物鏡和採用該物鏡的掃描設備的製作方法
2023-06-07 06:06:06
專利名稱：物鏡和採用該物鏡的掃描設備的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種物鏡，用於將透過第一厚度的第一透明層的輻射光束聚焦到第一個焦點和將透過不同的、第二厚度的第二透明層的輻射光束聚焦到第二個焦點上。本發明還涉及一種光學掃描設備，用於掃描具有第一信息面和第一厚度的第一透明層的第一類記錄載體，以及掃描具有第二信息面和與第一厚度不同的第二厚度的第二透明層的第二類記錄載體，該設備包括一個產生輻射光束的輻射源，以及一個物鏡，用於將透過第一透明層的輻射光束會聚在第一信息層上的第一焦點及將透過第二透明層的輻射光束會聚在第二信息層上的第二焦點上。掃描包括寫、讀和(或)刪除記錄載體上的信息。
光學記錄載體的透明層通常具有保護信息層以免受環境影響及向記錄載體提供機械支撐的功能，亦即起著信息層基底的作用。透明層厚度是在所希望的記錄載體硬度和用於掃描信息層的輻射光束的數值孔徑之間折衷的結果。對一種新型的記錄載體而言，如果增加數值孔徑以增加信息層的存儲密度，常常有必要減少透明層的厚度以便減少碟片傾斜對輻射光束質量的影響。結果，市場上將會有不同類型的記錄載體，它們有著不同的透明層厚度。兼容的記錄播放器應該能掃描不同類型的記錄載體，不管透明層是什麼厚度。
被輻射光束透過以掃描信息層的透明層，在輻射光束中引入了所謂球面像差。在物鏡中對球面像差進行補償，使焦點附近的輻射光束基本上沒有球面像差。如果補償了透明層第一厚度的物鏡被用於掃描具有不同的第二厚度的透明層的記錄載體，聚焦質量將因球面像差補償不足或補償過度而變壞。
尚未預先發布的國際專利申請IB96/00182敘述了一種用於掃描第一和第二類光學記錄載體的設備。該設備使用了一種物鏡，被設計用來將透過第一透明層的輻射光束會聚在第一信息層的最佳焦點上。而在掃描第二類記錄載體時，物鏡在第二記錄層上形成一個近軸焦點。光束的最佳焦點是光軸上亮度最高的點。光束的近軸焦點是光軸上光束的近軸光線向其會聚的點。記錄載體上發射回來的輻射用一個輻射感應檢測系統來檢測。在掃描第一類記錄載體時，檢測系統利用了反射光束中的所有輻射。在掃描第二類記錄載體時，檢測系統只檢測從輻射光束截面的中心區域來的輻射。由於物鏡並未設計用來會聚透過第二透明層的輻射光束，在經過第二透明層的路徑中，輻射光束將引入未經校正的球面像差。通過使檢測僅限於光束中心的光線，將會降低光束的外圍環形區域中高度象差的光線對檢測系統輸出信號的影響。
根據本發明，物鏡將輻射光束會聚在一個最佳焦點上，物鏡的外圍環形部分在輻射光束中引入了第一球面像差，補償透過第一厚度的第一透明層的輻射光束的路徑，環形部分內的中心部分在輻射光束中引入了第二球面像差，補償透過不同的、第二厚度的第二透明層的輻射光束的路徑。通常，環形部分和中心部分是同軸的；兩部分可以是相鄰的，也可以被一個環狀的中間區域隔開。
在物鏡會聚透過第二透明層的輻射光束時，光束透過中心部分的光線形成了一個第二焦點，這些光線在經過第二透明層時所引起的球面像差已被校正。在物鏡會聚經過第一透明層的輻射光束時，透過環形部分和中心部分的接合部的光束形成第一焦點。在那種情況下，只對經過環形部分的光線進行經過第一透明層時引起的球面像差的校正，對經過中心部分的光線進行經過第二透明層時引起的球面像差的校正。本發明基於這種考慮，即與針對環形部分校正的透明層厚度不同的透明層厚度而言，對物鏡中心部分的校正對第一焦點質量的影響比較小。
