專利名稱：光學(xué)掃描設(shè)備的初始聚焦優(yōu)化的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光學(xué)掃描設(shè)備，其用于掃描記錄載體，尤其用于利用輻射的迅衰耦合掃描記錄載體。
背景技術(shù)：
在特定類型的高密度光學(xué)掃描設(shè)備中，將固體浸沒透鏡(SIL)用于使輻射光束聚焦成記錄載體信息層上的掃描光點(diǎn)。希望在SIL的出射面與記錄載體的入射面之間存在一定尺寸的空氣間隙，例如25mm，從而可以迅衰耦合從SIL至記錄載體的輻射。換句話說，迅衰耦合(evanescent coupling)可以稱作受抑全內(nèi)反射(FTIR)。利用迅衰耦合的記錄系統(tǒng)還稱作近場系統(tǒng)，該系統(tǒng)是因迅衰波在SIL出射面處形成的場(有時(shí)稱作近場)而得名。示例性光學(xué)掃描設(shè)備可以利用藍(lán)色激光器作為輻射光源，其發(fā)射波長約為405nm的輻射光束。
在掃描記錄載體過程中，應(yīng)當(dāng)保持SIL的出射面與記錄載體的外表面之間的迅衰耦合。這包括在SIL與記錄載體之間運(yùn)動過程中，將間隙尺寸保持在希望的非常小的值。這種迅衰耦合的效率通常隨著出射面與入射面之間間隙尺寸的改變而變化。當(dāng)該間隙尺寸大于希望的間隙尺寸時(shí)，耦合效率趨向于降低，并且掃描光點(diǎn)的質(zhì)量也會降低。例如，如果掃描過程包括從記錄載體讀取數(shù)據(jù)，則效率的降低會導(dǎo)致正在讀取的數(shù)據(jù)的質(zhì)量降低，還可能在數(shù)據(jù)信號中引起錯誤。過小的間隙尺寸可能導(dǎo)致SIL和記錄載體的碰撞。
為了可以利用機(jī)械致動器將空氣間隙的寬度控制在這樣小的距離，需要適當(dāng)?shù)目刂菩盘栕鳛殚g隙伺服系統(tǒng)的輸入。該間隙信號是作為物鏡系統(tǒng)出射表面與光學(xué)記錄載體的入射表面之間的間隙寬度的量度的信號。如T.Ishimoto等人撰寫的論文[1]和Zijp等人撰寫的論文[2]所述，適合作為間隙信號的信號能夠由偏振態(tài)垂直于聚焦到記錄載體上的正向輻射光束的偏振態(tài)的反射光獲得。較大比例的光在SIL-空氣-記錄載體界面處反射之后變?yōu)闄E圓偏振當(dāng)通過交叉偏振器觀察反射光時(shí)，這種效果產(chǎn)生了眾所周知的馬耳他十字。利用偏振光學(xué)器件和輻射探測器來集合該馬耳他十字的全部光，生成間隙信號，該輻射探測器可以是單個的光電探測器。對于零間隙寬度而言，該間隙信號的值為零，并且隨著間隙寬度的提高而增大，并且在間隙寬度約為波長的十分之一時(shí)達(dá)到最大值。希望的間隙寬度對應(yīng)于一定值的間隙信號，即設(shè)定點(diǎn)。在比較器(例如減法器)中輸入等于設(shè)定點(diǎn)的間隙信號和固定電壓，該比較器在其輸出端處形成間隙誤差信號。該間隙誤差信號用于控制間隙伺服系統(tǒng)。
由于物鏡透鏡元件和組件的制造公差(例如光學(xué)元件的厚度、相互距離和半徑)，非常難以制造焦點(diǎn)位于希望位置的近場透鏡。由于間隙寬度優(yōu)選在約25nm的范圍內(nèi)，因此對于該系統(tǒng)焦點(diǎn)位置的要求也在類似的范圍內(nèi)。焦深約為λ/2NAeff2(聚焦光點(diǎn)正好為衍射極限)，如果波長為405nm、Naeff為1.8，則結(jié)果約為63nm。
對于小于15mλ rms(毫波均方根光路差(RMS OPD))波前像差，透鏡-SIL的公差僅為0.25μm(參見F.Zijp等人的論文[2])，實(shí)際上這非常難以實(shí)現(xiàn)。輻射光束的聚散度與應(yīng)用的物鏡的光束聚散度的設(shè)計(jì)值的偏差，也會影響該系統(tǒng)最終的焦點(diǎn)位置。除了這種散焦外，其他的像差，例如球差也能夠影響該系統(tǒng)的焦點(diǎn)位置。
所有這些錯誤會導(dǎo)致錯誤的間隙信號。由于SIL的出射表面到記錄載體的距離通常小于輻射波長的1/10，所以當(dāng)間隙信號不正確時(shí)，會存在光學(xué)記錄載體被物鏡損壞的危險(xiǎn)。
