專利名稱：光學波陣面調(diào)節(jié)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及到一種光學波陣面調(diào)節(jié)器，用來修改通過調(diào)節(jié)器的光束的波陣面，該調(diào)節(jié)器包括第一和第二透明電極層和布置在電極層之間的一個介質(zhì)，根據(jù)介質(zhì)受到的電激勵來修改波陣面，光束在介質(zhì)的平面上有一個截面。本發(fā)明還涉及到用來掃描具有信息層的光學記錄載體的一種裝置。
光學波陣面調(diào)節(jié)器可以通過根據(jù)射束截面的位置引入路徑長度差別而改變射束的波陣面形狀。它可以通過在光束的波陣面中引入聚焦曲率或者是通過引入傾斜而改變光束的方向來改變光束的諸如聚散度等特性。波陣面調(diào)節(jié)器還可以作為一個波陣面補償器來補償光束波陣面中不理想的形狀，例如是消除波陣面的球面象差或慧形象差。
歐洲專利申請0745980號公開了一種光學掃描裝置，它設(shè)有用做傾斜補償器的波陣面調(diào)節(jié)器。波陣面補償器是布置在輻射源和物鏡系統(tǒng)之間的光學路徑中的一個電致伸縮器件。它包括設(shè)在一個電致伸縮介質(zhì)的各自一側(cè)上的兩個電極層。一個電極層包括三個透明電極，各自覆蓋介質(zhì)平面中的一部分光束截面。另一個電極層是由覆蓋整個光束截面的單個透明電極構(gòu)成的。波陣面調(diào)節(jié)器被用來為射束引入慧形象差，以便補償由于被光學掃描裝置掃描的記錄載體的傾斜而造成的慧形象差。這一公知的波陣面調(diào)節(jié)器的缺點在于當射束跟蹤記錄載體上的軌跡時不能準確地執(zhí)行象差補償。
本發(fā)明的目的是提供一種具有良好的象差補償效果的波陣面調(diào)節(jié)器，與聚焦跟蹤無關(guān)。
按照本發(fā)明，這一目的是這樣實現(xiàn)的，波陣面調(diào)節(jié)器的電極層適合在截面半徑上施加第一階(order)的第一波陣面修改，并且同時對半徑施加不同于第一階的第二階第二波陣面修改。本發(fā)明是基于這樣的理解，如果透鏡系統(tǒng)在跟蹤過程中在橫向上偏離了其中心位置，處在射束的光學軸線中心的第一波陣面修改就會在射束中形成其他波陣面修改。其他修改具有與第一修改不同的徑向階。一般來說，在一個偏離的射束中引入第一修改需要在沒有偏離的射束中引入第一修改和不同于徑向階的其他修改。按照本發(fā)明的波陣面調(diào)節(jié)器在射束中引入第一修改和至少一個其他修改。除非另有說明，這種波陣面修改是集中在射束的軸線上。
描述球面象差的數(shù)學函數(shù)的徑向階數(shù)是四，慧形象差的階數(shù)是三，散光和散焦的階數(shù)是二，而波陣面傾斜的階數(shù)是一。
引入的波陣面修改可以是離開中心的第一修改或者是中心的第一修改和中心的第二修改的組合。在引入第一和第二修改時，第一電極層最好包括用來實現(xiàn)第一波陣面修改的一種電極構(gòu)造，并且第二電極層包括用來獨立實現(xiàn)第二波陣面修改的一種電極構(gòu)造。或者是讓一個電極層的電極構(gòu)造能夠適合獨立地實現(xiàn)第一和第二修改。第一和第二修改的獨立控制能夠補償射束偏移的變化量。
如果是為了偏心修改而引入波陣面修改，一個電極層的電極配置就能夠?qū)崿F(xiàn)這種修改。配置的偏心量最好是基本上等于射束的偏移，也就是等于物鏡系統(tǒng)的偏移。這樣的電極配置可能比較簡單。偏心修改可以被理解為與偏心修改屬于同一類型但是以光軸為中心的第一修改和比第一修改低一個徑向階的中心的第二修改的一種線性組合。解釋如下，第二修改是偏心修改和同心修改之間的差。對于小量的偏心，第二修改與偏心在徑向上的修改的導數(shù)成正比。在這種情況下，第二修改的徑向階至少比第一修改低一階。
在波陣面調(diào)節(jié)器按照象差補償器工作的一個具體實施例中，可用來校正射束中不理想的象差。如果調(diào)節(jié)器引入一種偏心象差，就能利用檢測射束中的象差的象差檢測器的輸出信號來控制象差的量，并且用利用測量射束偏移的一個位置檢測器的輸出來控制偏心的量?；蛘呤抢孟蟛顧z測器和位置檢測器輸出信號的組合來控制偏心的第一象差的量，確定偏心的量值，并且用位置檢測器輸出信號的符號來控制偏心的符號。當調(diào)節(jié)器引入一個對中的第一和第二象差時，可以由象差檢測器的輸出信號來控制第一象差的量，并且用位置檢測器的輸出信號來控制第二象差的量。
