CN102097111B - 近场光盘机的倾斜控制方法 - Google Patents

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Abstract

一种近场光盘机的倾斜控制方法，包括：预估一透镜与一盘片间的一间距；根据一倾斜信号，预估该透镜的一倾斜补偿，其中，该透镜仍于一远场区内；以及在该透镜位于该远场区时，根据该倾斜补偿，对该透镜进行一倾斜粗调控制。

Description

近场光盘机的倾斜控制方法
技术领域
本发明涉及一种近场光盘机的倾斜控制方法。 
背景技术
在目前具有一定规格大小的盘片中，为了提升盘片的储存容量，除了发展可擦写多层的盘片外，还可通过缩小读写的聚焦光点尺寸以提高单位面积的储存量，进而提升盘片的总储存容量。聚焦光点的尺寸大小一般决定于所使用的激光的波长大小以及所使用的光学系统的数值孔径值(NA，numerical aperture)的大小。其中，使用短波长的光源及高数值孔径的光学系统可产生较小的聚焦光点尺寸。 
在近年来提升盘片的储存容量的发展中，激光的波长已逐渐缩短，其由红外线(CD)改成红光(DVD)，然后再到蓝光。由于激光的波长已经缩短至蓝光，因而为了进一步提升盘片的储存容量，近年已有相关研究转往使用近场光学系统来读写盘片，通过提高NA值以产生更小的聚焦光点尺寸。为实现高NA值，近场光学系统一般使用物镜(凸透镜)与固态浸没透镜(solid immersion lens，SIL)的组合来产生聚焦光点。在使用近场光学系统读写盘片时，若搭配使用蓝光激光，其SIL与盘片表面间的间距非常小，其约为30-100nm，此区域称为一近场区。 
由于聚焦光束与盘片数据层之间的垂直度会影响光盘机读写数据的能力及准确性，因此光盘机在读/写盘片时，一般会对光学系统(光学头)进行倾斜调整控制，使聚焦光束与盘片数据层垂直。然而，如上所述，由于使用近场光学系统来读写盘片时，SIL与盘片表面相当接近，因此如何在对SIL进行倾斜调整控制时避免其与盘片发生碰撞是本领域技术人员重要的课题之一。 
然而，如果在进入近场区前，光学头中的SIL与盘片间的倾斜角过大，则对于SIL与盘片的距离容易产生误判，使得在微小的间距下(30-100nm)，调整光学头的倾角时会使SIL与盘片产生碰撞，因而破坏了近场光盘机的准确性。此外，在现有近场光盘机中，当光学头仍处于一远场区(相较于近场区，在远场区时，SIL与盘片表面间的间距比较大)时，几乎无法得知SIL的位置，故而，也无法在光学头(或SIL)仍处于远场区时就对其进行倾斜控制。
发明内容
本发明是有关于一种近场光盘机的倾斜控制方法，当SIL仍位于在远场区时，尽早控制SIL的倾斜角，以避免SIL与盘片碰撞。 
本发明是有关于一种近场光盘机的倾斜控制方法，其揭示如何判断何时要开始进行SIL的倾斜微调，以使得SIL进入近场区时，能符合倾斜限度(tilt margin)。 
本发明的一实施例提出一种近场光盘机的倾斜控制方法，包括：预估一透镜与一盘片间的一间距；在该透镜仍于一远场区内时，根据一倾斜信号，预估该透镜的一倾斜补偿，其中，该倾斜信号是将一第一光检测电路的一第一相位所接收到的一第一光信号强度减去一第二相位所接收到的一第二光信号强度，其中，该第一光信号和第二光信号是由该盘片所反射并穿透该透镜的一第一数值孔径区而被该第一光检测电路所收集；在该透镜位于该远场区时，根据该倾斜补偿，对该透镜进行一倾斜粗调控制；以及在该透镜仍位于该远场区时，根据一间距误差信号的衰减，决定何时开始对该透镜进行倾斜微调控制，其中，该间距误差信号是一第二光检测电路的所有相位所接收到的光信号强度的总和。 
为使本发明的上述内容能更明显易懂，下文特举实施例，并结合附图作详细说明如下 
附图说明
图1A显示SIL与盘片的关系图。 
图1B显示倾斜限度与间距D的关系，间距D是SIL与盘片表面的间距。 
图1C显示透镜与SIL的组合。 
图2A显示其中一组光检测电路的示意图。 
图2B显示间距误差信号(Gap error signal，GES)与间距D的关系。 
图3显示另一组光检测电路的示意图。 
图4显示反射光强度F与间距D的关系。 
图5A与图5B显示盘片反射光穿透SIL的低NA区而投射至PDIC的模拟图。 
图5C显示倾斜信号(TS)与SIL的倾斜角(TA)的关系图。 
