專利名稱：光拾取裝置，光盤記錄和/或重放裝置及補(bǔ)償彗形象差的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光拾取裝置和一種光盤記錄和/或重放裝置。特別是本發(fā)明涉及一種補(bǔ)償彗形象差的方法，采用這種方法的光拾取裝置和采用這種方法的光盤記錄和/或重放裝置。
光學(xué)系統(tǒng)的重要設(shè)計原則是減小球面象差和彗形象差失真。人們推薦的用于減小彗形象差失真的設(shè)計準(zhǔn)則是采用色散正弦條件?？墒菍嶋H上，這難于自由地控制彗形象差失真。
如果用于讀取記錄信息的光束的光軸與記錄盤面不正交時，容易出現(xiàn)歪斜失真。引起歪斜失真的原因可能是記錄盤已變形，或由于垂放裝置的行走機(jī)構(gòu)部分變形導(dǎo)致該盤圍繞旋轉(zhuǎn)的軸出現(xiàn)傾斜。已有的一種光盤的光拾取裝置內(nèi)配置有一個斜置的伺服隨動系統(tǒng)，其內(nèi)的一個光頭組件偏向補(bǔ)償歪斜失真的方向，從而校正了這一歪斜失真。可是這種斜置的伺服系統(tǒng)使光拾取裝置尺寸變大。此外，只有在低頻條件下，當(dāng)光盤旋轉(zhuǎn)時，這種光拾取裝置才能跟隨光盤表面的變化。
從光拾取裝置所發(fā)射的光束的波長已變短，以便增大光盤內(nèi)的記錄密度。此外，物鏡的數(shù)值孔徑已增大，這也增大了光盤內(nèi)的記錄密度。但是，當(dāng)物鏡的數(shù)值孔徑比在光拾取裝置中的大時，將加重它與光盤記錄表面的傾斜角度。換句話說，使光拾取裝置內(nèi)的誤差量或在該裝置內(nèi)的允許誤差范圍或在光學(xué)記錄和/或重放裝置內(nèi)的誤差界限變低。
本發(fā)明的一個目的是提供一種能補(bǔ)償彗形象差失真的光拾取裝置。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種已校正了彗形象差的光盤記錄和/或重放裝置。
此外，本發(fā)明的又一個目的是提供一種補(bǔ)償彗形象差的方法。
根據(jù)本發(fā)明的第一個實施例，光拾取裝置具有一光源，一將光源發(fā)射的光束會聚到光軸上一點處的物鏡。另外該光學(xué)拾取裝置具有一將來自光源的光束到(達(dá)光盤后反射回來的光束進(jìn)行分離的分光器，一檢測發(fā)自光源的光束的回光分離狀態(tài)的檢測器，和一具有凸非球面表面及凹非球面表面的光補(bǔ)償裝置，這些表面用+αR4表示，并位于光束從光源發(fā)送的光路上，其中R是標(biāo)準(zhǔn)化光孔半徑，α是第四級非球面系數(shù)。
本發(fā)明的附圖為圖1是表示實現(xiàn)本發(fā)明補(bǔ)償彗形象差方法的裝置的側(cè)視圖。
圖2是表示實現(xiàn)補(bǔ)償彗形象差方法的光補(bǔ)償裝置的外形側(cè)視圖。
圖3是表示另一種光補(bǔ)償裝置外形的側(cè)視圖，這種裝置的介質(zhì)具有折射率分布。
圖4是表示又一種光補(bǔ)償裝置外形的側(cè)視圖，它具有分層輪廓。
圖5是表示用于光補(bǔ)償裝置的雙元透鏡的生產(chǎn)步驟示意圖。
圖6是雙元透鏡的放大視圖。
圖7是表示光拾取裝置的側(cè)視圖，該裝置用于本發(fā)明的彗形象差補(bǔ)償方法。
圖8是具有光拾取裝置的光盤記錄和/或重放裝置的方框圖。
圖9是表示波前象差的三維曲線圖，其中彗形象差沒有得到校正。
圖10是表示波前象差的三維曲線圖，其中彗形象差已得到補(bǔ)償。
圖11是表示光盤的傾斜角和波前象差量之間的關(guān)系的曲線圖，其中包括尚未校正的彗形象差和已補(bǔ)償?shù)腻缧蜗蟛睢?br> 圖12是表示光補(bǔ)償裝置中心偏移量和其象散現(xiàn)象的量之間關(guān)系的曲線圖。
下面參照


本發(fā)明的彗形象差補(bǔ)償方法，使用這種方法的光拾取裝置，和使用這種方法的光盤記錄和/或重放裝置。
