CN102237100A - 近场光学存取系统中的透镜推入方法 - Google Patents

近场光学存取系统中的透镜推入方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种近场光学存取系统中的透镜推入方法，包含下列步骤：于该透镜位于一远场位置时，以一开回路控制模式来驱动该透镜接近一光盘片表面，并且根据一间隙误差信号来决定该透镜是否进入一近场位置；当该透镜进入该近场位置时，设定一第一间隙误差电平并且切换为一闭回路控制模式来驱动该透镜；当该间隙误差信号降至该第一间隙误差电平时，将设定的该第一间隙误差电平改为一第二间隙误差电平，该第二间隙误差电平大于该第一间隙误差电平；以及当该间隙误差信号升至该第一间隙误差电平时，将设定的该第二间隙误差电平改为一目标间隙误差电平使得该间隙误差信号维持在该目标间隙误差电平。

Description

近场光学存取系统中的透镜推入方法
技术领域
本发明为一种近场光学存取系统，尤指一种近场光学存取系统中的透镜推入方法。 
背景技术
由于近场光学存取系统(near-field optical accessing system)可以存取大量的数据，因此近年来逐渐受到重视，而近场光驱(near-fieldoptical disk drive)即是一种近场光学存取系统，近场光驱中包括一光学头(optical head)。近场光驱在近场位置正常操作时，光学头中的透镜，例如固态浸没透镜(solid immersion lens)，与光盘片表面之间的距离非常近，必须在200纳米(nm)甚至于更短的距离之内操作。 
因此，如何移动透镜至近场的工作位置，并且不会造成光学头与光盘片表面之间的碰撞，即是所有研发厂商所欲解决的问题之一。一般来说，移动透镜至工作位置(或称目标位置)的动作即称为透镜推入动作(lenspull-in action)。 
请参照图1，其所绘示为近场光驱所产生的间隙误差信号(gaperror signal，以下简称GES信号)示意图。其代表透镜由远场(far-field)位置移动至近场(near-field)位置时所产生的GES信号，亦即透镜在离光盘片较远处移动至工作位置时所产生的GES信号。于远场时，近场光驱的光学头所产生的GES信号会维持在一个固定电平，因为此时光学头无法接收到盘片反射的信号；于近场时，随着透镜越接近光盘片，GES信号会越来越小，直到透镜接触光盘片时，GES信号会降至0。因此，GES信号可以代表透镜与光盘片表面间的距离，而利用此GES信号的特性，即可发展出各式的透镜推入方法。 
其中，美国公开说明书US2009/0154309中揭露一种近场光驱及其透镜推入方法。如图2A、图2B即为其透镜推入方法的GES信号示 意图以及透镜驱动电压(driving voltage)示意图。根据该公开说明书的揭露内容，近场光驱(于时间点t0至时间点t 3)利用驱动电压第一次将透镜逐渐地往光盘片靠近，并且根据GES信号的斜率变化于时间点t1与时间点t3，决定第一间隙误差值(Vges1)与第二间隙误差值(Vges2)及相对应的第一电压(Vd1)与第二电压(Vd2)。之后，驱动透镜远离光盘片，并设定一目标值(target value，Vtarget)，其为第一电压(Vd1)与第二电压(Vd2)的平均值。之后，于时间点t4利用驱动电压第二次将透镜逐渐地往光盘片靠近，并且于时间点t5时确认透镜进入近场。而于时间点t6时，确认驱动电压到达目标值(Vtarget)，并将透镜的驱动信号切换至间隙伺服系统(以下简称GAP伺服系统)。而GAP伺服系统为一闭回路控制系统，使得透镜可以稳定的操作在目标值附近。 
然而前述的透镜推入动作必须在开回路的状态下，先控制透镜由远至近的移动，并且根据GES信号的斜率变化来确定透镜位于近场且未与光盘片碰撞。而于确认驱动电压的目标值(Vtarget)后，才可再次驱动透镜至目标值(Vtarget)所在的目标位置并且切换至GAP伺服系统。众所周知，利用开回路控制模式执行透镜推入动作将透镜移动到目标位置会浪费较多的时间。 
