CN1252688C - 光扫描装置 - Google Patents

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Abstract

用于扫描信息层(2)的一种光扫描装置(1)包括：用于提供第一辐射束(14)的辐射源(6)；具有光轴(oo’)的透镜系统(7)；以及检测系统(8)，包括：(i)散光发生元件(9)，用于产生利用矢量(Wo，1，θ1)代表的第一散光量(W1)，以便将辐射束变换成第一散光辐射束(29)；(ii)散光校正元件(27)，用于产生利用矢量(Wo，2，θ2)代表的第二散光量(W2)，以便将第一散光辐射束变换成利用矢量(Wo，3，θ3)代表的具有第三散光量(W3)的第二散光辐射束(30)；以及(iii)检测器(28)，用于将第二散光辐射束变换成电信号。按照本发明，使W3适合于检测器，并且Wo，2和θ2基本上符合以下公式：(Wo，2，2θ2)＝(Wo，3，2θ3)-(Wo，1，2θ1)。

Description

光扫描装置
技术领域
本发明涉及用于扫描信息层的一种光扫描装置，该装置包括：(a)用于提供第一辐射束的辐射源；(b)用于将所述第一辐射束变换成所述信息层中的扫描光点的透镜系统，透镜系统有光轴；以及(c)检测系统，包括：
散光(astigmatism)发生元件，用于产生第一散光量W1，以便将所述第一辐射束变换成具有第一焦线(focal line)和比所述第一焦线更远离所述散光发生元件的第二焦线的第一散光辐射束，所述第一散光量在垂直于所述光轴的一个参考平面内用矢量(W0，1，θ1)表示，其中W0，1代表W1的大小，而θ1代表所述第一焦线与垂直于所述光轴的一个参考轴之间的角度；
散光校正元件，用于产生第二散光量W2，以便将入射的未散光的辐射束变换成具有第三焦线和比所述第三焦线更加远离所述散光校正元件的第四焦线的出射散光辐射束，所述第二散光量在所述参考平面内利用矢量(W0，2，θ2)来表示，其中W0，2代表W2的大小，而θ2代表所述第三焦线与垂直于所述光轴的参考轴之间的角度，
该散光校正元件将所述第一散光辐射束变换成具有第三散光量W3以及第五焦线和比所述第五焦线更加远离所述散光校正元件的第六焦线的第二散光辐射束，所述第三散光量在所述参考平面内用矢量(W0，3，θ3)表示，其中W0，3代表W3的大小，而θ3代表所述第五焦线与垂直于所述光轴的参考轴之间的角度；以及
用于将所述第二散光辐射束变换成电信号的检测器。
背景技术
在本文的说明书中，“扫描信息层”是指用辐射束扫描，以便从信息层中读出信息(“读出模式”)、在信息层上写入信息(“写入模式”)和/或从信息层中擦除信息。
在本说明书中，散光量的特征如下。考虑具有一个光轴、一个入射面(entrance surface)和一个出射面(exit surface)的光学元件，并且光学元件产生一定量的散光W，以便将入射的非散光辐射束变换成出射的散光辐射束，后者具有第一焦线和比第一焦线更远离出射面的第二焦线。在垂直于光轴的一个参考平面(XY)内用矢量(W0，θ)表示这一散光量W，其中W0代表W的大小，而θ是代表W的方向的一个角度。用Seidel系数来代表大小W0；也可以利用Zernlike系数、波前像差的峰值、“散光距离”或纵向像差(它对应着第一和第二焦线之间的距离)来表示。角度θ利用第一焦线的方向与垂直于光轴的一个参考轴(X)之间的角度来表示。
一般来说，将扫描光点保持在轨迹上是重要的，也就是维持扫描光点聚焦在被扫描的信息层上，并且将扫描光点维持在被扫描轨迹的中心线上。在下文中，对于给定的轨迹，其“径向”是指轨迹与盘中心之间的方向，而“切向”是指与轨迹正切并与径向垂直的方向。
