CN1747009B - 光学摄像管装置 - Google Patents

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Abstract

一种光学摄像管装置，其中，第一面平行感光板布置在面平行感光板电子束分裂器和光电检测器之间，从而该第一面平行感光板在绕光轴相对于面平行感光板电子束分裂器旋转π/2弧度的方向上倾斜，第二面平行感光板绕光轴在旋转方向上倾斜，从而投影在光电检测器的光接收区域上的像散的方向具有相对于每一条分界线为π/4弧度的角度，由面平行感光板电子束分裂器产生的像散被第一面平行感光板消除，用于聚焦调节的像散由第二面平行感光板产生。

Description

光学摄像管装置
相关申请的交叉引用
本申请要求日本专利申请号为2004-232344，申请日2004年8月9日以及日本专利申请号为2005-019217，申请日2005年1月27日的优先权，其在此通过参考引用。
技术领域
本发明涉及一种采用像散法用于聚焦调节的光学摄像管装置(optical pickup device)，该像散法包括引起从激光束源发射的激光束被面平行感光板电子束分裂器反射，从而将光束导向到物镜，引起物镜对激光束聚焦从而将光束照射到信号记录介质，引起从信号记录介质反射和返回的激光束通过电子束分裂器传输，以将光束导向到光电检测器并引起由光电检测器接收的激光束的像散。
背景技术
一种光学摄像管装置，利用激光束采用三光束法(three-beammethod)、推挽法(push-pull method)和相差法中的其中一种方法光学地记录/重放信号到/从信号记录介质例如CD或DVD光学盘上，或将其中一种方法应用作为跟踪控制法，适合于引起照射到信号记录介质的激光束，跟踪在信号记录介质上的信号轨道，以确保与信号记录介质的标准系统兼容。
另一方面，像差法通常用于聚焦调节，将照射到信号记录介质的激光束聚焦到信号记录介质的信号表面。
例如，某些光学摄像管装置兼容各种类型的可记录/重放CD、DVD-ROM以及DVD±R/RW，作为跟踪控制方法，采用相差法用于DVD-ROM和差动推挽法用于DVD±R/RW和CD，以及作为聚焦调节法，采用像散法用于各种类型的可记录/重放CD，和差动像散法用于各种类型的可记录/重发DVD。
差动推挽法、差动像散法和三光束法都要求三条光束。因此，采用上述任一种方法的光学摄像管装置使用配有衍射光栅和光接收区域的光电检测器，该光栅适于衍射并形成零级衍射光束和正负一级衍射光束，如众所周知的，以此将从半导体激光器发射的光分成三条光束，所述光接收区域相应地适于接收被信号记录介质反射的三条光束的反射光束。
图2图解了适于上述例示出的光学摄像管装置的光电检测器的光接收表面的实例，并且将结合该图对跟踪控制系统和聚焦调节系统进行说明。
对于照射到信号记录介质的三光束，零级衍射光束的主光点排列在信号轨道的中央，而正负一级衍射光束的分光点的每一个都排列在具有主光点的信号轨道与彼此在不同方向的任一相邻信号轨道之间的中央。
光电检测器的光接收表面具有三个光接收区域，它们在竖直方向上一个放在另一个的顶部，即，主光接收区域21和分光接收区域22和23，每一个都由四个片段构成，该四片段由彼此成直角交叉的两分界线构成的十字形分成四部分而形成。主光接收区域21和分光接收区域22和23分别接收被信号记录介质反射的零级衍射光束和正负一级衍射光束。这样，考虑到所使用的跟踪控制系统，主光接收区域21和分光接收区域22和23的分界线其中之一或分界线21A、22A和23A设在信号记录介质的信号轨道的方向。
应当指出的是，在图2中，从构成主光接收区域21和分光接收区域22和23的单个片段所获得的单个光接收输出分别标记为“a”、“b”、“c”、“d”、“e”、“f”、“g”、“h”、“i”、“j”、“k”和“l”。
DVD-ROM重放的跟踪控制所采用的相差法检测在主光接收区域21内的片段对角线的光接收输出彼此相加而获得的求和信号(a+c)和(b+d)之间的相差，或检测布设在信号轨道的方向上的主光接收区域21的分界线21A所划分的给定相邻片段的光接收输出“a”和“d”或“b”和“c”之间的相差。参见例如，日本专利申请公开号2000-276742。
