CN1074570C - 光学头装置 - Google Patents

Abstract

一种光学头装置，包括：一个物镜单元，它有一个朝着光盘并有一个预角有效直径的物镜，和至少两个置于所述物镜外侧的辅助透镜；一个用于通过物镜把光束发射到所述光盘上的光源；一个位于所述光源与所述物镜之间的分光器；一个用于检测由所述光盘反射并通过了所述分光器的光束的光电检测器；以及至少两个衍射辅助光电检测器，用于检测经过所述辅助透镜的光束。从而获得高度再现的信号和稳定的寻道信号。

Description

光学头装置

本发明涉及一种光学头装置，更为具体地讲，涉及一种可以通过增大物镜的数值孔径获得稳定再现信号的光学头装置。

光学头装置将诸如视频或音频等信号记录于光学记录媒体，即光盘上，并从这些媒体中再现这些信息。光盘具有形成于基片上的记录表面结构。比如，基片可以是塑料或玻璃材料制成的。为了从高密盘上读取或写入信息，光斑直径必须很小。为此目的，物镜的数值孔径(NA)一般很大，并且采用短波长光源。但是，如果采用短波长光源，光盘相应于光轴的倾斜容许度就会减小。这可通过减小光盘厚度而弥补。假设光盘的倾斜度为θ，彗差系数W₃₁可由下式求得。 $W_{31}=-\frac{d}{2}\left[\frac{n^2(n^2-1)\sin \mathrm{\θ}\cos \mathrm{\θ}}{{(n^2-{\sin }^2\mathrm{\θ})}^{5/2}}\right]{\mathrm{NA}}^3$ 其中d和n分别表示光盘的厚度和折射率。从公式中可以看出，彗差系数正比于数值孔径的立方。因此，在相同厚度和倾斜度既定的情况下，考虑到传统小型盘(CD)的物镜的数值孔径为0.45，及传统的数字视盘或通用盘(DVD)为0.6，所以DVD盘的彗差系数为CD盘的2.34倍。从而，DVD盘的最大允许倾斜度降至传统CD盘的一半。为使DVD盘的最大允许倾斜度与CD盘的一致，可以减小DVD盘的厚度d。

从用户的立场看，使高密光盘与传统光盘兼容是很主要的。但是，由于高密度所引起的光盘厚度改变会相应地产生球差。如果这种球差急剧增加的话，则在光盘上形成的光斑就不能达到记录信号所需要的聚焦度，因而会使信息不能精确地记录。同时在重现信息时，因信噪比过低也会导致不能准确地重现信息。

因此，就有必要研制一种能阅读不同厚度光盘如CD或DVD盘的兼容光学头。

传统的兼容的光学头用的是全息透镜(如日本专利公开号平7-98431)，采用两个物镜，或采用物方孔径光阑(如美国专利号5,281,797)。然而，由于这种传统兼容光学头需要附加部件，就相应地增加了制造成本。

而且，高密光盘如DVD盘具有比传统CD盘小的信道间距和凹坑，另外由于DVD盘的调制度比CD盘降低了35％以上，这就很难获得稳定的信道信号。尤其对DVD盘来说，在重现信息时，如果入射光束偏离物镜中心，也就是说发生了光束偏移，其光学调制函数不能超过衍射限制曲线。

本发明的目的在于提供一种改进的光学头装置，它通过对作为信道补偿信号而被发射到光盘上的正负一级衍射光进行检测，能够获得稳定的再现信号与伺服信号。它采用一个具有光束阻隔装置的物镜和一个传统物镜。

为了实现上述目的，根据本发明提供一种光学头装置，它包括：一个物镜单元，它有一个朝着光盘并有一个预定有效直径的物镜，和至少两个置于所述物镜外侧的辅助透镜，该辅助透镜用于把正负第一级衍射光引导到不同于经过所述物镜光束之光的光路上；一个用于通过物镜把光束发射到所述光盘上的光源；一个介于所述光源与所述物镜之间的分光器，它用于把所述光盘反射出来的光引导到一个不同于所述光源发射光路的光路中；一个用于检测由所述光盘反射并通过了所述分光器的光束的光电检测器；以及至少两个衍射光的辅助光电检测器，用于检测经过所述辅助透镜的光束。

