專利名稱：光學元件、光頭、用于校正球面象差的方法，以及光學記錄/再現(xiàn)裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及用在光信息處理或光通信等等中的光學元件，光頭，和用于校正球面象差的方法，以及光學記錄/再現(xiàn)裝置。
然而，在使用上述藍色激光的高密度光記錄介質中，為增加記錄容量，軌距變得相當窄。因此，為使循跡誤差信號穩(wěn)定，有必要增加邊緣強度(rim intensity)，即，用來照射光記錄介質的光的中心強度與周圍強度的比率。邊緣強度能通過僅使用從光源發(fā)射的光的中心部分來增加。然而，這降低了從光源發(fā)射的光的使用效率(俘獲效率)。因此，為在光記錄介質中記錄信息，必須使用能輸出大量光的光源。另外，為在多層光記錄介質中記錄信息，必須使用能輸出更多光量的光源。然而，能輸出更多光量的光源的問題在于壽命和合格率很低。因此，在JP11(1999)-258544A中提出了具有大的邊緣強度而且具有高俘獲效率的光學元件。


圖10是解釋傳統(tǒng)光學元件90的結構的視圖。光學元件90包括形成在光入射的側面上的第一曲面83、形成在光射出的側面上的第二曲面84。第一曲面83和第二曲面84沿基本上垂直于中心軸線82的表面形成，同時還形成一周圍表面85以便其沿平行于中心軸82的方向連接第一曲面83和第二曲面84。另外，圖10顯示了經過傳統(tǒng)的光學元件90的同時被折射為多個曲線的大量光線的光程。光學元件90由具有各向同性的折射率的透明材料(例如，玻璃)制成。
下面解釋這種結構的光學元件90的操作。入射在第一曲面83上的光由于在第一曲面83折射而在光學元件90內的一個區(qū)域中發(fā)散，并在光學元件90的另一個區(qū)域中會聚。因此，經曲面84射出的光的光強度分布與入射光的光強度分布不同。
具體來說，在區(qū)域Z中，經過光學元件90的光線的光程彼此平行延伸。在區(qū)域Z的內側的中心區(qū)X中，光線發(fā)散。在區(qū)域Z的外側的周圍區(qū)Y中，光線會聚。
因此，如在圖10的左側所示的高斯光強度分布W91所示，在經過光學元件90時位于中心部分的具有高強度的光線發(fā)散，并且當從光學元件90射出時其強度降低。在高斯光強度分布W91中，位于周圍部分的具有低強度的光線在經過光學元件90時會聚，并且當從光學元件90射出時其強度增加。因此，通過經過光學元件90，總的來說，具有高斯光強度分布W91的入射光轉換成具有均勻光強度分布W92的射出光。
如果將由此構成的光學元件90安裝在光頭上，由于可以提高俘獲效率以及增加邊緣強度，因此對于高密度光記錄介質，可實現(xiàn)穩(wěn)定的循跡誤差信號。另外，可以使用發(fā)射少量光的光源。
然而，當將由此構成的光學元件90安裝在光頭上時，要求嚴格的安裝精確度。因此，很難制作光頭，此外，光頭的可靠性成為一個很大的問題。這將詳細地描述。
當光源的發(fā)散角為25°時，用于獲取從光源發(fā)射的光并將發(fā)射光對準成基本上平行的光的準直透鏡的焦距為6.7毫米(mm)，入射在光學元件的光的直徑為2.84毫米(mm)，光學元件90的中心厚度為1.5毫米(mm)，設計第一曲面83和第二曲面84的形狀以便邊緣強度從52％增加到100％。因此，當滿足這些條件的光學元件安裝在光頭上時，作為安裝精確性，光頭90可傾斜約0.1°。
當計算基于上述條件設計的光學元件90傾斜約0.1°的情況時，由于發(fā)生差不多350mλ的第三級彗形星象差，不可能制作該光頭。此外，即使通過完全調整以使其不傾斜制作出該光頭，也可能發(fā)生諸如0.1°的象差，不可能保證光頭的可靠性。
此外，還有一個光學元件90本身的第一曲面83和第二曲面84間的偏心的問題。當模塑該光學元件90時，對于用于模塑的印模的精確度，可能發(fā)生5微米(μm)的偏心。當光學元件90的第一曲面83和第二曲面84之間的偏心為5微米(μm)時，發(fā)生100 mλ的彗形象差。結果是，不可能將該光學元件90安裝在光頭上，從而，惡化了光學元件90的合格率。
鑒于上述問題，本發(fā)明的一個目的是提供具有高的俘獲效率以及高邊緣強度的光學元件、光頭、用于校正球面象差的方法以及光記錄/現(xiàn)裝置。
根據(jù)本發(fā)明的光頭用于記錄或再現(xiàn)相對于關于光記錄介質的信號，并包括用于發(fā)射光的光源、以及用于將從光源發(fā)射的光會聚在光記錄介質上的物鏡。如上所述的光學元件位于光源和物鏡之間。
在根據(jù)本發(fā)明用于校正球面象差的方法中，使用根據(jù)本發(fā)明的光頭，該方法包括檢測光記錄介質的基底材料的厚度與標準值的偏差，以及改變光學元件與透鏡間的間隔以便基于所檢測的基底材料的偏差，校正球面象差。
根據(jù)本發(fā)明的光記錄/再現(xiàn)裝置包括根據(jù)本發(fā)明的光頭，以及處理電路，用于控制在光頭中提供的物鏡的位置，以便基于由光頭產生的焦點誤差信號和循跡誤差信號，將光會聚在光記錄介質的所期望的跡道上。
