CN1877714A - 光学记录/再现装置 - Google Patents

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Abstract

一种光学记录/再现装置，其特征在于具有稳定的信息信号探测功能，并减少了元件数量。该光学记录/再现装置包括：多个光源，所述多个光源出射具有不同波长的光，用于在/从多种类型的具有不同记录密度的光学记录介质上记录/再现信息，其中至少两束从光源出射的光具有相互垂直的偏振分量；物镜，用于将每个光源出射的光聚焦到对应的光学记录介质上；放置在光源和物镜之间的准直透镜，对光源发出的光进行准直；安装在准直透镜和物镜之间的全息元件，用于折射从其中一个光源中出射的光，其中被折射的光是根据波长和偏振分量来选择的；和光电探测器，接收被物镜聚焦后从对应的光学记录介质反射过来的光。

Description

光学记录/再现装置
技术领域
本发明的一方面总的来说涉及一种光学记录/再现装置，更具体来说，涉及一种能够在/从多种类型的具有不同记录密度和不同厚度的光学记录介质上记录/再现信息的光学记录/再现装置。
背景技术
在用于在和/或从如光盘这样的光信息存储介质上记录和/或再现信息的光学记录和/或再现装置中，使用被物镜聚焦的光束，由光点的大小决定光信息存储介质的记录密度(或记录容量)。下面的公式1给出了光点大小S、光的波长(λ)和物镜数值孔径(NA)之间的关系。
[公式1]
S∝λ/NA
一般地，为了提高光盘的面记录密度，需要减小形成于光盘上的光点的尺寸。从公式1可以明显看到，要减小光点尺寸，需要缩小波长和增大NA值。例如，需要采用如蓝紫色激光这样的短波长光，并使用NA值为0.6或更高的物镜。
已众所周知地，数字多功能盘(DVD)采用波长为650nm(或635nm)的光和NA值为0.6(对于录制式DVD，为0.65)的物镜来记录和/或再现信息。考虑到一张典型的DVD的直径为120mm并且道距为0.74μm，其每一面的记录密度将大于4.7GB。
然而，DVD对于记录高清晰活动图像来说不够。这是因为要以高清晰度记录135分钟长的活动图像，单面记录密度至少需要达到23GB。
为满足高密度记录容量的要求，展开了许多研究工作，以开发并制定一种高密度光盘的标准，这种高密度光盘即下一代DVD(在下文中称作HD-DVD)，或蓝光光盘，这种光盘采用如蓝光这样的波长小于红光(即，波长为405-408nm)的光，并使用NA值为0.6或更高的物镜，而且具有较小的磁道。
同时，为了保证因光盘倾斜引起的容差，在为高密度记录提高了物镜NA值的情况下，需要减小光盘厚度。因此，考虑到由光盘倾斜引起的容差的可允许值，对于DVD和HD-DVD，其厚度从传统CD的厚度，即1.2mm减小到了0.6mm。同时，对于DVD和HD-DVD，物镜数值孔径从传统CD的0.45增加到了0.65。考虑到蓝光的记录容量，对于HD-DVD，多采用蓝光光源作为光源。因此，在基于新标准的光盘的开发中存在的一个问题就是新光盘与现有光盘的兼容性。
图1为相关技术中的光学记录/再现装置的示意图，该装置采用单个物镜，可兼容CD、DVD和HD-DVD。
参考图1，该光学记录/再现装置包括：第一到第三光源1a、1b、1c，分别和不同类型的具有不同记录密度和不同盘厚度的光学记录介质一起使用；第一到第三光路转换器2a、2b、2c，用于改变从每个光源1a、1b、1c中出射的光的光路；准直透镜3，用于使通过光路转换器2a、2b、2c的光准直；反射镜4，用于将通过准直透镜3的光反射到光学记录介质；λ/4波长板5，用于改变入射光的偏振分量；物镜6，用于将通过λ/4波长板5的光聚焦到光学记录介质上；以及第一和第二光电探测器7a、7b，用于探测来自光学记录介质的反射光的信息。这里，第一光源1a用于CD(D1)，第二光源1b用于DVD(D2)，第三光源1c用于HD-DVD(D3)。图1中附图标记8代表全息元件，用于对光进行衍射和折射，图1中附图标记9代表传感器透镜，用于放大第二光电探测器7b接收到的光点。
