CN102194480A - 光学拾取器件 - Google Patents

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CN102194480A CN201110033751XA CN201110033751A CN102194480A CN 102194480 A CN102194480 A CN 102194480A CN 201110033751X A CN201110033751X A CN 201110033751XA CN 201110033751 A CN201110033751 A CN 201110033751A CN 102194480 A CN102194480 A CN 102194480A
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金凤基
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Abstract

本发明提供一种光学拾取器件，包括具有发散透镜和会聚透镜的准直透镜，从而维持恒定焦距且具有短的光学路径长度。该光学拾取器件的准直透镜包括位于光源侧的发散透镜和位于产生平行光或稍微摆动的光一侧的会聚透镜。此外，准直透镜的发散透镜和会聚透镜可被集成，或者还可由全息光学元件形成。结果，能使用具有短光学路径长度的准直透镜以纤薄结构的形式构造光学拾取器件。

Description

光学拾取器件
技术领域
本发明一般概念的实施例涉及光学拾取器件，该光学拾取器件用于通过照射激光束在光盘诸如致密盘(CD)、数字多用盘(DVD)或蓝光盘(BD)上来记录信息，接收从光盘反射的反射束，以及再现记录在光盘中的信息。
背景技术
随着视频和音频媒体的进一步发展，能记录和储存高质量视频信息和高质量音频信息的光盘已得到开发且快速进入广泛使用。通常，光盘诸如CD或DVD已广泛用作能记录和/或再现信息诸如声音、图像、文档等的记录介质。近来，随着光盘的记录容量逐渐接近临界极限，新型光盘例如BD(可记录/可重写的蓝光盘)或CBHD(中国蓝光高清盘)已被开发且快速进入广泛使用。
然而，随着市场规模逐渐扩大，能以更低的成本制造兼容三波长的记录/再现装置和兼容三波长的专用回放装置(其每个可使用CD、DVD和CBHD/BD)，导致纤薄型装置的实现。为了制造低价装置，需要减少构建光学拾取器件的光学部件的数量，这样，迅速开发了一公共物镜(commonobjective lens)，即兼容三波长的物镜。
尽管BD的物镜的第一有效直径(Φ)为约2.5mm，但是兼容三波长的物镜的第二有效直径(Φ)为约3.72mm，对应于第一有效直径的1.5倍。如果如上所述地确定BD的有效直径，则准直透镜(collimator lens)的尺寸增大到约1.5倍，准直透镜的焦距也增大到约1.5倍。通常，准直透镜的焦距为约16mm-20mm。如果焦距增大到1.5倍，则增大后的焦距为24mm-30mm。然而，纤薄型光学拾取器件具有外观限制，使得难以将1.5倍放大的准直透镜安装到纤薄型光学拾取器件中。
发明内容
因此，本发明一般概念的一个方面在于提供一种包括准直透镜的光学拾取器件，准直透镜由发散透镜和会聚透镜构成。
本发明一般概念的其它特征将部分阐述于下面的说明中，且将部分地从该说明变得显然，或者可以通过实践本发明一般概念而习知。
本发明一般概念的特征和/或功用可通过一种光学拾取器件实现，该光学拾取器件包括发射光束的光源、将从光源发射的光束转变成平行束的准直透镜、偏振穿过准直透镜的光束的波长板、以及通过聚焦穿过波长板的光束而在光盘上形成光斑的物镜，其中准直透镜包括发散透镜和会聚透镜，发散透镜用于使从光源发射的光束发散，会聚透镜用于将从发散透镜发射的光束转变成平行光束。
