專利名稱：包括可切換光闌和用于射束偏轉的裝置的光盤驅動的伺服支路、以及用于測量射束著靶 ...的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種包括用于檢測零級光束和較高級光束的檢測裝置的光學驅動的伺服支路。這種裝置的一個實施例可從“Encyclopaediaof Optical Engineering DOI10.1081/E-EOE 120009664，2003”中獲知。
本發(fā)明還涉及一種在這種裝置中測量射束著靶的方法。
本發(fā)明還涉及一種在檢測器處測量在光束中出現(xiàn)的球面像差的方法。
這種裝置通常包括多個單獨的檢測器以檢測沿伺服光路通過的光束。單光束在光源和伺服支路的開始點之間被分成多個衍射級，從而所述射束被分成零級射束和較高級射束。檢測器陣列用于單獨地檢測這些射束。檢測經(jīng)常僅被限制于零級以及正的和負的第一級。所述已知裝置的問題是，對于每個檢測器，必須對所述系統(tǒng)添加相關的驅動器和電子裝置，因而提高了成本和裝置中可用的撞擊空間。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是減少伺服支路中所需的檢測器的數(shù)量，同時仍然允許檢測較高級射束。
根據(jù)本發(fā)明，該目的是通過這樣的裝置實現(xiàn)的，所述裝置的特征在于可切換光闌和用于射束偏轉的裝置被放置在零級和較高級光束的路徑中。所述可切換光闌阻擋不想要的光束，或部分射束，同時允許選擇的光束或部分射束通過。用于射束偏轉的裝置改變光的路徑，從而提供了操作所選擇光束的另一個裝置。以這種方式，所需的檢測器數(shù)量可被減少，因為每個射束級或部分射束級的著靶位置可被轉向另一個位置。
所述裝置的另一個實施例的特征在于所述可切換的光闌被布置以選擇性地阻擋至少一部分光束級。因此當執(zhí)行測量時，能夠選擇性地阻擋光束級或部分光束級。該特征允許根據(jù)將要確定的信息或信號或測量值單獨或組合地訪問來自多個光束部分的信息。
所述裝置的另一個實施例的特征在于所述用于射束偏轉的裝置包括光柵?？蓪⒐鈻胖频米銐蛐∫赃m合伺服裝置中的有限空間。另外，射束角度和在光柵處的射束方向的變化可被仔細定義和控制。還能夠以不同的間距在所述裝置中布置多個較小的光柵或光柵片段，并因此使光柵操作適合特定的要求或所選擇的射束。
所述裝置的另一個實施例的特征在于所述用于射束偏轉的裝置被布置以操縱光的衍射級朝向檢測裝置中所選擇的位置。例如通過使用更加密集的光柵間距，較高級的射束必須通過比較低級的射束更大的角度來進行偏轉以便到達相同的目標。通過使用不同光柵的片段和將每個光柵指派給一個特定光束級，可實現(xiàn)特定的射束偏轉。因此可將一個檢測器指定為用于一個特定光束級的目標。在光柵的情況下，可布置光柵以根據(jù)需要引導射束。以這種方式就能夠使所選擇的射束入射到相同的檢測器上。這將把系統(tǒng)中所需的檢測器數(shù)量減至一個主檢測器，由此降低了制造成本并節(jié)省了設備內(nèi)的空間。根據(jù)應用要求，還能夠將檢測器數(shù)量減至一個更有限的數(shù)量，例如從三到二。
本發(fā)明的另一個實施例的特征在于所述裝置還包括放置在光束路徑中的伺服透鏡，其中所述可切換光闌被放置在伺服透鏡和檢測器之間的光路中的一個位置處，其中所述衍射級是物理分離的。這有效地意味著可切換光闌位于射束的橫向偏移大于射束直徑的位置處。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)該位置是最佳位置，從而允許阻擋各個射束級用于分開測量。
