专利名称：用于读和/或写光学记录介质的设备的像散生成元件的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于读和/或写光学记录介质的设备的像散生成元件，更具 体地说，涉及用于具有两个光源的设备的像散生成元件。
背景技术：
目前，存在多种格式的光学记录介质，例如CD ( Compact Disk，光盘)、 DVD ( Digital Versatile Disk,数字多功能盘)和BD ( BluRay Disk,蓝光盘) 或HD-DVD ( High-Density Digital Versatile Disk,高密度数字多功能盘)等。 这些格式对于读取/记录需要不同的波长。在能够读和/或写两种或两种以上 的光学记录介质的设备中，经常使用孪生激光二极管(TWIN laser diode ) 来生成至少两束必要的光束。在孪生激光二极管中，两个激光二极管并排 安装在同一壳体中。这两个激光二极管之间的距离的实际标准(de-facto standard )是110 |a m。通常与孪生激光二极管一起使用 一种特殊的光检测器， 该光检测器具有用于两束光束的分开的检测区域。
在读和/或写光学记录介质的设备中用于对物镜进行聚焦控制的一种众 所周知的方法是所谓的{象散方法(astigmatism method )。对于该方法，在光 检测器前的会聚光束中设置将像散S1入光束中的像散生成光学元件。为此， 在单波长设备中，经常使用圆柱形透镜(cylindrical lens )。在双波长设备中 的一种已知解决方案是相对于光路倾斜45°的半透明反射镜。然而，由于 反射镜基底的材料的折光率(index of refraction)取决于波长，所以两束光 束以不同角度偏折。基于半透明反射镜的材料和厚度以及倾斜度是+45°还 是-45° ，光检测器上的两束光束的距离偏离llO)am的距离。半透明反射 镜的厚度误差在O.lmm范围内，这使两束光束的典型距离处于107 ju m-112 jam的范围内。虽然可通过更小的误差来緩解该问题，但另一问题是光源 的波长偏移。这种偏移同样导致距离偏离llO)am。由于光检测器的敏感性， 即使Um范围内的极小偏离也会扰乱光检测器的每个检测区域的四个分区 (quadrant)的电平衡。因此，必须为特殊情况设计光检测器。再一问题是除所需像散外半透明反射镜还向光束中引入彗差(coma)。该彗差导致轴向 不对称的光束强度轮廓。因此，要确定光束的中心，只考虑光轴将不再足 够。相反，还必须考虑光束中的所有光线。鉴于必要的微米级精度，这可 能导致光检测器的适用错误。
方面内容
本发明 一 目的是提出 一种在成像于光检测器上的两束光束之间获得预 定距离的解决方案。
根据本发明，该目的通过这样一种用在用于读和/或写光学记录介质的 设备中的像散生成元件来实现，该像散生成元件是设计成使光束发散度保 持为定值的具有柱面和球面的聚焦透镜。在该聚焦透镜中，球面对柱面的 会聚效果进行补偿。本发明提出了一种用于读和/或写光学记录介质的设备 的特殊聚焦透镜，该特殊聚焦透镜位于光检测器前并用作像散生成元件。 该透镜的一个表面呈球形形状，而其它表面呈圓柱形形状。通过将光源1:1 成像到光检测器上，能在光检测器上维持110nm的距离。为此，将该聚焦 透镜设计成使光束发散度保持为定值，即光束发散度在聚焦透镜前后为相 同值。这还有一个正面效果，就是聚焦透镜沿光轴的移动不会影响聚焦偏 差(focus offset),只是影响光检测器上的斑点直径。这使得这种配置对聚 焦透镜上的热影响非常不敏感。
有利地，球面半径Rsph和柱面半径R^符合关系式2.Rcyl+Rsph = ^i.d,
其中n为折光率，d为聚焦透镜的厚度。该半径关系式对于薄的聚焦透镜是
良好的近似式。对于较大的厚度d,球面半径R一和柱面半径R^优选符合
关系式^zL=_^_ —l其中e是透镜的球面与虚源之间的距离。 Rsph n.e
优选地，本发明的像散生成元件用在用于读和/或写光学记录介质的设 备中。这对于拾波器(pickup)包括孪生激光二极管的设备尤其有利。
为更好的理解，下面将参考附图来详细描述本发明。应该明白的是， 本发明并不局限于该示例性实施例，能够在不背离本发明范围的情况下对