为了维持扫描光点聚焦在被扫描的信息层上，通常是按照所谓的“散光方法”形成一个“聚焦误差信号”，可以参见G.Bouwhuis，J.Braat，A.Huijser等人所著的书“Principles of Optical DiscSystems，”p.75-80(Adam Hilger 1985)(ISBN 0-85274-785-3)。这种方法是基于故意引入在辐射束的光路内的一种叫做散光的光学像差。具体地说，散光发生元件将辐射束变换成有散光的辐射束，散光相对于径向有一个角度(最好是45°)。检测器将这一散光辐射束变换成聚焦误差信号，进而用这一信号沿着透镜系统的光轴机械调节其位置，以维持扫描光点聚焦在信息层上。在扫描光点聚焦在信息层上时，光点在检测器上的形状就是圆形，并因此聚焦误差信号为0。在光点距信息层太近或太远时，通过透镜系统被光盘反射的辐射束就会发散或会聚：光点在检测器上的形状是椭圆形并因此聚焦误差信号不是零。
为了将扫描光点维持在右轨迹上，可以具体按照上述G.Bouwhuis等人所著的书上第70-73页的所谓“径向推-拉方法”来形成“径向跟踪误差信号”。进而用这一信号沿着径向机械调节透镜系统的位置，以维持扫描光点聚焦在必须被扫描的信息层的轨迹中。
说明书的图1a表示按照公知配置的一种常规光扫描装置，它能够产生聚焦误差信号和径向跟踪误差信号。这种公知装置沿着轨迹的中心线扫描光学记录载体的轨迹。参见图1a，“X0”和“Y0”分别是平行于径向和切向的两个参考轴，而“Z0”是连同X0和Y0构成一个正交坐标系(orthogonal base)的一个参考轴。这种公知装置包括两个轴(shaft)Sa和Sb及光扫描头OH。光扫描头能够沿着轴Sa和Sb在平行于轴X0的方向上移动，从而允许从一个轨迹扫描到另一轨迹，并且调节扫描光点在被扫描轨迹中心线上的位置。光扫描头OH包括辐射源RS、透镜系统LS和检测系统DS。透镜系统LS包括准直仪物镜(collimator len)CL、物镜OL和平面反射镜(图1a中没有表示)。平面反射镜沿着Z0轴布置在物镜OL下面。反射镜面的法线在Z0轴和一个参考轴Z之间划分90°角。如图1a所示，“Z”是与检测器D和准直仪物镜CL之间的光轴具有相同方向的参考轴。Z轴与切向Y0构成45°角。在扫描期间，辐射束从辐射源RS中发出并通过透镜系统LS被指向将被扫描的轨迹。该辐射束随后以主反射辐射束和衍射辐射束(主要是+1阶衍射辐射束和-1阶衍射辐射束)的形式反射在将被扫描的轨迹上。衍射辐射束在主辐射束的截面内具有半波瓣的形状。主反射辐射束及+1阶衍射辐射束和-1阶衍射辐射束通过透镜系统LS被指向检测系统DS。检测系统DS包括(1)用作分束器和散光发生元件的平行平面板PPP和(2)检测器D。按照图1a所示的配置中，板PPP的取向使得由于散光产生的射束的焦线与垂直于Z轴并处在图的平面内的一个参考轴N具有0°或90°角。轨迹的方向(即沿着Y0轴的切向)和反射镜的取向使得+1阶衍射瓣和-1阶衍射瓣与检测器D上的N轴形成45°角。在这种情况下，焦线和波瓣之间的45°角允许采用象限检测器作为检测器D来分别用推-拉方法和散光方法产生径向误差信号和聚焦误差信号。
然而，出于诸如机械空间等的机械原因，最好采用图1b中所示的0°或90°取向。
图1b的公知装置与图1a的公知装置具有相同的部件但是按不同的配置排列。参见图1b，“X1”和“Y1”是分别与径向和切向平行的两个参考轴，而“Z1”是和X1和Y1共同构成一个正交坐标系的一个参考轴。图1b的公知装置沿着一条平行于轴Y1的光记录载体轨迹的中心线扫描该轨迹。光扫描头OH能够在平行于轴X1的方向上沿着轴Sa和Sb移动。透镜系统LS的平面反射镜(在图1b中未表示)被沿着轴Z1布置在物镜OL下面。反射镜平面的法线在轴X1和Z1之间划分45°角。
然而，按照图1b配置，光扫描装置存在一个缺点，即没有另外的措施就不能同时形成聚焦误差信号和径向跟踪误差信号。正如参照图1a所解释的那样，板PPP的取向会造成由于散光产生的射束的焦线相对于轴N形成0°或90°角。轨迹的方向(也就是沿Y1轴的切向)和反射镜的取向造成检测器D上的+1阶衍射瓣和-1阶衍射瓣相对于轴N形成-90°或+90°角。在这种情况下，通过使用象限检测器作为检测器D，波瓣和焦线的相互取向就不允许分别用推-拉方法和散光方法同时产生径向误差信号和聚焦误差信号。
