CN1722255A - 光学拾取装置 - Google Patents

Abstract

一种光学拾取装置中探测从光盘反射的光束的光电探测器包括：透射从光盘反射的三个光束即一个主光束和两个子光束的基板；根据激光二极管输出的激光波长而以不同的折射率折射透过基板的两子光束的液晶；向液晶供电的电极材料；调节施加于电极材料的电压幅值的开关；以及透过基板和液晶的主光束和折射的子光束投射其上并转换为电信号的光电二极管。通过在光电二极管的前面安装基板和晶体层并且调节施加于液晶的电压的幅值而改变光电探测器的光接收放大率。无论波长通过折射从光盘反射的光束而将 ±1级光束投射到相同位置。因此，该光学拾取装置适用于不同规格的光盘。

Description

光学拾取装置

技术领域

本发明通常涉及一种光学拾取装置，更特别地，涉及一种光学拾取装置，其中调节入射到光接收元件上的子光束的折射率，以保证该子光束不会入射到偏离该光接收元件的位置，由此可以将信息记录到不同规格的光盘上和/或从该光盘再现信息。

背景技术

通常，将光学拾取装置用于CDP，DVDP，CD-ROM驱动器和DVD-ROM驱动器，以便将信息记录到非接触型记录介质上和/或从该非接触型记录介质再现信息。

DVDP(数字多功能光盘播放器)和DVD-ROM能够记录和再现高密度数据，因而优选地将它们用于视频和音频产品。特别地，在DVDP中使用的光学拾取装置能够将信息记录到DVD上和/或从该DVD再现信息，并且将该光学拾取装置制造成可与CD族介质如CD、CD-R(可记录的)、CD-I(交互式)和CD-G(图形式，graphics)兼容。

然而，考虑到光盘的倾角和物镜的数值孔径(NA)中的容许误差，DVD的标准厚度与CD族介质的厚度标准不同。更确切地说，现有的CD族介质的标准厚度是1.2毫米，而DVD的标准厚度是0.6毫米。因此，当将DVD的光学拾取装置用于CD族介质时，由于这两种类型的光盘之间厚度的差异，出现了球面像差。由于该球面像差，不能为记录信息信号提供足够的光强，或者从CD再现的信号经常劣化。此外，DVD的轨道间距至少比CD的轨道间距密两倍，并且每个岸台(land)之间的间隔更窄，因此，DVD的存储容量比CD的存储容量大几倍。由于CD和DVD彼此具有不同的厚度和存储容量，因而用于DVD的激光束的波长不同于用于CD的激光束的波长。例如，CD使用780纳米波长的红外光记录和/或再现信息，而DVD使用635纳米波长的红光束记录和/或再现信息。

如上所述，由于DVD和CD具有不同的厚度，因而用于该DVD和CD的激光的波长也不同。因此，很难使用一个光学系统从DVD和CD中再现信息。为了解决这一问题，已经研制出了透镜切换方法。根据该透镜切换方法，安装两个物镜，一个用于CD，另一个用于DVD。即使这使得产品设计更加复杂并且增加了制造的成本，其也是用于DVD和CD的最公知方法。实际上，东芝和日立公司仍然在他们的产品中使用这种方法。

下面，介绍一种仅使用一个DVD透镜同时从两种介质读取信息的新方法。NA控制系统和环形系统是其典型的例子。由于这两个系统仅使用一个透镜，因而它们节省了成本，并且简化了产品设计。而且，还可以利用使用一个DVD透镜的两个焦点的全息元件或对应于两种介质的NA的非球形透镜。

同时，光学拾取装置根据所使用的光接收元件的类型，分为基于使用四分光接收元件的推挽式方法的光学拾取装置，以及基于使用八分光接收元件的四光束方法的光学拾取装置。通常四光束光学拾取装置用于需要精确的跟踪伺服性能的高密度光盘。

可以在图1中看到，四光束光学拾取装置包括：LD(激光二极管)101，用于发射两个不同波长的光束；衍射光栅102，用于将来自LD 101的激光束分为三个分立的光束，即一个主光束和两个子光束；光束分离器103，用于将衍射光栅102出射的光束向着光盘反射，并且透过来自该光盘的反射光束；准直透镜104，用于会聚从光束分离器103反射的平行光束以在该光盘的信息记录表面形成光束点，并且将从该光盘的信息记录表面反射的该光束点的发散光束转换成平行光束(或准直光束)；物镜105，用于会聚光束分离器103透射的反射光；以及光电探测器106，用于将物镜105会聚的三个光束点光电转换为电信号。

