專利名稱：用于檢測光學拾取系統(tǒng)中調(diào)焦誤差的象散透鏡的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光學拾取系統(tǒng)，更確切地說，涉及一種能夠?qū)⒏倪M的象散透鏡結(jié)合其中以檢測調(diào)焦誤差的光學拾取系統(tǒng)。
光學信息記錄盤例如激光盤中共同存在的難題之一是涉及調(diào)焦誤差的產(chǎn)生?？梢砸胂笊⒎椒▉斫鉀Q該難題。


圖1所表示的已有技術(shù)，利用象散方法的光學拾取系統(tǒng)10已公開在美國專利NO.4.023.033中，其標題為“光學調(diào)焦裝置”，在此結(jié)合作為參考。該光學拾取系統(tǒng)10包括有光源12，分束器16，物鏡18，光學信息記錄盤20(隨后稱之為光盤)，柱面鏡26以及光學檢測器28。在該系統(tǒng)中，由光源12例如激光二極管發(fā)出的光束14，進入分束器16并由其中含有的反射面22局部反射。由該反射表面22反射的光束，經(jīng)過物鏡18作為聚焦光束射在光盤20的記錄表面21上。由光盤20反射回來的聚焦光束，被物鏡18會聚并透過分束器16。透過分束器16之后的聚焦光束，由于其通過柱面鏡26而成為有象散的光束，隨后照射到光學檢測器28上面，該檢測器28包括帶有四塊正方形光電池(未表示)的光接收表面29，此光電池被安排為一個正方形。四塊光電池中的每一塊均以光強測量的形式產(chǎn)生輸出。來自該正方形光接收表面兩相對角落的兩個輸出，被提供給第一個加法器；而且來自其余兩相對角落的兩個輸出，分別提供給第二個加法器。然后，將來自第一及第二個加法器的結(jié)果提供給差分放大器(未表示)，再通過比較第一及第二個加法器的輸出以產(chǎn)生相關(guān)調(diào)焦誤差，此調(diào)焦誤差也就是來自這對加法器的兩輸出之差。
由于是象散的，所以成象在光學檢測器28的光接收表面29上的光通量的形狀是隨著光盤20的記錄表面21和光束會聚點19之間的位置關(guān)系而變化。為了檢測光通量形狀的這種變化，按一定方式恰好將柱面鏡26安置在會聚點19和光學檢測器28之間，以使當光束被聚焦射時(調(diào)焦誤差為零)即所謂“恰好聚焦”位置，光接收表面29正好處在光通量形狀變?yōu)閳A的位置。如果光盤20沿垂直方向從恰好聚焦位置向光學檢測器28移動，則調(diào)焦誤差信號變成不為零，以其符號來識別位移方向，從而對調(diào)焦誤差進行檢測。這種傳統(tǒng)的象散方法需要讓柱面鏡從象散方式將光斑聚焦。然而，由于這里采用的傳統(tǒng)柱面鏡都不是平面的，所以讓它和會聚點19及光學檢測器28精確對準，以使光接收表面29恰好位于光通量形狀變?yōu)閳A的位置，頗為困難。
因此，本發(fā)明的主要目的在于提供一種改進的象散透鏡，用在光學拾取系統(tǒng)中，能夠同會聚點和光學檢測器精確對準，以使該檢測器上的光接收表面恰好位于零調(diào)焦誤差位置。
根據(jù)本發(fā)明提供的用于光學拾取系統(tǒng)中的凸象散透鏡，包括一塊正交的基板，由折射材料制做，具有第一及第二表面，并且?guī)в胸Q直取向的中心平面，其中第一和第二個表面是相互平行的，每一個表面上都帶有一對橫邊及一對縱邊，而且中心平面與第一和第二表面垂直；并且包括位于上述正交基板第一表面上的兩組各M個五面體，每組中的每一個五面體都是由上述折射材料制做的，而且?guī)в幸粋€矩形的基礎(chǔ)表面、一個矩形的傾斜表面、一個矩形的垂直表面、以及一對成直角三角形的彼此平行的側(cè)表面；三個矩形表面中的每一個都具備一對縱邊及一對橫邊，而且每個三角形側(cè)表面都有一個基底Rm、一個高度Hm和一條斜坡，其中m為