CN1195847A - 利用偏振分束器的可兼容cd－r和dvd盘的光学记录/读取头 - Google Patents

利用偏振分束器的可兼容cd－r和dvd盘的光学记录/读取头 Download PDF

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Abstract

一种兼容CD－R和DVD的光学记录/读取头,通过采用具有根据波长改变的偏振光束分离特性的第一和第二分束器,将由第一光源和第二光源分别发出的用于DVD的第一光束和用于CD－R的第二光束传输至一个物镜。该物镜将传输的第一和第二光束聚焦于CD－R和DVD的信息记录表面上。从CD－R和DVD的信息记录表面反射的第一和第二光束分别由第一和第二分束器传输至第一和第二光电探测器。该第一和第二光电探测器分别从自第一和第二分束器入射的第一和第二光束中检测信息。

Description

利用偏振分束器的可兼容 CD-R和DVD盘的 光学记录/读取头
本发明涉及一种光学记录和/或读取头，它兼容采用不同波长的相应光束来记录和再现信息的多种光盘，特别是涉及一种兼容可写小型盘(CD-R)和数字多用光盘(DVD)的光学记录/读取头。
在作为存储大量信息的记录载体的光盘设备中，CD盘和DVD盘已被广泛采用。最近，CD-R盘和数字多用光盘随机存取存储器(DVD-RAM)也已公知。众所周知，在记录和再现信息时，具有780nm波长的激光用于CD-R，而具有650nm或635nm波长的激光用于DVD-RAM。这样，可兼容CD-R和DVD的光学记录/读取头包括发射相应不同波长激光的两种光源。
图1显示了已有的兼容CD-R和DVD的光学记录/读取头。该光学记录/读取头包括一个第一光源1，用于发射波长为650nm的第一光束以记录和再现对于DVD8的信息。一个第二光源11，用于发射波长为780nm的第二光束以记录和再现对于CD-R9的信息，以及一个物镜7，用于分别将第一和第二光源1和11发出的第一和第二光束聚焦在DVD8和CD-R9的信息记录表面上。一个准直透镜2将第一光源1发出的第一光束准直为平行光束并将该准直光束透射至一个第一分束器3。第一分束器3将自第一准直透镜2入射的第一光束反射至干涉滤波棱镜4。该干涉滤波棱镜4将自第一分束器3入射的为平行光束的第一光束透射至一个1/4波片5。详细地说，干涉滤波棱镜4根据入射光束波长全透射或全反射入射光束，其中用于DVD的波长650nm的第一光束全部透射，而自聚焦透镜14入射的波长780nm的第二光束得以全部反射。一个薄膜型可变光阑6将来自1/4波片5的为平行光束的第一光束透射至物镜7。物镜7将通过可变光阑6的第一光束聚焦于0.6mm厚的DVD8的信息记录表面上。结果是，由物镜7聚焦于DVD8的信息记录表面之上并经其反射的第一光束中包含了记录于其聚焦位置处的信息。
由DVD8的信息记录表面反射的第一光束依次通过物镜7，可变光阑6和1/4波片5，然后入射至干涉滤波棱镜4。
干涉滤波棱镜4将自1/4波片5入射的第一光束透射至第一分束器3。第一分束器使自干涉滤波棱镜4入射的第一光束传输至一个第一光电探测器10。该第一光电探测器10接收来自第一分束器3的第一光束并检测该第一光束中的信息。
由第二光源11发出的波长780nm的第二光束通过第二准直透镜12和第二分束器13，然后入射至会聚透镜14。
会聚透镜14会聚来自第二分束器13入射的第二光束，将该第二光束以会聚光束形式透射至干涉滤波棱镜4。
干涉滤波棱镜4将自会聚透镜14入射的第二光束以发散形式透射至1/4波片5。1/4波片5将该自干涉滤波棱镜4入射的第二光束透射至可变光阑6。