根据信息记录介质是CD或DVD，该光学拾取装置的LD 101输出具有不同波长的激光束。然后，通过衍射光栅102将输出的激光束分为主光束和子光束。换句话说，衍射光栅102将激光束分为用于从LD 101输出的激光束读取信息信号和光盘的聚焦伺服的0级主光束，以及用于光盘的轨道伺服的±1级子光束。

通过光束分离器103将分开的光束向着光盘反射并通过准直透镜104聚焦到光盘上以形成光束点，并且再从该光盘反射。来自光盘的反射光透过光束分离器103，由物镜105会聚，并且由光电探测器106探测。

如图2所示，由八个分立的光电端子A，B，C，D，E1，E2，F1，F2组成的该八分光接收元件用作光电探测器106。四个在中心的分开的端子A，B，C，D属于主光束点部分106a，其接收主光束的反射线，而在该主光束点部分106a的两侧的其它四个分开的端子E1，E2，F1，F2属于子光束点部分106b。可以改变主光束点部分106a和子光束点部分106b的端子的数量和位置，这根据所需的产品设计。

光电探测器106探测聚焦在主光束点部分106a上的主光束，读取存储在该光束中的信息，并且探测光盘的聚焦信号误差。而且，光电探测器106还利用聚焦在子光束点部分106b上的子光束探测光盘的跟踪信号误差。

然而，从LD 101输出的激光波长不同，这根据所用光盘的种类。如果将该光学系统调节至这些波长中的一个，则子光束将不能正确地入射到光电探测器106的子光束点部分106b上，如图3所示。为了防止这一点，现在将该光学拾取装置设计成衍射光栅102的衍射角或旋转角与所使用的光盘的类型相适应地改变。当衍射光栅102的旋转角改变时，由于该旋转角的范围不大于5度，因而该子光束从其入射路径到光电探测器106的偏离是可以忽略的。然而，当衍射角改变时，该子光束的偏离程度根据所用的激光的波长变化。为了接收从它们的入射路径偏离的入射子光束，建议在每个子光束入射的位置形成多个子光束点部分106b。然而，这使得光电探测器106的结构变得复杂。在这种情况下，如图3所示，具有不同波长的一个以上的子光束彼此重叠。这样，很难确定子光束点部分106b的正确位置，以接收具有不同波长的所有子光束。

即使兼容DVD和CD的光学拾取装置也有几个要解决的问题。近来，光盘工业中的技术进步已经带来了具有25G字节容量的BD(蓝光光盘)，并且非常可能在近期可以研制出具有不同规格和更大容量的新光盘。然而，上述方法是用于现有规格的CD和DVD的。因此，需要重新设计光学系统，以从那些新研制的规格的光盘中再现信息，或者研制新的光学系统，以从那些新研制的光盘中再现信息。

因此，需要研制与CD、DVD和可能在近期研制的具有不同规格的其它光盘兼容的光学拾取装置。

发明内容

本发明的其它方面和/或优点将部分通过下面的说明了解，并且部分从说明中显见，或者可通过对本发明的实践而习得。

因此，本发明的目的是提供一种光学拾取装置，该光学拾取装置通过调节入射在光接收元件上的子光束的折射率，以保证该子光束不会偏离它们到该光接收元件的入射路径，从而能够将信息记录到具有不同规格的光盘上和/或从该光盘再现信息。

为了实现上述目的和优点，提供一种光学拾取装置，其包括：激光二极管，用于发射两个不同波长的光束；衍射光栅，用于将来自LD的激光束分为三个分立的光束，即一个主光束和两个子光束；光束分离器，用于将离开该衍射光栅的光束向着光盘反射，并且透射来自该光盘的反射光束；物镜，用于会聚该光束分离器透射的反射光；以及光电探测器，用于将该物镜会聚的三个(一个主光束和两个子光束)光束点光电转换为电信号。该光电探测器包括：基板，用于透射从该光盘反射的三个光束(一个主光束和两个子光束)；液晶，用于根据从该激光二极管输出的激光束的波长，以不同的折射率折射透过该基板的两个子光束；向该液晶供电的电极材料；开关，用于调节施加到该电极材料的电压的幅值；以及光接收元件，当主光束和折射的子光束透过基板和液晶时投射到该光接收元件上，并转换成电信号。

