CN1294579C - 容许倾斜的物镜系统的光学扫描装置 - Google Patents

Abstract

一种用于扫描光学记录载体(2)的信息层(4)的光学扫描装置(1)，该装置(1)包括用于产生辐射束(12)的辐射源(11)和用于将辐射束(12)会聚在信息层上的物镜系统(18)，物镜系统(18)的特征在于：在物镜系统(18)的场中，在倾斜光束入射到该系统时由物镜系统产生的光程差的(OPD的)均方根之比满足公式(I)的条件，其中OPD(A31)是第三阶Zernike慧差对均方根波前像差的贡献，OPD(A51)是第五阶Zernike慧差对均方根波前像差的贡献。

Description

容许倾斜的物镜系统的光学扫描装置

技术领域

本发明涉及一种用于扫描光学记录载体的光学扫描装置，涉及适合于但不限于用作这种扫描装置中的物镜的一种透镜系统，以及涉及用于制造这种装置和这种系统的方法。

背景技术

在光学记录中，光学记录载体上信息密度的增大一定伴随用于扫描信息的较小的辐射光点。这种较小的光点通过增大物镜系统的数值孔径(NA)来实现，物镜系统用于使扫描装置中的辐射光束聚焦在记录载体上。光学记录载体的例子包括CD(压缩盘)和DVD(数字通用盘)。

因为衍射极限，辐射光点不是一个完美的点。但是，在这种光学记录系统中，光点受衍射的限制但不受像差的影响是所希望的。通常，对于波前像差，总共允许大约0.07λ(其中λ是相关辐射光束的波长)的光程差(OPD)的均方根容差，因此该系统是衍射限制的。以mλ表示OPD(其中0.001λ＝1mλ)是方便的。对于物镜系统的总波前像差，根据该总容差允许大约30-40mλ的像差预算，其中为慧差的影响预留15mλ。记录系统的其他部分和影响(例如温度、波长误差、其它部件的未对准)会对像差总量起作用。

许多光学记录(和光学读取)系统具有一个或多个聚焦在光学记录载体上的附加射束光点，该光点接近用于向记录载体写入(或从记录载体读取)的中心射束光点。这些附加光点通常用于提供与扫描(例如读取或写入)辐射光点在记录载体上的定位有关信息。这种系统的一个例子是“三光点推挽式”系统，该系统具有两个辅助光点，主要读取或写入光点的每一侧各有一个。这些附加光点用于确保中心光点在焦点上，并且位于载体的所需位置(例如在所需轨道上)。主光点通常设置在物镜系统的光轴上，因此可以理解，形成邻近光点的辐射束将倾斜地进入物镜系统。

当组装光学系统时，物镜系统不仅必须正确定位，而且必须相对于光学系统的光轴和记录载体正确定向(即倾斜)，以便使包括像差的影响最小，包括使慧差的影响最小。

优选地，物镜系统的光轴与光学系统的光轴对准(即准直辐射光束)，并垂直于记录载体的表面。

如果入射到记录载体的辐射束的光轴没有垂直于记录载体，那么当光束通过透明覆盖层时在该光束中产生慧差。许多光学记录载体不完全是平坦的，而是可能是翘曲的。因此，当辐射束扫过记录载体的表面时，将碰到该表面的不同区域，这些区域倾斜偏离优选的方向。为了补偿由记录载体的这些不同倾斜(例如，磁盘倾斜的范围)而引起的慧差，已知利用传动单元使物镜主动地倾斜。

常规的透镜设计限于相对较小范围的倾斜补偿。三光点推挽式系统特别受限，因为即使当中心扫描光束的光轴置于物镜系统的光轴上时，辅助光点倾斜进入物镜系统也会固有地产生慧差。

本发明的优选实施方式的目的在于提供一种改进磁盘倾斜补偿范围的光学系统，这通过使物镜系统倾斜来实现。

发明内容

在第一方面，本发明提供一种用于扫描光学记录载体(2)的信息层(4)的光学扫描装置(1)，该装置(1)包括用于产生辐射束(12，15，17，20)的辐射源(11)和用于将辐射束会聚在信息层上的物镜系统(18)，物镜系统(18)的特征在于：在物镜系统(18)的场中，在倾斜光束入射到该系统时由物镜系统产生的光程差的(OPD的)均方根之比满足条件：

$\frac{\mathrm{OPD}\left(A51\right)}{\mathrm{OPD}\left(A31\right)}<0.65$

其中OPD(A31)是第三阶Zernike慧差对均方根波前像差的贡献，OPD(A51)是第五阶Zernike慧差对均方根波前像差的贡献。

在另一方面，本发明提供一种透镜系统(18)，包括一个用于聚焦辐射束的透镜，其特征在于：在透镜系统的场中，在倾斜光束入射到该系统时由透镜系统产生的光程差的(OPD的)均方根之比满足条件：