DVD±R/RW的记录和CD的记录与重放的跟踪控制所采用的差动推挽法计算主推挽信号，主推挽信号是通过将两个片段的光接收输出相加而获得的求和信号之间的差信号，所述片段的每一个通过布设在信号轨道方向上的主光接收区域21的分界线21A划分；计算第一和第二分推挽信号，第一和第二分推挽信号分别是通过将两个片段的光接收输出相加而获得的求和信号之间的差信号，所述片段的每一个通过布设在信号轨道方向上的分光接收区域22和23的分界线22A和23A划分；调节复合分推挽信号，该复合分推挽信号通过复合第一和第二分推挽信号与具有与主推挽信号一致的增益(G1)而获得；计算主推挽信号和复合分推挽信号之间的差信号，从而获得具有计算公式“a-b-c+d-G1(e-f-g+h+i-j-k+l)”的跟踪误差信号。参见例如，日本专利申请公开号11-296875。
各种类型的可记录/重放CD的聚焦调节所采用的像散法使被信号记录介质反射的反射光束像散，从而在相对于主光接收区域21和分光接收区域22和23的分界线45°角处出现像散，将主光接收区域21内的片段对角线的光接收输出彼此相加获得两求和信号，并计算两求和信号之间的差以获得聚焦误差信号，即具有计算式“a+c-(b+d)”的主像散信号。
各种类型的可记录/重放DVD的聚焦调节所采用的差动像散法，与上述像散法中具有主光接收区域21一样，获得分光接收区域22和23的每一个的分像散信号，调节具有与主光像散信号一致的增益(G2)的分光接收区域22和23的分像散信号，并将分像散信号与主像散信号相加，得到具有计算公式“a+c-(b+d)+G2(e-f+g-h+i-j+k-l)”的聚焦误差信号。参见，例如，日本专利申请公开号11-296875。
顺便提及，像散法或差动像散法所必需的像散通过提供在垂直于光轴的两方向具有不同焦距的圆柱体、环形圆纹曲面或环形失真透镜来产生，该两方向垂直于在引导从信号记录介质反射的光束光径内彼此成直角交叉的光轴，或通过提供在相对于与光轴垂直的平面的倾斜位置的面平行感光板而产生。
在光学摄像管装置中利用面平行感光板电子束分裂器将激光束源和光电检测器分成不同光径，由于在电子束分裂器的光径中设置了光电检测器，从信号记录介质反射的反射光束通过电子束分裂器传输，导入到光电检测器中。因此，电子束分裂器用于为由光电检测器所接收的光束的聚焦调节产生并赋予像散。
由于其与棱镜电子束分裂器相比具有更大的削减成本潜力，因此面平行感光板电子束分裂器被用于许多光学摄像管装置中。
顺便提及，当光学摄像管装置为跟踪控制采用相差法或推挽法(包括差动推挽法)时，分界线的其中之一必须设在光电检测器的光接收区域中(主光和分光接收区域)的信号轨道的方向上。
如果如上所述考虑信号轨道方向必须设置光电检测器的光接收区域的分界线，由于例如光学摄像管装置的光学装置设计局限，面平行感光板电子束分裂器所产生的像散的方向经常相对于光电检测器的光接收区域和像散法不适当。
在这种情况下，通常使用棱镜电子束分裂器，并且适于产生像散的不同光学元件设在通向光电检测器的光径上。
作为选择，在消除面平行感光板电子束分裂器产生的像散后在通向光电检测器的光径上设置光学元件以产生像散。参见日本已审专利申请公开号06-77332。
顺便提及，在日本已审专利申请公开号06-77332中所描述的光学摄像管装置中，单透镜被赋予功能以消除面平行感光板电子束分裂器所产生的像散并产生新的像散。该透镜在一面具有适于在反向产生像散以消除像散的各向异性曲率，另一面有具有各向异性轴的环形圆纹曲面或超环面。
这要求具有专门功能的透镜。另外，适于消除由面平行感光板电子束分裂器所产生的像散的方向与新产生的像散的方向之间的关系是固定的。因此，不能调整这些像散的方向。这使得不可能更精确地调节对应于光电检测器所产生的像散的方向。
发明内容