象差檢測器可以是用來檢測記錄載體傾斜的一個傾斜檢測器，而象差補償器在射束中引入作為第一象差的慧形象差，從而補償由傾斜造成的慧形象差。最好是利用象差補償器引入的作為第二象差的象散來補償由偏心的物鏡系統(tǒng)造成的象散現(xiàn)象。
在一個最佳實施例中，波陣面調(diào)節(jié)器利用兩個類似的橫向偏移的電極構(gòu)造引入慧形象差和象散。這些構(gòu)造各自將慧形象差引入射束。因為每一種構(gòu)造的慧形象差都是偏心的，可以將其視為對中的慧形象差和象散的一種組合。如果物鏡系統(tǒng)是在一個方向上偏心，就應該激勵一組電極構(gòu)造；如果物鏡系統(tǒng)是在相對的方向上偏移，就應該激勵另外一組電極。
在一個具體實施例中，波陣面調(diào)節(jié)器包括一系列對稱布置的條帶形電極。條帶可以采用彎曲的形狀。通過設(shè)置每一個條帶的特殊電壓就能獲得象差的任意組合。在一個最佳實施例中，電壓是由串聯(lián)布置的帶抽頭的電阻形成的，將條帶形電極的抽頭連接到這些抽頭上。條帶上的理想電壓分布可以通過設(shè)置端部抽頭和至少一個中間抽頭上的電壓而獲得。最好是將這種電極構(gòu)造蝕刻在一個透明導電層中。也可以用同樣的導電層形成串聯(lián)布置的電阻。
最好是讓第一和第二波陣面修改在射束的截面上正交，以確保第一和第二修改不會互相影響，從而改善對修改的控制的獨立性。
本發(fā)明的另一方面涉及到用來掃描具有信息層的光學記錄載體的一種裝置，它包括用來產(chǎn)生射束的輻射源，用來將射束會聚到信息層上的一個焦點上的一個物鏡系統(tǒng)，以及用來遮擋來自記錄載體的射束的一個檢測系統(tǒng)，其特征是按照前述任何一項權(quán)利要求的光學波陣面調(diào)節(jié)器被布置在輻射源和檢測系統(tǒng)之間的光學路徑中。
通過對以下附圖中表示的本發(fā)明最佳實施例的詳細說明就能看出本發(fā)明的目的，優(yōu)點及其特征，在附圖中

圖1表示按照本發(fā)明的一種掃描裝置；圖2表示作為射束中的徑向位置r的函數(shù)的兩個偏移的慧形象差波陣面畸變WD和它們之間的差DIFF；圖3表示采取液晶單元形式的一種形成補償器的截面圖；圖4A表示用來引入偏心慧形象差的一種電極構(gòu)造；圖4B表示用來引入偏心慧形象差的兩個重疊的電極構(gòu)造；圖5表示圖4A的電極構(gòu)造和一個控制電路之間的電路連接；圖6A和B表示用于圖4A的電極構(gòu)造的控制電路的兩個實施例；圖7表示用來引入偏心慧形象差的一種電極構(gòu)造；圖8A表示在圖7的構(gòu)造中加在電極上的控制電壓值；圖8B表示關(guān)于物鏡系統(tǒng)偏移的不對稱系數(shù)p+和p-的關(guān)系；
圖9和10表示連接到電極構(gòu)造中的電極的串聯(lián)布置的電阻；圖11表示用來引入對中象散的一種電極構(gòu)造；圖12表示具有用于慧形象差和象散的兩種電極構(gòu)造的一個象差補償器所采用的控制電路；以及圖13表示用于引入球面象差的一種電極構(gòu)造。
圖1表示用于掃描記錄載體1的一種裝置。記錄載體包括一個透明層2，在其一側(cè)布置有信息層3。用一個保護層4保護信息層上背離透明層的一側(cè)免受環(huán)境的影響。透明層面對著裝置的一側(cè)被稱為入射面5。透明層2作為記錄載體的襯底為信息層提供機械支撐?；蛘呤峭该鲗又黄鸬奖Ｗo信息層的功能，而是由信息層另一側(cè)上的一個層來提供機械支撐，例如是借助于保護層4或是借助于另一個信息層和連接著信息層3的一個透明層。信息可以按圖中沒有表示的基本上平行，同心或者是螺旋的軌跡以光學檢測標記的形式存儲在記錄載體的信息層3中。這種標記可以采取任何光學可讀形式，例如是具有反射系數(shù)的坑或區(qū)，或者是在其周圍的磁化方向不同，或者是這些形式的一種組合。
