CN1124392A - 光传感器设备及使用光传感器设备的光盘设备 - Google Patents

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Abstract

一种光传感器设备，包括：发射激光光束的激光光源、具有第一光轴和预定不满足程度的阿贝正弦状态并准直激光光束的准直光学系统、具有第二光轴并把来自准直光学系统的激光光束聚焦在光盘的信息保持平面的物镜、检测光盘相对于参考点的倾斜量和倾斜方向的检测部分、和按检测的倾斜量和倾斜方向相对于第二光轴改变第一光轴的控制部分。要控制的光学元件的质量很小，可提供高频响应，并可提供沿光盘切向方向的倾斜伺服机构。还公开了一种使用该光传感器设备的光盘设备。

Description

光传感器设备及使用光传感 器设备的光盘设备
本发明涉及一种在光盘上读出并记录信息的光传感器设备和一种使用光传感器设备在光盘上复制和记录信息的光盘设备。
具有径向倾斜的伺服机构用于在激光光盘上读出信息的光传感器是公知的。在这种现有技术的光传感器中，传感器检测沿激光光盘径向方向的倾斜度，并且光传感器的整个光学系统在结构上是倾斜的以补偿光盘沿径向方向的倾斜。
在激光光盘系统中，按FM(调频)调制方式记录信号，使激光光盘的切向倾斜对信号调制不会有太大的影响。因此在激光光盘系统中只补偿径向倾斜。
如以上所述，径向倾斜伺服机构不可能提供高速响应，这是由于要控制整个光学系统的倾斜、质量太大的缘故。但在激光光盘系统中，因为在大多数情况下从内圈到外圈的一个微小的弯曲就能引起径向倾斜，所以根本就不需要高速响应，因此高速响应就不成为问题。
在记录数字信号的光盘系统中，其中包括具有大数字孔NA的光学系统以提高记录密度，因为切向倾斜直接影响记录的数字信息的复制质量，所以要对光盘的切向倾斜进行补偿。这种切向倾斜是在比光盘转动频率还高的频率发生的。因此，切向倾斜补偿和径向倾斜补偿要求高频响应。
本发明的目的旨在提供一种改进的光传感器设备和使用该光传感器设备的一种改进的光盘设备。
按本发明，提供一种第一光传感器设备，该设备包括：一个激光光源，用于发射激光光束；一个准直的光学(透镜)系统，具有一个第一光轴和一个预定的不满足程度的阿贝正弦状态，用于准直激光光束；一个物镜，具有一个第二光轴，用于将来自准直光学系统的激光光束聚焦在光盘的一个信息保持平面上；一个检测部分，用于检测光盘相对于一个参考点的倾斜量和倾斜方向(其中包括在光盘和物镜之间的倾斜，下面将描述)；以及一个控制部分，用于根据检测到的倾斜量和倾斜方向相对于第二光轴改变第一光轴。
按本发明，还提供一种第二光传感器设备，该设备包括：一个光源，用于发射激光光束；一个准直光学(透镜)系统，具有第一和第二组透镜，用于准直激光光束；一个物镜，具有一个第二光轴，用于将来自准直光学系统的激光光束聚焦在光盘的信息保持平面上，靠近物镜的第一组透镜具有一个预定的不满足程度的、具有第一光轴的阿贝正弦状态，并且该第一组透镜具有一个第一光轴；一个检测部分，用于检测光盘相对于一个参考点的倾斜量和倾斜方向；以及一个控制部分，用于按照检测到的倾斜量和倾斜方向相对于第二光轴改变第一光轴。
在第一或第二光传感器设备中，检测部分检测沿光盘的切向和/或径向方向的倾斜，并且控制部分在切向(和/或径向)方向相对于第二光轴改变第一光轴。
在第一或第二光传感器中，控制部分相对于第二光轴移动第一光轴。
在第一或第二光传感器设备中，控制部分相对于第二光轴倾斜第一光轴。
