專利名稱：用于掃描和清潔信息載體的設備的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種用于讀取由信息載體上的標記代表的信息的設備，該設備包括掃描單元，用于由所述標記產生讀取信號；輻射源和光學元件，用于產生輻射束；聚焦裝置，用于控制光學元件中的至少一個，以通過聚焦所述光束產生光斑；和清潔裝置，用于清潔信息載體的表面。
本發明還涉及一種在所述設備中使用的信息載體，該信息載體配備有一個保護盤盒。
背景技術：
從WO98/53455中可以獲知一種用于掃描信息載體的設備。該信息載體包含由標記(例如，盤形信息載體上的軌道內的可采用光學手段讀取的效應)代表的信息。所述設備包括一個驅動單元，用于旋轉信息載體。為了對所述軌道進行掃描，通過一個定位單元將一個由光學元件構成的光頭定位到了與軌道相對的位置上，與此同時信息載體進行旋轉。其中對信息載體表面上的污染物問題進行了討論。可以通過多種方法清除掉污染物，例如，通過手工清潔的方式或通過在設備中插入專用的清潔盤，可以清除掉設備內部的污染物。還介紹了一種清潔系統，該系統具有一個內置于所述設備中的清潔墊或刷，用于清潔信息載體的表面。此外該清潔系統還包括一個墊清潔組件，用于從所述的墊上清除污染物。這種已知系統的問題是，它在機械結構上比較復雜，并且不太適于清除頑固的污染物。這樣的污染物對從高密度信息載體上讀取信息造成了相當嚴重的干擾。
發明內容
本發明的目的是提供一種具有清潔系統的掃描設備，其中清潔系統對清除頑固的污染物更加有效。
為了這個目的，在本文起始段落中介紹的設備的特征在于，清潔裝置包括控制裝置，用于通過控制聚焦裝置將光斑基本聚焦在信息載體的表面上并控制輻射源的功率以實現所述清潔。本文起始段落中介紹的信息載體的特征在于，該盤盒配備有與信息載體的表面隔開一定的距離的污染物收集裝置，用于粘著通過所述清潔而從信息載體的表面上除掉的顆粒，具體講就是，盤盒的至少部分內壁由高表面能量的材料涂覆。這些手段的效果是，通過局部加熱受污染區域和/或污染顆粒本身使信息載體得到了清潔。由于將可用的功率聚集在了構成光斑的小區域上，所述污染物得以有效地從表面上清除掉。通過在盤盒或盤驅動器的內壁上設置對顆粒具有很強粘著作用的材料，能夠防止從表面上清除下來的顆粒再次污染該表面。
本發明基于下述認識。首先，本發明人發現，機械清潔方法對清除較小的污染物顆粒和頑固的表面污染物沒有什么效果。其次，本發明人發現，工業激光清潔技術，例如用于半導體器件制造等的激光清潔技術(見《聚合物表面的激光清潔(Laser cleaning of polymersurface)》作者T.Fourier等人，應用物理(Applied Physics)A72，1(2001)，材料科學與工藝(Materials Science & Processing))可以構成為像家用盤驅動器這樣的掃描設備的一部分。使用半導體輻射源并且將光斑聚焦在信息載體的表面上，并對輻射源的功率加以控制，提供了剛好夠用的能量來實現清潔效果。
按照所述設備的一種實施方式，控制裝置配置成以脈沖形式控制輻射源的功率。使用短脈沖的效果是，輻射源能夠給出基本高于平均功率的峰值功率，因為功耗是基于平均功率的。峰值功率增強了清潔效率。
所述設備的另一種實施方式包括用于檢測表面上可能存在的污染物的檢測裝置，并且所述控制裝置配置成用來清潔所述可能檢測到污染物的表面部分。這樣做的優點在于，僅對表面上受到污染的部分進行清潔，縮短了清潔時間。
