CN1192565A - 可与小型盘和数字视盘兼容的采用平行平面板的光学头 - Google Patents

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Abstract

一种可与至少两种类型的光记录介质兼容的光学头。该光学头包括一个第一激光光源,一个第二激光光源,一个分束板,一个准直器,一个物镜,及一个偏差校正板。从第一激光光源到其信息记录表面离物镜相对更远的第一光记录介质的信息记录表面的距离比从第二激光光源到第二光记录介质的信息记录表面的距离短,以便消除使用第一光束时出现的球面象差。

Description

可与小型盘和数字视盘兼容 的采用平行平面板 的光学头
本发明涉及一种可与可记录的小型盘(CD-R)和数字视盘(DVD)兼容的光学头，特别是，涉及可相对于一个DVD和一个CD-R记录和再现信号的光学头。
盘、卡或磁带作为记录介质用于高密度地记录和再现诸如视频、音频或数据之类的信号。在这些记录介质中，主要使用盘形记录介质。近来，光盘装置领域中的产品已从激光盘(LD)和小型盘(CD)发展到DVD。这种光盘由具有一定厚度的用于透射从光学头入射的一束光的塑料或玻璃介质，以及位于该介质上的记录信息的信息记录表面构成。
发展至今的高密度光盘系统加大了物镜的数值孔径并使用635nm或650nm的相对短波长的光源，以提高记录密度。因此，该光盘系统可相对于DVD记录和再现信息，还可再现CD上记录的信息。高密度光盘系统使用发出波长为780nm的光的光源，以便可兼容地使用作为最新类型CD的可记录小型盘(CD-R)。这是由于CD-R记录介质的记录特性造成的。能使一个单一的光学头用于波长为780nm和波长为650nm的两种光对于DVD与CD-R之间的可兼容性是一项非常重要的技术。下面参考图1描述可与DVD和CD-R兼容的现有光学头。
图1示出采用一个单一的物镜和两个作为DVD和CD-R光源的激光二极管的光学头。图1所示的光学头在相对于DVD再现期间使用波长为635nm的激光，和在相对于CD-R记录和再现期间使用波长为780nm的激光。从作为光源1的激光二极管发出的635nm波长的光束穿过一个准直透镜2和一个偏振分束器3，然后到达一个干扰滤波器棱镜4。从作为光源11的激光二极管发出的780nm波长的光束穿过一个准直透镜12和一个分束器13，然后到达一个会聚透镜14。会聚透镜14使从分束器13入射的光束会聚到棱镜4上。具有这种用于会聚波长为780nm光束的结构的光学系统被称为“有限光学系统”。棱镜4透射由偏振分束器3反射后入射的635nm波长的光，并反射由会聚透镜14会聚的光束。因此，从光源1发出的光以被准直透镜2平行的光束形式入射到1/4波片5，从光源11发出的光以由准直透镜12和棱镜4发散的光束形式入射到1/4波片5。透过1/4波片5的光入射到物镜7。
被设计在厚度为0.6mm的DVD8的信息记录表面上具有一个焦点的物镜7将从光源1发出的635nm波长的光束聚焦在DVD8的信息记录表面。因此，从DVD8的信息记录表面反射的光包含信息记录表面上记录的信息。反射光透过偏振分束器3并入射到用于检测光信息的光检测器10。
在不采用上述有限光学系统的情况下，当通过使用物镜7将从光源11发出的780nm波长的光束聚焦在厚度为1.2mm的CD-R9的信息记录表面上时，因DVD8-与CD-R9之间厚度差而发生球面象差，球面象差是因CD-R的信息记录表面比DVD8的信息记录表面位于离物镜7更远的位置这一事实造成的。为减小球面象差，需要通过采用准直透镜14构成的有限光学系统。利用下面参考图2描述的可变孔径6，780nm波长的光束在CD-R9的信息记录表面上形成最佳尺寸的光点。从CD-R9反射的780nm波长的光束从棱镜4反射，透过会聚透镜14，并从分束器13反射，然后入射到光检测器15。光检测器15检测来自由分束器13入射的光的信息。
