專利名稱：光學數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)和光學記錄和/或讀取的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于使用會聚到光學數(shù)據(jù)存儲介質(zhì)的數(shù)據(jù)存儲層上的具有波長λ的輻射光束進行記錄和/或讀取的光學數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括-具有對于會聚輻射光束是透明的覆蓋層的介質(zhì)，所述覆蓋層的厚度h小于5μm；-光學頭，包括具有數(shù)值孔徑NA的物鏡，所述物鏡包括一個固態(tài)浸沒透鏡，所述固態(tài)浸沒透鏡適用于呈現(xiàn)在距離所述介質(zhì)的最外表面小于λ/10的自由工作距離處并被布置在所述光學數(shù)據(jù)存儲介質(zhì)的覆蓋層側(cè)，并且在記錄/讀取期間會聚輻射光束通過倏逝波耦合而從所述固態(tài)浸沒透鏡耦合到光學數(shù)據(jù)存儲介質(zhì)的覆蓋層中。
本發(fā)明還涉及一種使用這種系統(tǒng)進行光學記錄和/或讀取的方法。
背景技術(shù)：
對于光學記錄系統(tǒng)中的會聚光斑大小或光學分辨率的典型量度由r＝λ(2NA)給出，其中λ是空氣中的波長，并且透鏡的數(shù)值孔徑被定義為NA＝sinθ，參見圖1。在圖1A中，繪制出了空氣入射構(gòu)型，其中數(shù)據(jù)存儲層在數(shù)據(jù)存儲介質(zhì)的表面處，即所謂的第一表面數(shù)據(jù)存儲。在圖1B中，折射率為n0的覆蓋層保護數(shù)據(jù)存儲層免受刮擦和灰塵等破壞。
從這些圖中推斷出如果將覆蓋層施加在數(shù)據(jù)存儲層的頂部，則光學分辨率不會發(fā)生變化，另一方面，在覆蓋層中，內(nèi)部開度角θ′較小，并因此內(nèi)部數(shù)值孔徑NA′得以減小，而且介質(zhì)的波長λ′也縮短相同的因數(shù)n0。期望具有高的光學分辨率，因為光學分辨率越高，在介質(zhì)的相同區(qū)域上能夠存儲的數(shù)據(jù)越多。提高光學分辨率的直接方法包括以透鏡復(fù)雜性為代價換來會聚光束開度角的加寬、縮窄可允許的盤傾斜容限等、或者減小在空氣中的波長，即改變掃描激光的顏色。
減小光盤系統(tǒng)中的會聚光斑尺寸的另一種提議方法包括使用固態(tài)浸沒透鏡(SIL)，參見圖2。按照其最簡單的形式，SIL是中心在數(shù)據(jù)存儲層上的半球，參見圖2A，從而會聚光斑在SIL和數(shù)據(jù)層之間的界面上。與相同折射率n0′＝nSIL的覆蓋層結(jié)合使用，SIL是一個球體的切向切割部分，所述切割部分被放置在覆蓋層上，其(虛擬)中心也被放置在存儲層上，參見圖2B。SIL的工作原理是它在存儲層處將波長減小一個因數(shù)nSIL，即SIL的折射率，而沒有改變開度角θ。其原因是在SIL處不會出現(xiàn)光折射，因為所有光都是以與SIL的表面成直角進入的(比較圖1B和圖2A)。
非常重要但到此為止還未提及的是在SIL和記錄介質(zhì)之間存在非常薄的空氣間隙。這將允許記錄盤關(guān)于記錄器物鏡(透鏡加SIL)自由旋轉(zhuǎn)。該空氣間隙應(yīng)該遠小于光學波長，典型的它應(yīng)該小于λ/10，使得SIL中的光到盤的覆蓋層的所謂倏逝耦合仍是可能的。這一事件發(fā)生的范圍被稱作近場時段(regime)。在該時段外側(cè)，在較大的空氣間隙上內(nèi)部全反射將捕獲(trap)SIL內(nèi)部的光并將它發(fā)送回到激光器。注意在如圖2B中所示具有覆蓋層的結(jié)構(gòu)的情況下，為了進行適當?shù)鸟詈?，覆蓋層的折射率應(yīng)該至少等于SIL的折射率，對于進一步的細節(jié)可參見圖3。
低于臨界角的波通過空氣間隙沒有衰減的傳播，而高于臨界角的那些波在空氣間隙中變成是倏逝的，并且隨間隙寬度顯示出指數(shù)衰減。在臨界角處NA＝1。對于較大的間隙寬度，高于臨界角的所有光通過內(nèi)部全反射(TIR)而從SIL的近表面反射。
