用於螢光多層存儲器的掃描裝置的製作方法
2023-12-11 15:03:12 5
專利名稱：用於螢光多層存儲器的掃描裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種用於掃描信息載體中的信息的掃描裝置，所述信息載體包括在一種材料上存儲數據的多個層，所述材料當與由激勵源產生的激勵束互相作用時能夠產生激發的射線，所述裝置包括用於在所述載體的一個層中投射所述激勵束並聚集所述激發射線的物鏡，所述物鏡具有透鏡數值孔徑，並且所述裝置還包括用於檢測在所述物鏡上聚集的激發射線的檢測器單元。
更加具體地說，本發明涉及用於從和/或向螢光多層盤讀取和/或記錄數據的光碟裝置。
背景技術：
US 6,009,065中披露了一種用於螢光光學存儲器讀取的掃描裝置。信息載體是以多層光碟的形式組成的。所述信息被沉積或記錄作為螢光和非螢光單元的序列，螢光單元由當與激勵束相互作用時能夠產生激發射線的材料形成。所述載體的各層通過厚層分開，所述厚層對於激勵束和激發射線的波長是透明的。這樣一個多層光碟包括多個層，從2到100或甚至更多。
用物鏡將激勵束聚焦在所述盤的一個層上。當通過激勵束照射螢光單元時，螢光信號就被產生。該螢光信號具有一個波長，並且可通過檢測器單元檢測到，該波長與所述激勵束的波長是不同的。所述檢測器單元包括用於將來自焦點對準層的螢光信號與來自焦點未對準層的螢光信號分離開。例如，在光電二極體的前端插入共焦針孔以便在空間上阻斷來自焦點未對準層的螢光信號。
圖1表示用於多層光學存儲器的掃描裝置。這樣一種掃描裝置包括激勵源11、準直透鏡12、二向色鏡14、物鏡15、成像透鏡18和檢測單元19。該掃描裝置打算用於讀取螢光多層載體16。
所述激勵源產生激勵束13。準直透鏡12被設計用於提供平行的激勵束。然後激勵束13到達二向色鏡14並指向物鏡15，該物鏡將所述激勵束13聚焦在載體16的一個層上。物鏡15可上下移動以便將激勵束13聚焦在期望的層上。
激勵束13與盤的各層相互作用，從而產生激發的射線17。該激發的射線通過所述二向色鏡併到達成像透鏡18，其將所述激發的射線17聚焦在檢測單元19上。
一層的存儲容量取決於聚焦的激勵束的面積，即當激勵束13聚焦在一層上時在該層上產生的點的面積。為了獲得大的存儲容量，就需要小的聚焦點面積。
目前，聚焦點的面積與(λ/NA)2成比例，其中λ是激勵束13的波長，NA是激勵束13的數值孔徑，即在該情況下為所述物鏡的數值孔徑。因此，為了獲得大的存儲容量，使用具有最大可能的數值孔徑的物鏡看起來是明智的。然而，物鏡的可用數值孔徑受出現的像差的限制，對於激勵束13穿過物鏡的外瞳區域的部分會出現所述像差。這些像差將隨著物鏡的數值孔徑而嚴重增加。例如，三級球面像差將按NA4增加。這是一個缺陷，因為像差將嚴重影響檢測單元19檢測的信號，從而導致不可靠的掃描裝置。實際上，在多層存儲器中，必須對載體內的位於不同位置的不同層進行存取，從而導致與層相關的像差，尤其是球面像差。如在單層存儲器中，使用單個透鏡是不可能預先補償該像差的。
出於此原因，可用的物鏡數值孔徑受到限制，實際上限於大約0.6。目前，還必須進行另外一種考慮。激發射線的幾何發射特性與激勵述的不一致，也就是在各向同性的情況下，所述激發射線從所述激發螢光單元在所有方向上進行傳播。在物鏡15上聚集的激發射線17因此與通過所述激勵束引起的一小部分記錄射線相對應，並且物鏡15的數值孔徑越小，在物鏡15上聚集的激發射線的部分越小。
因此，通過檢測單元19檢測的與在物鏡15上聚集的激發射線相對應的信號對於具有次於0.6的數值孔徑的可用物鏡來說是低的。低的檢測信號是有缺陷的，因為它導致低的信噪比，並因此使掃描裝置的帶寬和數據率受到限制。
