專利名稱：多數據表面數據存貯系統的制作方法
本申請是申請號為95101435.8、發明名稱為“多數據表面數據存貯系統”申請的分案申請。
本發明一般地講涉及光學數據存貯系統，更具體地說，涉及具有多數據存貯表面的存貯系統。
光學數據存貯系統提供了一種在盤上大量存貯數據的裝置。通過把一激光束會聚到盤的數據層上并檢測反射光束來對這些數據進行存取。已知的系統有多種，在ROM(只讀存貯器)中，數據是在制作盤時以盤內的標記的形式永久性地裝入盤內的。通過檢測激光束照過數據標記時反射率的變化來檢測數據。WORM(一次寫入多次讀出)系統使用戶可以通過在空白光盤表面上作標記，如凹穴，來寫入數據。一旦把數據記到盤上就無法將其擦掉。WORM系統中的數據也是通過反射率的變化來檢測的。
可擦光學系統也已公知。這些系統利用激光把數據層加熱至臨界溫度以上來寫入或擦掉數據。磁光記錄系統通過使一處的磁疇取向向上或向下位置來記錄數據。通過把一束低功率激光照到數據層上來讀取數據。磁疇方向的不同導致光束極化平面朝某一方向偏轉或順時針或逆時針。這種極化取向的變化被檢測出來。相變化記錄利用數據層本身的結構變化(非晶/晶體是兩種常見的相)來記錄數據。通過檢測光束通過不同相時反射率的變化來檢測數據。
為增加光盤的存貯容量，提出了多數據層系統。理論上，對有兩或更多數據層的光盤可通過改變透鏡的聚焦位置來對不同的層進行存取。這方面的例子包括1976年3月23日公布的Wohluml等人的美國專利3,946,367號；1980年8月26日授予Russel的美國專利4,219,704號；1984年5月22日授予Holster等人的美國專利4,450,553號；1990年2月27日授予Hattori等人的美國專利4,905,215號；Watanabe等人的于1988年11月15日公開的日本公開申請63-276732；以及1987年7月的“IBM技術公開公報”第30卷,第2號，667頁，Arter等人(IBM TechnicalDisclosure Bulletin,Vol、30,NO.2,P667,July1987)。
這些先有技術系統的問題在于在有一個以上數據層時很難清晰地讀取記錄的數據。來自于其他層的干擾信號極大地降低了讀取能力。另外，在不同深度的聚焦及產生跟蹤信號方面也有許多問題。需有有一種能克服這些問題的光學數據存貯系統。
因此，本發明的目的是提供一種克服現有技術問題的光數據存儲系統。
具體地，本發明的技術方案如下。一種光數據存貯系統，包括介質接收器，用于接收光數據存貯介質，該介質具有多個位于介質不同深度處的分隔數據表面；輻射源，用于產生輻射束；及光接收器，用于接收從介質返回的輻射束，并產生響應于此輻射束的數據信號，其特征在于還包括表面識別裝置，連接到光接收器，用于識別介質中呈現的數據表面數字；一個聚焦裝置，連接到表面識別裝置，用于使輻射束聚焦于多個介質數據表面的所選的一個上。
在本發明的一個較優實施例中，一光學數據存貯系統包括一個光盤驅動器和一個多數據表面光學介質。該介質帶有多個由空氣空間分隔的基片部件。基片部件與空氣空間相鄰的表面為數據表面。數據表面為高透射性的，但最后一數據表面除外并可以包含一反射層。各數據表面都有跟蹤標記。
盤驅動器包括產生激光的激光器。一光傳送通道把光導向介質該傳輸通道包括用于把光聚到不同數據表面上的會聚部件和修正因有效基片厚度的變化引起的象差的象差補償器部件。一接收通道接收來自介質的反射光。該接收通道包括濾除反射自所讀取的數據表面以外的其他表面的雜光的濾光器部件。接收通道帶有接收反射光的檢測器及產生數據及響應該數據的伺服信號的電路。
對本發明的本質及優點的更詳細了解可由下面結合附圖所作的詳細說明獲得。
圖1是本發明的光學數據存貯系統的示意圖；圖2A是本發明的光學介質的剖視圖；圖2B是另一種光學介質的剖視圖；圖3A是圖2介質的跟蹤標記的剖視圖；圖3B是另一種跟蹤標記的剖視圖；圖3C是又一種跟蹤標記的剖視圖；圖3D是再一種跟蹤標記的剖視圖；圖4是本發明的光頭和介質的示意圖；圖5是圖4中光檢測器的俯視圖；圖6是本發明的一通道電路的電路圖；圖7是本發明控制電路的示意圖；圖8A是跟蹤誤差信號對光頭位移的曲線圖；圖8B是另一實施例中跟蹤誤差信號對光頭的位移的曲線圖；圖8C是又一實施例中跟蹤誤差信號對光頭位移的曲線圖；圖9本發明聚焦誤差信號對透鏡位移的曲線圖；圖10是本發明多數據表面象差補償器的示意圖；圖11是本發明的多數據表面象差補償器的另一實施例的示意圖12是本發明的多數據表面象差補償器的又一實施例的示意圖；圖13是圖12之補差器的俯視圖；圖14是本發明的多數據表面補償器的再一實施例的示意圖；圖15是本發明多數據表面象差補償器的另一實施例的示意圖；圖16是圖15中透鏡的橫截面圖；圖17是本發明的光頭及介質的另一實施例的示意圖；圖18是本發明的多數據表面象差補償器的另一實施例的示意圖；圖19是本發明的多數據表面象差補償器的另一實施例的示意圖；圖20是顯示圖18和19的補償器之制作過程的示意圖；圖21是本發明象差補償器的另一實施例的示意圖；圖22是本發明象差補償器的另一實施例的示意圖；圖23是本發明的多數據表面濾光器的示意圖；圖24是本發明的多數據表面濾光器的另一實施例的示意圖；圖25是本發明的多數據表面濾光器的另一實施例的示意圖；圖26是顯示圖25之濾光器的制作過程的示意圖。
