專利名稱：容許傾斜的物鏡系統(tǒng)的光學(xué)掃描裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于掃描光學(xué)記錄載體的光學(xué)掃描裝置，涉及適合于但不限于用作這種掃描裝置中的物鏡的一種透鏡系統(tǒng)，以及涉及用于制造這種裝置和這種系統(tǒng)的方法。
背景技術(shù)：
在光學(xué)記錄中，光學(xué)記錄載體上信息密度的增大一定伴隨用于掃描信息的較小的輻射光點。這種較小的光點通過增大物鏡系統(tǒng)的數(shù)值孔徑(NA)來實現(xiàn)，物鏡系統(tǒng)用于使掃描裝置中的輻射光束聚焦在記錄載體上。光學(xué)記錄載體的例子包括CD(壓縮盤)和DVD(數(shù)字通用盤)。
因為衍射極限，輻射光點不是一個完美的點。但是，在這種光學(xué)記錄系統(tǒng)中，光點受衍射的限制但不受像差的影響是所希望的。通常，對于波前像差，總共允許大約0.07λ(其中λ是相關(guān)輻射光束的波長)的光程差(OPD)的均方根容差，因此該系統(tǒng)是衍射限制的。以mλ表示OPD(其中0.0 01λ＝1mλ)是方便的。對于物鏡系統(tǒng)的總波前像差，根據(jù)該總?cè)莶钤试S大約30-40mλ的像差預(yù)算，其中為慧差的影響預(yù)留15mλ。記錄系統(tǒng)的其他部分和影響(例如溫度、波長誤差、其它部件的未對準)會對像差總量起作用。
許多光學(xué)記錄(和光學(xué)讀取)系統(tǒng)具有一個或多個聚焦在光學(xué)記錄載體上的附加射束光點，該光點接近用于向記錄載體寫入(或從記錄載體讀取)的中心射束光點。這些附加光點通常用于提供與掃描(例如讀取或?qū)懭?輻射光點在記錄載體上的定位有關(guān)信息。這種系統(tǒng)的一個例子是“三光點推挽式”系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有兩個輔助光點，主要讀取或?qū)懭牍恻c的每一側(cè)各有一個。這些附加光點用于確保中心光點在焦點上，并且位于載體的所需位置(例如在所需軌道上)。主光點通常設(shè)置在物鏡系統(tǒng)的光軸上，因此可以理解，形成鄰近光點的輻射束將傾斜地進入物鏡系統(tǒng)。
當組裝光學(xué)系統(tǒng)時，物鏡系統(tǒng)不僅必須正確定位，而且必須相對于光學(xué)系統(tǒng)的光軸和記錄載體正確定向(即傾斜)，以便使包括像差的影響最小，包括使慧差的影響最小。
優(yōu)選地，物鏡系統(tǒng)的光軸與光學(xué)系統(tǒng)的光軸對準(即準直輻射光束)，并垂直于記錄載體的表面。
如果入射到記錄載體的輻射束的光軸沒有垂直于記錄載體，那么當光束通過透明覆蓋層時在該光束中產(chǎn)生慧差。許多光學(xué)記錄載體不完全是平坦的，而是可能是翹曲的。因此，當輻射束掃過記錄載體的表面時，將碰到該表面的不同區(qū)域，這些區(qū)域傾斜偏離優(yōu)選的方向。為了補償由記錄載體的這些不同傾斜(例如，磁盤傾斜的范圍)而引起的慧差，已知利用傳動單元使物鏡主動地傾斜。
常規(guī)的透鏡設(shè)計限于相對較小范圍的傾斜補償。三光點推挽式系統(tǒng)特別受限，因為即使當中心掃描光束的光軸置于物鏡系統(tǒng)的光軸上時，輔助光點傾斜進入物鏡系統(tǒng)也會固有地產(chǎn)生慧差。
本發(fā)明的優(yōu)選實施方式的目的在于提供一種改進磁盤傾斜補償范圍的光學(xué)系統(tǒng)，這通過使物鏡系統(tǒng)傾斜來實現(xiàn)。
發(fā)明概述在第一方面，本發(fā)明提供一種用于掃描光學(xué)記錄載體(2)的信息層(4)的光學(xué)掃描裝置(1)，該裝置(1)包括用于產(chǎn)生輻射束(12，15，17，20)的輻射源(11)和用于將輻射束會聚在信息層上的物鏡系統(tǒng)(18)，物鏡系統(tǒng)(18)的特征在于在物鏡系統(tǒng)(18)的場中，在傾斜光束入射到該系統(tǒng)時由物鏡系統(tǒng)產(chǎn)生的光程差的(OPD的)均方根之比滿足條件OPD(A51)OPD(A31)<0.65]]>其中OPD(A31)是第三階Zernike慧差對均方根波前像差的貢獻，OPD(A51)是第五階Zernike慧差對均方根波前像差的貢獻。
