專利名稱：光頭,記錄和/或復(fù)制方法,以及用來檢測厚度的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及到用來記錄和/或復(fù)制諸如光盤等信息記錄媒體的一種光頭，以及轉(zhuǎn)有這種光頭的一種記錄和/或復(fù)制裝置。本發(fā)明還涉及到諸如光盤等信息記錄媒體的一種記錄和/或復(fù)制方法，并且涉及到用來檢測在記錄媒體上面具有一個光透射層的信息記錄媒體的光透射層厚度的一種方法。
諸如只讀光盤，相變型光盤，磁光盤或是光記錄卡等等信息記錄媒體是專門用來存儲諸如視頻或是音頻信或者計算機數(shù)據(jù)等等數(shù)據(jù)的。近年以來，對這種信息記錄媒體的高記錄密度和大記錄容量的需求變得越來越迫切。
為了提高信息記錄媒體的記錄密，有一種有效的方法增大裝載在光頭上的一個物鏡的數(shù)值孔徑NA，并且縮短光的波長，這樣就能縮小由物鏡形成的激光點的尺寸。
對于早期出現(xiàn)的數(shù)字光盤等小型光盤(CD)來說，物鏡的數(shù)值孔徑NA是0.45，所用的光的波長是780nm。另一方面，對于記錄密度和記錄容量都比小型光盤更高的一種數(shù)字光盤DVD來說，物鏡的數(shù)值孔徑NA是0.6，所用的光的波長是650nm。
同時，在諸如光盤等信息記錄媒體上記錄有信息信號的記錄層上有一個光透射層。在記錄或是復(fù)制時用一個載有信息信號的記錄層通光透射層來照射這一記錄層。如果光透射層的厚度存在誤差，其厚度就會偏離預(yù)定的值，這種誤差會產(chǎn)生球面象差。例如可以用以下的公式(1)來表示三階球面象差W40＝{Δt(n2-1)/(8n3)}NA4…(1)其中的Δt是光透射層的厚度誤差，n是光透射層的折射率，NA是一個物鏡的數(shù)值孔徑。
從公式(1)中可見，由光透射層的厚度誤差造成的球面象差與數(shù)值孔徑NA的四次方成正比地增大。因此，增大數(shù)值孔徑對于抑制球面象差的發(fā)生具有決定性的作用。
從公式(1)中還可以看出，為了有效地抑制地址信號的球面象差，還可以縮小光透射層的厚度公差，從而減少其厚度誤差。例如在DVD中，光透射層的厚度公差是±0.03mm。如果要想將由于光透射層的厚度誤差造成的球面象差抑制在相當(dāng)于DVD等級的數(shù)值，在數(shù)值孔徑NA為0.6的情況下，只要光透射層的厚度誤差Δt處在公式(2)的范圍之內(nèi)就足夠了-0.00388/NA4≤Δt≤+0.00388/NA4…(2)從上述公式(2)中可以看出，在擴大數(shù)值孔徑NA的情況下，就可以找到所需的公差值，以便將球面象差抑制在基本上相當(dāng)于DVD的等級。從公式(2)中可見，如果數(shù)值孔徑NA＝0，7或是NA＝0.85，只要Δt分別是-0.016mm≤Δt≤+0.016mm或者-0.0074mm≤Δt≤+0.0074mm就足夠了。
然而，要縮小光透射層的厚度公差是極為困難的。盡管對于大規(guī)模生產(chǎn)系統(tǒng)并不需要明顯地改變工藝，要提高光透射層厚度的精度仍然是極為困難的，這是因為此類誤差主要取決于信息記錄媒體的制造方法。如果能夠?qū)崿F(xiàn)光透射層厚度誤差的精度，就需要徹底改變工藝，這樣就會明顯地增加制造成本。因此，通過縮小光透射層厚度誤差來抑制球面象差的方法是不可取的。
本發(fā)明的目的是提供一種光頭和一種記錄和/或復(fù)制方法，以及一種裝置，即使在增大數(shù)值孔徑時仍可以抑制球面象差。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種記錄和/或復(fù)制方法，即使在增大數(shù)值孔徑時仍可以抑制球面象差。
本發(fā)明的再一目的是提供一種厚度檢測方法，以便于檢測設(shè)在一個信息記錄媒體的記錄層上面的一個光透射層的厚度。
從一方面來看，本發(fā)明提供了一種用于信息記錄媒體的光頭，在信息記錄媒體上用來記錄信息信號的記錄層上面具有一個光透射層，這種光頭包括一個用來發(fā)光的光源，一個物鏡，用來通過光透射層將來自光源的光會聚到記錄層上，設(shè)置在光源和物鏡之間的一個具有預(yù)定折射率的光學(xué)元件，以及根據(jù)光透射層的厚度來移動光學(xué)元件的一個移動裝置。
上述光頭中的光學(xué)元件最好是一個準(zhǔn)直透鏡，如果光透射層處在規(guī)定的值，準(zhǔn)直透鏡就讓光源發(fā)出的光基本上對準(zhǔn)地落在物鏡上。
在上述的光頭中，如果物鏡的數(shù)值孔徑NA不小于0.65，信息記錄媒體的光透射層的薄膜厚度就應(yīng)該不小于0.47mm。
移動裝置中優(yōu)選包括一個與從光源射向光學(xué)元件的光的光軸基本上平行的參考軸，用來支撐光學(xué)元件并且能夠沿著參考軸移動的一個光學(xué)元件支撐裝置，一個電機，以及一個傳動裝置，用來將電機的轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)換成平行于光軸的平移運動，并且將這種平移運動傳遞給光學(xué)元件支撐裝置。傳動裝置將電機的轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)換成平行于光軸的平移運動，用來移動光學(xué)元件支撐裝置，進而使光學(xué)元件發(fā)生移動，從而根據(jù)光透射層的厚度來消除球面象差。
利用這種光頭可以通過移動裝置來移動設(shè)在光源和物鏡之間的一個具有預(yù)定折射率的光學(xué)元件，以便根據(jù)光透射層的厚度來消除球面象差。因此，盡管在光透射層中存在厚度誤差，也能夠抑制由于厚度誤差造成的球面象差。
在另一方面，本發(fā)明提供了一種記錄和/或復(fù)制裝置，用來在一種信息記錄媒體的一個記錄層上記錄和/或復(fù)制信息信號，在這種記錄媒體上還有一個光射層，該裝置包括用來檢測光透射層厚度的厚度檢測裝置，以及一個用于信息記錄媒體的光頭，在信息記錄媒體上用來記錄信息信號的記錄層上面具有一個光透射層。這種光頭包括一個用來發(fā)光的光源，一個物鏡，用來通過光透射層將來自光源的光會聚到記錄層上，設(shè)置在光源和物鏡之間的一個具有預(yù)定折射率的光學(xué)元件，以及根據(jù)厚度檢測裝置檢測到的光透射層的厚度來移動光學(xué)元件的移動裝置。
上述光頭中的光學(xué)元件最好是一個準(zhǔn)直透鏡，如果光透射層處在規(guī)定的值，準(zhǔn)直透鏡就讓光源發(fā)出的光基本上對準(zhǔn)地落在物鏡上。
在上述的光頭中，如果物鏡的數(shù)值孔徑NA不小于0.65，信息記錄媒體的光透射層的薄膜厚度就應(yīng)該不小于0.47mm。
在上述的記錄和/或復(fù)制裝置中，移動裝置包括一個與從光源發(fā)出并且落在光學(xué)元件上的光的光軸基本上平行的參考軸，用來支撐光學(xué)元件并且能夠沿著參考軸移動的一個光學(xué)元件支撐裝置，一個電機，以及一個傳動裝置，用來將電機的轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)換成平行于光軸的平移運動，并且將這種平移運動傳遞給光學(xué)元件支撐裝置。傳動裝置將電機的轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)換成平行于光軸的平移運動，用來移動光學(xué)元件支撐裝置，進而使光學(xué)元件發(fā)生移動，從而根據(jù)光透射層的厚度來消除球面象差。
利用這種記錄和/或復(fù)制裝置，可以通過移動裝置來移動設(shè)在光源物鏡之間的一個具有預(yù)定折射率的光學(xué)元件，以便根據(jù)光透射層的厚度來消除球面象差。因此，盡管在光透射層中存在厚度誤差，也能夠抑制由于厚度誤差造成的球面象差。
在另一方面，本發(fā)明提供了一種記錄和/或復(fù)制方法，用來在一種信息記錄媒體的記錄層上記錄和/或復(fù)制信息信號，在這種記錄媒體上還有一個光透射層，該方法包括采用一個具有發(fā)光光源的光頭，一個物鏡，用來通過光透射層將來自光源的光會聚到記錄層上，以及設(shè)置在光源和物鏡之間的一個具有預(yù)定折射率的光學(xué)元件，并目檢測光透射層的厚度，根據(jù)檢測的結(jié)果來移動光學(xué)元件，從而消除球面象差。
上述光頭中的光學(xué)元件最好是一個準(zhǔn)直透鏡，如果光透射層處在規(guī)定的值，準(zhǔn)直透鏡就讓光源發(fā)出的光基本上對準(zhǔn)地落在物鏡上。
在上述的光頭中，如果物鏡的數(shù)值孔NA不小于0.65，信息記錄媒體的光透射層的薄膜厚度就應(yīng)該不小于0.47mm。
利用這種記錄和/或復(fù)制裝置，可以通過移動裝置來移動設(shè)在光源和物鏡之間的具有預(yù)定折射率的光學(xué)元件，以便根據(jù)光透射層的厚度來消除球面象差。因此，盡管在光透射層中存在厚度誤差，也能夠抑制由于厚度誤差造成的球面象差。
在又一方面，本發(fā)明提供了一種用來檢測設(shè)在信息記錄媒體的一個記錄層上的光透射層厚度的檢測方法，在這種記錄層上適合記錄信息信號，該方法包括從一個光源發(fā)光，用一個物鏡將光源發(fā)出的光會聚到信息記錄媒體上，用一個用來檢測聚焦誤差信號的光電檢測器來接收由物鏡會聚到信息記錄媒體并且從信息記錄媒體上反射的反射光，并且根據(jù)光電檢測器反射的反射光和光透射層的表面反射的反射光產(chǎn)生的聚焦誤差信號中的信號部分檢測出光透射層的厚度。
