CN1790100A - 光具座、集成光学系统和光学找正方法 - Google Patents

光具座、集成光学系统和光学找正方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了光具座、集成光学系统和光学找正方法。该集成光学系统包括：光源；主要光电探测器，接收从光源发射然后从盘反射的光；光具座，其上安装有光源和主要光电探测器；透镜单元，安装在光具座上；光路分离器，将从光源向透镜单元传播的光路和来自透镜单元的光路分离，其中，光具座包括向上打开以容纳光路分离器的安放凹槽，并且在该安放凹槽的底部具有用于穿过光的孔。

Description

光具座、集成光学系统和光学找正方法
                         技术领域
本发明涉及光具座、集成光学系统和光学找正方法。更具体地讲，本发明涉及用于使光学元件的装配变得容易和使光学找正变得容易和简单的光具座、集成光学系统和光学找正方法。
                         背景技术
在使用光斑将信息记录到信息存储介质上和/或从该信息存储介质再现信息的信息记录/再现系统中，信息存储容量根据所述光斑的大小来确定，其中，所述光斑是使用物镜将激光束聚焦到该信息存储介质上而获得的。光斑的大小由基于激光束的波长λ和物镜的数值孔径(NA)的方程1来限定：
S∝λ/NA                                    (1)
因此，为了追求高密度而减小形成在信息存储介质上的光斑的大小，已经研究并开发了使用短波长光源，例如蓝激光，以及NA为至少0.6的物镜的信息记录/再现系统。
自从开发了使用780nm波长的光和具有0.45或者0.5的NA的物镜来将信息记录到其上和/或从其上再现信息的压缩盘(CD)以来，已经做了许多研究以通过增加记录密度来增加信息存储容量。结果，开发了使用650nm波长的光和具有0.6或者0.65的NA的物镜来将信息记录到其上和/或从其上再现信息的数字通用盘(DVD)。
正在研究关于通过使用蓝波长，例如405nm的波长的光而具有至少20G比特的存储容量的高密度信息存储介质。
目前，正在构建针对使用蓝波长，例如405nm的波长的光的高密度信息存储介质的标准。该标准的一部分已经基本上完成了。根据该标准，用于该高密度信息存储介质的物镜具有0.65或者0.85的NA。
虽然CD的厚度为1.2mm，但是DVD的厚度减小为0.6mm以保证符合信息存储介质倾斜的允差。这是因为与用于CD的0.45的NA相比用于DVD的NA增加到0.6。
另外，如果用于具有比DVD更大的存储容量的高密度信息存储介质的物镜的NA增加到例如0.85，则该高密度信息存储介质的厚度需要减小到约0.1mm。这种通过增加物镜的NA和减小信息存储介质的厚度来开发的信息存储介质是蓝光盘(BD)。在BD标准中，光源的波长为405nm，物镜的NA为0.85，信息存储介质的厚度为约0.1mm。
除了BD之外，正在开发作为高密度存储介质的高级光盘(AOD)。AOD采用与用于DVD的基底厚度和物镜的NA相等的基底厚度和物镜的NA，以及与用于BD的光源波长相等的光源波长，即蓝波长，例如405nm的波长。
在信息记录/再现系统的领域中，除了对高密度和大容量信息存储介质的这种需求之外，也需要形成光学头的整个光学系统更薄更小。换句话说，随着近来用于便携式终端，例如个人数字助理(PDA)、移动电话、数字相机、便携式盘播放机和摄录一体机的信息存储/再现系统的使用的增加，对薄的光学头的需求也增加了。另外，为了将光学头应用到便携式终端的领域中，该光学头必须能够以高密度记录和/或再现信息以存储和再现大量的信息，如音乐和视频。
