CN1571995A - 光记录载体和光扫描装置 - Google Patents

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Abstract

一种光记录载体，包括一个信息层，该信息层具有基本上平行的轨道(11－16)。信息是以光可检测标记的图案进行记录的。所述轨道以成组的方式布置，每一组包括至少一个具有宽标记(18)的第一轨道(11，13，15)，和至少一个具有第二宽度的窄标记(17)的第二轨道(10，12，14，16)，所述第二宽度小于所述第一宽度。设计用于对所述载体进行扫描的辐射光点(19)具有一大于轨道周期的宽度。

Description

光记录载体和光扫描装置
本发明涉及一种光记录载体，该光记录载体包括一个信息层，该信息层具有基本上平行的轨道，用于以光可检测的标记的图案记录信息。本发明还涉及一种用于扫描这种光记录载体的光学播放机。
在传统的光记录中，根据标量衍射效应，当标记的宽度接近λ/3时，光记录载体的信息密度达到了其上限，其中λ是用于扫描的射线束的波长。不过，当利用所谓的向量衍射效应时，宽度小于λ/3的标记依然可以被读出。
美国专利第5880838号公开了用于确定这种小标记结构参数(诸如长度和深度)的多种方法，这些方法通过测量由标记反射的射线的强度以及该反射束的偏振分量之间的相位差来确定标记的结构参数。这些方法的缺点是，它们无法减小来自相邻轨道的串扰。在无法减小串扰的情况下，相对较大的扫描光点阻碍了轨道间距的减小，从而由向量衍射效应造成的密度增加就只能在轨道方向上实现。
本发明的一个目的是，提供一种光记录载体，其中，在轨道方向和横贯所述轨道方向的方向上都实现了密度的增加，同时实现了扫描时轨道之间串扰的减小。本发明的另一个目的是提供一种用于扫描这种记录载体的扫描装置。
按照本发明，如果记录载体上的轨道以成组的方式布置，每一组包括至少一个具有第一宽度的宽标记的第一轨道，和至少一个具有第二宽度的窄标记的第二轨道，所述第二宽度小于所述第一宽度，则第一个目的将得以实现。本发明是基于这样一种见解做出的，通过利用这样的事实：当射线从标记上反射时，标记的宽度影响射线束的偏振状态，由此区分由窄标记反射的射线和由宽标记反射的射线。因此，当辐射光点同时覆盖了包括宽标记的轨道和包含窄标记的相邻轨道时，可以根据射线的偏振状态来区分该反射射线。在扫描装置中，可以通过对来自记录载体的射线的偏振状态具有不同灵敏度的两个检测系统来实现串扰的降低。最好，所述第一宽度大于λ/(1.5n)并且所述第二宽度小于λ/(1.5n)。在这种情况下，对宽标记的扫描不会给出真正的向量衍射效应，而对窄标记的扫描则会给出真正的向量衍射效应。有助于读取窄标记的向量衍射效应从这样的标记反射的射线束的偏振状态的变化。宽标记可以使用传统的方法读取，例如通过测量从宽标记反射的射线束的强度变化。为了在读取宽标记时减小来自窄标记的串扰，可以使从宽标记反射的射线束的检测对射线束的偏振状态的变化不敏感。为了在读取窄标记时减少来自宽标记的串扰，应当使从窄标记反射的射线的检测对射线束强度的变化不敏感。
在该记录载体的另一可选实施例中，所述第一宽度大于λ/(2n)而所述第二宽度小于λ/(2n)。于是，所述宽标记将会给出较小的向量衍射效应，而所述窄标记将会给出明显的向量衍射效应。这两个效应之间的差别可用于区别来自宽标记的射线和来自窄标记的射线。
如果所述第二宽度小于λ/(3n)，就可以更好地减小串扰。
记录载体的一个特定实施例，适于使用一个辐射光点对第一和第二轨道同时进行扫描，包括由一个第一轨道和一个第二轨道组成的组。于是轨道的排列方式可以是：第一、第二、第一、第二等等。另一个特定实施例包括由一个第二轨道、一个第一轨道和另一个第二轨道组成的组，于是给出了下述的轨道排列方式：第二、第一、第二、第二、第一、第二、第二、第一、第二、等等。这个实施例适于由三个光点进行扫描，每个光点对应一个组中的一个轨道。
