專利名稱：光學(xué)拾取裝置和用于此裝置的記錄介質(zhì)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種提供高性能低成本的光學(xué)拾取裝置和用于此裝置的記錄介質(zhì)。
背景技術(shù)：
為了提高記錄介質(zhì)的信息記錄密度，照射在用于記錄和/或重放的記錄介質(zhì)的光點(diǎn)的尺寸需要減小。因?yàn)楣恻c(diǎn)的尺寸大小與所用光束的波長(zhǎng)λ成正比例，而與物鏡的數(shù)值口徑(NA)成反比例，如數(shù)學(xué)公式1所示，記錄密度是隨著物鏡的NA的增加而增加的。
光點(diǎn)的大小∝λ/NA然而，眾所周知，由于制造加工的限制，由單個(gè)透鏡組成的物鏡很難制造成具有大的NA，例如，0.7或更大，同時(shí)滿足光學(xué)像差的容許條件(當(dāng)傾斜角55度和ODP＝0.03λrms時(shí)，偏心＞4m和傾斜＜2’)。這是因?yàn)橥哥R材料限制和所設(shè)計(jì)的透鏡球面形狀不適合注射。即在由短焦距和大NA的單透鏡形成的物鏡情況下，球面的曲率增加和在有效表面上的切線的角度變?yōu)槌^55度。當(dāng)制作透鏡時(shí)，這個(gè)傾斜角度使得成形困難和使透鏡表面之間減少了容許的偏心，這樣就降低了生產(chǎn)效率。
因此，需要有這樣一種物鏡，其容易制造并且保證安裝容許度，同時(shí)具有高NA。并且，由于隨著NA的增加，根據(jù)記錄介質(zhì)厚度的程度的波前像差效應(yīng)是敏感的，所以記錄介質(zhì)的厚度，即保護(hù)記錄表面的保護(hù)層的厚度要薄。
與此同時(shí)，本發(fā)明所涉及的技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)已經(jīng)公知，DVD(digital versatiledisc數(shù)字萬(wàn)用盤)具有0.6mm厚的保護(hù)層，用于保護(hù)記錄介質(zhì)的記錄表面。當(dāng)保護(hù)層的厚度像DVD那樣厚時(shí)，就需要在物鏡與記錄表面之間有足夠的工作距離(WD)。保護(hù)層的厚度起到限制增加物鏡的NA使由單透鏡組成的物鏡最小化的作用，以及高密度記錄作用。這是因?yàn)?，?dāng)要制作的物鏡具有足夠的工作距離以防止與記錄介質(zhì)接觸并且具有小直徑時(shí)，球面的曲率增加，而且在透鏡的表面之間容許偏心的量及容許視角的量減少，生產(chǎn)率惡化。
為了滿足薄的保護(hù)層厚度的需要和克服由單透鏡形成的物鏡的限制，由兩個(gè)透鏡組成的物鏡10公開在日本專利公告上，專利號(hào)為No.10-123410，如圖1所示。
參照?qǐng)D1，傳統(tǒng)的物鏡10包括匯聚入射光束的第一透鏡11和安置在第一透鏡11與記錄介質(zhì)1之間以用于增加物鏡10的NA的第二透鏡13。當(dāng)采用紅波長(zhǎng)的光束，例如波長(zhǎng)為635nm或650nm時(shí)，為了保證安裝容許量，曲率被分配在4個(gè)透鏡表面以得到0.7大的NA或者更大。
物鏡10具有至少一個(gè)非球面并且采用低色散的材料以減少色差。在線d中通過采用具有阿貝數(shù)40或更高的低色散的材料能得到0.7或更大的NA。同樣，在線d中采用具有阿貝數(shù)60或更高的低色散的材料能得到0.8或更大的NA。
假設(shè)位于光線入射一側(cè)第一透鏡11的焦距為f1及透鏡11與13的合成焦距即物鏡10的總焦距是f，則物鏡10要滿足1.7＜f1/f＜2.5。
并且，當(dāng)相對(duì)于NA用于保護(hù)記錄表面的透明保護(hù)層的厚度T′滿足如下數(shù)學(xué)公式2的條件時(shí)，就有可能校正物鏡10的像差。
當(dāng)0.7≤NA＜0.8時(shí)，T≤0.32mm；當(dāng)0.8≤NA＜0.9時(shí)，T≤0.20mm；及當(dāng)0.9≤NA時(shí)，T≤0.11mm；如果物鏡10滿足n1＞n2， 此處兩個(gè)透鏡11和13中的相對(duì)較大曲率的透鏡的折射率為n1，相對(duì)較小曲率的透鏡的折射率為n2，以及假設(shè)入射光線的口徑為BW和工作距離為WD′，那么物鏡10滿足1.0≤BW＜4.5和0.05≤WD。光束的口徑為BW和工作距離為WD3′相對(duì)于物鏡10的NA滿足數(shù)學(xué)公式3的條件。
