CN101529507A - 光学拾取单元，用于记录/再生数据的设备，用于控制该设备的方法，控制方法和记录介质 - Google Patents

光学拾取单元，用于记录/再生数据的设备，用于控制该设备的方法，控制方法和记录介质 Download PDF

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Abstract

本发明公开了光学拾取单元、用于记录/再生数据的设备、控制方法和记录介质。所述光学拾取单元和记录/再生设备中的每一个都包括近场透镜，并且使用了圆锥形的高折射透镜，以便有效地利用近场。两个透镜单元需要与传统的记录介质兼容。根据记录介质和透镜之间的距离而设计透镜单元，并且透镜单元的倾斜或振动受到控制。

Description

光学拾取单元，用于记录/再生数据的设备，用于控制该设备的方法，控制方法和记录介质
技术领域
本发明涉及光学拾取单元、用于记录/再生数据的设备、控制方法和记录介质，并且更具体地涉及光学拾取单元、利用近场的记录/再生设备、用于有效地利用光学拾取单元和记录/再生设备的控制方法以及同时使用的记录介质。
背景技术
通常，光学记录/再生装置已经被用于在/从记录介质中(例如，光盘(CD)或数字化视频光盘(DVD))记录/再生数据。
随着消费者的品味提高，消费者需要用于处理高质量移动图像的技术。随着移动图像压缩技术的发展，消费者也需要高密度记录介质。
在用于研制高密度记录介质的各种核心技术中，一种有代表性的技术是与光学拾取单元有关的技术。
上面提到的记录介质的记录密度受照射到记录介质的记录层上的光学信号直径的影响。换句话说，会聚到记录介质上的光学信号的直径越小，记录密度越高。
在这种情况下，会聚的光学信号的直径主要取决于两种因素。一种因素是表明用于会聚光学信号的透镜的通过量的数值孔径(NA)，并且另一种因素是会聚到透镜上的光学信号的波长。
会聚的光学信号的波长越短，记录密度越高。因此，短波长光学信号用于增加记录密度。如果代替红色光学信号而使用了蓝色光学信号，则记录密度变得更高。
然而，采用普通透镜的远场记录系统的头在衍射光学信号方面具有局限性，从而在减小光学信号的直径方面具有局限性。
为解决上面提到的问题，许多研发人员正在深入地研究基于近场光学的近场记录(NFR)装置，从而使NFR装置能够记录或再生比光学信号的波长小的信息。
包含近场形成透镜的NFR装置利用具有比物镜的折射率大的折射率的改进型近场形成透镜获取小于衍射限制的光学信号。
光学信号被构造成倏逝波形式，并随后传播到邻近界面或者边界的记录介质，从而高密度位信息被存储在记录介质中。在这种情况下，为便于描述，用于形成倏逝波的区域被称为近场。
发明内容
技术问题
然而，上面提到的传统技术具有以下问题。
上面提到的基于近场的光学记录/再生装置不能与传统的记录介质兼容。
此外，上面提到的光学记录/再生装置难以解决由遇到的倾斜或振动而引起的碰撞问题，并同时维持记录介质和透镜之间的预期的短距离。
技术方案
因此，本发明涉及光学拾取单元、用于记录/再生数据的设备、控制方法以及记录介质，基本上消除了由于现有技术的局限性和缺点而引起的一个或多个问题。
本发明的一个目的是提供一种适合用于近场记录/再生装置的透镜、装配有所述透镜的光学拾取单元、和/或装配有所述透镜的光学记录/再生设备。
本发明的另一个目的是提供一种能够利用传统记录介质的近场记录/再生设备。
本发明的另一目的是提供用于利用近场记录/再生设备有效地控制倾斜或振动的方法和设备。
本发明的另一目的是提供能够有效地用于近场记录/再生设备的记录介质。
有益效果
根据本发明，有可能提供有效的透镜单元，以便当在/从记录介质上记录/再生数据时执行记录/再生。
根据本发明，有可能将近场记录介质和远场记录介质一起使用。
根据本发明，有可能当在/从记录介质上记录/再生数据时有效地控制倾斜或振动。
根据本发明，有可能提供用于采用近场记录或再生的记录介质。
附图说明
为提供对本发明的进一步理解而被包含的以及含入并构成本申请一部分的附图解释说明了本发明的实施例，而且和说明书一起用于解释本发明的原理。图中：
图1为解释说明根据本发明的记录/再生设备的方块图；
图2为解释说明包含在根据本发明的记录/再生设备中的光学拾取单元的方块图；
图3为解释说明根据本发明的光学拾取单元的透镜和记录介质的横截面图；
图4A-4C为根据本发明的实施例的记录/再生设备的近场形成透镜的横截面图；
图5为解释说明根据本发明的受近场形成透镜的厚度(d)变化影响的球面像差变化的对应曲线图；
图6为解释说明近场形成透镜和用于补偿根据本发明的近场形成透镜的球面像差的物镜的横截面图；
图7A和7B为解释说明根据本发明另一实施例的记录/再生设备的近场形成透镜的透视图；
图8为解释说明受根据本发明的透镜和记录介质之间的间隔影响的间隙误差(GE)信号变化的相关图；
图9为解释说明根据本发明的间隔控制方法的流程图；
图10为解释说明根据本发明另一实施例的包含在记录/再生设备中的透镜和记录介质的横截面图；
图11A显示出根据本发明的透镜和记录介质；
图11B为根据本发明的在图11A中所示的虚线圆圈部分的局部放大图；
图12A为根据本发明的记录介质的振动示例；
图12B为由根据本发明的记录介质振动而引起的变化曲线；
图13为解释说明受根据本发明的透镜的数值孔径(NA)影响的球面像差变化的相关图；并且
图14A和14B为解释说明根据本发明的记录介质的透视图。
最佳方式
