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CN1350686A - 激光头 - Google Patents

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CN1350686A
CN1350686A CN00807487A CN00807487A CN1350686A CN 1350686 A CN1350686 A CN 1350686A CN 00807487 A CN00807487 A CN 00807487A CN 00807487 A CN00807487 A CN 00807487A CN 1350686 A CN1350686 A CN 1350686A
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CN
China
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information recording
light source
coma aberration
object lens
optical
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Pending
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CN00807487A
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English (en)
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绪方大辅
安田胜彦
安田昭博
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Abstract

在使与不同规格的光盘对应的光学系统通用化的光学系统中,在将物镜调整得相对于一媒体倾斜最合适的情况下,使相对于另一媒体发生的彗形像差引起的最佳倾斜角的差减小。将第2光源的光轴方向的位置设定于比波面像差为最小的位置更远离物镜的一侧。借助于此,使物镜在相对于第2光信息记录媒体的倾斜角度发生变化时彗形像差增大的量变小。又,更理想的是,将光源设定于物镜相对于倾斜角度变化彗形像差不变的位置。该位置是在波面像差为最小的位置与光学系统变成无限系的位置之间,能够在抑制激光头尺寸增大的同时抑制相对于两个光信息记录媒体的动作距离的差值的增大。

Description

激光头
技术领域
本发明涉及利用聚光光学系统使光源发射的光束通过光信息记录媒体的透明基板聚光于其信息记录面上，在该信息记录面上记录信息或重放该记录面上的信息的记录/重放用激光头。
背景技术
近年来，由于高密度化和可记录媒体的普及等原因，光盘的规格增加，为了与光盘基板的厚度变化及反射率随波长而变化相对应，有必要改变记录及/或重放用光学系统(以下简称“光学系统”)的物镜相对孔径(下称“NA”)和使用的波长等。
对于例如CD基板的厚度为1.2mm，在DVD的情况下为0.6mm。CD-R使用的光盘记录材料的反射率，在波长为780～830nm的情况下为65％以上，而在波长为635～650nm的情况下则下降为20％以下。
因此，在与DVD对应的光学系统中，光源使用波长630～650nm，物镜使用NA为0.6的镜头，在与CD-R对应的光学系统中，通常光源使用780～830nm波长，物镜使用NA为0.45的镜头。
所以，希望能够用相同的光盘装置录放这样对应的光学系统不同的光盘，并且要求使光盘装置小型化、低成本化。也就是说，提出尽可能共用与不同规格的光盘对应的光学系统的方式。
