CN1181834A - 用于光扫描记录载体的装置 - Google Patents

Abstract

一种光扫描装置可以扫描具有不同厚度透明层的两种类型的记录载体,其中通过透明层的聚焦辐射束扫描记录载体中的信息层。当扫描第一类型的记录载体时,辐射束的最佳聚焦点位于信息层上,以及当扫描第二类型的记录载体时光束的近轴聚焦点位于在信息层上。将辐射束聚焦的透镜系统包含在透明的中心区域和透明的环形区域之间的不透明环。

Description

用于光扫描记录载体的装置

本发明涉及一种光扫描装置，用于对具有第一信息层和具有第一厚度的第一透明层的第一类型的记录载体扫描和对具有第二信息层和具有与第一厚度不同的第二厚度的第二透明层的第二类型的记录载体扫描；该装置包含：用于产生辐射束的照射源以及设计用于将通过第一透明层的辐射束会聚到在第一信息层上的一个聚焦点的透镜系统。本发明还涉及一种用于光扫描第一或第二类型记录载体的方法。该扫描包含写入、读出和/或擦除记录载体中的信息。

通常在光记录载体中的透明层具有保护信息层不受环境影响的功能和为记录载体提供机械支承，即用作信息层的衬底基片。透明层的厚度要在记录载体的所需刚性以及用于扫描信息层的辐射束的数值孔径之间综合折衷。假如对于一种新型记录载体增加数值孔径，以便增加信息层的存储密度，经常需要降低透明层的厚度，以便降低盘的倾斜对辐射束质量的影响。因而在市场上有各种不同类型的记录载体，透明层具有不同的厚度。一种具有兼容性的记录装置应当能够扫描不同形式的记录载体，而与透明层的厚度无关。

辐射束从中通过扫描信息层的透明层在辐射束中产生所谓的球面像差。该球面像差在透镜系统中可以进行补偿，使得接近其聚焦点处的辐射束基本上不产生球面像差。如果对于第一厚度的透明层进行补偿的透镜系统用于扫描具有第二不同厚度的透明层的记录载体，由于对球面像差的欠或过补偿使聚焦的质量下降。

未预先公开的IB96/00182国际专利申请介绍了一种用于扫描第一和第二类型光记录载体的装置。这种装置利用一种透镜系统，其设计用于将通过第一透明层的辐射束会聚到在第一信息层上的一最佳聚焦点上。当扫描第二类型的记录载体时，该透镜系统在第二信息层上形成近轴聚焦点。光束的最佳聚焦点是沿光束轴线方向具有最高强度的一点。光束的近轴聚焦点是沿光束轴线方向上的一点，光束中的近轴光线通过或朝向它而会聚。由记录载体反射的光利用一个光灵敏的检测系统检测。当扫描第一类型的记录载体时，检测系统利用了反射光束中的全部光线或者在反射光束的断面中的外围环形区域中的光线。当扫描第二类型的记录载体时，检测系统仅检测来自该光束的断面中的中心区域的光线。由于透镜系统不是设计用于会聚通过第二透明层厚度的辐射束，该辐射束在通过第二透明层时将产生未校正的球面像差。通过限制对该光束的中心区域中的光线的检测，在该光束的外围环形区域形成很大像差的光线对检测系统的输出信号的影响则降低。

根据本发明的第一方面，设计一种光扫描装置，用于扫描具有第一信息层和具有第一厚度的透明层的第一类型的记录载体以及扫描具有第二信息层和具有与第一厚度不同的第二厚度的第二透明层的第二类型的记录载体，该装置包含：用于产生辐射束的照射源和设计用于将通过第一透明层的辐射束会聚到在第一信息层上的一个聚焦点的透镜装置，配置在由记录载体反射的辐射束通路中的检测系统，配置在照射源和检测系统之间的光通路中的不透明环，以及一装置，用于将辐射束的最佳聚焦点定位在第一信息层上和将所述辐射束的近轴聚焦点定位在第二信息层。

通常，该环与上述环状和中心区域是同心的，并构成在辐射束断面中的中心区域和外围环形区域之间的中间区域。该环可以配置在一将透镜系统中的环形区域与中心区域分开的环形区域中。

当透镜系统对通过第一透明层的辐射束会聚时，在该光束的环形区域或环形区域和中心区域的综合区域中的光线对于在通过第一透明层中引起的球面像差被校正并形成最佳聚焦点。该用于定位的装置例如聚焦伺服系统利用在至少环形区域中的光线中的信息以便将最佳聚焦点定位在信息层上。

