CN1229929A - 采用适于多种光盘的物镜的光学头 - Google Patents

采用适于多种光盘的物镜的光学头 Download PDF

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Abstract

一种具有适于多种光盘的物镜的光学头,包括发射光束的激光源;在光学记录载体的信息记录表面上形成最佳光斑的物镜;检测从信息记录表面反射并透过物镜的光束的光电探测器。该物镜具有第一透镜区域、第二透镜区域和第三透镜区域,其中,第一透镜区域具有对应于第一光学记录载体和第二光学记录载体的非球面表面,第二透镜区域具有对应于第二光学记录载体的非球面表面,第三透镜区域具有对应于第一光学记录载体的非球面表面。

Description

采用适于多种光盘的 物镜的光学头
本发明涉及一种在具有诸如光盘厚度和工作波长等不同特性的光学记录载体的信息记录表面上形成光斑的光学头，更具体地说，涉及一种具有适用于不同特性的多种光盘的物镜的光学头。
通常利用多种记录载体，包括光盘、卡片和磁带等来实现诸如视频、音频和数据信息等信息的高密度记录。最常用的记录载体是光盘，它由沿入射的读或写光束轴向厚度均匀的塑料或玻璃介质以及记录有信息的信息记录表面构成。近年来已发展出多种类型的光盘，包括激光盘(LD)，致密度(CD)和数字通用盘(DVD)等。目前商用的高密度光盘系统通过例如采用635nm或650nm的短波长光源扩大物镜的数值孔径来提高记录密度。其结果是，尽管CD与DVD通常具有不同的厚度，但光盘系统也能够既向DVD记录和再现信息也可再现记录在CD上的信息。然而，由于可记录CD(CD-R)的记录载体之记录特性，使得此种高密度数字光盘系统必须采用780nm波长的光束，以便利用当前具有CD模式的CD-R载体。为了提供DVD和CD-R载体之间的通用性，极为重要的是使单个光学头能够采用780nm波长的光束和650nm波长的光束。
因为光盘厚度的改变以及波长和数值孔径的变化，使得在当前高密度光盘系统中装入不具有780nm和650nm特性的光盘时会产生象差。因为这种原因，近年来进行了集中研究，以开发既消除光学象差也通用于具有不同各自特性的光盘的光学头。其结果是，已研制出能通用于具有不同各自特性的光盘的光学头。
下面参照图1说明通用于DVD和CD-R载体的传统光学头。
图1表示采用常规物镜的已有光学头。图1所示光学头在再现DVD8时采用波长635nm的激光束，在记录和再现CD-R载体9时采用波长780nm的激光束。光源1例如激光二极管发出波长635nm的激光束，入射至准直透镜2。图1中由光源1发出的激光束以实线表示。准直透镜2将入射光束变成平行光束。透过准直透镜2的平行光束由偏振分束器3反射，然后射向干涉滤波器式的棱镜4。
同时，光源11例如激光二极管发出波长780nm的光束，依次通过准直透镜12，分束器13和会聚透镜14，然后射向棱镜4。由光源11发出的激光束以虚线表示。棱镜4全部透射经偏振分束器3反射后入射的波长635nm的光束，并且全部反射会聚透镜14会聚的波长780nm的光束。其结果是，光源1发出的光束以准直透镜2形成之平行光形式入射至波片5，而光源11发出的光束以会聚透镜14和棱镜4形成之发散光形式入射至波片5。透过波片5的光束在穿过一薄膜型可调光阑6之后入射至物镜7。
在对通常为0.6mm厚的DVD8进行信息的记录和再现时，波长635nm的光束通过可调光阑6，由物镜7聚焦在DVD 8的信息记录表面上。于是，由DVD8的信息记录表面反射的光束含有该信息记录表面上记录的信息。反射光透过偏振分束器3，由光电探测器10加以探测。
物镜7也将透过可调光阑6的波长780nm的光束聚焦在通常1.2mm厚的CD-R载体9的信息记录表面上。然而，由于DVD8和CD-R载体9的不同厚度所引起的球差，使得CD-R载体9的信息记录表面相对于物镜7沿其光轴的位置比DVD8的信息记录表面更远。当采用可调光阑6时(后面将参照图2加以说明)，波长780nm的光束在CD-R载体9的信息记录表面上形成最佳尺寸的光斑。经CD-R载体9反射的波长780nm的光束由分束器13反射，然后由光电探测器15加以探测。
