光学扫描设备的初始聚焦优化制造技术

在一种特定类型的高密度光学记录系统中，在物镜系统中使用固体浸没透镜（ＳＩＬ）（８０）将辐射光束（６２）聚焦到光学记录载体（８２）的信息层上。使用一个表示ＳＩＬ（１２２）的出射表面与记录载体（１２０）的入射表面之间的间隙宽度的适当间隙信号来控制该系统工作过程中的间隙宽度。该光学记录系统的光学系统的光学元件和光机组件的公差会导致物镜系统焦点位置的偏移。该偏移可以大于该记录系统通常使用的间隙宽度。这会导致ＳＩＬ与记录载体的直接接触，从而损坏ＳＩＬ与记录载体中的一个或两个。本发明专利技术公开了一种聚焦初始化校正光学系统的焦点偏移的方法和实现方案，该光学系统用于读取或记录光学记录载体，从而对于间隙宽度控制获得可靠和牢固的间隙信号。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种光学扫描设备，其用于扫描记录载体，尤其用于利用辐射的迅衰耦合扫描记录载体。
技术介绍
在特定类型的高密度光学扫描设备中，将固体浸没透镜(SIL)用于使辐射光束聚焦成记录载体信息层上的扫描光点。希望在SIL的出射面与记录载体的入射面之间存在一定尺寸的空气间隙，例如25mm，从而可以迅衰耦合从SIL至记录载体的辐射。换句话说，迅衰耦合(evanescent coupling)可以称作受抑全内反射(FTIR)。利用迅衰耦合的记录系统还称作近场系统，该系统是因迅衰波在SIL出射面处形成的场(有时称作近场)而得名。示例性光学扫描设备可以利用蓝色激光器作为辐射光源，其发射波长约为405nm的辐射光束。在扫描记录载体过程中，应当保持SIL的出射面与记录载体的外表面之间的迅衰耦合。这包括在SIL与记录载体之间运动过程中，将间隙尺寸保持在希望的非常小的值。这种迅衰耦合的效率通常随着出射面与入射面之间间隙尺寸的改变而变化。当该间隙尺寸大于希望的间隙尺寸时，耦合效率趋向于降低，并且扫描光点的质量也会降低。例如，如果扫描过程包括从记录载体读取数据，则效率的降低会导致正在读取的数据的质量降低，还可能在数据信号中引起错误。过小的间隙尺寸可能导致SIL和记录载体的碰撞。为了可以利用机械致动器将空气间隙的宽度控制在这样小的距离，需要适当的控制信号作为间隙伺服系统的输入。该间隙信号是作为物镜系统出射表面与光学记录载体的入射表面之间的间隙宽度的量度的信号。如T.Ishimoto等人撰写的论文[1]和Zijp等人撰写的论文[2]所述，适合作为间隙信号的信号能够由偏振态垂直于聚焦到记录载体上的正向辐射光束的偏振态的反射光获得。较大比例的光在SIL-空气-记录载体界面处反射之后变为椭圆偏振当通过交叉偏振器观察反射光时，这种效果产生了众所周知的马耳他十字。利用偏振光学器件和辐射探测器来集合该马耳他十字的全部光，生成间隙信号，该辐射探测器可以是单个的光电探测器。对于零间隙宽度而言，该间隙信号的值为零，并且随着间隙宽度的提高而增大，并且在间隙宽度约为波长的十分之一时达到最大值。希望的间隙宽度对应于一定值的间隙信号，即设定点。在比较器(例如减法器)中输入等于设定点的间隙信号和固定电压，该比较器在其输出端处形成间隙误差信号。该间隙误差信号用于控制间隙伺服系统。由于物镜透镜元件和组件的制造公差(例如光学元件的厚度、相互距离和半径)，非常难以制造焦点位于希望位置的近场透镜。由于间隙宽度优选在约25nm的范围内，因此对于该系统焦点位置的要求也在类似的范围内。焦深约为λ/2NAeff2(聚焦光点正好为衍射极限)，如果波长为405nm、Naeff为1.8，则结果约为63nm。对于小于15mλ rms(毫波均方根光路差(RMS OPD))波前像差，透镜-SIL的公差仅为0.25μm(参见F.Zijp等人的论文[2])，实际上这非常难以实现。辐射光束的聚散度与应用的物镜的光束聚散度的设计值的偏差，也会影响该系统最终的焦点位置。除了这种散焦外，其他的像差，例如球差也能够影响该系统的焦点位置。所有这些错误会导致错误的间隙信号。由于SIL的出射表面到记录载体的距离通常小于辐射波长的1/10，所以当间隙信号不正确时，会存在光学记录载体被物镜损坏的危险。目前实际应用的对光学记录系统的焦点初始化基于非常严格的朝向物镜的辐射光束的聚散度公差，该辐射光束优选为平行辐射光束。然后将物镜安装在光路中。当聚焦和跟踪伺服控制未启动时(开路)，使物镜与未旋转记录载体(例如ROM盘)相互接触。因为未旋转记录载体通常由于例如装置的振动而产生微小偏移，所以在该系统的跟踪或者RF探测信道中会出现调制。然后，利用朝向物镜的辐射光束的聚散度变化(例如利用望远镜或者准直器调整)调整该系统的焦点偏移，使得在获得具有足够调制的读取信号(例如推拉或者数据)时，该间隙信号基本上为零。目前可以获得校正焦点偏移的间隙信号，并且能够利用间隙控制和跟踪控制来启动具有旋转盘的系统。(参见[2])通过使入射激光束从平行变为略微会聚或发散的，例如通过调整望远镜配置中的准直透镜位置和透镜位置，能够获得偏移调整。例如在可以获得的光学记录系统中可以按照这种方式补偿由于多达20μm的透镜-SIL距离误差造成的散焦像差。可以按照相同的方式校正较大的误差；然而，最终在聚焦辐射光束中的像差水平(主要由于球差造成)也会增大。