CN1229231A - 光头,记录和/或复制方法,以及用来检测厚度的方法 - Google Patents

Abstract

用来在光盘上记录/复制信息信号的一种光头,在光盘的记录层上具有一个光透视层,在光头中包括一个用于准直透镜的驱动器。用准直透镜的驱动器在能够消除由于光透视层的厚度误差造成的球面象差的方向上移动设在光源和物镜之间的一个准直透镜。借助于这种结构,即使是为了提高光盘的记录容量而增大了装载在光头上的物镜的数值孔径NA,仍然可以减少球面象差的发生量。

Description

光头，记录和/或复制方法， 以及用来检测厚度的方法

本发明涉及到用来记录和/或复制诸如光盘等信息记录媒体的一种光头，以及转有这种光头的一种记录和/或复制装置。本发明还涉及到诸如光盘等信息记录媒体的一种记录和/或复制方法，并且涉及到用来检测在记录媒体上面具有一个光透射层的信息记录媒体的光透射层厚度的一种方法。

诸如只读光盘，相变型光盘，磁光盘或是光记录卡等等信息记录媒体是专门用来存储诸如视频或是音频信或者计算机数据等等数据的。近年以来，对这种信息记录媒体的高记录密度和大记录容量的需求变得越来越迫切。

为了提高信息记录媒体的记录密，有一种有效的方法增大装载在光头上的一个物镜的数值孔径NA，并且缩短光的波长，这样就能缩小由物镜形成的激光点的尺寸。

对于早期出现的数字光盘等小型光盘(CD)来说，物镜的数值孔径NA是0.45，所用的光的波长是780nm。另一方面，对于记录密度和记录容量都比小型光盘更高的一种数字光盘DVD来说，物镜的数值孔径NA是0.6，所用的光的波长是650nm。

同时，在诸如光盘等信息记录媒体上记录有信息信号的记录层上有一个光透射层。在记录或是复制时用一个载有信息信号的记录层通光透射层来照射这一记录层。如果光透射层的厚度存在误差，其厚度就会偏离预定的值，这种误差会产生球面象差。例如可以用以下的公式(1)来表示三阶球面象差：

             W₄₀＝{Δt(n²-1)/(8n³)}NA⁴        …(1)其中的Δt是光透射层的厚度误差，n是光透射层的折射率，NA是一个物镜的数值孔径。

从公式(1)中可见，由光透射层的厚度误差造成的球面象差与数值孔径NA的四次方成正比地增大。因此，增大数值孔径对于抑制球面象差的发生具有决定性的作用。

从公式(1)中还可以看出，为了有效地抑制地址信号的球面象差，还可以缩小光透射层的厚度公差，从而减少其厚度误差。例如在DVD中，光透射层的厚度公差是±0.03mm。如果要想将由于光透射层的厚度误差造成的球面象差抑制在相当于DVD等级的数值，在数值孔径NA为0.6的情况下，只要光透射层的厚度误差Δt处在公式(2)的范围之内就足够了：

        -0.00388/NA⁴≤Δt≤+0.00388/NA⁴      …(2)

从上述公式(2)中可以看出，在扩大数值孔径NA的情况下，就可以找到所需的公差值，以便将球面象差抑制在基本上相当于DVD的等级。从公式(2)中可见，如果数值孔径NA＝0，7或是NA＝0.85，只要Δt分别是-0.016mm≤Δt≤+0.016mm或者-0.0074mm≤Δt≤+0.0074mm就足够了。

然而，要缩小光透射层的厚度公差是极为困难的。尽管对于大规模生产系统并不需要明显地改变工艺，要提高光透射层厚度的精度仍然是极为困难的，这是因为此类误差主要取决于信息记录媒体的制造方法。如果能够实现光透射层厚度误差的精度，就需要彻底改变工艺，这样就会明显地增加制造成本。因此，通过缩小光透射层厚度误差来抑制球面象差的方法是不可取的。

本发明的目的是提供一种光头和一种记录和/或复制方法，以及一种装置，即使在增大数值孔径时仍可以抑制球面象差。

本发明的另一个目的是提供一种记录和/或复制方法，即使在增大数值孔径时仍可以抑制球面象差。

本发明的再一目的是提供一种厚度检测方法，以便于检测设在一个信息记录媒体的记录层上面的一个光透射层的厚度。

从一方面来看，本发明提供了一种用于信息记录媒体的光头，在信息记录媒体上用来记录信息信号的记录层上面具有一个光透射层，这种光头包括一个用来发光的光源，一个物镜，用来通过光透射层将来自光源的光会聚到记录层上，设置在光源和物镜之间的一个具有预定折射率的光学元件，以及根据光透射层的厚度来移动光学元件的一个移动装置。

上述光头中的光学元件最好是一个准直透镜，如果光透射层处在规定的值，准直透镜就让光源发出的光基本上对准地落在物镜上。

在上述的光头中，如果物镜的数值孔径NA不小于0.65，信息记录媒体的光透射层的薄膜厚度就应该不小于0.47mm。

移动装置中优选包括一个与从光源射向光学元件的光的光轴基本上平行的参考轴，用来支撑光学元件并且能够沿着参考轴移动的一个光学元件支撑装置，一个电机，以及一个传动装置，用来将电机的转动转换成平行于光轴的平移运动，并且将这种平移运动传递给光学元件支撑装置。传动装置将电机的转动转换成平行于光轴的平移运动，用来移动光学元件支撑装置，进而使光学元件发生移动，从而根据光透射层的厚度来消除球面象差。

利用这种光头可以通过移动装置来移动设在光源和物镜之间的一个具有预定折射率的光学元件，以便根据光透射层的厚度来消除球面象差。因此，尽管在光透射层中存在厚度误差，也能够抑制由于厚度误差造成的球面象差。

在另一方面，本发明提供了一种记录和/或复制装置，用来在一种信息记录媒体的一个记录层上记录和/或复制信息信号，在这种记录媒体上还有一个光射层，该装置包括用来检测光透射层厚度的厚度检测装置，以及一个用于信息记录媒体的光头，在信息记录媒体上用来记录信息信号的记录层上面具有一个光透射层。这种光头包括一个用来发光的光源，一个物镜，用来通过光透射层将来自光源的光会聚到记录层上，设置在光源和物镜之间的一个具有预定折射率的光学元件，以及根据厚度检测装置检测到的光透射层的厚度来移动光学元件的移动装置。

上述光头中的光学元件最好是一个准直透镜，如果光透射层处在规定的值，准直透镜就让光源发出的光基本上对准地落在物镜上。

在上述的光头中，如果物镜的数值孔径NA不小于0.65，信息记录媒体的光透射层的薄膜厚度就应该不小于0.47mm。

在上述的记录和/或复制装置中，移动装置包括一个与从光源发出并且落在光学元件上的光的光轴基本上平行的参考轴，用来支撑光学元件并且能够沿着参考轴移动的一个光学元件支撑装置，一个电机，以及一个传动装置，用来将电机的转动转换成平行于光轴的平移运动，并且将这种平移运动传递给光学元件支撑装置。传动装置将电机的转动转换成平行于光轴的平移运动，用来移动光学元件支撑装置，进而使光学元件发生移动，从而根据光透射层的厚度来消除球面象差。

利用这种记录和/或复制装置，可以通过移动装置来移动设在光源物镜之间的一个具有预定折射率的光学元件，以便根据光透射层的厚度来消除球面象差。因此，尽管在光透射层中存在厚度误差，也能够抑制由于厚度误差造成的球面象差。

在另一方面，本发明提供了一种记录和/或复制方法，用来在一种信息记录媒体的记录层上记录和/或复制信息信号，在这种记录媒体上还有一个光透射层，该方法包括采用一个具有发光光源的光头，一个物镜，用来通过光透射层将来自光源的光会聚到记录层上，以及设置在光源和物镜之间的一个具有预定折射率的光学元件，并目检测光透射层的厚度，根据检测的结果来移动光学元件，从而消除球面象差。

上述光头中的光学元件最好是一个准直透镜，如果光透射层处在规定的值，准直透镜就让光源发出的光基本上对准地落在物镜上。

在上述的光头中，如果物镜的数值孔NA不小于0.65，信息记录媒体的光透射层的薄膜厚度就应该不小于0.47mm。

利用这种记录和/或复制装置，可以通过移动装置来移动设在光源和物镜之间的具有预定折射率的光学元件，以便根据光透射层的厚度来消除球面象差。因此，尽管在光透射层中存在厚度误差，也能够抑制由于厚度误差造成的球面象差。

