專利名稱：光學(xué)掃描裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一用來掃描光學(xué)記錄載體，如光盤的光學(xué)掃描裝置，該記錄載體包括至少一信息層。該裝置包括一用來產(chǎn)生輻射束的輻射源；一位于該輻射源和記錄載體之間的光路上，用于會(huì)聚輻射束到信息層的一個(gè)斑點(diǎn)的復(fù)合物鏡系統(tǒng)，和一滑塊，該滑塊具有一光學(xué)透明的部分用來透射從輻射源發(fā)出的輻射。本發(fā)明還涉及一用在這樣的光學(xué)掃描裝置中的光學(xué)記錄載體。
存在一種生產(chǎn)能夠閱讀大容量記錄載體的光學(xué)掃描裝置的需求。例如已設(shè)計(jì)出在一單盤中就具有多個(gè)信息層的大容量光盤。而且，還可能通過減小該盤上的數(shù)據(jù)標(biāo)記的大小來增加存儲(chǔ)在這種盤上的數(shù)據(jù)量。為了準(zhǔn)確地讀取這種數(shù)據(jù)，光學(xué)掃描裝置最好利用相對(duì)短的波長(zhǎng)和大的數(shù)值孔徑(NA)，例如，至少NA＞1，的物鏡系統(tǒng)。
在實(shí)現(xiàn)NA＞1的一個(gè)辦法中，該復(fù)合透鏡系統(tǒng)包括一多透鏡物鏡，在這多透鏡物鏡中一個(gè)透鏡元件是一安放在滑塊上的第二個(gè)基本上是平-凸的透鏡，這滑塊允許該透鏡在該盤表面一個(gè)波長(zhǎng)λ以內(nèi)的高度上飛行，以在該第二透鏡和盤之間為輻射提供一瞬逝耦合，即所謂的近場(chǎng)排列。該透鏡典型地是在1/5λ(一般＜0.1μm)的高度上飛行。這樣的透鏡在這里被稱為固體浸入透鏡(SIL)。該多透鏡物鏡將包括另一透鏡元件，如很好校正過像差的一個(gè)單透鏡。參看，例如EP-A-0,867,873和JP-A-09161311。
在EP-A-0,867,873的案例中，記錄載體使用一具有厚度在3-177μm之間的一透明層來覆蓋該信息層，這里選擇該厚度是為了有助增加該光盤的存儲(chǔ)容量。沒有瞬逝耦合被用來使輻射與該記錄載體耦合，也就是，該記錄載體是使用在一遠(yuǎn)場(chǎng)排列中。
在上述公開的系統(tǒng)中，該輻射被聚焦在該光盤的信息層上，而且該反射的輻射會(huì)通過該復(fù)合物鏡系統(tǒng)被返回透射到一適當(dāng)?shù)臋z測(cè)系統(tǒng)，在這檢測(cè)系統(tǒng)中該光信號(hào)被轉(zhuǎn)換成代表存儲(chǔ)在該光盤信息層中的數(shù)據(jù)的電信號(hào)。這種系統(tǒng)的問題在于，在該探測(cè)器上的雜散光會(huì)減小信噪比。
磁光系統(tǒng)中的另一問題涉及磁線圈相對(duì)于該盤信息層的定位。也就是，該線圈必須安放在充分靠近該信息層的位置處，以便在記錄期間在該信息層上允許充分的磁調(diào)制，而且允許有一期望的數(shù)據(jù)掃描速率。這個(gè)問題發(fā)生在一所謂的遠(yuǎn)場(chǎng)排列中，在這種排列中在該物鏡系統(tǒng)的下表面和該光盤的上表面之間沒有瞬逝耦合。
在EP-A-0,878,793中描述了一磁光系統(tǒng)，在該系統(tǒng)中磁線圈安放在與物鏡系統(tǒng)相同的該盤一側(cè)，而該盤的信息層是安放在一厚度為0-100μm的保護(hù)透明層的后面。該磁線圈與該光盤之間的距離優(yōu)選地設(shè)定在至少20μm。
按照本發(fā)明的一個(gè)方面來看，它提供有一光學(xué)掃描裝置，該裝置適于用來掃描位于該裝置的掃描位置時(shí)的掃描光學(xué)記錄載體，該光學(xué)記錄載體包括一用來存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的信息層和一透明層，輻射就是通過這透明層到達(dá)該信息層的，該裝置包括一用來產(chǎn)生輻射束的輻射源；一物鏡系統(tǒng)，位于從該輻射源到該光學(xué)記錄載體的掃描位置的輻射束的路徑上，以提供該輻射束與該光學(xué)記錄載體的瞬逝耦合；以及一輻射探測(cè)器，用來探測(cè)由該光學(xué)記錄載體反射的輻射，其中該探測(cè)器是結(jié)合透明層的厚度來配置的，以致使得在掃描過程中有意義部分的雜散反射光都落在該探測(cè)器的有效部分的外面，同時(shí)由該信息層反射的所有輻射基本上都落在所述探測(cè)器的有效部分的里面。
