CN1100314C - 光盘读出装置 - Google Patents

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Abstract

本装置是通过物镜24将激光照射到光盘51、52的信号记录面，同时将该信号记录面所反射的激光导向光检出器40，重放信号的光学式重放装置。本装置是随基板厚度用偏振滤光器31来缩小上述物镜24的有效数值孔径，或者用偏振滤波器31进行切换使之不缩小透过，使得激光点聚焦到各自基板厚度不同的多种光盘51、52的该光盘信号记录面上的调整有效数值孔径的光学式重放装置。而且是改变物镜的内周部和外周部焦距的装置。

Description

光盘读出装置
本发明涉及既能重放基板厚度厚的光盘，又能重放薄的光盘的再生装置。基板厚度厚的光盘，为例如厚度约为1.2mm的光盘，而薄光盘是例如厚度约为0.6mm的光盘。在本说明书中将所说基板表面与信号记录面的距离，定义为基板厚度。因而，使基板表面与信号记录面的距离约0.6mm的光盘两片背面重合贴合，做成整体厚度约1.2mm的光盘，在本说明书中称谓基板厚度约0.6mm的光盘。
作为处理多媒体信息的重放型光盘，CD-ROM等已经实用化了。CD-ROM是盘直径为12cm、盘厚为1.2mm、迹道间距1-6μm的媒体，盘面上能记录540M字节信息。将MPEG方式等压缩技术用于重放型光盘，已经进行了记录图象信息的数字型视盘(DVD)的开发。可是在现行的CD-ROM上，进行数据传送速度以约4Mbps的MPEG2规格的图象数据记录时，只能记录大约20分钟的图象数据，而记录2小时图象则容量不足。
为此，正着手进行使光盘记录密度提高为数倍标准密度的高密度技术的开发。例如，研究出在盘面上将约5G字节的信息记录在直径与CD-ROM一样的12cm的盘上的SD。SD是迹道距约0.73μm，最短凹痕约0.4μm，且采用效率良好的调制方式的盘。SD盘厚度为0.6mm。将这种SD两个背面重合贴合时，用一个盘能记录约10G字节的信息。如换算成图象信息相当于约4小时。
还有用片面将3.7G字节信息记录在与CO-ROM同样直径12cm的盘上的HDMCD的提案。该盘是制成迹道距约0.84μm，最短凹痕约0.45μm的盘。HDMCD盘厚为1.2mm。在本说明书中，将与CD-ROM有同等记录密度叫做标准密度。
做为与本发明相关的已有技术，有公开于特开平7-57271号公报的技术。
另外，在特开平6-215406号公报公开了，通过利用经设计的使得在内周部和外周部激光束的成像点不同的物镜，能使各自束点聚集在基板厚度不同的两种光盘的各自信号记录面上的光检出器。
另外，在特开平5-303766号公报公开了，根据光盘基板的厚度，通过使表面为非球面的无源光学原件插入平行光束之中，或从平行光束中退出，不改变焦点距离，补偿因基板厚度不同发出的象差的光传感器。用这样的方式，该光传感器，使各束斑点聚焦在基板厚度不同的各光盘记录面上。
另外，在特开平6-259804号公报上还公开了配备基板厚的标准密度的CD再生用半导体激光器，基板薄的高密度的光盘记录及再生用的半导体激光器，根据光盘情况使所选用的半导体激光器输出光，通过共用的光学系统使光聚集在信号记录面的装置。
在再生高密度光盘的情况下，有必要使聚集到信号记录面上的激光束斑点直径缩小到约0.9μm。为此，应该既缩短激光束的波长，又扩大物镜数值孔径NA。
