專利名稱：用于確定球面像差的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于確定在從光記錄介質(zhì)讀取和/或向光記錄介質(zhì)寫入期間出現(xiàn)的球面像差的方法和設(shè)備，并且涉及一種用于使用這種方法或設(shè)備從光記錄介質(zhì)讀取和/或向光記錄介質(zhì)寫入的裝置。
背景技術(shù)：
當(dāng)記錄介質(zhì)的覆蓋層的厚度對于光拾取器的物鏡不是最佳的時(shí)候，在從光記錄介質(zhì)讀取和/或向光記錄介質(zhì)寫入期間，在光拾取器中出現(xiàn)球面像差。通常，僅針對單一的覆蓋層厚度而較好地校正物鏡。然而，由于記錄介質(zhì)的制造工藝出現(xiàn)覆蓋層厚度的變化，并且其在多層光記錄介質(zhì)系統(tǒng)中更為重要。
目前提出的用于校正球面像差的方法是望遠(yuǎn)鏡或者液晶元件。為了正確地設(shè)置這些元件，必須由光拾取器提供控制信號(hào)，該控制信號(hào)給出關(guān)于當(dāng)前球面像差量的信息。為了產(chǎn)生這種控制信號(hào)，必須檢測球面像差量。
美國專利申請US 2002/0057359公開了一種像差檢測設(shè)備，其通過適當(dāng)?shù)胤蛛x光束以便增大分離后的光束的最小光斑直徑的位置上的差異，來檢測球面像差。利用具有由邊界劃分的兩個(gè)區(qū)域的全息圖(hologram)來分離光束，所述邊界與表示當(dāng)該光束具有最小射束直徑時(shí)的波前的曲線的極值相對應(yīng)。將分離的光束聚焦到兩個(gè)檢測設(shè)備上。一個(gè)檢測設(shè)備位置比全息圖的一級(jí)衍射光的焦點(diǎn)位置更靠近全息圖，而第二檢測設(shè)備位置離全息圖更遠(yuǎn)。通過測量分離后的光束的光斑尺寸來檢測球面像差。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)目的是提出另外一種用于確定光束中的球面像差的方法。
根據(jù)本發(fā)明，通過包括以下步驟的方法來達(dá)到這一目的-將光束分為至少兩個(gè)部分光束；-將所述部分光束聚焦在相應(yīng)的檢測器上，由此，由檢測器產(chǎn)生的至少一個(gè)信號(hào)取決于相應(yīng)的部分光束的位置；以及
-使用由檢測器產(chǎn)生的信號(hào)確定球面像差。
將光束分為兩個(gè)部分光束，使得所述部分光束中的至少一個(gè)的位置取決于光束的球面像差量。因此，通過確定此部分光束的位置來測量球面像差。優(yōu)選地，僅將一小部分光束引導(dǎo)到用于測量球面像差的檢測器上，而將主要部分用于聚焦和跟蹤(tracking)以及從光記錄介質(zhì)讀取數(shù)據(jù)。
有利的是，使用由檢測器產(chǎn)生的信號(hào)確定球面像差的步驟包括確定光束的所選區(qū)域的波前的斜率。波前的斜率是用于球面像差的度量。此外，由于與所選區(qū)域相對應(yīng)的部分光束的傳播方向與波前的斜率垂直，因此這一斜率對該部分光束的位置具有直接影響。因此，測量部分光束的位置允許確定該部分光束的波前的斜率，所述斜率繼而允許確定球面像差。當(dāng)然，也可以采用其它用于確定波前斜率的方法。
有益的是，提供包括兩個(gè)轉(zhuǎn)向元件的特殊光束分離器，以便將光束分為部分光束。有利的是，這兩個(gè)轉(zhuǎn)向元件是棱鏡，所述棱鏡被粘到玻璃板上，使得它們將光束外部的部分引導(dǎo)到相應(yīng)的檢測器上。以這一方式，以低成本實(shí)現(xiàn)該特殊光束分離器?；蛘撸鲛D(zhuǎn)向元件是鏡子或光柵。
優(yōu)選的是，相對于光束的光軸對稱地布置所述轉(zhuǎn)向元件和各個(gè)檢測器。這種布置的對稱性允許容忍諸如檢測器、激光二極管、聚焦透鏡等光學(xué)組件的小的橫向移動(dòng)。因此，該系統(tǒng)變得更加可靠。
有利的是，所述各個(gè)檢測器是位置敏感的二象限檢測器。這些檢測器允許以非常方便的方式并且以低成本確定部分光束的位置。
