专利名称：光学扫描设备的利记博彩app
技术领域：
本发明涉及一种用于扫描多层信息载体的光学扫描设备。
本发明特别涉及一种用于从光盘读取数据和/或向光盘记录数据的光盘设备，所述光盘例如蓝光盘(Blu-Ray Disc)(BD)播放器和/或记录器。
背景技术：
具有许多信息层的信息载体得到广泛应用。例如，一些DVD(DVD代表数字通用盘)包括能够用辐射束扫描的第一和第二信息层，以便从这些信息层中之一读取或向其记录。表达方式“扫描”表示从信息层读取数据或向信息层写数据。
用于这种双层DVD的光学扫描设备包括用于产生发散的辐射束的辐射源、用于将该发散光束变为平行光束的准直器，以及用于将所述平行光束聚焦在两个信息层中之一的物镜。该光学扫描设备包括用于轴向地移动物镜以便将该平行光束聚焦在所需信息层上的致动器。
当移动该物镜以便从第一信息层跳到第二信息层时，产生一定量的球面像差。但是，在DVD的情况下，这种数量的球面像差相对较少，因为该辐射束的数值孔径相对较小，且波长相对较大。球面像差的数量实际上在该光学扫描设备的公差内，因此不需要进行球面像差校正。因此，当从一个信息层跳到另一个时，仅仅需要重新聚焦。
现在，为了增大信息层的容量，已经设计出了新一代的光盘系统，其利用较大的数值孔径，和该辐射束的较小波长。例如，BD播放器和/或记录器利用数值孔径为0.85的物镜和波长为405纳米的辐射束。因此，当从一层跳到另一层时产生的球面像差量比DVD播放器多。实际上，球面像差量与数值孔径的四次幂成比例，这意味着，数值孔径少量增加导致球面像差数量的大量增加。典型的是，对于双层BD，在从一层跳到另一层时产生的球面像差量约为250ml rms，这在该光学扫描设备的公差之外。因此，需要校正从一层跳到另一层时产生的球面像差。
校正从第一信息层跳到第二信息层时产生的球面像差的方法在于对物镜进行设计，从而当平行入射光聚焦在第一信息层时，即当使用无穷远共轭时，不产生球面像差。当跳到第二信息层时，改变该入射光的聚散度，即使用无限共轭(infinite conjugate)。例如，会聚的入射光束聚焦在所述第二信息层上。将物镜设计为明显遵守正弦条件，以便具有相当大的视场。已经知道遵守正弦条件设计的透镜在与设计情况相比共轭距离改变时产生球面像差。这在由M.Born和E.Wolf所撰写并于1993年在Oxford的Pergamon出版社出版的“光学原理(Principles of Optics)”第166-169页中作出了说明。因此，通过改变共轭距离，即改变该入射光的聚散度，可产生球面像差，其补偿在从一层跳到另一层时产生的球面像差。
但是，由于信息载体的螺旋的偏心，在扫描过程中，物镜不得不从其中心位置移开，也就是说，在扫描过程中物镜出现离心。现在，当有限共轭(finite conjugate)用于扫描第二信息层时，物镜对离心敏感。入射光束的聚散度越高，则对离心越敏感。因此，限制了如上所述的光学扫描设备中物镜可能的离心，并且这种光学扫描设备不能扫描存在螺旋的相对较高偏心的信息载体。
发明内容
本发明的目的是提供一种对物镜的离心不太敏感的光学扫描设备。
为此，本发明提出一种用于在第一种模式下扫描信息载体的第一信息层并且在第二模式下扫描所述信息载体的第二信息层的光学扫描设备，所述光学扫描设备包括用于产生辐射束的辐射源、用于将入射光束聚焦在信息层上的物镜系统，以及设置在该辐射源和该物镜系统之间的光学元件，该光学元件用于将所述辐射束在第一模式下变为发散的入射光束，并在第二模式下变为会聚的入射光束。
根据本发明，有限共轭用于扫描该第一和第二信息层。这意味着，为了将平行入射光束无球面像差地聚焦在位于第一和第二信息层之间的某一平面上而设计该物镜。这样，发散的入射光束用于补偿在扫描第一信息层的过程中产生的球面像差，会聚的入射光束用于补偿在扫描第二信息层的过程中产生的球面像差。当从第一信息层跳到第二信息层时产生的球面像差量与现有技术中产生的球面像差量相同，因此，与在现有技术中所用的用于扫描第二信息层的会聚光束的聚散度相比，该发散和会聚的入射光束的聚散度降低。这是因为，当扫描第一信息层时，补偿了该球面像差的一部分，并且当扫描第二信息层时，补偿了其他部分，而在现有技术的光学扫描设备中，当扫描第二信息层时补偿所有的球面像差。
当扫描第一和第二信息层时，依照本发明的光学扫描设备对离心敏感。但是，与现有技术的光学扫描设备相比敏感程度降低，因为发散和会聚光束的聚散度降低。