掃描裝置包括一個輻射源6，例如是一個發(fā)射發(fā)散射束7的半導體激光器。例如是一個半透明板的分光器8將射束反射向一個準直透鏡9，后者將發(fā)散射束7變換成一個準直射束10。準直射束10入射到物鏡系統(tǒng)11上。物鏡系統(tǒng)可以包括一或多個透鏡和/或一個光柵。物鏡系統(tǒng)11有一個光軸12。物鏡系統(tǒng)11將準直射束10變成會聚射束13入射到記錄載體1的入射面5上。會聚射束13在信息層3上形成一個光點14。被信息層3反射的射束形成一個發(fā)散射束15，通過物鏡系統(tǒng)11變換成一個準直射束16，再通過準直透鏡9形成一個會聚射束17。用分光器8分離前向和反射射束，讓至少一部分會聚射束17透射到一個檢測系統(tǒng)18上。檢測系統(tǒng)捕捉到這一射束并且將其變換成電輸出信號19。一個信號處理器20將這些輸出信號變換成各種其它信號。其中一個信號是信息信號21，它的值代表從信息層3中讀出的信息。由一個用于糾錯的信息處理單元86處理這一信息信號。來自信號處理器20的其它信號有聚焦誤差信號和徑向誤差信號22。聚焦誤差信號代表光點14和信息層3之間的高度上的軸向差。徑向誤差信號代表光點14和需要由這一光點跟蹤的信息層中的一個軌跡中心之間在信息層3的平面中的距離。聚焦誤差信號和徑向誤差信號被送入一個伺服電路23，后者將這些信號變換成伺服控制信號24分別用來控制一個聚焦激勵器和一個徑向激勵器。在圖中沒有表示這些激勵器。聚焦激勵器控制物鏡系統(tǒng)11在聚焦方向25上的位置，從而控制光點14的實際位置，使其與信息層3的平面基本上吻合。徑向激勵器控制物鏡系統(tǒng)11在徑向方向26上的位置，從而控制光點14的徑向位置，使其與信息層3中需要跟蹤的軌跡的中心線基本上吻合。圖中的軌跡走向與圖面是垂直的。
圖1的掃描裝置對光學記錄載體1的傾斜有比較大的公差范圍。它還能確定傾斜的光學記錄載體1在會聚射束13中造成的象差，并且通過在準直射束10中引入一種波陣面畸變來補償這種象差。由布置在準直射束10中的一個按照象差補償器27工作的波陣面調(diào)節(jié)器引入這一波陣面畸變。一個控制電路28通過控制信號29來控制波陣面畸變。用一個象差檢測器確定需要補償?shù)南蟛钪?，它在本實施例中是一個傾斜檢測器30。傾斜檢測器向記錄載體1發(fā)射一個射束31，并且檢測被記錄載體反射的光束的角度。反射光束的光點位置可用來測量這一角度，也就是記錄載體的傾斜。測得的傾斜直接與會聚射束13中的慧形象差成正比。因此，傾斜檢測器30的輸出信號也就是傾斜信號32可以直接被用做控制電路28的輸入，從而控制象差補償器27引入的慧形象差的值。
傾斜檢測器30可以采取任意形式。也可以從檢測器輸出信號19的組合中獲取傾斜信號。在這種情況下，傾斜檢測器是控制電路28的一部分。
如果引入的象差能夠相對于物鏡系統(tǒng)11準確地對中，由象差補償器27引入的波陣面畸變僅僅是補償由傾斜的記錄載體引入的象差。如果引入的象差對中在準直射束10的光軸上，并且物鏡系統(tǒng)由于徑向跟蹤在徑向方向26上出現(xiàn)了偏移，這種補償就不再準確了。在圖2中表示了這一偏移的作用，圖中給出了在射束徑向截面上的波陣面，而物鏡系統(tǒng)11的徑向偏移是d。這一偏移d在物鏡系統(tǒng)的入射光瞳的半徑上被歸一化。繪制的曲線37代表在r＝0處由象差補償器27引入的對中在射束10的光軸上的一個慧形象差波陣面畸變WD。虛線38代表由曲線的光學記錄載體1以及由于物鏡系統(tǒng)11的與光軸偏移距離d造成的需要補償?shù)幕坌蜗蟛畈嚸婊?。從圖中可以清楚地看到，如果偏移d是零，引入的象差37就能完全消除象差38，從而在記錄載體1的虛線層3上提供一個高質(zhì)量的光點14。如果偏移d不等于零，波陣面37和38就不能相互抵消，由此造成不良的補償。所得的波陣面誤差DIFF是曲線37和38之間的差，如圖2中的線39所示。對于小的偏移d，差值39與線37相對于偏移方向上的坐標的導數(shù)成正比。所得的波陣面誤差比波陣面WD低一個徑向階，在這種情況下也就是象散，它的值與偏移量d和需要補償?shù)幕坌蜗蟛畹牧恐党烧?。象差補償器27必須要補償這一象散現(xiàn)象。對波陣面誤差的進一步分析顯示出偏心的慧形象差波陣面不僅會引入象散，還會引入少量的波陣面傾斜和散焦。徑向和聚焦伺服控制可以分別自動校正這些波陣面傾斜和散焦。
