CN1282952C - 聚焦伺服设备 - Google Patents

Abstract

一种聚焦伺服设备，用于经过物镜将从光源发出的光聚焦到记录介质表面上。假设光的波长是λ，物镜的数值孔径是NA，以λ/NA归一化的记录数据的平均游程长度周期是RL，以λ/NA归一化的轨道间距为TP，以及所述聚焦伺服设备的俘获范围是CR[μm]，则适用下面的公式：0.114/(RL-0.72)+0.84≤CR≤18000(TP-0.69)⁵+3.13。

Description

聚焦伺服设备

技术领域

本发明涉及一种用在光盘记录/重放装置中的聚焦伺服设备，更特别地，涉及具有以聚焦伺服引导范围的分析为基础的俘获范围的聚焦伺服设备。

背景技术

在传统的光盘记录/重放装置中，聚焦伺服的聚焦误差检测系统基本上设计为用来增加聚焦误差检测的灵敏度，从而扩展聚焦误差检测的范围。但是，在这种设计中，如下所述，存在着聚焦伺服中的俘获范围(在本申请中，俘获范围必要时称作“CR：Capture Range”)的限制。

首先，聚焦伺服必须能够检测到由于外部干扰引起的聚焦位置的偏差，并且通过使用执行器，使聚焦位置的偏差保持在聚焦深度内。

关于这一点，根据DVD(数字化视频光盘)标准，这样定义聚焦伺服，以使盘片的表面径向跳动和表面摆动的量至多在正负(±)0.3mm，并使聚焦位置在±0.23μm的范围内，该范围是能够获得良好重放信号所允许的聚焦深度。因此，聚焦误差检测范围至少要为-0.23μm或更小、或者+0.23μm或更大；否则就可能无法聚焦。一般来说，聚焦误差检测范围大约是S曲线的聚焦误差信号(FES)的线性区域中的CR的1/2。

因此，CR的下限如下所示：

CR的下限_DVD≥0.23×2×2＝0.92[μm]。

此外，就像在日本专利未决公开NO.Hei.8-315370中公开那样，这一方法已经被具体应用，例如，以使在考虑到多层盘片时聚焦伺服的CR是隔层厚度的1/4或更小。例如，本方法应用于数值孔径(NA)为0.6的DVD中，由于在DVD标准中的两层之间的厚度被定义为大约55μm，适用如下表达式：

CR的上限_DVD≤55/4＝13.75[μm]。

以具有进一步增加的记录容量的蓝光盘片(BD)为例，由于DVD定义的聚焦余量±0.23μm使用聚焦深度比率∞(λ/NA²)被转换成±0.07μm，则CR需要变成0.07×2×2＝0.28μm或者更大。考虑到多层盘片，由于DVD的隔层厚度使用聚焦深度比率∞(λ/NA²)转换成大约是17μm，那么CR需要变成17/4＝4.25μm或者更小。这样，在聚焦误差检测系统中的CR的范围如下所示：

0.28[μm]≤CR_BD≤4.25[μm]。

发明内容

在DVD中，从不考虑例如像散焦余度、聚焦伺服的焦点会合位置等等，因为倾斜容限对重放的信号的影响要比散焦容限大。

图1所示的是在DVD和蓝光光盘(BD)中，由于散焦而产生的波前像差RMS(均方根)值[λ]的对比。图1说明了在BD中的散焦对像差值的影响要比在DVD中的大。如图2所示，对于由于倾斜引起的波前像差RMS值[λ]，DVD和BD的像差值基本上相同。

因此，如果物镜的数值孔径NA的增长大于传统的DVD，并且光源的波长λ缩短以使之记录容量与蓝光盘片BD相同，那么散焦对重放信号的影响会增加，进而在确定系统余度时散焦余度变得很重要。

在这种情况下，正如传统的做法，如果不予考虑聚焦伺服的CR也就是焦点会合位置，那么聚焦伺服会在偏离上述的最佳聚焦位置很远的地方会合。因此，散焦余度可能减小，这可能会引起系统不能工作。

因此本发明的一个目的是要提供一种用于光盘重放装置的聚焦伺服设备，其具有为在光盘上建立稳定系统而确定的聚焦伺服俘获范围，增加其物镜的数值孔径NA并缩短光源波长λ，以提高光盘的记录容量。