目前實(shí)際應(yīng)用的對光學(xué)記錄系統(tǒng)的焦點(diǎn)初始化基于非常嚴(yán)格的朝向物鏡的輻射光束的聚散度公差，該輻射光束優(yōu)選為平行輻射光束。然后將物鏡安裝在光路中。當(dāng)聚焦和跟蹤伺服控制未啟動時(shí)(開路)，使物鏡與未旋轉(zhuǎn)記錄載體(例如ROM盤)相互接觸。因?yàn)槲葱D(zhuǎn)記錄載體通常由于例如裝置的振動而產(chǎn)生微小偏移，所以在該系統(tǒng)的跟蹤或者RF探測信道中會出現(xiàn)調(diào)制。然后，利用朝向物鏡的輻射光束的聚散度變化(例如利用望遠(yuǎn)鏡或者準(zhǔn)直器調(diào)整)調(diào)整該系統(tǒng)的焦點(diǎn)偏移，使得在獲得具有足夠調(diào)制的讀取信號(例如推拉或者數(shù)據(jù))時(shí)，該間隙信號基本上為零。目前可以獲得校正焦點(diǎn)偏移的間隙信號，并且能夠利用間隙控制和跟蹤控制來啟動具有旋轉(zhuǎn)盤的系統(tǒng)。(參見[2])通過使入射激光束從平行變?yōu)槁晕刍虬l(fā)散的，例如通過調(diào)整望遠(yuǎn)鏡配置中的準(zhǔn)直透鏡位置和透鏡位置，能夠獲得偏移調(diào)整。例如在可以獲得的光學(xué)記錄系統(tǒng)中可以按照這種方式補(bǔ)償由于多達(dá)20μm的透鏡-SIL距離誤差造成的散焦像差。
可以按照相同的方式校正較大的誤差；然而，最終在聚焦輻射光束中的像差水平(主要由于球差造成)也會增大。
這表示，對于每個所制造的物鏡而言，可能需要優(yōu)化準(zhǔn)直器或者望遠(yuǎn)透鏡的位置。可能的替換方式是保持準(zhǔn)直器或者望遠(yuǎn)鏡位置固定，使得朝向物鏡的輻射光束為高度精確的平行輻射光束，并且利用附加的致動器調(diào)整透鏡-SIL距離，以使散焦最小化。然而，這種方式會增加該透鏡系統(tǒng)的復(fù)雜度、成本以及運(yùn)動重量，這會減少帶寬，因此減小可獲得的數(shù)據(jù)率。特別是在要將該近場光學(xué)記錄系統(tǒng)市場化以及將要應(yīng)用低成本、緊湊和可批量生產(chǎn)的光學(xué)拾取單元(OPU)的時(shí)候。
另一種可能是在OPU中包含干涉測量。然而，這是一種耗時(shí)的測量方式，并被認(rèn)為難以實(shí)現(xiàn)，這是因?yàn)镹A大于1的透鏡需要在緊湊OPU內(nèi)的反射設(shè)置中進(jìn)行分析。
基于例如在讀取記錄載體過程中使中央孔徑或RF(數(shù)據(jù))信號最大化的初始聚焦最優(yōu)化方法可能不便于用作初始步驟，這是因?yàn)檫@種方法已經(jīng)需要初始聚焦設(shè)定以及盤的角度調(diào)整。非最優(yōu)化的焦點(diǎn)位置可能導(dǎo)致高度畸變的光點(diǎn)，使得間隙控制和/或跟蹤容易失效。這甚至?xí)谧x取記錄載體時(shí)導(dǎo)致物鏡與記錄載體之間的碰撞，從而導(dǎo)致記錄載體或者物鏡損壞或不能使用。
因此，目前的聚焦初始化方法被視為不牢固且耗時(shí)的。
本發(fā)明的主要目的是提供一種實(shí)現(xiàn)近場或者迅衰耦合光學(xué)記錄系統(tǒng)中焦點(diǎn)位置的牢固初始化的方法，從而能夠獲得可靠的間隙信號。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的第一方面，請求保護(hù)一種光學(xué)掃描設(shè)備，其用于掃描處于掃描位置的光學(xué)記錄載體(82)，該記錄載體具有入射表面(120)和至少一個信息層，該設(shè)備包括用于生成正向輻射光束(62)的輻射光源(60)；用于將輻射光束聚焦到至少一個信息層上的物鏡系統(tǒng)；該物鏡系統(tǒng)具有出射表面(122)，并且設(shè)置在輻射光源與掃描位置之間的正向輻射光束路徑中，以及在光學(xué)記錄載體位于掃描位置時(shí)，提供跨過出射表面與入射表面之間間隙的輻射與光學(xué)記錄載體的迅衰耦合；輻射探測器(108)，用于探測來自物鏡系統(tǒng)的反射輻射光束并且提供表示間隙寬度的間隙信號；其特征在于，該設(shè)備包括根據(jù)間隙信號，調(diào)整正向輻射光束的聚散度以校正該設(shè)備中的焦點(diǎn)偏移的裝置(72)。
因此，應(yīng)用本發(fā)明使得有可能利用現(xiàn)有技術(shù)中可以獲得的光學(xué)組件來初始化該系統(tǒng)的焦點(diǎn)偏移，以便避免可能出現(xiàn)的物鏡系統(tǒng)與記錄載體的碰撞。通過消除光學(xué)記錄系統(tǒng)中的焦點(diǎn)偏移，能夠獲得可靠的間隙信號。
在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，用于調(diào)整的裝置位于物鏡系統(tǒng)中，使其可以呈現(xiàn)為緊湊的光學(xué)系統(tǒng)。在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，用于調(diào)整正向光束聚散度的裝置包括可軸向移動的光學(xué)元件，或者可選擇的是包括具有可通過電調(diào)整的可變焦距的光學(xué)元件。