在另一方面，本發(fā)明提供一種透鏡系統(tǒng)(18)，包括至少一個用于聚焦輻射束的透鏡，其特征在于在透鏡系統(tǒng)的場中，在傾斜光束入射到該系統(tǒng)時由透鏡系統(tǒng)產(chǎn)生的光程差的(OPD的)均方根之比滿足條件OPD(A51)OPD(A31)<0.65]]>
其中OPD(A31)是第三階Zernike慧差對均方根波前像差的貢獻，OPD(A51)是第五階Zernike慧差對均方根波前像差的貢獻。
在另一方面，本發(fā)明提供一種用于制造透鏡系統(tǒng)(18)的方法，該透鏡系統(tǒng)包括至少一個用于聚焦輻射束(17)的透鏡，該方法包括以下步驟將所述透鏡系統(tǒng)構(gòu)成為在透鏡系統(tǒng)的場中，在傾斜光束入射到該系統(tǒng)時由透鏡系統(tǒng)產(chǎn)生的光程差的(OPD的)均方根之比滿足條件OPD(A51)OPD(A31)<0.65]]>其中OPD(A31)是第三階Zernike慧差對均方根波前像差的貢獻，OPD(A51)是第五階Zernike慧差對均方根波前像差的貢獻。
在另一方面，本發(fā)明提供一種制造光學(xué)掃描裝置(1)的方法，該裝置用于掃描光學(xué)記錄載體(2)的信息層(4)，該方法包括以下步驟提供用于產(chǎn)生輻射束的輻射源(11)；提供用于將輻射束會聚在信息層(4)上的透鏡系統(tǒng)(18)，該透鏡系統(tǒng)(18)的特征在于在透鏡系統(tǒng)的場中，在傾斜光束入射到該系統(tǒng)時由透鏡系統(tǒng)產(chǎn)生的光程差的(OPD的)均方根之比滿足條件OPD(A51)OPD(A31)<0.65]]>其中OPD(A31)是第三階Zernike慧差對均方根波前像差的貢獻，OPD(A51)是第五階Zernike慧差對均方根波前像差的貢獻。
本發(fā)明的其它方面從從屬權(quán)利要求中顯而易見。
附圖簡述為了更好地理解本發(fā)明，并且為了示出本發(fā)明的實施方式怎樣實施，現(xiàn)在通過示例的方式，參考附圖進行說明，其中

圖1示出用于掃描光學(xué)記錄載體的裝置，該裝置包括物鏡系統(tǒng)；圖2A示出包括兩個平面-非球面元件的物鏡系統(tǒng)；圖2B示出包括單個平面-非球面元件的物鏡系統(tǒng)；圖2C示出包括雙非球面元件的物鏡系統(tǒng)；圖3圖解說明可以怎樣傾斜透鏡系統(tǒng)和/或載體；以及圖4的曲線圖示出了分別因磁盤的傾斜和常規(guī)透鏡設(shè)計的傾斜引起光束慧差導(dǎo)致的不同Zernike項產(chǎn)生的典型OPD。
優(yōu)選實施方式詳述圖1示出用于掃描光學(xué)記錄載體2的裝置1。該記錄載體包括透明層3，在透明層的一側(cè)上設(shè)置信息層4。通過保護層5保護信息層背向透明層的一側(cè)免受環(huán)境影響。面向該裝置的透明層一側(cè)稱作入射面6。透明層3通過為信息層提供機械支撐而充當記錄載體的基底。
或者，透明層可以只具有保護信息層的功能，而通過信息層的另一側(cè)上的一個層，例如通過保護層5或者通過與信息層4相連的另一個信息層和透明層來提供機械支撐。信息能夠以光學(xué)上可檢測的標記的形式存儲在記錄載體的信息層4中，這些標記基本上排列成平行、同心或螺旋形軌道，在圖中沒有示出。這些標記可以是任何光學(xué)上可讀取的形式，例如以凹點的形式，或者以反射系數(shù)和磁化方向不同于其周圍環(huán)境的區(qū)域的形式，或者這些形式的組合。
掃描裝置1包括能夠發(fā)射輻射束12的輻射源11。輻射源可以是半導(dǎo)體激光器。分束器13將發(fā)散的輻射束12朝準直透鏡14反射，該準直透鏡將發(fā)散光束12變?yōu)闇手惫馐?5。該準直光束15入射到物鏡系統(tǒng)18上。