本发明的上述目的和优点将通过结合以下附图对其优选实施例的详细描述而更为清楚。

图1是根据本发明第一实施例的光学头装置的示意图；

图2是根据本发明第二实施例的光学头装置的示意图；

图3是适用于本发明第二实施例的光学头装置的物镜的示意性正视图；

图4是适用于本发明第三实施例的光学头装置的物镜的示意性侧视图；

图5是适用于本发明光学头装置的四分区光电检测器的平面图；

图6和图7表示了形成于图5所示四分区光电检测器上的光斑形状，这个形状取决于光盘的类型；

图8是适用于本发明光学头装置的八分区光电检测器的平面图；

图9到图11表示了形成于图8所示八分区光电检测器上的光斑形状，这个形状取决于物镜与薄光盘之间的距离；

图12到14表示了形成于图8所示八分区光电检测器上的光斑形状，这个形状取决于物镜与厚光盘之间的距离；以及

图15是一个描述用于本发明光学头装置的光学调制函数的曲线图。

参见图1，朝着光盘300的物镜单元200有一个在其周围带有光控制器220的物镜210，和位于光控制器220外部区域的辅助透镜230。一个用于检测透过物镜210的光的光电检测器600位于物镜210的光路中。一个分光器400和一个检测透镜500依次位于物镜单元200和光电检测器600之间。一个光源800如激光二极管位于分光器400的衍射光路中。用于检测来自辅助透镜230的光的辅助光电检测器610A和610B位于光电检测器600的外侧。在这种结构中，作为辅助透镜，基于衍射理论的全息透镜和一般的折射透镜都适用。

图2是根据本发明第二实施例的光学头装置的示意图。

在本实施例中，与第一实施例相反，光源800和物镜单元200位于一个直线光路上。如图2所示物镜单元200有物镜210，围绕着物镜210的光控制器220，和置于光控制器220周围的辅助透镜230。用于检测来自辅助透镜230的光的辅助光电检测器610A和610B位于光源800的外侧。波长片900和偏振分光器400a位于光源800和物镜单元200之间。光电检测器600位于偏振分光器400a的衍射光路中。检测透镜500介于偏振分光器400a和光电检测器600之间。用于会聚光源所发出的光的准直透镜801位于偏振分光器400a和光源800之间。一个辅助检测装置被置于光源800的外侧。

在上述两个实施例中，光源800所发出的光和光盘300反射出来的零级衍射光通过物镜210，而从光盘300反射的正负第一级衍射光透过辅助透镜230。同时，正负第一级衍射光部分地透过物镜210的边缘部分。而且，由光盘300反射并透过物镜210的零级衍射光经分光器400a到达光电检测器600。透过辅助透镜230的正负第一级衍射光，到达辅助光电检测器610A和610B。

从光电检测器600检测出来的零级衍射光，和从辅助光电检测器610A和610B中检测出来的正负第一级衍射光在加法器(未示出)被累加起来，然后用于再现信号。由辅助光电检测器610A检测出来的负一级衍射光与辅助光电检测器610B检测出来的正一级衍射光的差值信号，被用作寻道信号。

如上所述，与传统光学头装置仅用透过一个物镜的光作为信号源相比，根据本发明的光学头装置，通过采用光盘300反射的正负第一级衍射光，可以得到更为稳定的控制信号和重现信号。

在本发明的上述光学头装置中，辅助透镜和辅助光电检测器可以安置于任何地方，而不受上述实施例的限制。而且，物镜、辅助透镜和光控制器可以用任何能完成本发明目的的材料制作。

物镜单元200包括一个第二光控制器，它用于控制，即遮挡、散射或吸收透过物镜210光束之中近轴和远轴之间的中间区光束，以便能够在厚度不同的两种光盘上读写信息。

如上所述，根据本发明的光学头装置通常可以用于两种光盘，它配有一个物镜单元(下文所述的)，它的总体结构是这样的：第一和第二实施例中的物镜单元与光电检测器分别由下述的物镜单元和光电检测器代替。

图3示意性地表示了适用于本发明第三实施例的光学头装置的物镜单元。

在该物镜单元中，有一个围绕着具有预定数值孔径如0.6的物镜210的光控制器220，和一个置于光控制器220周围的辅助透镜230，这是一个与第一实施例物镜单元200相同的结构。另外在本实施例中，在物镜210的光路平面上有一个环形的第二光控制器240，该环形有预定的直径。第二光控制器240控制，即遮阻、散射或吸收透过物镜210光束之中近轴和远轴之间的中间区光束。

在本实施例中，光路中心轴周围即近轴与远轴之间中间区的光受到控制，也就是受到阻挡或遮挡，以形成不受中间区的光影响的小的光斑。最后，在沿着入射光路的近轴和远轴之间的中间区域中，有一个环形或多边形(如四方形)的光控制器，以控制即阻挡或散射光。这样做是因为远轴区的光不影响中心光，但是中间区的光确有影响。这里，近轴区是透镜中心轴(光轴)附近基本无像差的区域，远轴区是离光轴较远的区域，而中间区在近轴区与远轴区之间。

