CN101213600A - 切向盘倾斜测量和校正行动 - Google Patents

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CN101213600A CNA2006800238329A CN200680023832A CN101213600A CN 101213600 A CN101213600 A CN 101213600A CN A2006800238329 A CNA2006800238329 A CN A2006800238329A CN 200680023832 A CN200680023832 A CN 200680023832A CN 101213600 A CN101213600 A CN 101213600A
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Abstract

测量切向盘倾斜并为回应行动做准备的方法和在光盘播放器/记录器内的系统。光盘不可避免地表现出某种程度的翘曲。通过确定盘上方的切向倾斜角并将这些倾斜角与规定的允许最大倾斜角进行比较，在超过最大倾斜角时采取行动以停止运行，或者对切向透镜倾斜进行调节，以利用适合于高转速的带宽对切向盘倾斜进行补偿。

Description

切向盘倾斜测量和校正行动
技术领域
本发明涉及光盘播放器记录器，尤其涉及由于翘曲而采取的校正行动，这种翘曲出现在用在播放器/记录器中的光学介质中。
背景技术
光盘技术持续增加用于可记录在光盘上的数据的密度。可记录在光盘上的最大数据密度随着聚焦在盘上的激光点的大小逆向变化。点的大小由两个光学参数之比确定：激光的波长λ与物镜的数值孔径(NA)因此，最近的标准已提供了具有短波长的光束源，如激光二极管。在这些标准中有采用约405nm的波长的蓝光盘(BD)和HTDVD。为了降低点的大小，现已引入了增加NA的光学构造。在这些光学构造中有近场构造，这些近场构造具有所聚焦的记录载体与记录载体之前的光学路径中的最终光学透镜之间的非常短的距离。
现有技术中的问题在于，大多数储存介质不可避免地表现出某种程度的翘曲。一旦翘曲的盘用在光盘系统中，这种翘曲就会导致倾斜。对于廉价的盘尤为如此，如厚度约为1.2mm的注模聚碳酸酯盘，这种厚度通常受限于材料成本以及拾音器和驱动器的高度。若将注模聚碳酸酯盘用在采用典型的近场透镜设置的光学系统中，那么所允许的最大机械倾斜误差约为±1.25mrad或者±0.07°。这种典型的近场透镜设置具有40μm的固体浸没透镜(SIL)出口表面直径和SIL出口表面与盘之间的25nm的气隙。这种小误差要求精确的对准，但即便如此，这种误差也“危险地”接近于切向倾斜角，这种切向倾斜角可出现在实际记录器载体中，尤其是在质量低的盘中。
发明内容
因此，为了克服前面描述的现有技术中的缺陷，本发明提出以快速而廉价的方式在盘的上方确定切向倾斜角。然后检查这些倾斜角以确保它们小于所允许的倾斜角的规定最大值。对实施例进行了描述，其中，运行停止或盘完全被播放/记录器拒绝。其它的实施例利用带宽对切向透镜倾斜进行动态调节，以补偿切向盘倾斜，这种带宽适合于高转速并因此而适合于数据速度。这种活动倾斜控制可改进介质制造误差和/或指定介质质量的驱动性能和可靠性。
附图说明
图1是示出了空气中透镜聚焦的视图；
图1b是示出了半球形SIL中透镜聚焦的视图；
图1c是示出了齐明超半球形SIL中透镜聚焦的视图；
图2是可与近场播放器一起使用的光学装置的示意图；
图3是盘旋转期间轴向跳动的示例的视图，盘的旋转具有周期P，周期P指明了局部切向倾斜角；
图4是在聚碳酸酯盘上几乎两个旋转的轴向跳动和对应的切向倾斜的视图，这种聚碳酸酯盘具有1.2mm的厚度且约为35mm；以及
图5是示出了用于倾斜角控制的信号和电路的视图。
具体实施方式