結(jié)合圖1說明補(bǔ)償彗形象差的方法。兩個光補(bǔ)償裝置1和2布置在本發(fā)明的具有彗形象差的光學(xué)系統(tǒng)的光路徑上。這些光補(bǔ)償裝置1和2沿著圖1中箭頭A和B的方向移動。方向A和B與該光學(xué)系統(tǒng)的光軸正交。光補(bǔ)償裝置1和2相互朝相反方向移動。換句話說，與光學(xué)系統(tǒng)中產(chǎn)生的彗形象差相反的彗形象差是通過光補(bǔ)償裝置1和2的相對位置的變化而產(chǎn)生的，從而校正了該光學(xué)系統(tǒng)的彗形象差。這里，不考慮其方向，彗形象差包括第一級到第五級彗形象差。光補(bǔ)償裝置1的凸非球形表面1b由公式±αR4(R＝標(biāo)準(zhǔn)化光孔徑;α＝第四級非球面系數(shù))來決定。光補(bǔ)償裝置2的凹非球形表面2b由公式±αR4決定。光補(bǔ)償裝置1，2的入射面1a，2a的表面是平面，而光補(bǔ)償裝置1，2的光束輸出面1b，2b則是非球形面。光補(bǔ)償裝置1，2的相對運動方向取決于該光學(xué)系統(tǒng)內(nèi)產(chǎn)生的彗形象差的方向。因此，這種光補(bǔ)償裝置的運動方向不一定按圖1所示的分別的箭頭A，B的方向，通過光補(bǔ)償裝置1和2沿垂直于光系統(tǒng)軸的方向的反向運動，使彗形象差得到補(bǔ)償。
這些光補(bǔ)償裝置1，2可以是具有波前轉(zhuǎn)換功能的裝置，等效于上述非球形表面。例如，這些光補(bǔ)償裝置1，2可具有一種基本上是分層臺階形的非球形表面。這些光補(bǔ)償裝置1，2可將一斜率系數(shù)鏡(gradient-indexlens)的球形表面研磨制成。
如果光學(xué)系統(tǒng)是一種光盤上讀出信號的光拾取裝置，兩個光補(bǔ)償裝置1，2的最佳運動方式是使這兩個光補(bǔ)償裝置反向運動，以便補(bǔ)償彗形象差失真;彗形象差與一個光盤的傾斜角成正比關(guān)系。對彗形象差(W31)′的補(bǔ)償?shù)淖罴蚜坑上铝泄經(jīng)Q定W31-(W31)′＝-(6/5)W51(1)這里，W31是第三級彗形象差系數(shù)，W51是第五級彗形象差系數(shù)。
如果將這些光補(bǔ)償裝置1，2布置在光盤的光拾取裝置內(nèi)的光路徑上，這個光拾取裝置可跟隨由光盤的旋轉(zhuǎn)撓曲或彎翹而產(chǎn)生的彗形象差，從而可在高頻下也能補(bǔ)償彗形象差。該裝置內(nèi)還裝有光盤的歪斜檢測器，以便計算彗形象差失真程度。根據(jù)歪斜檢測器計算出的彗形象差失真量，一個驅(qū)動裝置用于驅(qū)動這兩個光補(bǔ)償裝置1，2。
下面將說明由光盤的傾斜而引起的彗形象差，當(dāng)由光拾取裝置發(fā)射的光束的波長變短時，或/和用在光拾取裝置中的物鏡的標(biāo)準(zhǔn)孔徑增大時，在重放期間由于光盤的歪斜造成的彗形象差也增大。這個彗形象差失真程度的增加導(dǎo)致產(chǎn)生大量噪聲。結(jié)果，當(dāng)光盤上的重放密度增加時，彗形象差給光學(xué)系統(tǒng)帶來很大問題，眾所周知，一個光盤是由提供在透明合成樹脂盤基片一側(cè)上的單一記錄層構(gòu)成的。在盤基片上具有單一記錄層的這一側(cè)是一單獨的記錄部件。該光盤通過這個光盤從光盤的另一側(cè)寫入或讀出信息信號。
第三或第五級彗形象差與光學(xué)系統(tǒng)中的光盤的歪斜度成正比。由光盤的歪斜度θ(拉德 rad)產(chǎn)生的第三或第五級彗形象差系數(shù)(W31，W51)由下列公式(2)和(3)得出W31＝t/2·(N2-1)/N3·θNA3(2)W51＝t/8·(N2-1)(N2+3)/N5·θNA5(3)其中，t是光盤的厚度，N是光盤的折光指數(shù)，NA是物鏡的數(shù)值孔徑。由光盤產(chǎn)生的彗形象差主要是第三級彗形象差，它可用本發(fā)明的彗形象差補(bǔ)償法得到補(bǔ)償。
