CN1455397A - 光学拾波器和楔形分光镜 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种光学拾波器和一种楔形分光镜。该光学拾波器的光学结构能够聚集或分散待入射到平板分光镜的光，使光能够在前测光器的有效光接收区域被接收，并且没有因发生在平板分光镜中的内部反射而产生干涉。具有楔形分光镜的光学拾波器可使光能够在前测光器的有效光接收区域被接收，而没有因内部反射而产生干涉。在光学拾波器中，能够检测到与光源的输出功率精确地成正比的适量的光，因而，该光源的输出功率能够被精确地控制，因此改善了光源输出功率的线性度。将该楔形分光镜形成为具有最佳反射率和投射率。当该楔形分光镜被用于光学拾波器时，有利于防止在使用立方体分光镜时发生的、不足量的光被光接收区域和用于监控光源的输出功率的前测光器检测到的情况。

Description

光学拾波器和楔形分光镜
技术领域
本发明涉及具有能够精确控制光源的输出功率的光学结构的光学拾波器，以及用于该光学拾波器的楔形分光镜。
背景技术
光学拾波器被用于以非接触方式在记录介质上记录信息和/或从记录介质上再现信息。这种光学拾波器包括光路改变装置，该装置可将从光源发出的光指向记录介质以及将从记录介质反射的光指向测光器。通常，立方体分光镜或平板分光镜被用作光路改变装置。
立方体分光镜具有相对大的体积，因此当其被用于构造狭长的光学拾取系统时，不能够提供足够大程度的空间自由度。另外，立方体分光镜比平板分光镜昂贵许多。
因此，当构造狭长的和/或低成本的光学拾取系统时，可提供更大程度的空间自由度且比立方体分光镜价格便宜的平板分光镜被采用作为光路改变装置。
为了精确地控制记录操作中的光输出功率，光学拾波器包括用以检测从光源发出光的一部分的前测光器(FPD)。被这种FPD检测到的信号被用作自动功率控制(APC)信号。该APC信号被送入光源功率控制驱动器以控制光源的输出功率，这样使得用于记录和/或再现的具有最佳输出功率的光能够从光源中发出。
然而，对于具有如下光学结构的光学拾取器：从光源发出的发散光被准直透镜改变成平行光且进入平板分光镜，因为从光源发出的、且被平板分光镜透射或反射并指向FPD的光与在平板分光镜内部被反射并指向FPD的光平行，所以，在这种光学拾波器中会发生干涉现象。结果，被FPD检测到的APC信号的振幅不直接与从光源发出的光强成正比。
例如，参考图1，当平行光束3入射到平板分光镜1上时，透过平板分光镜1的光束4和依次在平板分光镜1的第二镜面1b和第一镜面1a被内部反射的光束5彼此平行地传播，且进入FPD的有效光接收区域，结果光束4和5间发生干涉。因此，作为由FPD接收到的光信号转变成的电信号的APC信号的振幅不随光源输出功率的线性变化而线性变化。因此，利用使用平行光束入射到其上的平板分光镜的光学系统不可能精确控制光源的输出功率。
当使用立方体分光镜时，在对光进行检测、以便监控光源的输出功率时所产生的光干涉问题不会出现。然而，一般的用于改变具有不同波长的两光束的路径的立方体分光镜会导致光接收单元接收到的具有其中之一波长的光不足量。此外，一般的立方体分光镜不能以指向FPD的反射光量的适当比例来分离具有其他波长的光，这样，用于监控光源输出功率的光量可能不充分。
图2是传统立方体分光镜和具有理想特性的光路改变设备的透射率的对比图表，该设备用于改变数字多功能盘(DVD)中使用的红光和压缩盘(CD)中使用的红外光的传播路径。在图2中，实线代表传统立方体分光镜对于S偏振光和P偏振光的透射率曲线。在图2中，虚线代表理想光路改变设备对于S偏振光和P偏振光的透射率曲线，为了不至于使光接收单元和FPD在监控光源的输出功率时检测到不足量的光，在光学系统中需要这种设备。在图2中，Δλ1代表从大约645nm到大约685nm的红光的波长范围，而Δλ2代表从大约770nm到大约810nm的红外光的波长范围。
通常，由于光学元件的涂覆特性，其对于S偏振光比对于P偏振光显示出更高的透射率。这也是一般的立方体分光镜被用于改变DVD中使用的红光和CD中使用的红外光的传播路径的原因。
参考图2，传统立方体分光镜对于S偏振光具有约50％的高透射率，因此在光接收单元中可能检测到不足量的光。传统立方体分光镜对于在波长范围Δλ2内的P偏振光具有约90％的高透射率，因此不足以监控光源输出功率的不足量的光可能被在FPD中接收。
图3A和3B中示出了在一般的立方体分光镜5中的被分离的光量，该立方体分光镜具有如图2所示的对于不同偏振的入射光的透射率特性。在图3A和3B中，从光源发出的具有不同波长的光入射到该立方体分光镜5的四个平面5a，5b，5c和5d中的第一平面5a和第二平面5b上。该第三平面5c面向光盘，而第四平面5d面向FPD。
入射到第一平面5a的红光L1被立方体分光镜5的镜面5e反射并指向光盘。入射到第二平面5b的红外光L2透过该立方体分光镜5的镜面5e并指向光盘。考虑到作为光源的、用于光学拾波器的半导体激光大多数发射单一的线性偏振光线，优选地，建立光学拾取系统使得从光源发出的光和从光盘反射的光具有不同的偏振以最小化干涉。在一个例子中，四分之一波片被置于立方体分光镜和物镜之间，以使得从光源发出的光和从光盘反射的光具有彼此正交的偏振。
考虑到图2中的透射曲线，建立光学拾取系统使得用于DVD的红光L1入射到立方体分光镜5的第一平面5a上，并且用于CDs的红外光L2入射到第二平面5b上。
参考图3A，一般的立方体分光镜5反射大约90％的入射到第一平面5a的P偏振红光L1而透射所述光的大约10％。立方体分光镜5透射和反射约50％的从光盘反射的和入射到立方体分光镜5的S偏振红光L1。因此，约10％的入射红光L1向FPD传播，FPD接收能够接受到足以用于光功率监控的适量的红光L1。然而，由于仅有约50％的从光盘反射且入射到立方体分光镜5的红光沿原始光路传播，故光接收单元接收到不足量的红光。
