CN1096064C - 物镜光学头器件和光盘重现装置 - Google Patents
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Abstract
一种物镜,有至少两个不同数值孔径区域,成形为使光源发射的光束传过这些不同数值孔径区域聚焦到至少两个光盘的信号记录表面上;所述光盘有不同厚度的导光层。由于物镜由至少两个透镜部分集合成整体,一束自公用光源发射的光被聚焦在至少两个有不同厚度光导层光盘的信号记录表面上。还提供了采用该物镜的光学头器件和采用这种光学头器件的光盘重现装置。该具有至少两个不同数值孔径区域的物镜可以是玻璃或塑料透镜。
Description
本发明涉及一种物镜,它将自光源发出之光束聚焦于两个具有不同厚度导光层的光盘中每一个的信息记录面上;所说的聚焦是从光入射面到信号记录面的。本发明还涉及一种采用所述物镜的光学头器件,以及一种采用这种光学头器件的光盘重现装置。
图1所示的光盘属于普通光学记录介质之列,它具有厚度为1.2mm包含盘基的导光层51。该导光层51的一侧以信息凹窝或导槽形式形成信号记录部分;而以反射膜52和用来保护该反射膜52的保护膜53这样的顺序形成在所述信号记录部分上。由光学头器件的物镜54会聚的激光通过该导光层51传送,从而照射在所述信息凹窝或导槽上。
于是,从该光学头器件的物镜54侧面看去,复制激光束通过譬如厚度为1.2mm的所述导光层51被射到信息凹窝,激光束由信息凹窝反射再通过导光层51反射回去,以读出信息。
迄今为止,已经做过增加记录密度,从而提高记录因数的多种努力。例如,通过减小记录时用来写入信息的激光束波长,或者加大物镜的数值孔径,以实现这种高密度记录。为了复制上面已经以高记录密度记录了信息信号的盘形光学记录介质,还做过通过减小激光束波长或加大物镜数值孔径实现高密度复制的多种努力。
如果像上面所述那样加大数值孔径NA,则即使因而实现高密度复制,也使装置降低与比如光盘倾斜有关的稳定性。原因在于,如果使数值孔径NA加大,则使焦深减小,从而降低了光盘倾斜的容限。
如果使光盘相对于物镜的光轴倾斜,则正比于近似数值孔径NA三次方及倾角θ一次方所产生的波阵面W(X、Y)由下式给出:
W(X、Y)=W31*X(X2+Y2) …(1)以致使三级慧差起主要作用。三级赛德慧差系数W31由下式给出: 其中慧差系数由波长λ归一化,t,n,θ和NA分别表示导光层厚度,导光层折射系数,光盘倾角和物镜的数值孔径。
如果将具有等于普通小型光盘唱机所用数值孔径0.45之1.33倍那样大数值孔径0.6的物镜用于普通光学传感装置,并且该小型光盘唱机中所产生的光盘倾斜是一样的,则由于慧差系数由波长λ规一化,因而所产生的慧差是有如采用具有数值孔径0.45之物镜所致慧差的3.5倍那样大。
尤其是,如果其基片由聚碳酸酯制成,并因此具有±0.5到1°盘斜之大量生产的光盘被用一物镜来重现,所述物镜的数值孔径NA为0.6,则产生具有由方程(1)表示之波阵面W(X、Y)、由方程(2)表示的主要慧差系数W31的波阵面W(X、Y)。结果是,在光盘上形成图象的麻点变得不对称,而且符号间干涉明显地被增强,波形畸变被增大,从而难于令人满意地读出信号。
在这种考虑下,为使方程(2)所示的三级慧差系数W31减半,已经做过比如将导光层厚度t从常规值1.2mm减半到0.6mm的努力。为了用光学头的物镜将一束光聚焦在两个导光层上所形成的信号记录层上,已知要用为产生两束有不同焦距之光,如全息光而设计的光学元件。然而,发生衍射的双焦全息图是很贵的而且效率低。
还知,为改变焦距,要利用一遮光执行元件限制自光源发出并入射到物镜之前的光束宽度。在采用这种执行元件的装置中,组元部件的数目要增加,而使装置变得昂贵且不易减小尺寸。
