CN1659657A - 用于扫描和清洁信息载体的设备 - Google Patents

Abstract

本发明介绍了一种用于对信息载体进行读取/写入的设备。该设备具有一个辐射源(34)，例如激光器，和用于通过对光束进行聚焦来产生光斑的光学元件(32)。该光斑聚焦在信息载体的表面上，并且以高能脉冲的形式应用所述激光器的功率来清洁信息载体的表面。

Description

用于扫描和清洁信息载体的设备

技术领域

本发明涉及一种用于读取由信息载体上的标记代表的信息的设备，该设备包括：扫描单元，用于由所述标记产生读取信号；辐射源和光学元件，用于产生辐射束；聚焦装置，用于控制光学元件中的至少一个，以通过聚焦所述光束产生光斑；和清洁装置，用于清洁信息载体的表面。

本发明还涉及一种在所述设备中使用的信息载体，该信息载体配备有一个保护盘盒。

背景技术

从WO98/53455中可以获知一种用于扫描信息载体的设备。该信息载体包含由标记(例如，盘形信息载体上的轨道内的可采用光学手段读取的效应)代表的信息。所述设备包括一个驱动单元，用于旋转信息载体。为了对所述轨道进行扫描，通过一个定位单元将一个由光学元件构成的光头定位到了与轨道相对的位置上，与此同时信息载体进行旋转。其中对信息载体表面上的污染物问题进行了讨论。可以通过多种方法清除掉污染物，例如，通过手工清洁的方式或通过在设备中插入专用的清洁盘，可以清除掉设备内部的污染物。还介绍了一种清洁系统，该系统具有一个内置于所述设备中的清洁垫或刷，用于清洁信息载体的表面。此外该清洁系统还包括一个垫清洁组件，用于从所述的垫上清除污染物。这种已知系统的问题是，它在机械结构上比较复杂，并且不太适于清除顽固的污染物。这样的污染物对从高密度信息载体上读取信息造成了相当严重的干扰。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有清洁系统的扫描设备，其中清洁系统对清除顽固的污染物更加有效。

为了这个目的，在本文起始段落中介绍的设备的特征在于，清洁装置包括控制装置，用于通过控制聚焦装置将光斑基本聚焦在信息载体的表面上并控制辐射源的功率以实现所述清洁。本文起始段落中介绍的信息载体的特征在于，该盘盒配备有与信息载体的表面隔开一定的距离的污染物收集装置，用于粘着通过所述清洁而从信息载体的表面上除掉的颗粒，具体讲就是，盘盒的至少部分内壁由高表面能量的材料涂覆。这些手段的效果是，通过局部加热受污染区域和/或污染颗粒本身使信息载体得到了清洁。由于将可用的功率聚集在了构成光斑的小区域上，所述污染物得以有效地从表面上清除掉。通过在盘盒或盘驱动器的内壁上设置对颗粒具有很强粘着作用的材料，能够防止从表面上清除下来的颗粒再次污染该表面。

本发明基于下述认识。首先，本发明人发现，机械清洁方法对清除较小的污染物颗粒和顽固的表面污染物没有什么效果。其次，本发明人发现，工业激光清洁技术，例如用于半导体器件制造等的激光清洁技术(见《聚合物表面的激光清洁(Laser cleaning of polymersurface)》作者T.Fourier等人，应用物理(Applied Physics)A72，1(2001)，材料科学与工艺(Materials Science & Processing))可以构成为像家用盘驱动器这样的扫描设备的一部分。使用半导体辐射源并且将光斑聚焦在信息载体的表面上，并对辐射源的功率加以控制，提供了刚好够用的能量来实现清洁效果。

按照所述设备的一种实施方式，控制装置配置成以脉冲形式控制辐射源的功率。使用短脉冲的效果是，辐射源能够给出基本高于平均功率的峰值功率，因为功耗是基于平均功率的。峰值功率增强了清洁效率。

