專利名稱：光學(xué)頭的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光學(xué)頭，它用于通過將會(huì)聚的光束照射在光學(xué)型的信息記錄介質(zhì)(如光盤)的記錄層上，在該記錄層上記錄信息及從該記錄層上檢索(播放)信息，及尤其涉及一種用于該光學(xué)頭的光學(xué)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
近來，光盤被廣泛地用作記錄及檢索信息或數(shù)據(jù)(例如圖象/視頻數(shù)據(jù)，聲音/音頻數(shù)據(jù)，及計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù))。例如，被稱為DVD(數(shù)字通用光盤)的高密度記錄型光盤已經(jīng)進(jìn)入市場。
為了增加記錄容量，已研究了下一代的光盤系統(tǒng)。在該光盤系統(tǒng)中，希望使用具有短波長的紫色激光器作為光源，及光學(xué)頭(opticalpickup)包括具有大數(shù)字光圈(例如0.8或更大)的物鏡。這將使得有可能在光盤上以大于DVD的密度記錄數(shù)據(jù)。
通常，在光盤的最上面的記錄層上設(shè)置一個(gè)覆蓋層。該覆蓋層是一個(gè)光透射層。當(dāng)物鏡具有大的數(shù)字光圈時(shí)，如果覆蓋層的厚度偏離了參考(標(biāo)準(zhǔn))值，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)球面像差，因?yàn)楫?dāng)記錄及檢索數(shù)據(jù)時(shí)光束需通過覆蓋層。如果球面像差大量地出現(xiàn)，物鏡將不能體現(xiàn)出原始設(shè)計(jì)的(期望的)空間頻率特性(MTF調(diào)制傳遞函數(shù))，尤其是，當(dāng)短的標(biāo)記及凹坑被記錄及掃描(讀出，檢索)時(shí)由于覆蓋層厚度的不規(guī)則性引起信號(hào)的不穩(wěn)定性增大。
為了克服這個(gè)缺點(diǎn)，必需校正(補(bǔ)償)由覆蓋層厚度的不規(guī)則性引起的球面像差。也必需校正由物鏡形狀不規(guī)則性引起的另外球面像差，物鏡形狀不規(guī)則性是在物鏡制造過程中不可避免地發(fā)生的。為此，例如由日本專利申請公開文獻(xiàn)No.2000-131603中提出的，在一個(gè)光學(xué)頭中使用擴(kuò)展的透鏡組件，該組件具有兩個(gè)透鏡(凹透鏡及凸透鏡)。另一種方案可從日本專利申請公開文獻(xiàn)No.11-259906中看到，該方案具有一個(gè)移動(dòng)準(zhǔn)直透鏡的機(jī)構(gòu)。
當(dāng)使用擴(kuò)展的透鏡組件來校正球面像差時(shí)，在光束入射到物鏡前，通過擴(kuò)展透鏡組件將平行光束轉(zhuǎn)換成會(huì)聚的光束、發(fā)散的光束或具有稍微不同直徑的另一平行光束，以使得通過物鏡的光束已具有一定的球面像差以補(bǔ)償在覆蓋層上將產(chǎn)生的另一球面像差。如果覆蓋層具有參考厚度，在光束進(jìn)入到物鏡前，擴(kuò)展透鏡組件將平行光束改變(轉(zhuǎn)換)成具有稍微不同直徑的另一平行光束。如果物鏡被設(shè)計(jì)成當(dāng)光束通過物鏡時(shí)產(chǎn)生的球面像差由具有參考厚度的覆蓋層產(chǎn)生的球面像差來補(bǔ)償，則由通過覆蓋層的會(huì)聚光束在記錄層上產(chǎn)生的點(diǎn)將不具有球面像差。另一方面，如果覆蓋層的厚度偏離參考值，擴(kuò)展透鏡組件在光束進(jìn)入到物鏡前將平行的光束改變成會(huì)聚的或發(fā)散的光束。擴(kuò)展透鏡組件將這樣地改變光束，即當(dāng)會(huì)聚的或發(fā)散的光束通過物鏡時(shí)所產(chǎn)生的球面像差將被覆蓋層產(chǎn)生的球面像差補(bǔ)償。其結(jié)果是，在記錄層上無球面像差。
對(duì)于某些高密度光盤系統(tǒng)，需要使用DPP(差分推挽，DiffernetialPush Pull)方法來檢測跟蹤誤差，該方法使用多個(gè)光束，或使用CTC(串?dāng)_消除器，Cross Talk Canceler)方法用于高密度記錄。
如果光學(xué)頭包括一個(gè)用于球面像差校正的光學(xué)系統(tǒng)(如擴(kuò)展透鏡組件)，及使用多個(gè)光束，則在記錄層上多個(gè)光束的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)間隔(點(diǎn)的距離)將根據(jù)球面像差校正光學(xué)系統(tǒng)的動(dòng)作而改變。
