CN1305050C - 光学头 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种光学头，用于通过将光束照射在光记录介质上而在该光记录介质上记录信息及从该光记录介质上检索信息。该光学头包括发射光束的光源。该光学头还包括物镜，它使会聚光束射向光记录介质的记录层上。该光学头还包括一个设在光源及物镜之间的像差校正透镜组件。该像差校正透镜组件包括至少一个在光轴方向上可移动的可动透镜。该像差校正透镜组件移动该可动透镜，以使光束转换成会聚光束或发散光束，以校正球面像差。光射出侧上的像差校正透镜组件的主平面与物镜的主平面之间的距离落在根据物镜之数字光圈、光射出侧上的像差校正透镜组件的焦距及物镜的焦距确定的范围内。

Description

光学头
本申请是申请号为02141559.5、申请日为2002年09月02日、发明名称为“光学头”的中国专利申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及一种光学头，它用于通过将会聚的光束照射在光学型的信息记录介质(如光盘)的记录层上，在该记录层上记录信息及从该记录层上检索(播放)信息，及尤其涉及一种用于该光学头的光学系统。
背景技术
近来，光盘被广泛地用作记录及检索信息或数据(例如图象/视频数据，声音/音频数据，及计算机数据)。例如，被称为DVD(数字通用光盘)的高密度记录型光盘已经进入市场。
为了增加记录容量，已研究了下一代的光盘系统。在该光盘系统中，希望使用具有短波长的紫色激光器作为光源，及光学头(opticalpickup)包括具有大数字光圈(例如0.8或更大)的物镜。这将使得有可能在光盘上以大于DVD的密度记录数据。
通常，在光盘的最上面的记录层上设置一个覆盖层。该覆盖层是一个光透射层。当物镜具有大的数字光圈时，如果覆盖层的厚度偏离了参考(标准)值，经常会出现球面像差，因为当记录及检索数据时光束需通过覆盖层。如果球面像差大量地出现，物镜将不能体现出原始设计的(期望的)空间频率特性(MTF：调制传递函数)，尤其是，当短的标记及凹坑被记录及扫描(读出，检索)时由于覆盖层厚度的不规则性引起信号的不稳定性增大。
为了克服这个缺点，必需校正(补偿)由覆盖层厚度的不规则性引起的球面像差。也必需校正由物镜形状不规则性引起的另外球面像差，物镜形状不规则性是在物镜制造过程中不可避免地发生的。为此，例如由日本专利申请公开文献No.2000-131603中提出的，在一个光学头中使用扩展的透镜组件，该组件具有两个透镜(凹透镜及凸透镜)。另一种方案可从日本专利申请公开文献No.11-259906中看到，该方案具有一个移动准直透镜的机构。
当使用扩展的透镜组件来校正球面像差时，在光束入射到物镜前，通过扩展透镜组件将平行光束转换成会聚的光束、发散的光束或具有稍微不同直径的另一平行光束，以使得通过物镜的光束已具有一定的球面像差以补偿在覆盖层上将产生的另一球面像差。如果覆盖层具有参考厚度，在光束进入到物镜前，扩展透镜组件将平行光束改变(转换)成具有稍微不同直径的另一平行光束。如果物镜被设计成：当光束通过物镜时产生的球面像差由具有参考厚度的覆盖层产生的球面像差来补偿，则由通过覆盖层的会聚光束在记录层上产生的点将不具有球面像差。另一方面，如果覆盖层的厚度偏离参考值，扩展透镜组件在光束进入到物镜前将平行的光束改变成会聚的或发散的光束。扩展透镜组件将这样地改变光束，即当会聚的或发散的光束通过物镜时所产生的球面像差将被覆盖层产生的球面像差补偿。其结果是，在记录层上无球面像差。
对于某些高密度光盘系统，需要使用DPP(差分推挽，DiffemetialPush Pull)方法来检测跟踪误差，该方法使用多个光束，或使用CTC(串扰消除器，Cross Talk Canceler)方法用于高密度记录。
如果光学头包括一个用于球面像差校正的光学系统(如扩展透镜组件)，及使用多个光束，则在记录层上多个光束的点对点间隔(点的距离)将根据球面像差校正光学系统的动作而改变。
射束点间距的改变将使DPP方法中的跟踪误差检测的灵敏度变差，并改变了CTC方法中的主光束及副光束之间的延时。
发明内容
本发明的目的是提供一种光学头，它即使在球面像差被校正的情况下也能抑制记录层上的点间隔改变。