下面介紹本發(fā)明的原理。本發(fā)明中所用的光補(bǔ)償裝置1和2是兩塊非球面板，一個是凸非球面板，另一個是凹非球面板。通過沿垂直于圖1所示的光軸的方向移動光補(bǔ)償裝置1和2，產(chǎn)生與光盤歪斜引起的彗形象差的方向相反方向的彗形象差，從而使由光盤歪斜所導(dǎo)致的彗形象差得到補(bǔ)償。光補(bǔ)償裝置1和2如圖1所示作反向運動。每個光補(bǔ)償裝置的運動量是+S或-S。每個光補(bǔ)償裝置的形狀用下列公式(4)代表Z＝a·r4(4)這里，a是第四級非球面系數(shù)，r是標(biāo)準(zhǔn)化的光孔半徑。由光學(xué)補(bǔ)償裝置1和2產(chǎn)生的光路偏差(OPD)用下列公式(5)表示
OPD+(x，y)＝+(N-1)a·r4＝+(N-1)a·(x2+y2)2(5)當(dāng)光補(bǔ)償裝置1和2沿X軸向運動時，其運動量為+S或-S，并且θ是處于一光孔平面內(nèi)，則補(bǔ)償波前(W)用公式(6)表示W(wǎng)＝OPD+(x+s，y)+OPD-(x-s，y)＝(N-1)8·a·s·r3cosθ+(N-1)8·a·s·r·cosθ＝(第三級彗形象差)+(波前傾斜)(6)由于波前傾斜(上述公式的第二項)非常小，可予以忽略。于是補(bǔ)償波前(W)變得等于第三級彗形象差的波前，其變化與運動量S成正比。由于已補(bǔ)償?shù)腻缧蜗蟛盍亢苄?，傾斜量也很小。此外，由于該傾斜移向一圖象面，可利用一跟蹤隨動器跟隨該傾斜在光盤內(nèi)的狀況。結(jié)果，可容許忽略這個波前傾斜。從而產(chǎn)生一個與光盤歪斜導(dǎo)致的彗形象差方向相反的彗形象差，對光盤歪斜引起的彗形象差失真進(jìn)行補(bǔ)償。
下面將說明包括較高一級的彗形象差補(bǔ)償?shù)难a(bǔ)償。當(dāng)物鏡的數(shù)值孔徑NA較大時，有必要采用第五近似值來滿足補(bǔ)償要求。假設(shè)是第五級彗形象差，則波前的變化量由下式(7)確定W＝W11rcosθ+W31r3cosθ+W51r5cosθ (7)波前的輪廓用W表示，它包括傾斜。這個波前的變化量(VAR)用公式(8)確定。公式(8)根據(jù)波前的輪廓計算如下VAR=∫∫W2r drdθ∫∫rdrdθ- ［∫∫W2r drdθ∫∫rdrdθ］2=14W211+18W231+112W251+13W11W31+15W31W51+14W51W11(8)]]>對傾斜補(bǔ)償后，VAR的最小值取決于波前傾斜度(W11)的變化率。
W11＝- 2/3 W31- 1/2 W51(10)
由公式(10)得出VAR的最小值。
用公式(9)代替公式(7)中的W11。
VARmin＝ 1/72 W231+ 1/30 W31W51+ 1/48 W251(11)因此，對傾斜補(bǔ)償后，波前象差的RMS由公式(12)獲得。
RMSwvfr=172W231+130W31W51+148W251(12)]]>如果第三級彗形象差是受光補(bǔ)償裝置1和2控制的，在補(bǔ)償?shù)谌夊缧蜗蟛詈?，波前象差的RMS是由波前象差W31的極值所確定的。這個W31的極值由公式(13)計算得出 而W31的值是由公式(14)確定W31＝- 4/3 W11- 4/5 W51(14)用公式(14)代替公式(10)中的W31
W11＝ 3/10 W51(15)W31＝- 6/5 W51(16)VARmin＝ 1/1200 W251(17)RMSwvfr=11200W51(18)]]>因此，使波前象差RMS得到補(bǔ)償。如果用W31代表由光學(xué)補(bǔ)償裝置1和2產(chǎn)生的第三級彗形象差的補(bǔ)償量，則最小波前象差由公式(19)獲得W31-W31=- 6/5 W51(19)公式(19)是包括較高級彗形象差補(bǔ)償?shù)腻缧蜗蟛钛a(bǔ)償?shù)幕竟?。公?20)從公式(19)，(1)和(4)推導(dǎo)得出
W31=W31+65W51=｛t2N2-1N3NA3(1+310N2+3N2NA2) ｝θ = 8as(N-1) (20)]]>移動量S由公式(21)導(dǎo)出∴s=｛t16aN+1N3NA3(1+310N2+3N2NA2) ｝θ (21)]]>光補(bǔ)償裝置1和2以移動量S相互沿相反方向移動。
