专利名称：可变形镜的形状设计方法、光拾取装置以及记录再现装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种具有使来自光源的光反射至物镜之上的反射镜的可变形 镜的形状设计方法、光拾取装置以及记录再现装置，尤其是涉及一种通过使 反射镜变形成最佳形状而修正像差的可变形镜的形状设计方法、光拾取装置 以及记录再现装置。
背景技术：
为了对CD (Compact Dick:紧凑型光盘)、或DVD (Digital Versatile Disk:数字多功能光盘)等光盘进行再现及记录，记录再现装置采用光拾取装置。 光拾取装置使来自光源的光汇聚于光盘的读取面，并读取所反射的光，同时 将规定的数据记录于光盘中。图8是表示现有技术中的光拾取装置1的图。如该图所示，光拾取装置1具有发射光的激光二极管2;使激光二极管发射的光发生偏振的准直透镜3; 将透过准直透镜3的光照射至配置于上方的光盘100的可变形镜4;使从可变形镜4射出的光汇聚的物镜5;位于准直透镜3和可变形镜4之间，并仅将被 光盘100的读取面反射的光向上方反射的半透半反镜6;使被半透半反镜6反射的光汇聚的柱面透镜7;接受通过柱面透镜所汇聚的光并将之转换成数字信号的光检测器8。在上述结构中，激光二极管2射出的光在准直透镜3发生偏振之后，透 过半透半反镜6而照射至可变形镜4上。可变形镜4反射所照射的光而照射 至物镜5。此时，通过物镜5汇聚于光盘的读取面的光，有时会未汇聚在光盘 100的读取面上，从而产生像差。作为产生像差的原因，可举例从光盘100 的保护面(表面)到读取面之间的厚度不同、或者物镜5及可变形镜4的结 构上的细微不同等。作为对光的像差进行修正方法，以往，使可变形镜的tan方向和rad方向 的形状仅弯曲相同的量，从而对所反射的光进行修正以使像差降低。图9是 表示可变形镜4和所入射的光的反射路径的图。如该图所示，tan方向既是与
可变形镜的镜面平行的方向，又是在入射至物镜的光中，将离光盘100的面最接近的光的入射位置和最远的光的入射位置连成线的方向。另外，rad方向 既是平行于镜面的方向，又是与tan方向垂直的方向。然而，尽管将可变形镜 4的tan方向和rad方向的形状仅弯曲了相同的量，但仍然存在无法完全修正 像差的情形。在JP特开2006-092602号公报中，记载了一种用于修正光的像差的光拾 取装置。该光拾取装置具有用于反射激光的圆形反射镜和反射镜驱动器，该 反射镜驱动器包括第一 第四压电元件，该第一 第四压电元件粘结在上述反 射镜的背面，并在与镜面垂直的方向具有厚度，而且与反射镜背面接触一侧 的面为扇形。在该光拾取装置中，通过上述反射镜和4个压电元件来修正像 差。因此，在这种光拾取装置中，通过调整施加在4个压电元件的电压，能 够控制反射镜的面形状在tan方向的曲率半径的比和在md方向的曲率半径的 比。另外，在JP特开2001-034993号公报中，记载了这样一种对光的像差进 行修正的技术，S卩，利用随施加电压的变化而形状发生变化的压电膜元件， 形成可变形镜(文献中为反射镜)的表面，并使上述可变形镜的镜面形状按 照泽尼克多项式(Zemike Polynomials)变化，从而对光的像差进行修正。下面，对泽尼克多项式进行说明。泽尼克多项式是在近似表示光的波阵 面时所采用的多项式。由于泽尼克多项式为公知技术，故只简要地进行说明。 如果将镜面的形状W用(纟，；/)来表示，则可利用泽尼克多项式将镜面形状 W表示为w(《,/7) = Z (a 。 (《==a—)乂'其中，W (《，77):可变形镜的镜面形状Cj:泽尼克系数Zj(/ ，。:泽尼克多项式可变形镜的镜面半径标准半径 0:偏角。
