Оптическая головка для записи на оптический диск и/или считывания с оптического диска и киноформ для использования в указанной оптической головке
Оптическая головка содержит размещенные в корпусе лазерный источник света, дифракционную решетку, выполненную с возможностью формирования дифракционных пучков лучей нулевого и ±1-ого порядка, светоделительный кубик, киноформ с положительной оптической силой, поляризационную пластинку для поляризации коллимированных пучков лучей, объектив с положительной оптической силой, а также астигматическую линзу и фотодетектор для детектирования пучка света, отраженного от диска. Объектив установлен перед оптическим диском и выполнен с возможностью перемещения. Киноформ выполнен с возможностью перемещения вдоль оптической оси и формирования на выходе коллимированных пучков нулевого и ±1-ого порядка и одновременным уменьшением продольной хроматической аберрации пучков нулевого порядка, возникающей в процессе записи и/или считывания информации. Киноформ содержит коллиматорную линзу, имеющую первую плоскую поверхность и вторую дифракционную поверхность, которая формируется в соответствии с фазовым коэффициентом, определяемым по формуле, приведенной в формуле изобретения. Технический результат - повышение точности и надежности записи на диск и воспроизведения данных с диска посредством устранения сферических и хроматических аберраций. 2 н. и 7 з.п. ф-лы, 5 ил., 3 табл.
Область техники
Изобретение относится к оптической головке, обеспечивающей запись и/или воспроизведение информации с оптических дисков или на оптические диски, в частности так называемых Blu-ray дисков (ВD), далее упоминаемых как ВD дисков.
Уровень техники
В настоящее время существует несколько основных стандартов для 12-см оптических дисков. Стандарт для компакт-дисков (СD) был установлен в 1982 г., емкость записи указанных дисков составляет около 700 Мбайт, и они используются, в основном, для аудиозаписи. Стандарт для универсальных цифровых дисков (DVD дисков) был установлен в 1996 г. DVD-диск позволяет сохранять видеозапись фильмов в стандартном разрешении (720×576 точек) продолжительностью 2 часа 50 минут с MPEG-2 компрессией, при этом емкость для этих дисков была определена 4,7 Гигабайт. Для записи фильмов нового телевизионного стандарта HDTV (телевидение высокой четкости) потребовались новые стандарты записи с большим объемом памяти. Таким образом, были разработаны два конкурирующих стандарта: HD-DVD диск и Blu-ray диск (ВD). Для увеличения объема записываемой информации необходимо уменьшать диаметр дифракционно ограниченного светового пятна излучения, сфокусированного на диске, который пропорционален λ/NA, где λ - длина волны лазерного диода, и NA - числовая апертура объектива. Для реализации оптического ЗУ (запоминающего устройства) большого объема памяти с высокой плотностью записи очень важно уменьшить длину волны источника излучения и увеличить числовую апертуру (NA ) оптической считывающей головки. Следует отметить, что емкость записи для однослойного HD-DVD диска составляет 15 Гигабайт, а для Blu-ray дисков - 23,3; 25 или 27 Гигабайт. Таким образом, Blu-ray диски являются следующим поколением оптических дисков с большим объемом памяти с высокой плотностью записи информации.
При записи информации на оптический диск и воспроизведении информации с оптического диска используются оптические приводы, в состав которых входит оптическое считывающее устройство (оптическая головка), которое перемещается поперек дискообразного носителя информации.
Однако для более ясного понимания проблем, возникающих в процессе работы оптических считывающих головок для Blu-ray дисков, следует раскрыть некоторые особенности использования дисков указанного стандарта.
Для надежного считывания и записи информации оптическая система оптической головки должна формировать на информационном слое диска пятно рассеяния, размеры которого определяются форматом BD, при этом волновая аберрация основного пучка не должна превышать 0,033λ, где λ - длина волны излучения диода. Учитывая, что оптическая головка формата BD обладает высокой числовой апертурой NA=0,85, аберрационная коррекция системы должна быть очень высокой. При этом для массового производства наиболее важна простота оптической системы, наименьшее количество составляющих ее отдельных элементов.