在現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)中，從輻射源向該光盤透射的部分輻射從空氣隙被反射回來進(jìn)到該光路中，而沒有到達(dá)該光盤的信息層。當(dāng)該空氣隙較小時(shí)，從該空氣隙反射的輻射將基本上沿著與從該光盤的信息層反射的輻射相同的路徑，并且同樣地，將通過該復(fù)合物鏡系統(tǒng)透射回來落在該探測(cè)系統(tǒng)上。這將有害地影響該光學(xué)掃描系統(tǒng)的信噪比(SNR)，因而將導(dǎo)致存儲(chǔ)在該盤上的信息的不良再現(xiàn)。
在利用該裝置掃描該光學(xué)記錄載體時(shí)，本發(fā)明能夠通過防止從空氣隙反射的雜散輻射碰撞在該探測(cè)器的有效部分來提供SNR方面的有意義的改善。雖然該術(shù)語(yǔ)“有意義部分”是打算包括提供一相對(duì)少量雜散輻射減少的排列(比方說，10％或更多)，但50％以上的較大的減少卻是更為優(yōu)選的。的確，如將在下面更詳細(xì)的描述的那樣，將雜散輻射的量減少90％以上也是可能的。同時(shí)，還可能保證“基本上所有”想要的輻射沿著一個(gè)路徑，因而碰撞在該探測(cè)器的有效部分上。盡管由于，例如，吸收、反射以及探測(cè)器效率的限制，使得在該光學(xué)系統(tǒng)中想要的輻射不可避免的有些損失，但這種損失主要不是由于想要輻射的路徑與探測(cè)器的位置關(guān)系所造成的，這種關(guān)系在本發(fā)明的實(shí)施例中可保持最佳化。
本發(fā)明可應(yīng)用在近場(chǎng)和遠(yuǎn)場(chǎng)排列兩種情形。然而，本發(fā)明特別地可應(yīng)用于近場(chǎng)排列的情形。在這種情形，由于，例如，飛行高度的變化所引起的近場(chǎng)耦合效率的任何減小都可在界面上引起全內(nèi)反射，由此就可產(chǎn)生大量的雜散光。
在現(xiàn)有技術(shù)的系統(tǒng)中，該信號(hào)層和從空氣隙反射的輻射之間的相干串?dāng)_可使信噪比和伺服信號(hào)顯著惡化。本發(fā)明還能在近場(chǎng)和遠(yuǎn)場(chǎng)兩種情形中減少這樣的相干串?dāng)_。
為了具有低的起源于該空氣隙的相干串?dāng)_，優(yōu)選地使該透明層的厚度大于該值d=20·λ·ncov(NA)2]]>其中λ是輻射波長(zhǎng)，ncov是該透明層，也叫覆蓋層的折射率，而NA則是在該盤上系統(tǒng)的數(shù)值孔徑。
按照本發(fā)明的另一方面，它提供有一光學(xué)掃描裝置，該裝置適于用來掃描位于該裝置的掃描位置時(shí)的光學(xué)記錄載體，該光學(xué)記錄載體包括一用來存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的信息層和一厚度為2-50μm的透明層，輻射就是通過這透明層到達(dá)該信息層的，該裝置包括一用來產(chǎn)生輻射束的輻射源；一位于該輻射源和光學(xué)記錄載體掃描位置之間的光路上的物鏡系統(tǒng)，和一滑塊，用于在該光學(xué)記錄載體上方小于20μm的高度上飛行，并具有一用來透射所述輻射束的透明部分；以及一用來探測(cè)由該光學(xué)記錄載體反射的輻射的輻射探測(cè)器。
厚度為2-50μm之間的透明層的優(yōu)點(diǎn)在于，它可用來減少該激光束在記錄載體的入射面，即輻射通過它進(jìn)入該記錄載體的表面的加熱效應(yīng)。在入射面上加熱可引起有害的該滑塊飛行高度的不穩(wěn)定性，而且如果在該記錄載體上使用了表面潤(rùn)滑劑，則還會(huì)引起有害的潤(rùn)滑劑的局部加熱。當(dāng)輻射束的功率比較高時(shí)，則在記錄載體上寫數(shù)據(jù)時(shí)減少加熱就特別地重要。該透明層將入射面安放在離該激光束焦點(diǎn)至少一個(gè)焦深(λ/NA2)的位置處，這樣就使得該激光束在通過該記錄載體的表面時(shí)不是如此接近它的最小的可能直徑，因此就減小了在入射面上的加熱效應(yīng)的強(qiáng)度。
這樣，在該記錄載體表面上方高達(dá)10-20μm的高度上飛行的一滑塊也可用于遠(yuǎn)場(chǎng)排列，特別是在磁光系統(tǒng)中。這也是一允許磁線圈保持充分接近該盤表面以便達(dá)到高數(shù)據(jù)掃描速率的窄隙，但與瞬逝耦合所要求的相比卻不太窄。