在又一方面，本发明提供了一种用来检测设在信息记录媒体的一个记录层上的光透射层厚度的检测方法，在这种记录层上适合记录信息信号，该方法包括从一个光源发光，用一个物镜将光源发出的光会聚到信息记录媒体上，用一个用来检测聚焦误差信号的光电检测器来接收由物镜会聚到信息记录媒体并且从信息记录媒体上反射的反射光，并且根据光电检测器反射的反射光和光透射层的表面反射的反射光产生的聚焦误差信号中的信号部分检测出光透射层的厚度。

在本发明的厚度检测方法中，光透射层的厚度是根据聚焦误差信号来检测的，不需要专用的检测装置就能检测出光透射层厚度。

按照本发明，即使是增大了物镜的数值孔径NA，仍然可以抑制由于光透射层的厚度误差造成的球面象差。这样就能提高信息记录媒体的记录密度和记录容置，不需要提高信息记录媒体的制造成本，同时将光透射层厚度误差的公差保持在一个较大的值。

图1表示了用来体现本发明的一个光头；

图2表示用来体现本发明的一个记录和/或复制装置；

图3表示象散象差；

图4表示在象散象差方法中使用的一个光电检测器的光接收装置；

图5表示在象散象差方法中使用的另一种光电检测器的光接收装置；

图6表示在象散象差方法中使用的又一种光电检测器的光接收装置；

图7表示出现在聚焦误差信信号中的一种S-形曲线；

图8表示在沿着指向光盘的方向上的光轴移动物镜时输出的一个聚焦误差信号；

图9表示用来体现本发明的光头的另一个实施例；

图10是一个平面图，用来表示在图8的光头中使用的一个双轴驱动器的实施例；

图11是一个侧视图，用来表示在图8的光头中使用的一个双轴驱动器的实施例；

图12是一个透视图，用来表示透镜驱动装置的示意性结构；

图13是图12中所示的透镜驱动装置的平面图；

图14示意性地表示了第一实施例的光学系统；

图15表示光透射层的厚度误差，波前象差，以及第一实施例中的一个准直透镜的位移量之间的关系；

图16示意性地表示了第二实施例的光学系统；

图17表示光透射层的厚度误差，波前象差，以及第一实施例中的一个准直透镜的位移量之间的关系。

以下要参照附图详细地说明本发明的最佳实施例。

图1表示了用来体现本发明的一个光头1。光头1是用来记录/复制一种相变光盘2的一种光头。尽管本文中是以用来记录/复制相变光盘2的光头1为例的，本发明还可以广泛地适用于在用来记录信息信号的记录层上面有一个光透射层的那种信息记录媒体所使用的光头。用来记录和/或复制的信息记录媒体可以是只读光盘，磁光盘或是一种光记录卡。

用光头1来记录/复制光盘2，在光盘的基片3上具有一个通过相变来记录信息信号的记录层，基片的厚度d大约是1.2mm或是0.6mm，在记录层上还有一个光透射层4，其厚度t大约是0.1mm。光透射层4的作用是用来保护记录层的一个保护层。可以通过从光透射层4的一侧而不是基片3的一侧照射的光在光盘2上记录/复制信息信号，光透射层的薄膜厚度比基片3薄得多。

如果让光厚度较小的侧面落到记录层上，就可以抑制象差，从而获得比普通的CD或是DVD更高的记录密度和记录容量。然而，本发明也可以用于利用从基片一侧入射的光来记录和/或复制信息信号的那种信息记录媒体。

参见图1，光头1包括一个光源10，衍射点阵11，偏振射束分离器12，准直透镜13，用于准直透镜14的驱动器，四分之一波片15，物镜16，物镜的双轴驱动器17，多镜头组件18，以及一个光电检测器19。

在记录/复制过程中，光源10向着光盘2发射光束，构成光源的半导体激光器适合发射波长λ为650nm的线性偏振激光。为了从光盘2上复制信息信号，光源10发射一个具有恒定输出的激光束。为了在光盘2上记录信息信号，光源10需要根据记录的信号来调制输出激光束的强度。

本发明对光源10发射的激光的波长λ并没有限制。例如，如果半导体激光器发射的激光波长比650nm短，为了获得高记录密度和高记录容量，就适合使用短波长的激光器。

从光源10发射的激光首先入射到衍射点阵11上并且受到衍射。衍射点阵11的作用是将激光分离成至少三个部分，用于所谓的三点式规则伺服控制。

被衍射点阵11衍射的零级光和一级光(统称为入射激光)通过偏振射束分离器12落在由两个球面透镜13a，13b共同构成的准直透镜13上。

如果光盘2的光透射层4的厚度t处在预定的值，准直透镜13就能将入射到准直透镜13上的激光对准。换句话说，准直透镜13是一种具有预定折射率的光学器件，如果光盘2的光透射层4的厚度t处在预定的值，准直透镜13就能使入射的激光对准。

同时，准直透镜13被装载在准直透镜14的驱动器上，以便沿着入射激光的光轴纵向移动。如果光盘2的光透射层4的厚度脱离了预定值，就用准直透镜14的驱动器移动准直透镜13，校正由于光透射层4的厚度误差造成的球面象差。也就是说，如果光盘2的光透射层4的厚度脱离了预定值，准直透镜13就会将入射激光转换成散射光或是会聚光，从而校正由于光透射层4的厚度误差造成的球面象差。

从准直透镜13发出的入射激光通过四分之一波片15落在物镜上。在光线过四分之一波片15时，入射的激光转换成圆偏振光束之后落在物镜16上。

物镜16被用来将光会聚到光盘2的记录层上。转换成圆偏振光束的入射激光被物镜16会聚之后通过光盘2的光透射层4落到光盘2的记录层上。

尽管物镜16可以是单一的透镜，也可以按图1所示由连接到一起的两个透镜16a，16b构成。如果物镜16是由两个透镜16a，16b构成的，即使是扩大数值孔径NA，仍然很容易装配透镜，而不需要对各个透镜表面的曲面采用极为严格的公差。也就是说，如果能用两个透镜16a，16b构成透镜16，就能够比较容量扩大数值孔径NA，获得较高的记录密度和较高的记录容量。

也可以用三个以上的透镜构成物镜16。如果用三个以上的透镜构成物镜16，就能够缓和各个透镜表面的曲率。然而，如果透镜的数量过多，就难以组合成高精度的透镜。因而需要用两个透镜来构成物镜。

被物镜16会聚后落在光盘2的记录层上的入射激光受到记录层的反射而变成返回光束。这一返回光束通过物镜16落到四分之一波片15上。返回光束首先遵循原先的路径通过物镜16，并且通过四分之一波片15被转换成线性偏振光束，相对于入射光的偏振方向旋转了90°。由准直透镜13对准后的返回光被入射到偏振光束分离器12上并且受到它的反射。

由偏振光束分离器12反射的返回光通过多镜头组件18入射到光电检测器19上，由光电检测器进行检测。多镜头组件18具有一个柱面光入射面和一个凹面光输出面。多镜头组件18按照返回光的球面象差进行操作，通过所谓的球面象差方法执行聚焦伺服控制。

用来检测球面象差已经过多镜头组件18调和之后的返回光的光电检测器19可以包括六个光电检测器。光电检测器19输出的电信号与落在各个光电检测器上的返回光的光强度成正比，并且对这种电信号执行预定的计算，从中产生和输出诸如聚焦伺服信号或者跟踪伺服信号等等伺服信号。

具体地说，用光电检测器19来检测球面象差已经过多镜头组件18调和之后的返回光根据所谓的球面象差方法产生和输出聚焦伺服信号。光头1根据这些聚焦伺服信号来驱动载有物镜16的物镜17的双轴驱动器，从而执行聚焦伺服控制。

光电检测器19还要检测受到衍射点阵11衍射的0级光和+1级光的返回光束，按照所谓的三束方法产生跟踪伺服信号，并且输出所得的跟踪伺服信号。光头1根据这些跟踪伺服信来驱动载有物镜16的物镜17的双轴驱动器，从而执行跟踪伺服控制。

在从光盘2上复制信息信号时，光电检测器19也要按照预定的算法来处理与入射到各个光电检测器上的返回光的强度相对应的电信号，以便从光盘2上产生和输出重放信号。

在本发明的光头1上，物镜16被装载在物镜17的双轴驱动器上，用来实现跟踪伺服和聚焦伺服控制。或者是将通过驱动器移动物镜的伺服控制仅仅用于聚焦伺服控制，同时通过移动整个光头来执行跟踪伺服控制。