$\frac{\mathrm{OPD}\left(A51\right)}{\mathrm{OPD}\left(A31\right)}<0.65$

其中OPD(A31)是第三阶Zernike慧差对均方根波前像差的贡献，OPD(A51)是第五阶Zernike慧差对均方根波前像差的贡献。

在另一方面，本发明提供一种用于制造透镜系统(18)的方法，该透镜系统包括一个用于聚焦辐射束(17)的透镜，该方法包括以下步骤：

将所述透镜系统构成为：在透镜系统的场中，在倾斜光束入射到该系统时由透镜系统产生的光程差的(OPD的)均方根之比满足条件：

$\frac{\mathrm{OPD}\left(A51\right)}{\mathrm{OPD}\left(A31\right)}<0.65$

其中OPD(A31)是第三阶Zernike慧差对均方根波前像差的贡献，OPD(A51)是第五阶Zernike慧差对均方根波前像差的贡献；以及

设计透镜系统(18)以满足所述条件。

在另一方面，本发明提供一种制造光学扫描装置(1)的方法，该装置用于扫描光学记录载体(2)的信息层(4)，该方法包括以下步骤：

提供用于产生辐射束的辐射源(11)；

提供用于将辐射束会聚在信息层(4)上的透镜系统(18)，该透镜系统(18)的特征在于：在透镜系统的场中，在倾斜光束入射到该系统时由透镜系统产生的光程差的(OPD的)均方根之比满足条件：

$\frac{\mathrm{OPD}\left(A51\right)}{\mathrm{OPD}\left(A31\right)}<0.65$

其中OPD(A31)是第三阶Zernike慧差对均方根波前像差的贡献，OPD(A51)是第五阶Zernike慧差对均方根波前像差的贡献。

本发明的其它方面从从属权利要求中显而易见。

附图说明

为了更好地理解本发明，并且为了示出本发明的实施方式怎样实施，现在通过示例的方式，参考附图进行说明，其中：

图1示出用于扫描光学记录载体的装置，该装置包括物镜系统；

图2A示出包括两个平面-非球面元件的物镜系统；

图2B示出包括单个平面-非球面元件的物镜系统；

图2C示出包括双非球面元件的物镜系统；

图3图解说明可以怎样倾斜透镜系统和/或载体；以及

图4的曲线图示出了分别因磁盘的倾斜和常规透镜设计的倾斜引起光束慧差导致的不同Zernike项产生的典型OPD。

具体实施方式

图1示出用于扫描光学记录载体2的装置1。该记录载体包括透明层3，在透明层的一侧上设置信息层4。通过保护层5保护信息层背向透明层的一侧免受环境影响。面向该装置的透明层一侧称作入射面6。透明层3通过为信息层提供机械支撑而充当记录载体的基底。

或者，透明层可以只具有保护信息层的功能，而通过信息层的另一侧上的一个层，例如通过保护层5或者通过与信息层4相连的另一个信息层和透明层来提供机械支撑。信息能够以光学上可检测的标记的形式存储在记录载体的信息层4中，这些标记基本上排列成平行、同心或螺旋形轨道，在图中没有示出。这些标记可以是任何光学上可读取的形式，例如以凹点的形式，或者以反射系数和磁化方向不同于其周围环境的区域的形式，或者这些形式的组合。

扫描装置1包括能够发射辐射束12的辐射源11。辐射源可以是半导体激光器。分束器13将发散的辐射束12朝准直透镜14反射，该准直透镜将发散光束12变为准直光束15。该准直光束15入射到物镜系统18上。

物镜系统可包括一个或多个透镜和/或一个光栅。物镜系统18具有一光轴19。物镜系统18将光束17变为会聚光束20，入射到记录载体2的入射面6上。该物镜系统具有适合于辐射束穿过透明层3的厚度的球面像差校正。会聚光束20在信息层4上形成光点21。由信息层4反射的辐射形成发散光束22，通过物镜系统18转变为基本上准直的光束23，随后由准直透镜14转变为会聚光束24。分束器13通过向检测系统25透射至少部分会聚光束24来分开前进的和反射的光束。检测系统接收该辐射并将其转变为电输出信号26。信号处理器27将这些输出信号转变为各种其它信号。

这些信号之一是信息信号28，该信息信号的值代表从信息层4读取的信息。该信息信号由用于误差校正的信息处理单元29进行处理。来自信号处理器27的其它信号是聚焦误差信号和径向误差信号30。聚焦误差信号表示在光点21和信息层4之间的轴向高度差。径向误差信号表示在信息层4平面中在光点21和光点要跟踪的信息层轨道的中心之间的距离。