本发明的上面的目的可以通过聚焦伺服设备来实现，该聚焦伺服设备用于将从光源照射的光经过物镜聚焦到记录介质的记录层上，其中用于引导聚焦的俘获范围由以下来确定：基于平均游程长度周期所确定的下限；基于轨道间距所确定的上限。

根据本发明的聚焦伺服设备，对于引导聚焦的俘获范围，其上限由轨道间距条件来确定，而其下限由平均游程长度周期的条件来确定。假设光的波长是λ，物镜的数值孔径是NA，以λ/NA归一化的记录介质的平均游程长度周期是RL，以λ/NA归一化的轨道间距是TP，并且聚焦伺服设备的俘获范围是CR[μm]，适用下面的公式：0.114/(RL-0.72)+0.84≤CR≤18000(TP-0.69)⁵+3.13。假设由这些条件所确定的范围就是俘获范围，对于高记录密度和高记录容量的光盘记录介质，通过使用具有高NA和发出短波光的光源的拾取光学系统，能够获得足够散焦余度的范围内会合焦点。

表面俘获范围是具体地在0.114/(RL-0.72)+0.84和18000(TP-0.69)⁵+3.13的范围之间。

在本发明的聚焦伺服设备的另一个方面中，下面的公式适用于平均游程长度周期RL：

RL＝2×{[(数据反转的平均长度/信道信号位长度)+0.5]的整数部分}×信道信号位长度×NA/λ

从这一方面看，可以发现平均游程长度周期RL等于2×{[(数据反转的平均长度/信道信号位长度)+0.5]的整数部分}×信道信号位长度×NA/λ。在确定俘获范围的具体范围时，平均游程周期是一个要素。顺便指出，这一方面意味着不仅包括上面公式的左边“平均游程长度周期RL”完全等于右边“2×{[(数据反转的平均长度/信道信号位长度)+0.5]的整数部分}×信道信号位长度×NA/λ”，还包括在能够获得足够聚焦余度的条件下，公式的左边也基本上等于右边。

在本发明的聚焦伺服设备的另一方面中，光的波长λ在0.395μm到0.415μm的范围内，物镜的数值孔径NA的范围是0.80到0.90。此外，如果归一化的轨道间距TP是0.6或更大，并且平均游程长度周期RL是0.86或更大，则适用如下公式：1.65[μm]≤CR[μm]≤3.02[μm]。

根据这些方面，对于具有高记录密度和高记录容量的记录介质，使用发出短波长光的光源和并具有高NA能够确定拾取器的俘获范围。

本发明的这些功能和其它优点将通过下面对实施例的描述变得显而易见。

附图说明

图1是示出散焦和产生的像差值之间的关系的图。

图2是示出倾斜和产生的像差值之间的关系的图。

图3是示出聚焦误差信号和俘获范围之间的关系的示意图。

图4是示出采用像散方法计算聚焦误差信号的方法示意图。

图5是示了俘获范围与聚焦伺服会合位置的相关性的图。

图6是示出串扰的评价函数的阈值的图。

图7是示出归一化的平均信号振幅的评价函数的阈值的图。

图8是示出串扰和信号振幅的恶化之间的关系的示意图。

图9是示出归一化的轨道间距与作为重放界限的正(+)向聚焦位置的相关性的图。

图10是示出归一化的平均游程长度周期与作为重放界限的负(-)向聚焦位置的相关性的图。

图11是示出俘获范围的上限值的图。

图12是示出俘获范围的下限值的图。

图13是示出光盘记录/重放装置的一个实例的示意图。

具体实施方式

下面将按顺序参照附图对实施本发明的最佳方式的每个实施例进行解释。

例如，如果对于BD使用高NA的物镜和短波长激光二极管(LD)，那么如上所述，由于散焦而获得的像差值的增长大于传统的DVD等等。在这种情况下，散焦余度在BD装置的稳定性中是主要的。而且，已经发现如果存在球面像差，下面(1)和(2)中描述的现象将会出现，因此为了保证BD装置的重放性能，必须定义聚焦伺服的俘获范围。

(1)如果存在球面像差，焦点会合位置(S曲线上的零点)具有俘获范围相关性。因此，焦点会合位置可以表示为如(A)那样的CR的函数。

焦点会合位置(CR)

                                         …(A)

(2)如果存在球面像差，盘片上的重放光束的形状随散焦方向的变化而变化，从而在重放信号的恶化上存在着不同的主要因素，如下所述。

首先，在正向(在该方向上，盘片和物镜互相远离)，串扰的增加是重放信号恶化的主要因素。因此，信号串扰可以如(B)那样表示为轨道间距(TP)的函数。

串扰(TP)

