CN1179228A - 扫描带形记录载体的光学装置 - Google Patents

Abstract

一种光学装置,其中带形记录载体(1)用扫描垂直于记录带运行方向(5)延伸的轨迹(6)的多面体镜(20)来扫描,由于该多面体镜的至少一个小镜面(f1,f3)或其一部分以不同的角度延伸到转轴(21),扫描光点(V)周期性地垂直于该轨迹方向运动,以便能够产生跟踪信号(S51)。

Description

扫描带形记录载体的光学装置

本发明涉及一种扫描带形记录载体的光学装置，用来记录可光学检测的信息区的结构，该信息区被安排在垂直于该记录带的纵方向延伸的信息轨迹上，所述装置具有用来按第1方向传送记录载体的供带盘和收带盘，以及一个提供用来按第2方向扫描记录载体的扫描光点的扫描装置，所述第2方向垂直于所述第1方向；所述扫描装置设置有一个可转动的多面体镜，该多面体镜具有沿其圆周排列的多个小镜面，并实现扫描光点的扫描运动。

由于数字光记录技术的引入，就必须提高所使用的记录媒体的存储容量，以便使例如数字视频信号能存储在这种记录媒体上。在公知的数字音频盘，或高密度盘(CD)以及由此而导出的记录媒体(如CD-ROM，CD-I等)中，存储容量由形成在记录载体的信息面上的扫描光点的尺寸来决定，扫描光点决定扫描装置的分辨度，从而就决定信息细节的最小尺寸，例如能够被分离地检测的信息凹点的最小尺寸。通过减小所使用的读出光束的波长和/或增大形成光点的物镜系统的数值孔径确实能够减小光点的尺寸，但是并不能使存储容量增大10倍或更多。

如文章“A Compact Optical Tape Recording System”(SPIE，Vol.2338，Opti-cal Data Storage 1994，pp.8-14)中所描述的那样，通过使用带形记录载体能使存储容量和记录速度增大几个数量级，而维持通常的光点尺寸。沿该带形记录载体的纵方向看，该记录载体沿着光学扫描装置运动，在该记录载体上，信息被记录在沿垂直于记录带的纵方向的方向延伸的信息轨迹上。为了写入和/或读出这些信息轨迹，扫描装置包括一个具有例如6个小镜面的多面体镜，每一个小镜面连续地扫描一条信息轨迹，即：写或读。

当正在读出所记录的信息时，必须确保光点能够精确地瞬时扫描信息轨迹，因此，必须产生一个跟踪误差信号，以便借助于该信号来校正光点中心相对于所扫描的轨迹的中心线的位置，例如：借助于该信号来修正多面体镜的转轴与安置在多面体镜和记录带之间的物镜的光轴之间的夹角，或修正安置在扫描光束的辐射通道上的外加镜面的方向。

盘形光记录载体已是公知的技术，例如美国专利US4,223,347，其中，信息轨迹相对于这种轨迹的平均中心线周期性地偏移。在读出这种信息轨迹时，把低频成分从检测器信号中滤掉，并且把这个信号的频率和相位与参考信号的频率和相位进行比较，就能确定读出光点的中心是否与瞬时扫描的轨迹的平均中心线一致。

为了得到其幅度是轨迹宽度几分之一的这种轨迹偏移，可以把一个可倾斜一个小角度的镜面安置在扫描光束的辐射通道上，该镜面使读出光点周期性地垂直于轨迹方向移动。在把这种镜面用于带形记录载体扫描装置时，写入光点周期性位移的频率应该是大约10kHz，以便具有足够的控制带宽，但将会出现这样的问题，即：实现这种周期性位移的能量相当大。实现辐射光点的周期性位移的另一种可能性是使用一个声-光调制器，然而这种调制器非常昂贵并且需要高控制电压。

本发明的一个目的是提供一种光学记录带扫描装置，该装置能够以很简单的方法且无须额外的移动装置实现扫描光点的周期性位移。这种记录带扫描装置的特征在于为了产生跟踪信号，多面体镜的小镜面结构适宜于使辐射光点沿第1方向周期性位移。

