CN1335607A - 兼容光拾取器 - Google Patents

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Abstract

一种对不同格式记录介质兼容的光拾取器,包括:一个具有分别发出不同波长的第一和第二光束的第一和第二光源的光学器件模块;全息光学耦合器,沿相同光路引导第一和第二光束,使第一和第二光束向对应记录介质行进;光路改变单元,改变入射光束光路;物镜,设置在光路改变单元和相应记录介质间的光路上,将第一或第二光束聚焦到对应记录介质;和光电检测器,接收在从对应记录介质反射后从光路改变单元入射的第一或第二光束,并从接收的光束中检测信息信号和误差信号。

Description

兼容光拾取器
本发明涉及一种对具有不同格式的记录介质兼容的光拾取器，尤其涉及这样一种对具有不同格式的记录介质兼容的光拾取器，它采用其中安装有两个不同光波长的光源的单个光学器件模块。
近年来，出现了对能够向与诸如致密盘(CD)、可记录CD(CD-R)、可重写CD(CD-RW)、交互CD(CD-I)、CD加图形(CD+G)的CD族介质兼容的高密度数字通用盘-只读存储器(DVD-ROM)记录信息和/或从该DVD-ROM再现信息的光拾取器的需求。
现有CD族介质的标准厚度为1.2mm，但是，考虑到盘倾角的可容许误差及物镜数值孔径(NA)，DVD的厚度被标准化为0.6mm。因此，当采用对DVD设计的光拾取器向CD记录信息或从CD再现信息时，由于其间的厚度差异，出现球面象差。这种球面象差不能提供足以记录信息(射频)信号的光强，或者可能使来自CD的再现信号恶化。另外，DVD和CD族介质采用不同的光波长进行再现：CD采用约780nm波长的光作为光源，而DVD采用约650nm波长的光作为光源。因此，为了与CD兼容，需要有采用能够发出不同光波长、并且能够将光斑聚焦到不同焦距位置的光源的光拾取器。
参照图1，传统的兼容光拾取器包括：第一光源21，用于发出波长约为650nm的光；和第二光源31，用于发出波长约为780nm的光。第一光源21适用于较薄的盘10a，如DVD，第二光源31适用于较厚的盘10b，如CD。
从第一光源21发出的光由第一准直透镜23聚光，并行入射到第一偏振光分束器(PBS)25，然后由第一PBS 25向DVD 10a反射。在由较薄的盘10a反射之后，反射光透过第一PBS 25，然后由第一光电检测器27接收。这里，用于改变从第一和第二光源21和31发出的光的光路的干涉滤光器41、1/4波片43、可变光阑45、和用于将入射光聚光的物镜47设置在第一PBS 25与盘10之间的光路上。
从第二光源31发出的光被第二准直透镜33聚光，并行入射到第二PBS35，透过聚光透镜37，然后入射到干涉滤光器41。该光由干涉滤光器41反射，并且按顺序通过1/4波片43、可变光路45和物镜47，以在较厚的盘10b上形成光斑。
由较厚的盘10b反射的光经物镜47、可变光阑45、和1/4波片43入射到干涉滤光器41，然后由干涉滤光器41朝向第二PBS 35反射。该光由第二PBS 35反射并由第二光电检测器39接收。
作为用于根据入射光波长来透射或反射入射光的光学元件的干涉滤光器41透过从第一光源21始发的光，并且反射从第二光源31始发的光。可变光阑45具有可变孔径，并且限定入射到物镜47上的光斑的尺寸，从而光束进入NA小于0.45或0.47的物镜47的区域。1/4波片43是用于改变入射光的偏振状态的光学元件。当来自第一和第二光源21和31的光束中的每个通过1/4波片43两次时，入射光束的偏振状态改变，于是光束分别射向第一PBS 25和第二PBS 35。物镜47使得来自第一和第二光源21和31的光聚焦到DVD10a和CD 10b中的每个的记录面上形成光斑。
尽管具有上述配置的传统光拾取器与采用两个光源的CD-R相兼容，但是，由于采用了经复杂和高成本处理制作的可变光阑，这种光拾取器的组装复杂且制造成本提高。此外，由于第一和第二光源分离地构成，因此光拾取器的配置复杂并且其光学配置较困难。
