CN1910673A - 具有波前修正器的光学装置 - Google Patents

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Abstract

一种光学装置包括在辐射光束中引入波前修正的波前修正器。波前修正器包括第一光学单元(110)和第二光学单元(111)。该两个光学单元被安排成使得第一光学单元适当的往复运动藉助于爬行效应而导致第二光学单元的平移。这允许在两个光学单元之间得到所需要的相互移位。

Description

具有波前修正器的光学装置
发明领域
本发明涉及包括用于在辐射光束中引入波前修正的波前修正器的光学装置。
本发明还涉及改变波前修正器的特性的方法。
本发明特别涉及用于对光盘例如CD、DVD或蓝光盘(BD)记录器和/或播放器进行记录或读出的光盘设备。
发明背景
专利申请WO 03/052755描述包括波前修正器的光学装置。波前修正器包括具有第一非球面的第一单元和具有第二非球面的第二单元，第一和第二单元是互相可直线移动的，以用于在辐射光束中引入波前修正。该两个单元的互相直线移位导致在经过波前修正器传送的辐射光束中产生波前修正。
为了产生波前修正，该两个单元中的至少一个单元必须平移。为了达到这样的平移，WO 03/052755的光学装置包括被附着在第一和第二单元上的定位装置。这些定位装置例如包括由电磁铁、固定单元和弹簧形成的控制装置。结果，这样的定位装置是笨重的，因为它们需要支撑单元和线圈。而且，必须给电磁铁提供能量，以便保持第一和第二单元在给定的位置上，这使得光学装置的功耗相当大。
发明概要
本发明的目的是提供包括波前修正器的光学装置，该光学装置是紧凑的和具有相对较低的功耗。
为此，本发明提出一种包括用于在辐射光束中引入波前修正的波前修正器的光学装置，所述波前修正器包括第一光学单元和第二光学单元，它被安排成使得第一光学单元的适当的交替运动藉助于爬行效应而导致第二光学单元的平移。
按照本发明，第一和第二光学单元具有接触面，该面被选择或使得它提供一个给定的摩擦力，当适当的交替运动加到第一光学单元时该摩擦力导致爬行效应。由于这种爬行效应，第二光学单元被平移而第一光学单元保持在给定的中间位置。因此，该第一和第二单元的互相直线移位是由于第一光学单元的交替运动造成的。结果，只需要把交替运动加到第一光学单元。这样的交替运动可以藉助于一个相对紧凑的系统来施加，例如一个被附着在第一光学单元上的压电单元。这使得光学装置很紧凑。实际上，用于引入波前修正的装置近似地具有第一和第二光学单元的尺寸，因为第一光学单元本身把平移运动施加给第二光学单元。而且，一旦第一光学单元的交替运动停止，由于在第一和第二单元之间的摩擦力，第二光学单元就保持它与第一光学单元相比的相对位置。所以，为了保持第一和第二光学单元在给定的位置上，不需要提供能量。因此光学扫描装置的功耗所以相当低。
在有利的实施例中，第一和第二光学单元被安排成使得第一光学单元在第一方向的适当的交替运动导致第二光学单元在所述第一方向的平移，以及第一光学单元在第二方向的适当的交替运动导致第二光学单元在所述第二方向的平移。
按照这个有利的实施例，波前修正器可以在诸如径向和切向的两个方向引入波前修正。这允许在两个方向上补偿慧形像差，这例如在校正由于信息载体相对于光学扫描装置的物镜透镜的光轴倾斜造成的像差是需要的。
在优选实施例中，第一和第二光学单元还被安排成使得第二光学单元的适当的交替运动藉助于爬行效应而导致第一光学单元的平移。按照这个优选实施例，波前修正器也可以在两个方向引入波前修正，这允许在两个方向上补偿慧形像差。
有利地，光学装置还包括用于引导第二光学单元的装置。这保证第二光学单元的平移遵循预定的方向。
本发明还涉及一种用于改变包括第一光学单元和第二光学单元的波前修正器的特性的方法，所述方法包括将适当的交替运动加到第一光学单元以便藉助于爬行效应而平移第二光学单元的步骤。
参照此后描述的实施例将明白和阐述本发明的这些和其它方面。
附图简述
现在参照附图作为例子更详细地描述本发明，其中：
图1显示按照本发明的包括波前修正部分的光学装置；
图2a是图1的光学装置的波前修正部分的透视图和图2b是图2a的分解图；
图3a和3b是图2a的波前修正部分的截面图；
图4a显示图2a的第一光学单元的交替运动和图4b显示图2a的第二光学单元的最终产生的平移；
图5是按照本发明的有利实施例中图1的光学装置波前修正部分的分解透视图；
图6是在本发明的优选实施例中图1的光学装置波前修正部分的分解透视图。
发明详细说明
按照本发明的光学装置显示于图1。这样的光学装置包括用于产生辐射光束102的辐射源101，校直透镜103、光束分离器104、物镜透镜105、伺服透镜106、检测装置107、测量装置108、和控制器109。这个光学装置预定用于扫描信息载体100。光学装置还包括一个波前修正器，它包括第一光学单元110和第二光学单元111。一个压电元件112被附着在第一光学单元110上。波前修正器和压电元件112形成波前修正部分。
光学装置还包括慧形像差检测器113和控制电路114，控制电路114控制压电元件112。这样的慧形像差检测器113和控制电路114例如是在WO 03/052755中描述的。
在扫描操作期间(这可以是写操作或读操作)信息载体100被由辐射源101产生的辐射光束所扫描。校直透镜103和物镜透镜105把辐射光束102聚焦在信息载体100的信息层上。在扫描期间，可以检测到聚焦误差信号，它相应于辐射光束102在信息层上的定位误差。这个聚焦误差信号可用于校正物镜透镜105的轴位置，以便补偿辐射光束102的聚焦误差。信号被发送到控制器109，它驱动一个传动器，以便轴向地移动物镜透镜。
聚焦误差信号和被写在信息层上的数据由检测装置107检测。被信息载体100反射的辐射光束102由物镜透镜105变换成平行光束，然后藉助于光束分离器104而到达伺服透镜106。这个反射的光束到达检测装置107。
波前修正器能在辐射光束102中引入波前修正。如果由慧形像差检测器113检测到慧形像差，这可能是需要的。波前修正器包括第一光学单元110和第二光学单元111，它们被设计成使得在第一和第二光学单元110和111之间出现相对位移时引入波前像差。本发明适用于任何包括两个光学单元的波前修正器，诸如在WO 03/052755中描述的波前修正器或在“Lateral shift variable aberration generators”(侧移可变像差发生器)，Applied Optics Vol.38(1999)pp.86-90中描述的更加简单的波前修正器。在以下的图上描述如何产生在第一光学单元110和第二光学单元111之间的相对位移。