按照本發(fā)明的再一方面，它提供了一用于按照本發(fā)明的光學(xué)掃描裝置的光學(xué)記錄載體，該光學(xué)記錄載體適合用于預(yù)定波長(zhǎng)的輻射和預(yù)定數(shù)值孔徑的物鏡系統(tǒng)，其中該光學(xué)記錄載體包括一用來存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的信息層和一透明層，輻射就是通過這透明層到達(dá)該信息層的，該透明層的外表面具有潤(rùn)滑劑涂層用來改善在滑塊掃描時(shí)的掃描特性，其中該透明層的厚度至少是d=5·λ·ncovNANF]]>，這里，d是該透明層的厚度，λ是輻射波長(zhǎng)，ncov是該透明層的折射率，NANF是該物鏡系統(tǒng)的數(shù)值孔徑。
本發(fā)明的另一些特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)，從僅僅通過例子給出的本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的下面介紹，都將變得顯而易見，參考附圖，其中

圖1是一按照本發(fā)明實(shí)施例所使用的一光學(xué)掃描裝置的總布置的示意圖；圖2是一按照本發(fā)明所使用的復(fù)合物鏡系統(tǒng)的橫截面圖，它包括一探測(cè)器和透明層；圖3a表示利用圖2所示的物鏡系統(tǒng)向探測(cè)系統(tǒng)反射的輻射，該反射的輻射是從該信息層的輻射反射所產(chǎn)生的；圖3b是利用圖2所示的物鏡系統(tǒng)向該探測(cè)系統(tǒng)反射的輻射的模擬情形，該反射的輻射是從該SIL和光盤之間的空氣隙的輻射反射所產(chǎn)生的；圖4是以探測(cè)器和很多不同厚度的空氣隙的散焦(A20)的函數(shù)表示的探測(cè)器信號(hào)的相關(guān)性；圖5是以在一相對(duì)大的探測(cè)器上的雜散輻射的散焦(A20)的函數(shù)表示的三個(gè)不同厚度的空氣隙的串?dāng)_值；圖6表示一按本發(fā)明實(shí)施例安裝在光學(xué)掃描裝置中的復(fù)合物鏡系統(tǒng)的示意側(cè)視圖。
圖1表示按本發(fā)明的呈盤形的光學(xué)記錄載體1的一實(shí)施例的橫截面，它包括一覆蓋至少一信息層3的外透明層26。在多層光盤的情形中，兩個(gè)或更多的信息層在該透明層26的后面被安排在該盤內(nèi)不同深度上。該信息層3的側(cè)面，或在多層盤的情形中離該透明層26最遠(yuǎn)的層，面向遠(yuǎn)離該透明層的側(cè)面被一保護(hù)層4保護(hù)使其不受環(huán)境的影響。該透明層面向該裝置的側(cè)面是該盤的入射面5。
信息可用排列在基本上平行，同心或螺旋軌道中的光學(xué)可檢測(cè)標(biāo)記的形式存儲(chǔ)在該光盤1的信息層3或一些信息層中，在圖1中未畫出。這些標(biāo)記可以是任何的光學(xué)可讀形式，例如，用與其周圍不同的反射系數(shù)的凹坑或區(qū)域的形式，或磁光形式。
該光學(xué)掃描裝置包括一輻射源6，例如一半導(dǎo)體激光器，發(fā)射一發(fā)散的輻射束7。該光路包括一準(zhǔn)直透鏡12和一復(fù)合物鏡系統(tǒng)10，該復(fù)合物鏡系統(tǒng)包括一后透鏡元件13和一前透鏡元件14。該前透鏡元件14是一平凸的SIL。該準(zhǔn)直透鏡12和該后透鏡元件13中的每一個(gè)都是作為凸透鏡表示在圖1中，但是其它的透鏡類型，如平凸，凸凹或凹凸透鏡也是可以使用的。特別涉及的是下面將要介紹的圖2所示的裝置。
該準(zhǔn)直透鏡12將該發(fā)散的輻射束7轉(zhuǎn)變成通常的準(zhǔn)直束16。所謂準(zhǔn)直，就是指光束基本上與該系統(tǒng)的光軸平行。在本實(shí)施例中，該準(zhǔn)直器12的位置是固定的，但也可通過聚焦伺服操作使該準(zhǔn)直器沿軸向移動(dòng)，以便保持該束斑的聚焦在所期望的信息層位置上。
該第二透鏡元件將該光束16在后透鏡元件13和前透鏡元件14之間轉(zhuǎn)變成一會(huì)聚光束17。在本實(shí)施例中，該后透鏡元件13可通過聚焦伺服操作沿軸向移動(dòng)，以便將該束斑的聚焦保持在所期望的信息層位置上，但也可將它相對(duì)于該前透鏡14加以固定。作為SIL的前透鏡元件14的作用是當(dāng)該光束進(jìn)入該光盤的入射面5時(shí)，使該系統(tǒng)的數(shù)值孔徑進(jìn)一步增大，而不引入球面像差，或使有害的球面像差減小，因而在與不存在SIL時(shí)所得到的效果相比，增大了該透明層2內(nèi)的光束會(huì)聚性。因而在光盤1內(nèi)的信息層3上該光束被該復(fù)合物鏡10聚焦成一個(gè)斑點(diǎn)。