美国专利US4,731,527提出了补救这一缺点的一种方案。按照这种公知方案，检测系统还包括利用柱面透镜构成的一个散光校正元件。如US4,731,527中所述，散光发生元件产生第一散光量Wa，而散光校正元件产生第二散光量Wb。布置柱面透镜，以使得散光量Wc为象限检测器提供最高灵敏度，即按照“散光方法”相对于径向成45°取向。按照US4,731,527，这是在散光量Wa，Wb和Wc满足以下公式时实现的：
    Wc＝Wa+Wb                                     (1)
按照公式(1)，本说明书的图2表示在垂直于检测系统光轴的一个参考平面XY内的散光量Wa，Wb和Wc之间的关系，其中的W0，a，W0，b和W0，c分别是散光量Wa，Wb和Wc的大小，而θa，θb和θc分别是Wa，Wb和Wc的角度。对散光量采用矢量表示法可以将公式(1)表达如下：
(W0，c，θc)＝(W0，a，θa)+(W0，b，θb)           (2)
然而，US4,731,527的指导并不完善，因为它不提供理想的散光校正。
在现有技术中例如美国专利US4,968,874还公开了包括散光校正元件的其它光扫描装置。
US专利4968874描述了在开头一段所述的一种光扫描装置，其中的散光校正元件包括用于补偿由散光发生元件产生的散光的第一各向异性曲面和用于在任意方向上也就是相对于径向成45°的方向产生新的散光的第二各向异性曲面。
US专利4,968,874中所述的散光校正元件的一个缺点是它包括难以制作的两个各向异性曲面。
发明内容
本发明的目的是提供一种补救上述缺点的光扫描装置，它按照“散光方法”提供散光像差，并且易于制作。
按照本发明，这些目的是用开头一段所述的一种光扫描装置实现的，其特征在于，使W3适合于所述检测器，并且W0，2和θ2大致满足：
         (W0，2，2θ2)＝(W0，3，2θ3)-(W0，1，2θ1)。
本发明的光扫描装置的一个优点是允许本领域技术人员按照需要来校正散光，从以下的进一步说明中可以看出(特别是参照表3和4)。
按照光扫描装置的最佳实施例，散光校正元件是由有一个对称轴线的柱面构成的，所述对称轴线相对于第一焦线形成预定的第一角度，这一角度的值取决于理想角度、第一散光距离和第二散光距离。
用柱面构成散光校正元件的一个优点是，与参照US专利4968874所述的两个各向异性曲面的情况相比，一个各向异性曲面易于制作。在本文中，“各向异性曲面”是指在两个相互垂直的方向上具有不同曲率和/或非球面系数的表面。
具有柱面的散光校正元件的另一个优点是，柱面对机械公差的变化不像参照US专利4968874所述散光校正元件中的各向异性曲面那样敏感。
在光扫描装置的最佳实施例中，散光发生元件是利用一个平行平面板构成的，在板的法线方向与光轴之间有预定角度的倾斜。这一实施例还可以用作分束器，以便在透镜系统的方向上改变辐射源的辐射束方向。
用平行平面板构成散光发生元件的一个优点是，这种平行平面板比市场上现存的其它散光发生元件(例如分束立方体)要便宜。
用平行平面板构成散光发生元件的另一个优点是，平行平面板比分束立方体要薄，从而使得光扫描装置更加紧凑。
附图说明
根据以下参照附图对本发明的详细描述就能理解本发明的目的、特征及其优点，在附图中：
图1a和1b分别表示按第一配置和第二配置中的一种公知光扫描装置；
图2的曲线表示按照现有技术文献教导的三种散光量之间的关系；
图3示意地表示按照本发明一个实施例的光扫描装置的组成部分；
图4的曲线表示按照本发明的三种散光量之间的关系；
图5的示意图表示图3所示的检测系统的第一实施例；
图6的示意图表示图3所示的检测系统的第二实施例；
图7和8的示意图分别代表在图5和6中所示的象限检测器上形成的中心辐射束，一个具有根据本发明的校正，一个没有根据本发明的校正；和
图9和10的示意图分别代表在图5和6中所示的象限检测器上形成的伴线(satellite)辐射束，一个具有根据本发明的校正，一个没有根据本发明的校正。
具体实施方式
图3的示意图表示按照本发明的用于扫描光学记录载体3的信息层2的光扫描装置1的组成部件。图3中所示的组成部件的配置与图1b的配置相同；然而，在图3中为了清楚起见没有画出参照图1b所述的透镜系统的反射镜。显然，作为一种纯粹是随意的选择并且参见图3，下述的“X-轴”和“Y-轴”分别是对应着光学记录载体的径向和切向的参考轴，而“Z-轴”是与光扫描装置1的光轴平行的一个参考轴。
