专利名称：光学元件、光头、用于校正球面象差的方法，以及光学记录/再现装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及用在光信息处理或光通信等等中的光学元件，光头，和用于校正球面象差的方法，以及光学记录/再现装置。
然而，在使用上述蓝色激光的高密度光记录介质中，为增加记录容量，轨距变得相当窄。因此，为使循迹误差信号稳定，有必要增加边缘强度(rim intensity)，即，用来照射光记录介质的光的中心强度与周围强度的比率。边缘强度能通过仅使用从光源发射的光的中心部分来增加。然而，这降低了从光源发射的光的使用效率(俘获效率)。因此，为在光记录介质中记录信息，必须使用能输出大量光的光源。另外，为在多层光记录介质中记录信息，必须使用能输出更多光量的光源。然而，能输出更多光量的光源的问题在于寿命和合格率很低。因此，在JP11(1999)-258544A中提出了具有大的边缘强度而且具有高俘获效率的光学元件。
图10是解释传统光学元件90的结构的视图。光学元件90包括形成在光入射的侧面上的第一曲面83、形成在光射出的侧面上的第二曲面84。第一曲面83和第二曲面84沿基本上垂直于中心轴线82的表面形成，同时还形成一周围表面85以便其沿平行于中心轴82的方向连接第一曲面83和第二曲面84。另外，图10显示了经过传统的光学元件90的同时被折射为多个曲线的大量光线的光程。光学元件90由具有各向同性的折射率的透明材料(例如，玻璃)制成。
下面解释这种结构的光学元件90的操作。入射在第一曲面83上的光由于在第一曲面83折射而在光学元件90内的一个区域中发散，并在光学元件90的另一个区域中会聚。因此，经曲面84射出的光的光强度分布与入射光的光强度分布不同。
具体来说，在区域Z中，经过光学元件90的光线的光程彼此平行延伸。在区域Z的内侧的中心区X中，光线发散。在区域Z的外侧的周围区Y中，光线会聚。
因此，如在图10的左侧所示的高斯光强度分布W91所示，在经过光学元件90时位于中心部分的具有高强度的光线发散，并且当从光学元件90射出时其强度降低。在高斯光强度分布W91中，位于周围部分的具有低强度的光线在经过光学元件90时会聚，并且当从光学元件90射出时其强度增加。因此，通过经过光学元件90，总的来说，具有高斯光强度分布W91的入射光转换成具有均匀光强度分布W92的射出光。
如果将由此构成的光学元件90安装在光头上，由于可以提高俘获效率以及增加边缘强度，因此对于高密度光记录介质，可实现稳定的循迹误差信号。另外，可以使用发射少量光的光源。
然而，当将由此构成的光学元件90安装在光头上时，要求严格的安装精确度。因此，很难制作光头，此外，光头的可靠性成为一个很大的问题。这将详细地描述。
当光源的发散角为25°时，用于获取从光源发射的光并将发射光对准成基本上平行的光的准直透镜的焦距为6.7毫米(mm)，入射在光学元件的光的直径为2.84毫米(mm)，光学元件90的中心厚度为1.5毫米(mm)，设计第一曲面83和第二曲面84的形状以便边缘强度从52％增加到100％。因此，当满足这些条件的光学元件安装在光头上时，作为安装精确性，光头90可倾斜约0.1°。
当计算基于上述条件设计的光学元件90倾斜约0.1°的情况时，由于发生差不多350mλ的第三级彗形星象差，不可能制作该光头。此外，即使通过完全调整以使其不倾斜制作出该光头，也可能发生诸如0.1°的象差，不可能保证光头的可靠性。
此外，还有一个光学元件90本身的第一曲面83和第二曲面84间的偏心的问题。当模塑该光学元件90时，对于用于模塑的印模的精确度，可能发生5微米(μm)的偏心。当光学元件90的第一曲面83和第二曲面84之间的偏心为5微米(μm)时，发生100 mλ的彗形象差。结果是，不可能将该光学元件90安装在光头上，从而，恶化了光学元件90的合格率。
鉴于上述问题，本发明的一个目的是提供具有高的俘获效率以及高边缘强度的光学元件、光头、用于校正球面象差的方法以及光记录/现装置。
根据本发明的光头用于记录或再现相对于关于光记录介质的信号，并包括用于发射光的光源、以及用于将从光源发射的光会聚在光记录介质上的物镜。如上所述的光学元件位于光源和物镜之间。
在根据本发明用于校正球面象差的方法中，使用根据本发明的光头，该方法包括检测光记录介质的基底材料的厚度与标准值的偏差，以及改变光学元件与透镜间的间隔以便基于所检测的基底材料的偏差，校正球面象差。
根据本发明的光记录/再现装置包括根据本发明的光头，以及处理电路，用于控制在光头中提供的物镜的位置，以便基于由光头产生的焦点误差信号和循迹误差信号，将光会聚在光记录介质的所期望的迹道上。