所述设备的另一种实施方式包括用于检测表面上可能存在的污染物的检测装置，并且所述控制装置配置成用来清洁所述可能检测到污染物的表面部分。这样做的优点在于，仅对表面上受到污染的部分进行清洁，缩短了清洁时间。

附图说明

通过进一步参考下面的说明书中借助实例并参照附图介绍的实施方式，本发明的这些和其它方面将会变得清楚和明确，其中

附图1a表示信息载体(顶视图)，

附图1b表示信息载体(截面图)，

附图2表示位于盘盒中的信息载体，

附图3表示用于读取轨道的辐射束，

附图4表示聚焦在表面上用于清洁的辐射束，

附图5表示带有用于清洁的激光控制的读取设备，和

附图6表示带有用于清洁的激光控制的记录设备。

不同附图中相应的元件具有相同的附图标记。

具体实施方式

附图1a表示带有轨道9和中孔10的盘形信息载体11。轨道9，即所记录的(所要记录的)代表信息的标记串的位置，是按照多圈螺旋图样排布的，在信息层上构成的基本平行的轨道。所述信息载体可以是可采用磁性手段读取的，例如硬盘，或者也可以是可采用光学手段读取的，称为光盘，并且此时具有只读或可记录型的信息层。只读盘的例子是CD或DVD，而可记录型的例子是CD-R和CD-RW，以及DVD的可写入型式，比如DVD+RW和DVD+R，还有使用蓝色激光的高密度可写入光盘，称为蓝光盘(BD)。有关DVD盘的更多详情可以在参考文献《ECMA-267：120mm DVD-Read-Only Disc-(1997)》中找到。通过沿着所述轨道记录可光学检测的标记，如相变材料中的晶态或非晶态标记，信息呈现在信息层上。信息载体的表面比较适于借助激光能量进行清洁，这将在下面介绍。值得注意的是，表面激光清洁既可以用于带有盘盒的盘，也可以用于不带盘盒的盘。读取和写入的可靠性都能够得到提高。

附图1b是沿着可记录型信息载体11的线b-b截取的截面图，其中透明基板15配备有一个记录层16和一个保护层17。按照多层存储介质的一种实施方式，保护层17包括一个或多个基板层和/或记录层，例如DVD中，记录层在一个0.6mm基板上，而另一个0.6mm的基板粘接在其背面一侧。可记录型的信息载体上的轨道9可以由空白信息载体制作期间制成的预制模压轨道结构来实现。该轨道结构是，例如，由预制槽14构成的，这种预制槽使得读取/写入光头能够在扫描期间跟踪该轨道。轨道结构包括位置信息，例如地址，用于指示信息单元的位置，这种信息单元通常称为信息块。这种位置信息包括专用同步标记，用于确定这种信息块的起始位置。预制槽14可以用基板15材料上的凹痕或隆起实现，或者用与周围不同的材料属性实现。

信息载体11可以，例如，用于包含代表按照像MPEG2这样的标准格式数字编码的视频信息。

附图2表示在盘盒中的信息载体。信息载体11置于盘盒21中。该盘盒可由一个滑片22封闭，在该盘盒插入到设备中的时候使信息载体表面可由读取光头访问时，该滑块将会被移开。中孔10是可见的，用于与所述设备中的驱动单元相连接，不过按照另一种方案也可由滑片22遮盖住。在没有插入到设备中时，盘盒和滑片构成了一个围绕着信息载体11的基本封闭的盒体。该盘盒配备有一个污染物收集单元23，用于收集通过激光清洁从信息载体的表面上脱离下来的污染物，将在下面介绍。按照一种实施方式，污染物收集单元23是由涂覆有一层粘着颗粒的材料(例如，高活性的高表面能量材料，例如(经过化学处理的)活性碳)的盘盒内壁构成的。

