专利名称：基于阵列的光学头的制作方法
技术领域：
本发明涉及基于阵列的光学头，具体涉及用包括基于阵列的光学头的系统对光学介质进行读、写操作。
背景技术：
CD(光盘)和DVD(数字影碟或数字化多功能光碟)都是用于存储大量数字数据的光盘存储介质。一个典型的CD包含了一条长长的螺旋式轨道，轨道的起点靠近光盘中心，并朝着光盘边缘的方向螺旋式盘绕。信息通过数百万个凸起和平坦区域(“平台”)被存储。这种轨道为大容量数据的存储创造了条件。
当上述系统生效时，最好对光学数据处理过程进行改进。
发明内容
当上述系统生效时，将需要较高的数据存储密度以及较快的数据传输率。配置一个基于阵列的光学头，用于对光学介质进行读和/或写操作。在一实施方式中，配置一个偏振分束器，用于引导激光射向光学介质；配置一个光电探测器阵列，用来接收被光学介质上棋盘状图案的反射所调制的光束，产生与已调制光束对应的输出信号。
以下参照附图对本发明进行详细描述。在图中，附图标记最左边的数字表示该标记第一次出现在哪一幅图中。此外，全部附图中相同的附图标记代表了相同的特征和组成部分。
图1是配置成用基于阵列的光学头进行读/写的光学介质的透视图。
图2是关于基于阵列的光学头的第一实施例的图示。
图3是关于基于阵列的光学头的第二实施例的图示。
图4是说明适合用于图1和/或图2所示实施例的控制器示例的结构图。
图5是描述利用基于阵列的光学头执行读操作方法的实施例的流程图。
图6是描述利用基于阵列的光学头执行写操作方法的实施例的流程图。
具体实施例方式基于阵列的光学头适合用于CD(光盘)、DVD(数字视频(或通用)光盘)和其它类型的光学数据存储介质。与传统的、沿细长的螺旋式数据路径探测或制作一个一个标记的光学读/写头不同，所配置的基于阵列的光学头装置，可用来读取和写入棋盘状光学数据图案。
图1示出一例确定了棋盘状光学数据图案的、经过配置可利用基于阵列的光学头对其进行读/写操作的光学介质100。图中显示了细长的螺旋式轨道的两个简略片断。轨道由大量的、在光学介质100上确定的棋盘状图案102的排列构成。每个棋盘状图案102包含许多凸起102和平台106。需要注意的是，虽然图中显示的是由2x2阵列构成的棋盘状图案，实际上可用任何MxN大小的阵列来替代，其中M和N均为整数，且可能相等(如一个NxN的阵列)或M和N中至少有一个大于另一个。还要注意，虽然通常推荐的是阵列，但是棋盘状图案也可以由数据元素的组合构成而并不配置为阵列。
通过读/写棋盘状光学数据图案102(而不是一个一个标记)，基于阵列的光学头可提供较快的读/写速度以及较高的光学介质数据密度。基于阵列的光学头内的光电探测器阵列使读操作变得更加方便，光电探测器阵列提供了高分辨率的光学传感器，用于感知被棋盘状光学数据图案的反射所调制的光束内的图案。基于阵列的光学头内的数字光处理器阵列为写操作带来了便利，数字光处理器阵列提供了成千甚至数百万个微反射镜，其用途是按照图案来调制光束，并能够使图案被写入光学介质。
图2是关于基于阵列的光学头200的第一实施例的图示。基于阵列的光学头200包括一个激光器202。通常，激光器拥有不止一个光强度级。特别是，低功率的光强度级适合于数据的读取，而高功率的光强度级适合于数据的写操作。另外，激光器202能够被快速地打开和关闭。配置的准直透镜204用来校准激光器202发出的光束。
偏振分束器206有4个光学侧面，其中第一侧面在激光器202一边，第二侧面在数字光处理器阵列208一边，第三侧面在物镜210一边，第四侧面在光电探测器阵列212一边。在一个实施例中，偏振分束器206可用两个直角三棱镜来配置。当偏振光垂直于入射面时，分束面214可使光束以90度的角度改变方向(即反射)。入射面是指与分束器206表面相垂直的入射光线的平面。相反地，在偏振光平行于入射面时，光束直接通过偏振分束器206，而不会发生光反射或改变方向的现象。
