CN1226726A - 与多种光记录媒体兼容的光学头 - Google Patents

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Abstract

一种至少兼容两种类型的光学记录媒体的光学头,使用波长不同的光束记录和重放信息,其中,第一激光光源发射较短波长的光束;第一光检测器检测较短波长的反射光束;物镜在近轴区和远轴区之间形成环形屏蔽区;激光器单元发射较长波长的光束并且仅检测较长波长的反射光束中通过物镜近轴区的光束;多个分束器把从第一激光光源和激光器单元发射的光束射向物镜,把从每个光学记录媒体反射的光束射向相应的一个第一光检测器和激光器单元。

Description

与多种光记录媒体兼容的光学头
本发明涉及一种用于与小型盘兼容的数字通用盘(DVD)的光学头，特别是涉及一种能够记录和重放关于数字通用盘(DVD)和小型盘的信号并且能够限制光检测器大小的光学头，该光学头通过移动发射具有相对较长波长的光束的激光器的位置并检测被反射的光束来记录和重放信号。
迄今为止，高密度光盘系统扩大物镜的数值孔径并采用635nm或650nm短波长的光源，以期增大记录密度。已经开发出来能够重放具有与数字通用盘(DVD)不同厚度的小型盘(CD)以及使用短波长光源记录和重放DVD的系统，然而，为了与最新型CD即可记录的小型盘(CD-R)兼容，应该使用波长780nm的激光，这是由CD-R的记录介质的记录特性所决定的。结果，对于DVD和CD-R的兼容性来说，在单个光学头中同时使用波长780nm和635nm的光束就非常重要。下面参照图1来描述能够适合于DVD和CD-R的传统光学头。
图1表示采用两个激光光源和单个物镜的光学头，图1所示的光学头在重放DVD时使用波长635nm的激光器，而在记录和重放CD-R时使用波长780nm的激光器。
从激光光源11射出的波长635nm的光束被射入到准直透镜12，该光束表示为一条实线。准直透镜12把从激光光源11射入的光束准直成为平行光束，该光束经过准直透镜12后被分束器13反射，然后到达干涉滤光棱镜14。
同时，从激光光源21射出的波长780nm的光束按顺序经过准直透镜22、分束器23和会聚透镜24，然后到达干涉滤光棱镜14，该光束表示为一条虚线。
干涉滤光棱镜14全部透射由分束器13反射的波长635nm的光，并全部反射由会聚透镜24会聚的波长780nm的光。结果，从激光光源11发射的光束以平行光束的形式射到波板15上，从激光光源21发射的光束以发散光束的形式射到波板15上。经过波板15的光束通过可变光阑16，然后射入物镜17。
该物镜17设计用来把波长630nm的光束聚焦在厚度0.6mm的DVD 18的信息记录表面上，因此把从激光光源11发射的光束聚焦在DVD 18的信息记录表面上。
因此，从DVD 18的信息记录表面反射的光束包含被记录在信息记录表面上的信息。反射光束经分束器13射入到用来检测光信息的光检测器19。
该物镜17还把从激光光源21发射的波长780nm的发散光束聚焦在厚度1.2mm的CD-R 25的信息记录表面上，具有能够用物镜17把发散光束会聚起来的这种结构的光学系统称之为“有限光学系统”。
由于DVD 18和CD-R25之间的厚度差产生球面象差，更详细地说，球面象差的产生是由于CD-R 25的信息记录表面与物镜17之间沿光轴的距离大于DVD 18的信息记录表面与物镜17之间沿光轴的距离。
使用后面参照附图2所要描述的可变光阑16，波长780nm的光束就在CD-R 25的信息记录表面上形成一个最佳光束点，从CD-R 25反射的波长780nm的该光束被分束器23反射，然后在光检测器26中进行检测。
如图2所示，图1的可变光阑16为薄膜型结构，它能够有选择地透射入射到数值孔径(NA)小于或等于0.6的区域的光束，该数值孔径与物镜17的直径一致。即：可变光阑16被划分为两个区域，其第一区域全透射波长635nm和波长780nm的光束，其数值孔径(NA)小于或等于0.45，第二区域围绕在第一区域的周围，全部透射波长635nm的光束，并且全反射波长780nm的光束。另外，为了消除介质薄膜涂覆区所产生的任何光学象差，第一区域由石英(SiO2)薄膜构成。
通过等于或小于可变光阑16的0.45NA的区域的波长780nm的光在CD-R 25的信息记录表面上形成一个与CD-R 25相适应的光束点，这样图1的光学头就形成一个最佳光点，并在光记录介质从DVD 18和CD-R25变化时兼容DVD 18和CD-R 25。
如上所述，为了消除兼容改变DVD和CD-R时产生球面象差，图1的光学头应该形成一个对于波长780nm光束的“有限光学系统”。然而，这不仅使光学系统的制造方法变得复杂，而且光学元件的组装也很困难。另外，由于在可变光阑16的等于或大于0.45NA的区域上形成的介质薄膜会产生在等于或小于0.45NA区域和等于或大于0.45NA区域之间的光程，因此，该区域应该设置特殊的光学薄膜，例如石英(SiO2)以除去该光程差。因此，第一区域设置石英(SiO2)薄膜，而该区域则设置介质薄膜。然而，制作方法很复杂，并且薄膜的厚度的调整要以“μm”单位精确地进行。这样，批量生产光学头就很困难。
为了解决这些问题，构成一个包括激光器单元的光学头(未示出)，其中发射波长780nm光束的激光光源和光检测器26组合在单一的组件内，而且不用可变光阑16和会聚透镜24，这种情况下，对于CD-R 25不产生球面象差。该光学头形成一个有限光学系统，其物镜的数值孔径保持等于或大于0.55NA，并在CD-R25的信息记录表面上形成1.2～1.3μm大小的光束点。但是在重放一张普通类型的小型盘时最合适的光束点的大小是1.4～1.6μm，为了增大会聚到该CD-R上的光束点的尺寸，该激光器单元就要被移动到不产生球面象差的位置，这样就加长了总的共扼长度(TCL),TCL是对应于从盘的信息记录表面到激光光源的光程的距离。依据激光器单元的移动，在CD-R的信息记录表面上形成1.4μm的光束点，但是却产生了球面象差，而且增加了旁瓣。产生这种旁瓣的光束是通过物镜上相对较大半径的远轴区的光束，它对重放信号产生坏影响。
