CN1469358A - 兼容光拾取器 - Google Patents

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Abstract

一种兼容采用高密度记录介质和至少一种低密度记录介质的兼容光拾取器，包括：物镜，能够通过聚焦能够获得适于高密度记录介质的高NA的用于高密度记录介质的入射光束来形成适于在高密度记录介质的记录表面上记录和/或再现的光点，并且通过聚焦发散光束形式的用于低密度记录介质的入射光束来形成适于在低密度记录介质的记录表面上记录和/或再现的光点；以及致动器，用来对物镜施加倾斜。用于低密度记录介质的光束以发散光束的形式入射到物镜上，并且当物镜在低密度记录介质的径向上发生偏移时，对物镜施加与偏移相对应的倾斜。因此，兼容光拾取器可以兼容采用具有不同厚度的高密度光盘和低密度光盘。

Description

兼容光拾取器
本申请要求2002年6月5日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请2002-31491号的优先权，在此将其全文引作参考。
技术领域
本发明涉及一种兼容光拾取器，特别涉及一种可以通过对其厚度与物镜的最优设计条件相偏离的记录介质使用发散光束来校正由于记录介质之间的厚度差异而产生的球面像差的兼容光拾取器。
背景技术
通常，光记录和/或再现装置通过使用由物镜聚焦的光点(light spot)，在光盘上记录信息或从其再现信息。在光记录和/或再现装置中，记录容量是由光点的大小来决定的。光点的大小S与光束的波长入成正比，而与物镜的数值孔径(NA)成反比，如数学公式1所示。
[数学公式1]
S∝λ/NA
因此，为减小在光盘上形成的光点的大小以提高光盘的密度，需要采用短波长光源如蓝紫激光和NA大于或等于0.6的物镜。
另外，当光盘的倾斜角、折射率和厚度分别为θ、n和d，并且物镜的数值孔径为NA时，由于光盘的倾斜而产生的彗差W31可以用数学公式2表示。
[数学公式2] W 31 = - d 2 n 2 ( n 2 - 1 ) sin θ cos ( n 2 - sin 2 θ ) 5 / 2 NA 3
在此，光盘的折射率和厚度分别表示从光入射表面到记录表面的光学介质的折射率和厚度。
考虑数学公式2，为确保对光盘倾斜的容限，当增大物镜NA以提高密度时，需要减小光盘厚度。光盘厚度已从CD的1.2mm减至DVD的0.6mm。将来，其密度高于DVD的下一代DVD(所谓的HD-DVD(高清晰度数字多功能盘))的厚度将很可能减至0.1mm。当然，物镜NA已从CD的0.45增至DVD的0.6。在下一代DVD中，物镜NA将很可能大于0.6，例如0.85。另外，考虑到记录容量，下一代DVD很可能采用蓝紫光源。在此，与现有光盘的兼容性在开发具有新规格的光盘中是一个重要的考虑因素。
例如，由于在现有光盘中可以记录一次的DVD-R或CD-R中，其反射率随着波长而急剧降低，因此需要使用波长为650nm和780nm的光源。因此，考虑到与DVD-R和/或CD-R的兼容性，下一代DVD的光拾取器需要采用两个或三个具有不同波长的光源。
在兼容光拾取器采用具有不同波长的多个光源的情况下，考虑到如尺寸、组装简易度和装置成本的诸多优点，最好采用单一物镜。
当使用单一物镜来兼容记录和/或再现具有不同厚度的光盘时，由于光盘之间的厚度差异，将产生球面像差。因此，兼容光拾取器应校正球面像差，从而可以通过仅使用单一物镜来对具有不同厚度的光盘进行记录和/或再现。
在韩国专利申请1997-42819号和相应韩国专利公开1999-19439号中，本申请人已提出一种具有如下光学配置的CD和DVD兼容光拾取器，其中，物镜是针对DVD来优化设计的，从而对于DVD，使波长为650nm的第一光束作为平行光束入射到物镜上，而对于基板(substrate)厚度在物镜的设计条件范围之外的CD，使波长为780nm的第二光束作为发散光束入射到物镜上。
在本申请人所提出的其中使用发散光束的上述公开专利的情况下，当采用CD时，可以校正由于DVD与CD之间的基板厚度差异而产生的球面像差。
然而，当如上所述使用发散光束时，在再现偏心光盘的期间，当物镜在光盘的径向上发生偏移时，将大大产生彗差，从而进一步恶化跟踪误差信号和再现信号。
在能够兼容采用下一代DVD和密度低于下一代DVD的光盘即CD和/或DVD的兼容光拾取器的结构中，当物镜被设计为适于具有最高密度的下一代DVD并且对于CD和/或DVD使用发散光束时，可以校正球面像差，并且确保工作距离。
然而，当在下一代DVD家族光盘(以下称作下一代DVD)的光拾取器中使用发散光束作为兼容采用现有DVD家族光盘(以下称作DVD)和CD家族光盘(以下称作CD)的方法时，虽然可以校正由于波长和光盘厚度的差异而产生的球面像差，但是当采用偏心光盘时，由于物镜在光盘的径向上的偏移，将大大产生光径差(OPD)，特别是彗差，从而进一步恶化跟踪误差信号和再现信号。
也就是，需要一种高级技术来设计和制造一种例如NA高达0.85的物镜，其中，仅用单个这种透镜就能够采用下一代DVD、DVD和/或CD。另外，使工作距离与被设计为对于DVD是最优的DVD物镜的工作距离同样长是困难的。
