CN1187004A - 双焦光学头装置 - Google Patents

Abstract

一种双焦光学头装置,其中,在全息光学元件中以一定的间隔安置全息光栅和衍射板,所发射的激光束具有相位差。通过改变光路,从立方棱镜发出的寻常波和非常波具有时间差。准直透镜使光束平行。寻常波和非常波分别在盘的表面上产生直径为1.6μm和0.8μm的光点。并由数字通用盘和致密盘的表面上的凹坑反射回来。同时在入射光进入盘时行进了相同的光路以后,通过全息光栅对伴有光学信息的光束进行衍射,然后分别会聚在光检测器上。

Description

双焦光学头装置

本发明涉及一种光学头装置，特别是涉及一种用于向在CD播放机、数字通用盘播放机或类似设备中的光盘上记录信息或从其上再现信息的光学头装置。

通常，通过在光盘上会聚光束来使光学头装置在光盘上记录信息或从光盘上再现信息。

当光学头装置在光盘上记录信息时，将从半导体激光器发射出的光束以点光束聚焦在光盘的信息记录表面上，并将信息记录表面的温度提升到居里点上。于是，信息记录表面失去矫顽力并按照给出的外部磁场被磁化。随后，停止发射光束，维持住外部磁场并降低信息记录表面的温度。当温度降到居里点以下时，即使外部磁场变化也保持住磁化的信息记录表面，这样就完成了信息的记录。

当光学头装置从光盘上再现信息时，半导体激光器在低于居里点的温度将光束发射到光盘的信息记录表面上。然后，信息记录表面对聚焦光束产生克耳效应或磁光效应，使得光束的偏振平面根据信息记录表面的磁化状态进行旋转。这样，根据偏振平面的旋转角度，光学头装置通过信息记录表面的磁化状态来再现信息。

信息轨道以同心或螺旋形并以一定的间隔形成在光盘的表面上。通过这样的信息轨道，可以在光盘的预定位置上记录信息或从其上再现信息。执行聚焦控制和寻迹控制以便准确地记录和再生数据。即，控制光束聚焦在信息轨道上并寻迹到轨道上。因此，光头检测到的伺服误差信号包括聚焦误差信号和寻迹误差信号。物镜驱动器根据这种检测到的伺服误差信号，沿着聚焦和寻迹方向来调节物镜。

光学数据记录介质可以分为厚度为1.2mm的致密盘(CD)和厚度为0.6mm的数字通用盘(DVD)。CD的轨道间距和记录信号的凹坑之间的最小长度分别为1.6微米和0.834微米，而DVD的轨道间距和记录信号的凹坑之间的最小长度分别为0 74微米和0.4微米。因此，CD和DVD的轨道间距和凹坑之间的长度是不同的。这样，由于再现CD的光点直径与DVD的不同，使得CD和DVD的球面误差相互不一致。所以，不能使用一种光学头装置来完成再现CD和DCD的数据。在使用单一的光学头装置来再现CD和DVD数据的情况下，由于两种不同的光盘的厚度产生的光学象差而引起的干扰的增加，其结果所导致的误差而使得数据不能准确地再现。

由于以上的原因，目前的光学头装置只能再现CD和DVD中的一种。

最近，出现了一种光学头装置，它使用了双聚焦系统，在该系统中安置了一个全息光学透镜和一个物镜，以便通过校正球面象差来会聚在盘表面上相互不同的两点，使得能够同时有选择地读出记录在CD和DVD上的信息。

图1为现有的一个光学头装置的示意图。如图1所示，双聚焦光学装置包括一个发射激光束的激光二极管10，其激光束的波长对应于光学信息。在激光二极管10的上方设置一个衍射光栅20，用于将入射激光束分解成三束，即零级和正、负一级衍射光束。在衍射光栅20的上方，有一个倾斜一定角度的分束器30，以便传送来自衍射光栅20的入射光束并反射来自光盘从相反方向入射的反射光。在分束器的上方设置了一个使衍射光束变成平行光束的准直透镜40。在准直透镜40的上方设置了一个双聚焦透镜60，其中布置有一个全息光学透镜50和一个物镜70，用于将平行光束会聚和聚焦在DVD80(下面称作“第一盘”)或CD90(下面称作“第二盘”)的表面上，以便读出所记录的信息。在分束器30的旁边设置有一个象散发生透镜100，用于检测自分束器30反射和已经从盘80和盘90反射过来并伴有在盘80和盘90上记录的信息的激光束的聚焦误差。在象散透镜100的旁边设置一个光检测器110，用于检测通过上述象散透镜的光学信息并将光学信息转换成电信号。