在上述光学记录/再现装置中，第二和第三光源1b、1c出射用于在或从DVD(D2)和HD-DVD(D3)上记录或再现信息的光，其中DVD(D2)和HD-DVD(D3)要求具有相同的厚度和相同的数值孔径(NA)。但是，第一光源1a必须出射用于在或从CD(D1)上记录或再现信息的光，其中CD(D1)的厚度和数值孔径与DVD(D2)与HD-DVD(D3)的不同。因此，需要NA值与物镜6的NA值不同的透镜配置，如图1所示。从图中可以看出，同第二和第三光源1b、1c相比，第一光源1a放在更靠近准直透镜3的位置处，因此由第一光源1a出射的光以一定的入射角进入物镜6。
图1所示光学系统的缺陷在于增加了物镜6的像差，且像差因物镜6在伺服控制下的运动而进一步增大。像差的增大造成了信息信号的误差，从而形成了误差信号。
此外，由于第二和第三光源1b、1c与光学记录介质D1、D2、D3之间的距离同第一光源1a与光学记录介质D1、D2、D3之间的距离不同，因此，需要两个分离的光电探测器7a、7b。因此，元件总数增加，导致材料成本的增加。
发明内容
因此，本发明的一个方面是为了提供一种兼容的光学记录/再现装置，能够更加稳定地探测信息信号，并能够降低元件总数和材料成本。
依照本发明的另一方面，提供了一种光学记录/再现装置，包括：多个光源，所述多个光源出射不同波长的光，用于在/从不同类型的具有不同记录密度的光学记录介质上记录/再现信息，其中至少两束从光源出射的光具有相互垂直的偏振分量；物镜，用于将每个光源出射的光聚焦到对应的光学记录介质上；放置在光源和物镜之间的准直透镜，用于使从光源出射的光准直；安装在准直透镜和物镜之间的全息元件，用于折射从其中一个光源中出射的光，其中将被折射的光是根据波长和偏振分量来选择的；和光电探测器，用于接收被物镜聚焦后从对应的光学记录介质反射过来的光。
依照本发明的另一方面，每一个光源与准直透镜之间的距离大致相等，且全息元件对入射光进行衍射和折射。此外，多个光源最好包括：第一光源，用于出射具有第一波长的p-偏振光；第二光源，用于出射具有第二波长的s-偏振光，第二波长小于第一波长；和第三光源，用于出射具有第三波长的s-偏振光，第三波长小于第二波长。全息元件衍射具有第一波长的p-偏振光。此外，在物镜和全息元件之间，形成了对p-偏振光无影响的λ/4波长板，且在全息元件的表面上面向λ/4波长板形成了衍射光栅。
依照本发明的另一方面，该光学记录/再现装置还包括：第一和第二光路转换器，用于改变从第一和第二光源中的每一个出射的光的光路；第三光路转换器，用于将来自对应光学记录介质的反射光引导到光电探测器；放置在全息元件和准直透镜之间的反射镜；和透镜箱，用于容纳物镜、λ/4波长板和全息元件。这里，对物镜的伺服控制通过控制透镜箱的运动来实现。
该发明的其他方面和/或优点一部分将在以下的描述中阐明，一部分通过该描述而变得显而易见，或者可以通过实践发明而了解到。
附图说明
本发明的这些和/或其他方面和优点从以下结合附图对实施例的描述而变得显而易见并更容易体会到，在附图中：
图1是采用相关技术中的光学记录/再现装置的示意图；
图2是依据本发明实施例的光学记录/再现装置的示意图；
图3是截面图，显示了图2中的λ/4波长板和全息元件；以及
图4是图2中全息元件的正面视图。
具体实施方式
现在将对本发明的现有实施例作出详细描述，其示例在附图中说明，在附图中相同的附图标记均表示相同的元件。以下对实施例的描述旨在参考附图解释本发明。
参考图2，依照本发明一个方面的光学记录/再现装置包括：多个光源10a、10b、10c，多个光路转换器20a、20b、20c，准直透镜30，反射镜40，全息元件50，λ/4波长板60，物镜70，透镜箱80和光电探测器90。
多个光源10a、10b、10c包括：第一CD光源10a，用于在/从CD D1上记录/再现信息；第二DVD光源10b，用于在/从DVD D2上记录/再现信息；第三HD-DVD光源10c，用于在/从HD-DVD D3上记录/再现信息。
例如，第一光源10a由激光二极管组成，并出射大约为785nm的p-偏振光。第二光源10b出射大约为655nm的s-偏振光。最后，第三光源10c出射大约为405nm的s-偏振光。第一到第三光源10a、10b、10c中每一个到准直透镜30的距离大致相等。