本发明另外的优势、目的和特征将部分在随后的说明中阐明，并且当本领域技术人员分析下述内容时部分将是显而易见的，或者可以从本发明的实施中获知。通过在书面的说明书和本文的权利要求以及附图中具体指出的结构，能够实现和达到本发明的目的及其它优势。
为实现这些目的和其它优势，并且根据本发明的目的，如在本文中包含并广义描述的，光学拾取器包括：第一透镜单元，所述第一透镜单元包括第一物镜和高折射透镜；第二透镜单元，所述第二透镜单元包括第二物镜；以及分离/组合单元，所述分离/组合单元用于分离或组合通过所述第一或第二透镜单元的光学信号的路径。
优选地，在第一透镜单元和第二透镜单元之间存在高度差。
优选地，根据记录/再生操作期间的倾斜限制角或振动范围确定所述高度差。
优选地，第二透镜单元和记录介质之间的距离不超过焦距。
优选地，第一透镜单元的中心轴和第二透镜单元的中心轴之间的最小中心距离等于第一透镜单元的半径和第二透镜单元的半径之和。
优选地，中心距离的最大值比最小中心距离大2mm。
优选地，所述高折射透镜具有的折射率至少为2。
优选地，第一透镜单元的数值孔径(NA)为1.45-1.85。
优选地，光学系统的数值孔径(NA)小于记录介质的基片或钝化层的折射率。
优选地，所述高折射透镜具有球面像差，并且第一物镜补偿所述高折射透镜的球面像差。
优选地，所述高折射透镜被构造成圆锥形结构形状。
优选地，所述高折射透镜的一端为半球形的，以面对所述第一物镜，并且所述高折射透镜的另一端为圆锥形的，以面对记录介质。
优选地，所述圆锥形结构的底部区域的直径为30μm-40μm。
在本发明的另一方面中，提供了一种用于记录/再生数据的设备，所述设备包括：第一透镜单元，所述第一透镜单元包括第一物镜和高折射透镜；第二透镜单元，所述第二透镜单元包括第二物镜；分离/组合单元，所述分离/组合单元用于分离或组合通过所述第一或第二透镜单元的光学信号的路径；信号发生器，所述信号发生器用于利用从所述第一透镜单元接收的光学信号产生对应于所述第一透镜单元和记录介质之间的间隔的控制信号；以及控制部，所述控制部被构造成利用所述控制信号将所述第一透镜单元和记录介质之间的间隔控制在一预定的范围内。
优选地，所述信号发生器产生对应于从所述高折射透镜全部地反射的光学信号的强度的控制信号。
优选地，所述控制部能够使控制信号维持在预定的数值。
优选地，所述控制部将高折射透镜的倾斜限制到最大值为0.1°。
优选地，所述控制部将所述记录介质的振动范围限制到最大值为0.1mm。
在本发明的另一方面中，提供了一种控制方法，所述方法包括：检测相互隔开一预定距离设置的透镜和记录介质之间的物理倾斜限制角；检测入射到透镜上的光学信号的光学限制入射角；以及将所述物理倾斜限制角与所述光学限制入射角进行比较，并且基于这两个角中的较小者控制所述透镜或记录介质的倾斜。
优选地，物理倾斜限制角的检测步骤包括：采用公式 α = tan - 1 ( d r ) 检测物理倾斜限制角，其中，“d”为透镜和记录介质之间的距离，并且“r”为面对记录介质的透镜的横截面的半径。
优选地，所述方法进一步包括：利用检测到的物理倾斜限制角控制透镜的倾斜。
优选地，所述透镜的中心轴和记录介质之间的角度被限制为0.085°-0.115°。
优选地，光学限制入射角的检测步骤包括：利用慧形像差检测光学限制入射角。
优选地，所述方法进一步包括：限制所述记录介质的振动范围。
优选地，所述记录介质的振动范围被限制到0.1mm。
用在记录/再生设备中的记录介质包括：至少一个记录层，其中，第一记录层的位置是固定的。
单层记录介质的第一记录层L0和多层记录介质的第一记录层L0被设置在相同的位置，从而记录/再生设备能够很容易地接近所述第一记录层(L0)。
在这种情况下，所述记录介质可以包括钝化层，并且所述钝化层的厚度根据物理倾斜限制角而确定。所述钝化层具有5μm的厚度。
将要理解，前面对本发明的概括说明和后面对本发明的详细说明都是示例性和解释性的，并且希望提供对所要求保护的本发明的进一步解释说明。
关于本发明的方式
现在将详细地参照本发明的优选实施例，附图中解释说明其实例。在任何可能的地方，贯穿附图将使用相同的参考数字以代表相同或相似的部件。
在描述本发明之前，应当注意在本发明中公开的大多数术语对应于本领域公知的通用术语，但必要时申请人选择了一些术语并且将在下文中在对本发明的以下描述中公开。因此，优选的是，由申请人定义的术语应当基于它们在本发明中的含义理解。
图1为解释说明根据本发明的记录/再生设备的方块图。下文中将参照图2和3描述上面提到的记录/再生设备。
参照图1，光学拾取单元(P/U)1将光学信号照射到记录介质上，会聚从记录介质反射的光学信号，并产生预期的信号。
光学拾取单元1的光学系统(未示出)能够被构造为如图2所示。
图2为解释说明包含在根据本发明的记录/再生设备中的光学拾取单元的方块图。
包含在光学拾取单元1中的光学系统包括光源10、分离/组合单元20和30、透镜单元40以及第一和第二光检测单元60和70。
光源10可以采用具有良好线性的激光器实现。例如，光源10可以采用激光二极管。
将从光源10发射的光学信号可以是平行的光学信号，从而平行的光学信号将照射到记录介质上。因此，为了实现平行的光学信号，诸如准直器这样的透镜可以被设置到从光源10发射的光学信号的行进路径上。
分离/组合单元20和30将在相同方向上接收的光学信号的路径相互分离，或者将在不同方向上接收的其它光学信号的路径组合起来。
根据本发明的设备包括第一分离/组合单元20和第二分离/组合单元30，并且所述第一和第二分离/组合单元20和30的详细描述将在下文中进行说明。
