專利名稱：物鏡及采用這種物鏡的光頭的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用光學(xué)的方法從光學(xué)存儲介質(zhì)中讀取信息的光盤裝置。本發(fā)明尤其涉及一種使用不同波長的光源，從不同厚度襯底的光盤中讀取信號的光頭，以及在這種光頭中使用的一種物鏡。
光盤作為大容量可更換信息存儲介質(zhì)近來取得了顯著的進展。相應(yīng)地，讀寫方法，存儲密度和盤的尺寸大小也有多種多樣。這樣，要保證不同系統(tǒng)之間的兼容性就非常困難。此外，現(xiàn)在CD(Compact Disc光盤)極其普及，而與CD讀兼容的可擦寫CD-CD-R(Compact Disk-Recordable)-也同樣普及。這就要求開發(fā)新的光盤來滿足此種CD及CD-R兼容的這一重要要求。
近來DVD(數(shù)字視盤)，CD和CD-R之后的下一代的高密度ROM也已經(jīng)推向市場。為了提高DVD的存儲密度，物鏡的數(shù)值孔徑(NA)從通常的CD的0.45提高到0.6。設(shè)λ為所使用的激光光源波長，在光盤上的聚焦點的尺寸同λ/NA成正比，所以波長越短，NA越大，光點尺寸就可以越小。如果光點尺寸小，就能夠高質(zhì)量地讀取高密度信息凹坑，所以，光盤的存儲密度就可以提高。
由于上述原因，用在DVD中的半導(dǎo)體激光器的波長為650nm，而不是CD中的780nm。然而，由于隨著NA的增加，會使在光盤傾斜的時候出現(xiàn)的彗差現(xiàn)象急劇加重，并使光點的質(zhì)量下降，因此不可能過分地加大NA。由于這個原因，DVD的襯底厚度為0.6mm，比CD的1.2mm的厚度要薄，所以，NA可以加大而隨著盤的傾斜出現(xiàn)的彗差就可以減小。然而，由于DVD的襯底厚度與CD的襯底厚度不同，如果用DVD專用的物鏡讀CD盤，就會出現(xiàn)球差并且使光點散焦。這種情況的出現(xiàn)是因為用于光盤的物鏡乃分別專用于特定的襯底厚度，并事先設(shè)計了能夠補償特定襯底厚度的球差。
例如，在Optical Review，Vol.1，No.1(1994)pp.27-29中對能夠解決上述問題的傳統(tǒng)的裝置做了描述。在這種傳統(tǒng)的裝置中，在0.6mm的盤使用的物鏡表面生成一個全息圖，用衍射光讀CD，而用透射光讀DVD。全息圖的模式事先設(shè)計好以便可補償在CD讀過程中產(chǎn)生的球差?？墒?，在這種傳統(tǒng)裝置中，由于采用全息圖，即使在讀CD的操作過程中也會產(chǎn)生用于讀DVD的光點，反之，即使在讀DVD的操作過程中也會產(chǎn)生用于讀CD的光點。此外，從盤上反射回來的光束再一次產(chǎn)生衍射。這就導(dǎo)致不可避免的光功率損失這一缺點。
Mitsubishi Electric Co.Ltd.(三菱電氣公司)的News Release，No.9507(6月21，1995)中描述了第二種傳統(tǒng)裝置。在這第二種傳統(tǒng)裝置中，在一個光頭上同時提供了用于0.6mm盤和用于1.2mm盤的兩種物鏡，并且在需要時，兩個物鏡能夠通過一個活動執(zhí)行器切換。然而，在這一例子中，由于是在需要的時候切換兩個透鏡，就存在著諸如使用兩個透鏡使成本上升、透鏡定位重復(fù)性、以及由于執(zhí)行器大而重導(dǎo)致反應(yīng)特性下降的問題。
在Nikkei Electronics(日經(jīng)電子)，1月29，1996(NO.654)，pp.15-16中描述了第三種傳統(tǒng)裝置。在此裝置中，采用液晶限制數(shù)值孔徑，并在CD讀操作時，NA減小到0.35以減少象差。由于波長為635nm的半導(dǎo)體激光器既用于CD又用于DVD，用于CD的NA可以得到一定程度的減小。然而，其缺點是這種方法無法用于讀CD-R，因為對于波長短于780nm的光束它的反射率變得相當?shù)汀?br> 日本專利申請書No.342203/1995中描述了第四種傳統(tǒng)裝置。此第四種傳統(tǒng)裝置中安裝了一種物鏡，給內(nèi)、外區(qū)以不同的最佳襯底厚度以便實現(xiàn)DVD和CD在同一個650波長下的兼容。然而，如果用780nm波長讀CD，邊界NA至少要為0.45或更大，但是，這種情況會導(dǎo)致讀DVD時的象差變?yōu)樘貏e大。
