專利名稱：用于光學(xué)拾取頭裝置的物鏡的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于光學(xué)拾取頭裝置的物鏡，能分別將信息兼容地記錄至數(shù)字視盤(DVD)及可記錄光盤(CD-R)上，并由之讀取信息。
背景技術(shù)：
光學(xué)拾取頭裝置用于記錄和讀取高密度的諸如視頻，聲頻或數(shù)據(jù)信息，其記錄載體為磁盤、卡或盒帶。其中，主要采用的是盤式記錄載體。最近，在光盤裝置領(lǐng)域，激光光盤(LD)，小型盤(以下簡稱CD)和數(shù)字視盤(DVD)得以發(fā)展。這種光盤包括一沿光束入射的軸向有一定厚度的塑料或玻璃載體，和一信號記錄面，其上記錄信息且位于上述塑料或玻璃載體上。
如今，為提高記錄密度，高密度光盤系統(tǒng)增大了物鏡的數(shù)值孔徑并采用635nm或650nm的短波長光源。相應(yīng)地，此種高密度光盤系統(tǒng)可對數(shù)字視盤記錄或讀取信息，還能從CD讀取信息。然而，為兼容新型CD盤，即可記錄CD(CD-R)，由于CD-R記錄載體的記錄特性，應(yīng)當(dāng)采用波長780nm的光束。其結(jié)果是，在單一光學(xué)拾取頭中采用波長780nm和650nm的光束對于兼容DVD和CD-R是很重要的。下面參照圖1說明一種傳統(tǒng)的兼容DVD和CD-R的光學(xué)拾取頭。
圖1顯示了一種采用單一物鏡和兩個激光二極管作為用于DVD和CD-R的光源的光學(xué)拾取頭。圖1的光學(xué)拾取頭在再現(xiàn)DVD時采用波長635nm的激光束，而在記錄和再現(xiàn)CD-R時采用波長780nm的激光束。
由第一激光源11發(fā)出的波長635nm的光束入射至第一準(zhǔn)直透鏡12，其中用實(shí)線表示該光束。第一準(zhǔn)直透鏡12可使入射光束成為平行光束。通過第一準(zhǔn)直透鏡12的光束被分束器13反射，然后射向干涉濾波棱鏡14。
由第二激光源21發(fā)出的波長780nm的光束通過第二準(zhǔn)直透鏡22，分束器23和會聚透鏡24，然后射向干涉濾波棱鏡14，其中用虛線表示該光束。此處，波長780nm的光束經(jīng)干涉濾波棱鏡14會聚。具有如此結(jié)構(gòu)的光學(xué)系統(tǒng)稱為“有限光學(xué)系統(tǒng)”。干涉濾波棱鏡14全部透過經(jīng)分束器13反射的波長635nm的光束，并全部反射經(jīng)會聚透鏡24會聚的波長780nm的光束。其結(jié)果是，來自第一激光源11的光束由準(zhǔn)直透鏡12變?yōu)槠叫泄馐问饺肷渲?/4波片15，而來自第二激光源21的光束由會聚透鏡24和干涉濾波棱鏡14以發(fā)散光束形式入射至1/4波片15。透過1/4波片15的光束通過具有薄膜結(jié)構(gòu)的可變光闌16，然后入射至物鏡17。
由第一激光源11發(fā)出的波長635nm的光束由物鏡17聚焦于厚度0.6mm的DVD 18的信息記錄面上。因此，自DVD 18的信息記錄表面反射的光束包含了記錄于此信息記錄表面的信息。反射光束透過分束器13，然后入射至用于檢測光學(xué)信息的光電探測器19上。
若不采用上述有限光學(xué)系統(tǒng)，在第二激光源21發(fā)出的波長780nm的光束由上述物鏡17聚焦于厚度1.2mm的CD-R25的信息記錄面時，由于DVD18和CD-R25之間厚度的差別，則會產(chǎn)生球差。該球差是因?yàn)檠刂廨SCD-R25的信息記錄面與物鏡17之間的距離大于DVD18的信息記錄面與物鏡17之間的距離這一事實(shí)造成的。為減小這種球差，需要包含會聚透鏡24的有限光學(xué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。通過采用后面將參照圖2說明的可變光闌16，波長780nm的光束在CD-R25的信息記錄上形成了最佳束斑。由CD-R25反射的波長780nm的光束被分束器23反射，然后由一光電探測器26加以檢測。
