CN1145941C - 光学记录装置、光学记录/再现方法 - Google Patents

光学记录装置、光学记录/再现方法 Download PDF

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Abstract

一种光学记录装置和方法，当引起经过校正的玻璃母盘15的反射光量超过阈值T1的外部干扰施加于控制回路时，不仅主控制部分38而且辅助控制部分37对校正量27进行控制。在这种情况中，快速地抑制外部干扰的影响。更具体地说，在经过校正的反射光量27超过阈值T1的时刻，维持主控制部分38的控制电压。而经过校正的光量27维持大于阈值T1时，辅助控制部分37对校正量27进行控制，将主控制部分38和辅助控制部分37的控制电压之和提供给压电元件23，由此抑制外部干扰的影响。

Description

光学记录装置、光学记录/再现方法
技术领域
本发明涉及通过将光施加于记录媒体上而能够记录数据的光学记录装置。更具体地，本发明涉及能够高密度地记录数据信号的光学记录装置，它具有数值孔径大的物镜并被设计成将该物镜维持在距离光学记录媒体表面的短距离上而记录数据信号。本发明还涉及将数据记录在光学记录媒体上并从光学记录媒体再现而同时维持大数值孔径的物镜与光学记录媒体之间规定距离的光学记录/再现方法。
背景技术
利用近场光记录和再现数据的典型技术采用两个透镜(以下称为“双透镜组”)。一个透镜是固体浸没透镜(SIL)。另一个透镜是聚光透镜。这一技术已经能够产生较小的光点直径，由此满足在光盘上高密度地记录数据的需求。将SIL置于聚光透镜与光盘之间，提供比聚光透镜数值孔径更大的数据孔径。SIL是通过将一部分球形透镜切割而制成的高折射率透镜。其球形表面与聚光透镜相对，其另一表面面向光学记录媒体。
由SIL输出的近场信号可以用于光学地记录数据和再现数据。为此，必须实现两个要求。首先，SIL的表面和光学记录媒体必须减小到起产生近场光束作用的某个值(光的波长的一半或者更短距离，或者在多数情况中为200nm或更小)并维持在这个值上。其次，必须实现聚焦控制，以恒定值将会聚光束的光点设定在光学记录媒体上。
这种类型光学记录装置所采用的典型技术是采用空气轴承滑块。将双透镜组安装在空气轴承滑块上并使光学记录媒体旋转。由此在光学记录媒体和安装在轴承上的双透镜组之间产生一空气膜。双透镜组通过薄膜的压力而悬浮，维持SIL与光学记录媒体的表面之间的恒定距离。这一技术类似于磁性记录中为控制磁头与记录媒体之间距离所采用的方法相似。
可以将润滑剂施加在接收光的光学记录媒体的表面上，由此增大焦距。在这种情况中，即使光学记录媒体在其表面上有凹陷和凸块或在媒体表面上存在灰尘，在采用上述空气轴承滑块实现的距离控制中，也能够使聚焦稳定。
然而，这些传统技术却存在缺点。首先，在仅利用空气轴承滑块的方法中，不能对由光学记录媒体表面上存在的刻痕或凹陷引起的外部干扰进行有效控制，从而引起散焦的可能性。再有，除非使媒体旋转，就不能控制间隙，从而不可能实现聚焦控制。
第二，在将润滑剂施加于光学记录媒体的接收光表面的方法中，只要光学媒体表面上有凹陷或凸块或者在媒体表面上有灰尘，即使聚焦增大也会发生散焦。此外，因为润滑剂被施加于光学记录媒体的光接收表面，这一方法不适合于具有光致抗蚀剂涂层的盘，如CD和DVD。
发明内容
鉴于以上情况产生了本发明。本发明的目的是提供一种光学记录装置，其中能够维持SIL与光学记录媒体的表面之间距离不变以防止散焦，不论光盘是否旋转，即使在媒体的表面上存在刻痕或凹陷，它能够高密度地记录数据，并能够便于制造。本发明的另一个目的是提供一种能够以高密度记录数据的光学记录/再现方法。