附图3表示用于读取轨道的辐射束。辐射源34，例如半导体激光器产生辐射，这一辐射经由像物镜32这样的光学元件引导，从而构成了辐射束35。该辐射束进入信息载体的表面36，该表面由预定厚度(如箭头所示，例如，在DVD的情况下为0.6mm或者在BD的情况下为0.1mm)的基板37构成。在基板37后面，设置有一个记录层，该记录层具有由标记38构成的轨道。第二基板支撑着这一结构，以实现机械稳定性，或者用于提供读取和记录信息用的第二表面。聚焦辐射束35，以在标记上形成光斑66。辐射被反射到检测器33，以产生读取信号。信息载体的表面36遭到了灰尘颗粒31的污染。光束35可能会受到该颗粒的干扰。光盘(CD)的良好可靠性在很大程度上要归功于在数据层的顶部上有1.2mm的厚透明基板。在读取和写入期间，激光束穿过厚基板聚焦在数据层上。激光束不聚焦在盘的表面上，使得CD系统对灰尘和指印更加不敏感。通过使用具有较高数值孔径的物镜和较短波长的激光束，已经实现了光学存储系统的数据容量超过CD(即，DVD和BD)。不过，为了限制光学像差并且实现足够的光学容限，对于DVD而言，透明基板的厚度减小到了0.6mm，而对于BD而言，透明基板的厚度减小到了0.1mm。因此DVD和BD，以及将来的光学存储新生代，更易受到灰尘和指印的影响，这种影响将会危及它们的可靠性。按照本发明，下面将要介绍的激光清洁是内建在读取和/或记录设备中的，以增加可靠性。其可以对干扰进行检测，例如检测读取信号强度的变化、跟踪信号或读取误差的变化，来确定颗粒31是否存在及其位于何处。

附图4表示聚焦在表面上用于清洁的辐射束。其中给出了与附图3中相同的光学元件。该光学系统设置为将辐射束35聚焦在表面上或邻近表面的位置上，例如，聚焦在颗粒31附近的表面上方。通过对辐射束35施加充足的能量，灰尘颗粒要么会从表面上松动，要么就被蒸发掉。与读取和写入期间所作的不同，没有将激光束聚焦在数据层上，而是将激光聚焦在盘的顶表面上，用以进行清洁。足够高的能量通量(一般为100mJ/cm²)的短激光脉冲(一般为20ns)能够清除诸如灰尘和指印之类的污染物，这是由于快速热膨胀使得污染物从盘表面上弹落。下面的计算使用了最大激光功率为250mW(脉冲)的实际激光。20ns的脉冲宽度和1×5μm²的光斑尺寸得到了100mJ/cm²的能量通量。假设盘的线速度为10m/s(为正常DVD速度的3倍)并且脉冲频率为10MHz，会得到0.5cm²/s的清洁速度。250mW的激光功率并非严格的要求；唯一的要求是在大约数十纳秒的脉冲期间得到接近100mJ/cm²的能量通量。当前高速CD-R驱动器的最大激光功率为接近200mW(脉冲)。必须要考虑光路的效率(一般为大约40％)。因此，在盘上使用80mW的激光功率、20ns的脉冲宽度和1×1.6μm²的光斑尺寸，可以得到100mJ/cm²的能量通量。再次假设盘的线速度为10m/s并且脉冲频率为10MHz，可到了0.16cm²/s的清洁速度。影响盘的读取或写入的灰尘颗粒一般来说会覆盖远小于一平方厘米的面积，从而能够迅速得以清除。

