專利名稱：能夠讀取多種不同厚度盤片的光學(xué)頭的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于光盤系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及光盤讀取裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。
目前，高密度光盤系統(tǒng)使用具有大數(shù)值孔徑(NA)的物鏡和波長(zhǎng)為635nm或635nm的短波長(zhǎng)光源，以便提高記錄密度。高密度數(shù)字視盤(DVD)是高密度光存儲(chǔ)新型盤片規(guī)格，它與傳統(tǒng)的CD盤片相比，信跡的長(zhǎng)度和間距都是CD盤片的一半左右，因此它的記錄密度更大，對(duì)光盤讀取系統(tǒng)的要求更高。為了減小盤片在讀取過程中由于傾斜而引起的像差，新型的DVD盤片統(tǒng)一使用了厚度為0.6mm的基板作為盤片標(biāo)準(zhǔn)。但是在利用這樣的系統(tǒng)讀取基板厚度為1.2mm的CD盤片時(shí)，會(huì)形成較大的球差，以至于不能完成讀取CD盤片的功能。同時(shí)與CD盤片信跡尺寸相同的一種可一次寫入的小型致密盤(CD-R)也被廣泛應(yīng)用，這種盤片表面采用對(duì)780nm波長(zhǎng)的光敏感的染料作為存儲(chǔ)介質(zhì)。
由于光盤特性不同，會(huì)產(chǎn)生由于盤片厚度不同、波長(zhǎng)的變化以及數(shù)值孔徑的變化而引起的光學(xué)像差。為此，可兼容不同規(guī)格盤片并能同時(shí)去除光學(xué)像差的光學(xué)頭的研究正在取得顯著的進(jìn)展，研究的成果之一是，制造出了可兼容不同規(guī)格盤片的光學(xué)頭。下面參考

圖1描述一種已有的可兼容DVD、CD和CD-R的光學(xué)頭。
一種使用現(xiàn)有技術(shù)可變光闌的已有的光學(xué)頭的結(jié)構(gòu)如圖1所示，該光學(xué)頭在重現(xiàn)DVD盤片信息時(shí)，使用635nm波長(zhǎng)的激光，而在再現(xiàn)CD-R、CD盤片信息時(shí)使用780nm波長(zhǎng)的光。從作為光源的激光二極管101中所發(fā)出的635nm波長(zhǎng)的光入射到準(zhǔn)直透鏡102。該光束以實(shí)線表示。準(zhǔn)直透鏡102將入射光束轉(zhuǎn)化為平行光。已通過準(zhǔn)直透鏡102的光被偏振分光棱鏡103反射并入射之干涉濾光鏡104。
同時(shí)，從作為光源111的激光器二極管發(fā)射出的780nm波長(zhǎng)的光經(jīng)過準(zhǔn)直透鏡112，經(jīng)偏振分光鏡113和聚焦透鏡114并隨后到達(dá)干涉濾光鏡104。該光束以虛線表示。干涉濾光鏡104完全透射從偏振分光鏡103反射的635nm波長(zhǎng)的光并完全反射由聚焦透鏡114聚焦的780nm波長(zhǎng)的光，其結(jié)果是，從光源101發(fā)射的光以由準(zhǔn)直透鏡102形成的平行光的形式入射到波長(zhǎng)板105上。由光源111發(fā)出的光以發(fā)散光的形式入射到波長(zhǎng)板105上。透過波長(zhǎng)板105的光穿過薄膜型可變光闌106并隨后入射到物鏡107。
物鏡107被設(shè)計(jì)成能使光線聚焦在厚度為0.6mm的DVD盤片108的信息記錄表面上，穿過可變光闌106的635nm波長(zhǎng)的光聚焦在DVD盤108的信息記錄表面上。其結(jié)果是，自DVD盤片108的信息記錄表面反射的光包含了記錄在信息記錄表面上的信息。該反射廣穿過偏振分光鏡103并由光檢測(cè)器110檢測(cè)。
當(dāng)用780nm波長(zhǎng)的激光器作為光源在CD-R 109上再現(xiàn)信息時(shí)，由于CD-R具有1.2mm的盤片厚度，在此情況下，會(huì)因?yàn)镈VD 108與CD-R109的信息記錄表面被覆蓋的基片的厚度不同而產(chǎn)生光學(xué)像差，這一像差主要由球差組成。當(dāng)使用后面將要介紹的可變光闌106時(shí)，780nm波長(zhǎng)的光在CD-R 109的信息記錄表面形成了一個(gè)對(duì)CD-R 109來說尺寸最佳的光斑。從CD-R 109表面反射回來的780nm波長(zhǎng)的光被分光棱鏡113反射并由一光電檢測(cè)器115檢測(cè)。