注意到歐洲專利申請nr.0610055公開了一種與全息圖或光柵結合在一起的物鏡。在物鏡的全部區域內，對經第一透明層厚度至第一焦點的輻射路徑進行校正。光柵將進來的輻射光束中心區域中的輻射分散為子束，經過透鏡折射後，針對朝著第二焦點的第二透明層厚度的路徑進行校正。物鏡和光柵將入射的輻射光束會聚為出射光束，該光束由兩個不同聚散度的子束組成。由此，物鏡與光柵的結合形成兩個最佳的焦點。相反，根據本發明的物鏡將輻射光束會聚成具有單一聚散度的光束並形成單一的最佳焦點。當根據本發明的物鏡是折射型、反射型、或折反射型時，它將入射輻射光束的幾乎所有能量都傳遞到第一焦點上，而不是將部分能量分散到形成第二焦點的子束中。短語「輻射光束的幾乎所有能量」意味著只略去了由一種媒質到另一種媒質分界面上的反射、媒質內部的吸收以及透鏡的不透明部分引起的正常損失。
權利要求2、3、4中給出了物鏡的特定實施方案。
本發明的另一個方面涉及一種採用根據本發明的物鏡的光學掃描設備。該掃描設備適合掃描具有第一信息面和第一厚度的第一透明層的第一類記錄載體以及掃描具有第二信息面和與第一厚度不同的第二厚度的第二透明層的第二類記錄載體。掃描設備包括一個產生輻射光束的輻射源和一個將透過其中一個透明層的輻射光束會聚到單個最佳焦點上的物鏡，其中物鏡的外環部分引入了補償經過第一透明層的輻射光束路徑的第一球面像差，環形部分內部的中心區域引入了補償經過第二透明層的輻射光束路徑的第二球面像差。
在掃描第二類記錄載體時，針對記錄載體透明層的厚度，對通過中心部分的這部分光束進行了很好的校正。在掃描第二類的記錄載體時，反射光束的中心光線的這種改善的校正，使得檢測系統的輸出信號的質量有所提高。本發明基於這種考慮，即在掃描第一類記錄載體時，物鏡中心部分針對不同於現在正在掃描的層的透明層厚度的校正作用，對檢測系統的輸出信號的影響可以忽略。
接下來將通過實例並結合附圖，對本發明進行更詳細的說明，這些附圖為
圖1A表示一個根據本發明的掃描第一類記錄載體的掃描設備。
圖1B表示一個第二類記錄載體。
圖2A表示一個根據本發明的物鏡沿其光軸的視圖。
圖2B表示一個根據本發明的帶有不透明環的物鏡。
圖3A是物鏡的第一實施方案的剖面圖。
圖3B是物鏡的第三實施方案的剖面圖。
圖4表示掃描設備的檢測系統。
圖1A是一個用於掃描光學記錄載體1的設備。該記錄載體包括透明層2，其中一面上有信息層3。信息層背離透明層的一面受保護層4保護，以免受環境的影響。透明層2起著記錄載體的基體的作用，向信息層提供機械支撐。或者，透明層可以只有保護信息層的功能，而機械支撐則由信息層另外一面上的層提供，例如由保護層4或由另一個透明層及與信息層3相連的信息層提供。信息能夠以分布在信息層3中的基本平行的、同軸的或螺旋形軌道中可光檢的標記的形式儲存在記錄載體中，圖中並未示出。這些標記可以是任何的光可讀的形式，如反射係數或磁化方向與其周圍不同的凹坑、區域，或者是這些形式的組合。
掃描設備包括輻射源5，例如半導體雷射器，發出發散的輻射光束6。分光鏡12，例如一個半透明的平板，將輻射朝準直儀透鏡7，反射，所形成的準直光束投射到單焦點的物鏡7上。準直儀透鏡和物鏡可組合為單個物鏡。這個具有光軸8的準直儀-物鏡組合7』-7將反射光束6轉換為具有單一的聚散度的會聚光束9，該光束在信息層3上形成焦點10。儘管圖中的物鏡表現為一個單透鏡元件，它也可以包括一個在傳輸或反射過程中起作用的全息圖，或用於從攜帶輻射光束的波導耦合出輻射的光柵。被信息層3反射並形成反射束11的會聚束9的輻射，在朝向會聚束9的光路上返回。在物鏡7和準直儀透鏡7』後，分光鏡12通過傳輸至少部分朝向檢測系統14的反射光束，將向前的和反射的光束進行分離。