该准直透镜可包括两个透镜，其中该发散透镜和该会聚透镜彼此分隔开。该准直透镜可包括一体集成的所述发散透镜和所述会聚透镜。所述准直透镜可以是全息光学元件。该准直透镜可由发散透镜和会聚透镜构成。
属于该准直透镜的该发散透镜和该会聚透镜中的至少一个在一个表面或者两个表面处可以是非球面的。
该光学拾取器件还可包括反射镜，用于将从该光源发射的该光束反射到该物镜上。该光学拾取器件还可包括光检测器，该光检测器接收形成在该光盘上的光斑被反射时形成的反射光束从而检测信息信号或误差信号。该光学拾取器件还可包括束分配器(beam distributor)，该束分配器将从该光源发射的该光束引导到该准直透镜，并将形成在该光盘上的该光斑被反射时形成的该反射光束传输到该光检测器。
该准直透镜可位于该束分配器和该反射镜之间。该发散透镜可位于该光源和该束分配器之间，该会聚透镜可位于该束分配器和该反射镜之间。
本发明一般概念的特征和/或功用还可通过一种光学拾取器件实现，该光学拾取器件包括发射光束的光源、将从光源发射的光束转变成平行束的准直透镜、偏振穿过准直透镜的光束的波长板、以及通过聚焦穿过波长板的光束而在光盘上形成光斑的物镜，其中该准直透镜由全息光学元件形成。
该全息光学元件可对从该光源发射的光束进行发散和会聚。
本发明一般概念的特征和/或功用还可通过一种光学拾取器件的准直透镜实现，该准直透镜包括接收关于中心轴具有第一展开角(spread angle)的光的第一表面，将光的展开角改变到比第一展开角更大的第二展开角的至少一个主体(body)，以及将具有第二展开角的光转变成具有基本平行于中心轴行进的光的光束的第二表面。
该至少一个主体可包括第一体和第二体，该第一体可包括该第一表面，该第一表面可以是凹入表面，该第二体可包括该第二表面，该第二表面可以是凸起表面。
该第一主体可包括与该第一表面相反的第三表面，该第二主体可包括与该第二表面相反的第四表面，在该第一和第三表面之间的该第一主体中行进的光可具有第二展开角，在该第一主体的第三表面和该第二主体的第四表面之间行进的光可具有第一展开角。
该准直透镜可以是全息光学元件。
本发明一般概念的特征和/或功用还可包括一种光学拾取器件，该光学拾取器件包括产生光的光源、准直透镜和物镜，该准直透镜接收来自该光源的关于中心轴具有第一展开角的光，在第一距离上将展开角改变到大于该第一展开角的第二展开角，且将具有第二展开角的光转变为具有基本平行于中心轴行进的光的光束，该物镜接收来自该准直透镜的光且将该光聚焦到光盘上。
该准直透镜可包括分隔开预定距离的第一透镜和第二透镜，该第一透镜可将光的展开角改变到第三展开角，在第一透镜和第二透镜之间的光可具有不同于第二展开角的第四展开角，该第二透镜可将第一和第二透镜之间的光的展开角改变到第二展开角且可将具有第二展开角的光转变成具有基本平行于中心轴行进的光的光束。
该第一透镜可具有接收具有第一展开角的光的第一表面，该第一表面具有凹入形状，该第二透镜可具有第二表面，该第二表面具有凸起形状以发射具有基本平行于中心轴行进的光的光束。
该光学拾取器件还可包括沿光路径位于第一和第二透镜之间的偏振束分配器以通过沿光路径的第一方向行进的光且反射沿光路径的与第一方向基本相反的第二方向行进的光。
该准直透镜可以仅是单个透镜。
该准直透镜可包括具有凹入形状的第一表面来接收具有第一展开角的光和具有凸起形状的第二表面以发射具有基本平行于中心轴行进的光的光束。