圖1中的可變光闌106具有薄膜型的結(jié)構(gòu)如圖2所示，該結(jié)構(gòu)可以有選擇的透射入射到相對(duì)于物鏡107直徑的數(shù)值孔徑不大于0.6的光束。更詳細(xì)的說，可變光闌106包括兩個(gè)同心區(qū)域，第一區(qū)域21可以透射波長(zhǎng)為780nm和635nm的光束；第二區(qū)域22只允許波長(zhǎng)635nm的光束透過，而將波長(zhǎng)為780nm的光束全部反射。第一區(qū)域具有相對(duì)于物鏡直徑的數(shù)值孔徑不大于0.45的區(qū)域，而第二區(qū)域?yàn)榈谝粎^(qū)域的外部區(qū)域。而且，第一區(qū)域由石英(SiO2)構(gòu)成以便消除由介電薄膜形成的第二區(qū)域引起的光學(xué)像差。通過使用光闌106，780nm波長(zhǎng)的光穿過數(shù)值孔徑不大于0.45的第一區(qū)域并在信息記錄表面上形成一個(gè)適宜于CD-R 109的光斑。其結(jié)果是，即使當(dāng)光記錄介質(zhì)由DVD 108換成CD-R 109時(shí)，圖1的光學(xué)系統(tǒng)也能以最佳光斑對(duì)其兼容。
上述光學(xué)系統(tǒng)的主要缺點(diǎn)有，由于通過數(shù)值孔徑NA不大于0.45的第一區(qū)域的光與穿過數(shù)值孔徑NA不小于0.45區(qū)域的光束之間存在的光程差，所以第一區(qū)域需要由一個(gè)特殊的光學(xué)薄膜(SiO2)形成。所以第一區(qū)域由SiO2薄膜形成而第二區(qū)域由多層薄膜形成以保證對(duì)780nm波長(zhǎng)的光全部反射同時(shí)對(duì)635nm波長(zhǎng)的光全部透射。然而，由于加工過程復(fù)雜而且薄膜厚度的調(diào)整是以“um”為單位的高精度進(jìn)行的，因此不適合于大規(guī)模生產(chǎn)。此外，在圖1所示的系統(tǒng)中使用了一對(duì)635nm波長(zhǎng)的光全部透射、對(duì)780nm波長(zhǎng)的光全部反射的干涉濾光鏡104，這種棱鏡的加工面較多，形狀計(jì)算復(fù)雜，安裝調(diào)整困難，因此實(shí)際可生產(chǎn)性較差。
此外上述光路系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，且尺寸較大，不利于安裝在趨于小型化的光學(xué)頭系統(tǒng)中。
本發(fā)明的目的是為克服已有技術(shù)的不足之處，提出一種能夠讀取多種不同厚度盤片的光學(xué)頭，通過采用一種新的衍射元件，用于控制光束的傳播并實(shí)現(xiàn)控制較長(zhǎng)波長(zhǎng)光波的光束口徑，可消除在讀取CD、CD-R盤片時(shí)由于盤片厚度的變化而引起的球差；并使整個(gè)光路系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積較小，光學(xué)元件數(shù)目較少，系統(tǒng)可靠性高的特點(diǎn)。
本發(fā)明提出一種能夠讀取多種不同厚度盤片的光學(xué)頭，包括兩個(gè)激光器，分別發(fā)出較短波長(zhǎng)和較長(zhǎng)波長(zhǎng)的光波；光波耦合元件，用于將所說的光波耦合入后續(xù)光路中；物鏡，將所說的激光匯聚在不同記錄介質(zhì)表面，形成讀取信息的最佳大小和形狀的光斑；光電檢測(cè)裝置，用于檢測(cè)從所說的光盤記錄介質(zhì)表面反射回的光波，形成信息信號(hào)和各種伺服信號(hào)；其特征在于，還包括一光束耦合及口徑控制元件，用于控制耦合入光路的兩個(gè)光束的傳播方向及控制較長(zhǎng)波長(zhǎng)激光束的口徑。
所述的光束耦合及口徑控制元件可采用一個(gè)衍射元件，該衍射元件設(shè)置成其衍射表面與光源、光盤記錄介質(zhì)以及光電探測(cè)器的表面形成一空間角度，以將不同波長(zhǎng)的光波的衍射光導(dǎo)入如物鏡后聚焦到記錄介質(zhì)表面，還將由記錄介質(zhì)表面反射回的光波再次衍射，部分衍射的光波進(jìn)入光電探測(cè)器，形成各種信號(hào)。