这样，利用镜面半径《、偏角^、标准半径P、以及泽尼克系数Cj，能够近 似得出镜面形状。进而，由于各项是多项式，故每一个项具有其含义，因此 能够独立使用。在引用文献2中，利用第六项和第七项来近似得到镜面，从 而使光的像差降低。但是，在上述专利文献1中的发明中存在如下的问题。也就是说，由于 用4个压电元件来使镜面形状发生变化，因此反射镜的结构变得复杂，从而成本提高。另外，仅靠单纯地改变在tan方向的曲率半径和在rad方向的曲率 半径之比，无法完全消除像差。另外，在专利文献2中的发明存在如下的问题。尽管通过利用压电膜元 件再现泽尼克多项式的第六项和第七项的形状而使彗差得到降低，但是，由 于泽尼克多项式的第六项和第七项所表现出的面形状很复杂，故非压电膜元 件则无法再现。图IOA、图10B为表示泽尼克多项式的第六项和第七项所表 现出的面形状的图。图中IOA表示由第六项所表现出的波阵面，图10B表示 由第七项所表现出的波阵面。如图10B所示，由泽尼克多项式的第七项所表 现出的波阵面，形成为以中心部为基准相对向的方式具有高低差的形状。而 且，若合成上述第七项的形状和第六项的形状，则形成进一步复杂的形状。 因此，要使可变形镜成为上述形状，则控制变得复杂。而且，由于构成泽尼克多项式的第六项和第七项的泽尼克系数C6、 C7 为变量，故在计算镜面形状时，需要利用以泽尼克系数C6、 C7为变量的式 子来计算其形状。因此，无法简单地计算出镜面形状。发明内容本发明是鉴于上述问题而提出的，提供一种能够以简单的方法计算出可 减小像差且结构单纯的可变形镜的镜面形状的可变形镜的设计方法、采用上 述可变形镜的光拾取装置、以及采用上述光拾取装置的记录再现装置。若根据本发明的一个形态，本发明是一种将光源射出的光反射至物镜的 可变形镜的形状设计方法，其中，利用下述泽尼克多项式W(《,77) = Z 。Z; (A 。 (卜，,=—w)W (《，77):可变形镜的镜面形状Cj:泽尼克系数Zj(p，。:泽尼克多项式 :可变形镜的镜面半径yO:标准半径&偏角的第四项和第五项，计算出用于使所反射的光的像差降低的上述可变形镜的 镜面形状。根据上述结构的发明，为了降低所汇聚的光的像差，利用泽尼克多项式 的第四项和第五项来计算出可变形镜的镜面形状。因此，通过利用镜面半径 "、偏角^、标准半径p、以及泽尼克系数C4和Cs的简单的式子，能够计算 出镜面形状。在如上所述那样利用泽尼克多项式计算出可变形镜的镜面形状时，计算可变形镜的变量为泽尼克系数C4、 C5。因此，通过对泽尼克系数C4、 C5建 立关联，能够进一步减少用于计算可变形镜的变量，从而能够利用进一步简 单的式子来计算出可变形镜的镜面形状。因此，优选地，构成上述泽尼克多项式的第四项和第五项的泽尼克系数 C4、 C5满足下式5_ COS"(2^) + 3 其中，C4:泽尼克系数第四项 C5:泽尼克系数第五项。在如上所述结构的发明中，利用上式来表示C4、 C5的关系。这样，通 过将一方作为变量的计算式来表示出泽尼克系数C4、 C5。通过采用泽尼克系 数C4、 C5的关系式，能够进一步减少用于计算镜面的式子的变量数目。这 样，利用泽尼克多项式，能够通过将C4乃至C5作为变量的一次式来计算出 可使像差减小的可变形镜的镜面形状。因此，利用一次变量，能够对可变形 镜的形状简单地进行近似表示。另外，若根据本发明的另一个形态，则本发明是一种光拾取装置，该光 拾取装置利用可变形镜将激光二极管射出的激光反射至物镜，并利用上述物