檢測系統捕獲輻射並將其轉換為一個或多個電信號。其中一個信號是信息信號15，它的值代表了從信息層3讀取的信息。另一個信號是焦點誤差信號16，它的值代表了焦點10和信息層3之間的軸向高度差。焦點誤差信號被用作焦點伺服控制器17的輸入信號，控制器控制物鏡7的軸向位置，從而控制焦點10的軸向位置，使焦點與信息層3的平面基本一致。這部分用於產生焦點誤差的檢測系統，叫做焦點誤差檢測系統，它包括一個或多個輻射敏感探測元件和一個處理這些探測元件的輸出信號的電路。用於物鏡定位的焦點伺服系統包括焦點誤差檢測系統、焦點伺服控制器及移動物鏡的調節器。
圖2A是物鏡7沿其光軸的視圖。該透鏡包括環形外圍部分25和環形部分內的中心部分26。中心部分和環形外圍部分可以有如圖所示的公共界線27，或者被中間的環所隔開。
物鏡7被設計用來在信息層3上形成最佳焦點，即Strehl比例接近1的焦點。由於這個原因，針對會聚束9通過記錄載體1的透明層2上時所引起的球面像差，對物鏡7進行了校正。靠近焦點10的會聚束的波陣面基本是球面形的。圖1B表示另一類具有信息層23和厚度與透明層2厚度不同的透明層22的記錄載體21。當信息層23被軸向安置在非最佳焦點位置但接近或正好在會聚束9的近軸焦點位置上時，可利用會聚束9正確地掃描信息層23。
當信息層23位於遠離近軸焦點的軸向位置時，焦點光斑的質量急劇下降，導致檢測系統14中產生的信號質量降低。在近軸焦點周圍很小的範圍內，在孔徑的中心部分，象散的會聚束波陣面基本上是球面形的。焦點包括一個由孔徑中心部分的光線產生的小的高亮度中心區域、以及該小區域周圍由中心部分外的光線引起的低亮度的大區域。焦點中心區域的質量足以順利掃描信息層23，同時能夠使外部區域不影響掃描。
在掃描具有近軸焦點的記錄載體21的信息層23時，波陣面的中心部分比較平，但波陣面的外圍部分則嚴重偏離。這種偏離改變了邊緣光線的方向，有可能在檢測之前截斷邊緣的光線，由此消除檢測系統產生的信號中大部分未經補償的球面像差的幹擾影響。
中心部分和環形部分的大小依賴於物鏡7的數值孔徑、透明層2和22各自的第一、第二厚度的差以及它們的折射率。中心部分的最佳尺寸及其容差的確定在國際專利申請IB96/00182中已有說明，特別是在解釋該專利的方程(1)和給出優選實施方案的方程(2b)的段落中。作為一個例子，設計了一種設備，以便用波長λ＝635nm、NA0＝0.60的輻射光束掃描透明層厚度為0.6mm的第一類記錄載體，NA0是整個輻射光束9的數值孔徑。該設備必須也能掃描透明層厚度為1.2mm(Δd＝0.6mm)、折射率為1.58、最小細節形狀為p＝1.6μm軌道凹坑的第二類記錄載體。最佳NAc值，即中心部分的數值孔徑，是0.33。由於NAc比NA0的值等於0.33/0.6＝0.55，中心部分26的直徑也等於物鏡位置處輻射光束11的整個截面直徑的0.55倍。一方面由於球面像差的隨孔徑增大而增加光斑尺寸的反作用，另一方面由於隨數值孔徑增大而降低光斑尺寸的散射作用，值NAc和中心部分尺寸的容差都比較大。對性能較低的設備而言，容差為±25％，而對性能較高的設備而言，容差最好等於±10％。