如图所示，光学记录载体3包括一个透明层4，在其一侧布置有信息层2。在信息层2背离透明层4的一侧用保护层5来防护环境的影响。如图3所示，层2，4和5在图3中所示的X-轴和Y-轴的方向上是平面的。透明层4作为载体3的基板，用于为信息层2提供机械支撑。或者，透明层4仅仅具有保护信息层2的功能，而利用信息层2另一侧上的一层提供机械支撑，例如利用保护层或利用连接到最上层信息层的一个附加信息层和透明层。信息层2是载体3上含有轨迹的一个表面。“轨迹”是被聚焦辐射束跟踪的一条路径，在该路径上布置有代表信息的光学可读取标记。这些标记可以采取反射系数或磁化方向与周围不同的坑(pit)或区(area)的形式。对于具有盘形的光学记录载体3，相对给定的轨迹定义如下：“径向”是轨迹和盘中心之间的方向，而“切向”是与轨迹正切并垂直于“径向”的方向。
如图3所示，光扫描装置1包括辐射源6、具有光轴00’的透镜系统7和检测系统8。X-轴垂直于光轴00’并与径向平行。Y-轴与光轴00’和X-轴垂直。Z-轴平行于光轴00’，并因而垂直于X-轴和Y-轴。
如图3所示，光扫描装置1优选还包括分束器、侍服电路10、聚焦激励器11和径向激励器12、以及用于纠错的信息处理单元13。
辐射源6用于提供辐射束14。辐射源6优选包括至少一个按选定的波长λ发射辐射束14的半导体激光器。例如，对于具有所谓DVD格式的光学记录载体3，辐射束14的波长λ在620到700nm之间，最好是等于660nm，而对于具有所谓DVR格式的光学记录载体3，波长λ优选等于405nm。更优选地，辐射源6还包括一个光栅结构6’，用于利用中心辐射束14形成两个伴线辐射束(在图中没有表示)；伴线辐射束被用来产生径向跟踪误差信号。
分束器被用来朝着透镜系统7反射辐射束14(及两个伴线辐射束)。在图3所示的最佳实施例中，分束器是利用相对于光轴00’倾斜的平行平面板9构成的，以便相对于此轴形成一个角度α。此角度α优选等于45°。或者，可以用光栅结构或全息图构成这种分束器。
透镜系统7被用来将辐射束14变换成聚焦辐射束17，以便在信息层2的位置上形成一个扫描光点18。透镜系统7优选包括第一物镜19。它还包括一个准直仪物镜20和第二物镜21。在辐射束17的数值孔径(aperture)接近0.85的情况下，最好同第一物镜20一起使用第二物镜21，而在辐射束17的数值孔径小于0.65的情况下，仅仅使用第一物镜20。
准直仪物镜20被用来将辐射束14(及两个伴线辐射束)变换成基本上准直的辐射束22。
物镜19被用来将准直的辐射束23变换成会聚辐射束17。物镜19具有用于接收辐射束22的入射面19a和用于输出会聚射束17的出射面19b。
第二物镜21用于将会聚辐射束23变换成聚焦的辐射束17。透镜21可以是一个平凸透镜，其入射凸面21a面对着物镜19的出射面19b，而其平出射面21b面对着信息层2的位置。显然，第二物镜21配合第一物镜9构成一个双合透镜系统，与单一透镜系统相比具有的优点是光学元件有较大的相互位置公差。另外，每个物镜19和21的一个或两个面最好是非球面。
如图所示，如果光学记录载体3是DVD格式的，聚焦辐射束17的数值孔径对“读出模式”应该是接近等于0.6，而对“写入模式”最好是0.65。
在扫描过程中，正向聚焦辐射束17发射在信息层2上，从而形成在正向聚焦辐射束17的光路上返回的反向辐射束24。透镜系统7将反向辐射束24变换成第一反向辐射束25。最后，由分束器9通过向检测系统8发射至少一部分反向辐射束25来从反向辐射束25中分离出正向辐射束14。
检测系统8被用来捕捉辐射束25(以及在图3中没有表示的相应的伴线辐射束)并将它们变换成一个或多个电信号。有一个信号是信息信号Idata，其数值代表信息层2上扫描到的信息。由用于纠错的信息处理单元13处理这一信息信号Idata。来自检测系统8的其它信号是聚焦误差信号Ifocus和径向跟踪误差信号Iradial。信号Ifocus代表沿着扫描光点18与信息层2的位置之间的光轴00’的轴向高度差。最好是按照上述的“散光方法”来形成该信号。信号Iradial代表扫描光点18与扫描光点18所要跟踪的信息层2上的一条轨迹中心线之间在信息层2平面内的距离。最好是按照上述的“径向推-拉方法”来形成信号Iradial。
