专利名称：跳过焦点的聚焦控制方案的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于控制物镜装置(例如，聚焦透镜)以将辐射束会聚到记录载体(例如，光盘)的预定空间层面的聚焦控制方法和设备。
为了在记录载体或数据存储介质(例如，类似CD(致密盘)或DVD(数字万用盘))上进行读写，必须将辐射束(例如，激光束)会聚到存储介质上。从聚焦透镜到记录表面的有效光学距离必须要保持恒定。为了实现此目的，必须要例如借助于支承聚焦透镜的致动器将聚焦透镜靠近记录表面。该致动器是伺服环的一部分，并且通过从聚焦误差信号(FES)获得的电流驱动，而所述聚焦误差信号是从在存储介质(例如光盘)反射的光获得的。在某一初始时间，伺服环被关闭，并且从那时起，激光束总是保持会聚在存储介质上，以跟踪弯曲(振动)和厚度变化(这二者都会引发所谓的轴向跑出)并补偿例如由于机械振荡引发的系统部件的加速运动。
对于将来产生的光存储系统，期望物镜的数值孔径将升高至NA＝0.85甚或NA＝0.95，由此来改进分辨能力。尽管物镜的这种趋势将增大尺寸，然而，对高速率数据和访问时间的增长需求迫使物镜的总质量缩小。这只有在焦距和因此自由工作距离(FWD)被减小的情况下才能实现。因此，较小的FWD将最终要求从可能通过薄的覆盖层提供信息层的一侧，即“第一表面”对盘进行读出和/或写入。这与类似CD的传统光盘相反，在传统的光盘中通过1.2毫米的基底来照射信息层。
在传统的“基底入射记录”的情况中改变至所谓的“第一表面记录”的另一个原因是倾斜容限以便防止由基底折射引发的球面像差和彗差(comatic)波前像差。在高NA物镜的情况中，高曲率的波前像差大大缩窄了最大允许倾斜，因此使得基底入射记录不实用。
对于至少三个原因而提供较薄的覆盖层可能是有用的。首先，避免了对数据层进行扫描，使得存储数据的稳健性能够得以增强。其次，由于覆盖层的直接热接触和较高的热容量而期望其有助于冷却存储层并有助于防止物镜受由于存储层表面的较高温度引起的热效应(尤其是在写入序列期间)的影响，例如水解吸作用。第三，覆盖层可用作防反射涂层。
在磁光记录中，数据存储层和覆盖层的反射率具有相同的数量级，典型的在5％和15％之间。因此，会从覆盖层的表面获得额外的反射信号。由于物镜的较高NA而使得用于减小覆盖层的反射率的光学涂层是复杂的，其会在入射k向量的方向上产生较大的变化。此外，光盘是便宜的可移除介质，由此限制了允许控制表面质量、盘曲率和防反射涂层的成本。
出于上述原因，将来产生的光存储系统将需要在靠近快速移动的盘表面的距离处启动聚焦锁定，所述盘表面包含一较薄的透明覆盖层。另外，覆盖层的反射率与存储或数据层的反射率相当。
然而，如果在这种靠近快速移动的包含透明覆盖层的盘表面的距离处启动聚焦锁定，则当覆盖层厚度与聚焦锁定范围(FLR)相当时就会出现问题，所述聚焦锁定范围对应于FES曲线的斜坡的直线部分。
图2为表示在第一表面记录中对于没有覆盖层的光盘获得的简单FES曲线的示意图。水平轴指示散焦量(df)。作为例子，FLR可以在8微米的范围内。可对具有非常薄的透明覆盖层的盘观察类似的曲线，尤其是覆盖层的厚度比会聚激光束的波长小。
如果对这种盘执行第一表面记录，则可能对聚焦伺服系统提供不确定的反馈信号。此外，盘表面的轴向运动对于伺服来说可能太快以至不能正确靠近，或者系统的带宽可能太小以至不能在FLR内对初始伺服靠近保持聚焦过冲。尤其是，由于盘的厚度变化(其对于DVD等于例如约30微米)引起的盘轴向偏心结合盘弯曲(振动)(其对于DVD等于约300微米)会导致对于开放伺服环的轴向焦距的变化大于高NA聚焦物镜情况下的FWD，典型的对于此处所考虑的特定示例来说FWD≌15微米。如果覆盖层厚度与FLR相当，则FES曲线将会从空气到覆盖层和覆盖层到存储层发生重叠。那么，就不再能够保证聚焦伺服环的正确关闭，另外，如果所述聚焦伺服环被成功关闭，则由于聚焦致动器绝不会确定聚焦被实际锁定在数据层上。