数字光处理器阵列208是一个包含了许多微反射镜的阵列。在一些实施例中，数字光处理器阵列208中包含有成千、成千上万甚至数百万个反射镜。每个微反射镜都可独立设定地址，并且可以接收指令将光束反射回偏振分束器206或将光束折射进一个吸收器。因此，数字光处理器阵列208可用来调制光束，也就是生成将棋盘状图案投射到接触表面的光束。例如，可以相对于偏振分束器206来安装数字光处理器阵列208，其结果是使得来自分束器的入射光以近似相等的强度到达每个微反射镜。然而，某些微反射镜是为了使光束直接反射回偏振分束器，而某些微反射镜是为了使光束在一个实质上造成折射光从光学头200消散的方向上被折射。可以认为光束已经被调制，因为有些光束被从系统中折射掉，有些光束被返回。因此，当已调制光束投射到一个对象(如光学介质)上时，它会生成一个棋盘状图案。如下面更详细的描述中将看到的，每个独立反射镜的操作由一个数字光处理器的控制器来控制。
配置物镜210，用于将偏振分束器206射出的光束汇聚到光学介质234上。另外，它还可用来汇聚光学介质反射的光束、并将其传输到偏振分束器206。
配置光电探测器阵列212，用来探测被光学介质上所确定的棋盘状数据图案的反射所调制的光束内的图案。因此，光电探测器阵列212的分辨率通常大于或等于光学介质上确定的棋盘状数据图案的分辨率。
第一1/4波片216位于偏振分束器206和数字光处理器阵列208之间。1/4波片216具有使光束在两个方向上通过该波片时光波极性被旋转90度(也就是1/4的旋转)的光学特性。所以，光束通过偏振分束器206、又被数字光处理器阵列208反射、而后返回偏振分束器206时，会两次通过第一1/4波片216。因此，第一1/4波片216可配置光束的极性，结果使得光束返回偏振分束器206时被以不同的方式处理。也就是说，在光束两次通过(即每次以一个方向通过)第一1/4波片之前，如果光束最初被偏振分束器206以90度的角度反射，则光束再一次通过偏振分束器206时会直接穿过。
第二1/4波片218位于偏振分束器206和光学透镜210之间。第二1/4波片218具有与第一1/4波片相似的特性，即光束两次通过晶片时，光波相位都被旋转了90度。所以，光束通过偏振分束器206、又被光学介质反射、而后返回偏振分束器206时，会两次通过第二1/4波片218。因此，1/4波片218可配置光波的极性，结果使得光束返回偏振分束器206时被以不同的方式处理。也就是说，在光束通过第二1/4波片218之前，如果光束直接通过偏振分束器206，则光束再一次通过偏振分束器206时会被以90度的角度反射。
参考图2，可以更好地理解基于阵列的光学头200的工作过程。激光器202利用准直透镜204产生一个相干光束220。准直透镜204发出的相干光束220进入偏振分束器206。由于相干光束220的极性，它被分束器表面214反射，形成反射光束222。反射光束222从偏振分束器206射出，方向朝向数字光处理器阵列208。
从偏振分束器206射出的反射光222通过1/4波片216，其间光束222的极性被旋转90度。旋转光224接着被数字光处理器阵列208的微反射镜反射。对数字式信号处理器阵列208进行配置使得在读操作期间充分地反射光束，在写操作期间使用各种与所写数据对应的微反射镜图案设置来调制光束。
在读操作期间，光束224被数字光处理器阵列208的所有微反射镜完全反射。反射光226通过1/4波片216，在那里光束的极性被旋转了另一个90度。接着，旋转光228进入偏振分束器206。因为光束曾经两次通过1/4波片216，光束230直接通过偏振分束器206至第二1/4波片218。在第二1/4波片处，光束极性再次被旋转90度。而后，旋转光232被物镜210汇聚到光学介质234上。
