專利名稱：光學掃描設備的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種光學掃描設備，其利用輻射的倏逝波耦合來掃描 記錄載體。
背景技術：
在一種特定類型的高密度光學掃描設備中，使用固體浸沒透鏡
(SIL)把輻射光束聚焦到記錄載體的信息層上的掃描點。在所述SIL 的出射面與所述記錄載體的外表面之間期望有特定的距離(例如 25nm ),以便允許把來自所述SIL的輻射光束倏逝波耦合(evanescent coupling)到所述記錄載體。所述倏逝波耦合也可以被稱作受抑全內反 射(FTIR)。這種系統被稱作近場系統，其名稱是從由所述SIL的出 射面處的倏逝波所形成的近場而得來的。所述光學掃描設備可以使用 藍色半導體激光器作為輻射源，其發射具有近似405nm的波長的輻射 光束。
在掃描所述記錄載體的過程中，應當保持所述SIL的出射面與所 述記錄載體的外表面之間的所述倏逝波耦合。該倏逝波耦合的效率可 能會隨著所述出射面與所述外表面之間的間隙的距離改變而發生變 化。隨著比所期望的間隙距離更大，所述耦合效率往往會降低，從而 所述掃描點的質量也將會降低。如果所述掃描功能涉及到從所述記錄 載體讀取數據，則上述效率降低例如將會導致所讀取的數據質量的降 低，其中可能會在所述數據信號中引入錯誤。
在比如緊致盤(CD)、數字通用盤(DVD)或藍光盤(BD)之類 的遠場(非近場)系統中，已經知道所迷記錄載體關于物鏡系統的光 軸的傾斜失準可能會在對所述信息層進行寫入或者從所述信息層進行 讀取的過程中對所述掃描點的質量造成不利影響。
傾斜失準的改變可以歸因于所述記錄栽體的平面性的不平坦。這 可能是由于所述盤的巻曲而導致的，其中所述盤巻曲可能是由于環境 因素(比如長時間高溫)或者由于所迷記錄載體的低質量制造工藝而 造成的。替換地或附加地，傾斜失準也可能是由于在所述掃描設備內對所述記錄載體的不良鉗夾而導致的。
對于不是近場類型的光學掃描設備來說，已經知道有允許測量及 校正記錄載體的傾斜失準的系統。 一種傳統的系統涉及到使用傾斜檢 測器來檢測所述記錄載體的傾斜失準并且基于所檢測到的傾斜失準的 程度來校正所述傾斜失準。 一種不同的傳統系統涉及到執行優化例程， 其間首先把數據寫入到所述記錄載體中并且隨后讀取所述數據。隨后 根據所述傾斜失準決定所讀取的數據的質量。這樣允許在必要時校正 所述傾斜失準。
由于其中所涉及到的容限非常小，因此通過使用傳統的傾斜檢測 器來檢測所述記錄載體的傾斜失準將無法在近場系統中提供足夠的精 確度，而且還將要求所述物鏡系統關于所述傾斜檢測器高度對準。超
出這種小容限可能會導致所述SIL與所述記錄載體之間的接觸，從而 可能會損壞所述SIL和/或所述記錄載體。
使用與所述已知系統類似的優化例程以用于在近場系統中測量及 估計傾斜失準將是不實際的。
發明內容
本發明的 一個目的是提供一種利用倏逝波耦合精確且高效地掃描 記錄載體的光學掃描設備和方法，其允許檢測及校正所述光學掃描設
備與記錄載體之間的傾斜失準，以便特別能夠在所述光學掃描設備的 正常操作期間檢測及校正所述光學掃描設備與記錄載體之間的傾斜失準。
根據本發明，提供一種如權利要求1所限定的用于掃描記錄載體 的光學掃描設備、 一種如權利要求16所限定的光學記錄設備以及一種 如權利要求17所限定的掃描記錄載體的方法。在從屬權利要求中提到 了本發明的有利發展。
應當提到的是，可以與讀出或寫入操作獨立地使用所述傾斜控制。 例如，還可以在所述物鏡逼近所述記錄載體的過程中執行傾斜控制。 但是所述測量區域被定義成使得即使在讀出和/或寫入操作期間也允許 執行所述傾斜控制。
對于使用倏逝波耦合來掃描記錄栽體的近場系統來說，與所期望 的傾斜對準水平的偏差對于在掃描所述記錄載體的過程中所寫入和/或讀取的數據的質量和精度將造成有害影響。采用倏逝波耦合的近場系 統在機械容限方面具有相對較小的余量，在所述余量之外，所述倏逝 波耦合的效率將會惡化。如果與所期望的傾斜對準的偏差超出所述容 限余量則可能會導致這種效率惡化，從而造成對所述數據質量和精度
的有害影響。此外，這種偏差將導致所述SIL與所述記錄載體相接觸， 從而導致所述系統的損壞和/或故障。
隨著所述傾斜失準的變化，跨越所述間隙的倏逝波耦合的效率在 所述出射面上也會發生改變。因此，跨越第一出射面區域處的所述間 隙的倏逝波耦合的效率可能不同于跨越第二出射面區域處的所述間隙 的倏逝波耦合的效率。通過檢測到指示在所述出射面區域上的所述效 率改變的信息，可以產生傾斜誤差信號。
通過同時檢測所述傾斜失準和間隙寬度，使得有可能同時校正所 述傾斜對準和間隙寬度中的誤差并且對其進行控制。這樣做提高了所 述光學掃描設備的掃描性能，并且降低了在所述物鏡系統與所述記錄 載體表面之間發生物理接觸的風險，其中所述物理接觸可能導致損壞 所述記錄載體和/或物鏡系統。
在本發明的實施例中，所述光學掃描設備包括傾斜失準控制系統， 其被設置成根據所述傾斜誤差信號調節所述傾斜失準。
所述傾斜誤差信號可以被用來校正所述傾斜失準，從而可以實現 在所述物鏡單元的物鏡的總出射面積上提高倏逝波耦合的效率。因此 可以利用相對較高的質量和精確度掃描所述記錄載體。此外，對所述 傾斜失準的檢測和校正本身不會涉及到(但是可以伴隨)在所述盤上 寫入數據。因此，傾斜失準校正程序相對較快并且不一定需要使用所 述記錄載體的數據容量。
