专利名称：可修正像差的光学读取装置和聚光装置的制作方法
技术领域：
本发明相关于一种可修正像差的光学读取装置，尤指一种可通过液晶层和具不同面电阻值的电极组来修正像差的光学读取装置。
背景技术：
在光学系统中常使用透镜来聚集、折射或是透射光线。在理想状况下，光学系统中所使用的透镜依照系统设计理应能够获得理想的图像，然而在实际生产时，限于材料或制程因素，制造出来的光学镜片并不能达到完全理想的状态，镜片本身多少存在像差(aberration)现象。而在使用的过程中，也往往因为一些不预期的操作因素(例如光驱在读取光盘片时，光盘片并未完全放置妥当，使得光盘片的数据面具有倾角)，会造成光学系统的偏差，影响显示品质或数据的读取。
一般光学系统中常见的镜片像差有球面像差(spherical aberration)、慧型像差(coma aberration)、像散(astigmatism)、或是像面弯曲(curvatureof field)等等。顾名思义，慧型像差是指当以相对镜头光轴的方向倾斜入射的光线，和以平行方向入射的光线所结合成的图像不是在一点上，而是形成带有类似彗星的尾部的成像结果时所产生的像差。简单地说，慧型像差是反应透镜在光线偏离光轴时的一种球面像差，在入射光线和数据读取面倾角过大时容易产生，且在画面的周边最为显著。慧型像差可由下列公式来表示comaaberration=(n2-12n3*d*NA3λ)(θ*π180)]]>以光驱为例，d代表光盘片基板厚度，NA代表光驱读取头采用的数值孔径(numerical aperture，NA)，λ代表入射激光的波长，θ代表入射光与光盘片基板的倾角，n代表基板的折射系数(refractive index)。
随着科技发展，消费者对于储存媒体的储存容量要求也越来越高，请参考图1，图1的图表显示目前市面常见储存媒体的规格。如图1所示，相较于传统的光盘(compact disc，CD)和数字多用途光盘(digital versatiledisc，DVD)规格，蓝光光盘(blu-ray disc，BD)和高密度数字多用途光盘(highdensity digital versatile disc，HD-DVD)能提供相当大的储存容量，因此已成为未来发展的趋势。蓝光光驱和高密度数字多用光驱皆采用波长为405nm的蓝色激光来读取数据，而蓝光光驱更采用较高数值孔径的物镜以增加其光学读取头的单片镜片能从储存媒体上处理数据的数值。此外，蓝光光盘片的记录层是单面单层，基板厚度为0.1mm，相较于DVD和HD-DVD采用基板厚度为0.6mm的构造，蓝光光盘片单层设计能让光盘表层储存媒体更密集结合，减少激光蓝光的扩散，提供更高密集数据光储容量。由于慧型像差和波长成反比，和数值孔径的三次方与光盘厚度成正比，因此蓝光光驱和高密度数字多用光驱能容许的倾角θ便大幅降低，也更容易产生慧型像差，只要盘片位置有稍许偏差，往往会影响数据的存取。
请参考图2，图2为美国公开号US2004/0042356中光学系统20的示意图。光学系统20包含储存媒体21、光学读取头22、主轴马达(spindlemotor)24、倾斜修正器(tilt corrector)26、LPP(land pre-pits)信号产生器27、RF(radio frequency)信号产生器28、以及倾斜修正量计算器29。光学读取头22上设有光学传感器，可将从储存媒体21测得的信号传至LPP信号产生器27和RF信号产生器28，倾斜修正量计算器29再依据LPP信号产生器27和RF信号产生器28所产生的LPP信号和RF信号计算出储存媒体21的倾斜量，并将相对应的倾斜修正量传至倾斜修正器26，如此可依据储存媒体21的倾斜量修正光学读取头22在读取储存媒体21时的角度，降低光学系统20的慧型像差。因此，光学系统20需额外设置倾斜修正器26来修正像差，如此会增加生产成本和控制上的复杂度。
