CN101027721A - 包括可切换光阑和用于射束偏转的装置的光盘驱动的伺服支路、以及用于测量射束着靶和球面像差的方法 - Google Patents

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Abstract

可切换光阑(9)和用于射束偏转的装置(10)被放置在光学驱动的伺服支路中，在不同衍射级的光束路径中。这允许在个体的基础上将光束级重定向朝向检测装置(8)并根据要求在检测装置(8)处选择光束级。设备检测装置(8)中的检测器的数量因此可被减少，因此还减少了与那些检测器相关的额外部件并节约了成本和复杂性。通过这种装置功能，开发了用于测量射束着靶和球面像差的新方法。

Description

包括可切换光阑和用于射束偏转的装置的光盘驱动的伺服支路、 以及用于测量射束着靶和球面像差的方法
技术领域
本发明的主题涉及用于信息存储的光学系统领域，更具体地说涉及光学驱动器的伺服支路。
背景技术
本发明涉及一种包括用于检测零级光束和较高级光束的检测装置的光学驱动的伺服支路。这种装置的一个实施例可从“Encyclopaediaof Optical Engineering DOI：10.1081/E-EOE 120009664，2003”中获知。
本发明还涉及一种在这种装置中测量射束着靶的方法。
本发明还涉及一种在检测器处测量在光束中出现的球面像差的方法。
这种装置通常包括多个单独的检测器以检测沿伺服光路通过的光束。单光束在光源和伺服支路的开始点之间被分成多个衍射级，从而所述射束被分成零级射束和较高级射束。检测器阵列用于单独地检测这些射束。检测经常仅被限制于零级以及正的和负的第一级。所述已知装置的问题是，对于每个检测器，必须对所述系统添加相关的驱动器和电子装置，因而提高了成本和装置中可用的撞击空间。
发明内容
本发明的目的是减少伺服支路中所需的检测器的数量，同时仍然允许检测较高级射束。
根据本发明，该目的是通过这样的装置实现的，所述装置的特征在于可切换光阑和用于射束偏转的装置被放置在零级和较高级光束的路径中。所述可切换光阑阻挡不想要的光束，或部分射束，同时允许选择的光束或部分射束通过。用于射束偏转的装置改变光的路径，从而提供了操作所选择光束的另一个装置。以这种方式，所需的检测器数量可被减少，因为每个射束级或部分射束级的着靶位置可被转向另一个位置。
所述装置的另一个实施例的特征在于所述可切换的光阑被布置以选择性地阻挡至少一部分光束级。因此当执行测量时，能够选择性地阻挡光束级或部分光束级。该特征允许根据将要确定的信息或信号或测量值单独或组合地访问来自多个光束部分的信息。
所述装置的另一个实施例的特征在于所述用于射束偏转的装置包括光栅。可将光栅制得足够小以适合伺服装置中的有限空间。另外，射束角度和在光栅处的射束方向的变化可被仔细定义和控制。还能够以不同的间距在所述装置中布置多个较小的光栅或光栅片段，并因此使光栅操作适合特定的要求或所选择的射束。
所述装置的另一个实施例的特征在于所述用于射束偏转的装置被布置以操纵光的衍射级朝向检测装置中所选择的位置。例如通过使用更加密集的光栅间距，较高级的射束必须通过比较低级的射束更大的角度来进行偏转以便到达相同的目标。通过使用不同光栅的片段和将每个光栅指派给一个特定光束级，可实现特定的射束偏转。因此可将一个检测器指定为用于一个特定光束级的目标。在光栅的情况下，可布置光栅以根据需要引导射束。以这种方式就能够使所选择的射束入射到相同的检测器上。这将把系统中所需的检测器数量减至一个主检测器，由此降低了制造成本并节省了设备内的空间。根据应用要求，还能够将检测器数量减至一个更有限的数量，例如从三到二。
本发明的另一个实施例的特征在于所述装置还包括放置在光束路径中的伺服透镜，其中所述可切换光阑被放置在伺服透镜和检测器之间的光路中的一个位置处，其中所述衍射级是物理分离的。这有效地意味着可切换光阑位于射束的横向偏移大于射束直径的位置处。已经发现该位置是最佳位置，从而允许阻挡各个射束级用于分开测量。
本发明的另一个实施例的特征在于所述装置还包括放置在光束路径中的伺服透镜，其中所述用于射束偏转的装置被放置在伺服透镜和检测器之间的光路中的一个位置处，其中所述衍射级是物理分离的。这有效地意味着用于射束偏转的装置位于射束的横向偏移大于射束直径的位置处。根据必须对射束级进行偏转的角度和设备的物理布置，该位置可位于可切换光阑的任一侧上。