對于405nm的波長(其是用于藍光光盤(BD)的波長)，最大空氣間隙近似為40nm，與傳統(tǒng)的光學記錄相比，這是非常小的自由工作距離(FWD)。數(shù)據(jù)層和固態(tài)浸沒透鏡(SIL)之間的近場空氣間隙在5nm或更小的范圍內(nèi)應(yīng)該保持恒定，以便獲得充分穩(wěn)定的倏逝耦合。在硬盤記錄中，使用依賴于被動空氣軸承的基于滑塊的解決方案來保持該較小的空氣間隙。在必須從驅(qū)動器移除記錄介質(zhì)的光學記錄中，盤的污染水平較大，并且將需要有效的、基于致動器的解決方案來控制空氣間隙。為此，必須優(yōu)選地從已經(jīng)從光學介質(zhì)反射的光學數(shù)據(jù)信號提取間隙誤差信號。可找出這種信號，并且在圖4中給出了典型的間隙誤差信號。注意在使用近場SIL的情況下通常的實踐是將數(shù)值孔徑定義為NA＝nSILsinθ，數(shù)值孔徑可大于1。
圖4表示取自參考文獻[1]的相對于線性偏振準直輸入光束的平行和垂直偏振狀態(tài)從折射率為1.48的扁平和透明光學表面(“介質(zhì)”)反射的光量的測量值。這些測量值與理論完全一致。倏逝耦合變成明顯低于200nm光在“盤”中突然消失，總反射率在接觸的地方幾乎線性的降低至最小值?？蓪⒃摼€性信號用作空氣間隙的閉環(huán)伺服系統(tǒng)的誤差信號。水平偏振中的振動是由于伴隨著間隙厚度的下降而使邊紋(fringes)數(shù)減小到NA＝1之內(nèi)造成的。
關(guān)于典型的近場光盤系統(tǒng)的更多細節(jié)可參見參考文獻[2]。
具有較小的工作距離(典型的小于50μm)的基于滑塊或基于致動器的光學記錄器物鏡的根本問題是會在最靠近存儲介質(zhì)的光學表面上發(fā)生污染。這是由水的凝結(jié)引發(fā)的，而水是由于較高的表面溫度(典型的，對于磁光(MO)記錄為250℃，而對于相變(PC)記錄為650℃)而從存儲介質(zhì)釋放的，而這是由于在數(shù)據(jù)記錄層中寫入數(shù)據(jù)甚或從數(shù)據(jù)記錄層讀取數(shù)據(jù)都需要高的激光功率和溫度。由于例如聚焦和跟蹤系統(tǒng)的伺服控制信號的失控，污染最終會導(dǎo)致光學數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)發(fā)生故障。該問題如參考文獻[3]-[5]中給出的申請和專利所述。
所述問題對于下列情況變得更加嚴重高濕度、高激光功率、存儲介質(zhì)的低光學反射率、存儲介質(zhì)的低導(dǎo)熱性、小的工作距離和高的表面溫度。
該問題的已知解決方案是通過存儲介質(zhì)上的絕熱覆蓋層而避免數(shù)據(jù)層接近記錄器物鏡的光學表面?；谶@種認識的發(fā)明例如在參考文獻[4]中給出了。
顯而易見，在近場光學存儲介質(zhì)上放置覆蓋層的額外優(yōu)點是灰塵和刮擦不再直接影響數(shù)據(jù)層。
然而，通過在近場光學系統(tǒng)中放置覆蓋層引入了新的問題，這導(dǎo)致要采取新的措施。
通常，數(shù)據(jù)層和固態(tài)浸沒透鏡(SIL)之間的近場空氣間隙或自由工作距離的精度應(yīng)在5nm或者更小的范圍內(nèi)保持恒定以便獲得充分穩(wěn)定的倏逝耦合。在使用覆蓋層的情況下，空氣間隙在覆蓋層和SIL之間，參見圖2B。再者，空氣間隙應(yīng)在5nm的范圍內(nèi)保持恒定。無疑，SIL焦距應(yīng)具有一個偏移以補償覆蓋層厚度，以便保證數(shù)據(jù)層在所有時間都是焦點對準的。注意如果覆蓋層的折射率低于SIL的折射率，則它就會確定所述系統(tǒng)的最大可能數(shù)值孔徑。
為了獲得充分的熱絕緣，介電覆蓋層厚度應(yīng)該約大于0.5μm，但優(yōu)選的是在2-10μm的數(shù)量級。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種開頭段落中所述類型的用于記錄和讀取的光學數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)，其中使用近場固態(tài)浸沒透鏡結(jié)合覆蓋層實現(xiàn)了可靠的數(shù)據(jù)記錄和讀出。另一個目的是提供一種用于這種系統(tǒng)的光學記錄和讀取的方法。
