能夠校正球面像差的光學拾取設備的製作方法

2023-05-24 15:03:46

專利名稱：能夠校正球面像差的光學拾取設備的製作方法
技術領域：
本發明總體上涉及一種光學拾取設備，特別地涉及一種具有校正球面像差功能的光學拾取設備。
背景技術：
只讀光碟(CD)、數位化通用光碟(DVD)和其他類似光碟具有各自的存儲信息，所述信息通過包括光學拾取設備的裝置從光碟中光學讀取信息得到再現。
在光學拾取設備中，光源發射雷射束，該光束接下來由反射鏡反射和通過物鏡聚集以照明所需軌道上的光碟記錄面。軌道反射並且從而返回接下來由光電探測器檢測的光以讀取該軌道信息。
由物鏡聚集的光可以提供球面像差。球面像差的含義是，在由物鏡聚焦的光線中，通過一部分透鏡的光線遠離光軸或透鏡的外圍部分，同時接近於光軸或通過透鏡中心的光線聚焦在不同的位置處。當球面像差產生時，光碟不能令人滿意地再現其信息。
因此，設計物鏡以校正預定厚度光碟的球面像差。然而，如果光碟厚度不均勻同時校正量不匹配，那麼球面像差將產生。此外，如果光碟的記錄層由多層形成，並且對於不同層存在跳變，則校正量不匹配且球面像差產生。
這種球面像差例如通過使用液晶設備以調節相應於球面像差的相位的方法來防止，這種方法在日本專利公開號2003-141771中公開。
然而，上述公開文本中描述的利用液晶設備以提供相位調節的方法要求光學拾取設備具有複雜的結構同時也促成成本增加。

發明內容
本發明所考慮的是一種可以具有簡化結構以減少球面像差的光學拾取設備。
為了克服上述缺陷，本發明的一個方面提供一種光學拾取設備，其允許從雷射束光源發射的雷射束通過反射鏡反射以提供反射光，該反射光接下來由物鏡聚焦到光學存儲介質上，該光學拾取設備包括反射雷射束的圓反射鏡；和包括壓電元件的反射鏡調節器，該壓電元件具有粘接到反射鏡圓形背面的圓形表面，以便壓電元件圓形表面的中心和反射鏡圓形背面的中心匹配，壓電元件接收電壓以使粘接到反射鏡的圓形表面環繞360度以均勻比率徑向擴張/收縮，使得反射鏡具有幾何形狀發生變化的表面，該反射鏡具有鏡面，其設有折射率至少為1的透射膜。
本發明的另一個方面提供一種光學拾取設備，其允許從雷射束光源發射的雷射束通過反射鏡反射以提供反射光，該反射光接下來由物鏡聚焦到光存儲介質上，該光學拾取設備包括反射雷射束的圓反射鏡；相對於反射鏡的鏡面布置的稜鏡；和包括壓電元件的反射鏡調節器，該壓電元件具有粘接到反射鏡圓形背面的圓形表面，以便壓電元件圓形表面的中心和反射鏡圓形背面的中心匹配，壓電元件接收電壓以使粘接到反射鏡的圓形表面環繞360度以均勻比率徑向擴張/收縮，使得反射鏡具有幾何形狀發生變化的表面，並且如果光源發射的光束必須沿相對於光束入射方向成角度θ4+θ12的方向引導以將光束提供到物鏡，稜鏡和反射鏡傾斜且稜鏡具有折射率和幾何形狀，則初始設置成(θ4+θ12)＞(2×θ8)，其中θ4表示光在遠離反射鏡鏡面的稜鏡表面上的入射角，θ12表示從遠離反射鏡鏡面的稜鏡表面發出的光的折射角，θ8表示從接近於反射鏡鏡面的稜鏡表面發出的光在反射鏡上的入射角。
本光學拾取設備可以具有簡化結構以減少球面像差。
本發明的前述和其他目的、特徵、方面及優點將從下面結合所附附圖對本發明的詳細描述中變得更加明顯。


圖1示出了光學拾取設備的光學系統的主要部分。
圖2A示出了當旋轉/像差校正反射鏡4具有一般幾何形狀的鏡面時反射光12的光程，圖2B示出了當旋轉/像差校正反射鏡4具有幾何形狀改變的鏡面時反射光12的光程。
圖3示出了第一實施例中反射鏡調節器10的結構。
