CN1229786C - 读取多层光盘的设备和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种借助于被数据载体(1)反射并由光电探测器(10)探测到的主扫描光束(3)扫描光学数据载体(1)的设备和方法，数据载体(1)具有被扫描的第一层和第二层(11，12)，第二层(12)经第一层(11)被扫描，穿过第一层(11)的光根据第一层(11)的局部特性被遮挡。本发明的目的在于提供一种即使与多层盘一起使用也具有增强的性能的设备及相应的方法，其中多层盘具有导致被扫描的盘上光波动的一层(11)。根据本发明，这种设备配置有用于保持光电探测器(10)的输出信号(D)与遮挡变化无关的装置(2，7，17)。

Description

读取多层光盘的设备和方法
技术领域
本发明涉及一种读取和/或写入双层或多层光盘的设备和方法，也称为对这种光学数据载体的扫描。
背景技术
使用多层盘是增大光盘存储容量的一种可能的方法。其它方法中，相变双层记录被认为是记录光盘的一种最有希望的技术。双层盘设置有半透明且部分反射的第一层以及反射性的第二层。第二层用穿过第一层的光束扫描。在部分写入的第一层情况下或在按照所谓的硬盘分区格式的盘的情况下，第一层由于已写入区和还未写入区的不同光透射率而导致第二层上的光强度波动。这些光波动在下文中也被称为遮挡或遮挡效应。按照所述硬盘分区格式，例如通过预压印标记、即所谓的预凹坑进行分区。预凹坑区是已写入区的一个例子，记录区是另一个例子。硬盘分区格式例如是根据纹间表面/凹槽和预凹坑结构，如例如用于已知的DVD-RAM标准的。上述在第二层的光波动严重降低了读出性能和记录信号的质量。尤其在使用的相变记录层的情况下，这是因为相变记录层对记录激光功率变化非常敏感。但是，上述问题不仅发生在双层相变材料中，也出现在各材料组合的多层盘中，在其中信息依次储存，这在透射光中造成暗、亮序列。这种暗、亮序列可以有几个原因，如一层不同区域的反射率不同、吸收因数不同或干涉性能、相消/相长干涉不同，或其它具有类似效果的特性差异。不同的层可以是同种类型或不同类型，如可记录的、预记录的或未记录的。
发明内容
本发明的目的在于提供一种甚至与多层盘一起使用也具有增强的性能的设备以及相应的方法，其中多层盘中有一层导致被扫描的层上的光波动。
根据本发明，这个目的是通过独立权利要求中所述的方案解决。在从属权利要求中也阐明了一些有意义的特征。
根据本发明的设备，用于借助于被数据载体反射并由光电探测器探测的主扫描光束扫描光学数据载体，数据载体具有要被扫描的第一层和第二层，第二层经第一层被扫描，穿过第一层的光根据第一层局部特性被遮挡，该设备配置有用于保持光电探测器的输出信号的装置，以及一个相伴随的与遮挡变化无关的放大电路(如果提供的话)。这样有一个优点，即位于特定的恒定范围内的输出信号易于进一步处理，而与遮挡引发层的质量或状态无关。
本设备优选地包括一个扫描光束产生装置，其具有可变的强度控制，强度与遮挡量成正比地变化。也是优选地是，它包括一个具有可变增益的输出信号放大器，增益与遮挡量成正比变化。当然，两种特征的组合具有积极效果。由其引起的半透明层或遮挡的透射变化被设备的光学头中的特殊装置探测。在光束产生装置为激光器的情况下，改变激光功率以补偿遮挡。激光功率调谐成，使得无论光透过写入区还是非写入区，或是穿过数据区或预凹坑区，记录时记录面上都不会产生光强度起伏，并且在读取时在光学头探测器上不会发生光强度变化。为了读取，遮挡的补偿优选地通过用于光电探测器输出信号的放大器的增益变化来补偿。由于读取时激光功率不应超过一定水平，因为在这种情况下会发生数据抹去，所以增益变化更适于读取。但是，增益变化和激光功率变化的组合也是很有利的，例如，因为在此情况下增益变化的可变范围较小。