該復(fù)合物鏡10按對(duì)應(yīng)的相反步驟將該反射光束從前透鏡元件14和后透鏡元件13之間的大發(fā)散束20轉(zhuǎn)變成后透鏡元件13和準(zhǔn)直透鏡12之間的準(zhǔn)直光束21，再轉(zhuǎn)變成一會(huì)聚的反射光束22入射在探測(cè)器系統(tǒng)24上。
該探測(cè)器系統(tǒng)24捕獲到該輻射并將它轉(zhuǎn)變成電信號(hào)。這些信號(hào)之一是信息信號(hào)，其值就代表從該光盤1的信息層3讀取的數(shù)據(jù)。
該物鏡通過一適當(dāng)尺寸的空氣軸承滑塊(未畫出)保持在靠近上盤的入射面1個(gè)輻射波長(zhǎng)以內(nèi)的位置上，一般在1μm以內(nèi)。為了改善該界面的摩擦，在該透明層26上涂敷了一潤(rùn)滑劑27。該盤的入射面現(xiàn)在由面向該前透鏡元件14的潤(rùn)滑劑涂層表面形成。該潤(rùn)滑劑可用如那些被認(rèn)為是FomblinTM和ZdolTM之類的多氟聚醚(polyfluoropolyether)來形成。該潤(rùn)滑劑形成一厚度典型地小于1nm的均勻?qū)樱窃谠摑?rùn)滑劑溶液中對(duì)該盤進(jìn)行浸涂形成的。該透明層的上表面可在施加潤(rùn)滑劑之前進(jìn)行類金剛石碳的硬涂層處理，以便改善該潤(rùn)滑劑的應(yīng)用。
如上所述，圖2表示一個(gè)包括兩透鏡的物鏡系統(tǒng)10的光學(xué)掃描裝置。該準(zhǔn)直透鏡元件12是一凸透鏡；該后透鏡元件13是一凸透鏡；而該前透鏡元件14是一球形的平凸SIL。該SIL 14和該涂敷有潤(rùn)滑劑的透明層26的位置一起確定了一空氣隙30。
圖2中的輻射束7的典型的外射線8進(jìn)入該物鏡系統(tǒng)10，并入射在該準(zhǔn)直透鏡元件12上，而且在A點(diǎn)向光軸折射。該射線然后入射在該第一透鏡元件13上并在點(diǎn)B由該第一透鏡元件進(jìn)一步向光軸折射。該射線從該第二透鏡元件出來并在點(diǎn)C入射在該SIL 14的入射表面上。在本實(shí)施例中，在SIL 14、空氣隙30或透明層26的入口射線并不被折射到一基本的程度。應(yīng)該補(bǔ)充一點(diǎn)本領(lǐng)域內(nèi)所熟悉的提供附加聚焦的SIL的可選擇的配置，也可應(yīng)用在當(dāng)前發(fā)明的構(gòu)架內(nèi)。進(jìn)入物鏡系統(tǒng)的輻射被透鏡12、13、14聚焦到在光盤1的該，或一個(gè)信息層3上的點(diǎn)19。該射線然后被該光盤1反射。
該透鏡12、13、14按對(duì)應(yīng)的相反步驟將該反射的射線傳送向一探測(cè)器，其有效部分31被透視地表示出來，這里輻射被捕獲并轉(zhuǎn)變成與該光盤1信息層上的數(shù)據(jù)相應(yīng)的電信號(hào)。
當(dāng)該輻射束通過該SIL 14時(shí)，如前所述，入射輻射的一部分將被該空氣隙30反射回到光路中，因而到達(dá)該探測(cè)器的有效部分31。但是，通過選擇適當(dāng)?shù)耐该鲗?的厚度和探測(cè)器31的大小，就可獲得由該空氣隙30反射的射線，相對(duì)于由光盤1的信息層3反射的射線的散焦，因而至少有相當(dāng)?shù)牟糠郑瑑?yōu)選地，基本上所有由空氣隙反射的射線都不入射在該探測(cè)器31上。
在與該空氣隙30的界面上，該SIL中的輻射束7的射線反射隨NA的增大而增加。具有NA＞1的射線在該界面上是由全內(nèi)反射反射的。該界面反射的輻射束的那部分，叫做束部分32，用陰影區(qū)域表示在圖2中。該束部分32被會(huì)聚到在該SIL 14內(nèi)的一焦點(diǎn)F，然后被該SIL 14和第二透鏡元件13散焦，并隨后由該第一透鏡元件12將其聚焦在該探測(cè)器31后面的G點(diǎn)上。在該探測(cè)器的平面中，束部分32沒有碰撞到該探測(cè)器的有效部分31上，該有效部分具有一半徑rd(雖然也許碰撞到部分探測(cè)器上，如非輻射敏感部分，這種部分不會(huì)對(duì)電的探測(cè)器信號(hào)產(chǎn)生貢獻(xiàn))。這樣，該探測(cè)器31僅探測(cè)到由該信息層3反射的輻射束的射線，而探測(cè)不到由該空氣隙30反射的射線。這就改善了該探測(cè)器信號(hào)的信噪比。
這種結(jié)果可通過適當(dāng)?shù)嘏渲迷撚行綔y(cè)器的半徑rd和該透明層26的厚度來實(shí)現(xiàn)。也就是，該透明層26的厚度應(yīng)選擇在一定范圍內(nèi)，而且還應(yīng)對(duì)該探測(cè)器的大小進(jìn)行限制。這些參數(shù)的值對(duì)于每一個(gè)光學(xué)記錄系統(tǒng)都可用一依賴于系統(tǒng)參數(shù)，如NA和λ，的正確選擇的形式表示。