圖3A表示根據本發明方法的物鏡7的一個實施方案，該物鏡設計用於將NA為0.6的準直光束經過聚碳酸酯(PC)製成的厚度為0.6mm、在設計波長650nm處折射率為1.58的透明層2會聚到焦點上。該物鏡包括一個球面-平面玻璃體28和一個折射率為1.566的Diacryl透明層29，給透鏡的環形部分和中心部分加上一個非球面的外表面30。可採用複製技術將透明層加在玻璃體28上，這項技術可從歐洲專利nr.0156430得知。內徑為1.089mm的環形部分引入了一定的球面像差，用來補償會聚輻射光束9經過0.6mm的PC透明層的路徑。環形部分內的透鏡中心部分，在輻射光束中引入了一個球面像差，以補償經過1.2mm的PC透明層的路徑。通過使中心部分和環形部分的有效焦距基本相等，可進一步提高物鏡的質量，使得經過中心部分的輻射結構性地增強經過環形部分的輻射，共同形成第一焦點。通過選擇中心部分的厚度使得第一焦點附近即透過0.6mm的層後的輻射光束的RMS波陣面偏離有一個最小值可改善透過0.6mm層的掃描。這就使中心部分中的平均波陣面偏離等於環形部分中的平均波陣面偏離。對於僅有第四級球面像差補償、第2級焦點校正的中心部分而言，厚度校正所產生的波陣面校正為0.1λ量級。厚度校正折合成透鏡材料的厚度，大約相當於0.2λ。厚度校正是一個附加手段，沒有它，也能夠透過0.6mm的層進行掃描。
透鏡第一實施方案的數據為焦距 3.30mm光軸的厚度1.85mm透鏡體28的折射係數1.6991光線直徑 3.96mm透鏡體的曲率半徑(R) 2.516mm自由工作距離 1.82mm層29的厚度變化y＝0.00mm處，為24μmy＝1.30mm處，為0.6μmy＝1.98mm處，為44μm環形部分25外表面30的形狀由多項式(1)-----z=n=1n=5a2ny2n]]>給出，其中a2＝0.22111850，a4＝0.00406742，a6＝-0.00001517，a8＝-0.00000514，a10＝-0.00000348。環形部分25從y＝0.55×1.98＝1.089mm延伸到y＝1.98mm。
中心部分26的外表面30的形狀由z+Δz給出，其中z由方程(1)給出，Δz則由(2)---z=0.6310-3[[yymax]4-[yymax]2+0.16667]]]>給出，其中ymax＝1.089mm。Δz項包括一個查涅克(Zernike)多項式，給出一個與該項在輻射光束中引入的球面像差相適應的焦點校正。多項式中的二次項是焦距的校正，而常數項則是厚度校正。
當在物鏡的中心部分僅包括球面像差補償時，信息層23的優先位置在透鏡的近軸焦點處。當物鏡不僅包括球面像差補償而且也包括焦點校正時，信息層23的優選位置與朝著最佳焦點的近軸焦點有一短距離，以便使波陣面偏離減至最小。這個短短的距離大約為透過中心部分26的光束的兩個焦深，該光束即數值孔徑為NAc的光束。焦深等於λ/[2(NAc)2]。例如，當波長等於650nm且NAc等於0.33時，這個短短的距離等於6μm。在此及以後，任何有關近軸焦點位置的參考都被認為是優選位置的參考。
一般來說，如果焦點誤差信號16為零值，那麼焦點正確地位於信息面上。在具有根據上面第一實施方案的物鏡的掃描設備中，在調整焦點伺服系統使得第一信息層3上的第一焦點位於焦點誤差信號的零交叉點上時，第二焦點通常並不是精確地位於焦點誤差信號的零交叉點處的信息層23上。在掃描第二類記錄載體時，這可以通過給焦點誤差信號增加一個恆定的焦點偏置電壓來糾正。通過調整物鏡，可以克服偏置電壓這一缺點，該電壓依賴於被掃描的記錄載體類型。此外，給物鏡的中心部分加上焦點校正，中心部分的焦點校正不同於它在光束中引入的適合球面像差的校正。這個額外的焦點校正一定要使第二焦點位於焦點誤差信號的零交叉點處的第二信息層上。這個額外焦點校正的幅度為物鏡焦深的量級，即1μm量級，並可能依賴於焦點誤差檢測系統的幾何結構。不再需要這個依賴於記錄載體的附加焦點偏置電壓。