图1a示出了穿过空气介质聚焦在点的物镜12。物镜12的数值孔径(NA)限定为NA＝nsin(θ)，其中，n是光所聚焦的介质的折射指数，θ是该介质中聚焦光锥的半角。本领域中熟练的技术人员将会理解，在空气中聚焦或穿过平行平面(如平坦的盘)聚焦的物镜12的NA的上限具有同一性。
图1b示出了聚焦在半球形固体浸没透镜(SIL)15的中心的物镜14。若将光聚焦在高指数介质中而不在空气与介质接触面折射，则透镜的NA可超过同一性，例如，通过聚焦在半球形SIL15的中心，如在图1b中示出的那样。示于图1b中的半球形SIL具有NAeff＝nlensNA0的有效NA，且nlens是半球形SIL15的折射指数，NA0是聚焦物镜14在空气中的NA。
图1c示出了可通过物镜16聚焦在超半球形SIL17以将光束朝向光轴折射来实现NA的增加。示于图1c中的超半球形SIL17具有Naeff＝n2NA0的有效NA。应注意到，有效的NAeff仅会在极短的距离内大于同一性，这种短距离称为近场。近场是来自超半球形SIL17的出口表面的非常短的距离，且通常小于光的波长的1/10。因此，在写或读出光盘期间，超半球形SIL17与盘之间的距离小于几十纳米。
若将光学记录载体的入口面布置在这个短距离(近场)内，则辐射通过渐消耦合从超半球形SIL17发送到记录载体。这就意味着在写或读出光盘期间，超半球形SIL17与盘之间的距离或隙宽应小于几十纳米，例如，对于将蓝色激光器用作辐射源的系统和NA为1.9的物镜系统来讲，约为25nm。在通常在本领域中称为空气入射光学记录载体中，信息层的一个侧面与基板接触且另一侧暴露给外界。这种记录载体的入口面时信息层与外界的接触面。或者，信息层可由记录载体的入口面的外表面上的薄透明层保护而不受外界的干扰，在此情形中，超半球形SIL17必须进行透明层厚度的校正。
为了在这种短距离对气隙的宽度进行控制，采用由伺服系统控制的机械致动器。要求适当的控制信号作为用于控制气隙宽度的伺服系统的输入。正如T.Ishimoto等人于2001年在圣达菲在“Tech Dig.Optical Data Storage”上发表的“Optical Memory”一文中所教导的那样，可从反射光中获得适当的间隙信号，且偏振状态垂直于聚焦在记录载体上的前向辐射束的偏振状态。在SIL与空气与记录载体的接触面反射之后，大量的光被椭圆形地偏振：这种结果在穿过交叉偏光镜观察时产生公知的马耳他十字。利用偏振光学装置和可以是单光电探测器的辐射探测器将这种马耳他十字的所有的光结合生成间隙信号。对于零隙宽而言，这种间隙信号的值为零，且间隙信号值随着隙宽的增加而增加，并在隙宽约为波长的1/10时达到最大。理想的隙宽对应于间隙信号的某个值，即定点。将间隙信号和等于定点的固定电压输入减法器，这种减法器在其输出形成进行误差信号。间隙误差信号用于控制间隙伺服系统。
图2是近场结构的示意图，这种近场结构用20表示。近场结构20是能够形成间隙控制信号的扫描设备。激光器21产生与近场结构20一起使用的光束。用于近场结构20的光的波长是短波长。例如，示于图2中的近场结构20采用带有405nm的波长的激光器21，这种405nm的波长通常用在蓝光盘(BD)类型的光学介质中。不过，本领域中熟练的技术人员会明白，可将各种波长用在其它近场结构中。准直透镜22从激光器21接收光束并形成经过准直的光束，这种经过准直的光束由光束形成器23成形。非偏振光束分光器(NBS)24从光束形成器23向偏振光束分光器(PBS)25发送光束的一部分。PBS25接着向聚焦光学装置26发送光束的一部分。聚焦光学装置26具有调节机构，这种调节机构为将入射到光学介质10上的光束的焦距的调节做准备。在聚焦光学装置26与光学介质10之间是透镜27和SIL28，透镜27和SIL28以前面所描述的方式产生近场。如图2所示，1.9的NA由透镜27和SIL28所形成的近场结构产生。本领域中熟练的技术人员会会理解，示于图2中的示例仅仅是一种简单的实施方式，各种透镜构造可用于替代透镜27和SIL28，且可产生不同于1.9的NA的数值孔径。由光学介质10反射的光会穿过近场返回到SIL28并穿过透镜27，且一部分会由PBS25反射到偏光镜71。半波板(λ/2)73在来自偏光镜71的光中产生180°的相位偏移。来自半波板73的相位偏移光束由PBS74穿过透镜76部分地反射，以由探测器25探测。PBS74将来自半波板73的光的余下部分传递到镜77上，镜77穿过透镜78将这部分光反射到探测器79上。