按照本发明的装置，扫描信息轨迹的多面体镜的转动还用来使辐射光点垂直于轨迹方向周期性位移，从而不再需要分离的可调元件及其驱动器。

该装置的第1实施例的特征还在于小镜面交替地以第1角度和第2角度延伸到多面体镜的转轴，第1和第2角度之差即在第1方向上扫描光点的合成位移是信息轨迹宽度的几分之一。

从小镜面以例如45°角延伸到多面体镜的转轴的多面体镜开始，使所有具有奇数序号的小镜面以45°+θ或45°-θ的角度延伸到转轴，就能使辐射光点位移轨迹宽度的几分之一，其中θ例如是大约10μ弧度。

如果把本发明用于读出预先记录的光学记录带，读出光点的中心被周期性地定位，也就是说，无论何时，一个奇数序号的小镜面总是出现在读出光束上，处在一条已经被读出的信息轨迹的稍稍旁边。然后，来自记录载体的光束不仅用高频读出信息调制，而且用给出有关辐射光点相对于该轨迹的位置的指示的低频调制。用对带有代表多面体镜移动的信号的低频成分的同步检测来得到跟踪信号。

使用第1实施例时，也可以写入记录载体，然后，把所写入的记录载体的单独信息轨迹交替地位移到相对于一前一后虚拟安排的所有轨迹的平均中心线的左侧和右侧。

确保经具有偶数或奇数序号的小镜面分别读出由具有奇数或偶数序号小镜面写入的轨迹，也就是在从写入模式变化到读出模式时使辐射光点位移等于轨迹周期的距离，这样就能借助于同样的装置来读出这种记录载体。然后，把读出光点的周期性位移相对于要读出的轨迹增大一倍，以便把跟踪信号的幅度增大一倍。

按照本发明的装置的第2实施例的特征在于，与另外的小镜面相比，至少一个小镜面的至少一部分以不同的角度延伸到该多面体镜的转轴，由所述小镜面部分的角度差引起的辐射位移近似等于信息轨迹结构的周期。

如果具有偏移角度的小镜面在光束的辐射通道上转动，扫描点就跳动到前面的记录轨迹上，并且可以检测出扫描光点相对于刚描述的记录轨迹正确位置，必要的话，就能校正光点的位置。可以把一个完整的小镜面用于这种位置检测，因此，该小镜面对实际扫描不再有用。然而，最好仅仅把小镜面的一部分用于位置检测，以便把其余部分用来进行有效扫描。当使用具有6个小镜面的多面体镜时，其中一个小镜面具有偏移的倾角，如果辐射光点相对于已经跳回到的轨迹被正确地定位的话，就假定连续5条轨迹的扫描期间可能产生的跟踪误差仍然是可被容许的。如果多个小镜面或其一部分给定不同的倾角，那么，精确的控制就是可能的。

第2实施例的优点是无须任何另外的方法，就适宜于写入和读出带形记录载体。

从参照后面所描述的实施例进行的解释会使本发明的这些和其他各方面更加清楚。

附图简要说明

图1表示光学记录带扫描装置的原理图；

图2表示用于这种装置的辐射源检测单元的一个实施例；

图3表示公知的光学记录带上的记录轨迹的平均中心线的位置；

图4和图5表示借助于按照本发明的装置所写入的记录带平均中心线的位置；

图6表示包括一个多面体镜的装置的实施例，该多面体镜的小镜面交替地具有第1和第2倾角。

图7表示包括一个多面体镜的装置的实施例，该多面体镜的一个小镜面具有偏移倾角。

图8表示一个小镜面的一部分具有偏移倾角的一个多面体镜。

图1中，标号1表示带形记录载体，该记录带直接从供带盘3经一个固定的导带件4传送到收带盘。该装置不需要具有任何另外的导带件，两个卷盘分别由单独的马达驱动，可以控制马达保持带张力恒定，箭头5表示带的运行方向。

该装置的扫描器包括一个提供扫描光束b的辐射源检测单元10和一个旋转的多面体镜。该旋转的多面体镜把例如平行光束反射到一个物镜30上，该物镜在记录带上把所述光束聚焦为一个辐射光点V。所述多面体镜由例如6个小镜面f1-f6构成，并在运行期间绕轴21沿箭头22所示的方向转动。每一个在光束b的辐射通道上转动的小镜面(图上是小镜面f2)将使该光束沿箭头25所示的方向运动，即沿垂直于走带方向5运动，横越物镜的入射孔。然后，由该物镜所形成的辐射光点扫描沿垂直于方向5的方向延伸的轨迹，其后，由小镜面f1，f6等连续地扫描第2条，第3条轨迹等。