本发明的另一个实施例的特征在于所述可切换光阑是基于电子润湿的。这种光阑在必须从检测器阻挡主零级射束的情形中是非常有用的，因为所述光阑被操作以根据如何施加电压来阻挡或清除不同的区域，由此消除了对物理连接至外环的需要，这可能对于机械光阑是需要的。
本发明的另一个实施例的特征在于所述可切换光阑是基于液晶的光阑。这具有电子润湿光阑的优点，但通过技术的现有状况，是在更加成熟的制造工艺下构造的，并因此能够更大量地生产。
本发明的另一个实施例的特征在于所述可切换光阑的形状是圆形的。可切换光阑是圆形的要求涉及系统中球面像差的测量。该像差是圆形对称的，并且因此将要测量的光优选地是在圆形帧内俘获的。该像差的效果是将来自透镜外侧部分的光线会聚在与通过透镜中心部分的光线不同的聚焦位置处，因此会使光束扭曲。根据所使用的光的波长和扫描物镜或透镜组的数值孔径，球面像差的测量可应用于所有光学驱动，但对于某些类型更重要。
在本发明的一个实施例中，可提出一种用于测量射束着靶的方法，所述方法包括步骤：
-将较高级射束偏转到所选择的检测器上；
-选择将测量的光束级；
-阻挡射束以从检测中除去不想要的射束级；
-从所需的射束级测量射束强度信号和跟踪误差信号；
-对于所需数量的单个测量重复射束阻挡和测量步骤；
-求平均以获得平均信号；
-从所述平均信号计算平均射束着靶偏移；
-校正射束着靶偏差。
在伺服支路中的检测器处检测的光束的位置理想地应该是中心的，但实际上并不是完美地处于该位置上。必须确定光点的实际位置以便校正该偏差并改进光学驱动的性能。由于在设备使用寿命期间出现的温度变化或对齐变化而可能发生射束着靶偏移，并且必须周期性地检查射束着靶偏移。
正和负的一级衍射束和零级射束的检测可提供关于伺服支路内的光点位置的信息。这些射束位置通常是借助于三个检测器获得的，即每个射束一个检测器。借助本发明，可将射束导向主检测器，并因此在相同的检测器处对其进行测量，但可通过使用可切换光阑阻挡所需的选择射束来单独测量射束。
在本发明的实施例中，可以提出一种用于测量球面像差的方法，所述方法包括步骤：
-限制将要测量的射束使得整个零级射束通过，而较高级的射束不通过；
-检测所述整个零级射束；
-测量聚焦误差信号；
-限制零级射束使得所述射束剖面的外圆周被阻挡；
-检测所述射束的剩余中央部分；
-测量新的聚焦误差信号；
-确定聚焦误差信号的差值；
-计算球面像差，其由聚焦误差信号的变化表征。
在本发明中，射束限制是通过可切换光阑实行的。这允许快速和容易地选择零级光束部分。另一个优点是如果检测器包括至少两个片段，则只需要一个检测器来测量聚焦误差信号。因此检测器不需要是复杂的或分割成多个片段，由此降低了空间要求、成本和复杂性。可在相同的检测器处但在不同的时刻测量整个零级光束和近轴射线。
附图说明
将参照附图进一步阐释和说明本发明的这些和其它方面和方法，其中：
图1为伺服支路是其一部分的光学系统的一个实施例，其中可切换光阑和用于射束偏转的装置被放置在伺服透镜和检测器之间，并且其中示出了默认光路；
图2a和2b表示需要三个检测器的射束着靶检测的标准方式(图2a)和根据本发明的只需要一个检测器的方式(图2b)；
图3表示射束着靶测量步骤的流程图；
图4表示球面像差测量步骤的流程图。
具体实施方式
图1中显示的本发明的实施例包括多个元件：
编号为1到8的元件表示按从激光器1到检测器8的顺序通过所述系统的光路。元件9和10是根据本发明的附加元件。
这些元件组合作用使得来自激光器1的光通过所述光学装置到达盘6，然后从盘6返回到检测器8。在所述处理开始时，来自激光二极管1的光通过光栅2并被衍射成零级射束和较高级射束。通常，只有零级和正的和负的第一级被考虑，因为这三个射束提供了用于对盘6进行读取和写入的主光斑和可被用于射束着靶或其它测量的两个从光斑。对所述装置添加一个分束器3以将从盘6反射的射束引导到检测器8。激光二极管1发射发散射束，因此需要光路包括准直透镜4，所述准直透镜4将所述发散射束变成良好的准直射束。由此形成的射束然后被入射在物镜5上并被聚焦在盘6上。光从盘6被反射并传播回到分束器3，在所述分束器3处其朝向伺服透镜7被引导到所述装置的伺服支路中。伺服透镜7引导所述光并将其聚焦在检测器8上。例如刚刚描述的系统包括在现有技术中已知的光学驱动元件。作为本发明的一个实施例，在伺服透镜7和检测器8之间对所述伺服支路添加可切换光阑9和所述用于射束偏转的装置10。如果需要，可切换光阑9和用于射束偏转的装置10的位置也可以互换。