射束點(diǎn)間距的改變將使DPP方法中的跟蹤誤差檢測的靈敏度變差，并改變了CTC方法中的主光束及副光束之間的延時(shí)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種光學(xué)頭，它即使在球面像差被校正的情況下也能抑制記錄層上的點(diǎn)間隔改變。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種光學(xué)頭，用于通過將光束照射在光記錄介質(zhì)上，而在該光記錄介質(zhì)上記錄信息及從該光記錄介質(zhì)上檢索信息，它包括一個(gè)光源，用于發(fā)射光束；一個(gè)物鏡，它使會(huì)聚的光束射向光記錄介質(zhì)的記錄層上；及一個(gè)像差校正透鏡組件，它設(shè)在光源及物鏡之間并包括至少一個(gè)在光軸方向上可移動(dòng)的可動(dòng)透鏡。該像差校正透鏡組件控制(移動(dòng))可動(dòng)透鏡，將光束轉(zhuǎn)換成會(huì)聚光束或發(fā)散光束，以校正球面像差。在光射出側(cè)上的像差校正透鏡組件的主平面及光入射側(cè)上的物鏡的主平面之間的距離落入根據(jù)物鏡之?dāng)?shù)字光圈、光射出側(cè)上的像差校正透鏡組件的焦距及物鏡的焦距確定出的范圍中。甚至當(dāng)像差校正透鏡組件移動(dòng)可動(dòng)透鏡來校正球面像差時(shí)，射束點(diǎn)距離的變化可被限制在記錄介質(zhì)的記錄層上很小范圍內(nèi)，其中光射出側(cè)上的像差校正透鏡組件的主平面及物鏡的主平面之間的距離由下式確定(f2+f3)-2f32NA4|t|X<e2<(f2+f3)+2f32NA4|t|X]]>式中e2表示光射出側(cè)上的像差校正透鏡組件的主平面及物鏡的主平面之間的距離，NA表示物鏡的數(shù)字光圈，f2表示光射出側(cè)上的像差校正透鏡組件的焦距，及f3表示物鏡的焦距，，t表示覆蓋層的厚度誤差并且|t|＝3/100mm，以及X表示一預(yù)定值并且X＝5/100。
像差校正透鏡組件可包括凸透鏡組及凹透鏡組，可動(dòng)透鏡可被包括在凸透鏡組或凹透鏡組中。凸透鏡組主平面及凹透鏡組主平面之間沿光軸方向上的距離可通過可動(dòng)透鏡改變。凸透鏡組可僅包括一個(gè)透鏡，凹透鏡組可僅包括一個(gè)透鏡，可動(dòng)透鏡可僅為一個(gè)透鏡。
可動(dòng)透鏡可為準(zhǔn)直透鏡，它將光源發(fā)射的光束轉(zhuǎn)換成大體平行的光束。
物鏡的數(shù)字光圈可為0.80或更大。物鏡的焦距可為2mm或更小。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種光學(xué)頭，用于通過將光束照射在光記錄介質(zhì)上而在該光記錄介質(zhì)上記錄信息及從該光記錄介質(zhì)上檢索信息，包括第一透鏡裝置，用于使會(huì)聚光束射向該光記錄介質(zhì)的記錄層上；及第二透鏡裝置，設(shè)在光源及第一透鏡裝置之間并包括至少一個(gè)可動(dòng)透鏡，使得該可動(dòng)透鏡將光束轉(zhuǎn)換成會(huì)聚光束及發(fā)散光束中的一種，以校正球面像差，其中，在光射出側(cè)上的第二透鏡裝置的主平面及在入射側(cè)的第一透鏡裝置的主平面之間的距離落在一范圍內(nèi)，該范圍是根據(jù)第一透鏡裝置的數(shù)字光圈、在光射出側(cè)上的第二透鏡裝置的焦距及第一透鏡裝置的焦距確定的，其中，光射出側(cè)上的第二透鏡裝置的主平面及光入射側(cè)上的第一透鏡裝置的主平面之間的距離由下式確定(f2+f3)-2f32NA4|t|X<e2<(f2+f3)+2f32NA4|t|X]]>式中e2表示光射出側(cè)上的第二透鏡裝置的主平面及光入射側(cè)上的第一透鏡裝置的主平面之間的距離，NA表示第一透鏡裝置的數(shù)字光圈，f2表示光射出側(cè)上的第二透鏡裝置的焦距，f3表示第一透鏡裝置的焦距，t表示覆蓋層的厚度誤差并且|t|＝3/100mm，以及X表示一預(yù)定值并且X＝5/100。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種光學(xué)頭，用于通過將光束照射在光記錄介質(zhì)上而在該光記錄介質(zhì)上記錄信息及從該光記錄介質(zhì)上檢索信息，包括光源，用于發(fā)射光束；物鏡，它將光束會(huì)聚成會(huì)聚光束，并使會(huì)聚光束射向該光記錄介質(zhì)上；準(zhǔn)直透鏡，它位于該光源與該物鏡之間；及移動(dòng)機(jī)構(gòu)，用于移動(dòng)該光源及該準(zhǔn)直透鏡之至少一個(gè)，以使入射到該物鏡上的光束轉(zhuǎn)換成會(huì)聚光束及發(fā)散光束中的一種，以校正球面像差，其中，光射出側(cè)上的該準(zhǔn)直透鏡的主平面與光入射側(cè)上的該物鏡的主平面之間的距離落在一范圍內(nèi)，該范圍是根據(jù)該物鏡之?dāng)?shù)字光圈、光射出側(cè)上的該準(zhǔn)直透鏡的焦距及該物鏡的焦距確定的，其中，光射出側(cè)上的該準(zhǔn)直透鏡的主平面及光入射側(cè)的該物鏡的主平面之間的距離由下式確定(f2+f3)-2f32NA4|t|X<e2<(f2+f3)+2f32NA4|t|X]]>式中e2表示光射出側(cè)上的該準(zhǔn)直透鏡的主平面與該物鏡的主平面之間的距離，NA表示該物鏡的數(shù)字光圈，f2表示光射出側(cè)上的該準(zhǔn)直透鏡的焦距，及f3表示該物鏡的焦距，t表示覆蓋層的厚度誤差并且|t|＝3/100mm，以及X表示一預(yù)定值并且X＝5/100。