使准直光学系统的一个透镜系统具有预定的不满足程度的阿贝正弦状态，并倾斜或移动该透镜系统的光轴以补偿由光盘的倾斜引起的音撇象差。因此，通过传动机构只移动或倾斜该透镜系统的光轴就足够了，所以要控制的光学元件的质量很小。因此可提供高频响应，并可提沿光盘的切向方向的(以及径向方向高频响应的)倾斜伺服机构。
按照本发明，进一步还提供一种在光盘上复制和记录信息的光盘设备，它包括：一个转动部分，用于转动光盘；一个光传感器，用于复制和记录信息；以及一个托架部分，用于沿光盘的径向方向携带光盘，该光传感器具有：一个激光光源，用于发射激光光束；一个准直光学系统，具有一个第一光轴和一个预定的不满足程度的阿贝正弦状态，用于准直激光光束；一个物镜，具有一个第二光轴，用于把来自准直光学系统的激光光束聚焦在光盘的一个信息保持平面上；一个检测部分，用于检测光盘相对于一个参考点的倾斜量和倾斜方向；以及，一个控制部分，用于按照检测到的倾斜的量和方向相对于第二光轴改变第一光轴。
从下述结合附图的详细描述中，本发明的目的和特征将变得更加清楚，其中：
图1是光传感器设备的实施例的剖面图；
图2A—2C是从图1的相同方向观察的该实施例的部分剖面图，其中省去了图1中的分束器；
图3表示该实施例的特性曲线，代表球面象差和第二凸透镜系统的阿贝正弦条件的不满足程度；
图4表示该实施例的特性曲线A，它代表波前象差(rms)和第二凸透镜的张角之间的关系，图3还表示出现有技术凸透镜的特性曲线B，它代表一个波前象差和一个张角之间的关系；
图5表示使用该实施例的光传感器设备的一个光盘设备；
图6表示该实施例的光盘倾斜角和第二凸透镜系统为补偿由光盘的倾斜而产生的音撇象差所必须倾斜的倾斜角之间的关系；以及
图7表示的是该实施例的一个表格，表示补偿光盘倾斜的测量结果。
图中相同或相应的元件或部件用相同的参考标号表示。
在描述实施例之前，先描述本发明的一个概念。设在激光光源和物镜之间的准直光学系统具有一个预定的不满足程度的阿贝正弦状态，检测光盘的倾斜，并且相对于物镜的光轴改变准直光学系统的光轴，从而得到一个第一音撇象差，用于抵消由于光盘的倾斜(弯曲)而产生的第二音撇象差。
下面描述本发明的实施例。
图1是一个光传感器设备实施例的剖面图。激光光源1发射激光光束。准直光学系统2有一个第一凸透镜系统L1和一个第二凸透镜系统L2，用于准直激光光束。设在第一和第二凸透镜系统L1和L2之间的分束器3分裂激光光束。物镜4将来自准直光学系统2的激光光束聚焦在光盘5的信息保持平面5a上。
由激光光源1射出的激光光束被第一凸透镜系统L1略加会聚并通过分束器3发出，第二凸透镜系统L2向物镜4提供已准直的激光光束。物镜4将该激光光束聚焦在信息保持平面5a上。由信息保持平面5a反射的激光光束通过物镜4准直并通过第二凸透镜系统L2略加会聚。来自第二凸透镜系统L2的反射的激光光束再次进入分束器3。分束器3按对角线交叉方向反射该激光光束。圆柱形凸透镜6向光检测器7聚焦该反射的激光光束。
第二凸透镜系统L2借助于传动机构8相对于物镜4的光轴移动或倾斜该第二凸透镜系统L2的光轴。在必要时，传动机构8使用二维的驱动传动机构或二维的倾斜传动机构来补偿切向倾斜和径向倾斜这两种倾斜。
下面更加具体地描述该准直光学系统。图2A至2C是这个实施例的部分剖面图，其中表示了准直光学系统2，省去了分束器3。图2A是第一状态，其中第二凸透镜系统L2的光轴与物镜4的光轴对齐。图2B是第二状态，其中第二凸透镜系统L2的光轴32相对于物镜4的光轴是倾斜的。图2C是第三状态，其中第二凸透镜系统L2的光轴32相对于物镜4的光轴有一个移动。具有第一和第二凸透镜系统L1和L2的准直光学系统2的数据如以下所示：