在本發(fā)明的厚度檢測方法中，光透射層的厚度是根據(jù)聚焦誤差信號來檢測的，不需要專用的檢測裝置就能檢測出光透射層厚度。
按照本發(fā)明，即使是增大了物鏡的數(shù)值孔徑NA，仍然可以抑制由于光透射層的厚度誤差造成的球面象差。這樣就能提高信息記錄媒體的記錄密度和記錄容置，不需要提高信息記錄媒體的制造成本，同時將光透射層厚度誤差的公差保持在一個較大的值。


圖1表示了用來體現(xiàn)本發(fā)明的一個光頭；圖2表示用來體現(xiàn)本發(fā)明的一個記錄和/或復(fù)制裝置；圖3表示象散象差；圖4表示在象散象差方法中使用的一個光電檢測器的光接收裝置；圖5表示在象散象差方法中使用的另一種光電檢測器的光接收裝置；圖6表示在象散象差方法中使用的又一種光電檢測器的光接收裝置；圖7表示出現(xiàn)在聚焦誤差信信號中的一種S-形曲線；圖8表示在沿著指向光盤的方向上的光軸移動物鏡時輸出的一個聚焦誤差信號；圖9表示用來體現(xiàn)本發(fā)明的光頭的另一個實施例；
圖10是一個平面圖，用來表示在圖8的光頭中使用的一個雙軸驅(qū)動器的實施例；圖11是一個側(cè)視圖，用來表示在圖8的光頭中使用的一個雙軸驅(qū)動器的實施例；圖12是一個透視圖，用來表示透鏡驅(qū)動裝置的示意性結(jié)構(gòu)；圖13是圖12中所示的透鏡驅(qū)動裝置的平面圖；圖14示意性地表示了第一實施例的光學(xué)系統(tǒng)；圖15表示光透射層的厚度誤差，波前象差，以及第一實施例中的一個準(zhǔn)直透鏡的位移量之間的關(guān)系；圖16示意性地表示了第二實施例的光學(xué)系統(tǒng)；圖17表示光透射層的厚度誤差，波前象差，以及第一實施例中的一個準(zhǔn)直透鏡的位移量之間的關(guān)系。
以下要參照附圖詳細地說明本發(fā)明的最佳實施例。
圖1表示了用來體現(xiàn)本發(fā)明的一個光頭1。光頭1是用來記錄/復(fù)制一種相變光盤2的一種光頭。盡管本文中是以用來記錄/復(fù)制相變光盤2的光頭1為例的，本發(fā)明還可以廣泛地適用于在用來記錄信息信號的記錄層上面有一個光透射層的那種信息記錄媒體所使用的光頭。用來記錄和/或復(fù)制的信息記錄媒體可以是只讀光盤，磁光盤或是一種光記錄卡。
用光頭1來記錄/復(fù)制光盤2，在光盤的基片3上具有一個通過相變來記錄信息信號的記錄層，基片的厚度d大約是1.2mm或是0.6mm，在記錄層上還有一個光透射層4，其厚度t大約是0.1mm。光透射層4的作用是用來保護記錄層的一個保護層?？梢酝ㄟ^從光透射層4的一側(cè)而不是基片3的一側(cè)照射的光在光盤2上記錄/復(fù)制信息信號，光透射層的薄膜厚度比基片3薄得多。
如果讓光厚度較小的側(cè)面落到記錄層上，就可以抑制象差，從而獲得比普通的CD或是DVD更高的記錄密度和記錄容量。然而，本發(fā)明也可以用于利用從基片一側(cè)入射的光來記錄和/或復(fù)制信息信號的那種信息記錄媒體。
參見圖1，光頭1包括一個光源10，衍射點陣11，偏振射束分離器12，準(zhǔn)直透鏡13，用于準(zhǔn)直透鏡14的驅(qū)動器，四分之一波片15，物鏡16，物鏡的雙軸驅(qū)動器17，多鏡頭組件18，以及一個光電檢測器19。
在記錄/復(fù)制過程中，光源10向著光盤2發(fā)射光束，構(gòu)成光源的半導(dǎo)體激光器適合發(fā)射波長λ為650nm的線性偏振激光。為了從光盤2上復(fù)制信息信號，光源10發(fā)射一個具有恒定輸出的激光束。為了在光盤2上記錄信息信號，光源10需要根據(jù)記錄的信號來調(diào)制輸出激光束的強度。
本發(fā)明對光源10發(fā)射的激光的波長λ并沒有限制。例如，如果半導(dǎo)體激光器發(fā)射的激光波長比650nm短，為了獲得高記錄密度和高記錄容量，就適合使用短波長的激光器。
從光源10發(fā)射的激光首先入射到衍射點陣11上并且受到衍射。衍射點陣11的作用是將激光分離成至少三個部分，用于所謂的三點式規(guī)則伺服控制。
被衍射點陣11衍射的零級光和一級光(統(tǒng)稱為入射激光)通過偏振射束分離器12落在由兩個球面透鏡13a，13b共同構(gòu)成的準(zhǔn)直透鏡13上。
如果光盤2的光透射層4的厚度t處在預(yù)定的值，準(zhǔn)直透鏡13就能將入射到準(zhǔn)直透鏡13上的激光對準(zhǔn)。換句話說，準(zhǔn)直透鏡13是一種具有預(yù)定折射率的光學(xué)器件，如果光盤2的光透射層4的厚度t處在預(yù)定的值，準(zhǔn)直透鏡13就能使入射的激光對準(zhǔn)。
同時，準(zhǔn)直透鏡13被裝載在準(zhǔn)直透鏡14的驅(qū)動器上，以便沿著入射激光的光軸縱向移動。如果光盤2的光透射層4的厚度脫離了預(yù)定值，就用準(zhǔn)直透鏡14的驅(qū)動器移動準(zhǔn)直透鏡13，校正由于光透射層4的厚度誤差造成的球面象差。也就是說，如果光盤2的光透射層4的厚度脫離了預(yù)定值，準(zhǔn)直透鏡13就會將入射激光轉(zhuǎn)換成散射光或是會聚光，從而校正由于光透射層4的厚度誤差造成的球面象差。
從準(zhǔn)直透鏡13發(fā)出的入射激光通過四分之一波片15落在物鏡上。在光線過四分之一波片15時，入射的激光轉(zhuǎn)換成圓偏振光束之后落在物鏡16上。
物鏡16被用來將光會聚到光盤2的記錄層上。轉(zhuǎn)換成圓偏振光束的入射激光被物鏡16會聚之后通過光盤2的光透射層4落到光盤2的記錄層上。
盡管物鏡16可以是單一的透鏡，也可以按圖1所示由連接到一起的兩個透鏡16a，16b構(gòu)成。如果物鏡16是由兩個透鏡16a，16b構(gòu)成的，即使是擴大數(shù)值孔徑NA，仍然很容易裝配透鏡，而不需要對各個透鏡表面的曲面采用極為嚴(yán)格的公差。也就是說，如果能用兩個透鏡16a，16b構(gòu)成透鏡16，就能夠比較容量擴大數(shù)值孔徑NA，獲得較高的記錄密度和較高的記錄容量。
也可以用三個以上的透鏡構(gòu)成物鏡16。如果用三個以上的透鏡構(gòu)成物鏡16，就能夠緩和各個透鏡表面的曲率。然而，如果透鏡的數(shù)量過多，就難以組合成高精度的透鏡。因而需要用兩個透鏡來構(gòu)成物鏡。
被物鏡16會聚后落在光盤2的記錄層上的入射激光受到記錄層的反射而變成返回光束。這一返回光束通過物鏡16落到四分之一波片15上。返回光束首先遵循原先的路徑通過物鏡16，并且通過四分之一波片15被轉(zhuǎn)換成線性偏振光束，相對于入射光的偏振方向旋轉(zhuǎn)了90°。由準(zhǔn)直透鏡13對準(zhǔn)后的返回光被入射到偏振光束分離器12上并且受到它的反射。
由偏振光束分離器12反射的返回光通過多鏡頭組件18入射到光電檢測器19上，由光電檢測器進行檢測。多鏡頭組件18具有一個柱面光入射面和一個凹面光輸出面。多鏡頭組件18按照返回光的球面象差進行操作，通過所謂的球面象差方法執(zhí)行聚焦伺服控制。
用來檢測球面象差已經(jīng)過多鏡頭組件18調(diào)和之后的返回光的光電檢測器19可以包括六個光電檢測器。光電檢測器19輸出的電信號與落在各個光電檢測器上的返回光的光強度成正比，并且對這種電信號執(zhí)行預(yù)定的計算，從中產(chǎn)生和輸出諸如聚焦伺服信號或者跟蹤伺服信號等等伺服信號。
具體地說，用光電檢測器19來檢測球面象差已經(jīng)過多鏡頭組件18調(diào)和之后的返回光根據(jù)所謂的球面象差方法產(chǎn)生和輸出聚焦伺服信號。光頭1根據(jù)這些聚焦伺服信號來驅(qū)動載有物鏡16的物鏡17的雙軸驅(qū)動器，從而執(zhí)行聚焦伺服控制。
光電檢測器19還要檢測受到衍射點陣11衍射的0級光和+1級光的返回光束，按照所謂的三束方法產(chǎn)生跟蹤伺服信號，并且輸出所得的跟蹤伺服信號。光頭1根據(jù)這些跟蹤伺服信來驅(qū)動載有物鏡16的物鏡17的雙軸驅(qū)動器，從而執(zhí)行跟蹤伺服控制。
在從光盤2上復(fù)制信息信號時，光電檢測器19也要按照預(yù)定的算法來處理與入射到各個光電檢測器上的返回光的強度相對應(yīng)的電信號，以便從光盤2上產(chǎn)生和輸出重放信號。
在本發(fā)明的光頭1上，物鏡16被裝載在物鏡17的雙軸驅(qū)動器上，用來實現(xiàn)跟蹤伺服和聚焦伺服控制?；蛘呤菍⑼ㄟ^驅(qū)動器移動物鏡的伺服控制僅僅用于聚焦伺服控制，同時通過移動整個光頭來執(zhí)行跟蹤伺服控制。
在通過光頭1將光聚焦在光盤2的光記錄層上時，由于光盤2的光透射層4的厚度誤差造成的象差主要是由于散焦或是球面象差而產(chǎn)生的。
用聚焦伺服控制可以校正散焦。也就是說，用物鏡17的雙軸驅(qū)動器沿著物鏡16的光軸在前后方向上移動物鏡16，從而校正散焦，并且聚焦在記錄層上。在普通的光頭上也可以對散焦執(zhí)行這種校正。
另一方面，沿著光軸在前后方向上移動物鏡并不能校正球面象差。如果能根據(jù)光透射層4的厚度t來更換物鏡16或是改變物鏡16的光學(xué)介質(zhì)的折射率，就能夠校正這種球面象差。然而，這些方案都是不現(xiàn)實的。
