CN1164035A - 物镜装置以及采用该物镜装置的光学头 - Google Patents

物镜装置以及采用该物镜装置的光学头 Download PDF

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Abstract

一种具有两个光控面的物镜装置以及采用这种物镜装置并可用于不同厚度的光盘的光学头。该物镜装置包括一与光盘平行地布置在光路中的物镜、形成在该物镜的光入射面上的第一和第二光控部，或一额外的透明件。该光学头包括光源、光路转换器、上述的物镜装置、光检测器、准直透镜及象散透镜。

Description

物镜装置以及采用该 物镜装置的光学头
本发明涉及可用于厚度不同的多种光盘的物镜装置以及采用该物镜装置的光学头。
一般地，CD唱机(CDP)、数字视频光盘机(DVDP)等的光学头一般用于以非接触方式在记录介质上记录或还原信息。
可以高密度记录和还原的DVDP中使用的光学头最好与CD或CD-ROM之类记录介质兼容。
但是，由于光盘的倾斜容差和物镜的数值孔径，DVD的标准厚度与CD或CD-ROM不同。也即，由于DVD的厚度与CD不同，因此在把DVD光学头用于CD时会出现球差，从而记录信息信号的光强不足或还原信号质量下降。
为克服上述问题，提出如下物镜装置以及采用该物镜装置的光学头。
在由本申请人提出的物镜装置中，发生在没有中央光轴周围的球面像差的近轴区与近轴区周围的远轴区之间的中间区的光被挡住，从而不受中间区的光的干扰而形成一周边光很小的光点。
如图1和2所示，用一光控装置挡住或散射射到近轴区与远轴区之间的中间区上的入射光120中的光122。从图1可见，该光控装置包括一透明件110，其上有一挡住或散射射到中间区上的光的光控层111。在图2中，该光控装置包括一形成在物镜100′上、散射中间区入射光122的光控孔111′。
近轴区为该物镜的中央轴线(光路)周围区域，其中有不影响到入射光121中央光线的可忽略球面像差。远轴区为此近轴区远离光路的一区域，其中有入射光123，从而影响中央光线。此外，中间区为近轴区与远轴区之间的一区域。
图3简示出采用图1所示物镜装置的光学头一例。
该光学头采用图1中所述具有光控层111的透明件110。这样，从一光源150发出的光穿过一分光器140并由一准直透镜130准直后与光路平行地入射到一物镜100上。此时，中间区入射光122被透明件110上的光控层111挡住，因此只有近轴区和远轴区的入射光分别穿过物镜100。光121和123由物镜100会聚而在光盘10上形成一光点。从而，该物镜可兼容于CD和DVD之类厚度不同的多种光盘10。
然后，光从光盘10反射后经物镜100、准直透镜130和分光器140被光检测器170接收。光检测器由至少四块分割板构成，它们把接收到的光转换成电信号，用作误差信号或信息信号。这里，分光器140与光检测器170之间有一聚光透镜160。
图4简示出采用图2所示物镜装置的光学头的一例。
该光学头采用其上有散射中间区入射光122的光控孔111′的一物镜100′。这里，与图3相同的标号表示的相同部件不再赘述。
图5示出采用CD作为记录介质的光学头的初始聚焦误差。该光学头包括数值孔径为0.6mm、直径为4.04mm的一物镜，该物镜有一内径为1.2mm、宽度为0.15mm的环形光控孔。
在该图中，x轴表示散焦程度，y轴表示表征误差程度的检测电压值。
图5中有两个部位A和B，其上的检测电压值为0。部位A出现在光学头置于“定焦”位置而控制初始焦点位置之时。相反，部位B是由记录介质的厚度差造成的球面像差引起的；部位B旁、包括部位B在内的波形定义成寄生波形。寄生波形的出现是由于穿过远轴区的光束的聚焦点因物镜的球面像差而形成在一很广区域上。
