CN1220451A - 用于不同厚度的光盘的小尺寸光学拾取系统 - Google Patents

Abstract

光学拾取系统以可电切换的第一和第二模式之一工作,包括:光源;光检测器;物镜;分束器,具有基本上相互平行的第一和第二表面;及光学器件,设在物镜和分束器之间,具有第一和第二区域。第一表面反射入射光束的第一部分,使光束的第二部分透过,第二表面对透过第一表面入射的光束反射。由于第一区域在第一或第二模式是透射的,第二区域在第一模式是不透射的,在第二模式是部分透射的,使该光学器件以可电切换的模式之一工作。

Description

用于不同厚度的光盘的小尺寸光学拾取系统

本发明涉及光学拾取系统；更具体地说，涉及通过在其中装有集成的分束器而具有减小的尺寸的改进的光学拾取系统，用于从薄的和厚的光盘读取信息信号。

众所周知，在用于实现从高密度光存储介质再生数据的光学拾取头中，短波长光源和大数值孔径(NA)是重要的光学要求。因此，在与厚度例如为0.6mm的高密度DVD(数字视盘)一起使用的光头中，最好采用大NA例如0.6的透镜。但是，如果将这种用于读取薄光盘的光头用来读取厚的传统1.2mm的CD(激光磁盘)，就必须校正由于光盘厚度的不同而引起的球面象差。

为解决该问题而采用的一种光头是图1所示的带有全息光学元件(HOE)的双焦点光头。

图1示出能够再生存储在不同厚度的光盘中的信息信号的常规双焦点光头100，如在Kanda和Hayashi,“Dual Focus Optical Headfor 0.6mm and 1.2mm Disks(用于0.6mm和1.2mm盘的双焦点光头)”，SPIE Vol.2338 Opital Data Storage(1994)/283中被更进一步描述的。双焦点光头100包括：用于产生光束的光源126、分束器106、准直透镜108、HOE 110、物镜112、圆柱形透镜104和配有四个光电池的检测器102。来自准直透镜108的光束被HOE 110分成第0级和第1级衍射光束，然后它们被物镜112聚焦，其中第1级衍射光束128的焦距大于第0级衍射光束124的焦距。

在光头100中，第0级衍射光束124被用来从薄光盘116的记录表面118再生信息信号。从光源126，例如激光二极管发射的光束经过分束器106和准直透镜108进入HOE 110，其中分束器106利用其中所带有的表面对光束进行部分反射，准直透镜108使来自分束器106的光束平行。第0级衍射光束124被物镜112聚焦到薄光盘116的记录表面118上。对于平行光束的第0级衍射光束124,HOE 110仅仅起平行板(parallel plate)的作用。当第0级衍射光束124经物镜112被从薄光盘116反射到HOE 110上时，HOE 110还是起平行板的作用。在穿过准直透镜108和分束器106后，第0级衍射光束由于穿过圆柱形透镜104而变得是有象散的，使检测器102能够从薄光盘116的记录表面118读取信息信号。

同时，为了从厚光盘122的记录表面120再生信息信号，使用从HOE 110透射的第1级衍射光束128。在这种情况下，HOE 110与物镜112相结合，起将第1级衍射光束128聚焦到厚光盘122的记录表面120上的透镜的作用。因此，与薄光盘116一起使用的光头100也能够从厚光盘122的记录表面再生信息信号。

与上述常规光头100有关的缺点之一是由于HOE 110的使用带来的其光效率方面的问题，其中，从盘读取信息时或者使用第0级衍射光束，或者使用第1级衍射光束。

光头100中存在的另一个问题是由于圆柱形透镜104的使用造成的其大尺寸问题，该圆柱形透镜104位于光检测器102和分束器106之间，由此使光头100的总尺寸庞大。

