CN101010740A

CN101010740A - 光学扫描装置

Info

Publication number: CN101010740A
Application number: CNA2005800286775A
Authority: CN
Inventors: C·A·弗舒伦; F·兹杰普
Original assignee: Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 2004-08-23
Filing date: 2005-07-25
Publication date: 2007-08-01
Also published as: EP1784825A1; KR20070050975A; JP2008511090A; US20090028037A1; WO2006021898A1; TW200620265A

Abstract

一种用于扫描记录载体(22)的光学扫描装置，记录载体具有外表面(24)，其中光学扫描装置包括：辐射源系统(2)，它被安排来生成辐射(3)；物镜系统(20)，具有出口面(24)，物镜系统被安排在辐射源系统与记录载体之间；辐射检测器装置，用于生成表示在与记录载体相互作用后的辐射中检测到的信息的检测器信号；以及位置控制系统(42)，用于控制在物镜系统的出口面与记录载体的外表面之间的间隙的间隙尺寸，位置控制系统提供在所述间隙上超零的辐射耦合。光学扫描装置被安排来处理检测器信号，以生成适用于在记录载体扫描期间控制该装置的特性的误差信号，误差信号包括第一误差信号(E₁)，以供位置控制系统用于控制间隙尺寸。光学扫描装置的特征在于，光学扫描装置被安排成生成与第一误差信号不同的第二误差信号(E₂)，以供位置控制系统用于控制间隙尺寸。

Description

光学扫描装置

发明领域

本发明涉及用于扫描记录载体的光学扫描装置，尤其是使用趋近于零的辐射耦合的扫描记录载体。

发明背景

在特定类型的高密度光学扫描装置中，用固体浸没透镜(SIL)把辐射束聚焦成在记录载体的信息层上的扫描光点。在SIL的出口面与记录载体的外表面之间的间隙希望有一定的尺寸，例如25nm，以允许从SIL到记录载体的趋近于零的辐射束耦合。趋近于零的耦合另外被称为受抑的全内部反射(FTIR)。这样的系统被称为近场系统，其名称是根据由在SIL的出口面上的损耗波形成的近场而得出的。示例性光学扫描装置可以使用蓝色激光器作为辐射源，它发射具有约405nm的波长的辐射束。

在对记录载体进行扫描期间，在SIL的出口面与记录载体的外表面之间的趋近于零的耦合应当被保持。这个趋近于零的耦合的效率可因出口面与外表面之间的间隙的尺寸改变而变化。随着所需间隙尺寸增加，耦合效率将趋于减小，因此扫描光点的质量也降低。如果扫描过程例如包括从记录载体读出数据，则效率的这种降低将导致所读出的数据的质量降低，可能在数据信号中引入错误。

近场系统具有小的机械公差余量，这对于这样的系统的部件的设计和操作施加了严格的约束和限制。对于有效的趋近于零的耦合所需要的小的间隙尺寸助长了这些小的余量。

在执行记录载体的扫描过程之前，光学扫描装置通常要执行启动过程。这样的启动过程保证光学扫描装置的部件得到正确定位，以使得扫描过程，例如从记录载体读数据或写入数据到记录载体，可以在高质量水平下执行。

启动过程可能牵涉到把扫描装置的物镜系统从等待位置移动到扫描位置。这可能包括使用开环操作的趋近过程和使用闭环操作的拉入过程两者的组合，以及保证在物镜系统与记录载体之间的间隙尺寸对于扫描过程实现最佳化。当例如用于扫描的记录载体没有被安排在光学扫描装置内，或记录载体的电源被关断或被设置为等待模式，或扫描装置用来把记录载体插入到扫描装置内的开孔是打开时，物镜系统处在等待位置。在等待位置时，物镜系统可被安排成使得物镜系统的精密光学部件受到保护免受撞击、刮伤和来自例如灰尘的任何污染。

提供这样的拉入过程的光学扫描装置是由Sony公开的：T.Ishimoto等人的Proceedings of Optical Data Storage 2001(光学数据存储2001会议论文集)，in Santa Fe。这个光学系统生成间隙误差信号(GES)，它在拉入过程期间和在扫描过程期间被用于调节在物镜系统与记录载体之间的间隙尺寸。GES被用于控制调节间隙尺寸的伺服系统。在拉入过程中，物镜系统由伺服系统移动到扫描过程的最佳位置。GES把与相对较小的间隙尺寸相应的物镜系统的位置信息提供给伺服系统。对于物镜系统处在与相对较大的间隙尺寸相应的备用位置，则GES不把物镜系统的位置的信息提供给伺服系统。在趋近过程期间，对于相对较大的间隙尺寸，物镜系统趋于记录载体的运动是不受控制的。结果，物镜系统可以移动到超出最佳位置，并且甚至可能与记录载体碰撞。这样的碰撞可导致物镜系统或记录载体的损坏或故障。

