CN1258908A - 用于光盘驱动器的光拾取器 - Google Patents

Abstract

第一和第二激光束源产生波长不同的第一和第二激光束。第一准直透镜以预定角度发射第一激光束使其到光盘信号层上时的断面像差小于预定值。光接收透镜将从光盘信号层反射的激光束收集到光二极管上形成光斑。全息透镜具有将第一激光束转换成平行光的图案,使在检测部分第一和第二激光束光斑大小相同。该图案有同心的多个突出部和凹陷部,从中心向外各部宽度逐渐减少,突出部内表面呈台阶状,数目最好是三到五。这样,能够再现不同波长激光的两种类型光盘。

Description

用于光盘驱动器的光拾取器

本发明涉及使用激光束从光盘中读取信息的光盘驱动器，并且尤其涉及用于使用不同波长的激光束从两个不同类型的光盘再现信息的光盘驱动器的光学拾取器。

通常，光盘驱动器是一种使用激光束再现记录在光盘上的信息的装置。光盘是一种盘形信息记录介质，具有由多个凹坑(pit)和平台(land)构成的信号层。光盘驱动器将激光束投射到光盘的信号层，从反射的激光束的反射率、相位和偏振的变化检测信号，然后处理这些信号，以便再现所需信息。

图1是传统光盘驱动器的方框图。如图所示，传统光盘驱动器包括：光拾取器1，用于将激光束投射到光盘10，并且用于从反射的激光束检测信号；驱动器部分8，用于将光拾取器1移动到信号层上所需位置；信号处理部分3，用于处理所检测的信号，以便将该信号转换成所需信息；和控制部分4，用于控制上述单元。驱动部分8包括：主轴电机5，用于旋转光盘10；丝杠(thread)电机6，用于移动光拾取器1；和伺服部分7，用于驱动主轴电机5和丝杠电机6。

当接收到外部操作信号时，光拾取器1移动到相对于光盘10的预定位置，并且通过将一激光束投射到光盘10上检测记录在光盘10的信号层中的信号。由信号处理部分3处理所检测的信号，将其转换成信息，然后输出到其它外部设备(未示出)。

光拾取器1是光盘驱动器的一个重要单元，其检测记录在光盘10的信号层中的信息。图2是传统光拾取器1的图。光拾取器1通常位于光盘10的下方。光拾取器1包括：一激光束源11，用于产生激光束；及光学系统17，用于将从激光束源11产生的激光束投射到光盘10上，并且用于透射反射的激光束。检测器15检测反射的激光束，以产生信号。激光束源11通常是一激光二极管，而检测器15通常是光二极管，它检测所述激光束，并且输出相应的电流信号。光学系统17包括：准直透镜16；棱镜12；物镜13和光接收透镜14。

光拾取器1操作如下。首先，从激光束源即从激光二极管11产生的激光束，通过准直透镜16被传输并且转换成平行光。然后，平行光被从棱镜12向光盘10反射。所述反射的激光束通过物镜13聚焦在光盘10的信号层上。然后收集的激光束从信号层反射，并且再次透射过物镜13，以便在投射到棱镜12之前转换成平行光。棱镜12或者反射或者透射激光束。换言之，棱镜12反射从准直透镜16射到光盘10的激光束，而透射从光盘10射到光接收透镜14的激光束。透射过棱镜12的激光束由光接收透镜14收集，使得激光束以光斑的形式会聚在检测器即光二极管15的表面上。光二极管15检测此光斑，并输出电流信号。电流信号输出到信号处理部分3，在此处理该电流信号。

由如上述结构的光盘驱动器来再现其信息的光盘的容量依赖于从光拾取器1的激光束源产生的激光束的波长。更具体地说，激光束波长越短，光斑的直径越小，使得凹坑和平台可以形成的更密。随着光盘信息记录密度增加，更大量数据能够记录在光盘上(与相同尺寸的另一光盘相比较)。

