專利名稱：具有波前修正器的光學(xué)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及包括用于在輻射光束中引入波前修正的波前修正器的光學(xué)裝置。
本發(fā)明還涉及改變波前修正器的特性的方法。
本發(fā)明特別涉及用于對光盤例如CD、DVD或藍(lán)光盤(BD)記錄器和/或播放器進(jìn)行記錄或讀出的光盤設(shè)備。
背景技術(shù)：
專利申請WO 03/052755描述包括波前修正器的光學(xué)裝置。波前修正器包括具有第一非球面的第一單元和具有第二非球面的第二單元，第一和第二單元是互相可直線移動的，以用于在輻射光束中引入波前修正。該兩個單元的互相直線移位導(dǎo)致在經(jīng)過波前修正器傳送的輻射光束中產(chǎn)生波前修正。
為了產(chǎn)生波前修正，該兩個單元中的至少一個單元必須平移。為了達(dá)到這樣的平移，WO 03/052755的光學(xué)裝置包括被附著在第一和第二單元上的定位裝置。這些定位裝置例如包括由電磁鐵、固定單元和彈簧形成的控制裝置。結(jié)果，這樣的定位裝置是笨重的，因?yàn)樗鼈冃枰螁卧途€圈。而且，必須給電磁鐵提供能量，以便保持第一和第二單元在給定的位置上，這使得光學(xué)裝置的功耗相當(dāng)大。
發(fā)明概要本發(fā)明的目的是提供包括波前修正器的光學(xué)裝置，該光學(xué)裝置是緊湊的和具有相對較低的功耗。
為此，本發(fā)明提出一種包括用于在輻射光束中引入波前修正的波前修正器的光學(xué)裝置，所述波前修正器包括第一光學(xué)單元和第二光學(xué)單元，它被安排成使得第一光學(xué)單元的適當(dāng)?shù)慕惶孢\(yùn)動藉助于爬行效應(yīng)而導(dǎo)致第二光學(xué)單元的平移。
按照本發(fā)明，第一和第二光學(xué)單元具有接觸面，該面被選擇或使得它提供一個給定的摩擦力，當(dāng)適當(dāng)?shù)慕惶孢\(yùn)動加到第一光學(xué)單元時該摩擦力導(dǎo)致爬行效應(yīng)。由于這種爬行效應(yīng)，第二光學(xué)單元被平移而第一光學(xué)單元保持在給定的中間位置。因此，該第一和第二單元的互相直線移位是由于第一光學(xué)單元的交替運(yùn)動造成的。結(jié)果，只需要把交替運(yùn)動加到第一光學(xué)單元。這樣的交替運(yùn)動可以藉助于一個相對緊湊的系統(tǒng)來施加，例如一個被附著在第一光學(xué)單元上的壓電單元。這使得光學(xué)裝置很緊湊。實(shí)際上，用于引入波前修正的裝置近似地具有第一和第二光學(xué)單元的尺寸，因?yàn)榈谝还鈱W(xué)單元本身把平移運(yùn)動施加給第二光學(xué)單元。而且，一旦第一光學(xué)單元的交替運(yùn)動停止，由于在第一和第二單元之間的摩擦力，第二光學(xué)單元就保持它與第一光學(xué)單元相比的相對位置。所以，為了保持第一和第二光學(xué)單元在給定的位置上，不需要提供能量。因此光學(xué)掃描裝置的功耗所以相當(dāng)?shù)汀?br> 在有利的實(shí)施例中，第一和第二光學(xué)單元被安排成使得第一光學(xué)單元在第一方向的適當(dāng)?shù)慕惶孢\(yùn)動導(dǎo)致第二光學(xué)單元在所述第一方向的平移，以及第一光學(xué)單元在第二方向的適當(dāng)?shù)慕惶孢\(yùn)動導(dǎo)致第二光學(xué)單元在所述第二方向的平移。
按照這個有利的實(shí)施例，波前修正器可以在諸如徑向和切向的兩個方向引入波前修正。這允許在兩個方向上補(bǔ)償慧形像差，這例如在校正由于信息載體相對于光學(xué)掃描裝置的物鏡透鏡的光軸傾斜造成的像差是需要的。
在優(yōu)選實(shí)施例中，第一和第二光學(xué)單元還被安排成使得第二光學(xué)單元的適當(dāng)?shù)慕惶孢\(yùn)動藉助于爬行效應(yīng)而導(dǎo)致第一光學(xué)單元的平移。按照這個優(yōu)選實(shí)施例，波前修正器也可以在兩個方向引入波前修正，這允許在兩個方向上補(bǔ)償慧形像差。