如果，一种用于对具有第一轨道和第二轨道的信息层进行扫描的光扫描装置，该装置包括一个辐射源，用于产生具有一种偏振状态的射线束；和一个物镜系统，用于将所述射线束汇聚到所述信息层上，其中，按照本发明，所述装置包括一个第一检测系统，其敏感于入射到其上的射线的第一特征，以便将来自所述信息层的射线转换为代表存储在所述宽标记中的信息的第一电信号；和一个第二检测系统，其敏感于入射到其上的射线的第二特征，以用于将来自所述信息层的射线转换为代表存储在所述窄标记中的信息的第二电信号，该第二特征不同于所述第一特征，由此满足了本发明的第二个目的。所述第一特征的一个例子是射线束的强度，使所述第一检测系统适于按照传统方式检测来自宽标记的射线。所述第二特征的一个例子是所述射线束的偏振状态，使得所述第二检测系统适于检测来自窄标记的射线。所述两个不同的检测系统允许以传统的方式(如用于宽标记的方式)和利用向量衍射效应以一种改进的方式(如用于窄标记的方式)来读取信息。
应当注意的是，在所述的美国专利第5880838号中公开的扫描装置的一个实施例包括两个检测系统。这两个检测系统的输出信号代表由窄凹坑反射的射线的两种特征，这些特征用于导出凹坑的结构参数，例如长度和深度。这两个信号不代表存储在记录载体的两个不同的轨道中的信息，它们包括具有不同宽度的标记；相反，它们代表存储在一个单个轨道之标记中的信息。
在所述扫描装置的一个特定实施例中，所述射线束在所述信息层上形成一个单一的光点，该光点分布于一个所述第一轨道以及一个相邻的第二轨道上。在两个相邻的轨道中的宽和窄标记是同时读取的。来自信息层的射线束被分光成两个束，其中一个被引向所述第一检测系统，而另一个被引向所述第二检测系统。
在这个实施例中，优选地将光点的射线线性偏振在与轨道方向成45度的方向上。在读取窄标记时，45度适于确定偏振状态的变化。相同的偏振状态可用于读取宽标记。为了减小串扰，第一检测系统最好利用光学方法从来自信息层的射线束中滤除掉与轨道方向成零度或90度的线性偏振成分。
在另一个实施例中，所述射线束在所述信息层上形成了一个第一光点和一个第二光点，该第一光点分布在一个第一轨道上，而所述第二光点分布在一个第二轨道上。这使得每个光点内的辐射光线被给予一个适合标记宽度的偏振状态。为了更好地检测，最好将第一光点的射线线性偏振在垂直于轨道方向的方向上，并且最好将第二光点的射线线性偏振在与轨道方向成45度的方向上。
现在将参照附图借助实例对本发明进行更加详细的介绍，其中
附图1表示按照本发明的记录载体；
附图2表示作为凹坑宽度的函数的凹坑相位深度，所述凹坑具有四分之一波长的深度；和
附图3表示按照本发明的扫描装置。
附图1表示按照本发明的光记录载体的信息层的局部。它示出了七个轨道(10-16)，每个轨道用其虚中心线表示。这些轨道包括宽标记(17)和窄标记(18)，这些标记具有凹坑的形式，并且所述宽标记(17)和窄标记(18)分别具有第一宽度和大于该第一宽度的第二宽度。在一个轨道中，标记的宽度是相同的，而相邻的轨道的标记宽度是不同的。标记的变化长度以及标记之间的间隔的变化长度代表所记录的信息，这类似于在传统的CR-ROM盘上记录信息的方式。扫描光点19沿着轨道13运动。其宽度大于轨道间距，从而导致该光点将第一和第二轨道都覆盖了。
将这些轨道分成两个相邻轨道的组，即，第一轨道11，13，15和第二轨道10，12，14，16。轨道间距是370nm。第一轨道上的宽标记的宽度等于250nm，第二轨道上的窄标记的宽度等于120nm。凹坑的深度等于四分之一波长。该记录载体设计为由具有650nm波长和0.60数值孔径的射线束读出。该信息层在其射线入射侧上覆盖有一层聚碳酸酯透明层，该透明层的折射系数为1.58且厚度为0.6mm。