再者，美国公开说明书US2009/0290465中揭露一种近场光驱及其透镜推入方法。如图3即为其透镜推入方法的信号示意图以及过程图。根据该公开说明书的揭露内容，近场光驱(于时间点t0至时间点t 3)为开回路控制模式，并利用驱动电压将透镜位置逐渐地往光盘片表面靠近并移动至目标距离(target distance)。其中，于时间点t0至时间点t1之间，由GES信号可知透镜是在远场，而驱动电压控制透镜以第一速度接近光盘片表面；于时间点t1时，GES信号在第一GES电平可知透镜进入近场，而透镜与光盘片表面为第一距离，驱动电压控制透镜以第二速度接近光盘片表面；于时间点t2时，GES信号在第二GES电平，而透镜与光盘片表面为第二距离，驱动电压控制透镜以第三速度接近光盘片表面；于时间点t3时，GES信号在目标GES电平，而透镜与光盘片表面为目标距离。此时，近场光驱切换至 闭回路控制模式，并且于驱动电压上提供一脉波(时间为T，振幅为A)的反向驱动电压，使得透镜与光盘片表面不会产生碰撞。而于时间点t3之后即为闭回路控制模式，使得透镜与光盘片表面维持目标距离。然而，利用开回路控制模式执行透镜推入动作将透镜移动到目标位置会浪费较多的时间。 
此外，美国公开说明书US2009/0016179也是利用开回路控制模式来执行透镜推入方法，因此不再赘述。 
一般来说，于开回路控制模式来驱动透镜时，光盘片必须静止不动。如果光盘片在旋转的状态下以开路控制来进行透镜推入动作，则光盘片的上下轻微扰动(disturbance)极有可能与透镜碰撞造成光盘片以及透镜的损坏。 
发明内容
本发明的目的在于提出一种利用闭回路控制模式来执行透镜推入动作，本发明利用设定多个目标位置达成镜片推入动作且不会造成透镜与光盘片表面的碰撞。 
本发明提出一种近场光学存取系统中的透镜推入方法，包含下列步骤：该透镜位于一远场位置时，以一开回路控制模式来驱动该透镜接近一光盘片表面，并且根据一间隙误差信号来决定该透镜是否进入一近场位置；当该透镜进入该近场位置时，设定一第一间隙误差电平并且切换为一闭回路控制模式来驱动该透镜；当该间隙误差信号降至该第一间隙误差电平时，将设定的该第一间隙误差电平改为一第二间隙误差电平，该第二间隙误差电平大于该第一间隙误差电平；以及，当该间隙误差信号升至该第一间隙误差电平时，将设定的该第二间隙误差电平改为一目标间隙误差电平使得该间隙误差信号维持在该目标间隙误差电平。 
再者，本发明提出一种近场光学存取系统中的透镜推入方法，包含下列步骤：当该透镜位于一近场位置时，以一闭回路控制模式来驱动该透镜，使得一间隙误差信号维持在一初始目标间隙误差电平；利用该闭回路控制模式来驱动该透镜移动至一最终间隙误差电平时， 设定一过度间隙误差电平，使得该间隙误差信号由该初始目标间隙误差电平趋近该过度间隙误差电平；以及当该间隙误差信号的斜率变为一预设值时，将设定的该过度间隙误差电平改为一最终目标间隙误差电平，使得该间隙误差信号维持在该最终目标间隙误差电平。 
再者，本发明提出一种近场光学存取系统中的透镜推入方法，包含下列步骤：当该透镜位于一远场位置时，以一开回路控制模式来驱动该透镜接近一光盘片表面，并且根据一间隙误差信号来决定该透镜是否进入一近场位置；当该透镜进入该近场位置时，以该开回路控制模式来驱动该透镜接近该光盘片表面；当该间隙误差信号降至一第一间隙误差电平时，以该开回路控制模式来驱动该透镜远离该光盘片表面；以及当该间隙误差信号的斜率变为一预设值时，设定一第二间隙误差电平并且切换为一闭回路控制模式来驱动该透镜，使得该间隙误差信号维持在该第二间隙误差电平。 
附图说明
本发明得通过下列附图及说明，得一更深入的了解： 
图1所绘示为近场光驱所产生的GES信号示意图。 
图2A、图2B为现有透镜推入方法的GES信号示意图以及透镜驱动电压示意图。 
图3为现有透镜推入方法的信号示意图以及过程图。 
图4所绘示为利用闭回路控制模式执行透镜推入动作时的GES信号。 
图5A所绘示为本发明第一实施例的透镜推入方法。 
图5B所绘示为本发明第一实施例的透镜推入动作时的GES信号。 
图6A所绘示为本发明第二实施例的透镜推入方法。 
图6B所绘示为本发明第二实施例的透镜推入动作时的GES信号。 
图7A所绘示为本发明第三实施例的透镜推入方法。 
图7B所绘示为本发明第三实施例的透镜推入动作时的GES信号。 
具体实施方式
