光拾取装置 本发明涉及光拾取装置，并特别涉及可方便地实现在光盘的一面至少有两个记录层的光盘的记录/重放的光拾取装置。
使用诸如激光盘或紧致盘的光盘信息重放/记录系统近年来已有发展。包括制造较小紧致盘以及实现记录高清晰度电视(HDTV)兼容视盘的可能性的种种原因，而渴求更高的数据密度。
为实现在光数据介质中达到高数据密度的一个可考虑的方法是使得读激光聚焦成更细的光束直径，但是聚焦激光的物镜的数值孔径(NA)的最大实际极限接近为0.6。通过缩短激光波长也可获得类似的结果，但现在实际的半导体激光的波长是有限度地。
达到高密度的第二个方法是在光盘中应用V—纹，诸如颁发给中岛等人的美国专利No.4,569,038(1986年2月4日)中所透露的那样。
应用以往的技术在光盘上的可记录数据的容量是可以确定的。对于装在3.5英寸盒套中的光盘，盘直径约为86mm，提供数据存储区的半径为25mm到41mm。假如使用670nm波长的激光配以0.55NA的物镜，使用0.8μm的轨距(1.6μm的V—纹距)和0.47μm的位长，则未格式化单面容量为1.1Gb(吉字节)。使用标准CD格式，可获得单面已格式化的容量为550Mb(兆字节)，与12cmCD相同。
如果传统地作为印制材料所提供的信息在将来要提供在CD-ROM或其它光数据介质上，那么如果用户不仅可读取信息，而且可向该介质写入以便象现在用纸介质记录笔记那样，则将也是必要的和方便的。实现这点的一个方法是将盘分为读/可写区，其中记录膜在盘的里面部分形成，包括反射金属膜的只读数据区在盘的外面部分形成。然而这一方法减小了只读数据区，并从而限制了盘上的可分布信息量。
如上所述，用户希望得到包括光盘和卡的较小的、较高容量的光数据介质。为满足这一要求，已开发了具有两个数据存储层的光介质，并且在颁发给中岛等人的美国专利No.5,134,604中透露了这样的光拾取装置。
以下参见图1详述以往的光拾取装置。
图1是以往的光拾取装置的略图。光源10为一激光二极管，用于产生供在/从光盘D记录/重放信息之用的激光束。来自激光二极管10的激光束通过准直透镜11转换为平行光线。由准直透镜11转换为平行光线的光束顺序地通过光束分离器12、物镜14及透明衬片16被入射到光盘D表面，光束点的直径约为1μm。
其中，光束分离器12安装的方式使得二直角棱镜相对地沿各自的45°倾斜面安装，镀层13沿棱镜的接触部分形成，从而在透射某些入射光束和相对于入射光束以直角反射其它入射光束时保证入射光束直线行进的性质。
通过光束分离器12直线传播的激光束经过可移动地设置在物镜14与光盘D之间的透明衬片16。激光束的焦距可根据透明衬片16的安放位置、折射率和厚度而任意控制。因而，透明衬片16的位置、折射率和厚度被适当地确定以便使得来自激光束光源10的光束在取消透明衬片16的状态下在光盘D的较近的数据记录平面上聚焦，并在插入预定厚度的透明衬片16的状态下可使该激光束在光盘D较远数据记录平面上聚焦之前穿过预定厚度的透明衬片16。
在通过光束分离器12时被以直角反射的激光束在通过沿反射光线的光程安装的聚焦透镜时被聚焦，由聚焦透镜15聚焦的光线被四个或六个分区光接收二极管17所接收。应用由光接收二极管17接收到的光束所形成的图象，可检测光拾取装置对于光盘D的位置精度，即聚焦误差和循迹误差。
通过这一操作，基于由光盘D的凹坑所确定的反射光量，在重放信息的同时可控制聚焦和循迹。
然而，根据以上构造的以往的光拾取装置，为了插入和取消透明衬片需要包括透明衬片和几个传感器的转移装置的许多设备。此外，物镜工作距离的缩短使得聚焦和循迹的控制变得很困难，因而降低了拾取的质量。而且由于为插入透明衬片要控制低于0.1°的误差而涉及到技术上的困难。
本发明的目的在于提供能够易于实现在/从其一面上具有至少两个数据存储层的光盘上记录/重放信息的光拾取装置，以便可更精确地控制聚焦和循迹。
本发明的另一目的在于提供能够易于实现在/从其一面上具有至少两个数据存储层的光盘上记录/重放信息的更简化的和小型化的光拾取装置。