圖1顯示了本發明的光學數據存貯系統的示意圖，該系統總的以標號10來表示。系統10包括最好制成盤狀的光學數據存貯介質12。介質12如先有技術中已知的那樣可取下地裝在定位軸14上。軸14連到軸馬達16，馬達16又連到系統底座20。馬達16轉動軸14和介質12。
光頭22被置于介質12下方。光頭22與臂24相連，臂24又與致動裝置，如音圈電機26連到底座20。電機26在介質12下方沿徑向移動臂24和光頭22。光學介質圖2A是介質12的剖視圖。介質12帶有基片50。基片50也叫面板或蓋板，并且是激光束進入介質12。外徑(OD)緣52和內徑(ID)緣54連在面極50和基片56之間。外徑緣58和內徑緣60連在基片56和基片62之間。外徑緣64和內徑緣66連在基片62和基片68之間。外徑緣70和內徑緣72連在基片68和基片74之間。面板50和基片56、62、68和74是用諸如玻璃、聚碳酸酯或其他聚合物透光材料制成的。在一個較佳實施例中，面板50厚為1.2mm，耕56、62、68和74為0.4mm厚。基片的厚度可選為0.2至0.8mm。內徑和外徑緣最好用塑料材料制作并厚約500微米緣厚可選為50-500微米。
緣可用膠、接合劑或其他結合工藝連到面板和基片上。緣也可與基片整體制作在一起。就位之后，緣在基片和面板間形成多個環形空間78。軸孔80在內徑緣中通過介質12，以容納軸14。在內徑緣中設有多個通道82，用于連接孔80和空間78，以使空間78和盤存貯器周圍的環境(通常為空氣)的壓強相等。通道82連有多個低阻抗過濾器84，以防止空間78被空氣中的微粒物質所污染。過濾器84可是石英或玻璃纖維。通道82和過濾器84也可位于外徑緣上。
表面90、92、94、96、98、100、102和104為數據表面并與空間78相鄰。這些數據表面可包含直接形成在基片表面上的ROM數據；或者，數據表面可涂敷上一種可寫光學存貯膜(如WOR)或一種可擦光學存貯膜(如相變或磁-光)。除光學存貯膜之外，數據表面不含先有技術中(如美國專利4,450,533號)所知的，單獨金屬反射層結構(反射率為30～100％)，換言之，在ROM表面的情況下，數據表面可包括、僅包括或基本上只包括表面本身，而在WORM、相變或磁-光表面的情況下，數據表面可包括、僅包括或基本上僅包括表面及光學存貯膜。不需要額外的非數據存貯反射層。其結果是數據表面非常透光而且可設許多數據表面。雖然中間的數據表面沒有反射層，仍可在最后的數據表面104后面設一反射層，以從最后數據表面104獲取更大的反射。
在較優實施例中，數據表面為ROM表面。在制作盤時把數據以凹穴的形式永久地記錄并直接形成在基片中。與先有技術不同，本發明的ROM表面不含金屬反射層。基片沒有覆層。其結果是每一數據表面的透射率約為96％。這4％的反射率足以用以用來檢測數據。高透射率的好處是允許對大量的數據表面進行存取并降低了來自其他表面的有害信號的作用。由于這些表面上無覆蓋，它們更便于制作且更耐腐蝕。
盡管不是必須的，增加反射率從而降低激光功率是有益的。把反射率提高到4％以上的一種方法是加一電介質薄膜覆層，該電介質的折射率大于基片的折射率。最大反射率20％發生在電介質厚度約為λ/4n時，并單調地降到厚度為λ/2n時的4％，其中λ為光波長，n為該電介質的折射率。這種電介質的例子有ZrO2、ZnS、SiNx或混合氧化物。該電介質用先有技術中已知的濺射法淀積。
數據層的反射率也可降低4％以下。這增加了透射率并允許迭置更多的盤。反射率的降低可通過采用折射率小于基片的電介質膜實現。一種這樣的電介質是MnF，其折射率為1.35。當電介質厚度約為λ/4n時達到最小反射率1％，并單調地變化至厚度約λ/2n時的最大反射率4％，其中λ是光波長，n為折射率。也可采用其他各種薄膜抗反射材料。這些抗反射膜可用先有技術中已知的濺射法進行涂覆。
數據表面也可包含WORM數據。可把諸如碲——硒合金或相變WORM膜的WORM膜涂覆到數據表面上。這些膜可用先有技術中已知的濺射法或蒸發法真空淀積。各個膜的反射、吸收和透射量與其厚度和光學常數有關。任一較佳實施例中，碲——硒合金的淀積厚度為20——800埃(A)。
數據表面也可包含可逆相變膜。任何類型的相變膜均可被采用，但較優的化合物包括那些沿著或接近連接GeTe和Sb2Te3的連接線的化合物，包括Te52·5Ge15·3Sb33Ge2Sb2Te5、GeSb2Te4和GeSb4Te7。這些膜用先有技術中已知的濺射法真空淀積到基片上，并達到20～800的厚度。可在相變膜上形成3,000厚的電介質保護覆層，以防止消蝕。
