TWI441174B - 包括拾波器之裝置及其所用之光學儲存媒體 - Google Patents

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Description

包括拾波器之裝置及其所用之光學儲存媒體
本發明係關於一種裝置，包括拾波器，有雷射和物鏡，把主光束和二衛星光束聚焦於光學儲存媒體上，尤其是光碟，並關於供以此裝置操作之光學儲存媒體。
光學儲存媒體係以光學上可閱讀方式儲存資料之媒體，例如利用拾波器，包括雷射，供照明光學儲存媒體；和光檢波器，閱讀資料時，供檢測雷射光束之反射光。同時，可有各種各樣的光學儲存媒體，可以不同的雷射波長操作，並有不同的尺寸，提供儲存容量從1秭位元組以下到50秭位元組(GB)。格式包含唯讀格式，諸如聲視CD和視訊CD、一寫式光學媒體，以及可改寫格式，例如像CD-RW、DVD-RW、DVD+RW和DVD-RAM、數位資料儲存於此等媒體內，沿軌道，呈媒體之一層或多層。
具有最高資料容量之儲存媒體，目前為藍光碟(BD)，得以在雙層光碟上儲存50GB。可用之格式目前有例如唯讀BD-ROM，可改寫BD-RE，和一寫式BD-R光碟。為讀寫藍光碟，使用具有雷射波長405nm的光學拾波器。在藍光碟上使用軌距320nm，標記長度2T至8T，最大9T，其中T是波道位元長度，相當於最小標記長度138-160nm，有關藍光碟系統之其他資訊，例如可經由網際網路查藍光組：www.blu-raydisc.com。
具有超解像度近似圖場結構(Super-RENS)之新光學儲存媒體，提供提高光學儲存媒體資料密度之可能性，在一維度可提高為藍光碟的二至四倍。此可使用所謂Super-RENS結構或層，置於光學儲存媒體之資料層上方，大為減少讀寫光學儲存媒體所用光點之有效尺寸。超解像度層亦稱為遮蔽層，因配置在資料層上方，且使用特殊材料，只有雷射光束 的高強度中心部份能穿透遮蔽層。
Super-RENS效果得以記錄和閱讀光碟標記內儲存之資料，其尺寸在讀寫光碟上資料所用雷射光束解像度限度以下。如眾所知，雷射光束解像度的繞射限度，按照Abbe為λ/(2*NA)，其中λ為波長，NA為光學拾波器物鏡之數值孔徑。
由WO 2005/081242和US 2004/0257968已知一種Super-RENS光碟，包括超解像度近似圖場結構，由金屬氧化物和聚合物化合物所形成，以及相位變化層，由GeSbTe或AgInSbTe質結構所形成，用以記錄資料和複製資料。超解像度光學媒體之其他例，載於WO 2004/032123，以及Tominaga等人，Appl.Phys.Lett.第73卷15期，1998年10月12日。
Super-RENS效果得以提高光學拾波器閱讀光碟上標記之解像度，但不許減少軌距。
自從引進CD起，已知拾波器具有三光束，包括主光束和二衛星光束，提供追蹤訊號，從光學儲存媒體閱讀訊號。在此等配置中，衛星光束的光強度遠低於主光束之強度。此種裝置載於例如US 6,137,758號，使用檢波器單位，有主檢波器提供資料訊號，和一對衛星檢波器，檢測光學儲存媒體所反射衛星光束，以提供追蹤錯誤訊號。二衛星光束檢波器，除發生追蹤訊號外，得以分辨CD和DVD。
US 6,510,112 B1記載另一種裝置，包括拾波器，具有主光束和二衛星光束，以及個別檢波器單位，有主檢波器和一對衛星光束檢波器。利用來自二衛星光束檢波器之訊號，檢測儲存媒體上之損壞部份，並提供補正訊號。