根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供了一種用于校正光學(xué)掃描設(shè)備中的焦點(diǎn)偏移的方法，其至少包括以下步驟如果間隙寬度小于正向輻射波長的1/10，則將光學(xué)記錄載體的入射表面與物鏡系統(tǒng)的出射表面之間的間隙寬度增大到該波長的至少1/10；使正向輻射光束聚焦到物鏡系統(tǒng)的出射表面上；根據(jù)該間隙信號調(diào)整朝向物鏡系統(tǒng)出射表面的輻射光束的聚散度。
根據(jù)本發(fā)明的第三方面，提供了一種用于校正上述光學(xué)掃描設(shè)備的焦點(diǎn)偏移的方法，包括以下步驟，針對該光學(xué)記錄載體的入射表面與最接近該入射表面的信息層之間的材料厚度，校正朝向物鏡系統(tǒng)出射表面的輻射光束的聚散度。


圖1a表示了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的在空氣中聚焦光束的透鏡。
圖1b表示了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的使光束聚焦到半球形固體浸沒透鏡中的透鏡。
圖1c表示了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的使光束聚焦到消球差超半球形固體浸沒透鏡中的透鏡。
圖2示意表示了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的近場光學(xué)掃描設(shè)備。
圖3表示了現(xiàn)有技術(shù)中使用的透鏡的一些光-機(jī)參數(shù)。
圖4示意表示了根據(jù)本發(fā)明的聚焦初始化信號的實(shí)例。
具體實(shí)施例方式
光學(xué)記錄系統(tǒng)中，能夠記錄在光學(xué)記錄載體上的最大信息密度與信息層上聚焦到掃描位置上的激光光點(diǎn)尺寸成反比。由兩個光學(xué)參數(shù)的比值來確定光點(diǎn)尺寸構(gòu)成光點(diǎn)的輻射光束的波長λ和使輻射光束聚焦的物鏡的數(shù)值孔徑(NA)。物鏡的NA定義為NA＝n sin(θ)，其中n為光在其中聚焦的媒質(zhì)的折射率，θ為該媒質(zhì)中聚焦光錐的半角。顯而易見的是，在空氣中或者經(jīng)由空氣在平面平行板(例如平面盤)中聚焦的物鏡的NA的上限通常為1。
圖1a表示了在空氣中使光束4聚焦的透鏡2的實(shí)例，其中聚焦光錐的半角為θ，如附圖標(biāo)記8所示，光軸示為點(diǎn)劃線6。如果光在高折射率媒質(zhì)中聚焦并且在空氣-媒質(zhì)界面處未發(fā)生折射，例如通過聚焦到半球形SIL的中心，則透鏡的NA能夠超過1。圖1b表示了使光束14通過這種半徑為R(示為18)的半球形SIL 16聚焦的透鏡12的實(shí)例。在這種情況下，有效NA為NAeff＝n NA0，其中n為半球形透鏡的折射率，NA0為聚焦透鏡在空氣中的NA。
利用消球差超半球SIL可以進(jìn)一步提高NA。圖1c表示了使光束24通過這種半徑為R(由箭頭28表示)的消球差超半球SIL 26聚焦的透鏡22的實(shí)例，其中超半球SIL 26使光束30朝光軸36折射，并且將光束聚焦到超半球體的中心以下。在這種情況下，有效NA為NAeff＝n2NA0。對于沿著光軸的高度為R(1+1/n)(由箭頭32表示)的消球差超半球SIL而言，能夠?qū)⒐馐劢沟骄嚯xnR處(由箭頭34表示)，該位置比沒有SIL的圖1a中的情況更接近透鏡2。
重要的是，大于1的有效NAeff僅存在于距離SIL的出射表面極短的距離(還稱作近場)內(nèi)，其中存在迅衰波。物鏡系統(tǒng)的出射表面為輻射照射到記錄載體上之前物鏡系統(tǒng)的最后折射表面。短距離通常小于輻射波長的1/10。
當(dāng)把光學(xué)記錄載體的入射面設(shè)置在該短距離內(nèi)時(shí)，通過迅衰耦合使輻射從SIL傳播到記錄載體。這意味著，在光學(xué)記錄載體寫或讀的過程中，SIL與記錄載體之間的距離，或者間隙寬度應(yīng)當(dāng)小于幾十納米，例如對于使用藍(lán)色激光器作為輻射源并且物鏡系統(tǒng)NA為1.9的系統(tǒng)而言，該距離約為25nm。在所謂的空氣入射光學(xué)記錄載體中，信息層的一側(cè)與襯底相接觸，另一側(cè)暴露于環(huán)境中。這種記錄載體的入射面為信息層與外界的界面?？蛇x的是，信息層受到薄透明層的保護(hù)免受外界影響，該薄透明層的外表面構(gòu)成了記錄載體的入射面。在后一種情況下，必須針對透明層的厚度校正SIL的厚度。