有利地，光學(xué)裝置還包括用于引導(dǎo)第二光學(xué)單元的裝置。這保證第二光學(xué)單元的平移遵循預(yù)定的方向。
本發(fā)明還涉及一種用于改變包括第一光學(xué)單元和第二光學(xué)單元的波前修正器的特性的方法，所述方法包括將適當(dāng)?shù)慕惶孢\(yùn)動加到第一光學(xué)單元以便藉助于爬行效應(yīng)而平移第二光學(xué)單元的步驟。
參照此后描述的實(shí)施例將明白和闡述本發(fā)明的這些和其它方面。
附圖簡述現(xiàn)在參照附圖作為例子更詳細(xì)地描述本發(fā)明，其中

圖1顯示按照本發(fā)明的包括波前修正部分的光學(xué)裝置；圖2a是圖1的光學(xué)裝置的波前修正部分的透視圖和圖2b是圖2a的分解圖3a和3b是圖2a的波前修正部分的截面圖；圖4a顯示圖2a的第一光學(xué)單元的交替運(yùn)動和圖4b顯示圖2a的第二光學(xué)單元的最終產(chǎn)生的平移；圖5是按照本發(fā)明的有利實(shí)施例中圖1的光學(xué)裝置波前修正部分的分解透視圖；圖6是在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中圖1的光學(xué)裝置波前修正部分的分解透視圖。
發(fā)明詳細(xì)說明按照本發(fā)明的光學(xué)裝置顯示于圖1。這樣的光學(xué)裝置包括用于產(chǎn)生輻射光束102的輻射源101，校直透鏡103、光束分離器104、物鏡透鏡105、伺服透鏡106、檢測裝置107、測量裝置108、和控制器109。這個光學(xué)裝置預(yù)定用于掃描信息載體100。光學(xué)裝置還包括一個波前修正器，它包括第一光學(xué)單元110和第二光學(xué)單元111。一個壓電元件112被附著在第一光學(xué)單元110上。波前修正器和壓電元件112形成波前修正部分。
光學(xué)裝置還包括慧形像差檢測器113和控制電路114，控制電路114控制壓電元件112。這樣的慧形像差檢測器113和控制電路114例如是在WO 03/052755中描述的。
在掃描操作期間(這可以是寫操作或讀操作)信息載體100被由輻射源101產(chǎn)生的輻射光束所掃描。校直透鏡103和物鏡透鏡105把輻射光束102聚焦在信息載體100的信息層上。在掃描期間，可以檢測到聚焦誤差信號，它相應(yīng)于輻射光束102在信息層上的定位誤差。這個聚焦誤差信號可用于校正物鏡透鏡105的軸位置，以便補(bǔ)償輻射光束102的聚焦誤差。信號被發(fā)送到控制器109，它驅(qū)動一個傳動器，以便軸向地移動物鏡透鏡。
聚焦誤差信號和被寫在信息層上的數(shù)據(jù)由檢測裝置107檢測。被信息載體100反射的輻射光束102由物鏡透鏡105變換成平行光束，然后藉助于光束分離器104而到達(dá)伺服透鏡106。這個反射的光束到達(dá)檢測裝置107。
波前修正器能在輻射光束102中引入波前修正。如果由慧形像差檢測器113檢測到慧形像差，這可能是需要的。波前修正器包括第一光學(xué)單元110和第二光學(xué)單元111，它們被設(shè)計(jì)成使得在第一和第二光學(xué)單元110和111之間出現(xiàn)相對位移時引入波前像差。本發(fā)明適用于任何包括兩個光學(xué)單元的波前修正器，諸如在WO 03/052755中描述的波前修正器或在“Lateral shift variable aberration generators”(側(cè)移可變像差發(fā)生器)，Applied Optics Vol.38(1999)pp.86-90中描述的更加簡單的波前修正器。在以下的圖上描述如何產(chǎn)生在第一光學(xué)單元110和第二光學(xué)單元111之間的相對位移。