参考图3B，通常的立方体分光镜5将入射到第二平面5b的P偏振红外光L2的大约95％投射，并指向光盘，而将所述光的约5％反射，指向FPD。立方体分光镜5透射约97％的从光盘反射的和入射到立方体分光镜5的S偏振红外光L2而反射约3％的S偏振红外光L2。因为约97％的从光器具盘反射且入射到立方体分光镜5的红外光L2沿初始光路传播，足量的红外光L2能够被光学接收单元接收。然而，因为仅有5％的红外光L2朝FPD传播，用于光功率监控的足量的红外光L2不能够被FPD接收到。这样，也许检测到不足以监控光功率的适量的红外光L2。
仅有50％的S偏振红光被立方体分光镜反射的原因是基于这样的事实，发生在具有比空气更大的折射率的光学玻璃中的光反射。根据入射光的偏振，在具有理想特性的立方体分光镜中，仅当相对于由光学玻璃制成的介质(光反射发生在该介质中)边界的入射光的弧角小于30度时，可提供如图2中虚线所示的透射曲线。然而，如图3A和3B所示，因为入射到立方体分光镜的光的弧角是45度，所以，一般立方体分光镜5不能满足理想的特性。
如上所述，当具有平行两镜面1a和1b的通常的平板分光镜1被用作光路改变设备时，由于在平板分光镜1中的内反射而引发的干涉问题，不可能精确地控制光源的输出功率。
当一般立方体分光镜5被用作光路改变设备时，光接收单元检测到不足以监控输出功率的光量。如果被检测的用于输出功率监控的光量不足，就不可能精确地控制光源的输出功率。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种光学拾波器，其具有使其能够精确地控制光源的输出功率光学结构，其中，前测光器可以检测到光量，而不发生由于平板分光镜的内部反射而产生的干涉。
本发明还提供了一种楔形分光镜，其使得前测光器能够检测到光量，而不发生由于平板分光镜的内部反射而产生的干涉。
根据本发明的一个方面，提供了一种光学拾波器，包括：至少一个发光的光源；物镜，其会聚入射光，以在记录介质上形成光斑；平板分光镜，其以预定的比率透射和反射入射光；至少一个主测光器，其接收从记录介质的记录表面反射的光，以检测信息信号和/或误差信号(error signal)；前测光器，其置于平板分光镜的一侧上，并接收从平板分光镜透射和/或反射的光，以产生用于控制光源输出功率的自动功率控制信号；以及至少一个准直透镜，其置于光源和平板分光镜间，且通过该准直透镜入射到其上的光变为指向平板分光镜的会聚光或发散光。
在一个实施例中，光源包括发射不同波长光的第一和第二光源，这样，使得该光学拾波器与至少两种具有不同形式的记录介质相兼容。前测光器可以产生用于控制第一和第二光源的输出功率的自动功率控制信号。在这种情况下，准直透镜可包括：第一准直透镜，通过该准直透镜，从第一光源发出的指向平板分光镜的光变为会聚光或发散光；以及，第二准直透镜，通过该准直透镜，从第二光源发出的指向平板分光镜的光变为会聚光或发散光。
优选地，第一和第二光源中的一个发射适于在CD类光盘上记录信息或从CD类光盘再现信息的红外波长的光，而另一个发射适于在DVD类光盘上记录信息或从DVD类光盘再现信息的红光波长的光。
将从光源入射到准直透镜上的光相对光轴的入射角度表示为μ，从准直透镜中射出的光的角度表示为μ0，且该准直透镜的放大率表示为m，该准直透镜满足以下关系式：
                            m＝μ/μ0
                         0.018≤|m|≤0.056。
在该情况下，优选地，光源发射适于在CD类光盘和/或DVD类光盘上记录信息和/或从CD类光盘和/或DVD类光盘再现信息的具有红外波长的光和具有红光波长的光。
本发明还提供了一种光学拾波器，包括：至少一个发光的光源；物镜，其会聚入射光，以在记录介质上形成光斑；楔形分光镜，其具有以预定角度布置的第一和第二镜面，以便按预定的比率透射和反射入射光；至少一个主测光器，其接收从记录介质的记录表面反射的光以检测信息信号和/或误差信号；前测光器，其置于楔形分光镜的一侧上，接收从楔形分光镜透射和/或反射的光，以产生用于控制光源输出功率的自动功率控制信号。
在该光学拾波器中，光源包括发射不同波长光的第一和第二光源，这样使得该光学拾波器与至少两种不同形式的记录介质相兼容。优选地，前测光器产生用于控制第一和第二光源的输出功率的自动功率控制信号。
根据本发明的另一方面，提供了一种楔形分光镜，其具以预定角度A布置的第一和第二镜面，以便按预定的比率透射和反射入射光，在第一和第二镜面间的预定角度A满足以下关系式：
                      0.3°≤|m|≤3.0°。
本发明还提供了一种楔形分光镜，其具有用以按预定比率透射和反射入射光的第一和第二镜面，其中，第一镜面以预定比率透射和反射入射光，且具有对于S偏振红光大于50％的反射率和对于P偏振红外光大于5％的内部反射率。
附图说明
本发明的上述和其他特征，将通过在示范实施例中的详细描述，并结合附图，变得更加显而易见，附图中：
图1所示为当入射到平板分光镜的入射光为平行光时，透过平板分光镜的光和在平板分光镜中至少反射两次的光的路径；
图2是传统立方体分光镜和具有理想特性的光路改变设备的透射率对比曲线图，该设备被用于改变DVD中使用的红光和CD中使用的红外光的传播路径；
图3A和3B示出了被具有如图2所示的透光性的普通立方体分光镜分离的光量，该分光镜用于不同偏振的入射光；
图4示出了根据本发明第一实施例的光学拾波器的光学结构；
图5示出了一种光学配置，其用于通过第一准直透镜将从图4中的第一全息光模块发出的第一光束变为轻微会聚的光束；
图6示出了如图4所示的光学拾波器的全息光模块的详细范例；
图7示出了根据本发明的第一实施例，因为准直透镜被置于与光学拾波器中的光源的距离小于其聚焦长度的位置上，当入射到平板分光镜上的光透过该准直透镜轻微发散时，透过平板分光镜的光和在平板分光镜中至少反射两次的光的路径；