本发明一般概念的特征和/或功用还可包括一种光盘设备，该光盘设备包括存储数据的光盘、光学拾取器件以及控制器，该光学拾取器件传输光到该光盘且检测从该光盘反射的光从而写数据到光盘及从光盘读取数据，该控制器控制该光学拾取器件和该光盘的旋转从而控制读取操作和写操作。该光学拾取器件可包括产生光的光源、准直透镜和物镜，该准直透镜接收来自该光源的相对于中心轴具有第一展开角的光，在第一距离上将展开角改变到大于该第一展开角的第二展开角，且将具有第二展开角的光转变为具有基本平行于中心轴行进的光的光束，该物镜接收来自该准直透镜的光且将该光聚焦到光盘上。
附图说明
本发明一般概念的这些和/或其它方面将从下面结合附图对实施例的描述变得显然且易于理解，附图中：
图1是表，示出可应用到根据本发明一般概念的示例实施方式的光学拾取器件的三波长物镜。
图2示出应用到根据本发明一般概念的示例实施方式的光学拾取器件的三波长物镜所需的准直透镜的有效直径和焦距。
图3示出应用到根据本发明一般概念的示例实施方式的光学拾取器件的准直透镜结构的第一示例。
图4示出应用到根据本发明一般概念的示例实施方式的光学拾取器件的准直透镜结构的第二示例。
图5示出应用到根据本发明一般概念的示例实施方式的光学拾取器件的准直透镜结构的第三示例。
图6示出根据本发明一般概念的一实施方式的光学拾取器件。
图7示出根据本发明一般概念的另一实施方式的光学拾取器件。
图8示出根据本发明一般概念的又一实施方式的光学拾取器件。
图9示出根据本发明一般概念的又一实施方式的光学拾取器件。
图10示出包括根据本发明一般概念的实施方式的光学拾取器件的光盘设备。
具体实施方式
现在将详细参考本发明一般概念的实施方式，实施方式的示例示于附图中，附图中相似的附图标记始终表示相似的元件。
如上所述，用于BD的物镜具有2.5mm的有效直径(Φ)。另一方面，图1的表1示出兼容三波长的物镜的使用。如图1所示，为了增大信息回放和记录的集成度且同时随着从CD到DVD的改变以及从DVD到BD的改变，可看出数值孔径(NA)增大，焦距减小，有效直径(Φ)增大。在BD的情况下，有效直径(Φ)从2.5mm增大到3.74mm，约1.5倍。如图2所示，与激光二极管(LD)产生的激光束的远场图案(FFP)相关联，确定准直透镜2的角度θ，准直透镜2增大到1.5倍，准直透镜2的焦距(f)增大到约1.5倍。
如前所述，在纤薄型光学拾取器件中安装放大1.5倍的准直透镜2可能是困难的。通常，准直透镜2包括一个凸透镜，其焦距和光学路径长度之间的差为约1mm，从而焦距和光学路径长度被视为彼此非常类似。然而，在由于使用兼容三波长的物镜而显著增大准直透镜的尺寸的情况下，如果焦距不便而光学路径长度减小，则大尺寸准直透镜能应用到纤薄型光学拾取器件。下面，将参照图3-5描述能减小光学路径长度且同时保持焦距不变的准直透镜。
如图3所示，为了减小光学路径长度而不改变焦距(f)，准直透镜4包括具有凹入表面的发散透镜4a和具有凸起表面的会聚透镜4b。如果光束穿过发散透镜4a，则光束发散，然后穿过会聚透镜4b而被会聚，从而光束转变成平行光束或者稍微发散或会聚的光束。稍微发散的光束可具有从光的中心轴仅发散小角度的光线，诸如在与中心轴平行的方向的五到十度以内。从图3可以看出，焦距(f)和有效直径(Φ)得到恒定维持，光学路径长度(L1)变短。在使用具有短光学路径长度(L1)的准直透镜4的情况下，能在纤薄的结构中配置使用三波长物镜的光学拾取器件。
