CN1875417A - 用于测量信息记录媒体中的数据记录层的深度的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

提供一种设备和方法，用于测量具有厚度的覆盖层、入射面(S)以及例如第一数据层(L0)、第二数据层(L1)和第三数据层的光学存储盘的数据记录层的深度。该光学设备包括球面像差补偿器(SA)和安装在致动器中的物镜(OL)。为了给球面像差补偿器提供正确的控制信号，必须测量每个数据层的深度，并且提供用于测量单层盘或多层盘的数据层的深度的装置，而且这利用聚焦误差信号(FES)的过零点之间的距离来实现。能够计算致动器电流和记录层深度之间的比例常数。可以补偿旋转媒体的振荡。

Description

用于测量信息记录媒体中的数据记录层的深度的方法和设备
技术领域
本发明涉及用于测量信息记录媒体中的数据记录层的深度的方法和设备、利用这样的深度测量的球面像差补偿设备以及用于从具有包括这种球面像差补偿设备的一个或多个数据记录层的信息记录媒体中检索数据的数据记录和/或检索设备。
背景技术
光学数据存储系统提供用于将大量数据存储在盘上的手段。通过将激光束聚焦在盘的数据层上并且然后检测反射的光束，存取数据。在一种公知的系统中，数据永久地被嵌入在盘中作为标记，诸如坑，并且检测数据作为在激光束通过这些标记时反射率的变化。
可擦除的光学系统也是公知的。这些系统一般使用激光(器)将数据层加热至临界温度之上，以写入和擦除数据。磁-光记录系统通过在上位置或下位置定向点的磁域来记录数据。通过将低功率激光器引导到数据层来读取数据。磁域方向的差异使得光束的极化平面单向或以其他方式、顺时针或逆时针旋转。然后，检测极化方向的这个变化。相位变化记录利用数据层本身的结构变化(非晶形和晶形是相位的两种常见类型)来记录数据。检测这种数据作为当光束通过不同相位时反射率的变化。
计算机技术的发展需要增加的存储(器)容量。作为二维光存储设备的光盘当前是用于光存储的最普及的物理格式。光盘的数据容量可以通过添加第三物理维度来增加。这可以通过采用多层光盘，即通过在单个光盘内轴向堆叠(stack)多个信息承载层来实现。具有两个或多个数据层的光盘在理论上可以通过改变透镜的焦点位置而在不同层上被存取。
例如，在美国专利No.5202875和美国专利No.5255262中已经提出了几种堆叠的光盘系统，其中公开了用于增加光盘容量的(测量)容积法，该方法涉及将堆栈中的各个盘与设置在相邻盘之间以定义其间间隙的隔离物结合在一起。在任何时候，光盘驱动器中的可移动透镜将激光聚焦在其中一个盘的一个表面上，以读取数据。激光的焦点反复改变，以便从各个盘表面顺序读取数据。每个盘或者至少除了离激光源最远的盘之外的所有盘都必须是部分透明的，以便可使用激光来读取除一个或多个其他盘之外的盘。但是，每个盘表面还必须是足够反射的，以允许数据被读取。
采用具有坑图案的光盘作为高密度、大容量记录媒体的光盘存储技术已经投入实际使用，同时将其应用扩展至数字通用光盘(DVD)、录像盘、文档文件盘和数据文件。利用精确聚焦的光束(例如，利用直径为1mm或更小)在光盘上成功地并且高可靠性地记录/再生信息所需的功能分为三大类：用于形成衍射限制(光)点的聚焦功能，光学系统的聚焦控制(聚焦伺服)和跟踪控制功能，以及坑信号(信息信号)检测功能。
为了进一步提高光盘的记录密度，近来已经研究了物镜的数值孔径(NA)的增加。物镜将光束聚焦在光盘上，以形成衍射限制点。但是，由于用于保护光盘的数据记录层的基材的厚度的误差引起的球面像差随着NA而大大增加。因此，随着光学存储盘密度的增加和物镜的NA变大，由于球面像差造成的影响会相应地增大，这样将导致聚焦误差信号的失真。
为了解决这些问题，已经提出机制来校正球面像差，诸如在光学拾取器(pick up)中提供组合透镜，或在光学拾取器中提供液晶单元。
因此，对于高-NA读出系统，如上所述，需要对球面像差进行补偿，其中球面像差是扫描盘的光的会聚锥中靠近光轴的光线具有与光轴形成角度的会聚锥中的光线不同的焦点的现象。这在读取比特流时导致光点的模糊和保真度的损失。需要补偿的球面像差的量与聚焦在其上的数据层的深度成比例，尽管利用生成光的会聚锥的物镜补偿固定量的球面像差。这对于只具有单个层的盘可能是足够的，但是对于多层盘就不够了。后一类型的盘也需要补偿与通过可变数量的间隔层聚焦相关的可变量的球面像差。