当存在寄生波形时，部位B由于记录介质的机械振动而可能被看作是“定焦”位置。
为克服上述问题，本发明的目的是提供一种通过减小由球面像差造成的寄生波形的大小而可更精确检测初始聚焦误差信号的物镜装置以及采用该物镜装置的光学头。
为实现上述目的，本发明提供了一种物镜装置，包括：一物镜，该物镜布置在入射到一记录介质的光的光路中会聚该入射光并在所述记录介质的记录面上形成一光点；以及一布置在该光路中并与所述物镜分开的透明件，其上有挡住至少一部分穿过物镜的光的第一光控部以及挡住一部分穿过所述物镜的远轴区的光的第二光控部，同时传导入射到所述第一和第二光控部之外区域上的光。
为实现上述目的，本发明还提供一种物镜装置，包括：一布置在入射到一记录介质上的光的光路中的物镜，该物镜会聚所述入射光而在所述记录介质的记录面上形成一光点；第一光控部，该光控部形成在所述物镜的至少一面上，挡住或散射至少一部分入射到所述物镜的中间区的光或至少一部分穿过该中间区的光；以及第二光控部，该光控部形成在所述物镜的至少一面上、挡住或散射至少一部分入射到所述物镜的远轴区的光或至少一部分穿过该远轴区的光。
为实现上述目的，本发明提供了一种光学头，包括：一发出光的光源；一改变入射光方向的光路转换装置；一布置在所述光路转换装置与一记录介质之间的光路中、会聚该入射光并在所述记录介质上形成一光点的物镜；一接收从该记录介质反射后穿过所述物镜和所述光路转换装置的光并检测误差信号和信息信号的光检测器；以及一与所述物镜分开地布置在光路中的透明件，其上有挡住至少一部分穿过所述物镜的中间区的光的第一光控部以及挡住一部分穿过所述物镜的远轴区的光的第二光控部，同时传导入射到所述第一和第二光控部之外其余区域上的光。
为实现上述目的，本发明还提供了一种光学头，包括：一发出光的光源；一改变入射光方向的光路转换装置；一布置在所述光路转换装置与一记录介质之间的光路中、会聚所述入射光并在所述记录介质上形成一光点的物镜；形成在所述物镜的至少一面上、用来控制所述物镜的中间区的光的第一光控部；形成在所述物镜的至少一面上，用来控制一部分入射到所述物镜的远轴区上的光的第二光控部；以及一接收从所述记录介质反射后穿过所述物镜和所述光路转换装置的光并检测误差信号和信息信号的光检测器。
从结合附图对本发明优选实施例的详述中可更清楚地看出本发明的上述目的和优点。附图中：
图1示出本发明申请人提出的一物镜装置光学结构的一优选实施例；
图2示出本申请人提出的物镜装置光学结构的又一优选实施例；
图3示出采用图1所示物镜装置的光学头装置的光学结构；
图4示出采用图2所示物镜装置的光学头装置的光学结构；
图5示出把CD作为记录介质时图3和4所示光学头的光检测器检测到的初始聚焦误差；
图6示出本发明一优选实施例的物镜装置的光学结构；
图7示出本发明另一优选实施例的物镜装置的光学结构；
图8～12为图7所示物镜的部位E的放大图，示出图7所示物镜的第一和第二光控面的各种修正例；
图13示出本发明又一优选实施例的物镜装置的光学结构；
图14示出采用图6所示本发明物镜装置的光学头的光学结构；
图15示出图14所示光检测器的一优选实施例；
图16示出把较厚光盘用作记录介质时图15所示光检测器接收的光的分布；
图17示出把较薄光盘用作记录介质时图15所示光检测器接收的光的分布；
图18示出图14所示光检测器的另一优选实施例；
图19～21示出把较薄光盘用作记录介质时图18所示光检测器接收的光的分布；
图22～24示出把较厚光盘用作记录介质时图18所示光检测器接收的光的分布；图25示出把CD用作记录介质时本发明光学头的光检测器检测到的初始聚焦误差信号；