在本发明的示范性实施方式中，该基板由包括玻璃和塑料的透光材料构成，并且形成上部和下部半球，其中面向该液晶的基板的球形表面是凹的或凸的以适应该液晶，并且穿过该球形表面的两个子光束被折射。

在本发明的示范性实施方式中，该开关根据从该激光二极管输出的激光束的波长，调节施加到该液晶的电压的幅值，并且液晶分子的配向角根据该电压的幅值而改变，由此改变了穿过该液晶的子光束的折射率。

优选地，该基板由包括玻璃和塑料的透光材料构成，以彼此相隔预定的距离形成多个液晶层，并且将该电极材料形成在各个液晶层的上面或者下面。

在示范性的实施方式中，该开关有选择地或同时向每个电极材料层供电。

优选地，分别将该电极材料设置在该液晶层的上面或者下面，并且由于其电极图案而具有特定的放大率。

附图说明

通过参照图描述本发明的特定实施方式，本发明的上述方面和特征将变得更加显而易见，其中：

图1是操作中的常规光学拾取装置的截面图；

图2是图1的光电探测器的平面图；

图3是表示具有不同波长的子光束入射在图1的光电探测器上的状态的平面图；

图4是表示投射到光盘上的主光束和子光束之间的关系的平面图；

图5是用于根据本发明第一实施方式的光学拾取装置的光电探测器的截面图；

图6是图1的开关的电极图案的平面图；

图7A和图7B是表示子光束入射在光电二极管上的状态的平面图，将本发明的光电探测器应用于该光电二极管；以及

图8是用于根据本发明第二实施方式的光学拾取装置的光电探测器的截面图。

具体实施方式

下面将详细参考本发明的实施方式，该实施方式的示例在附图中描述，其中所有附图中相似的参考标记指代相似的元件。下面参考附图说明实施方式。

通常，从光学拾取装置的激光二极管输出的激光被分为主光束和子光束。主光束是0级光束，用于读取信息信号和光盘的聚焦伺服。子光束是±1级光束，用于光盘的轨道聚焦。

如前所述，将由光束分离器分开的光束向着光盘反射，并且通过准直透镜将其聚焦到该光盘上。如图4所示，将主光束入射在中部，而将一对子光束E和F入射在两侧。每个子光束连接主光束与光盘轨道的直线成θ角。此时，可以通过下面的公式计算该主光束和每个子光束之间的距离d。

公式1

$d=\frac{1}{m}*L_{\mathrm{LDtoGT}}*\frac{\mathrm{\λ}}{p}$

其中，m表示激光二极管的放大率；L_LDtoGT表示从该激光二极管(LD)到衍射光栅平面(GT)的光束路径；λ表示波长；以及p表示光栅间距。

当对其光球具有固定放大率的光学系统，根据光盘的规格调节衍射角时，入射在光电探测器上的主光束和每个子光束之间的距离即0级光束和±1级光束之间的距离根据该光盘的规格而改变。

在公式1中，波长(λ)和光栅间距(p)是固定值。因此，如果衍射光栅是内装型的，或者根据波长设置在几乎相同的位置，则从该激光二极管到衍射光栅平面的光束路径几乎同样不用考虑波长。

由公式1，可以如下得到入射在光电探测器上的0级光束和±1级光束之间的距离D_PD。

公式2

D_PD＝M×d

其中，M表示光接收放大率。因此，根据公式2，可以通过改变光接收放大率而调节子光束入射的位置。换句话说，通过调节根据波长计算出的光接收放大率，能够使得即使当激光束具有不同的波长时，不同波长的子光束入射到光接收元件的相同位置上。

