CN101620862A - 用于从光学记录介质读取的设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种适于从具有高数据密度的光学记录介质读取的设备。该设备具有：用于产生第一光束的光源；用于产生第二光束的装置，该第二光束具有不同于第一光束的波长；一个或多个聚焦装置，用于将第一光束和第二光束聚焦在光学记录介质上以形成第一光斑和第二光斑，其中第二光斑大于第一光斑并且物理地和/或虚拟地包围第一光斑；一个或多个探测器，用于探测由光学记录介质反射的第一光束和第二光束；以及用于从探测到的第一反射光束和第二反射光束间的差异来产生数据信号的装置。

Description

用于从光学记录介质读取的设备
技术领域
本发明涉及一种用于从光学记录介质读取的设备。更具体地，该设备适于从具有高数据密度的光学记录介质读取。
背景技术
数字数据通常以信息元件(例如凹坑)的形式在光学记录介质上存储为二元数据。这些元件通常分布在介质内的一个或多个称作信息层的平面表面上。在常规光盘(例如致密盘(CD)、数字多功能光盘(DVD)或者蓝光光盘(BD))的情况下，同一层的信息元件分布在螺旋轨道(spiral track)或同心的圆形轨道中。
信息层上的最大存储密度受到信息元件的最小尺寸以及相邻轨道之间的最小距离(所谓的轨道节距)限制。为了增大数据密度，期望尽可能地减小信息元件的最小尺寸和轨道节距。
然而，实际上为了能够通过常规的光学探测装置读取存储的数据，该最小尺寸和节距由用于光学探测的光的波长来决定。这是由于用于读取轨道的光束只能聚焦到最小直径，该最小直径由衍射极限和束质量决定。
在这点上，文件US 5394381披露了一种光学拾取设备，其包括用于将光束分成具有正交的偏振方向的两个分束的束分离器。该两个分光束转变成圆形偏振光束并聚焦在磁-光盘上，使得两个束斑点部分地重叠。在重叠区域中，所得的束斑点具有线性偏振，从而允许探测光盘上的磁信息元件，该磁信息元件的尺寸小于两个光束的斑点尺寸。在重叠区域之外的束斑点的区域中，光束不受磁信息元件影响，它们保持圆形地偏振。这种方法只对磁-光记录介质可行。
类似地，US 5625613披露了一种超分辨率扫描光学系统，其中两个光束不相干地叠加在光学记录介质上。光束之一是双峰(double-humped)光束，其中心与另一光束的中心处于相同的位置。数据通过确定从两个光束获得的信号的差分信号(difference signal)来获得。根据双峰光束相对于轨道的布置，这种方法允许减小轨道节距或信息元件沿轨道的尺寸。此外，以需要的精度来产生所要求的双峰光束是相当困难的。
US 6370092披露了一种在光学记录介质上产生两个不同尺寸的光斑的光学拾取器。第二光斑完全包围第一光斑，并用于减小串扰。数据信号利用所探测的第一光斑和第二光斑的差异来产生。
WO 92/03821披露了一种用于具有凹坑和磁畴(magnetic domain)的磁-光记录介质的光学扫描装置。数据信号从采用延迟元件而被虚拟叠加的两个光斑产生。
发明内容
本发明的目的是提出一种改善的用于从具有高数据密度的光学记录介质读取的设备。
根据本发明，该设备具有：
-用于产生第一光束的光源；
-用于产生第二光束的装置，该第二光束具有不同于第一光束的波长；
-一个或多个聚焦装置，用于将第一光束和第二光束聚焦到光学记录介质上以形成第一光斑和第二光斑，其中第二光斑大于第一光斑并且物理地和/或虚拟地(physically and/or virtually)包围第一光斑；
-一个或多个探测器，用于探测由光学记录介质反射的第一光束和第二光束；以及
