专利名称：用于荧光多层存储器的扫描装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于扫描信息载体中的信息的扫描装置，所述信息载体包括在一种材料上存储数据的多个层，所述材料当与由激励源产生的激励束互相作用时能够产生激发的射线，所述装置包括用于在所述载体的一个层中投射所述激励束并聚集所述激发射线的物镜，所述物镜具有透镜数值孔径，并且所述装置还包括用于检测在所述物镜上聚集的激发射线的检测器单元。
更加具体地说，本发明涉及用于从和/或向荧光多层盘读取和/或记录数据的光盘装置。
背景技术：
US 6,009,065中披露了一种用于荧光光学存储器读取的扫描装置。信息载体是以多层光盘的形式组成的。所述信息被沉积或记录作为荧光和非荧光单元的序列，荧光单元由当与激励束相互作用时能够产生激发射线的材料形成。所述载体的各层通过厚层分开，所述厚层对于激励束和激发射线的波长是透明的。这样一个多层光盘包括多个层，从2到100或甚至更多。
用物镜将激励束聚焦在所述盘的一个层上。当通过激励束照射荧光单元时，荧光信号就被产生。该荧光信号具有一个波长，并且可通过检测器单元检测到，该波长与所述激励束的波长是不同的。所述检测器单元包括用于将来自焦点对准层的荧光信号与来自焦点未对准层的荧光信号分离开。例如，在光电二极管的前端插入共焦针孔以便在空间上阻断来自焦点未对准层的荧光信号。
图1表示用于多层光学存储器的扫描装置。这样一种扫描装置包括激励源11、准直透镜12、二向色镜14、物镜15、成像透镜18和检测单元19。该扫描装置打算用于读取荧光多层载体16。
所述激励源产生激励束13。准直透镜12被设计用于提供平行的激励束。然后激励束13到达二向色镜14并指向物镜15，该物镜将所述激励束13聚焦在载体16的一个层上。物镜15可上下移动以便将激励束13聚焦在期望的层上。
激励束13与盘的各层相互作用，从而产生激发的射线17。该激发的射线通过所述二向色镜并到达成像透镜18，其将所述激发的射线17聚焦在检测单元19上。
一层的存储容量取决于聚焦的激励束的面积，即当激励束13聚焦在一层上时在该层上产生的点的面积。为了获得大的存储容量，就需要小的聚焦点面积。
目前，聚焦点的面积与(λ/NA)2成比例，其中λ是激励束13的波长，NA是激励束13的数值孔径，即在该情况下为所述物镜的数值孔径。因此，为了获得大的存储容量，使用具有最大可能的数值孔径的物镜看起来是明智的。然而，物镜的可用数值孔径受出现的像差的限制，对于激励束13穿过物镜的外瞳区域的部分会出现所述像差。这些像差将随着物镜的数值孔径而严重增加。例如，三级球面像差将按NA4增加。这是一个缺陷，因为像差将严重影响检测单元19检测的信号，从而导致不可靠的扫描装置。实际上，在多层存储器中，必须对载体内的位于不同位置的不同层进行存取，从而导致与层相关的像差，尤其是球面像差。如在单层存储器中，使用单个透镜是不可能预先补偿该像差的。
出于此原因，可用的物镜数值孔径受到限制，实际上限于大约0.6。目前，还必须进行另外一种考虑。激发射线的几何发射特性与激励述的不一致，也就是在各向同性的情况下，所述激发射线从所述激发荧光单元在所有方向上进行传播。在物镜15上聚集的激发射线17因此与通过所述激励束引起的一小部分记录射线相对应，并且物镜15的数值孔径越小，在物镜15上聚集的激发射线的部分越小。
因此，通过检测单元19检测的与在物镜15上聚集的激发射线相对应的信号对于具有次于0.6的数值孔径的可用物镜来说是低的。低的检测信号是有缺陷的，因为它导致低的信噪比，并因此使扫描装置的带宽和数据率受到限制。
发明内容
本发明的目的是提供一种扫描装置，其中与在物镜上聚集的激发射线相对应的检测信号被增强。
