用于扫描设备的透镜系统技术方案

一种透镜系统，包括透镜（１８）和非周期性相位结构（１６）。透镜的随温度而变的球面像差由非周期性相位结构的随温度而变的球面像差来补偿。透镜的随波长而变的散焦由非周期性相位结构的随波长而变的散焦来补偿。非周期性相位结构的随波长而变的球面像差由透镜的随波长而变的球面像差来补偿。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种用于将辐射光束会聚在光学记录载体的信息层上 的透镜系统。本专利技术还涉及一种包括这种透镜系统的光头和 一种包括这 种光头的扫描设备。
技术介绍
在光学记录领域中，记录载体的信息密度的增大伴随着用于扫描该 记录载体的辐射光斑的尺寸的相应减小。光斑尺寸的减小是通过入射在记录载体上的辐射光束的较短波长和较大数值孔径(NA)来实现的。 紧致盘(CD)系统使用780 nm的波长和0.45的数值孔径。数字通用盘 (DVD)系统具有更高的信息密度并使用640nm的波长和0.65的数值孔 径。近来朝着甚至更高信息密度的发展已经导致出现了蓝光盘(BD)系 统，其工作在406nm的波长和0.85的数值孔径。更小的波长和更大的 数值孔径减少了为形成辐射光斑而使用的透镜的温度和波长变化的公 差范围。出于制造成本的原因，塑料透镜优于玻璃透镜。然而，对于在 诸如BD系统的光学记录系统中使用塑料透镜，小的公差范围会引起严 重的问题。在操作过程中，光头可能变热到50。C。由于热膨胀，温度的升高改 变了透镜的形状，并且温度的升高也改变了透镜材料的折射率。必须补 偿由此引起的像差，主要是球面像差。温度引起的球面像差随透镜的尺 寸而增大。由于可制造性和光头中光路设计的自由度，透镜的尺寸最好 不要太小。在记录载体上的读写转换过程中，高-NA透镜也可能引起问题。当 从读切换到写时，辐射光束所需的功率变化受到用于产生该辐射光束的 激光器的驱动电流的变化的影响。驱动电流的变化伴随着激光器输出波 长的大约lnm的变化。该波长变化通常不会引入需要进行补偿的数量的 球面像差。然而，这会引起相对较大的散焦效应。散焦导致辐射光斑沿 着光轴的位移。该位移不能由扫描设备的焦点伺服系统来补偿，因为该 伺服系统的响应时间远大于在读写状态之间的短的时间间隔。因此，应当对波长变化所引起的散焦效应进行补偿。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种对温度引起的球面像差和波长引起的 散焦效应进行校正的透镜系统。该目的是在一种透镜系统中实现的，该透镜系统包括透镜和非周期 性相位结构，其中，该透镜的随温度而变的球面像差由非周期性相位结 构的随温度而变的球面像差来补偿，透镜的随波长而变的散焦由非周期 性相位结构的随波长而变的散焦来补偿，以及非周期性相位结构的随波 长而变的球面像差由透镜的随波长而变的球面像差来补偿。非周期性相位结构(NPS)是在光学部件的表面上的环形结构。其包 括以不同高度设置的多个环形区域，从而使得邻近的区域对于反射离开 该相位结构或者透射通过该相位结构的辐射产生预定的光程差。适当地 选择这些区域的宽度和高度并且对于透射相位结构来说适当地选择NPS的材料将会补偿该透镜的随温度而变的球面像差和随波长而变的散焦。散焦的补偿导致该透镜的自由工作距离基本上独立于波长的微小变化。应该注意，"散焦"与Zernike项A20有关。如果NPS在邻近区 域之间具有至少一个阶梯高度(其具有至少5入的光学高度，更优选是 IO人，其中人是设计真空波长)，那么就可以获得良好的补偿。在补偿之 后，每个单独的像差优选小于30mX。当NPS用于补偿透镜系统中的像差时，在蓝色激光波长内的生长 扩展(production spread )可能会引起问题。所述生长扩展会导致激光波 长分布在从例如402nm到410nm的范围。由这些不同波长所引起的透 镜系统的任何散焦效应能够被焦点伺服系统补偿。由于不同波长而由透 镜引起的球面像差一般不需要进行补偿。然而，不同波长对NPS的影响 的确需要补偿。根据本专利技术，通过设计该透镜使其引入补偿的随波长而 变的球面像差来对NPS的随波长而变的球面像差(也称为球色差)进行 补偿。