本發(fā)明的一個目的是提供一種光盤裝置，此光盤裝置具有一個可以利用不同波長的光從襯底厚度不同的光盤上讀取信號的光頭。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種在光頭中使用的物鏡，此物鏡可以使用不同波長的光源從襯底厚度不同的光盤中讀取信號。
本發(fā)明的再一個目的是提供一種光頭，它可以在成本低、精度高、無光功率損耗的情況下，既可用波長為780nm的光束讀取襯底厚度為1.2mm的CD盤，也可用波長為780nm的光束讀取襯底厚度為0.6mm的DVD盤。
本發(fā)明提供的物鏡可將兩個不同波長的激光束聚焦在厚度不同的光盤上。一個環(huán)形移相器加到物鏡上與其形成一個整體，用來減小相應(yīng)各個波長的聚焦光點的象差。
本發(fā)明的第二個實施例提供了一個物鏡，此物鏡為了將激光束無象差地聚焦，其內(nèi)、外區(qū)具有不同厚度的襯底。一個環(huán)形移相器加到物鏡上與其形成一個整體，用來減小不同波長的聚焦光點的象差。
本發(fā)明的第三個實施例提供一個光頭，它包括至少兩個波長不同的半導(dǎo)體激光器；一個散光裝置，用來把從光盤反射回來的光束在從半導(dǎo)體激光器延伸至光盤的光路上發(fā)散掉；以及一個檢測器，用來從散光裝置發(fā)散出去的反射光束中檢測聚焦光點定位控制信號和數(shù)據(jù)信號。光頭還包括能將具有相應(yīng)波長的光束聚焦在襯底厚度不同的光盤上的物鏡。
本發(fā)明的第四個實施例提供一個光頭，它包括至少兩個波長不同的半導(dǎo)體激光器；一個物鏡，用來將各個不同波長的光束聚焦在襯底厚度不同的光盤上；一個散光裝置，用來將從光盤反射回來的光束在從半導(dǎo)體激光器延伸至光盤的光路中發(fā)散掉；以及一個檢測器，用來從散光裝置發(fā)散出去的反射光束中檢測聚焦光點定位控制信號和數(shù)據(jù)信號。此光頭還包括一個環(huán)形移相器，用來減小不同波長的聚焦光點的象差。
從隨后的結(jié)合附圖的詳盡描述中，本發(fā)明會更加清晰，在附圖中

圖1顯示根據(jù)本發(fā)明的物鏡；圖2顯示球差的波前形狀；圖3顯示從環(huán)形移相器中獲得的波象差形狀；圖4顯示從反轉(zhuǎn)環(huán)形移相器中獲得的波象差形狀；圖5是一個表格，表明在不影響DVD的條件下對CD的相移；圖6示出當雙重優(yōu)化襯底物鏡和單個移相器結(jié)合時，CD讀操作中的光點的性能。
圖7示出在DVD讀操作期間發(fā)生的均方根波前象差；圖8顯示了一個雙重最佳襯底物鏡，利用它整體地構(gòu)成一個最優(yōu)反轉(zhuǎn)環(huán)形移相器；圖9是顯示由于CD讀取波長移動造成的CD讀操作中光點性能變化的示圖10是在DVD讀操作期間對于波長移動造成的均方根波前象差圖；圖11是CD讀操作中波象差形狀圖；圖12是DVD讀操作中波象差形狀圖；圖13A和13B的圖和表表明光點形狀的計算結(jié)果；圖14顯示本發(fā)明的光頭的一個實施例；圖15顯示本發(fā)明的一個實施例，其中物鏡和環(huán)形移相器以一種混合的形式結(jié)合在一起；并且圖16是DVD物鏡的規(guī)格和形狀表。
最佳實施例詳述下面參考附圖對本發(fā)明的實施例予以描述。
圖1顯示根據(jù)本發(fā)明的物鏡。根據(jù)本發(fā)明的物鏡結(jié)構(gòu)采用DVD物鏡1。根據(jù)本發(fā)明，物鏡1上添加一個環(huán)形面包形狀的環(huán)形移相區(qū)101。此環(huán)形移相區(qū)101可以由一個薄膜構(gòu)成，或可以將DVD物鏡事先直接做成這種形狀。由于一個正常的DVD物鏡是設(shè)計成為對于厚度為0.6mm的襯底當使用波長為650nm的激光束讀DVD時無象差產(chǎn)生，可利用移相器使引起的象差盡可能地小。另一方面，當使用波長為780nm的激光束讀取厚度為1.2mm的CD時，由于0.6mm的襯底厚度引起的球差得以減小。