所述的光束耦合及口徑控制元件可具有環(huán)狀衍射表面的多層結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明的工作原理本發(fā)明根據(jù)衍射定律，當(dāng)入射光束與經(jīng)過設(shè)計(jì)的具有一定截面形狀的衍射表面形成一空間角度時(shí)，其衍射光線將沿一球面進(jìn)行空間分布，利用這一基本理論進(jìn)行光路設(shè)計(jì)和計(jì)算，從而使衍射光波在某一方向?yàn)樽顝?qiáng)，達(dá)到利用一片元件實(shí)現(xiàn)光路控制的作用。
本發(fā)明的特點(diǎn)本發(fā)明通過采用一種新的衍射元件，將該衍射元件放置于光盤拾取光路當(dāng)中，用于控制光束的傳播并實(shí)現(xiàn)控制較長(zhǎng)波長(zhǎng)光波的光束口徑，消除在讀取CD、CD-R盤片時(shí)由于盤片厚度的變化而引起的球差。并使整個(gè)光路系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積較小，光學(xué)元件數(shù)目較少，系統(tǒng)可靠性高的特點(diǎn)。
附圖簡(jiǎn)要說明圖1為已有的具有可變光闌的光學(xué)頭光路結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是圖1中可變光闌的示意圖。
圖3為本發(fā)明一種優(yōu)選實(shí)施例的光路結(jié)構(gòu)示意圖。
圖4為本實(shí)施例中的衍射元件的衍射表面示意圖。
本發(fā)明的組成及工作原理結(jié)合附圖及實(shí)施例詳細(xì)說明如下本發(fā)明根據(jù)衍射定律，當(dāng)一束光波斜入射到衍射元件的衍射表面時(shí)，會(huì)被衍射表面衍射成至少兩束一定角度的空間光波，經(jīng)過一定的設(shè)計(jì)和計(jì)算，可以設(shè)定較為合適的光波入射方向和衍射表面的參數(shù)尺寸以及放置方向，從而使衍射光波在某一方向?yàn)樽顝?qiáng)。本發(fā)明正是利用這一原理對(duì)衍射表面的參數(shù)以及入射方位進(jìn)行合理設(shè)計(jì)，從而達(dá)到利用一片元件實(shí)現(xiàn)光路控制的作用。
本發(fā)明的一種優(yōu)選實(shí)施例的光路結(jié)構(gòu)如圖3所示。包括分別置于光路耦合裝置302的兩側(cè)的能發(fā)出波長(zhǎng)為780nm的激光器309和能發(fā)出波長(zhǎng)為635nm的激光器301，接收通過光路耦合裝置302的780nm和635nm兩束激光光束的全息衍射元件303，對(duì)經(jīng)過全息衍射元件303衍射后的780nm和635nm兩束激光光束進(jìn)行準(zhǔn)直的準(zhǔn)直透鏡304，用以將光波聚焦在光盤記錄表面形成所要求的光斑的物鏡305，用于對(duì)被光盤記錄介質(zhì)表面反射回的衍射光提取出聚焦、尋跡和記錄信息信號(hào)的光電探測(cè)器308。
衍射元件303表面的空間方向滿足使從激光器301入射到全息衍射元件303的光束1與被303衍射到光記錄介質(zhì)表面的光束2基本垂直；從光記錄表面反射到全息衍射元件303的光束2與被303衍射到探測(cè)器表面的光束3基本垂直；光束1與光束3成一定的角度。
本實(shí)施例的工作原理
當(dāng)具有較厚基片的CD或CD-R盤片307被放入光盤系統(tǒng)中時(shí)，由發(fā)出較長(zhǎng)波長(zhǎng)780nm激光的光源309作為工作光源，其發(fā)出的光波經(jīng)過光路耦合裝置302后入射到全息衍射元件303的全息衍射表面后，其光束的中央部分被衍射，衍射光的一部分被導(dǎo)向準(zhǔn)直鏡304，并被物鏡305聚焦在較厚的光盤記錄介質(zhì)的記錄表面；其光束的邊緣部分被303的全息衍射表面的外環(huán)部分散射并不再進(jìn)入后面的光路系統(tǒng)。在較厚的光盤記錄介質(zhì)表面光斑被記錄表面反射回物鏡，經(jīng)過準(zhǔn)直鏡后入射到衍射元件303的衍射表面并被衍射，其衍射光中的一部分被導(dǎo)向光電探測(cè)器308并從中提取出聚焦、尋跡和記錄信息信號(hào)。
