CN1735935A - 用于从光记录介质中读取和/或向光记录介质写入的设备 - Google Patents

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Abstract

当从具有多个数据层的光记录介质(7)中读取和/或向该光记录介质(7)写入时，输入光束穿过数据层的顶层。为了实现高数据密度，用于修正球面象差的装置(4)位于光束路径中。当光二极管用在输入和反射光束具有相互垂直的偏振方向的情况时，这种装置(4)实现起来很昂贵并且降低光效率。提出了用于从光记录介质中读取和/或向光记录介质写入的设备，在低成本的同时，实现了高的光效率和球面象差的平衡。设置该用于修正球面象差的装置(4)，使得反射光束穿过该装置(4)而不受影响，由此在另一光束路径中提供用于修正反射光束到至少一个检测器单元(13，15，17，18，20)上成像的装置(12，16，19)。

Description

用于从光记录介质中读取和/或向光记录介质写入的设备
技术领域
本发明涉及一种用于从光记录介质中读取和/或向光记录介质写入的设备，该设备具有用于修正光学象差的装置。
背景技术
这种设备使用读或写光束(下面用输入光束表示)，该光束由通常是激光二极管的发射源发出，以从光记录介质的数据层读取或向光记录介质的数据层写入。发射源发出的光束在由可垂直于记录介质的数据层移动的物镜聚焦到数据层上之前，首先经由准直透镜变成平行光，而后穿过分束器。相对输入光束反向射出的数据光束是由输入光束在表示数据并以轨道形式布置的数据层结构处局部反射产生的。该数据光束由物镜变成平行光并由分束器偏转到检测器单元方向，而后由聚焦透镜聚焦到该检测器单元上。该检测器单元具有一个或多个用于检测数据光束的检测器。通常使用光电二极管作为检测器。所读出的数据，一方面是从检测器的信号恢复的(数据信号)，而另一方面，是可检测输入光束相对于数据轨道的位置(轨道误差信号)，以及对输入光束的焦点相对于数据层的位置进行建模(焦点误差信号)。
已知的用于从记录介质中读取和/或向记录介质写入的设备的记录介质，例如，名称为音频压缩盘(CD)、压缩盘只读存储器(CD-ROM)、可记录压缩盘(CD-R)或数字通用盘(DVD)。
为了提高记录介质上的数据密度，一方面使用较短波长的输入光束，同时另一方面将多个数据层相互堆叠安置。然而，当使用多个数据层时，出现了输入光束在覆盖数据层的覆盖层中经受象差(一般是球面象差)的问题。输入光束的象差导致焦点(特别是位于最低数据层中的焦点)显著的扩大，而这有悖于获得较高数据密度的实际目标。因此，光束路径中存在用于修正球面象差的装置，该装置用于进行平衡该球面象差的输入光束波阵面(wave front)的修正。用于修正球面象差的装置通常是引入到物镜上游(upstream)光束路径中的液晶元件(LC元件)。一般的LC元件并不是很复杂，其可影响波阵面进而仅在一个偏振方向上修正球面象差。因此，如果要影响发出的和返回的光束，则该两光束的偏振方向必须相同。
US 5,909,422描述了一种读取设备，在该例子中光束通过局部反射分束器射到多层记录介质上。光束通过受到适当驱动的LC元件和透镜聚焦到各数据层上。返回的数据光束穿过该透镜和LC元件并经由另一聚焦透镜射到检测器上。由于在所提出的装置中没有使用影响偏振的元件，因此发出的输入光束和返回的数据光束具有相同的偏振方向，即，它们都受到LC元件影响。
然而，用于从光记录介质中读取和/或向光记录介质写入的设备通常使用所谓的“光二极管”，即，偏振光分束器和下游(downstream)的四分之一波片或另一影响偏振的元件的结合。激光二极管发出线偏振输入光束，该光束基本上没有衰减地穿过偏振光分束器。穿过四分之一波片时，输入光束通过相移转化到圆偏振光束。由其中一个数据层反射的数据光束再次穿过四分之一波片，产生了从圆偏振数据光束到线偏振光束的又一相移，而线偏振光束的偏振方向相对于入射的输入光束的偏振方向旋转90°。通过使用偏振光分束器，数据光束垂直于输入光束被耦合输出(coupled out)，并射到检测器单元上。使用“光二极管”具有的益处是：光效率(即，照射到检测器单元上的光对由激光二极管发出的光的比率)在输入光束和数据光束具有基本相同的偏振方向的情况下，四倍于使用局部反射分束器的情况。
在使用“光二极管”的情况中，发出的输入光束和返回的数据光束具有相互垂直的偏振方向。然而如果要影响该两光束，则需要两个交叉的LC元件。由于这些与聚焦透镜和四分之一波片一起安置在通过调节将焦点带到各数据层上的致动器上，因此需要用于将光束的焦点保持在数据层中的有效调节机构，由于记录介质的机械性能不足或者记录介质的驱动，数据层变化的绝对值几倍于焦点深度。此外，LC元件具有其透射损失的绝对值是10-20％的缺点。如果发出的输入光束和返回的数据光束受到LC元件的影响，则损失绝对值增加到40％。另一方面，如果仅是发出的输入光束的波阵面受到影响，则实际的象差发生在检测器单元上。
发明内容
本发明是基于提供用于从光记录介质读取和/或向光记录介质写入的设备的问题，从而实现高的光效率、焦平面的快速调节能力和球面象差的自动平衡，同时保证低成本。
该问题通过根据下列事实而得以解决，即，在使用光二极管的从光记录介质中读取和/或向光记录介质写入的设备的情况中，设置用于修正球面象差的装置，使得反射的数据光束穿过该装置而不受影响，以及在另一光束路径中提供用于修正数据光束到至少一个检测器单元上成像的装置。
本发明因此基于以下考虑，即，返回的数据光束受到球面象差的影响，这妨碍了数据光束无误差地成像到检测器单元上。这种象差可以通过提供用于修正成像的装置而得以消除。在耦合输出(coupled-out)的数据光束中安置修正装置具有的优点是，无需另加元件到致动器上，从而降低对调节机构的要求。
用于修正球面误差的装置包括影响一个偏振方向上的波阵面以平衡球面象差的液晶元件，以及安置在激光光束方向上偏振光分束器下游(downstream)的四分之一波片。