将聚焦误差信号和径向误差信号送入伺服电路31，该伺服电路将这些信号转变为用于分别控制聚焦传动器和径向传动器的伺服控制信号32。这两个传动器没有在图中示出。聚焦传动器控制物镜系统18沿聚焦方向33的位置，由此控制光点21的实际位置，从而使其基本上与信息层4的平面重合。径向传动器控制物镜18沿径向34的位置，由此控制光点21的径向位置，从而使其基本上与要在信息层4中跟踪的轨道的中心线重合。图中的轨道在与图面垂直的方向上延伸。

图1的装置同样可适合于扫描第二种类型的记录载体，该记录载体具有比记录载体2更厚的透明层。该装置可以使用辐射束12或具有不同波长的辐射束，来扫描第二种类型的记录载体。该辐射束的NA可适合于这种类型的记录载体。因此必须相应地调整物镜系统的球面像差补偿。

应该理解，可以用单透镜、或者包括多个透镜的透镜系统来实现本发明。

例如，图2A示出包括两个分开的透镜元件18A、18B的物镜系统18。在该实例中，每个元件18A、18B都是平面-非球面透镜。通过利用透镜架18C，以相对于彼此固定的关系保持这两个元件。

同样地，本发明可以通过其它类型的透镜或其它透镜配置来实现，如图2B中示出的单个平面-非球面透镜18，或者图2C中示出的双非球面透镜18。为了方便参考，针对所有的图2A-2C显示单个记录介质2。在这些图的每一个当中，假定Y和Z轴位于纸张平面内，X轴从纸张平面伸出。通常，透镜的光轴垂直于记录介质2的表面。但是如图3中所示，物镜18′或者记录介质2′都可以通过绕X轴和/或Y轴旋转而倾斜偏离其正常理想位置(18，2)。图3示出透镜和记录介质都绕X轴倾斜的实施例。

辐射束中存在的波前像差的量可以由像差函数Φ(ρ，θ)来表示，其中ρ，θ是球面坐标，ρ是标准化光瞳半径，θ是角坐标。该像差函数可以依据Zernike多项式来表示。Zernike函数例如记载在由MaxBorn&Emil Wolf撰写的公知参考书“光学原理(Principals ofOptics)”中。则波前像差函数Φ(ρ，θ)表示为：

$\mathrm{\&Phi;}(\mathrm{\&rho;},\mathrm{\&theta;})=A_{00}+\frac{1}{\sqrt{2}}\underset{n=2}{\overset{\&infin;}{\mathrm{\&Sigma;}}}{A}_{n0}{R}_n^0\left(\mathrm{\&rho;}\right)+\underset{n=1}{\overset{\&infin;}{\mathrm{\&Sigma;}}}\underset{m=1}{\overset{\&infin;}{\mathrm{\&Sigma;}}}{A}_{\mathrm{nm}}{R}_n^m\left(\mathrm{\&rho;}\right)\cos \mathrm{m\&theta;}$

其中A_nm是Zernike系数，R_n ^m(ρ)是径向多项式(参见“Principalsof Optics”，by University Press，Cambridge，reprinted withcorrections).与第三阶Zernike慧差对应的展开项由下式给出

Φ₃₁(ρ，θ)＝A₃₁(3ρ³-2ρ)cosθ

与第五阶Zernike慧差对应的展开项由下式给出

Φ₅₁(ρ，θ)＝A₅₁(10ρ⁵-12ρ³+3ρ)cosθ

波前像差OPD的均方根由下式定义

$\mathrm{OPD}={\left(\frac{\underset{0}{\overset{1}{\&Integral;}}\underset{0}{\overset{2\mathrm{\&pi;}}{\&Integral;}}\mathrm{\&Phi;}{(\mathrm{\&rho;},\mathrm{\&theta;})}^2\mathrm{\&rho;d\&rho;d\&theta;}-{\left(\underset{0}{\overset{1}{\&Integral;}}\underset{0}{\overset{2\mathrm{\&pi;}}{\&Integral;}}\mathrm{\&Phi;}(\mathrm{\&rho;},\mathrm{\&theta;})\mathrm{\&rho;d\&rho;d\&theta;}\right)}^2}{\underset{0}{\overset{1}{\&Integral;}}\underset{0}{\overset{2\mathrm{\&pi;}}{\&Integral;}}\mathrm{\&rho;d\&rho;d\&theta;}}\right)}^{1/2}$