圖2示意表示了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的用于掃描記錄載體的近場光學(xué)掃描設(shè)備。該光學(xué)掃描設(shè)備包括設(shè)置為生成輻射的輻射光源系統(tǒng)。在這個實(shí)施例中，該輻射光源為發(fā)射具有預(yù)定波長λ(例如約為405nm)的輻射光束62的激光器60。在該光學(xué)掃描設(shè)備的啟動過程和記錄載體掃描過程中，輻射光束62沿著光學(xué)掃描設(shè)備的光軸(未示出)傳播，準(zhǔn)直透鏡64使該輻射光束準(zhǔn)直，并且光束成形器66使其橫截面強(qiáng)度分布成形。然后輻射光束62通過非偏振分束器68，然后通過偏振分束器70，并且具有介于第一焦點(diǎn)調(diào)整透鏡72和第二焦點(diǎn)調(diào)整透鏡76之間的焦點(diǎn)。
通過沿著焦點(diǎn)調(diào)整方向74移動第一焦點(diǎn)調(diào)整透鏡72來實(shí)現(xiàn)輻射光束62在記錄載體上的焦點(diǎn)位置的優(yōu)化調(diào)整。該光學(xué)掃描設(shè)備的物鏡系統(tǒng)包括將聚焦波前引入輻射光束62中的物鏡78。該物鏡系統(tǒng)還包括固態(tài)浸沒透鏡(SIL)80。在本實(shí)施例中，該SIL 80具有如圖1c所示的圓錐形超半球形狀，在本實(shí)例中其NA為1.9。SIL的平面?zhèn)葮?gòu)成了面對記錄載體82的出射面。
支撐架(未示出)確保了保持物鏡78與SIL 80的對準(zhǔn)和分離距離。間隙伺服系統(tǒng)(未示出)使支撐架保持在相對于記錄載體的正確距離處，以下更詳細(xì)地說明該間隙伺服系統(tǒng)。在物鏡系統(tǒng)引入聚焦波前之后，該輻射光束在記錄載體82上構(gòu)成了輻射光束光點(diǎn)。落在記錄載體82上的輻射光束具有線性偏振。
該記錄載體82具有面對SIL 80出射面122的入射面120。該物鏡系統(tǒng)設(shè)置在輻射光源60與記錄載體82之間，并且出射面122與入射面120之間間隙的間隙尺寸為出射面122與入射面120之間沿著光軸的距離。
該光學(xué)掃描設(shè)備包括多個光學(xué)探測路徑。在第一光學(xué)探測路徑中設(shè)置了偏振器110、半波板112、偏振分束器104、折疊反射鏡114、用于使探測輻射光束聚焦到第一探測器108上的第一會聚透鏡106和用于使探測輻射光束聚焦到第二探測器118上的第二會聚透鏡116。
偏振器110、半波板112、折疊反射鏡114、第二會聚透鏡116和第二探測器118為用于實(shí)驗(yàn)研究的可選組件。第二探測器例如可以為CCD型探測器。折疊反射鏡114反射穿過偏振分束器104的輻射，會聚透鏡116使該輻射聚焦到第二探測器118上。如果不使用這些可選組件，可以用折疊反射鏡替換偏振分束器104，以便將一部分探測輻射光束引導(dǎo)到第一探測器上。
在不同的第二探測路徑中，設(shè)置了半波板84、偏振分束器86、非偏振分束器92、用于將探測輻射光束聚焦到第三探測器88上的第三會聚透鏡90、用于將探測輻射光束聚焦到第四探測器94上的第四會聚透鏡96、折疊反射鏡98以及用于將探測輻射光束聚焦到第五探測器100上的第五會聚透鏡102。
類似于第一探測路徑，半波板84、折疊反射鏡98、第五會聚透鏡102和第五探測器100為用于實(shí)驗(yàn)研究的可選組件。第五探測器例如可以為CCD型探測器。折疊反射鏡98反射穿過非偏振分束器92的輻射，并且會聚透鏡102使該輻射聚焦到第五探測器100上。如果不使用這些可選組件，可以用折疊反射鏡替換非偏振分束器92，以便將一部分探測輻射光束引導(dǎo)到第四探測器上。
分別由附圖標(biāo)記108、88和94表示的第一、第三和第四探測器構(gòu)成了輻射探測器配置，其用于生成表示在與記錄載體82相互作用之后的輻射中探測到的信息的探測器信號。
第一探測路徑用于探測從SIL 80反射并且與聚焦到記錄載體上的正向輻射光束垂直偏振的輻射。垂直偏振的輻射稱作RF⊥pol.信號。由該RF⊥pol.信號的低頻部分(例如DC到30kHz)獲得間隙信號152。第二探測路徑用于探測平行于聚焦到記錄載體上的正向輻射光束而被偏振并且利用從信息層讀取的信息進(jìn)行調(diào)制的輻射。第三探測器探測的、位于第二探測路徑中的該部分光稱作RF∥pol.信號，后面更詳細(xì)地描述其功能。第四探測器探測的、位于第二探測路徑中的該部分光稱作推拉信號，并且用于生成表示光點(diǎn)與所要遵循的記錄載體82的數(shù)據(jù)軌道中心之間的橫向距離的信號。該信號用于保持掃描輻射光點(diǎn)在數(shù)據(jù)軌道上的徑向跟蹤。
