專利名稱：具有專用的聚焦跟蹤光束的光學(xué)讀出器/寫入器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于兩維存儲(chǔ)盤的光學(xué)讀出器/寫入器，它包括用于產(chǎn)生多個(gè)激光光束并且將所說激光光束投影到旋轉(zhuǎn)盤上的裝置、用于檢測(cè)被盤衍射后的光束的裝置、和用于根據(jù)多個(gè)光束之一確定聚焦誤差信號(hào)的裝置。
背景技術(shù)：
按照常規(guī)，執(zhí)行光學(xué)存儲(chǔ)是一維的，即將連續(xù)比特的軌道寫到盤上(例如CD，DVD)。最近，引入了兩維的光學(xué)存儲(chǔ)的概念。兩維盤的格式基于寬的螺旋線，寬的螺旋線由一系列平行的比特行組成。使用單個(gè)激光光束實(shí)現(xiàn)平行的讀出，所說激光光束穿過衍射光柵，產(chǎn)生掃描寬的螺旋線的整個(gè)寬度的光點(diǎn)陣列。這樣一種系統(tǒng)在“兩維光學(xué)存儲(chǔ)”(作者Wim M.J.Coene，有關(guān)光學(xué)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的OSA專題會(huì)議，2003年5月11-14日，技術(shù)文摘，90-92頁)中公開。
對(duì)于激光器的聚焦跟蹤，使用基于陣列的中央光點(diǎn)的傳統(tǒng)方法(例如傅科法(Foucault)、象散、光點(diǎn)大小)產(chǎn)生聚焦誤差信號(hào)。然而，在光點(diǎn)之間的小的分離(微米數(shù)量級(jí))在散焦時(shí)將要使光點(diǎn)很快地疊加。在疊加區(qū)，由于鄰近光點(diǎn)的干擾，這種干擾破壞了聚焦信號(hào)，所以強(qiáng)度分布遭到嚴(yán)重破壞。結(jié)果，俘獲范圍，或者說聚焦的S曲線長(zhǎng)度，明顯減小。雖然常規(guī)的一維光學(xué)讀出器(如CD ROM驅(qū)動(dòng)器)的俘獲范圍約為2-5微米，但兩維的讀出器的俘獲范圍小于1微米。在盤的寫入期間，這個(gè)問題同樣存在。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)目的是克服這個(gè)問題，提供具有改進(jìn)的聚焦跟蹤功能的兩維光學(xué)讀出器/寫入器。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供具有改進(jìn)的俘獲范圍的兩維光學(xué)讀出器/寫入器。
通過在本文開始段提到的這種類型的光學(xué)讀出器/寫入器可以實(shí)現(xiàn)這些目的以及其它目的，其中所說的多個(gè)光束包括具有第一偏振的一個(gè)光束陣列和具有第二偏振并與所說第一偏振正交的一個(gè)專用聚焦跟蹤光束，并且其中所說聚焦誤差信號(hào)基于所說聚焦跟蹤光束。
按照本發(fā)明，具有一個(gè)偏振的光束用于實(shí)際訪問盤上的數(shù)據(jù)，而具有第二偏振的光束用于聚焦跟蹤。聚焦跟蹤可以基于一個(gè)單光束，沒有來自相鄰光束的干擾。
聚焦跟蹤光束可以與光束陣列的光束之一重合，最好是與光束陣列的中心光束重合。這樣就可保證，在讀出/寫入期間實(shí)際要使用的這一點(diǎn)反射用于聚焦跟蹤的反射光束。通過使用中心光束，可以增加在光束陣列的大多數(shù)光束(即，即使他們相互沒有對(duì)準(zhǔn))中實(shí)現(xiàn)可接受的聚焦的可能性。
用于檢測(cè)光束的裝置最好包括一個(gè)光束分離器，用于將專用的聚焦跟蹤光束與光束陣列分離。這樣就可以提供專用的聚焦跟蹤光束與讀出/寫入光束的分離，因此便于跟蹤方法的應(yīng)用，如傅科法的應(yīng)用。對(duì)于讀出，還必須分離讀出光束以便能夠處理高頻數(shù)據(jù)，而對(duì)于寫入，區(qū)分出聚焦光束可能就足夠了。
光束分離器可以包括偏振光束分光器，對(duì)于偏振光束分光器進(jìn)行安排，使其可以在一個(gè)方向反射讀出光束陣列，并且在不同的方向反射專用的聚焦跟蹤光束。這樣的光束分光器在本領(lǐng)域中是公知的。
按照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，激光產(chǎn)生裝置包括用于產(chǎn)生激光光束的一個(gè)激光器和一個(gè)衍射元件，所說衍射元件安排在所說光束的光路里，所說衍射元件適合于衍射在一個(gè)方向偏振的光，同時(shí)透射在另一個(gè)方向偏振的光，另一個(gè)方向與所說第一方向正交。于是，衍射元件將要產(chǎn)生具有第一偏振的一個(gè)光束陣列，和具有不同的(并且正交的)偏振的一個(gè)單個(gè)光束。通過調(diào)節(jié)衍射元件相對(duì)于入射的激光光束的取向，可以控制聚焦光束和光束陣列之間的功率分配。