光路转换器20a、20b、20c包括：第一光路转换器20a，用于将从第一光源10a出射的光反射到准直透镜30；第二光路转换器20b，用于将从第二光源10b出射的光反射到准直透镜30；和第三光路转换器20c，用于将从对应的光学记录介质D1、D2、D3发出的光反射到光电探测器90。
准直透镜30使从10a、10b、10c中每一个光源出射的光准直。
反射镜40将通过准直透镜30的光反射到物镜70，并将从光学记录介质D1、D2、D3反射过来的光反射到准直透镜30。
如图3和图4所示，全息元件50是用于衍射和折射从第一光源10a出射的光的元件，该元件放置在λ/4波长板60和反射镜40之间。在全息元件50的面向λ/4波长板60的表面上，形成了衍射光栅51，用于衍射从第一光源10a出射的光。该衍射光栅51包括：形成于全息元件50中心部的圆拱状突起52；以及两个环状突起53、54，这两个突起以圆拱状突起52为参照以环状的形式形成。为了提高光的衍射和折射效率，环状突起53、54每一个的截面最好呈锯齿形。
具有上述结构的全息元件50依赖于光的波长和偏振分量。换句话说，只有光的波长在选定区域内或者光具有选定的偏振分量时，才能有高的衍射效率，否则衍射效率非常低，也就是如果光的波长不在选定区域内或者光不具有选定的偏振分量时，衍射效率很低。因此，全息元件50仅对具有选定区域波长且具有选定偏振分量的光起作用。在本发明的这个实施例中，全息元件50仅对具有第一波长的p-偏振光起作用。例如，全息元件50衍射和折射从第一CD光源10a出射的约为785nm的p-偏振光。因此，分别从第二和第三光源10b、10c出射的具有第二和第三波长的s-偏振光不被全息元件50衍射。此外，从光学记录介质D2、D3反射并通过λ/4波长板60的具有第二和第三波长的p-偏振光也不被全息元件50衍射。
尽管本发明的示例性实施例提出了由圆拱状突起52和两个环状突起53、54组成的衍射光栅51，然而，衍射光栅的构成可依赖于光学系统的设计而以不同的形式变化。通过令从第一光源10a出射的光在进入物镜70之前被全息元件50以预定角度折射，可改变光使之适用于CD要求的厚度和数值孔径。因此，通过设置第一到第三光源10a、10b、10c使之距准直透镜30的距离相等，可改变光使之适用于CD所要求的厚度和数值孔径。
λ/4波长板60放置在物镜70和全息元件50之间，并根据波长有选择地起作用。例如，在本发明的这个实施例中，λ/4波长板60并不对具有第一波长的光起作用，而是对具有第二和第三波长的光起作用。也就是说，从第一光源10a出射的光并没有被λ/4波长板60改变成圆偏振光，而是以p-偏振光的形式被扫描到记录介质上。另一方面，从第二和第三光源10b、10c出射的s-偏振光在进入λ/4波长板60时被改变为右旋圆偏振光，且所述右旋圆偏振光由光学记录介质D2、D3反射并被改变为左旋圆偏振光。这些左旋圆偏振光在通过λ/4波长板60时被改变为p-偏振光。
透镜箱80是一个机架，在其中支撑了物镜70、λ/4波长板60和全息元件50。透镜箱80的运动通过对物镜70的伺服控制来控制。换句话说，通过透镜箱80，物镜70、λ/4波长板60和全息元件50如同一个单元一样动作。
光电探测器90接收由光学记录介质D1、D2、D3反射的光，并探测信息信号和误差信号。光电探测器90的一个好的例子是PDIC(光电二极管集成电路)。误差信号用于物镜70的聚焦控制、倾斜控制和跟踪控制。不是将第一到第三光源10a、10b、10c放置在距离准直透镜30具有相等光程的位置上，而是光源10a、10b、10c与对应光学记录介质D1、D2、D3之间的光程相等。因此，单个光电探测器90可以探测从10a、10b、10c每一个光源中出射的所有光。
附图标记91代表传感器透镜。传感器透镜91放大光电探测器90接收到的光的光点，或者在基于差动像散进行聚焦控制的情况下，使从第三光路转换器20c反射的光产生像散。
参考图2到图4，下面按照本发明一个实施例对这种光学记录/再现装置的运作进行说明。