图8A示出了当传统光学拾波器中的光源输出功率作为3Hz的三角脉冲从0mW变化至40mW时，前测光器的检测信号和自动功率控制(APC)信号的曲线，在该光学拾波器中，透射过准直透镜的光是平行的；
图8B示出了当根据本发明的第一实施例的光学拾波器中的光源输出功率作为3Hz的三角脉冲从0mW变化至40mW时，前测光器的检测信号和APC信号的曲线，在该光学拾波器中，透射过准直透镜的光是轻微发散或会聚的；
图9示出了根据本发明第二实施例的光学拾波器的光学结构；
图10示出了根据本发明第三实施例的光学拾波器的光学结构；
图11示出了被根据本发明的楔形分光镜透射或反射的第一和第二光束的路径；
图12表明，在前测光器的有效光接收区域内，如图11所示，被楔形分光镜透射或反射的第一和第二光束间没有发生干涉现象；
图13A和13B示出了被根据本发明的楔形分光镜分光的光量，对于不同偏振的入射光，该分光镜满足图2中的虚线所示的理想透射特性；
图14示出了根据本发明第三实施例的光学拾波器的光学结构；
图15示出了根据本发明第四实施例的光学拾波器的光学结构；以及
图16示出了根据本发明第五实施例的光学拾波器的光学结构。
具体实施方式
在根据本发明的第一实施例的光学拾波器的光学结构中，该光学拾波器包括发射两种不同波长光的光源和平板分光镜，并且设置至少一个准直透镜，以使从两个光源的至少一个中发出的光作为会聚或发散光向平板分光镜传播。因此，与光源的发光功率成正比的适量的光能够被检测到，且不会被由平板分光镜中的内部反射而引起的干涉所影响。
图4示出了根据本发明第一实施例的光学拾波器的光学结构。图5示出了一种光学配置，其用于通过第一准直透镜24将从第一全息光模块20发出的第一光束21a变为轻微会聚光束。
参考图4和5，根据本发明第一实施例的光学拾波器与至少两种光学介质兼容，例如，低密度光盘和高密度光盘。根据本发明第一实施例的光学拾波器包括：第一和第二全息光模块20和30；物镜20，其会聚入射光以在记录介质10的记录表面上形成光斑；以预定比率透射和反射入射光的平板分光镜25；第一和第二准直透镜24和34，其分别被置于该平板分光镜25和第一全息光模块20以及平板分光镜25和第二全息光模块30之间；以及，前测光器26，其检测用于控制从第一全息光模块20发出光的输出功率的信号。在图4中，附图标号27和37代表反射镜。根据本发明的第一实施例，依据该光学拾波器所应用的光学记录和/或再现设备的种类，可从光学拾波器中去除反射镜27和37。
如图6所示，第一全息光模块20是将第一光源21，第一全息元件23，以及第一主测光器22结合在一起的结果，所述第一光源21发射适于在高密度光盘上记录或从高密度光盘再现信息的、具有预定波长的光。如图6所示，第二全息光模块30是将第二光源31，第二全息元件33，以及第二主测光器32结合在一起的结果，所述第二光源发射与第一光源21发出的光相比具有不同波长的光，且该光适于在低密度光盘上记录或从低密度光盘再现信息。
当根据本发明第一实施例的光学拾波器与CD类光盘和DVD类光盘相兼容时，第一光源21被设计成发射红光波长范围内的第一光束21a，优选地，约645nm至685nm，且更进一步优选地，650nm，而第二光源31被设计成发射红外光波长范围内的第二光束31a，优选地，约770nm至810nm，且更进一步优选地，780nm。半导体激光可被用作第一和第二光源21和31。
当根据本发明第一实施例的光学拾波器与DVD类光盘和下一代DVD类光盘相兼容时，第一光源21被设计成发射红光波长范围内的第一光束21a，而第二光源31被设计成发射蓝光波长范围内的第二光束31a。
作为光路改变装置的第一和第二全息元件23和33分别透射从第一和第二光源21和31发出的第一和第二光束21a和31a，且将从记录介质10反射回来的第一和第二光束21a和31a折射向第一和第二全息光模块20和30，以形成+1st级或-1st级的折射光线，使得其能够被第一和第二主测光器22和32接收。
第一和第二主测光器22和32分别接收从记录介质10反射回来并通过物镜29和平板分光镜25行进的第一和第二光束21a和31a，并且检测源于接收到的第一和第二光束21a和31a的信息信号和/或误差信号。
根据本发明第一实施例的光学拾波器可以包括其他类型的光路改变装置，如立方体分光镜或平板分光镜，以改变第一和第二光束21a和31a的传播路径，从而代替第一和第二全息元件23和33。在这种情况下，第一和第二主测光器22和32分别设置成与第一和第二光源21和31分离。
在根据本发明第一实施例的光学拾波器中，当前测光器26被用于控制入射到例如DVD类光盘的高密度光盘上的记录光的强度时，该第一准直透镜24被布置成将从第一光源21中发出的第一光束21a改变为几乎平行，轻微会聚或发散的光。
与通过第一准直透镜24将发散光改变为平行光的情况相比，当第一准直透镜24被置于与第一光源21靠近或离开的位置时，入射到第一准直透镜24上的第一光束21a经过第一准直透镜24被改变为轻微会聚或发散的光。
图5示出了一个例子，其中第一准直透镜24被置于距第一光源21比第一准直透镜24的焦距长度f远出预定距离α，即f+α的位置上，以使从第一光源21入射到第一准直透镜24上的第一光束21a转变成为轻微会聚光。
在根据本发明第一实施例的光学拾波器中，将从第一光源21入射到第一准直透镜24上的第一光束21a相对于光轴的入射角表示为μ，从第一准直透镜24射出的第一光束21a相对于光轴的射出角表示为μ0，且该第一准直透镜24的放大率为m，优选地，该第一准直透镜24满足下列关系式(1)。
                  m＝μ/μ0
                  0.018≤|m|≤0.056         …(1)
当放大率m大于0时，透过第一准直透镜24的第一光束21a轻微发散。当放大率m小于0时，透过第一准直透镜24的第一光束21a轻微会聚。
