专利名称：光学拾取和/或记录设备的制作方法
光学拾取和/或记录设备发明领域本发明涉及一种用于近场光学存储系统的光头，并且涉及一种光学 拾取和/或记录系统。本发明尤其涉及一种用于二维光学数据存储的光头 以及一种光学拾取和/或记录设备。
背景技术：
F.Zijp等人在《SPIE学报(Proceedings of SPIE )》第5380巻第209至 233页发表的技术发展水平文献"光学数据存储2004 (Optical Data Storage 2004 )"中描述了一种近场系统。由此，提出了用1.9的非常高的 数值孔径对50GB第一表面盘进行近场读出。已知的近场系统包括适于改 变固体浸没透镜的前表面和光盘的 一个表面之间的距离的移动机构。因 此，为了进行读出操作，将固体浸没透镜置于恒定距离处，该恒定距离 处于一部分聚焦电磁场的迅速衰减距离中，通常小于激光束波长的io %。在已知的系统中，这一距离大约为25nm。为了允许利用位于这种小 距离处的机械致动器来进行空气间隙控制，由偏振态与聚焦在盘上的主 光束的偏振态相垂直的反射光来获得间隙误差信号。已知的近场系统的缺点在于透镜相对于盘面的对准需要繁重的试 错法。这需要付出大量的努力并且占用大量的时间。发明内容本发明的目的在于提供一种用于近场光学存储系统的光学拾取和/ 或记录设备，其提高了效率，特别是提高了用于读取和/或写入数据的性能。这一 目的通过如权利要求l所限定的一种光学拾取和/或记录设备来 解决。从属权利要求中记载了本发明的有利改进。要注意，存储媒体不一定是如所要求保护的光学拾取和/或记录设备 的一部分。可以销售不带有存储媒体的光学拾取和/或记录设备。此外， 可以暂时使用 一种存储媒体，或者可以将不同的存储媒体与光学拾取和 /或记录设备一起使用。本发明的优点在于，即使各个盘必需进行不同的对准，或者需要在 操作过程中至少 一次自动地或者动态地对每个盘进行对准，也能够高可 靠性地进行读和/或写操作。因此，该移动机构可以使透镜元件倾斜从而 使该透镜元件的光轴不平行于辐射束的光轴。这会对间隙信号有影响， 而这一影响由间隙信号校正单元进行校正。由此，提高了读和/或写操作 的性能，并使该光学拾取和/或记录设备的可靠性很高。如权利要求5所限定的手段的优点在于增大了为得到用于数据处理 的读出信号而检测到的分量的强度。由此与如在权利要求5中所限定的 手段相比，获得同 一 间隙信号的可选择的方式是通过使该辐射束穿过四 分之一波片而将如激光器元件所发射的线偏振态变为圆偏振态。然后将 这一光束用于照射透镜。随后，检测在反射束穿过同一个或另一个四分光。' 口 、-、' " 、 - 、； '如权利要求7所限定的手段的优点在于，考虑到由透镜元件的光轴 相对于辐射束的传播方向的倾斜所引起的反射辐射束抑制，对该间隙信 号进行校正。因此，通过放大该间隙信号至少几乎抵消了对该间隙信号 的有害影响。然后，可以将已校正的间隙信号应用于控制该移动机构的 间隙控制单元。如权利要求8所限定的手段的优点在于，通过调整一个或多个预置 值来调节该间隙控制单元的操作。根据如权利要求9和10所限定的手 段，所述间隙控制单元的设定点和增益值适于调整。根据如权利要求11和12所限定的手段，可以将增益系数描绘成一维 或二维函数(映射)。该函数可以是离散映射，特别是相对于规则排列 的点。根据如权利要求13所限定的手段，这些点对应于预定的倾斜。当透镜元件位于迅速衰减距离之外时，基于透镜元件中受抑内全反 射的间隙信号至少几乎是最大值。因此，根据如权利要求14限定的技术 方案的优点在于，光头适于为预定的倾斜确定增益系数。本发明的这些和其他方面将从下文描述的实施例中显而易见并且 将参考所述实施例进行解释。