附图5和6表示按照本发明用于扫描信息载体1的设备，该设备具有用于清洁的激光控制。附图5的设备设置为用于对信息载体1进行读取，该信息载体与附图1或2中所示的信息载体相同。该设备配备有：读取装置，包括一个读取光头，该读取光头用于扫描信息载体上的轨道；驱动单元55，用于转动信息载体1；读取信号处理单元53，例如包括一个通道解码器和一个误差修正器；和系统控制单元56。所述读取光头包括公知的光学系统，用于经由辐射束65产生聚焦在信息载体记录层的轨道上的辐射光斑66。辐射束65是由辐射源产生的，该辐射源例如为激光二极管。读取光头52还包括用于将辐射束65聚焦在记录层上的聚焦致动器59和用于沿径向将光斑66精确定位在轨道的中心上的跟踪致动器(未示出)。由记录层反射回来的辐射由常用类型的检测器(例如，四象限检测器)进行检测，以产生检测信号57，该信号包括读取信号、跟踪误差和聚焦误差信号。在读取期间，读取信号在读取信号处理单元53中转换为输出信息，由箭头64表示。所述设备具有定位装置54，用于沿径向将读取光头52粗略定位在轨道上，精细定位是由跟踪致动器进行的。跟踪致动器可以包括用于沿径向移动光学元件的线圈，或者可以设置为用于改变读取光头的可动部分上的反射元件的角度，或者在部分光学系统安装在固定位置上的情况下改变固定位置上的部分上的反射元件的角度。所述设备配备有一个清洁控制单元51，用于将光束聚焦在信息载体的表面上并且用于控制清洁用激光的功率。为了产生足够的功率以实现有效清洁，激光功率是以脉冲形式实施的。峰值功率是在所述脉冲期间发出的，并且在脉冲之间的时段内将激光的平均功率保持得充分低。所述设备还配备有一个控制单元56，用于接收来自控制计算机系统或用户的命令，并且用于经连接到驱动单元55、定位装置54、清洁控制单元51和读取信号处理单元53的控制线58(例如，系统总线)对所述设备进行控制。为此，该控制单元包括控制电路，例如微处理器、程序存储器和控制门，用于执行下面将要介绍的进程。控制单元56还可以由逻辑电路中的状态机来实现。清洁控制单元51可以设置为用于通过驱动器的固件控制清洁功能，并且可以与控制单元56集成在一起。就硬件而言，有一点要注意，聚焦致动器59要具有垂直于盘表面的充分移动范围，这样才能够在数据层上和盘表面上都实现聚焦。光盘驱动器的光路上的光学元件通常设计为使穿过基板在数据层上聚焦期间的光学像差最小化。如果针对薄基板进行的设计，那么在盘表面上聚焦的时候光学像差将会保持得相对较小。取决于基板的厚度，可采用一些光学元件来进行表面聚焦。

按照设备的实施方式，该设备具有污染物检测单元50。为了借助激光清洁从光盘表面上清除污染物颗粒，需要确定污染物的位置。基本思路是，只有那些影响了光学读取和/或写入处理的污染物才应当清除。而对光学记录过程无影响的污染物可以不加以处理。在遇到很大的污染物的情况下，用户数据传输率在清洁期间可能会暂时受到影响，最好停止清洁，以避免不可恢复的数据缺失或写入失败。

按照污染物检测单元50的第一实施方式，污染物在盘表面上的位置是通过检测(多个)不可恢复的数据错误的出现来确定的。这种方法假设不可恢复的数据错误是由污染物造成的。当检测到不可恢复的数据错误并且跟踪信号仍然存在时，就能够知道(多个)不可恢复的数据错误的精确位置。通过将激光聚焦在表面上对所涉及的轨道的区域进行清洁。按照一种实施方式，通过交替地在盘表面和数据层上进行聚焦，由于交替在数据层上聚焦的缘故，在将激光聚焦在轨道上的同时，通过聚焦在盘表面上的激光脉冲对盘进行了激光清洁。在具有薄基板的高密度盘的实施方式中，污染物是最有害的，而在聚焦在数据层上和聚焦在盘表面上之间进行快速切换是可行的，因为数据层与盘表面之间的距离比较小。

按照污染物检测单元50的第二实施方式，污染物在盘表面上的位置是通过检测跟踪信号出现缺失来确定的。在缺失跟踪信号那一刻的致动器数据能够得到保存。这样，就知道了污染物的径向位置。从这一径向位置开始，借助聚焦在盘表面上的激光脉冲对盘进行激光清洁。