发明概要

本发明的目的是提供一种光学扫描装置，它通过使物镜系统相对于记录载体精确和有效地定位以便利用趋零的耦合最佳地扫描记录载体。

按照本发明的第一方面，提供用于扫描记录载体的光学扫描装置，所述记录载体具有外表面，其中所述光学扫描装置包括：

a)辐射源系统，它被安排来产生辐射；

b)物镜系统，它具有出口面，所述物镜系统被安排在所述辐射源系统与所述记录载体之间；

c)辐射检测器装置，用于生成表示在与记录载体相互作用后的辐射中检测到的信息的检测器信号；以及

d)位置控制系统，用于控制在物镜系统的出口面与记录载体的外表面之间的间隙的间隙尺寸，位置控制系统在所述间隙中提供趋近于零的辐射耦合，

其中光学扫描装置被安排来处理所述检测器信号，以便生成适合于在记录载体扫描期间控制该装置的特性的误差信号，所述误差信号包括第一误差信号，以供位置控制系统用于控制所述间隙尺寸，

其特征在于，光学扫描装置被安排成生成与所述第一误差信号不同的第二误差信号，以供位置控制系统用于控制所述间隙尺寸。

通过提供两个不同的误差信号来控制所述间隙尺寸，提供了物镜系统相对于记录载体的改进的定位。即，两个不同的误差信号将具有不同的特性，它们可在牵涉到这种定位的不同的过程中有选择地被采用。

对于使用趋近于零的耦合扫描记录载体的近场系统，物镜系统相对于记录载体的最佳定位是很重要的，这将保证达到有效的趋近于零的耦合。这保证例如在写数据到记录载体或从记录载体读数据时以高质量水平执行记录载体的扫描。物镜系统的最佳定位牵涉到以受控制的方式把物镜系统从相应于相对较大的间隙尺寸的位置移动到一个相应于相对较小的间隙尺寸的、非常接近于记录载体的位置。

在本发明的实施例中，所述位置控制系统被安排成使用所述第二误差信号在启动过程期间控制所述间隙尺寸，其中所述位置控制系统把所述物镜系统相对于所述记录载体从所述间隙上不存在有效的趋近于零的耦合的第一位置移动到在所述间隙上存在有效的趋近于零的辐射耦合的第二位置。

已经看到，在使用第一误差信号以便控制记录载体扫描期间间隙尺寸的情况下，可以使用适当的第二个不同的误差信号来控制在物镜系统启动过程中的间隙尺寸。通过使用第二误差信号，从中可较早得到接近记录载体的指示，有可能得到改进的起动过程。即，在起动过程期间有可能以受控制的和精确的方式把物镜系统从相应于相对较大的间隙尺寸的位置相对较快速地移动到扫描记录载体的最佳位置，而同时减小在物镜系统移到记录载体期间碰撞的危险。

按照本发明的另一方面，提供在光学扫描装置中使用的记录载体，所述记录载体具有外表面，其中所述光学扫描装置包括：

a)辐射源系统，被安排来产生辐射；

b)物镜系统，具有出口面，所述物镜系统被安排在所述辐射源系统与所述记录载体之间；

c)辐射检测器装置，用于生成表示在与记录载体相互作用后的辐射中检测到的信息的检测器信号；

d)第一位置控制系统，用于控制在物镜系统的出口面与记录载体的外表面之间的间隙的间隙尺寸，该位置控制系统提供在所述间隙中趋近于零的辐射耦合；以及

e)第二位置控制系统，用于控制所述物镜系统在光盘外表面上的定位，

其中所述记录载体包括一个扫描区域，所述物镜系统通过使用所述第二位置控制系统可定位于其上，

其中所述扫描区域包括：

一个或多个数据区，用于在数据轨道中存储数据，所述数据轨道具有预定的宽度；以及

一个或多个非数据区，被安排来提供扫描特性，由此所述辐射检测器装置能够生成误差信号，通过该误差信号所述第一位置控制系统能够控制所述间隙尺寸，所述一个或多个非数据区具有的宽度大于所述预定的数据轨道宽度。

由非数据区域提供的误差信号允许第一位置控制系统把物镜系统精确地和可控制地移动到用于扫描记录载体的最佳位置，该非数据区可以是平坦的，或所谓的镜面或是预置沟槽。

按照本发明的再一方面，提供用于扫描记录载体的方法，该方法包括使用所述光学扫描装置扫描所述记录载体，所述方法包括：

-使用所述第二位置控制系统把所述物镜系统定位在非数据区；以及

-使用所述第一位置控制系统，以便通过由所述辐射与所述非数据区相互作用的生成的误差控制信号来控制所述间隙尺寸。

在使用第二位置控制系统使物镜系统定位后，远在物镜系统在扫描过程期间用于趋近于零的耦合的位置被达到之前，第一位置控制系统使用通过扫描记录载体的非数据区而提供的误差信号可以有效地控制间隙尺寸。

