CN1125447C - 具有光学可变光阑的光学头 - Google Patents

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Abstract

一种光学头，包括多个激光光源，分别发射具有相对较短波长和相对较长波长的光，一物镜，用于把激光源发射的光聚焦为对多种光学记录介质的信息记录表面而言都是最优的光斑；光检测器，用于检测从光记录介质的信息记录表面反射的光，其中光斑穿过物镜并聚焦在记录表面上；一种调整光路的光学元件，使从激光源发出的光被导向物镜，并使自物镜发出的光被导向光检测器，一可变光阑耦合在激光源与物镜之间，根据波长有选择性地工作。所述光学头可以兼容具有不同规格的盘片。

Description

具有光学可变光阑的光学头
本发明涉及一种可兼容具有各自不同规格的光记录介质的光学头。
磁盘，磁卡，或磁带等均可做为以高密度方式记录和再现如视频、音频或数据等信息的记录介质。在上述记录介质中，磁盘型记录介质应用广泛。在磁盘形记录介质中，具有一定厚度的塑料或玻璃介质沿光线入射的轴线方向设置，并且在介质之上有一个信息记录表面。近来，光盘领域已经从激光盘(LD)和小型致密盘(CD)发展到了数字视盘(DVD)阶段。
目前，高密度光盘系统使用具有大数值孔径(NA)的物镜和波长为635nm或650nm的短波长光源，以便提高记录密度。使用短波长光源能够对与DVD盘片厚度不同的CD进信息再现，同时也对DVD进行信息记录和再现。然而，为了能兼容一种新型CD，即可写小型致密盘(CD-R)，系统应使用波长为780nm的光，这是由CD-R记录介质的记录特性所决定的。这样，开发一种既能使用780nm的波长的光又能用650nm波长的光，以便同时兼容DVD和CD-R就变得十分重要了。由于光盘特性不同，会产生因光盘厚度不同，波长的变化以及数值孔径的变化而引起的光学像差。为此，对可兼容不同规格盘片并同时能去除光学像差的光学头的研究正在取得显著的进展，研究的成果之一是，制造出了一种可兼容不同规格盘片的光学头。下面将参考图1描述一种已有的可兼容DVD和CD-R的光学头。
图1示出了一种使用现有技术可变光阑的已有的光学头，该光学头在再现DVD时，使用635nm波长的激光，而在记录和再现CD-R时使用780nm波长的激光。从做为激光二极管的光源1中所发出的635nm波长的光入射到准直透镜2。该光束以实线表示。准直透镜2将入射光束转化成为平行光。已通过准直透镜2的光被偏振分光镜3反射并随后进至干涉滤光棱镜4。
同时，从做为光源11的激光二极管发射出的780nm波长的光经过准直透镜12，一分光镜13和一聚焦透镜14并随后到达棱镜4。该光束以虚线表示。棱镜4完全透射从极化分光镜3反射的635nm波长的光并完全反射由聚焦透镜14聚焦的780nm波长的光，其结果是，从光源1发射的光以由准直透镜2形成的平行光的形式入射到波长板5上。由光源11发出的光以发散光的形式入射到波长板5上。透射过波长板5的光穿过薄膜型可变光阑6并随后入射到物镜7。
物镜7被设计为能使光线聚焦在厚度为0.6mm的DVD盘8的信息记录表面上，穿过可变光阑6的635nm波长的光聚焦在DVD盘8的信息记录表面上。其结果是，自DVD盘片8的信息记录表面反射的光包含了记录在信息记录表面上的信息。该反射光穿过极化分光镜3并由光检测器10检测。
还有，用来将穿过可变光阑6的780nm波长的光聚焦到CD-R9的信息记录表面上的物镜具有1.2mm的厚度，在此情况下，会因为DVD8和CD-R9之间的厚度不同而产生一球差。该球差的起因是较之DVD8而言，CD-R9的信息记录表面位于沿光轴方向距物镜7较远一些的位置上。当使用将要在后面介绍的图2中的可变光阑6时，780nm波长的光在CD-R9的信息记录表面上形成了一个对CD-R9来说尺寸最佳的光斑。从CD-R9反射来的780nm波长的光被分光器13反射并由一光检测器15检测。
