CN100399443C - 光学拾取装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种减小从光学记录介质照射出的光中出现的像差的光学拾取装置。该装置包括：光源，输出光，用于记录和再现光学记录介质上的信息；物镜，通过会聚光将光照射到光学记录介质上；致动器，调节物镜的运动以在光学记录介质的至少一层或者多层上形成光的焦点；控制器，通过驱动致动器来寻找物镜的位置以减小在照射到光学记录介质上的光中形成的像差，从而减小和纠正了例如不对称像差或者彗形像差的像差。

Description

光学拾取装置
技术领域
本发明涉及一种光学拾取装置。更具体地讲，本发明涉及一种配备有可在三个方向上驱动的致动器的光学拾取装置。
背景技术
通常使用的光学记录介质包括压缩盘(CD)和数字通用盘(DVD)。除了传统的和广泛使用的光盘，例如DVD和CD之外，还存在关于与高密度光盘兼容的光学拾取装置的各种技术。近来，使用蓝光的蓝光盘已经面市。急切需要用于高密度记录的新的光盘记录介质，该新的光盘记录介质可通过缩短光源的波长或者增加物镜的数值孔径(NA)来实现。
虽然DVD使用650nm的波长和0.6的NA，但是可将具有408nm的波长的蓝色光源和增加到0.85的NA的物镜用于更高密度的光盘。
但是，伴随着提倡短波长的激光光源或者更高NA的物镜，出现如下问题：具有低NA物镜和相对长的波长的激光光源的组合的光学拾取装置只能用于对例如CD和DVD的传统光盘执行信息的记录和再现。
一个问题在于：由于在激光光源中小振荡波长的改变而导致在物镜中出现球面像差。当使用短波长的激光光源和高NA的物镜的组合时，焦点的散焦量增加。在用于记录或者再现关于BD的信息的光学拾取装置中采用的物镜具有高NA，从而该物镜对出现彗形像差敏感。
另一个问题在于：即使在使用有限光学系统的光学拾取装置中，光的入射角响应于物镜的移动而改变，导致光学拾取装置对出现像散或者彗差敏感。
参照图1，当光的入射角变大时，出现了各种像差。在这各种像差中，尤其注意彗差产生的量非常大。
考虑到上述问题，需要纠正在具有短波长的激光光源和高NA的物镜的组合的光学拾取装置中出现的例如彗差和像散之类的像差。
从而，存在对具有短波长的激光光源和高NA的物镜的改善的光学拾取装置的需求，其能够充分减小在该光学拾取装置中出现的不期望的像差。
发明内容
本发明的目的是提供一种能基本上减小例如彗差或者像散等在光学拾取装置中出现的像差的光学拾取装置，所述光学拾取装置具有短波长的激光光源和高NA的物镜。
根据本发明示例性实施例的光学拾取装置包括：光源，用于输出光以将信息记录到光学记录介质上和从光学记录介质上再现信息；物镜，通过会聚光将光照射到光学记录介质上；致动器，调节物镜的运动以将光聚焦在光学记录介质的至少一个或者多个层上；控制器，通过驱动致动器，寻找物镜的位置以减小在照射到光学记录介质上的光中出现的像差。
控制器通过输入到致动器的电流值或者电压值来寻找物镜的位置。
控制器使用设置在致动器上的光检测元件来寻找物镜的位置。
优选地，光检测元件是用于检测物镜的位置的光学检测器。
优选地，控制器使用致动器的不对称结构自动调节致动器的倾斜。
致动器被放置在光学记录介质的下面，并且该致动器可在如下方向上被驱动：径向，绕着基本上沿着与光学记录介质基本上平行的法向的旋转轴摆动，脱离从光学记录介质远离或者接近光学记录介质的调焦方向；循轨方向，从光学记录介质的中心远离或者接近光学记录介质的中心；多个法向，与光学记录介质的径向垂直。
入射角表示在光轴和虚轴之间形成的角度，虚轴是从光源穿过物镜的中心的轴；控制器径向驱动使致动器在径向上倾斜来消除由于物镜的运动产生的入射角的改变，从而减小了像差。
控制器寻找以获得致动器在径向上的倾斜驱动的角度以减小像差。
根据本发明示例性实施例的光学拾取装置还包括准直透镜，用于会聚光和将光转换为平行光。
物镜的NA能够根据更换不同类型的各种光学记录介质而变换。
本发明的其他目的、优点和显著特点将从结合附图的详细描述中变得清楚，所述详细描述公开了本发明的优选实施例。
附图说明
通过下面结合附图对本发明的特定实施例进行的描述，本发明的上述方面和特点将会变得更加清楚，其中：
图1是表示响应于入射角的改变的物镜的特征像差(featured aberration)的图；