为此，根据本发明的如在开头段落中所述的扫描装置的特征在于所述激励束具有低于所述透镜数值孔径的数值孔径。
如果激励束是平行射束，则激励束具有低于所述透镜数值孔径的数值孔径这样的事实意味着激励束具有低于物镜的直径的直径。如果所述激励束不是平行射束，则激励束具有低于所述透镜数值孔径的数值孔径这样的事实意味着激励束仅仅覆盖所述物镜的表面的一部分。
因此，根据本发明，激励束被构造使得它并不通过所述物镜的外瞳区域。因此这允许用低的数值孔径激励荧光单元，从而导致低的像差，并且检测的信号得以增强，因为物镜的整个表面都被用于聚集发射光。
有利地，所述透镜数值孔径高于0.6。与已知的扫描装置(其中所述透镜数值孔径一般小于0.6)相比，这允许增强所述检测的信号。
优选地，激励束的数值孔径基本上等于0.6。这允许扫描具有基本上等于或高于已知的多层载体的存储容量的存储容量的多层载体。
在一个优选实施例中，所述扫描装置还包括位于所述激励源和所述物镜之间的光学组件，用于减小所述激励束的数值孔径。根据该优选实施例，在根据本发明的扫描装置中可使用各种激励源。实际上，如果使用了产生具有大于所述期望的数值孔径的数值孔径的激励束的激励源，则所述光学组件就产生具有期望数值孔径的激励束。
有利地，所述光学组件是二向色镜。因为在已知的扫描装置中已经使用了二向色镜，所以该二向色镜可被特别设计用于减小所述激励束的数值孔径。因此与已知的扫描装置相比，这样一种扫描装置不需要更多的光学元件。
优选地，所述光学组件是用于减小所述激励束的直径的孔(aperture)。当所述激励束是平行射束时，这是特别有利的。这样一种孔容易设计，并且体积不大。
有利地，激励源是激光二极管，且所述光学组件包括准直透镜。与已知的扫描装置相比，为了实现本发明，只需改变准直透镜的直径。
优选地，所述光学组件还包括射束扩展器。这允许使用已知扫描装置的激光二极管和准直透镜，并且只增加射束扩展器以便减小光束直径，并因此减小激励束的数值孔径。
本发明的这些和其它方面通过此后所述的实施例将变得显而易见，并且将参照这样的实施例来对其进行说明。
现在将借助于例子参考附图详细地说明本发明，其中图1为表示根据背景技术的用于多层光学存储器的扫描装置的视图；图2为表示根据本发明的用于多层光学存储器的扫描装置的视图；图3为表示根据本发明的用于多层光学存储器的另一扫描装置的视图；图4为表示根据本发明的用于多层光学存储器的扫描装置的视图，其中二向色镜被用于减小激励束的数值孔径；图5为表示根据本发明的用于多层光学存储器的另一扫描装置的视图，其中二向色镜被用于减小激励束的数值孔径；图6为表示根据本发明的用于多层光学存储器的扫描装置的视图，其中使用孔来减小激励束的数值孔径；图7为表示根据本发明的用于多层光学存储器的扫描装置的视图，其中准直透镜被用于减小激励束的数值孔径；图8为表示根据本发明的用于多层光学存储器的扫描装置的视图，其中射束扩展器被用于减小激励束的数值孔径。
具体实施例方式
根据本发明的扫描装置描绘在图2中。这样一个扫描装置包括激励源11、二向色镜14、物镜15、成像透镜18、和检测单元19。该扫描装置趋用于读取一荧光多层载体16。
在该例子中，对激励源11进行设计以便产生平行射束。由激励源11产生的平行射束到达二向色镜14，并产生激励束13，该激励束指向物镜15，该物镜将所述激励束13聚焦在载体16的一个层上。
激励束13具有低于物镜15的数值孔径的数值孔径。在该例子中，这意味着所述激励束的直径d小于所述物镜的直径D。
例如，激励束13的数值孔径为0.6，物镜的数值孔径为0.8。对于具有焦距为1.765毫米的物镜来说，这对应于2.82毫米的透镜直径D和2.12毫米的激励束直径d。