当标记宽度是波长的分数时，标记的相位深度对于垂直于轨道方向的射线的偏振方向(由TE表示)和对于沿着轨道方向的偏振方向(由TM表示)而言是不同的。从所述的美国专利第5880838号中可以获知相位深度的计算结果并在附图2中示出。对相邻轨道的标记宽度之间的差值以及扫描束的偏振状态进行适当的选择，就可以给予反射光线不同的偏振特性，例如，对于一个轨道是旋转线性偏振状态而对于相邻的轨道是圆偏振状态。可以将这两种偏振状态看作不相关的读出信道。
在扫描装置中，射线分离成两个信道便于产生径向跟踪误差信号。由于每个信道只能查看这些轨道的一半，即，它观察具有740nm的表观周期(apparent period)的轨道，所以由信息层反射的第一衍射级的射线束的一次衍射将至少部分地通过物镜系统。该光学系统中零级衍射和一级衍射的反射束之间的相互作用可以用来产生所述径向跟踪误差信号，例如使用公知的推挽方法产生该信号。
附图3表示一种光记录载体30。该记录载体包括一个透明层31，所述扫描射线束穿过该透明层到达一个信息层32。借助一个层33来保护该信息层免受外界的影响。该记录载体由一个光学扫描装置34进行扫描。该装置包括一个辐射源35，例如半导体激光器，用于形成发散的射线束36。一个准直透镜37将所述射线束36变换为平行束39。在通过了一个分束器40之后，平行束入射到一个光学转换器41上。该转换器将射线束39改变为适于对所述信息层32进行扫描的射线42。该转换器可以借助一个衍射光栅将单一束39变成一个主束和两个子束。它还可以改变射线束39的偏振状态，例如，借助一个四分之一波长波片。可以将该转换器安装在辐射源35和分束器40之间。一个物镜系统43将所述平行束42聚焦成一个会聚束44，该会聚束44在所述信息层32上形成一个光点45。虽然此处显示的物镜系统是一个单透镜，但是该物镜系统也可以包含两个或多个透镜和/或衍射元件。
从信息层32反射的射线沿着正向束的部分路径返回。在经过了物镜系统43之后，其形成了一个平行束46，并且，在经过了所述转换器41并经分束器40反射之后，形成了一个平行束47。分束器48将射线束47的一部分引向第一检测系统49，该分束器48可以对偏振状态敏感。该检测系统对入射在其上的射线的第一特征很敏感，并且该检测系统包括第一滤光片50，以使该检测系统敏感于来自记录载体上的宽标记的射线。所述滤光片可以包括一个偏振镜、一个四分之一波长波片或一个对偏振敏感分束器。来自滤光片的束可以包括两个或多个子束，并且入射到检测器52上。该检测器可以包括若干个检测器元件，可以安排这些元件以便在适当的地方截取射线束51的子束。所述第一检测系统49的电输出信号S1代表从第一轨道中的宽标记读取到的信息，并且还可以代表来自第一轨道的聚焦和径向跟踪误差信号。
所述平行射线束47的一部分由所述分束器48继续传送并入射到一个第二检测系统53上。该检测系统对入射到其上的射线的第二特征敏感，并且包括一个第二滤光片54，以使该检测系统对来自记录载体上窄标记的射线敏感。该第二滤光片54形成一个射线束55入射到检测器56上。该第二检测系统53的电输出信号S2代表从第二轨道中的窄标记读出的信息，并且还可以代表来自所述第二轨道的聚焦和径向跟踪误差信号。
在扫描装置的一个实施例中，从宽标记反射的射线是与图面成45度的线性偏振射线，而从窄标记反射的射线是圆偏振射线，分束器40和48是非偏振型的。在读取期间，TE和TM偏振辐射场都应当存在，例如通过将入射射线束的线性偏振方向选定在相对于轨道方向的45度角上。在这种情况下，TE和TM场具有相等的幅度和相位。
第一滤光片50包括一个偏振分束器，在其分束面上的法线与图面之间形成了45度角。由该偏振分束器形成的两个子束入射到两个检测器元件上，并且这两个检测器元件的电输出信号进行相减。输出信号S1与线性偏振射线束的强度相关。入射到第一检测系统49上的圆偏振光会在两个检测器元件上产生相等的信号，因此不会对输出信号S1产生影响。