虽然图1所示的光学装置是一个用于扫描信息载体的光学扫描装置，但本发明可以应用于包括具有两个光学单元的波前修正器的任何光学装置。例如，本发明可被应用于光学照相机的变焦透镜。在这种情形下，波前修正器生成具有失焦形式的波前修正，以便改变变焦透镜的焦距，由此使得焦距是可调节的。
图2a和2b显示波前修正部分。第一光学单元110和第二光学单元111具有公共的滑动面，正如在图2a上可以看到的那样，并且将参照图3对其更详细地说明。当适当的交替运动施加给第一光学单元110时，藉助于爬行效应发生第二光学单元111的平移。公共滑动面的摩擦力被选择成使得当适当的交替运动加到第一光学单元110时，就发生爬行效应。这将参照图4a和4b更详细地说明。
结果，第二单元111通过把交替运动加到第一单元110而平移。因此，波前修正器的光学特性被修正，正如例如在WO 03/052755中说明的那样。第二单元111的平移可能具有相当大的行程，诸如几厘米，即使第一单元110的行程是相对较低的，诸如几微米。因此，为了移动第一单元110，使用了一个紧凑的系统。在图2a和2b的例子中，使用了压电单元112。然而，也可以使用另外的运动装置，诸如短行程电磁传动器。
在图2a和2b的例子中，导引装置200被提供来导引第二光学单元111。导引装置200保证第二光学单元111沿预定的方向平移。在本例中，使用滚柱轴承作为导引装置200。也可以使用其它导引装置，诸如弹性轴承。导引装置固定在光学装置的固定部分。
图3a是当第二单元111面对第一单元110时图2a的波前修正部分的截面图。两个光学单元110和111每个具有非球形表面和平表面。平表面规定了公共滑动面S。在图3a的位置，波前修正器是一个中性单元。图3b是当第二光学单元111相对于第一光学单元110已有平移时图2a的波前修正部分的截面图。在这个位置，波前修正器在辐射光束穿过它时引入波前修正。这是本领域技术人员熟知的，因此不作进一步描述。关于波前修正的细节可以例如在WO 03/052755中找到。
图4a显示第一光学单元110的交替运动和图4b显示第二光学单元111的最终产生的运动。图4a表示作为时间的函数的第一光学单元110的位置x1，其中x1是图2b上规定的第一轴。图4b表示作为时间的函数的第二光学单元111的位置x2，其中x2是图2b上规定的第二轴。在第一光学单元施加上交替运动，以使得第一光学单元保持在由x1＝0表示的相同的中间位置。这个交替运动在第一方向上是相对较慢的，而它在第二方向上是相对较快的。在第一和第二光学单元110和111之间的滑动面被选择成使得第一光学单元110的相对较慢的运动导致第二光学单元111的平移，而第一光学单元110的相对较快的运动则不导致第二光学单元111的任何运动。换句话说，第一光学单元110的适当的交替运动藉助于爬行效应而导致第二光学单元111的平移。爬行效应是本领域技术人员熟知的。例如，美国专利US 6,459,473描述这样的爬行效应。为了被安排成使得第一光学单元110适当的交替运动藉助于爬行效应导致第二光学单元111的平移，第一和第二光学单元110和111需要一个具有摩擦力的公共滑动面，该摩擦力的选择是要引起所述爬行效应。
为了把交替运动加到第一光学单元110，要把输入电压加到压电单元112，该电压具有相应于图4a上所表示的运动的锯齿波形。也可以使用导致第一光学单元110的不同的交替运动的其它输入电压，诸如一个脉冲波形。
正如从图4a和4b可以看到的，当输入电压被切断时，即当第一光学单元110的运动停止时，第二光学单元111保持在它的位置。结果，实施这样的波前修正部分的光学装置的能量消耗是相对较低的，因为一旦第二光学单元达到它的想要的位置就不需要能量。
图5显示在本发明的有利的实施例中的波前修正部分。波前修正部分包括第一光学单元110、第二光学单元111、第一压电单元501、第二压电单元502、第一导引装置511和第二导引装置512。第一和第二压电单元501和502被附着在第一光学单元110上。按照这个有利的实施例，第二光学单元111可以沿两个不同的方向D1和D2平移。这是特别有用的，特别是在用于扫描信息载体的光学扫描装置中，正如在WO 03/052755中说明的。当希望按第一方向D1互相直线移位时，适当的输入电压被加到第一压电单元501，从而使交替运动被加到第一光学单元110，如图4a上描述的。在这种情形下，被附着在第一光学单元110上的第二压电单元502也按方向D1交替运动。因此，在第二压电单元502与光学装置的固定部分F之间需要第一弹性单元513。当希望按第二方向D2互相直线移位时，适当的输入电压被加到第二压电单元502，从而使交替运动被加到第一光学单元110上，该运动相应于图4a上描述的运动，但这是沿第二方向D2的。在这种情形下，被附着在第一光学单元110上的第二压电单元501也在方向D2上交替运动。因此，在第一压电单元501与光学装置的固定部分F之间需要第二弹性单元514。第一和第二导引装置511和512保证第二光学单元111遵循这个需要的方向。波前修正部分还包括一个附加支架515，它允许第二光学单元111沿第一和第二方向D1和D2移位。当第二光学单元111沿第一方向D1移位时，第一导引装置511导引所述第二光学单元111，而附加支架515保持固定。当第二光学单元111沿第二方向D2移位时，附加支架515、第一导引装置511和第二光学单元111被第二导引装置512导引。
图6显示在本发明的优选实施例中的波前修正部分。波前修正部分包括第一光学单元110、第二光学单元111、第一压电单元501、第二压电单元502、第一导引装置511和第二导引装置512。第一压电单元501被附着在第一光学单元110上。第二压电单元502被附着在第二光学单元111上。按照这个有利的实施例，两个光学单元110和111的互相直线位移可以沿两个不同的方向实现。当希望在第一方向D1上互相直线移位时，把适当的输入电压加到第一压电单元501，从而使交替运动被加到第一光学单元110，如图4a上描述的。当希望在第二方向D2上互相直线移位时，把适当的输入电压加到第二压电单元502，从而使交替运动被加到第二光学单元111，该运动相应于图4a上描述的运动，但是沿第二方向D2并且是对于第二光学单元111的。第一和第二导引装置511和512保证第二光学单元111和第一光学单元110分别遵循所需要的方向D1或D2。按照优选实施例，不需要弹性单元和附加支架，正如在图5所示的实施例中的情形。因此，按照本优选实施例的光学装置是更紧凑的。
在以下的权利要求中的任何标号不应当看作为限制本权利要求。将会看到，动词“包括”及其派生词的使用不排除除了在任何权利要求中规定的那些单元以外任何其它单元的存在。在单元前面的单词“一个”不排除多个这样的单元的存在。