根據本發明的包括上述額外焦點校正的物鏡的第二實施方案，其截面類似於圖3A所示的第一實施方案的截面並可用複製技術製造。環形部分外表面的形狀與第一實施方案中的相同，並由上面的方程(1)和下面的方程直接給定的常數值給出。中心部分外表面的形狀則由z+Δz』給出，在這裡，z由方程(1)給出，而Δz』則由方程(3)---z'=0.6310-3[(yymax)4-1.13(yymax)2+0.23]]]>給出。
根據本發明物鏡的第三個實施方案，是一個例如由單種塑性材料利用注入模製製成的雙非球面(biaspheric)透鏡32。透鏡材料為有機玻璃(PMMA)，在650nm的設計波長處其折射率為1.4885。
透鏡的第三實施方案的數據為焦距 3.30mm光軸的厚度2.95mm光學直徑 3.96mm自由工作距離 1.5mm透鏡的兩個面是33、34，第一個朝著輻射源，第二個朝著記錄載體1。透鏡環形部分的表面形狀由方程(1)中z的多項式給出，其中的常數值為a2＝0.25317630，a4＝0.00671352，a6＝0.00045753，a8＝-0.00010526，a10＝0.00000860。環形部分從y＝1.089mm延伸至y＝1.98mm。中心部分表面33的形狀由z+Δz給出，這裡，z由方程(1)給出，常數由前一句給出，而Δz則由方程(2)給出，係數0.63則被0.73取代。
輻射光束寬度方向的表面形狀34由方程(1)給出，其中的常數值為a2＝-0.10009614，a4＝0.02163729，a6＝-0.00788082，a8＝0.00205921，a10＝-0.00023477。
根據本發明的物鏡的第四實施方案是圖3B中所示的透鏡，其形狀與面33、 34相同，但這裡中心部分的形狀並不是由z+Δz而是由z+Δz』給出的，其中Δz』由方程(3)給出，係數0.63則被0.73取代。該透鏡的額外焦點校正與第二實施方案的相當。
當物鏡7和準直儀透鏡7』被組合成單個的光學元件時，顯然根據本發明物鏡的類似實施方案是可能的。儘管上面的實施方案有一個有限的共軛面，這個單個光學元件卻有兩個有限的共軛面。
如上所述，當掃描第二類記錄載體時，在掃描之前輻射光束11邊緣的光線必須被截斷。輻射光束11中心區域的光線將適當地朝著檢測系統14會聚，儘管由於有球面像差，輻射光束11邊緣光線的角偏離有這麼大，它們也不會被檢測系統14所截斷。然而，光束中心區域和邊緣光線之間的中間區域中的光線仍然投射到檢測系統上，儘管這些光線沒有針對第一類記錄載體進行適當的球面像差校正，因此，檢測系統形成的檢測信號的質量下降了。
這個問題可通過給掃描設備加上一個不透明的環來解決，這個環可安在物鏡上。詞「不透明」是指投射在環上的光不是沿著沒有環時它所經過的路徑，即光線不再照在檢測系統上。這個環也解決了物鏡的第二、第四實施方案中相同的額外焦點校正問題。因此，帶有環的掃描設備在焦點伺服系統中不需要一個依賴於記錄載體的附加偏置電壓。
圖2B表示一個帶有這種不透明環的物鏡系統35。環形部分36和中心部分37被中間的環隔開。環形部分和中心部分的形狀可根據上述的第一或第三實施方案。環35的內圓最好位於圖2A所示的透鏡實施方案的分界線27處，其容差為環所在位置的輻射光束的整個截面半徑的±10％。環的寬度依賴於檢測系統14的幾何結構。寬的環可有效地去除檢測系統中不需要的光線，而小環則具有較高的輻射通量。兩者折衷的結果，安置在前向和反射的輻射光束中的環的寬度，最好在上面提到的半徑的5％到25％之間，以10％為最佳。