如图2所示的例子，光学介质234确定了棋盘状数据图案(即标记的阵列，例如在光学介质上确定的平台之间的凸起)。当光束从这些棋盘状数据图案反射时，反射光被调制。也就是说，如果反射光被投射到一个平坦表面，它将产生一个与光学介质上确定的棋盘状数据图案等同的棋盘状图案。然后，反射光236又第二次通过透镜210和第二1/4波片218，因此，在那里光束的极性又被旋转了另一个90度。曾经两次通过1/4波片都被旋转之后，两度被旋转的光束238进入偏振分束器206。由于光束238极性的旋转，偏振分束器206将光束反射进光电探测器阵列212。反射光240作用于光电探测器阵列212可产生一个表示从光学介质234读取的数据的输出信号。
在写操作期间，根据微反射镜的图案，数字光处理器阵列208反射光束226，而微反射镜的图案依赖于被写的数据。对数字光处理器阵列208进行配置，使得包含在阵列中的每个独立反射镜的取向角都能够被独立控制。也就是说，依赖于被写数据，数字光处理器阵列控制器404(图4)可发送指令至数字光处理器阵列208，使预定的反射镜将光束直接反射回1/4波片216而使其它反射镜将光束反射到远离1/4波片216及系统之外。反射光226通过1/4波长晶体216，光线极性被旋转，结果是旋转光228直接穿过偏转分束器206。偏转分束器206发出的光束投射到光学介质234之前先通过物镜210。由于激光强度和光学介质234性质，棋盘状图案102(如图1所示)被确定下来，该图案与微反射镜图案以及用于设置微反射镜的基础数据相对应。
图3是关于基于阵列的光学头300的第二实施例的图示。如图3所示，在图2中看到的组成部分在这里被重新排列，尽管这些组成部分仍然起着完全相似的作用。在图2的实施例中，光束第一次在偏振分束器206内是被反射的，第三次是进入偏振分束器206的。在图3的实施例中，光线第一次是直接穿过偏振分束器206的，第三次是进入偏振分束器206的。所以，这里所讲述的概念可按照所预期的不同实施例来实现。因此，其它的排列方式也可以产生相似的最终结果，并且应当了解这种排列也属于本说明书范围。
图4是说明适合用在如图2和/或图3实施例中的基于阵列的光学头控制器400的示例的结构图。所配置的激光控制器402用于打开和关闭激光器202。在读操作期间，激光器202可被选择处于打开状态；在写操作期间，激光器202最好是关闭的，此时的目的是不要与光学介质上应用了棋盘状光学数据图案的某个位置对准。在写入模式期间(此时数据被写入光学介质)，适当的、周期变化的功率可防止数据被写进不恰当的位置。
所配置的数字光处理器阵列控制器404可用来控制对数字光处理器阵列408的操作。特别是，数字光处理器阵列控制器404可处理将写入光学介质的输入数据，发送代表适合于配置数字光处理器阵列208中微反射镜的数据的信号。在接收来自数字光处理器阵列控制器404的信号的基础上，数字光处理器阵列208按照包含在信号中的信息为每个反射镜定向。通过按照信号为反射镜定向，光束被数字光处理器阵列208适当地反射。在写操作中，按照控制器404所接收的数据，数字光处理器阵列控制器404可使数字光处理器阵列208的被选中反射元件反射光线(也就是调制光线)。相反地，在大多数实施例中，在读操作中所有反射镜都将被定向成反射光线。
所配置的光电探测器阵列控制器406用于解释由光电探测器阵列控制器406生成的信号，以此产生与从光学介质234读取的数据相对应的数据。
图5是描述一例利用基于阵列的光学头200执行读操作(例如从光学介质读取数据)的方法500的流程图。在方框502处，将光学介质(如CD或DVD这样的光盘)上确定的棋盘状光学数据图案102和基于阵列的光学头200对准。在一个实施例中，光学介质包括了一个光盘，确定棋盘状光学数据图案402的位置的对准过程包括调整光盘旋转速度和基于阵列的光学头的径向位置。在对准过程中，一个或多个激光脉冲从棋盘状光学数据图案102以棋盘状样式被反射(图1)，以此调制激光脉冲。也就是说，依赖于光束是打在棋盘状光学数据图案(图1)内的凸起104(图1)上还是打在棋盘状光学数据图案(图1)内的平台106(图1)上，光束可被反射或散射。按照棋盘状数据图案102(图1)的光反射或散射，对激光脉冲进行调制。
