專利名稱：聚焦裝置及使用這種裝置的光盤(pán)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種聚焦裝置，當(dāng)執(zhí)行關(guān)于數(shù)字通用盤(pán)(以下簡(jiǎn)稱為DVD)的信號(hào)記錄/再現(xiàn)時(shí)顯示出其性能，以及一種使用這種聚焦裝置的DVD光盤(pán)裝置。
近年來(lái)，數(shù)字信號(hào)處理、光盤(pán)制造、以及光盤(pán)記錄方面的技術(shù)有了迅速的進(jìn)步。最近，隨著上述技術(shù)的進(jìn)步，出現(xiàn)了一種光盤(pán)，盡管其大小與傳統(tǒng)小型盤(pán)(以下簡(jiǎn)稱為CD)相同，卻具有幾倍于前述小型盤(pán)的記錄容量。
這種新型的光盤(pán)通常稱為DVD并且用于依靠數(shù)字信號(hào)記錄和再現(xiàn)信息，例如聲音、圖像、程序和計(jì)算機(jī)可處理的數(shù)據(jù)。在DVD領(lǐng)域，已經(jīng)建立了一個(gè)世界標(biāo)準(zhǔn)(以下簡(jiǎn)稱為DVD標(biāo)準(zhǔn))。同時(shí)，DVD被寄予厚望作為一種能充分滿足適應(yīng)多媒體時(shí)代的一般目的的記錄介質(zhì)。
根據(jù)前述DVD標(biāo)準(zhǔn)，DVD具有與CD相同的直徑，即120(mm)，并且同時(shí)，具有與CD相同的厚度，即1.2(mm)。為了增加記錄容量，DVD具有一種結(jié)構(gòu)，兩張厚度為0.6(mm)的盤(pán)放在一起，使得可以使用所合成的盤(pán)的兩面實(shí)現(xiàn)記錄/再現(xiàn)。同時(shí)，用于記錄/讀出的激光束的主波長(zhǎng)為650/635(nm)，用于記錄/讀出的物鏡的數(shù)值孔徑(NA)為0.6，軌道間距(trackpitch)為0.74(μm)，最短凹坑(pit)長(zhǎng)度為0.4(μm)，以及最長(zhǎng)凹坑長(zhǎng)度為2.13(μm)。這樣一種規(guī)格允許DVD在DVD的一面上具有4千兆字節(jié)或更大的記錄容量。
從前述規(guī)格中，顯然，在DVD中，記錄層的深度，即從基底的表面到反射記錄層的深度，約為傳統(tǒng)CD的1/2，并且同時(shí)，最短凹坑長(zhǎng)度和軌道間距約為傳統(tǒng)CD的1/2。此外，用于記錄/讀出的激光束的主波長(zhǎng)與CD中的780(nm)的情況相比小得多。因此，根據(jù)在傳統(tǒng)CD中采用的同樣的方法，很難得到一個(gè)聚焦誤差信號(hào)。
確切地，在這種類型的光盤(pán)中，信號(hào)以凹坑的形式記錄在反射記錄層上。通常，為了從光盤(pán)上讀這樣的信號(hào)，一束激光通過(guò)物鏡照射到旋轉(zhuǎn)的光盤(pán)上，并且光在光盤(pán)的反射記錄層上反射，并且反射光被大體上探測(cè)到，由此獲得一個(gè)記錄信號(hào)。同時(shí)，通過(guò)使用部分的前述反射光可探測(cè)聚焦誤差，并且通過(guò)使用探測(cè)到的誤差信號(hào)，執(zhí)行物鏡的聚焦控制，使得反射記錄層能夠位于物鏡的焦點(diǎn)位置。聚焦控制的好或壞取決于物鏡和反射記錄層之間的光學(xué)條件，所用激光束的特性等等。
迄今為止，在已知的DVD機(jī)中，是根據(jù)與傳統(tǒng)CD機(jī)采用的同樣的方法進(jìn)行聚焦控制的。然而，根據(jù)以上的方法，依靠前述的光學(xué)條件不能獲得高精度的聚焦控制。這導(dǎo)致再現(xiàn)信號(hào)的S/N降低和跳動(dòng)(jitter)惡化的問(wèn)題。
本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種聚焦裝置，它可以執(zhí)行高精度聚焦控制而不受光盤(pán)的光學(xué)條件的影響，以及一個(gè)DVD光盤(pán)裝置，它可以通過(guò)使用聚焦裝置執(zhí)行高精度的記錄/再現(xiàn)。
在根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的光盤(pán)裝置中，采用以下方式構(gòu)造的光盤(pán)作為記錄介質(zhì)。光盤(pán)的結(jié)構(gòu)是將兩個(gè)厚度“h”的基底放在一起。在基底的最后方，兩個(gè)基底每個(gè)都有一個(gè)信號(hào)標(biāo)記或一個(gè)能夠用作信號(hào)標(biāo)記的反射層。激光束通過(guò)物鏡照射在前述光盤(pán)上，并且光盤(pán)裝置具有一個(gè)光探測(cè)器件，用于探測(cè)來(lái)自反射層的反射光。光探測(cè)器件的一個(gè)輸出提供給一個(gè)信號(hào)讀出機(jī)；其另一個(gè)輸出提供給一個(gè)聚焦裝置，用于探測(cè)物鏡的聚焦誤差以及用于控制物鏡關(guān)于光盤(pán)的位置。
在光盤(pán)裝置中，假定前述激光束主波長(zhǎng)設(shè)為λ0，其半寬設(shè)為Δλ，物鏡的數(shù)值孔徑設(shè)為NA，構(gòu)成前述光盤(pán)的基底的折射率設(shè)為n2，前述激光束的半寬Δλ滿足以下方程(1)。換句話說(shuō)，在光盤(pán)裝置中使用了一種發(fā)射出滿足方程(1)的激光束的激光光源。
