CN1069433C

CN1069433C - 光拾取装置，光盘记录和/或重放装置及补偿彗形象差的方法

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Publication number: CN1069433C
Application number: CN94120092A
Authority: CN
Inventors: 冈美智雄; 菅沼洋; 江口直哉
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1993-11-18
Filing date: 1994-11-18
Publication date: 2001-08-08
Anticipated expiration: 2014-11-18
Also published as: KR950015251A; CN1112706A; US5726436A; JPH07140381A

Abstract

一种光拾取装置，包括一光源，物镜，分光器，检测器，第一光补偿装置和第二光偿装置。该物镜将来自光源的入射光汇聚到光轴的一点上。分光器将入射到光盘反射回来的光源光束进行分离。检测器检测出由光源发射的光束分离后的回光。第一光补偿装置有一由+αR⁴代表的由凸非球形表面，并布置在接收光源入射光束的光路径上。第二光补偿装置有一由+αR⁴表示的凹非球形表面，并布置在接收光源入射光束的光路上。

Description

光拾取装置，光盘记录和/或重放装置及补偿彗形象差的方法

本发明涉及一种光拾取装置和一种光盘记录和/或重放装置。特别是本发明涉及一种补偿彗形象差的方法，采用这种方法的光拾取装置和采用这种方法的光盘记录和/或重放装置。

光学***的重要设计原则是减小球面象差和彗形象差失真。人们推荐的用于减小彗形象差失真的设计准则是采用色散正弦条件。可是实际上，这难于自由地控制彗形象差失真。

如果用于读取记录信息的光束的光轴与记录盘面不正交时，容易出现歪斜失真。引起歪斜失真的原因可能是记录盘已变形，或由于垂放装置的行走机构部分变形导致该盘围绕旋转的轴出现倾斜。已有的一种光盘的光拾取装置内配置有一个斜置的伺服随动***，其内的一个光头组件偏向补偿歪斜失真的方向，从而校正了这一歪斜失真。可是这种斜置的伺服***使光拾取装置尺寸变大。此外，只有在低频条件下，当光盘旋转时，这种光拾取装置才能跟随光盘表面的变化。

从光拾取装置所发射的光束的波长已变短，以便增大光盘内的记录密度。此外，物镜的数值孔径已增大，这也增大了光盘内的记录密度。但是，当物镜的数值孔径比在光拾取装置中的大时，将加重它与光盘记录表面的倾斜角度。换句话说，使光拾取装置内的误差量或在该装置内的允许误差范围或在光学记录和/或重放装置内的误差界限变低。

本发明的一个目的是提供一种能补偿彗形象差失真的光学拾取装置。

本发明的另一个目的是提供一种已校正了彗形象差的光盘记录和/或重放装置。

此外，本发明的又一个目的是提供一种补偿彗形象差的方法。根据本发明的第一个实施例，光拾取装置具有一光源，一将光源发射的光束会聚到光轴上一点处的物镜。另外该光学拾取装置具有一将来自光源的光束到(达光盘后反射回来的光束进行分离的分光器，一检测发自光源的光束的回光分离状态的检测器，和一具有凸非球面表面及凹非球面表面的光补偿装置，这些表面用+αR⁴表示，并位于光束从光源发送的光路上，其中R是标准化光孔半径，α是第四级非球面系数。

根据本发明的一个方面，光拾取装置，包括：一光源；一用于将光源发射来的光束会聚到光盘的一点上的物镜；一用于将照射到光盘上又反射回来的来自光源的光束进行分光的分光器，一用于检测由光源照射的光束的所述回光的分离状态的检测器；和用于光学检测光盘的倾斜度和产生具有代表性的输出信号的第二检测器；第一光补偿装置，其一面为平面，另一面为具有用+αR⁴表示的凸非球形表面，位于由光源发射出的经过准直的平行光束的光路中；第二光补偿装置，其一面为平面，另一面为具有用+αR⁴表示的凹非球形表面，位于由光源发射出的经过准直的平行光束的光路中；其中R指标准化光孔半径，α指第四级非球形系数；第一光补偿装置和第二光补偿装置驱动器，用于响应所述输出信号驱动所述第一光驱动装置和第二光驱动装置沿垂直于由光源发射的所述光束的光轴方向移动，以补偿彗形象差。