才艮據本發明的實施例，可以檢測及調節關于第一傾斜軸和第二傾 斜軸的傾斜失準。這是通過檢測跨越所述測量區域的不同部分處的間 隙的倏逝波耦合的效率而實現的。 一個輻射檢測器包括多個輔助輻射 檢測器元件，以便關于所述測量區域的這些部分當中的每一個部分測 量由所述物鏡的出射表面所反射的輔助輻射光束的強度。因此，對所 反射的輻射光束強度的測量是用以測量跨越所述間隙的倏逝波耦合的 效率的一種方式。
在本發明的某些實施例中，由輻射源系統生成的輻射是可以從中生成所述輔助光束的輻射光束，并且所述設備被設置成在所述輔助輻 射光束中引入散焦，從而使得所述輔助輻射光束不被聚焦到所述記錄 載體的外表面上，從而增大了所述光束在所述物鏡的出射面處的直徑。
優選地，在這些實施例中，所述設備被設置成在所述輔助輻射光 束中引入散焦，從而使得所述輔助輻射光束在所述出射面處的橫截面 或光束剖面覆蓋所述出射面的總面積的至少四分之一。
所述輻射光束在所述出射面處具有增大的直徑，從而使得所述輔 助輻射光束的橫截面覆蓋所述出射面的總面積的至少四分之一。該增 大的直徑例如導致所述第一、第二、第三和第四出射面區域的面積增 大。這樣允許檢測到關于所述出射面上的所述倏逝波耦合的效率的更 多信息量，從而允許對所述傾斜失準執行更加精確的調節。
在本發明的一個實施例中，在把記錄載體安裝到所述設備中之后 的啟動程序期間執行對所述傾斜失準的調節，從而產生經過校正的傾 斜對準，所述經過校正的傾斜對準在啟動之后被保持，并且在所述記 錄載體上的不同點處掃描該記錄載體時被使用。
后保持所述經過校正的傾斜對準，可以精確地掃描所述記錄載體而無 需在所述啟動程序之后掃描所述記錄載體的過程中調節傾斜失準。
在本發明的 一個不同的實施例中，在把記錄載體安裝到所述設備 中之后執行對所述傾斜失準的調節，其中在所述記錄載體上的不同點 處掃描該記錄載體時調節所述傾斜失準。
通過在所述記錄載體上的不同點處調節所述傾斜失準，有可能精 確地掃描具有可改變的表面傾斜的記錄載體，例如在所迷記錄載體是 盤的情況下沿著半徑具有可改變的表面傾斜。這種記錄載體可能被制 造成具有較差質量水平，或者可能例如由于環境條件導致發生了巻曲 而質量惡化。
有利的是，衍射元件從所述主輻射光束生成所述輔助輻射光束， 其中所述衍射元件優選地是同心(炫耀)光柵，其在中心處被變跡
(apodized)(這意味著其在中心處是完全透明且未結構化的)，以便 生成由所述物鏡單元聚焦在所述記錄載體的一層上的所述主輻射光 束。這種衍射元件的優點在于實現了高讀/寫性能，并且使用所述輻射 光束強度的一小部分(例如10%)來生成所述輔助輻射光束。有利的是，所述主輻射光束的光束剖面或橫截面與所述測量區域 分隔開一個分隔區域。于是讀/寫操作的可靠性很高，即使在這種操作 期間執行傾斜校正時也是如此。因此，所述衍射元件可以被適配成使 得所述測量區域包括優選地是圓形的區域，并且所述物鏡單元^皮適配 成使得所述主輻射光束的光束剖面優選地是圓形并且被設置在該圓形 區域內。
此外還有利的是，關于所述光學掃描設備的約束(特別是所述物 鏡單元的特性特征)來確定所述測量區域的邊界。例如，所述物鏡單 元的物鏡可以包括一個尖端，所述尖端具有必須被設置成與所述記錄 載體的相對前表面的平坦表面平行的平坦區域。在這種情況下，所述 測量區域的邊界被設置在包括邊緣間隔的所述物鏡的尖端的所述平坦 區域內。
所述光學掃描設備可以包括輻射檢測器，其具有兩個檢測器元件
以便允許進行一維傾斜校正。輻射檢測器的另一個例子是包括4個不 同的輔助輻射檢測器元件的輻射檢測器，其中的每一個所述輔助輻射 檢測器元件被提供來檢測由所述物鏡的出射面關于所述測量區域的特 定部分所反射的所述輔助輻射光束的強度。這樣允許進行二維傾斜校 正。取決于應用，所述輻射檢測器還可以包括主輻射檢測器元件，其 用于檢測由所述物鏡的出射面反射的所述主輻射光束的強度，以便產 生間隙誤差信號。
通過在下面按照舉例的方式參照附圖做出的對本發明的優選實施 例的詳細描述，本發明的其他特征和優點將變得顯而易見。
通過在下面參照附圖做出的對本發明的優選實施例的詳細描述將 更容易理解本發明，其中用相同的附圖標記來表示相同的部件，在附 圖中
圖1示出了根據本發明的一個優選實施例的加載了記錄載體的光 學記錄設備；
圖2示出了記錄載體和圖1中所示的光學記錄設備的光學掃描設 備的物鏡單元；
圖3示出了圖1中所示的光學記錄設備的光學掃描設備的輻射檢測器；
圖4示出了測量區域的一種設置，其用來關于圖1中所示的光學 記錄設備的光學掃描設備的物鏡單元的物鏡的出射面進行傾斜控制； 以及
圖5示出了根據本發明的另一個優選實施例的光學記錄設備的光 學掃描設備的輻射檢測器設置。
具體實施例方式
圖1示出了根據本發明的一個優選實施例的用于掃描記錄載體2 的光學記錄設備l的示意圖。所述光學記錄設備l包括光學掃描設備3 和用于旋轉所述記錄載體2的安裝元件4 (特別是旋轉軸4)。所述光 學記錄設備1和所述光學掃描設備3被特別與固體浸沒透鏡相組合地 使用，以用于高密度光學掃描應用。但是所述光學記錄設備1和所述 光學掃描設備3還可以被用在其他應用中以及與其他光學或非光學讀/ 寫程序相組合地使用。