但是，传统技术在通过减小光学元件的大小来制造小和薄的光学头系统方面已经达到了极限，其中，所述光学元件组成用于目前在市场上的CD/DVD驱动器、CD/DVD播放器等的光学头。
传统的光学头通过装配和找正多个分开制造的光学元件的步骤来制造。在装配和找正步骤中，由于光学元件微小型化而容易损坏。而且，由于在光学元件之间存在装配公差，所以可靠性和自动化率较低。
为了制造微型光学头，需要简化用于光学头的光电探测器的结构。但是，如果简化了光电探测器的结构，则找正光学元件的工作就变得复杂。换句话说，在光学找正和通过简化光电探测器的结构来实现光学头的小型化之间存在密切相关性。通常，使用三轴平移(three-axis translation)和双轴倾斜(two-axis tilt)来找正光学元件。尤其是，当微型光学头进行的复杂光学找正操作中，光学元件在三轴平移工作台、双轴倾斜工作台等上绕不同的轴调整时，光具座经常损坏，使得光学找正变得困难。
                         发明内容
本发明提供光具座和集成光学系统，其具有简化装配工作的改善的结构。
本发明也提供用于在装配状态下通过预先完成对光轴的倾斜找正来简化光学找正的光学找正方法。
根据本发明的一方面，提供了一种光具座，其上安装有：光源；主要光电探测器，接收从盘反射的光；透镜单元；光路分离器，将来自光源的光和来自透镜单元的光分离。该光具座包括向上打开的安放凹槽以容纳光路分离器，并且在其底部具有用于穿过光的孔。
在该光具座的底面还可包括：第一反射镜，改变从光源发射到透镜单元的光的方向；第二反射镜，将来自透镜单元然后从第一反射镜反射的光的方向改变为向着主要光电探测器。
根据本发明的另一方面，提供了一种集成光学系统，包括：光源；主要光电探测器，接收从光源发射然后从盘反射的光；光具座，其上安装有光源和主要光电探测器；透镜单元，安装在光具座上；光路分离器，将从光源向透镜单元传播的光路和来自透镜单元的光路分离；其中，光具座包括向上打开以容纳光路分离器的安放凹槽，并且在该安放凹槽的底部具有用于穿过光的孔。
透镜单元可以是物镜或者准直透镜。
集成光学系统还可包括在准直透镜之上的物镜，从而该集成光学系统被用作全息模块。
该透镜单元可以是包括折射透镜和衍射透镜的组合透镜。
该集成光学系统还可包括在光具座的底面上的监控光电探测器，用于检测从光源发射的光的能量。
光路分离器可以是全息光学元件和衍射光学元件中的一种。
根据本发明的又一方面，提供了一种用于集成光学系统的光学找正方法，包括：用第一夹具支撑安装有透镜单元的光具座，并且使用该第一夹具调整光具座的倾斜，从而使该光具座对光轴找正；使用第二夹具支撑哑光路分离器，并且使用该第二夹具调整哑光路分离器的倾斜，从而预先使哑光路分离器对光轴找正，其中，设置第一夹具和第二夹具用于集成光学系统的倾斜找正。
该光学找正方法还包括用第三夹具支撑哑盘，并且调整该哑盘的倾斜，从而预先使哑盘对光学轴找正。
该光学找正方法还可包括：使用将被装配的光路分离器替代该哑光路分离器；平移所述光路分离器。
                         附图说明
通过下面结合附图详细地描述本发明的实施例，本发明的上述和其他特点和优点将会变得更加清楚，其中：
图1A是根据本发明实施例的包括光具座的集成光学系统的透视图；
图1B是在图1A中所示的集成光学系统的前视图；
图2表示用于图1A所示的集成光学系统的透镜单元的例子；
图3表示图1A所示的集成光学系统被用作全息模块的例子；
图4A到图4C表示根据本发明实施例的用于集成光学系统的光学找正方法；
图5表示在图4A到图4C中表示的光学找正方法中通过光路分离器的平移的光学找正。
                       具体实施方式
图1A是根据本发明实施例的具有光具座的集成光学系统的透视图。图1B是图1A中所示的集成光学系统的前视图。