优选地是，本设备还包括一个用于产生遮挡探测光束的光束发生器，一个用于探测所述光束的光电探测器以及用于延迟所述光电探测器的输出信号的延迟装置。以这种方式，遮挡探测可以容易并可靠地进行。光束发生器既可以是如激光器一样的光源、如半透反射镜的分束器、光栅，也可以是全息光学元件或其它适当的元件。从扫描方向看，遮挡探测光束布置在扫描光束前面，由此其早于主扫描光束先到达不同遮挡的区域。这样留有足够的时间进行激光功率的及时自适应或放大器增益或二者。优选地是，探测光束是为其它目的、如用于三束扫描法而产生的前期光束，在三束扫描法中由侧光束产生跟踪误差信号，或利用侧光束校正主光束产生的信号，如同所谓的公知的差分推挽法(differential push pull method)的情形。在扫描层探测光束和主扫描光束之间的距离优选地选成大于切换功率或增益所需的距离。这使得能够提高扫描速度或在发生遮挡之前执行另外的任务。优选地是，遮挡探测光束信号例如通过一条简单的延迟线或通过储存在存储器中而延迟，从而在需要触发切换的时候可用。优选地，延迟时间可变，以便可以与例如不同的扫描速度、不同的切换过程速度、不同的数据载体特性或其它可能要及时或在其他情形下更改或改变的特性相适应。也是优选地是，将以较大的间距如90°或180°布置在主扫描光束之前的光束用作探测光束，但扫描相同的或几乎相同的轨道。本发明中的一种方案是通过主光束本身或后继光束来确定遮挡效果以及延迟各个信号一段时间，该时间为盘完全或近乎完全旋转的时间。本发明的另一方案是由规定的指示位置的地点以及盘旋转速度预测遮挡区的始端，从该指示位置到遮光区的距离是已知的。例如，根据预定规则布置预凹坑区，使得可以由通过前一区域后消逝的时间来预测预凹坑区的始端。
根据本发明扫描光学数据载体的方法包括以下步骤：探测第二层的遮挡变化，并与所探测到的变化成比例地改变主扫描光束的强度以及光电探测器输出信号的增益中之一。除了上面已经表明的优点之外，它还不需要制造双层盘的特殊工艺，而且实现了本发明的目的。
优选地是，根据本发明的方法通过探测扫描数据载体的遮挡探测光束的强度来提供对遮挡变化的探测。优选地是，对探测到的强度信号进行低通滤波。这样的一个优点在于在低通滤波过的信号中不会出现高频干扰，如由储存在盘上的数据或激光器功率的高频变化所导致的高频干扰。如上面已经说明的，优选地是，依据于遮挡探测光束和扫描光束之间的距离、或依据于第一指示位置和第二指示位置之间的已知距离来延迟强度信号。
根据本发明扫描光学数据载体的方法，其中数据载体具有要被扫描的第一层和第二层，第二层经第一层被扫描，穿过第一层的光根据第一层的局部特性被遮挡，通过提供带遮挡图案的第一层对遮光效果的局部差异提供补偿。这意味着第一层中具有较低遮挡效果的区域被有意地设置一个遮挡引发图案或遮挡增强图案。该图案设计成对读取或写入第一层没有影响，但确保足够的遮挡，以使得在第二层上不存在强度波动。本方法的一个优点在于在第一次对第一层写入时只执行一次。然后可以对所有的非写入区设置一个遮挡图案，并且对所有的预凹坑区或类似的区域也提供充分的遮挡。当然，在盘的制造期间或提供给顾客之前也可以对盘预格式化，使得可以直接存取两层或所有层，而不会遭遇波动。
虽然根据本发明可以对完整盘提供遮挡图案，但尤其有益的是只在具有预定特性的区域中设置遮挡图案，如预凹坑区域或具有压印图案的其它区域。在相变盘的情形中，在第一次记录半透明的第一层期间，预凹坑区的透射特性改变到与记录过的数据区相同的水平。依据盘的初始相变状态，例如带有非晶记录层的未初始化盘或带有晶化层的初始化盘，这可以通过在预凹坑区抹去或写入特定的图案来完成。当然，在此情况下意味着选择遮挡图案，以便不干扰对预凹坑信息的读取。