所述第一目的是根據(jù)本發(fā)明通過一種光學數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)實現(xiàn)的，其特征在于整個介質(zhì)上的覆蓋層的厚度變化Δh小于50nm。優(yōu)選地，Δh小于20nm。僅通過控制空氣間隙的自由工作距離或?qū)挾龋采w層的厚度變化Δh應(yīng)該(遠)小于焦深Δf＝λ(2NA2)以便保證數(shù)據(jù)層處于焦點對準狀態(tài)Δh＜Δf，參見圖5。對于波長λ＝405nm和數(shù)值孔徑NA＝1.45，發(fā)現(xiàn)Δf≈50nm。對于幾個微米厚度的旋涂層，這意味著小于盤的整個數(shù)據(jù)區(qū)上的厚度變化的百分比，其看起來像是具有挑戰(zhàn)的精度。然而，已經(jīng)令人驚訝的發(fā)現(xiàn)能夠以所要求的規(guī)格制造旋涂層幾微米的厚度和小于30nm的厚度變化，參見例如圖6和參考文獻[6]和[7]。該結(jié)果是顯著的，因為不能將液體施予到盤的中心(因為有孔)，而是施予到18.9mm的半徑處。通常這導(dǎo)致非常不均勻的結(jié)果，邊緣處的覆蓋層厚度遠大于中間。然而，在該情況下，熱梯度作為盤半徑的函數(shù)在旋轉(zhuǎn)工藝期間被用于調(diào)整液體粘性。
因此第一新的認識為可制造具有覆蓋層的近場光學存儲盤，所述覆蓋層具有充分小的厚度變化Δh。
在一個實施例中，所述光學頭包括-第一可調(diào)光學元件，其與固態(tài)浸沒透鏡對應(yīng)；-用于軸向移動第一光學元件以便將覆蓋層和固態(tài)浸沒透鏡之間的自由工作距離動態(tài)地保持恒定的裝置；-第二可調(diào)光學元件；-用于調(diào)整第二光學元件以便按照低帶寬改變會聚輻射光束的焦點相對于固態(tài)浸沒透鏡的出射表面的位置的裝置。焦深的低帶寬調(diào)節(jié)主要被執(zhí)行用于例如通過溫度變化補償漂移和克服例如不同盤之間的制造公差和盤的覆蓋層的較小徑向厚度變化。調(diào)整典型地是以秒為時間量度進行的，而不是以微秒進行的，正如同在用于軸向移動第一光學元件的裝置中所使用的伺服的情況。因此，低帶寬指的是典型以秒為單位的時間量度，而高帶寬指的是典型以微秒或更小為單位的時間量度。
第二新的認識為如果覆蓋層確實具有充分小的厚度變化Δh，也就是說其厚度變化小于20-50nm，則除了動態(tài)空氣間隙(即自由工作距離)校正之外，我們還提出對焦距進行靜態(tài)校正以補償覆蓋層厚度變化。
其目的是數(shù)據(jù)存儲層處于焦點對準狀態(tài)，并且與此同時SIL和覆蓋層之間的空氣間隙保持恒定以便保證適當?shù)馁渴篷詈稀?yīng)該根據(jù)間隙誤差信號調(diào)整光學物鏡的位置以在小于5nm或者優(yōu)選地小于2nm的范圍內(nèi)將間隙寬度保持為恒定。
厚度變化基本上小于焦深的覆蓋層不需要對物鏡進行動態(tài)聚焦控制，否則除了間隙伺服之外還需要動態(tài)聚焦控制。只要求靜態(tài)聚焦控制和球面象差校正來適應(yīng)盤與盤之間的可能不同。此外由于機械震動或溫度影響引起的任何預(yù)設(shè)焦距的漂移也可以這種方式得到補償。例如通過最佳化例如來自導(dǎo)入軌跡的已知信號的調(diào)制深度來實現(xiàn)焦距調(diào)節(jié)。
在參考文獻[8]中描述了一種用于DVD聚焦最佳化的類似過程。
無疑，在光學數(shù)據(jù)存儲介質(zhì)上具有非常平坦的覆蓋層是非常有利的。
在一個實施例中，第二光學元件存在于物鏡中。
在另一個實施例中，第二光學元件存在于物鏡的外部。
第二光學元件例如相對于第一光學元件進行軸向移動?？商鎿Q地，第二光學元件的焦距例如通過濕電或電影響液晶材料的取向而進行電調(diào)整。
所述另一個目的是根據(jù)本發(fā)明通過使用如權(quán)利要求3中所述的系統(tǒng)進行光學記錄和/或讀取的方法實現(xiàn)的，其中-通過使用第一、高帶寬伺服環(huán)路基于例如從固態(tài)浸沒透鏡和覆蓋層之間的倏逝耦合量獲得的間隙誤差信號而將自由工作距離保持恒定；-基于第一伺服環(huán)路致動第一光學元件；