因而，将本发明的光学拾取装置以这样的方式设计，即可以调节光电探测器的光接收放大率。图5表示用在根据本发明第一实施方式的光学拾取装置中的光电探测器的截面图。

参照图5，光电探测器包括：具有至少一个曲面的基板10；具有根据电压可变的折射率的液晶15；用作向液晶15供电的电极的ITO(氧化铟锡)17；用作光接收元件的光电二极管20；以及开关25，该开关通过ITO17控制施加到液晶15的电压的幅值。

在此，基板10由透光材料如玻璃或塑料构成，并且在底部具有上半球空间。如果从主光束和子光束入射的上平面看，基板10的表面是突出的，并且用作凸透镜。这样，根据其曲率形成焦点和焦距。也就是说，当透过基板10之后，根据波长主光束和子光束聚焦到特定焦点。在此，波长越长，焦距越长。也可以构造凹面的基板。在这种情况下，该基板10用作能够将光束聚焦到特定焦点的凹透镜。

在主光束和子光束透过基板10之后，它们透过液晶15。当通过ITO17将电压施加到液晶分子时，该液晶分子的配向(alignment)改变，并且这引起了该液晶的折射率的改变。更特别地，当通过ITO17将电压施加到液晶15时，该液晶分子的配向角(alignment angle)改变。如果液晶15的配向角改变，则透过基板10折射的子光束再次通过液晶15折射。因此，主光束和子光束分别具有改变的焦距，这意味着光束的光接收放大率改变。

例如，在将操作电压施加到液晶15之前，该液晶15具有预定的折射率(n₁)。然而，当将操作电压全部地施加时(100％)，液晶15的折射率变成n₂。假使那样，当主光束和子光束透过液晶15时，它们在液晶分子之间折射。因此，通过调节施加到液晶15的操作电压的幅值，能够改变子光束的折射率。由于±1级子光束以一定角度入射到光电探测器的基板10的表面上，因而它们根据折射率被折射。

因此，如果根据波长设置施加到具有凸透镜形状的液晶15的操作电压，并且如果根据波长改变子光束的折射率(即子光束的波长越长，折射率越大；子光束的波长越短，折射率越小)，则当具有不同波长的子光束透过液晶15时，它们以不同的折射率折射，并且最后到达相同的位置。

通过开关25对施加到液晶15的电压进行调节。实际上，开关25根据信息记录其上和/或由其再现信息的介质的规格调节施加到ITO17的电压。当调节施加到液晶分子的电压时，折射率改变，这样该子光束的焦距也改变。因此，能够将该子光束投射到所需的位置上。

根据本发明的光电探测器，当根据用于在BD、CD和DVD上记录信息和/或从BD、CD和DVD再现信息的激光线的不同波长(例如，分别是104纳米、650纳米和780纳米)来调节施加到液晶15的电压时，液晶分子的配向角改变。这样，入射到该液晶上的子光束的折射率改变，并且该子光束最后入射到相同的位置上。同时，可以将光电探测器的基板10，液晶15，ITO17，开关25和光电二极管20一体地或者独立地安装。而且，优选地将八分光电二极管用作光电二极管20，但是也可以使用其它类型的光电二极管。

由于子光束的焦距由其折射率的改变而移动(或改变)，因而，如图7A所示，将具有不同波长的激光的所有子光束投射到光电二极管20b接收±1级子光束的相同位置上。另一方面，DVD RAM添加±1级光束和0级光束，它们使用微分像散方法产生，并且形成焦点。因此，该DVD RAM需要额外的四分光电二极管。图7B表示包括用于DVD RAM的额外的四分光电二极管的光电探测器的平面图。

图8是用在根据本发明第二实施方式的光学拾取装置中的光电探测器的截面图。如图所示，该光电探测器包括：由透光材料如玻璃或塑料构成的基板30；第一和第二液晶层35和36；两对ITO37，每一对设置在液晶层35、36的上面或者下面；用于光电探测的光电二极管40；以及有选择地或者同时地向液晶层35、36供电的开关45。

与本发明的第一实施方式相同，基板30由透光材料如玻璃或塑料构成，但是其在第二实施方式中基板是平的。如图6所示，开关45具有同心的电极图案。这种电极图案由下面的公式3确定。