數據表面也可包括磁——光膜。諸如稀土過渡金屬的磁——光膜可用先有技術中已知的濺射法真空淀積到基片上，并達到20～800的厚度。
另一種變型是使那些數據表面包含ROM、WORM、或可擦介質的組合。諸如ROM那樣的透射性較高的表面最好距光源較近，而象WORM、相變和磁——光表面那樣的透射性較低的表面最好離得遠些。上述用于ROM表面的介電與抗反射膜也可用于WORM與可擦除介質。
圖2B是光學記錄介質的另一實施例的剖視圖，并以總標號120表示。介質120的與介質12的相似的元件用帶撇的數字表示。介質120沒有介質12的緣和空間78。基片由多個固態透明部件122隔開。部件122用具有與基片不同折射率的材料制成。這是在數據表面實現一定反射所必須的，在一較佳實施例中，部件122是用光接合劑制成的，該接合劑同時也使基片連在一起。部件122的厚度最好為100～300微米。介質120可在系統10中代替介質12。
圖3A顯示了介質12的較佳數據表面圖案的放大詳細剖視圖，并用總標號130表示。表面90包括螺旋(或同心圓)形的導槽132的圖案。表面90位于導槽132之間的部分稱為陸地部分134。表面92包括螺旋形翻轉導槽(隆脊)136的圖案。表面92位于翻轉槽136之間的部分為陸地138，槽132和翻轉槽136也稱為跟蹤標記。在較佳實施例中，跟蹤標記的寬度140為0.6微米，陸地部分的寬度140為1.0微米。這產生了(1.0+0.6)=1.6微米的螺距。
跟蹤標記被用來在介質12轉動時把光束保持在道上。這在下面進行詳述。對圖案130，來自光頭22的光束144將視其所聚焦的表面而跟蹤陸地部分134或138行進。記錄數據在陸地部分上。為使跟蹤誤差信號(TES)對表面90和92均有相同的幅度，來自陸地和跟蹤標記的反射光的光程差對于兩個表面必須是相同的。光束144通過基片50聚焦在表面90上，而光束144通過空間78聚焦在表面92上。在較佳實施例中，空間78包含空氣。要使陸地和跟蹤標記間的光程差相等，d1n1必須等于d2n2(或d2/d1等于n1/n2)，其中d1是標記132的深度(垂直距離)，n1是基片50的折射率，d2是標記136的高度(垂直距離)，n2是空間78的折射率，在較佛實施例中，空間78包含折射率為1.0的空氣，而基片50(以及其他基片)的折射率為1.5。因而比值d2/d1等于1.5。在較佳實施例中，d1為700A，d2為1050A。介質12的其他表面也具有同樣的跟蹤標記圖案。其他基片入射表面94、98和102與表面92類似，而其他空間入射表面96100和104與表面92類似。
雖然跟蹤標記最好是制成螺旋形的，它們也可制成同心圓案的。此外，各表面的螺旋圖案可以是相同的，即它們都是順時針或逆時針螺旋，或者，各數據層的圖案可在順時針和逆時針螺旋之間依次交替變化。在某些需要連續追蹤數據的應用中希望有螺旋圖案的這種交替變化，如錄象數據和電影的存貯。在這種情況下，光束在第一數據表面上向內追蹤順時針螺旋圖案，直至螺旋圖案終止于內徑附近，隨后光束聚焦到下方緊鄰的第二數據表面并向外跟蹤逆時針螺旋圖案直至達到外徑。
圖3B顯示了介質12的另一種表面圖案的放大詳細剖視圖并用總標號150表示。圖案150與圖案130類似，只是表面92的跟蹤標記是槽152而不是翻轉槽。其螺距和比值d2/d1與圖案130的相同。光束144在表面90的陸地134上跟蹤，但當光束144聚焦在表面92上時，它將沿槽152跟蹤。有些情況下希望沿槽132跟蹤。然而，如下面將敘述的，也可對光束144施行電子控制以使之跟蹤表面92上的陸地138表面94、98和102的跟蹤標記與表面90的類似，而表面96、100和104則與表面92類似。
圖3C顯示了介質12的另一種表面圖案的放大詳細剖視圖，介質12以總標號160指示。圖案160與圖案130相似，只是表面90帶翻轉槽162而不是槽132，而且表面92帶有槽164而不是翻轉槽136。螺距及比值d2/d1與圖案130的相同。光束144在聚焦到表面90時將沿翻向槽162行進，而在聚焦在表面92上時它將沿槽164行進(除非將其電子轉換成沿陸地行進)。表面94、98和102的圖案與表面90的相似，而表面96,100和104與表面92相似。
圖3D顯示了另一種表面圖案的放大詳細剖視圖，該圖案由總標號170表示。在圖案170中，表面90具有與圖案160的表面90相似的結構。表面92與有與圖案130的表面92相似的結構。螺距及d2/d1比值與圖案130的相同。光束144在聚焦到表面90上時將沿翻轉槽162行進(除非將其電子轉換為沿陸地行進)，并在聚焦在表面92上時沿陸地138行進。表面94、98和102有與表面90相似的圖案，而表面96、100和104有與表面92相似的圖案。
對所有圖案130、150、160和170，跟蹤標記是在制作基片時通過先有技術中已知的光聚合物工藝或注模法形成在基片上的。應注意的是，如上所述，光學膜是在形成跟蹤標記后淀積到基片上的。