按照本發(fā)明的光頭1，可以用準(zhǔn)直透鏡14的驅(qū)動器在沿著光軸的前后方向上移動準(zhǔn)直透鏡13，用來校正光透射層4的厚度造成的球面象差。也就是說，采用本發(fā)明的光頭1，準(zhǔn)直透鏡14的驅(qū)動器可以被用來移動準(zhǔn)直透鏡13，以便消除光盤2的光透射層4的厚度t造成的球面象差。
以下要詳細地說明由于光透射層4的厚度誤差而產(chǎn)生的球面象差以及用來校正這種象差的方法。
如果光透射層4具有一定的厚度誤差，就會產(chǎn)生可以用公式(1)表示的三次球面象差W40W40＝{Δt(n2-1)/(8n3)}NA4…(1)如上所述，其中的Δt是光透射層的厚度誤差，n是光透射層的折射率，NA是一個物鏡的數(shù)值孔徑。
公式(1)是用物鏡的數(shù)值孔NA根據(jù)總象差量的Taylor展開獲得的，并且將其轉(zhuǎn)換成波前象差。也就是說，如果用正弦函數(shù)來表示數(shù)值孔徑NA并且將其展開，就可以獲得以下的公式(3)sin(θ)＝x-x3/6+x6/120-x7/5040+ρ(x)8…(3)從公式(3)右側(cè)的第二項可以看出，波前象差是由上述公式(1)代表的三次球面象差。
然而，從公式(3)中可以看出，實際的象差次數(shù)會更高。從公式(3)右側(cè)的第三項看到的波前象差是一個由以下的公式(4)代表的五度球面象差W50W50＝{Δt(n2-1)(n2+3)/48n5}NA6…(4)由于光透射層4的厚度誤差ti產(chǎn)生的三次球面象差W50和五次球面象差W60之和就是公式(1)和(4)的總和，可以表示成公式(5)W≈W40{[1+{(n2+3)/6n2}NA2}…(5)通過用數(shù)值孔徑NA對公式(5)微分就可以獲得總的象差，并且用公式(6)來表示δS＝{Δt(n2-1)/2n3}NA3[1+(n2+3)/4n2}NA2] …(6)由上述公式(1)表示的三次球面象差W40可以用各個光學(xué)平面上產(chǎn)生的象差之和來表示。也就是說，如果只有三次球面象差W40，就可以通過在光源10和光透射層4之間的某一點上布置一個能夠產(chǎn)生符號相反的球面象差的光學(xué)元件來進行校正。然而，從上述的公式(5)中可見，光透射層4的折射率n越小，并且物鏡16的數(shù)值孔徑NA越大，五次球面象差W60在光透射層4的厚度誤差Δt產(chǎn)生的球面象差中所起的作用就越大，因此，僅僅校正三次球面象差W40是不夠的。
值得注意的是，三次球面象差W40對31/2(＝1.732)的光透射層4的折射率n來說是最大的，并且在光透射層4的折射率n小于上述值時急劇下降。光透射層4的折射率n通常處在1.5左右。因此，如果五次球面象差W60的作用隨著光透射層4的折射率n變小而增大，這一五次球面象差W60的作用就被總象差量的整體下降掩蓋了，不會產(chǎn)生嚴(yán)重的問題。
另一方面，如果物鏡16的數(shù)值孔徑NA按照上述方增大，五次球面象差W60的作用就會增大。五次球面象差W60的這種增大不會被掩蓋。如果增大了數(shù)值孔徑NA，五次球面象差W60在整個球面象差中所占的比例就會變成最大，同時，五次球面象差W60在總體球面象差中大約占40％。因此，在數(shù)值孔徑NA比較大的系統(tǒng)中，需要對五次球面象差W60的作用給予足夠的重視。
具體地說，假設(shè)數(shù)值孔徑NA＝0.6，并且光透射層4的折射率n＝1.5，厚度誤差Δt造成的總象差就是30μm。如果在考慮到五次球面象差W60的公式(6)中找出厚度誤差Δt造成的總象差，它就是1.452μm。另一方面，如果假設(shè)數(shù)值孔徑NA＝0.85，并且光透射層4的折射率n＝1.5，厚度誤差Δt就是30μm。從公式(6)中找出的厚度誤差Δt造成的總象差大約是4.850μm。也就是說，如果光透射層4的厚度公差是+0.03mm，數(shù)值孔徑NA是0.6，光透射層4的厚度誤差Δt造成的總象差就不會超過1.452μm。然而，如果數(shù)值孔徑NA是0.85，五次球面象差W60就會增大，使總的象差行高可以達到4.850μm。
為了校正上述的球面象差，如果能產(chǎn)生一個與公式(6)表示的球面象差量值相同且符號相反的象差就足夠了。最簡單的方法就是在光源10和用于校正的準(zhǔn)直透鏡13之間插入一個平行的平板。在這種情況下，如果能滿足公式(7)和(8){(nl2+3)/nl2}NAl2＝{(n02+3)/n02}NA02…(7){(nl3-3)/nl3}NAl4＝{(n02-1)/n03}NA04…(8)就能夠?qū)ξ宕吻蛎嫦蟛頦60進行校正。在這些公式中，NA0，nl和NAl是準(zhǔn)直透鏡13在入射光一側(cè)的折射率，光透射層4的折射率，以及物鏡16的數(shù)值孔徑。
為了滿足公式(7)和(8)，考慮到折射率的實際容許值，物鏡16的NAl和準(zhǔn)直透鏡13在入射光一側(cè)的NA0需要保持同等的量值。具體地說，至少需要滿足NA1/NA0≤2的關(guān)系。但是，實際上不可能在增大物鏡16的NA1的同時增大準(zhǔn)直透鏡13入射光一側(cè)的NA0值。因此，采用在光源10和準(zhǔn)直透鏡13之間插入平行平板的方法不可能完全校正這種球面象差。
另外，如果采用不是平行平板的光學(xué)元件，如果僅僅將光學(xué)元件布置在光軸上，就難以完全地校正整個球面象差。從公式(1)和(4)中可見，三次球面象差W40和五次球面象差W60對數(shù)值孔徑NA的數(shù)值是不同的。因此需要用一種完全平衡的方法來執(zhí)行校正，考慮到光透射層4的厚度公差，這種象差應(yīng)該完全處在公差范圍之內(nèi)。
因此，如果采用本發(fā)明的光頭1就可以實現(xiàn)完全平衡的校正，用準(zhǔn)直透鏡14的驅(qū)動器使三維的準(zhǔn)直透鏡13沿著光軸移動。當(dāng)準(zhǔn)直透鏡13在前后方向上移動時，就可以改變物鏡16在入射光一側(cè)的數(shù)值孔徑NA，從而使球面象差得到校正。
同時，在本發(fā)明的光頭1中，準(zhǔn)直透鏡13的出射光瞳的直徑應(yīng)該比物鏡16的入射光瞳的直徑大得多。在這種情況下，即使是改變物鏡16的數(shù)值孔徑NA，在物鏡16光出射一側(cè)的數(shù)值孔徑NA也基本上保持不變這樣就能完成穩(wěn)定的記錄/復(fù)制。
在這種光頭中，準(zhǔn)直透鏡13在入射光一側(cè)的數(shù)值孔徑NA主要是根據(jù)提高從光光源發(fā)出的入射激光的耦合效率來設(shè)定的。具體地說，數(shù)值孔徑NA應(yīng)該設(shè)定在大約0.3以下。另一方面，為了縮小會聚在記錄層上的光的直徑物鏡16的數(shù)值孔徑NA應(yīng)該選擇較大的值。如果需要使用比DVD更高的記錄密度和記錄容量，這一數(shù)值孔徑NA就應(yīng)該設(shè)定在不小于0.65。
也就是說，按照本發(fā)明的光頭1，準(zhǔn)直透鏡13在入射光一側(cè)的數(shù)值孔徑NA應(yīng)該設(shè)定在這樣的值，它明顯地小于物鏡16在出射光一側(cè)的數(shù)值孔徑NA。按照這種設(shè)定方式，由于準(zhǔn)直透鏡13沿著光軸移動而產(chǎn)生的球面象差主要是三次球面象差W40。因此，通過移動準(zhǔn)直透鏡13不可能完全消除由于光透射層4的厚度誤差Δt造成的全部球面象差。
因此，在移動準(zhǔn)直透鏡13的過程中需要設(shè)定準(zhǔn)直透鏡13的移動目標(biāo)位置，讓象差的均方值變成最小。具體地說，主光束和環(huán)境光束的光程差是通過光跟蹤方法來計算的，并且在準(zhǔn)直透鏡的位置上獲得光路徑差也就是預(yù)先計算出的波前象差的最小均方值。在對光盤2進行記錄/復(fù)制時，需要檢測光透射層4的厚度t，并且通過準(zhǔn)直透鏡14的驅(qū)動器將準(zhǔn)直透鏡13移動到根據(jù)誤差Δt預(yù)先計算出的位置上。
在這種光頭1中，準(zhǔn)直透鏡13的移動距離應(yīng)該比準(zhǔn)直透鏡13的焦距小得多，因此，由準(zhǔn)直透鏡13的移動而產(chǎn)生的波前象差Wrms就會比準(zhǔn)直透鏡13的聚焦小得多。在這種情況下，準(zhǔn)直透鏡13的移動量與移動準(zhǔn)直透鏡13時產(chǎn)生的球面象差的量值成正比，這樣就簡化了準(zhǔn)直透鏡14的驅(qū)動器的結(jié)構(gòu)及其驅(qū)動方式。換句話說，如果準(zhǔn)直透鏡13的移動距離遠遠小于準(zhǔn)直透鏡13的聚焦，對伺服機構(gòu)的結(jié)構(gòu)是非常有利的。
在上述的光頭1中，由于光透射層4的厚度誤差Δt造成的球面象差是通過移動準(zhǔn)直透鏡13而得到校正的。然而，由于光透射層4的厚度誤差Δt造成的球面象差也可以用除準(zhǔn)直透鏡13之外的其他任何適當(dāng)?shù)墓鈱W(xué)設(shè)備來校正。
按照本發(fā)明，只要將用來校正由于光透射層4的厚度誤差Δt造成的球面象差的光學(xué)元件布置在光源10和物鏡16之間就足夠了。例如，設(shè)在光源10和準(zhǔn)直透鏡13之間的一個透鏡可以沿著光軸在前后方向上移動?；蛘呤鞘〉魷?zhǔn)直透鏡13，讓光源10發(fā)出的光以發(fā)散光的狀態(tài)落到物鏡16上。在這種情況下，只要將透鏡設(shè)在入射到物鏡16上的發(fā)散光的光程上，并且沿著光軸在前后方向上移動就足夠了。