如图2所示，图1中的可变光阑6具有薄膜型的结构，该结构可以有选择地透过入射到相对于物镜7直径的数值孔径不大于0.6的光束。也就是说，可变光阑6包括一个第一区域，其中，波长为635nm和780nm的光束被透射；以及一个第二区域，其中635nm波长的光完全透射而780nm波长的光完全反射。第一区域为具有数值孔径不大于0.45的区域而第二区域为第一区域的外部区域。而且，第一区域由石英(SiO2)薄膜构成以便消除由介电薄膜形成的第二区域引起的光学像差。通过使用可变光阑6，780nm波长的光穿过数值孔径NA不大于0.45的第一区域并在信息记录表面上形成一个适宜于CD-R9的光斑。结果是，即使是当光记录介质由DVD 8换成CD-R9时，图1的光学头也能以最佳光斑对其兼容。
然而，为了消除以CD-R替换DVD时所产生的球差，图1中的光学头构成一个关于780nm波长光的有限光学系统。因此，该光学系统的结构复杂且光学元件的组装很困难。此外，由于通过数值孔径NA不大于0.45的第一区域的光与穿过数值孔径NA不小于0.45的第二区域的光束之间存在的光程差，由于介电薄膜形成在可变光阑6的数值孔径NA不小于0.45的第二区域中，所以第一区域需要由一个特殊的光学膜薄(SiO2薄膜)形成。因此，第一区域由一SiO2薄膜形成，同时第二区域由一多层薄膜形成。然而，由于加工过程复杂且薄膜厚度的调整是以“μm”为单位的高精度来进行的，所以不适合于大规模生产。还有，虽然已有了一些技术，其中所用的光波长是可变的，且已知在实现同时记录和再现工作的直接覆盖技术中可使用单一透镜，但这些技术不能对具有不同规格的不同盘片执行记录和再现工作。
为了解决上述问题，本发明的目的之一是提供一种使用可变光阑的光学头，其中的可变光阑可以兼容不同规格的不同盘片，其中可变光阑能够使用不同波长的光源并用来消除球差。
为实现本发明的目的，提供了一种光学头，其中包括：多个激光源，分别发出具有相对较短波长的光和相对较长波长的光；一个物镜，用于将自激光光源发射的光聚焦成一光斑，该光斑对多种光记录介质的信息记录表面来说都是最佳的；一光检测器，用于检测自光学记录介质的记录表面反射回的光，光斑被聚焦并穿透过物镜而照射在信息记录表面上；一个用来调整光路的光学元件以使从激光源发射出的光束被导向物镜，而自物镜发出的光被导向光探测器；一耦合在激光源和物镜之间的可变光阑，根据波长有选择性地工作，其中可变光阑对于具有相对较短波长的激光源来说完全透射，对于具有相对较长波长的激光源来说以较小数值孔径透射光束的形式工作，并且为了保证循轨信号的稳定性，盘片的径向方向小于切向方向，其中，所述可变光阑与波长板耦合形成光学头。
通过结合附图对有关优选实施例所做的详细说明，可使本发明的目的和优点变得更加明确。其中，
图1示出了使用现有技术可变光阑的已有的光学头；
图2是用于解释图1中的可变光阑的视图；
图3示出了根据本发明的一可变光阑；
图4A示出了一应用于本发明之中的带有镀层的椭圆型可变光阑；
图4B示出了应用于本发明之中的全息型可变光阑；
图4C示出了图4B中的可变光阑与一波长板耦合成一体时的状态；
图5示出了本发明可变光阑的表面上的光反射率；
图6示出了本发明一实施例中的带有可变光阑的光学头；
图7A示出了本发明另一实施例中的带有可变光阑的光学头；
图7B示出了本发明又一实施例中的带有可变光阑的光学头。
下面结合附图，说明本发明的优选实施例。