图2是根据本发明第一示例性实施例的无限光学系统中的光学拾取装置的结构图；
图3是根据本发明第二示例性实施例的有限光学系统中的光学拾取装置的结构图；
图4是表示对在图3的光学拾取装置中产生的像差进行纠正的示意图；
图5是用于图2和图3的光学拾取装置的致动器的透视图；
图6是当使用图3的光学拾取装置来再现CD或者DVD时，响应于物镜的运动而产生的特征像差的图；
图7是在对图6的物镜进行调节之后的特征像差的图。
在整个附图中，相同的标号将被理解为指代相同的部件、组件和结构。
具体实施方式
将参照附图更加详细地描述本发明的特定示例性实施例。
在描述中定义的内容，例如详细的结构和该结构的部件被提供为帮助全面理解本发明。因此，实现本发明显然可以不受这些定义的内容的限制。另外，为了便于提供清楚和简明的描述，将省略公知的功能或者结构。
图2是根据本发明第一示例性实施例的无限光学系统中的光学拾取装置的结构图。参照图2，根据本发明第一示例性实施例的光学拾取装置包括最好为激光产生器110的光源、衍射光栅115、分束器120、准直透镜130、全息光学元件(HOE)135、物镜(OL)140、致动器150、YO透镜160、光电检测器集成电路(PDIC)170和控制器180。
光源110产生用于将信息记录到BD 200或者再现关于BD 200的信息的大约400nm到大约410nm的激光束，所述激光束被偏振。
衍射光栅115将激光束分为许多束并且使额外的光斑集中在BD 200上，用于允许OL 140准确追踪BD 200上的轨迹。
再参照图2，虽然描述了衍射光栅115，但是其可以不沿着致动器150的驱动方向被驱动，从而本发明的范围不限于此。
分束器120使用偏振元件响应于偏振方向反射激光束，改变激光束的光路或者使激光束穿过。分束器120将从BD 200反射的S偏振激光束几乎成直角地反射到PDIC 170，同时使P偏振激光束穿过。穿过分束器120的激光束被提供到CL 130。
CL 130将激光束从发散状态会聚为使得这些激光束基本上平行地传播到HOE 135。CL 130沿着光轴移动以调节CL 130和OL 140之间的距离使得激光束的焦距改变为在双层的每一层上形成各自的焦点。
在图2中显示出双层BD 200，但是所述多层的每一层可具有形成有焦点的多个层。
HOE 135被分成内全息部分和四分之一波片(QWP)，从而当预定偏振波，即P波入射时，P波被允许全部穿过而不被衍射，并且穿过QWP的P波改变为圆偏振波。结果，从CL 130入射的激光束，即P波被QWP进行圆偏振并且被提供到OL 140。
从BD 200反射的激光束穿过QWP后再次被S偏振，并且穿过全息部分被衍射为多条光束。衍射的光入射到PDIC 170上以执行聚焦和循轨功能。
根据光学拾取装置的特征可以不使用HOE 135。HOE 135主要用于1束循轨方法，或者用于使入射到OL 140上的光衍射并且用于调节会聚在BD 200上的光的像差。
OL 140使光会聚以在BD 200的其中一层上聚焦，并且激光束从BD 200反射。
为了进行高密度记录的目的，用于对BD 200进行记录和再现的光学拾取装置使用大约408nm的蓝光源并且采用大约0.85的NA的OL 140。
使用大约0.65NA的OL 140来记录和再现高清晰DVD。高清晰DVD是采用高数值孔径的OL 140的光盘，目的在于对DVD进行高密度记录和再现。
致动器150使用电磁力移动OL 140，并且其适于被径向倾斜驱动。致动器150调节OL 140的运动，从而可在BD 200的至少一层或者多层上形成聚焦的光。
更具体地讲，致动器150移动OL 140的位置以减小由OL 140和短波长的激光光源的组合产生的像差。OL 140的运动包括在径向上的倾斜驱动。
像差是一种由于技术上或者结构上的问题而导致光没有完全会聚而造成的误差。虽然在理想的光学系统中，任何颜色的光或者来自任何方向的光都被满意地会聚。
被BD 200反射的激光束沿着与其入射的光路相反的光路传播，并且按照顺序穿过OL 140、HOE 135和CL 130。穿过OL 140的激光是S偏振的并且被分束器120反射以在PDIC 170上会聚。
凸透镜或者YO透镜160允许从分束器120成直角地反射的激光束会聚到PDIC 170上。PDIC 170会聚分离为多个光斑的激光束并且将光信号转换为电信号。