對于跟蹤標記的討論也適用于光盤的其他特征。例如，某些ROM盤用模壓在基片上的凹穴來記錄數據和/或提供跟蹤信息。其他光介質用凹穴來模壓扇區標題信息。有些介質還用這些標題凹穴提供跟蹤信息。在把這種介質用于本發明的多數據表面形式時，凹穴被制成各數據表面上的凹穴或翻轉凹穴，其方式與上面討論的跟蹤標記相似。陸地和凹穴或翻轉凹穴間的光程也類似于跟蹤標記。凹穴、翻轉凹穴、槽及翻轉槽都位于距陸地不同的高度(即它們與陸地間的垂直距離)，并在本討論中均被稱作標記。專門用于提供跟蹤信息的標記設稱作非數據跟蹤標記。光頭圖4顯示了光頭22和介質12的示意圖，光頭22有一激光二極管200。激光器200可以是鎵——鋁——砷化物二極管激光器，它產生波長約780毫微米的主光束202。光束202被透鏡203準直并由圓化器204圓化。圓化器204可是一圓化棱鏡。光束202經過分束器205。光束202的一部分為分束器205反射至會聚透鏡206和光檢測器207。檢測器207用于監測光束202的功率。光束202的其余部分達到反射鏡208并為其反射。隨后光束202通過會聚透鏡210及一多數據表面象差補償器212并被會聚到介質12的數據表面之一上(圖中所示為表面96)。透鏡210裝在支架214上。支架214的相對介質12的位置可由聚焦電機216調節。
光束202的一部分被數據表面反射面形成反射光束220。光束220經補償器212和透鏡210并被反射鏡208反射。在分束器205，光束220被反射至多數據表面濾光器222。光束220通過濾光器222和分束器224。在分束器224光束220的第一部分230被引向散光透鏡232及四分光檢測器234。在分束器224，光束220的第二部分236被引向半波片238和極化分束器240。分束器240把光束236分成第一正交極化光分量242和第二正交極化光分量244。透鏡246把光束242會聚到光檢測器248，而透鏡250把光束244會聚到光檢測器252。
圖5顯示了四分檢測器234的俯視圖。檢測器234被分為四個相同的部分234A、B、C和D。
圖6顯示了通道電路260的電路圖。電路260包括數據電路262、聚焦誤差電路264和跟蹤誤差電路266。數據電路262包括連到檢測器248的放大器270和連到檢測器252的放大器272。放大器270和272連到雙極雙擲電子開關274。開關274連到加法放大器276和微分放大器278。
電路264有分別連到部分234A、B、C和D的多個放大器280、282、284和286。加法放大器288連到放大器280和284上，而加法放大器290連到放大器282和286上。微分放大器292連到加法放大器288和290。
電路266有一對加法放大器294和296和微分放大器298。加法放大器294連到放大器280和282，而加法放大器296連到放大器284和286。微分放大器298經雙極雙擲電子開關297連到加法放大器294和296。開關297反轉放大器298的輸入信號。
圖7是本發明的控制器系統的示意圖，并用總標號300指示。聚焦誤差信號(FES)峰值檢測器310與聚焦誤差信號電路264相連。跟蹤誤差信號(TES)峰值檢測器312與跟蹤誤差信號電路266相連。控制器314連到檢測器310、檢測器312、檢測器207及電路262、264和266。控制器314是一帶微處理器的盤驅動控制器。控制器314還連到并控制激光器200、光頭電機26、軸電機16、聚焦電機216、開關297和274以及補償器212。對補償器212的確切結構和運行的詳細描述將在下面給出。
現在可以明白系統10運行了。控制器314使電機16轉動盤12并使電機26把光頭22移到盤12下方的適當位置。見圖4。激光器200以從盤12上讀取數據。光束202由透鏡210會聚到數據表面96上。返回的反射光束220被分成光束230、242和244。光束230為檢測器234所檢測并被用來提供聚焦及跟蹤伺服信息，而光束242和244分別由檢測器248和252所檢測并被用來提供數據信號。
見圖5。當光束202剛好會聚到數據表面96上時，光束230在檢測器234上有圓形的橫截面。這將使電路264輸入出一零聚焦誤差信號。若光束202沿一方向或另一方向偏離聚焦，光束230在檢測器234上將呈橢圓圖案352或354。這將使電路264輸出一正或負聚焦誤差信號。控制器314將用該聚焦誤差信號來控制電機216去移動透鏡210，直到達到零聚焦誤差信號。
若光束202恰好聚焦在數據表面96的一導道上光束230將以圓形橫截面相等地落在部分A與B和部分D與C上。若光束偏離導道它將落在跟蹤標記和陸地間的邊界上。結果，光束將被衍射，而橫截面350將向上或向下移動。部分A和B將收到較多的光，而部分C和D將收到較少的光，或是相反的情況。
