CN1229237A - 用于窄轨道光盘的光学头 - Google Patents

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Abstract

窄轨道光盘的光学头包括相对于光盘上的目标轨道和与其相邻的轨道具有所需光强分布的遮光部分。遮光部分设置在光源和光盘之间的光路上,遮蔽部分向光盘传输的光而提供一种光强分布,从而只采用聚焦在目标轨道上的光斑来检测存贮在目标轨道上的信息。因此,聚焦在目标轨道上的光斑的轨道串扰的大小可使信息从目标轨道读取。该光学头即使在应用于高清晰度DVD以便未来商业化的情况下,也能提高良好的性能。

Description

用于窄轨道光盘的光学头
本发明涉及一种用于具有窄轨道的光学数据存贮介质的光学头。特别是，本发明涉及一种光学头，即使在光学数据存贮介质的信号率，即目标凹坑轨道和相邻的凹坑轨道之间的距离缩短时，也可以读取存贮在光学数据存贮介质中的信息。
光学数据存贮介质上的入射光束的光斑大小直接与记录在光学存贮介质上的印痕或凹道的大小有关。因此，为了增加光学存贮介质的数据存贮量，必须产生尽可能最小化的光斑尺寸。为了产生小的光斑，研制了采用短波光源和具有较大数值孔径(NA)的物镜的光学数据存贮系统。在发展光学数据存贮系统的同时，还研制了一种通过减小最小的物理记录单元-凹道的尺寸来增加光学存贮介质的数据存贮量的方法。因此，光学数据存贮介质由采用780nm波长的红外线光源和0.45NA的物镜的小型盘(CD)发展到采用650nm波长的红外线光源和0.6NA的物镜的数字多用盘(DVD)。此外，随着由CD到DVD规格的变化，轨道间距大大减小。
为了在不久的将来增加存贮量，应该采用具有更窄的轨道间距的光学数据存贮介质。在这种情况下，由于相邻轨道间的信号干涉，再现的信号严重失真，在光学数据存贮介质中，采用轨道串扰来衡量记录在目标轨道上的信号由于记录在相邻轨道上的信号而失真的程度。当光盘为ROM(只读存储器)时，要求的轨道串扰值为-30dB或更小。参照图1描述符合该要求的传统光学头。
为了再现存贮在光盘6中的信息，图1中示出的光学头采用三个光束。光学头包括由例如激光二极管制成的光源1，衍射光栅2，分束器3，反射镜4，物镜5，光接受镜7和光检测器8。衍射光栅2衍射由光源1发出的光束，以将发射光束分成三个光束。三个光束由分束器3向着反射镜4反射。反射镜4向着物镜5反射三个入射光束。物镜5将三个入射光束聚焦在光盘6的信息记录表面上。因此，三个光束作为三个光斑(左光斑，主光斑和右光斑)聚焦在相邻的三条轨道上。图2示出在目标轨道及与其相邻的两轨道(左轨道和右轨道)上形成的分别为圆形的主光斑、左光斑和右光斑。在图2中，目标轨道，左轨道和右轨道根据图1中光学头的行进方向确定。
从相邻的三条轨道反射的光束经过物镜5，由反射镜4反射，并随后向着分束器3传播。分束器3使由反射镜4反射的三个光束向着光接受镜7传播。光接受透镜7将由分束器3入射的三个光束聚焦在光检测器8上。光检测器8包括分别对应三个光束的三个光电二极管。图3中示出了在三个光电二极管的表面形成的光斑。在图3中，在第一光电二极管中检测在目标轨道中形成的主光斑，在第二光电二极管中检测目标轨道的右侧轨道中形成的右光斑，而在第三光电二极管中检测目录轨道左侧轨道中形成的左光斑。
与光检测器8相连的电路(未示出)采用对应在三个光电二极管中形成的光斑的电信号来检测加在由目标轨道读取的信号上的相邻轨道的信号。因此，该电路从目标轨道的读取信号中除去由相邻轨道施加的信号，从而可以准确地得到存贮在目标轨道中的信息。
然而，为了由与目标轨道相邻的轨道获取信号，传统的系统将入射到物镜的光束分成三个光束。因此，减小了用于从目标轨道获取信息的光束的强度。随之降低了光效率。此外，为了准确地将衍射光栅2分开的三个光束聚焦在相邻的三个轨道上，衍射光栅2的光轴必须精确地调整。此外，需要如上所述的单独的电路来从目标轨道读取的信息中除去从相邻两轨道读取的信息。