當(dāng)0.7≤NA≤0.8，WD’≤0.25676BW+0.039189；當(dāng)0.8≤NA≤0.9，WD’≤0.14054BW-0.064865；及當(dāng)0.9≤NA，WD’≤0.096429BW-0.244640。
對(duì)于具有厚度比DVD薄的保護(hù)層的記錄介質(zhì)，傳統(tǒng)的物鏡10能實(shí)現(xiàn)0.8或更大的大NA。而且，由兩個(gè)透鏡11和13形成的物鏡10滿足薄保護(hù)層的需要，并能夠克服由單透鏡形成的物鏡的限制。
然而，由兩個(gè)透鏡形成的傳統(tǒng)物鏡10需要一支座，以便用于調(diào)整兩透鏡11和13的之間的距離，即空氣間隙。
這樣，由于由兩個(gè)透鏡11和13形成的傳統(tǒng)物鏡10有大的NA，在兩透鏡11和13之間的距離公差與傾斜公差要嚴(yán)格限制，因此生產(chǎn)效率要惡化。這樣的生產(chǎn)效率惡化使采用物鏡10的光學(xué)拾取裝置的生產(chǎn)成本增加。而且，當(dāng)采用由兩個(gè)透鏡11和13形成的傳統(tǒng)物鏡10時(shí)，因?yàn)樾枰ㄟ^整體驅(qū)動(dòng)兩透鏡11和13進(jìn)行焦距控制的調(diào)節(jié)器等，所以記錄和重放設(shè)備要作的復(fù)雜和龐大。
在日本專利公告的專利號(hào)為No.10-123410上公開了一個(gè)例子，在此例子中的傳統(tǒng)物鏡10是用波長(zhǎng)為635nm和650nm進(jìn)行的設(shè)計(jì)。這就意味著采用傳統(tǒng)物鏡10的光學(xué)拾取裝置所用的是波長(zhǎng)635nm和650nm的光源。
然而，因?yàn)椴ㄩL(zhǎng)635nm和650nm的光源的單價(jià)比起相對(duì)較長(zhǎng)波長(zhǎng)(如，用于CD系列記錄介質(zhì)的光源)的光源貴，所以降低光學(xué)拾取裝置的價(jià)格是困難的。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述的問題，本發(fā)明的目的就是提供一種有高性能金和低成本的光學(xué)拾取裝置，包括長(zhǎng)波長(zhǎng)的光源、單透鏡的物鏡，此單透鏡是經(jīng)過改善的結(jié)構(gòu)以突破傳統(tǒng)單透鏡物鏡的限制和解決傳統(tǒng)雙透鏡物鏡中所存在的問題，還提供了一種用于光學(xué)拾取裝置的新形式的記錄介質(zhì)。
為了達(dá)到上述的目的，提供了一種光學(xué)拾取裝置，包括一發(fā)光單元，此發(fā)光單元發(fā)出比650nm波長(zhǎng)要長(zhǎng)的光束并照射于記錄介質(zhì)上，還接受及檢測(cè)由記錄介質(zhì)反射回來的光，并且還有透鏡組成的0.7或更大的NA的物鏡，此物鏡把從發(fā)光單元發(fā)射出的入射光束在記錄介質(zhì)上匯聚成為光點(diǎn)。
最好是，本發(fā)明的發(fā)光單元發(fā)射的光束波長(zhǎng)為700nm或更長(zhǎng)。
最好是，本發(fā)明物鏡的工作距離小于物鏡中心的厚度，并且物鏡中心的厚度是其有效孔徑的0.6倍或更大。
最好是，本發(fā)明的物鏡當(dāng)NA為0.7或更大時(shí)，物鏡的工作距離滿足不等式WD≤αBW-0.2T，在此式中的WD是工作距離，BW是入射光束口徑，T是物鏡中心的厚度，α＝1/(2tanθ)，及θ＝Arcsin(NA)。
最好是，本發(fā)明的物鏡至少滿足有效孔徑2.0mm或更小、最大的入射角為55度或更小以及有兩個(gè)非球面的條件之一。
最好是，本發(fā)明的發(fā)光單元包括一種長(zhǎng)波長(zhǎng)光源具有波長(zhǎng)比650nm長(zhǎng)的發(fā)射光束，一種全息光學(xué)元件用于選則處理使入射光束為直射或折射，一種光檢測(cè)器用于接收檢測(cè)由記錄介質(zhì)反射以及透過物鏡和全息光學(xué)元件的入射光束，并被制成為光學(xué)模件。
最好是，本發(fā)明的光學(xué)拾取裝置最好還包括在發(fā)光單元與物鏡之間有反光鏡部件以用于轉(zhuǎn)變?nèi)肷涔饴窞榛旧洗怪?substantial perpendicular)。