發明內容
本發明的目的是提供一種掃描裝置，其中與在物鏡上聚集的激發射線相對應的檢測信號被增強。
為此，根據本發明的如在開頭段落中所述的掃描裝置的特徵在於所述激勵束具有低於所述透鏡數值孔徑的數值孔徑。
如果激勵束是平行射束，則激勵束具有低於所述透鏡數值孔徑的數值孔徑這樣的事實意味著激勵束具有低於物鏡的直徑的直徑。如果所述激勵束不是平行射束，則激勵束具有低於所述透鏡數值孔徑的數值孔徑這樣的事實意味著激勵束僅僅覆蓋所述物鏡的表面的一部分。
因此，根據本發明，激勵束被構造使得它並不通過所述物鏡的外瞳區域。因此這允許用低的數值孔徑激勵螢光單元，從而導致低的像差，並且檢測的信號得以增強，因為物鏡的整個表面都被用於聚集發射光。
有利地，所述透鏡數值孔徑高於0.6。與已知的掃描裝置(其中所述透鏡數值孔徑一般小於0.6)相比，這允許增強所述檢測的信號。
優選地，激勵束的數值孔徑基本上等於0.6。這允許掃描具有基本上等於或高於已知的多層載體的存儲容量的存儲容量的多層載體。
在一個優選實施例中，所述掃描裝置還包括位於所述激勵源和所述物鏡之間的光學組件，用於減小所述激勵束的數值孔徑。根據該優選實施例，在根據本發明的掃描裝置中可使用各種激勵源。實際上，如果使用了產生具有大於所述期望的數值孔徑的數值孔徑的激勵束的激勵源，則所述光學組件就產生具有期望數值孔徑的激勵束。
有利地，所述光學組件是二向色鏡。因為在已知的掃描裝置中已經使用了二向色鏡，所以該二向色鏡可被特別設計用於減小所述激勵束的數值孔徑。因此與已知的掃描裝置相比，這樣一種掃描裝置不需要更多的光學元件。
優選地，所述光學組件是用於減小所述激勵束的直徑的孔(aperture)。當所述激勵束是平行射束時，這是特別有利的。這樣一種孔容易設計，並且體積不大。
有利地，激勵源是雷射二極體，且所述光學組件包括準直透鏡。與已知的掃描裝置相比，為了實現本發明，只需改變準直透鏡的直徑。
優選地，所述光學組件還包括射束擴展器。這允許使用已知掃描裝置的雷射二極體和準直透鏡，並且只增加射束擴展器以便減小光束直徑，並因此減小激勵束的數值孔徑。
本發明的這些和其它方面通過此後所述的實施例將變得顯而易見，並且將參照這樣的實施例來對其進行說明。
現在將藉助於例子參考附圖詳細地說明本發明，其中圖1為表示根據背景技術的用於多層光學存儲器的掃描裝置的視圖；圖2為表示根據本發明的用於多層光學存儲器的掃描裝置的視圖；圖3為表示根據本發明的用於多層光學存儲器的另一掃描裝置的視圖；圖4為表示根據本發明的用於多層光學存儲器的掃描裝置的視圖，其中二向色鏡被用於減小激勵束的數值孔徑；圖5為表示根據本發明的用於多層光學存儲器的另一掃描裝置的視圖，其中二向色鏡被用於減小激勵束的數值孔徑；圖6為表示根據本發明的用於多層光學存儲器的掃描裝置的視圖，其中使用孔來減小激勵束的數值孔徑；圖7為表示根據本發明的用於多層光學存儲器的掃描裝置的視圖，其中準直透鏡被用於減小激勵束的數值孔徑；圖8為表示根據本發明的用於多層光學存儲器的掃描裝置的視圖，其中射束擴展器被用於減小激勵束的數值孔徑。
具體實施例方式
根據本發明的掃描裝置描繪在圖2中。這樣一個掃描裝置包括激勵源11、二向色鏡14、物鏡15、成像透鏡18、和檢測單元19。該掃描裝置趨用於讀取一螢光多層載體16。
在該例子中，對激勵源11進行設計以便產生平行射束。由激勵源11產生的平行射束到達二向色鏡14，並產生激勵束13，該激勵束指向物鏡15，該物鏡將所述激勵束13聚焦在載體16的一個層上。
激勵束13具有低於物鏡15的數值孔徑的數值孔徑。在該例子中，這意味著所述激勵束的直徑d小於所述物鏡的直徑D。
例如，激勵束13的數值孔徑為0.6，物鏡的數值孔徑為0.8。對於具有焦距為1.765毫米的物鏡來說，這對應於2.82毫米的透鏡直徑D和2.12毫米的激勵束直徑d。
