CN1143799A - 用于高密度记录/再现的光拾取装置 - Google Patents

Abstract

一种用于高密度记录/再现的光拾取装置——它能够读出以超出给定截止频率的限制的密间隔记录的信息——包括一个划分为分别用于传输0级光成分和±1级衍射光成分的区域的物镜。为了探测用于再现的信号，使用了一个会聚透镜用于会聚通过了物镜的0级光成分和±1级衍射光成分以便使之相互干涉。稳定的高密度记录/再现可以实现而不必顾及物镜的数值孔径和光波长多大。

Description

用于高密度记录/再现的光拾取装置

本发明涉及用于高密度记录/再现的光拾取装置，更具体地是涉及一个可以沿光记录介质上的轨道缩小信息记录间隔的高密度记录/再现的光拾取装置。

为了增加光记录介质的记录密度，形成在介质上的光点大小必须尽可能地小，这通常是通过光拾取装置的物镜来完成。即使假设用一个绝对没有像差的透镜作为物镜，光点变得多小也是有限度的。光点的直径正比于光波长，但反比于透镜的数值孔径。于是，高密度记录和再现通常是通过使用短波长光源(例如：使用一个二阶谐波发生器)和具有大数值孔径的物镜来减小形成在光记录介质上的光点大小而实现的。

可是，短波长光源是昂贵的，并且即使是使用大数值孔径的物镜，由于记录介质(例如，一个光盘)的倾斜，光点的稳定性也要下降。因而，要求用另外的方法以相对低的成本达到高稳定性。

图1所示是一个传统的光拾取装置，用来解释光拾取装置的记录和再现原理。在图1中，参考标号1表示光源；参考标号2表示用于准直从光源发出的光束的准直透镜；参考标号3表示一个用于分离入射到光盘上的光束和从光盘反射回来的光束的分束器；参考标号4表示一个用于在衍射极限内把通过分束器后的入射光束聚焦到光盘上的物镜；参考标号5表示一个通过接收被反射的光束来探测信号的光信号探测器；及参考标号6表示一个光盘。也就是，由光源1发出的光束经由准直透镜2和分束器3入射到物镜4上，然后被聚焦到光盘6的记录表面上，被反射后经由物镜4和分束器3返回到光信号探测器5用于探测。被反射的光束是作为一个再现的信息信号和一个用于控制物镜4的伺服寻轨(tracking)信号而被探测的。

如图2所示，用于记录一个信息单元的记录标志7(例如，凹槽)以预定的间隔p沿光盘6的轨道排列开。入射光的光点8通过物镜4聚焦并且随着光盘6的旋转沿记录标志7的连线(轨道)移动(沿箭头方向)。尽管理论上随着间隔，即记录标志7的轨道间隔变小，记录密度将增加，但用传统方法这样做实际上有限制，这将在下面描述。

参考图3，聚焦到光盘上的光束在光盘记录表面上的记录标志7的边界上被反射和衍射，产生了0级光成分9和±1级衍射光成分10和11。衍射光成分10和11部分叠加在0级光成分9上，引起相互干涉。这里，0级光束是以与物镜相同的直径再入射到物镜上。光强的变化出现在由于有相对位相差，0级光成分9和±1级光成分10和11在其上相互干涉的部分上。这种光强的变化使用于再现的信号被光信号探测器5探测到。换句话说，记录在光盘上的信息可以从光强的变化中再现出来(即，如果这样的衍射和干涉没有发生，再现信号就不能得到)，这可以简单用下式表示)： $h=\mathrm{\α}\left(\frac{\mathrm{\λ}}{p\×\mathrm{NA}}\right)$ 式中λ是光波长，NA是物镜的数值孔径，α是物镜直径的一半，p是记录标志7的间隔(图2)，h是0级光成分9和±1级衍射光成分10和11(图3)的光轴之间的距离。作为参考，l/p表示截止频率。

这里，如果间隔p低于λ/2NA(即，h≥2α)，0级光和±1级光之间的干涉不会发生。在传统的光拾取情况下，当记录间隔超过给定截止频率的限制时，光盘上的数据不能被读出。换句话说，增加光记录介质的记录密度有一个极限。

本发明的目的是提供一种用于高密度记录/再现的光拾取装置，它能增加记录密度而不管光波长或物镜的数值孔径如何，并且使之有光学稳定性。

为了实现上述目的，提供了一种用于高密度记录/再现的光拾取装置，它包括：产生光束的光源；把光束聚焦到光记录介质上的物镜；和用于通过接收由光记录介质衍射和反射而返回的光束来探测电信号的光信号探测装置，其中物镜包括用于传输返回光束的0级光成分的第一区域和分别用于传输返回光束的至少是部分±1级衍射光成分的第二和第三区域。

这里，本发明能够使用一种物镜，它除了其第一、第二和第三区域外全被镀上不透光膜。

此外，本发明最好还包括用于控制由光源产生的光束的直径以便使光束入射到物镜的第一区域的装置，用于使通过物镜的返回光束的0级光成分和±1级衍射光成分互相干涉的装置和用于在通过物镜的返回光束中选择0级光成分的装置。

