CN101023476B - 光扫描设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于扫描信息载体(10)中至少一个信息层(101、102)的光扫描设备，所说光扫描设备包括用于产生将要聚焦在所说信息层(101、102)上的辐射束(11)的装置(1)。球面像差(SA)补偿模块(40)安排在所说辐射束(11)的光路中并且包括球面像差补偿装置(41)和用于折叠所说辐射束(11)的光路的反射装置(42)。

Description

光扫描设备 
技术领域
本发明涉及用于扫描信息载体中至少一个信息层的光扫描设备。 
本发明具体来说涉及用于从和/或向由光盘携带的至少一个信息层读出和/或记录数据的任何光盘设备。这样的光盘设备可以是CD(致密盘)、DVD(数字通用盘)、或BD(蓝光盘)播放器和/或记录器。 
背景技术
具有多个信息层的信息载体是广泛使用的。例如，某些DVD包括第一和第二信息层，可以借助于试图聚焦在信息层之一的辐射束来扫描所说的这些信息层，以便从所选的信息层读出或者向所选的息层记录。“扫描”这一表达意味着从信息层中读出数据或者向所说信息层写入数据。 
用于扫描这样一种双层DVD的光扫描设备通常包括用于产生发散辐射束的装置、用于转换这种发散光束成为平行辐射束的准直器、和用于聚焦所说平行辐射束在两个信息层之一上的物镜。光扫描设备还包括一个执行机构，用于轴向移动所说物镜以聚焦所说辐射束在期望的信息层上。 
应当说明的是，当移动物镜以便从一个信息层切换到另一个信息层时，将引起一定数量的球面像差(SA)。然而，辐射束的数值孔径相当地低，使球面像差的数值在光扫描设备的容差范围内，所以不需要球面像差补偿。实际上，像差的大小与辐射束的数值孔径的4次方成比例，这就意味着，数值孔径的很小的增加将会导致球面像差数值的大幅度增加。 
当前的趋势是增加辐射束数值孔径，以便减小聚焦光点在所选信息层上的大小，从而增加信息层的数据存储容量。实际上，聚焦光点的直径与数值孔径成反比。结果，当从一个信息层切换到另一个信息层时引入的像差的数量增加了，因此必须进行补偿。 
值得注意的是，对于球面像差补偿的这种需求还适用于只有一个信息层的信息载体，如在CD/DVD/BD兼容的光扫描设备中，在这种 光扫描设备中，从一种模式变化到另一种模式会引起不期望的球面像差。 
在图1中表示出能够对于球面像差进行补偿的现有技术的光扫描设备。从文献中可以了解到球面像差补偿的几种机制： 
-产生液晶(LC)单元的球面像差。在通过物镜6将辐射束聚焦在盘10上之前，将球面像差加到波前上，对于由于覆盖层厚度的改变引起的球面像差进行补偿。为此，要按照信息层的改变例如借助于液晶单元13中液晶的切换局部改变光路。 
球面像差补偿的这种方案的缺点是，对于小的光瞳半径难以进行补偿，并且，对于径向跟踪期间由于慧形象差效应引起的光瞳移动是不允许的。因此，液晶单元应该固定到跟踪执行机构上，这对于小波形因数(form factor)光学驱动器是难以实现的，因为跟踪执行机构上的重物会恶化系统的性能。 
-可变的物体共轭距离。球面像差补偿的这种方法包括在物镜6的本身内产生球面像差。为此，可通过调节准直器4的位置来改变物镜的共轭来实现。 
这个方案的缺点是，对于准直器的焦距为几个毫米的规则光路几何形状，这个方案将导致相当大的准直器位移，在大数值孔径的光路中一般为几个毫米，在小波形因数光学驱动器中这仍然是难以实现的。 
发明内容
本发明的一个目的是提供一种光扫描设备，所说光扫描设备可产生高球面像差补偿，这种球面像差补偿可应用到任何球面像差补偿技术并且与小波形因数光学驱动器提出的要求一致。 
为此，本发明提出一种用于扫描信息载体中至少一个信息层的光扫描设备，所说光扫描设备包括用于产生将要聚焦在所说信息层上的辐射束的装置和一个球面像差(SA)补偿模块，所说球面像差补偿模块安排在所说辐射束的光路中并且包括球面像差补偿装置和用于折叠所说辐射束的光路的反射装置。 
本发明的优点是，使用折叠装置有可能使总光路减小2倍，并且使光扫描设备比现有技术公开的装置更加紧凑。此外，可以利用任何球面像差补偿装置实现所说的补偿模块，所说任何球面像差补偿装置 是一个光路长度补偿装置或者是共轭改变的补偿装置。 
在一个特定的实施例中，所说的反射装置面对分束器，从而使从所说分束器出来的所说辐射束的光路通过所说分束器向所说信息层反射。 