在方框504处，从棋盘状光学数据图案反射的已调制激光脉冲被接收(例如被光电探测器阵列212接收)。对已调制激光脉冲的接收可如方框506-508所示的例子进行。在方框506处，已调制激光脉冲通过偏振分束器106。简单参照图2及图4的方框408，即可知偏振分束器206将光束反射进光电探测器阵列212。同样地，简单参照图3以及图5的方框508，可知偏振分束器206使光线能够直接射入光电探测器阵列212。
在方框510处，已调制激光脉冲被解码成为数据信号。这个过程通常由基于阵列的光学头控制器400来完成(例如由光电探测器阵列控制器406来完成)。这个过程可如方框512-514所示的例子来进行。在方框512处，棋盘状光学数据图案102(图1)中的图案被识别。例如，图案102是MxN阵列(如图1所示)，在每个阵列的位置上凸起104和平台106的有无将被识别。在方框514处，将已识别的图案与输出的数据信号联系起来。例如，在MxN阵列构成的棋盘状图案102中，凸起104和平台106的每个可能的连接都可与数据和/或数据信号有关联。作为特定的例子，一个2x2的阵列(有4个元素)可能与范围在0至15之间的数字(以及相应的信号)有关联。由此，将每个已被识别的图案与数据及一个数据信号联系起来，该信号被输出。
于是，在一个读操作中，激光脉冲从光学介质上确定的棋盘状光学数据图案被反射。由此，激光脉冲被调制，从而包含了基于棋盘状数据图案的信息。通常，脉冲直接通过偏振分束器并在光电探测器阵列中终结。对光电探测器阵列进行配置，用来解码已调制光束，从而获得要读取的数据。
图6是一例描述利用基于阵列的光学头200执行写操作的方法600的流程图。在方框602处，将光学介质上要确定棋盘状光学数据图案的位置与光学头600对准。在对准的基础上，激光器202产生脉冲，将激光通过分束器206发送至数字光处理器阵列212。在一实施例中，使用了一个光盘(如CD或DVD)，当介质被旋转时，作为一个定时过程中的一部分，使激光器产生脉冲。沿旋转的光学介质的半径调整基于阵列的光学头的位置，使光学介质的旋转速度和基于阵列的光学头的径向位置相互协调。然后，当光学介质上所确定的棋盘状光学数据图案与基于阵列的光学头对准时，开启激光器；而在其它时候，最好关闭激光器。在方框604处，数据被编码，以确定将要写入的棋盘状光学数据图案。例如，可以用一个检查表将被写的数据与对应的棋盘状光学数据图案相关联。
在方框606处，按照将写入光学介质的棋盘状数据图案来调制激光脉冲。这个过程可使用与图2和图3所示相似的硬件来完成。例如，在方框608处，使用数字光处理器阵列来处理激光脉冲。可以按照将被写入的棋盘状数据图案，调整数字光处理器阵列208的微反射镜，以调制反射光。例如，通过利用将被写入光学介质的数据，单个微反射镜被调整用于将激光脉冲反射进偏振分束器或者将激光脉冲反射到系统之外。在方框610处，已调制激光脉冲通过偏振分束器206(图2)到达光学介质。在与光学介质接触的基础上，已调制激光脉冲在光学介质上生成棋盘状数据图案102(图1)。
因而，在一个写操作中，在光学介质上灼烧数据之前，激光脉冲被数字光处理器阵列反射。加于数字光处理器阵列中各微反射镜的设定使激光脉冲被调制，并使已调制激光脉冲包含有在光学介质上形成的棋盘状数据图案的信息，且所述棋盘状数据图案和将写入光学介质的数据是一致的。
虽然以上揭示的内容已经对特定的结构特征和/或方法步骤进行了描述，但是应当了解所附权利要求书并不受这些所描述的、特定的特征或步骤限制。更恰当的说法是，这些特定的特征和步骤是实现所揭示内容的示范形式。例如，虽然流程图的方框中所描述的操作可以和其它方框中描述的操作同时执行，这些操作也可以按另外的次序发生，或者将这些操作与不止一个其它的方框联系起来并按这种方式进行分配。另外，虽然规定这里所揭示的方法的诸环节可以按任何所期望的方式进行，但是可以想见通常将利用位于基于阵列的光盘驱动器内的、由计算机或处理器来执行的计算机可读指令或处理器可读指令。虽然可利用计算机可读介质或处理器可读介质(如只读存储器ROM或只读光盘存储器CD-ROM)，但也可用专用集成电路(ASIC)、门阵列或相似的硬件结构来替代。