因此，本发明的主要目的是提供一种具有减小的尺寸和更简单的结构的光学拾取系统，用于读薄的和厚的光盘。

根据本发明的一个方案，提供一种光学拾取系统，包括：光源；光检测器；物镜；具有基本上相互平行的第一和第二表面的分束器，该第一表面反射入射到其上的光束的第一部分，并使该光束的第二部分透过，该第二表面反射从第一表面透过的入射到其上的光束；以及光学器件，该器件设置在物镜和分束器之间，具有用于可电切换地以第一和第二模式之一工作的第一和第二区域，其中第一区域在第一或第二模式中是能透射的，而第二区域在第一模式中是不能透射的，并且在第二模式中是能部分透射的。

根据本发明的另一方案，提供一种光学拾取系统，包括：用于第一光束的光源，该第一光束是线偏振的；光检测器；物镜；光学元件，具有反射入射到其上的第一光束并使与该光束正交地偏振的第二光束透过的表面；以及光学器件，该器件设置在物镜和分束器之间，具有用于以可电切换的第一和第二模式之一工作的第一和第二区域，其中第一区域在第一或第二模式中是能透射的，而第二区域在第一模式中是不能透射的，并且在第二模式中是能部分透射的。

从下面结合附图给出的优选实施例的描述中，本发明及其上述和其它目的和优点将变得更明显，其中：

图1表示现有技术光头的简图；

图2展示在盘托架上装载了厚光盘时根据本发明第一优选实施例的光学拾取系统的简图；

图3A和3B说明在没有给图2所示的光学器件施加预定的电压Vcc时该光学器件的工作；

图4描绘在盘托架上装载了薄光盘时根据本发明第一优选实施例的光学拾取系统的简图；

图5A和5B提供在给图4所示的光学器件施加Vcc时该光学器件的工作的说明图；

图6演示根据本发明第二优选实施例的光学拾取系统的简图；以及

图7示出根据本发明第三优选实施例的光学拾取系统的简图。

参看图2到7，其中示出了根据本发明优选实施例的光学拾取系统。应注意，图2到7中出现的相似部件用相似的参考标号表示。

在图2中，示出了根据本发明第一优选实施例的以可电切换的第一和第二模式之一工作的光学拾取系统200的简图。光学拾取系统200包括光源210，例如半导体激光器，用于产生光束，该光束可以是波长为λ的非偏振或第一线偏振例如P偏振光束；分束器220，带有可使光束透过的基体223和第一及第二表面222、224；光学器件230；物镜240；和光检测器260。例如可以通过在第一表面222上沉积第一材料，以及通过在第二表面224上涂敷第二材料，来制造分束器220，其中，第一材料反射投射到其上的光束的第一线偏振分量，即P偏振分量，并使光束的另一线偏振分量即S偏振分量透过，第二材料反射投射到其上的光束。

当厚度例如为1.2mm的厚光盘252被装载在盘托架(未示出)上时，拾取系统200以第一模式工作，在其中没有给光学器件230施加电压。如下面将详细描述的，在第一模式中，对于来自分束器220的光束，光学器件230的中心区域230-1是能透射的，并且用做孔，而其周边部分230-2对于来自分束器230的光束变得是不能透射的或不透明的。

当从光源210发射的光束射到分束器220上时，其第一表面222将光束的P偏振分量作为第一P偏振光束反射到光学器件230上。投射到光学器件230的中心区域230-1上的第一P偏振光束的那部分在穿过该光学器件230之后被转换成第一圆偏振光束。第一圆偏振光束被物镜240聚焦到所装载的光盘252的记录表面上，并在那里被反射，进入中心区域230-1。第一P偏振光束的其余部分被光学器件230的周边区域230-2阻挡。因此，在图2中用虚线表示的其余部分不被用于从所装载的光盘252读取信息信号。

进入中心区域230-1的第一圆偏振光束的那部分在穿过该中心区域230-1之后被转换成第一S偏振光束。第一S偏振光束在穿过分束器220的第一表面222和基体223之后射到分束器220的第二表面224上。分束器220的第二表面224将投射到其上的S偏振光束反射到光检测器260上。