图26示出采用图7所示本发明物镜装置的光学头的光学结构；
图27示出采用图13所示本发明物镜装置的光学头的光学结构。
如图6所示，本发明一优选实施例的物镜装置包括一位于入射到记录介质10的光的光路上的物镜200和一位于该光路上而与该物镜200分开的透明件210。
该物镜200把入射光220聚焦在记录介质10的一记录面上而形成一光点。该物镜装置用物镜200的球面像差实现对厚度不同的光盘20和30之类记录介质的兼容。为此，挡住或散射入射到物镜200中间区上的光222。当DVD之类薄光盘20用作记录介质时使用入射到物镜200的远轴区上的光223和225。而当CD之类的较厚光盘30或者薄光盘20用作记录介质时使用入射到物镜200的近轴区上的光221。
透明件210上有挡住穿过物镜200中间区的光222的第一光控面221和挡住一部分穿过远轴区的光即光224的第二光控面213。入射到第一和第二光控面211和213之外部位的光穿过透明件210。
第一和第二光控面211和213由在透明件210的至少一个表面的一定部位上涂上一反光涂层或挡光层而成。第一和第二光控面211和213最好呈环状；但也可呈圆形、三角形、矩形或其它多边形。
图7示出本发明另一优选实施例的物镜装置。
该物镜装置包括一物镜300，该物镜300的光入射面即与记录介质相对的一面上有第一光控部310和第二光控部330。
第一光控部310挡住或散射至少一部分入射到物镜300中间区上的光222；而第二光控部330挡住或散射一部分入射到物镜300远轴区上的光即光224。实际上，第一光控部310和第二光控部330可做成相同形状。
图8示出物镜300扩大了的部分E。如图8所示，第一和第二光控部310和330可以是一反光件320，例如反射入射光束的反光涂层或反光镜。
此外，第一和第二光控部310和330也可以是散射或偏转入射光束的光控图案。
下面结合图9～12说明该光控图案的各修正例。
如图7和9所示，该光控图案做成供入射光在其上散射或反射的凹口型孔322。如图10所示，该光控图案可做成突起的楔形324或突起的阶梯形(未示出)。此外如图11所示，该光控图案可以是散射或反射入射光的一齿形部326。或者如图12所示，该光控图案可以是散射入射光的细锯齿形328。
第一和第二光控部310和330最好呈环形，但也可呈圆形、三角形、矩形或其它多边形。
若第一和第二光控部310和330呈环形，则第一和第二光控部310和330的位置决定于数值孔径(NA)，因为NA＝m·sinθ＝n·有效直径/2倍焦距，其中，n为介质的折射率。
例如，当采用NA为0.6的物镜时，第一光控部310最好的位置是其内、外径分别与NA值为0.37和0.4相对应。同样，第二光控部330最好的位置是其内、外径分别与NA值为0.44和0.46相对应。
图13示出本发明又一实施例的物镜装置。
如图13所示，第一光控部310′和第二光控部330′做成在物镜300′的正对记录介质的一面上。第一和第二光控部310′和330′的结构与结合图7～12所述的第一和第二光控部310和330相同，但两光控部的位置和半径都与图7～12中的光控部不同。
此外，第一和第二光控部可做成在物镜的两个表面上，其中光控部位于同一光路上。此时，形成在正对记录介质的表面上的第一和第二光控部的半径比形成在物镜另一面上的第一和第二光控部的半径小。
同时，上述各实施例中凸透镜用作物镜；但可用基于衍射理论的全息透镜或Fresnel透镜之类的平面透镜代替凸透镜。衍射理论是众所周知的，因此其说明从略。
在上述物镜装置中，入射到中间区和远轴区上的光由于球面像差而被局部挡住或散射，因此寄生波形大大减小。
图14示出采用图6所示本发明物镜装置的光学头。