仍参看图2，由光学介质10反射但未由PBS25反射到偏光镜71的光被发送到NBS24，NBS24穿过半波板(λ/2)81反射这种光的一部分，半波板81将这种光偏移180°。这种光的一部分由PBS82从半波板81穿过透镜85反射到探测器91上。未由PBS82反射的光被传递到NBS83，NBS83会穿过透镜86将这种光的一部分反射到探测器92上并将余下部分传递到即84，镜84穿过透镜87将这部分光反射到探测器93上。
近场结构20采用两个RF信号探测器。第一RF探测器是探测器91，用“RF//pol”表示，并且用于光的探测，这种光被偏振成平行于聚焦在光学介质10上的前向辐射束并含有从信息层读出的信息。第二RF探测器是探测器75，用“RF⊥pol”表示，并且探测光，这种光被偏振成垂直于聚焦在光学介质10上的前向辐射束的偏振方向。间隙信号(GS)源自被偏振成垂直于聚焦在光学介质10上的前向辐射束的偏振方向的光的低频部分(如DC至30kHz)(“RF⊥pol”信号)。
正如在前面所描述的那样，储存介质尤其是廉价介质，如注模聚碳酸酯盘，不可避免地表现出某种程度的翘曲。温度和/或湿度的变化也会影响这些介质的形状。用于控制良好的常规盘技术的典型的最大切向倾斜角以0.03°＝0.5mrad的次序，但较大的角度往往出现在质量较低的盘中。以径向方向的倾斜通常较大，但也非常慢地变化，并因此而可通过调节盘相对于光轴的角度或反过来通过整个光学拾音单元(OPU)的倾斜来进行测量和对径向位置的所有范围进行补偿。同样的方法可用于测量和补偿平均或(由于盘的失准而导致的)“DC”切向倾斜。余下的切向倾斜会理想地仅含有来自盘的形状作用。
对于带有40μm的SIL出口表面直径和25nm的气隙的典型近场透镜来讲，所允许的最大机械倾斜误差为±1.25mrad或者±0.07°。这种小误差要求精确的对准，但即便如此，这种误差也“危险地”接近于切向倾斜角，这种切向倾斜角可出现在实际记录器载体中，尤其是在质量低的盘中(例如，见图3)。已经提出的准静止方法并未提供实际的解决方案，因为这往往要求极低的盘转速并因此而要求非常低的数据速度。
因此，实施例提出以快速而廉价的方式在盘的上方确定切向倾斜角，并检查这些倾斜角以确保它们小于所允许的倾斜角的规定最大值，否则，停止运行并拒绝这种盘，或在最后动态调节切向透镜倾斜，以用适合于高转速并因此而适合于数据速度的带宽补偿切向盘倾斜。这种活动倾斜控制可改进介质制造误差和/或指定介质质量的驱动性能和可靠性。
图3是轴向跳动32的示例，这种轴向跳动通常称为“r”，并且可在盘的旋转期间出现，盘的旋转用箭头P表示。图3表明了因盘的轴向跳动而出现的局部切向倾斜角。轴向跳动导致局部切向倾斜角。
图5是示出了用于控制倾斜角的信号和电路的视图。局部切向倾斜角通过间隙信号测量，像前面所描述的那样或利用其它方法生成这种间隙信号，且这种信号到达间隙伺服系统52。间隙伺服系统52生成间隙控制/跳动信号51，将这种信号51输入透镜倾斜致动器53，透镜倾斜致动器53包括近场透镜组件，并且还将这种信号51输入倾斜角计算57。还将来自间隙致动器55的用于切向位置(盘的线性速度)的测量信号56输入倾斜角计算57。倾斜角计算可利用这些输入提供用于局部切向倾斜角的良好测度。
