CN1306501C - 能够校正球面像差的光学拾取设备 - Google Patents

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Abstract

一种反射镜调节器(10)，包括粘接到圆反射镜(4)的背面的压电元件(21)，以便圆形表面的中心与反射镜(4)的圆形背面的中心相匹配。压电元件(21)接收电压以使其粘接的圆形表面环绕360度以均匀比率径向扩张/收缩，从而允许反射镜(4)具有几何形状发生变化的表面。反射镜(4)具有镜面，该镜面设有折射率至少为1的透射膜(20)。

Description

能够校正球面像差的光学拾取设备
技术领域
本发明总体上涉及一种光学拾取设备，特别地涉及一种具有校正球面像差功能的光学拾取设备。
背景技术
只读光盘(CD)、数字化通用光盘(DVD)和其他类似光盘具有各自的存储信息，所述信息通过包括光学拾取设备的装置从光盘中光学读取信息得到再现。
在光学拾取设备中，光源发射激光束，该光束接下来由反射镜反射和通过物镜聚集以照明所需轨道上的光盘记录面。轨道反射并且从而返回接下来由光电探测器检测的光以读取该轨道信息。
由物镜聚集的光可以提供球面像差。球面像差的含义是，在由物镜聚焦的光线中，通过一部分透镜的光线远离光轴或透镜的外围部分，同时接近于光轴或通过透镜中心的光线聚焦在不同的位置处。当球面像差产生时，光盘不能令人满意地再现其信息。
因此，设计物镜以校正预定厚度光盘的球面像差。然而，如果光盘厚度不均匀同时校正量不匹配，那么球面像差将产生。此外，如果光盘的记录层由多层形成，并且对于不同层存在跳变，则校正量不匹配且球面像差产生。
这种球面像差例如通过使用液晶设备以调节相应于球面像差的相位的方法来防止，这种方法在日本专利公开号2003-141771中公开。
然而，上述公开文本中描述的利用液晶设备以提供相位调节的方法要求光学拾取设备具有复杂的结构同时也促成成本增加。
发明内容
本发明所考虑的是一种可以具有简化结构以减少球面像差的光学拾取设备。
为了克服上述缺陷，本发明的一个方面提供一种光学拾取设备，其允许从激光束光源发射的激光束通过反射镜反射以提供反射光，该反射光接下来由物镜聚焦到光学存储介质上，该光学拾取设备包括：反射激光束的圆反射镜；和包括压电元件的反射镜调节器，该压电元件具有粘接到反射镜圆形背面的圆形表面，以便压电元件圆形表面的中心和反射镜圆形背面的中心匹配，压电元件接收电压以使粘接到反射镜的圆形表面环绕360度以均匀比率径向扩张/收缩，使得反射镜具有几何形状发生变化的表面，该反射镜具有镜面，其设有折射率至少为1的透射膜。
本发明的另一个方面提供一种光学拾取设备，其允许从激光束光源发射的激光束通过反射镜反射以提供反射光，该反射光接下来由物镜聚焦到光存储介质上，该光学拾取设备包括：反射激光束的圆反射镜；相对于反射镜的镜面布置的棱镜；和包括压电元件的反射镜调节器，该压电元件具有粘接到反射镜圆形背面的圆形表面，以便压电元件圆形表面的中心和反射镜圆形背面的中心匹配，压电元件接收电压以使粘接到反射镜的圆形表面环绕360度以均匀比率径向扩张/收缩，使得反射镜具有几何形状发生变化的表面，并且如果光源发射的光束必须沿相对于光束入射方向成角度θ4+θ12的方向引导以将光束提供到物镜，棱镜和反射镜倾斜且棱镜具有折射率和几何形状，则初始设置成(θ4+θ12)＞(2×θ8)，其中θ4表示光在远离反射镜镜面的棱镜表面上的入射角，θ12表示从远离反射镜镜面的棱镜表面发出的光的折射角，θ8表示从接近于反射镜镜面的棱镜表面发出的光在反射镜上的入射角。
本光学拾取设备可以具有简化结构以减少球面像差。