根据本发明的一个方面，提供了一种光学头，用于通过将光束照射在光记录介质上，而在该光记录介质上记录信息及从该光记录介质上检索信息，它包括：一个光源，用于发射光束；一个物镜，它使会聚的光束射向光记录介质的记录层上；及一个像差校正透镜组件，它设在光源及物镜之间并包括至少一个在光轴方向上可移动的可动透镜。该像差校正透镜组件控制(移动)可动透镜，将光束转换成会聚光束或发散光束，以校正球面像差。在光射出侧上的像差校正透镜组件的主平面及光入射侧上的物镜的主平面之间的距离落入根据物镜之数字光圈、光射出侧上的像差校正透镜组件的焦距及物镜的焦距确定出的范围中。甚至当像差校正透镜组件移动可动透镜来校正球面像差时，射束点距离的变化可被限制在记录介质的记录层上很小范围内，其中光射出侧上的像差校正透镜组件的主平面及物镜的主平面之间的距离由下式确定：
( f 2 + f 3 ) - 2 f 3 2 NA 4 | t | X < e 2 < ( f 2 + f 3 ) + 2 f 3 2 NA 4 | t | X
式中e2表示光射出侧上的像差校正透镜组件的主平面及物镜的主平面之间的距离，NA表示物镜的数字光圈，f2表示光射出侧上的像差校正透镜组件的焦距，及f3表示物镜的焦距，，t表示覆盖层的厚度误差并且|t|＝3/100mm，以及X表示一预定值并且X＝5/100。
像差校正透镜组件可包括凸透镜组及凹透镜组，可动透镜可被包括在凸透镜组或凹透镜组中。凸透镜组主平面及凹透镜组主平面之间沿光轴方向上的距离可通过可动透镜改变。凸透镜组可仅包括一个透镜，凹透镜组可仅包括一个透镜，可动透镜可仅为一个透镜。
可动透镜可为准直透镜，它将光源发射的光束转换成大体平行的光束。
物镜的数字光圈可为0.80或更大。物镜的焦距可为2mm或更小。
根据本发明的另一方面，提供一种光学头，用于通过将光束照射在光记录介质上而在该光记录介质上记录信息及从该光记录介质上检索信息，包括：第一透镜装置，用于使会聚光束射向该光记录介质的记录层上；及第二透镜装置，设在光源及第一透镜装置之间并包括至少一个可动透镜，使得该可动透镜将光束转换成会聚光束及发散光束中的一种，以校正球面像差，其中，在光射出侧上的第二透镜装置的主平面及在入射侧的第一透镜装置的主平面之间的距离落在一范围内，该范围是根据第一透镜装置的数字光圈、在光射出侧上的第二透镜装置的焦距及第一透镜装置的焦距确定的，其中，光射出侧上的第二透镜装置的主平面及光入射侧上的第一透镜装置的主平面之间的距离由下式确定：
( f 2 + f 3 ) - 2 f 3 2 NA 4 | t | X < e 2 < ( f 2 + f 3 ) + 2 f 3 2 NA 4 | t | X
式中e2表示光射出侧上的第二透镜装置的主平面及光入射侧上的第一透镜装置的主平面之间的距离，NA表示第一透镜装置的数字光圈，f2表示光射出侧上的第二透镜装置的焦距，f3表示第一透镜装置的焦距，t表示覆盖层的厚度误差并且|t|＝3/100mm，以及X表示一预定值并且X＝5/100。
根据本发明的另一方面，提供一种光学头，用于通过将光束照射在光记录介质上而在该光记录介质上记录信息及从该光记录介质上检索信息，包括：光源，用于发射光束；物镜，它将光束会聚成会聚光束，并使会聚光束射向该光记录介质上；准直透镜，它位于该光源与该物镜之间；及移动机构，用于移动该光源及该准直透镜之至少一个，以使入射到该物镜上的光束转换成会聚光束及发散光束中的一种，以校正球面像差，其中，光射出侧上的该准直透镜的主平面与光入射侧上的该物镜的主平面之间的距离落在一范围内，该范围是根据该物镜之数字光圈、光射出侧上的该准直透镜的焦距及该物镜的焦距确定的，其中，光射出侧上的该准直透镜的主平面及光入射侧的该物镜的主平面之间的距离由下式确定：
( f 2 + f 3 ) - 2 f 3 2 NA 4 | t | X < e 2 < ( f 2 + f 3 ) + 2 f 3 2 NA 4 | t | X
式中e2表示光射出侧上的该准直透镜的主平面与该物镜的主平面之间的距离，NA表示该物镜的数字光圈，f2表示光射出侧上的该准直透镜的焦距，及f3表示该物镜的焦距，t表示覆盖层的厚度误差并且|t|＝3/100mm，以及X表示一预定值并且X＝5/100。
附图简述
图1表示根据本发明一个实施例的用于信息记录及播放装置的光学头的结构框图；
图2A是图1中所示光学头的光学系统的示意图；
图2B表示与图2A中所示的光学系统等同的一个简化的光学系统；
图3表示用于描述横向放大的光学系统；