-用于从探测到的第一和第二反射光束之间的差异来产生数据信号的装置。
类似地，用于从光学记录介质读取的方法具有以下步骤：
-产生第一光束和第二光束，第二光束具有不同于第一光束的波长；
-将第一光束和第二光束聚焦到光学记录介质上以形成第一光斑和第二光斑，其中第二光斑大于第一光斑并且物理地和/或虚拟地包围第一光斑；
-探测由光学记录介质反射的第一光束和第二光束；以及
-从探测到的第一和第二反射光束之间的差异来产生数据信号。
根据本发明，两个不同尺寸的光斑形成在光学记录介质的信息层上。较大的光斑与较小的光斑充分地重叠。此重叠或者是物理的(即，两个光斑同时形成在相同的位置)或者是虚拟的。在后者的情况下，两个光斑在信息层上具有不同的物理位置。然而，由两个光束获得的信号相对于彼此在时间上发生偏移(例如，通过延迟元件)，从而使得两个信号对应于在相同位置获得的信号。在任意的情况下，评估电路(evaluation circuitry)接收来自两个重叠光斑的信号，其中第二光斑完全地包围第一光斑。本发明的构思是较大光斑的一部分(其不被较小的光斑覆盖)构成用于读取数据的有效光斑。换句话说，读取光斑的有效尺寸是两个光斑的差异区域(difference area)的尺寸。第二光束具有不同于第一光束的波长。如今许多用于光学记录介质的驱动器已经具有用于不同类型的光学记录介质的两个或多个光源。因此，在这种驱动器中，只需要有限数目的额外组件来实现本发明。此外，不同的波长使得用于数据探测的两个反射光束容易分离。
有利地，第二光束由另一个光源产生。这具有使单独控制两个光束并改变两个光束的性质变得容易的优点。该方法还提供了为两个光束提供单独的光路的可能性。这降低了对光学组件的质量要求，在此情况下不必为两个同时的光束而进行优化。
有利地，提供束成形元件(beam shaping element)以改变光束的形状、横截面或光学性质，并由此改变在光学记录介质的层(光束聚焦在其上)上的第一光斑和/或第二光斑的形状。这使得数据信号中的来自光学记录介质的相邻轨道的干扰减小。否则当两个光斑之间的差异区域并不只落在寻址轨道上而也部分地落在相邻轨道上时，将引起这种干扰。
有利地，提供用于从探测到的反射的第一光束产生另一数据信号的装置。特别当两个光束具有不同的波长时，第一光斑可以具有从光学记录介质读取数据的足够小的尺寸。在此情况下，第一光斑有利地用于从一个轨道读取数据，而重叠光斑的差异区域用于从相邻轨道读取数据。这样，增大了可得到的数据率。
附图说明
为了更好地理解，现在将参照附图在下面的描述中更详细地解释本发明。应当理解，本发明不限于此示范性实施例，具体的特征还可以有利地组合和/或修改而不背离本发明的范围。在附图中：
图1示意地示出了现有技术的用于从光学记录介质读取的拾取器；
图2示意地图示了根据本发明的用于从光学记录介质读取的拾取器；
图3示出了两个不同尺寸的光斑的重叠以获得尺寸减小的光斑；
图4示出了沿轨道方向具有延伸尺寸的两个光斑的重叠；
图5相对于光学记录介质的轨道示意地图解了图3的重叠光斑。
图6示出了特殊形状的光斑在光学记录介质上的重叠；
图7示意地示出了特殊形状的光斑的产生；以及
图8示出了两个光斑的另一重叠以获得尺寸减小的光斑。
具体实施方式
在图1中示意性地示出了现有技术的用于从光学记录介质8读取的拾取器(pickup)1。激光二极管2发射线性偏振光束3，该线性偏振光束3被准直透镜(collimator lens)4校准。校准的光束3通过偏振束分离器5和四分之一波片(quarter wave plate)6，从而在光束3被物镜7聚焦到光学记录介质8上之前而将光束3转变成圆形偏振光束3。被光学记录介质8反射的光束9被物镜7校准并通过四分之一波片6，从而将反射的光束9转变成线性偏振光束9。由于四分之一波片6，反射的光束9的偏振方向垂直于初始的光束3的偏振方向。因此反射的光束9被偏振束分离器5偏转向聚焦透镜10，聚焦透镜10将反射的光束9聚焦到探测器11上。评估电路12评估由探测器11获得的信号。