Δλ≥λ02/{2h(n22-NA2)0.5}(1)半寬Δλ具有一個(gè)上限。確切地，半寬Δλ受給定允許的最大激光光斑直徑dmax，考慮物鏡基于Δλ的色差的條件的限制。更確切地，假定物鏡的焦距設(shè)為f，通常用于計(jì)算基于前述λ0,NA和dmax決定的最大半寬的函數(shù)方程設(shè)為g，半寬的上限Δλ≤g(λ0,NA,f,dmax)。
在光盤(pán)裝置中，從激光光源發(fā)射的激光束通過(guò)物鏡以后照射到光盤(pán)上。部分入射光線在光盤(pán)的表面上反射。在光盤(pán)表面上反射的反射光設(shè)為U1。另一方面，剩余的入射光線入射在形成光盤(pán)最外面部分的一個(gè)透明材料層(基底)上，并且隨后，反射到形成一個(gè)信號(hào)標(biāo)記的反射層上，這樣通過(guò)透明的材料層被再次從光盤(pán)的表面發(fā)射。該發(fā)射光設(shè)為U2。
為了計(jì)算U1和U2間的光程差ΔL，假定入射光通量的最大角設(shè)為θ1(其中，sinθ1=NA)，空氣的折射率設(shè)為n1，透明材料層的折射率設(shè)為n2，光程差ΔL由以下方程(2)獲得。
ΔL=2·n2·h·cosθ2(2)同時(shí)，根據(jù)斯涅耳折射定律，建立以下方程(3)。
n1·sinθ1=n2·sinθ2(3)同時(shí)，激光束的相干長(zhǎng)度Lc由以下方程(4)表示。
Lc=λ02/Δλ(4)這樣，如果光程差ΔL小于相干長(zhǎng)度Lc，則光波在光盤(pán)的表面及其內(nèi)部的反射層之間發(fā)生干涉。在這種條件下，如果光盤(pán)在圓周方向或半徑方向存在厚度不均勻，或如果每個(gè)制造商的光盤(pán)厚度存在差異，則由于前述干涉的影響，在光盤(pán)旋轉(zhuǎn)的同時(shí)聚焦誤差有差異。結(jié)果，無(wú)法實(shí)現(xiàn)高精度的聚焦控制，導(dǎo)致再現(xiàn)信號(hào)的S/N降低和跳動(dòng)惡化。
以下是關(guān)于聚焦誤差信號(hào)上的干涉強(qiáng)度的差異的影響的詳細(xì)說(shuō)明。
如果光波在光盤(pán)的表面及其內(nèi)部的反射層之間發(fā)生多次反射和干涉，從折射率為n2的基底射向折射率為n1的空氣的整個(gè)光通量的強(qiáng)度Ir由以下方程(5)表示。
Ir={4R·sin2·δ/2·Ii}/{(1-R)2+4R·sin2·δ/2}(5)在以上方程(5)中，Ii表示入射光強(qiáng)，R表示空氣(折射率n1)和基底(折射率n2)之間分界面的反射系數(shù)。并且，δ涉及分界面上的反射光U1和作為信息記錄表面的反射層上的反射光U2之間的相位差，由以下方程(6)表示。
δ=(2π/λ0)·ΔL=(4πn2/λ0)h·cosθ2(6)從前述方程(3)，以上方程(6)表示如下。
δ=(4π/λ0)h·(n22-n12·sin2θ1)0.5(7)從前述方程(5)，如果相位差δ從0到π變化，可以看到干涉強(qiáng)度在0(暗)到最大值(亮)范圍內(nèi)取值。因此，干涉條紋的暗/亮周期Δh由以下方程給出。
Δh=λ0/{4(n22-n12·sin2θ1)0.5}(8)如果代入n1=1(空氣)，n2=1.5(基底材料)，θ1=0～36.9度(根據(jù)DVD標(biāo)準(zhǔn)，NA=0.6=sinθ1，由此得到最大入射角)，對(duì)于以上方程(8)，周期Δh的最小和最大值分別為Δhmin=λ0/6和Δhmax=λ0/5.5。
根據(jù)DVD標(biāo)準(zhǔn)，使用激光束的主波長(zhǎng)為650/635(nm)。這樣，在使用主波長(zhǎng)λ0=635(nm)的激光束的情況下，Δhmin為0.105(μm)；另一方面，Δhmax為0.115(μm)。所以，Δhmin和Δhmax之差僅為0.01(μm)。因此，數(shù)值孔徑NA=0.6的范圍內(nèi)的光通量的干涉強(qiáng)度關(guān)于大體相同的Δh(即基底厚度的不均勻)變化。并且，如果基底的厚度隨光盤(pán)旋轉(zhuǎn)而變化，則干涉條紋在最大寬度內(nèi)從亮到暗變化；因此，聚焦誤差信號(hào)改變。
然而，根據(jù)本發(fā)明，采用了具有滿足前述方程(1)的半寬Δλ的激光束。這樣，可能使得相干長(zhǎng)度Lc小于光程差ΔL。因此，阻止了光波在光盤(pán)的表面及其內(nèi)部的反射層之間的多次干涉。因此，本發(fā)明有可能很精確地探測(cè)聚焦誤差，使得能夠?qū)崿F(xiàn)高精度的聚焦控制。此外，也能夠阻止再現(xiàn)信號(hào)的S/N的降低和跳動(dòng)惡化。


圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)光盤(pán)裝置的結(jié)構(gòu)方框圖；圖2是在圖1所示的裝置中用作記錄介質(zhì)的DVD的透視圖；圖3是圖2所示的DVD的局部剖視圖；圖4是顯示圖1所示的裝置的光學(xué)系統(tǒng)的視圖；圖5是光學(xué)傳感器的前視圖，它結(jié)合于圖4所示的光學(xué)系統(tǒng)中并且用于探測(cè)聚焦誤差信號(hào)；圖6顯示一個(gè)激光二極管的功率譜，激光二極管記錄和讀出信號(hào)并且用于在結(jié)合于圖4所示的光學(xué)系統(tǒng)的狀態(tài)下的聚焦控制；圖7顯示在圖1所示的裝置中探測(cè)的聚焦誤差信號(hào)；圖8顯示一個(gè)不適用于根據(jù)本發(fā)明的光盤(pán)裝置的激光二極管的功率譜；圖9顯示當(dāng)使用具有圖8所示特性的激光二極管時(shí)獲得的聚焦誤差信號(hào)；