侍服电路10被用来响应信号Ifocus和Iradial，用于分别提供用于控制聚焦激励器11和径向激励器13的侍服控制信号Icontrol。聚焦激励器11通过控制物镜19和21沿光轴00’的位置来控制扫描光点18的实际位置，使其与信息层2的平面基本上吻合。径向激励器13通过在垂直于光轴00’的方向上控制物镜19和21的位置来控制扫描光点18的径向位置，使其与信息层2上被跟踪的轨迹的中心线基本上吻合。
以下要进一步描述检测系统8的细节：它包括散光发生元件、散光校正元件27和象限检测器28。
散光发生元件产生第一散光量W1，以便将辐射束25变换成第一散光辐射束29，它具有第一焦线F1和比第一焦线F1更加远离散光发生元件9的第二焦线F2。第一和第二焦线F1和F2之间的距离Δf1在以下被称为“散光距离”。在垂直于光轴00’的一个参考平面XY内用一个矢量(W0，1，θ1)代表第一散光量W1，其中W0，1代表W1的大小，而θ1代表所述第一焦线与垂直于光轴00’的参考轴X之间的角度。
在图3所示的最佳实施例中，散光发生元件是利用同时还被用作分束器(如上所述)的平行平面板元件9构成的。也可以利用一个柱面透镜、环面元件或具有各向异性曲面或光栅线间距的全息图构成这种散光发生元件。以Seidal系数W22的形式表示大小W0，1。以下的公式给出了系数W22相对于波长λ归一化的均方根值W22rms：
W 22 rms = N A 2 d ( n 2 - 1 ) sin 2 ( α ) 2 λ 24 ( n 2 - sin 2 α ) 3 2 - - - ( 3 )
其中“d”是平行平面板的厚度，“n”是平行平面板的折射率，“α”是平行平面板与光轴的角度(最好是45°)，而“NA”是入射到平行平面板的辐射束的数值孔径。进一步的信息可以参见M.Born和E.Wolf的“Principles of Optics，”p.469-470(6th ed.)(Pergamon Press)(ISBN 0-08-09482-4)。
散光校正元件27产生第二散光量W2，从而将第一散光辐射束29变换成具有第三散光量W3的第二散光辐射束30。在参考平面XY内用一个矢量(W0，2，θ2)代表第二散光量W2，并在参考平面XY内用一个矢量(W0，3，θ3)代表第三散光量W3。按照定义，散光校正元件27产生散光量W2，以便将入射的非散光辐射束变换成出射的散光辐射束，它具有第三焦线F3和比焦线F3更远离元件27的第四焦线F4。焦线F3和F4之间的距离Δf2同样被称为“散光距离”。散光辐射束30同样具有第五焦线F5和第六焦线F6；焦线F5和F6之间的距离Δf3同样被称为“散光距离”。
检测器28将辐射束30变换成至少一个电信号，最好是利用具有两个垂直分隔线(separation line)的象限检测器构成检测器28。
具体地说，如果象限检测器28用于实施“散光方法”，它包括四个检测器元件C1到C4和第一电子电路(在图3中没有表示，可参见图5-10)。检测器元件C1到C4按以下四个独立象限的形式布置在XY-平面内：检测器元件C1与检测器元件C3对角布置；检测器元件C2与检测器元件C4对角布置；检测器元件C1和C4之间(及检测器元件C2和C3之间)的分隔线与X-轴平行；以及检测器元件C1和C2之间(及检测器元件C3和C4之间)的分隔线与Y-轴平行。检测器元件C1，C2，C3和C4被布置成分别提供四个检测器元件信号IC1，IC2，IC3和IC4，用于代表落在相关检测器元件上的辐射束14的光强度。第一电子电路被用来按以下公式将信号IC1到Ic4变换成聚焦误差信号Ifocus：
    Ifocus＝(IC1+IC3)-(IC2+IC4)                    (4)
通过按以下组合信号IC1，IC2，IC3和IC4可以按推-拉方法获得径向跟踪误差信号Iradial：