如圖2所示，圖1中薄膜型可變光闌16的結(jié)構(gòu)為，能以選擇方式透過入射于數(shù)值孔徑(NA)小于或等于0.6的區(qū)域的光束，該孔徑與物鏡17的直徑一致。也即，根據(jù)0.45的數(shù)值孔徑(NA)使可變光闌16關(guān)于光軸分為兩個區(qū)域。在此二區(qū)域之間，第一區(qū)域1既透過波長635nm也透過波長780nm的光束。第二區(qū)域2全部透射波長635nm的光束并全部反射波長780nm的光束。區(qū)域1的數(shù)值孔徑小于或等于0.45，區(qū)域2為區(qū)域1的外圍區(qū)域，其上鍍有介電薄膜。區(qū)域1由石英(SiO2)薄膜構(gòu)成，以消除由鍍有介電薄膜的區(qū)域2產(chǎn)生的任何光學(xué)象差。
通過采用可變光闌16，透過等于或小于0.45NA的區(qū)域1的780nm波長光束在CD-R25的信息記錄面上形成了與之適應(yīng)的束斑。因而，在光盤類型從DVD18變?yōu)镃D-R25時，圖1的光學(xué)拾取頭利用了最佳束斑。因而，圖1的光學(xué)拾取頭適用于CD-R。
然而，上述圖1的光學(xué)拾取頭對于780nm波長光束需形成一“有限光學(xué)系統(tǒng)”，以消除將DVD改為適于CD-R時產(chǎn)生的任何球差。而且，由于在可變光闌16的等于或大于0.45NA的區(qū)域2形成的光學(xué)薄膜即介電薄膜的原因，透過等于或小于0.45NA的區(qū)域1的光束和透過等于或大于0.45NA的區(qū)域2的光束之間產(chǎn)生光程差。為消除此光程差，必須在區(qū)域1上形成光學(xué)薄膜。由于此原因，在區(qū)域1上形成石英鍍膜并在區(qū)域2形成一多層薄膜。然而，這不僅使制造工藝復(fù)雜，而且薄膜厚度的調(diào)整還要以“μm”為單位精確進(jìn)行。因而難于批量生產(chǎn)這種光學(xué)拾取頭。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的在于提供一種用于光學(xué)拾取頭裝置的物鏡，能兼容數(shù)字視盤(DVD)和可記錄小型盤(CD-R)，并消除由于光盤間厚度差產(chǎn)生的球差。
為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的上述目的，提供了一種用于光學(xué)拾取頭裝置的物鏡，將不同波長光源發(fā)出的光束分別聚焦于不同類型光記錄載體的信息記錄面上，其特征在于該物鏡以其光軸為中心被區(qū)分為內(nèi)區(qū)、環(huán)形全息環(huán)區(qū)及圍繞該環(huán)形全息環(huán)的周邊區(qū)，所述的全息環(huán)區(qū)透過由第一光源發(fā)出的光束而衍射由第二光源發(fā)出的光束；并且，當(dāng)?shù)谝还馐劢褂谳^薄光記錄載體的信息記錄面時，所聚焦的光束斑包括由物鏡的內(nèi)區(qū)、環(huán)形全息環(huán)區(qū)及周邊區(qū)透過的光；當(dāng)?shù)诙馐劢褂谳^厚光記錄載體的信息記錄面時，所聚焦的光束斑包括由物鏡內(nèi)區(qū)透過的光及經(jīng)環(huán)形全息環(huán)區(qū)衍射的光。


下面參照附圖描述優(yōu)選實(shí)施例，其中
圖1是表示傳統(tǒng)光學(xué)拾取頭結(jié)構(gòu)的示意圖；圖2是說明圖1中所示傳統(tǒng)可變光闌結(jié)構(gòu)的示意圖；圖3是表示本發(fā)明光學(xué)拾取頭的光學(xué)系統(tǒng)示意圖；圖4A是表示本發(fā)明全息環(huán)狀透鏡與物鏡之間的位置關(guān)系的示意圖，圖4B是表示全息環(huán)狀透鏡的平面表面示意圖；圖5A是表示全息環(huán)狀透鏡的平面表面示意圖，圖5B是表示圖5A中部分區(qū)域的放大圖示；圖6是顯示兩種波長下全息環(huán)狀透鏡溝槽深度與透射率關(guān)系曲線圖；圖7是表示合為一體的全息環(huán)狀透鏡和物鏡的示意圖。
具體實(shí)施例方式
下面參照附圖更詳細(xì)地說明本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。