为了达到上述目的，本发明的光拾取装置包括：第一和第二激光束源，用于产生具有彼此不同波长的第一和第二激光束，以便在/从一光盘上记录/重放信息；沿发自第一和第二激光束光源的光束的光程装设的光束分离器，用于基于光束的位置选择地透射或反射第一和第二激光束使之在光盘上聚焦，并用于选择地将由光盘反射到光接收器的光束聚焦；一物镜，用于当第一和第二激光束通过分离器到光盘时将激光束聚焦到光盘上；以及一光接收器，用于接收从光盘所反射的激光束以便控制激光束的聚焦和循迹，由此，具有彼此不同波长的两个激光束在记录/重放在光盘的一面上有两个叠置的数据存储层的光盘的信息时分别记录/重放对应的两个数据存储层。
光束分离器最好是一立方体棱镜，具有分别穿过立方体任选的两个对面的平面的各中心的第一轴、第二轴与第三轴，第一轴与光盘在光盘的中心成直角相交配置，第一与第二激光束源沿第二轴相对地配置，光束分离器置于其间，并在立方体棱镜被垂直于第一与第二轴所形成的平面的两个对称对角平面分成四个三角棒状棱镜的状态下，该光束分离器由此四个三角棒棱镜组成，第一三角棒棱镜朝向第一激光束源，第二三角棒棱镜朝向第二激光束源，第三三角棒棱镜朝向光盘，第四三角棒棱镜与第三棱镜对称，第一与第四棱镜的接触面指定为第一反射面，第二与第三棱镜的接触面指定为第二反射面，第三与第一棱镜的接触面指定为第三反射面，且第四与第二棱镜的接触面指定为第四反射面，其中，反射面被镀层使得：第一反射面部分地反射并部分地透射第一激光束，同时全部透射第二激光束；第二反射面全部反射第一激光束并全部透射第二激光束；第三反射面全部透射第一激光束并全部反射第二激光束；以及第四反射面全部透射第一激光束同时部分地反射并部分地透射第二激光束；由此，光盘上的信息被发自第一和第二激光束源具有不同波长的第一和第二激光束所记录/重放，并由光接收器进行聚焦和循迹控制。
为了控制聚焦和循迹，最好在第一和第二激光束入射到光接收器时，光束的断面被光束分离器对半截开，该光接收器是用于接收激光束的光检测器。
具有两个数据存储层的光盘是从第一或第二激光束入射的底层起顺序地由如下形成的：第一树脂层，其上部分的功能是作为第一记录层，是一薄膜层，用于全反射具有一个波长的两个激光束之一，同时全透射具有另一波长的另一激光束；第二树脂层，其上部分功能是作为第二记录层及用于反射另一波长的激光束的反射层。
如上所述，根据本发明的光拾取装置装有：第一和第二激光束源与由四个三角棱镜形成的光束分离器，该四个棱镜分别有接触面以便根据激光束的波长有选择地透射或反射。通过应用这样的光拾取装置，具有彼此不同波长的两个激光束，在记录/重放在其一面上至少有两个数据存储层的光盘的信息时，被用来分别记录/重放这两个数据存储层。此外，光检测器所收到的光束点的形状根据激光束的类型而不同，使得对于激光束足以控制其聚焦和循迹。
而且，在根据本发明的光拾取装置中，其一面上有两个数据存储层的光盘可通过单独一个光束分离器重放。并且，形为立方体的光束分离器可简单方便地控制原件的结构和位置的调节。此外，该光束分离器的构造使之除了常规的光束分离器功能还可执行刃形(knife-edge)功能，于是同以往的光拾取装置相比大为减少了原件的数目。
本发明的上述目的和其它优点通过参照所附图示对其较佳实施例的详细说明将更为明显，这些图为：
图1为一简略视图，表示以往的光拾取装置；
图2是一简略视图，表示根据本发明的一个实施例的光拾取装置；
图3是一视图，表示图2的光拾取装置中来自第一激光束源的激光束的光程；
图4是一视图，表示图2的光拾取装置中来自第二激光束源的激光束的光程。
以下详述根据本发明的光拾取装置。
图2为一简略视图，表示根据本发明的一实施例的光拾取装置，装有第一和第二激光束源及一立方体棱镜。
标号20表示在其一面上具有可记录或重放信息的两个数据存储层的光盘。标号30与40表示激光束源，它们是第一和第二激光二极管，用于发射具有不同波长λ1与λ2的激光束，以便读出光盘20上的两个存储层的信息。
立方体棱镜50设置在第一与第二激光二极管30与40之间，作为光束分离器迫使来自第一和第二激光二极管30与40的第一与第二激光束转向光盘20。
为了使得来自第一与第二激光二极管30与40的第一与第二激光束能够以平行光的形式分别入射到立方体棱镜50，在第一激光二极管30与立方体棱镜50之间和第二激光二极管40与立方体棱镜50之间分别装有第一和第二准直器透镜31与41。