本发明的前述和其他目的、特征、方面及优点将从下面结合所附附图对本发明的详细描述中变得更加明显。
附图说明
图1示出了光学拾取设备的光学系统的主要部分。
图2A示出了当旋转/像差校正反射镜4具有一般几何形状的镜面时反射光12的光程，图2B示出了当旋转/像差校正反射镜4具有几何形状改变的镜面时反射光12的光程。
图3示出了第一实施例中反射镜调节器10的结构。
图4示出了反射镜4的镜面以点的形式接收准直光束11。
图5A示出了当反射镜4的镜面上没有设置透射膜时准直光束11和反射光12的光程，图5B示出了当反射镜4的镜面上设有折射率1.7的透射膜20时准直光束11和反射光12的光程。
图6示出了棱镜30和反射镜4的布置。
具体实施方式
以下将参考附图描述本发明的实施例。
第一实施例
本实施例涉及包括设有透射膜的旋转/像差校正反射镜的光学拾取设备。
图1示出了拾取设备的光学系统的主要部分。参考该附图，光学拾取设备包括光源1，准直仪2，偏振光分束器3，圆形的旋转/像差校正反射镜4，物镜5，柱面透镜7，光电探测器8，和反射镜调节器10。
光源1发射光束13。准直仪2将光束13准直为准直光束11。反射镜4沿下述方向改变准直光束11，即向光盘6反射光束11以提供反射光12的方向。物镜5允许反射光12照明光盘6的信息记录面。
信息记录面具有调节反射光光强的位列。从而经过调节的反射光通过物镜5、由反射镜4反射、然后通过偏振光分束器3、由柱面透镜7会聚，从而入射到光电探测器8。
光电探测器8接收光线，该光线用于再现光盘6的信息并且控制物镜5适当地聚焦和跟踪。
此外，控制电路(未示出)将入射到光电探测器8上的光分成中心部分的光和外围部分的光，并检测它们各自的聚焦位置以检测球面像差的量。控制电路通过检测的球面像差的量驱动以控制支承反射镜4的反射镜调节器10，从而改变反射镜4镜面的几何形状以减少球面像差的量。
图2A示出了当反射镜4具有一般或平的几何形状镜面时反射光12的光程。如图所示，球面像差产生。
图2B示出了当反射镜4具有几何形状改变的镜面时反射光12的光程。如图所示，几何形状改变的镜面减少了球面像差量。
图3示出了反射镜调节器10的结构。参考附图，反射镜调节器10包括压电元件21，支承压电元件21的枝状物22，和固定物23。
压电元件21粘接到反射镜4的背面。粘接到反射镜4背面的压电元件21的表面为圆形，并且圆的中心与反射镜的圆形背面的中心匹配。压电元件21的厚度方向垂直于反射镜表面。
当电压施加到压电元件21上时，压电元件21扩张/收缩。更特别地，当压电元件21接收正电压时，压电元件21的粘接到反射镜4的圆形表面环绕360度以均匀比率径向扩张，如图3的箭头(1)所示。由于反射镜4粘接到压电元件21，因此反射镜4弯曲成凹形，从而会聚反射光12。
相反，当压电元件21接收负电压时，此时如图3的箭头(2)所示，压电元件21的粘接到反射镜4的圆形表面环绕360度以均匀比率径向收缩。由于反射镜4粘接到压电元件21，因此反射镜4弯曲成向外突出，从而发散反射光12。
如图4所示，当将反射镜角度设为45°时，反射镜4的镜面以椭圆点接收准直光束11。这里“反射镜角度”指的是准直光束11入射到反射镜4的具有一般几何形状的镜面上的角度。
在图4中，切线方向一般情况下是平行于反射镜4镜面的方向并且连接反射镜上的接收最接近和最远离光盘6表面的光线的位置。径向方向一般情况下是平行于反射镜4镜面的方向并且垂直于切线方向。
从而对于小于90°的反射镜角度，提供椭圆形点，并且在切线和径向方向等量，即在切线和径向方向提供相等曲率半径的弯曲反射镜4并不提供适当减少的球面像差的量。换句话说，不管如何调节施加的电压，球面像差依旧保持不可忽略的量。