有益的是，從由用于確定光束的所選區(qū)域的斜率的檢測器產(chǎn)生的信號(hào)產(chǎn)生正規(guī)化的差信號(hào)。該正規(guī)化使得能夠考慮由記錄介質(zhì)的反射率差、或者由存儲(chǔ)在記錄介質(zhì)上的數(shù)據(jù)引起的部分光束的能量變化。通過確定所述差信號(hào)，不僅檢測到球面像差的存在或不存在，還確定像差的符號(hào)。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種全息圖，用于將光束分為部分光束。例如，該全息圖可以將光束外部的一部分引導(dǎo)到相應(yīng)的檢測器上?；蛘撸瑢⒍鄠€(gè)波前圖案存儲(chǔ)在全息圖中。以這一方式，將入射光束的波前與所述多個(gè)存儲(chǔ)的波前進(jìn)行比較。因此，將光束分為多個(gè)部分光束取決于入射光束的波前與所存儲(chǔ)的波前中的一個(gè)或多個(gè)的相似性的等級(jí)。
有利的是，根據(jù)光束中的像差量，將部分光束聚焦到相應(yīng)的檢測器上。例如，如果波前具有正球面像差，則將一部分光束引導(dǎo)到第一檢測器上。如果波前沒有球面像差，則將一部分光束引導(dǎo)到第二檢測器上。然而，如果波前具有負(fù)球面像差，則將一部分光束引導(dǎo)到第三檢測器上。實(shí)際上，多于一個(gè)的檢測器從全息圖接收部分光束。然后，根據(jù)每個(gè)部分光束中的能量的量來確定球面像差量。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，通過一種用于確定光束中的球面像差的設(shè)備來達(dá)到本發(fā)明的目的，該設(shè)備包括-光束分離器，用于將光束分為至少兩個(gè)部分光束；-聚焦部件，用于將部分光束聚焦到相應(yīng)的檢測器上；以及-信號(hào)處理器，用于使用由檢測器產(chǎn)生的信號(hào)來確定光束的所選區(qū)域的斜率。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，通過一種用于確定光束中的球面像差的設(shè)備來達(dá)到本發(fā)明的目的，該設(shè)備包括-全息圖，用于將光束分為至少兩個(gè)部分光束；-聚焦部件，用于將部分光束聚焦到相應(yīng)的檢測器上；以及-信號(hào)處理器，用于使用由檢測器產(chǎn)生的信號(hào)來確定球面像差。
有利的是，用于從光記錄介質(zhì)讀取和/或向光記錄介質(zhì)寫入的裝置使用根據(jù)本發(fā)明的、用于確定光束中的球面像差的方法，或者包括根據(jù)本發(fā)明的、用于確定光束中的球面像差的設(shè)備。


為了更好地理解本發(fā)明，通過參考附圖而在以下描述中詳細(xì)說明示例實(shí)施例。應(yīng)當(dāng)理解本發(fā)明不限于此示例實(shí)施例，并且在不背離本發(fā)明的范圍的情況下，可以適當(dāng)?shù)亟M合和/或修改所詳細(xì)說明的特征。在附圖中圖1示出當(dāng)存在球面像差時(shí)返回光束的相位分布；圖2示出根據(jù)本發(fā)明的、能夠測量球面像差的光拾取器；圖3更詳細(xì)地示出根據(jù)本發(fā)明的特殊光束分離器；圖4示出作為覆蓋層厚度的函數(shù)的正規(guī)化的差信號(hào)SA；圖5示出作為用于像差校正的液晶透鏡的焦距的函數(shù)的正規(guī)化的差信號(hào)SA；以及圖6示出根據(jù)本發(fā)明的另一方面的、能夠測量球面像差的光拾取器。
具體實(shí)施例方式
為了從光記錄介質(zhì)進(jìn)行讀取，通常將光束聚焦在記錄介質(zhì)的數(shù)據(jù)層上。然后，利用存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)層中的數(shù)據(jù)來調(diào)制從記錄介質(zhì)反射的光束，這允許恢復(fù)所存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)。當(dāng)記錄介質(zhì)的基片的厚度在整個(gè)記錄介質(zhì)上不變時(shí)，從記錄介質(zhì)反射的光具有近乎平坦的相位輪廓(profile)。然而，如果基片的厚度存在偏差，則這一波前呈現(xiàn)具有在空間上變化的相位梯度的環(huán)形輪廓。這種波前的相位分布在圖1中示出。如箭頭所示，傳播方向、即光線的角度垂直于局部相位梯度。這些箭頭不是按照比例繪制的。通過測量來自光束的所選區(qū)域的光的方向、即所述箭頭之一的方向，獲得關(guān)于球面像差量的信息。
