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CN1392429A - 物镜光学系统,光学头和光信息重现装置 - Google Patents

物镜光学系统,光学头和光信息重现装置 Download PDF

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CN1392429A
CN1392429A CN02121534A CN02121534A CN1392429A CN 1392429 A CN1392429 A CN 1392429A CN 02121534 A CN02121534 A CN 02121534A CN 02121534 A CN02121534 A CN 02121534A CN 1392429 A CN1392429 A CN 1392429A
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CN
China
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optical
lens
coma
optical system
objective lens
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CN02121534A
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岛野健
有吉哲夫
重松和男
丸山晃一
竹内修一
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Pentax Corp
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
Asahi Kogaku Kogyo Co Ltd
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Abstract

当试图使用一个透镜实现具有大NA的透镜时，透镜两个表面之间的调节精度非常严格。因此，通常通过两个透镜实现具有0.8或更大NA的物镜。不过，工作距离较小，并且容易发生物镜与光盘的碰撞。增加一个彗差校正器，用于补偿使用一个透镜实现高NA透镜时两个表面的偏心所导致的彗差。不过，在这种情形中，当伴随跟踪操作物镜与彗差校正器发生偏心时，会产生象散。物镜和彗差校正器固定到一镜筒，以便相互结合在一起，由二维透镜激励器进行驱动。具有这种结构，不会发生物镜与彗差校正器的偏心，从而不会发生象散。

Description

物镜光学系统，光学头和光信息重现装置
技术领域
本发明涉及一种用于重现下一代高密度光盘的光信息重现装置，以及其中所采用的一种光学头和物镜光学系统。
背景技术
近年来，光盘的高密度记录得到了不断的发展，并且在数字多用途盘(DVD)中，只读存储盘(ROM)和可重写盘(RAM)的存储容量均高达4.7GB。除此以外，近年来卫星广播迅速地被数字化，人们期望光盘具有20GB或更高的大容量，能够记录两个小时或更长时间的高清晰度电影。
直接限制光盘记录密度的光束光斑尺寸由λ/NA给出，其中光束波长表示为λ，物镜的数值孔径表示为NA。因此，为了实现具有大容量的光盘，必须将波长设置得较短，或者必须将数值孔径设置得较大。对于波长而言，发射405nm光束的蓝—紫激光二极管的研制取得了进步，并且已经预言可实现具有12GB容量的光盘，该容量比使用650nm光束的现有的DVD大2.6倍。为了进一步将容量增加到20GB或更大，必须将NA增大到目前DVD的NA，即0.77的1.3倍或更大。
作为用于如前面所述增加NA的传统技术，例如有日本专利公开No.11(1999)-195229。在该技术中，利用物镜最大可将NA增加到0.85，该物镜由两组透镜元件组成。在此时伴随NA的增加，存在由光盘基底厚度的误差和其倾斜所导致的球差和彗差增加的问题。为了解决该问题，通过将基底厚度减小到0.1nm，可以减小由于光盘倾斜所导致的彗差，并且通过在光盘表面与记录表面之间聚焦误差不同的基础上检测基底厚度，以及响应于该基底厚度改变两个透镜之间的间隔而补偿由于基底厚度误差所导致的球差。由此，当聚焦记录薄膜时，透镜系统的最终表面与光盘基底表面的表面之间的间隔，即工作距离为0.13nm，并且双元件物镜的有效光瞳直径为3mmφ。