具有上述结构的现有光学头装置的工作如下。

首先，将来自激光二极管10并具有预定振动波长的激光束入射到衍射光栅20上。入射的激光束通过衍射光栅并被分解成三束，即零级衍射和正负一级衍射光束。这三个光束用于检测聚焦和寻迹误差。这三个光束在通过衍射光栅20后入射到分束器30上，然后部分穿过分束器30。从分束器30透射过来的激光束入射到准直透镜40上并且变成了平行光束。将变成平行光束的激光束入射到双聚焦透镜60的全息光学透镜50上，同时对平行光进行衍射并校正光束的球面象差。通过物镜70将衍射激光束聚光并会聚成直径分别为1.6μm和0.8μm的两个不同的光点，然后照射到第一盘80和第二盘90的信号凹坑的表面上。通过盘上的凹坑对照射的光束进行衍射，然后从物镜70中射出。经过这个过程，仅有一些入射光束返回到能检测出光束强度的光学检测器。即，由于反射光束在凹坑的底部和顶部相互干扰，而使得返回的光束的强度被减弱，凹坑的深度设置为波长的λ/4，使得反射光束的波长相互之间有半个波长差。

将从第一盘80或第二盘90反射的调制光束通过双焦透镜60和准直透镜40入射到分束器30上。分束器30可防止反射光束再照射到激光二极管10上。分束器30将调制的反射光导向象散产生透镜100。透镜100产生象散，以便检测聚焦误差，并改变光路以便将光束导向光检测器110。将光路改变的反射光入射到光检测器110上。光检测器110将具有射频(RF)、聚焦误差、寻迹控制和信息的光束转换成电信号。通过一个控制电路(未示出)将转换的电信号解调并再现出原始信号。

通过全息光学镜透50，将从激光二极管10发射出的激光束在盘的表面上聚光成点。被聚光的激光束的区域和焦点是不相同的。这样，光学头装置能够分别从厚度为1.2mm和厚度为0.6mm的盘上读取信息。

然而，在如上描述的现有的光学头装置中，通过涂覆在两个直角棱镜的倾斜表面上的复合偏振层，分束器30对激光束进行偏振。即，通过将入射光偏转90°，分束器30将入射光分成偏振光和反射光。在光学头装置读取第一盘的高密度光盘上被记录的信息的情况下，由于分束器30仅透射入射光的预定部分，因此产生光束强度的降低。另外，由于在现有的双聚焦光学头装置中的入射光和反射光的光路之间不同，因此激光二极管10和光检测器110的安装布置是较复杂的。因此，由于光学头尺寸的增大而使得装置的小型化变得很困难。另外，对于根据盘的厚度而在盘上聚光成两个焦点的双焦透镜60，需要较高的技术来固定全息光学透镜50和物镜60。因此，双焦透镜60的制造是很困难的。另外，激光二极管10的光强度的控制也是困难的，并且由于盘的厚度的差异而产生光束平行性的发散。因此，由于误差率的增加而降低了双聚焦光学头装置的可靠性。另外，由于需要每个元件的准确排列，如上所述的大量元件要占用一定的空间并且同时又要相互分开，从而降低了光学头装置的可制造性。

本发明的目的是提供一种双焦光学头装置，它可通过使用由双波长激光二极管产生的激光束，来有选择性地再现记录在致密盘和数字通用盘上的信息。

为了达到上述目的，本发明提供一种用于读取记录在具有不同厚度的第一盘和第二盘上的信息的光学头装置，该光学头装置包括：

一个全息光学元件，用于发射波长相互不同的第一和第二激光束，并用于将入射的反射光的信息转换成电信号；

偏振装置，用于将以第一方向入射的第一和第二激光束分成非常波和寻常波，以与第一方向垂直的第二方向的两个不同路径引导非常波和寻常波，并用于反射以第二方向入射的光束和已从盘反射到全息光学元件的光束；

