CN1692414A - 光记录介质操纵装置及其焦点控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及光记录介质操纵装置及其焦点控制方法，其中两层光盘介质的第一层(LO)，控制回路操作暂时停止，且用于内层跳转的加速脉冲施加到两轴电磁激励器，使得焦点向第二层(L1)移动。这里，当进行内层跳转时的加速/减速切换定时通过改变从光检测器(27)获得的SUM信号比值产生，并适用特定的阈值TH识别SUM信号。此外，通过有不同正负电平的阈值THH和THL识别S－形差错信号，使得焦点控制被拉进。此外，在这内层跳转期间，用于球面相差校正的液晶元件(23)对于作为运动目标的L1层的覆盖层厚度被事先优化。

Description

光记录介质操纵装置及其焦点控制方法
技术领域
本发明涉及光记录介质操纵装置及其聚焦控制方法，该装置进行数据向/从诸如光盘等记录介质记录/回放。
背景技术
迄今，在以光盘记录器/回放器为代表的光记录介质操纵装置中，焦斑的直径(φ)一般根据公式(1)给出：
     φ＝λ/NA                    (1)
其中λ是波长而NA是物镜的数值孔径。
因而，光源的波长越短且物镜的数值孔径越大，则记录介质上的焦斑直径越小，因而光记录可能的密度越高。
使用于光数据记录/回放装置的物镜聚焦的设计，一般要使得残余波前相差对于覆盖层(透明防护层)最小，该层是作为记录介质数据记录层上的保护膜提供的，具有规定的厚度。例如，使物镜聚焦设计为对于CD(小型盘)装置中覆盖层厚度为1.2mm，并在DVD(数字通用盘)装置中为0.6mm。
提供了一种光盘(所谓多层盘)，其中层压了多个数据记录层。在这种多层盘中，每一数据记录层由一覆盖层覆盖，覆盖层有彼此不同的厚度。
在可回放具有两个数据记录层的DVD回放装置中，物镜的数值孔径为0.6，波长650nm的红色半导体激光器用作为光源。
物镜对覆盖层之间厚度差的允差根据公式(2)给出：
W 40 = Δt ( n 2 - 1 ) N A 4 8 n 3 - - - ( 2 )
其中Δt是覆盖层之间厚度的差，n是覆盖层缩进指标(例如参见S.Kubota，“Aplanatic condition required to reproduce jitter-freesignals in optical disk system”Appl.Opt.Vol.26，pp.3961-3973(1987)(以下称为Kubota文章))。
例如，当允许的球面相差(W40)为λ/4时，在以上的DVD回放装置中允许的覆盖层厚度波动值(Δt)为±27μm。至于在DVD回放装置中使用的双层盘，数据记录层之间的距离限制在大约40μm，因而落入以上的允差中。
近来，已公开了一种技术，其中通过缩短光源波长并增加物镜的数值孔径实现了一种高容量的光盘记录/回放装置。
在这种技术中，使用了蓝色-紫色半导体激光器与数值孔径为0.85的物镜，并在DVD尺寸光盘中达到了超过23吉字节的记录容量。另一方面，根据公式(2)，覆盖层厚度的精确度需要在±4μm以内。
然而，如果像DVD装置中相同的双层盘用于使用高数值孔径透镜的光盘记录/回放装置中，为了防止数据信号的层间干扰，必须保证大约20μm的层间距离，这没有落入对于覆盖层厚度的允差(±4μm)内。
为了应对不同的覆盖层厚度，公开了一种技术，其中通过一扩展器透镜校正球面相差(例如参见日本未审查的专利申请公开No.2000-131603)。
此外，公开了使用液晶元件更有效的技术(例如参见日本未审查的专利申请公开No.10-020263及日本未审查的专利申请公开No.2001-331963)。例如该液晶元件具有同心电极模式，并根据施加到电极的电压，其能够产生与通过覆盖层厚度差引起的球面相差校正程度基本相等的波前。(例如参见M.Iwasaki，M.Ogasawara，and S.Ohtaki，“A new liquid crystal panel for spherical aberrationcompensation”，Tech.Digest of Optical Data Storage Topical Meeting，SPIE 4342，pp.103-105(2001)(以下称为Iwasaki文章))。