物鏡系統(tǒng)可包括一個或多個透鏡和/或一個光柵。物鏡系統(tǒng)18具有一光軸19。物鏡系統(tǒng)18將光束17變?yōu)闀酃馐?0，入射到記錄載體2的入射面6上。該物鏡系統(tǒng)具有適合于輻射束穿過透明層3的厚度的球面像差校正。會聚光束20在信息層4上形成光點21。由信息層4反射的輻射形成發(fā)散光束22，通過物鏡系統(tǒng)18轉(zhuǎn)變?yōu)榛旧蠝手钡墓馐?3，隨后由準直透鏡14轉(zhuǎn)變?yōu)闀酃馐?4。分束器13通過向檢測系統(tǒng)25透射至少部分會聚光束24來分開前進的和反射的光束。檢測系統(tǒng)接收該輻射并將其轉(zhuǎn)變?yōu)殡娸敵鲂盘?6。信號處理器27將這些輸出信號轉(zhuǎn)變?yōu)楦鞣N其它信號。
這些信號之一是信息信號28，該信息信號的值代表從信息層4讀取的信息。該信息信號由用于誤差校正的信息處理單元29進行處理。來自信號處理器27的其它信號是聚焦誤差信號和徑向誤差信號30。聚焦誤差信號表示在光點21和信息層4之間的軸向高度差。徑向誤差信號表示在信息層4平面中在光點21和光點要跟蹤的信息層軌道的中心之間的距離。
將聚焦誤差信號和徑向誤差信號送入伺服電路31，該伺服電路將這些信號轉(zhuǎn)變?yōu)橛糜诜謩e控制聚焦傳動器和徑向傳動器的伺服控制信號32。這兩個傳動器沒有在圖中示出。聚焦傳動器控制物鏡系統(tǒng)18沿聚焦方向33的位置，由此控制光點21的實際位置，從而使其基本上與信息層4的平面重合。徑向傳動器控制物鏡18沿徑向34的位置，由此控制光點21的徑向位置，從而使其基本上與要在信息層4中跟蹤的軌道的中心線重合。圖中的軌道在與圖面垂直的方向上延伸。
圖1的裝置同樣可適合于掃描第二種類型的記錄載體，該記錄載體具有比記錄載體2更厚的透明層。該裝置可以使用輻射束12或具有不同波長的輻射束，來掃描第二種類型的記錄載體。該輻射束的NA可適合于這種類型的記錄載體。因此必須相應(yīng)地調(diào)整物鏡系統(tǒng)的球面像差補償。
應(yīng)該理解，可以用單透鏡、或者包括多個透鏡的透鏡系統(tǒng)來實現(xiàn)本發(fā)明。
例如，圖2A示出包括兩個分開的透鏡元件18A、18B的物鏡系統(tǒng)18。在該實例中，每個元件18A、18B都是平面-非球面透鏡。通過利用透鏡架18C，以相對于彼此固定的關(guān)系保持這兩個元件。
同樣地，本發(fā)明可以通過其它類型的透鏡或其它透鏡配置來實現(xiàn)，如圖2B中示出的單個平面-非球面透鏡18，或者圖2C中示出的雙非球面透鏡18。為了方便參考，針對所有的圖2A-2C顯示單個記錄介質(zhì)2。在這些圖的每一個當中，假定Y和Z軸位于紙張平面內(nèi)，X軸從紙張平面伸出。通常，透鏡的光軸垂直于記錄介質(zhì)2的表面。但是如圖3中所示，物鏡18′或者記錄介質(zhì)2′都可以通過繞X軸和/或Y軸旋轉(zhuǎn)而傾斜偏離其正常理想位置(18，2)。圖3示出透鏡和記錄介質(zhì)都繞X軸傾斜的實施例。
輻射束中存在的波前像差的量可以由像差函數(shù)Φ(ρ，θ)來表示，其中ρ，θ是球面坐標，ρ是標準化光瞳半徑，θ是角坐標。該像差函數(shù)可以依據(jù)Zernike多項式來表示。Zernike函數(shù)例如記載在由MaxBorn&Emil Wolf撰寫的公知參考書“光學(xué)原理(Principals ofOptics)”中。則波前像差函數(shù)Φ(ρ，θ)表示為
Φ(ρ,θ)=A00+12Σn=2∞An0Rn0(ρ)+Σn=1∞Σm=1∞AnmRnm(ρ)cosmθ]]>其中Anm是Zernike系數(shù)，Rnm(ρ)是徑向多項式(參見“Principalsof Optics”，by University Press，Cambridge，reprinted withcorrections)。與第三階Zernike慧差對應(yīng)的展開項由下式給出Φ31(ρ，θ)＝A31(3ρ3-2ρ)cosθ與第五階Zernike慧差對應(yīng)的展開項由下式給出Φ51(ρ，θ)＝A51(10ρ5-12ρ3+3ρ)cosθ波前像差OPD的均方根由下式定義OPD=(∫01∫02πΦ(ρ,θ)2ρdρdθ-∫01∫02π(Φ(ρ,θ)ρdρdθ)2∫01∫02πρdρdθ)1/2]]>則第三階Zernike慧差OPD(A31)對均方根波前像差的貢獻由下式給出OPD(A31)=(∫01∫02πΦ31(ρ,θ)2ρdρdθ-(∫01∫02πΦ31(ρ,θ)ρdρdθ)2∫01∫02πρdρdθ)1/2]]>第五階Zernike慧差OPD(A51)的貢獻由下式給出OPD(A51)=(∫01∫02πΦ51(ρ,θ)2ρdρdθ-(∫01∫02πΦ51(ρ,θ)ρdρdθ)2∫01∫02πρdρdθ)1/2]]>對常規(guī)的物鏡進行設(shè)計，以便具有合理的視場性能。這意味著對任何傾斜光束入射盡可能多地抑制了最低階慧差的產(chǎn)生。