本发明将从参照附图对优选实施例所做的下列描述中变得易于理解，其中相同的部件用相同的附图标记来表示，并且在附图中 图1示出根据本发明第 一 实施例的光学拾取和/或记录设备； 图2示出说明间隙信号的振幅与空气间隙尺寸的相关性的图表； 图3示出说明间隙信号的最大振幅与透镜元件前表面相对于辐射束传播方向的倾斜角的相关性的图表；以及图4示出根据本发明第二实施例的光学拾取和/或记录设备。
具体实施方式
图1示出根据本发明第一实施例的光学拾取和/或记录设备1。根据 本发明第一实施例的光学拾取和/或记录设备1包括光头。如所要求的光 学拾取和/或记录设备1的一些元件也可以不位于光头上而是位于光学 存储系统中的其他地方，例如位于主板上。光学拾取和/或记录设备l可用在光学存储系统中，特别是用于二维光学数据存储器以及三维全息存储器。该光学存储系统可以使用二维光 学数据存储盘、用于全息存储器的存储媒体或者另一种光学存储媒体。 但是，该光头以及光学拾取和/或记录设备1不限于所记载的数据存储系 统，其也可以用在其他应用中。如图1中所示，光学拾取和/或记录设备l包括辐射发射元件3。该 辐射发射元件3包括半导体激光器4，并且可以包括诸如透镜的其他元 件。该辐射发射元件3正发射辐射束5。辐射束5可以包括纵横比为1: 3或2: 3的椭圆形光束轮廓。辐射束5入射到光束成形元件6，该光束 成形元件6用于将辐射发射元件3发射的辐射束5成形为具有更加圆形 的光束轮廓的辐射束5。因此，从光束成形元件6射出的辐射束5具有 至少接近l的纵横比。光束成形元件6可以包括诸如准直元件的另外的 元件，所述准直元件将辐射束5准直，并形成辐射束5的特定强度轮廓。 例如，光束成形器6的准直元件可以将辐射束5成形为具有至少接近平 坦强度轮廓的辐射束5。然后，从光束成形元件6射出的辐射束入射到非偏振光分束器8。 另外，辐射束5穿过偏振光分束器7并沿着由辐射束5传播的酉向量10 所示的方向朝会聚透镜9传播。因此，向量10由朝向会聚透镜9传播 的辐射束5来定义。在辐射束5穿过会聚透镜9之后，该辐射束5朝向 透镜元件11传播。如图1中所示，透镜元件11是半球形的固体浸没透镜ll。但是，透镜元件11也可以是或包括等光程的超半球形的固体浸 没透镜或者以其他方式形成的固体浸没透镜，或者数值孔径大于1的设 备，特别是固体浸没反射镜。透镜元件11包括面向存储媒体13的表面14的前表面12。透镜元 件11的前表面12在聚焦光束周围的区域中至少几乎是平坦的，并且前 表面12的定向由透镜表面酉向量15来定义。更特别的是，透镜元件ll 的前表面12具有带非常小的平坦尖端的圆锥形。存储媒体13的表面14 至少几乎是平坦的，并且其定向由盘面酉向量n来定义。更特别的是， 当表面14呈波状时，盘面向量17由面对透镜元件11的前表面12的区 域16中的表面14的定向来定义。透镜元件11的光轴平行于向量15。对于拾取和记录操作，光学拾取和/或记录设备1在称作受抑内全反 射(FTIR)的模式中工作。因此，透镜元件11的前表面12与存储媒体 13的表面14之间的距离18处于迅速衰减距离中，其通常小于辐射束5 的波长的10%。例如，因此该距离18在10nm的数量级内，特别是25nm。 要注意，透镜元件11具有非常高的数值孔径。该数值孔径大于l,并且 例如可以处于1.5至1.9的范围内。辐射束5不一定精确地聚焦到存储 媒体13的表面14上。例如，存储媒体13可以包括在存储媒体13的表 面14之下排列的一个或多个层。该透镜装置可沿着由透镜表面向量15 所规定的方向移动用以进行聚焦调整。至少一部辐射束5在透镜元件11、存储媒体13的表面14及其间空 气间隙之间的所述界面反射之后变为椭圆偏振。该反射辐射束5'在与 酉向量10规定的方向相反的方向上传播，并由偏振光分束器7将其分 开。由此，偏振光分束器7设置为将反射辐射束5'分成其偏振态与照 射透镜元件11的辐射束5的偏振态相垂直的分量19。