CN1144195C - 光记录媒体读写设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种光记录媒体读写设备(7)，该光记录媒体上的数据标记(22)沿彼此顺序排列的轨道(20，20′，20″) 排列。所述设备具有一个光源(1)、一个聚焦装置(5)和一个光强分布转换器。本发明的目的是提供一种如下类型所述的设备，即在该设备中主光束的聚焦光点(15)的尺寸下降，并且减少由副光束(16)带来的弊端。通过采用设置在聚焦装置(5)区域中的滤光带(14)作为光强分布转换器实现本发明的目的。

Description

光记录媒体读写设备
技术领域
本发明涉及一种光记录媒体读写设备，该光记录媒体上的数据标记配置成沿彼此顺序排列的轨道排列。这种类型的设备具有一个产生扫描光束的光源、一个将扫描光束聚焦到记录媒体的轨道上的聚焦装置以及一个光强分布转换器，该转换器用于减小由聚焦装置在记录媒体上产生的扫描光束的聚焦光点的空间尺寸(extent)。因此，采用前述光强分布转换器使得聚焦光点的分辨率特别好；所采用的方法被称为超分辨率技术。
背景技术
采用超分辨率技术的设备例如在US-A-5,121,378中被公开。事实上，超分辨率技术的优点在于可使聚焦光束的尺寸较小，这样可扫描较小尺寸的数据标记。数据标记的尺寸较小使得存储密度更高，因而信息密度更高。事实上，超分辨率技术的优点在于在现有的光束之外产生了额外的光强增强的次(secondary)光束。这样，在记录媒体上的主光束的光点附近产生了由副光束引起的光环或范围较小的光线分布。由副光束引起的光线分布对利用主光束传输的信息产生干扰作用。主光束的聚焦光点的尺寸越小，主光束的光强变得越小，同时副光束的光强变得越大。
发明内容
本发明的目的是提供一种既减少了主光束的聚焦光点的尺寸，又减少了由副光束带来的弊端的设备。
上述目的由一种光记录媒体读写设备来实现，其中在所述光记录媒体上的数据标记沿彼此顺序排列的轨道排列，所述设备具有一个光源、一个聚焦装置和一个光强分布转换器，由此，所述光强分布转换器为设置在所述聚焦装置的一区域内的滤光带。
本发明提供一种安置在聚焦装置区域内作为滤光带的光强分布转换器。这样做的优点是减小了中央光束即主光束在相对于滤光带的垂直方向上的尺寸，这意味着具有较窄宽度的轨道依然不致由交叠覆盖相邻轨道的主光束的聚焦光点扫描到。其结果是正/负一级(order)和更高级的副光束在聚焦平面上产生聚焦光点，但在记录媒体上没有大面积的光线分布。这样，以所期望的方式可以掩蔽由副光束引起的干扰作用。滤光带在最简单的情况下为一个不透明带；下述滤光带同样可能是优选的：反射带、将光轴以外的光线按一些其它方式加倍到(coupleto)很大尺寸的条带、选频滤光器或能够实现相应功能的类似元件。
本发明还提供一种探测器的配置，在该配置中具有多个探测器区域，其中从记录媒体反射来的光线直接入射到这些探测器区域上，主光束和副光束射向不同的探测器区域。这样做的优点是可单独估算主光束，这就是说，没有受记录媒体的其它区域影响的副光束所引起的不利影响。在本发明的变更方案中，不估算副光束照射的其它探测器区域；这样它们最好被遮蔽起来或者没有感光区域。
如本发明所述，滤光带设置成它与记录媒体的轨道方向呈一倾斜角，该角大于零度。尽管滤光带减少了聚焦光点在垂直于滤光带方向上的尺寸，但它在滤光带方向上没有这种作用。因此，如果使滤光带的取向为与所读取的轨道方向平行，则数据标记的分辨率在轨道方向上没有提高，而是仅在垂直方向上得以改善。将滤光带倾斜设置的优点之一是，可因滤光带相对于轨道倾斜所具有的优点而在减少轨道宽度和减少数据标记长度之间取得折衷。总之，在采用相同波长的光线条件下，记录媒体的可读储存能力再次提高。