从参照附图作出的仅仅作为例子给出的本发明的优选实施例的以下说明将明白本发明的另外的特性和优点。

附图简述

图1示意地显示按照本发明的实施例的光学扫描装置。

图2示意地显示按照本发明的实施例的记录载体。

图3A和3B以流程图显示按照本发明的实施例的启动过程和扫描过程的步骤。

图4以图形显示按照本发明的实施例的光学扫描装置的计算的误差信号。

图5以图形显示按照本发明的实施例的光学扫描装置的计算的误差信号。

图6以图形显示按照本发明的实施例的实验误差信号。

图7以图形显示按照本发明的实施例的实验误差信号。

发明详细说明

图1示意地显示按照本发明的实施例的用于扫描记录载体的光学扫描装置。

光学扫描装置包括辐射源系统，它被安排来产生辐射。在本实施例中，辐射源是激光器2，辐射是具有预定的波长λ例如约405nm的辐射束3。在光学扫描装置的启动过程与记录载体扫描过程期间，辐射束沿光学扫描装置的光轴(未示出)传送，并由校直透镜4校直，它的截面强度分布则由波束成形器6成形。辐射束3然后传送通过非极化波束分离器8，接着通过极化波束分离器10，并具有在第一焦点调节透镜12与第二焦点调节透镜14之间引入的焦点。通过沿焦点调节方向15移动第一焦点调节透镜12，使辐射束3在记录载体的焦点位置上达到最佳调节。光学扫描装置的物镜系统20包括物镜透镜16，它把聚焦波前引入到辐射束3。物镜系统20还包括固体浸没透镜SIL18，它由支撑框架19固定在物镜透镜16上。在本实施例中，SIL 18具有圆锥超半球面形状，其出口面45面对外表面24。SIL的NA是1.9。

支撑框架19保证保持物镜透镜16与SIL 18的对准和间隔距离。物镜系统具有出口面45，它是平面的，并且是SIL 18的出口面45。在引入焦点后，辐射束传送通过物镜系统20，并在记录载体22上形成辐射束光点。射在记录载体22上的辐射束具有线极化。

要由光学扫描装置扫描的记录载体22被安放在光学扫描装置内的装载单元上。装载单元23包括夹持装置(未示出)，它保证记录载体22在扫描期间被牢固地和正确地夹在装载单元23的适当位置上。在记录载体22被坚固地夹在适当位置的情况下，装载单元23给记录载体22提供相对于要被使用于扫描记录载体22的数据轨道的辐射扫描光点的移位，这在本实施例中是旋转。记录载体22具有外表面24，它面对SIL 18的出口面45。在本实施例中，记录载体22由硅形成，以及外表面24是记录载体22的信息层的表面，辐射束通过该表面进入记录载体22。物镜系统20被安排在辐射源2与记录载体22之间，以及在出口面45与外表面24之间的间隙具有一个间隙尺寸，这是在出口面45与外表面之间的距离，它与光轴OA的方向一致。

例如可被记录在记录载体上的最大信息密度与被聚焦到信息层上的扫描位置的辐射光点的尺寸成反比。最小光点尺寸由两个光学参数的比值确定：辐射的波长λ和光学扫描装置的数值孔值(NA)。诸如SIL那样的物镜透镜的NA被定义为NA＝nsin(θ)，其中n是使辐射束聚焦的介质的折射率，以及θ是在该介质中聚焦的辐射圆锥的半角。很明显，对于在空气中或通过诸如平面记录载体那样的平面平行板聚焦的物镜透镜的NA的上限是1。如果辐射束在高折射率介质中被聚焦和传送到物体而在透镜与物体之间的载体-空气-介质交界面处没有折射，则透镜的NA可以超过1。这例如可以通过在具有半球形状的SIL的出口面的中心进行聚焦而达到，这里SIL非常接近该物体。在这种情形下，有效NA是NA_eff＝nNA₀，其中n是半球透镜的折射率以及NA₀是聚焦透镜在空气中的NA。进一步增加NA的可能性是使用具有超半球形状的SIL，其中超半球SIL把辐射束向光轴反射，并把它聚焦到超半球的中心的下面。在后者的情形下，有效NA是NA_aff＝n²NA₀。重要的是要指出，大于1的有效的NA_eff仅仅出现其中存在损耗波的地方在离SIL的出口面的极短的距离内。在本实施例中，出口面是在辐射照射在物体上之前光学扫描装置的最后的折射表面。该短距离优选地近似等于或小于辐射束的波长的十分之一。

当物体是光学记录载体以及光学记录载体的外表面被安排在这个短距离内时，通过趋近于零的耦合把辐射从SIL传送到记录载体。这意味着，对于使用产生具有约等于405nm的波长的辐射束的蓝色激光器辐射源和1.9的物镜系统的NA的系统，在记录载体的写入或读出期间，在SIL与记录载体之间的间隙尺寸应当小于几十纳米，例如，约25nm。

光学扫描装置包括多个光学检测路径。在第一光学检测路径上，安排有折叠反射镜26和聚焦透镜28，用于把检测辐射束聚焦到第一检测器30。

在第二个不同的检测路径上，安排有非极化波束分离器32、聚焦透镜34，用于把检测辐射束聚焦到第二检测器36、折叠反射镜38、和聚焦透镜40，用于把检测辐射束聚焦到第三检测器41。