表示序數(shù)的自然數(shù)；并且每個五面體的每對三角形側(cè)表面的基底、高度和斜邊，他們分別是由相應五面體矩形基礎(chǔ)表面、矩形垂直表面和矩形傾斜表面的一對橫邊決定的；在M個五面體的每個五面體中，兩個三角形側(cè)表面的高度Hm都是相等的；每一個五面體的形成，都是靠將矩形傾斜表面的縱邊之一以角度θm同矩形垂直表面的縱邊之一并接以構(gòu)成第一條棱，將矩形基礎(chǔ)表面的縱邊之一以直角同矩形垂直表面的剩余邊并接以構(gòu)成第二條棱，以及將矩形基礎(chǔ)表面的剩余縱邊以(180 °-θm-90 °)的角度同矩形傾斜表面的剩余縱邊并接以構(gòu)成第三條棱；M個五面體的第一、第二和第三條棱都是相互平行的，M個五面體中每個五面體，除了具有三角形側(cè)表面的基底Rm為最長和最短的五面體之外，其余五面體的第二條棱均同鄰近五面體的第三條棱共線；每組五面體中具有基底Rm為最大的三角形側(cè)表面的五面體，其矩形表面共用同一個矩形表面；每組五面體中具有基底Rm為最短的三角形側(cè)表面的五面體，其第三條棱與正交基板第一表面的縱邊分別共線；而且兩組五面體中M個五面體的矩形基礎(chǔ)表面，也同該正交基板的第一表面共面，從而使此兩組各M個五面體相對中心平面為對稱；對于M個五面體的每個五面體來說，其角度θm進一步是由對應五面體中三角形側(cè)表面的基底Rm決定的，此基底Rm用數(shù)學式表示為Rm=2mfλ]]>其中，f表示焦距，λ表示光源的波長。
根據(jù)本發(fā)明另一方面的用于光學拾取系統(tǒng)中的凹象散透鏡，包括一塊正交的基板，由折射材料制做，具有第一、第二、第三及第四表面，并且?guī)в胸Q直取向的中心平面，其中第一和第二表面是相互平行的，第三和第四表面也是相互平行的，每個表面上都帶有一對橫邊及一對縱邊，而且中心平面與第一和第二表面垂直；并且包括位于上述正交基板第一表面上的兩組各M個五面體，每組中的每一個五面體都是由上述折射材料制做的，而且?guī)в幸粋€矩形的基礎(chǔ)表面、一個矩形的傾斜表面、一個矩形的垂直表面，以及一對成直角三角形的彼此平行的側(cè)表面；三個矩形表面中的每一個都具備一對縱邊及一對橫邊，而且每個三角形側(cè)表面都有一個基底Rm、一個高度Hm和一條斜坡，其中m為表示序數(shù)的自然數(shù)；并且每個五面體的每對三角形側(cè)表面的上述基底、高度和斜邊，他們分別是由相應五面體的矩形基礎(chǔ)表面、矩形垂直表面和矩形傾斜表面的一對橫邊決定的；在M個五面體的每個五面體中，兩個三角形側(cè)表面的高度是相等的；每一個五面體的形成，都是靠將矩形傾斜表面的縱邊之一以角度θm同矩形垂直表面的縱邊之一并接以構(gòu)成第一條棱，將矩形基礎(chǔ)表面的縱邊之一以直角同矩形傾斜表面的剩余縱邊并接以構(gòu)成第二條棱，以及將矩形基礎(chǔ)表面的剩余縱邊以(180 °-θm-90 °)的角度同矩形垂直表面的剩余縱邊并接以構(gòu)成第三條棱；M個五面體的第一、第二和第三條棱都是相互平行的，除了具有三角形側(cè)表面的基底Rm為最長及最短的五面體之外，每組中M個五面體的每個五面體的第二條棱均同鄰近五面體的第三條棱共線；每組五面體中具有基底Rm為最大的三角形側(cè)表面的五面體，共用第三條棱；具有基底Rm為最短的三角形側(cè)表面的五面體，其矩形表面分別處在該正交基板第三和第四表面的同一表面上，而且兩組五面體中五面體的矩形基面也同該正交基板的第一表面共面，從而使此兩組M個五面體相對中心平面對稱；對于M個五面體中每個五面體來說，其角度θm進一步是由對應五面體中三角形側(cè)表面的基底Rm決定的，此基底Rm可數(shù)學式表示為Rm=2mfλ]]>其中，f表示焦距，λ表示光源的波長。