本发明的上述优点和目的通过参考附图详细描述一个最佳的实施例会变得更清楚，在附图中：

图1表示一种传统的光拾取装置；

图2表示光盘的记录标志和与记录标志相随的光点；

图3表示从光盘衍射和反射的光点；

图4表示依据本发明用于高密度记录/再现的光拾取装置；

图5表示在依据本发明的用于高密度记录/再现的光拾取装置中使用的物镜的入射表面的平面图；

图6是依据本发明的经由高密度记录/再现光拾取装置的入射光束的光路示意图；

图7是依据本发明的经由高密度记录/再现光拾取装置的反射光束的光路示意图；和

图8是依据本发明在高密度记录/再现光拾取装置中使用的物镜的另一实施例的平面图。

例如，在图4中，一个激光二极管被用作发射激光束的光源12。准直透镜13准直从激光二极管12发出的光束。准直透镜13前方的第一光阑14具有一个预定直径的孔径15，用于限制来自准直透镜13的光束。通过第一光阑14的孔径15的光束16被第一分束器17反射向物镜18。这里，第一光阑可以使用透明介质材料把除了对应孔径的那部分以外全部镀成不透明或者用一个准直透镜(用类似方法镀膜)充当。

参考图5，物镜18包括形成在光接收面(或光出射面)中心的第一区域20，形成在与第一区域20的外边缘相接处的第二和第三区域21和22及阴影区域23。区域20，21和22沿垂直于光盘径向的方向，即抖动方向，排列成一条直线。

参考图6，物镜18的第一区域20接收光束16，光束16的直径用上述第一光阑的孔径调节到实际上是第一区域20的直径大小。光束16通过物镜18聚焦到其最大衍射极限，在光盘19的表面上形成一个光点。光盘19上的光点通过电机(未画出)带动光盘19旋转而跟随着记录标志，从而在记录标志的边缘上被衍射和反射。

参考图7，由光盘19返回的光束中的0级光成分24沿与入射光束相同的路径通过物镜18的第一区域20。在返回的光束中，沿抖动方向衍射的±1级衍射光成分25和26分别通过物镜18的第二和第三区域21和22，此后沿与0级光成分24平行的方向继续传播。

再参考图4，含有0级光成分24和±1级衍射光成分25和26的返回光束直接通过第一分束器17，一部分光被第二分束器27反射，其余部分继续向前传播。

第一会聚透镜28把由第二分束器27反射的0级光成分24和±1级衍射光成分25和26聚焦到第一光探测器29上形成一个光点，从而使不同的光束成分互相干涉。相应地，第一光探测器29依据由接收的光束光点中0级光成分24和±1级衍射光成分25和26之间的相互干涉产生的光强变化来探测用于再现的信号。

同时，直接通过第二分束器27的返回光束的0级光成分24通过第二光阑30的孔径31，但±1级衍射光成分25和26被第二光阑30拦截住。通过第二光阑30的孔径31的0级光成分24被第二会聚透镜32会聚后，一部分被角棱镜33反射，其余部分没有受到阻拦而通过。由角棱镜33反射的那部分0级光成分24由第二光探测器34接收，作为用于指示物镜的轨道位置的信号而被探测。通过角棱镜33的其余部分0级光成分由第三光探测器35接收，作为用于指示物镜的焦点位置的信号被探测。

根据这样的实施例，返回光束的0级光和±1级衍射光成分之间沿抖动方向的光轴之间的距离大于或等于本发明中使用的物镜上第一区域的直径(h≥2α)。换句话说，因为即使光盘上记录标志的间隔小于或等于λ/2NA，用于再现的信号也能被探测，所以高密度(高于截止频率)再现是可以的。此外，高密度记录可以通过减小光盘上记录标志的间隔来实现而不必管物镜的数值孔径或光波长是如何。

下面，图8表示本发明中物镜的另一个实施例。物镜18′含有用于接收0级光成分的靠近光轴的第一区域20′和用于部分接收±1级衍射光成分的位于两侧的第二和第三区域21′和22′。与像在前面的实施例中那样为了完整接收±1级衍射光成分而使物镜的通光区域形成一个完整的圆的情况相比，图8中的实施例的优点在于可以使物镜的直径变小。

此外，在本发明中，不像在前面的实施例中那样把物镜分成分别接收返回光束的不同成分的区域，一个具有比传统物镜口径大得多的口径的透镜可以提供用于接收中。

如上所述，在本发明中，高密度(高于截止频率)数据的记录和再现能够实现，不会降低光学稳定性并且不必管光波长或物镜的数值孔径如何。同样，通过同时使用具有大数值孔径的物镜和短波长光源，本发明能用于超高密度记录/再现光拾取装置。

Claims (13)