本發(fā)明的發(fā)明人已經(jīng)意識到由于抑制了最低階慧差，透鏡系統(tǒng)的最大容許視場角基本上受高階慧差項的限制。
由于光束不對稱地通過覆蓋層，因此在進入傾斜磁盤的光束中出現(xiàn)慧差。產(chǎn)生相對大量的最低階慧差和僅僅少量的高階慧差。因此，當通過使磁盤傾斜來補償物鏡的傾斜未對準時，因為高階慧差項不能明顯地彼此抵消，因此僅僅可以允許物鏡的適度傾斜未對準。
圖4的曲線圖示出分別對于磁盤(即記錄載體)的不同傾斜量和常規(guī)的物鏡系統(tǒng)由不同的A31和A51 Zernike項所產(chǎn)生的慧差量。認為磁盤和物鏡的傾斜角與理想化的方向偏離高達1°。在該傾斜范圍內(nèi)，相對于A31和A51 Zernike項的每一個而產(chǎn)生的均方根光程差基本上與傾斜量成比例(即，線性)。
如能夠看到的，對于典型磁盤傾斜1°的情況，A31項提供大約135mλ的OPD，A51項提供大約7.5mλ的OPD。與此相反，由于抑制了最低階慧差，物鏡系統(tǒng)傾斜1°時，來自A31項的OPD＝12.6mλ，來自A51項的OPD＝44.2mλ，即，A31的貢獻小于A51的貢獻。
如果我們假定磁盤傾斜大約0.1°，那么來自A31項的OPD＝13.5mλ，來自A51項的OPD＝0.75mλ。如果使物鏡系統(tǒng)傾斜以補償由A31項產(chǎn)生的OPD，即從透鏡系統(tǒng)的傾斜提供13.5mλ的OPD，那么可以理解，該系統(tǒng)必須被傾斜超過1°。這種傾斜將產(chǎn)生由正交A51項引起的相對大量的OPD，(對于物鏡系統(tǒng)來說，傾斜1°時該OPD為44.2mλ)，其大大超過了來自磁盤A51項的OPD。因此可以理解，不能使常規(guī)的物鏡系統(tǒng)傾斜來同時補償由A31項磁盤傾斜而產(chǎn)生的慧差以及由A51項磁盤傾斜而產(chǎn)生的慧差。
為了獲得容忍度更高的系統(tǒng)，本發(fā)明的發(fā)明人建議以如下這種方式設(shè)計物鏡，所述方式為作為傾斜光束入射的函數(shù)的、高階慧差與第三階慧差的比基本上與磁盤傾斜時產(chǎn)生的相等。
因此，當光束傾斜入射到物鏡時，相對于高階慧差產(chǎn)生相當大量的最低階慧差。特別是，為了容許物鏡的傾斜未對準，在透鏡系統(tǒng)的場中，在傾斜入射時由物鏡產(chǎn)生的第三階慧差OPD(A31)和第五階慧差OPD(A31)的OPDrms(OPD均方根)的量必須遵守下面的關(guān)系OPD(A51)OPD(A31)<0.65---(1)]]>
Zernike系數(shù)A31和A51的符號相同。透鏡系統(tǒng)的場是其中傾斜光束產(chǎn)生小于15mλ的OPD的區(qū)域。透鏡系統(tǒng)的視場是該場的兩倍。
當滿足下面的條件時得到甚至更好的補償OPD(A51)OPD(A31)<0.4---(2)]]>其中Zernike系數(shù)A31和A51的符號相同。
現(xiàn)在參考各個常規(guī)物鏡設(shè)計來描述本發(fā)明的各個實施方式。
實例1通過利用傾斜傳動器原理，根據(jù)本發(fā)明實施方式的物鏡系統(tǒng)也可以用于補償磁盤傾斜(例如在可重寫DVD驅(qū)動器中)。為了能夠明顯補償磁盤的翹曲，必須通過由于使物鏡傾斜(因此由于傾斜入射到物鏡中而產(chǎn)生)所產(chǎn)生的慧差和高階慧差來分別充分地補償因磁盤傾斜所產(chǎn)生的低階慧差OPD(A31)和高階慧差OPD(A51)。為了獲得有效的補償，必須滿足關(guān)系(1)，或者甚至更好的是滿足關(guān)系(2)。