                                         …(B)

其次，在负向(在该方向上，盘片和物镜靠近)，信号振幅的恶化是重放信号恶化的主要因素。因此，信号振幅可以如(C)那样表示为归一化的平均游程长度周期(RL)的函数。

信号振幅(RL)

                                          …(C)

通过这些函数(A)、(B)和(C)，可以设置俘获范围的范围，在该范围内，可以获得稳定的重放信号。归一化平均游程长度周期将随后参考图10进行解释。

(实施例)

将会参照图3至图12解释本实施例。图3是示出聚焦误差信号和俘获范围之间关系的示意图。图4是示出采用像散方法计算聚焦误差信号的方法示意图。图5是示出俘获范围和聚焦伺服会合位置之间的相关性的图。图6是示出串扰的评价函数的阈值的图。图7是示出归一化的平均信号振幅的评价函数的阈值的图。图8是示出串扰和信号振幅的恶化之间的关系示意图。图9是示出归一化的轨道间距和作为重放界限的正(+)向聚焦位置之间的相关性的图。图10是示出归一化的平均游程长度周期和作为重放界限的负(-)向聚焦位置之间的相关性的图。图11是示出俘获范围的上限值的图。图12是示出俘获范围的下限值的图。(研究聚焦伺服会合位置)

通常，聚焦误差信号(FES)可以通过在检测器上对聚束点强度分布I(u，v)积分来获得。这里I(u，v)是检测器上的重放聚束点强度分布，其可基于波动光学由公式(1)来表示。顺便指出，u和v是检测器上的坐标，而x和y是物镜的光瞳上的坐标。

$I(u,v)=|{\∫\∫}_{-\∞}^{+\∞}\mathrm{\τ}(x,y)\·\exp [i2\mathrm{\π}\{\mathrm{ux}+\mathrm{vy}+w_{\mathrm{in}}(x,y)+w_{\mathrm{out}}(x,y)\}]\mathrm{dxdy}{|}^2---\left(1\right)$

这里，

τ(x，y)：无像差入射光

                                …(2)，

W_in(x，y)：出射光瞳上的波前

                                …(3)，以及

W_out(x，y)：在出射光瞳和检测器之间产生的波前

                                …(4)。

波前像差w(x，y)可基于几何光学由公式(5)来表示，该公式使用了泽尔尼克多项式U_nm、像差系数A_nm以及散焦的波前解析式W_def(x，y)。

$w(x,y)=\underset{n}{\mathrm{\Σ}}\underset{m}{\mathrm{\Σ}}{A}_{\mathrm{nm}}{U}_{\mathrm{nm}}+W_{\mathrm{def}}(x,y)---\left(5\right)$

这里，n和m是非负整数，n≥m，n-m为偶数，而A_nm是常数。此外，像差特性由n和m的值确定。例如，使用下面的值：

(n，m)＝(2，1)：散焦

(2，2)：像散(三维)

(2，0)：像散(三维)

(3，2)：彗形像差(三维)

(3，1)：彗形像差(三维)

(4，2)：球面像差(三维)

以此为例来解释在NIKKEI ELECTRONICS No.817等中描述的具有27GB记录容量的蓝光光盘(BD)，在这种盘上，轨道间距TP是0.32μm并且最短记录标记长度是0.138μm。

顺便指出，该盘片系统的存储容量大约是DVD的单面上每层具有4.7GB存储容量的盘的5.7倍，例如，这样可以记录两小时或者更长时间的数字高清晰度电视广播。为了实现这种大记录容量，将构成拾取器的物镜的数值孔径NA设置得较高，并且将光源的波长λ设置得较短。

因此，即使散焦量相同，散焦对重放信号的恶化的影响，在BD中要比在DVD中更加严重，致使散焦余度处于更困难的条件(苛刻的条件)。因此，聚焦伺服会合的聚焦位置(即，焦点会合的位置)对盘片系统的稳定性变得很重要。

(研究怎样获得焦点会合位置)

焦点会合位置是FES为零的聚焦位置。FES的S曲线的概念如图3所示。如图3所示，俘获范围被确定为是与S曲线振幅的峰对峰(P-P)相应的聚焦位置的距离。一般，当产生球面像差时，其S曲线的形状和无像差的情况是不同的，因此，从最佳焦点开始测量的焦点会合位置与在无像差的情况下是不同的，如图3所示。