使象差減小的方法將在下面定性地描述。圖2顯示經(jīng)過優(yōu)化的聚焦位置上的球差波前形狀。在圖2中，水平軸代表物鏡光瞳半徑的坐標，而垂直軸代表波象差。因為CD和DVD之間存在襯底厚度差，準備在DVD物鏡上讀CD的光點具有例如大致可用四次函數(shù)表述的波前形狀。圖3顯示從環(huán)形移相器獲得的波象差形狀。可以看到，由環(huán)形移相器產(chǎn)生的象差的最大值變小了。
當使用上述DVD物鏡進行讀操作時，DVD的象差一定不能變大。對其進行補償?shù)姆椒ㄖ皇抢肅D讀操作中的波長和DVD讀操作中的波長之差使只有當讀CD時發(fā)生相移，而當讀DVD時不發(fā)生相移。為此，使λ1代表CD讀操作中的波長，λ2代表DVD讀操作中的波長，而φ代表CD讀操作期間的相移，則有下列表述式1(n+φ)λ1＝mλ2(n，m為整數(shù))選擇整數(shù)m和n以滿足上式。如果沒有適合的m或n，移相的方法也可以如圖4所示地進行改變。在這種情況下，與圖3所示相同的波前形狀可以通過將-φ相移施加到環(huán)形移相區(qū)之外處來實現(xiàn)。因此，在這種情況下，有下面的表述式2(n-φ)λ1＝mλ2(n，m為整數(shù))根據(jù)此式，例如，如果λ1取780nm并且λ2取650nm，每一相移區(qū)中的相移φ如圖5所示。如果用這種方法選擇相移，就可能在CD讀操作中在毫不影響DVD讀操作的波前的情況下減小球差。這里使用的“反轉(zhuǎn)環(huán)形移相器”這個術(shù)語是考慮到借助相位滯后實現(xiàn)移相的情況，例如，當增加一折射率大于空氣的薄膜的情況。在可借助相位超前實現(xiàn)移相的情況下，如研磨物鏡，環(huán)形移相區(qū)可以直接通過研磨形成。由于兩種情況等效，在下文中將把兩種情況都稱為反轉(zhuǎn)環(huán)形移相器。
環(huán)形移相器的形狀和相移的優(yōu)化將在下面描述。Strehl(斯切爾)強度，即有象差的光點主峰強度經(jīng)利用無象差的光點主峰強度進行歸一化處理后可作為一個光點的評定指數(shù)。然而，在采用Strehl強度時，在有數(shù)值孔徑限制存在的場合NA的差別體現(xiàn)不出來。因此，當有數(shù)值孔徑限制時，光點主峰強度同入射到物鏡光瞳的總光功率的比率可以作為一個新的評定指數(shù)。例如，即使對于同樣孔徑直徑，當NA增大、光點直徑減小或主峰強度變大時，評定指數(shù)變大。式3
=|∫03π∫0Rciφ(r,θ)rdrdθ|2|∫02π∫0Rrdrdθ|2|∫03π∫0Rrdrdθ|2∫03π∫0Rrdrdθ]]>=Iot(πR2)2πR2=IstπR2]]>從式3可以看出，新的評定指數(shù)同經(jīng)全尺寸的物鏡孔徑半徑歸一化的孔徑限制半徑R的二次冪與Strehl強度的乘積成正比。下文中η代表Strehl強度與歸一化的孔徑限制半徑的二次冪的乘積。在正常的CD拾取器中，由于使用的波長為780nm，物鏡的數(shù)值孔徑為0.45，如果DVD物鏡數(shù)值孔徑為0.6時無象差出現(xiàn)，則η＝1×(0.45/0.6)2＝0.56，且數(shù)值孔徑為0.8時η＝0.45，這是以Marechal準則為基礎(chǔ)的Strehl強度的下限的情況。至于因襯底厚度誤差造成的球差，四階球差可以由下式給出式4W40=d8n2-1n3(NA)4]]>而六階球差由下式給出式5W60=d32n4+2n2-3n5(NA)6]]>在這些式子中，n代表折射率。由這些式子，通過添加環(huán)形移相器，在半徑R1和半徑R2之間造成φ的相位滯后所引起的象差可表示如下式6W={W60ρ6+W40ρ4+W20ρ2+W00+φ(R1≤ρ≤R2)W60ρ6+W40ρ4+W20ρ2+W00(0≤ρ≤R1,R2≤ρ)]]>Strehl強度可以近似表示如下式7Ist=1-(2πλWrms)2]]>=1-{2πλ(W2‾-(W‾)2)}]]>由此，根據(jù)此式，對于極大值η，以及NA、孔徑限制W20和W00，可以求得R1、R2和φ。實際上，是使用了數(shù)值公式處理軟件采用分析的方法求得W20和W00，并從數(shù)值上求得R1、R2和φ以及孔徑限制的NA。結(jié)果發(fā)現(xiàn)當環(huán)形移相器的內(nèi)外直徑是NA 0.20和NA 0.42，并且孔徑限制的NA是0.456，相移是0.265λ(λ＝780nm)時，則η＝0.48成為極大值并且大于以Marechal準則為基礎(chǔ)的η＝0.45。另一方面，在僅限制孔徑而沒有使用環(huán)形移相器的情況下采取優(yōu)化時，對于NA 0.39，η＝0.45是極大值。換言之，這等同于對于NA0.45使Strehl強度從0.61提高到0.86。由于這種相移，在DVD讀操作期間發(fā)生的象差就均方根波前象差而言是0.33λ(λ＝650nm)。這幾乎等同于物鏡的工作精度，而且可以認為在實際使用中不會有任何問題出現(xiàn)。