参看图3A，其中展示了图2中所示的光学器件230的剖视图。在第一模式中，通过打开开关238，使Vcc不被提供给光学器件230的下部和上部透明电极233和235。光学器件230包括λ/4片232，例如由ITO(氧化铟锡)或类似材料制成的下部和上部透明电极233、235，液晶器件234和线偏振器236。在优选实施例中，下部透明电极233形成在λ/4片232的顶部，而液晶234A、上部透明电极235和线偏振器236顺序安装在下部透明电极233的周边区域上，从而使周边区域230-2与线偏振器236下面的光学器件230的区域对应。

当从分束器220的第一表面222反射的第一P偏振光束进入使该第一P偏振光束的相位改变λ/4的λ/4片232时，由此第一P偏振光束变成圆偏振光束。圆偏振光束投射到液晶器件234上。如图3B所示，液晶器件234分为环形盘形式的液晶234A和由液晶234A的内圆234C形成的空白空间234B。液晶234A设置在下部和上部透明电极233、235之间。液晶234A由诸如向列型液晶或类似的液晶这样的双折射晶体制成。在优选实施例中，液晶234A的厚度被设定为在不向电极233、235施加Vcc时，使P偏振光束的相位改变λ/4的奇数倍的厚度值。

因此，圆偏振光束投射到液晶234A上的那部分在透过该液晶234A之后被转换成S偏振光束。而穿过液晶器件234的空白空间234B的圆偏振光束的剩余部分不改变，由此获得第一圆偏振光束。之后，S偏振光束被线偏振器236挡住，从而使对应于光学器件230的空白空间234B的中心部分230-1作为孔的形状，起到形成投射到物镜240上的光束截面的作用。最好线偏振器236是其内圆与液晶234A的内圆相等的环形盘形式。穿过中心区域230-1的光束作为第一圆偏振光束投射到物镜240上，并聚焦到所装载的光盘252上。然后第一圆偏振光束被所装载的光盘252反射，并在穿过下部透明电极233后投射到λ/4片232上，由此使该第一圆偏振光束转换成第一S偏振光束。第一S偏振光束从光学器件230射出，并进入分束器220。

当在盘托架上装载了厚度例如为0.6mm的薄光盘250时，如图4所示，拾取系统200以第二模式工作。在第二模式中，预定电压Vcc被施加到光学器件230上，从而使中心区域230-1和周边区域230-2是能透射的。因此，如下面将详细描述的，光学器件230的整个面积作为孔的形状，有形成投射到物镜240上的光束截面的功能。

当从光源210发射的光束射到分束器220上时，其第一表面222将第一P偏振光束反射到光学器件230上。图4中所示的投射到光学器件230的中心区域230-1上的第一P偏振光束的那部分与图2中所示的第一P偏振光束的那部分类似。但是投射到周边区域230-2的第一P偏振光束的其余部分与图2中所示的第一P偏振光束的那部分不同。应该注意，图4中分别由虚线和实线表示的第一线偏振光束的那部分和其余部分被用来从所装载的光盘250读取信息信号。

在第二模式中，投射到光学器件230的周边区域230-2上的第一线偏振光束的其余部分也被转换成圆偏振光束，并且其P偏振分量在从该光学器件230穿过之后进入物镜240中。圆偏振光束的P偏振分量被物镜240聚焦到所装载的光盘250的记录表面上，并在那里被反射回周边区域230-2。进入周边区域230-2的圆偏振光束的P偏振分量在从该周边区域230-2穿过之后被转换成第二圆偏振光束。第二圆偏振光束的S偏振光分量在穿过分束器220的第一表面222和基体223之后射到分束器220的第二表面224上。分束器220的第二表面224将在穿过第一表面222之后投射到其上的第二圆偏振光束的S偏振光分量反射到光检测器260上。

参看图5A和5B，其中分别展示了图4中所示的光学器件230的剖视图和液晶234A的平面图。在第二模式中，当通过关闭开关238使Vcc被提供给电极233、235时，液晶234A用做对投射到其上的光束透明的材料。

