統(tǒng)21上重疊。
由于光學(xué)元件132增加了相位差π，因此，如果兩個(gè)光點(diǎn)115a、115b都落在紋脊或凹坑上，則射束將干涉相消，如果一個(gè)光點(diǎn)115a落在紋脊上而另一光點(diǎn)115b落在凹坑或反之時(shí)，所述射束將干涉相長(zhǎng)。
在上述
具體實(shí)施例方式
中，信號(hào)處理系統(tǒng)23；123可以包括放大器，在所述放大器中，放大使輸出級(jí)飽和。放大器的輸出可以饋入到信號(hào)處理電路23；123中的數(shù)字判定電路，例如觸發(fā)器，從它可以發(fā)生隨后的數(shù)據(jù)提取。將放大級(jí)設(shè)置為使零電平不被放大為超過判定電路的閾值電平的程度。為了降低零電平，電子高通濾波器可以插入在放大器之前。
參考圖4A、4B和5，其示出了檢測(cè)系統(tǒng)的一示例性響應(yīng)。圖4B示出了與紋脊、凹坑和過渡相應(yīng)的各種狀態(tài)下檢測(cè)到的信息信號(hào)22；122，所述各狀態(tài)在圖4A中示意性地示出。當(dāng)兩個(gè)光點(diǎn)都落在紋脊或凹坑上時(shí)，入射在檢測(cè)系統(tǒng)上的射束將接近零，因?yàn)樯涫缮嫦嘞?。?dāng)光點(diǎn)都落在過渡側(cè)時(shí)，射束將干涉相長(zhǎng)，并且更強(qiáng)的信號(hào)將入射在檢測(cè)系統(tǒng)上。但是，在該實(shí)施例中，也可以看到在紋脊和凹坑中出現(xiàn)低信號(hào)電平，在過渡區(qū)內(nèi)出現(xiàn)高電平，這是由于光學(xué)裝置中在次級(jí)射束之間引入了相位差π，在沒有在光學(xué)裝置中引入相位差的情況下，可以看到相反的情形。
圖5示出了檢測(cè)到的信息信號(hào)，其示出了光拾取單元跨越記錄載體的信息層的軌道進(jìn)行掃描時(shí)凹坑與紋脊之間的檢測(cè)過渡處所出現(xiàn)的峰值，反之亦然。當(dāng)所述射束從信息層上的凹坑向紋脊進(jìn)行掃描時(shí)，或反之時(shí)，在過渡區(qū)內(nèi)產(chǎn)生信號(hào)的峰值。所述峰值的寬度由掃描速度、光點(diǎn)之間的位移以及干涉的質(zhì)量確定。
為了獲得最佳信噪比，相消干涉電平應(yīng)盡可能接近零。為了獲得最佳對(duì)比度，凹坑的深度最好設(shè)定在0.25波長(zhǎng)光學(xué)深度。為了避免在次級(jí)射束之一中產(chǎn)生明顯等級(jí)的自干涉，軌道間距p、射束波長(zhǎng)λ和物鏡的數(shù)值孔徑NA最好根據(jù)下述關(guān)系而設(shè)定p<λ2NA.]]>上述發(fā)明不需要在信號(hào)處理電路23；123中采用復(fù)雜的AD轉(zhuǎn)換器。這是由于上述原因而產(chǎn)生的優(yōu)點(diǎn)。然而，本發(fā)明還具有其它的優(yōu)點(diǎn)。例如，按比例放大到更高的帶寬是直接進(jìn)行的，并且僅需要采用更高帶寬的光電檢測(cè)器和以數(shù)據(jù)速度運(yùn)行的判定電路。在傳統(tǒng)光學(xué)掃描設(shè)備中，為了獲得足夠的分辨率，可以更高的速度運(yùn)行AD轉(zhuǎn)換器。
此外，由于避免了對(duì)各檢測(cè)部分的差信號(hào)進(jìn)行復(fù)雜處理，因此，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)電子噪聲源的抑制。另外，由于提供了歸零信號(hào)而不是非歸零信號(hào)，因此，能更容易引入極限量化，從而根據(jù)偏好來增加最短數(shù)據(jù)段的信號(hào)。
應(yīng)當(dāng)理解，上面詳述的所有元件可以由適當(dāng)?shù)幕緢?zhí)行相同的功能的可選擇元件所替代。
上述
具體實(shí)施例方式
應(yīng)被理解為本發(fā)明的示例性實(shí)施例。也可以預(yù)想到本發(fā)明的其它實(shí)施方式。應(yīng)當(dāng)理解，與任意一個(gè)具體實(shí)施方式
相關(guān)描述的任意特征可以單獨(dú)使用或與所述其它特征相結(jié)合，也可以與任何其它具體實(shí)施方式
的一個(gè)或多個(gè)特征結(jié)合使用，或與任何其它具體實(shí)施方式
相結(jié)合。此外，在不背離本發(fā)明的范圍的條件下，也可以采用上述等價(jià)實(shí)施方式和改進(jìn)，本發(fā)明的范圍在附加的權(quán)利要求中定義。
