專利名稱：多數(shù)據(jù)表面光學(xué)數(shù)據(jù)存貯系統(tǒng)的制作方法
這是于1993年6月18日提交的共同未決的美國專利08/079，483的部分申請的延續(xù)。
本發(fā)明的總的來說涉及光學(xué)數(shù)據(jù)存貯系統(tǒng)，尤其涉及具有多數(shù)據(jù)存貯表面的存貯系統(tǒng)。
光學(xué)數(shù)據(jù)存貯系統(tǒng)提供了一種將大量數(shù)據(jù)存于一張盤片上的途徑。為進(jìn)行數(shù)據(jù)的訪問，先將一個激光束聚焦在盤片的數(shù)據(jù)層上，然后檢測反射光束。許多種系統(tǒng)已為人們所熟知。在一個ROM(只讀存貯器)系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)在盤片制造時即被作為標(biāo)記永久地嵌入到該盤片中。當(dāng)激光束掃過數(shù)據(jù)標(biāo)記時，通過識別光的反射能力的變化來檢測數(shù)據(jù)。WORM(一次寫入多次讀出)系統(tǒng)允許用戶通過在一張空白盤片表面制作諸如凹坑之類的標(biāo)記將數(shù)據(jù)寫入。一旦數(shù)據(jù)被記錄到盤片上，就無法被刪除了。WORM系統(tǒng)中數(shù)據(jù)檢測仍然是通過識別光的反射率的變化來實(shí)現(xiàn)的。
可擦寫光學(xué)系統(tǒng)也已為人們熟知。這些系統(tǒng)使用激光將數(shù)據(jù)表面加熱到臨界溫度以上，從而可以寫入或者讀出數(shù)據(jù)。磁光式記錄系統(tǒng)通過將某點(diǎn)的磁疇定向?yàn)橄蛏匣蛳蛳聛碛涗洈?shù)據(jù)。通過將一束弱的激光束照射在數(shù)據(jù)表面上，可以將數(shù)據(jù)讀出。磁疇方向的不同將引起光束的偏振面發(fā)生不同形式的、順時針方向或逆時針方向的旋轉(zhuǎn)。這種在偏振方向上的改變于是被檢測到。相變記錄方式采用數(shù)據(jù)表面本身(非晶態(tài)/晶態(tài)為兩種常見的相位類型)的結(jié)構(gòu)改變來記錄數(shù)據(jù)。當(dāng)光束掃過不同相位時，通過識別光的反射能力的變化來檢測數(shù)據(jù)。
某些這樣的光盤使用薄膜以優(yōu)化性能。這方面的例子可以參見IBM TDB，第33卷，No.10B，1991年3月，第482頁;日本專利申請書61-242356，1986年10月28日公開;以及日本專利申請書4-61045，1992年2月27日公開。
為了提高光盤的存貯容量，多數(shù)據(jù)層系統(tǒng)已被提了出來。在理論上，可以通過改變透鏡的焦點(diǎn)位置來訪問帶有兩個或更多個數(shù)據(jù)層的光盤的不同層。這種方法的例子包括于1976年3月23日授權(quán)給Wohlmut等人的美國專利3，946，367;于1980年8月26日授權(quán)給Russell等人的美國專利4，219，704;于1984年5月22日授權(quán)給Holster等人的美國專利4，450，553;于1990年2月27日授權(quán)給Hattori等人的美國專利4，905，215;于1992年3月17日授權(quán)給Nishiuchi等人的美國專利5，097，464;于1989年5月9日授權(quán)給Boyd等人的美國專利4，829.505;于1989年7月25日授權(quán)給Clark等人的美國專利4，852，077;于1989年7月4日授權(quán)給Miyazaki等人的美國專利4，845，021;于1987年7月21日授權(quán)給Takaoka等人的美國專利4，682，321;于1981年11月3日授權(quán)給Van Der Veen等人的美國專利4，298，975;于1988年4月12日授權(quán)給Miyazaki等人的美國專利4，737，427;以及日本已公開的申請書，60-202545，公開于1985年10月14日;日本已公開的申請書，63-276732，公開于1988年11月15日，作者為Watanabe等人;以及IBM技術(shù)揭示公報(IBM Technical Disclosure Bulletin)，第30卷，第2號，第667頁，1987年7月，作者為Arter等人。
采用以往這些技術(shù)的系統(tǒng)所存在的問題是如果數(shù)據(jù)層多于一層，那么準(zhǔn)確無誤地讀取所記錄的數(shù)據(jù)是相當(dāng)困難的。中間的數(shù)據(jù)層將吸收光線，從而極大地減弱從較深數(shù)據(jù)層接收到的信號。所以需要一種能夠解決這些問題的光學(xué)數(shù)據(jù)存貯系統(tǒng)。
在本發(fā)明的一個較佳實(shí)施例中，一個光學(xué)數(shù)據(jù)存貯系統(tǒng)包含一個光盤驅(qū)動器和一個多數(shù)據(jù)表面光學(xué)介質(zhì)。該介質(zhì)具有多個的由空氣腔分隔的基片部件。與空氣腔相鄰的基片部件的表面為數(shù)據(jù)表面。數(shù)據(jù)表面涂有一層薄膜，該薄膜由諸如非晶態(tài)硅之類的半導(dǎo)體材料構(gòu)成，每個數(shù)據(jù)表面的薄膜厚度具有的特點(diǎn)使盤驅(qū)動器的光檢測器能夠從每個數(shù)據(jù)表面接收等量的光。
盤驅(qū)動器包含一個可產(chǎn)生激光束的激光器。一個光學(xué)傳輸通道將光束導(dǎo)入介質(zhì)中。傳輸通道包含一個用以將光束聚焦于不同數(shù)據(jù)表面上的聚焦元件，以及一個用以校正由基片有效厚度的變化而帶來的像差的像差補(bǔ)償器。一條接收通道接收被介質(zhì)反射的光線。接受通道包含一個濾光元件，用以將所需讀出數(shù)據(jù)表面之外的由其它數(shù)據(jù)表面反射的光線濾出。接收通道帶有用以接收反射光線的檢測器以及用以產(chǎn)生相應(yīng)的數(shù)據(jù)和伺服信號的電路。
為了更全面地理解本發(fā)明的原理和優(yōu)點(diǎn)，需要參考下面結(jié)合附圖所作的詳細(xì)說明

圖1是本發(fā)明的一個光學(xué)數(shù)據(jù)存貯系統(tǒng)的原理圖;
圖2A是本發(fā)明的一個光學(xué)介質(zhì)的剖面圖;
圖2B是本發(fā)明的一個可選光學(xué)介質(zhì)的剖面圖;
圖3A是圖2A中光學(xué)介質(zhì)的一部分的剖面圖;
圖3B是圖2B中光學(xué)介質(zhì)的一部分的剖面圖;
圖4A是一種典型材料的折射率和衰減系數(shù)隨波長的變化圖;
圖4B是非晶態(tài)硅的折射率(n)和衰減系數(shù)(k)隨波長的變化圖;
圖5是在本發(fā)明的一個較佳實(shí)施例中，光的百分比隨表層厚度的變化圖;
圖6A是圖2中所示介質(zhì)的跟蹤標(biāo)記的剖面圖;
圖6B是可選跟蹤標(biāo)記的剖面圖;
圖6C是可選跟蹤標(biāo)記的剖面圖;
圖6D是可選跟蹤標(biāo)記的剖面圖;
圖7是本發(fā)明的光度頭(optical head)和介質(zhì)的原理圖;
圖8是圖7中光學(xué)檢測器的俯視圖;
圖9是本發(fā)明的一個通道電路的電路圖;
圖10是本發(fā)明的一個控制器電路的原理圖;
圖11A是跟蹤誤差信號隨光度頭位移的變化圖;
圖11B是另一實(shí)施例的跟蹤誤差信號隨光度頭位移的變化圖;
圖11C是另一實(shí)施例的跟蹤誤差信號隨光度頭位移的變化圖;
圖12是本發(fā)明中聚焦誤差信號隨透鏡位移的變化圖;
圖13是本發(fā)明的一個多數(shù)據(jù)表面像差補(bǔ)償器的原理圖;
圖14是本發(fā)明的多數(shù)據(jù)表面像差補(bǔ)償器的另一實(shí)施例的原理圖;
圖15是本發(fā)明多數(shù)據(jù)表面像差補(bǔ)償器的所增加的另一實(shí)施例的原理圖;
圖16是圖15中補(bǔ)償器的俯視圖;
圖17是本發(fā)明的多數(shù)據(jù)表面像差補(bǔ)償器的所增加的另一實(shí)施例原理圖;
圖18是本發(fā)明的多數(shù)據(jù)表面像差補(bǔ)償器的另一實(shí)施例原理圖;