圖10顯示另一個(gè)適用于根據(jù)本發(fā)明的光盤(pán)裝置的激光二極管的功率譜；圖11顯示另一個(gè)適用于根據(jù)本發(fā)明的光盤(pán)裝置的激光二極管的功率譜；圖12是一個(gè)示意圖，顯示一個(gè)DVD母盤(pán)制造機(jī)械，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)聚焦裝置結(jié)合于其中；圖13是顯示結(jié)合于圖12所示的機(jī)械中的聚焦裝置的主要部分的視圖；圖14顯示裝在圖13所示的聚焦裝置中并且用于聚焦控制的一個(gè)激光二極管的功率譜；以及圖15是一個(gè)示意圖，顯示結(jié)合了根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)聚焦裝置的一個(gè)開(kāi)放系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。
在圖1中，顯示了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)光盤(pán)裝置，即一個(gè)DVD機(jī)。
參考數(shù)字100表示用作一張光盤(pán)的DVD。DVD100基于DVD標(biāo)準(zhǔn)制造，并且更特別地，其結(jié)構(gòu)如圖2和圖3所示。
確切地，DVD100由制成盤(pán)狀的第一和第二信息記錄部件101和102構(gòu)成，第一和第二信息記錄部件放在一起并且使其總體上厚度為1.2(mm)。第一和第二信息記錄部件101和102分別包括透明基底103和104。這些透明基底103和104的背面分別貼在反射層105和106上。反射層獨(dú)特地具有與記錄信息，例如壓縮的運(yùn)動(dòng)圖象相應(yīng)的凹坑，并且使光反射。這些反射層105和106在其上表面分別具有保護(hù)層107和108，用于阻止反射層被氧化。第一和第二信息記錄部件101和102依靠介于保護(hù)層107和108之間的粘接層109放在一起。粘接層由熱固性粘合劑組成。并且，DVD具有夾持孔110，用于在其中心處夾持。夾持孔的周?chē)哂幸粋€(gè)夾持區(qū)111。
以下是關(guān)于構(gòu)成DVD100的部件的材料性質(zhì)的說(shuō)明。透明基底103和104單獨(dú)地由一種聚碳酸酯樹(shù)脂或包括聚碳酸酯或PMMA(甲基丙烯酸甲酯)的一種樹(shù)脂制成。反射層105和106由鋁薄膜制成。保護(hù)層107和108由光學(xué)固化性樹(shù)脂(紫外固化性樹(shù)脂)制成。粘接層109由一種熱融性粘合劑(熱塑性樹(shù)脂粘合劑)，例如，聚乙烯醚石蠟基的材料；[-CH2-CH=CH-CH2]n-[CH2-CH(OCH3)-]n組成。
在圖1所示的光盤(pán)裝置中，DVD 100依靠一個(gè)轉(zhuǎn)速為1350(rpm)的主軸電機(jī)，例如，卡在一個(gè)漸細(xì)的錐體200上來(lái)旋轉(zhuǎn)。主軸電機(jī)依靠主軸電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路202驅(qū)動(dòng)。
另一方面，一種記錄/再現(xiàn)光學(xué)系統(tǒng)構(gòu)造如下。確切地，物鏡203對(duì)著DVD100的一面放置?？刂莆镧R203，使其依靠一個(gè)聚焦線圈204在光軸方向可移動(dòng)，并且依靠一個(gè)軌道線圈205在軌道橫向方向可移動(dòng)。并且，一個(gè)半導(dǎo)體激光二極管(以下簡(jiǎn)稱LD)206放在物鏡203的對(duì)面位置，使得激光二極管可與物鏡203一起移動(dòng)。該LD 206依靠一個(gè)LD驅(qū)動(dòng)器207激勵(lì)。
從LD206發(fā)出的激光束依靠一個(gè)準(zhǔn)直透鏡208轉(zhuǎn)變?yōu)槠叫泄馔?，并且然后，入射到一個(gè)偏振光束分光器209上。從LD206發(fā)出的激光束通常具有橢圓遠(yuǎn)場(chǎng)圖案。如果需要圓形圖案，可以在準(zhǔn)直透鏡208的后面放置一個(gè)光束整形棱鏡(沒(méi)有顯示)。
通過(guò)偏振光束分光器209的激光束依靠物鏡203會(huì)聚，并且然后，入射到DVD100的基底103或104上，如圖3和圖4所示。在本實(shí)施例中，物鏡的數(shù)值孔徑NA為基于DVD標(biāo)準(zhǔn)的0.6。
其次，以下是關(guān)于LD206的光發(fā)射特性的說(shuō)明，即，LD206的功率譜。確切地，如圖4所見(jiàn)，假定透明基底104(103)的厚度設(shè)為“h”，入射到透明基底104(103)的光通量210的最大角設(shè)為θ1(其中，sinθ1=NA)，空氣的折射率設(shè)為n1，透明基底104(103)的折射率設(shè)為n2，從LD206發(fā)射的激光束，即入射光通量210的主波長(zhǎng)設(shè)為λ0，主波長(zhǎng)的半寬設(shè)為Δλ，滿足以下方程的激光二極管用作LD206。
Δλ≥λ02/{2h(n22-NA2)0.5}更確切地，如圖6所示，使用一個(gè)激光二極管，例如，其主波長(zhǎng)λ0等于635(nm)且半寬Δλ等于0.5(nm)。
在再現(xiàn)過(guò)程中，通過(guò)物鏡入射到透明基底104(103)的激光束在反射層106(105)上會(huì)聚為微光束光斑。然后，來(lái)自反射層106(105)的反射光以與入射光相反的方向通過(guò)物鏡，并且隨后，被偏振光束分光器209反射，這樣通過(guò)一個(gè)包括聚光透鏡211、柱面鏡212等的探測(cè)光學(xué)系統(tǒng)，入射到一個(gè)光學(xué)傳感器213上。