所述光學掃描設備包括輻射源系統5，其被設置成生成輻射光束6。 在該實施例中，所述輻射源系統5是激光器5，并且所述輻射光束6是 具有預定波長入(例如近似405nm)的激光束6。在所述光學掃描設備 的啟動程序和記錄載體掃描程序期間，沿著所述光學掃描設備3的光 軸OA (圖2)行進的所述輻射光束6由準直器透鏡7準直，并且其橫 截面強度分布由光束整形器8整形。所述輻射光束6隨后穿過非偏振 分束器9，隨后穿過偏振分束器IO，并且隨后穿過A/4波片12和衍射 元件14。所述衍射元件14包括透明且未結構化的中心15，以用于生 成由物鏡單元20聚焦在所述記錄載體2的一層上的主輻射光束。此外， 所述衍射元件14包括同心光柵16，以用于生成輔助輻射光束21(圖2 )。 因此，除了所述主輻射光束6之外，所述物鏡單元20在散焦模式下朝 向所述記錄載體2透射所述輔助輻射光束21，其中所述主輻射光束6 將入射在所述記錄載體2上以用于讀出和/或寫入操作。應當注意到， 所述主輻射光束可以被聚焦在所述記錄載體2的特定層上，并且在所 述記錄載體2包括兩層或更多層的情況下，所述物鏡單元20還可以在 所述記錄載體2的不同層之間切換所述聚焦。所述光學掃描設備的物 鏡單元20包括物鏡17，其把聚焦波前引入到主輻射光束3中。所述物鏡系統20還包括物鏡18 (特別是固體浸沒透鏡(SIL) 18)，其通過 支撐框架19固定到所述物鏡17。所述支撐框架19確保所述物鏡17與 所述SIL18的對準和分隔距離得到保持。所述物鏡系統具有出射面22, 該出射面22是平面的并且是所述SIL18的尖端23的出射面22。
將由所述光學掃描設備3掃描的所述記錄載體2被設置在該光學 掃描設備3的所述安裝元件4上。該安裝元件4包括鉗夾設置(未示 出)，其確保在掃描期間把所述記錄載體2嚴格且正確地固定在該安 裝元件4上的適當位置處。在所述記錄載體2被嚴格地固定在適當位 置處的情況下，所述安裝元件4在該實施例中提供該記錄栽體2的旋 轉關于被用來掃描該記錄載體2的數據軌道的輻射掃描點的平移。在 該實施例中，在垂直于所迷光軸OA的方向上旋轉所述軌道。所述記 錄載體2具有面向所述SIL 18的出射面22的外表面24。在該實施例 中，所述記錄載體2由硅形成，并且所述外表面24是該記錄載體2的 信息層的表面，其中所述輻射光束通過該表面進入該記錄載體2。
所述光學掃描設備3具有光軸(未示出)，并且所述物鏡單元20 被設置在所述激光器5與所述記錄載體2之間的所述光軸上。所述物 鏡單元20提供跨越所述SIL 18的出射面22與所述記錄載體2的外表 面24之間的間隙的所述輻射光束3的倏逝波耦合。在所述SIL 18的出 射面22與所述記錄載體2的外表面24之間可能會有傾斜失準。
例如在記錄載體2上所能記錄的最大信息密度與被聚焦到所述信 息層上的掃描位置處的輻射點的尺寸成反比例。最小輻射點尺寸是由 兩個光學參數的比值決定的即所述輻射的波長A和所述物鏡的數值 孔徑(NA)。物鏡18 (比如SIL)的NA^L定義為NA=n sin( e )，其 中n是所述輻射光束被聚焦在其中的介質的折射率，9是在該介質中 的聚焦輻射錐的半角。可以明顯看出，在空氣中聚焦或者通過諸如平 面記錄載體之類的平行平面板中的空氣聚焦的物鏡的NA的上限是1。 如果所述輻射光束6在高折射率介質中被聚焦并且在沒有于透鏡與對 象2之間的介質空氣-介質界面之間發生折射的情況下行進到所述對 象，則所述透鏡的NA可能會超出1。這例如可以通過在半球狀SIL18 的出射面22的中心處進行聚焦而實現，其中所述SIL18緊鄰所述對象 2。在這種情況下，所述有效NA是NAef尸nNAo，其中n是所述半J泉狀 透鏡18的折射率，NA。是在所述聚焦透鏡的空氣中的NA。進一步增大所述NA的一種可能性是使用超半球狀的SIL 18，其中所述超半球 狀的SIL 18把所述輻射光束6朝向所述光軸折射，并且在所述超半球 的中心以下對其聚焦。在后一種情況下，所述有效NA是NAeff= n2 NA0。 很重要的是應當注意到，大于l的有效NAeff僅僅存在于與所述SIL18 的所述出射表面22的極短距離內(也被稱作近場)，其中在該距離內 存在倏逝波。在該實施例中，所述出射表面22是在所述輻射撞擊在所 述對象2上之前的所述物鏡單元20的最后一個折射表面。所述短距離 通常小于所述輻射光束6的波長入的十分之一。
當所述對象2是光學記錄載體2并且該光學記錄載體2的外表面 24被設置在上述短距離之內時，輻射通過倏逝波耦合從所述SIL 18傳 送到所述記錄載體2。這意味著在對記錄載體2進行寫入或讀出期間， 所述SIL 18與記錄載體2之間的距離(也凈皮稱作間隙尺寸)優選地小 于幾十納米，例如對于使用藍色激光器輻射源來生成波長等于近似 405nm的輻射光束6并且其物鏡系統的NA為1.9的設備1來說是大約 25nm。
所述光學掃描設備3具有第一檢測路徑和第二檢測路徑，所述第 一檢測路徑和第二檢測路徑都纟皮設置在所述輻射光束6的由所述記錄 載體2反射之后的路徑中。
此外，所述光學掃描設備3具有前向感測檢測路徑，其包括聚光 透鏡25和前向感測檢測器26。
所述光學掃描設備3的第一檢測路徑從所述偏振分束器IO分支并 且包括分束器27。反射自所述記錄載體2的輔射光束的一部分從所述 分束器27穿過聚光透鏡28到達射頻數據檢測器29上。所反射的所述 輻射光束6的另一部分穿過另一個聚光透鏡30到達尋軌檢測器31上， 該尋軌檢測器31與控制單元32連接以便關于所述記錄載體2的特定 軌道實現用于所述輻射光束6在該記錄載體2上的輻射點的尋軌的推、 拉操作。因此，所述控制單元32與所述支撐框架19連接。