权利要求
1.一个基于阵列的光学头(200)，包括一个偏振分束器(206)，用以将激光从激光器(202)导引到光学介质(234)；以及一个光电探测器阵列(212)，用以接收经光学介质(100)上的棋盘状图案(102)的反射所调制的光束，并生成与已调制光束对应的输出信号。
2.如权利要求1所述的基于阵列的光学头(200)，还包括一个数字光处理器阵列(208)，用以接收来自偏振分束器(206)的光束，并在写入模式期间将已调制光束返回偏振分束器(206)。
3.如权利要求1所述的基于阵列的光学头(200)，还包括一个1/4波片(216)，用以旋转在偏振分束器(206)和数字光处理器阵列(208)之间传播的光的偏振；以及一个1/4波片(218)，用以旋转在偏振分束器(206)和光学介质(234)之间传播的光的偏振。
4.一个光学系统，包括一个基于阵列的光学头(200)；光学介质(100)上的棋盘状数据图案(102)；以及一个激光控制器(402)，当棋盘状数据图案(102)与基于阵列的光学头(200)对准时，打开基于阵列的光学头(200)内的激光器(202)；当棋盘状数据图案(102)与基于阵列的光学头(200)未对准时，关闭激光器(202)。
5.如权利要求4所述的光学系统，其中所述基于阵列的光学头(200)包括一个数字光处理器阵列(208)，用以在光学系统处于写入模式时调制光束。
6.如权利要求4所述的光学系统，其中所述基于阵列的光学头(200)包括一个光电探测器阵列(212)，用以接收与光学介质(100)接触后被调制的光束，并在光学系统处于读出模式时生成输出信号。
7.如权利要求4所述的光学系统，还包括一个数字光处理器阵列控制器(404)，用以使数字光处理器阵列(208)与光学介质(100)的移动相一致地动作，在光学介质(100)上写入棋盘状数据图案(102)。
8.一种读取数据的方法(500)，包括如下步骤将光学介质(100)上其内确定棋盘状数据图案(102)的各位置与基于阵列的光学头(200)对准(502)；用基于阵列的光学头(200)接收(504)从棋盘状光学数据图案(102)反射的已调制激光脉冲；以及将已调制激光脉冲解码(510)而形成数据信号。
9.如权利要求8所述的方法(500)，其中所述接收(504)步骤包括引导(508)已调制激光脉冲进入光电探测器阵列(212)。
10.一种在光学介质(100)上写入数据的方法(600)，包括如下步骤当光学介质(100)上将被写入棋盘状数据图案(102)的位置与基于阵列的光学头(200)对准时，使激光器(202)产生脉冲(602)；对数据进行编码(604)，以确定要写入的棋盘状光学数据图案(102)；以及根据要写入光学介质(100)的棋盘状光学数据图案(102)的编码数据，调制(606)激光脉冲。
11.如权利要求10所述的方法(600)，其中所述调制(606)步骤包括用数字光处理器阵列(208)处理(608)激光脉冲。
12.如权利要求10所述的方法(600)，其中所述调制(606)步骤包括使已调制激光脉冲通过(610)偏振分束器(206)而到达光学介质(100)。
全文摘要
一个基于阵列的光学头(200)配置成用来对光学介质(100)进行读和/或写操作。在一实施例中，一个偏振分束器(206)配置成用来引导激光射向光学介质(100)。一个光电探测器阵列(212)配置成用来接收被光学介质(100)上的棋盘状图案(102)的反射所调制的光束，生成与已调光束对应的输出信号。
文档编号G11B7/125GK1779810SQ20051010852
公开日2006年5月31日 申请日期2005年9月29日 优先权日2004年9月30日
发明者D·M·汉克斯 申请人:惠普开发有限公司