在上述情况下，倾斜角度优选选择成使正/负一级副光束照射到相邻的轨道上。这样做的优点是，在主光束扫描轨道的同时，对与被扫描轨道相邻的轨道以及被一级副光束扫过的轨道也根据它们的信息内容而进行估算。这样增加了有效读取的速度，也就是说增加了数据读取速率。在这种情况下，本发明的技术方案不限于仅用在直接相邻的轨道，还可以根据滤光带的性能(例如宽度)、所用光线的特性(例如波长)以及所用光学元件的性能和记录媒体的特性(例如轨道间隔)为扫描做好准备，这样，可根据一级副光束对在每种情况下的第二相邻轨道、第三相邻轨道甚至更远的相邻轨道进行估算。这样做还具有的优点是，在尽可能连续的读取中往往不太需要扫描光束在位于更远位置上的相邻轨道之间进行跳转(jump)。本发明并不限于采用一级副光束；在本发明的范围内也可采用处于二级或更高级的副光束。根据滤光带的构型决定了副光束的光强与主光束相比可相对进行大范围的调节，这样可以使副光束具有良好的读取质量。
根据本发明的另一变更方案所述，倾斜角选择成使滤光带产生的副光束照射到轨道边缘上。这些边缘或者是主光束扫描的轨道的左右边缘，或者是与主光束扫描的轨道直接相邻或远离的轨道的边缘。这种变更方案的优点之一是，在已知的三光束轨道跟踪方法中可以采用副光束的信号，即使副光束的光强较低也可以保持。通过降低主光束的聚焦光点的尺寸，仍可能得到较少轨道宽度的记录媒体。
滤光带优选设置在聚焦装置的光瞳平面上。这样做的优点是，如果滤光带与透镜有很大的距离并因此与光瞳平面有很大的距离，则由衍射作用引起的干扰不会发生。
本发明的设备最好还具有另一个聚焦装置和一个间隙，该间隙设置在所述另一个聚焦装置的聚焦平面上，并且在远离聚焦装置的一侧设有一个探测器区域。这样做的优点是能够简单地使主光束和副光束彼此有效地分开，即副光束不照射到间隙上，因此被掩蔽。在这种情况下，间隙的取向最好对应于滤光带的方向。在这种情况下，主光束的聚焦光点的最大空间尺寸与所述间隙的纵轴方向一致，并且其最小空间尺寸方向与所述间隙的宽度方向一致。这样优化了间隙掩蔽作用。
其中一个探测器区域最好具有暗线区域，其宽度大于聚焦主光束的最小宽度。这样做的优点是能够在掩蔽掉主光束的情况下专门探测副光束。
在本发明的优选改进方案中，设置在一个探测器区域前面的间隙由其它探测器的暗线区域构成。此时，暗线区域设计成透明的，或者其本身就作为空隙。该实施例的优点之一是由于将用于主光束的探测器区域和用于副光束的探测器区域结合在一起，因此具有紧凑的探测器配置。在这种情况下，本发明不限于仅用于一级副光束，还可相应地估算更高级副光束。出于上述目的，需要将间隙或暗线区域的宽度相应地选择为较宽的，这样较低级的光束分别被掩蔽掉或允许通过。多个具有间隙的这种探测器区域形成了一个由叠置的探测器区域构成的探测器。
本发明提供一种分割光束截面的元件，该元件设置在从记录媒体反射出的光束中。此时，分割的作用方式类似于公知的刀口方法中采用的掩蔽，但区别在于在刀口方法中被掩蔽的区域在本发明中未被掩蔽，而是被分割和进一步使用。这种元件例如为一种双棱镜、一种具有不同光栅常数的区域的光栅、一种全息光学元件或能够实现相应功能的类似元件。这种变更方案的优点之一在于光束在不同的探测器区域之间被分割，并且同时产生了刀口聚焦方法所需的光束形状。这样，刀口方法中所需的传统的光束分割器和掩蔽元件不再需要，因而配置紧凑。