沿著第一探測路徑傳播的輻射與沿著第二探測路徑傳播的輻射相對于彼此而被正交偏振。
該方法基于利用不存在接近SIL出射表面的記錄載體的情況下，通過在該SIL出射表面上的反射獲得的間隙信號GS。
本發(fā)明基于以下觀察，即間隙信號對于不存在接近SIL出射表面的光學(xué)記錄載體的情況而言也存在。對于大于迅衰波耦合所需的間隙寬度而言(例如對于大于所使用波長的1/10的寬度而言)，以大于臨界角的入射角入射到SIL出射表面上的光線會抵消在該出射表面上的全內(nèi)反射。由于在該SIL出射表面處∥和⊥偏振光線的反射率差，當(dāng)把入射到物鏡上的輻射光束聚焦到SIL的出射表面上時(shí)，能夠獲得間隙信號。通過在SIL的出射表面上的反射獲得的該GS還可以稱作聚焦初始化信號(FIS)。用于生成GS的相同光學(xué)器件和探測裝置也可以用于獲得FIS。
已經(jīng)觀察到該FIS對于獲得該FIS的物鏡最佳焦點(diǎn)位置而言具有最大值。對于完美組裝的物鏡而言，平行光束產(chǎn)生最佳的光點(diǎn)質(zhì)量，還產(chǎn)生FIS的最大值。按照類似的方式，如果將照射光束調(diào)整到適當(dāng)?shù)臅刍虬l(fā)散量，則在其兩個組件(小NA透鏡與SIL)之間具有非理想距離的物鏡將產(chǎn)生最佳的光點(diǎn)質(zhì)量。在相同條件下，F(xiàn)IS也具有最大值。
根據(jù)本發(fā)明，對于圖2的現(xiàn)有技術(shù)的設(shè)備設(shè)置的修改是添加了用于調(diào)整正向輻射光束聚散度的裝置，以便根據(jù)間隙信號校正光學(xué)掃描設(shè)備中的焦點(diǎn)偏移。
這種裝置可以是用于調(diào)整朝出射表面的正向輻射光束聚散度的軸向移動透鏡，以便校正該設(shè)備中的焦點(diǎn)偏移，并且該裝置設(shè)置為通過優(yōu)化間隙寬度大于物鏡系統(tǒng)出射表面與光學(xué)記錄載體入射表面之間的輻射迅衰耦合所需的間隙信號來校正焦點(diǎn)偏移。
對于可以用于第一表面(或者空氣入射)光學(xué)記錄系統(tǒng)的光學(xué)設(shè)備中的物鏡(例如圖3所述的物鏡)而言，其對應(yīng)于SIL底部(出射面)上的焦點(diǎn)位置。對于覆蓋層入射光學(xué)記錄系統(tǒng)的光學(xué)設(shè)備中的物鏡而言，最佳光點(diǎn)質(zhì)量對應(yīng)于直接位于覆蓋層(通常厚度為幾微米)之下的焦點(diǎn)位置。
對于為第一表面光學(xué)記錄系統(tǒng)設(shè)計(jì)的NA＝1.8的物鏡而言，利用如圖2所示的設(shè)置，用以下的實(shí)驗(yàn)來確定上述事實(shí)。已經(jīng)利用FIB(參見[2])相對于SIL的厚度進(jìn)行了調(diào)整的透鏡在干涉測量中表現(xiàn)出29mλ rms的散焦和約11mλ rms的球差。圖4表示了作為一個透鏡在望遠(yuǎn)鏡中的位置的函數(shù)的FIS(參見圖2)，其改變了照射光束的會聚度/發(fā)散度，因此改變了聚焦光點(diǎn)的位置。盡管圖4中的圖表的垂直軸是指“GS(V)”，但是該圖表中也表示了FIS。這表示，相同的電子器件可以用于獲得GS和FIS。
在沒有盤的情況下完成FIS測量。如圖4所示，對于望遠(yuǎn)鏡中的透鏡，在大約9.2mm的位置處獲得FIS的最大值(零位置是任意選擇的)。選擇這個透鏡位置以開始新插入盤的讀取程序。在相對于例如傾斜而言在設(shè)置中適當(dāng)對準(zhǔn)該盤之后，讀取該盤。發(fā)現(xiàn)可以使用開環(huán)間隙控制和跟蹤信號并且其具有良好質(zhì)量。在利用間隙伺服和跟蹤伺服操作(即閉環(huán)伺服)進(jìn)行讀取過程中，已經(jīng)確認(rèn)實(shí)際上在相同的9.2mm的望遠(yuǎn)鏡透鏡位置處(精度0.1mm)獲得最佳的數(shù)據(jù)信號(基于例如最佳的信號質(zhì)量、最大的峰峰振幅或者最小的抖動)。這確保了利用使用FIS的所述方法的聚焦初始化，產(chǎn)生了對所使用的透鏡焦點(diǎn)位置的充分校正和用于間隙寬度控制的牢固、可靠的GS。
對于第二物鏡而言，其具有更大的散焦(大約170mλ rms散焦以及大約46mλ rms的球差)，發(fā)現(xiàn)最佳的望遠(yuǎn)鏡透鏡位置為約10.0mm處，同樣是根據(jù)FIS方法和最佳數(shù)據(jù)信號而獲得的。由于焦點(diǎn)偏移校正，該透鏡在光學(xué)記錄設(shè)置中仍然可以使用，并且還可以獲得安全的間隙信號。