在公知的用於多層系統的掃描裝置中，實際上並不使用數值孔徑為0.8的物鏡，因為這將導致數值孔徑為0.8的激勵束，它將產生光學像差，其對於每個尋址層是不同的。因此，具有低於0.6的數值孔徑的物鏡通常用在公知的掃描裝置中。結果，物鏡15僅僅聚集一小部分由所述激勵束引起的激發射線。實際上，能被顯示的是在物鏡15上被聚集的由所述激勵束引起的激發射線部分為大約(NA/2n)2，其中n為螢光多層載體16的折射係數。對於0.6的物鏡和1.5的折射係數來說，由激勵束引起的激發射線只有4％在物鏡15上被聚集。
在上述的例子中，當激勵束13的數值孔徑為0.6和物鏡的數值孔徑為0.8時，由激勵束引起的激發射線有7.1％在物鏡15上被聚集。在物鏡15上聚集的激發射線的這種巨大增長導致由檢測單元19檢測的信號的巨大增長，由此使掃描裝置更加可靠。此外，因為在本實例中激勵束13的數值孔徑與已知的掃描裝置中的相同，所以本發明不會引入額外的光學像差，並且螢光多層載體16的存儲容量不會降低。
當然，在根據本發明的掃描裝置中也可使用其它的數值孔徑。例如，能夠在0.4和0.7之間選擇激勵束的數值孔徑，在0.5和1之間選擇物鏡的數值孔徑。數值孔徑的選擇特別依賴於串擾的期望等級。串擾表示與未對準的層對應的檢測信號部分。
實際上，在物鏡15上聚集的激發射線的增長和由檢測單元19的限制尺寸引起的檢測單元19上的檢測信號的降低之間存在一個平衡，因為在激發射線中出現的像差增加了由檢測單元19檢測的焦點的大小，所述焦點的大小是由串擾的期望等級確定的。因此，數值孔徑的選擇取決於串擾的期望等級。
根據本發明的另一掃描裝置描繪在圖3中。這種掃描裝置包括激勵源11、二向色鏡14、物鏡15和檢測單元19。該掃描裝置打算用於讀取螢光多層載體16。
在本實例中，激勵源11產生發散的射束，該射束通過二向色鏡14以便產生激勵束13。所述激勵源例如為雷射二極體。因此激勵束13是發散的射束，物鏡15被設計用於將激勵束13聚焦在所述螢光多層載體16的期望層上。在本實例中，激勵束13的數值孔徑低於物鏡15的數值孔徑這樣的事實意味著激勵束13隻覆蓋物鏡15的一部分表面。換言之，激勵束13和物鏡15的中心盤之間的交集為圓盤形，該圓盤的直徑小於物鏡15的直徑D。
圖4表示一種掃描裝置，其中二向色鏡被用於減小激勵束的數值孔徑。在該掃描裝置中，激勵源11產生平行的射束，該平行射束的直徑大於根據本發明的期望激勵束的直徑。二向色鏡14用於產生具有期望數值孔徑的激勵束13。
為了產生具有小於由激勵源11產生的平行射束的直徑的直徑的激勵束13，二向色鏡14被設計用於只反射來自激勵源11的平行射束的一部分，該部分與激勵束13相對應。這可通過對二向色鏡14的表面進行適當的處理來實現。相反，二向色鏡14被設計用於使與所述激發射線相對應的射束不發生變化，以便使得在物鏡15上聚集的所有激發射線都能夠由檢測單元19檢測到。
圖5表示另外的掃描裝置，其中二向色鏡用於減小激勵束的數值孔徑。在該掃描裝置中，激勵源11產生平行的射束，其直徑大於根據本發明的激勵束的直徑。
對二向色鏡14進行設計使得來自激勵源11的平行射束只有一部分能夠通過二向色鏡14，所述部分與激勵束13相對應。這可通過對二向色鏡14的表面進行適當的處理來實現。相反，二向色鏡14被設計用於反射與所述激發射線相對應的整個射束，以便使得在物鏡15上聚集的所有激發射線都能夠由檢測單元19檢測到。
圖6表示一種掃描裝置，其中一個孔被用於減小激勵束的數值孔徑。在該掃描裝置中，激勵源11產生平行的射束，該平行射束的直徑大於根據本發明的期望激勵束的直徑。使用孔60以便產生激勵束13。