作为这样的方式的代表，有日本专利特开平8-55363号所示的激光头。这是分别共用将光源射出的光束聚光的聚光透镜和将该光束聚焦于光盘的信息记录面上的物镜的技术。
也就是说，与DVD那样的高密度光盘对应的光学系统采用使用波长为650nm光源的无限共轭系统(以下简称“无限系统”)，其物镜是无限系统，采用对于高密度光盘的基板厚度最合适的设计。
在对CD或CD-R那样的，基板厚度与DVD不同，比其密度低的光盘进行录放时，光学系统采用光源波长为780nm的有限共轭系统(下称有限系统)，抵消由于基板厚度的不同而引起的球面像差，从而得到良好的信号录放特性。
但是，在光学系统中通常存在制造和组装误差引起的像差。对信息录放有大影响的主要是3次彗形像差、象散像差以及球面像差，一般说来，其中主要是为了对彗形像差进行修正而进行改变物镜相对子光轴的角度的倾斜调整。
波长越小越是有必要把这些像差限制于越小的值，而通常光盘的记录密度越高则使用的波长越短。因此，使用多个光源对基板厚度或记录密度不同的光盘进行录放的激光头对于相对高密度的光盘必须调整物镜的倾斜角度。在这种情况下就存在这样的问题，即对于相对低密度的光盘进行录放时这些像差未必达到最佳状态。
下面参照图5对这种情况进行说明。图5表示高密度光信息记录媒体设想为DVD(基7板厚度为0.6mm)，低密度光信息记录媒体设想为CD(基板厚度为1.2mm)的光学系统。亦即表示在物镜存在彗形像差的情况下的，倾斜角度与DVD光盘及CD光盘的记录面上的彗形像差的关系。
而纵轴是以光源波长归一化的像差的rms值，物镜存在的彗形像差的rms值为0.035λ1(λ1是对应于DVD的光源波长)。这是制造误差可能引起的像差值。下面将像差值都作为rms值记述。
在物镜相对于光轴不倾斜的情况下，即倾斜角度为0的情况下，DVD光盘的记录面上的彗形像差等于物镜的彗形像差。这在图5中以点A表示。
从这种状态出发改变物镜的倾斜角度，可以使彗形像差减小到大约为0。这时物镜的倾斜角度约为0.33°。这在图5中以点B表示。
与此相比，CD的彗形像差值在进行倾斜调整之前为0.011λ2(λ2为对应于CD的光源波长)，而在倾斜调整之后增加到0.021λ2。这在图5中表示为从A’到B’的增加，关于物镜的倾斜角度，可以看出对于DVD和CD，彗形像差的增减相反。
倾斜调整之后的CD的彗形像差值0.021λ2相当于光盘的倾斜角度(仰角)为0.3°。因此，对于DVD和CD，使信号不稳定达到最小的光盘仰角有0.3°的差。下面将这一差值称为“仰角差”。
但是，在激光头和光盘装置中，通常对制造和组装的误差或光盘的翘曲等其他倾斜因素分配允许误差进行系统的设计，此外由于倾斜调整而发生仰角差，这如果达到0.3°左右，则产生对于CD的录放光盘装置构成困难的问题。
发明内容
考虑到上述已有的激光头存在的问题，本发明的目的在于，提供将物镜的倾斜角度相当于高密度光信息记录媒体调整到最佳值，同时与该高密度光信息记录媒体相比基板厚度更大，能够减小与相对低密度的光信息记录媒体对应的光学系统的仰角差的激光头。
本发明的激光头，使光源射出的光束通过光信息记录媒体的透明基板会聚于其信息记录面上，以在所述信息记录面上记录信息或重放该信息记录面上的信息，其特征在于，具备
使波长为λ1的第1光源射出的光束会聚于基板厚度为t1的第1光信息记录媒体的第1光路、以及使波长为λ2(λ1＜λ2)的第2光源射出的光束会聚于基板厚度为t2(t1＜t2)的第2光盘的第2光路，
所述第1光路和第2光路的物镜相同，
所述物镜通过倾斜调整，使所述第1光信息记录媒体的彗形像差实质上为0，
所述第2光路构成为有限共轭系统，
该第2光源的光轴方向的位置设定于比所述第2光信息记录媒体的信息记录面上的、波面像差(wave front aberration)的rms值为最小的规定位置更加远离所述物镜的一侧。