在优选实施例中，为了将平行入射光束无球面像差地聚焦在第一和第二信息层之间的与该第一和第二信息层基本上等距离的平面上而设计该物镜系统。根据该优选实施例，在扫描第一信息层的过程中，补偿了与在扫描第二信息层的过程中从第一信息层跳到第二信息层时产生的球面像差的同一部分。因此，会聚和发散光束的聚散度基本上相等，在扫描第一信息层的过程中的离心公差与在扫描第二信息层的过程中的离心公差基本上相等。这允许在扫描两个信息层的过程中获得相对较高的离心公差。
在有利的实施例中，该光学元件是准直器。用在常规光学扫描设备中的该准直器用于将辐射束变为会聚或发散的入射光束。因此，常规的光学扫描设备可用于实现本发明，其适合于编程为按照操作模式移动该准直器。
在另一个优选实施例中，该光学扫描设备进一步适于在第三种模式下扫描位于第一和第二信息层之间的所述信息载体的第三信息层，该光学元件适于在所述第三模式下将辐射束变为平行入射光束。这种光学扫描设备非常适于扫描包括奇数个信息层的信息载体。
在另一个有利的实施例中，该光学扫描设备包括用于提供对球面像差进行测量的装置，和用于根据所述测量控制该光学元件的装置。这提供了对球面像差的更精确的补偿。
本发明的这些和其他方面将从参照下文描述的实施例而显而易见，并且进行解释。
现在通过例子的方式，参照附图更详细地描述本发明，在附图中图1示出在第一模式下的依照本发明的光学扫描设备；图2示出在第二模式下图1的光学扫描设备；
图3示出在第一模式下的依照本发明的另一种光学扫描设备；图4a到4c示出用于扫描包括三个信息层的信息载体的物镜系统；图5a到5d示出用于扫描包括四个信息层的信息载体的物镜系统。
具体实施例方式
图1和2中示出依照本发明的光学扫描设备。这种光学扫描设备包括用于产生辐射束102的辐射源101、准直器103、分束器104、伺服控制物镜105、检测装置106、测量装置107和控制器108。该光学扫描设备用来扫描信息载体110。该信息载体110包括第一信息层111和第二信息层112。该光学扫描设备进一步包括用于容纳信息载体110的转盘120。
在扫描操作过程中，该扫描操作可以是写操作或读操作，准直器103和物镜105使辐射束102变换，如下文详细描述的。获得最后得到的光束，由该最后得到的光束来扫描信息载体110。检测聚焦误差信号，其数量对应于该最后得到的光束在该信息层上的定位误差。可以使用该聚焦误差信号来校正物镜105的轴向位置。将信号发送到控制器108，其驱动致动器以便轴向移动物镜105。
检测装置106来检测该聚焦误差信号和写在该信息层上的数据。信息载体110反射的辐射束通过分束器104到达检测装置106。
应该注意，在另一个实施例中，能够以透射的方式由第二物镜和第二检测装置来检测与写在信息载体110中的信息相对应的信号，与该信息层110相比，该第二物镜和第二检测装置放置在与物镜105相对的位置。
还应该注意，在另一个实施例中，信息载体110可具有在该整个载体背面的反射镜，该反射镜将透过第一和第二信息层111和112的光束反射。在这种情况下，如图1和2中所示的光学扫描设备可用于读取该数据。
图1表示在第一种模式下的依照本发明的光学扫描设备，图2表示在第二种模式下的依照本发明的光学扫描设备。准直器103是放置在辐射源101和物镜105之间的光学元件。在第一种模式下，准直器103将辐射束102变为发散的入射光束，该辐射束到达物镜105。在第二种模式下，准直器103将辐射束102变为会聚的入射光束。当该准直器在辐射源101位于其焦点位置时，准直器103将辐射束102变为平行入射光束。为了获得发散的入射光束，与所述位置相比，朝辐射源102移动该准直器103。为了获得会聚的入射光束，与所述位置相比，向远离该辐射源102的方向移动该准直器103。通过致动器来控制准直器103的位置，该致动器由控制器108来控制。控制器108是多功能控制器，其能够独立地控制用于移动物镜105的致动器和用于移动准直器103的致动器。根据扫描模式，控制器108控制准直器103的位置。换句话说，当扫描第一信息层时，将准直器103放置于图1中表示的位置，当扫描第二信息层时，将准直器103放置于图2中表示的位置。