则第三阶Zernike慧差OPD(A31)对均方根波前像差的贡献由下式给出

$\mathrm{OPD}\left(A31\right)={\left(\frac{\underset{0}{\overset{1}{\&Integral;}}\underset{0}{\overset{2\mathrm{\&pi;}}{\&Integral;}}{\mathrm{\&Phi;}}_{31}{(\mathrm{\&rho;},\mathrm{\&theta;})}^2\mathrm{\&rho;d\&rho;d\&theta;}-{\left(\underset{0}{\overset{1}{\&Integral;}}\underset{0}{\overset{2\mathrm{\&pi;}}{\&Integral;}}{\mathrm{\&Phi;}}_{31}(\mathrm{\&rho;},\mathrm{\&theta;})\mathrm{\&rho;d\&rho;d\&theta;}\right)}^2}{\underset{0}{\overset{1}{\&Integral;}}\underset{0}{\overset{2\mathrm{\&pi;}}{\&Integral;}}\mathrm{\&rho;d\&rho;d\&theta;}}\right)}^{1/2}$

第五阶Zernike慧差OPD(A51)的贡献由下式给出

$\mathrm{OPD}\left(A51\right)={\left(\frac{\underset{0}{\overset{1}{\&Integral;}}\underset{0}{\overset{2\mathrm{\&pi;}}{\&Integral;}}{\mathrm{\&Phi;}}_{51}{(\mathrm{\&rho;},\mathrm{\&theta;})}^2\mathrm{\&rho;d\&rho;d\&theta;}-{\left(\underset{0}{\overset{1}{\&Integral;}}\underset{0}{\overset{2\mathrm{\&pi;}}{\&Integral;}}{\mathrm{\&Phi;}}_{51}(\mathrm{\&rho;},\mathrm{\&theta;})\mathrm{\&rho;d\&rho;d\&theta;}\right)}^2}{\underset{0}{\overset{1}{\&Integral;}}\underset{0}{\overset{2\mathrm{\&pi;}}{\&Integral;}}\mathrm{\&rho;d\&rho;d\&theta;}}\right)}^{1/2}$

对常规的物镜进行设计，以便具有合理的视场性能。这意味着对任何倾斜光束入射尽可能多地抑制了最低阶慧差的产生。

本发明的发明人已经意识到由于抑制了最低阶慧差，透镜系统的最大容许视场角基本上受高阶慧差项的限制。

由于光束不对称地通过覆盖层，因此在进入倾斜磁盘的光束中出现慧差。产生相对大量的最低阶慧差和仅仅少量的高阶慧差。因此，当通过使磁盘倾斜来补偿物镜的倾斜未对准时，因为高阶慧差项不能明显地彼此抵消，因此仅仅可以允许物镜的适度倾斜未对准。

图4的曲线图示出分别对于磁盘(即记录载体)的不同倾斜量和常规的物镜系统由不同的A31和A51 Zernike项所产生的慧差量。认为磁盘和物镜的倾斜角与理想化的方向偏离高达1°。在该倾斜范围内，相对于A31和A51 Zernike项的每一个而产生的均方根光程差基本上与倾斜量成比例(即，线性)。

如能够看到的，对于典型磁盘倾斜1°的情况，A31项提供大约135mλ的OPD，A51项提供大约7.5mλ的OPD。与此相反，由于抑制了最低阶慧差，物镜系统倾斜1°时，来自A31项的OPD＝12.6mλ，来自A51项的OPD＝44.2mλ，即，A31的贡献小于A51的贡献。

如果我们假定磁盘倾斜大约0.1°，那么来自A31项的OPD＝13.5mλ，来自A51项的OPD＝0.75mλ。如果使物镜系统倾斜以补偿由A31项产生的OPD，即从透镜系统的倾斜提供13.5mλ的OPD，那么可以理解，该系统必须被倾斜超过1°。这种倾斜将产生由正交A51项引起的相对大量的OPD，(对于物镜系统来说，倾斜1°时该OPD为44.2mλ)，其大大超过了来自磁盘A51项的OPD。因此可以理解，不能使常规的物镜系统倾斜来同时补偿由A31项磁盘倾斜而产生的慧差以及由A51项磁盘倾斜而产生的慧差。

为了获得容忍度更高的系统，本发明的发明人建议以如下这种方式设计物镜，所述方式为作为倾斜光束入射的函数的、高阶慧差与第三阶慧差的比基本上与磁盘倾斜时产生的相等。

因此，当光束倾斜入射到物镜时，相对于高阶慧差产生相当大量的最低阶慧差。特别是，为了容许物镜的倾斜未对准，在透镜系统的场中，在倾斜入射时由物镜产生的第三阶慧差OPD(A31)和第五阶慧差OPD(A31)的OPDrms(OPD均方根)的量必须遵守下面的关系