然而，如果需要用上述光頭1中的準(zhǔn)直透鏡13來校正球面象差，并且光透層4的厚度處在預(yù)定的值，物鏡16上的入射激光就是準(zhǔn)直的光，因此，物鏡16就能象一個便于操作的平行系統(tǒng)透鏡那樣工作。因此，在實際情況下，可以象光頭1那樣用準(zhǔn)直透鏡13作為校正球面象差的光學(xué)器件。
盡管上述的說明是針對光透射層4的厚度誤差Δt造成的球面象差的校正來解釋的，還可以讓用于象差校正的光學(xué)元件移動，用來檢測環(huán)境的變化，例如溫度的變化，光盤2在徑向方向上的傾斜，光透射層4的折射率n的變化，或者是構(gòu)成光頭1的光學(xué)元件的錯位等等，并且用來校正由這些因素造成的象差。
同時還希望這種光頭1能夠?qū)⑽镧R16的數(shù)值孔徑NA擴大到滿足DVD的要求，以便進一步提高記錄密度。如上文所述，數(shù)值孔徑NA應(yīng)該設(shè)定在不小于0.65。
然而，如果增大了物鏡16的數(shù)值孔徑NA，除了上述的球面象差之外還會出現(xiàn)彗形象差增大的問題。彗形象差是由于光盤2的徑向傾斜而產(chǎn)生的，并且隨著物鏡16的數(shù)值孔徑NA的三次方正比增大。因此，隨著數(shù)值孔徑NA的增大，抑制彗形象差的問題就變得更重要了。
為了抑制彗形象差，減少光透射層4的厚度t是一種有效的方法。例如在DVD中，徑向傾斜的傾斜角是±0.4°，為了維持必要的公差值光透射層4的厚度t應(yīng)該滿足以下的公式(9)t≤0.1296/NA3…(9)舉例來說，如果NA≥0.65，滿足公式(9)的t≤0.47mm。因此，如果光頭1中的物鏡16的數(shù)值孔徑NA不小于0.65，就應(yīng)該將光透射層4的厚度t設(shè)定在0.47mm以下。因此，為了獲得高記錄密度，如果將物鏡16的數(shù)值孔徑NA設(shè)定在不小于0.65，就能將光透射層4的厚度t的公差維持在滿足普通DVD的值。
從上述的公式(9)中可以看出，如果再增大物鏡16的數(shù)值孔徑NA，讓NA≥0.7，就應(yīng)該t≤0.37mm。如果進一步增大物鏡16的數(shù)值孔徑NA，讓NA≥0.85，就應(yīng)該t≤0.21mm。
一般來說，要獲得狹窄的徑向傾斜公差是有困難的。如果需要，其費用將會明顯地增加。然而，如果能隨著物鏡16的數(shù)值孔NA充分地減少光透射層4的厚度t，以便通過增大物鏡16的數(shù)值孔徑NA而達到增加記錄密度的目的，徑向傾斜公差就可以保持在普通DVD所要求的值。因此，如果隨著物鏡16的數(shù)值孔徑NA的增大而減少光透射層4的厚度t，就能獲得較高的記錄密度，不會由于徑向傾斜公差過小而使費用明顯地上升。
作為本發(fā)明的記錄和/或復(fù)制裝置的一個實施例，在圖2中表示了一種記錄/復(fù)制裝置30，它具有一個如上文所述的用來記錄/復(fù)制光盤2的光頭1。
盡管在下文中是參照用來記錄/復(fù)制相變型光盤2的記錄/復(fù)制裝置來說明的，本發(fā)明還可以用于具有光頭的各種類型的記錄和/或復(fù)制裝置。用來記錄和/或復(fù)制的信息記錄媒體可以是一種只讀光盤，磁光盤，或者是一種光記錄卡。
記錄/復(fù)制裝置30包括一個用來旋轉(zhuǎn)驅(qū)動光盤2的主軸電機31，用來記錄/復(fù)制信息信號的光頭1，用來移動光頭1的進給電機32，用來執(zhí)行調(diào)制/解調(diào)工作的一個調(diào)制解調(diào)電路33，用于光頭1的伺服控制的一個伺服控制電路34，以及用來控制整個系統(tǒng)的一個系統(tǒng)控制器35。
主軸電機31在伺服控制電路34的控制下被驅(qū)動，并且按照預(yù)定的rpm轉(zhuǎn)動。也就是說，用主軸電機31來卡住需要記錄或是復(fù)制的光盤2，并且用伺服控制電路34驅(qū)動主軸電機31按照預(yù)定的rpm轉(zhuǎn)動。
在記錄/復(fù)制信息信號時，光頭1將激光照射在光盤2上，隨著光盤2的轉(zhuǎn)動而檢測返回的光。在記錄信息信號時，由外部電路36傳送并且用調(diào)制電路33按照預(yù)定方式進行調(diào)制的信號被傳送到光頭1，然后用按照光強度進行調(diào)制的激光束照射在光盤2上。在復(fù)制信息信號時，光頭1將一個恒定輸出的激光束照射在轉(zhuǎn)動的光盤2上，并且根據(jù)返回光產(chǎn)生重放信號，將重放信號提供給調(diào)制解調(diào)電路33。
光頭1還被連接到伺服控制電路34。在記錄/復(fù)制信息信號的過程中，光頭1按照上述的方式根據(jù)從轉(zhuǎn)動的光盤2上反射的返回光產(chǎn)生聚焦伺服信號和跟蹤伺服信號，將伺服信號提供給伺服控制電路34。
調(diào)制解調(diào)電路33被連接到系統(tǒng)控制器35和外部電路36。在光盤2上記錄信息信號時，調(diào)制解調(diào)電路33在系統(tǒng)控制器35的控制下從外部電路36接收需要記錄在光盤2上的信號，并且對接收的信號進行調(diào)制。經(jīng)過調(diào)制解調(diào)電路33調(diào)制后的信號被傳送到光頭1。在從光盤2上復(fù)制信息信號時，調(diào)制解調(diào)電路33在系統(tǒng)控制器35的控制下接收由光盤2產(chǎn)生的信號，對重放信號進行調(diào)制。被調(diào)制解調(diào)電路33解調(diào)的信號從調(diào)制解調(diào)電路33輸出到外部電路36。
進給電機32被用來沿著光盤2的徑向?qū)⒐忸^1輸送到預(yù)定的位置，它是由來自伺服控制電路34的控制信號驅(qū)動的。也就是說，將進給電機32連接到伺服制電路34并且受到它的控制。
伺服控制電路34在系統(tǒng)控制器35的控制下控制進給電機32，這樣就能將光頭1輸送到面對光盤2的預(yù)定位置。伺服控制電路34同時還連接到主軸電要31，用來在系統(tǒng)控制器35的控制下控制主軸電機31的操作。也就是說，用伺服控制電路34控制主軸電機31，在記錄/復(fù)制信息信號的過程中按照預(yù)定的rpm旋轉(zhuǎn)驅(qū)動光盤2。伺服控制電路34還被連接到光頭1上，并且在記錄/復(fù)制信息信號的過程中從光頭1上接收伺服信號，按照這種伺服信號用裝載在光頭1上的物鏡17的雙軸驅(qū)動器來實現(xiàn)聚焦伺服控制和跟蹤伺服控制。
另外，在體現(xiàn)本發(fā)明的記錄/復(fù)制裝置30中，伺服控制電路34還可以作為檢測裝置來操作，根據(jù)聚焦伺服信號檢測出光盤2的光透射層4的厚度t。以下要說明用伺服控制電路34檢測光透射層4的厚度的方法。
在光電檢測器1的光電檢測器19發(fā)出的聚焦伺服信號當(dāng)中包括聚焦推進們號和聚焦誤差信號。用聚焦推進信號表示光盤2反射的全部返回光的光量，并且用來將物鏡16移動到聚焦位置附近。在根據(jù)聚焦推進信號將物鏡1移動到聚焦位置附近之后，用聚焦誤差信號將物鏡16保持在剛好聚焦的位置上。
記錄/復(fù)制裝置30按照球面象差方法獲得聚焦誤差信號。在球面象差方法中，將玻璃板制成的一個平行平板式的光學(xué)元件布置在返回光的光學(xué)會聚路徑中，用來故意產(chǎn)生一個很大的球面象差，在最小模糊圈的前面和后面檢測出光束的形狀，從中獲得聚焦誤差信號。
以下如圖3所示以一個平行平板20為例來解釋球面象差方法。盡管圖1中所示的光頭1采用了多鏡頭組件18作為產(chǎn)生球面象差的光學(xué)元件，但是在此處為了簡化而使用了平行平板20作為產(chǎn)生球面象差的光學(xué)元件。
如果將平行平板20作為產(chǎn)生球面象差的光學(xué)元件，從以下的公式(10)就能得到球面象差量δyδy＝{(n2-1)sin2θXt}/(n2-sin2θ)3/2 …(10)其中的θ，n和t分別代表返回光開口的角度，布置在有限光路徑上的平行平板20的折射率及其厚度。
為了用球面象差方法檢測出聚焦誤差信號，用一個光電檢測器來檢測具有球面象差的光束。圖4到6表示了適合使用球面象差方法檢測聚焦誤差信號的一個光電檢測器的光接收部21。這一光接收部21具有矩形的形狀，并且用兩條垂直分割線將其分割成四段。當(dāng)激光在光盤的記錄層上剛好處在聚焦?fàn)顟B(tài)時，如果將光電檢測器設(shè)定在讓光接收部21上的光束點22變成最小模糊圈，光接收部21上的光束點22在非聚焦?fàn)顟B(tài)下就會變成橢圓形的點。如果用A，B，C和D來表示光接收部21的各個段，通過一個電流-電壓轉(zhuǎn)換放大器對光接收部21接收到的光量所執(zhí)行的放大計算，所獲得的聚焦誤差信號FE就是電壓信號FE＝(A+C)-(B+D)。
如果激光束被聚焦在光盤的記錄層上，引入?yún)^(qū)21上的光束點22就是橢圓形的，如圖4所示。在光接收部21的各個段中的光量是(A+C)＝(B+D)，因此，F(xiàn)E＝0。
如果光盤的記錄層更加靠近激光的聚焦點，光接收21上的光束點22就是橢圓形的，如圖5所示。在光后續(xù)部21的各個段中的光量是(A+C)＜(B+D)，因此，F(xiàn)E＜0。
如果光盤的記錄層遠離激光的聚焦點，光接收部21上的光束點22就是橢圓形的，如圖6所示。在光后續(xù)部21的各個段中的光量是(A+C)＞(B+D)，因此，F(xiàn)E＞0。