雖然圖1所示的光學(xué)裝置是一個用于掃描信息載體的光學(xué)掃描裝置，但本發(fā)明可以應(yīng)用于包括具有兩個光學(xué)單元的波前修正器的任何光學(xué)裝置。例如，本發(fā)明可被應(yīng)用于光學(xué)照相機(jī)的變焦透鏡。在這種情形下，波前修正器生成具有失焦形式的波前修正，以便改變變焦透鏡的焦距，由此使得焦距是可調(diào)節(jié)的。
圖2a和2b顯示波前修正部分。第一光學(xué)單元110和第二光學(xué)單元111具有公共的滑動面，正如在圖2a上可以看到的那樣，并且將參照圖3對其更詳細(xì)地說明。當(dāng)適當(dāng)?shù)慕惶孢\(yùn)動施加給第一光學(xué)單元110時，藉助于爬行效應(yīng)發(fā)生第二光學(xué)單元111的平移。公共滑動面的摩擦力被選擇成使得當(dāng)適當(dāng)?shù)慕惶孢\(yùn)動加到第一光學(xué)單元110時，就發(fā)生爬行效應(yīng)。這將參照圖4a和4b更詳細(xì)地說明。
結(jié)果，第二單元111通過把交替運(yùn)動加到第一單元110而平移。因此，波前修正器的光學(xué)特性被修正，正如例如在WO 03/052755中說明的那樣。第二單元111的平移可能具有相當(dāng)大的行程，諸如幾厘米，即使第一單元110的行程是相對較低的，諸如幾微米。因此，為了移動第一單元110，使用了一個緊湊的系統(tǒng)。在圖2a和2b的例子中，使用了壓電單元112。然而，也可以使用另外的運(yùn)動裝置，諸如短行程電磁傳動器。
在圖2a和2b的例子中，導(dǎo)引裝置200被提供來導(dǎo)引第二光學(xué)單元111。導(dǎo)引裝置200保證第二光學(xué)單元111沿預(yù)定的方向平移。在本例中，使用滾柱軸承作為導(dǎo)引裝置200。也可以使用其它導(dǎo)引裝置，諸如彈性軸承。導(dǎo)引裝置固定在光學(xué)裝置的固定部分。
圖3a是當(dāng)?shù)诙卧?11面對第一單元110時圖2a的波前修正部分的截面圖。兩個光學(xué)單元110和111每個具有非球形表面和平表面。平表面規(guī)定了公共滑動面S。在圖3a的位置，波前修正器是一個中性單元。圖3b是當(dāng)?shù)诙鈱W(xué)單元111相對于第一光學(xué)單元110已有平移時圖2a的波前修正部分的截面圖。在這個位置，波前修正器在輻射光束穿過它時引入波前修正。這是本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的，因此不作進(jìn)一步描述。關(guān)于波前修正的細(xì)節(jié)可以例如在WO 03/052755中找到。
圖4a顯示第一光學(xué)單元110的交替運(yùn)動和圖4b顯示第二光學(xué)單元111的最終產(chǎn)生的運(yùn)動。圖4a表示作為時間的函數(shù)的第一光學(xué)單元110的位置x1，其中x1是圖2b上規(guī)定的第一軸。圖4b表示作為時間的函數(shù)的第二光學(xué)單元111的位置x2，其中x2是圖2b上規(guī)定的第二軸。在第一光學(xué)單元施加上交替運(yùn)動，以使得第一光學(xué)單元保持在由x1＝0表示的相同的中間位置。這個交替運(yùn)動在第一方向上是相對較慢的，而它在第二方向上是相對較快的。在第一和第二光學(xué)單元110和111之間的滑動面被選擇成使得第一光學(xué)單元110的相對較慢的運(yùn)動導(dǎo)致第二光學(xué)單元111的平移，而第一光學(xué)單元110的相對較快的運(yùn)動則不導(dǎo)致第二光學(xué)單元111的任何運(yùn)動。換句話說，第一光學(xué)單元110的適當(dāng)?shù)慕惶孢\(yùn)動藉助于爬行效應(yīng)而導(dǎo)致第二光學(xué)單元111的平移。爬行效應(yīng)是本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的。例如，美國專利US 6,459,473描述這樣的爬行效應(yīng)。為了被安排成使得第一光學(xué)單元110適當(dāng)?shù)慕惶孢\(yùn)動藉助于爬行效應(yīng)導(dǎo)致第二光學(xué)單元111的平移，第一和第二光學(xué)單元110和111需要一個具有摩擦力的公共滑動面，該摩擦力的選擇是要引起所述爬行效應(yīng)。