图3为表示对于NA＝0.85和λ＝405纳米的光拾取单元来说具有15微米覆盖层的盘的聚焦误差曲线的示意图。第一种类型的零交叉1对应于使用会聚在记录叠层或数据层上的光斑进行的正确聚焦，而第二种类型的零交叉2对应于使用会聚在覆盖层的顶部的光斑进行的聚焦。这里，所述光盘具有覆盖记录表面或数据层的15微米厚的透明覆盖层。由于该覆盖层相当薄这样的事实，FES对应于聚焦在覆盖层顶部而不是数据层上的错误零交叉2。当检测到零交叉时接通伺服控制环，并且如果这对错误零交叉2之一发生，则激光束将会不期望的会聚在覆盖层的顶部。注意FER的斜率具有相反符号的零交叉也是不期望的，因为致动器在检测这种交叉时试图关闭伺服环的过程中将会撞击盘。
因此重要的是以这样一种方式在轴向上定位盘，即在关闭聚焦伺服环之前只观察到有用的零交叉。在图3的特定示例中，聚焦透镜被带动非常靠近静止盘，然后它首先移动远离盘。这与在通常光盘驱动器中发生的情况相反，在通常的光盘驱动器中聚焦透镜从远处靠近盘，并因此首先观察到FES零交叉。注意信号交叉的方向取决于聚焦透镜移动的方向，这意味着例如在电子设备中必须预设正确的方向以保证所述环路的正确关闭。如果聚焦透镜不期望的在错误的方向上移动，即例如远离光盘而不是朝向光盘，同时还未关闭聚焦伺服环，则聚焦伺服环可在中间零交叉处关闭，从而引发聚焦透镜撞击到盘上。
文献WO 03/032298A2披露了一种带有聚焦引入功能的光盘播放器，其中在避免物镜与光盘接触的同时执行聚焦引入操作。物镜被迫使从远离光盘的表面并在聚焦伺服环的俘获范围外的一个位置朝向光盘的表面逐渐移动。当物镜到达聚焦伺服环的俘获范围或者物镜和盘表面之间的距离处于最小或当盘移开时，停止移动。尤其是，从读取和信号得到的控制信号控制物镜朝向数据层移动，而在空气/覆盖层界面处不停止。因此会迅速的将物镜引入到靠近与数据层相关的聚焦伺服环的俘获范围的位置。读取和信号包含两个峰值，一个在对应于盘表面的时间点处，另一个在对应于数据层的更迟时间点处。然而在上述第一表面记录类型的情况中，由于覆盖层的厚度较小，所以只有两个峰值的和是可视的。因此，在该现有技术中所述的过程将不再有用。
因此本发明的目的是提供一种聚焦控制设备和方法，借助该设备和方法即使在具有薄覆盖层的第一表面记录的情况下也能在数据层上实现正确的聚焦。
该目的是通过如权利要求1所述的聚焦控制设备和如权利要求11所述的方法实现的。
因此，所述解决方案是基于这样一种新的见识即能够极大的增加可允许的机械过冲以匹配如通过FLR设置的散焦容限和数据层的相对位置、盘表面和聚焦透镜。额外的机械容限可通过将锁定在数据层上的聚焦过程分割成逐步过程来获得，其中聚焦被首先锁定到从第二空间层面产生的反射信号上，然后，其次是开启伺服环并朝向记录载体移动物镜装置一个量，该量与第二空间层面和期望的第一空间层面之间的距离相关。其结果是当第三步伺服环被再次关闭时，辐射束现在被会聚在所述期望的第一空间层面上。因此，在使焦点从覆盖层实际移至或跳至信息或数据层之前，可使物镜装置，例如包含聚焦透镜的光头关于盘的相对速度变为零。由此可防止不清楚FES的检测，因为第一零交叉或任何其它预设的信号电平总是起始的正确零交叉。所提议的过程扩大了用于机械过冲的容限，这在较小FWD的情况下特别重要，并因此减小了撞击盘的风险，这再次减小了由于磁头碰撞而损坏盘或物镜的风险。因此，所提议的控制方案在具有几个微米的距离的薄覆盖层的情况下和在物镜的FWD是非常小的情况下都优于开始所述的现有技术。
根据第一方面，所述第一空间层面可对应于记录载体的表面，而第二空间层面可对应于数据载体的数据层。
根据第二方面，所述第一空间层面可对应于通过检测装置检测的聚焦误差信号的第一负斜坡零交叉，而第二空间层面可对应于聚焦误差信号的第二负斜坡零交叉。