图4是表示横向放大与光盘的覆盖层厚度中之误差之间的关系的曲线图；
图5表示根据近轴成象方法描绘的图1中所示光学头的光学系统示意图；
图6是表示本发明的光学头的DPP增益及光束距离变化之间关系的曲线图；
图7表示根据本发明另一实施例的信息记录及播放装置的光学头的框图；及
图8是表示3-射束点距离变化率及主平面距离之间关系的曲线图。
具体实施方式
以下将参照附图来描述本发明的实施例。
参照图1，它示意性描述在一个信息记录及检索装置中的光学头的光学系统。通过该信息记录及检索装置可使信息或数据记录在一个光盘19上及从该光盘19检索出来。光盘19具有至少一个记录层。该信息记录及检索装置的光学头包括一个蓝色半导体激光器11，它发出具有短波长(400nm至415nm，最好约为405nm)的蓝色光束。该光学头还包括一个准直透镜12、光束分离器13、第一透镜(凹透镜)L1、第二透镜(凸透镜)L2、及一个物镜组件L3。第一透镜L1及第二透镜L2确定了一个光束扩展透镜组件14。物镜组件L3具有两个透镜。应该注意的是，光束扩展透镜组件14可包括多个凹透镜(凹透镜组)及多个凸透镜(凸透镜组)。凹透镜组可被示于L1，凸透镜组可被示于L2。上述元件确定了光束辐射的光学系统。来自半导体激光器11的发散光束被准直透镜12转换成平行光。平行光束通过光束分离器13及物镜组件L3，以使得会聚的光束被导向(射向)光盘19。光束被聚集在光盘19的目标记录层上或其附近，及在记录层上形成的凹坑序列上产生光点。当会聚的光束入射到物镜组件L3时，光束扩展透镜组件14使两个透镜L1及L2中至少一个沿扩展透镜组件14的光轴彼此离开地移动。另一方面，当发散的光束入射到物镜组件L3时，扩展透镜组件14使两个透镜L1及L2中至少一个彼此接近地移动。以此方式，控制光束的波前，从物镜组件L3射出的光束具有一定的球面像差。当光束通过光盘19的覆盖层时，由物镜组件L3产生的球面像差被在覆盖层中产生的球面像差补偿。应该注意的是，虽然在图示实施例中使用了具有两个透镜的物镜组件L3，但该物镜组件L3也可具有单个透镜、三个或更多个透镜。
除用于光辐射的光学系统外，该光学头还包括用于光检测的光学系统。检测透镜110是用于光检测的光学系统的一个部件。物镜组件L3及光束分离器13也是用于光检测的光学系统的部件。由光盘19反射出的光束进入用于光检测的光学系统。具体地说，来自光盘19的光束被物镜组件L3收集，并通过光束分离器13入射到检测透镜110。光束被检测透镜110聚集，及在到达光检测器15的光接收面111前，光束通过一个产生象散的部件(未示出)，如圆柱形透镜及多透镜单元。光束在光接收面111的中心附近形成光点。
光检测器15连接到一个解调电路30及一个误差检测电路31。误差检测电路31连接到驱动电路33，该驱动电路33驱动一个包括用于物镜组件L3之跟踪控制及聚集控制的致动器26的机构。误差检测电路31还连接到一个驱动电路33a，用于在球面像差校正处理中所采用的一个透镜组件。驱动电路33a驱动一个包括致动器26a的机构，以控制(缩短或加长)扩展透镜组件14的第一及第二透镜L1及L2之间沿光轴的距离。
光检测器15根据光接收面111中心附近形成的光点(图象)产生电信号。然后光检测器15将该电信号提供给解调电路30及误差检测电路31。解调电路30根据该电信号产生记录信号。误差检测电路31根据该电信号产生聚焦误差信号、跟踪误差信号、球面像差误差信号及其它伺服信号，并将驱动信号通过致动器驱动电路33及33a提供给相应的致动器。当接收到驱动信号时，这些致动器通过伺服控制使物镜组件L3、光束扩展透镜组件14及其它部件移动。
以下将描述当从光盘19检索数据时光学头的操作。
通过光束分离器13的平行光束被第一透镜L1转换成发散光束。第一透镜L1是在该实施例中之扩展透镜组件14的可移动透镜。光束根据扩展透镜组件14的放大被发散。在光束入射到物镜组件L3以前，通过第二透镜L2使发散光束会聚成平行光束、像差校正的会聚光束或像差校正的发散光束。根据球面像差误差信号，第一透镜L1被致动器26a沿光轴移动，由此校正波前像差(球面像差)。