這樣一種衍射元件可以通過由雙折射材料構(gòu)成的二進(jìn)制光柵來實(shí)現(xiàn)，在這里，對(duì)于光柵深度進(jìn)行選擇，以使對(duì)于一種偏振的光可以實(shí)現(xiàn)期望的衍射，而對(duì)于正交的偏振的光不存在任何衍射。這可以通過讓光柵深度滿足如下方程來實(shí)現(xiàn)(ne-1)h＝lλ(no-1)h＝step/2π+mλ在這里，λ是激光波長(zhǎng)，no是尋常折射率，ne是非尋常折射率，step是需要提供期望衍射的二進(jìn)制光柵的相位步長(zhǎng)，l和m是整數(shù)。這樣一種光柵制造起來是不難的。
按照本發(fā)明的一個(gè)不同的實(shí)施例，激光產(chǎn)生裝置包括用于產(chǎn)生具有所說第一偏振的第一激光光束和具有所說第二偏振的第二激光光束的裝置；一個(gè)衍射元件，所說衍射元件安排在所說第一光束的光路里，用于衍射所說第一激光光束使之成為所說光束陣列；和一個(gè)組合器，將其安排成可以重新組合所說第二激光光束與所說光束陣列。這個(gè)實(shí)施例不需要上述的偏振靈敏的衍射元件，而是在具有不同的偏振的激光光束之一已經(jīng)衍射成光束陣列之后將所說的這些具有不同偏振的激光光束合并在一起。
用于產(chǎn)生第一偏振激光光束和第二偏振激光光束的裝置可以包括用于產(chǎn)生激光光束的激光器和安排在該光束的光路中的偏振光束分光器。通過相對(duì)于激光光束的偏振適當(dāng)?shù)厝∠蛩f光束分光器，可以獲得具有正交的偏振并且功率大體上相等的兩個(gè)激光光束。


下面參照附圖更加詳細(xì)地描述本發(fā)明的這些和其它方面，附圖表示本發(fā)明的當(dāng)前優(yōu)選的實(shí)施例。
圖1表示在光盤上的兩維存儲(chǔ)布局；圖2表示按照現(xiàn)有技術(shù)的圖1中盤的平行讀出；圖3示意地表示按照本發(fā)明的第一實(shí)施例的光學(xué)讀出器的配置；圖4示意地表示按照本發(fā)明的第二實(shí)施例的光學(xué)讀出器的配置。
具體實(shí)施例方式
圖1說明在光盤1上兩維存儲(chǔ)的原理。以寬螺旋線2的形式存儲(chǔ)信息，寬螺旋線2包括一系列平行的比特行3(在這里是5行)和一個(gè)保護(hù)帶4。在圖1的例子中，比特行3在徑向方向相互排齊，以形成六邊形的比特網(wǎng)格。這意味著每個(gè)比特5、6與一個(gè)物理上的六邊形的比特單元7、8相關(guān)聯(lián)。在一般情況下，具有數(shù)值0的一個(gè)比特的比特單元7具有一個(gè)均勻平直的區(qū)域，具有數(shù)值1的一個(gè)比特的比特單元8具有中心在六邊形面積內(nèi)的一個(gè)孔9。這樣一個(gè)孔9的大小最好與比特單元面積的一半相比擬，或者小于比特單元面積的一半，從而可以消除信號(hào)折疊，即，多個(gè)0構(gòu)成的群集和多個(gè)1構(gòu)成的群集這兩者導(dǎo)致一個(gè)完美的鏡像。
圖2表示如何按照常規(guī)的方式使用一個(gè)激光光束11從圖1的盤中實(shí)現(xiàn)平行讀出的，激光光束11穿過衍射光柵12，產(chǎn)生一個(gè)光束陣列13，光束陣列13通過準(zhǔn)直器透鏡14和物鏡15聚焦到盤1上，從而可以形成橫跨螺旋線2的整個(gè)寬度的光點(diǎn)陣列。每個(gè)光束13被盤1反射并衍射，然后被光束分離器16反射并被多分區(qū)光檢測(cè)器17檢測(cè)，多分區(qū)光檢測(cè)器17產(chǎn)生一系列用作二維信號(hào)處理的輸入的高頻波形，在處理器18內(nèi)進(jìn)行所說的二維信號(hào)處理。處理器18還通過根據(jù)中心光點(diǎn)計(jì)算聚焦誤差信號(hào)向光學(xué)系統(tǒng)15提供聚焦跟蹤信號(hào)19。這樣一種系統(tǒng)在“二維光學(xué)存儲(chǔ)”(作者Wim M.J.Coene，2003年5月11-14日，有關(guān)光學(xué)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的OSA專題會(huì)議，“技術(shù)文摘”90-92頁)中進(jìn)行了描述，并且在這里參照引用。