图1的可调光阑6具有薄膜型结构，能够选择性地透射入射在与物镜7直径相同区域上的光束。例如，如图2所示，该区域具有不大于0.6的数值孔径(NA)。可调光阑6分成一个既透射波长635nm的光束也透射波长780nm的光束的第一区域1和一个全部透射波长635nm的光束并全部反射波长780nm的光束的第二区域2。第一区域1的数值孔径(NA)不大于0.45，第二区域2是第一区域1的外围区域。第一区域1由石英(SiO2)薄膜制成，以消除在由介电薄膜制成的第二区域2产生的光学象差。通过采用可调光阑6，由数值孔径不大于0.45的第一区域1透射的波长780nm的光束形成与CD-R载体9的信息记录表面相适应的光斑。从而，当装载的光盘由DVD8变为CD-R载体9时，可以兼容采用图1的光学头，并具有最佳光斑。
然而，对于上述图1的光学头，必须实现关于波长780nm的光束的有限光学系统，以便消除由DVD和CD-R载体兼容所引起的球差。由此而使该光学系统复杂化，从而使光学部件的组装变得困难。另外，由于在可调光阑6的第二区域形成的介电薄膜，会在透过数值孔径不大于0.45的第一区域1的光束与透过数值孔径不小于0.45的第二区域2的光束之间，产生光程差。为消除这种光程差，必须在第一区域1上形成特定的光学薄膜，例如石英薄膜。为此原因，在第一区域1形成石英薄膜，在第二区域2形成多层薄膜，这就使制造过程的复杂化。另外，薄膜厚度必须在微米(μm)量级加以调整，这不适于规模生产。尽管已知有在进行记录操作的同时进行再现操作的直接改写技术，它利用了不同的相应波长光束和单个透镜的技术，但是这种已知的直接改写技术并不能应用于不同个别特性的光盘去进行记录和再现操作。
为解决上述问题，本发明的目的之一在于提供一种光学头，它包括适用于多种光盘的物镜，采用一个或多个光源，其中沿从光源至光盘的相应光路共用准直透镜和物镜。
本发明的其它目的和优点部分由下面的说明书表达，部分从说明书明显得出，或者由实践本发明得出。
本发明的目的由如下物镜实现。一种物镜，将一激光源发出的光束选择性地聚焦在具有不同厚度的第一光学记录载体和第二光学记录载体上。该物镜包括一个具有非球面表面的第一透镜区域，用以将激光源发出的光束聚焦在第一光学记录载体和第二光学记录载体上。第二透镜区域具有非球面表面，用以将激光源发出的光束聚焦在第二光学记录载体上，第三透镜区域具有非球面表面，用以将激光源发出的光束聚焦在第一光学记录载体上。第一透镜区域减小关于第一光学记录载体和第二光学记录载体的光学象差，第二透镜区域减小关于第二光学记录载体的光学象差，第三透镜区域减小关于第一光学记录载体的光学象差。
本发明的另一目的由如下的光学头实现。一种光学头，包括一激光源，用以选择性地发射光束至具有不同厚度的第一光学记录载体和第二光学记录载体上。具有第一透镜区域、第二透镜区域和第三透镜区域的物镜对该激光源发出的光束进行聚焦。所述第一透镜区域具有对应于第一光学记录载体和第二光学记录载体的非球面表面，所述第二透镜区域具有对应于第二光学记录载体的非球面表面，所述第三透镜区域具有对应于第一光学记录载体的非球面表面。
本发明的再一目的由如下的光学头实现。一种光学头，包括具有不同厚度的第一光学记录载体和第二光学记录载体，和一个发射具有第一波长和不等于该第一波长的第二波长光束的激光源。该光学头的物镜具有第一透镜区域、第二透镜区域和第三透镜区域，用以对所述激光源发出的光束进行聚焦。所述第一透镜区域与第三透镜区域具有第一高度差，与第二透镜区域具有第二高度差，并且具有对应于第一光学记录载体和第二光学记录载体的非球面表面。所述第二透镜区域具有对应于第二光学记录载体的非球面表面，所述第三透镜区域具有对应于第一光学记录载体的非球面表面。一种光学头，对从所述第一光学记录载体和第二光学记录载体反射的光束进行探测。所述第一高度差产生的光程差是所述第一波长的整数倍，所述第二高度差产生的光程差是所述第二波长的整数倍。