当从分束器220的第一表面222反射的第一P偏振光束进入使该第一P偏振光束的相位改变λ/4的λ/4片232时，第一P偏振光束变成圆偏振光束。圆偏振光束投射到液晶器件234上。因此，投射到液晶234A上的圆偏振光束的那部分在透过该液晶234A之后保持不变。之后，圆偏振光束的P偏振分量透过线偏振器236，进入物镜240，从而光学器件230的整个面积作为孔的形状，起到形成投射到物镜240上的光束截面的作用。圆偏振光束的P偏振分量被物镜240聚焦到所装载的光盘250上，并在那里被反射回线偏振器236。

来自物镜240的圆偏振光束的P偏振分量在顺序穿过线偏振器236、上部透明电极235、液晶234A和下部透明电极233之后投射到λ/4片232上，由此该P偏振分量被转换成第二圆偏振光束。

与现有技术的光头100相比，本发明的光学拾取系统200通过在其中装有能根据所装载的光盘而以可电切换的第一和第二模式之一工作的光学器件230，由此省去现有技术光头100的HOE110，从而获得其提高的光效率。

另外，本发明的光学拾取系统200与现有技术的光头100相比具有减小的尺寸。这是通过在其中装有具有足以产生象散象差的厚度的分束器220和其第一及第二表面222、224，由此省去现有技术光头100中的圆柱形透镜104并在光源210附近设置光检测器260而实现的，其中，第一表面222是通过沉积第一材料而形成的，该第一材料反射投射到其上的光束的一个线偏振分量，并使另一偏振分量透过，而分束器220的第二表面224是通过形成第二材料而制造的，该第二材料反射投射到其上的光束。

另一方面，在图6中，示出了根据本发明第二优选实施例的在其中装有分束器320的光学拾取系统300的简图。除了用反射入射到其上的光束的材料涂敷第二表面325的一部分324，而剩余部分不涂敷，以使入射到其上的光束透过以外，分束器320与图2和4中所示的第一优选实施例的分束器类似。第二表面325被穿过光轴与第二表面325的交叉点的线划分为两部分，而部分324是第二表面325在交叉点以下的部分。光轴是通过连接物镜240的中心点和其焦点而形成的。部分324用做刀刃，从而使光学拾取系统300能够利用刀刃方法交替地从光盘250、252的记录表面再生信息信号。

与本发明第一实施例相比，第二实施例能够减小分束器320的厚度。这是通过利用作为刀刃的第二表面325的部分324而实现的。因此，分束器320不需要厚到足以产生象散象差。此外，第二表面的剩余部分使射到其上的光束到达光学拾取系统220以外，由此减小其噪声。

图7中示出了光学拾取系统400的第三优选实施例的简图。其中，除了用具有背侧表面422的光学元件420，例如圆柱形透镜或菲涅尔透镜代替第一实施例中的分束器220以外，第三实施例与第一实施例类似，其中，用反射入射到其上的光束的P偏振分量并使另一偏振分量透过的材料涂敷该背侧表面422。

在这种系统中，光束在透过物镜240和光学器件230之后，投射到背侧表面422上。光学元件420使光束的P偏振分量产生象散，其后该P偏振分量投射到光检测器260上，由此，通过使用象散方法，使光学拾取系统400能够从光盘250、252的记录表面交替地再生信息信号，其中光检测器260被放置在光学元件420的焦点上。

第三实施例用光学元件420代替本发明第一实施例中的分束器220，其中该光学元件的背侧表面422起第一实施例中分束器220的作用。

尽管已就优选实施例对本发明进行了描述，但也可以做出其它修改和变化而不脱离如后面的权利要求中提出的本发明的实质和范围。

Claims (20)

1．一种光学拾取系统，包括：

光源；

光检测器；

物镜；

分束器，具有基本上相互平行的第一和第二表面，第一表面反射入射到其上的光束的第一部分，并使所述光束的第二部分透过，而第二表面反射透过第一表面而入射到其上的光束；以及

光学器件，设置在物镜和分束器之间，具有用于以可电切换的第一和第二模式之一工作的第一和第二区域，其中，第一区域在第一或第二模式中是能透射的，而第二区域在第一模式中是不能透射的，并且在第二模式中是能部分透射的。