下面介紹制造光補(bǔ)償裝置的方法。根據(jù)本發(fā)明的原理實現(xiàn)的幾種制造光補(bǔ)償裝置的方法描述如下(1)非球面形如圖2所示，光補(bǔ)償裝置1和2各具有一個第四級非球面1b或2b。采用類似于一般非球面透鏡的模塑法成批生產(chǎn)這種具有第四級非球面表面的光補(bǔ)償裝置。也可對一個非球形面拋光，從而獲得具有第四級非球形面的光補(bǔ)償裝置。
(2)利用具有斜率系數(shù)(gradient-indes)的材料制造光補(bǔ)償裝置的方法具有斜率系數(shù)的材料是采用摻雜法制造的，因此它的折光指數(shù)與從中心起始的距離的平方成正比或成反比。接著，將該具有斜率系數(shù)的材料切薄，然后拋光，從而得到如圖3所示的具有斜率系數(shù)的透鏡。該透鏡具有第四級非球形表面，其折射率和厚度與光路長度的平方成正比。生產(chǎn)率可通過選擇性拋光球形表面的曲率半徑而得以提高，這種方法在生產(chǎn)中易于控制和判斷對球形表面的拋光和對非球形表面的拋光。從而得到一個具有較高精度的非球形表面。
(3)采用對半形制造光補(bǔ)償裝置的方法利用拋光或模塑制造出類似透鏡的光學(xué)器件，再采用類似于石版印刷蝕刻的程序加工工藝制成對半光學(xué)透鏡。如圖4所示，一個對半(binary)光學(xué)透鏡具有分層的臺階，它們?yōu)閺墓庠醇壈l(fā)射到玻璃表面的光束波長提供相異的光學(xué)通路。這種對半形光學(xué)透鏡直接使傳輸波前變形。
利用三次感光蝕刻可制成具有八層臺階的對半光學(xué)透鏡。利用兩次感光光刻可制成具有四層臺階的對半光學(xué)透鏡。開始時將一個透鏡大致制備成兩層，接著這兩層中的每層再分成兩層，重復(fù)這些近似程序，如圖5所示逐步增加臺階數(shù)，通過這一程序加工工藝制成的光補(bǔ)償裝置可以具有近似的第四級非球形表面。
(4)對半形光學(xué)透鏡的設(shè)計對半形光學(xué)透鏡的結(jié)構(gòu)近似于非球形表面。由于非球形表面板具有理想的性能，因此一個具有近似于非球形表面板的光學(xué)器件可獲得最佳特性。圖6示出了制造具有n層臺階的光學(xué)透鏡的過程在步驟1中，將光學(xué)透鏡進(jìn)行切削，使其具有不同的厚度，使來自光源的光束的波長在不同厚度的光路上不同(制備一個Fresnel透鏡)。
在步驟2中，將該透鏡從頂部到底部的高度等分成2n層。
在步驟3中，在K/2n(K＝1-(2n-1)奇數(shù))點處形成一層臺階。
基于這種設(shè)計原理，可使偏離非球形表面的頂點至頂點的距離(圖6中用x表示)最小化。
采用本發(fā)明制成的用于光盤的光拾取裝置展示在圖7和圖8中。光補(bǔ)償裝置1和2布置在光拾取裝置引出的平行光束的光路上。如果光補(bǔ)償裝置1和2位于會聚光束中，則這些光補(bǔ)償裝置各具有將適當(dāng)?shù)臅酃馐牡诙ㄇ隘B加到第四級非球形表面的形狀。
在光盤上產(chǎn)生的彗形象差引起其上光點形狀的變形?？墒?，這種彗形象差并不影響在光束回程上的光點。因此，光補(bǔ)償裝置1和2應(yīng)布置在光束會聚到光盤上之前的光束的光路徑上。
由激光二極管類光源3所發(fā)射的光束通過一個圖7所示的光拾取裝置的準(zhǔn)直透鏡4變換成平行光束。這個平行光束透過該光補(bǔ)償裝置1和2，之后這個平行光束入射到光束分離器5上。光補(bǔ)償裝置1和2可沿相反方向移動，并位于垂直于該光學(xué)拾取裝置的光軸的平面上。在圖7中，所配置的光補(bǔ)償裝置1朝箭頭A方向移動，光補(bǔ)償裝置2則朝箭頭B方向移動。但是，它們并不只限于朝箭頭A或B方向移動。光補(bǔ)償裝置1和2可以朝與盤歪傾方向或彗形象差方向相反的方向移動。該光束透過分光器5，方波板6和繞射光柵7，然后入射到物鏡8上，物鏡8將入射其上的平行光束聚集到光盤11的信號記錄層上。這一光束從光盤11的信號記錄層上反射。反射的光束又輻射回到物鏡8上，接著光束透過繞射光柵7和方波板6，然后照射到分光器5上。光束由分光器5的反射表面上被反射到檢測透鏡(會聚透鏡)9上。檢測透鏡將光束會聚到檢測器10上，該檢測器是類似光二極管的光檢測裝置。從光檢測器10可輸出多種信號，例如讀出信號，軌道錯誤信號和聚焦錯誤信號。