该反射辐射束5 '的另一个分量具有与辐射束5的偏振态相平行的偏振态，该分量的一 部分由非偏振光分束器8引导到数据处理单元20。数据处理单元20设 置为对反射辐射束的具有平行偏振的该分量进行分析，并且输出数 据信号，该数据信号包含从存储媒体13读出的数据。分量19入射到间隙测量单元25。该间隙测量单元25分析垂直偏振 的分量19并在线路26上输出电子间隙信号。由此，间隙测量单元25 能够测量分量19的强度。该间隙信号由反射辐射束5'的偏振态与聚焦 在光学存储媒体13上的主辐射束5的偏振态相垂直的低频部分生成，例如0到100千赫。反射辐射束5'的分量19的振幅取决于距离18, 如参考图2进一步详细描述的。该间隙信号通过放大器27,并输入到间隙控制单元28。对间隙控 制单元28的控制特性进行预置，并且可以由存储器29中存储的设定点 以及存储器30中存储的增益值对其进行调整。间隙控制单元28与移动 机构31连接，并且特别是与移动机构31的致动器元件32连接。移动 机构31适于通过使透镜元件11和会聚透镜9在由向量15规定的方向 或其反方向上移动来改变距离18。可选择的或者另外，移动机构31也 可以使存储媒体13在由向量17规定的方向或其反方向上移动。此外， 移动机构31提供倾斜机构33从而在至少一个方向上改变透镜元件11 的前表面12相对于存储媒体13的表面14的倾斜。可选择的或者另外， 可以相对于旋转轴34来应用倾斜机构，从而使存储媒体13在至少一个 方向上倾斜。因此，移动机构31可以改变透镜表面酉向量15的定向和/或盘面向 量17的定向。向量15、 17的平行定向对于可靠的工作是必要的。因此， 在工作之前或工作过程中，使向量15、 17至少平行地定向一次。这意 味着前表面12平行于表面14而定向。透镜元件11的前表面12相对于存储媒体13的表面14所能达到的 倾斜通过测量方法检测得或者通过相对于透镜元件11和旋转轴34的初 始位置从间隙控制单元28输出的控制信号计算而得。这一倾斜可以由 第 一倾斜角和第二倾斜角来描述，或者作为近似而仅用单一倾斜角来描来定义上述倾斜角。此外，要注意，这些倾斜角可以发生变化，特别是 当表面14呈波状时。倾斜角的实际值存储在间隙信号校正单元36的存 储器35中。在光学拾取和/或记录设备1的工作过程中，透镜表面酉向量15 — 般不平行于酉向量10。这意味着由向量15定义的透镜元件11的光轴相 对于向量IO倾斜。由此，移动机构31的倾斜机构33可能使透镜元件 ll倾斜，从而使其对该间隙信号具有有害的影响。间隙信号的量随着透 镜元件11相对于由向量10所定义的辐射束5的传播方向的倾斜的增大 而明显减小。当透镜倾斜时，间隙控制单元28在空气间隙控制过程中 利用该间隙信号会存在问题。在透镜倾斜过程中，由于间隙控制单元28在间隙信号曲线上的固定设定点工作，该间隙信号的量减小的作用将使 空气间隙增大。间隙信号的量减小的第二个作用将会是减小了间隙信号的线性部分的陡度。这将导致间隙控制单元28的回路增益的降低，并 且因此导致较大的残余空气间隙误差。数，并且向存储器37输出该增益系数。例如，当第丄和第二倾斜角均 等于零时，那么存储器37中存储的增益系数是1。但是，当至少一个倾 斜角具有不为零的数值时，那么存储器37中存储的增益系数大于1。然 后放大器27参照存储器37中存储的增益系数将线路26上输入的间隙 信号放大，并且向间隙控制单元28输出已校正的(已放大的)间隙信 号。因此，间隙控制单元28执行对距离18的校正控制，从而使光学拾 取和/或记录设备1的操作在拾取操作过程中的可靠性很高。间隙信号校正单元36也可以在存储器37中存储1,并在存储器38 和39中存储确定的增益系数。然后，将间隙测量单元25输出的间隙信 号按照原状传送给间隙控制单元28,所述按照原状意味着未校正。