用于高NA的OL 140和短波长的激光源的组合的控制器180寻找基本上能减小由投射到BD 200上的激光束产生的像差的OL 140的位置，并且控制致动器150的驱动。
图3是根据本发明第二示例性实施例的有限光学系统中的光学拾取装置的结构图。图4是表示对在图3的光学拾取装置中产生的像差进行纠正的示意图。
因为图3的光学元件具有与图2的光学元件基本上相同的结构和光学特征，所以将省略对用与图2中的光学元件相同的标号表示的图3中所示的光学元件的解释。但是，图3中表示的盘210的厚度比图2中的BD 200厚，盘210是更厚的HD-DVD。在图2中所示的无限光学系统中，可以移动CL 130的位置来将无限光学系统的结构改变成有限光学系统的结构。
BD 200的厚度大约为0.1mm，HD-DVD 210的厚度大约为0.6mm，而CD的厚度为1.2mm，从而，当使用一个透镜而更换多种盘时，必须通过移动CL 130的位置来构建无限光学系统。
当通过移动CL 130的位置来改变成无限光学系统时，可极大地纠正球面像差，但是因为CL 130由于盘的不同厚度而被移动，所以响应于CL 130的移动极大地产生了光学像差。结果，通过致动器150在径向上的倾斜驱动可充分减小像差。而且，OL 140的NA可根据更换不同规格的各种类型的其它盘而改变。
图3针对更换各种类型的其它盘显示有限光学系统中的CL 130在光轴上移动的状态，参照图3，穿过分束器120的光以发散状态被传输到OL 140。
虽然图3表示通过移动CL 130的位置将光学拾取装置改变为有限光学系统，但是本发明的示例性实施例可以应用到不是这样配备CL 130的有限光学系统。
OL 140接收发散状态的激光束并且会聚这些激光束以使其在BD 200的其中一层上形成焦点。当例如DVD或者CD的光盘210被再现时，OL 140沿着多个方向移动以在激光盘的层上形成焦点。
如图4所示，在进行纠正之前，使用具有有限光学系统的光学拾取装置再现例如DVD或者CD的光盘210，当OL 140移动距离“l”时，从光源110发射的激光束的入射角改变角度θ。
这里提及的“入射角”是在光轴(A)和虚轴(B)之间形成的角度。虚轴(B)是在OL 140被移动距离“l”之前从光源110穿过OL 140的中心的轴。
虽然在随后的几段中将给出更多的解释，但是致动器150可被径向倾斜驱动，并且可通过使致动器150径向运动“r”来纠正由入射角改变而产生的像差。通过致动器150的径向运动“r”可消除由激光束改变的入射角。
在图4中描述了纠正，其中，OL 140在光轴上垂直移动以减小在使用可倾斜驱动的致动器150的径向倾斜驱动进行纠正所带来的像差。
控制器180计算减小通过OL 140的运动而产生的像差的纠正值来控制致动器150的径向倾斜驱动。通过输入到致动器150的电流和电压值，OL 140的运动量响应于致动器150的运动，可以给出OL 140的运动量，一旦OL 140的运动量已知，由激光束改变的入射角也可得知，从而能够计算用于纠正像差的纠正值。
结果，控制器180可响应于计算的纠正值来控制致动器150的径向倾斜驱动。
而且，除了通过输入到致动器150的电流和电压值，得知响应于致动器150的运动的OL 140的运动量的方法之外，还有另一种方法可得知OL 140的运动量：通过在致动器150上安装光学检测元件(未示出)。该检测元件可以是用于检测OL 140的位置的光学传感器。
图5是用于图2和图3的光学拾取装置的致动器的透视图。
现在，参照图5，致动器150包括放置于光盘210的下面并固定到基座151上的支撑件152。与OL 140安装到一起的薄片154通过结合到支撑件152上的多个悬索件(wire suspension)153在支撑件152上被柔性地支撑。调焦线圈155设置在薄片154上，用于在调焦方向(A)上和循轨方向(B)上驱动OL 140。磁铁157产生与在循轨线圈156中分别流动的电流相互作用的磁场。调焦线圈155、循轨线圈156和轭状物158支撑磁铁157。
OL 140可通过由磁铁157、调焦线圈155和循轨线圈156产生的电磁力在调焦方向(A)和循轨方向(B)上移动。
当电流在调焦线圈155中流动时，通过沿着调焦线圈155流动的电流和由磁铁157的磁场的交互作用产生的电磁力，薄片154沿着调焦方向(A)移动，即沿着从光盘210远离或者接近光盘210的方向移动。结果，从OL 140发射出的激光束的光斑按照预定大小在光盘210的信号轨道上聚焦。