根據(jù)第一常規(guī)設(shè)計，圖1中的物鏡18是平面-非球面元件。物鏡18工作在波長λ＝660nm時具有0.65的數(shù)值孔徑和3.58mm的入射光瞳直徑。物鏡18具有沿光軸2.150mm的厚度。物鏡的透鏡體由折射率為n＝1.768的S-LAH66 OHARA玻璃(如由加州的公司OHARA公司生產(chǎn))制成。在使用時對著準直透鏡的該透鏡體的凸面具有2.32mm的半徑。在使用時面向記錄載體的物鏡表面是平坦的。非球面形狀在玻璃體之上的UV硬化丙烯酸清漆(例如，如US4,623,496中描述的)的薄層中實現(xiàn)。該漆具有n＝1.564的折射率。該層沿光軸的厚度是30微米。旋轉(zhuǎn)對稱非球面形狀由以下方程式給出z(r)=Σi=15B2ir2i]]>其中z是用毫米表示的該表面在光軸方向上的位置，r是用毫米表示的與光軸的距離，BK是r的第k次冪的系數(shù)。系數(shù)B2至B10的值分別是0.24451798，0.0053871439，-8.024400210-5，-2.464642210-5，-1.1188561 10-5。自由工作距離(在物鏡18和磁盤之間的距離)是1.160mm。磁盤的覆蓋層具有0.6mm的厚度，以及n＝1.580的折射率。
當在這種系統(tǒng)中只傾斜磁盤時，得出第五階慧差和第三階慧差的OPD rms是OPD(A51)OPD(A31)=0.068---(3)]]>其中對于1度的傾斜，得出第三階慧差量為133mλ。
當遵循上述常規(guī)設(shè)計方法時，對于傾斜光束入射來說，得出第五階慧差和第三階慧差的比例OPD rms為OPD(A51)OPD(A31)=3.51---(4)]]>其中對于1度的場，得出第三階慧差量為12.6mλ。因為(3)和(4)之間的明顯差別，因此當磁盤具有傾斜未對準時通過使物鏡傾斜不能明顯抵消高階慧差。采用15mλ作為極限，在標稱配置中，視場公差(即兩倍于該場)給出為0.64度。換句話說，當磁盤不傾斜時，傾斜光束可以通過透鏡并得到OPD＜15mλ的最大視場角是0.64度。
在這種情況下，可以通過使物鏡傾斜進行補償?shù)淖畲蟠疟P傾斜是0.39度的磁盤傾斜(即，使磁盤相對于準直輻射束的光軸傾斜0.39°的角度)。
在這種情況下，由于(4)的值高，容許的磁盤傾斜接近物鏡的容許場(＝0.5倍的視場)。
因此，在這里，透鏡表面保持幾乎與磁盤平行以得到對磁盤傾斜的補償，而當補償磁盤傾斜時，透鏡表面一般與該磁盤成一定角度。
在本發(fā)明的該第一實施方式中，圖1中的物鏡18是平面-非球面元件。物鏡18在工作波長λ＝660nm時具有0.65的數(shù)值孔徑和3.58mm的入射光瞳直徑。物鏡18具有沿光軸1.843mm的厚度。物鏡的透鏡體由折射率n＝1.768的S-LAH66 OHARA玻璃制成。在使用時對著準直透鏡的透鏡體的凸面具有2.32mm的半徑。在使用時面向記錄載體的物鏡表面是平坦的。非球面形狀在玻璃體之上的UV硬化丙烯酸清漆的薄層中實現(xiàn)。該漆具有n＝1.564的折射率。該層在光軸上的厚度是33微米。旋轉(zhuǎn)對稱非球面形狀由以下方程式給出z(r)=Σi=15B2ir2i]]>z是用毫米表示的該表面在光軸方向上的位置，r是用毫米表示的與光軸的距離，BK是r的第k次冪的系數(shù)。系數(shù)B2至B10的值分別是0.24672704，0.0051164884，-1.2805998 10-4，-4.1024615 10-5，-9.0856931 10-6。自由工作距離(在物鏡10和該磁盤之間的距離)是1.316mm。磁盤的覆蓋層具有0.6mm的厚度，以及n＝1.580的折射率。
當遵循上述第一實施方式的設(shè)計時，對于傾斜光束入射來說，得出第五階慧差和第三階慧差的比例OPD rms為OPD(A51)OPD(A31)=0.61---(5)]]>其中對于1度的傾斜，得出第三階慧差量為75.8mλ。注意，(5)現(xiàn)在更接近于(3)，表示高階影響基本上互相補償。采用15mλ作為極限，則我們發(fā)現(xiàn)，能夠通過使物鏡傾斜進行補償?shù)娜菰S的磁盤傾斜是0.55度，同時視場公差給出為0.34度?，F(xiàn)在容許的磁盤傾斜提高了40％。
