CN1169573A - 用一个光学头读取或储存不同厚度光盘的方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种用一个光学头读取或储存不同厚度光盘的高效率方法与装置,尤指供DVD光盘机所必备的两用光学头的控制方法与装置,采用调整电子光圈改变镜头数值孔径配合光盘与物镜间距改变的控制方法,达到促使光学头整体结构简单,成本低廉,节省空间,节省电源而且成像清晰等优点,以便使光学头能够读取CD光盘与DVD光盘两种规格的光盘。
Description
本发明涉及一种用一个光学头读取或储存不同厚度光盘的方法与装置，特别涉及供DVD光盘机所必备的两用光学头的控制方法与装置，采用调整电子光圈改变镜头数值孔径配合改变光盘与物镜间物距的控制方法，达到促使光学头整体结构简单，成本低廉，节省空间，节省电源而且成像清晰等优点，以便使光学头能够读取CD光盘与DVD光盘两种规格的光盘。
常用的光盘机读取头是针对激光光盘(Laser Disc)的规格所设计的，CD光盘(Compact Disc)包括：音盘(Music CD)与只读光盘(CD-ROM)等等。自从1995年底DVD光盘(DVD，Digital Versatile Di-sc)的世界统一标准制定以后，DVD光盘机(DVD Player)使用的光学头必需提供双焦点以便光学头能够使用CD光盘与DVD光盘两种规格不同的光盘。CD光盘与DVD光盘的比较如下表：
厚度 轨距 波长 NA
mm μm nmCD光盘 1.2 1.6 780 0.4-0.45DVD光盘 0.6*2层 0.74 635-650 0.6NA：镜头数值孔径(Numerical Aperture)。
CD光盘与DVD光盘都使用激光光源读取资料，但是其波长不同。由于CD光盘的光学特性与DVD光盘不同，使用单一数值孔径镜头的光学头(PUH，Pick-Up Head)由于像差的缘故，无法同时读取CD光盘与DVD光盘两种光盘。而DVD光盘机按照相容性的要求是能读取CD光盘与DVD光盘。这项相容性要求使得DVD光盘机光学头的设计必需能够读取不同厚度的光盘。目前解夹方案有：1.使用双物镜来读取不同厚度光盘，这个方法使得光学头重量增加，动作迟缓，不适合快速读取而且成本较高。2.采用全息光学元件(HOE，HolographicOptical Element)以提供双焦点。这种方法同时有两个焦点成像，激光光源的总输出能量必需增加，而影像噪音较高，显而易见此方法有效率与品质降低的问题，而且HOE制造困难，成本高昂。3.使用液晶快门(LCD Shutter)。利用液晶与偏振板组成，由于液晶要电力维持其作用而激光二极管要与LCD以及偏振板保持固定的偏振关系，激光二极管有较高偏振的要求，这种设计无疑会有效率降低，组装困难以及成本增加等问题。
本发明的目的为解决上述问题提供用一个光学头读取或储存不同厚度光盘的方法与装置，采用调整电子光圈改变镜头数值孔径配合改变光盘与物镜间物距的控制方法，达到促使光学头整体结构简单，成本低廉，节省空间，节省电源而且成像清晰等优点，以便使光学头能够读取CD光盘与DVD光盘两种规格的光盘者。
本发明的用一个光学头读取或储存不同厚度光盘的方法，是通过调整电子光圈改变镜头数值孔径配合改变光盘与物镜间之物距而实现。
本发明的用一个光学头读取或储存不同厚度光盘的装置，包括：
一光源，位于所述装置的末端或一侧，用以提供光束；
一波前改变部件，位于所述装置中央，可使用分束镜或分束棱镜，使从光源发出的入射光束路径与从光盘反射回来的反射光束路径不完全重叠；
一光学头聚焦机构，位于所述装置的前端，将入射光束聚焦于光盘之上；