激光二极管发出偏振的输入光束，该光束在液晶元件中进行波阵面的修正，从而出现在记录介质中的象差得到补偿。由于光束是偏振的，因此液晶元件还需要仅在一个偏振方向上工作。这相对容易实现。这种元件也不是很大。因此，波阵面修正后的光束穿过四分之一波片并转化成圆偏振光束。该光束由物镜聚焦到各数据层上，在数据层中光束根据出现在那里的立体结构(凹坑)而不同程度地被反射。反射光束首先穿过物镜并经由四分之一波片再次被转化成线偏振光束，而该线偏振光束的偏振方向相对于入射光束的偏振方向旋转90°。从而反射光束不受液晶元件影响。在偏振光分束器的帮助下，该光束相对于入射光束成直角被耦合输出并穿过用于修正成像的系统。关于这点有多种可能性。
根据本发明的第一方面，一个或多个分束器位于被耦合输出的数据光束的光束路径中，各个分光束在所有情况下射到一个专用的检测器上。在此情况下每个检测器为特定的数据层而优化。成像的修正通过使不同检测器与聚焦透镜距离不同而完成。这样，数据信号和轨道误差信号从各个检测器信号的总和中得以确定，并且系统的效率仅轻微地降低，而焦点误差信号仅由分配给各数据层的各个检测器的信号确定。
根据本发明的第二方面，在被耦合输出的数据光束中提供有将部分数据光束偏转到另一些检测器的衍射透镜，例如，全息图，所述另一些检测器中的每个也为特定的数据层而优化。这里成像的修正是由不同的路径长度完成的，该路径长度是覆盖从衍射透镜直到各检测器的那部分数据光束。在该情况下，同样，数据信号和轨道误差信号由所有检测器的信号确定，而焦点误差信号仅由分配给各数据层的各个检测器的信号确定。由于各个检测器的间距较短，因此这些检测器可置于一公共芯片上，这大大简化了信号的综合。
根据本发明的另一方面，修正装置是构成球面或非球面透镜的另一LC元件，该球面或非球面透镜的焦点可连续或离散地变化。在该情况下，由于成像可一直为该检测器单元而修正，因此各个检测器单元足可以确定信号。虽然附加的LC元件减小了系统的光效率，但其具有优点，即，光强度在记录介质上没有降低，因为使用了交叉的LC元件。这特别是对于向记录介质写入非常重要。
附图说明
为了更好地理解本发明，下面结合三个示例性实施例更加详细地解释本发明。附图中：
图1示出第一系统的原理图，
图2示出第二系统的原理图，
图3示出第三系统的原理图。
具体实施方式
所有的系统都具有发射源1，优选地是激光二极管，该发射源1发出线偏振光束。所发出的光由准直透镜2准直成平行光，并经过偏振光分束器3，该偏振光分束器3无阻碍地透过在第一方向上偏振的光，并将在垂直于第一方向的方向上偏振的光偏转90°。调整该偏振光分束器3使得来自发射源1的光束不受到偏转。下一步是该光束穿过LC元件4，该LC元件4可由电气驱动并由于其设计能够操纵入射光束的波阵面。这种装置是已知的并在例如US 6,182,957中或在US 5,909,422中描述过。在本发明中，设计该LC元件4使其对只在一个偏振方向上的光束进行响应，这基本上简化了设计和驱动过程。
该LC元件4后面有四分之一波片5，该四分之一波片5帮助将入射的线偏振光束转化成圆偏振光束。在该情况下，光束进入物镜6，该物镜6在所有情况中将光束聚焦到盘形记录介质7中相互叠置的多个数据层中的一层上，盘形记录介质7由旋转驱动器8驱动而围绕旋转轴9做高速旋转运动。光束的撞击点在盘片表面上方相对于旋转轴9以径向方式缓慢移动，从而光束在螺旋轨道上扫描数据层。
物镜具有绝对值为0.5或以上的高数值孔径。因此，虽然实现了强光部分的透过量，但在覆盖层中还存在较大象差。为了处理该情况下出现的问题，使用LC元件进行波阵面的修正。
不再详细说明致动器，在该致动器的帮助下，物镜6和LC元件4可共同垂直于记录介质7运动。从而完成了两项任务：第一，焦点可以从一个数据层移动到另一数据层。第二，完成了焦点的修正：数据层并不是完全在垂直于光束的平面中移动，这是因为，一方面，数据层不是绝对的平面，另一方面，记录介质本身可以关于其旋转轴倾斜，并因此可以关于光束轴线倾斜。这样的结果是，数据层的待读出的当前区域沿着光束轴线往复移动。焦点必须跟随它。
在记录介质中数据层的几何数据结构(由凹坑序列表示)处，光被不同程度地反射，从而反射的数据光束的光强度序列反映了数据结构。返回的数据光束首先穿过物镜6，而后穿过四分之一波片5，因此，圆偏振光束又变成垂直于入射光束偏振方向的线偏振光束。在偏振光分束器3中，返回的光束因此被侧向偏转并导向检测系统，在聚焦透镜10和圆柱透镜11的帮助下，返回的光束在检测系统上成像。
由于偏振方向垂直于LC元件4的作用方向，因此返回的光束带有未经LC元件4补偿的球面象差。当返回的光束成像到检测系统上时，为了避免象差，另外提供了用于修正成像的系统。
用于修正成像的系统根据系统1(图1)包括另一分束器12。该分束器12将光束分成与记录介质中数据层的数量一致的至少两个分光束。如果数据层多于两个，则需要另外的分束器。每个分光束射向检测器13、15。来自检测器13、15的信号和是数据信号。此外，每条光束路径在所有情况中通过使用不同的路径长度为其中一个数据层而优化，各分光束必须覆盖到检测器13、15。这意味着在所有情况中到其中一个检测器13、15上的成像基本上无误差地完成。检测器13、15的信号可用于获得轨道误差信号和焦点误差信号。原则上，示出的用于一个数据层的系统通过为每个数据层分配检测器而转换成具有多个数据层的记录介质。
第二系统包括衍射透镜16。该衍射透镜16可以是，例如，全息光学元件，该情况下，邻近光束轴线以及远离光束轴线的光束射向不同的检测器17、18。在该情况下，每个检测器同样通过为记录介质的其中一个数据层使用不同的路径长度而优化。因此再次从检测器17、18的信号和中得到数据信号，而从为各数据层优化后的检测器17、18的信号中得到了轨道误差信号和焦点误差信号。
系统3提供了补偿数据光束象差的附加LC元件19。此外，该LC元件19优选地具有允许LC元件19用作变焦的球面或非球面透镜的电极排列。数据光束可通过变焦距而基本上无误差地成像到单个检测器20上。
虽然附加的LC元件19减小了系统的光效率，但该布置同时具有优点，即，记录介质上的光强度没有减小，如现有技术的情况。这特别是对于向记录介质写入非常重要。