附圖簡述

圖1表示根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的用于信息記錄及播放裝置的光學(xué)頭的結(jié)構(gòu)框圖；圖2A是圖1中所示光學(xué)頭的光學(xué)系統(tǒng)的示意圖；圖2B表示與圖2A中所示的光學(xué)系統(tǒng)等同的一個(gè)簡化的光學(xué)系統(tǒng)；圖3表示用于描述橫向放大的光學(xué)系統(tǒng)；圖4是表示橫向放大與光盤的覆蓋層厚度中之誤差之間的關(guān)系的曲線圖；圖5表示根據(jù)近軸成象方法描繪的圖1中所示光學(xué)頭的光學(xué)系統(tǒng)示意圖；圖6是表示本發(fā)明的光學(xué)頭的DPP增益及光束距離變化之間關(guān)系的曲線圖；圖7表示根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的信息記錄及播放裝置的光學(xué)頭的框圖；及圖8是表示3-射束點(diǎn)距離變化率及主平面距離之間關(guān)系的曲線圖。
具體實(shí)施例方式
以下將參照附圖來描述本發(fā)明的實(shí)施例。
參照圖1，它示意性描述在一個(gè)信息記錄及檢索裝置中的光學(xué)頭的光學(xué)系統(tǒng)。通過該信息記錄及檢索裝置可使信息或數(shù)據(jù)記錄在一個(gè)光盤19上及從該光盤19檢索出來。光盤19具有至少一個(gè)記錄層。該信息記錄及檢索裝置的光學(xué)頭包括一個(gè)藍(lán)色半導(dǎo)體激光器11，它發(fā)出具有短波長(400nm至415nm，最好約為405nm)的藍(lán)色光束。該光學(xué)頭還包括一個(gè)準(zhǔn)直透鏡12、光束分離器13、第一透鏡(凹透鏡)L1、第二透鏡(凸透鏡)L2、及一個(gè)物鏡組件L3。第一透鏡L1及第二透鏡L2確定了一個(gè)光束擴(kuò)展透鏡組件14。物鏡組件L3具有兩個(gè)透鏡。應(yīng)該注意的是，光束擴(kuò)展透鏡組件14可包括多個(gè)凹透鏡(凹透鏡組)及多個(gè)凸透鏡(凸透鏡組)。凹透鏡組可被示于L1，凸透鏡組可被示于L2。上述元件確定了光束輻射的光學(xué)系統(tǒng)。來自半導(dǎo)體激光器11的發(fā)散光束被準(zhǔn)直透鏡12轉(zhuǎn)換成平行光。平行光束通過光束分離器13及物鏡組件L3，以使得會(huì)聚的光束被導(dǎo)向(射向)光盤19。光束被聚集在光盤19的目標(biāo)記錄層上或其附近，及在記錄層上形成的凹坑序列上產(chǎn)生光點(diǎn)。當(dāng)會(huì)聚的光束入射到物鏡組件L3時(shí)，光束擴(kuò)展透鏡組件14使兩個(gè)透鏡L1及L2中至少一個(gè)沿?cái)U(kuò)展透鏡組件14的光軸彼此離開地移動(dòng)。另一方面，當(dāng)發(fā)散的光束入射到物鏡組件L3時(shí)，擴(kuò)展透鏡組件14使兩個(gè)透鏡L1及L2中至少一個(gè)彼此接近地移動(dòng)。以此方式，控制光束的波前，從物鏡組件L3射出的光束具有一定的球面像差。當(dāng)光束通過光盤19的覆蓋層時(shí)，由物鏡組件L3產(chǎn)生的球面像差被在覆蓋層中產(chǎn)生的球面像差補(bǔ)償。應(yīng)該注意的是，雖然在圖示實(shí)施例中使用了具有兩個(gè)透鏡的物鏡組件L3，但該物鏡組件L3也可具有單個(gè)透鏡、三個(gè)或更多個(gè)透鏡。
除用于光輻射的光學(xué)系統(tǒng)外，該光學(xué)頭還包括用于光檢測的光學(xué)系統(tǒng)。檢測透鏡110是用于光檢測的光學(xué)系統(tǒng)的一個(gè)部件。物鏡組件L3及光束分離器13也是用于光檢測的光學(xué)系統(tǒng)的部件。由光盤19反射出的光束進(jìn)入用于光檢測的光學(xué)系統(tǒng)。具體地說，來自光盤19的光束被物鏡組件L3收集，并通過光束分離器13入射到檢測透鏡110。光束被檢測透鏡110聚集，及在到達(dá)光檢測器15的光接收面111前，光束通過一個(gè)產(chǎn)生象散的部件(未示出)，如圓柱形透鏡及多透鏡單元。光束在光接收面111的中心附近形成光點(diǎn)。
光檢測器15連接到一個(gè)解調(diào)電路30及一個(gè)誤差檢測電路31。誤差檢測電路31連接到驅(qū)動(dòng)電路33，該驅(qū)動(dòng)電路33驅(qū)動(dòng)一個(gè)包括用于物鏡組件L3之跟蹤控制及聚集控制的致動(dòng)器26的機(jī)構(gòu)。誤差檢測電路31還連接到一個(gè)驅(qū)動(dòng)電路33a，用于在球面像差校正處理中所采用的一個(gè)透鏡組件。驅(qū)動(dòng)電路33a驅(qū)動(dòng)一個(gè)包括致動(dòng)器26a的機(jī)構(gòu)，以控制(縮短或加長)擴(kuò)展透鏡組件14的第一及第二透鏡L1及L2之間沿光軸的距離。