圖2是解釋在根據(jù)該實施例的光頭中提供的光學元件的結構的視圖。
圖3是表示根據(jù)該實施例的光學元件的第一曲面和第二曲面的非球面數(shù)據(jù)的視圖。
圖4A是表示根據(jù)該實施例的光學元件中，第一曲面的垂度量與到中心的距離間的關系的圖。
圖4B是表示根據(jù)該實施例的光學元件中，第二曲面的垂度量與到中心的距離間的關系的圖。
圖5是表示根據(jù)該實施例，邊緣強度改進率與當光學元件傾斜0.1°的角度時發(fā)生的象差間的關系的圖。
圖6是表示根據(jù)該實施例，光學元件的中心厚度與當?shù)谝磺婧偷诙嫫募s5微米時發(fā)生的象差間的關系的圖。
圖7是表示根據(jù)該實施例，邊緣強度改進率與當光學元件的第一曲面與第二曲面偏心5微米時發(fā)生的象差變?yōu)?0mλ時的中心厚度間的關系的圖。
圖8是解釋根據(jù)本發(fā)明的另一光學元件的結構的視圖。
圖9是表示具有根據(jù)該實施例的光頭的光記錄/再現(xiàn)裝置的結構的框圖。
圖10是解釋傳統(tǒng)光學元件的結構的框圖。
在該實施例中，最好當?shù)谝磺娴闹行奈恢门c第二曲面的中心位置間的距離(中心厚度)為d(mm)時，d滿足下述關系d≥54·R4-221·R3+304·R2-138·R這樣，能將光學元件傾斜時發(fā)生的象差以及當?shù)谝磺婧偷诙嫫臅r發(fā)生的象差抑制到70mλ或更低。因此，提高了光學元件的合格率以及當將其安裝在光頭上時，提高了光頭的合格率并因此提高了可靠性。
在該實施例的光頭中，該實施例的光學元件位于光源和物鏡之間。因此，能將當光學透鏡傾斜時發(fā)生的象差以及當?shù)谝磺婧偷诙嫫x中心時發(fā)生的象差抑制到70mλ或更低。因此，提高了安裝在光頭上的光學元件的合格率以及提高了光頭的合格率，從而提高了可靠性。
在該實施例中，最好，光頭進一步包括球面象差校正裝置，用于校正由于光記錄介質的基底材料的厚度偏離標準值時發(fā)生的球面象差。這樣，由于校正了球面象差，能獲得穩(wěn)定的再現(xiàn)信號或控制信號，以及能實現(xiàn)穩(wěn)定的記錄和再現(xiàn)。
最好，光頭進一步包括相對于光學元件以預定間隔放置的透鏡，其中該球面象差校正裝置包括該透鏡、光學元件和用于改變光學元件和透鏡間的間隔以便校正球面象差的間隔改變裝置。因此，由于球面象差校正裝置具有邊緣強度改進功能，循跡誤差信號能變得穩(wěn)定。另外，由于球面象差校正裝置不僅具有球面象差校正功能而且具有邊緣強度改進功能，因此能使光頭小型化。
最好，該透鏡將光學元件發(fā)散的光轉換成平行光。這樣，由于具有邊緣強度改進功能的光學元件比透鏡更接近于光源端，當改變光學元件與透鏡間的間隔以便校正球面象差時，不會改變邊緣強度改進率。
最好，光頭進一步包括光束成形光學元件，位于光學元件和光源之間，用于從光源發(fā)射的光的光束成形。因此，由于相對于中心，光學元件變成對稱的，提高了光學元件的合格率，從而降低光頭的成本。另外，由于本發(fā)明的光學元件不考慮旋轉方向而可被包含在光頭中，從而增加了光頭的合格率。另外，由于光頭的特性不依賴于本發(fā)明的光學元件的旋轉方向，因此提高了可靠性。
最好，當?shù)谝磺娴闹行奈恢门c第二曲線的中心位置間的距離(中心厚度)為d(mm)時，d滿足下述關系d≥54·R4-221·R3+304·R2-138·R這樣，能將光學元件傾斜時出現(xiàn)的象差以及第一曲面和第二曲面偏心時出現(xiàn)的象差抑制到70mλ或更低。因此，提高了光學元件的合格率以及當將其安裝在光頭上時，提高了光頭的合格率，并提高了可靠性。
最好，該透鏡包括放在光學元件一側的凸透鏡和放在物鏡一側的凹透鏡，并且該凹透鏡的阿貝常數(shù)(Abbe constant)具有小于該凸透鏡的阿貝常數(shù)。這樣，可以構造一個球面象差校正裝置并進一步校正色差。此外，光學元件的透光效率很高，從而來自光源的光的使用效率也很高。
最好，球面象差校正裝置是一擴展系統(tǒng)(expanding system)。其好處在于當改變正透鏡組和負透鏡組間的間隔以校正球面象差時，不改變邊緣強度改進率。
最好，球面象差校正裝置具有色差校正功能。其好處在于能使光頭微型化。
最好，光學元件和透鏡中至少一個具有色差校正功能。其好處在于如果光學元件或透鏡具有色差校正功能，能校正光的色差。
最好，球面象差校正裝置包括光學元件、相對于光學元件以預定間隔放置的衍射透鏡、以及用于改變光學元件和衍射透射間的間隔以便校正球面象差的間隔改變裝置。因此，降低可移動部件的重量并使用于移動透鏡的機械部件更容易。此外，能降低用于移動可移動部件的電流，從而節(jié)約能源。
最好，衍射透鏡將由光學元件發(fā)散的光轉換成平行光。這樣，由于具有邊緣強度改進功能的光學元件比衍射透鏡更靠近光源端，當改變光學元件與衍射透鏡間的間隔以便校正球面象差時，不改變邊緣強度改進率。