物镜有例如一个1mm直径的像场和0.45的数值孔径，用这样的物镜就能把1600个分离的信息区记录在轨迹上，或从记录轨迹上读出来。能进行写入或读出的速度由多面体镜的旋转频率来决定，例如：如果要求30Mbit/s的比特率，6镜面的多面体镜就要以3,000Hz的频率旋转。已经表明这样的频率是可行的，而且具有最大直径例如为8mm、小镜面的倾角约为45°的多面体镜也是可制成的。

该多面体镜被电-磁驱动旋转，用测量光束和作为参考文献的美国专利US5,245,182中所描述的光学检测系统来连续地检测该多面体镜的5个自由度的位置，这5个自由度是：沿三个相互垂直轴X，Y.Z的位移和绕X和Y轴的旋转。第6自由度是多面体镜绕Z轴的旋转，因此，该第6自由度被用来扫描信息轨迹。在此作为参考文献的美国专利US5,171,984中描述了多面体镜的旋转驱动系统的结构。

图2表示辐射源检测侧单元10的可能的实施例，该单元由一个提供散射光束b的二极管激光器形式的辐射源11构成，该光束由一个准直透镜13变换成为射到多面体镜的平行光束。为了把由记录载体反射的光束b′从前进光束内分离出来，该单元以公知的方式设置有一个衍射光栅12，该光栅12具有这样的一次激发，即：按照第1衍射级把返回光束的辐射的大部分衍射到检测器14上，所述被反射的光束b′第2次通过物镜并在多面体镜上第2次反射之后再次入射到准直透镜13，辐射光点V的成像V′形成在该检测器14上。在这里，所谓激发的意思是光栅刻纹的壁面有这样的倾角，使由这样的壁面折射的射线的折射角等于按第1衍射级所衍射的射线离开该光栅的角度。特别如US4,655,310中所述的那样，光栅可以被分成为两半，两半中的光栅带具有不同的方向。因此，光束b′就被分为两条分光束，并且借助于由每条分光束的分离的一对检测器元件构成的检测器产生聚焦误差信号，该聚焦误差信号是一个指示物镜的焦点是否处在记录带上的所扫描的轨迹上的信号。

这样一个信号也可以用一个不被分开的光栅来得到，其光栅周期具有非线性变化，该光栅由美国专利US4,358,200所描述的四象限检测器复合而成。该光栅使光束变得像散，并且，辐射光点在检测器上的形状由四象限检测器来决定，该检测器的形状取决于使光束b在记录带上聚焦的程度。

前进光束和返回光束不仅可以用一个光栅分离开，而且也可以用一个半透镜来分离或借助于一个极化敏感的光束分光镜与安置在该光束分光镜和物镜之间的λ/4板的组合装置来分离，其中λ是扫描光束的波长。

物镜与导带件4位置上的记录带之间的距离可以按聚焦误差信号来调整，因此，可以把物镜安置在一个致动器上，该致动器可以把该物镜移动到Z方向上，或可以把导带件设置一个致动器，该致动器可以使该导带件移动到Z方向上。

物镜的长度和直径例如分别为40mm和12mm，这种透镜设计用于例如780nm的波长，并具有0.45的数值孔径以及125mm的焦距。这种透镜是fθ型透镜，并具有例如1mm的像场直径，因此这种透镜能接受每一个小镜面提供的60°扫描弧长的44°。780nm的波长与0.45的数值孔径的组合就形成具有大约1μm的光点V，这样，信息密度就能达到大约1μm/比特数量级，那么，110m长的8mm宽(即大约0.88m²表面积)的记录带就能够构成110G字节。

在3,000Hz的旋转频率下，扫描1mm的像场直径用41μsec的时间，这样，沿记录轨迹的线性速度就是23.5m/sec，在1.6μm的记录轨迹周期下，带速是2.88cm/sec。