当光盘19的覆盖层厚度为参考值时，第一透镜L1被定位在参考位置上，以使平行光束入射到物镜组件L3。当光盘19的覆盖层厚度小于参考值时，第一透镜L1被移动以加大第一透镜L1的主平面及第二透镜L2的主平面之间的距离，以使得会聚的光入射到物镜组件L3入射侧的主平面。这增大了物镜组件L3上的球面像差。该增大的球面像差将补偿覆盖层上产生的球面像差。当覆盖层厚度(较)薄时，在该覆盖层处的球面像差减小。当覆盖层厚度大于参考值时，第一透镜L1被移动以减小第一透镜L1及第二透镜L2的主平面之间的距离，以使得发散的光入射到物镜组件L3入射侧的主平面。这减小了物镜组件L3处的球面像差。该减小的球面像差补偿了覆盖处产生的球面像差。当覆盖层厚度(较)厚时，该覆盖层的球面像差增大。
以下将描述本发明的原理。
参照图2A，该光学系统包括扩展透镜组件14，它具有第一及第二透镜L1及L2，及这里也考虑物镜L3。每个透镜是薄透镜。第一透镜L1具有焦距f1及折射率(refractive power)p1，第二透镜L2具有焦距f2及折射率p2，及物镜L3具有焦距f3及折射率p3。这里，三个透镜L1，L2及L3的复合焦距用“f”表示。于是，图2A中所示的光学系统可用图2B中所示的另一光学系统来表示。换句话说，图2B中的光学系统等效于图2A中的光学系统。图2B中的光学系统包括具有焦距f的单个物镜L。当一个3-光束的主光束的入射角度用θ表示时，3-光束的光点距离q可由下列等式(1)给出：
q＝f·tanθ                  (1)
当在扩展透镜组件14的致动后(即在球面像差校正后)的复合焦距用f表示时，3-光束的光点距离q’可由下列等式(2)给出：
q’＝f’·tanθ                        (2)
这里，该3-光束包括一个主光束及两个副光束，及3-射束点距离是主射束点及两个副射束点中一个之间的距离。
由此，3-射束点距离的变化Δq由下列等式(3)给出：
Δq＝q-q’
   ＝(f’-f)tanθ
Δq/q＝(f’-f)/f＝f’/f-1＝p/p’-1        (3)
式中p(＝1/f)表示图2中所示的复合光学系统的折射率。等式(3)左边的项表示记录层上3-射束点距离的变化(Δq)与3-射束点距离(q)之比率。3-射束点距离根据球面像差而改变。本发明的一个目的是抑制该比率(Δq/q)。以下的描述涉及将该比率(Δq/q)抑制到预定值X以下的条件，如下式(4)所示：
|Δq/q|＜X                             (4)
首先，当扩展透镜组件14未被致动时、即第一及第二透镜L1及L2之间的距离是参考值时，计算该复合光学系统的折射率p。折射率p由下列等式(5)给出：
p＝p1+p2+p3-e1p1(p2+p3)-e2p3(p1+p2)+e1e2p1p2p3
 ＝-e2p3(p1+p2-e1p1p2)+p3(1-e1p1)    (5)
式中e1表示第一及第二透镜L1及L2的主平面之间的距离，及e2表示第二透镜L2及物镜L3的主平面之间的距离，如图2A中所示。
由于第一及第二透镜L1及L2是扩展透镜组件14的透镜，及扩展透镜组件具有共同的焦点，复合折射率为零。因而，下列等式(6)成立：
p1+p2-e1p1p2＝0                     (6)
由式(5)及(6)得到下列等式(7)：
p＝p3(1-e1p1)＝-p1p3/p2             (7)
当扩展透镜组件14的主平面距离从e1改变到e1+ε，即当第一透镜L1移动了ε时，通过在式(5)中用e1+ε代替e1来计算复合折射率p’。因此得到下式(8)：
p’＝p1+p2+p3-(e1+ε)p1(p2+p3)-e2p3(p1+p2)
   +(e1+ε)e2p1p2p3
   ＝p-ε(p1p2+p1p3-e2p1p2p3)    (8)
由等式(3)、(7)及(8)，3-射束点距离变化与扩展透镜组件14的主平面距离变化的比率之间的关系可表示如下：
Δq/q＝p/p’-1
     ＝p/{p-ε(p1p2+p1p3-e2p1p2p3)}-1
     ＝-(p1p3/p2)/{-p1p3/p2-εp1(p2+p3-e2p2p3)}-1
     ＝(f2/f3)/{f2/f3+ε(1/f2+1/f3-e2/f2f3)}-1
     ＝f22/{f22+ε(f2+f3-e2)}-1                 (9)
然后利用等式(9)，等式(4)可被表达如下：
| f 2 2 f 2 2 + &epsiv; ( f 2 + f 3 - e 2 ) - 1 | < X - - - ( 10 )