Длина волны, на которой излучает лазерный диод, может изменяться во времени под влиянием различных внешних факторов, например температуры. Технологический процесс изготовления лазерного диода допускает отклонение длины волны излучения диода в пределах 405±10 нм. Температурные изменения в оптической головке (расстояния между элементами, толщины элементов, показатели преломления материалов) являются медленно протекающими процессами. Для уменьшения дополнительных аберраций (сферохроматизм, продольная хроматическая аберрация), возникающих из-за описанных эффектов, можно использовать сигналы дефокусировки и посредством изменения положения объектива значительно снижать их негативное влияние на процесс считывания и записи информации.
Из уровня техники известна оптическая считывающая головка (патент США № 6927923, МПК G02B 13/18, 09.08.2005) содержащая источник излучения, представляющий собой полупроводниковый лазер и формирующую оптическую систему, обеспечивающую попадание луча в заданное местоположение на диске, при этом в указанной оптической системе предусмотрено средство корректировки сферических аберраций, выполненное с возможностью перемещения. Таким образом, в указанной оптической считывающей головке устраняются только сферические аберрации.
Из уровня техники также известна комбинированная оптическая считывающая головка для записи оптических дисков форматов CD и DVD (См. патент США № 6980503B2, МПК G11B 7/00, 27.12.2005г.), содержащая устройство формирования излучения, состоящее из двух источников лазерного излучения для испускания первого лазерного пучка и второго лазерного пучка, а также светоделитель для формирования на выходе коллимированных пучков, при этом направление первого лазерного пучка совпадает с оптической осью объектива, а второй лазерный пучок смещен относительно оптической оси объектива, при этом второй источник излучения размещен таким образом, что угол падения второго лазерного луча на светоделитель больше, чем угол падения первого лазерного луча на светоделитель, что в конечном счете способствует уменьшению сферических аберраций, возникающих в процессе работы устройства.
Из уровня техники известна оптическая считывающая головка для чтения и записи дисков формата HD-DVD (патент США № 6987724B2, МПК G11B 7/00, 17.01.2006г.), содержащая линзу, корректирующую возникающую в считывающей головке хроматическую аберрацию вследствие изменения длины волны лазерного диода. Формат HD-DVD использует аналогичный формату BD синий лазерный диод с длиной волны 405 нм, однако объектив обладает меньшей числовой апертурой NA=0,65 (для BD NA=0,85). Оптическая считывающая головка включает в себя лазерный диод, коллиматор, формирующий параллельный пучок, призму, преобразующую пучок эллиптического сечения в пучок круглого сечения, линзу, корректирующую хроматическую аберрацию, светоделительный кубик, поляризационную пластинку, объектив, линзу-конденсор, астигматическую линзу и фотодетектор. Заявленная в данном патенте линза, корректирующая хроматическую аберрацию, представляет собой линзу, склеенную из двух одиночных линз, обладающих противоположными по знаку оптическими силами. Одновременно для исправления хроматической аберрации фокусные расстояния f и коэффициенты Аббе (ν) линз, входящих в состав данной линзы, выбираются в соответствии с выражением 
Недостатком данного способа является введение дополнительной склеенной линзы в структуру оптической головки, что увеличивает ее стоимость. Кроме того, сферохроматическая аберрация, также возникающая при изменении длины волны излучения, в данном случае остается неисправленной.
Однако при использовании фиолетового лазерного источника излучения в системах с использование Blu-ray дисков (BD) очень часто возникает так называемый «mode hop phenomen» или эффект нестабильности генерации лазерного диода, когда длина волны внезапно незначительно отклоняется на несколько нанометров от исходной величины. Этот эффект вызывает возникновение продольной хроматической аберрации или хроматического смещения фокуса, что в свою очередь вызывает крайне нежелательные ошибки в процессе записи на диск или воспроизведения информации с диска. Этот процесс носит случайный и кратковременный характер, в результате чего не может быть отслежен и устранен с помощью сигналов дефокусировки.
Заявленная оптическая головка для записи на оптический диск и/или считывания с оптического диска и киноформ для использования в указанной оптической головке согласно изобретению обеспечивают повышение точности и надежности записи на диск и воспроизведения данных с диска посредством устранения сферических и хроматических аберраций.