Claims (9)

1.一种包括用于在辐射光束中引入波前修正的波前修正器的光学装置，所述波前修正器包括第一光学单元(110)和第二光学单元(111)，它被安排成使得第一光学单元的适当的交替运动藉助于爬行效应而导致第二光学单元的平移。
2.如权利要求1中要求的光学装置，其中第一和第二光学单元被安排成使得第一光学单元在第一方向的适当的交替运动导致第二光学单元在所述第一方向的平移以及第一光学单元在第二方向的适当的交替运动导致第二光学单元在所述第二方向的平移。
3.如权利要求1中要求的光学装置，其中第一和第二光学单元还被安排成使得第二光学单元的适当的交替运动藉助于爬行效应而导致第一光学单元的平移。
4.如权利要求3中要求的光学装置，其中第一和第二光学单元被安排成使得第一光学单元在第一方向的适当的交替运动导致第二光学单元在所述第一方向的平移以及第二光学单元在第二方向的适当的交替运动导致第一光学单元在所述第二方向的平移。
5.如权利要求1中要求的光学装置，还包括被附着在第一光学单元上的压电单元(112)，用于将适当的交替运动加到第一光学单元。
6.如权利要求1中要求的光学装置，还包括用于导引第二光学单元的装置(200)。
7.一种用于改变包括第一光学单元和第二光学单元的波前修正器的特性的方法，所述方法包括将适当的交替运动加到第一光学单元，以便藉助于爬行效应平移第二光学单元的步骤。
8.如在权利要求1中要求的光学扫描装置。
9.如在权利要求1中要求的光学照相机。
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