圖8A顯示了電路264產生的TES相對光頭22的位移的曲線圖。控制器314使VCM26把光頭22移過介質12的表面。TES峰值檢測器312計數TES信號的峰(最大和最小點)。各導道之間有二個峰值。通過計數峰的個數，控制器314可把光束定位在適當的導道上。陸地處的TES信號是正斜率的TES信號。控制器314用該正斜率信號把光束鎖定在道上。比如，正斜率TES信號使光頭22向左移向零點陸地位置，而負斜率TES信號使光頭22向右移向零點陸地位置。圖8A是當開關297處于圖6所示初始位置時從介質12的較佳圖案130導出的信號。圖案150的表面90和圖案170的表面92也產生同樣的信號。光束被自動地鎖定在陸地上，因為那里有正斜率。
圖8B顯示當開關297處于其初始位置時TES與光頭相對圖案150的表面92、圖案160的表面90和92及圖案170的表面90的位移的曲線圖。請注意此處正斜率信號出現在跟蹤標記處，因而光束被自動鎖定在跟蹤標記而不是陸地位置上。在某些場合希望沿跟蹤標記行進。
圖8C顯示了當啟動反向器開關297便TES信號反向時TES與光頭相對圖案150的表面92、圖案160的表面90和92及圖案170的表面90的位移的曲線圖。現在TES在陸地處有正斜率，而光束將沿陸地部分而非跟蹤標記行進。因此，控制器314可通過設置開關297來跟蹤槽或陸地。
在較佳實施例中，介質12包括ROM數據表面。ROM數據通過檢測反射率來讀取。在數據電路262中，當讀取ROM盤時開關274與放大器276相連。來自檢測器248和252的信號被加起來。當記錄有數據點時檢測到的光較弱，這一檢測到的光的差別就是數據信號。開關274在讀取WORM和相變數據盤時的設置是相同的。如果盤12有磁——光數據表面，則需要用極化檢測來讀取數據。開關274將連到放大器278。檢測器248和252檢測到的正交極化光的差別將提供數據信號。
圖9顯示了來自電路264的聚焦誤差信號對透鏡210的位移的曲線圖。注意對介質12的每一數據表面都得到一名義上的正弦聚焦誤差信號。在數據層之間，聚焦誤差信號為零。在系統啟動過程中，控制器314先使電機216把透鏡210定位在零位移處。隨后控制器314通過讓電機216把透鏡210沿正位移方向移動來尋找所希望的數據表面。在每一數據層，峰值檢測器310檢測聚焦誤差信號的兩個峰值。控制器314將計數峰值(每個數據表面兩個)并確定光束202聚焦的確切數據表面。當到達所希望的數據表面時，控制器314讓電機216定位透鏡210從而使聚焦誤差信號在那個特定數據表面的兩個峰值之間。該誤差信號隨后被用來控制電機216以尋找兩峰值之間的零點聚焦誤差信號，即鎖定在正斜率信號上從而達到準確聚焦。控制器314還調節激光器200的功率、開關297、以及象差補償器212使適合于該特定數據表面。
在啟動時，控制器314還確定所讀的盤的類型。開關274先設在反射率檢測位置，而開關297則設在讀取有較佳圖案130的盤的陸地部分的位置。控制器314尋找并讀取第一數據表面第一道的標題信息。標題信息包含層數、各層光學介質的類型(反射率或極化檢測)、以及所用的跟蹤極化的圖案。根據這些信息，控制器314可適當設置開關274和297以正確讀取各數據表面。例如，盤可有4個ROM數據表面層和兩個ROM數據表面層。控制器314將設置開關274以對表面1——4作反射率檢測并對表面5——6作極化檢測。
若控制器314無法讀取第一數據表面第一道(也許第一層有不同的跟蹤標記圖案)，控制器314將把開關297置于其他狀態并再次試圖讀取第一數據表面的第一道。如果這還不夠(也許第一數據表面是磁——光的并需要極化檢測)，控制器將把開關274置于極化檢測并再試一次，先把開關297設在一位置并隨后設在另一位置。總之，控制器314將以開關274和297的四種不同組合來試圖讀取第一數據表面的第一道的標題信息，直至成功讀取該道為止。一旦控制器314得到該標題信息，它就可為其他各數據表面正確地設置開關274和297。
或者，盤驅動器可只專用于一種介質。此時，控制器314被預先編程以存貯有關數據表面、層數、以及跟蹤標記類型的信息。象差補償器通常，透鏡都設設計成在折射率為1.0的空氣中會聚光線。當用這種透鏡會聚透過折射率不同的材料的光時，光線發生球面象差，它扭曲并放大了光束點，降低讀取和記錄的性能。
在一般光數據存貯系統中，只有一個需要會聚的表面。該表面通常位于1.2mm厚的面板之下。透鏡一般為55數值孔徑(NA)透鏡，是專為修正1.2mm面板在光線上所引起的球面象差而設計的。其結果是對該特定深度可得到很好的點聚焦，但對其他深度聚焦變得模糊。這對任何多數據層系統都是嚴重問題。
本發明的象差補償器212可解決該問題。圖10顯示了一種象差補償器的示意圖，補償器用總標號400表示并可用作補償器212。補償器400包括含有三階的階塊402。第一階404厚0.4mm，第二階406厚0.8mm，第三階厚1.2mm。塊402是由與面板和介質12的基片相同的材料或其他類似光學材料制成。注意這些階的光學厚度增加量為基片厚度的增量。塊402連到音圈電機410(或類似致動裝置)，電機410又連到控制器314。電機410橫向地把塊402移入或移出光束302的光徑。