在图1所示的装置中，所有的小镜面都有同样的倾角，所以，如图3所示，记录带上的信息轨迹之间的距离是恒定的，该图表示仅具有一些信息轨迹6的一小部分记录带，记录轨迹之间的距离是d。如果这些记录轨迹一条接一条后面排列而不是一条挨一条排列的话，虚线7就表示所有轨迹的假想平均中心线。对于具有恒定的距离d的记录带来说，所有轨迹的平均中心线就处在记录轨迹的中心。

如果把按照本发明的第1实施例用于对记录载体进行写入，所得到的记录带的信息轨迹就相对于图3上的原始轨迹交替地稍微偏离。

图4表示这样得到的记录载体的一小部分，具有奇数序号f1-f3的信息轨迹相对于图3所示的那些轨迹被偏离到右侧，而具有偶数序号f2，f4的信息轨迹具有与图3所示的那些轨迹相同的位置。如图4所示，所有的记录轨迹的合成的平均中心线就不处在轨迹的中心，而是奇数序号记录轨迹的中心线左移，偶数序号的记录轨迹的中心线右移。

如果如图5所示的那样把记录轨迹一条接在一条后面排列起来，这些记录轨迹就相对于中心线7在相对方向上偏移，这样，对于所有组合的记录轨迹来说，就实现了幅度为记录带的宽度c几分之一的周期性偏移，例如：在10微弧度的倾角差之下，该幅度是75nm。

如果读出按照图4的记录载体，跟踪伺服系统就能使读出光点连续地跟随中心线7，由于逐条信息轨迹的偏移，来自检测器14的信号就以比信息信号频率低得多的频率被调制，可以按照美国专利US4,223,347按模拟方式来处理低频的检测器信号成分，把这种成分滤掉，并与频率等于轨迹的接续频率的参考信号相比较。如果没有产生跟踪误差，所述低频率成分的频率就等于参考信号的频率的两倍，如果产生跟踪误差，所述成分的频率就等于参考信号的频率。该低频成分相对于参考信号频率的相位提供一个跟踪误差符号。

图6更详细地表示按照本发明的扫描装置，除了已经在图1中表示的记录带1、供带盘3、收带盘2、导带件4、辐射源检测单元10、多面体镜20以及物镜30之外，该图还表示出一个收带盘马达41和一个设置有转速表43的多面体镜马达42。用虚线表示了小镜面f1和f3，这些奇数序号的小镜面具有与偶数序号小镜面不同的倾角，以便在多面体镜旋转并且在从偶数小镜面转折到奇数小镜面时，辐射光点V都沿记录带运行的方向移动示意性表示的轨迹6的宽度的几分之一的距离。

图6表示用作预先记录的记录带的读出装置，该图表示出跟踪伺服环。该图还表示检测跟踪误差的另一种可能性。不是像图1和2所述的那样，由朝辐射源检测单元反射的光束b′得到跟踪误差，而是可以由通过记录带的光束部分得到该跟踪误差。为此，就要用透明材料来做导带件4，如用透明塑料，并把辐射敏检测器45安置在该元件后面。当扫描记录带时，射入到该检测器上的辐射强度和由此而产生的检测器的输出信号S45发生变化，这个信号包括具有频率等于光点运动频率的成分，该频率也就是多面体镜的旋转频率。信号S45被送到带通滤波器47，该带通滤波器仅通过所述频率的信号S47。再把该信号送到放大器电路49，把来自马达转速表43的信号S43也送到放大器电路49。把这样所得到的跟踪信号S49送到控制电路51，在该控制电路中形成示意性表示的镜面53的驱动器55的控制信号S51，该镜面绕轴54转动。通过转动镜面53就能在记录带运行方向上校正读出光点V的位置。

还作为镜面53的平均偏移量的DC成分S60可以被低通滤波器60滤掉，该信号S60被送到马达41，以便能够把记录带位移，使辐射光点V处于记录轨迹的中心，同时使该镜面也处于其中心位置。按照这种方式，除用镜面53进行精细控制之外，还可以实现粗控制。不使用镜面53，可以按其他公知的方法来校正扫描光点的位置，例如使多面体镜倾斜的方法。

