CN100405482C - 光学拾取装置 - Google Patents

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Abstract

第一激光源设置在偏振分光镜的透射侧，而第二激光源设置在偏振分光镜的反射侧。偏振分光镜的分光面具有这样的膜特性，即，基本上透射由第一激光源发射的第一波长激光的S偏振成分，和基本上反射由第二激光源发射的第二波长激光的S偏振成分。片状分光镜通过引导激光离开激光源所在的光路而用于将离开信号记录介质反射回的激光引入光学检测器。片状分光镜包括反射率高于其透射率的分光面。

Description

光学拾取装置
相关申请的交叉参考
本申请要求2005年5月30日提交的日本专利申请No.2005-156941的优先权，其整个内容并入在此作为参考。
技术领域
本发明涉及光学拾取装置，其包括发射第一波长激光的第一激光源，和设置在第一激光源光路之外的光路中、并发射不同于第一波长的第二波长激光的第二激光源。在这种光学拾取装置中，从第一和第二激光源发射的每一激光光线通过偏振分光镜被导入公共光路中。导入公共光路的激光被片状(plate-like)分光镜反射，从而通过物镜被导向。然后，激光经过物镜会聚并照射在信号记录介质上。离开信号记录介质反射回的激光传输透过片状分光镜，并被导入光学检测器。
背景技术
已知的光学拾取装置对于用于利用不同记录密度，诸如DVD(数字通用光盘)和CD(紧凑光盘)的信号记录介质进行记录和复制是兼容的。用于利用DVD和CD进行记录和复制是兼容的传统光学拾取装置可以配置成利用分光镜。在这种装置中，用于DVD的激光源和用于CD的激光源可以分别设置在分光面的反射侧和透射侧上。可选地，在相反的方法中，用于CD的激光源和用于DVD的激光源可以分别设置在反射侧和透射侧。光学拾取装置被配置成使得从每个激光源发射的激光通过分光镜被导入公共光路并且照射到物镜上。根据所使用的盘的类型选择激光源的任意一个，光学拾取装置能够利用DVD和CD进行记录和复制。
当为了光路相互分开地设置用于DVD的激光源和用于CD的激光源而采用上述分光镜时，偏振分光镜用作分光镜。在这种情况下，根据偏振分光镜的分光面的典型膜特性，即，P偏振透射率高于S偏振透射率的特性，构置成使入射到偏振分光镜的分光面的反射侧的激光被S偏振，而入射到偏振分光镜的分光面的透射侧的激光被P偏振(参考日本专利后(laid)公开No.2003-141769)。
用作DVD激光源或CD激光源的激光二极管发射平行于激光芯片的p-n结表面的线偏振激光。因此，激光相对于偏振分光镜的分光面的偏振方向可以通过选择DVD的激光源或CD的激光源的方向(旋转方向)来设定。
另外，在典型的光学拾取装置中，除了在偏振分光镜的分光面的反射侧上设置发射S偏振激光的激光二极管、和在偏振分光镜的分光面的透射侧上设置发射P偏振激光的激光二极管之外，在激光朝盘传播的输出光路上的物镜上游侧设置1/4波片。使通过1/4波片的输入和输出激光束的线偏振方向相差90°，偏振分光镜的分光面的膜特性可以用于防止离开盘反射回的返回光返回到发射激光的激光二极管。
如在上面提到的日本专利后公开No.2003-141769所述，为了实现减小尺寸和在光学拾取装置中的各种光学元件的有效布置，光接收光学***和光发射光学***可以通过第二分光镜分别提供。第二分光镜与设置在公共光路上用于DVD和CD的偏振分光镜分开设置。光接收光学***将离开盘反射回的返回光引入光学检测器。用于激光发射的光发射光学***包括偏振分光镜、用于DVD的激光二极管，和用于CD的激光二极管。
在设置第二分光镜的光学拾取装置中，被第二分光镜所反射的激光透过物镜，用于DVD的激光束和用于CD的激光束都被第二分光镜反射。因此，与第二分光镜的分光面(反射面)有关的光利用效率是S偏振光高于P偏振光。