滤光带14最好直接设置在会聚透镜上。在该情况下，会聚透镜最好是聚焦装置的聚焦透镜。在透镜制造过程中，将滤光带粘接、蒸敷、浇注或成型在透镜上，或者将滤光带加工(例如研磨)到所述透镜中。本发明这种改进的优点之一是不需要额外的元件来支承滤光带，这样制造简单，并且节约了调节费用。
本发明的另一些优点体现在下面对本发明优选构型的描述中。很显然本发明不限制在这里指出的变更方案范围内，而是还包括本领域技术人员熟悉或了解的改进与补充。
附图说明
在附图中：
图1示出了本发明设备的光路；
图2示出了本发明设备的双探测器；
图3示出了本发明设备的多路探测器；
图4示出了在聚焦平面上的光强分布；
图5示出了本发明设备第一种变更方案的光路；
图6示出了本发明设备第二种变更方案的光路；
图7.示出了聚焦光点相对于记录媒体的轨道的取向示例。
具体实施方式
图1为本发明设备的光路示意图。一个激光二极管1产生发散扫描光束2，该光束在穿过透镜3之后形成平行射束。所述射束穿过半部透明反射镜4，并通过聚焦装置聚焦在记录媒体7的信号承载层6上。在该例子中仅示出了物镜5。图中仅示出了部分记录媒体的截面。扫描光束2从记录媒体7上反射回来，穿过物镜5并通过半部透明反射镜4射向聚焦透镜8。离开聚焦透镜8的会聚光束通过光束分割器9射向第一探测器区域11和第二探测器区域12。在光束分割器9和位于透镜8的聚焦光点处的第一探测器区域11之间设置间隙10。
在物镜5上设置一个滤光带14，该滤光带在示范性实施例中为不透明的条带。衍射现象具有的作用是，替代圆形聚焦光点，垂直于滤光带14的方向R被压缩的中央聚焦光点位于物镜5的聚焦平面上，并且两个副光点也在垂直于方向R的方向上离前述聚焦光点一定距离位置。光强分布体现在图1中的探测器区域11，12上。相应的光点分布也发生在信息承载层6上即发生在物镜5的聚焦平面中。这里由于相关尺寸的问题而无法辨别(光点分布发生之处)。此外，这里的探测器区域11，12以及光点没有按比例示出，而是经放大的。由主光束形成的主光点15穿过间隙10到达第一探测器区域11，同时一级的副光点16由确定间隙10的表面13所掩蔽。第二探测器区域12具有分开的暗线17，其宽度大于或等于主光点15的最小尺寸。主光点15落在暗线17上，因此不在第二探测器区域12探测该主光点。仅副光点16由第二探测器区域12探测。
图2示出了本发明设备的双探测器18。图中可看到来自聚焦透镜8(这里未示出)的光束，该光束的主光点15落到第一探测器区域11上，副光点16落到界定表面13′上，该限制(bounding)表面同时形成第二探测器区域12。第二探测器区域12之间存在间隙10，而不是暗线。这样探测器区域11，12形成层状双探测器18，该探测器为紧凑的，仅在组装过程中需要调节。
图3示出了本发明设备的多路探测器，在该例中为三路探测器。多路探测器19具有第一探测器区域11、第二探测器区域12和第三探测器区域12′。主光点15穿过由第二探测器区域12形成的间隙10落到第一探测器区域11上。一级的副光点16与主光点15一起穿过位于第三探测器区域12′之间的间隙10′落到第二探测器区域12上。处于二级的副光点16′落到第三探测器区域12′上。多路探测器19也构造成层状。可相应地构造出探测更多数目的点的探测器。
图1所示的滤光带14形成光瞳滤光器，该滤光器在使用中为物镜5的光瞳平面上的不透明带形式。图4以三维形式示出了扫描光束2穿过物镜5和滤光带14在物镜的聚焦平面上的光强分布。形成副光点16的次最大值仅出现在垂直于带14的方向R的方向上。次最大值的高度，即副光点16的光强取决于带14的宽度B。形成主光点15的主光束垂直于方向R上的宽度大于在方向R上的宽度，换言之，主光点具有椭圆形的外形。在本发明的变更方案中，按照已知的三光束轨道方法，副光点16用于获得轨道信号。