光學(xué)傳感器213由四個(gè)位于同一平面的光學(xué)探測(cè)元件214a到214d組成，如圖5所示。來(lái)自光學(xué)傳感器213的四個(gè)探測(cè)輸出被輸入到一個(gè)包括放大器、加法減法器等的放大器陣列215。由此產(chǎn)生一個(gè)聚焦誤差信號(hào)F、一個(gè)軌道誤差信號(hào)T和一個(gè)再現(xiàn)信號(hào)S。
以上軌道誤差信號(hào)T通過(guò)一個(gè)已知方法，所謂推-挽法獲得。并且，聚焦誤差信號(hào)F通過(guò)象散法獲得。根據(jù)象散法，聚焦誤差信號(hào)通過(guò)以下方式獲得。在圖5所示的光學(xué)探測(cè)元件中，位于對(duì)角線上光學(xué)探測(cè)元件214a和214b的輸出Ia和Ib加在一起，從這個(gè)加得的信號(hào)中，減去光學(xué)探測(cè)元件214c和214d的輸出Ic和Id相加得到的信號(hào)，從而從減得的信號(hào)得到聚焦誤差信號(hào)。
聚焦誤差信號(hào)F和軌道誤差信號(hào)T通過(guò)伺服控制器216分別提供給聚焦線圈204和軌道線圈205。由此控制物鏡203使其在光軸方向和軌道橫向方向可移動(dòng)，從而使激光束關(guān)于作為DVD100的記錄平面的反射層106(105)聚焦，并且關(guān)于目標(biāo)軌道移動(dòng)。
另一方面，來(lái)自放大器陣列215的再現(xiàn)信號(hào)S輸入到一個(gè)信號(hào)處理電路217，并且進(jìn)行波形修正(equalization)和二進(jìn)制數(shù)字處理。在二進(jìn)制數(shù)字處理中，進(jìn)行波形修正的再現(xiàn)信號(hào)S導(dǎo)入一個(gè)PLL(鎖相環(huán))和一個(gè)數(shù)據(jù)識(shí)別電路，并且PLL從再現(xiàn)信號(hào)中提取一個(gè)通道時(shí)鐘，該通道時(shí)鐘是在DVD100中記錄信息時(shí)的基本時(shí)鐘。然后，基于通道時(shí)鐘，識(shí)別再現(xiàn)信號(hào)為“0”或“1”，并且執(zhí)行記錄在DVD100中的信息的數(shù)據(jù)識(shí)別，由此獲得一個(gè)數(shù)據(jù)脈沖。確切地，經(jīng)過(guò)波形修正的再現(xiàn)信號(hào)在一個(gè)基于通道時(shí)鐘的上升或下降的時(shí)間的預(yù)定時(shí)間寬度(稱為探測(cè)窗口寬度或窗口寬度)內(nèi)與一個(gè)合適的閾值比較，由此進(jìn)行數(shù)據(jù)識(shí)別。
這樣從信號(hào)處理電路217探測(cè)到的數(shù)據(jù)脈沖被輸入到一個(gè)盤(pán)控制器218，并且然后，作為運(yùn)動(dòng)圖象信息的比特流被輸入到一個(gè)MPEG2解碼器/控制器219。依照MPEG2標(biāo)準(zhǔn)，運(yùn)動(dòng)圖象信息壓縮和編碼的數(shù)據(jù)以凹坑的形式記錄在DVD100的反射層105和106上。前述MPEG2解碼器/控制器219解碼(展開(kāi))輸入的比特流(pit stream)以再現(xiàn)原始的運(yùn)動(dòng)圖象信息。
這樣形成的運(yùn)動(dòng)圖象信息被輸入到一個(gè)視頻信號(hào)發(fā)生器電路220，并且然后，一個(gè)消隱信號(hào)等等被加到其上。于是運(yùn)動(dòng)圖象信息被轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€(gè)具有預(yù)定電視制式例如NTSC制式的視頻信號(hào)，并且通過(guò)一個(gè)顯示裝置(沒(méi)有顯示)顯示。
如前所述，DVD光盤(pán)裝置使用具有滿足前述方程(1)要求的光發(fā)射特性的LD206，使得由前述方程(4)表示的相干長(zhǎng)度Lc能夠關(guān)于光程差ΔL縮短。因此，可以阻止相干光在DVD100的表面及其內(nèi)部的反射層105(106)之間產(chǎn)生。
給出一個(gè)數(shù)值的例子，例如，LD206發(fā)射一束主波長(zhǎng)λ0=635(nm)并且半寬Δλ=0.5(nm)的激光束。因此，由前述方程(4)激光束的相干長(zhǎng)度Lc為0.8(mm)?；贒VD標(biāo)準(zhǔn)，DVD 100的結(jié)構(gòu)中厚度“h”為0.6(mm)的信息記錄部件101和102放在一起。并且，基于DVD標(biāo)準(zhǔn)，物鏡203的數(shù)值孔徑NA設(shè)為0.6。這樣，在構(gòu)成信息記錄部件101和102的透明基底103和104獨(dú)特地由折射率n2=1.5的聚碳酸酯制成的情況下，由前述方程(2)光程差ΔL為1.650(mm)。
如前所述，LD發(fā)射一束具有滿足方程(1)的半寬Δλ的激光束。因此，能夠使相干長(zhǎng)度Lc小于光程差ΔL；因此，可以阻止多次相干光在DVD100的表面及其內(nèi)部的反射層之間產(chǎn)生。這樣，可能獲得一個(gè)關(guān)于物鏡203的聚焦方向位移ΔZ線性變化的聚焦誤差信號(hào)，如圖7所示。這有助于實(shí)現(xiàn)高精度的聚焦控制，并且有助于阻止再現(xiàn)信號(hào)的S/N的降低以及跳動(dòng)的惡化。