在本发明的一个实施例中，能够执行用于射束着靶测量的方法，其中所述装置具有单个主检测器。射束着靶测量是必须只被很少进行的操作。射束理想地应该在所述系统中心，但是实际上总有小差异。在使用期限内出现的温度变化或对齐变化可以使这种差异改变。  因此必须监视射束着靶位置。当已知射束着靶位置时，可对距中心位置的偏差产生校正，由此允许系统性能的最佳化。
在图2a和2b中，只示出了在所述伺服支路的检测器末端处的所述光学系统的部分。为了阐释本发明的射束着靶方法，考虑这样一个装置：其中通过所述装置的光包括一个零级射束和一个正的和负的第一级射束(和较高级射束，其在下面的讨论中被忽略)并向所述装置的伺服支路的下游传播。所述光束通过伺服透镜11或18并被引向检测器装置15、16、17或25。
在现有技术的当前状态中，三光斑推挽法可被用于测量射束着靶。该情形被显示在图2a中。为了测量射束着靶分别使用两个附加的二分段检测器16和17检测来自第一级射束13和14的辅助光斑。这些检测器需要额外的驱动器和电子装置(未示出)，因此大大增加了成本，并且在所述装置中占据额外的空间。
零级射束12被会聚到主检测器15上，而第一级射束13和14分别入射在辅助检测器16和17上。通常，主检测器15被分割成象限分段，辅助检测器16和17分割成两半。能够使用更多分段的检测器，但这也将增加设备的复杂性和成本。不同射束在它们各自检测器上的位置被确定并执行计算以获得射束坐标值。该校正用于优化系统性能。
图2b中示出了本发明的一个实施例。零级和正负第一级射束19、20和21分别被偏转使得所有射束都入射在主检测器25上。为了将来自不同射束级的信号分离开，使用可切换光阑24来阻挡来自不想要级的光，而对另一个级进行测量。在默认结构中，两个第一级射束20和21被光阑24阻挡，而主射束19被允许落在象限检测器25中用于检测高频信号和标准聚焦误差和跟踪信号。然后主射束19被阻挡，并且使用用于射束偏转的装置(此处使用光栅片段22和23)将两个第一级射束20和21偏转以落在所述检测器上。进行测量。然后对数据进行求平均并且能够导出和校正平均射束着靶偏移。其结果就是如在三点推挽方法中的射束着靶测量，但只需要一个检测器，由此简化了设备并降低了设备成本。
在上述方法中，主检测器被描述为通常用于检测零级射束的中心检测器。根据选择的可切换光阑和用于射束偏转的装置的布置，除了如上所述偏转较高级的射束之外，还能够选择不同的检测器位置并使零级射束改变方向朝向所述检测器。可选择地，所述设备中的检测器的数量可被减少，但不一定是单个检测器，并如选择地引导射束。
根据本发明的用于射束着靶测量的方法如图3中的流程图所示。
伺服支路中的零级和较高级射束通过伺服透镜前往检测器装置。根据本发明，所述检测器装置包括单个检测器或减少数量的检测器。可选择一个检测器，并且借助于射束偏转装置，可将光束导向该检测器26。例如，所述射束偏转装置可以例如是光栅、光栅段、透镜或反射镜，但其目的是控制每个射束级的方向，而与剩余射束级无关。
对于射束着靶测量，现有技术中通常选择三个射束一零级和正负第一级射束。原则上，能够使用更高级的射束来获取信息，但通过本发明的实施方式，增加了如此做的可能性，因为每个射束级不再需要一个专用检测器。因此，所述方法中的下一步必定是选择应该测量的光束级27。
能够在所述检测器处一起测量所有射束级，但更好的实践是选择射束级，分开测量每个射束级，然后对结果进行求平均。为了实现射束级的分离，本发明提供了阻挡机构，即可切换光阑，可对其进行设置以便只允许一个射束级或一组所选择的射束级通过，同时阻挡不想要的射束级。因此所述方法中包括的步骤使得从检测中除去不想要的射束级28，从所需要的射束级测量射束强度信号和跟踪误差信号29。
然后进行检查以察看是否仍然需要测量其它射束级30。如果需要，重复步骤28、29和30直到不需要进一步的测量。然后从所有收集的数据获得平均信号31。然后使用该平均信号计算平均射束着靶偏移32。该计算提供用于射束着靶偏差校正的输入33，是优化光学驱动器的性能所必需的。