因此,本发明的目的在于提供一种物镜,不使用特殊器件,尤其是辅助器件,由它即可得到至少两束不同焦距的光。
就一种情况而言,本发明提供了一种物镜,它有至少两个不同数值孔径区域(第一区域和第二区域),并被成形为使光源发射的光束传过具有不同数值孔径区域聚焦,从而聚焦在至少两个光盘的第一和第二信号记录表面对应的彼此分开的不同距离上;所述光盘有不同厚度的导光层。
在另一种情况中,本发明提供了一种光头,它包括:一个发射光束的光源;用于分离光源所发光束和从一光盘返回之光的分束器件,所述光盘是具有不同厚度导光层的至少两种不同光盘之一;一个布置在所述分束器件与光盘之间的物镜;以及光电转换装置,用以接收被所述分束器件分离、来自一个光盘信号记录表面的反射光束,用以将反射光束转换成电信号。所述物镜有至少两个不同数值孔径区域(第一区域和第二区域),并被成形为使光源发射的光束传过具有不同数值孔经区域聚焦,从而聚焦在至少两种不同光盘的第一和第二信号记录表面对应的彼此分开的不同距离上;所述光盘有不同厚度的导光层。
在又一种情况中,本发明提供了一种光盘重现装置,它包括光头,用以将一束光发射到光盘的信号记录表面上,并接收从所述信号记录表面反射的光束,以便将所接受的光束转换成电信号;还包括根据光头的输出重现所述信号记录表面上记录的信息信号的重现装置。所述光头有一物镜,它有至少两个不同数值孔径区域(第一区域和第二区域),并被成形为使光源发射的光束传过具有不同数值孔径区域聚焦,从而聚焦在至少两个光盘的第一和第二信号记录表面对应的彼此分开的不同距离上;所述光盘有不同厚度的导光层。
由于所述物镜由至少两个透镜部分集合形成,所以由一公共光源所发的光束能聚焦在至少两个光盘的信号记录表面上;所述光盘有不同厚度的导光层。
图1是表示一光盘结构的断面视图,其导光层厚度比如为1.2mm;
图2是表示一采用本发明光盘重现装置的结构示意方框图;
图3是表示图1所示光盘重现装置中所用光头的示意侧视图;
图4是表示图1所示光盘重现装置中所用另一种光头的示意侧视图;
图5是表示图2所示光头发射一束光到具有增厚导光层光盘上时的示意侧视图;
图6是表示当图2所示光头发射一束光到具有增厚导光层光盘上时产生杂散光的示意侧视图;
图7表示在光传感器件部分的杂散光情况;
图8是表示图2所示光学头部分发射一束光到具有减少厚度导光层的光盘上时的示意侧视图;
图9是表示当图2所示光学头部分发射一束光到具有减少厚度导光层光盘上时产生杂散光的示意侧视图;
图10表示在光传感器件部分的杂散光情况。
以下参照附图来详细介绍根据本发明的物镜,光学头部件和光盘重现装置的优选实施例。图2表示一个光盘重现装置,被用来重现光盘1的信号记录面1a和光盘2的信号记录面2a的信息信号。两个光盘1和2有不同厚度的光导层。
光盘1从光入射到1b到信号记录面1a的光导层具有厚度t1,它大于光盘2从光入射面2b到信号记录面2a的光导层具有厚度t2。厚度为t1的光盘1光导层和厚度为t2的光盘2光导层分别被表示成1c和2c。厚度t1和t2可分别为1.2mm和0.6mm。
光盘重现装置包括光学头部分3,它用于将具有比如635nm波长的光束经不同厚度t1和t2的光导层1c或2c发射到两个信号记录面1a或2a上,还用于将光盘1或2的反射光转换成电信号;还包括重现单元4,它响应于从光学头部分3所得的电信号,以重现信号记录面1a或2a上所记的信息信号。
重现单元4处理从光学头部分3测得的电信号,以产生再现信号(如RF)、跟踪误差信号或聚焦误差信号。使RF信号经比如EFM解调和CIRC解码处理,产生再现数字数据。在光盘直径为64mm的情况下,为了得到再现数字数据,还进行用于数据展开的音调解码。利用数字/模拟(D/A)转换器5将重现单元4输出的再现数字数据变换成左声道和右声道模拟音频数据,它们在输出端6被输出。