在本实施例中，通过对反射镜4的镜面提供具有尽可能高的至少为1的折射率的透射膜20，允许旋转/像差校正反射镜4的镜面以尽可能接近垂直的角度(即，以允许入射角接近于0°的角度)接收准直光束11，从而球面像差的量可以适当减少。
图5A示出了当反射镜4的镜面没有设置透射膜时准直光束11和反射光12的光程。如图所示，准直光束11以角α(＝45°)入射到镜面上。
图5B示出了当反射镜4的镜面设有折射率1.7的透射膜20时准直光束11和反射光12的光程。如图所示，准直光束11以角α(＝45°)入射到透射膜22的表面上并且通过相同的表面折射以提供折射光13。由于透射膜20具有1.7的折射率，因此根据斯涅耳定律，从表达式sinα＝1.7×sinβ得出折射角β是24.58°。折射光13通过反射镜4的镜面反射。入射角和反射角都是β(＜α)。反射光14以角β入射在透射膜20的表面上并且通过相同的表面折射以提供反射光12，其接下来入射到物镜15上。根据斯涅耳定律，折射角是α(＝45°)。
在反射镜4镜面上设置具有折射率至少为1的透射膜可以提供光在镜面上减小的入射角，以便反射镜4可以接收接近于垂直方向的光。
因而本实施例提供包括旋转/像差校正反射镜4的光学拾取设备，所述反射镜具有设有折射率至少为1的透射膜的镜面，以至于如果变形以便校正球面像差的反射镜4的镜面在切线和径向方向具有相等的曲率半径，则可以实现适当地减少球面像差的量。
第二实施例
本实施例涉及包括相对于旋转/像差校正反射镜的镜面设置的棱镜的光学拾取设备。
本实施例的光学拾取设备与图1所示的第1实施例的光学拾取设备的不同之处在于，旋转/像差校正反射镜4不具有设有透射膜20的镜面，而是具有与棱镜30相对的镜面。
图6示出了棱镜30和反射镜4的布置。参考附图，棱镜30由BK7形成，具有n1的折射率，并且相对于反射镜4表面(或镜面)布置。
如图所示，为了说明，棱镜30的前、后表面和反射镜4的镜面关于垂直于准直光束11的方向分别形成角θ1、θ2和θ3。此外，为了说明，由准直光束11和反射光12形成的角不限于90°。
准直光束11以入射角θ4入射到棱镜30的前表面，并且通过相同的前表面折射以提供折射角为θ5的折射光31。因此建立下述表达式：
θ5＝sin-1(sinθ4/n1)                    (A1)
此外，折射光31以入射角θ6入射到棱镜30的后表面，并且通过相同的后表面折射以提供折射角为θ7的折射光32。因此建立下述表达式：
θ6＝θ5+(θ2-θ1)                       (A2)
θ7＝sin-1(n1×sinθ6)                   (A3)
折射光32通过反射镜4的镜面反射以提供反射光35。入射角和反射角为θ8。因此建立下述表达式：
θ8＝θ7+(θ3-θ2)                       (A4)
反射光35以入射角θ9入射到棱镜30的后表面，并且通过相同的后表面折射以提供折射角为θ10的折射光36。因此建立下述表达式：
θ9＝θ8+(θ3-θ2)＝θ7+2×(θ3-θ2) (A5)
θ10＝sin-1(sinθ9/n1)                    (A6)
折射光36以入射角θ11入射到棱镜30的前表面，并且通过相同的后表面折射以提供折射角为θ12的入射到物镜5上的反射光12。因此建立下述表达式：
θ11＝θ10+(θ2-θ1)                      (A7)
θ12＝sin-1(n1×sinθ11)                  (A8)