透鏡210被設計得聚焦于介質12的最低數據表面上。換言之，透鏡210是用來補償面板和介入的基片的組合厚度所造成的球面象差的。對本發明，為了聚焦在表面102或104上，光束202必須通過面板50和基片56、62和68(組合厚度為2.4mm的基片材料)。注意這里沒考慮空氣空問78，因為它們不構產生附加的球面象差。透鏡210因而被設計成聚焦通過2.4mm聚碳酸酯的光線的，并可同樣有效地聚焦于表面102和104上。
當光束202聚焦于表面102或104之一時，塊402完全撤出，且光束202不經過它。當光束202聚焦于表面98或100時，塊402的定位使光束202通過階404。當光束202聚焦于表面94或96時，塊402的定位使光束202通過階406。當光束202通過表面90或92時，塊402的定位使光束202通過階408。其結果是無論聚焦于哪對表面，光束202都經過總光學厚度相同的材料且不產生球面象差問題。控制器314控制電機410按需要移動塊402。
圖11顯示了一象差補償器，它由總標號430指示并用可用作補償器212。補償器430有一對互補三角形塊432和434。塊432和434是用與介質12的基片和面板相同的材料或有類似光學特性的材料制成的。塊432處于一固定位置，以使光束202通過它。塊434連到一音圈電機436并可沿塊432的表面滑動。控制器314連接到并控制電機436。通過相對塊432移動塊434可調節光束202通過的材料總厚度。其結果是光束202無論聚焦在哪個數據表面都通過同樣厚度的材料。
圖12和13顯示了由總標號450指示的象差補償器，它可用作補償器212。補償器450有園形階形部件452。部件452有四個部分454、456、458和460。部分456458和460具有分別與補償器400的階404、406和408相似的厚度。部分454沒有材料并表示園形中的一空白空間，如圖13所示。園狀部件452連到由控制器314控制的步進電機462上。軸462轉活部件452從而使光束202不論聚焦在哪一數據表面時都通過同樣厚度的材料。
圖14顯示了由總標號570指示的象差補償器，它可用作補償器212。補償器570包括靜止的凸透鏡572和可移動的凹透鏡574。透鏡574連到一音圈電機576。音圈電機576在控制器314控制下相對透鏡572移動透鏡574。光束202經透鏡572、574及透鏡210到達介質12。相對透鏡572移動透鏡574改變了光束202的球面象差并使之聚焦在不同的表面上。在最佳實例中透鏡210、574和572構成一具有可移動中心部件574的庫克(Cooke)三合透鏡。庫克三合透鏡在R.Kingslake的文章“透鏡設計原理”((“Lens Design Fundamentals”,AcademicPress,New York,1978,pp.286-295)中有詳細的描述。雖然透鏡274被顯示為可移動的，也可以固定透鏡274而把透鏡572用作移動部件。在圖4中，象差補償器212是在透鏡210和介質12之間。但是，若用了補償器570它將位于透鏡210和反射鏡208之間，如圖14所示。
圖15顯示了以總標號580指示的象差補償器。補償器580包括零標稱聚焦能力的非球面透鏡部件582。部件582有一球形象差表面584和一平面表面586。透鏡582連到一音圈電機588。音圈電機588在控制器314的控制下相對透鏡512移動透鏡582。光束202經透鏡210和透鏡582到達介質12。相對透鏡210移動透鏡582改變光束202的球面象差并使之能聚焦到不同的數據表面上。
圖16顯示了透鏡582相對軸Z和P的示意圖。在一較佳實施例中，表面584應對應于公式Z=0.00770P4-0.00154P6。
圖17顯示了本發明的另一種光頭的示意圖，并用總標號600指示。光頭600與光頭22相似的部件用帶撇的數字指示。注意光頭600與系統10除象差補償器212被取消而新的象差補償器602被加在分束器206 ＇和鏡208＇之間外是相同的。對補償器602及其運行的說明將在下面給出。光頭600的運行在其他方面與光頭22相同。光頭600可在系統10中代替光頭22。
圖18顯示了以總標號610指示的象差補償器，它可用作補償器602。補償器610有帶反射全息覆蓋614的基片612。基片612連到由控制器314控制的步進電機616上。全息覆層614記錄有若干全息圖，其每一個都給光束202＇造成特定的象差。這些全息圖是布拉格(Bragg)式的，它們只對特定波長和入射角的光有反應。當基片212轉動幾度時，光束202＇將遇到一不同的全息圖。記錄的全息圖數對應于所要校正的不同球面象差數。對所示的介質12，需要四種不同的記錄，每個對應于一對數據表面。
圖19顯示了由總標號620指示并可用作補償器602的象差補償器。補償器620包括基片622、透射全息覆層624和步進電機626，補償器620除全息覆層624是透射而非反射外與補償器610相似。全息覆層624上記錄有若干全息圖，每個都對應所需的球面象差補償量。當基片622轉動時，光束202＇依次遇到這些全息圖。