跟踪误差信号或聚焦误差信号被加给伺服电路7。伺服电路7响应这些信号,进行跟踪误差控制、聚焦控制和特定过程控制。这就是,将聚焦驱动信号加给光学头部分3中支承物镜8的二轴机构9,以驱动物镜8向着和离开光盘1或2运动,进行聚焦控制。另外,将跟踪驱动信号也加给二轴机构9,以相对光盘1或2径向地驱动物镜8,和进行跟踪控制。此外,分出跟踪误差信号的低音域组分,以对螺旋机构产生特定过程控制信号,用以沿着光盘1或2的半径整体径向驱动所述光学头部分3。
一旦将再现数据加给PLL电路,重现单元4还从所得到的时钟信号产生主轴误差信号。将如此所得的主轴误差信号加给伺服电路7,随之此伺服电路7控制主轴电机10,使电机10以恒定的线速度(CVV)旋转。
参见图3,所述光学头3包括一个诸如激光二极管一类的光源11,用以发射一束光束到光盘1或2的信号记录面1a或2a上;还包括分束器13,用于反射至少一部分从光源11经衍射光栅12入射在该分束器上的光束,并透过至少一部分自光盘返回的光。所述光学头部分3还包括一双焦物镜8和一用来沿聚焦方向及跟踪方向驱动该双焦物镜8的二轴机构9。所述双焦物镜8由两个透镜部分8a、8b集合成整体,该二透镜部分被做成分别将分束器13反射的光束聚焦在二光盘1和2的信号记录面1a和2a上。另外,所述光学头部分3还包括一个比如光敏二极管一类的光探测器16,用以转换经过分束器13的从二光盘1和2的信号记录面1a和2a反射的光束,以便将所接收的光转换成电信号。
由于不用准直透镜,所以本光学头部分3是一个受到限制的***。另一种可供选择的情况是,如图4所示那样,可将一准直透镜17安排在分束器13与双焦物镜8之间,之后,此光学头部分3成为一个无限制的***。在以下的叙述中,假定光学头部分3是一个受到限制的***。
所述光学头部分3将光源11所发射的光束经衍射光栅12和分束器13引导到双焦物镜***8。双焦物镜***8以所制表1的方式将具有比如波长635nm的入射光束聚焦在信号记录面1a或2a上。
设计分类 | 中间部分8a | 凸缘部分8b | |
光束波长 | 635nm | 635nm | |
焦距 | 2.85mm | 2.62mm | |
数值孔径 | 0.35 | 0.60 | |
放大因数 | -1/7.1 | -1/8.0 | |
动作距离 | 1.20mm | 1.20mm | |
参考物象距离 | 28.845mm | 28.245mm | |
盖玻璃 | 光源侧 | 1.0mm(BK7) | 1.0mm(BK7) |
光盘侧 | 1.2mm(PC) | 0.6mm(PC) |
上述表1中,所述双焦物镜8的两个透镜部分被分成中间部分8a和凸缘部分8b。所述中间部分8a以焦距2.85nm将具有波长635nm的光束聚焦在光盘1的信号记录面1a上。另一方面,所述凸缘部分8b以信距2.62nm将具有波长635nm的光束聚焦在光盘2的信号记录面2a上。
其间,如果像图5所示那样,为了检测反射光,使来自所述双焦物镜8中间部分8a的光束聚焦在信号记录面1a上,则来自所述双焦物镜8凸缘部分8b的光束被发散,以便像图6所示那样,被聚焦在光盘2的信号记录面2a上。此光束被光盘1的信号记录面1a所反射,以便作为杂散光线经过所述双焦物镜8及分束器13朝光探测器16返回。
这些杂散光线在入射到光探测器16之前,被聚焦在与光盘1的信号记录面1a相关联的共轭焦点Pf处,如图6所示。于是,这些杂散光线互相抵消,以致光探测器16只检测被像图5所示那样聚焦在信号记录面1a上的光束的反射光(如图5中虚线所指示者)。