圖4示出了反射鏡4的鏡面以點的形式接收準直光束11。
圖5A示出了當反射鏡4的鏡面上沒有設置透射膜時準直光束11和反射光12的光程，圖5B示出了當反射鏡4的鏡面上設有折射率1.7的透射膜20時準直光束11和反射光12的光程。
圖6示出了稜鏡30和反射鏡4的布置。
具體實施例方式
以下將參考附圖描述本發明的實施例。
第一實施例本實施例涉及包括設有透射膜的旋轉/像差校正反射鏡的光學拾取設備。
圖1示出了拾取設備的光學系統的主要部分。參考該附圖，光學拾取設備包括光源1，準直儀2，偏振光分束器3，圓形的旋轉/像差校正反射鏡4，物鏡5，柱面透鏡7，光電探測器8，和反射鏡調節器10。
光源1發射光束13。準直儀2將光束13準直為準直光束11。反射鏡4沿下述方向改變準直光束11，即向光碟6反射光束11以提供反射光12的方向。物鏡5允許反射光12照明光碟6的信息記錄面。
信息記錄面具有調節反射光光強的位列。從而經過調節的反射光通過物鏡5、由反射鏡4反射、然後通過偏振光分束器3、由柱面透鏡7會聚，從而入射到光電探測器8。
光電探測器8接收光線，該光線用於再現光碟6的信息並且控制物鏡5適當地聚焦和跟蹤。
此外，控制電路(未示出)將入射到光電探測器8上的光分成中心部分的光和外圍部分的光，並檢測它們各自的聚焦位置以檢測球面像差的量。控制電路通過檢測的球面像差的量驅動以控制支承反射鏡4的反射鏡調節器10，從而改變反射鏡4鏡面的幾何形狀以減少球面像差的量。
圖2A示出了當反射鏡4具有一般或平的幾何形狀鏡面時反射光12的光程。如圖所示，球面像差產生。
圖2B示出了當反射鏡4具有幾何形狀改變的鏡面時反射光12的光程。如圖所示，幾何形狀改變的鏡面減少了球面像差量。
圖3示出了反射鏡調節器10的結構。參考附圖，反射鏡調節器10包括壓電元件21，支承壓電元件21的枝狀物22，和固定物23。
壓電元件21粘接到反射鏡4的背面。粘接到反射鏡4背面的壓電元件21的表面為圓形，並且圓的中心與反射鏡的圓形背面的中心匹配。壓電元件21的厚度方向垂直於反射鏡表面。
當電壓施加到壓電元件21上時，壓電元件21擴張/收縮。更特別地，當壓電元件21接收正電壓時，壓電元件21的粘接到反射鏡4的圓形表面環繞360度以均勻比率徑向擴張，如圖3的箭頭(1)所示。由於反射鏡4粘接到壓電元件21，因此反射鏡4彎曲成凹形，從而會聚反射光12。
相反，當壓電元件21接收負電壓時，此時如圖3的箭頭(2)所示，壓電元件21的粘接到反射鏡4的圓形表面環繞360度以均勻比率徑向收縮。由於反射鏡4粘接到壓電元件21，因此反射鏡4彎曲成向外突出，從而發散反射光12。
如圖4所示，當將反射鏡角度設為45°時，反射鏡4的鏡面以橢圓點接收準直光束11。這裡「反射鏡角度」指的是準直光束11入射到反射鏡4的具有一般幾何形狀的鏡面上的角度。
在圖4中，切線方向一般情況下是平行於反射鏡4鏡面的方向並且連接反射鏡上的接收最接近和最遠離光碟6表面的光線的位置。徑向方向一般情況下是平行於反射鏡4鏡面的方向並且垂直於切線方向。
從而對於小於90°的反射鏡角度，提供橢圓形點，並且在切線和徑向方向等量，即在切線和徑向方向提供相等曲率半徑的彎曲反射鏡4並不提供適當減少的球面像差的量。換句話說，不管如何調節施加的電壓，球面像差依舊保持不可忽略的量。
在本實施例中，通過對反射鏡4的鏡面提供具有儘可能高的至少為1的折射率的透射膜20，允許旋轉/像差校正反射鏡4的鏡面以儘可能接近垂直的角度(即，以允許入射角接近於0°的角度)接收準直光束11，從而球面像差的量可以適當減少。