光檢測器15根據(jù)光接收面111中心附近形成的光點(diǎn)(圖象)產(chǎn)生電信號(hào)。然后光檢測器15將該電信號(hào)提供給解調(diào)電路30及誤差檢測電路31。解調(diào)電路30根據(jù)該電信號(hào)產(chǎn)生記錄信號(hào)。誤差檢測電路31根據(jù)該電信號(hào)產(chǎn)生聚焦誤差信號(hào)、跟蹤誤差信號(hào)、球面像差誤差信號(hào)及其它伺服信號(hào)，并將驅(qū)動(dòng)信號(hào)通過致動(dòng)器驅(qū)動(dòng)電路33及33a提供給相應(yīng)的致動(dòng)器。當(dāng)接收到驅(qū)動(dòng)信號(hào)時(shí)，這些致動(dòng)器通過伺服控制使物鏡組件L3、光束擴(kuò)展透鏡組件14及其它部件移動(dòng)。
以下將描述當(dāng)從光盤19檢索數(shù)據(jù)時(shí)光學(xué)頭的操作。
通過光束分離器13的平行光束被第一透鏡L1轉(zhuǎn)換成發(fā)散光束。第一透鏡L1是在該實(shí)施例中之?dāng)U展透鏡組件14的可移動(dòng)透鏡。光束根據(jù)擴(kuò)展透鏡組件14的放大被發(fā)散。在光束入射到物鏡組件L3以前，通過第二透鏡L2使發(fā)散光束會(huì)聚成平行光束、像差校正的會(huì)聚光束或像差校正的發(fā)散光束。根據(jù)球面像差誤差信號(hào)，第一透鏡L1被致動(dòng)器26a沿光軸移動(dòng)，由此校正波前像差(球面像差)。
當(dāng)光盤19的覆蓋層厚度為參考值時(shí)，第一透鏡L1被定位在參考位置上，以使平行光束入射到物鏡組件L3。當(dāng)光盤19的覆蓋層厚度小于參考值時(shí)，第一透鏡L1被移動(dòng)以加大第一透鏡L1的主平面及第二透鏡L2的主平面之間的距離，以使得會(huì)聚的光入射到物鏡組件L3入射側(cè)的主平面。這增大了物鏡組件L3上的球面像差。該增大的球面像差將補(bǔ)償覆蓋層上產(chǎn)生的球面像差。當(dāng)覆蓋層厚度(較)薄時(shí)，在該覆蓋層處的球面像差減小。當(dāng)覆蓋層厚度大于參考值時(shí)，第一透鏡L1被移動(dòng)以減小第一透鏡L1及第二透鏡L2的主平面之間的距離，以使得發(fā)散的光入射到物鏡組件L3入射側(cè)的主平面。這減小了物鏡組件L3處的球面像差。該減小的球面像差補(bǔ)償了覆蓋處產(chǎn)生的球面像差。當(dāng)覆蓋層厚度(較)厚時(shí)，該覆蓋層的球面像差增大。
以下將描述本發(fā)明的原理。
參照圖2A，該光學(xué)系統(tǒng)包括擴(kuò)展透鏡組件14，它具有第一及第二透鏡L1及L2，及這里也考慮物鏡L3。每個(gè)透鏡是薄透鏡。第一透鏡L1具有焦距f1及折射率(refractive power)p1，第二透鏡L2具有焦距f2及折射率p2，及物鏡L3具有焦距f3及折射率p3。這里，三個(gè)透鏡L1，L2及L3的復(fù)合焦距用“f”表示。于是，圖2A中所示的光學(xué)系統(tǒng)可用圖2B中所示的另一光學(xué)系統(tǒng)來表示。換句話說，圖2B中的光學(xué)系統(tǒng)等效于圖2A中的光學(xué)系統(tǒng)。圖2B中的光學(xué)系統(tǒng)包括具有焦距f的單個(gè)物鏡L。當(dāng)一個(gè)3-光束的主光束的入射角度用θ表示時(shí)，3-光束的光點(diǎn)距離q可由下列等式(1)給出q＝f·tanθ (1)當(dāng)在擴(kuò)展透鏡組件14的致動(dòng)后(即在球面像差校正后)的復(fù)合焦距用f表示時(shí)，3-光束的光點(diǎn)距離q’可由下列等式(2)給出q’＝f’·tanθ (2)這里，該3-光束包括一個(gè)主光束及兩個(gè)副光束，及3-射束點(diǎn)距離是主射束點(diǎn)及兩個(gè)副射束點(diǎn)中一個(gè)之間的距離。
由此，3-射束點(diǎn)距離的變化Δq由下列等式(3)給出Δq＝q-q’＝(f’-f)tanθΔq/q＝(f’-f)/f＝f’/f-1＝p/p’-1 (3)式中p(＝1/f)表示圖2中所示的復(fù)合光學(xué)系統(tǒng)的折射率。等式(3)左邊的項(xiàng)表示記錄層上3-射束點(diǎn)距離的變化(Δq)與3-射束點(diǎn)距離(q)之比率。3-射束點(diǎn)距離根據(jù)球面像差而改變。本發(fā)明的一個(gè)目的是抑制該比率(Δq/q)。以下的描述涉及將該比率(Δq/q)抑制到預(yù)定值X以下的條件，如下式(4)所示|Δq/q|＜X (4)首先，當(dāng)擴(kuò)展透鏡組件14未被致動(dòng)時(shí)、即第一及第二透鏡L1及L2之間的距離是參考值時(shí)，計(jì)算該復(fù)合光學(xué)系統(tǒng)的折射率p。折射率p由下列等式(5)給出p＝p1+p2+p3-e1p1(p2+p3)-e2p3(p1+p2)+e1e2p1p2p3＝-e2p3(p1+p2-e1p1p2)+p3(1-e1p1)(5)式中e1表示第一及第二透鏡L1及L2的主平面之間的距離，及e2表示第二透鏡L2及物鏡L3的主平面之間的距離，如圖2A中所示。