環可能有好幾個實施方案。它可以包含一個或多個深的「V」型槽或斜坡，將投射在環上的光線折射到對檢測系統幾乎沒有或根本沒有影響的方向上去。環也可包含一系列當光柵使用的微小的淺坑或淺槽，使入射光衍射後離開正在前進的光束。這樣的光柵可輕易地用於由玻璃製成、鏡體的一面或兩面覆蓋著透明層的透鏡和塑料透鏡。環可以包含一個反射薄膜塗層，用來反射投射在環上的光。環也可包含一個吸收層如油墨，以吸收入射光。環可以包含2(2n+1)個等長度的部分，這裡n＝0，1，2，…，這些部分交替為透明和不透明的。這樣一種在前後通路上工作的環，對投射在環上的輻射來說是一個障礙，同時，與均一的不透明環相比，它具有讓更多由記錄載體衍射的高階輻射通過的優點。
這些環中的每一個都可安置在具有一個有限共軛面或兩個有限共軛面的物鏡的任何一面上。環可以安在圖1中的分光鏡12上，使它不與雷射器5的輻射光束相作用，而僅和反射的輻射光束11相作用。在使用半透明片作為圖中所示的分光鏡時，可以將環加在半透明片上對著檢測系統14的一面。當環只是被安置在反射光束11中時，環最好比安置在透鏡上的環要寬，最好為環所在位置的反射光束半徑的55％到75％，容差為上述半徑的±5％。在第一類記錄載體傾斜時，這種安排方式可更加可靠地讀取信息。
圖4表示檢測系統14的一個實施方案。檢測系統包括一個具有四個輻射敏感探測元件39、40、41、42的四聯探測器。投射在這些元件上的輻射光束11已經是象散的，例如通過圖1所示的斜板12路徑。根據這種稱作象散的方法，這些探測元件的四個電子輸出信號可用來形成焦點誤差信號，這種方法可從US 4358200中得知。一方面，元件的尺寸應當足夠大，以便在掃描第一類記錄載體時捕獲大部分的輻射光束。另一方面，這個尺寸又必須足夠小，使得在掃描第二類記錄載體時不會截斷邊緣的光線。折衷後的元件尺寸依賴於輻射的波長、檢測系統一側物鏡的數值孔徑NAD以及在輻射光束11中引入的象散數量。檢測系統平面的邊長k最好在0.6倍到1.4倍kopt的範圍內，這裡k及kopt的最佳值由(4)---kopt=2(w22+1.5)NAD]]>給出。這裡，w22是在反射光束11中引入並在該光束的整個截面上測量並以波長單位表示的峰-谷象散波陣面變形。k的容差指出探測器的形狀並不限於正方形，而是在容差範圍內的矩形。光束11中引入的象散的數量是5λ。當NAD等於0.1、波長等於650nm時，長度k最好在118μm和51μm之間，最佳值為85μm。
如果沒有在輻射光束11中引入象散，檢測系統尺寸k的優選範圍的上限值由(5)---kmax=16w40[NA1NA0]3NAD]]>給出，這裡w40是在單次經過輻射光束11的最大直徑即數值孔徑NA0處的厚度差引起的球面像差，NA1是輻射光束9的環形部分內圓處的數值孔徑。以波長為單位的項w40由(6)---w40=(n2-1)8n3d(NA0)4]]>給出，這裡n是透明層的折射率，Δd是層2和22之間的厚度差。k的優選範圍的下限值是kmax的0.6倍。在沒有不透明環且環形部分是從輻射光束直徑的0.55倍至1倍的物鏡實施方案中，NA1/NA0的值為0.55，檢測系統的最大尺寸由kmax＝15λ/NAD給出。有了上面的λ和NAD值後，得到kmax＝98μm，下限為59μm。在環38為從輻射光束直徑的0.55倍延伸至0.65倍的物鏡實施方案中，NA1/NA0的值為0.65，檢測系統的最大尺寸由kmax＝25λ/NAD給出。有了上面的λ和NAD值後，得到kmax＝162μm，下限為97μm。在使用不透明的環時，檢測系統的較大允許尺寸是由中心部分到環形部分交界處的光環抑制引起的。
象散w22的幅度最好使得1.4kopt≤kmax。