通過進一步參考下面的說明書中借助實例并參照附圖介紹的實施方式，本發明的這些和其它方面將會變得清楚和明確，其中附圖1a表示信息載體(頂視圖)，附圖1b表示信息載體(截面圖)，
附圖2表示位于盤盒中的信息載體，附圖3表示用于讀取軌道的輻射束，附圖4表示聚焦在表面上用于清潔的輻射束，附圖5表示帶有用于清潔的激光控制的讀取設備，和附圖6表示帶有用于清潔的激光控制的記錄設備。
不同附圖中相應的元件具有相同的附圖標記。
具體實施例方式
附圖1a表示帶有軌道9和中孔10的盤形信息載體11。軌道9，即所記錄的(所要記錄的)代表信息的標記串的位置，是按照多圈螺旋圖樣排布的，在信息層上構成的基本平行的軌道。所述信息載體可以是可采用磁性手段讀取的，例如硬盤，或者也可以是可采用光學手段讀取的，稱為光盤，并且此時具有只讀或可記錄型的信息層。只讀盤的例子是CD或DVD，而可記錄型的例子是CD-R和CD-RW，以及DVD的可寫入型式，比如DVD+RW和DVD+R，還有使用藍色激光的高密度可寫入光盤，稱為藍光盤(BD)。有關DVD盤的更多詳情可以在參考文獻《ECMA-267120mm DVD-Read-Only Disc-(1997)》中找到。通過沿著所述軌道記錄可光學檢測的標記，如相變材料中的晶態或非晶態標記，信息呈現在信息層上。信息載體的表面比較適于借助激光能量進行清潔，這將在下面介紹。值得注意的是，表面激光清潔既可以用于帶有盤盒的盤，也可以用于不帶盤盒的盤。讀取和寫入的可靠性都能夠得到提高。
附圖1b是沿著可記錄型信息載體11的線b-b截取的截面圖，其中透明基板15配備有一個記錄層16和一個保護層17。按照多層存儲介質的一種實施方式，保護層17包括一個或多個基板層和/或記錄層，例如DVD中，記錄層在一個0.6mm基板上，而另一個0.6mm的基板粘接在其背面一側。可記錄型的信息載體上的軌道9可以由空白信息載體制作期間制成的預制模壓軌道結構來實現。該軌道結構是，例如，由預制槽14構成的，這種預制槽使得讀取/寫入光頭能夠在掃描期間跟蹤該軌道。軌道結構包括位置信息，例如地址，用于指示信息單元的位置，這種信息單元通常稱為信息塊。這種位置信息包括專用同步標記，用于確定這種信息塊的起始位置。預制槽14可以用基板15材料上的凹痕或隆起實現，或者用與周圍不同的材料屬性實現。
信息載體11可以，例如，用于包含代表按照像MPEG2這樣的標準格式數字編碼的視頻信息。
附圖2表示在盤盒中的信息載體。信息載體11置于盤盒21中。該盤盒可由一個滑片22封閉，在該盤盒插入到設備中的時候使信息載體表面可由讀取光頭訪問時，該滑塊將會被移開。中孔10是可見的，用于與所述設備中的驅動單元相連接，不過按照另一種方案也可由滑片22遮蓋住。在沒有插入到設備中時，盤盒和滑片構成了一個圍繞著信息載體11的基本封閉的盒體。該盤盒配備有一個污染物收集單元23，用于收集通過激光清潔從信息載體的表面上脫離下來的污染物，將在下面介紹。按照一種實施方式，污染物收集單元23是由涂覆有一層粘著顆粒的材料(例如，高活性的高表面能量材料，例如(經過化學處理的)活性碳)的盤盒內壁構成的。