由于第一及第二透鏡L1及L2是擴(kuò)展透鏡組件14的透鏡，及擴(kuò)展透鏡組件具有共同的焦點(diǎn)，復(fù)合折射率為零。因而，下列等式(6)成立p1+p2-e1p1p2＝0 (6)由式(5)及(6)得到下列等式(7)p＝p3(1-e1p1)＝-p1p3/p2 (7)當(dāng)擴(kuò)展透鏡組件14的主平面距離從e1改變到e1+ε，即當(dāng)?shù)谝煌哥RL1移動(dòng)了ε時(shí)，通過在式(5)中用e1+ε代替e1來計(jì)算復(fù)合折射率p’。因此得到下式(8)p’＝p1+p2+p3-(e1+ε)p1(p2+p3)-e2p3(p1+p2)+(e1+ε)e2p1p2p3＝p-ε(p1p2+p1p3-e2p1p2p3)(8)由等式(3)、(7)及(8)，3-射束點(diǎn)距離變化與擴(kuò)展透鏡組件14的主平面距離變化的比率之間的關(guān)系可表示如下Δq/q＝ p/p’-1＝p/{p-ε(p1p2+p1p3-e2p1p2p3)}-1＝-(p1p3/p2)/{-p1p3/p2-εp1(p2+p3-e2p2p3)}-1＝(f2/f3)/{f2/f3+ε(1/f2+1/f3-e2/f2f3)}-1＝f22/{f22+ε(f2+f3-e2)}-1 (9)然后利用等式(9)，等式(4)可被表達(dá)如下
|f22f22+ϵ(f2+f3-e2)-1|<X---(10)]]>等式(10)表示主平面距離e2的最佳范圍。由等式(10)可理解的是，該最佳范圍是擴(kuò)展透鏡組件14的第一透鏡L1之移動(dòng)(量)ε的函數(shù)。為了校正(補(bǔ)償)某些球面像差(即，光盤厚度誤差)擴(kuò)展透鏡組件14的主平面距離e1應(yīng)改變多少取決于擴(kuò)展透鏡組件14的結(jié)構(gòu)。因此，等式(10)以目前形式是不大適用的。實(shí)際上，首先計(jì)算校正具體光盤厚度誤差所必需的值ε，及將其代入等式(10)。
通過將會(huì)聚光束或發(fā)散光束而非平行光束射入物鏡來執(zhí)行球面像差的校正。用對(duì)物鏡的橫向(transverse)放大率β來表示入射光束的會(huì)聚或發(fā)散。在圖3所示的光學(xué)系統(tǒng)中，橫向放大率β由下式(11)給出β＝s’/s (11)式中s表示物點(diǎn)及物鏡L之間的距離，及s’表示物鏡L及像點(diǎn)之間的距離。
當(dāng)入射光束是平行光束時(shí)s＝∞；當(dāng)s＝∞時(shí)β＝0。當(dāng)β＜0時(shí)，入射光束是發(fā)散光束(如圖3所示)，及當(dāng)β＞0時(shí)，入射光束是會(huì)聚光束。隨著β的絕對(duì)值的變大，距離s變小及需要大的球面像差校正。
參照圖4，對(duì)于具有不同數(shù)字光圈(NA)及焦距的各個(gè)物鏡，計(jì)算用于校正光盤覆蓋層的厚度誤差所需的橫向放大率β。但是所有這些物鏡的設(shè)計(jì)使得在具有0.1mm厚度的基片上出現(xiàn)很小的像差。圖4中曲線圖的水平軸表示覆蓋層的厚度誤差(mm)，及其垂直軸表示由下式表示的一個(gè)值(放大)βf3NA4---(mm)]]>式中f3表示物鏡的焦距及NA表示物鏡的數(shù)字光圈。
可以理解的是，校正具體球面像差所需的放大(βf3/NA4)]]>基本上恒定，而與物鏡的類型無關(guān)。β及t(覆蓋層的厚度誤差)之間的關(guān)系由下式(12)給出βf3NA4=12t]]>β=12·NA4f3---(12)]]>接著，來考慮ε及β之間的關(guān)系。在圖5中，由于可假定入射到第二透鏡L2的光束來自一個(gè)假想(虛)的物點(diǎn)0，對(duì)于第二透鏡L2可由近軸成象公式建立以下等式(13)1/s2＝1/s1+1/f2＝1/{f1-(e1+ε)}+1/f2＝(f1+f2-e1-ε)/(f1-e1-ε)f2＝-ε/(-f2-ε)f2(∵f1+f2＝e1)因此，s2＝(f2+ε)f2/ε (13)此外，對(duì)于物鏡L3可由近軸成象公式建立以下等式1/s’＝1/s+1/f3＝(s+f3)/sf3β＝s’/s＝f3/(s+f3)因?yàn)閟＝s2-e2成立，如從圖5中所示的光線軌跡可理解的，下列等式(14)可被確立β＝f3/(S2-e2+f3)＝εf3/{(f2+ε)f2+(-e2+f3)ε}＝εf3/{f22+(f2+f3-e2)ε} (14)通過對(duì)ε求解等式(14)，獲得以下等式(15)β{f22+(f2+f3-e2)ε}＝εf3ε{f3-β(f2+f3-e2)}＝βf22ε＝βf22/{f3-β(f2+f3-e2)}＝f22/{(f3/β)-(f2+f3-e2)}
(15)將等式(12)代入等式(15)得到下列等式(16)ε＝f22/{Q-(f2+f3-e2)} (16)該等式較復(fù)雜，故它被寫成下列等式Q=2f32NA4|t|]]>以此方式，相對(duì)覆蓋層厚度t獲得了值ε。將值ε代入等式(10)，得到下列等式(17)|-{f22(f2+f3-e2)Q-(f2+f3-e2)}f22+{f22(f2+f3-e2)Q-(f2+f3-e2)}|<X---(17)]]> (f2+f3)-X|Q|＜e2＜(f2+f3)+X|Q|(f2+f3)-2f32NA4|t|X<e2<(f2+f3)+2f32NA4|t|X]]>所期望的是，如果誤差約為±30微米或更小時(shí)，擴(kuò)展透鏡組件校正光盤厚度的誤差。