如圖7所示，如果將聚焦偏差繪制在橫軸上，將聚焦誤差信號的輸出繪制在縱軸上，由此獲得的聚焦誤差信號就可以用一條S形曲線來表示。S形曲線中心的零點代表剛好聚焦的點。同時，從S形曲線的一個峰值Pa到另一側(cè)的峰值Pb的范圍Wa通常被稱為聚焦推進范圍。
為了在光頭1中實現(xiàn)聚焦伺服控制，在檢測到聚焦推進信號時需要驅(qū)動物鏡17的雙軸驅(qū)動器，以便使物鏡16沿著光軸在前后方向上移動。根據(jù)聚焦推進信號使物鏡的焦點定位在記錄層的附近。當(dāng)物鏡16的焦點被定位在記錄層的附近，并且物鏡16處在聚焦推進范圍之內(nèi)時，就利用物鏡17的雙軸驅(qū)動讓物鏡16沿著光軸在前后方向上逐漸移動，自始至終地保持剛好聚焦的位置，讓聚焦誤差信號始終處在零點。這樣就能相對于記錄層始終設(shè)定在聚焦?fàn)顟B(tài)。
以上說明了聚焦伺服控制的原理。在慣用的記錄/復(fù)制裝置中，從記錄層反射的返回光獲得的聚焦誤差信號FE被用來實現(xiàn)聚焦伺服控制。然而，入射的激光不僅受到記錄層的反射，或多或少地還會受到光盤2上處在光透射層4表面上的表面反射。由于光透射層4的表面反射的返回光而形成圖7所示的S形曲線。在以下的說明中，由于光透射層4的表面反射的返回光而出現(xiàn)聚焦誤差信號的S形曲線被稱為第一S形曲線，而由于光盤1的記錄層表面反射的返回光造成的聚焦誤差信號被稱為第二S形曲線。
按照本發(fā)明的記錄/復(fù)制裝置30響應(yīng)上述的第一和第二S形曲線，根據(jù)聚焦誤差信寫來檢測光透射層4的厚度t。也就是說，在本發(fā)明的記錄/復(fù)制裝置30中，在記錄/復(fù)制操作開始之前用物鏡17的雙軸驅(qū)動器使物鏡16沿著光軸前后移動，直到物鏡的焦點位置從光透射層4的表面移到記錄層上。根據(jù)物鏡16的移動速度和對應(yīng)著第一和第二S形曲線的聚焦誤差信號來檢測光透射層4的厚度t。
以下要參照圖8給予說明。在圖8中表示了當(dāng)物鏡16在接近光盤2的方向上沿著光軸移動時輸出的聚焦誤差信號，圖中的橫軸和縱軸分別代表時間和輸出的聚焦誤差信號。
在圖8中，W1是物鏡16跨過第一S形曲線的聚焦推進范圍所需要的時間。也就是說，W1代表聚焦誤差信號隨著物鏡16的移動從最大值變到最小值所需要的時間，而P1代表了光盤2的光透射層4表面上的一個聚焦點，也就是相對于光透射層4的表面剛好聚焦的點。
在圖8中，W2是物鏡16跨過第二S形曲線的聚焦推進范圍所需要的時間。也就是說，W2代表聚焦誤差信號隨著物鏡16的移動從第二S形曲線上的最大值變到最小值所需要的時間，而P2代表了光盤2的光透射層4表面上的一個聚焦點，也就是相對于記錄層剛好聚焦的點。
另外，圖8中的W3代表從聚焦在光盤2的光透射層4表面上的一點P1直到聚焦在光盤2的記錄層上的一點P2所經(jīng)歷的時間。
在這種情況下，如果聚焦推進范圍的長度是A，用以下的公式(11)就可以獲得光透射層4的厚度tt＝W3X{(A/W1)2+(A/W3)2}1/2…(11)同時，在目前常用的光頭中，聚焦推進范圍的長度A被設(shè)定在20μm左右。
在按照本發(fā)明的記錄/復(fù)制裝置30中，伺服控制電路34根據(jù)公式(11)獲得光透射層4的厚度t。因此，記錄/復(fù)制裝置30的伺服控制電路34可以作為一種厚度檢測裝置，用來檢測光透射層4的厚度。
盡管可以對光透層4的厚度t僅僅檢測一次，最好的方式還是通過多次檢測而獲得一個平均值。也就是說，在檢測光透射層4厚度t的過程中，按照例如100到200Hz的預(yù)定頻率反復(fù)地前后移動物鏡17的雙軸驅(qū)動器，反復(fù)獲得光透射層4的厚度t，從中找到一個平均值。這樣就能更加精確地檢測出光透射層4的厚度t。
按照上述方式檢測到光透射層4的厚度t的伺服控制電路34向光盤2發(fā)出一個控制信號，利用準(zhǔn)直透鏡14的驅(qū)動器來移動準(zhǔn)直透鏡13，根據(jù)這一控制信號將光透射層4的厚度誤差可能造成的球面象差減少到最小。在對光透射層4的厚度誤差造成的球面象差進行校之后，記錄/復(fù)制裝置30就象普通的記錄/復(fù)制裝置一樣執(zhí)行記錄/復(fù)制操作。
在本發(fā)明的記錄/復(fù)制裝置30中，光透射層4的厚度t是在記錄/復(fù)制操作之前進行測量的，以便能校正厚度誤差造成的球面象差。因此，即使是光透射層4的厚度t存在厚度誤差，仍然能夠抑制球面象差的發(fā)生，從而在最佳狀態(tài)下執(zhí)行記錄/復(fù)制操作。
采用本發(fā)明的光頭，只要移動具有預(yù)定折射率的光學(xué)元件就足以消除取決于光透射層厚度的球面象差，因此，這種光頭并不僅限于圖1所示的結(jié)構(gòu)。以下要參照圖9到11詳細說明本發(fā)明的光頭的各種變更形式。
圖9所示的光頭100是一種用于記錄/復(fù)制相變型光盤101的光頭。適合用這種光頭100記錄/復(fù)制的光盤101具有一個基片102，設(shè)在基片上的一個記錄層，可以通過相位變化來記錄信息信號，以及設(shè)在記錄層上面的一個光透射層103。用入射到光透射層103一側(cè)的光對光盤101進行記錄或是復(fù)制。
光頭100包括用來檢測光盤101的光透射層103厚度的第一光學(xué)系統(tǒng)104以及一個第二光學(xué)系統(tǒng)105。為了在光盤101上記錄/復(fù)制信息信號，第二光學(xué)系統(tǒng)105需要根據(jù)第一光學(xué)系統(tǒng)104檢測到的光盤101的光透射層103的厚度光盤101的光透射層103的厚度誤差造成的球面象差進行校正。
第一光學(xué)系統(tǒng)104包括一個光源106，偏振射束分離器107，準(zhǔn)直透鏡108，一個物鏡109，以及一個光電檢測器110。
光源106向著光盤101發(fā)光。光源106可以采用一個發(fā)射波長為635到650nm短波長激光的半導(dǎo)體激光器。光源106發(fā)出的激光受到偏振射束分離器107的反射之后落到準(zhǔn)直透鏡108上。
用粘結(jié)到一起的兩個球面透鏡108a，108b構(gòu)成的準(zhǔn)直透鏡108將入射到準(zhǔn)直透鏡108上的激光對準(zhǔn)。被準(zhǔn)直透鏡108對準(zhǔn)的激光落在物鏡109上。
入射到物鏡109上的激光被物鏡109會聚之后通過光透射層103落到光盤101的記錄層上。物鏡109被裝在一個雙軸驅(qū)器111上，可以在沿著光軸的方向和與其垂直的方向上移動。
經(jīng)過物鏡109的會聚之后落在光盤101的記錄層上的激光受到記錄層的反射后變成了返回光束。這種返回光沿著跨過偏振射束分離器107的原來的光程減退，最后入射到光電檢測器110上。
第一光學(xué)系統(tǒng)104根據(jù)光盤101的光透射層103和記錄層表面上的聚焦誤差信號來檢測光盤101的光透射層103的厚度。
第二光學(xué)系統(tǒng)105包括一個光源112，一個柱面透鏡113，偏振射束分離器114，準(zhǔn)直透鏡115，衍射點陣116，光程提升反射鏡117，四分之一波片118，一組兩個物鏡119，以及一個光電檢測器120。
由發(fā)射波長為400到650nm短波長激光的半導(dǎo)體激光器構(gòu)成的光源112朝著光盤101發(fā)射激光。從光源112發(fā)出的激光落在柱面透鏡113上。
從柱面透鏡113入射到準(zhǔn)直透鏡115上的激光是射束的形狀，并且通過偏振射束分離器114落在準(zhǔn)直透鏡115上。
如果光盤101的光透射層103的厚度處在預(yù)定的值，激光就會入射到由粘結(jié)到一起的兩個球面透鏡構(gòu)成的準(zhǔn)直透鏡11上并且被對準(zhǔn)。準(zhǔn)直透鏡115被裝載在準(zhǔn)直透鏡121的一個驅(qū)動器上，并且可以沿著入射激光的光軸前后移動。
如果光盤101的光透射層103的厚度t脫離了預(yù)定值，就用準(zhǔn)直透鏡115來對準(zhǔn)準(zhǔn)直透鏡115，以便校正由于光透射層103的厚度誤差造成的球面象差。也就是說，如果光盤101的光透射層103的厚度t脫離了預(yù)定值，就用準(zhǔn)直透鏡115將入射激光轉(zhuǎn)變成發(fā)散光或是會聚光，以便校正由于光透射層103的厚度誤差造成的球面象差。從準(zhǔn)直透鏡115發(fā)出的激光落在衍射點陣116上。
入射到衍射點陣116上的激光受到衍射點陣116的衍射后變成一個三束激光。衍射點陣116被用來將激光分解成至少三個光束，以便用所謂的三點式方法執(zhí)行跟蹤伺服控制。從射點陣116射出的激光在其前進方向上被光程提升反射鏡117轉(zhuǎn)向，落在四分之一波片118上。
入射到四分之一波片118上的激光從線性偏振狀態(tài)被變成圓極化狀態(tài)。從四分之一波片118輸出的激光落在一組兩個物鏡119上。
入射到一組兩個物鏡119上的激光被會聚之后通過光透射層103落到光盤101的記錄層上。由兩個物鏡119a，119b構(gòu)成的這一組兩個物鏡119被裝載在雙軸驅(qū)動器111上，并且可以在沿著光軸的方向和與其垂直的方向上移動。被一組兩個物鏡119會聚之后落到光盤101的記錄層上的入射激光受到記錄層的反射之后變成了返回光束，然后沿著前進的光程逆行通過一組兩個物鏡119，并且會聚到準(zhǔn)直透鏡115上。產(chǎn)生的會聚光受到偏振射束分離器114的反射后入射到光電檢測器120上，用光電檢測器進行檢測。