在通过光头1将光聚焦在光盘2的光记录层上时，由于光盘2的光透射层4的厚度误差造成的象差主要是由于散焦或是球面象差而产生的。

用聚焦伺服控制可以校正散焦。也就是说，用物镜17的双轴驱动器沿着物镜16的光轴在前后方向上移动物镜16，从而校正散焦，并且聚焦在记录层上。在普通的光头上也可以对散焦执行这种校正。

另一方面，沿着光轴在前后方向上移动物镜并不能校正球面象差。如果能根据光透射层4的厚度t来更换物镜16或是改变物镜16的光学介质的折射率，就能够校正这种球面象差。然而，这些方案都是不现实的。

按照本发明的光头1，可以用准直透镜14的驱动器在沿着光轴的前后方向上移动准直透镜13，用来校正光透射层4的厚度造成的球面象差。也就是说，采用本发明的光头1，准直透镜14的驱动器可以被用来移动准直透镜13，以便消除光盘2的光透射层4的厚度t造成的球面象差。

以下要详细地说明由于光透射层4的厚度误差而产生的球面象差以及用来校正这种象差的方法。

如果光透射层4具有一定的厚度误差，就会产生可以用公式(1)表示的三次球面象差W40：

          W₄₀＝{Δt(n²-1)/(8n³)}NA⁴    …(1)如上所述，其中的Δt是光透射层的厚度误差，n是光透射层的折射率，NA是一个物镜的数值孔径。

公式(1)是用物镜的数值孔NA根据总象差量的Taylor展开获得的，并且将其转换成波前象差。也就是说，如果用正弦函数来表示数值孔径NA并且将其展开，就可以获得以下的公式(3)：

    sin(θ)＝x-x³/6+x⁶/120-x⁷/5040+ρ(x)⁸       …(3)从公式(3)右侧的第二项可以看出，波前象差是由上述公式(1)代表的三次球面象差。

然而，从公式(3)中可以看出，实际的象差次数会更高。从公式(3)右侧的第三项看到的波前象差是一个由以下的公式(4)代表的五度球面象差W50：

      W₅₀＝{Δt(n²-1)(n²+3)/48n⁵}NA⁶         …(4)

由于光透射层4的厚度误差ti产生的三次球面象差W50和五次球面象差W60之和就是公式(1)和(4)的总和，可以表示成公式(5)：

      W≈W₄₀{[1+{(n²+3)/6n²}NA²}            …(5)

通过用数值孔径NA对公式(5)微分就可以获得总的象差，并且用公式(6)来表示：

     δS＝{Δt(n²-1)/2n³}NA³[1+(n²+3)/4n²}NA²]     …(6)

由上述公式(1)表示的三次球面象差W40可以用各个光学平面上产生的象差之和来表示。也就是说，如果只有三次球面象差W40，就可以通过在光源10和光透射层4之间的某一点上布置一个能够产生符号相反的球面象差的光学元件来进行校正。然而，从上述的公式(5)中可见，光透射层4的折射率n越小，并且物镜16的数值孔径NA越大，五次球面象差W60在光透射层4的厚度误差Δt产生的球面象差中所起的作用就越大，因此，仅仅校正三次球面象差W40是不够的。

值得注意的是，三次球面象差W40对3^1/2(＝1.732)的光透射层4的折射率n来说是最大的，并且在光透射层4的折射率n小于上述值时急剧下降。光透射层4的折射率n通常处在1.5左右。因此，如果五次球面象差W60的作用随着光透射层4的折射率n变小而增大，这一五次球面象差W60的作用就被总象差量的整体下降掩盖了，不会产生严重的问题。

另一方面，如果物镜16的数值孔径NA按照上述方增大，五次球面象差W60的作用就会增大。五次球面象差W60的这种增大不会被掩盖。如果增大了数值孔径NA，五次球面象差W60在整个球面象差中所占的比例就会变成最大，同时，五次球面象差W60在总体球面象差中大约占40％。因此，在数值孔径NA比较大的系统中，需要对五次球面象差W60的作用给予足够的重视。

具体地说，假设数值孔径NA＝0.6，并且光透射层4的折射率n＝1.5，厚度误差Δt造成的总象差就是30μm。如果在考虑到五次球面象差W60的公式(6)中找出厚度误差Δt造成的总象差，它就是1.452μm。另一方面，如果假设数值孔径NA＝0.85，并且光透射层4的折射率n＝1.5，厚度误差Δt就是30μm。从公式(6)中找出的厚度误差Δt造成的总象差大约是4.850μm。也就是说，如果光透射层4的厚度公差是+0.03mm，数值孔径NA是0.6，光透射层4的厚度误差Δt造成的总象差就不会超过1.452μm。然而，如果数值孔径NA是0.85，五次球面象差W60就会增大，使总的象差行高可以达到4.850μm。

为了校正上述的球面象差，如果能产生一个与公式(6)表示的球面象差量值相同且符号相反的象差就足够了。最简单的方法就是在光源10和用于校正的准直透镜13之间插入一个平行的平板。在这种情况下，如果能满足公式(7)和(8)：

{(nl²+3)/nl²}NAl²＝{(n0²+3)/n0²}NA0²    …(7)

{(nl³-3)/nl³}NAl⁴＝{(n0²-1)/n0³}NA0⁴    …(8)就能够对五次球面象差W60进行校正。在这些公式中，NA0，nl和NAl是准直透镜13在入射光一侧的折射率，光透射层4的折射率，以及物镜16的数值孔径。

为了满足公式(7)和(8)，考虑到折射率的实际容许值，物镜16的NAl和准直透镜13在入射光一侧的NA0需要保持同等的量值。具体地说，至少需要满足NA1/NA0≤2的关系。但是，实际上不可能在增大物镜16的NA1的同时增大准直透镜13入射光一侧的NA0值。因此，采用在光源10和准直透镜13之间插入平行平板的方法不可能完全校正这种球面象差。

另外，如果采用不是平行平板的光学元件，如果仅仅将光学元件布置在光轴上，就难以完全地校正整个球面象差。从公式(1)和(4)中可见，三次球面象差W40和五次球面象差W60对数值孔径NA的数值是不同的。因此需要用一种完全平衡的方法来执行校正，考虑到光透射层4的厚度公差，这种象差应该完全处在公差范围之内。

因此，如果采用本发明的光头1就可以实现完全平衡的校正，用准直透镜14的驱动器使三维的准直透镜13沿着光轴移动。当准直透镜13在前后方向上移动时，就可以改变物镜16在入射光一侧的数值孔径NA，从而使球面象差得到校正。

同时，在本发明的光头1中，准直透镜13的出射光瞳的直径应该比物镜16的入射光瞳的直径大得多。在这种情况下，即使是改变物镜16的数值孔径NA，在物镜16光出射一侧的数值孔径NA也基本上保持不变这样就能完成稳定的记录/复制。

在这种光头中，准直透镜13在入射光一侧的数值孔径NA主要是根据提高从光光源发出的入射激光的耦合效率来设定的。具体地说，数值孔径NA应该设定在大约0.3以下。另一方面，为了缩小会聚在记录层上的光的直径物镜16的数值孔径NA应该选择较大的值。如果需要使用比DVD更高的记录密度和记录容量，这一数值孔径NA就应该设定在不小于0.65。

也就是说，按照本发明的光头1，准直透镜13在入射光一侧的数值孔径NA应该设定在这样的值，它明显地小于物镜16在出射光一侧的数值孔径NA。按照这种设定方式，由于准直透镜13沿着光轴移动而产生的球面象差主要是三次球面象差W40。因此，通过移动准直透镜13不可能完全消除由于光透射层4的厚度误差Δt造成的全部球面象差。

因此，在移动准直透镜13的过程中需要设定准直透镜13的移动目标位置，让象差的均方值变成最小。具体地说，主光束和环境光束的光程差是通过光跟踪方法来计算的，并且在准直透镜的位置上获得光路径差也就是预先计算出的波前象差的最小均方值。在对光盘2进行记录/复制时，需要检测光透射层4的厚度t，并且通过准直透镜14的驱动器将准直透镜13移动到根据误差Δt预先计算出的位置上。

在这种光头1中，准直透镜13的移动距离应该比准直透镜13的焦距小得多，因此，由准直透镜13的移动而产生的波前象差Wrms就会比准直透镜13的聚焦小得多。在这种情况下，准直透镜13的移动量与移动准直透镜13时产生的球面象差的量值成正比，这样就简化了准直透镜14的驱动器的结构及其驱动方式。换句话说，如果准直透镜13的移动距离远远小于准直透镜13的聚焦，对伺服机构的结构是非常有利的。