当有高数值孔径的物镜用于多层盘介质的记录与回放时，必须使用一种技术，其中除了上述的校正技术之外，焦斑的焦点相对于目标数据记录层有选择地被移动和控制。
还公开了一种技术，其中当进行聚焦控制的拉进操作与聚焦移动时，以上的校正单元事先对于目标记录层优化(例如参见日本未审查的专利申请公开No.2002-100061)。除了以上校正单元的优化技术之外，还公开了对于聚焦移动必须的加速脉冲的施加定时(例如参见日本未审查的专利申请公开No.2002-157750)。
在一种实际的多层光记录介质中，可能出现关于覆盖层厚度的制造误差。此外，在上述介质单元本身，存在对施加的电压形成的校正程度的偏差。因而，在完成聚焦控制拉进操作之后，需要一种细调，使得球面相差校正程度优化。
具体来说，公开了：一种技术，其中使用表示为对于回放时钟(通常，PLL时钟：锁相环时钟)，信号振幅，或误差率数据边缘波动的抖动值，调节来自数据记录校正的回放信号被为优化信号(例如参见，K.Osato，I.Ichimura，F.Maeda，K.Yamamoto，and Y.Kasami，“Progress in optimal disk recording with over 20 GB of capacity”，Tech.Digest of Optical Data Storage Topical Meeting，Whstler，pp.15-17(2000)(以下称为Osato文章))；以及一种技术，其中提供了基于从来自记录介质的返回光强产生的球面相差误差的自动校正机制(例如参见T.Shimano，M.Umeda，and T.Ariyoshi，“Spherical aberrationdetection in the optical pickups for high-density digital versatilediscs”，Jpn.J.Appl.Phys.40，pp.2292-2295(2001)(以下称为Shimano文章))。
另一方面，由聚焦误差(Δz)引起的波前相差正比于透镜的数值孔径的平方，并根据公式(3)描述：
W 20 = 1 2 ΔZN A 2 - - - ( 3 )
然而，在使用上述高数值孔径物镜的多层光盘装置中，由于聚焦物镜的焦距深度一般是浅的，聚焦控制误差信号在数据距离层之间不连续。因而，存在这样的问题，其中难以确定加速和减速之间的切换定时。
因而，例如与已知的双层DVD装置比较，不容易实现光斑的层间移动。
发明内容
本发明的目的是要提供一种光记录介质操纵装置及其聚焦控制方法，其能够对于具有多个数据记录层的记录介质，适当地并易于进行从一个数据记录层向另一数据记录层的层间移动。
为了实现这一目的，本发明包括一个物镜单元，其使光斑聚焦到具有多个数据记录层的光数据记录介质；一个驱动单元，其在光轴方向移动物镜单元，以便在多个数据记录层之间移动光斑的焦点；一个球面相差校正单元，其校正出现在对每一数据记录层提供并具有不同厚度的透明覆盖层中的球面相差；一个反射光检测单元，其检测由光数据记录介质反射的光斑；以及一个控制单元，当进行层间移动时，其基于由反射光检测单元检测的反射光强度信号变化率，在驱动单元的加速和减速之间进行切换，层间移动是光斑的焦点从一个数据记录层向另一数据记录层的移动。