圖3表示本發(fā)明的第一實(shí)施例，在這里，與圖2中的元件對(duì)應(yīng)的元件用相同的參考數(shù)字表示。在這個(gè)實(shí)施例中，在來自激光器21的光束的光路中安排衍射元件23，在這里它是一個(gè)二進(jìn)制光柵。光柵23適合于用作具有第一偏振的光的衍射元件，而對(duì)于第二偏振的光是透明的，第二偏振垂直于第一偏振。
這可以利用由雙折射材料制成的二進(jìn)制光柵來完成，在這里，二進(jìn)制光柵的光柵深度是這樣的對(duì)于一種偏振的光，可以實(shí)現(xiàn)所需的相位深度；對(duì)于正交偏振的光，相位深度是2π的倍數(shù)。用方程表示，這對(duì)應(yīng)于(ne-1)h＝lλ(no-1)h＝step/2π+mλ在這里，λ是激光波長(zhǎng)，no是尋常折射率，ne是非尋常折射率，step是需要提供期望衍射的二進(jìn)制光柵的相位步長(zhǎng)，l和m是整數(shù)。
這些方程確定了光柵中所需的高度步長(zhǎng)和折射率。對(duì)于ne解方程，我們得到ne=1+lφstep/2π(no-1).]]>若取step/2π的實(shí)際值≈0.4和no≈1.5，則對(duì)于l＝m＝1，我們得到非尋常折射率ne＝1.36，步長(zhǎng)高度h＝1.13微米。利用已知的技術(shù)實(shí)現(xiàn)具有這些特征的光柵并不困難。
于是，衍射元件23就產(chǎn)生了在一個(gè)方向偏振的一個(gè)激光光束陣列和在正交方向偏振的一個(gè)單個(gè)的激光光束。聚焦光束相對(duì)于光束陣列的功率是由衍射元件相對(duì)于入射光束的任何偏振的取向確定的。由于光束陣列和單個(gè)光束(聚焦光束)這二者都來源于同一個(gè)激光器，所以二者將重合，優(yōu)選地，聚焦光束與光束陣列的中心光束重合。
然后，以與以上參照附圖2所述的方式類似的方式，將光束陣列和專用的聚焦跟蹤光束聚焦到盤上并進(jìn)行反射。然后把反射的光束引向光束分離器24，光束分離器24適合于將包括高頻讀出數(shù)據(jù)在內(nèi)的反射的光束陣列與反射的聚焦光束分離。在這里，這種分離是通過偏振光束分光器完成的，偏振光束分光器將一個(gè)偏振的光引向一個(gè)方向，并且將正交偏振的光引向不同的方向。
高頻讀出數(shù)據(jù)被引向光學(xué)多分區(qū)光檢測(cè)器25，多分區(qū)光檢測(cè)器25產(chǎn)生一系列高頻波形，這一系列高頻波形用作在處理器26中進(jìn)行二維信號(hào)處理的輸入，所說信號(hào)處理的方式與以上參照附圖2所述的基本相同。但是，聚焦光束被引向另一個(gè)光檢測(cè)器27和另一個(gè)處理器28，從而產(chǎn)生聚焦跟蹤信號(hào)29。這個(gè)信號(hào)用于跟蹤光學(xué)系統(tǒng)15，如以上所述。
圖4表示本發(fā)明的第二實(shí)施例。在這種情況下，首先通過偏振光束分光器31將來自激光器21的光束一分為二，產(chǎn)生具有正交的偏振的兩個(gè)激光光束。要說明的是，來自激光器21的第一激光光束通常是偏振的，或者至少幾乎是偏振的。通過調(diào)節(jié)該光束分光器相對(duì)于第一激光光束的偏振的取向，可以控制光束的功率。偏振的光束之一引向標(biāo)準(zhǔn)化的衍射元件12，例如引向與圖2中的衍射元件類似的二進(jìn)制光柵，并且被衍射成一個(gè)光束陣列。另外的偏振光束通過反射表面33、34引向透光鏡35(即反向的光束分光器)，在這里這個(gè)偏振光束與光束陣列合并。最終的光束組合等效于由圖3中的偏振敏感光柵22產(chǎn)生的光束。
本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員認(rèn)識(shí)到，本發(fā)明決不限于上述的優(yōu)選實(shí)施例。相反，在所附的權(quán)利要求書的范圍內(nèi)，許多改進(jìn)和變化都是可能的，并且，可以使用光學(xué)元件的不同組合來實(shí)現(xiàn)相同的或者相似的結(jié)果。例如，可以使用一個(gè)或幾個(gè)偏振敏感的光柵來代替偏振光束分光器24。還有，雖然參照光學(xué)讀出器描述了本發(fā)明，但是本發(fā)明完全可應(yīng)用于寫入器，這里需要同樣的聚焦跟蹤。
權(quán)利要求中的任何參考符號(hào)不應(yīng)該被認(rèn)為是對(duì)于權(quán)利要求的限制。使用動(dòng)詞“包括”及其變化形式不排除存在除了權(quán)利要求中所述的元件和步驟以外的元件和步驟。在元件或步驟之前使用冠詞“一個(gè)”并不排除存在多個(gè)這樣的元件或步驟。
