CN1123444A - 一种光学读取系统中用来探测调焦误差的改进象散法 - Google Patents

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Abstract

一个采用一种改进象散方法来探测调焦误差的光学读取系统，该系统包括：一个光源；一个光探测器，包含一个由四个方形光电池所组成的方形光接收面；一个具有一个反射面的分束器，该反射面反射来自光源的光并使从记录表面反射回来的光通过；一个第一和一个第二加法器用来把来自方形光接收表面上相对角的两个信号相加；一个物镜，排列在分束器和光盘之间；一个梯度折射率透镜，位于分束器和光探测器之间，用来使通过分束器的光束产生象散；以及一个用来产生调焦误差信号的差动放大器。

Description

一种光学读取系统中用来探测调焦误差的改进象散法
本发明涉及一种光学读取系统，尤其涉及一种应用采用一个梯度折射率透镜的象散法能探测调焦误差的光学读取系统。
光信息记录盘，如激光盘的常见困难之一在于出现调焦误差。象散法已被引入来解决这个问题。
图1所示为一种采用象散法的现有光学系统10，见已公开的美国专利No.4023033，题目为“光学调焦器件”，在此引入作为参考。
光学读取系统10包括一个光源11，分束器12，物镜13，光信息记录盘14(以下称之为光盘)，柱面镜15，第一加法器16，第二加法器17，光探测器18和差动放大器19。在该系统中，光束20从光源11--例如一个半导体激光器中发出，进入分束器12，然后在反射面21上部分反射。从反射面21反射的光束通过物镜13以聚焦光束的形式照射到光盘14的记录表面22上。从光盘14反射回来的聚焦光束被物镜13会聚后通过分束器12。通过分束器12的聚焦光束在通过柱面镜15后造成象散，然后被投射到光探测器18上，该探测器包括一个方形的光接收面23，该接收面上设置了四块方形光电池(未画出)。每一块光电池以光强度测量的方式给出一个输出信号。方形光接收面23上两个相对角的光电池产生的两个输出信号被传输给第一加法器16，另外两个相对角的光电池的两个输出信号被传输后给第二加法器17。然后，从第一和第二加法器16，17输出的信号被传输给差动放大器19，该放大器通过比较第一和第二加法器16，17的输出信号又产生一个相应的调焦误差信号，该调焦误差信号即为两个加法器输出信号之差。在象散状态下，照射在光探测器18的方形光接收面23上的四个方形光电池上的光通量的形状根据光盘14的记录表面22与会聚点24的位置关系而变化。为了以光通量的形状来探测这种变化，在会聚点24与光探测器18之间设置了柱面镜15，并且使正好聚焦时(零调焦误差)在方形光接收表面23所处的位置上，光通量形状为园形，即所谓“恰好聚焦”位置。如果光盘14在垂直方向上偏离了恰好聚焦位置，由差动放大器19产生的调焦误差信号就不再是零，其符号表示偏离的方向。这种常规象散法要求采用柱面透镜15以象散的方式将光斑会聚到方形光接收表面23上。然而，因为所采用的常规柱面透镜不是平面的，要将光会聚点24与光探测器18准确对准是相当困难的。
因此，本发明的一个主要目的是要提供一种能在具有经过改进的准确对准能力的光学读取系统中使用的象散方法。
根据本发明，提供了一种采用改进象散法确定调焦误差的光学读取系统，该系统包括：产生一束光束的光源；一个包含一个由四个光电池构成的方形光接收面的光探测器，所述四个光电池中的每一个以光强度测量的方式给出一个输出信号，其中光探测器和处在光盘表面上的会聚点构成一条光轴；一个分束器有一反射表面用来将来自光源的光束反射到光盘的记录表面并使从光盘记录表面反射回来的光束透过其到达光探测器，其中该反射面的位置相对光轴是倾斜的；一个第一加法器迭加来自方形光接收面上两个对角光电池的输出信号；一个第二加法器迭加光接收面上其余两个对角光电池的输出信号；一个物镜，置于分束器和光盘之间，用来将经分束器反射的光会聚到记录表面上并将从记录表面反射回来的光会聚到分束器反射面上；一个梯度折射率透镜使透过分束器后的光在经过它后产生象散，其中梯度折射率透镜位于分束器和光探测器之间，该透镜具有一个垂直中心平面和一个与位置相关的折射率分布；和一个通过比较第一和第二加法器的输出信号来产生调焦误差信号的差动放大器。附图简要说明：
通过下面优选实施例的描述以及附图，本发明的上述目的以及其它目的和优点将更为清楚，其中：
图1为采用柱面透镜的现有光学读取系统的简图；
图2所示为与本发明的一个优选实施例相对应的具有创造性的象散方法的简图；
图3所示为由四个方形光电池组成的一个方形光接收面；
图4为应用于本发明的梯度折射率透镜的简图；以及
图5所示为采用该梯度折射率透镜的象散方法的立体图。
优选实施例
图2所示为应用了使用梯度折射率透镜55的象散方法的具有创造性的光学读取系统50的简图。
该有创造性的光学读取系统50包括一个光源51，分束器52，物镜53，光信息记录盘54(以下简称为光盘)，梯度折射率透镜55，第一加法器56，第二加法器57，光探测器58以及差动放大器59。在该系统中，从光源51例如一个半导体激光器发出的光束60入射到分束器52，并由所采用的反射面61部分反射。从反射面61反射的光通过物镜53后以聚焦光束的形式入射到光盘54的记录表面62上。从光盘54反射回来的聚焦光束由物镜53会聚后通过分束器52。穿过分束器52的聚焦光束在通过梯度折射率透镜55后产生象散并入射到光探测器58上，如图3所示，该探测器包括一个由四个光电池64，65，66，67所组成的方形光接收表面63。每个光电池--例如64，以光强度测量的方式给出一个输出信号。来自相对角的两个输出信号--如方形光接收表面63的105，107被传输给第二加法器57，相应地，其余两个相对角的两个输出信号被输送给第一加法器56。来自第一和第二加法器的输出信号56，57随后被输送给差动放大器59，该放大器又通过比较第一和第二加法器56，57的输出信号从而产生一个相应的调焦误差，调焦误差即为这对加法器的两个输出信号之差。
在象散状态下，入射在光探测器58的方形光接收表面63上的光通量形状根据光盘54的记录表面62与光束会聚点68之间的位置关系而变化。为了以光通量形状来探测这种变化，在会聚点68和光探测器58之间设置了梯度折射率透镜55，并且使正好聚焦时(零调焦误差)，即“恰好聚焦”位置，在方形光接收表面63所处的位置上，光通量形状为圆形。如果光盘54在垂直方向上偏离了恰好聚焦位置，调焦误差信号不再是零，其符合表示偏离的方向。
图4所示为用于该具有创造性的光学读取系统50的六面体梯度折射率透镜55。该梯度折射率透镜55的特征为：(1)用一种光折射材料制成；(2)具有一个均匀的厚度t以及一个平行于X-Z平面的垂直中心面70；(3)具有一对平行的平侧面71、72，使光束得以入射和出射；以及(4)具有一个与位置相关的折射率分布，该分布相对于垂直中心面70对称。该与位置相关的折射率分布可以用以下方程来描述。n2(r)＝no 2[1－(gr)2＋h4(gr)4
－h6(gr)6＋……]其中：h4＝2/3
h6＝-17/64
no＝沿光轴的折射率
g＝折射率分布常数
r＝圆形光束半径
图5所示为采用该梯度折射率透镜55的象散法的简图。梯度折射率透镜55所起的作用类似于图1中柱面透镜15的作用，使Z轴的作用如常规的准直透镜，x轴如光轴，而y轴如一块平面玻璃。该梯度折射率透镜55插入在轴73中并处在传播光束74的光路上，从而提供所需特性的光学系统象散。熟悉此项技术的人仍将理解，当光盘54处于恰好聚焦位置时，传播光束将形成圆形光斑75，当光盘54远离该梯度折射率透镜55时，形成一个以y轴方向为长轴的椭圆光斑76，当光盘54移近梯度折射率透镜55时，形成一个以Z轴为长轴的椭圆光斑77，造成照射到四块方形光电池64，65，66，67中每一块上的光通量形状发生变化。
如上所述，在光学读取系统中采用梯度折射率透镜代替常规柱面透镜是有益的，它将改进对准精度，因为梯度折射率透镜55是平面状的，使其更易于装配。
针对该优选实施例，已经对本发明进行了描述，然而，在不偏离权利要求中叙述的本发明的范围的前提下，也可作出其它修改和变化。