圖19是圖18中透鏡的剖視圖;
圖20是本發(fā)明中光度頭和介質(zhì)的另一實(shí)施例的原理圖;
圖21是本發(fā)明的多數(shù)據(jù)表面像差補(bǔ)償器的另一實(shí)施例的原理圖;
圖22是本發(fā)明的多數(shù)據(jù)表面像差補(bǔ)償器的另一實(shí)施例的原理圖;
圖23是一個原理圖，它示意了圖21和圖22中的補(bǔ)償器的制作過程;
圖24是本發(fā)明的像差補(bǔ)償器的另一實(shí)施例的原理圖;
圖25是本發(fā)明的像差補(bǔ)償器的另一實(shí)施例的原理圖;
圖26是本發(fā)明的一個多數(shù)據(jù)表面濾光器的原理圖;
圖27是本發(fā)明的一個多數(shù)據(jù)表面濾光器的另一實(shí)施例的原理圖;
圖28是本發(fā)明的一個多數(shù)據(jù)表面濾光器的另一實(shí)施例的原理圖;
圖29是一個原理圖，它示意了圖28中的濾光器的制作過程。
圖1是本發(fā)明的一個光學(xué)數(shù)據(jù)存貯系統(tǒng)的原理圖，用參考號碼10指代。系統(tǒng)10包含一個最好為盤狀的光學(xué)數(shù)據(jù)存貯介質(zhì)12。介質(zhì)12可拆卸地安裝在本技術(shù)中已知的固定轉(zhuǎn)軸14上。轉(zhuǎn)軸14與轉(zhuǎn)軸馬達(dá)16相連，馬達(dá)16又與系統(tǒng)底座20相連。馬達(dá)16旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)軸14和介質(zhì)12。光度頭22安裝在介質(zhì)12之下。光度頭22與臂24相連，臂24又與一個諸如音圈馬達(dá)26之類的傳動裝置相連。音圈馬達(dá)26與底座20相連。馬達(dá)26在介質(zhì)12下沿半徑方向移動臂24和光度頭22。
光學(xué)介質(zhì)圖2A是光學(xué)介質(zhì)12的剖面圖。介質(zhì)12有一個基片50?；?0也稱為面板或蓋板，激光束由此進(jìn)入介質(zhì)12。外徑(OD)墊圈52和內(nèi)徑(ID)墊圈54連接在面板50和基片56之間。OD墊圈58和ID墊圈60連接在基片56和基片62之間。OD墊圈64和ID墊圈66連接在基片62和基片68之間。OD墊圈70和ID墊圈72連接在基片68和基片74之間。面板50和基片56，62，68和74由諸如聚碳酸酯、其它聚合物、或玻璃之類的透光材料制成。在一個較佳實(shí)施例中，面板50和基片56，62，68和74為0.3毫米厚。基片的厚度也可在0.01到0.80毫米之間選擇。ID和OD墊圈最好選用塑料材料制成，厚度大約為200微米。
可以用膠水、粘合劑、超聲波焊接、溶劑焊接或其它焊接方法將墊圈與面板和基片相連。墊圈也可在基片的壓模過程中在基片內(nèi)一體形成。在安置好以后，墊圈將形成位于各基片之間以及基片和面板之間的環(huán)狀空腔78。轉(zhuǎn)軸插孔80從ID墊圈中穿過介質(zhì)12，用來套住轉(zhuǎn)軸14。在ID墊圈內(nèi)部開有大量的氣孔82，它們連接轉(zhuǎn)軸插孔和空腔78，以使空腔78和盤片組周圍環(huán)境(典型地為空氣)之間的壓力保持均衡。大量的低阻抗濾光器84與氣孔82相連，用以防止空腔78被空氣中的特殊物質(zhì)所污染。濾光器84可以是石英或玻璃纖維。濾光器84和空腔82也可以設(shè)置在OD墊圈中。作為另外一種選擇，墊圈可用疏松粘合劑連接上，這樣的粘合劑允許空氣通過但將污染物過濾出去。還有一種選擇是對墊圈使用超聲波點(diǎn)焊技術(shù)，使焊接區(qū)中留有較小的空隙，這種空隙即大到可以通過空氣，又小到可以過濾塵埃顆粒。
表面90，92，94，96，98，100，102和104為數(shù)據(jù)表面。它們與空腔78相鄰，這些數(shù)據(jù)表面包含ROM數(shù)據(jù)(例如，可以是CD，OD-ROM，或CD-ROM格式的數(shù)據(jù))，這些數(shù)據(jù)以凹坑或其它標(biāo)記的形式直接形成于基片的表面。
盡管圖2A示意了本發(fā)明中的一個帶有8個數(shù)據(jù)表面的介質(zhì)，顯而易見，該介質(zhì)可以包含任意數(shù)量的數(shù)據(jù)表面。可以增加或減少其它的基片和墊圈。例如，介質(zhì)12可以只使用面板50，墊圈52和54以及基片56，從而僅包含兩個數(shù)據(jù)表面90和92。在該實(shí)施例中，面板50和基片56的厚度可以相同，最好為1.2毫米。
圖2B是另一實(shí)施例中的介質(zhì)的剖面圖。該介質(zhì)為高透光性光學(xué)記錄介質(zhì)，用參考號碼120來指代。介質(zhì)120中與介質(zhì)12中相同的元件用帶右上撇的數(shù)字指定。介質(zhì)120沒有介質(zhì)12中墊圈和空腔78，而是用大量透明的固體部件122來分隔基片。在一個較佳實(shí)施例中，部件122由高透光性的光學(xué)粘合劑構(gòu)成。這種材料還用以將各基片固定在一起。部件122的厚度最好大約為10到500微米。介質(zhì)120可以替換系統(tǒng)10中的介質(zhì)12。通過增刪基片和透明部件，介質(zhì)120也可以包含不同數(shù)量的數(shù)據(jù)表面。例如，一個有兩個數(shù)據(jù)表面的介質(zhì)包含面板50′，部件122和基片56′。面板50′和基片56′的厚度可以相同，最好為1.2毫米。
圖3A示意了圖2A所示盤片12的一部分的詳細(xì)剖面圖?；?0在數(shù)據(jù)表面90中含有嵌入的信息，并且被薄膜層124所覆蓋。構(gòu)成薄膜層124的材料在位于或接近于該光學(xué)系統(tǒng)中所使用光線的波長處呈現(xiàn)出較低的光線吸收能力。對于波長在400-850納米范圍內(nèi)的光線，采用半導(dǎo)體之類的材料可構(gòu)成薄膜層124。薄膜層124的厚度在25-5000埃范圍之內(nèi)。薄膜層124最好濺射于表面90之上。
薄膜層124可以用可選的保護(hù)層126進(jìn)行覆蓋。保護(hù)層126可由諸如氮化硅或聚碳酸酯之類的絕緣材料構(gòu)成。當(dāng)信息凹坑和跟蹤溝槽已在基片90中形成以后，薄膜層124和保護(hù)層126被濺射到基片90上。另一種方法是旋轉(zhuǎn)涂鍍保護(hù)層126。
數(shù)據(jù)表面92所在的基片56也帶有薄膜層124和保護(hù)層126。其余的數(shù)據(jù)表面94，96，98，100，102和104都帶有相同的薄膜層124和保護(hù)層126這兩個涂層。最深處的數(shù)據(jù)表面(即離光度頭最遠(yuǎn)的數(shù)據(jù)表面)應(yīng)該用具有較高反射率的膜層替代薄膜層124，該反射層可由鋁、金或鋁合金構(gòu)成，涂鍍時采用濺射或蒸附方式。
保護(hù)層126防止可能出現(xiàn)于空氣腔78中的灰塵、污物和水分等對薄膜層124和數(shù)據(jù)表面產(chǎn)生不利影響。保護(hù)層126是可選的，根據(jù)操作要求的需要可以被省略。保護(hù)層的厚度在50埃到100微米的范圍內(nèi)。
圖3B示意了圖2B所示盤片120的一部分的詳細(xì)剖面圖。薄膜層124′被分別涂鍍于數(shù)據(jù)表面90′和92′。部件122分隔薄膜層124′。在該實(shí)施例中沒有必要使用一個保護(hù)層，這是因?yàn)椴考?22可以起到保護(hù)層的作用。
薄膜層124用來為每一數(shù)據(jù)表面提供所需的光線反射能力。不過，由于光線要穿過多個數(shù)據(jù)表面，因而薄膜層124還必須具備高透光性，并且盡可能少地吸收光。為滿足這些條件，該薄膜層的折射率(n)應(yīng)大于其衰減系數(shù)(k)，特別是折射率(n)應(yīng)相對地高(n＞1.5)且衰減系數(shù)(k)應(yīng)相對地低(k＜0.5)。在特定材料的特定頻率范圍之內(nèi)，這些條件可被滿足。一個可以滿足這些條件的區(qū)域出現(xiàn)在反常色散吸收頻帶的高的波長端。