所述第二檢測路徑從所述非偏振分束器9分支。在所述光學掃描 設備3的該第二檢測路徑中設置有聚光透鏡33和輻射檢測器34,其中 所述聚光透鏡33被適配成把所述輔助輻射光束的至少一部分反射到所 述輻射檢測器34上。該輻射檢測器34與信號處理電路43連接，該信 號處理電路43被設置成關于所述物鏡18的出射表面22與所述記錄載體的外表面24之間的傾斜失準產生傾斜誤差信號。因此，所述信號處 理電路43可以是所述輻射檢測器34的一部分。所述傾斜誤差信號是
面22上的強度分布信息而產生的。該強度分布指示在所述出射表面22 上的所述倏逝波耦合的效率變化，正如下面參照圖2進一步描述的那樣。
所述信號處理電路43與所述控制單元32連接，并且把所述傾斜 誤差信號發送到該控制單元32。該控制單元32在接收自所述輻射檢測 器34的所述傾斜誤差信號的基礎上提供傾斜失準校正程序。因此，所 述控制電源32控制所述支撐框架19的用來傾斜所述物鏡單元20的各 致動器元件以及/或者用來傾斜所述安裝元件4 (從而傾斜所述記錄栽 體2)的各致動器元件。
圖2示出了根據本發明的一個優選實施例的光學記錄設備1的物 鏡單元。為了允許讀、寫數據，必須控制所述物鏡18的出射表面22 與所述記錄載體2的外表面24之間的間隙的距離。
為了允許控制所述間隙的距離，需要有適當的誤差信號。如Sony 所詳述并且如在這里所參考的那樣(T. Ishimoto等人，Proceedings of Optical Data Storage 2001 in Santa Fe )，從其偏振態垂直于凈皮聚焦在 所述記錄載體上的輔射光束的偏振態的反射輻射中獲得良好的間隙信 號(GS)。在所述出射面和所述外表面處反射之后，所述輻射光束的 很大一部分輻射變為橢圓偏振。這在通過偏振器觀測所述反射輻射時 就產生了公知的Maltese十字。所述GS是通過利用各偏振光學器件和 單一光電檢測器對該Maltese十字的所有光進行積分而生成的。該GS 是從還被聚焦在所述輻射檢測器34上的所述檢測輻射光束的低頻部分 (例如DC到近似30kHz)導出的。
應當注意到，對于所述主光束的圓偏振來說，所反射的光也變為 橢圓，但是所述Maltese十字由于在光學頻率下的旋轉而不可見。
在例如數據記錄的掃描功能中，由所述激光器5發射非常短的高 功率激光脈沖。這些脈沖動態地改變所述(平均)激光功率，從而導 致對應于所述出射表面22與所述外表面24之間的所述間隙的尺寸的 所述GS的相應改變，并且由于間隙伺服系統的存在還導致對應于所述 光學掃描設備的所述間隙的相應改變。例如，如果所述激光功率突然提高，所述GS也將增大。但是所述間隙伺服系統將減小所述空氣間隙 尺寸，以便再次達到所期望的間隙尺寸。在所述激光功率例如由于溫 度漂移而改變時，在數據讀取期間發生類似地效應。這種GS標準化使 用所述前向感測檢測器26。
所述推-拉檢測器31從檢測輻射光束中檢測到所述輻射光束點在 所述記錄載體2的信息層的某條軌道上的徑向尋軌誤差。所述推-拉 檢測器31檢測與被聚焦在所述記錄栽體2上的輻射光束的偏振方向平 行地偏振的輻射。
參照圖3，其中示出了分別具有第一、第二、第三和第四檢測象限 區域A、 B、 C、 D的輻射檢測器34。在傾斜失準檢測程序期間，所述 檢測輔助輻射光束點40落在所述輻射檢測器34上。所述檢測輻射光 束點40具有預定散焦水平，正如下面所解釋的那樣。
所述傾斜失準包括關于與所述光軸OA (如圖2中所示)垂直的第 一傾斜軸41的傾斜失準。所述傾斜失準還包括關于與所述光軸OA和 所述第一傾斜軸41基本上垂直的第二傾斜軸42的傾斜失準。
作為象限檢測器34的所述輻射檢測器34包括由第二與第四檢測 象限區域B、 D構成的第一檢測區域、由第一與第三象限區域A、 C構 成的第二檢測區域、由第一與第二象限區域A、 B構成的第三檢測區域 以及由第三與第四象限區域C、 D構成的第四檢測區域。參照圖4，所 述出射表面22 (其在圖4中示出，并且是在沿著從所述記錄載體22到 所述物鏡單元20的所述光軸OA的方向上看去的)包括第一出射表面 區域E和第二出射表面區域F，這兩個出射表面區域被相互移位到所 述第一傾斜軸41的相對側。所述出射表面22還包括第三出射表面區 域G和笫四出射表面區域H,這兩個出射表面區域被相互移位到所述 第二傾斜軸42的相對側。
在所述傾斜失準檢測程序期間，所述第一、第二、第三和第四檢 測區域A、 B、 C、 D被分別設置成在所述檢測輻射光束點40中檢測指 示在所述出射表面22與所述外表面24之間的所述倏逝波耦合的效率 的信息。連接到所述輻射檢測器34的信號處理電路43被設置成產生 第一檢測器信號a ,,其表示在所述第一出射面區域E上的所述倏逝波 耦合的效率。類似地，所述信號處理電路43被設置成執行以下操作 產生第二檢測器信號ci2，其表示在所述第二出射面區域F上的所述倏逝波耦合的效率；產生第三檢測器信號Pn其表示在所述第三出射面 區域G上的所述倏逝波耦合的效率；以及產生第四檢測器信號P2，其 表示在所述第四出射面區域H上的所述倏逝波耦合的效率。
所述第一檢測器信號a 7是由所述第二象限區域產生的第二象限 區域信號與由所述第四象限區域產生的第四象限區域信號的和。所述 第二檢測器信號a 2是由所述第一象限區域產生的第一象限區域信號 與由所迷第三象限區域產生的第三象限區域信號的和。所述第三檢測 器信號7是由所述笫一象限區域產生的第一象限區域信號與由所述 第二象限區域產生的第二象限區域信號的和。所述第四檢測器信號32 是由所述第三象限區域產生的第三象限區域信號與由所述第四象限區 域產生的第四象限區域信號的和。