最好，光頭進一步包括具有色差校正功能的色差校正元件。從而，校正色差，以便當將再現(xiàn)操作切換到記錄操作或將記錄操作切換到再現(xiàn)操作時出現(xiàn)的散焦不再存在，并能實現(xiàn)穩(wěn)定的記錄和再現(xiàn)。
最好，物鏡的NA大于等于0.7。這樣，可以實現(xiàn)能記錄和再現(xiàn)高密度光記錄介質的光頭。
最好，從光源發(fā)射的光的波長為大于等于380納米(nm)以及小于等于420納米(nm)。這樣，可實現(xiàn)能記錄和再現(xiàn)高密度光記錄介質的光頭。
最好，光頭進一步包括用于檢測光記錄介質的基底材料(basematerial)的厚度偏離標準值的偏差的偏差檢測器。這樣，可快速檢測與標準值的偏差而沒有傾斜，能短時間控制光頭。
最好，光頭進一步包括相對于光學元件以預定間隔放置的透鏡，以及用于檢測光記錄介質的基底材料的厚度偏離標準值的偏差的偏差檢測裝置。球面象差校正裝置包括透鏡、光學元件以及用于改變透鏡和光學元件間的間隔以便基于檢測的基底材料的偏差，校正球面象差的間隔改變裝置。這樣，能校正球面象差，并能實現(xiàn)穩(wěn)定的記錄和再現(xiàn)。
在用于基于檢測的基底材料的厚度的偏差，校正球面象差的該實施例的方法中，改變光學元件和透鏡間的間隔以便校正球面象差。從而，能校正球面象差，并能實現(xiàn)穩(wěn)定的記錄和再現(xiàn)。
在改變間隔中，移動透鏡以便改變光學元件和透鏡間的間隔。這是因為光學元件對傾斜極其敏感，因此穩(wěn)定的球面象差校正可以通過移動透鏡來實現(xiàn)。
在該實施例的光記錄/再現(xiàn)裝置中，具有根據(jù)該實施例的光頭。因此，循跡誤差信號變得穩(wěn)定并且可能構造能在高可靠的光記錄介質中記錄和再現(xiàn)信息的光記錄/再現(xiàn)裝置。此外，由于使光頭適宜地微型化，也能使光記錄/再現(xiàn)裝置微型化。
在下文中，參考附圖，將解釋本發(fā)明的實施例。
圖1是表示本發(fā)明的實施例的光頭100的結構的框圖。光頭100包括光源1。光源1將用于記錄和再現(xiàn)的相干光發(fā)射到在光記錄介質8上形成的記錄層。相干光的波長為大于等于380納米(nm)以及小于等于420納米(nm)。光源1由例如，基于GaN的半導體激光元件(波長405納米(nm))制成。
從光源1發(fā)射的相干光通過準直透鏡2轉換成平行光，然后入射在光束成形光學元件3上。光束成形光學元件3將具有由準直透鏡2轉換的平行光的小的發(fā)散角的光擴大，并允許具有大的發(fā)散角的光原樣通過。
通過準直透鏡2的平行光通過具有約50％的透射率和50％反射率的分束器4。通過分束器4的平行光入射在光學元件5上。
光學元件5改變入射平行光的邊緣強度，平行光進一步轉換成發(fā)散光，并由連接透鏡6準直成平行光，然后通過物鏡7會聚在光記錄介質8上。
接著，光記錄介質8反射的光通過物鏡7，通過連接透鏡6和光學元件5，并由分束器4反射，然后通過會聚透鏡9會聚在光電檢測器10上?；跁酃猓怆姍z測器10基于會聚的光輸出表示光記錄介質8上光的聚集狀態(tài)的焦點誤差信號，此外，還輸出表示光的照射位置的循跡信號。在這里，焦點誤差信號和循跡誤差信號基于已知的技術進行檢測，例如，像散方法和推挽方法等等。
焦點控制器(未示出)基于光聚焦的狀態(tài)中的焦點誤差信號，控制物鏡7的沿光軸的位置以便光總是會聚在光記錄介質8上。此外，循跡控制器(未示出)基于循跡誤差信號，控制物鏡7的位置以便光可以會聚在光記錄介質8上的所需跡道上。此外，從光電檢測器10，也獲得記錄在光記錄介質8中的信息。
圖2是解釋在實施例的光頭100中提供的光學元件5的結構的視圖。光學元件5包括在相對于中心軸82的橫向方向上延伸的第一曲面21、在相對于中心軸82的橫向方向上延伸的第二曲面22、以及在第一曲面21和第二曲面22間沿中心軸82方向延伸的周圍曲面23。光學元件5使由準直透鏡2準直的光發(fā)散并進一步改變邊緣強度。光學元件5可由具有各向同性折射率的透明材料(例如，玻璃)制成。
由于在第一曲面21上折射，入射在第一曲面21上的光在第一曲面21的一個區(qū)域中發(fā)散并在第一曲面21的另一個區(qū)域中會聚。因此，從第二曲面22射出的入射光，成為具有與入射光的高斯光強度分布W1不同的高斯光強度分布W2的發(fā)散光，。
不象上述提到的傳統(tǒng)技術的光學元件90，該實施例的光學元件5將具有高斯光強度分布W1的入射光轉換成具有高斯光強度分布W2的射出光，其中對于由光學元件5用在光學系統(tǒng)的范圍內的光，增加了邊緣強度。
此外，當邊緣強度改進率(從該實施例的光學元件4射出后的邊緣強度相對于入射在該實施例的光學元件4之前的邊緣強度的比率)為1.07或更低時，第一曲面21的形狀為凹透鏡形，與光學元件90的形狀不同，并且朝向周圍部分該凹透鏡效應降低。為增加邊緣強度改進率，使周圍部分形成可提供凸透鏡效應的形狀。如上所述，在該實施例的光學元件5中，射出光的光通量密度朝周圍部分被增加。