圖4A示意了一種具有反常色散吸收頻帶的典型材料的折射率(n)和衰減系數(shù)(k)隨波長的變化圖。通常將反常色散定義為dn/dλ的值為正的區(qū)域。有關(guān)反常色散的更詳細(xì)的說明出現(xiàn)在M.Born和E.Wolf的“光學(xué)原理”(Pergamon出版社，第3版，1964年)。在本發(fā)明中，所關(guān)心的區(qū)域是n＞k的區(qū)域。如圖4A所示，當(dāng)波長大于出現(xiàn)反常色散區(qū)的波長時，該區(qū)域?qū)⒊霈F(xiàn)。強(qiáng)烈呈現(xiàn)該現(xiàn)象的材料中包括半導(dǎo)體。
半導(dǎo)體是諸如硅和鍺之類的材料。這種材料在特定的溫度、光強(qiáng)或電壓參數(shù)下是可導(dǎo)電的。非晶態(tài)硅被發(fā)現(xiàn)為一種適用于薄膜層124的良好材料。此時所使用的光線的波長在400-850納米的范圍之內(nèi)。
圖4B示意了非晶態(tài)硅的折射率(n)和衰減系數(shù)(k)隨波長的變化圖。注意圖中有一段很大的波長區(qū)域滿足n較大于k。在這些光線范圍中，非晶態(tài)硅將透射并反射光線，而不吸收較多的光線。非晶態(tài)硅是一種適用于薄膜層124的良好材料。
除了非晶態(tài)硅以外的其它半導(dǎo)體材料也可用于薄膜層124。元素周期表中ⅣA族中任何元素均可被采用，例如C，Si，Ge，Sn，Pb，或由它們產(chǎn)生的混合物。另外，ⅢA族和ⅤA族中的元素組成的混合物能夠產(chǎn)生可被采用的半導(dǎo)體材料。這些混合物包括諸如AxB1-x之類的合金。其中A是從包括B，Al，Ga，In和Tl的ⅢA族元素中選出的至少一個元素;B是從包括N，P，As，Sb和Bi的ⅤA族元素中選出的至少一個元素;并且0＜x＜1。這些混合物包括GaAs，AlAs，AlP，AlSb，GaP，GaN，GaSb，InP，InAs，InSb以及它們的混合物。由ⅢA，ⅣA和ⅤA族中的這些元素構(gòu)成的三元和四元化合物也是可以采用的。
這些半導(dǎo)體材料通過濺射的過程被涂鍍成薄膜層124。這些半導(dǎo)體材料保持在它們天然的非晶體狀態(tài)中，這是其優(yōu)越可取之處。作為另外一種選擇，當(dāng)這些半導(dǎo)體材料在其天然非晶體狀態(tài)中被濺射之后，還可以用退火過程將它們改變到晶體狀態(tài)。
圖5示意了波長為780nm的光線的反射、透射和吸收百分比隨非晶態(tài)硅厚度的變化圖。與其它材料相比，半導(dǎo)體材料具有相對良好的反射率和低的吸收率。在一個多數(shù)據(jù)表面介質(zhì)中，光線將在每個中間層上損耗一部分，所以，使介質(zhì)具有較低的光吸收率是很重要的。
圖5顯示出在一個厚度范圍之內(nèi)，非晶態(tài)硅的反射率、透射率和吸收率具有顯著的正弦曲線變化。通過選擇適當(dāng)?shù)暮穸?，可以得到反射率、透射率和吸收率的大量不同組合。這就允許通過改變薄膜層124的厚度以調(diào)節(jié)本發(fā)明中介質(zhì)的特性，使得光盤驅(qū)動器的光度頭能夠從每個數(shù)據(jù)表面接收到相同的光量。換句話說，為較深層數(shù)據(jù)表面的薄膜層124所選的厚度所對應(yīng)的光線反射率要強(qiáng)于靠近介質(zhì)外表面的數(shù)據(jù)表面所具有的光線反射率。這個較強(qiáng)的反射率要用來補(bǔ)償光線在中間層所經(jīng)歷的損耗。結(jié)果，從光度頭的角度看去，每個薄膜層看起來似乎是反射等量的光線。
用tn、an和rn分別表示第n層的透射率、吸收率和反射率。于是它們可在0到1之間取值。用N表示薄膜層的總數(shù)，那么，如果每層的有效反射率都相同(換句話說，光度頭所檢測到的光量是相等的，而與薄膜層無關(guān))，那么，下面的遞推關(guān)系式成立(1) t2n=rnr(n + 1)]]>其中，n+1≤N，使每層的吸收率保持一個較小的值以使光線的損耗變?yōu)樽钚?。于是下面的近似式成?2)rn＝1-tn-an≈1-tn.
從最內(nèi)層(第N層)可以得到最大的反射率rmax，它取決于光學(xué)常數(shù)和該薄膜的涂層厚度。對于半導(dǎo)體，該值一般地小于70%。對于金屬，該值可以高達(dá)98%。最內(nèi)層的反射率和所需的薄膜層總量決定每層都可以同樣得到的最大有效反射率。
利用上面的等式，下面的關(guān)系式必然對于每層都成立。
(3) tn≥(1+4r(n + 1))-12r(n + 1)]]>當(dāng)吸收率為0時，該關(guān)系式是完全正確的;當(dāng)出現(xiàn)一小部分被吸收時，該關(guān)系式是近似的。例如，如果第N層的反射率為35%，那么tN-1＝78%。該等式可用以決定呈現(xiàn)出相同反射率的所有各層的厚度，如下表所示。首先選擇第N層(最內(nèi)層)的反射率rmax，然后用等式(3)計算出第N-1層的透射率和反射率，從而使該層具有與第N層相近似的有效反射率。重復(fù)該過程直到第n＝1層的特征值求出為止。第1層的實(shí)際反射率與所有內(nèi)部各層的有效反射率是相同的。
下面各表中的每一個都示意了本發(fā)明中的一個介質(zhì)的例子，其中，各數(shù)據(jù)層的有效反射率均相同。在所有這些表中，第1層代表離光度頭最近的數(shù)據(jù)表面。




盡管最好用調(diào)節(jié)各薄膜層124厚度的方法以使每個薄膜層124都具有相同的有效反射率，各薄膜層124也可以被制成具有相同的厚度。為簡化制造過程，這樣做可能是較佳的。在這種情況下，各薄膜層124的有效反射率將會出現(xiàn)差異。不過，光度頭驅(qū)動器可以調(diào)節(jié)激光的強(qiáng)度與/或光檢測器的放大系數(shù)，以補(bǔ)償各薄膜層124之間的有效反射率的差異。
在各薄膜層124具有相同厚度的情況下，所有薄膜層124的透射率(t)和反射率(r)是相同的。第n層的有效反射率為rn(eff)＝t2(n-1)r因此，如果給定rn(eff)一個下限值，并且t和r的值已知可由薄膜層厚度得到，那么可以得到薄膜層的最大數(shù)目。
n=1+log(r/rn(eff))-2log(t)]]>例如，如果薄膜層124的r＝12%，t＝87.5%，且有效反射率的最小值為4%，那么薄膜層(數(shù)據(jù)表面)的最大數(shù)目n＝5。
下面的表5示意了本發(fā)明的一個帶有4個數(shù)據(jù)表面的介質(zhì)的例子。數(shù)據(jù)表面1到3由厚度相同的非晶態(tài)硅制薄膜層124覆蓋，數(shù)據(jù)表面4由鋁制薄膜層124覆蓋。

圖6A示意了介質(zhì)12的一個數(shù)據(jù)表面模式的放大詳細(xì)剖面圖，用參考號碼130來指代。表面90包含由螺旋形(也可為同心圓形)跟蹤溝槽132構(gòu)成的模式。在表面90中，位于溝槽132之間的部分稱為槽間表面(land portion)134。表面92包含螺旋形倒置溝槽(凸起的螺紋)136構(gòu)成的模式。在表面92中位于倒置溝槽136之間的部分為槽間表面138。溝槽132和倒置溝槽136也稱作跟蹤標(biāo)記。在一個較佳實(shí)施例中，跟蹤標(biāo)記的寬度140為0.6微米，槽間表面的寬度為0.1微米，從而得出槽間距(1.0+0.6)＝1.6微米。
跟蹤標(biāo)記用于在介質(zhì)12旋轉(zhuǎn)時使光束聚集在軌道上。這一點(diǎn)將在下文詳述。對于模式130，光度頭22發(fā)出的光束144將按照其聚焦所在的表面不同，沿槽間表面134或138進(jìn)行跟蹤。所記錄的數(shù)據(jù)位于槽間表面中。為使對于表面90和92的跟蹤誤差信號(TES)的量相等，對于兩個表面，從槽間表面和跟蹤標(biāo)記反射回的光線之間的光學(xué)路徑差異必須相同。光束144通過基片50聚焦于表面90，而光束144通過空腔78聚焦于表面92。在較佳實(shí)施例中，空腔78中包含著空氣。為使槽間表面和跟蹤標(biāo)記之間的光學(xué)路徑差相同，d1n1與d2n2必須相等(或d2/d1與n1/n2相等)，其中d1是標(biāo)記132的深度(沿垂直方向的距離)，n1是基片50的折射率，d2是標(biāo)記136的高度(沿垂直方向的距離)，n2空腔78的折射率。在一個較佳實(shí)施例中，空腔78包含空氣，其折射率為1.0，而基片50(以及其它基片)的折射率為1.5，因此比例d2/d1為1.5。在一個較佳實(shí)施例中，d1為700埃而d2為1050埃。介質(zhì)12上的其它表面也具有同樣的跟蹤標(biāo)記模式。其它的基片入射表面94，98和102與表面90相同，其它的空腔入射的表面96，100和104與表面92相同。