圖20顯示了以總標號650指示的、用于制作全息覆層614和624的記錄系統的示意圖。系統650有以與激光器200類似的頻率產生光束654的激光器652。光束654由透鏡656準直后到達分束器658。分束器658把光束分成光束660和662。光束660被反射鏡664和666反射并被透鏡668聚焦到平面672的點670。光束660經與塊402類似的階形塊674。光束660隨后由透鏡676再次準直并照到基片682的全息覆層680上。基片682可旋轉地裝在步進電機684上。光束662與光束660成90°角地照到覆層680上。
透鏡668在平面672上成一無象差點。這束光隨后經塊674，塊674的厚度代表在存取一特定記錄層時所碰到的基片厚度之和。透鏡676在設計上與光存貯器頭中所用的透鏡210相同。它把光準直成包含與特定厚度相對應的特定球面象差的束。這個波前通過與參考光束662干涉而被全息記錄下來。如果全息圖大致按所示的平面690定向，就記錄了透射全息圖。若它大致按虛線所示的平面692定向，就記錄了反射全息圖。通過轉動全息圖至一新的角度并插入塊674的相應厚度的板，可以全息地存貯修正存取不同對記錄層時所遇到象差所需的波前。記錄了多個角分辨全息圖，每個對應于并修正一對不同時記錄層。全息覆層可用重鉻酸膠或光聚合材料制成。各全息圖可以小到1度的角度增量進行記錄面不產生顯著干擾。這可保證記錄大量的全息圖并相應地采用大量的數據表面。
圖21顯示了另一種以總標號700指示并可用作補償器602的象差補償器。補償器700包括極化分束器702、四分之一波長704、連到步進電機708的圓盤傳送器706以及能分別提供不同球面象差校正的多個球面象差鏡710。光束202 ＇按其極化定向以使其通過分束器702及片704而到達鏡710之一。鏡710給光束202＇造成適當的球面象差，隨后光束202＇經板704返回并為分束器702反射至鏡208＇。電機708在控制器314控制下轉動圓盤傳送器706以選擇適當的鏡就位。鏡710為反射施米特修正片。參見M.Born等人的“光學原理”(M.Born,et al.,“Principleof＇Optics”,Pergonan Press Oxford,1975,pp.245-249)第245-249頁。
圖22顯示了以總標號720表示并可用作補償器602的另一種象差補償器。補償器720包括極化分束器722、四分之一波長724和電控變形鏡726。變形鏡726由內部壓電元件控制并在J.P.Gaffarel等人于“應用光學”第26卷第3772-3777頁(Applied Optics”,Vol。26,pp3772-3777,(1987)中有更詳細的論述。補償器720的運行與補償器700相類似，只是鏡726是靠電調節來提供適當的球面象差。換言之，鏡726得到調節以形成與補償器700的不同施米特校正片710相對應的反射表面。控制器314按需要控制鏡726的調節。
上面結合介質12描述了象差補償器212和602的運行。由于各層間的空氣層，一種象差補償設置適用于一對數據表面。然而，在使用介質120時，每一個數據表面都要求象差補償設置。這是由于沒有空氣空間。多數據表面濾光器當光束202聚焦于介質12的一特定數據表面時，反射光束230自該表面返回到光頭22。但是還有些光束202反射自其他數據表面。必須除去這些不需要的反射光才能得到數據和伺服信號。本發明的多數據表面濾光器222可實現這一功能。
圖23顯示了可用作濾光器222的濾光器750的示意圖。濾光器750包括擋板754和透鏡756。所需要的光束230得到準直，因為它得到透鏡210的適當會聚。光束230由透鏡752聚焦至點760。不需要的光762由于未經透鏡210的適當會聚而未被準直。光762將不會被聚焦到點760。板764有位于點760的孔764，以使光230通過。大部分不需要的光762為板754擋住。光230經透鏡756再準直。在一較佳實施例中，孔764是圓形的且直徑約為λ/(2*(NA))，其中λ為光波長，NA是透鏡752的數值孔徑。確切的直徑是通過綜合平衡準直允許誤差和層間信號抑制要求而確定的。孔764也可是最窄縫隙為λ/(2*(NA))的狹縫。此時板764可為由狹縫分開的兩個部件。板754可由金屬片或帶不覆蓋孔764的阻光覆層的透明基片制成。
圖24顯示了可用作濾光器222的濾光器800。濾光器800包括透鏡802，擋板804、擋板806和透鏡808。板806有位于透鏡802焦點812處的孔810。板804有一互補孔814，它使準直的光230得以通過孔810但卻擋住不需要的非準直光820。孔814可是一對平行狹縫或是一環形孔。在一較佳實施例中，孔814的狹縫間距大于孔810的直徑。孔810的直徑約為λ/(2*(NA))。對環形孔，環形狹縫的內徑應大于孔810的直徑。在兩種情況下，孔814的外緣均位于光束230之外。擋板804和806可由金屬片或帶不覆蓋孔810和814的阻光覆層的透明基片制成。