当透镜系统对通过第二透明层的辐射束会聚时，在该光束的中心区域中的光线形成近轴聚焦点。该用于定位的装置利用包含在光线中的信息将近轴聚焦点定位在信息层上。由于未补偿球面像差在环形区域中的光线具有大的角度偏移。因此，在由记录载体反射之后，这些光线可能未被相对小的检测系统所截取，以及不影响由检测系统形成的电信号。然而，在中心区域和环形区域之间的中间区域中的光线具有相对小的偏移，仍会入射到检测系统上，不过这些光线对于第二类型的记录载体未进行适当的球面像差校正，因此，降低了检测系统形成的检测信号的质量。

通过提供根据本发明的在照射源和检测系统光通路之间具有不透明环的扫描装置解决了这一问题。词“不透明”竟指入射到该环上的光不沿在不存在该环情况下行进的通道行进，即这种光不再落在检测系统上。当将该环配置在前向的辐射束和反射的辐射束两者的通路中时，测系统产生的电信号受物镜系统的横向移动的影响较少。该环可配置在透镜系统上。当该环仅配置在反射光束的通路中时，扫描装置对于记录载体的倾斜具有改进的容差。

应注意到序号为0610055的欧洲专利申请公开了一种综合有全息摄影部件或光栅的透镜系统。对于通过第一透明层厚度朝向第一聚焦点的辐射束通道在透镜的整个区域内校正透镜。对于通过第二透明层厚度朝向第二聚焦点的通道，光栅将入射的辐射束的中心区域中的光线部分衍射成为子光束，在由透镜折射之后被校正。透镜系统和光栅将该辐射束会聚成包含两个具有不同聚散度的子光束的一个光束。因此，透镜系统和光栅的综合形成两个最佳聚焦点。对比起来，根据本发明的透镜系统将该辐射束会聚成一具有单一聚散度的光束的光束并形成单一的最佳聚焦点。当根据本发明的透镜系统是单纯折射型、单纯反射型或单纯折射一反射型时，其也使入射辐射束的基本上全部能量传输到第一聚焦点，而不是将部分能量分路形成第二聚焦点的子光束。词语“辐射束的基本上全部能量”意指单纯由于在由一种媒质传入另一种媒质时的反射形成的正常损失，由于在媒质中的吸收以及由于透镜中的不透明的部分形成损失不计在内。

根据本发明的第二方面，提供一种方法，用于对具有第一信息层和具有第一厚度的第一透明层的第一类型的记录载体和具有第二信息层和具有与第一厚度不同的第二厚度的透明层的第二类型的记录载体进行光扫描，包含的步骤有：当扫描第一类型的记录载体时，利用透镜系统将通过第一透明层的光射未会聚到在第一信息层上的最佳聚焦点，当扫描第二类型的记录载体时，利用该透镜装置将通过第二透明层的光束会聚到第二信息层上的近轴聚焦点，将由记录载体反射的光束会聚到检测系统，以及利用一配置在照射源和检测系统之间的光通路中的不透明环防止该反射的光束部分到达检测系统。

下面参照附图以举例的方式更详细地介绍本发明，其中：

图1A表示根据本发明的对第一类型的记录载体扫描的扫描装置；

图1B表示第二类型的记录载体；

图2表示备有不透明环的物镜的断面图，

图3表示当扫描第二类型的记录载体时沿光轴的照射强度；

图4表示图2中的物镜的正视图；

图5表示扫描装置的检测系统。

图1A表示用于扫描光记录载体的装置。该记录载体包含透明层2，该层的一侧上配置信息层3。信息层上背向透明层的一侧用一保护层4保护使之不受环境影响。透明层2用作为用于记录载体的衬底基片，对信息层提供机械支承。另外，透明层可以仅具有保护信息层的作用，而机械支承是由在信息层的另一侧上的一层提供的，例如利用保护层4，或利用另一透明层和连接到信息层3的信息层。信息可以以可光检测的标记的形式存储在记录载体上，这些标记以基本上平行的同心的或螺旋轨道的形式分布在信息层3上，在图3未予表示。标记可以在任何可用光读出的形式构成，例如以凹坑、与周围具有不同反射系数或磁化方向的区域的形式，或者这些形式的结合。