根据本专利技术的透镜系统具有这样小的像差使得即使当透镜系统的 透镜由塑料制成时该透镜系统在上述窄公差范围内也能够工作。本专利技术 也允许使用具有制造起来相对容易的尺寸的透镜。较大的透镜也便于光 路的设计，特别是因为它们对于对准不太重要。透镜优选具有大于1.5mm的直径。围绕中心区域的环形区域的数量优选少于IO个，例如7 个。对于在其表面之一上具有七个环的NPS的直径为1.5mm的透镜来 说，环形区域的平均宽度是0.09mm,其能够被相对容易地制造得足够 精确以具有低的光损失。应该注意，美国专利申请US2004/0047040公开了 一种用于扫描系 统的物镜，该物镜的表面之一上具有衍射结构。该衍射结构补偿了由波 长变化所引起的透镜的球面像差的变化、由波长波动所引起的工作距离 的偏差、以及由透镜的温度变化所引起的透镜的球面像差的变化。根据 本专利技术的透镜系统利用非周期性相位结构而不是衍射结构。已知的非周 期性相位结构补偿了两个不同参数的变化。根据本专利技术的非周期性相位 结构补偿了三个不同参数的变化温度变化、操作过程中波长的小变化 和不同辐射源之间较大的波长变化。此外，根据本专利技术的透镜具有相对 较低的球色差。增大该透镜的球色差以补偿该非周期性结构的球色差。 与此相反，已知的光栅结构补偿已知透镜的球色差。优选的是，非周期性相位结构具有的阶梯宽度w,其满足6.10、^25.109" (1)其中，w是在非周期性相位结构上平均阶梯宽度，d是透镜的直径， X是用于透镜系统的操作的设计波长。满足该公式的NPS方便了该透镜 系统的设计。该NPS也相对容易制造并具有减小的光损失。在有利的实施例中，透镜系统满足其中，Wrms(SC, comp)是由4nm波长偏移所造成的具有NPS的透 镜的球面像差的rms值，Wrms(T, uncomp)是由30 。C温度变化所造成的 不具有NPS的透镜的球面像差的rms值。当它们满足该公式时，能够使 补偿的像差得到最佳的平衡。优选的是，非周期性相位结构满足《 (3)其中，^是在非周期性相位结构上的平均阶梯宽度，f是透镜在空 气中的焦距，Wrms是在补偿之后的最大单个像差的值，如随温度而变的球面像差或球色差。满足公式(3)的NPS具有数量相对较少的步骤以 补偿像差。优选地补偿在30 。C的温度范围内的球面像差，该范围包括透镜系 统的设计温度。该设计温度可以是该范围的下限或上限或者在该下限或 上限附近，或者基本上位于该范围的中心。优选地补偿由于lnm的波长偏移引起的散焦。当半导体激光器在读 功率和更高的写功率之间切换时，该偏移是波长的公共偏移。优选地补偿在8nm波长范围内的球面像差，该范围包括透镜系统的 设计波长。在透镜系统的特定实施例中，出于相对容易制造的原因，将非周期 性相位结构设置在板上。可替代地，将非周期性相位结构设置在透镜的 表面上，从而减少了透镜系统中部件的数量。透镜优选地由塑料制成以降低制造成本。本专利技术的另 一个方面涉及一种光头，其包括用于产生辐射光束的辐 射源、根据本专利技术的用于将该辐射光束会聚在信息层上的透镜系统、以 及用于将来自该信息层的辐射转变成检测器电信号的检测系统。该透镜 系统提高了由该检测系统所提供的信号的质量。本专利技术的又一个方面进一步涉及一种用于扫描具有信息层的光学 记录载体的设备，该设备包括根据本专利技术的光头和用于纠错的信息处理 单元。来自该检测系统的信号的质量提高致使由该信息处理单元所输出 的信息信号的质量更好。附图说明本专利技术的目的、优点和特点本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种透镜系统，包括透镜和非周期性相位结构，其中，透镜的随温度而变的球面像差由非周期性相位结构的随温度而变的球面像差来补偿，透镜的随波长而变的散焦由非周期性相位结构的随波长而变的散焦来补偿，以及非周期性相位结构的随波长而变的球面像差由透镜的随波长而变的球面像差来补偿。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：HMJ布茨，S斯塔林加，
申请(专利权)人：皇家飞利浦电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：NL[荷兰]