以上的實(shí)例表現(xiàn)出所提出的解決方案在實(shí)踐中的優(yōu)點(diǎn)。所提出的聚焦初始化方法可以是這種高NA光學(xué)記錄系統(tǒng)啟動程序中的重要步驟，以便獲得可靠的空氣間隙和跟蹤控制信號。在以上的實(shí)驗(yàn)中，還表現(xiàn)出，聚焦初始化的精度對于在讀取程序中沒有進(jìn)行精確聚焦調(diào)整的最佳讀取信號而言足夠了。
能夠以多種方式實(shí)現(xiàn)用于焦點(diǎn)偏移校正的FIS的最優(yōu)化。例如，可以測量在望遠(yuǎn)鏡中幾個透鏡位置時(shí)的FIS(或者其它聚散度變化裝置的等價(jià)參數(shù))，并且使用所找到的最大值。還可以實(shí)施曲線擬合法，并且使用分析法確定FIS的最大值以及相關(guān)的聚散度變化裝置位置(或者等價(jià)參數(shù))。利用這種曲線擬合方法可以減小例如測量噪聲，從而得到更精確的最大值。另一種可能性是對透鏡位置(或者其它聚散度變化裝置的等價(jià)參數(shù))在最佳位置附近施加變量，并且利用得到的信號進(jìn)行優(yōu)化。
所確定的GS(或FIS)的最大值越好，系統(tǒng)中的焦點(diǎn)偏移校正越好。優(yōu)選的是，確定GS(或FIS)的最大值在+/-5％內(nèi)。更優(yōu)選的是，確定GS(或FIS)的最大值在+/-1％內(nèi)，因?yàn)檫@樣可以產(chǎn)生情形，其中散焦在例如Zijp等人[2]所述的間隙伺服系統(tǒng)有效時(shí)的級別以下。
如果需要，在記錄載體的(初始)讀取過程中，能夠通過例如使中心孔徑振幅(峰峰值)最大化、使抖動、數(shù)據(jù)位或塊錯誤率最小化，或者一些其他的質(zhì)量手段，來實(shí)現(xiàn)焦點(diǎn)位置的進(jìn)一步優(yōu)化，從而獲得最佳的讀取或記錄性能。
可以在每次啟動光學(xué)存儲系統(tǒng)時(shí)使用聚焦初始化程序，從而校正焦點(diǎn)偏移作用。如果初始間隙寬度大于迅衰波耦合所需的寬度(例如間隙寬度大于所使用波長的1/10)，則可以利用光學(xué)記錄載體實(shí)現(xiàn)上述效果；這包括沒有光學(xué)記錄載體的系統(tǒng)或者在裝載了光學(xué)記錄載體期間的情況。
因此可能需要提高SIL出射表面與載體之間的間隙，從而進(jìn)行聚焦初始化(例如使用間隙寬度致動器、光學(xué)記錄載體參照表(例如盤電機(jī))，在裝載光學(xué)記錄載體(例如用于裝載了盒式磁盤的光學(xué)記錄系統(tǒng)中使用的光學(xué)記錄載體)時(shí)使包含光學(xué)掃描設(shè)備(或者OPU)的框架傾斜，或者類似的有效手段)。
利用間隙信號(或者FIS)校正如上所述的光學(xué)掃描設(shè)備中的焦點(diǎn)偏移的方法至少包括以下步驟-如果需要，將光學(xué)記錄載體的入射表面與物鏡系統(tǒng)的出射表面之間的間隙寬度至少提高到正向輻射波長的1/10，前提是該間隙寬度小于所述波長的1/10-將正向輻射光束聚焦到物鏡系統(tǒng)的出射表面上-根據(jù)間隙信號調(diào)整朝物鏡系統(tǒng)出射表面的輻射光束的聚散度由于例如物鏡組件或者所使用的光學(xué)掃描設(shè)備中其他光學(xué)元件的機(jī)械變化(例如位置偏移)，焦點(diǎn)位置能夠使最佳位置轉(zhuǎn)移。這種機(jī)械變化可能是在記錄載體的記錄或讀取過程中，或者在光學(xué)記錄裝置的技術(shù)壽命期間，由于溫度變化、濕度變化等造成的。所提出的方法和程序能夠用于校正對于焦點(diǎn)位置的影響。
當(dāng)光學(xué)記錄裝置或設(shè)備中沒有盤時(shí)，或者該盤位于迅衰波耦合范圍之外的距離(間隙寬度大于所使用波長的1/10)時(shí)，能夠使用該聚焦初始化程序。如果需要，能夠?qū)⒗美缰行目讖叫盘柣蛘哒{(diào)制振幅的其他聚焦方法用于提高讀取或者記錄質(zhì)量。
盡管在以上實(shí)驗(yàn)和實(shí)例中，利用望遠(yuǎn)鏡中透鏡的位置偏移(還參見圖2)生成了FIS，但是還能夠使用其他光學(xué)元件來改變朝向物鏡的輻射光束的聚散度。這些元件可以是例如基于液晶光學(xué)元件或者具有可變焦距的其他光學(xué)元件(例如基于兩種流體之間的可變彎月面曲率的可電調(diào)整透鏡(電潤濕透鏡))的透鏡。聚散度變化可以基于輻射光束的折射率或衍射率。當(dāng)在輻射光源與準(zhǔn)直透鏡之間應(yīng)用像變透鏡型光束成形器時(shí)，該準(zhǔn)直透鏡能夠軸向偏移，以獲得所需的輻射光束聚散度變化。盡管其相對于所需的致動器變得復(fù)雜，但是仍然可以調(diào)整物鏡中的透鏡-SIL相互距離。
初始聚焦方法中還可以包括球差補(bǔ)償，以補(bǔ)償由球差而在系統(tǒng)中產(chǎn)生的散焦。