為了把交替運(yùn)動加到第一光學(xué)單元110，要把輸入電壓加到壓電單元112，該電壓具有相應(yīng)于圖4a上所表示的運(yùn)動的鋸齒波形。也可以使用導(dǎo)致第一光學(xué)單元110的不同的交替運(yùn)動的其它輸入電壓，諸如一個脈沖波形。
正如從圖4a和4b可以看到的，當(dāng)輸入電壓被切斷時，即當(dāng)?shù)谝还鈱W(xué)單元110的運(yùn)動停止時，第二光學(xué)單元111保持在它的位置。結(jié)果，實(shí)施這樣的波前修正部分的光學(xué)裝置的能量消耗是相對較低的，因?yàn)橐坏┑诙鈱W(xué)單元達(dá)到它的想要的位置就不需要能量。
圖5顯示在本發(fā)明的有利的實(shí)施例中的波前修正部分。波前修正部分包括第一光學(xué)單元110、第二光學(xué)單元111、第一壓電單元501、第二壓電單元502、第一導(dǎo)引裝置511和第二導(dǎo)引裝置512。第一和第二壓電單元501和502被附著在第一光學(xué)單元110上。按照這個有利的實(shí)施例，第二光學(xué)單元111可以沿兩個不同的方向D1和D2平移。這是特別有用的，特別是在用于掃描信息載體的光學(xué)掃描裝置中，正如在WO 03/052755中說明的。當(dāng)希望按第一方向D1互相直線移位時，適當(dāng)?shù)妮斎腚妷罕患拥降谝粔弘妴卧?01，從而使交替運(yùn)動被加到第一光學(xué)單元110，如圖4a上描述的。在這種情形下，被附著在第一光學(xué)單元110上的第二壓電單元502也按方向D1交替運(yùn)動。因此，在第二壓電單元502與光學(xué)裝置的固定部分F之間需要第一彈性單元513。當(dāng)希望按第二方向D2互相直線移位時，適當(dāng)?shù)妮斎腚妷罕患拥降诙弘妴卧?02，從而使交替運(yùn)動被加到第一光學(xué)單元110上，該運(yùn)動相應(yīng)于圖4a上描述的運(yùn)動，但這是沿第二方向D2的。在這種情形下，被附著在第一光學(xué)單元110上的第二壓電單元501也在方向D2上交替運(yùn)動。因此，在第一壓電單元501與光學(xué)裝置的固定部分F之間需要第二彈性單元514。第一和第二導(dǎo)引裝置511和512保證第二光學(xué)單元111遵循這個需要的方向。波前修正部分還包括一個附加支架515，它允許第二光學(xué)單元111沿第一和第二方向D1和D2移位。當(dāng)?shù)诙鈱W(xué)單元111沿第一方向D1移位時，第一導(dǎo)引裝置511導(dǎo)引所述第二光學(xué)單元111，而附加支架515保持固定。當(dāng)?shù)诙鈱W(xué)單元111沿第二方向D2移位時，附加支架515、第一導(dǎo)引裝置511和第二光學(xué)單元111被第二導(dǎo)引裝置512導(dǎo)引。
圖6顯示在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中的波前修正部分。波前修正部分包括第一光學(xué)單元110、第二光學(xué)單元111、第一壓電單元501、第二壓電單元502、第一導(dǎo)引裝置511和第二導(dǎo)引裝置512。第一壓電單元501被附著在第一光學(xué)單元110上。第二壓電單元502被附著在第二光學(xué)單元111上。按照這個有利的實(shí)施例，兩個光學(xué)單元110和111的互相直線位移可以沿兩個不同的方向?qū)崿F(xiàn)。當(dāng)希望在第一方向D1上互相直線移位時，把適當(dāng)?shù)妮斎腚妷杭拥降谝粔弘妴卧?01，從而使交替運(yùn)動被加到第一光學(xué)單元110，如圖4a上描述的。當(dāng)希望在第二方向D2上互相直線移位時，把適當(dāng)?shù)妮斎腚妷杭拥降诙弘妴卧?02，從而使交替運(yùn)動被加到第二光學(xué)單元111，該運(yùn)動相應(yīng)于圖4a上描述的運(yùn)動，但是沿第二方向D2并且是對于第二光學(xué)單元111的。第一和第二導(dǎo)引裝置511和512保證第二光學(xué)單元111和第一光學(xué)單元110分別遵循所需要的方向D1或D2。按照優(yōu)選實(shí)施例，不需要彈性單元和附加支架，正如在圖5所示的實(shí)施例中的情形。因此，按照本優(yōu)選實(shí)施例的光學(xué)裝置是更緊湊的。