如在上面提到的日本专利后公开No.2003-141769所述，经常设计用于利用DVD和CD进行记录和复制的光学拾取装置，而DVD光学***的光利用率优于(priority to)CD光学***的光利用率，因为考虑在设计阶段确定的输出强度，用于DVD激光源的激光二极管获得的发射输出强度经常不包括很多余量(margin)。
为了区分用于DVD激光的光利用率的优先次序，用于DVD的激光二极管设置在偏振分光镜的反射侧上，使得从用于DVD的激光二极管发射的激光在偏振分光镜的分光面上经过S偏振反射，而用于CD的激光二极管设置在偏振分光镜的透射侧，使得从用于CD的激光二极管发射的激光在偏振分光镜的分光面上经过P偏振透射。
除了用于分别设置第一和第二激光源的偏振分光镜之外，第二分光镜被设置在公共光路中，以便将把光引入光学检测器的光接收光学***和发射激光的光发射光学***分开，用于DVD的激光和用于CD的激光的偏振状态相对于第二分光镜的分光面分别被S偏振和P偏振，或者反之亦然。因此，在第二分光镜上，当确定装置设计优先考虑激光之一(例如，用于DVD的激光)的光利用率时，兼顾另一激光(例如，用于CD的激光)的光利用率。
在上面提到的日本专利后公开No.2003-141769描述的光学拾取装置配置成这样，即，用于DVD的激光和用于CD的激光都在第二分光镜的分光面上被反射，从而被引导到物镜。入射到第二分光镜的分光面上呈S偏振状态的激光(即，优先考虑光利用率的用于DVD的激光)被有效地反射，而入射到分光面上呈P偏振状态的激光(即，用于CD的激光)的反射没有被有效地进行。
在上述光学拾取装置中，为了提高入射到第二分光镜的分光面上呈P偏振状态的用于CD的激光的反射效率，需要通过例如将第二分光镜设置成角度，使得分光面相对于激光的光轴的角度是30度，该角度小于45度，而实施用于设计分光面的膜的其他特征。这导致增加设计自由度的限制以及成本劣势。
另外，与偏振分光镜的透射侧的光轴相比，偏振分光镜的反射侧的光轴受到偏振分光镜倾斜的影响更大。因此，当DVD光学***的光利用率放在很重要的位置时，用于DVD的激光二极管设置在偏振分光镜的反射侧，由于偏振分光镜的倾斜造成光轴的偏离在DVD光学***中将会造成这样的问题，即，与CD光学***相比，在信号记录密度方面需要更高的精度。
发明内容
根据本发明一方面的光学拾取装置，包括发射第一波长激光的第一激光源，和设置在第一光源光路之外的光路上并且发射不同于第一波长的第二波长激光的第二激光源。在该光学拾取装置中，从第一和第二激光源发射的每一激光光线通过偏振分光镜被导入公共光路中。导入公共光路的激光被片状分光镜反射，从而通过物镜被引导。然后，激光被物镜会聚并且照射到信号记录介质上。离开信号记录介质反射回的激光透过片状分光镜，并且被导入光学检测器。第一激光源设置在偏振分光镜的透射侧，而第二激光源设置在偏振分光镜的反射侧。偏振分光镜包括基本上透射第一波长激光的S偏振成分、和基本上反射第二波长激光的S偏振成分的分光面。片状分光镜包括反射率高于其透射率的分光面。
因此，可以增强来自设置在偏振分光镜透射侧的第一激光源的激光的光利用率，同时保证从设置在偏振分光镜的反射侧的第二激光源发射的激光的光利用率。结果，有可能实现理想的结构，其中，使得在光轴偏离方面相对有利的、布置在偏振分光镜的透射侧的第一激光源与较高密度的信号记录介质的在功能上相一致。
第一波长优选短于第二波长。另外，偏振分光镜的分光面优选具有这样的膜特性，即，基本上透射第二波长激光的P偏振成分，同时基本上透射第一波长激光的P偏振成分和S偏振成分。而且，优选地，在第一激光源和偏振分光镜之间设置相对于P偏振激光具有衍射效果的衍射滤光片(filter)。