根据本发明的另一方面，补偿彗形象差的方法，包括下述步骤：将具有由+αR⁴表示的凸非球形表面的第一光补偿装置和具有由+αR⁴表示的凹非球形表面的第二光补偿装置布置在光源所发射的光束的光路上；和使所述光补偿装置中至少一个沿垂直于光源发出的光束的光轴的方向移动，以便补偿由于光盘倾斜引起的彗形象差失真，其中R是标准化光孔半径，α是第四级非球形系数。

本发明的附图为：

图1是表示实现本发明补偿彗形象差方法的装置的侧视图。

图2是表示实现补偿彗形象差方法的光补偿装置的外形侧视图。

图3是表示另一种光补偿装置外形的侧视图，这种装置的介质具有折射率分布。

图4是表示又一种光补偿装置外形的侧视图，它具有分层轮廓。

图5是表示用于光补偿装置的双元透镜的生产步骤示意图。图6是双元透镜的放大视图。

图7是表示光拾取装置的侧视图，该装置用于本发明的彗形象差补偿方法。

图8是具有光拾取装置的光盘记录和/或重放装置的方框图。

图9是表示波前象差的三维曲线图，其中彗形象差没有得到校正。

图10是表示波前象差的三维曲线图，其中彗形象差已得到补偿。

图11是表示光盘的倾斜角和波前象差量之间的关系的曲线图，其中包括尚未校正的彗形象差和已补偿的彗形象差。

图12是表示光补偿装置中心偏移量和其象散现象的量之间关系的曲线图。

下面参照附图说明本发明的彗形象差补偿方法，使用这种方法的光拾取装置，和使用这种方法的光盘记录和/或重放装置。

结合图1说明补偿彗形象差的方法。两个光补偿装置1和2布置在本发明的具有彗形象差的光学***的光路径上。这些光补偿装置1和2沿着图1中箭头A和B的方向移动。方向A和B与该光学***的光轴正交。光补偿装置1和2相互朝相反方向移动。换句话说，与光学***中产生的彗形象差相反的彗形象差是通过光补偿装置1和2的相对位置的变化而产生的，从而校正了该光学***的彗形象差。这里，不考虑其方向，彗形象差包括第一级到第五级彗形象差。光补偿装置1的凸非球形表面1b由公式±αR⁴(R=标准化光孔径；α=第四级非球面系数)来决定。光补偿装置2的凹非球形表面2b由公式±αR⁴决定。光补偿装置1,2的入射面1a,2a的表面是平面，而光补偿装置1,2的光束输出面1b,2b则是非球形面。光补偿装置1,2的相对运动方向取决于该光学***内产生的彗形象差的方向。因此，这种光补偿装置的运动方向不一定按图1所示的分别的箭头A,B的方向，通过光补偿装置1和2沿垂直于光***轴的方向的反向运动，使彗形象差得到补偿。

这些光补偿装置1,2可以是具有波前转换功能的装置，等效于上述非球形表面。例如，这些光补偿装置1,2可具有一种基本上是分层台阶形的非球形表面。这些光补偿装置1,2可将一斜率系数镜(gradient-index lens)的球形表面研磨制成。

如果光学***是一种光盘上读出信号的光拾取装置，两个光补偿装置1,2的最佳运动方式是使这两个光补偿装置反向运动，以便补偿彗形象差失真；彗形象差与一个光盘的倾斜角成正比关系。对彗形象差(W₃₁)＇的补偿的最佳量由下列公式决定：

W₃₁-(W₃₁)＇= -(6/5)W₅₁ (1)

这里，W₃₁是第三级彗形象差系数，W₅₁是第五级彗形象差系数。

如果将这些光补偿装置1,2布置在光盘的光拾取装置内的光路径上，这个光拾取装置可跟随由光盘的旋转挠曲或弯翘而产生的彗形象差，从而可在高频下也能补偿彗形象差。该装置内还装有光盘的歪斜检测器，以便计算彗形象差失真程度。根据歪斜检测器计算出的彗形象差失真量，一个驱动装置用于驱动这两个光补偿装置1,2。