在上述的光头1中，由于光透射层4的厚度误差Δt造成的球面象差是通过移动准直透镜13而得到校正的。然而，由于光透射层4的厚度误差Δt造成的球面象差也可以用除准直透镜13之外的其他任何适当的光学设备来校正。

按照本发明，只要将用来校正由于光透射层4的厚度误差Δt造成的球面象差的光学元件布置在光源10和物镜16之间就足够了。例如，设在光源10和准直透镜13之间的一个透镜可以沿着光轴在前后方向上移动。或者是省掉准直透镜13，让光源10发出的光以发散光的状态落到物镜16上。在这种情况下，只要将透镜设在入射到物镜16上的发散光的光程上，并且沿着光轴在前后方向上移动就足够了。

然而，如果需要用上述光头1中的准直透镜13来校正球面象差，并且光透层4的厚度处在预定的值，物镜16上的入射激光就是准直的光，因此，物镜16就能象一个便于操作的平行系统透镜那样工作。因此，在实际情况下，可以象光头1那样用准直透镜13作为校正球面象差的光学器件。

尽管上述的说明是针对光透射层4的厚度误差Δt造成的球面象差的校正来解释的，还可以让用于象差校正的光学元件移动，用来检测环境的变化，例如温度的变化，光盘2在径向方向上的倾斜，光透射层4的折射率n的变化，或者是构成光头1的光学元件的错位等等，并且用来校正由这些因素造成的象差。

同时还希望这种光头1能够将物镜16的数值孔径NA扩大到满足DVD的要求，以便进一步提高记录密度。如上文所述，数值孔径NA应该设定在不小于0.65。

然而，如果增大了物镜16的数值孔径NA，除了上述的球面象差之外还会出现彗形象差增大的问题。彗形象差是由于光盘2的径向倾斜而产生的，并且随着物镜16的数值孔径NA的三次方正比增大。因此，随着数值孔径NA的增大，抑制彗形象差的问题就变得更重要了。

为了抑制彗形象差，减少光透射层4的厚度t是一种有效的方法。例如在DVD中，径向倾斜的倾斜角是±0.4°，为了维持必要的公差值光透射层4的厚度t应该满足以下的公式(9)：

           t≤0.1296/NA³    …(9)

举例来说，如果NA≥0.65，满足公式(9)的t≤0.47mm。因此，如果光头1中的物镜16的数值孔径NA不小于0.65，就应该将光透射层4的厚度t设定在0.47mm以下。因此，为了获得高记录密度，如果将物镜16的数值孔径NA设定在不小于0.65，就能将光透射层4的厚度t的公差维持在满足普通DVD的值。

从上述的公式(9)中可以看出，如果再增大物镜16的数值孔径NA，让NA≥0.7，就应该t≤0.37mm。如果进一步增大物镜16的数值孔径NA，让NA≥0.85，就应该t≤0.21mm。

一般来说，要获得狭窄的径向倾斜公差是有困难的。如果需要，其费用将会明显地增加。然而，如果能随着物镜16的数值孔NA充分地减少光透射层4的厚度t，以便通过增大物镜16的数值孔径NA而达到增加记录密度的目的，径向倾斜公差就可以保持在普通DVD所要求的值。因此，如果随着物镜16的数值孔径NA的增大而减少光透射层4的厚度t，就能获得较高的记录密度，不会由于径向倾斜公差过小而使费用明显地上升。

作为本发明的记录和/或复制装置的一个实施例，在图2中表示了一种记录/复制装置30，它具有一个如上文所述的用来记录/复制光盘2的光头1。

尽管在下文中是参照用来记录/复制相变型光盘2的记录/复制装置来说明的，本发明还可以用于具有光头的各种类型的记录和/或复制装置。用来记录和/或复制的信息记录媒体可以是一种只读光盘，磁光盘，或者是一种光记录卡。

记录/复制装置30包括一个用来旋转驱动光盘2的主轴电机31，用来记录/复制信息信号的光头1，用来移动光头1的进给电机32，用来执行调制/解调工作的一个调制解调电路33，用于光头1的伺服控制的一个伺服控制电路34，以及用来控制整个系统的一个系统控制器35。

主轴电机31在伺服控制电路34的控制下被驱动，并且按照预定的rpm转动。也就是说，用主轴电机31来卡住需要记录或是复制的光盘2，并且用伺服控制电路34驱动主轴电机31按照预定的rpm转动。

在记录/复制信息信号时，光头1将激光照射在光盘2上，随着光盘2的转动而检测返回的光。在记录信息信号时，由外部电路36传送并且用调制电路33按照预定方式进行调制的信号被传送到光头1，然后用按照光强度进行调制的激光束照射在光盘2上。在复制信息信号时，光头1将一个恒定输出的激光束照射在转动的光盘2上，并且根据返回光产生重放信号，将重放信号提供给调制解调电路33。

光头1还被连接到伺服控制电路34。在记录/复制信息信号的过程中，光头1按照上述的方式根据从转动的光盘2上反射的返回光产生聚焦伺服信号和跟踪伺服信号，将伺服信号提供给伺服控制电路34。

调制解调电路33被连接到系统控制器35和外部电路36。在光盘2上记录信息信号时，调制解调电路33在系统控制器35的控制下从外部电路36接收需要记录在光盘2上的信号，并且对接收的信号进行调制。经过调制解调电路33调制后的信号被传送到光头1。在从光盘2上复制信息信号时，调制解调电路33在系统控制器35的控制下接收由光盘2产生的信号，对重放信号进行调制。被调制解调电路33解调的信号从调制解调电路33输出到外部电路36。

进给电机32被用来沿着光盘2的径向将光头1输送到预定的位置，它是由来自伺服控制电路34的控制信号驱动的。也就是说，将进给电机32连接到伺服制电路34并且受到它的控制。

伺服控制电路34在系统控制器35的控制下控制进给电机32，这样就能将光头1输送到面对光盘2的预定位置。伺服控制电路34同时还连接到主轴电要31，用来在系统控制器35的控制下控制主轴电机31的操作。也就是说，用伺服控制电路34控制主轴电机31，在记录/复制信息信号的过程中按照预定的rpm旋转驱动光盘2。伺服控制电路34还被连接到光头1上，并且在记录/复制信息信号的过程中从光头1上接收伺服信号，按照这种伺服信号用装载在光头1上的物镜17的双轴驱动器来实现聚焦伺服控制和跟踪伺服控制。

另外，在体现本发明的记录/复制装置30中，伺服控制电路34还可以作为检测装置来操作，根据聚焦伺服信号检测出光盘2的光透射层4的厚度t。以下要说明用伺服控制电路34检测光透射层4的厚度的方法。

在光电检测器1的光电检测器19发出的聚焦伺服信号当中包括聚焦推进们号和聚焦误差信号。用聚焦推进信号表示光盘2反射的全部返回光的光量，并且用来将物镜16移动到聚焦位置附近。在根据聚焦推进信号将物镜1移动到聚焦位置附近之后，用聚焦误差信号将物镜16保持在刚好聚焦的位置上。

记录/复制装置30按照球面象差方法获得聚焦误差信号。在球面象差方法中，将玻璃板制成的一个平行平板式的光学元件布置在返回光的光学会聚路径中，用来故意产生一个很大的球面象差，在最小模糊圈的前面和后面检测出光束的形状，从中获得聚焦误差信号。

以下如图3所示以一个平行平板20为例来解释球面象差方法。尽管图1中所示的光头1采用了多镜头组件18作为产生球面象差的光学元件，但是在此处为了简化而使用了平行平板20作为产生球面象差的光学元件。

如果将平行平板20作为产生球面象差的光学元件，从以下的公式(10)就能得到球面象差量δy：

 δy＝{(n2-1)sin2θXt}/(n2-sin2θ)3/2      …(10)其中的θ，n和t分别代表返回光开口的角度，布置在有限光路径上的平行平板20的折射率及其厚度。

为了用球面象差方法检测出聚焦误差信号，用一个光电检测器来检测具有球面象差的光束。图4到6表示了适合使用球面象差方法检测聚焦误差信号的一个光电检测器的光接收部21。这一光接收部21具有矩形的形状，并且用两条垂直分割线将其分割成四段。当激光在光盘的记录层上刚好处在聚焦状态时，如果将光电检测器设定在让光接收部21上的光束点22变成最小模糊圈，光接收部21上的光束点22在非聚焦状态下就会变成椭圆形的点。如果用A，B，C和D来表示光接收部21的各个段，通过一个电流-电压转换放大器对光接收部21接收到的光量所执行的放大计算，所获得的聚焦误差信号FE就是电压信号FE＝(A+C)-(B+D)。

