專(zhuān)利名稱(chēng)：光學(xué)記錄載體和光學(xué)掃描設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具有至少一個(gè)信息層的光學(xué)記錄載體，其中信息以包括按軌跡方式布置的信息區(qū)的信息結(jié)構(gòu)進(jìn)行編碼，該信息區(qū)可沿軌跡方向與中間區(qū)交替。
這種記錄載體在本領(lǐng)域中是公知的，其信息結(jié)構(gòu)能夠由專(zhuān)用的取取設(shè)備讀出。該設(shè)備包括輻射源，通常是二極管激光器，它可產(chǎn)生具有給定波長(zhǎng)的讀取光束。包括一個(gè)或多個(gè)透鏡元件的物鏡把讀取光束聚焦到信息層上的讀取光點(diǎn)。該讀取光點(diǎn)掃描信息軌跡，例如通過(guò)使盤(pán)形記錄載體相對(duì)于讀取光點(diǎn)旋轉(zhuǎn)。使記錄載體和讀取光點(diǎn)沿徑向方向相對(duì)于彼此移動(dòng)允許掃描且由此讀出所有的信息軌跡。讀取光點(diǎn)的尺寸大于單個(gè)信息區(qū)的尺寸，使得這些區(qū)會(huì)衍射入射的讀取光束，即將該光束分離成一個(gè)無(wú)偏轉(zhuǎn)的零級(jí)子光束和多個(gè)偏轉(zhuǎn)的更高級(jí)子光束。目前的光學(xué)記錄載體具有反射信息層、和零級(jí)子光束以及部分由穿過(guò)物鏡的信息層反射的第一級(jí)子光束。該透鏡把輻射部分集中在輻射敏感檢測(cè)系統(tǒng)上，由此這些輻射部分彼此干涉。包括一個(gè)或多個(gè)檢測(cè)器的輻射敏感檢測(cè)系統(tǒng)把入射到其上的輻射轉(zhuǎn)變成電信號(hào)，該電信號(hào)表示被瞬間讀出的信息。
日益增加光學(xué)記錄載體上的信息密度的需要越來(lái)越大，即信息區(qū)和中間區(qū)的尺寸日益減小，以及信息軌跡之間的距離也日益減小。具有相應(yīng)減小尺寸的讀取光點(diǎn)應(yīng)該用于讀取減小尺寸的信息區(qū)，否則不能夠單獨(dú)地讀出該信息區(qū)。這意味著應(yīng)該增加讀取裝置的分辨率。傳統(tǒng)的讀取裝置的分辨率與NA/λ成比例，其中NA是物鏡的數(shù)值孔徑，λ是讀取光束的波長(zhǎng)。增加NA和/或減小λ可以增加分辨率。事實(shí)上物鏡的焦深與λ/(NA)2成比例，從而對(duì)NA的增加作了限制，因?yàn)閷?duì)于大的NA來(lái)說(shuō)焦深將變得過(guò)小。僅僅當(dāng)使用發(fā)射這種小波長(zhǎng)的二極管激光器時(shí)才能夠?qū)崿F(xiàn)具有足夠小的讀取波長(zhǎng)的讀取裝置。
US-A4,242,579描述了一種讀取裝置，其具有的分辨率例如是傳統(tǒng)分辨率的兩倍。要實(shí)現(xiàn)增加的分辨率，在于物鏡僅穿過(guò)部分第一級(jí)子光束和部分反射的讀取輻射的零級(jí)子光束到達(dá)輻射敏感檢測(cè)系統(tǒng)，還在于使用在掃描方向具有小尺寸的檢測(cè)器。為此，讀取光束和記錄載體相對(duì)于彼此傾斜，即讀取光束不是垂直入射到記錄載體上。當(dāng)讀取光束穿過(guò)記錄載體的基底時(shí)，該基底具有給定的厚度，例如是1.2mm，從而賦予記錄載體足夠的機(jī)械強(qiáng)度，把不可接受的像差如彗形像差和象散引入到讀取光束中。這樣就導(dǎo)致信息上的讀取光點(diǎn)比可接受的更大，并導(dǎo)致串?dāng)_。
本發(fā)明的一個(gè)目的是實(shí)現(xiàn)超分辨，即讀取具有信息結(jié)構(gòu)間距的光學(xué)記錄載體，該間距小于物鏡的分辨率，而不使用偏斜讀取光束或傾斜的記錄載體。依照本發(fā)明，通過(guò)在開(kāi)頭段落中限定的記錄載體可實(shí)現(xiàn)這個(gè)目的，其特征在于該信息層包括用于把讀取光束輻射沿一個(gè)方向以一銳角引導(dǎo)到入射光束的主光線的裝置，該讀取光束輻射垂直入射到信息層上。
給記錄載體提供所述裝置允許使用超分辨讀取，同時(shí)使用垂直入射到記錄載體上并垂直穿過(guò)載體基底的讀取光束，使得不會(huì)產(chǎn)生彗形像差和象散差。垂直入射應(yīng)理解成表示入射的讀取光束的主光線與記錄載體垂直，該讀取光束主光線目前是會(huì)聚的光束。所述裝置使部分零級(jí)子光束和部分第一級(jí)子光束偏轉(zhuǎn)，使得這些部分子光束穿過(guò)物鏡并由該透鏡聚焦到輻射敏感檢測(cè)器上以在該檢測(cè)器的位置處發(fā)生干涉。該檢測(cè)器可以與在US-A4,242,579中公開(kāi)的讀取裝置中使用的檢測(cè)器相同。
依照本發(fā)明的記錄載體的第一實(shí)施例的特征在于所述裝置由信息層的表面輪廓構(gòu)成，該表面輪廓包括相對(duì)于記錄載體中心的法線具有第一傾斜角的第一表面部分，所述第一表面部分與第二表面部分交替，所述第二表面部分具有與第一傾斜角相對(duì)的第二傾斜角。