在以下的權(quán)利要求中的任何標(biāo)號不應(yīng)當(dāng)看作為限制本權(quán)利要求。將會看到，動詞“包括”及其派生詞的使用不排除除了在任何權(quán)利要求中規(guī)定的那些單元以外任何其它單元的存在。在單元前面的單詞“一個”不排除多個這樣的單元的存在。
權(quán)利要求
1.一種包括用于在輻射光束中引入波前修正的波前修正器的光學(xué)裝置，所述波前修正器包括第一光學(xué)單元(110)和第二光學(xué)單元(111)，它被安排成使得第一光學(xué)單元的適當(dāng)?shù)慕惶孢\(yùn)動藉助于爬行效應(yīng)而導(dǎo)致第二光學(xué)單元的平移。
2.如權(quán)利要求1中要求的光學(xué)裝置，其中第一和第二光學(xué)單元被安排成使得第一光學(xué)單元在第一方向的適當(dāng)?shù)慕惶孢\(yùn)動導(dǎo)致第二光學(xué)單元在所述第一方向的平移以及第一光學(xué)單元在第二方向的適當(dāng)?shù)慕惶孢\(yùn)動導(dǎo)致第二光學(xué)單元在所述第二方向的平移。
3.如權(quán)利要求1中要求的光學(xué)裝置，其中第一和第二光學(xué)單元還被安排成使得第二光學(xué)單元的適當(dāng)?shù)慕惶孢\(yùn)動藉助于爬行效應(yīng)而導(dǎo)致第一光學(xué)單元的平移。
4.如權(quán)利要求3中要求的光學(xué)裝置，其中第一和第二光學(xué)單元被安排成使得第一光學(xué)單元在第一方向的適當(dāng)?shù)慕惶孢\(yùn)動導(dǎo)致第二光學(xué)單元在所述第一方向的平移以及第二光學(xué)單元在第二方向的適當(dāng)?shù)慕惶孢\(yùn)動導(dǎo)致第一光學(xué)單元在所述第二方向的平移。
5.如權(quán)利要求1中要求的光學(xué)裝置，還包括被附著在第一光學(xué)單元上的壓電單元(112)，用于將適當(dāng)?shù)慕惶孢\(yùn)動加到第一光學(xué)單元。
6.如權(quán)利要求1中要求的光學(xué)裝置，還包括用于導(dǎo)引第二光學(xué)單元的裝置(200)。
7.一種用于改變包括第一光學(xué)單元和第二光學(xué)單元的波前修正器的特性的方法，所述方法包括將適當(dāng)?shù)慕惶孢\(yùn)動加到第一光學(xué)單元，以便藉助于爬行效應(yīng)平移第二光學(xué)單元的步驟。
8.如在權(quán)利要求1中要求的光學(xué)掃描裝置。
9.如在權(quán)利要求1中要求的光學(xué)照相機(jī)。
全文摘要
一種光學(xué)裝置包括在輻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學(xué)單元(110)和第二光學(xué)單元(111)。該兩個光學(xué)單元被安排成使得第一光學(xué)單元適當(dāng)?shù)耐鶑?fù)運(yùn)動藉助于爬行效應(yīng)而導(dǎo)致第二光學(xué)單元的平移。這允許在兩個光學(xué)單元之間得到所需要的相互移位。
文檔編號G11B7/135GK1910673SQ200580002693
公開日2007年2月7日 申請日期2005年1月5日 優(yōu)先權(quán)日2004年1月19日
發(fā)明者H·古森斯 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司