图6显示根据本实施例的操作流程图。 
附图符号说明 
10：SIL 
15：盘片 
18：透镜 
SS：SIL的顶端大小 
D：SIL与盘片表面的间距 
A1～D1、A2～D2：相位 
40：光点 
610～640：步骤 
具体实施方式
在近场光盘机中，当光学头处于近场区时，光学头的SIL与盘片表面的间距可能只有30-100nm，使得光学头的倾角控制范围不能太大。然而，于传统上，当光学头仍处于远场区时，几乎无法得知SIL的位置，因此，也无法在光学头(或SIL)仍处于远场区时就对其进行倾斜控制。 
在近场光盘机中，倾斜限度(tilt margin)包括旋转轴倾斜限度(spindle tilt margin)、SIL倾斜限度(SIL tilt margin)与盘片弯曲角度限度(disc bending angle margin)等。通常，倾斜限度与SIL的机构构造有关，如SIL的形状及其顶端大小。 
图1A显示SIL与盘片的关系图，而图1B则显示倾斜限度与间距的关系，在此，间距是定义为SIL与盘片表面的距离。 
在图1A中，SS代表SIL10的顶端大小(tip size)，而D则是SIL10与盘片15表面的间距。通常，SIL10的顶端大小SS约为40μm。如图1B所示，当间距D约为100nm时，如果SIL10的顶端大小约为40μm，则倾斜限度 为5mrad(约0.275度)。这代表在此情况下，SIL的倾斜角(SIL的顶端与盘片表面的角度)不可超过5mrad，如果超过此限度，则SIL的边缘可能会撞到盘片。因此，于本实施例中，当SIL仍位于远场区时，就开始控制SIL的倾斜角度，使得当SIL靠近近场区时，SIL所需再调整的倾斜角度不会太大，避免仅在近场区调整SIL的倾斜角度时会超出倾斜限度之外。 
接着请参考图1C，图1C显示近场光学系统中透镜18与固态浸没透镜(SIL)10组合的示意图。如图所示，透镜18会收敛平行光，并使其产生不同入射角度的光束入射于SIL10。根据NA＝nSIL*sinθ的公式(其中nSIL为SIL的折射率，θ为光束的入射角)，入射于SIL10的不同角度的光束会具有不同的NA值。当NA值为1时的入射角度即为全反射角θc。以NA值为1作分界，若入射至SIL10的光束的NA值小于1，亦即，光束的入射角小于全反射角θc，则光束会穿透SIL10。另一方面，若入射至SIL10的光束的NA值大于1，亦即，光束的入射角大于或等于全反射角θc，则光束会被SIL10全反射。 
如果要使近场光学系统形成聚焦光点于盘片15上，SIL 10与盘片15表面间的间距D必须远小于入射光的波长λ，通常，D＜＝λ/10。在这样的间距(D＜＜λ)之下，NA值小于1的光束虽然会穿透SIL10聚焦在盘片上，但因为其聚焦光点的面积过大，所以并无法用来读写盘片上已经小于其聚焦光点解析极限尺寸的沟轨及记录点。相反，NA值大于1的光束当未靠近盘片至近场距离时虽然会被SIL10全反射，但若SIL10靠近盘片15表面至两者间距D时，藉由光穿隧(photon tunneling)效应的作用，NA值大于1的光束会穿过间距D而入射至盘片并聚焦于盘片15上。在近场光盘机系统中，我们使用NA大于1部分所聚焦而成的较小聚焦光点进行读写的工作，至于分别经由透镜18中NA小于1与NA大于1部分所形成的两个聚焦光点，由于其聚焦光点位置不在同一平面上，因此不存在相互干扰的问题。 
当光线由盘片反射回近场光盘机时，由于偏振方向的不同，此反射光会在近场光盘机内形成两条不同的光学路径，并分别由两组光检测电路(photo detection IC，PDIC)所接收。在此，光检测电路比如为四相位感应器(Quadrant photodiode)。其中一组光检测电路的示意图如图2A所示，而另一组光检测电路的示意图如图3所示。以图2A的光检测电路而言，将其四个相位A1～D1所接收的信号强度总和定为间距误差信号(Gap error signal， GES)；亦即，GES＝A1+B1+C1+D1。图2B显示间距误差信号(GES)与间距D的关系。以图3的光检测电路而言，将其四个相位A2～D2所接收的信号强度总和定为射频(RF)信号；亦即，RF＝A2+B2+C2+D2。 