該透明層26的最小厚度和該探測(cè)器31的半徑都可以射線軌跡的計(jì)算為基礎(chǔ)估算如下。
考慮圖2中的射線。讓該系統(tǒng)具有一等于NANF＞1的總數(shù)值孔徑。該反射的射線以一受衍射限制的圖像聚焦在一探測(cè)器上，因?yàn)檫@樣的配置確保了在從信息載體和從該空氣隙反射的射線之間的最好的選擇性。為了避免信號(hào)變壞，該探測(cè)器的尺寸應(yīng)基本上大于在該探測(cè)器31上的斑點(diǎn)的尺寸。如果將射線聚焦在該探測(cè)器上的該透鏡具有一其值為NAdet的數(shù)值孔徑，則優(yōu)選的探測(cè)器半徑rd可估算如下rd~10λNAdet---(A)]]>那些聚焦在該盤上，在該空氣隙上的入射角為θ的，在由1＜(n sinθ)＜NANF所確定的一個(gè)環(huán)內(nèi)的射線都將從具有較高反射系數(shù)的該空氣隙反射，且從信噪比變壞的觀點(diǎn)來看，都是相對(duì)較為有害的?！畁’是確定該角度θ的材料的折射率。為了束部分32的射線正好射不到該探測(cè)器上，這些射線就應(yīng)會(huì)聚在處于該探測(cè)器表面后面一距離Δl的點(diǎn)G上，這里Δl=rdNAdetNANF---(B)]]>將(A)代入，得Δl=10·λ·NANF(NAdet)2---(C)]]>如假定該透明層26具有折射率ncov，一般不等于該SIL 14的折射率nSIL，則從該空氣隙30反射的虛光源將相對(duì)于該信息層3上的斑點(diǎn)位移，其位移值為Δz=2dnSILncov]]>其中，d是該透明層26的厚度。
該SIL的存在將使該斑點(diǎn)在該探測(cè)器側(cè)發(fā)生位移Δl=Δz.nSIL(NANP/nSIL)2(NAdet)2=Δz(NANF)2nSIL(NAdet)2=2d(NANF)2ncov(NAdet)2]]>如果將Δl的這個(gè)值代入方程(C)，則就可獲得該透明層26的最小厚度值2d(NANF)2ncov(NAdet)2=10·λ·NANF(NAdet)2]]>d=5·λ·ncovNANF]]>在該探測(cè)器上的散焦值A(chǔ)20(根據(jù)Zemike系數(shù))由下式給出A20=Δl(NAdet)24]]>這樣用上面方程(B)中給出的Δl來代替，就有A20=rdNANFNAdet(NAdet)24]]>A20=NAdet·rd·NANF4]]>再用上面方程(A)中給出的rd來代替，就得到A20～2.5·λ·NANF例如，對(duì)于NANF＝1.4，就有A20～3.5λ這種近軸分析的發(fā)現(xiàn)被衍射的數(shù)值模擬進(jìn)一步證實(shí)。圖3a表示從一光盤1的信息層3反射并聚焦在該探測(cè)器上的束的光強(qiáng)度。圖3b表示與環(huán)1＜(n sinθ)＜NANF相應(yīng)并以3λ的散焦值(A20)聚焦在同一探測(cè)器上的光的強(qiáng)度。這樣，由于3λ的散焦，探測(cè)器具有的尺寸就可比圖3a所示的斑點(diǎn)大，但卻比該空氣隙30反射并如圖3b所示的光環(huán)小，這樣為的是只收集由該光盤1的信息層3反射的射線。這樣，由該空氣隙30反射的雜散光束就射不到該探測(cè)器31上。
利用從亞波長(zhǎng)空氣隙反射的射線強(qiáng)度的實(shí)際分布而不是上述的環(huán)狀強(qiáng)度分布進(jìn)行了更詳細(xì)的分析。已對(duì)三種不同的空氣隙厚度，利用從空氣隙30反射的輻射強(qiáng)度分布，計(jì)算了由該探測(cè)器收集的總輻射強(qiáng)度。圖4中的曲線示出了該探測(cè)器對(duì)40，100和400nm空氣隙的探測(cè)信號(hào)與散焦A20的依賴關(guān)系。該探測(cè)器的尺寸由上述方程(A)給出，其中NAdet的值在計(jì)算時(shí)選為0.1?？梢?，如果A20的值是0，則由相應(yīng)空氣隙反射的雜散光的90-95％都將落在該探測(cè)器上，從而減小了該信噪比。為了保證由這些在40和400nm之間的空氣隙所反射的光只有大約10％落在該探測(cè)器上，就需要7.5λ的散焦值(A20)。根據(jù)這種較詳細(xì)的分析，該透明層厚度d的判據(jù)是d≥11·λ·nenvNANF]]>該透明層的最大厚度受該光學(xué)掃描裝置中SIL 14和光盤1的相應(yīng)的幾何形狀的限制。這個(gè)最大值可如下估算。