如上所述，为了解决这些问题，提出了用来校正球面像差的机制，并且本领域技术人员将意识到，为了给球面像差补偿器提供有用的控制信号，必须给出每个数据层深度的值，并且在现有技术安排中，需要由球面像差补偿机制执行的球面像差校正的量根据多层盘中层的标准厚度来确定。
但是，实际上，覆盖(cover)厚度和隔离物厚度可以因盘而异。
发明内容
现在，我们已设计一种改进的结构。
因此，根据本发明，提供用于测量具有一个或多个数据记录层的信息记录媒体中数据记录层的深度的设备，该设备包括：用于将电磁辐射束聚焦到数据记录层上的光学元件装置；致动器，用于响应于供应给它的控制电流而相对于所述信息记录媒体移动所述光学元件装置；聚焦误差信号生成装置，用于生成用于控制所述致动器的聚焦误差控制信号，以保持所述电磁辐射波束聚焦在所述数据记录层上；和用于确定在所述聚焦误差信号的一个或多个过零点(zero-crossing)上供应给所述致动器的控制电流并由此确定所述信息记录媒体中所述数据记录层的深度的装置。
光学元件可以包括物镜，并且所述设备优选包括用于计算致动器电流和深度之间的比例常数的装置。聚焦误差信号一般可以包括实质上正弦波，在这种情况下，比例常数可以与所述波上的两个预定点之间的距离成比例。这两个预定点优选包括各自的正峰值和负峰值。
在本发明的一个实施例中，信息记录媒体可以被旋转，在这种情况下，优选地提供装置来补偿信息记录媒体的合成振荡。这种补偿装置可以包括用于例如通过给致动器供应振荡电流而使致动器大致跟随信息记录媒体的振荡的装置。可选地，这种补偿装置可以被构造成使致动器大致跟随信息记录媒体由于其旋转而引起的任何高度变化。
本发明还提供测量具有一个或多个数据记录层的信息记录媒体中的数据记录层的深度的方法，该方法包括：提供用于将电磁辐射束聚焦到数据记录层上的光学元件装置；提供用于响应于供应给它的控制电流而相对于所述信息记录媒体移动所述光学元件装置的致动器；生成聚焦误差信号，用于控制所述致动器，以保持所述电磁辐射束聚焦在所述数据记录层上；确定在所述聚焦误差信号的一个或多个过零点处供应给所述致动器的控制电流；和据此确定所述信息记录媒体中所述数据记录层的深度。
本发明还提供一种设备，用于对于光学系统计算具有一个或多个数据记录层的信息记录媒体中数据记录层的深度，该光学系统包括：光学元件装置，用于将电磁辐射束聚焦在数据记录层上；致动器，用于响应于供应给它的控制电流而相对于所述信息记录媒体移动所述光学元件装置；和聚焦误差信号生成装置，用于生成聚焦误差控制信号，用于控制所述致动器，以保持所述电磁辐射束聚焦在所述数据记录层上，该设备被安排并被设置成确定在所述聚焦误差信号的一个或多个过零点处供应给所述致动器的控制电流并据此确定所述信息记录媒体中所述数据记录层的深度。
本发明还提供对于光学系统计算具有一个或多个数据记录层的信息记录媒体中数据记录层的深度的方法，该光学系统包括：用于将电磁辐射束聚焦到数据记录层上的光学元件装置；致动器，用于响应于供应给它的控制电流而相对于所述信息记录媒体移动所述光学元件装置；和聚焦误差信号生成装置，用于生成聚焦误差控制信号，用于控制所述致动器，以保持所述电磁辐射束聚焦在所述数据记录层上，该方法包括确定在所述聚焦误差信号的一个或多个过零点处供应给所述致动器的控制电流和由此确定所述信息记录媒体中所述数据记录层的深度。
在一个实施例中，本发明提供包括上述设备的球面像差补偿设备。本发明还可以提供包括这种球面像差补偿设备的光学数据记录或检索系统。
因此，本发明提供方便的方式来正确地计算信息记录媒体中所述或每个被读取的数据记录层的深度，从而克服现有技术系统中由于厚度以及因此导致的这种层的深度可能因盘而异的事实所引起的不精确性问题以及导致的保真度恶化的问题。
附图说明
从本文所描述的实施例中将明白本发明的这些和其他方面，并将结合这些实施例阐述本发明的这些和其他方面。
现在，将仅通过示例并参照附图来描述本发明的实施例，附图中：
图1是根据本发明第一示例性实施例的设备的示意性部分图解；
图2示意地图示根据本发明第一示例性实施例生成的聚焦误差信号(FES)和中心孔径(CA)信号作为致动器电流I的函数；
图3示意地图示根据本发明第二示例性实施例生成的聚焦误差信号(FES)和中心孔径(CA)信号作为时间t的函数；
图4示意性地表示典型的光学系统；和