然而，如扩大物镜的数值孔径，彗形象差由于有按数值孔径3次方比例增大的情况，当激光束不是垂直地入射到光盘基板表面时，彗形象差就变大并发生重放信号品质劣化的问题。在这里，使激光束的入射角不能垂直光盘而发生倾斜起因于光盘基板的翘曲。另一方面，由于彗形象差也与光盘基板厚度成比例，通过使光盘基板厚度变薄而减小彗形象差，因此，能够抑制起因于光盘基板的倾斜造成的彗形象差。根据这种情况，一边抑制因光盘基板倾斜造成的彗形象差，一边扩大物镜的数值孔径NA，以使激光束斑径缩小到约0.9μm，并探讨使光盘基板厚度减薄。
可是，设计光检出器的物镜，要考虑到光盘基板厚度与激光束的波长。因此，记录对象或重放对象的光盘的基板厚度与在设计物镜时假设的基板厚度不同的情况下就有波面象差发生。其结果，激光束斑便不会聚集在此光盘的信号记录面上，就不可能记录信号和重放信号。例如，在使用安装设计为基板厚度0.6mm的光盘用的物镜的光检出器时，就不能将激光束斑聚集在基板厚度为1.2mm的光盘的信号记录面上，不能将信号记录在此光盘上，或者不能使此光盘的记录信号重放。即，对于基板厚度不同的两种光盘，必须准备安装各自合适的物镜的光检出器。
用现行密度的厚度为1.2mm的盘(CD.CD-ROM)、用高密度的厚度为1.2mm的盘(HDMCO)和用高密度的厚度为0.6mm的盘(SD)预料今后将并存。因此，能对CD等和SD两者进行记录/重放的光学式重放装置，或者能对SD和HDMCD两者进行记录/重放的光学式重放装置是所希望的。
本发明的目的是提供一种用单一的光检出器能重放高密度的薄基板的光盘(SD等)和标准密度的厚基板的光盘(CD等)两者的重放装置。
本发明的目的是提供一种用单一的光检出器能重放高密度的厚基板的光盘(HDMCD等)和高密度的薄基板的光盘(SD等)两者的重放装置。
本发明的光盘读出装置，其特征在于具有：在装设有基板表面和信号记录面间的距离为第1距离的第1类光盘时，发出第1偏振光方向的激光的第1激光光源；在装设有基板表面和信号记录面间的距离为和第1距离不同的第2距离的第2类光盘时，发出和第1偏振光方向不同的第2偏振光方向的激光的第2激光光源；将从第1激光光源或第2激光光源发出的激光导向装设的光盘信号记录面、并将从该信号记录面反射的激光导向光检出器的光学系统；和设置在第1激光光源和第2激光光源及光学系统的物镜之间的光路中、通过不收缩孔径而透过第1偏振光方向的激光，聚焦到第1类光盘的信号记录面，并通过收缩孔径而透过第2偏振光方向的激光的一部分，聚焦到第2类光盘的信号记录面的偏光选择性光阑装置。
可以使用，例如是将第2偏振光方向的激光的外周部分遮光的部分偏振光滤光器，作为偏振光选择性光阑装置。
此外，也可以使用将第2偏振光方向的激光的外周部分散射的部分偏振光全息照相，作为偏振光选择性光阑装置。
第1激光光源发出的第1激光偏振方向，和第2激光光源发出的第2激光偏振光方向，可以是正交方向。例如，可以使第1激光是P偏振光，第2激光是S偏振光。
可以使作为第1类光盘的基板表面和信号记录面之间的距离的第1距离比CD(小型激光唱片)规格的距离短，作为第2类光盘的基板表面和信号记录面之间的距离的第2距离等于CD规格。CD规格的距离，就是0.60mm±0.05mm(±0.05mm是容许误差)。例如，可使第1距离为0.55mm～0.65mm，第2距离为1.15mm～1.25mm。
可以使用分别形成在不同的半导体芯片上的两个半导体激光二极管，
此外，也可以使用形成在共同的半导体芯片上的一个半导体激光二极管，作为第1激光光源和第2激光光源。
可以使用设计成透镜外周部分有第1焦距，透镜中央部分有和第1焦距不同的第2焦距的透镜，作为光学系统的物镜。例如，可以使用透镜外周部分比透镜中央部分有较短焦距的透镜，作为光学系统的物镜。