    Iradial＝(IC1+IC4)-(IC2+IC3)                   (5)
信号IC1到IC4的检测取决于焦线F5和F6与检测器元件C1到C4的分隔线之间的角度(也就是焦线F5与X-轴之间的角度)。显然，可以采用单光点和3-光点径向跟踪方法作为径向推-拉方法来形成信号Iradial。
另外，使W3适合于检测器28，使角度θ3相对于检测器28的分隔线成45°；检测器分隔线的取向是按照允许利用推-拉方法产生径向跟踪误差信号的方式选择的。按照本发明，W0，2和θ2基本上符合以下公式：
(W0，2，2θ2)＝(W0，3，2θ3)-(W0，1，2θ1)         (6)
图4表示在参考平面XY内公式(6)在散光量W1，W2和W3之间的关系。在XY平面内可以相对于任意选择的参考方向X来表示大小W3和角度θ3：大小W3和角度θ3在XY平面内是旋转不变的。
根据公式(6)进行运算，其中的大小W0，1等于一个任意选择值，W0，1 fix(若是按纵向像差表示则＝99μm)，角度θ1等于一个任意选择值，θ1 fix(＝90°)，大小W0，3根据装置中其它参数的要求等于一个理想值W0，3 des(1295μm)，而角度θ3根据散光方法的要求等于一个理想值θ3 des(即45°)。根据公式(6)可以计算出大小W0，2 cal2和角度θ2 cal2。表1表示这些大小和角度。
      W1 nx        W2 cal2      W3 des
W0，1 fix   θ1 fix W0，2 cal2   θ2 cal2 W0，3 des θ3 des
99μm   90° 1322μm   39° 1295μm 45°
                        表1
因而，按照本发明的指导，对于大小为99μm且角度为90°的散光量W1，用散光校正元件产生大小为1322μm且角度为39°的散光量就能获得理想的散光量W3，即大小为1295μm且角度为45°。
按照任意选择值W0，1 fix和θ1 fix以及计算值W0，2 cal2和角度θ2 cal2进行射线跟踪模拟的结果是：获得了大小值W0，3 sim2和角度值θ3 sim2。表2表示这些大小和角度。
     W1 fix       W2 cal2      W3 sim2
W0，1 fix θ1 fix W0，2 cal2 θ2 cal2 W0，3 sim2 θ3 sim2
99μm 90° 1322μm 39° 1298μm 45°
                      表2
如表2所示，按照模拟的结果，如果用大小为1322μm且角度为39°的散光量W2来校正大小为99μm且角度为90°的散光量W1，所得的散光量W3大小为1298μm且角度为45°，分别大致等于理想值1295μm和45°。换句话说，在按照本发明计算所得的大小值与通过模拟获得的值之间有0.2％的差，并且在按照本发明计算所得的角度值与通过模拟获得的值之间有小于1度的差。在本文中大小和角度值“大致等于”另一个大小或角度值是指这两个值之间的差小于5％。
以下要描述按照本发明的散光校正元件的两个实施例。图5的示意图表示散光发生元件9、散光校正元件27的第一实施例27’和象限检测器28。图6的示意图表示散光发生元件9、散光校正元件27的第二实施例27”和象限检测器28。
如图5所示，利用具有相对于XY平面内的X-轴形成预定的第一角度γcyl的对称轴Δ的柱面构成的散光校正元件27’。可以如下来表示角度γcy1：
γcy1-θ3＝Arcsin[W0，1sin(2(θ1-θ3))/(W0，3 2+W0，1 2-2W0，3W0，1cos(2(θ1-θ3)))]，
其中θ1-θ3，W0，1和W0，3满足以下条件：
W0，3 2+W0，1 2＞2W0，3W0，1cos(2(θ1-θ3))
而且，用柱面产生第二散光距离W0，2，以便将散光量W1的大小W0，1变换成散光量W3的大小W0，3。具体地说，散光距离W0，2可以定义如下：