參見圖9，第二光學(xué)系統(tǒng)105包括一個會聚透鏡122，用來會聚被偏振射束分離器114反射的激光，和一個用來接收由會聚透鏡122會聚的激光的輸出調(diào)節(jié)光電檢測器123，以便根據(jù)接收到的光量自動調(diào)節(jié)從光源112發(fā)出的激光的輸出。
在本實施例的光頭100上，將第一光學(xué)系統(tǒng)104的物鏡109和第二光學(xué)系統(tǒng)105的一組兩個透鏡裝載在雙軸驅(qū)動器111上，從而使其在雙軸的方向上移動，用來實現(xiàn)對光盤101的跟蹤控制和聚焦控制。
圖10和11示意性地表示了一個雙軸驅(qū)動器111的結(jié)構(gòu)。這種雙軸驅(qū)動器111包括一個用來裝載物鏡109和一組兩個物鏡119的鼓輪130，以及用來在兩個垂直方向上移動鼓輪130的一個電磁驅(qū)動機構(gòu)131。
參見圖10和11，鼓輪130基本上是一個具有頂板的圓筒，并且用一個支撐軸132支撐在它的中心。鼓輪130被支撐著繞支撐軸132的軸線轉(zhuǎn)動和滑動。物鏡109和一組兩個物鏡119被安裝在鼓輪130上的支撐軸132兩側(cè)的對稱點上，讓彼此的光軸相互平行。
參見圖10和11，用來移動鼓輪130的電磁驅(qū)動機構(gòu)131包括具有一個聚焦磁鐵133的磁路，一對聚焦軛鐵134，135，一個跟蹤磁鐵136，一對跟蹤軛鐵137，138，一個聚焦線圈139，以及一個跟蹤線圈140。
如圖11所示，在電磁驅(qū)動機構(gòu)131的跟蹤線圈141內(nèi)側(cè)固定安裝著一個金屬件141，用來設(shè)定鼓輪130的中性位置。由于金屬件141朝著被分成兩個平面磁極的跟蹤磁鐵136的兩個磁極的邊界受到吸引，鼓輪130被設(shè)定在跟蹤方向也就是第二方向的中性位置上，同時被設(shè)定在聚焦方向也就是第一方向的中性位置上。利用彈性橡膠等等構(gòu)成的一個中性位置支撐機構(gòu)將鼓輪130保持在裝有支撐軸132的一個支撐基座142的中性位置上。
保持在中性位置上的鼓輪130受到電磁驅(qū)動機構(gòu)131的驅(qū)動，使其沿著支撐軸132的軸線滑動，并且繞著支撐軸132的軸線轉(zhuǎn)動。
也就是說，電磁驅(qū)動機構(gòu)131根據(jù)通過可彎曲基片143傳送給聚焦線圈139的聚焦誤差信號使鼓輪130沿著支撐軸132的軸線移動。通過鼓輪130沿著支撐軸132的軸線的滑動對一組兩個物鏡119執(zhí)行相對于光盤101的聚焦控制。
另一方面，電磁驅(qū)動機構(gòu)131根據(jù)通過可彎曲基片143傳送給跟蹤線圈140的跟蹤誤差信號使鼓輪130繞著支撐軸132的軸線轉(zhuǎn)動。通過鼓輪130繞著支撐軸132的軸線的轉(zhuǎn)動對一組兩個物鏡119執(zhí)行相對于光盤101的跟蹤控制。
在上述的光頭100中對聚焦伺服控制和跟蹤伺服控制方法分別采用了所謂的球面象差方法和三點式方法。由一個四段光電檢測器用球面象差方法來檢測從光盤上通過柱面透鏡反射的激光，并且算出從各個估段上獲得的檢測輸出的和以及/或是差，將從中推導(dǎo)出聚焦誤差信號作為激光相對于記錄層的散焦分量。
三點式方法使用衍射點陣將來自光源的單束激光分離成一個主激光束(零級光束)和兩個子光束(±一級光束)，在照射在記錄軌跡中心上的主激光束的前、后發(fā)出兩個子光束。用具有兩個光接收部的光電檢測器來檢測在主激光束的前、后發(fā)出的于光束的反射光束，以便找出從光接收部獲得的檢測輸出之間的差別，從中推導(dǎo)出跟蹤誤差信號，將其作為主光束相對于記錄軌跡的偏差分量。
為了用這種光頭100對光盤101進行復(fù)制，第一光學(xué)系統(tǒng)104根據(jù)光盤101的記錄層和光透射層103表面上的聚焦誤差信號來檢測光盤101的光透射層103的厚度。也就是說，第一光學(xué)系統(tǒng)104的雙軸驅(qū)動器111讓物鏡109在雙軸驅(qū)動器111的驅(qū)動下沿著光軸前后移動，根據(jù)物鏡109的移動速度和聚焦誤差信號所提供的第一和第二S形曲線通過公式(11)檢測出光透射層103的厚度。
用第一光學(xué)系統(tǒng)104檢測到的光透射層103的厚度是按照圖中沒有表示的控制電路所計算和預(yù)定的表和功能來確定的。在確定了光透射層103的厚度之后，由這種控制電路來決定其操作方式，用來校正由于光盤101的厚度誤差造成的球面象差，并且將指示這種操作的控制信號發(fā)送給第二光學(xué)系統(tǒng)105。第二光學(xué)系統(tǒng)105根據(jù)這些控制信號來控制準(zhǔn)直透鏡121的驅(qū)動器，從而使準(zhǔn)直透鏡115逐步移動，盡量減少由于光透射層103的厚度誤差造成的球面象差。
在對光透射層103的厚度誤差造成的球面象差進行校正之后，第二光學(xué)系統(tǒng)105對光盤101執(zhí)行盡量/復(fù)制操作。準(zhǔn)直透鏡115的驅(qū)動器按照這種方法將準(zhǔn)直透鏡115移動到其最佳位置，對光透射層103的厚度誤差造成的球面象差進行校正，從而產(chǎn)生最佳的信號。
在第二光學(xué)系統(tǒng)105中復(fù)制光盤101時，第一光學(xué)系統(tǒng)104的作用是一個用來檢測第二光學(xué)系統(tǒng)105中的工作距離的光學(xué)系統(tǒng)，也就是檢測光盤101和一組兩個物鏡119之間的間隔。
在第二光學(xué)系統(tǒng)105中通過沿著光軸移動一組兩個物鏡119來執(zhí)行聚焦推進操作，由于一組兩個物鏡119的NA很大，聚焦推進范圍是很窄的，光盤101和一組兩個物鏡119之間的工作距離不能大于0.5mm。因此，如果光盤101存在表面偏差，或者是光盤101的高度偏離了一個參考值，光盤101就可能會在聚焦推進操作期間碰到一組兩個物鏡119。
因此，在第二光學(xué)系統(tǒng)105執(zhí)行聚焦推進操作期間，第一光學(xué)系統(tǒng)104可以作為一個輔助裝置，用來防止光盤101碰到一組兩個物鏡119。
也就是說，在第二光學(xué)系統(tǒng)105執(zhí)行聚焦推進操作期間，從光源106發(fā)出的激光照射在光盤101上，并且用光電檢測器110來接收和檢測聚焦誤差信號。根據(jù)這種聚焦誤差信號就可以檢測出裝載在通常和物鏡109一同使用的鼓輪上的一組兩個物鏡119的大致位置。根據(jù)由第一光學(xué)系統(tǒng)104檢測到的一組兩個物鏡119的位置信息，光頭100驅(qū)動雙軸驅(qū)動器111，防止光盤101碰到一組兩個物鏡119。
同時，如果一組兩個物鏡119明顯地偏離了第一光學(xué)系統(tǒng)104的聚焦推進范圍，第一光學(xué)系統(tǒng)104可能就不能產(chǎn)生聚焦誤差信號。來自光盤101的整個反射光是用第一光學(xué)系統(tǒng)104來檢測的，并且根據(jù)檢測到的等級在第一光學(xué)系統(tǒng)104的聚焦推進范圍內(nèi)推進一組兩個物鏡119。
因此，在這種光頭100中，第一光學(xué)系統(tǒng)104被用作一個負責(zé)聚焦推進的輔助光學(xué)系統(tǒng)，以便用第二光學(xué)系統(tǒng)105復(fù)制光盤101，無論光盤101有沒有表面或是高度的偏差，都能實現(xiàn)正確的聚焦推進，不會讓一組兩個物鏡119碰到光盤101。
第一光學(xué)系統(tǒng)104用于聚焦推進的輔助功能或是工作距離檢測方法也可以用除了球面象差方法以外的方法來實現(xiàn)，例如微分同心圓方法。
光頭1使用準(zhǔn)直透鏡14的驅(qū)動器作為使準(zhǔn)直透鏡13在消除由光盤2的光透射層4的厚度而產(chǎn)生的球面象差的方向上移動的裝置。光頭1還使用準(zhǔn)直透鏡121的驅(qū)動器作為移動裝置，使準(zhǔn)直透鏡115在消除由光盤101的光透射層103的厚度而產(chǎn)生的球面象差的方向上移動。以下要參見圖12和13說明這些移動裝置(以下稱為透鏡驅(qū)動機構(gòu))的結(jié)構(gòu)。
圖12和13所示的透鏡驅(qū)動機構(gòu)160使準(zhǔn)直透鏡在消除由信息記錄媒體的光透射層的厚度而產(chǎn)生的球面象差的方向上移動。透鏡驅(qū)動機構(gòu)160包括一個與光軸平行布置的參考軸161，與光軸平行布置的一個副參考軸162，以及支撐在這些參考軸161，162上的一個準(zhǔn)直透鏡支架163。
參考軸161和副參考軸162被安裝和固定在光頭的一個靜止部分上。準(zhǔn)直透鏡支架163被支撐著并且沿著光軸相對于這些參考軸161，162做滑動運動。通過移動來消除球面象差的準(zhǔn)直透鏡被裝載在準(zhǔn)直透鏡支架163上。通過沿著參考軸161，162往復(fù)移動準(zhǔn)直透鏡支架163，透鏡驅(qū)動機構(gòu)160使裝載在準(zhǔn)直透鏡支架163上的準(zhǔn)直透鏡相對于光軸方向往復(fù)平移移動。