根据本发明所属领域的公知技术，对于蓝紫光源和0.1mm的厚度，物镜典型地被设计为具有大约0.6mm的工作距离。当使用针对0.1mm的厚度和蓝紫光束来设计的具有高NA的物镜，对用于DVD的650nm波长的光束和用于CD的780nm波长的光束进行聚焦，从而在DVD和CD的记录表面上形成光点时，工作距离分别为0.32mm和-0.03mm。也就是，CD与物镜相互碰撞。
然而，如果用于发射波长为780nm的光束的CD光源置于与准直透镜的焦点位置相偏离的位置，也就是，短于聚焦长度的位置，从而使波长为790nm的光束以发散光束的形式入射到物镜上，则可以确保工作距离，并且可以校正由于下一代DVD与CD之间的厚度差异以及它们之间的波长差异而产生的球面像差。另外，当用于DVD的具有650nm波长的光束以发散光束的形式入射到物镜上时，可以校正由于下一代DVD与DVD之间的厚度差异以及它们之间的波长差异而产生的球面像差。
然而，当对CD和/或DVD使用发散光束时，虽然校正球面像差和确保工作距离是可能的，但是光拾取器变成有限光学系统。因此，当如在采用偏心光盘的情况下物镜在光盘的径向上发生偏移时，将大大产生彗差，从而急剧恶化像差特性。特别是跟踪信号和再现信号的恶化由于彗差而变得严重。
发明内容
为了解决上述和/或其他问题，本发明提供一种兼容光拾取器，它对低密度光盘使用发散光束，从而可以兼容采用具有不同厚度的高密度光盘和低密度光盘，并且当物镜在光盘的径向上发生偏移时可以在不额外增加光学元件的情况下获得优良的像差特性。
根据本发明的一方面，提供一种兼容采用高密度记录介质和至少一种低密度记录介质的兼容光拾取器，该兼容光拾取器包括：物镜，能够通过聚焦能够获得适于高密度记录介质的高NA的用于高密度记录介质的入射光束来形成适于在高密度记录介质的记录表面上记录和/或再现的光点，并且通过聚焦发散光束形式的用于低密度记录介质的入射光束来形成适于在低密度记录介质的记录表面上记录和/或再现的光点；以及致动器，用来对物镜施加倾斜，其中，用于低密度记录介质的光束以发散光束的形式入射到物镜上，并且当物镜在低密度记录介质的径向上发生偏移时，对物镜施加与偏移相对应的倾斜。
当施加倾斜时的物镜倾斜量与物镜在径向上的平移运动成正比。
当施加倾斜时的物镜倾斜量根据施加于致动器线圈的电流来检测，从而使物镜在径向上执行平移运动。
倾斜是径向倾斜。
物镜对于蓝紫光束和0.1mm的记录介质厚度，具有0.85或更大的NA。
兼容光拾取器还包括NA调节构件，用来对用于低密度记录介质的光束调节NA，从而使由物镜聚焦的用于低密度记录介质的光束是具有适于低密度记录介质的有效NA的光束。
高密度记录介质是密度高于DVD的下一代DVD家族记录介质，并且低密度记录介质是CD家族光盘和DVD家族光盘中的至少一种。
用于低密度记录介质的光束是具有适于DVD家族光盘的红波长的光束和具有适于CD家族光盘的近红外波长的光束中的至少一种。
用于接收和检测由低密度记录介质反射的低密度记录介质光束的光电检测器在记录介质的径向上分为至少四个区域，并且包括一对内侧光接收部分和一对外侧光接收部分。
光电检测器具有如下结构：由于记录介质在轨道方向上的周期结构而被记录介质反射和/或衍射的光束的棒球图案部分仅由光电检测器的外侧光接收部分接收。
当光电检测器的内侧光接收部分的检测信号之间的相减信号与光电检测器的外侧光接收部分的检测信号之间的相减信号之一为PP1，并且另一相减信号为PP2，则根据下面方程检测跟踪误差信号TES，
TES＝PP2-ξ·PP1
其中，ξ为增益。
附图说明
通过参照附图对本发明的优选实施例进行详细描述，本发明的上述特性和优点将会变得更加清楚，其中：
图1是根据本发明优选实施例的兼容光拾取器的光学结构的示意图；
图2A和2B是分别示出在图1的本发明兼容光拾取器中第一光束由根据表1的设计数据形成的物镜聚焦以在第一光盘的记录表面上形成光点时第一光束的光径和像差的图；
图3A和3B是分别示出在图1的本发明兼容光拾取器中第二光束由根据表1的设计数据形成的物镜聚焦以在第二光盘的记录表面上形成光点时第二光束的光径和像差的图；
图4A和4B是分别示出在图1的本发明兼容光拾取器中第三光束由根据表1的设计数据形成的物镜聚焦以在第三光盘的记录表面上形成光点时第三光束的光径和像差的图；
图5是采用本发明兼容光拾取器的光盘系统的一个优选实施例的示意图；
图6是在本发明的兼容光拾取器中采用的NA调节构件的另一个优选实施例的示意图；
图7是示出在使用本发明的兼容光拾取器再现DVD的期间物镜偏移0.4mm的情况下具有650nm波长入2的第二光束由物镜聚焦以在DVD的记录表面上形成光点时所产生的像差的图；
图8是示出在使用本发明的兼容光拾取器再现CD的期间物镜偏移0.4mm的情况下具有780nm波长λ3的第三光束由物镜聚焦以在CD的记录表面上形成光点时所产生的像差的图；
图9是图7所示的相同条件下在物镜偏移期间对物镜施加与物镜的偏移量相对应的径向倾斜时所产生的像差的图；
图10是图8所示的相同条件下在物镜偏移期间对物镜施加与物镜的偏移量相对应的径向倾斜时所产生的像差的图；
图11是可以应用于本发明兼容光拾取器的光电检测器和跟踪误差信号检测电路的第一优选实施例的示意图；以及