本发明的目的是提供一种兼容光拾取器，其对具有不同格式的记录介质兼容，其中，在单个光学器件模块中安装有不同光波长的第一和第二光源，并且采用全息光学耦合器来调整来自第一和第二光源的光束的光路。
本发明的该目的是通过采用一种对具有不同格式的记录介质兼容的光拾取器实现的，该光拾取器包括：光学器件模块，其具有第一光源和第二光源，分别用于发出具有不同波长的第一和第二光束；全息光学耦合器，用于沿相同的光路分别引导第一和第二光束，使得第一和第二光束向对应的记录介质行进；光路改变单元，用于改变入射光束的光路；物镜，设置在光路改变单元和相应记录介质之间的光路上，用于将第一或第二光束聚焦到对应的记录介质；和光电检测器，用于接收在从对应的记录介质反射之后从光路改变单元入射的第一或第二光束，并且检测所接收到的光束中的信息信号和误差信号。
从下列参照附图对本发明优选实施例的详细描述中，本发明的上述目的和优点将变得更清楚，其中：
图1是表示传统兼容光拾取器的光学配置的示意图；
图2是表示本发明对具有不同格式的记录介质兼容的光拾取器的光学配置的示意图；
图3是表示在本发明光拾取器中所采用的全息光学耦合器的第一实施例的膜(pattern)的剖面图；
图4的图形表示相对于图3的全息光学耦合器的膜深度的透射率变化；
图5表示图3的全息光学耦合器的衍射效率；
图6是表示在本发明光拾取器中所采用的全息光学耦合器的第二实施例的膜的剖面图；
图7的图形表示相对于图6的全息光学耦合器的膜深度的透射率变化；
图8是表示在本发明光拾取器中所采用的全息光学耦合器的第三实施例的膜的剖面图；
图9的图形表示对于图8的全息光学耦合器的膜深度的透射率相变化；
图10是表示在本发明光拾取器中所采用的全息光学耦合器的第四实施例的膜的剖面图；
图11的图形表示对于图10的全息光学耦合器的膜深度的透射率相变化；
图12是表示本发明兼容光拾取器中所采用的物镜的前视图；和
图13是表示本发明兼容光拾取器的主要部分的示意图。
参照图2，本发明对具有不同格式的记录介质兼容的光拾取器的优选实施例包括：光学器件模块50，它包括第一和第二光源55和57，用于分别发出具有不同波长的第一光束I和第二光束II；全息光学耦合器61，采用该全息光学耦合器61，来自光学器件模块50的第一和第二光束I和II被引导沿相同的光路行进；光路改变单元，用于改变入射光的行进路径；物镜67，用于将入射光聚焦到光记录介质80上；和光电检测器71，用于接收在从记录介质80反射后通过物镜67和光路改变单元的光。
具体地讲，光学器件模块50包括基底51、基底51上的支架53、和分别附到支架53两侧的第一和第二光源55和57。第一和第二光源55和57作为边缘发射激光器以不同的发散角发出光束。来自第一光源55的第一光束I的波长约为650nm，并且适用于诸如DVD的较薄的光盘80a。来自第二光源57的第二光束II的波长约为780nm，并且适用于诸如CD的较厚的光盘80b。可通过调整光学器件模块50与物镜67之间光路上全息光学耦合器61的位置，来控制第一和第二光源55和57之间的位置容差。
全息光学耦合器61沿相同的光路引导第一和第二光束I和II，并且将第一和第二光束I和II导向光记录介质80。全息光学耦合器61在其一表面上具有全息膜61a，用于衍射和透射入射光。全息光学耦合器61直接透射垂直于全息光学耦合器的受光面进入的第一光束I，并且衍射和透射以一角度入射的大部分第二光束II，从而第二光束II变得平行于第一光束I。全息光学耦合器61的透射率是由全息膜61a的深度、全息膜61的节距和全息膜61的结构确定的。最好，全息光学耦合器61的全息膜61a具有至少包括两个级(step)的分级膜。
图3表示的是具有5个级的全息膜的示例，图4表示第一和第二光束I和II的透射率相对于图3的全息膜最大膜深度的变化。参照图4，在约6,400nm的最大膜深度Dp时，对于波长为650nm的第一光束的主零阶最大值，全息光学耦合器61的透射率约为1.0。第二光束II被衍射和透射为零阶和±1阶衍射光束。相对于入射光量而言，对于第零阶衍射光束，全息光学耦合器61的透射率约为8％，对+1阶衍射光束几乎为0％，而对于-1阶衍射光束约为75％。-1阶衍射光束被用作第二光束II的有效波束，并且并行于自第一光束I的零阶衍射光束行进。