此外，图4显示反射光强度F与间距D的关系，其中反射光强度为两组光检测电路所接收到的光束强度的总和。在图4中，当SIL10仍位于较远的远场区时，由于间距D大，光检测电路无法接收到由盘片反射的光束，其光检测电路所接收到的光线较弱(可能为背景光)，因此反射光强度F较小。当SIL10由远场区逐渐移动至近场区时，由于其间距D缩短，因此光检测电路可接收到更多从盘片反射回来的光束，故反射光强度F逐渐变大。在本发明中，根据该反射光强度F与间距D的关系，可以得知SIL的目前位置。例如在图4中可看出，当SIL与盘片的间距为1000nm时，反射光强度F有明显的增加，因此当反射光强度F增加到一定值时，可得知SIL已经位于间距D为1000nm处。 
由图2B与图4可看出，当SIL逐渐接近盘片(也就是间距D愈小时)时，间距误差信号会逐渐衰减，但是反射光强度F会逐渐增加。特别是，如图2B所示，当间距D小于200nm时，间距误差信号GES会开始衰减；而如图4所示，当间距D趋近1000nm时，反射光强度会逐渐增加。所以，在本实施例中，当检测到反射光强度F开始增加时，可以大略知道SIL的位置，也就是说，可经由反射光强度F的值来大略估计间距D值，在反射光强度F还未开始增加时，基本上应该视为无法知道SIL的位置(也就是说，无法经由反射光强度F的值来估计间距D值)，因其仍位于间距较大的远场区内，且其反射光强度F并未有明显改变。 
如上所述，入射至SIL10的低NA区的光线会穿过间距D而入射至盘片15，且此光线会被盘片15所反射。如果SIL10距离盘片15太远的话，则由盘片15所反射的光无法被SIL10所收集而被光检测电路所接收。然而，如果SIL10距离盘片15约1000nm的话，则由盘片所反射的光将可穿透SIL的低NA区并投射至PDIC，因此检测到一随反射光强度而变化的信号。 
图5A与图5B显示盘片反射光穿透SIL的低NA区而投射至PDIC的模拟图。其中，为仿真起见，将盘片视为100％反射。图5A为SIL的倾斜角为+1度的模拟图，光点40投射在相位A2上，请注意光点40并非成像光。图5B为SIL的倾斜角为-1度的模拟图，光点40投射在相位C2上，光 点40并非成像光。故而，由此可知，如果SIL的倾斜角不同，则光点40投射在PDIC的位置亦会改变。 
在本实施例中，将PDIC的上方相位(A2)所接收到的光信号强度减去PDIC的下方相位(C2)所接收到的光信号强度称为倾斜信号(TS，Tilt Signal)，其中，此光是盘片的反射光穿透SIL的低NA区而被PDIC所收集。TS可表示为：TS＝A2-C2。在正规化(normalize)后，TS可表示为：TS＝(A2-C2)/(A2+C2)。 
图5C显示倾斜信号(TS)与SIL的倾斜角(TA，Tilt Angle)的关系图。在SIL的倾斜角介于+1度～-1度之间的范围内，倾斜信号(TS)可视为线性，因此，于本实施例中，可经由倾斜信号(TS)来估计SIL的倾斜角(TA)，继而根据SIL的倾斜角(TA)来进行SIL的倾斜角度控制。 
于本实施例中，可先找出使TS＝0的SIL的倾斜角。因此，对在不同SIL倾斜角下的倾斜信号进行取样，以预估倾斜信号(TS)与SIL倾斜角(TA)的关系。例如，可利用数值方法，根据所取样出的倾斜信号来找到使得TS＝0的SIL的倾斜角。找出使TS＝0的SIL的倾斜角后，可据以控制SIL的倾斜角度。例如，可控制SIL在径向(radial)方向及/或切向(tangential)方向上的倾斜角度。也就是说，使得TS＝0的SIL的倾斜角可视为一补偿值，以预先补偿并控制SIL的倾斜角度，而且此时的倾斜控制属于粗调，因为SIL仍位于远场区，且离近场区仍远，因此无法进行较为准确的微调控制。 
以上找出SIL倾角与倾斜信号的方法可在近场光盘机一初始化的过程中执行，且在本实施例中，当找出倾斜信号(TS)与SIL的倾斜角(TA)的关系时，可将该关系储存至一存储器中，之后要重新移动光学头时，可根据该储存的关系调整SIL倾角，以节省操作时间。或者，可在近场光盘机制造时，制造商即针对不同的SIL找出其倾斜信号与倾角的关系，并储存至存储器中，以节省近场光盘机初始化的时间。 