-基于從記錄在數(shù)據(jù)存儲層中的調(diào)制信號的調(diào)制深度獲得的聚焦控制信號激活第二、低帶寬伺服環(huán)路；-基于第二伺服環(huán)路調(diào)整第二光學元件以便得到最佳調(diào)制信號。低帶寬的含義如上所述。
在一個實施例中，振蕩被疊加在第二光學元件的調(diào)節(jié)上，并且其中額外從第二光學元件的振蕩方向獲得聚焦控制信號。
在另一個實施例中，調(diào)制的信號被記錄作為光學數(shù)據(jù)存儲介質(zhì)中(例如，光學數(shù)據(jù)存儲介質(zhì)的導(dǎo)入?yún)^(qū)中)的記錄數(shù)據(jù)。
在另一個實施例中，調(diào)制的信號被記錄作為光學數(shù)據(jù)存儲介質(zhì)的擺動軌跡。
所述光學物鏡應(yīng)包含至少兩個可調(diào)整的光學元件。
例如，物鏡包括兩個元件，它們可被軸向移動以在基本沒有改變空氣間隙的情況下調(diào)整所述元件對的焦距。然后可通過作為一個整體移動物鏡來調(diào)整空氣間隙(圖7)。通常，確定量的球面象差將得以保持。在一些情況下，透鏡系統(tǒng)與覆蓋層組合的最佳設(shè)計將滿足系統(tǒng)要求，在其它情況下將需要球面象差的有效調(diào)節(jié)并將必須采取進一步的措施。
其主要優(yōu)點是比較簡單。整個雙透鏡致動器(圖7)中的第二光學元件(即透鏡)所需的位置調(diào)整較小，并且在較低的帶寬下小于由本申請人同時提交的文獻號為PHNL040461的歐洲專利申請中所提出的解決方案的情況。事實上，可將透鏡以這樣一種方式懸掛在致動器中，即其軸向運動被超臨界衰減。
在一個優(yōu)選實施例中，調(diào)制信號可以來自已知的擺動信號，在一個可替換實施例中，它可以來自于已知的預(yù)記錄數(shù)據(jù)，或者在ROM系統(tǒng)的情況下，它甚至可以是導(dǎo)入軌跡上的專用數(shù)據(jù)，或者甚至是用戶數(shù)據(jù)。參見參考文獻[8]。


現(xiàn)在將參照附圖更詳細地說明本發(fā)明，其中圖1A和1B示出了標準遠場光學記錄物鏡和分別不帶有覆蓋層和帶有覆蓋層的數(shù)據(jù)存儲盤；圖2A和2B示出了近場光學記錄物鏡和分別不帶有覆蓋層和帶有覆蓋層的數(shù)據(jù)存儲盤；圖3示出了如果空氣間隙太寬則對于NA＞1會發(fā)生內(nèi)部全反射；圖4示出了對于平行和垂直于輻射光束的偏振狀態(tài)的偏振狀態(tài)的全反射光總量的測量值和二者的和；圖5示出了覆蓋層的厚度變化可以大于或小于焦深；圖6示出了旋涂層UV固化硅樹脂硬涂層的厚度分布的例子；圖7A、7B和7C示出了雙致動器在盤與盤的覆蓋層厚度不同的情況下的操作原理；圖8示出了在雙透鏡致動器中驅(qū)動所述透鏡所需的靜態(tài)聚焦控制系統(tǒng)的方框圖；圖9示出了對于近場的雙透鏡致動器的可能實施例的剖面圖；圖10示出了可使用聚焦控制(FC)通過相對于SIL移動透鏡獲得散焦?？諝忾g隙使用間隙控制(GC)而被保持恒定；圖11示出了通過相對于物鏡移動激光準直透鏡也可獲得散焦；圖12示出了雙透鏡致動器的實施例，其中可使用基于濕電(EW)或液晶(LC)材料的可切換光學元件來調(diào)整光學系統(tǒng)的焦距；和圖13示出了如圖12中的另一個實施例，其中可切換的光學元件被放置在第一透鏡和SIL之間。
具體實施例方式
在圖1A和1B中，分別示出了沒有覆蓋層和有覆蓋層的標準遠場光學記錄物鏡和數(shù)據(jù)存儲盤。
在圖2A和2B中，分別示出了沒有覆蓋層和有覆蓋層的近場光學記錄物鏡和數(shù)據(jù)存儲盤。有效波長被減至λ′＝λ/nSIL。有效波長被減小至λ′＝λ/n0′?？諝忾g隙的寬度典型的為25-40nm(但至少要小于100nm)，并且不是按比例對其進行繪制的。覆蓋層的厚度典型的為幾個微米，但也不是按比例對其進行繪制的。