Сущность изобретения
Согласно первому аспекту изобретения предусмотрена оптическая головка для записи на оптический диск и/или считывания с оптического диска, содержащая размещенные в корпусе оптически сопряженные лазерный источник света, дифракционную решетку, выполненную с возможностью формирования дифракционных пучков лучей нулевого и ±1-ого порядка, светоделительный кубик, киноформ с положительной оптической силой, выполненный с возможностью перемещения вдоль оптической оси и формирования на выходе коллимированных пучков нулевого и ±1-ого порядка, и одновременным уменьшением продольной хроматической аберрации пучков нулевого порядка, возникающей в процессе записи и/или считывания информации, поляризационную пластинку для поляризации коллимированных пучков лучей и объектив с положительной оптической силой, установленный перед оптическим диском и выполненный с возможностью перемещения, а также астигматическую линзу и фотодетектор для детектирования пучка света, отраженного от упомянутого диска.
Кроме того, в оптической головке упомянутый диск представляет собой Blu-ray диск.
Лазерный источник света в заявленной оптической головке обеспечивает свет с длиной волны около 405 нм.
Кроме того, в оптической головке согласно первому аспекту изобретения киноформ представляет собой коллиматорную линзу с положительной оптической силой, содержащую первую поверхность и вторую поверхность, в которой первая поверхность является плоской поверхностью, а вторая поверхность представляет собой дифракционную поверхность.
В заявленной оптической головке объектив выполнен с возможностью перемещения вдоль оптической оси и перпендикулярно указанной оси для фокусировки пучков лучей в предварительно заданной зоне диска, при этом указанное перемещение осуществляется с помощью прецизионного электрического привода, которым снабжен объектив.
Кроме того, киноформ также снабжен прецизионным электрическим приводом.
Согласно второму аспекту изобретения предлагается киноформ для использования в оптической головке для записи на оптический диск и/или считывания с оптического диска, содержащий коллиматорную линзу, имеющую первую поверхность и вторую поверхность, при этом первая поверхность является плоской поверхностью, а вторая поверхность является дифракционной поверхностью, при этом дифракционная поверхность формируется в соответствии с фазовым коэффициентом, определяемым по следующей формуле: 
,
где
λ - длина волны падающего на киноформ излучения;
M - рабочий дифракционный порядок;
A1 - фазовый коэффициент;
Ф2 - оптическая сила объектива;
n∂ и d - показатель преломления и толщина защитного слоя BD-диска;
s1 - расстояние от излучающей поверхности диода до плоской поверхности киноформа;
s2 - расстояние от дифракционной поверхности до объектива;
s0' - расстояние от задней поверхности объектива до заданной точки на информационном слое диска;
Δ - расстояние, характеризующее смещение длины волны λ.
Перечень чертежей
Настоящее изобретение и его преимущества будут более понятными при изучении настоящего подробного описания с прилагаемыми чертежами.
Фиг.1 - схематичный вид оптической головки для записи на оптический диск и/или считывания с оптического диска, в частности Blu-ray диска согласно варианту осуществления настоящего изобретения, где под позицией А показан профиль дифракционной поверхности киноформа.
Фиг.2 - график волновой аберрации оптической головки для записи на оптический диск и/или считывания с оптического диска в зависимости от длины волны излучения в случае плавного процесса изменения длины волны вследствие нагрева диода или изменения его мощности при переходе из режима чтения в режим записи (пунктирной линией показана величина предельно допустимой волновой аберрации для формата BD).
Фиг.3 - диаграммы, иллюстрирующие кривые продольной сферической аберрации для оптической головки для записи на оптический диск и/или считывания с оптического диска для длин волн: λ=405 нм (a), λ=395 нм (б), λ=415 нм (в).
Фиг.4 изображает упрощенный вид оптической головки для записи на оптический диск и/или считывания с оптического диска в случае кратковременного изменения длины волны диода, где на Фиг.4а) излучение длины волны λ из точки О через киноформ 4, объектив 6 и защитный слой диска 8' попадает на информационный слой диска в точку О'. В случае кратковременного изменения длины волны положение киноформа и объектива не изменяется, что показано на Фиг.4б). При этом вследствие хроматизма точка О' смещается на величину Δ в точку О'1.