最好是，本發(fā)明的光學(xué)拾取裝置還包括在發(fā)光單元與物鏡之間有反射型組合棱鏡，用于使從光源輸入的光束處理為在高方向的光束的尺寸被減小，此減少是通過棱鏡表面之間的角度的差異進(jìn)行的，以及轉(zhuǎn)變?cè)诨旧洗怪狈较虻墓馐墓饴窞槿肷涔馐墓饴贰?br> 最好是，本發(fā)明的物鏡部分至少被安置在比入射于反射型組合棱鏡光束的頂端部分要低。
為了達(dá)到上述的目的，提供了一種具有DVD系列或更高的記錄密度的記錄介質(zhì)，其形成的材料適于700nm或更長(zhǎng)的波長(zhǎng)，以使被記錄表面反射的復(fù)制信號(hào)得到優(yōu)化。
最好是，本發(fā)明的記錄介質(zhì)的厚度，即光入射表面到記錄表面的距離最好要滿足不等式，40nm＜記錄介質(zhì)的厚度＜0.6mm。
最好是，本發(fā)明的記錄介質(zhì)由具有與CD系列的記錄介質(zhì)的特性相同或相近的材料組成。


本發(fā)明的目的和優(yōu)點(diǎn)將通過如下的附圖和優(yōu)選實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)的說明圖1是表示傳統(tǒng)雙透鏡的物鏡的例子；圖2是表示根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的光學(xué)拾取裝置的光學(xué)結(jié)構(gòu)；圖3是表示本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的光學(xué)拾取裝置的所采用的發(fā)光單元；圖4是表示根據(jù)本發(fā)明的物鏡設(shè)計(jì)的例子；圖5是解釋非球面公式的圖；圖6是表示根據(jù)本發(fā)明的物鏡的入射場(chǎng)象差特性的曲線圖；圖7是表示根據(jù)本發(fā)明的物鏡偏心象差特性的曲線圖；圖8根據(jù)本發(fā)明另一優(yōu)選實(shí)施例的的光學(xué)拾取裝置的透視圖；圖9是圖8的主要部分的示圖；圖10是圖8的光學(xué)拾取裝置的反射型組合棱鏡的透視圖。
具體實(shí)施例方式
參照?qǐng)D2，根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的光學(xué)拾取裝置包括發(fā)光單元60，用于使預(yù)先設(shè)定波長(zhǎng)的光束照射在記錄介質(zhì)50上，以及接受與檢測(cè)由記錄介質(zhì)50反射的光束；和一物鏡81，用于匯聚由發(fā)光單元60發(fā)射的入射光束及在記錄介質(zhì)50的記錄表面50a上形成一光點(diǎn)。
發(fā)光單元60包括光源61、全息光學(xué)元件65和光檢測(cè)器69。光源61最好是具有所發(fā)出的光束的長(zhǎng)波長(zhǎng)要大于650nm的光源。如果光源61所發(fā)出的光束的光波比700nm長(zhǎng)，例如780nm就會(huì)更好?？梢杂冒雽?dǎo)體激光器，即邊緣發(fā)射激光(edge emitting laser)或垂直空穴表面發(fā)射激光(vertical cavitysurface emitting laser)作為此光源61。
全息光學(xué)元件65是個(gè)轉(zhuǎn)變光路的元件，它選擇性地按照入射光束的方向把透射的入射光束處理為直射或衍射。如圖3所示，全息光學(xué)元件65把從光源61發(fā)射出的光束分處理為直射或把由記錄介質(zhì)50反射的入射光處理為衍射，使光束進(jìn)入位于光源61旁邊的光檢測(cè)器69。
光檢測(cè)器69對(duì)所接收由記錄介質(zhì)50的記錄表面50a反射的光束和全息光學(xué)元件所折射的信息信號(hào)和錯(cuò)誤信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)。