附图说明
图1是本发明第1实施形态的光学系统的结构图。
图2是本发明第1实施形态的物镜的倾斜角度与彗形像差的关系图。
图3是本发明第1实施形态的光源的光轴方向的位置与倾斜调整时的彗形像差及仰角差的关系图。
图4是本发明第2实施形态的物镜的倾斜角度与彗形像差的关系图。
图5表示已有的光学系统的物镜的倾斜角度与彗形像差的关系图。
符号说明
11第1光源
12光束分离器(splitter)
13聚光透镜
14物镜
15第1光盘
16第1光盘的信息记录面
17第1光点
21第2光源
24孔径控制手段
25第2光盘
26第2光盘的信息记录面
27第2光点
具体实施形态
下面参照图1～图4对本发明的实施形态进行说明。
第1实施形态
图1表示高密度光信息记录媒体设想为DVD(基板厚度为0.6mm)，低密度光信息记录媒体设想为CD(基板厚度为1.2mm)的激光头的结构。而且为了简化，省略对检测从光盘反射回来的光线的光学检测系统的记述。
在图1中，从波长650nm的光源11射出的光束通过光束分离器12由聚光透镜13形成大致平行的光束，射入物镜14，在光盘15的信息记录面16上成像为光点17。
这时的光盘15一侧的NA为0.6，物镜14设计为使该光学系统能够得到最佳性能。例如设计得使波面像差实质上为0。
又，从波长780nm的光源21射出的光束通过聚光透镜12形成发散光，通过光束分离器13，利用孔径(aperture)限制手段24收缩为适当的光束直径之后射入物镜14，在光盘25的信息记录面26上成像为光点27。
这时的光盘15一侧的NA为0.45。孔径限制手段24以适当的手段构成，只对光源21射出的光束起收缩作用，对于光源11射出的光束没有影响。
光源21向来设置于使CD光盘记录面上的波面像差为最小的位置31，但是在本发明中则设置于比位置31更远离物镜15的一侧。
对物镜15进行倾斜调整，使DVD的光点17的彗形像差实质上为0。
下面叙述具有上面所述结构的激光头的动作。
图2是在图1的光学系统中，物镜存在彗形像差的情况下，物镜的倾斜角度与DVD及CD的记录面上的彗形像差的关系图。纵轴是以光源的波长归一化的像差值，假定物镜存在的彗形像差为0.035λ1。这是制造误差可能引起的像差值。又，在光源21处于位置31的情况下的彗形像差也一起表示。
在图2中，物镜的倾斜角度为0°的情况下，CD的彗形像差和以往的情况一样为0.011λ2，而相对于倾斜角度的变化，彗形像差的变化比光源21处于位置31时要小，曲线的倾斜变小。
而在将倾斜程度调整到使DVD的彗形像差为0的情况下，CD的彗形像差为0.016λ2。这一数值比倾斜调整之前的数值大，但是比在使光源21处于位置31的情况下、即已有例的情况下的值0.021λ2小，能够抵消这一数值的光盘仰角是0.24°，而已有例中是0.31°。
这意味着DVD与CD的仰角差比已有例减小。
这样，可以看出在CD的光学系统中，一旦光源21向比波面像差最小值位置31更远离物镜的一侧移动，物镜倾斜产生的仰角差就减小。
下面是对其进行的理论分析。
首先对其原理进行说明。由于物镜的倾斜而发生变化的彗形像差，是物镜的中心轴相对于光盘法线倾斜引起的彗形像差与从物镜看来光源偏离物镜中心轴引起的彗形像差之和。前者被称为“仰角(tilt)彗形像差”，后者被称为“轴外彗形像差”。如所周知，光学系统违反正弦条件的程度越大则轴外彗形像差越大。