为了实现第一个目的，根据本发明的光学记录装置包括：使施加于光学记录媒体的光会聚的第一光学装置，所述第一光学装置具有一数值孔径；置于第一光学装置与光学记录媒体之间的第二光学装置，其数值孔径大于第一光学装置数值孔径；利用第二光学装置末端与光学记录媒体之间提供的近场区中从光学记录媒体反射光的量的线性特性，维持第二光学装置与光学记录媒体之间预定距离的主控制装置。
光学记录装置进一步包括设定对应于从光学记录媒体反射的光的量的阈值和在反射光的量的线性特性之内的控制目标值的装置，和当反射光量大于阈值时抑制反射光量的影响的辅助控制装置。在这种情况中，主控制装置和辅助控制装置，或二者是按照反射光量具有阈值或控制目标值的关系而使用的。
为了实现第二个目的，根据本发明的光学记录/再现方法包括：利用第二光学装置末端与光学记录媒体之间提供的近场区中从光学记录媒体的反射光量的线性特性，维持第二光学装置与光学记录媒体之间预定距离的控制步骤，由此赋予第二光学装置的数值孔径大于第一光学装置的数值孔径，所述第二光学装置被置于第一光学装置与光学记录媒体之间；设定从光学记录媒体反射的光的量的阈值和在反射光的量的线性特性之内的控制目标值的设定步骤；以及当反射光量大于阈值时抑制反射光量的影响的辅助控制步骤。在这种方法中，主控制步骤和辅助控制步骤，或二者是按照反射光量与阈值或控制目标值的关系而进行的。
在按照本发明的光学记录装置中，当近场光束从光学记录媒体出射时，能够维持物镜与光学记录媒体之间恒定距离，不管媒体是否旋转。在媒体表面上形成的光点的尺寸由此能够维持不变。因此利用近场光束有可能将数据记录在光盘上和从光盘上再现数据。
此外，能够实现稳定聚焦控制，而不管外部干扰。
此外，在为制造CD和DVD而设计的切割机器中，本发明利用近场光束有可能记录数据。
附图说明
图1是根据本发明的光学记录装置的方框图。
图2是装在光学记录装置中的光头的示意图。
图3是代表光学记录媒体与SIL表面之间的距离与从SIL反射光量的关系的曲线图。
图4是设置在光学记录装置中的聚焦控制器的方框图。
图5是说明在光学记录装置中执行的聚焦控制的顺序的图。
图6是说明在进行聚焦控制前在光学记录装置有影响的操作的顺序的流程图。
图7是说明在光学记录装置启动聚焦控制的顺序的流程图。
图8是当外部干扰施加于光学记录装置时进行的聚焦控制的顺序的流程图。
图9是说明由图4所示聚焦控制器中所采用的信号设定部分2设定的信号的时序图。
图10是说明由图4所示聚焦控制器中所采用的信号设定部分1设定的另一类型信号的时序图。
图11是代表如果媒体接收光表面上有刻痕从光学记录媒体反射光的量变化的曲线图。
具体实施方式
将参考附图描述本发明的实施例。然而，应当注意，本发明并不局限于这一实施例。
图1示出光学记录装置，即本发明的一个实施例，它可以采用根据本发明的光学记录/再现方法。该实施例是所谓的“切割机器”，它将由数据调制的激光束施加在涂覆有光致抗蚀剂的玻璃母盘上，由此将数据记录在玻璃母盘上。
激光器元件4发射记录激光束LB1，通过电光调制器(EOM)5、分析器6(即偏振片)和分束器(BS)7将其施加到声光调制器(AOM)3上。AOM 3按照记录信号发生器2从数据源1提供数据产生的数字数据对激光束LB1进行调制。
将AOM 3输出的激光束LB2施加于准直透镜11，它将光束LB 2转换为平行光束。经分束器(PBS)12将平行光束施加于四分之一波片13。
经调制的激光束LB2通过四分之一波片13被转换为圆偏振光束。将这一光束施加于玻璃母盘15，在其上形成光点。聚焦控制器20控制光头14，由此将光束聚焦在玻璃母盘15上。因此，光头14与玻璃母盘15之间的距离维持恒定。
