CN1985313A - 扫描存储在光存储介质上的数据的方法和装置 - Google Patents

Abstract

提供一种扫描在光存储介质(10)上沿轨道(16)存储的数据的方法和装置。将一光束(12)投射到光存储介质上，由此产生一扫描光斑(14)，该扫描光斑基本上跟随轨道(10)。扫描光斑(14)和轨道(16)的相对位置在径向上变化。该位置的变化以一频率ν进行，ν＝β·S·4·NA/λ，其中NA是光束(12)的数值孔径，λ是光的波长，S是扫描速度，并且β≥0.01。通过一对光栅将波长的变化转换成光束的位移来产生所述扫描光斑。

Description

扫描存储在光存储介质上的数据的方法和装置

技术领域

本发明涉及一种用于扫描在光存储介质上沿轨道存储的数据的方法和装置。本发明尤其涉及光盘的改进的跟踪。

背景技术

通过一物镜使用聚焦成一小光斑的光束对光盘进行读出操作。沿一螺旋形轨道扫描该光斑，并且从一光检测器信号中取得信息。该信息包括数据信号和误差信号以保持扫描光斑在聚焦和跟踪方向。多个扫描光斑的使用，例如两个或更多扫描光斑的使用能够改进对于每个扫描光斑从光检测器信号中信息的取得。

作为使用多个扫描光斑的例子，图9中展示了一个用于串扰消除(XTC)的机构。从激光器发出的光被分光器112反射。该反射光经过一物镜114，并且该光聚焦到一光盘116的表面。在分光器112之前，一光栅118放置在入射到物镜的平行光束中。由此，该光束被分成一中央光束120和两个伴随光束122、124。三个光束120、122、124在光盘116上组成三个扫描光斑。

图10展示了一光盘上的三个相邻轨道126、128、130和三个投射到光盘上的扫描光斑120、122、124。两个伴随光斑122、124的径向位置，即垂直于轨道的方向上的位置，一般是距离中央轨道126有半个(p/2)到一个(p)轨道间距。

图11展示了一光检测器的三个区段132、134、136。这三个区段从形成在光盘上的三个光斑获取三个信号。在本例中，区段132、134、136被分成子区段，然而，这并不是XTC技术所必需的。为了抑制由于相邻轨道的串扰引起的主信号的噪声，需要对区段132、134、136检测到的信号作进一步处理。

另一个例子是所谓的径向跟踪的三光斑推挽(3SPP)方法，在该例子中使用多个光斑。此时两个伴随光束距离中央轨道有半个轨道，并且该光检测器的三个区段被分成(至少)两半，以产生三推挽信号(即在两个子区段间的差信号)。三个信号的合适的加权和对于光束着陆将变得非常鲁棒性，光束着陆即在光检测器和光检测器上的光斑之间的相对位移。使用多个光束光斑的其它例子是多轨读出和基于2D编码的架构。

所有这些技术的缺点是：(i)必须形成多个扫描光斑，(ii)在光检测器上必须存在多个区段。第一点导致主光斑的功率量的减少，进而导致可记录(R)或可写(W)驱动器的写入速度降低。第二点使得必须有更复杂的光检测器的设计，并且必须在柔性电缆上向光盘驱动器的处理集成电路传输附加的高频信号。