图5示意性地表示典型的球面像差补偿机构的元件。
具体实施方式
图4示出了公知的光盘设备100，包括：像差校正元件驱动电路102，给像差校正元件(诸如液晶像差校正元件104)和控制电路106施加电压，该控制电路106从光学拾取器108接收信号并控制和驱动致动器110；像差校正元件驱动电路102；和激光源112。控制电路106使激光源112发射出光束并根据来自光学拾取器108的信号控制物镜114的位置。而且，它驱动像差校正元件驱动电路102，以改进来自光学拾取器108的信息信号。
图5除了激光源、准直透镜和光电检测器之外还示出了光学系统的组成部件。已由准直透镜转换为平行光的光束经过像差校正透镜组200并通过物镜组204聚焦在光盘202上。像差校正透镜组200包括负透镜组206和正透镜组208。物镜组204包括物镜210和前(向)透镜212。改变负透镜组206和正透镜组208之间的(空)间隔，以校正整个光学系统中的球面像差。为了改变这两个透镜组之间的间隔，可以使用例如沿光轴方向移位负透镜组206的驱动部分214。驱动部分214可以由例如音圈、压电元件、超声马达、螺旋进给装置等形成。
虽然上面描述了具体的示例，但是许多不同类型的已知球面像差校正装置是公知的，并且本发明并不旨在限于这个方面。
参照附图中的图1，考虑这样的光学存储盘，具有厚度为d的覆盖层并具有入射面(entrance surface)S、第一数据层L0、第二数据层L1和第三数据层L2。该光学设备包括球面像差补偿器SA和安装在致动器AC中的物镜OL，该致动器AC接收电流I并被布置和被构造成沿Z(轴向)轴线相对于光学存储盘移动物镜OL。
在示出的示例中，入射在物镜OL上的光被汇聚成锥状波束，以致于在这种情况下它被聚焦在第二数据层L1上(尽管这可以是任一数据层)。控制信号用来保持扫描点聚焦在数据层L1上。这个控制信号是聚焦误差信号(FES)并由致动器驱动器来提供。当扫描点在焦点上时，FES等于零。当控制电流(未示出)被接通时，通过改变驱动致动器AC的电流来使FES保持为零。
从图1中将明白：数据层L0在光学存储盘中处于深度d0上，数据层L1处于深度d1＝d0+s1，而数据层L2处于深度d2＝d0+s1+s2，其中d0、s1、s2可以因盘而异。为了给球面像差补偿器SA提供正确的控制信号，必须测量每个数据层的深度并且本发明旨在提供用于测量单层盘或多层盘的数据层深度的装置。坐标z测量物镜OL和被读出的数据层之间的距离，并且利用数据层的深度(在这种情况下，d＝d0+s1)控制球面像差补偿器SA。
参照附图中的图2，示出了聚焦误差信号(FES)和中心孔径(CA)信号(这是在检测器的不同分段上收集的所有光的和信号)作为致动器电流的函数。一般地，致动器对于聚焦误差信号的过零点之差是相应数据层之间轴向距离的测量值，如现在将更详细解释的。
在第一实施例中，盘不旋转，并且对致动器电流I进行扫描，得到如图2所示的信号。长度的测量值是焦点S曲线b的长度，即，聚焦误差信号FES的正峰值和负峰值之间的Z距离。这个长度b是公知的设计参数，并因此能用于将电流转换成距离。电流和距离之间的比例常数k则是：
k＝b/dI
覆盖和分隔物厚度值则为：
d0＝k(I1-I0)
s1＝k(I2-I1)
s2＝k(I3-I2)
……
在本发明的第二实施例中，盘在旋转，使得实际高度Z并不是恒定的(如第一实施例中)，而是随时间变化：
z(t)＝zc+Dzcos(vt+f)
其中v是盘旋转的角频率，而f是相移。这个振荡由于旋转轴从未理想地垂直于盘表面而产生。在这个实施例中，通常，聚焦误差信号FES和中心孔径(CA)信号将看起来如同附图中的图3所示。盘旋转的上述效果通过使致动器AC振荡以使其跟随由于盘旋转引起的振荡而得以基本上消除，并且这可以通过以下方式来实现：
增加经过致动器AC的小振荡电流：I(t)＝DIcos(vt+f’)；然后，调节相位f’，使得出现过零点的时间(分别为图3中的t-和t+)相对于没有附加振荡电流通过致动器(导致f＝f’)的情况而不改变；并且随之最后调整电流幅值DI以消除信号FES和CA随时间的变化。
在这些准备步骤之后，上面参照图2描述的方法可以应用于测量各种厚度值。