根据本发明的用于球面像差测量的方法如图4的流程图所示。
球面像差是许多类型的光学驱动中的重要问题，因为该像差会使主读取和写入光斑模糊并影响装置性能。因此对设备中存在的像差等级进行测量是重要的。按照射线入射到透镜上的点，根据距离透镜中心的距离，球面像差会使不同射线的聚焦位置变化。球面像差是整个射束的属性，并被定义为近轴射线和边缘射线之间的焦差。
在根据本发明的装置中，能够安排所述光阑阻挡部分光束使得由不同射束看到的球面像差量将是不同的，并因此不同射束的会聚位置将不是一致的。可测量该差值并使其与所述装置中存在的球面像差量相关。
根据本发明能够在所述装置中使用多个光束级来测量球面像差，但更习惯于将测量集中于零级射束。
所述测量过程中的第一步将限制较高级的射束以防止它们向下通过到达检测器的路径，并因此还设置可切换光阑的孔径使得零级射束完全填满孔径34。然后检测来自于零级射束的光35。测量聚焦误差信号以确定该部分异常射束的聚焦位置36。然后改变孔径位置以进一步限制零级射束使得射束的外圆周被阻挡37。现在将聚焦位置改变至所述射束的剩余中心部分的检测聚焦位置38。因此新的聚焦误差信号被测量39。确定在步骤36和39中测量的聚焦误差信号之间的差值。这就表征了系统中的球面像差量，所述球面像差量因而可被计算41。
该方法依赖于根据本发明的装置中的可切换光阑的存在情况，但也可利用用于射束偏转的装置的效果：只需要单个检测器(例如，分割成多个片段的检测器)来执行两种测量。
参考符号列表(参见图1、图2A、图2B)：
1.激光二极管
2.光栅
3.分束器
4.准直透镜
5.物镜
6.盘
7.伺服透镜
8.检测器装置
9.可切换光阑
10.用于射束偏转的装置
11.伺服透镜
12.零级射束
13.第一级射束
14.第一级射束
15.主检测器
16.辅助检测器
17.辅助检测器
18.伺服透镜
19.零级射束
20.第一级射束
21.第一级射束
22.光栅片段
23.光栅片段
24.光阑
25.主检测器

Claims (12)

1.一种光学驱动的伺服支路，包括用于检测零级光束和较高级光束的检测装置(8)，其特征在于可切换光阑(9)和用于射束偏转的装置(10)被放置在所述零级和较高级光束的路径中。
2.根据权利要求1所述的装置，其中所述可切换光阑(9)被布置以选择性地阻挡至少部分光束级。
3.根据权利要求1所述的装置，其中所述用于射束偏转的装置(10)包括光栅。
4.根据权利要求1所述的装置，其中所述用于射束偏转的装置(10)被布置以操纵光的衍射级朝向检测装置(8)中的选择位置。
5.根据权利要求1所述的装置，还包括放置在光束路径中的伺服透镜(7)，其中所述可切换光阑(9)被放置在伺服透镜(7)和检测装置(8)之间的光路中的一个位置处，其中所述衍射级是物理分离的。
6.根据权利要求1所述的装置，还包括放置在光束路径中的伺服透镜(7)，其中所述用于射束偏转的装置(10)被放置在伺服透镜(7)和检测装置(8)之间的光路中的一个位置处，其中所述衍射级是物理分离的。
7.根据权利要求1所述的装置，其中所述可切换光阑(9)是基于电子润湿的。
8.根据权利要求1所述的装置，其中所述可切换光阑(9)是基于液晶的光阑。
9.根据权利要求1所述的装置，其中所述可切换光阑(9)的形状是圆形的。
10.一种包括根据权利要求1所述的伺服支路的光学驱动。
11.一种用于测量射束着靶性能的方法，所述方法包括步骤：
-将较高级射束偏转到所选择的检测器上；
-选择将测量的光束级；
-阻挡射束以从检测中除去不想要的射束级；
-从所需的射束级测量射束强度信号和跟踪误差信号；
-对于所需数量的单个测量重复进行射束阻挡和测量步骤；
-求平均以获得平均信号；
-从所述平均信号计算平均射束着靶偏移；
-校正射束着靶偏差。
12.一种用于测量球面像差的方法，所述方法包括步骤：
-限制将要测量的射束使得整个零级射束通过，而较高级射束不通过；
-检测所述整个零级射束；
-测量聚焦误差信号；
-限制零级射束使得所述射束剖面的外圆周被阻挡；
-检测所述射束的剩余中央部分；
-测量新的聚焦误差信号；
-确定聚焦误差信号的差值；
-计算球面像差，其由聚焦误差信号的变化表征。
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