一个准直透镜，用于将非常波和寻常波变成平行光束，并用于将从盘反射的光束平行处理并将平行的光束引导到偏振装置；

一个物镜，用于将形成的非常波聚焦在具有第二厚度的第二盘上，而将形成的寻常波聚焦在具有第一厚度的第一盘上，并用于将从上述第一盘和第二盘反射的光束引导到准直透镜上。

最好是，全息光学元件具有用于产生第一和第二激光束的双波长激光二极管；一个衍射板，用于将第一和第二激光束分成正负一级衍射光束和零级光束。以便检测聚焦和寻迹误差；一个对由盘反射的入射光进行偏振的全息光栅；和一个光检测器，用于将由盘反射的入射光的信息转换成电信号。

根据本发明的一个实施例，偏振装置包括一个直角棱镜，该棱镜具有一个第一边和一个第二边，第一和第二光束以第一方向入射在第一边上，而第一和第二光束从第二边上向第一和第二光盘方向照射，其中第一边与第二边相垂直；第一偏振膜是涂覆在直角棱镜的倾斜面上的复合膜，用于以第二方向反射非常波并透射寻常波；和一个立方体棱镜，用于通过第一偏振膜以第二方向发射寻常波，通过多次反射通过第一偏振膜的寻常波来扩展寻常波的光路。

根据本发明，将光检测器和双波长激光二极管布置在同一条线上，该双波长激光二极管可选择地发射用于数字通用盘和致密盘的激光束。全息光学元件可选择地发出激光束，在全息光学元件中将全息光栅和衍射板以一定的间隔布置。两激光束具有相位差。通过改变两个光波的光路，使从立方棱镜发出的寻常波(S)和非常波(P)具有时间差。准直镜使光波平行。寻常波(S)和非常波(P)分别在盘的表面上产生直径为1.6μm和0.8μm的光点，并由数字通用盘和致密盘的表面上的凹坑反射回来。沿着与入射光进入盘时的相同光路通过全息光学元件的全息光栅对伴有光学信息的光束进行衍射，然后分别会聚在光检测器上。由此，本发明的双焦光学头装置可分别再现CD或DVD的信息。

通过参考附图对优选的实施例进行详细描述，将使本发明的上述目的、其它特性和优点变得更加清楚，其中：

图1为现有双焦光学头装置的透视图；

图2为根据本发明的一个实施例的光学头装置的透视图；

图3为图2所示的光学头装置的局部详细图。

下面参考附图，对本发明的优选实施例的光学头装置进行详细描述。

图2为本发明的一个实施例的光学头装置的透视图。图3为图2中描述的光学头装置的全息元件的详细图。

如图中所示，在根据本发明的一个实施例的光学头装置中，入射和反射光束的光路同时使具有特定波长的光束的光路得到延长。

该光学头装置包括全息光学元件210。该全息光学元件210发射两个波长相互不同的第一和第二激光束，并用于将入射的反射光转换成电信号。偏振元件(立方偏振棱镜)220将以第一方向入射的第一和第二激光束分成一个非常波(S)和一个寻常波(P)，并在与第一方向垂直的第二方向上以两个不同的光路引导非常波和寻常波，并且反射以第二方向入射并已从光盘向全息光学元件210反射的光束。准直透镜230将非常波和寻常波变成平行光并对从盘反射的光束进行平行处理，以便将平行的光束引导到偏振元件220。物镜将整形的非常波聚焦在具有第二厚度的第二盘上，而将整形的寻常波聚焦在具有第一厚度的第一盘上，然后将由上述第一和第二盘反射的光束引导到准直透镜230。这时，寻常波和非常波聚焦在盘表面上的光点的大小是相互不同的。

全息光学元件210包括一个用于产生第一和第二激光束的双波长激光二极管212。即，激光二极管可选择地发射用于CD的780nm波长的激光束和用于DVD的650nm波长的激光束。衍射板214将第一和第二激光束分成正负一级衍射光和零级衍射光。用于检测聚焦和寻迹误差。全息光栅216对从盘反射的入射光进行偏振。光检测器218将从盘反射的入射光的信息转换成电信号。

偏振件220包括一个具有第一边和第二边的直角棱镜222。第一和第二光束以第一方向射入第一边，而第一和第二光束从第二边射向第一和第二盘。这里，第一边与第二边相垂直。第一偏振膜224为涂覆在直角棱镜222的倾斜表面上的复合层。第一偏振膜224以第二方向反射非常波而透射寻常波。立方棱镜226通过第一偏振膜224以第二方向发射寻常波，同时通过重复反射穿过第一偏振膜224的寻常波来延长寻常波光路。

