CN1950898A - 具有专用聚焦跟踪光束的光学读出器/写入器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于二维存储盘的光学读出器/写入器，包括用于产生多个激光束并将所述光束投射到一个旋转盘上的装置(21、22、23、14、16、15)、用于检测由所述盘衍射后的光束的装置(24、25、26)、以及用于根据所述多条光束之一确定一个聚焦误差信号(29)的装置(24、27、28)。多条光束包括具有一个第一波长的一个光束阵列和具有一个第二波长的一个专用聚焦跟踪光束，并且聚焦误差信号(29)是基于所述聚焦跟踪光束的。根据本发明，具有第一波长的多个光束用于盘上数据的实际访问，而具有一个第二波长的一条光束用于聚焦跟踪。这样聚焦跟踪能够基于一条单独的光束，而不受相邻光束的影响。

Description

具有专用聚焦跟踪光束的光学读出器/写入器
发明领域
本发明涉及一种用于二维存储盘的光光学读出器，包括用于产生多条激光束并将所述光束投射到一个旋转盘的装置，用于检测由所述盘衍射后的光束的装置，以及用于根据多条光束之一确定一个聚焦误差信号的装置。
背景技术
通常，以一维形式执行光学存储，即，将连续位的轨道写入到盘(例如，CD、DVD)上。最近，提出了二维光学存储的概念。2D盘格式基于一种包括多个并行位行的宽螺旋线。使用一条单独的激光束实现并行读取，所述激光束透过一个衍射光栅，产生扫描宽螺旋线的整个宽度的光点阵列。在关于光学数据存储的OSA专题会议(2003年5月11～14日)技术文摘第90～92页、Wim M.J.Coene撰写的《二维光学存储》中描述了这种系统。
对于激光的聚焦跟踪，使用常规的基于该阵列的中央光点的方法(例如Foucault，象散，光点尺寸)，产生一个聚焦误差信号。然而，当没对准焦点时，光点间小的分离(在微米的数量级内)导致所述光点非常迅速的重叠。由于影响聚焦信号的、来自相邻光点的干扰，所以在重叠区域中亮度分布受到严重破坏。因此，显著减小了捕获范围或聚焦S曲线长度。虽然常规一维光光学读出器(例如CD ROM驱动器)具有大约2～5mm的捕获范围，但是二维光学读出器可能具有小于1mm的捕获范围。这个问题在写入盘期间也会发生。
对于一维光学存储，一般使用不同类型的跟踪方法，即单光点、多光点，操作CD和DVD系统。为了在同一个光光学读出器中提供两种类型的读取，有时给这样的光学读出器提供具有不同波长的两个不同的激光器和在激光器光路上的一个波长相关(wavelength dependent)的光学元件。在EP1069555中公开了这样一种光学读出器。所述光学元件是由双折射材料制造的光栅，所述双折射材料适于用作光栅并因而衍射来自激光器之一(具有波长之一)的光，同时使来自第二激光器(具有另一波长)的光不受影响。
发明内容
本发明的一个目的是克服这个问题，并提供一种具有改进的聚焦跟踪的二维光学读出器/写入器。
本发明的另一个目的是提供一种具有改进的捕获范围的二维光学读出器/写入器。
在开头段中所提到的这种类型的光学读出器/写入器达到了这些和其他的目的，其中所述多条光束包括具有一个第一波长的光束阵列和具有一个第二波长的专用聚焦跟踪光束，并且其中所述聚焦误差信号是基于所述聚焦跟踪光束的。
根据本发明，具有一个波长的多条光束用于盘上数据的实际访问，而具有一个第二波长的一条光束用于聚焦跟踪。这样聚焦跟踪能够基于一条单独的光束，而不受相邻多条光束的干扰。
聚焦跟踪光束可以与所述光束阵列的多条光束之一重合，优选的是与中央光束重合。这保证了用于聚焦跟踪的反射光束在读/写期间实际使用的一个点处发生反射。通过使用中央光束，增加了在大部分阵列光束(即，即使它们不是相互对准的)中获得可接收的聚焦的可能性。
用于检测所述多条光束的装置优选的包括光束分离器，用于将专用聚焦跟踪光束与光束阵列分离。这样提供了读/写光束与专用聚焦跟踪光束的分离，并且因此容易使用跟踪方法，例如Foucault方法。在读取情况下，也必须分离多条读取光束，从而能够处理高频数据，而在写入情况下，区分出聚焦光束可能就足够了。光束分离器能够包括一个二向色镜，将所述二向色镜设置为在一个方向上反射读取光束阵列，并且在一个不同的方向上反射专用聚焦跟踪光束。这种波长相关的光束分裂器在本领域是已知的。
可选择的，所述光束分离器能够包括一个衍射元件，该衍射元件适于透射具有所述第一波长的光，而阻挡具有所述第二波长的光。通过一种二元光栅(binary grating)，能够实现这样一种波长相关的衍射元件。