象差補償?shù)妮斎胨璧脑趶较?6上對物鏡系統(tǒng)11的位置的測量最好是由圖1所示的位置檢測器33來執(zhí)行。由位置檢測器產(chǎn)生的位置信號34被用做控制電路28的輸入?？梢杂萌魏喂奈恢脺y量方法來測量物鏡系統(tǒng)11的位置。最好是一種光學方法，因為它不會影響物鏡系統(tǒng)的機械特性。還可以從美國專利US5,173,598(PHN13695)中得知的檢測器輸出信號19推導出這一位置。在這種情況下，位置檢測器構(gòu)成了信號處理器20的一部分。
圖3表示采取液晶單元形式的象差補償器的一個實施例。該單元包括兩個用玻璃制成的平面平行的透明板40和41。在透明板的內(nèi)側(cè)布置有電極層42和43。電極層的內(nèi)側(cè)分別覆蓋有校直層44和45。在兩層校直層之間布置有一種向列液晶材料46。如果需要較高的切換速度，可以用鐵電介質(zhì)代替這種液晶材料。這種電極層是由銦錫氧化物制成的透明導體構(gòu)成的。用電極層42和43之間的電壓差來控制液晶材料的折射率。因為這一折射率確定了通過液晶層46的光學路徑長度，可以用這一電壓差的時間和/或空間變化來改變通過象差補償器的一個射束的波陣面。盡管圖中表示的介質(zhì)采取了平板液晶層的形式，介質(zhì)也可以是彎曲的。介質(zhì)的厚度可以作為射束截面中的位置的函數(shù)而改變，從而減少對控制電壓的依賴。
圖4A表示電極層42和43中的電極構(gòu)造。這些電極構(gòu)造適合在射束中引入偏心慧形象差。這種電極構(gòu)造包括采取導電透明區(qū)域構(gòu)成的各個電極，由圖中沒有表示的非導電區(qū)域隔開。電極層42包括電極51到55。同樣，電極層43包括電極56到60。圖中表示的是電極層42和43的平面圖。用十字50代表準直射束10的光軸35與電極層的交叉點。這種電極構(gòu)造適合在通過液晶單元的射束中以Zernike多項式(3r3-2r)cosθ的形式引入一種慧形象差波陣面象差，其中的r-θ是射束截面中的極坐標。這一角度θ在圖中沿著從十字50到電極54的方向上是零。在圖2中用點劃線36表示電極54的寬度和位置。選擇的寬度使電極54覆蓋住象差補償器的區(qū)域，Zernike多項式(3r3-2r)cosθ在此處的值大于一個預定值‘a(chǎn)’。在實踐中，‘a(chǎn)’的數(shù)值在0.1到0.35之間，最佳值大約等于0.25。這同樣也適用于其他電極。層42中的電極構(gòu)造相對于中心50向左側(cè)方向偏移。電極層43中的電極構(gòu)造相對于中心50向右偏移。偏移的量是由物鏡系統(tǒng)11的最大位移所決定的。圖4B表示重疊的電極層42和43的一個平面圖。如圖1所示，電極構(gòu)造的偏移是在徑向方向26上。
圖5表示電極層42和43的截面，圖中所示的導電區(qū)是相互獨立的。電極51和55用電路連接，電極53和54，56和60，58和59同樣用電路成對連接?？梢栽陔姌O層以外形成這些電路連接，或者是在電極層中利用小透明導電條來連接。盡管如圖4A所示在層中連接了圖5中的三個區(qū)域52，為了清楚起見，圖5還表示了這三個區(qū)域的外部連接。圖5的截面是沿著圖4B中所示的線A-A?？刂齐娐?8提供控制信號29，在圖5中用V1到V6表示了六個控制信號?？刂菩盘朧1施加到電極52，V2提供給電極51和55，而V3提供給電極54和53。同樣的控制信號V4被連接到電極57，控制信號V5連接到電極56和60，而V6連接到電極59和58。
可以通過對象差補償器27的電極施加各種DC電壓來控制它。然而，考慮到液晶的穩(wěn)定工作，最好是用AC電壓來控制。圖6A表示控制電路28的一個實施例，用來提供所需的AC控制電壓。傾斜信號32被用做電壓-電壓轉(zhuǎn)換器61的輸入，它的輸出根據(jù)傾斜信號32提供數(shù)值為ΔV的第一控制信號62。第一控制信號62被連接到一個加法器63。電壓源63’為加法器63提供一個參考電壓Vo。加法器具有三個輸出信號D1，D2和D3，它們的數(shù)值分別是Vo，Vo+ΔV，Vo-ΔV。這三個輸出信號D1-D3被用做一個乘法器64的輸入。方波發(fā)生器64’提供一個具有固定幅值和預定頻率的方波信號，最佳頻率范圍在1到10KHz之間。這一方波信號被用做乘法器64的輸入。乘法器提供三個AC控制信號A1，A2和A3作為輸出信號。這三個方波信號各自具有一種方波波形和零平均值。信號A1的峰-峰振幅等于Vo，信號A2的峰-峰振幅等于Vo+ΔV，信號A3的峰-峰振幅等于Vo-ΔV?？