權(quán)利要求
1.一種用于掃描光學(xué)記錄載體的信息層的光學(xué)掃描設(shè)備，所述信息層包括以一系列的凹坑和紋脊以及凹坑和紋脊之間的過渡區(qū)的形式設(shè)置的數(shù)據(jù)軌道，所述設(shè)備包括用于產(chǎn)生輻射的輻射源和用于將輻射束傳向光學(xué)記錄載體并在光學(xué)記錄載體的掃描之后將其傳向檢測(cè)系統(tǒng)的光學(xué)裝置，所述光學(xué)裝置產(chǎn)生兩條射束，所述兩條射束在信息層上形成兩個(gè)彼此偏移的相應(yīng)掃描光點(diǎn)，其特征在于，光學(xué)裝置適用于沿?cái)?shù)據(jù)軌道的方向?qū)恻c(diǎn)進(jìn)行彼此之間的排列，并且檢測(cè)系統(tǒng)被設(shè)置用于檢測(cè)作為由兩條射束的光程長(zhǎng)度差所引起干涉的結(jié)果的反射射束的變化，所述差表示數(shù)據(jù)軌道上凹坑與紋脊之間的過渡區(qū)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)掃描設(shè)備，其中，所述光學(xué)裝置包括光學(xué)元件，其中，輻射源形成一條單一輻射束，所述光學(xué)元件將所述單一輻射束分裂為兩條次級(jí)射束。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的光學(xué)掃描設(shè)備，其中，光學(xué)元件包括衍射光柵。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的光學(xué)掃描設(shè)備，其中，衍射光柵在兩條次級(jí)射束之間引入相位差。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的光學(xué)掃描設(shè)備，其中，衍射光柵在兩條次級(jí)射束之間產(chǎn)生相位差π。
6.根據(jù)權(quán)利要求2到5中任意一個(gè)所述的光學(xué)掃描設(shè)備，其中，光學(xué)裝置使兩條次級(jí)射束從信息層傳送到檢測(cè)系統(tǒng)而不入射在光學(xué)元件上。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的光學(xué)掃描設(shè)備，其中，光學(xué)元件包括雙折射材料。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的光學(xué)掃描設(shè)備，其中，光學(xué)元件包括渥拉斯頓棱鏡。
9.根據(jù)上述權(quán)利要求中任意一個(gè)所述的光學(xué)掃描設(shè)備，其中，檢測(cè)系統(tǒng)適用于產(chǎn)生電信號(hào)，所述電信號(hào)包括一系列波峰。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的光學(xué)掃描設(shè)備，其中，每個(gè)所述波峰都代表數(shù)據(jù)軌道上紋脊和凹坑之間的過渡區(qū)。
11.根據(jù)上述權(quán)利要求中任意一個(gè)所述的光學(xué)掃描設(shè)備，檢測(cè)系統(tǒng)包括光電檢測(cè)器，所述兩條射束在到達(dá)光電檢測(cè)器位置之前合并。
全文摘要
光學(xué)掃描設(shè)備1使用差分干涉對(duì)比法從光學(xué)記錄載體2檢測(cè)信息信號(hào)。產(chǎn)生兩條射束13a、13b，并將其聚焦為兩個(gè)不同的光點(diǎn)15a、15b，所述光點(diǎn)分別沿光學(xué)記錄載體的信息層上的數(shù)據(jù)軌道移動(dòng)。所述光點(diǎn)在紋脊和凹坑上的相對(duì)位置可在反射射束17a、17b之間產(chǎn)生光程差。所述光程差引起所述射束干涉相長(zhǎng)或相消，其取決于光點(diǎn)的數(shù)據(jù)軌道上的相對(duì)紋脊/凹坑位置。所述干涉引起可檢測(cè)信號(hào)的產(chǎn)生，所述信號(hào)代表信息層4上從凹坑向紋脊的過渡，反之亦然。
文檔編號(hào)G11B7/135GK1689084SQ03824223
公開日2005年10月26日 申請(qǐng)日期2003年9月12日 優(yōu)先權(quán)日2002年10月15日
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