现在，研究在存在着正(+)极性(在该方向，透射层的厚度增加)球面像差处的焦点会合位置。

如上所述，焦点会合位置是FES为零的聚焦位置，其中该FES可以通过计算公式(1)中的重放聚束点强度分布来获得。如果存在像差，则在公式(1)中的W_in(x，y)和W_out(x，y)取非零值。

如果由于球面像差，使得存在透射层厚度偏差，则通过使用上述泽尔尼克多项式U_nm，公式(3)中的像差系数A_nm和W_in(x，y)将具有项A₂₁U₂₁+A₄₂U₄₂+A₆₃U₆₃+A₈₄U₈₄…，并在散焦条件下W_in(x，y)将包括项W_def(x，y)。因此，公式(3)可以用公式(6)来表示。

W_in(x，y)＝A₂₁U₂₁+A₄₂U₄₂+A₆₃U₆₃+A₈₄U₈₄+W_def(x，y)

                                            …(6)。

顺便指出，与上面公式中的球面像差相应的A_nm和U_nm，如果n＝8并且m＝4，则可由公式(7)和(8)表示。

$A_{21}=\frac{{\mathrm{NA}}^4}{{20480n}^{11}\mathrm{\λ}}$

$\×\{{1280n}^8+{576n}^6{\mathrm{NA}}^2+{320n}^4{\mathrm{NA}}^4+{200n}^{2}N{A}^6+{135\mathrm{NA}}^8$

$-n^{10}(1280+{576\mathrm{NA}}^2+{320\mathrm{NA}}^4+{200\mathrm{NA}}^6+{135\mathrm{NA}}^8)\}\mathrm{\ΔT}$

$A_{42}=\frac{{\mathrm{NA}}^4}{{86016n}^{11}\mathrm{\λ}}$

$\×\{{1792n}^8+{1344n}^6{\mathrm{NA}}^2+{960n}^4{\mathrm{NA}}^4+{700n}^2{\mathrm{NA}}^6+{525\mathrm{NA}}^8$

${-n}^{10}(1792+{1344\mathrm{NA}}^2+{960\mathrm{NA}}^4+{700\mathrm{NA}}^6+{525\mathrm{NA}}^8)\}\mathrm{\ΔT}$

$A_{63}=\frac{{\mathrm{NA}}^6}{{92160n}^{11}\mathrm{\λ}}$

$\×\{{288n}^6+{360n}^4{\mathrm{NA}}^2+{350n}^2{\mathrm{NA}}^4+{315\mathrm{NA}}^6$

${-n}^8(288+{360\mathrm{NA}}^2+{350\mathrm{NA}}^4+{315\mathrm{NA}}^6)\}\mathrm{\ΔT}$

$A_{84}=\frac{{\mathrm{NA}}^8\{{88n}^4+{154n}^2{\mathrm{NA}}^2+{189\mathrm{NA}}^4-n^{10}(88+{154\mathrm{NA}}^2+{189\mathrm{NA}}^4)\}\mathrm{\ΔT}}{{157696n}^{11}\mathrm{\λ}}---\left(7\right)$

U₂₁＝2t²-1

U₄₂＝6t²-6t+1

U₆₃＝20t³-30t²+12t-1

U₈₄＝70t⁴-140t³+90t²-20t+1

                                    …(8)

在公式(7)中，NA是物镜的数值孔径，n是透射层的折射率，λ是光源波长[μm]，ΔT[μm]是透射层的厚度偏差。关于厚度偏差的极性，将厚度增加的方向定为正。此外，在公式(8)中的t满足条件t＝x²+y²。

对应于散焦的W_def(x，y)，可由公式(9)和(10)来表示。

$W_{\mathrm{def}}(x,y)=\frac{1-\sqrt{1-{\mathrm{NA}}^{2}t}}{\mathrm{\λ}}\·(\mathrm{defocus}+\mathrm{defocu}{s}_0)---\left(9\right)$

defocus₀＝为使RMS值最小而移动的焦点移位量[μm]

                                         …(10)

这里，公式(9)中的散焦是在空气中从最佳焦点所测量的散焦量[μm]，而对于散焦极性，将物镜和记录表面互相远离的方向定为正。

在聚焦光学系统中直到到达检测器，给出和上述W_in(x，y)具有相同的量的球面像差。此外，如果将像散方法用于聚焦误差信号的检测，例如，在±45度方向上产生像散并给出相应项W_as(x，y，CR)，那么W_out(x，y)可由公式(11)来表示。