为解决上述问题，本发明的目的在于提供一种能防止从光盘的目标轨道读取的信号受到从相邻轨道读取的信息干扰的光学头。这种光学头能降低由相邻轨道产生的轨道串扰。因此，用于处理由光学头检测到的信号的回路得以简化，并可以从光学头的目标轨道准确地读取信息。
本发明的其它目的和优点将部分地在以下说明书中提出，部分地能从说明书中清楚地得出或通过本发明的实践而领会。
为实现本发明的上述和其它目的，提供了一种用于相对于光盘记录和/或再现数据的光学头，其包括：光源；物镜，将入射光束以光斑聚焦在光盘的信息记录表面；光检测器；光路改变单元，用于将由光源入射的光束传输到物镜并将由物镜入射的光束传输到光检测器；遮光部分，位于光源和光盘之间的光路上，遮蔽部分由光源向光盘传输的光束，使得当光束聚焦在信息记录表面的目标轨道上时与目标轨道相邻的轨道的光强度基本上为零。
遮光部分遮蔽部分由光源向光盘传输的光束，从而使聚焦在目标轨道上的光斑具有这样的光强分布，即目标轨道的凹坑的光强为最大值，而与目标轨道紧邻的轨道的凹坑的光强为最小值。
通过下面结合附图对本发明优选实施例进行的描述可以更清楚地得知本发明的上述和其它目的和优点：
图1示出了传统光学头的光学系统；
图2示出了由图1中的光学头聚焦在光盘的轨道上的光斑；
图3示出了在图1中光学头的光电二极管的光学表面上形成的光斑；
图4示出了本发明的第一实施例光学头的光学系统；
图5为用于解释在图4所示的光学头中采用的遮光板的视图；
图6示出了本发明的第二实施例光学头的光学系统；
图7为在图6中的物镜的光学表面上形成的遮光部分的视图；
图8为说明本发明的第一和第二实施例光斑的光强分布的曲线图，这种光强分布是通过局部地遮蔽入射到目标轨道上的光束而被改变；
图9为曲线图，用于与光束未受遮蔽的情况相比，根据本发明第一和第二实施例的同心环形光学遮蔽部分的位置变化而比较地说明轨道串扰的变化。
详细地参照本发明的优选实施例解释，其实例在附图中示出，相同的标号代表相同的元件。为了说明本发明，下面参照附图描述本发明。
本发明的光学头在将由光源发射的光束聚焦在光学存贮介质上之前遮蔽部分光束。由本发明的光学头进行的遮光使得相对于目标轨道和相邻的轨道实现这样的光强分布，即这种光强分布能够无需采用从与目标轨道相邻的光盘轨道读取的信息而读取存贮在目标轨道中的信息。用于遮蔽光束的遮光部分的宽度和位置取决于由目标轨道读取的信息是否具有使存贮在目标轨道的信息被检测到的轨道串扰。因此，只要满足这一要求，遮光件可以是各种形状的，如同心环，长方条等。
图4示出了由窄轨道光盘读取信息的本发明第一实施例的光学头的光学系统。图4所示的光学头包括光源1，分束器3，反光镜4，物镜5和光接受镜7，它们的标号和功能都与图1中所示的相同。此外，图4的光学头包括体现本发明的遮光板42和光检测器48。
图4所示的遮光板42位于光源1和分束器3之间的光路上，包括遮光部分，其宽度和位置由用图4的光学头读取信息的光盘6决定。图5示出在图4中的遮光板42上形成的遮光部分。在第一实施例中，遮光部分为同心环形，其中两圆以遮光板42的光心作为它们的中心。当物镜5具有0.6NA的孔隙，光盘6的轨道间距为0.4μm时，在遮光板42上形成的遮光部分的宽度和位置对应物镜5中0.22到0.26的NA而确定。遮光部分通过在诸如玻璃板的透明基底的所需位置上涂覆具有全反射特性的涂层材料而形成。因此，当由光源1发射的光束入射到遮光板42时，遮光板42的遮光部分全反射入射光束，除遮光部分以外的遮光板的其它部分透射经过的入射光束。结果是，与由图1所示的光学头从光盘6的目标轨道反射的光束不同，由光盘6的目标轨道反射的光束略微受到邻近目标轨道的干扰。因此，图4中的光学头可以获得与图1中的光学头相比具有较少轨道串扰的信号。具体地说，由图4中的光学头拾取的从目标轨道反射的光束可以由目标轨道反射的单一光束获取光盘6上存贮的信息。图4中光学头的光检测器48的结构可以使单一的光束被分开的光电二极管检测到。这是因为检测光束用于寻道和聚焦。参照图1描述的光检测器8可以用来代替光检测器48。