對于每一個檢測區域，在某一出射面區域(例如所述第一出射面 區域E)上的所述倏逝波耦合的效率是通過檢測落在相應的檢測區域 (例如所述第一檢測區域)上的所述檢測輻射光束點40的輻射強度而 被檢測的。落在所述檢測區域上的相對較高的輻射強度指示相應的出 射面區域上的相對較低的倏逝波耦合效率。相反，落在所述檢測區域 上的相對較低的輻射強度指示相應的出射面區域上的相對較高的倏逝 波耦合效率。
所述信號處理電路43被設置成根據等式1和2的關系式產生第一 傾斜誤差信號a :
此外，所述信號處理電路43被設置成根據等式3和4的關系式產 生第二傾斜誤差信號P :闊_
所述控制單元32被設置成根據所述第一傾斜誤差信號a改變關于 所述第一傾斜軸41的傾斜失準，以及根據所述第二傾斜誤差信號e改 變關于所述笫二傾斜軸42的傾斜失準。
如圖3所示，當所述檢測輻射光束點40的橫截面具有表征所期望 的傾斜失準的均勻輻射強度時，所述第一、第二、第三和第四檢測器 信號ci" a 2、 e7、 32將近似相等，因此所述第一和第二傾斜誤差信 號a和0將使得所述控制單元68不需要改變所述傾斜失準。
在圖2中示出的該實施例中，所述物鏡單元20的SIL18是圓錐超 半球形狀，其具有面向所迷外表面24的出射表面22。所迷出射表面 22的直徑是近似40jLim，所述SIL的NA是1.9。在圖2中示出了所期 望的傾斜對準，其中所述出射表面22與所述外表面24基本上平行， 并且所述出射表面22與所述外表面24都基本上垂直于所述光軸OA。
圖2示出了具有所期望的傾斜對準的所述物鏡單元20和記錄載體 22，從而在所述光學掃描設備的掃描功能(例如數據寫入程序)期間， 掃描主輻射光束被聚焦到所述記錄載體22的信息層24上的輻射點44。 這是在跨越所述外表面24與所述出射表面22之間的間隙的距離小于 所述輻射光束的波長A的近似十分之一時所實現的。這樣確保實現跨 越對應于所述出射表面22的總面積的間隙的高效倏逝波耦合。在數據 寫入的例子中，所述聚焦的輻射點44將允許把數據精確地寫到所述信 息層24上。當所期望的傾斜對準不存在時，在所述記錄載體的信息層 24上的所述輻射點44的質量受到影響。
圖3示出了所述檢測輔助輻射光束點40中的模式，其中示出了在 所述記錄載體2在方向45上關于所述第一傾斜軸41傾斜(如圖2中所 示)的情況下的非均勻強度分布。因此，本例示出了其中所述傾斜失 準處在關于所述第一傾斜軸41的一個方向上的情況。如果所述傾斜失 準處在關于所述第二傾斜軸42的一個方向上，下面的描述相應地適用。此外，任意傾斜失準(即處在兩個維度中或兩個方向上的傾斜失準)
可以被視為關于所述第一傾斜軸41的傾斜失準與關于所述第二傾斜軸 42的傾斜失準的組合。對于不合期望的傾斜失準，所述出射表面22與 所述外表面24彼此不是基本上平行的，并且所述外表面24和/或所述 出射表面22不是基本上垂直于所述光軸OA的。
在所述傾斜失準校正程序期間，所述光學掃描設備3被設置成在 所述輔助輻射光束21中引入散焦，從而使得所述輔助輻射光束21不 被聚焦在所述記錄載體2內，從而增大了所述輔助輻射光束21的輻射 點46 (圖4)在所述出射表面22處的直徑。在所述輔助輻射光束21 中引入散焦，從而使得所述輔助輻射光束21在所述出射表面22處的 橫截面覆蓋所述出射表面22的總面積的至少四分之一，優選地覆蓋所 述總面積的至少一半，更為優選地近似覆蓋所述出射表面22的全部總 面積。在該實施例中，所述散焦的輻射點在所述出射表面22處的直徑 是至少10ym，優選地是20Mm。
參照圖2、 3和4，在所述傾斜失準檢測程序期間，所述輔助輻射 光束21的射線47穿過所述物鏡單元20并且撞擊到所述記錄載體2的 外表面24上。由于所述記錄載體2在所述方向45上的傾斜，在所述 光軸OA左側的所述出射表面22與所述外表面24之間的所述間隙(從 而對應于所述第一出射表面區域E)相對小于所述光軸OA右側的所述 間隙(其對應于所述第二出射表面區域F)。在該實施例中，所述記錄 栽體22具有位于所述外表面24的平面內并且從所述記錄載體2的中 心點向外延伸的半徑r。所述中心點與所述第一傾斜軸41和第二傾斜 軸4 2之間的交點重合。在所述第 一 出射面區域E上的所述間隙的尺寸 在從所述中心點沿著所述半徑r向外的方向上變得更小。在所述第二 出射面區域F上的所述間隙的尺寸在從所述中心點沿著所述半徑r向 外的方向上變得更大。在撞擊到所述外表面24上之后，所述射線47 部分地由該外表面24透射(并且隨后在所述記錄載體2內被吸收及反 射)并且部分地被該外表面24反射。此外，所述射線84可能在所述 SIL18的出射表面22上被完全內反射。
所述射線47的^L反射和吸收的比例取決于所述間隙的尺寸。當所 述間隙大于所期望的尺寸時，跨越該間隙的倏逝波耦合的效率相對較 低，并且透射過該間隙到達所述外表面24的射線47更少。這導致所述射線47的更大一部分被所述出射表面22的內表面內反射。到達所 述外表面24的所述射線47的一部分被所述外表面24反射， 一部分被 該外表面24透射。所述射線可能被形成所述記錄載體2和/或所述外表 面24的材料吸收，或者可能在與所述入口層24和/或信息層的結構特 征(比如凹坑和凸起)相互作用時由于相消干涉而凈皮吸收。