图2是解释在根据该实施例的光头中提供的光学元件的结构的视图。
图3是表示根据该实施例的光学元件的第一曲面和第二曲面的非球面数据的视图。
图4A是表示根据该实施例的光学元件中，第一曲面的垂度量与到中心的距离间的关系的图。
图4B是表示根据该实施例的光学元件中，第二曲面的垂度量与到中心的距离间的关系的图。
图5是表示根据该实施例，边缘强度改进率与当光学元件倾斜0.1°的角度时发生的象差间的关系的图。
图6是表示根据该实施例，光学元件的中心厚度与当第一曲面和第二曲面偏心约5微米时发生的象差间的关系的图。
图7是表示根据该实施例，边缘强度改进率与当光学元件的第一曲面与第二曲面偏心5微米时发生的象差变为70mλ时的中心厚度间的关系的图。
图8是解释根据本发明的另一光学元件的结构的视图。
图9是表示具有根据该实施例的光头的光记录/再现装置的结构的框图。
图10是解释传统光学元件的结构的框图。
在该实施例中，最好当第一曲面的中心位置与第二曲面的中心位置间的距离(中心厚度)为d(mm)时，d满足下述关系d≥54·R4-221·R3+304·R2-138·R这样，能将光学元件倾斜时发生的象差以及当第一曲面和第二曲面偏心时发生的象差抑制到70mλ或更低。因此，提高了光学元件的合格率以及当将其安装在光头上时，提高了光头的合格率并因此提高了可靠性。
在该实施例的光头中，该实施例的光学元件位于光源和物镜之间。因此，能将当光学透镜倾斜时发生的象差以及当第一曲面和第二曲面偏离中心时发生的象差抑制到70mλ或更低。因此，提高了安装在光头上的光学元件的合格率以及提高了光头的合格率，从而提高了可靠性。
在该实施例中，最好，光头进一步包括球面象差校正装置，用于校正由于光记录介质的基底材料的厚度偏离标准值时发生的球面象差。这样，由于校正了球面象差，能获得稳定的再现信号或控制信号，以及能实现稳定的记录和再现。
最好，光头进一步包括相对于光学元件以预定间隔放置的透镜，其中该球面象差校正装置包括该透镜、光学元件和用于改变光学元件和透镜间的间隔以便校正球面象差的间隔改变装置。因此，由于球面象差校正装置具有边缘强度改进功能，循迹误差信号能变得稳定。另外，由于球面象差校正装置不仅具有球面象差校正功能而且具有边缘强度改进功能，因此能使光头小型化。
最好，该透镜将光学元件发散的光转换成平行光。这样，由于具有边缘强度改进功能的光学元件比透镜更接近于光源端，当改变光学元件与透镜间的间隔以便校正球面象差时，不会改变边缘强度改进率。
最好，光头进一步包括光束成形光学元件，位于光学元件和光源之间，用于从光源发射的光的光束成形。因此，由于相对于中心，光学元件变成对称的，提高了光学元件的合格率，从而降低光头的成本。另外，由于本发明的光学元件不考虑旋转方向而可被包含在光头中，从而增加了光头的合格率。另外，由于光头的特性不依赖于本发明的光学元件的旋转方向，因此提高了可靠性。
最好，当第一曲面的中心位置与第二曲线的中心位置间的距离(中心厚度)为d(mm)时，d满足下述关系d≥54·R4-221·R3+304·R2-138·R这样，能将光学元件倾斜时出现的象差以及第一曲面和第二曲面偏心时出现的象差抑制到70mλ或更低。因此，提高了光学元件的合格率以及当将其安装在光头上时，提高了光头的合格率，并提高了可靠性。
最好，该透镜包括放在光学元件一侧的凸透镜和放在物镜一侧的凹透镜，并且该凹透镜的阿贝常数(Abbe constant)具有小于该凸透镜的阿贝常数。这样，可以构造一个球面象差校正装置并进一步校正色差。此外，光学元件的透光效率很高，从而来自光源的光的使用效率也很高。
最好，球面象差校正装置是一扩展系统(expanding system)。其好处在于当改变正透镜组和负透镜组间的间隔以校正球面象差时，不改变边缘强度改进率。
最好，球面象差校正装置具有色差校正功能。其好处在于能使光头微型化。
最好，光学元件和透镜中至少一个具有色差校正功能。其好处在于如果光学元件或透镜具有色差校正功能，能校正光的色差。
最好，球面象差校正装置包括光学元件、相对于光学元件以预定间隔放置的衍射透镜、以及用于改变光学元件和衍射透射间的间隔以便校正球面象差的间隔改变装置。因此，降低可移动部件的重量并使用于移动透镜的机械部件更容易。此外，能降低用于移动可移动部件的电流，从而节约能源。
最好，衍射透镜将由光学元件发散的光转换成平行光。这样，由于具有边缘强度改进功能的光学元件比衍射透镜更靠近光源端，当改变光学元件与衍射透镜间的间隔以便校正球面象差时，不改变边缘强度改进率。
最好，光头进一步包括具有色差校正功能的色差校正元件。从而，校正色差，以便当将再现操作切换到记录操作或将记录操作切换到再现操作时出现的散焦不再存在，并能实现稳定的记录和再现。