在公知的用于多层系统的扫描装置中，实际上并不使用数值孔径为0.8的物镜，因为这将导致数值孔径为0.8的激励束，它将产生光学像差，其对于每个寻址层是不同的。因此，具有低于0.6的数值孔径的物镜通常用在公知的扫描装置中。结果，物镜15仅仅聚集一小部分由所述激励束引起的激发射线。实际上，能被显示的是在物镜15上被聚集的由所述激励束引起的激发射线部分为大约(NA/2n)2，其中n为荧光多层载体16的折射系数。对于0.6的物镜和1.5的折射系数来说，由激励束引起的激发射线只有4％在物镜15上被聚集。
在上述的例子中，当激励束13的数值孔径为0.6和物镜的数值孔径为0.8时，由激励束引起的激发射线有7.1％在物镜15上被聚集。在物镜15上聚集的激发射线的这种巨大增长导致由检测单元19检测的信号的巨大增长，由此使扫描装置更加可靠。此外，因为在本实例中激励束13的数值孔径与已知的扫描装置中的相同，所以本发明不会引入额外的光学像差，并且荧光多层载体16的存储容量不会降低。
当然，在根据本发明的扫描装置中也可使用其它的数值孔径。例如，能够在0.4和0.7之间选择激励束的数值孔径，在0.5和1之间选择物镜的数值孔径。数值孔径的选择特别依赖于串扰的期望等级。串扰表示与未对准的层对应的检测信号部分。
实际上，在物镜15上聚集的激发射线的增长和由检测单元19的限制尺寸引起的检测单元19上的检测信号的降低之间存在一个平衡，因为在激发射线中出现的像差增加了由检测单元19检测的焦点的大小，所述焦点的大小是由串扰的期望等级确定的。因此，数值孔径的选择取决于串扰的期望等级。
根据本发明的另一扫描装置描绘在图3中。这种扫描装置包括激励源11、二向色镜14、物镜15和检测单元19。该扫描装置打算用于读取荧光多层载体16。
在本实例中，激励源11产生发散的射束，该射束通过二向色镜14以便产生激励束13。所述激励源例如为激光二极管。因此激励束13是发散的射束，物镜15被设计用于将激励束13聚焦在所述荧光多层载体16的期望层上。在本实例中，激励束13的数值孔径低于物镜15的数值孔径这样的事实意味着激励束13只覆盖物镜15的一部分表面。换言之，激励束13和物镜15的中心盘之间的交集为圆盘形，该圆盘的直径小于物镜15的直径D。
图4表示一种扫描装置，其中二向色镜被用于减小激励束的数值孔径。在该扫描装置中，激励源11产生平行的射束，该平行射束的直径大于根据本发明的期望激励束的直径。二向色镜14用于产生具有期望数值孔径的激励束13。
为了产生具有小于由激励源11产生的平行射束的直径的直径的激励束13，二向色镜14被设计用于只反射来自激励源11的平行射束的一部分，该部分与激励束13相对应。这可通过对二向色镜14的表面进行适当的处理来实现。相反，二向色镜14被设计用于使与所述激发射线相对应的射束不发生变化，以便使得在物镜15上聚集的所有激发射线都能够由检测单元19检测到。
图5表示另外的扫描装置，其中二向色镜用于减小激励束的数值孔径。在该扫描装置中，激励源11产生平行的射束，其直径大于根据本发明的激励束的直径。
对二向色镜14进行设计使得来自激励源11的平行射束只有一部分能够通过二向色镜14，所述部分与激励束13相对应。这可通过对二向色镜14的表面进行适当的处理来实现。相反，二向色镜14被设计用于反射与所述激发射线相对应的整个射束，以便使得在物镜15上聚集的所有激发射线都能够由检测单元19检测到。
图6表示一种扫描装置，其中一个孔被用于减小激励束的数值孔径。在该扫描装置中，激励源11产生平行的射束，该平行射束的直径大于根据本发明的期望激励束的直径。使用孔60以便产生激励束13。