图12是可以应用于本发明兼容光拾取器的光电检测器和跟踪误差信号检测电路的第二优选实施例的示意图。
具体实施方式
为兼容采用具有不同厚度的高密度光盘和低密度光盘，本发明的兼容光拾取器包括：多个光源，用于发射其波长适于各自具有不同格式的光盘的光束；单一物镜；以及致动器，能够使物镜在光盘的径向上倾斜。本发明的兼容光拾取器具有如下光学配置：对于其厚度与物镜的最优设计条件相偏离的光盘，使发散光束可以入射到物镜上，并且当物镜在光盘的径向上发生偏移时对物镜施加径向倾斜以对应于物镜的偏移。
根据本发明的兼容光拾取器，由于对其厚度在物镜的最优设计条件范围之外的光盘使用发散光束，因此不仅可以校正由于光盘之间的厚度差异而产生的球面像差，而且可以确保足够的工作距离从而使光盘和物镜不相互碰撞。另外，当物镜在径向上发生偏移时，限制了像差特别是彗差的产生，从而可以检测优良的跟踪和再现信号。
图1示意性地示出根据本发明优选实施例的光拾取器的光学结构。
参照该图，为兼容采用具有不同厚度的多个光盘1a、1b和1c，本发明的兼容光拾取器，包括：光学单元10，用于向光盘1发射其波长分别适于光盘1a、1b和1c的光束，并且接收由光盘1反射回来的光束，以检测信息再现信号和/或误差信号；物镜3，用于对入射光束进行聚焦，以在光盘1的记录表面上形成光点；以及致动器5，用于使物镜3在光盘1的径向上倾斜。
在本发明的本优选实施例中，光学单元10，包括：第一到第三光学单元20、30和40，用于发射其波长适于具有不同厚度的第一到第三光盘1a、1b和1c的第一到第三光束21a、31a和41a，并且接收由光盘1反射回来的第一到第三光束21a、31a和41a，以检测信息再现信号和/或误差信号；第一光径改变器53，置于第一和第二光学单元20和30与物镜3之间；第二光径改变器55，置于第一光径改变器53和物镜3之间；第一准直透镜51，置于第一光学单元20与第一光径改变器53之间；以及第二准直透镜57，置于第二光学单元30与第一光径改变器53之间。
如图1所示，第一光学单元20，包括：蓝紫光源21，用于发射具有适于第一光盘1a例如密度高于DVD的下一代DVD家族光盘(以下称作下一代DVD)的蓝紫波长例如405nm波长的第一光束21a；偏振光束分光器23，用于根据其偏振传输或反射入射第一光束21a；对第一光束21a的波长的四分之一波片，用于改变第一光束21a的偏振；光电检测器29，用于通过接收由光盘1反射回来的第一光束21a，检测信息再现信号和/或误差信号；以及感测透镜27，置于偏振光束分光器23与光电检测器29之间。
可以提供散光透镜作为感测透镜27，从而可以通过在第一光束21a中产生散光来用散光法检测聚焦误差信号。
可以提供适于第二光盘1b例如DVD家族光盘(以下称作DVD)的红波长例如650nm波长的全息光学模块作为第二光学单元30。可以提供适于第三光盘1c例如CD家族光盘(以下称作CD)的近红外波长例如780nm波长的全息光学模块作为第三光学单元40。
在本发明所属技术领域内众所周知，全息光学模块，包括：光源，用于发射具有预定波长例如650nm或780nm波长的光束；光电检测器，置于光源侧，并且接收由光盘1反射回来的光束，以检测信息再现和/或误差信号；以及全息元件，用于直接传输从光源输出的大部分入射光束，并且将由光盘1反射回来的光束衍射为+1级或-1级光束，以向光电检测器前进。全息光学模块还可以包括光栅以例如用DPP(differential push-pull，微分推挽)方法检测跟踪误差信号。当包括光栅时，全息光学模块的光电检测器具有可以用DPP方法检测跟踪误差信号的结构。在此，将省略对分别作为第二和第三光学单元30和40而采用的DVD红波长全息光学模块和CD近红外波长全息光学模块的详细描述和说明。
第二和第三光学单元30和40可以如同第一光学单元20具有单独提供光源和光电检测器的光学结构，而不采用全息光学模块的结构。另外，可以提供用于下一代DVD的蓝紫波长例如405nm波长的全息光学模块作为第一光学单元20。
最好，物镜3针对第一到第三光盘1a、1b和1c中具有最高密度的光盘例如第一光盘1a进行优化。当物镜3是针对第一光盘1a来优化的时，第二和第三光学单元30和40最好包括一个光电检测器，它在对应于光盘径向的方向(方向R)上具有至少四个区域的结构，如图11和12所示，后面将要对此进行描述，以检测最小化跟踪误差偏移的跟踪误差信号。当然，第一光学单元20的光电检测器在方向R上具有至少四个区域的结构，如图11和12所示。
第一光径改变器53置于第一和第二光学单元20和30与物镜3之间，并且使从第一和第二光学单元20和30输出的第一和第二光束21a和31a向物镜3前进，并且使由光盘1反射回来的第一和第二光束21a和31a向第一和第二光学单元20和30前进。可以提供具有镜面54a的光束分光器54作为第一光径改变器53，其中，镜面54a传输第一光束21a，同时完全反射第二光束31a。
第二光径改变器55置于第一光径改变器53与物镜3之间，并且传输从第一和第二光学单元20和30输出的第一和第二光束21a和31a，并且反射从第三光学单元40输出的第三光束41a。可以提供具有镜面56a的光束分光器56作为第二光径改变器55，其中，镜面56a传输第一和第二光束21a和31a的全部或部分，同时反射第三光束41a的全部或部分。