如果激光束被聚焦在光盘的记录层上，引入区21上的光束点22就是椭圆形的，如图4所示。在光接收部21的各个段中的光量是(A+C)＝(B+D)，因此，FE＝0。

如果光盘的记录层更加靠近激光的聚焦点，光接收21上的光束点22就是椭圆形的，如图5所示。在光后续部21的各个段中的光量是(A+C)＜(B+D)，因此，FE＜0。

如果光盘的记录层远离激光的聚焦点，光接收部21上的光束点22就是椭圆形的，如图6所示。在光后续部21的各个段中的光量是(A+C)＞(B+D)，因此，FE＞0。

如图7所示，如果将聚焦偏差绘制在横轴上，将聚焦误差信号的输出绘制在纵轴上，由此获得的聚焦误差信号就可以用一条S形曲线来表示。S形曲线中心的零点代表刚好聚焦的点。同时，从S形曲线的一个峰值Pa到另一侧的峰值Pb的范围Wa通常被称为聚焦推进范围。

为了在光头1中实现聚焦伺服控制，在检测到聚焦推进信号时需要驱动物镜17的双轴驱动器，以便使物镜16沿着光轴在前后方向上移动。根据聚焦推进信号使物镜的焦点定位在记录层的附近。当物镜16的焦点被定位在记录层的附近，并且物镜16处在聚焦推进范围之内时，就利用物镜17的双轴驱动让物镜16沿着光轴在前后方向上逐渐移动，自始至终地保持刚好聚焦的位置，让聚焦误差信号始终处在零点。这样就能相对于记录层始终设定在聚焦状态。

以上说明了聚焦伺服控制的原理。在惯用的记录/复制装置中，从记录层反射的返回光获得的聚焦误差信号FE被用来实现聚焦伺服控制。然而，入射的激光不仅受到记录层的反射，或多或少地还会受到光盘2上处在光透射层4表面上的表面反射。由于光透射层4的表面反射的返回光而形成图7所示的S形曲线。在以下的说明中，由于光透射层4的表面反射的返回光而出现聚焦误差信号的S形曲线被称为第一S形曲线，而由于光盘1的记录层表面反射的返回光造成的聚焦误差信号被称为第二S形曲线。

按照本发明的记录/复制装置30响应上述的第一和第二S形曲线，根据聚焦误差信写来检测光透射层4的厚度t。也就是说，在本发明的记录/复制装置30中，在记录/复制操作开始之前用物镜17的双轴驱动器使物镜16沿着光轴前后移动，直到物镜的焦点位置从光透射层4的表面移到记录层上。根据物镜16的移动速度和对应着第一和第二S形曲线的聚焦误差信号来检测光透射层4的厚度t。

以下要参照图8给予说明。在图8中表示了当物镜16在接近光盘2的方向上沿着光轴移动时输出的聚焦误差信号，图中的横轴和纵轴分别代表时间和输出的聚焦误差信号。

在图8中，W1是物镜16跨过第一S形曲线的聚焦推进范围所需要的时间。也就是说，W1代表聚焦误差信号随着物镜16的移动从最大值变到最小值所需要的时间，而P1代表了光盘2的光透射层4表面上的一个聚焦点，也就是相对于光透射层4的表面刚好聚焦的点。

在图8中，W2是物镜16跨过第二S形曲线的聚焦推进范围所需要的时间。也就是说，W2代表聚焦误差信号随着物镜16的移动从第二S形曲线上的最大值变到最小值所需要的时间，而P2代表了光盘2的光透射层4表面上的一个聚焦点，也就是相对于记录层刚好聚焦的点。

另外，图8中的W3代表从聚焦在光盘2的光透射层4表面上的一点P1直到聚焦在光盘2的记录层上的一点P2所经历的时间。

在这种情况下，如果聚焦推进范围的长度是A，用以下的公式(11)就可以获得光透射层4的厚度t：

 t＝W₃X{(A/W₁)²+(A/W₃)²}^1/2    …(11)

同时，在目前常用的光头中，聚焦推进范围的长度A被设定在20μm左右。

在按照本发明的记录/复制装置30中，伺服控制电路34根据公式(11)获得光透射层4的厚度t。因此，记录/复制装置30的伺服控制电路34可以作为一种厚度检测装置，用来检测光透射层4的厚度。

尽管可以对光透层4的厚度t仅仅检测一次，最好的方式还是通过多次检测而获得一个平均值。也就是说，在检测光透射层4厚度t的过程中，按照例如100到200Hz的预定频率反复地前后移动物镜17的双轴驱动器，反复获得光透射层4的厚度t，从中找到一个平均值。这样就能更加精确地检测出光透射层4的厚度t。

按照上述方式检测到光透射层4的厚度t的伺服控制电路34向光盘2发出一个控制信号，利用准直透镜14的驱动器来移动准直透镜13，根据这一控制信号将光透射层4的厚度误差可能造成的球面象差减少到最小。在对光透射层4的厚度误差造成的球面象差进行校之后，记录/复制装置30就象普通的记录/复制装置一样执行记录/复制操作。

在本发明的记录/复制装置30中，光透射层4的厚度t是在记录/复制操作之前进行测量的，以便能校正厚度误差造成的球面象差。因此，即使是光透射层4的厚度t存在厚度误差，仍然能够抑制球面象差的发生，从而在最佳状态下执行记录/复制操作。

采用本发明的光头，只要移动具有预定折射率的光学元件就足以消除取决于光透射层厚度的球面象差，因此，这种光头并不仅限于图1所示的结构。以下要参照图9到11详细说明本发明的光头的各种变更形式。

图9所示的光头100是一种用于记录/复制相变型光盘101的光头。适合用这种光头100记录/复制的光盘101具有一个基片102，设在基片上的一个记录层，可以通过相位变化来记录信息信号，以及设在记录层上面的一个光透射层103。用入射到光透射层103一侧的光对光盘101进行记录或是复制。

光头100包括用来检测光盘101的光透射层103厚度的第一光学系统104以及一个第二光学系统105。为了在光盘101上记录/复制信息信号，第二光学系统105需要根据第一光学系统104检测到的光盘101的光透射层103的厚度光盘101的光透射层103的厚度误差造成的球面象差进行校正。

第一光学系统104包括一个光源106，偏振射束分离器107，准直透镜108，一个物镜109，以及一个光电检测器110。

光源106向着光盘101发光。光源106可以采用一个发射波长为635到650nm短波长激光的半导体激光器。光源106发出的激光受到偏振射束分离器107的反射之后落到准直透镜108上。

 用粘结到一起的两个球面透镜108a，108b构成的准直透镜108将入射到准直透镜108上的激光对准。被准直透镜108对准的激光落在物镜109上。

入射到物镜109上的激光被物镜109会聚之后通过光透射层103落到光盘101的记录层上。物镜109被装在一个双轴驱器111上，可以在沿着光轴的方向和与其垂直的方向上移动。

经过物镜109的会聚之后落在光盘101的记录层上的激光受到记录层的反射后变成了返回光束。这种返回光沿着跨过偏振射束分离器107的原来的光程减退，最后入射到光电检测器110上。

第一光学系统104根据光盘101的光透射层103和记录层表面上的聚焦误差信号来检测光盘101的光透射层103的厚度。

第二光学系统105包括一个光源112，一个柱面透镜113，偏振射束分离器114，准直透镜115，衍射点阵116，光程提升反射镜117，四分之一波片118，一组两个物镜119，以及一个光电检测器120。

由发射波长为400到650nm短波长激光的半导体激光器构成的光源112朝着光盘101发射激光。从光源112发出的激光落在柱面透镜113上。

从柱面透镜113入射到准直透镜115上的激光是射束的形状，并且通过偏振射束分离器114落在准直透镜115上。

如果光盘101的光透射层103的厚度处在预定的值，激光就会入射到由粘结到一起的两个球面透镜构成的准直透镜11上并且被对准。准直透镜115被装载在准直透镜121的一个驱动器上，并且可以沿着入射激光的光轴前后移动。