第一表面部分使+1級(jí)和-1級(jí)子光束以及零級(jí)子光束中的一個(gè)沿第一方向偏轉(zhuǎn)，從而使得這些子光束的輻射離心地穿過(guò)物鏡，上述子光束可以由信息結(jié)構(gòu)產(chǎn)生。第二表面部分使其它第一級(jí)子光束和零級(jí)子光束沿與第一方向相對(duì)的第二方向偏轉(zhuǎn)，從而使得這些子光束輻射離心地穿過(guò)物鏡。通過(guò)這種方式，可以實(shí)現(xiàn)在讀取過(guò)程中，零級(jí)子光束和其中一個(gè)第一級(jí)子光束的輻射總是穿過(guò)物鏡，同時(shí)入射的讀取光束與記錄載體垂直。在讀取過(guò)程中當(dāng)?shù)谝患?jí)子光束具有相同的信息內(nèi)容時(shí)，永久地提供一個(gè)讀取信號(hào)。
盤(pán)形記錄載體的表面輪廓可以沿切向方向(即軌跡方向)延伸。然而，考慮到聚焦伺服，第一實(shí)施例優(yōu)選地特征在于表面輪廓沿盤(pán)的徑向方向延伸。
通過(guò)這種方式，可以避免擴(kuò)大聚焦伺服系統(tǒng)的帶寬，該聚焦伺服系統(tǒng)應(yīng)該對(duì)信息層的不均勻度或傾斜角校正讀取光束的焦點(diǎn)。
替代沿徑向方向或切向方向，表面輪廓可以沿它們之間的任何方向延伸。優(yōu)選的方向由圖案和讀取取信息區(qū)的方式確定，依照該圖案可將信息區(qū)布置在信息層中。信息區(qū)不僅可以按軌跡布置，即布置在具有足夠容納一個(gè)信息區(qū)的寬度的軌跡中，還可以以二維圖案布置，即每次以二維塊布置多個(gè)信息區(qū)，使得可例如由二維檢測(cè)器陣列同時(shí)讀取這種塊的信息區(qū)。然后以晶格結(jié)構(gòu)給信息編碼，該晶格結(jié)構(gòu)表示以二維編碼的信息的比特位置。所述信息區(qū)的塊具有六角形形狀。
記錄載體的第一實(shí)施例的進(jìn)一步特征在于該表面輪廓是鋸齒形輪廓。
可替換地，記錄載體的第一實(shí)施例的特征在于該表面輪廓是三角形輪廓。
記錄載體的第二實(shí)施例的特征在于所述裝置由光柵構(gòu)成，該光柵具有比信息結(jié)構(gòu)的間距更大的光柵間距。
該光柵可以稱(chēng)為規(guī)則的或無(wú)信息的光柵，以便使其區(qū)別于衍射信息結(jié)構(gòu)，它將入射光束分離成零級(jí)子光束、一對(duì)第一級(jí)子光束和多對(duì)更高級(jí)的子光束。當(dāng)規(guī)則光柵的間距大于信息結(jié)構(gòu)的間距時(shí)，規(guī)則光柵使第一級(jí)子光束偏轉(zhuǎn)的角度比信息結(jié)構(gòu)的小。規(guī)則光柵的作用是將由信息結(jié)構(gòu)形成的第一級(jí)子光束分離成零級(jí)子光束和偏轉(zhuǎn)的次第一級(jí)子光束，上述光束中的一些進(jìn)入物鏡以在檢測(cè)系統(tǒng)與零級(jí)子光束相干涉。這種次第一級(jí)子光束例如是(-1，+1)子光束(+1，-1)子光束，其中第一數(shù)量涉及由信息結(jié)構(gòu)引起的衍射，第二數(shù)量涉及由規(guī)則光柵引起的衍射。
光柵的條形區(qū)域還可以沿徑向方向或切向方向或它們之間的任何方向延伸。
如果信息區(qū)的間距在記錄載體上發(fā)生變化，例如從外部軌跡向內(nèi)部軌跡減小，光柵的間距可以表現(xiàn)出相應(yīng)的變化。在這種情況下，語(yǔ)句“光柵的間距比光柵結(jié)構(gòu)的間距更大”應(yīng)理解為表示在記錄載體的表面區(qū)域的光柵間距比信息結(jié)構(gòu)的局部間距更大。
記錄載體的第二實(shí)施例的進(jìn)一步特征在于該光柵包括一種結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)是交替具有第一折射系數(shù)的第一區(qū)域和具有第二折射系數(shù)的第二區(qū)域，該第二折射系數(shù)與第一折射系數(shù)不同。
可以形成這種扁平的相柵，例如在其相變層中，第一區(qū)域處于晶態(tài)，第二區(qū)域處于非晶態(tài)。相變層在光學(xué)記錄技術(shù)中是公知的層，它是能夠借助具有足夠功率的輻射束在晶態(tài)和非晶態(tài)之間轉(zhuǎn)換的材料層。在依照本發(fā)明的記錄載體中，相變層覆蓋了信息層，反過(guò)來(lái)相變層又被反射層覆蓋。
可替換地，記錄載體的第二實(shí)施例的特征在于該光柵包括一種結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)是交替具有第一高度的第一區(qū)域和具有第二高度的第二區(qū)域，該第二高度與第一高度不同。
記錄載體的第三實(shí)施例的特征在于該光柵包括相對(duì)于記錄載體中心的法線具有第一傾斜角的第一表面部分，所述第一表面部分與第二表面部分交替，所述第二表面部分具有與第一傾斜角相對(duì)的第二傾斜角。
該實(shí)施例與具有三角形或鋸齒形表面起伏的第一實(shí)施例類(lèi)似。然而，該結(jié)構(gòu)現(xiàn)在具有更小的間距，使得它可作為用于讀取光束波長(zhǎng)的光柵。