请参考图3，图3为美国公开号US2002/0067672中光学读取头30的示意图。光学读取头30包含发光元件10和12、光学传感器14、汇流透镜(conflux prism)31、准直镜(collimator lens)32、光栅(grating)33、偏极化分光镜(polarization beam splitter，PBS)34、聚焦镜(condenserlens)35、液晶层36、物镜37，以及致动器(actuator)38。光学读取头30通过致动器38来修正在读取储存媒体21的像差。致动器38包含聚焦区域(focus region)和轨道区域(tracking region)。依据光学传感器14测得的信号，致动器38的聚焦区域可调整物镜37和储存媒体21之间的距离，而致动器38的轨道区域则可调整物镜37的角度。因此，光学系统30需额外设置致动器38来修正像差，如此会增加生产成本和控制上的复杂度。
请参考图4，图4为美国公开号US2004/0125711中光学读取头40的示意图。光学读取头40包含发光元件42、主轴马达43、偏极化分光镜44、光学传感器45、液晶层46、控制电路47、透镜L1-L3，以及氧化铟锡(Indium TinOxide)电极ITO1和ITO2。在光学读取头40中，控制电路47依据光学传感器45以开路(open-loop)方式测得的信号，传送修正电压至氧化铟锡电极ITO1和ITO2，如此可依据储存媒体21的倾斜量修正光学读取头40在读取储存媒体21时的像差。然而，光学读取头40改变施加于液晶层46两侧的氧化铟锡电极ITO1和ITO2的电压，并无法有效地改善像差，且无法灵活地针对在读取过程中不同程度的像差作调整。
在现有技术中，一般会在光学系统中另外设置控制器(例如倾斜修正器26和致动器38)来调整透镜角度，或是通过改变施加于液晶层两侧的氧化铟锡电极的电压来降低光学系统的慧型像差，因此容易增加生产成本和控制上的复杂度，且无法有效地改善像差或是灵活地针对在读取过程中不同程度的像差作调整。
发明内容
本发明提供一种可修正像差的聚光装置，其包含透镜，用来将光线聚焦至储存媒体以读取储存于该储存媒体内的数据；液晶层，设于该聚光装置将光线聚焦至该储存媒体时的光学路径上并与该透镜互相结合；以及第一电极，设于该液晶层的第一侧；以及第二电极，设于该液晶层的第二侧，且该第二电极和该第一电极的面电阻值相异。
本发明还提供一种可修正像差的光学读取装置，其包含发光元件，用来提供光线；透镜，用来将该发光元件发射的光线聚焦至储存媒体以读取储存于该储存媒体内的数据；液晶层，设于该发光元件至该储存媒体的光学路径上；第一电极，设于该液晶层的第一侧；以及第二电极，设于该液晶层的第二侧，且该第二电极和该第一电极的面电阻值相异。
图1的图表显示目前市面储存媒体的规格。
图2为现有技术中一光学系统的示意图。
图3为现有技术中一光学读取头的示意图。
图4为现有技术中另一光学读取头的示意图。
图5为本发明第一实施例中一光学系统的示意图。
图6为图5的光学系统在第一模式运作下时的等效示意图。
图7为图5的光学系统在第一模式运作下时电极电位分布的示意图。
图8为图5的光学系统在第二模式运作下时的等效示意图。
图9为图5的光学系统在第二模式运作下时电极电位分布的示意图。
图10为本发明第二实施例中一光学系统的示意图。
图11为本发明第三实施例中一光学系统的示意图。
图12为本发明第四实施例中一光学系统的示意图。
图13为本发明第五实施例中一光学系统的示意图。
21储存媒体 26 倾斜修正器27LPP信号产生器 28 RF信号产生器31汇流透镜 32 准直镜33光栅 24、43 主轴马达34、44偏极化分光镜 29 倾斜修正量计算器35聚焦镜37 物镜38致动器47 控制电路66、86等效透镜 60、80 等效光学系统14、45光学传感器58、59 电源供给单元PS1、PS2 电源 SW1-SW4 开关Va-Vd 电压 m1、m2 斜率θ1、θ2 倾角 a、b、c、d 电极点ITO1、ITO2氧化铟锡电极10、12、42、52 发光元件22、30、40 光学读取头55、115、125上透镜57、117、127下透镜36、46、54、104、114、124、134 液晶层20、50、100、110、120、130 光学系统
L1-L3、56、106、116、126、136透镜A1-A2、B1-B2、C1-C2、D1-D2、E1-E2电极具体实施方式