在这 种情况下，乘法器元件40将存储器29中存储的设定点值与存储器39 中存储的增益系数相乘，并将相乘的结果作为已校正的设定点输出到间 隙控制单元28。此外，乘法器元件41将存储器30中存储的增益值与存 储器38中存储的增益系数的倒数值相乘，并将这一相乘的结果作为已 校正的增益值输出到间隙控制单元28。于是，对间隙控制单元28的预 置值进行了修改，并且间隙控制单元28根据这一修改的预置值来工作。 因此，改进了对距离18的控制。要注意，所描述的校正方式的组合也是可能的。因此，可以部分地 校正该间隙信号，并且通过利用非酉乘法器校正该设定点和增益值来完 成校正的另一部分。并且，要注意，光学拾取和/或记录设备1可以限制于一种所述的校 正方式。在这种情况下，对于校正来说不必要的元件可以省略。图2示出了说明间隙信号的振幅(量)依赖于距离18的相关性的 图表。由此，在横轴上表示距离l8，在纵轴上表示间隙信号的振幅。举 例来说，但不限制本发明，所示的距离18以纳米为单位。在所示的例 子中，如用线42所示的间隙信号的振幅从(接近)Onm的距离18开始 至少几乎线性地增大，直到其达到最大振幅A。在特定的距离18达到最大振幅A。达到最大振幅A所处的距离取 决于辐射束5的数值孔径和波长。在该例子中，在接近50nm的距离18 达到该最大振幅，此时数值孔径是1.9，而辐射束5的波长是405nm。当距离18进一步增大时，间隙信号的振幅至少几乎是不变的，并 且停留在最大振幅A。图3示出说明最大振幅A与透镜元件11的前表面12相对于辐射束 5的传播方向的倾斜度的相关性的图表，即在向量10、 15之间的倾斜。 因此，仅仅示出了相对于一个倾斜角(一个方向)的相关性。在纵轴上 示出最大振幅A。举例来说，但不限制本发明，横轴上的角以分为单位 来表示。图3也说明了为预定倾斜确定增益系数。如图2中所示，当距离18 大于几乎50nm时或当不存在存储媒体13时，间隙信号的振幅停留在最 大振幅A。因此，在不存在存储媒体或者当透镜元件11的透镜前表面 12与存储媒体13的表面14之间的距离18大于波长的情况下为预定倾斜确定增益系数。当倾斜角为零并且向量10、 15彼此平行时，那么由间隙信号校正 单元36根据线路26上输入的间隙信号来检测最大振幅A。这产生了对 应0分(0度)倾斜的测量值43。然后，倾斜角增大到7.5分并且测量 该间隙信号的最大振幅A。这产生了测量值44，其最大振幅A小于测量 值43的最大振幅A,因为透镜元件11的倾斜对间隙信号具有有害的影 响。然后，进一步增大倾斜，确定两个另外的测量值45、 46。此后，为 负的倾斜角确定测量值47、 48、 49。要注意，30分(=0.5度)的角可 能对间隙误差信号具有相当大的影响。为了获得相对于透镜元件11的 前表面12的平坦侧在多个小距离处的盘倾斜的足够大余量，透镜元件 11可以具有圆锥或带有小的平坦尖端的圆台形状，所述平坦尖端直径例 如为40jum。但是，即使当透镜元件11的最接近的表面的尺寸从几毫 米减小到几十微米，其直径与距离之比仍然是1000: 1。因此甚至是在 这种情况下，用于保持距离18是10%波长的最大倾斜角也非常小，例 如，对于透镜元件11的最佳设计例如是0.07度到0.28度。此外，要注意，当从O分的倾斜角开始时，对于倾斜角的绝对值增 大，最大振幅A强烈减小，并且最大振幅A到外面的斜率更平緩。但是， 间隙信号的最大振幅A的相关性取决于特定的光学拾取和/或记录设备1,并且能够显示出与图3中所示图表的显著差异。特定倾斜角的增益系数由间隙信号校正单元36根据测量值43至49 来计算。确定对于零倾斜的测量值43，这意味着两个倾斜角都等于0 度。因此，在最大振幅A的范围内的最大值等于5个单位，如图3中所 示。对于45分的第一倾斜角和0度的第二倾斜角，测量得到2个单位 的最大振幅A,如测量值46所示。因此，对于该倾斜来说，确定增益 系数为5/2=2.5。