图1所示的可变孔径6具有相对于与物镜7的直径相等的区域，就是说具有数值孔径(NA)不大于图2所示的0.6的区域可有选择地透射入射光的薄膜结构。换句话说，根据光学表面的中心将可变孔径6的光学表面分成635nm波长的光和780nm波长的光都透射的“区域1”，以及全部透射635nm波长的光和全部反射780nm波长的光的“区域2”。区域1是一个不大于0.45的数值孔径(NA)区，区域2是区域1的外部区，并通过在其上涂覆一层介电薄膜制成。区域1由一石英(SiO2)薄膜构成，以便消除由介电薄膜涂层区2产生的光偏差，采用可变孔径6，透过不大于0.45的数值孔径(NA)的区域1的780nm波长的光形成CD-R9的信息记录表面的最佳光点。因此，即使在所装载的盘从DVD8变为CD-R9时，图1的光学头也可相对于CD-R9记录和拾取信息。
然而，上述图1的光学头应相对于780nm波长的光实现有限光学系统，以消除因DVD和CD-R之间的可兼容性而出现的球面象差。另外，具有不小于可变孔径6的0.45的数值孔径(NA)的区域2中形成的介电薄膜，在穿过区域1的光和穿过区域2的光之间出现光程差。为消除该光程差，可变孔径6需要在区域1上形成的诸如石英薄膜之类的特殊的光薄膜。为此，在区域1上形成一石英涂层并在区域2上形成多层薄膜，使制造工艺变得复杂。另外，在μm等级上调节薄膜厚度不适合大规模生产。
为解决上述问题，本发明的一个目的是提供一种可与不同类型的光记录介质兼容的光学头，该光学头使用相对于不同波长的光束具有波长选择透射特性的分束板和校正使用分束板时出现的光偏差的另一个板。
为实现本发明上述目的，提供一种可与至少两种类型的光记录介质兼容的光学头，该光学头包括：
一个用于发出具有相对长波长的第一光束的第一激光光源：一个用于发出具有相对短波长的第二光束的第二激光光源；一个物镜，用于将从所述第二激光光源发出的第二光束聚焦在信息记录表面更接近物镜的第二光记录介质的信息记录表面上，以形成对所述第二光记录介质的最佳光点；一个准直器，用于准直入射的光束以便将经准直的光束透射到物镜上；一个分束板，用于透射来自一个激光光源的光束并反射来自另一个激光光源的光束以便将光束射到所述准直器；和一个偏差校正板，位于分束板与所述第一和第二激光光源之一之间的光程上，用于校正使用分束板时出现的光偏差。
其中从所述第一激光光源到其信息记录表面离物镜相对更远的第一光记录介质的信息记录表面的距离比从所述第二激光光源到所述第二光记录介质的信息记录表面的距离短，从而消除了使用第一光束时出现的球面象差。
还提供一种可与至少两种类型的光记录介质兼容的光学头，该光学头包括：
一个用于发出具有相对长波长的第一光束的第一激光源；一个用于发出具有相对短波长的第二光束的第二激光光源；一个物镜用于将从所述第二激光光源发出的第二光束聚焦在其信息记录表面位于更接近物镜的第二光记录介质的信息记录表面上，以形成对所述第二光记录介质的最佳光点；一个准直器，用于准直入射的光束以便将经准直的光束透射到物镜上；一个分束板，用于透射来自一个激光光源的光束并反射来自另一个激光光源的光束，以便将光束射到所述准直器；和一个偏差校正板，用于反射从所述分束板入射的光束以便将反射的光束射到所述准直器，和用于校正使用分束板时出现的光偏差。
其中从所述第一激光光源到其信息记录表面离物镜相对更远的第一光记录介质的信息记录表面的距离比从所述第二激光光源到所述第二光记录介质的信息记录表面的距离，从而消除了使用第一光束时出现的球面象差。
参考附图描述优选实施例，其中：
图1示出可与DVD和CD-R兼容的光学头的光学系统示意图，其中包括一个单一的物镜和两个作为DVD和CD-R的光源的激光二极管；
图2是说明图1所示可变孔径的示意图；
图3示出根据本发明优选实施例的光学头的光学系统示意图；
图4示出根据本发明另一个实施例的光学头的光学系统示意图；和
图5A和5B是说明利用偏差校正板降低象散的示意图。
参考附图详细描述本发明的优选实施例。
图3示出根据本发明优选实施例可与DVD和CD-R兼容的光学头的光学系统示意图。图3所示的光学头包括一个把激光光源31和光检测器32结合成一个单一模块的光学单元30。激光光源31发出用于相对于CD-R40记录和再现信号的780nm波长的第一光束。第一光束由图3中的虚线表示。检测从CD-R40的信息记录表面反射后返回的第一光束的光检测器32接收被全息分束器33改变光程的第一光束。激光光源36发出用于相对于DVD41记录和再现信号的650nm波长的第二光束。第二光束由图3中的实线表示。