所述第一分离/组合单元20使入射的光学信号部分通过，并且使入射的光学信号部分反射。根据本发明，所述第一分离/组合单元20采用非偏振分束器(NBS)实现。
第二分离/组合单元30根据偏振方向仅通过特定方向的偏振。根据本发明，第二分离/组合单元30可以采用偏振分束器(PBS)实现。
例如，在利用线偏振的情况下，第二分离/组合单元30可以仅通过垂直偏振分量，同时反射水平偏振分量。另外，第二分离/组合单元30也可以仅通过水平偏振分量，同时反射垂直偏振分量。
透镜单元40将从光源10发射的光学信号会聚到记录介质50上。
图3为解释说明根据本发明的光学拾取单元的透镜和记录介质的横截面图。参照图3，根据本发明的透镜单元40包括物镜41和高折射透镜42，二者设置在如下所述的路径上，即，沿着所述路径，从物镜41产生的光学信号入射到记录介质50上。
换句话说，由于透镜单元40包括高折射透镜和物镜41，从而透镜单元40的NA增加，导致出现倏逝波。
在这种情况下，为便于描述并更好地理解本发明，所述高折射透镜42被称为近场形成透镜。
近场形成透镜42可采用固态浸没透镜(SIL)实现，或者也可以采用通过切割球形透镜而形成的半球形透镜或超半球形透镜实现。近场形成透镜42的详细实施例将在下文中参照附图进行描述。
根据近场形成透镜42的第一实施例，近场形成透镜42可以通过切割球形透镜的一端而制造，如图4所示。如果球形透镜被切割，能够获得具有不同厚度(d)的近场形成透镜42的各种尺寸，如图4所示。图4A-4C为根据本发明一种实施例的记录/再生设备的近场形成透镜的横截面图。
图5为解释说明根据本发明的受近场形成透镜的厚度(d)变化影响的球面像差变化的对应曲线图。受近场形成透镜42的厚度影响的球面像差显示在图5中。图4A的球面像差在点“d1”处指示。图4B的球面像差在点“d2”处指示。图4C的球面像差在点“d3”处指示。
如图5所示，如果近场形成透镜42具有的厚度为d1或d3，则不存在球面像差。点d1或d3被称为等光程点。在采用如图4A或4C所示的不具有球面像差的近场形成透镜42的情况下，能够最小化由球面像差引起的影响。
在这种情况下，透镜单元的有效数值孔径(NA)与记录介质的折射率具有恒定的关系。在这种情况下，NA代表包括上面提到的近场形成透镜42的透镜单元40的NA总数。
当使用半球形近场形成透镜时获取的第一NA和当使用超半球形近场形成透镜时获取的第二NA可采用以下公式计算。
[公式]
NA1＝近场形成透镜的折射率(n)*sinθ
NA2＝近场形成透镜的折射率(n)2*sinθ
在公式中，θ代表通过透镜的光学信号和光轴之间的角度最大值。
近场形成透镜42的高折射材料可以是LaSF35、KTaO3或金刚石。在上面提到的情况下在405nm的波长处获得的NA显示在下表1中：
[表1]
  近场形成透镜的折射率n(λ＝405nm)   NA1   NA2
  LaSF35   2.09   1.45   1.85
  KTaO3   2.3815   1.85   2.2
  金刚石   2.458   1.91   2.34
优选地，近场形成透镜42的折射率可以被设定为“2”。如果超半球形近场形成透镜42由LaSF35制成并且物镜41的NA被设定为大约0.7，则超半球形近场形成透镜42的NA为1.85。
在这种情况下，由物镜41和近场形成透镜42形成的NA与记录介质50的折射率相互关联。
更详细地，如果NA1或NA2被设定为“1”或者更高，如在上面提到的表1中所示，并且大于记录介质50的折射率，则在光学上实现了全反射。
为防止产生全反射，NA必须小于记录介质50的基片或钝化层的折射率。
将在下文中详细地描述近场形成透镜42的第二实施例。具有球面像差的特定透镜被用作近场形成透镜42。在这种情况下，物镜41被设计成补偿上面提到的近场形成透镜42的球面像差。用于补偿球面像差的方法的详细说明将在下文中参照附图进行描述。
参照表1，图4A中所示的半球形透镜的NA1相对小于超半球形透镜的NA2。如上面所描述的，NA被定义为nsinθ。如果介质的折射率(n)或角度(θ)增加，则NA增加，并且用于鉴别两个邻近点的分辨率也增加。
另一方面，图4C中所示的超半球形透镜的NA被定义为n2sinθ，从而图4C的超半球形透镜的NA大于图4A的球形透镜的NA，并且近场记录/再生设备优选使用超半球形透镜。
然而，很难制造图4C的超半球形透镜。如图5所示，球面像差的倾斜在对应于超半球形透镜的点“d3”处突然改变。换句话说，如果超半球形透镜的制造过程遇到的厚度误差发生，则球面像差具有严重的误差。
因此，超半球形透镜必须被切割以具有适当的厚度，从而很难制造预期的超半球形透镜。
因此，如图4B所示，必须研制一种改进的近场形成透镜42，该透镜具有的NA大于球形透镜的NA，并且能容易制造。在这种情况下，近场形成透镜42的球面像差能够被物镜41补偿。
图6为解释说明根据本发明的近场形成透镜和用于补偿近场形成透镜的球面像差的物镜的横截面图。更详细地，图6的透镜单元40采用物镜41补偿图4B中厚度为大约“d2”的近场形成透镜42的球面像差。
在这种情况下，物镜41被设计成具有与上面提到的制造的近场形成透镜42的球面像差相反的球面像差，从而能够实现预期的透镜单元40。所述预期的透镜单元40具有补偿的球面像差，能够很容易地制造，并且具有高NA。
在这种情况下，如图5所示，在具有的厚度为大约d2的透镜的情况下，受厚度变化影响的球面像差根据平缓曲线而变化，从而制造过程遇到的误差范围非常狭窄，导致有效性的实现。具体地，切线的斜率在球面像差局部最大点处变为零，导致实现更高的有效性。