圖2示意性地示出了能夠測量球面像差的、用于多層光記錄介質(zhì)的光拾取器。該拾取器大部分對應(yīng)于標(biāo)準(zhǔn)拾取器。然而，提供附加元件，以便測量球面像差。激光二極管1沿著光軸發(fā)射線性偏振光束2。光束2被準(zhǔn)直器3準(zhǔn)直，并且經(jīng)過偏振光束分離器4、以及將光束2的線偏振變換為圓偏振的四分之一波片5。然后，聚焦透鏡6將光束2聚焦到具有覆蓋層7a的記錄介質(zhì)7上。光束2的一部分從記錄介質(zhì)7反射，并且被聚焦透鏡6準(zhǔn)直。當(dāng)反射光束2經(jīng)過四分之一波片5時(shí)，其圓偏振被變換為線性偏振。然而，經(jīng)過四分之一波片5之后的反射光束2的偏振方向垂直于初始光束2的偏振方向。因此，現(xiàn)在，偏振光束分離器4將反射光束2反射到檢測器裝置11、12、13。另一個(gè)聚焦透鏡8通過柱面透鏡10將光束2聚焦到用于標(biāo)準(zhǔn)跟蹤和聚焦控制的四象限檢測器11上。然而，特殊光束分離器9將從記錄介質(zhì)返回的光束2分為3個(gè)光束20、21、22。將攜帶大約90％的能量的主光束20聚焦到四象限檢測器11上。將剩余的兩個(gè)光束21、22聚焦在位置敏感的二象限檢測器12、13上。第一二象限檢測器12產(chǎn)生信號(hào)A和B，第二二象限檢測器13產(chǎn)生信號(hào)C和D。通過計(jì)算正規(guī)化的差信號(hào)SA，信號(hào)處理器14確定光束的傳播方向。根據(jù)下式來計(jì)算正規(guī)化的差信號(hào)SASA＝0.5*([(A-B)/(A+B)]+[(D-C)/(D+C)])。
在原理上，這一測量方法對應(yīng)于非常簡單的Shack-Hartmann波前傳感器。由于光束分離器9的設(shè)計(jì)以及檢測器12、13的定位，對于沒有球面像差的平行波(collimated wave)，正規(guī)化的差信號(hào)SA等于0。當(dāng)存在球面像差時(shí)，二象限檢測器12、13上的光斑移動(dòng)，并且正規(guī)化的差信號(hào)SA的絕對值大于0。因?yàn)檎?guī)化的差信號(hào)SA的符號(hào)取決于球面像差的符號(hào)，所以可以將正規(guī)化的差信號(hào)SA用作球面像差校正器(未示出)的控制信號(hào)。
在圖3中更詳細(xì)地示出特殊光束分離器9，由此，該圖的部分a)示出側(cè)視圖，而部分b)示出光束分離器9的俯視圖。該光束分離器主要由固定在平玻璃基片93上的兩個(gè)小棱鏡91、92組成。優(yōu)選的是，相對于光束2的光軸對稱地布置棱鏡91、92。落在棱鏡91、92的區(qū)域內(nèi)的光被偏轉(zhuǎn)固定角度。剩余的光直接透射過分束元件9。
在圖4中示出借助于光線跟蹤程序獲得的、作為記錄介質(zhì)覆蓋層的厚度的函數(shù)的正規(guī)化的差信號(hào)SA的仿真。為了進(jìn)行該仿真，假設(shè)了具有0.85的數(shù)值孔徑并且針對100μm的覆蓋層厚度進(jìn)行了校正的聚焦透鏡6。在計(jì)算正規(guī)化的差信號(hào)SA之前，通過修改聚焦致動(dòng)器的位置、即聚焦透鏡6與記錄介質(zhì)的距離，將像散焦點(diǎn)控制信號(hào)設(shè)置為等于0。該仿真表明正規(guī)化的差信號(hào)SA的符號(hào)取決于覆蓋層厚度偏差的符號(hào)，并且該信號(hào)適合于控制球面像差校正元件。
在圖5中，示出了作為用于校正球面像差的液晶透鏡的焦距的函數(shù)的正規(guī)化的差信號(hào)SA(左軸，實(shí)線)。該圖進(jìn)一步示出記錄介質(zhì)上的焦斑的波前誤差(右軸，虛線)。在最小波前誤差的位置上(在298mm處)的正規(guī)化的差信號(hào)SA的小偏差可被電子地校正。