本發(fā)明的另一個實施例的特征在于所述裝置還包括放置在光束路徑中的伺服透鏡，其中所述用于射束偏轉的裝置被放置在伺服透鏡和檢測器之間的光路中的一個位置處，其中所述衍射級是物理分離的。這有效地意味著用于射束偏轉的裝置位于射束的橫向偏移大于射束直徑的位置處。根據(jù)必須對射束級進行偏轉的角度和設備的物理布置，該位置可位于可切換光闌的任一側上。
本發(fā)明的另一個實施例的特征在于所述可切換光闌是基于電子潤濕的。這種光闌在必須從檢測器阻擋主零級射束的情形中是非常有用的，因為所述光闌被操作以根據(jù)如何施加電壓來阻擋或清除不同的區(qū)域，由此消除了對物理連接至外環(huán)的需要，這可能對于機械光闌是需要的。
本發(fā)明的另一個實施例的特征在于所述可切換光闌是基于液晶的光闌。這具有電子潤濕光闌的優(yōu)點，但通過技術的現(xiàn)有狀況，是在更加成熟的制造工藝下構造的，并因此能夠更大量地生產(chǎn)。
本發(fā)明的另一個實施例的特征在于所述可切換光闌的形狀是圓形的?？汕袚Q光闌是圓形的要求涉及系統(tǒng)中球面像差的測量。該像差是圓形對稱的，并且因此將要測量的光優(yōu)選地是在圓形幀內(nèi)俘獲的。該像差的效果是將來自透鏡外側部分的光線會聚在與通過透鏡中心部分的光線不同的聚焦位置處，因此會使光束扭曲。根據(jù)所使用的光的波長和掃描物鏡或透鏡組的數(shù)值孔徑，球面像差的測量可應用于所有光學驅動，但對于某些類型更重要。
在本發(fā)明的一個實施例中，可提出一種用于測量射束著靶的方法，所述方法包括步驟-將較高級射束偏轉到所選擇的檢測器上；-選擇將測量的光束級；-阻擋射束以從檢測中除去不想要的射束級；-從所需的射束級測量射束強度信號和跟蹤誤差信號；-對于所需數(shù)量的單個測量重復射束阻擋和測量步驟；-求平均以獲得平均信號；-從所述平均信號計算平均射束著靶偏移；-校正射束著靶偏差。
在伺服支路中的檢測器處檢測的光束的位置理想地應該是中心的，但實際上并不是完美地處于該位置上。必須確定光點的實際位置以便校正該偏差并改進光學驅動的性能。由于在設備使用壽命期間出現(xiàn)的溫度變化或對齊變化而可能發(fā)生射束著靶偏移，并且必須周期性地檢查射束著靶偏移。
正和負的一級衍射束和零級射束的檢測可提供關于伺服支路內(nèi)的光點位置的信息。這些射束位置通常是借助于三個檢測器獲得的，即每個射束一個檢測器。借助本發(fā)明，可將射束導向主檢測器，并因此在相同的檢測器處對其進行測量，但可通過使用可切換光闌阻擋所需的選擇射束來單獨測量射束。
在本發(fā)明的實施例中，可以提出一種用于測量球面像差的方法，所述方法包括步驟-限制將要測量的射束使得整個零級射束通過，而較高級的射束不通過；-檢測所述整個零級射束；-測量聚焦誤差信號；-限制零級射束使得所述射束剖面的外圓周被阻擋；-檢測所述射束的剩余中央部分；-測量新的聚焦誤差信號；-確定聚焦誤差信號的差值；-計算球面像差，其由聚焦誤差信號的變化表征。
在本發(fā)明中，射束限制是通過可切換光闌實行的。這允許快速和容易地選擇零級光束部分。另一個優(yōu)點是如果檢測器包括至少兩個片段，則只需要一個檢測器來測量聚焦誤差信號。因此檢測器不需要是復雜的或分割成多個片段，由此降低了空間要求、成本和復雜性。可在相同的檢測器處但在不同的時刻測量整個零級光束和近軸射線。


將參照附圖進一步闡釋和說明本發(fā)明的這些和其它方面和方法，其中圖1為伺服支路是其一部分的光學系統(tǒng)的一個實施例，其中可切換光闌和用于射束偏轉的裝置被放置在伺服透鏡和檢測器之間，并且其中示出了默認光路；圖2a和2b表示需要三個檢測器的射束著靶檢測的標準方式(圖2a)和根據(jù)本發(fā)明的只需要一個檢測器的方式(圖2b)；圖3表示射束著靶測量步驟的流程圖；圖4表示球面像差測量步驟的流程圖。