在使用中，該SIL 14被放置在一示意地畫在圖6的40處的空氣軸承滑塊上。在光學(xué)掃描裝置是一磁光掃描裝置的一個(gè)實(shí)施例中，該滑塊還包括一磁線圈(未畫出)。因?yàn)樵谠摫P上存在一透明層26，所以在該滑塊的出射表面上的該斑點(diǎn)直徑就是D。在該掃描光學(xué)裝置運(yùn)行期間，該滑塊40通常具有一‘傾角’一相對(duì)于該光盤表面的傾斜。傾角的典型值為0.15-0.2mrad。因此，在該斑點(diǎn)前、后的邊緣光束(marginal beams)的空氣隙厚度是不同的，因而在近場(chǎng)耦合效率方面產(chǎn)生一差異。
假設(shè)可接受的空氣隙厚度差為15nm，則D必須小于100μm。如果該系統(tǒng)打算用于磁光(MO)讀出并在該滑塊40的底部攜帶有一薄膜線圈(未畫出)，則在這表面，該束的直徑就受該線圈內(nèi)徑直徑的限制，應(yīng)小于50μm。這就將該透明層26的厚度限制在15-20μm(取決于它的折射率)。
將會(huì)理解，該透明層厚度和探測(cè)器尺寸的合理的選擇可使該空氣隙反射的有意義部分輻射落在該探測(cè)器31的有效部分的外面。可以認(rèn)為有意義部分是一能夠改善該掃描光學(xué)裝置的數(shù)據(jù)收集性能的量。例如，如果至少50％的由空氣隙反射的輻射落在該探測(cè)器的有效部分的外面，則這就會(huì)改善該掃描裝置的數(shù)據(jù)探測(cè)能力，因而改善其信噪比。優(yōu)選地，這樣選擇該透明層厚度值和該探測(cè)器的尺寸，使得由該空氣隙反射的輻射的90％都落在該探測(cè)器31的有效區(qū)域的外面。
如前所述，這樣的光學(xué)掃描裝置的另一問題是該信號(hào)層和該空氣隙反射光之間的相干串?dāng)_。已發(fā)現(xiàn)，這種串?dāng)_基本上是與探測(cè)器的大小無關(guān)的。已經(jīng)對(duì)從透明層來的相干串?dāng)_值作為探測(cè)器上的光散焦(A20)的函數(shù)進(jìn)行了計(jì)算，并將結(jié)果表示于圖5之中，該散焦又是由40、100和400nm三種空氣隙反射的光在具有上面定義半徑的探測(cè)器上形成的。
圖5表示對(duì)于2.5λ，3.5λ，和7.5λ的散焦值(A20)(按上述方式取自圖4)，因而透明層26的厚度分別為1.6μm，2.3μm，和4.6μm(上面計(jì)算的)的相干串?dāng)_有顯著減小。
為了具有低的來自該空氣隙的相干串?dāng)_，它優(yōu)選地具有大于該數(shù)值的透明層厚度d=20·λ·ncov(NA)2]]>為了更進(jìn)一步減小該相干串?dāng)_，還可在該透明層的頂部施加一減反射涂層。
迄今為止，僅考慮了在該探測(cè)器上受衍射限制的斑點(diǎn)成像，因?yàn)樗试S使用最小的探測(cè)器，因而能達(dá)到信噪比的最佳改善。但是，當(dāng)前的發(fā)明并不局限于這種情形。有代表性地，在光學(xué)系統(tǒng)中，在該探測(cè)器上斑點(diǎn)并不受衍射限制，而是具有一較大的尺寸。該系統(tǒng)可具有一與像散伺服透鏡，F(xiàn)ocault或光斑尺寸的焦點(diǎn)誤差檢測(cè)方案聯(lián)合的象限探測(cè)器。該斑點(diǎn)尺寸，因而探測(cè)器尺寸于是就可通過對(duì)特定系統(tǒng)所作的選擇來決定，例如，在像散焦點(diǎn)誤差檢測(cè)情形中可通過最小彌散的圓環(huán)尺寸，或在斑點(diǎn)尺寸檢測(cè)方案情形中，通過散焦光斑的尺寸來決定。按本發(fā)明，從空氣隙反射所引起的斑點(diǎn)必須比探測(cè)器的尺寸充分地大。尤其是，為了使這種光的90％落不到該探測(cè)器上，它的典型線度Dd必須滿足下述關(guān)系Dd≤2Δl·NAdet10=4d(NANF)210·ncovNAdet]]>或d≥10·ncovNAdetDd4(NANF)2]]>例如，對(duì)于用于當(dāng)前的光學(xué)頭中的一典型探測(cè)器尺寸Dd＝120μm和NAdet＝0.1，NANF1.4，ncov＝1.8的情形，該透明層的厚度就應(yīng)為d≥8.7μm。
除了信噪比變壞外，從這種系統(tǒng)中空氣隙的反射可引起聚焦誤差信號(hào)的s-曲線的明顯移動(dòng)。為了防止這種移動(dòng)，在本發(fā)明的另一方面建議使用該探測(cè)器上附加部分組(additional set of segments)。打算用于多層光盤的這種探測(cè)器的幾個(gè)實(shí)施例被描述在EP 0 777 217 A2中。