在DPP方法中，3-射束點(diǎn)距離的容許偏差被估值(計(jì)算)。該3-光束包括一個(gè)主光束及主光束兩側(cè)上的兩個(gè)副光束。主射束點(diǎn)被產(chǎn)生在一個(gè)軌道上，而兩個(gè)副射束點(diǎn)被產(chǎn)生在相鄰的軌道之間。當(dāng)光束擴(kuò)展透鏡組件被致動(dòng)時(shí)，副光束(點(diǎn))將從原始距離q偏離一個(gè)Δq。在實(shí)際應(yīng)用中，在光盤19的徑向上的副光束之位置僅影響DPP方法的增益。因此，在光盤19的徑向上副光束偏差的分量Δa影響DPP方法的增益。由于Δq及Δa之間的相似性，下列等式成立Δa/a＝Δq/q式中a表示射束點(diǎn)距離的徑向分量。
參照圖6，它表示比率Δa/a(水平軸)及DPP增益變化(垂直軸)之間的關(guān)系。為了保證在光盤播放操作期間有合適的可播放性能，希望將DPP增益的下降抑制到約3dB(約29％)或更小。
另一方面，光盤的偏中夾持及光盤的偏心度所產(chǎn)生光束位置偏差約為比率Δa/a中的±30％。這比射束點(diǎn)距離偏差來說在較小范圍上增加了增益。為了使總的增益下降(包括由擴(kuò)展透鏡組件的致動(dòng)引起的射束點(diǎn)距離變化產(chǎn)生的增益下降在內(nèi))保持在3dB以內(nèi)，根據(jù)比率Δa/a(＝比率Δq/q)，由擴(kuò)展透鏡組件的致動(dòng)引起的射束點(diǎn)距離變化需要落在±5％以內(nèi)。
圖6表示由擴(kuò)展透鏡組件引起的射束點(diǎn)距離的偏差、及由光盤的偏中夾持及光盤的偏心度所產(chǎn)生的射束點(diǎn)距離偏差。由圖6的曲線圖可了解當(dāng)DPP方法的增益應(yīng)為80％或更大時(shí)，及由光盤的偏中夾持及偏心度所產(chǎn)生的增益下降應(yīng)被考慮時(shí)，由擴(kuò)展透鏡組件的操作(第一透鏡L1的移動(dòng))引起的3-射束點(diǎn)位置的偏差被希望約為5％或更小。
將|t|＝3/100mm及X＝5/100代入式(17)，則獲得下式(18)(f2+f3)-10f323NA4<e2<(f2+f3)+10f323NA4---(18)]]>以上的描述涉及擴(kuò)展透鏡組件14的第一透鏡L1移動(dòng)的情況?，F(xiàn)在將描述第二透鏡L2移動(dòng)的情況。當(dāng)擴(kuò)展透鏡組件14的主平面距離從e1改變到e1+ε時(shí)，第二透鏡L2及物鏡L3之間的主平面距離e2同時(shí)從e2改變到e2-ε。將e2-ε代入式(8)中的項(xiàng)e2，得到下式p’＝p1+p2+p3-(e1+ε)p1(p2+p3)-(e2-ε)p3(p1+p2)+(e1+ε)(e2-ε)p1p2p3＝p-ε(p1p2+p1p3-e2p1p2p3)+εp3(p1+p2-e1p1p2)-ε2p1p2p3＝p-ε(p1p2+p1p3-e2p1p2p3)-ε2p1p2p3(19)(∵p1+p2-e1p1p2＝0)通過將式(7)及(22)代入式(3)，得到下列等式(20)Δq/q＝p/{p-ε(p1p2+p1p3-e2p1p2p3)-ε2p1p2p3}-1＝-(p1p3/p2)/{-p1p3/p2-εp1(p2+p3-e2p2p3)-ε2p1p2p3}-1＝(f2/f3)/{f2/f3+ε(1/f2+1/f3-e2/f2f3)+ε2/f2f3}-1＝f22/{f22+ε(f2+f3-e2)+ε2}-1 (20)由于f22＞＞ε2，故項(xiàng)ε2可被忽略。于是可得到下式(21)Δq/q＝f22/{f22+ε(f2+f3-e2)}-1(21)該式與式(9)完全相同。因此，式(10)也能適用。
在圖5所示的光線軌跡中，當(dāng)主平面距離e2由e2-ε替代時(shí)，式(14)變?yōu)橄铝械仁?22)β＝f3/(S2-(e2-ε)+f3)＝εf3/{(f2+ε)f2+(-e2+ε+f3)ε}＝εf3/{f22+(f2+f3-e2)ε+ε2}(22)由于f22＞＞ε2，故項(xiàng)ε2可被忽略。于是可得到下式(23)β=ϵf3f22+(f2+f3-e2)ϵ---(23)]]>該式完全與式(14)相同。
在式(23)以后也獲得與式(15)至(16)相同的式，及由此也得到式(18)。因此，當(dāng)?shù)诙哥RL2移動(dòng)時(shí)，由式(18)給出范圍是主平面距離e2的最佳范圍。如前所述，當(dāng)?shù)谝煌哥RL1移動(dòng)時(shí)，由式(18)給出范圍也是主平面距離e2的最佳范圍。