下面将说明由光盘的倾斜而引起的彗形象差，当由光拾取装置发射的光束的波长变短时，或/和用在光拾取装置中的物镜的标准孔径增大时，在重放期间由于光盘的歪斜造成的彗形象差也增大。这个彗形象差失真程度的增加导致产生大量噪声。结果，当光盘上的重放密度增加时，彗形象差给光学***带来很大问题，众所周知，一个光盘是由提供在透明合成树脂盘基片一侧上的单一记录层构成的。在盘基片上具有单一记录层的这一侧是一单独的记录部件。该光盘通过这个光盘从光盘的另一侧写入或读出信息信号。

第三或第五级彗形象差与光学***中的光盘的歪斜度成正比。由光盘的歪斜度θ(拉德rad)产生的第三或第五级彗形象差系数(W₃₁,W₅₁)由下列公式(2)和(3)得出：

W₃₁=t/2·(N²-1)/N³·θNA³ (2)

W₅₁=t/8·(N²-1)·(N²+3)/N⁵·θNA⁵ (3)

其中，t是光盘的厚度，N是光盘的折光指数，NA是物镜的数值孔径。由光盘产生的彗形象差主要是第三级彗形象差，它可用本发明的彗形象差补偿法得到补偿。

下面介绍本发明的原理。本发明中所用的光补偿装置1和2是两块非球面板，一个是凸非球面板，另一个是凹非球面板。通过沿垂直于图1所示的光轴的方向移动光补偿装置1和2，产生与光盘歪斜引起的彗形象差的方向相反方向的彗形象差，从而使由光盘歪斜所导致的彗形象差得到补偿。光补偿装置1和2如图1所示作反向运动。每个光补偿装置的运动量是+S或-S。每个光补偿装置的形状用下列公式(4)代表：

Z=a·r⁴ (4)

这里，a是第四级非球面系数，r是标准化的光孔半径。由光学补偿装置1和2产生的光路偏差(OPD)用下列公式(5)表示：

OPD+(x,y)=+(N-1)a·r⁶

=+(N-1)a·(x²+y²)² (5)

当光补偿装置1和2沿x轴向运动时，其运动量为+S或-S，并且θ是处于一光孔平面内，则补偿波前(W)用公式(6)表示：

W=OPD₊(x+s,y)+OPD_(x-s,y)

=(N-1)8-a,s·r³cosθ+

(N-1)8·a·s·rcosθ

=(第三级彗形象差)+(波前倾斜) (6)

由于波前倾斜(上述公式的第二项)非常小，可予以忽略。于是补偿波前(W)变得等于第三级彗形象差的波前，其变化与运动量S成正比。由于已补偿的彗形象差量很小，倾斜量也很小。此外，由于该倾斜移向一图象面，可利用一跟踪随动器跟随该倾斜在光盘内的状况。结果，可容许忽略这个波前倾斜。从而产生一个与光盘歪斜导致的彗形象差方向相反的彗形象差，对光盘歪斜引起的彗形象差失真进行补偿。

下面将说明包括较高一级的彗形象差补偿的补偿。当物镜的数值孔径NA较大时，有必要采用第五近似值来满足补偿要求。假设是第五级彗形象差，则波前的变化量由下式(7)确定：

W=W₁₁rcosθ+W₃₁r³cosθ+W₅₁r⁵cosθ (7)

波前的轮廓用W表示，它包括倾斜。这个波前的变化量(VAR)用公式(8)确定。公式(8)根据波前的轮廓计算如下：

VAR = \frac{{&Integral; &Integral; W}^{2} rdrdθ}{&Integral; &Integral; rdrdθ} - [\frac{&Integral; &Integral; W^{2} rdrdθ}{&Integral; &Integral; rdrdθ}]^{2}

