专利名称：光学拾取装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种光学拾取装置，在/从一个高密度光盘上记录/再现信息，这样，能够校正因光盘厚度的变化引起的慧形像差和球面像差，特别涉及一种光学拾取装置，在该装置中，在一光盘上允许形成一个主光斑和一个有球面像差的辅助光斑，并且偏差能够根据主光斑和由一光电探测器接收的辅助光斑被纠正。
通常，一个光学拾取装置记录或再现在或从一光盘上记录的信息。由于光盘的高密化，当光线的数字光圈增加时，从一光源发射的光线要求具备一较短的波长。因此，当光学拾取装置在/从光盘上记录/再现信息时，如果光盘倾斜，即如果记载信息的光盘表面相对于光轴倾斜，则由于倾斜而产生一慧形像差。由于光盘的高密化，一高数字光圈，光盘厚度和与低密光盘相容性调整伴随的波长的改变，从而引起光源波长缩短，从而也产生球面像差。
这里，由于慧形像差W31满足方程1，在一个高数字光圈的光学拾取装置中，相对于一个根据光盘同样倾斜的相对低的数字光圈比较，由光盘倾斜引起的慧形像差增加。
W31∝NA3[方程1]同样地，光盘的记录能力由光源发射的光的波长λ和一物体透镜的数字光圈NA确定，如方程2所示。
焦点直径∝λ/NA[方程2]同样地，由光盘厚度的偏差Δd产生的球面像差W40d由方程3定义。W40d=n2-18n3(NA)4Δdλ]]>[方程3]这里，n表示光盘基片的折射率，d代表基片厚度。
这样，根据方程2，当需要设光盘记录密度为15千兆比特或更多时，就要求采用一发射约410nm短波的光源和一有0.6或更大的数字光圈的物镜。然而，当为提高光盘的记录密度而增加物镜的数字光圈时，由于球面像差与数字光圈的4次方成正比，由光盘厚度的偏差Δd产生的球面像差W40d会显著增大。
参看
图1，为在光盘1上形成一个光斑，一个用于校正慧形像差和球面像差的传统光盘像差校正装置包括一个用于入射光首次聚焦的物镜3，和一个用于被物镜3聚焦过的光线二次聚焦的聚焦透镜5。
当光盘1在一个方向上倾斜时，可通过在一个方向上驱动聚焦透镜5来校正慧形像差。同样，当需要对由光盘1的厚度偏差引起的球面像差进行校正时，如图2所示，可通过调节聚焦透镜5和物镜3的间距来校正球面像差。
在有上述结构的传统光盘像差校正装置中，由于需要a)在一方向上驱动物镜和聚焦透镜以控制光斑的跟踪和聚焦，b)驱动聚焦透镜倾斜，和c)驱动物镜和聚焦透镜以调整两者间距，因此驱动器的结构变得复杂。
为解决上述问题，本发明的一个目的是提供一种光学拾取装置，它在光盘上形成至少两个光斑来取代传统的聚焦透镜，以此来校正由于光盘厚度的变化和波长的变化而引起的球面像差，以及由于光盘的倾斜而引成的慧形像差。
因此，为实现上述目的，现提供一种光学拾取装置，包括一个发射光线的光源；一个用于改变入射光经过途径的光程改变器；一个用于将入射光聚焦以在一光盘上形成一个光斑的物镜；一个安装在光源和光程改变器之间的光程上的分光器，它将入射光分离成包括第一和第二光束的至少两个光束，这样在光盘上形成至少两个光斑，这些光斑包括一个无像差的主光斑和一个有一预设球面像差的辅助光斑；一个包括第一和第二光线接收部分的光电探测器，它分别接收被光盘反射并通过光程改变器的第一和第二入射光束；以及一个包括一延时器的信号处理部分，为使被第一和第二光线接收部分检测到并转化的第一和第二信号同步，该延时器使第二信号的相位延时，该信号处理部分根据彼此同步的第一和第二信号补偿光盘厚度的偏差。
通过结合附图对优选实施例的详述，本发明的上述目标和优点将更明显，在这些附图中图1是一传统光盘像差校正装置的简图；图2是图1光盘像差校正装置的光盘厚度偏差校正操作的简图；图3是本发明一优选实施例的一光学拾取装置的光学配置简图；图4是一光盘结构的简图，该光盘结构具有一个0.37μm的磁道间距和一个0.25μm的最小标记长度；
