CN1182263A - 可扫描多个轨迹的兼容光学头 - Google Patents

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Abstract

一种可扫描多个轨迹的光学头,包括一至少具有两个垂直腔表面发射激光器(VCSEL)的光源,用于发射至少两束光;和一光控制装置,用于控制不同厚度的两种格式记录媒体之一上的焦点位置。由每个VCSEL发射的光依次经过偏振光束分光器、光控制装置和物镜聚焦在记录媒体的相邻轨迹上,从记录媒体上反射的光经物镜、光控制装置和偏振光束分光器被光检测器接收。光检测器的数目等于VCSEL的数目,以便接收对应于每个轨迹的光。

Description

可扫描多个轨迹 的兼容光学头
本发明涉及一种可同时扫描多个数据轨迹的光学头，具体地涉及一种能同时在/从记录媒体上记录和/或再现信息的光学头，而该记录媒体可以具有两种厚度中的一种厚度。
图1是普通的光学头的光学结构简图。
如图1所示，光学头包括一光源10、一物镜25、一分束器23和一光检测器29。光源10包括一个普通的端发射激光器，用于从层叠的半导体材料层的侧边发射光。参见图2A，端发射激光器二极管安装在固定于基底13的固定座12的侧壁上，因此从侧面发射的光直达记录媒体1(见图1)。其另一种结构如图2B所示，端发射激光二极管可安装在基底15上，可利用一反射镜14将光线反射到分束器23(图1)上。
图1中的物镜25将由光源10发出的光聚焦在记录媒体1的记录表面上形成一个光点。
位于光源10和物镜25之间的光路上的分束器23反射光源10的大部分光线并将从记录媒体1的记录表面上反射的光传播到光检测器29。
光检测器29接收来自记录媒体1的记录表面的反射光，以检测射频(RF)信号和误差信号。光检测器29包括多个的各自独立接收光的分离的片(未示出)。
光学头还包括一光栅21和一准直透镜(未示出)，它们位于光源10和记录媒体1之间。光栅21将入射光衍射为0级光束和±1级光束，以便使光检测器29能够利用三光束方法检测跟踪误差信号。准直透镜使发散的光束准直。
此外，在分束器23和光检测器29之间的光路上还可设置一散光镜27。通常，散光镜27是半圆柱形的，当物镜25和记录媒体1之间的距离等于焦距时，该散光镜在光检测器29上形成一圆形光束，否则形成一椭圆形光束。
在具有上述结构的光学头中，信息的记录或再现是在由一光源10发射的单束光沿着形成在记录媒体1的记录表面上的轨迹螺旋式地移动的期间进行的。因此采用上述光学头的记录/再现装置的信息处理速度取决于用于旋转记录媒体1的旋转电机的旋转速度。由于电机的旋转速度只能有限地提高，因而系统的稳定性较低。
本发明的目的在于提供一种能同时扫描记录媒体的多个轨迹，以提高信息的处理速度而不需提高旋转电机的转速，并对不同格式的记录媒体能兼容的光学头。
为实现上述目的，提供了一种光学头，包括：一光源，其包括至少两个相邻的垂直腔表面发射激光器(VCSEL)，用于发射平行于VCSEL的半导体材料层的层叠方向的光；一物镜，用于将至少两束来自光源的光聚焦在记录媒体上；一偏振光束分光器，位于光源和物镜之间的光路上，用于改变入射光的传播方向；一光控制器，位于光源和记录媒体之间的光路上，用于控制由物镜聚焦的光的焦点位置；至少两个光检测器，用于分别接收由记录媒体反射的经物镜和偏振光束分光器的光。
通过以下结合附图详细描述本发明的优选实施例，本发明的上述目的和优点将更加明显，附图中：
图1是传统光学头的光学结构简图；
图2A和2B是传统光学头采用的光源的示例的简图；
图3是根据本发明优选实施例的能扫描多个轨迹的光学头的光学结构简图；
图4是根据本发明的光学头采用的垂直腔表面发射激光器(VCSEL)的示意剖视图；
图5是根据本发明的光学头采用的一种光控制器示例的简图；
图6是根据本发明的光学头采用的另一种光控制器示例的简图；
图7是根据本发明的光学头采用的再一种光控制器示例的简图；
图8是根据本发明的光学头采用的一种光检测器示例的简图；
图9示出在根据本发明的光学头中，由光源发射的光聚焦在记录媒体的轨迹上的状态。
参见图3，根据本发明优选实施例的光学头包括光源30，用于发射激光束；一光路改变装置，例如一偏振光束分光器40，用于改变入射光的传播路径；物镜80，用于将入射光聚焦在记录媒体1的记录表面上；光控制器70，用于控制由物镜80聚焦的光的焦点位置；光检测器100，用于通过偏振光束分光器40接收由记录媒体1反射的光。
光源30是一个半导体激光器，用于发射两束或多束激光，以便在记录媒体1的记录表面的至少两个螺旋轨迹上形成光学点。光源30最好包括至少两个相邻的垂直腔表面发射激光器(VCSEL)，用于发射平行于层叠方向的光。
图4示出光源30的示例。光源30包括相邻排列的第一、第二和第三VCSEL 30a、30b和30c。VCSEL 30a、30b和30c各包括一个衬底32、相继层叠在衬底32上的一个下分布布拉格反射(DBR)层33、一有源层34和一个上DBR层35、一形成在衬底32下部的下电极层31和位于上DBR层35上的上电极层36。
下DBR层33是通过交替层叠两种各具有不同反射率的同类型半导体材料层而形成的。上DBR层35是通过交替层叠两种与下DBR层33不同且具有相互不同的反射率的半导体材料层而形成的。
在上电极层36上形成有窗口37a、37b和37c，用于发射穿过上层DBR35的光。通常，第一、第二和第三VCSEL 30a、30b和30c在同一工艺过程中制作在一个衬底31上。