如前所述，全息光学耦合器61适当地定位于光路上，使得来自安装在光学器件模块80中的第一和第二光源55和57的、但相对于光轴的角度不同的第一和第二光束I和II被沿相同的光路引导，并且引向光记录介质80。
尽管图3的全息光学耦合器61被设计成具有5级的全息膜，但是全息光学耦合器61的全息膜可以如图6、8和10所示地改变。图6示出了全息光学耦合器61的4级全息膜，图7示出了第一和第二光束I和II的透射率相对于最大膜深度Dp的变化。在设计图6中所示的全息膜时，也考虑光束的相位。对于图6的4级全息膜，处于最大膜深度Dp处的节距TP1比其他级的节距TP2、TP3和TP4大。
参照图7，在约4,900nm的最大膜深度Dp处，对于波长为650nm的第一光束I的零阶最大值，全息光学耦合器61的透射率约为1.0。第二光束II被衍射和透射为零阶和±1阶衍射光束。相对于入射光量而言，对于零阶衍射光束，全息光学耦合器61的透射率约为10％，对+1阶衍射光束几乎为0％，而对于-1阶衍射光束约为65％。-1阶衍射光束被用作第二光束II的有效波束，并且并行于自第一光束I的零阶衍射光束行进。
图8表示全息光学耦合器61的另一4级全息膜，其中未考虑光束的相位，图9示出了第一和第二光束I和II的透射率相对于最大膜深度Dp的变化。对于图8的4级全息膜，处于最大膜深度Dp处的节距TP1与每个其他级的节距TP2、TP3和TP4相等。
参照图9，在约4,900nm的最大膜深度Dp处，对于波长为650nm的第一光束I的零阶最大值，全息光学耦合器61的透射率约为1.0。相对于入射光量而言，对于自第二光束II的零阶衍射光束和+1阶衍射光束两者，全息光学耦合器61的透射率几乎为0％，而对于-1阶衍射光束约为86％。-1阶衍射光束被用作第二光束II的有效波束，并且并行于自第一光束I的零阶衍射光束行进。
图10表示全息光学耦合器61的2级全息图案，其中未考虑光束的相位，图11示出了第一和第二光束I和II的透射率相对于最大膜深度Dp的变化。对于图10的2级全息膜，处于最大膜深度Dp处的节距TP1与其他级的节距TP2相等。
参照图11，在约4,900nm的最大膜深度Dp处，对于波长为650nm的第一光束I的零阶最大值，全息光学耦合器61的透射率约为1.0。相对于入射光量而言，对于自第二光束II的零阶衍射光束和+1阶衍射光束两者，全息光学耦合器61的透射率几乎为0％，而对于-1阶衍射光束约为68％。-1阶衍射光束被用作第二光束II的有效波束，并且并行于自第一光束I的零阶衍射光束行进。
从上述全息光学耦合器61的全息膜的示例可推断出，全息光学耦合器61的最大膜深度Dp可根据分级配置而变化。最好，全息光学耦合器61的最大膜深度Dp满足表达式：4,000nm≤Dp≤7,000nm。
如上所述，零阶衍射光束被用作第一光束I的有效光束，-1阶衍射光束被用作第二光束II的有效光束。为此，从彼此分开的不同光源发出的第一和第二光束I和II能够在相同路径上行进。通过全息光学耦合器61的第一和第二光束I和II以不同角度发散，从而第一光束I聚焦在较薄的盘81a上，第二光束II聚焦在较厚的盘81b上。
返回到图2，光路改变单元包括：偏振光分束器(PBS)63，用于根据其偏振方向透射或反射入射光束，来改变入射光束的行进路径；和1/4波片65，它设置在PBS 63和物镜67之间的光路上，用于改变入射光束的偏振方向。从光源50发出的光束经过PBS 63，并且进行到达光记录介质80。
当光束向光记录介质80行进，并且从光记录介质80反射的光束通过1/4波片65时，入射光束的偏振方向改变。在由光记录介质80反射的光束入射到PBS 63之后，入射光束被PBS 63反射，从而其向光电检测器71行进。