在描述具有上述结构的图4中的光学头系统之前，先参照图6描述本发明第二实施例，其中光学遮蔽部分在物镜的光学表面形成。
图6示出的本发明第二实施例的光学头不采用图4示出的遮光板42。图6的光学头包括在其光学表面上形成具有全反射特性的遮光部分的物镜65。具有相同标号的构成图6中光学头的光学元件与图1或4中的光学头的元件具有相同的光学功能。因此，省略其详细的描述。
在第二实施例中，遮光部分形成在面向光盘6的光学表面的相反侧的物镜65的光学表面上，在图7中，用阴影部分表示的遮光部分为同心环形，并对应0.22-0.26的数值孔径范围在物镜65的光学表面形成。作为备选方案，遮光部分也可形成于物镜65面向光盘6的一侧。在具有遮光部分的物镜65中，部分入射到物镜65的光束通过，其余部分的光束通过遮光部分的全反射而被遮蔽。
图8示出聚焦在光盘6的目标轨道上的光斑的光强分布。具体地说，图8示出采用高密度光盘(用蓝色激光二极管)的标准时的光强分布，例如，光盘的轨道间距为0.4μm，最小凹坑长度为0.23μm，光源的波长为420nm，物镜的数值孔径为0.6。图8示出的光强分布只是小于最大光强的3％的光强部分，光斑的最大光强是在主光斑的中心与目标轨道的凹道中心重合时通过检测器表面测量的。在图8中，光斑的中心与水平轴的原点重合，距原点的距离用μm表示。竖直轴表示对应距光斑中心某一距离位置处的光强度。用实线示出的光强分布曲线表示由图4或6的光学头聚焦的光斑形成的光强分布，用点划线示出的光强分布曲线表示当图4或图6的光学头不具有遮光部分时由光斑形成的光强分布。
图4或图6的光学头的光强为零时的位置距图8所示的光斑中心大约0.4μm。换句话说，当采用具有遮光部分的光学头时，光强为零处与和目标轨道相邻的凹道的中心重合。相反，当光学头不具有遮光部分时，光强为零处距目标轨道上凹坑的中心的距离略大于0.4μm。因此，当光盘6的轨道间距为0.4μm且光斑准确地聚焦在目标轨道的凹道中心位置时，在相邻轨道上凹道中心处的光强大致为零。因此，根据本发明的实施例，提供不小于90％的光使用效率。
图9示出在采用图4或6的光学头时，取决于呈同心环形状的遮光部分位置变化的轨道串扰的变化。在图9中，水平轴代表对应于遮光部分内孔的数值孔径，竖直轴代表在杂波由相邻轨道附加在目标轨道反射的光束上的情况下的轨道串扰。
通过采用与获得图8中实线所示光强分布曲线相同的标准并改变遮光部分的直径而在图5或7中同心环形状的遮光部分的内外圆之间保持恒定的距离，获得了图9所示的轨道串扰变化曲线。如图9所述具有对应0.22NA的内圆直径的遮光部分可使图4或6的光学头产生不超过-50dB的轨道串扰。因此，当图4或6示出的光学头采用具有宽度对应于0.22-0.26NA范围的同心环形遮光部分，轨道串扰不超过-50dB的信号可从光盘读出。换句话说，聚焦在目标轨道上并由其反射的光束与不采用遮光部分的情况相比，轨道串扰小得多。作为参考，当采用具有不小于0.3NA的内圆直径的遮光部分时，从光盘6读取的信号比在图4或图6的光学头中不采用遮光部分的情况相比具有更大的轨道串扰。
在现有技术中，存在一种采用具有与本发明提出的同心环形遮光部分形状相同的环形遮蔽环的光学头。为了修正在采用数字多用盘(DVD)中优选的物镜来再现小型盘(CD)时产生的球面象差，这种光学头采用在物镜上对应于0.37NA的位置形成的环形遮蔽部分。然而，在采用现有技术中的环形遮蔽部分时，从光盘读取的信号产生的轨道串扰不小于-30dB，如图9所示。此外，现有技术的光学头解决了在采用DVD中优选的使用650nm波长光的物镜来读取采用780nm波长光的CD时产生的象差问题。因此，现有技术的光学头不能用单一波长的光再现具有窄轨道的光盘。
