专利名称：具有专用的聚焦跟踪光束的光学读出器/写入器的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于两维存储盘的光学读出器/写入器，它包括用于产生多个激光光束并且将所说激光光束投影到旋转盘上的装置、用于检测被盘衍射后的光束的装置、和用于根据多个光束之一确定聚焦误差信号的装置。
背景技术：
按照常规，执行光学存储是一维的，即将连续比特的轨道写到盘上(例如CD，DVD)。最近，引入了两维的光学存储的概念。两维盘的格式基于宽的螺旋线，宽的螺旋线由一系列平行的比特行组成。使用单个激光光束实现平行的读出，所说激光光束穿过衍射光栅，产生扫描宽的螺旋线的整个宽度的光点阵列。这样一种系统在“两维光学存储”(作者Wim M.J.Coene，有关光学数据存储的OSA专题会议，2003年5月11-14日，技术文摘，90-92页)中公开。
对于激光器的聚焦跟踪，使用基于阵列的中央光点的传统方法(例如傅科法(Foucault)、象散、光点大小)产生聚焦误差信号。然而，在光点之间的小的分离(微米数量级)在散焦时将要使光点很快地叠加。在叠加区，由于邻近光点的干扰，这种干扰破坏了聚焦信号，所以强度分布遭到严重破坏。结果，俘获范围，或者说聚焦的S曲线长度，明显减小。虽然常规的一维光学读出器(如CD ROM驱动器)的俘获范围约为2-5微米，但两维的读出器的俘获范围小于1微米。在盘的写入期间，这个问题同样存在。
发明内容
本发明的一个目的是克服这个问题，提供具有改进的聚焦跟踪功能的两维光学读出器/写入器。
本发明的另一个目的是提供具有改进的俘获范围的两维光学读出器/写入器。
通过在本文开始段提到的这种类型的光学读出器/写入器可以实现这些目的以及其它目的，其中所说的多个光束包括具有第一偏振的一个光束阵列和具有第二偏振并与所说第一偏振正交的一个专用聚焦跟踪光束，并且其中所说聚焦误差信号基于所说聚焦跟踪光束。
按照本发明，具有一个偏振的光束用于实际访问盘上的数据，而具有第二偏振的光束用于聚焦跟踪。聚焦跟踪可以基于一个单光束，没有来自相邻光束的干扰。
聚焦跟踪光束可以与光束阵列的光束之一重合，最好是与光束阵列的中心光束重合。这样就可保证，在读出/写入期间实际要使用的这一点反射用于聚焦跟踪的反射光束。通过使用中心光束，可以增加在光束阵列的大多数光束(即，即使他们相互没有对准)中实现可接受的聚焦的可能性。
用于检测光束的装置最好包括一个光束分离器，用于将专用的聚焦跟踪光束与光束阵列分离。这样就可以提供专用的聚焦跟踪光束与读出/写入光束的分离，因此便于跟踪方法的应用，如傅科法的应用。对于读出，还必须分离读出光束以便能够处理高频数据，而对于写入，区分出聚焦光束可能就足够了。
光束分离器可以包括偏振光束分光器，对于偏振光束分光器进行安排，使其可以在一个方向反射读出光束阵列，并且在不同的方向反射专用的聚焦跟踪光束。这样的光束分光器在本领域中是公知的。
按照本发明的一个实施例，激光产生装置包括用于产生激光光束的一个激光器和一个衍射元件，所说衍射元件安排在所说光束的光路里，所说衍射元件适合于衍射在一个方向偏振的光，同时透射在另一个方向偏振的光，另一个方向与所说第一方向正交。于是，衍射元件将要产生具有第一偏振的一个光束阵列，和具有不同的(并且正交的)偏振的一个单个光束。通过调节衍射元件相对于入射的激光光束的取向，可以控制聚焦光束和光束阵列之间的功率分配。
这样一种衍射元件可以通过由双折射材料构成的二进制光栅来实现，在这里，对于光栅深度进行选择，以使对于一种偏振的光可以实现期望的衍射，而对于正交的偏振的光不存在任何衍射。这可以通过让光栅深度满足如下方程来实现(ne-1)h＝lλ(no-1)h＝step/2π+mλ在这里，λ是激光波长，no是寻常折射率，ne是非寻常折射率，step是需要提供期望衍射的二进制光栅的相位步长，l和m是整数。这样一种光栅制造起来是不难的。
按照本发明的一个不同的实施例，激光产生装置包括用于产生具有所说第一偏振的第一激光光束和具有所说第二偏振的第二激光光束的装置；一个衍射元件，所说衍射元件安排在所说第一光束的光路里，用于衍射所说第一激光光束使之成为所说光束阵列；和一个组合器，将其安排成可以重新组合所说第二激光光束与所说光束阵列。这个实施例不需要上述的偏振灵敏的衍射元件，而是在具有不同的偏振的激光光束之一已经衍射成光束阵列之后将所说的这些具有不同偏振的激光光束合并在一起。