特定特征做组合和/或修正。附图中图1示出了具有孪生激光二极管的现有技术光学拾波器； 图2示出了具有用于孪生激光二极管的两束光束的分开的检测区域的 光检测器；
图3示出了具有本发明的像散生成聚焦透镜的光学拾波器； 图4示出了 Rsph= - 10mm、 Rcyl=+5mm的本发明的聚焦透4竟； 图5限定出了没有物体时经由虚拟物体得到的聚焦透镜的距离e以及 半发散角a和a';
图6示出了对于透镜不同曲率半径的1/Rsph对透镜厚度d的图形；
图7示出了半发散角对R^的图形；
图8示出了 R^对孪生距离的图像的图形；
图9示出了由0.5mm透镜移动引起的聚焦偏差对R^的图形。
具体实施例方式
图1示出了具有孪生激光二极管2的现有技术光学拾波器1。孪生激光 二极管2发出第一光束3a和第二光束3b。光束3a、 3b被半透明反射镜4 折向光学记录介质7的方向，并在准直透镜(collimator lens ) 5的帮助下被 并行化。通过可动物镜6，光束3a、 3b被聚焦到位于光学记录介质7上的 数据轨道上。物镜6能通过致动器(未示出)沿光学记录介质7的方向并 且垂直于数据轨道移动，以使光束3a、 3b保持确切聚焦在轨道上。按照存 储于轨道中的数据受到调制的反射光束3a、 3b被物镜6平行化，并被准直 透镜5聚焦到光检测器8上，反射光束3a、 3b在该过程中穿过半透明反射 镜4。光检测器8具有被分隔线分开的多个检测区域。所述元件的信号一方 面用于确定存储数据，另 一方面用于确定用于控制致动器的聚焦错误信号 和轨道错误信号。
图2示出了具有分开的检测区域8a、 8b的光检测器8 (未按比例)，检 测区域8a、 8b用于孪生激光二极管2的两束光束3a、 3b。图1中的虛线圓 示出了光检测器8上的距离偏移结果。可以看出，至少一束光束3b在相应 检测区域8b上不再对中。这扰乱了检测区域8b的四个分区的电平衡。
图3示出了使用本发明的像散生成聚焦透镜9的拾波器1。与图1的拾 波器1类似，光源2发出的光束3a、 3b在被光束分裂器立方体4a偏转向光 学记录介质7后，被准直透镜5平行化。然后它们被物镜6聚焦到光学记
6录介质7上。反射回来的光束3a、 3b被物镜6平行化，并被准直透镜5和 位于光束分裂器立方体4a后的附加聚焦透镜9聚焦到光检测器8上。
图4示出了本发明的一示例性像散生成聚焦透镜9。众所周知的用于在 光学拾波器中生成像散的圓柱形聚焦透镜被适用于使用孪生激光二极管的 拾波器设计。等同于光束发散度保持不变的1:1成像条件得到特殊的透镜设 计。通过球面9a来对用于生成像散的柱面9b进行光学补偿。这能通过例如 使用凸的柱面9b和凹的球面9a来实现。借助于所谓的透镜制造者公式(1 ) 来确定透镜设计
， 广， ，
丄=("-1). f
1 1
-+---^-^-
其中，R^和Rsph是曲率半径，n是折光率，而d是透镜厚度。正R用 于会聚透镜，而负R用于发散透镜。图4通过对透镜的三种切法示出了该 聚焦透镜的补偿效果
a) 平行于图3拾波器的图面(0° )，该透镜具有会聚效果；
b) 以45° ,这是透镜在拾波器中的安装方法，该透镜没有成像效果；
c) 垂直于图3拾波器的图面(90° ),该透镜具有发散效果。 数学上，柱面9b的平行和垂直取向的重叠，即公式(2):
丄= 一丄 (2)
f f
在借助于透镜制造者公式的情况下，得到以下半径关系式(3):
注意，R^是柱面9b的独立于所选坐标系的半径。用于选择半径的剩 余自由度由于检测器上的斑点尺寸的确定而减小。实际上，在透镜厚度d 较大的情况下，半径值与通过上式获得的理论值不同。这有点意外，因为 透镜制造者公式已经包含了厚度。然而，通过对光束发散度a进行矩阵光 学处理(matrix optical treatment)获得了正确结果。从教科书可知成像光束 的发散度由公式(4)给出，
l-丄+ ^l.丄 (4)
其中，e为透镜的第一表面与虚源(virtual source)之间的距离。特殊 情况d/Rcy广0对应于图4所示的情况。对于f-w的情况，该距离无关紧要，
并且光束发散度保持不变。图5示出了聚焦透镜9的实际情况。这时光束发散度的守恒表示为
+a90')/2=a。这3于应于45°系统的笛卡尔分解(cartesian decomposition )。 将公式(4)插入该表达式中可得到以下半径条件式(5):
