CN1117184A - 用于检测光学拾取系统中调焦误差的象散透镜 - Google Patents
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Abstract
Description
本发明涉及一种光学拾取系统,更确切地说,涉及一种能够将改进的象散透镜结合其中以检测调焦误差的光学拾取系统。
光学信息记录盘例如激光盘中共同存在的难题之一是涉及调焦误差的产生。可以引入象散方法来解决该难题。
图1所表示的已有技术,利用象散方法的光学拾取系统10已公开在美国专利NO.4.023.033中,其标题为“光学调焦装置”,在此结合作为参考。该光学拾取系统10包括有光源12,分束器16,物镜18,光学信息记录盘20(随后称之为光盘),柱面镜26以及光学检测器28。在该系统中,由光源12例如激光二极管发出的光束14,进入分束器16并由其中含有的反射面22局部反射。由该反射表面22反射的光束,经过物镜18作为聚焦光束射在光盘20的记录表面21上。由光盘20反射回来的聚焦光束,被物镜18会聚并透过分束器16。透过分束器16之后的聚焦光束,由于其通过柱面镜26而成为有象散的光束,随后照射到光学检测器28上面,该检测器28包括带有四块正方形光电池(未表示)的光接收表面29,此光电池被安排为一个正方形。四块光电池中的每一块均以光强测量的形式产生输出。来自该正方形光接收表面两相对角落的两个输出,被提供给第一个加法器;而且来自其余两相对角落的两个输出,分别提供给第二个加法器。然后,将来自第一及第二个加法器的结果提供给差分放大器(未表示),再通过比较第一及第二个加法器的输出以产生相关调焦误差,此调焦误差也就是来自这对加法器的两输出之差。
由于是象散的,所以成象在光学检测器28的光接收表面29上的光通量的形状是随着光盘20的记录表面21和光束会聚点19之间的位置关系而变化。为了检测光通量形状的这种变化,按一定方式恰好将柱面镜26安置在会聚点19和光学检测器28之间,以使当光束被聚焦射时(调焦误差为零)即所谓“恰好聚焦”位置,光接收表面29正好处在光通量形状变为圆的位置。如果光盘20沿垂直方向从恰好聚焦位置向光学检测器28移动,则调焦误差信号变成不为零,以其符号来识别位移方向,从而对调焦误差进行检测。这种传统的象散方法需要让柱面镜从象散方式将光斑聚焦。然而,由于这里采用的传统柱面镜都不是平面的,所以让它和会聚点19及光学检测器28精确对准,以使光接收表面29恰好位于光通量形状变为圆的位置,颇为困难。
因此,本发明的主要目的在于提供一种改进的象散透镜,用在光学拾取系统中,能够同会聚点和光学检测器精确对准,以使该检测器上的光接收表面恰好位于零调焦误差位置。
根据本发明提供的用于光学拾取系统中的凸象散透镜,包括一块正交的基板,由折射材料制做,具有第一及第二表面,并且带有竖直取向的中心平面,其中第一和第二个表面是相互平行的,每一个表面上都带有一对横边及一对纵边,而且中心平面与第一和第二表面垂直;并且包括位于上述正交基板第一表面上的两组各M个五面体,每组中的每一个五面体都是由上述折射材料制做的,而且带有一个矩形的基础表面、一个矩形的倾斜表面、一个矩形的垂直表面、以及一对成直角三角形的彼此平行的侧表面;三个矩形表面中的每一个都具备一对纵边及一对横边,而且每个三角形侧表面都有一个基底Rm、一个高度Hm和一条斜坡,其中m为表示序数的自然数;并且每个五面体的每对三角形侧表面的基底、高度和斜边,他们分别是由相应五面体矩形基础表面、矩形垂直表面和矩形倾斜表面的一对横边决定的;在M个五面体的每个五面体中,两个三角形侧表面的高度Hm都是相等的;每一个五面体的形成,都是靠将矩形倾斜表面的纵边之一以角度θm同矩形垂直表面的纵边之一并接以构成第一条棱,将矩形基础表面的纵边之一以直角同矩形垂直表面的剩余边并接以构成第二条棱,以及将矩形基础表面的剩余纵边以(180 °-θm-90 °)的角度同矩形倾斜表面的剩余纵边并接以构成第三条棱;M个五面体的第一、第二和第三条棱都是相互平行的,M个五面体中每个五面体,除了具有三角形侧表面的基底Rm为最长和最短的五面体之外,其余五面体的第二条棱均同邻近五面体的第三条棱共线;每组五面体中具有基底Rm为最大的三角形侧表面的五面体,其矩形表面共用同一个矩形表面;每组五面体中具有基底Rm为最短的三角形侧表面的五面体,其第三条棱与正交基板第一表面的纵边分别共线;而且两组五面体中M个五面体的矩形基础表面,也同该正交基板的第一表面共面,从而使此两组各M个五面体相对中心平面为对称;对于M个五面体的每个五面体来说,其角度θm进一步是由对应五面体中三角形侧表面的基底Rm决定的,此基底Rm用数学式表示为: 其中,f表示焦距,λ表示光源的波长。
根据本发明另一方面的用于光学拾取系统中的凹象散透镜,包括一块正交的基板,由折射材料制做,具有第一、第二、第三及第四表面,并且带有竖直取向的中心平面,其中第一和第二表面是相互平行的,第三和第四表面也是相互平行的,每个表面上都带有一对横边及一对纵边,而且中心平面与第一和第二表面垂直;并且包括位于上述正交基板第一表面上的两组各M个五面体,每组中的每一个五面体都是由上述折射材料制做的,而且带有一个矩形的基础表面、一个矩形的倾斜表面、一个矩形的垂直表面,以及一对成直角三角形的彼此平行的侧表面;三个矩形表面中的每一个都具备一对纵边及一对横边,而且每个三角形侧表面都有一个基底Rm、一个高度Hm和一条斜坡,其中m为表示序数的自然数;并且每个五面体的每对三角形侧表面的上述基底、高度和斜边,他们分别是由相应五面体的矩形基础表面、矩形垂直表面和矩形倾斜表面的一对横边决定的;在M个五面体的每个五面体中,两个三角形侧表面的高度是相等的;每一个五面体的形成,都是靠将矩形倾斜表面的纵边之一以角度θm同矩形垂直表面的纵边之一并接以构成第一条棱,将矩形基础表面的纵边之一以直角同矩形倾斜表面的剩余纵边并接以构成第二条棱,以及将矩形基础表面的剩余纵边以(180 °-θm-90 °)的角度同矩形垂直表面的剩余纵边并接以构成第三条棱;M个五面体的第一、第二和第三条棱都是相互平行的,除了具有三角形侧表面的基底Rm为最长及最短的五面体之外,每组中M个五面体的每个五面体的第二条棱均同邻近五面体的第三条棱共线;每组五面体中具有基底Rm为最大的三角形侧表面的五面体,共用第三条棱;具有基底Rm为最短的三角形侧表面的五面体,其矩形表面分别处在该正交基板第三和第四表面的同一表面上,而且两组五面体中五面体的矩形基面也同该正交基板的第一表面共面,从而使此两组M个五面体相对中心平面对称;对于M个五面体中每个五面体来说,其角度θm进一步是由对应五面体中三角形侧表面的基底Rm决定的,此基底Rm可数学式表示为: 其中,f表示焦距,λ表示光源的波长。
从以下结合附图对最佳实施例所作描述中,本发明以及上述和其它一些目的和优点将变得更加明显,其中
图1表示采用了柱面镜的已有技术的光学拾取系统示意图;
图2A表示根据本发明最佳实施例的凸象散透镜透视图;
图2B表示沿图2A中V-V直线所取本发明的凸象散透镜截面示意图;
图2C表示图2A中所示凸象散透镜的五面体透视图;
图3A为根据本发明另一最佳实施例的所发明的凹象散透镜的透视图;
图3B表示沿图3A中直线V-V所取本发明凹象散透镜截面图;
图3C表示图3A中所示凹象散透镜的五面体透视图,以及
图4表示采用本发明象散透镜之一的象散方法透视图。
在图2.3及4中分别表示出本发明最佳实施例的所示象散透镜的透视图和截面图。应当指出的是,相同的部分在此具有相同的编号。
图2A中表示能够用在光学拾取系统中检测调焦误差的本发明凸象散透镜50透视图,它包括一块正交基板52和两组M个五面体,由折射材料例如PMMA(甲基丙烯酸甲酯)、PC(聚碳酸酯)和PS(聚苯乙酯)制做。
该正交基板52具有第一、第二、第三和第四个表面54、56、53和55,并且配备有竖直指向的中心平面58,其中第一个平面54和第二个平面56是相互平行的,所述第一及第二个表面中的每一个都带有一对横边108及一对纵边109;第三及第四个表面有一对横边108及一对纵边109;第三及第四个表面也是相互平行的,而且中心平面与第一及第二表面54、56垂直。