入射在光头14上的激光束LB3在涂覆有光致抗蚀剂的玻璃母盘15上形成光点。通过聚焦控制将光点的直径设定为规定值。利用光点，按照待记录的数据，在涂覆光致抗蚀剂的玻璃母盘15上进行切割。
激光束LB4(它为从激光器元件4射出的激光束的一部分)通过EOM5、分析器6和BS7，被光电检测器(PDI)8检测。光电检测器8将激光束LB4转换为电信号，将其输入到自动功率控制器(APC)9。即，电信号的值反馈给EOM5，由此将至激光器元件4的功率控制为恒定值。因此，通过APC9将光的量在最大值18上保持恒定。
与此同时，从母盘15反射并由光头14施加的激光束LB3通过四分之一波片13并转换为线偏振光。线偏振光经PBS12施加于聚光透镜16，它输出光束LB5。光束LB5施加于光电检测器(PD2)17，它检测从玻璃母盘15反射的光的量19。
聚焦控制器20接收最大光量18和从盘15反射的光的量19。聚焦控制器20从最大光量18，即恒定光量产生一参照信号。控制器20由盘15和从光头14施加的反射光量19产生光头控制电压22。电压22将控制光头14维持光头14与母盘15之间的恒定距离，将在下文详细描述。
参考信号的源是最大光量18，它保持恒定不变。尽管如此，可以采用恒定电压源替代，以产生参考信号。
图2示出装在光学记录装置中的光头14。光头14包括两个光学元件。第一个元件是非球面透镜24。第二个元件是固体浸没透镜(SIL)25。(以下将这两个透镜24和25称为“双透镜组”)。双透镜组固定在压电元件23上。入射在双透镜组上的激光束LB3被非球面透镜25会聚，然后施加在SIL25上。
SIL25是通过切割一部分球面透镜而制成的，具有高折射率。其球形表面与非球面透镜24相对，其平表面与玻璃母盘15相对。由于SIL25置于非球面透镜24与玻璃母盘15之间，双透镜组能够获得大于非球面透镜24数值孔径的数值孔径。光头14因此能够形成更小的光点。这样有可能以高密度将数据记录在玻璃母盘15上。
在入射在SIL25上的光当中，以等于或大于引起全反射角度的角度施加的部分在SIL25中被全反射，不从SIL25出射。尽管如此，当SIL25靠近玻璃母盘15至产生近场光束的距离(通常，等于或短于光的波长)时，发生渐渐消失耦合。一部分全反射光因此作为近场光束出现在玻璃母盘15上。因此，来自SIL25的光束施加在母盘15上。施加在玻璃母盘15的一部分近场光束从母盘15反射并施加到SIL25上。
图3代表玻璃母盘15与SIL25之间距离与被PD(2)检测的激光束LB3的强度(即从母盘15的反射光量(V))的关系。在本实施例中，只要SIL25与母盘15之间的距离维持等于或大于200nm，没有产生近场光束，光在SIL25中被全反射。在这种情况中，激光束LB3的强度保持不变。然而，如果距离小于200nm，光束LB3的强度将降低，因为入射在SIL25上的一部分光作为近场光束通过母盘15。如果SIL25与玻璃母盘15接触，入射在SIL25上的所有光将通过玻璃母盘15。因此，从母盘15反射并从SIL25施加的光束LB3的强度将为零(0.0)。
正如从图3可以理解的，母盘15与SIL25之间的距离和激光束LB3的强度彼此直接相关。如果利用关系的线性区域，将易于控制至目标值的距离。