在利用具有覆蓋層(參見F.Zijp等人的[2]和Martinov等人的[3])和/或多個信息或記錄層的光學(xué)記錄載體的光學(xué)記錄系統(tǒng)中，能夠應(yīng)用相同的聚焦初始化方法。然而，最佳的焦點(diǎn)位置不在物鏡SIL的底部(出射面)。在將間隙信號用作間隙控制信號之前，優(yōu)選需要對覆蓋層厚度的聚焦偏移校正。在該校正中還可以將覆蓋層引起的球差考慮在內(nèi)。
作為可選方案，在將FIS用于補(bǔ)償間隙信號的聚焦偏移之前，將透明的偽襯底(dummy substrate)(優(yōu)選對應(yīng)于所要校正的覆蓋層厚度)放在物鏡前(優(yōu)選與SIL相接觸)。然后，該輻射光束可以被聚焦到偽襯底的后面。利用物鏡的光學(xué)特性以及改變朝向物鏡的輻射光束的聚散度的校正光學(xué)元件，能夠計(jì)算所需的聚焦偏移。
對于利用具有覆蓋層的光學(xué)記錄載體的系統(tǒng)而言，迅衰波耦合不是處于實(shí)際的近場中，而是存在來自該光學(xué)記錄載體中的SIL的出射表面和位于SIL與(多個)信息層之間的覆蓋層的波的迅衰耦合。
盡管涂層不被稱為覆蓋層，但是也可以校正用作例如腐蝕保護(hù)或者磨損保護(hù)層的薄的單層或多層涂層的厚度。
用于焦點(diǎn)偏移校正的上述類似方法能夠用于涉及覆蓋層入射光學(xué)記錄載體的多層光學(xué)記錄載體。因此，所引起的焦點(diǎn)偏移還取決于用于讀取或者記錄光學(xué)記錄系統(tǒng)的信息層位置的深度。當(dāng)信息層之間的間隔層距離大于迅衰波耦合所需的間隙寬度時(shí)，優(yōu)選還針對入射表面與最接近光學(xué)記錄載體的入射表面的信息層之間的材料厚度校正焦點(diǎn)偏移。這種校正可能是基于物鏡和用于改變輻射光束聚散度的裝置的光學(xué)設(shè)計(jì)的固定值。因此，該方法中的附加步驟是針對入射表面與最接近該光學(xué)記錄載體入射表面的信息層之間的材料厚度校正輻射光束的聚散度。
由于光學(xué)記錄載體中的層數(shù)量在從該光學(xué)記錄載體本身中讀取信息之前通常是未知的，所以需要這種針對第一信息層(最接近入射表面)深度的校正，從而防止物鏡與光學(xué)記錄載體接觸。
應(yīng)當(dāng)理解，結(jié)合任意一個實(shí)施例所述的任意特征可以單獨(dú)使用，或者與所述的其他特征結(jié)合使用，還可以與任何其他實(shí)施例或者任何其他實(shí)施例的任何組合中的一個或多個特征結(jié)合使用。此外，可以在不背離本發(fā)明范圍的情況下采用以上沒有描述的等價(jià)物和變型，本發(fā)明的范圍是由權(quán)利要求書限定的。
參考文獻(xiàn)[1]2002年Technical Digest ISOM/ODS，第287頁，T.Ishimoto等人的“Gap Servo System for a Biaxial Device Using an Optical GapSignal in a Near Field Readout System”。
2004年Monterey(USA)，Proceedings of the Optical DataStorage Conference，F(xiàn).Zijp等人的“Near field read-out of a 50GBfirst-surface disk with NA＝1.9 and a proposal for a cover-layerincident，dual-layer near field system”。
2001年ODS，Proceedings of SPIE第4342卷，第209-212頁(2002)，Y.V.Martinov等人的“High-density first-surfacemagneto-optical recording using a blue laser，high numerical apertureobjective and flying slider”。
權(quán)利要求
1.一種光學(xué)掃描設(shè)備，其用于掃描處于掃描位置的光學(xué)記錄載體(82)，該記錄載體具有入射表面(120)和至少一個信息層，該設(shè)備包括用于生成正向輻射光束(62)的輻射光源(60)，用于將輻射光束聚焦到至少一個信息層上的物鏡系統(tǒng)，該物鏡系統(tǒng)具有出射表面(122)，并且設(shè)置在輻射光源與掃描位置之間的正向輻射光束路徑中，以及在光學(xué)記錄載體位于掃描位置時(shí)，提供在出射表面與入射表面之間間隙上的輻射與光學(xué)記錄載體的迅衰耦合，輻射探測器(108)，用于探測來自物鏡系統(tǒng)的反射輻射光束，并且提供表示間隙寬度的間隙信號，其特征在于，該設(shè)備包括根據(jù)間隙信號調(diào)整正向輻射光束的聚散度以校正該設(shè)備中的焦點(diǎn)偏移的裝置(72)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)掃描設(shè)備，其中該裝置位于物鏡系統(tǒng)中。