如上所述，当从第一光源21发出的作为发散光的第一光束21a通过第一准直透镜24被改变为几乎平行、轻微会聚或发散的光时，该光量能够被前测光器26检测，而不会出现从第一光源21发出且被平板分光镜25透射的指向前测光器26的第一光束和在平板分光镜25的内部被反射的指向前测光器26的第一光束之间的(内部)干涉现象。
例如，当第一准直透镜24和第一光源21之间的距离小于第一准直透镜24的焦距长度f时，透过平板分光镜25指向前测光器26的第一光束21a是轻微发散的，如图7所示，且前测光器26被安排成使其能够接收从第一光源21入射并被第一准直透镜24透射的光。透过平板分光镜25指向前测光器26的第一光束21a’和在平板分光镜25内部至少反射两次的指向前测光器26的第一光束21a”彼此不平行，从而使得在前测光器26的有效光接收区域内不发生彼此干涉现象。
因为前测光器26的有效光接收区域小于第一光束21a的尺寸，该前测光器26能够被安排成使其有效光接收区域处于不会在第一光束21a’和21a”间引起干涉现象的位置，如后述图12所示。结果，与第一光源21的输出功率成正比的光量可以被第一测光器25检测到，而没有由于内部反射而产生的干涉的影响。
因此，当使用根据本发明第一实施例的光学拾取器时，自动功率控制(APC)信号能够通过前测光器26产生，该信号的幅值精确地与从第一光源21发出的光的输出功率成正比。通过将产生的APC信号馈送回用于第一光源21的驱动器，以控制第一光源21的输出功率，该第一光源21能够发射线性的记录功率。因此，当在如DVD类光盘的高密度光盘上记录数据时，可以控制第一光源21的输出功率以确保光以期望的强度入射到光盘上。
特别地，如图1所示，当平行光入射到平板分光镜1上时，被平板分光镜1反射或透射过该平板分光镜1指向前测光器的光，以及在平板分光镜1内部反射并指向前测光器的光彼此干涉，这使得记录功率的线性度存在问题。然而，在图4-7所述的根据本发明第一实施例的光学拾波器中，当布置准直透镜以将从光源发出且入射到准直透镜的发散光改变为轻微发散或会聚光时，记录功率的线性度能够得以改善，这使得记录光的功率在记录操作中能够被精确地控制。
可以设置第二准直透镜34以将，例如，从第二光源31作为发散光发出的发散光改变为平行光。
或者，可以设置第一准直透镜24以将从第一光源21发出的作为发散光入射到第一准直透镜24上的第一光束21a改变为平行光，且设置第二准直透镜34以将从第二光源31发出的作为发散光入射到第二准直透镜34上的第二光束31a改变为轻微发散或会聚的光。在这种情况下，前测光器26用以控制第二光源的输出功率。
或者，可以设置第一和第二准直透镜24和34，以分别将从第一和第二光源21和31发出的作为发散光入射到第一和第二准直透镜24和34上的第一和第二光束21a和31a改变为轻微发散或会聚的光。在这种情况下，前测光器26用以控制第一和第二光源21和31的输出功率。
平板分光镜25包括第一镜面25a和与第一镜面25a相对的第二镜面25b，所述第一镜面以预定的比率透射和反射从第一全息光模块20的第一光源21发射出的、入射到该平板分光镜25上的第一光束21a。该第一镜面25a反射大多数从第一光源21入射并指向记录介质10的第一光束21a，且透射指向前测光器26的部分第一光束21a。该平板分光镜25透射大多数从第二全息光模块30的第二光源31发出的第二光束31a，并指向记录介质10，且在第一镜面上内部反射部分第二光束31a，并指向前测光器26。
涂覆平板分光镜25的第二镜面25b，以使其不反射第一和/或第二光束21a和31a。当涂覆第二镜面25b使其不反射第一光束21a时，在平板分光镜25中内部被反射的第一光束21a的量能够得以减少。当涂覆第二镜面25b使其不反射第二光束31a时，第二光束31a在第二镜面25b的透射率能够得以增加，因此增加了光效率。在这种情况下，从第二光源31发出、透过第二镜面25b、且在第一镜面25a处被内部反射一次的第二光束31a被前测光器作为有效光接收。
具有如图4所示光学结构的、根据本发明第一实施例的光学拾波器中的第一和第二全息光模块20和30发出的第一和第二光束21a和31a的传播，将在下面结合一种情况加以描述，该情况中，前测光器26被使用以控制第一和第二光源21和31的输出功率，从而分别对如DVD类光盘的高密度和和如CD类光盘的低密度光盘进行信息的记录和/或再现操作。
当采用DVD类光盘作为记录介质10时，操作第一光源21发射出作为发散光的第一光束21a。被发射出的第一光束21a直接透过第一全息元件23，当透过第一准直透镜24且入射到平板分光镜25上时，改变成轻微会聚或发散的光。大多数入射到平板分光镜25上的第一光束21a在第一镜面25a处被反射并指向物镜29。部分第一光束21a透过平板分光镜25的第一镜面25a。入射到物镜29上的第一光束21a通过物镜29以光斑的形式会聚在记录介质10的记录表面上。记录介质10的记录表面反射的第一光束21a沿与上述相反的光路入射到第一全息光模块20的第一全息元件23上，并在透过第一全息元件23时被折射，然后被第一主测光器22接收。
大多数被平板分光镜25的第一镜面25a透射的第一光束21a透过平板分光镜25的第二镜面25b，指向前测光器26。部分第一光束21a先后在第二镜面25b和第一镜面25a处被内部反射，且透过第二镜面25b，并指向前测光器26。此时，因为第一光束21a’与在内部至少反射两次且透过第二镜面25b的第一光束21a”不平行，所以，只有第一光束21a’能够被前测光器26的有效光接收区域接收，所述第一光束21a’是第一光束21a透过第一镜面25a进入平板分光镜25、且没有在平板分光镜25中内部反射的直接透过第二镜面25b的一部分。因此，能够检测到光量而不被第一光束21a’和21a”间的干涉所影响。
因此，通过该前测光器26产生了APC信号，其振幅几乎精确地与第一光源21的输出功率成正比。使用由前测光器26产生的APC信号，可精确地控制第一光源21的输出功率以确保记录光以理想的强度入射到DVD类光盘上。