镜将激光汇聚于光盘的读取面，其中，利用下述泽尼克多项式<formula>formula see original document page 9</formula><formula>formula see original document page 9</formula>可变形镜的镜面形状Cj:泽尼克系数Zj(p，。:泽尼克多项式可变形镜的镜面半径 P:标准半径 &偏角的第四项和第五项，计算出上述可变形镜的镜面形状，从而使像差降低。在上述结构的发明中，光拾取装置通过采用由上式可计算出其形状的可变形镜，能够以单纯的结构修正球差。进而，优选地，构成上述泽尼克多项式的第四项和第五项的泽尼克系数C4、 C5满足下式<formula>formula see original document page 9</formula>C4:泽尼克系数第四项 C5:泽尼克系数第五项。在上述结构的发明中，通过采用具有以简单的式子所计算出的镜面的可 变形镜，能够以单纯的结构降低所汇聚的光的像差。还有，若根据本发明的另外一个形态，则本发明是一种记录再现装置， 具有光拾取装置和控制部，该光拾取装置利用可变形镜将激光二极管射出的 激光反射至物镜，并利用上述物镜将激光汇聚于光盘的读取面，该控制部用 于控制上述可变形镜的形状，其中，利用下述泽尼克多项式<formula>formula see original document page 9</formula><formula>formula see original document page 9</formula>可变形镜的镜面形状 Cj:泽尼克系数 ZjO， 0):泽尼克多项式 可变形镜的镜面半径
/7:标准半径 &偏角的第四项和第五项，计算出上述可变形镜的镜面形状，从而使像差降低，同时，构成上述泽尼克多项式的第四项和第五项的泽尼克系数C4、 C5满足下式<formula>formula see original document page 10</formula>C4:泽尼克系数第四项 C5:泽尼克系数第五项。不言而喻，在如上所述的更加具体的结构中，能够得到与上述各发明同 样的效果。
图1是本发明的光拾取装置10的结构图。图2是表示泽尼克多项式Zj(p，"在j-l 20时的式子的表格。图3是由泽尼克多项式的第四项表示的波阵面的图。图4是由泽尼克多项式的第五项表示的波阵面的图。图5是表示在入射角为30度、45度、60度、75度时的像差值的图。图6是釆用了本发明的光拾取装置的记录再现装置的结构方框图。图7是表示采用了本发明的光拾取装置的记录再现单元的方框图。图8是表示传统的光拾取装置的图。图9是表示可变形镜和入射后的光的反射路径图。图10是表示以泽尼克多项式的第六项和第七项所表现出的波阵面的图。
具体实施方式
下面参照附图对本发明实施方式按照下述顺序进行说明。另外，对图中 相同或相似的部分采用相同的附图标记来表示，而且对于其说明也不再重复。 (1)光拾取装置 (1-1)光拾取装置的结构 (1-2)可变形镜的镜面的计算方法
(2) 实施方式
(3) 总结
(1)光拾取装置
(1-1)光拾取装置的结构
下面，参照图1~图5对光拾取装置10的结构进行说明。图1是本发明的 光拾取装置10的结构图。光拾取装置10是一种在使所照射的激光汇聚于形 成在光盘100的读取面上的微小凹坑组，并使在光盘100上发生反射后的激 光转换成数字信号并读取的装置。
为了实现上述功能，光拾取装置10具有激光二极管ll，其用于照射激 光；物镜12，其用于汇聚所入射的激光；透镜装卡件13，其用于保持物镜12;光学系统14，其使激光二极管11射出的激光发生偏振并照射至物镜12;检
测器15，其检测被光盘100反射的激光。另外，虽然在本发明的实施方式中 只有一个物镜12，但物镜的个数并非仅限定于一个，而可以根据用途适当作 出变更。
光学系统14具有准直透镜14b，其用于使激光二极管11射出的激光发 生偏振；可变形镜14a，其将发生偏振的光反射至光盘侧；半透半反镜14c， 其位于激光二极管11和可变形镜14a之间，并且，使来自激光二极管ll的 激光透过、而使被光盘100反射的激光反射。根据上述结构，激光二极管ll 射出的激光在准直透镜14b发生了偏振之后，被可变形镜14a向上方大约45 度方向反射而照射至物镜12。物镜12将所照射的激光汇聚于光盘100的读取 面上。还有，被半透半反镜14c反射的光通过柱面透镜14d入射至检测器15。