按照一种实施方式，一旦检测到污染物(可以借助对不可恢复的数据错误、跟踪信号缺失进行检测，也可以借助对偏移的反射率进行检测)，激光清洁处理就沿着向外的方向从各个径向位置开始。激光清洁处理将持续固定的时间或固定的面积。如果只有部分污染物得到了清除(当通过不可恢复的数据错误、跟踪信号缺失或偏移的反射率再次进行检测时)，激光清洁处理将再次持续进行固定的时间或固定的面积。

按照污染物检测单元50的一种实施方式，在读取或写入之前对盘表面进行扫描，以寻找污染物。这例如可以通过测量聚焦在盘表面上的激光束的反射来完成。用致动器使激光在整个盘表面上进行扫描。反射系数不同于平均值的区域很可能受到了污染。一旦检测到反射系数值偏移的区域，就借助聚焦在盘表面上的激光脉冲对盘进行激光清洁。这种方法花费的时间要比上面检测误差的实施方式多，因为并不(严重)影响光学读取和/或写入处理的颗粒也将会被清除。不过这种清洁将会很好地防止将来的写入或读取操作中出现的问题。

按照读取设备或写入设备的实施方式，在将盘插入到驱动器中的时候对盘进行扫描，以寻找污染物。任何受到污染的部分都是立即受到清洁的，或者是在没有用户需要读取或写入数据的时候开始用于清洁的后台处理。

按照读取设备或写入设备的实施方式，通过在光路中放置一个柱面透镜获得了清洁用的椭圆形激光光斑。椭圆形的光斑可用于增大清洁速率，即，减小清洁时间。

附图6表示用于在信息载体上写入信息的、带有用于清洁的激光控制的设备。所述信息载体是可(重)写类型的，例如借助磁光或光学方式的电磁辐射束65(经由相变材料或染料)。该设备通常也配置成进行读取，并且该设备包括与上面参照附图5介绍的用于读取的设备相同的元件，只是它还包括写入装置，该写入装置包括写入/读取光头62和写入信号处理单元60，写入信号处理单元60包括例如一个格式化装置、一个误差编码器和一个通道编码器。所述写入/读取光头62具有与读取光头52相同的功能，还具有写入功能，并且与写入信号处理单元60相连接。提供给写入信号处理单元60的输入端的信息(由箭头63表示)按照格式化和编码规则分布在逻辑和物理扇区上，并且被转换成写入/读取光头62的写入信号61。系统控制单元56设置为用于控制清洁功能，正如上面针对读取设备介绍的清洁功能。在写入操作期间，将代表信息的标记形成在信息载体上。用于在光盘上记录信息的写入和读取和可以使用的格式化、误差修正和通道编码规则在本领域中都是公知的，例如，可以从CD系统中获知。所述设备配备有一个清洁控制单元51，用于控制清洁用激光的功率，并且按照一种实施方式，配备有一个污染物检测单元50，该单元具有与上面针对读取设备及其实施方式介绍的功能相同的功能。

按照一种实施方式，读取设备或写入设备配备有一个数据缓冲器(未示出)，该缓冲器与读取信号处理单元53或写入信号处理单元60相连接。数据缓冲器的大小是如此确定的：能够对相当于几秒钟的数据进行存储。使用参照附图4给出的实际激光计算结果，在不影响用户数据速率的情况下，几平方厘米的盘表面可以在读取和/或写入期间得到清洁。

激光清洁处理将会从盘表面上清除掉污染物颗粒。一旦得到了清除，这些颗粒的运动将会受光学驱动器中的气流的影响。按照一种实施方式，光学驱动器的内壁可以(局部地)使用对颗粒具有很强粘着作用的材料涂覆，以防止同一颗粒再次污染盘表面，例如，具有强活性高表面能量的材料，比如(经化学处理的)活性碳。

