CN1337682A - 兼容多种规格盘片的光学拾取器 - Google Patents

Abstract

本发明属于光拾取***技术领域,包括:两种激光光源、物镜、光电探测器装置、光路耦合元件、光程控制装置,该光程控制装置具有对所说的不同偏振方向光波具有不同作用。本发明可消除在读取CD、CD－R盘片时由于盘片厚度的变化而引起的球差,对较短波长的束采用了折叠光路,从而有效的减小了光学***的实际尺寸,具有较好的生产可行性和运行可靠性。

Description

兼容多种规格盘片的光学拾取器

本发明属于光拾取***技术领域，特别涉及一种能够从至少三种规格的光盘表面重现信息的光学拾取器的设计。

众所周知，短波长光源及大数值孔径(NA)是光拾取***中用于实现高密度光存储的重要光学必备条件。但是，大NA的物镜其视场范围小，对光盘的规格极为敏感，其一般只能从厚度为0.6mm的薄型数字多用盘中提取信息。

由于光盘特性不同，会产生由于盘片厚度不同、波长的变化以及数值孔径的变化而引起的光学相差。为此，可兼容不同规格盘片并能同时去除光学相差的光学头的研究正在取得显著的进展，研究的成果之一是，制造出了可兼容不同规格盘片的光学头。

一种已有的可兼容DVD、CD和CD-R的拾取器如图1所示，其光路结构及工作原理为：从作为激光二极管的光源101中所发出的635nm波长的光入射到准直透镜102，该光束以实线表示。准直透镜102将入射光束转化为平行光。已通过准直透镜102的光被偏振分光棱镜103反射并入射至干涉滤光镜104。

同时，从作为光源111的激光器二极管发射出的780nm波长的光经过准直透镜112，分光棱镜113和透镜114并随后到达干涉虑光镜104。该光束以虚线表示。干涉虑光镜104完全透射从偏振分光镜103反射的635nm波长的光并完全反射由透镜114聚焦的780nm波长的光，其结果是，从光源101发射的光以由准直透镜102形成的平行光的形式入射到波长板105上。由光源111发出的光以发散光的形式入射到波长板105上。透过波长板105的光穿过薄膜型可变光阑106并随后入射到物镜107。

物镜107被设计成能使光线聚焦在厚度为0.6mm的DVD盘片108的信息记录表面上，穿过可变光阑106的635nm波长的光聚焦在DVD盘108的信息记录表面上。其结果是，自DVD盘片108的信息记录表面反射的光包含了记录在信息记录表面上的信息。该反射光穿过偏振分光镜103并由光检测器110检测。

还有，当用780nm波长的激光器作为光源在CD-R盘片109上再现信息时，由于CD-R具有1.2mm的盘片厚度，在此情况下，会因为DVD 108与CD-R 109的信息记录表面被覆盖的基片的厚度不同而产生光学相差，这一相差主要由球差组成。当使用可变光阑106时，780nm波长的光在CD-R 109的信息记录表面形成了一个对CD-R 109来说尺寸最佳的光斑。从CD-R 109表面反射回来的780nm波长的光被偏振分光棱镜113反射并由一光电检测器115检测。

该拾取器使用现有的可变光阑技术，在重现DVD盘片信息时，使用635nm波长的激光，而在再现CD-R、CD盘片信息时使用780nm波长的光。

上述的可变光阑106具有薄膜型的结构，如图2所示，该结构可以有选择的透射入射到相对于物镜107直径的数值孔径不大于0.6的光束。更详细的说，可变光阑106包括两个同心区域，第一区域21可以透射波长为780nm和650nm的光束；第二区域22只允许波长650nm的光束透过，而将波长为780nm的光束全部反射。第一区域具有相对于物镜直径的数值孔径不大于0.45的区域，而第二区域为第一区域的外部区域。而且，第一区域由石英(SiO₂)构成以便消除由介电薄膜形成的第二区域引起的光学相差。通过使用可变光阑106，780nm波长的光穿过数值孔径不大于0.45的第一区域并在信息记录表面上形成一个适宜于CD-R 109的光斑。其结果是，即使当光记录介质由DVD 108换成CD-R 109时，图1的光学***也能以最佳光斑对其兼容。

上述拾取器的主要不足之处有，由于通过数值孔径NA不大于0.45的第一区域的光与穿过数值孔径NA不小于0.45区域的光束之间存在的光程差，所以第一区域需要由一个特殊的光学薄膜(SiO₂)形成。所以第一区域由SiO₂薄膜形成而第二区域由多层薄膜形成以保证对780nm波长的光全部反射同时对650nm波长的光全部透射。然而，由于加工过程复杂而且薄膜厚度的调整是以“um”为单位的高精度进行的，因此不适合于大规模生产。此外，在图1所示的***中使用了一对650nm波长的光全部透射、对780nm波长的光全部反射的棱镜4，这种棱镜的加工面较多，形状计算复杂，安装调整困难，因此实际可生产性较差。