请参考图5，图5为本发明第一实施例中光学系统50的示意图。光学系统50包含发光元件52、液晶层54、透镜56、电极A1和A2，和电源供给单元58和59。发光元件52可为激光二极管(laser diode，LD)，用来提供读取储存媒体21所需的光源。透镜56设于发光元件52至储存媒体21的光学路径上，用来将发光元件52发射的光线聚焦至储存媒体21的表面以读取储存于储存媒体21内的数据。液晶层54形成于透镜56之内，可依据不同外加电场来提供入射光线不同的折射系数。电极A1和A2具相异面电阻值，分别设于透镜56内液晶层54的两侧。电源供给单元58耦接于电极A1和A2的一侧(如图5中所示的上侧)，包含电源PS1和开关SW1-SW2。电源供给单元59耦接于电极A1和A2的另一侧(如图5中所示的下侧)，包含电源PS2和开关SW3-SW4。电源PS1和PS2可提供电压至设置于液晶层54两侧的电极A1和A2，改变液晶层54在光线行进方向的电场。
在本发明第一实施例中，透镜56可为塑料或是玻璃，可通过射出成型或是铸造的方式来制作。透镜56包含上透镜55和下透镜57，电极A1和A2可经由物理气相沉积法(physical vapor deposition，PVD)或是化学气相沉积法(chemical vapor deposition，CVD)形成于透镜56的上透镜55和下透镜57之间，接着形成液晶层54，最后再将透镜56的上透镜55和下透镜57胶合封装起来。
由于液晶层54提供光线的折射系数相关于其外加电场，本发明的光学系统50可通过电源PS1和PS2施加于电极A1和A2的电压来改变液晶层54的外加电场，通过改变光线的折射系数来修正光学系统50的慧型像差。液晶层54的外加电场E可由下列公式来表示E＝V/d其中，V代表施加于液晶层两侧的电压差；d代表电极A1和A2之间的距离；请参考图6，图6为本发明光学系统50在第一模式运作下时的等效光学系统60示意图。在图6中，开关SW1和SW4呈关闭状态(开路)，开关SW2和SW3呈开启状态(短路)，因此电源PS1电性连接于电极A1和A2的上侧，而电源PS2则和电极A1和A2的下侧电性分离。光学系统50在第一模式运作时，电源PS1提供的电流依据经过电极A1和A2的a、b、c、d点，其行进方向由图6中的实线箭头来表示。
请参考图7，图7为光学系统50在第一模式运作下时电极A1和A2上电位分布的示意图。在图7中，Va-Vd分别代表在电极的a-d处所得到的电压，而m1和m2分别代表电极A1和A2上电位变化的斜率。由于电流流经的路径长短不同，在第一模式运作下的光学系统50其电极电压有下列关系Va＞Vb＞Vc＞Vd。此外，电极A1和A2之间的距离为固定，因此液晶层54于a-d处的外加电场正比于电压Va-Vd，此时光学系统50的透镜相当于图6中所示的等效透镜66。等效透镜66相当于具有倾角(chamfer angle)θ1的透镜，可改变入射光线的折射角度以修正因储存媒体21倾角过大而造成的慧型像差。
请参考图8，图8为本发明光学系统50在第二模式运作下时的等效光学系统80示意图。在图8中，开关SW1和SW4呈开启状态，开关SW2和SW3呈关闭状态，因此电源PS2电性连接于电极A1和A2的下侧，而电源PS1则和电极A1和A2的上侧电性分离。光学系统50在第二模式运作时，电源PS2提供的电流依据经过电极A1和A2的b、a、d、c点，其行进方向由图8中的实线箭头来表示。
请参考图9，图9为光学系统50在第二模式运作下时电极A1和A2上电位分布的示意图。在图9中，Va-Vd分别代表在电极a-d处所得到的电压，而m1和m2分别代表电极A1和A2的电位变化的斜率。由于电流流经的路径长短不同，在第二模式运作下的光学系统50其电极电压有下列关系Vb＞Va＞Vd＞Vc。此外，电极A1和A2之间的距离为固定，因此液晶层54于a-d处的外加电场正比于电压Va-Vd，此时光学系统50的透镜相当于图8中所示的等效透镜86。等效透镜86相当于具有倾角θ2的透镜，可改变入射光线的折射角度以修正因储存媒体21倾角过大而造成的慧型像差。
在光学系统50中，电极A1和A2的面电阻值相异，斜率m1和m2的值也相异，通过改变电极A1和A2的阻值差异以及电源PS1、PS2的值，可改变等效透镜66和86的倾角θ1、θ2。因此，本发明的光学系统50可依据检测到的像差来决定电源PS1和PS2的输出电压值，以及控制开关SW1-SW4的开启或关闭，通过改变液晶层54两侧的外加电场来改变其对入射光线的折射系数，可灵活修正不同程度的慧型像差，改善光学系统50的读取效率。