所述孔被设计用于阻挡由激励束11产生的平行射束，除了具有直径d的部分，该部分与激励束13相对应。该孔由能够吸收由源11产生的射束的材料制成，并且包括一个开口(hole)，该开口的直径等于激励束13的直径d。
图7表示一种扫描装置，其中准直透镜12被用于减小激励束的数值孔径。在该例子中，激励源11为激光二极管，其放置在准直透镜12的焦点处。准直透镜12的直径等于期望的激励束13的直径。激光二极管11产生发散的射束，通过准直透镜12将该发散射束转换成平行射束。然后该平行射束被二向色镜14反射，产生具有期望的数值孔径的激励束13。
图8表示一种扫描装置，其中射束扩展器12被用于减小激励束的数值孔径。所述射束扩展器70包括第一射束扩展器透镜701和第二射束扩展器透镜702。在该例子中，激励源11为激光二极管，其放置在准直透镜12的焦点处。准直透镜12的直径大于期望的激励束13的直径。激光二极管11产生发散的射束，通过准直透镜12将该发散射束转换成平行射束。因此该平行射束就具有大于期望的激励束13的直径的直径。
所述射束扩展器用于从具有较大直径的射束产生具有较小直径的射束。第一射束扩展器透镜701具有与准直透镜12相同的直径。第二射束扩展器透镜702具有等于所述期望的激励束13的直径d的直径。放置第一和第二射束扩展器透镜701和702使得它们的焦点重合。因此就获得一平行射束，其直径等于期望激励束的直径d。
下述权利要求中的任何参考标记都不应构成对权利要求的限制。很显然动词“包括”及其变化形式的使用并不排除出现除在任一权利要求中所定义的那些之外的任何其它元件。在元件之前出现的词语“一”并不排除出现多个这样的元件。
权利要求
1.一种用于扫描信息载体(16)中的信息的扫描装置，所述信息载体包括在一种材料上存储数据的多个层，所述材料当与由激励源(11)产生的激励束(13)互相作用时能够产生激发的射线，所述装置包括用于在所述载体的一个层中投射所述激励束并聚集所述激发射线的物镜(15)，所述物镜具有透镜数值孔径，和用于检测在所述物镜上聚集的激发射线的检测器单元(19)，所述扫描装置的进一步的特征在于所述激励束具有低于所述透镜数值孔径的数值孔径。
2.根据权利要求1所述的扫描装置，其中所述透镜数值孔径在0.5和1之间。
3.根据权利要求2所述的扫描装置，其中所述激励束的数值孔径在0.4和0.7之间。
4.根据权利要求1所述的扫描装置，进一步包括位于所述激励源和所述物镜之间的光学组件，用于减小所述激励束的数值孔径。
5.根据权利要求4所述的扫描装置，其中所述光学组件为用于减小所述激励束的数值孔径的二向色镜(14)。
6.根据权利要求4所述的扫描装置，其中所述光学组件为用于减小所述激励束的直径的孔(60)。
7.根据权利要求4所述的扫描装置，其中所述激励源为激光二极管，并且所述光学组件包括准直透镜(12)。
8.根据权利要求6所述的扫描装置，其中所述光学组件还包括射束扩展器(70)。
全文摘要
本发明涉及一种用于扫描信息载体(16)中的信息的扫描装置，所述信息载体包括在一种材料上存储数据的多个层，所述材料当与由激励源(11)产生的激励束(13)互相作用时能够产生激发的射线。所述扫描装置包括用于在所述载体的一个层中投射所述激励束并聚集所述激发射线的物镜(15)。所述扫描装置还包括用于检测在所述物镜上聚集的激发射线的检测器单元(19)。根据本发明，所述激励束具有低于所述透镜数值孔径的数值孔径。
文档编号G11B7/135GK1679094SQ03820958
公开日2005年10月5日 申请日期2003年8月22日 优先权日2002年9月4日
发明者C·布什, M·巴利斯特雷星, W·奥菲 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司