W0，2＝[W0，3 2+W0，1 2-2W0，3W0，1cos(2(θ1-θ3))]1/2
其中θ1-θ3，W0，1和W0，3满足以下条件：
W0，3 2+W0，1 2＞2W0，3W0，1cos(2(θ1-θ3))。
显然，γcy1-θ3和W0，2的公式在用以下任何方式表达W0，1，W0，2和W0，3时是有效的：Seidel系数，Zernike系数，波前像差的峰值，“散光距离”或纵向像差(它对应着第一和第二焦线之间的距离)。
如图6所示，散光校正元件27”是利用如下布置的一个平面构成的。利用如下安排的一个平行平面板构成散光发生元件9：首先按照与检测器28相同的取向排列(用虚线方块表示)，其次沿着Y-轴旋转，以使板9的法线N1相对于Z-轴形成一个45度角α。用一个如下安排的平行平面板构成散光校正元件27”：首先按照与板9相同的取向排列(用虚线方块表示)，其次沿着Z-轴旋转，以使板27”的法线N2相对于X-轴形成一个角度β。按照散光方法，角度β最好等于45°。
纯粹为了便于表示，以下要详细说明按照本发明的校正效果。
图7和8的示意图分别表示按照本发明经过校正和未经校正的利用象限检测器28上的中心辐射束14形成的焦线。图9和10的示意图分别表示按照本发明经过校正和未经校正的在象限检测器28上形成的两个伴线辐射束。
图7涉及其中焦线F3与检测器元件C1和C2之间分隔线之间的角度θ3等于45°并且扫描光点18没有聚焦在信息层2上的情况。散光辐射束30的光点在检测器元件C1到C4上具有椭圆形状S1，其中椭圆形状S1的主轴相对于X-轴形成45°角(这一形状对应着散光量W3的一条焦线)。因此，按照公式(4)形成的信号Ifocus不是0。换句话说，有可能检测到聚焦误差。
图8涉及其中焦线F3与检测器元件C1和C2之间分隔线之间的角度θ3等于0°并且未按照本发明进行散光校正的情况。因而，散光辐射束30的光点在检测器元件C1到C4上具有椭圆形状S2，其中椭圆形状S2的主轴相对于X-轴形成0°角。因此，按照公式(4)形成的信号Ifocus等于0。换句话说，不可能检测到聚焦误差。
图9涉及其中焦线F 3与检测器元件C1和C2之间分隔线之间的角度θ3等于45°的情况。请注意Y-轴(参见图9)的方向对应着切向(也就是与被扫描轨迹正切的方向)。第一散光辐射束形成两个半波瓣S3和S4，而第二散光辐射束形成两个半波瓣S5和S6。半波瓣S3到S6的取向使其对准分隔线的方向，也就是轨迹的方向。因此，(按照公式(5)形成的)信号Iradial不是0。换句话说，检测到径向跟踪误差信号。
图10涉及其中焦线F3与检测器元件C1和C2之间分隔线之间的角度θ3等于0°并且没有根据本发明进行散光校正的情况。请注意Y-轴(参见图10)的方向对应着切向(也就是与被扫描轨迹正切的方向)。第一散光辐射束形成两个半波瓣S7和S8，而第二散光辐射束形成两个半波瓣S9和S10。半波瓣S7到S10的取向使其与分隔线的方向也就是轨迹的方向成45°角。因此，(按照公式(5)形成的)信号Iradial等于0。换句话说，不可能检测到径向跟踪误差。
应该注意到图7到10所示的形状对应着其中物镜19距信息层2过远的情况。在物镜19距信息层2过近(相对于Y-轴对称)的情况下会获得类似的形状。
显然，在不脱离权利要求书所限定的本发明范围的情况下还能对所述的实施例采取许多修改和变更。
作为一种变更，光扫描装置的类型能够执行同时的多轨迹扫描。这样能提高例如在美国专利US4449212中所述的“读出模式”下的数据读出和/或“写入模式”下的写入速度。按照美国专利US4449212中所述的的多轨迹方案引入在本文中以供参考。
作为一种改进，本发明的光扫描装置还包括一个侍服透镜，其入射面面对着散光发生元件9，而出射面面对着象限检测器28，其中利用侍服透镜的入射面构成散光校正元件27。选择地，也可以用出射面(代替入射面)构成散光校正元件27。
采用侍服透镜的入射面构成散光校正元件9的一个优点是有可能用侍服透镜的出射面来提供附加的光学功能。例如，出射面可以是球面曲面。

Claims (10)

1.一种光扫描装置(1)，用于扫描信息层(2)，该装置包括：