本發(fā)明還可以應(yīng)用于光學(xué)記錄技術(shù)之外，例如在共焦掃描顯微術(shù)中。本發(fā)明的實(shí)施包括提供通過(guò)具有表面輪廓或規(guī)則光柵的顯微鏡觀察或檢測(cè)的取樣或者通常是目標(biāo)的信息平面，該表面輪廓或規(guī)則光柵例如是以包括輪廓或光柵的相位板(phase plate)的形式，該板在掃描過(guò)程中覆蓋了信息平面。當(dāng)該板構(gòu)成掃描設(shè)備的一部分時(shí)，可以在該設(shè)備中實(shí)施本發(fā)明。依照本發(fā)明的掃描設(shè)備包括提供掃描束的輻射源，使垂直入射到信息平面上的掃描束聚焦在掃描光點(diǎn)的物鏡系統(tǒng)，固定目標(biāo)的目標(biāo)保持器，和把來(lái)自信息平面的輻射轉(zhuǎn)變成讀取信號(hào)的輻射敏感檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于它包括在掃描動(dòng)作過(guò)程中布置成覆蓋信息平面的板，該板具有用于把掃描束輻射沿一個(gè)方向以一銳角從信息平面引導(dǎo)到入射光束的主光線的裝置。
信息平面應(yīng)理解為表示其中相關(guān)信息是提供目前有關(guān)待檢測(cè)的目標(biāo)的任何平面，從該目標(biāo)可恢復(fù)信息。這種信息可以涉及表面狀態(tài)，涉及物理或化學(xué)特性或目標(biāo)材料的結(jié)構(gòu)，實(shí)際上涉及能夠光學(xué)恢復(fù)的任何信息。
通過(guò)參考附圖中示出的和在下文描述的實(shí)施例，作為非限制性實(shí)例的說(shuō)明，本發(fā)明的這些和其它方面將是顯而易見(jiàn)的。
附圖中

圖1示出了依照本發(fā)明用于讀取記錄載體的讀取裝置的示意圖；圖2示出了不同衍射級(jí)的子光束相對(duì)于該裝置的物鏡光瞳的位置；圖3示出了依照本發(fā)明的記錄載體的位置；圖4示出了通過(guò)移動(dòng)由信息結(jié)構(gòu)衍射的子光束以增大的分辨率進(jìn)行讀取的原理；圖5示出了通過(guò)傾斜的記錄載體實(shí)施該原理；圖6示出了依照本發(fā)明的記錄載體的第一實(shí)施例，其實(shí)施了該原理；以及圖7示出了這種記錄載體的第二實(shí)施例。
圖1示意性地示出了用于掃描光學(xué)記錄載體2的設(shè)備的實(shí)施例。該記錄載體的形式為包括透明層3的光盤(pán)，在其一側(cè)布置信息層4。信息層背對(duì)透明層的側(cè)面由保護(hù)層5保護(hù)免受環(huán)境影響。透明層3面對(duì)設(shè)備的側(cè)面稱(chēng)為入射面6。透明層通過(guò)提供信息層的機(jī)械支承用作記錄載體的基底和/或通過(guò)保持該層遠(yuǎn)離微塵、劃痕和指紋用作信息層的保護(hù)層?？梢园研畔⒁钥晒鈱W(xué)檢測(cè)的信息區(qū)或標(biāo)記的形式存儲(chǔ)在記錄載體的信息層4中，該信息區(qū)或標(biāo)記以基本上平行同心或螺旋形的軌跡布置，圖1中未示出的。這些信息區(qū)可沿軌跡方向與中間區(qū)交替。信息區(qū)可以是任何可光學(xué)讀取的形式，例如以凹坑或凸起或者具有不同于其周?chē)h(huán)境的反射系數(shù)或磁化方向的區(qū)域的形式，或者這些形式的組合。
掃描設(shè)備1包括輻射源，優(yōu)選地是發(fā)射輻射束7的半導(dǎo)體激光器9的形式。輻射束或讀取光束用于掃描光學(xué)記錄載體2的信息層4。分束器13例如半透明的反射鏡沿著光路朝準(zhǔn)直透鏡14反射來(lái)自輻射源9的發(fā)散輻射束，該準(zhǔn)直透鏡把發(fā)散光束7轉(zhuǎn)變成準(zhǔn)直光束15。該準(zhǔn)直光束入射到物鏡系統(tǒng)18。該物鏡系統(tǒng)(通常稱(chēng)為物鏡)可以包括一個(gè)或多個(gè)透鏡和/或光柵。圖1的物鏡系統(tǒng)在該實(shí)例中包括兩個(gè)元件，即第一透鏡18a和第二透鏡18b。物鏡18具有光軸19。物鏡把光束15轉(zhuǎn)變成會(huì)聚光束20，該會(huì)聚光束入射到記錄載體2的入射面6上。會(huì)聚光束20在信息層4上形成讀取光點(diǎn)21。
由信息層4反射的輻射形成發(fā)散光束22，然后用物鏡18把發(fā)散光束轉(zhuǎn)變成基本上準(zhǔn)直的光束23，隨后用準(zhǔn)直透鏡14把其轉(zhuǎn)變成會(huì)聚光束24。分束器13通過(guò)把至少一部分會(huì)聚光束24朝輻射敏感檢測(cè)系統(tǒng)25傳輸，將前向射束12和反射光束24分開(kāi)。檢測(cè)系統(tǒng)捕獲由分束器13傳輸?shù)妮椛洌⑵滢D(zhuǎn)變成電輸出信號(hào)26。信號(hào)處理器27把這些輸出信號(hào)轉(zhuǎn)變成各種其它信號(hào)，這些其它信號(hào)由信號(hào)處理電路29處理。處理電路27和29可以位于與光度頭1分開(kāi)的掃描設(shè)備中。