從以下結(jié)合附圖對最佳實施例所作描述中，本發(fā)明以及上述和其它一些目的和優(yōu)點將變得更加明顯，其中圖1表示采用了柱面鏡的已有技術(shù)的光學拾取系統(tǒng)示意圖；圖2A表示根據(jù)本發(fā)明最佳實施例的凸象散透鏡透視圖；圖2B表示沿圖2A中V-V直線所取本發(fā)明的凸象散透鏡截面示意圖；圖2C表示圖2A中所示凸象散透鏡的五面體透視圖；圖3A為根據(jù)本發(fā)明另一最佳實施例的所發(fā)明的凹象散透鏡的透視圖；圖3B表示沿圖3A中直線V-V所取本發(fā)明凹象散透鏡截面圖3C表示圖3A中所示凹象散透鏡的五面體透視圖，以及圖4表示采用本發(fā)明象散透鏡之一的象散方法透視圖。
在圖2.3及4中分別表示出本發(fā)明最佳實施例的所示象散透鏡的透視圖和截面圖。應當指出的是，相同的部分在此具有相同的編號。
圖2A中表示能夠用在光學拾取系統(tǒng)中檢測調(diào)焦誤差的本發(fā)明凸象散透鏡50透視圖，它包括一塊正交基板52和兩組M個五面體，由折射材料例如PMMA(甲基丙烯酸甲酯)、PC(聚碳酸酯)和PS(聚苯乙酯)制做。
該正交基板52具有第一、第二、第三和第四個表面54、56、53和55，并且配備有豎直指向的中心平面58，其中第一個平面54和第二個平面56是相互平行的，所述第一及第二個表面中的每一個都帶有一對橫邊108及一對縱邊109；第三及第四個表面有一對橫邊108及一對縱邊109；第三及第四個表面也是相互平行的，而且中心平面與第一及第二表面54、56垂直。
兩組M個五面體60m放在該正交基板52第一表面54的頂部，每組中的每一個五面體60m都帶有矩形的基礎(chǔ)表面62、矩形的傾斜表面66、矩形的垂直表面64和一對成直角三角形的相互平行的側(cè)表面68。腳標m為表面序數(shù)的自然數(shù)。三個矩形表面中的每一個，進一步具有一對縱邊及一對橫邊，而且每個三角形的側(cè)表面68都有一個基底Rm、一個高度Hm及一條斜邊；每一個五面體中一對三角形側(cè)表面的基底、高度和斜邊，分別是由矩形基礎(chǔ)表面62、矩形垂直表面64和矩形傾斜表面64的一對橫邊決定的。
如圖2B所示，基底Rm和高度Hm是由下式確定的 其中，f表示焦距，λ表示光源波長，ns表示象散透鏡的折射率。在f＞＞Rm2的情況下，等式(3)可簡化為 由于ns是個常數(shù)，所以M個五面體中每個五面體60m的三角形側(cè)表面的高度Hm近似相等。
如圖2B及2C所示，每一個五面體的形成都是靠將矩形傾斜表面66的縱邊101及102之一以角度θm同矩形垂直表面64的縱邊102及103之一并接以構(gòu)成第一條棱70m，將矩形基礎(chǔ)表面62的縱邊101及103之一以直角同矩形垂直表面64的剩余縱邊103并接以構(gòu)成第二條棱74m，以及將矩形基礎(chǔ)表面62的剩余縱邊101以(180°-θ-90°)的角度同短形傾斜表面66的剩余縱邊101并接以構(gòu)成第三條棱72m。M個五面體的第一、第二和第三條棱70m，74m和72m是相互平行的； M個五面體中每個五面體60M的第二條棱74m，除了具有基底Rm為最長及最短的三角形側(cè)面68的五面體601之外，其第二第棱74m都與鄰近的五面體60m－1的第三條棱72m－1共線。每組五面體中帶有最大基底Rm的三角形側(cè)表面68的五面體601，其矩形垂直表面64，共用同一個矩形垂直表面64；每組五面體中帶有最短基底Rm的三角形側(cè)表面62的五面體60m，其第三條棱72m與正交基板第一表面54的縱邊共線；而且兩組五面體中五面體60m的矩形基面62，也和正交基板52的第一表面54共平面，從而使兩組M個五面體60m相對于中心平面58對稱。