如果將0.265λ的優(yōu)化相移與前述不影響DVD讀操作的相移做比較，可以看出最接近的相移是在m＝2和n＝2時的反轉(zhuǎn)環(huán)形移相器或m＝4和n＝3時的環(huán)形移相器的0.333λ。然而，在m增大時，薄膜或物鏡的階梯變得更密，并且在半導(dǎo)體間隔器中發(fā)生波長移動時，相移的偏差就更大。所以，此處最好使用反轉(zhuǎn)環(huán)形移相器。當?shù)玫皆谶@一不影響DVD讀操作的相移中確定了移相器形狀的時候，η＝0.47是NA0.20的內(nèi)徑、NA0.44的外徑、以及NA0.48的孔徑限制的極大值。這幾乎與上述優(yōu)化相移相等。
用于DVD物鏡的環(huán)形移相器的效果可由光線追跡法確認。圖16顯示了DVD物鏡實例的規(guī)格和形狀，其中R、K、A4、A8和A10分別是近軸曲率半徑、圓錐常數(shù)，以及第4階、第6階、第8階和第10階非球面系數(shù)。表面形狀可利用這些參數(shù)和徑向坐標r，根據(jù)式8來確定式8z(r)=r2R+R2+(K+1)r2+A1r4+A2r6+A3r8+A4r10]]>其中形狀假設(shè)為軸對稱。在沒有采用環(huán)形移相器的情況下，當780nm波長的準直光穿過1.2mm的CD襯底聚焦時，在NA0.45的孔徑中，光點的均方根波前象差是0.1279λ(λ＝780nm)。然而，通過在透鏡上采用0.3333λ(λ＝780nm)的環(huán)形移相器，象差減少到0.07366λ(λ＝780nm)。另一方面，在采用了環(huán)形移相器的情況下，當波長為650nm的準直光穿過厚度為0.6mm的DVD襯底時，在NA0.6的孔徑中，光點的均方根波前象差因此小于0.001λ(λ＝650nm)。
上述描述是在假設(shè)采用孔徑限制而得出的，但是這并不意味著需要一個實際的孔徑。實際上，可以認為上述過程幾乎等于在利用均方根波前象差作為評定函數(shù)求得一個優(yōu)化聚焦位置時，規(guī)定了一個光瞳的評定區(qū)。如果調(diào)整聚焦誤差以使均方根波前象差在孔徑限制區(qū)中盡可能小，則孔徑限制區(qū)外的光的象差自然變得較大，并且波前的斜率也變得更大。由于這個原因，此區(qū)內(nèi)某一位置上穿過焦平面的光線偏離焦點很厲害。因此，就聚焦光點而言，這樣的光線存在與不存在都一樣。
如果在上述方法中僅僅采用環(huán)形移相器，就將提高光點性能，但是當考慮到由于光學(xué)器件定位不準、光盤傾斜、聚焦誤差或諸如此類的問題引起的光點劣化時，對于NA為0.45的情況0.86的Strehl強度還不完全充分。因此，結(jié)合上述結(jié)構(gòu)就可以在物鏡內(nèi)外提供待優(yōu)化的不同襯底厚度。此種物鏡在下文中將稱為雙重優(yōu)化襯底物鏡(DOSL)。由本發(fā)明的各發(fā)明人所發(fā)明的這種物鏡可以作為波長為在650nm時實現(xiàn)DVD和CD兩者兼容的方法。這種方法在日本專利申請N0.342203/1995中公開。然而，這樣的物鏡有其缺點，為了在波長780nm時讀CD，它必須使這種雙重NA是NA0.45或更大，在這種情況下，讀CD的象差就變得特別大。
為了消除這一缺點，使移相器和雙重優(yōu)化襯底物鏡結(jié)合以便同時使移相器的形狀、相移、內(nèi)外邊界半徑以及內(nèi)襯底厚度優(yōu)化，并且發(fā)現(xiàn)這樣的結(jié)合既可以在使用780nm波長讀CD的操作過程中，也可以在使用650nm波長讀DVD的操作過程中減小由于雙重優(yōu)化襯底物鏡引起的象差，從而進一步改進CD讀操作的光點的性能。關(guān)于這一結(jié)合將在下面描述。