此外，当使用透镜外周部分有第1焦距，透镜中央部分有和第1焦距不同的第2焦距的透镜，作为光学系统的物镜时，可以使用将第1偏振光方向的激光的中央部分遮光，将第2偏振光方向的激光的外周部分遮光的部分偏振光滤光器，作为偏振光选择性光阑装置。那就是，可以在第1偏振光方向的激光的场合，通过只透过其外周部分，由物镜的第1焦距的作用聚焦，在第2偏振光方向的激光的场合，通过只透过其中央部分，由物镜的第2焦距的作用聚焦。
此外，当使用透镜外周部分有第1焦距，透镜中央部分有和第1焦距不同的第2焦距的透镜，作为光学系统的物镜时，可以第1焦距不同的第2焦距的透镜，作为光学系统的物镜时，可以使用将第1偏振光方向的激光的中央部分散射，将第2偏振光方向的激光的外周部分散射的部分偏振光全息照相，作为偏振光选择性光阑装置。那就是，可以在第1偏振光方向的激光的场合，通过只透过其外周部分，由物镜的第1焦距的作用聚焦，在第2偏振光方向的激光的场合，通过只透过其中央部分，由物镜的第2焦距的作用聚焦。
按照本发明的光盘读出装置，不管是在装设基板表面和信号记录面间的距离是第1距离的第1类光盘的场合，还是在装设上述距离是和第1距离不同的第2距离的第2类光盘的场合，可以使对该装设的光盘有适当半径的激光斑点聚焦到该装设的光盘的信号记录面上。例如，不管是在装设上述距离比CD规格短的光盘的场合，还是在装设上述距离相等于CD规格的光盘的场合，对于各场合，可以分别把有适当半径的激光斑点聚焦到信号记录面上。
图1(a)是表示第一实施例的装置的光学系统的方案图，(b)是用于该实施例的偏振光选择滤光器的说明图。
图2表示使用厚度0.6mm的SD用的数值孔径0.6的物镜，将光阑插入光路中调整有效数值孔径，聚光于厚度1.2mm的光盘上时，光斑直径与有效数值孔径的关系特性图。
图3表示第二实施例装置的光学系统方案图。
图4表示第三实施例装置的光学系统方案图。
图5表示采取HDMCD与SD互换时的信号处理部方框图。
图6表示第四实施例的主要部分说明图。上述各图中标号10、11、12为激光二极管；标号24、240为物镜标号31、310为偏振光滤光器；标号40、41、42为光检出器；标号51为厚度0.6mm的光盘；标号52是厚度1.2mm的光盘。
第一实施例
图1表示第一实施例。图中，半导体激光器11和半导体激光器12输出偏振方向互相正交的激光(细实线为从半导体激光器11射出的激光，细虚线为半导体激光器12射出的激光)。半导体激光器1用于厚度为0.6mm的光盘51，输出波长635nm±15nm(或650nm±15nm)激光。±15nm为允许误差。半导体激光器12用于厚度1.2m的光盘52，输出波长635nm±15nm(或650nm±15nm)的激光。厚度6nm的光盘51是高密度的SD，厚度1.2mm的光盘则是高密度的HDMC或标准密度的CD。并且，对于厚度0.6mm的光盘将物镜24的数值孔径设计成为0.6mm。
设置厚度0.6mm的光盘51时，接通半导体激光器11而关断半导体激光器12。自半导体激光器11输出的波长635nm的激光(P偏振光透过偏振光分束镜21，由准直透镜22变成平行光，透过半反射镜23，在偏振滤光器31不缩小地透过，用物镜24聚光，聚焦于0.6m厚的光盘51的信号记录面51a上。这时的斑点直径为0.9μm。
由信号记录面51a反射的激光，由物镜24变为平行光，在偏振滤光器31不缩小地透过，被半反射镜23反射改变90°方向之后，由聚光镜25聚光，成像于光检出器40上，作为与记录信息对应的信号被检出。