$\frac{\mathrm{OPD}\left(A51\right)}{\mathrm{OPD}\left(A31\right)}<0.65---\left(1\right)$

Zernike系数A31和A51的符号相同。透镜系统的场是其中倾斜光束产生小于15mλ的OPD的区域。透镜系统的视场是该场的两倍。

当满足下面的条件时得到甚至更好的补偿

$\frac{\mathrm{OPD}\left(A51\right)}{\mathrm{OPD}\left(A31\right)}<0.4---\left(2\right)$

其中Zernike系数A31和A51的符号相同。

现在参考各个常规物镜设计来描述本发明的各个实施方式。

实例1

通过利用倾斜传动器原理，根据本发明实施方式的物镜系统也可以用于补偿磁盘倾斜(例如在可重写DVD驱动器中)。为了能够明显补偿磁盘的翘曲，必须通过由于使物镜倾斜(因此由于倾斜入射到物镜中而产生)所产生的慧差和高阶慧差来分别充分地补偿因磁盘倾斜所产生的低阶慧差OPD(A31)和高阶慧差OPD(A51)。为了获得有效的补偿，必须满足关系(1)，或者甚至更好的是满足关系(2)。

根据第一常规设计，图1中的物镜18是平面-非球面元件。物镜18工作在波长λ＝660nm时具有0.65的数值孔径和3.58mm的入射光瞳直径。物镜18具有沿光轴2.150mm的厚度。物镜的透镜体由折射率为n＝1.768的S-LAH66 OHARA玻璃(如由加州的公司OHARA公司生产)制成。在使用时对着准直透镜的该透镜体的凸面具有2.32mm的半径。在使用时面向记录载体的物镜表面是平坦的。非球面形状在玻璃体之上的UV硬化丙烯酸清漆(例如，如US4,623,496中描述的)的薄层中实现。该漆具有n＝1.564的折射率。该层沿光轴的厚度是30微米。旋转对称非球面形状由以下方程式给出：

$z\left(r\right)=\underset{l=1}{\overset{5}{\mathrm{\&Sigma;}}}{B}_{2l}{r}^{2l}$

其中z是用毫米表示的该表面在光轴方向上的位置，r是用毫米表示的与光轴的距离，B_K是r的第k次幂的系数。系数B₂至B₁₀的值分别是0.24451798，0.0053871439，-8.0244002 10^-5，-2.4646422 10^-5，-1.1188561 10^-5。自由工作距离(在物镜18和磁盘之间的距离)是1.160mm。磁盘的覆盖层具有0.6mm的厚度，以及n＝1.580的折射率。

当在这种系统中只倾斜磁盘时，得出第五阶慧差和第三阶慧差的OPD rms是

$\frac{\mathrm{OPD}\left(A51\right)}{\mathrm{OPD}\left(A31\right)}=0.068---\left(3\right)$

其中对于1度的倾斜，得出第三阶慧差量为133mλ。

当遵循上述常规设计方法时，对于倾斜光束入射来说，得出第五阶慧差和第三阶慧差的比例OPD rms为

$\frac{\mathrm{OPD}\left(A51\right)}{\mathrm{OPD}\left(A31\right)}=3.51---\left(4\right)$

其中对于1度的场，得出第三阶慧差量为12.6mλ。因为(3)和(4)之间的明显差别，因此当磁盘具有倾斜未对准时通过使物镜倾斜不能明显抵消高阶慧差。采用15mλ作为极限，在标称配置中，视场公差(即两倍于该场)给出为0.64度。换句话说，当磁盘不倾斜时，倾斜光束可以通过透镜并得到OPD＜15mλ的最大视场角是0.64度。

在这种情况下，可以通过使物镜倾斜进行补偿的最大磁盘倾斜是0.39度的磁盘倾斜(即，使磁盘相对于准直辐射束的光轴倾斜0.39°的角度)。

在这种情况下，由于(4)的值高，容许的磁盘倾斜接近物镜的容许场(＝0.5倍的视场)。

因此，在这里，透镜表面保持几乎与磁盘平行以得到对磁盘倾斜的补偿，而当补偿磁盘倾斜时，透镜表面一般与该磁盘成一定角度。

在本发明的该第一实施方式中，图1中的物镜18是平面-非球面元件。物镜18在工作波长λ＝660nm时具有0.65的数值孔径和3.58mm的入射光瞳直径。物镜18具有沿光轴1.843mm的厚度。物镜的透镜体由折射率n＝1.768的S-LAH66 OHARA玻璃制成。在使用时对着准直透镜的透镜体的凸面具有2.32mm的半径。在使用时面向记录载体的物镜表面是平坦的。非球面形状在玻璃体之上的UV硬化丙烯酸清漆的薄层中实现。该漆具有n＝1.564的折射率。该层在光轴上的厚度是33微米。旋转对称非球面形状由以下方程式给出：

