專利名稱：光學掃描設備的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種用于掃描多層信息載體的光學掃描設備。
本發(fā)明特別涉及一種用于從光盤讀取數(shù)據(jù)和/或向光盤記錄數(shù)據(jù)的光盤設備，所述光盤例如藍光盤(Blu-Ray Disc)(BD)播放器和/或記錄器。
背景技術：
具有許多信息層的信息載體得到廣泛應用。例如，一些DVD(DVD代表數(shù)字通用盤)包括能夠用輻射束掃描的第一和第二信息層，以便從這些信息層中之一讀取或向其記錄。表達方式“掃描”表示從信息層讀取數(shù)據(jù)或向信息層寫數(shù)據(jù)。
用于這種雙層DVD的光學掃描設備包括用于產(chǎn)生發(fā)散的輻射束的輻射源、用于將該發(fā)散光束變?yōu)槠叫泄馐臏手逼?，以及用于將所述平行光束聚焦在兩個信息層中之一的物鏡。該光學掃描設備包括用于軸向地移動物鏡以便將該平行光束聚焦在所需信息層上的致動器。
當移動該物鏡以便從第一信息層跳到第二信息層時，產(chǎn)生一定量的球面像差。但是，在DVD的情況下，這種數(shù)量的球面像差相對較少，因為該輻射束的數(shù)值孔徑相對較小，且波長相對較大。球面像差的數(shù)量實際上在該光學掃描設備的公差內(nèi)，因此不需要進行球面像差校正。因此，當從一個信息層跳到另一個時，僅僅需要重新聚焦。
現(xiàn)在，為了增大信息層的容量，已經(jīng)設計出了新一代的光盤系統(tǒng)，其利用較大的數(shù)值孔徑，和該輻射束的較小波長。例如，BD播放器和/或記錄器利用數(shù)值孔徑為0.85的物鏡和波長為405納米的輻射束。因此，當從一層跳到另一層時產(chǎn)生的球面像差量比DVD播放器多。實際上，球面像差量與數(shù)值孔徑的四次冪成比例，這意味著，數(shù)值孔徑少量增加導致球面像差數(shù)量的大量增加。典型的是，對于雙層BD，在從一層跳到另一層時產(chǎn)生的球面像差量約為250ml rms，這在該光學掃描設備的公差之外。因此，需要校正從一層跳到另一層時產(chǎn)生的球面像差。
校正從第一信息層跳到第二信息層時產(chǎn)生的球面像差的方法在于對物鏡進行設計，從而當平行入射光聚焦在第一信息層時，即當使用無窮遠共軛時，不產(chǎn)生球面像差。當跳到第二信息層時，改變該入射光的聚散度，即使用無限共軛(infinite conjugate)。例如，會聚的入射光束聚焦在所述第二信息層上。將物鏡設計為明顯遵守正弦條件，以便具有相當大的視場。已經(jīng)知道遵守正弦條件設計的透鏡在與設計情況相比共軛距離改變時產(chǎn)生球面像差。這在由M.Born和E.Wolf所撰寫并于1993年在Oxford的Pergamon出版社出版的“光學原理(Principles of Optics)”第166-169頁中作出了說明。因此，通過改變共軛距離，即改變該入射光的聚散度，可產(chǎn)生球面像差，其補償在從一層跳到另一層時產(chǎn)生的球面像差。
但是，由于信息載體的螺旋的偏心，在掃描過程中，物鏡不得不從其中心位置移開，也就是說，在掃描過程中物鏡出現(xiàn)離心?，F(xiàn)在，當有限共軛(finite conjugate)用于掃描第二信息層時，物鏡對離心敏感。入射光束的聚散度越高，則對離心越敏感。因此，限制了如上所述的光學掃描設備中物鏡可能的離心，并且這種光學掃描設備不能掃描存在螺旋的相對較高偏心的信息載體。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種對物鏡的離心不太敏感的光學掃描設備。