刂菩盘朅1到A3的符號和幅值是這樣的，當施加到象差補償器27上時，在準直射束10中引入定量的慧形象差，補償由于傾斜信號32所代表的光學記錄載體1的傾斜量。此處的ΔV值與傾斜信號的值成正比。控制信號A1，A2和A3被連接到六個轉(zhuǎn)換開關(guān)65，它們的輸出信號是V1到V6。六個輸出信號V1到V6可以在控制信號A1，A2或A3和地之間切換。用一個開關(guān)控制電路66控制開關(guān)65，它用位置信號34作為輸入。當位置信號為正時，六個開關(guān)65處在圖6A所示的位置。當位置信號為負時，六個開關(guān)處在其另一個位置。因此，在開關(guān)的圖示位置，電極56-60全都連接到地，并且對電極56-60施加可變的電壓，引入一種相對于光軸35向圖5中的左側(cè)偏移的慧形象差的波陣面象差。當位置信號34的符號翻轉(zhuǎn)時，電極51-55被連接到地，并且對電極56-60施加可變的電壓。這樣產(chǎn)生的慧形象差的波陣面象差相對于光軸35向右側(cè)偏離中心。預定電壓Vo的值取決于象差補償器27的特性，特別是液晶材料，并且被選擇在使補償器的響應與ΔV成正比。
圖6B表示控制電路28的另一個實施例。傾斜信號32被用做電壓-電壓轉(zhuǎn)換器161的輸入，它的輸出提供與傾斜量成正比的數(shù)值為1/2ΔV的第一控制信號。傾斜信號32和位置信號34被用做一個乘法器160的輸入，它的輸出提供一個數(shù)值為1/2(x/xo)ΔV的第二控制信號，其中的x與物鏡系統(tǒng)的位移成正比，而xo是物鏡系統(tǒng)的最大位移。第一和第二控制信號貝殼送入一個加法器162，形成兩個輸出信號ΔV1＝1/2ΔV-1/2(x/xo)ΔV和ΔV2＝1/2ΔV+1/2(x/xo)ΔV。電壓源165為加法器163提供一個參考電壓Vo。這一加法器還得到兩個輸入信號ΔV1和ΔV2，并且形成數(shù)值分別為Vo，Vo-ΔV1，Vo+ΔV1，Vo-ΔV2和Vo+ΔV2的五個輸出信號。一個方波發(fā)生器166提供一個具有固定幅值和預定頻率的方波信號，其最佳頻率范圍在1到10KHz之間。這一方波信號和五個信號被用做乘法器164的輸入。乘法器提供六個連接到象差補償器27的AC控制信號V1到V6。每個AC控制信號都具有方波波形和零平均值。信號V1到V6的峰-峰振幅分別是Vo，Vo-ΔV1，Vo+ΔV1，Vo，Vo-ΔV2和Vo+ΔV2。信號V1，V2和V3同相位；V4，V5和V6也同相位。這兩組信號可以是同相位或者是相位相差180°。Vo，ΔV1和ΔV2的幅值取決于象差補償器的特性和兩組信號之間的相位，并且被選擇在使補償器的響應與ΔV1和ΔV2成正比。
在象差補償器的這一實施例中，象差的適當平衡需要電極層42和43中的兩個電極構(gòu)造之間的位移大約等于物鏡系統(tǒng)11的最大峰-峰位移的一半。例如，如果物鏡系統(tǒng)的最大峰-峰位移是-400到+400μm，電極構(gòu)造之間的最佳位移就是400μm。
由象差補償器27引入的波陣面象差和用于慧形象差的以Zernike多項式之間的匹配可以通過增加電極層42和43中的電極數(shù)量而得到改善。圖7表示可以在象差補償器27中采用的一種電極配置。電極是由間距很小的一系列小條構(gòu)成的，使得一個電極下面的液晶材料的折射率平滑地過渡到相鄰電極下面的液晶材料的折射率。減少電極之間的相位變化能減少高階象差，即使是在物鏡系統(tǒng)11處在偏心位置時。如圖7所示，本實施例的電極的具體寬度隨著半徑的增大而減小，用條形電極上線性增加的電壓來控制電極。如果按照-從N，-N+1，…，0，1，…N的下標順序為2N+1個條編號，下標為j的條在(x，y)平面內(nèi)覆蓋的區(qū)域就符合2j-12N+1<W31(x,y)<2j+12N+1]]>W31(x，y)＝(x2+y2)x是用于慧形象差的Seidel多項式，而x，y是射束在象差補償器平面內(nèi)的截面的正?；鴺?，其中的x處在物鏡系統(tǒng)的位移方向上。這種電極構(gòu)造在通過象差補償器的射束中引入一種慧形象差的波陣面象差。這種象差不是Zernike型而是Seidel型的，其優(yōu)點是能夠簡化電極的層次，每個電極在射束的截面以外有一個連接點，并且能簡化控制電壓的方案。在采用Seidel象差時必然在射束10中引入的傾斜和散焦可以通過裝置的聚焦和徑向跟蹤伺服而得到自動補償。