在该情况下，准直透镜4的发散透镜4a和会聚透镜4b中的至少一个的至少一个表面是非球面的，从而能形成良好准直光束。此外，发散透镜4a和会聚透镜4b可以是沿光轴方向可移动的，从而校正各种原因(即CD、DVD和CHBD/HD之间的厚度差、各光盘之间的厚度差、与温度相关的波长变化、以及激光二极管的振荡波长偏离)导致的像差。例如，发散透镜4a和会聚透镜4b中的至少一个可以安装到轨道上。固定元件诸如扣钩(clasp)、螺钉或其它器件可将透镜4a或4b固定在轨道上的适当位置且可以放松以调节透镜4a或4b在轨道上的位置。一旦透镜4a或4b被调节，则它可通过粘合剂、焊接工艺或任何其它合适的工艺永久固定到轨道，以防止所调节的透镜4a或4b沿轨道移动。
如图3所示，接触发散透镜4a的凹入表面41的光相对于光的中心轴A具有第一展开角。展开角可定义为其末端处由光的边界定义的角，在其中心处具有光的轴A。例如，一些光线会漫射时，光的展开角可定义为百分之八十到九十五的光在其范围内传播的角。展开角也可以定义为准直透镜4的角度θ的两倍。在发散透镜4a内，光具有与第一展开角不同的第二展开角。发散透镜4a和会聚透镜4b之间的光具有与第二展开角不同的第三展开角。例如，第三展开角可以与第一展开角相同或基本相同。会聚透镜4b内的光具有不同于第三展开角的第四展开角，离开会聚透镜的凸起表面42的光基本平行于光束的中心轴A行进。
在该情况下，如图3所示，准直透镜4可包括彼此分隔开的发散透镜4a和会聚透镜4b，但是应注意，发散透镜4a和会聚透镜4b可根据需要地彼此分开。将在下面参照图5和6对其进行详细描述。
参照图4，准直透镜6可包括集成为一体的发散透镜和会聚透镜。如果发散透镜和会聚透镜集成为一体，则光学路径长度(L2)可进一步减小，且透镜数减少，使得产品成本降低。
当准直透镜6是单个透镜时，光可关于中心轴A具有第一展开角地进入凹入表面61，可具有与第一展开角不同的第二展开角地在准直透镜6内行进，且可作为基本平行于光的中心轴A行进的束离开透镜的凸起表面62。
参照图5，准直透镜8可由衍射透镜(例如全息光学元件)形成，该衍射透镜具有以光学轴为中心的圆形衍射结构。全息光学元件可对射出光源的光束进行发散和会聚，且具有短的光学路径长度(L3)，如图5所示。下面将参照附图描述包括上述准直透镜4、6或8的光学拾取器件。
当准直透镜8由衍射透镜或全息光学元件形成时，光可关于中心轴A具有第一开展角地进入第一表面81，可具有与第一展开角不同的第二展开角地在准直透镜8内行进，且可作为基本平行于光的中心轴A行进的光束离开透镜的第二表面82。第一和第二表面81和82可以是彼此平行的基本平坦表面。
参照图6，光学拾取器件60包括诸如CD、DVD、CBHD/BD等的光盘10、光源26、物镜12以及光检测器32，光源26用于发射具有与光盘格式10对应的波长的激光束，物镜12用于聚焦从光源26发射的光束从而在光盘10的信号记录层上形成光斑，光检测器32用于在光束被物镜12聚焦在光盘10上之后接收从光盘10反射的光束并检测信息信号和/或误差信号。光学拾取器件60包括反射镜14、波长板16、准直透镜4、偏振束分配器18、第一束分配器20、第二束分配器30、散光透镜28、光检测器32、前光电二极管22和光栅24。
光盘10可以是具有不同使用波长和不同记录密度的各种光盘之一，诸如CD、DVD和BD等。
光源26发射对应于三种情况的波长，其中第一种情况是光盘10为CD，第二种情况是光盘10为DVD，第三种情况是光盘10为CBHD/BD。即，光源26可发射适于具有较高记录密度的CBHD/BD的具有400nm波长范围(即约540nm或更短波长)的蓝光，适于具有比CBHD/BD的记录密度低的记录密度的DVD的具有600nm波长范围(即约600nm-660nm的波长)的红光，以及适于具有比DVD的记录密度低的记录密度的CD的具有700nm波长范围(即约700nm-800nm的波长)的红外光。尽管图6示出上述三种情况的波长仅通过一个光源26被选择性发射，但是应注意，可增加额外的束分配器使得两个或三个光源可根据设计规格而单独安装。
