CN1811938A - 光头和光盘装置 - Google Patents

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Abstract

一种光头，包括：用于产生具有波长λ1的激光束的第一激光二极管11－1，用于产生具有波长λ2的激光束的第二激光二极管11－2，所述波长λ2小于波长λ1，准直透镜17，其被这样设置，使得激光束入射到其上，被设置在所述准直透镜17的光轴上的孔径滤光器19，以及被这样设置在所述光轴上的物镜20，使得通过所述孔径滤光器19的激光束入射到其上，其中，所述第二激光二极管11－2被设置在所述光轴上比所述第一激光二极管11－1离所述准直透镜17要远的位置上。

Description

光头和光盘装置
相关申请的交叉参考
本申请基于2004年12月28日申请的在先日本专利申请2004-381993，并要求该申请的优先权，该申请的全文被包括在此作为参考。
技术领域
本发明涉及一种光头，用于在多个不同种类的光学记录介质(光盘)例如CD(紧致磁盘)或DVD(数字通用盘)记录和读取信号，并涉及使用这种光头的光盘装置，尤其涉及使用具有不同的波长的多种光的光头。
背景技术
一般地说，光头是已知的，其被用于读出记录在不同种类的光记录介质(光盘)中的信号，每个光记录介质具有不同厚度的保护层，和由不同波长的激光束记录和再现的不同密度的记录信息。其中，这种光头是已知的，其使用在一个封装中包括光发射单元的光源模块，并使用包括用于再现的物镜的为每个波长共用的光学系统，该光发射单元产生分别具有短波长和长波长的两种激光束。在这种对多种介质通用的的光头中，需要安装用于产生具有不同波长的多种光的光源。例如，具有再现来自DVD的信号和在CD中记录信号的功能的光头具有用于产生波长为650nm和780nm的光的激光二极管(LD)。在这种通用于多种介质的光头中，还需要使用物镜，该物镜由从光源产生的具有两个不同波长的光共用。一种特定的衍射型的物镜被用于这种用途，其聚焦来自两个光源的光，光源被置于其光轴上的相同位置，用于在光轴上的不同位置分别形成图像(见日本专利公开2003-272218)。
在使用产生具有不同波长的多种光的光源的光头中，使用上述的特定的双聚焦衍射型物镜，用于除去当具有不同波长的光由相同透镜聚焦在光轴上的不同位置时产生的球面像差。不过，这种特定类型的物镜具有复杂的结构，其需要高的制造成本，因而增加了整个光头的价格。
此外，其中使用普通的和廉价的物镜的光头不能使用两个波长的LD。因此，需要安装不同的激光束源和与其相应的不同的光学系统。于是出现了难于实现光头的小型化的问题。
发明内容
因此，本发明是为了解决上述问题而作出的，旨在提供一种廉价而小型的光头。
按照本发明的一个实施例的光头包括：用于产生具有波长λ1的激光束的第一激光二极管，用于产生具有波长λ2的激光束的第二激光二极管，波长λ1小于波长λ2，具有光轴的准直透镜，激光束入射到所述准直透镜上，以及被设置在所述准直透镜的光轴上的物镜，其中，所述第二激光二极管被设置在所述光轴上比所述第一激光二极管离所述准直透镜更远的位置上。
此外，上述的光头还包括被设置在所述准直透镜的光轴上的孔径滤光器，其中由所述第一激光二极管产生的波长为λ1的激光束借助于通过所述准直透镜和孔径滤光器作为漫散光入射到物镜上，由第二激光二极管产生的波长为λ2的激光束借助于通过所述准直透镜作为平行光通过所述孔径滤光器入射到物镜上。
此外，按照本发明的一个实施例的光盘装置包括上述的光头，其中由所述第一激光二极管产生的波长为λ1的激光束借助于物镜被聚焦在第一记录介质的信息记录面上，由第二激光二极管产生的波长为λ2的激光束借助于物镜被聚焦在第二记录介质的信息记录面上，所述第二记录介质比所述第一记录介质薄。
此外，按照本发明的另一个实施例的光头包括：用于产生波长为λ1的激光束的第一激光二极管，用于产生波长为λ2的第二激光二极管，其中波长λ2小于波长λ1，用于产生波长为λ3的激光束的第三激光二极管，波长λ3小于波长λ2，具有光轴的准直透镜，激光束入射到所述准直透镜上，以及被设置在所述准直透镜的光轴上的物镜，其中，所述第二激光二极管和所述第三激光二极管被设置在光轴上基本相同的位置上，该位置比所述第一激光二极管离所述准直透镜更远。