因此，可以增强来自设置在偏振分光镜透射侧的第一激光源的激光的光利用率，同时保证来自设置在偏振分光镜的反射侧的第二激光源发射的激光的光利用率，这样有可能使在光轴偏离方面相对有利的、设置在偏振分光镜的透射侧的第一激光源与较高密度的信号记录介质在功能上相一致。另外，由于提供上述的膜特性，偏振分光镜的分光面相对于从第一激光源发射的第一波长激光呈现基本上透射S偏振成分，而相对于从第二激光源发射的第二波长激光呈现基本上反射S偏振成分。根据上述的膜特性，尽管分光面被限制于与第一波长的激光有关，其原因在于分光面必须基本上透射S偏振成分，但是关于P偏振成分的透射没有形成设计限制。因此，简单地构成基本上透射与第一波长激光相关的P偏振成分和S偏振成分两者的分光面就足够了，从而避免分光面膜形成的障碍。
因此，由于S偏振的优点，第一波长的激光和第二波长的激光由于S偏振都被片状分光镜反射。因此，可以提高两个激光束的光利用率。此外，片状分光镜的分光面需要被简单地特性化，使得反射率高于其透射率，获得最小化的分光面设计限制、片状分光镜的设置角度的高自由度和成本优势。
因此，在输出和输入路径上都经过1/4波片的激光返回到偏振分光镜的分光面，而P偏振是其主成分，使得返回的激光透过偏振分光镜。通过在第一激光源和偏振分光镜之间设置用于衍射P偏振的衍射滤光片，有可能防止返回的激光与从第一激光源发射的激光发生干涉。
而且，通过设置衍射滤光片，防止从第二激光源发射的第二波长的激光到达第一激光源。因此，有可能防止第二波长的激光被第一激光源的激光芯片的端面反射，并且随后透回到第二波长激光的输出光学***中。
附图说明
图1是光学拾取装置的示例性实施例的光学布置的平面图。
图2是图1的光学拾取装置的光学布置的侧视图。
图3是表示偏振分光镜的分光面的膜特性的特性曲线图。
图4是表示片状分光镜的分光面的膜特性的特性曲线图。
图5是说明光学检测器的主光接收区和两个子光接收区的示图。
具体实施方式
图1和图2是根据本发明一方面的光学拾取装置的示例性实施例采用的光学布置的平面图和侧视图。如图1和图2所示的光学拾取装置配置成能够利用CD和DVD进行记录和复制。
用作第一激光源的第一密封外壳包装(can-package)型激光二极管1发射在红色波长区的650-665nm范围内(例如，660nm)的第一波长的激光，适于进行DVD记录和复制。用作第二激光源的第二密封框架包装(frame-package)型激光二极管2发射在红外波长区的775-795nm范围内(例如，785nm)的第二波长的激光，适于进行CD记录和复制。根据盘类型选择使用第一和第二激光二极管1、2。应该注意，第一和第二激光二极管1、2的包装类型不限于上述这些类型。
从第一激光二极管1发射的第一波长的激光被衍射光栅3分成三束光束，衍射光栅3相对于第一波长的激光具有显著的衍射效果。除了零级衍射光束之外，三束光束包括跟踪控制所需要的正第一级衍射光束和负第一级衍射光束。衍射光栅3由薄片状的两层盖玻璃片形成。三光束分离(splitting)光栅设置在盖玻璃片的入射侧，并保持在两片盖玻璃片之间，以形成用于衍射P偏振的衍射滤光片3a。
被衍射光栅3分离成三束光束的激光被导入棱镜形状的偏振分光镜4的透射侧。
从第二激光二极管2发射的第二波长的激光被衍射光栅5分成三束光束，即，零级衍射光束和正、负第一级衍射光束，衍射光栅5相对于第二波长的激光具有有效的衍射效果。随后，用耦合透镜6调整分离激光的放大率。然后，该调整的激光被导入分光镜4的反射侧。
偏振分光镜4的分光面4a被特征化，如图3所示。从图中看出，分光面4a具有这样的膜特性，即，基本上透射660nm的第一波长激光的S偏振成分，和基本上反射785nm的第二波长激光的S偏振成分。而且，还是如图3所示，分光面4a基本上透射第一波长激光的P偏振成分，和基本上透射第二波长激光的P偏振成分。
换言之，偏振分光镜4的分光面4a相对于第一波长的激光基本上呈现为透射，不区分P偏振和S偏振，而相对于第二波长的激光，基本上反射S偏振和基本上透射P偏振。更具体地说，偏振分光镜4的分光面4a相对于660nm激光，对于P偏振和S偏振都具有大约96％的透射率，而相对于785nm的激光，对于S偏振成分具有大约4％的透射率(大约96％的反射率)，而对于P偏振成分具有大约96％的透射率。