总聚焦长度f＝35mm
第一凸透镜系统L1：
聚焦长度f1＝60mm；以及
在共轭比S1/S2＝1/2时满足阿贝正弦条件。
第二凸透镜系统L1：
聚焦长度f2＝70mm；
在无限共轭比时不满足阿贝正弦条件(不满足程度为—0.6)；并且
两个透镜间的距离：d＝10mm。
如以上所述，对第一凸透镜系统L1进行设计，以抑制它的球面象差，进而满足阿贝正弦条件。因此，对于激光光源1和第一凸透镜系统L1之间的相对位置精度的要求是很宽松的，这是因为在光轴外面的一个物体的象差随着距光轴的距离的加大而缓慢增加的缘故。
图3表示这个实施例的特性曲线，表示一个球面象差和一个第二凸透镜系统L2的阿贝正弦状态的不满足程度。如图3所示，尽可能多地抑制了第二凸透镜系统L2的球面象差。在无限共轭比时的阿贝正弦条件只有轻微的不满足。
图4表示这个实施例的一条特性曲线A和现有技术凸透镜系统的一条特性曲线B；特性曲线A表示波前象差(rms—均方根值)和第二凸透镜系统L2之间的关系；特性曲线B表示波前象差和一个张角之间的关系，在该张角范围内使现有技术凸透镜系统满足第二凸透镜系统L2的大多数规定，只是不满足阿贝正弦条件这一规定。
本发明人认为，特性曲线A和B之间的差别代表了音撇象差的影响，并且象散性不会影响这个差别。如以上所述，为了只得到音撇象差同时抑制象散性，在设计中最好通过把透镜的折射率分配给多个透镜系统，即第一和第二凸透镜系统L1和L2，使第二凸透镜系统L2的聚焦长度f2变得更长些。
如以上所述，第二凸透镜系统L2表现出的特性就是音撇象差随第二凸透镜系统L2的张角的加大而简单的增加。因此，由第二凸透镜系统L2的光轴32相对于激光光源1、第一凸透镜系统L1、以及物镜4的光轴33的倾斜角θ(如图2B所示)可以得到期望大小的音撇象差。但如图2C所示，由第二凸透镜系统L2的光轴32相对于光轴33的移动距离D也可以得到该音撇象差，和光轴32倾斜时的情况相似。
这就是说，按照由于光盘5的倾斜而引起的音撇象差的大小和方向，通过控制第二凸透镜系统L2的光轴32相对于光轴33的倾斜角度，或者通过控制移动的量D，就可抑制由于光盘5的倾斜而产生的音撇象差。
图5表示使用这个实施例的光传感器设备的光盘设备。将光盘5放在主轴12上并用夹具13固定。电机11在驱动电路26控制下转动光盘5。通过装在托架25上的光传感器20来跟踪光盘5，托架25通过由位置控制电路24控制的托架机构30进行移动。托架25还要移动检测器9。检测器9检测信息保持平面5a相对于旋转平面21或相对于参考点22的倾斜的量和方向。
在上述实施例中，检测器9是分开单独设置的。但也可以用光检测器7检测光盘5的倾斜。
图6表示本实施例的光盘5的倾斜角和必须补偿由于光盘5的倾斜而产生的音撇象差所需的第二凸透镜系统L2的倾斜角之间的关系。图7给出了本实施例的一个表格，表示补偿光盘5倾斜的测量结果。表的第一列表示光盘的倾斜〔度数〕，第二列表示补偿前由光盘5的倾斜产生的波前象差量(rms)，第三列表示补偿后的由光盘5的倾斜产生的波前象差量(rms)，第四列表示补偿的改进程度。
如图7所示，波前象差量被抑制到未经补偿条件下的波前象差量的1/10左右的程度。
在上述实施例中，准直光学系统包括第一和第二凸透镜系统L1和L2。但是，第一凸透镜系统L1是可以省略的。