如果光盘101的光透射层103的厚度t脱离了预定值，就用准直透镜115来对准准直透镜115，以便校正由于光透射层103的厚度误差造成的球面象差。也就是说，如果光盘101的光透射层103的厚度t脱离了预定值，就用准直透镜115将入射激光转变成发散光或是会聚光，以便校正由于光透射层103的厚度误差造成的球面象差。从准直透镜115发出的激光落在衍射点阵116上。

入射到衍射点阵116上的激光受到衍射点阵116的衍射后变成一个三束激光。衍射点阵116被用来将激光分解成至少三个光束，以便用所谓的三点式方法执行跟踪伺服控制。从射点阵116射出的激光在其前进方向上被光程提升反射镜117转向，落在四分之一波片118上。

入射到四分之一波片118上的激光从线性偏振状态被变成圆极化状态。从四分之一波片118输出的激光落在一组两个物镜119上。

入射到一组两个物镜119上的激光被会聚之后通过光透射层103落到光盘101的记录层上。由两个物镜119a，119b构成的这一组两个物镜119被装载在双轴驱动器111上，并且可以在沿着光轴的方向和与其垂直的方向上移动。被一组两个物镜119会聚之后落到光盘101的记录层上的入射激光受到记录层的反射之后变成了返回光束，然后沿着前进的光程逆行通过一组两个物镜119，并且会聚到准直透镜115上。产生的会聚光受到偏振射束分离器114的反射后入射到光电检测器120上，用光电检测器进行检测。

参见图9，第二光学系统105包括一个会聚透镜122，用来会聚被偏振射束分离器114反射的激光，和一个用来接收由会聚透镜122会聚的激光的输出调节光电检测器123，以便根据接收到的光量自动调节从光源112发出的激光的输出。

在本实施例的光头100上，将第一光学系统104的物镜109和第二光学系统105的一组两个透镜装载在双轴驱动器111上，从而使其在双轴的方向上移动，用来实现对光盘101的跟踪控制和聚焦控制。

图10和11示意性地表示了一个双轴驱动器111的结构。这种双轴驱动器111包括一个用来装载物镜109和一组两个物镜119的鼓轮130，以及用来在两个垂直方向上移动鼓轮130的一个电磁驱动机构131。

参见图10和11，鼓轮130基本上是一个具有顶板的圆筒，并且用一个支撑轴132支撑在它的中心。鼓轮130被支撑着绕支撑轴132的轴线转动和滑动。物镜109和一组两个物镜119被安装在鼓轮130上的支撑轴132两侧的对称点上，让彼此的光轴相互平行。

参见图10和11，用来移动鼓轮130的电磁驱动机构131包括具有一个聚焦磁铁133的磁路，一对聚焦轭铁134，135，一个跟踪磁铁136，一对跟踪轭铁137，138，一个聚焦线圈139，以及一个跟踪线圈140。

如图11所示，在电磁驱动机构131的跟踪线圈141内侧固定安装着一个金属件141，用来设定鼓轮130的中性位置。由于金属件141朝着被分成两个平面磁极的跟踪磁铁136的两个磁极的边界受到吸引，鼓轮130被设定在跟踪方向也就是第二方向的中性位置上，同时被设定在聚焦方向也就是第一方向的中性位置上。利用弹性橡胶等等构成的一个中性位置支撑机构将鼓轮130保持在装有支撑轴132的一个支撑基座142的中性位置上。

保持在中性位置上的鼓轮130受到电磁驱动机构131的驱动，使其沿着支撑轴132的轴线滑动，并且绕着支撑轴132的轴线转动。

也就是说，电磁驱动机构131根据通过可弯曲基片143传送给聚焦线圈139的聚焦误差信号使鼓轮130沿着支撑轴132的轴线移动。通过鼓轮130沿着支撑轴132的轴线的滑动对一组两个物镜119执行相对于光盘101的聚焦控制。

另一方面，电磁驱动机构131根据通过可弯曲基片143传送给跟踪线圈140的跟踪误差信号使鼓轮130绕着支撑轴132的轴线转动。通过鼓轮130绕着支撑轴132的轴线的转动对一组两个物镜119执行相对于光盘101的跟踪控制。

在上述的光头100中对聚焦伺服控制和跟踪伺服控制方法分别采用了所谓的球面象差方法和三点式方法。由一个四段光电检测器用球面象差方法来检测从光盘上通过柱面透镜反射的激光，并且算出从各个估段上获得的检测输出的和以及/或是差，将从中推导出聚焦误差信号作为激光相对于记录层的散焦分量。

三点式方法使用衍射点阵将来自光源的单束激光分离成一个主激光束(零级光束)和两个子光束(±一级光束)，在照射在记录轨迹中心上的主激光束的前、后发出两个子光束。用具有两个光接收部的光电检测器来检测在主激光束的前、后发出的于光束的反射光束，以便找出从光接收部获得的检测输出之间的差别，从中推导出跟踪误差信号，将其作为主光束相对于记录轨迹的偏差分量。

为了用这种光头100对光盘101进行复制，第一光学系统104根据光盘101的记录层和光透射层103表面上的聚焦误差信号来检测光盘101的光透射层103的厚度。也就是说，第一光学系统104的双轴驱动器111让物镜109在双轴驱动器111的驱动下沿着光轴前后移动，根据物镜109的移动速度和聚焦误差信号所提供的第一和第二S形曲线通过公式(11)检测出光透射层103的厚度。

用第一光学系统104检测到的光透射层103的厚度是按照图中没有表示的控制电路所计算和预定的表和功能来确定的。在确定了光透射层103的厚度之后，由这种控制电路来决定其操作方式，用来校正由于光盘101的厚度误差造成的球面象差，并且将指示这种操作的控制信号发送给第二光学系统105。第二光学系统105根据这些控制信号来控制准直透镜121的驱动器，从而使准直透镜115逐步移动，尽量减少由于光透射层103的厚度误差造成的球面象差。

在对光透射层103的厚度误差造成的球面象差进行校正之后，第二光学系统105对光盘101执行尽量/复制操作。准直透镜115的驱动器按照这种方法将准直透镜115移动到其最佳位置，对光透射层103的厚度误差造成的球面象差进行校正，从而产生最佳的信号。

在第二光学系统105中复制光盘101时，第一光学系统104的作用是一个用来检测第二光学系统105中的工作距离的光学系统，也就是检测光盘101和一组两个物镜119之间的间隔。

在第二光学系统105中通过沿着光轴移动一组两个物镜119来执行聚焦推进操作，由于一组两个物镜119的NA很大，聚焦推进范围是很窄的，光盘101和一组两个物镜119之间的工作距离不能大于0.5mm。因此，如果光盘101存在表面偏差，或者是光盘101的高度偏离了一个参考值，光盘101就可能会在聚焦推进操作期间碰到一组两个物镜119。

因此，在第二光学系统105执行聚焦推进操作期间，第一光学系统104可以作为一个辅助装置，用来防止光盘101碰到一组两个物镜119。

也就是说，在第二光学系统105执行聚焦推进操作期间，从光源106发出的激光照射在光盘101上，并且用光电检测器110来接收和检测聚焦误差信号。根据这种聚焦误差信号就可以检测出装载在通常和物镜109一同使用的鼓轮上的一组两个物镜119的大致位置。根据由第一光学系统104检测到的一组两个物镜119的位置信息，光头100驱动双轴驱动器111，防止光盘101碰到一组两个物镜119。

同时，如果一组两个物镜119明显地偏离了第一光学系统104的聚焦推进范围，第一光学系统104可能就不能产生聚焦误差信号。来自光盘101的整个反射光是用第一光学系统104来检测的，并且根据检测到的等级在第一光学系统104的聚焦推进范围内推进一组两个物镜119。

因此，在这种光头100中，第一光学系统104被用作一个负责聚焦推进的辅助光学系统，以便用第二光学系统105复制光盘101，无论光盘101有没有表面或是高度的偏差，都能实现正确的聚焦推进，不会让一组两个物镜119碰到光盘101。

第一光学系统104用于聚焦推进的辅助功能或是工作距离检测方法也可以用除了球面象差方法以外的方法来实现，例如微分同心圆方法。

光头1使用准直透镜14的驱动器作为使准直透镜13在消除由光盘2的光透射层4的厚度而产生的球面象差的方向上移动的装置。光头1还使用准直透镜121的驱动器作为移动装置，使准直透镜115在消除由光盘101的光透射层103的厚度而产生的球面象差的方向上移动。以下要参见图12和13说明这些移动装置(以下称为透镜驱动机构)的结构。