换句话说，如果制造具有球面像差局部最大点的厚度“d2”的近场形成透镜42，球面像差不大大改变，尽管在厚度“d2”处出现不希望有的误差。结果，能够利用物镜41制造具有适当补偿的球面像差的透镜单元40。透镜单元40的NA对应于1.8。
图7A和7B为解释说明根据本发明的另一实施例的记录/再生设备的近场形成透镜的透视图。
根据近场形成透镜的第三实施例，能够制造圆锥形的近场形成透镜，如图7所示。例如，近场形成透镜42的切割的横截面能够被构造成圆锥形结构形状。图7中面对物镜41的部分以与上面提到的实施例相同的方式被形成为半球形的，但面对记录介质50的其它部分被形成为圆锥形的。物理倾斜限制角α增加，这是因为接触记录介质50的部分的面积被最小化，并且同时实现了用于将光学信号照射到记录介质上的最小区域。后面将描述对其的详细说明。
包含透镜单元40的光学拾取单元1的光学系统非常靠近记录介质50。更详细地，如果透镜单元40和记录介质50之间的间隔小于大约1/4的光波长(即λ/4)(或更小)，则入射到透镜单元40上的一部分光学信号不全部从记录介质50的表面反射形成倏逝波，并通过记录介质50，从而倏逝波被施加到记录层。施加到记录层的倏逝波能够被用于记录/再生数据。
然而，如果透镜单元40和记录介质50之间的间隔大于至少λ/4，则光学信号的波长丧失倏逝波的特征并返回到原始波长，从而倏逝波全部从记录介质50的表面反射。
因此，基于近场的记录/再生设备的透镜单元40和记录介质50之间的间隔被维持在超过λ/4的数值。在这种情况下，λ/4代表近场限制。
第一和第二光检测单元60和70接收反射的光学信号，在接收的反射光学信号上执行光电转化，并且产生对应于光通量的电信号。根据本发明的设备包括第一光检测单元60和第二光检测单元70。
第一光检测单元60和第二光检测单元70可以采用在记录介质50的径向或信号轨道方向上被分成几个单元的光检测器实现。例如，所述第一光检测单元60和第二光检测单元70可以分别采用两个光检测器PDA和PDB实现。在这种情况下，光检测器PDA产生与接收的光通量成比例的电信号A，并且另一光检测器PDB产生与接收的光通量成比例的电信号B。
另外，光检测单元60和70也可以采用四个光检测器PDA、PDB、PDC和PDD实现，其每一个都在记录介质50的径向或信号轨道方向上被分为两个单元。
上面提到的包含在光检测单元60和70中的光检测器的结构不局限于上面提到的实施例，并且也能够以各种方式进行修改。
图1的信号发生器2利用从光学拾取单元1产生的信号产生为再生数据所需的射频(RF)信号，并且也产生间隙误差(GE)信号和跟踪误差信号以控制伺服系统。
控制器3接收从光检测单元或信号发生器2产生的信号，并产生控制信号或驱动信号。
例如，控制器3在GE信号上执行信号处理，并且输出能够控制透镜单元40和记录介质50之间的间隔的驱动信号至间隔伺服系统驱动器4。控制器3根据物理倾斜限制角(α)或光学限制入射角(β)限制透镜单元40或记录介质50的动态范围。
间隔伺服系统驱动器4驱动包含在光学拾取单元中的致动器(未示出)，从而垂直地移动光学拾取单元1或光学拾取单元的透镜单元40。结果，透镜单元40和记录介质50之间的间隔能够被维持恒定。
间隔伺服系统驱动器4也可以被用作会聚伺服系统。例如，当接收到来自控制器3的会聚控制信号时，光学拾取单元1或光学拾取单元1的透镜单元40可以不仅跟踪记录介质50的旋转，而且也跟踪记录介质50的垂直运动。
跟踪伺服系统驱动器5驱动包含在光学拾取单元1中的跟踪致动器(未示出)，从而光学拾取单元1或光学拾取单元的透镜单元40在径向上移动以校正光学信号的位置。
因此，光学拾取单元1或者光学拾取单元的透镜单元40能够跟踪包含在记录介质50中的预定磁道。
跟踪伺服系统驱动器5根据磁道的磁道移动指令在径向上移动光学拾取单元1或光学拾取单元1的透镜单元40。
滑动伺服系统驱动器6驱动用于移动光学拾取单元1的滑动马达(未示出)，从而它能够根据磁道移动指令在径向上移动光学拾取单元1。
上面提到的记录/再生设备可以连接到主机，诸如PC。主机将记录/再生指令经由接口发送到微处理器100，从解码器7接收再生的数据，并将待记录的数据传送到编码器8。
当接收来自主机的记录/再生指令时，微处理器100控制解码器7、编码器8和控制器3。
在这种情况下，上面提到的接口可以采用AT(AdvancedTechnology)附件包接口(ATAPI)110。在这种情况下，ATAPI 110为光学记录/再生设备(例如CD或DVD驱动器)和主机之间的接口标准，并且用于将由光学记录/再生设备解码的数据传输到主机。ATAPI 110将解码的数据转化为能够被主机处理的数据包形状的协议，并且传输转化的结果。
在用于上面提到的记录/再生设备中的光学拾取单元1的情况下，下文中将基于从光学系统的光源10发射的光学信号的行进方向描述用于操作光学拾取单元1的方法。在除了上面提到的情况的其余情况下，将基于信号流描述用于操作光学拾取单元1的方法。
从拾取单元1的光源1发射的光学信号入射到第一分离/组合单元20上，从而一部分光学信号被反射，并且一部分光学信号入射到第二分离/组合单元30上。
第二分离/组合单元30通过包含在线偏振光学信号中的垂直偏振分量，并且反射水平偏振分量。不必说明的是，必要时第二分离/组合单元30通过水平偏振分量，并且反射垂直偏振分量。偏振转化表面(未示出)可以被进一步包含在通过第二分离/组合单元30的光学信号的路径中，并且下文中将详细地描述上面提到的偏振转化表面。
