专利名称：近场光学读写系统的跟踪误差检测方法与装置的制作方法
技术领域：
本发明是有关于一种近场光学读写系统的跟踪误差检测方法与装置，特别是一种应用于近场光学读写系统中，可以提高光学记录媒体的资料储存密度，并且能够利用推拉式跟踪法检测跟踪误差的方法与装置。
光信息读写系统以产生直径很小的光点为要务，光点直径越小，光学记录媒体上储存的资读容量越大，而其中光点直径又和聚焦光束的透镜的数值孔径(Numerical Aperture,NA)成反比。
公知的近场光学读写原理，请参照
图1，是将由一传统式读写头11输出的会聚光束由一平凸透镜12的下表面射入并限制在该平凸透镜12内传播，则可在该平凸透镜12之上表面造成很大的NA值，也就得到直径很小的光点(光点A)，在光学术语中称具有此种功能的透镜为固态填塞透镜(Solid Immersion Lens,SIL)。经适当设计，可得NA=n×sinθ′=n(n×sinθ)=n2×sinθ，此处的θ为由传统式读写头11输出的光束会聚角。将一碟片13接近该平凸透镜12，则由于近场光学效应，部分光波会穿过平凸透镜12与碟片13间的空气隙(厚度约0.15μm)而在碟片13的下表面131处形成与光点A同样直径的光点(光点B)，光由光点B反射，反射光的物理性质(强度或偏振向量)受该点所储存的资料影响，而反射光由B点起，再度发生近场光学效应而逆向穿过空气隙，回到该平凸透镜12及该传统式读写头11，该传统式读写头11检测此光的物理性质而能判定该碟片13上的信息。
而公知的近场光学读写系统中所用的碟片13，如图2所示，为一具有二个平坦(无轨沟)表面的圆盘，其中下表面131镀有光记录材料薄膜，并且以该面接近SIL12，让该光点B落在此薄膜上，上一面132则无特别用处。
又公知的近场光学读写系统中所采用的跟踪误差检测方法为取样伺服(Sample Servo,SS)法，其原理为在轨道每一虚拟圈中分成若干个虚拟扇区(sector)，在每一扇区起始处预刻一个跟踪信号取样小坑24，运转时，光束经聚焦所产生的光点在落于跟踪信号取样小坑14后再反射的反射光强度为光点偏轨量的函数，检测此反射的回光即可判知光点的偏轨误差量，将检测所得的偏轨误差光电流送入读写头伺服机构，即可纠正物镜的偏轨。但是，SS法有二大缺点，第一个缺点是须以高转速的马达配合运作假设偏轨行为是以2kHz的频率不断发生，为了能将其及时纠正，必须设法产生频率为2kHz的偏轨误差光电流信号波形，因此跟踪信号取样小坑24的出现频率必须至少为4kHz，假设轨道一圈中含有50个扇区，马达转速为frps，则×50=4kHz，经由计算f=80rps=4800rpm，这样的高转速要求必需借由高转速马达加以实现，又因高转速马达不易获得，故使近场光学读写头的成本不易降低；SS法的另一个缺点为跟踪信号取样小坑24的存在侵占了一分用以储存资料的空间，因而减少了碟片上的总资料储存量。
由以上可知，公知系统的缺点在于只产生一个光点，以一个光点，既要提供近场光学效应，又要检测跟踪误差信号，不得不采取取样伺服法。若能创造一种新的系统，使其产生二个光点，分别用作读取资料与检测跟踪误差信号，则可避免采用取伺服法所导致的缺点。
有鉴于此，本发明的目的为改良公知的近场光学读写系统，以提高该近场光学读写系统中的光学记录媒体的资料储存密度。
本发明的另一目的在提供一种应用于近场光学读写系统中，并且不需使用高转速马达配合，即可轻易检测取得跟踪误差信号的及其装置。
根据上述的目的，本发明是于光学记录媒体的非资料储存表面设置有可利用推拉式跟踪法取得跟踪误差信号的轨沟，并且利用一可以产生二个信号拾取光点的手段，分别提供近场光学系统中用以读写资料的第一光点，以及用以取得跟踪误差(TES)信号的第二光点，因而改进取样伺服(Sample Servo,SS)法须要取样小坑与高转速马达配合的不足。于本发明所揭露的较佳实施例中是借由一具有二种表面曲率的固态填塞透镜(SIL)来产生二个信号拾取光点。