已知的光盘驱动器使用具有约650nm(纳米)波长的、称为‘红激光’的激光束从光盘再现信息。近来，已经开发了另一类型的使用高密度系统的光盘驱动器，其使用具有约410nm(纳米)波长的、称为‘蓝激光’的激光束再现光盘上的信息。这种高密度光盘驱动器的出售正在增加。

此种密度的光盘驱动器具有一缺点，光拾取器1的激光束源即激光二极管产生仅一种波长的激光束。因此，使用410nm的短波长激光束的近来开发的高密度光盘不能在采用具有650nm的长波长的激光束的老式光盘驱动器中读。同样，老式光盘不能用于采用410nm的短波长激光束的新光盘驱动器。结果，用于两种不同类型的光盘驱动器的光盘不能互换使用。

因此，已经开发了能够使用两种类型光盘的光盘驱动器。这种驱动器使用用于410nm短波长激光束的高密度光拾取器和用于650nm的长波长激光束的低密度光拾取器。更具体地说，两个光拾取器均安装在光盘驱动器上，以便选择性使用对应于其信息需要被再现的光盘的光拾取器。另一个具有一个光拾取器的已知设备使用两个不同激光二极管和两个不同物镜，它们按照分别从激光二极管产生的两个不同激光束来最佳化。按照其信息需要再现的光盘的类型选择性使用每个物镜。然而，这些已知光盘驱动器具有缺点在于，它们需要太多的有着复杂结构的部件，导致过高的制造成本。

本发明旨在克服现有技术的上述缺点，因此本发明的一个目的是提供一光盘驱动器的光拾取器，其具有简单的结构，使用一个物镜和一个光二极管，从为不同波长的激光束设计的两种类型的光盘再现信息。

上述目的由按照本发明的光拾取器实现，该光拾取器包括：第一和第二光源；光学系统；光检测装置；和光转换装置。

第一和第二激光束源都使用激光二极管来分别产生第一和第二激光束。

该光学系统包括：第一准直透镜，以预定角度发散第一激光束，该预定角度使得当从第一激光束源产生的第一激光束收集在光盘的信号层上时，第一激光束的断面像差(fracture surface aberration)落在预定值以下；第二准直透镜，将从第二激光束源产生的第二激光束转换成平行光；棱镜，将透射过第一和第二准直透镜的激光束向光盘反射，并透射从光盘的信号层反射的激光束；物镜，将从棱镜反射的激光束收集到光盘的信号层上；和光接收透镜，将从光盘的信号层反射的激光束以预定大小的光斑的形式收集在光检测装置上。在此，当第一激光束具有640-660nm(或用于CD的770-800nm)的波长时，并且当第二激光束具有400-420nm的波长时，该预定值小于或等于0.08λ，其中λ是波长，该预定角度范围从0.4°到0.6°

光检测装置包括一光二极管。

光转换装置，将从光盘的信号层反射的第一和第二激光束转换成能够由光检测装置检测的信号，并且包括：全息透镜，其具有一种图案(pattern)，通过它第一激光束被唯一地转换成平行光，以使在检测部分中第一激光束的光斑的大小变得等同于第二激光束的光斑的大小。

全息透镜的图案具有同心环形凹凸部分，其中排列多个环形的突出部和凹陷部。突出部和凹陷部具有从同心环形凹凸部分的中心向最外围逐渐减少的宽度。此外，每个突出部的内表面具有用至少一个台阶构成的台阶状形状。最好是，台阶的数目范围从三个到五个。

从第二光源产生的第二激光束通过第二准直透镜转换成平行光，从棱镜被反射，然后通过物镜收集在光盘的信号层上。从光盘信号层反射的第二激光束直接透过棱镜和全息透镜，以通过接收透镜会聚成光斑的形式。光斑通过激光二极管(光检测装置)被转换成电流信号，并且输出。