同样，偏振分光镜4的分光面4a具有这样的膜特性，即，基本上透射第一波长激光的S偏振成分，和基本上反射第二波长激光的S偏振成分。因此，设置在偏振分光镜4的透射侧的第一激光二极管1通过激光芯片的p-n结的方向来定位，使得所产生的激光具有相对于分光面4a被S偏振的线偏振方向。另外，设置在偏振分光镜4的反射侧的第二激光二极管2也通过激光芯片的p-n结的方向来定位，使得所产生的激光具有相对于分光面4a被S偏振的线偏振方向。
结果，从第一激光二极管1发射的第一波长的激光在经过设置在衍射光栅3中的衍射滤光片3a之后，基本上透过偏振分光镜4的分光面4a。另一方面，从第二激光二极管2发射的第二波长的激光在偏振分光镜4的分光面4a上基本上被反射。
透过偏振分光镜4的分光面4a的第一波长的激光和在偏振分光镜4的分光面4a上反射的第二波长的激光被导入公共光路。然后，在公共光路中的激光被具有平行的平板形片状分光镜7的分光面7a反射，使得光轴被弯曲。随后，激光被上弯(bend-up)反射镜8的表面反射，导致光轴的进一步弯曲。然后，激光通过准直透镜9形成平行光线，并且经过1/4波片10被导入物镜11。
物镜11由与用于DVD和CD两者的激光波长都兼容的双焦距(bifocal)透镜构成。相对于用于DVD的激光波长的数值孔径(NA)设计成0.655，而相对于用于CD的激光波长的NA设计成0.51。当从第一激光二极管1发射、对应于DVD的第一波长的激光通过物镜11被引导时，根据0.6mm的DVD衬底(substrate)厚度，通过正确地聚焦激光，该第一波长的激光照射在DVD的信号表面上。另一方面，当从对应于CD的第二激光二极管2发射的第二波长的激光通过物镜11被引导时，根据1.2mm的CD衬底厚度，通过正确地聚焦激光，该第二波长的激光照射在CD的信号表面上。
片状分光镜7的分光面7a具有不考虑激光波长、基本上反射激光的P偏振成分和S偏振成分的膜特性，如图4所示。更具体地说，分光面7a相对于S偏振具有大约8％的透射率(即，大约92％的反射率)，而相对于P偏振具有大约18％的透射率(即，大约82％的反射率)。
因此，通过偏振分光镜4以S偏振状态被导入片状分光镜7的分光面7a的第一波长的激光和第二波长的激光多数被反射，反射率为92％，从而被引导到物镜11。
结果，对于用于DVD的第一波长激光来说，在偏振分光镜4的分光面4a上可以获得96％的透射率，而在片状分光镜7的分光面7a上可以获得92％的反射率，从而保证高光利用率。
类似地，对于用于CD的第二波长的激光来说，在偏振分光镜4的分光面4a上可以获得96％的反射率，而在片状分光镜7的分光面7a上可以获得92％的反射率，从而保证高光利用率。
被物镜11会聚并且照射在DVD或CD的信号表面上的激光被信号表面调制和反射，从而通过物镜11被再引导。该光以与输出路径相同的光路反向(back)传播，即，经过1/4波片10、准直透镜9、和上弯反射镜8向前的光路，从而到达片状分光镜7。
1/4波片10是宽带兼容的，并且用于相对于第一波长的激光和第二波长的激光，施加1/4波长的偏振方向的移动(换言之，相位差)。因此，通过输出路径上的1/4波片10，第一波长的激光和第二波长的激光都产生1/4波长移动(换言之，90°的相位差)，从而被圆偏振，并以圆偏振状态照射盘。离开盘反射回的激光通过输入路径上的1/4波片10又产生1/4波长移动(换言之，90°的相位差)，从而在与输出路径的偏振方向差90°的偏振方向上被线性偏振。
因此，在输入路径中，第一波长的激光和第二波长的激光相对于片状分光镜7的分光面7a变成P偏振的。通过P偏振状态的优点，激光以18％的透射率透过片状分光镜7。通过提供与垂直于激光光轴的平面成预定角度(在本实例中，倾斜32.5°的角度)设置的平行平板12，透过片状分光镜7的激光随后带有散光(astigmatism)，用于聚焦控制。带有散光的激光被引导到光学检测器13上。
