CN1867978A

CN1867978A - 具有读出和写入双光束的光学数据读出/写入设备

Info

Publication number: CN1867978A
Application number: CNA2004800303174A
Authority: CN
Inventors: C·T·H·F·列登鲍姆; B·H·W·亨德里克斯
Original assignee: Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 2003-10-15
Filing date: 2004-10-07
Publication date: 2006-11-22
Also published as: JP2007508657A; KR20070015361A; WO2005038784A3; WO2005038784A2; EP1676269A2; US20070008860A1

Abstract

提出一种方法，所说方法允许对于传递两种输出光束(30、32)的光学拾取单元(OPU)进行静态设计。两个激光光束(30、32)导致相继的光点，它们具有适当的特性。在这个光学拾取单元构思中，读出和写入点同时存在，它们在聚焦方向充分分开。这样，通过在电子设备中引入适当的聚焦偏移，就可以将读出情况切换到写入情况。两个输出光束(30、32)是从一个偏振的输入光束产生的，通过一个倾斜的双折射光栅(18)可以分离所说的偏振的输入光束。

Description

具有读出和写入双光束的光学数据读出/写入设备

技术领域

本发明涉及具有读出和写入双光束的光学数据读出/写入设备，并且涉及在光学数据读出/写入设备中同时产生读出和写入光束的方法。

背景技术

在光学记录系统中前进的步伐主要在于半导体激光器的可利用的光学功率。在设计光学拾取单元(OPU)当中，人们面临巨大的困惑。当前的半导体激光器(主要是蓝光激光器)的输出光束不是圆形的，它的特征是光束发散的很大的不对称性数值高达1∶3。光盘上理想的光点应该是圆形的，这就意味着，必须将不对称的输入激光光束转换成圆形的激光光束(例如使用光束成形)，或者过度充满物镜的入射光瞳，才能在光盘上得到合理的光点。在当前的光学拾取单元中，两种处理方法(光束成形和过度充满)都正在应用，但其代价是，由于增加了部件引入了额外的成本，或者损失了珍贵的激光功率。作为一种参考，适合于可靠地读出蓝光光盘数据的蓝光拾取单元的总透射率通常只有15％。

然而，在读出情况或者写入情况对于完美光点的需要之间存在细微的差别。在蓝光光盘的标准中，已经确定：在切线方向和径向方向这两个方向中，RIM强度必须是65％左右。在写入情况，实验表明，可能允许较低的RIM强度，一直可以低到40％这一数值，这时还能向光盘上可靠地写入数据。光路的最终透射率达到30％，或者说透射率增加了一倍。

因此这一差别允许对于光学拾取单元进行设计，使其在与写入情况的性能有些下降的光点结合时具有高的透射率，并且在与读出情况的高质量光点结合时具有相当低的透射率。

至今提出的方法都是基于可以在一个状态和另一个状态之间进行切换的设备。虽然这些建议的方法对于写入模式可以导致较高的光束效率，同时在读出模式却具有很高的边缘强度，但这些方法需要附加的开关器件，从而使这些解决方案的成本相当高。另一效果是，大多数这样的设备将引入一定的光损耗。

发明内容

本发明的一个目的是寻求克服上述缺点。

本发明的另一个目的是：对于写入模式，在光学读出/写入设备中实现高的内部耦合(incouple)效率，对于读出模式，实现高的边缘强度但不需要昂贵的开关器件。

按照本发明的第一方面，用于向信息层读出/写入的光学读出/写入设备包括用于产生辐射束的一个辐射源和用于将辐射束会聚在信息层上的物镜系统，其中的物镜系统包括一个分束元件，分束元件适合于把辐射束分裂成读出光束和写入光束。