等式(10)表示主平面距离e2的最佳范围。由等式(10)可理解的是，该最佳范围是扩展透镜组件14的第一透镜L1之移动(量)ε的函数。为了校正(补偿)某些球面像差(即，光盘厚度误差)扩展透镜组件14的主平面距离e1应改变多少取决于扩展透镜组件14的结构。因此，等式(10)以目前形式是不大适用的。实际上，首先计算校正具体光盘厚度误差所必需的值ε，及将其代入等式(10)。
通过将会聚光束或发散光束而非平行光束射入物镜来执行球面像差的校正。用对物镜的横向(transverse)放大率β来表示入射光束的会聚或发散。在图3所示的光学系统中，横向放大率β由下式(11)给出：
β＝s’/s                                   (11)
式中s表示物点及物镜L之间的距离，及s’表示物镜L及像点之间的距离。
当入射光束是平行光束时s＝∞；当s＝∞时β＝0。当β＜0时，入射光束是发散光束(如图3所示)，及当β＞0时，入射光束是会聚光束。随着β的绝对值的变大，距离s变小及需要大的球面像差校正。
参照图4，对于具有不同数字光圈(NA)及焦距的各个物镜，计算用于校正光盘覆盖层的厚度误差所需的横向放大率β。但是所有这些物镜的设计使得在具有0.1mm厚度的基片上出现很小的像差。图4中曲线图的水平轴表示覆盖层的厚度误差(mm)，及其垂直轴表示由下式表示的一个值(放大)：
&beta; f 3 NA 4 - - - ( mm )
式中f3表示物镜的焦距及NA表示物镜的数字光圈。
可以理解的是，校正具体球面像差所需的放大
( &beta;f 3 / NA 4 )
基本上恒定，而与物镜的类型无关。β及t(覆盖层的厚度误差)之间的关系由下式(12)给出：
&beta; f 3 NA 4 = 1 2 t , &beta; = 1 2 &CenterDot; NA 4 f 3 t - - - ( 12 )
接着，来考虑ε及β之间的关系。在图5中，由于可假定：入射到第二透镜L2的光束来自一个假想(虚)的物点0，对于第二透镜L2可由近轴成象公式建立以下等式(13)：
1/s2＝1/s1+1/f2＝1/{f1-(e1+ε)}+1/f2
    ＝(f1+f2-e1-ε)/(f1-e1-ε)f2
    ＝-ε/(-f2-ε)f2
    (∵f1+f2＝e1)
因此，s2＝(f2+ε)f2/ε            (13)
此外，对于物镜L3可由近轴成象公式建立以下等式：
1/s’＝1/s+1/f3＝(s+f3)/sf3
β＝s’/s＝f3/(s+f3)
因为s＝s2-e2成立，如从图5中所示的光线轨迹可理解的，下列等式(14)可被确立：
β＝f3/(S2-e2+f3)
  ＝εf3/{(f2+ε)f2+(-e2+f3)ε}
  ＝εf3/{f22+(f2+f3-e2)ε}                     (14)
通过对ε求解等式(14)，获得以下等式(15)：
β{f22+(f2+f3-e2)ε}＝εf3
ε{f3-β(f2+f3-e2)}＝βf22
                 ε＝βf22/{f3-β(f2+f3-e2)}
                   ＝f22/{(f3/β)-(f2+f3-e2)}
                                 (15)
将等式(12)代入等式(15)得到下列等式(16)：
ε＝f22/{Q-(f2+f3-e2)}           (16)
该等式较复杂，故它被写成下列等式：
Q = 2 f 3 2 NA 4 | t |
以此方式，相对覆盖层厚度t获得了值ε。将值ε代入等式(10)，得到下列等式(17)：
| - { f 2 2 ( f 2 + f 3 - e 2 ) Q - ( f 2 + f 3 - e 2 ) } f 2 2 + { f 2 2 ( f 2 + f 3 - e 2 ) Q - ( f 2 + f 3 - e 2 ) } | < X - - - ( 17 )
| - ( f 2 + f 3 - e 2 ) Q - ( f 2 + f 3 - e 2 ) + ( f 2 + f 3 - e 2 ) | < X | e 2 - ( f 2 + f 3 ) Q | < X
(f2+f3)-X|Q|＜e2＜(f2+f3)+X|Q|