附圖3表示用于讀取軌道的輻射束。輻射源34，例如半導體激光器產生輻射，這一輻射經由像物鏡32這樣的光學元件引導，從而構成了輻射束35。該輻射束進入信息載體的表面36，該表面由預定厚度(如箭頭所示，例如，在DVD的情況下為0.6mm或者在BD的情況下為0.1mm)的基板37構成。在基板37后面，設置有一個記錄層，該記錄層具有由標記38構成的軌道。第二基板支撐著這一結構，以實現機械穩定性，或者用于提供讀取和記錄信息用的第二表面。聚焦輻射束35，以在標記上形成光斑66。輻射被反射到檢測器33，以產生讀取信號。信息載體的表面36遭到了灰塵顆粒31的污染。光束35可能會受到該顆粒的干擾。光盤(CD)的良好可靠性在很大程度上要歸功于在數據層的頂部上有1.2mm的厚透明基板。在讀取和寫入期間，激光束穿過厚基板聚焦在數據層上。激光束不聚焦在盤的表面上，使得CD系統對灰塵和指印更加不敏感。通過使用具有較高數值孔徑的物鏡和較短波長的激光束，已經實現了光學存儲系統的數據容量超過CD(即，DVD和BD)。不過，為了限制光學像差并且實現足夠的光學容限，對于DVD而言，透明基板的厚度減小到了0.6mm，而對于BD而言，透明基板的厚度減小到了0.1mm。因此DVD和BD，以及將來的光學存儲新生代，更易受到灰塵和指印的影響，這種影響將會危及它們的可靠性。按照本發明，下面將要介紹的激光清潔是內建在讀取和/或記錄設備中的，以增加可靠性。其可以對干擾進行檢測，例如檢測讀取信號強度的變化、跟蹤信號或讀取誤差的變化，來確定顆粒31是否存在及其位于何處。
附圖4表示聚焦在表面上用于清潔的輻射束。其中給出了與附圖3中相同的光學元件。該光學系統設置為將輻射束35聚焦在表面上或鄰近表面的位置上，例如，聚焦在顆粒31附近的表面上方。通過對輻射束35施加充足的能量，灰塵顆粒要么會從表面上松動，要么就被蒸發掉。與讀取和寫入期間所作的不同，沒有將激光束聚焦在數據層上，而是將激光聚焦在盤的頂表面上，用以進行清潔。足夠高的能量通量(一般為100mJ/cm2)的短激光脈沖(一般為20ns)能夠清除諸如灰塵和指印之類的污染物，這是由于快速熱膨脹使得污染物從盤表面上彈落。下面的計算使用了最大激光功率為250mW(脈沖)的實際激光。20ns的脈沖寬度和1×5μm2的光斑尺寸得到了100mJ/cm2的能量通量。假設盤的線速度為10m/s(為正常DVD速度的3倍)并且脈沖頻率為10MHz，會得到0.5cm2/s的清潔速度。250mW的激光功率并非嚴格的要求；唯一的要求是在大約數十納秒的脈沖期間得到接近100mJ/cm2的能量通量。當前高速CD-R驅動器的最大激光功率為接近200mW(脈沖)。必須要考慮光路的效率(一般為大約40％)。因此，在盤上使用80mW的激光功率、20ns的脈沖寬度和1×1.6μm2的光斑尺寸，可以得到100mJ/cm2的能量通量。再次假設盤的線速度為10m/s并且脈沖頻率為10MHz，可到了0.16cm2/s的清潔速度。影響盤的讀取或寫入的灰塵顆粒一般來說會覆蓋遠小于一平方厘米的面積，從而能夠迅速得以清除。
附圖5和6表示按照本發明用于掃描信息載體1的設備，該設備具有用于清潔的激光控制。附圖5的設備設置為用于對信息載體1進行讀取，該信息載體與附圖1或2中所示的信息載體相同。該設備配備有讀取裝置，包括一個讀取光頭，該讀取光頭用于掃描信息載體上的軌道；驅動單元55，用于轉動信息載體1；讀取信號處理單元53，例如包括一個通道解碼器和一個誤差修正器；和系統控制單元56。所述讀取光頭包括公知的光學系統，用于經由輻射束65產生聚焦在信息載體記錄層的軌道上的輻射光斑66。輻射束65是由輻射源產生的，該輻射源例如為激光二極管。讀取光頭52還包括用于將輻射束65聚焦在記錄層上的聚焦致動器59和用于沿徑向將光斑66精確定位在軌道的中心上的跟蹤致動器(未示出)。由記錄層反射回來的輻射由常用類型的檢測器(例如，四象限檢測器)進行檢測，以產生檢測信號57，該信號包括讀取信號、跟蹤誤差和聚焦誤差信號。