1.一种用于高密度记录/再现的光拾取装置，包括：

一个用于产生光束的光源；

一个用于把该光束聚焦到光记录介质上的物镜；和

一个用于通过接收由光记录介质衍射和反射的返回光束来探测一个电信号的光信号探测装置，

其特征在于所述物镜含有用于传输返回光束的0级光成分的第一区域及分别用于传输返回光束的至少是部分±1级衍射光成分的第二和第三区域。

2.如权利要求1所述的用于高密度记录/再现的光拾取装置，其特征在于所述物镜除了其第一、第二和第三区域外，全部镀成不透光。

3.如权利要求1所述的用于高密度记录/再现的光拾取装置，还包括用于控制由光源产生的光束的直径的装置，以便使该光束入射到所述物镜的第一区域上。

4.如权利要求3所述的用于高密度记录/再现的光拾取装置，其特征在于所述控制装置包括：

一个具有以预定的直径开孔的孔径的光阑，所述光阑是安装在所述光源和所述物镜之间以便通过孔径有限制地把从所述光源发出的光束传输到所述物镜的第一区域上。

5.如权利要求4所述的用于高密度记录/再现的光拾取装置，其特征在于所述光阑的孔径实际上是与所述物镜的第一区域的尺寸相同。

6.如权利要求4所述的用于高密度记录/再现的光拾取装置，还包括一个安装在所述光源和光阑之间用于准直由所述光源发出的光束的准直透镜。

7.如权利要求1所述的用于高密度记录/再现的光拾取装置，还包括用于使通过所述物镜的返回光束的0级光成分和±1级衍射光成分互相干涉的装置。

8.如权利要求1所述的用于高密度记录/再现的光拾取装置，还包括用于从通过所述物镜的返回光束中选择0级光成分的装置。

9.如权利要求1所述的用于高密度记录/再现的光拾取装置，其特征在于所述光信号探测装置包括：

一个用于聚焦分别由所述物镜的第一、第二和第三区域传输来的返回光束的0级光和±1级衍射光成分以使它们互相干涉的会聚透镜；和

一个依据由于经所述会聚透镜聚焦的返回光束的0级光和±1级衍射光成分之间的互相干涉产生的光强变化来探测用于再现记录在所述光记录介质上的信息的信号的光探测器。

10.如权利要求1所述的用于高密度记录/再现的光拾取装置，其特征在于所述光信号探测装置包括探测用于根据由所述物镜的第一区域传输的返回光束的0级光成分获知所述物镜的轨道和焦点位置的信号的装置。

11.如权利要求10所述的用于高密度记录/再现的光拾取装置，其特征在于所述探测装置包括：

一个带有让从所述物镜来的返回光束的0级光成分通过而拦住±1级衍射光成分的孔径的光阑；

一个用于聚焦通过了所述光阑的孔径的返回光束的0级光成分的会聚透镜；

一个中心位于光轴上，用于反射部分经所述会聚透镜聚焦的返回光束的0级光成分而使其余部分光通过的角棱镜；

一个探测用于由被所述角棱镜反射的返回光束的0级光成分获知所述物镜的轨道位置的信号的光探测器；和

另一个探测用于由所述角棱镜透过的返回光束的0级光成分获知所述物镜的焦点位置的信号的光探测器。

12.一种用于高密度记录/再现的光拾取装置，包括：

一个用于产生光束的光源；

一个用于准直所产生的光束的准直透镜；

一个带有用于通过被准直的光束、把被准直的光束限制成有预定的直径的孔径的第一光阑；

一个用于会聚通过所述第一光阑的孔径的光束的物镜，它包括一个用于平行传输被光记录介质衍射和反射的返回光束的0级光成分的第一区域及用于传输返回光束的衍射到抖动方向的每个±1级衍射光的至少一部分的第二和第三区域，其特征在于所说的第一，第二和第三区域是不重叠的；

一个用于把通过所述光阑的孔径的光束反射向所述物镜并且直透通过所述物镜的返回光束的第一分束器；

一个用于反射一部分返回光束同时透过其余部分光束以便分割直透所述第一分束器的那个返回光束的第二分束器；

一个用于聚焦被所述第二分束器反射的返回光束的0级光和±1级衍射光成分以便使之互相干涉的会聚透镜；

一个用于接收由所述会聚透镜聚焦的返回光束的0级光和±1级衍射光成分并且探测用于再现记录在所述光记录介质上的信息的第一光探测器；

一个带有通过直透所述第二分束器的返回光束的0级光成分并且拦住其±1级衍射光成分的孔径的第二光阑；

一个用于聚焦通过所述第二光阑的孔径的返回光束的0级光成分的第二会聚透镜；

一个用于反射部分由所述第二会聚透镜聚焦的返回光束的0级光成分并透过其余部分光束的角棱镜；

一个用于接收由所述角棱镜反射的返回光束的0级光成分并且探测用于获知所述物镜的轨道位置的信号的第二光探测器；和

一个用于接收由所述角棱镜透过的返回光束的0级光成分并且探测用于获知所述物镜的焦点位置的信号的第三光探测器。

13.如权利要求12所述的用于高密度记录/再现的光拾取装置，其特征在于所述物镜除了其第一、第二和第三区域外，被镀成不透光。

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