此外，上述的光头还包括设置在所述准直透镜的光轴上的孔径滤光器，其中所述物镜是衍射型物镜，其中由所述第一激光二极管产生的波长为λ1的激光束借助于通过所述准直透镜和孔径滤光器作为漫散光入射到所述物镜上，由第二激光二极管产生的波长为λ2的激光束和由第三激光二极管产生的波长为λ3的激光束借助于通过所述准直透镜作为平行光经由所述孔径滤光器入射到所述物镜上。
此外，按照本发明的其它实施例的光盘装置包括上述的光头，其中由第一激光二极管产生的波长为λ1的激光束通过衍射型物镜被聚焦在第一记录介质的信息记录面上，由第二激光二极管产生的波长为λ2的激光束通过衍射型物镜被聚焦在第二记录介质的信息记录面上，其中在所述记录介质的表面和信息记录面之间的距离小于第一记录介质的表面和信息记录面之间的距离，其中由第三激光二极管产生的波长为λ3的激光束通过衍射型物镜被聚焦在第三记录介质的信息记录面上，在所述记录介质的表面和信息记录面之间的距离基本上等于所述第二记录介质的表面和信息记录面之间的距离。
按照上述的光头，可以提供一种廉价的和小型的光头。
附图说明
图1是表示按照本发明的实施例的光头的整体结构的平面图；
图2也是表示按照本发明的实施例的光头的整体结构的平面图；
图3是用于解释按照本发明的实施例的光头的球面像差的校正原理的光头的一部分的示意图；
图4是表示按照本发明的另一个实施例的光头的整体结构的平面图；
图5是表示按照本发明的又一个实施例的光头的整体结构的平面图；以及
图6是表示按照本发明的再一个实施例的光头的整体结构的平面图。
具体实施方式
下面参照附图详细说明本发明的一个实施例。
图1是表示按照本发明的一个实施例的光头的整体结构的平面图。在该图中，光源11是一种两个波长的框架二极管(frame diode)，其中产生具有不同波长λ1和λ2，例如，780nm和660nm的激光束的两个激光二极管被安装在同一个框架上。在光源11中，用于产生波长为λ1的激光束的第一激光二极管11-1和用于产生波长为λ2的激光束的第二激光二极管11-2沿点划线所示的光轴12的方向被彼此分开地布置。在光轴12上，设置有分束器13，数据伺服PD(光电二极管)15经由相位片14被设置在分束器13的一侧上。在分束器13的另一侧上，设置有用于监视光量的光电二极管PD 16。
在光源11于光轴12上与分束器13相对的一侧上设置有准直透镜17和反射镜18。反射镜18基本上以直角使光轴12转向，并且经由孔径滤光器19在被转向90度的光轴12上设置有物镜20。物镜20是一种受限孔径类型的双聚焦透镜，其是一种球面像差校正透镜，其由在一侧上的非球形凸面和在另一侧上的扁平凸面构成。孔径滤光器19例如是一种二色性滤光器，用于对波长为λ1的激光束限制物镜20的孔径，而对波长为λ2的激光束不限制物镜20的孔径。
在物镜20的和孔径滤光器19相对的一侧，设置有第一记录介质21，例如厚度为1.2mm的CD。在物镜20的相对一侧上的第一记录介质21的表面附近，形成信息记录面21-1，其中以凹凸表面的形式或者以符号间隔的形式记录用于CD的记录信号。
图2也是表示按照本发明的该实施例的光头的整体结构的平面图，其中和图1相同的元件用相同的标号表示。在该图所示的光头的整体结构中，只有第二记录介质22和图1所示的光头的整体结构不同。即，第二记录介质22例如是DVD记录介质，其由被层叠在一起的厚度为0.6mm的两个衬底构成。不过，在该图中，只示出了在物镜20的一侧上的两个层叠的衬底当中的衬底，另一个被省略了，以清楚地区分DVD和CD。在物镜20的一侧上的衬底上，在其离开物镜20的表面的附近，形成有信息记录面22-1，其中以凹凸表面的形式或以符号间隔的形式记录用于DVD的记录信号。
下面详细说明在第一激光二极管11-1和第二激光二极管11-2之间的位置关系。首先，光源11的第一激光二极管11-1被设置在这样一个位置，在此位置，从第一激光二极管11-1发出的波长为λ1的激光束23即使在其通过准直透镜17之后也是漫散光，如图1所示。第一记录介质21被设置在这样一个位置，在此位置，激光束23借助于物镜20被聚焦在第一记录介质21中的信息记录面21-1上。