一检测装置，位于所述装置的末端或一侧，检测从光盘信息层反射回来光束的强度，并以此作为聚焦、跟踪以及信息确定的依据；
其中，光学头的聚焦机构是由电子变色元件所构成的电子光圈、物镜、以及制动器所组成，并且，所述电子变色元件依次由电极层、离子储存层、电解质层、电变色层、电极层和光学玻璃基板所构成，电极层连接有电源引线，用以调整光圈。
图式说明：
图1是电子变色层结构图。
图2是本发明实施例电子光圈正视图。
图3是本发明实施例电子光圈剖视图。
图4是本发明实施例像差补偿图。
图5是本发明第一实施例示意图。
图6是本发明第二实施例示意图。
图7是本发明第三实施例示意图。
图8本发明的第四实施例示意图。
在照相机系统之中，常利用改变光圈大小的方法来调整景深，这主要是因为镜头对离轴心线较远的远轴光线较近轴光线有较大的折射角度，所以当底片位置不在焦点时，远轴光线形成的光点大小将较近轴光线为大，也就是影像将较为模糊。当光圈缩小时，相当于将远轴的光线挡掉，使光点不会太大，分辨率也能大幅提高。
在光学系统中，由于介质厚度不同会造成波面像差，波面像差的增加将导致光点变大。对于DVD光盘与CD光盘而言，其厚度差为0.6mm。所以针对DVD光盘的0.6mm厚度所设计的物镜将无法读取CD光盘厚度1.2mm的光盘。即使改变光盘与物镜间的物距也会因为光点过大而无法读取或储存资料。因此本发明采用类似照相机调整光圈大小，以控制电变色元件来限制远轴光线的通过与否以达到控制光点大小并辅以改变光盘与物镜间距的方式，达到读取不同厚度的光盘的目的。
参照图1，本发明使用的电子变色元件10结构图。电子变色元件(ECD，Electrochromic Device)10的构成为电极层11、离子储存层12、电解质层13、电变色层14以及光学玻璃基板15等所组成。当施一小电流于电极11时离子储存层12的离子会透过电解质层13而扩散至电变色层14，电变色层14由电变色物质(Electrochromic Mat-erial)构成。电变色物质可为无机物或有机物，当加一适当的电压或电流时，会呈现出一种可逆式的颜色变化性质，本发明实施例采用三氧化钨(Tungsten Trioxide)，其他实施例可以采用不同电变色物质。以6μm厚度的三氧化钨镀层为例，其充电率自0-20(每平方公分毫库仑，mC/Sq.cm)时的光透射率从86％降至11％。使用电子变色元件10的优点为具有记忆效果(Memory Effect)，着色或褪色以后，即使不再提供电源，也不会改变其状态。还原时只要施以反向电流即可。由于转换时间只要数秒，一旦变色或还原完成即可撤除电源，所以其电力需求小而效率高。
参照图2，本发明采用的电子光圈20是由光学玻璃基板15、电子变色元件10、电源线23等所组成。电子变色元件10是在光学玻璃基板15的外圈经由溅射(Sputtering)或者化学气相蒸发(CVD)制造一环形电子变色元件所构成。
参照图3，DVD光盘在读取或储存资料时，电子光圈20的电子变色元件10保持透明状态，此时镜头数值孔径为0.6。一旦要使用CD光盘时，在电子变色元件10施以一小电流，电子变色元件10将改变成会吸收激光，在数秒时间内使得光透射率减低到11％以下。由于远轴光线被吸收，光束直径将由D缩小至C。由于光圈缩小，镜头数值孔径相对减小至0.4以下。一旦镜头数值孔径缩小完成即可停止供给电源。当物镜数值孔径要恢复成0.6时只要施以反向电压还原电子变色元件10使光透射率恢复，还原完成即可停止供应电源。由于本发明实施例采用电子变色元件10，使得效率提高，节省能源。电子变色元件10除了电子变色物质之外也可以使用其他材料。