<formula>formula see original document page 8</formula>(5)
对于大距离，得到了已知的公式(3)。对于小距离，由于d/Rsph 0， 可得到
<formula>formula see original document page 8</formula>(6)
将该结果对透镜的不同曲率半径R^进行了测试。图6示出了 1/Rsph 对d的图形。根据模拟，各拟合斜率(fitted slopes )得到n.e=7mm。请注意， 该距离是从第 一表面至虚源测得的，该虚源是没有透镜时的会聚光扇形的 焦点(对比图5)。
下面将描述解答以上7>式的Rsph=-35mm、 R^产14mm、 d=1.5mm、 n-e二7mm的特殊聚焦透镜。该聚焦透镜被包括在真实拾波器设计中。图7-9 示出了对于一系列R^值的通过光线追踪(raytracing)获得的一些结果。
图7示出了半发散角a对R^的图形，而图8示出了 R—对孪生距离 (TWIN distance )的图像的图形。在标称(nominal)透镜位置，检测器上 的通用孪生距离llOiam只出现于该特殊聚焦透镜。孪生距离和发散度的各 个相应值被保持在0.5mm的聚焦透镜移动下，因为该值比距离e小。
图9示出了对更敏感的聚焦偏差的检验，即示出了聚焦透镜9发生移 动时物镜6所必需的再调节量。该再调节量表示为大致为5jam的S曲线长 度(S-curve length )的百分比。模拟表明该值只对于本发明的聚焦透镜保持 为零。这是该透镜的卓越性质，其有助于得到对由例如热影响等引起的移 动更稳定的拾波器。
权利要求
1、一种用在用于读和/或写光学记录介质(7)的设备中的像散生成元件(9)，该像散生成元件(9)是具有柱面(9b)和球面(9a)的聚焦透镜(9)，其中，所述聚焦透镜(9)设计成使光束发散度保持为定值。
2、 如权利要求1所述的像散生成元件(9),其中，所述球面(9a)对 所述柱面(9b)的会聚效果进行补偿。
3、 如权利要求2所述的像散生成元件(9)，其中，所述球面(9a)的 半径Rsph与所述柱面(9b)的半径R^符合关系式2.R。yl+Rsph = ^.d,其中n是折光率，d是所述聚焦透镜(9)的厚度。
4、 如权利要求2所述的像散生成元件(9),其中，所述球面(9a)的 半径R袖与所述柱面(9b)的半径R^符合关系式^^=^—4，其中n是折光率，d是所述聚焦透镜(9 )的厚度，而e是所述透镜(9 )的球面(9a) 与虚源之间的距离。
5、 一种用于读和/或写光学记录介质(7)的设备，包括 光源(2)，用于发出第一光束(3a)和第二光束(3b);物镜(6)，用于将所述光束(3a、 3b)聚焦到所述光学记录介质(7)上；光检测器(8 ),用于检测被所述光学记录介质(7 )反射回来的光束(3a、 3b);和像散生成元件(9)，用于在所述反射回来的光束(3a、 3b)中生成像 散，该像散生成元件(9)是具有柱面(9b)和球面(9a)的聚焦透镜(9)， 其中，所述聚焦透镜(9)设计成使光束发散度保持为定值。
6、 如权利要求5所述的设备，其中，所述球面(9a)对所述柱面(9b) 的会聚效果进行补偿。
7、 如权利要求6所述的设备，其中，所述球面(9a)的半径R一与所 述柱面(9b)的半径Rcy,符合关系式2.Rcyl+Rsph = ^.d,其中n是折光率，d是所述聚焦透镜(9)的厚度。
8、 如权利要求6所述的设备，其中，所述球面(9a)的半径R一与所述柱面(9b)的半径R^符合关系式—i，其中n是折光率，d是所述聚焦透镜(9)的厚度，而e是所述透镜(9)的球面(9a)与虚源之 间的距离。
9、如权利要求5-8中任一项所述的设备，其中，所述光源(2)是孪 生激光二极管。
全文摘要
本发明涉及用于读和/或写光学记录介质(7)的设备的像散生成元件(9)，更具体地说，涉及用在具有两个光源(2)的设备中的像散生成元件(9)。根据本发明，像散生成元件(9)是设计成使光束发散度保持为定值的具有柱面(9b)和球面(9a)的聚焦透镜(9)。
文档编号G11B7/135GK101689381SQ200880019624
公开日2010年3月31日 申请日期2008年6月4日 优先权日2007年6月18日
发明者弗兰克·斯特劳克, 瑟吉·克鲁什切夫 申请人:汤姆森特许公司