可变光阑6只将部分以发散光束形式入射的波长780nm的第二光束透射至物镜7。这样，透过可变光阑6的第二光束由物镜7聚焦在1.2mm厚的CD-R9的信息记录表面并由其反射。由该信息记录表面反射的第二光束包含有记录于聚焦位置处的信息。
来自CD-R9的信息记录表面的受到反射的第一光束依次通过物镜9，可变光阑6，1/4波片5，然后入射至干涉滤波棱镜4。
干涉滤波棱镜4将自1/4波片5入射的第二光束透射至会聚透镜14。会聚透镜14使该第二光束入射至第二光电探测器15。第二光电探测器15接收来自第二分束器13的第二光束，并检测该第二光束中的信息。
图2详细示出了图1中的薄膜型可变光阑6。如图2所示，该薄膜型可变光阑6具有能选择性透过入射在数值孔径(NA)小于或等于0.6区域的光束之结构。区域1的数值孔径(NA)小于或等于0.45，从而全部透射波长780nm和波长650nm的光束。区域2的数值孔径(NA)大于0.45，其上覆涂有介电薄膜层。此处，形成了厚度小于或等于一波长单位的多层的薄膜，使得全部透过波长650nm的光束并全部反射波长780nm的光束。区域1由石英(SiO2)薄膜构成，以消除由覆涂有介电薄膜的区域2产生的任何光学象差。
通过可变光阑6具有0.45NA或以下的区域1的波长780nm光束，由物镜7在CD-R9的信息记录表面上形成了适于它的光斑。通过可变光阑6具有0.6NA或以下的区域1和2的波长650nm光束，由物镜7在其信息记录表面上形成了一适于DVD8的光斑。
使第二光束以发散形式入射于物镜7的原因在于，使得第二光束聚焦于CD-R的信息记录表面不产生任何光学象差。
因此，图1的光学记录/读取头既可记录和再现DVD也可记录和再现CD-R的信息。然而，图1的光学记录/读取头采用了多个棱镜，并且特别采用了干涉滤波棱镜4和会聚透镜14以便对于第二光束形成一有限光学***，从而增加了制造成本。由于可变光阑6只透过自1/4波片5入射的部分第二光束，从而降低了光的利用数率。并且，由于可变光阑6应设置于一特殊位置以便由发散的第二光束形成适于CD-R9的光斑，所以难于构造该光学***。
为解决上述问题，本发明目的在于提供一种光学记录/读取头，提供一个结构简单和光利用效率高的光学***，通过采用一偏振分束器和一具有高透射率和高反射率的分束器，以便将相应不同波长的光束透射至物镜。
为达到本发明的上述目的，提供了一种兼容至少两种类型光盘的光学记录/读取头，其中从光学记录/读取头至信息记录表面的距离互不相同，信息由各不同波长的光束记录和再现，该光学记录/读取头包括：
一个第一光源，用于发射一束线性偏振的第一光束；一个第二光源，用于发射波长大于第一光束波长的一束线性偏振的第二光束；一个第一光电探测器；一个第二光电探测器；聚焦装置，用于将第一光束和第二光束聚焦于相应不同光盘的信息记录表面上；以及光路改变装置，用于分别将来自第一光源的第一光束和来自第二光源的第二光束传输至所述聚焦装置，并分别将来自该聚焦装置的第一和第二光束传输至所述第一和第二光电探测器，其中光路改变装置传输第一和第二光束，使得入射至光路改变装置的第一和第二光束的光量与通过该光路改变装置的第一和第二光束的光量相同。
下面参照附图描述优选实施例，其中：
图1表示兼容CD-R和DVD的已有光学记录/读取头；
图2表示图1的光学记录/读取头中所采用的薄膜型可变光阑的结构；
图3表示根据本发明一个实施例的兼容DVD和CD-R的光学记录/读取头；
图4表示根据本发明另一实施例的兼容DVD和CD-R的光学记录/读取头；
图5是图3和4中所示第三分束器的光学特性曲线图；以及
图6是图3和4中所示第四分束器的光学特性曲线图。