由雙重優(yōu)化襯底物鏡引起的波象差和移相可以表示如下式9
在此式中，R1代表環(huán)形移相器的內(nèi)徑，R2代表邊界半徑，R3代表環(huán)形移相器的外徑，而R4代表孔徑限制的半徑。為消除象差所需的盤襯底厚度對由邊界半徑所分開的內(nèi)外區(qū)來說是不同的，DVD讀操作的內(nèi)區(qū)厚度是0.6mm，而外區(qū)厚度優(yōu)化為在0.6mm和1.2mm之間。因此，在各球差的象差系數(shù)W60和W40上附加鑒別標志“1”或“2”以區(qū)分內(nèi)外區(qū)。根據(jù)球差確定聚焦誤差W201和W202以使內(nèi)外區(qū)的均方根波前象差極小，并確定常數(shù)項W001和W002以便使內(nèi)外區(qū)的波象差的平均值變?yōu)橐粯樱耸箍偩礁ㄇ跋蟛顑?yōu)化。通過對應(yīng)于物鏡襯底內(nèi)外部分厚度的差值，可以確定W201和W202以及W001和W002之間的差值，并且也可以借助數(shù)值公式處理軟件用分析的方法，在對移相器給定W202和W002的條件下得到W201和W001的差值。
另外，關(guān)于給定的、相應(yīng)的內(nèi)襯底厚度和邊界半徑R2，使η成為極大的條件可以通過在數(shù)值上改變R1、R3、R4相移而求得。其結(jié)果示于圖6。在圖6中，水平軸代表雙重優(yōu)化襯底物鏡的邊界半徑，垂直軸代表η，并標繪出在不同的中心襯底厚度的優(yōu)化條件下的計算結(jié)果。圖中短劃線分別表示無象差的CD、等于0.8 Strehl強度的下限水平、上述優(yōu)化移相器、以及固定移相器。因為沒有使用雙重優(yōu)化襯底物鏡，這些線不能在圖中用點線來標繪。在該時的DVD讀操作期間發(fā)生的均方根波前象差示于圖7。
正如對比圖6和圖7可以看到的，由于中心襯底厚度接近于1.2mm，CD的性能提高，而DVD的象差增加。因此，判斷這些點中應(yīng)該選擇哪些點作為優(yōu)化點取決于系統(tǒng)的各種容許極限的分布。然而，很有可能接受η＝0.526(對CD來說，以Strehl強度表示為0.94)的CD性能，以及中心襯底厚度為0.76mm情況下0.030的DVD均方根波前象差，以及NA0.45的邊界半徑。在不設(shè)置移相器時，CD和DVD象差的評定因子分別是0.414和0.031。因此，對于CD和DVD兩者來說，光點的象差都下降。此外，在此點CD性能的極大值和DVD象差的極小值彼此重合。此時環(huán)形移相器的相移是0.2985λ(λ＝780nm)，內(nèi)徑是NA0.2145，而外徑是NA0.45，同邊界半徑NA重合。
圖8顯示了一個雙重優(yōu)化襯底物鏡，用它整體地構(gòu)成一個反轉(zhuǎn)環(huán)形移相器。由于反轉(zhuǎn)環(huán)形移相器是同透鏡制作成為一個整體，環(huán)形移相器區(qū)是凹進去的。雖然對雙重優(yōu)化襯底物鏡而言，也可以在光盤具有相對平緩曲率的側(cè)面做出階梯，但是這個階梯只可做在圖像一面。
圖9示出由CD讀取波長的改變所影響的CD讀取光點性能η的數(shù)值。雖然，水平軸的范圍是±20nm，由于溫度變化或類似變化而引起的η移動的波長范圍似乎是大約±10nm。當波長移動為-10nm時，在波長范圍內(nèi)的從η＝0.53下降到近似的η＝0.52。并且因為對于NA0.45的情況，Strehl強度從0.93大約變到0.92，這種下降幾乎可以忽略不計。此外，圖9示出前述優(yōu)化環(huán)形移相器以及固定環(huán)形移相器的數(shù)值。
圖10顯示在以650nm波長進行DVD讀操作期間對于波長移動的均方根波前象差，并且當雙重優(yōu)化襯底物鏡和優(yōu)化環(huán)形移相器結(jié)合的時候，在波長移動為-10nm的情況下，象差從0.030λ增大到0.036λ。可以認為，這個增大也完全是在允許的范圍內(nèi)。此外，圖10示出前述優(yōu)化環(huán)形移相器和固定環(huán)形移相器的象差。關(guān)于固定環(huán)形移相器，由于其相移的選擇是要使對于DVD不發(fā)生象差，在波長移動為0時象差為0。關(guān)于優(yōu)化環(huán)形移相器，由于其相移是從使DVD不產(chǎn)生象差的相移處偏移，所以波象差朝對應(yīng)于相移的波長移動方向線性地變化。