W_out(x，y)＝W_in(x，y)+W_as(x，y，CR)

                                   …(11)

这里，W_as(x，y，CR)可由公式(12)表示。

W_as(x，y，CR)＝NA²/λ·CR·xy

                                   …(12)

从公式(11)和(12)可知，W_out(x，y)可表示为如公式(13)所示的CR的函数。

W_out(x，y)＝W′_out(x，y，CR)

                                   …(13)

因此，公式(1)可由公式(14)来表示，并因此发现I(u，v)是一个取决于CR的函数。

$I(u,v)=I(u,v,\mathrm{CR})$

$=|{\∫\∫}_{-\∞}^{+\∞}\mathrm{\τ}(x,y)\·\exp [i2\mathrm{\π}\{\mathrm{ux}+\mathrm{vy}+w_{\mathrm{in}}(x,y)+{w^{\′}}_{\mathrm{out}}(x,y,\mathrm{CR})\}]\mathrm{dxdy}{|}^2---\left(14\right)$

对于使用了四分检测器10的像散方法中的FES，如图4所示，使用值(S1到S4)，通过加法器11所计算的(S1+S3)和加法器12所计算的(S2+S4)，在减法器13上计算(S1+S3)-(S2+S4)获得FES，其中值(S1到S4)是在用于检测I(u，v，CR)的相关检测单元10a到10d上检测到的。以上面的方式而得的FES为零的聚焦位置，就是聚焦伺服的会合位置，这样可以发现聚焦伺服会合位置具有CR相关性。

对于在BD中假设的球面像差的量，根据文献Jpn.J.Phys.Vol.39(200)pp775-778，在如在BD中的那样具有0.1mm的透射层(覆盖层)的光盘中，盘片表面的透射层的厚度偏离期望是大约±3μm。另外，物镜和其他光学系统的余量球面像差的RMS值大约是20mλ，而该球面像差量转化成大约是±2μm的厚度误差。这样，对于最坏的条件，假设球面像差是等价于厚度误差的5μm。

因此，如果在公式(7)中ΔT＝+[5μm]，表示聚焦伺服会合位置的CR相关性的函数可通过计算公式(14)来得到，并且可由公式(15)的如下近似函数来表示。

fclose(CR)＝-0.29/(CR+0.5)²-0.038[μm]

                                       …(15)

图5示出了公式(15)的展开式以便说明，其中纵坐标轴是聚焦伺服会合位置[μm]，而横坐标轴是俘获范围[μm]。图5中的零点是最佳焦点。

(研究影响重放信号恶化的评价函数的因素)

接下来，研究重放信号的恶化的因素，以便获得作为重放界限的聚焦位置。对于重放信号的恶化的因素，假设是串扰的增加和信号振幅的恶化。表示相关特性的评价函数如下：

(i)串扰评价函数

串扰是由于相邻轨道上的信号泄漏到重放轨道上的信号而产生的。这里，串扰量随轨道间距TP的变化而改变，并可由公式(16)表示。

串扰(TP)＝相邻轨道上的光密度/重放轨道上的光密度[dB]

                                             …(16)

上面的公式具体地可由公式(17)来表示。

$\mathrm{ct}\left(\mathrm{TP}\right)=\frac{2\×\underset{\mathrm{Adjacent}\_\mathrm{Track}}{\∫}{\∫}_{-\∞}^{\∞}\left|{\∫}_{-\∞}^{\∞}{\∫}_{-\∞}^{\∞}f(x,y)\exp \right[i2\mathrm{\π}(u^{\′}x+v^{\′}y)]\mathrm{dxdy}{|}^2{\mathrm{du}}^{\′}{\mathrm{dv}}^{\′}}{\underset{\mathrm{Main}\_\mathrm{Track}}{\∫}{\∫}_{-\∞}^{\∞}\left|{\∫}_{-\∞}^{\∞}{\∫}_{-\∞}^{\∞}f(x,y)\exp \right[i2\mathrm{\π}(u^{\′}x+v^{\′}y)]\mathrm{dxdy}{|}^2{\mathrm{du}}^{\′}{\mathrm{dv}}^{\′}}---\left(17\right)$