通过第二分离/组合单元30的光学信号入射到透镜单元40上。在这种情况下，入射到透镜单元40的物镜上的光学信号产生倏逝波，同时通过近场形成透镜。更详细地，如果光学信号以阈值角度或更大的角度入射到近场形成透镜上，则光学信号从透镜表面全部地反射。
然而，大约50nm的短间隔被维持在近场形成透镜和记录介质之间以形成近场，从而一些光学信号由于倏逝波耦合作用不被反射，而是施加到记录介质。倏逝波到达记录介质50的记录层，从而能够记录或再生预期的数据。
从记录介质50反射的光学信号经由透镜单元40再次施加到第二分离/组合单元30上。在这种情况下，偏振转化表面(未示出)可以位于朝向第二分离/组合单元30的光路中。偏振转化表面改变到达记录介质50的光学信号和反射的光学信号的偏振方向。
例如，如果1/4波板(QWP)被用作偏振转化表面，则QWP在入射到记录介质50上的光学信号上执行左旋圆偏振，并且在反方向行进的其它光学信号上执行右旋圆偏振。
结果，通过QWP的反射光学信号的偏振方向变成不同于入射光学信号的另一偏振方向，并且在这两个偏振方向之间存在90°的差值。
因此，当仅其水平偏振分量通过第二分离/组合单元30的光学信号从记录介质50反射并再次进入第二分离/组合单元30时，光学信号可以具有垂直偏振分量。具有垂直偏振分量的反射光学信号从第二分离/组合单元30反射并进入第二光检测单元70。
同时，近场记录/再生设备的透镜单元40的数值孔径(NA)大于“1”，从而当光学信号照射到透镜单元40并经由透镜单元40反射时，光学信号的偏振方向具有不希望的扭曲。换句话说，进入第二分离/组合单元30的一部分反射光学信号具有水平偏振分量，并且通过第二分离/组合单元30。通过第二分离/组合单元30的反射光学信号被施加到第一分离/组合单元20上。
第一分离/组合单元20使一部分入射光学信号通过，并且使一部分入射光学信号反射。从第一分离/组合单元20反射的光学信号入射到第一光检测单元60上。
第一光检测单元60和第二光检测单元70输出对应于接收的反射光学信号的光通量的电信号。信号发生器2利用从第一和第二光检测单元60和70产生的电信号产生间隙误差(GE)信号、跟踪误差(TE)信号或者RF信号。
下文中将参照图4描述上面提到的在信号发生器2中产生的信号。在这种情况下，第一光检测单元60和第二光检测单元70中的每一个都由两个光检测器组成，如图3所示。
包含在第一光检测单元60中的两个光检测器分别输出对应于接收的光通量的电信号A和B。包含在第二光检测单元70中的两个光检测器分别输出对应于接收的光通量的电信号C和D。
当接收来自第一光检测单元60的A和B信号时，信号发生器2能够产生间隙误差(GE)信号以控制透镜和记录介质50之间的间隔。
当包含在第一光检测单元60中的所有光检测器的输出信号被相加时产生GE信号。最终的GE信号可以由以下公式1表示：
[公式1]
GE＝A+B
在公式1中，GE信号对应于与光通量对应的电信号的总和，从而与施加到第一光检测单元60的反射光学信号的光通量成比例。
当接收来自第二透镜单元70的C和D信号时，信号发生器2可以产生用于记录/再生数据的RF信号，或者用于控制跟踪操作的TE信号。
当包含在第二光检测单元70中的光检测器的输出信号被相加时产生RF信号，并且通过RF＝C+D表示。TE信号指示包含在第二光检测单元70中的光检测器的输出信号之间的差异，并且通过TE＝C-D表示。
图8为解释说明根据本发明的受透镜和记录介质之间的间隔影响的间隙误差(GE)信号变化的相关图。
参照图8，在近场中随着透镜单元40和记录介质50之间的间隔(d)增加，GE信号呈指数增加。在脱离近场的远场中，透镜单元40和记录介质50之间的间隔(d)是恒定的。下文中将对其详细说明进行描述。
如果透镜单元40和记录介质50之间的间隔(d)脱离近场(即，如果间隔(d)到达近场和远场之间的边界值λ/4)，则具有的入射角大于阈值角度的光学信号从记录介质50全部地反射。
如果透镜单元40和记录介质50之间的间隔(d)小于λ/4从而形成近场，则具有的入射角大于阈值的光学信号部分通过记录介质50，尽管透镜单元40不接触记录介质50，从而最终的信号到达记录层。
因此，透镜单元40和记录介质50之间的间隔(d)越小，光学信号通过记录介质50的光通量越大。而且，透镜单元40和记录介质50之间的间隔(d)越小，从记录介质50全部反射的光学信号的光通量越少。
透镜单元40和记录介质50之间的间隔(d)越长，光学信号通过记录介质50的光通量越少。而且，透镜单元40和记录介质50之间的间隔(d)越长，从记录介质50全部反射的光学信号的光通量越大。结果，获得了图8的曲线图。
在近场中随着透镜单元40和记录介质50之间的间隔(d)增加，与反射的光学信号的强度成比例的GE信号的强度呈指数增加。如果透镜单元40和记录介质50之间的间隔(d)脱离近场，则GE信号的强度具有恒定的数值(即，最大值)。
基于上面提到的原理，在透镜单元40和记录介质50之间的恒定间隔(d)被维持于近场中的条件下，GE信号具有恒定的数值。换句话说，执行反馈控制以维持具有预定数值的GE信号，从而透镜单元40和记录介质50之间的间隔(d)能够被维持恒定。
用于采用GE信号保持透镜单元40和记录介质50之间的恒定间隔的方法将在下文中参照图9进行描述。
图9为解释说明根据本发明的间隔控制方法的流程图。