有益的使用分束元件可以使单个辐射源同时产生读出光束和写入光束而不需要开关器件，这是因为辐射束分成两个光束的缘故。

优选地，物镜系统适合于将读出光束和写入光束会聚到分开的位置，分开的位置最好基本上沿物镜系统的光轴方向。

光点的这种分开有利的在于只有在指定的时间聚焦在信息层上的读出光束和写入光束之一。鉴于这样一种分开，最好存在来自读出光束和写入光束的两个焦点误差信号。

由于读出光束和写入光束分开聚焦，最好安排所说的物镜系统，以使写入光束在信息层上的强度不够大，以便当读出光束聚焦在信息层上时写入光束不能影响信息层上的数据。

有益地，虽然读出光束和写入光束两者同时都照射到信息表面上，但只有一个焦点对准的事实导致焦点没有对准的光束对于信息层没有任何影响。

分束元件最好适合于重新整形读出光束。

有益地，重新整形读出光束以改善读出光束的特征，最好是读出光束的边缘强度，以便用于读出操作。

优选地，物镜系统包括聚焦偏移装置，聚焦偏移装置适合于在信息层上聚焦读出光束或写入光束之一。优选地，聚焦偏移装置是电子聚焦偏移装置。

有益的使用电子聚焦偏移装置优于束开关元件，包括减少制造成本和更加简单。

分束元件优选的是衍射光栅元件，更加优选的是双折射光栅元件。

优选地，分束元件具有一个子结构，它的贡献效率径向向外增加。

径向增加有益地增加了光束的相对边缘强度。

本发明可以扩充到形成第一方面的光学读出/写入设备的一部分的一种光学拾取设备。

按照本发明的第二方面，在光学读出/写入设备中产生读出和写入光束的一种方法包括：

利用辐射源产生一个辐射束，并且利用物镜系统将辐射束会聚到信息层上，其中：

利用物镜系统的分束元件将光束分裂成读出光束和写入光束。

本发明扩充到利用第一方面中所述的光学读出/写入设备向信息层进行写入的一种方法。

本发明扩充到利用第一方面中所述的光学读出/写入设备对信息层进行读出的一种方法。

这里描述的所有特征都可以与任何上述方面以任何组合方式进行组合。

附图说明

为了更好地理解本发明，并且表明本发明的实施例是如何实现实施的，现在借助于实例并参照附图进行描述，其中：

图1是同时提供读出光束和写入光束的光学拾取单元的示意图；

图2是朝向光盘并朝向双折射光栅的检测器的示意前视图。

具体实施方式

下面，提出一种方法，这种方法可以对于传递两个输出光束的光学拾取单元(OPU)进行静态设计。两个激光光束可以产生具有适当特性的两个相继的光点。在这种光学拾取单元构思中，同时存在读出点和写入点这两者，它们在聚焦方向充分地分开。结果，当两个输出光束之一焦点对准盘的信息层时，另一个光束对于信息层的标记就没有重大影响。当物镜系统沿光轴移动以使输出光束聚焦时，可以检测两个不同的焦点误差信号。使用这个焦点误差信号，就可以使束之一在信息层上聚焦。这将允许通过定位适当的光点在信息层盘表面上从读出情况切换到写入情况。

于是，基本思路是，从写入模式的观点出发被认为是优化的一光束着手，由此我们可以得到一个很高的内部耦合效率和很低的边缘强度，例如说只有40％的边缘强度。由于在这个结构中我们已经有了足够的功率，所以这个功率的一部分可以转移到分开的读出光束。剩余的写入光束在它到盘的信息层的光路中不受这些部件的影响。但是读出光束部分将重新整形成一个光束，这个光束仍旧具有足够大的功率读出，但边缘强度增加了。

在表1中，给出了读出和写入模式的某些性质。对于写入，来自激光器的最大可用功率是60毫瓦脉冲功率。对于双层盘，需要在盘上的脉冲功率为10毫瓦。对于边缘强度为40％的传统光路，光路效率通常为30％。这就意味着，在这一模式中，只需要约为60％的激光器最大功率。结果是，如果我们对于读出情况分离约为40％的激光器功率，则我们对于读出模式可以利用12毫瓦连续波(cw)(30毫瓦连续波的40％)激光器功率。在盘上所需的功率是0.8毫瓦连续波。由于这个光束穿行的光路与写入模式相同，所以光路效率(没有光束强度重新整形部件)与写入模式相同，因此是30％。由此可以得出结论，光束重新整形部件只需要25％左右的效率，就能具有足够大的功率在盘上用于读出的情况。如以前述的，重新整形部件只能影响读出光束，不影响写入光束。