按照下面这种方式来设计物镜105，即当物镜将平行入射光束聚焦在位于信息载体110的第一和第二信息层之间的某一平面上时，不产生球面像差。因此，如果用平行入射光束扫描第一信息层111，那么将产生球面像差。通过改变在扫描第一信息层111的过程中的共轭距离，即采用发散的入射光束，物镜105产生球面像差，其补偿上述的球面像差。按照将发散的入射光束聚焦在第一信息层111上时不产生球面像差的方式来确定准直器103的位置。优选的是，该光学扫描设备包括用于测量球面像差的装置和用于根据测得的球面像差控制准直器103的位置的装置。将扫描第一信息层111的过程中对球面像差的测量发送到控制器108，该控制器控制准直器103的位置，以便抑制该球面像差。根据例如US6229600中描述的常规装置来测量该球面像差。
用会聚的入射光束扫描第二信息层112，以便补偿如果用平行入射光束扫描第二信息层将产生的球面像差。与针对第一信息层111所解释的一样，优选根据对该球面像差的测量，由控制器108来控制准直器103的位置。
依照本发明的光学扫描设备在扫描第一和第二信息层时对离心敏感。实际上，在第一和第二模式下，使用有限共轭。但是，在用平行入射光束扫描第一信息层111和用会聚的入射光束扫描第二信息层112的现有技术中，其不太敏感。实际上，在依照本发明的光学扫描设备中的会聚光束的聚散度比在现有技术的光学扫描设备中的会聚光束的聚散度低。这是因为，与现有技术的光学扫描设备相比，在依照本发明的光学扫描设备中，当从无球面像差的聚焦平行光束的平面跳到第二信息层112时必须补偿的球面像差量更小。
为了与现有技术相比明显降低对离心的敏感，无球面像差地聚焦平行入射光束的平面必须足够远离第一和第二信息层111和112。实际上，如果该平面太接近这些信息层之一，那么可降低对离心的敏感，但是不能明显降低。优选的是，如果在第一和第二信息层111和112之间的距离是D，该平面离开层111和112中的每一层至少0.2D。更优选的是，该平面离开第一和第二信息层111和112 0.5D，这意味着为了将平行入射光束无球面像差地聚焦在第一和第二信息层之间的与该第一和第二信息层基本上等距离的平面上而设计该物镜系统。在这种情况下，可以很容易地显示出，与现有技术相比该离心公差增加到两倍。
此外，应该注意，实际上，在扫描第一和第二信息层111和112的过程中，保留了少量的球面像差。这在现有技术中也存在，不过仅仅在扫描第二信息层的过程中。实际上，当与设计情况相比改变该共轭距离时，仅仅补偿所谓的第三阶球面像差，而保留一定量的高阶球面像差。根据本发明，因为依照本发明的光学扫描设备中的高阶球面像差的总量与现有技术的光学扫描设备中的相同，因此，该高阶球面像差分布在第一和第二信息层111和112上。例如，如果为了将平行入射光束无球面像差地聚焦在与第一和第二信息层111和112之间基本上等距离的平面上而设计物镜105，那么高阶球面像差均匀地分布在第一和第二信息层111和112上。
这是有利的，特别是在该高阶球面像差相对较高，并且干扰在现有技术的光学扫描设备中扫描第二信息层，这是因为其在所述光学扫描设备的公差之外。根据本发明，当扫描第二信息层112时高阶球面像差减小，因此，其可以在该光学扫描设备的公差之内。
图3中示出依照本发明的另一种光学扫描设备。这种光学扫描设备除了包括图1和2中描述的元件之外还包括扩束器(beamexpander)，该扩束器包括第一扩束器透镜301和第二扩束器透镜302。
在该另一种光学扫描设备中，按照使辐射源101位于其焦点的方式来放置准直器103。这样，准直器103将辐射束102变为平行光束。然后，该扩束器根据该模式将所述平行光束变为会聚或发散光束。在图3的例子中，所示出的光学扫描设备处于第一种模式下，这样，该扩束器将所述平行光束变为发散光束。准直器103、第一透镜301和第二透镜302形成放置在辐射源101和物镜105之间的光学元件，其将辐射束102在第一种模式下变为发散的入射光束，并在第二种模式下变为会聚的入射光束。
这种扩束器对于本领域的普通技术人员是众所周知的。例如，于2002年6月6日公布的专利申请US 2002/0067666描述了这种扩束器。通过致动器来移动第二扩束器透镜302，该致动器由控制器108来控制。根据该模式，控制器108控制第二扩束器透镜302的位置，从而产生发散或会聚的入射光束。