立方棱镜226与直角棱镜222相连接。即，与全息光学元件210相邻的立方棱镜226的一边与直角棱镜222的倾斜表面相邻接。除了与直角棱镜222的倾斜表面相邻的一个内边的表面外，在立方棱镜226的其它内表面上涂覆了用于反射寻常波的第二偏振膜228。

下面，将描述上述光学头装置的工作原理。

首先，将第一和第二激光束入射到全息光学元件210中的衍射板214上，第一和第二激光束自双波长二极管212有选择地发射并具有相互不同的第一和第二波长。衍射板214将第一和第二光束分成正负一级衍射光束和零级衍射光束，用于检测聚焦和寻迹误差。这三个光束从衍射板214引向偏振元件220的直角棱镜222。通过在直角棱镜222的倾斜表面上形成的第一偏振膜224，将第一和第二激光束分成非常光束S和寻常光束P。将非常光束从偏振膜224上反射，使得非常光束从直角棱镜222发射出去，然后发射到准直透镜230上。

另一方面，在直角棱镜222处与非常光束S分离的寻常光束P增加了偏振。寻常光束P从第一偏振膜224发射到涂覆在立方棱镜的内边表面上的第二偏振膜上，第一偏振膜224为复合层。由于寻常光束P经过涂覆在立方棱镜226的内表面上的第二偏振膜228的反射，使得寻常光束P所具有的光路要比非常光束S的光路长。所以寻常光束P的光路仅在立方棱镜中与非常光束S的光路有差别，使得寻常光束P在立方棱镜220的光路中沿着与非常光束P不同的光路传播。因此，非常光束S和寻常光束P在其之间保持一个时间差的情况下发射到盘上。在偏振元件220中经过不同路线的非常光束S和寻常光束从偏振元件220发射到准直透镜230上。准直透镜230将激光束变成平行光。

平行的非常光束S从准直透镜230入射到物镜240上，然后通过物镜240，以1.6μm的光点尺寸聚焦在第二光盘260上。然后，通过在致密盘上形成的信息凹坑信号对平行的非常光束S进行调制，并由此而携带了光学信息。

另外，准直透镜230也对与非常光束S具有不同光路的寻常光束P进行平行处理，并照射到物镜240上。经过物镜240，寻常光束P以0.8μm的点尺寸聚焦在第一盘250上。然后通过在记录着高密度信息的数字通用盘上形成的信息信号凹坑，对平行的寻常光束P进行调制，并由此携带了光学信息。

如上所述，通过第一盘250或第二盘260上凹坑调制并携带光学信息的激光束从盘上反射，然后通过物镜240和准直透镜230入射到直角棱镜222上。在反射的激光束中，非常波S也以其在入射时相同的方式，在由直角棱镜222的倾斜表面上形成的偏振膜224处被反射。通过全息光栅216对反射的非常光束进行衍射，以便具有一个低于预定波长的波长，并在同时防止了与从双波长激光二极管212中发出的激光束的相互干扰。衍射了的非常光束S是由第二盘260调制并反射的。通过一个数字信号处理器(未示出)，将包括记录在盘上的信息在内的反射的激光束转换成原始的电信号。其结果是产生了作为记录在CD上的音频信号的RF信号和作为误差检测信号的聚焦信号和寻迹信号。

另外，在直角棱镜222的倾斜表面上的反射非常光束S的第一偏振膜224，对寻常光束P产生透射。寻常光束P以其入射时相同的方式穿过第一偏振膜224，并由涂覆在立方棱镜226的内表面上的第二偏振膜228对其进行反射，同时在立方棱镜中经过了与非常光束不同的光路。即，延长了寻常光束P的光路。然后通过直角棱镜222将具有延长光路的寻常光束照射到全息光学元件210中形成的全息光栅216上。由全息光栅216对照射的寻常光束P进行衍射，以使其波长低于预定的波长，同时防止了与从双波长激光二极管212中发出的激光束的相互干扰。将来自全息光栅216的衍射的寻常光束P聚光在光学检测器218中。通过数字信号处理器(未示出)将从第一盘260调制和反射并且包含了记录了盘上信息的聚光的寻常光束P转换成电信号。其结果是产生了作为记录在数字通用盘上的音频信号的RF信号和作为误差检测信号的聚焦信号和寻迹信号。