在電極層42和43中都可以采用圖7中所示的電極配置67，并且如圖4B所示彼此相對偏移?？刂齐娐放c圖6A和B所示的電路類似。在另一個實施例中，電極配置67被布置在電極層42中并且對中在光軸35上。電極層43由覆蓋射束10的整個截面并且設(shè)置在固定電位的單個電極構(gòu)成。如果用從一個電極到下一個線性增加的一個電壓來控制，這種電極配置就會產(chǎn)生對中的慧形象差的波陣面象差。如圖8所示，可以通過電極的不對稱控制來引入在物鏡系統(tǒng)11偏心時所需要的散光。圖8顯示出電壓是電極號的函數(shù)，電極號零是電極配置中的中心電極，它被設(shè)置在電壓Vo。劃線68表示為產(chǎn)生對中的慧形象差而線性增加的電壓。虛線69表示同時產(chǎn)生慧形象差和散光的電壓。
如圖7所示的電極配置需要由控制電路28產(chǎn)生大量的電壓。如果用構(gòu)成所需電壓的串聯(lián)布置的電阻來提供這種電極配置，就能減少由控制電路產(chǎn)生的電壓數(shù)量。圖7表示由電阻70構(gòu)成的一種串聯(lián)結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)設(shè)有一個中心端子71和兩個端部端子72和73。圖8A中的劃線68所示的線性電壓和虛線69所示的電壓都可以控制這三個端子71，72和73。如果增加端子的數(shù)量，還可以獲得更精確的控制。相對于中心端子71上的電壓Vo可以不對稱地選擇施加到端部端子72和73上的電壓。這樣就能將條j上的電壓Vj寫成Vj=Vo-p±jNΔV,]]>如果物鏡系統(tǒng)沒有偏移，式中的ΔV就等于(V+N-V-N)/2N。對于一種符號的傾斜信號，j≥0時采用對稱系數(shù)p+，j＜0時采用p-；對另一種符號的傾斜信號，j≥0時采用p-，j＜0時采用p+。這一系數(shù)值取決于圖8B中所示的偏移d，圖中的劃線代表p+的值，而虛線代表p-。
圖9表示一種電極配置，將串聯(lián)結(jié)構(gòu)的電阻全都布置在電極層的導電層中。本實施例中有五個被小的非導電條隔開的電極76-80。用串聯(lián)連接在端子之間的導電層的條構(gòu)成的四個電阻84連接三個端子81，82和83?？s小構(gòu)成電阻84的條的寬度就能獲得大電阻值。用五個抽頭85將電阻連接到電極上。
圖10表示象差補償器27的電極配置的一個變更的實施例。這種配置中包括一個用來產(chǎn)生慧形象差的構(gòu)造88，它類似于圖7所示的構(gòu)造。構(gòu)造88中的各個條用條89構(gòu)成的抽頭連接到一個電阻迷宮90。迷宮在順序的條89之間構(gòu)成等值的電阻?？刂齐妷和ㄟ^端子91，92和93被施加到這一配置上。如果按Z字形結(jié)構(gòu)來布置迷宮中的條，就可以縮小迷宮的范圍?；蛘呤菄@著構(gòu)造88來布置迷宮的條。
迷宮中的電阻元件必須足夠大以確保能分散足夠低的電平，并且要足夠小以確保這一單元的RC-時間遠遠小于AC電壓的周期。
利用象差補償器引入對中的慧形象差和對中的散光同樣可以補償由于記錄載體1傾斜造成的慧形象差。為此，象差補償器27設(shè)有可用來引入對中的慧形象差的電極構(gòu)造的電極層42，以及用來引入對中的散光的電極構(gòu)造的電極層43。用于對中的慧形象差的電極構(gòu)造類似于圖4A所示的電極構(gòu)造，但是對中在光軸35的交叉點50上。圖7所示的電極構(gòu)造67也能夠引入對中的慧形象差。
圖11表示在電極層43中用于引入對中散光的一種電極配置95。電極圖形以光軸35為中心。電極配置中的一個圓96表示射束在該配置平面中的截面?？梢詫蓚€電極層中的電極都限制在射束截面96以內(nèi)，或者是延伸到射束截面以外。這種配置95適合引入Zernike形式的散光，可以用Z22＝x2-y2來表示。在圖中表示了歸一化坐標x，y。這種Zernike形式的散光特別適合同時引入Seidel形式的慧形象差的象差補償器。按照其最簡單的形式，電極配置包括一個中心電極97和四個側(cè)電極98-101。電極之間的邊界位置和控制電壓是如下所述來確定的。配置中具有Z22(x，y)＞a的點被設(shè)置在電壓V10＝Vo’-ΔV。配置中具有-a＜Z22(x，y)的點被設(shè)置在電壓V11＝Vo’。配置中具有Z22(x，y)＜-a的點被設(shè)置在電壓V12＝Vo’+ΔV。電壓ΔV與需要引入的散光量成正比。參數(shù)值a的最佳范圍是0.10到0.60，最好是等于0.25。圖11所示的電極配置是基于a＝0.25。