可变形镜14a是一种用于根据所施加的电压改变形状，从而将光汇聚于 光盘的各读取面上的器件。具体而言，光盘100由形成为多层的各读取面构 成，而且，可变形镜14a改变其形状，使得所反射的光的光路发生改变，从 而使物镜12能够将光汇聚于各读取面。而且，本发明中所使用的可变形镜14a 通过将镜面形状改变成利用泽尼克多项式计算出的面，能够降低汇聚于读取 面上的光的像差。
本发明中所使用的可变形镜14a只要是通过施加电压可进行tan方向和 rad方向的变形、且接受光的镜面形状近似于利用泽尼克多项式计算出的波阵
面的形状即可。为此，可变形镜14a与用于改变镜面形状的控制器16连接在 一起，并通过控制该控制器16来改变形状。另外，由于用泽尼克多项式所表 示的波阵面为圆形，所以可变形镜14a的镜部的横截面最好为圆形。
下面，对上述结构的光拾取装置的功能进行说明。激光二极管ll射出的 激光被准直透镜14b发生偏振之后，照射至可变形镜14a。可变形镜14a将所 入射的光以大约45度角反射而照射至物镜12。此时，如上所述那样改变可变 形镜14a的形状，并将接受光的镜面的形状改变成利用泽尼克多项式计算出 的面形状，从而降低利用物镜12汇聚于读取面的光的像差。
通过上述方法照射至光盘100的读取面的激光，被读取面反射而沿着与 入射路径相同的路径入射至半透半反镜14c。半透半反镜14c将所入射来的激 光反射而向检测器15侧射出。检测器15将所入射的激光转换成读取数字信 号并输出。光拾取装置10以如上所述那样进行对光盘100的数据读取。本发 明实施方式中的检测器15采用光电二极管将激光转换成数字信号。 (1-2)可变形镜的镜面计算方法
下面，对可变形镜14a的镜面形状的具体计算方法进行说明。可变形镜 14a的镜面形状W，利用泽尼克多项式可由下式计算出
W(^/7) = 2>yZy(p,。 (w )
W (《，77):可变形镜的镜面形状 Cj:泽尼克系数 Zj(/ ，。泽尼克多项式 a:可变形镜的镜面半径 标准半径
式(1)为多项式，所以j^ 的各项均具有用于近似表示镜面的规定的特征。
图2是表示泽尼克多项式Zj(p，"在j^ 20时的式子的表。如该图所示，泽 尼克多项式Zj(p，"的第四项、第五项分别为
w-1 ."(2)，
而且，第四项和第五项分别如图3、 4所示那样表现可变形镜14a的形状。图
3为利用泽尼克多项式的第四项所示出的波阵面的图。图4为利用泽尼克多项 式的第五项所示出的波阵面的图。
另外，如果利用如上所述的泽尼克多项式的第四项和第五项，则能够将
可变形镜14a的镜面形状W 展开为
昧77)=C4(2P2-l)+C5(p2COS2e) ... (3)
=(2C4 +C5COS2^o2 - C4 °
此时，通过向上式代入6 =0°，可算出rad方向的曲率为
2xC4+C5 …(4)。
另外，通过代入0=90°，可算出tan方向的曲率为
2xC4-C5 …(5)。
这样，rad方向的曲率半径相对tan方向的曲率半径的比为 {COS(2^) + l}/2 …(6),
所以利用上述式(6)，可得到式(4)和式(5)的关系为 {COS(2^)+l}/2 (2C4+C5) =2C4-C5。 利用C4、 C5整理此式得到
c5 — 2{i-cgy(2^)}
COS(2^) + 3
C4:泽尼克系数第四项
C5:泽尼克系数第五项 …(7)。
由此，计算出了泽尼克系数C4、 C5的关系式。
根据上述泽尼克系数C4、 C5的关系，C5及C4均都利用式(7)作为以 另一方(对C5而言为C4、对C4而言为C5)为变量的值而计算出。因此， 在利用泽尼克多项式(1)计算可变形镜14a的镜面形状时，能够利用以C4 或C5为变量的一次式来计算出镜面形状W (《，7)。这样，在计算用于可 使光的像差降低的可变形镜14a的镜面形状时，能够利用以C4或者C5为变 量的一次式来表示镜面形状。