图5是一个基于光盘厚度偏差的再现信号的曲线图；图6是图5的信号(d0-d30)和(d30-d60)的比较结果的曲线图；图7是图5的信号(d0-d60)和(d60-d90)的比较结果的曲线图；图8是图3全息光学元件的一衍射图；图9是根据本发明另一优选实施例的一光学拾取装置的光学配置简图；图10是一60μm厚度偏差的眼图(eye-pattern)曲线图；图11是一90μm厚度偏差的一眼图曲线图；以及图12是当根据本发明的优选实施例对厚度偏差进行校正后的一眼图曲线图。
参看图3，根据本发明的一优选实施例的一光学拾取装置包括一个光源11，一个用于改变入射光经过途径的光程改变器，一个聚焦入射光的物镜21，一个分离入射光以便在光盘1上同时形成至少两个光斑的分光器，一个用于接收从光盘1反射的光线的光电探测器25，和一个用于校正光盘1厚度偏差的信号处理部分。
为使光盘1的记录密度增加到15千兆比特或更大，光源11采用了一个发射约410μm短波的光源和物镜21采用了一个数字光圈为0.6或更大的物镜。
从光源11发射出的发散光经一准直透镜13，被聚焦并成为一平行光束。该平行光束被分光器分成至少两个光束，包括第一和第二光束Ⅰ和Ⅱ。这里，第一和第二光束Ⅰ和Ⅱ经过物镜21被聚焦在光盘1上。第一光束Ⅰ形成一无像差主光斑，第二光束Ⅱ形成一个有一预设球面像差的辅助光斑。
为用分光器将入射光分为第一和第二光束Ⅰ和Ⅱ并分别同时使第一和第二光束Ⅰ和Ⅱ成为消球差光和有一预设球面像差量的光线，最好采用一全息光学元件15，以在第二光束Ⅱ上产生一预设球面像差。
光程改变器设置在全息光学元件15和物镜21之间的光程上，以改变入射光的经过途径。即，光源11发出的光投向物镜21，物镜21发出的光投向光电探测器25。更好的是，光程改变器包括一用于根据入射光的偏振方向通过投射和反射光线改变光程的偏振分光器17，和一安置在偏振分光器17和物镜21之间的光程上、用于延迟入射光相位的相位延迟盘19。这里，相位延迟盘19最好是一1/4波长盘，它以λ/4延迟入射光相位，分别将一入射线性偏振光和一入射圆形偏振光变为圆形偏振光和线性偏振光。
物镜21将被全息光学元件15分离的第一和第二光束Ⅰ和Ⅱ的每个都进行了聚焦，以使它们形成在光盘1上的相邻轨迹位置上。这里，第二光束Ⅱ形成的轨迹与第一光束Ⅰ形成的轨迹相同。
被光盘1反射的第一和第二光束Ⅰ和Ⅱ均经过物镜21，相位延迟盘19和偏振分光器17，各光束被一聚焦透镜12聚焦并被光电探测器25接收。
光电探测器25包括分别接收第一和第二光束Ⅰ和Ⅱ的第一和第二光线接收部分26和27。信号处理部分30根据被第一光线接收部分26和第二光线接收部分27探测并进行了光电转化的信号来校正光盘1的厚度偏差。
即，通过根据方程4计算一再现信号，信号处理部分30可校正缘于光盘厚度变化的球面像差。
再现信号=Sm+K(Sm-Ssub)[方程4]这里，Sm是主光斑的一个主再现信号，主光斑被第一光线接收部分26接收并光电转化。Ssub是辅助光斑的一个副再现信号，辅助光斑被第二光线接收部分27接收并光电转化。K代表放大系数。
这里，K值随光盘1的厚度偏差而变化并随厚度偏差而为正值或负值。即，通过一光盘厚度检测器，可调整被K值控制回路42控制的K值与一信号成比例。K值也可通过反馈监控抖动的结果而进行调整，以使再现信号的抖动最优。
如方程3所示，通过用信号处理部分30校正再现信号，由光盘1的厚度偏差Δd产生的球面像差W40d的绝对值等于3或更小。同样的，如图所示，信号处理部分30最好还包括一延迟器。当第一和第二光线接收部分26和27接收的信号间有相位差时，延迟器41将相位超前的信号的相位延迟并使两信号同步。
用信号处理部分校正再现信号的操作将结合图4至7进行描述。
图4示出了一光盘的一部分，它包括3排凹坑，其磁道间距为0.37μm，最小标记长度为0.25μm。图5表示出图4中央磁道的再现信号。图5示出了当光盘基片的厚度偏差为0,30μm,60μm和90μm时的再现信号(RF射频)。