圖3是表示光學元件5的第一曲面21和第二曲面22的例子的非球面數(shù)據(jù)的視圖。在這里，構成光學透鏡5的透鏡的表面形狀(在下文中，稱為“垂度”)由下述等式表示Z＝(c×r2)/(1+(1-(1+k)×c2×r2)1/2)+a1×r2+a2×r4+a3×r6+a4×r8+a5×r10其中c(＝1/R)為曲率R為曲率半徑k為圓錐曲線常數(shù)r為半徑位置
Z為垂度a1-a8為非球面系數(shù)(a1＝0)基于如圖3所示的非球面數(shù)據(jù)形成的光學元件5的第一曲面21和第二曲面22的形狀(垂度)分別如圖4A和圖4B所示。圖4A是表示垂度量與從光學元件100的第一曲面21內的中心的距離間的關系的圖；圖4B是表示垂度量與從第二曲面22中的中心的距離間的關系的圖。
如圖4A所示，當邊緣強度改進率為1.5、1.3和1.1時，在第一曲面21的軸線82附近的中心部分內，形成凹透鏡，并且在遠離第一曲面21的軸線82的周圍部分，形成凸透鏡。因此，當邊緣強度改進率為1.0和1.07時，在第一曲面21的中心部分和周圍部分，形成凹透鏡。此外，在第一曲面21內，邊緣強度改進率變得越大，在中心部分的凹透鏡效應也越大，同時在周圍部分的凸透鏡效應也越大。
圖5是表示光學元件5的邊緣強度改進率與當光學元件5傾斜0.1 °時發(fā)生的象差間的關系的圖。在下文中，將解釋邊緣強度的變化量與用于實現(xiàn)當光學元件5傾斜時發(fā)生的象差間的關系。在這里，用于計算的條件包括光源1的發(fā)散角為25°、獲取從光源1發(fā)射的光并將該光準直成平行光的準直透鏡的焦距為6.7毫米(mm)、入射在光學元件5上的光的直徑為2.84毫米(mm)，以及光學元件5中，第一曲面21的中心位置與第二曲面22的中心位置間的間隔(中心厚度)為1.5毫米(mm)。在這些條件下，邊緣強度相當于52％。
在這里，考慮在0.1°的傾斜角的象差的原因是因為當光學元件5安裝在該實施例的光頭100中時會可發(fā)生斜移。此外，在該實施例的光學元件5的中心部分的厚度為5毫米(mm)的情況下也被考慮的情況下，獲得如圖3中的相同結果。因此，發(fā)現(xiàn)光學元件5的中心部分的厚度不影響傾斜。
在這里，為通過物鏡7將光會聚在記錄介質8上，有必要將象差抑制在70mλ或更低。因此，如圖5所示，發(fā)現(xiàn)該實施例的光學元件5的邊緣強度改進率需要為1.5或更低。
在上述實施例中，只有光學元件5使用關于光的光闌性能的Marshall標準的所有70mλ的象差。然而，光頭包括許多其他光學元件，并且所有這些光學元件均具有由于制造中的誤差引起的象差和由于安裝在光頭上時的誤差引起的象差。因此，為該光學元件5的傾斜分配30mλ或更低的象差是很實際的。因此，如圖5所示，邊緣強度改進率為1.2或更低是更實際和更好的。
該象差和邊緣強度改進率間的關系相對于在該實施例中提到的光學元件5而計算。然而，在入射平行光并射出平行光的情況下，可獲得基本上相同的關系。在這里，該實施例的計算邊緣強度的位置為在該直徑上的端部位置，入射在物鏡7中的光的直徑(由物鏡7的NA和焦距來確定)被投影到該實施例的光學元件5的入射面上。
圖6是表示光學元件5的中心厚度與當光學元件5的第一曲面21和第二曲面22偏心5微米(μm)時發(fā)生的象差間的關系的圖。在下文中，將解釋光學元件5的中心厚度與光學元件5的第一曲面21和第二曲面22的偏心間的關系。
在這里，考慮當發(fā)生5微米(μm)偏心時出現(xiàn)的象差的原因是因為當通過模塑制造光學元件5時，由于模塑印模等的公差可發(fā)生5微米(μm)的偏心。在這里，為通過物鏡7將光會聚在光記錄介質8上，有必要將象差抑制到70mλ或更低。
因此，從圖6可以看出，在每個邊緣強度改進率中，獲得使象差為70mλ或更低的中心厚度，并繪制所獲得的中心厚度以便獲得如圖7所示的圖。曲線C1表示光學元件5的中心厚度與當邊緣強度改進率為1.05時的象差的關系；曲線C2表示當邊緣強度改進率為1.1時的關系；曲線C3表示當邊緣強度改進率為1.15時的關系；曲線C4表示當邊緣強度改進率為1.3時的關系；以及曲線C5表示當邊緣強度改進率為1.5時的關系。
圖7是表示光學元件5的邊緣強度改進率與在第一曲面21和第二曲面22偏心5微米(μm)時出現(xiàn)的象差變?yōu)?0mλ的情況下的中心厚度間的關系的圖。
從圖7所示的關系來看，當該實施例的光學元件5的中心的厚度為d毫米(mm)以及邊緣強度改進率為R，并且當滿足下述關系表達式時，能使象差為70mλ或更低。
d≥54·R4-221·R3+304·R2-138·R該關系表示關于在該實施例中提到過的光學元件5的計算。然而，在入射平行光以及射出平行光的情況下，也能獲得基本上相同的關系。