在上述實(shí)施例中，該滑塊是用來提供一充分小的空氣隙，以便允許瞬逝耦合。在另一實(shí)施例中，滑塊是用在磁光可記錄盤的磁場(chǎng)調(diào)制系統(tǒng)中為磁線圈提供一低的飛行高度。在這種情形，該滑塊在一小于20μm，優(yōu)選地小于10μm的高度飛行。更優(yōu)選，該空氣隙是在1-2μm的范圍。在沒有透明層時(shí)，該盤的上表面和該空氣隙中的氣膜都將被局部加熱，有可能導(dǎo)致該滑塊飛行的不穩(wěn)定性。如果將潤(rùn)滑劑施加在該盤的表面上，則它也將被加熱，這就可能導(dǎo)致潤(rùn)滑劑的退化。然而，按本發(fā)明，通過在該盤上提供一適當(dāng)厚度的透明層則就可減小局部的加熱效應(yīng)。該透明層于是在厚度上應(yīng)大于該光束的焦深，以便通過該盤的上表面的光束并不處于它的最小直徑上。如上所述，為了改善與空氣軸承滑塊的界面的摩擦也可添加一潤(rùn)滑劑涂層。
在該滑塊的實(shí)施例中，該透明層的厚度可以在從大約2μm高達(dá)50μm的寬范圍內(nèi)進(jìn)行選擇。它的另外的優(yōu)點(diǎn)是具有足夠的厚度，避免在讀出數(shù)據(jù)期間從這層的上部反射所產(chǎn)生的相干光學(xué)串?dāng)_。在遠(yuǎn)場(chǎng)情形，優(yōu)選地將該厚度選擇在7和50μm之間。作為一些具體例子，對(duì)于λ＝405nm和NA＝0.85(在該光盤表面)來說，它大約為20-30μm；對(duì)于λ＝405nm和NA＝1.4(在該光盤表面)來說，它大約為7-15μm。
利用該光盤上的透明層來減小局部加熱，在上述近場(chǎng)情形中也是有用的；在這種情形中，該透明層的厚度優(yōu)選地在2與15μm之間。
在上述實(shí)施例中，所用的空氣軸承滑塊是至少部分透明的，而且當(dāng)該束通過它時(shí)，輻射束的特性就被改變；該滑塊可攜帶一上述的平凸透鏡。做為選擇，該滑塊可攜帶一多透鏡物鏡的兩個(gè)或更多的透鏡，這可被用來以獲得較大的數(shù)值孔徑。
如上所述，透明層26可利用，例如，旋轉(zhuǎn)涂敷UV可固化樹脂來制備，也可通過濺射某種高折射率材料，例如SiO2/Si3N4的方法來制備。
旋轉(zhuǎn)涂敷可產(chǎn)生一具有低折射率，例如大約1.52的光滑層。這就將該數(shù)值孔徑NA限制在1.35-1.4的最大值上，而對(duì)于近場(chǎng)應(yīng)用來說優(yōu)選地為1.6或更大。此外，如果利用旋轉(zhuǎn)涂敷，附加一硬涂層則是優(yōu)選的做法。
濺射涂敷可產(chǎn)生一具有高折射率并足夠硬的透明層。
將會(huì)理解，其它的適當(dāng)材料或方法也可用來制備適當(dāng)?shù)耐该鲗印?br> 可以想象，與上述實(shí)施例相關(guān)的各種改進(jìn)和變化都可使用，而并不違反在附上的權(quán)利要求中限定的本發(fā)明的范圍。
權(quán)利要求
1.一種光學(xué)掃描裝置，適于用來掃描位于該裝置的掃描位置時(shí)的光學(xué)記錄載體，該光學(xué)記錄載體包括一用來存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的信息層和一透明層，輻射就是通過這透明層到達(dá)該信息層的，該裝置包括一用來產(chǎn)生輻射束的輻射源；一物鏡系統(tǒng)，位于從該輻射源到該光學(xué)記錄載體的掃描位置的輻射束的路徑上，以提供該輻射束與該光學(xué)記錄載體的瞬逝耦合；以及一輻射探測(cè)器，用來探測(cè)由該光學(xué)記錄載體反射的輻射，其中該探測(cè)器是結(jié)合透明層的厚度來配置的，以致使得在掃描過程中有意義部分的雜散反射光都落在該探測(cè)器的有效部分的外面，同時(shí)由該信息層反射的所有輻射基本上都落在所述探測(cè)器的有效部分的里面。
2.權(quán)利要求1的光學(xué)掃描裝置，其中，至少50％的由該間隙反射的輻射落在該探測(cè)器的有效部分的外面。
3.權(quán)利要求2的光學(xué)掃描裝置，其中，至少90％的由該間隙反射的輻射沿一路徑落在該探測(cè)器的有效部分的外面。
4.權(quán)利要求1，2或3的光學(xué)掃描裝置，其中，該探測(cè)器的位置和尺寸是按要求進(jìn)行設(shè)計(jì)的，以便提供所述的特性。
5.權(quán)利要求1-4的任一的光學(xué)掃描裝置，其中，所述雜散光是由在該物鏡系統(tǒng)和一空氣隙之間的界面反射的，其中，NA＞1。
6.前述任一權(quán)利要求的光學(xué)掃描裝置，其中，所述光學(xué)記錄載體是一可記錄的光學(xué)記錄載體。