於Super-RENS光學儲存媒體讀寫資料用之裝置，包括拾波器，有雷射、檢波器單位和物鏡，拾波器發生主光束， 供讀寫資料，並發生二衛星光束，提供追蹤錯誤訊號。三光束利用物鏡聚焦在光學儲存媒體上，而光學儲存媒體之反射光，導引於拾波器內之檢波器單位上。到達光學儲存媒體上的主光束和二衛星光束之光強度是，對主光束以及各衛星光束發生超解像度效應。二衛星光束的光強度是各為主光束或閱讀資料強度50%至100%之譜，尤指在主光束強度70%至100%內。
若裝置用來在具有Super-RENS層結構且軌距在記錄資料的繞射限度以下之可記錄或可改寫碟片上追蹤時，需例如利用可交換裝置，像液晶元件，把衛星光束強度降到50%以下，以免記錄到鄰軌上。然而，衛星光束強度必須高到足夠產生超解像度效應。
拾波器的檢波器單位特別包括一主檢波器，檢測與主光束相關的光學儲存媒體之反光，以及一對衛星檢波器，檢測從光學記錄媒體反射的二衛星光束之反光，衛星檢波器各分成二部份，提供微分推挽追蹤錯誤訊號。
本發明又一要旨中，裝置之配置使微分推挽追蹤錯誤訊號用於光學儲存媒體，包括在第一區域內之軌道，軌距大於光學解像度限度，而三光束追蹤錯誤訊號用於光學儲存媒體之第二區域，包括軌道，其軌距小於光學解像度限度。
區域1和區域2之軌距比，宜在約1.4至1.6範圍，區域1之軌距例如在300-330nm範圍，而區域2在150-240nm範圍。二區域特別配置成，可利用具有藍色雷射二極體之拾波器，以供閱讀資料，為區域1使用低光束強度，不具有超解像度效應，為區域2分別使用較高光束強度，在具有主光束和各二衛星光束之光學儲存媒體上，提供超解像度效應。區域1之軌距特別使二衛星光束與主光束軌道偏差大約1/2軌距，提供在區域1內最適使用微分推挽追蹤法，而區域2的軌道偏差大約3/4軌距，提供最適使用三光束追蹤法。
是故，裝置和光學儲存媒體建立一系統，使用藍色雷射二極體時，特別可用於高資料儲存用途。
本發明較佳具體例，可參照附圖詳述如下。
關於第1圖，就先前技術已知之裝置，包括拾波器，有雷射、物鏡和檢波器單位，說明三光束追蹤法之原理。拾波器具有主光束1，從光碟的軌道T2閱讀資料訊號，和二衛星光束2,3，提供追蹤錯誤訊號，以追蹤控制拾波器之用。
如第1a圖以簡化方式表示，光碟包括三個基本上並式軌道T1,T2,T3，有訊坑P，利用拾波器閱讀時，提供高頻數位資料訊號。軌道T1-T3彼此各以軌距TP分開。光束1,2,3按切線方向移動，按照光碟的轉速，閱讀各軌道之資料訊號(於此指軌道T2)。追蹤控制是沿徑向進行，保持主光束1在軌道T2各訊坑之中心。
拾波器內可發生三光束1-3，例如利用繞射光柵或光柵透鏡，如精於此道之技術專家所知。光柵機構把拾波器內由雷射發射的光束，分成三道光束，即主光束1和二衛星光束2,3。衛星光束2,3在切線方向與主光束稍微分開，衛星光束2在主光束1位置前，衛星光束3在後。
此外，當主光束1準確位在各軌道上時，衛星光束2,3在徑向相對於主光束1位移，例如1/4軌距TP。主光束1前之衛星光束2相對於主光束1往光碟內側位移例如1/4軌距，而衛星光束3往光碟外側位移1/4軌距。
為檢測三光束1-3從光碟的反射光，拾波器包括在檢波器單位內之光檢波器10，供檢測從主光束1反射的光，以及二光檢波器11,12，供檢測衛星光束2,3之反射光。光檢波器11,12分別位移離開光檢波器10，與衛星光束2,3相對應，使得拾波器內所含光學元件，把衛星光束2,3的反射光集中在光檢波器11,12上。
光檢波器10分成四段A-D，其輸出訊號在加算電路15內組合，提供電氣輸出訊號。加算電路15之合計訊號，以預放大器4的放大器13放大，提供調變過的高頻資料訊號RF，亦稱為射頻或RF訊號。
來自光檢波器11,12的訊號，利用預放大器4的減算電路14減算和放大，提供追蹤錯誤訊號TE。當主光束1在各軌道上時，追蹤錯誤訊號TE為零，而正負是視拾波器相對於要閱讀其資料的各軌道徑向位移而定。此種拾波器載於例如US 6,510,112 B1。