下面参照附图详细说明本发明的优选实施例。
图3所示的光学记录/读取头包括一个第一光源1，用于反射波长650nm的第一光束，一个第三光电探测器39，用于探测由DVD8反射的第一光束的信息，一个光源与光电探测器40，其中光源40A用于发射波长780nm的第二光束，光电探测器40B用于探测由CD-R9反射的第二光束的信息，一个物镜7，用于将所述第一光束和第二光束聚焦于光盘8和9的相应信息记录表面上，以及两个分束器32和33，用于分别将第一光源1发出的第一光束和从光源与光电探测器40发出的第二光束传输至物镜7并分别将该反射的第一和第二光束传输至光电探测器39和40B。
第一光源1发出线性偏振的波长650nm的第一光束。为便于说明，将该第一光束定义为S偏振光束。所述两个分束器32和33中靠近物镜7的第三分束器33的光学特性为，基本全部反射对于波长650nm的第一光束的S偏振光并基本全部透过P偏振光束，从而将自第一光源1入射的第一光束基本全部反射至一个第三准直透镜34。该第三准直透镜34将来自第三分束器33的第一光束准直成平行光束，并将该准直的第一光束透射至一个相位板35。相位板35也称为1/4波片5，相位板35将来自第三准直透镜34的线性偏振第一光束转换为圆偏振光束，并将该圆偏振的第一光束透射向一个全息可变光阑36。
全息可变光阑36将自相位板35以平行光束形式入射的第一光束全部透射至物镜7。物镜7将来自全息可变光阑36的第一光束聚焦在0.6nm厚的DVD8的信息记录表面上。其结果是，第一光束包含了记录于DVD8信息记录表面的聚焦位置的信息。
由DVD8反射的第一光束通过物镜7，全息可变光阑36，然后反射至相位板35。相位板35将该圆偏振光转换为线性偏振光。也即，该第一光束由相位板35变为P偏振光。该线性偏振第一光束通过第三准直透镜34，入射至第三分束器33。第三分束器33将自第三准直透镜34入射的P偏振的第一光束全部透射至第四分束器32。该第四分束器32将波长650nm的第一光束透射至光电探测透镜38。该光电探测透镜38将第一光束会聚在第三光电探测器39上。该第三光电探测器39探测来自光电探测透镜38的第一光束的信息。
包含在光源与光电探测器40中的光源40A发出波长780nm的线性偏振的第二光束。为便于说明，将光源与光电探测器40发出的该第二光束规定为S偏振光。第四分束器32的光学特性为，对于波长780nm的第二光束基本全部反射P偏振光和S偏振光，从而将来自光源和光电探测器40的第二光束基本全部反射至第三分束器33。第三分束器33将来自第四分束器32的波长780nm的第二光束全部透射至第三准直透镜34。
第三准直透镜34将来自第三分束器33的第二光束准直为平行光束，并将其透射至相位板35。相位板35将来自第三准直透镜34的线性偏振的第二光束转换为圆偏振光，并将其透射至全息可变光阑36。全息可变光阑36全部透射入射在数值孔径(NA)小于或等于0.36的区域的波长780nm的第二光束，并透射约25％的入射在数值孔径(NA)大于或等于0.36的区域的波长780nm的第二光束。全息可变光阑36透过一部分自相位板35平行入射的第二光束，并将其透射向物镜7。物镜7将来自全息可变光阑36的第二光束聚焦于1.2mm厚的CD-R9的信息记录表面上。其结果是，该第二光束包含了记录于CD-R9的信息记录表面的聚焦位置处的信息。
由CD-R9反射的第二光束通过物镜7，全息可变光阑36，然后入射至相位板35。相位板35将该圆偏振的第二光束转换成线性偏振光束。也即，该第二光束由相位板35变为P偏振光。该线性偏振的第二光束透过第三准直透镜34，入射至第三分束器33。第三分束器33将来自第三准直透镜34为P偏振光的第二光束全部透射至第四分束器32。第四分束器32将来自第三分束器33的为P偏振光的波长780nm的第二光束基本全部透射至全息分束器41。