参照图9，在步骤S10，透镜单元40和记录介质50之间的间隔(x)被确定以便检测反射的光学信号。在步骤S11，检测在确定的间隔(x)处检测的GE信号(y)。在步骤S12，存储检测的GE信号(y)。
在这种情况下，数值“y”可以比近场限制数值λ/4高大约10-20％，从而降低在透镜单元40和记录介质50之间产生碰撞的可能性。而且，数值“y”可以比近场限制数值λ/4的大约80-90％小，从而降低产生特定情况的可能性，其中，透镜单元40和记录介质50之间的间隔(d)变长并脱离近场。根据需要，上面提到的步骤可以在数据被记录在记录介质50中或从记录介质50中再生之前执行。
当数据被记录在旋转的记录介质50中或从旋转的记录介质50中再生时，光学信号被照射到记录介质的磁道上，并且在第一光检测单元60中被接收。信号发生器80利用第一光检测单元60的输出信号产生GE信号。在这种情况下，在步骤S13，确定检测的GE信号(y1)是否对应于存储的GE信号(y)。
在这种情况下，如果检测的GE信号(y1)对应于在步骤S13存储的GE信号(y)，这就意味着保持了预期的设定间隔，从而在步骤S14能够继续执行数据的记录/再生过程。另外，如果检测的GE信号(y1)不对应于在步骤S13存储的GE信号(y)，这就意味着出现设定间隔的变化，从而能够调节透镜单元40和记录介质50之间的间隔(d)。
以这种方式，在记录/再生过程，根据利用检测的GE信号的反馈控制方法，控制透镜单元40，从而能够恒定地保持透镜单元40和记录介质50之间的间隔。
根据另一实施例的记录/再生设备包括两个透镜单元。例如，为确保包含近场形成透镜的近场记录/再生设备和传统的记录/再生设备之间的兼容性，上面提到的记录/再生设备也包括传统的透镜。
为确保记录/再生设备和蓝光(blu-ray)光盘(BD)之间的兼容性，上面提到的实施例也包括BD的透镜。然而，上面提到的实施例不局限于上面提到的示例，而且也能应用到其它示例中。为便于描述并更好的理解本发明，这里将省略与前面指明的实施例的那些部分相同的部分，并且下文中将仅描述不同的部分。
根据本发明的光学系统包括第一物镜单元和第二物镜单元。第一物镜单元包括第一物镜41和近场形成透镜42。第二物镜单元包括第二物镜43。在这种情况下，第一透镜单元和第二透镜单元之间的位置关系是需要特别注意的。
第一透镜单元的中心点C1和第二透镜单元的中心点C2之间的距离(在下文中称为中心距离)应当大于各透镜单元的半径之和。
例如，如图11所示，最小中心距离等于第一物镜40的半径和第二物镜43的半径之和。
同时，如果中心距离很长，则其它的透镜单元(即，第二透镜单元)可能由于利用第一透镜单元记录或再生数据时遇到的倾斜或振动而与记录介质50碰撞。因此，中心距离可以被限制到特定的数值，该数值比各透镜单元的半径之和大2mm。
同时，第一透镜单元和记录介质50之间的间隔不同于第二透镜单元和记录介质50之间的间隔。
例如，如果采用第一透镜单元记录数据，近场形成透镜42和记录介质50之间的间隔被保持在几纳米的数值，如图11所示。在这种情况下，如果第二透镜单元位于与所述第一透镜单元相同的高度，尽管出现了少量的振动，则第二透镜单元与记录介质50碰撞。因此，第二透镜单元和记录介质50之间的间隔必须大于第一透镜单元和记录介质50之间的间隔。
在这种情况下，第一透镜单元和第二透镜单元之间出现高度差，如图11中的“H”所指示的。
图12B为根据本发明的由记录介质的振动而引起的变化曲线。在考虑如图12B所示的振动的情况下，获取对应于第一和第二透镜单元的中心距离的振动范围(H)，从而根据获取的结果确定H的数值。
如果中心距离为2mm，并且物理倾斜限制角(α)被限制为0.085°-0.115°(大约0.1°)，在具有最高振动的拐点处对应于角度0.1°的高度差(H)为0.035mm。因此，图10的第二物镜43和记录介质50之间的距离比近场形成透镜42和记录介质50之间的距离至少长0.035mm。然而，第二物镜43和记录介质之间的距离不大于第二物镜43的焦距。
为正确地利用第一透镜单元和第二透镜单元，记录/再生设备的光学系统进一步包括另外的分离/组合单元(未示出)，该单元能够将朝向第一透镜单元的光学信号与朝向第二透镜单元的其它光学信号分离。
如上所描述的，记录介质50和透镜单元40之间的间隔非常短以形成近场。因此，如果在记录/再生过程期间或者在记录/再生设备的使用时间不控制记录介质50或透镜单元40的倾斜，则在记录介质50和透镜单元之间产生碰撞的可能性增加。
为解决碰撞问题，本发明提供了一种用于在物理上和光学上控制包含在记录/再生设备中的透镜单元或记录介质50的倾斜的方法。在这种情况下，应当注意，根据本发明的倾斜控制方法不局限于上面提到的记录/再生设备的任何一个实施例。倾斜控制方法的详细说明将在下文中进行描述。
关于记录介质50和透镜单元40之间的倾斜，本发明检测物理倾斜限制角，从而控制记录介质50和透镜单元40不脱离物理倾斜限制角。下文中将参照图11A和11B描述其详细说明。
图11A显示出包括物镜41和近场形成透镜42的透镜单元40以及记录介质50。在这种情况下，如上指明的，近场形成透镜40和记录介质50之间的间隔为几纳米的数值，从而近场形成透镜40非常接近记录介质50。
图11B为根据本发明的在图11A中所示的虚圆圈部分的局部放大图。如图11B所示，假定位于近场形成透镜42下部的底部半径为“r”并且近场形成透镜42和记录介质50之间的间隔为“d”。在这种情况下，假定物理范围限制角被设定为物理倾斜限制角(α)，按照所述物理范围限制角，透镜单元相对于记录介质最大倾斜，直到透镜单元和记录介质重叠，可以采用以下公式2计算物理倾斜限制角(α)：