上述信號(hào)之一是信息信號(hào)28，其值表示從信息層4讀取的信息。信息信號(hào)由用于誤差校正的信息處理單元29處理。其它來(lái)自信號(hào)處理器27的信號(hào)是焦點(diǎn)誤差信號(hào)和半徑誤差信號(hào)。該焦點(diǎn)誤差信號(hào)表示光點(diǎn)24和信息層4之間的軸向高度差。該半徑誤差信號(hào)表示在光點(diǎn)21和信息層中要被光點(diǎn)所跟隨的軌跡中心之間的信息層4平面中的距離。
把焦點(diǎn)誤差信號(hào)和半徑誤差信號(hào)饋送到伺服電路，該伺服電路把這些信號(hào)轉(zhuǎn)變成焦點(diǎn)伺服信號(hào)和跟蹤伺服信號(hào)，該焦點(diǎn)伺服信號(hào)用于控制光度頭中的機(jī)械焦點(diǎn)致動(dòng)器(未示出)，該跟蹤伺服信號(hào)用于控制在被瞬間掃描的軌跡上的光點(diǎn)中心。機(jī)械焦點(diǎn)致動(dòng)器沿焦點(diǎn)方向33控制物鏡18的位置，從而控制光點(diǎn)21的實(shí)際位置，使得它基本上與信息層4的平面重合。另一個(gè)機(jī)械致動(dòng)器例如徑向移動(dòng)的臂(未示出)，可沿記錄載體2的徑向方向34改變光度頭1的位置，由此控制光點(diǎn)21的徑向位置使其位于在信息層4中要被跟隨的軌跡之上。在記錄載體2中的軌跡沿與圖1的平面垂直的方向延伸。
如US-A4,242,579中所描述的，在掃描光點(diǎn)21附近的信息結(jié)構(gòu)部分用作二維衍射光柵，其可將入射的讀取光束20分成無(wú)偏轉(zhuǎn)的零級(jí)子光束和偏轉(zhuǎn)的第一級(jí)子光束以及更高級(jí)的子光束。該零級(jí)子光束和部分偏轉(zhuǎn)的子光束再次進(jìn)入物鏡18。各種子光束的中心在物鏡的出射光瞳平面中彼此隔開(kāi)。圖2示出了在該平面的情況。
具有圓心46的圓40表示在該平面中零級(jí)子光束的截面。具有圓心48和50的圓42和44分別表示(+1)級(jí)子光束和(-1)級(jí)子光束的截面，上述子光束是沿切向或軌跡方向36被衍射的。在圖2中，虛線的圓52表示物鏡的光瞳。對(duì)于在該圖中示出的情況，零級(jí)子光束完全填充了光瞳，使得實(shí)際上圓40和52重合。只有部分來(lái)自處于物鏡光瞳內(nèi)的信息層的輻射用于信息掃描。信息讀取使用了在(+1)和(-1)級(jí)子光束中相對(duì)于零級(jí)子光束的相轉(zhuǎn)變。
在圖2的陰影區(qū)域中，所述第一級(jí)子光束與零級(jí)子光束重疊，從而發(fā)生干涉。如果掃描光點(diǎn)在信息軌跡上移動(dòng)，第一級(jí)子光束的相位就會(huì)變化。因此，穿過(guò)物鏡的出射光瞳然后入射到輻射敏感檢測(cè)系統(tǒng)的總輻射強(qiáng)度會(huì)變化。
當(dāng)掃描中心或讀取光點(diǎn)與信息區(qū)的中心(如凹坑)重合時(shí)，給定的相位差ψ存在于第一級(jí)子光束和零級(jí)子光束之間。如果掃描光點(diǎn)從第一信息區(qū)移動(dòng)到下一個(gè)信息區(qū)，第一級(jí)光束的相位增加2π。因此，可以認(rèn)為當(dāng)掃描光點(diǎn)沿切向方向移動(dòng)時(shí)，第一級(jí)子光束的相位相對(duì)于零級(jí)子光束變化ω.t。其中ω表示時(shí)間頻率，其由信息區(qū)的空間頻率和掃描速度決定。那么第一級(jí)子光束b(+1)相對(duì)于零級(jí)子光束的相位φ(+1)可以表示為φ(+1)＝ψ+ω.t利用輻射敏感檢測(cè)元件56(其在圖2中用虛線表示)可以檢測(cè)由b(+1)子光束與零級(jí)子光束的干涉導(dǎo)致的強(qiáng)度變化，該檢測(cè)器設(shè)置在物鏡的出射光瞳平面或其圖像中。對(duì)于信息結(jié)構(gòu)的特定相位深度，其中ψ＝π弧度，在出射光瞳上的強(qiáng)度變化是對(duì)稱(chēng)的。接著，如圖1所示，穿過(guò)兩個(gè)重疊區(qū)域的光束部分能夠集中在一個(gè)檢測(cè)器元件上。那么，隨時(shí)間變化的檢測(cè)器25的輸出信號(hào)可以表示為Si＝A(ψ).cosψ.cosωt其中A(ψ)在ψ值減小時(shí)減小。對(duì)于給定的信息結(jié)構(gòu)的相位深度，振幅A(ψ)cosψ是恒定的。那么信號(hào)Si的頻率可以由被瞬間掃描過(guò)的信息決定。
到目前為止，僅僅論述了第一級(jí)子光束。顯然，信息結(jié)構(gòu)將以更高的衍射級(jí)衍射輻射。在這些級(jí)中的輻射強(qiáng)度很低，并且在這里考慮高空間頻率信息結(jié)構(gòu)中衍射角是如此大，以至于可以忽略的小部分更高級(jí)的光束將落入物鏡18的光瞳內(nèi)。因此可以忽略更高級(jí)的光束對(duì)檢測(cè)器信號(hào)Si的影響。
上面論述的光學(xué)掃描系統(tǒng)具有給定的切斷頻率fc。物鏡光瞳52的中心46和第一級(jí)子光束的中心48和50之間的距離與λ.f成比例，其中f表示沿掃描方向的信息區(qū)的空間頻率，λ表示掃描束20的波長(zhǎng)。圖2表示頻率f比切斷頻率fc的一半略大的情況。如果頻率f增加，則(+1)級(jí)子光束向右移動(dòng)，(-1)級(jí)子光束向左移動(dòng)，上述距離d會(huì)增加。對(duì)于給定的f值，通常所說(shuō)的常規(guī)切斷頻率fc，圓42和44不再和圓52交叉，但是僅與該圓相切。那么第一級(jí)子光束就不再穿過(guò)物鏡18的光瞳，并且這些子光束不再與零級(jí)子光束干涉。這樣記錄載體的信息就不再能夠通過(guò)檢測(cè)穿過(guò)物鏡光瞳的總輻射能量進(jìn)行掃描。對(duì)于反射中的讀出，如圖1所示，常規(guī)的切斷頻率由下式給出Fc＝2.NA/λ其中NA是物鏡的數(shù)值孔徑。