本发明更可以于同一轨沟内增加跟踪锁定路线，根据JapaneseJournal of Applied Physics,Vol.38(1999),pp.1774-1776中所得及的计算结果得知一轨沟内至多将可容许三条跟踪锁定路线，而其所增加路线的下方亦可储存资料，使得本发明的近场光学读写系统的资料储存密度可随之增加至多三倍。
为让本发明的上述和其他目的、特征、和优点能更明显易懂，下文特举一较佳实施例，并配合所附图，作详细说明如下。
图1绘示公知的近场光学读写系统构造示意图；图2绘示公知的近场光学读写系统中所用碟片的构造示意图；图3A绘示本发明中的主要技术的构造示意图；图3B会示本发明中光学记录媒体第一实施例的构造示意图；图3C绘示本发明中光学记录媒体第二实施例的构造示意图；图4A绘示反射光与推挽花样区关系示意图；图4B绘示推挽2花样区与偏轨距离关系示意图；图4C绘偏轨距离与推拉式跟踪误差信号TES关系图；图5绘示整个近场光学读写系统的构造示意图；图6绘示推拉式跟踪误差信号TES与参考电压Vi关系图；以及图7绘示多条跟踪锁定路线示意图。
请参照图3A，根据本发明中所揭露的技术包括在光学记录媒体36的上表面361(非资料储存表面)设置有一轨沟3611，再利用一可以产生二个信号拾取光点的手段，产生用以读写资料的第一光点，以及用以取得跟踪误差(TES)信号的第二光点。而较佳的实施例是借由一固态填塞透镜(SIL)35产生上述的二个光点，固态填塞透镜(SIL)35的下表面(亦即靠近激光光源的那一面)具有二种表面曲率，当输出光束透过该固态填塞透镜(SIL)35时，由于表面曲率的不同而会聚为二个光点，其中第一光点落在该光学记录媒体36的下表面362(资料储存表面)，利用近场光学原理而读写资料，第二光点则落在该光学记录媒体36上一面361(非资料储表面)的轨沟3611之中，并配合推拉式跟踪法(Push-pulltracking method)而产生该第二光点所提供的跟踪误差信号(TES)。
请参照图3B，在该光学记录媒体36的上表面361上，预铸有连续状的轨沟3611，或如图3所示为同心圆状的轨沟，并于其上镀有金属反射薄膜，该轨沟3611的沟距及沟深被做得与输出光束波长及P点(第二光点)之直径适当配合，而使得从P点反射而回的光束中含有二个推拉式花样区e及f，如图4A所示，该二个花样区内的光强度，Ie及If，随着P点的偏轨距离而变化，如图4B所示。令TES=Ie-If，当P点位于轨道正中央时，TES=0，当P点偏离轨道的正中央时，TES＜0或TES＞0，如图4C所示。
本发明中整个近场光学读写系统的构造请参照图5，一激光光源31所发出的输出光束，经一准直镜32后成为平行光，再经由一分光器33反射后行进至一物镜34会聚光束而射往一固态填塞透镜(SIL)35，其中该物镜34与该固态填塞透镜(SIL)35，其中该物镜34与该固态填塞透镜(SIL)35由一支架317连接而形成一聚焦单元345。如前所述，在该SIL35的下表面分为表面曲率不同的二区，第一区的直径范围为0至a，其表面曲率半径为无限大，第二区的直径范围为a至b，其中a＜b，其表面曲率半径为一有限值。射往第一区的光束被其表面作用后，通过该固态填塞透镜(SIL)35而在空间中形成一光点P(前述的第二光点)，射往第二区的光束被其表面作用后，通过该SIL35并且在该SIL35的上表面形成一光点Q(前述的第一光点)。将一厚度为t、折射率为n的光学记录媒体36置于该固态填塞透镜(SIL)35上表面的更上方，还取适当的数值t与n，使得该光学记录媒体36之上表面361与P点相合，且该光学记录媒体36的下表面362又与Q点极为接近以致使近场光学效应能够发生，而使得一光点R出现在下表面362上。