第一准直透镜51置于第一光学单元20与第一光径改变器53之间，并且将以发散光束的形式从第一光学单元20输出的第一光束21a变成平行光束以入射到物镜3上。
当提供第一准直透镜51以将第一光束21a变成平行光束时，物镜3被设计为对作为平行光束的第一光束21a进行优化。在提供第一准直透镜51，第一光束21a以平行光束的形式入射到物镜3上，并且物镜3被设计为针对第一光束21a和第一光盘1a进行优化的情况下，可以在物镜3在径向上发生偏移的期间检测优良的再现和跟踪误差信号。
第二准直透镜57置于第二光学单元30与第一光径改变器53之间。第二准直透镜57最好被提供用来将以发散光束的形式从第二光学单元30输出的第二光束31a变成接近于平行光束的发散光束。当第二光学单元30的光源位置处于与第二准直透镜57的焦点相偏离的位置，也就是，短于聚焦长度的位置时，第二光束31a在通过第二准直透镜57之后仍然发散，从而第二光束31a可以变成接近于平行光束的发散光束。在这种情况下，由于第二光束31a以接近于平行光束的发散光束的形式入射到物镜3上，因此当采用第二光盘1b时，可以限制由于第一光盘1a与第二光盘1b之间的厚度差异和第二光束31a与第一光束21a之间的波长差异而产生球面像差。
在此期间，如图1所示，由于从第三光学单元40输出的第三光束41a以发散光束的形式入射到物镜3上，因此第三光学单元40的光源与物镜3构成有限光学系统。因此，当采用第三光盘1c时，不仅可以限制由于第一光盘1a与第三光盘1c之间的厚度差异以及第三光束41a与第一光束21a之间的波长差异而产生球面像差，而且可以确保足够的工作距离，从而使第三光盘1c与物镜3不相互碰撞。
虽然图1示出包括第二准直透镜37，但是即使当仅由物镜3和第二光学单元30组成有限光系统而没有第二准直透镜57时，也可以校正球面像差。另外，还可以在第三光学单元40与第二光径改变器55之间提供用于将第三光束41a变成接近于平行光束的发散光束的准直透镜(未示出)。
在此，虽然图1示出本发明兼容光拾取器的光学单元10的光学结构的一个优选实施例，但是本发明兼容光拾取器的光学单元10不限于图1的光学结构。也就是，本发明的光学单元10的光学结构可以在本发明的技术概念范围内以各种方式进行修改。
在此期间，如上所述，物镜3最好针对作为最高密度光盘的第一光盘1a进行优化。另外，要兼容采用第二和第三光盘1b和1c，最好在第二和第三光盘1b和1c与物镜3之间留有足够工作距离的情况下提供物镜3，从而当分别对以发散光束的形式输入的第二和第三光束31a和41a聚焦以在第二和第三光盘1b和1c的记录表面上形成光点时，第二和第三光盘1b和1c与物镜3不相互碰撞。
例如，当第一光盘1a具有0.1mm的厚度，并且被提供为对具有405nm波长的蓝紫光束和0.85或更大的Na获得期望记录容量时，物镜3最好对0.1mm的厚度和405nm的波长具有0.85或更大的Na。当然，当提供第一准直透镜51并且第一光束21a以平行光束的形式入射到物镜3上时，物镜3针对平行光束形式的第一光束21a进行设计。
当物镜3是针对第一光盘1a来优化的并且被提供为在采用第二和第三光盘1b和1c的情况下具有足够的工作距离时，如果第二和第三光束31a和41a以平行光束的形式入射到物镜3上，则在作为由物镜3在第二和第三光束31a和41a的记录表面上聚焦的光点形成的第二和第三光束31a和41a中，由于与第一光盘1a的厚度差异，将会产生球面像差。然而，在本发明的兼容光拾取器中，由于从第二和第三光学单元30和40输出的第二和第三光束31a和41a以发散光束的形式入射到物镜3上，因此可以足够限制由于第二和第三光盘1b和1c与第一光盘1a之间的厚度差异而产生球面像差。
表1示出可以兼容采用具有不同厚度的第一到第三光盘1a、1b和1c并且可以在本发明的兼容光拾取器中采用的物镜3的详细设计例子。表1示出当第一到第三光束21a、31a和41a的波长分别为405nm、650nm和780nm，第一到第三光盘1a、1b和1c的厚度分别为0.1mm、0.6mm和1.2mm，并且对第一到第三光束21a、31a和41a的有效NA分别为0.85、0.60和0.45时，为以平行光束形式输入的第一光束21a和以发散光束形式输入的第二和第三光束31a和41a设计的物镜3的数据。
                               表1
表面 曲率半径[mm] 厚度/间距[mm] 材料(玻璃)
对象表面 无穷大 无穷大32.3195820.99335
S1(停止) 无穷大 0.000000
S2(非球面1) 1.562481 2.00000 BaCD5_HOYA
K：-0.830781A：0.115242E-01  B：0.174402E-02  C：0.432473E-04D：0.207460E-03  E：-.512981E-04  F：0.100915E-04G：0.000000E+00  H：0.000000E+00  J：0.000000E+00
S3(非球面2) -8.323786 0.000000