= \frac{1}{4} W_{11}^{2} + \frac{1}{8} W_{31}^{2} + \frac{1}{12} W_{51}^{2} + \frac{1}{3} W_{11} W_{31} +

\frac{1}{5} W_{31} W_{51} + \frac{1}{4} W_{51} W_{11} - - - - - (8)

对倾斜补偿后，VAR的最小值取决于波前倾斜度(W₁₁)的变化率。

\frac{&PartialD; VAR}{&PartialD; W_{11}} = \frac{1}{2} W_{11} + \frac{1}{3} W_{31} + \frac{1}{4} W_{51} = 0 - - - - - - (9)

W_{11} = - \frac{2}{3} W_{31} - \frac{1}{2} W_{51} - - - - - - (10)

由公式(10)得出VAR的最小值。

用公式(9)代替公式(7)中的W₁₁。

VAR \min = \frac{1}{72} W_{31}^{2} + \frac{1}{30} W_{31} W_{51} + \frac{1}{48} W_{51}^{2} - - - - (11)

因此，对倾斜补偿后，波前象差的RMS由公式(12)获得。

RMSwvfr = \sqrt{\frac{1}{72} W_{31}^{2} + \frac{1}{30} W_{31} W_{51} + \frac{1}{48} W_{51}^{2}} - - - - - (12)

如果第三级彗形象差是受光补偿装置1和2控制的，在补偿第三级彗形象差后，波前象差的RMS是由波前象差W₃₁的极值所确定的。这个W₃₁的极值由公式(13)计算得出：

\frac{&PartialD; VAR}{&PartialD; W_{31}} = \frac{1}{3} W_{11} + \frac{1}{4} W_{31} + \frac{1}{5} W_{51} = 0 - - - - - (13)

而W₃₁的值是由公式(14)确定：

W_{31} = - \frac{4}{3} W_{11} - \frac{4}{5} W_{51} - - - - - (14)

用公式(14)代替公式(10)中的W₃₁：

W_{11} = \frac{3}{10} W_{51} - - - - - - (15)

W_{31} = - \frac{6}{5} W_{51} - - - - - (16)

VAR \min = \frac{1}{1200} W_{51}^{2} - - - - - (17)

RMSwvfr = \frac{1}{\sqrt{1200}} W_{51} - - - - - (18)

因此，使波前象差RMS得到补偿。如果用 W₃₁代表由光学补偿装置1和2产生的第三级彗形象差的补偿量，则最小波前象差由公式(19)获得：

W_{31} - {\bar{W}}_{31} = - \frac{6}{5} W_{51} - - - - - (19)

公式(19)是包括较高级彗形象差补偿的彗形象差补偿的基本公式。公式(20)从公式(19),(1)和(4)推导得出：

W_{31} = W_{31} + \frac{6}{5} W_{51}

= {\frac{t}{2} \frac{N^{2} - 1}{N^{3}} N A^{3} (1 + \frac{3}{10} \frac{N^{2} + 3}{N^{2}} N A^{2})} θ

= 8 as (N - 1) - - - - - - - (20)

移动量S由公式(21)导出：

光补偿装置1和2以移动量S相互沿相反方向移动。

下面介绍制造光补偿装置的方法。根据本发明的原理实现的几种制造光补偿装置的方法描述如下：

(1)非球面形

如图2所示，光补偿装置1和2各具有一个第四级非球面1b或2b。采用类似于一般非球面透镜的模塑法成批生产这种具有第四级非球面表面的光补偿装置。也可对一个非球形面抛光，从而获得具有第四级非球形面的光补偿装置。

(2)利用具有斜率系数(gradient-indes)的材料制造光补偿装置的方法

具有斜率系数的材料是采用掺杂法制造的，因此它的折光指数与从中心起始的距离的平方成正比或成反比。接着，将该具有斜率系数的材料切薄，然后抛光，从而得到如图3所示的具有斜率系数的透镜。该透镜具有第四级非球形表面，其折射率和厚度与光路长度的平方成正比。生产率可通过选择性抛光球形表面的曲率半径而得以提高，这种方法在生产中易于控制和判断对球形表面的抛光和对非球形表面的抛光。从而得到一个具有较高精度的非球形表面。