在DVD的情况下，物镜设计得满足正弦条件，因此几乎不存在轴外彗形像差。因此，倾斜调制就是使物镜倾斜得使与物镜存在的彗形像差相反符号的仰角彗形像差产生，以此抵消彗形像差。而在CD的情况下，在光源21位于波面像差最小的位置31时不满足正弦条件，因此除了仰角彗形像差外还发生轴外彗形像差。轴外彗形像差与仰角彗形像差符号相反，而与物镜的彗形像差符号相同，对于相同倾斜角度的轴外彗形像差值，其绝对值比仰角彗形像差值大，因此即使在DVD进行倾斜调整，在CD的情况下还是残留有比物镜的彗形像差大的彗形像差。CD违反正弦条件的程度随着光源远离位置31而减小，因此物镜倾斜引起的轴外彗形像差也减小。因此倾斜时物镜的彗形像差、仰角彗形像差与轴外彗形像差之和比CD的光源处于位置31时减小，因此仰角残差(tilt residual)减小。
图3是在图1的光学系统中光源21从位置31的位移量与倾斜调整后的CD的残留彗形像差及因其引起的仰角差的关系曲线。其中物镜14的焦点距离为3.3mm，聚光条件13的焦点距离为20mm，根据光源21的位置改变孔径限制手段24的孔径，光盘26一侧的NA始终保持为0.45。
从图3可以看出，光源21越是远离位置31，残留的彗形像差以及仰角差越是减小。因此适当选择光源21在光轴方向上的位置，就能够将仰角差抑制于从光盘装置的结构看来能够允许的数值以下。
实施形态2
根据上述仰角彗形像差与轴外彗形像差的发生原理可以设想，存在着随CD的光源远离位置31，轴外彗形像差减小，在某一位置上相同倾斜角度的仰角彗形像差与轴外彗形像差绝对值相等的情况。这时不管倾斜角度的大小如何，仰角彗形像差与轴外彗形像差始终相抵消，因此彗形像差的总和完全不变。又，光源如果跨过这一位置进一步远去，则对于同一倾斜角度的仰角彗形像差的绝对值变得比轴外彗形像差大，因此残存的彗形像差量理应减小。
在图2中，物镜15的倾斜角度为0°时CD的彗形像差约为0.011λ2，这与图3中光源21的位置偏离位置31约2.9mm时的彗形像差大致相等。可以认为这时彗形像差处于与倾斜角度无关的、不变的状态。实施形态2就是着眼于这一点，将光源21的位置设定于比这一位置更远离物镜1的位置。
下面叙述在这种情况下的激光头的动作。
图4是假定光源21的位置为离位置312.9mm及5.7mm的情况下，透镜的倾斜角度与DVD及CD的记录面上的彗形像差的关系图。
在图4中，在光源21的位置距离位置31约2.9mm的情况下，不管物镜15的倾斜角度如何变化，CD的彗形像差都不发生变化，始终为一定值。这在下面称为“倾斜自由(skew free)”。
如果是倾斜自由状态，这意味着对DVD调整到最佳状态，CD的彗形像差及仰角差至少不增大。在倾斜自由的状态下，CD的残留的彗形像差约为0.011λ2的一定值，这引起的仰角差为0.16°。通常，如果是这样程度的仰角差，构成光盘装置是可能的。还有，在光源21比倾斜自由的位置更远离物镜15一侧、即光源21的位置为例如距位置31约5.7mm的情况下，如图4所示，CD的彗形像差减少到0.002λ。由其引起的仰角差几乎可以忽略不计。
如果使光源21位于比倾斜自由位置更远的一侧，则可以实现仰角差更小的结构，但是特意把光源21设置于倾斜自由的位置上有以下好处。
首先，可以使激光头小型化。光源21的位置越远则激光头的尺寸越大是显然的。对此，倾斜自由位置是仰角差在能够允许的范围内，而且最能够使激光头小型化的位置。
第2是从驱动物镜15的致动器(actuator)的驱动行程出发。在光源21位于波面像差最小的位置31时，对CD进行录放的情况下物镜15的动作距离比DVD的情况约短0.2mm。因此致动器在聚焦方向上的驱动行程的设计要考虑到其动作距离的差。
另一方面，在将光源21设置于使CD的光学系统为无限系统的位置上的情况下，CD的动作距离比DVD短0.35～0.4mm，致动器的驱动行程有必要进一步扩展。
而如果是倾斜自由位置，则CD和DVD的动作距离差约为0.28mm左右，可以不像无限系统那样扩展驱动行程。特别是在例如安装于笔记本电脑中使用的、或像移动式光盘装置那样强烈要求激光头薄型化的情况下，聚焦方向的驱动行程难于扩大，动作距离的差即使小一点儿也好，对于这样的用途，选择倾斜自由的配置是很有利的。