用于产生第一偏振激光光束和第二偏振激光光束的装置可以包括用于产生激光光束的激光器和安排在该光束的光路中的偏振光束分光器。通过相对于激光光束的偏振适当地取向所说光束分光器，可以获得具有正交的偏振并且功率大体上相等的两个激光光束。
下面参照附图更加详细地描述本发明的这些和其它方面，附图表示本发明的当前优选的实施例。
图1表示在光盘上的两维存储布局；图2表示按照现有技术的图1中盘的平行读出；图3示意地表示按照本发明的第一实施例的光学读出器的配置；图4示意地表示按照本发明的第二实施例的光学读出器的配置。
具体实施例方式
图1说明在光盘1上两维存储的原理。以宽螺旋线2的形式存储信息，宽螺旋线2包括一系列平行的比特行3(在这里是5行)和一个保护带4。在图1的例子中，比特行3在径向方向相互排齐，以形成六边形的比特网格。这意味着每个比特5、6与一个物理上的六边形的比特单元7、8相关联。在一般情况下，具有数值0的一个比特的比特单元7具有一个均匀平直的区域，具有数值1的一个比特的比特单元8具有中心在六边形面积内的一个孔9。这样一个孔9的大小最好与比特单元面积的一半相比拟，或者小于比特单元面积的一半，从而可以消除信号折叠，即，多个0构成的群集和多个1构成的群集这两者导致一个完美的镜像。
图2表示如何按照常规的方式使用一个激光光束11从图1的盘中实现平行读出的，激光光束11穿过衍射光栅12，产生一个光束阵列13，光束阵列13通过准直器透镜14和物镜15聚焦到盘1上，从而可以形成横跨螺旋线2的整个宽度的光点阵列。每个光束13被盘1反射并衍射，然后被光束分离器16反射并被多分区光检测器17检测，多分区光检测器17产生一系列用作二维信号处理的输入的高频波形，在处理器18内进行所说的二维信号处理。处理器18还通过根据中心光点计算聚焦误差信号向光学系统15提供聚焦跟踪信号19。这样一种系统在“二维光学存储”(作者Wim M.J.Coene，2003年5月11-14日，有关光学数据存储的OSA专题会议，“技术文摘”90-92页)中进行了描述，并且在这里参照引用。
图3表示本发明的第一实施例，在这里，与图2中的元件对应的元件用相同的参考数字表示。在这个实施例中，在来自激光器21的光束的光路中安排衍射元件23，在这里它是一个二进制光栅。光栅23适合于用作具有第一偏振的光的衍射元件，而对于第二偏振的光是透明的，第二偏振垂直于第一偏振。
这可以利用由双折射材料制成的二进制光栅来完成，在这里，二进制光栅的光栅深度是这样的对于一种偏振的光，可以实现所需的相位深度；对于正交偏振的光，相位深度是2π的倍数。用方程表示，这对应于(ne-1)h＝lλ(no-1)h＝step/2π+mλ在这里，λ是激光波长，no是寻常折射率，ne是非寻常折射率，step是需要提供期望衍射的二进制光栅的相位步长，l和m是整数。
这些方程确定了光栅中所需的高度步长和折射率。对于ne解方程，我们得到ne=1+lφstep/2π(no-1).]]>若取step/2π的实际值≈0.4和no≈1.5，则对于l＝m＝1，我们得到非寻常折射率ne＝1.36，步长高度h＝1.13微米。利用已知的技术实现具有这些特征的光栅并不困难。
于是，衍射元件23就产生了在一个方向偏振的一个激光光束阵列和在正交方向偏振的一个单个的激光光束。聚焦光束相对于光束阵列的功率是由衍射元件相对于入射光束的任何偏振的取向确定的。由于光束阵列和单个光束(聚焦光束)这二者都来源于同一个激光器，所以二者将重合，优选地，聚焦光束与光束阵列的中心光束重合。
然后，以与以上参照附图2所述的方式类似的方式，将光束阵列和专用的聚焦跟踪光束聚焦到盘上并进行反射。然后把反射的光束引向光束分离器24，光束分离器24适合于将包括高频读出数据在内的反射的光束阵列与反射的聚焦光束分离。在这里，这种分离是通过偏振光束分光器完成的，偏振光束分光器将一个偏振的光引向一个方向，并且将正交偏振的光引向不同的方向。
高频读出数据被引向光学多分区光检测器25，多分区光检测器25产生一系列高频波形，这一系列高频波形用作在处理器26中进行二维信号处理的输入，所说信号处理的方式与以上参照附图2所述的基本相同。但是，聚焦光束被引向另一个光检测器27和另一个处理器28，从而产生聚焦跟踪信号29。这个信号用于跟踪光学系统15，如以上所述。