在上面描述的现有技术中，当工作距离非常短并且在记录/重现操作过程中碰巧聚焦伺服完成时，透镜碰撞光盘，光盘可能被损坏。而且，存在两个透镜之间间隔的容许限度问题，两个透镜相互之间的偏心非常严格，难于进行调节的问题。
扩展前面所述现有技术中高NA透镜的工作距离的最简单和基本的装置是使用一个透镜而不是两个透镜。用图1(a)和1(b)来描述该装置。图1(a)表示传统的两透镜101和102集中光束的一种状态，图1(b)是一个示意图，表示当由一个高NA透镜103执行光束集中时工作距离的差别。在两个图1(a)和1(b)中，光通量通过具有相同NA的保护层104被聚集在记录薄膜105中。在图1(a)中，为了将折射能力分别分布给两个透镜101和102，第二个透镜102将被插入在由第一个透镜101所聚集的光通量中。从而，与由一个透镜聚集光通量的图1(b)的情形相比，透镜的有效光瞳直径D2小于图1(b)的有效光瞳直径D，并且使得工作距离WD1小于图1(b)的工作距离WD2。相反，与通过传统的两个透镜聚集光通量相比，通过由一个透镜聚集光通量可进一步扩展工作距离。当然，迄今为止必需两个透镜还是有原因的。这是透镜制造过程中的问题。在提供大NA的透镜中，有关透镜两个表面之间偏心和透镜两个表面之间表面间隔的误差的必要精度是非常严格的，并且轻微的误差可导致大的像差。为了避免像差，传统上通过将必须的折射能力分散给两个透镜，各个透镜的制造变得更加容易。因此，为了用一个透镜获得高NA，需要一种制造技术，能增加透镜两个表面之间位置精度，或者一种装置，用于补偿由制造误差所导致的像差。
对于补偿像差的装置，例如有日本专许公开No.12(2000)-182254中所描述的装置，其中补偿了表面间隔误差所导致的球差。在该日本专利公开No.12(2000)-182254中，光学探测光会聚点处的球差，入射在物镜上的光通量被轻微地发散或会聚，从而驱动产生球差的球差补偿光学系统，补偿光学系统的球差。可以通过组合这些技术来补偿具有高NA的一个透镜的第一和第二表面之间表面间隔的误差。此时，入射在透镜上的光束本身不表现出像差，并且通过允许改变其发散/会聚状态的光束入射在物镜上而在物镜中产生球差。因此，即使通过跟踪操作，透镜沿光盘的径向从光轴移动，所产生的球差的轴基本上不改变方向。
对于偏心所导致的彗差，例如日本专利公开No.12(2000)-214048中所描述的彗差的探测方法。在该日本专利公开No.12(2000)-214048中，在光通量内侧和外侧之间推挽信号的差别的基础上探测在光盘径向中的彗差，并且在基于光盘径向中所分裂的四个分裂区域对角线方向中推挽信号的差别，探测切线方向中的像差。对于补偿装置，例如在日本专利特许公开No.13(2001)-4972中描述了一种技术，其中通过给出与具有平移的四阶函数形式的W-形相位分布具有相反符号的相位分布而产生彗差。通过结合这些技术，可能探测像差并对其进行补偿。不过，在这种情形中，与上述的球差补偿不同，在物镜中不产生彗差，彗差产生于彗差补偿装置中。因此，如果由于跟踪操作物镜偏离光轴，根据物镜的偏离，彗差的轴发生偏离。在这种情形中，由于将被补偿的物镜彗差的轴与补偿的彗差的轴彼此偏离，象散基本上是由于轴的差别产生的。可以仅通过下面的公式对其进行理解。当光通量截面中坐标表示为极坐标(ρ，θ)时，同时用光轴作为原点，彗差由公式(1)给出：
W1＝W31ρ3cosθ                      (1)
其中W31为表示彗差标度的塞德尔(Seidel)像差系数，并且假设在0°方向发生彗差。假设将补偿物镜的彗差。下面，当假设透镜偏离0°方向Δ时，由公式(2)给出的彗差校正器基本上补偿了彗差，
W2＝W31{(x-Δ)2+y2}3/2cosθ
  ≌W31ρ3cosθ-3W31Δρ2cos2θ     (2)