从P点与R点反射而回的回程光束，通过该光学记录媒体36、该固态填塞透镜(SIL)35与该物镜34后，借由分光器33将该与回程光束该输出光束分别分离至不同的光路，然后该回程光束继续通过一中央挖空形分光器37，使得由P点反射而回的跟踪信号与由R点反射而回的资料信号分离为不同的跟踪光束与资料光束，其中该跟踪光束遇一反射镜37而反射并通过一聚光镜39，最后被会取为一回收光点而落在一感光子310上。该感光子310的受光面分成二个感光区E及F，由该二个感光区所产生的光电压分别为VE及VF，其中VE与Ie成正比、VF与If成正比、将VE及VF送入一减法器311中运算，得一推拉式跟踪误差信号TES=VE-VF=Ie-If,TES有一最小电压值Vmin与一最大电压值Vmax，将该TES信号送入一跟踪伺服电路单元312之中，其内预设有多个参考电压Vi(i=1,2,3),Vmin＜Vi＜Vmax，其关系如图6所示，该跟踪伺服电路单元312将TES与Vi做比较，根据比较的结果产生一纠正电压Vd。
若TES＞Vi，则该跟踪伺服电路单元312会产生一正值的纠正电压(Vd＞0)，该电压会被送至一跟踪致动器315，以驱动该聚焦单元345向某一水平方向移动。该物镜34与该固态填塞透镜(SIL)35移动后，将造成P点偏轨状态的改变，以至于TES值与Vd值亦随之改变，此程序一直反覆进行直到TES=Vi时为止。若是该跟踪致动器315的作用足够灵敏，则TES几乎恒等于Vi，则可视TES恒等于一正值常数或零，故P点被保持在偏离轨道正中央或恰为轨道内之某一虚拟路线上，亦即P点被锁定在某一路线上。
若TES＜Vi，则该跟踪伺服电路单元312会产生一负值的纠正电压(Vd＜0)，该电压同样会被送至该跟踪致动器315，以致该聚焦单元345向另一水平方向移动。该物镜34与该固态填塞透镜(SIL)35移动后，将造成P点偏轨状态的改变，以至于TES值与Vd值亦随之改变，此程序一直反覆进行直到TES=Vi时为止。若是该跟踪致动器315的作用足够灵敏，则TES几乎恒等于Vi，则可视TES恒等于一负值常数或零，故P点被保持在偏离轨道正中央或恰为轨道内的另一虚拟路线上，亦即P点被锁定在另一路线上。
以上所说明的程序称为“跟踪锁定”，Vi称为跟踪锁定电压，一Vi值对应一条跟踪路线，此路线不必在轨道的正中央，由于Vi可为多重值，故虽然轨道只有一条，但是跟踪锁定路线可以为多条，如图7所示，每一条路线的下方，有一个对应的读写光点R(或Q点)，可对光学记录媒体36施行“读”、“写”或“擦”的作用，Vi为数之多寡，即i之最大值，取决于R点(或Q点)处的光点直径与轨距的相除所得的商。
本发明所应用的光学记录媒体36的下面表362(资料储存表面)为完全平坦的平面，其上镀有光记录材料的薄膜。本发明的跟踪误差检测方法能适用于不同形式的光学记录媒体36，如“只读型”、“染料式只写一次型”、“相变式只写一次型”、“相变式擦写多次型”以及“磁光式擦写多次型”等，皆可利用上述方法锁定跟踪路线，兹列举“相变式擦写多次型”说明其“读”、“写”与“擦”的工作原理。
请再次参照图5，写入时，将资料信号串输至激光光源31的驱动电路314，使该电射光源31产生与资料“1”、“0”对应之“高强”、“中强”强度交替变化的输出光束，该输出光束如前所述，在通过该准直镜32、该分光器33、该物镜34与该固态填塞透镜(SIL)35等元件后，经由近场光学效应而在光学记录媒体36镀有光记录材料的下表面362上形成光点R，随着激光光源31输出光强度的变化，R点处的光强度也发生相应的变化当R点接收到“高强”的光束时，该点的光记录材料发生物理变化而变为非结晶态，此即在该点写入了资料“1”；当R点接收到“中强”的光束时，该点的光记录材料发生物理变化而变为结晶态，此即在该点写入了资料“0”。