第一检测器30、第二检测器36、和第三检测器41组成辐射检测器装置，用于生成代表在与记录载体22相互作用后的辐射中检测到的信息的检测器信号。

沿第二检测路径传送的反射线的一部分经由非极化波束分离器32和聚焦透镜34传送到第二检测器36。在第二检测器36中的信号处理电路被安排成产生主数据信号37，它是在读出过程期间在扫描记录载体22的数据轨道期间产生的。

光学扫描装置包括第一位置控制系统42，它与第一检测器30和第二检测器36以电子方式连接。第一位置控制系统42被安排成用于控制在物镜系统的出口面45与记录载体22的外表面24之间的间隙尺寸。

第一位置控制系统42包括伺服控制系统(未示出)和驱动器43。驱动器43被安排成沿间隙尺寸调节方向44移动物镜系统20。在本实施例中，驱动器包括多个永久磁铁和导电线圈。线圈被放置在永久磁铁的磁场中。线圈通过电流，并产生驱动力，它能够沿间隙尺寸调节方向44移动物镜系统20。替换地，驱动器可包括压电驱动器，用于生成驱动力以移动物镜系统20。第一位置控制系统42通过控制驱动器43移动物镜系统20到一个在其中将出现有效的趋近于零的耦合的位置而提供在间隙上辐射趋近于零的耦合。

辐射检测器30，36，41包括信号处理电路(未示出)，它被安排来处理检测器信号，以便生成误差信号，从而用于在扫描记录载体期间控制装置的特性。误差信号包括从沿第一光学检测路径传送的辐射得到的第一误差信号E1，并且该信号E1被第一位置控制系统42用于控制间隙尺寸。误差信号还包括从沿第二光学检测路径传送的辐射得到的第二误差信号E2，并且该信号E2被第一位置控制系统42用于控制间隙尺寸。沿第一光学检测路径传送的辐射和沿第二光学检测路径传送的辐射是互相正交极化的。

光学扫描装置还包括第二位置控制系统(未示出)，用于控制物镜系统20在记录载体22的外表面45上的辐射位置。第二位置控制系统包括诸如直线移位机构或旋转臂那样的粗略定位机构，用于在启动过程之前使物镜系统20定位和用于在扫描期间粗略跟踪，以及诸如跟踪驱动器那样的精细定位机构，用于在扫描期间精细跟踪。第三检测器41是推挽检测器，它包括信号处理电路以生成推挽误差信号39，该信号39被第二位置控制系统用于保持在记录载体22的数据轨道上的扫描辐射光点的径向跟踪。

图2示意地显示记录载体的结构，该载体在本实施例中是光盘，并具有沿径向延伸的扫描区域46。第二位置控制系统用于把物镜系统20定位在这样的扫描区域，以使得记录载体22可在想要的点上被扫描。扫描区域包括一个或多个数据区48，其中信息层适合于把数据存储在数据轨道(未示出)。在数据区内的每个数据轨道具有沿与记录载体的半径r一致的方向的预定宽度(未示出)。记录载体22还包括一个或多个非数据区，在其中信息层是平坦的(所谓的“镜面”)，或是预置沟槽，它可能会有晃动，并且不包含任何导致第一或第二误差信号E1，E2的调制的结构。在本实施例中，两个非数据区50，52被安排成提供扫描特性，由此辐射检测器装置能够生成误差信号，在本实施例中是第二误差信号E₂，通过它第一位置控制系统42能够控制间隙尺寸。该一个或多个非数据区50，52的每个具有沿与半径一致的方向的宽度，该宽度大于预定的数据轨道宽度。这提供公差余量，以使得当扫描非数据区50，52时，即使在辐射束光点不能精确地定位于外表面24上的轨道宽度内时，也提供误差信号。在进行启动过程之前，不可能进行精细跟踪，而只能由第二位置控制系统进行粗略跟踪到十倍或一百倍或更多的轨道宽度的精度内。非数据区50，52没有任何导致第一和第二误差信号E₁，E₂的调制的结构特性。

在本发明的优选实施例中，记录载体22的扫描区域46包括多个数据区48，至少一个非数据区位于多个数据区48的两个数据区之间。这样，非数据区可以在启动过程期间被使用，以便可以在启动后相对较快速地达到要扫描的目标数据轨道，而不管记录载体上目标数据轨道的位置。在本实施例中，扫描区域46包括多个非数据区，它包括位于外表面24上不同位置的第一和第二非数据区50，52。在本实施例中，第一和第二非数据区域50，52是同圆心的，并位于外表面24上不同的径向位置。这样，通过访问按照在启动过程期间使用的目标数据轨道的邻近性而选择的非数据区域50，52，甚至可以更快地达到目标数据轨道。