接著，將解釋用于制造該實施例的光學元件5的玻璃材料。由于將光學元件5用作負透鏡，如果使用具有小的阿貝常數(shù)的玻璃材料(例如，具有45或更低的阿貝常數(shù)的玻璃材料)，該光學元件5本身能具有色差校正功能。此外，由于該實施例的光學元件5的曲面是非球面表面，需要通過模塑來制造光學元件5。因此，最好使用能被模塑(玻璃相變溫度600℃或更低)并具有小的阿貝常數(shù)的玻璃材料，例如VC89(SUMITA OPTICAL GLASS公司的產品)(阿貝常數(shù)40.8)來制造光學元件5。
下面，將解釋邊緣強度改進率的必需量。在光頭100中，為實現(xiàn)穩(wěn)定的循跡誤差信號，需要邊緣強度為60％或更高。為保證該邊緣強度，從光源1發(fā)射的光的使用量(俘獲效率)需要為40％或更低(在光具有高斯光強度分布的情況下，使用光量是從100％減去邊緣強度而獲得)。此外，許多光學部件安裝在光頭100上，如果考慮由于它們的反射損耗等，從物鏡7射出的光進一步變?yōu)榧s80％。因此，為使邊緣強度為60％，僅能使用從光源1發(fā)射的光的約30％。
在這里，當需要15毫瓦(mW)作為光量以便將信號記錄在光記錄介質8上形成的記錄層時，需要能輸出至少50毫瓦(mW)或更多光的光源作為光源1。然而，目前可用的藍色半導體激光器的最大輸出為45毫瓦(mW)，因此有必要將俘獲效率從40％增加到44％同時確保60％的邊緣強度。換句話說，在俘獲效率維持在40％至44％的情況下，有必要將邊緣強度從56％提高到60％。即，需要邊緣強度改進率為1.07或更高。
此外，如上所述，要求邊緣強度改進率為1.07或更高。然而，除非包括一些容差，否則無法處理由于物鏡7上存在灰塵，從物鏡7射出的光比原始狀態(tài)減小的情況。因此，最好考慮到某些容差，使邊緣強度改進率為1.1。
通過連接透鏡6，將通過該實施例的光學元件5的光轉換成平行光。連接透鏡6也具有用于校正當再現(xiàn)操作切換到記錄操作時改變光源1的波長時發(fā)生的色差的功能。
當將再現(xiàn)操作切換到記錄操作時，從光源1發(fā)射的光量改變。此時，由于波長快速改變，因此，通過物鏡7會聚在光記錄介質8上的光發(fā)生散焦，并因此發(fā)生球面象差。即，發(fā)生色差。這種散焦出現(xiàn)相當快以致不能通過允許焦點控制跟進來進行抑制。同時，球面象差出現(xiàn)相當快以致不能通過允許球面校正裝置跟進來對其進行抑制。因此，有必要通過一個光學系統(tǒng)來校正該色差。
因此，為提供具有色差校正功能的球面象差校正裝置的正透鏡組，通過連接透鏡6來構成正透鏡組。在這里，連接透鏡的凸透鏡部分6a用具有大的阿貝常數(shù)(例如，50或更高)的玻璃材料制成，而連接透鏡6的凹透鏡部分6b用具有小的阿貝常數(shù)(例如，30或更低)的玻璃材料制成。
由于當波長變得更短時，折射率變化很快，因此增加了發(fā)生的色差量。在這里，當將具有405納米(nm)的波長以及0.85NA的物鏡7設計為單個透鏡時，發(fā)生每納米(nm)約0.35微米(μm)的散焦。為校正該散焦，用具有55.4的阿貝常數(shù)的玻璃材料制成凸透鏡部分6a并用具有25.5的阿貝常數(shù)的玻璃材料制成凹透鏡部分6b，從而可使上述色差被校正。此外，除非使具有小的阿貝常數(shù)的玻璃材料的折射率為1.7或更高，否則透鏡的曲率半徑變得很小，從而制造透鏡中的容差變得很嚴格。
在該實施例中，由于構成球面象差校正裝置的正透鏡組具有用于校正色差的功能，因此不必提供另外的色差校正元件，從而能簡化光學系統(tǒng)并使光頭微型化。
下面，將解釋球面象差校正裝置。球面象差校正裝置包括連接透鏡6、光學元件5以及間隔改變部件11，用于改變連接透鏡6和光學元件5之間的間隔以便校正球面象差。球面象差校正裝置可是一個擴展系統(tǒng)(將入射平行光變?yōu)閿U展的平行光射出的系統(tǒng))。在下文將對此進行解釋。光頭100具有用于檢測光記錄介質8的基底材料的厚度偏離標準值的偏差檢測部件12。用于校正當光記錄介質8的厚度偏離標準值時發(fā)生的球面象差的方法包括改變正透鏡組和負透鏡組間的間隔。在這里，作為物鏡7的有效直徑，由于孔徑(NA)是恒定的，入射在球面象差校正裝置中的光向物鏡7的投影直徑(在下文中，稱為“物鏡投影直徑”)改變。該改變量對應于邊緣強度中的變化，因此不希望有大的改變。
在這里，如果由縮小系統(tǒng)構成球面象差校正裝置，入射在球面象差校正裝置中的光投射在物鏡上的直徑將大大地改變。另一方面，在擴展系統(tǒng)中，由于變化量變得很小，因此，理想的是使用擴展系統(tǒng)。
此外，如上所述，為校正球面象差，有必要通過間隔改變部件11改變透鏡間的距離。然而，如果移動透鏡，透鏡可能會傾斜。在這里，由于本發(fā)明的光學元件5對傾斜很敏感，在校正球面象差中，通過間隔改變部件11移動連接透鏡6，而不移動光學元件5是很有利的。此外，如果移動類似的透鏡，由于在遠離光源1的透鏡上入射的光的直徑改變，因此具有用于校正邊緣強度的功能的本實施例的光學元件5最好被安置在光源一側。不用說，這樣的構造是可以實現(xiàn)的，即具有消色差功能的透鏡為負透鏡組、本實施例的光學元件5為正透鏡組，以及在校正球面象差時可移動的一側為負透鏡組。