K：-135.523964A：0.241679E-01  B：-.488517E-02  C：0.442140E-03D：-.129910E-04  E：0.000000E+00  F：0.000000E+00G：0.000000E+00  H：0.000000E+00  J：0.000000E+00
S4 无穷大 1.155901.093290.84607
S5 无穷大 0.1000000.600001.20000 ‘CG’
图像表面 无穷大 0.000000
在表1中，对应于对象表面、S4和S5的各个厚度/间距区域中的三个值对于第一到第三光盘1a、1b和1c依次分别表示对象表面、S4和S5与下一表面之间的间距或其厚度。BaCD5_HOYA是形成物镜3的光学介质，并且其折射率对于405nm、650nm和780nm的波长分别为1.605256、1.586422和1.582509。另外，‘CG’表示从第一到第三光盘1a、1b和1c的光入射表面到记录表面的光学介质，并且其折射率对于405nm、650nm和780nm的波长分别为1.621462、1.581922和1.575091。K表示作为物镜3的透镜表面的第一和第二非球面S2和S3的二次曲线常数。A、B、C、D、E、F、G、H和J为非球面系数。表1中表示表面的S1-S5如图2A到4A所示，以作参考。
当从非球面顶点的深度为z时，第一和第二非球面S2和S3的非球面公式可以用如下数学公式3表示。
[数学公式3] z = ch 2 1 + 1 - ( 1 + K ) c 2 h 2 + Ah 4 + Bh 6 + Ch 8 + Dh 10 + Eh 12 + Fh 14 + Gh 16 + Hh 18 + Jh 20
在此，h表示光轴高度，c表示曲率，K表示二次曲线系数，并且A到J表示非球面系数。
具有表1的设计数据的物镜3对于厚度为0.1mm、0.6mm和1.2mm的第一到第三光盘1a、1b和1c分别具有1.15590mm、1.09329mm和0.84607mm的足够工作距离，从而当采用其厚度与物镜3的最优设计条件相偏离的第二和第三光盘1b和1c即DVD和CD时使物镜3不与光盘1发生碰撞。另外，具有表1的设计数据的物镜3对于其波长与最优设计条件相偏离的光束是针对发散光束形式的入射光束来设计的。实际上，由于第二和第三光束31a和41a在根据本发明优选实施例的兼容光拾取器中以发散光束的形式入射到物镜3上，因此物镜3对于第二和第三光盘1b和1c具有足够低的光径差(OPD)。
图2A和2B分别示出当使用根据表1的设计数据形成的物镜对第一光束21a进行聚焦从而在第一光盘1a的记录表面上形成光点时第一光束21a的光径和像差。图3A和3B分别示出当使用根据表1的设计数据形成的物镜对第二光束31a进行聚焦从而在第二光盘1b的记录表面上形成光点时第二光束31a的光径和像差。图4A和4B分别示出当使用根据表1的设计数据形成的物镜对第三光束41a进行聚焦从而在第三光盘1c的记录表面上形成光点时第三光束41a的光径和像差。在此，图2B、3B和4B分别示出关于具有405nm波长的第一光束21a、具有650nm波长的第二光束31a和具有780nm波长的第三光束41a的OPD。
从图2A和2B、3A和3B以及4A和4B可以看出，根据表1的设计数据形成的物镜3在对第一到第三光束21a、31a和41a进行聚焦并且在第一到第三光盘1a、1b和1c的记录表面上形成光点时，具有足够低的OPD。
因此，采用根据表1的设计数据形成的物镜3的根据本发明优选实施例的兼容光拾取器可以兼容采用第一到第三光盘1a、1b和1c。
物镜3安装在致动器5上。在本发明的兼容光拾取器中，致动器5最好能够在光盘1的径向上倾斜物镜3。提供一种不仅可以在聚焦方向和跟踪方向上移动物镜3而且可以在径向倾斜方向上调节物镜3的致动器作为致动器5。由于能够在聚焦方向、跟踪方向和径向倾斜方向上调节物镜3的致动器5在本发明所属领域内是一种公知技术，因此将省略致动器5的结构和操作的详细描述。
当通过使用能够在径向上倾斜的致动器5对物镜3施加径向倾斜时，致动器5的倾斜量即物镜3的倾斜量与物镜3在光盘1的径向上的平移运动成正比。另外，物镜3的倾斜量可以根据施加于致动器5的跟踪致动器部分的线圈的电流来检测，以使物镜3在径向上执行平移运动。
也就是，采用本发明兼容光拾取器的光盘系统可以具有如图5所示的结构，并且可以如下所述控制物镜3的移动。从图5可以看出，在采用本发明兼容光拾取器的光盘系统中，致动器5最好包括用于径向倾斜控制的倾斜致动器部分5a和用于跟踪控制的跟踪致动器部分5b。当然，致动器5最好包括用于聚焦控制的聚焦致动器部分(未示出)。在此，可以使用在本技术领域内公知的具有能够对物镜3施加径向倾斜的各种结构的致动器作为本发明兼容光拾取器中的致动器5。
参照图5，跟踪误差信号TES通过使用本发明的兼容光拾取器光学系统100来检测。跟踪驱动信号TRD通过计算TES来获得，并且跟踪致动器部分5b和倾斜致动器部分5a通过使用跟踪驱动信号来驱动。在图5中，标号110表示伺服电路，标号111表示低通滤波器，并且标号113表示增益调节器。标号105表示RF信号放大器，用于放大从本发明的兼容光拾取器光学系统100的光学单元20、30和40输出的信号。标号115表示跟踪控制器，并且标号117和119分别表示用于驱动跟踪致动器部分5b和倾斜致动器部分5a的驱动器。在此，由于图5的信号处理电路结构和信号处理过程在本技术领域内不仅众所周知，而且可以进行模拟化，因此将省略其详细描述。