第2a和2b圖以簡化方式表示光學儲存媒體(包括遮蔽層，提供超解像度近似圖場效應(Super-RENS))之小面積，儲存媒體包括有訊坑P之軌道，圖示為軌道T1-T3，其軌距TP低於各裝置內所含光學拾波器的解像度限度，以供讀寫於Super-RENS儲存媒體。軌距TP尤其低於包括藍色雷射二極體的藍光拾波器解像度限度。
按照本發明讀寫資料用之拾波器，是使用具有主光束M和二衛星光束S1,S2的三光束法操作；一衛星光束(例如衛星光束S1)係在主光束M前，第二衛星光束(例如衛星光束S2)係在主光束M後。衛星光束S1,S2的軌道偏差，為例如軌距TP的1/4，如第2a和2b圖所示。所以，衛星光束S1,S2與主光束M所聚焦的中間軌道T2之訊坑部份重搭。
第2a和2b圖就閱讀Super-RENS儲存媒體之資料訊號，來說明本發明。當拾波器為主光束M以及二衛星光束S1,S2提供高閱讀功率，高到足以對三光束M,S1,S2提供超解像效應(如第2b圖所示)時，追蹤調整的靈敏度大為改進(比較第2a圖)。如第2b圖所示，發生超解像度效應的有效內面積20，遠較衛星光束S1,S2的總面積21為小。以衛星光束S1,S2相對於主光束M的軌道偏差為軌距的1/4而言，有效點大小20之基本部份，對軌道T1,T2或T2,T3的訊坑P間之 區域敏感，故對此種Super-RENS儲存媒體，以三光束法可得很靈敏的追蹤訊號。
對於閱讀功率低者，即在提供各Super-RENS儲存媒體的超解像度效應之臨限功率以下，則主光束M和衛星光束S1,S2的點尺寸很大，如第2圖所示。在此情況下，追蹤調整敏感性會比按照第2b圖使用高功率之衛星光束S1,S2低。
如第3a-3c圖所示，就第2a和2b圖所述拾波器之應用，是應用在一種光學儲存媒體，其第一區域的軌道之軌距，在光學解像度限度以上，而第二區域內軌道之軌距，在光學解像度限度以下。儲存媒體尤指光碟。第3a圖係關於光學儲存媒體之第一區域，其中軌距在光學解像度限度以上，例如315nm。第3b和3c圖係關於光學儲存媒體之第二區域，其中軌道的軌距在拾波器的光學解像度限度λ/2*NA以下，例如210nm。
在第3a圖所示區域1裡，拾波器可以低閱讀功率操作，以閱讀資料，不利用超解像度效應。為閱讀軌距315nm的軌道資料，尤其可用波長例如為405nm的藍色雷射二極體之拾波器，對例如閱讀Blu-Ray和HD-DVD光碟之器材，已屬公知。相對於主光束M調節衛星光束S1,S2的軌道偏差，使衛星光束S1,S2的光束點落在軌道之間，相當於例如軌道偏差0.5。然後，宜用微分推挽追蹤法(DPP)，追蹤同時閱讀軌道之資料，對軌距在光學解像度限度以上之軌道，例如第3a圖所示315nm，容許有寬調整範圍，視實際光碟，上述拾波器亦可交替使用微分相位檢測(DPD)法，用四個檢波器段A-D來追蹤。如果實際光碟不顯示充分推挽訊號，特別需要此法。
選擇區域1和區域2之軌距，使其比在1.4至1.6範圍，例如區域1為315nm，區域2為210nm。區域1,2即可以具有利用三光束法的拾波器之裝置閱讀，已如前就第2a和2b 圖所述。拾波器包括尤其是藍色雷射二極體和各光圈，從光碟閱讀資料。使用光柵，可例如在拾波器內發生主光束M和二衛星光束S1,S2。
為閱讀區域1內資料，使用具有三光束的微分推挽法，而為閱讀區域2內資料，利用三光束追蹤法。故對區域1和區域2以不同方式使用衛星光束S1,S2。當區域1和區域2的軌距比約1.5，二追蹤法的使用，對區域1和區域2二者可提供特別最適結果。此相當於對區域2較對區域1提高1.5倍的徑向資料密度，已知Super-RENS效應已可在軌道方向較Blu-Ray光碟提高資料密度約2至4倍。所以，對區域2可較不用Super-RENS效應之區域1，達成提高資料密度3至6倍。