為此，本發(fā)明提出一種用于在第一種模式下掃描信息載體的第一信息層并且在第二模式下掃描所述信息載體的第二信息層的光學掃描設備，所述光學掃描設備包括用于產(chǎn)生輻射束的輻射源、用于將入射光束聚焦在信息層上的物鏡系統(tǒng)，以及設置在該輻射源和該物鏡系統(tǒng)之間的光學元件，該光學元件用于將所述輻射束在第一模式下變?yōu)榘l(fā)散的入射光束，并在第二模式下變?yōu)闀鄣娜肷涔馐?br> 根據(jù)本發(fā)明，有限共軛用于掃描該第一和第二信息層。這意味著，為了將平行入射光束無球面像差地聚焦在位于第一和第二信息層之間的某一平面上而設計該物鏡。這樣，發(fā)散的入射光束用于補償在掃描第一信息層的過程中產(chǎn)生的球面像差，會聚的入射光束用于補償在掃描第二信息層的過程中產(chǎn)生的球面像差。當從第一信息層跳到第二信息層時產(chǎn)生的球面像差量與現(xiàn)有技術中產(chǎn)生的球面像差量相同，因此，與在現(xiàn)有技術中所用的用于掃描第二信息層的會聚光束的聚散度相比，該發(fā)散和會聚的入射光束的聚散度降低。這是因為，當掃描第一信息層時，補償了該球面像差的一部分，并且當掃描第二信息層時，補償了其他部分，而在現(xiàn)有技術的光學掃描設備中，當掃描第二信息層時補償所有的球面像差。
當掃描第一和第二信息層時，依照本發(fā)明的光學掃描設備對離心敏感。但是，與現(xiàn)有技術的光學掃描設備相比敏感程度降低，因為發(fā)散和會聚光束的聚散度降低。
在優(yōu)選實施例中，為了將平行入射光束無球面像差地聚焦在第一和第二信息層之間的與該第一和第二信息層基本上等距離的平面上而設計該物鏡系統(tǒng)。根據(jù)該優(yōu)選實施例，在掃描第一信息層的過程中，補償了與在掃描第二信息層的過程中從第一信息層跳到第二信息層時產(chǎn)生的球面像差的同一部分。因此，會聚和發(fā)散光束的聚散度基本上相等，在掃描第一信息層的過程中的離心公差與在掃描第二信息層的過程中的離心公差基本上相等。這允許在掃描兩個信息層的過程中獲得相對較高的離心公差。
在有利的實施例中，該光學元件是準直器。用在常規(guī)光學掃描設備中的該準直器用于將輻射束變?yōu)闀刍虬l(fā)散的入射光束。因此，常規(guī)的光學掃描設備可用于實現(xiàn)本發(fā)明，其適合于編程為按照操作模式移動該準直器。
在另一個優(yōu)選實施例中，該光學掃描設備進一步適于在第三種模式下掃描位于第一和第二信息層之間的所述信息載體的第三信息層，該光學元件適于在所述第三模式下將輻射束變?yōu)槠叫腥肷涔馐＿@種光學掃描設備非常適于掃描包括奇數(shù)個信息層的信息載體。
在另一個有利的實施例中，該光學掃描設備包括用于提供對球面像差進行測量的裝置，和用于根據(jù)所述測量控制該光學元件的裝置。這提供了對球面像差的更精確的補償。
本發(fā)明的這些和其他方面將從參照下文描述的實施例而顯而易見，并且進行解釋。


現(xiàn)在通過例子的方式，參照附圖更詳細地描述本發(fā)明，在附圖中圖1示出在第一模式下的依照本發(fā)明的光學掃描設備；圖2示出在第二模式下圖1的光學掃描設備；
圖3示出在第一模式下的依照本發(fā)明的另一種光學掃描設備；圖4a到4c示出用于掃描包括三個信息層的信息載體的物鏡系統(tǒng)；圖5a到5d示出用于掃描包括四個信息層的信息載體的物鏡系統(tǒng)。
具體實施例方式
圖1和2中示出依照本發(fā)明的光學掃描設備。這種光學掃描設備包括用于產(chǎn)生輻射束102的輻射源101、準直器103、分束器104、伺服控制物鏡105、檢測裝置106、測量裝置107和控制器108。該光學掃描設備用來掃描信息載體110。該信息載體110包括第一信息層111和第二信息層112。該光學掃描設備進一步包括用于容納信息載體110的轉(zhuǎn)盤120。
在掃描操作過程中，該掃描操作可以是寫操作或讀操作，準直器103和物鏡105使輻射束102變換，如下文詳細描述的。獲得最后得到的光束，由該最后得到的光束來掃描信息載體110。檢測聚焦誤差信號，其數(shù)量對應于該最后得到的光束在該信息層上的定位誤差?？梢允褂迷摼劢拐`差信號來校正物鏡105的軸向位置。將信號發(fā)送到控制器108，其驅(qū)動致動器以便軸向移動物鏡105。