图3A和3B显示按照本发明的实施例的光学扫描装置的启动过程和扫描过程的步骤。

按照本实施例和在光学扫描装置的启动过程期间，第一位置控制系统被安排成使用第二误差信号E₂来控制间隙尺寸。启动过程包括趋近过程和分开的拉入过程。趋近过程使用开环操作。拉入过程使用伺服控制系统的闭环操作。在启动过程中，由辐射源2生成的辐射束3作为辐射束光点被引导到外表面24，正如前面说明的。第二位置控制系统改变物镜系统20的位置，以保证辐射束光点投射在记录载体22的非数据区50，52之一上。

在启动过程中，物镜系统20相对于记录载体22沿间隙尺寸的调节方向44移动。物镜系统20从第一位置移动到第二位置。在作为等待位置的第一位置处，在出口面45与外表面24之间的间隙上没有有效的趋近于零的辐射耦合。在作为最佳扫描位置的第二位置处，在间隙上有有效的趋近于零的辐射耦合。

在启动过程的第一步骤54和在趋近过程期间，第一位置控制系统被安排成使用第二误差信号E₂来控制物镜系统20从第一位置向外表面24的趋近。这种趋近沿间隙尺寸调节方向44实施。第一位置控制系统在由伺服控制系统控制间隙尺寸之前控制这个趋近。

在这个第一步骤54期间，辐射束的射线的相对较高部分与非数据区50，52相互作用。在本实施例中，这种相互作用是由一个非数据区域50，52的反射。另外，对于相对较大的间隙尺寸，在间隙上不出现有效的趋近于零的耦合。结果，射线的相对较高部分由于在SIL 18内的内部全反射(TIR)也被出口面45反射。在跨越外表面24的传输后，射线的相对较低的部分被记录载体22吸收。射线可以由形成记录载体22的材料所吸收。由于射线在与诸如凹坑和凸起那样的增强层24和/或信息层的结构特征相互作用后造成的破坏性干涉，射线也可以由外表面24本身吸收。

射线的反射部分沿光轴OA传送通过物镜系统20，并经由极化波束分离器10传送通过第二和第一聚焦调节透镜14，12，以及沿第一检测路径经由折叠反射镜26和聚焦透镜28到第一检测器30。落在第一检测器30上的反射的射线的辐射具有一定的辐射强度。第一检测器30检测这个辐射强度，并生成第一误差信号E₁。第一误差信号E₁的幅度与该强度大小有关，所以，具有相对较高的强度的辐射导致生成具有相对较高的幅度的第一误差信号E₁。沿第一检测路径传送的辐射线具有与投射在记录载体22上的辐射束的极化正交的极化。第一误差信号E₁在本实施例中在扫描过程期间被使用，正如前面说明的。

不沿第一检测方向传送的反射的射线的一部分通过极化波束分离器8并且沿第二检测路径经由非极化波束分离器32与聚焦透镜34传送到第二检测器36。落在第二检测器36上的反射的射线的辐射也具有一定的辐射强度。第二检测器36检测通过扫描一个非数据区50，52按这个辐射强度而提供的误差信号，并生成第二误差信号E₂。第二误差信号E₂的幅度与该强度大小有关，所以，具有相对较高的强度的辐射导致生成具有相对较高的幅度的第二误差信号E₂。沿第二检测路径传送的辐射线具有与投射在记录载体22上的辐射束的极化平行的极化。

在另一个步骤56，第一位置控制系统监视第二误差信号E₂。随着物镜系统20移动到靠近记录载体22和间隙尺寸减小，沿第二检测路径传送的辐射的强度增加。结果，第二误差信号E₂的幅度也增加。在启动过程的这个步骤56期间，在外表面24上的辐射束光点被散焦。因此，不是所有被外表面24反射的辐射线都直接被反射到物镜系统20，并一起传送到第二检测器36。通过移动物镜系统20使其接近于记录载体22，更多的射线被直接反射到物镜系统20，并一起传送到第二检测器36，结果，第二误差信号E₂的幅度增加。

当第一位置控制系统识别出达到了第二误差信号E₂的第一阈值T₁58时，物镜系统20向记录载体22移动的速度被减小60。第一阈值T₁对应于当辐射射线的峰值数被外表面24直接反射到物镜系统20和被第二检测器36检测到时第二误差信号E₂的峰值幅度。

在第一位置控制系统这时以减小的速度移动物镜系统20使趋于外表面24的情况下，第一位置控制系统监视62第二误差信号E₂。当第一位置控制系统识别第二误差信号E₂的第二阈值T₂已达到64时，通过移动物镜系统20趋于外表面24而对间隙尺寸所进行的控制被移交给66伺服控制系统的闭环操作。第一位置控制系统被安排成在启动过程的拉入过程期间使用第二误差信号E₂作为加到伺服控制系统的输入。第二阈值T₂相应于指示物镜系统20具有这样的位置的第二误差信号E₂的幅度，在该位置处该间隙尺寸允许在出口面45与外表面24之间的间隙上出现有效的趋近于零的耦合。对于具有相应于第二阈值T₂的幅度的第二误差信号E₂，物镜系统20的想要的设置点位置被输入68到伺服控制系统。想要的设置点位置是相对于外表面24沿物镜系统20的光轴OA的想要的位置。