( f 2 + f 3 ) - 2 f 3 2 NA 4 | t | X < e 2 < ( f 2 + f 3 ) + 2 f 3 2 NA 4 | t | X
所期望的是，如果误差约为±30微米或更小时，扩展透镜组件校正光盘厚度的误差。
在DPP方法中，3-射束点距离的容许偏差被估值(计算)。该3-光束包括一个主光束及主光束两侧上的两个副光束。主射束点被产生在一个轨道上，而两个副射束点被产生在相邻的轨道之间。当光束扩展透镜组件被致动时，副光束(点)将从原始距离q偏离一个Δq。在实际应用中，在光盘19的径向上的副光束之位置仅影响DPP方法的增益。因此，在光盘19的径向上副光束偏差的分量Δa影响DPP方法的增益。由于Δq及Δa之间的相似性，下列等式成立：
Δa/a＝Δq/q
式中a表示射束点距离的径向分量。
参照图6，它表示比率Δa/a(水平轴)及DPP增益变化(垂直轴)之间的关系。为了保证在光盘播放操作期间有合适的可播放性能，希望将DPP增益的下降抑制到约3dB(约29％)或更小。
另一方面，光盘的偏中夹持及光盘的偏心度所产生光束位置偏差约为比率Δa/a中的±30％。这比射束点距离偏差来说在较小范围上增加了增益。为了使总的增益下降(包括由扩展透镜组件的致动引起的射束点距离变化产生的增益下降在内)保持在3dB以内，根据比率Δa/a(＝比率Δq/q)，由扩展透镜组件的致动引起的射束点距离变化需要落在±5％以内。
图6表示由扩展透镜组件引起的射束点距离的偏差、及由光盘的偏中夹持及光盘的偏心度所产生的射束点距离偏差。由图6的曲线图可了解：当DPP方法的增益应为80％或更大时，及由光盘的偏中夹持及偏心度所产生的增益下降应被考虑时，由扩展透镜组件的操作(第一透镜L1的移动)引起的3-射束点位置的偏差被希望约为5％或更小。
将|t|＝3/100mm及X＝5/100代入式(17)，则获得下式(18)：
( f 2 + f 3 ) - 10 f 3 2 3 NA 4 < e 2 < ( f 2 + f 3 ) + 10 f 3 2 3 NA 4 - - - ( 18 )
以上的描述涉及扩展透镜组件14的第一透镜L1移动的情况。现在将描述第二透镜L2移动的情况。当扩展透镜组件14的主平面距离从e1改变到e1+ε时，第二透镜L2及物镜L3之间的主平面距离e2同时从e2改变到e2-ε。将e2-ε代入式(8)中的项e2，得到下式：
p’＝p1+p2+p3-(e1+ε)p1(p2+p3)-(e2-ε)p3(p1+p2)
   +(e1+ε)(e2-ε)p1p2p3
   ＝p-ε(p1p2+p1p3-e2p1p2p3)+εp3(p1+p2-e1p1p2)
   -ε2p1p2p3
   ＝p-ε(p1p2+p1p3-e2p1p2p3)-ε2p1p2p3
                                (19)
(∵p1+p2-e1p1p2＝0)
通过将式(7)及(22)代入式(3)，得到下列等式(20)：
Δq/q＝p/{p-ε(p1p2+p1p3-e2p1p2p3)-ε2p1p2p3}-1＝-(p1p3/p2)/{-p1p3/p2-εp1(p2+p3-e2p2p3)-ε2p1p2p3}-1＝(f2/f3)/{f2/f3+ε(1/f2+1/f3-e2/f2f3)+ε2/f2f3}-1＝f22/{f22+ε(f2+f3-e2)+ε2}-1        (20)
由于f22＞＞ε2，故项ε2可被忽略。于是可得到下式(21)：
Δq/q＝f22/{f22+ε(f2+f3-e2)}-1     (21)
该式与式(9)完全相同。因此，式(10)也能适用。
在图5所示的光线轨迹中，当主平面距离e2由e2-ε替代时，式(14)变为下列等式(22)：
β＝f3/(S2-(e2-ε)+f3)
  ＝εf3/{(f2+ε)f2+(-e2+ε+f3)ε}
  ＝εf3/{f22+(f2+f3-e2)ε+ε2}       (22)
由于f22＞＞ε2，故项ε2可被忽略。于是可得到下式(23)：
&beta; = &epsiv; f 3 f 2 2 + ( f 2 + f 3 - e 2 ) &epsiv; - - - ( 23 )
该式完全与式(14)相同。
在式(23)以后也获得与式(15)至(16)相同的式，及由此也得到式(18)。因此，当第二透镜L2移动时，由式(18)给出范围是主平面距离e2的最佳范围。如前所述，当第一透镜L1移动时，由式(18)给出范围也是主平面距离e2的最佳范围。