其中(x，y)表示直角坐标，与极坐标之间的关系由下面的公式(3)给出。
ρ2＝x2+y2                          (3)
因此，证明在补偿之后像差是一个函数，该函数具有如公式(4)所表示的与偏离Δ成正比的象散形式。
W1-W2≌3W31Δρ2cos2θ              (4)
发明内容
鉴于上述问题，在补偿实现具有宽工作距离和高NA并且易于调节的一个物镜的像差补偿光学系统的像散彗差中，本发明的一个目的在于减小所补偿的像差补偿光学系统的彗差的轴与伴随有跟踪操作的被补偿的彗差的轴的偏离所导致的象散。
为了实现上述目的，在本发明中使用一物镜光学系统，其中一彗差校正器和一由单一介质形成的物镜通过机壳彼此结合在一起，使得两者被固定设置，同时保持其间的相互位置关系，该物镜具有0.8或更大的数值孔径，在透明基底外通过彗差校正器聚集入射在其上的光通量。
在光学头中，在将来自该光学头中半导体激光器的发散光束会聚在具有透明保护层的光信息记录介质上的光束会聚光学系统中，将上述物镜光学系统安装在激励器上，激励器使光会聚光斑在光信息记录介质上的位置是可变的，并且由光束分裂装置从上述半导体激光器到光信息记录介质扩散的光程中分裂的来自该光信息记录介质的反射光束被引导到光探测系统的光电探测器，然后探测反射光束的强度，使其成为电信号。此处，该光学头由光束从其中发射并且光束入射在其上的部件构成，由诸如支架和机壳的部分构成，这些部分直接容纳除光盘以外的部件。该光学头通常不包括用于从光电探测器输出信号的运算电路和用于驱动光源的驱动电路。
在使用这种光学头的光信息重现装置中，在来自光电探测器以及光信息重现装置的输出信号的基础上，形成光会聚光斑位置的控制信号探测电路，并且由一个控制信号驱动该激励器。
另外，作为根据本发明的其它光信息重现装置的一种，使用精密激励器和不近似激励器两个激励器作为激励装置，使光会聚光斑在光信息介质上可以改变。精密激励器独立于彗差校正器驱动NA为0.8或更大的物镜，并且补偿跟踪信号的高频成分。近似激励器驱动包括光束会聚光学系统和精密激励器在内的部分，或者包括这些部件在内的整个光学头，以补偿跟踪误差信号的低频成分。在整个光学头安装在近似激励器上的情形中，在将来自半导体激光器的发散光束会聚在具有透明保护层的光信息记录介质上的光学头的整体光束会聚光学系统中，与其一体提供一个光束分裂装置，用于从半导体激光器到光信息记录介质扩散的光程中，分裂从光信息记录介质发出的反射光束；一个探测光学系统，用于将从光束分裂装置分裂的反射光束引导到一光电探测器；以及用于探测反射光束强度使其成为电信号的光电探测器。在包括光束会聚光学系统和精密激励器的部分被设置在近似激励器上的情形中，该光学头被分成包括半导体激光器和光电探测器在内的固定光学系统，和安装在精密激励器上的可移动光学系统。
在上述光学头和光信息重现装置中，通过在光束会聚光学系统上安装一球差补偿器，有可能补偿透镜固有球差和光盘基底厚度误差所导致的球差。
在上述光学头和光信息重现装置中，彗差校正器的两个表面的形状可以是中轴上具有一定曲率的旋转对称四阶曲面。或者，彗差校正器可以是一个液晶相位补偿器。
本发明可提供可靠性高的光盘装置，其中通过本发明可实现具有大NA和工作距离的物镜，并且其中透镜几乎不与光盘碰撞。
附图说明
图1(a)和1(b)为用于比较传统的两透镜与一个高NA透镜的工作距离的示意图。
图2表示用于证实本发明效果的实验系统的示意图。
图3为表示用于探测球差和聚焦误差的光束分裂全息图的示意图。
图4为表示用于探测球差和聚焦误差的光电探测器示意图。
图5(a)到5(e)为表示彗差校正器的原理的示意图。
图6是表示本发明第二实施例的示意图。
图7是表示本发明第三实施例的示意图。
图8(a)和8(b)表示基于本发明的具有形状系数的透镜表面的设计实例的表。
图9(a)和9(b)表示当物镜的透镜表面中心与其它表面的中心存在偏离时，波前像差和减少效果。
图10表示波前像差的图像高度特征之间的关系。
图11(a)和11(b)表示单个物镜的表面形状与其光线像差。
图12(a)和12(b)表示当物镜与彗差校正器结合时的表面形状和光线像差。