当采用CD类光盘作为记录介质10时，操作第二光源31发射出作为发散光的第二光束31a。被发射出的第二光束31a直接透过第二全息元件33，在透过第二准直透镜34且入射到平板分光镜25的同时改变成轻微会聚或发散的光。大多数入射到平板分光镜25上的第二光束31a顺序透过平板分光镜25的第二和第一镜面25b和25a，并指向物镜29。部分第二光束31a先后在第二镜面25b和第一镜面25a处被内部反射，且透过第二镜面25b指向前测光器26。入射到物镜29上的第二光束31a通过物镜29，以光斑的形式会聚在记录介质10的记录表面上。从记录介质10的记录表面反射的第二光束31a沿与上述相反的光路入射到第二全息光模块30的第二全息元件33上，在透过第二全息元件33的同时被折射，然后被第二主测光器32接收。
大多数在平板分光镜25的第一镜面25a上被内部反射一次的第二光束31a透过平板分光镜25的第二镜面25b，指向前测光器26。部分第二光束31a先后在第二镜面25b和第一镜面25a处被内部反射，且透过第二镜面25b并指向前测光器26。此时，因为被内部反射一次且透过第二镜面25b的第二光束与在内部至少反射两次且透过第二镜面25b的部分第二光束不平行，故只有部分被内部反射一次的第二光束31a能够被前测光器26的有效光接收区域接收。因此，能够检测到光量而不受干涉的影响。
因此，通过该前测光器26产生了APC信号，其振幅几乎精确地与第二光源31的输出功率成正比。使用由前测光器26产生的APC信号，可精确地控制第二光源31的输出功率以确保记录光以理想的强度入射到CD类光盘上。
根据本发明第一实施例，可以改变该光学拾波器的光学设置，这样可使得从第一光源21发出的第一光束21a透过平板分光镜25指向物镜19，且从第二光源31发出的第二光束31a被平板分光镜25反射指向物镜19。
图8A和8B表明可通过使用根据本发明第一实施例的光学拾波器改善光输出功率的线性度。图8A示出了当传统光学拾波器中的光源输出功率以3Hz的三角脉冲从0mW变化至40mW时，前测光器的检测信号(APC信号)的曲线，在该光学拾波器中，透射过准直透镜的光是平行的。图8B示出了根据本发明的第一实施例，在光学拾波器中的光源输出功率以3Hz的三角脉冲从0mW变化至40mW时，前测光器26的检测信号(APC信号)的曲线，在该光学拾波器中，透射过准直透镜的光是轻微发散或会聚的。如图8A所示的结果是通过将准直透镜置于远离光源的作为焦距长度的10.8mm的位置上而得到的。如图8B所示的结果是通过将准直透镜置于比焦距长度10.8mm远0.4mm的位置上得到的。
从图8A中可清楚的看到，当将准直透镜置于与光源相隔离开该准直透镜的焦距长度，以使得平行光入射到平板分光镜上时，由前测光器26检测到的APC信号的幅值不与线性变化的光源的输出功率线性地成正比。
然而，从图8B中可清楚的看到，当使用根据本发明第一实施例的光学拾波器时，由前测光器26检测到的APC信号的幅值与线性变化的光源的输出功率线性地成正比。因此，通过使用根据本发明第一实施例的光学拾波器，光源输出功率的线性度能够得以大大的改善。
根据本发明第二实施例的光学拾波器具有一种光学结构，其中，使用单独信号光源，且轻微会聚或发散的光入射到平板分光镜上。
图9示出了根据本发明第二实施例的光学拾波器的光学结构。参考图9，根据本发明第二实施例的光学拾波器与根据本发明的第一实施例一致，但使用单独光源，包括单独光源121，准直透镜124，平板分光镜125，物镜129，主测光器122，以及前测光器126。在图9中，附图标号148代表感应镜(sensing lens)，其将从记录介质反射的光会聚指向主测光器122，这样使得该光能够被主测光器122接收到。在如图9所示的光学结构中，去掉了图4中示出的反射镜27和37。
根据本发明第二实施例的光学拾波器中，准直透镜124将从光源121发出的发散光改变成轻微会聚或发散光。
将准直透镜124的焦距长度表示为f，当设置准直透镜124与光源121间的距离比准直透镜124的焦距长度长或短一个预定值，即f±α，从光源121发出的光能够通过准直透镜124被改变成轻微会聚或发散的光。平板分光镜125反射大多数入射到光源121上的光并指向物镜129，透射一部分入射光并指向前测光器126。平板分光镜125透射从记录介质11反射回来的光，并指向主测光器122。主测光器122接收从记录介质10反射，且从物镜129和平板分光镜125透过的光，以及检测源于接收光中的信息信号和/或误差信号。
在根据本发明第二实施例的光学拾波器中，光源121、准直透镜124、物镜129和主测光器122执行与根据本发明的第一实施例的光学拾波器中的第一光源21、第一准直透镜24、物镜29和主测光器22相同或类似的功能。因此，对它们的描述在这里不再重复。可以理解：在根据本发明第二实施例中，可以设置光源121发出红外光、红光或具有其他波长适合于记录和/或再现CD类光盘和/或DVD类光盘上信息的光。
根据如上所述本发明的光学拾取器能够被专门用于CD类光盘或DVD类光盘或能够与CD和DVD类光盘相兼容。因为在可兼容的光学拾波器中使用单独光源的技术在此领域内已众所周知，这里省去对其详细的描述。
在如图9所示的根据本发明的第二实施例的光学拾波器中，改善光源121输出功率线性度的原理基本上与在第一实施例中描述的相同。这样，对其详细的描述被省去。
此后，根据本发明实施例的、包括楔形分光镜的光学拾波器将被加以描述。
如图10所示，与根据本发明第一实施例的光学拾波器类似，根据本发明第三实施例的光学拾波器具有与低密度光盘和高密度光盘相兼容的光学结构，包括：两个发出具有不同波长光的光源；楔形分光镜，其能够检测与光源的输出功率成正比的光量而不会被因内部反射而造成的干涉影响。