圖25顯示了可用作濾光器222的另一種濾光器830。濾光器830包括分束器832及全息板834。全息板834的覆層調整為有效地反射準直光束230但同時使未準直光束840通過。所要的光束230為全息板834反射并回到分束器832，并被反射至分束器224。
圖26是顯示全息板834的制作的示意圖。具有與激光器200相同波長的準直激光束850在振幅分束器856被分成兩束852和854。光束852和854分別被引向鏡860和862并從垂直于板834的相反的方向落到全息板834上。借助光束852和854的干涉記錄下反射全息圖。全息覆層可由重鉻酸膠或光聚合材料制成。
在圖4中，本發明的濾光器222位于光束220的光路中。然而，可在伺服光束230或數據光束236的光路中設置一或多個濾光器。
雖然在此對本發明的較佳實施例作了詳細說明，但本領域的專業人員顯然可在不超出所附權利要求書所限定的本發明的范圍的前提下對本發明作各種修改和變形。
權利要求
1．一種光數據存貯系統，包括一個激光器，用于產生光束；一個心軸馬達，用于接收一個光數據存貯盤；一個光存貯盤，包括一個透射激光的第一基片，具有含記錄在軌道上的數據的第一數據表面，該第一數據表面包含跟蹤標記，用于保持激光束在第一數據表面的數據軌道上；一個第二襯底，具有含記錄在軌道上的數據的第二數據表面，該第二數據表面包含跟蹤標記，用于保持激光束在第一數據表面的數據軌道上；和一個透射激光的固體材料層，用于把第一和第二襯底連接在一起，使第一和第二數據表面成分隔關系；并且其中第一數據表面包含表示第一數據表面上含有的跟蹤標志類型的記錄信息；一個聚焦裝置，用于使光束聚焦于盤的選定的數據表面上的一個選定的軌道上；一個光束運動裝置，用于將光束引導到盤的選定的數據表面上的一個選定的軌道上；一個光檢測器，用于接收從選定的軌道上跟蹤標志上返回的反射光；一個跟蹤誤差信號電路，連接到光檢測器；和一個跟蹤控制器，響應于跟蹤誤差信號，用于使光束運動裝置把光束保持在選定的軌道上，該控制器從所述記錄信息誤別跟蹤類型，該記錄信息表示跟蹤標志的類型。
2．根據權利要求1的系統，其中控制器響應于識別的跟蹤類型開關跟蹤誤差信號電路。
3．根據權利要求1的系統，其中信息識別跟蹤標志類型是記錄在每個數據表面上。
4．根據權利要求1的系統，其中至少一個表面是ROM表面。
5．根據權利要求1的系統，其中至少一個表面是WORM材料。
6．根據權利要求1的系統，其中至少一個表面是相變材料。
7．根據權利要求1的系統，其中至少一個表面是磁光材料。
8．根據權利要求1的系統，其中信息識別跟蹤標志類型是記錄在數據軌道的引導部分中。
9．根據權利要求1的系統，其中跟蹤標記是數據軌道的部分。
10．根據權利要求1的系統，其中跟蹤標記是凹穴。
11．根據權利要求10的系統，其中第一數據表面是ROM表面，并且其中凹穴是模注在所述基片中。
12．根據權利要求1的系統，其中跟蹤標志是翻轉凹穴。
13．根據權利要求1的系統，其中跟蹤標志是槽。
14．根據權利要求1的系統，其中跟蹤標志是翻轉槽。
15．根據權利要求1的系統，其中至少一個基片是由玻璃構成的。
16．根據權利要求1的系統，其中至少一個基片是由聚合物材料構成的。
17．一種光存貯系統，包括一個激光光源，用于產生光束；一個介質接收器，用于接收光數據存貯介質，該介質具有多個位于介質不同深度處的分隔數據表面，其中至少一個數據表面，含有記錄在軌道上的數據和跟蹤類型信息，該跟蹤類型信息表示用于使光束保持在軌道上的跟蹤標志的類型；一個聚焦裝置，用于使光束聚焦于一個選定的數據表面上；一個光束運動裝置，用于將光束引導到選定的數據表面上的一個選定的軌道上；一個光檢測器，用于接收從選定的軌道上的跟蹤標志上返回的反射光；一個跟蹤誤差信號電路，連接到光檢測器；和一個跟蹤控制器，響應于跟蹤誤差信號，用于使光束運動裝置把光束保持在選定的軌道上，該控制器從所述表示跟蹤類型的信息識別跟蹤類型。
18．根據權利要求17的系統，其中控制器響應于識別的跟蹤類型開關跟蹤誤差信號電路。
全文摘要
一種光數據存貯系統,包括:介質接收器,用于接收光數據存貯介質,該介質具有多個位于介質不同深度處的分隔數據表面;輻射源,用于產生輻射束;及光接收器,用于接收從介質返回的輻射束,并產生響應于此輻射束的數據信號,其特征在于還包括:表面識別裝置,連接到光接收器,用于識別介質中呈現的數據表面數字;一個聚焦裝置,連接到表面識別裝置,用于使輻射束聚焦于多個介質數據表面的所選的一個上。
文檔編號G11B7/12GK1319839SQ0012853
公開日2001年10月31日 申請日期2000年11月21日 優先權日1991年6月4日
發明者哈爾·J·羅森, 庫爾特·A·魯賓, 蒂莫西·C·斯特蘭德, 格倫·T·辛爾庫克, 詹姆斯·M·扎維斯蘭, 瑪格麗特·E·貝斯特 申請人:國際商業機器公司