这里，u′和v′是用λ/NA归一化后的盘片上的坐标，其中v′是径向坐标，u′是切线方向坐标。在公式(17)中，分子中的积分范围(Adjacent_Track)是相应于相邻轨道的径向值范围，而分母中的积分范围(Main_Track)是相应于重放轨道的径向值范围。此外，f(x，y)是出射光瞳的复振幅分布，可使用公式(2)和(3)由公式(18)来表示。

f(x，y)＝τ(x，y)exp{i2π·W_in(x，y)}  (x²+y²≤1)

       ＝0                             (x²+y²＞1)

                                           …(18)

(ii)信号振幅评价函数

影响信号振幅的恶化的是MTF(调制传递函数)的恶化。这里，归一化的平均游程长度周期RL按公式(19)来定义，与该周期相应的频率的MTF用于表示信号振幅的评价函数。顺便指出，[x]表示不大于x的最大整数。数据反转的平均长度是重放信号被二进制转化后从1到0或从0到1的距离的平均。

归一化的平均游程长度周期RL

＝2×{[(数据反转的平均长度/信道信号位长度)+0.5]的整数部分}×信道信号位长度×NA/λ

                                      …(19)

假设与归一化的平均游程长度周期RL相应的归一化的频率由公式(20)来表示，那么MTF可由公式(21)来表示。这里，f^*是复共轭函数。

s＝1/归一化的平均游程长度周期

                                      …(20)

$\mathrm{fmtf}\left(s\right)=\frac{|{\∫\∫}_{-\∞}^{+\∞}f(x+s,y)f*(x,y)\mathrm{dxdy}|}{{\∫\∫}_{-\∞}^{+\∞}|f(x,y){|}^2\mathrm{dxdy}}---\left(21\right)$

使用上面的公式，信号振幅的函数可由公式(22)来表示。

归一化的平均信号振幅(s)

＝考虑像差时的fmtf(s)/无像差时的fmtf(s)[dB]

                                           …(22)

(具体实例)

下面将解释一个具体的实例，在该实例中，串扰和信号振幅的这些目标函数将用于具有27GB记录容量的蓝光盘片的光盘中。

当每个目标函数的值成为重放界限时而获得的阈值基本上当作在使用DVD参数执行标量洐射模拟时抖动为15％时的值。

由于串扰主要是由径向倾斜(即在直径方向上的倾斜)而产生的，因此研究径向倾斜增加的情况。结果，如图6所示，当径向倾斜是0.75度时，抖动为15％，此时串扰目标函数为-16dB。

以散焦来研究信号振幅。使用散焦的原因是因为使用切向倾斜(即在切线方向上的倾斜)可能会影响重放信号的相移，因此信号振幅的恶化不能准确表示重放信号的恶化。如果系统具有散焦同时也出现串扰，但在其轨道间距比DVD的轨道间距宽的条件下进行估计，从而减少了串扰的影响。在这种情况下，如图7所示，当散焦是0.9[μm]时，抖动是15％。此时，信号振幅评价函数是-3dB。

因此，通过当串扰目标函数和信号振幅评价函数分别按图6和图7所示取阈值时获得聚焦位置，就可以获得作为重放界限的聚焦位置。

在具有27GB记录容量的蓝光盘片的光盘中，轨道间距TP是0.32μm，最短记录标记长度T_min是0.138μm。在这种情况下，归一化的TP是0.672而归一化平均游程长度周期RL是0.868，这是因为它是基于作为编码方法的17PP的。在这种情况下，改变聚焦位置并用公式(17)和(22)估计串扰和信号振幅，得到如图8所示的结果。图8示出了作为重放界限的聚焦位置可由公式(23)和(24)来表示。

正(+)向的重放界限聚焦位置＝+0.05μm

                                    …(23)

在这种情况下，串扰的增加是主要因素。

负(-)向的重放界限聚焦位置＝-0.21μm

                                    …(24)

在这种情况下，信号振幅的恶化是一个主要因素。

这种结果说明在确定重放界限的聚焦位置中的因素随聚焦方向的变化而变化。

使用如上所得的作为重放界限的聚焦位置，就可以获得稳定可重放的最佳聚焦伺服会合位置。因此，如果使用具有CR的聚焦伺服设备，其中该CR能使焦点在该最佳聚焦伺服会合位置会合，那么就可以获得稳定的重放信号并且防止产生聚焦伺服的偏差。