本发明的一个方面是一种光学摄像管装置，包括面平行感光板电子束分裂器，其反射从激光束源所发射的激光；物镜，其将来自面平行感光板电子束分裂器的激光束聚焦以将聚焦的光束照射到信号记录介质上；光电检测器，其接收通过电子束分裂器从信号记录介质反射并返回的激光束，该光电检测器具有三个光接收区域，每一光接收区域被彼此成直角交叉的两条分界线分成至少四个部分，第一面平行感光板布置在电子束分裂器和光电检测器之间，该第一面平行感光板在绕光轴相对于电子束分裂器旋转π/2弧度的方向上倾斜，以及第二面平行感光板，布置在电子束分裂器和光电检测器之间，该第二面在绕光轴相对于面平行感光板电子束分裂器和第一面平行感光板的各自倾斜方向旋转π/4弧度的方向上倾斜，从而投影在光电检测器的光接收区域上的像散的方向具有相对于每一条分界线为π/4弧度的角度，其中，由电子束分裂器产生的像散被第一面平行感光板消除，以及用于聚焦调节的像散由第二面平行感光板产生。
从而，使用了两个不同的面平行感光板，一个用于消除由电子束分裂器所产生的像散，而另一个用来产生用于聚焦调节的像散。同时，像散是独立地、不考虑由电子束分裂器所产生的像散而产生的。
本发明将第一面平行感光板作为适于消除由电子束分裂器所产生的像散的光学元件，从而不必使用专用的且昂贵的光学部件，并允许基于第一面平行感光板的材料、厚度和倾斜角调节将被消除的像散的强度。
第二面平行感光板可独立地设在电子束分裂器和光电检测器之间以产生用于聚焦调节的像散，而不考虑由电子束分裂器所产生的像散。第二面平行感光板可以由玻璃片形成，提供成本优势和通用性。
第二面平行感光板在绕光轴分别相对于电子束分裂器和第一面平行感光板的倾斜方向旋转π/4弧度的方向上倾斜。这允许由第二面平行感光板所产生的彗形像差起作用以消除由电子束分裂器和第一面平行感光板所产生的复合彗形像差。结果，由电子束分裂器和第一面平行感光板所产生的彗形像差可被第二面平行感光板校正。
光接收区域的其中一条分界线可被设在信号记录介质的信号轨道的方向，而无须考虑由电子束分裂器所产生的像散的方向，以确保与采用相差法或推挽法作为跟踪控制系统的光学摄像管装置的兼容性。这确保了在照射到反光镜上的激光束的定向方面，在光学设计中有极大的自由度。
通过阅读本说明书的说明并参考附图将更清楚本发明上述以外的特征和目的。
附图说明
参考一下说明书及其附图，以更完整地理解本发明及其优势，其中：
图1图解了根据本发明的光学摄像管装置的示范性光学系统的光学装置；
图2是图解了跟踪控制和聚焦调节系统的说明图；
图3A到3C是图解了像散如何出现的说明图；和
图4A到4C是图解了彗形像差如何出现的说明图。
具体实施方式
通过本发明的说明书以及附图的描述对至少以下内容说明清楚。
图1是光学装置图，通过实例说明了根据本发明的光学摄像管装置的光学系统。
在图1中图解的光学摄像管装置兼容CD和DVD的刻录和重放。
附图标记1表示适于发射例如波长范围在650-665nm的658nm激光束的第一半导体激光器，该范围适于DVD的刻录和重放，而附图标记2是适于发射例如波长范围在775-795nm的784nm激光束的半导体激光器，该范围适于CD的刻录和重放。
第一和第二半导体激光器1和2中的每一个都将激光器二极管和激光束源结合在相应的组件中。
从第一半导体激光器1中发射出来的激光束首先通过衍射光栅3分裂为零级衍射光束和正负一级衍射光束，然后打在棱镜电子束分裂器4，该衍射光栅在该激光束的波长上具有有效的衍射作用。
另一方面，从第二半导体激光器2中发射的激光束首先通过衍射光栅5分裂为零级衍射光束和正负一级衍射光束，然后打在棱镜电子束分裂器4，所述衍射光栅通过耦合透镜6调节发散角，在该激光束的波长上具有有效的衍射作用。
这里，电子束分裂器4具有偏光滤光片形成的分裂表面4a。每一衍射光栅3和5具有不同于衍射表面的表面，其具有1/2波长感光板功能。衍射光栅3和5的1/2波长感光板功能确保了从第一半导体激光器1发射的激光束指向从电子束分裂器4的分裂表面4a的偏光滤光片反射的偏光的方向，以及从第二半导体激光器2发射的激光束指向通过电子束分裂器4的分裂表面4a的偏光滤光片传输的偏光的方向。
应当指出，分别从第一和第二半导体激光器1和2发射的激光束的偏振方向由激光器二极管的结合面的方位决定，所述激光器二极管分别是第一和第二半导体激光器1和2的激光束源。因此，如果在第一半导体激光器1中的激光器二极管的结合表面如此定位，即从第一半导体激光器1发射的激光束被电子束分裂器4的分裂表面4a的偏光滤光片反射，并且如果在第二半导体激光器2内的激光二极管的结合面如此定位，即从第二半导体激光器2发射的激光束通过分裂表面4a的偏光滤光片传输，则衍射光栅3和5可以选择不具有1/2波长感光板功能。