根据本发明，遮挡图案或者是灰度图案，或者是凹坑图案，其中图案的凹坑大于最大的数据记录凹坑，也可以是凹坑小于最小的数据记录凹坑的凹坑图案。特定的记录和抹去图案例如是光栅结构，在该结构中，相邻的轨道是非晶-晶状-非晶-晶状-等，带有亮-暗-亮-暗-等的条纹。注意，存在不同的相变材料和/或层堆叠结构。高-到-低或低-到-高材料/堆叠在此意味着基态具有很高的反射率或很低的反射率。但是，通常假设基态为晶态。几个轨道平均来看，对于记录暗亮数据凹坑的地方，反射率或更重要的透射率对于预凹坑区和对于数据区相同或几乎相同。根据本发明的光栅结构，即，在图案或是为灰度图案或是遮挡图案的凹坑或比数据凹坑大很多或小很多的情况下，确保了它不会恶化预压印预凹坑的读取。并且，在轨道方向布置而宽度非常小的带状光栅结构也在本发明的范围之内。
优选地是，遮挡图案也用于储存附加信息。尤其在遮挡凹坑的情况下，这些凹坑的长度或距离变化或不同的可分辨灰度等级可用于储存信息，如记录参数、装置的指示、记录的数据、版权信息、加密参数等。即使这些信息当前应该不能通过大批量生产的装置读出，也可以用于版权事项或与能够探测较大或较小凹坑的未来的装置一起使用。
配置有根据本发明的遮挡图案的数据载体以及执行根据本发明的方法的设备将处于本发明的范围内。没有在此特别指明的特征的组合或在本领域技术人员范围内的设计改型也属于这种情况。在下面利用附图描述的优选实施例中还包含本发明的其它改型和优点。
附图说明
图1示出根据本发明的设备；
图2示出根据本发明的具有遮挡图案的轨道结构；
图3示出根据本发明的具有遮挡图案的另一种轨道结构；
图4示出根据本发明的不同类型的遮挡图案；
图5示出根据本发明的另一类型的遮挡图案。
具体实施方式
图1示出根据本发明的设备的简图。本实施例中的光学数据载体是一盘片1，图中示出的是截面图。未按比例画出尺寸，只为更清楚的展示有关特征。盘片1配置有第一记录层11和第二记录层12。第一层11是一个半透明层，而第二层12是一个反射层。还设置了透明覆盖层13和中间层14，但在此不做详细描述。在层11的右部指示了一个叠层15，以代替单层11，同样，在层12之上可以布置多层。但此处只描述单层11的情形，应用到叠层15中是本领域的技术人员范围之内的任务。
本设备包括一个用作光源的半导体激光器2，产生扫描光束3。设置的激光器2用不同的功率驱动。这使得设备能够执行记录、适应不同类型的盘1并适应下述的本发明。光束3由准直器4准直，穿过分束器5并被物镜6聚焦到第二层12上。光栅7设置在光束3的光路上，用于产生除主扫描光束3以外的第二光束3’、3”，这两束光中的一束用作遮挡探测光束3’。遮挡探测光束3’如此布置成在扫描方向上先于主扫描光束到达光盘1。光束3’在图1的下部以放大的方式示为与主光束3以及侧光束3”分开。光束3、3’、3”被第二层12反射，由分束器5导向聚焦透镜8并被透镜8聚焦到光电探测器10上。
光电探测器10包括三个光束3、3’、3”分别入射其上的探测区9、9’、9”。每个探测区9、9’、9”按照已知的方法被再分成两个或多个探测元，以便产生执行控制功能、如聚焦控制和跟踪控制以及为产生数据信号所需的探测信号D。例如，可以将象散法作为聚焦法执行，利用探测区9，使用所有探测区9、9’、9”的差分推挽法DPP可以用作跟踪法。执行这些功能所必须的元件对于本领域的技术人员是已知的，在此省去描述。