所述孔被設計用於阻擋由激勵束11產生的平行射束，除了具有直徑d的部分，該部分與激勵束13相對應。該孔由能夠吸收由源11產生的射束的材料製成，並且包括一個開口(hole)，該開口的直徑等於激勵束13的直徑d。
圖7表示一種掃描裝置，其中準直透鏡12被用於減小激勵束的數值孔徑。在該例子中，激勵源11為雷射二極體，其放置在準直透鏡12的焦點處。準直透鏡12的直徑等於期望的激勵束13的直徑。雷射二極體11產生發散的射束，通過準直透鏡12將該發散射束轉換成平行射束。然後該平行射束被二向色鏡14反射，產生具有期望的數值孔徑的激勵束13。
圖8表示一種掃描裝置，其中射束擴展器12被用於減小激勵束的數值孔徑。所述射束擴展器70包括第一射束擴展器透鏡701和第二射束擴展器透鏡702。在該例子中，激勵源11為雷射二極體，其放置在準直透鏡12的焦點處。準直透鏡12的直徑大於期望的激勵束13的直徑。雷射二極體11產生發散的射束，通過準直透鏡12將該發散射束轉換成平行射束。因此該平行射束就具有大於期望的激勵束13的直徑的直徑。
所述射束擴展器用於從具有較大直徑的射束產生具有較小直徑的射束。第一射束擴展器透鏡701具有與準直透鏡12相同的直徑。第二射束擴展器透鏡702具有等於所述期望的激勵束13的直徑d的直徑。放置第一和第二射束擴展器透鏡701和702使得它們的焦點重合。因此就獲得一平行射束，其直徑等於期望激勵束的直徑d。
下述權利要求中的任何參考標記都不應構成對權利要求的限制。很顯然動詞「包括」及其變化形式的使用並不排除出現除在任一權利要求中所定義的那些之外的任何其它元件。在元件之前出現的詞語「一」並不排除出現多個這樣的元件。
權利要求
1.一種用於掃描信息載體(16)中的信息的掃描裝置，所述信息載體包括在一種材料上存儲數據的多個層，所述材料當與由激勵源(11)產生的激勵束(13)互相作用時能夠產生激發的射線，所述裝置包括用於在所述載體的一個層中投射所述激勵束並聚集所述激發射線的物鏡(15)，所述物鏡具有透鏡數值孔徑，和用於檢測在所述物鏡上聚集的激發射線的檢測器單元(19)，所述掃描裝置的進一步的特徵在於所述激勵束具有低於所述透鏡數值孔徑的數值孔徑。
2.根據權利要求1所述的掃描裝置，其中所述透鏡數值孔徑在0.5和1之間。
3.根據權利要求2所述的掃描裝置，其中所述激勵束的數值孔徑在0.4和0.7之間。
4.根據權利要求1所述的掃描裝置，進一步包括位於所述激勵源和所述物鏡之間的光學組件，用於減小所述激勵束的數值孔徑。
5.根據權利要求4所述的掃描裝置，其中所述光學組件為用於減小所述激勵束的數值孔徑的二向色鏡(14)。
6.根據權利要求4所述的掃描裝置，其中所述光學組件為用於減小所述激勵束的直徑的孔(60)。
7.根據權利要求4所述的掃描裝置，其中所述激勵源為雷射二極體，並且所述光學組件包括準直透鏡(12)。
8.根據權利要求6所述的掃描裝置，其中所述光學組件還包括射束擴展器(70)。
全文摘要
本發明涉及一種用於掃描信息載體(16)中的信息的掃描裝置，所述信息載體包括在一種材料上存儲數據的多個層，所述材料當與由激勵源(11)產生的激勵束(13)互相作用時能夠產生激發的射線。所述掃描裝置包括用於在所述載體的一個層中投射所述激勵束並聚集所述激發射線的物鏡(15)。所述掃描裝置還包括用於檢測在所述物鏡上聚集的激發射線的檢測器單元(19)。根據本發明，所述激勵束具有低於所述透鏡數值孔徑的數值孔徑。
文檔編號G11B7/135GK1679094SQ03820958
公開日2005年10月5日 申請日期2003年8月22日 優先權日2002年9月4日
發明者C·布希, M·巴利斯特雷星, W·奧菲 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司