另一方面,如果像图8所示那样,为了检测反射光,使来自所述双焦物镜8凸缘部分8b的光束聚焦在信号记录面2a上,则来自所述双焦物镜8中间部分8a的光束被发散,以便像图9所示那样,被聚焦在光盘1的信号记录面1a上。此光束被光盘2的信号记录面2a所反射,以便作为杂散光线被所述双焦物镜8及分束器13朝光探测器16返回。
这些杂散光线被聚焦在与被光盘1的信号记录面1a所反射光束的焦点相关联的共轭焦点处。这样,虽然这些杂散光线像图10所示那样,被入射到光探测器16上,这些光线也互相抵消,以致光探测器16只检测像图8所示那样聚焦在信号记录面2a上的光束的反射光(如图9中虚线所指示者)。
本实施例的光盘重现装置在其光学头部分3中有双焦物镜8,用以将光束聚焦在两个离光入射面有不同距离的信号记录面上,从而能使装置尺寸及制作成本减少。另一方面,如像图5所示那样,重现比如光盘1那样的一个光盘时,所产生的杂散光不被光探测器16所检测(如图6所示),致使以本光盘重现装置高精度地重现两个光盘成为可能。
Claims (13)
1.一种物镜,具有至少一个第一区域和一个第二区域,该第一和第二区域有不同的数值孔径,并被成形为使一光束聚焦到彼此分开的第一和第二信号记录表面上。
2.如权利要求1所述的物镜,其特征在于,所述第一和第二信号记录表面组合在一起,其中所述第一和第二信号记录表面形成在第一和第二导光层下侧上,而第一和第二导光层分别具有1.2mm和0.6mm的各自的厚度。
3.如权利要求1所述的物镜,其特征在于,所述第一区域形成在所述透镜的中心部分,而所述第二区域形成在所述透镜的边缘部分。
4.一种光头,包括:
一个发射光束的光源;
一个用于将所述光束和反射光束分离的分束器件;
一个布置在所述分束器件与光盘之间的物镜,该物镜至少有第一和第二区域,第一和第二区域有不同的数值孔径,并被成形为使所述光束聚焦到第一和第二信号记录表面上;以及
光盘转换装置,用以接收从所述信号记录表面发出的通过所述分束器件的反射光,并将该反射光转换成电信号。
5.如权利要求4所述的光头,其特征在于,所述第一和第二信号记录表面组合在一起,其中所述第一和第二信号记录表面形成在第一和第二导光层下侧上,而该两导光层分别具有1.2mm和0.6mm的各自的厚度。
6.如权利要求4所述的光头,其特征在于,所述第一区域形成在所述透镜的中心部分,而所述第二区域形成在所述透镜的边缘部分。
7.一种光盘读取装置,包括:
一个光头,用以将一束光发射到光盘的第一和第二信号记录表面上,并接收从所述信号记录表面反射的光束,且将所接受的光束转换成电信号;以及
根据所述光头的输出重现所述信号记录表面上记录之信息信号的重现装置;
所述光头有一物镜,它有不同数值孔径的第一和第二区域,并被成形为使光源发射的光束聚焦在所述两个信号记录表面上。
8.如权利要求7所述的光盘读取装置,其特征在于,所述重现装置再现对应于来自所述信号记录表面的反射光束的所述电信号。
9.如权利要求3所述的物镜,其特征在于,所述形成在透镜中心部分的第一区域比所述形成在透镜边缘部分的第二区域有更大的数值孔径。
10.如权利要求6所述的物镜,其特征在于,所述形成在透镜中心部分的第一区域比所述形成在透镜边缘部分的第二区域有更大的数值孔径。
11.如权利要求7所述的光盘读取装置,其特征在于,所述第一和第二信号记录表面形成在第一和第二导光层下侧上,而该两导光层分别具有1.2mm和0.6mm的各自的厚度。
12.如权利要求7所述的光盘读取装置,其特征在于,所述第一区域形成在所述透镜的中心部分,而所述第二区域形成在所述透镜的边缘部分。
13.如权利要求12所述的光盘读取装置,其特征在于,所述形成在透镜中心部分的第一区域比所述形成在透镜边缘部分的第二区域有更大的数值孔径。
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