Фиг.5 - диаграмма, иллюстрирующая дифракционную эффективность киноформа в зависимости от длины волны для рабочего дифракционного порядка. Данная зависимость отражает зависимость интенсивности излучения, сконцентрированного киноформом в рабочем порядке к интенсивности излучения, пришедшего на киноформ.
Предпочтительный вариант осуществления изобретения
Оптическая головка для записи на оптический диск и/или считывания с оптического диска формата Blu-ray представлена на Фиг.1. При функционировании указанной оптической головки лазерный источник света 1, выполненный в виде лазерного диода, излучающий на длине волны λ0=405 нм, формирует расходящийся пучок лучей, который при прохождении дифракционной решетки 2 разделяется на 3 пучка (соответственно, 0-го, +1-го и -1-го порядков). На Фиг.1 изображен только ход пучка 0-го порядка дифракции, т.к. с его помощью осуществляется запись и считывание информации. Пучки +1-го и -1-го порядков дифракции являются вспомогательными, с их помощью осуществляется фокусировка основного пучка 0-го порядка на дорожке диска, а также трекинг (ведение) пятна, сформированного основным пучком на информационном диске вдоль дорожки. Соответственно, параметры вспомогательных пучков ±1-го порядка (такие как интенсивность, расходимость, качество) определяются конкретной реализацией методов трекинга и фокусировки. Далее, в рамках настоящего изобретения будет рассматриваться только основной пучок 0-го порядка, т.к. его поведение в случае дисков с BD форматом как раз и вызывает дополнительные ошибки оптической головки при записи или считывании, которые устраняются заявленной конструкцией оптической головки для записи и/или чтения на оптические диски согласно настоящему изобретению. Ошибки, вызванные пучками +1-го и -1-го порядков, устраняются посредством известных из уровня техники технических решений, раскрытых в разделе «Уровень техники» настоящего описания, и поэтому не раскрываются в рамках настоящего описания. После дифракционной решетки 2 пучок проходит через светоделительный кубик 3 и падает на первую поверхность киноформа 4, которая представляет собой плоскую поверхность. Киноформ 4 представляет собой одиночную линзу, первая (плоская) поверхность которой направлена в сторону лазерного диода 1, а вторая поверхность, на которой обеспечивается дифракционный микрорельеф (дифракционная поверхность - поз.А), - в сторону оптического диска 8. Назначение и параметры киноформа 4 будут описаны ниже. Киноформ 4 преобразует расходящийся пучок в параллельный и направляет его через поляризационную пластинку 5 на объектив 6 с положительной оптической силой, который фокусирует основной пучок на информационном слое 8'' оптического диска 8 формата Blu-ray (BD), предварительно пройдя через его защитный слой 8'. После отражения от информационного слоя 8'' лазерный пучок возвращается в оптическую систему и проходит свой путь в обратном направлении - через объектив 6, затем пластинку 5 и киноформ 4. Светоделительный кубик 3 направляет отраженный пучок на астигматическую линзу 9, проходя через которую он фокусируется на фотодетекторе 10. Киноформ 4 выполнен с возможностью перемещения вдоль оптической оси системы и снабжен приводом 11, который может представлять собой прецизионный электрический привод. Объектив 6 также оснащен приводом 7, в качестве которого может быть использован прецизионный электрический привод, который перемещает объектив 6 вдоль оптической оси и перпендикулярно ей, как показано стрелками на Фиг.1. Электрические сигналы на перемещения объектива и киноформа формируются в соответствии с сигналами трекинга и дефокусировки, которые считываются с фотодетектора. Следует также отметить, что информационный сигнал более высокочастотный, чем сигналы трекинга и дефокусировки. Это означает, что процесс считывания информации протекает намного быстрее, чем подаются сигналы на перемещение объектива.
Как уже указывалось, вышепредложенный киноформ 4, представляющий собой коллиматорную линзу на второй поверхности, имеет дифракционный рельеф, что позволяет снизить продольную хроматическую аберрацию, вызванную изменениями длины волны лазерного источника света 1.
Заявленная оптическая головка для записи на оптический диск и/или считывания с оптического диска обладает высокой степенью исправления аберраций за счет сочетания конструкционных параметров (радиусы поверхностей, толщины оптических элементов и воздушных промежутков между ними, показателей преломления оптических материалов).