读取时，令激光光源31发出恒定“低强”光度的光束，此光如前所述，以通过该准直镜32、该分光器33、该物镜34与该固态填塞透镜(SIL)35等元件后，经由近场光学效应而在光学记录媒体36已写有资料的下表面362形成光点R，从R点反射而回的回程光束，遇“结晶态”处反射光强度较强，遇“非结晶态”处反射光强度较弱，该光束经由近场光学效应而通过Q点，再通过固态填塞透镜(SIL)、物镜34、分光器33，然后遇中央挖空形分光器37，反射后通过聚光镜316而会取为一回收光点而落在感光子313上，在该感光子313产生光电压VR,VR与反射光的强度成正比，检测VR的大小，即知反射光是来自“结晶态”或“非结晶态”处，即知资料为0或1，因此VR即是资料读取信号RFS。
擦除时，令激光光源31发出恒定“中强”光度的光束，如前所述，该光束通过该准直镜32、该分光器33、该物镜34与该固态填塞透镜(SIL)35等元件后，经由近场光学效应而在该光学记录媒体36已写有资料的下表面362上形成光点R，由于照射R点的光束皆为“中强、光度，使得该光记录材料发生物理变化为结晶态，亦即在该光学记录媒体上全部写入资料“0”，等同于将该光学记录媒体原有的资料全部擦除。
虽然本发明已以一较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，都可作更动与变形，因此本发明的保护范围只由所附的权利要求书限定。
本发明是利用产生二个信号拾取光点的手段而分别对光学记录媒体存取资料与跟踪锁定，所以能利用推拉式跟踪法(push-pull trackingmethod)检测跟踪误差信号(TES)，因而改进取样伺服(Sample Servo,SS)法须要取样小坑与高转速马达配合的问题，使得光学记录媒体的资料储存量加大且可降低部分成本。
另外，本发明更可以于同一轨沟内增加跟踪锁定路线，而使得资料储存密度随之大幅增加。
权利要求
1.一种近场光学读写系统的跟踪误差检测方法，可使该系统中光学记录媒体的资料密度大幅提升，并且不须要高转速马达的配合，该方法至少包含有在该光学记录媒体的非资料储存表面上设置轨沟；提供一可以产生二个信号拾取光点的手段，用以在该光学记录媒体的资料储存表面产生用以读写资料的第一光点，以及一聚焦于该轨沟处的第二光点；以及利用推拉式跟踪法而取得由该第二光点反射而回的跟踪光束所代表的跟踪误差信号(TES)。
2.如权利要求1所述的近场光学读写系统的跟踪误差检测方法，其中该轨沟为连续状或同心圆状，并于其上涂有反射薄膜。
3.如权利要求1所述之近场光学读写系统的跟踪误差检测方法，其中该可以产生二个信号拾取光点的手段，是借由将一透镜靠近激光光源的一面分为表面曲率不同的二区，使得由该激光光源所射出的一输出光束透过该透镜后，在该光学记录媒体上形成该二个信号拾取光点。
4.如权利要求3所述之近场光学读写系统的跟踪误差检测方法，其中该透镜为一固态填塞透镜(SIL)。
5.如权利要求3所述的近场光学读写系统的跟踪误差检测方法，其中进一步利用一准直镜，将该输出光束处理为平行光束。
6.如权利要求3所述的近场光学读写系统的跟踪误差检测方法，其中进一步利用一物镜，用以将该输出光束作用成为会聚光束而射往该透镜。
7.如权利要求1所述的近场光学读写系统的跟踪误差检测方法，其中该推拉式跟踪法进一步包括有分离光束的路径，利用一分光器，用以将该输出光束与从该光学记录媒体反射而回的回路。