(3)采用对半形制造光补偿装置的方法

利用抛光或模塑制造出类似透镜的光学器件，再采用类似于石版印刷蚀刻的程序加工工艺制成对半光学透镜。如图4所示，一个对半(binary)光学透镜具有分层的台阶，它们为从光源级发射到玻璃表面的光束波长提供相异的光学通路。这种对半形光学透镜直接使传输波前变形。

利用三次感光蚀刻可制成具有八层台阶的对半光学透镜。利用两次感光光刻可制成具有四层台阶的对半光学透镜。开始时将一个透镜大致制备成两层，接着这两层中的每层再分成两层，重复这些近似程序，如图5所示逐步增加台阶数，通过这一程序加工工艺制成的光补偿装置可以具有近似的第四级非球形表面。

(4)对半形光学透镜的设计

对半形光学透镜的结构近似于非球形表面。由于非球形表面板具有理想的性能，因此一个具有近似于非球形表面板的光学器件可获得最佳特性。图6示出了制造具有n层台阶的光学透镜的过程：

在步骤1中，将光学透镜进行切削，使其具有不同的厚度，使来自光源的光束的波长在不同厚度的光路上不同(制备一个Fresnel透镜)。

在步骤2中，将该透镜从顶部到底部的高度等分成2n层。

在步骤3中，在K/2n(K=1-(2n-1)：奇数)点处形成一层台阶。

基于这种设计原理，可使偏离非球形表面的顶点至顶点的距离(图6中用x表示)最小化。

采用本发明制成的用于光盘的光拾取装置展示在图7和图8中。光补偿装置1和2布置在光拾取装置引出的平行光束的光路上。如果光补偿装置1和2位于会聚光束中，则这些光补偿装置各具有将适当的会聚光束的第二波前叠加到第四级非球形表面的形状。

在光盘上产生的彗形象差引起其上光点形状的变形。可是，这种彗形象差并不影响在光束回程上的光点。因此，光补偿装置1和2应布置在光束会聚到光盘上之前的光束的光路径上。

由激光二极管类光源3所发射的发散的光束通过一个图7所示的光拾取装置的准直透镜4变换成平行光束。这个平行光束透过该光补偿装置1和2，之后这个平行光束入射到光束分离器5上。光补偿装置1和2可沿相反方向移动，并位于垂直于该光学拾取装置的光轴的平面上。在图7中，所配置的光补偿装置1朝箭头A方向移动，光补偿装置2则朝箭头B方向移动。但是，它们并不只限于朝箭头A或B方向移动。光补偿装置1和2可以朝与盘歪倾方向或彗形象差方向相反的方向移动。该光束透过分光器5，方波板6和绕射光栅7，然后入射到物镜8上，物镜8将入射其上的平行光束聚集到光盘11的信号记录层上。这一光束从光盘11的信号记录层上反射。反射的光束又辐射回到物镜8上，接着光束透过绕射光栅7和方波板6，然后照射到分光器5上。光束由分光器5的反射表面上被反射到检测透镜(会聚透镜)9上。检测透镜将光束会聚到检测器10上，该检测器是类似光二极管的光检测装置。从光检测器10可输出多种信号，例如读出信号，轨道错误信号和聚焦错误信号。

用于检测光盘11倾斜量的倾斜检测器12装在如图8所示的具有光拾取装置的光盘记录和/或重放设备内。这个倾斜检测器12包括光发射装置和光接收装置。光接收装置带有多个光接收元件。由光发射装置发射的光束照射到光盘11上。光接收装置接收由光盘11反射的光束。倾斜检测器12根据光束点在光接收装置上的位置检测出歪斜错误信号。从倾斜检测器12输出的歪斜纠错信号(θd)由放大器13放大K倍。放大后的信号(K·θd)传送到比较器14中。并且从检测光补偿装置1和2的位置的位置检测器15输出的位置检测信号(X)也传送给比较器14。将放大的信号(K·θd)与位置检测信号(X)比较后得到的差信号通过一个相补偿电路16又经放大器17放大。放大后的信号传送给带有移动和控制光补偿装置1和2的结构的线圈18。该线圈18使每个光补偿装置在垂直于提供电流的光轴的平面内相互进行反向运动。例如，当光盘向平行于图8所示页的平面(箭头C的方向)倾斜时，光补偿装置1和2分别朝箭头A或箭头B的方向移动。当光盘向垂直于纸的平面方向(垂直于箭头C)倾斜时，光补偿装置1和2则分别朝垂直于纸的平面的方向运动。光补偿装置1和2的运动方向是根据光盘11的倾斜方向而变化的。