此外，本发明对于光记录介质操纵装置提供了一种聚焦控制方法，该装置包括一个物镜单元，其使光斑聚焦到具有多个数据记录层的光数据记录介质，一个驱动单元，其在光轴方向移动物镜单元，以便在多个数据记录层之间移动光斑的焦点，一个球面相差校正单元，其校正出现在对每一数据记录层提供并具有不同厚度的透明覆盖层中的球面相差，以及一个反射光检测单元，其检测由光数据记录介质反射的光斑；该方法包括这样的步骤，当进行层间移动时，基于由反射光检测单元检测的反射光强度信号变化率，在驱动单元的加速和减速之间进行切换，层间移动是光斑的焦点从一个数据记录层向另一数据记录层的移动。
在根据本发明的光记录介质操纵装置及其聚焦控制方法中，当在多个数据记录层之间进行层间移动时，基于来自光记录介质的反射光强度信号的变化率，进行加速与减速之间的切换。因而，即使在数据记录层之间聚焦控制误差信号不连续，也能够适当地控制驱动单元的加速和减速，并能适当且容易地实现层间移动。
这在使用有高数值孔径的物镜进行光数据记录介质的回放与记录的情形下，是特别有效的。此外，在球面相差校正单元中与覆盖层厚度预置值控制的结合中，能够实现可靠的聚焦切换操作。
附图说明
图1是一剖视图，表示本发明的一个实施例中光盘回放装置的物镜单元的示例结构。
图2是一剖视图，表示本发明的一个实施例中光盘回放装置的光拾取的示例结构。
图3是一示意图，表示本发明一实施例的光盘回放装置中使用的液晶元件电极模式一例。
图4是一示意图，表示由图3所示液晶元件产生的波前一例。
图5是一示意图，表示本发明一实施例中划分为多个区域并在光盘回放装置中使用的光敏元件的一示例结构。
图6是一框图，表示本发明一实施例中光盘回放装置一例的整体结构。
图7是一示意图，表示本发明一实施例中光盘回放装置的工作波形一例。
图8是一示意图，表示根据在本发明的一实施例的光盘回放装置中使用的估算方法，在光敏元件上的光强分布。
具体实施方式
现在将参照附图，说明根据本发明的光记录介质操纵装置及其聚焦控制方法的优选实施例。
在这一实施例中，当进行从多层盘的一个数据记录层向另一数据记录层的层间移动(层间跳转)时，基于由光强度检测元件产生的反射光强度信号，进行驱动单元的加速与减速之间的切换，从而实现适当的操作。
这里作为例子，将描述一种技术，在使用数值孔径为0.85的两组物镜及波长405nm的蓝色-紫色半导体激光器的光盘回放装置中，用于对于双层盘进行聚焦控制和光斑的层间跳转。
图1是一剖视图，表示这一实施例中光盘回放装置物镜单元的示例结构。
两组物镜由第一透镜12与第二透镜14构成。
第二透镜14安装在两轴电磁激励器15上，其结构能够沿光轴并在垂直于信号轨迹的方向移动。第一透镜12透镜支架13支持，使其在与第二透镜14的同一光轴上就位。这两个透镜的功能是作为数值孔径为0.85的两组物镜。
来自半导体激光器光源(图1中未示出)的光束通过这两组透镜12和14，从而聚焦在光盘介质11上。由于实现了高数值孔径，与迄今所知道的光拾取相比，物镜的工作距离小。这实施例中，该值大约为140μm。
物镜数值孔径的增加以便降低了光盘装置的盘倾斜允差。当盘相对于光轴的倾角为θ时，产生的慧形相差(W31)由根据Kubota文章的公式(4)给出：
W 31 = t ( n 2 - 1 ) n 2 sin θcosθ · N A 3 2 ( n 2 - sin 2 θ ) 5 / 2 - - - ( 4 )
并一般正比于盘介质的NA的立方及覆盖层厚度t。
因而，当允许的球面相差值(W31)为λ/4时，为了保证如在DVD回放装置中数值孔径增加到0.85的光盘装置中相同的盘倾斜允差，必须降低覆盖层厚度到大约0.1mm。图1示意表示出装有厚度0.1mm的覆盖层11a(0.1t覆盖)的情形。
图2是一剖视图，表示这一实施例中光拾取10的示例结构。
来自半导体激光器光源16的输出光由准直器透镜17转换为平行光束。平行光束通过衍射光栅19，其用于产生用来计算跟踪控制误差信号的侧斑，并然后其通过由透镜12和14形成的两组物镜聚焦在记录介质上。输出光的一部分由极化光束分光器20反射，并然后由聚焦透镜21引导到光敏元件22，光敏元件22用来检测发射输出。光的这一部分的目的是用于把激光输出控制在一稳定的值。