图10示出了根据本发明第三实施例的、与低密度光盘和高密度光盘兼容的光学拾波器的光学结构，其与根据本发明第一实施例的光学拾波器相类似。根据本发明第三实施例的光学拾波器的特征在于用根据本发明的楔形分光镜45取代本发明第一实施例中所使用的平板分光镜25。该楔形分光镜45包括两个以预定角度布置的镜面45a和45b。在图10中，具有与图4中元件相同或相似功能的元件，用与在图4中使用的标号相同的标号表示，这里省去描述。
参考图10，根据本发明第三实施例的光学拾波器包括：第一和第二全息光模块20和30；物镜29，其将入射光会聚到记录介质10上以形成光斑；按照预定比率透射和反射入射光的楔形分光镜；以及前测光器26，其接收从第一全息光模块20的第一光源21发出且透射过楔形分光镜45的光，且检测用于控制第一光源21输出功率的信号。根据本发明第三实施例的光学拾波器可还包括光路上的、分别位于楔形分光镜4与第一和第二全息光模块20和30间的第一和第二准直透镜47和49。在这种情况下，将第一和/或第二准直透镜47和49布置成，使分别从第一和第二光源21和31中作为发散光发出的第一和第二光束21a和31a改变为平行光束。
考虑到根据本发明的楔形分光镜45，该楔形分光镜45的第二镜面45b相对第一镜面45a倾斜，以使得透过楔形分光镜45指向记录介质10的第一和第二光束21a和31a彼此平行，按照后述的如图13B所示排列第二全息模块30和第二准直透镜49是优选的，这样可使得第二光束31a在楔形分光镜45的第二镜面45b上的入射角与第一光束21a在第一镜面45a上的入射角不同。
为防止因在楔形分光镜45的第一和/或第二镜面45a和45b上发生至少两次的内部反射而引起的在前测光器26的有效接收区域(图12中的26a)的干涉，第一镜面和第二镜面45a和45b间的楔形角度，即第二镜面45b相对于第一镜面45a倾斜的角度，满足下列关系式(2)的条件
                      0.3°≤|A|≤3.0°。
决定楔形角度A的因素包括：前测光器26的有效光接收区26a的面积；楔形分光镜45和前测光器26间的距离；在楔形分光镜45的第一和/或第二镜面45a和45b上发生第一次和第二次内部反射后光的传播方向；楔形角度的制造误差以及楔形分光镜的厚度；内部被反射光的传播方向，其被光学系统的装配误差所影响；由于第一和第二光束21a和31a的波长不同而引起的第一和第二光源21和31与前测光器26之间的光路的光轴的偏离；当光束透射过楔形分光镜45时形状变化的影响等。
如图11所示，当采用两镜面45a和45b处于如上所述的预定角度的楔形分光镜45时，从第一光源21发出且透过该楔形分光镜45指向前测光器26的第一光束21a’和在该楔形分光镜45内部反射至少两次指向前测光器26的第一光束21a”彼此不平行。因此，如图12所示，第一光束21a’和21a”在前测光器26的有效光接收区域26a中彼此不发生干涉，这使得第一光源21的输出功率能够得以精确地控制。
如图11所示，当采用两镜面45a和45b处于如上所述的预定角度的楔形分光镜45时，从第二光源31发出且透过该楔形分光镜45指向前测光器26的第二光束31a’和在该楔形分光镜45内部反射至少三次指向前测光器26的第一光束31a”彼此不平行。因此，如图12所示，第二光束31a’和31a”在前测光器26的有效光接收区域26a中彼此不发生干涉。当第二光束31a入射到楔形分光镜45上时，该第二光束31a的一部分可在第二镜面45b被反射。然而，因为该被反射的光31a与第二光束31a’和31a”不平行，所以在前测光器26的有效光接收区域26a中没有干涉发生。因此，该第二光源31的输出功率能够得以精确地控制。
第一镜面45a起到以预定比率透射和反射入射光的作用。在根据本发明的楔形分光镜45中，优选地，第一镜面45a对于S偏振红光具有大于50％的反射率，而对于P偏振红外光具有大于5％的内部反射率。更优选地，楔形分光镜45具有对于第一光束21a和第二光束31a的理想透射性，该第一光束21a是用于DVD的红光，该第二光束31a是用于CD的红外光，如图2所示。
例如，该楔形分光镜45在空气中反射第一光束21a，因此有利地最大化第一光束21a的S偏振成分的反射率。更详细地说，根据楔形分光镜45，因为从光盘10反射回来的第一光束21a在暴露在空气中的第一镜面45a处被反射，与传统立方体分光镜相比，第一光束21a的S偏振成分的反射率能够得以提高。
此外，根据楔形分光镜45，从第二光源31发出的入射到楔形分光镜上的第二光束的一部分在第一镜面45a上被内部反射并指向前测光器26。与传统立方体分光镜相比，第二光束31a的P偏振成分在第一镜面45a上的反射率能够得以提高。
因此，根据本发明楔形分光镜45具有第一镜面45a，该第一镜面45a对于S偏振红光具有大于50％的反射率，而对于P偏振红外光具有大于5％的内部反射率，且其满足图2中虚线所示的理想透射特性。可以理解，在根据本发明第一实施例的光学拾波器中使用的平板分光镜25可被形成为满足如图2中虚线所示的理想透射特性。
当根据本发明的楔形分光镜45被形成为满足如图2中虚线所示的理想透射特性时，该楔形分光镜45分离第一和第二光束21a和31a的光量，如图13A和13B所示。
与使用传统立方体分光镜相比，当使用楔形分光镜时，第一光束21a的S偏振成分和第二光束31a的P偏振成分的反射率能够得以提高的原因在于第一镜面45与空气接触且楔形分光镜的介质与空气介质相比，在折射率上有很大的差别。
图13A和13B示出了对于不同偏振的入射光，被根据形成为满足图2中虚线所示的理想透射特性的本发明的楔形分光镜分离的光量。
参考图13A，楔形分光镜45在第一镜面45a处以45度角反射90％的入射到第一镜面45a上的第一光束21a的P偏振成分，并指向记录介质10，并且透射约10％的同样的P偏振成分，指向前测光器26。该楔形分光镜45在第一镜面45a处反射从记录介质10反射且入射到其上的约80％的第一光束21a的S偏振成分，并指向光接收单元，该接受单元如第一全息模块20的第一主测光器22。结果，通过该接收元件能够检测到足量的第一光束21a，因而不会出现不足量的光被光接收元件而引发的问题。