因此，由光盘11歪斜而产生的彗形象差通过在光盘记录和/或重放设备中的光补偿装置1和2产生的彗形象差得到校正。因此，保证了写在光盘11和从光盘上读出的信息信号没有错误。

根据数据模拟，光补偿装置1具有非球形表面1b，光学补偿装置2具有非球形表面2b。非球形表面1a和2a被表示为Z=(0.25*10^-4)r^-4。当厚度为1.2mm的光盘具有一度倾斜时，在该光学拾取装置中进行彗形象差补偿的模拟。非球形表面1b或2b具有凸面或凹面，它们在距光轴3.2毫米之处具有2.6μm的位移。光学拾取装置内的物镜8的数值孔径(NA)为0.6。光补偿装置1和2的移动距离(S)分别为+或-1。

没有得到光补偿装置1和2补偿的象差的情况示于图9中，近似的彗形象差失真0.25λ(λ=523nm)是在RMS波前上产生的。这个象差失真量大约为图11中的绕射极限0.07λ的四倍。当产生这个象差失真量时，可以从光盘11上读出该信息信号。当光盘11的倾斜度约为0.3时，在RMS波前上的象差约为0.07λ。因此，有必要控制光盘11的倾斜度小于0.3。此外还需控制光盘11的斜度小于0.2，以便保持RMS波前象差小于0.05λ。

当象差通过光补偿装置1和2补偿时，该象差被控制到大致小于图10中所示的RMS波前上的失真量0.023λ(λ=523nm)。这个失真量小于图11所示的绕射极限0.07λ。当然，如果光盘11的歪斜大于0.6度，也能使RMS波前象差失真保持在小于0.05λ。

当光盘11的斜度为零时，如果物镜8的光轴从光补偿装置1和2的各中心位置移开，则产生象散性。当光补偿装置1和2的各中心位置偏移约0.2mm，如图12所示产生0.035λ的象散。因此有必要控制光补偿装置1和2的中心位置的偏移量小于0.2mm。此外，当减少了各光补偿装置1和2中心位移量时，容许光盘11有较大的倾斜。

彗形象差也可由装在一侧的驱动***控制，当两个光学补偿装置1和2之一偏移瞳孔平面时，从而移动到光补偿装置1和2之间的相对位置上，所产生的彗形象差用于补偿在光学***中产生的彗形象差。此外，还可以将一个或两个光补偿装置1和2与该光学***的其他装置组合，使组合装置具有多种功能。在上述方法中，由于光补偿装置1和2朝相反方向移动，使装置结构复杂。此外，该装置需控制和调节大负载。在这种方法中，由于仅移动一个光学补偿装置，使装置结构简化，而且具有与上述方法类似的效果。

还有，在这种方法中，由于光补偿装置1和2中之一是固定的，于是这固定器件易于与该光学***的其他装置相组合。

现介绍装在一侧的驱动***的工作原理。两个各带有凸形或凹形非球形表面的光补偿装置1和2之一在一个平面上移动，从而沿着与光盘倾斜所导致的彗形象差方向相反和方向产生一彗形象差，补偿了由光盘倾斜所产生的彗形象差。

在一个光学***中，第三和第五级彗形象差是与光盘的倾斜角成正比的。当光盘倾斜角θ(rad)产生时，第三和第五级彗形象差系数(W₃₁,W₅₁)由下式确定：

W_{31} = \frac{t}{2} \frac{N^{2} - 1}{N^{3}} θN A^{3} - - - - - - - - (22)