进入光敏元件22的光量可通过转动1/2-波板18控制。实际的激光器输出由自动功率控制(APC)电路(未示出)控制在所需的发射输出值。
在极化光束分光器20与由透镜12和14形成的两组透镜之间，装有用于校正球面相差的液晶元件23。
图3是一示意图，表示本实施例中使用的液晶元件23的电极模式一例。
如所示，液晶元件23具有如上述Iwasaki文章中公开的同心电极23a，23b，23c。液晶元件23能够根据施加到电极23a，23b，23c的电压而产生波前。波前基本上等于由光盘介质11覆盖层的厚度误差引起的球面相差校正度。
图4是一示意图，表示由图3所示液晶元件23产生的波前一例。水平轴表示半径，而垂直轴表示相位分布。
在由透镜12和14形成的两组透镜之前，配置有1/4波板24。这用于转换半导体激光器光源16的线性极化为圆形极化光。
另一方面，来自光盘介质11的反射光由极化光束分光器20反射，并然后它被导向检测光通路。
在这一实施例中，像散方法用作为聚焦控制误差信号，且微分的推拉方法用作为跟踪控制误差信号。通过聚焦透镜25及复合透镜26的聚合光进入光敏元件27，并然后作光电转换。光敏元件27用于检测功能为伺服误差信号和RF信号两者的信号。
如图5所示，光敏元件27是一种多元件装置，具有检测光斑的第一光检测元件27a，第二光检测元件27b，以及第三光检测元件27c。第一光检测元件27a位于中心并划分为四个区域。第二光检测元件27b和第三光检测元件27c位于第一光检测元件27a的每一侧，且每一个被划分为两个区域。因而，光敏元件27总共有八个区域。基于来自这些区域的输出A到H，分别根据公式(5)和(6)计算聚焦控制误差信号(FE)和跟踪控制误差信号(TE)：
   FE＝(A+C)-(B+D)                    (5)
   TE＝(A+D)-(B+C)-k{(E-F)+(G-H)}     (6)
根据公式(7)RF信号和SUM信号作为来自第一光敏元件27a的四个区域的输出A到D之和给出：
   RF(SUM)＝A+B+C+D                   (7)
信号输出的满带分量用作为RF信号，且低带分量用作为SUM信号。
图6是一框图，表示本实施例中光数据记录/回放装置的示例结构。
首先，由光拾取10从光盘介质11读出的回放信号输入到头放大器31。头放大器31把来自光拾取10的回放信号(从划分的检测元件输出)放大到供稍后阶段处理所需的预定的电平。
这里放大的回放RF信号的波形由均衡器放大器(RF EQ)均衡，并然后提供给信号处理***(未示出)。
DSP(数字信号处理器)39控制整个光盘装置的操作，即主轴电动机46的驱动电路45，光学***的聚焦，和跟踪。
聚焦误差信号计算单元(聚焦矩阵)33根据公式(5)对于输入信号进行计算。跟踪误差信号计算单元(跟踪矩阵)34和SUM信号计算单元(SUM矩阵)35分别根据公式(6)和(7)进行计算。
计算输出由A/D转换器36，37与38转换为数字信号。DSP 39进行增益控制和关于聚焦控制和跟踪控制的相位补偿。来自DSP 39的输出由D/A转换器40与41转换为模拟信号，由放大器42和43放大到必须的信号幅度，并用来驱动安装在光拾取10上的两轴的电磁激励器15，以便控制透镜的位置。
LCD控制器44基于来自DSP 39的控制控制液晶元件23，从而校正球面相差。
以下将描述使用本实施例的光拾取10，对于双层光盘介质进行焦斑层间移动的情形下的控制方法。双层光盘介质对于第一数据记录层(层0；以下称为L0)具有厚度100μm的覆盖层，并对于第二数据记录层(层1；以下称为L1)具有厚度75μm的另一覆盖层。
这里，聚焦斑(就是说焦点)当前的位置在L0层，并使用在日本未审查的专利申请公开No.2002-100061中描述的技术。就是说，当聚焦移动时，事先对目标层L1优化球面相差校正单元中使用的覆盖层厚度。