当采用第一、第二和第三VCSEL 30a、30b和30c作为光源30时，从三个窗口37a、37b和37c发射的光在经过偏振光束分光器40(见图3)和物镜80后聚焦在记录媒体1的记录表面的不同轨迹上。这里，物镜80最好是一个消球差透镜，以便将来自不同光路的入射光聚焦在记录媒体的不同轨迹上。
此外，也可采用以阵列结构排列的端发射激光器作为光源30。
偏振光束分光器40直接传播来自光源30的具有一个偏振方向的入射光并反射来自物镜80的具有另一偏振方向的入射光。在此，光学头最好还包括一个位于偏振光束分光器40和物镜80之间的光路上的λ/4延持片60，用于将入射的线性偏振光转换为圆偏振光和将入射的圆偏振光转换为线性偏振光。
在本发明中，光路改变装置并不局限于偏振光束分光器40，它还可以包括一个分束器，用于以预定的光量比来传播和反射入射光；以及一全息光学元件(HOE)，用于根据入射光的方向线性传播或衍射传播入射光。
光控制器70控制经物镜80聚焦在记录媒体1上的光点的大小，以便可兼容地采用不同厚度的多种盘格式(例如1.2mm的CD lb或0.6mm的DVD 1a)来作为记录媒体1。
为此(如图3所示)，光控制器70可包括一个透光元件71，该元件具有阻光部分72，用于阻挡穿过物镜80的中间区域B的至少一部分光，该元件设置在与物镜80分离的光路上。这种设置的依据是：由于球面像差，使经过物镜80的近轴区域A的光与经过物镜80的远轴区域C的光聚焦在不同位置上。这里，“近轴区域A”表示接近物镜80的中心轴(光轴)的具有可忽略的球面像差的区域。“远轴区域C”表示与近轴区域A相比离光轴较远且具有较大球面像差的区域，“中间区域B”表示近轴区域A和远轴区域C之间的区域。
最好通过在透光件71上形成一反射膜或在其上形成一散射光栅来制成阻光部分72。
此外，光控制器还可以包括一个直接形成在物镜80的表面上的光控制部分。如图5所示，光控制器可包括涂覆在物镜80的表面上的光控制层73，用于阻挡或散射入射到物镜80的中间区域的至少一部分光。如图6所示，光控制器可包括形成在物镜80的表面上的环形槽74，用于散射或反射入射光。
图7示出光控制器的又一示例。如图7所示，光控制器包括一个液晶板75，位于离开物镜80的光路上；和一驱动源76，用于有选择地为液晶板75提供电源。液晶板75根据记录媒体的类型有选择地逐个象素点地传播光，以控制光点的位置。
可设置与光源30发射光的数目相同的检测器100(图3)，以接收自记录媒体1反射的光。如图4所示，当采用三个VCSEL 30a、30b和30c作为光源30时，本发明的光学头包括第一、第二和第三光检测器100a、100b和100c，图8所示。这里，第一、第二和第三光检测器100a、100b和100c中的至少一个包括至少两个分离片(divided plates)，用于分别进行光电转换，以检测记录媒体1的跟踪误差信号和聚焦误差信号。如图8所示，第二光检测器100b最好包括4个长方形的分离片A1、B1、C1和D1和4个L形分离片A2、B2、C2和D2。
这里，四个矩形分离片A1、B1、C1和D1用于检测较薄的盘(例如DVD)的误差信号，而全部分离片(A1+A2)、(B1+B2)、(C1+C2)和(D1+D2)用于检测较厚的盘(例如CD)的误差信号。
此外，本发明的光学头最好进一步包括一位于光源30(图3)和光控制器70之间的光路上的准直透镜，用于对从光源30入射的发散光准直。
本发明的光学头最好还包括一个位于偏振光束分光器40和光检测器100之间的光路上的探测透镜90，用于借助像散方法检测聚焦误差。
下面描述根据本发明优选实施例的光学头的操作。
参照图3，从第一、第二和第三VCSEL 30a、30b和30c发射的光顺序经过偏振光束分光器40、准直透镜50、λ/4延迟片60、光控制器70和物镜80在记录媒体1上形成光点。如图9所示，形成在记录媒体1上的光点聚焦在不同的轨迹上。图9示出采用CD作为记录媒体1的例子。如图所示，从第一、第二和第三VCSEL 30a、30b和30c发射的光分别聚焦在第一、第二和第三轨迹位置110a、110b和110c上。从各个轨迹上反射的光经过物镜80、光控制器70和λ/4延迟片60、偏振光束分光器40和探测透镜90被第一、第二和第三光检测器100a、100b和100c(图8)接收。由第一、第二和第三光检测器100a、100b和100c接收的光被转换为电信号，以便由电信号检测记录在各个轨迹上的信息，同时由光检测器100b检测物镜80的聚焦误差信号和跟踪误差信号。在此采用普遍公知的像散方法检测聚焦误差信号，采用差分相位检测(DPD)法检测跟踪误差。
根据本发明，在CD旋转时，可同时检测记录在三个轨迹上的信息，因此不必提高用于旋转盘的旋转电机的转速就能提高信息处理速度。
另外，如上所述，当采用以光源30在CD的三个相邻轨迹上形成光点的光学头来再现记录在DVD上的信息时，由于CD和DVD之间的轨迹距离的差别，很难在DVD的三个轨迹上形成光点。因此，在这种情况下，使用一个光源仅再现记录在一个轨迹上的信息。
如上所述，在本发明的光学头中，通过采用多个VCSEL和多个光检测器可同时检测记录在盘上多个轨迹上的信息，因此不需提高盘的转速就能提高信息处理速度。此外，在光路上设置了光控制器，因此可适用具有不同格式的盘。
以上借助特定实施例描述和图示了本发明，但本发明并不局限于上述特定形式，本领域的技术人员在不脱离由权利要求书所限定的本发明的精神和范围内，可以进行其它改变或变型。