透鏡驅(qū)動機構(gòu)160還包括一個驅(qū)動機構(gòu)，用來使準(zhǔn)直透鏡支架163沿著參考軸161和副參考軸162往復(fù)移動，作為用來移動準(zhǔn)直透鏡支架163的動力源的一個dc電機164，一個傳動裝置165，用來將dc電機164的旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換成沿著光軸的平移運動，并且將平移運動傳遞給準(zhǔn)直透鏡支架163。利用傳動裝置165將準(zhǔn)直透鏡支架163的旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換成沿著光軸的平移運動，使準(zhǔn)直透鏡支架163發(fā)生移動，讓準(zhǔn)直透鏡在消除由信息記錄媒體的光透射層的厚度而產(chǎn)生的球面象差的方向上移動。
傳動裝置165包括安裝在準(zhǔn)直透鏡支架163上的一個齒條166，安裝在dc電機164的旋轉(zhuǎn)軸上的第一齒輪167，用來傳遞dc電機164的旋轉(zhuǎn)動力，一個第二齒輪168，用來將dc電機164的旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換成沿著光軸的平移運動，以及一個第三齒輪169，用來將被第二齒輪168轉(zhuǎn)換成沿著光軸的平移運動的驅(qū)動力傳遞到齒條166上。
透鏡驅(qū)動機構(gòu)160包括一個安裝在光頭的靜止部分上的基座170。dc電機164，第二齒輪168以及第三齒輪169被安裝在基座170上。驅(qū)動力從第三齒輪169傳遞到齒條166上，齒條166是由兩個齒條166a，166b構(gòu)成的雙齒條結(jié)構(gòu)，用來移動齒條166和第三齒輪169之間的輪齒。用一個彈簧171將齒條166a，166b連接到一起。
如果需要用這一透鏡驅(qū)動機構(gòu)160來移動準(zhǔn)直透鏡，就轉(zhuǎn)動dc電機164使第一齒輪167轉(zhuǎn)動。第一齒輪167的轉(zhuǎn)動被傳遞到第二齒輪168，轉(zhuǎn)換成沿著光軸的平移運動。被第二齒輪168轉(zhuǎn)換成沿著光軸的平移運動的驅(qū)動力通過第三齒輪169傳遞給齒條166。
齒條166被安裝在準(zhǔn)直透鏡支架163上，支架被支撐著相對于參考軸161，162沿著光軸滑動。這樣，準(zhǔn)直透鏡支架163就能在通過第三齒輪169傳遞到齒條166上的驅(qū)動力的作用下沿著光軸移動，從而使裝載在準(zhǔn)直透鏡支架163上的準(zhǔn)直透鏡沿著光軸移動。
利用上述的透鏡驅(qū)動機構(gòu)160可以使準(zhǔn)直透鏡準(zhǔn)確地移動。這樣就能用這一透鏡驅(qū)動機構(gòu)160充分地消除由光透射層的厚度變化造成的球面象差。
在上述的透鏡驅(qū)動機構(gòu)160中，dc電機164可以采用一個脈沖驅(qū)動式的步進電機，每一個脈沖的轉(zhuǎn)動使準(zhǔn)直透鏡移動的距離是13.8μm。如果在以下的例子中的光學(xué)系統(tǒng)中使用這種電機，相對于光透射層的厚度變化而言，dc電機的每一個脈沖的轉(zhuǎn)動對球面象差的校正量大于等于0.2μm。這樣就足以校正由于光透射層的厚度變化而產(chǎn)生的球面象差。
另外，上述的透鏡驅(qū)動機構(gòu)160結(jié)構(gòu)比較簡單，并且可以減少尺寸和成本。
以下要說明體現(xiàn)了本發(fā)明的光頭的光學(xué)系統(tǒng)的一些最佳實施例。
在以下的說明中，包括透鏡的光學(xué)系統(tǒng)的具體實施例是用來解釋如何通過移動準(zhǔn)直透鏡來校正球面象差的。值得注意的是，準(zhǔn)直透鏡的移動距離或是精度僅僅取決于物鏡的光出射一側(cè)的數(shù)值孔徑NA和設(shè)在光盤的距離層上面的光透射層的厚度，與物鏡的結(jié)構(gòu)無關(guān)。因此，在物鏡的光出射一側(cè)上的數(shù)值孔徑NA的具體數(shù)值是給定的，但是省略了其他的透鏡數(shù)據(jù)。
另外，在以下的說明中分別解釋了使用粘接的球面透鏡作為準(zhǔn)直透鏡的一個例子(例1)和使用表面相位式全息透鏡作為準(zhǔn)直透鏡的一個例子(例2)。然而，也可以用一種非球面透鏡或是Fresnel透鏡作為準(zhǔn)直透鏡。此外電可以使用一種所謂的體積相位式全息透鏡。例1圖14表示本實施例的一種光學(xué)系統(tǒng)。圖示的光學(xué)系統(tǒng)表示用來記錄/復(fù)制光盤50的光頭的光學(xué)系統(tǒng)中的基本部分，在光盤的基片50a表面上設(shè)有一個記錄層，在記錄層上面還設(shè)有一個光透視層50b。在光源和物鏡51之間布置著一個衍射點陣52，一個偏振射束分離器53，一個準(zhǔn)直透鏡54，以及一個孔徑擋板55。準(zhǔn)直透鏡54是用無色的第一透鏡54a和第二透鏡54b構(gòu)成的一個粘結(jié)的球面透鏡。透鏡54a，54b都是球面透鏡。入射光一側(cè)的數(shù)值孔徑NA被設(shè)定在0.14。
在表1中表示了這種光學(xué)系統(tǒng)的透鏡數(shù)據(jù)。表1中所示的透鏡數(shù)據(jù)包括一個物鏡面OBJ，衍射點陣52的光入射面s1和光照射面s2，偏振射束分離器53的光入射面s3和光出射面s4，準(zhǔn)直透鏡54的第一透54a的光入射面s5，構(gòu)成準(zhǔn)直透鏡54的第一和第二透鏡54a，54b的粘結(jié)面s6，以及準(zhǔn)直透鏡54的第二透鏡54b的光出射面S7。在表1中，s8是一個虛構(gòu)的表面，而STO是與物鏡51相聯(lián)系的一個孔徑擋板55。
表1
假設(shè)光盤50的光透視層50b的厚度是0.1mm，物鏡51的數(shù)值孔徑NA是0.85，而采用的光的波長λ是635nm。物體與光學(xué)系統(tǒng)的圖象之間的比例系數(shù)是0.1891。
圖15表示在上述光學(xué)系統(tǒng)中的光透視層50b的厚度誤差與波前象差之間的關(guān)系。同時，在出射光瞳面上的標(biāo)準(zhǔn)偏差WFBrms在圖15中是用波前象差來表示的，并且用λ來表示所采用的光的波長。另外，對于準(zhǔn)直透鏡54沒有移動的情況也就是在球面象差沒有得到校正的情況下，在圖15中用虛線A1和實線A2來表示光透視層50b的厚度誤差與波前象差之間的關(guān)系，在移動準(zhǔn)直透鏡54的情況下，也就是根據(jù)光透視層50b的厚度誤差對球面象差進行校正的情況下，用一條虛線A3來表示。
參見圖15，如果光透視層50b沒有厚度誤差，這種光學(xué)系統(tǒng)中的波前象差大約是0.003λ。從圖15中可見，如果不移動準(zhǔn)直透鏡54，波前象差就會急劇增大。然而，如果根據(jù)光透視層50b的厚度誤差來移動準(zhǔn)直透鏡54，由光透視層50b的厚度誤差產(chǎn)生的波前象差就能得到明顯的抑制。
具體地說，通過移動準(zhǔn)直透鏡54可以使波前象差得到抑制，如以下的公式(12)所示ΔL≈21Δt…(12)
即使是光透視層50b的厚度發(fā)生變化，例如光透視層50b的厚度誤差處在±10μm的量級，仍可以將波前象差抑制在不大于0.01λ。
在上述的公式(12)中，ΔL是準(zhǔn)直透鏡54的移動量，其正方向是準(zhǔn)直透鏡遠離光盤50的移動方向，而Δt是光透視層50b的厚度誤差。例2圖16表示本實施例的一種光學(xué)系統(tǒng)。圖示的光學(xué)系統(tǒng)表示用來記錄/復(fù)制光盤60的光頭的光學(xué)系統(tǒng)中的基本部分，在光盤的基片60a表面上設(shè)有一個錄層，在記錄層上面還設(shè)有一個光透視層60b。在光源和物鏡61之間布置著一個由全息透鏡構(gòu)成的準(zhǔn)直透鏡54，以及一個孔徑擋板63。
在表2中表示了這種光學(xué)系統(tǒng)的透鏡數(shù)據(jù)。表2中所示的透鏡數(shù)據(jù)包括一個物鏡面OBJ，準(zhǔn)直透鏡62的光入射面s1和光照射面s2，以及一個虛構(gòu)的表面s3。另外，STO是與物鏡61相聯(lián)系的一個孔徑擋板63。
表2<
假設(shè)光盤50的光透視層60b的厚度是0.1mm，物鏡61的數(shù)值孔徑NA是0.85，而采用的光的波長λ是635nm。物體與光學(xué)系統(tǒng)的圖象之間的比例系數(shù)是0.1891。
同時，準(zhǔn)直透鏡62是一種所謂的表面相位型全息透鏡，適合按照入射光的相位差對入射光進行衍射，在透鏡的入射光一側(cè)的數(shù)值孔徑NA等于0.16。
對準(zhǔn)直透鏡62的透鏡表面進機加工，對入射光產(chǎn)生相位差。也就是說，對準(zhǔn)直透鏡62的透鏡表面進行機加工，對發(fā)射的光產(chǎn)生相位差，從而產(chǎn)生衍射的光。在本實施例的光學(xué)系統(tǒng)中，通過準(zhǔn)直透鏡62上的衍射獲得的第一級衍射光落在物鏡61上。
準(zhǔn)直透鏡62最好是具有傳播的形狀，也就是一種鋸齒形狀。如果采用鋸齒形狀的準(zhǔn)直透鏡62，幾乎100％的入射光都會變成第一級衍射光，這樣就能獲得很高的光利用效率。
準(zhǔn)直透鏡62的特性可以用以下的相位差函數(shù)公式(13)來表示m＝C1R2+C2R4+C3R6+C4R8…(13)其中的m代表衍射參考波長下的光程差。如果在制作準(zhǔn)直透鏡時假設(shè)兩點光源是處在無窮遠的位置，在上述公式(13)中就可以用基片上的極坐標(biāo)多項式來表示用表面相位型全息透鏡構(gòu)成的準(zhǔn)直透鏡62的各個表面中的相位偏差。本實施例中采用的準(zhǔn)直透鏡62是一種全息透鏡。其中的相位差函數(shù)是一種軸對稱的全息透鏡。在上述的公式(13)中，R代表從光軸算起的距離。在表2中，C1， C2，C3和C4代表相位差函數(shù)的系數(shù)，準(zhǔn)直透鏡62的衍參考波長被設(shè)定在635nm。