从第一半导体激光器1发射并入射到电子束分裂器4上的激光束被电子束分裂器4的分裂表面4a反射。这导致光轴弯曲。此外，光束被单向透视玻璃7的表面(即面平行感光板电子束分裂器)反射，然后通过准直透镜8形成平行光束，之后通过1/4波长感光板9转换成圆形偏光光束。然后，入射到反射镜10上的激光束的光轴被反射镜10抬升，之后光束打在物镜11上。
物镜11配置了与DVD和CD的激光波长相适应的双焦距透镜。该透镜设计成适于DVD的波长的0.65NA(数值孔径)和适于CD的波长的0.51NA。当适于DVD的从第一半导体激光器1中发射的激光束打在物镜11上时，该光束被正好聚焦到DVD基底厚度并照射到DVD信号表面。
另一方面，从第二半导体激光器2发射并入射到电子束分裂器4上的激光束通过电子束分裂器4的分裂表面4a传输并通过与从第一半导体激光器1发射的激光束同样的光学途径传送。该光束被单向透视玻璃7的表面反射并通过准直透镜8形成平行光束，之后通过1/4波长感光板9转换成圆形偏光光束。然后，激光束的光轴被反射镜10抬升，之后光束打在物镜11上。该光束被正好聚焦到CD基底厚度并照射到CD信号表面上。
通过DVD和CD信号表面调制和反射的激光束分别返回到物镜11，并最终通过反射镜10、1/4波长感光板9和准直透镜8到达单向透视玻璃7。
返回到单向透视玻璃7的激光束首先通过单向透视玻璃7然后通过第一面平行感光板传输，所述感光板在绕光轴相对于单向透视玻璃7旋转π/2(弧度)的方向上倾斜。该光束通过第二面平行感光板13被进一步导入到光电检测器14。
光电检测器14采用适于DVD记录/重放的DVD光接收元件和适于CD记录/重放的CD光接收元件。如图2中所示，每一主光接收区域21和分光接收区域22和23由四个片段构成，通过两根分界线彼此成直角交叉而形成的十字形分成四个部分。利用从构成主光接收区域21和分光接收区域22和23的各个片段的光接收输出，光电检测器14计算与跟踪和聚焦调节系统兼容的跟踪和聚焦错误信号，该跟踪和聚焦调节系统适用于各种不同类型的可记录/重放盘，如图2中所描述。
顺便提及，图1中所图示的光学摄像管装置通常采用相差法用于DVD-ROM的跟踪控制和采用差动推挽(differential push-pull)法用于DVD±R/RW和CD。因此，其中一根分界线或光电检测器14的光接收区域(主光和分光接收区域)的分界线21A、22A和23A设在盘的信号轨道T的方向。
即，信号轨道T平行于从单向透视玻璃7的反射平面传输到反射镜10的激光束的光轴。另一方面，信号轨道T在光电检测器14的光接收区域上的投影产生的投影信号轨道平行于其中一个分界线或分界线21A、22A和23A。
为此，在激光束通过单向透视玻璃7传输过程中出现的像散不在用于聚焦调节的像散法所适用的方向。此外，该像散是有害的。因此，通过第一面平行感光板12消除。
第一面平行感光板12在绕光轴相对于单向透视玻璃7旋转π/2(弧度)的方向上倾斜。沿着单向透视玻璃7和第一面平行感光板12的焦线方向和与焦线正交的方向产生像散。因此，假定单向透视玻璃7的焦线方向为B-B’，由单向透视玻璃7产生的像散如图3A中所示。另一方面，由第一面平行感光板12产生的像散如图3B中所示。分别由单向透视玻璃7和第一面平行感光板12产生的像散方向相同但是彼此相位相反。
所产生的像散的大小对应于材料、厚度和倾斜角。因此，设计第一面平行感光板12考虑这些要求，以产生与单向透视玻璃7同样大小的像散。在本实施例中，单向透视玻璃7和第一面平行感光板12由同样材料的玻璃板制成，并且厚度与倾斜角相同。
这保证了由单向透视玻璃7所产生的像散由第一面平行感光板12消除。
另一方面，第二面平行感光板13在绕光轴相对于单向透视玻璃7和第一面平行感光板12的各自的倾斜方向旋转π/4(弧度)的方向上倾斜。定位第二面平行感光板13，以产生相对于光电检测器14的光接收区域(主光和分光接收区域)的每一条分界线具有π/4(弧度)角度的方向上的像散。这允许将聚焦调节应用到基于差动像散法的各种DVD上，以及应用到基于像散法的各种CD上，该像散法利用了由第二面平行感光板13所产生的像散。