[公式2]
α = tan - 1 ( d r )
为便于说明，下文中将描述详细的实施例。数值“r”越高，物理倾斜限制角(α)越小。例如，根据采用图3所示的半球形近场形成透镜42的实施例，如果半球的半径为1mm，则物理倾斜限制角(α)非常小，从而上面提到的实施例可能难以控制记录/再生设备。
因此，为解决上面提到的问题，实施例可以采用能够最小化接触记录介质50的区域的近场形成透镜42，从而物理倾斜限制角(α)也增加。因此，下文中将利用与图7A的近场形成透镜42相关的具体情况作为示例而描述该实施例。
在这种情况下，如果图7A的底部区域42b的半径非常短，很难将光学信号照射到记录介质的记录层上。因此，近场形成透镜42的底部区域的半径(r)被示例性地设定为30μm-40μm。
然而，近场形成透镜42的底部区域的半径(r)不局限于30μm-40μm的数值，并且在必要时也能够设定成其它数值。
在这种情况下，“d”的数值可以被设定到30nm，从而能够在近场限制范围内清楚地观察由反射的光学信号形成的信号。
在利用公式2计算上面提到的数值(α)的情况下，如果“r”值为30μm，则物理倾斜限制角(α)被设定为0.115°，并且，如果“r”值为40μm，则物理倾斜限制角(α)被设定为0.085°。因此，在利用物理倾斜限制角(α)控制记录介质的情况下，上面提到的实施例控制透镜单元40或记录介质50以不超过0.115°或者0.085°。在这种情况下，可以利用拾取单元的致动器限制透镜单元40的倾斜范围，并且也能够以各种方式修改以实现相同的效果。
同时，根据记录介质50和透镜单元40之间的倾斜，检测光学限制入射角，从而记录介质50和透镜单元40之间的倾斜能够被控制到不超过光学限制入射角。更详细地，利用慧形像差确定光学信号的入射角。当记录介质不垂直于光轴时出现慧形像差。在光学上，慧形像差必须不超过0.07λ的范围，从而能够计算光学信号的入射角的可允许范围。
在第一种情况下，在透镜单元40的NA为1.6并且钝化层的折射率为1.7n的条件下，为将慧形像差限制在0.07λ内，光学信号的入射角误差应当等于或者小于大约0.6°。
在第二种情况下，在NA为1.85并且钝化层的折射率(n)为1.95的条件下，为将慧形像差限制在0.07λ内，光学信号的入射角误差应当等于或者小于大约0.4°。因此，记录/再生设备控制透镜单元40，从而在上面提到的第一种情况下入射光学信号不超过0.6°，或者在上面提到的第二种情况下入射光学信号不超过0.4°。
根据本发明的控制方法将物理倾斜限制角(α)与光学限制入射角(β)进行比较，从而透镜单元40能够通过任何一个角度(α，β)被控制。例如，物理倾斜限制角(α)比光学限制入射角(β)小0.6°或0.4°。因此，如果上面提到的控制方法仅控制物理倾斜限制角(α)，则能够满足光学限制入射角(β)的范围。
在这种情况下，透镜单元40的倾斜被控制，并且同时记录介质50的振动也被控制。在这种情况下，振动指示受记录介质50的旋转影响的记录介质50的垂直运动。例如，如图12A所示，记录介质旋转的同时在垂直方向振动。沿着记录介质50的圆周，旋转的记录介质40的最大振动发生，并且具有图12B中所示的周期。
在这种情况下，如果记录介质50的半径为R，则总长(l)为2πR。如果在半径R为6cm的情况下测量最大点和最小点之间的间隔，则间隔变化的最大值M为0.1mm。因此，控制器3能够将记录介质50的振动范围限制到0.1mm。
由于透镜单元40的高NA以及记录介质50的基片或钝化层的折射率，根据本发明的记录介质50具有高球面像差(SA)。在这种情况下，球面像差指示在单点被反射或折射的光由于曲率而不再次在该单点处被聚集。如果控制方法不补偿球面像差，则不能在记录介质50的适当位置记录或再生数据。
在这种情况下，可以通过以下公式3计算球面像差(SA)：
[公式3]
SA = - n 4 - 1 8 × n 3 × λ Δd × 2 × NA 4
在公式3中，如果记录介质50具有基片或钝化层，则数值“n”代表钝化层的折射率。而且，“λ”代表光学信号的波长，“d”代表距离误差，并且NA代表透镜单元40的数值孔径。
图13为解释说明根据本发明的受透镜的数值孔径(NA)影响的球面像差变化的相关图。当记录介质50的基片或钝化层的折射率为1.7时，获得图13的球面像差。
如果NA为1.5，则出现30mλ/1μm的球面像差。如果不补偿上述30mλ的球面像差，则不能记录或者再生数据。
在记录介质50中，主要被记录/再生设备接近以获取记录介质50的信息的第一记录层(L0)被固定到特定的位置以防止球面像差变化。
下文中将包含钝化层的记录介质50作为示例进行描述。
如图14A所示，第一记录层L0与包含钝化层的记录介质50隔开并固定在一特定的位置。在图14A所示的单层介质和图14B所示的多层介质中，所述第一记录层L0具有相同的位置。在这种情况下，包含在记录介质50中的钝化层51的厚度是需要特别注意的。
如果钝化层51的厚度逐渐增加，图11B中所示的近场形成透镜42的底部半径r应当逐渐增加以便将光学信号照射到记录层(L0)上。然而，如果图11B的近场形成透镜42的底部半径r逐渐增加，则物理倾斜限制角(α)逐渐减小。
同时，如果钝化层51具有很薄的厚度，则难以将记录层保护起来。因此，应当根据物理倾斜限制角(α)而适当地确定钝化层51的厚度。