下面將解釋用于校正本實施例的球面象差的方法。首先，通過偏差檢測部件12檢測光記錄介質8的基底材料的厚度偏離標準值的偏差。在該檢測方法中，可基于預定的學習方法，在對記錄介質8記錄或再現(xiàn)前，執(zhí)行檢測。此外，在JP2000-171346A中公開了另一種檢測方法。該另一檢測方法基于位于光軸附近的第一光束和位于第一光束外側的第二光束的兩個焦點位置，檢測球面象差。
此外，JP10-334575A描述了另一種檢測方法。具體來說，在用于該檢測方法的裝置中，配置包括光源、第一光學系統(tǒng)，用于以從光源發(fā)射的光來照射光記錄介質(將被測量的主體)，以及第二光學系統(tǒng)，用于將來自光記錄介質的反射光引導到光接收元件。在這里，光源可包括激光、LED或燈。第一和第二光學系統(tǒng)可包括凸透鏡或凸透鏡與凹透鏡的組合。
使用這種結構，從光接收元件輸出的信號根據(jù)基底材料的厚度而不同，進而獲得有關基底材料的厚度的信號。當偏差檢測部件12通過學習檢測到基底材料的厚度偏離標準值時，通過由間隔改變部件11僅對任何一個透鏡移動一個必要量，就能校正球面象差，因為校正當基底材料的厚度偏離標準值時出現(xiàn)的球面象差所必需的該實施例的元件5和連接透鏡6的間隔在設計中已確定。
另外，在獲得有關基底材料的厚度的信號的情況下，可通過間隔改變部件11改變該實施例的光學元件5與連接透鏡6之間的間隔，以便上述獲得的信號變?yōu)楫敾撞牧系暮穸葹闃藴手禃r獲得的信號。
在這里，為改變透鏡間的間隔，通過間隔改變部件11移動本實施例的光學元件5或連接透鏡6。然而，由于如上所述的原因，最好間隔移動部件11不移動光學元件5而是移動連接透鏡6。
下面，將解釋具有邊緣強度改進功能的光學元件5的位置。在用于記錄的光頭100中，理想的是使會聚在光記錄介質8上的光具有盡可能一致的邊緣強度。然而，由于從光源1發(fā)射的光的方向的發(fā)散角在平行于光源1的邊緣面的方向與垂直于光源1的邊緣面的方向間不同，因此，會聚在光記錄介質8上的光的邊緣強度也不一致。因此，本實施例的光頭100具有光束成形光學元件3，該光束成形光學元件3使光源1的具有小的發(fā)散角的光發(fā)散，并允許具有大的發(fā)散角的光原樣通過，從而使邊緣強度一致。在光學元件5比光束成形光學元件3更靠近光源端的情況下，可通過在光由光束成形光學元件3擴展的方向和允許光原樣通過的方向之間，改變邊緣強度改進率來實現(xiàn)。
如上所述，通過限制邊緣強度改進率以及具有邊緣強度改進功能的光學元件5的中心厚度，可提高光學元件的合格率。另外，當將本實施例的光學元件5安裝在光頭100上以便構成提高邊緣強度的光頭100時，通過增加上述限制，提高了制作光頭的合格率并提高了可靠性。此外，由于通過使用具有邊緣強度改進功能的光學元件5構成球面象差校正裝置，因此能簡化和微型化光頭100。另外，由于球面象差校正裝置也具有色差校正功能，能進一步簡化并微型化該光頭。
然而，在這種情況下，由于必須在光由光束成形光學元件3擴展的方向與允許光原樣通過的方向間改變邊緣強度改進率，因此相對于中心，第一曲面21和第二曲面22的形狀不是軸向對稱的。當制造這種光學元件5時，必須高度準確地調整第一曲面21和第二曲面22間的旋轉位移。在模塑過程中，很難消除第一曲面21和第二曲面22間的旋轉位移。因此，降低了光學元件的合格率。
另一方面，在具有邊緣強度改進功能的光學元件5中，該光學元件位于光束成形光學元件3和物鏡7之間，由于不必在光由光束成形光學元件3擴展的方向與允許光原樣通過的方向間改變邊緣強度改進率，因此不存在上述限制。這樣，制造該光學元件5變得非常容易。因此，在該實施例的光頭100中，使用該實施例的光學元件5來構造球面象差校正裝置。
如上所述，根據(jù)該實施例，邊緣強度改進率R，即入射光的邊緣強度與射出光的邊緣強度的比率為大于等于1.07并且小于等于1.5。邊緣強度表示中心強度與周圍強度間的比率。因此，能將當光學元件傾斜時出現(xiàn)的象差以及當?shù)谝磺?1和第二曲面22偏心時出現(xiàn)的象差抑制到70mλ或更低。結果，提高了光學元件5的合格率并且當將其安裝在光頭100上時，提高了光頭100的合格率并提高了可靠性。
在此注意，在該實施例中，提到過由分開的透鏡實現(xiàn)邊緣強度改進功能和色差校正功能的例子。然而，本發(fā)明不限于此。如圖8所示，可采用將邊緣強度轉換部件和色差校正部件集成的透鏡。圖8所示的透鏡包括為改變邊緣強度而形成的透鏡61以及透鏡62，其中形成透鏡62的玻璃材料的阿貝常數(shù)與用于透鏡61的玻璃材料的阿貝常數(shù)不同。
可通過連接透鏡61和透鏡62來制造該實施例的光學元件5。該光學元件5用于球面象差校正裝置，作為負透鏡組，以及正透鏡組可形成為一個簡單的平凸透鏡。當通過移動該平凸透鏡校正球面象差時，減輕了可移動部件的重量。因此，能簡化用于移動透鏡的機械部件，且用于移動透鏡的電流量可以很小，從而節(jié)省能源。