两组M个五面体60m放在该正交基板52第一表面54的顶部,每组中的每一个五面体60m都带有矩形的基础表面62、矩形的倾斜表面66、矩形的垂直表面64和一对成直角三角形的相互平行的侧表面68。脚标m为表面序数的自然数。三个矩形表面中的每一个,进一步具有一对纵边及一对横边,而且每个三角形的侧表面68都有一个基底Rm、一个高度Hm及一条斜边;每一个五面体中一对三角形侧表面的基底、高度和斜边,分别是由矩形基础表面62、矩形垂直表面64和矩形倾斜表面64的一对横边决定的。
由于ns是个常数,所以M个五面体中每个五面体60m的三角形侧表面的高度Hm近似相等。
如图2B及2C所示,每一个五面体的形成都是靠将矩形倾斜表面66的纵边101及102之一以角度θm同矩形垂直表面64的纵边102及103之一并接以构成第一条棱70m,将矩形基础表面62的纵边101及103之一以直角同矩形垂直表面64的剩余纵边103并接以构成第二条棱74m,以及将矩形基础表面62的剩余纵边101以(180°-θ-90°)的角度同短形倾斜表面66的剩余纵边101并接以构成第三条棱72m。M个五面体的第一、第二和第三条棱70m,74m和72m是相互平行的; M个五面体中每个五面体60M的第二条棱74m,除了具有基底Rm为最长及最短的三角形侧面68的五面体601之外,其第二第棱74m都与邻近的五面体60m-1的第三条棱72m-1共线。每组五面体中带有最大基底Rm的三角形侧表面68的五面体601,其矩形垂直表面64,共用同一个矩形垂直表面64;每组五面体中带有最短基底Rm的三角形侧表面62的五面体60m,其第三条棱72m与正交基板第一表面54的纵边共线;而且两组五面体中五面体60m的矩形基面62,也和正交基板52的第一表面54共平面,从而使两组M个五面体60m相对于中心平面58对称。
作为第二个实施例,在图3A及3C中表示出用于光学拾取系统中的本发明凹象散透镜50的两个透视和截面图。
本发明的凹象散透镜50与本发明的凸象散透镜类似,除了每组五面体中带有最大基底Rm的三角形侧表面68的五面体60m共用同一条第三棱之外,而且带有最短基底Rm的三角形侧表面的五面体,其矩形侧垂直表面分别处在正交基板第三和第四个表面的同一平面上。
图4中表示具有本发明象散透镜的象散方法的示意图。本发明的象散透镜50起到图1中表示的柱面镜类似的作用,让Z轴起到普通准直镜的作用,X轴作为光轴,Y轴起平板玻璃的作用。将本发明的象散透镜50插入光轴40安排在透射光24的光路中,从而提供具有象散特性的光学系统。如本领域技术熟练人员理解的那样,当光盘放在恰好为聚焦位置上时,透射光将形成的圆光斑34成象在Y-Z平面上;当光盘由此恰好聚焦位置朝光学检测器移动时,在恰好聚焦位置前头的位置上将形成沿Y轴方向细长的椭圆形光斑32;当光盘由此恰好聚焦位置朝光学检测器移动时,在恰好聚焦位置之后位置上将形成沿Z轴方向细长的椭圆光斑36。
如上所述,应当理解,在光学拾取系统中采用本发明的象散透镜取代传统的柱面镜,由于本发明的象散透镜为平的,故其能够改善对准精度,而且还很容易组装。
尽管本发明对最佳实施例进行了描述,然而其它一些变更和改变也可以作出,但不离开本发明的范围,如所附权利要求中提出的那样。
Claims (6)
1.一种用在光学拾取系统中的凸象散透镜,它包括:
一块正交的基板,由折射材料制做,具有第一及第二表面,并且带有竖直取向的中心平面,其中第一和第二个表面是相互平行的,每一个表面上都带有一对横边及一对纵边,而且中心平面与第一和第二个表面垂直,以及