虽然主要是借助使用光学信息载体的实施方式对本发明加以解释说明，但是也可以使用其它的介质，比如磁盘和磁带。必须对清洁期间光斑的聚焦和激光的功率进行调整，以不致对磁盘表面造成影响，例如，不致从硬盘的表面上除掉润滑剂。此外，在组合驱动器中，即，在具有至少两个用于两种不同类型的光盘(比如CD-R和DVD)的激光源的设备中，用于清洁的激光源可能是与用于读取信息载体的激光不同的激光源。例如内建在用于写入CD-R的设备中的大功率激光器可以很好地用于清洁DVD盘。要注意，在这篇文件中，词“包括”并不排除所列的元件或步骤之外的其它元件或步骤的存在，而置于元件前面的词“一”或“一个”并不排除存在多个这样的元件的情况，任何附图标记对权利要求的范围都不构成限制，本发明既可以借助硬件也可以借助软件实现，并且几个“装置”可由硬件的同一单元代表。此外，本发明的范围并不局限于具体的实施方式，并且本发明在于上面介绍的各个和每个新颖的特征或这些特征的组合。

Claims (10)

1.一种用于读取由信息载体上的标记代表的信息的设备，该设备包括：

扫描单元，用于由所述标记产生读取信号，

辐射源和光学元件，用于产生辐射束，

聚焦装置，用于控制光学元件中的至少一个，以通过聚焦所述光束而产生光斑，和

清洁装置，用于清洁所述信息载体的表面，

其特征在于

所述清洁装置包括控制装置，该控制装置用于通过控制所述聚焦装置将所述光斑基本上聚焦在信息载体的表面上，并控制所述辐射源的功率，从而实现所述清洁。

2.按照权利要求1所述的设备，其中所述控制设备设置为以脉冲形式控制所述辐射源的功率。

3.按照权利要求1所述的设备，其中所述扫描单元包括所述辐射源，还包括至少一个光学元件，用于扫描信息载体上的轨道以便产生读取信号和/或记录所述标记。

4.按照权利要求1所述的设备，其中所述设备包括检测装置，用于检测所述表面上可能存在的污染物，并且其中所述控制装置设置为用于对检测到可能存在的污染物的部分表面进行清洁。

5.按照权利要求4所述的设备，其中所述检测装置设置为用于根据下述至少一个参量来检测污染物：所述表面的反射率；读取信号中出现的错误；由扫描单元产生的跟踪信号中的错误。

6.按照权利要求4所述的设备，其中所述控制装置设置为用于以下述至少一种方式进行清洁：沿径向向外的方向从测得的错误处开始清洁；重复地对检测到可能存在的污染物的表面部分进行清洁；交替地切换所述聚焦装置，以聚焦在所述表面上和聚焦在信息载体的信息层上的轨道上，从而根据包含在轨道中的位置信息对所述部分进行定位。

7.按照权利要求1所述的设备，其中所述控制装置设置为用于在下述至少一个时刻进行清洁：当检测到错误时，中断标记的读取或记录；在不需要读取或记录的时刻的后台处理中；在将信息载体插入到所述设备之后。

8.按照权利要求1所述的设备，其中所述光学元件包括用于产生具有垂直于光斑的运动方向的椭圆形状的光斑的元件，特别地，该元件是柱面透镜。

9.按照权利要求1所述的设备，其中所述设备配备有污染物收集装置，用于粘着通过所述清洁从信息载体的表面上除掉的颗粒，特别地，容纳信息载体的设备的内壁的至少一部分由高表面能量的材料涂覆。

10.在按照权利要求1所述的设备中使用的信息载体，该信息载体配备有保护盘盒，其特征在于，所述盘盒配备有距信息载体的表面一定距离的污染物收集装置，该污染物收集装置用于粘着通过所述清洁处理从信息载体的表面上除掉的颗粒，特别地，盘盒的内壁的至少一部分由高表面能量的材料涂覆。

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