公式3

$r_M={({\left(\mathrm{M\λ}\right)}^2+\mathrm{M\λf})}^{\frac{1}{2}}$

其中，r_M是第M半径，λ是波长，以及f是焦距。

优选地，在基板30下有两个开关45。将电压施加到每个液晶层35、36，的开关45具有由公式3确定的它们自己的放大率，以保证该子光束入射到所需的位置上。

实际上，可以以不同的方式将开关45安装在该光电探测器中。例如，如果不向两个液晶层35、36供电，则设计开关45以形成恒定的光接收放大率。如果向第一液晶层35供电，则设计开关45以形成第一光接收放大率，如果向第二液晶层36供电，则设计开关45以形成第二光接收放大率。最后，如果向两个液晶层35、36供电，则设计开关45以形成第三光接收放大率。此外，考虑到波长的种类和光学拾取装置的设计系统，可以不同地设计开关45。

下面的表1表示在根据本发明的光学拾取装置中使用的光电探测器的一个实施方式。

                                   表1

	BD	DVD RAM	DVD	CD
					波长(纳米)	408	658	658	785
轨道节距(μm)	0.32	1.23	0.74	1.60
					衍射光栅节距(μm)	20	20	20	20
激光二极管的放大率(m)	9.091	8.772	8.772	8.772
					光接收放大率(M)	18.928	11.299	11.299	9.467
DPD(μm)	160.000	160.000	160.000	160.000

从表1可见，BD，DVD RAM，DVD和CD使用的激光波长分别是408纳米，658纳米，658纳米和785纳米，其轨道间距分别是0.32μm，1.23μm，0.74μm和1.69μm。从轨道间距可以推断，按照BD，DVD，DVD RAM和CD的顺序每种光盘的存储容量最大(即第一个是最大的一个)。用于光盘的激光二极管的放大率分别是9.091，8.772，8.772和8.772。倘若对所有的光盘来说，将衍射光栅间距设置为20，将光接收放大率分别设置为18.928，11.299，11.299和9.467，以便将信息记录到光盘和/或从该光盘再现信息，则对所有的光盘来说，±1级光束和0级光束之间的距离D_PD都是160.000μm。换句话说，现在可以仅仅通过改变光接收放大率而使所有具有不同波长的±1级光束入射到相同的位置上。

因此，在本发明的光学拾取装置中使用的光电探测器能够通过将基板10或30以及液晶层15或35、36安装在光电二极管20或40的前面，并且调节施加到液晶层15或35、36的电压的幅值，或者有选择地或同时地将电压施加到具有不同的放大率的开关45的电极图案，从而改变光接收放大率。为了将从光盘反射的子光束入射到相同的位置或者所需的位置上，需要将该子光束以适当的折射率折射，或者施加适当的电压，以便得到特定的放大率。如此，可以将±1级光束投射到相同的位置，而不用考虑波长。因此，本发明的光学拾取装置能够将信息记录到具有不同规格的光盘和/或从该光盘再现信息。

最后，在本发明的光学拾取装置中使用的光电探测器包括基板10或30，液晶(层)15或35、36，以及开关25或45。这种简单的构造能够将±1级光束投射到相同的位置。总的来说，该光电探测器的结构和电路构造非常简单，因而改进了其装配和可靠性。因此，可以减少制造的成本。此外，该光学系统简单的设计可以制得小型的光学拾取装置。可以将本发明的光电探测器应用于具有不同的波长的所有类型的光盘。换句话说，对于研制出的每一新的规格的光盘，不需要再研制或设计新的光电探测器。

前述实施方式和优点仅是示范性的，而不应当将其理解成限制本发明。本发明可以容易地应用于其它类型的装置。同样，本发明实施方式的描述是为了说明，而不是为了限制权利要求的范围，并且多种替换、修改和变形对本领域的技术人员是显而易见的。

Claims (20)

1.一种光学拾取装置，其包括：发射不同波长的两个光束的一激光二极管；一衍射光栅，用于将来自所述激光二极管的激光束分为三个分立的光束，即一个主光束和两个子光束；一光束分离器，用于将所述衍射光栅出射的光束向着光盘反射，并且透射来自光盘的反射光束；一物镜，用于会聚所述光束分离器透射的反射光；以及一光电探测器，用于将所述物镜会聚的三个即一个主光束和两个子光束的光束点光电转换为电信号，其中所述光电探测器包括：