當(dāng)較薄的記錄盤片如DVD盤片306被放入此光路系統(tǒng)中時(shí)，由能發(fā)出較短波長(zhǎng)的635nm激光器301進(jìn)行工作，其發(fā)出的較短波長(zhǎng)的光波經(jīng)過光路耦合元件302進(jìn)入光路系統(tǒng)，照射到衍射元件303的衍射表面，其衍射表面將635nm光波的全部口徑的光束進(jìn)行衍射，其衍射光中的一部分進(jìn)入準(zhǔn)直鏡，并經(jīng)過物鏡聚焦在較薄厚度的DVD盤片的信息記錄表面上；自DVD6表面反射的光波經(jīng)過物鏡305和準(zhǔn)直鏡304后被衍射元件303的衍射表面衍射后部分光波入射到光電探測(cè)器308形成聚焦、尋跡和信息信號(hào)。
本實(shí)施例的全息衍射元件3的衍射表面結(jié)構(gòu)如圖4所示，衍射元件303包括四個(gè)部分，具有環(huán)狀的第一部分3031，其外徑的數(shù)值孔徑應(yīng)大于所述物鏡的數(shù)值孔徑(一般為0.6)，對(duì)較長(zhǎng)波長(zhǎng)的780nm光波全部散射或反射，對(duì)635nm光波全部透射；中心區(qū)域的第二部分3032，其外徑的數(shù)值孔徑等于物鏡在讀取CD-R或CD時(shí)的最佳數(shù)值孔徑(一般為0.45)，是為補(bǔ)償由于較短波長(zhǎng)635nm經(jīng)第一部分3031透射后所引入的光程差所進(jìn)行的補(bǔ)償結(jié)構(gòu)，并對(duì)兩種波長(zhǎng)的光全部透射。3032一般為具有SiO2薄膜結(jié)構(gòu)；在第一、第二部分下面為第三部分3033和第四部分3034，3034的折射率大于3033部分的折射率，這兩部分具有光柵形狀的界面，使得入射到3033和3034兩部分界面處的光波被衍射。
根據(jù)上述實(shí)施例可以看到，記錄介質(zhì)的盤片厚度為1.2mm的CD或CD-R還是厚度為0.6mm的DVD，此系統(tǒng)均能夠形成最佳的讀取條件，從而再現(xiàn)記錄介質(zhì)的記錄信息。
本發(fā)明中的衍射元件主要利用了錐角入射的光柵的衍射原理，在本實(shí)施例的基礎(chǔ)上可有多種變換形式均應(yīng)屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種能夠讀取多種不同厚度盤片的光學(xué)頭，包括分別發(fā)出較短波長(zhǎng)和較長(zhǎng)波長(zhǎng)的光波的兩個(gè)激光器，用于將所說的光波耦合入后續(xù)光路中的光波耦合元件，將所說的激光匯聚在不同記錄介質(zhì)表面，形成讀取信息的最佳大小和形狀的光斑的物鏡，用于檢測(cè)從所說的光盤記錄介質(zhì)表面反射回的光波，形成信息信號(hào)和各種伺服信號(hào)的光電檢測(cè)裝置，其特征在于，還包括用于控制耦合入光路的兩個(gè)光束的傳播方向及控制較長(zhǎng)波長(zhǎng)激光束的口徑的一光束耦合及口徑控制元件。
2.如權(quán)利要求1所述的光學(xué)頭，其特征在于，所述的光束耦合及口徑控制元件是一個(gè)衍射元件，該衍射元件設(shè)置為其衍射表面與光源、光盤記錄介質(zhì)以及光電探測(cè)器的表面形成一空間角度，以將不同波長(zhǎng)的光波的衍射光導(dǎo)入如物鏡后聚焦到記錄介質(zhì)表面，還將由記錄介質(zhì)表面反射回的光波再次衍射，部分衍射的光波進(jìn)入光電探測(cè)器。
3.如權(quán)利要求2所述的光學(xué)頭，所述的光束耦合及口徑控制元件具有環(huán)狀衍射表面的多層結(jié)構(gòu)。
全文摘要
本發(fā)明屬于光盤系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域,包括:兩個(gè)激光器、光波耦合元件、物鏡、光電檢測(cè)裝置、光束耦合及口徑控制元件,該光束耦合及口徑控制元件控制耦合入光路的兩個(gè)光束的傳播方向及控制較長(zhǎng)波長(zhǎng)激光束的口徑。本發(fā)明可消除在讀取CD、CD－R盤片時(shí)由于盤片厚度的變化而引起的球差,并使整個(gè)光路系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,體積較小,光學(xué)元件數(shù)目較少,系統(tǒng)可靠性高的特點(diǎn)。
文檔編號(hào)G11B7/12GK1337681SQ0112921
公開日2002年2月27日 申請(qǐng)日期2001年6月15日 優(yōu)先權(quán)日2001年6月15日
發(fā)明者鞏馬理, 王宇興, 閻平, 崔瑞禎, 賈維溥, 張海濤 申請(qǐng)人:清華大學(xué)