最好，物镜的NA大于等于0.7。这样，可以实现能记录和再现高密度光记录介质的光头。
最好，从光源发射的光的波长为大于等于380纳米(nm)以及小于等于420纳米(nm)。这样，可实现能记录和再现高密度光记录介质的光头。
最好，光头进一步包括用于检测光记录介质的基底材料(basematerial)的厚度偏离标准值的偏差的偏差检测器。这样，可快速检测与标准值的偏差而没有倾斜，能短时间控制光头。
最好，光头进一步包括相对于光学元件以预定间隔放置的透镜，以及用于检测光记录介质的基底材料的厚度偏离标准值的偏差的偏差检测装置。球面象差校正装置包括透镜、光学元件以及用于改变透镜和光学元件间的间隔以便基于检测的基底材料的偏差，校正球面象差的间隔改变装置。这样，能校正球面象差，并能实现稳定的记录和再现。
在用于基于检测的基底材料的厚度的偏差，校正球面象差的该实施例的方法中，改变光学元件和透镜间的间隔以便校正球面象差。从而，能校正球面象差，并能实现稳定的记录和再现。
在改变间隔中，移动透镜以便改变光学元件和透镜间的间隔。这是因为光学元件对倾斜极其敏感，因此稳定的球面象差校正可以通过移动透镜来实现。
在该实施例的光记录/再现装置中，具有根据该实施例的光头。因此，循迹误差信号变得稳定并且可能构造能在高可靠的光记录介质中记录和再现信息的光记录/再现装置。此外，由于使光头适宜地微型化，也能使光记录/再现装置微型化。
在下文中，参考附图，将解释本发明的实施例。
图1是表示本发明的实施例的光头100的结构的框图。光头100包括光源1。光源1将用于记录和再现的相干光发射到在光记录介质8上形成的记录层。相干光的波长为大于等于380纳米(nm)以及小于等于420纳米(nm)。光源1由例如，基于GaN的半导体激光元件(波长405纳米(nm))制成。
从光源1发射的相干光通过准直透镜2转换成平行光，然后入射在光束成形光学元件3上。光束成形光学元件3将具有由准直透镜2转换的平行光的小的发散角的光扩大，并允许具有大的发散角的光原样通过。
通过准直透镜2的平行光通过具有约50％的透射率和50％反射率的分束器4。通过分束器4的平行光入射在光学元件5上。
光学元件5改变入射平行光的边缘强度，平行光进一步转换成发散光，并由连接透镜6准直成平行光，然后通过物镜7会聚在光记录介质8上。
接着，光记录介质8反射的光通过物镜7，通过连接透镜6和光学元件5，并由分束器4反射，然后通过会聚透镜9会聚在光电检测器10上。基于会聚光，光电检测器10基于会聚的光输出表示光记录介质8上光的聚集状态的焦点误差信号，此外，还输出表示光的照射位置的循迹信号。在这里，焦点误差信号和循迹误差信号基于已知的技术进行检测，例如，像散方法和推挽方法等等。
焦点控制器(未示出)基于光聚焦的状态中的焦点误差信号，控制物镜7的沿光轴的位置以便光总是会聚在光记录介质8上。此外，循迹控制器(未示出)基于循迹误差信号，控制物镜7的位置以便光可以会聚在光记录介质8上的所需迹道上。此外，从光电检测器10，也获得记录在光记录介质8中的信息。
图2是解释在实施例的光头100中提供的光学元件5的结构的视图。光学元件5包括在相对于中心轴82的横向方向上延伸的第一曲面21、在相对于中心轴82的横向方向上延伸的第二曲面22、以及在第一曲面21和第二曲面22间沿中心轴82方向延伸的周围曲面23。光学元件5使由准直透镜2准直的光发散并进一步改变边缘强度。光学元件5可由具有各向同性折射率的透明材料(例如，玻璃)制成。
由于在第一曲面21上折射，入射在第一曲面21上的光在第一曲面21的一个区域中发散并在第一曲面21的另一个区域中会聚。因此，从第二曲面22射出的入射光，成为具有与入射光的高斯光强度分布W1不同的高斯光强度分布W2的发散光，。
不象上述提到的传统技术的光学元件90，该实施例的光学元件5将具有高斯光强度分布W1的入射光转换成具有高斯光强度分布W2的射出光，其中对于由光学元件5用在光学系统的范围内的光，增加了边缘强度。
此外，当边缘强度改进率(从该实施例的光学元件4射出后的边缘强度相对于入射在该实施例的光学元件4之前的边缘强度的比率)为1.07或更低时，第一曲面21的形状为凹透镜形，与光学元件90的形状不同，并且朝向周围部分该凹透镜效应降低。为增加边缘强度改进率，使周围部分形成可提供凸透镜效应的形状。如上所述，在该实施例的光学元件5中，射出光的光通量密度朝周围部分被增加。
图3是表示光学元件5的第一曲面21和第二曲面22的例子的非球面数据的视图。在这里，构成光学透镜5的透镜的表面形状(在下文中，称为“垂度”)由下述等式表示Z＝(c×r2)/(1+(1-(1+k)×c2×r2)1/2)+a1×r2+a2×r4+a3×r6+a4×r8+a5×r10其中c(＝1/R)为曲率R为曲率半径k为圆锥曲线常数r为半径位置