参照图1A和图1B，集成光学系统包括：光源10、安装有主要光电探测器15的光具座20和安装于在光具座中形成的向上打开的安放凹槽24中的光路分离器25。
光源10可根据在集成光学系统中使用的信息存储介质的类型实现发射各种波长段的光。例如，光源10可实现为发射红波长的光或者蓝波长的光或者发射多波长的光，从而光源10与多种类型的信息存储介质兼容。因此，根据本发明的适合于集成光学系统的信息存储介质可以是压缩盘(CD)、数字通用盘(DVD)、蓝光盘(BD)和高级光盘(AOD)。
光具座20可以是硅光具座(SiOB)。光源10、主要光电探测器15和监控光电探测器23被安装在光具座20的底面20a上，主要光电探测器15接收从光源10发射然后从信息存储介质反射的光，监控光电探测器23监控从光源10发射的光的能量。光源10可以由将激光束发射到半导体材料层的侧面的边缘发射半导体激光器来实现。在这种情况下，光源10位于支座12上，监控光电探测器23布置在光源10的前面，从而监控光电探测器23接收从光源10发射的部分光。
主要光电探测器15接收从信息存储介质反射的光并且检测信息重放信号和用于伺服驱动的聚焦误差信号、循道误差信号和倾斜误差信号。
光路分离器25设置于在光具座20的一侧上形成的向上打开的安放凹槽24中。孔22形成在安放凹槽24的底部以允许光线穿过。透镜单元27向上安装在安放凹槽24中。
光路分离器25将从光源10到透镜单元27传播的光路和从透镜单元27传播的光路分离。光路分离器25可由衍射光学元件或者全息光学元件实现。
透镜单元27可以是将光聚焦到信息存储介质上的物镜。另外，如图2所示，透镜单元27可以是包括折射透镜28和衍射透镜29的组合透镜。折射透镜28插入透镜座30，衍射透镜29形成在透镜座30的一侧上。具有一个凸起侧面的折射透镜28容易被制造，衍射透镜29补偿色差。
同时，第一反射镜31设置在光具座20的底面20a的一侧以将来自光源10的光反射到光路分离器25。第二反射镜32设置在底面20a的相反一侧以将来自透镜单元27并通过光路分离器25和第一反射镜31的光反射到主要光电探测器15。
根据本发明实施例的光具座20的特征在于这样一种结构，该结构中用于安装光路分离器25的安放凹槽24是向上打开的。这种结构是很便利的，因为只通过将光路分离器25放到安放凹槽24中就能将光路分离器25装配到光具座上。由于本发明的集成光学系统是微型的，所以在光学元件装配到光具座的过程中光具座容易损坏，因此，装配非常困难。但是根据本发明实施例的光具座使安装变得容易。另外，按照现有技术，在光路分离器25被暂时地粘合之后才装配透镜单元27。但是，在根据本发明实施例的结构中，不需要暂时粘合光路分离器25，从而简化了装配。
根据本发明实施例的集成光学系统根据透镜单元27的结构可以用作光学头或者全息模块。本发明提供的结构使得在集成光学系统的制造过程中光学头和全息光学模块之间的转换变得容易。因此，根据本发明的集成光学系统可根据情景的需要转换成光学头或者全息光学模块。当集成光学系统被用作光学头时，透镜单元27由物镜实现。图1B表示集成光学系统被用作光学头的例子。
图3表示图1A中所示的集成光学系统被用作全息光学模块的例子。这里，透镜单元27由准直透镜实现，并且物镜35位于准直透镜的上方。从光源10发射的光被通过全息模块输出并且穿过准直透镜平行地入射到物镜35上。穿过物镜35的光聚焦在信息存储介质D上并且将数据记录在该信息存储介质D上或者从该信息存储介质D再现数据。在图3所示的结构中，只有物镜35被致动器驱动以聚焦、循道和/或倾斜。
从信息存储介质D反射的光穿过物镜35和由准直透镜实现的透镜单元27，并且入射到转换光路的光路分离器25上。然后，光被第一反射镜31反射并且在消除光源10和支座12的干扰之后到达第二反射镜32。然后，光被第二反射镜32反射并且由主要光电探测器15接收。结果，记录在信息存储介质D上的信息被读取并且聚焦、循道和/或倾斜误差被检测。