该光学头包括一光源250、一光路转换装置240、一物镜装置和一光检测器270。
光源250发出波长一定的一激光光束。最好用小型半导体激光器作光源250。
光路转换装置240通过传导和/或反射入射光而变换光的方向。也就是说，光路转换装置240把从光源250发出的光传到记录介质10后把从记录介质10反射的光反射到光检测器270。光路转换装置240可以是一半反射镜，也可以是一传导偏振光束的偏振光束分光器。此外，也可使用衍射型式一定的全息光学元件(HOE、未示出)。
该物镜装置位于光路转换装置240与图6所述记录介质10之间的光路上，它包括用来会聚射向记录介质10的光的一物镜200和其上有局部挡住射向物镜200的光的第一光控层211和第二光控层213的一透明件210。
光检测器270接收从记录介质10反射后经过物镜200和光路转换装置240的光，从而检测来自记录介质10的聚焦误差信号、寻道误差信号和信息信号(射频信号)。
该光学头在光源250与物镜200之间的光路上最好有一准直入射光的准直透镜230。因此，入射到物镜20上的光保持平行。此外，该光学头在光路转换装置240与光检测器270之间的光路上还可有一象散透镜260。
该光检测器270最好如图15所示由分开的四块板A、B、C、和D构成，以便按照象散法检测聚焦误差信号。
此时，如图16和17所示，形成在光检测器270中心的一点分为与入射到近轴区的光221(见图14)对应的中央部221a和221b以及与入射到远轴区的光225(见图14)对应的圆周部225a和225b。
图16示出记录介质为较厚光盘时“定焦”状态下的光的分布；图17示出记录介质为DVD之类较薄光盘时“定焦”状态下的光的分布，比较图16与图17可见，与近轴区的光对应的中央部221a和221b的直径几乎不变。但是，与远轴区的光对应的圆周部225a和225b的直径以及被第一光控层211挡住的部位222a和222b的直径和被第二光控层213挡住的部位224a和224b的直径变动极大。
从图16可见，中央部221a位于光检测器270的中心，圆周部225a围住光检测器270的圆周。同时，从图17可见，中央部221b位于光检测器270的中心，光检测器上也有围住中央部221b的圆周部225b。
此外，如图18所示，光检测器270可由四块分开的长方形板A1、B1、C1和D1以及四块分开的L形板A2、B2、C2和D2组成。
图19～21示出记录介质为较薄光盘时光检测器上的光的分布；图22～24示出记录介质为较厚光盘时光检测器上的光的分布。
长方形板A1、B1、C1和D1设计成一定大小，以便在读取较厚光盘上的信息时从近轴区接收最大量光并从远轴区接收最小量光以及同时从保持一定大小的近轴区和最小化远轴区接收光。此外，如图22所示，在读取较厚光盘上的信息时，远轴区的光到达L形板A2、B2、C2和D2。
图19～21示出记录介质为较薄光盘时光检测器所接收的光的分布。详言之，图19示出物镜装置处于“定焦”状态时的情况；图20示出物镜装置远离薄光盘时的情况；图21示出物镜装置靠近薄光盘时的情况。
同样，图22～24示出记录介质为厚光盘时光检测器所接收的光的分布。详言之，图22、23、24分别示出物镜装置处于“定焦”状态、远离厚光盘、靠近后光盘时的情况。
上述结构的光检测器在读取厚光盘的信息时使用穿过长方形板A1、B1、C1和D1以及L形板A2、B2、C2和D2的所有信号，而在读取薄光盘的信息时只使用穿过长方形板A1、B1、C1和D1的信号。
图25示出记录介质为CD时本发明光学头的光检测器检测到的初始聚焦误差信号。图25所示初始聚焦误差信号可与图5所示进行比较。