全息分束器41使自第四分束器32入射的第二光束发生衍射，然后投射至包括在光源与光电探测器40中的光电探测器40B。该光电探测器40B探测来自全息分束器41的第二光束中的信息。
图4表示根据本发明第一实施例的兼容DVD和CD-R的光学记录/读取头。将图4中的光学记录/读取头与图3中的光学记录/读取头相比较，会发现其第一光源1和光源与光电探测器40的位置是颠倒的。从而，也颠倒了第三分束器33和第四分束器32的位置。
图4中其它元件的位置和作用与图3中以相同参考标号表示的元件相同。因此，图4的光学记录/读取头分别以与图3相同的方式完成向DVD9和CD-R9上记录或从其上探测信息的操作。
图5为表示图3和4中所示光学记录/读取头采用的第三分束器33的光学特性的曲线图。在图5的曲线图中，横轴表示光束的波长，纵轴表示反射光通量对于入射光通量的百分比。按照图中关于S偏振光的反射特性曲线，可以看到，对于从约550nm至约650nm范围的波段，第三分束器33反射了大约99％的入射的S偏振光，而对于从约760nm至约900nm范围的波段，第三分束器33几乎透过了100％的入射的S偏振光。按照图中关于P偏振光的反射物性曲线，可以看到第三分束器33对于从约500nm至约900nm的波段几乎透过100％的入射的P偏振光。
图6为表示图3和4中所示光学记录/读取头采用的第四分束器32的光学特性的曲线图。在图6曲线图中，横轴表示光束波长，纵轴表示反射光通量对于入射光通量的百分比。按照图中关于S偏振光的反射特性曲线，可以看到，第四分束器32对约650nm附近的波长范围透过约100％的入射S偏振光，对从约700nm至约900nm范围的波长范围几乎反射100％入射的S偏振光。按照图中关于P偏振光的反射特性曲线，可以看到，第四分束器32对小于或等于680nm的波长范围透过几乎100％入射的P偏振光束，对从约770nm至约830nm范围的波段反射约90％入射的P偏振光束。
如上所述，根据本发明的兼容CD-R和DVD的光学记录/读取头，采用了两个分束器32和33，用于将相应不同光源1和40A发出的一第一光束和一第二光束导引向一物镜7，并将由光盘8和9反射的第一和第二光束导引向相应不同的光电探测器39和40B。分束器32和33具有根据波长变化的偏振分束特性，其中由分束器32和33透射至物镜7的第一和第二光束的光通量与同第一光源1和光源与光电探测器40入射来的第一和第二光束的光通量大体相等。前者最好大于或等于后者的约98％。
从而，根据本发明的光学记录/读取头无需采用干涉滤波棱镜4和会聚透镜14这类附加装置，因而降低了制造成本。由于本发明还采用了具有高透射率和反射率的两个分束器32和33以变换第一和第二光束的光路，所以也提供了高的光利用效率。
尽管上文只是特别描述了本发明的特定实施例，但显然可对其作出许多改变而不偏离本发明的精神和范围。

Claims (12)

1.一种兼容至少两种类型光盘的光学记录/读取头，其中从该光学记录/读取头至信息记录表面的距离各不相同，信息通过具有相应不同波长的光束进行记录和再现，该光学记录/读取头包括：
一个第一光源，用于发出一束线性偏振的第一光束；
一个第二光源，用于发出一束线性偏振的第二光束，其波长大于第一光束的波长；
一个第一光电探测器；
一个第二光电探测器；
聚焦装置，用于将第一和第二光束聚焦于相应的不同光盘的信息记录表面上；和