图7是一示意图，表示以下描述的操作例子中的信号波形。图7示出当聚焦从双层光盘的L0层向L1层移动时，通过停止控制回路操作并向两轴电磁激励器施加用于层间跳转的加速脉冲，所观察到的每一信号波形的变化。
首先，图7(a)示出SUM信号，且图7(b)示出同时检测到的聚焦控制误差信号。这里，例如图8所示，散光聚焦误差信号表示，当光聚焦在光敏元件27(第一光检测元件27a)上时通过复合透镜26的圆形强度分布，并除此之外，其示出椭圆强度分布(由椭圆α(散聚(+)和椭圆β(散聚(-)表示)。因而，根据公式(4)的计算结果产生一输出，该输出当光聚焦时变为零电平(所谓S-形误差信号)。
当焦斑进行层间移动时观察到的S-形误差信号强度按以下顺序变化：(1)负，(2)零，(3)正，以及(4)零，且S-形误差信号是不连续的。此外，当球面相差校正元件的预设值与对目标记录层的优化值明显不同时，记录介质上的焦斑被产生的球面相差剧烈扭曲，并有可能不能获得有原来信号振幅的S-形误差信号。
本实施例中，基于SUM信号的变化率产生对于层间跳转的加速与减速之间的切换定时，SUM信号由一规定的阈值(图7(a)中所示TH)区分，S-形误差信号通过带有不同正/负电平的阈值(图7(b)所示THH和THL)区分，因而执行聚焦控制的拉进操作。
图7(c)示出由DSP 39检测出的SUM信号强度(例如微分系数)的变化。在该图中，低电平对应于负微分系数，而高电平对应于正微分系数。
就是说，由于当焦斑通过L0层与L1层之间的中间位置时，通过使用微分系数的变化点其可能在加速脉冲施加和减速脉冲施加之间切换(图7(g))。
图7(d)示出表示SUM信号与阈值之间比较的一逻辑信号。图7(e)和图7(f)每一个表示一逻辑信号，示出聚焦控制误差信号与阈值之间的比较。
因而，在从加速脉冲向减速脉冲切换之后，当S-形误差信号超过阈值(THH)并重新得低于阈值(THH)时，减速脉冲的施加停止。当SUM信号电平大于或等于一定的阈值(TH)时，聚焦控制回路再次***作。
这样，在使用高数值孔径物镜的光盘装置中易于实现双层光盘介质中的焦斑层间移动。
虽然以上描述了本发明的实施例，但本发明不限于以上实施例。
虽然在以上实施例中描述了焦斑从L0层向L1层移动的情形，但不必说，使用相同的技术能够实现从L1层向L0层的层间跳转。这种情形下，虽然观察到的聚焦控制误差信号的极性一般被反向，但在以上实施例中只需从THH到THL改变阈值电平。
在以上实施例中，使用了事先对于目标层L1的覆盖层厚度优化球面相差校正单元的技术。因而，由于在焦斑的目标处获得了有规则强度的聚焦误差信号，能够易于确定控制回路的操作定时。
通过把球面相差校正单元的预设值预设为L0层的覆盖层厚度与L1层的覆盖层厚度之间的中间值，还获得了对于拉进操作确定有足够强度的聚焦控制误差信号。因而，可采用这种控制。虽然以上实施例中使用了液晶元件作为球面相差校正单元一例，但日本未审查的专利申请公开No.2000-131603中公开的使用扩展器透镜的上述技术也是有效的。
如以上所述，在实际的多层光盘记录介质中，有可能出现关于覆盖层厚度的制造误差。此外，在校正元件本身存在对施加的电压形成的校正程度的偏差。因而，在完成聚焦扩展拉进操作之后，需要一种细调，使球面相差校正的程度最优。
根据在Osato文章中公开的上述技术，例子数据记录介质的回放信号可通过使用表示为数据边缘对于回放时钟，信号振幅，或误差率波动的抖动值被调节而优化。另外，根据在Shimano文章中公开的上述技术，可基于来自数据记录介质返回信号强度产生的球面相差误差信号，提供一自动校正机制。
虽然以上实施例中使用了有高时钟孔径的两组物镜，但单个的物镜也可实现相同的功能。
虽然在以上实施例中描述了操纵具有两个记录层的光盘介质的装置，但使用同一技术也可在操纵具有三个或更多记录层的光盘介质的装置中，以及操纵非光盘介质的光学数据记录介质的装置中，进行焦斑的层间移动。