下面描述用于根据本发明实施例的集成光学系统的光学找正方法。这里，在装配集成光学系统之前，光束倾斜找正已经初步完成。
参照图4A，安装有透镜单元45的光具座43被第一夹具40支撑，测试光Lt射到透镜单元45上。还提供反射镜42以将测试光Lt传输到透镜单元45上。检查在被透镜单元45反射之后返回的测试光Lt是否聚焦在参考位置。限定参考位置使得透镜单元45布置为与光轴直交，并且参考位置用于调整相对于光轴的倾斜。调整第一夹具40使得测试光Lt聚焦在参考位置上，从而完成安装有透镜单元45的光具座43的光学找正。透镜单元45是将要直接装配到集成光学系统的元件。在透镜单元45的倾斜找正之后，其它元件的光学找正也完成了，然后，透镜单元45被安装到第一夹具40上。因此，简单地完成了装配。
然后，如图4B所示，哑光路分离器47被安装在形成在第二夹具50上的支架48上并由其支撑。测试光Lt射到哑光路分离器47上。检查反射之后返回的测试光Lt是否聚焦在参考位置。接着，调整第二夹具50使得测试光聚焦在参考位置，从而完成哑光路分离器47的初步光学找正。
哑光路分离器47是用作初始倾斜找正的光学元件。通过使用这种哑光学元件将第二夹具50设置用于光轴找正。
接着，如图4C所示，哑盘53安装到第三夹具55上，并且测试光Lt射到哑盘53上。检查在被哑盘53反射之后返回的测试光Lt是否聚焦在参考位置。调整第三夹具55使得测试光Lt聚焦在参考位置，从而完成哑盘53的初步光学找正。
在以上描述中，按照安装透镜单元45的光具座、哑光路分离器47和哑盘53的顺序执行光学找正。但是光学找正的顺序在必要时可以改变。
如以上描述，第一夹具40、第二夹具50和第三夹具55通过使用透镜单元45和哑光路分离器47完成相对于光轴的光学找正而被设置为相对于光轴的倾斜找正。然后，光学元件和真实光学元件替代哑光学元件被安装到第一夹具40、第二夹具50和第三夹具55上，并且被装配。这里，真实光学元件将由与图1A和图1B中显示的标号相同的标号指代。
安装有透镜单元27的光具座20由第一夹具40支持，光路分离器25由第二夹具50支持。由于第一夹具40和第二夹具50已被关于光轴倾斜找正，所以通过将安装有透镜单元27的光具座20和光路分离器25安装在第一夹具40和第二夹具50上就可以简单地自动完成光学元件的倾斜找正。在这种完成了关于倾斜的光轴找正的状态下，可以只通过使用沿着X轴和Y轴的平移来找正光路分离器25就可以容易地调整形成在主要光电探测器15上的光斑的位置。
图5表示只通过使用光路分离器25沿着X轴和Y轴的平移就可以将光斑S的位置调整到主要光电探测器15的中心。
根据本发明，由于在装配真实产品之前已完成针对光路分离器对光轴的倾斜找正，所以在装配过程中仅通过平移来完成光学找正。因此，在光学元件的装配过程中破损的危险显著地减小了。另外，由于简化了光轴找正操作，所以可以仅通过具有简单结构的主要光电探测器，例如4分光电探测器来实现聚焦、循道和/或倾斜伺服。由于根据本发明的使用光轴找正的集成光学系统可通过使用具有简单结构的主要光电探测器来实现伺服，所以在小型化和集成化方面有利。
根据本发明的光具座具有改善的结构，该结构允许仅仅安装光路分离器而不先将光路分离器粘合来装配透镜单元，从而简化了装配过程。另外，根据本发明的集成光学系统使用物镜或者准直透镜作为透镜单元，因此可被用作光学头或者全息模块。
在根据本发明的光学找正方法中，由于通过设置夹具来实现在集成光学系统中使用的主要光学元件的倾斜找正，所以在真实光学元件的装配过程中不需要倾斜找正，通过使用光路分离器沿着X轴和Y轴的平移就可容易地完成装配。