参考图13B，楔形分光镜45透射被折射并透射过第二镜面45b、然后入射到第一镜面45a上的第二光束31a的90％，并指向记录介质10，且反射约10％的相同的第二光束31a，指向前测光器26。该楔形分光镜45透射约97％的从记录介质10反射且入射到其上的第二光束31a的S偏振成分。因此，足量的第二光束31a能够通过光接收单元得以检测，接受单元如第二全息模块30的主测光器32。此外，因为约10％的第二光束31a直接指向第一测光器26，大量的、足以用于检测第二光源31输出功率的第二光束31a能够被前测光器26接收到，因而不会出现由于不足量的光用于检测光的输出功率而引发的问题。
如上所述，根据本发明的楔形分光镜45具有透射和反射特性，而不会使得不足量的具有红光波长的第一光束21a和具有红外光波长的第二光束31a被光接收单元和前测光器26检测到。
因此，在如上所述根据本发明第三实施例的光学拾波器中，由于楔形分光镜45的楔形结构，能够通过前测光器26检测到光而不会被因发生在楔形分光镜45中的内部反射而产生的干涉影响，这样记录光功率的线性度能够得以大大地改善，正如在根据本发明的第一实施例的光学拾波器中情况一样。
当制造出根据本发明的楔形分光镜45以使其具有如上的透射和反射性能时，不足量的光不会被光接收单元和前测光器26检测到。
相对于入射光的偏振，当楔形分光镜45具有上述的透射性能时，优选地，构造出根据本发明的光学拾波器，以使其具有如图14和15所示的光学结构，其中，从第一和/或第二光源21和31发出的、入射到楔形分光镜45上的第一和/或第二光束21a和31a具有P偏振，并且还将四分之一波片46置于楔形分光镜45和物镜29之间的光路上，以改变第一和/或第二光束21a和31a的偏振。
图14示出了使用半导体激光作为第一和/或第二光源21和31发射P偏振光，以使得从第一和/或第二光源21和31中发出的具有P偏振的第一和/第二光束入射到楔形分光镜45上的范例。当发出S偏振光的半导体激光被用作第一和/或第二光源21和31时，如图15所示，还将可以改变S偏振光为P偏振光的半波片48置于第一和/或第二光源21和31与楔形分光镜45之间。
根据如图14和15所示的本发明的第四和第五实施例的光学拾波器具有一光学结构，其中四分之一波片46和/或半波片48还根据如图10所示的本发明的第三实施例被置于光学拾波器中。
在如上所述的根据本发明第三、第四和第五实施例的光学拾波器中，可使用前测光器26控制第一和第二光源21和31两者或其中之一的输出功率。
与如上所述的根据本发明第一实施例的光学拾波器类似，根据本发明第三、第四和第五实施例的光学拾波器可以做各种改动。
根据本发明的包括楔形分光镜的光学拾波器可具有如图16所示的、包括单独光源的光学结构，以取代如图10，14和15所示的包括两光源的光学结构。
参考图16，根据本发明第六实施例的光学拾波器除包括单独光源外，还具有与如图10所示的本发明第三实施例一致的结构，其包括单独光源121，楔形分光镜145，物镜129，主测光器122，以及前测光器126。根据本发明第六实施例的光学拾波器可进一步包括位于单独光源121和楔形分光镜145之间的准直透镜147。
和根据本发明第三实施例的光学拾波器类似，根据本发明第六实施例的、在光学拾波器中使用的楔形分光镜145具有楔形结构，其包括在以预定角度布置的第一和第二镜面145a和145b，二者彼此不平行。例如，该楔形分光镜145反射大多数从光源121入射的光，并指向物镜129，并且透射一部分相同的光，并指向前测光器126。该楔形分光镜145透射从记录介质10反射回来的光，并指向主测光器122。该主测光器122接收从记录介质10反射且从物镜129和楔形分光镜145透射的光，且检测接收到的光的信息信号和/或误差信号。
感应镜148会聚透射过楔形分光镜145的光以使得该光能够被主测光器122接收到。
在根据本发明第六实施例的光学拾波器中，光源121、准直透镜147、物镜129和主测光器122执行与根据本发明第三实施例的光学拾波器中的第一光源21、第一准直透镜24、物镜29和第一主测光器22相同或相似的功能。因此，其描述不再赘述。可以理解，在根据本发明的第二实施例中，可以将光源121设计成发出红外光、红光或具有其他波长适合于记录和/或再现CD类光盘和/或DVD类光盘上信息的光。
根据如上所述本发明的第六实施例的光学拾波器能够专门为CD类光盘或DVD类光盘使用，或能够与CD和DVD类光盘兼容。
在如图16所示的根据本发明第六实施例的光学拾波器中，改善光源121输出功率线性度的原理基本与在根据本发明第三实施例的光学拾波器中的改善光源21输出功率线性度的原理相同。
根据本发明的光学拾波器，可以具有包括如图16所示的单独光源的光学结构。该光学拾波器包括：楔形分光镜，以满足反射和透射特性，就入射光的偏振而言不会使不足量的光被光接收单元，即如根据本发明的第四和第五实施例中的主测光器122和前测光器126，检测到；四分之一波片；以及，根据从作为光源的半导体激光发出的光的偏振而可选的半波片。具有这种光学结构的光学拾波器已在前面的实施例中充分涉及，因此其解释和详细描述在这里省略。
虽然在前述的实施例中，根据本发明的光学拾波器作为与CD类光盘和DVD类光盘相兼容的情况说明和描述，但本发明并不限于这种结构。换句话说，根据本发明的光学拾波器可以被使用而与DVD类光盘和下一代DVD类光盘兼容。
根据附图中示出的示范实施例，已描述根据本发明的光学拾波器和楔形分光镜，可以理解，在下述权利要求所限定的本发明的精神和范围内，对于根据本发明的光学拾波器和楔形分光镜可做各种改动。
此外，包括根据本发明的楔形分光镜45的光学拾波器的光学结构可以不同方式改变。
虽然上述根据本发明的楔形分光镜45的说明和描述以应用到光学拾波器中为例，但如果必要，该楔形分光镜45还可被用于其他光学设备。