如上所述，本发明的窄轨道光盘的光学头将单一光束聚焦在光盘上，并采用预定尺寸的遮光部分来遮蔽向光盘传输的部分光束。因此，目标轨道上光斑的光强比与目标轨道相邻轨道上光斑的光强大得多。因此，由目标轨道反射的光束因相邻轨道内形成的凹道而受到的干扰很小，并且具有有效程度的轨道串扰作为再现信号。因此，即使在为了提高光学数据存贮介质的存贮量而减小轨道宽度的情况下本发明也可以由目标轨道反射的单一光束获得存贮在目标轨道内的信息。此外，本发明的光学头不将光源发射光束分成三束，而因此提高了光使用效率。因此，本发明的具有较高光使用效率的光学头可以用作可记录光学存贮介质的光学头。
如上所述，本发明光学头的优点在于即使在该光学头用于高清晰度DVD以便未来商业化的情况下也能提供优良的性能。
尽管已示出并描述了本发明的一些优选实施例，本领域的普通技术人员应该明白：在不脱离本发明原理和精神的前提下可对实施例进行各种改变，本发明的范围在权利要求书及其等价物中限定。

Claims (15)

1.一种相对于具有带多条轨道的信息记录表面的光盘记录和/或再现数据的光学头，包括：
发射光束的光源；
物镜，将光源发射的光束以光斑聚焦在光盘信息记录表面上；
光检测器；
光路改变单元，用于将由光源发射的光束传输到所述物镜，并将由光盘反射并随后通过所述的物镜的光束传输到所述光检测器；
遮光件，设置在所述光源和光盘之间的光路上，遮蔽部分由光源向光盘传输的光束，使得当光束由所述物镜聚焦在信息记录表面的目标轨道上时与目标轨道相邻轨道上的光强大致为零。
2.如权利要求1所述的光学头，其特征在于，遮光件遮蔽部分由所述光源向光盘传输的光，从而使聚焦在目标轨道上的光斑具有这样的光强分布，即目标轨道的凹坑的光强为最大值，而与目标轨道紧邻的凹坑的光强为最小值。
3.如权利要求1所述的光学头，其特征在于，所述遮光件设置在所述光源和所述光路改变单元之间的光路上。
4.如权利要求3所述的光学头，其特征在于，遮光件包括：
透明基底；
在所述透明基底上形成并具有全反射特性的遮光部分。
5.如权利要求4所述的光学头，其特征在于，遮光部分为同心环形。
6.如权利要求4所述的光学头，其特征在于，在对应于物镜的孔隙的NA为0.6而光盘轨道间距为0.4μm的情况下，所述遮光件遮蔽通过对应于数值孔径范围在0.22-0.26的物镜光学表面的光束。
7.如权利要求4所述的光学头，其特征在于，所述遮光部分为长方条形。
8.如权利要求1所述的光学头，其特征在于，所述遮光件在所述物镜的第一光学表面上形成，所述光学表面位于所述物镜面向光盘的第二光学表面的相反侧。
9.如权利要求8所述的光学头，其特征在于，所述遮光部分为同心环形。
10.如权利要求8所述的光学头，其特征在于，在对应物镜的孔隙的NA为0.6而光盘轨道间距为0.4μm的情况下，所述遮光件在对应数值孔径范围在0.22-0.26的物镜的第一光学表面上。
11.如权利要求1所述的光学头，其特征在于，遮光件在所述物镜面向光盘的光学表面上。
12.如权利要求1所述的光学头，其特征在于，光检测器包括多个光电二极管，采用由光盘反射的光束寻道和聚焦。
13.如权利要求1所述的光学头，其特征在于，还包括遮光板，其中：
所述光路改变单元为分束器；
所述遮光板位于所述光源和所述分束器之间；
所述遮光件是在所述遮光板的表面形成的涂层材料并全反射部分光束。
14.一种相对于具有带多条轨道的信息记录表面的光盘记录和/或再现数据的光学头，包括：
发射光束的光源；
将光束聚焦在多个轨道的目标轨道上的物镜；
光检测器；
分束器，将由光源发射的光束传输到物镜并将由信息记录表面反射并随后返回通过物镜的光束传输到光检测器；
遮光件，遮蔽部分光束而使其不能达到光盘，从而在光束由物镜聚焦在目标轨道上时，与目标轨道紧邻并接触的轨道上的光强大致为0。
15.如权利要求14所述的光学头，其特征在于，所述遮光件产生由目标轨道中心开始的光强分布，其中光强为零点距目标轨道中心的距离等于从目标轨道中心到与其相邻和接触的轨道中心的距离。
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