具體實施例方式
圖1中顯示的本發(fā)明的實施例包括多個元件
編號為1到8的元件表示按從激光器1到檢測器8的順序通過所述系統(tǒng)的光路。元件9和10是根據(jù)本發(fā)明的附加元件。
這些元件組合作用使得來自激光器1的光通過所述光學裝置到達盤6，然后從盤6返回到檢測器8。在所述處理開始時，來自激光二極管1的光通過光柵2并被衍射成零級射束和較高級射束。通常，只有零級和正的和負的第一級被考慮，因為這三個射束提供了用于對盤6進行讀取和寫入的主光斑和可被用于射束著靶或其它測量的兩個從光斑。對所述裝置添加一個分束器3以將從盤6反射的射束引導到檢測器8。激光二極管1發(fā)射發(fā)散射束，因此需要光路包括準直透鏡4，所述準直透鏡4將所述發(fā)散射束變成良好的準直射束。由此形成的射束然后被入射在物鏡5上并被聚焦在盤6上。光從盤6被反射并傳播回到分束器3，在所述分束器3處其朝向伺服透鏡7被引導到所述裝置的伺服支路中。伺服透鏡7引導所述光并將其聚焦在檢測器8上。例如剛剛描述的系統(tǒng)包括在現(xiàn)有技術中已知的光學驅動元件。作為本發(fā)明的一個實施例，在伺服透鏡7和檢測器8之間對所述伺服支路添加可切換光闌9和所述用于射束偏轉的裝置10。如果需要，可切換光闌9和用于射束偏轉的裝置10的位置也可以互換。
在本發(fā)明的一個實施例中，能夠執(zhí)行用于射束著靶測量的方法，其中所述裝置具有單個主檢測器。射束著靶測量是必須只被很少進行的操作。射束理想地應該在所述系統(tǒng)中心，但是實際上總有小差異。在使用期限內(nèi)出現(xiàn)的溫度變化或對齊變化可以使這種差異改變。
因此必須監(jiān)視射束著靶位置。當已知射束著靶位置時，可對距中心位置的偏差產(chǎn)生校正，由此允許系統(tǒng)性能的最佳化。
在圖2a和2b中，只示出了在所述伺服支路的檢測器末端處的所述光學系統(tǒng)的部分。為了闡釋本發(fā)明的射束著靶方法，考慮這樣一個裝置其中通過所述裝置的光包括一個零級射束和一個正的和負的第一級射束(和較高級射束，其在下面的討論中被忽略)并向所述裝置的伺服支路的下游傳播。所述光束通過伺服透鏡11或18并被引向檢測器裝置15、16、17或25。
在現(xiàn)有技術的當前狀態(tài)中，三光斑推挽法可被用于測量射束著靶。該情形被顯示在圖2a中。為了測量射束著靶分別使用兩個附加的二分段檢測器16和17檢測來自第一級射束13和14的輔助光斑。這些檢測器需要額外的驅動器和電子裝置(未示出)，因此大大增加了成本，并且在所述裝置中占據(jù)額外的空間。
零級射束12被會聚到主檢測器15上，而第一級射束13和14分別入射在輔助檢測器16和17上。通常，主檢測器15被分割成象限分段，輔助檢測器16和17分割成兩半。能夠使用更多分段的檢測器，但這也將增加設備的復雜性和成本。不同射束在它們各自檢測器上的位置被確定并執(zhí)行計算以獲得射束坐標值。該校正用于優(yōu)化系統(tǒng)性能。
圖2b中示出了本發(fā)明的一個實施例。零級和正負第一級射束19、20和21分別被偏轉使得所有射束都入射在主檢測器25上。為了將來自不同射束級的信號分離開，使用可切換光闌24來阻擋來自不想要級的光，而對另一個級進行測量。在默認結構中，兩個第一級射束20和21被光闌24阻擋，而主射束19被允許落在象限檢測器25中用于檢測高頻信號和標準聚焦誤差和跟蹤信號。然后主射束19被阻擋，并且使用用于射束偏轉的裝置(此處使用光柵片段22和23)將兩個第一級射束20和21偏轉以落在所述檢測器上。進行測量。然后對數(shù)據(jù)進行求平均并且能夠導出和校正平均射束著靶偏移。其結果就是如在三點推挽方法中的射束著靶測量，但只需要一個檢測器，由此簡化了設備并降低了設備成本。