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的光學(xué)掃描設(shè)備，其中該裝置包括可軸向移動的光學(xué)元件。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的光學(xué)數(shù)據(jù)掃描設(shè)備，其中該裝置包括具有電可調(diào)整的可變焦距的光學(xué)元件。
5.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3、4中任一項(xiàng)所述的光學(xué)掃描設(shè)備，其用于掃描具有一定厚度的覆蓋層的光學(xué)記錄載體，其中焦點(diǎn)偏移的校正還針對覆蓋層材料的厚度進(jìn)行校正。
6.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3、4中任一項(xiàng)所述的光學(xué)掃描設(shè)備，其用于掃描具有多個信息層的光學(xué)記錄載體，其中焦點(diǎn)偏移的校正還針對光學(xué)記錄載體的入射表面與最接近該入射表面的信息層之間的材料厚度進(jìn)行校正。
7.一種光學(xué)記錄裝置，其包括前面任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的光學(xué)掃描設(shè)備。
8.一種用于校正光學(xué)掃描設(shè)備中的焦點(diǎn)偏移的方法，其至少包括以下步驟-如果間隙寬度小于正向輻射波長的1/10，則將光學(xué)記錄載體的入射表面與物鏡系統(tǒng)的出射表面之間的間隙寬度增大到該波長的至少1/10，-使正向輻射光束聚焦到物鏡系統(tǒng)的出射表面上，-根據(jù)該間隙信號調(diào)整朝向物鏡系統(tǒng)出射表面的輻射光束的聚散度。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的用于校正光學(xué)掃描設(shè)備中的焦點(diǎn)偏移的方法，還包括以下步驟，針對光學(xué)記錄載體的入射表面與最接近該入射表面的信息層之間的材料厚度校正朝向物鏡系統(tǒng)出射表面的輻射光束的聚散度。
10.根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的用于校正光學(xué)掃描設(shè)備中的焦點(diǎn)偏移的方法，調(diào)整輻射光束的聚散度，使得間隙信號達(dá)到最大值。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中利用輻射光束聚散度的擺動確定間隙信號的最大值。
12.根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的方法，還包括以下步驟，補(bǔ)償該光學(xué)掃描設(shè)備中存在的球差。
全文摘要
在一種特定類型的高密度光學(xué)記錄系統(tǒng)中，在物鏡系統(tǒng)中使用固體浸沒透鏡(SIL)(80)將輻射光束(62)聚焦到光學(xué)記錄載體(82)的信息層上。使用一個表示SIL(122)的出射表面與記錄載體(120)的入射表面之間的間隙寬度的適當(dāng)間隙信號來控制該系統(tǒng)工作過程中的間隙寬度。該光學(xué)記錄系統(tǒng)的光學(xué)系統(tǒng)的光學(xué)元件和光機(jī)組件的公差會導(dǎo)致物鏡系統(tǒng)焦點(diǎn)位置的偏移。該偏移可以大于該記錄系統(tǒng)通常使用的間隙寬度。這會導(dǎo)致SIL與記錄載體的直接接觸，從而損壞SIL與記錄載體中的一個或兩個。本發(fā)明公開了一種聚焦初始化校正光學(xué)系統(tǒng)的焦點(diǎn)偏移的方法和實(shí)現(xiàn)方案，該光學(xué)系統(tǒng)用于讀取或記錄光學(xué)記錄載體，從而對于間隙寬度控制獲得可靠和牢固的間隙信號。
文檔編號G11B7/09GK1993747SQ200580025617
公開日2007年7月4日 申請日期2005年7月20日 優(yōu)先權(quán)日2004年7月27日
發(fā)明者C·A·弗舒?zhèn)?申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司