在伺服控制系统的闭合反馈环的情况下，伺服控制系统通过使用第二误差信号E₂来移动物镜系统20趋向外表面24以控制70物镜系统20的当前的位置。伺服控制系统监视第二误差信号E₂。伺服控制系统可以按照第二误差信号E₂的幅度来降低物镜系统20趋向外表面24移动的速度。根据第二误差信号E₂的幅度，伺服控制系统识别72物镜系统20是否达到了想要的设置点位置。物镜系统20趋向外表面24的运动继续进行，直至它识别72物镜系统20已达到想要的设置点位置为止。在这时，伺服控制系统评估是否达到了最后的设置点位置74。最后的设置点位置相应于相对于外表面24沿物镜系统20的光轴OA上，提供想要的间隙尺寸的位置，这将允许在扫描过程期间由光学扫描装置精确地扫描记录载体22。

如果没有达到最后的设置点，则伺服控制系统输入68另一个不同的想要的设置点位置，该位置相应于物镜系统20离外表面24更接近的位置。类似于前面描述的，伺服控制系统通过使用第二误差信号E₂来控制物镜系统20趋向于外表面24的运动，直至达到另一个不同的想要的设置点位置72为止。伺服控制系统评估是否达到最后的设置点位置74。如果不是这样的情形，则伺服控制系统重复输入68另一个不同的想要的设置点位置，并以前面描述的方式移动物镜系统20趋向于外表面24。输入新的设置点位置和移动物镜系统20到这个设置点位置的重复过程保证伺服控制系统不会以这种方式移动物镜系统20，即造成物镜系统20超过最后的设置点，并有可能与外表面24碰撞。

一旦伺服控制系统识别最后设置点已达到74，则伺服控制系统就把它的控制从使用第二误差信号E₂切换到开始76使用第一误差信号E₁来控制伺服控制系统。

光学扫描装置然后进行78扫描过程，例如从记录载体22读出数据或写入数据到记录载体22。在扫描过程期间，第二位置控制信号把物镜系统20移动到外表面24上，使得辐射束光点落在记录载体22的信息层的一个数据区48的数据轨道上。装载单元23旋转，以使得记录载体22相对于辐射束光点旋转。辐射束光点聚焦在信息层24上，它在外表面24上的位置由第二位置控制系统控制，以便精确地跟踪被扫描的数据轨道。辐射束与信息层相互作用，并且辐射束的射线被信息层反射到物镜系统20。

按照前面给出的说明，这些反射的射线的一部分沿第一方向传送到第一检测器。这个反射的辐射的很大部分在出口面45和外表面24上反射后变为椭圆极化。当反射的辐射通过极化器被观察时这会造成熟知的“Maltese Cross(马尔他十字)”图案。信号处理电路按照第一检测器30的检测信号生成第一误差信号E₁。这样的生成是通过对马尔他十字图案的所有的光进行积分而实现的。第一误差信号E₁是从由第一检测器30检测到的辐射的低频(例如直流到约30kHz)部分得到的。伺服控制系统监视第一误差信号E₁，如果在扫描过程期间物镜系统20相对于外表面24的位置从最后的设置点有改变，则伺服控制系统沿间隙尺寸调节方向调节物镜系统20的位置，以便保持想要的间隙尺寸。间隙尺寸的这种控制保持在扫描过程期间有效的趋近于零的耦合。第一误差信号E₁的幅度的改变向伺服控制系统表明物镜系统20的位置从最后设置点位置的改变。

在完成扫描过程后，物镜系统20沿间隙尺寸调节方向44向远离外表面24的方向移动80。物镜系统20移动到其中在方向上不出现有效的趋近于零的耦合的位置。

在本发明的再一个实施例中和在启动过程期间，第一位置控制系统被安排成通过有选择地使用第一误差信号E₁或第二误差信号E₂而控制间隙尺寸。当间隙尺寸是相对较小时，第一位置控制系统使用第一误差信号E₁。当间隙尺寸是相对较大时，第一位置控制系统被安排成通过使用第二误差信号E₂控制间隙尺寸。这另一个实施例的启动过程类似于前面描述的实施例的启动过程，所以，在这里只描述这两个实施例之间的差别。在启动过程期间和在达到第二阈值T₂后，伺服控制系统继续沿间隙尺寸调节方向44移动物镜系统20趋向于外表面24。另外，伺服控制系统监视第一误差信号E₁的幅度。第一检测器30通过检测由一个非数据区50，52反射的辐射而生成第一误差信号E₁。当第一误差信号E₁的具有相应于不同的第三阈值T₃的幅度时，物镜系统20的位置提供允许有效的趋近于零的耦合的间隙尺寸。一旦达到第三阈值T₃，伺服控制系统的控制就从使用第二误差信号E₂改变到使用第一误差信号E₁。在与早先对前一个实施例描述的类似的重复过程中，想要的设置点位置由伺服控制系统输入，物镜系统20被移动直至达到这个想要的设置点位置为止，如果这个想要的设置点不是想要的最后的设置点位置，则输入另外的不同的想要的设置点位置，直至物镜系统20达到想要的最后的设置点位置为止。此后，扫描过程使用第一误差信号E₁进行。