第一到第三光源10a、10b、10c中的一个光源出射具有预定波长的光，且其中至少两个光源出射两束相互垂直的线性偏振光。然后，进行光路转换。即，来自第一光源的p-偏振光通过第一光路转换器20a入射到准直透镜30，而来自第二光源10b的s-偏振光通过第二光路转换器20b入射到准直透镜30。同时，自第三光源10c出射的光通过第一到第三光路转换器20a、20b、20c并入射到准直透镜30。入射光被准直透镜30转变为平行光，并被反射镜40引导到全息元件50。
在全息元件50上的入射光根据其波长和偏振分量被选择性地衍射。例如，来自第一光源10a的具有第一波长的p-偏振光被全息元件50衍射并偏转。此时，在从第一光源10a出射的光中，只有在图4中虚线以内的区域内接收到的光成为了有效光，在光学记录介质D1上形成了光点，并被光电探测器90探测到。然而，在从第一光源10a中出射的光中，在图4中虚线以内的区域之外的光并不在光学记录介质D1上以及光电探测器90上形成光点，因此该光不能用作用来探测信息信号和误差信号的有效光。同时，从第二和第三光源10b、10c中出射的具有第二和第三波长的s-偏振光并没有分别被全息元件50衍射，而是完全透过。
当从第一光源10a出射、被全息元件50衍射和折射的光进入λ/4波长板60时，其偏振分量没有任何改变地从λ/4波长板60完全透过，并到达物镜70。该具有第一波长的光以非平行光的形式入射到物镜70上，并按照CD D1所要求的数值孔径被扫描到光学记录介质D1上。但是，从第二和第三光源10b、10c出射并穿过全息元件50的s-偏振光被λ/4波长板60改变为右旋圆偏振光，从光学记录介质D1、D2、D3反射，并被改变为左旋圆偏振光。这些左旋圆偏振光在再次经过λ/4波长板60时被改变为p-偏振光。
自第一光源10a出射、从光学记录介质D1反射并透射通过λ/4波长板60的光是在光尚未被全息元件50衍射的状态下出射的。然而，自第二和第三光源10b、10c出射、从光学记录介质D1反射的光不受全息元件50任何影响，完全透过。
已经通过全息元件50的光经过反射镜40和准直透镜30入射到第一光路转换器20a。在第一光路转换器20a上的一部分入射光被反射，另一部分入射光进入第二光路转换器20b。再次地，在第二光路转换器上的一部分入射光被反射，另一部分入射光进入第三光路转换器20c。在第三光路转换器20c上的一部分入射光被反射到光电探测器90，另一部分入射光穿过第三光路转换器20c，从而成为了无效光。光电探测器90探测其上的入射光的强度，并由探测到的信号计算出信息信号和误差信号。为了通过误差信号对物镜70进行伺服控制，可控制透镜箱80的运动。
解释到此，依照本发明一方面的这种各个光源与准直透镜距离相等的光学记录/再现装置能够方便地用于降低在现有的有限的光学系统中常常观察到的物镜像差。因此，能够能加稳定地探测到信息信号和误差信号。
此外，由于从物镜到每个光源的距离相等，因此，单个光电探测器就足以接收所有从光学记录介质反射过来的光。因而，降低了装置中使用的元件总数，从而也降低了装置的材料成本。
前述实施例和优点仅仅是示例性的，不应被解释为限制本发明。本教导能容易地应用到其它类型的装置中。此外，本发明实施例的描述是说明性的，不是限制权利要求的范围，且对本领域熟练技术人员而言，许多选择、修改和变更是显而易见的。

Claims (22)

1.一种光学记录/再现装置，包括：
多个光源，所述多个光源出射具有不同波长的光，用于在/从多种类型的具有不同记录密度的光学记录介质上记录/再现信息，其中至少两束从多个光源出射的光具有相互垂直的偏振分量；
物镜，将从多个光源中的每一个出射的光聚焦到对应的一个光学记录介质上；
放置在多个光源和物镜之间的准直透镜，用于对从多个光源出射的光进行准直；
安装在准直透镜和物镜之间的全息元件，用于对从多个光源中的一个光源出射的光进行折射，其中将被折射的光是根据波长和偏振分量来选择的；和
光电探测器，用于接收被物镜聚焦后从对应的光学记录介质反射过来的光。
2.如权利要求1所述的装置，其中多个光源中的每个光源与准直透镜之间的距离大致相等。