图12和13所示的透镜驱动机构160使准直透镜在消除由信息记录媒体的光透射层的厚度而产生的球面象差的方向上移动。透镜驱动机构160包括一个与光轴平行布置的参考轴161，与光轴平行布置的一个副参考轴162，以及支撑在这些参考轴161，162上的一个准直透镜支架163。

参考轴161和副参考轴162被安装和固定在光头的一个静止部分上。准直透镜支架163被支撑着并且沿着光轴相对于这些参考轴161，162做滑动运动。通过移动来消除球面象差的准直透镜被装载在准直透镜支架163上。通过沿着参考轴161，162往复移动准直透镜支架163，透镜驱动机构160使装载在准直透镜支架163上的准直透镜相对于光轴方向往复平移移动。

透镜驱动机构160还包括一个驱动机构，用来使准直透镜支架163沿着参考轴161和副参考轴162往复移动，作为用来移动准直透镜支架163的动力源的一个dc电机164，一个传动装置165，用来将dc电机164的旋转运动转换成沿着光轴的平移运动，并且将平移运动传递给准直透镜支架163。利用传动装置165将准直透镜支架163的旋转运动转换成沿着光轴的平移运动，使准直透镜支架163发生移动，让准直透镜在消除由信息记录媒体的光透射层的厚度而产生的球面象差的方向上移动。

传动装置165包括安装在准直透镜支架163上的一个齿条166，安装在dc电机164的旋转轴上的第一齿轮167，用来传递dc电机164的旋转动力，一个第二齿轮168，用来将dc电机164的旋转运动转换成沿着光轴的平移运动，以及一个第三齿轮169，用来将被第二齿轮168转换成沿着光轴的平移运动的驱动力传递到齿条166上。

透镜驱动机构160包括一个安装在光头的静止部分上的基座170。dc电机164，第二齿轮168以及第三齿轮169被安装在基座170上。驱动力从第三齿轮169传递到齿条166上，齿条166是由两个齿条166a，166b构成的双齿条结构，用来移动齿条166和第三齿轮169之间的轮齿。用一个弹簧171将齿条166a，166b连接到一起。

如果需要用这一透镜驱动机构160来移动准直透镜，就转动dc电机164使第一齿轮167转动。第一齿轮167的转动被传递到第二齿轮168，转换成沿着光轴的平移运动。被第二齿轮168转换成沿着光轴的平移运动的驱动力通过第三齿轮169传递给齿条166。

齿条166被安装在准直透镜支架163上，支架被支撑着相对于参考轴161，162沿着光轴滑动。这样，准直透镜支架163就能在通过第三齿轮169传递到齿条166上的驱动力的作用下沿着光轴移动，从而使装载在准直透镜支架163上的准直透镜沿着光轴移动。

利用上述的透镜驱动机构160可以使准直透镜准确地移动。这样就能用这一透镜驱动机构160充分地消除由光透射层的厚度变化造成的球面象差。

在上述的透镜驱动机构160中，dc电机164可以采用一个脉冲驱动式的步进电机，每一个脉冲的转动使准直透镜移动的距离是13.8μm。如果在以下的例子中的光学系统中使用这种电机，相对于光透射层的厚度变化而言，dc电机的每一个脉冲的转动对球面象差的校正量大于等于0.2μm。这样就足以校正由于光透射层的厚度变化而产生的球面象差。

另外，上述的透镜驱动机构160结构比较简单，并且可以减少尺寸和成本。

以下要说明体现了本发明的光头的光学系统的一些最佳实施例。

在以下的说明中，包括透镜的光学系统的具体实施例是用来解释如何通过移动准直透镜来校正球面象差的。值得注意的是，准直透镜的移动距离或是精度仅仅取决于物镜的光出射一侧的数值孔径NA和设在光盘的距离层上面的光透射层的厚度，与物镜的结构无关。因此，在物镜的光出射一侧上的数值孔径NA的具体数值是给定的，但是省略了其他的透镜数据。

另外，在以下的说明中分别解释了使用粘接的球面透镜作为准直透镜的一个例子(例1)和使用表面相位式全息透镜作为准直透镜的一个例子(例2)。然而，也可以用一种非球面透镜或是Fresnel透镜作为准直透镜。此外电可以使用一种所谓的体积相位式全息透镜。例1

图14表示本实施例的一种光学系统。图示的光学系统表示用来记录/复制光盘50的光头的光学系统中的基本部分，在光盘的基片50a表面上设有一个记录层，在记录层上面还设有一个光透视层50b。在光源和物镜51之间布置着一个衍射点阵52，一个偏振射束分离器53，一个准直透镜54，以及一个孔径挡板55。准直透镜54是用无色的第一透镜54a和第二透镜54b构成的一个粘结的球面透镜。透镜54a，54b都是球面透镜。入射光一侧的数值孔径NA被设定在0.14。

在表1中表示了这种光学系统的透镜数据。表1中所示的透镜数据包括一个物镜面OBJ，衍射点阵52的光入射面s1和光照射面s2，偏振射束分离器53的光入射面s3和光出射面s4，准直透镜54的第一透54a的光入射面s5，构成准直透镜54的第一和第二透镜54a，54b的粘结面s6，以及准直透镜54的第二透镜54b的光出射面S7。在表1中，s8是一个虚构的表面，而STO是与物镜51相联系的一个孔径挡板55。

表1

表面号	曲面半径	从轴向上分离	折射率ηd	色散系数
					OBJ	∞	0.00000
s1	∞	2.800000	1.51680	64.17
					s2	∞	10.130000
s3	∞	2.200000	1.51680	64.17
					s4	∞	1.734906
s5	22.03200	1.630000	1.78472	25.76
					s6	8.21300	2.100000	1.58267	46.47
s7	-11.74000	3.265094
					s8	∞	0.000000
STO	∞	0.000000

假设光盘50的光透视层50b的厚度是0.1mm，物镜51的数值孔径NA是0.85，而采用的光的波长λ是635nm。物体与光学系统的图象之间的比例系数是0.1891。

图15表示在上述光学系统中的光透视层50b的厚度误差与波前象差之间的关系。同时，在出射光瞳面上的标准偏差WFB_rms在图15中是用波前象差来表示的，并且用λ来表示所采用的光的波长。另外，对于准直透镜54没有移动的情况也就是在球面象差没有得到校正的情况下，在图15中用虚线A1和实线A2来表示光透视层50b的厚度误差与波前象差之间的关系，在移动准直透镜54的情况下，也就是根据光透视层50b的厚度误差对球面象差进行校正的情况下，用一条虚线A3来表示。

参见图15，如果光透视层50b没有厚度误差，这种光学系统中的波前象差大约是0.003λ。从图15中可见，如果不移动准直透镜54，波前象差就会急剧增大。然而，如果根据光透视层50b的厚度误差来移动准直透镜54，由光透视层50b的厚度误差产生的波前象差就能得到明显的抑制。

具体地说，通过移动准直透镜54可以使波前象差得到抑制，如以下的公式(12)所示：

     ΔL≈21Δt    …(12)

即使是光透视层50b的厚度发生变化，例如光透视层50b的厚度误差处在±10μm的量级，仍可以将波前象差抑制在不大于0.01λ。

在上述的公式(12)中，ΔL是准直透镜54的移动量，其正方向是准直透镜远离光盘50的移动方向，而Δt是光透视层50b的厚度误差。例2

图16表示本实施例的一种光学系统。图示的光学系统表示用来记录/复制光盘60的光头的光学系统中的基本部分，在光盘的基片60a表面上设有一个录层，在记录层上面还设有一个光透视层60b。在光源和物镜61之间布置着一个由全息透镜构成的准直透镜54，以及一个孔径挡板63。

在表2中表示了这种光学系统的透镜数据。表2中所示的透镜数据包括一个物镜面OBJ，准直透镜62的光入射面s1和光照射面s2，以及一个虚构的表面s3。另外，STO是与物镜61相联系的一个孔径挡板63。

表2

表面号	曲面半径或是相位差函数的系数	从轴向上分离	折射率ηd	色散系数
					OBJ		14.000000
s1	C1：-3.5714E-02C2：4.5549E-05C3：-1.1354E-07C4：0.0	1.000000	1.515014	64.17
					s2	∞	0.860000
s3	∞	0.000000
					STO	∞	0.000000
相位差函数：m＝C1R2+C2R4+C3R6+C4R8

假设光盘50的光透视层60b的厚度是0.1mm，物镜61的数值孔径NA是0.85，而采用的光的波长λ是635nm。物体与光学系统的图象之间的比例系数是0.1891。