下面参照附图对优选实施例进行描述。附图中：
图1表示采用传统物镜的传统光学头的示意图；
图2表示图1光学头的可调光阑的示意图；
图3表示根据本发明优选实施例具有物镜的光学头的示意图；
图4表示根据本发明另一优选实施例具有物镜的光学头的示意图；
图5表示图3和图4的物镜在多种光盘的信息记录表面上形成光斑的示意图；
图6为从光源方向看到的物镜示意图，其中该物镜被分成内部区域、环形区域和外部区域；
图7表示物镜在较薄光盘的信息记录表面上形成光斑的局部示意图；
图8表示物镜在较厚光盘的信息记录表面上形成光班的局部示意图。
下面结合附图详细说明本发明的优选实施例。
图3表示根据本发明优选实施例具有物镜的光学头。图3的光学头包括激光源31和38，全息分束器32和39，分束器33，准直透镜34，物镜35和光电探测器37和41。激光源31和光电探测器37一体地制成一个单元30，激光源38和光电探测器41一体地制成一个单元42。
下面参照图5-8，结合光学记录载体例如薄盘DVD36和厚盘CD-R载体40来说明图3光学头的工作原理。虽然对于DVD可以采用发射波长635nm和650nm光束的光源，但是为简化起见，下面仅说明波长650nm的光束。
在图3的光学头中，当再现DVD36的信息时，激光源31发出波长650nm的激光，入射在全息分束器32上。该波长650nm的激光束在图3中以实线表示。入射光束透过全息分束器32，射向分束器33。准直透镜34将透过分束器33的光束准直成平行光束。透过分束器34的光束由物镜35在DVD36的信息记录表面上形成一个光斑。图5中以实线表示在DVD36的信息记录表面上形成光斑的光束。经DVD36的信息记录表面反射的光束透过物镜35和准直透镜34，然后入射在分束器33上。分束器33透过该入射光束，该透射的入射光的光路由全息分束器32加以改变，使得透过全息分束器32的光束聚焦在光电探测器37上。如图6和7所示，透过物镜35的内部区域A1和外部区域A3的光束在DVD36的信息记录表面36A上形成一定尺寸的光斑，可以由之读取信息。
另一方面，当再现CD-R载体40的信息时，激光源38发出波长780nm的激光，入射在全息分束器39上。以虚线表示该波长780nm的激光束。该入射光束透过全息分束器39，射向分束器33，并由其反射。准直透镜34将分束器33反射的光束准直成平行光束。透过分束器34的光束由物镜35在CD-R载体40的信息记录表面上形成一个光斑。图5中以虚线表示在CD-R载体40的信息记录表面上形成光斑的光束。经CD-R载体40的信息记录表面反射的光束由全息分束器39聚焦在光电探测器41上。如图6和8所示，透过物镜35的内部区域A1和环形透镜区域A2的光束在CD-R载体40的信息记录表面40A上形成一定尺寸的光斑，可以由之读取信息。从而，光电探测器41检测透过物镜35的内部区域A1和环形透镜区域A2的光束。
图4表示根据本发明另一优选实施例具有物镜的光学头的示意图。图4的光学头包括激光源31和38，分束器413和415，准直透镜416，反射镜417和物镜35。而且，设有象散透镜412，使得由DVD36和CD-R载体40的信息记录表面反射的光束聚焦在光电探测器411上。图4中与图3中具有相同标号的光学元件具有相同的作用。
参照图4，当再现DVD36的信息时，激光源31发出的光束由分束器413和415反射并透射，透过准直透镜416。反射镜417将来自准直透镜416的平行光束向着物镜35反射。物镜35在DVD36的信息记录表面上形成光斑。图4中以实线表示激光源31发出的光束。经DVD36反射的光束返回准直透镜416和分束器415和413，由光电探测器411加以检测。