间隙控制/跳动信号51与由轴向跳动所确定的盘的位移成正比。可利用任何常规持续确定轴向跳动。在具有近场透镜组件的现有驱动器中通常有生成控制信号51和确定局部切向倾斜角所要求的光学装置和硬件。因此，对现有的软件修改较少，且控制信号全部是提供用于局部切向倾斜角的良好测度所要求的控制信号。
仍参看图5，倾斜角计算57通过取相对于切向位置x的跳动r的导数来生成倾斜角。实际上，相对于切向位置x的跳动r的导数会产生切向，可将这种切向近似为等于小角度时的p。将由倾斜角计算57计算的倾斜角输入倾斜控制装置59，这种倾斜控制装置59生成到透镜倾斜致动器53的倾斜控制信号61，以将盘10保持在控制之下。可从用于给定时钟频率的线性盘速度获得目前的切向位置x。作为示例，可将这种导数计算为Δr/Δx，其中，Δr是跳动r(可能是修匀形式)的连续试样之间的差异，且Δx是以前面所提及的跳动r的试样之间的时间间隔的以切向方向的位移。在跳动r的固定采样频率，Δx将会是常数，可直接从线性盘速度和采样频率来计算这种常数。
作为示例，可以用这种方式从跳动测量值计算倾斜角，如图4所示。图4示出了轴向跳动41和对应的切向倾斜45，切向倾斜45几乎在盘的两个旋转中发生，如厚度为1.2mm、半径约为35mm的聚碳酸酯盘。正如可从图4中清楚地看出的那样，切向倾斜45在用于轴向跳动41的最大和最小点为零。
或者，来自远场焦点致动器的焦点控制信号可用于提供局部切向倾斜角。这样做的优点在于透镜与盘之间的距离要大得多，这样，这种方法对于盘和近场透镜而言完全是安全的。
可通过减小最大切向倾斜角而不是通过减小跳动信号的峰至峰值来改进这些盘倾斜校正方法。
为了检查切向倾斜角，一旦所计算的倾斜角超过某个规定值(这是指如系统的规范之外的严重变形的盘，这种盘的倾斜角接近于或甚至大于最大透镜倾斜与透镜和盘之间的机械倾斜余量之和)，强烈推荐将透镜抽回以免损坏透镜和/或盘，停止驱动器的运行并用相应的误差消息将盘拒绝。此外，应注意，可利用近场透镜结构来实现上述内容，或者，也可使用前面所描述的远场透镜。
或者，若盘被翘曲但并未达到在系统规范之外的程度，可实行对切向透镜倾斜的动态调节。可通过动态调节近场透镜的切向倾斜来(部分地)补偿切向盘倾斜。透镜的有用倾斜范围受限(通常利用间隙信号限制到约0.5mrad透镜场调节)，高度优选记录载体的预对准，如在静止盘上，以使本发明所提出的动态方法仅需校正盘形状中的局部变化(预对准减小“DC”倾斜偏移)。
透镜倾斜机构的带宽及其控制系统需足够地高，以用于盘的高转速进而用于数据速度，即几倍于盘的最大转速(以几百Hz或更高次序的带宽)，以跟随盘的形状变化。这就意味着受控元件的质量需要相当地小。出于这种原因，光学拾音单元(OPU)倾斜或盘电机倾斜就不太适合于动态切向倾斜校正，且如通过所称的3D致动器进行的直接倾斜行动是最有希望的选择，如目前在商业产品中所使用的3D致动器。将透镜倾斜以对适当的控制信号做出回应，这种倾斜与由如对第一点所描述的方法所确定的切向倾斜角成比例。然后将这种控制信号用在倾斜控制系统中，以通过倾斜(3D)致动器或类似的装置调节透镜倾斜，如在图5中示意性地示出的那样，这种倾斜控制系统如前馈系统。
为了避免与间隙伺服系统的稳定性有关的问题，应避免太大的透镜倾斜。例如，这可在倾斜控制电路中通过将输出倾斜控制信号限制到预定的安全值来进行。间隙信号(GS)的当前值也可用作运行安全控制信号：它的值不应降到某个分数以下，如其标称值的0.9。

Claims (24)

1.一种用于处理光盘系统中的倾斜的方法，所述方法包括：
利用用于光学介质的轴向跳动测量值确定光盘系统中所述光学介质的切向倾斜角；
将所述倾斜角与预定的阈值进行比较；以及