根据本发明的一个实施例，激光产生装置能够包括用于分别产生具有所述第一和第二波长的两个激光束的两个激光器和设置在两个光束的光路中的一个衍射元件，所述衍射元件适于衍射具有所述第一波长的光，而透射具有所述第二波长的光。
这样一种波长相关的衍射元件本身是已知的，并且例如在上面提到的EP1069555中进行了描述。然而，在根据EP1069555的读出器中，在一个时刻仅选择使用一种波长的光来读取不同类型的光盘(分别是CD和DVD)，并且该衍射元件的目的是根据当前所选择的波长来提供不同的衍射。而如上所述，本发明的目的是通过同时使用两种不同波长的激光来提供一条专用聚焦跟踪光束。让两条激光束穿过如EP1069555中所述的一个衍射元件仅是本发明的一个可能的实施例。
所述衍射元件能够是一个二元光栅(binary grating)，光栅深度必须满足：
h(n-l)＝lλ1+step/2π和h(n-l)＝mλ2，
其中h是光栅深度，n是光栅的折射系数，λ1和λ2是两个波长，step是期望的相位步长(phase step)，l和m是整数。这样一种光栅是比较容易实现的。
根据不同的实施例，激光产生装置包括用于产生具有所述第一波长的第一激光束的一个第一激光器、用于将所述第一激光束衍射为激光束阵列的一个衍射元件、用于产生具有所述第二波长的第二激光束的一个第二激光器、以及用于将所述第二光束与所述光束阵列合并的装置。
如上所述，这个实施例不要求一个波长相关的光栅，但是代替的，在将激光束的一个激光束衍射为一个光束阵列后，将具有不同波长的激光束合并在一起。
下面将参照描述的实施例，对本发明的这些和其他的方面进行详细说明，并且本发明的这些和其他的方面将变得显而易见。
附图说明
现在将参照附图、通过实施例更详细描述本发明，其中：
图1示出了在光盘上的二维存储布局，
图2示出了根据现有技术并行读出图1中的盘，
图3示意地示出了关于根据本发明的第一实施例的光学读出器的装配，
图4示意地示出了关于根据本发明的第二实施例的光学读出器的装配。
具体实施方式
图1中示出了光盘1上的二维存储的原理。在宽螺旋线2中存储信息，宽螺旋线2包括保护带4和多个并行位行3，这里是5行。在图1的实施例中，位行3在径向上相互对准，形成多个位的六边形点阵。这表示每个位5、6与物理六边形的位单元7、8相关。一般的，具有值0的位的位单元7具有均匀的平的区域，而具有值1的位的位单元8在六边形区域中央具有一个孔9。这样一个孔9的尺寸优选的对应于或小于位单元区域的一半，以消除信号叠合，即一组0和一组1都将产生理想的镜像。
图2示出了如何使用激光束11以常规方式实现从图1中盘上并行读取，激光束11透过衍射光栅12，衍射光栅12产生一个光束阵列13，所述光束阵列13由准直透镜14和物镜15聚焦在盘1上，从而穿过螺旋线2的整个宽度形成光点阵列。每条光束13由盘1反射和衍射，并随后由光束分裂器16反射，进而由多分区(multi-partitioned)光检测器17进行检测，多分区光检测器17产生多个高频波形，用作在处理器18中执行的2D信号处理的输入。处理器18通过根据中央光点计算误差信号，还给物镜15提供聚焦跟踪信号19。在关于光学数据存储的OSA专题会议(2003年5月11～14日)技术文摘第90～92页的、Wim M.J.Coene撰写的《二维光学存储》中描述了这种系统，其内容在此引入作为参考。
图3中示出了本发明的第一实施例，其中与图2中部件对应的部件以相同的附图标记表示。根据本发明，光学读出器包括两个激光器21、22，两个激光器21、22产生不同波长的激光束，例如一个红色和一个蓝色。这些激光束中的一束随后衍射为一个光束阵列，而第二束用作专用聚焦跟踪光束。在图3的实施例中，波长相关的衍射元件23在这里是二元光栅，设置在两个激光器的光路内。所述光栅对于光束之一(例如，蓝色光束)适应用作为衍射元件，而对于另一束光束(例如，红色光束)是透明的。
这可以利用二元光栅来实现，在这里所述光栅的光栅深度(phasedepth)是这样的：对于一种波长达到期望的相位深度，而对于另一种波长相位深度是2π的倍数。采用方程式的形式，这对应于：
h(n-l)＝lλ1+step/2π和h(n-l)＝mλ2，
其中h是光栅深度，n是光栅的折射系数，λ1和λ2是两个波长，step是期望的相位步长，l和m是整数。
所述两束初始激光束可以设置为重合，这样，在衍射之后，没有衍射的聚焦光束将与所述光束阵列的中央光束重合。