请参考图10，图10为本发明第二实施例中光学系统100的示意图。光学系统100包含发光元件52、液晶层104、透镜106、电极B1和B2，和电源供给单元58和59。光学系统100和光学系统50不同之处在于电极B1和B2是设置于透镜106的外部，且电极B1和B2的面电阻值亦彼此相异。在本发明第二实施例中，透镜106可为塑料或是玻璃，可通过射出成型或是铸造的方式来制作。电极B1和B2可经由物理气相沉积法或是化学气相沉积法形成于透镜106的外侧。当储存媒体21倾角过大时，本发明的光学系统100同样可依据检测到的像差来决定电源PS1和PS2的输出电压值，以及控制开关SW1-SW4的开启或关闭，通过改变液晶层104两侧的外加电场来改变其对入射光线的折射系数，可灵活修正不同程度的慧型像差，改善光学系统100的读取效率。
请参考图11，图11为本发明第三实施例中光学系统110的示意图。光学系统110包含发光元件52、液晶层114、透镜116、电极C1和C2，和电源供给单元58和59。光学系统110和光学系统50不同之处在于电极C1是设置于透镜116的内部，电极C2是设置于透镜116的外部，且电极C1和C2的面电阻值亦彼此相异。在本发明第三实施例中，透镜116可为塑料或是玻璃，可通过射出成型或是铸造的方式来制作。透镜116包含上透镜115和下透镜117，电极C1可经由物理气相沉积法或是化学气相沉积法形成于透镜116的上透镜115和下透镜117之间，接着形成液晶层114，最后再将透镜116的上透镜115和下透镜117胶合封装起来。而电极C2则可经由物理气相沉积法或是化学气相沉积法形成于透镜116另一侧的外部。当储存媒体21倾角过大时，本发明的光学系统110同样可依据检测到的像差来决定电源PS1和PS2的输出电压值，以及控制开关SW1-SW4的开启或关闭，通过改变液晶层114两侧的外加电场来改变其对入射光线的折射系数，可灵活修正不同程度的慧型像差，改善光学系统110的读取效率。
请参考图12，图12为本发明第四实施例中光学系统120的示意图。光学系统120包含发光元件52、液晶层124、透镜126、电极D1和D2，和电源供给单元58和59。光学系统120和光学系统50不同之处在于液晶层124和电极D2是设置于透镜126的外部，而电极D1是设置于透镜126的内部，且电极D1和D2的面电阻值亦彼此相异。在本发明第四实施例中，透镜126可为塑料或是玻璃，可通过射出成型或是铸造的方式来制作。透镜126包含上透镜125和下透镜127，电极D1可经由物理气相沉积法或是化学气相沉积法形成于透镜126的上透镜125和下透镜127之间，接着形成液晶层124和电极D2，最后再将透镜126的上透镜125和下透镜127胶合封装起来。当储存媒体21倾角过大时，本发明的光学系统120同样可依据检测到的像差来决定电源PS1和PS2的输出电压值，以及控制开关SW1-SW4的开启或关闭，通过改变液晶层124两侧的外加电场来改变其对入射光线的折射系数，可灵活修正不同程度的慧型像差，改善光学系统120的读取效率。
请参考图13，图13为本发明第五实施例中光学系统130的示意图。光学系统130包含发光元件52、液晶层134、透镜136、电极E1和E2，和电源供给单元58和59。光学系统130和光学系统50不同之处在于液晶层134和电极E1、E2皆设置于透镜136的外部，且电极E1和E2的面电阻值亦彼此相异。在本发明第五实施例中，透镜136可为塑料或是玻璃，可通过射出成型或是铸造的方式来制作。液晶层134和电极E1、E2可经由物理气相沉积法或是化学气相沉积法形成于透镜136的两侧。当储存媒体21倾角过大时，本发明的光学系统130同样可依据检测到的像差来决定电源PS1和PS2的输出电压值，以及控制开关SW1-SW4的开启或关闭，通过改变液晶层134两侧的外加电场来改变其对入射光线的折射系数，可灵活修正不同程度的慧型像差，改善光学系统130的读取效率。
本发明光学系统50、100-130所采用的电极可包含氧化铟锡(indium tinoxide，ITO)，由于氧化铟锡为透明材质，因此不会影响光线的行进。此外，通过改变氧化铟锡电极中氧/锡/铟成分的掺杂浓度比例，可调整电极的面电阻值。在本发明的实施例中，可使耦接于电源PS1和PS2的正电位端的电极A1-E1具较高面电阻值，而使耦接于电源PS1和PS2的负电位端的电极A2-E2具较低面电阻值，本发明亦可依不同需求使用具其它面电阻值关系的电极组，以提供弹性的像差修正。光学系统50、100-130可为传统光驱、数字多用途光驱，蓝光光驱、高密度数字多用光驱，或其它光学读取装置。