Указанная оптическая головка для записи на оптический диск и/или считывания с оптического диска за счет изменения положения киноформа 4 и объектива 6 позволяет эффективно устранять дополнительные аберрации, возникающие при изменении длины волны лазерного источника света, например, в случае его нагревания. При переходе из режима считывания в режим записи мощность излучения увеличивается в несколько раз, что также сопровождается изменением длины волны излучения. Данные процессы являются протяженными во времени и детерминированными, соответствующие величины приводятся в технических характеристиках лазерных диодов. Поэтому возникающие в результате аберрации можно частично компенсировать с помощью сигналов дефокусировки, снимаемых с фотодетектора и подаваемых на исполнительные приводы киноформа 4 и объектива 6, которые переместят их в положение, оптимальное для уменьшения аберраций (см. Фиг.2, 3).
На Фиг.2 представлен график волновой аберрации оптической головки для записи на оптический диск и/или считывания с оптического диска согласно изобретению в зависимости от длины волны излучения в случае плавного процесса изменения длины волны вследствие нагрева лазерного диода, или изменения его мощности при переходе из режима считывания в режим записи, при этом штрихпунктирной линией показана величина предельно допустимой волновой аберрации для формата BD, составляющая 0,033λ. Указанный график волной аберраций построен с соответствии со значениями таблицы 2, представленной далее, в котором наглядно проиллюстрированы конкретные значения среднеквадратического отклонения волнового фронта (или волновой аберрации) для оптической головки для записи на оптический диск и/или считывания с оптического диска согласно настоящему изобретению, полученные в результате тестирования. Как можно видеть, указанные значения волной аберрации значительно меньше (см. кривую на Фиг.2, обозначенную сплошной линией) стандартных значений аберраций, показанных штрихпунктирной линией на Фиг.2, требуемых в соответствии со стандартом BD и составляющих 0.033λ.
Графики продольной сферической аберрации заявленной оптической головки для записи на оптический диск и/или считывания с оптического диска представлены на Фиг.3 для основной длины волны (405 нм) и дополнительных (395 нм и 415 нм). Данные графики, построенные с помощью оптической программы «CodeV», также свидетельствуют о высоком качестве заявленной головки. Таким образом, оптическая головка согласно изобретению позволяет эффективно производить чтение и запись данных во всем диапазоне длин волн.
Однако, как уже указывалось выше, при работе с Blu-ray диском при длине волны около 405 нм возможно возникновение дополнительных аберраций, вызванных нестабильностью генерации лазерного диода. Данная характеристика также известна и занесена в паспорт лазерного диода, обычно для лазерных диодов, применяемых в оптических головках стандарта BD, данная величина не превышает 2 нм.
Но, в отличие от описанных выше температурных и мощностных флуктуаций длины волны, данный процесс является случайным и кратковременным. Это означает, что исполнительные приводы 7, 11 объектива 6 и киноформа 4 не успевают изменить их положение за время действия данного негативного фактора. Это приводит к появлению аберраций продольного хроматизма и сферохроматизма. Это может привести к ошибкам в процессе записи и считывания информации, так как среднеквадратическая волновая аберрация головки может превысить предельно допустимую величину 0,033λ. Таким образом, продольный хроматизм и сферохроматизм должны быть скомпенсированы в условиях неподвижности оптических элементов оптической головки. Т.к. киноформ (коллиматорная линза) и объектив в соответствии с их функциональными назначениями обладают положительными оптическими силами, то устранить возникающий хроматизм положения и сферохроматизм, вообще говоря, невозможно. Усложнив конструкцию объектива или коллиматора (см. патенты США №№6919996 и 6906992) или выполнение коллиматора из стекла, обладающего особыми свойствами (см. патент США №6590851), можно уменьшить эти аберрации. Но такие решения усложняют конструкцию и существенно увеличивают стоимость оптической головки. Кроме того, эти методы неэффективны для исправления сферохроматизма.