图7举例示出了聚焦光点相对于记录媒体7的轨道20的取向。作为例子，图中示出了三个轨道20，20′，20”。在该图中，它们位于轨道20，20′，20″之间的相应内轨道区域21，21′没有用于记录信息。这种内轨道区域21，21′也称为“镜象(mirror)”区域。数据标记22，位于轨道20上，它们在轨道方向S上的伸长可以较长或较短尺寸，但基本上具有恒定的宽度。数据标记22的反射系数与它周围的区域不同，或者它们形成凹部，其与其周围区域的相互作用，从而导致照射到该数据标记上的光线的反射受到有害干扰；或者这些数据标记具有其它特性，该特性使得从该数据标记处反射的光线特性发生变化，从而使得信息传送可以这种方式实现。上述变化对本领域技术人员来说是公知的，因此在此不详细说明。
图7的左手部分示出了相应于滤光带14的第一方向R1产生的主光点15和副光点16。第一方向R1和轨道方向S之间有一夹角α。夹角α、主光点15和副光点16之间的距离以及轨道20之间的距离相互协调，这样主光点15扫过中央轨道20′的数据标记22，而副光点16扫过相邻轨道20、20″的数据标记22。三个轨道20，20′，20″均可以这种方式同时读取。在该例中，各第二探测器区域12单独读取。
在图7的右手部分示出了相应于滤光带14的第二方向R2的主光点15和副光点16的另一种配置。第二方向R2和轨道方向S之间包括一个夹角，该夹角β比前述的夹角α略大一些，这意味着尽管主光点15仍扫过中央轨道20′，但与前述不同的是副光束16扫过相邻轨道20，20″的边缘区域。因此，副光点16的一半部位于轨道20，20”上，另一半部位于内轨道区域21，21’上。适当旋转滤光带14可能会使副光点16精确处于相对于轨道20，20′，20″的所需位置上，从而根据三光束方法产生优化跟踪信号。在这种情况下，滤光带14的宽度选择成两个副光点16之间的距离比记录媒体7的轨道周期不是大很多。其结果是，三个光点相对于轨道来说是倾斜的。
与非滤光带14产生的限制衍射的聚焦光点相比，前述本发明光强分布下的分辨率在垂直于滤光带14的方向R的方向上较大。因为椭圆形主光点15的位置相对于轨道20′来说为倾斜的，所以无论在轨道间隔上还是对数据标记22在轨道方向S上的尺寸而言均具有较高的分辨率。在边界线上，主光点15和副光点16配置在垂直于轨道方向S的一条线上。此时，仅就轨道间隔而言分辨率得到提高，而在轨道方向S上的分辨率没有增加，这是因为在没有使用滤光带14的情况下，主光点15在方向R上的尺寸没有变化。在图7右手部分所示的配置情况下，轨道错误信号按照在两个第二探测器区域12之间的差别形成。
图5示出了本发明设备的第一种变更方案的光路。可以看到，扫描光束2来自半部透明反射镜4，并穿过聚焦透镜8。配置在相应于图1中透镜8左侧的元件在此没有示出，因为相对于图1来说它们没有变化。光线直接穿过光束分割器9，并照射到相应于图2的双探测器18上，该探测器在此不详细描述。从光束分割器9反射的射束状光线由屏23掩蔽，光束的一半部引入光路，并照射到第四探测器区域24上。第四探测器区域24被暗线25分隔，并设置在聚焦透镜8的聚焦平面上。如果信息承载层6精确位于物镜5的聚焦平面上，则聚焦的副光点16和主光点15精确地照射到暗线25上，即使发生散焦，对应的未被掩蔽的光点15、16的一半部落在第四探测器区域24的两部分上。取决于第四探测器区域24中的哪一部分输出信号，其使散焦的方向是确定的。按照第四探测器区域24的两部分输出信号的差别形成聚焦误差信号。