从图5可以看出，由于跟踪驱动信号TRD用于驱动跟踪致动器部分5b和倾斜致动器部分5a，因此物镜3的倾斜量与物镜3在光盘1的径向上的平移运动成正比。物镜3的倾斜量可以根据施加于跟踪致动器部分5b的线圈的电流来检测以使物镜3在光盘1的径向上执行平移运动。
在此期间，回到图1，由于物镜3被提供为适于需要最大NA的高密度光盘，因此本发明的兼容光拾取器还包括NA调节构件7，用于为相对低密度的光盘调节其波长与物镜3的最优设计条件相偏离的光束的有效NA。
NA调节构件7包括：中央传输区域，传输用于高密度光盘和低密度光盘的入射光束，并且具有与适于至少一种低密度光盘的有效NA相对应的直径；以及NA调节区域，位于中央传输区域之外，用来阻挡作为NA限制对象的用于低密度光盘的光束。
例如，如图1所示，当本发明的兼容光拾取器兼容采用第一到第三光盘1a、1b和1c，并且物镜3被提供为适于第一光盘1a时，NA调节构件7具有如下结构：调节第二和第三光束31a和41a的NA从而使由物镜3聚焦的第二和第三光束31a和41a具有适于第二和第三光盘1b和1c的有效NA。
作为一个详细例子，NA调节构件7包括：第一中央传输区域8a，具有与适于第二光盘1b的有效NA相对应的直径，以使第二光束31a的有效NA为0.6；以及第二中央传输区域9a，具有与适于第三光盘1c的有效NA相对应的直径，以使第三光束41a的有效NA为0.45。
第一中央传输区域8a周围的第一NA调节区域8b由全息或波长选择性滤光器形成，用来阻挡作为NA限制对象的用于第二光盘1b的第二光束31a，并且传输第一光束21a。另外，第二中央传输区域9a周围的第二NA调节区域9b由全息或波长选择性滤光器形成，用来阻挡作为NA限制对象的用于第三光盘1c的第三光束41a，并且传输第一和第二光束21a和31a。
在此，由于最好将第一和第二中央传输区域8a和9a的中心与物镜3的中心相匹配，因此NA调节构件7最好与物镜3一起安装在致动器5上。
虽然在图1中NA调节构件7作为与物镜3独立的构件来提供，但是它也可以与物镜3集成在一起形成。例如，可以在面对物镜3的光学单元10的一个透镜表面上形成NA调节构件7的第一中央传输区域8a和第一NA调节区域8b，而在物镜3的另一透镜表面上形成NA调节构件7的第二中央传输区域9a和第二NA调节区域9b。
本发明的兼容光拾取器可以包括如图6所示的NA调节构件17，而不是NA调节构件7。NA调节构件17包括：第一中央传输区域17a，用于传输第一到第三光束21a、31a和41a的所有波长；第一NA调节区域17b，用于仅传输第一和第二光束21a和31a的波长(蓝紫和红波长的光束)；以及第二NA调节区域17c，用于仅传输第一光束21a的波长(蓝紫波长的光束)。在此，第一中央传输区域17a的直径(第一NA调节区域17b的内径)的大小最好与适于第三光盘1c的有效NA例如0.45相对应，而第一NA调节区域17b的直径(第二NA调节区域17c的内径)的大小最好与适于第二光盘1b的有效NA例如0.6相对应。
NA调节构件17可以通过对物镜3的一个透镜表面镀膜或附加的透明片来形成。在此，执行镀膜，从而使第一中央传输区域与第一和第二NA调节区域17a、17b和17c之间不产生任何相差。也就是，执行镀膜，从而当第一光束21a通过第一中央传输区域与第一和第二NA调节区域17a、17b和17c中的每一个区域时，相变将相同。
在具有上述结构的根据本发明优选实施例的兼容光拾取器中，如下所述，当采用其厚度与物镜3的最优设计条件相对应的第一光盘1a时，可以检测优良的再现和跟踪误差信号，并且当采用其厚度与物镜3的最优设计条件相偏离的第二和第三光盘1b和1c时，可以确保足够的工作距离，并且由于球面像差和彗差的产生受到限制，因此可以检测优良的再现和跟踪误差信号。
当采用第一光盘1a时，第一光学单元20的光源21用来发射第一光束21a。在物镜3被设计为对第一光束21a的波长和第一光盘1a的厚度最优的情况下，当物镜3对从第一光学单元20发射的第一光束21a进行聚焦从而在第一光盘1a的记录表面上形成光点时，几乎不产生球面像差。另外，当物镜3在第一光盘1a的径向上发生偏移时几乎不产生彗差。因此，可以检测非常优良的跟踪和再现信号。
当采用第二和第三光盘1b和1c时，第二和第三光学单元30和40的光源用来发射第二和第三光束31a和41a。由于第二和第三光束31a和41a作为发散光束入射到物镜3上，因此可以足够校正由于第二和第三光盘1b和1c与第一光盘1a之间的厚度差异以及第二和第三光束31a和41a与第一光束21a之间的波长差异而产生的球面像差。另外，从表1的物镜的设计例子可以看出，可以获得足够的工作距离。另外，如下所述，根据本发明优选实施例的兼容光拾取器，当采用与物镜3的最优设计条件相偏离的第二和第三光盘1b和1c时，可以足够限制由于物镜3在径向上的偏移而产生彗差。因此，当采用第二和第三光盘1b和1c时，可以检测优良的再现和跟踪误差信号。