另外，在該實施例中，作為色差校正裝置，已經提到了其中連接了具有不同阿貝常數(shù)的透鏡的連接透鏡6作為例子。然而，本發(fā)明不局限于此。連接透鏡6可以是衍射透鏡。在這種情況下，由于減輕了可移動部件的重量，能簡化用于移動衍射透鏡的機構。此外，用于移動衍射透鏡的電流量可以很小，從而節(jié)省了能源。
此外，在該實施例中，由于將半導體激光器用作光源1，波長在記錄操作和再現(xiàn)操作間切換時改變，因此，需要色差校正系統(tǒng)。然而，如果包括近紅外半導體激光器以及準相位匹配型偏振反相波導裝置的二次諧波生成藍色激光器(SHG光源)用作光源1，由于波長不改變，不需要色差校正裝置，從而使簡化光頭成為可能。
此外，在該實施例中，使用單個透鏡用于透鏡7。然而，可使用具有高NA的一對透鏡。
此外，在本實施例中，解釋了使用無限系統(tǒng)光頭的例子。然而，不使用準直透鏡的有限系統(tǒng)光頭也可使用。
此外，在本實施例中，解釋了使用無偏振型光學系統(tǒng)光頭的例子。然而，可使用進一步具有四分之一波長板和分束器作為偏振分束器的上述光頭的偏振型光頭。
此外，本實施例描述了其中具有光束成形光學元件3的一個例子。不用說，根據(jù)本發(fā)明的光學元件在不具有光束成形光學元件3的光頭中也很有效。
此外，在本實施例中，由具有邊緣強度改進功能的光學元件5構造球面象差校正裝置。然而，即使在將具有上述限制的光學元件5和球面象差校正裝置分開安裝在光頭上時也沒有問題。
此外，在這種情況下，通過例如，為一色差校正元件和一個凹透鏡的連接透鏡來構造球面象差校正裝置。在這種情況下，通過移動一個透鏡而不是連接透鏡來校正球面象差是很有利的。下面將描述其原因。
能通過移動一個透鏡改變透鏡間的間隔來校正球面象差。此外，由于光記錄介質的厚度在一個跡道內也能改變，因此有必要移動透鏡以跟隨在一個跡道內厚度的變化。因此，從控制的觀點看，希望透鏡的重量變輕。此外，由于從外面提供的用于移動透鏡的一個信號，可移動部件的溫度增加。這里，由于在連接透鏡內透鏡用UV固化樹脂粘附，如果溫度增加，連接透鏡本身的象差將惡化，從而使光頭的屬性惡化。因為這些原因，在不使用邊緣強度校正元件構造球面象差校正裝置的情況下，最好移動除連接透鏡外的透鏡。
圖9是表示根據(jù)該實施例的包括光頭100的光記錄/再現(xiàn)裝置200的結構的框圖。與參考圖1解釋的光頭100中相同的元件，在圖9中使用相同的標記，在此省略對這些元件的詳細解釋。
光記錄/再現(xiàn)裝置200包括光頭100、用于旋轉光記錄介質8的馬達72以及處理電路73，用于控制在光頭100中提供的物鏡7的位置，以便基于由光頭100產生的焦點誤差信號以及循跡誤差信號，將光會聚在光記錄介質8上的所期望的跡道上。
下面將解釋由此構成的光記錄/再現(xiàn)裝置200的操作。首先，當將光記錄介質8放置在光記錄/再現(xiàn)裝置200中時，處理電路73輸出用于旋轉馬達72的信號以旋轉馬達72。接著，處理電路73驅動在光頭100中提供的光源1使其發(fā)射光。然后，從光源1發(fā)出的光由光記錄介質8反射并入射在光頭100中的光電檢測器10上。光電檢測器10輸出表明光聚集在光記錄介質8上的狀態(tài)的焦點誤差信號以及表明光照射的位置的循跡誤差信號至處理電路73?；谶@些信號，處理電路73輸出用于控制物鏡7的位置的一個信號，從而允許從光源1發(fā)射的光會聚在光記錄介質8上的所期望的跡道上。此外，處理電路73基于從光電檢測器10輸出的信號，再現(xiàn)記錄在光記錄介質8中的信息。
如上所述，由于光記錄/再現(xiàn)裝置200包括本實施例的光頭100，循跡誤差信號變得穩(wěn)定。因此，可獲得具有高可靠性的，能在/從光記錄介質8記錄/再現(xiàn)信息的光記錄/再現(xiàn)裝置200。此外，由于能適當?shù)匚⑿突忸^100，因此也能使光記錄/再現(xiàn)裝置200微型化。
如上所述，盡管已經通過給出的某些例子解釋了本發(fā)明的實施例，本發(fā)明并不必局限于上述實施例，并且根據(jù)本發(fā)明的技術構想，能將本發(fā)明應用于其他實施例。
此外，在上述實施例中，提到了僅通過光來記錄信息的光記錄介質。然而，不必說，在通過光和磁性物質來記錄信息的磁光記錄介質中也能獲得相同的效果。
此外，上述實施例描述的情況是光記錄介質是光盤。然而，它可應用于實現(xiàn)類似功能的光信息記錄/再現(xiàn)裝置中，例如，卡式光記錄介質等等。
本發(fā)明也可具體化為其他的特定形式，而不脫離其精神或必要特征。本申請中公開的實施例在各個方面都應被視為示例性而不是限制的。由附加權利要求書而不是上述說明表明本發(fā)明的范圍，規(guī)定落在權利要求書的等效含義和范圍的所有變化均包含在此。
權利要求