用于檢測光盤11傾斜量的傾斜檢測器12裝在如圖8所示的具有光拾取裝置的光盤記錄和/或重放設(shè)備內(nèi)。這個傾斜檢測器12包括光發(fā)射裝置和光接收裝置。光接收裝置帶有多個光接收元件。由光發(fā)射裝置發(fā)射的光束照射到光盤11上。光接收裝置接收由光盤11反射的光束。傾斜檢測器12根據(jù)光束點在光接收裝置上的位置檢測出歪斜錯誤信號。從傾斜檢測器12輸出的歪斜糾錯信號(θd)由放大器13放大K倍。放大后的信號(K·θd)傳送到比較器14中。并且從檢測光補(bǔ)償裝置1和2的位置的位置檢測器15輸出的位置檢測信號(x)也傳送給比較器14。將放大的信號(K·θd)與位置檢測信號(x)比較后得到的差信號通過一個相補(bǔ)償電路16又經(jīng)放大器17放大。放大后的信號傳送給帶有移動和控制光補(bǔ)償裝置1和2的結(jié)構(gòu)的線圈18。該線圈18使每個光補(bǔ)償裝置在垂直于提供電流的光軸的平面內(nèi)相互進(jìn)行反向運動。例如，當(dāng)光盤向平行于圖8所示頁的平面(箭頭C的方向)傾斜時，光補(bǔ)償裝置1和2分別朝箭頭A或箭頭B的方向移動。當(dāng)光盤向垂直于紙的平面方向(垂直于箭頭C)傾斜時，光補(bǔ)償裝置1和2則分別朝垂直于紙的平面的方向運動。光補(bǔ)償裝置1和2的運動方向是根據(jù)光盤11的傾斜方向而變化的。
因此，由光盤11歪斜而產(chǎn)生的彗形象差通過在光盤記錄和/或重放設(shè)備中的光補(bǔ)償裝置1和2產(chǎn)生的彗形象差得到校正。因此，保證了寫在光盤11和從光盤上讀出的信息信號沒有錯誤。
根據(jù)數(shù)據(jù)模擬，光補(bǔ)償裝置1具有非球形表面1b，光學(xué)補(bǔ)償裝置2具有非球形表面2b。非球形表面1a和2a被表示為Z＝(0.25＊10-4)r-4。當(dāng)厚度為1.2mm的光盤具有一度傾斜時，在該光學(xué)拾取裝置中進(jìn)行彗形象差補(bǔ)償?shù)哪M。非球形表面1b或2b具有凸面或凹面，它們在距光軸3.2毫米之處具有2.6μm的位移。光學(xué)拾取裝置內(nèi)的物鏡8的數(shù)值孔徑(NA)為0.6。光補(bǔ)償裝置1和2的移動距離(S)分別為+或-1。
沒有得到光補(bǔ)償裝置1和2補(bǔ)償?shù)南蟛畹那闆r示于圖9中，近似的彗形象差失真0.25λ(λ＝523nm)是在RMS波前上產(chǎn)生的。這個象差失真量大約為圖11中的繞射極限0.07λ的四倍。當(dāng)產(chǎn)生這個象差失真量時，可以從光盤11上讀出該信息信號。當(dāng)光盤11的傾斜度約為0.3時，在RMS波前上的象差約為0.07λ。因此，有必要控制光盤11的傾斜度小于0.3。此外還需控制光盤11的斜度小于0.2，以便保持RMS波前象差小于0.05λ。
當(dāng)象差通過光補(bǔ)償裝置1和2補(bǔ)償時，該象差被控制到大致小于圖10中所示的RMS波前上的失真量0.023λ(λ＝523nm)。這個失真量小于圖11所示的繞射極限0.07λ。當(dāng)然，如果光盤11的歪斜大于0.6度，也能使RMS波前象差失真保持在小于0.05λ。
當(dāng)光盤11的斜度為零時，如果物鏡8的光軸從光補(bǔ)償裝置1和2的各中心位置移開，則產(chǎn)生象散性。當(dāng)光補(bǔ)償裝置1和2的各中心位置偏移約0.2mm，如圖12所示產(chǎn)生0.035λ的象散。因此有必要控制光補(bǔ)償裝置1和2的中心位置的偏移量小于0.2mm。此外，當(dāng)減少了各光補(bǔ)償裝置1和2中心位移量時，容許光盤11有較大的傾斜。
彗形象差也可由裝在一側(cè)的驅(qū)動系統(tǒng)控制，當(dāng)兩個光學(xué)補(bǔ)償裝置1和2之一偏移瞳孔平面時，從而移動到光補(bǔ)償裝置1和2之間的相對位置上，所產(chǎn)生的彗形象差用于補(bǔ)償在光學(xué)系統(tǒng)中產(chǎn)生的彗形象差。此外，還可以將一個或兩個光補(bǔ)償裝置1和2與該光學(xué)系統(tǒng)的其他裝置組合，使組合裝置具有多種功能。在上述方法中，由于光補(bǔ)償裝置1和2朝相反方向移動，使裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜。此外，該裝置需控制和調(diào)節(jié)大負(fù)載。在這種方法中，由于僅移動一個光學(xué)補(bǔ)償裝置，使裝置結(jié)構(gòu)簡化，而且具有與上述方法類似的效果。