图3的光学头还包括一个分束板35。分束板35可使图3的光学头选择地使用波长为780nm的第一光束和波长为650nm的第二光束。因此，图3的光学头使用两个激光光源31和36，一个分束板35和一个单一的物镜39，以相对CD-R40和DVD41进行信号的记录和拾取操作。
分束板35设计成具有平行平面(plane-parallel)板的形式和具有在平板玻璃表面上形成光薄膜的结构。可供参考的是，由成本较低并且易于制造的平板玻璃构成分束板35，因此，平板玻璃被广泛用于现有CD专用光学头的制造。如图3所示，分束板35位于激光光源31和后面将描述的准直器38之间的光路中。为便于说明，假设从激光光源31经物镜39的光心的延伸方向的光轴与直角坐标系统上Z轴的正方向一致，并且Y轴与于从绘图表面向观看者垂直凸出的方向平行。分束板35的平面与以正Y轴为中心将XY平面顺时针转过45度角获得的平面平行对齐。对准激光光源36，以使从激光光源36发出的第二光束被分束板35反射，然后入射到物镜39。分束板35具有透射从激光光源31发出的第一光束和反射从激光光源36发出的第二光束的光学特性。因此，从分束板35反射的第二光束进入到物镜39。
准直器38位于分束板35和物镜39之间的光路上。当图3的光学头使用780nm波长的第一光束时，准直器38使从分束板35入射的第一光束基本与物镜39的光轴平行。实际上，在准直器38和物镜39之间通过的第一光束变为如图3所示略微发散的形状。当图3的光学头使用650nm波长的第二光束时，准直器38使从分束板35入射的第二光束完全与物镜39的光轴平行。穿过准直器38的第一光束和第二光束入射到的物镜39设计成将从激光光源36发出的650nm波长的第二光束准确地聚焦在DVD41的信息记录表面上。因此，第二光束形成为DVD41的信息记录表面上的最佳光点。
同时，当装载的盘从DVD41变为CD-R40时，使用780nm波长的第一光束，并因此出现球面象差。因此，由第一光束在CD-R40的信息记录表面上形成的光点尺寸变为不小于1.8μm。顺便指出，相对于CD-R的信号记录和拾取所需的光点尺寸通常约为1.4μm。因此，图3的光学头不能相对于CD-R40记录或拾取信息。
为此，图3的光学头设计成使从激光光源31到CD-R40的信息记录表面的距离比从激光光源36到DVD41的信息记录表面的距离短。这样，消除了使用第一光束时出现的球面象差，因此，由物镜39聚焦的第一光束形成为CD-R40的信息记录表面上的最佳光点。然后，在CD-R40的信息记录表面上形成的光点尺寸变为1.4μm。于是，图3的光学头可利用第一光束相对于CD-R40记录和拾取信息。
当使用CD-R40时，从CD-R40的信息记录表面反射的第一光束透过物镜39并入射到准直器38。准直器38使从物镜39入射的第一光束以会聚光束的形式入射到分束板35。分束板35透射从准直器38会聚入射的第一光束。透过分束板35的第一光束经过全息分束器33进入光学单元30的光检测器32。同时，当使用DVD41时，从DVD41的信息记录表面反射的第二光束依次透过物镜39和准直器38，然后入射到分束板35。分束板35向光束分裂器37反射从准直器38入射的第二光束。分束器37反射从分束板35入射的第二光束并使反射的第二光束进入透镜42。位于分束器37和光检测器43之间光路上的透镜42将入射光聚焦在光检测器43上。
然而，在具有上述光学结构的光学头中，由于具有780nm波长的第一光束透射过分束板35，故出现了象散。使用偏差校正板34消除象散，该偏差校正板34位于分束器33和分束板35之间。偏差校正板34是以平行平面板的形式制造的，偏差校正板34的光表面与以正X轴为中心将XY平面顺时针转过45度角获得的表面平行对齐。当观看者从图的顶部向底部看图时，偏差校正板34表现出在偏差校正板34的上部所示的偏差校正板34a。偏差校正板34具有与分束板35相同的厚度，以便抵消第一光束穿过分束板35时出现的象散。因此，使用一个单一的物镜39，图3的光学头可与CD-R40和DVD41兼容。