按照本发明物镜装置，由穿过远轴区的光的球面像差造成的光干涉受到透明件上的第二光控面的抑制，从而寄生波形B的大小减少约40％。因此可防止由光学头的机械振动和记录介质的振动引起的寄生波形。
图26示出采用图7～12所示本发明物镜装置的光学头的光学结构。
该光学头与图14～24所示光学头大致相同；因此与图7中标号相同的部件的作用相同。
在上述光学头中，第一和第二光控面相对于一定数值孔径的位置可用数值孔径(NA)表达。
也即，若第一和第二光控面310和330呈环形，则NA定义为NA＝m·sinθ＝n·有效直径/2倍焦距，其中，n为折射率。因此，厚度为0.6mm±0.15mm、折射率为1.5±1的光盘20和厚度为1.2mm±0.15mm、折射率为1.5±1的光盘30都可用作记录介质10。为了有效减小寄生波形的大小，若采用数值孔径为0.6的物镜，则第一光控面310的最好位置布置成其内、外径分别与0.37和0.40的数值孔径对应；而第二光控面330的位置最好布置成其内、外径的位置分别与0.44和0.46的数值孔径对应。
图27示出采用图13所示本发明物镜装置的光学头的光学结构。
该光学头与图14～24所述光学头基本相同。
这里，与图13和14中相同的标号表示作用相同的部件。
同样，本发明光学头采用的物镜装置可在物镜的两个表面上都有第一和第二光控面310′和320′。
此时，正对记录介质10的第一和第二光控面310′和320′的半径小于另一面上的光控面的半径。
从而，本发明光学头在远轴区和中间区都有光控面挡住或散射中间区和远轴区的光，从而大大减小寄生波形的大小。因此，可在控制光学头的初始聚焦位置时消除机械振动的影响。
尽管上面结合具体实施例说明了本发明，但本领域技术人员显然可在后附权利要求书的范围内作出修正和改动。

Claims (28)

1、一种物镜装置，包括：
一物镜，该物镜布置在入射到一记录介质的光的光路中会聚该入射光并在所述记录介质的记录面上形成一光点；以及
一布置在该光路中并与所述物镜分开的透明件，其上有挡住至少一部分穿过物镜的光的第一光控部以及挡住一部分穿过所述物镜的远轴区的光的第二光控部，同时传导入射到所述第一和第二光控部之外区域上的光。
2、按权利要求1所述的物镜装置，其中，所述第一和第二光控部包括形成在所述透明件的至少一面上的光控层。
3、按权利要求1所述的物镜装置，其中，所述物镜的数值孔径为0.6，所述环形第一光控部做成其内、外径位于所述物镜的入射面的一部位处，该部位的数值孔径在0.37与0.4之间；所述环形第二光控部做成其内、外径位于所述物镜的入射面的一部位处，该部位的数值孔径在0.44与0.46之间。
4、一种物镜装置，包括：
一布置在入射到一记录介质上的光的光路中的物镜，该物镜会聚所述入射光而在所述记录介质的记录面上形成一光点；
第一光控部，该光控部形成在所述物镜的至少一面上，挡住或散射至少一部分入射到所述物镜的中间区的光或至少一部分穿过该中间区的光；以及
第二光控部，该光控部形成在所述物镜的至少一面上、挡住或散射至少一部分入射到所述物镜的远轴区的光或至少一部分穿过该远轴区的光。
5、按权利要求4所述的物镜装置，其中，所述第一和第二光控部包括由所述物镜的表面上的一反光涂层构成的光控层。
6、按权利要求4所述的物镜装置，其中，所述第一和第二光控部包括形成在所述物镜的表面上、散射或反射入射光的光控图案。
7、按权利要求6所述的物镜装置，其中，所述光控图案为一环形孔。
8、按权利要求7所述的物镜装置，其中，所述光控图案呈凹口形。
9、按权利要求7所述的物镜装置，其中，所述光控图案呈突起的阶梯形或楔形。
10、按权利要求4所述的物镜装置，其中，所述第一和第二光控部包括散射或偏转入射光的齿形部。