图13(a)和13(b)表示当物镜、扩束透镜与色差补偿器组合在一起时的表面形状和光线像差。
图14表示用于使物镜的两个表面相对偏心的彗差校正器的补偿效果。
图15表示当通过彗差校正器补偿彗差时，物镜偏移的影响。
图16是用于解释本发明第四实施例的示意图。
图17为用于解释本发明第五实施例的示意图。
图18表示双伺服开路特性的示意图。
具体实施方式
将利用附图详细描述本发明的实施例。在下面的图中，将使用相同的附图标记表示相应于其它附图中部件的组成部件，并且将省略对其的重复说明。
在图2中，作为本发明第一实施例说明了用于证实本发明效果的实验系统。来自半导体激光器201的光束被准直透镜202转换成平行光束，并且被光束成形棱镜203进一步转换成基本上具有圆形横截面形状的光束。该各向同性光束通过偏振分束器204，并且通过一λ/4片206，一色差补偿器透镜207，一用于补偿球差的扩束透镜208，一棱形反射镜210，一彗差校正器211和一物镜212会聚在光盘250的记录薄膜上。此处，被偏振光束分束器204部分反射的光束被接收并由前监视探测器205探测，用于半导体激光器201的自动功率控制。
扩束透镜208由一对凹透镜和凸透镜构成。此处，凸透镜安装在轴向可移动的激励器209上。由于具有这种结构，两个透镜能够自由地改变其间隔，并根据间隔产生任意球差。当存在物镜212的两个表面之间间隔的制造误差和光盘基底的厚度误差时，使用其效果可补偿当对于光盘进行有效的记录/重现时所导致的球差，光盘如具有多个基底厚度的双层光盘。如果凹透镜安装在激励器上则不会产生问题。在图2的例子中，其中的双线似乎切断了表示扩束透镜208与棱形反射镜210之间的表示光轴的线，这意味着，在实际光学系统中在光盘一侧，光束通过棱形反射镜210从前向的扩束透镜208向上反射到垂直于此平面的方向。
调节彗差校正器211，以便补偿物镜212两个表面的偏心所导致的彗差，并且将彗差校正器211与物镜212一起固定到透镜镜筒230。彗差校正器211是一种具有两个表面的装置，每个表面都是一个没有折射作用的四阶曲面，用来排除下面所描述的球差，并且由于四阶曲面之间的相对偏心而产生彗差。此处，调节彗差校正器211相对物镜的倾角，从而补偿物镜两个表面相对偏心所导致的彗差，并且彗差校正器211与透镜镜筒230固定。将该透镜镜筒230安装在一二维激励器255上。因此，由于在聚焦控制和跟踪控制中物镜212与彗差校正器211一起移动，不会发生它们之间的相对位置偏离。
从光盘250反射的光束在相同光程向回传播，并被偏振分束器204反射。然后，该光束通过λ/2片213，并入射在第二偏振分束器214上。入射在第二偏振分束器214上的光束的一部分从中经过，其余光被第二偏振分束器反射。经过第二偏振分束器214的光束穿过一光束分裂全息图215，并由聚光透镜216会聚在光电探测器217中。该光电探测器217使用推挽方法探测误差信号，并且探测重现RF信号。从而，在光束分裂全息图215中形成方格图形，使得在相应于光盘跟踪方向的方向中由直径所分开的入射光束的每一部分沿不同方向被衍射。光电探测器217通过接收衍射光束而探测跟踪信号。通过设计光束分裂全息图215的衍射效果，使0阶光束可获得必需的S/N比，并且探测该0阶光束，从而得到RF信号。
由偏振分束器214反射的光束被反射棱镜218反射，并且在通过第二光束分裂全息图219后由聚光透镜220会聚在光电探测器221中。为了在光电探测器221中获得聚焦误差信号和球差信号，光束分裂全息图219如图3中所示，并且光电探测器221的光接收图形如图4中所示。通过使用图3中的全息图，总共四个区域中的光束被衍射到不同方向，这些区域包括入射光通量301的内部和外部区域，以及由垂直于光盘跟踪方向的直径所分开的其两侧上的区域。
在图4所示的光电探测器221中，对于以上述方式衍射的光束，通过使用两个四-分区的光接收区域401和402，确定内部光通量的聚焦信号与外部光通量的聚焦信号之间的差别而得到球差信号。而且，从两个两分区的光接收区域403和404得到一普通的聚焦误差信号。当执行差别计算时，设计该实施例使得可以调节增益G，从而能够补偿内部与外部光通量的光量之间的不平衡。而且在该实施例中，在0阶光束两侧上所产生的衍射光束中，在一侧上内部与外部光通量被入射在相同的光接收区，并且以光学方式执行和计算。