根据本发明的集成光学系统用于便携式终端，例如个人数字助理(PDA)、移动电话、数字相机、便携式盘播放机和摄录一体机，并且该集成光学系统非常薄且小。因此用于该集成光学系统的光学元件更小，并且安装这些光学元件的部分的厚度以μm为单位。结果，为了光学找正最好尽可能小地移动所述光学元件。在本发明中，通过在装配集成光学系统之前设置夹具来执行对光轴的倾斜找正，因此，在集成光学系统的装配期间可以只通过使用沿着X轴和Y轴的平移而不执行倾斜找正来完成光学找正。
由于简化了光学找正，主要光电探测器的结构也简化了。按照现有技术，当主要光电探测器的结构得到简化时，光学找正操作就变得复杂。反过来，当主要光电探测器的结构变得复杂时，光学找正操作就变得简单。结果，主要光电探测器必然被制造成具有复杂的结构以避免光学找正变得困难。但是，当光学找正可根据本发明变得容易时，光电探测器的结构也得到简化。结果，大大地减小了使用该简化了的光电探测器的集成光学系统的大小。

Claims (17)

1、一种光具座，其上安装有：光源；主要光电探测器，接收从盘反射的光；透镜单元；光路分离器，将来自光源的光和来自透镜单元的光分离，
该光具座包括安放凹槽，该安放凹槽向上打开以容纳光路分离器，并且在其底部具有用于穿过光的孔。
2、如权利要求1所述的光具座，在其底面还包括：
第一反射镜，改变从光源发射到透镜单元的光的方向；
第二反射镜，将来自透镜单元然后从第一反射镜反射的光的方向改变为向着主要光电探测器。
3、一种集成光学系统，包括：
光源；
主要光电探测器，接收从光源发射然后从盘反射的光；
光具座，其上安装有光源和主要光电探测器；
透镜单元，安装在光具座上；
光路分离器，将从光源向透镜单元传播的光路和来自透镜单元的光路分离，
其中，光具座包括向上打开以容纳光路分离器的安放凹槽，并且在该安放凹槽的底部具有用于穿过光的孔。
4、如权利要求3所述的集成光学系统，其中，透镜单元是物镜。
5、如权利要求3所述的集成光学系统，其中，透镜单元是准直透镜。
6、如权利要求5所述的集成光学系统，还包括在准直透镜之上的物镜，从而该集成光学系统被用作全息模块。
7、如权利要求3所述的集成光学系统，其中，该透镜单元是包括折射透镜和衍射透镜的组合透镜。
8、如权利要求3所述的集成光学系统，在所述光具座的底面上还包括：
第一反射镜，改变从光源发射到透镜单元的光的方向；
第二反射镜，将来自透镜单元然后从第一反射镜反射的光的方向改变为向着主要光电探测器。
9、如权利要求3所述的集成光学系统，在所述光具座的底面上还包括监控光电探测器，用于检测从光源发射的光的能量。
10、如权利要求3所述的集成光学系统，其中，光路分离器是全息光学元件和衍射光学元件中的一种。
11、一种用于集成光学系统的光学找正方法，包括：
用第一夹具支撑安装有透镜单元的光具座，并且使用该第一夹具调整光具座的倾斜，从而使该光具座对光轴找正；
使用第二夹具支撑哑光路分离器，并且使用该第二夹具调整哑光路分离器的倾斜，从而预先使哑光路分离器对光轴找正，
其中，设置第一夹具和第二夹具用于集成光学系统的倾斜找正。
12、如权利要求11所述的光学找正方法，还包括用第三夹具支撑哑盘，并且调整该哑盘的倾斜，从而预先使哑盘对光学轴找正。
13、如权利要求11所述的光学找正方法，其中，透镜单元是物镜。
14、如权利要求11所述的光学找正方法，其中，透镜单元是准直透镜。
15、如权利要求11所述的光学找正方法，其中，透镜单元是包括折射透镜和衍射透镜的组合透镜。
16、如权利要求11所述的光学找正方法，其中，光路分离器是全息光学元件和衍射光学元件中的一种。
17、如权利要求11所述的光学找正方法，还包括：
使用将被装配的光路分离器替代该哑光路分离器；
平移所述光路分离器。
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