在圖3中示出了如果空氣間隙太寬，則對于NA＞1會發(fā)生內(nèi)部全反射。如果空氣間隙足夠薄，則倏逝波使其能夠到達另一側(cè)并且在透明盤中再次變成是傳播的。注意如果透明盤的折射率小于數(shù)值孔徑，n0′＜NA，則一些波保持是倏逝的，并且有效地得到NA＝n0′。
在圖4中，示出了對于平行和垂直于輻射光束的偏振狀態(tài)的偏振狀態(tài)的反射光總量的測量值和二者的和。垂直偏振狀態(tài)適用于近場光學記錄系統(tǒng)的空氣間隙誤差信號。
在圖5中，示出了覆蓋層的厚度變化可以大于或小于焦深。僅通過控制空氣間隙的自由工作距離或?qū)挾龋采w層的厚度變化Δh應(yīng)該(遠)小于焦深Δf＝λ/(2NA2)以便保證數(shù)據(jù)層保持焦點對準狀態(tài)Δh＜Δf，參見圖5。如果我們采用波長λ＝405nm和數(shù)值孔徑NA＝1.45，則我們發(fā)現(xiàn)Δf≈50nm。對于幾個微米厚度的旋涂層，這意味著小于盤的整個數(shù)據(jù)區(qū)域上的厚度變化的百分數(shù)，其看起來像是挑戰(zhàn)性的精度。然而，已經(jīng)令人驚訝地發(fā)現(xiàn)能夠以所要求的規(guī)范制造旋涂層幾微米的厚度和小于30nm的厚度變化，參見例如圖6和參考文獻[6]和[7]。該結(jié)果是顯著的，因為不能將液體施予到盤的中心(因為有孔)，而是施予到18.9mm的半徑處。通常這導(dǎo)致非常不均勻的結(jié)果，邊緣處的覆蓋層厚度遠大于中間。然而，在該情況下，熱梯度作為盤半徑的函數(shù)在旋轉(zhuǎn)處理期間被用于調(diào)整液體粘性。
在圖6中，示出了旋涂層、UV固化硅樹脂硬涂層的例子。覆蓋層在外部的28mm上非常平坦，其已經(jīng)代表了數(shù)據(jù)區(qū)的80％。
在圖7A、7B和7C中，示出了雙致動器在盤與盤之間的覆蓋層厚度不同的情況下的工作原理。在圖7A中，對于具有確定覆蓋層厚度的第一盤，存儲層保持焦點對準狀態(tài)并且空氣間隙保持恒定。在圖7B中對于另一個盤，覆蓋層厚度是不同的，并且數(shù)據(jù)存儲層處于焦點未對準的狀態(tài)。在圖7C中，該問題被校正，其中第一透鏡被移動以將焦點重新保持在存儲層上。
在圖8中，示出了在雙透鏡致動器中驅(qū)動第一透鏡所需的靜態(tài)聚焦控制系統(tǒng)的方框圖。該間隙致動器裝配有一個較小的聚焦致動器(FA)，使用所述聚焦致動器用于偏移焦點位置。間隙致動器由PID控制器使用標準化的間隙誤差信號(GEN)作為輸入來驅(qū)動。該標準化的間隙誤差信號通過除法器來產(chǎn)生，所述除法器用中心孔徑(CA)信號或來自前向檢測二極管的信號的低頻分量除間隙誤差信號(GES)。通過中心微處理器(μProc1)將控制器設(shè)置點和空氣間隙推進過程饋送到所述控制器中。
調(diào)整透鏡(即，第二光學元件)相對于SIL(即，第一光學元件)的位置使得預(yù)記錄數(shù)據(jù)圖案或擺動信號的CA信號調(diào)制是最大的。通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)對CA信號進行取樣然后將其饋送到一個微處理器(μProc2)中，在初始化階段所述微處理器運行程序以通過試驗找出最佳焦點偏移信號和誤差改變聚焦位置以便獲得一個最佳信號。為了保持透鏡和SIL之間的距離恒定，在初始化階段之后，在間隙致動器加速期間，將與間隙致動器誤差信號成比例的信號加入到偏移信號中，使用電流放大器對其進行放大，然后將其饋送給過臨界衰減聚焦致動器。
需要兩個控制信號-使用從SIL和覆蓋層之間的倏逝耦合的量獲得的誤差信號來控制空氣間隙的寬度。在圖4中，示出了典型的間隙誤差信號(GES)。
-從例如包含一些已知信號的盤上的導(dǎo)入軌跡的調(diào)制深度獲得聚焦控制信號(FCS)。
在圖9中，示出了對于近場的雙透鏡致動器的可能實施例的剖面圖。
在圖10中，示出了使用輻射光束(例如，具有波長λ＝405nm的激光束)進行記錄和/或讀取的光學數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)。輻射光束被會聚到光學數(shù)據(jù)存儲介質(zhì)的數(shù)據(jù)存儲層上。所述系統(tǒng)包括-具有對于會聚輻射光束是透明的覆蓋層的介質(zhì)(覆蓋層、存儲層和基底)，所述覆蓋層的厚度h小于5μm，例如3μm。