因此，可提供两种策略来获得在数据层上进行正确的聚焦。在能够预设用于伺服锁定的两个交叉信号电平的情形下，可首先将聚焦伺服环锁定到第一空间层面上，然后锁定到第二空间层面上。在能够保持单一参考信号电平的情形下，例如零电平，可首先将聚焦伺服锁定到所述第一负斜坡零交叉，然后锁定到第二负斜坡零交叉上。该第二方面对于较厚类型的覆盖层是有利的和有用的。物镜装置移动预定的量可通过聚焦控制装置启动的跳转操作来实现。尤其是，可由聚焦控制装置通过对致动器装置施加预定的跳转脉冲来启动跳转操作。因此，致动器能够很快的朝向盘将物镜装置推动一个所需的量，这减少了聚焦延迟。所述预定的量可对应于第一和第二空间层面之间的有效光学厚度。
聚焦控制装置可被配置成在物镜装置移动预定的量之后最终再次关闭聚焦控制环。
另外，聚焦控制装置可被配置成当已经检测到至第二空间层面的锁定时，控制致动器装置将物镜装置和记录载体之间的相对速度减为零。这减小了磁头碰撞的风险。
另外的有利变型定义在从属权利要求中。
现在将在优选实施例的基础上参照
本发明，其中图1表示根据所述优选实施例的聚焦控制装置的示意方框图；图2为表示在第一表面记录的情况中用于盘的FES曲线的示图；图3为表示具有一个覆盖层的盘FES曲线和若干个零交叉的示图；图4表示根据所述优选实施例的逐步聚焦控制方法；图5为表示当会聚在覆盖层的顶部上和记录叠层上时的空间关系的示意图；图6为表示对于没有覆盖层的盘和有非常薄的透明覆盖层的盘的正常化FES曲线的示图；图7为表示对于具有厚度是焦深的若干倍的覆盖层的盘的FES的失真双S曲线的示图；图8为表示具有两个负斜坡和两个零交叉的FES的失真双S曲线的示图。
现在将在磁光域扩展记录技术(例如，MAMMOS(磁放大磁光系统))的基础上说明所述优选实施例。
图1表示能够执行根据所述优选实施例的聚焦控制方案的聚焦控制装置。所述聚焦控制装置包括光拾取单元和光学头2，所述光拾取单元具有用于在所产生的激光束将要聚焦其上的光盘1的径向上移动光拾取单元的可移动滑架或滑轨4，所述光学头用于将激光束会聚到光盘1上。
另外，提供有聚焦控制电路，其包括根据光头2的输出信号产生聚焦误差信号(FES)的聚焦鉴别器6。FES被提供给聚焦控制器7，其产生提供给聚焦致动器11的聚焦控制器电压或电流，所述聚焦致动器被布置用于控制记录头2的物镜装置(例如聚焦透镜)以便在关于光盘1的表面的垂直方向上移动。由聚焦鉴别器6、聚焦控制器7和聚焦致动器11构成的聚焦控制电路被布置作为执行反馈控制以便最小化FES的聚焦伺服环。因此，当光头2的聚焦透镜响应从聚焦控制器7提供给聚焦致动器11的聚焦控制电压进行移动时，所述聚焦透镜进行移动以调节光头2的聚焦状态。
此处将注意根据聚焦控制器信号通过致动器装置调节光头的聚焦状态的任何其他适当机构都能在所述优选实施例中应用。还应注意也可使用除FES之外的任何其他适当误差信号来控制光盘上的聚焦。
根据所述优选实施例，匹配通过FLR设置的散焦容限和数据层的相对位置、盘表面和聚焦透镜的可允许机械过冲可被极大的增加。通过图2中所示的FES曲线中的陡负斜坡的间隔来确定FLR。通过将对数据进行的聚焦锁定的过程分割成逐步过程(例如，如下所述的3步过程)而能够获得额外的机械容限。
图4表示根据所述优选实施例的聚焦控制过程的示意流程图。其构思是当光头2和/或聚焦透镜靠近盘1时，在步骤S101将聚焦锁定到从空气/覆盖层界面发生的反射信号上，然后，在步骤S102，开启聚焦伺服环，并在步骤S103，通过聚焦控制器7在适当的时刻对聚焦致动器11施加“聚焦跳转脉冲”，以便朝向盘1很快的推动光头2和/或聚焦透镜一个量，该量等于覆盖层的有效光学厚度，即通过其折射系数n分割的覆盖层厚度的量。其结果是焦点现在被置于存储层上。在随后的步骤S104，聚焦伺服环例如在聚焦控制器7的控制下可能使用不同的偏移值被再次关闭，以将焦点保持在该位置。注意可同时或逐步的执行步骤S102和S103。