而且，当电流在循轨线圈156中流动时，通过在循轨线圈156中流动的电流和由磁铁157的磁场的交互作用产生的电磁力，薄片154沿着循轨方向(B)移动，即沿着从光盘210的中心远离或者接近光盘210的中心的方向移动，从而光斑并不偏离光盘210的所述信号轨道以便于沿着所述信号轨道循轨。
沿着径向(图5中的C)的倾斜驱动也可通过施加预定量的电流来实现。
当通过上述原理移动OL 140时，循轨方向(B)的运动产生的彗形像差不可忽视。当在循轨线圈156中流动的电流以及在相同位置的电压值已知时，OL 140在循轨方向(B)上的运动量已知，并且入射角也变得已知。因此，可通过使用响应于入射角的改变的致动器150在径向(C)上的倾斜驱动来获得纠正例如彗形像差的像差的效果。
而且，如果当针对径向运动使用不对称结构的致动器150时应用使OL140自动产生倾斜的方法，则不需要已知在循轨线圈156中流动的电流和在相同位置的电压值。如果致动器150的悬索件153的厚度和长度根据垂直位置和水平位置改变，则所述倾斜可自动产生。可使用不对称结构的致动器150自动地调节致动器150的倾斜。
图6是当使用图3的光学拾取装置来再现CD或者DVD时，响应于物镜的运动而产生的特征像差的图。图7是在对图6的物镜进行调节之后的特征像差的图。
参照图1、图6和图7，水平轴代表OL 140的移动长度，垂直轴代表相对于OL 140的移动长度的像差特征。
当如图6所示再现CD或者DVD时，虽然在每个表示像差特征的图之间存在一些差异，但是相对于OL 140的运动，产生的像差陡峭上升。
同时，当如图7所示再现CD或者DVD时，虽然在随着致动器150沿着径向被倾斜驱动之后像差特征减小的图中也存在一些差异，但是不管OL 140的运动如何，与图6相比像差已经减小了，从而由于减小的像差，几乎不出现像差。
从以上描述中清楚的是，沿着径向调节致动器150的倾斜驱动可减小由于物镜的运动和使用高NA的物镜出现的像差。
上述示例性实施例和优点只是示例性的不应被解释为限制本发明。本发明可容易地应用到其它类型的设备上。另外，对本发明的示例性实施例的描述用于阐述本发明而不是限制权利要求的范围，并且许多替换、修改和变更对于本领域技术人员是清楚的。

Claims (11)

1.一种光学拾取装置，包括：
一个光源，输出光，用于记录和再现光学记录介质上的信息；
物镜，通过会聚光将光照射到光学记录介质上；
致动器，调节物镜的运动以在光学记录介质的至少一层上形成光的焦点；
控制器，寻找物镜的位置以减小根据光学记录介质的层的厚度照射的光中形成的像差，并控制致动器将物镜移动到找到的位置。
2.如权利要求1所述的装置，其中，
控制器通过输入到致动器的电流值或者电压值来寻找物镜的位置。
3.如权利要求1所述的装置，其中，
控制器使用设置在致动器上的光检测元件来寻找物镜的位置。
4.如权利要求3所述的装置，其中，
所述光检测元件是用于检测物镜的位置的光学传感器。
5.如权利要求1所述的装置，其中，
控制器使用致动器的不对称结构来自动调节致动器的倾斜。
6.如权利要求1所述的装置，其中，
致动器设置在光学记录介质之下，并且该致动器可在如下方向上被驱动：径向，绕着与光学记录介质平行的法向上的旋转轴摆动，脱离从光学记录介质远离或者接近光学记录介质的调焦方向；循轨方向，从光学记录介质的中心远离或者接近光学记录介质的中心；多个法向，与光学记录介质的径向垂直。
7.如权利要求1所述的装置，其中，入射角表示在光轴和虚轴之间形成的角度，虚轴是从光源穿过物镜的中心的轴；控制器径向驱动致动器使其在径向上倾斜来消除由于物镜的运动产生的入射角的改变，从而减小了像差。
8.如权利要求6所述的装置，其中，控制器寻找以获得致动器在径向上的倾斜驱动的角度以减小像差。
9.如权利要求7所述的装置，其中，控制器寻找以获得致动器在径向上的倾斜驱动的角度以减小像差。
10.如权利要求1所述的装置，还包括准直透镜，用于会聚光和将光转换为平行光。
11.如权利要求1所述的装置，其中，物镜的NA能够根据更换不同类型的各种光学记录介质而变换。
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