参照图3，其中示出了本发明的一种可变光阑，该可变光阑30包括一内部区域和一外部区域。外部区域由可变光阑表面形成，在图中以阴影表示。可变光阑30的内部区域在盘片的切向形状为直线，而在径向方向为曲线形状。其目的在于表明所述内表面可以是矩形或是椭圆形。在入射光波长彼此不相同的情况下，该可变光阑30根据入射光波长调整数值孔径(NA)。也即，图3的可变光阑30可透射635nm波长光而不受可变光阑表面的影响，同时可向光阑内部区域，而不是可变光阑外表面透射780nm波长的光。特别是，当使用780nm波长的光时，对盘片的径向方向和切向方向提供了不同的数值孔径。这样，光斑可被优化。具有可变光阑30的光学头改善了再现信号的抖动特性，并具有对于光盘偏振和偏差的光学特性的容错性。
图4A示出了用于本发明的带有镀层的椭圆形可变光阑。图4A中的可变光阑是通过对图3中的可变光阑表面施加镀层而得到的，其中所述内部区域和可变光阑表面被镀上各种不同材料的光学薄膜。这样，在图4A的带镀层椭圆可变光阑中，内部区域被镀有光学薄膜A且可变光阑表面被镀有光学薄膜B。光学薄膜A和B根据波长有选择性地透射光线。这样，图4A中的可变光阑具有与图3中的可变光阑30同样的特性。即，图4A中可变光阑透射635nm波长的光线而不受镀有光学薄膜可变光阑表面的影响。同时可向内部区域而不向可变光阑表面透射780nm波长的光。在可变光阑的内部区域为椭圆形的情况下，椭圆的长轴与短轴之比为0.5＜e＝b/a＜0.93，这里，a代表长轴半径，而b表示短轴半径。
图4B示出了用于本发明的全息型可变光阑，也即，图4B示出了使用全息技术的可变光阑的形状，全息型可变光阑是通过对图3的可变光阑30的表面进行全息处理而获得的。这样，图4B中的全息型可变光阑就与图3中的可变光阑30具有同样的特性。即，图4B的可变光阑透射635nm波长的光而不受经全息处理的可变光阑表面的影响，并且780nm的光线被透射向内部区域而不是可变光阑表面。
可以将图4A或4B的可变光阑与波长板相耦合。图4C示出了图4B中的全息型可变光阑同波形板73一体化耦合后的情况。将全息型可变光阑同波形板73一体化耦合是为了提高光效率。
图5示出了本发明可变光阑的表面上的光反射率，其中图示了根据波长的不同，以选择方式工作的可变光阑的光反射特性。即，本发明的可变光阑具有如下特性，短波长光被完全透射且长波长的光被完全反射而不透射。
在上述实施例中，可变光阑的内部区域是椭圆形的，但也可以是能执行同样功能的矩形。
下面参考图6描述具有本发明可变光阑的光学头的另一个实施例。图6中的光学头是一个普通的光学头，其中从激光源61和68A中发射的光被聚焦在两个盘片32和33之上，并且从盘片32和33反射来的光由光检测器66和68B检测。除上述结构外，图6中的光学系统包括位于准直透镜64和一物镜31之间的本发明的可变光阑30。这里，激光源68A和光检测器68B构成独立单元68。
下面结合具有较薄盘片厚度的DVD32和具有较厚盘片的CD-R33描述图6中所示的光学头的工作。
在图6的光学头中，在对DVD32中的信息进行再现时，从激光源61发出的635nm波长的激光光束透射过分光器62并入射到分光器63上，该光束以实线表示。穿过分光器63的光由准直透镜64转化成平行光。透射过准直透镜的光经过可变光阑30并由物镜31在DVD32的信息记录表面上形成一光斑。自DVD32的信息记录表面反射的光通过物镜31、可变光阑30以及准直透镜64，然后入射到分光器62上。分光器62反射入射光。反射光由光接收镜65聚焦在光检测器66上。以此方式，在对DVD32进行信息再现时，入射到可变光阑30的光被透射，而不受可变光阑表面的影响。
同时，在对CD-R33进行信息再现时，从激光源68A发射的780nm波长的激光入射到全息型分光器67上。该激光束以虚线表示。该入射光透射过全息型分光器67并进至分光器63。自分光器63反射的光由准直透镜转化成平行光。透射过准直透镜64的光经过可变光阑30并由物镜31在CD-R33的信息记录表面上形成一光斑。如上所述，在对CD-R33进行信息再现的过程中，入射到可变光阑30的光经内部区域透射。在图6的光学系统中，从激光源68A到CD-R33的共轭长度被设置得比自激光源61至DVD32的要短，从而校正球差。在以此方式对球差进行校正的情况下，光斑的尺寸降至1.2μm。然而，当盘片倾斜时，光学特性恶化，且对盘片信息的再现变得困难。因此，本发明的可变光阑30被用在激光源和物镜31之间。结果是，光斑尺寸变为1.4μm，从而实现了该盘片再现所需的最佳条件。