檢測裝置106來檢測該聚焦誤差信號和寫在該信息層上的數(shù)據(jù)。信息載體110反射的輻射束通過分束器104到達檢測裝置106。
應該注意，在另一個實施例中，能夠以透射的方式由第二物鏡和第二檢測裝置來檢測與寫在信息載體110中的信息相對應的信號，與該信息層110相比，該第二物鏡和第二檢測裝置放置在與物鏡105相對的位置。
還應該注意，在另一個實施例中，信息載體110可具有在該整個載體背面的反射鏡，該反射鏡將透過第一和第二信息層111和112的光束反射。在這種情況下，如圖1和2中所示的光學掃描設備可用于讀取該數(shù)據(jù)。
圖1表示在第一種模式下的依照本發(fā)明的光學掃描設備，圖2表示在第二種模式下的依照本發(fā)明的光學掃描設備。準直器103是放置在輻射源101和物鏡105之間的光學元件。在第一種模式下，準直器103將輻射束102變?yōu)榘l(fā)散的入射光束，該輻射束到達物鏡105。在第二種模式下，準直器103將輻射束102變?yōu)闀鄣娜肷涔馐．斣摐手逼髟谳椛湓?01位于其焦點位置時，準直器103將輻射束102變?yōu)槠叫腥肷涔馐榱双@得發(fā)散的入射光束，與所述位置相比，朝輻射源102移動該準直器103。為了獲得會聚的入射光束，與所述位置相比，向遠離該輻射源102的方向移動該準直器103。通過致動器來控制準直器103的位置，該致動器由控制器108來控制?？刂破?08是多功能控制器，其能夠獨立地控制用于移動物鏡105的致動器和用于移動準直器103的致動器。根據(jù)掃描模式，控制器108控制準直器103的位置。換句話說，當掃描第一信息層時，將準直器103放置于圖1中表示的位置，當掃描第二信息層時，將準直器103放置于圖2中表示的位置。
按照下面這種方式來設計物鏡105，即當物鏡將平行入射光束聚焦在位于信息載體110的第一和第二信息層之間的某一平面上時，不產(chǎn)生球面像差。因此，如果用平行入射光束掃描第一信息層111，那么將產(chǎn)生球面像差。通過改變在掃描第一信息層111的過程中的共軛距離，即采用發(fā)散的入射光束，物鏡105產(chǎn)生球面像差，其補償上述的球面像差。按照將發(fā)散的入射光束聚焦在第一信息層111上時不產(chǎn)生球面像差的方式來確定準直器103的位置。優(yōu)選的是，該光學掃描設備包括用于測量球面像差的裝置和用于根據(jù)測得的球面像差控制準直器103的位置的裝置。將掃描第一信息層111的過程中對球面像差的測量發(fā)送到控制器108，該控制器控制準直器103的位置，以便抑制該球面像差。根據(jù)例如US6229600中描述的常規(guī)裝置來測量該球面像差。
用會聚的入射光束掃描第二信息層112，以便補償如果用平行入射光束掃描第二信息層將產(chǎn)生的球面像差。與針對第一信息層111所解釋的一樣，優(yōu)選根據(jù)對該球面像差的測量，由控制器108來控制準直器103的位置。
依照本發(fā)明的光學掃描設備在掃描第一和第二信息層時對離心敏感。實際上，在第一和第二模式下，使用有限共軛。但是，在用平行入射光束掃描第一信息層111和用會聚的入射光束掃描第二信息層112的現(xiàn)有技術中，其不太敏感。實際上，在依照本發(fā)明的光學掃描設備中的會聚光束的聚散度比在現(xiàn)有技術的光學掃描設備中的會聚光束的聚散度低。這是因為，與現(xiàn)有技術的光學掃描設備相比，在依照本發(fā)明的光學掃描設備中，當從無球面像差的聚焦平行光束的平面跳到第二信息層112時必須補償?shù)那蛎嫦癫盍扛　?br> 為了與現(xiàn)有技術相比明顯降低對離心的敏感，無球面像差地聚焦平行入射光束的平面必須足夠遠離第一和第二信息層111和112。實際上，如果該平面太接近這些信息層之一，那么可降低對離心的敏感，但是不能明顯降低。優(yōu)選的是，如果在第一和第二信息層111和112之間的距離是D，該平面離開層111和112中的每一層至少0.2D。更優(yōu)選的是，該平面離開第一和第二信息層111和112 0.5D，這意味著為了將平行入射光束無球面像差地聚焦在第一和第二信息層之間的與該第一和第二信息層基本上等距離的平面上而設計該物鏡系統(tǒng)。在這種情況下，可以很容易地顯示出，與現(xiàn)有技術相比該離心公差增加到兩倍。