在本发明第三实施例的光学头装置中，所采用的物镜单元200有一个光电检测器，用于在读取厚光盘如1.2mmCD的信息时有选择地检测透过第二光控制器240的光，并用于在读取薄光盘如0.6mmDVD的信息时检测通过物镜210的光。这种光电检测器，可以采用传统的四分区光电检测器，如图5所示。形成在有四个检测元件601,602,603和604的光电检测器600中心处的光斑形状被表示在图6和7中，它与光盘厚度有关。

图6表示了采用较厚光盘如1.2mmCD时，形成于光电检测器600上的光斑形状。图7表示了采用较薄光盘如0.6mmDVD时，形成于光电检测器600上的光斑形状。由近轴光线形成的光斑中心部分651直径变化小，与光盘厚度无关。但是，中间部分652和外围部分653的直径变化很大。

换句话说，如图6所示，光斑的中心部分651位于光电检测器600的中心，而其外围部分653包围着光电检测器600。中心部分651与外围部分653之间的中间部分652是一个被第二光控制器消光的部分。换句话说，当从1.2mm的厚盘上再现信息时，中间部分652和外围部分653因球差而被大大地放大了，因此只能使用近轴光线，即光斑的中心部分651。

而且，如图7所示，中心部分651和外围部分653都形成在光电检测器600的检测平面上。换句话说，当从薄光盘(0.6mm)上再现信息时，除了中间区的光线被光控制组件除去以外，近轴和远轴光线都被使用了。这里中心部分651的直径保持近似原有的水平，与光盘的类型无关。

如上所述，为了从有不同厚度的两种光盘上读取信息，根据本发明的光学头装置采用了光电检测器800，它用于从厚光盘读取信息时仅接收近轴光线，和从薄光盘上读取信息时接收近轴和远轴光线。所以，当使用厚光盘时，可得到对应于近轴光线的信号。当使用薄光盘时，可得到对应于近轴和远轴光线的相对较多的信号。

光电检测器600可以是其他类型的，如图8所示。图8所示的光电检测器600有这样一种结构：即在图5所示的光电检测器周围添加了第二检测区。换句话说，本实施例的光电检测器600包括：位于中心的第一检测区611，和位于第一检测区611周围的第二检测区612。第一检测区611由四个方形第一光接收元件A1,B1,C1和D1组成。第二检测区612由围绕着第一检测区611的第一光接收元件A1,B1,C1和D1的四个L形第二光接收元件A2,B2,C2和D2组成。

图9-11表示使用薄光盘(DVD)时光电检测器的光接收状态。图12-14表示使用厚光盘(CD)时光电检测器的光接收状态。在有前述结构的光电检器中，全部信号，即来自于第一和第二两个检测区的信号，都用于读取薄光盘上的信息；而仅用来自于第一检测区的信号读取厚光盘上的信息。

如上所述，根据本发明的光学头装置，光电检测器600检测出的零级衍射光信号和辅助光电检测器610A或610B检测出的正一级衍射光信号在加法器(未示出)中相加，以用作再现信号。而且，另一个辅助光电检测器610B检测出来的负一级衍射光信号与光电检测器610A检测出来的正一级衍射光信号之间的差值信号，被用作寻道信号。因此可以得到高质量的再现信号和稳定的寻道信号。这样，如图15所示，根据本发明的光学头装置中代表着再现现信号的光学调制函数值(B)比传统光学头装置的光学调制函数值(A)有显著增加。而且，由于在物镜中具有用于控制近轴与远轴区之间光线的第二光控制器，所以1.2mmCD和0.6cmDVD可以共同使用，而无需结构上的改变。

Claims (36)

1、一种光学头装置，包括：

一个物镜单元，它有一个朝着光盘并有一个预定的有效直径的物镜，和至少两个置于所述物镜外侧的辅助透镜，该辅助透镜用于把正负第一级衍射光引导到不同于经过所述物镜光束之光路的光路上；