表1

模式	最大激光功率	在盘(双层盘)上所需功率	边缘强度	对应于常规光路的光路效率
模式	最大激光功率	在盘(双层盘)上所需功率	边缘强度	对应于常规光路的光路效率	写入	60毫瓦，脉冲	10毫瓦，脉冲	40％	30％
读出	30毫瓦连续波	0.8毫瓦连续波	65％	15％	写入	60毫瓦，脉冲	10毫瓦，脉冲	40％	30％

光路实施例

在图1中表示出双光束方案的光路的一个例子。

激光器10向准直器透镜14发射辐射束12，辐射束12穿过偏振光束分光器(PBS)16到达一个倾斜的双折射光栅18和一个1/4λ板20。双折射光栅18将光束12分裂成读出光束30和写入光束32。物镜系统22然后聚焦读出光束30到盘24上。读出光束30然后向回反射到偏振光束分光器16，并且继续到伺服透镜26和检测器28上。可以看出，写入光束32聚焦在盘24的上方。

通过倾斜的双折射光栅18产生了两个光束30、32。光束12的输入偏振使其相对于光栅18的光轴形成一个角度(见图2)。写入光束32在它向光盘24前进的路途上不受光栅18的影响，而读出光束30却被衍射和重新整形。因此，读出光束30和写入光束32聚焦在不同的z位置。当读出光束30焦点对准盘24的信息层时，反射的光束也焦点对准检测器28，而写入光束32的焦点没有对准盘24和检测器28。当我们在盘24上聚焦写入光束32时，情况相反。

作为光束分裂和读出光束重新整形元件18，我们建议使用二进制型的双折射光栅(例如参见WO0249024(＝PHNL000683)，在这里参照引用了这个专利的内容)(见图1和2)。双折射材料的光轴是沿z轴的(传播轴)。对齐所说的光轴，以便当行进的光束具有沿X轴的偏振时其折射率等于ne，并且当所说光束具有沿Y轴的偏振时，其折射率等于no。现在我们考虑如下的情况：激光光束的偏振相对于X轴产生一个角度，从而使光束的60％经受no折射率(写入光束)并且使光束的40％经受ne折射率(读出光束)。让构成光栅的二进制步长是这样的：二进制步长具有等于下式的高度：

h = \frac{λ}{no - 1}

结果，对于写入光束32，光栅18只产生等于2π倍数的相位步长，因此只选择零级衍射。但是，对于读出光束30，相位步长不再等于2π的倍数，因此，还要选择非零级衍射。为了对于相位步长进行正确设计，可以高效率地选择一个优选的衍射级。这种选择再加上对于光栅18的间距的设计，就可以让读出光束30和写入光束32在穿过物镜22后聚焦在不同的位置上(例如参见上述的WO0249024)。

最后一个步骤是重新整形读出光束30的强度分布。为了这样做但又不影响写入光束32，可以按以下所述进行。光栅18对于读出光束30所选的衍射级的透射率必须随读出光束30的径向方向的变化而增加。常规的光栅由各个环形区构成，每个环形区都有相同的子结构。这个子结构确定每个区对于特定的衍射级贡献的效率有多大。对于常规的光栅，这个子结构对于所有的区都是相同的，因此每个区向特定的级贡献相同的份额。然而，因为使每个区的子结构不同，所以对于每个区对特定的衍射级的贡献变为不同。当我们让区的贡献效率沿径向方向增加时，则与边缘强度相比，衍射光束的中心部分的强度变为减小，结果，相对的边缘强度增加了。

考虑具有40％边缘强度的一个高斯分布的光束。这个光束可以写成：

I (r) = I_{o} \exp [- {(\frac{r}{1.045})}^{2}]

在这里，Io是光束中心的强度，r是归一化的入射光瞳半径(r＝1是在入射光瞳的边缘)。

为了将这个光束转换成边缘强度为65％的光束，上述光束的中心部分的强度必须减小到它的初始强度的61.5％。然后，将重新整形的光束写成如下形式：

I_{shapod} (r) = 0.615 I_{o} \exp [- {(\frac{r}{1.524})}^{2}]