W_{51} = \frac{t}{8} \frac{(N^{2} - 1) (N^{2} + 3)}{N^{5}} θN A^{5} - - - - - - (23)

这里，t是光盘的厚度，N是光盘底板的折射率，以及NA是物镜的数值孔径。由于在光盘基板上产生的彗形象差主要是第三级彗形象差，可采用本发明的方法补偿这种象差失真。

但是在补偿的同时可能会产生象散现象，下面是关于象散性的说明。

当光补偿装置1和2之一从图9所示的起始位置(x_o,y_o)移开时，通过光孔平面上位置(x,y)的每条光束流之间的光路差是由下列公式求出的：

OPDwaves = \frac{α (n - 1)}{λ} [{{(x - x_{o})}^{2} + {(y - y_{o})}^{2}}^{2} - {(x^{2} + y^{2})}^{2}]

= \frac{α (n - 1)}{λ} [- 4 {x_{o} x (x^{2} + y^{2}) + y_{o} y (x^{2} + y^{2})}^{-} +

4 (x_{o}^{2} + y_{o}^{2}) (x^{2} + y^{2}) - 2 (x_{o}^{2} - y_{o}^{2}) (x^{2} - y^{2}) +

8 x_{o} y_{o} xy]

=彗形x+彗形y+Spferical(=散焦)+

象散_o+象散v

(24)

其中α是由第四级光孔半径规定的非球面系数。光学补偿装置的折射率用n表示(空气的折射率为1)，λ是从光源发射的光束的波长。

换言之，当光补偿装置之一移动时，也能产生彗形象差。同时伴随着彗形象差也产生象散和散焦现象。但是利用光拾取装置中的定焦点随动***可消除散焦或将其移到最佳图象平面上。此外象散是x_o和y_o的平方项，因此利用加大非球面系数α，可在足够小的范围内控制象散性，还可利用将光补偿装置移动一段小距离实现，这个距离很小，但足以补偿彗形象差即可。

靠移动光补偿装置产生的补偿性彗形象差系数和象散系数之间的关系由下列公式表示：

象散系数=补偿用彗形象差系数*(-x_o/2) (25)

补偿用彗形象差量与光补偿装置的移动量及第四级非球面系数成正比关系。当第四级非球形系数较大时，采用小的移动量可补偿同样量的彗形象差。当补偿彗形象差系数为常数，并且光补偿装置的移动量很小时，象散性也变得足够小。因此，如果将光补偿装置的非球形系数设计得足够大，则几乎可忽略象散的影响。

象散的波前变量表示如下：

VAR = \frac{&Integral; &Integral; W^{2} rdrdθ}{&Integral; &Integral; rdrdθ} - {[\frac{&Integral; &Integral; W^{2} rdrdθ}{&Integral; &Integral; rdrdθ}]}^{2} - - - - - (26)

公式(26)计算类似于公式(27)。

这一结果标注在图10的曲线上，非球面系数是一个参数，曲线的横座标是光补偿装置的移动量，曲线的纵座标是RMS象散。光补偿装置的移动量与补偿用彗形象差的量成正比。因此当用补偿用彗形象差代替横座标的光补偿装置的移动量，并且将结果绘成曲线，这一曲线类似于图10。象散性减少一半，第四非球形系数减半。当该非球形系数足够大时，可忽略象散。

补偿用彗形象差的最佳量采用与上述方式类似的方法产生。光补偿装置1和2移动。补偿第三级彗形象差W₃₁的最佳条件由公式(28)决定：

W_{31} - {\bar{W}}_{31} = - \frac{6}{5} W_{51} - - - - - - (28)

其中 W₃₁是补偿用彗形象差的量。W₅₁是第五级彗形象差的量。

{\bar{W}}_{31} = W_{31} + \frac{6}{5} W_{31}

= {\frac{t}{2} \frac{N^{2} - 1}{N^{3}} N A^{3} (1 + \frac{3}{10} \frac{N^{2} + 3}{N^{2}} N A^{2})} θ

= 4 x_{0} α (N - 1) - - - - - - - - - - - (29)