物镜67分别将入射的第一或第二光束I和II聚焦到较薄的盘80a或较厚的盘80b。为此，物镜67具有：受光面，用于接收从光学器件模块50发出的光；和发光面，其面对着光记录介质80。最好，受光面或发光面中的至少一个由至少一个环状区域分成各同心部分。这里，每个部分具有不同的非球面曲率，从而通过这些部分的光束能够聚焦到不同位置。
具体地讲，参照图12和13，物镜67包括近轴区域67a、环状透镜区域67b和远轴区域67c。位于近轴区域67a和远轴区域67c之间的环状透镜区域73可被形成为圆环或椭圆环。环状透镜区域67b具有非球面。最好，使环状透镜区域67b相对于较厚的光盘80b进行优化。
当采用较薄的光盘80a作为光记录介质80时，从第一光源55发出光，该光然后经过远轴区域67c在较薄的光盘80a的信息记录面上聚焦为光斑。相反，从环状透镜区域67b发出的光散射。
另一方面，当采用较厚的光盘80b作为光记录介质80时，从第二光源57发出光，该光然后经过环状透镜区域67b和近轴区域67a在较厚的光盘80b的信息记录面上聚焦为光斑。
所述光拾取器还可包括位于物镜67与1/4波片65之间的光路上的准直透镜66，由于会聚入射光。光电检测器71接收在从光记录介质80反射之后从光路改变单元入射的第一光束I或第二光束II，并从入射光中检测信息信号和误差信号。引起散光的传感器透镜69还可设置在PBS 63和光电检测器71之间的光路上。
如前所述，可对具有不同格式的记录介质兼容的本发明的光拾取器采用了其中安装有用于不同波长的第一和第二光源的单个光学器件模块，并且采用全息光学耦合器，使得来自第一和第二光源的彼此分开的光束沿着相同的光路行进。另外，本发明的光拾取器采用单个光电检测器来检测信息信号和误差信号。因此，光拾取器的配置变得紧凑。
尽管已参照其优选实施例详细示出和描述了本发明，但本领域内的普通技术人员应理解的是，可在不背离由所附权利要求书限定的宗旨和范围的情况下，对本发明进行多种形式和细节上的改变。

Claims (7)

1、一种对具有不同格式的记录介质兼容的光拾取器，包括：
光学器件模块，其具有第一光源和第二光源，分别用于发出具有不同波长的第一和第二光束；
全息光学耦合器，用于沿相同的光路分别引导第一和第二光束，使得第一和第二光束向对应的记录介质行进；
光路改变单元，用于改变入射光束的光路；
物镜，设置在光路改变单元和对应记录介质之间的光路上，用于将第一或第二光束聚焦到对应的记录介质；和
光电检测器，用于接收在从对应的记录介质反射之后从光路改变单元入射的第一或第二光束，并且从所接收到的光束中检测信息信号和误差信号。
2、如权利要求1所述的光拾取器，其中，全息光学耦合器包括全息膜，其使得以垂直于全息光学耦合器的一个表面入射的第一光束直接透射，并使得以一角度入射的几乎全部第二光束衍射和透射，从而第二光束平行于第一光束行进。
3、如权利要求2所述的光拾取器，其中，第一光束的波长约为650nm，第二光束的波长约为780nm，全息膜的最大膜深度Dp满足表达式：4,000nm≤Dp≤7,000nm。
4、如权利要求3所述的光拾取器，其中，全息膜具有一种至少分为两级的分级配置。
5、如权利要求1所述的光拾取器，其中，第一和第二光源之间的位置容差是通过调整光学器件模块和物镜之间的光路上的全息光学耦合器的位置来控制的。
6、如权利要求1至5中的任一项所述的光拾取器，其中，光路改变单元包括：
偏振光分束器，用于通过根据入射光束的偏振方向透射或反射入射光束，来改变入射光束的行进路径；和
1/4波片，其设置在偏振光分束器和物镜之间的光路上，用于改变入射光束的偏振方向。
7、如权利要求1至6中的任一项所述的光拾取器，其中，所述物镜具有：受光面，用于接收从光学器件模块发出的第一或第二光束；和发光面，其面对着对应的记录介质，并且所述物镜的受光面和发光面中的至少一个被采用至少一个环状区域分成多个部分，这些部分彼此同心，并具有不同的非球面曲率。
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