在第3b和3c圖內使用210nm較小軌距的區域2內，當主光束M聚焦於軌道T2上時，衛星光束S1和S2即分別與鄰軌T1和T3部份重搭。當區域1和區域2間之軌距比約1.5時，此相當於軌道偏差3/4軌道。如第3c圖所示，對主光束M和衛星光束均應用超解像度效應之區域2言，宜使用三光束追蹤法。所以，拾波器追蹤調整用之伺服儀系統，必須在二追蹤法之間更換，以便從光碟的區域1閱讀資料和從區域2閱讀資料。
茲參見第4圖說明一檢波器單位，宜用於三光束追蹤法以及微分推挽追蹤法。檢波器單位包括主檢波器40，有四段A,B,C,D，供檢測來自光學儲存媒體所反射主光束M之光。為衛星光束S1使用第二檢波器41，衛星骯束S2使用第三檢波器42，各就光學儲存媒體的徑向分成二半；即二段E1,E2內的檢波器41，和二段F1,F2內的檢波器42。檢波器40-42在拾波器內的幾何形配置特別，使主光束M定中於檢波器40，衛星光束S1定中於檢波器41，而衛星光束S2定中於檢波器42。A-F2段係光敏性元件，為精於此道之士所知。
為計算第3c圖中區域2所應用三光束追蹤法之追蹤錯誤訊號TE1，使用下式：TE1=(E1+E2)-(F1+F2)只有衛星光束S1和S2有助於追蹤錯誤訊號TE1。各加來自檢波器41,42諸段E1,E2和F1,F2之訊號，因為計算檢波器訊號41和42間之差異時，當主光束M確實在軌道上，則追蹤錯誤訊號TE1為零。若主光束M在一方向脫離軌道，檢波器41,42之第一個的訊號增加，而檢波器41,42之第二個的訊號相對應減少；當主光束在相反方向脫離軌道，則二檢波器41,42之第二個的訊號增加，而檢波器41,42之第一個的訊號減少。當主光束M在軌道上，參照追蹤錯誤訊號TE1=0，則三光束追蹤法提供穩定追蹤調整給光碟之區域2。
對應用於第3a圖所示區域1之微分推挽方法，使用下式提供追蹤錯誤訊號TE2：TE2=CPP-β*OPP=((A+B)-(C+D))-β*((E2-E1)+(F2-F1))為各檢波器40-42，從各檢波器之諸段計算微分訊號，故各檢波器40-42對拾波器之徑向運動很敏感。主光束M定中於各軌道時，檢波器40,41,42的訊號特別為零。故當主光束M在軌道上，追蹤錯誤訊號TE2亦為零。拾波器在一方向運動時，中心檢波器40之訊號CPP即在零之上或之下，而衛星檢波器41,42之訊號OPP即相對應在零之上或之下。然而，中心檢波器40和衛星檢波器41,42的訊號之極性和波幅不同。
為改進訊號CPP和OPP間之平衡，式內含有因數β，宜選用使CPP和OPP有大約同階之幅度，故中心檢波器40和衛星檢波器41,42二者，基本上有助於追蹤錯誤訊號TE2，而且由於失準(例如作動器移動)引起的干擾性偏差，即被取消。因數β特別計入檢波器40所接收主光束M和衛星檢 波器41,42反射光束間之強度分佈。所以，當拾波器在一方向離開軌道，追蹤錯誤訊號TE2即成為負值，而拾波器在另一方向離開軌道，則為正值。
從包括不同軌距的二區之光學儲存媒體閱讀資料時，就第3圖所述具有檢波器單位之拾波器，即為追蹤伺服儀系統提供穩定性追蹤錯誤訊號。使用三光束追蹤法，可閱讀特別是來自Super-RENS區之資料，其軌距比藍光碟的軌距小約1.5倍，故其軌距在具有藍色雷射二極體的拾波器之繞射限度以下。
光學儲存媒體之區域1可用來提供關於區域1和區域2內所儲存資料之一些基準光碟資訊。尤其可包含有關區域2(例如對其軌道必須應用超解像度效應，以供閱讀資料)大小之資訊。