如果介質(zhì)12的一個實(shí)施例沒有任何保護(hù)層126，或帶有一個厚度小于或等于大約200埃的薄保護(hù)層126時，上面關(guān)于溝槽深度比例的討論可應(yīng)用于該實(shí)施例。如果保護(hù)層126的厚度大于或等于大約1微米，那么公式d1n1＝d2n2仍可使用，但是現(xiàn)在n2為第二個數(shù)據(jù)表面上的保護(hù)層126的折射率。如果保護(hù)層126的厚度介于大約200埃和1微米之間，那么干涉現(xiàn)象將使得溝槽深度的計算變得相當(dāng)困難。不過，通過采用薄膜光學(xué)計算方法可以得到合適的溝槽深度，見M.Born和E.Wolf的“princilples of Optics”(“光學(xué)原理”)(Pergamon出版社，第3版，1964年)。
盡管最好將跟蹤標(biāo)記布設(shè)成螺旋性模式，也可以使它們成為同心圓形模式。另外，各數(shù)據(jù)表面的螺旋性模式可以相同，即它們都為順時針方向或都為逆時針方向的螺旋線。也可以在連續(xù)的數(shù)據(jù)層上交替選擇順時針方向和逆時針方向之一的螺旋形模式。這種交替螺旋形模式在某些應(yīng)用中是可取的。例如，視頻數(shù)據(jù)的存貯，以電影為例，其中需要連續(xù)的數(shù)據(jù)跟蹤。在這種情況下，光束在第一個數(shù)據(jù)表面中沿順時針方向螺旋性模式逐漸向內(nèi)跟蹤，一直跟蹤到螺旋性模式在靠近內(nèi)徑的地方結(jié)束為止，然后光束重新聚焦于恰在其下的第二個數(shù)據(jù)表面，于是光束又沿逆時針方向螺旋性模式逐漸向外跟蹤，直到到達(dá)外徑為止。
圖6B示意了介質(zhì)12的另一個可選數(shù)據(jù)表面模式的放大詳細(xì)剖面圖，用參考號碼150來指代。模式150和模式130相似，不同之處在于，表面92的跟蹤標(biāo)記為溝槽152，而不是倒置溝槽。槽間距以及比例d2/d1與模式130中的相同。光束144在表面90中將跟蹤槽間表面134，但現(xiàn)在聚焦于表面92時，光束144將跟蹤溝槽152。在某些情況下，跟蹤溝槽132可能是可取的。不過，下面將要講到，光束144也可以由電子控制，以在表面92的槽間表面138中跟蹤。表面94，98和102中的跟蹤標(biāo)記與表面90中的類似;表面96，100和104中的跟蹤標(biāo)記與表面92中的類似。
圖6C示意了介質(zhì)12的另一可選數(shù)據(jù)表面模式的放大詳細(xì)剖面圖，用參考號碼160來指代。模式160和模式130相似，不同之處在于，表面90具有倒置溝槽162，而不是溝槽132;表面92具有溝槽164，而不是倒置溝槽136。槽間距以及比例d2/d1與模式130中的相同。光束144在聚焦于表面90的時候，將沿倒置溝槽162跟蹤。而當(dāng)聚焦于表面92的時候，將沿溝槽164跟蹤(除非用電子途徑切換使光束沿槽間表面跟蹤)。表面94，98和102的模式與表面90的相同，并且表面96，100和104的模式與表面92的相同。
圖6D示意了另一可選數(shù)據(jù)表面模式的放大詳細(xì)剖面圖，用參考號碼170來指代。在模式170中，表面90與模式160的表面90結(jié)構(gòu)類似;表面92與模式130的表面92結(jié)構(gòu)類似;槽間距以及比例d2/d1與模式130中的相同。光束144在聚焦于表面90的時候，將沿倒置溝槽162跟蹤(除非用電子途徑切換使光束沿槽間表面跟蹤)。而當(dāng)聚焦于表面92的時候，將沿槽間表面138進(jìn)行跟蹤。表面94，98和102的模式與表面90的類似，并且表面96，100和104的模式與表面92的類似。
對于所有的模式130，150，160和170，基片上的跟蹤標(biāo)記的形成都是在制造時采用在本技術(shù)中已知的注?；蚋赡?photopolymer)方法完成的。應(yīng)該注意到，上文講到的薄膜層是在跟蹤標(biāo)記形成以后涂鍍于基片上的。
對于跟蹤標(biāo)記的說明也同樣適用于光盤的其它特性。例如，某些如CD-ROM之類的ROM盤使用模壓于基片上的凹坑來記錄數(shù)據(jù)以及/或者提供道信息。其它光學(xué)介質(zhì)使用凹坑來模壓扇區(qū)頭部信息。某些介質(zhì)也使用這種頭部凹坑來提供光道信息。當(dāng)本發(fā)明的多數(shù)據(jù)表面采用這樣的介質(zhì)時，凹坑需要以凹坑或倒置凹坑的形式形成于不同的數(shù)據(jù)表面中，以相類似的形式與上述的跟蹤標(biāo)記相對應(yīng)。槽間表面與凹坑和倒置凹坑之間的光學(xué)路徑長度也應(yīng)與跟蹤標(biāo)記相類似。凹坑，倒置凹坑，溝槽，倒置溝槽都處于相對于槽間表面的不同高度(即這些槽與槽間表面之間的垂直距離)上，在本說明中，它們都稱為標(biāo)記。專門用于提供跟蹤信息的標(biāo)記稱為非數(shù)據(jù)跟蹤標(biāo)記。
顯而易見，本發(fā)明的介質(zhì)可采用任何類型光盤格式制成，如CD，CD-ROM或OD-ROM格式。在本技術(shù)中，這些格式是特別常見的。
光度頭圖7是光度頭22和介質(zhì)12的示意圖。光度頭22有一個激光器二極管200。激光器二極管200可以是一個砷化鎵鋁二極管激光器(gullium-aluminum-arsenide diode laser)，它能夠產(chǎn)生波長約為780納米的主光束202。光束202被透鏡203校直，并被圓化器(circularizer)204圓化，圓化器204可以是一個圓化棱鏡。光束202傳至分光器205。光束202中的一部分被分光器205反射到聚焦透鏡206和光學(xué)檢測器207。檢測器207用于監(jiān)視光束202的強(qiáng)度。光束202的剩余部分傳至鏡面208并由之反射。接著，光束202穿過一個聚焦透鏡210和一個多數(shù)據(jù)表面像差補(bǔ)償器212，然后聚焦于介質(zhì)12某一數(shù)據(jù)表面(圖中示為表面96)。透鏡210安裝在固定器214中。固定器214相對于介質(zhì)12的位置可由一個聚焦傳動馬達(dá)216調(diào)節(jié)，該馬達(dá)可以是一個音圈馬達(dá)。
在數(shù)據(jù)表面，光束202的一部分被反射，形成反射光束220。光束220通過補(bǔ)償器212和透鏡210返回，并被鏡面208反射。在分光器205處，光束220被反射至多數(shù)據(jù)表面濾光器222。光束220穿過濾光器222，傳至分光器224。在分光器224處，光束220的第一部分230被導(dǎo)入像散透鏡232以及方形光學(xué)檢測器234。在分光器224處，光束220的第二部分236通過一個半波片238被導(dǎo)入偏振分光器240。分光器240將光束236分成兩部分，一部分進(jìn)入第一正交偏振光元件242，另一部分進(jìn)入第二正交偏振光元件244。透鏡246將光束242聚焦至光學(xué)檢測器248，透鏡250將光束244聚焦至光學(xué)檢測器252。
圖8給出了方形檢測器234的一個俯視圖，檢測器234被分成相等的四個區(qū)域234A，B，C和D。
圖9給出了通道電路260的電路圖。電路260包含一個數(shù)據(jù)電路262，一個聚焦誤差電路264和一個跟蹤誤差電路266。數(shù)據(jù)電路262帶有一個與檢測器248相連的放大器270和一個與檢測器252相連的放大器272。放大器270和272與雙刀雙擲開關(guān)274相連。開關(guān)274與求和放大器276和差分放大器278相連。