在图2中，来自光电探测器221和光电探测器217的输出信号通过软电线232输出，并且使用AF，TR，SA和RF电路223，224，225和226执行上述计算。此处，AF电路223执行聚焦误差信号的计算和二维激励器255的聚焦控制线圈的驱动，并且TR电路224执行跟踪信号的计算和二维激励器255的跟踪控制线圈的驱动。SA电路225执行球差信号的计算和扩束透镜激励器208的驱动，RF电路226执行重现RF信号的探测。
由于二维激励器255的跟踪控制的范围通常大约为±400μm，为了使物镜212所产生的光会聚光斑覆盖光盘250的全部信号记录区，通过粗糙激励器222使该情形231中所采用的整个光学头沿光盘径向运动。通过马达驱动电路227转动粗糙激励器222。另外，通过马达驱动电路234驱动用于旋转光盘250的主轴电动机233。由激光驱动器电路229驱动半导体激光器201。由控制区段228对上述电路进行合成控制。
在前面的实验系统中，由于彗差校正器211与物镜212集成在一起，不需要专门地通过跟踪信号的低频成分驱动该粗糙激励器222，当彗差校正器211与物镜212彼此分开设置时，通过跟踪信号的低频成分对粗糙激励器222进行驱动是必要的。
将使用图5(a)和5(b)解释彗差校正器211的原理。彗差校正器具有两个表面，每个表面的形状都是不具有折射能力的四阶曲面。在图5(a)到5(e)中，分别说明这些表面的效果，然后将说明当组合了表面时彗差的产生效果。
图5(a)说明了两个四阶曲面中仅一个第一表面所表现的效果。在发射波前中，在平面的入射波前上产生反映调相器第一表面形状的球差。图5(b)单独说明第二表面的效果。通过第二调相器502在发射波前中产生球差，其中平面入射波前被相位调制成与图5(a)相反的曲面，第二调相器502中第一表面是平面，第二表面是没有折射能力的四阶曲面。图5(c)说明了通过组合图5(a)和5(b)的调相器所构成的彗差校正器211。此时，由于发射波前是图5(a)和5(b)的发射波前的和，最终消除了各自的球差，发射波前为平面。图5(d)说明发生调相器501与502彼此偏心的情形。由于假设在图5(d)中用虚线表示的图5(a)和5(b)的发射波前处于彼此偏心状态，在波前中产生的图5(d)中实线所示的彗差，可通过合成而得到。图5(e)说明通过简单地倾斜彗差校正器211可得到与前面相同的效果。由于彗差校正器不具有折射能力，通过倾斜彗差校正器211表现出与偏心相同的效果，并且以与图5(d)相同的方式在发射波前中产生彗差。
下面将通过使用下面的公式说明产生彗差的效果。假设由下面的公式(5)表示通过彗差校正器第一表面产生的像差，
W3＝W40(ρ4-ρ2+1/6)             (5)
并且假设由下面的公式(6)表示在第二表面中产生的球差在x-方向偏移Δ时的像差，
W4＝-W40[{(x-Δ)2+y2}2-{(x-Δ)2+y2}+1/6
  ≌-W40(ρ4-ρ2+1/6)+4W40Δρ3cosθ-2W40Δρcosθ     (6)
证明，在两像差的和中，产生由下面的公式(7)所表示的彗差成分，
W3+W4≌4W40Δρ3cosθ-2W40Δρcosθ     (7)
图6说明了本发明第二实施例。第二实施例与图2中所说明的第一实施例相比显著的区别在于彗差校正器211没有与物镜结合在一起。从而，当在跟踪控制过程中为了使光盘250偏心而移动物镜212时，产生物镜212的中心相对彗差校正器211中心的偏离，可能会产生象散。
相反，在本实施例中，通过从TR电路224输出的跟踪误差信号驱动物镜212的二维激励器255，由通过允许跟踪误差信号通过低通滤波器(LPF)601所得到的低频成分驱动粗糙激励器。从而，通过使用粗糙激励器222移动整个光学头补偿表示大偏心的低频成分，并且在二维激励器255中补偿不能被粗糙激励器222跟随的高频成分。此时，调节低通滤波器601和跟踪电路224的频率特性，以便二维激励器255的移动量小于彗差校正器和物镜的偏心允许限制，从而完全抑制跟踪误差。通常，由于当执行这种双伺服控制时由二维激励器所驱动的高频成分的幅值大约为±10μm，几乎不用考虑彗差校正器和物镜相互之间的偏心。