图4表示本发明的第二实施例。在这种情况下，首先通过偏振光束分光器31将来自激光器21的光束一分为二，产生具有正交的偏振的两个激光光束。要说明的是，来自激光器21的第一激光光束通常是偏振的，或者至少几乎是偏振的。通过调节该光束分光器相对于第一激光光束的偏振的取向，可以控制光束的功率。偏振的光束之一引向标准化的衍射元件12，例如引向与图2中的衍射元件类似的二进制光栅，并且被衍射成一个光束阵列。另外的偏振光束通过反射表面33、34引向透光镜35(即反向的光束分光器)，在这里这个偏振光束与光束阵列合并。最终的光束组合等效于由图3中的偏振敏感光栅22产生的光束。
本领域的普通技术人员认识到，本发明决不限于上述的优选实施例。相反，在所附的权利要求书的范围内，许多改进和变化都是可能的，并且，可以使用光学元件的不同组合来实现相同的或者相似的结果。例如，可以使用一个或几个偏振敏感的光栅来代替偏振光束分光器24。还有，虽然参照光学读出器描述了本发明，但是本发明完全可应用于写入器，这里需要同样的聚焦跟踪。
权利要求中的任何参考符号不应该被认为是对于权利要求的限制。使用动词“包括”及其变化形式不排除存在除了权利要求中所述的元件和步骤以外的元件和步骤。在元件或步骤之前使用冠词“一个”并不排除存在多个这样的元件或步骤。
权利要求
1.一种用于两维存储盘的光学读出器/写入器，包括用于产生多个激光光束并且将所说光束投射到旋转盘的装置(21、23、14、15；21、31、32、33、34、14、35、15)；用于检测被盘衍射后的光束的装置(24、25、26)，用于根据所说多个光束之一确定聚焦误差信号(29)的装置(24、27、28)，其特征在于所说多个光束包括具有第一偏振的一个光束阵列和具有第二偏振的一个专用的聚焦跟踪光束，所说第二偏振与所说第一偏振正交；和其中所说的聚焦误差信号(29)基于所说的聚焦跟踪光束。
2.根据权利要求1所述的光学读出器/写入器，其中所说的聚焦跟踪光束与光束阵列的光束之一重合，最好与光束阵列的中心光束重合。
3.根据权利要求1所述的光学读出器/写入器，其中所说用于检测光束的装置包括一个光束分离器(24)，用于将专用的聚焦跟踪光束与光束阵列分离。
4.根据权利要求3所述的光学读出器/写入器，其中所说光束分离器包括偏振光束分光器(24)，将所说偏振光束分光器(24)安排成在一个方向反射读出光束阵列并且在不同的方向反射专用的聚焦跟踪光束。
5.根据权利要求1所述的光学读出器/写入器，其中所说激光产生装置包括用于产生非偏振的激光光束的激光器(21)和安排在所说光束的光路中的衍射元件(23)，所说衍射元件适合于衍射具有所说第一偏振的光同时透过具有所说第二偏振的光。
6.根据权利要求5所述的光学读出器/写入器，其中所说衍射元件是由双折射材料制成的二进制光栅。
7.根据权利要求6所述的光学读出器/写入器，其中所说二进制光栅的光栅深度满足如下方程(ne-1)h＝lλ(no-1)h＝step/2π+mλ在这里，λ是激光波长，no是寻常折射率，ne是非寻常折射率，step是需要提供期望衍射的二进制光栅的相位步长，l和m是整数。
8.根据权利要求1所述的光学读出器/写入器，其中所说激光产生装置包括用于产生具有所说第一偏振的第一激光光束和具有所说第二偏振的第二激光光束的装置(21、31)、安排在第一激光光束的光路中用于衍射所说第一光束使之成为所说光束阵列的一个衍射元件(12)、和用于重新组合所说第二光束与所说光束阵列的组合器(35)。
9.根据权利要求8所述的光学读出器/写入器，其中所说用于产生第一和第二偏振激光光束的装置(21、31)包括用于产生激光光束的激光器(21)和安排在所说光束的光路中的偏振光束分光器(31)。
全文摘要
本发明涉及一种用于两维存储盘的光学读出器，包括用于产生多个激光光束并且将所说光束投射到旋转盘的装置(21、22、14、15)；用于检测被盘衍射后的光束的装置(24、25、26)；用于根据所说多个光束之一确定聚焦误差信号(29)的装置(24、27、28)。所说多个光束包括具有第一偏振的一个光束阵列和具有第二偏振的一个专用的中心聚焦跟踪光束，所说第二偏振与所说第一偏振正交。所说光束可通过偏振相关的衍射元件产生。或者，将具有一个偏振的光束衍射成多个光束并与具有另一个偏振的光束重新组合起来。
文档编号G11B7/135GK1950897SQ200580013539
公开日2007年4月18日 申请日期2005年4月22日 优先权日2004年4月30日
发明者A·范德李, C·布施 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司