雖然在上述實(shí)施例中使用了具有兩個(gè)透鏡的擴(kuò)展透鏡組件14，作為對(duì)球面像差的補(bǔ)償裝置，但也具有用于補(bǔ)償球面像差的其它替換裝置。例如，球面像差可通過調(diào)節(jié)準(zhǔn)直透鏡及光源之間的距離來校正。這種結(jié)構(gòu)被表示在圖7中。具體地說，在本發(fā)明的信息記錄/播放裝置中可使用一個(gè)包括光束分離器93及準(zhǔn)直透鏡L2的有限光學(xué)系統(tǒng)。該光束分離器93是一個(gè)平行板。在圖1及7中相同的標(biāo)號(hào)表示同樣的部件。在圖7中，準(zhǔn)直透鏡L2可被移動(dòng)以改變(調(diào)節(jié))光源11及準(zhǔn)直透鏡L2之間的距離。另一方式是，光源(半導(dǎo)體激光器11)可沿光軸移動(dòng)以改變球面像差。通常，準(zhǔn)直透鏡L2及光源11之間的距離被設(shè)置為準(zhǔn)直透鏡L2的焦距。通過改變該距離，由準(zhǔn)直透鏡L2射出(輸出)的光束變?yōu)椴黄叫械?。因此，可以控制放?βf3/NA4)]]>并因此補(bǔ)償球面像差。該情況中的原理與使用擴(kuò)展透鏡組件(圖1)的情況相同。在圖7中，可以考慮的是，來自光源11的光束直接地入射到準(zhǔn)直透鏡L2，而不是使平行光束入射到擴(kuò)展透鏡組件。然后，圖7中準(zhǔn)直透鏡L2后的光束與圖1中第二透鏡L2后的光束相同。因此可以說，通過準(zhǔn)直透鏡的球面像差補(bǔ)償與通過擴(kuò)展透鏡組件的球面像差補(bǔ)償是等效的。
沿著光軸移動(dòng)準(zhǔn)直透鏡L2來補(bǔ)償球面像差與移動(dòng)擴(kuò)展透鏡組件14的第二透鏡L2是等效的。沿著光軸移動(dòng)光源11來補(bǔ)償球面像差與移動(dòng)擴(kuò)展透鏡組件14的第一透鏡L1是等效的。
示例在表I的條件下，當(dāng)擴(kuò)展透鏡組件14被致動(dòng)時(shí)，使用擴(kuò)展透鏡組件14及物鏡L3上的光線跟蹤模擬(ray tracing simulation)，計(jì)算3-射束點(diǎn)距離的變化。光束擴(kuò)展透鏡組件14的第一及第二透鏡L1及L2及物鏡L3的主要規(guī)格如下L1的焦距-17.821mmL2的焦距21.475mmL3的焦距1.770mmL3的數(shù)字光圈0.85光源的波長 405nm表I


在表I中，SRF表示折射表面(透鏡)序號(hào)，從接近光源的表面開始。半徑(mm)表示曲率半徑。厚度(mm)表示相鄰折射面之間的距離。INDEX表示折射率。TERM表示非球面系數(shù)(asphericcoefficient)。SRF-1及-2表示第一透鏡L1，SRF-3及-4表示第二透鏡L2，SRF-5及-6表示入射側(cè)的物鏡組件L3的一個(gè)透鏡，及SRF-7及-8表示射出側(cè)的物鏡組件L3的另一透鏡。SRF-9及-10表示光盤覆蓋層。
模擬的結(jié)果表示在圖8中。在該曲線圖(圖8)中，3-射束點(diǎn)距離的變化率被繪制成主平面距離e2的函數(shù)，其中，光盤具有±30微米的厚度誤差，擴(kuò)展透鏡組件被致動(dòng)以在圖像(成像)面減小光軸上的像差。根據(jù)擴(kuò)展透鏡組件的校正，通過將3-射束點(diǎn)距離的變化除以校正前3-光束的位置，計(jì)算出3-射束點(diǎn)距離的變化率。
由式(18)所確定的范圍如下12.369mm＜e2＜34.121mm其中e2表示第二透鏡L2及物鏡L3之間的主平面距離。
因?yàn)樵谏涑鰝?cè)的第二透鏡L2的主平面位于第二透鏡L2的頂點(diǎn)前面0.255mm處，在入射側(cè)的物鏡L3的主平面位于第三透鏡L3的頂點(diǎn)后面2.503mm處，透鏡L2及L3之間沿光軸的主平面距離e2’可給出如下e2＝e2-0.255-2.503。因此，9.61mm＜e2’＜31.36mm。由模擬結(jié)果(圖8)可以理解，3-射束點(diǎn)距離變化率從+5％至-5％的區(qū)域一般符合上式。
因此，明顯的是，當(dāng)光學(xué)頭的物鏡具有0.80或更大的數(shù)字光圈時(shí)，射束點(diǎn)距離的變化可被抑制在所需(期望)的范圍中。已證實(shí)的是，當(dāng)物鏡焦距為2mm或更小時(shí)，射束點(diǎn)距離的變化能以所需方式抑制。
由于光束的會(huì)聚是由擴(kuò)展透鏡組件或類似部件改變，即使在包括該光學(xué)頭的光學(xué)系統(tǒng)中校正了球面像差，物鏡的數(shù)字光圈仍保持不變。因此，當(dāng)信息被記錄到多層記錄介質(zhì)(例如兩層光盤)上或從其上檢索信息時(shí)，在相應(yīng)記錄層上可獲得相同的MTF特性。應(yīng)當(dāng)指出，本發(fā)明可應(yīng)用于使用所謂固體浸沒透鏡作為物鏡的光學(xué)系統(tǒng)，該透鏡的數(shù)字光圈大于1。
如上所述，即使當(dāng)擴(kuò)展透鏡組件的可動(dòng)透鏡移動(dòng)、或即使當(dāng)準(zhǔn)直透鏡或物鏡移動(dòng)、以校正由光盤厚度中約30微米的誤差引起的球面像差時(shí)，可使光盤記錄層上多射束點(diǎn)距離的變化限制在5％以內(nèi)。其結(jié)果是，可以減小DPP方法的靈敏度變化及CTC方法的延時(shí)變化。也可以減小光盤中球面像差校正時(shí)引起的數(shù)字光圈的變化。這就導(dǎo)致減小了校正球面像差時(shí)引起的信息記錄及檢索特性的變化。