В заявленной оптической головке для записи на оптический диск и/или считывания с оптического диска предлагается использовать в качестве коллиматора киноформ 4, имеющий первую поверхность, выполненную в виде плоской поверхности, и вторую поверхность, выполненную в виде дифракционной поверхности (см. поз.А на Фиг.1). Данный киноформ 4 выполняет одновременно коллимирующую и корректирующую функции.
На Фиг.4 изображена упрощенная оптическая схема оптической головки для записи на оптический диск и/или считывания с оптического диска согласно изобретению. Излучающая поверхность лазерного диода (т.О), расположенная на расстоянии s1 от плоской входной поверхности киноформа 4 (коллиматорной линзы), формирует сферический волновой фронт, который распространяется до киноформа. Киноформ 4 преобразует сферический волновой фронт в плоский (параллельный пучок лучей), который распространяется от дифракционной поверхности киноформа 4 до объектива 6, расположенного на расстоянии s2 от указанной поверхности. Объектив 6 фокусирует параллельный пучок лучей в точку О', расположенную на информационном 8'' слое оптического диска 8, находящегося на расстоянии s'0 от задней поверхности объектива 6 и имеющий толщину d защитного слоя 8' диска 8. Точка О' представляет собой так называемый кружок рассеивания вследствие остаточных аберраций. При этом остаточные аберрации для корректной записи и считывания информации в соответствии со спецификациями формата BD не должны превышать 0,033λ.
Для определения параксиальных параметров киноформа 4 рассмотрим схему головки в двух случаях: когда длина волны излучения λ равна номинальному значению (405 нм, Фиг.4а), и при изменении ее на некоторую малую величину δλ (Фиг.4б)). В первом и втором случаях расстояния s1, s2, s'0 остаются постоянными. При изменении длины волны точка О' смещается в точку О'1 на расстояние Δ относительно исходного вследствие хроматизма. Кроме того, размеры кружка рассеивания увеличиваются из-за сферохроматической аберрации. Эти аберрации необходимо исправить или минимизировать, т.к. они могут привести к ошибкам в процессе записи или считывания информации. Для исправления этих аберраций предлагается использовать дифракционную поверхность (см. Фиг.4, поз.4), параметры которой зависят от параметров оптической головки и минимизируют вышеуказанные негативные эффекты. Для Фиг.4б) можно записать с помощью гауссовых скобок:
Где Ф1, Ф2 - оптические силы соответственно киноформа 4 и объектива 6;
n∂ и d - показатель преломления и толщина защитного слоя BD-диска.
Сопряженные точки О и О' представляют собой соответственно излучающую поверхность лазерного источника света 1 (лазерного диода) и точку на информационном слое оптического диска 8, в которой фокусируется пучок.
Раскрывая гауссовы скобки, получим выражение для оптической силы киноформа 4:
Фазовая добавка, вносимая киноформом 4 в падающий волновой фронт, представляется в виде:
Где λ - длина волны падающего на киноформ 4 излучения;
M - рабочий дифракционный порядок;
Ai - фазовые коэффициенты;
r - расстояние от произвольной точки на поверхности киноформа до его оптической оси.
Оптическая сила киноформа записывается в виде:
Соответственно, можно записать для фазового коэффициента A1:
Т.о., если разность фаз, вносимая киноформом 4, определяется в соответствии с формулами (1)-(5), то хроматизм положения может быть существенно снижен. Параметры дифракционной поверхности киноформа приведены в таблице 3, представленной ниже.
Далее представлены конкретные параметры вариантов реализации оптической головки для записи на оптический диск и/или считывания с оптического диска, которые были получены в результате вышеизложенных расчетов (с помощью формул (1)-(5)) и экспериментальных данных, полученных в результате тестирования, которые подтверждают эффективность заявленной оптической головки в процессе записи и считывания информации на диски формата BD.