然而，在上述实施例中，使第二凸透镜系统L2的阿贝正弦条件不满足到一个预定的程度。但也可能使第一凸透镜系统L1的阿贝正弦条件不满足到一个预定的程度，并且倾斜第一凸透镜系统L1的光轴。但如在该实施例中所述，如果对设在物镜4的靠分束器3一侧的第二凸透镜系统L2进行这种倾斜和移动，则光束在光检测器7上的光点将不随第二凸透镜系统L2的倾斜或移动而移动，因此可按常规方式实现跟踪检测和聚焦检测。
在本发明的光检测器设备中，使准直光学系统中的透镜系统具有不满足到一个预定程度的阿贝正弦状态，并且倾斜或移动透镜系统的光轴以补偿由于光盘5的倾斜引起的音撇象差。因而，通过传动机构只移动或倾斜准直光学系统的一部分就够了，因此要控制的光学元件的质量很小，故可以提供倾斜伺服机构的高频响应，从而可提供沿光盘的切向方向的倾斜伺服机构。

Claims (9)

1.一种光传感器设备，包括：
一个激光光源，用于发射激光光束；
一个准直光学系统，具有一个第一光轴和一个预定的不满足程度的阿贝正弦状态，用于准直所说激光光束；
一个物镜，具有一个第二光轴，用于把来自所说准直光学系统的所说激光光束聚焦在光盘的一个信息保持平面上；
一个检测部分，用于检测所说光盘相对于一个参考点的倾斜量和倾斜方向；以及
一个控制部分，用于按照检测到的所说倾斜的量和方向相对于所说第二光轴改变所说第一光轴。
2.如权利要求1所述的光传感器设备，其中所说检测部分检测沿所说光盘的切向方向的所说倾斜，并且所说控制部分沿所说切向方向相对于所说第二光轴改变所说第一光轴。
3.如权利要求1所述的光传感器设备，其中所说控制部分相对于所说第二光轴移动所说第一光轴。
4.如权利要求1所述的光传感器设备，其中所说控制部分相对于所说第二光轴倾斜所说第一光轴。
5.一种光传感器设备，包括：
一个激光光源，用于发射激光光束；
一个准直光学系统，具有第一和第二组透镜，用于准直所说激光光束；
一个物镜，具有一个第二光轴，用于将来自所说准直光学系统的所说准直激光光束聚焦在光盘的一个信息保持平面上，靠近所说物镜的所说第一组透镜具有一个预定的不满足程度的、具有第一光轴的阿贝正弦状态，并且所说第一组透镜具有一个第一光轴；
一个检测部分，用于检测所说光盘相对于一个参考点的倾斜量和倾斜方向；以及
一个控制部分，用于按照检测到的所说倾斜的量和方向相对于所说第二光轴改变所说第一光轴。
6.如权利要求5所述的光传感器设备，其中所说检测部分在所说光盘的切向方向检测所说倾斜量，并且所说控制部分在所说切向方向相对于所说第二光轴改变所说第一光轴。
7.如权利要求5所述的光传感器设备，其中所说控制部分相对于所说第二光轴移动所说第一光轴。
8.如权利要求5所述的光传感器设备，其中所说控制部分相对于所说第二光轴倾斜所说第一光轴。
9.一种光盘设备，用于在光盘上复制和记录信息，包括：
一个转动部分，用于转动光盘；
一个光传感器，用于复制和记录所说信息；以及
一个托架部分，用于沿所说光盘的径向方向携带所说光盘，所说光传感器具有：
一个激光光源，用于发射激光光束；
一个准直光学系统，具有一个第一光轴和一个预定的不满足程度的阿贝正弦状态，用于准直所说激光光束；
一个物镜，具有一个第二光轴，用于把来自所说准直光学系统的所说激光光束聚焦在光盘的一个信息保持平面上；
一个检测部分，用于检测所说光盘相对于一个参考点的倾斜量和倾斜方向；以及
一个控制部分，用于按照检测到的所说倾斜的量和方向相对于所说第二光轴改变所说第一光轴。
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