同时，准直透镜62是一种所谓的表面相位型全息透镜，适合按照入射光的相位差对入射光进行衍射，在透镜的入射光一侧的数值孔径NA等于0.16。

对准直透镜62的透镜表面进机加工，对入射光产生相位差。也就是说，对准直透镜62的透镜表面进行机加工，对发射的光产生相位差，从而产生衍射的光。在本实施例的光学系统中，通过准直透镜62上的衍射获得的第一级衍射光落在物镜61上。

准直透镜62最好是具有传播的形状，也就是一种锯齿形状。如果采用锯齿形状的准直透镜62，几乎100％的入射光都会变成第一级衍射光，这样就能获得很高的光利用效率。

准直透镜62的特性可以用以下的相位差函数公式(13)来表示：

         m＝C1R²+C2R⁴+C3R⁶+C4R⁸       …(13)其中的m代表衍射参考波长下的光程差。如果在制作准直透镜时假设两点光源是处在无穷远的位置，在上述公式(13)中就可以用基片上的极坐标多项式来表示用表面相位型全息透镜构成的准直透镜62的各个表面中的相位偏差。本实施例中采用的准直透镜62是一种全息透镜。其中的相位差函数是一种轴对称的全息透镜。在上述的公式(13)中，R代表从光轴算起的距离。在表2中，C1， C2，C3和C4代表相位差函数的系数，准直透镜62的衍参考波长被设定在635nm。

在上述光学系统中，光透视层60b的厚度误差与波前象差的关系如图17所示，与图16类似，在波前差的出射光瞳面上的标准偏差WFE_rms是由用λ表示的光的波长来代表的。在图17中，在根据光透视层60b的厚度误差移动准直透镜62的情况下，实线A4表示光透视层60b的厚度误差与波前象差之间的关系，用虚线A5表示对波前象差进行校正的情况。

参见图17，如果光盘60的光透视层60b没有厚度误差，这一光学系统中的波前象差大约是0.003λ。从图17中可见，如果根据光透视层60b的厚度误差移动准直透镜62，就能够明显地抑制由于光透视层60b的厚度误差而产生的波前象差。具体地说，如果按照公式(14)来移动准直透镜62，波前象差就能受到抑制：

           ΔL≈14Δt    …(14)与光透视层60b的厚度变化无关。

在以上的公式(14)中，ΔL是准直透镜62的移动量，其正方向是准直透镜的移动方向，而Δt是光透视层60b的厚度误差。

同时，如果按照例1或2的方式移动准直透镜，在透镜之间有可能产生偏差，或者是有可能在透镜表面上出现倾斜现象。这种偏差或是倾斜会造成彗形象差或是球面象差。如果彗形象差或是球面象差急剧增大，系统就会发生故障。由于在准直透镜上入射光一侧的数值孔径NA很小，例1或2的光学系统不容易在透镜之间造成偏差或是透镜表面的倾斜。具体地说，大约30μm的偏差或是0.1°左右的透镜表面倾斜在实际使用中不会给光学系统造成问题，因为此时的彗形象差或是球面象差是很小的。

Claims (20)

1.用于信息记录媒体的一种光头，在信息记录媒体上用来记录信息信号的记录层上面具有一个光透射层，这种光头包括：

一个用来发光的光源；

一个物镜。用来通过上述光透射层将来自上述光源的光会聚到上述记录层上；

设置在上述光源和物镜之间的一个具有预定折射率的光学元件；以及

根据上述光透射层的厚度来移动上述光学元件的一个移动装置。

2.按照权利要求1的光头，其特征是上述光头中的光学元件是一个准直透镜。

3.按照权利要求1的光头，其特征是上述光透射层的薄膜厚度不大于0.47mm，并且上述物镜的数值孔径NA不小于0.65。

4.按照权利要求1的光头，其特征是上述移动装置包括一个与从光源射向光学元件的光的光轴基本上平行的参考轴；

用来支撑上述光学元件并且能够沿着上述参考轴移动的光学元件支撑装置；

一个电机；以及

一个传动装置，用来将电机的转动转换成平行于上述光轴的平移运动，并且将这种平移运动传递给上述光学元件支撑装置；

上述传动装置将电机的转动转换成平行于上述光轴的平移运动，用来移动上述光学元件支撑装置，进而使上述光学元件发生移动，从而根据上述光透射层的厚度来消除球面象差。

5.按照权利要求1的光头，其特征是上述光头进一步包括一个双轴驱动器，用来在沿着光轴的方向和与其垂直的方向上移动上述物镜。

6.按照权利要求5的光头，其特征是上述双轴驱动器是一个鼓轮，它可以绕着与物镜的光轴平行的一个轴转动，并且可以沿着上述轴滑动，上述双轴驱动器可以用来支撑物镜。

7.按照权利要求1的光头，其特征是上述双轴驱动器使上述光学元件在沿着光轴的方向上朝着消除光透射层的厚度变化所产生的球面象差的方向移动。

8.按照权利要求1的光头，其特征是输出激光的波长不大于650nm。

9.一种记录和/或复制装置，用来在一种信息记录媒体的记录层上记录和/或复制信息信号，在这种记录媒体上还有一个光透射层，该装置包括：

用来检测上述光透射层厚度的厚度检测装置；以及

一个用于信息记录媒体的光头，在信息记录媒体上用来记录信息信号的记录层上面具有一个光透射层，这种光头包括：

一个用来发光的光源；

一个物镜，用来通过上述光透射层将来自上述光源的光会聚到上述记录层上；

设置在上述光源和物镜之间的一个具有预定折射率的光学元件；以及

根据上述厚度检测装置检测到的上述光透射层的厚度来移动上述光学元件的移动装置。

10.按照权要求9的录和/或复制装置，其特征是上述光学元件是一个准直透镜。

11.按照权利要求9的记录和/或复制装置，其特征是上述光透射层的薄膜厚度不大于0.47mm，并且上述物镜的数值孔径NA不小于0.65。

12.按照权利要求9的记录和/或复制装置，其特征是上述移动装置包括一个与从光源发出并且落到光学元件上的光的光轴基本上平行的参考轴；

用来支撑上述学元件并且能够沿着上述参考轴移动的光学元件支撑装置；

一个电机；以及

一个传动装置，用来将电机的转动转换成平行于上述轴的平移运动，并且将这种平移运动传递给上述光学元件支撑装置；

上述传动装置将电机的转动转换成平行于上述光轴的平移运动，用来移动上述光学元件支撑装置，进而使上述光学元件发生移动，从而根据上述光透射层的厚度来消除球面象差。

13.按照权利要求9的记录和/或复制装置，其特征是上述光头进一步包括一个双轴驱动器，用来在沿着光轴的方向和与其垂直的方向上移动上述物镜。

14.按照权利要求9的记录和/或复制装置，其特征是上述双轴驱动器是一个鼓轮，它可以绕着与物镜的光轴平行的一个轴转动，并且可以沿着上述轴滑动，上述双轴驱动器可以用来支撑物镜。

15.按照权利要求9的记录和/或复制装置，其特征是上述双轴驱动器上述光学元件在沿着光轴的方向上朝着消除光透视层的厚度变化所产生的球面象差的方向移动。

16.按照权利要求9的记录和/或复制装置，其特征是输出激光的波长不大于650nm。

17.一种记录和/或复制方法，用来在一种信息记录媒体的记录层上记录和/或复制信息信号，在这种记录媒体上还有一个光透射层，该方法包括：

采用一个具有发光光源的光头，一个物镜，用来通过上述光透射层将来自上述光源的光会聚到上述记录层上，以及设置在上述光源和物镜之间的一个具有预定折射率的光学元件；并且

检测上述光透射层的厚度，根据检测的结果来移动上述光学元件，从而消除球面象差。

18.按照权利要求17的记录和/或复制方法，其特征是上述光学元件采用一个准直透镜。

19.按照权利要求17的记录和/或复制方法，其特征是光透视层的厚度不大于0.47nm，并且物镜的数值孔径NA不小于0.65。

20.一种用来检测设在信息记录媒体的一个记录层上的光透射层厚度的检测方法，在上述记录层上适合记录信息信号，该方法包括：

从一个光源发光；

用一个物镜将上述光源发出的光会聚到上述信息记录媒体上；

用一个用来检测聚焦误差信号的光电检测器来接收由上述物镜会聚到上述信息记录媒体上并且从上述信息、记录媒体上反射的返回光，并且

根据上述光电检测器反射的返回光和上述光透射层的表面反射的返回光产生的上述聚焦误差信号中的信号部分检测出上述光透射层的厚度。

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