光路长度补偿装置或者可以是传统的切换的液晶单元，或者是分立的台阶相位板。在后一种情况下，必须提供一个校正透镜，以便保证辐射束在相关的相位台阶上的聚焦。 
由于可能发生与光路长度补偿装置有关的慧形象差效应，所以最好使用共轭变化的补偿装置。 
在一个优选实施例中，所说共轭变化的补偿装置包括一个球面像差校正透镜。这个实施方案的优点是，允许使用具有短焦距的球面像差校正透镜，从而使补偿装置的总行程很短，因而使实现紧凑的光路几何条件成为实际可能。进而，应当说明的是，按照本发明的一个目的，数值孔径是很大的。但是，在球面像差校正透镜的焦距不影响边缘强度的情况下，这一特征并不损伤边缘强度，边缘强度是通过准直器的焦距独立确定的。 
为了使光扫描设备更加紧凑，本发明提出：所说光设备包括信息检测束的检测装置，光栅安排在所说信息检测束当中，所说检测装置设置在所说球面像差校正透镜的焦点平面上。实际上，这一举措使检测装置能够放在球面像差校正透镜的焦点平面上，紧挨着补偿模块的反射装置。于是，检测装置可以集成到补偿模块上，因而检测装置并不占据补偿模块本身以外的较多空间。 
参照后面描述的实施例进行说明，本发明的这些和其它方面将更加清楚明白。 
附图说明
现在参照附图借助于实例更加详细地描述本发明，其中： 
图1示出能够对于球面像差进行补偿的现有技术的光扫描设备。 
图2表示按照本发明的光扫描设备的总体结构； 
图3表示图2的光扫描设备的一个实施例，其中包括一个切换的液晶单元； 
图4表示图2的光扫描设备的一个实施例，其中包括一个分立的台阶相位板； 
图5表示图2的光扫描设备的总体结构，其中包括一个共轭变化的补偿装置； 
图6a-6c表示图5的共轭变化的补偿装置的实施例； 
图7a-7c表示图6c的实施例的特定切换装置； 
图8表示图5的光扫描设备的一个实施例，其中包括一个光栅。 
具体实施方式
图2表示按照本发明的光扫描设备的总体结构。 
在图2所示的实施例中，对于这样一种光扫描设备进行设计，以便可以扫描信息载体10中的两个信息层101和102。当将所说光扫描设备并入与例如CD、DVD、BD格式兼容的播放器和记录器时，信息载体10当然可以具有多于两个信息层的信息层和甚至仅一个信息层。 
图2的光扫描设备包括辐射源1，例如激光二极管，用于产生试图聚焦在所说信息层101和102上的辐射束。辐射源1发出的光穿过光束整形器2、用于产生平行辐射束的准直器4、和偏振分束器3。物镜6完成辐射束11在信息载体10上的聚焦，对于物镜6进行控制，以便允许焦点从层101切换到层102，反之亦然。标号5和20涉及的是1/4波片，所述1/4波片是相对于这个偏振分束器3的偏振光性质所要求的。 
通过检测器8可以读出存储在信息层101和102中的信息，在所说检测器8上，通过一个伺服光学装置7聚焦从信息载体10产生的信息束12。检测器8与伺服光学装置7一起能够产生将要加到物镜6上的误差信号，以便可以通过物镜6控制所选的信息层的跟踪。 
如在图2中所看到的，将球面像差补偿模块30安排在所说辐射束11的光路中，以便可以补偿当从一个信息层向另一个信息层切换时可能出现的球面像差。 
一般说来，球面像差补偿模块30包括球面像差补偿装置和用于折叠辐射束11的光路的反射装置。 
在图2的实施例中，所说反射装置面对分束器3，从而可以将从分束器3出来的辐射束的光路通过所说分束器向所说信息层反射。 
可以理解，与现有技术光路不同，在聚焦在信息载体10上之前，现在的激光光束通过偏振分束器3两次，具有使系统紧凑的优点，因为反射装置使光路减小2倍。 
图3和图4涉及按照本发明的光扫描设备，它利用由光路长度补 偿装置构成的球面像差补偿装置。 
在图3代表的实施例中，补偿模块30包括一个切换液晶单元31，切换液晶单元31与用作反射装置的平面镜32相关联。 
图4实施例的补偿模块30包括一个分立的台阶相位板31’，相位板31’也与平面镜32相关联，所说分立的台阶相位板31’放置在借助于透镜21聚焦的最好是大的数值孔径的光束里。 
如早些时候已经提到的，两种方法都不太理想，因为由慧形象差效应产生的执行机构的径向行程是有限的。在原理上，这可以通过使用径向刚性光路来解决，所说径向刚性光路固定补偿装置到径向执行机构上。 
解决这一问题的另一个解决方案是使用共轭变化的补偿装置代替光路长度补偿装置。 
图5-8表示具有球面像差补偿模块的实施例，球面像差补偿模块包括共轭变化的补偿装置。 