探测区9’的输出信号D’提供给低通滤波器16，低通滤波过的信号DL提供给具有可变增益G’的放大器17’并作为遮挡探测信号SD输出。作为另一种方案，遮挡探测信号SD提供给具有可变延迟时间T的延迟元件18。延迟元件18的输出信号是被延迟的遮挡探测信号SD’。提供也具有可变增益G、G”的类似放大器17、17”以便分别放大探测区9、9”的输出信号。在大多数情况下，可以对所有的三种放大器适当采用相同的增益，但对于有些探测法，不同的增益是优选的。
扫描光束3被聚焦到第二层12上成为一个小扫描光斑22，而其与第一层11的横截面是一个扩大的光斑21。这种扩大的光斑21覆盖暗亮区并因而被暗区遮挡。在完全写入区被光斑21覆盖的情况下暗亮区的比例恒定。在非写入区也落在光斑21内的情况下比例不恒定。因此，在这种情况下出现不同的遮挡，随着遮挡的变化，而形成扫描光斑22的光强度波动。
在扫描光盘1期间，由半透明的第一层11导致的遮挡而引起的将要出现的模糊通过附加的前引光斑、在此通过遮挡探测光束3’的扫描光斑22’探测。此光斑22’在主光斑22之前。如果出现遮挡，则将主光斑22和前引光斑22’之间的分离距离设计成允许及时改变激光功率或切换放大器增益。因为遮挡导致的探测信号是低频的，所以它被低通滤波并且因而不被高频的数据信号或rf激光调制所衰减。在应用所谓的差分推挽法的情况下，最好用三束光3、3’、3”的前引光斑22’探测第一层11导致的遮挡。
这意味着根据本发明的设备在主读取光束受影响之前探测遮挡探测光束3’的反射强度的变化。这种时间差足以在主光束强度改变时在精确的时刻切换主光束的增益。这意味着虽然存在遮挡，但在主光束的电子读取信号中实际上没有变化。
图2示意性示出多层盘1的第一层11的小部分轨道结构的俯视图。平行布置若干轨道19，每个轨道19的中心20用虚线表示。用圈线表示的是主扫描光束3的放大光斑21。每个轨道设置有数据标记，也称凹坑23、24，在此由在垂直于轨道方向上具有类似宽度、但在轨道方向上具有不同长度的椭圆表示。在图2的左、右侧，示出数据区26，数据区延伸得比在此表示的各边更长。在数据区26之间布置一个导引区25。在硬盘分区的盘片1的情况下，导引区25设置有预压印的永久凹坑，即所谓的预凹坑23。预凹坑23是永久性的，即，它们不能被记录装置写入或删除。在图2所示的实例中，预凹坑23只分布在一半轨道上，既可以是与在左边的数据区26相邻的那个，也可以是与右边的数据区相邻的那个。假设层11已经被记录，那么数据区26中的凹坑24分布在每个轨道上。在所示的实例中，数据区26由具有预压印的纹间表面-和-凹槽结构的轨道19组成。每个纹间表面27在图中由白色背景表示，而每个凹槽28由暗背景表示。虽然暗背景与其中凹坑23、24被着色的区域类似，但凹槽没有遮挡效果，因为它们不会防止光以与凹坑24相同的量穿过它们。凹坑24是可记录的，这意味着它们不出现在非记录层，并且可以从记录层中将它们抹去。在任何情况下，数据区26的凹坑24导致被它们反射的光的差异，通常描述为暗和亮差异，即，它们导致遮挡它们自己以下的层。这对于不引发遮挡的预凹坑是不同的，因为它们不具有与凹坑24类似的遮挡效果。根据本发明，在数据区25中设置了一个遮挡图案29，该图案由长度远大于凹坑23、24的最大长度的凹坑组成。
在半透明层11的第一次记录期间，引导区25设置有一种暗-亮图案29，它使得在远场区与记录过的数据区26有一样的透射和反射。这意味着在第二层12上具有由引导区25以及第一层11的数据区25导致的类似的遮挡效果。此处的遮挡图案29是一种带有交替的暗/亮条带的光栅结构，与预凹坑23平行。但是也可以采用任何其它结构的不干扰预凹坑信息的读取的遮挡图案。
下面描述两种如上所述在预凹坑区中提供一种图案的情况。