權(quán)利要求
1.一種光學(xué)頭，用于將最終轉(zhuǎn)變成多個(gè)射束點(diǎn)的光束照射在光記錄介質(zhì)上，以及用于通過將該光束照射在該光記錄介質(zhì)上而在該光記錄介質(zhì)上記錄信息及從該光記錄介質(zhì)上檢索信息，該光學(xué)頭包括光源，用于發(fā)射該光束；物鏡，用于將該光束會(huì)聚成一會(huì)聚光束，以將該會(huì)聚光束導(dǎo)向該光記錄介質(zhì)；及像差校正透鏡組件，設(shè)置在該光源及該物鏡之間，該像差校正透鏡組件包括至少一個(gè)在光軸方向上可移動(dòng)的可動(dòng)透鏡，該像差校正透鏡組件控制該可動(dòng)透鏡的移動(dòng)，以校正球面像差，其中，在多數(shù)光射出側(cè)上的該像差校正透鏡組件中的透鏡的主平面與該物鏡的主平面之間的距離由下列公式確定(f2+f3)-10f323NA4<e2<(f2+f3)+10f323NA4]]>其中，e2表示多數(shù)光射出側(cè)上的該像差校正透鏡組件中的透鏡的主平面與該物鏡的主平面之間的距離，NA表示該物鏡的數(shù)字光圈，f2表示光射出側(cè)上的該像差校正透鏡組件的焦距，以及f3表示該物鏡的焦距。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的光學(xué)頭，其中，所述多個(gè)射束點(diǎn)是三個(gè)射束點(diǎn)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的光學(xué)頭，其中，所述光記錄介質(zhì)在其最外表面上具有一覆蓋層。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的光學(xué)頭，其中，該像差校正透鏡組件移動(dòng)該可動(dòng)透鏡，以補(bǔ)償該覆蓋層的球面像差中的偏差。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的光學(xué)頭，其中，采用差分推挽方法作為跟蹤誤差檢測方法。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的光學(xué)頭，其中，應(yīng)用串?dāng)_消除器方法。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的光學(xué)頭，其中，該光源是一激光器，用于發(fā)射具有400nm到415nm之間波長的光束。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的光學(xué)頭，其中，該波長大約為405nm。
9.根據(jù)權(quán)利要求1的光學(xué)頭，其中，該像差校正透鏡組件包括正透鏡組和負(fù)透鏡組，該可動(dòng)透鏡包括在該正透鏡組和該負(fù)透鏡組其中至少之一中，以及通過該可動(dòng)透鏡改變沿光軸方向上該正透鏡組的主平面與該負(fù)透鏡組的主平面之間的距離。
10.根據(jù)權(quán)利要求1的光學(xué)頭，其中，該可動(dòng)透鏡是一準(zhǔn)直透鏡，用于將該光源發(fā)射的光束轉(zhuǎn)換成大體平行的光束。
11.根據(jù)權(quán)利要求1的光學(xué)頭，其中，該物鏡的數(shù)字光圈不小于0.80。
12.根據(jù)權(quán)利要求1的光學(xué)頭，其中，該物鏡的焦距不大于2mm。
13.根據(jù)權(quán)利要求3的光學(xué)頭，其中，該像差校正透鏡組件是一擴(kuò)展透鏡組件。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種光學(xué)頭，用于通過將光束照射在光記錄介質(zhì)上而在該光記錄介質(zhì)上記錄信息及從該光記錄介質(zhì)上檢索信息。該光學(xué)頭包括發(fā)射光束的光源。該光學(xué)頭還包括物鏡，它使會(huì)聚光束射向光記錄介質(zhì)的記錄層上。該光學(xué)頭還包括一個(gè)設(shè)在光源及物鏡之間的像差校正透鏡組件。該像差校正透鏡組件包括至少一個(gè)在光軸方向上可移動(dòng)的可動(dòng)透鏡。該像差校正透鏡組件移動(dòng)該可動(dòng)透鏡，以使光束轉(zhuǎn)換成會(huì)聚光束或發(fā)散光束，以校正球面像差。光射出側(cè)上的像差校正透鏡組件的主平面與物鏡的主平面之間的距離落在根據(jù)物鏡之?dāng)?shù)字光圈、光射出側(cè)上的像差校正透鏡組件的焦距及物鏡的焦距確定的范圍內(nèi)。
文檔編號(hào)G11B7/125GK1624782SQ20041009299
公開日2005年6月8日 申請日期2002年9月2日 優(yōu)先權(quán)日2001年8月31日
發(fā)明者佐藤充, 大滝賢 申請人:先鋒株式會(huì)社