重新整形的光束的总强度比初始光束的总强度低25％。重新整形可以获得75％的传输效率。这比最低要求(25％的传输效率)要高。结果，在盘上的0.8毫瓦连续波、30％的光路效率、和75％重新整形效率的要求意味着我们需要3.6毫瓦连续波的激光功率(12％的总激光功率(见表2))。事实上，这意味着对于写入光束32我们可以保留60％以上的激光功率。

表2

模式	写入	读出
模式	写入	读出	没有重新整形部件时的光路效率	30％	30％
重新整形元件效率	100％	75％	没有重新整形部件时的光路效率	30％	30％
重新整形元件效率	100％	75％	总光路效率	30％	22.5％
盘上要求的最大功率	10毫瓦，脉冲	0.8毫瓦连续波	总光路效率	30％	22.5％
盘上要求的最大功率	10毫瓦，脉冲	0.8毫瓦连续波	最大激光功率	60毫瓦，脉冲	30毫瓦连续波
最大激光功率的要求份额	56％	12％	最大激光功率	60毫瓦，脉冲	30毫瓦连续波

从表2可以得出结论，当使激光器10处在最大功率的70％并且按照以上所述的本发明分开所说的光束以使读出光束30占21％并使写入光束32占79％，这时读出和写入都是可能的。结果，可以留下30％的激光器功率，这30％的激光器功率可用于以较高的速度读出/写入光盘或者允许激光器在光路中具有较低的最大输出功率(因此，其较便宜)。

如图2所示，在这个朝向光盘的视图中，写入光束32不受双折射光栅18的影响，但是当从光盘24反射时，偏振变为垂直于入射光束的偏振(由于1/4λ板的缘故)，并且写入光束32现在受到了影响。对于读出光束30，情况相反。写入光束在返回到检测器的路径上的影响是被允许的，因为在检测器上的光点不需要限制衍射。

本发明可以用于记录光学拾取，例如蓝光光盘。

Claims

1.一种用于向信息层读出/写入的光学读出/写入设备，它包括用于产生辐射束的一个辐射源和用于将辐射束会聚在信息层上的物镜系统，其中的物镜系统包括一个分束元件，分束元件适合于把辐射束分裂成读出光束和写入光束。

2.根据权利要求1所述的光学读出/写入设备，其中：物镜系统适合于将读出光束和写入光束会聚到分开的位置。

3.根据权利要求1或权利要求2所述的光学读出/写入设备，其中：安排所说的物镜系统，以使当读出光束聚焦在信息层上时写入光束在信息层上没有足够大的强度来影响信息层上的数据。

4.根据权利要求1-3中任何一个所述的光学读出/写入设备，其中：在使用中，读出光束和写入光束产生两个焦点误差信号。

5.根据前述权利要求中任何一个所述的光学读出/写入设备，其中：分束元件适合于重新整形读出光束。

6.根据前述权利要求中任何一个所述的光学读出/写入设备，其中：重新整形读出光束，以改善读出光束的边缘强度。

7.根据前述权利要求中任何一个所述的光学读出/写入设备，其中：物镜系统包括电子聚焦偏移装置，电子聚焦偏移装置适合于在信息层上聚焦读出光束或写入光束之一。

8.根据前述权利要求中任何一个所述的光学读出/写入设备，其中：分束元件是双折射光栅元件。

9.根据权利要求7所述的光学读出/写入设备，其中：分束元件具有一个子结构，它的贡献效率径向向外增加。

10.根据权利要求9所述的光学读出/写入设备，其中：所说径向增加增加了光束的相对边缘强度。

11.一种形成权利要求1-10中任何一个所述的光学读出/写入设备的一部分的光学拾取设备。

12.一种在光学读出/写入设备中产生读出和写入光束的方法，包括：

13.一种利用权利要求1-10中任何一个所述的光学读出/写入设备向信息层进行写入的方法。

14.一种利用权利要求1-10中任何一个所述的光学读出/写入设备读出信息层的方法。