设置厚度1.2mm的光盘52时，半导体激光器12被接通而关断半导体激光器11。自半导体激光器12输出的波长635nm的激光(S偏振光)，由偏振光分束镜21反射，在准直透镜变为平行光，透过半反射镜23，由偏振滤光器31截去周围部分(＝缩小)使中心部分透过之后，由物镜24聚光，聚焦于厚度1.2mm的光盘51的信号记录面51b上。这时斑点直径为1.3μm。即，用偏振光滤光器31将物镜24的有效数值孔径缩小变成约0.4。
偏振滤光器31，如图1(b)所示，是起着使P偏振光(图中双箭头记号)照样透过不缩小，而S偏振光(图中黑点记号)缩小成小直径作用的偏振光选择性滤光器。物镜24的数值孔径取0.6，焦距f为3.3mm时，当激光束的有效直径(图中外圆直径)为3.96mm时，用偏振滤光器31缩小后的数值孔径0.4相应的直径(图中内圆直径)为2.64mm。
被信号记录面52a反射的激光，由物镜24变成平行光，不缩小地(理由：因为已经缩小)透过偏振滤光器31，经半反射镜23反射改变90°方向之后，用聚光镜25聚光，成像于光检出器40，作为与记录信息对应的信号被检出。
在上述构成中，虽采用偏振光滤光器31，但也可代之以偏振光选择性全息照相(对一种偏振光，使周围部分漫射而使中心部分透过的光学器件)。
并且，在上述构成中，将偏振滤光器31配置在物镜24正前方位置，也就是按在跟踪伺服系统时物镜24和偏振滤光器31整体位移这样的构成。使聚光特性变得很好。亦即，使重放特性变得很好，但如容许重放特性稍许变差，也可作为固定孔径设置偏振滤光器31。这时，只要在半导体激光器12与物镜之间，可以设置于任何位置。进而，在这时，若设置在半导体激光器11的光路以外的部位(即，半导体激光器12—偏振光分束镜21间)，则不用偏振滤光器而可用通常的光阑。
关于有效数值孔径(NA)和聚光斑径
接着，参照图2，说明有效数值孔径与聚光斑径的关系，图2实际上表示使用NA0.6，片厚0.6mm用的物镜，聚光到厚度1.2mm的光盘上，将光阑插入光路中并使有效NA改变时的聚光斑径与NA的关系曲线。还有，黑点·记号是使用波长635nm激光的情况，白点⊙记号是使用波长780nm激光的情况。
在有效数值孔径比0.4小的区域，激光斑径随λ/NA而改变。但是，在有效数值孔径比0.4大的区域，“在使与设置不同的厚度光盘重放的情况下，球面象差与数值孔径的四次方成正比增大”的现象起作用，随着数值孔径变大就不能将激光斑径缩小。
为此，如图所示，有效数值孔径在约0.4(0.35-0.4)情况下，激光斑径成为最小(在波长635nm时为1.3μm，波长780nm时为1.65μm)。在本发明中利用这一点，对用于厚度0.6mm的光盘所设计的物镜，也能够重放厚度1.2mm的光盘。即，使标准密度的CD和高密度的SD互换(波长635nm±15nm，波长650nm±15nm，波长680nm±15nm，波长780nm±15nm)成为可行。还有，半导体激光器11和半导体激光器12可以有不同的波长。
关于HDMCD与SD互换
如上所述，波长635nm激光的情况下，用对厚度0.6mm光盘设计的物镜，能够使1.3μm直径的激光斑点聚焦到厚度1.2mm光盘的信号记录面上。另外，波长780nm激光的情况下，用对厚度0.6mm光盘设计的物镜则能够使1.65μm直径的激光斑点聚焦到厚度1.2mm光盘的信号记录面上。
用现在提供的标准密度CD，激光斑径在大约1.6μm的情况下能够再生。为此，通过将波长620nm-800nm的激光缩小到如上述1.3μm-1.65μm就能进行重放。可是，就高密度的HDMCD的重放来说，有必要将激光斑径缩小到约1.1μm，用上述构成则重放特性变坏。