光路改变装置，用于分别将来自第一光源的第一光束和来自第二光源的第二光束透射至所述聚焦装置，并将自该聚焦装置入射的第一和第二光束透射至第一和第二光电探测器，
其中，所述光路改变装置透射第一和第二光束，使得入射至该光路改变装置的第一和第二光束的光量与通过该光路改变装置的第一和第二光束的光量大致相等。
2.如权利要求1所述的光学记录/读取头，其中，所述聚焦装置包括：
一个物镜；
一个全息可变光阑，相对于传输向物镜的第一和第二光束，全部透射第一光束并部分透射第二光束。
3.如权利要求2所述的光学记录/读取头，还包括一个准直透镜，用于将自所述光路改变装置入射的第一和第二光束准直成平行光束并将其透射至所述全息可变光阑。
4.如权利要求1所述的光学记录/读取头，还包括一个相位板，它位于所述光路改变装置和所述聚焦装置之间的光路上，用于将自所述光路改变装置入射的线性偏振的第一和第二光束转换成圆偏振的第一和第二光束，并将自所述聚焦装置入射的圆偏振的第一和第二光束转换成线性偏振的第一和第二光束，并且
其中，所述光路改变装置包括：
一个第一分束器，用于将自所述第一光源入射的第一光束反射至所述相位板，将自所述相位板入射的第一光束透射至所述第一光电探测器，以及透射所入射的第二光束；和
一个第二分束器，用于将自所述第二光源入射的第二光束反射至所述第一分束器，将自所述第一分束器入射的第一光束透射至所述第一光电探测器，以及将来自所述第一分束器的第二光束反射至所述第二光电探测器。
5.如权利要求4所述的光学记录/读取头，其中，所述第一和第二分束器具有根据波长改变的偏振光束分离特性。
6.如权利要求5所述的光学记录/读取头，其中，所述第一分束器根据偏振方向透射和反射线性偏振的第一光束并透射线性偏振的第二光束，而所述第二分束器透射线性偏振的第一光束并根据偏振方向透射和反射线性偏振的第二光束。
7.如权利要求4所述的光学记录/读取头，其中，所述第二光源和所述第二光电探测器被整体安装成一个单元，并且还包括一个全息分束器，用于将第二光源发出的第二光束传输至所述第二分束器，并将自所述第二分束器入射的第二光束传输至所述第二光电探测器。
8.如权利要求1所述的光学记录/读取头，还包括一个相位板，它位于所述光路改变装置和所述聚焦装置之间的光路上，用于将自所述光路改变装置入射的线性偏振的第一和第二光束转换成圆偏振的第一和第二光束，并将自所述聚焦装置入射的圆偏振的第一和第二光束转换成线性偏振的第一和第二光束，并且
其中，所述光路改变装置包括：
一个第一分束器，用于将自所述第一光源入射的第一光束反射至所述相位板，将自所述相位板入射的第一光束透射至所述第一光电探测器；
一个第二分束器，用于透射所入射的第一光束并将自所述第二光源入射的第二光束反射至所述相位板，将自所述相位板入射的第二光束反射至所述第二光电探测器。
9.如权利要求8所述的光学记录/读取头，其中，所述第一和第二分束器具有根据波长改变的偏振光束分离特性。
10.如权利要求9所述的光学记录/读取头，其中，所述第一分束器根据偏振方向透射和反射线性偏振的第一光束并透射线偏振的第二光束，而所述第二分束器透射线性偏振的第一光束并根据偏振方向透射和反射线性偏振的第二光束。
11.如权利要求8所述的光学记录/读取头，其中，所述第二光源和所述第二光电探测器被整体安装成一个单元，并且还包括一个全息分束器，用于将从第二光源发出的第二光束传输至所述第二分束器并将自所述第二分束器入射的第二光束传输至所述第二光探测器。
12.如权利要求1所述的光学记录/读取头，其中，所述光盘为CD-R盘和DVD盘。
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