為了增加掃描設(shè)備的分辨率，即允許讀取空間頻率比常規(guī)的切斷頻率更高，在US-A4,242,579中提出使子光束沿切向方向36相對(duì)于物鏡的光瞳移動(dòng)。該移動(dòng)使得如果信息結(jié)構(gòu)的空間頻率比切斷頻率更高，部分第一級(jí)子光束和部分零級(jí)子光束也仍然穿過(guò)物鏡的光瞳。
圖3表示其中空間頻率比圖1和2中掃描設(shè)備的切斷頻率高出大約1.5倍的情況。零級(jí)子光束的中心46和+第一級(jí)子光束42的中心48之間的距離d是圖2中距離d的大約3倍。因?yàn)樵趫D3中向左移動(dòng)了這些子光束，所以陰影部分48和60落入物鏡的光瞳52內(nèi)?，F(xiàn)在-第一級(jí)子光束44完全處于該光瞳的外部。
如圖4所示，部分零級(jí)子光束b(0)和部分第一級(jí)子光束b(+1)穿過(guò)這里用單個(gè)透鏡元件表示的物鏡18，再穿過(guò)準(zhǔn)直透鏡14集中到檢測(cè)器25的平面62。由于掃描束是相干光束，所以所述光束將在平面62中彼此干涉，從而產(chǎn)生沿切向方向36變化的干涉圖案I，如圖4中曲線64、66和68所表示的。實(shí)線曲線64表示當(dāng)掃描光點(diǎn)21正好處于信息區(qū)的中心時(shí)的強(qiáng)度變化。如果掃描光點(diǎn)遠(yuǎn)離該中心移動(dòng)到隨后的信息區(qū)，在兩個(gè)連續(xù)瞬間的強(qiáng)度圖案將分別與點(diǎn)劃線曲線66和虛線曲線68一致。這樣在讀取光點(diǎn)21的掃描過(guò)程中，強(qiáng)度圖案在檢測(cè)平面上穿過(guò)。對(duì)于具有固定位置的窄型檢測(cè)器，例如圖4中的檢測(cè)器70，該檢測(cè)器接收的輻射將因此在掃描過(guò)程中變化。這樣，該檢測(cè)器的輸出信號(hào)不依賴(lài)于被瞬間讀取的信息而變化。
檢測(cè)器沿切向方向的寬度相對(duì)于強(qiáng)度圖案的周期應(yīng)該小。該周期由被掃描的信息區(qū)的局部空間頻率決定。對(duì)于記錄載體或文件或待掃描的光學(xué)表示的特定信息結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)最大空間頻率是公知的，因此能夠改變檢測(cè)器70的寬度。
檢測(cè)器70的輸出信號(hào)提供給信號(hào)處理器27。通過(guò)在檢測(cè)器70的兩側(cè)在大約一半的強(qiáng)度圖案的周期的距離處布置兩個(gè)附加的檢測(cè)器72和74可以改進(jìn)讀出信號(hào)的信噪比。添加檢測(cè)器的輸出信號(hào)，把其總數(shù)從差動(dòng)放大器76里的檢測(cè)器30的輸出信號(hào)中減去，該差動(dòng)放大器的輸出與如圖1所示的信號(hào)處理器27連接。
在US-A4,242,579的掃描設(shè)備中，通過(guò)使物鏡和記錄載體的軸相對(duì)于彼此傾斜，可以實(shí)現(xiàn)如圖3所示的子光束相對(duì)于物鏡光瞳的移動(dòng)，如圖5示意性所示。該圖和后面的圖僅示出了圖1中與本發(fā)明相關(guān)的那些元件，即記錄載體2、物鏡18和其中設(shè)置有輻射敏感檢測(cè)系統(tǒng)的圖像平面62。該傾斜的角度和由此讀取光束20的主光線入射到記錄載體上的角度可以選擇成使得部分反射的零級(jí)子光束b(0)和部分的其中一個(gè)反射的第一級(jí)子光束穿過(guò)該光瞳。在如圖5所示的傾斜位置，使零級(jí)子光束和第一級(jí)子光束向下偏轉(zhuǎn)，使得部分第一級(jí)子光束b(+1)穿過(guò)物鏡光瞳的一半，而部分零級(jí)子光束b(0)穿過(guò)該光瞳的另一半。
由于聚焦的讀取光束沿偏斜的方向穿過(guò)記錄載體的基底并且由于對(duì)于預(yù)計(jì)的應(yīng)用來(lái)說(shuō)該基底應(yīng)該具有給定的厚度，因此把不可接受的像差量引入到讀取光束中，并由此引入到讀取光點(diǎn)中。主要的像差是彗形像差，它可能導(dǎo)致在信息結(jié)構(gòu)的相鄰軌跡之間產(chǎn)生串?dāng)_。其它像差是象散和更高級(jí)的像差。依照本發(fā)明，通過(guò)改變信息層表面，使得在讀取過(guò)程中，記錄載體的正面(即指向物鏡的表面)與讀取光束的主光線垂直，從而實(shí)現(xiàn)子光束的偏轉(zhuǎn)。這樣可以得到一種新型的記錄載體。