为了解决这个问题，本发明的目的是提供一种兼容小型盘和DVD的光学头，该光学头不用分离的可变光阑，为了调节盘的厚度和波长的变化，在不产生球面象差的位置上把激光器单元移动到总共扼长度(TCL)加长的方向上，并且减小光检测器的尺寸，以便不检测物镜上的相对较大半径的远轴区的光束。
为了实现本发明的上述目的，提供至少兼容两种类型的光学记录媒体的光学头，这两种类型的光学记录媒体使用各不相同的波长的光束来记录和重放信息，这种光学头包括：
发射相对较短波长的光束的第一激光光源；检测关于相对较短波长的反射光束的第一光检测器；在相对较小半径的近轴区和相对较大半径的远轴区之间形成环形屏蔽区的物镜；发射相对较长波长的光束并且仅检测反射的相对较长波长的光束中通过物镜的近轴区的光束的激光器单元；以及多个分束器，这些分束器把从第一激光光源和激光器单元发射的光束向物镜传播，并且把从每个光学记录媒体反射的光束向相应的一个第一光检测器和激光器单元传播。
以下结合附图来描述优选实施例，其中：
图1是传统光学头的结构图；
图2是图1所示的可变光阑的结构图；
图3是按照本发明的光学头的结构图；
图4是表示移动图3的激光器单元时球面象差的变化曲线；
图5A和5B是对应图3所示的激光器单元的位置的光检测器的光学检测状态图。
下面参照附图描述本发明的一个优选实施例。
图3表示按照本发明的优选实施例的光学光学头，图3所示的光学光学头包括两个用来发射具有不同波长光束的激光光源31和40。邻于激光光源31的极化分束器32全反射从激光光源31射入的光束，并透射由盘39反射的光束，用来检测来自盘39的光束的检光透镜33和光检测器34定位在极化分束器32的左侧，根据光束的波长有选择地全透射或全反射入射光束的分束器35设置在极化分束器32的右侧。透射射入的光束的相移板36和把射入光束准直为平行光的准直透镜37设置在分束器35的右侧，把要射入的光束聚焦在盘39和43的信息记录表面上的环形屏蔽物镜38设置在准直透镜37的后面。
用来改变从盘43的信息记录表面反射的光束的光路，从而把光束对准光检测器41的全息分束器42被设置在激光光源40和分束器35之间，用来检测从盘43反射的光束的光检测器41与激光光源40组合在单个组件内，作为激光器单元44。光检测器41被制作得沿盘的径向具有小的尺寸，以便仅仅检测通过环形屏蔽物镜38的光束中通过物镜38内的相对较小半径的近轴区的光束。全息分束器42和激光器单元44之间保持恒定的间隔。
下面更详细地描述上述构成的光学头的运作情况，其中，把DVD 39和小型盘43用作光学记录媒体。
首先，在具有相对较薄厚度的DVD的情况下，从激光光源31发射的波长635nm的光束射入到极化分束器32，该光束表示为一条实线。该入射光束经分束器35和相移板36，然后达到准直透镜37，达到准直透镜37的光束被准直成为平行光，并把该准直的平行光向环形屏蔽物镜38传播。环形屏蔽物镜38把入射光束聚焦在DVD 39的信息记录表面上，并使用最大数值孔径形成一个最佳光束点，从DVD 39的信息记录表面反射的光束包含被记录在该信息表面上的信息。该反射光束经分束器35和极化分束器32，然后达到检光透镜33。该达到检光透镜33进行检测的光束被射入到用来检测光信息的光检测器34，该光检测器34检测有关DVD 39的光信息。
同时，在具有相对较厚厚度的小型盘的情况下，从激光光源40发射的波长780nm的光束射入到全息分束器42，该光束表示为一条虚线。该入射光束达到分束器35并被全反射，该全反射的光束经相移板36，然后达到准直透镜37，达到准直透镜37的光束被准直成为平行光，并把该准直的平行光射向环形屏蔽物镜38。环形屏蔽物镜38使入射光束在小型盘43的信息记录表面上形成一个最佳光束点。
在激光器单元44被设置在不产生球面象差的位置上时，即在激光器单元44被设置在位置“A”处时，该光学头使用一个保持物镜中等于或大于0.55NA数值孔径的有限光学系统。为了增大被聚焦在高密度盘43上的光束点的尺寸，本发明的光学头把激光器单元44从位置“A”移动到位置“B”，从而使从盘的信息记录表面到激光光源的光程比不产生球面象差时长。按照激光器单元44的位移，就在高密度盘43上形成了1.4μm大小的光束点。然而，如上所述，由于在该小型盘43所产生的球差却使旁瓣增大了。本发明的光学头使用环形屏蔽物镜38来屏蔽通过物镜上具有相对较大半径的远轴区的光束，该环形屏蔽物镜38在近轴区和远轴区之间形成一个窄带形环形屏蔽区。另外，检测从高密度盘43的信息记录表面反射的光束的光检测器41在盘的径向上减小了尺寸，而仅检测通过关于物镜38的近轴区的光束。结果，物镜的有效数值被维持在从等于或大于0.55到等于或小于0.5。
因此，从小型盘43的信息记录表面反射的光束被分束器35全反射，然后该全反射的光束射入到激光器单元44的光检测器41。光检测器41仅检测通过关于物镜38的近轴区的光束。相应地，本发明的光学头能够对DVD和小型盘进行记录和重放。
图4是表示在图3的激光器单元44移动时球面象差的变化曲线，在该图中，垂直轴代表球面象差，水平轴表示超出物镜38中心的光路对物镜38的最大外径的归一化的值。用“C”来表示物镜38的环形屏蔽区，该区是在沿图4的水平轴的0.63～0.68之间的区域内。这里，在等于或小于0.63的区域被表示为近轴区，而等于或大于0.68的区域被表示为远轴区时，由于大的球面象差而使远轴区的光束超出光检测器41。
这里，“D”表示激光器单元44设置在位置“A”，“E”和“F”分别表示激光器单元44从位置“A”移动1.0mm和2.0mm，从而加长了总共扼长度(TCL)。
图5A和5B表示按照激光器单元44的位置的光检测器41的光学检测状态，图5A表示在如图3所示的激光器单元44设置在位置“A”时，光检测器41检测通过环形屏蔽物镜38的全部光束，图5B表示在如图3所示的激光器单元44设置在位置“B”时，产生了大的象差，并表示通过环形屏蔽物镜38的远轴区的光束超出光检测器41。
如上所述，本发明的光学头具有对不同厚度和不同类型的盘的兼容性，并且能够检测到良好的信号，另外，按照本发明的光学头能够以低的成本来制造和批量生产。
这里，仅仅特别描述了本发明的优选实施例，但是，在不超出本发明的构思和范围的情况下，可以作出各种各样的改型。