从第一光源产生的第一激光束通过第一准直透镜被发散成预定角度的发散光线，从棱镜被反射，并且通过物镜收集在光盘的信号层上。由于第一激光束以发散光线的形式被投射到物镜上，断面像差保持在可接受的范围内。从信号层反射的第一激光束在透射过物镜和棱镜后，通过全息透镜被转换成平行光。被转换成平行光的第一激光束在光二极管(光检测装置)上形成为几乎与第二激光束的光斑相同的光斑形式。光二极管检测光斑并且输出电流信号。

在按照本发明的光拾取器中，通过使用全息透镜，经过一个物镜和单个光二极管可再现两种类型的光盘，该两种类型光盘需要相应波长的不同的激光束。因此，由于需要较少的部件，结构变得较简单，并且制造成本减少。

通过参照附图详细描述本发明，上述目的和优点将变得更清楚，其中：

图1是传统光盘驱动器的简图；

图2是示于图1的光拾取器的简图；

图3A是按照本发明优选实施例的光拾取器简图，示出了短波长激光束光路；

图3B是本发明优选实施例的光拾取器简图，示出了当信息由长波长从光盘再现时的长波长激光束光路；

图3C是按照本发明优选实施例的光拾取器简图，示出在没有全息透镜时的长波长激光束光路；

图4是全息透镜的透视图；

图5A是从图4的线V-V得到的图4所示的全息透镜的剖面图；

图5B是图5A所示的全息透镜的剖面图；

图6是示于图5B的全息透镜的部分A的放大剖面图。

图3A是按照本发明优选实施例的光拾取器简图，示出了短波长激光束光路。按照本发明优选实施例的光拾取器100包括：第一激光束源和第二激光束源112，每个产生不同波长的激光束；光学系统105，用于收集从第一和第二激光束源111和112产生的激光束，和从光盘110的信号层反射的激光束，并且将反射的激光束传送向与光盘110相对的地方，光学系统105包括全息透镜117；检测器119，用于检测从信号层反射的激光束，并产生一信号。

第一和第二激光束源111和112由激光二极管构成。从第一激光束源111产生的第一激光束具有范围约从640nm到660nm(或用于CD的770-800nm)、并且最好是650nm的波长。从第二激光束源112产生的第二激光束具有范围约从400nm到420nm、并且最好是410nm的波长。第一激光束用于从老式光盘(DVD和CD)即从低密度光盘110’(见图3B)再现信息，而第二激光束用于从近来开发的高密度光盘110再现信息。

光学系统通常包括：棱镜115；物镜116和光接收透镜118。棱镜115将透射过第一和第二准直透镜113和114的激光束反射向光盘110。此外，从光盘110的信号层反射的激光束在透射过棱镜115后投射到检测器119。物镜116将从棱镜115反射向光盘110的激光束收集到光盘110的信号层上。光接收透镜118收集已经从信号层反射的激光束，并且将光线以光斑的形式投射到检测器119。物镜116按照来自第二激光束源112的激光束被最佳化，使得第二激光束会聚在光盘110的信号层的精确位置。

第二准直透镜114将从第二激光束源112产生的第二激光束转换成平行光，而第一准直透镜13将从第一激光束源111产生的第一激光束转换成不完全平行光，即预定角度的发散光。第一准直透镜113以预定角度发散第一激光束，以降低第一激光束的光斑的断面像差到一可接受的限度内，该第一激光束由按照第二激光束最佳化的物镜116被收集到信号层上。对于要由检测器119检测的光盘110的信号层反射的激光束，当在由物镜116收集之后在光盘110的信号层上形成光斑时，通常知道光斑的断面像差应该小于或等于0.08λ(‘λ’表示波长)。当第一激光束被投射到按照第二激光束最佳化的物镜116时，光盘110的信号层上光斑的断面像差上升到0.1λ之上。因此，为了降低断面像差到可接受的范围内，即，为了降低断面像差到小于或等于0.08λ，第一准直透镜113将第一激光束转换成预定角度的发散光。通过调节第一激光束源111和第一准直透镜113之间的距离，来实现降低断面像差。在此，预定角度范围约从0.4°到0.6°，最好是0.5°。