電路264含有多個放大器280，282，284和286，分別與檢測器的區(qū)域234A，B，C和D相連，求和放大器288與放大器280和284相連。求和放大器290與放大器282和286相連。差分放大器292與求和放大器288和290相連。
電路266含有一對求和放大器294和296，一個差分放大器298。求和放大器294與放大器280和282相連。求和放大器296與放大器284和286相連。差分放大器298通過一個與雙刀雙擲開關(guān)297與求和放大器294和296相連。開關(guān)297反向放大器298的輸入。
圖10是本發(fā)明的一個控制系統(tǒng)的示意圖，用參考號碼300來指代。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?？刂破?14與檢測器310，檢測器312，檢測器207和電路262，264和266相連?？刂破?14是一個基于微處理器的盤驅(qū)動控制器?？刂破?14還連接激光器20，光度頭馬達(dá)26，轉(zhuǎn)軸馬達(dá)16，聚焦馬達(dá)216，開關(guān)274和297，以及補(bǔ)償器212，并對它們進(jìn)行控制。有關(guān)補(bǔ)償器212的確切組成和操作將在下文詳述。
現(xiàn)在可以清楚系統(tǒng)10的操作過程?？刂破?14控制馬達(dá)16旋轉(zhuǎn)盤片12，并且使馬達(dá)26將光度頭22移動到盤12下方適當(dāng)?shù)奈恢?。參見圖7。為了從盤12中讀取數(shù)據(jù)，激光器200被激發(fā)。光束202被透鏡210聚焦于數(shù)據(jù)表面96。反射光束220返回并且被分成光束230，242和244。光束230被檢測器234檢測，用以提供聚焦和跟蹤伺服信息，光束242和244分別被檢測器248和252檢測，用以提供數(shù)據(jù)信號。
參見圖8，當(dāng)光束202精確地聚焦在數(shù)據(jù)表面96上時，光束230將在檢測器234上形成圓形的截面350。這將使電路264輸出一個零聚焦誤差信號。如果光束202稍微出現(xiàn)某種聚焦誤差，光束230將在檢測器234上出現(xiàn)橢圓形圖案352和354，這將使電路264輸出一個正的或負(fù)的聚焦誤差信號?？刂破?14將用該聚焦誤差信號控制馬達(dá)216以移動透鏡210，直到得到零聚焦誤差信號。
如果光束202精確地聚焦于數(shù)據(jù)表面96的某個道上，那么光束230將形成一個被區(qū)域A和B、以及C和D均分的圓截面350。如果光束偏離了道，那么它會投射在跟蹤標(biāo)記和槽間表面的邊界。結(jié)果光束發(fā)生了偏轉(zhuǎn)，而截面350將向上或向下移動。區(qū)域A和B將接收到較多的光，區(qū)域C和D將接收到較少的光;或者反過來。
圖11A示意了由電路264產(chǎn)生的TES信號隨光度頭22的位移而變化的圖?？刂破?14使VCM26將光度頭22在介質(zhì)12的表面上平移。TES峰值檢測器312對TES信號的峰值(最大和最小值)進(jìn)行計數(shù)。各個道之間有兩個峰值。通過對峰值進(jìn)行計數(shù)，控制器314能夠?qū)⒐馐ㄎ挥诤线m的光道上。位于槽間表面的TES信號是一個正坡度(positive slope)TES信號?？刂破?14利用該正坡度信號將光束鎖定在道上。例如，一個正的TES信號將使光度頭22朝零點(diǎn)槽間表面位置向左移動，而一個負(fù)的TES信號將使光度頭22朝零點(diǎn)槽間表面位置向右移動，圖11A顯示的信號是從介質(zhì)12的較佳模式130得到的，此時開關(guān)297在圖9所示的初始位置上。對于模式150的表面90和模式170的表面92，也產(chǎn)生同樣的信號。光束被自動地鎖定到槽間表面，這是由于該位置處有一個正坡度信號。
圖11B示意了當(dāng)開關(guān)297處于其起始位置時，模式150的表面92，模式160的表面90和92，以及模式170的表面90所對應(yīng)的TES信號隨光度頭的位移而變化的圖。注意到在這種情況下，跟蹤標(biāo)記的特點(diǎn)使正坡度信號出現(xiàn)在跟蹤標(biāo)記的位置處，因而光束將自動跟蹤于跟蹤標(biāo)記上，而不是槽間表面上。在某些情況下，跟蹤于跟蹤標(biāo)記上是較佳的。
圖11C示意了當(dāng)反向開關(guān)297被使能，從而TES信號被反相后，模式150的表面92，模式160的表面90和92，以及模式170的表面90所對應(yīng)的TES信號隨光度頭的位移而變化的圖。此時，TES信號在槽間表面為正坡度信號，因而光束將跟蹤于槽間表面上，而不是跟蹤標(biāo)記。這樣，通過設(shè)置開關(guān)297，控制器314可以跟蹤溝槽或跟蹤槽間表面。
介質(zhì)12包含ROM數(shù)據(jù)表面。反射率檢測是讀取ROM數(shù)據(jù)的手段。在數(shù)據(jù)電路262中，當(dāng)讀取ROM盤的時候，開關(guān)274將設(shè)置為與放大器276相連。來自檢測器248和252的信號被相加。在記錄了數(shù)據(jù)點(diǎn)的區(qū)域?qū)z測到較少量的光，被檢測光的這種差異就是數(shù)據(jù)信號。為讀取WORM和相變數(shù)據(jù)盤，開關(guān)274也將采取同樣的設(shè)置。如果使用的盤片帶有磁光式數(shù)據(jù)表面，那么需使用偏振檢測以讀取數(shù)據(jù)。開關(guān)274將設(shè)置為與放大器278相連。在檢測器248和252所檢測到的正交偏振光的差異將產(chǎn)生數(shù)據(jù)信號。
圖12示意了來自電路264的聚焦誤差信號隨透鏡210位移的變化圖。注意到從介質(zhì)12的每個數(shù)據(jù)表面都可以得到一個標(biāo)稱正弦曲線形的聚焦誤差信號。在各個數(shù)據(jù)層之間聚焦誤差信號則為零。在系統(tǒng)的初啟階段，控制器314首先使馬達(dá)216將透鏡210定位在其零位移處。然后，通過使馬達(dá)216在正的位移方向上移動透鏡210，控制器314可以搜尋所需的數(shù)據(jù)表面。在每個數(shù)據(jù)層，峰值檢測器310將對聚焦誤差信號的兩個峰值進(jìn)行檢測?？刂破?14將對這些峰值(每個數(shù)據(jù)層有兩個)計數(shù)，從而判斷光束202所需聚焦的準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)表面。當(dāng)搜索到所需的數(shù)據(jù)表面以后，控制器314使馬達(dá)216適當(dāng)?shù)囟ㄎ煌哥R210，以使該特定數(shù)據(jù)表面的聚焦誤差信號位于兩個峰值之間。然后該聚焦誤差信號被用來搜索峰值之間的零點(diǎn)聚焦誤差信號，即鎖定正坡度信號以獲得精確的聚焦。控制器314還將調(diào)整激光器200的功率，開關(guān)297和像差補(bǔ)償器212，以適應(yīng)該特定數(shù)據(jù)表面。在初啟時，控制器314還判斷它所讀取的盤類型。首先設(shè)置開關(guān)274以進(jìn)行反射率檢測、設(shè)置開關(guān)297以對帶有較佳模式130的光盤上的槽間表面進(jìn)行讀取?？刂破?14搜索并讀取第一數(shù)據(jù)表面中第一道的頭部信息。頭部帶有的信息包括層數(shù)、每層的光學(xué)介質(zhì)類型(反射率或偏振檢測)、以及所使用的跟蹤標(biāo)記類型。利用這些信息，控制器314能夠設(shè)置開關(guān)274和297從而正確地讀取每個數(shù)據(jù)表面。
如果控制器314無法讀取第一數(shù)據(jù)表面的第一道(第一層有可能有一個不同的跟蹤標(biāo)記模式)，那么，控制器314將把開關(guān)297設(shè)置到其另一位置，然后將試圖再次讀取第一數(shù)據(jù)表面的第一光道。如果這樣還是不行(可能第一數(shù)據(jù)表面為磁光式的并且需要偏振檢測)，那么，控制器314將把開關(guān)274設(shè)置到偏振檢測位置，交替變換開關(guān)297的設(shè)置位置，進(jìn)行再次的嘗試?？偠灾?，通過嘗試開關(guān)274和297的設(shè)置位置的四種組合，控制器314不斷讀取第一數(shù)據(jù)表面的第一光道的頭部信息，直到它能成功地讀取該道為止。一旦控制器314獲得了該頭部的信息，它便可以為其它的各個數(shù)據(jù)表面正確地設(shè)置開關(guān)274和297。