此外，應該注意，實際上，在掃描第一和第二信息層111和112的過程中，保留了少量的球面像差。這在現(xiàn)有技術中也存在，不過僅僅在掃描第二信息層的過程中。實際上，當與設計情況相比改變該共軛距離時，僅僅補償所謂的第三階球面像差，而保留一定量的高階球面像差。根據(jù)本發(fā)明，因為依照本發(fā)明的光學掃描設備中的高階球面像差的總量與現(xiàn)有技術的光學掃描設備中的相同，因此，該高階球面像差分布在第一和第二信息層111和112上。例如，如果為了將平行入射光束無球面像差地聚焦在與第一和第二信息層111和112之間基本上等距離的平面上而設計物鏡105，那么高階球面像差均勻地分布在第一和第二信息層111和112上。
這是有利的，特別是在該高階球面像差相對較高，并且干擾在現(xiàn)有技術的光學掃描設備中掃描第二信息層，這是因為其在所述光學掃描設備的公差之外。根據(jù)本發(fā)明，當掃描第二信息層112時高階球面像差減小，因此，其可以在該光學掃描設備的公差之內(nèi)。
圖3中示出依照本發(fā)明的另一種光學掃描設備。這種光學掃描設備除了包括圖1和2中描述的元件之外還包括擴束器(beamexpander)，該擴束器包括第一擴束器透鏡301和第二擴束器透鏡302。
在該另一種光學掃描設備中，按照使輻射源101位于其焦點的方式來放置準直器103。這樣，準直器103將輻射束102變?yōu)槠叫泄馐?。然后，該擴束器根據(jù)該模式將所述平行光束變?yōu)闀刍虬l(fā)散光束。在圖3的例子中，所示出的光學掃描設備處于第一種模式下，這樣，該擴束器將所述平行光束變?yōu)榘l(fā)散光束。準直器103、第一透鏡301和第二透鏡302形成放置在輻射源101和物鏡105之間的光學元件，其將輻射束102在第一種模式下變?yōu)榘l(fā)散的入射光束，并在第二種模式下變?yōu)闀鄣娜肷涔馐?br> 這種擴束器對于本領域的普通技術人員是眾所周知的。例如，于2002年6月6日公布的專利申請US 2002/0067666描述了這種擴束器。通過致動器來移動第二擴束器透鏡302，該致動器由控制器108來控制。根據(jù)該模式，控制器108控制第二擴束器透鏡302的位置，從而產(chǎn)生發(fā)散或會聚的入射光束。
圖4a到4c示出用于掃描包括三個信息層的信息載體的物鏡系統(tǒng)。在圖4a到4c中，僅僅表示了物鏡系統(tǒng)，該物鏡系統(tǒng)是物鏡105。圖4a到4c上表示的發(fā)散、平行和會聚的入射光束分別通過如圖1、2或3描述的光學元件來產(chǎn)生。該信息載體包括第一信息層401、第二信息層402和第三信息層403。
通過如圖1中所描述的發(fā)散的入射光束來掃描第一信息層401。通過如圖2中所描述的會聚的入射光束來掃描第二信息層402。通過平行入射光束來掃描位于第一和第二信息層401和402之間的第三信息層。這意味著，為了無球面像差地將平行入射光束聚焦在第三信息層403上而設計物鏡105。因此，在掃描第三信息層403的過程中不出現(xiàn)球面像差，該光學掃描設備對掃描第三信息層403的過程中的離心不敏感。
在圖4a到4c的例子中，第三信息層403在第一和第二信息層401和402之間與該第一和第二信息層基本上是等距離的。因此，如圖1和2中所述，對離心的敏感以及高階球面像差均勻地分布在第一和第二信息層401和402上，這是特別有利的。