在本发明中，控制从母盘15反射并从SIL25提供的激光束LB3的强度(V)，以维持SIL25与玻璃母盘15之间的恒定距离。压电元件23能够将电信号转换为纳米量级的位移量，采用它作为改变SIL25与母盘15之间的距离的驱动装置。正如图2所示，双透镜组附着于压电元件23。给压电元件23施加控制电压22，它按照从母盘15反射光量移动双透镜组。SIL25与母盘15之间的距离由此维持不变。在本实施例中，当施加150V电压时压电元件23延伸12nm。因此，当给压电元件23施加电压时SIL25靠近玻璃母盘15。
可以应用对SIL25与母盘15之间距离进行检测的位置传感器所检测的值使距离维持在恒定值上。
图4示出聚焦控制器20的内部结构。聚焦控制器20包括峰值保持电路44、信号校正部分26、信号设定部分(1)40、信号设定部分(2)42、比较器29、辅助控制部分37、主控制部分38和控制信号切换装置42。聚焦控制器20接收来自输入端IN1的光量19和来自输入端IN2的最大光量18，采用这些光量来实现聚焦控制。切换信号(1)34和切换信号(2)35提供给控制信号切换装置42。按照这些信号，装置42切换从辅助控制部分37和主控制部分36提供的信号，由此产生驱动压电元件23的控制电压22。
图5说明由聚焦控制器20进行的聚焦控制的顺序。聚焦控制器20按照来自SIL25的光量19在压电元件23上进行反馈控制。预处理部分36在开始反馈控制前对最大光量18和光量19进行预处理，以便让经过校正的光量27等于目标值31。将参考图4至7说明本实施例中实施的聚焦控制。
参考图6所示的流程图描述在预处理部分36中进行的预处理。首先，在步骤S11，测量由经调制记录信号表示的最大光量18和来自SIL25的光量19。
在步骤S12，图4中所示的峰值保持电路44将光量19转换为直流电压。即使记录信号是EFM信号或1-7调制信号，电路44能够将光量19转换为直流电压。因此，来自SIL25的光量19能够被用作控制值。
最大光量18也是直流电压。因此，如果将从母盘15反射的光量19转换为直流电压，可以将其与最大光量18进行比较。
在步骤S13，信号校正部分26对反射光量19进行校正，从而使光量19变为等于最大光量18，而SIL25与母盘15维持在这样的距离上，即不产生近场光束。这使得从信号电平的同一尺度上对最大光量18与光量19进行比较成为可能。
在步骤S14，确定记录激光器元件4是否正常工作。如果元件4正常工作，那么，在APC 9控制下，它发射规定强度的激光束。然而，当记录激光器元件4假设为不稳定状态时，它不再由APC 9控制，其输出功率会变为稳定值或太小。发生此情况时，就完全不可能记录数据，当发生这一异常情况时，包括辅助控制部分37和主控制部分38的控制系统被停止。通过将最大光量18与图4中所示的信号设定部分(2)41中设定的阈值T3(33)进行比较能够检测该异常情况。
图9是表明由图4中所示信号设定部分41设定的信号的时序图。如果记录激光器元件4正常工作，那么，经校正的最大光量28具有大于阈值T3(33)的恒定值。如果激光器元件4异常工作，那么，经校正的最大光量28具有小于阈值T3(33)的恒定值。
如果记录激光器元件4正常工作，操作继续到步骤S15。在步骤S15，按照经校正的最大光量28设定阈值T1和控制目标值31。
阈值T1大于控制目标值31。即，T1＞控制目标值。阈值T1不依赖于确定记录激光器元件4是否异常工作的阈值T3。阈值T1的源是最大光量18，它是恒定的。另一方法是，可以采用恒定电压源产生阈值T1。
图10是表示由图4中所示的信号设定部分40设定的信号的时序图。如果记录激光器元件4正常工作，那么经校正的最大光量28为恒量。因此，在本实施例中按照经校正的最大光量28产生阈值T1和控制目标值31。阈值T1和控制目标值可以由恒定电压产生。
至此所描述的是在按照本发明的记录装置开始有效聚焦控制前所进行的预处理。