该扫描装置包含一发出散射射束6的照射源5，例如半导体激光器。一分光器12例如半透明板将射束反射朝向透镜系统。透镜系统包含准直透镜7’和物镜7。准直透镜7’形成准直光束，入射到单焦距物镜7上。准直透镜和物镜可以综合到单一的物镜中。具有光轴8的透镜系统7’，7将辐射束6转变为具有单一聚散度的会聚光束9，在信息层3上形成焦点10。虽然在图上物镜是按照单一透镜元件表示的，其也可以包含一按透射或反射方式工作的全息摄影部件或者一用于耦合由传输射束的波导引出的射束的光栅。由信息层3反射的会聚光束9以及形成反射光束11的光线沿朝向会聚光束9的光通道反回。透镜系统7，7’将反射的光束11会聚成一会聚反射光束13，以及分光器12通过向检测系统14透射至少部分反射光束13将前向和反射光束分开。检测系统获取该射束并将其变换成一或多个电信号。这些信号的其中之一是信息信号15，它的量值代表由信息层3读出的信息。另一信号是聚焦误差信号16，它的量值代表在焦点10和信息层3之间的沿高度方向的轴向上的差值。聚焦误差信号16用作聚焦伺服控制器17的输入量，控制物镜7的轴向上的位置，因此控制焦点10的轴向位置，使得焦点位置实际上与信息层3的平面相符合。包含一或多个对光照射灵敏的检测元件以及处理检测元件的输出信号的电子电路用以产生聚焦误差信号的检测系统部分被称为聚焦误差检测系统。用于定位透镜系统的聚焦伺服系统包含：聚焦误差检测系统、聚焦伺服控制器和用于移动透镜系统的驱动机构。

图2是物镜7的一个实施例18的断面图。该物镜具有的数值孔径为0.6。该透镜可以是双球面形的并由单一塑料材料例如通过注塑模压制成。透镜材料是聚甲烯一甲基丙烯酸酯(PMMA)，在设计波长为650mm时折射系数为1.4885。该透镜数据为：

焦距                3.3mm(毫米)

沿光轴方向的厚度    2.95mm

光束直径            3.96mm

自由操作距离        1.5mm

该透镜具有两个表面19和20，第一表面表向辐射源，第二表面面向记录载体1。表面19的形状利用多项式限定： $\left(1\right)-----z=\underset{n=1}{\overset{n=5}{\mathrm{\Σ}}}{a}_{2n}{y}^{2n}$ 其中的各常数的数值为：a₂＝0.25317630，a₄＝0.00671352，a₆＝0.00045753，a₈＝-0.00010526以及a₁₀＝0.00000860。表面20在射束宽度的范围内的形状按方程(1)限定，其中的各个常数具有的数值如下：a₂＝-0.10009614，a₄＝0.02163729，a₆＝-0.00788082，a₈＝0.00205921和a₁₀＝-0.00023477。

透镜系统7，7’已设计得适于使最佳聚焦点在信息层3上，即具有施特雷尔(Strehl)比按近于1的焦点。由于这个原因，透镜系统已在其整个断面内得到校正，即当会聚光通过记录载体1中的透明层2时，在透镜系统的中心和环形区域对会聚光束9形成的球面像差得到校正。接近聚焦点10的会聚光束的波前基本上是球面的。图1B表示一种具有信息层23和与透明层2厚度不同的透明层22的另一种类型的记录载体21。当将相同的装置用于扫描这一记录载体时，透镜系统7，7’将不必对透明层22进行适当地校正。聚焦伺服控制器17将调节物镜7的位置，使得按球状接近信息层23的光束波前的平均偏差在光束的断面内具有极小的数值。在信息层位置处的其余的球面像差在整个孔径范围内使波前呈强波浪状。这样一种聚焦点不太适合于对记录载体21扫描。

然而，当信息层沿轴向不是置于最大聚焦的位置上而是近于近轴聚焦的位置时，利用会聚光束9可以对信息层23进行适当地扫描，在环绕近轴聚焦的位置上的小的范围内，带有像差的会聚光束的波前在该孔径的中心区域基本上是球面的。聚焦点包括在孔径的中心区域中由光束形成的一小的高强度的中心区域，以及由在中心区域外侧由光束形成的、环绕该小的区域的低强度的大的区域。这样聚焦点的中心区域的质量足以能够保障适当地扫描信息层23，而外围区域可不影响扫描。