圖5A示出了當反射鏡4的鏡面沒有設置透射膜時準直光束11和反射光12的光程。如圖所示，準直光束11以角α(＝45°)入射到鏡面上。
圖5B示出了當反射鏡4的鏡面設有折射率1.7的透射膜20時準直光束11和反射光12的光程。如圖所示，準直光束11以角α(＝45°)入射到透射膜22的表面上並且通過相同的表面折射以提供折射光13。由於透射膜20具有1.7的折射率，因此根據斯涅耳定律，從表達式sinα＝1.7×sinβ得出折射角β是24.58°。折射光13通過反射鏡4的鏡面反射。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的表面上並且通過相同的表面折射以提供反射光12，其接下來入射到物鏡15上。根據斯涅耳定律，折射角是α(＝45°)。
在反射鏡4鏡面上設置具有折射率至少為1的透射膜可以提供光在鏡面上減小的入射角，以便反射鏡4可以接收接近於垂直方向的光。
因而本實施例提供包括旋轉/像差校正反射鏡4的光學拾取設備，所述反射鏡具有設有折射率至少為1的透射膜的鏡面，以至於如果變形以便校正球面像差的反射鏡4的鏡面在切線和徑向方向具有相等的曲率半徑，則可以實現適當地減少球面像差的量。
第二實施例本實施例涉及包括相對於旋轉/像差校正反射鏡的鏡面設置的稜鏡的光學拾取設備。
本實施例的光學拾取設備與圖1所示的第1實施例的光學拾取設備的不同之處在於，旋轉/像差校正反射鏡4不具有設有透射膜20的鏡面，而是具有與稜鏡30相對的鏡面。
圖6示出了稜鏡30和反射鏡4的布置。參考附圖，稜鏡30由BK7形成，具有n1的折射率，並且相對於反射鏡4表面(或鏡面)布置。
如圖所示，為了說明，稜鏡30的前、後表面和反射鏡4的鏡面關於垂直於準直光束11的方向分別形成角θ1、θ2和θ3。此外，為了說明，由準直光束11和反射光12形成的角不限於90°。
準直光束11以入射角θ4入射到稜鏡30的前表面，並且通過相同的前表面折射以提供折射角為θ5的折射光31。因此建立下述表達式θ5＝sin-1(sinθ4/n1) (A1)此外，折射光31以入射角θ6入射到稜鏡30的後表面，並且通過相同的後表面折射以提供折射角為θ7的折射光32。因此建立下述表達式θ6＝θ5+(θ2-θ1) (A2)θ7＝sin-1(n1×sinθ6) (A3)折射光32通過反射鏡4的鏡面反射以提供反射光35。入射角和反射角為θ8。因此建立下述表達式θ8＝θ7+(θ3-θ2) (A4)反射光35以入射角θ9入射到稜鏡30的後表面，並且通過相同的後表面折射以提供折射角為θ10的折射光36。因此建立下述表達式
θ9＝θ8+(θ3-θ2)＝θ7+2×(θ3-θ2)(A5)θ10＝sin-1(sinθ9/n1) (A6)折射光36以入射角θ11入射到稜鏡30的前表面，並且通過相同的後表面折射以提供折射角為θ12的入射到物鏡5上的反射光12。因此建立下述表達式θ11＝θ10+(θ2-θ1)(A7)θ12＝sin-1(n1×sinθ11)(A8)如果反射光12和準直光束11形成角度θ13，那麼建立下述表達式θ13＝θ4+θ12(A9)因此，當稜鏡30的前、後表面和反射鏡4的鏡面關於垂直於準直光束11的方向分別形成角θ1、θ2和θ3並且也建立了關係(θ4+θ12)＞(2×θ8)時提供的在反射鏡4上的入射角小於下述情況中的入射角，即稜鏡30不存在，同時反射鏡4設置成具有傾角，其允許準直光束11以入射角(θ4+θ12)/2入射的情況。