在讀取期間，讀取信號在讀取信號處理單元53中轉換為輸出信息，由箭頭64表示。所述設備具有定位裝置54，用于沿徑向將讀取光頭52粗略定位在軌道上，精細定位是由跟蹤致動器進行的。跟蹤致動器可以包括用于沿徑向移動光學元件的線圈，或者可以設置為用于改變讀取光頭的可動部分上的反射元件的角度，或者在部分光學系統安裝在固定位置上的情況下改變固定位置上的部分上的反射元件的角度。所述設備配備有一個清潔控制單元51，用于將光束聚焦在信息載體的表面上并且用于控制清潔用激光的功率。為了產生足夠的功率以實現有效清潔，激光功率是以脈沖形式實施的。峰值功率是在所述脈沖期間發出的，并且在脈沖之間的時段內將激光的平均功率保持得充分低。所述設備還配備有一個控制單元56，用于接收來自控制計算機系統或用戶的命令，并且用于經連接到驅動單元55、定位裝置54、清潔控制單元51和讀取信號處理單元53的控制線58(例如，系統總線)對所述設備進行控制。為此，該控制單元包括控制電路，例如微處理器、程序存儲器和控制門，用于執行下面將要介紹的進程。控制單元56還可以由邏輯電路中的狀態機來實現。清潔控制單元51可以設置為用于通過驅動器的固件控制清潔功能，并且可以與控制單元56集成在一起。就硬件而言，有一點要注意，聚焦致動器59要具有垂直于盤表面的充分移動范圍，這樣才能夠在數據層上和盤表面上都實現聚焦。光盤驅動器的光路上的光學元件通常設計為使穿過基板在數據層上聚焦期間的光學像差最小化。如果針對薄基板進行的設計，那么在盤表面上聚焦的時候光學像差將會保持得相對較小。取決于基板的厚度，可采用一些光學元件來進行表面聚焦。
按照設備的實施方式，該設備具有污染物檢測單元50。為了借助激光清潔從光盤表面上清除污染物顆粒，需要確定污染物的位置。基本思路是，只有那些影響了光學讀取和/或寫入處理的污染物才應當清除。而對光學記錄過程無影響的污染物可以不加以處理。在遇到很大的污染物的情況下，用戶數據傳輸率在清潔期間可能會暫時受到影響，最好停止清潔，以避免不可恢復的數據缺失或寫入失敗。
按照污染物檢測單元50的第一實施方式，污染物在盤表面上的位置是通過檢測(多個)不可恢復的數據錯誤的出現來確定的。這種方法假設不可恢復的數據錯誤是由污染物造成的。當檢測到不可恢復的數據錯誤并且跟蹤信號仍然存在時，就能夠知道(多個)不可恢復的數據錯誤的精確位置。通過將激光聚焦在表面上對所涉及的軌道的區域進行清潔。按照一種實施方式，通過交替地在盤表面和數據層上進行聚焦，由于交替在數據層上聚焦的緣故，在將激光聚焦在軌道上的同時，通過聚焦在盤表面上的激光脈沖對盤進行了激光清潔。在具有薄基板的高密度盤的實施方式中，污染物是最有害的，而在聚焦在數據層上和聚焦在盤表面上之間進行快速切換是可行的，因為數據層與盤表面之間的距離比較小。
按照污染物檢測單元50的第二實施方式，污染物在盤表面上的位置是通過檢測跟蹤信號出現缺失來確定的。在缺失跟蹤信號那一刻的致動器數據能夠得到保存。這樣，就知道了污染物的徑向位置。從這一徑向位置開始，借助聚焦在盤表面上的激光脈沖對盤進行激光清潔。
按照一種實施方式，一旦檢測到污染物(可以借助對不可恢復的數據錯誤、跟蹤信號缺失進行檢測，也可以借助對偏移的反射率進行檢測)，激光清潔處理就沿著向外的方向從各個徑向位置開始。激光清潔處理將持續固定的時間或固定的面積。如果只有部分污染物得到了清除(當通過不可恢復的數據錯誤、跟蹤信號缺失或偏移的反射率再次進行檢測時)，激光清潔處理將再次持續進行固定的時間或固定的面積。