在图3表示对于这样一种情况即第二种类型的记录载体的衬底基片的厚度比第一种类型的衬底基片的厚度大于0.6mm时，当对第二种类型的记录载体进行扫描时沿物镜7的光轴的照射强度。纵轴表示会聚光束9的正常的照射强度I，而横轴表示以微米计量的离开透镜系统的近轴聚焦点的距离Z。最佳聚焦点即沿扫描装置光轴正常定位在信息层23上的点其位置与近轴聚焦分开24μm(微米)，正如由图中的竖直虚线所表示的。在图中的曲线的每个局部最大值对应于一个会聚光束被集中在近于光轴的小的区域内的位置。在沿轴的大多数位置处，在垂直于光轴的平面中的一点的强度分布表现为各个环，它们具有环绕光轴的相对明显的强度或者高但相对平坦的背景强度，这两种强度都干扰对信息层的扫描。在围绕Z距离等于6μm的一个小的区域内，实际上并无各环存在，以及背景强度的被明显降低。当将信息层置于沿光轴的这一位置时，可以恰当地对该层扫描。应指出，这一优选位置并不一定对应于沿光轴上的最大强度处。如果第二种类型记录载体中的衬底基片比第一种类型的衬底基片要薄时，沿光轴的强度遵循一与在图3上所示的曲线相似的曲线变化，不过最佳聚焦点对透镜系统的位置比近轴聚焦点位置更接近。

信息层23的优选位置取决于两个透明层2和22之间的厚度差以及取决于以下面表示的方式的光束9的数值孔径。当信息层23位于离开所说优选位置的沿轴分布的位置上时，聚焦点的质量很快下降，导致在检测系统中产生的信号质量下降。下面对于涉及任何近轴聚焦点的位置将被认为是涉及该优选位置。

当对记录载体21中的信息层23扫描时，波前的中心区域的平坦化会伴随增加波前的边远部分的偏移。因此，在该孔径的边远部分中的边缘光线形成所谓的边缘聚焦点与近轴聚焦点移得相对地远。带像差的光束的最佳聚焦点在近轴聚焦点和边缘聚焦点之间。在近轴聚焦点和边缘聚焦点之间的相对大的距离可能会截取在进行检测之前的边缘光线，因此，消除了对于来自由检测系统产生的信号的未径补偿的球面像差的大部分的干扰影响。应指出，当扫描记录层1时，该近轴、最佳和边缘聚焦点是一致的。

在本发明的装置中，要进行测量以保证该最佳聚焦点位于在记录载体1中的信息层3上以及近轴聚焦点位于在记录载体21中的信息层23上。为此，将反射的光束13的截面分成两个区域，即中心区域和环绕中心区域的环形区域。当对第一种类型的记录载体进行扫描时，在中心和环形区域中的所有射束光线皆来源于最佳聚焦点。当对第二种类型的记录载体进行扫描时，在中心区域的光线主要来自近轴聚焦点，在环形区域中的光线是并非来自近轴聚焦点的边缘光线。相同的中心和环形区域可以用前向射束6和9来表示。各种措施都需要，聚焦伺服系统利用包含在该至少在反射的光束13中的环形区域中的光线中的信息，将最佳聚焦点定位在第一种类型的记录载体中的信息层上；以及利用包含在中心区中的光线的信息，将近焦聚焦点定位在第二种类型的记录载体中的信息层上。

必须选择中心区域的尺寸，这样才能适当地扫描第二种类型的记录载体中信息层。当该尺寸太大时，球面像差将对近轴聚焦的质量产生过大的影响。当该尺寸太小时，在中心区域中的射束的小的数值孔径将形成明显的大的近轴聚焦点，使得难于读出小的细目。通过利用对于调制传递函数(MFF)的如下近似公式在对于近轴聚焦的信息层上可以找到折衷方案： $\left(2\right)---\mathrm{MTF}\left(\mathrm{\ν}\right)=\frac{2}{\mathrm{\π}}[\arccos \left(\frac{\mathrm{\ν}}{{\mathrm{\ν}}_c}\right)-\frac{\mathrm{\ν}}{{\mathrm{\ν}}_c}\sqrt{1-{\left(\frac{\mathrm{\ν}}{{\mathrm{\ν}}_c}\right)}^2}][1+2[\mathrm{\ν}-\frac{{\mathrm{\ν}}_c}{2}{]}^2[\frac{2}{{\mathrm{\ν}}_c}{]}^2\·\∈-2\∈]$ 式中v＝1/P