首先，假设层11是完全无初始化的，这意味着半透明记录层11的可记录材料不处于结晶基态。在此情况下，需要在第一次记录之前对记录层初始化。这意味着必须把整个数据区26变为结晶基态。它被完全初始化并且给预凹坑区设置如上所述的交替暗-亮图案。进行初始化有几种可能性，如在利用标准的抹除功率商业驱动器，如连续激光功率，或在制造过程中在特殊的初始化设备中进行。利用恒定激光功率施加的抹除过程不干扰预凹坑信息的读取。在图2中未说明的另一个方案不写入暗亮图案29，但具有均匀的灰度等级，与记录的数据区有相同的光透射率。这对于具有各种特性的材料可以利用适中的激光功率、即处于抹除功率和最大激光功率之间的功率水平来实现。
其次，假设层11被完全初始化，这意味着记录层11处于结晶基态。在此情况下，只有引导区25需要设置一个如上所述的暗-亮图案。这优选地通过施加高写入激光功率在引导区25中写入非晶图案来进行。对于某些材料，保持写入功率恒定，对于其它材料需要高频率地调制写入功率，这依据各个材料的特性。激光功率的高频调制会干扰预凹坑23的读取。在图2所示的压印引导区的情况下，这个问题通过只在不设置有预凹坑23的区域写入来解决。在设置有预凹坑23的区域中，施加激光读取功率。因为在压印引导区25中没有预凹坑23的区域和设置有预凹坑23的区域交替分布，所以在远场域中，反射率和透射率均匀地变化。
图3示出如图2所示的第一层11的类似部分。相同的部分用相同的附图标记表示，只参见与图2不同的部分。引导区25中的预凹坑偏离中心分布，在这个示例中，精确地位于两个相邻轨道中心20之间的中间位置。例如，根据DVD-RAM标准，这种偏心的所谓摇摆凹坑(wobble pit)用作预凹坑23。在此情况下，在每个偏心的预凹坑区重复Sector ID(扇区ID)两次。对于这种DVD-RAM型压印引导区，可以采用如参见图1所述的相同的遮挡图案，但系统冗余度降低。因此，优选地是，只在引导区25中的一半轨道上施加写入激光功率，如图2所示。在此情况下，写入遮光图案期间50％的预凹坑23不可读。但是，这通常仍足以正确读取扇区ID。
图5示出在偏心预凹坑23的情况下设置遮光图案29的另一种方式。为了简单起见，既没有示出预凹坑23，也没有示出凹坑24，只示出了不同类型的轨道19、纹间表面27和凹槽28。与图2和3不同，示出了几个数据区26和几个引导区25。可以看到，对于每个轨道19，在整个引导区25中设置一个遮挡图案29，而同一轨道随后的引导区25完全没有遮挡图案。这意味着根据此替代方案，只完全读出每个第二引导区25，并且把遮挡图案29写入到它们之间的引导区25。这样系统的冗余度也略有降低。
图4示出带有三个相邻轨道19的引导区25的一小部分，图中三个轨道中的两个有预凹坑23。遮挡图案在此由小凹坑30组成，在轨道19的轴向看，凹坑30比预凹坑23的轴向长度小很多。这些非常小的凹坑30不能够由通常提供的光学元件的有限分辨率探测，或通常使用的有限的调制转印功能(MTF)探测。在此表示了在这一层11上扫描光束3聚焦光斑32的大小。可以看到，光斑太大而不能探测单个小凹坑30。
注意，本发明主要针对遮挡效果。遮挡效果表示第一层的透射特性的低频变化，其中经过第一层对第二层扫描。这些透射特性依据第一层是否被记录而变化。相反，通过改变凹坑或第一层其它数据标记的具体分布导致第二层读取强度的高频变化，其中扫描光束在扫描第二层之前和/或之后通过第一层。这种高频变化通常称作层间串扰。