在另一方面，光源11的第二激光二极管11-2被设置在这样一个位置，在此位置，从第二激光二极管11-2发出的波长为λ2的激光束24在通过准直透镜17之后成为平行光，如图2所示。第二记录介质22被设置在这样一个位置，在此位置，激光束24借助于物镜20被聚焦在第二记录介质22中的信息记录面22-1上。
如上所述，第一记录介质21的衬底比第二记录介质22的衬底厚。因而，通过同一物镜20的激光束23聚焦的位置比激光束24聚焦的位置远离物镜20，如图2所示。
为了实现这种聚焦关系，需要使第二激光二极管11-2位于光轴12上比第一激光二极管距离准直透镜17远的位置。
下面说明具有按照本发明的该实施例的这种结构的光头的操作。
首先，当使用第一记录介质21例如CD记录介质进行记录和再现时，在光源11中的第一激光二极管11-1进行操作，发射波长为λ1的激光束，如图1所示。激光束23沿着光轴12行进，并通过分束器13入射到准直透镜17上。不过，激光束23在此不被转换成平行光，而是作为漫散光被输出。漫射的激光束23借助于反射镜18以直角弯曲，并通过被设置在基本上以直角弯曲的光轴12上的孔径滤光器19入射到物镜20上。其中，孔径滤光器19控制其孔径，以限制激光束23通过的透镜的孔径。即，在CD的情况下，物镜的数值孔径(NA)被控制在从0.45到0.55的范围内。另一方面，在DVD的情况下，物镜的数值孔径(NA)是0.6或更大。因而，借助于孔径滤光器19，按照各个情况把孔径控制到合适的值。入射到物镜20上的激光束23借助于其孔径被这样控制的物镜20被聚焦在第一记录介质21的信息记录面21-1上。
接着，如图2所示，当使用第二记录介质22，例如DVD记录介质进行记录和再现时，在光源11中的第二激光二极管11-2进行操作，发射波长为λ2的激光束。激光束24沿着光轴12行进，并通过分束器13入射到准直透镜17上。在此激光束24被转换成平行光。被转换成平行光的激光束24借助于反射镜18基本上以直角弯曲，并经由被设置在基本上以直角弯曲的光轴12上的孔径滤光器19入射到物镜20上。其中孔径滤光器19不被控制以限制其孔径，以使得激光束24被这样控制，即，使其通过透镜的整个孔径。入射到其孔径这样不受限制的物镜20上的激光束24借助于物镜20被聚焦到第二记录介质22的信息记录面22-1上。
按照具有这种结构的光头，不需要使用昂贵的衍射物镜，而例如可以使用廉价的物镜，例如扁平的凸球面像差校正透镜。即，按照所述的光头，由第一记录介质21的厚度和第二记录介质22的厚度的不同引起的由第一激光二极管11-1发射的激光束23和由第二激光二极管11-2发射的激光束24的球面像差可以借助于扁平凸球面像差校正透镜被校正。其理由将参照图3进行说明。
图3(A)和图3(B)分别是表示在物镜20和第二记录介质22之间的光学位置的关系的示意图。图3(A)表示入射到物镜20上的波长为λ2的激光束24是平行光，并被物镜20聚焦在作为DVD记录介质的第二记录介质22的信息记录面22-1上。物镜20被这样设计，使得阻止在这种状态下由激光束24引起的球面像差。在另一方面，图3(B)表示这样一种状态：入射到物镜20上的波长为λ2的激光束24例如通过改变准直透镜17的聚焦放大率被转换成漫散光而不是平行光，并被聚焦在第二记录介质22的信息记录面22-1上。在这种状态下，物镜20产生负的球面像差。
在另一方面，图3(C)和3(D)是分别表示在物镜20和第一记录介质21之间的光学位置的关系的示意图。图3(C)表示入射到物镜20上的波长为λ1的激光束23是平行光，激光束23被物镜20聚焦在作为CD记录介质的第一记录介质21的信息记录面21-1上。在这种状态下，直到聚焦点的距离大于在图3(A)所示的情况下的距离，这是因为CD记录介质的衬底的厚度和DVD记录介质的衬底的厚度不同。因而，物镜20产生正的球面像差。
在另一方面，图3(D)和图3(B)表示的情况类似，表示这样一种状态：入射到物镜20上的激光束23例如通过改变图1所示的准直透镜17的聚焦放大率被转换成漫散光而不是平行光，并被聚焦在第一记录介质21的信息记录面21-1上。在这种状态下，物镜20产生的球面像差被补偿。