此外，本发明可广泛用于光数据记录介质的只回放的装置以及记录/回放装置。
如上所述，在根据本发明的光记录介质操纵装置及其聚焦扩展方法中，当在多个数据记录层之间进行层间移动时，基于来自光记录介质的反射光强度信号的变化率进行加速与减速之间的切换。因而，即使在记录介质层之间聚焦控制误差信号不连续，也可适当控制驱动单元的加速和减速，并适当且容易地实现层间移动。
在使用有高数值孔径的物镜进行光数据记录介质的回放和记录的情形下，其特别有效。此外，在球面相差校正单元中与覆盖层厚度预设值控制结合，能够实现可靠的聚焦切换操作。

Claims (14)

1.一种光记录介质操纵装置，包括：
一个物镜单元，其使光斑聚焦到具有多个数据记录层的光数据记录介质；
一个驱动单元，其在光轴方向移动物镜单元，以便在多个数据记录层之间移动光斑的焦点；
一个球面相差校正单元，其校正出现在对每一数据记录层提供并具有不同厚度的透明覆盖层中的球面相差；
一个反射光检测单元，其检测由光数据记录介质反射的光斑；以及
一个控制单元，当进行层间移动时，其基于由反射光检测单元检测的反射光强度信号变化率，在驱动单元的加速和减速之间进行切换，层间移动是光斑的焦点从一个数据记录层向另一数据记录层的移动。
2.根据权利要求1的光记录介质操纵装置，其中当进行层间移动时，除了反射光强度信号变化率之外，控制单元还使用由反射光检测单元检测的聚焦控制误差信号作为聚焦控制拉进信号。
3.根据权利要求1的光记录介质操纵装置，其中当进行层间移动时，控制单元预置由球面相差校正单元使用的透明覆盖层厚度的一预置值为特定值。
4.根据权利要求3的光记录介质操纵装置，其中对于层间移动的目标数据记录层，特定值为对应于透明覆盖层厚度的一个值。
5.根据权利要求1的光记录介质操纵装置，其中在进行层间移动之后，基于来自光数据记录介质的回放信号或由反射光检测单元检测的球面相差误差信号，优化由球面相差校正单元进行的校正度。
6.根据权利要求1的光记录介质操纵装置，其中驱动单元是一个两轴的电磁激励器。
7.根据权利要求1的光记录介质操纵装置，其中物镜单元包括两组有高数值孔径的物镜。
8.根据权利要求1的光记录介质操纵装置，其中球面相差校正单元包括一个扩展器透镜。
9.根据权利要求1的光记录介质操纵装置，其中球面相差校正单元包括一液晶元件。
10.一种用于光记录介质操纵装置的聚焦控制方法，该装置包括：
一个物镜单元，其使光斑聚焦到具有多个数据记录层的光数据记录介质；
一个驱动单元，其在光轴方向移动物镜单元，以便在多个数据记录层之间移动光斑的焦点；
一个球面相差校正单元，其校正出现在对每一数据记录层提供并具有不同厚度的透明覆盖层中的球面相差；以及
一个反射光检测单元，其检测由光数据记录介质反射的光斑，
该方法包括这样的步骤，当进行层间移动时，基于由反射光检测单元检测的反射光强度信号变化率，在驱动单元的加速和减速之间进行切换，层间移动是光斑的焦点从一个数据记录层向另一数据记录层的移动。
11.根据权利要求10用于光记录介质操纵装置的聚焦控制方法，还包括这样的步骤，当进行层间移动时，除了反射光强度信号变化率之外，还使用由反射光检测单元检测的聚焦控制误差信号作为聚焦控制拉进信号。
12.根据权利要求10用于光记录介质操纵装置的聚焦控制方法，还包括这样的步骤，当进行层间移动时，预置由球面相差校正单元使用的透明覆盖层厚度的一预置值为特定值。
13.根据权利要求12用于光记录介质操纵装置的聚焦控制方法，其中对于层间移动的目标数据记录层，特定值为对应于透明覆盖层厚度的一个值。
14.根据权利要求10用于光记录介质操纵装置的聚焦控制方法，还包括这样的步骤，在进行层间移动之后，基于来自光数据记录介质的回放信号或由反射光检测单元检测的球面相差误差信号，优化由球面相差校正单元进行的校正度。
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