可改进分束板35以使其具有反射780nm波长的第一光束和透射650nm波长的第二光束的光学特性。这种情况下，激光光源31安放在激光光源36的位置，而激光光源36安放在激光光源31的位置。另外，偏差校正板34具有透射650nm波长的第二光束的光学特性。
图4示出根据本发明另一个实施例的光学头的光学系统示意图。图4所示的光学头包括对780nm波长的第一光束和650nm波长的第二光束都进行反射的反射偏差校正板44，而不是透射第一光束的图3的偏差校正板34。反射偏差校正板44是以平行平面板的形式制造的，并包括用于反射第一光束的第一反射平面441和用于反射第二光束的第二反射平面443。通过在透明平板玻璃或类似材料的表面上涂覆全反射材料形成第一反射平面441。图4中所示的光学元件具有与图3对应的光学元件相同的功能。然而，由于图4的光学头使用反射偏差校正板44，当照原样使用图3的描述中使用的X、Y和Z轴的光学系统时，物镜39的光轴与X轴平行。准直器38位于偏差校正板44和物镜39之间的光路上。
图4所示的分束板45的光表面与以正X轴为中心将XY平面顺时针转过45度角获得的平面平行对齐。换句话说，分束板45的光表面与如图3的偏差校正板34的光表面平行。反射偏差校正板44的光表面与以正Y轴为中心将XY平面顺时针转过45度角获得的平面平行对齐。这样对齐的偏差校正板44还消除了象散，并具有分束板45一半的厚度。因此，偏差校正板44的第一反射面441消除了因透过分束板45的第一光束产生的象散。
图5A和5B示出象散场曲线。图5A示出不使用偏差校正板34或44时图3或4的光学头的光学系统定量具有的象散。图5B示出使用偏差校正板34或44时图3或4的光学头的光学系统定量具有的象散。当使用直角坐标系时，其中采用位于物镜39光轴上的CD-R40的信息记录表面上的位置作为该直角坐标系的原点，X和Y轴分别与图3所示的平行，Z轴与780nm波长的第一光束的主射线平行，第一光束主射线的象散量，即象散差表示为沿Z轴测量的X轴上焦点的位置和Y轴上焦点的位置之间的距离。在此，X轴上焦点的位置和Y轴上焦点的位置是由第一光束的主射线形成的聚焦线所在的X和Y轴上的位置。在图5A和5B中，水平轴表示从原点到沿Z轴测量的X轴上的焦点位置和Y轴上的焦点位置中每一个的距离，垂直轴表示实际入射到物镜39的第一光束的任何主射线偏离物镜39的光轴的程度。物镜39光轴的角度被定义为零度。
正如通过图5A和5B之间的比较可看到的，当使用根据本发明实施例的偏差校正板34或44时，如图5B所示，象散明显减少。图5B所示的象散特性基本与一般透镜的相同。因此，根据本发明的光学头具有可允许裕度内的象散量并可与DVD和CD-R兼容。
如上所述，根据本发明的光学头可相对于DVD和CD-R记录和拾取信号，并且还可相对于现有的CD进行拾取操作。另外，根据本发明的光学头可使用以使用平板玻璃的平板形式制造的分束板，该平板玻璃在相关的光学技术领域被广泛使用，制造出超轻和低价格的产品。另外，使用以平板形式制造的偏差校正板消除了分束板中出现的光偏差，提供了更稳定的信号。
虽然在此仅具体描述了本发明的特定实施例，很明显，在不脱离本发明精神和范围的情况下可对本发明做出许多改进。

Claims (19)

1.一种可与至少两种类型的光记录介质兼容的光学头，所述光学头包括：
一个用于发出具有相对长波长的第一光束的第一激光光源；
一个用于发出具有相对短波长的第二光束的第二激光光源；
一个物镜，用于将从所述第二激光光源发出的第二光束聚焦在信息记录表面更接近物镜的第二光记录介质的信息记录表面上，以形成对所述第二光记录介质的最佳光点；
一个准直器，用于准直入射的光束以便将经准直的光束透射到物镜；
一个分束板，用于透射来自一个激光光源的光束并反射来自另一个激光光源的光束以便将光束射到所述准直器；和
一个偏差校正板，位于分束板与所述第一和第二激光光源之一之间的光路上，用于校正使用分束板时出现的光偏差，
其中从所述第一激光光源到其信息记录表面离物镜相对更远的第一光记录介质的信息记录表面的距离比从所述第二激光光源到所述第二光记录介质的信息记录表面的距离短，从而消除了使用第一光束时出现的球面象差。