接下来，基于上述条件，将获得俘获范围的具体值。在重放界限的聚焦位置和最佳聚焦伺服会合位置之间需要大约0.11μm散焦余度。具体是：伺服余量0.04μm，电气系统的偏移0.02μm，拾取校准误差0.05μm，因此总和是0.11μm。

从公式(23)的重放界限聚焦位置所估计的散焦余度是-0.06μm。把该值代入到公式(15)中，得到与正(+)方向上的重放界限相应的CR值3.13μm。该值是CR的上限。以同样的方式，从公式(24)的重放界限聚焦位置所估计的散焦余度是-0.10μm。把该值代入到公式(15)中，得到与负(-)方向上的重放界限相应的CR值1.66μm。该值是CR的下限。因此，CR的范围可由公式(25)来表示。

1.66≤CR[μm]≤3.13

                                   …(25)

将聚焦伺服设计在CR满足公式(25)的范围内，这将使在能够获得稳定重放信号的聚焦位置处会合聚焦伺服，从而得到稳定的光盘记录/重放系统。

到目前为止，已经对具有27GB记录容量的蓝光盘片的光盘的CR做了解释。该CR可以由轨道间距或归一化的平均游程长度周期的函数来表示，接下来会对它们进行解释。

如上所述，在正方向作为重放界限的聚焦位置具有轨道间距相关性，这是因为串扰是主要因素，并且聚焦位置可由公式(26)中近似函数以归一化的轨道间距TP来表示，其中，TP以λ/NA来归一化以作为参数。图9是公式(26)的图解，图9上的0点是最佳焦点。

focus+(TP)＝280(TP-0.7)⁵+0.05[μm]

                                  …(26)

关于在负方向作为重放界限的聚焦位置[μm]，由于信号振幅的恶化是主要因素，因此聚焦位置可用归一化的平均游程长度周期RL由公式(27)中的近似函数来表示，其中以λ/NA归一化RL以作为参数。图10是公式(27)的图解，图10上的0点是最佳焦点。

focus-(RL)＝0.054/(RL-0.45)-0.34[μm]

                                  …(27)

这里，由于上述的所需的散焦余度(Margin)是0.11μm，那么CR值[μm]可采用的以及保证所需的散焦余度的可能范围就可使用公式(15)、(16)和(27)由公式(28)来表示。

focus-(RL)+Margin≤fclose(CR)≤focus+(TP)-Margin

                                         …(28)

因此，可以选择满足公式(29)的关系表达式的CR范围。

0.054/(RL-0.45)-0.23≤-0.29/(CR+0.5)²-0.038≤280(TP-0.7)⁵-0.06

                             …(29)

通过获得满足该关系表达式的CR值[μm]，就可以获得如图11所示的用于归一化的轨道间距的俘获范围的上限值，以及如图12所示的用于归一化的平均游程长度的俘获范围的下限值。通过使用CR的上限值和下限值的函数，给出由公式(30)表示的CR范围。

CR下限值(RL)≤CR≤CR上限值(TP)

                              …(30)

此外，通过使用从公式(29)中得到的CR上限值和下限值的近似函数，公式(30)可由公式(31)表示。

0.114/(RL-0.72)+0.84≤CR[μm]≤18000(TP-0.69)⁵+3.13

                                          …(31)

因此，通过选择CR值以使其处于满足公式(29)的范围内或满足公式(31)的范围内，就可以实现用于确保重放性能的聚焦伺服。

在蓝光系统中，光源波长λ适用0.395和0.415μm之间的范围内，物镜的数值孔径NA适用0.80和0.90之间的范围内。在这种情况中，特别地，散焦余度变窄了，但是通过使用本发明的聚焦伺服，仍然能够提供稳定的系统。

在目前的原版盘制作技术中，如果轨道间距为0.29μm或更小就很难稳定地制作记录介质。此外，如果采用光源波长λ为0.405μm以及物镜的数值孔径为0.85的拾取器，则很难获得最短标记长度为0.138μm或更小的记录标记的稳定的重放信号。获得基于这些限制值而归一化的轨道间距TP和平均游程长度周期RL，TP为0.60或更大，RL是0.86或更大。特别地，在归一化的轨道间距TP和归一化的平均游程长度周期RL的上述范围内，如果聚焦伺服的俘获范围CR[μm]的范围满足公式1.65≤CR≤3.02，如上所述，那么即使存在诸如球面像差的误差，也能保证足够的散焦余度，以便能够提供稳定的系统。