这里一或两个光补偿装置1和2沿着补偿彗形象差的方向移动量X。

本发明的这些实施例中，光补偿装置位于在学源发射来的光束侧的一平面上，并且位于图7和图8所示的另一侧的非球形表面上。在本发明中，光补偿装置可以布置在光源入射侧的平面上，和布置在另一侧的非球形表面上。此外，两个光补偿装置可组合为一个装置使用。由光盘向图8所示的箭头C方向倾斜而产生的彗形象差可用这个组合补偿装置进行补偿。而由光盘向垂直于纸面的方向倾斜时产生的彗形象差可用其他组合装置进行补偿。

至此已结合具体实施例对本发明进行了介绍，可以看出，在上述的光学领域内的普通技术人员可据此作出多种变型，改进和修改、变换。显然，根据本发明原理而作出的所有这些变型，改进和变换均属于所附权利要求书的保护范围内。

Claims

1．光拾取装置，包括

一光源(3)

一用于将光源发射来的光束会聚到光盘的一点上的物镜(8)；

一用于将照射到光盘上又反射回来的来自光源(3)的光束进行分光的分光器(5)，其特征在于，

一用于检测由光源照射的光束的所述回光的分离状态的检测器(10)；和用于光学检测光盘的倾斜度和产生具有代表性的输出信号的第二检测器(12)；

第一光补偿装置(1)，其一面为平面，另一面为具有用+αR⁴表示的凸非球形表面，位于由光源发射出的经过准直的平行光束的光路中；第二光补偿装置(2)，其一面为平面，另一面为具有用+αR⁴表示的凹非球形表面，位于由光源(3)发射出的经过准直的平行光束的光路中；其中R指标准化光孔半径，α指第四级非球形系数；

第一光补偿装置(1)和第二光补偿装置(2)驱动器，用于响应所述输出信号驱动所述第一光驱动装置和第二光驱动装置沿垂直于由光源发射的所述光束的光轴方向移动，以补偿彗形象差。

2．根据权利要求1的光拾取装置，所述第一光补偿装置和所述第二光补偿装置布置在所述光源(3)和所述分光器(5)之间的光路上。

3．根据权利要求2的光拾取装置，所述第一光补偿装置的凸非球形表面和第二凹非球形表面位于所述发射光束的光源(3)附近。

4．根据权利要求3的光拾取装置，所述第一光补偿装置比第二光补偿装置布置得更靠近所述光源(3)。

7．根据权利要求1的光拾取装置，进一步包括一位置检测器(10)，用于检测所述光补偿装置沿垂直于由光源(3)发射的所述光束的光轴方向移动的位置，并产生一个相应的第二输出信号，所述驱动器响应这个第二输出信号驱动该光补偿装置。

8．根据权利要求1的光拾取装置，所述第一光补偿装置的凸非球形表面和第二光补偿装置的凹非球形表面位于由光源发射的所述光束侧，靠近光源(3)。

9．根据权利要求1的光拾取装置，所述第一光补偿装置的凸非球形表面位于发射光束的光源(3)附近，所述第二光补偿装置的凹非球形表面位于发射光束的光源(3)附近。

10．根据权利要求9的光拾取装置，进一步包括一位置检测器(10)，用于检测所述光补偿装置沿垂直于由光源(3)发射的所述光束的光轴方向移动的位置，其中所述驱动器根据第二检测器(12)的输出信号和所述位置检测器的输出信号操纵所述光补偿装置的移动。

11．补偿彗形象差的方法，包括下述步骤：

将具有由+αR⁴表示的凸非球形表面的第一光补偿装置和具有由+αR⁴表示的凹非球形表面的第二光补偿装置布置在光源所发射的光束的光路上；和

使所述光补偿装置中至少一个沿垂直于光源发出的光束的光轴的方向移动，以便补偿由于光盘倾斜引起的彗形象差失真，其中R是标准化光孔半径，α是第四级非球形系数。

12．根据权利要求11的补偿彗形象差的方法，其中所述的光学补偿装置位于发射光束的光源(3)附近。