實例2在本發(fā)明的第二實施方式中，圖1中的物鏡18是雙非球面元件。物鏡18在工作波長λ＝660nm時具有0.65的數(shù)值孔徑和3.58mm的入射光瞳直徑。物鏡18具有沿光軸2.614mm的厚度。物鏡的透鏡體由折射率n＝1.530的COC塑料制成。前和后表面的每一個都具有旋轉(zhuǎn)對稱的非球面形狀，該形狀由以下方程式給出z(r)=Σi=15B2ir2i]]>z是用毫米表示的該表面在光軸方向上的位置，r是用毫米表示的與光軸的距離，BK是r的第k次冪的系數(shù)。用于前表面(即在使用中面向磁盤的表面)的系數(shù)B2至B16的值分別是0.27449755，0.010768742，-0.0014658405，0.0026677659，-0.0021173668，0.00094500757，-0.00021921749，2.0032412e-005。
用于后表面(即在使用時面向準直透鏡的表面)的系數(shù)B2至B16的值分別是-0.13747401，0.067465541，-0.0550585，0.04365398，-0.021116527，0.00040009845，0.0038992694，-0.0010731055。
自由工作距離(在物鏡10和磁盤之間的距離)是1.000mm。磁盤的覆蓋層具有0.6mm的厚度，以及n＝1.580的折射率。
當僅僅使磁盤傾斜時，得出第五階慧差和第三階慧差的比例OPDrms為OPD(A51)OPD(A31)=0.068---(6)]]>其中對于1度的傾斜，得出第三階慧差量為133mλ。對于傾斜光束入射到物鏡中來說，第五階慧差和第三階慧差的比例OPD rms為OPD(A51)OPD(A31)=0.359---(7)]]>其中對于1度的傾斜，得出第三階慧差量為29.53mλ。采用15mλ作為極限，則我們發(fā)現(xiàn)，容許的磁盤傾斜是1.0度，同時在標稱配置中，視場公差給出為0.9度。現(xiàn)在容許的磁盤傾斜與實例1中描述的第一常規(guī)設(shè)計透鏡相比增長了256％。
實例3光學(xué)系統(tǒng)的總尺寸正在日趨減小。隨著記錄密度的增大，這需要精確的裝配幾何約束，特別是關(guān)于物鏡的定向。在組裝過程中精確定向小物鏡是非常困難的。
防止組裝過程中不正確地定向物鏡(即傾斜)的問題發(fā)生的一種方式是顧及物鏡的傾斜未對準，并且通過使磁盤傾斜來補償這種未對準。這種通過使磁盤傾斜的補償可以在光學(xué)拾取單元的組裝過程中進行(即，通過在組裝過程中使磁盤電動機傾斜，該電動機的方向確定磁盤的方向)。
根據(jù)第三實施方式的設(shè)計，圖1中的物鏡18包括兩個元件。每個元件都是平面-非球面的。物鏡18工作在波長λ＝405nm時具有0.85的數(shù)值孔徑和1.0mm的入射光瞳直徑。兩個元件都由折射率n＝1.550的COC(環(huán)烯烴共聚物)制成。物鏡18面向激光器的第一元件具有沿光軸0.40mm的厚度，而面向磁盤的第二元件是0.527mm厚。在光軸上兩個元件之間的距離是0.075mm。第一元件的第一表面的旋轉(zhuǎn)對稱非球面形狀由以下方程式給出z(r)=Σi=18B2ir2i]]>
z是用毫米表示的該表面在光軸方向上的位置，r是用毫米表示的與光軸的距離，BK是r的第k次冪的系數(shù)。系數(shù)B2至B16的值分別是0.52915187，-2.6064464，59.745801，-728.17842，5097.5432，-20502.8，44013.121，-39077.168。
第二元件的第一表面的旋轉(zhuǎn)對稱非球面形狀由以下方程式給出z(r)=cr21+1-c2r2+Σi=18D2i(rr0)2i]]>其中z是用毫米表示的該表面在光軸方向上的位置，r是用毫米表示的與光軸的距離，c是表面的曲率，r0是標準化半徑，DK是r的第k次冪的系數(shù)。c的值是2.506mm-1，而r0是0.5mm。系數(shù)D2至D16的值分別是0.3376384，-2.484319，8.0824648，-7.2616424，-24.092634，64.606397，-46.405224。自由工作距離，即在物鏡18和該磁盤之間的距離是0.075mm。磁盤的覆蓋層具有0.1mm的厚度，以及n＝1.622的折射率。
當在這種系統(tǒng)中僅僅使磁盤傾斜時，得出第五階慧差和第三階慧差的OPD rms為OPD(A51)OPD(A31)=0.078---(8)]]>其中對于1度的傾斜，得出第三階慧差的量為108.5mλ。