還有，在這種方法中，由于光補(bǔ)償裝置1和2中之一是固定的，于是這固定器件易于與該光學(xué)系統(tǒng)的其他裝置相組合。
現(xiàn)介紹裝在一側(cè)的驅(qū)動系統(tǒng)的工作原理。兩個各帶有凸形或凹形非球形表面的光補(bǔ)償裝置1和2之一在一個平面上移動，從而沿著與光盤傾斜所導(dǎo)致的彗形象差方向相反和方向產(chǎn)生一彗形象差，補(bǔ)償了由光盤傾斜所產(chǎn)生的彗形象差。
在一個光學(xué)系統(tǒng)中，第三和第五級彗形象差是與光盤的傾斜角成正比的。當(dāng)光盤傾斜角θ(rad)產(chǎn)生時，第三和第五級彗形象差系數(shù)(W31，W51)由下式確定W31=t2N2-1N3θNA3(22)W51=t8(N2-1)(N2+3)N5θNA5(23)]]>
這里，t是光盤的厚度，N是光盤底板的折射率，以及NA是物鏡的數(shù)值孔徑。由于在光盤基板上產(chǎn)生的彗形象差主要是第三級彗形象差，可采用本發(fā)明的方法補(bǔ)償這種象差失真。
但是在補(bǔ)償?shù)耐瑫r可能會產(chǎn)生象散現(xiàn)象，下面是關(guān)于象散性的說明。
當(dāng)光補(bǔ)償裝置1和2之一從圖9所示的起始位置(xo，yo)移開時，通過光孔平面上位置(x，y)的每條光束流之間的光路差是由下列公式求出的OPDwaves=a(n-1)λ［｛(x-x0)2+(y-y0)2｝2-(x2+y2)2］ =a(n-1)λ［-4 ｛x0x(x2+y2)+y0y(x2+y2) ｝+ 4(x20+y20)(x2+y2)-2(x20-y20)(x2-y2)+ 8x0y0xy ］]]>＝彗形x+彗形y+Spferical(＝散焦)+象散0+象散45(24)其中α是由第四級光孔半徑規(guī)定的非球面系數(shù)。光學(xué)補(bǔ)償裝置的折射率用n表示(空氣的折射率為1)，λ是從光源發(fā)射的光束的波長。
換言之，當(dāng)光補(bǔ)償裝置之一移動時，也能產(chǎn)生彗形象差。同時伴隨著彗形象差也產(chǎn)生象散和散焦現(xiàn)象。但是利用光拾取裝置中的定焦點隨動系統(tǒng)可消除散焦或?qū)⑵湟频阶罴褕D象平面上。此外象散是xo和yo的平方項，因此利用加大非球面系數(shù)α，可在足夠小的范圍內(nèi)控制象散性，還可利用將光補(bǔ)償裝置移動一段小距離實現(xiàn)，這個距離很小，但足以補(bǔ)償彗形象差即可。
靠移動光補(bǔ)償裝置產(chǎn)生的補(bǔ)償性彗形象差系數(shù)和象散系數(shù)之間的關(guān)系由下列公式表示象散系數(shù)＝補(bǔ)償用彗形象差系數(shù)＊(-xo/2) (25)補(bǔ)償用彗形象差量與光補(bǔ)償裝置的移動量及第四級非球面系數(shù)成正比關(guān)系。當(dāng)?shù)谒募壏乔蛐蜗禂?shù)較大時，采用小的移動量可補(bǔ)償同樣量的彗形象差。當(dāng)補(bǔ)償彗形象差系數(shù)為常數(shù)，并且光補(bǔ)償裝置的移動量很小時，象散性也變得足夠小。因此，如果將光補(bǔ)償裝置的非球形系數(shù)設(shè)計得足夠大，則幾乎可忽略象散的影響。
象散的波前變量表示如下VAR=∫∫W2r drdθ∫∫rdrdθ- ［∫∫W2r drdθ∫∫rdrdθ］2(26)]]>公式(26)計算類似于公式(27)。
RMS象散＝ 5/48 W222(27)這一結(jié)果標(biāo)注在圖10的曲線上，非球面系數(shù)是一個參數(shù)，曲線的橫座標(biāo)是光補(bǔ)償裝置的移動量，曲線的縱座標(biāo)是RMS象散。光補(bǔ)償裝置的移動量與補(bǔ)償用彗形象差的量成正比。因此當(dāng)用補(bǔ)償用彗形象差代替橫座標(biāo)的光補(bǔ)償裝置的移動量，并且將結(jié)果繪成曲線，這一曲線類似于圖10。象散性減少一半，第四非球形系數(shù)減半。當(dāng)該非球形系數(shù)足夠大時，可忽略象散。