$z\left(r\right)=\underset{l=1}{\overset{5}{\mathrm{\&Sigma;}}}{B}_{2l}{r}^{2l}$

z是用毫米表示的该表面在光轴方向上的位置，r是用毫米表示的与光轴的距离，B_K是r的第k次幂的系数。系数B₂至B₁₀的值分别是0.24672704，0.0051164884，-1.2805998 10^-4，-4.1024615 10^-5，-9.0856931 10^-6。自由工作距离(在物镜10和该磁盘之间的距离)是1.316mm。磁盘的覆盖层具有0.6mm的厚度，以及n＝1.580的折射率。

当遵循上述第一实施方式的设计时，对于倾斜光束入射来说，得出第五阶慧差和第三阶慧差的比例OPD rms为

$\frac{\mathrm{OPD}\left(A51\right)}{\mathrm{OPD}\left(A31\right)}=0.61---\left(5\right)$

其中对于1度的倾斜，得出第三阶慧差量为75.8mλ。注意，(5)现在更接近于(3)，表示高阶影响基本上互相补偿。采用15mλ作为极限，则我们发现，能够通过使物镜倾斜进行补偿的容许的磁盘倾斜是0.55度，同时视场公差给出为0.34度。现在容许的磁盘倾斜提高了40％。

实例2

在本发明的第二实施方式中，图1中的物镜18是双非球面元件。物镜18在工作波长λ＝660nm时具有0.65的数值孔径和3.58mm的入射光瞳直径。物镜18具有沿光轴2.614mm的厚度。物镜的透镜体由折射率n＝1.530的COC塑料制成。前和后表面的每一个都具有旋转对称的非球面形状，该形状由以下方程式给出：

$z\left(r\right)=\underset{l=1}{\overset{5}{\mathrm{\&Sigma;}}}{B}_{2l}{r}^{2l}$

z是用毫米表示的该表面在光轴方向上的位置，r是用毫米表示的与光轴的距离，B_K是r的第k次幂的系数。用于前表面(即在使用中面向磁盘的表面)的系数B₂至B₁₆的值分别是0.27449755，0.010768742，-0.0014658405，0.0026677659，-0.0021173668，0.00094500757，-0.00021921749，2.0032412e-005。

用于后表面(即在使用时面向准直透镜的表面)的系数B₂至B₁₆的值分别是-0.13747401，0.067465541，-0.0550585，0.04365398，-0.021116527，0.00040009845，0.0038992694，-0.0010731055。

自由工作距离(在物镜10和磁盘之间的距离)是1.000mm。磁盘的覆盖层具有0.6mm的厚度，以及n＝1.580的折射率。

当仅仅使磁盘倾斜时，得出第五阶慧差和第三阶慧差的比例OPDrms为

$\frac{\mathrm{OPD}\left(A51\right)}{\mathrm{OPD}\left(A31\right)}=0.068---\left(6\right)$

其中对于1度的倾斜，得出第三阶慧差量为133mλ。对于倾斜光束入射到物镜中来说，第五阶慧差和第三阶慧差的比例OPD rms为

$\frac{\mathrm{OPD}\left(A51\right)}{\mathrm{OPD}\left(A31\right)}=0.359---\left(7\right)$

其中对于1度的倾斜，得出第三阶慧差量为29.53mλ。采用15mλ作为极限，则我们发现，容许的磁盘倾斜是1.0度，同时在标称配置中，视场公差给出为0.9度。现在容许的磁盘倾斜与实例1中描述的第一常规设计透镜相比增长了256％。

实例3

光学系统的总尺寸正在日趋减小。随着记录密度的增大，这需要精确的装配几何约束，特别是关于物镜的定向。在组装过程中精确定向小物镜是非常困难的。

防止组装过程中不正确地定向物镜(即倾斜)的问题发生的一种方式是顾及物镜的倾斜未对准，并且通过使磁盘倾斜来补偿这种未对准。这种通过使磁盘倾斜的补偿可以在光学拾取单元的组装过程中进行(即，通过在组装过程中使磁盘电动机倾斜，该电动机的方向确定磁盘的方向)。