Z为垂度a1-a8为非球面系数(a1＝0)基于如图3所示的非球面数据形成的光学元件5的第一曲面21和第二曲面22的形状(垂度)分别如图4A和图4B所示。图4A是表示垂度量与从光学元件100的第一曲面21内的中心的距离间的关系的图；图4B是表示垂度量与从第二曲面22中的中心的距离间的关系的图。
如图4A所示，当边缘强度改进率为1.5、1.3和1.1时，在第一曲面21的轴线82附近的中心部分内，形成凹透镜，并且在远离第一曲面21的轴线82的周围部分，形成凸透镜。因此，当边缘强度改进率为1.0和1.07时，在第一曲面21的中心部分和周围部分，形成凹透镜。此外，在第一曲面21内，边缘强度改进率变得越大，在中心部分的凹透镜效应也越大，同时在周围部分的凸透镜效应也越大。
图5是表示光学元件5的边缘强度改进率与当光学元件5倾斜0.1 °时发生的象差间的关系的图。在下文中，将解释边缘强度的变化量与用于实现当光学元件5倾斜时发生的象差间的关系。在这里，用于计算的条件包括光源1的发散角为25°、获取从光源1发射的光并将该光准直成平行光的准直透镜的焦距为6.7毫米(mm)、入射在光学元件5上的光的直径为2.84毫米(mm)，以及光学元件5中，第一曲面21的中心位置与第二曲面22的中心位置间的间隔(中心厚度)为1.5毫米(mm)。在这些条件下，边缘强度相当于52％。
在这里，考虑在0.1°的倾斜角的象差的原因是因为当光学元件5安装在该实施例的光头100中时会可发生斜移。此外，在该实施例的光学元件5的中心部分的厚度为5毫米(mm)的情况下也被考虑的情况下，获得如图3中的相同结果。因此，发现光学元件5的中心部分的厚度不影响倾斜。
在这里，为通过物镜7将光会聚在记录介质8上，有必要将象差抑制在70mλ或更低。因此，如图5所示，发现该实施例的光学元件5的边缘强度改进率需要为1.5或更低。
在上述实施例中，只有光学元件5使用关于光的光阑性能的Marshall标准的所有70mλ的象差。然而，光头包括许多其他光学元件，并且所有这些光学元件均具有由于制造中的误差引起的象差和由于安装在光头上时的误差引起的象差。因此，为该光学元件5的倾斜分配30mλ或更低的象差是很实际的。因此，如图5所示，边缘强度改进率为1.2或更低是更实际和更好的。
该象差和边缘强度改进率间的关系相对于在该实施例中提到的光学元件5而计算。然而，在入射平行光并射出平行光的情况下，可获得基本上相同的关系。在这里，该实施例的计算边缘强度的位置为在该直径上的端部位置，入射在物镜7中的光的直径(由物镜7的NA和焦距来确定)被投影到该实施例的光学元件5的入射面上。
图6是表示光学元件5的中心厚度与当光学元件5的第一曲面21和第二曲面22偏心5微米(μm)时发生的象差间的关系的图。在下文中，将解释光学元件5的中心厚度与光学元件5的第一曲面21和第二曲面22的偏心间的关系。
在这里，考虑当发生5微米(μm)偏心时出现的象差的原因是因为当通过模塑制造光学元件5时，由于模塑印模等的公差可发生5微米(μm)的偏心。在这里，为通过物镜7将光会聚在光记录介质8上，有必要将象差抑制到70mλ或更低。
因此，从图6可以看出，在每个边缘强度改进率中，获得使象差为70mλ或更低的中心厚度，并绘制所获得的中心厚度以便获得如图7所示的图。曲线C1表示光学元件5的中心厚度与当边缘强度改进率为1.05时的象差的关系；曲线C2表示当边缘强度改进率为1.1时的关系；曲线C3表示当边缘强度改进率为1.15时的关系；曲线C4表示当边缘强度改进率为1.3时的关系；以及曲线C5表示当边缘强度改进率为1.5时的关系。
图7是表示光学元件5的边缘强度改进率与在第一曲面21和第二曲面22偏心5微米(μm)时出现的象差变为70mλ的情况下的中心厚度间的关系的图。
从图7所示的关系来看，当该实施例的光学元件5的中心的厚度为d毫米(mm)以及边缘强度改进率为R，并且当满足下述关系表达式时，能使象差为70mλ或更低。
d≥54·R4-221·R3+304·R2-138·R该关系表示关于在该实施例中提到过的光学元件5的计算。然而，在入射平行光以及射出平行光的情况下，也能获得基本上相同的关系。
接着，将解释用于制造该实施例的光学元件5的玻璃材料。由于将光学元件5用作负透镜，如果使用具有小的阿贝常数的玻璃材料(例如，具有45或更低的阿贝常数的玻璃材料)，该光学元件5本身能具有色差校正功能。此外，由于该实施例的光学元件5的曲面是非球面表面，需要通过模塑来制造光学元件5。因此，最好使用能被模塑(玻璃相变温度600℃或更低)并具有小的阿贝常数的玻璃材料，例如VC89(SUMITA OPTICAL GLASS公司的产品)(阿贝常数40.8)来制造光学元件5。