在上述实施例中，解释了具有27GB记录容量的蓝光盘片的光盘。但是，可以与记录介质的轨道间距和记录线密度无关，与编码方法无关，以及与记录介质的类型无关等地来应用本发明。而且，它不仅能用于可重写类型介质，还能用于一次写入多次读出类型介质和只重放类型介质。此外，它不仅能应用于单记录层还能用于多层。

在该实施例中，以像散方法作为聚焦误差检测方法的实例。但是，本发明不仅能够用于聚焦误差检测方法，还能用于其它方法。

虽然在上述实施例中解释了光盘，但本发明可与介质形状无关地来应用，比如卡型记录介质和固态记录介质。

(光盘记录/重放装置)

将参考图13描述与本发明相关联的光盘记录/重放装置20。盘片21具有在标准规定范围内的表面径向跳动或表面摆动，拾取器22具有上述俘获范围以控制聚焦伺服。

来自拾取器22的聚焦误差信号和跟踪误差信号可由聚焦误差/轨道误差检测电路23来检测。有三点法等可作为检测跟踪误差信号的检测方法，而像散法等可作为检测聚焦误差信号的检测方法，但是任何方法都可以使用。还有主轴伺服用于控制转数以使其保持在预定的转数。转数误差可由用于重放信号的时钟或者用于马达的频率发生器而得到。

基于这些误差信号，拾取器22的物镜位置可以由与聚焦伺服和轨道伺服相关的拾取器控制电路25中的驱动控制器24进行控制，主轴马达27的旋转则由马达驱动控制电路26控制。此外，位置伺服通过使用滑块来确定拾取器22在光盘径向上的位置，可以用拾取器22的位置信息、光盘的轨道地址信号等控制位置。

关于本发明的聚焦伺服设备具有上述的俘获范围，通过将这种设备应用于具有27GB记录容量的蓝光盘片的光盘，就可以实现聚焦伺服及其稳定的引导。

显然，应用了关于本发明的聚焦伺服设备的光盘记录/重放装置20，不仅具有聚焦伺服系统、跟踪伺服系统和主轴伺服系统，还具有光盘记录/重放装置所需要的其它机构，例如记录/重放信号处理系统和信号输入/输出系统。

如上所述，根据本发明的聚焦伺服设备，可以优化俘获范围以便将聚焦伺服在能保证所需的散焦余度的聚焦位置上会合。因此，就可以对光学记录介质进行记录/重放操作。

本发明并不仅限于上述的实施例，如果愿意，可以作出改变而不背离从权利要求和整个说明书中获得的本发明的范围和精神。伴有这些改变的聚焦伺服设备也包括在本发明的技术范围内。

工业适用性

关于本发明的聚焦伺服设备可应用于诸如DVD这种用于消费或工业用途的高密度光盘中，在该光盘上能够以高密度记录各种信息，它还能应用于DVD播放器，DVD录像机等等。此外，这种使用了具有高NA的拾取器光学系统和发出短波光的光源的聚焦伺服设备，还可应用于高记录密度和高记录容量的光学记录介质中。

Claims (4)

1、一种聚焦伺服设备，用于经过物镜将从光源发出的光聚焦到记录介质的记录层上，其中，用来引导聚焦的俘获范围由以下来确定：

基于平均游程长度周期而确定的下限；以及

基于轨道间距而确定的上限，

其中，假设光的波长是λ，物镜的数值孔径是NA，以λ/NA归一化的记录数据的平均游程长度周期为RL，以λ/NA归一化的轨道间距为TP，所述聚焦伺服设备的俘获范围为CR[μm]，适用下面的公式：

0.114/(RL-0.72)+0.84≤CR≤18000(TP-0.69)⁵+3.13。

2、根据权利要求1的聚焦伺服设备，其中，下面的公式适用于平均游程长度周期RL：

RL＝2×{[(数据反转的平均长度/信道信号位长度)+0.5]的整数部分}×信道信号位长度×NA/λ。

3、根据权利要求2的聚焦伺服设备，其中，光的波长λ在0.395μm到0.415μm的范围内，物镜的数值孔径NA在0.80到0.90范围内。

4、根据权利要求3的聚焦伺服设备，其中，如果归一化的轨道间距TP为0.6或更大并且平均游程长度周期RL为0.86或更大，适用下面的公式：

1.65[μm]≤CR[μm]≤3.02[μm]。

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