一基板，用于透射从光盘反射的三个光束即一个主光束和两个子光束；

一液晶，用于根据从所述激光二极管输出的激光束的波长，以不同的折射率折射透过所述基板的两个子光束；

向所述液晶供电的一电极材料；

一开关，用于调节施加于所述电极材料的电压的幅值；以及

一光接收元件，主光束和折射的子光束透过所述基板和液晶而投射到所述光接收元件上并且转换成电信号。

2.根据权利要求1所述的光学拾取装置，其中，所述基板由包括玻璃和塑料的透光材料构成并且形成上部或下部半球，其中所述基板面向所述液晶的球形表面是凹的或凸的以容纳所述液晶，并且通过所述球形表面的两个子光束被折射。

3.根据权利要求1所述的光学拾取装置，其中，所述开关根据从所述激光二极管输出的激光束的波长，调节施加于所述液晶的电压的幅值，并且液晶分子的配向角根据电压的幅值而改变，由此改变通过所述液晶的子光束的折射率。

4.根据权利要求1所述的光学拾取装置，其中，所述基板由包括玻璃和塑料的透光材料构成，彼此相隔预定的距离而形成多个液晶层，并且将所述电极材料形成在所述各个液晶层的上面或者下面。

5.根据权利要求1或4所述的光学拾取装置，其中，所述开关有选择地或同时地向每个电极材料层供电。

6.根据权利要求5所述的光学拾取装置，其中，所述电极材料分别设置在所述液晶层的上面或者下面并由于其电极图案而具有特定的放大率。

7.如权利要求1所述的光学拾取装置，其中，所述电极材料是氧化铟锡。

8.如权利要求1所述的光学拾取装置，其中，所述基板、所述液晶、所述电极材料和所述光接收元件是一体构成的。

9.如权利要求1所述的光学拾取装置，其中，所述光接收元件是八分光电二极管。

10.如权利要求1所述的光学拾取装置，其中，所述光电二极管还包括用于调节施加到所述电极材料的电压的幅值的的一第二开关。

11.一种用于光盘的光学拾取装置，包括：

发射不同波长的两个光束的一激光二极管；

一衍射光栅，用于将来自所述激光二极管的激光束分为一个主光束和两个子光束；

一光束分离器，用于将所述衍射光栅出射的光束向着光盘反射，并且透射来自光盘的反射光束；

一物镜，用于会聚所述光束分离器透射的反射光；以及

一光电探测器，用于将所述物镜会聚的一个主光束和两个子光束的光束点光电转换为电信号，

其中所述光电探测器包括：

一基板，用于透射从光盘反射的一个主光束和两个子光束；

一液晶，用于根据从所述激光二极管输出的激光束的波长，以不同的折射率折射透过所述基板的两个子光束；

向所述液晶供电的一电极材料；

一开关，用于调节施加于所述电极材料的电压的幅值；以及

一光接收元件，主光束和折射的子光束透过所述基板和液晶而投射到所述光接收元件上并且转换成电信号。

12.如权利要求11所述的光学拾取装置，其中，所述基板构成为形成半球，其中所述基板的球形表面容纳所述液晶，并且通过所述球形表面的两个子光束被折射。

13.根据权利要求11所述的光学拾取装置，其中，所述开关根据从所述激光二极管输出的激光束的波长，调节施加于所述液晶的电压的幅值。

14.根据权利要求11所述的光学拾取装置，其中，所述基板是透明的，并且包括：

彼此相隔预定的距离而形成的多个液晶层；以及

形成在所述各个液晶层的上面或者下面的多个所述电极材料层。

15.根据权利要求14所述的光学拾取装置，其中，所述开关有选择地或同时地向每个电极材料层供电。

16.根据权利要求15所述的光学拾取装置，其中，所述电极材料层由于其电极图案而具有特定的放大率。

17.如权利要求11所述的光学拾取装置，其中，所述电极材料是氧化铟锡。

18.如权利要求11所述的光学拾取装置，其中，所述基板、所述液晶、所述电极材料和所述光接收元件是一体构成的。

19.如权利要求11所述的光学拾取装置，其中，所述光接收元件是八分光电二极管。

20.如权利要求11所述的光学拾取装置，其中，所述光电二极管还包括用于调节施加到所述电极材料的电压的幅值的的一第二开关。

Images