在所述实施例中，所述第二滤光片54包括一个四分之一波长波片和其后的一个偏振分束器，其分束面上的法线与图面之间形成45度角。由该偏振分束器形成的两个子束入射到两个检测器元件上，并且这两个检测器元件的电输出信号进行相减。输出信号S2与圆偏振射线束的强度有关。入射到第二检测系统53上的线性偏振射线会在两个检测器元件产生相等的信号，因此不会对输出信号S2产生影响。
如附图2所示，标记的相位深度差(例如0.4μm和0.15μm)已经相当接近于上面给出的要求了。宽度的最佳选择取决于凹坑的深度和覆盖凹坑的反射层，例如薄的金属层。TE和TM模式的相位和幅度可以通过在所述反射层的射线入射侧上设置介电层来进行优化。对入射射线的偏振状态和在两个检测系统中所检测的特定的偏振状态还可以做出其它选择。
在传统的ROM盘中，轨道宽度通常是与光点大小可比拟的。对于这样的盘，将轨道宽度减小到光点大小的一半是不可能的，这是因为第一衍射级的反射束落到了检测孔径之外。按照本发明，根据从相邻轨道上反射的射线的偏振状态的现有知识，理论上可以将轨道密度增加为原来的两倍。
通过使用分光检测器并检测一级衍射射线的对称性，可以以近乎传统的方式产生径向跟踪误差。主要的差别是，在第一检测系统中针对一种标记宽度检测这些图案，并且在第二检测系统中是针对另一种标记宽度进行检测的。所述扫描装置不需要包含四个(分光)检测器。可以使用具有两个(分光)检测器的传统的MO检测器结构，此时可以结合一个机械装置，以机械地引入或移除所述扫描装置的四分之一波长波片。
由于采用了差值检测方法来取代如传统的ROM系统中所使用的那种直接强度管理，所以来自具有远小于所述光点大小的窄宽度的标记的信号将具有足够的SNR。例如，激光强度噪声将不会再对SNR造成限制，因为在所述差值检测器中消除了该噪声。此外，在所提出的ROM记录载体中对偏振的效应要大于MO介质的小克尔旋转。

Claims (9)

1.一种光记录载体，包括一个信息层，该信息层具有基本上平行的轨道，用于以光可检测标记的图案记录信息，其特征在于：所述轨道以成组的方式布置，每一组包括至少一个具有第一宽度的宽标记的第一轨道，和至少一个具有小于所述第一宽度的第二宽度的窄标记的第二轨道。
2.按照权利要求1所述的光记录载体，适于由波长为λ的射线束进行扫描，其中所述第一宽度大于λ/(1.5n)并且所述第二宽度小于λ/(1.5n)，其中n是在所述信息层的射线入射侧上与其邻接的材料的折射系数。
3.按照权利要求2所述的光记录载体，其中所述第二宽度小于λ/(3n)。
4.按照权利要求1所述的光记录载体，其中每一组包括一个第一轨道，并且在其每一侧都有一个第二轨道。
5.一种光扫描装置，用于对按照权利要求1的具有第一轨道和第二轨道的信息层进行扫描，该装置包括一个辐射源，用于产生具有偏振状态的射线束；和一个物镜系统，用于将所述射线束汇聚到所述信息层上，其特征在于：所述装置包括一个第一检测系统，其敏感于入射到其上的射线的第一特征，将来自所述信息层的射线转换为代表存储在所述宽标记中的信息的第一电信号；和一个第二检测系统，其敏感于入射到其上的射线的第二特征，将来自所述信息层的射线转换为代表存储在所述窄标记中的信息的第二电信号，该第二特征不同于所述第一特征。
6.按照权利要求5所述的光扫描装置，其中所述射线束在所述信息层上形成一个单个光点，该光点分布于一个所述第一轨道以及一个相邻的第二轨道上。
7.按照权利要求6所述的光扫描装置，其中将所述光点的射线线性偏振在与所述轨道方向成45度的方向上。
8.按照权利要求5所述的光扫描装置，其中所述射线束在所述信息层上形成了一个第一光点和一个第二光点，该第一光点分布在一个第一轨道上，而所述第二光点分布在一个第二轨道上。
9.按照权利要求8所述的光扫描装置，其中将所述第一光点的射线线性偏振为垂直于轨道方向，而将所述第二光点的射线线性偏振在与所述轨道方向成45度的方向上。
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