3.如权利要求1所述的装置，其中全息元件衍射和折射入射光。
4.如权利要求3所述的装置，其中多个光源包括：
第一光源，所述第一光源出射具有第一波长的p-偏振光；
第二光源，所述第二光源出射具有第二波长的s-偏振光，第二波长小于第一波长；和
第三光源，所述第三光源出射具有第三波长的s-偏振光，第三波长小于第二波长；
其中，全息元件衍射具有第一波长的p-偏振光。
5.如权利要求4所述的装置，还包括：位于物镜与全息元件之间的λ/4波长板，该λ/4波长板对p-偏振光无影响。
6.如权利要求5所述的装置，还包括：衍射光栅，该衍射光栅形成于全息元件的面向λ/4波长板的表面上。
7.如权利要求6所述的装置，还包括：
第一和第二光路转换器，分别改变自第一和第二光源中每一个光源出射的光的光路；和
第三光路转换器，用于将来自对应的光学记录介质的反射光引导到光电探测器。
8.如权利要求7所述的装置，还包括：
放置在全息元件和准直透镜之间的反射镜。
9.如权利要求8所述的装置，还包括：
透镜箱，用于容纳物镜、λ/4波长板和全息元件，
其中对物镜的伺服控制通过控制透镜箱的移动来实现。
10.如权利要求6所述的装置，其中衍射光栅包括形成于全息元件中心部的圆拱状突起，以及两个与该圆拱状突起同心的环状突起。
11.如权利要求10所述的装置，其中每个环状突起的截面呈锯齿形。
12.一种光学记录/再现装置，包括：
多个光源，所述多个光源出射不同波长的光，用于在/从多种类型的具有不同记录密度的光学记录介质上记录/再现信息；
物镜，将从多个光源中的每一个出射的光聚焦到对应的光学记录介质上；
放置在多个光源和物镜之间的准直透镜，用于对多个光源发出的光进行准直；
安装在准直透镜和物镜之间的全息元件，用于对从多个光源中的一个光源出射的光进行折射，其中将被折射的光是根据波长和偏振分量来选择的；和
光电探测器，用于接收被物镜聚焦后从对应的光学记录介质反射过来的光，
其中，多个光源与准直透镜之间的光程完全相等。
13.如权利要求12所述的装置，还包括形成于全息元件的表面上的衍射光栅。
14.如权利要求13所述的装置，其中衍射光栅包括形成于全息元件中心部的圆拱状突起，以及两个与该圆拱状突起同心的环状突起。
15.如权利要求14所述的装置，其中每个环状突起的截面呈锯齿形。
16.如权利要求12所述的装置，其中多个光源包括：
第一光源，所述第一光源出射具有第一波长的p-偏振光；
第二光源，所述第二光源出射具有第二波长的s-偏振光，第二波长小于第一波长；和
第三光源，所述第三光源出射具有第三波长的s-偏振光，第三波长小于第二波长；
其中，全息元件衍射具有第一波长的p-偏振光。
17.如权利要求16所述的装置，还包括位于物镜与全息元件之间的λ/4波长板，该λ/4波长板对p-偏振光无影响。
18.如权利要求16所述的装置，其中当从第一光源出射并被全息元件衍射和折射的光进入λ/4波长板时，该光束在其偏振分量无任何改变的状况下从λ/4波长板完全透过，并到达物镜。
19.如权利要求16所述的装置，其中从第二和第三光源出射并透过全息元件的s-偏振光被λ/4波长板转换成右旋圆偏振光，由光学记录介质反射，并被转换成左旋圆偏振光。
20.如权利要求19所述的装置，其中左旋圆偏振光在再次通过λ/4波长板时被转换成p-偏振光。
21.一种光学记录/再现装置，包括：
多个光源，所述多个光源出射具有不同波长的光，用于在/从多种类型的具有不同记录密度的光学记录介质上记录/再现信息；
物镜，用于将多个光源中的每个光源出射的光聚焦到对应的光学记录介质上；
放置在多个光源和物镜之间的准直透镜，用于对多个光源发出的光进行准直；和
安装在准直透镜和物镜之间的全息元件，用于折射从多个光源中的一个光源出射的光，
其中，被折射的光是根据波长和偏振分量来选择的。
22.一种光学记录/再现装置，包括：
多个光源，所述多个光源出射具有不同波长的光，用于在/从多种类型的具有不同记录密度的光学记录介质上记录/再现信息；
其中多个光源与光学记录介质之间的光程相等。
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