下面，参照图5对通过采用由上述方法计算出的可变形镜14a而降低的 像差的值进行说明。图5为表示在入射角^为30度、45度、60度、75度的 各种情况下的像差值的图。此外，在一般情况下，入射至可变形镜14a的光 的入射角^为45度。此外，所使用的光盘100采用读取面为5层的DVD，至
读取面的距离即保护层厚度分别为H1: 0.125、 H2: 0.085、 H3: 0.068、 H4: 0.055、 H5: 0.030 (单位mm)。从物镜到DVD表面的距离WD为1、 3 (单 位- mm) o
如图5所示，在入射角^为45°时，层H1 H5的像差的降低情况如下。 在层Hl从0.038降至0.00，在层H2从0.007降至0.000，在层H3从0.02降 至0.001，在层H4从0.033降至0.000，在H5从0.059降至0.000 (单位m人)。 在入射角0为30。、 60°、 75。的情况下，各层的相差也在降低。
(2)实施方式
下面，对采用本发明的光拾取装置10的实施方式进行说明。图6为采用 本发明光的拾取装置的记录再现装置的方框结构图。记录再现装置20用于对 记录在DVD及CD等光盘100中的数据进行记录和再现。
如该图所示，记录再现装置20由本发明的光拾取装置10、用于使光盘 100旋转的转轴马达21、装载用于放置光盘的托盘20a的装载马达22、对光 盘进行再现或记录的信号处理基板26、用于提供电源的电源装置24、以及接 受来自遥控装置25的操作信号的遥控I/F23构成。
下面，对记录再现装置20的动作进行说明。如果将光盘100放置于托盘 20a中并操作遥控装置25，则遥控I/F23读取遥控装置25所输出的操控信号， 并将该遥控信号输出至信号处理基板26。信号处理基板26通过遥控I/F23接 受来自遥控装置25的操作指令，并驱动装载马达22而将托盘20a推入记录 再现装置20中。然后，信号处理基板26驱动转轴马达21而使光盘100旋转。
进而，光拾取装置10以跟踪旋转的光盘100的凹坑的方式移动，并对光 盘100进行数据的读取。此时，光拾取装置10使镜面的形状变形，从而使汇 聚于光盘100的读取面的光的像差降低。此后，将所读取的数据输出至信号 处理基板26并进行信号处理，然后通过输入输出端子27输出至外部设备。 其中，外部设备是指，用于输出通过输入输出端子所输出的数据的输出装置， 如监视器、投影仪、以及个人电脑等。由于信号处理基板26的结构为公知技 术，故省略其说明。
如上所述的记录再现装置20是作为单体而发挥功能的器件，但是，采用 光拾取装置10的实施方式并非仅限定于以单体发挥功能的器件，而也可以是
用于组装到制品中的器件。因此，作为第二实施方式的一个例子，说明使用本发明的光拾取装置10的记录再现单元30。记录再现单元30是一种内置于 个人电脑等制品中而对光盘100的数据进行再现以及对所获取的数据进行记 录的器件。当然，作为内置有记录再现单元30的制品，并不仅限定于个人电 脑，而只要是使用本发明的光拾取装置10的制品均能够装入本发明的光拾取装置。图7是表示使用本发明的光拾取装置10的记录再现单元的方框图。如该 图所示，记录再现单元30由本发明的光拾取装置10、使光盘IOO旋转的转轴 马达21、装载用于放置光盘的托盘的装载马达22、进行用于对光盘进行再现 或用于将所获得的数据记录在光盘100上的控制的信号处理基板26构成。由于上述各方框具有与第一实施方式相同的功能，故在此省略对各功能 的说明。在上述记录再现单元30中，接受例如来自配置于记录再现单元30 外部的微型计算机等控制部的指令，并且，通过光拾取装置IO读取光盘IOO 的数据并对所获取的数据进行记录。