本发明的目的是提供一种扫描存储在光存储介质上的数据的方法和装置，其中只需要单个扫描光斑。

发明内容

上述问题可以通过独立权利要求的特征得到解决。本发明进一步的发展和优选的实施例在从属权利要求中得到展示。

依照本发明，提供一种扫描在光存储介质上沿一轨道存储的数据的方法，包括步骤：

在光存储介质上投射至少一个光束，由此产生一个扫描光斑，该扫描光斑基本上跟随一个轨道；

检测由光存储介质反射的光；

从该检测到的光中取得存储在光存储介质上的信息；

以及改变扫描光斑和轨道的相对位置，以使扫描光斑暂时离开轨道；

其中扫描光斑和轨道之间的相对位置以一频率ν进行至少暂时的变化：

ν＝β·S·4·NA/λ

其中NA是光束的数值孔径，λ是光的波长，S是扫描速度，并且β≥0.01。

因此，本发明基于单个扫描光斑跟随的路径的改变。传统上沿单个轨道扫描光斑。本发明提出在扫描光斑的径向位置上增加一个周期性的变化。光盘的数据表面的反射/衍射的光束可以由光检测器的单个区段捕获。通过对信号足够快地采样，信号被作为切向和径向扫描坐标的函数进行测量。如果摆动的幅度为大约半个轨道，就足够用单个扫描光斑和单个(可以分成子区段)光检测器进行XTC和3SPP操作了。为了获得在极限径向位置的全部信息，需要以至少奈奎斯特率进行采样。因而，必须每λ/4NA执行一次采样。例如在Blu-ray光盘的情况下，波长λ＝405nm，数值孔径NA＝0.85，则必须每0.12μm执行一次扫描。扫描速度为5m/s则需要摆动频率为42MHz。上面公式中的因子β考虑了光扫描系统使用一纠错码(ECC)。因而，可以允许使用一低于S·4NA/λ的频率。因此，可以将摆动频率降低到奈奎斯特率的百分之一，或更优的是奈奎斯特率的约百分之五，从而即使在使用ECC时仍能提供满意的扫描结果。在任何情况下，摆动频率必须高于光盘驱动器的伺服机构的带宽，该伺服机构通常用来保持扫描光斑在轨道上。上述的频率对于普通的伺服机构是自动给定的。

优选地，通过一波长可调谐半导体激光器产生光束，并且波长的变化被转换成光束的局部位移。由此，获得上述的摆动频率是可能的。

依照本发明的另一个优选的实施例，通过一半导体激光器产生光束，并且通过改变电磁场的性质来产生光束的位移，该电磁场的性质影响由半导体激光器发出的光束的方向。例如，激光二极管可以具有两个触点。在这些触点上可以通过施加一电压改变电场分布。由于不对称的电场分布，激光二极管发射的激光光束被位移。

依照本发明的又一个实施例，有选择性地发射多个光束，每个光束被发射到一个相关的方向。例如，使用一紧密排列、独立寻址的激光二极管阵列。每个激光二极管由一连续指令的脉冲驱动，从而在光盘上有效地产生具有摆动的径向位置的单个光斑。

优选地，在数据读出期间执行改变相对位置的步骤，而在数据写入期间不改变相对位置。这样保证了在数据读出期间进行正确的跟踪，并且数据只被写入中央轨道。

依照一个优选的实施例，在写操作期间，在写模式下数据按批写入，并且在各批之间，写入模式变换到读模式，在该读模式中相对位置变化。特别地，当使用3SPP跟踪时，写入光盘的信道比特流可以被分成多批。在各批之间，驱动器切换到包括摆动的读模式。这样当摆动不影响写操作时，允许提取相关的径向跟踪信息。各批之间的暂停与批的长度相比可以非常短。通常，对于3SPP应用，径向位置的变化不需要非常频繁。例如，10到100kHZ的频率就足够了。然而，当实施所述变化时，需要在小的时间间隔内完成，与依照本发明的频率范围内的摆动移动的带宽相适应。