如果在所述第二出射面區域F上的所述間隙大于所期望的尺寸， 那么在所述第一出射面區域E上的所述間隙就小于所期望的尺寸。在 這種情況中，所述倏逝波耦合在所述第一出射面區域上的效率相對較 高，并且在所述第一出射面區域E上的所述射線47的更高比例被透射 到所述外表面24。結果，在所述第一出射面區域E上的所述射線47 的更高比例凈皮所述外表面24吸收以及在所述記錄載體2內^皮吸收。因 此，更少的所述射線47被所述外表面24和所述出射表面22的內表面 反射。
所述射線47在所述物鏡單元20的SIL 18的出射表面22上以及在 所述外表面24上的反射在由該物鏡單元20所反射的輻射中引入了指 示該物鏡單元20與所述記錄載體2之間的輻射的倏逝波耦合效率的信 息。所反射的射線47構成檢測輻射光束，其沿著所述光軸OA穿過所 述偏振分束器10、非偏振分束器8并且隨后沿著經由所述聚光透鏡33 的所述第二檢測路徑行進到所述象限檢測器34。
圖3示出了根據關于所述第一傾斜軸41的所述一個方向上的傾斜 失準而落在所述象限檢測器34上的所述檢測輔助輻射光束點40。在所 述第一檢測區域50上檢測到所述檢測輻射光束的相對較低的總體強 度，這對應于在所述第一出射表面區域E的面積上的所述射線47的較 低比例被所述出射表面22的內表面和所述外表面24所反射。在所述 第二檢測區域52上檢測到所述檢測輻射光束的相對較高的總體強度， 這對應于在所述第二出射表面區域F上的所述射線47的相對較高比例 被所述出射表面22的內表面和所述外表面24所反射。
通過在所述第一檢測區域50上檢測到相對較低的總體輻射強度， 產生具有相對較低的量值的第一檢測器信號a 7。通過在所述第二檢測 區域52上檢測到相對較高的總體輻射強度，產生具有相對較高的量值 的第二檢測器信號a 2。所述信號處理電路43根據等式1和2產生所迷 第一傾斜誤差信號a 。所述控制單元32接收該笫一傾斜誤差信號ct并且控制所述致動器在如圖2中所示的傾斜失準校正方向54上改變所述 物鏡單元20的傾斜，以便如前所述地獲得所期望的傾斜失準，其中在 所期望的傾斜失準下，所述出射表面22與所述外表面24基本上彼此 平行。在所述物鏡單元20的傾斜的變化過程中，所述第一和第二檢測 器信號a 7、 a 2的量值隨著由所述第一檢測器區域50和第二檢測器區 域52所檢測到的輻射強度的改變而改變。結果，所述笫一傾斜誤差信 號d發生改變，并且所述控制單元32監控該變化。 一旦所述監控單元 32識別出所述第一傾斜誤差信號a至少與表征所期望的傾斜失準的第 一傾斜誤差信號a近似相等之后，所述控制單元32停止所述致動器對 所述物鏡單元20的傾斜的改變。此時，關于所述第一傾斜軸41的傾 斜失準得到了校正。
所述控制單元32接收所述第一傾斜誤差信號a并且控制所述致動 器在如圖2中所示的傾斜失準校正方向54上改變所述物鏡單元20的 傾斜，從而獲得所期望的傾斜失準。如上所述，這涉及到由所述控制 單元32識別出所述第一傾斜誤差信號a何時與表征所期望的傾斜失準 的第一傾斜誤差信號a相同，并且在此時停止所述致動器對所述物鏡 單元20的傾斜的改變。
除了檢測及校正關于所述第一軸41的傾斜失準之外，所述傾斜失 準校正程序還包括檢測及校正關于所述第二傾斜軸42的傾斜失準，其 方式類似于如前所述的那樣檢測及校正關于所述第一傾斜軸41的傾斜 失準。
所述信號處理電路43根據等式3和4產生所述第二傾斜誤差信號 e,其取決于所述第三和第四檢測器信號e,和32的量值。所述第三 和第四檢測器信號e;和32的量值分別取決于落在所述第三和第四檢 測區域上的所述檢測輻射光束的所反射的射線的輻射強度。如前所述， 落在所述檢測區域上的輻射強度取決于跨越所述間隙的倏逝波耦合的 效率。所述致動器在關于所述第二傾斜軸42的傾斜失準校正方向上改 變所述物鏡單元20的傾斜，直到所述第二傾斜誤差信號P與表征所期 望的傾斜失準的第二傾斜誤差信號e相同為止。
遵循所述傾斜失準校正程序，所述光學掃描設備3執行掃描功能， 例如向所述記錄載體2寫入數據或者從所述記錄載體2讀取數據。
在利用圖1-4所示出的本發明的所述實施例中，調節所述物鏡系
19統的傾斜以便獲得所期望的傾斜對準。所述物鏡系統關于所述光軸OA 的最大傾斜變化范圍是近似0.07度到0.28度，其中如果所述物鏡系統 具有處在該范圍內的傾斜，則所述間隙尺寸近似地是所述輻射光束的 波長A的十分之一。在該范圍內的傾斜角比所述物鏡系統關于所迷光 軸OA的最大可能傾斜角低近似0.5度。在本發明的另一個實施例中， 替換地通過調節所述記錄載體的傾斜來改變所述傾斜。這是通過根據 所述第一和第二傾斜誤差信號改變固定所述記錄載體的安裝元件的傾 斜而實現的。在這種情況下，所述致動器被設置成按照上述方式改變 所述記錄載體的傾斜。還設想到通過同時調節所述物鏡系統的傾斜和 所述記錄載體的傾斜來校正所述傾斜失準。
在本發明的所述實施例中，在所述光學掃描設備的啟動程序期間 (例如在從所述光學記錄載體實際掃描數據之前)執行初始傾斜失準校 正程序。 一旦校正了所述傾斜失準之后，即一旦所述出射表面22和所 述外表面24具有所期望的傾斜對準水平之后，就在所述啟動程序之后 的所述掃描功能期間使用所述經過校正的傾斜對準以及啟用進一步的 傾斜控制。
圖4示出了圓形出射表面22。對應于所述輔助輻射光束21的測量 區域由所述衍射元件14的特定設置決定。所述衍射元件14包括所述 透明且未結構化的中心15，從而所述測量區域60包括定義該測量區域 60內的圓形區域62的內邊界61。所述主輻射光束6的輻射點44為圓 形，其中該輻射點44的剖面或橫截面被設置在所述內邊界61內部， 因此^皮設置在所述測量區域60的所述圓形區域62中，其中所述主輻 射光束66的光束剖面(如圖4中的輻射點44所示)與所述測量區域 60分隔開一個分隔區域63,以避免所述輔助輻射光束21對讀出或寫 入操作的影響。