在圖6中示出了根據(jù)本發(fā)明的、用于測量球面像差的途徑。在這一實(shí)施例中，用特殊的體全息圖15來代替所述特殊光束分離器。此外，使用三個(gè)附加檢測器16、17、18，而不是兩個(gè)附加檢測器，從而分別產(chǎn)生信號(hào)A、B和C。眾所周知的是可以使用體全息圖來將波前與所存儲(chǔ)的圖案相關(guān)聯(lián)。通過存儲(chǔ)具有各種程度的球面像差的波前圖案，可以確定入射(impinging)波前的球面像差量。優(yōu)選地如下設(shè)計(jì)所述全息圖。大多數(shù)光(＞90％)透射過該全息圖。如果經(jīng)過全息圖15的波前具有正球面像差，則將1-2％的光聚焦在第一檢測器16上。如果經(jīng)過全息圖15的波前沒有球面像差，則將1-2％的光聚焦在第二檢測器17上。如果經(jīng)過全息圖15的波前具有負(fù)球面像差，則將1-2％的光聚焦在第三檢測器18上。通過利用適當(dāng)?shù)乃惴ū容^這三個(gè)檢測器16、17、18的信號(hào)A、B、C，產(chǎn)生球面像差校正器的控制信號(hào)。有利的是，全息圖15直接位于聚焦透鏡6上。這具有以下優(yōu)點(diǎn)即使驅(qū)動(dòng)聚焦透鏡6以進(jìn)行聚焦或跟蹤，全息圖15也始終保持被良好地調(diào)整。這一技術(shù)的主要困難是全息圖15的初始設(shè)計(jì)。一旦完成該設(shè)計(jì)，就可以通過復(fù)制而用塑料容易地大量生產(chǎn)體全息圖15。
權(quán)利要求
1.一種用于確定光束(2)中的球面像差的方法，包括以下步驟-將光束(2)分為至少兩個(gè)部分光束(20、21、22、23、24、25)；-將所述部分光束(20、21、22、23、24、25)聚焦到相應(yīng)的檢測器(11、12、13、16、17、18)上，由此，由檢測器(12、13、16、17、18)產(chǎn)生的至少一個(gè)信號(hào)(A、B、C、D)取決于相應(yīng)的部分光束(21、22、23、24、25)的位置；以及-使用由檢測器(12、13、16、17、18)產(chǎn)生的信號(hào)(A、B、C、D)來確定球面像差；其特征在于，提供全息圖(15)，用于將光束(2)分為部分光束(20、23、24、25)。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，將多個(gè)波前圖案存儲(chǔ)在全息圖(15)中。
3.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，根據(jù)光束(2)中的球面像差量，將部分光束(23、24、25)聚焦在相應(yīng)的檢測器(16、17、18)上。
4.一種用于確定光束(2)中的球面像差的設(shè)備，包括-全息圖(15)，用于將光束(2)分為至少兩個(gè)部分光束(20、23、24、25)；-聚焦部件(8)，用于將所述部分光束(20、23、24、25)聚焦到相應(yīng)的檢測器(11、16、17、18)上；以及-信號(hào)處理器(14)，用于使用由檢測器(16、17、18)產(chǎn)生的信號(hào)(A、B、C)來確定球面像差。
5.如權(quán)利要求4所述的設(shè)備，其中，多個(gè)波前圖案存儲(chǔ)在全息圖(15)中。
6.如權(quán)利要求4或5所述的設(shè)備，其中，根據(jù)光束(2)中的球面像差量，將部分光束(23、24、25)聚焦到相應(yīng)的檢測器(16、17、18)上。
7.一種用于從光記錄介質(zhì)讀取和/或向光記錄介質(zhì)寫入的裝置，其特征在于，它使用如權(quán)利要求1至3中的任一項(xiàng)所述的方法、或者包括如權(quán)利要求4至6所述的設(shè)備，以用于確定球面像差。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于確定在從光記錄介質(zhì)讀取和/或向光記錄介質(zhì)寫入期間出現(xiàn)的球面像差的方法和設(shè)備。根據(jù)本發(fā)明，一種用于確定球面像差的方法包括以下步驟將光束(2)分為至少兩個(gè)部分光束(20、21、22、23、24、25)；將所述部分光束(20、21、22、23、24、25)聚焦到相應(yīng)的檢測器(11、12、13、16、17、18)上，由此，由檢測器(12、13、16、17、18)產(chǎn)生的至少一個(gè)信號(hào)(A、B、C、D)取決于各個(gè)部分光束(21、22、23、24、25)的位置；以及使用由檢測器(12、13、16、17、18)產(chǎn)生的信號(hào)(A、B、C、D)來確定球面像差。
文檔編號(hào)G11B7/135GK1902691SQ200480038335
公開日2007年1月24日 申請日期2004年11月6日 優(yōu)先權(quán)日2004年1月8日
發(fā)明者喬基姆·尼特爾 申請人:湯姆森特許公司