В таблице 1 приведены основные оптимальные конструктивные параметры заявленной оптической головки для записи на оптический диск и/или считывания с оптического диска, полученные в результате экспериментов, проведенных авторами при функционировании оптической головки с Blu-ray диском.
| Таблица 1 Конструктивные параметры оптической головки |
|||
| № пов. | R, мм | d, мм | nλ, λ=405 нм |
| 1' | ∞1 | 0,25 | 1,530196 |
| 1'' | ∞ | 4,8 | 1 |
| 2' | ∞ | 1 | 1,530196 |
| 2'' | ∞ | 0,73 | 1 |
| 3' | ∞ | 4,8 | 1,530174 |
| 3'' | ∞ | 5* | 1 |
| 4' | ∞ | 1,2 | 1,525056 |
| 4''2 | -56,36 | 7,4* | 1 |
| 5' | ∞ | 1 | 1,530174 |
| 5'' | ∞ | 2,1965* | 1 |
| 6' | 1,1478 | 2 | 1,525056 |
| 6'' | -1,5778 | 0,6035* | 1 |
| 8' | ∞ | 0,1 | 1,617688 |
| 8'' | ∞ | - | - |
|
1 - для плоских поверхностей радиус R=∞ (бесконечность). 2 - дифракционная поверхность киноформа. Параметры будут приведены ниже. * - воздушные промежутки, которые могут меняться в процессе работы оптической считывающей головки (см. таблицу 3). |
В таблице 1 номера оптических поверхностей приведены по ходу распространения излучения в соответствии с Фиг.1: поверхности 1' и 1'' представляют собой входную и выходную поверхности защитного стекла лазерного источника 1 света, которые являются плоскими; поверхности 2' и 2'' - входная и выходная поверхности дифракционной решетки 2; поверхности 3' и 3'' - входная и выходная поверхности светоделительного кубика 3; поверхности 4' и 4'' - плоская входная и дифракционная поверхности киноформа 4; поверхности 5' и 5'' - входная и выходная поверхности поляризационной пластинки 5; поверхности 6' и 6'' - входная и выходная поверхности объектива 6; поверхность 8' соответствует входной поверхности защитного слоя BD диска 8', поверхность 8'' представляет собой информационный слой 8''. Согласно формуле (5) получены следующие параметры дифракционной поверхности 4'' киноформа 4: при рабочем дифракционном порядке M=1 получен фазовый коэффициент A1=-0,026. Параметры дифракционной поверхности киноформа рассчитаны таким образом, чтобы он концентрировал падающее на него излучение в заданный порядок дифракции (в нашем случае +1-й). При изменении длины волны излучения, помимо описанных ранее эффектов, происходит перераспределение энергии излучения в другие дифракционные порядки, что соответственно уменьшает количество энергии в рабочем 1-м порядке. Зависимость интенсивности падающего на дифракционную поверхность излучения к интенсивности вышедшего излучения для различных дифракционных порядков называется дифракционной эффективностью. График дифракционной эффективности 1-го порядка заявленного киноформа 4 в заявленной оптической головке для записи на оптический диск и/или считывания с оптического диска в зависимости от длины волны приведен на Фиг.5.
В таблице 2 приведены остаточные аберрации (среднеквадратическое отклонение волнового фронта ((СКО) в длинах волн) и расстояния (d8, d10), определяющие положения киноформа 4, и расстояния (d12, d14), определяющие положения объектива 6 в зависимости от длины волны с шагом 2 нм в случае плавного процесса изменения длины волны (см. также Фиг. 2 и 3), полученные в результате тестирования заявленной оптической головки для записи на оптический диск и/или считывания с оптического диска согласно изобретению.
| Таблица 2 | |||||
| λ, нм | d8 | d10 | d12 | d14 | СКО, дл. волн |
| 395 | 6,0400 | 6,3600 | 2,2054 | 0,5946 | 0,0073 |
| 397 | 5,8190 | 6,5810 | 2,2036 | 0,5964 | 0,0061 |
| 399 | 5,6050 | 6,7950 | 2,2018 | 0,5982 | 0,0049 |
| 401 | 5,3970 | 7,0030 | 2,2000 | 0,6000 | 0,0036 |
| 403 | 5,1951 | 7,2049 | 2,1983 | 0,6017 | 0,0022 |
| 405 | 5,0000 | 7,4000 | 2,1965 | 0,6035 | 0,0011 |
| 407 | 4,8025 | 7,5975 | 2,1947 | 0,6053 | 0,0017 |
| 409 | 4,6111 | 7,7889 | 2,1930 | 0,6070 | 0,0025 |
| 411 | 4,4449 | 7,9551 | 2,1914 | 0,6086 | 0,0034 |
| 413 | 4,2713 | 8,1287 | 2,1897 | 0,6103 | 0,0044 |
| 415 | 4,1000 | 8,3000 | 2,1881 | 0,6119 | 0,0060 |
В таблице 3 приведены величины продольного хроматизма Δf' и остаточной волновой аберрации, полученные в результате тестирования заявленной оптической головки для записи на оптический диск и/или считывания с оптического диска с киноформом 4, в случае нестабильности генерации лазерного диода 1(источника лазерного излучения), т.е. при скачкообразном случайном изменении длины волны излучения.