圖6示意性地示出了讀取裝置的元件和這種記錄載體的第一實(shí)施例。記錄載體的背面(即信息層4)具有三角形形狀80，即包括交替顯示第一傾斜角或傾角的第一區(qū)域82和顯示與第一傾角相對(duì)的第二傾角的第二區(qū)域84。三角形形狀的間距使得其僅使讀取光束在被反射的同時(shí)偏轉(zhuǎn)，但不將該光束分成子光束。因此，該間距或空間周期比信息結(jié)構(gòu)的間距大，即信息區(qū)的長(zhǎng)度(沿讀取方向)和中間區(qū)的長(zhǎng)度之和。小平面(facet)82、84相對(duì)于與入射面6平行的平面傾斜的角度β選擇成使得子光束由小平面反射的角度比第一級(jí)子光束由信息結(jié)構(gòu)衍射的角度小。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，角度β是聚焦在信息層上的光束的孔徑角α一半的數(shù)量級(jí)。例如，如果使用具有數(shù)值孔徑NA＝0.85的物鏡讀取記錄載體，那么孔徑角α為36°，而傾角β為18°。
把三角形疊加在信息結(jié)構(gòu)上。如果讀取光束入射到小平面82上，由信息結(jié)構(gòu)形成的子光束將被向上偏轉(zhuǎn)，使得部分零級(jí)子光束b(0)和部分第一級(jí)子光束b(-1)將穿過(guò)物鏡光瞳的不同半部分，從而允許在該小平面的位置讀取高密度的信息。如果讀取光束入射到小平面84上，由信息結(jié)構(gòu)形成的子光束將被向下偏轉(zhuǎn)，使得部分第一級(jí)子光束b(+1)和部分零級(jí)子光束將穿過(guò)物鏡光瞳的不同半部分。由b(+1)子光束中信息結(jié)構(gòu)引入的相位調(diào)制與b(-1)子光束中引入的相位調(diào)制相同。
在讀取信息結(jié)構(gòu)的過(guò)程中，或者部分b(+1)或者部分b(-1)子光束會(huì)與部分零級(jí)子光束在任何時(shí)刻一起穿過(guò)物鏡光瞳。這表示在每個(gè)時(shí)刻輻射敏感檢測(cè)系統(tǒng)都會(huì)提供每個(gè)時(shí)刻的信息信號(hào)Si(26)。因而信息層的三角形形狀允許讀取和使用傾斜的記錄載體讀取的信息結(jié)構(gòu)相同的高密度信息結(jié)構(gòu)。然而，讀取光束不會(huì)偏斜地穿過(guò)記錄載體，使得不會(huì)再把不可接受的大像差引入到該光束中以及引入到由該光束形成的讀取光點(diǎn)中。由信息層的三角形厚度變化引入的球面像差非常小，所以可以忽略它。
具有三角形表面輪廓的記錄載體的示意性截面圖可以是切向或徑向截面。然而，如果小平面82和84的連續(xù)是沿切向方向即掃描方向的，焦點(diǎn)伺服回路就需要相當(dāng)大的帶寬來(lái)使讀取光束聚焦在信息結(jié)構(gòu)上。因此，優(yōu)選的是使所述連續(xù)沿徑向方向，在這種情況下信息區(qū)可沿圓形或類(lèi)似圓形的軌跡布置。所述連續(xù)還可以沿切向方向和徑向方向之間的任何方向。優(yōu)選的方向由信息區(qū)的布置和讀取這些區(qū)的方式?jīng)Q定。信息結(jié)構(gòu)布置在軌跡中的優(yōu)選方向可以與按其它方式布置的信息結(jié)構(gòu)的方向不同。在按軌跡方式布置的信息結(jié)構(gòu)中，信息區(qū)沿軌跡方向彼此接替，軌跡寬度足以?xún)H僅容納一個(gè)信息區(qū)。在任何時(shí)刻僅讀取一個(gè)信息區(qū)。不同布置的信息結(jié)構(gòu)的一個(gè)實(shí)例是所謂的2D-OS(二維光學(xué)存儲(chǔ))。這些結(jié)構(gòu)被分為多個(gè)塊，每一個(gè)塊包括多個(gè)信息區(qū)。這些塊可以具有六角形形狀。例如通過(guò)檢測(cè)元件陣列同時(shí)讀出一個(gè)塊中的所有信息區(qū)，該檢測(cè)元件的數(shù)量對(duì)應(yīng)于塊中信息區(qū)的數(shù)量。在先前提交的共同未決申請(qǐng)PHNL020147中描述了2D-OS信息結(jié)構(gòu)。對(duì)于二維的信息結(jié)構(gòu)，表面輪廓或光柵條的優(yōu)選方向相對(duì)于這些塊可是是斜的。
代替三角形輪廓，該信息層還可以顯示鋸齒形背面。
對(duì)于其中信息區(qū)的間距是可變化的記錄載體來(lái)說(shuō)，例如從外部軌跡向內(nèi)部軌跡減小，表面輪廓的間距也可以變化，從而使得該間距跟隨信息結(jié)構(gòu)的間距變化。
圖7示意性地示出了依照本發(fā)明的記錄載體的第二實(shí)施例。信息層4現(xiàn)在是一個(gè)扁平層，其具有由圖7中虛線86表示的規(guī)則衍射光柵。這種光柵包括交替的光柵條和中間條的周期結(jié)構(gòu)，并且可以將入射輻射束分成零級(jí)子光束、(+1)級(jí)子光束和(-1)級(jí)子光束，其中第一級(jí)子光束分別由虛箭頭線b’(+1)和b’(-1)表示。規(guī)則光柵的周期比信息結(jié)構(gòu)的周期大，從而通過(guò)規(guī)則光柵使子光束b’(+1)和b’(-1)偏轉(zhuǎn)一個(gè)角度，該角度比通過(guò)信息結(jié)構(gòu)使子光束b(+1)和b(-1)偏轉(zhuǎn)的角度更小。子光束b(+1)和b(-1)由圖7中的單實(shí)箭頭線表示。