v_c＝2NA_c/λ $\∈=4{\mathrm{\π}}^2{W}_{40}^2/180,$ $W_{40}=\left[\frac{n^2-1}{{8n}^3}\right]\frac{\mathrm{\Δd}}{\mathrm{\λ}}{\mathrm{NA}}_c^4$ v为空间频率，P为在信号层23可以忽略的最小细目，v_c为空间截止频率，NA_c为入射到记录载体上和通过射束中心区域的去射束的数值孔径，入为辐射束的波长。W₄₀为在信息层23和在所述射光的边缘处以λ为单位的塞德尔(Seidel)项(tems)中的球面像差，n是透明层22的折射系数，Δd是透明层22和Z之间的厚度差的绝对值。在公式(2)中的方括号中的左手项是理想的成像系统的MTF，在方括中的右手项是考虑在光射束中的球面像差的影响的倍增系数。

对于第二种类型的记录载体进行扫描的最佳值NA_c，可以由公式(2)通过代入λ、p、n、Δd的数值并求出NA_c来求得，它由例如通过对公式(2)中的NA_c取导数提供MTF(v)的最大值。现在中心区域的尺寸等于反射光束的整个断面积乘以在整个反射光束的数值孔径范围内的所述NA_c的数值。作为一个实例，设计一光扫描装置利用波长λ＝635mm和NAo＝0.60，NAo为整个射束的数值孔径对具有的透明层厚度为0.6mm的第一种类型的记录载体进行扫描。该装置还能够对具有1.2mm(Δd＝0.6mm)厚的透明层的，折射系数为1.58以及以P＝1.6μm的轨道间距形式的最小细目的第二种类型的记录载体进行扫描。NA_c的最佳值为0.33，中心区域的直径等于反射光束的整个断面积乘以0.55(＝0.33/0.6)。关于中心区域的尺寸和NA_c的数值的容差是相对大的，因为要抵消随孔径增加使聚焦点尺寸增加的球面像差以及随数值孔径增加使聚焦点尺寸减少的衍射的影响。对于低性能的装置容差±25％，对于高性能的装置的容最好为±10％。

对于在高达一个波长的中心区域内的W₄₀的数值，在信息层23上的扫描点的质量是足够了。根据对方程(2)中W₄₀的表述，可以得出，通过中心区域的会聚光束9的数值孔径NA_c最好小于或等于： $\left(3\right){\mathrm{NA}}_c\left(\max \right)=\sqrt[4]{\frac{{8\mathrm{\λn}}^3}{\mathrm{\Δd}(n^2-1)}}$ 在反射光束11或13的断面中的中心区域的直径最好小于或等于NAc(max)/NAo乘以在该截面内的平面中的整个反射光束的直径。NAo是整个会聚光束9的数值孔径。利用在前述章节中的实例的各个参数值，这相当于等于0.39的NA_c的最大值。在信息层上仍然可以正确读出各个位d_b的对应的最小切向尺寸约等于λ/(NA_c)，即对于650nm的波长以及NA_c等于0.39的情况，位长为0.42μm。NA_c的优选值即NA_c(opt)当W₄₀约等于λ/2时可得到： $\left(4\right){\mathrm{NA}}_c\left(\mathrm{opt}\right)=\sqrt[4]{\frac{4\mathrm{\λ}{n}^3}{\mathrm{\Δd}(n^2-1)}}$ 或当n等于1.58以及Δd为0.6mm，λ为650mm时中心区域的最佳数值孔径为0.33。NA_c的数值最好大于λ/(4d_b)，以便能够读出在切向尺寸为d_b或更大的信息层上的细目。当位的最小切向尺寸为0.6μm和入等于650nm时，NA_c则最好大于0.27。

在图3中沿光轴上的信息层的优选位置还可以用方程(2)中的各项参数来表示。通过设置等于-W₄₀的散焦的像差W₂₀，可以求出最佳位置。所形成的离开近轴聚焦点的散焦距离Z则为： $\left(5\right)z=\frac{n^2-1}{{4n}^3}{\mathrm{NA}}_c^2\mathrm{\Δd}$ 当NA_c等于0.33，n为1.58以及Δd等于0.6mm时，散焦位置即优选位置为距近轴聚焦点6μm。这对应于会聚光束9的中心区域的大约2个聚焦深度(depth)。当将该位置选择在由优选位置减去通过中心区域的辐射束的半个聚焦深度到该优选位置加上该半个聚焦深度的一个范围内中时，仍然可以得到比较好的扫描质量。该聚焦深度写于(λ/2NA_c ²)，对于该指定参数值等于3μm，形成距近轴聚焦点4.5到7.5μm的范围。