首先，当没有厚度偏差和厚度偏差为30μm,60μm和90μm时，主光斑和辅助光斑的再现信号定义为d0、d30、d60和d90。例如，这里假设通过全息光学元件15的主光斑为无像差而辅助光斑的球面像差为20μm。当光盘1基片的制造允许厚度偏差为30μm时，主光斑的再现信号是d30而辅助光斑的再现信号与有60μm偏差的信号d60相同。这里，再现信号d0通过如下所述的方法由d30和d60得到。首先，将信号(d0-d30)与信号d30加起来得到信号d0。
同样地，当一信号(d30-d60)与信号(d0-d30)成比例时，可通过d30+K(d30-d60)的运算得到与信号d0相同的信号。这里，“K”是放大系数。
图6是信号(d0-d30)和信号(d30-d60)的DC成分和AC成分的比较结果。图7是信号(d0-d60)和信号(d40-d90)的DC成分和AC成分的比较结果。对比图6和图7，可以发现这些信号间存在一比例关系。因此，从方程4的计算可知，可以再现无球面像差的信号。
同样地，由于本发明一优选实施例的光学拾取装置设立了全息光学元件15以形成如图8所示的预设形状的花纹，缘于光盘1的倾斜而产生的彗形差也可被校正。
参看图9，根据本发明另一优选实施例的一光学拾取装置包括一光源51，一改变入射光行程的光程改变器，一聚焦入射光的物镜61，一将入射光分离以在光盘1上同时形成至少两个光斑的分光器，一接收光盘1反射光的光电探测器70，和一校正光盘1厚度偏差的信号处理部分80。这里，由于光源51和物镜61与图3所示完全一样，其详述省略。
当通过一准直透镜55时，光源51发射的发散光被聚焦变成一平行光束。平行光束被分光器分成包括第一和第二光束Ⅰ’和Ⅱ’的至少两个光束。这里，第一和第二光束Ⅰ’和Ⅱ’通过物镜61并聚焦于光盘1上。第一光束Ⅰ’形成一无像差的主光斑，第二光束Ⅱ’形成一有一预设球面像差的辅助光斑。这里，第一和第二光束Ⅰ’和Ⅱ’聚焦于光盘1上的同一点，根据偏振方向加以区别。
为了进行上述操作，一偏振全息光学元件57被做为分光器，用于制造第二光束Ⅱ’的预设球面像差，以使第一光束Ⅰ’成为一在一个方向偏振的无像差的偏振光，而第二光束Ⅱ’成为一在另一方向偏振的有球面像差的偏振光。这里，在光源51和偏振全息光学元件57之间的光程上设置了一相位延迟盘53，如一1/4波长盘，它通过延迟入射光相位来改变偏振方向。
光程改变器设置在偏振全息光学元件57和物镜61间的光程上，用以改变入射光的行程。即，光源51发射的入射光投向物镜61，同时物镜61发射的入射光投向光电探测器70。为此目的，光程改变器包括一分光器59，它通过以光总量的一预定比例透射或反射入射光来改变光束的行程；和一设置在分光器59和光电探测器70之间的光程上的偏振分光器，根据偏振作用，它使被光盘1反射并通过分光器65的入射光透射或反射。这里，在分光器59和偏振分光器65之间的光程上还设置了一聚焦入射光的聚焦透镜63 。
使设置的光电探测器70的第一和第二光线接收部分71和73能分别接收被偏振分光器65分开的第一和第二光束Ⅰ’和Ⅱ’。因此，被偏振分光器65分开的一个偏振光的第一光束Ⅰ’被第一光线接收部分71接收，另一偏振光的第二光束Ⅱ’被第二光线接收部分73接收。
分别根据第一和第二光线接收部分71和73检测并光电转化的信号，信号处理部分80可补偿光盘1的厚度偏差。由于信号处理部分80与上述实施例大致相同，其详述省略。更好的是，信号处理部分80还包括一反馈回路(未表示)。反馈回路可使方程4中的放大系数K与球面像差量成比例并使抖动最小化。
如上所述，在本发明的上述优选实施例的光学拾取装置中，由于使用无像差的第一光束和有球面像差的第二光束在光盘上形成主光斑和辅助光斑，并且由于被光电探测器相应的第一和第二光线接收部分接收的光的再现信号通过方程4的计算被检测到，光盘的厚度偏差和倾斜光盘的像差可得以校正，这样再现信号的抖动性能可得以显著改善。
即，图10是一60μm厚度偏差的眼图曲线图，图11是一90μm厚度偏差的眼图曲线图，图12是当厚度偏差使用方程4的计算而得以补偿时的眼图曲线图。