1.一種光學元件，包括中心軸；第一曲面，在相對于所述中心軸的橫向方向上延伸；第二曲面，在相對于所述中心軸的橫向方向上延伸；周圍表面，在所述第一曲面和所述第二曲面間延伸；其特征在于光從其入射在所述第一曲面的時間到其從所述第二曲面射出的時間被折射，從而從所述第二曲面射出的光的光強度分布與入射在所述第一曲面的光的光強度分布互不相同，以及邊緣強度改進率R，即射出的光的邊緣強度相對于入射的光的邊緣強度的比率，大于等于1.07且小于等于1.5，其中邊緣強度表示中心強度與周圍強度的比率。
2.如權利要求1所述的光學元件，其特征在于當所述第一曲面的中心位置與所述第二曲面的中心位置間的距離(中心厚度)為d(mm)時，d滿足下述關系式d≥54·R4-221·R3+304·R2-138·R
3.一種相對于光記錄介質，記錄或再現(xiàn)信號的光頭，所述光頭包括光源，用于發(fā)射光；以及物鏡，用于將從光源發(fā)射的光會聚在光記錄介質上；其特征在于如權利要求1所述的光學元件被放置在所述光源和所述物鏡之間。
4.如權利要求3所述的光頭，進一步包括球面象差校正裝置，用于校正由于所述光記錄介質的基底材料的厚度與標準值的偏差而發(fā)生的球面象差。
5.如權利要求4所述的光頭，進一步包括相對于所述光學元件，以預定間隔放置的透鏡，其中球面象差校正裝置包括所述透鏡、所述光學元件以及用于改變所述光學元件和所述透鏡間的間隔以便校正所述球面象差的間隔改變裝置。
6.如權利要求5所述的光頭，其特征在于所述透鏡將由所述光學元件發(fā)散的光轉換成平行光。
7.如權利要求3所述的光頭，進一步包括放置在所述光學元件和所述光源間的光束成形光學元件，用于對從所述光源發(fā)射的光進行光束成形。
8.如權利要求3所述的光頭，其特征在于當所述第一曲面的中心位置與所述第二曲面的中心位置間的距離(中心厚度)為d(mm)時，d滿足下述關系式d≥54·R4-221·R3+304·R2-138·R
9.如權利要求5所述的光頭，其特征在于所述透鏡包括放置在所述光學元件一側的凸透鏡以及放置在物鏡一側的凹透鏡，并且所述凹透鏡的阿貝常數(shù)小于所述凸透鏡的阿貝常數(shù)。
10.如權利要求4所述的光頭，其特征在于所述球面象差校正裝置為一擴展系統(tǒng)。
11.如權利要求4所述的光頭，其特征在于所述球面象差校正裝置具有色差校正功能。
12.如權利要求5所述的光頭，其特征在于所述光學元件和所述透鏡中的至少一個具有色差校正功能。
13.如權利要求4所述的光頭，其特征在于所述球面象差校正裝置包括所述光學元件、相對于所述光學元件以預定間隔放置的衍射透鏡、以及用于改變所述光學元件和所述衍射透鏡間的間隔以便校正所述球面象差的間隔改變裝置。
14.如權利要求13所述的光頭，其特征在于所述衍射透鏡將由所述光學元件發(fā)散的光轉換成平行光。
15.如權利要求3所述的光頭，進一步包括具有色差校正功能的色差校正元件。
16.如權利要求3所述的光頭，其特征在于所述物鏡的數(shù)值孔徑為0.7或0.7以上。
17.如權利要求3所述的光頭，其特征在于從所述光源發(fā)射的光的波長為大于等于380納米且小于等于420納米。
18.如權利要求4所述的光頭，進一步包括用于檢測所述光記錄介質的基底材料的厚度與標準值的偏差的偏差檢測器。
19.如權利要求4所述的光頭，進一步包括相對于所述光學元件，以預定間隔放置的透鏡；以及偏差檢測裝置，用于檢測所述光記錄介質的基底材料的厚度與標準值的偏差；其特征在于所述球面象差校正裝置包括所述透鏡、所述光學元件以及用于改變所述透鏡和所述光學元件間的間隔以便基于檢測到的基底材料的偏差，校正所述球面象差的間隔改變裝置。
20.一種用于校正球面象差的方法，該方法使用如權利要求5所述的光頭，所述方法包括檢測所述光記錄介質的基底材料的厚度與標準值的偏差；以及改變所述光學元件和所述透鏡的間隔以基于檢測到的基底材料的偏差，校正所述球面象差。
21.如權利要求20所述的用于校正球面象差的方法，其特征在于在改變間隔中，移動透鏡以改變所述光學元件和所述透鏡間的間隔。
22.一種光記錄/再現(xiàn)裝置，包括如權利要求3所述的光頭；以及處理電路，用于控制所述光頭中的所述物鏡的位置，以便基于由所述光頭產生的焦點誤差信號和循跡誤差信號，將光會聚在所述光記錄介質的所期望的跡道上。
全文摘要
提供一種具有高俘獲效率以及邊緣強度的光學元件。該光學元件包括中心軸；第一曲面，在相對于所述中心軸的橫向方向上延伸；第二曲面，在相對于所述中心軸的橫向方向上延伸；周圍表面，在所述第一曲面和所述第二曲面間延伸。光從其入射在所述第一曲面的時間到其從所述第二曲面射出的時間被折射。從而從所述第二曲面射出的光的光強度分布與入射在所述第一曲面的光的光強度分布互不相同，以及邊緣強度改進率R大于等于1.07且小于等于1.5，所述邊緣強度改進率R是所述射出光的邊緣強度相對于所述入射光的邊緣強度的比率，其中邊緣強度表示中心強度與周圍強度的比率。
文檔編號G11B7/135GK1472564SQ03147160
公開日2004年2月4日 申請日期2003年7月4日 優(yōu)先權日2002年7月4日
發(fā)明者和田秀彥, 田中康弘, 林秀樹, 水野定夫, 夫, 弘 申請人:松下電器產業(yè)株式會社