图18说明了当在本发明中执行双伺服控制时开路增益特性的实例。横坐标表示使用对数轴的跟踪信号的频率，纵坐标表示使用dB值的开路增益。
粗糙激励器的特性是增益在低频区高，在高频区迅速下降，而精密激励器的特性则是，尽管增益在低频区低，但可扩展到高频区。调整粗糙激励器的响应特性以及低通滤波器和跟踪电路的特性，使得在这两条曲线的交点处，频率大约等于(光盘旋转频率/粗糙激励器旋转偏心成分的抑制比)，并且，粗糙激励器的倾斜特性变为(60dB/dec)，在频率被乘以10时，下降60dB。此处，交点处的频率基本上如图18所示确定，因为，粗糙激励器的旋转偏心分量的抑制比必须抑制当光盘实际旋转到物镜允许的偏心量时所设想的偏心量。如图18所示，在低于交点处此频率的频率区(低频区)，粗糙激励器变为主导，在高于交点处此频率的频率区(高频区)，精密激励器变为主导。对于交点处的增益，需要如图18所示的一个值，因为作为粗糙激励器所抑制的残余偏差，可允许的物镜偏心限制必须被抑制到在进行跟踪控制期间可允许的跟踪误差限制。
假设，在实验中，基于上述设计策略，光盘的转数为3000rpm(50Hz)，物镜的偏心允许范围为±30μm，光盘的旋转偏心量为±300μm，跟踪误差范围为±0.03μm，设计激励器，跟踪电路和低通滤波器，使得在交点处频率为500Hz，增益为60dB。
图7表示本发明的第三实施例。与图6中所示的第二实施例相比，在本实施例中减少了由粗糙激励器222所移动的可移动部分的数量。整个光学系统分成固定区701和可移动区702，仅仅可移动区702由粗糙激励器222沿光盘250径向驱动。将色差补偿器207，扩束透镜208，彗差校正器211，棱形反射镜210，物镜212和二维激励器255安装在可移动区702上。由于入射在彗差校正器上的照明通量为处于其像差被色差补偿透镜(色差补偿器)207和扩束透镜208补偿状态的发散光束或会聚光束，当可移动区702在从光盘250的内圆周到其外圆周的区域中移动时，入射在物镜上的光束尺寸和发散或会聚条件发生改变。考虑到这种情况，将这些光学部件安装在可移动区702上。
在图8(a)和8(b)中，表示出基于本发明的透镜形状的设计例子。图8(a)表示主要的表面系数，如曲率半径，表面间距和折射率，图8(b)表示用于定义非球面形状的系数。此时，在图中，由最下面行中所示的函数给出表面形状。“z”表示在光轴方向表面的高度，“r”表示距离光轴的距离。此处，如图5(e)所示通过倾斜装置彗差校正器产生彗差。虽然物镜的第二表面与覆盖层之间的间隔为0.9mm，透镜具有弯月面形状，其中其第二表面是与第一表面相比具有更小曲率的凹形表面。因此，作为实际的工作距离，该距离大约为0.7mm。
在图9(a)和9(b)中，表示出在物镜的两个表面中存在偏心时的波前像差。图9(a)表示RMS波前像差，是偏心为6μm时未经彗差补偿的波前像差，发现产生如0.369λ那样大的彗差。图9(b)表示当像差校正器倾斜4°时与图9(a)的波前像差相比的波前像差。彗差得到校正，残余的RMS波前像差被减小到0.009λ。
图10表示对于距离物镜的聚焦表面上光轴的图像高度的RMS波前像差。当物镜单独存在，色差补偿器与扩束器结合在一起时，在0.05λ的RMS波前像差范围内可以获得20μm或更大的半径。当存在彗差校正器时，就恶化了图像高度特性。由于对于倾斜入射在其上的光束彗差校正器产生彗差，认为发生图像高度特性的恶化是不可避免的。
图11(a)和11(b)说明了物镜单独存在的表面形状以及光束的像差。图11(a)说明了表面形状，图11(b)说明了像差。图11(b)给出球差近似与纵坐标相同，球差被充分校正。而且，正弦条件几乎得到补偿。发现对于±5nm的波长误差，产生大约±4μm的色差。实际上不发生色散。