因?yàn)橐?guī)則光柵被疊加在信息結(jié)構(gòu)上，所以由信息結(jié)構(gòu)形成的零級(jí)和第一級(jí)子光束b(0)、b(+1)和b(-1)中的每個(gè)子光束將進(jìn)一步被規(guī)則光柵衍射到雙衍射的零級(jí)和第一級(jí)子光束。在這些反射的雙衍射子光束中，子光束b(+1，-1)和b(-1，+1)穿過(guò)物鏡的光瞳和準(zhǔn)直透鏡，如圖7所示。第一和第二索引涉及分別由信息結(jié)構(gòu)和規(guī)則光柵導(dǎo)致的衍射級(jí)。圖7中未示出的子光束b(0，0)具有與入射讀取光束相同但是相對(duì)的光線方向，它也可以穿過(guò)該光瞳。通過(guò)這種方式，可以實(shí)現(xiàn)由信息結(jié)構(gòu)調(diào)制的第一級(jí)子光束與零級(jí)子光束在輻射敏感檢測(cè)系統(tǒng)的位置處發(fā)生干涉，并且使得以實(shí)質(zhì)上增大的分辨率進(jìn)行讀取操作變得可能。
因?yàn)橐?guī)則光柵是讀取設(shè)備的焦點(diǎn)伺服系統(tǒng)的一個(gè)扁平元件，所以光柵條可以沿具有以軌跡布置的信息區(qū)的盤(pán)形載體的切向或徑向延伸，或沿任何其它方向延伸。此外，優(yōu)選的方向由布置信息區(qū)所依據(jù)的圖案和讀出信息區(qū)的方式?jīng)Q定。
如果信息結(jié)構(gòu)的間距是可變化的，也可以改變規(guī)則光柵的間距，使得光柵間距跟隨信息結(jié)構(gòu)的間距。
假設(shè)規(guī)則光柵以所需的偏轉(zhuǎn)角度范圍衍射入射輻射，那么它可以是任何類(lèi)型的振幅或相位光柵?？紤]到輻射效率，該光柵優(yōu)選是相位光柵。這種光柵可以包括與中間條不同的另一高度的光柵條。可替換地，該光柵可以包括多個(gè)光柵條，其具有與中間條不同的折射率。例如，后一光柵的材料是相變材料，該相變材料已經(jīng)處理成使得光柵條的材料處于晶態(tài)，而中間條的材料處于非晶態(tài)。
規(guī)則光柵還可以由類(lèi)似于圖5所示的表面形狀構(gòu)成，即三角形形狀或鋸齒形，但是具有基本上更小的周期，使得它可衍射入射的讀取輻射。該規(guī)則光柵可以布置成如圖7所示的同一雙衍射子光束穿過(guò)物鏡的光瞳。
操縱步驟(mastering step)構(gòu)成記錄載體的制造過(guò)程的一部分，它可以如此改變從而提供具有所需的表面輪廓或規(guī)則光柵的記錄載體。在操縱步驟中，使基底頂部的抗蝕劑層暴露于聚焦的輻射束，該輻射束的強(qiáng)度調(diào)制成與寫(xiě)入的信息一致。在抗蝕劑層上調(diào)制過(guò)的掃描可形成暴露區(qū)的圖案，該暴露區(qū)在抗蝕劑層中與非暴露區(qū)交替。使抗蝕劑顯影并利用該抗蝕劑圖案作為蝕刻掩膜把該圖案?jìng)魉偷交字小脑摫环Q(chēng)為主片(master)的基底，形成不同階段的模型，該模型可用于制造記錄載體。為了獲得具有依照本發(fā)明的表面輪廓或規(guī)則光柵的記錄載體，可以在信號(hào)中給所需的表面輪廓或規(guī)則光柵編碼，該信號(hào)可控制寫(xiě)入光束的調(diào)制，從而把輪廓或光柵刻在主片中。
可替換地，表面輪廓或光柵可以固定在信息層頂部上的分離層中。例如該分離層可以是相變材料層，通過(guò)聚焦到比用于寫(xiě)入信息結(jié)構(gòu)的寫(xiě)入光點(diǎn)更大的光點(diǎn)上的光束，可以把表面輪廓或光柵寫(xiě)入到該相變材料層。
本發(fā)明提供一種用于增加光學(xué)記錄載體中的信息層的信息密度的一般構(gòu)思，該光學(xué)記錄載體仍然能夠被令人滿(mǎn)意地讀出，并且能夠和不同類(lèi)型的光學(xué)記錄載體(如CD、DVD以及更高密度的記錄載體)一起使用。
本發(fā)明還可以用于多層記錄載體，即具有兩個(gè)或多個(gè)信息層的記錄載體。每個(gè)信息層都應(yīng)該具有如上所述的表面輪廓或規(guī)則光柵。
本發(fā)明還可以應(yīng)用于光學(xué)記錄技術(shù)之外，例如在共焦掃描顯微術(shù)中。本發(fā)明的實(shí)施包括通過(guò)具有表面輪廓或規(guī)則光柵的顯微鏡觀察或檢測(cè)提供的取樣或一般為信息平面，該表面輪廓或規(guī)則光柵例如是包括輪廓或光軸的相位板的形式，該板在掃描過(guò)程中覆蓋了信息平面。輪廓或光柵的間距應(yīng)該比期望在取樣中出現(xiàn)的間距更大。所述板構(gòu)成掃描設(shè)備的一部分，使得現(xiàn)在本發(fā)明可以在該設(shè)備中實(shí)施。依照本發(fā)明的掃描設(shè)備與常規(guī)的共焦掃描顯微鏡或一般的掃描設(shè)備不同，其不同在于它包括一個(gè)板，該板具有用于把掃描束輻射沿一個(gè)方向以銳角從信息平面引導(dǎo)到入射掃描束的主光線的裝置。因?yàn)榘逖b置的不同實(shí)施例與上述的記錄載體裝置的實(shí)施例類(lèi)似，所以不必詳細(xì)描述該板裝置。
權(quán)利要求