當遵循上述第三實施方式的設(shè)計方法之后，對于傾斜光束入射來說，得出第五階慧差和第三階慧差的比例OPD rms為OPD(A51)OPD(A31)=0.578---(9)]]>其中對于1度的場，得出第三階慧差量為66.1mλ。當物鏡具有傾斜未對準時，因為(8)和(9)之間的明顯差別，因此可以通過使磁盤傾斜(滿足條件(1))來適度地抵消高階慧差。采用15mλ作為像差極限，則我們發(fā)現(xiàn)，容許的物鏡傾斜未對準是0.45度，同時視場公差給出為0.4度。
類似地，在本發(fā)明的第四實施方式，圖1中的物鏡18包括兩個元件。每個元件都是平面-非球面的。物鏡18工作在波長λ＝405nm時具有0.85的數(shù)值孔徑和1.0mm的入射光瞳直徑。兩個元件都由折射率n＝1.550的COC制成。物鏡18面向激光器的第一元件具有沿光軸0.40mm的厚度，而面向磁盤的第二元件是0.444mm厚。在光軸上兩個元件之間的距離是0.075mm。第一元件的第一表面的旋轉(zhuǎn)對稱非球面形狀由以下方程式給出z(r)=Σi=18B2ir2i]]>z是用毫米表示的該表面在光軸方向上的位置，r是用毫米表示的與光軸的距離，BK是r的第k次冪的系數(shù)。系數(shù)B2至B16的值分別是0.67904917，-0.73827467，22.022311，-296.67572，2236.389，-9564.7477，21643.036，-20152.291。第二元件的第一表面的旋轉(zhuǎn)對稱非球面形狀由以下方程式給出z(r)=cr21+1-c2r2+Σi=18D2i(rr0)2i]]>z是用毫米表示的該表面在光軸方向上的位置，r是用毫米表示的與光軸的距離，c是該表面的曲率，r0是標準化半徑，DK是r的第k次冪的系數(shù)。c的值是2.480mm-1，而r0是0.5mm。系數(shù)D2至D16的值分別是0.20750918，-2.667102，16.934987，-61.236377，124.45225，-133.28039，57.151524。自由工作距離(在物鏡10和磁盤之間的距離)是0.075mm。磁盤的覆蓋層具有0.1mm的厚度，以及n＝1.622的折射率。
當遵循上述第四實施方式的設(shè)計時，對于傾斜光束入射來說，得出第五階慧差和第三階慧差的比例OPD rms為OPD(A51)OPD(A31)=0.207---(10)]]>其中對于1度的場，得出第三階慧差量為142.7mλ。注意，(10)現(xiàn)在更接近于(8)，表示高階影響基本上互相補償。采用15mλ作為極限，則我們發(fā)現(xiàn)，容許的物鏡傾斜未對準是0.8度，同時視場公差給出為0.2度。現(xiàn)在容許的傾斜未對準幾乎提高到2倍。
應(yīng)該理解，本發(fā)明的不同實施方式對于各種透鏡系統(tǒng)都適用。優(yōu)選地，對于數(shù)值孔徑大于0.7的透鏡系統(tǒng)使用上述實施方式。優(yōu)選地，根據(jù)各實施方式的透鏡系統(tǒng)具有小于2mm的入射光瞳直徑，甚至更優(yōu)選地，小于1.5mm。優(yōu)選地，各個實施方式結(jié)合波長小于600nm的輻射束一起使用，包括波長大約為405nm的光束。
鑒于上述實例，應(yīng)該理解，本發(fā)明的實施方式可以用于改進光學(xué)系統(tǒng)(如小的光學(xué)驅(qū)動器)的組裝，或者在使用傾斜傳動器(例如在可重寫DVD驅(qū)動器中)時允許磁盤傾斜補償。
權(quán)利要求
1.一種用于掃描光學(xué)記錄載體(2)的信息層(4)的光學(xué)掃描裝置(1)，該裝置(1)包括用于產(chǎn)生輻射束(12，15，17，20)的輻射源(11)和用于將輻射束會聚在信息層上的物鏡系統(tǒng)(18)，物鏡系統(tǒng)(18)的特征在于在物鏡系統(tǒng)(18)的場中，在傾斜光束入射到該系統(tǒng)時由物鏡系統(tǒng)產(chǎn)生的光程差的(OPD的)均方根之比滿足條件OPD(A51)OPD(A31)<0.65]]>其中OPD(A31)是第三階Zernike慧差對均方根波前像差的影響，OPD(A51)是第五階Zernike慧差對均方根波前像差的影響。