参照图4，本发明实施例中光学头聚焦机构6是由电子光圈20、物镜21以及制动器22所组成。由于激光光盘厚度为1.2mm与DVD光盘的0.6mm不同，其厚度差为0.6mm。在读取DVD光盘改成CD光盘时，物镜21与光盘7之距离必需拉近。亦即物距B依光盘7的种类调整。调整物距B的方法可以由调整光盘承载转盘与光学头之间距离而实现。本发明实施例采用由控制制动器22调整光学头聚焦机构6与光盘7的距离以改变物距B。但是固定光学聚焦机构而调整承载转盘高度亦为另一种可行方式。
参照图5，本发明第一实施例中光学头是由激光二极管(LaserDiode)1.光检测器(Photodetector)2.凹透镜(Concave Lens)3.分束镜(Beam Splitter)4.准直透镜(Collimator Lens)5以及光学聚焦机构6等所构成。激光二极管1的光源经分束镜4部份反射经由准直透镜5变成平行光，再经由光学聚焦机构6抵达光盘7的表面。光盘7的反射光再通过光学聚焦机构6、准直透镜5、凹透镜而聚焦在光检测器2之上。聚焦与跟踪的方法可以沿用常用光学头中的像散法(Astigmatism)、三光束法(3-Beam Method)、相位差分法(Differential Phase Detection或称Heterodyne)或是推挽法(pu-sh-Pull Method)等。若是使用三光束法则激光二极管1与分束镜4之间必需多放置一个光栅(Grating)。
参照图6，本发明第二实施例中光学头是由激光二极管1、光检测器2、凹透镜3、偏振性分束镜25、准直透镜5、1/4波长延迟片27以及光学聚焦机构6等所构成。偏振性分束镜25(Polarized BeamSplitter)取代分束镜4。采用偏振性分束镜25以后必须配合1/4波长延迟片27(1/4-λ Retarder)。偏振性分束镜25的作用为使从激光二极管1发出的光束全部被反射到准直透镜5，再经由1/4波长延迟片27与光学聚焦机构6聚焦于光盘7之上，反射光再经由光学聚焦机构6与1/4波长延迟片27，此时光的极性旋转90度，再全部穿透偏振性分束镜25以及凹透镜3抵达光检测器2。采用偏振性分束镜25、1/4波长延迟片27等结构可使得光束能量更充分有效的运用，而且也可减少反射光返回到激光二极管1造成的噪音。
参照图7，本发明第三实施例中光学头是由激光二极管1、光检测器2、偏振性全息衍射元件9、准直透镜5、1/4波长延迟片27以及光学聚焦机构6等所构成。激光二极管1发出的激光光束入射到偏振性全息衍射元件9(PHOE，Polarized Holographic Optical Elem-ent)偏振性全息衍射元件9可使用具有双折射效应的晶体构成的表面起伏型(Surface Relief Type)，偏振性全息衍射元件9的上面再镀上一层与晶体材料在某个轴向折射率相同的材料，使整块偏振性全息衍射元件9形成一块平板，当入射光束极性方向为Y方向时，因为Y方向的折射率没有变化，所以光束将好像只透过平板似的穿透偏振性全息衍射元件9而不改变其行进方向，然后经过准直透镜变成平行光束，再经过1/4波长延迟片27变成圆偏振光。圆偏振光经由光学聚焦机构6聚焦于光盘7之上。反射光经由原路径返回，再通过1/4波长延迟片27变成线偏振光，而其方向变成X轴向，再通过偏振性全息衍射元件9之时，将受表面起伏的作用而衍射聚焦到激光二极管1的旁边光检测器2之上。因为激光光束完全被利用，所以本实施例的效率高、噪音少、体积小。
参照图8，本发明第四实施例中光学头是由激光二极管1、光检测器2、全息光学元件8、准直透镜5以及光学聚焦机构6等所构成。本实施例与图7的实施例相异点为不采用1/4波长延迟片27而采用全息光学元件8。全息光学元件8是不具偏振性的表面起伏型的衍射元件。激光二极管1发出的激光光束入射到全息光学元件8，第0级的透射光经过准直透镜变成平行光束，平行光束经由光学聚焦机构6聚焦于光盘7之上。反射光经由原路径返回，再通过全息光学元件8而第1级衍射光聚焦到激光二极管1的旁边光检测器2之上。本实施例与第7图的实施例相比较，缺点为激光光束利用效率较低、噪音较大，但是制造容易，成本较低。