为此，采用高密度HDMCD与SD互换时，采用图5这样的电路结构。
即，在再生HDMCD时，切换到放大器60a使重放信号的增益提升程度和高通分量的强调度比SD时还要大，并将其送到重放信号处理部70。另外，切换到放大器61a使跟踪误差信号的增益提升程度比SD时还要大，并将其送到跟踪伺服控制电路71。
并且，在再生SD时，切换到放大器60b使再生信号的增益提升程度和高通分量的强调程度比ADMCD时还要小，并将其送往重放信号处理部70。并且，切换到放大器61b使跟踪误差信号的增益提升程度比HDMCD时还要小，并将其送往跟踪伺服控制电路71。
由于进行这样的电路处理，图象跳动成分多并且能补偿噪声大的再生信号。还有，这种结构中，要用波长620nm-665nm范围。第二实施例
图3表示第二实施例，在第二实施例中，使用检出自半导体激光器11输出的激光反射光的光检出器41，和检出自半导体激光器12射出的激光反射光的光检出器42。并且，在光检出器41，42的前方设置偏振光分束镜26。为此，将自激光二极管输出的激光反射光聚焦到光检出器41并使自激光二极管12输出的激光反射光聚焦到光检出器42中。由于用了这样的两个光检出器，在对于第一个半导体激光器(半导体激光器11或半导体激光器12)的光检出器位置被确定之后，不需要再做确定与该光检出器相对的第二半导体激光器(半导体激光器12或半导体激光器11)的相对位置的工作。
第二实施例的其他部分的构成与第一实施例相同，对相同部分附以相同标号并省去说明。第三实施例
图4表示第三实施例。在第三实施例中，使用一个芯片的半导体激光器10作为半导体激光器。此半导体激光器10是将能输出偏振光方向互相正交的TE模与TM模的激光的两个激光二极管安装在一个片上，激光器的波长是635nm。由于采用这样的一个芯片结构，与0.6mm或1.2mm光盘重放分别对应，有选择地切换TE或TM模的激光器的发光，因而不需要有如图1和图3的偏振光分束镜。
第三实施例的其他部分的结构与第一和第二实施例相同，相同部分附以相同标号而省去说明。
第四实施例
图6表示第四实施例。本第四实施例是在上述的第一～第三实施例中将物镜24置换为物镜240，将偏振滤光器31置换为偏振滤光器310。由于其他结构与第一～第三实施例同样，所以省去整个光学系统的示意图，而对物镜240和偏振滤光器330加以说明。
物镜240被设计成在透镜的内周部和外周部改变焦距，即，通过物镜内圆部的激光聚焦在如图中细虚线所示的厚度1.2mm光盘的信号记录面52a上。同样，通过外周部聚焦在如图细实线所示的厚度0.6mm的光盘的信号记录面51a上，即，因此而改变物镜内周部和外周部的曲率。
偏振滤光器310，在这里与上述的偏振光滤光器31相同，但是只对S偏振光的外周部遮光的滤光器。即，如图中所示的细实线双箭头记号和细虚线双箭头记号区域全部透射P偏振光。与此相反，如图中黑圆点·记号所示，S偏振光则只透射内周部。
当厚度1.2mm的HDMCD重放时，从激光光源输出如图中黑点·所示的S偏振光，用偏振光滤光器310将其外周部遮光，而只透过内周部。因此，如图中点划线所示通过物镜240的内周部聚焦到1.2mm厚的HDMCD的信号记录面52a上，读出信息。
当厚度0.6mm的SD重放时，从激光光源射出如图中细实线双箭头记号和细虚线双箭头记号表示的P偏振光。此P偏振光不受偏振光滤光器310的遮光，而全部通过物镜240被聚光。其中，透过物镜240外周部的激光，如图中细实线所示聚焦于厚度0.6mm的SD的信号记录面51a上，并且读出信息。还有，在信号记录面51a因还没有缩小透过物镜240的外周部的激光，所以其反射光的不良影响仍可忽略不计。