下面，将解释边缘强度改进率的必需量。在光头100中，为实现稳定的循迹误差信号，需要边缘强度为60％或更高。为保证该边缘强度，从光源1发射的光的使用量(俘获效率)需要为40％或更低(在光具有高斯光强度分布的情况下，使用光量是从100％减去边缘强度而获得)。此外，许多光学部件安装在光头100上，如果考虑由于它们的反射损耗等，从物镜7射出的光进一步变为约80％。因此，为使边缘强度为60％，仅能使用从光源1发射的光的约30％。
在这里，当需要15毫瓦(mW)作为光量以便将信号记录在光记录介质8上形成的记录层时，需要能输出至少50毫瓦(mW)或更多光的光源作为光源1。然而，目前可用的蓝色半导体激光器的最大输出为45毫瓦(mW)，因此有必要将俘获效率从40％增加到44％同时确保60％的边缘强度。换句话说，在俘获效率维持在40％至44％的情况下，有必要将边缘强度从56％提高到60％。即，需要边缘强度改进率为1.07或更高。
此外，如上所述，要求边缘强度改进率为1.07或更高。然而，除非包括一些容差，否则无法处理由于物镜7上存在灰尘，从物镜7射出的光比原始状态减小的情况。因此，最好考虑到某些容差，使边缘强度改进率为1.1。
通过连接透镜6，将通过该实施例的光学元件5的光转换成平行光。连接透镜6也具有用于校正当再现操作切换到记录操作时改变光源1的波长时发生的色差的功能。
当将再现操作切换到记录操作时，从光源1发射的光量改变。此时，由于波长快速改变，因此，通过物镜7会聚在光记录介质8上的光发生散焦，并因此发生球面象差。即，发生色差。这种散焦出现相当快以致不能通过允许焦点控制跟进来进行抑制。同时，球面象差出现相当快以致不能通过允许球面校正装置跟进来对其进行抑制。因此，有必要通过一个光学系统来校正该色差。
因此，为提供具有色差校正功能的球面象差校正装置的正透镜组，通过连接透镜6来构成正透镜组。在这里，连接透镜的凸透镜部分6a用具有大的阿贝常数(例如，50或更高)的玻璃材料制成，而连接透镜6的凹透镜部分6b用具有小的阿贝常数(例如，30或更低)的玻璃材料制成。
由于当波长变得更短时，折射率变化很快，因此增加了发生的色差量。在这里，当将具有405纳米(nm)的波长以及0.85NA的物镜7设计为单个透镜时，发生每纳米(nm)约0.35微米(μm)的散焦。为校正该散焦，用具有55.4的阿贝常数的玻璃材料制成凸透镜部分6a并用具有25.5的阿贝常数的玻璃材料制成凹透镜部分6b，从而可使上述色差被校正。此外，除非使具有小的阿贝常数的玻璃材料的折射率为1.7或更高，否则透镜的曲率半径变得很小，从而制造透镜中的容差变得很严格。
在该实施例中，由于构成球面象差校正装置的正透镜组具有用于校正色差的功能，因此不必提供另外的色差校正元件，从而能简化光学系统并使光头微型化。
下面，将解释球面象差校正装置。球面象差校正装置包括连接透镜6、光学元件5以及间隔改变部件11，用于改变连接透镜6和光学元件5之间的间隔以便校正球面象差。球面象差校正装置可是一个扩展系统(将入射平行光变为扩展的平行光射出的系统)。在下文将对此进行解释。光头100具有用于检测光记录介质8的基底材料的厚度偏离标准值的偏差检测部件12。用于校正当光记录介质8的厚度偏离标准值时发生的球面象差的方法包括改变正透镜组和负透镜组间的间隔。在这里，作为物镜7的有效直径，由于孔径(NA)是恒定的，入射在球面象差校正装置中的光向物镜7的投影直径(在下文中，称为“物镜投影直径”)改变。该改变量对应于边缘强度中的变化，因此不希望有大的改变。
在这里，如果由缩小系统构成球面象差校正装置，入射在球面象差校正装置中的光投射在物镜上的直径将大大地改变。另一方面，在扩展系统中，由于变化量变得很小，因此，理想的是使用扩展系统。
此外，如上所述，为校正球面象差，有必要通过间隔改变部件11改变透镜间的距离。然而，如果移动透镜，透镜可能会倾斜。在这里，由于本发明的光学元件5对倾斜很敏感，在校正球面象差中，通过间隔改变部件11移动连接透镜6，而不移动光学元件5是很有利的。此外，如果移动类似的透镜，由于在远离光源1的透镜上入射的光的直径改变，因此具有用于校正边缘强度的功能的本实施例的光学元件5最好被安置在光源一侧。不用说，这样的构造是可以实现的，即具有消色差功能的透镜为负透镜组、本实施例的光学元件5为正透镜组，以及在校正球面象差时可移动的一侧为负透镜组。
下面将解释用于校正本实施例的球面象差的方法。首先，通过偏差检测部件12检测光记录介质8的基底材料的厚度偏离标准值的偏差。在该检测方法中，可基于预定的学习方法，在对记录介质8记录或再现前，执行检测。此外，在JP2000-171346A中公开了另一种检测方法。该另一检测方法基于位于光轴附近的第一光束和位于第一光束外侧的第二光束的两个焦点位置，检测球面象差。