在完成预处理时，控制回路开始工作。图7示出开始光学记录装置中聚焦控制的顺序。更准确地说，图7示出如何使经校正的光量27等于目标值31。
首先，在步骤S21，比较器29将经校正的反射光量27与阈值T1进行比较。如果经校正的光量27大于阈值T1，那么，已知SIL25与玻璃母盘15的距离是这样的，即不产生近场光束。在这种情况中，比较器29产生切换信号(1)34，它提供给控制信号切换装置42。响应于该信号34，装置42选择并输出由辅助控制部分37提供的控制信号。因此，在步骤S22，辅助控制部分37控制压电元件23。为了更具体地阐述，辅助控制部分37以慢速率增大提供给压电元件23的电压，由此使SIL25向玻璃母盘15移动直至从玻璃母盘15出射近场光束为止。
压电元件23以这样的速度使SIL25向玻璃母盘15移动，即SIL25不会由于过调而碰到母盘15。注意，这种过调是当装置42选择由主控制器38产生的控制信号并将其提供给压电元件23时由主控制部分38引起的。
辅助控制部分37是例如具有相对较大时间常数(约1.0)的积分电路。
当经校正的反射光量27变为小于阈值T1时，维持辅助控制部分37此时输出的控制电压。在步骤S23，控制信号切换装置42选择从主控制部分38输出的控制信号。主控制部分38产生将消除控制目标值31与经校正的反射光量27之间的差值的控制电压。主控制部分38是例如基于频率响应设计的相位补偿滤波器。
将辅助控制部分37产生的电压加给主控制部分38的输出。这两个电压之和提供给压电元件23。由此消除控制目标值31与经校正的反射光量27之间的差值，因此维持SIL25与玻璃母盘15之间的距离不变。
在整个控制中可以维持辅助控制部分37输出的电压。另一个方法是，当装置42选择由主控制部分38产生的控制信号时，可以将该电压复制到主控制部分38中以及从中释放。在这种情况中，压电元件23仅由主控制部分38控制。
已经说明了如何让经校正的光量27等于目标控制31。一旦已经让校正光量27等于目标值31，主控制部分38维持SIL25与玻璃母盘15之间的距离不变。
然而，在实际中，有外部干扰施加于反馈控制回路。外部干扰可能由诸如玻璃母盘15表面上产生的刻痕或凹陷的缺陷产生的。实施本发明的聚焦控制以便维持SIL25与玻璃母盘15之间的距离不变，在这个距离上产生近场光束。距离在纳米的量级上。因此，聚焦控制受诸如母盘15表面上产生的刻痕或凹陷的缺陷影响比在微米量级上时序的传统聚焦控制更大。外部干扰会引起SIL25碰到玻璃母盘15。因此，即使有外部干扰施加于控制回路，也必须控制SIL25不碰到母盘15。至此，采用对外部干扰加强的控制机制实现了本发明的聚焦控制。
图8说明当外部干扰施加于反馈控制回路时进行的聚焦控制的顺序。首先，在步骤S31将经校正的反射光量27与阈值T1进行比较。
图11是代表如果玻璃母盘15表面上有刻痕的话经校正的反射光量27如何变化的曲线图。即使控制SIL25维持它与玻璃母盘15之间的距离不变，如果母盘15表面上有刻痕，实际距离变长。因此，经校正的从任何刻痕反射的光量28增大，正如由图11中所示的外部干扰45和46所表示的。
如果经校正的反射光量27增大到小于阈值T1的值，正如外部干扰45的情况那样，主控制部分38控制经校正的光量27，抑制外部干扰的影响。
如果经校正的反射光量27增大到大于阈值T1的值，正如外部干扰46的情况那样，不仅主控制部分38而且辅助控制部分37在步骤S32中控制经校正的光量27。在这种情况中，快速地抑制外部干扰的影响。