由图1的GES信号可知，当透镜进入近场之后，GES信号为线性的变化。因此，近场光驱可利用此特性于透镜进入近场之后，即切换至GAP伺服系统，而利用闭回路控制模式即可将透镜快速地移动至目标距离，并完成透镜推入动作。 
请参照图4，其所绘示为利用闭回路控制模式执行透镜推入动作时的GES信号。由于在近场利用闭回路控制模式，透镜的驱动电压与GES信号会具有一定的关系，此处仅以GES信号来作说明。首先，在远场时，透镜是利用开回路控制模式来移动透镜接近光盘片表面。于时间点t0时，根据降低的GES信号，近场光驱得知透镜已经进入近场；此时，近场光驱可以设定一目标GES电平，并直接切换至GAP伺服系统。其中，闭回路控制模式系统是执行透镜位置控制，其产生的驱动电压会使得透镜与光盘片表面维持在目标距离，亦即GES信号维持在目标GES电平。而当透镜维持在目标距离时，即代表透镜推入动作完成。 
然而，由于透镜与光盘片表面之间的目标距离非常的短，约在200纳米～25纳米之间。因此，若单纯利用上述方式执行透镜推入动作，往往会造成过冲(overshoot)太高，使得透镜与光驱表面之间会小于目标距离，因而造成透镜与光盘片表面的碰撞。由图4可知，于时间点t1时，GES信号虽然已经到达目标GES电平，但是在时间点t1之后会造成过冲O1。若过冲O1量太大，将会造成透镜与光盘片表面的碰撞，如果此时光盘片正在旋转，则光盘片与透镜将会受到严重的损伤。因此，本发明的各种实施例即是利用闭回路控制模式切换GES电平来完成透镜推入动作并降低过冲。 
请参照图5A，其所绘示为本发明第一实施例的透镜推入方法。首先，近场光驱是利用开回路控制模式来驱动透镜接近光盘片表面(步骤S100)，并且根据GES信号的变化来决定透镜是否进入近场(步骤S102)；确定透镜进入近场时，近场光驱设定第一间隙误差电平(以下简称GES电平)为目标GES电平并且切换为闭回路控制模式(步骤S106)；接着，持续监测GES信号，当确定GES信号降至第一GES电平(步骤S106)时，则近场光驱将目标GES电平改为第二GES电平(步 骤S108)，此第二GES电平是一个暂时的目标GES电平且第二GES电平高于第一GES电平；接着，持续监测GES信号，当确定GES信号回升至第一GES电平(步骤S110)时，则近场光驱再次将目标GES电平改为第一GES电平(步骤S112)。 
请参照图5B，其所绘示为本发明第一实施例的透镜推入动作时的GES信号。首先，在远场时，透镜是利用开回路控制模式来移动透镜接近光盘片表面。于时间点t0时，根据降低的GES信号，近场光驱得知透镜已经进入近场；此时，近场光驱是设定第一GES电平为目标GES电平，并直接切换至GAP伺服系统。因此，闭回路控制模式系统会快速地移动透镜，此时，GES信号会快速下降。于时间点t 1时，近场光驱确定GES信号降至第一GES电平，此时，近场光驱将目标GES电平改为第二GES电平。 
很明显地，当近场光驱将目标GES电平改为第二GES电平后，GES信号与第二GES电平之间的差距(difference)变大，使得闭回路控制模式系统产生更大的驱动电压将透镜往远离光盘片表面的方向移动以到达第二GES电平，因此将可有效地减少过冲量(亦即由过冲O1降低至过冲O2)，并防止透镜与光盘片表面产生碰撞。 
于时间点t2时，近场光驱确定GES信号为了达到第二GES电平而回升至第一GES电平时，近场光驱再次将目标GES电平改为第一GES电平。因此，在时间点t2之后，GAP伺服系统所产生的驱动电压会使得透镜与光盘片表面维持在目标距离，并使得GES信号维持在第一GES电平且代表透镜推入动作完成。 
根据本发明的第一实施例，第一GES电平等于目标GES电平，且第二GES电平为第一GES电平的1.2倍。当然，第一GES电平也可以设定在目标GES电平附近而不等于目标GES电平，而第二GES电平与第一GES电平之间的倍率也可以适当地修改一样也可以达成本发明第一实施例降低过冲量的效果。此外，也可经由设定多于两个不同的GES电平来逐步接近目标GES电平。 
一般来说，近场光驱完成透镜推入动作控制透镜到达目标位置后，可能会在其它状况下继续控制透镜至其它目标位置。举例来说， 近场光驱在闭回路的控制之下移动透镜由原来的初始目标距离(例如100纳米)移动至终点目标距离(例如25纳米)。除了第一实施例的方法外，也可利用本发明的第二实施例来完成。 