按照污染物檢測單元50的一種實施方式，在讀取或寫入之前對盤表面進行掃描，以尋找污染物。這例如可以通過測量聚焦在盤表面上的激光束的反射來完成。用致動器使激光在整個盤表面上進行掃描。反射系數不同于平均值的區域很可能受到了污染。一旦檢測到反射系數值偏移的區域，就借助聚焦在盤表面上的激光脈沖對盤進行激光清潔。這種方法花費的時間要比上面檢測誤差的實施方式多，因為并不(嚴重)影響光學讀取和/或寫入處理的顆粒也將會被清除。不過這種清潔將會很好地防止將來的寫入或讀取操作中出現的問題。
按照讀取設備或寫入設備的實施方式，在將盤插入到驅動器中的時候對盤進行掃描，以尋找污染物。任何受到污染的部分都是立即受到清潔的，或者是在沒有用戶需要讀取或寫入數據的時候開始用于清潔的后臺處理。
按照讀取設備或寫入設備的實施方式，通過在光路中放置一個柱面透鏡獲得了清潔用的橢圓形激光光斑。橢圓形的光斑可用于增大清潔速率，即，減小清潔時間。
附圖6表示用于在信息載體上寫入信息的、帶有用于清潔的激光控制的設備。所述信息載體是可(重)寫類型的，例如借助磁光或光學方式的電磁輻射束65(經由相變材料或染料)。該設備通常也配置成進行讀取，并且該設備包括與上面參照附圖5介紹的用于讀取的設備相同的元件，只是它還包括寫入裝置，該寫入裝置包括寫入/讀取光頭62和寫入信號處理單元60，寫入信號處理單元60包括例如一個格式化裝置、一個誤差編碼器和一個通道編碼器。所述寫入/讀取光頭62具有與讀取光頭52相同的功能，還具有寫入功能，并且與寫入信號處理單元60相連接。提供給寫入信號處理單元60的輸入端的信息(由箭頭63表示)按照格式化和編碼規則分布在邏輯和物理扇區上，并且被轉換成寫入/讀取光頭62的寫入信號61。系統控制單元56設置為用于控制清潔功能，正如上面針對讀取設備介紹的清潔功能。在寫入操作期間，將代表信息的標記形成在信息載體上。用于在光盤上記錄信息的寫入和讀取和可以使用的格式化、誤差修正和通道編碼規則在本領域中都是公知的，例如，可以從CD系統中獲知。所述設備配備有一個清潔控制單元51，用于控制清潔用激光的功率，并且按照一種實施方式，配備有一個污染物檢測單元50，該單元具有與上面針對讀取設備及其實施方式介紹的功能相同的功能。
按照一種實施方式，讀取設備或寫入設備配備有一個數據緩沖器(未示出)，該緩沖器與讀取信號處理單元53或寫入信號處理單元60相連接。數據緩沖器的大小是如此確定的能夠對相當于幾秒鐘的數據進行存儲。使用參照附圖4給出的實際激光計算結果，在不影響用戶數據速率的情況下，幾平方厘米的盤表面可以在讀取和/或寫入期間得到清潔。
激光清潔處理將會從盤表面上清除掉污染物顆粒。一旦得到了清除，這些顆粒的運動將會受光學驅動器中的氣流的影響。按照一種實施方式，光學驅動器的內壁可以(局部地)使用對顆粒具有很強粘著作用的材料涂覆，以防止同一顆粒再次污染盤表面，例如，具有強活性高表面能量的材料，比如(經化學處理的)活性碳。
雖然主要是借助使用光學信息載體的實施方式對本發明加以解釋說明，但是也可以使用其它的介質，比如磁盤和磁帶。必須對清潔期間光斑的聚焦和激光的功率進行調整，以不致對磁盤表面造成影響，例如，不致從硬盤的表面上除掉潤滑劑。此外，在組合驅動器中，即，在具有至少兩個用于兩種不同類型的光盤(比如CD-R和DVD)的激光源的設備中，用于清潔的激光源可能是與用于讀取信息載體的激光不同的激光源。例如內建在用于寫入CD-R的設備中的大功率激光器可以很好地用于清潔DVD盤。要注意，在這篇文件中，詞“包括”并不排除所列的元件或步驟之外的其它元件或步驟的存在，而置于元件前面的詞“一”或“一個”并不排除存在多個這樣的元件的情況，任何附圖標記對權利要求的范圍都不構成限制，本發明既可以借助硬件也可以借助軟件實現，并且幾個“裝置”可由硬件的同一單元代表。此外，本發明的范圍并不局限于具體的實施方式，并且本發明在于上面介紹的各個和每個新穎的特征或這些特征的組合。