作為另一種選擇，可以特別指定盤驅(qū)動器處理本發(fā)明的ROM的介質(zhì)12。在這種情況下，控制器314被編程，使之存有數(shù)據(jù)表面類型、層數(shù)、以及跟蹤標(biāo)記類型等信息。
像差補(bǔ)償器差。于是透鏡210被設(shè)計成可通過厚1.2毫米的聚碳酸酯材料進(jìn)行聚焦，并且可以在數(shù)據(jù)表面102和104上同樣完好地聚焦。
當(dāng)光束202聚焦于表面102或104時，臺體402被完全地抽回，從而光束202不穿過它。當(dāng)光束聚焦于表面98或100時，臺體402將被調(diào)整位置，以使光束202穿過臺級404。當(dāng)光束聚焦于表面94或96時，臺體402將被調(diào)整位置，以使光束202穿過臺級406。當(dāng)光束聚焦于表面90或92時，臺體402將被調(diào)整位置，以使光束202穿過臺級408。結(jié)果，無論哪一對表面被聚焦，光束202都將穿過相同總光學(xué)厚度的材料，從而不會產(chǎn)生球面像差的問題?？刂破?14控制馬達(dá)410以適當(dāng)?shù)匾苿优_體402。
圖14示意了一個像差補(bǔ)償器，用參考號碼430來指代，可以用作補(bǔ)償器212。補(bǔ)償器430帶有一個互補(bǔ)三角形塊432和434。塊432和434由與介質(zhì)12的面板和基片相同的材料或其它類似的光學(xué)材料構(gòu)成。塊432被固定于某一位置，從而使光束202穿過它。塊434連接到一個音圈馬達(dá)436上，并可以沿塊432的表面滑動?？刂破?14與馬達(dá)436相連并對之進(jìn)行控制。通過相對塊432移動塊434，光束202所穿過的總的材料厚度可被調(diào)節(jié)。結(jié)果，無論哪個數(shù)據(jù)表面被聚焦，光束202都將穿過相同光學(xué)厚度的材料。
圖15和16示意了一個像差補(bǔ)償器，用參考號碼450來指代，可以用作補(bǔ)償器212。補(bǔ)償器450帶有一個圓形階梯狀元件452。元件452有四個區(qū)域454，456，458和460。區(qū)域456，458和460的厚度分別與補(bǔ)償器400的404，406和408的厚度相似。區(qū)域454沒有任何材料，在如圖16所示的圓形圖中用空白表示。圓形元件452連接到步進(jìn)馬達(dá)462上，步進(jìn)馬達(dá)462又受控于控制器314。轉(zhuǎn)軸462適當(dāng)透鏡一般被設(shè)計為通過折射率為1.0的空氣對光線進(jìn)行聚焦。當(dāng)這種透鏡通過具有不同折射率的物質(zhì)聚焦光線時，光線將經(jīng)歷一個球面像差，該球面像差將扭曲并放大光束點(diǎn)，降低讀取和記錄的性能。
在典型的光學(xué)數(shù)據(jù)存貯系統(tǒng)中，只有一個光束聚焦到的數(shù)據(jù)表面。該數(shù)據(jù)表面通常位于一個1.2毫米厚的面板之下。透鏡典型地為一個數(shù)值孔徑(numerical aperture-NA)為0.55的透鏡。該透鏡被特制為可以修正由該1.2毫米面板引起的光線球面像差。其結(jié)果是，在確切的深度能夠得到良好的點(diǎn)狀聚焦，但是在其它深度，這種聚焦將變得模糊。這將在任何多數(shù)據(jù)層系統(tǒng)中引起嚴(yán)重的問題。
本發(fā)明的像差補(bǔ)償器212能夠解決這個問題。圖13示意了一個像差補(bǔ)償器的原理圖，用參考號碼400來指代，可以用作補(bǔ)償器212。補(bǔ)償器400包含一個帶有3級的階梯狀臺體402。第1臺級404的厚度為0.3毫米，第2臺級406的厚度為0.6毫米，第3臺級408的厚度為0.9毫米。臺體402由與介質(zhì)12的面板和基片相同的材料或者其它類似的光學(xué)材料構(gòu)成。注意這些臺級的光學(xué)厚度隨基片厚度的增長而增長。臺體402連接到音圈馬達(dá)410(或類似的傳動裝置)，音圈馬達(dá)410又與控制器314相連。馬達(dá)410水平移動臺體412，使之進(jìn)入或退出光束302的路徑。
透鏡210被設(shè)計為用以聚焦于介質(zhì)12的最底層的數(shù)據(jù)表面。換句話說，透鏡210設(shè)計為用以補(bǔ)償由面板和中間基片的復(fù)合厚度所引起的球面像差。對于本發(fā)明，為了聚焦于表面102或104，光束202必須穿過面板50和基片56，62和68(復(fù)合的基片材料厚度為1.2毫米)。注意，空氣腔78未被計入，這是因?yàn)樗鼈儾划a(chǎn)生額外的球面像地旋轉(zhuǎn)元件452，以使光束202穿過相同厚度的材料，而不管哪個數(shù)據(jù)表面被聚焦。
圖17示意了一個像差補(bǔ)償器，用參考號碼570來指代，可以用作補(bǔ)償器212。補(bǔ)償器570包含一個固定的凸透鏡572和一個可移動的凹透鏡574。透鏡574連接到一個音圈馬達(dá)576。音圈馬達(dá)由控制器314控制相對透鏡572移動透鏡574。光束202穿過透鏡572、透鏡574和透鏡210，到達(dá)介質(zhì)12。相對透鏡572移動透鏡574將改變光束202的球面像差，并使之在不同數(shù)據(jù)表面上聚焦。在一個較佳實(shí)施例中，透鏡210、574和572構(gòu)成了庫克三合透鏡(Cooke triplet)，其中的可移動的中心元件為透鏡574。有關(guān)庫克三合透鏡的詳細(xì)介紹出現(xiàn)于文章R.Kinglake的“透鏡設(shè)計基礎(chǔ)”(Academic出版社，紐約，1978年，第286-295頁)。盡管在圖示中透鏡574為可移動元件，作為另一種選擇，透鏡574可以固定，而將透鏡作為可移動元件。在圖4中，像差補(bǔ)償器212被示為位于透鏡210和介質(zhì)12之間。不過，如果使用的是補(bǔ)償器570，那么它將位于透鏡210和鏡面208之間，如圖17所示。
圖18示意了一個像差補(bǔ)償器，用參考號碼580來指代，補(bǔ)償器580包含一個具有標(biāo)稱零焦度的非球面透鏡元件582。元件582有一個球面像差表面584和一個平表面586。透鏡582與一個音圈馬達(dá)588相連。音圈馬達(dá)588由控制器314控制，它相對透鏡512移動透鏡582。光束202穿過透鏡210和透鏡582，到達(dá)介質(zhì)12。相對透鏡210移動透鏡582將改變光束202的球面像差，從而使之在不同數(shù)據(jù)表面上聚焦。
圖19示意了透鏡582相對于軸z和ρ的一個視圖。在一個較佳實(shí)施例中，表面584應(yīng)滿足公式z＝0.00770ρ4-0.00154ρ6。
圖20示意了本發(fā)明另一可選光度頭的原理圖，用參考號碼600來指代。光度頭600中與光度頭22中相同的元件用一帶右上撇的數(shù)字表示。注意，光度頭600與系統(tǒng)10類似，不同之處在于，像差補(bǔ)償器212被省去，而一個新的像差補(bǔ)償器602被添加到分光器206′和鏡面208′之間。補(bǔ)償器602的說明和操作將在下文描述。在其它方面，光度頭600的操作過程與對光度頭22所介紹的相同。光度頭600可以用來替代系統(tǒng)10中的光度頭22。
圖21示意了一個像差補(bǔ)償器的原理圖，用參考號碼610來指代，可以用作補(bǔ)償器602。補(bǔ)償器610包含一個帶有反射式全息涂層614的基片612。基片612連接到一個步進(jìn)馬達(dá)616，步進(jìn)馬達(dá)616又受控于控制器314。全息涂層614帶有許多被記錄下來的不同全息圖，每個全息圖傳給光束202′一個特定的球面像差。這些全息圖屬于Bragg類型，它們只對以特定的角度和波長入射的光線敏感。當(dāng)基片612旋轉(zhuǎn)一個小角度時，光束202′將經(jīng)過不同的全息圖。所記錄下來的全息圖的數(shù)目對應(yīng)于所需修正的不同球面像差的數(shù)目。對于圖中所示的介質(zhì)12，需要四種不同的全息圖記錄，每一種對應(yīng)于一對數(shù)據(jù)表面。