立方体棱镜50是通过纵向粘固的形为三角棒状的第一、第二、第三与第四棱镜51、52、53与54形成。这里，形为三角棒状的第一与第二棱镜51与52彼此对称，形为三角棒状的第三与第四棱镜53与54彼此对称，由此构成了立方体。假定穿过被重放的光盘20上一点同时与其所在平面成直角相交的轴定义为第一轴，并且在分别穿过立方体任选的相对两面中心的三个轴中，穿过彼此对称的第三和第四三角棱镜53和54的一个轴被设置为与第一轴一致。换言之，其设置是使得穿过的轴的延长线以直角并在重放的光盘20上的点处相交于该光盘20。
同时，在分别穿过立方体任选的相对两面中心的三个轴中，穿过彼此对称的第一和第二三角棱镜51和52的一个轴被定义为第二轴。沿该第二轴的延长线彼此相对地装设了第一与第二激光二极管30和40，其间设置立方体棱镜50。按此配置，立方体棱镜50被与第一及第二轴所形成的平面成直角的对称的两个对角平面分为四个三角棱镜51、52、53与54。更详细来说，它们被分为：朝向第一激光束源30的第一三角棱镜51，朝向第二激光束源40的第二三角棱镜52，朝向光盘20的第三三角棱镜53，和与第三三角棱镜53对称的第四三角棱镜54。这里，为了通过发自第一和第二激光二极管30和40具有不同波长λ1与λ2的第一与第二激光束在/从光盘20上记录/重放信息，指定第一与第四棱镜51与54的接触面为第一反射面61，指定第二与第三棱镜52与53的接触面为第二反射面62，指定第三与第一棱镜53与51的接触面为第三反射面63，指定第四与第二棱镜54与52的接触面为第四反射面64。这时，反射面61、62、63与64的镀面的作用如下。第一反射面61部分地反射并部分地透射具有波长λ1的第一激光束，同时全部透射具有波长λ2的第二激光束。第二反射面62全部反射第一激光束并全部透射第二激光束。第三反射面63全部透射第一激光束并全部反射第二激光束。第四反射面64全部透射第一激光束同时部分地反射并部分地透射第二激光束。通过这样做，来自第一和第二激光二极管30与40的第一与第二激光束借助于立方体棱镜50前进到光盘20。
入射到光盘20并从其反射的第一与第二激光束有选择地透射过第一、第二、第三与第四反射面61、62、63与64或被其反射，同时在截去半个光束截面的条件下通过立方体棱镜50聚焦到光检测器60。装设了被分为两部分的光检测器60是为了接收被截去一半的光束。
另一方面，当第一或第二激光束从光盘20的较低的一面入射时，具有两个数据存储层的光盘20是由以下顺序提供的四层所形成的。即从底面，第一透明层是由第一层和其上的第一记录层组成，并且一薄膜层有选择地仅反射第一与第二激光束之间的任一个波长(例如λ1)的激光束，并全透射另一波长(例如λ2)的激光束。继此，一个第二透射层由与该薄膜层的上部接触的第二层和其上的第二记录层所组成，并且形成一反射层用于反射具有另一波长λ2的激光束。这种情形下，介质材料的确定要使得第一透射层的第一记录层有选择地对波长λ1的激光束起作用而对于波长为λ2的激光束不起作用。
以下参见图3与4说明根据本发明以上结构的光拾取装置的操作。图3表示发自图2所示的光拾取装置的第一激光束源的激光束的光程。
开始，具有波长λ1的第一激光束从第二轴上的第一激光二极管30发射。
该激光束在通过准直器透镜31时转换为平行于第二轴的平行光线。
该平行光垂直地入射到立方体棱镜50的第一三角棱镜51。该入射光通过第一三角棱镜51直线前进。在该光束中，到达第一反射面61的一些光线被第一反射面61反射而作90°的转弯，从而进到光盘20，其它光由此透射而全透射第四反射面64。在光束通过第一三角棱镜51直线前进的同时，到达第三反射面63的光直线地向前全透射。该直线前进的光束由第三三角棱镜53的第二反射面62全反射而作90°转弯，从而进到第一轴上的光盘20。
进到光盘20的光束(具有波长λ1)入射到光盘20上聚焦，具体而言，是通过物镜21到光盘20的第一透明层，并然后由有选择地并全反射λ1波长激光束的薄膜层反射。此后该反射光束再次通过物镜21返回立方体棱镜。