2.根据权利要求1所述的光学头，其中所述分束板透射第一光束并反射第二光束。
3.根据权利要求2所述的光学头，其中所述分束板具有平行平面板的形状。
4.根据权利要求2所述的光学头，其中所述偏差校正板位于所述第一激光光源和所述分束板之间的光路上。
5.根据权利要求4所述的光学头，其中由所述偏差校正板校正的光偏差是象散。
6.根据权利要求5所述的光学头，其中所述第一激光光源和所述物镜对齐，以使从所述第一激光光源经物镜的光中心的光轴的方向与垂直坐标系中正Z轴方向一致，
所述第二激光光源和所述分束板对齐，以使从所述第二激光光源向所述分束板的光中心的光轴的方向与正X轴方向平行，
所述分束板的平面与以正Y轴为中心将XY平面顺时针转过45度角获得的平面平行对齐，和
所述偏差校正板的平面与以正X轴为中心将XY平面顺时针转过45度角获得的平面平行对齐。
7.根据权利要求6所述的光学头，其中所述偏差校正板具有平行平面板的形状。
8.根据权利要求7所述的光学头，其中所述偏差校正板具有与所述分束板相同的厚度。
9.根据权利要求1所述的光学头，进一步包括：
分束器装置，用于分别分裂从由所述第一和第二激光光源发出的光形成的光路向所述第一和第二激光光源行进的光，和
光检测器，用于分别接收由所述分束器装置分裂的光，
其中每个所述光检测器与对应的激光光源被制作在一个单元中。
10.根据权利要求1所述的光学头，其中所述第一光记录介质是可记录的小型盘(CD-R)，所述第二光记录介质是数字视盘(DVD)。
11.一种可与至少两种类型的光记录介质兼容的光学头，所述光学头包括：
一个用于发出具有相对长波长的第一光束的第一激光光源；
一个用于发出具有相对短波长的第二光束的第二激光光源；
一个物镜，用于将从所述第二激光光源发出的第二光束聚焦在其信息记录表面位于更接近物镜的第二光记录介质的信息记录表面上以形成对所述第二光记录介质的最佳光点；
一个准直器，用于准直入射的光束以便将经准直的光束透射到物镜；
一个分束板，用于透射来自一个激光光源的光束并反射来自另一个激光光源的光束以便将光束射到所述准直器；和
一个偏差校正板，用于反射从所述分束板入射的光束以便将反射的光束射到所述准直器，和用于校正使用分束板时出现的光偏差的偏差校正板。
其中从所述第一激光光源到其信息记录表面离物镜相对更远的第一光记录介质的信息记录表面的距离比从所述第二激光光源到所述第二光记录介质的信息记录表面的距离短，从而消除了使用第一光束时出现的球面象差。
12.根据权利要求11所述的光学头，其中所述分束板透射第一光束并反射第二光束。
13.根据权利要求12所述的光学头，其中所述分束板具有平行平面板的形状。
14.根据权利要求12所述的光学头，其中由所述偏差校正板校正的光偏差是象散。
15.根据权利要求14所述的光学头，其中所述第一激光光源，所述分束板和所述偏差校正板对齐，以使从所述第一激光光源经所述分束板到所述偏差校正板的光轴的方向与垂直坐标系中正Z轴方向一致，
所述第二激光光源和所述分束板对齐，以使从所述第二激光光源通过所述分束板的光中心的光轴的方向与正X轴方向平行，
所述分束板的平面与以正X轴为中心将XY平面顺时针转过45度角获得的平面平行对齐，和
所述偏差校正板的平面与以正Y轴为中心将XY平面顺时针转过45度角获得的平面平行对齐。
16.根据权利要求15所述的光学头，其中所述偏差校正板具有平行平面板的形状。
17.根据权利要求16所述的光学头，其中所述偏差校正板由内反射表面反射第一光束，由其表面反射第二光束，并具有所述分束板一半的厚度。
18.根据权利要求11所述的光学头，进一步包括：
分束器装置，用于分别分裂从由所述第一和第二激光光源发出的光形成的光路向所述第一和第二激光光源行进的光，和
光检测器，用于分别接收由所述分束器装置分裂的光，
其中每个所述光检测器与对应的激光光源被制作在一个单元中。
19.根据权利要求11所述的光学头，其中所述第一光记录介质是可记录的小型盘(CD-R)，所述第二光记录介质是数字视盘(DVD)。
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