此外，所述測量區域60的外邊界被設置在所述物鏡18的尖端的 平坦區域內(也就是說被設置在該物鏡18的所述出射表面22內)， 其中包括邊緣間隔。在圖4中，所述邊緣間隔是由優選地較小的邊緣 間隔環65提供的。優選地，所述外邊界64盡可能靠近所述物鏡18的 出射表面22,但是仍然處在所述平坦出射表面22以內，其中通過所述 邊緣間隔環65而考慮到制造容限。
優選地，把所反射的輻射的相同偏振態用于傾斜檢測和間隙誤差信號生成，這是因為所述反射輻射的這一部分對所述記錄栽體2上的 數據模式不敏感。因此，如圖5中所示，所述輻射檢測器34可以被設 置成提供對所述輻射點46的強度分布以及對應于所述間隙誤差信號生 成的反射輻射強度的檢測。
在圖5中，所述輻射檢測器34包括輔助輻射檢測器元件A、 B、 C、 D和主輻射檢測器元件66以用于檢測由所述物鏡18的出射表面22所 反射的主輻射光束，從而產生所述間隙誤差信號。這樣做的優點在于， 僅僅需要一個輻射檢測器34來檢測所反射的輔助輻射光束21和所反 射的輻射光束6，以便產生所述間隙誤差信號。但是取決于應用，可以 提供包括另一個檢測器的另一條路徑來生成所述間隙誤差信號。
此外，如圖3所示，可以在某一時間4吏用檢測器元件34來檢測所 反射的輔助輻射光束21的強度分布，并且可以在另一個時間使用該檢 測器元件34來檢測所反射的主輻射光束6的強度，以便通過組合由不 同的檢測器元件A、 B、 C、 D測量的強度來生成所述間隙誤差信號。
在本發明的所述實施例中，所述記錄載體2具有信息層，并且所 述外表面24是該信息層的一個表面。或者還可以設想所述記錄載體2 具有信息層和覆蓋層。所述覆蓋層的一個表面是所述外表面24，而所 述信息層則被設置在所述覆蓋層的另一個表面上。在該替換實施例中， 所述光學掃描設備被適配成使得在所述掃描功能期間，通過所述覆蓋 層把所述主輻射光束聚焦到所述信息層上的一點。 一種這樣的適配是 沿著所述光軸改變所述SIL的厚度。
本發明的所述實施例把所述輻射檢測器設置詳細描述為包括象限 檢測器34。每一個檢測象限區域是一個光電二極管。可以替換地設想 所述檢測器設置包括類似于攝影機檢測器的檢測器，比如電荷耦合器 件(CCD)。
在本發明的詳細描述的實施例中所描述的記錄載體2由硅形成。 還可以設想所述記錄載體2具有不同的構造并且由多層形成，其中對 于只讀類型盤例如包括聚碳酸酯層和金屬層或者電介質層的層疊。對 于可讀類型盤來說，可以設想所述多層包括聚碳酸酯層和由具有可變 相位的金屬形成的層或者磁光層或染料層。所述記錄載體可以包括多 于一個信息層，比如兩個、三個、四個或更多信息層。
本發明的所述實施例詳細描述了具有特定波長的所述輻射光束6。可以設想所述輻射光束6具有不同的特定波長，并且所述光學掃描設 備3和所述記錄載體2被適當地設置成操作在該不同的特定波長下。 本發明的所述實施例中的所述記錄載體2是光學記錄載體，但是在其 他實施例中可以設想所述光學掃描設備3被適配成掃描不同類型的記 錄載體2，其中例如包括采用諸如熱輔助磁記錄(HAMR)之類的混合 記錄的盤或者計算機硬盤驅動器(HDD)的盤。
在本發明的所述實施例中，把單一輻射光束6用于所述傾斜失準 校正程序和所述掃描功能。可以替換地設想，可以把由不同的輻射源
的每一項。所述不同的輻射源可以:帔用來生成輻射以用于掃描與所述 實施例不同類型的記錄載體。
在本發明的所述實施例中，所述第一傾斜軸41與所述光軸OA垂 直，所述第二傾斜軸42與所述光軸OA和所述第一傾斜軸41都垂直。 在本發明的其他實施例中，可以設想所述第一傾斜軸41和第二傾斜軸 42關于彼此以及關于所述光軸OA具有不同的空間設置。
應當理解，關于任一個實施例所描述的任何特征可以凈皮獨立使用 或者與其他所述特征組合使用，并且還可以與任何其他實施例的一個 或多個特征或者任何其他實施例的任意組合相組合地使用。此外，在 不偏離如所附權利要求書所限定的本發明的范圍的情況下還可以采用 沒有在上面描述的等效方案和修改。
權利要求
1、一種用于掃描記錄載體(2)的光學掃描設備(3)，所述光學掃描設備(3)包括物鏡單元(20)，其被適配成除了至少主輻射光束(6)之外在散焦模式下朝向所述記錄載體(2)透射輔助輻射光束(21)，其中所述主輻射光束(6)入射在所述記錄載體(2)上以用于讀出和/或寫入操作；衍射元件(14)，其被適配成衍射所述輔助輻射光束(21)，從而至少定義對應于所述輔助輻射光束(21)的測量區域(60)，其中，所述測量區域(60)由所述衍射元件(14)定義，從而允許關于所述輔助輻射光束(21)跨越所述物鏡單元的物鏡與所述記錄載體(2)之間的間隙的倏逝波耦合對所述記錄載體(2)進行傾斜控制，同時所述主輻射光束(6)被用于讀出和/或寫入操作。
2、 根據權利要求l的光學掃描設備，其特征在于，所述衍射元件 (14)從所述主輻射光束(6)生成所述輔助輻射光束(21)。
3、 根據權利要求2的光學掃描設備，其特征在于，所述衍射元件 (14)包括透明且未結構化的中心(15)和光柵(16)，其中所述透明且未結構化的中心(15)用于生成由所述物鏡單元(20)聚焦在所 述記錄載體(2)的一層上的所述主輻射光束(6)，所述光柵(16) 用于生成所述輔助輻射光束(21)。