在满足所述预定的阈值时通过补偿所述倾斜角或不允许在所述光盘系统中使用所述光学介质来对所述比较步骤做出回应。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：利用来自焦点致动器的焦点控制获得所述切向倾斜角。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于：利用表明近场间隙宽度的控制信号获得所述切向倾斜角。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于：从近场间隙致动器获得表明所述近场间隙宽度的所述控制信号。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述确定还包括获取相对于切向位置的轴向跳动的变化速度，所述切向位置表示线性盘速度。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于：所述确定还包括获取相对于切向位置的轴向跳动的变化速度，所述切向位置表示切向倾斜角。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述回应还包括采取行动以避免对光学装置的损坏。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述回应还包括调节所述近场透镜的倾斜。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于：所述回应还包括在调节所述近场透镜的倾斜之前将所述光盘预对准。
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于：所述预对准还包括在所述光盘静止时将所述光盘预对准。
11.如权利要求8所述的方法，其特征在于：所述调节所述近场透镜的倾斜还包括以所述光盘的最大转速的多个倍数调节所述倾斜。
12.如权利要求8所述的方法，其特征在于：所述调节所述近场透镜的倾斜还包括将最大倾斜限制到预定的最大值。
13.一种用于处理倾斜的光盘系统，所述光盘系统包括：
切向倾斜角确定设备，所述切向倾斜角确定设备利用光学介质的轴向跳动的测量值确定光盘的切向倾斜角；
比较机构，所述比较机构将所述切向倾斜角与预定的阈值进行比较；以及
补偿设备，所述补偿设备对所述比较机构的结果做出回应，以在满足所述预定的阈值时校正所述倾斜角或者不允许在所述光盘系统中使用所述光学介质。
14.如权利要求13所述的系统，其特征在于：利用来自焦点致动器的焦点控制获得所述切向倾斜角。
15.如权利要求13所述的系统，其特征在于：利用表明近场间隙宽度的控制信号获得所述切向倾斜角。
16.如权利要求15所述的系统，其特征在于：从近场间隙致动器获得表明所述近场间隙宽度的所述控制信号。
17.如权利要求13所述的系统，其特征在于：所述切向倾斜角确定设备采用相对于切向位置的轴向跳动的变化速度来确定所述切向倾斜角，所述切向位置表示所述光盘的线性盘速度。
18.如权利要求14所述的系统，其特征在于：所述切向倾斜角确定设备还包括获取相对于所述切向位置的所述轴向跳动的变化速度来推导所述切向倾斜角的正切。
19.如权利要求13所述的系统，其特征在于：所述补偿设备还包括通过采取行动以避免对光学装置的损坏来做出回应。
20.如权利要求13所述的系统，其特征在于：所述补偿设备通过调节近场透镜的倾斜来做出回应。
21.如权利要求20所述的系统，其特征在于：所述补偿设备通过在调节所述近场透镜的所述倾斜之前将所述光盘预对准来做出回应。
22.如权利要求21所述的方法，其特征在于：所述补偿设备在所述光盘静止时将所述光盘预对准。
23.如权利要求20所述的方法，其特征在于：所述调节所述近场透镜的所述倾斜还包括以所述光盘的最大转速的多个倍数调节所述倾斜。
24.如权利要求20所述的方法，其特征在于：所述调节所述近场透镜的所述倾斜还包括将最大倾斜限制到预定的最大值。
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