通过为环形区域提供一种对于第一透明层适当的球面像差校正和为中心区域提供一种对于第二透明层的适当的球面像差校正，可以进一步改进近轴聚焦点的质量。当物镜对于通过第二透明层的辐射束会聚时，通过中心区域的辐射束形成近轴聚焦点，对于在通过第二透明层中产生的球面像差该光线被校正。当物镜对通过第一透明层的辐射束会聚时，通过环形区域和中央区域的综合区域的光束形成最佳聚焦点，在这种情况下，仅通过环形区域的光线对在通过第一透明层时产生的球面像差被校正。而另一方面通过中心区的光线对在通过第二透明层时产生的球面像差被校正。结果是物镜中心区域对于透明层厚度的校正不同于这样的透明层厚度，即对于该透明层厚度环形区域的校正对最佳聚焦质量的影响相对较小。

通常，如果聚焦误差信号16为0值，则焦点正确地位于信息层平面上。当在具有根据上述第一实施例的物镜的扫描装置中，聚焦伺服系统已被调节时，使位于在第一信息层3上的第一聚焦点是在聚焦误差信号的过零点上，通常在聚焦误差信号的过零点处第二聚焦点并不精确地位于信息层23上，当对第二种类型的记录载体进行扫描时，通过将一恒定的聚焦偏移电压加到该聚焦误差信号16上可以补救这一点。偏移电压与被扫描的记录载体有关的缺点通过调节物镜可以克服。此外，最好将聚焦校正施加到物镜的中心区域，以便对中心区域提供的聚焦校正不同于对在该光束中引起的球面像差进行的适当的校正。在聚焦误差信号对零点处对于第二聚焦点位于第二信息层上的情况要考虑额外的聚焦校正。该额外的聚焦校正的量值为物镜焦深的量级，即约为1μm的量级，并可能取决于聚焦误差检测系统的几何参数。于是就不再需要与记录载体相关的附加聚焦偏移电压。

如上所述，当扫描第二种类型的记录载体时，必须在检测之前截住辐射束13的边缘光线。在辐射束13的中心区域的光线将适当地朝检测系统14会聚，而辐射束13的环形区域的边缘光线由于球面像差会有这样大的角度偏差，使得它们将不会被检测系统14所截取。然而，在光束的中央区域和边缘光线区域之间的中间区域的光线仍然会入射到检测系统，虽然这些光线对于第一种类型的记录载体未作球面像差校正，因此降低了检测系统形成的检测信号的质量。

通过提供在透镜系统上可配置不透明环的扫描装置来解决这一问题。该环的宽度和位置必须使其截住在上述的中间区域的光线。词“不透明”意指入射到该环上的先未能沿在不存在该环情况下行进的通道行进，即这一部分光不再落到检测系统上。

图2表示具有这样一种不透明环的物镜18的断面。环形区域25和中心区域26由中间圆环27所分开。图4表示物镜18和环27的前视图。箭头80表示在该环位置处的与数值孔怪NA_o相对应的整个辐射束11的半径。箭头17和12代表环27的相应的内圆和外圆的半径。17的尺寸最好是这样的，即内圆位于在中心区域的边界外圆的位置处，对应于数值孔径NA_c，ro数值的容差为±10％。环的宽度决定了关于检测系统14的几何参数其中的一些参数。宽的环能有效地消除对检测系统不希望产生的光线，而小的环则具有较高的光束通量。作为一种折衷方案，配置前向和反射的辐射束通路中的环的宽度r2-r1最好在ro数值的5％到25％之间，最佳宽度为10％。

环的半径r1的优选数值通过取r1/ro＝NA_c/NAo可由方程(6)产生： $\left(6\right)---r_1=\frac{r_0}{{\mathrm{NA}}_0}\sqrt[4]{\frac{{4\mathrm{\λn}}^3}{\mathrm{\Δd}(n^2-1)}}$

该环可有几个实施例。它可以包含一或多个深的“V”形槽或者与环的内圆相平行或垂直的各个斜坡，它们将沿各个方向入射到该环上的光线折射，在这种情况下，该光线很难或者完全不能再影响检测信号。该环还可以包含一系列的小的浅坑或槽，它们用作光栅，将入射光衍射与正行进的光束分开。这样一种光栅可以易于运用到由玻璃主体和覆盖在该主体的一侧或两侧上的透明层组成的透镜上或塑料透镜上。该环可包含一反射薄膜覆盖层，用于反射入射在环上的光。该环还包含一种例如为涂料的吸收材料层，以便吸收入射光。该环可以包含Z(zn+1)个具有相等长度的部分，其中n＝0，1，2，·，而该各部分是交替透明的和不透明的。在前后通道中起作用的这样一个环对入射在该环上的光形成一有效的障碍，同时具有的优点是能以比均匀的不透明的环更高的衍射序数通过由记录载体所衍射的更多的光。