圖11顯示的是一以780nm波長進行CD讀操作的波象差形狀圖。對于每一個波象差形狀，由于聚焦誤差在孔徑限制的NA范圍內(nèi)優(yōu)化，并且水平軸代表在NA0.6的全尺寸孔徑范圍上的光瞳半徑坐標，在其周邊部分象差變得極大。另一方面，由于垂直軸代表象差在±0.5λ范圍內(nèi)的折疊形式，周邊部分表現(xiàn)為急劇振蕩。這些象差在一個NA比聚焦誤差僅用孔徑限制進行優(yōu)化時更寬的范圍上受到抑制。此外，孔徑限制NA范圍之外的波前上升也很急劇，并且因為有這樣大的孔徑，可以預(yù)計孔徑限制的作用會變得更為顯著。
圖12顯示以650nm波長進行DVD讀操作的波象差。由于僅有孔徑限制的波象差和僅有固定移相器的波象差(兩者都顯示在圖11中)在圖12中都徹底變?yōu)?，圖12僅僅示出了雙重優(yōu)化襯底物鏡和優(yōu)化移相器相結(jié)合的情況以及只有優(yōu)化移相器的情況。從即使在根本沒有象差發(fā)生的最靠外邊的部分的象差也并沒有變?yōu)?這一事實，可以明白在整個光瞳上會發(fā)生小的聚焦誤差。這是因為如果將移相器引起的相移當作象差，由于小的聚焦誤差而使整個均方根波前象差變小。在任何一種情況中，圖中的垂直軸的數(shù)值都相當小并且波前形狀的清晰度減小到均方根波前象差實際上可以忽略不計的程度。
圖13A顯示光點形狀的計算結(jié)果。在圖中，水平軸代表強度等于光點峰值強度exp(-2)倍的光點尺寸，而垂直軸代表經(jīng)光點主峰強度歸一化的旁瓣強度的數(shù)值。因此，由于希望光點和旁瓣兩者都小，可以得出，較靠近圖左下方處標繪出的點對應(yīng)于更高分辨率的光點。假定透鏡光瞳的強度分布是呈對稱高斯分布，所顯示的計算結(jié)果是在當透鏡的直徑與在光瞳中高斯分布中心的強度的exp(-2)倍的強度范圍的比率是0.1的時候并且透鏡周邊部分的強度同它的中心部分強度的比率是0.98的時候獲得的。
在圖13B中，白圈代表無象差的正常CD物鏡，并且由于標繪出的點的位置較靠近白圈，讀出性能更接近于正常的CD物鏡的讀出性能。每個黑方塊代表僅有孔徑限制的正常DVD物鏡。作為這種黑方塊，標繪出的三個點分別對應(yīng)于實際上加入了孔徑限制的情況、在聚焦位置上去掉孔徑限制的情況，以及去掉孔徑限制并移動聚焦位置以使光點峰值強度變?yōu)闃O大的情況。對于正常的無象差CD物鏡，任何一種情況的光點分辨率都較低。各三角塊代表僅加入優(yōu)化環(huán)形移相器的情況，并且有三個點是采用類似方式標繪出的。
雖然同僅采用孔徑限制的情況相比，光點的尺寸改進得相當大，但是如果沒有孔徑限制，旁瓣卻變得相當大。各個白方塊代表雙重優(yōu)化襯底物鏡和優(yōu)化環(huán)形移相器相結(jié)合的情況。雖然有三個采用類似方式標繪出的點，但可以看出這三個標繪出的點彼此相當靠近。換言之，可以看到，在這種情況下，無論是否有孔徑限制加入都沒有關(guān)系，并且由于虛擬孔徑限制的范圍之外的光束的象差明顯增加，光點的形成實質(zhì)上沒有受影響。在這種情況下，光點尺寸略微變小，而旁瓣變得比無象差的正常CD物鏡的旁瓣略為大些。
作為光點性能的評定指數(shù)的η的數(shù)值幾乎等于或略微低于無象差的正常CD物鏡的原因可以推測為是通過減小光點尺寸將沒有徹底降低的旁瓣的影響作用去掉了。此外，關(guān)于DVD讀操作的光點的計算結(jié)果用白三角和菱形標繪在左下方。菱形代表無象差讀DVD的光點，而三角形代表優(yōu)化后的雙重優(yōu)化襯底物鏡和優(yōu)化后的環(huán)形移相器相結(jié)合的情況。用于DVD的光點形狀差不多是一樣的。
圖14顯示了一個光頭的實施例。從波長不同的半導(dǎo)體激光器41和42發(fā)出的光通過二色鏡20混合在一起并由準直透鏡5形成準直光。橢圓光由光束形成棱鏡61和62變?yōu)閳A形光束。如果光學(xué)系統(tǒng)的效率足夠高或光盤的道間距比光點的主瓣與光盤上的第一黑線之間的間距寬，光束形成棱鏡也可以略去而有利于減少零部件的數(shù)量或減少相鄰道之間的串擾。光束通過一個分束器71傳輸并經(jīng)一個豎直的鏡片8反射，然后，由根據(jù)本發(fā)明的物鏡3聚焦在光盤10上。物鏡3安裝在二維執(zhí)行器9上。光盤10可以是CD或DVD。二維執(zhí)行器9在盤的半徑方向上根據(jù)尋跡誤差信號運動并將光點定位在軌道上，并且同樣在光軸的方向上根據(jù)聚焦誤差信號運動并使焦點位置在盤上定位。