假定NA值为1.6-1.85并且记录介质钝化层的折射率为1.7-2.0，基片或钝化层必须具有大约5μm的厚度，从而近场形成透镜42的半径r能够达到40μm。
从以上描述中很明显的是，根据本发明的光学拾取单元、记录/再生设备、控制方法和记录介质具有以下效果。
本发明提供了一种有效的透镜，能够有效地利用近场记录/再生数据。
本发明提供了一种光学拾取单元和一种记录/再生设备，能够在使用传统记录介质的同时利用近场。
本发明提供了一种用于有效地控制倾斜或振动同时利用近场记录或再生数据的方法和设备。
本发明提供了一种在近场中使用的记录介质。
对本领域技术人员将显而易见的是，在不偏离本发明的精神或范围的前提下能够对本发明做各种修改和变化。因此，希望本发明涵盖对该发明的修改和变化，假定它们都处于附属的权利要求及其等效物的范围内。
工业实用性
根据本发明，有可能提供用于记录/再生的有效的透镜单元、设备或者记录介质。

Claims (29)

1.一种光学拾取设备，所述设备包括：
第一透镜单元，所述第一透镜单元包括第一物镜和高折射透镜；
第二透镜单元，所述第二透镜单元包括第二物镜；以及
分离/组合单元，所述分离/组合单元用于分离或组合通过所述第一或第二透镜单元的光学信号的路径。
2.根据权利要求1所述的设备，其中：
所述第一透镜单元和所述第二透镜单元之间存在高度差。
3.根据权利要求2所述的设备，其中，所述高度差根据记录/再生操作期间的倾斜限制角或振动范围来确定。
4.根据权利要求3所述的设备，其中，所述第二透镜单元和记录介质之间的距离不超过焦距。
5.根据权利要求1所述的发备，其中：
所述第一透镜单元的中心轴和所述第二透镜单元的中心轴之间的最小中心距离等于所述第一透镜单元的半径和所述第二透镜单元的半径之和。
6.根据权利要求1所述的设备，其中：
所述中心距离的最大值比最小中心距离大2mm。
7.根据权利要求1所述的设备，其中，所述高折射透镜具有至少为2的折射率。
8.根据权利要求1所述的设备，其中，所述第一透镜单元的数值孔径(NA)为1.45-1.85。
9.根据权利要求1所述的设备，其中：
光学系统的数值孔径(NA)小于记录介质的基片或钝化层的折射率。
10.根据权利要求1所述的设备，其中，所述高折射透镜具有球面像差，并且所述第一物镜补偿所述高折射透镜的球面像差。
11.根据权利要求1所述的设备，其中，所述高折射透镜被构造成圆锥形结构形状。
12.根据权利要求1所述的设备，其中：
所述高折射透镜的一端为半球形的，以面对所述第一物镜，并且所述高折射透镜的另一端为圆锥形的，以面对记录介质。
13.根据权利要求12所述的设备，其中：
所述圆锥形结构的底部区域的直径为30μm-40μm。
14.一种用于记录/再生数据的设备，所述设备包括：
第一透镜单元，所述第一透镜单元包括第一物镜和高折射透镜；
第二透镜单元，所述第二透镜单元包括第二物镜；
分离/组合单元，所述分离/组合单元用于分离或组合通过所述第一或第二透镜单元的光学信号的路径；
信号发生器，所述信号发生器利用从所述第一透镜单元接收的光学信号产生对应于所述第一透镜单元和记录介质之间的间隔的控制信号；以及
控制部，所述控制部被配置成利用所述控制信号将所述第一透镜单元和所述记录介质之间的间隔控制在预定的范围内。
15.根据权利要求14所述的设备，其中，所述信号发生器产生对应于从所述高折射透镜全部反射的光学信号的强度的控制信号。
16.根据权利要求14所述的设备，其中，所述控制部能够使所述控制信号保持在预定的数值。
17.根据权利要求14所述的设备，其中，所述控制部将所述高折射透镜的倾斜限制到最大为0.1°。
18.根据权利要求14所述的设备，其中，所述控制部将所述记录介质的振动的范围限制到最大为0.1mm。
19.根据权利要求14所述的设备，进一步包括：
接口，所述接口用于接收记录指令或再生指令，并且发送对应于接收的指令的信号至所述控制部。
20.一种控制方法，所述方法包括：
检测相互隔开预定距离的透镜和记录介质之间的物理倾斜限制角；
检测入射到所述透镜上的光学信号的光学限制入射角；以及
将所述物理倾斜限制角与所述光学限制入射角进行比较，并且基于这两个角中的较小者控制所述透镜或所述记录介质的倾斜。
21.根据权利要求20所述的方法，其中，所述检测所述物理倾斜限制角的步骤包括：
通过公式 α = tan - 1 ( d r ) 检测物理倾斜限制角，
其中，“d”为所述透镜和所述记录介质之间的距离，并且“r”为面对所述记录介质的所述透镜的横截面的半径。
22.根据权利要求21所述的方法，进一步包括：
利用检测到的所述物理倾斜限制角控制所述透镜的倾斜。
23.根据权利要求22所述的方法，其中：
所述透镜的中心轴和所述记录介质之间的角度被限制为0.085°-0.115°。
24.根据权利要求20所述的方法，其中，所述光学限制入射角的检测步骤包括：利用慧形像差检测所述光学限制入射角。
25.根据权利要求21所述的方法，进一步包括：
限制所述记录介质的振动范围。
26.根据权利要求25所述的方法，其中，所述记录介质的所述振动范围被限制为0.1mm。
27.一种用在权利要求14的所述记录/再生设备中的记录介质，所述记录介质包括：
至少一个记录层，
其中，第一记录层的位置是固定的。
28.根据权利要求27所述的记录介质，进一步包括：
钝化层，
其中，所述钝化层的厚度根据物理倾斜限制角来确定。
29.根据权利要求28所述的记录介质，其中，所述钝化层具有5μm的厚度。
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