如果所用激光束的半寬Δλ不滿足方程(1)，例如，激光束的主波長(zhǎng)λ0=685(nm)并且半寬Δλ=0.2(nm)，結(jié)果如下。確切地，在這種情況下，相干長(zhǎng)度Lc為2.34(mm)；另一方面，光程差ΔL變得遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于1.650(mm)。因此，沒(méi)有阻止U1與U2的干涉(見(jiàn)圖5)。結(jié)果，僅獲得一個(gè)關(guān)于物鏡203的聚焦方向位移ΔZ脈動(dòng)變化的聚焦誤差信號(hào)，如圖9所示。
由以上說(shuō)明，顯然，使用DVD作為記錄介質(zhì)的光盤(pán)裝置，或者運(yùn)用期望在不久的將來(lái)出現(xiàn)的高分辨率DVD的光盤(pán)裝置，需要避免前述U1與U2的干涉以便實(shí)現(xiàn)高精度的記錄/再現(xiàn)。為此，即使DVD的厚度不均勻，也有必要使光程差ΔL始終大于相干長(zhǎng)度Lc。為了減小相干長(zhǎng)度Lc，需要使用具有大半寬Δλ的激光二極管。
圖10顯示一個(gè)能夠滿足這個(gè)要求的激光二極管的功率譜的例子。由圖可見(jiàn)，LD發(fā)射一個(gè)具有主波長(zhǎng)λ0=650(nm)并且半寬Δλ=0.3(nm)的激光束。通過(guò)計(jì)算，這個(gè)LD的相干長(zhǎng)度Lc為1.408(mm)；另一方面，其光程差ΔL變得遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于1.65(mm)。因此，可以阻止U1與U2的干涉。
并且，運(yùn)用高分辨率DVD的光盤(pán)裝置，需要使用具有大體上主波長(zhǎng)λ0=417(nm)的激光束。隨后，為了計(jì)算一個(gè)要求的半寬Δλ，將值λ0=417(nm),h=0.6(mm)及n2=1.5代入方程(1)；于是得到Δλ≥0.105(nm)的關(guān)系。確切地，運(yùn)用高分辨率DVD的光盤(pán)裝置要求激光束的主波長(zhǎng)λ0為410(nm)到420(nm)，且半寬Δλ為0.105(nm)或更大。
關(guān)于將在高分辨率DVD出現(xiàn)以后開(kāi)發(fā)的光盤(pán)裝置，用于阻止U1與U2之間干涉的半寬值Δλ可以由方程(1)得到。
在以上實(shí)施例中，通過(guò)例子描述了用于DVD機(jī)的光盤(pán)。然而，本發(fā)明也適用于ROM(DVD-ROM)、RAM(DVD-RAM)等用于記錄和再現(xiàn)程序及計(jì)算機(jī)可處理的數(shù)據(jù)。
在圖12中，顯示一個(gè)用于具有本發(fā)明的聚焦裝置的光盤(pán)的母盤(pán)記錄裝置。母盤(pán)記錄裝置用于在原始盤(pán)制造的初始階段使記錄加于應(yīng)用光敏抗蝕劑的防蝕涂層母盤(pán)的過(guò)程。
參考數(shù)字300表示一個(gè)光源。光源300包含一個(gè)Kr+激光管(波長(zhǎng)=351nm)。由光源300發(fā)射的激光束301通過(guò)一組透鏡302變?yōu)橐皇叫泄猓⑶胰缓笸ㄟ^(guò)反射鏡303到308反射。此外，光束的光強(qiáng)度(opticalpower)的交流噪聲通過(guò)一個(gè)電光調(diào)制器件309消除。隨后，激光束通過(guò)一個(gè)波片，并且然后，被反射鏡311反射。此外，光束的光強(qiáng)度的直流成分通過(guò)一個(gè)聲光調(diào)制器件312穩(wěn)定，并且然后，通過(guò)反射鏡313和314反射，并且大體上，依照將要記錄的信息通過(guò)一個(gè)聲光調(diào)制器件315調(diào)制。在圖中，省略了用于控制聲光調(diào)制器件315的控制系統(tǒng)。
記錄光束通過(guò)反射鏡316反射，并且其光束直徑通過(guò)一個(gè)放大光學(xué)系統(tǒng)317放大。此外，放大的光束被反射鏡318和319反射，并且通過(guò)一個(gè)偏振光束分光器320和一個(gè)λ/4波片321。此外，光束被一個(gè)二色鏡322反射，并且然后，通過(guò)位于物鏡單元323中的物鏡324會(huì)聚，這樣在用于光盤(pán)的母盤(pán)325的感光劑表面形成一個(gè)記錄光斑。
通過(guò)前述記錄光斑在用于光盤(pán)的母盤(pán)325的感光劑表面形成記錄部分。記錄部分通過(guò)用于光盤(pán)的母盤(pán)325的旋轉(zhuǎn)以及通過(guò)支撐物鏡單元323的滑塊326在半徑方向的運(yùn)動(dòng)在一個(gè)螺旋形軌道上形成。在旋轉(zhuǎn)過(guò)程中，物鏡324通過(guò)一個(gè)聚焦裝置327控制使得物鏡的聚焦始終位于母盤(pán)325的感光劑表面上。其上記錄信息的用于光盤(pán)的母盤(pán)325，從屬于一個(gè)發(fā)展的過(guò)程，使得凹坑形成在記錄部分，并且此后，被鍍銀，這樣被用作一個(gè)母盤(pán)。
前述聚焦裝置327包括一個(gè)粗控制系統(tǒng)328用于在記錄開(kāi)始前粗調(diào)物鏡324的位置，以及一個(gè)精控制系統(tǒng)329用于在記錄過(guò)程中利用記錄光精調(diào)物鏡324的位置。