还有，在本实施形态中，记述光源21的位置选择无限自由位置的情况，但是光源即使从该位置略微偏前或偏后，倾斜角度与彗形像差及仰角差的关系也没有大变化，因此即使因为激光头设计制约条件的关系，在仰角差的允许范围内光源位置多少有一些变化当然也没有关系。
如上所述，采用本发明，由于使光源21远离波面像差最小的位置31，球面像差增大，例如在本实施形态所示的光学系统中，光源21离开位置31的距离为5.7mm时为无限系统。在这种情况下倾斜调整后的残留彗形像差只有0.005λ2，这引起的仰角差也只有0.05°，几乎可以忽略不计，但是球面像差达到0.15λ2，比通常作为基准的Marechal标准0.07λ2大得多。在这样的情况下，为了能够对CD进行良好的录放，也有各式各样的方法提出。例如有日本特开平10-208281号公报所述那样的方法。这是对DVD用的物镜中心部的像差进行修正，使其在基体材料厚度为0.84～1.2mm的光盘上形成最小像差的光点，这样，虽然DVD和CD都是无限光学系统，但是也能够进行良好的录放。采用这样的方法，即使光源21的位置处于比位置31远的地方，导致球面像差增大也不成问题。
又，本发明第1光信息记录媒体在上述实施形态是DVD，第2光信息记录媒体在上述实施形态是CD，但是并不限于此，也可以是DVD与PD的组合或DVD与LD(激光光盘)的组合，要而言之，本发明能够适用于基板厚度相对更小，距离密度更高的两种光信息记录媒体。
工业应用性
如上所述，根据本发明，在具有不同波长的多个光源，与不同基体材料及不同记录密度的光信息记录媒体对应的激光头中，
可以得到在对相对高密度的光信息记录媒体，将物镜倾斜调整为最佳的情况下，相对低密度的光信息记录媒体的记录面上产生的彗形像差引起的仰角差抑制在允许的范围内的激光头。
又，本发明在抑制仰角差的同时将光学系统尺寸的增大限制于最小限度内，而且将对于高密度的光信息记录媒体与低密度的光信息记录媒体的物镜动作距离差的增大也限制于最小限度，以此可以提供对于激光头的小型化、薄型化有利的光学系统。

Claims (5)

1.一种激光头，使光源射出的光束通过光信息记录媒体的透明基板会聚于其信息记录面上，以在所述信息记录面上记录信息或重放该信息记录面上的信息，其特征在于，具备
使波长为λ1的第1光源射出的光束会聚于基板厚度为t1的第1光信息记录媒体的第1光路、以及使波长为λ2的第2光源射出的光束会聚于基板厚度为t2的第2光盘的第2光路，其中λ1＜λ2，t1＜t2，
所述第1光路和第2光路的物镜相同，
所述物镜通过倾斜调整，使所述第1光信息记录媒体的彗形像差实质上为0，
所述第2光路构成为有限共轭系统，
该第2光源的光轴方向的位置设定于比所述第2光信息记录媒体的信息记录面上的、波面像差的rms值为最小的规定位置更加远离所述物镜的一侧。
2.根据权利要求1所述的激光头，其特征在于，所述第2光源的光轴方向的位置设定于从所述规定位置到所述第2光路变成无限系的位置之间。
3.根据权利要求1或2所述的激光头，其特征在于，所述第2光源的光轴方向的位置设定于即使所述物镜的倾斜角度发生变化，所述第2光路的彗形像差的rms值也不发生变化的位置。
4.根据权利要求1所述的激光头，其特征在于，所述波长λ1及λ2，所述基板厚度t1及t2分别为满足
620nm＜λ1＜680nm
740nm＜λ2＜820nm
0.4mm＜t1＜0.8mm
1.0mm＜t2＜1.5mm。
5.根据权利要求1或2所述的激光头，其特征在于，
所述第1光信息记录媒体是DVD，所述波长λ1为650nm，所述第2光信息记录媒体是CD，所述波长λ2为780nm。
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