反射光束再次穿過物鏡3以及豎直鏡片8，并被分束器71反射而導(dǎo)向光學(xué)檢測系統(tǒng)。經(jīng)分束器72傳輸來的光束由聚焦透鏡111變成聚焦光束，并進入到分束器73。經(jīng)分束器73傳輸來的光束通過圓柱透鏡12射入四分裂光電檢測器13。從此分裂光電檢測器上的對角器件的信號之和得到的差分信號作為聚焦誤差信號從差分放大器141輸出。
受分束器73反射的光束也入射到兩分裂光電檢測器15上，并且從兩分裂光電檢測器15上的輸出值獲得的差分信號作為軌跡誤差信號從差分放大器142輸出。受分束器72反射的光束由聚焦透鏡112聚焦到光電檢測器16上，并且由放大器17將由光電檢測器16采用光電的方法轉(zhuǎn)化的信號放大以便獲取數(shù)據(jù)信號。為了檢測伺服信號，可以從檢測器輸出的總和信號中檢測數(shù)據(jù)信號。在這種情況下，伺服信號可以通過利用低通濾波器或類似器件將檢測到的信號限制到信號譜帶的方式來檢測。此伺服檢測光學(xué)系統(tǒng)是一個示例，也可以采用另外的系統(tǒng)。
雖然上述描述參考的實施例都是其中的環(huán)形移相器同透鏡整體地制作的，但圖15卻顯示了另一種實施例，其中的DVD物鏡18和一個獨立的環(huán)形移相器19是以混合的形式作為一個光頭安裝在一起的，此光頭則裝置在一個二維執(zhí)行器上。由于假定該實施例僅取代與圖14中從豎直鏡片到光盤這個范圍中相應(yīng)的光學(xué)系統(tǒng)，圖15只顯示此對應(yīng)部分。
通過采用環(huán)形移相器，或采用將環(huán)形移相器與具有襯底厚度不同因而無象差的內(nèi)外區(qū)的透鏡做為最佳結(jié)合的方法，就能夠使用一個無需孔徑限制的透鏡，采用波長為650nm的激光束讀取襯底厚度為0.6mm的DVD，并且采用波長為780nm的激光束讀取襯底厚度為1.2mm的CD。這樣，使用本發(fā)明就可能提供一個尺寸小、成本低的光頭。
雖然通過詳細描述并結(jié)合附圖對本發(fā)明進行了介紹，但并不受這些細節(jié)的限制，因為本發(fā)明中可由本領(lǐng)域內(nèi)一般的熟練技術(shù)人員發(fā)現(xiàn)的許多變化和修改可以在不背離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)進行。
權(quán)利要求
1.一種物鏡，用于使兩束具有不同波長的激光束通過對相應(yīng)的兩個波長厚度不同的襯底聚焦，其構(gòu)成包括一環(huán)形移相器，用于減小兩束激光束每一束的聚焦光點的象差。
2.如權(quán)利要求1中的物鏡，其中上述襯底包含一厚度為1.2mm的襯底和一厚度為0.6mm的襯底。
3.如權(quán)利要求1中的物鏡，其中上述環(huán)形移相器整體形成于此物鏡中。
4.如權(quán)利要求1中的物鏡，其中上述激光束包含一波長為650nm的激光束和一波長為780nm的激光束。
5.一種物鏡，用于使兩束具有不同波長的激光束通過對相應(yīng)的兩個波長厚度不同的襯底聚焦，其構(gòu)成包括一環(huán)形移相器，用于減小兩束激光束每一束的聚焦光點的象差，其中兩束激光束由上述物鏡的內(nèi)區(qū)和外區(qū)聚焦而不產(chǎn)生象差。
6.如權(quán)利要求5中的物鏡，其中上述襯底包含一厚度為1.2mm的襯底和一厚度為0.6mm的襯底。
7.如權(quán)利要求5中的物鏡，其中上述環(huán)形移相器整體形成于此物鏡之上。
8.如權(quán)利要求5中的物鏡，其中上述激光束包含一波長為650nm的激光束和一波長為780nm的激光束。