換句話說，如果準直光束11必須沿關於準直光束11的入射方向成角(θ4+θ12)的方向引導以將準直光束11提供給物鏡5，設置稜鏡30的傾角(與θ1和θ2關聯)、旋轉/像差校正反射鏡4的傾角(與θ3關聯)、以及適當地設置稜鏡30的折射率(n1)和幾何形狀(與θ1和θ2關聯)，以便稜鏡30的前表面和後表面分別以入射角θ4和折射角θ12來接收和發射光線，同時滿足關係(θ4+θ12)＞(2×θ8)，那麼允許在反射鏡4上的入射角小於稜鏡30不存在時的入射角。
因此，本實施例提供一種包括旋轉/像差校正反射鏡4的光學拾取設備，該反射鏡4具有與稜鏡30相對的鏡面，所述稜鏡具有適當的折射率、適當的幾何形狀和適當的位置，以便如果變形以便校正球面像差的反射鏡4的鏡面在其切線和徑向方向具有均勻的曲率半徑，仍然可以實現適當地減少球面像差的量。
儘管已經詳細描述和說明了本發明，但是應當理解其僅作為說明和例證，並不是限制性的，本發明的精神和範圍僅由附加的權利要求限定。
權利要求
1.一種光學拾取設備，其允許從雷射束光源(1)發射的雷射束(13)通過反射鏡(4)反射以提供接下來由物鏡(5)聚焦到光存儲介質(6)上的反射光(12)，包括反射雷射束(13)的圓反射鏡(4)；和包括壓電元件(21)的反射鏡調節器(10)，該壓電元件具有粘接到所述反射鏡(4)圓形背面的圓形表面，以便所述壓電元件的所述圓形表面的中心和所述反射鏡(4)的所述圓形背面的中心相匹配，所述壓電元件(21)接收電壓以使粘接到所述反射鏡的所述圓形表面環繞360度以均勻比率徑向擴張/收縮，使得所述反射鏡(4)具有幾何形狀發生變化的表面，所述反射鏡(4)具有鏡面，其設有折射率至少為1的透射膜(20)。
2.一種光學拾取設備，其允許從雷射束光源(1)發射的雷射束(13)通過反射鏡(4)反射以提供接下來由物鏡(5)聚焦到光存儲介質(6)上的反射光(12)，包括反射所述雷射束(13)的圓反射鏡(4)；相對於所述反射鏡(4)的鏡面布置的稜鏡(3)；和包括壓電元件(21)的反射鏡調節器(10)，該壓電元件具有粘接到所述反射鏡(4)圓形背面的圓形表面，以便所述壓電元件的所述圓形表面的中心和所述反射鏡(4)的所述圓形背面的中心相匹配，所述壓電元件(21)接收電壓以使粘接到所述反射鏡(4)的所述圓形表面環繞360度以均勻比率徑向擴張/收縮，使得所述反射鏡(4)具有幾何形狀發生變化的表面，並且如果所述光源(1)發射的光束必須沿相對於所述光束入射方向成角度θ4+θ12的方向引導以將所述光束提供給所述物鏡(5)，所述稜鏡(30)和所述反射鏡(4)傾斜且所述稜鏡(30)具有折射率和幾何形狀，則初始設置成(θ4+θ12)＞(2×θ8)，其中θ4表示光在遠離所述反射鏡(4)的所述鏡面的所述稜鏡(30)表面上的入射角，θ12表示從遠離所述反射鏡(4)的所述鏡面的所述稜鏡(30)所述表面發出的光的折射角，θ8表示從接近於所述反射鏡(4)的所述鏡面的所述稜鏡(30)表面發出的光線在所述反射鏡(4)上的入射角。
全文摘要
一種反射鏡調節器(10)，包括粘接到圓反射鏡(4)的背面的壓電元件(21)，以便圓形表面的中心與反射鏡(4)的圓形背面的中心相匹配。壓電元件(21)接收電壓以使其粘接的圓形表面環繞360度以均勻比率徑向擴張/收縮，從而允許反射鏡(4)具有幾何形狀發生變化的表面。反射鏡(4)具有鏡面，該鏡面設有折射率至少為1的透射膜(20)。
文檔編號G11B7/135GK1637888SQ20051000908
公開日2005年7月13日 申請日期2005年1月5日 優先權日2004年1月5日
發明者長島賢治 申請人:船井電機株式會社