權利要求
1.一種用于讀取由信息載體上的標記代表的信息的設備，該設備包括掃描單元，用于由所述標記產生讀取信號，輻射源和光學元件，用于產生輻射束，聚焦裝置，用于控制光學元件中的至少一個，以通過聚焦所述光束而產生光斑，和清潔裝置，用于清潔所述信息載體的表面，其特征在于所述清潔裝置包括控制裝置，該控制裝置用于通過控制所述聚焦裝置將所述光斑基本上聚焦在信息載體的表面上，并控制所述輻射源的功率，從而實現所述清潔。
2.按照權利要求1所述的設備，其中所述控制設備設置為以脈沖形式控制所述輻射源的功率。
3.按照權利要求1所述的設備，其中所述掃描單元包括所述輻射源，還包括至少一個光學元件，用于掃描信息載體上的軌道以便產生讀取信號和/或記錄所述標記。
4.按照權利要求1所述的設備，其中所述設備包括檢測裝置，用于檢測所述表面上可能存在的污染物，并且其中所述控制裝置設置為用于對檢測到可能存在的污染物的部分表面進行清潔。
5.按照權利要求4所述的設備，其中所述檢測裝置設置為用于根據下述至少一個參量來檢測污染物所述表面的反射率；讀取信號中出現的錯誤；由掃描單元產生的跟蹤信號中的錯誤。
6.按照權利要求4所述的設備，其中所述控制裝置設置為用于以下述至少一種方式進行清潔沿徑向向外的方向從測得的錯誤處開始清潔；重復地對檢測到可能存在的污染物的表面部分進行清潔；交替地切換所述聚焦裝置，以聚焦在所述表面上和聚焦在信息載體的信息層上的軌道上，從而根據包含在軌道中的位置信息對所述部分進行定位。
7.按照權利要求1所述的設備，其中所述控制裝置設置為用于在下述至少一個時刻進行清潔當檢測到錯誤時，中斷標記的讀取或記錄；在不需要讀取或記錄的時刻的后臺處理中；在將信息載體插入到所述設備之后。
8.按照權利要求1所述的設備，其中所述光學元件包括用于產生具有垂直于光斑的運動方向的橢圓形狀的光斑的元件，特別地，該元件是柱面透鏡。
9.按照權利要求1所述的設備，其中所述設備配備有污染物收集裝置，用于粘著通過所述清潔從信息載體的表面上除掉的顆粒，特別地，容納信息載體的設備的內壁的至少一部分由高表面能量的材料涂覆。
10.在按照權利要求1所述的設備中使用的信息載體，該信息載體配備有保護盤盒，其特征在于，所述盤盒配備有距信息載體的表面一定距離的污染物收集裝置，該污染物收集裝置用于粘著通過所述清潔處理從信息載體的表面上除掉的顆粒，特別地，盤盒的內壁的至少一部分由高表面能量的材料涂覆。
全文摘要
本發明介紹了一種用于對信息載體進行讀取/寫入的設備。該設備具有一個輻射源(34)，例如激光器，和用于通過對光束進行聚焦來產生光斑的光學元件(32)。該光斑聚焦在信息載體的表面上，并且以高能脈沖的形式應用所述激光器的功率來清潔信息載體的表面。
文檔編號G11B7/125GK1659657SQ03813766
公開日2005年8月24日 申請日期2003年5月27日 優先權日2002年6月14日
發明者R·J·A·范德奧特拉亞爾 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司