一个用于通过物镜把光束发射到所述光盘上的光源；

一个位于所述光源与所述物镜之间的分光器，它用于把所述光盘反射出来的光引导到一个不同于所述光源发射光路的光路中；

一个用于检测由所述光盘反射并通过所述分光器的光束的光电检测器；以及

至少两个衍射光的辅助光电检测器，用于检测经过所述辅助透镜的衍射光束。

2、如权利要求1所述的光学头装置，其中所述的光源和物镜被置于一个直线光路中，且所述的光电检测器被置于所述分光器衍射的光路上。

3、如权利要求1所述的光学头装置，其中所述的物镜和光电检测器被置于一个直线光路中，且所述的光源被置于所述光分光器衍射的光路上。

4、如权利要求1所述的光学头装置，其中所述的辅助透镜是基于衍射理论的全息透镜。

5、如权利要求2所述的光学头装置，其中所述的辅助透镜是基于衍射理论的全息透镜。

6、如权利要求3所述的光学头装置，其中所述的辅助透镜是基于衍射理论的全息透镜。

7、如权利要求1所述的光学头装置，其中所述的物镜与辅助透镜是集成于一体的。

8、如权利要求2所述的光学头装置，其中所述的物镜与辅助透镜是集成于一体的。

9、如权利要求3所述的光学头装置，其中所述的物镜与辅助透镜是集成于一体的。

10、如权利要求1所述的光学头装置，其中在所述物镜与辅助透镜之间设置有一个光控制装置。

11、如权利要求2所述的光学头装置，其中在所述物镜与辅助透镜之间设置有一个光控制装置。

12、如权利要求3所述的光学头装置，其中在所述物镜与辅助透镜之间设置有一个光控制装置。

13、如权利要求4所述的光学头装置，其中在所述物镜与辅助透镜之间设置有一个光控制装置。

14、如权利要求5所述的光学头装置，其中在所述物镜与辅助透镜之间设置有一个光控制装置。

15、如权利要求6所述的光学头装置，其中在所述物镜与辅助透镜之间设置有一个光控制装置。

16、如权利要求7所述的光学头装置，其中在所述物镜与辅助透镜之间设置有一个光控制装置。

17、如权利要求8所述的光学头装置，其中在所述物镜与辅助透镜之间设置有一个光控制装置。

18、如权利要求9所述的光学头装置，其中在所述物镜与辅助透镜之间设置有一个光控制装置。

19、如权利要求1所述的光学头装置，其中在所述物镜中心轴周围设置有一个用于控制近轴与远轴区入射光之间的中间区光束的第二光控制装置。

20、如权利要求2所述的光学头装置，其中在所述物镜中心轴周围设置有一个用于控制近轴与远轴区入射光之间的中间区光束的第二光控制装置。

21、如权利要求3所述的光学头装置，其中在所述物镜中心轴周围设置有一个用于控制近轴与远轴区入射光之间的中间区光束的第二光控制装置。

22、如权利要求4所述的光学头装置，其中在所述物镜中心轴周围设置有一个用于控制近轴与远轴区入射光之间的中间区光束的第二光控制装置。

23、如权利要求5所述的光学头装置，其中在所述物镜中心轴周围设置有一个用于控制近轴与远轴区入射光之间的中间区光束的第二光控制装置。

24、如权利要求6所述的光学头装置，其中在所述物镜中心轴周围设置有一个用于控制近轴与远轴区入射光之间的中间区光束的第二光控制装置。

25、如权利要求7所述的光学头装置，其中在所述物镜中心轴周围设置有一个用于控制近轴与远轴区入射光之间的中间区光束的第二光控制装置。

26、如权利要求8所述的光学头装置，其中在所述物镜中心轴周围设置有一个用于控制近轴与远轴区入射光之间的中间区光束的第二光控制装置。

27、如权利要求9所述的光学头装置，其中在所述物镜中心轴周围设置有一个用于控制近轴与远轴区入射光之间的中间区光束的第二光控制装置。

28、如权利要求10所述的光学头装置，其中在所述物镜中心轴周围设置有一个用于控制近轴与远轴区入射光之间的中间区光束的第二光控制装置。

29、如权利要求11所述的光学头装置，其中在所述物镜中心轴周围设置有一个用于控制近轴与远轴区入射光之间的中间区光束的第二光控制装置。

30、如权利要求12所述的光学头装置，其中在所述物镜中心轴周围设置有一个用于控制近轴与远轴区入射光之间的中间区光束的第二光控制装置。

31、如权利要求13所述的光学头装置，其中在所述物镜中心轴周围设置有一个用于控制近轴与远轴区入射光之间的中间区光束的第二光控制装置。

32、如权利要求14所述的光学头装置，其中在所述物镜中心轴周围设置有一个用于控制近轴与远轴区入射光之间的中间区光束的第二光控制装置。

33、如权利要求15所述的光学头装置，其中在所述物镜中心轴周围设置有一个用于控制近轴与远轴区入射光之间的中间区光束的第二光控制装置。

34、如权利要求16所述的光学头装置，其中在所述物镜中心轴周围设置有一个用于控制近轴与远轴区入射光之间的中间区光束的第二光控制装置。

35、如权利要求17所述的光学头装置，其中在所述物镜中心轴周围设置有一个用于控制近轴与远轴区入射光之间的中间区光束的第二光控制装置。

36、如权利要求18所述的光学头装置，其中在所述物镜中心轴周围设置有一个用于控制近轴与远轴区入射光之间的中间区光束的第二光控制装置。

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