如果反射光12和准直光束11形成角度θ13，那么建立下述表达式：
θ13＝θ4+θ12                             (A9)
因此，当棱镜30的前、后表面和反射镜4的镜面关于垂直于准直光束11的方向分别形成角θ1、θ2和θ3并且也建立了关系(θ4+θ12)＞(2×θ8)时提供的在反射镜4上的入射角小于下述情况中的入射角，即棱镜30不存在，同时反射镜4设置成具有倾角，其允许准直光束11以入射角(θ4+θ12)/2入射的情况。
换句话说，如果准直光束11必须沿关于准直光束11的入射方向成角(θ4+θ12)的方向引导以将准直光束11提供给物镜5，设置棱镜30的倾角(与θ1和θ2关联)、旋转/像差校正反射镜4的倾角(与θ3关联)、以及适当地设置棱镜30的折射率(n1)和几何形状(与θ1和θ2关联)，以便棱镜30的前表面和后表面分别以入射角θ4和折射角θ12来接收和发射光线，同时满足关系(θ4+θ12)＞(2×θ8)，那么允许在反射镜4上的入射角小于棱镜30不存在时的入射角。
因此，本实施例提供一种包括旋转/像差校正反射镜4的光学拾取设备，该反射镜4具有与棱镜30相对的镜面，所述棱镜具有适当的折射率、适当的几何形状和适当的位置，以便如果变形以便校正球面像差的反射镜4的镜面在其切线和径向方向具有均匀的曲率半径，仍然可以实现适当地减少球面像差的量。
尽管已经详细描述和说明了本发明，但是应当理解其仅作为说明和例证，并不是限制性的，本发明的精神和范围仅由附加的权利要求限定。

Claims (2)

1.一种光学拾取设备，其允许从激光束光源(1)发射的激光束(13)通过反射镜(4)反射以提供接下来由物镜(5)聚焦到光存储介质(6)上的反射光(12)，包括：
反射激光束(13)的圆反射镜(4)；和
包括压电元件(21)的反射镜调节器(10)，该压电元件具有粘接到所述反射镜(4)圆形背面的圆形表面，以便所述压电元件的所述圆形表面的中心和所述反射镜(4)的所述圆形背面的中心相匹配，所述压电元件(21)接收电压以使粘接到所述反射镜的所述圆形表面环绕360度以均匀比率径向扩张/收缩，使得所述反射镜(4)具有几何形状发生变化的表面，所述反射镜(4)具有镜面，其设有折射率至少为1的透射膜(20)。
2.一种光学拾取设备，其允许从激光束光源(1)发射的激光束(13)通过反射镜(4)反射以提供接下来由物镜(5)聚焦到光存储介质(6)上的反射光(12)，包括：
反射所述激光束(13)的圆反射镜(4)；
相对于所述反射镜(4)的镜面布置的棱镜(30)；和
包括压电元件(21)的反射镜调节器(10)，该压电元件具有粘接到所述反射镜(4)圆形背面的圆形表面，以便所述压电元件的所述圆形表面的中心和所述反射镜(4)的所述圆形背面的中心相匹配，所述压电元件(21)接收电压以使粘接到所述反射镜(4)的所述圆形表面环绕360度以均匀比率径向扩张/收缩，使得所述反射镜(4)具有几何形状发生变化的表面，并且如果所述光源(1)发射的光束必须沿相对于所述光束入射方向成角度θ4+θ12的方向引导以将所述光束提供给所述物镜(5)，所述棱镜(30)和所述反射镜(4)倾斜且所述棱镜(30)具有折射率和几何形状，则初始设置成(θ4+θ12)＞(2×θ8)，其中θ4表示光在远离所述反射镜(4)的所述镜面的所述棱镜(30)表面上的入射角，θ12表示从远离所述反射镜(4)的所述镜面的所述棱镜(30)所述表面发出的光的折射角，θ8表示从接近于所述反射镜(4)的所述镜面的所述棱镜(30)表面发出的光线在所述反射镜(4)上的入射角。
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