圖3顯示了根據(jù)本發(fā)明一優(yōu)選實(shí)施例的光學(xué)拾取頭的光學(xué)系統(tǒng)。參照圖3，該光學(xué)拾取頭裝置包括兩個激光源31和39，分別發(fā)出具有不同波長的光束；兩個全息分束器32和40，用于變換由光盤的信息記錄表面反射的光束的光路；分束器33，根據(jù)光波長全部透射或反射所入射的光束；準(zhǔn)直透鏡34，可使所入射光束變?yōu)槠叫泄馐?；全息環(huán)狀透鏡35，用于根據(jù)其波長衍射入射光束；以及物鏡36，用于將光束聚焦于光盤37和41的相應(yīng)信息記錄面上。用于檢測由光盤37和41的相應(yīng)信息記錄表面反射的光束的兩個光電探測器38和42與激光源31和39以整體方式合裝成單個組件，形成單元30和43。下面描述如上構(gòu)造的光學(xué)拾取頭的工作情況，其中以DVD和CD-R作為光學(xué)記錄載體加以說明。
首先，當(dāng)對DVD記錄和讀取信息時，由第一激光源31發(fā)出的波長650nm的光束入射至全息分束器32，其中用實(shí)線表示該光束。該入射光束通過全息分束器32并射向分束器33。當(dāng)對CD-R記錄和再現(xiàn)信息時，由第二激光源39發(fā)出的波長780nm的光束入射至全息分束器40，其中用虛線表示該光束。該入射光束通過全息分束器40并射向分束器33。
分束器33完全透過波長為650nm的入射光束并完全反射波長780nm的入射光束。全部透射或反射的光束由準(zhǔn)直透鏡34變成平行光束形式射至全息環(huán)狀透鏡35。全息環(huán)狀透鏡35根據(jù)入射光束波長以選擇方式對其衍射，以防止對聚焦于光盤37和41信息記錄面上的光束產(chǎn)生球差。
圖4A是表示全息環(huán)狀透鏡35和物鏡36之間位置關(guān)系的示意圖。如圖4A所示，物鏡36分為區(qū)域A和B?？拷廨S的區(qū)域A幾乎不產(chǎn)生球差，而離光軸較遠(yuǎn)的區(qū)域B對球差有較大影響。而且，物鏡36最適于比如DVD這種厚度較薄的光盤。因此，當(dāng)以例如CD-R這種較厚的光盤替換DVD后再運(yùn)作光學(xué)拾取頭時，就需要全息環(huán)狀透鏡35。在對CD-R記錄和讀取信息時，如果不采用全息環(huán)狀透鏡35，則在光盤信息記錄表面形成的束斑球差會變大，其尺寸超過1.7μm。一般地說，形成于CD-R信息記錄表面的束斑尺寸為1.4μm。全息環(huán)狀透鏡35衍射通過物鏡36的區(qū)域B的光束，以防止產(chǎn)生球差，為此在區(qū)域A的外邊界與區(qū)域B之間設(shè)有圖4B中打點(diǎn)畫出的全息圖。相應(yīng)地，入射至全息環(huán)狀透鏡35并通過物鏡36的區(qū)域A的光束，通過物鏡36而無任何由于全息環(huán)狀透鏡35產(chǎn)生的衍射并隨后直接入射至盤上。入射至全息環(huán)狀透鏡35并通過物鏡36區(qū)域B的光束經(jīng)全息環(huán)狀透鏡35衍射，然后射向物鏡36。經(jīng)衍射的光束通過物鏡36，使聚焦于光盤上的束斑尺寸變小，并且無任何象差產(chǎn)生。衍射光束通過區(qū)域B被聚焦于其上的光盤聚焦表面應(yīng)當(dāng)與通過區(qū)域A的光束而被聚焦其上的光盤最佳表面相一致。通過采用全息環(huán)狀透鏡35，與DVD37相比，在CD-R41情況下從物鏡36表面至光盤信息記錄面的工作距離有所縮短。
圖5A是表示全息環(huán)狀透鏡35結(jié)構(gòu)的示意圖。區(qū)域D設(shè)有如圖5A所示全息環(huán)狀透鏡35中全息圖，區(qū)域D對應(yīng)于數(shù)值孔徑0.3-0.5，這是被確定為適于CD-R的。在圖5A中，符號E表示數(shù)值孔徑(NA)為0.6的用于DVD的物鏡的直徑。而且，本發(fā)明所用全息環(huán)狀透鏡35能根據(jù)光束波長以選擇方式調(diào)節(jié)物鏡的數(shù)值孔徑(NA)，而且無需單獨(dú)的孔徑。該全息環(huán)狀透鏡35具有與以發(fā)散或會聚形式透射光束的一般球面透鏡相同的作用。