CN1113338A - 在拾光系统中检测聚焦误差的刃形边缘法 - Google Patents

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Abstract

用在拾光系统中检测聚焦误差的刃形边缘法，该 系统包括一光源，一光检测单元，一光束分离器，一物 镜，一刃形边缘，一对相加器和一差动放大器，该系统 的特点是：(1)光检测单元包括的第一和第二检波器彼 此垂直，并等分地产生一对光电元件；(2)刃形边缘将 传送的光束一部分反射到第二检波器。而将剩余部 分传送到第一检波器；(3)光检测单元还包括第一和 第二相加器，每个相加器分别与两光电元件相连，用 于相加两光电元件的输出；(4)差动放大器用于接收 第一和第二相加器的输出，将输出之差作为聚焦误差 信号。

Description

本发明涉及一种拾光系统;特别涉及一种供该系统应用的经改善的刃形边缘方法，它使光效率提高。
对于光信息记录盘，例如激光盘，共同的难题之一是存在聚焦误差。已推荐出了一种刃形边缘法用于解决这个问题。
图1中说明一种使用该刃形边缘法的现有拾光系统10。该拾光系统10包括一个光源12，一个光束分离器14，一个物镜16，一个光信息记录盘19（以后称作光盘），一刃形边缘20，一个光检测器22，以及一个差动放大器28。在该系统中，光束13从光源12，例如从激光二极管发射到光束分离器件14，并且部分由包括在其中的一反射面15所反射。从该反射面15反射的光束穿过物镜16辐射到光盘19的记录表面18，作为一个聚焦的光束。从光盘19反射的该聚焦的光束由物镜16会聚并通过光束分离器14传送。然后光束绕过刃形边缘20投射到包括一个接收表面27的光检测器22上，该接收表面27备有一对光电元件。来自每一个光电元件的、以光束强度形式的输出分别连接到差动放大器28的第一和第二输入端24，26，借助于比较每一个光电元件的输出，即可使该差动放大器28检测连带的聚焦误差，该聚焦误差就是该两个输出的差。投射在接收表面27的每一个光接收部分上的光束强度按照在光盘19的记录表面18和光束会聚点之间的位置上的关系而变化。
当光盘的记录表面18和会聚点17重合时，这被称作为一个“正好聚焦”位置。在这种情况下，投射在每一个光电元件上的光束的强度是相同的，这样每一个光电元件的输出，即对差劲放大器的第一和第二输入端24，26的输入是相同的，从而产生零聚焦误差。如果光盘的记录表面18和会聚点17不相重合，投射在每一个光电元件上的光束强度彼此不相同，由此使系统产生带有指示位移方向的非零值的聚焦误差。但是这种普通的刃形边缘方法要求该刃形边缘遮断一部分光束，因此将降低该光束的光效率。
因此本发明的首要目的在于提供一种供拾光系统应用的改善了的刃形边缘法，它可以增加光束的光效率。
根据本发明，提供了一种用于确定聚焦误差的拾光系统，该系统包括：一个用于产生光束的光源;一个具有第一和第二检波器的光检波单元，每个检波器可产生光束强度测量形式的输出，第一和第二检波器彼此垂直、等分，以提供一对第一和第二光电元件，其中该第一检测器和在光盘上的一个会聚点构成一根光轴;备有反射表面的光束分离器，该反射表面将光束从光源反射到光盘的记录表面，并将从该光盘的记录表面反射的光束传送到光检测单元，其中，反射表面按这样一种方式放置，即相对于由记录表面反射的光束的光轴，它是倾斜的;一个物镜，放置在光束分离器和光盘之间，用于将由光束分离器反射的光束聚焦在记录表面上，并用于将由记录表面反射的光束会聚到光束分离器的反射表面上;一个刃形边缘，备有一个背侧表面，配置在光束分离器和第一检波器之间，利用该刃形边缘，使反射部分通过光束分离器的反射表面传送到第二检波器，而通过光束分离器传送的剩余部分光束绕过刃形边缘到达第一检波器;一个第一相加器，该第一相加器连到该第一检波器的第一光电元件以及第二检波器的第一光电元件;一个第二相加器，该第二相加器连到该第一检波器的第二光电元件以及第二检波器的第二光电元件;以及一个差动放大器，借助其比较第一和第二相加器输出，用于产生聚焦误差信号。
根据以下结合附图给出的最佳实施例的说明将更清楚本发明上述的和其他的目的及优点，其中：
图1表示使用刃形边缘法的现有技术的拾光系统的示意图;
图2说明按照本发明最佳实施例的刃形边缘法的透视图;
图3公开了一种详细的图，说明本发明的刃形边缘和图2所描绘的检波单元之间的关系;
图4A-4C举例说明投射在检波器接收表面上的光束的截面光强度分布;以及
图5描绘光盘位移和一个聚焦误差信号强度变化之间的关系。
在图2-5中说明按本发明最佳实施例的有创造性的刃形边缘的各种形式。要指出的是，其中相同的部分具有相同的参考号码。
图2说明用于一个有能力检测聚焦误差的拾光系统10中的有创造性的刃形边缘20的透视图，它包括一个光源12，一个光束分离器14，一个物镜16，一个光盘19，一个刃形边缘20以及一个包括第一和第二检波器31.37的光检测单元50。在该系统10中，光束13从光源（例如激光二极管）12发射到光束分离器14，其一部分由包括在其中的反射面15所反射。由反射面15反射的光束通过物镜辐射到光盘19的记录表面18上作为一个聚焦光束。该聚焦光束从记录表面18反射，然后通过光束分离器14传送，通过光束分离器14传送的聚焦的光束由刃形边缘20分为两部分21，23。刃形边缘20备有用作反射器的一个背侧表面34。聚焦光束的部分23由刃形边缘20的该背侧表面34反射到光检测单元50的第二检波器37，而其剩余部分21绕过刃形边缘20到达其第一检波器31，其中刃形边缘20按这样一种方式安置，即它相对垂直于第二检波器37的第一光轴57倾斜预定角度θ。θ最好为45°。
参照图3，光检测单元50包括第一、第二检波器31、37，一对相加器60、62和一个差动放大器28，其中第一，第二检波器31、37包括一对第一和第二光电元件，例如分别为32，33，38，39。每一个光电元件能产生光束强度测量形式的输出。刃形边缘20相对垂直于第二检波器37的第一光轴57倾斜一预定角度，因此，由刃形边缘20反射的投射在第二检波器37上的聚焦光束的部分23和投射在第一检波器31的上聚焦光束的剩余部分21是相同的。第一和第二光轴57、58彼此垂直。第一和第二检测器31和37的第一光电元件32、38的输出分别被送到第一相加器60，而第一和第二检波器31和37的第二光元件33、39的输出分别被送到第二相加器62。第一和第二相加器60、62的输出按序被送到差动放大器28，该放大器28产生该两输出的差，由此提供了聚焦误差信号。
图4A表示当光盘19正好放置在聚焦位置时投射在第一和第二检波器31、37接收表面中心上的光束40、41的横截光强度分布。如果光盘19偏离该正好的聚焦位置，即偏离物镜16，则在第一和第二检波器31、37接收表面上成像的光束44、45的横截光强度分布，如图4B所示，偏向第一光电元件32、38。对于光盘19靠近物镜移动的情况，在检波器31、37接收表面上成像的光束42、43的横截光强度分布，如图4C所示，偏向第二光电元件33、39。
图5说明电压和位移为函数而测量的一条聚焦误差检测信号曲线70、箭头72指示一个可能的聚焦控制距离。在该系统中，聚焦控制距离约为15μm。
如上所述，要指出的是，在一个拾光系统中，借助于使用刃形边缘的背侧表面的反射光束，用有创造性的刃形边缘方法替代普通的刃形边缘法将增加光束的光效率。
虽然本发明已就最佳实施例进行了描述，但是可以作出其他的改型，而不偏离如下列权利要求所述的本发明的范围。