如上所述，通过把两个激光束中的一个转换成平行光并把另一个转换成漫散光，使得入射到同一个物镜20上的具有不同波长的该两个激光束可以聚焦在光轴上的两个不同的位置上，而不产生球面像差。
在本发明的这个实施例中，如上所述，聚焦关系是这样被实现的：把第二激光二极管11-2置于光轴12上比第一激光二极管11-1离准直透镜17的更远位置上。例如，放置第二激光二极管11-2的位置比放置第一激光二极管11-1的位置大约要远在放置第一激光二极管11-1的位置和放置准直透镜17的位置之间的距离的1/100。
即，按照本发明的该实施例，提供用于产生具有不同波长的两个激光束的光源11，其中在同一个框架上在不同位置安装有第一和第二发光二极管11-1和11-2，使得光发射源沿光轴的方向被偏移。因而，球面像差被校正，并且可以使用廉价的物镜。
图4和图5是表示按照本发明的其它实施例的光头的平面图。在这些图中，和图1或图2相同或相似的部件用相同的符号或者虚线的符号表示。因而省略这些部件的详细说明，只说明不同的部件。在这个实施例中，使用具有不同的波长λ1，λ2和λ3的激光束。其中λ3例如是405nm，其相应于蓝光，其波长小于波长λ1和λ2。
在这个实施例中，在光源11’中，除去图1和图2所示的具有波长λ1的第一发光二极管11-1和具有波长λ2的第二发光二极管11-2之外，在同一框架上还安装具有波长λ3的第三发光二极管11-3。其中这些波长被示例地规定如下：λ1是红外光的波长780nm，λ2是红光的波长660nm，λ3是蓝光的波长405nm。此外，在光轴12上在第一发光二极管11-1和第二发光二极管11-2之间的位置关系和图1或图2所示的相同。不过，第三发光二极管11-3被设置在光轴12上和第二发光二极管11-2相同的位置。因此，第二发光二极管11-2和第三发光二极管11-3相对于第一发光二极管11-1的位置沿光轴的方向被偏移。
其次，在这个实施例中使用衍射物镜作为物镜20’。在物镜20’的一个表面上形成环状衍射结构(未示出)，其被提供在图1或图2所示的孔径滤光器19的一侧上。
此外，图5所示的第二记录介质22例如是图2所示的DVD记录介质。
下面说明具有这种结构的光头的操作。
首先，当使用第一记录介质21例如CD记录介质进行记录和再现时，其操作和图1所示的基本相同。即，如图4所示，光源11’的第一激光二极管11-1进行操作，发射具有波长λ1的激光束。激光束23沿着光轴12行进，并经由分束器13入射到准直透镜17上。激光束23在此被转换成漫散光。被转换成漫散光的激光束23被反射镜18基本上以直角弯曲，并经由设置在光轴12上的孔径滤光器19入射到物镜20’上，光轴12同样基本上以直角弯曲。其中，孔径滤光器被控制用于限制激光束23通过的物镜20’的孔径。入射到其孔径被这样限制的物镜20’上的激光束23由物镜20’聚焦在第一记录介质21的信息记录面21-1上。此外，物镜20’是具有这样一种结构的衍射透镜，其不影响具有波长λ1例如780nm的激光束。透镜20’因而作为图1所示的普通的非球面凸透镜。因此，激光束23以和图1所示的操作类似的方式被聚焦在第一记录介质21的信息记录面21-1上。
其次，当使用第二记录介质22例如DVD记录介质进行记录和再现时，其操作和图2所示的基本相同。即，如图5所示，光源11’的第二激光二极管11-2进行操作，发射具有波长λ2的激光束。激光束24沿着光轴12行进，并经由分束器13入射到准直透镜17上。激光束24在此被转换成平行光。被转换成平行光的激光束24被反射镜18基本上以直角弯曲，并经由设置在光轴12上的孔径滤光器19入射到物镜20’上，光轴12同样基本上以直角弯曲。其中，孔径滤光器19不被控制以限制其孔径，因而激光束24通过透镜20’的整个孔径。入射到其孔径不被限制的物镜20’上的激光束24由物镜20’聚焦在第二记录介质的信息记录面21-1上。
在此，物镜20’是一种衍射透镜，其结构不影响具有波长λ1例如660nm的激光束。透镜20’因而用作图2所示的普通的非球面凸透镜。因此，激光束24以和图2所示的操作类似的方式被聚焦在第二记录介质22的信息记录面22-1上。