(3)总结如上所述，利用泽尼克多项式的第四项和第五项，能够近似地计算出变 形镜14a的接受光的镜面形状。进而，构成泽尼克多项式的第四项和第五项 的泽尼克系数C4和C5，根据上述式(7)而取值为将C4或C5的其中一方 作为变量的值。通过将上述式(7)代入到式(1)中，能够简单地计算出可 变形镜14a的镜面形状。另外，通过使用采用了上述可变形镜14a的光拾取 装置IO，能够以简单的结构使像差减小。毫无质疑地，本发明并非仅限定于上述实施例。只要是本领域技术人员 则不言自明，下面各情况也作为本发明的一个实施例而被公开 针对在上述实施例中所公开的相互可置换的构件及结构等，适当变更 其组合而应用的情况； 将在上述实施例中尽管未公开但属于公知技术、且与在上述实施例中 所公开的构件及结构等可相互置换的构件及结构等，适当置换或变更其组合 而应用的情况； 与在上述实施例中尽管未公开、但本领域技术人员基于公知技术等能
够想得到作为上述实施例中所公开的构件及结构等的替换品的构件及结构等 进行适当的置换，或变更其组合而应用的情况。
权利要求
1.一种记录再现装置，具有光拾取装置和控制部，该光拾取装置利用可变形镜将激光二极管射出的激光反射至物镜，并利用上述物镜将激光汇聚于光盘的读取面，该控制部用于控制上述可变形镜形状，其特征在于，利用下述泽尼克多项式
2. —种可变形镜的形状设计方法，该可变形镜将光源射出的光反射至物镜，其特征在于，为了降低所反射的光的像差，利用下述泽尼克多项式其中，<formula>formula see original document page 2</formula>可变形镜的镜面形状Cj:泽尼克系数Zj(p， ^:泽尼克多项式可变形镜的镜面半径标准半径 &偏角的第四项和第五项，计算出上述可变形镜的镜面形状。
3. 如权利要求2所述的可变形镜的形状设计方法，其特征在于， 构成上述泽尼克多项式的第四项和第五项的泽尼克系数C4、 C5满足下式C5 — 2{l - cay(2-》其中，C4:泽尼克系数第四项 C5:泽尼克系数第五项。
4. 一种光拾取装置，利用可变形镜将激光二极管射出的激光反射至物镜， 并利用上述物镜将激光汇聚于光盘的读取面，其特征在于，利用下述泽尼克多项式<formula>formula see original document page 3</formula>其中，W (《，；;)可变形镜的镜面形状Cj:泽尼克系数Zj(户，6):泽尼克多项式可变形镜的镜面半径 标准半径 6>:偏角的第四项和第五项，计算出上述可变形镜的镜面形状，从而使像差降低。
5. 如权利要求4所述的光拾取装置，其特征在于，构成上述泽尼克多项式的第四项和第五项的泽尼克系数C4、 C5满足下 <formula>formula see original document page 4</formula>其中，C4:泽尼克系数第四项 C5:泽尼克系数第五项。
全文摘要
本发明提供一种可变形镜的形状设计方法、光拾取装置以及记录再现装置。采用简单的方法，能够计算可减小像差且结构单纯的可变形镜的镜面形状。通过泽尼克多项式的第四项和第五项，能够近似地计算出可变形镜(14a)的镜面形状。还有，构成泽尼克多项式的第四项和第五项的泽尼克系数C4和C5均采用式C<sub>5</sub>/C<sub>4</sub>＝2{1-COS(2φ)}/(COS(2φ)+3)，表示为将另一方作为变量的值。通过将上式代入泽尼克多项式中，能够将可变形镜(14a)的形状近似表示一次函数，从而能够通过简单的计算来计算得到。
文档编号G11B7/135GK101165795SQ20071016266
公开日2008年4月23日 申请日期2007年10月16日 优先权日2006年10月16日
发明者丁子英树 申请人:船井电机株式会社