如圖13所示，粗控制系統(tǒng)328包括一個(gè)物鏡致動(dòng)器330用于調(diào)整物鏡324在光軸方向的位置，一個(gè)聚焦誤差檢測(cè)光學(xué)系統(tǒng)331用于光學(xué)地檢測(cè)物鏡324中的聚焦誤差，以及一個(gè)控制器332用于基于從檢測(cè)光學(xué)系統(tǒng)331獲得的信號(hào)來(lái)控制物鏡致動(dòng)器330。
聚焦誤差檢測(cè)光學(xué)系統(tǒng)331是一個(gè)應(yīng)用象散法的光學(xué)系統(tǒng)，并且具有一個(gè)光源341，一個(gè)準(zhǔn)直透鏡342，一個(gè)柱面鏡343，中繼透鏡344a和344b，一個(gè)偏振光束分光器345，一個(gè)λ/4波片346，一個(gè)反射鏡347，一個(gè)球面鏡348，一個(gè)柱面鏡349以及一個(gè)四分光接收器件350。
光源341發(fā)射一個(gè)發(fā)散的橢圓光束。該光束通過(guò)準(zhǔn)直透鏡342轉(zhuǎn)變?yōu)槁晕?huì)聚的光束，并且然后，通過(guò)柱面鏡343變?yōu)閳A形光束。此后，光束通過(guò)中繼透鏡344a和344b，并且入射到偏振光束分光器345上。從光源341發(fā)出的激光束為線偏振光并且設(shè)為P波。這樣，入射到偏振光束分光器345上的光束通過(guò)偏振光束分光器傳播，并且然后，轉(zhuǎn)變?yōu)轫槙r(shí)針的圓偏振光。此外，光束被反射鏡347反射，并且通過(guò)二色鏡322傳播，這樣通過(guò)物鏡324被聚焦到母盤(pán)325上。
從母盤(pán)325反射的光束變成一個(gè)相反的，即逆時(shí)針的圓偏振光，并且入射到物鏡324上。此外，反射光束通過(guò)二色鏡322傳播，并且被反射鏡347反射，這樣通過(guò)λ/4波片346被轉(zhuǎn)變?yōu)镾波。此后，反射光束被偏振光束分光器345反射，并且然后，通過(guò)球面鏡348轉(zhuǎn)變?yōu)闀?huì)聚光束，并且隨后，通過(guò)柱面鏡349入射到四分光接收器件350上。四分光接收器件350的四個(gè)接收元件350a、350b、350c和350d分別輸出與光接收量相應(yīng)的信號(hào)Ia、Ib、Ic和Id。
前述控制器332引入四分光接收器件350的各個(gè)信號(hào)Ia到Id，并且基于象散法執(zhí)行(Ia+Id)-(Ib+Ic)的操作。由該操作，得到指示離焦量的聚焦誤差信號(hào)。此外，控制器332關(guān)于物鏡致動(dòng)器330執(zhí)行反饋控制，以便使聚焦誤差只保持在零。由此控制物鏡定位，使其焦點(diǎn)始終位于母盤(pán)325的感光劑表面上。
圖12顯示的母盤(pán)記錄裝置用于制造具有軌道間距例如0.74(μm)的母盤(pán)。這樣，用作裝置中的物鏡324的透鏡的數(shù)值孔徑NA=0.9，焦距f=4.002(mm)(波長(zhǎng)351nm)。工作距離d(從貼在物鏡324的最低的表面的半透明的平行平板到母盤(pán)325的表面的長(zhǎng)度)為350(μm)。
在聚焦裝置327的粗控制系統(tǒng)328中，光源341使用SLD(超發(fā)光二極管，Anritsu Kabushiki Kaisha制造)，如圖14所示。SLD的功率譜的主波長(zhǎng)λ0=670(nm)且半寬Δλ=20(nm)。因此，由前述方程(4)，SLD發(fā)出的光束的相干長(zhǎng)度Lc為22(μm)。
如上所述，在粗控制系統(tǒng)328中，使用的光源341具有的功率譜足以使相干長(zhǎng)度Lc小于物鏡324的工作距離d。確切地，使用的光源341能夠大體滿足λ02/Δλ≤2d的條件。這樣，可以阻止在位于物鏡324前面的透明保護(hù)板與母盤(pán)325之間產(chǎn)生光波的多次干涉。因此，在控制器332中，象前述實(shí)施例一樣，有可能獲得如圖7所示的關(guān)于物鏡324的聚焦方向位移ΔZ線性變化的聚焦誤差信號(hào)。因此，能夠?qū)崿F(xiàn)高精度的聚焦控制。
從以上說(shuō)明可見(jiàn)，即使在本實(shí)施例的聚焦裝置應(yīng)用于具有短工作距離的母盤(pán)記錄裝置的情況下，也能夠獲得一個(gè)無(wú)噪聲的聚焦誤差信號(hào)。因此，可以進(jìn)行高精度的聚焦控制，并且同時(shí)，可以有助于實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量母盤(pán)的制造。同樣，在精控制系統(tǒng)329中，記錄光束用于記錄，并且根據(jù)象散法進(jìn)行聚焦控制。在圖12中，參考數(shù)字360表示一個(gè)用于檢查光量的光學(xué)探測(cè)器。
圖15顯示具有根據(jù)本發(fā)明的聚焦裝置的一個(gè)曝光裝置。
曝光裝置將LD400發(fā)射的激光束401通過(guò)透鏡402和403傾斜入射到測(cè)試材料例如晶片的表面上。來(lái)自測(cè)試材料404的表面的反射光405被引入光學(xué)傳播型位置探測(cè)器408，并且然后，測(cè)試材料404的表面位置被位置探測(cè)器408探測(cè)到。隨后，探測(cè)的表面位置信息被提供給曝光裝置主體409的一個(gè)位置控制系統(tǒng)或測(cè)試材料支架的一個(gè)位置控制系統(tǒng)，并且聚焦控制系統(tǒng)的構(gòu)成方式是曝光裝置主體409的焦點(diǎn)位置始終位于測(cè)試材料的表面位置。