图12(a)和12(b)为物镜和彗差校正器结合在一起时的表面形状和像差。图12(a)说明了表面形状，图12(b)说明了像差。通过引入彗差校正器，正弦条件在某种程度上被恶化。当如图10所示物镜与彗差校正器结合在一起时，正弦条件的恶化导致图像高度特性的恶化。可以认为只要必须通过允许光束倾斜地入射在彗差校正器上而产生彗差，图像高度特性的恶化就是不可避免的。
图13(a)和13(b)为物镜、扩束透镜和色差补偿透镜组合在一起时的表面形状和像差。可以看出与图11(b)和12(b)相比色差补偿透镜更大地减小了色差。
图14说明具有和不具有通过彗差校正器进行补偿的波前像差，以及彗差校正器相对物镜两个表面的偏心的倾斜角。发现当不进行补偿时，对于物镜两个表面的偏心像差迅速增加，当进行补偿时，可以允许的偏心量大约为15μm。当从右边的纵坐标观察具有符号Δ的曲线时，发现此时可以用大约10°的补偿器的倾角补偿像差。
图15表示当用彗差校正器补偿彗差时，由物镜的偏心所产生的象散。当物镜两个表面10μm的偏心得到补偿时，发现假设RMS波前像差的可允许范围为0.05λ，物镜可允许的λ偏移量为±40μm。虽然该值太小不能补偿安装有透镜的二维激励器所产生的物镜的偏心，在用跟踪信号的低频成分驱动粗糙激励器的结构中，该值可以令人满意地获得对光盘的偏心的补偿。
图16说明了本发明的第四实施例，其中用液晶相位补偿器1601而不是图2中所述结构中的扩束透镜执行球差补偿。该液晶相位补偿器插入在光束整形棱镜203与偏振分束器204之间。采用这种结构的原因如下。为了增加光利用率，在光程的第一和第二分支上入射在偏振分束器204上的偏振光束相互之间通过偏振分束器204和λ/4板206旋转90°。因此，由于仅在特定方向向线性偏振分量增加相移，即使将液晶装置插入在与偏振分束器相比更接近光盘的位置，液晶装置也仅对光程的第一和第二分支其中之一起作用。另一方面，由于透过液晶装置的光束表现出很小的光量损失，为了防止光量损失，如图16所示将液晶装置1601插入在与偏振分束器相比更接近于激光器的位置。取决于从球差探测电路225的输出，由液晶驱动电路1602驱动液晶装置1601。
可以将如上所述的使用液晶装置1601而不是扩束透镜的结构应用于图6和7所示的第二和第三实施例。尤其是，当该结构应用于图7所示的第三实施例时，液晶装置1601可以仅提供球差，而与扩束透镜不同，不改变光束的发散或会聚状态。因此，当液晶装置设置于固定光学系统时没有任何干扰。
图17说明了通过进一步简化第四实施例所得到的实施例，使之更接近于光盘装置产品的最终结构。探测光学系统合并了跟踪信号探测和聚焦信号探测。这可以通过一种结构来实现，其中光束分裂全息图被精细分割，通过探测器图案同时获得跟踪误差信号，聚焦误差信号和球差信号。而且，如果蓝色激光器用做半导体激光器，并且如果物镜的NA较大，在光会聚光斑处的功率密度非常高，可以认为在记录中能获得足够高的效率。因此，很可能实现没有光束整形的设计。从而，去除光束整形棱镜。
根据本发明的另一个方面，提供了一种下面所述的光信息重现装置。
(1)一种光信息重现装置，包括：
一光源；
一光会聚光学系统，包括一彗差校正器和一具有0.8或更大数值孔径的物镜，该光会聚系统将来自所述光源的光束会聚在介质上；
一第一激励器，用于使光斑在介质上的位置可变，在其上形成有所述光会聚光学系统，第一激励器安装有所述物镜，并且独立于所述彗差校正器进行驱动；
一光束分裂装置，用于从所述光源到光信息记录介质扩散的光程中分裂来自所述介质的反射光束；
一探测光学系统，用于将由所述光束分裂装置分裂的所述反射光束引导到光电探测器；
该光电探测器用于探测反射光强度，并使其成为电信号；
一第二激励器，与所述光会聚光学系统和所述第一激励器安装在一起，并且相对所述介质是可移动的；以及
一电路，用于从来自所述光电探测器的输出信号探测跟踪误差信号。
(2)根据项目(1)的光信息重现装置，其中通过跟踪信号的高频成分驱动所述第一激励器，通过跟踪信号的低频成分驱动所述第二激励器。
(3)根据项目(1)与(2)其中之一的光信息重现装置，其中进一步在所述光会聚光学系统中设置球差补偿器。
(4)根据项目(1)，(2)和(3)其中之一的光信息重现装置，其中进一步在所述探测光学系统中设置球差探测装置。