请参照图6A，其所绘示为本发明第二实施例的透镜推入方法。在闭回路控制模式下移动透镜，使得GES信号由第一GES电平(也就是初始目标GES电平)，改变至第三GES电平(也就是最终目标GES电平)。 
首先，近场光驱将第一GES电平改为第四GES电平(步骤S202)，其中第四GES电平是介于第一GES电平与第三GES电平之间的一过度GES电平；接着，持续监测GES信号，当确定GES信号到达最低值(步骤S204)时，近场光驱再次将第四GES电平改为第三GES电平(步骤S206)，亦即最终目标GES电平。 
请参照图6B，其所绘示为本发明第二实施例的透镜推入动作时的GES信号。于时间点t3时，近场光驱将第一GES电平(初始目标GES电平)改变为第四GES电平。因此，闭回路控制模式系统会快速地移动透镜，此时，GES信号会快速下降。于时间点t4时，GES信号降至第四GES电平并且持续下降产生过冲。如果近场光驱持续设定在第四GES电平，则GES信号会如虚线所示回到第四GES电平。 
而根据本发明的实施例，于时间点t5时会产生最大值的过冲量，而近场光驱可根据GES信号的斜率为零得知GES信号已经到达最低值。亦即在时间点t5时，透镜的速度也为零，而近场光驱在同一时间将第四GES电平改变为第三GES电平(最终目标GES电平)。因此，在时间点t5之后，仅有过冲O3并且GAP伺服系统所产生的驱动电压会使得透镜与光盘片表面维持在最终目标距离，并使得GES信号维持在第三GES电平(最终目标GES电平)。 
根据本发明的第二实施例，第四GES电平为第一GES电平与第三GES电平的平均值，且第三GES电平为GES信号的最低值。当然，第四GES电平也取决于该近场光学存取系统的步阶响应(step response)大小，而设定介于第一GES电平与第三GES电平的其它数值，其中当步阶响应中的过冲量大于一预定值时，第四GES电平会大于第一GES 电平与第三GES电平的平均值；当过冲量小于该预定值时，第四GES电平会小于第一GES电平与第三GES电平的平均值，根据设定的第四GES电平并且侦测GES信号斜率接近一预设值时，将第四GES电平改为第三GES电平，也可以达成本发明第二实施例降低过冲量的效果。 
请参照图7A，其所绘示为本发明第三实施例的透镜推入方法。首先，近场光驱是利用开回路控制模式产生驱动电压来驱动透镜接近光盘片表面(步骤S300)，并且根据GES信号的变化来决定透镜是否进入近场(步骤S302)；确定透镜进入近场时，继续利用开回路控制模式产生驱动电压来驱动透镜接近光盘片表面，并且持续监测GES信号；当确定GES信号降至第一GES电平(步骤S304)时，则近场光驱利用开回路控制模式产生反向的驱动电压来驱动透镜远离光盘片表面(步骤S306)；接着，持续监测GES信号，当确定GES信号到达最低值(步骤S308)时，近场光驱设定第二GES电平为目标GES电平并且切换为闭回路控制模式(步骤S310)。 
请参照图7B，其所绘示为本发明第三实施例的透镜推入动作时的GES信号。首先，在远场时，透镜是利用开回路控制模式来产生驱动电压移动透镜接近光盘片表面。由图7B中可知，驱动电压为斜坡信号(ramp signal)，代表透镜快速地往光盘片表面移动。再者，于时间点t0时，根据降低的GES信号，近场光驱得知透镜已经进入近场；于时间点t1时，GES信号降到预设的第一GES电平。此时，近场光驱利用驱动信号来产生煞车的反应，亦即利用开回路控制模式来产生反向的驱动电压移动透镜远离光盘片表面。于时间点t2时，近场光驱根据GES信号的斜率为零得知GES信号已经到达最低值，亦即在时间点t2时，透镜的速度为零。而近场光驱亦在同一时间设定第二GES电平为目标GES电平并且切换为闭回路控制模式。因此，在时间点t2之后，GAP伺服系统所产生的驱动电压会使得透镜与光盘片表面维持在目标距离(如实线GES信号所示)，并使得GES信号维持在第二GES电平且代表透镜推入动作完成。 
如果近场光驱在时间点t2切换为闭回路控制模式，但是仍设定第一GES电平为目标GES电平，则GES信号会如虚线所示。 