并且，在曝光裝置中，一個(gè)激光二極管例如具有足夠大的半寬Δλ的前述LD被用作LD400。確切地，用作LD400的激光二極管功率譜的主波長(zhǎng)λ0和半寬Δλ關(guān)于有可能覆蓋測(cè)試材料404的光學(xué)介質(zhì)的厚度t大體滿足方程λ02/Δλ≤2t(n22-sin2θ)0.5。在這種情況下，n2表示光學(xué)介質(zhì)的折射率且θ表示到達(dá)光學(xué)介質(zhì)的光線入射角。因此，可以不受覆蓋測(cè)試材料404的光學(xué)介質(zhì)的影響而進(jìn)行聚焦控制。
本發(fā)明不僅僅限于以上描述的各種實(shí)施例并且可以用在各種修改的形式中。
本發(fā)明可以高精度地探測(cè)聚焦誤差，從而實(shí)現(xiàn)高精度的聚焦控制。隨之，在本發(fā)明的技術(shù)思想應(yīng)用于例如一個(gè)光盤(pán)裝置時(shí)，可能降低再現(xiàn)信號(hào)的S/N比以及抑制跳動(dòng)。
權(quán)利要求
1．一種光盤(pán)裝置，其構(gòu)成方式是一個(gè)激光束源發(fā)出的一束光，通過(guò)一個(gè)物鏡，照射在一個(gè)光盤(pán)上，并且通過(guò)照射將信息在所述光盤(pán)上記錄或再現(xiàn)；光盤(pán)的結(jié)構(gòu)是厚度為h的兩個(gè)基底放在一起，兩個(gè)基底中的至少一個(gè)具有一個(gè)反射層，反射層在距其表面大約h的距離處有信號(hào)凹坑；同時(shí)基于通過(guò)檢測(cè)由所述反射層反射的部分激光束而獲得的信號(hào)，探測(cè)所述物鏡的聚焦誤差，當(dāng)所述激光束源的主波長(zhǎng)和所述激光束源的半寬分別設(shè)為λ0和Δλ，所述物鏡的數(shù)值孔徑設(shè)為NA，以及所述基底材料的折射率設(shè)為n2時(shí)，所述激光束源的所述半寬Δλ滿足以下方程。λ02/{2h(n22-NA2)0.5}≤Δλ
2．根據(jù)權(quán)利要求1的光盤(pán)裝置，其中所述光盤(pán)的結(jié)構(gòu)是每個(gè)厚度為0.6(mm)且直徑為120(mm)的兩個(gè)基底放在一起。
3．根據(jù)權(quán)利要求1的光盤(pán)裝置，其中所述激光束源包括一個(gè)半導(dǎo)體激光二極管。
4．根據(jù)權(quán)利要求1或3的光盤(pán)裝置，其中所述激光束源具有功率譜，即，主波長(zhǎng)λ0的范圍從635(nm)到650(nm)且其半寬Δλ為0.3(nm)或更大。
5．根據(jù)權(quán)利要求1或3的光盤(pán)裝置，其中所述激光束源具有功率譜，即，主波長(zhǎng)λ0的范圍從410(nm)到420(nm)且其半寬Δλ為0.105(nm)或更大。
6．一種光盤(pán)裝置，其構(gòu)成方式是一個(gè)激光束源發(fā)出的一束光，通過(guò)一個(gè)物鏡，照射在一個(gè)光盤(pán)上，并且通過(guò)照射將信息在所述光盤(pán)上記錄或再現(xiàn)；光盤(pán)的結(jié)構(gòu)是厚度為h的兩個(gè)基底放在一起，兩個(gè)基底中的至少一個(gè)具有一個(gè)反射層，反射層在距其表面大約h的距離處有信號(hào)凹坑。同時(shí)基于通過(guò)檢測(cè)由所述反射層反射的部分激光束而獲得的信號(hào)，探測(cè)所述物鏡的聚焦誤差，當(dāng)所述激光束源的主波長(zhǎng)和所述激光束源的半寬分別設(shè)為λ0和Δλ，所述物鏡的數(shù)值孔徑設(shè)為NA，所述物鏡的焦距設(shè)為f，所述基底材料的折射率設(shè)為n2，照射到所述信號(hào)凹坑的激光束光斑的最大直徑設(shè)為dmax，以及用于計(jì)算基于所述λ0、NA、f和dmax決定的最大半寬的通用函數(shù)方程設(shè)為g，激光束源的所述半寬Δλ滿足以下方程。λ02/{2h(n22-NA2)0.5}≤Δλ≤g(λ0,NA,f,dmax)
7．根據(jù)權(quán)利要求6的光盤(pán)裝置，其中所述光盤(pán)的結(jié)構(gòu)是每個(gè)厚度為0.6(mm)且直徑為120(mm)的兩個(gè)基底放在一起。
8．根據(jù)權(quán)利要求6的光盤(pán)裝置，其中所述激光束源包括一個(gè)半導(dǎo)體激光二極管。
9．根據(jù)權(quán)利要求6或8的光盤(pán)裝置，其中所述激光束源具有功率譜，即，主波長(zhǎng)λ0的范圍從635(nm)到650(nm)且半寬Δλ為0.3(nm)或更大。
10．根據(jù)權(quán)利要求6或8的光盤(pán)裝置，其中所述激光束源具有功率譜，即，主波長(zhǎng)λ0的范圍從410(nm)到420(nm)且半寬Δλ為0.105(nm)或更大。
11．一種光盤(pán)裝置，其構(gòu)成方式是一個(gè)激光束源發(fā)出的一束光，通過(guò)一個(gè)物鏡，照射在一個(gè)光盤(pán)上，并且通過(guò)照射將信息在所述光盤(pán)上記錄或再現(xiàn)；光盤(pán)的結(jié)構(gòu)是厚度為h的兩個(gè)基底放在一起，兩個(gè)基底中的至少一個(gè)具有一個(gè)反射層，反射層在距其表面大約h的距離處有信號(hào)凹坑；同時(shí)基于通過(guò)檢測(cè)由所述反射層反射的部分激光束而獲得的信號(hào)，探測(cè)所述物鏡的聚焦誤差，決定從所述激光束源發(fā)出的光的功率譜的半寬，使得由從所述激光束源發(fā)出的光的功率譜的主波長(zhǎng)和半寬決定的相干長(zhǎng)度小于直接在所述基底的表面反射的光線與在通過(guò)所述基底并且在所述信號(hào)凹坑上反射以后再次從所述基底發(fā)射的光線之間的光程差。