此外，于本实施例中，在SIL靠近近场区但尚未进入近场区前，即可开始对SIL进行倾斜控制的微调，等到进入近场区时，再做微调时的微调幅度就不会太大。请再次参考图2B，在本实施例中，当间距误差信号GES由在远场区的值衰减到一范围值(比如80％-95％)时，则可视为SIL已十分靠近近场区但仍尚未进入近场区。一般来说，近场区约为30-100nm之间，当间距误差信号GES衰减到其在远场区的一范围值，比如80％-95％时，SIL 与盘片的间距可能约为100～200nm之间，于本实施例中，即可开始对SIL进行倾斜角度的微调控制，如同SIL已进入近场区一般。至于如何进行SIL的倾斜微调控制，在此可不特别限定。此外，当SIL已经进入近场区时(其间距误差信号GES由在远场区的值衰减到一范围值30％-80％)，可再做倾斜微调，使聚焦光束与盘片数据层的垂直度更佳。因此，在本发明中，SIL在间距误差信号GES由在远场区的值衰减到范围值30％-90％时皆可做微调控制，因此增加了SIL可做微调的范围，还能使聚焦光束与盘片数据层互相垂直，以达到更好的读写效果。 
请参考图6，其显示根据本实施例的操作流程图。如图6所示，于步骤610中，预估SIL的高度(亦即，预估SIL与盘片的间距)。如上述，当反射光强度F开始增加或增加至某一预定值时，可以视为已大略知道SIL的位置，也就是说，可经由反射光强度F的值来大略估计间距D值。 
于步骤620中，找出倾斜信号与SIL倾斜的关系，以找出对SIL的倾斜补偿。如上述，找出令TS＝0的SIL倾斜角度，以此来补偿SIL的倾斜。 
于步骤630中，在SIL仍位于远场区时，根据倾斜补偿，对SIL倾斜进行粗调控制。于本实施例中，步骤620可执行单次，以静态方式来进行SIL位于远场区的倾斜粗调控制；或是步骤620与630可执行多次，以动态(回授)方式来进行SIL位于远场区的倾斜粗调控制。 
于步骤640中，根据间距误差信号(GES)的衰减，决定何时开始对SIL倾斜进行微调控制。如上所述，当间距误差信号(GES)衰减到达某一范围值时，会视为SIL已十分靠近近场区，故而，此时会开始对SIL倾斜进行微调控制。之后，等SIL已经进入近场区时，可对SIL做更进一步的微调控制。 
综上所述，虽然本发明已以实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明。本领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的前提下可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围以本发明的权利要求为准。 

Claims (9)

1.一种近场光盘机的倾斜控制方法，包括：
预估一透镜与一盘片间的一间距；
在该透镜于一远场区内时，根据一倾斜信号，预估该透镜的一倾斜补偿，其中，该倾斜信号是将一第一光检测电路的一第一相位所接收到的一第一光信号强度减去一第二相位所接收到的一第二光信号强度，其中，该第一光信号和第二光信号是由该盘片所反射并穿透该透镜的一第一数值孔径区而被该第一光检测电路所收集；
在该透镜位于该远场区时，根据该倾斜补偿，对该透镜进行一倾斜粗调控制；以及
在该透镜仍位于该远场区时，根据一间距误差信号的衰减，决定何时开始对该透镜进行倾斜微调控制，其中，该间距误差信号是一第二光检测电路的所有相位所接收到的光信号强度的总和。
2.如权利要求1所述的方法，其中，预估该透镜与该盘片的该间距的该步骤包括：
根据一反射光强度来预估该透镜与该盘片的该间距。
3.如权利要求2所述的方法，其中，当该反射光强度开始增加时，预估该透镜与该盘片的该间距。
4.如权利要求1所述的方法，其中，根据该倾斜信号以预估该透镜的该倾斜补偿的该步骤包括：
对该透镜不同的多个倾斜角所产生对应的多个倾斜信号进行取样；以及
预估该倾斜信号与该倾斜角的关系，根据该关系找出该补偿倾斜角。
5.如权利要求1所述的方法，其中：
该反射光强度是该第一光检测电路与该第二光检测电路的所有相位所接收到的光信号强度的总和。
6.如权利要求4所述的方法，其中预估该倾斜信号与该倾斜角的关系是在该近场光盘机的初始化过程中进行或在光盘机制造商的生产过程中进行。
7.如权利要求4所述的方法，其中当获得该倾斜信号与该倾斜角的关系后，将该关系储存至一存储器中。
8.如权利要求3所述的方法，其中当该反射光强度开始增加时，该间距小于1000nm。
9.如权利要求1所述的方法，当该间距误差信号衰减到该透镜位于该远场区的间距误差信号值的30％-90％时，对该透镜进行倾斜角度微调控制。
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