圖5a到5d示出用于掃描包括四個信息層的信息載體的物鏡系統(tǒng)。該信息載體包括第一信息層501、第二信息層502、第三信息層503和第四信息層504。通過具有第一聚散度的會聚的入射光束來掃描第一信息層501。通過具有第二聚散度的會聚的入射光束來掃描第三信息層503，該第二聚散度低于第一聚散度。通過具有第三聚散度的發(fā)散的入射光束來掃描第四信息層504。通過具有第四聚散度的發(fā)散的入射光束來掃描第二信息層502，該第四聚散度大于第三聚散度。
在這種情況下，為了將平行入射光束無球面像差地聚焦在位于第三信息層503和第四信息層504之間的平面上，優(yōu)選是在第三和第四信息層503和504之間與該第三和第四信息層等距離的平面上而設計物鏡105。
應該注意，依照本發(fā)明的光學掃描設備可用于掃描具有不同數(shù)量信息層的信息載體。對于具有2X個信息層的信息載體來說，X是整數(shù)，優(yōu)選使用X個會聚的入射光束和X個發(fā)散的入射光束。對于具有2X+1個信息層的信息載體來說，優(yōu)選使用X個會聚的入射光束、X個發(fā)散的入射光束和一個平行入射光束。這允許將對于離心的敏感有效地分布在這些信息層上。
下面的權利要求書中的任何附圖標記都不應該解釋為限制該權利要求。很明顯，使用的動詞“包括”極其動詞變化不排除存在除了任何權利要求限定的那些元件之外的任何其他元件。元件前面的詞語“一”或“一個”不排除存在多個這種元件。
權利要求
1.一種用于在第一種模式下掃描信息載體的第一信息層(111)并且在第二模式下掃描所述信息載體的第二信息層(112)的光學掃描設備，所述光學掃描設備包括用于產(chǎn)生輻射束(102)的輻射源(101)、用于將入射光束聚焦在信息層上的物鏡系統(tǒng)(105)，以及設置在該輻射源和該物鏡系統(tǒng)之間的光學元件(103)，該光學元件用于將所述輻射束在第一模式下變?yōu)榘l(fā)散的入射光束，并在第二模式下變?yōu)闀鄣娜肷涔馐?br> 2.如權利要求1所述的光學掃描設備，其中為了將平行入射光束無球面像差地聚焦在第一和第二信息層之間基本上等距離的平面上而設計該物鏡系統(tǒng)。
3.如權利要求1所述的光學掃描設備，其中所述光學元件是準直器。
4.如權利要求1所述的光學掃描設備，其中所述光學元件包括擴束器(301-302)。
5.如權利要求1所述的光學掃描設備，其中該光學掃描設備進一步適于在第三種模式下掃描位于第一和第二信息層(401，402)之間的所述信息載體的第三信息層(403)，該光學元件適于在所述第三模式下將輻射束變?yōu)槠叫腥肷涔馐?br> 6.如權利要求1所述的光學掃描設備，進一步包括用于提供對球面像差進行測量的裝置，和用于根據(jù)所述測量控制該光學元件的裝置。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于在第一種模式下掃描信息載體的第一信息層(111)并且在第二模式下掃描信息載體的第二信息層(112)的光學掃描設備。該光學掃描設備包括用于產(chǎn)生輻射束(102)的輻射源(101)、用于將入射光束聚焦在信息層上的物鏡系統(tǒng)(105)，以及設置在該輻射源和該物鏡系統(tǒng)之間的光學元件(103)，該光學元件用于將所述輻射束在第一模式下變?yōu)榘l(fā)散的入射光束，并在第二模式下變?yōu)闀鄣娜肷涔馐?br> 文檔編號G11B7/135GK1842850SQ200480024382
公開日2006年10月4日 申請日期2004年8月20日 優(yōu)先權日2003年8月26日
發(fā)明者B·亨德里克斯, J·J·弗雷亨, P·布勒門, P·庫普斯 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司