角度θm是由基底Rm決定的。由于光源的波長通常為780±10nm，焦距約為5mm，所以2mfλ＞＞m2λ2，從而使等式(2)進一步簡化為 作為第二個實施例，在圖3A及3C中表示出用于光學拾取系統(tǒng)中的本發(fā)明凹象散透鏡50的兩個透視和截面圖。
本發(fā)明的凹象散透鏡50與本發(fā)明的凸象散透鏡類似，除了每組五面體中帶有最大基底Rm的三角形側(cè)表面68的五面體60m共用同一條第三棱之外，而且?guī)в凶疃袒識m的三角形側(cè)表面的五面體，其矩形側(cè)垂直表面分別處在正交基板第三和第四個表面的同一平面上。
圖4中表示具有本發(fā)明象散透鏡的象散方法的示意圖。本發(fā)明的象散透鏡50起到圖1中表示的柱面鏡類似的作用，讓Z軸起到普通準直鏡的作用，X軸作為光軸，Y軸起平板玻璃的作用。將本發(fā)明的象散透鏡50插入光軸40安排在透射光24的光路中，從而提供具有象散特性的光學系統(tǒng)。如本領(lǐng)域技術(shù)熟練人員理解的那樣，當光盤放在恰好為聚焦位置上時，透射光將形成的圓光斑34成象在Y-Z平面上；當光盤由此恰好聚焦位置朝光學檢測器移動時，在恰好聚焦位置前頭的位置上將形成沿Y軸方向細長的橢圓形光斑32；當光盤由此恰好聚焦位置朝光學檢測器移動時，在恰好聚焦位置之后位置上將形成沿Z軸方向細長的橢圓光斑36。
如上所述，應當理解，在光學拾取系統(tǒng)中采用本發(fā)明的象散透鏡取代傳統(tǒng)的柱面鏡，由于本發(fā)明的象散透鏡為平的，故其能夠改善對準精度，而且還很容易組裝。
盡管本發(fā)明對最佳實施例進行了描述，然而其它一些變更和改變也可以作出，但不離開本發(fā)明的范圍，如所附權(quán)利要求中提出的那樣。
權(quán)利要求
1.一種用在光學拾取系統(tǒng)中的凸象散透鏡，它包括一塊正交的基板，由折射材料制做，具有第一及第二表面，并且?guī)в胸Q直取向的中心平面，其中第一和第二個表面是相互平行的，每一個表面上都帶有一對橫邊及一對縱邊，而且中心平面與第一和第二個表面垂直，以及位于上述正交基板第一表面上的兩組各M個五面體，每組中的每一個五面體都是由上述折射材料制做的，并且?guī)в幸粋€矩形的基礎(chǔ)表面、一個矩形的傾斜表面、一個矩形的垂直表面，以及一對成直角三角形的彼此平行的側(cè)表面；三個矩形表面中的每一個都具備一對縱邊及一對橫邊，而且每個三角形側(cè)表面都有一個基底Rm、一個高度Hm及一條斜邊，其中m為表示序數(shù)的自然數(shù)；并且每個五面體的每對三角形側(cè)表面的基底、高度和斜邊，分別是由相應五面體矩形基礎(chǔ)表面、矩形垂直表面和矩形傾斜表面的一對橫邊確定的；在M個五面體的每個五面體中，兩個三角形側(cè)表面的高度Hm都是相等的；每一個五面體的形成，都是靠將矩形傾斜表面的縱邊之一以角度θm同矩形垂直表面的縱邊之一并接以構(gòu)成第一條棱，將矩形基礎(chǔ)表面的縱邊之一以直角同矩形傾斜表面的剩余縱邊并接以構(gòu)成第二條棱，以及將矩形基礎(chǔ)表面的剩余縱邊以(180°-θm-90°)的角度同矩形傾斜表面的剩余縱邊并接以構(gòu)成第三條棱；M個五面體的第一、第二和第三條棱都是相互平行的，M個五面體中的每個五面體，除了具有基底Rm為最長和最短的三角形側(cè)表面的五面體之外，其第二條棱均同鄰近五面體的第三條棱共線；每組五面體中具有基底Rm為最大的三角形側(cè)表面的五面體，其矩形表面共用同一個矩形表面；每組五面體中具有基底Rm為最短的三角形側(cè)表面的五面體，其第三條棱與正交基板第一表面的縱邊分別共線；而且兩組五面體中M個五面體的矩形基礎(chǔ)表面，也同該正交基板的第一表面共面，從而使此兩組各M個五面體相對中心平面為對稱；對于M個五面體中每個五面體來說，其角度θm進一步是由對應五面體中三角形側(cè)表面的基底Rm決定的，此基底Rm可用數(shù)學式表示為Rm=2mfλ]]>其中，f表示焦距，λ表示光源的波長。