根据第三实施方式的设计，图1中的物镜18包括两个元件。每个元件都是平面-非球面的。物镜18工作在波长λ＝405nm时具有0.85的数值孔径和1.0mm的入射光瞳直径。两个元件都由折射率n＝1.550的COC(环烯烃共聚物)制成。物镜18面向激光器的第一元件具有沿光轴0.40mm的厚度，而面向磁盘的第二元件是0.527mm厚。在光轴上两个元件之间的距离是0.075mm。第一元件的第一表面的旋转对称非球面形状由以下方程式给出：

$z\left(r\right)=\underset{l=1}{\overset{8}{\mathrm{\&Sigma;}}}{B}_{2l}{r}^{2l}$

z是用毫米表示的该表面在光轴方向上的位置，r是用毫米表示的与光轴的距离，B_K是r的第k次幂的系数。系数B₂至B₁₆的值分别是0.52915187，-2.6064464，59.745801，-728.17842，5097.5432，-20502.8，44013.121，-39077.168。

第二元件的第一表面的旋转对称非球面形状由以下方程式给出：

$z\left(r\right)=\frac{{\mathrm{cr}}^2}{1+\sqrt{1-c^2{r}^2}}+\underset{l=1}{\overset{8}{\mathrm{\&Sigma;}}}{D}_{2l}{\left(\frac{r}{r_0}\right)}^{2l}$

其中z是用毫米表示的该表面在光轴方向上的位置，r是用毫米表示的与光轴的距离，c是表面的曲率，r₀是标准化半径，D_K是r的第k次幂的系数。c的值是2.506mm^-1，而r₀是0.5mm。系数D₂至D₁₆的值分别是0.3376384，-2.484319，8.0824648，-7.2616424，-24.092634，64.606397，-46.405224。自由工作距离，即在物镜18和该磁盘之间的距离是0.075mm。磁盘的覆盖层具有0.1mm的厚度，以及n＝1.622的折射率。

当在这种系统中仅仅使磁盘倾斜时，得出第五阶慧差和第三阶慧差的OPD rms为

$\frac{\mathrm{OPD}\left(A51\right)}{\mathrm{OPD}\left(A31\right)}=0.078---\left(8\right)$

其中对于1度的倾斜，得出第三阶慧差的量为108.5mλ。

当遵循上述第三实施方式的设计方法之后，对于倾斜光束入射来说，得出第五阶慧差和第三阶慧差的比例OPD rms为

$\frac{\mathrm{OPD}\left(A51\right)}{\mathrm{OPD}\left(A31\right)}=0.578---\left(9\right)$

其中对于1度的场，得出第三阶慧差量为66.1mλ。当物镜具有倾斜未对准时，因为(8)和(9)之间的明显差别，因此可以通过使磁盘倾斜(满足条件(1))来适度地抵消高阶慧差。采用15mλ作为像差极限，则我们发现，容许的物镜倾斜未对准是0.45度，同时视场公差给出为0.4度。

类似地，在本发明的第四实施方式，图1中的物镜18包括两个元件。每个元件都是平面-非球面的。物镜18工作在波长λ＝405nm时具有0.85的数值孔径和1.0mm的入射光瞳直径。两个元件都由折射率n＝1.550的COC制成。物镜18面向激光器的第一元件具有沿光轴0.40mm的厚度，而面向磁盘的第二元件是0.444mm厚。在光轴上两个元件之间的距离是0.075mm。第一元件的第一表面的旋转对称非球面形状由以下方程式给出：

$z\left(r\right)=\underset{l=1}{\overset{8}{\mathrm{\&Sigma;}}}{B}_{2l}{r}^{2l}$

z是用毫米表示的该表面在光轴方向上的位置，r是用毫米表示的与光轴的距离，B_K是r的第k次幂的系数。系数B₂至B₁₆的值分别是0.67904917，-0.73827467，22.022311，-296.67572，2236.389，-9564.7477，21643.036，-20152.291。第二元件的第一表面的旋转对称非球面形状由以下方程式给出：

$z\left(r\right)=\frac{{\mathrm{cr}}^2}{1+\sqrt{1-c^2{r}^2}}+\underset{l=1}{\overset{8}{\mathrm{\&Sigma;}}}{D}_{2l}{\left(\frac{r}{r_0}\right)}^{2l}$

z是用毫米表示的该表面在光轴方向上的位置，r是用毫米表示的与光轴的距离，c是该表面的曲率，r₀是标准化半径，D_K是r的第k次幂的系数。c的值是2.480mm^-1，而r₀是0.5mm。系数D₂至D₁₆的值分别是0.20750918，-2.667102，16.934987，-61.236377，124.45225，-133.28039，57.151524。自由工作距离(在物镜10和磁盘之间的距离)是0.075mm。磁盘的覆盖层具有0.1mm的厚度，以及n＝1.622的折射率。