按照本发明的描述的实施例，图4是显示第一误差信号E₁、第二误差信号E₂、和总的误差信号E_T随间隙尺寸变化而计算出的变化曲线图。以纳米计的间隙尺寸在表示具有0到1000nm的范围的间隙尺寸的第一轴82上画出，而误差信号的幅度在垂直于第一轴82的第二轴84上画出。误差信号的幅度被显示为由用于第一误差信号E₁的第一检测器30和用于第二误差信号E₂的第二检测器36检测的、由外表面24和出口面45的反射的辐射线的一个分数，总数为1。在图5上，第一轴86类似于图4的第一轴82，但具有更大的尺度，并且表示具有0到100nm的范围的间隙尺寸。参照图4和5，第一误差信号E₁的幅度从对于约0.0nm的间隙尺寸的约0.0的分数增加到对于约50nm的间隙尺寸的约0.26的最大分数。第二误差信号E₂的幅度从对于约0.0nm的间隙尺寸的约0.2的分数增加到对于约100nm的间隙尺寸的约0.58的最大分数。根据第二误差信号E₂，伺服控制系统能够确定高达约100nm的间隙尺寸，而根据第一误差信号E₁，伺服控制系统能够确定高达50nm的间隙尺寸。总的误差信号E_T是给定的间隙尺寸的第一和第二误差信号E₁，E₂的分数之和。对于大于约100nm的间隙尺寸，第二误差信号E₂由于Fabry-Perot效应具有振荡。

按照本发明的描述的实施例，图6和7以图形显示第一和第二误差信号E₁，E₂的随间隙尺寸变化的实验曲线。间隙尺寸示于第一轴88上，而误差信号的幅度示于垂直于第一轴88的第二轴90上。在图6上，显示第一和第二阈值T₁，T₂，而在图7上，显示第二和第三阈值T₂，T₃。

以上的实施例应当被理解为本发明的说明性例子。可以设想本发明的另外的实施例。在本发明的另外的实施例中，物镜系统包括不同的SIL。设想这样的不同的SIL可以具有与以前描述的那些不同的形状，例如，非圆锥超半球形状，或台面超半球形状，其中出口面是SIL的凸起，或是半球形状。

在本发明的描述的实施例中，记录载体具有信息层以及外表面是这个信息层的表面。替换地设想，记录载体具有信息层和覆盖层。覆盖层的一个表面是外表面，而信息层被安排在覆盖层的外表面上。在这个替换实施例中，光学扫描装置被调整，以使得在扫描过程期间辐射束通过覆盖层而被聚焦在信息层的光点上。这样的调整之一是SIL沿光轴的厚度的改变。

在本发明的详细说明的实施例中描述的记录载体由硅形成。替换地，还可以设想，记录载体具有不同的结构，它由多个层形成，例如对于只读型光盘，包括聚碳酸酯层和金属层，或电介质层的堆叠。对于可记录型光盘，多个层被设想为包括聚碳酸酯层和由具有可改变物相的材料形成的层，或磁光层或染料层。记录载体还被设想为具有不同数目的数据区和非数据区，这些区域可以与以前描述的那些有不同的安排。记录载体可包括一个以上的信息层，例如两个、三个、四个或多个。

本发明的描述的实施例详细说明具有某个波长的辐射束。可以设想，辐射束具有不同的某个波长，光学扫描装置和记录载体被适当地安排成工作在这个不同的某个波长上。在本发明的描述的实施例中的记录载体是光记录载体，然而，在另外的实施例中可以设想，光学扫描装置被修改成扫描不同的类型的记录载体，例如包括利用诸如热辅助磁记录(HAMR)的混合记录的盘或硬盘驱动器(HDD)的盘。

在本发明的描述的实施例中，单个辐射束被用于启动过程和扫描过程。替换地，可以设想，由不同的辐射源生成的不同的辐射可被用于每个启动过程和扫描过程。

在本发明的描述的实施例中，第一和第二误差信号是按照某种极化的辐射而产生的。在本发明另外的实施例中可以设想第一和第二误差信号可以按照具有不同特性的辐射而产生。另外，可以设想，第二误差信号E₂可以由与所描述的不同的检测器装置来生成；例如，第二误差信号E₂替换地可以通过使用由推挽检测器41产生的和值信号而生成。应当看到，相对于任何一个实施例描述的任何特征可以单独地被使用，或以与描述的其它的特征的组合被使用，以及也可以以与任何其它的实施例的一个或多个特征的组合，或任何其它实施例的任何组合被使用。另外，也可以利用以上没有描述的等价物和修改方案，而不背离在所附权利要求中规定的本发明的范围。