顺便提及，当激光束通过单向透视玻璃7和第一面平行感光板12传输时，在该激光束中产生彗形像差。该彗形像差的方向由图4A和4B中的箭头所示的矢量表示。
单向透视玻璃7和第一面平行感光板12的材料、厚度和倾斜角都相同。因此，复合彗形像差(等于单向透视玻璃7和第一面平行感光板12的彗形像差之和)的矢量构成了正方形的对角线，如图4C箭头C所示，所述正方形具有相应彗形像差的矢量作为其边。该对角线具有相对于相应彗形像差的每一矢量为π/4(弧度)的角度，并且复合彗形像差的大小对应于对角线。
第二面平行感光板13在绕光轴相对于单向透视玻璃7和第一面平行感光板12的各自倾斜方向旋转π/4(弧度)的方向上倾斜。由第二面平行感光板13产生的彗形像差的矢量与由单向透视玻璃7和第一面平行感光板12所产生的复合彗形像差的矢量的方向相反。由第二面平行感光板13所产生的彗形像差的大小设置成等于基于材料、厚度和倾斜角的复合彗形像差的大小。第二面平行感光板13具有产生基于箭头D示出的矢量的彗形像差功能，该彗形像差与复合彗形像差的方向相反但是大小相等。结果，第二面平行感光板13实现了彗形像差校正，以消除复合彗形像差。这允许光点在消除复合彗形像差的情况下投影到光电检测器14的主光和分光接收区域上。
应当指出的是，当如实施例中单向透视玻璃7用作面平行感光板电子束分裂器时，从第一和第二半导体激光器1和2发射的激光光束的部分可被允许在通过单向透视玻璃7传输的方向漏出，而不是在物镜11的方向。如果将前监控二极管设在激光光束漏出的方向，则从第一或第二半导体激光器1或2发射的激光束可被前监控二极管检测到，从而将激光光束的光强度调节到给定强度。
另一方面，如果允许分别从第一和第二半导体激光器1和2发射的激光光束的偏光方向彼此重合，在具有偏光滤光片作为反射表面的偏光电子束分裂器可被用作面平行感光板电子束分裂器而不是单向透视玻璃7。
尽管已经详细的描述了本发明的优选实施例，但是所提供的上述实施例在于更好地理解本发明而不在于限制本发明。应当理解的是，可以在不背离本发明的宗旨和范围的情况下作出各种变化和改变，而本发明包括其等效物。

Claims (3)

1.一种光学摄像管装置，包括：
面平行感光板电子束分裂器，其反射从激光束源发射出的激光；
物镜，其将来自面平行感光板电子束分裂器的激光束聚焦以将聚焦的光束照射到信号记录介质上；
光电检测器，其接收通过面平行感光板电子束分裂器从信号记录介质反射并返回的激光束，该光电检测器具有三个光接收区域，每一光接收区域被彼此成直角交叉的两条分界线分成至少四个部分；
布置在面平行感光板电子束分裂器和光电检测器之间的第一面平行感光板，该第一面平行感光板的倾斜方向为绕光轴相对于面平行感光板电子束分裂器旋转π/2弧度的方向；和
布置在第一面平行感光板和光电检测器之间的第二面平行感光板，该第二面平行感光板的倾斜方向为绕光轴相对于面平行感光板电子束分裂器和第一面平行感光板的各自倾斜方向旋转π/4弧度的方向，从而投影在光电检测器的光接收区域上的像散的方向具有相对于每一条所述分界线为π/4弧度的角度，并且由该第二面平行感光板产生的彗形像差的矢量方向与由面平行感光板电子束分裂器和第一面平行感光板所产生的复合彗形像差的矢量的方向相反，其中，
由面平行感光板电子束分裂器产生的像散被第一面平行感光板消除，以及
用于聚焦调节的像散由第二面平行感光板产生。
2.如权利要求1所述的光学摄像管装置，其特征在于
所述第二面平行感光板相对于面平行感光板电子束分裂器和所述第一面平行感光板的倾斜方向是设置成用于校正由面平行感光板电子束分裂器和所述第一面平行感光板所产生的复合彗形像差的倾斜方向。
3.如权利要求1所述的光学摄像管装置，其特征在于：
反射镜在通向信号记录介质的光径中布置在面平行感光板电子束分裂器的反射表面侧与物镜的入射表面侧之间；
激光束源布置在面平行感光板电子束分裂器的反射表面侧上；
光电检测器布置在所述信号记录介质反射出的激光从面平行感光板电子束分裂器出射的表面一侧，以及
在光电检测器的光接收区域中的其中一条分界线设在信号记录介质的信号轨道的方向上。
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