Claims (6)

1．一种光学头，至少兼容两种类型的光学记录媒体，使用各不相同的波长的光束记录和重放信息，其特征在于，这种光学头包括：
发射相对较短波长的光束的第一激光光源；
检测关于相对较短波长的反射光束的第一光检测器；
在相对较小半径的近轴区和相对较大半径的远轴区之间形成环形屏蔽区的物镜；
发射相对较长波长的光束并且仅检测反射的相对较长波长的光束中通过物镜的近轴区的光束的激光器单元；以及
多个分束器，这些分束器把从第一激光光源和激光器单元发射的光束射向物镜，并且把从每个光学记录媒体反射的光束射向相应的一个第一光检测器和激光器单元。
2．根据权利要求1的光学头，其特征在于，所述激光器单元是单个组件，其中组合有发射相对较长波长的光束的第二激光光源和检测关于较长波长的反射光束的第二光检测器。
3．根据权利要求1的光学头，其特征在于，所述多个分束器包括：
全透射射向相应的一个物镜和第一光检测器的相对较短波长的光束并全反射射向相应的一个物镜和激光器单元的相对较长波长的光束的分束器；
极化分束器，用来全反射从第一激光光源发射的光束以便使反射光束射向所述分束器，并全透射由所述分束器传输来的光束使之射向第一光检测器；以及
全息分束器，用来全透射从激光器单元发射的光束使之射向所述分束器，并全透射从所述分束器全反射的光束使之射向第二光检测器。
4．根据权利要求1或2的光学头，其特征在于，所述检测相对较长波长的反射光束的第二光检测器沿第二记录媒体的径向减小了尺寸，以便仅检测物镜上通过近轴区的光束。
5．根据权利要求1或3的光学头，其特征在于，所述激光器单元和所述全息分束器之间保持恒定的间隔。
6．根据权利要求1的光学头，其特征在于，所述激光器单元处在从盘的信息记录表面到激光光源的光程大于不产生球面象差时光程的位置上。
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