虽然在上述实施例中使用了具有两个透镜的扩展透镜组件14，作为对球面像差的补偿装置，但也具有用于补偿球面像差的其它替换装置。例如，球面像差可通过调节准直透镜及光源之间的距离来校正。这种结构被表示在图7中。具体地说，在本发明的信息记录/播放装置中可使用一个包括光束分离器93及准直透镜L2的有限光学系统。该光束分离器93是一个平行板。在图1及7中相同的标号表示同样的部件。在图7中，准直透镜L2可被移动以改变(调节)光源11及准直透镜L2之间的距离。另一方式是，光源(半导体激光器11)可沿光轴移动以改变球面像差。通常，准直透镜L2及光源11之间的距离被设置为准直透镜L2的焦距。通过改变该距离，由准直透镜L2射出(输出)的光束变为不平行的。因此，可以控制放大
( &beta;f 3 / NA 4 )
并因此补偿球面像差。该情况中的原理与使用扩展透镜组件(图1)的情况相同。在图7中，可以考虑的是，来自光源11的光束直接地入射到准直透镜L2，而不是使平行光束入射到扩展透镜组件。然后，图7中准直透镜L2后的光束与图1中第二透镜L2后的光束相同。因此可以说，通过准直透镜的球面像差补偿与通过扩展透镜组件的球面像差补偿是等效的。
沿着光轴移动准直透镜L2来补偿球面像差与移动扩展透镜组件14的第二透镜L2是等效的。沿着光轴移动光源11来补偿球面像差与移动扩展透镜组件14的第一透镜L1是等效的。
示例：
在表I的条件下，当扩展透镜组件14被致动时，使用扩展透镜组件14及物镜L3上的光线跟踪模拟(ray tracing simulation)，计算3-射束点距离的变化。光束扩展透镜组件14的第一及第二透镜L1及L2及物镜L3的主要规格如下：
L1的焦距：        -17.821mm
L2的焦距：        21.475mm
L3的焦距：        1.770mm
L3的数字光圈：    0.85
光源的波长：      405nm
                    表I
  SRF   半径(R)mm   厚度mm   INDEX
  1   -14.70000   1.00000   1.53020
  2   27.07400   2.50000   1.00000
  3   43.69000   1.50000   1.53020
  4   -15.21600   10.00000   1.00000
  5   1.99059   1.20000   1.50568
  6   9.07660   1.30000   1.00000
  7   1.12659   1.30000   1.76250
  8   0.00000   0.13000   1.00000
  9   0,00000   0.10000   1.61902
  10   0.00000   0.00000   1.00000
  IMS   0.00000   0.00000   1.00000
  TERM   SRF-5   SRF-6   SRF-7
  CC   -2.42749E+00   3.22130E+01   -1.83113E-01
  A4   3.68190E-02   1.16497E-02   8.88776E-03
  A6   -2.46882E-03   -1.00343E-03   -5.31070E-03
  A8   9.44504E-04   -9.26839E-04   -1.34467E-02
  A10   -1.43091E-04   4.81807E-04   -6.19420E-04
  A12   3.09315E-05   -8.34006E-05   -7.26055E-03
在表I中，SRF表示折射表面(透镜)序号，从接近光源的表面开始。半径(mm)表示曲率半径。厚度(mm)表示相邻折射面之间的距离。INDEX表示折射率。TERM表示非球面系数(asphericcoefficient)。SRF-1及-2表示第一透镜L1，SRF-3及-4表示第二透镜L2，SRF-5-6表示入射侧的物镜组件L3的一个透镜，及SRF-7及-8表示射出侧的物镜组件L3的另一透镜。SRF-9及-10表示光盘覆盖层。