优选地，β在0.05的范围内。如上所述，当使用纠错码时，这样是足够的。

更优选地，β在1的范围内。由此，扫描可以以奈奎斯特率进行。

根据本发明，还提供一种扫描在光存储介质上沿轨道存储的数据的装置，包括：

在光存储介质上投射至少一条光束的装置，由此产生一个扫描光斑，该扫描光斑基本上跟随一条轨道；

检测由光存储介质反射的光的装置；

从该检测到的光中取得存储在光存储介质上的信息的装置；

改变扫描光斑和轨道的相对位置以使扫描光斑暂时离开轨道的装置；

其中扫描光斑和轨道之间的相对位置以一频率ν进行至少暂时的变化：

ν＝β·S·4·NA/λ

其中NA是光束的数值孔径，λ是光的波长，S是扫描速度，并且β≥0.01。

本发明还涉及一种包括依照本发明的装置的光盘设备。

本发明的这些及其他方面通过参照下面描述的实施例将更加清楚并得到阐明。

附图说明

本发明将通过参照下述附图的示例的方式进行更详细的描述，其中

图1显示了依照本发明的光盘上的轨道和扫描光斑的路径；

图2a和2b分别显示了一个半导体激光器的前视图和顶视图；

图3a和3b分别显示了一个波长可调谐半导体激光器的侧视图和顶视图；

图4显示了与图3所示的波长可调谐激光器一起使用的一对光栅；

图5显示了一波长可调谐半导体激光器的顶视图；

图6显示了一带有附加的触点的半导体激光器，该附加的触点用来施加一电压；

图7显示了在光盘上光斑的路径的另一个例子；

图8显示了依照本发明的方法的流程图；

图9显示了依照现有技术的产生数个投射在光盘上的光束的设置；

图10显示了依照现有技术的光盘上的轨道和投射在光盘上的多个光斑；

图11显示了依照现有技术的光检测器的区段。

具体实施方式

图1显示了依照本发明的光盘上的轨道和一扫描光斑的路径。显示了在光盘10上提供的中央轨道16和两个相邻轨道24、26。在传统的光盘驱动器中的扫描光斑14的路径如虚线28所示。依照本发明的扫描光斑的路径如实线30所示。在实线30上的周期性的圆点代表采样点。摆动的幅度为A，周期为T。在这个特定情况下，摆动幅度A确切为一个轨道，然而，这对于本发明不是必需的。在这个例子中，每T/2采样主轨道16，而每T采样两个相邻轨道24、26。在T小于λ/4NA的情况下，在相邻轨道的全部信号可以被恢复。如讨论过的，对于本发明如此高的速率采样不是必需的。

图2a和2b分别显示了一个半导体激光器的前视图和顶视图。通过一种分层的结构提供一半导体激光器32。该半导体激光器32包括一薄的有源层34，具有典型厚度为150nm。有源层34的一个条带36是导电的。因而，当电流通过触点38注入时，该电流仅通过典型值为5mm宽的窄条带36。该结构的前表面40和后表面42是反射的，以限定激光器的腔室。激光的光束12由半导体激光器32发射。

图3a和3b分别显示了一波长可调半导体激光器的侧视图和顶视图。电流注入到该波长可调激光二极管18的触点38。电流通过条带36注入到有源层34。腔室内产生的光经过一间隙44进入一个具有布拉格反射器/光栅46的附加结构。轨道间距和这种结构的有效折射系数控制了由激光器18的相反一侧发射出的光12的波长。有效折射系数可以由在另一个触点48上施加的二次电流控制。通过施加在触点48上的这种信号，激光器18的波长可以被调谐。在这种调谐的波长的基础上，可以获得下面将要描述的局部位移。

图4显示了与图3所示的波长可调谐激光器一起使用的一对光栅。如图3所示的例子，来自波长可调谐激光器的光束12投射到第一光栅50，并从那里投射到第二光栅52。光栅50、52具有栅距p。当波长从λ变成λ+Δλ，衍射角的变化为Δφ＝Δλ/p。这导致横向偏移Δx＝χΔφ＝(χ/p)Δλ。当Δx＝2um并且Δλ＝5nm时，必须使x/p＝400。因而，例如x＝500μm并且p＝1.25μm，就是合理的数字。还可以在一棱镜的表面上蚀刻所述光栅对。

图5显示了一波长可调半导体激光器的顶视图。在这个实施例中，使用一具有可变间距的布拉格反射器54。该布拉格反射器54的间距从一侧的s变成另一侧的s+Δs。间距的变化Δs在附图中被大大地夸大了。当一调谐信号变化时，光离开腔室的横向位置也同样变化。