Claims

1.一种用于扫描记录载体(22)的光学扫描装置，所述记录载体具有外表面(24)，其中所述光学扫描装置包括：

a)辐射源系统(2)，它被安排来产生辐射(3)；

b)物镜系统(20)，它具有出口面(45)，所述物镜系统被安排在所述辐射源系统与所述记录载体之间；

c)辐射检测器装置，用于生成代表在与记录载体相互作用后的辐射中检测到的信息的检测器信号；以及

d)位置控制系统(42)，用于控制在物镜系统的出口面与记录载体的外表面之间的间隙的间隙尺寸，位置控制系统在所述间隙中提供趋近于零的辐射耦合，

其中光学扫描装置被安排来处理所述检测器信号以便生成误差信号，该误差信号适用于在记录载体扫描期间控制该装置的特性，所述误差信号包括第一误差信号(E₁)，以供位置控制系统用于控制所述间隙尺寸，

其特征在于，光学扫描装置被安排成生成与所述第一误差信号不同的第二误差信号(E₂)，以供位置控制系统用于控制所述间隙尺寸。

2.按照权利要求1的光学扫描装置，其中所述位置控制系统被安排成有选择地使用所述第一误差信号或所述第二误差信号来控制所述间隙尺寸，所述位置控制系统当所述间隙尺寸是相对较小时使用所述第一误差信号以及当间隙尺寸是相对较大时使用所述第二误差信号。

3.按照权利要求1或2的光学扫描装置，其中所述位置控制系统被安排成当光学扫描装置扫描所述记录载体的数据区域(48)时使用所述第一误差信号来控制所述间隙尺寸以便在扫描过程期间保持有效的趋近于零的耦合。

4.按照权利要求1，2或3的光学扫描装置，其中所述位置控制系统被安排成在启动过程期间使用所述第二误差信号来控制所述间隙尺寸，其中所述位置控制系统把所述物镜系统相对于所述记录载体从其中在所述间隙上不存在有效的趋近于零的耦合的第一位置移动到(54)其中在所述间隙上不存在有效的趋近于零的辐射耦合的第二位置。

5.按照权利要求4的光学扫描装置，其中所述位置控制系统包括伺服控制系统，以及其中所述位置控制系统被安排成使用所述第二误差信号作为在所述驱动过程期间加到所述伺服控制系统的输入。

6.按照权利要求4或5的光学扫描装置，其中所述位置控制系统包括伺服控制系统，以及其中所述位置控制系统被安排成使用所述第二误差信号在所述启动过程期间和在使用所述伺服控制系统之前控制所述物镜系统趋近到所述记录载体。

7.按照权利要求4，5或6的光学扫描装置，其中所述位置控制系统包括伺服控制系统，以及其中所述位置控制系统被安排成使用所述第二误差信号在所述启动过程期间去控制向所述伺服控制系统移交(66)。

8.按照任何前述权利要求的光学扫描装置，其中所述光学扫描装置包括多个光学检测路径，以及其中所述第一和第二误差信号是分别从在第一光学检测路径中的第一辐射和在第二个不同的光学检测路径中的第二辐射得出的。

9.按照权利要求8的光学扫描装置，其中所述第一辐射和所述第二辐射是互相正交地极化的。

10.一种在光学扫描装置中使用的记录载体(22)，所述记录载体具有外表面(24)，其中所述光学扫描装置包括：

a)辐射源系统(2)，它被安排来产生辐射(3)；

d)第一位置控制系统(42)，用于控制在物镜系统的出口面与记录载体的外表面之间的间隙的间隙尺寸，位置控制系统提供在所述间隙上趋近于零的辐射耦合；以及

e)第二位置控制系统，用于控制所述物镜系统在光盘的外表面上的定位，

其中所述记录载体包括扫描区域(46)，所述物镜系统通过使用所述第二位置控制系统可定位于其上，

其中所述扫描区域包括：

一个或多个数据区(48)，用于在数据轨道中存储数据，所述数据轨道具有预定的宽度；以及

一个或多个非数据区(50，52)，被安排来提供扫描特征，由此所述辐射检测器装置能够生成误差信号，通过该误差信号所述第一位置控制系统能够控制所述间隙尺寸，所述一个或多个非数据区具有的宽度大于所述预定的数据轨道宽度。

11.按照权利要求10的记录载体，其中扫描区域包括多个数据区，以及其中至少一个非数据区位于所述多个数据区的两个数据区之间。

12.按照权利要求10或11的记录载体，其中扫描区域包括位于所述外表面上的不同的位置的多个非数据区。

13.一种扫描按照权利要求10到12的任一项的记录载体的方法，所述方法包括使用所述光学扫描装置扫描所述记录载体，所述方法包括：

-使用所述第二位置控制系统把所述物镜系统定位于非数据区(50，52)；以及

-通过使用所述辐射与所述非数据区相互作用生成的误差控制信号以便使用所述第一位置控制系统来控制所述间隙尺寸。