模拟的结果表示在图8中。在该曲线图(图8)中，3-射束点距离的变化率被绘制成主平面距离e2的函数，其中，光盘具有±30微米的厚度误差，扩展透镜组件被致动以在图像(成像)面减小光轴上的像差。根据扩展透镜组件的校正，通过将3-射束点距离的变化除以校正前3-光束的位置，计算出3-射束点距离的变化率。
由式(18)所确定的范围如下：
12.369mm＜e2＜34.121mm
其中e2表示第二透镜L2及物镜L3之间的主平面距离。
因为在射出侧的第二透镜L2的主平面位于第二透镜L2的顶点前面0.255mm处，在入射侧的物镜L3的主平面位于第三透镜L3的顶点后面2.503mm处，透镜L2及L3之间沿光轴的主平面距离e2’可给出如下：e2’＝e2-0.255-2.503。因此，9.61mm＜e2’＜31.36mm。由模拟结果(图8)可以理解，3-射束点距离变化率从+5％至-5％的区域一般符合上式。
因此，明显的是，当光学头的物镜具有0.80或更大的数字光圈时，射束点距离的变化可被抑制在所需(期望)的范围中。已证实的是，当物镜焦距为2mm或更小时，射束点距离的变化能以所需方式抑制。
由于光束的会聚是由扩展透镜组件或类似部件改变，即使在包括该光学头的光学系统中校正了球面像差，物镜的数字光圈仍保持不变。因此，当信息被记录到多层记录介质(例如两层光盘)上或从其上检索信息时，在相应记录层上可获得相同的MTF特性。应当指出，本发明可应用于使用所谓固体浸没透镜作为物镜的光学系统，该透镜的数字光圈大于1。
如上所述，即使当扩展透镜组件的可动透镜移动、或即使当准直透镜或物镜移动、以校正由光盘厚度中约30微米的误差引起的球面像差时，可使光盘记录层上多射束点距离的变化限制在5％以内。其结果是，可以减小DPP方法的灵敏度变化及CTC方法的延时变化。也可以减小光盘中球面像差校正时引起的数字光圈的变化。这就导致减小了校正球面像差时引起的信息记录及检索特性的变化。

Claims (13)

1、一种光学头，用于将最终转变成多个射束点的光束照射在光记录介质上，以及用于通过将该光束照射在该光记录介质上而在该光记录介质上记录信息及从该光记录介质上检索信息，所述光记录介质在其最外表面上具有一覆盖层，该光学头包括：
光源，用于发射该光束；
物镜，用于将该光束会聚成一会聚光束，以将该会聚光束导向该光记录介质；及
像差校正透镜组件，设置在该光源及该物镜之间，该像差校正透镜组件包括至少一个在光轴方向上可移动的可动透镜，该像差校正透镜组件控制该可动透镜的移动，以校正球面像差，其中，在多数光射出侧上的该像差校正透镜组件中的透镜的主平面与该物镜的主平面之间的距离由下列公式确定：
( f 2 + f 3 ) - 2 f 3 2 NA 4 | t | X < e 2 < ( f 2 + f 3 ) + 2 f 3 2 NA 4 | t | X
其中，e2表示多数光射出侧上的该像差校正透镜组件中的透镜的主平面与该物镜的主平面之间的距离，NA表示该物镜的数字光圈，f2表示光射出侧上的该像差校正透镜组件的焦距，以及f3表示该物镜的焦距，t表示覆盖层的厚度误差并且|t|＝3/100mm，以及X表示一预定值并且X＝5/100。
2、根据权利要求1的光学头，其中，所述多个射束点是三个射束点。
3、根据权利要求1的光学头，其中，该像差校正透镜组件移动该可动透镜，以补偿该覆盖层的球面像差中的偏差。
4、根据权利要求1的光学头，其中，采用差分推挽方法作为跟踪误差检测方法。
5、根据权利要求1的光学头，其中，应用串扰消除方法。
6、根据权利要求1的光学头，其中，该光源是一激光器，用于发射具有400nm到415nm之间波长的光束。
7、根据权利要求6的光学头，其中，该波长为405nm。
8、根据权利要求1的光学头，其中，该像差校正透镜组件包括正透镜组和负透镜组，该可动透镜包括在该正透镜组和该负透镜组其中至少之一中，以及通过该可动透镜改变沿光轴方向上该正透镜组的主平面与该负透镜组的主平面之间的距离。
9、根据权利要求1的光学头，其中，该可动透镜是一准直透镜，用于将该光源发射的光束转换成大体平行的光束。
10、根据权利要求1的光学头，其中，该物镜的数字光圈不小于0.80。
11、根据权利要求1的光学头，其中，该物镜的焦距不大于2mm。
12、根据权利要求1的光学头，其中，该像差校正透镜组件是一扩展透镜组件。
13、根据权利要求1的光学头，其中所述光学头被应用在一信息记录和检索装置中。
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