(5)根据项目(1)，(2)，(3)和(4)其中之一的光信息重现装置，其中所述彗差校正器具有两个表面，这两个表面的形状为在中轴上曲率近似为零的旋转对称四阶曲面。
(6)根据项目(1)，(2)，(3)和(4)其中之一的光信息重现装置，其中所述彗差校正器为液晶相位补偿器。
(7)一种光信息重现装置，包括：
一具有容纳光源的机壳的光学头；一光会聚光学系统，其中彗差校正器与具有0.8或更大数值孔径的物镜和介于二者之间的一机壳结合在一起，使得彗差校正器与物镜的相对位置得到固定，该光会聚光学系统将来自所述光源的光束会聚在介质上；一第一激励器用于使光会聚光斑在介质上的位置可变，光会聚光斑由所述光会聚光学系统形成，该第一激励器与所述物镜安装在一起，并独立于所述彗差校正器进行驱动；一光束分裂装置，用于从所述光源到所述介质扩散的光程中分裂从所述介质反射的光束；一探测光学系统，用于将由所述光束分裂装置分裂的所述反射光束引导到光电探测器；该光电探测器用于探测反射光强度，并使其成为电信号；
一第二激励器与所述光学头安装在一起，并且相对所述介质是可移动的；以及
一电路，用于从来自所述光电探测器的输出信号探测跟踪误差信号。
(8)根据项目(7)的光信息重现装置，其中通过跟踪信号的高频成分驱动所述第一激励器，通过跟踪信号的低频成分驱动所述第二激励器。
(9)根据项目(7)和(8)其中之一的光信息重现装置，其中在所述光会聚光学系统中进一步设置球差补偿器。
(10)根据项目(7)，(8)和(9)其中之一的光信息重现装置，其中在所述探测光学系统中进一步设置球差探测装置。
(11)根据项目(7)，(8)，(9)和(10)其中之一的光信息重现装置，其中所述彗差校正器具有两个表面，这两个表面的形状为在中轴上曲率近似为零的旋转对称四阶曲面。
(12)根据项目(7)，(8)，(9)，(10)和(11)其中之一的光信息重现装置，其中所述彗差校正器为液晶相位补偿器。
本发明实现了具有宽工作距离的大NA的物镜，并提供了一种具有高可靠性的光盘装置，其中透镜几乎不与光盘碰撞。

Claims (7)

1.一种物镜光学系统，包括：
一彗差校正器；以及
一用于会聚光束的物镜，该物镜具有0.8或更大的数值孔径，
其特征在于，彗差校正器与物镜和介于二者之间的一机壳结合在一起，使得彗差校正器与物镜的相对位置得到固定。
2.一种光学头，包括：
一光源；
一光会聚光学系统，其中彗差校正器与具有0.8或更大数值孔径的物镜，使得彗差校正器与物镜的相对位置得到固定，该光会聚光学系统将来自所述光源的光束会聚在介质上，以在该介质上形成光会光斑；
一激励器，用于使光会聚光斑在该介质上的位置可变；
一光束分裂装置，用于从所述光源到所述介质扩散的光程中分裂来自所述介质的反射光束；
一光电探测器，用于探测光强度，并使其成为电信号；
一探测光学系统，用于将由所述光束分裂装置分裂的反射光束引导到光电探测器。
3.根据权利要求2所述的光学头，其特征在于，所述光会聚光学系统进一步包括一球差补偿器。
4.根据权利要求2所述的光学头，其特征在于，在所述探测光学系统中设置一球差探测器。
5.根据权利要求2所述的光学头，其中所述彗差校正器具有两个表面，该两个表面的形状为中轴上的曲率近似为0的旋转对称四阶曲面。
6.根据权利要求2所述的光学头，其特征在于，所述彗差校正器为液晶相位补偿器。
7.一种光信息重现装置，包括：
一光源；
一光会聚光学系统，其中彗差校正器与具有0.8或更大数值孔径的物镜和介于二者之间的一机壳结合在一起，使得彗差校正器与物镜的相对位置得到固定，该光会聚光学系统将来自所述光源的光束会聚在介质上，以在介质上形成光会光斑；
一激励器，用于使光会聚光斑在介质上的位置可变；
一光束分裂装置，用于从所述光源到所述介质扩展的光程中分裂来自所述介质的反射光束；
一光电探测器，用于探测光强度，并使其成为电信号；
一探测光学系统，用于将由所述光束分裂装置分裂的所述反射光束引导到光电探测器；
一探测电路，用于从来自所述光电探测器的输出信号中探测所述光会聚光斑的位置控制信号；以及
用于通过所述控制信号驱动所述激励器的装置。
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