12．根據(jù)權(quán)利要求11的光盤(pán)裝置，其中所述光盤(pán)的結(jié)構(gòu)是每個(gè)厚度為0.6(mm)且直徑為120(mm)的兩個(gè)基底放在一起。
13．根據(jù)權(quán)利要求11的光盤(pán)裝置，其中所述激光束源包括一個(gè)半導(dǎo)體激光二極管。
14．根據(jù)權(quán)利要求11或13的光盤(pán)裝置，其中所述激光束源具有功率譜，即，主波長(zhǎng)λ0的范圍從635(nm)到650(nm)且其半寬Δλ為0.3(nm)或更大。
15．根據(jù)權(quán)利要求11或13的任意一個(gè)的光盤(pán)裝置，其中所述激光束源具有功率譜，即，主波長(zhǎng)λ0的范圍從410(nm)到420(nm)且其半寬Δλ為0.105(nm)或更大。
16．一種光盤(pán)裝置，其構(gòu)成方式是一個(gè)激光束源發(fā)出的一束光，通過(guò)一個(gè)物鏡，照射在一個(gè)光盤(pán)上，并且通過(guò)照射將信息在所述光盤(pán)上記錄或再現(xiàn)；光盤(pán)的結(jié)構(gòu)是厚度為h的兩個(gè)基底放在一起，兩個(gè)基底中的至少一個(gè)具有一個(gè)反射層，反射層在距其表面大約h的距離處有信號(hào)凹坑；同時(shí)基于通過(guò)檢測(cè)由所述反射層反射的部分激光束而獲得的信號(hào)，探測(cè)所述物鏡的聚焦誤差，由功率譜，即，從所述激光束源發(fā)出的光的主波長(zhǎng)和半寬決定的相干長(zhǎng)度小于直接在所述基底的表面反射的光線與在通過(guò)所述基底并且在所述信號(hào)凹坑上反射以后再次從所述基底發(fā)射的光線之間的光程差，所述半寬被設(shè)成，使得由所述物鏡的數(shù)值孔徑和焦距，以及由所述激光束源的主波長(zhǎng)和半寬決定的激光光斑的半徑，變得小于相鄰信號(hào)凹坑之間的軌道寬度。
17．根據(jù)權(quán)利要求16的光盤(pán)裝置，其中所述光盤(pán)的結(jié)構(gòu)是每個(gè)厚度為0.6(mm)且直徑為120(mm)的兩個(gè)基底放在一起。
18．根據(jù)權(quán)利要求16的光盤(pán)裝置，其中所述激光束源包括一個(gè)半導(dǎo)體激光二極管。
19．根據(jù)權(quán)利要求16或18的光盤(pán)裝置，其中所述激光束源具有功率譜，即，主波長(zhǎng)λ0的范圍從635(nm)到650(nm)且其半寬Δλ為0.3(nm)或更大。
20．根據(jù)權(quán)利要求16或18的任意一個(gè)的光盤(pán)裝置，其中所述激光束源具有功率譜，即，主波長(zhǎng)λ0的范圍從410(nm)到420(nm)且其半寬Δλ為0.105(nm)或更大。
21．一種聚焦裝置，用于將一個(gè)物鏡的焦點(diǎn)位置調(diào)整到目標(biāo)表面，所述聚焦裝置包括一個(gè)致動(dòng)器，用于在光軸方向移動(dòng)所述物鏡；一種誤差檢測(cè)裝置，包含一個(gè)光源以及光學(xué)地檢測(cè)所述物鏡的聚焦誤差；以及用于基于由所述誤差檢測(cè)裝置獲得的信號(hào)來(lái)控制所述致動(dòng)器的裝置；包含在所述誤差檢測(cè)裝置中的所述光源發(fā)射的光束具有功率譜，即，主波長(zhǎng)λ0及其半寬Δλ關(guān)于所述物鏡的工作距離大體滿足λ02/Δλ≤2d的關(guān)系。
22．一種聚焦裝置，用于將一個(gè)物鏡的焦點(diǎn)位置調(diào)整到一個(gè)有可能被一種光學(xué)介質(zhì)覆蓋的目標(biāo)表面，所述聚焦裝置包括一個(gè)致動(dòng)器，用于在光軸方向移動(dòng)所述目標(biāo)表面；一種誤差檢測(cè)裝置，包括一個(gè)光源并且光學(xué)地檢測(cè)所述物鏡的聚焦誤差；以及用于基于由所述誤差檢測(cè)裝置獲得的信號(hào)來(lái)控制所述致動(dòng)器的裝置；包含在所述誤差檢測(cè)裝置中的所述光源發(fā)射的光束具有功率譜，即，主波長(zhǎng)λ0及其半寬Δλ關(guān)于覆蓋所述目標(biāo)表面的所述光學(xué)介質(zhì)的厚度t、光學(xué)介質(zhì)的折射率n2以及光線到達(dá)光學(xué)介質(zhì)的入射角θ大體滿足λ02/Δλ≤2·t(n22-sin2θ)0.5的關(guān)系。
全文摘要
光盤(pán)(100)通過(guò)粘合兩個(gè)厚度為“h”的基底制成,用作記錄介質(zhì)。至少有一個(gè)基底的后表面有信號(hào)標(biāo)記或能提供信號(hào)標(biāo)記的反射層。激光束(210)通過(guò)物鏡(203)照射到光盤(pán)(100)上,并且從基底的反射層反射的光被光學(xué)探測(cè)器件(213)探測(cè)。光學(xué)探測(cè)器件(213)的一個(gè)輸出提供給信號(hào)讀出器件(215),且另一個(gè)輸出提供給聚焦裝置(216)用于探測(cè)物鏡(203)的聚焦誤差以及用于控制物鏡(203)關(guān)于光盤(pán)(100)的位置。在光盤(pán)裝置中,激光束源的半寬△λ滿足不等式:λ
文檔編號(hào)G11B7/09GK1212780SQ97192831
公開(kāi)日1999年3月31日 申請(qǐng)日期1997年3月3日 優(yōu)先權(quán)日1996年3月6日
發(fā)明者石橋賴幸 申請(qǐng)人:株式會(huì)社東芝