在光学检测器13中，信号光接收部件一般在使用DVD记录和复制时用作DVD光接收部件，在使用CD记录和复制时用作CD光接收部件。如图5所示，光学检测器13包括主光接收区13a和两个子光接收区13b、13c，分别用于接收三束分离的光束。主光接收区13a和两个子光接收区13b、13c的每一个通过两根互相垂直的划分线(dividingline)再分成四个部分。来自主光接收区和两个子光接收区的每个部分的输出不仅用于计算进行DVD和CD记录和复制的主信号，而且用于计算相应于适于各种盘类型的跟踪控制表(scheme)和聚焦控制表的跟踪误差信号和聚焦误差信号。
同时，在输入光路中以P偏振状态进入片状分光镜7的分光面7a的第一波长的激光和第二波长的激光以82％的反射率被反射，离开分光面7a，从而被引导回到偏振分光镜4。返回到偏振分光镜4的第一波长和第二波长的激光光线相对于偏振分光镜4的分光面4a也被P偏振。分光面4a的膜特性是使分光面4a相对于第一和第二波长的P偏振激光具有96％的高透射率。从而输入的激光透过偏振分光镜4的分光面4a，没有显著衰减。但是，因为设置在第一激光二极管1前面的衍射光栅3包括用于衍射P偏振的衍射滤光片3a，所以衍射滤光片3a防止输入光到达第一激光二极管1。
另一方面，偏振分光镜4的分光面4a相对于第一和第二波长的P偏振激光具有4％的低反射率。因此，离开偏振分光镜4的分光面4a反射回的输入激光被显著衰减。
同样，在本实施例中，防止激光返回到原始发射激光的激光二极管、从而发生干涉。同时，有可能防止离开激光二极管(其不同于原始发射激光的那个)的激光芯片端面反射回的激光返回到原始发射的激光二极管、以发生干涉的事件。
应该注意到，片状分光镜7以8％的透射率透射以S偏振状态进入分光面7a的第一和第二波长的输出激光。换言之，从第一激光二极管1或第二激光二极管2发射的每束激光除了朝物镜11传播的主成分之外，还包括在片状分光镜7的透射方向上泄漏的泄漏成分。本实施例这样构成，即，使激光的泄漏成分被正面监视二极管(front monitordiode)14接收。利用这种布置，正面监视二极管14接收发射的第一波长激光或第二波长激光之一。基于正面监视二极管14接收的激光量，有可能控制用于驱动第一和第二激光二极管1、2的驱动信号。这样，由第一和第二激光二极管1、2发射的激光量可以被控制到预定量。
根据上述示例性实施例的详细描述可以进行多种变化，对本领域的普通技术人员是显而易见的。因此，本发明的范围应该由所附的权利要求来确定。

Claims (3)

1.一种光学拾取装置，包括：
第一激光源，其发射第一波长的激光；和
第二激光源，其设置在所述第一激光源的光路之外的光路上，并且发射不同于所述第一波长的第二波长的激光；其中
所述光学拾取装置被这样构成，即，使从所述第一和第二激光源发射的每束激光光线通过偏振分光镜被导入公共光路中，被导入所述公共光路中的激光被片状分光镜反射，从而被引导到物镜，然后，激光被所述物镜会聚、并且照射到信号记录介质上，而离开所述信号记录介质反射回的激光透过所述片状分光镜，并且被引导到光学检测器；
所述第一激光源被设置在所述偏振分光镜的透射侧上，而所述第二激光源被设置在所述偏振分光镜的反射侧上；
所述偏振分光镜包括大部分透射所述第一波长的激光的S偏振成分和P偏振成分、及大部分反射所述第二波长的激光的S偏振成分、及大部分透射所述第二波长的激光的P偏振成分的分光面；和
所述片状分光镜包括反射率高于其透射率的分光面。
2.如权利要求1所述的光学拾取装置，其中，所述第一波长短于所述第二波长。
3.如权利要求1所述的光学拾取装置，还包括：
设置在所述第一激光源和所述偏振分光镜之间的衍射滤光片，其相对于P偏振激光具有衍射效果。
CNB2006100827753A 2005-05-30 2006-05-25 光学拾取装置 Expired - Fee Related CN100405482C (zh)

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