本发明的目的是为解决上述存在的问题，提供一种兼容多种规格盘片的光学拾取器，采用一种较为精简的元件实现兼容读取不同规格盘片的功能，并通过控制780nm波长的光束口径的方法消除在读取CD、CD-R盘片时由于盘片厚度的变化而引起的球差；可兼容至少三种(CD、CD-R、DVD)光学记录介质，且由于对较短波长的束采用了折叠光路，从而有效的减小了光学***的实际尺寸，具有较好的生产可行性和运行可靠性。

本发明提出一种兼容至少三种光学记录介质的光学拾取装置，包括：

能发射较长和较短激光波长且偏振方向互相垂直的两种激光光源；

物镜，用于将所说的光源发出的光汇聚在不同性质的记录介质表面并形成最佳读取条件，在介质表面形成光斑，满足读取要求；

光电探测器装置，用于将所说的记录介质反射回的光波信号转换为电信号并保持较高的信噪比；

光路耦合元件，用以将所说的光波耦合并由物镜聚焦在记录介质表面，再将由介质表面反射回的光波正确耦合进入各自的探测器；其特征在于，还包括：

光程控制装置，具有对所说的不同偏振方向光波具有不同作用；用于在较小的***尺寸下实现大的数值口径，用以满足读取高密度盘片的要求，使在同样机械尺寸下，经过此装置后不同波长的激光光波具有不同的，根据设计进行设定的光束口径。

所述的光程控制装置可包括一倾斜表面，使一个偏振方向的光波全部投射，而与其相垂直的另一个偏振方向的光波被全部反射；还包括两个具有一全反射表面偏振光学元件，使其中一种光波被有选择的改变偏振方向，达到控制光波传输路径的目的。

本发明的特点：

本发明采用的光路控制元件的光路结构可以实现对不同规格盘片的兼容读取，同时具有较好的生产可行性和运行可靠性。

本发明由于对较短波长的束采用了折叠光路，从而有效的减小了光路的实际尺寸。

本发明的光学拾取器，无论盘片厚度，都可以实现兼容；而且还可以兼容对于光源波长比较敏感的CD-R盘片的信号再生。

附图简要说明：

图1示出了使用现有技术的具有可变光阑的已有的光学拾取器；

图2是用于解释图1中可变光阑的视图；

图3是本发明的一优选实施例的光路结构示意图；

图4是本发明实施例的耦合控制元件的示意图。

本发明结合附图及实施例对其组成及工作原理进行更详细的说明如下：

本发明的一种兼容多种规格盘片的光学拾取器的优选实施例的光路结构如图3所示，图中，激光源311和3101中发出的光分别经过衍射元件312、3102，藕合棱镜32，分光棱镜33，准直透镜36和物镜37后被聚焦在两种厚度的盘片38和39上，并且从38和39信息记录表面反射回来的光由光电检测器313和3103检测。紧靠着偏振分光棱镜33的两个相邻面放置一个对650nm波长的光为四分之一波长片34和35，它们共同构成一个光程控制元件。

下面结合具有较薄盘片厚度的8(DVD)和具有较厚盘片厚度的9(CD-R或CD)详细描述此光学拾取器的工作情况。

在图3所示的光学拾取器中，当具有较薄厚度(0.6mm)的DVD盘片38被放入***中时，从发出较短波长650nm的激光器311中发射的光束入射到衍射元件312上，衍射元件312一般为光栅结构，衍射元件312对P方向的偏振光产生衍射，并散射S方向的偏振光波。较短波长650nm的光波经过312后，其一部分(较好的设计可以达到大于入射光波的40％以上)P偏振的光束会进入光束藕合棱镜32，藕合棱镜32的藕合面对较短波长650nm的光波全部透射。光束接着入射到分光棱镜33的分光表面，分光棱镜33的分光表面被这样设置，它使650nm波长的P方向的偏振光全部透过，并反射较短波长650nm光波的S方向的偏振光。较短650nm波长的P光束被分光棱镜透射到对于较短波长的光波为四分之一波片的元件35，光束在5的后表面被反射后被转化为S方向的偏振光，重新入射到分光棱镜33的分光表面，在分光棱镜33的分光表面被反射到另一个四分之一波片34的表面，光波在34的后表面被反射并被重新转化为P向的偏振光经过分光棱镜33的分光表面透射到准直透镜36。由于半导体激光器具有一定的发散角，在经过上述的光路后，波长650nm光波的光束具有了较大的光束口径，可以充满准直透镜36的全部口径，该光束(图中用实线表示)经过准直透镜36准直后利用数值孔径为NA＝0.6的物镜37的全部口径聚焦在薄型光盘38的数据记录表面。经光盘表面反射回的P偏振方向的光束经过物镜37和准直透镜36后入射到分光棱镜33的分光表面并被透射至四分之一波片34，经34反射后的光波成为S偏振方向的激光光束，又被分光棱镜33的表面反射至四分之一波片35中，经35的后表面反射的光束又重新被转变为P方向的偏振光波经分光棱镜33的分光表面透射到耦合棱镜32的耦合面上。同样如前面所阐述的，耦合棱镜32的耦合面对较短波长650nm的光波全部透过，入射到衍射元件312的衍射表面在此被衍射至检测器313的光电探测面上，进行聚焦和寻迹的伺服和数字信息的读取。