物镜12可由前述三波长物镜形成。即，为了减少光学拾取器件的构成部件的数量且构造纤薄尺寸的光学拾取器件，可使用兼容上述三种情况公开的所有波长的三波长物镜。物镜12的特性的详细描述提供在图1的表中。
光栅24将从光源26发射的光束分成三束。光栅24用作分光衍射元件，其将从光源26发射的光束分成0级光(即主光束)和±1级光(即次光束)，从而它能使用三束法或DPP法检测跟踪误差信号。光栅24从光盘10反射的0级光获得回放信号，并通过光盘10反射的0级光的一检测信号与光盘10反射的±1级光的另一检测信号之间的操作获得跟踪误差信号。
偏振束分配器18将光的行进方向引导到偏振方向。第一束分配器20安装在光栅24和偏振束分配器18之间，使得它允许穿过光栅24的光束入射在偏振束分配器18和前光电二极管22上。前光电二极管22控制从光源26发射的光束的输出值。第二束分配器30安装在散光透镜28和光检测器32之间，从而它将穿过散光透镜28的光传输到光检测器32。光检测器32接收从光盘10的表面(即信号记录层)反射的光束，从而它可由光电二极管形成以检测信息信号和/或误差信号。
此外，准直透镜4、波长板16和反射镜14安装在物镜12和偏振束分配器18之间。准直透镜4将穿过偏振束分配器8的发散光束转化成平行光束。
波长板16偏振穿过准直透镜4的光束。即，波长板16利用双折射将直偏振光转变成圆偏振光。根据本发明一般概念的一实施方式的光学拾取器件使用三波长光源，且可使用与响应于三波长物镜的三波长兼容的1/4波长板。此外，1/4波长板可安装为相对于从光源发射的光轴具有从45°到90°的角，从而光束被转化成椭圆偏振束而不是圆偏振束。
反射镜14反射穿过波长板16的光束并进行路径转换从而光束的行进路径被引导到物镜12。
下面将描述上述光学拾取器件的操作。从光源26发射的光束穿过光栅24，被衍射，且被分成0级光(即主光束)和±1级光(即次光束)以检测跟踪误差信号，从而形成三个束。三个束通过偏振束分配器18，并通过准直透镜4，从而他们被转化成平行束。该平行束穿过波长板16，从而它被转化成圆或椭圆偏振束。该圆或椭圆偏振束从反射镜14反射，并通过物镜12，从而光斑形成在光盘10的信号记录层上。从光盘10反射的光束经过物镜12，并从反射镜14反射，从而所得光束入射在波长板16上。如果光束通过波长板16，则圆或椭圆偏振束被转化成直偏振束。直偏振束通过准直透镜4、偏振束分配器18和散光透镜28，从第二束分配器30反射，并入射在光检测器32上。以此方式，信息可以记录在光盘10中，或者记录在光盘10中的信息被读取。
在该情况下，准直透镜4包括如前所述的发散透镜4a和会聚透镜4b，从而它具有短的光学路径长度。因为选择了具有短的光学路径长度的准直透镜4，所以光学拾取器件可以以纤薄结构的形式构造。
从图6可以看出，准直透镜4安装在偏振束分配器18和反射镜14之间。具有与准直透镜4的布置格局不同的布置格局的光学拾取器件和包括彼此不同的准直透镜6和8的另一光学拾取器件将在下面参照图7-9进行描述。
尽管包括图6的准直透镜4的光学拾取器件60示于图7中，但是应注意，准直透镜4的发散透镜4a和会聚透镜4b的布置不同于图6。更详细地，发散透镜4a安装在光源26和偏振束分配器18之间，会聚透镜4b安装在偏振束分配器18和反射镜14之间。档发散透镜4a和会聚透镜4b之间的距离长时，上述结构可以尤其有效，从而凹入表面的曲率增大。
图8的光学拾取器件包括一体型准直透镜6，其中发散透镜和会聚透镜集成为一个透镜。如图8所示，准直透镜6位于偏振束分配器18和反射镜14之间。如上所述，使用一体型准直透镜6，从而透镜数目减少，使得产品成本也减小且光学路径长度变短。