補(bǔ)償用彗形象差的最佳量采用與上述方式類似的方法產(chǎn)生。光補(bǔ)償裝置1和2移動。補(bǔ)償?shù)谌夊缧蜗蟛頦31的最佳條件由公式(28)決定W31-W31＝- 6/5 W51(28)其中W31是補(bǔ)償用彗形象差的量。W51是第五級彗形象差的量。
W31＝W31＋ 6/5 W31＝｛ (t)/2 (N2-1)/(N3) NA3(1+ 3/10 (N2+3)/(N2) NA2)}θ=4x0A(N-1) (29)∴X0={ (t)/(8a) (N+1)/(N3) NA3(1+ 3/10 (N2+3)/(N2) NA2)}θ (30)這里一或兩個光補(bǔ)償裝置1和2沿著補(bǔ)償彗形象差的方向移動量x。
本發(fā)明的這些實施例中，光補(bǔ)償裝置位于在學(xué)源發(fā)射來的光束側(cè)的一平面上，并且位于圖7和圖8所示的另一側(cè)的非球形表面上。在本發(fā)明中，光補(bǔ)償裝置可以布置在光源入射側(cè)的平面上，和布置在另一側(cè)的非球形表面上。此外，兩個光補(bǔ)償裝置可組合為一個裝置使用。由光盤向圖8所示的箭頭C方向傾斜而產(chǎn)生的彗形象差可用這個組合補(bǔ)償裝置進(jìn)行補(bǔ)償。而由光盤向垂直于紙面的方向傾斜時產(chǎn)生的彗形象差可用其他組合裝置進(jìn)行補(bǔ)償。
至此已結(jié)合具體實施例對本發(fā)明進(jìn)行了介紹，可以看出，在上述的光學(xué)領(lǐng)域內(nèi)的普通技術(shù)人員可據(jù)此作出多種變型，改進(jìn)和修改、變換。顯然，根據(jù)本發(fā)明原理而作出的所有這些變型，改進(jìn)和變換均屬于所附權(quán)利要求書的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.光拾取裝置，包括一光源；一用于將光源發(fā)射來的光束會聚到光盤的一點上的物鏡；一用于將照射到光盤上又反射回來的來自光源的光束進(jìn)行分光的分光器；一用于檢測由光源照射的光束的所述回光的分離狀態(tài)的檢測器；和一光補(bǔ)償裝置，它具有用+αR4表示的凸非球形表面和凹非球形表面，該裝置位于所述光源發(fā)射出的光束光路上，其中R指標(biāo)準(zhǔn)化光孔半徑，α指第四級非球形系數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的光拾取裝置，其中所述光補(bǔ)償裝置包括具有用+αR4表示的凸非球形表面的第一光補(bǔ)償裝置和具有用+αR4表示的凹非球形表面的第二光補(bǔ)償裝置，所述第一和第二光補(bǔ)償裝置布置在光源發(fā)射的光束的光路上。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的光拾取裝置，進(jìn)一步包括一個驅(qū)動器，它至少驅(qū)動一個所述光補(bǔ)償裝置沿垂直于由光源發(fā)射的所述光束的光軸方向移動，用于補(bǔ)償彗形象差。
4.根據(jù)權(quán)利要求2的光拾取裝置，所述第一光補(bǔ)償裝置和所述第二光補(bǔ)償裝置布置在所述光源和所述分光器之間的光路上。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的光拾取裝置，所述第一光補(bǔ)償裝置的凸非球形表面和第二凹非球形表面位于所述發(fā)射光束的光源附近。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的光拾取裝置，所述第一光補(bǔ)償裝置比第二光補(bǔ)償裝置布置得更靠近所述光源。