Claims (9)

1.一种光学头，包括：一光源，用于发射光；一物镜，用于将光源发射的光聚焦在记录媒体上；一偏振光束分光器，位于光源和物镜之间的光路上，用于改变入射光的传播方向；一光检测器，用于通过物镜和偏振光束分光器接收从记录媒体上反射的光；其特征在于，光学头包括一个位于光源和记录媒体之间的光路上的光控制器，用于控制由物镜聚焦的光的焦点位置，所述光源至少包括两个相邻的垂直腔表面发射激光器(VCSEL)，用以发射与半导体材料层的层叠方向平行的光，光检测器的数量至少为二，各用于接收从VCSEL发射其后从记录媒体上反射的光。
2.根据权利要求1所述的光学头，其中每个VCSEL包括：
一衬底；
一下分布布拉格反射(DBR)层、一有源层和一上DBR层，它们依次层叠在衬底上；
一形成在衬底下部的下电极层；和
一形成在上DBR层上的上电极层，其具有一光发射窗口。
3.根据权利要求1所述的光学头，进一步包括一λ/4延迟片，用于将入射的线性偏振光转换为圆偏振光以及将入射的圆偏振光转换为线性偏振光。
4.根据权利要求1所述的光学头，其中所述光检测器是一个具有阻光部分的透光元件，其位于与所述物镜分离的光路上，用于阻挡至少一部分穿过物镜的中间区域的光。
5.根据权利要求1所述的光学头，其中所述光控制器包括一形成在物镜的一个表面上的光控制部分，用于阻挡或散射通过物镜的中间区域的至少一部分光。
6.根据权利要求5所述的光学头，其中所述光控制部分包括一利用一反射膜形成在所述物镜表面上的光控制层。
7.根据权利要求5所述的光学头，其中所述光控制部分包括一形成在所述物镜的表面上的环形槽。
8.根据权利要求1所述的光学头，其中所述光控制器包括：
一位于离开所述物镜的光路上的液晶板；
一驱动源，用于有选择地为该液晶板提供电源，以便有选择地限制入射光通过区域。
9.根据权利要求1所述的光学头，其中所述光检测器的数目与所述VCSEL的数目相同，并且至少一个光检测器具有至少两个分离片，用于分别进行光电转换，以检测记录媒体的跟踪误差信号和聚焦误差信号。
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