参照图10和11可见，60μm厚度偏差的实例有10.1％的抖动值，90μm厚度偏差的实例有15.5％的抖动值。当设放大系数K为1.0而使厚度得以校正时，抖动值显著改善到7.7％，如图13所示。
权利要求
1.一种光学拾取装置，包括一个发射光线的光源；一个改变入射光行程的光程改变器；一个聚焦入射光以在一光盘上形成一光斑的物镜；一个分光器，设置在光源和光程改变器之间的光程上，用于将入射光分为包括第一和第二光束在内的至少两个光束，这样可在光盘上形成至少两个光斑，所述光斑包括一个无像差的主光斑和一个有一预设球面像差的辅助光斑；一个包括第一和第二光线接收部分的光电探测器，这些光线接收部分分别接收被光盘反射并通过光程改变器的第一和第二入射光；和一个信号处理部分，包括一延迟器，用以延迟一第二信号的相位，以使一第一信号和该第二信号同步，该第一和第二信号被第一和第二光线接收部分检测并进行光电转化，该信号处理部分根据彼此同步的第一和第二信号补偿光盘厚度的偏差。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，分光器包括一个全息光学元件，用来在第二光束上产生一预设的球面像差，以便分别使第一光束无像差而第二光束有一球面像差，并且光程改变器包括一个偏振分光器，该分光器根据偏振方向通过透射或反射入射光来改变光的行程，和一个相位延迟盘，设置在偏振分光器和物镜之间的光程上以延迟入射光的相位。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，分光器包括一个全息光学元件，用来在第二光束上产生一个预设的球面像差，以便分别使在一个方向上偏振的第一光束无像差，而在另一方向上偏振的第二光束有球面像差，并且光程改变器包括一个分光器，通过以一光总量的预设比例透射或反射入射光来改变光的行程，和一个偏振分光器，设置在分光器和光电探测器之间的光程上，用来根据光的偏振方向透射或反射被光盘反射并通过分光器的入射光，并且设置光电探测器的第一和第二光线接收部分，以使它们能接收被偏振分光器分开的第一和第二光束。
4.根据权利要求1到3中的任一权利要求所述的装置，其特征在于，当一个由主光斑产生的主再现信号是Sm，一个由辅助光斑产生的副再现信号是Ssub，而且一放大系数是K时，信号处理部分根据下式计算一再现信号，以校正由光盘厚度偏差引起的像差，其中，该主光斑由第一光线接收部分接收并进行光电转化，该辅助光斑被第二光线接收部分接收并进行光电转化，再现信号=Sm+K(Sm-Ssub)。
5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，当由光盘厚度偏差Δd引起的辅助光斑的球面像差W40d由下式给出时，球面像差W40d的绝对值等于或小于3，W40d=n2-18n3(NA)4Δdλ]]>这里，n代表光盘基片的折射率，d代表基片厚度，NA代表物镜的数字光圈，λ代表光源发出的光的波长。
6.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，信号处理部分还包括一反馈回路，以使放大系数K与球面像差的量成比例，并使抖动最小。
全文摘要
一种光学拾取装置,包括一光源,一光程改变器,一聚焦入射光以形成一光斑的物镜,一在光源与光程改变器之间的分光器,将入射光分成至少两个光束,在光盘上形成包括一无像差的主光斑和一有一预设球面像差的辅助光斑的至少两个光斑,一包括第一和第二光线接收部分的光电探测器,一包括一延迟器的信号处理部分,该延迟器延迟第二信号,该信号处理部分根据彼此同步的第一和第二信号补偿光盘厚度的偏差。
文档编号G11B7/135GK1303093SQ0013398
公开日2001年7月11日 申请日期2000年11月13日 优先权日2000年1月6日
发明者金泰敬, 郑钟三, 安荣万, 徐偕贞 申请人:三星电子株式会社