在上述方法中，主檢測器被描述為通常用于檢測零級射束的中心檢測器。根據(jù)選擇的可切換光闌和用于射束偏轉的裝置的布置，除了如上所述偏轉較高級的射束之外，還能夠選擇不同的檢測器位置并使零級射束改變方向朝向所述檢測器?？蛇x擇地，所述設備中的檢測器的數(shù)量可被減少，但不一定是單個檢測器，并如選擇地引導射束。
根據(jù)本發(fā)明的用于射束著靶測量的方法如圖3中的流程圖所示。
伺服支路中的零級和較高級射束通過伺服透鏡前往檢測器裝置。根據(jù)本發(fā)明，所述檢測器裝置包括單個檢測器或減少數(shù)量的檢測器?？蛇x擇一個檢測器，并且借助于射束偏轉裝置，可將光束導向該檢測器26。例如，所述射束偏轉裝置可以例如是光柵、光柵段、透鏡或反射鏡，但其目的是控制每個射束級的方向，而與剩余射束級無關。
對于射束著靶測量，現(xiàn)有技術中通常選擇三個射束一零級和正負第一級射束。原則上，能夠使用更高級的射束來獲取信息，但通過本發(fā)明的實施方式，增加了如此做的可能性，因為每個射束級不再需要一個專用檢測器。因此，所述方法中的下一步必定是選擇應該測量的光束級27。
能夠在所述檢測器處一起測量所有射束級，但更好的實踐是選擇射束級，分開測量每個射束級，然后對結果進行求平均。為了實現(xiàn)射束級的分離，本發(fā)明提供了阻擋機構，即可切換光闌，可對其進行設置以便只允許一個射束級或一組所選擇的射束級通過，同時阻擋不想要的射束級。因此所述方法中包括的步驟使得從檢測中除去不想要的射束級28，從所需要的射束級測量射束強度信號和跟蹤誤差信號29。
然后進行檢查以察看是否仍然需要測量其它射束級30。如果需要，重復步驟28、29和30直到不需要進一步的測量。然后從所有收集的數(shù)據(jù)獲得平均信號31。然后使用該平均信號計算平均射束著靶偏移32。該計算提供用于射束著靶偏差校正的輸入33，是優(yōu)化光學驅動器的性能所必需的。
根據(jù)本發(fā)明的用于球面像差測量的方法如圖4的流程圖所示。
球面像差是許多類型的光學驅動中的重要問題，因為該像差會使主讀取和寫入光斑模糊并影響裝置性能。因此對設備中存在的像差等級進行測量是重要的。按照射線入射到透鏡上的點，根據(jù)距離透鏡中心的距離，球面像差會使不同射線的聚焦位置變化。球面像差是整個射束的屬性，并被定義為近軸射線和邊緣射線之間的焦差。
在根據(jù)本發(fā)明的裝置中，能夠安排所述光闌阻擋部分光束使得由不同射束看到的球面像差量將是不同的，并因此不同射束的會聚位置將不是一致的。可測量該差值并使其與所述裝置中存在的球面像差量相關。
根據(jù)本發(fā)明能夠在所述裝置中使用多個光束級來測量球面像差，但更習慣于將測量集中于零級射束。
所述測量過程中的第一步將限制較高級的射束以防止它們向下通過到達檢測器的路徑，并因此還設置可切換光闌的孔徑使得零級射束完全填滿孔徑34。然后檢測來自于零級射束的光35。測量聚焦誤差信號以確定該部分異常射束的聚焦位置36。然后改變孔徑位置以進一步限制零級射束使得射束的外圓周被阻擋37。現(xiàn)在將聚焦位置改變至所述射束的剩余中心部分的檢測聚焦位置38。因此新的聚焦誤差信號被測量39。確定在步驟36和39中測量的聚焦誤差信號之間的差值。這就表征了系統(tǒng)中的球面像差量，所述球面像差量因而可被計算41。
該方法依賴于根據(jù)本發(fā)明的裝置中的可切換光闌的存在情況，但也可利用用于射束偏轉的裝置的效果只需要單個檢測器(例如，分割成多個片段的檢測器)來執(zhí)行兩種測量。