在图2中示意性地示出了根据本发明的设备的拾取器1。该拾取器1实质上对应于图1的拾取器1。然而，除了用于产生第一光束3的光源2之外，根据本发明的拾取器1包括用于产生第二光束3’的装置2’。在图中，以夸张的方式示出了两个光束3、3’之间的距离。探测器11也适合于探测反射的第二光束9’。当然，也可以提供用于产生和/或探测第二光束3’的不同光路。用于产生第二光束3’的装置2’例如是额外的光源、用于产生波长偏移的光束的元件(例如第二谐波发生器)等。两个光束3、3’聚焦在光学记录介质8的表面或一个层上，优选地在信息层上。由第二光束3’引起的光斑具有与第一光束3引起的光斑的尺寸不同的尺寸。两个光斑中较大的一个包围两个光斑中较小的一个。实现重叠的一个可能性是将两个光斑聚焦到光学记录介质8的相同位置上。这对应于真实物理的重叠。在此情况下，两个光束3、3’优选地相互不相干以避免干涉效应。或者，两个光斑聚焦到光学记录介质8的不同位置上。在此情况下，评估电路12在时间上延迟一个得到的信号，使得由于光学记录介质8的旋转，最终评估的两个信号总是来自光学记录介质8上的相同位置。可选地，拾取器1包括束成形元件13(例如全息光学元件)，用于改变一个或两个光束3、3’的形状。这允许获得更好的信噪比，下面将参照图6对其进行解释。
在图3的上部示意性地示出重叠由光束3、3’(这里未示出)产生的不同尺寸的两个光斑30、31以获得尺寸减小的光斑32。较大的光斑31的区域32(其不被较小的光斑30覆盖)用于读出包含在此区域32中的数据。换句话说，通过将较小的光斑30的读信号Ss从较大的光斑31的读信号Sl减去，获得差异区域32的读信号Sd，也就是Sd＝Sl-Ss。这在图3的下部中示意性地示出。差异区域32不依赖于或者至少只在减小的程度上依赖于光束3、3’的波长。如果光斑30是在各波长可达到的最小的光斑，光斑31的宽度相对于最小宽度增大50％，那么差异区域32具有对应于最小宽度的50％的宽度。
图4示出了不同尺寸的两个光斑30’、31’的类似重叠以获得光斑32’。然而，在此示例中，光斑30’、31’具有在轨道方向上伸长的尺寸。这导致光斑30’、31’的非圆形形状和略微增大的信噪比。
如果两个斑点30、31在光学记录介质8的表面上布置为使得差异区域32位于光学记录介质8的轨道上，则可以实现减小的轨道节距。这表明轨道可以相对于彼此以较小的距离布置，这又导致了增大的数据密度。这在图5中可以看出，其示出了相对于光学记录介质8的轨道70的两个光斑30、31、具有差异区域32的重叠光斑30、31以及另一光斑33(其实质上对应于差异区域32)。当然，只是为了图解的目的才同时示出了不同的光斑30、31、32、33。正如所看到的，较小的光斑30过大以至于不能集中于单个的轨道70，因为它与至少两个轨道70重叠。原则上，需要如图底部所示的光斑33来读取单个轨道70。由于在各波长不能实现光斑33，所以提供了较宽的第二光斑31。然后差异区域32的信号Sd由两个光斑31、30的信号Sl-Ss以Sd＝Sl-Ss的来产生。原则上，得到的信号Sd实质上对应于由另一光斑33获得的信号。然而，差异区域32仍然围绕了相邻轨道的小部分。