如上所述，通过全息光学元件210的全息光栅216对反射的激光束进行衍射，以使其波长低于预定的波长并且聚光在光学检测器218上，而不与入射光线相互干扰。

因此，入射光束和反射光束的光路总是相互保持一致，而同时非常光束S和寻常光束P仅仅在立方偏振棱镜220中被分开，而非常光束S和寻常光束P在入射和反射光路上是相互一致的。

根据本发明，可分别以用于致密盘和数字通用盘的激光波长来发射的双波长激光二极管和光学检测器218是对齐的，而以预定的距离分开全息光栅216和衍射板214。在组合的全息光学元件210中，有选择地发射和处理激光束，以便具有相位差。在偏振元件220中，由于非常光束S和寻常光束P走不同的光路，所以它们在其发射过程中具有不同的发射时间。另外，通过准直透镜230对非常光束S和寻常光束P进行平行处理，并聚焦成直径为1.6μm和0.8μm的光点，然后通过数字通用盘或致密盘上的凹坑进行反射并携带有光学信息。在通过了相同的光路后，通过全息光学元件210的全息光栅216对非常光束S和寻常光束进行衍射，然后聚光到光学检测器218上。由此，通过本发明的光学头装置可再现记录在致密盘或通用数字盘上的信息。

因此，根据本发明，从激光二极管发出用于DVD和CD的两个波长的激光束，并由立方偏振棱镜分开，然后聚焦在盘的不同的区域上。这样，通过一个光学头装置可以再现CD和DVD的信息。另外，由于光学头装置需要一个立方偏振棱镜和一个全息光学元件，因此简化了元件和元件之间的布置。由此可以制造出一个小尺寸的光学头装置。

虽然本发明已经参照实施例进行详细的描述，应该看到在不脱离由权利要求书中限定的本发明的精神和范围的情况下，本领域的技术人员可以进行各种形式的修改和变化。

Claims (7)

1.一种用于读取记录在具有不同厚度的第一和第二盘上的信息的光学头装置，所述光学头装置包括：

一个全息光学元件，用于发射波长相互不同的第一和第二激光束，并用于将入射的反射光束的信息转换成电信号；

偏振装置，用于将以第一方向入射的第一和第二激光束分成非常波和寻常波，并用于在与第一方向垂直的第二方向上以两个不同的光路引导非常波和寻常波，并将以第二方向入射和已经从盘反射的光束反射到所述全息光学元件；

一个准直透镜，用于将非常波和寻常波变成平行光束并将从盘反射的光束进行平行处理，以便将平行的光束引导到所述偏振装置；

一个物镜，用于将整形的非常波聚焦在第二厚度的第二盘上，而将整形的寻常波聚焦在第一厚度的第一盘上，并用于将从上述第一和第二盘上反射光束引向所述准直透镜。

2.如权利要求1的光学头装置，其中所述的全息光学元件具有用于产生第一和第二激光束的双波长激光二极管；

一个衍射板，用于将第一和第二激光束分成正负一级衍射光束和零级衍射光束，以便检测聚焦和寻迹误差；

一个全息光栅，用于对从盘反射的入射光束进行偏振；

一个光检测器，用于将从盘反射的入射光束的信息转换成电信号。

3.如权利要求2的光学头装置，其中的双波长激光二极管有选择地产生第一和第二激光束。

4.如权利要求1的光学头装置，其中的第一和第二激光束的波长分别为780nm和650nm。

5.如权利要求1的光学头装置，其中所述偏振装置包括：

一个直角棱镜，第一和第二光束以第一方向入射到直角棱镜的第一边上，而第一和第二光束从直角棱镜的第二边上射向第一盘和第二盘，所述的第一边与第二边相互垂直；

一个涂覆在所述直角棱镜的倾斜表面上的复合涂层的第一偏振膜，用于以第二方向反射非常波而透射寻常波；

一个立方棱镜，用于以第二方向穿过所述第一偏振膜发射寻常波，所述立方棱镜通过反复反射穿过所述第一偏振膜的寻常波而延长寻常波的光路。

6.如权利要求5的光学头装置，其中所述立方棱镜邻接于所述直角棱镜的倾斜表面，除了一个与倾斜表面相邻的内表面外，在所述立方棱镜的其它内表面上涂覆有用于反射寻常波的第二偏振膜。

7.如权利要求1的光学头装置，其中第一盘为厚度为0.6mm的数字通用盘，而第二盘为厚度为1.2mm的致密盘。

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