2.一種用在光學拾取系統(tǒng)中的凹象散透鏡，它包括一塊正交的基板，由折射材料制做，具有第一、第二、第三及第四表面，并且?guī)в胸Q直取向的中心平面，其中第一和第二個表面是相互平行的，第三和第四個表面也是相互平行的，每個表面上都帶有一對橫邊及一對縱邊，而且中心平面與第一和第二表面垂直，以及位于上述正交基板第一表面上的兩組各M個五面體，每組中的每一個五面體都是由上述折射材料制做的，并且?guī)в幸粋€矩形的基礎(chǔ)表面、一個矩形的傾斜表面、一個矩形的垂直表面，以及一對成直角三角形的彼此平行的側(cè)表面；三個矩形表面中的每一個都具備一對縱邊及一對橫邊，而且每個三角形側(cè)表面都有一個基底Rm、一個高度Hm及一條斜邊，其中m為表示序數(shù)的自然數(shù)；并且每個五面體的每對三角形側(cè)表面的上述基底、高度和斜邊，分別是由相應五面體的矩形基礎(chǔ)表面、矩形垂直表面和矩形傾斜表面的一對橫邊確定的；在M個五面體的每個五面體中，兩個三角形側(cè)表面的高度是相等的；每一個五面體的形成，都是靠將矩形傾斜表面的縱邊之一以角度θm同矩形垂直表面的縱邊之一并接以構(gòu)成第一條棱，將矩形基礎(chǔ)表面的縱邊之一以直角同矩形傾斜表面的剩余縱邊并接以構(gòu)成第二條棱，以及將矩形基礎(chǔ)表面的剩余縱邊以(180 °-θm-90 °)的角度同矩形垂直表面的剩余縱邊并接以構(gòu)成第三條棱；M個五面體的第一、第二和第三條棱都是相互平行的，除了具有三角形側(cè)表面的基底Rm為最長及最短的五面體之外，每組中M個五面體的每個五面體的第二條棱均同鄰近五面體的第三條棱共線；每組五面體中具有基底Rm為最大的三角形側(cè)表面的五面體，共用第三條棱；具有基底Rm為最短的三角形側(cè)表面的五面體，其矩形表面分別處在該正交基板第三和第四表面的同一表面上，而且兩組五面體中五面體的矩形基面也同該正交基板的第一表面共面，從而使此兩組各M個五面體相對中心表面對稱；對于M個五面體中每個五面體來說，其角度θm進一步是由對應五面體中三角形側(cè)表面的基底Rm決定的，此基底Rm用數(shù)學式表示為Rm=2mfλ]]>其中，f表示焦距，λ表示光源的波長。
3.如權(quán)利要求1或2的象散透鏡，其中的折射材料是由甲基丙烯酸甲酯(PMMA)制做的。
4.如權(quán)利要求1或2的象散透鏡，其中的折射材料是由聚碳酸酯(PC)制做的。
5.如權(quán)利要求1或2的象散透鏡，其中的折射材料是由聚苯乙酯(Polystyrate)制做的。
6.一種光學拾取系統(tǒng)，包括具有權(quán)利要求1至5中任一權(quán)利要求敘述的結(jié)構(gòu)的象散透鏡。
全文摘要
用在光學拾取系統(tǒng)中的象散透鏡。本發(fā)明的象散透鏡包括一正交基板，由折射材料制做，具有兩平行的表面和與其垂直的中心平面，包括兩組各M個五面體，由同一折射材料制做，按一定方式安放在其兩平行表面之一上，以使每組M個五面體相對中心表面對稱。每個五面體由三個矩形表面和兩個直角三角形的側(cè)面構(gòu)成，每個三角形側(cè)面由高度Hm、基底Rm和斜邊限定的。由于M個五面體中所有三角形側(cè)面的高度相同，故在本發(fā)明的象散透鏡中每個五面體的尺寸由Rm限定的，被表示為
文檔編號G11B7/09GK1117184SQ94120078
公開日1996年2月21日 申請日期1994年11月5日 優(yōu)先權(quán)日1993年11月5日
發(fā)明者樸燦奎 申請人:大宇電子株式會社