在上述光學(xué)系統(tǒng)中，光透視層60b的厚度誤差與波前象差的關(guān)系如圖17所示，與圖16類似，在波前差的出射光瞳面上的標(biāo)準(zhǔn)偏差WFErms是由用λ表示的光的波長來代表的。在圖17中，在根據(jù)光透視層60b的厚度誤差移動準(zhǔn)直透鏡62的情況下，實線A4表示光透視層60b的厚度誤差與波前象差之間的關(guān)系，用虛線A5表示對波前象差進行校正的情況。
參見圖17，如果光盤60的光透視層60b沒有厚度誤差，這一光學(xué)系統(tǒng)中的波前象差大約是0.003λ。從圖17中可見，如果根據(jù)光透視層60b的厚度誤差移動準(zhǔn)直透鏡62，就能夠明顯地抑制由于光透視層60b的厚度誤差而產(chǎn)生的波前象差。具體地說，如果按照公式(14)來移動準(zhǔn)直透鏡62，波前象差就能受到抑制ΔL≈14Δt…(14)與光透視層60b的厚度變化無關(guān)。
在以上的公式(14)中，ΔL是準(zhǔn)直透鏡62的移動量，其正方向是準(zhǔn)直透鏡的移動方向，而Δt是光透視層60b的厚度誤差。
同時，如果按照例1或2的方式移動準(zhǔn)直透鏡，在透鏡之間有可能產(chǎn)生偏差，或者是有可能在透鏡表面上出現(xiàn)傾斜現(xiàn)象。這種偏差或是傾斜會造成彗形象差或是球面象差。如果彗形象差或是球面象差急劇增大，系統(tǒng)就會發(fā)生故障。由于在準(zhǔn)直透鏡上入射光一側(cè)的數(shù)值孔徑NA很小，例1或2的光學(xué)系統(tǒng)不容易在透鏡之間造成偏差或是透鏡表面的傾斜。具體地說，大約30μm的偏差或是0.1°左右的透鏡表面傾斜在實際使用中不會給光學(xué)系統(tǒng)造成問題，因為此時的彗形象差或是球面象差是很小的。
權(quán)利要求
1.用于信息記錄媒體的一種光頭，在信息記錄媒體上用來記錄信息信號的記錄層上面具有一個光透射層，這種光頭包括一個用來發(fā)光的光源；一個物鏡。用來通過上述光透射層將來自上述光源的光會聚到上述記錄層上；設(shè)置在上述光源和物鏡之間的一個具有預(yù)定折射率的光學(xué)元件；以及根據(jù)上述光透射層的厚度來移動上述光學(xué)元件的一個移動裝置。
2.按照權(quán)利要求1的光頭，其特征是上述光頭中的光學(xué)元件是一個準(zhǔn)直透鏡。
3.按照權(quán)利要求1的光頭，其特征是上述光透射層的薄膜厚度不大于0.47mm，并且上述物鏡的數(shù)值孔徑NA不小于0.65。
4.按照權(quán)利要求1的光頭，其特征是上述移動裝置包括一個與從光源射向光學(xué)元件的光的光軸基本上平行的參考軸；用來支撐上述光學(xué)元件并且能夠沿著上述參考軸移動的光學(xué)元件支撐裝置；一個電機；以及一個傳動裝置，用來將電機的轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)換成平行于上述光軸的平移運動，并且將這種平移運動傳遞給上述光學(xué)元件支撐裝置；上述傳動裝置將電機的轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)換成平行于上述光軸的平移運動，用來移動上述光學(xué)元件支撐裝置，進而使上述光學(xué)元件發(fā)生移動，從而根據(jù)上述光透射層的厚度來消除球面象差。
5.按照權(quán)利要求1的光頭，其特征是上述光頭進一步包括一個雙軸驅(qū)動器，用來在沿著光軸的方向和與其垂直的方向上移動上述物鏡。
6.按照權(quán)利要求5的光頭，其特征是上述雙軸驅(qū)動器是一個鼓輪，它可以繞著與物鏡的光軸平行的一個軸轉(zhuǎn)動，并且可以沿著上述軸滑動，上述雙軸驅(qū)動器可以用來支撐物鏡。
7.按照權(quán)利要求1的光頭，其特征是上述雙軸驅(qū)動器使上述光學(xué)元件在沿著光軸的方向上朝著消除光透射層的厚度變化所產(chǎn)生的球面象差的方向移動。
8.按照權(quán)利要求1的光頭，其特征是輸出激光的波長不大于650nm。
9.一種記錄和/或復(fù)制裝置，用來在一種信息記錄媒體的記錄層上記錄和/或復(fù)制信息信號，在這種記錄媒體上還有一個光透射層，該裝置包括用來檢測上述光透射層厚度的厚度檢測裝置；以及一個用于信息記錄媒體的光頭，在信息記錄媒體上用來記錄信息信號的記錄層上面具有一個光透射層，這種光頭包括一個用來發(fā)光的光源；一個物鏡，用來通過上述光透射層將來自上述光源的光會聚到上述記錄層上；設(shè)置在上述光源和物鏡之間的一個具有預(yù)定折射率的光學(xué)元件；以及根據(jù)上述厚度檢測裝置檢測到的上述光透射層的厚度來移動上述光學(xué)元件的移動裝置。
10.按照權(quán)要求9的錄和/或復(fù)制裝置，其特征是上述光學(xué)元件是一個準(zhǔn)直透鏡。
11.按照權(quán)利要求9的記錄和/或復(fù)制裝置，其特征是上述光透射層的薄膜厚度不大于0.47mm，并且上述物鏡的數(shù)值孔徑NA不小于0.65。
12.按照權(quán)利要求9的記錄和/或復(fù)制裝置，其特征是上述移動裝置包括一個與從光源發(fā)出并且落到光學(xué)元件上的光的光軸基本上平行的參考軸；用來支撐上述學(xué)元件并且能夠沿著上述參考軸移動的光學(xué)元件支撐裝置；一個電機；以及一個傳動裝置，用來將電機的轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)換成平行于上述軸的平移運動，并且將這種平移運動傳遞給上述光學(xué)元件支撐裝置；上述傳動裝置將電機的轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)換成平行于上述光軸的平移運動，用來移動上述光學(xué)元件支撐裝置，進而使上述光學(xué)元件發(fā)生移動，從而根據(jù)上述光透射層的厚度來消除球面象差。
13.按照權(quán)利要求9的記錄和/或復(fù)制裝置，其特征是上述光頭進一步包括一個雙軸驅(qū)動器，用來在沿著光軸的方向和與其垂直的方向上移動上述物鏡。
14.按照權(quán)利要求9的記錄和/或復(fù)制裝置，其特征是上述雙軸驅(qū)動器是一個鼓輪，它可以繞著與物鏡的光軸平行的一個軸轉(zhuǎn)動，并且可以沿著上述軸滑動，上述雙軸驅(qū)動器可以用來支撐物鏡。
15.按照權(quán)利要求9的記錄和/或復(fù)制裝置，其特征是上述雙軸驅(qū)動器上述光學(xué)元件在沿著光軸的方向上朝著消除光透視層的厚度變化所產(chǎn)生的球面象差的方向移動。
16.按照權(quán)利要求9的記錄和/或復(fù)制裝置，其特征是輸出激光的波長不大于650nm。
17.一種記錄和/或復(fù)制方法，用來在一種信息記錄媒體的記錄層上記錄和/或復(fù)制信息信號，在這種記錄媒體上還有一個光透射層，該方法包括采用一個具有發(fā)光光源的光頭，一個物鏡，用來通過上述光透射層將來自上述光源的光會聚到上述記錄層上，以及設(shè)置在上述光源和物鏡之間的一個具有預(yù)定折射率的光學(xué)元件；并且檢測上述光透射層的厚度，根據(jù)檢測的結(jié)果來移動上述光學(xué)元件，從而消除球面象差。
18.按照權(quán)利要求17的記錄和/或復(fù)制方法，其特征是上述光學(xué)元件采用一個準(zhǔn)直透鏡。
19.按照權(quán)利要求17的記錄和/或復(fù)制方法，其特征是光透視層的厚度不大于0.47nm，并且物鏡的數(shù)值孔徑NA不小于0.65。
20.一種用來檢測設(shè)在信息記錄媒體的一個記錄層上的光透射層厚度的檢測方法，在上述記錄層上適合記錄信息信號，該方法包括從一個光源發(fā)光；用一個物鏡將上述光源發(fā)出的光會聚到上述信息記錄媒體上；用一個用來檢測聚焦誤差信號的光電檢測器來接收由上述物鏡會聚到上述信息記錄媒體上并且從上述信息、記錄媒體上反射的返回光，并且根據(jù)上述光電檢測器反射的返回光和上述光透射層的表面反射的返回光產(chǎn)生的上述聚焦誤差信號中的信號部分檢測出上述光透射層的厚度。
全文摘要
用來在光盤上記錄/復(fù)制信息信號的一種光頭,在光盤的記錄層上具有一個光透視層,在光頭中包括一個用于準(zhǔn)直透鏡的驅(qū)動器。用準(zhǔn)直透鏡的驅(qū)動器在能夠消除由于光透視層的厚度誤差造成的球面象差的方向上移動設(shè)在光源和物鏡之間的一個準(zhǔn)直透鏡。借助于這種結(jié)構(gòu),即使是為了提高光盤的記錄容量而增大了裝載在光頭上的物鏡的數(shù)值孔徑NA,仍然可以減少球面象差的發(fā)生量。
文檔編號C07D213/00GK1229231SQ9910297
公開日1999年9月22日 申請日期1999年1月9日 優(yōu)先權(quán)日1998年1月9日
發(fā)明者植田充紀(jì), 久保毅, 鈴木潤一, 坂本敏, 川村洋, 日根野哲 申請人:索尼公司