图6所示的装置也可以用于例如写入母带的工厂，这样就不用伺服环45，47，49，51，55，53，并且把信息轨迹相对于平均中心线的偏移写入到记录带上。母带可以被大量地复制，并且能让消费者借助于不使用读出光点周期性位移的装置读带。也可以在预先记录了的记录带上使记录轨迹隔开一段恒定的距离，并且用户可以用周期性位移的读出光点运行的装置来读带。如果把按照本发明的装置既用于写入又用于读出记录带的话，就必须使读出模式下的辐射光点相对于记录模式下的该光点的位置偏移一个轨迹周期。偏移轨迹和位移辐射光点的效果相互增强，以至于使相对扫描光点-轨迹位移加倍，实际上，由于伺服环的运行，所述条件会自动地满足。

图6所示的多面体镜可以用除一个小镜面之外所有的小镜面具有相同倾角的多面体镜来替代，剩下的这个小镜面具有不同的倾角，该小镜面在光束的辐射路径上旋转时，该辐射光点V在记录带上向左位移一个轨迹周期，因此，它将扫描前一条记录轨迹。把低频成分从来自单元10的检测器45或检测器14的信号中滤掉，就能在连续地扫描例如5条记录轨迹之前使辐射光点正确地定位，这在记录期间是特别有用的，因为这样能够保证所写入的轨迹之间的距离保持不变。

图7表示使用这种多面体镜的记录带扫描装置的一个实施例，小镜面f_b的倾角不同于其他所有的小镜面f_a的倾角，图7所示的多面体镜的小镜面的数目大于6，这也可以是图6所示的多面体镜的情况。如图7所示，除一个小镜面之外所有的小镜面都平行于转轴21，这样它们的倾角就为零，只有小镜面f_b的倾角偏离零度。

如图8所示，也可以只给所述的小镜面一部分以偏离倾角，该小镜面的其余部分则可以用来进行沿轨迹方向的实际扫描。

在图8上以正视图方式所示的多面体镜由6个小镜面f₁-f₆构成，其中小镜面f₁-f₅具有相同的倾角，而小镜面f₆被分成为两部分f_6a，f_6b。f_6a部分具有与其他小镜面相同的倾角，而另一部分f_6b具有偏离倾角。为了清楚起见，已经把该偏离倾角夸大了。

如上所述，按照本发明的装置既可以用于读取预先记录的带形记录载体，也可以用于空白记录带的写入而后再读出。最后描述的记录带的信息层可以是磁-光记录层，在这种情况下，该装置应该以公知的方法设置使记录带局部磁化的磁化装置，以便在记录带上形成磁化方向与其周围磁化方向相反的磁畴。另外，单元10应按照公知的方法设置极化敏感检测器，该记录带可以涂覆相变层以替代磁性层，使层结构局部地从非晶态变化为晶态或相反，就能在这种相变层中形成信息区。在仅仅要读出的记录带中，也可以在信息层上以凹点的形式提供信息，这类似于公知的CD音频盘。

Claims (4)

1.一种扫描带形记录载体的光学装置，用来记录可光学检测的信息区的结构，该信息区被安排在垂直于该记录带的纵方向延伸的信息轨迹上，所述装置具有用来按第1方向传送记录载体的供带盘和收带盘，以及一个提供用来按第2方向扫描记录载体的扫描光点的扫描装置，所述第2方向垂直于所述第1方向；所述扫描装置设置有一个可转动的多面体镜，该多面体镜具有沿其圆周排列的多个小镜面，并实现扫描光点的扫描运动，其特征在于为了产生跟踪信号，多面体镜的小镜面结构适宜于使辐射光点沿第1方向周期性位移。

2.根据权利要求1的扫描带形记录载体的光学装置，其特征在于小镜面交替地以第1角度和第2角度延伸到多面体镜的转轴，第1和第2角度之差即在第1方向上扫描光点的合成位移是信息轨迹宽度的几分之一。

3.根据权利要求1的扫描带形记录载体的光学装置，其特征在于与另外的小镜面相比，至少一个小镜面的至少一部分以不同的角度延伸到该多面体镜的转轴，由所述小镜面部分的角度差引起的辐射位移近似等于信息轨迹结构的周期。

4.根据权利要求3的扫描带形记录载体的光学装置，其特征在于一个小镜面的一部分以不同于所述小镜面的其余部分和其它小镜面的角度延伸到多面体镜的转轴。

Images