图4a到4c示出用于扫描包括三个信息层的信息载体的物镜系统。在图4a到4c中，仅仅表示了物镜系统，该物镜系统是物镜105。图4a到4c上表示的发散、平行和会聚的入射光束分别通过如图1、2或3描述的光学元件来产生。该信息载体包括第一信息层401、第二信息层402和第三信息层403。
通过如图1中所描述的发散的入射光束来扫描第一信息层401。通过如图2中所描述的会聚的入射光束来扫描第二信息层402。通过平行入射光束来扫描位于第一和第二信息层401和402之间的第三信息层。这意味着，为了无球面像差地将平行入射光束聚焦在第三信息层403上而设计物镜105。因此，在扫描第三信息层403的过程中不出现球面像差，该光学扫描设备对扫描第三信息层403的过程中的离心不敏感。
在图4a到4c的例子中，第三信息层403在第一和第二信息层401和402之间与该第一和第二信息层基本上是等距离的。因此，如图1和2中所述，对离心的敏感以及高阶球面像差均匀地分布在第一和第二信息层401和402上，这是特别有利的。
图5a到5d示出用于扫描包括四个信息层的信息载体的物镜系统。该信息载体包括第一信息层501、第二信息层502、第三信息层503和第四信息层504。通过具有第一聚散度的会聚的入射光束来扫描第一信息层501。通过具有第二聚散度的会聚的入射光束来扫描第三信息层503，该第二聚散度低于第一聚散度。通过具有第三聚散度的发散的入射光束来扫描第四信息层504。通过具有第四聚散度的发散的入射光束来扫描第二信息层502，该第四聚散度大于第三聚散度。
在这种情况下，为了将平行入射光束无球面像差地聚焦在位于第三信息层503和第四信息层504之间的平面上，优选是在第三和第四信息层503和504之间与该第三和第四信息层等距离的平面上而设计物镜105。
应该注意，依照本发明的光学扫描设备可用于扫描具有不同数量信息层的信息载体。对于具有2X个信息层的信息载体来说，X是整数，优选使用X个会聚的入射光束和X个发散的入射光束。对于具有2X+1个信息层的信息载体来说，优选使用X个会聚的入射光束、X个发散的入射光束和一个平行入射光束。这允许将对于离心的敏感有效地分布在这些信息层上。
下面的权利要求书中的任何附图标记都不应该解释为限制该权利要求。很明显，使用的动词“包括”极其动词变化不排除存在除了任何权利要求限定的那些元件之外的任何其他元件。元件前面的词语“一”或“一个”不排除存在多个这种元件。
权利要求
1.一种用于在第一种模式下扫描信息载体的第一信息层(111)并且在第二模式下扫描所述信息载体的第二信息层(112)的光学扫描设备，所述光学扫描设备包括用于产生辐射束(102)的辐射源(101)、用于将入射光束聚焦在信息层上的物镜系统(105)，以及设置在该辐射源和该物镜系统之间的光学元件(103)，该光学元件用于将所述辐射束在第一模式下变为发散的入射光束，并在第二模式下变为会聚的入射光束。
2.如权利要求1所述的光学扫描设备，其中为了将平行入射光束无球面像差地聚焦在第一和第二信息层之间基本上等距离的平面上而设计该物镜系统。
3.如权利要求1所述的光学扫描设备，其中所述光学元件是准直器。
4.如权利要求1所述的光学扫描设备，其中所述光学元件包括扩束器(301-302)。
5.如权利要求1所述的光学扫描设备，其中该光学扫描设备进一步适于在第三种模式下扫描位于第一和第二信息层(401，402)之间的所述信息载体的第三信息层(403)，该光学元件适于在所述第三模式下将辐射束变为平行入射光束。
6.如权利要求1所述的光学扫描设备，进一步包括用于提供对球面像差进行测量的装置，和用于根据所述测量控制该光学元件的装置。
全文摘要
本发明涉及一种用于在第一种模式下扫描信息载体的第一信息层(111)并且在第二模式下扫描信息载体的第二信息层(112)的光学扫描设备。该光学扫描设备包括用于产生辐射束(102)的辐射源(101)、用于将入射光束聚焦在信息层上的物镜系统(105)，以及设置在该辐射源和该物镜系统之间的光学元件(103)，该光学元件用于将所述辐射束在第一模式下变为发散的入射光束，并在第二模式下变为会聚的入射光束。
文档编号G11B7/135GK1842850SQ200480024382
公开日2006年10月4日 申请日期2004年8月20日 优先权日2003年8月26日
发明者B·亨德里克斯, J·J·弗雷亨, P·布勒门, P·库普斯 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司