圖22示意了一個像差補(bǔ)償器的原理圖，用參考號碼620來指代，可以用作補(bǔ)償器602。補(bǔ)償器602包含一個基片622，一個透射式全息涂層624和一個步進(jìn)馬達(dá)626。補(bǔ)償器620與補(bǔ)償器610類似，不同之處在于此處的全息涂層624是透射的而不是反射的。全息涂層624帶有大量的被記錄下來的全息圖，每個全息圖對應(yīng)于所需補(bǔ)償?shù)那蛎嫦癫畹挠昧?。?dāng)基片622被旋轉(zhuǎn)時，光束202′依次經(jīng)過這些全息圖中的每一種。
圖23給出了用于制作全息圖614和624的記錄系統(tǒng)的原理圖，用參考號碼650來指代。系統(tǒng)650帶有一個激光器652，它能夠產(chǎn)生頻率類似于激光器200的光束654。光束654被透鏡656校直，并傳至分光器658。分光器658將該光束分割為光束660和光束662。光束660被透鏡面664和666反射，再被透鏡668聚焦到平面672上的一點(diǎn)670。光束660穿過一個類似于臺體402的階梯狀臺體674。然后光束660被透鏡676重新校正并投射到基片682上的全息涂層680之上?；?82可旋轉(zhuǎn)地安裝在一個步進(jìn)馬達(dá)684之上。光束662也從與光束660成90度角的方向投射到涂層680之上。
透鏡668在平面672上形成一個無像差的光點(diǎn)。然后該光線將通過臺體674的一個臺級，這個臺級的厚度代表了在訪問某個記錄層的過程中所要遇到的基片的厚度之和。透鏡676在設(shè)計上與用于光學(xué)存貯系統(tǒng)中透鏡210相同。它將光線校直成一個光束，該光束包含與特定厚度相對應(yīng)的特定數(shù)量的球面像差。通過與參考光束662干涉，這個波前被全息地記錄下來。如果該全息圖近似取向于圖示的平面690，那么，一個透射的全息圖將被記錄下來。如果它近似取向于圖示中虛線所示的平面692，一個反射的全息圖就記錄下來。通過旋轉(zhuǎn)該全息圖到一個新的角度并且插入臺體674的相應(yīng)厚度的基片，可以全息地保存所需要的波前，該波前用于對在訪問不同記錄層的過程中所遇到的像差進(jìn)行修正。大量的角度析像的全息圖被記錄下來，其中的每一個對應(yīng)于不同的一對記錄層，并為之提供修正。全息涂層可由重鉻酸膠質(zhì)(dichromated gelatin)或某種干模材料構(gòu)成。各個不同的全息圖可以以小至1度的旋轉(zhuǎn)角度增量被記錄下來，而此時不會產(chǎn)生明顯的串?dāng)_情況。這樣就允許記錄大量的全息圖，從而允許使用相應(yīng)的大量數(shù)據(jù)表面。
圖24示意了一個可選的像差補(bǔ)償器的原理圖，用參考號碼700來指代，可以用作補(bǔ)償器602。補(bǔ)償器700包含一個偏振分光器702。一個1/4波片704和一個連接到步進(jìn)馬達(dá)708的圓盤傳送帶706，以及多個球面像差鏡面710，每個這種鏡面提供一種不同的球面像差修正手段。光線202′適當(dāng)?shù)赜善淦褡饔枚ㄏ?，以便穿過分光器702和波片704，到達(dá)鏡面710之一。鏡面710傳給光束202′適當(dāng)?shù)那蛎嫦癫?，然后光?02′通過波片704返回，并且被分光器702反射到鏡面208′上。馬達(dá)708在控制器314控制下旋轉(zhuǎn)圓盤傳送帶706以使合適的鏡面就位。鏡面710為反射式施密特校正板，(Schmidt Corrector plate)參見M.Born等人的“光學(xué)原理”(Pergamon press Oxford出版社，1975年，第245-249頁)。
圖25示意了一個可選的像差補(bǔ)償器的原理圖，用參考號碼720來指代，可以用作補(bǔ)償器602。補(bǔ)償器720包含一個偏振分光器722。一個1/4波片724和一個電子控制的可變形鏡面726?？勺冃午R面726由內(nèi)部的壓電元件控制，對其的詳細(xì)說明見J.P.Gaffarel等人的“應(yīng)用光學(xué)”，第26卷，第3772-3777頁(1987年)。補(bǔ)償器720的操作過程與補(bǔ)償器700相類似，不同之處在于鏡面726是采用電子方式調(diào)節(jié)，以產(chǎn)生適當(dāng)?shù)那蛎嫦癫?。換句話說，鏡面726被調(diào)節(jié)以形成一個反射表面，而該表面對應(yīng)于補(bǔ)償器700的不同施密特校正板710。控制器314控制鏡面726的調(diào)節(jié)，以產(chǎn)生合適的鏡面。
上文已結(jié)合介質(zhì)12對像差補(bǔ)償器212和602的操作進(jìn)行了說明。由于各層之間存在著空氣腔，一種像差補(bǔ)償器設(shè)置可以應(yīng)用于每對數(shù)據(jù)表面，然而，如果使用了介質(zhì)120，那么需要為每個數(shù)據(jù)表面設(shè)置像差補(bǔ)償，這是由于此時不存在空氣腔。
多數(shù)據(jù)表面濾光器當(dāng)光束202被聚焦于介質(zhì)12的某個特定的數(shù)據(jù)表面時，一個反射光束230將從那個表面返回到光度頭22。然而，光束202的某些部分還在其它數(shù)據(jù)表面上被反射。為了獲得正確的數(shù)據(jù)和伺服信號，這些多余的反射光線必須被過濾出去。本發(fā)明的多數(shù)據(jù)表面濾光器222具備這個功能。
圖26示意了一個濾光器750的原理圖，可以用作濾光器222。濾光器750包含一個遮片754和一個透鏡756。所需要的光束230是已校直光束，這是因?yàn)樗怯赏哥R210正確聚焦的光線。光束230被透鏡752聚焦于一點(diǎn)760。多余的光線760未被透鏡210正確地聚焦。因而不是校直光束。光線762將不會聚焦于點(diǎn)760。遮片754在點(diǎn)760處開有一個孔764，該孔允許光線230通過。多余光線762的大部分被遮片754阻擋。光線230被透鏡756重新校直。在一個較佳實(shí)施例中，孔764為圓形，其直徑大約為λ/(2＊(NA))，其中λ為光的波長，(NA)為透鏡752的數(shù)值孔徑。精確的直徑取決于在對準(zhǔn)容差和中間層信號排除要求之間所需達(dá)到的折衷。作為另外一種選擇，孔764可以是一條狹縫，其最小間隔距離大約為λ/(2＊(NA))。在這種情況下，遮片754可以是由該狹縫分隔的兩個分離部分。遮片754可由一個金屬片制成，也可以由一個透明基片制成，該透明基片上帶有一個遮光的涂層，而其中的孔764未涂該層。
圖27示意了一個濾光器800的原理圖，它也可以用作濾光器222。濾光器800包含透鏡802、遮片804、遮片806和透鏡808。遮片806帶有一個孔810，它位于透鏡802的聚焦點(diǎn)812處。遮片804帶有一個互補(bǔ)孔814，該孔允許校直光線320直接通過孔810，同時遮擋多余的未校直光線820?？?14可以是一對平行的狹縫，也可以是一個環(huán)狀孔。在一個較佳實(shí)施例中，孔814的狹縫間距大于孔810的直徑?？?10的直徑大約為λ/(2＊(NA))。對于可選擇的環(huán)狀孔，環(huán)狀狹縫的內(nèi)直徑應(yīng)該大于孔810的直徑。在這兩種情況下，孔814的外邊界應(yīng)位于光束230的外面。遮片804和806可由金屬片制成，也可以由透明基片制成，該透明基片上帶有一個遮光的涂層，而其中的孔810和814未涂該層。
圖28示意了一個可選的濾光器830的原理圖，它可以用作濾光器222。濾光器830包含一個分光器832和一個全息片834。全息片834上的涂層能被調(diào)諧以有效地反射校直光束230，而未校直光線840則可以從中穿過。所需要的光束230被全息片834反射，并返回到分光器832，在此處它被反射至分光器224。