参照图7到10和表2，现在将描述，在根据本发明优选实施例的兼容光拾取器中再现当采用与物镜3的最优设计条件相偏离的第二和第三光盘1时通过限制由于物镜3在径向上的偏移而产生的彗差所检测的优良再现和跟踪误差信号。
由于第二和第三光束31a和41a以发散光的形式入射到物镜3上，因此，如上所述，当物镜3如在再现偏心光盘1的情况下在径向上发生偏移时，将产生彗差。图7和8示出在DVD和CD再现期间物镜3偏移0.4mm的情况下当物镜3对具有650nm波长λ2的第二光束31a和具有780nm波长λ3的第三光束41a进行聚焦从而在DVD和CD的记录表面上形成光点时的像差。
从图7和8可以看出，由于第二和第三光束31a和41a以发散光束的形式入射到物镜3上，因此，在物镜3的偏移期间，将大大产生光学像差，特别是彗差。当物镜3在径向上偏移0.4mm时，如表2所示，对于DVD，产生0.201λ2的光学像差(OPDrms)，并且对于CD，产生0.167λ3的光学像差(OPDrms)。
                        [表2]
    物镜偏移/物镜径向倾斜     OPDrms
DVD     0.0mm/0°     0.005λ2
    0.4mm/0°     0.201λ2
    0.4mm/1.2°     0.011λ2
CD     0.0mm/0°     0.001λ3
    0.4mm/0°     0.167λ3
    0.4mm/2.0°     0.012λ3
然而，当在物镜3的偏移期间对物镜3施加与物镜3的偏移量相对应的径向倾斜时，从图9和10可以看出，将大大限制由于物镜3的偏移而产生光学像差特别是彗差，从而几乎不产生光学像差。这可以通过表2来确认。如表2所示，当对于DVD将1.2°的径向倾斜施加于偏移0.4mm的物镜3时，光学像差OPDrms减至0.011λ2。当对于CD将2.0°的径向倾斜施加于偏移0.4mm的物镜3时，光学像差OPDrms减至0.012λ3。
因此，根据本发明的兼容光拾取器，当采用其厚度与物镜3的最优设计条件相偏离的光盘时，可以在物镜3的偏移期间限制彗差的产生，从而可以检测优良的跟踪误差和再现信号。
下面将描述当采用具有与物镜3的最优设计条件相偏离的格式的光盘1例如第二和/或第三光盘1b和1c时可以消除由于物镜3在径向上的偏移而产生的跟踪误差信号偏移的跟踪误差信号检测。
在本技术领域内众所周知，虽然推挽法可以用于检测可记录光盘的跟踪误差信号，但是由于物镜3在径向上的偏移而产生跟踪误差信号偏移，因此通常使用微分推挽(DPP)方法来校正跟踪误差信号偏移。
在兼容光拾取器中，当对其厚度与物镜3的最优设计条件相偏离的光盘使用发散光束时，最好还采用如图11和12所示的跟踪误差信号检测技术。
参照图11，在本发明的兼容光拾取器中，当采用具有与最优设计条件相偏离的格式的光盘1，也就是，第二和第三光盘1b和1c时，用于通过接收由光盘1的记录表面反射的光束来检测信息信号和/或误差信号的光电检测器200最好具有包括在与光盘1的径向相对应的方向上划分的至少四个区域的结构。在此，光电检测器200可以是第二和第三光学单元30和40的光电检测器。当采用第一光盘1a时，如果应用参照图11所述的跟踪误差信号检测技术，则光电检测器200可以是第一光学单元20的光电检测器29。
在此，光电检测器200最好具有如下划分的结构：由于光盘1在轨道方向上的周期结构而被光盘1反射和/或衍射的光束的棒球图案部分仅由光电检测器200的外侧区域范围S3和S4接收。在图11的情况下，棒球图案部分是指由光盘1反射/衍射的光的0级衍射光和+1级衍射光重叠的部分和由光盘1反射/衍射的光的0级衍射光和-1级衍射光重叠的部分。
跟踪误差信号检测电路250包括第一减法器251，用于获得光电检测器200的四个区域范围中内侧区域范围S1和S4的检测信号之间的相减信号；第二减法器255，用于获得外侧区域范围S3和S4的检测信号之间的相减信号；增益调节器253，对从第一减法器251输出的信号施加预定增益ξ，以及第三减法器257，用于获得从增益调节器253输出的信号与从第二减法器255输出的信号之间的相减信号。
当与内侧区域范围S1和S2的检测信号之间的差值相对应的信号为PPin，并且与外侧区域范围S3和S4的检测信号之间的差值相对应的信号为PPout时，可以用如下数学公式4检测跟踪误差信号TES。
[数学公式4]
TES＝PPout-ξ.PPin
在此，ξ为增益。
在参照图11的上面描述和说明中，对内侧区域范围S1和S2的检测信号之间的相减信号施加预定增益ξ。然而，也可以对外侧区域范围S3和S4的检测信号之间的相减信号施加增益，而不是对内侧区域范围S1和S2的检测信号之间的差值信号施加增益，或者对内侧区域范围S1和S2的检测信号之间的相减信号与外侧区域范围S3和S4的检测信号之间的相减信号中的每一个信号施加适当的增益。
另外，虽然光电检测器200在图11中被描述和说明为在与光盘1的径向相对应的方向上分为四个区域，但是光电检测器200例如图12所示，可以通过在与光盘1的径向相对应的方向上分为四个区域，并且在与光盘1的切向相对应的方向上分为两个区域，具有八个区域的结构，或者光电检测器200可以具有十六个区域的结构。在此，如图12所示，跟踪误差信号检测电路250′考虑光电检测器200′的区域结构作相应修改，但是实际上与图11的跟踪误差信号检测电路250相同。