所述可变光阑30减小盘片在径向方向数值孔径并增大了光斑尺寸，同时增大了在盘片的切向方向的数值孔径并减小了光斑。这样，图6的可变光阑30仅在盘片的切向方向减小了光斑以改进抖动值。而且由此可稳定地再现循轨信号。
图7A示出了根据本发明另一实施例的具有可变光阑的一光学头。图7A的光学头除图6中的光学头结构外还包括准直透镜71和75，一棱镜72，一波长板73和一反射棱镜74。这里，由于当波长板74同分光器62接合在一起时，易于产生象散问题，所以分光器62被设置在棱镜72与波长板73之间。在图7A所示的零件中，与图6中标号相同的元件具有与图6中的该元件相同的功能。
在图7A中，在对DVD32进行再现时，从激光源61发射出的光束透射过准直透镜71、棱镜72、分光器62和63并由反射棱镜74反射。反射棱镜74将来自分光器63的平行光束反射向可变光阑30以及物镜31，并由物镜31在DVD32的信息记录表面上形成了一个光斑。该光束以实现表示。自DVD32反射的光返回到反射透镜74以及分光器63和62并由光检测器66检测。同时，在对CD-R33进行信息再现时，从激光源68A发射的光径准直透镜75入射到分光器63上，并由反射棱镜74反射。该反射光经过可变光阑30和物镜31并在CD-R33的信息记录表面上形成一光斑。由光检测器66检测由CD-R33反射的光。
同时，图7B示出了本发明又一实施例的带有可变光阑的光学头。图7B中的光学系统还包括一位于准直透镜75和单元68之间的全息型分光器76。由于使用全息型分光器76的光学头已为本领域技术人员所熟知，所以在此不再赘述。
如上所述，根据本发明的光学头，无论盘片厚薄，都可以兼容不同规格的盘片。在使用两种以上波长光的情况下，可变光阑可以有选择性地工作，从而可以提供最佳光斑。

Claims (6)

1.一种可兼容多种光学记录介质的光学头，所述光学头包括：
多个激光源，分别发射相对较短波长的光和相对较长波长的光；
物镜，将激光源发射的光聚焦成对于多个光记录介质的信息记录表面而言最优的光斑；
光检测器，用于检测从光记录介质的信息记录表面反射回的光，光斑穿过物镜被聚焦在所述记录表面上；
用于调整光路的光学元件，以使由激光源发射出的光被导向物镜且自物镜射出的光被导向光检测器，同时
可变光阑，它耦合在激光源和物镜之间，根据波长不同有选择性地工作，
所述可变光阑对具有较短波长的激光源发出的光完全透射，对具有相对较长波长的激光源以较小数值孔径透射其光束，并且盘片的径向方向设定为小于盘片的切向方向，以使循轨信号稳定，
其中，所述可变光阑与波长板耦合形成光学头。
2.如权利要求1所述的光学头，其中，所述可变光阑包括带有光学薄膜的可变光阑表面，以便根据所用激光光源不同，具有可变的数值孔径。
3.根据权利要求2所述的光学头，其中，所述可变光阑包括一椭圆型内部区域，以便相对于盘片的径向和切向方向具有不同的数值孔径。
4.根据权利要求2所述的光学头，其中，所述可变光阑包括一矩形内表面，以便相对于盘片的径向和切向方向具有各自不同的数值孔径。
5.根据权利要求3所述的光学头，其中，椭圆的长轴与短轴的比为0.5＜e＝b/a＜0.93，这里，a为长轴的半径，而b为短轴半径。
6.根据权利要求4所述的光学头，其中，所述可变光阑包括一矩形内部区域，以便相对于盘片的径向和切向方向具有各自不同的数值孔径。
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