7.光盤記錄和/或重放裝置，包括一光源;一用于將光源發(fā)射的光束會聚到在光軸上的光盤上的一點處的物鏡;一用于將照射到光盤上又反射回來的來自光源的光束進(jìn)行分光的分光器;一用于檢測由光源照射的光束的所述回光的分離狀態(tài)的第一檢測器;一光補(bǔ)償裝置，它具有用+αR4表示的凸非球形表面和凹非球形表面，該裝置位于所述光源發(fā)射出的光束的光路上，其中R指標(biāo)準(zhǔn)化光孔半徑，α指第四級非球形系數(shù);一用于光檢測光盤的傾斜度和產(chǎn)生具有代表性的輸出信號的第二檢測器;和一用于響應(yīng)所述輸出信號，驅(qū)動所述光補(bǔ)償裝置沿垂直于由光源發(fā)射的所述光束的光軸方向移動的驅(qū)動器。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的光拾取裝置，進(jìn)一步包括一位置檢測器，用于檢測所述光補(bǔ)償裝置沿垂直于由光源發(fā)射的所述光束的光軸方向移動的位置，并產(chǎn)生一個相應(yīng)的第二輸出信號，所述驅(qū)動器響應(yīng)這個第二輸出信號驅(qū)動該光補(bǔ)償裝置。
9.光盤記錄和/或重放裝置,包括一光源;一用于將光源發(fā)射來的的光束會聚到光盤的一點上的物鏡;一用于將照射到光盤上又反射回來的來自光源的光束進(jìn)行分光的分光器;一用于檢測由光源照射的光束的所述回光的分離狀態(tài)的第一檢測器;一第一光補(bǔ)償裝置，它具有由+αR4表示的凸非球形表面，位于由光源所發(fā)出的光束的光路上;一第二光補(bǔ)償裝置，它具有由+αR4表示的凹非球形表面，位于由光源所發(fā)出的光束的光路上;一第二檢測器，用于光學(xué)檢測光盤傾斜度;一驅(qū)動器，它根據(jù)所述第二檢測器的輸出，至少驅(qū)動一個所述光補(bǔ)償裝置沿垂直于由光源發(fā)射的所述光束的光軸方向移動，用于補(bǔ)償由于光盤傾斜而產(chǎn)生的彗形象差，其中R是標(biāo)準(zhǔn)化光孔半徑，α是第四級非球面系數(shù)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的光拾取裝置，所述第一光補(bǔ)償裝置的凸非球形表面和第二光補(bǔ)償裝置的凹非球形表面位于由光源發(fā)射的所述光束側(cè)，靠近光源。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的光拾取裝置，所述第一光補(bǔ)償裝置的凸非球形表面位于發(fā)射光束的光源附近，所述第二光補(bǔ)償裝置的凹非球形表面位于發(fā)射光束的光源附近。
12.根據(jù)權(quán)利要求9的光拾取裝置，進(jìn)一步包括一位置檢測器，用于檢測所述光補(bǔ)償裝置沿垂直于由光源發(fā)射的所述光束的光軸方向移動的位置，其中所述驅(qū)動器根據(jù)第二檢測器的輸出信號和所述位置檢測器的輸出信號操縱所述光補(bǔ)償裝置的移動。
13.補(bǔ)償彗形象差的方法，包括下述步驟將具有由+αR4表示的凸非球形表面的第一光補(bǔ)償裝置和具有由+αR4表示的凹非球形表面的第二光補(bǔ)償裝置布置在光源所發(fā)射的光束的光路上;和使所述光補(bǔ)償裝置中至少一個沿垂直于光源發(fā)出的光束的光軸的方向移動，以便補(bǔ)償由于光盤傾斜引起的彗形象差失真，其中R是標(biāo)準(zhǔn)化光孔半徑，α是第四級非球形系數(shù)。
14.根據(jù)權(quán)利要求13的補(bǔ)償彗形象差的方法，其中所述的光補(bǔ)償裝置位于發(fā)射光束的光源附近。
全文摘要
一種光拾取裝置，包括一光源，物鏡，分光器，檢測器，第一光補(bǔ)償裝置和第二光補(bǔ)償裝置。該物鏡將來自光源的入射光匯聚到光軸的一點上。分光器將入射到光盤反射回來的光源光束進(jìn)行分離。檢測器檢測出由光源發(fā)射的光束分離后的回光。第一光補(bǔ)償裝置有一由+αR
文檔編號G02B27/00GK1112706SQ9412009
公開日1995年11月29日 申請日期1994年11月18日 優(yōu)先權(quán)日1993年11月18日
發(fā)明者岡美智雄, 菅沼洋, 江口直哉 申請人:索尼公司