11、按权利要求4所述的物镜装置，其中，所述第一和第二光控部分别包括散射入射光的许多细锯齿图案。
12、按权利要求4所述的物镜装置，其中，所述物镜的数值孔径为0.6；所述环形第一光控部做成其内、外径位于所述物镜的入射面的一部位处，该部位的数值孔径在0.37与0.4之间；所述环形第二光控部做成其内、外径位于所述物镜的入射面的一部位处，该部位的数值孔径在0.44与0.46之间。
13、一种光学头，包括：
一发出光的光源；
一改变入射光方向的光路转换装置；
一布置在所述光路转换装置与一记录介质之间的光路中、会聚该入射光并在所述记录介质上形成一光点的物镜；
一接收从该记录介质反射后穿过所述物镜和所述光路转换装置的光并检测误差信号和信息信号的光检测器；以及
一与所述物镜分开地布置在光路中的透明件，其上有挡住至少一部分穿过所述物镜的中间区的光的第一光控部以及挡住一部分穿过所述物镜的远轴区的光的第二光控部，同时传导入射到所述第一和第二光控部之外其余区域上的光。
14、按权利要求13所述的光学头，其中，所述第一和第二光控部包括形成在所述透明件的至少一面上的光控层。
15、按权利要求13所述的光学头，其中，所述物镜的数值孔径为0.6；所述环形第一光控部做成其内、外径位于所述物镜的入射面的一部位处，该部位的数值孔径在0.37与0.4之间；所述环形第二光控部做成其内、外径位于所述物镜的入射面的一部位处，该部位的数值孔径在0.44与0.46之间。
16、按权利要求13所述的光学头，进一步包括：
一布置在所述光源与所述物镜之间的光路中、准直入射光的准直透镜。
17、按权利要求16所述的光学头，进一步包括：
一布置在所述光路转换装置与所述光检测器之间的光路中的象散透镜。
18、一种光学头，包括：
一发出光的光源；
一改变入射光方向的光路转换装置；
一布置在所述光路转换装置与一记录介质之间的光路中、会聚所述入射光并在所述记录介质上形成一光点的物镜；
形成在所述物镜的至少一面上、用来控制所述物镜的中间区的光的第一光控部；
形成在所述物镜的至少一面上，用来控制一部分入射到所述物镜的远轴区上的光的第二光控部；以及
一接收从所述记录介质反射后穿过所述物镜和所述光路转换装置的光并检测误差信号和信息信号的光检测器。
19、按权利要求18所述的光学头，其中，所述第一和第二光控部包括由所述物镜表面上的一反光涂层构成的光控层。
20、按权利要求18所述的光学头，其中，所述第一和第二光控部包括形成在所述物镜表面上散射或反射入射光的光控图案。
21、按权利要求20所述的光学头，其中，所述光控图案为一环形孔。
22、按权利要求21所述的光学头，其中，所述光控图案呈凹口形。
23、按权利要求21所述的光学头，其中，所述光控图案呈突起的阶梯形或楔形。
24、按权利要求18所述的光学头，其中，所述第一和第二光控部包括散射或偏转入射光的齿形部。
25、按权利要求18所述的光学头，其中，所述第一和第二光控部包括散射入射光的许多细锯齿图案。
26、按权利要求18所述的光学头；其中，所述物镜的数值孔径为0.6；所述环形第一光控部做成其内、外径位于所述物镜的入射面的一部位处，该部位的数值孔径在0.37与0.4之间；所述环形第二光控部做成其内、外径位于所述物镜的入射面的一部位处，该部位的数值孔径在0.44与0.46之间。
27、按权利要求18所述的光学头，进一步包括：
一布置在所述光源与所述物镜之间的光路中、准直入射光的准直透镜。
28、按权利要求18所述的光学头，进一步包括：
一布置在所述光路转换装置与所述光检测器之间的光路中的象散透镜。
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