图6示出了本发明设备的第二种变更方案的光路。在该例子中，双棱镜26跟在聚焦透镜8之后，而双棱镜将扫描光束2的截面分割成两半部2′，2″。其中一半部2″落到第四探测器区域24上，该探测器区域被图5中所示的暗线25彼此分开。探测器区域24在Foucault或刀口方法中用于产生聚焦误差信号。所述另一半部2′穿过双探测器18。双探测器18对应于前面所述的双探测器，但在该例中仅被“半个”点15，16照射。同样可作为分割光束截面的元件的双光栅27位于双棱镜26的上方。在该例中，两半部2′，2″没有在垂直于它们的分隔线的方向上彼此相对位移，而是在分隔线的方向上彼此相对位移。在该例中也提供相应的探测。双光栅27具有两个光栅常数不同的区域，它们分别反射该光照射在光轴之外的区域上，以改变尺寸，并因此产生按照一定距离完全分开的两半部2′，2″。

Claims (11)

1.一种光记录媒体(7)读写设备，其中在所述光记录媒体上的数据标记(22)沿沿彼此顺序排列的轨道(20，20’，20”)排列，所述设备具有一个光源(1)、一个聚焦装置(5)和一个光强分布转换器，所述光强分布转换器为设置在所述聚焦装置(5)的一区域内的滤光带(14)，其特征在于，所述滤光带(14)设置成相对于所述记录媒体(7)的轨道(20，20′，20″)方向的倾斜角度(α，β)大于零度。
2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述设备具有一种探测器配置，在该探测器配置中包含多个探测器区域(11，12，12’，24)，从记录媒体(7)处反射出的光线射向这些探测器区域，并且主光束(15)和副光束(16)射向不同的探测器区域(11；11，12，12’)。
3.根据权利要求2所述的设备，其特征在于，倾斜角度(α)选择成使一级副光束(16)照射到相邻轨道(20，20″)上。
4.根据权利要求2所述的设备，其特征在于，倾斜角度(β)选择成使滤光带(14)产生的副光束(16)照射到所述记录媒体(7)的轨道(20，20′，20″)的边缘。
5.如前述任何一项权利要求所述的设备，其特征在于，滤光带(14)设置成位于聚焦装置(5)的光瞳平面内。
6.根据权利要求2所述的设备，其特征在于，所述设备还具有另一个聚焦装置(8)和一个间隙(10，10′)，该间隙设置在所述另一个聚焦装置的聚焦平面内，并且其中一个探测器区域(11)设置在远离该聚焦装置的一侧。
7.根据权利要求6所述的设备，其特征在于，设置在一个探测器区域(11)之前的间隙(10，10’)由其它探测器(12，12′)的所述暗线区域(17，17′)形成。
8.根据权利要求2所述的设备，其特征在于，其中一个探测器区域(12，12′)有一个暗线区域(17)，其宽度大于聚焦主光束的主光点(15)的最小宽度。
9.根据权利要求8所述的设备，其特征在于，设置在一个探测器区域(11)之前的间隙(10，10’)由其它探测器(12，12′)的所述暗线区域(17，17′)形成。
10.如权利要求1-4中任一项权利要求所述的设备，其特征在于，在从记录媒体(7)反射来的光束(2)中配置一个分割光束截面的元件(26，27)。
11.如权利要求1-4中任一项权利要求所述的设备，其特征在于，滤光带(14)直接设置在一个会聚透镜(5)上。
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