在根据本发明光学拾波器中，其具有上述光学结构，其中会聚光和发散光入射到平板分光镜上，光能够在前测光器的有效光接收区域被接收，而没有因发生在平板分光镜上的内部反射而引起的干涉。
因此，在根据本发明的光学拾波器中，精确地与光源的输出功率成正比的一定量的光能够得以检测，这样能够精确地控制光源的输出功率，因此大大地改善光源输出功率的线性度。
根据本发明的楔形分光镜可形成以具有最佳的反射率和透射率。当该楔形分光镜被应用到光学拾波器中时，能够有利于防止不足量的光被用于监测光源输出功率的光接收单元和前测光器检测到，这种现象当使用传统立方体分光镜时会发生。

Claims (19)

1.一种光学拾波器，包括：
至少一个发光光源；
物镜，其会聚入射光以在记录介质上形成光斑；
平板分光镜，其按预定的比率透射和反射入射光；
至少一个主测光器，其接收从记录介质的记录表面反射的光，以检测信息信号和/或误差信号；
前测光器，其置于平板分光镜一侧，接收透过平板分光镜和/或从平板分光镜反射的光，以产生用于控制光源输出功率的自动功率控制信号；以及
至少一个准直透镜，其置于光源和平板分光镜之间，入射到该准直透镜上光透过该准直透镜后变成指向平板分光镜的会聚光或发散光。
2.如权利要求1所述的光学拾波器，其中，该光源包括发出不同波长光的第一和第二光源，这样该光学拾波器与至少两种具有不同形式的记录介质相兼容。
3.如权利要求2所述的光学拾波器，其中，前测光器产生用于控制第一和第二光源输出功率的自动功率控制信号。
4.如权利要求3所述的光学拾波器，其中，该准直透镜包括：第一准直透镜，透过该准直透镜，从第一光源发出的指向平板分光镜的光变为会聚或发散光；和/或第二准直透镜，透过该准直透镜，从第二光源发出的指向平板分光镜的光变为会聚或发散光。
5.如权利要求2至4中的任一项所述的光学拾波器，其中，第一和第二光源中的一个发出适于在CD类光盘上记录信息和/或从CD类光盘再现信息的、红外波长的光，而另一个发出适于在DVD类光盘上记录信息和/或从DVD类光盘再现信息的、红光波长的光。
6.如权利要求5所述的光学拾波器，其中，将从第一和/或第二光源发出且入射到第一和/或第二准直透镜上的光相对光轴的入射角表示为μ，将光从第一和/或第二准直透镜射出的角表示为μ0，以及，将第一和/或第二准直透镜的放大率表示为m，则第一和第二准直透镜满足下列关系式：
                           m＝μ/μ0
                   0.018≤|m|≤0.056。
7.如权利要求1至4中的任一项所述的光学拾波器，其中，将从光源发出且入射到准直透镜上的入射光相对光轴的入射角表示为μ，将光从准直透镜射出的角表示为μ0，以及，将准直透镜的放大率表示为m，该准直透镜满足下列关系式：
                         m＝μ/μ0
                      0.018≤|m|≤0.056。
8.如权利要求7所述的光学拾波器，其中，光源发出适于在CD类光盘和/或DVD类光盘上记录信息和/或从CD类光盘和/或DVD类光盘再现信息的、具有红外波长或红光波长的光。
9.一种光学拾波器，包括：
至少一个发光光源；
物镜，其会聚入射光以在记录介质上形成光斑；
楔形分光镜，其具有以预定角度设置的第一和第二镜面，并按预定比率透射和反射入射光；
至少一个主测光器，其接收从记录介质的记录表面反射的光，以检测信息信号和/或误差信号；以及
前测光器，其置于楔形分光镜一侧，接收透过楔形分光镜和/或从楔形分光镜反射的光，以产生用于控制光源输出功率的自动功率控制信号。
10.如权利要求9所述的光学拾波器，其中，该光源包括发出不同波长光的第一和第二光源，这样，该光学拾波器与至少两种具有不同形式的记录介质相兼容。
11.如权利要求10所述的光学拾波器，其中，前测光器产生用于控制第一和第二光源输出功率的自动功率控制信号。
12.如权利要求10或11所述的光学拾波器，其中，第一和第二光源中的一个发出适于在CD类光盘上记录信息和/或从CD类光盘再现信息的、红外波长的光，另一个发出适于在DVD类光盘上记录信息和/或从DVD类光盘再现信息的、红光波长的光。
13.如权利要求9所述的光学拾波器，其中，光源发出适于在CD类光盘和/或DVD类光盘上记录信息和/或从CD类光盘和/或DVD类光盘再现信息的、红外波长或红光波长的光。
14.如权利要求9至13中的任一项所述的光学拾波器，其中，将楔形分光镜第一和第二镜面间的预定角度表示为A，该角度A满足下列关系式：
                 0.3°≤|A|≤3.0°。
15.如权利要求14所述的光学拾波器，其中，该楔形分光镜的第一镜面按预定比率透射和反射入射光，且对于S偏振红光具有大于50％的反射率，而对于P偏振红外光具有大于5％的内部反射率。
16.如权利要求9至13中的任一项所述的光学拾波器，其中，该楔形分光镜的第一镜面按预定比率透射和反射入射光，且对于S偏振红光具有大于50％的反射率，而对于P偏振红外光具有大于5％的内部反射率。
17.一种楔形分光镜，其具有以预定角度A设置的第一和第二镜面，并按预定比率透射和反射入射光，第一和第二镜面间的该预定角度A满足下列关系式：
                     0.3°≤|A|≤ 3.0°。
18.如权利要求17所示的楔形分光镜，其中，第一镜面按预定比率透射和反射入射光，且对于S偏振红光具有大于50％的反射率，而对于P偏振红外光具有大于5％的内部反射率。
19.一种楔形分光镜，其具有第一和第二镜面并按预定比率透射和反射入射光，其中，该第一镜面按预定比率透射和反射入射光，且对于S偏振红光具有大于50％的反射率，而对于P偏振红外光具有大于5％的内部反射率。
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