另一方面，当再现CD-R载体40的信息时，激光源38发出的光束经衍射光栅414衍射，并由分束器415反射。反射光束通过准直透镜416，反射镜417和物镜35，在CD-R载体40的信息记录表面上形成光斑。光电探测器411对CD-R载体40反射的光束加以检测。
下面参照图6、7和8说明图3和4所示的物镜。
图6表示从光源方向看到的物镜35的透镜表面，其中图7和图8中所示的物镜35的透镜表面35A被分成内部区域A1、环形透镜区域A2和外部区域A3。图7表示物镜35的工作距离为WD1用以再现DVD36时的光路。图8表示物镜35的工作距离为WD2用以再现CD-R载体40时的光路。
如图6所示，物镜35被分成三个区域A1、A2和A3。形成内部区域A1，使得对于DVD和CD-R载体记录和再现信息时同时满足最小的光学象差。也就是说，在物镜35上形成最佳非球面表面，以便在光盘36和40的信息记录表面36A和40A上获得最有利的焦点。形成环形透镜区域A2，仅使得对于CD-R载体具有最小的光学象差。也就是说，在环形透镜A2上形成最佳的非球面表面，以便在CD-R载体40的信息记录表面40A上获得最佳的焦斑。最后，外部区域A3由对于DVD36的最佳非球面表面构成。于是，当再现DVD36时，测得通过物镜35的内部区域A1和外部区域A3的光束，如图7中实线所示；当再现CD-R载体时，测得通过物镜35的内部区域A1和环形透镜区域A2的光束，如图8中实线所示。为了如上述那样在同一透镜上形成多个形状各不相同的透镜表面，应当先以透镜数据值加工内部区域A1的透镜表面，然后加工环形透镜区域A2的透镜表面，最后加工外部区域A3的透镜表面。其结果是，在所述区域之间形成一高度差，这会导致光学象差的产生。为解决此一问题，根据本发明优选实施例的物镜35被设计成使得在再现CD-R载体时物镜35的内部区域A1和环形透镜区域A2之间的高度差以及再现DVD时内部区域A1和外部区域A3的高度差是光波长的整数倍。由于高度差是光波长的整数倍，所以不会产生光学象差。图8的放大部分示出物镜35的环形透镜区域A2的各区域的高度差。
如上所述，根据本发明的光学头通用于具有各自不同特性的光盘，与光盘的厚度无关。即使使用两种或更多种的激光，也可以用单个物镜制作光学头。
虽然此处只是具体说明了本发明的特定实施例，但是很显然，在不超出本发明精神和范围的情况下也可对其作出许多改变。

Claims (22)

1．一种物镜，用于将激光源发出的光束选择性地聚焦在具有不同厚度的第一光学记录载体和第二光学记录载体上，其特征在于，该物镜包括：
具有非球面表面的第一透镜区域，用以将所述激光源发出的光束聚焦在所述第一光学记录载体和所述第二光学记录载体上；
具有非球面表面的第二透镜区域，用以将所述激光源发出的光束聚焦在所述第二光学记录载体上；和
具有非球面表面的第三透镜区域，用以将所述激光源发出的光束聚焦在所述第一光学记录载体上，其中所述第一透镜区域减小对于第一光学记录载体和第二光学记录载体的光学象差，第二透镜区域减小对于第二光学记录载体的光学象差，且第三透镜区域减小对于第一光学记录载体的光学象差。
2．如权利要求1所述的物镜，其特征在于，在第一透镜区域和第二透镜区域之间形成第一高度差，在第一透镜区域和第三透镜区域之间形成第二高度差，所述第一高度差和第二高度差是激光源所发出光束波长的整数倍。
3．如权利要求1所述的物镜，其特征在于，物镜与第一光学记录载体间隔第一距离，与第二光学记录载体间隔第二距离，该第二距离不等于第一距离。
4．如权利要求1所述的物镜，其特征在于，所述第一透镜区域、第二透镜区域和第三透镜区域关于物镜的光轴对中。
5．一种光学头，用于对具有不同厚度的第一光学记录载体和第二光学记录载体进行记录和/或再现，其特征在于，它包括：
激光源，用于选择性地发射光束至第一光学记录载体和第二光学记录载体上，
物镜，具有第一透镜区域、第二透镜区域和第三透镜区域，用于对该激光源发出的光束进行聚焦，其中所述第一透镜区域具有对应于第一光学记录载体和第二光学记录载体的非球面表面，所述第二透镜区域具有对应于第二光学记录载体的非球面表面，所述第三透镜区域具有对应于第一光学记录载体的非球面表面。