为了获得差异区域32与轨道70的更好的重叠，提出改变光斑的形状，使得与较小光斑的更好的重叠。这使得确保了避免来自相邻轨道的干扰。斑点形状的这种改变的示例在图6中示出。两个光斑30”、31”具有特殊的形状。正如所看到的，在此情况下差异区域32”不再围绕相邻轨道的部分。这使得信噪比增大。
该特殊的形状通过将较小的光斑30”平行于轨道70延伸来实现。较大的光斑31”具有类似的形状，但具有额外的横向突出。换句话说，较大光斑31”的形状大致对应于较小光斑30”和图5的光斑30的重叠包络(envelope)，其中后者横向移动一个轨道节距。此重叠在图7中示出。
下面将简短地解释所得信号的探测。根据第一个方法，两个光斑30”、31”物理地重叠在光学记录介质8的表面上，即，两个光束3、3’同时聚焦在相同的位置上。这导致了在图6的底部示出的具有差异区域32”的重叠光斑。
当使用此方法时，反射光束9、9’的信号可以容易地分为具有不同波长的两个光束3、3’。此外，两个光束3、3’可以具有不同的偏振方向，或者交替地接通和切断，即如果它们被以时分复用(time multiplex)操作。由于两个光束3、3’具有不同的波长，两个光束3、3’可以容易地被导向不同的探测器11。
根据不同的方法，两个光束3、3’被聚焦到光学记录介质8上的不同位置。如果两个得到的光斑30”、31”彼此靠近，由于光学记录介质8的移动，在短的时间之后在后的光斑30”、31”到达在前的光斑30”、31”的位置。这意味着通过将在后的光斑30”、31”的信号从在前的光斑30”、31”的延迟信号减去而实现了两个光斑30”、31”的虚拟重叠。换句话说，所得的信号是Sd(t)＝Sl(t)-Ss(t-T)。T是将光学存储介质8以使在后的光斑30”、31”到达在前的光斑的位置的角度来旋转所需要的时间。T或者是正的或者是负的，取决于光斑30”、31”中的哪一个是在后的光斑以及哪一个是在前的光斑。两个光斑30”、31”的顺序可以任意地选取。甚至可以将光束3、3’第二次聚焦到光学记录介质8上，以增大信噪比。在此情况下(假设所有的光斑以相等的距离布置)，得到的信号是2Sd(t)＝Sl1(t)-Ss1(t-T)+Sl2(t-2T)-Ss2(t-3T)。然而，这导致了更复杂的光学系统，因为四个光斑将必须同时地产生。
为了弥补光斑30”、31”的非均匀照射，例如由于系统公差或者技术限制，矫正因子k被有利地引入到差分信号的计算中，即，Sd＝Sl-k·Ss。矫正因子k可以取决于光学记录介质8或甚至取决于光学记录介质8的材料。因此，优选地，矫正因子k由光学驱动器决定，例如通过评估从光学记录介质8的引入(lead-in)获得的光学记录介质8的标识符(identifier)。不同光学记录介质的矫正因子k被有利地设置在包括于驱动器固件中的表中。在得到标识符的基础上，光学驱动器能够选择合适的矫正因子k。
图8示出了两个光斑40、41在光学记录介质8的表面上的另一重叠。在此示例中具有不同波长的两个不同的光源被用于获取差分信号。如今许多的光学驱动器都包括两个或多个光源以便能够从不同类型的光学记录介质读取或者写入到不同类型的光学记录介质。例如，蓝光播放器通常包括产生蓝光束的第一光源和产生红光束的第二光源。在图8中，光斑40(其由具有较短波长的光束产生)覆盖光斑41(其由具有较长波长的光束产生)的一部分。两个光斑40、41的重叠导致在图的底部中示出的差异区域42。
在此示例中，较短波长的光斑40足够的小，可以读取单个轨道70。这使得可以同时读取两个轨道70。第一轨道70用较短波长的光斑40读取，第二轨道70利用两个光斑40、41的重叠来读取。如果光学记录介质8具有双轨道结构(即，两个轨道的螺线)，则双倍的数据率尤其有利。在具有单个轨道的螺线的常规轨道结构的情况下，在完成光学记录介质8的一次旋转之后，跳跃(jump)一个轨道就足够了。在每次跳跃时，需要切换信号通路，因为在轨道跳跃之后先前使用的用于读取先前内部轨道的光斑需要继续读取先前的外部轨道。该切换必须足够快以避免通道位(channel bit)的损失。然而，通道位的一些损失是可以容许的并可以通过可用的误差矫正机制来补偿。