1.一種具有至少一個(gè)信息層的光學(xué)記錄載體，其中信息以包括按軌跡方式布置的信息區(qū)的信息結(jié)構(gòu)進(jìn)行編碼，該信息區(qū)沿軌跡方向與中間區(qū)交替；其特征在于該信息層包括用于把讀取光束輻射沿一個(gè)方向以一銳角引導(dǎo)到入射光束的主光線的裝置，該讀取光束輻射垂直入射到信息層上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)記錄載體，其特征在于所述裝置由信息層的表面輪廓構(gòu)成，該表面輪廓包括相對(duì)記錄載體中心的法線具有第一傾斜角的第一表面部分，所述第一表面部分與第二表面部分交替，所述第二表面部分具有與第一傾斜角相對(duì)的第二傾斜角。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的光學(xué)記錄載體，具有盤(pán)形狀，其特征在于所述表面輪廓沿盤(pán)的徑向方向延伸。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的光學(xué)記錄載體，其特征在于所述表面輪廓是鋸齒形輪廓。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的光學(xué)記錄載體，其特征在于所述表面輪廓是三角形輪廓。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)記錄載體，其特征在于所述裝置由光柵構(gòu)成，該光柵具有比信息結(jié)構(gòu)的間距更大的光柵間距。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的光學(xué)記錄載體，其特征在于所述光柵包括一種結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)是交替具有第一折射系數(shù)的第一區(qū)域和具有第二折射系數(shù)的第二區(qū)域，該第二折射系數(shù)與第一折射系數(shù)不同。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的光學(xué)記錄載體，其特征在于所述光柵包括一種結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)是交替具有第一高度的第一區(qū)域和具有第二高度的第二區(qū)域，該第二高度與第一高度不同。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的光學(xué)記錄載體，其特征在于所述光柵包括相對(duì)于記錄載體中心的法線具有第一傾斜角的第一表面部分，所述第一表面部分與第二表面部分交替，所述第二表面部分具有與第一傾斜角相對(duì)的第二傾斜角。
10.一種用于掃描信息平面的掃描設(shè)備，該設(shè)備包括提供掃描束的輻射源，使垂直入射到信息平面上的掃描束聚焦在掃描光點(diǎn)的物鏡系統(tǒng)，固定目標(biāo)的目標(biāo)保持器，和把來(lái)自信息平面的輻射轉(zhuǎn)變成讀取電信號(hào)的輻射敏感檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于它包括在掃描動(dòng)作過(guò)程中布置成覆蓋信息平面的板，該板具有用于把掃描束輻射沿一個(gè)方向以一銳角從信息平面引導(dǎo)到入射掃描束的主光線的裝置。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的掃描設(shè)備，其特征在于所述裝置由板的表面輪廓構(gòu)成，所述表面輪廓包括相對(duì)于板的法線具有第一傾斜角的第一表面部分，所述第一表面部分與第二表面部分交替，所述第二表面部分具有與第一傾斜角相對(duì)的第二傾斜角。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的掃描設(shè)備，其特征在于所述表面輪廓是鋸齒形輪廓。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的掃描設(shè)備，其特征在于所述表面輪廓是三角形輪廓。
14.根據(jù)權(quán)利要求10所述的掃描設(shè)備，其特征在于所述裝置由衍射光柵構(gòu)成。
全文摘要
為了增加記錄載體(2)的可令人滿(mǎn)意的可讀取信息結(jié)構(gòu)的信息密度，記錄載體的后側(cè)(4)可以具有用于相對(duì)于入射讀取光束(20)的主光線以銳角反射讀取光束輻射的裝置(82，84；86)。通過(guò)這種方式，可以相對(duì)于物鏡(18)的光瞳移動(dòng)由信息結(jié)構(gòu)以不同級(jí)衍射的子光束b(0)、b(+1)、b(－1)，而不將像差引入讀取光點(diǎn)(21)。所述裝置可以具有鋸齒或三角形形狀(82，84)，或者可以由規(guī)則的衍射光柵(86)形成。
文檔編號(hào)G11B7/135GK1764961SQ200480008343
公開(kāi)日2006年4月26日 申請(qǐng)日期2004年3月23日 優(yōu)先權(quán)日2003年3月28日
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