更一般的是，针对倾斜角的一个组合的增益系数由间隙 信号校正单元36以分数值来计算，其分子是测得的最大振幅A的最大 值(或者对于零倾斜测得的最大振幅A),而分母是针对倾斜角的这一 组合所测得的最大振幅A。设间隙信号是距离18、沿第一方向的透镜倾斜角oc和沿第二方向的 透镜倾斜角e的测得的或预计算得的函数f(d,cx，(3)，其中距离18表示 为d。当第一倾斜角a和第二倾斜角(3已知时，增益系数K(a,p)是 相隔非常大的间隙(距离d)的间隙信号的最大量与间隙信号对透镜倾 斜的相关性之比K(a， p)=《oo， 0， 0) / fl(oo， ot， p)由此，d-w意味着距离18大于波长或者意味着盘不存在。倾斜角 cc、 (3可以从移动机构31或另一个透镜倾斜控制器中获得。因此，已 放大的间隙信号K( a , p )*f(d, oc ， P )不依赖于透镜倾斜。如果设备1不包含有关f(oo,oc,p)的信息，那么设备1本身可以通 过测量程序来确定f(°°,oc, P),如参考图3所述的。因此，设备l可以 包含使透镜以a、 P倾斜并且同时测量间隙信号的程序。第一角a可以 是在盘13的径向方向上的透镜倾斜角，第二角P可以是在盘13的正切 方向上的透4竟倾斜角。要注意，也可以在迅速衰减距离内进行测量和计算，但是精度会下 降。在这种情况下，使用间隙信号的实际振幅来代替最大振幅。相应地 计算与测量值43至45和47至49相对应的其他增益系数。对于在测量 值43至49之间的倾斜角，可以将下一个最4妻近的测量值用作近似值。 此外，可以计算平均值或者计算更高阶近似。对于一维的情况，由连接 测量值43至49的直线来显示平均值计算。图4示出了根据本发明第二实施例的光学拾取和/或记录设备l。在第二实施例的光学拾取和/或记录设备1中，辐射发射元件3也适于发出 具有线偏振态的辐射束5。与第一实施例不同的是，该辐射束5穿过四 分之一波片50,其中四分之一波片50设置在分束器7和会聚透镜9之 间的辐射束5的光路中。四分之一波片50将辐射束5的偏振从线偏振 态变为圆偏振态。然后，利用圆偏振的辐射束5〃来照射会聚透镜9和 透镜元件11。通过受抑内全反射而反射的反射辐射束也穿过该四分之一 波片50。因此，反射辐射束5'包括其偏振态与辐射束5的初始偏振态 相平行的分量19。分量19的至少一部分由间隙测量单元25来检测。与 第一实施例相比，根据第二实施例的光学拾取和/或记录设备1的优点在 于如由数据处理单元20检测到的载有读出信号的分量具有至少接近两 倍的强度。要注意，间隙控制单元28、存储器元件29、 30、 37、 38、 39、放 大器27、乘法器元件40、 41以及光学拾取和/或记录设备1的其他元件 不一定是光头的一部分，并且其可以位于如所要求的光学拾取和/或记录 设备1的主板或其他部件上。尽管已经公开了本发明的示范性实施例，但是，对本领域的普通技 术人员来说显而易见的是，可以在不背离本发明精神和范围的情况下进 行各种改变和修改以达到本发明的 一些优点。随附的权利要求覆盖了对 本发明概念的这种修改，在权利要求中，附图标记不应当解释为对本发 明范围的限制。此外，在说明书和随附的权利要求书中，"包括"的意 思不理解为
权利要求
1.一种光学拾取和/或记录设备(1)，该光学拾取和/或记录设备包括至少一个透镜元件(11)，其适于将辐射束(5)聚焦在存储媒体(13)上；移动机构(31)，其适于改变在所述透镜元件(11)的前表面(12)与所述存储媒体(13)的表面(14)之间的距离(18)，并且适于改变所述透镜元件(11)的所述前表面(12)相对于所述存储媒体(14)的所述表面(14)的倾斜；间隙测量单元(25)，其适于至少间接地测量在所述透镜元件(11)的所述前表面(12)与所述存储媒体(13)的所述表面(14)之间的所述距离(18)，并且适于根据测得的所述距离来输出间隙信号；间隙控制单元(28)，其适于至少根据所述间隙信号来控制所述移动机构(31)；以及间隙信号校正单元(36)，其适于根据所述透镜元件(11)的所述前表面(12)相对于所述辐射束(5)的传播方向(10)的倾斜来校正所述间隙信号的改变。