圖12表示一種控制電路，用電信號控制一種同時具有用于在通過補償器的射束中引入慧形象差的電極配置67和用于在射束中引入散光的電極配置95的象差補償器。如果這兩種電極配置都具有Zernike布局或是都具有Seidel布局，也可以采用這種控制電路。慧形象差配置67的控制類似于圖6A和B所示的控制。因此，電壓轉(zhuǎn)換器105，第一控制信號106，加法器107和電壓源108都類似于圖6A和B中對應的元件61到64’。加法器107的DC輸出信號D4，D5和D6分別相當于圖6A中所示的輸出信號D1，D2和D3。散光配置95的控制采用傾斜信號32和位置34作為輸入。用一個乘法器109形成這兩個信號的乘積。該乘積就是通過波陣面補償器27引入的對中的慧形象差與物鏡系統(tǒng)11的位移的組合在射束中引入的散光的量。該乘積被作為第二控制信號110輸出并且被用做加法器111的輸入。一個電壓源112為加法器111提供一個電壓Vo’。加法器的三個DC輸出信號D7，D8和D9的值分別是Vo’+ΔV，Vo’，Vo’-ΔV，其中ΔV是第二控制信號110的值。DC輸出信號D4到D9被連接到一個乘法器113，形成輸出信號V7到V12。類似于圖6A中的方波發(fā)生器64’的一個方波發(fā)生器114向乘法器113提供一個方波信號。乘法器113將六個輸入信號D4到D9各自乘以這一方波信號，分別產(chǎn)生六個方波輸出信號V7到V12，它們具有分別發(fā)生器114輸出的波形和對應著信號D4到D9的幅值。輸出信號V7，V8和V9分別類似于圖6A中的輸出信號A1，A2和A3，并且分別被連接到圖7中所示的電極配置中的端子71，72和73。輸出電壓Vo被連接到圖11所示的電極配置95中的側(cè)電極98和100。輸出電壓V11被連接到中心電極97，而輸出電壓V12被連接到側(cè)電極99和101。
上述實施例中的象差補償器27根據(jù)物鏡系統(tǒng)11的位置來補償記錄載體1的傾斜造成的慧形象差。補償器還可以根據(jù)物鏡系統(tǒng)的位置引入除慧形象差之外的象差，例如可能是由于一個記錄載體的透明層2的厚度變化而造成的球面象差。如果已經(jīng)引入對中的球面象差的一個光束通過一個偏移的物鏡系統(tǒng)，穿過物鏡系統(tǒng)之后的光束就會出現(xiàn)與偏移成線性關(guān)系的慧形象差和作為物鏡系統(tǒng)偏移量的二次項的散光。可以按照與象差補償器的上述實施例中的校正類似的方式針對物鏡系統(tǒng)的偏移來校正對球面象差的補償。象差補償器的第一改編實施例包括具有用來產(chǎn)生圖13所示的球面象差的一種電極配置的第一電極層，它的中心相對于光軸35與電極層的交叉點有所偏移，以及具有用來產(chǎn)生球面象差的類似電極配置的第二電極層，但是與第一電極層中的配置超相反方向偏移。象差補償器的第二實施例包括具有用來產(chǎn)生對中的球面象差的電極配置的第一電極層，以及具有用來產(chǎn)生對中的慧形象差的電極配置的第二電極層。這兩種電極配置也可以組合成單個電極層。象差補償器的第三實施例包括三個電極層和其間的兩個液晶層。有一個層設(shè)有用來產(chǎn)生對中的球面象差的電極配置。第二層設(shè)有用來產(chǎn)生慧形象差的配置，而第三層具有用來產(chǎn)生對中散光的配置。用代表物鏡系統(tǒng)位置的位置信號34和代表從記錄載體返回的射束中的球面象差量的一個信號來控制象差補償器。在申請?zhí)枮?8204477.8(PHN 17.266)的歐洲專利申請中描述了一種用來測量射束中的球面象差的傳感器。球面象差量是可以預先確定的，并且與透明層的厚度有關(guān)。