图9示出根据本发明一般概念的又一实施方式的光学拾取器件。
在图9中，光学拾取器件包括全息光学元件构成的准直透镜8。即，准直透镜8由衍射透镜(例如全息光学元件)形成，该衍射透镜具有中心在光轴上的圆形衍射结构。
如上所述，光学拾取器件设计为具有准直透镜4、6和8，准直透镜4、6和8每个具有光学路径长度，使得基于三波长物镜的光学拾取器件能以纤薄结构的形式构造。
图10示出根据本发明一般概念的实施方式的光盘设备100。光盘设备100可包括上述光学拾取器件60，光学拾取器件60包括具有凹入和凸起表面或者全息光学元件的准直透镜。光盘设备100还可包括盘10、转动盘10的马达103以及控制光学拾取器件60和马达103以从盘10读取数据或写数据到盘10的控制器102。
控制器102可包括处理单元，诸如将从光学拾取器件60接收的信号转化成数据以传输到存储器或接口104的数据处理单元。控制器102还可包括存储器、逻辑器件以及处理和存储电信号的其它电部件。
接口104可包括从用户接收数据的用户接口或者传输数据到外部设备105及从外部设备105接收数据的数据端口或端子。例如，外部设备105可以是具有处理器、存储器和额外功能的计算机主机。计算机主机可接收从光盘10读取数据的指令，可传输指令到控制器102，且可从光学拾取器件60接收相应的数据。
如从上面的描述显见的那样，使用包括发散透镜和会聚透镜构成的准直透镜，光学拾取器件能以纤薄的形式构造。
尽管已经显示和描述了本发明一般概念的一些实施方式，但是本领域技术人员将理解，在这些实施方式中可以进行改变而不偏离本发明一般概念的原理和思想，本发明一般概念的范围定义于权利要求及其等价物中。

Claims (11)

1.一种光学拾取器件，包括：
光源，用于发射光束；
准直透镜，用于将从所述光源发射的所述光束转化成平行束；
波长板，用于使穿过所述准直透镜的所述光束偏振；以及
物镜，通过将穿过所述波长板的所述光束聚焦来在光盘上形成光斑，
其中所述准直透镜包括发散透镜和会聚透镜，所述发散透镜用于使从所述光源发射的所述光束发散，所述会聚透镜用于将从所述发散透镜发射的所述光束转变成平行光束。
2.如权利要求1所述的光学拾取器件，其中该准直透镜包括两个透镜，其中该发散透镜和该会聚透镜彼此分开。
3.如权利要求1所述的光学拾取器件，其中该准直透镜包括集成为一体的所述发散透镜和所述会聚透镜。
4.如权利要求1的光学拾取器件，其中所述准直透镜是全息光学元件。
5.如权利要求1所述的光学拾取器件，其中属于该准直透镜的该发散透镜和该会聚透镜中的至少一个在一个表面或者两个表面处是非球面的。
6.如权利要求1所述的光学拾取器件，其中属于该准直透镜的该发散透镜和该会聚透镜中的至少一个在光轴方向上是可移动的。
7.如权利要求1所述的光学拾取器件，还包括：
反射镜，用于将从该光源发射的该光束反射在该物镜上。
8.如权利要求7所述的光学拾取器件，还包括：
光检测器，接收当形成在该光盘上的光斑被反射时形成的反射光束从而检测信息信号或误差信号。
9.如权利要求8所述的光学拾取器件，还包括：
束分配器，将从该光源发射的该光束引导到该准直透镜，并将形成在该光盘上的该光斑被反射时形成的该反射光束传输到该光检测器。
10.如权利要求9所述的光学拾取器件，其中该准直透镜位于该束分配器和该反射镜之间。
11.如权利要求9所述的光学拾取器件，其中该发散透镜位于该光源和该束分配器之间，该会聚透镜位于该束分配器和该反射镜之间。
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