7.前述任一權(quán)利要求的光學(xué)掃描裝置，其中，該透明層的厚度至少為d=5·λ·ncovNANF]]>，其中d是該透明層的厚度，λ是該輻射的波長(zhǎng)，ncov是該透明層的折射率，NANF是該物鏡的數(shù)值孔徑。
8.前述任一權(quán)利要求的光學(xué)掃描裝置，其中，該透明層的厚度至少為d=11·λ·ncovNANF]]>。
9.前述任一權(quán)利要求的光學(xué)掃描裝置，其中，該透明層的厚度至少為1.6μm。
10.權(quán)利要求9的光學(xué)掃描裝置，其中，該透明層的厚度至少為2.3μm。
11.權(quán)利要求9或10的光學(xué)掃描裝置，其中，該透明層的厚度至少為4.6μm。
12.前述任一權(quán)利要求的光學(xué)掃描裝置，其中，該相應(yīng)的探測(cè)器的尺寸小于rd~10λNAdet]]>。
13.前述任一權(quán)利要求的光學(xué)掃描裝置，其中，該透明層的厚度小于20μm。
14.前述任一權(quán)利要求的光學(xué)掃描裝置，其中，該物鏡系統(tǒng)包括一固體浸入透鏡。
15.權(quán)利要求14的光學(xué)掃描裝置，其中，該固體浸入透鏡是部分球形的并具有一基本相等的半徑和厚度。
16.權(quán)利要求14或15的光學(xué)掃描裝置，其中，該透明層的折射率與該固體浸入透鏡的折射率是不同的。
17.前述任一權(quán)利要求的光學(xué)掃描裝置，其中，該物鏡系統(tǒng)的數(shù)值孔徑大于1。
18.一種光學(xué)掃描裝置，適于用來掃描位于該裝置的掃描位置時(shí)的光學(xué)記錄載體，該光學(xué)記錄載體包括一用來存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的信息層和一厚度為2-50μm的透明層，輻射就是通過這透明層到達(dá)該信息層的，該裝置包括一輻射源用來產(chǎn)生輻射束；一物鏡系統(tǒng)，安放在該輻射源和該光學(xué)記錄載體的掃描位置之間的光路上；一滑塊，用來在該光學(xué)記錄載體上方小于20μm的高度上飛行，并具有一透射所述輻射束的透明部分；以及一輻射探測(cè)器，用來探測(cè)由該光學(xué)記錄載體反射的輻射。
19.權(quán)利要求18的光學(xué)掃描裝置，其中，所述的厚度近似為20-30μm。
20.權(quán)利要求18的光學(xué)掃描裝置，其中，所述的厚度近似為7-15μm。
21.權(quán)利要求18的光學(xué)掃描裝置，其中，所述滑塊適于在近似1-2μm的飛行高度運(yùn)行，而且所述厚度在7和50μm之間。
22.一種光學(xué)記錄載體，用于按照任一前述權(quán)利要求的光學(xué)掃描裝置，該光學(xué)記錄載體適合用于預(yù)定波長(zhǎng)的輻射和預(yù)定數(shù)值孔徑的物鏡系統(tǒng)，其中該光學(xué)記錄載體包括一用來存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的信息層和一透明層，輻射就是通過這透明層到達(dá)該信息層的，該透明層的外表面具有潤(rùn)滑劑涂層用來改善在滑塊掃描時(shí)的掃描特性，其中該透明層的厚度至少是d=5·λ·ncovNANF,]]>這里，d是該透明層的厚度，λ是輻射波長(zhǎng)，ncov是該透明層的折射率，NANF是該物鏡系統(tǒng)的數(shù)值孔徑。
23.權(quán)利要求22的光學(xué)記錄載體，其中該透明層的厚度至少為d=11·λ·ncovNANF]]>。
24.權(quán)利要求22的光學(xué)記錄載體，其中該透明層的厚度至少為1.6μm。
25.權(quán)利要求24的光學(xué)記錄載體，其中該透明層的厚度是在2和50μm之間。
全文摘要
介紹了一結(jié)合有復(fù)合物鏡10和輻射探測(cè)器31的用來閱讀光學(xué)記錄載體1的光學(xué)掃描裝置，其中該光學(xué)記錄載體1上提供有一透明層2。該透明層2的厚度和該探測(cè)器31的有效半徑是合適的，以便使得該裝置的信噪比得到明顯的改善和/或在空氣軸承滑塊下面空氣隙的局部加熱減小。在該光學(xué)記錄載體上提供有潤(rùn)滑劑以有利于滑塊光學(xué)頭40的使用。
文檔編號(hào)G11B7/12GK1406376SQ01805548
公開日2003年3月26日 申請(qǐng)日期2001年10月16日 優(yōu)先權(quán)日2000年10月27日
發(fā)明者Y·V·馬蒂諾夫, B·H·W·亨德里克斯 申請(qǐng)人:皇家菲利浦電子有限公司