虽然，根据本发明不需要在制造双层盘时有特别的工艺，但当然有利的是制造已配置有遮挡图案的光盘1。尤其在使用灰度图案的情形中，这可以在简单的附加制造步骤或在稍微变化的初始化过程中很容易地进行。在第一次记录过程中改变半透明引导区25的透射特性的情况下，不需要特别的光学头。为了增大光盘的存储容量，在相变材料上记录的多层是一项非常有希望的技术。如果完全记录半透明的第一层11，则结合连续或软盘分区格式，不会在较深的第二层12上出现遮挡问题。但是，在硬盘分区、纹间表面/凹槽格式的情形中，半透明第一层11的压印引导区25导致第二层12上光波动。根据本发明，提出了几个避免或补偿第二层上由半透明的第一层11在反射、透射方面的不均匀性导致的光强度波动的方法。不均匀性主要出现在非连续纹间表面/凹槽格式与压印前区25的结合处。按照一种解决方案，在第一记录阶段之前或期间，在记录设备中预处理多层盘1。在此情况下可以采用标准盘制造方法。

Claims (9)

1.一种用于扫描光学数据载体(1)的设备，其借助于被光学数据载体(1)反射并由光电探测器(10)探测到的主扫描光束(3)扫描进行，数据载体(1)至少具有被扫描的第一层和第二层(11、12)，第二层经第一层被扫描，穿过第一层(11)的光根据第一层(11)的局部特性被衰减，其特征在于，本设备配置有：光束发生器(7)，用于产生扫描第二层(12)的衰减探测光束(3’)，该衰减探测光束(3’)布置成在扫描方向上先于主扫描光束(3)到达光学数据载体(1)；光电探测器区(9’)，用于探测所述衰减探测光束(3’)；以及低通滤波器(16)，用于过滤由所述光电探测器区(9’)探测到的信号(D’)，由此经低通过滤的信号(DL)用来保持光电探测器的输出信号与第一层(11)衰减的低频变化无关。
2.如权利要求1所述的设备，还包括具有可变强度控制的扫描光束发生装置(2)或具有可变增益(G、G’、G”)的输出信号放大器(17、17’、17”)，由此可变强度控制或可变增益(G、G’、G”)、或二者可以与探测到的衰减量成比例地变化。
3.如权利要求1或2所述的设备，还包括延迟装置(18)，该延迟装置用于延迟所述光电探测器区(9’)的输出信号(D’、DL)。
4.如权利要求1或2所述的设备，其特征在于，所述光束发生器是一个光源。
5.如权利要求1或2所述的设备，其特征在于，所述光束发生器是一个分光装置，用于将衰减探测光束(3’)与主扫描光束(3)分开。
6.一种扫描光学数据载体(1)的方法，其借助于被光学数据载体(1)反射并由光电探测器(10)探测到的主扫描光束(3)扫描进行，数据载体(1)具有被扫描的第一层和第二层(11、12)，第二层经第一层被扫描，穿过第一层(11)的光根据第一层(11)局部特性而被衰减，其特征在于，该方法包括以下步骤：
产生扫描第二层(12)的衰减探测光束(3’)，该衰减探测光束(3’)布置成在扫描方向上先于主扫描光束(3)到达光学数据载体(1)；
用光电探测器区(9’)探测所述衰减探测光束(3’)；
低通滤波由所述光电探测器区(9’)探测到的信号(D’)；
利用经低通滤波的信号(DL)来保持光电探测器(10)的输出信号(D)与第一层(11)衰减的低频变化无关。
7.如权利要求6所述的方法，还包括：与所探测到的衰减量成比例地改变主扫描光束(3)的强度或光电探测器输出信号(D、D’、D”)的放大器(17、17’、17”)的增益(G、G’、G”)、或者二者。
8.如权利要求6或7所述的方法，还包括与衰减探测光束(3’)和主扫描光束(3)之间的距离相关地延迟衰减探测信号(D’、DL)的步骤。
9.如权利要求6或7所述的方法，还包括与一指示位置和一衰减位置之间的已知距离相关地延迟强度信号(D’、DL)的步骤。
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