Claims (4)

1、一种用于确定聚焦误差的拾光系统，包括：
一个光源，用于产生光束；
一个光检测单元，具有第一和第二检测器，每个检波器能产生光束强度测量形式的输出，该第一和第二检波器彼此垂直，每一个第一和第二检波器被等分，以产生一对第一和第二光电元件，其中第一检波器和处在光盘上的会聚点构成一条光轴；
一个光束分离器，具有反射表面，用于将光束从光源反射到光盘的记录表面，并将该从光盘记录表面反射的光束传送到光检测单元，其中，该反射表面按这种方式配置，即它相对由记录表面反射的光束的光轴是倾斜的；
一个物镜，放置在光束分离器和光盘之间，用于将光束分离器反射的光束聚焦于记录表面上，并将由该记录表面反射的光束会聚到该光束分离器的反射表面；
一个刃形边缘，备有一个背侧表面，并放置在光束分离器和该第一检波器之间，用该刃形边缘的背侧表面将通过光束分离器反射表面传送的部分光束反射到第二检波器，将通过该光束分离器传送的剩余部分光束绕过该刃形边缘传送到第一检波器；
一个第一相加器，它连接到第一检波器的第一光电元件以及第二检波器的第一光电元件；
一个第二相加器，它连接到第一检波器的第二光电元件以及第二检波器的第二光电元件；以及
一个差动放大器，用于比较第一和第二相加器输出以产生聚焦误差信号。
2、根据权利要求1的拾光系统，其中刃形边缘的背侧表面由反射材料做成。
3、根据权利要求1的拾光系统，其中，预定角度是45°。
4、根据权利要求1的拾光系统，其中，每一个检波器具有一对第一和第二光电元件，用于检测光束的强度。
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