此外，JP10-334575A描述了另一种检测方法。具体来说，在用于该检测方法的装置中，配置包括光源、第一光学系统，用于以从光源发射的光来照射光记录介质(将被测量的主体)，以及第二光学系统，用于将来自光记录介质的反射光引导到光接收元件。在这里，光源可包括激光、LED或灯。第一和第二光学系统可包括凸透镜或凸透镜与凹透镜的组合。
使用这种结构，从光接收元件输出的信号根据基底材料的厚度而不同，进而获得有关基底材料的厚度的信号。当偏差检测部件12通过学习检测到基底材料的厚度偏离标准值时，通过由间隔改变部件11仅对任何一个透镜移动一个必要量，就能校正球面象差，因为校正当基底材料的厚度偏离标准值时出现的球面象差所必需的该实施例的元件5和连接透镜6的间隔在设计中已确定。
另外，在获得有关基底材料的厚度的信号的情况下，可通过间隔改变部件11改变该实施例的光学元件5与连接透镜6之间的间隔，以便上述获得的信号变为当基底材料的厚度为标准值时获得的信号。
在这里，为改变透镜间的间隔，通过间隔改变部件11移动本实施例的光学元件5或连接透镜6。然而，由于如上所述的原因，最好间隔移动部件11不移动光学元件5而是移动连接透镜6。
下面，将解释具有边缘强度改进功能的光学元件5的位置。在用于记录的光头100中，理想的是使会聚在光记录介质8上的光具有尽可能一致的边缘强度。然而，由于从光源1发射的光的方向的发散角在平行于光源1的边缘面的方向与垂直于光源1的边缘面的方向间不同，因此，会聚在光记录介质8上的光的边缘强度也不一致。因此，本实施例的光头100具有光束成形光学元件3，该光束成形光学元件3使光源1的具有小的发散角的光发散，并允许具有大的发散角的光原样通过，从而使边缘强度一致。在光学元件5比光束成形光学元件3更靠近光源端的情况下，可通过在光由光束成形光学元件3扩展的方向和允许光原样通过的方向之间，改变边缘强度改进率来实现。
如上所述，通过限制边缘强度改进率以及具有边缘强度改进功能的光学元件5的中心厚度，可提高光学元件的合格率。另外，当将本实施例的光学元件5安装在光头100上以便构成提高边缘强度的光头100时，通过增加上述限制，提高了制作光头的合格率并提高了可靠性。此外，由于通过使用具有边缘强度改进功能的光学元件5构成球面象差校正装置，因此能简化和微型化光头100。另外，由于球面象差校正装置也具有色差校正功能，能进一步简化并微型化该光头。
然而，在这种情况下，由于必须在光由光束成形光学元件3扩展的方向与允许光原样通过的方向间改变边缘强度改进率，因此相对于中心，第一曲面21和第二曲面22的形状不是轴向对称的。当制造这种光学元件5时，必须高度准确地调整第一曲面21和第二曲面22间的旋转位移。在模塑过程中，很难消除第一曲面21和第二曲面22间的旋转位移。因此，降低了光学元件的合格率。
另一方面，在具有边缘强度改进功能的光学元件5中，该光学元件位于光束成形光学元件3和物镜7之间，由于不必在光由光束成形光学元件3扩展的方向与允许光原样通过的方向间改变边缘强度改进率，因此不存在上述限制。这样，制造该光学元件5变得非常容易。因此，在该实施例的光头100中，使用该实施例的光学元件5来构造球面象差校正装置。
如上所述，根据该实施例，边缘强度改进率R，即入射光的边缘强度与射出光的边缘强度的比率为大于等于1.07并且小于等于1.5。边缘强度表示中心强度与周围强度间的比率。因此，能将当光学元件倾斜时出现的象差以及当第一曲面21和第二曲面22偏心时出现的象差抑制到70mλ或更低。结果，提高了光学元件5的合格率并且当将其安装在光头100上时，提高了光头100的合格率并提高了可靠性。
在此注意，在该实施例中，提到过由分开的透镜实现边缘强度改进功能和色差校正功能的例子。然而，本发明不限于此。如图8所示，可采用将边缘强度转换部件和色差校正部件集成的透镜。图8所示的透镜包括为改变边缘强度而形成的透镜61以及透镜62，其中形成透镜62的玻璃材料的阿贝常数与用于透镜61的玻璃材料的阿贝常数不同。
可通过连接透镜61和透镜62来制造该实施例的光学元件5。该光学元件5用于球面象差校正装置，作为负透镜组，以及正透镜组可形成为一个简单的平凸透镜。当通过移动该平凸透镜校正球面象差时，减轻了可移动部件的重量。因此，能简化用于移动透镜的机械部件，且用于移动透镜的电流量可以很小，从而节省能源。