综上所述，本发明提供一种用一个光学头读取或储存不同厚度光盘的方法与装置，即采用调整电子光圈改变镜头数值孔径配合改变光盘与物镜间物距的控制方法与装置。具有促使光学头整体结构简单，成本低廉，节省空间，节省电源而且成像清晰等优点。以便光学头能够具备双焦点以读取CD光盘与DVD光盘。
以上结合目前被认为是最佳的实施例描述了本发明但应理解本发明不只限于所公开的实施例，而是要包括在所附的权利要求的精神和范围内的各种改进形式和等效结构。
Claims (12)
1、一种用一个光学头读取或储存不同厚度光盘的方法，该方法采用：
一光源，用以提供光束；
一波前改变部件，可使用分束镜或分束棱镜，使从所述光源发出的入射光束路径与从光盘反射回来的反射光束路径不完全重叠；
一由电子变色元件构成的电子光圈、物镜，以及制动器所组成的 光学头聚焦机构，将所述入射光束聚焦于所述光盘之上；
一检测装置，检测从所述光盘信息层反射回来光束的强度，并以此作为聚焦、跟踪以及信息确定的依据；
其特征在于由调整所述电子光圈改变镜头数值孔径配合改变所述光盘与所述物镜间的物距而实现。
2、如权利要求1所述的用一个光学头读取或储存不同厚度光盘的方法，其中所述电子光圈改变数值孔径主要是通过调整所述光圈的所述电子变色元件而实现。
3、如权利要求1所述的用一个光学头读取或储存不同厚度光盘的方法，其中所述物距可由调整所述制动器以改变所述物镜与所述光盘的物距而实现。
4、如权利要求1所述的用一个光学头读取或储存不同厚度光盘的方法，其中所述物距可由调整所述光盘承载转盘的高度而实现。
5、一种用一个光学头读取或储存不同厚度光盘的装置，其装置包括：
一光源，位于所述装置的末端或一侧，用以提供光束；
一波前改变部件，位于所述装置中央，可使用分束镜或分束棱镜，使从所述光源发出的入射光束路径与从光盘反射回来的反射光束路径不完全重叠；
一光学头聚焦机构，位于所述装置的前端，将所述入射光束聚焦于所述光盘之上；
一检测装置，位于所述装置的末端或一侧，检测从所述光盘信息层反射回来光束的强度，并以此作为聚焦、跟踪以及信息确定的依据；
6、如权利要求5所述的用一个光学头读取或储存不同厚度光盘的装置，其中所述光学头聚焦机构是由电子光圈、物镜、以及制动器所组成。
7、如权利要求6所述的用一个光学头读取或储存不同厚度光盘的装置，其中所述电子光圈的光圈部分是由电子变色元件构成。
8、如权利要求5所述的用一个光学头读取或储存不同厚度光盘的装置，其中所述波前改变装置与所述光学头聚焦机构中间，可设有一准直透镜以提高激光使用效率。
9、如权利要求5所述的用一个光学头读取或储存不同厚度光盘的装置，其中所述波前改变装置可由偏振性分束镜与1/4波长延迟片所构成，其作用为使所述光源发出的偏振光能全部反射到所述物镜以聚焦于所述光盘上，而从所述光盘反射的光束会全部穿透所述偏振性分束镜聚焦于所述检测器上。
10、如权利要求5所述的用一个光学头读取或储存不同厚度光盘的装置，其中所述波前改变装置可由全息光学元件构成。
11、如权利要求5所述的用一个光学头读取或储存不同厚度光盘的装置，其中所述波前改变装置可由偏振性全息衍射元件及一1/4波长延迟片构成。
12、如权利要求5所述的用一个光学头读取或储存不同厚度光盘的装置，其中所述波前改变装置与所述检测装置之间，可以装设一凹面镜、柱状透镜或全息光学元件，产生聚焦伺服所需的像散。
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