其次，当使用第三记录介质22’例如高密度DVD记录介质进行记录和再现时，光源11’的第三激光二极管11-3进行操作，发射具有波长λ3的激光束。高密度DVD是一种HDDVD记录介质，其具有厚度为0.6mm的、结构和DVD记录介质相同的衬底，如图6所示。激光束25沿着光轴12行进，并经由分束器13入射到准直透镜17上。激光束25在此被转换成平行光。被转换成平行光的激光束25被反射镜18基本上以直角弯曲，并经由设置在光轴12上的孔径滤光器19入射到物镜20’上，光轴12同样基本上以直角弯曲。其中，孔径滤光器19的孔径不被限制，因而激光束25通过透镜的整个孔径。入射到其孔径不被限制的物镜20’上的激光束25由物镜20’聚焦在第三记录介质22’的表面22’-1上。
其中，物镜20’是一种具有这样的结构的衍射透镜，其用作具有和图1或图2所示的普通非球面凸透镜不同的焦距的透镜，用于波长为λ3例如405nm的激光束。即，在图1或图2所示的普通非球面凸透镜中，波长为λ3的激光束具有和波长为λ2的激光束不同的焦距。因此，对于波长为λ3的激光束，焦距被具有波长选择性能的衍射结构校正。因而，被转换成平行光的激光束25被聚焦在第三记录介质22’的表面22’-1上。
按照这个实施例，通过小的和廉价的通用光头，使用具有3个不同波长的激光束，可以记录和再现3种记录介质，例如CD，DVD和HDDVD。

Claims (6)

1.一种光头，包括：用于产生具有波长λ1的激光束的第一激光二极管，用于产生具有波长λ2的激光束的第二激光二极管，所述波长λ2小于波长λ1，具有光轴的准直透镜，激光束入射到所述准直透镜上，以及被设置在准直透镜的光轴上的物镜，其中，第二激光二极管被设置在光轴上比第一激光二极管离准直透镜更远的位置上。
2.如权利要求1所述的光头，其中，在所述准直透镜的光轴上设置孔径滤光器，其中，由第一激光二极管产生的波长为λ1的激光束借助于通过准直透镜和孔径滤光器而作为漫散光入射到所述物镜上，以及其中，由第二激光二极管产生的波长为λ2的激光束借助于通过准直透镜作为平行光经由孔径滤光器入射到所述物镜上。
3.一种包括如权利要求2所述的光头的光盘装置，其中，由第一激光二极管产生的波长为λ1的激光束借助于物镜被聚焦在第一记录介质的信息记录面上，由第二激光二极管产生的波长为λ2的激光束借助于所述物镜被聚焦在第二记录介质的信息记录面上，所述第二记录介质比所述第一记录介质薄。
4.一种光头，包括：用于产生波长为λ1的激光束的第一激光二极管，用于产生波长为λ2的第二激光二极管，其中，波长λ2小于波长λ1，用于产生波长为λ3的激光束的第三激光二极管，波长λ3小于波长λ2，具有光轴的准直透镜，所述激光束入射到所述准直透镜上，以及被设置在准直透镜的光轴上的物镜，其中，第二激光二极管和第三激光二极管被设置在光轴上的基本相同的位置上，该位置比第一激光二极管离所述准直透镜要远。
5.如权利要求4所述的光头，其中，孔径滤光器被设置在所述准直透镜的光轴上，其中，所述物镜是衍射型物镜，其中，由第一激光二极管产生的波长为λ1的激光束借助于通过所述准直透镜和孔径滤光器而作为漫散光入射到所述物镜上，以及其中，由第二激光二极管产生的波长为λ2的激光束和由第三激光二极管产生的波长为λ3的激光束借助于通过所述准直透镜而作为平行光经由所述孔径滤光器入射到所述物镜上。
6.一种包括如权利要求5所述的光头的光盘装置，其中，由第一激光二极管产生的波长为λ1的激光束借助于所述衍射型物镜被聚焦在第一记录介质的信息记录面上，由第二激光二极管产生的波长为λ2的激光束借助于衍射型物镜被聚焦在第二记录介质的信息记录面上，其中在所述记录介质的表面和信息记录面之间的距离小于第一记录介质的该距离，以及其中，由第三激光二极管产生的波长为λ3的激光束借助于衍射型物镜被聚焦在第三记录介质的信息记录面上，其中在所述记录介质的表面和信息记录面之间的距离基本上等于所述第二记录介质的该距离。
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