圖13表示用來產(chǎn)生球面象差的一種電極配置116。這種象差的Zernike表達式是Z40＝6(x2+y2)(x2+y2-1)+1。電極之間的邊界和施加到電極上的電壓可以按以下方式推導。配置中具有Z40(x，y)＞a的點也就是中心區(qū)117和環(huán)121被設(shè)置在電壓Vo-ΔV。配置中具有-a＜Z40(x，y)＜a的點也就是環(huán)118和120被設(shè)置在電壓Vo。光瞳中具有Z40(x，y)＜-a的點也就是環(huán)119被設(shè)置在電壓Vo+ΔV．參數(shù)‘a(chǎn)’的最佳范圍是0.20到070．用于圖13所示的電極配置的 。a的這一值能為施加電壓Vo-ΔV的電極和施加Vo-ΔV的電板提供相等的表面面積．通過形成三個同心環(huán)并且對其施加不同的電壓可以簡化用來產(chǎn)生球面象差的電極配置。
通過將電極層適當分割成單個電極并且用一個適當配合的控制電路可以將用來產(chǎn)生球面象差，慧形象差和/或散光的電極配置組合在單個電極配置中．象差補償器可以包括用來引入兩種象差例如是慧形象差和散光的一個電極層和用來引入另外一種象差例如是球面象差的一個電極層/波陣面調(diào)節(jié)器的上述實施例按照象差補償器的方式工作。顯而易見，這種波陣面調(diào)節(jié)器也可以用來在射束中引入一種理想的波陣面形狀，不需要校正不理想的波陣面形狀。例如，這種調(diào)節(jié)器可以引入散焦作為對射束的第一波陣面修改，也可以引入傾斜作為用來校正射束偏移的第二波陣面修改。這樣的調(diào)節(jié)器可以和一個能夠軸向運動的物鏡一起在聚焦伺服環(huán)中使用，用調(diào)節(jié)器和物鏡在兩個不同的頻率范圍內(nèi)控制聚焦光點的軸向位置。
權(quán)利要求
1.一種用來修改通過調(diào)節(jié)器的一個光束的波陣面的光學波陣面調(diào)節(jié)器，該調(diào)節(jié)器包括第一和第二透明電極層和一個布置在電極層之間的介質(zhì)，按照受到的電激勵來修改在介質(zhì)的平面上有一個截面的光束的波陣面，其特征在于電極層適合對截面的半徑施加第一階的第一波陣面修改，并且同時對半徑施加不同于第一階的第二階第二波陣面修改。
2.按照權(quán)利要求1的光學波陣面調(diào)節(jié)器，其特征是第一電極層包括用來實現(xiàn)第一波陣面修改的電極配置，而第二電極層包括用來實現(xiàn)第二波陣面修改的電極配置。
3.按照權(quán)利要求1的光學波陣面調(diào)節(jié)器，其特征是第一電極層包括用來實現(xiàn)第一波陣面修改和第二波陣面修改的電極配置。
4.按照權(quán)利要求1的光學波陣面調(diào)節(jié)器，其特征是第二階比第一階低一階。
5.按照權(quán)利要求4的光學波陣面調(diào)節(jié)器，其特征是第一波陣面修改對應著慧形象差，而第二象差對應著散光。
6.按照權(quán)利要求4的光學波陣面調(diào)節(jié)器，其特征是第一波陣面修改對應著球面象差，而第二象差對應著慧形象差。
7.按照權(quán)利要求1的光學波陣面調(diào)節(jié)器，其特征是第一波陣面修改和第二波陣面修改在射束的截面上方正交。
8.一種用來掃描具有信息層的光學記錄載體的裝置包括用來產(chǎn)生一個射束的輻射源，用來將射束會聚到信息層上的一個焦點上的一個物鏡系統(tǒng)，以及用來遮擋來自記錄載體的射束的一個檢測系統(tǒng)，其特征是按照前述任何一項權(quán)利要求的光學波陣面調(diào)節(jié)器被布置在輻射源和檢測系統(tǒng)之間的光學路徑中。
9.按照權(quán)利要求8的裝置，其特征是包括一個用于糾錯的信息處理裝置。
全文摘要
一種光學波陣面調(diào)節(jié)器(27)適合用來修改通過調(diào)節(jié)器的光束的波陣面。調(diào)節(jié)器包括第一和第二透明電極層(42,43)和布置在電極層之間的一個扁平介質(zhì)(46),按照介質(zhì)受到的電激勵來修改波陣面。電極層適合對介質(zhì)平面內(nèi)的光束截面的半徑施加第一階的第一波陣面修改,并且同時對半徑施加不同于第一階的第二階第二波陣面修改。
文檔編號G11B7/135GK1354876SQ00806721
公開日2002年6月19日 申請日期2000年12月19日 優(yōu)先權(quán)日1999年12月24日
發(fā)明者J·瓦爾斯, J·J·弗雷亨, S·斯塔林加 申請人:皇家菲利浦電子有限公司