在第三实施例中，盘再次在旋转，但是可以使用不同的程序过程来取消盘旋转的效果。在这种情况下，聚焦控制电路可以用于使致动器AC跟随由于盘旋转而引起的高度变化。记录在一次盘旋转期间的电流I(t)，在此之后聚焦控制电路再次被断开。将电流Is+I(t)馈送给致动器，并测量FES和CA信号作为Is的函数，以便可以根据参照附图中的图2描述的方法测量各种厚度值。
已经仅仅通过示例的方式描述了本发明的实施例，但是对于本领域技术人员来说，显然在不背离由所附权利要求限定的本发明的范围的情况下可以对所描述的实施例进行修改和变化。此外，在权利要求书中，设置在括号之间的附图标记不应认为是限制权利要求。术语“包括”并不排出除了权利要求中列出之外的元件或步骤的存在。术语“一个”或“一”并不排出多个的情况。可以利用包括若干不同元件的硬件并且通过合适编程的计算机来实现本发明。在设备权利要求中，枚举了几个装置，这些装置中的几个可以利用同一项硬件来实现。在互不相同的独立权利要求中描述各种措施手段的唯一事实并不表示这些措施手段的组合不能有益使用。

Claims (14)

1、一种用于测量具有一个或多个数据记录层的信息记录媒体中数据记录层的深度的设备，该设备包括：
光学元件装置，用于将电磁辐射束聚焦到数据记录层上；
致动器，用于响应于供应给它的控制电流而相对于所述信息记录媒体移动所述光学元件装置；
聚焦误差信号生成装置，用于生成聚焦误差控制信号，用于控制所述致动器，以保持所述电磁辐射束聚焦在所述数据记录层上；和
用于确定在所述聚焦误差信号的一个或多个过零点上供应给所述致动器的控制电流，并据此确定在所述信息记录媒体中所述数据记录层的深度。
2、如权利要求1所述的设备，其中光学元件包括物镜。
3、如权利要求1或2所述的设备，还包括用于计算致动器电流和深度之间的比例常数的装置。
4、如权利要求3所述的设备，其中聚焦误差信号包括实质上正弦波，并且比例常数与所述波上的两个预定点之间的距离成比例。
5、如权利要求4所述的设备，其中所述两个预定点包括相应的正峰值和负峰值。
6、如权利要求1-5之中任一项权利要求所述的设备，其中信息记录媒体在旋转，并且该设备还包括被布置并被构造成补偿信息记录媒体的合成振荡的装置。
7、如权利要求6所述的设备，其中所述补偿装置包括用于使致动器基本上跟随信息记录媒体的振荡的装置。
8、如权利要求7所述的设备，包括用于给致动器提供振荡电流的装置。
9、如权利要求6所述的设备，其中所述补偿装置被布置成使致动器基本上跟随信息记录媒体由于其旋转而引起的任何高度变化。
10、一种测量具有一个或多个数据记录层的信息记录媒体中数据记录层的深度的方法，该方法包括：
提供光学元件装置，用于将电磁辐射束聚焦到数据记录层上；
提供致动器，用于响应于供应给它的控制电流而相对于所述信息记录媒体移动所述光学元件装置；
生成聚焦误差信号，用于控制所述致动器，以保持所述电磁辐射束聚焦在所述数据记录层上；
确定在所述聚焦误差信号的一个或多个过零点上供应给所述致动器的控制电流，和
据此确定所述信息记录媒体中所述数据记录层的深度。
11、一种用于对于光学系统计算具有一个或多个数据记录层的信息记录媒体中数据记录层的深度的设备，该光学系统包括：
光学元件装置，用于将电磁辐射束聚焦到数据记录层上；
致动器，用于响应于供应给它的控制电流而相对于所述信息记录媒体移动所述光学元件装置；和
聚焦误差信号生成装置，用于生成聚焦误差控制信号来控制所述致动器，以保持所述电磁辐射束聚焦在所述数据记录层上，
该设备被布置并被构造成确定在所述聚焦误差信号的一个或多个过零点上供应给所述致动器的控制电流和由此确定所述信息记录媒体中所述数据记录层的深度。
12、一种对于光学系统计算具有一个或多个数据记录层的信息记录媒体中数据记录层的深度的方法，该光学系统包括：
光学元件装置，用于将电磁辐射束聚焦到数据记录层上；
致动器，用于响应于供应给它的控制电流而相对于所述信息记录媒体移动所述光学元件装置；和
聚焦误差信号生成装置，用于生成聚焦误差控制信号来控制所述致动器，以保持所述电磁辐射束聚焦在所述数据记录层上，
该方法包括确定在所述聚焦误差信号的一个或多个过零点上供应给所述致动器的控制电流和由此确定所述信息记录媒体中所述数据记录层的深度。
13、一种球面像差补偿设备，包括如权利要求1-11之中任一项权利要求所述的设备。
14、一种光学数据记录或检索系统，包括如权利要求13所述的球面像差补偿设备。
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