2．如权利要求1的光学拾取系统，其特征在于，第一部分属于第一线偏振光，而第二部分属于第二线偏振光。

3．如权利要求2的光学拾取系统，其特征在于，光学器件的第一区域包括用于将第一线偏振光的光束变为圆偏振光的光束，并将圆偏振光的光束转换成第二线偏振光的光束的装置。

4．如权利要求3的光学拾取系统，其特征在于，光学器件的第二区域包括：

用于在第一模式中将第一线偏振光的光束转换成第二线偏振光的光束，并在第二模式中将第一线偏振光的光束转换成圆偏振光的装置；以及

用于使第一线偏振光的光束透过，而阻挡第二线偏振光的光束的装置。

5．如权利要求4的光学拾取系统，其特征在于，转换装置包括：λ/4片，用于将第一线偏振光的光束转换成圆偏振光；以及

光学元件，用于在第一模式中将圆偏振光改变为第二线偏振光的光束，而在第二模式中使圆偏振光透过。

6．如权利要求5的光学拾取系统，其特征在于，光学元件包括：

上部和下部透明电极；以及

液晶，设置在电极之间，用于在没有向电极施加电信号时用做1/4波片，并且当给电极施加电信号时用做使入射到其上的光束透过的片，由此使光学器件能够以可电切换的第一和第二模式之一工作。

7．如权利要求6的光学拾取系统，其特征在于，液晶是环形盘的形式。

8．如权利要求7的光学拾取系统，其特征在于，透过装置是环形盘的形式，该环形盘的内圆的半径与液晶的半径相同。

9．如权利要求8的光学拾取系统，其特征在于，上部透明电极是环形盘的形式，该环形盘的内圆的半径与液晶的半径相同。

10．如权利要求1的光学拾取系统，其特征在于，如果比另一个光盘薄的一个光盘被装载在盘托架上，则光学器件工作在第二模式。

11．如权利要求10的光学拾取系统，其特征在于，如果所述另一个光盘被装载在盘托架上，则光学器件工作在第一模式。

12．如权利要求1的光学拾取系统，其特征在于，分束器具有足以产生象散象差的厚度。

13．如权利要求12的光学拾取系统，其特征在于，光检测器设置在光源附近。

14．如权利要求1的光学拾取系统，其特征在于，第二表面只有一部分被用材料涂敷，该材料反射透过第一表面而入射到其上的光束，并且第二表面的剩余部分使射到其上的光束透过，到达光学拾取系统的外部，由此减小噪声。

15．如权利要求14的光学拾取系统，其特征在于，第二表面被穿过光轴与第二表面的交叉点的线分成两部分，该光轴是通过连接物镜的中心点和其焦点而形成的。

16．一种光学拾取系统，包括：

用于第一光束的光源，该第一光束是线偏振的；

光检测器；

物镜；

光学元件，具有反射入射到其上的第一光束并使与该光束正交地偏振的第二光束透过的表面；以及

光学器件，设置在物镜和分束器之间，具有以可电切换的第一和第二模式之一工作的第一和第二区域，其中，第一区域在第一或第二模式中是能透射的，而第二区域在第一模式中是不能透射的，在第二模式中是能部分透射的。

17．如权利要求16的光学拾取系统，其特征在于，光学器件的第一区域包括用于将第一光束改变为圆偏振光的光束，并将圆偏振光的光束转换成第二光束的装置。

18．如权利要求17的光学拾取系统，其特征在于，光学器件的第二区域包括：

用于在第一模式中将第一光束转换成第二光束，并在第二模式中将第一线偏振光的光束转换成圆偏振光的装置；以及

用于使第一光束透过，而阻挡第二光束的装置。

19．如权利要求18的光学拾取系统，其特征在于，改变装置设置在聚焦装置和光学器件之间。

20．如权利要求19的光学拾取系统，其特征在于，光学元件是圆柱形透镜。

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