2.如權(quán)利要求1的裝置(1)，其中OPD(A31)和OPD(A51)的值滿足條件OPD(A51)OPD(A31)<0.4.]]>
3.如權(quán)利要求1的裝置(1)，該裝置進一步包括用于將來自信息層的輻射轉(zhuǎn)變?yōu)樾畔⑿盘柕臋z測系統(tǒng)(25，27)，和用于信息信號的誤差校正的信息處理單元(29)。
4.如權(quán)利要求1的裝置(1)，進一步包括傳動單元，該傳動單元設(shè)置為使物鏡系統(tǒng)(18)和光學(xué)記錄載體(2)中至少一個傾斜。
5.一種透鏡系統(tǒng)(18)，包括至少一個用于聚焦輻射束的透鏡，其特征在于在透鏡系統(tǒng)的場中，在傾斜光束入射到該系統(tǒng)時由透鏡系統(tǒng)產(chǎn)生的光程差的(OPD的)均方根之比滿足條件OPD(A51)OPD(A31)<0.65]]>其中OPD(A31)是第三階Zernike慧差對均方根波前像差的貢獻，OPD(A51)是第五階Zernike慧差對均方根波前像差的貢獻。
6.如權(quán)利要求5的透鏡系統(tǒng)(18)，其中所述系統(tǒng)是物鏡系統(tǒng)。
7.如權(quán)利要求5的透鏡系統(tǒng)(18)，該系統(tǒng)包括至少第一和第二透鏡。
8.一種用于制造透鏡系統(tǒng)(18)的方法，該透鏡系統(tǒng)包括至少一個用于聚焦輻射束(17)的透鏡，該方法包括以下步驟將所述透鏡系統(tǒng)構(gòu)成為在透鏡系統(tǒng)的場中，在傾斜光束入射到該系統(tǒng)時由透鏡系統(tǒng)產(chǎn)生的光程差的(OPD的)均方根之比滿足條件OPD(A51)OPD(A31)<0.65]]>其中OPD(A31)是第三階Zernike慧差對均方根波前像差的貢獻，OPD(A51)是第五階Zernike慧差對均方根波前像差的貢獻。
9.如權(quán)利要求8的方法，該方法進一步包括設(shè)計透鏡系統(tǒng)(18)以滿足所述條件的步驟。
10.一種制造光學(xué)掃描裝置(1)的方法，該裝置用于掃描光學(xué)記錄載體(2)的信息層(4)，該方法包括以下步驟提供用于產(chǎn)生輻射束的輻射源(11)；提供用于將輻射束會聚在信息層(4)的透鏡系統(tǒng)(18)，該透鏡系統(tǒng)(18)的特征在于在透鏡系統(tǒng)的場中，在傾斜光束入射到該系統(tǒng)時由透鏡系統(tǒng)產(chǎn)生的光程差的(OPD的)均方根之比滿足條件OPD(A51)OPD(A31)<0.65]]>其中OPD(A31)是第三階Zernike慧差對均方根波前像差的貢獻，OPD(A51)是第五階Zernike慧差對均方根波前像差的貢獻。
11.如權(quán)利要求10的方法，進一步包括以下步驟提供一個用于保持記錄載體(2)與透鏡系統(tǒng)(18)成一個預(yù)定角度的單元，該預(yù)定角度使得由于記錄載體的影響在光束中產(chǎn)生的慧差至少部分地補償在通過透鏡系統(tǒng)的光束中產(chǎn)生的慧差。
全文摘要
一種用于掃描光學(xué)記錄載體(2)的信息層(4)的光學(xué)掃描裝置(1)，該裝置(1)包括用于產(chǎn)生輻射束(12)的輻射源(11)和用于將輻射束(12)會聚在信息層上的物鏡系統(tǒng)(18)，物鏡系統(tǒng)(18)的特征在于在物鏡系統(tǒng)(18)的場中，在傾斜光束入射到該系統(tǒng)時由物鏡系統(tǒng)產(chǎn)生的光程差的(OPD的)均方根之比滿足公式(I)的條件，其中OPD(A31)是第三階Zernike慧差對均方根波前像差的貢獻，OPD(A51)是第五階Zernike慧差對均方根波前像差的貢獻。
文檔編號G11B7/135GK1662972SQ03814680
公開日2005年8月31日 申請日期2003年6月23日 優(yōu)先權(quán)日2002年6月25日
發(fā)明者B·H·W·亨里克斯, M·A·J·范阿斯, T·W·圖克 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司