这些环中的每一个可以配置在物镜或准直透镜上的任一侧。这样带来的优点是该环总是能正确地相对于透镜系统对准。该环可还可以如图1A所示配置在分光器12上，这样它就不会与来自激光器5的辐射束6相互作用而是仅与反射的辐射束11相互作用。如图1A所示当利用半透明板作为分先器时，该环可附加到该板朝向检测系统14的那一侧上。当该环仅配置在反射光束11的通路中时，该环最好比配置在透镜上的环要宽，并且最好在具有容差为上述半径的±5％的环的位置处让55％-75％半径方向的反射的光束通过。这种配置的另外一个优点是当第一种类型的记录载体倾斜时，能产生更为增强的读出信息。

图5表示检测系统14的一个实施例。该检测系统包含一具有4个对光线灵敏的检测元件28、29、30和31的象限式检测器。入射到这些元件上的辐射束11例如由于通过如在图1A中所示的不透明板12已产生像散。这些检测元件的4个电输出信号可用于按照所谓的像散法形成聚焦误差信号，该方法尤其可由US4358200了解。检测器的尺寸用于在入射光束的中心区域和在环形区域的光线之间进行鉴别，用于定位在信息层上的近轴聚焦点或最佳聚焦点。另一方面，各元件的尺寸必须大到当扫描第一种类型的记录载体时足以获取辐射束的大部分。再者该尺寸必须足够小以便扫描第二种类型的记录载体时不会截住该边缘光线。各元件的折衷尺寸取决于光线的波长、在检测系统一侧的透镜系统的数值孔径NA_D以及引起该辐射束11的像散量。方形检测系统中的一侧的长度K最好处在0.6×K_op+到1.4×K_opt的范围内，其中K的最佳值K_opt由式(7)限定： $\left(7\right)-----k=\frac{2(W_{22}+1.5)\mathrm{\λ}}{{\mathrm{NA}}_D}$ 其中W22是引起该反射光束11的以波长为单位表示的峰一谷像散波前畸变，是在光束的整个断面范围内计量的。关于K的容差意指检测器的形状并不限于方形而是可以是处于容差范围内的矩形。该引起光束像散的量值为5λ。当NA_D等于0.1以及波长等于650nm时，长度K最好处于118μm和51μm之间，是佳值为85μm。

当在辐射束11中没有引起像散时，检测系统的尺寸K的优选范围的上限值由式(8)限定： $\left(8\right)---k_{\max }=16W_{40}[\frac{{\mathrm{NA}}_1}{{\mathrm{NA}}_0}{]}^3\frac{\mathrm{\λ}}{{\mathrm{NA}}_D}$ 其中W₄₀为由于一次通过在辐射束11的最大直径处即在数值孔怪NA_o。处的厚度差形成的球面像差，NA₁为在辐射束9的环形区域的内圆处的数字孔怪。该项W₄₀在方程(2)中是给定的。

对于K的优选范围的下限值是0.6×K_max。在物镜18中具有从0.55到0.65乘以ro的环27，ro为辐射束的直径，NA₁/NA_o的数值为0.65，检测系统的最大尺寸通过令K_max＝25λ/NA_D来给出。利用上述入和NA_D的数值，会得到K_max＝162μm以及下限值为97μm。当利用不透明环能容许较大的检测系统尺寸是由于在由中心区域到环形区域的过渡处由于环对光线的抑制。

像散W₂₂的量值最好为使得1.4K_opt≤K_max。

已进入一系列的实验，以指出当在光扫描装置中利用不同的透镜系统时由检测系统产生的各种信号的质量。第一种类型的记录载体中的第一透明层2的厚度为0.6mm，第二种类型的记录载体中的第二透明层22的厚度为1.2mm。整个透镜的数值孔径为0.6。当对第一种类型的记录载体扫描时，由4个检测元件28-31的4个输出信号派生的信息信号具有的质量与当利用不带不透明环的透镜系统以及具有不透明环的透镜系统时的信息信号质量大约相同。这就表明环的存在并不明显影响在读取第一种类型的记录载体时的信息信号的质量。