该返回的光束再次入射到立方体的第三三角棒53直线前进。该光束中，到达第三反射面63的光线全透射直线前进。该直线前进的光束部分地透射过第一反射面61在直线前进状态下被光检测器60接收，并部分地被反射。另一方面，在入射到第三三角棱镜53的光束中，到达第二反射面62的光线被全反射在立方体内作90°转弯而不聚焦到光检测器60。
于是，如果具有波长λ1的第一激光束产生于第一激光束源30，则只是从光盘20反射的光束在以下条件下聚焦到两部分的光检测器60：光束的右半边被截取而能读出光盘20的第一数据记录层上的数据信息，并能对于第一数据记录层的循迹和聚焦进行控制。
这里，透射过第一反射面61的光束全透射过第四反射面64而不作用于光检测器60。而且，第三反射面63全透射具有波长λ1的激光束，因而它不影响数据的记录/重放或通过向光检测器60反射光束的循迹/聚焦控制。如图3所示，该光束在其右半边被第二反射面62截取的条件下聚焦，使得循迹和聚焦可基于聚焦光束点的大小和形状被控制。
图4表示从图2所示的光拾取装置的第二激光束源发射的激光束的光程。这时，具有波长λ2的第二激光束从与第一激光二极管30相对的第二激光二极管40沿以立方体棱镜50为参照的第二轴发射。该激光束在通过准直器透镜41时被转变为平行于第二轴的平行光线。
该平行光垂直入射到立方体棱镜50的第二三角棱镜52。该入射光束通过第二三角棱镜52直线前进。在所得到的光束中，到达第四反射面64的一些光被第四反射面64反射而作90°弯转进到光盘20，其它光则全透射到第一反射面61。另一方面，在通过第二三角棱镜52直线前进的光束中，到达第二反射面62的光全透射而直线前进。该直线前进的光束被第三三角棱镜53的第三反射面63全反射而作90°的转弯进到第一轴上的光盘20。
进到光盘20的光束(波长为λ2)入射到光盘20，同时象第一激光束那样通过物镜21在光盘上聚焦。具体而言，该光束完整地透射过光盘20的第一透明层(它对于具有波长λ2的激光束无反应)，并被第二透明层的上面部分的反射层反射。该反射的光束再次通过物镜21返回立方体棱镜50。
该返回的光束再次入射到立方体的第三三角棱镜53直线前进。该所得光束中，到达第二反射面62的光线全透射直线前进。该直线前进的光束部分地透射在直线前进状态下被光检测器60接收，并其余的光被反射。同时，在入射到第三三角棱镜53的光束中，到达第三反射面63的光线被全反射在前进之前在立方体内作90°转弯。其结果是，该光束不聚焦到光检测器60。
于是，当具有波长λ2的第二激光束从第二激光束源40产生时只有从光盘20反射的光束在该光束的左半面被截取的情形下聚焦到两部分光检测器60，从而光盘20的第二数据记录层上的数据信息可被读出，并且可控制对于第二数据记录层的循迹与聚焦。
这时，透射过第四反射面64的光束全透射过第一反射面61而不被反射也就不作用于光检测器60。而且，第二反射面62是具有波长λ2的激光束的全透射面，因而它不影响数据的记录/重放或因被反射到光检测器60而影响反射光束的循迹/聚焦控制。如图3所示那样，该光束左半面被第三反射面63如图4所示被截取的条件下聚焦。于是，循迹和聚焦可基于聚焦光束点的大小和形状被控制。
根据本发明的光拾取装置装有第一和第二激光束源以及由四个三角棱镜组成的光束分离器，该四个三角棱镜具有各接触面，以便有选择地根据激光束的波长透射或反射。应用这样的光拾取装置，在记录/重放在其一面至少有两个叠置的数据存储层的光盘的信息期间应用了两个具有彼此不同波长的激光束以便分别记录/重放两个数据存储层。此外，接收到光检测器中的激光束点的形状根据激光束的类型而不同，以便对于激光束聚焦和循迹充分地进行控制。
此外，在其一面上具有两个数据存储层的光盘可用单光束分离器重放。而且该光束分离器形状象一立方体以便简易地控制元件的配置和位置的调整。
而且，光束分离器的结构同时执行了以往的光束分离器加之刃形的作用，于是同以往的光拾取装置相比原件的数量大为减少。其结果是，各原件的配置和位置的调整可被简易地控制，并且因光拾取装置整体尺寸的小型化而节省了其制造成本。
虽然本发明借助其特定的实施例进行了具体的示范和说明，熟悉技术的人士会认识到，在不脱离所附权利要求定义的本发明的精神与范围之下可实现其中在形式和细节的各种变化。