| Таблица 3 | ||
| λ, нм |
 ,мкм |
СКО, дл. волн |
| 403 | -0,150 | 0,026 |
| 404 | -0,075 | 0,013 |
| 405 | 0,000 | 0,001 |
| 406 | 0,072 | 0,014 |
| 407 | 0,140 | 0,028 |
Следует отметить, что значения волновой аберрации, приведенные в таблицах 2 и 3, не превышают требуемые стандартом BD 0,033λ. Таким образом, заявленная оптическая головка эффективно устраняет все вышеозначенные проблемы и позволяет повысить надежность и точность записи и воспроизведения оптических дисков формата BD.
Промышленная применимость
Заявленное изобретение относится к оптической головке считывания и/или записи информации на диск и может быть использовано при работе с оптическими дисками, в частности Blu-ray дисками.
1. Оптическая головка для записи на оптический диск и/или считывания с оптического диска, содержащая размещенные в корпусе, оптически сопряженные лазерный источник света, дифракционную решетку, выполненную с возможностью формирования дифракционных пучков лучей нулевого и ±1-го порядка, светоделительный кубик, киноформ с положительной оптической силой, выполненный с возможностью перемещения вдоль оптической оси и формирования на выходе коллимированных пучков нулевого и ±1-го порядка, и одновременным уменьшением продольной хроматической аберрации пучков нулевого порядка, возникающей в процессе записи и/или считывания информации, поляризационную пластинку для поляризации коллимированных пучков лучей, и объектив с положительной оптической силой, установленный перед оптическим диском и выполненный с возможностью перемещения, а также астигматическую линзу и фотодетектор для детектирования пучка света, отраженного от упомянутого диска.
2. Оптическая головка по п.1, в которой упомянутый диск представляет собой Blu-ray диск (BD-диск).
3. Оптическая головка по п.1, в которой лазерный источник света обеспечивает свет с длиной волны около 405 нм.
4. Оптическая головка по п.1, в которой киноформ представляет собой коллиматорную линзу с положительной оптической силой, содержащую первую поверхность и вторую поверхность.
5. Оптическая головка по п.4, в которой первая поверхность является плоской поверхностью, а вторая поверхность представляет собой дифракционную поверхность.
6. Оптическая головка по п.1, в которой объектив выполнен с возможностью перемещения вдоль оптической оси и перпендикулярно указанной оси для фокусировки пучков лучей в предварительно заданной зоне диска.
7. Оптическая головка по п.1, в которой объектив снабжен прецизионным электрическим приводом.
8. Оптическая головка по п.1, в которой киноформ снабжен прецизионным электрическим приводом.
9. Киноформ для использования в оптической головке для записи на оптический диск и/или считывания с оптического диска по пп.1-8, содержащий коллиматорную линзу, имеющую первую поверхность и вторую поверхность, при этом первая поверхность является плоской поверхностью, а вторая поверхность является дифракционной поверхностью, при этом дифракционная поверхность формируется в соответствии с фазовым коэффициентом, определяемым по следующей формуле:
,
где λ - длина волны падающего на киноформ излучения;
М - рабочий дифракционный порядок;
A1 - фазовый коэффициент;
Ф2 - оптическая сила объектива;
n∂ и d - показатель преломления и толщина защитного слоя оптического диска;
s1 - расстояние от излучающей поверхности лазерного источника света до плоской поверхности киноформа;
s2 - расстояние от дифракционной поверхности до объектива;
s0' - расстояние от задней поверхности объектива до заданной точки на информационном слое диска;
Δ - расстояние, на которое при изменении длины волны λ смещается точка, в которой фокусируется пучок света.