当利用不带本发明的环的透镜系统读取第二种类型的记录载体时，在信息信号中的抖动约为8％。当利用带有本发明的环的透镜系统时，该抖动降低到6％。

聚焦误差信号的质量主要取决于由接近检测系统的辐射束11形成的像散聚焦线的质量。透镜系统的第一实施例当对第二种类型的记录载体扫描时与利用未校正的透镜系统形成的聚焦线相比，明显改进了聚焦线的质量。质量的改进增加了聚焦伺服系统的截获范围，并且使得能够利用更大的检测元件，因此改进了当读取第二种类型的记录载体的检测。其还增加了检测系统14的位置容差。在一种专用的利用未校正的已知的透镜系统中，检测系统的10μm的位置误差形成2μm的聚焦偏差。当在具有10μm位置误差的相同装置中利用校正的透镜系统时，聚焦偏差小于0.2μm。

虽然，参照图1A中所示的扫描装置已对本发明进行了介绍，但很明显，根据本发明的不透明环可用于利用最佳和近轴聚焦点的任何扫描装置中，特别是在JB96/00182的国际专利申请中参照其中的图1A、2A、2B、3、4、5、6和7分4类介绍的装置中。本申请还提供一种用于全面考虑实现最佳的和近轴的聚焦点定位的装置。

Claims (7)

1.一种光扫描装置，用于扫描具有第一信息层和具有第一厚度的第一透明层的第一类型的记录载体以及用于扫描具有第二信息层和具有与第一厚度不同的第二厚度的第二透明层的第二类型的记录载体，该装置包含：用于产生辐射束的照射源以及一设计用于将通过第一透明层的辐射束会聚到第一信息层上的焦点的透镜系统；配置在由记录载体反射的辐射束通路中的检测系统；配置在照射源和检测系统之间的光通道中的不透明环；以及一装置用于将辐射束的最佳聚焦点定位在第二信息层上。

2.根据权利要求1所述的光扫描装置，其中该环的内圆半径处在0.75r₁到1.25r₁的范围内，其中r₁是由下式限定的： $r_1=\frac{r_0}{{\mathrm{NA}}_0}\sqrt[4]{\frac{{4\mathrm{\λn}}^3}{\mathrm{\Δd}(n^2-1)}}$ 其中λ是辐射束的波长，n是第二透明层的折射系数，Δd为第一层厚度和第二层厚度之间的差，ro是在该环位置处的辐射束的半径，以及NAo是利用透镜系统会聚的辐射束的数值孔径。

3.根据权利要求2所述的光扫描装置，其中该环配置在由照射源到记录载体的幅射束通路中和在来自记录载体的辐射束通路中，该环的宽度范围由0.05ro到0.25ro。

4.根据权利要求2所述的光扫描装置，其中该环仅配置在来自记录载体的辐射束通路中，该环宽度范围由0.15ro到0.25ro。

5.一种光扫描方法，用于扫描具有第一信息层和具有第一厚度的第一透明层的第一类型的记录载体以及具有第二信息层和具有与第一厚度不同的第二厚度的第二透明层的第二类型的记录载体；包含的步骤有：当扫描第一类型的记录载体时利用透镜装置将通过第一透明层的辐射束会聚到在第一信息层上的最佳聚焦点；以及当扫描第二类型的记录载体时利用透镜装置将通过第二透明层的辐射束会聚到在第二信息层上的近轴聚焦点；将由记录载体反射的辐射束会聚到检测系统；以及利用一配置在照射源和检测系统之间的光通路中的不透明环防止反射光的一部分到达检测系统。

6.根据权利要求5所述的方法，包含的步骤有：当扫描第一类型的记录载体时由记录载体反射的辐射束断面的至少外围环形区域中的辐射形成最佳的聚焦误差信号；以及当扫描第二类型的记录载体时由主要在该外围环形区域内的中心区域中的辐射形成近轴聚焦误差信号；以及当扫描第一类型的记录载体时响应于最佳聚焦误差信号和当扫描第二类型的记录载体时响应于近轴聚焦误差信号控制透镜系统的位置。

7.根据权利要求5所述的方法，包含的步骤有：当扫描第一类型的记录载体时在由记录载体反射的辐射束的整个断面中的辐射产生信息信号，以及当扫描第二类型的记录载体时由所述断面的中心区域中的辐射产生信息信号。

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