另外，該全息環(huán)狀透鏡35具有負(fù)光焦度并采用了一移相全息圖。為使全息環(huán)狀透鏡35根據(jù)入射光波長以選擇方式衍射所入射光束，應(yīng)確定一最佳溝槽深度。全息環(huán)狀透鏡35構(gòu)造為，使得波長650nm的光束具有近于100％的透射率并使未經(jīng)衍射的波長780nm的光束具有0％的零級透射率。因此，對于波長650nm的光束，由全息環(huán)狀透鏡35的溝槽深度引起的相位變化應(yīng)當(dāng)為360°。由于產(chǎn)生了360°的相位變化，所以全息環(huán)狀透鏡35透過波長650nm的光束。對于波長780nm的光束，應(yīng)使其相位變化為180°，由此，該波長780nm光束全部衍射為一級光束。其結(jié)果是，全息環(huán)狀透鏡35被設(shè)計(jì)成不衍射波長650nm光束，但將波長780nm光束衍射為一級光束。以選擇方式衍射波長650nm和780nm光束的全息環(huán)狀透鏡35的最佳表面溝槽深度d由下列方程(1)和(2)決定。
2πd(n－1)/λ＝2mπ (1)2πd(n′－1)/λ′＝(2m′＋1)π (2)此處，λ為650nm波長，λ′為780nm波長，n和n′分別表示對于650nm波長的折射率(1.514520)和對于780nm波長的折射率(1.511183)。在上述方程(1)和(2)中，若m＝3且m′＝2，則其深度d約為3.8μm。
圖5B是表示圖5A所示全息圖區(qū)域C的放大圖示。全息圖具有通過刻蝕形成或者可通過金屬模塑制成的深度恒定的槽線。另外，全息圖可與一環(huán)狀模板一起分步制成。
圖6為表示對應(yīng)于各入射光波長的全息環(huán)狀透鏡35的零級透射率的曲線圖。當(dāng)表面溝槽深度d為3.8μm時，波長650nm的光束通過全息環(huán)狀透鏡35以100％透射率透射，如以符號“++”覆蓋的實(shí)線所示，而波長780nm的光束通過全息環(huán)狀透鏡35透射0％，如圓圈覆蓋的實(shí)線所示。此時，全息環(huán)狀透鏡35將波長780nm光束衍射成一級光束，其衍射率為40％。
入射至具有上述特性的全息環(huán)狀透鏡35的波長650nm光束得以全部透射，然后射由物鏡36。該入射光束通過物鏡36，在DVD37的信息記錄面上形成光斑。從DVD37的信息記錄面反射的光束入射至全息環(huán)狀透鏡35。全息環(huán)狀透鏡35變換了該入射光束的光路，將該光束導(dǎo)向光電探測器38。入射至全息環(huán)狀透鏡35的波長780nm光束在區(qū)域A處透射，然后射向物鏡36，但在區(qū)域B處衍射并射向物鏡36，如圖4A所示。因此，通過物鏡36的光束在CD-R41的信息記錄面上形成最佳束斑。從CD-R41的信息記錄面反射的光束入射至分束器33，然后被反射。反射光束射向全息分束器40，并通過變換光路入射至光電探測器42。
通過從物鏡的一個表面向內(nèi)刻蝕一恒定深度或經(jīng)金屬模制，可使具有上述作用的全息環(huán)狀透鏡35與物鏡制成一體。這種制成一體的全息環(huán)狀透鏡具有與全息環(huán)狀透鏡35相同的作用。圖7是表示被制成一體的全息環(huán)狀透鏡和物鏡的示意圖。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明的光學(xué)拾取頭兼容地適用于DVD和CD-R，通過采用一全息環(huán)狀透鏡，而消除在將光盤換成不同厚度的另一光盤時產(chǎn)生的球差，其中的工作距離比CD-R情況下要短。而且，該光學(xué)拾取頭裝置還具有包括使全息環(huán)狀透鏡便于制造及有良好的批量生產(chǎn)能力在內(nèi)的優(yōu)點(diǎn)。
雖然此處僅特別描述了本發(fā)明的一些特定的實(shí)施例，但顯然可對其作出許多改動而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。
權(quán)利要求