-光學頭，包括具有數(shù)值孔徑NA的物鏡(雙透鏡致動器)，所述物鏡包括一個固態(tài)浸沒透鏡(SIL)，所述固態(tài)浸沒透鏡適用于呈現(xiàn)在距離所述介質(zhì)的最外表面小于λ/10的自由工作距離處并被布置在所述光學數(shù)據(jù)存儲介質(zhì)的覆蓋層側(cè)，并且在記錄/讀取期間會聚輻射光束通過倏逝波耦合而從所述固態(tài)浸沒透鏡耦合到光學數(shù)據(jù)存儲介質(zhì)的覆蓋層中。整個介質(zhì)上的覆蓋層的厚度變化Δh為30nm，其小于50nm。所述光學頭包括-第一可調(diào)光學元件固態(tài)浸沒透鏡(SIL)；-用于軸向移動第一光學元件以便將覆蓋層和固態(tài)浸沒透鏡之間的距離動態(tài)地保持恒定的裝置；-第二可調(diào)光學元件透鏡；-用于調(diào)整第二光學元件以便按照低帶寬改變會聚輻射光束的焦點相對于固態(tài)浸沒透鏡的出射表面的位置的裝置，參見圖9中的線圈。因為覆蓋層的厚度變化Δh低于50nm，所以對于空氣間隙只需要一個伺服環(huán)路，這使得光學物鏡的近表面跟隨覆蓋層的表面，并且對于焦距來說需要一個靜態(tài)最佳化環(huán)路，其通過改變光學物鏡的焦距而將數(shù)據(jù)層保持在焦深的范圍內(nèi)?？赏ㄟ^使用聚焦控制(FC)相對于SIL移動透鏡來獲得散焦。使用間隙控制(GC)將空氣間隙保持恒定。
在圖11中示出了通過相對于物鏡移動激光準直透鏡也可獲得散焦。
在圖12中示出了可用于調(diào)整光學系統(tǒng)的焦距的基于濕電(EW)或液晶(LC)材料的可切換光學元件。還可以以這種方式同時補償確定量的球面象差。
在圖13中，示出了可用于調(diào)整光學系統(tǒng)的焦距的基于濕電(EW)或液晶材料的可切換光學元件。這里所述元件被放置在透鏡和SIL之間。還可以以這種方式同時補償確定量的球面象差。
本發(fā)明的光學部件的實施例與由本申請人同時提交的文獻號為PHNL040461的歐洲專利申請中所述的那些部件實施例相同。
已經(jīng)設(shè)計出一種雙透鏡致動器，其具有調(diào)整記錄器物鏡內(nèi)的兩個透鏡之間的距離的洛侖茲儀馬達。作為一個整體的透鏡組件裝配在CDM12致動器內(nèi)。雙透鏡致動器由兩個以相反方向卷繞的線圈和兩個徑向磁化的磁體組成。所述線圈繞物鏡支架卷繞并且該支架懸掛在兩個板簧上。流過線圈的電流結(jié)合兩個磁體的雜散場將產(chǎn)生垂直力，該力將移動第一物鏡朝向或遠離SIL。近場設(shè)計可能看起來像圖9。在該設(shè)計中，線圈和磁體之間的鐵磁流體(一種磁性油)用于衰減第一透鏡的運動使得共振被完全抑制，參見參考文獻[9]。
在圖7和9中示出了具有可變焦點位置的光學物鏡的第一實施例，并且它被重復(fù)在圖10中。改變系統(tǒng)焦點位置的可替換實施例例如包括激光準直透鏡的調(diào)整，參見圖11，或者基于濕電或液晶材料的可切換光學元件，參見圖12和13以及參考文獻[9]。當然，也可同時考慮這些措施。
參考文獻[1]Ferry Zijp和Yourii V.Martynov在SPIE 4081學報“OpticalStorage and Information Processing”中發(fā)表的“Static tester forcharacterization of optical nearfield coupling phenomena”(21頁-27頁(2000))。
Kimihiro Saito，Tsutomu Ishimoto，Takao Kondo，AriyoshiNakaoki，Shin Masuhara，Motohiro Furuki和Masanobu Yamamoto在Jpn.J.Appl.Phys 41上發(fā)表的“Readout Method for Read OnlyMemory Signal and Air Gap Control Signal in a Near Field OpticalDisc System”(1898頁-1902頁(2002))。