图5为表示聚焦透镜的两个聚焦位置或焦点的示意图，其中第一焦点在自由工作距离FWD0≈16微米的厚度d≈15微米的覆盖层的顶部，而第二焦点在其中提供有小得多的自由同作距离FWDd≈6微米的记录叠层或数据层上。因此，在该情况下，如果折射系数n＝1.6，则FWD的差是x≈d/n≈10微米。当覆盖层的厚度减去FWD的相当大部分时，即如果没有覆盖层的FWD0和有覆盖层FWDd的差大于有覆盖层的FWDd，也就是FWD0-FWDd＞FWDd，则所提议的聚焦控制过程特别有利。
因此所述优选实施例的优点在于在从覆盖层将它们的聚焦位置或焦点跳至或移至信息或数据层之前可使包含聚焦透镜的光头2关于盘1的相对速度为零。
下面将更详细说明FES曲线的一些典型示例。所选择的参数值对于在所述优选实施例中使用的MAMMOS系统是实际的。
对于盘1，数据层的反射强度对于磁光MO记录典型的为约R＝14％，而覆盖层的反射强度可以为约R＝5％。如果应用覆盖层，则其折射系数为1.6。焦距近似为1.5毫米，NA为0.85，波长λ为405纳米。双傅科勒特检测棱镜具有1.9度的偏斜角和60毫米的焦距，并将检测器设置在所述棱镜后面30毫米处。应注意除了产生FES的双傅科勒特方法之外的其他方法也可应用。
图6表示对于没有覆盖层的盘和第一表面记录获得的简单FES S曲线(左曲线)和对于具有非常薄的透明覆盖层(例如1微米)的盘获得的类似FES S曲线(右曲线)。在后者的情况下，S曲线的负斜坡的零交叉ZC关于覆盖/数据层界面CDI的正确值1/1.6＝0.625来说以0.4微米偏移。在图6中，箭头用来指示零交叉ZC、空气/覆盖层界面ACI、覆盖/数据层界面CDI和空气/数据层界面ADI。如果覆盖层的厚度接近或大于波长，则在焦深接近或大于覆盖层厚度的情况下就会发生干扰效应。在这种情况下，由于取决于例如系统焦距的干扰而可能出现不同形状的FES曲线。
图7表示对于具有厚度为焦深的若干倍(在本示例中为10微米)的覆盖层的盘获得的失真(双)S曲线。该FES S曲线只在5微米的实际聚焦位置(fp)与零交叉一次，所述实际的聚焦位置应与相应于由覆盖层的折射系数n分割的覆盖层厚度相应的6.25微米处的数据层位置相当。从图7的S曲线的第二部分的减小陡度，能够推断该差别部分是由于通过覆盖层的球面像差引起的。
图8表示对于具有20微米的覆盖层的盘获得的并具有带有两个零交叉NZC的负斜坡的另一个失真S曲线，所述一个零交叉对应于覆盖层，而另一个对应于数据层。
从图7和8清楚地看出根据所述第一和第二优选实施例的两种策略都能在数据层上获得正确的聚焦。
根据所述第一优选实施例，在类似于图7的情形下，代替信号参考电平零交叉，可预设两个交叉信号电平，第一个在+0.5的标准化FES处，而第二个在近似-0.5的标准化FES处，它们分别对应于覆盖层和数据层。聚焦伺服环可首先锁定到第一空间层面，然后将聚焦致动器11推向数据层并锁定在第二空间层面。
根据所述第二优选实施例，在类似于图8的情形下，原则上可维持单一的参考信号电平，即例如零电平。这对于厚得多的覆盖层来说可能是有利的。这里，聚焦伺服环可首先锁定到第一负斜坡零交叉上，然后将聚焦致动器11推向数据层并锁定在第二负斜坡零交叉上。
当然，也可在所提议的多步骤过程中使用对期望聚焦层面具有预定关系的任何其他适当的参考信号电平。另外，不必将从第一空间层面向第二空间层面的移动执行为跳转操作，但可以将其执行为较慢甚或更慢的移动。另外，本过程可用于在多层记录方案的情况下在两个以上的空间层面之间改变。可在两个轴向方向上执行移动或跳转操作。因此，在不脱离权利要求所定义的本发明的范围的情况下，各种修改对于本领域技术人员来说将变得显而易见。本发明可应用于具有聚焦控制电路的任何光学记录和再现装置。
概略地说，提出了一种改进激光束在光存储介质上初始聚焦稳健性的聚焦控制方案。当物镜装置靠近盘时，聚焦被锁定到从一空间参考层面产生的反射信号上，然后在开启伺服环的同时对聚焦推动或移动一预定的量，该预定的量与所述空间参考层面和期望空间层面之间的距离有关。其结果是焦点现在被设置在期望的空间层面上。然后，可以再次关闭聚焦伺服环以将其保持在那里。