Claims (3)

1、一个采用一种改进象散法来探测调焦误差的光学读取系统，该系统包括：
一个产生一束光的光源；
一个光探测器，包括一个由四个方形光电池构成的方形光接收面，四个光电池中的每一个均以光强度测量的方式给出一个输出信号，其中光探测器和位于光盘上的会象点构成光轴；
一个具有一个反射面的分束器，该反射面将来自光源的光束反射到光盘记录表面并使从光盘记录表面反射回来的光束通过从而到达光探测器，其中该反射面的设置相对于光轴是倾斜的；
一个第一加法器用来将来自方形光接收面上相对角的两个信号相加；
一个第二加法器用来将来自方形光接收面上其余两个相对角的信号相加；
一个物镜，排列在分束器和光盘之间，用来将从分束器反射的光束会聚到记录表面上并使从光盘记录表面反射回来的光会聚后进入光分束器的反射面；
一个梯度折射率透镜用来使透过分束器的光束产生象散，其中该梯度折射率透镜处在分束器和光探测器之间，具有一个垂直的中心平面和一个与位置相关的折射率分布；以及
一个通过比较来自第一和第二加法器的信号来产生调焦误差信号的差动放大器。
2、如权利要求1所述的光学读取系统，其中梯度折射率透镜与位置相关的折射率分布是相对于垂直中心面对称的。
3、如权利要求2所述的梯度折射率透镜，其中该梯度折射率透镜与位置相关的折射率分布可以作如下描述：n2(r)＝no 2[1－(gr)2＋h4(gr)4
－h6(gr)6＋……]其中：h4＝2/3
h6＝17/64
no＝沿光轴的折射率
g＝折射率分析常数
r＝圆形光束半径
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