另外，在该实施例中，作为色差校正装置，已经提到了其中连接了具有不同阿贝常数的透镜的连接透镜6作为例子。然而，本发明不局限于此。连接透镜6可以是衍射透镜。在这种情况下，由于减轻了可移动部件的重量，能简化用于移动衍射透镜的机构。此外，用于移动衍射透镜的电流量可以很小，从而节省了能源。
此外，在该实施例中，由于将半导体激光器用作光源1，波长在记录操作和再现操作间切换时改变，因此，需要色差校正系统。然而，如果包括近红外半导体激光器以及准相位匹配型偏振反相波导装置的二次谐波生成蓝色激光器(SHG光源)用作光源1，由于波长不改变，不需要色差校正装置，从而使简化光头成为可能。
此外，在该实施例中，使用单个透镜用于透镜7。然而，可使用具有高NA的一对透镜。
此外，在本实施例中，解释了使用无限系统光头的例子。然而，不使用准直透镜的有限系统光头也可使用。
此外，在本实施例中，解释了使用无偏振型光学系统光头的例子。然而，可使用进一步具有四分之一波长板和分束器作为偏振分束器的上述光头的偏振型光头。
此外，本实施例描述了其中具有光束成形光学元件3的一个例子。不用说，根据本发明的光学元件在不具有光束成形光学元件3的光头中也很有效。
此外，在本实施例中，由具有边缘强度改进功能的光学元件5构造球面象差校正装置。然而，即使在将具有上述限制的光学元件5和球面象差校正装置分开安装在光头上时也没有问题。
此外，在这种情况下，通过例如，为一色差校正元件和一个凹透镜的连接透镜来构造球面象差校正装置。在这种情况下，通过移动一个透镜而不是连接透镜来校正球面象差是很有利的。下面将描述其原因。
能通过移动一个透镜改变透镜间的间隔来校正球面象差。此外，由于光记录介质的厚度在一个迹道内也能改变，因此有必要移动透镜以跟随在一个迹道内厚度的变化。因此，从控制的观点看，希望透镜的重量变轻。此外，由于从外面提供的用于移动透镜的一个信号，可移动部件的温度增加。这里，由于在连接透镜内透镜用UV固化树脂粘附，如果温度增加，连接透镜本身的象差将恶化，从而使光头的属性恶化。因为这些原因，在不使用边缘强度校正元件构造球面象差校正装置的情况下，最好移动除连接透镜外的透镜。
图9是表示根据该实施例的包括光头100的光记录/再现装置200的结构的框图。与参考图1解释的光头100中相同的元件，在图9中使用相同的标记，在此省略对这些元件的详细解释。
光记录/再现装置200包括光头100、用于旋转光记录介质8的马达72以及处理电路73，用于控制在光头100中提供的物镜7的位置，以便基于由光头100产生的焦点误差信号以及循迹误差信号，将光会聚在光记录介质8上的所期望的迹道上。
下面将解释由此构成的光记录/再现装置200的操作。首先，当将光记录介质8放置在光记录/再现装置200中时，处理电路73输出用于旋转马达72的信号以旋转马达72。接着，处理电路73驱动在光头100中提供的光源1使其发射光。然后，从光源1发出的光由光记录介质8反射并入射在光头100中的光电检测器10上。光电检测器10输出表明光聚集在光记录介质8上的状态的焦点误差信号以及表明光照射的位置的循迹误差信号至处理电路73。基于这些信号，处理电路73输出用于控制物镜7的位置的一个信号，从而允许从光源1发射的光会聚在光记录介质8上的所期望的迹道上。此外，处理电路73基于从光电检测器10输出的信号，再现记录在光记录介质8中的信息。
如上所述，由于光记录/再现装置200包括本实施例的光头100，循迹误差信号变得稳定。因此，可获得具有高可靠性的，能在/从光记录介质8记录/再现信息的光记录/再现装置200。此外，由于能适当地微型化光头100，因此也能使光记录/再现装置200微型化。
如上所述，尽管已经通过给出的某些例子解释了本发明的实施例，本发明并不必局限于上述实施例，并且根据本发明的技术构想，能将本发明应用于其他实施例。
此外，在上述实施例中，提到了仅通过光来记录信息的光记录介质。然而，不必说，在通过光和磁性物质来记录信息的磁光记录介质中也能获得相同的效果。
此外，上述实施例描述的情况是光记录介质是光盘。然而，它可应用于实现类似功能的光信息记录/再现装置中，例如，卡式光记录介质等等。
本发明也可具体化为其他的特定形式，而不脱离其精神或必要特征。本申请中公开的实施例在各个方面都应被视为示例性而不是限制的。由附加权利要求书而不是上述说明表明本发明的范围，规定落在权利要求书的等效含义和范围的所有变化均包含在此。
权利要求
1.一种光学元件，包括中心轴；第一曲面，在相对于所述中心轴的横向方向上延伸；第二曲面，在相对于所述中心轴的横向方向上延伸；周围表面，在所述第一曲面和所述第二曲面间延伸；其特征在于光从其入射在所述第一曲面的时间到其从所述第二曲面射出的时间被折射，从而从所述第二曲面射出的光的光强度分布与入射在所述第一曲面的光的光强度分布互不相同，以及边缘强度改进率R，即射出的光的边缘强度相对于入射的光的边缘强度的比率，大于等于1.07且小于等于1.5，其中边缘强度表示中心强度与周围强度的比率。