9.一種光頭，其構(gòu)成包括兩個半導(dǎo)體激光器，用于生成具有不同波長的兩束激光束；一種物鏡，用于使兩束具有不同波長的激光束通過對相應(yīng)的兩個波長厚度不同的襯底聚焦，其中上述物鏡的構(gòu)成包括一環(huán)形移相器，用于減小兩束激光束每一束的聚焦光點的象差；一個散光器，用來使從在從上述半導(dǎo)體激光器延伸至光盤的光路上的光盤反射回來的光束發(fā)散；以及一個檢測器，用來從上述散光裝置發(fā)散出去的反射光束中檢測聚焦光點定位控制信號和數(shù)據(jù)信號。
10.如權(quán)利要求9中的光頭，其中上述襯底包含一厚度為1.2mm的襯底和一厚度為0.6mm的襯底。
11.如權(quán)利要求9中的光頭，其中上述環(huán)形移相器整體形成于此物鏡中。
12.如權(quán)利要求9中的光頭，其中上述激光束包含一波長為650nm的激光束和一波長為780nm的激光束。
13.一種光頭，其構(gòu)成包括兩個半導(dǎo)體激光器，用于生成具有不同波長的兩束激光束一物鏡，用于使兩束具有不同波長的激光束通過對相應(yīng)的兩個波長厚度不同的襯底聚焦，其中上述物鏡的構(gòu)成包括一環(huán)形移相器，用于減小兩束激光束每一束的聚焦光點的象差；其中兩束激光束由上述物鏡的內(nèi)區(qū)和外區(qū)聚焦而不產(chǎn)生象差；一散光器，用來使從在從上述半導(dǎo)體激光器延伸至光盤的光路上的光盤反射回來的光束發(fā)散；以及一檢測器，用來從上述散光裝置發(fā)散出去的反射光束中檢測聚焦光點定位控制信號和數(shù)據(jù)信號。
14.如權(quán)利要求13中的光頭，其中上述襯底包含一厚度為1.2mm的襯底和一厚度為0.6mm的襯底。
15.如權(quán)利要求13中的光頭，其中上述環(huán)形移相器整體形成于此物鏡中。
16.如權(quán)利要求13中的光頭，其中上述激光束包含一波長為650nm的激光束和一波長為780nm的激光束。
17.一種光頭，其構(gòu)成包括至少兩個具有不同波長的半導(dǎo)體激光器；一物鏡，用于使具有相應(yīng)波長的光束聚焦于具有不同厚度的襯底的光盤上；一環(huán)形移相器，用于減小具有相應(yīng)波長的聚焦光點的兩個象差；一散光裝置，用來使從在從上述半導(dǎo)體激光器延伸至光盤的光路上的光盤反射回來的光束發(fā)散；以及一個檢測裝置，用來從上述散光裝置發(fā)散出去的反射光束中檢測聚焦光點定位控制信號和數(shù)據(jù)信號。
18.如權(quán)利要求17中的光頭，其中上述襯底包含一厚度為1.2mm的襯底和一厚度為0.6mm的襯底。
19.如權(quán)利要求17中的光頭，其中上述環(huán)形移相器整體形成于此物鏡中。
20.如權(quán)利要求17的光頭，其中上述激光束包含一波長為650nm的激光束和一波長為780nm的激光束。
21.一種光頭，其構(gòu)成包括至少兩個具有不同波長的半導(dǎo)體激光器；一物鏡，用于使兩束具有相應(yīng)波長的光束聚焦于具有不同厚度的襯底的光盤上；上述物鏡在其內(nèi)區(qū)和外區(qū)具有不同的襯底厚度以便對光束聚焦而不產(chǎn)生象差；一環(huán)形移相器，用于減小具有相應(yīng)波長的聚焦光束點的兩個象差；一散光裝置，用來把從光盤反射回來的光束從上述半導(dǎo)體激光器延伸至光盤的光路上發(fā)散；以及一個檢測裝置，用來從上述散光裝置發(fā)散出去的反射光束中檢測聚焦光束點定位控制信號和數(shù)據(jù)信號。
22.如權(quán)利要求21中的光頭，其中上述襯底包含一厚度為1.2mm的襯底和一厚度為0.6mm的襯底。
23.如權(quán)利要求21中的光頭，其中上述環(huán)形移相器整體形成于此物鏡中。
24.如權(quán)利要求21中的光頭，其中上述激光束包含一波長為650nm的激光束和一波長為780nm的激光束。
全文摘要
一種物鏡和一種包括利用不同波長讀取包含在具有不同厚度的襯底上的信息的物鏡的光頭。此物鏡包括一用于減小每束激光束的聚焦光點的象差的環(huán)形移相器。此環(huán)形移相器可以以優(yōu)化的方式同其襯底具有不同厚度的內(nèi)外區(qū)的物鏡相結(jié)合。
文檔編號G11B7/125GK1197979SQ9810554
公開日1998年11月4日 申請日期1998年3月12日 優(yōu)先權(quán)日1997年3月13日
發(fā)明者島野健, 有本昭 申請人:株式會社日立制作所