检测器119最好是用于检测光和输出电流信号的光二极管。光二极管119也对于当收集第二激光束时形成的光斑的大小进行最佳化。

图4到6是全息透镜117的各个图。全息透镜117设置在光学系统的棱镜115和光接收透镜118之间。全息透镜117作为光学器件在光学领域是众所周知的，它使用形成在其表面的图案117a和117b衍射和透射入射光。如图4和5A所示，如同本发明的优选实施例中采用的全息透镜117具有有着多个环形突起和凹陷117a和117b的同心环形图案。在此，各突起117a的宽度和凹陷的宽度从环形图案的中心向最外围逐渐减少。此外，如图5B和6所示，每个突出部117a的内表面可有多个台阶117c的台阶状形状。台阶117c的数目可以从三到五，并且最好是四。台阶117c提高全息透镜117的光转换的效率。

设计由突出部117a和台阶117c构成的图案，使得当透射会聚光时，要作为会聚光线投射到全息透镜117上的第一激光束被转换成平行光。相信本领域技术人员能够基于这里所含的指导思想，设计其图案，以满足本发明的需要。

现在将参照图3A描述从使用第二激光束的高密度光盘110再现信息。当高密度光盘110被装载到光盘驱动器上时，光拾取器100由驱动部分(未示出)移动到相对于光盘110的预定位置。然后，从第二激光束源112产生激光束。第二激光束在透射过第二准直透镜114时，被转换成平行光，然后由棱镜115向光盘110反射。所反射的第二激光束由物镜116收集在光盘110的信号层上。所收集的激光束从光盘110的信号层被反射，透射过物镜116，转换成平行光，然后投射到棱镜115。透射的第二激光束投射到全息透镜117。全息透镜117相对于第二激光束不作透镜起作用，使得第二激光束简单地透射过全息透镜117。然后第二激光束由光接收透镜118收集，并且以光斑的形式会聚到检测器的表面上，即光二极管119的表面上。光二极管119检测在其表面上形成的光斑，输出对应于光斑的电流信号。输出的电流信号输入到信号处理部分(未示出)。

现在将参照图3B和3C描述从低密度光盘110’再现信息。当低密度光盘110’装载到光盘驱动器上时，驱动部分(未示出)将光拾取器100移动到相对于光盘110’的预定位置。然后，从第一激光束源111产生第一激光束。第一激光束透射过第一准直透镜113，以被发散成具有预定角度的发散光。从棱镜115向光盘110’反射该发散光。所反射的第一激光束由物镜116被收集在光盘110’的信号层上。在此情况下，由于第一激光束作为预定角度的发散光被投射到物镜116，即使光斑由物镜116(相对于第二激光束被最佳化)收集在光盘110’的信号层上，光斑的断面像差也落在可接受范围内。从光盘110’的信号层反射的激光束透射过物镜，并且投射到棱镜115。此外，由于第一激光束以预定角度的发散光的形式投射到物镜116，当第一激光束从光盘110’的信号层反射，并且重新透射过物镜116时，第一激光束变成预定角度的会聚光。该会聚光在透射经过棱镜115、全息透镜117和光接收透镜118之后，以光斑的形式会聚到激光二极管119上。