这表示，对于每个所制造的物镜而言，可能需要优化准直器或者望远透镜的位置。可能的替换方式是保持准直器或者望远镜位置固定，使得朝向物镜的辐射光束为高度精确的平行辐射光束，并且利用附加的致动器调整透镜-SIL距离，以使散焦最小化。然而，这种方式会增加该透镜系统的复杂度、成本以及运动重量，这会减少带宽，因此减小可获得的数据率。特别是在要将该近场光学记录系统市场化以及将要应用低成本、紧凑和可批量生产的光学拾取单元(OPU)的时候。另一种可能是在OPU中包含干涉测量。然而，这是一种耗时的测量方式，并被认为难以实现，这是因为NA大于1的透镜需要在紧凑OPU内的反射设置中进行分析。基于例如在读取记录载体过程中使中央孔径或RF(数据)信号最大化的初始聚焦最优化方法可能不便于用作初始步骤，这是因为这种方法已经需要初始聚焦设定以及盘的角度调整。非最优化的焦点位置可能导致高度畸变的光点，使得间隙控制和/或跟踪容易失效。这甚至会在读取记录载体时导致物镜与记录载体之间的碰撞，从而导致记录载体或者物镜损坏或不能使用。因此，目前的聚焦初始化方法被视为不牢固且耗时的。本专利技术的主要目的是提供一种实现近场或者迅衰耦合光学记录系统中焦点位置的牢固初始化的方法，从而能够获得可靠的间隙信号。
技术实现思路
根据本专利技术的第一方面，请求保护一种光学扫描设备，其用于扫描处于扫描位置的光学记录载体(82)，该记录载体具有入射表面(120)和至少一个信息层，该设备包括用于生成正向辐射光束(62)的辐射光源(60)；用于将辐射光束聚焦到至少一个信息层上的物镜系统；该物镜系统具有出射表面(122)，并且设置在辐射光源与扫描位置之间的正向辐射光束路径中，以及在光学记录载体位于扫描位置时，提供跨过出射表面与入射表面之间间隙的辐射与光学记录载体的迅衰耦合；辐射探测器(108)，用于探测来自物镜系统的反射辐射光束并且提供表示间隙宽度的间隙信号；其特征在于，该设备包括根据间隙信号，调整正向辐射光束的聚散度以校正该设备中的焦点偏移的装置(72)。因此，应用本专利技术使得有可能利用现有技术中可以获得的光学组件来初始化该系统的焦点偏移，以便避免可能出现的物镜系统与记录载体的碰撞。通过消除光学记录系统中的焦点偏移，能够获得可靠的间隙信号。在本专利技术的优选实施例中，用于调整的装置位于物镜系统中，使其可以呈现为紧凑的光学系统。在本专利技术的优选实施例中，用于调整正向光束聚散度的装置包括可轴向移动的光学元件，或者可选择的是包括具有可通过电调整的可变焦距的光学元件。根据本专利技术的第二方面，提供了一种用于校正光学扫描设备中的焦点偏移的方法，其至少包括以下步骤如果间隙宽度小于正向辐射波长的1/10，则将光学记录载体的入射表面与物镜系统的出射表面之间的间隙宽度增大到该波长的至少1/10；使正向辐本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光学扫描设备，其用于扫描处于扫描位置的光学记录载体（８２），该记录载体具有入射表面（１２０）和至少一个信息层，该设备包括：用于生成正向辐射光束（６２）的辐射光源（６０），用于将辐射光束聚焦到至少一个信息层上的物镜系统，该物镜系统具有出射表面（１２２），并且设置在辐射光源与扫描位置之间的正向辐射光束路径中，以及在光学记录载体位于扫描位置时，提供在出射表面与入射表面之间间隙上的辐射与光学记录载体的迅衰耦合，辐射探测器（１０８），用于探测来自物镜系统的反射辐射光束，并且提供表示间隙宽度的间隙信号，其特征在于，该设备包括根据间隙信号调整正向辐射光束的聚散度以校正该设备中的焦点偏移的装置（７２）。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】EP 2005-4-29 05103575.6;EP 2004-7-27 04103590.81.一种光学扫描设备，其用于扫描处于扫描位置的光学记录载体(82)，该记录载体具有入射表面(120)和至少一个信息层，该设备包括用于生成正向辐射光束(62)的辐射光源(60)，用于将辐射光束聚焦到至少一个信息层上的物镜系统，该物镜系统具有出射表面(122)，并且设置在辐射光源与扫描位置之间的正向辐射光束路径中，以及在光学记录载体位于扫描位置时，提供在出射表面与入射表面之间间隙上的辐射与光学记录载体的迅衰耦合，辐射探测器(108)，用于探测来自物镜系统的反射辐射光束，并且提供表示间隙宽度的间隙信号，其特征在于，该设备包括根据间隙信号调整正向辐射光束的聚散度以校正该设备中的焦点偏移的装置(72)。2.根据权利要求1所述的光学扫描设备，其中该装置位于物镜系统中。3.根据权利要求1或2所述的光学扫描设备，其中该装置包括可轴向移动的光学元件。4.根据权利要求1或2所述的光学数据扫描设备，其中该装置包括具有电可调整的可变焦距的光学元件。5.根据权利要求1、2、3、4中任一项所述的光学扫描设备，其用于扫描具有一定厚度的...

【专利技术属性】
技术研发人员：CA弗舒伦，
申请(专利权)人：皇家飞利浦电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：NL[荷兰]