还有，作为偏振光滤光器310，与上述的偏振光滤光器31不同，也可以是使用将S偏振光的外周部和P偏振光的内周部遮光的滤光器的实施例。
即，也可能是采用如图中细实线双箭头记号所示P偏振光只透过外周部，如图中黑圆点·所示S偏振光只透过内周部的滤光器的构成。
在这样的构成中，在厚度0.6mm的SD重放时，用偏振光滤光器310将内周部遮光，且用物镜240的外周部聚光的P偏振光产生超折象，有使聚焦在信号记录面51a上的激光斑径进一步缩小的效果。
在上述各个实施例中，利用偏振光选择性光学元件，由于一种偏振光不加缩小地透过，另一种偏振光缩小而减小有效数值孔径，达到本发明的效果，而利用波长选择性光学元件，或是一种波长的激光不加缩小地透过，另一种波长的激光缩小，减小有效的数值孔径，也能够达到本发明的效果。
而且，在上述各实施例中，虽没有说到波长约430nm的蓝色激光和波长约532nm的绿色激光，但对配备输出蓝色激光和绿色激光的激光光源的装置，也适用于本发明的构成，能达到同样的效果。

Claims (10)

1.一种光盘读出装置，其特征在于具有：
在装设有基板表面和信号记录面间的距离为第1距离的第1类光盘时，发出第1偏振光方向的激光的第1激光光源；
在装设有基板表面和信号记录面间的距离为和第1距离不同的第2距离的第2类光盘时，发出和第1偏振光方向不同的第2偏振光方向的激光的第2激光光源；
将从第1激光光源或第2激光光源发出的激光导向装设的光盘信号记录面、并将从该信号记录面反射的激光导向光检出器的光学系统；和
设置在第1激光光源和第2激光光源及光学系统的物镜之间的光路中，通过不收缩孔径而透过第1偏振光方向的激光，聚焦到第1类光盘的信号记录面，并通过收缩孔径而透过第2偏振光方向的激光的一部分，聚焦到第2类光盘的信号记录面的偏光选择性光阑装置。
2.根据权利要求1中所述的光盘读出装置，其特征在于：
偏振光选择性光阑装置，是将第2偏振光方向的激光的外周部分遮光的部分偏振光滤光器。
3.根据权利要求1中所述的光盘读出装置，其特征在于：
偏振光选择性光阑装置，是将第2偏振光方向的激光的外周部分散射的部分偏振光全息照相。
4.根据权利要求1中所述的光盘读出装置，其特征在于：
第2偏振光方向是与第1偏振光正交的方向。
5.根据权利要求1中所述的光盘读出装置，其特征在于：
作为第1类光盘的基板表面和信号记录面间的距离的第1距离，比小型激光唱片规格的距离短，
作为第2类光盘的基板表面和信号记录面的距离的第2距离，等于小型激光唱片规格的距离。
6.根据权利要求1中所述的光盘读出装置，其特征在于：
第1激光光源和第2激光光源，是分别形成在不同的半导体芯片上的半导体激光器。
7.根据权利要求1中所述的光盘读出装置，其特征在于：
第1激光光源和第2激光光源，是形成在共同的半导体芯片上的半导体激光器。
8.根据权利要求1中所述的光盘读出装置，其特征在于：
关于光学系统的物镜，透镜的外周部分有第1焦距，透镜的中央部分有与第1焦距不同的第2焦距。
9.根据权利要求8中所述的光盘读出装置，其特征在于：
偏振光选择性光阑装置，是将第1偏振光方向的激光的中央部分遮光，将第2偏振光方向的激光的外周部分遮光的部分偏振光滤光器。
10.根据权利要求8中所述的光盘读出装置，其特征在于：
偏振光选择性光阑装置，是将第1偏振光方向的激光的中央部分散射，将第2偏振光方向的激光的外周部分散射的部分偏振光全息照相。
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