位于上述正交基板第一表面上的两组各M个五面体,每组中的每一个五面体都是由上述折射材料制做的,并且带有一个矩形的基础表面、一个矩形的倾斜表面、一个矩形的垂直表面,以及一对成直角三角形的彼此平行的侧表面;三个矩形表面中的每一个都具备一对纵边及一对横边,而且每个三角形侧表面都有一个基底Rm、一个高度Hm及一条斜边,其中m为表示序数的自然数;并且每个五面体的每对三角形侧表面的基底、高度和斜边,分别是由相应五面体矩形基础表面、矩形垂直表面和矩形倾斜表面的一对横边确定的;在M个五面体的每个五面体中,两个三角形侧表面的高度Hm都是相等的;每一个五面体的形成,都是靠将矩形倾斜表面的纵边之一以角度θm同矩形垂直表面的纵边之一并接以构成第一条棱,将矩形基础表面的纵边之一以直角同矩形倾斜表面的剩余纵边并接以构成第二条棱,以及将矩形基础表面的剩余纵边以(180°-θm-90°)的角度同矩形倾斜表面的剩余纵边并接以构成第三条棱;M个五面体的第一、第二和第三条棱都是相互平行的,M个五面体中的每个五面体,除了具有基底Rm为最长和最短的三角形侧表面的五面体之外,其第二条棱均同邻近五面体的第三条棱共线;每组五面体中具有基底Rm为最大的三角形侧表面的五面体,其矩形表面共用同一个矩形表面;每组五面体中具有基底Rm为最短的三角形侧表面的五面体,其第三条棱与正交基板第一表面的纵边分别共线;而且两组五面体中M个五面体的矩形基础表面,也同该正交基板的第一表面共面,从而使此两组各M个五面体相对中心平面为对称;对于M个五面体中每个五面体来说,其角度θm进一步是由对应五面体中三角形侧表面的基底Rm决定的,此基底Rm可用数学式表示为 其中,f表示焦距,λ表示光源的波长。
2.一种用在光学拾取系统中的凹象散透镜,它包括:
一块正交的基板,由折射材料制做,具有第一、第二、第三及第四表面,并且带有竖直取向的中心平面,其中第一和第二个表面是相互平行的,第三和第四个表面也是相互平行的,每个表面上都带有一对横边及一对纵边,而且中心平面与第一和第二表面垂直,以及
位于上述正交基板第一表面上的两组各M个五面体,每组中的每一个五面体都是由上述折射材料制做的,并且带有一个矩形的基础表面、一个矩形的倾斜表面、一个矩形的垂直表面,以及一对成直角三角形的彼此平行的侧表面;三个矩形表面中的每一个都具备一对纵边及一对横边,而且每个三角形侧表面都有一个基底Rm、一个高度Hm及一条斜边,其中m为表示序数的自然数;并且每个五面体的每对三角形侧表面的上述基底、高度和斜边,分别是由相应五面体的矩形基础表面、矩形垂直表面和矩形倾斜表面的一对横边确定的;在M个五面体的每个五面体中,两个三角形侧表面的高度是相等的;每一个五面体的形成,都是靠将矩形倾斜表面的纵边之一以角度θm同矩形垂直表面的纵边之一并接以构成第一条棱,将矩形基础表面的纵边之一以直角同矩形倾斜表面的剩余纵边并接以构成第二条棱,以及将矩形基础表面的剩余纵边以(180 °-θm-90 °)的角度同矩形垂直表面的剩余纵边并接以构成第三条棱;M个五面体的第一、第二和第三条棱都是相互平行的,除了具有三角形侧表面的基底Rm为最长及最短的五面体之外,每组中M个五面体的每个五面体的第二条棱均同邻近五面体的第三条棱共线;每组五面体中具有基底Rm为最大的三角形侧表面的五面体,共用第三条棱;具有基底Rm为最短的三角形侧表面的五面体,其矩形表面分别处在该正交基板第三和第四表面的同一表面上,而且两组五面体中五面体的矩形基面也同该正交基板的第一表面共面,从而使此两组各M个五面体相对中心表面对称;对于M个五面体中每个五面体来说,其角度θm进一步是由对应五面体中三角形侧表面的基底Rm决定的,此基底Rm用数学式表示为: 其中,f表示焦距,λ表示光源的波长。
3.如权利要求1或2的象散透镜,其中的折射材料是由甲基丙烯酸甲酯(PMMA)制做的。
4.如权利要求1或2的象散透镜,其中的折射材料是由聚碳酸酯(PC)制做的。
5.如权利要求1或2的象散透镜,其中的折射材料是由聚苯乙酯(Polystyrate)制做的。
6.一种光学拾取系统,包括具有权利要求1至5中任一权利要求叙述的结构的象散透镜。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
AD01 | Patent right deemed abandoned | ||
C20 | Patent right or utility model deemed to be abandoned or is abandoned |