1.一種用于光學(xué)拾取頭裝置的物鏡，將不同波長光源發(fā)出的光束分別聚焦于不同類型光記錄載體的信息記錄面上，其特征在于該物鏡以其光軸為中心被區(qū)分為內(nèi)區(qū)、環(huán)形全息環(huán)區(qū)及圍繞該環(huán)形全息環(huán)的周邊區(qū)，所述的全息環(huán)區(qū)透過由第一光源發(fā)出的光束而衍射由第二光源發(fā)出的光束；并且，當(dāng)?shù)谝还馐劢褂谳^薄光記錄載體的信息記錄面時，所聚焦的光束斑包括由物鏡的內(nèi)區(qū)、環(huán)形全息環(huán)區(qū)及周邊區(qū)透過的光；當(dāng)?shù)诙馐劢褂谳^厚光記錄載體的信息記錄面時，所聚焦的光束斑包括由物鏡內(nèi)區(qū)透過的光及經(jīng)環(huán)形全息環(huán)區(qū)衍射的光。
2.如權(quán)利要求1所述的物鏡，其特征在于，所述環(huán)形全息環(huán)具有與物鏡相同的光軸，并且其表面與物鏡表面的曲率相同。
3.如權(quán)利要求1所述的物鏡，其特征在于，所述環(huán)形全息環(huán)設(shè)置于與數(shù)值孔徑在0.3至0.5范圍內(nèi)所相應(yīng)的物鏡區(qū)域。
4.如權(quán)利要求1所述的物鏡，其特征在于，所述環(huán)形全息環(huán)具有全息圖案的結(jié)構(gòu)。
5.如權(quán)利要求4所述的物鏡，其特征在于，所述環(huán)形全息環(huán)的全息圖案具有一定深度的溝槽。
6.如權(quán)利要求5所述的物鏡，其特征在于，所述全息圖案的溝槽深度d滿足下式2πd(n－1)/λ＝2mπ2πd(n′－1)/λ′＝(2m′＋1)π式中，m、m′為整數(shù)，n和n′分別代表波長為λ和λ′時的折射率。
7.如權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的物鏡，其特征在于，所述物鏡的環(huán)形全息環(huán)對于較短波長的第一光源發(fā)出的光束產(chǎn)生360°相位，而對于較長波長的第二光源發(fā)出的光束產(chǎn)生180°相位。
8.如權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的物鏡，其特征在于，所述物鏡的環(huán)形全息環(huán)對于第一光源發(fā)出的光束具有近于100％的透射率，而對于第二光源發(fā)出的光束全部衍射為一級光束。
9.如權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的物鏡，其特征在于，所述物鏡當(dāng)利用第二光源記錄或再現(xiàn)較厚光記錄載體的信息時，透過所述物鏡A區(qū)的光束在光記錄載體上聚焦的聚焦表面與經(jīng)所述物鏡全息環(huán)區(qū)衍射的光束在該光記錄載體上聚焦的聚焦表面相一致。
全文摘要
一種用于光學(xué)拾取頭裝置的物鏡,將不同波長光源發(fā)出的光束分別聚焦于不同類型光記錄載體的信息記錄面上,該物鏡以其光軸為中心被區(qū)分為內(nèi)區(qū)、環(huán)形全息環(huán)區(qū)及圍繞該環(huán)形全息環(huán)的周邊區(qū),所述的全息環(huán)區(qū)透過由第一光源發(fā)出的光束而衍射由第二光源發(fā)出的光束;并且,當(dāng)?shù)谝还馐劢褂谳^薄光記錄載體的信息記錄面時,所聚焦的光束斑包括由物鏡的內(nèi)區(qū)、環(huán)形全息環(huán)區(qū)及周邊區(qū)透過的光;當(dāng)?shù)诙馐劢褂谳^厚光記錄載體的信息記錄面時,所聚焦的光束斑包括由物鏡內(nèi)區(qū)透過的光及經(jīng)環(huán)形全息環(huán)區(qū)衍射的光。能兼容數(shù)字視盤(DVD)和可記錄小型盤(CD－R),并消除由于光盤間厚度差產(chǎn)生的球差。
文檔編號G02B5/32GK1339713SQ01132950
公開日2002年3月13日 申請日期2001年9月11日 優(yōu)先權(quán)日1997年3月28日
發(fā)明者劉長勛, 李哲雨 申請人:三星電子株式會社