辐射源(6)，用于提供第一辐射束(4)；
透镜系统(7)，用于将所述第一辐射束变换成所述信息层的位置中的扫描光点(18)，该透镜系统具有光轴OO’；和
检测系统(8)，包括：
散光发生元件(9)，用于产生第一散光量W1，以便将所述第一辐射束变换成具有第一焦线F1和比所述第一焦线更加远离所述散光发生元件的第二焦线F2的第一散光辐射束(29)，所述第一散光量W1在垂直于所述光轴的一个参考平面XY内利用矢量(W0，1，θ1)来表示，其中Wo，1代表W1的大小，而θ1代表在所述第一焦线与垂直于所述光轴的一个参考轴X之间的角度；
散光校正元件(27)，用于产生第二散光量W2，以便将入射的未散光的辐射束变换成具有第三焦线F3和比所述第三焦线更加远离所述散光校正元件的第四焦线F4的出射的散光辐射束，所述第二散光量W2在所述参考平面内利用矢量(W0，2，θ2)来表示，其中Wo，2代表W2的大小，而θ2代表在所述第三焦线与垂直于所述光轴的参考轴X之间的角度，
该散光校正元件将所述第一散光辐射束变换成具有第三散光量W3以及第五焦线F5和比所述第五焦线更加远离所述散光校正元件的第六焦线F6的第二散光辐射束(30)，所述第三散光量W3在所述参考平面内利用矢量(Wo，3，θ3)来表示，其中Wo，3代表W3的大小，而θ3代表在所述第五焦线与垂直于所述光轴的参考轴X之间的角度；以及
检测器(28)，用于将所述第二散光辐射束变换成电信号，
其特征在于，W3适合于所述检测器，并且Wo，2和θ2基本上符合以下公式：
(Wo，2，2θ2)＝(Wo，3，2θ3)-(Wo，1，2θ1)。
2.按照权利要求1的光扫描装置(1)，其特征在于，所述散光发生元件(9)包括用作分束器的第一平行平面板。
3.按照权利要求1的光扫描装置(1)，其特征在于，利用具有对称轴的柱面形成所述散光校正元件(27)，所述对称轴相对于所述参考轴(X)具有预定的第一角度(γcyl)，并且利用如下公式来给出所述预定的第一角度：
γcyl-θ3＝Arcsin[Wo，1sin(2(θ1-θ3))/(Wo，3 2+Wo，1 2-2Wo，3Wo，1cos(2(θ1-θ3)))]，
其中θ1-θ3、Wo，1和Wo，3满足以下条件：
Wo，3 2+Wo，1 2＞2Wo，3Wo，1cos(2(θ1-θ3))。
4.按照权利要求3的光扫描装置(1)，其特征在于，所述柱面的散光距离利用以下公式给出：
Wo，2＝[Wo，3 2+Wo，1 2-2Wo，3Wo，1cos(2(θ1-θ3))]1/2
其中θ1-θ3，Wo，1和Wo，3满足以下条件：
Wo，3 2+Wo，1 2＞2Wo，3Wo，1cos(2(θ1-θ3))。
5.按照权利要求1的光扫描装置(1)，其特征在于，所述散光校正元件(27)是利用具有法线方向(N2)的第二平行平面板构成的。
6.按照权利要求2的光扫描装置(1)，其特征在于，所述散光校正元件(27)形成为面对所述散光发生元件(9)的侍服透镜的入射面，并且其中所述侍服透镜具有入射面和面对所述检测器(28)的出射面，这些面之一是各向异性曲面的。
7.按照权利要求1的光扫描装置(1)，其特征在于，所述检测器(28)利用象限检测器构成，所述检测器在所述参考轴(X)的方向上具有分隔线，并且使W3适合于所述检测器(28)，以使得角度θ3大致等于45°。
8.按照权利要求1的光扫描装置(1)，其特征在于，所述检测系统(8)被进一步用于提供聚焦误差信号(Ifocus)和/或径向跟踪误差信号(Iradial)，并且所述检测系统还包括侍服电路(10)和激励器(11，12)，响应所述聚焦误差信号和/或所述径向跟踪误差信号，用于相对于所述信息层(2)的位置和/或将被扫描的所述信息层的轨迹的位置控制所述扫描光点(18)的位置。
9.按照权利要求1的光扫描装置(1)，其特征在于，它进一步包括用于纠错的信息处理单元(13)。
10.按照权利要求1的光扫描装置(1)，其特征在于，所述透镜系统(7)包括构成双合透镜系统的第一物镜(9)和第二物镜(21)。
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