Martin van der Mark和Gavin Phillips著的“(Squeakyclean)Hydrophobic disk and objective”(2002)；參見國際專利申請公開號WO2004/008444A2(PHNL0200666)。
Bob van Someren，F(xiàn)erry Zijp，Hans van Kesteren和Martinvan der Mark提出的“Hard coat protective thin coverl ayer stackmedia and system”；參見國際專利申請公開號WO2004/008441-A2(PHNL0200667)。
美國加利福尼亞圣何塞的TeraStor公司申請的美國專利6069853“Head including a heating element for reducing signaldistortion in data storage systems”。
F.Zijp，R.J.M.Vullers，H.W.van Kesteren，M.B.van derMark，C.A.van den Heuvel，B.van Someren和C.A.Verschuren在2003年5月11-14日召開的OSA Topical MeetingOptical DataStorage，Vancouver上發(fā)表的“A Zero-Field MAMMOS recordingsystem with a blue laser，NA＝0.95 lens，fast magnetic coil andthin cover layer”。
Piet Vromans，ODTC，Philips，參見國際專利申請公開號WO2004/064055-A1。
Wim Koppers，Pierre Woerlee，Hubert Martens，Ronald vanden Oetelaar和Jan Bakx提出的“Finding the optimal focus-offset for writing dual layer DVD+R/+RWOptimised on pre-recorded data”(2002)，參見國際專利申請公開號WO2004/086382-A1。
B.J.Feenstra，S.Kuiper，S.Stallinga，B.H.W.Hendriks，R.M.Snoeren提出的“Variable focus lesns”，參見國際專利申請公開號WO2003/069380-A1。S.Stallinga“Optical scanning devicewith a selective optical diaphragm”，參見美國專利US6707779B1。
權(quán)利要求
1.一種用于使用會聚到光學數(shù)據(jù)存儲介質(zhì)的數(shù)據(jù)存儲層上的具有波長λ的輻射光束進行記錄和/或讀取的光學數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括-具有對于會聚輻射光束是透明的覆蓋層的介質(zhì)，所述覆蓋層的厚度h小于5μm，-光學頭，包括具有數(shù)值孔徑NA的物鏡，所述物鏡包括一個固態(tài)浸沒透鏡，所述固態(tài)浸沒透鏡適于呈現(xiàn)在距離所述介質(zhì)的最外表面小于λ/10的自由工作距離處并被布置在所述光學數(shù)據(jù)存儲介質(zhì)的覆蓋層側(cè)，并且在記錄/讀取期間會聚輻射光束通過倏逝波耦合而從所述固態(tài)浸沒透鏡耦合到光學數(shù)據(jù)存儲介質(zhì)的覆蓋層中，其特征在于整個介質(zhì)上的覆蓋層的厚度變化Δh小于50nm。
2.如權(quán)利要求1所述的光學數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)，其中Δh小于20nm。