2.如权利要求1所述的光学元件，其特征在于当所述第一曲面的中心位置与所述第二曲面的中心位置间的距离(中心厚度)为d(mm)时，d满足下述关系式d≥54·R4-221·R3+304·R2-138·R
3.一种相对于光记录介质，记录或再现信号的光头，所述光头包括光源，用于发射光；以及物镜，用于将从光源发射的光会聚在光记录介质上；其特征在于如权利要求1所述的光学元件被放置在所述光源和所述物镜之间。
4.如权利要求3所述的光头，进一步包括球面象差校正装置，用于校正由于所述光记录介质的基底材料的厚度与标准值的偏差而发生的球面象差。
5.如权利要求4所述的光头，进一步包括相对于所述光学元件，以预定间隔放置的透镜，其中球面象差校正装置包括所述透镜、所述光学元件以及用于改变所述光学元件和所述透镜间的间隔以便校正所述球面象差的间隔改变装置。
6.如权利要求5所述的光头，其特征在于所述透镜将由所述光学元件发散的光转换成平行光。
7.如权利要求3所述的光头，进一步包括放置在所述光学元件和所述光源间的光束成形光学元件，用于对从所述光源发射的光进行光束成形。
8.如权利要求3所述的光头，其特征在于当所述第一曲面的中心位置与所述第二曲面的中心位置间的距离(中心厚度)为d(mm)时，d满足下述关系式d≥54·R4-221·R3+304·R2-138·R
9.如权利要求5所述的光头，其特征在于所述透镜包括放置在所述光学元件一侧的凸透镜以及放置在物镜一侧的凹透镜，并且所述凹透镜的阿贝常数小于所述凸透镜的阿贝常数。
10.如权利要求4所述的光头，其特征在于所述球面象差校正装置为一扩展系统。
11.如权利要求4所述的光头，其特征在于所述球面象差校正装置具有色差校正功能。
12.如权利要求5所述的光头，其特征在于所述光学元件和所述透镜中的至少一个具有色差校正功能。
13.如权利要求4所述的光头，其特征在于所述球面象差校正装置包括所述光学元件、相对于所述光学元件以预定间隔放置的衍射透镜、以及用于改变所述光学元件和所述衍射透镜间的间隔以便校正所述球面象差的间隔改变装置。
14.如权利要求13所述的光头，其特征在于所述衍射透镜将由所述光学元件发散的光转换成平行光。
15.如权利要求3所述的光头，进一步包括具有色差校正功能的色差校正元件。
16.如权利要求3所述的光头，其特征在于所述物镜的数值孔径为0.7或0.7以上。
17.如权利要求3所述的光头，其特征在于从所述光源发射的光的波长为大于等于380纳米且小于等于420纳米。
18.如权利要求4所述的光头，进一步包括用于检测所述光记录介质的基底材料的厚度与标准值的偏差的偏差检测器。
19.如权利要求4所述的光头，进一步包括相对于所述光学元件，以预定间隔放置的透镜；以及偏差检测装置，用于检测所述光记录介质的基底材料的厚度与标准值的偏差；其特征在于所述球面象差校正装置包括所述透镜、所述光学元件以及用于改变所述透镜和所述光学元件间的间隔以便基于检测到的基底材料的偏差，校正所述球面象差的间隔改变装置。
20.一种用于校正球面象差的方法，该方法使用如权利要求5所述的光头，所述方法包括检测所述光记录介质的基底材料的厚度与标准值的偏差；以及改变所述光学元件和所述透镜的间隔以基于检测到的基底材料的偏差，校正所述球面象差。
21.如权利要求20所述的用于校正球面象差的方法，其特征在于在改变间隔中，移动透镜以改变所述光学元件和所述透镜间的间隔。
22.一种光记录/再现装置，包括如权利要求3所述的光头；以及处理电路，用于控制所述光头中的所述物镜的位置，以便基于由所述光头产生的焦点误差信号和循迹误差信号，将光会聚在所述光记录介质的所期望的迹道上。
全文摘要
提供一种具有高俘获效率以及边缘强度的光学元件。该光学元件包括中心轴；第一曲面，在相对于所述中心轴的横向方向上延伸；第二曲面，在相对于所述中心轴的横向方向上延伸；周围表面，在所述第一曲面和所述第二曲面间延伸。光从其入射在所述第一曲面的时间到其从所述第二曲面射出的时间被折射。从而从所述第二曲面射出的光的光强度分布与入射在所述第一曲面的光的光强度分布互不相同，以及边缘强度改进率R大于等于1.07且小于等于1.5，所述边缘强度改进率R是所述射出光的边缘强度相对于所述入射光的边缘强度的比率，其中边缘强度表示中心强度与周围强度的比率。
文档编号G11B7/135GK1472564SQ03147160
公开日2004年2月4日 申请日期2003年7月4日 优先权日2002年7月4日
发明者和田秀彦, 田中康弘, 林秀树, 水野定夫, 夫, 弘 申请人:松下电器产业株式会社