权利要求
1.用于控制物镜装置(2)以将辐射束会聚在记录载体(1)的第一空间层面上的聚焦控制设备，所述设备包括(a)聚焦控制环，具有用于检测从所述辐射束在所述记录载体(1)处的反射获得的信号的检测装置(6)，和用于响应所述检测的信号调节所述物镜装置(2)的位置的致动器装置(11)；和(b)聚焦控制装置(7)，用于控制所述致动器装置(11)朝向所述记录载体(1)移动所述物镜装置(2)，将聚焦锁定至从所述记录载体(1)的第二空间层面产生的反射信号，开启所述聚焦控制环，和控制所述致动器装置(11)移动所述物镜装置(2)一个预定的量，所述预定的量与所述第一和第二空间层面之间的距离相关。
2.根据权利要求1所述的设备，其中所述第一空间层面对应于所述记录载体(1)的表面，而所述第二空间层面对应于所述记录载体(1)的数据层。
3.根据权利要求1所述的设备，其中所述第一空间层面对应于所述记录载体(1)的数据层，而所述第二空间层面对应于所述记录载体(1)的其它数据层。
4.根据权利要求1所述的设备，其中存在多个空间层面，其中可选择所述空间层面中的任何一个作为所述所述第一空间层面，并能选择任何一个其它空间层面作为所述第二空间层面。
5.根据权利要求1所述的设备，其中所述第一空间层面对应于通过所述检测装置(6)检测的聚焦误差信号的第一负斜坡零交叉，而所述第二空间层面对应于所述聚焦误差信号的第二负斜坡零交叉。
6.根据前述任何一个权利要求所述的设备，其中所述物镜装置通过所述预定量的所述移动是通过所述聚焦控制装置(7)启动的跳转操作实现的。
7.根据权利要求4所述的设备，其中所述跳转操作是由所述聚焦控制装置(7)通过对所述致动器装置(11)施加预定的跳转脉冲启动的。
8.根据前述任何一个权利要求所述的设备，其中所述预定的量对应于所述第一和第二空间层面之间的有效光学厚度。
9.根据前述任何一个权利要求所述的设备，其中所述聚焦控制装置(7)被配置成在所述物镜装置(2)通过所述预定量的所述移动之后再次关闭所述聚焦控制环。
10.根据前述任何一个权利要求所述的设备，其中所述聚焦控制装置(7)被配制成当已经检测到至所述第二空间层面的所述锁定时，控制所述致动器装置(11)以将所述物镜装置(2)和所述记录载体(1)之间的相对速度减小为零。
11.用于从记录载体(1)进行读取或对其进行写入中的至少一项的盘播放器，所述盘播放器包括如权利要求1到8中的任何一项所述的聚焦控制设备。
12.根据权利要求9所述的盘播放器，其中所述记录载体是磁光域扩展盘(1)。
13.一种控制辐射束会聚在记录载体(1)的第一空间层面上的方法，所述方法包括下列步骤(a)将聚焦控制环锁定到从位于距所述第一空间层面一个预定距离处的第二空间层面获得的反射信号上；(b)开启所述聚焦控制环并朝向所述第二空间层面移动物镜装置(2)一个预定的量，所述预定的量与所述预定的距离相关；和(c)在所述移动步骤之后再次关闭所述聚焦控制环。
全文摘要
本发明涉及一种控制将辐射束会聚到记录载体的第一空间层面上的聚焦控制设备和方法，其中聚焦控制环被锁定到从位于距所述第一空间层面一个预定距离的第二空间电平获得的反射信号上，然后开启聚焦控制环以朝向第二空间层面将物镜装置移动一个与所述预定距离相关的预定量。该逐步过程扩大了机械过冲的容限并因此减小了撞击到盘上的风险。另外，如果出现了较薄的透明覆盖层，则不会检测到不清楚的聚焦误差信号，并且改进了初始聚焦的稳健性。
文档编号G11B7/00GK1910666SQ200580002747
公开日2007年2月7日 申请日期2005年1月10日 优先权日2004年1月20日
发明者F·兹杰普, M·B·范德马克 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司