在没有棱镜115和光接收透镜118之间的全息透镜117的情况下(见图3C)，投射到光接收透镜118的第一激光束的光束宽度大为变窄。因此，由光接收透镜118收集的第一激光束的焦点会聚到光接收透镜118和光二极管119的表面之间的一个位置上。因此，在光二极管119的表面上第一激光束的光斑将形成相对较大的尺寸，如图3C所示，造成光斑不可用。按照本发明的光拾取器通过利用全息透镜117解决了上述问题。更具体地说，如图3B所示，第一激光束在透射过棱镜115之后以会聚光的形式投射到全息透镜117。到全息透镜117的入射第一激光束由全息透镜117转换成平行光。如图5A所示，用在全息透镜117的图案的突出部117a的表面上形成的一个台阶117c，入射光的百分之四十(40％)转换成平行光，而，如图5B所示，用在全息透镜117图案的突出部117a的表面上形成的四个台阶117c，入射光的百分之八十一(81％)转换成平行光。在预定极限内在突出部117a的内表面上形成更多台阶117c，可导致在全息透镜117的光转换方面有更高的效率。然而，当台阶117c的数目超过预定极限时，将不再能提高光转换效率。结果，台阶117c的数目应该是三到五，最好是四。

由全息透镜117转换成平行光的第一激光束由光接收透镜118收集，并且以基本上与由第二激光束产生的光斑相同大小的光斑的形式会聚在光二极管119的表面上。此外，由光接收透镜118收集的第一激光束的光斑的大小和第二激光束的光斑的大小，可通过适当调整全息透镜117和物镜116之间的距离而调整为相同的。当第一激光束的光斑形成在光二极管119的表面上时，光二极管119检测光斑，并且输出相应的电流信号到信号处理部分(未示出)。

如上所述，按照本发明，通过使用物镜116和全息透镜117，不同波长的激光束的光斑被调整为在大小方面基本上彼此相同。因此，实现了具有较少部件的简单结构，其中光拾取器100使用不同波长的激光束，从两种不同类型光盘110和110’再现信息。此外，由于光拾取器100的结构简单，部件的数目减少，光拾取器和采用该光拾取器的光盘驱动器的制造成本减少。

尽管已经具体示出了本发明，并且参照其优选实施例进行了描述，应该理解，本领域技术人员可以实现形式和细节上的改变，而不脱离由所附的权利要求定义的本发明的实质和范围。

Claims (19)

1、一种光拾取器，包括：

第一激光束源，产生第一激光束；

第二激光束源，产生与第一激光束波长不同的第二激光束；

光学系统，将第一和第二激光束投射到光盘的信号层，并且透射从所述信号层反射的第一和第二激光束；

光检测器，检测从所述光学系统传输的第一和第二激光束，该光检测器相对于第二激光束被优化；和

光转换器，将从所述光学系统透射的第一激光束转换成由所述光检测器可检测的激光束。

2、如权利要求1所述的光拾取器，其中，所述第一和第二激光束源包括激光二极管。

3、如权利要求1所述的光拾取器，其中，所述光学系统包括：

第一准直透镜，以预定角度发散第一激光束，该预定角度使得当从第一激光束源产生的第一激光束被收集在光盘的信号层上时，第一激光束的断面像差落在预定值以下；

第二准直透镜，将从第二激光束源产生的第二激光束转换成平行光；

棱镜，将透射过第一和第二准直透镜的激光束反射向光盘，并透射从所述光盘的信号层反射的激光束；

物镜，将从所述棱镜反射的激光束收集到所述光盘的信号层上；和

光接收透镜，将从所述光盘的信号层反射的激光束以预定大小的光斑的形式收集在光检测器上。

4、如权利要求3所述的光拾取器，其中，所述第一激光束具有640-660nm(纳米)或770-800nm的波长，并且所述第二激光束具有400-420nm的波长。

5、如权利要求4所述的光拾取器，其中所述预定值小于或等于0.008λ，其中λ是波长，并且预定角度范围从0.4°到0.6°。

6、如权利要求1所述的光拾取器，其中，所述光检测器包括光二极管。

7、如权利要求1所述的光拾取器，其中，所述光转换器包括一全息透镜，该全息透镜具有一图案，通过该全息透镜第二激光束直接透射而不转换，而所述第一激光束被转换成平行光。