更准确地说，经校正的反射光量27超过阈值T1的时刻，维持主控制部分38的控制电压。经校正的光量27保持大于阈值T1，辅助控制部分37进行控制，将主控制部分38和辅助控制部分37的控制电压之和提供给压电元件23。由此抑制外部干扰的影响。
在图8所示的控制顺序中，在本发明的光学记录装置中，只有当经校正的反射光量27超过阈值T1时，采用辅助控制部分37与主控制部分38相结合。因此，不进行针对任何外部干扰的过度控制。辅助控制部分37是对外部干扰作用缓慢响应的系统。因此部分37不会对突然发生的外部干扰作出响应。
因此，聚焦控制器20能够进行稳定聚焦控制，即使玻璃母盘15表面有刻痕，不对突然外部干扰作出响应，有效地抑制大于参考干扰的外部干扰。

Claims (5)

1.一种光学记录装置，其特征在于所述装置包括：
使施加于光学记录媒体的光会聚的第一光学透镜；
置于第一光学透镜与光学记录媒体之间的固体浸没透镜，利用近场光对光学记录媒体进行记录；
用于设定阈值和控制目标值的设定装置，阈值对应于不产生近场光处从光学记录媒体反射的光的光量，而控制目标值落在近场区内从光学记录媒体反射的光的光量的线性特性内；
利用固体浸没透镜端部与光学记录媒体之间提供的近场区内从光学记录媒体反射的反射光量的线性特性，维持固体浸没透镜与光学记录媒体之间预定距离的主控制装置；
当反射光量大于阈值时，用于抑制反射光量的影响的辅助控制装置；其中
在光学浸没透镜开始进行针对光学记录媒体的聚焦控制之后以及反射光量变为小于阈值之前，当从光学记录媒体反射的光的光量大于阈值时，采用辅助控制装置；
在光学浸没透镜开始进行针对光学记录媒体的聚焦控制之后以及反射光量变为等于控制目标值之前，当从光学记录媒体反射的光的光量变为小于阈值时，采用主控制装置替代辅助控制装置来维持固体浸没透镜与光学记录媒体之间的预定距离。
2.如权利要求1所述的光学记录装置，其特征在于进一步包括检测从光源发射的光的强度的检测装置，其中，当检测装置所检测的光强度不足以记录数据时，阻止固体浸没透镜与光学记录媒体之间的距离变化为使从光源发射的光变为近场光，而与主控制装置和辅助控制装置的操作无关。
3.如权利要求1所述的光学记录装置，其特征在于：采用压电元件作为改变固体浸没透镜与光学记录媒体之间距离的驱动装置，第一光学透镜和固体浸没透镜固定于该压电元件上。
4.一种光学记录/再现方法，其特征在于所述方法包括：
主控制步骤，利用固体浸没透镜端部与光学记录媒体之间提供的近场区中从光学记录媒体的反射光量的线性特性，维持固体浸没透镜与光学记录媒体之间预定距离，所述固体浸没透镜被置于第一光学透镜与光学记录媒体之间；
设定阈值和控制目标值的设定步骤，阈值对应于不产生近场光处从光学记录媒体反射的光的光量，控制目标值落在近场区内从光学记录媒体反射的光的光量的线性特性之内；
当反射光量大于阈值时抑制反射光量的影响的辅助控制步骤，
其中，在光学浸没透镜开始进行针对光学记录媒体的聚焦控制之后以及反射光量变为小于阈值之前，当从光学记录媒体反射的光的光量大于阈值时，采用辅助控制装置；
在光学浸没透镜开始进行针对光学记录媒体的聚焦控制之后以及反射光量变为等于控制目标值之前，当从光学记录媒体反射的光的光量变为小于阈值时，采用主控制装置替代辅助控制装置来维持固体浸没透镜与光学记录媒体之间的预定距离。
5.如权利要求4所述的光学记录/再现方法，其特征在于：进一步包括检测从光源发射的光的强度的检测步骤，其中，当检测装置所检测的光强度不足以记录数据时，阻止固体浸没透镜与光学记录媒体之间的距离变化，使得从光源发射的光变为近场光束，与主控制步骤和辅助控制步骤无关。
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