參考符號列表(參見圖1、圖2A、圖2B)1.激光二極管2.光柵3.分束器4.準直透鏡5.物鏡6.盤7.伺服透鏡8.檢測器裝置9.可切換光闌10.用于射束偏轉的裝置11.伺服透鏡12.零級射束13.第一級射束14.第一級射束15.主檢測器16.輔助檢測器17.輔助檢測器18.伺服透鏡19.零級射束20.第一級射束21.第一級射束22.光柵片段23.光柵片段24.光闌25.主檢測器
權利要求
1.一種光學驅動的伺服支路，包括用于檢測零級光束和較高級光束的檢測裝置(8)，其特征在于可切換光闌(9)和用于射束偏轉的裝置(10)被放置在所述零級和較高級光束的路徑中。
2.根據(jù)權利要求1所述的裝置，其中所述可切換光闌(9)被布置以選擇性地阻擋至少部分光束級。
3.根據(jù)權利要求1所述的裝置，其中所述用于射束偏轉的裝置(10)包括光柵。
4.根據(jù)權利要求1所述的裝置，其中所述用于射束偏轉的裝置(10)被布置以操縱光的衍射級朝向檢測裝置(8)中的選擇位置。
5.根據(jù)權利要求1所述的裝置，還包括放置在光束路徑中的伺服透鏡(7)，其中所述可切換光闌(9)被放置在伺服透鏡(7)和檢測裝置(8)之間的光路中的一個位置處，其中所述衍射級是物理分離的。
6.根據(jù)權利要求1所述的裝置，還包括放置在光束路徑中的伺服透鏡(7)，其中所述用于射束偏轉的裝置(10)被放置在伺服透鏡(7)和檢測裝置(8)之間的光路中的一個位置處，其中所述衍射級是物理分離的。
7.根據(jù)權利要求1所述的裝置，其中所述可切換光闌(9)是基于電子潤濕的。
8.根據(jù)權利要求1所述的裝置，其中所述可切換光闌(9)是基于液晶的光闌。
9.根據(jù)權利要求1所述的裝置，其中所述可切換光闌(9)的形狀是圓形的。
10.一種包括根據(jù)權利要求1所述的伺服支路的光學驅動。
11.一種用于測量射束著靶性能的方法，所述方法包括步驟-將較高級射束偏轉到所選擇的檢測器上；-選擇將測量的光束級；-阻擋射束以從檢測中除去不想要的射束級；-從所需的射束級測量射束強度信號和跟蹤誤差信號；-對于所需數(shù)量的單個測量重復進行射束阻擋和測量步驟；-求平均以獲得平均信號；-從所述平均信號計算平均射束著靶偏移；-校正射束著靶偏差。
12.一種用于測量球面像差的方法，所述方法包括步驟-限制將要測量的射束使得整個零級射束通過，而較高級射束不通過；-檢測所述整個零級射束；-測量聚焦誤差信號；-限制零級射束使得所述射束剖面的外圓周被阻擋；-檢測所述射束的剩余中央部分；-測量新的聚焦誤差信號；-確定聚焦誤差信號的差值；-計算球面像差，其由聚焦誤差信號的變化表征。
全文摘要
可切換光闌(9)和用于射束偏轉的裝置(10)被放置在光學驅動的伺服支路中，在不同衍射級的光束路徑中。這允許在個體的基礎上將光束級重定向朝向檢測裝置(8)并根據(jù)要求在檢測裝置(8)處選擇光束級。設備檢測裝置(8)中的檢測器的數(shù)量因此可被減少，因此還減少了與那些檢測器相關的額外部件并節(jié)約了成本和復雜性。通過這種裝置功能，開發(fā)了用于測量射束著靶和球面像差的新方法。
文檔編號G11B7/135GK101027721SQ200580032600
公開日2007年8月29日 申請日期2005年9月20日 優(yōu)先權日2004年9月27日
發(fā)明者S·斯塔林加, B·H·W·亨德里克斯, T·圖克, S·凱帕, A·H·J·英明克, C·T·H·F·利登鮑木 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司