图6显示了一带有用来施加电压的附加触点的半导体激光器。用于电流注入的触点38通过两个绝缘层60、62与另外两个触点56、58隔开。施加到触点56、58上的电压V₅₆和V₅₈上使得设备中的电场分布左右不对称(假设这两个电压不相等)。这将导致有源层的折射系数不对称，而折射系数的不对称又导致激光器的腔室的横向模式不对称。在设备的出口表面的光分布也将同样不对称，以使源点被有效地从左到右移位(或者反之亦然)。

涉及图6描述的实施例还可以变化为电流在两个附加触点56、58上被注入。如果注入的这些电流具有不同的数量，可以获得所需要的不对称。

图7显示了光盘上光斑的路径的另一个例子。显示了具有间歇摆动的扫描光斑的轨道64。这样一种间歇摆动对于3SPP是足够的。对于XTC，需要对相邻轨道的更连续的采样。

值得注意的是本发明的实施例可以与附图所示和上面描述的例子不同。例如，不需要只使用一个相对于轨道摆动的扫描光斑。或者，现有技术的使用多个扫描光斑可以和依照本发明的扫描光斑的摆动结合起来。

在不脱离由所附的权利要求限定的本发明的范围内，还可以应用上面没有描述的等同物和变形。

权利要求中的附图标记不应被视为对权利要求的限制。显然，使用“包含”或其变化的形式并不排除在这些权利要求限定之外的其它元件的存在。在元件前面的“一”或“一个”并不排除多个这样的元件的存在。

Claims (10)

1.一种扫描在光存储介质(10)上沿轨道存储的数据的方法，包括步骤：

在光存储介质上投射至少一条光束(12)，由此产生一个扫描光斑(14)，该扫描光斑基本上跟随一条轨道(16)；

检测由光存储介质反射的光；

从检测到的光中取得存储在光存储介质上的信息；和

改变扫描光斑和轨道的相对位置，以使扫描光斑暂时离开该轨道；

其特征在于扫描光斑和轨道之间的相对位置以频率v进行至少暂时的变化：

v＝β·S·4·NA/λ

其中NA是光束(12)的数值孔径，λ是光的波长，S是扫描速度，并且β≥0.01。

2.如权利要求1所述的方法，其中光束(12)由一波长可调谐半导体激光器(18、20)产生，并且波长的变化被转换成光束(12)的局部位移。

3.如权利要求1所述的方法，其中光束(12)由一半导体激光器(22)产生，并且通过改变电磁场的性质来产生光束(12)的位移，该电磁场的性质影响由半导体激光器发出的光束(12)的方向。

4.如权利要求1所述的方法，其中有选择性地发射多个光束(12)，每个光束(12)被发射到一相关的方向。

5.如权利要求1所述的方法，其中在数据读出期间执行改变相对位置的步骤，而在数据写入期间不改变相对位置。

6.如权利要求1所述的方法，其中在写操作期间，在写模式下数据按批写入，并且在各批之间，写入模式变换到读模式，在该读模式中相对位置变化。

7.如权利要求1所述的方法，其中β在0.05的范围内。

8.如权利要求1所述的方法，其中β在1的范围内。

9.一种扫描在光存储介质上沿轨道存储的数据的装置，包括：

在光存储介质上投射至少一条光束(12)的装置，由此产生一个扫描光斑，该扫描光斑基本上跟随一个轨道；

检测由光存储介质反射的光的装置；

从检测到的光中取得存储在光存储介质上的信息的装置；

改变扫描光斑和轨道的相对位置以使扫描光斑暂时离开轨道的装置；

其特征在于扫描光斑和轨道之间的相对位置以频率v进行至少暂时的变化：

v＝β·S·4·NA/λ

其中NA是光束(12)的数值孔径，λ是光的波长，S是扫描速度，并且β≥0.01。

10.一种包括如权利要求9所述装置的光学设备。

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