3.如權(quán)利要求1或2中的任何一個所述的光學數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)，其中所述光學頭包括-第一可調(diào)光學元件，其與固態(tài)浸沒透鏡對應(yīng)；-用于軸向移動第一光學元件以便將覆蓋層和固態(tài)浸沒透鏡之間的距離動態(tài)地保持恒定的裝置；-第二可調(diào)光學元件；-用于調(diào)整第二光學元件以便按照低帶寬改變會聚輻射光束的焦點相對于固態(tài)浸沒透鏡的出射表面的位置的裝置。
4.如權(quán)利要求3所述的光學數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)，其中第二光學元件存在于物鏡中。
5.如權(quán)利要求3所述的光學數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)，其中第二光學元件存在于物鏡的外部。
6.如權(quán)利要求4或5所述的光學數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)，其中第二光學元件可相對于第一光學元件進行軸向移動。
7.如權(quán)利要求4或5中的任何一個所述的光學數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)，其中第二光學元件具有一個焦距，該焦距例如通過濕電或電影響液晶材料的取向而進行電調(diào)整。
8.一種使用如權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)進行光學記錄和/或讀取的方法，其中-通過使用第一、高帶寬伺服環(huán)路基于例如從固態(tài)浸沒透鏡和覆蓋層之間的倏逝耦合量獲得的間隙誤差信號而將自由工作距離保持恒定；-基于第一伺服環(huán)路致動第一光學元件；-基于從記錄在數(shù)據(jù)存儲層中的調(diào)制信號的調(diào)制深度獲得的聚焦控制信號，激活第二、低帶寬伺服環(huán)路；-基于第二伺服環(huán)路調(diào)整第二光學元件以便得到最佳調(diào)制信號。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其中振蕩被疊加在第二光學元件的調(diào)節(jié)上，并且其中額外從第二光學元件的振蕩方向獲得聚焦控制信號。
10.如權(quán)利要求8所述的方法，其中調(diào)制的信號被記錄作為光學數(shù)據(jù)存儲介質(zhì)中的記錄數(shù)據(jù)。
11.如權(quán)利要求8所述的方法，其中調(diào)制的信號被記錄在光學數(shù)據(jù)存儲介質(zhì)的導(dǎo)入?yún)^(qū)中。
12.如權(quán)利要求8所述的方法，其中調(diào)制的信號被記錄作為光學數(shù)據(jù)存儲介質(zhì)的擺動軌跡。
全文摘要
本發(fā)明描述了一種用于使用具有波長λ的輻射光束進行記錄和/或讀取的光學數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)。輻射光束被會聚到光學數(shù)據(jù)存儲介質(zhì)的數(shù)據(jù)存儲層上。所述介質(zhì)具有對于會聚輻射光束是透明的覆蓋層。所述覆蓋層的厚度h小于5μm。厚度變化基本上小于焦距50nm的覆蓋層摒除了對物鏡進行動態(tài)聚焦控制的需要，否則，除了間隙伺服之外，還需要動態(tài)聚焦控制。另外還描述了一種使用這種光學數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)進行光學記錄的方法，通過所述方法實現(xiàn)了靜態(tài)聚焦控制和球面象差校正以適應(yīng)介質(zhì)與介質(zhì)的變化。例如可通過優(yōu)化來自導(dǎo)入軌跡的已知信號的調(diào)制深度來實現(xiàn)靜態(tài)聚焦控制。
文檔編號G11B7/135GK1942951SQ200580011836
公開日2007年4月4日 申請日期2005年4月15日 優(yōu)先權(quán)日2004年4月20日
發(fā)明者M·B·范德馬克, F·茲普 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司