8.如权利要求1所述的近场光学读写系统的跟踪误差检测方法，其中该推拉式跟踪法进一步包括有，分离光束的路径，利用一中央挖空形分光器，用以将该第一光点反射而回的一资料光束与该第二光点反射而回的一跟踪光束分离至不同的光路。
9.如权利要求8所述的近场光学读写系统的跟踪误差检测方法，其中进一步利用一反射镜，改变该跟踪光束或该资料光束的行进方向。
10.如权利要求8所述的近场光学读写系统的跟踪误差检测方法，其中该跟踪光束落在一受光面分为二个感光区的感光子上，而由该二个感光区个别产生一光电压，并且将该二个光电压送入一减法器中运算，而得到该跟踪误差信号(TES)。
11.如权利要求10所述的近场光学读写系统的跟踪误差检测方法，其中该跟踪误差信号(TES)的产生，进一步利用一聚光镜，配置于该中央挖空形分光器与该感光子间的光路上，用以会聚该跟踪光束于该感光子上。
12.一种近场光学读写系统的跟踪误差检测装置，其中将一激光光源产生的一输出光束，照射有轨沟的光学记录媒体而反射一回程光束，并利用推拉式跟踪法(Push-pull tracking method)而检测跟踪(Tracking)误差，其至少包含有一转沟，它设于光学记录媒体的非资料储存表面上；一分光器，配置于该光学读写系统的光学路径上，可将该输出光束与该回程光束分别分离至不同的光路；一聚焦单元，包含一物镜与固态填塞透镜(SIL)，配置于该光学读写系统的光学路径，其中该物镜将该输出光束作用成为会聚光束而射往该固态填塞透镜，该固态填塞透镜靠近该物镜的一端分为曲率不同的二区，因此该会聚光束经过该固态填塞透镜后会形成二个光点，分别落在该光学记录媒体的资料储存表面与该轨沟处，其中的第一光点用以读写资料，而同时第二光点用以提供跟踪误差信号，一中央挖空形分光器，配置于该光学读写系统的光学路径，将该二个光点从该光学记录媒体反射回来的回程光束，分离为不同的一跟踪光束与一资料光束；一感光子，配置于该跟踪光束的光学路径上，其受光面分为二个感光区，用以感测该跟踪光束的光电压；以及一减法器，对该二个感光区所形成的光电压进行运算，得一推拉式跟踪误差信号(TES)。
13.如权利要求12所述的近场光学读写系统的跟踪误差检测装置，其中进一步包括有一配置于该光学读写系统光路的准直镜，用以将该激光光源所产生的输出光束处理为平行光束。
14.如权利要求12所述的近场光学读写系统的跟踪误差检测装置，其中进一步包括有一配置于该回程光路的反射镜，用以改变该跟踪光束或该资料光束的行进方向。
15.如权利要求12所述的近场光学读写系统的跟踪误差检测装置，其中进一步包含有一聚光镜，配置于该中央挖空形分光器与该感光子间的光路上，用以会聚该跟踪光束于该感光子上。
16.如权利要求12所述的近场光学读写系统的跟踪误差检测装置，其中该轨沟是呈连续状或同心圆状，且在该轨沟表面涂有反射膜。
17.如权利要求12所述的近场光学读写系统的跟踪误差检测装置，其中该第一光点是利用近场光学效应而落在该光学记录媒体存有光记录材料的面，同时利用近场光学效应而达到资料读写的功能。
全文摘要
本发明为近场光学读写系统的跟踪误差检测方法与装置,主要是在光学记录媒体的非资料储存面设置轨沟,配合一可以产生二个信号拾取光点的手段,以第一个光点存取资料储存面的资料,而利用聚焦于该轨沟之第二个光点以推拉式跟踪法(Push－pull tracking method)检测跟踪误差信号(TES),借此达到提高近场光学读写系统之光学记录媒体的资料储存密度,并且不须要高转速马达的配合,即可完成跟踪误差检测的目的。
文档编号G11B7/00GK1315724SQ00103540
公开日2001年10月3日 申请日期2000年3月24日 优先权日2000年3月24日
发明者乔作文, 吴国瑞, 黄得瑞 申请人:财团法人工业技术研究院