Claims (11)

1.一种用于从光学记录介质(8)读取数据的设备，包括：
用于产生第一光束(3)的光源(2)；
用于产生第二光束(3’)的装置(2’)；
一个或多个聚焦装置(7)，用于将该第一光束(3)和该第二光束(3’)聚焦到该光学记录介质(8)上以形成第一光斑(30、30’、30”、40)和第二光斑(31、31’、31”、41)，其中该第二光斑(31、31’、31”、41)大于该第一光斑(30、30’、30”、40)并且物理地和/或虚拟地包围该第一光斑(30、30’、30”、40)；
一个或多个探测器(11)，用于探测由光学记录介质(8)反射的第一光束(9)和第二光束(9’)；以及
用于从探测到的第一反射光束(9)和第二反射光束(9’)之间的差异来产生数据信号的装置；
该用于从光学记录介质(8)读取的设备特征在于：
该第二光束(3’)具有不同于该第一光束(3)的波长。
2.根据权利要求1所述的设备，其中用于产生该第二光束(3’)的装置(2’)是另一个光源或者是用于产生波长偏移光束的元件。
3.根据权利要求1或2所述的设备，还具有用于减少数据信号中来自相邻轨道(70)的干扰的装置(13)。
4.根据权利要求3所述的设备，其中用于减少数据信号中来自相邻轨道(70)的干扰的装置(13)是用于改变该第一光斑(30、30’、30”、40)和/或该第二光斑(31、31’、31”、41)的形状的束成形元件(13)。
5.根据权利要求1到4中任一项所述的设备，具有用于从探测到的第一反射光束(9)产生另一数据信号的装置。
6.根据权利要求1到5中任一项所述的设备，其中该第一光斑(30、30’、30”、40)被该第二光斑(31、31’、31”、41)的虚拟包围通过延迟元件来实现，该延迟元件用于产生由该第一反射光束(9)和该第二反射光束(9’)获得的信号间的延迟。
7.一种用于从光学记录介质(8)读取的方法，具有以下步骤：
产生第一光束(3)和第二光束(3’)；
将该第一光束(3)和该第二光束(3’)聚焦到该光学记录介质(8)上以形成第一光斑(30、30’、30”、40)和第二光斑(31、31’、31”、41)，其中该第二光斑(31、31’、31”、41)大于该第一光斑(30、30’、30”、40)，并物理地和/或虚拟地包围该第一光斑(30、30’、30”、40)；
探测由该光学记录介质(8)反射的第一光束(9)和第二光束(9’)；以及
从所探测到的第一反射光束(9)和第二反射光束(9’)之间的差异产生数据信号；
该方法的特征在于：
该第二光束(3’)具有不同于该第一光束(3)的波长。
8.根据权利要求7所述的方法，还具有减少数据信号中来自相邻轨道(70)的干扰的步骤。
9.根据权利要求8所述的方法，其中减少数据信号中来自相邻轨道(70)的干扰的步骤包括改变该第一光斑(30、30’、30”、40)和/或该第二光斑(31、31’、31”、41)的形状。
10.根据权利要求7到9中任一项所述的方法，还具有从所探测到的第一反射光束(9)产生另一数据信号的步骤。
11.根据权利要求7到10中任一项所述的方法，具有在由该第一反射光束(9)和该第二反射光束(9’)获得的信号之间产生延迟的步骤。
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