2. 根据权利要求1所述的光学拾取和/或记录设备(1 ),其特征 在于所述透镜元件(11)是固体浸没透镜。
3. 根据权利要求1所述的光学拾取和/或记录设备(1 )，其特征 在于所述间隙测量单元(25)适于测量由所述透镜元件(11)因受抑内 全反射而反射的反射辐射束(5')的至少一个分量(19)的振幅，其 中所述分量(19)具有特定的偏振态。
4. 根据权利要求3所述的光学拾取和/或记录设备(1 )，其特征 在于所述间隙测量单元(25)测量所述反射辐射束的分量(19)，其相 对于具有线偏振态的所述辐射束(5)具有垂直偏振态。
5. 根据权利要求3所述的光学拾取和/或记录设备(1 ),其特征 在于在所述辐射束的光路中并且在所述反射辐射束的光路中设置至少 一个四分之一波片(50),其中所述四分之一波片适于将所述辐射束的 偏振从线偏振态变为圆偏振态，其中所述间隙测量单元(25)测量所述
6. 根据权利要求3至5中之一所述的光学拾取和/或记录设备 (1)，其特征在于所述间隙测量单元(25)适于根据所述反射辐射束 (5')的所述分量(19)的低频部分生成所述间隙信号。
7. 根据权利要求1所述的光学拾取和/或记录设备(1 ),其特征 在于所述间隙信号校正单元(36)适于用增益系数来放大所述间隙信
8. 根据权利要求1所述的光学拾取和/或记录设备(1 ),其特征在于所述间隙信号校正单元(36)被配备成为所述间隙控制单元(28) 修改至少一个预置值。
9. 根据权利要求8所述的光学拾取和/或记录设备(1 ),其特征 在于所述间隙信号校正单元(36)适于将所述间隙控制单元(28)的至 少 一个设定点与增益系数相乘。
10. 根据权利要求9所述的光学拾取和/或记录设备(1 )，其特征 在于所述间隙信号校正单元(36)适于将所述控制单元的增益值与所述增益系数的倒数值相乘。
11. 根据权利要求7、 9或10所述的光学拾取和/或记录设备(1)， 其特征在于所述增益系数至少取决于在所述透镜元件(11)的所述前表 面(12)与所述辐射束的传播方向(10)之间的第一倾斜角。
12. 根据权利要求11所述的光学拾取和/或记录设备(1),其特 征在于所述增益系数还取决于在所述透镜元件的所述前表面与所述辐 射束的所述光轴之间的第二倾斜角。
13. 根据权利要求7所述的光学拾取和/或记录设备(1 )，其特征 在于参考所述透镜元件(11 )的所述前表面(12)相对于所述辐射束的 传播方向之间的倾斜来确定所述增益系数。
14. 根据权利要求13所述的光学拾取和/或记录设备(1),其特 征在于在所述透镜元件的所述前表面与所述存储媒体(l3)的所述表面 之间的距离不小于辐射束(5)的波长的情况下，或者在存储媒体(13) 不存在的情况下，对于预定的倾斜确定所述增益系数。
全文摘要
近场光学系统可以用于光学数据存储应用。在近场光学系统中，对固体浸没透镜和盘面之间的距离的精确控制是极其重要的。在校正了透镜和盘之间的倾斜之后，激光束可能不是一直平行于光轴。这对于用于距离控制的间隙信号具有有害的影响。本发明的光头包括处理这种有害影响的间隙信号校正单元。
文档编号G11B7/135GK101218638SQ200680024596
公开日2008年7月9日 申请日期2006年6月28日 优先权日2005年7月4日
发明者C·A·弗舒伦, F·齐普 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司