已經開展了一系列的試驗，以表明在該光學掃描設備中使用不同物鏡時從檢測系統得到的各種信號的質量。第一類記錄載體的第一透明層2的厚度為0.6mm，第二類記錄載體的第二透明層22的厚度為1.2mm。整個透鏡的數值孔徑為0.6。使用根據本發明的未經球面像差補償的物鏡和使用根據本發明的物鏡在掃描第二類記錄載體時，從四個探測元件37-40得到的信息信號的質量大致相同。這表明，在讀第一類記錄載體時，帶有不同基體厚度球面像差補償的物鏡的中心部分，對信息信號的質量沒有明顯的影響。
在使用根據本發明的沒有球面像差補償的物鏡來讀第二類記錄載體時，信息信號的抖動約為8％。在使用根據本發明的在中心部分帶有球面像差補償的物鏡時，抖動被減少到6％。根據物鏡的第二實施方案附加的額外焦點校正，將抖動減少至5％。當額外的焦點校正被不透明的環所替代時，抖動也為5％。值得注意的是，當給透鏡系統的中心部分和環形部分都加上環時，也可取得這種有利的抖動減少，並對補償透過第一透明層的輻射光束路徑的球面像差進行校正。
焦點誤差信號的質量高度依賴於檢測系統附近的輻射光束11所形成的象散焦線的質量。在掃描第二類記錄載體時，與使用未經校正的物鏡相比，物鏡的第一實施方案顯著地改善了焦線的質量。改善的焦線質量增加了焦點伺服系統的捕捉範圍，並允許使用較大的探測元件，由此，在讀第二類記錄載體時改善了檢測。它還增加了檢測系統14的定位容差。在使用未經校正的已知物鏡的掃描設備中，檢測系統的10μm定位誤差導致2μm的焦點偏移。當在定位誤差為10μm的相同設備中使用校正過的物鏡時，焦點偏移小於0.2μm。
權利要求
1.一種將輻射光束會聚到單個最佳焦點上的物鏡，該物鏡的外環部分在輻射光束中引入了補償輻射光束經過第一厚度的第一透明層路徑的第一球面像差，環形部分內部的中心部分則在輻射光束中引入補償輻射光束經過不同的、第二厚度的第二透明層路徑的第二球面像差。
2.根據權利要求1的物鏡，其中物鏡中心部分和環形部分的有效焦距基本相同。
3.根據權利要求1的物鏡，其中物鏡中心部分的平均厚度使經過第一透明層的RMS波陣面偏離有最小值。
4.根據權利要求1的物鏡，其中物鏡包括一個不透明的中間環，安置在中心部分和環形部分之間。
5.一種光學掃描設備，用於掃描具有第一信息面和第一厚度的第一透明層的第一類記錄載體，以及掃描具有第二信息面和與第一厚度不同的第二厚度的第二透明層的第二類記錄載體，該設備包括一個輻射源，用於產生輻射光束，以及一個物鏡，用於將透過其中一個透明層的輻射光束會聚到一個最佳焦點上，其中物鏡的外環部分引入了補償經過第一透明層的輻射光束路徑的球面像差，環形部分內部的中心部分則引入了補償經過第二透明層的輻射光束路徑的球面像差。
6.根據權利要求5的光學掃描設備，其中該設備包括將輻射光束的最佳焦點基本定位在第一信息層上以及將輻射光束的近軸焦點基本定位在第二信息層上的裝置。
全文摘要
一種用於光學記錄載體的掃描設備具有一個適合掃描不同厚度的記錄載體(1,21)的物鏡(7)。透鏡包括外環部分(25)和在環形部分內部的中心部分(26)。只有透鏡中心部分被用於形成透過第一厚度的第一基體(2)的焦點。針對第一基體的球面像差對中心部分進行了校正。透鏡的環形部分和中心部分用於形成透過不同的、第二厚度的第二基體(2)的焦點。針對第二基體的球面像差,對環形部分進行了校正。
文檔編號G02B3/02GK1181833SQ97190166
公開日1998年5月13日 申請日期1997年2月25日 優先權日1996年3月8日
發明者W·G·奧普黑, J·J·M·布拉特 申請人:菲利浦電子有限公司