同时，在本发明的兼容光拾取器中，可以将采用DPP方法的跟踪误差信号检测技术或者如图11和12所示的跟踪误差信号检测技术应用于具有满足物镜3的最优设计条件的格式的第一光盘1a。
在上面描述中，本发明的兼容光拾取器被描述和说明为包括用于发射具有不同波长的光束的三个光学单元10，以兼容采用下一代DVD、DVD和CD。然而，本发明不限于此，并且可以获得兼容光拾取器的各种优选实施例。因此，本领域的技术人员应该理解在不脱离由所附权利要求限定的本发明的精神和范围的情况下，可以对其进行形式和细节的各种修改。
根据上述本发明，可以兼容采用具有不同厚度的高密度光盘和低密度光盘。另外，对于低密度光盘，当物镜在光盘的径向上发生偏移时，可以在不额外增加光学部件的情况下获得优良的像差特性。

Claims (14)

1.一种兼容光拾取器，兼容采用高密度记录介质和至少一种低密度记录介质，所述兼容光拾取器包括：
物镜，能够通过聚焦能够获得适于高密度记录介质的高NA的用于高密度记录介质的入射光束来形成适于在高密度记录介质的记录表面上记录和/或再现的光点，并且通过聚焦发散光束形式的用于低密度记录介质的入射光束来形成适于在低密度记录介质的记录表面上记录和/或再现的光点；以及
致动器，用来对物镜施加倾斜，
其中，用于低密度记录介质的光束以发散光束的形式入射到物镜上，并且当物镜在低密度记录介质的径向上发生偏移时，对物镜施加与偏移相对应的倾斜。
2.如权利要求1所述的兼容光拾取器，其中，当施加倾斜时的物镜倾斜量与物镜在径向上的平移运动成正比。
3.如权利要求2所述的兼容光拾取器，其中，当施加倾斜时的物镜倾斜量根据施加于致动器线圈的电流来检测，从而使物镜在径向上执行平移运动。
4.如权利要求1至3中的任一项所述的兼容光拾取器，其中，倾斜是径向倾斜。
5.如权利要求1所述的兼容光拾取器，其中，物镜对于蓝紫光束和0.1mm的记录介质厚度，具有0.85或更大的NA。
6.如权利要求1所述的兼容光拾取器，还包括NA调节构件，用来对用于低密度记录介质的光束调节NA，从而使由物镜聚焦的用于低密度记录介质的光束是具有适于低密度记录介质的有效NA的光束。
7.如权利要求6所述的兼容光拾取器，其中，NA调节构件，包括：
中央传输区域，用来传输用于高密度记录介质的入射光束和用于低密度记录介质的入射光束，并且具有与适于至少一种低密度记录介质的有效NA相对应的直径；以及
NA调节区域，位于中央传输区域之外，用来阻挡作为NA限制对象的用于低密度记录介质的光束。
8.如权利要求7所述的兼容光拾取器，其中，至少一种低密度记录介质包括具有相对较低密度的第一低密度记录介质和具有相对较高密度的第二低密度记录介质，并且NA调节构件包括：
第一中央传输区域，具有与适于第一低密度记录介质的有效NA相对应的直径；
第一NA调节区域，位于第一中央传输区域之外，用来阻挡作为NA限制对象的用于第一低密度记录介质的光束。
第二中央传输区域，具有与适于第二低密度记录介质的有效NA相对应的直径；以及
第二NA调节区域，位于第二中央传输区域之外，用来阻挡作为NA限制对象的用于第二低密度记录介质的光束。
9.如权利要求7所述的兼容光拾取器，其中，至少一种低密度记录介质包括具有相对较低密度的第一低密度记录介质和具有相对较高密度的第二低密度记录介质，并且NA调节构件包括：
第一中央传输区域，具有与适于第一低密度记录介质的有效NA相对应的直径；
第一NA调节区域，位于第一中央传输区域之外，并且具有与适于第二低密度记录介质的有效NA相对应的外径，用来阻挡用于第一低密度记录介质的光束，并且传输用于第二低密度记录介质的光束和用于高密度记录介质的光束；以及
第二NA调节区域，位于第一NA调节区域之外，用来阻挡用于第二低密度记录介质的光束，并且传输用于高密度记录介质的光束。
10.如权利要求1至3和5至9中的任一项所述的兼容光拾取器，其中，高密度记录介质是密度高于DVD的下一代DVD家族记录介质，并且低密度记录介质是CD家族光盘和DVD家族光盘中的至少一种。
11.如权利要求10所述的兼容光拾取器，其中，用于低密度记录介质的光束是具有适于DVD家族光盘的红波长的光束和具有适于CD家族光盘的近红外波长的光束中的至少一种。
12.如权利要求11所述的兼容光拾取器，其中，用于接收和检测由低密度记录介质反射的低密度记录介质光束的光电检测器在记录介质的径向上分为至少四个区域，并且包括一对内侧光接收部分和一对外侧光接收部分。
13.如权利要求12所述的兼容光拾取器，其中，光电检测器具有如下结构：由于记录介质在轨道方向上的周期结构而被记录介质反射和/或衍射的光束的棒球图案部分仅由光电检测器的外侧光接收部分接收。
14.如权利要求12或权利要求13所述的兼容光拾取器，其中，当光电检测器的内侧光接收部分的检测信号之间的相减信号与光电检测器的外侧光接收部分的检测信号之间的相减信号之一为PP1，并且另一相减信号为PP2，则根据下面方程检测跟踪误差信号TES，
TES＝PP2-ξ·PP1
其中，ξ为增益。
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