凡精於此技術人員可進行本發明其他具體例，不悖本發明之精神和範圍。本發明不特別限於包括藍光碟型拾波器之拾波器，故本發明係以所附申請專利範圍為準。
1‧‧‧主光束
2,3‧‧‧衛星光束
4‧‧‧預放大器
10,11,12‧‧‧光檢波器
14‧‧‧減算電路
15‧‧‧加算電路
P‧‧‧訊坑
RF‧‧‧高頻資料訊號
TE‧‧‧追蹤錯誤訊號
20‧‧‧有效內面積
A,B,C,D‧‧‧檢波器段
21‧‧‧衛星光束的總面積
M‧‧‧主光束
S1,S2‧‧‧衛星光束
T1,T2,T3‧‧‧軌道
TP‧‧‧軌道間距
40‧‧‧主檢波器
41,42‧‧‧衛星檢波器
第1圖為先前技術之檢波器單位，具有拾波器之主檢波器和二衛星檢波器，以提供RF資料訊號和追蹤錯誤訊號；第2a和2b圖係應用本發明拾波器，提供低光束強度和高光束強度，於各光學儲存媒體上產生超解像度效應；第3a至3c圖係應用第2a和2b圖之拾波器於光學儲存媒體，其第一區域之軌距大於光學解像度限度，而第二區域之軌距小於光學解像度限度；第4圖為第2a,2b,3a-3c圖之拾波器內所含檢測單位之主檢波器和二衛星檢波器。
M‧‧‧主光束
S1,S2‧‧‧衛星光束
T1,T2,T3‧‧‧軌道
TP‧‧‧軌道間距

Claims (8)

  1. 一種包括拾波器具有雷射、檢波器單位和物鏡之裝置，供讀/寫資料於Super-RENS光學儲存媒體，其軌距低於λ/2*NA之光學解像度限度，λ係雷射波長，而NA為物鏡之數值孔徑；拾波器具有讀/寫資料用之主光束(M)和提供追蹤錯誤訊號用之二衛星光束(S1,S2)，三光束利用物鏡聚焦於光學儲存媒體，而光學儲存媒體之反射光，被導引到檢波器單位，其中檢波器單位包括主檢波器(40)，供檢測主光束(M)之反光，和二衛星檢波器(41,42)，以檢測光學儲存光束所反射衛星光束(S1,S2)之反光，又其中檢波器單位提供三光束追蹤錯誤訊號，供追蹤調整；二衛星檢波器(41,42)各分成二部份，對光學儲存媒體第一區域，包括軌距(TP)在光學解像度限度以上之軌道，且不須應用超解像度效應，提供微分推挽追蹤錯誤訊號；三光束追蹤調整是設計應用於光學儲存媒體之第二區域，該區域之軌道，其軌距(TP)在光學解像度限度λ/2*NA以下，且對區域必須應用超解像度效應，以閱讀資料，為閱讀資料，二衛星光束之光強度各為主光束強度的50至100%之譜，以提供光學儲存媒體上之光強度，足以為主光束和各衛星光束在儲存媒體上應用超解像度效應者。
  2. 如申請專利範圍第1項之裝置，其中二衛星光束之光強度各為主光束強度的70至100%之譜，以閱讀資料，又其中二衛星光束之光強度各小於主光束強度之50%，供記錄資料者。
  3. 如申請專利範圍第1項之裝置，其中三光束追蹤錯誤訊號TE1係考量關係式TE1=(E1+E2)-(F1+F2)加以計算者。
  4. 如申請專利範圍第1、2或3項之裝置，其中微分推挽 追蹤錯誤訊號TE2係考量關係式：TE2=((A+B)-(C+D))-β*((E2-E1)+(F2-F1))加以計算者。
  5. 如申請專利範圍第1、2或3項之裝置，其中檢波器單位之設計，使第一區域內之二衛星光束相對於主光束之軌道偏差大約1/2軌距，用於微分推挽追蹤調整，而第二區域內之軌道偏差大約軌距之3/4，用於三光束追蹤調整者。
  6. 一種包括申請專利範圍第1項之裝置和光學儲存媒體之系統。
  7. 如申請專利範圍第6項之系統，其中第一區域之軌距在300-330nm之範圍，而第二區域在150-240nm範圍者。
  8. 如申請專利範圍第6項之系統，其中二軌距之比在1.4至1.6範圍者。
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