4、 根據權利要求3的光學掃描設備，其特征在于，所述光柵(16) 是同心光柵。
5、 根據權利要求l的光學掃描設備，其特征在于，所述主輻射光 束(6)的光束剖面(44)至少與所述測量區域(60)分隔開。
6、 根據權利要求5的光學掃描設備，其特征在于，所述衍射元件 (14)被適配成使得所述測量區域(60)包括區域(62)，并且所述物鏡單元(20 )被適配成使得所述主輻射光束(6 )的所述光束剖面(44 ) 至少^L設置在所述區域(62)內部。
7、 根據權利要求6的光學掃描設備，其特征在于，所述衍射元件 (14)被適配成使得所述主輻射光束(6)的所述光束剖面(44)通過分隔區域(63)與所述測量區域(60)分隔開。
8、 根據權利要求7的光學掃描設備，其特征在于，所述物鏡包括尖端(23)，并且所述衍射元件(14)被適配成使得所述測量區域的 邊界(64)至少被設置在所述物鏡的所述尖端(23)的平坦區域(22) 的內部。
9、 根據權利要求8的光學掃描設備，其特征在于，所述測量區域 (60)的所述邊界(64)被設置在包括邊緣間隔(65)的所述物鏡(18)的所述尖端(23)的所述平坦區域(22)的內部。
10、 根據權利要求9的光學掃描設備，其特征在于，所述測量區域 (60)至少近似是環狀測量區域。
11、 根據權利要求l的光學掃描設備，其特征在于，輻射檢測器 (34),其被設置成通過檢測由所述物鏡單元(20)的所述物鏡(18)的出射表面(22)反射的所述輔助輻射光束(21)的強度分布來產生 傾斜誤差信號。
12、 根據權利要求ll的光學掃描設備，其特征在于，所述輻射檢 測器(34)被設置成通過檢測由所述物鏡(17)的所述出射表面反射 的所述主輻射光束(6)的強度來同時生成所述傾斜誤差信號和間隙誤差信號。
13、 根據權利要求12的光學掃描設備，其特征在于，所迷輻射檢 測器(34)包括至少一個主輻射檢測器元件(66)，其用于檢測由所 述物鏡(18)的所述出射表面(22)反射的所述主輻射光束(6)的強 度，以便產生間隙誤差信號。
14、 根據權利要求ll - 13當中的任一條的光學掃描設備，其特征 在于，所述輻射檢測器(34)包括第一輔助輻射檢測器元件和至少第 二輔助輻射檢測器元件，其中，所述第一輔助輻射檢測器元件被設置成關于所述測量區域 (60)的第一部分檢測由所述物鏡(18)的所述出射表面(22)反射 的所述輔助輻射光束(21)的強度，其中，所迷第二輔助輻射檢測器元件被設置成關于所述測量區域 (60)的第二部分檢測由所述物鏡(18)的所述出射表面(22)反射 的所述輔助輻射光束(21)的強度，以及其中，所述輻射檢測器(34)被適配成基于由所述第一輔助輻射 檢測器元件檢測到的所述強度和由所述第二輔助輻射檢測器元件檢測 到的所述強度來產生傾斜誤差信號。
15、 根據權利要求14的光學掃描設備，其特征在于，所述輻射檢 測器(34)包括第三輔助輻射檢測器元件和至少第四輔助輻射檢測器 元件，其中，所述第三輔助輻射檢測器元件被設置成關于所述測量區域 (60)的第三部分檢測由所述物鏡(18)的所述出射表面(22)反射 的所述輔助輻射光束的強度，其中，所述笫四輔助輻射檢測器元件被設置成關于所述測量區域 的第四部分檢測由所述物鏡(18)的所述出射表面(22)反射的所述 輔助輻射光束的強度，以及其中，所述輻射檢測器(34)被適配成基于由所述第一輔助輻射 檢測器元件檢測到的所述強度、由所迷第二輔助輻射檢測器元件檢測 到的所述強度、由所述第三輔助輻射檢測器元件檢測到的所述強度以 及由所述第四輔助輻射檢測器元件檢測到的所述強度來產生傾斜誤差 信號，該傾斜誤差信號表示所述物鏡(18)的所述出射表面與所述記 錄載體(2)的外表面(24)之間的二維傾斜失準。
16、 一種包括根據權利要求l - 15當中的任一條的光學掃描設備的 光學記錄設備，其被設置成在掃描記錄載體(2)的過程中同時執行間 隙距離校正和傾斜失準校正。
17、 掃描記錄載體(2)的方法，所述方法包括以下步驟除了至少主輻射光束(6 )之外在散焦模式下朝向所述記錄載體(2 ) 透射輔助輻射光束(21),其中所述主輻射光束(6)入射到所述記錄 載體(2)上以用于讀出和/或寫入操作；衍射所迷輔助輻射光束(21)，從而至少定義對應于所迷輔助輻 射光束(21)的測量區域(60)，其中，所述測量區域(60)被定義成允許關于所述輔助輻射光束 (21 )跨越用于掃描所述記錄載體(2 )的物鏡單元(20 )的物鏡(18 ) 之間的間隙的倏逝波耦合對所述記錄栽體(2)進行傾斜控制，同時所 述主輻射光束(6)被用于讀出和/或寫入操作。
全文摘要
本發明涉及一種用于掃描記錄載體(2)的光學掃描設備(3)，其包括物鏡單元(20)和衍射元件(14)。所述物鏡單元(20)被適配成除了主輻射光束(6)之外在散焦模式下朝向所述記錄載體(2)透射輔助輻射光束(21)，其中所述主輻射光束(6)被用于讀出和/或寫入操作。所述衍射元件(14)關于所述主輻射光束(6)的輻射點定義測量區域(16)，以避免所述輔助輻射光束(21)對所反射的主輻射光束(6)的影響。
文檔編號G11B7/135GK101443846SQ200780017288
公開日2009年5月27日 申請日期2007年5月4日 優先權日2006年5月12日
發明者C·A·弗舒倫, F·茲普 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司