圖29示意了制作全息片834的過程。一束波長近似等于激光器200的校直激光束850在振幅分光器856被分成兩個光束光束852和854。光束852和854分別被鏡片860和862反射，從相反方向落在全息片834上，并與全息片834的表面垂直。通過光束852和854的干涉，一個反射式全息圖被記錄下來。全息涂層可由重鉻酸膠質(zhì)(dichromated gel)或干模材料構(gòu)成。
在圖7中，本發(fā)明的濾光器222位于光束220的路徑中。然而，可以在伺服光束230和數(shù)據(jù)光束236的各自路徑中設(shè)置一個或更多的濾光器。
盡管本發(fā)明的一些較佳實(shí)施例已被詳細(xì)地講解，很顯然在不超過下列權(quán)利要求所規(guī)定的本發(fā)明的范圍的情況下，精于該技術(shù)的人可以對這些實(shí)施例進(jìn)行修正和調(diào)整。
權(quán)利要求
1.一個光學(xué)數(shù)據(jù)存貯介質(zhì)，包括一個第1射線可透性部件，它帶有一個用于存貯記錄數(shù)據(jù)的第1數(shù)據(jù)表面，該第1數(shù)據(jù)表面帶有一層被涂鍍上的半導(dǎo)體材料；一個第2部件，它帶有一個用于存貯記錄數(shù)據(jù)的第2數(shù)據(jù)表面；用于支持第1和第2數(shù)據(jù)表面被空腔分隔的裝置；以及一個射線可透性介質(zhì)，它位于第1和第2數(shù)據(jù)表面之間，從而一束來自該介質(zhì)第1側(cè)的射線可以聚焦于第1或第2數(shù)據(jù)表面。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的介質(zhì)，其特征在于射線可透性的介質(zhì)是空氣。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的介質(zhì)，其特征在于射線可透性的介質(zhì)是固體透明材料。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的介質(zhì)，其特征在于第2數(shù)據(jù)表面帶有一層被涂鍍上的半導(dǎo)體材料。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的介質(zhì)，其特征在于該數(shù)據(jù)表面為ROM數(shù)據(jù)表面。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的介質(zhì)，其特征在于該半導(dǎo)體材料包含由C，Si，Ge，Sn，Pb組成的族中的至少一個元素。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的介質(zhì)，其特征在于該半導(dǎo)體材料為非晶態(tài)硅。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的介質(zhì)，其特征在于該半導(dǎo)體材料為AxB1-x，其中A是來自由B，Al，Ga，In和Tl組成的族中的至少一個元素;B是來自由N，P，As，Sb和Bi組成的族中的至少一個元素;并且0＜x＜1。
9.根據(jù)權(quán)利要求1的介質(zhì)，其特征在于該半導(dǎo)體材料為GaAs。
10.根據(jù)權(quán)利要求1的介質(zhì)，其特征在于該半導(dǎo)體材料為AlAs。
11.根據(jù)權(quán)利要求1的介質(zhì)，其特征在于該半導(dǎo)體材料為AlP。
12.根據(jù)權(quán)利要求1的介質(zhì)，其特征在于該半導(dǎo)體材料為AlSb。
13.根據(jù)權(quán)利要求1的介質(zhì)，其特征在于該半導(dǎo)體材料為GaP。
14.根據(jù)權(quán)利要求1的介質(zhì)，其特征在于該半導(dǎo)體材料為GaN。
15.根據(jù)權(quán)利要求1的介質(zhì)，其特征在于該半導(dǎo)體材料為GaSb。
16.根據(jù)權(quán)利要求1的介質(zhì)，其特征在于該半導(dǎo)體材料為InP。
17.根據(jù)權(quán)利要求1的介質(zhì)，其特征在于該半導(dǎo)體材料為InAs。
18.根據(jù)權(quán)利要求1的介質(zhì)，其特征在于該半導(dǎo)體材料為InSb。
19.一個光學(xué)數(shù)據(jù)存貯系統(tǒng)，包括一個射線源;一個光學(xué)介質(zhì)，該光學(xué)介質(zhì)包含一個第1射線可透性部件，它帶有一個用于存貯記錄數(shù)據(jù)的第1數(shù)據(jù)表面，該第1數(shù)據(jù)表面帶有一層被涂鍍上的半導(dǎo)體材料;一個第2部件，它帶有一個用于存貯記錄數(shù)據(jù)的第2數(shù)據(jù)表面;用于支持第1和第2數(shù)據(jù)表面被空腔分隔的裝置;一個射線可透性介質(zhì)，它位于第1和第2數(shù)據(jù)表面之間，從而一束來自該介質(zhì)第1側(cè)的射線束可以聚焦于第1或第2數(shù)據(jù)表面;一個光學(xué)傳輸裝置，用以將發(fā)自該射線源的射線束導(dǎo)引至該光學(xué)介質(zhì)的該數(shù)據(jù)表面之一;以及一個光學(xué)接收裝置，用以接收發(fā)自該數(shù)據(jù)表面的反射線，并提供相應(yīng)的數(shù)據(jù)信號。
20.根據(jù)權(quán)利要求19的系統(tǒng)，其特征在于射線可透性的介質(zhì)是空氣。
21.根據(jù)權(quán)利要求19的系統(tǒng)，其特征在于射線可透性的介質(zhì)是固體透明材料。
22.根據(jù)權(quán)利要求19的系統(tǒng)，其特征在于第2數(shù)據(jù)表面帶有一層被涂鍍上的半導(dǎo)體材料。
23.根據(jù)權(quán)利要求19的系統(tǒng)，其特征在于該數(shù)據(jù)表面為ROM數(shù)據(jù)表面。
24.根據(jù)權(quán)利要求19的系統(tǒng)，其特征在于該半導(dǎo)體材料包含由C，Si，Ge，Sn，Pb組成的族中的至少一個元素。
25.根據(jù)權(quán)利要求19的系統(tǒng)，其特征在于該半導(dǎo)體材料為非晶態(tài)硅。
26.根據(jù)權(quán)利要求19的系統(tǒng)，其特征在于該半導(dǎo)體材料為AxB1-x，其中A是來自由B，Al，Ga，In和Tl組成的族中的至少一個元素;B是來自由N，P，As，Sb和Bi組成的族中的至少一個元素;并且0＜x＜1。
27.根據(jù)權(quán)利要求19的系統(tǒng)，其特征在于該半導(dǎo)體材料為GaAs。
28.根據(jù)權(quán)利要求19的系統(tǒng)，其特征在于該半導(dǎo)體材料為AlAs。
29.根據(jù)權(quán)利要求19的系統(tǒng)，其特征在于該半導(dǎo)體材料為AlP。
30.根據(jù)權(quán)利要求19的系統(tǒng)，其特征在于該半導(dǎo)體材料為AlSb。
31.根據(jù)權(quán)利要求19的系統(tǒng)，其特征在于該半導(dǎo)體材料為GaP。
32.根據(jù)權(quán)利要求19的系統(tǒng)，其特征在于該半導(dǎo)體材料為GaN。
33.根據(jù)權(quán)利要求19的系統(tǒng)，其特征在于該半導(dǎo)體材料為GaSb。
全文摘要
一個多數(shù)據(jù)存貯系統(tǒng)包含一個多數(shù)據(jù)表面介質(zhì)和一個光度頭。該介質(zhì)包含由透光性介質(zhì)分隔的多個基片。數(shù)據(jù)表面位于基片之上。一層半導(dǎo)體材料被涂鍍于每個數(shù)據(jù)表面之上。該半導(dǎo)體材料的厚度決定了每個數(shù)據(jù)表面的反射率的大小。
文檔編號G11B7/253GK1111788SQ9411932
公開日1995年11月15日 申請日期1994年12月13日 優(yōu)先權(quán)日1993年12月15日
發(fā)明者W·I·伊美諾, H·J·羅森, K·A·盧賓, T·C·施特蘭德, W·W·C·唐 申請人:國際商業(yè)機(jī)器公司