在一般情况下，如图5所示，球面像差补偿模块40包括一个共轭变化的补偿装置，共轭变化的补偿装置大体上包括球面像差校正透镜41和平面镜42。所要求的球面像差补偿是通过修正球面像差校正透镜41和平面镜42的相应聚焦实现的。下面，结合图6a-6c给出细节。 
如以上所述，球面像差校正透镜41的焦距不影响边缘强度，在原理上，所说的焦距可以尽可能小。例如，如果使用焦距为2mm的透镜，则可能要求有130微米的总行程来补偿当从一层切换到BD盘的相邻层时的球面像差，因而，对于光扫描设备，使紧凑的光路几何条件成为实际可行的。边缘强度是由准直器4确定的，准直器4的焦距可以根据需要加大。 
还有，对于校正透镜41使用小的焦距，按照针对光扫描设备的总体目的，相对于聚焦在信息层上的光点的大小，允许具有大的数值孔径。 
图6a-6c表示使用这种构思改变共轭的几个不同的装置。 
在图6a中，在垂直方向驱动反光镜42，而校正透镜41是固定的。在图6b中，校正透镜41仍旧是固定的，但反光镜42’略成楔形，并且可以在水平方向移动。在图6c中，沿光轴方向驱动球面像差校正透镜41，反光镜42是固定的。 
参照图6a的实施例，应当说明的是，当焦距极小时(1mm左右)，反光镜42的所要求的行程变成几十微米，可以使用如图7a-7c所示的MEMS(微电机系统)反光镜装置来实现切换。较小的1mm直径的透镜41可以安装在较小的MEMS膜片反光镜装置42的基片之上。MEMS反光镜的有效区域在光学上应该是平直的，以防止引入较高阶的像差。进而，所说的有效区域应该是强反射性的，以防止吸收聚焦的光束，引起反光镜膜片的随后损坏。 
为使光扫描设备更加紧凑，可以组合检测与球面像差校正分支，如图8所示。为此目的，省去1/4波片5，并且由偏振分束器3发送从信息载体10反射后的信息光束12。接下去，反射后的信息光束12碰到偏振敏感的光栅结构29，光栅结构29适合于耦合第一阶衍射光到检测器8，所说检测器8的位置紧挨着MEMS反光镜设备42。通过使用合适的光栅结构和检测器几何形状，可以关注径向跟踪和焦点跟踪。 
在下面的权利要求书中的任何标号都不应该被认为是对于权利要求的限制。显然，使用动词“包括”和它的变化形式并不排除存在除任何权利要求中定义的元件以外的任何其它元件。在元件前边的词“一个”并不排除存在多个这样的元件。 

Claims (10)

1.一种用于扫描信息载体(10)中至少一个信息层(101、102)的光扫描设备，所述光扫描设备包括用于产生将要聚焦在所述信息层(101、102)上的辐射束(11)的装置(1)和一个球面像差(SA)补偿模块(30、40)，所述球面像差补偿模块(30、40)安排在所述辐射束(11)的光路中，所述球面像差补偿模块包括用于折叠所说辐射束(11)的光路的反射装置，其中所述的反射装置面对分束器(3)，从而使从所述分束器(3)出来的所说辐射束(11)的光路通过所述分束器向所述信息层反射，特征在于，所述反射装置是光学地平坦的并且所述球面像差补偿模块还包括设置在所述反射装置和所述分束器之间的球面像差补偿装置。
2.根据权利要求1所述的光扫描设备，其中所述反射装置是平面或楔形反射镜(42，42’)。
3.根据权利要求1所述的光扫描设备，其中球面像差补偿装置是光路长度补偿装置(31、31’)。
4.根据权利要求3所述的光扫描设备，其中光路长度补偿装置是切换的液晶单元(31)。
5.根据权利要求3所述的光扫描设备，其中光路长度补偿装置是分立的台阶相位板(31’)。
6.根据权利要求1所述的光扫描设备，其中所述球面像差补偿装置为共轭变化的补偿装置，所述共轭变化的补偿装置包括一个球面像差校正透镜(41)。
7.根据权利要求6所述的光扫描设备，其中所述球面像差补偿装置包括用于沿所述辐射束(11)的光轴移动所述球面像差校正透镜(41)的装置。
8.根据权利要求6所述的光扫描设备，其中所述反射装置是一个平面镜(42)，所述球面像差补偿装置包括用于沿所述辐射束(11)的光轴移动所述平面镜(42)的装置。
9.根据权利要求6所述的光扫描设备，其中所述反射装置是一个楔形镜，所述球面像差补偿装置包括用于垂直于所述辐射束(11)的光轴移动所述楔形镜(42’)的装置。
10.根据权利要求6所述的光扫描设备，其中所述光扫描设备包括信息检测束(12)的检测装置(8)、安排在所述信息检测束(12)中的光栅(29)，所述检测装置(8)设置在所述球面像差校正透镜(41)的焦点平面上。
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