6．如权利要求5所述的光学头，其特征在于，所述第一透镜区域、第二透镜区域和第三透镜区域关于物镜的光轴对中。
7．如权利要求5所述的光学头，其特征在于，所述第一透镜区域减小第一光学记录载体和第二光学记录载体的光学象差，第二透镜区域减小第二光学记录载体的光学象差，且第三透镜区域减小第一光学记录载体的光学象差。
8．如权利要求5所述的光学头，其特征在于，还包括一光电探测器，用于检测由所述第一和/或第二光学记录载体反射的光束。
9．如权利要求8所述的光学头，其特征在于，再现第一光学记录载体的信息时，所述光电探测器检测由第一透镜区域和第三透镜区域聚焦的光束；再现第二光学记录载体的信息时，所述光电探测器检测由第一透镜区域和第二透镜区域聚焦的光束。
10．如权利要求8所述的光学头，其特征在于，还包括一个象散透镜，相对于所述光电探测器设置，使得从所述非球面表面反射的光束聚焦于光电探测器。
11．如权利要求5所述的光学头，其特征在于，激光源发出的光束具有对应于第二光学记录载体的波长，并且在第一和第二透镜区域之间形成高度差，产生该波长整数倍的光程差。
12．如权利要求5所述的光学头，其特征在于，激光源发出的光束具有对应于第一光学记录载体的波长，并且在第一和第三透镜区域之间形成高度差，产生该波长整数倍的光程差。
13．如权利要求5所述的光学头，其特征在于，还包括：
分束器，位于所述激光源和物镜之间，用于接收激光源发出的光束；和
准直透镜，用于将所述分束器接收的光束准直成平行光束，并将该平行光束透射至物镜。
14．如权利要求13所述的光学头，其特征在于，还包括一个反射镜，用于将来自准直透镜的平行光束反射向物镜。
15．如权利要求14所述的光学头，其特征在于，还包括一个衍射光栅，用于对激光源发出的光束加以衍射。
16．一种光学头，用于对具有不同厚度的第一光学记录载体和第二光学记录载体进行记录和再现，其特征在于，该光学头包括：
激光源，用于发射具有第一波长和第二波长的光束，该第一波长不等于第二波长；
物镜，具有一第一透镜区域、一第二透镜区域和一第三透镜区域，用以对所述激光源发出的光束进行聚焦，所述第一透镜区域与第三透镜区域具有第一高度差，与第二透镜区域具有第二高度差，并且具有对应于第一光学记录载体和第二光学记录载体的非球面表面，所述第二透镜区域具有对应于第二光学记录载体的非球面表面，所述第三透镜区域具有对应于第一光学记录载体的非球面表面；和
光学头，用于检测从所述第一光学记录载体和第二光学记录载体反射的光束，其中所述第一高度差产生的光程差是所述第一波长的整数倍，所述第二高度差产生的光程差是所述第二波长的整数倍。
17．如权利要求16所述的光学头，其特征在于，所述第一透镜区域、第二透镜区域和第三透镜区域以物镜关于光轴对中。
18．如权利要求16所述的光学头，其特征在于，对应于再现第一光学记录载体的信息，所述光电探测器检测由第一透镜区域和第三透镜区域聚焦的光束；对应于再现第二光学记录载体的信息，所述光电探测器检测由第一透镜区域和第二透镜区域聚焦的光束。
19．如权利要求16所述的光学头，其特征在于，还包括一个象散透镜，相对于所述光电探测器设置，使得从所述非球面表面反射的光束聚焦于光电探测器。
20．如权利要求16所述的光学头，其特征在于，还包括：
分束器，位于所述激光源和物镜之间，用于接收激光源发出的光束；和
准直透镜，用于将所述分束器接收的光束准直成平行光束，并将该平行光束透射至物镜。
21．如权利要求20所述的光学头，其特征在于，还包括一个反射镜，用于将来自准直透镜的平行光束反射向物镜。
22．如权利要求21所述的光学头，其特征在于，还包括一个衍射光栅，用于对激光源发出的光束加以衍射。
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