本发明的光学系统通过具相异面电阻值的电极组，在液晶层的两侧产生相异电场，以改变液晶层的折射系数来修正光学系统的慧型像差，通过调整电极组的面电阻值以其外加电压的大小，可有效且弹性地修正光学系统的慧型像差。本发明的光学系统不需额外设置伺服马达或控制器来调整储存媒体或透镜的角度，因此生产成本较低，控制也较为简单，同时可有效修正光学系统的慧型像差。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明权利要求范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。
权利要求
1.一种可修正像差的聚光装置，其包含透镜，用来将光线聚焦至储存媒体以读取储存于该储存媒体内的数据；液晶层，设于该聚光装置将光线聚焦至该储存媒体时的光学路径上并与该透镜互相结合；以及电极组，用以提供该液晶层一非平行电场。
2.根据权利要求1所述的聚光装置，其中该电极组包含第一电极，设于该液晶层的第一侧；以及第二电极，设于该液晶层的第二侧，且该第二电极和该第一电极的面电阻值相异。
3.根据权利要求2所述的聚光装置，其还包含第一开关，耦接于该第一电极的第一端与该第二电极的第一端之间；第二开关，其第一端耦接于该第一电极的第一端；第一电源，该第一电源的第一端耦接于该第二开关的第二端，而该第一电源的第二端耦接于该第二电极的第一端；第三开关，耦接于该第一电极的第二端与该第二电极的第二端之间；第四开关，其第一端耦接于该第一电极的第二端；以及第二电源，该第二电源的第一端耦接于该第四开关的第二端，而该第二电源的第二端耦接于该第二电极的第二端。
4.根据权利要求1所述的聚光装置，其中该电极组包含氧化铟锡。
5.根据权利要求1所述的聚光装置，其中该液晶层与该电极组的至少一电极是设于该透镜内。
6.根据权利要求1所述的聚光装置，其中该液晶层是设于该透镜内，且该电极组是设于该透镜外。
7.根据权利要求1所述的聚光装置，其中该液晶层与该电极组的至少一电极是设于该透镜外。
8.一种可修正像差的光学读取装置，其包含发光元件，用来提供光线；透镜，用来将该发光元件发射的光线聚焦至储存媒体以读取储存于该储存媒体内的数据；液晶层，设于该发光元件至该储存媒体的光学路径上；以及电极组，用以提供该液晶层一非平行电场。
9.根据权利要求8所述的光学读取装置，其中该电极组包含第一电极，设于该液晶层的第一侧；以及第二电极，设于该液晶层的第二侧，且该第二电极和该第一电极的面电阻值相异。
10.根据权利要求9所述的光学读取装置，其还包含第一开关，耦接于该第一电极的第一端与该第二电极的第一端之间；第二开关，其第一端耦接于该第一电极的第一端；第一电源，该第一电源的第一端耦接于该第二开关的第二端，而该第一电源的第二端耦接于该第二电极的第一端；第三开关，耦接于该第一电极的第二端与该第二电极的第二端之间；第四开关，其第一端耦接于该第一电极的第二端；以及第二电源，该第二电源的第一端耦接于该第四开关的第二端，而该第二电源的第二端耦接于该第二电极的第二端。
11.根据权利要求8所述的光学读取装置，其中该电极组包含氧化铟锡。
12.根据权利要求8所述的光学读取装置，其中该液晶层与该电极组的至少一电极是设于该透镜内。
13.根据权利要求8所述的光学读取装置，其中该液晶层是设于该透镜内，且该第一电极与该第二电极是设于该透镜外。
14.根据权利要求8所述的光学读取装置，其中该液晶层与该电极组的至少一电极是设于该透镜外。
全文摘要
可修正像差的光学读取装置包含光源、透镜、液晶层、第一电极、以及第二电极。光学读取装置的光源提供光线，并利用透镜将光线聚焦至储存媒体以读取数据。光学读取装置的液晶层设于光源至储存媒体的光学路径上。第一电极设于该液晶层的第一侧，而第二电极，设于该液晶层的第二侧，且第一和第二电极的面电阻值相异。通过施加电压至第一和第二电极来改变液晶层的电场，进而改变液晶层对光线的折射系数，藉此修正光学读取装置的像差。
文档编号G11B7/09GK101025947SQ20061000413
公开日2007年8月29日 申请日期2006年2月21日 优先权日2006年2月21日
发明者吴丰旭 申请人:达信科技股份有限公司