当遵循上述第四实施方式的设计时，对于倾斜光束入射来说，得出第五阶慧差和第三阶慧差的比例OPDrms为

$\frac{\mathrm{OPD}\left(A51\right)}{\mathrm{OPD}\left(A31\right)}=0.207---\left(10\right)$

其中对于1度的场，得出第三阶慧差量为142.7mλ。注意，(10)现在更接近于(8)，表示高阶影响基本上互相补偿。采用15mλ作为极限，则我们发现，容许的物镜倾斜未对准是0.8度，同时视场公差给出为0.2度。现在容许的倾斜未对准几乎提高到2倍。

应该理解，本发明的不同实施方式对于各种透镜系统都适用。优选地，对于数值孔径大于0.7的透镜系统使用上述实施方式。优选地，根据各实施方式的透镜系统具有小于2mm的入射光瞳直径，甚至更优选地，小于1.5mm。优选地，各个实施方式结合波长小于600nm的辐射束一起使用，包括波长大约为405nm的光束。

鉴于上述实例，应该理解，本发明的实施方式可以用于改进光学系统(如小的光学驱动器)的组装，或者在使用倾斜传动器(例如在可重写DVD驱动器中)时允许磁盘倾斜补偿。

Claims (9)

1.一种用于扫描光学记录载体(2)的信息层(4)的光学扫描装置(1)，该装置(1)包括用于产生辐射束(12，15，17，20)的辐射源(11)和用于将辐射束会聚在信息层上的物镜系统(18)，物镜系统(18)的特征在于：在物镜系统(18)的场中，在倾斜光束入射到该系统时由物镜系统产生的光程差的(OPD的)均方根之比满足条件：

$\frac{\mathrm{OPD}\left(A51\right)}{\mathrm{OPD}\left(A31\right)}<0.65$

其中OPD(A31)是第三阶Zernike慧差对均方根波前像差的贡献，OPD(A51)是第五阶Zernike慧差对均方根波前像差的贡献。

2.如权利要求1的装置(1)，其中OPD(A31)和OPD(A51)的值满足条件

$\frac{\mathrm{OPD}\left(A51\right)}{\mathrm{OPD}\left(A31\right)}<0.4.$

3.如权利要求1的装置(1)，该装置进一步包括用于将来自信息层的辐射转变为信息信号的检测系统(25，27)，和用于信息信号的误差校正的信息处理单元(29)。

4.如权利要求1的装置(1)，进一步包括传动单元，该传动单元设置为使物镜系统(18)和光学记录载体(2)中至少一个倾斜。

5.一种透镜系统(18)，包括一个用于聚焦辐射束的透镜，其特征在于：在透镜系统的场中，在倾斜光束入射到该系统时由透镜系统产生的光程差的(OPD的)均方根之比满足条件：

$\frac{\mathrm{OPD}\left(A51\right)}{\mathrm{OPD}\left(A31\right)}<0.65$

其中OPD(A31)是第三阶Zernike慧差对均方根波前像差的贡献，OPD(A51)是第五阶Zernike慧差对均方根波前像差的贡献。

6.如权利要求5的透镜系统(18)，其中所述系统是物镜系统。

7.如权利要求5的透镜系统(18)，该系统包括第一和第二透镜。

8.一种用于制造透镜系统(18)的方法，该透镜系统包括一个用于聚焦辐射束(17)的透镜，该方法包括以下步骤：

将所述透镜系统构成为：在透镜系统的场中，在倾斜光束入射到该系统时由透镜系统产生的光程差的(OPD的)均方根之比满足条件：

$\frac{\mathrm{OPD}\left(A51\right)}{\mathrm{OPD}\left(A31\right)}<0.65$

其中OPD(A31)是第三阶Zernike慧差对均方根波前像差的贡献，OPD(A51)是第五阶Zernike慧差对均方根波前像差的贡献；以及

设计透镜系统(18)以满足所述条件。

9.一种制造光学扫描装置(1)的方法，该装置用于扫描光学记录载体(2)的信息层(4)，该方法包括以下步骤：

提供用于产生辐射束的辐射源(11)；

提供用于将辐射束会聚在信息层(4)的透镜系统(18)，该透镜系统(18)的特征在于：在透镜系统的场中，在倾斜光束入射到该系统时由透镜系统产生的光程差的(OPD的)均方根之比满足条件：

$\frac{\mathrm{OPD}\left(A51\right)}{\mathrm{OPD}\left(A31\right)}<0.65$

其中OPD(A31)是第三阶Zernike慧差对均方根波前像差的贡献，OPD(A51)是第五阶Zernike慧差对均方根波前像差的贡献。

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