当较厚(厚度为1.2mm)光盘比如CD-R盘片39被放入此***中时，由能发出较长波长如780nm的半导体激光器3101发出较长波长的激光束，照射到衍射元件3102的衍射表面，3102的作用被制造成能衍射较长波长780nm光束的S方向的偏振份量而散射其P方向的偏振份量。较长波长780nm的光波经过3102后其一部分(较好的设计可以达到大于入射光波的40％以上)S偏振份量被衍射进入耦合棱镜32，耦合棱镜32的耦合表面将全部反射较长波长780nm的光波进入分光棱镜33，分光棱镜33的分光表面对S方向偏振的关波将全部反射，由于光路上的设计，波长.780nm的激光光束在入射到分光棱镜33的分光表面时具有合适的较小的口径。光束(图中用虚线表示)接着被反射到准直境36被部分的准直，再由物镜37聚焦在较厚盘片的信息表面。S方向的偏振光波在光盘表面反射后仍为S方向的偏振。带有光盘数据信息的光束经过物镜37和准直镜36后被分光棱镜33全部反射入耦合棱镜32的耦合表面并被其全部反射到衍射元件3102，衍射元件3102将其S方向的偏振光波部分的衍射到检测元件3103的光电检测表面，实现聚焦和寻迹伺服和数据信息的再现。

需要指出的是，由于较长波长780nm的光波在被分光棱镜33的分光表面反射时仅具有合适的较小的口径，而使得其在经过准直镜36后仅照射到物镜7的约为3/4的口径的表面上，从而降低了使用较长波长的光束在较厚盘片的表面进行数据再生的实际有效数值孔径，进而降低了聚焦时带来的较大球差和由于盘片倾斜所产生的彗差，实现了在较厚光盘上再现信息的光斑尺寸的要求。

本实施例采用的光程控制元件是采用一种较为精简的分光棱镜33和两个四分之一波长片34、35的组合，可实现兼容至少三种(CD、CD-R、DVD)读取不同规格盘片的功能。该光程控制元件具体结构及工作原理如图4所示，包括一个具有光波耦合面331的分光棱镜33，它对不同偏振方向的光波具有不同的特性，对第一种方向的偏振能够全部反射(如S偏振)，对与第一种偏振方向垂直的第二偏振方向(如P偏振)的光波全部透射。两片完全相同的对较短波长的光波为四分之一波长片的元件34和35，它们能够将入射的线偏振光波转变为圆偏振光。同时34和35又具有全反射表面341和351，对入射光波全部反射。

本实施例应用上面的光路控制元件的光路可以实现对不同规格盘片的兼容读取，同时具有较好的生产可行性和运行可靠性。

在上述光路中由于对较短波长的束采用了折叠光路，从而有效的减小了光学***的实际尺寸。

Claims (2)

1.一种兼容多种规格盘片的光学拾取器，包括：

能发射较长和较短激光波长且偏振方向互相垂直的两种激光光源，用于将所说的光源发出的光汇聚在不同性质的记录介质表面形成读取信息的最佳大小和形状的光斑的物镜，用于将所说的记录介质反射回的光波信号转换为电信号的光电探测器装置，用以将所说的光波耦合并由物镜聚焦在记录介质表面，再将由介质表面反射回的光波正确耦合进入各自的探测器的光路耦合元件；

其特征在于，还包括具有对所说的不同偏振方向光波有不同作用的光程控制装置。

2.根据权利1所述的光学拾取装置，其特征在于，所述的光程控制装置包括使一个偏振方向的光波全部投射，而与其相垂直的另一个偏振方向的光波被全部反射的一倾斜表面，使其中一种光波被有选择的改变偏振方向且具有一全反射表面的两个偏振光学元件。

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