權(quán)利要求
1.一種用于兩維存儲(chǔ)盤的光學(xué)讀出器/寫入器，包括用于產(chǎn)生多個(gè)激光光束并且將所說光束投射到旋轉(zhuǎn)盤的裝置(21、23、14、15；21、31、32、33、34、14、35、15)；用于檢測(cè)被盤衍射后的光束的裝置(24、25、26)，用于根據(jù)所說多個(gè)光束之一確定聚焦誤差信號(hào)(29)的裝置(24、27、28)，其特征在于所說多個(gè)光束包括具有第一偏振的一個(gè)光束陣列和具有第二偏振的一個(gè)專用的聚焦跟蹤光束，所說第二偏振與所說第一偏振正交；和其中所說的聚焦誤差信號(hào)(29)基于所說的聚焦跟蹤光束。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)讀出器/寫入器，其中所說的聚焦跟蹤光束與光束陣列的光束之一重合，最好與光束陣列的中心光束重合。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)讀出器/寫入器，其中所說用于檢測(cè)光束的裝置包括一個(gè)光束分離器(24)，用于將專用的聚焦跟蹤光束與光束陣列分離。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的光學(xué)讀出器/寫入器，其中所說光束分離器包括偏振光束分光器(24)，將所說偏振光束分光器(24)安排成在一個(gè)方向反射讀出光束陣列并且在不同的方向反射專用的聚焦跟蹤光束。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)讀出器/寫入器，其中所說激光產(chǎn)生裝置包括用于產(chǎn)生非偏振的激光光束的激光器(21)和安排在所說光束的光路中的衍射元件(23)，所說衍射元件適合于衍射具有所說第一偏振的光同時(shí)透過具有所說第二偏振的光。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的光學(xué)讀出器/寫入器，其中所說衍射元件是由雙折射材料制成的二進(jìn)制光柵。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的光學(xué)讀出器/寫入器，其中所說二進(jìn)制光柵的光柵深度滿足如下方程(ne-1)h＝lλ(no-1)h＝step/2π+mλ在這里，λ是激光波長(zhǎng)，no是尋常折射率，ne是非尋常折射率，step是需要提供期望衍射的二進(jìn)制光柵的相位步長(zhǎng)，l和m是整數(shù)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)讀出器/寫入器，其中所說激光產(chǎn)生裝置包括用于產(chǎn)生具有所說第一偏振的第一激光光束和具有所說第二偏振的第二激光光束的裝置(21、31)、安排在第一激光光束的光路中用于衍射所說第一光束使之成為所說光束陣列的一個(gè)衍射元件(12)、和用于重新組合所說第二光束與所說光束陣列的組合器(35)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的光學(xué)讀出器/寫入器，其中所說用于產(chǎn)生第一和第二偏振激光光束的裝置(21、31)包括用于產(chǎn)生激光光束的激光器(21)和安排在所說光束的光路中的偏振光束分光器(31)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于兩維存儲(chǔ)盤的光學(xué)讀出器，包括用于產(chǎn)生多個(gè)激光光束并且將所說光束投射到旋轉(zhuǎn)盤的裝置(21、22、14、15)；用于檢測(cè)被盤衍射后的光束的裝置(24、25、26)；用于根據(jù)所說多個(gè)光束之一確定聚焦誤差信號(hào)(29)的裝置(24、27、28)。所說多個(gè)光束包括具有第一偏振的一個(gè)光束陣列和具有第二偏振的一個(gè)專用的中心聚焦跟蹤光束，所說第二偏振與所說第一偏振正交。所說光束可通過偏振相關(guān)的衍射元件產(chǎn)生。或者，將具有一個(gè)偏振的光束衍射成多個(gè)光束并與具有另一個(gè)偏振的光束重新組合起來。
文檔編號(hào)G11B7/135GK1950897SQ200580013539
公開日2007年4月18日 申請(qǐng)日期2005年4月22日 優(yōu)先權(quán)日2004年4月30日
發(fā)明者A·范德李, C·布施 申請(qǐng)人:皇家飛利浦電子股份有限公司