光束阵列和专用聚焦跟踪光束随后聚焦在盘上，并且与上面参照图2所述的类似方式反射。随后将反射光束导引到光束分离器24，光束分离器24适于将包括高频读出数据的反射光束阵列与反射聚焦光束分离。在图3的实施例中，通过波长相关的光束分裂器完成这种分离，所述光束分裂器在这里包括一个二向色镜。
基本以上面参照图2所述相同的方式，将高频读出数据导引到光学多分区光检测器25，多分区光检测器25产生多个高频波形，用作在处理器26中的2D信号处理的输入。而将聚焦光束导引到另一个光检测器27和另一处理器28，处理器28产生一个聚焦跟踪信号29。如上所述，该信号用于追踪光学系统15。
在图4所示的本发明的第二实施例中，其中仅是两个激光器21、22中的一个21对准衍射元件12，从而产生光束阵列。该衍射元件不必是波长敏感的，而可以是如图1中的常规类型。随后使用一个透射镜(transmissive mirror)30(即，反向的光束分裂器)将第二激光束并入到光束阵列中。
此外，在图4中的实施例中，使用光束分裂器31和两个波长相关衍射元件32、33分离反射光束。每个元件32、33对于波长之一是适于透射的，而对于另一种波长进行阻挡。这能够在所谓LDGU结构中实现。因此，高频数据将通过元件32并且达到光检测器25，而聚焦光束将通过元件33并且达到光检测器27。进一步的处理对应于图3中的
实施例。
本领域技术人员知道，本发明决不限制为上述优选实施例。相反，能够在所附权利要求的范围内进行多种修改和变化。例如，虽然本发明是参照光学读出器进行描述的，但是本发明同样应用到要求相同聚焦跟踪的光学写入器中。
权利要求中的任一附图标记不构成对权利要求的限制。使用动词“包括”及其动词变化并不排除存在权利要求所述元件或步骤之外的元件或步骤。在一个元件或步骤前使用冠词“一”并不排除存在多个这样的元件或步骤。

Claims (8)

1、一种用于二维存储盘的光学读出器/写入器，包括：
用于产生多条激光束并将所述光束投射到一个旋转盘上的装置(21、22、23、14、16、15；21、22、12、30)，
用于检测由所述盘衍射后的光束的装置(24、25、26；31、32、25、26)，
以及用于根据所述多条光束之一确定一个聚焦误差信号(29)的装置(24、27、28；31、33、27、28)，特征在于：
所述多条光束包括具有一个第一波长的一个光束阵列和具有一个第二波长的一个专用聚焦跟踪光束，并且
其中所述聚焦误差信号(29)是基于所述聚焦跟踪光束的。
2、如权利要求1所述的一种光学读出器/写入器，其中所述聚焦跟踪光束与光束阵列的多条光束之一重合，优选的是与光束阵列的中央光束重合。
3、如权利要求1所述的一种光学读出器/写入器，其中所述用于检测光束的装置包括一个光束分离器(24、31、32、33)，用于将专用聚焦跟踪光束与光束阵列分离。
4、如权利要求3所述的一种光学读出器/写入器，其中光束分离器(24)包括一个二向色镜，将所述二向色镜设置为在一个方向上反射读取光束阵列，并且在一个不同的方向上反射专用聚焦跟踪光束。
5、如权利要求3所述的一种光学读出器/写入器，其中所述光束分离器包括一个衍射元件(32)，该衍射元件(32)适于透射具有所述第一波长的光，而阻挡具有所述第二波长的光。
6、如权利要求1所述的一种光学读出器/写入器，其中所述激光产生装置能够包括两个激光器(21、22)和一个衍射元件(23)，两个激光器(21、22)用于产生分别具有所述第一和第二波长的两束激光，衍射元件(23)设置在两束光束的光路内，所述衍射元件适于衍射具有所述第一波长的光，而透射具有所述第二波长的光。
7、如权利要求6所述的一种光学读出器/写入器，其中所述衍射元件(23)是一个二元光栅，具有的光栅深度实质上满足：
h(n-l)＝lλ1+step/2π和h(n-l)＝mλ2，
其中h是光栅深度，n是光栅的折射系数，λ1和λ2是两个波长，step是期望的相位步长，l和m是整数。
8、如权利要求1所述的一种光学读出器/写入器，其中所述激光产生装置包括用于产生具有所述第一波长的第一激光束的一个第一激光器(21)、用于将所述第一激光束衍射为一个激光束阵列的一个衍射元件(12)、用于产生具有所述第二波长的第二激光束的一个第二激光器(22)、以及用于将所述第二光束与所述光束阵列合并的装置(30)。
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