8、如权利要求7所述的光拾取器，其中，所述图案具有同心环形凹凸部分，其中设置多个环形的突出部和凹陷部。

9、如权利要求8所述的光拾取器，其中，所述突出部和凹陷部具有从所述光转换器的中心向同心环形凹凸部分的最外围逐渐减少的宽度。

10、如权利要求8所述的光拾取器，其中，每个突出部的内表面具有由至少一个台阶构成的台阶状形状。

11、如权利要求10所述的光拾取器，其中，所述台阶的数目范围从三个到五个。

12、一种光拾取器，包括：

第一激光二极管，产生第一激光束；

第二激光二极管，产生与第一激光束波长不同的第二激光束；

第一准直透镜，以预定角度发散第一激光束；

第二准直透镜，将第二激光束转换成平行光；

棱镜，将透射过所述第一和第二准直透镜的激光束反射向光盘，并且透射从光盘的信号层反射的激光束；

物镜，将从所述棱镜反射的激光束收集到所述光盘的信号层上；

光接收透镜，以预定大小的光斑的形式收集从所述光盘的信号层反射的激光束；

光二极管，检测由所述光接收透镜收集的光斑；和

全息透镜，将所述第一激光束转换成平行光，以便形成光斑，所述第一和第二激光束的光斑具有相同的大小。

13、一种光盘驱动器，包括：

光拾取器，将激光束向光盘投射，并且从所述反射的激光束检测信号，所述光拾取器包括：

    第一和第二激光源，分别产生第一和第二激光束，所述第一和第二

激光束具有不同波长；

    光学系统，将所述第一和第二激光束投射到光盘的信号层；

    检测装置，用于检测从所述光盘的信号层反射的所述第一和第二激

光束；和

    光转换装置，用于转换从所述光盘的信号层反射的第一和第二激光

束，以使得转换后的第一和第二激光束由所述光检测装置可检测；以及

驱动部分，将所述光拾取器移动到所述光盘的所需部分；

信号处理部分，处理由所述光拾取器检测的信号，并且将该信号转换成信息；和

控制部分，用于控制所述光拾取器、驱动部分、信号处理部分。

14、如权利要求13所述的光盘驱动器，其中，所述第一和第二激光束源包括激光二极管。

15、如权利要求13所述的光盘驱动器，其中，所述光学系统包括：

第一准直透镜，以预定角度发散第一激光束；

第二准直透镜，将第二激光束转换成平行光；

棱镜，将透射过第一和第二准直透镜传输的激光束反射向光盘，并且透射从所述光盘的信号层反射的第一和第二激光束；

物镜，将从所述棱镜反射的激光束收集到所述光盘的信号层上；和

光接收透镜，将从所述光盘的信号层反射的激光束以预定大小的光斑的形式收集在所述光检测装置上。

16、如权利要求13所述的光盘驱动器，其中，该检测装置包括光二极管。

17、如权利要求13所述的光盘驱动器，其中，所述光转换装置包括：具有图案的全息透镜，其中第一激光束被转换成平行光，以使由所述第一和第二激光束产生的光斑的大小相同。

18、一种从多个类型的光盘读取数据的方法，所述方法包括：

装入第一类型的第一盘；

投射根据第一类型的需要选择的第一波长的第一激光；

将第一激光反射到第一盘上；

将从第一盘反射的第一激光以第一光斑的形式透射到检测单元上；

装入第二类型的第二盘；

投射根据第二类型的需要的、与第一波长不同的第二波长的第二激光；

将所述第二激光反射到第二盘上；和

经全息透镜透射从第二盘反射的第二激光，将该第二激光转换成平行光，并且以与第一光斑的大小类似大小的第二光斑的形式射到检测单元，以便该检测器能够检测第一和第二光斑二者。

19、如权利要求18所述的方法，其中所述第一波长是从400nm到420nm，并且所述第二波长是从640nm到660nm。

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