由上述说明可知，第二GES电平即为GES信号的最低值，然而第二GES电平也可设定在GES信号的最低值附近，并且侦测GES信号斜率接近于零的一预设值时，亦可以达成本发明降低过冲量的效果。 
本发明的优点在于提出一种利用闭回路控制模式完成透镜推入动作，并且可以有效地降低过冲量，使得近场光学存取系统中的透镜不会与光盘片表面碰撞，并且快速地将透镜移动至目标位置。 
再者，由于本发明是利用闭回路控制模式完成透镜推入动作，因此，在执行透镜推入动作时，光盘片也可以直接转动，不需担心透镜与光盘片表面发生碰撞的情形发生。 
综上所述，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何熟习此技艺者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种更动与润饰，因此本发明的保护范围当视后附之申请专利范围所界定的为准。 

Claims (12)

1.一种近场光学存取系统中的透镜推入方法，包含下列步骤：
当该透镜位于一远场位置时，以一开回路控制模式来驱动该透镜接近一光盘片表面，并且根据一间隙误差信号来决定该透镜是否进入一近场位置；
当该透镜进入该近场位置时，设定一第一间隙误差电平并且切换为一闭回路控制模式来驱动该透镜；
当该间隙误差信号降至该第一间隙误差电平时，将设定的该第一间隙误差电平改为一第二间隙误差电平，该第二间隙误差电平大于该第一间隙误差电平；以及
当该间隙误差信号升至该第一间隙误差电平时，将设定的该第二间隙误差电平改为一目标间隙误差电平使得该间隙误差信号维持在该目标间隙误差电平。
2.如权利要求1所述的透镜推入方法，其特征在于，该第一间隙误差电平等于该目标间隙误差电平。
3.如权利要求1所述的透镜推入方法，其特征在于，该第二间隙误差电平为该第一间隙误差电平的1.2倍。
4.一种近场光学存取系统中的透镜推入方法，包含下列步骤：
当该透镜位于一近场位置时，以一闭回路控制模式来驱动该透镜，使得一间隙误差信号维持在一初始目标间隙误差电平；
利用该闭回路控制模式来驱动该透镜移动至一最终间隙误差电平时，设定一过度间隙误差电平，使得该间隙误差信号由该初始目标间隙误差电平趋近该过度间隙误差电平；以及
当该间隙误差信号的斜率变为一值时，将该过度间隙误差电平改为该最终目标间隙误差电平，使得该间隙误差信号维持在该最终目标间隙误差电平。
5.如权利要求4所述的透镜推入方法，其特征在于，该预设值为零。
6.如权利要求4所述的透镜推入方法，其特征在于，该间隙误差信号的斜率为零时，该间隙误差信号为最低值并且等于该最终目标间隙误差电平。
7.如权利要求4所述的透镜推入方法，其特征在于，该过度间隙误差电平为该初始目标间隙误差电平与该最终目标间隙误差电平的平均值。
8.如权利要求4所述的透镜推入方法，其特征在于，该过度间隙误差电平是介于该初始目标间隙误差电平与该最终目标间隙误差电平之间，该过度间隙误差电平取决于该近场光学存取系统的步阶响应大小。
9.如权利要求8所述的透镜推入方法，其特征在于，当该步阶回应中的过冲量大于一预定值时，该过度间隙误差电平大于该初始目标间隙误差电平与该最终目标间隙误差电平的平均值；当该步阶回应的过冲量小于该预定值时，该过度间隙误差电平小于该初始目标间隙误差电平与该最终目标间隙误差电平的平均值。
10.一种近场光学存取系统中的透镜推入方法，包含下列步骤：
当该透镜位于一远场位置时，以一开回路控制模式来驱动该透镜接近一光盘片表面，并且根据一间隙误差信号来决定该透镜是否进入一近场位置；
当该透镜进入该近场位置时，以该开回路控制模式来驱动该透镜接近该光盘片表面；
当该间隙误差信号降至一第一间隙误差电平时，以该开回路控制模式来驱动该透镜远离该光盘片表面；以及
于该间隙误差信号的斜率变为一预设值时，设定一第二间隙误差电平并且切换为一闭回路控制模式来驱动该透镜，使得该间隙误差信号维持在该第二间隙误差电平。
11.如权利要求10所述的透镜推入方法，其特征在于，该预设值为零。
12.如权利要求11所述的透镜推入方法，其特征在于，该间隙误差信号的斜率为零时，该间隙误差信号为最低值并且等于该第二间隙误差电平。
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