Claims (7)

1.一种用于从光记录介质(7)中读取和/或向光记录介质(7)写入的设备，所述光记录介质(7)具有至少两个相互叠置的数据层，所述设备具有修正用于读出和/或写入的输入光束在记录介质(7)中所经受的象差的装置(4)，所述输入光束和在记录介质(7)处反射的光束在穿过所述用于修正象差的装置期间，具有基本相互垂直的偏振方向，其特征在于，设置用于修正球面象差的装置(4)，使得反射光束穿过所述装置(4)而不受影响，以及在另一光束路径中提供用于修正反射光束到至少一个检测器单元(13，15，17，18，20)上成像的装置(12，16，19)。
2.如权利要求1的设备，其特征在于，用于修正球面象差的装置(4)包括影响仅一个偏振方向上的波阵面以平衡球面象差的液晶元件，以及安置在所述输入光束方向上所述装置(4)下游的四分之一波片(5)。
3.如权利要求1或2的装置，其特征在于，在该另一光束路径中提供的修正装置(12，16，19)是一个或多个分束器，反射光束穿过所述分束器并被分成两个或多个分光束，各个分光束射向一个检测器(13，15)，所述检测器(13，15)中的每个在所有情况中为其中一个数据层而优化。
4.如权利要求1或2的设备，其特征在于，在该另一光束路径中提供的修正装置(12，16，19)是衍射透镜，反射光束穿过所述衍射透镜并被分成两个或多个分光束，各个分光束射向一个检测器(17，18)，所述检测器(17，18)中的每个在所有情况中为其中一层数据层而优化。
5.如权利要求3或5的设备，其特征在于，数据信号由所述检测器(13，15，17，18)的信号和而得到，一焦点误差信号和/或轨道误差信号由为各数据层优化的检测器(13，15，17，18)的信号而得到。
6.如权利要求1或2的设备，其特征在于，在该另一光束路径中提供的修正装置(12，16，19)是用于修正平衡象差的波阵面的装置(19)。
7.如权利要求6的设备，其特征在于，所述用于修正波阵面的装置(19)是液晶元件。
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