在此，全息光學(xué)元件65對(duì)記錄介質(zhì)50反射的入射光束起到刀口作用(knife edge role)，用刀口的方法檢測(cè)聚焦錯(cuò)誤信號(hào)(focus error signal)，或起到使透鏡產(chǎn)生像散光束的作用，用像散的方法檢測(cè)聚焦錯(cuò)誤信號(hào)，以使光探測(cè)器69能檢測(cè)到聚焦錯(cuò)誤信號(hào)。為了用刀口方法檢測(cè)聚焦錯(cuò)誤信號(hào)，全息光學(xué)元件65最好能把入射光束分為兩部分。在此，接收被全息光學(xué)元件65分開的一束光束的光探測(cè)器69的一部分被形成兩段，用刀口方法檢測(cè)聚焦錯(cuò)誤信號(hào)。在一對(duì)焦(on-focus)狀態(tài)，該一束光束位于光探測(cè)器69的兩段結(jié)構(gòu)的中間。當(dāng)光束相對(duì)于對(duì)焦位置偏離近和遠(yuǎn)時(shí)，該一束光束相對(duì)于光探測(cè)器69的兩段結(jié)構(gòu)上下移動(dòng)。這樣，聚焦錯(cuò)誤信號(hào)，即物鏡81的偏離程度能被測(cè)量。被全息光學(xué)元件65分開的其它光束能被用于探測(cè)跟蹤錯(cuò)誤信號(hào)(tracking error signal)。
圖3所示一種發(fā)光單元60的光學(xué)模件的例子，其中的全息光學(xué)元件65是轉(zhuǎn)變光路元件。此發(fā)光單元60的光學(xué)模件的結(jié)構(gòu)可以變化修改。當(dāng)光源61的波長(zhǎng)設(shè)定為780nm時(shí)，由于有高輸出的同時(shí)也便宜的傳統(tǒng)的780nm的全息激光模件可以用作發(fā)光單元60，因而能夠構(gòu)造出低價(jià)格的光學(xué)拾取裝置。
當(dāng)按照本發(fā)明的光學(xué)拾取裝置的發(fā)光單元60采用如圖3所示的光學(xué)模件結(jié)構(gòu)時(shí)，其結(jié)構(gòu)可以緊湊。
物鏡81通過匯聚從光源61發(fā)射的入射光束在記錄介質(zhì)50的記錄表面50a上形成一光點(diǎn)。物鏡81安裝在小調(diào)節(jié)器85上以沿著對(duì)焦和跟蹤方向移動(dòng)。由于在本發(fā)明相關(guān)的技術(shù)范圍內(nèi)調(diào)節(jié)器的基本結(jié)構(gòu)是眾所周知的，詳細(xì)的說明和圖式將被忽略。
物鏡81最好有NA為0.7或更大，以能夠更好的把波長(zhǎng)為780nm的光束匯聚于記錄介質(zhì)50上而無(wú)像差，工作距離也要盡量短以滿足光學(xué)拾取裝置的薄的條件。
為此目的，對(duì)于具有例如780nm波長(zhǎng)的光束，物鏡81最好是由NA為0.7或更大的單透鏡構(gòu)成，以便與光源61的波長(zhǎng)相結(jié)合能得到超過DVD系列的記錄密度。
同樣，物鏡81的工作距離最好短于物鏡的中心厚度以便物鏡81的工作距離盡量短以便光學(xué)拾取裝置能被作得薄。以及，物鏡的81中心厚度與有效孔徑的比值最好要大于0.6。同樣，當(dāng)NA是0.7或更大(NA≥0.7)時(shí)，物鏡81的工作距離要滿足數(shù)學(xué)公式4。在此，工作距離是從物鏡81表面到記錄介質(zhì)50的光入射表面50b(作為保護(hù)層)。
WD≤αBW-0.2T這里，WD是工作距離，BW是入射光線的口徑，T是物鏡的中心厚度，α＝1/(2tanθ)，及θ＝Arcsin(NA)。
物鏡81的口徑最好是2mm或更小。以及，物鏡81的兩個(gè)表面最好是非球面以便消除像差和增加表面之間偏心。更好的是，考慮到制造的難度物鏡的最大入射角要小于55°。在此，物鏡81能至少滿足以下條件之一即有效孔徑、非球面和最大入射角。
本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)按照本發(fā)明的如圖4所示的物鏡81，當(dāng)NA＝0.72、T＝1.1和BW＝1.5mm時(shí)，其最佳的工作距離是0.39mm。在此，物鏡81表面的最大入射角是52°，考慮到制造的難度，此角度能完全滿足最大入射角小于55°的條件。
如圖4所示的物鏡81的數(shù)據(jù)，是設(shè)計(jì)的例子，其記錄介質(zhì)的保護(hù)層的厚度(從光線入射表面50b到記錄表面50a距離)是0.02mm，在波長(zhǎng)為780nm時(shí)的折射率為1.70127的玻璃材料用于物鏡81，用奇函數(shù)非球面設(shè)計(jì)物鏡81。表1列出了設(shè)計(jì)例子的非球面1與非球面2的數(shù)據(jù)，從光源61發(fā)射的光束進(jìn)入非球面1然后從非球面2輸出。


在表1中的“K”是非球面1和2的二次曲線常數(shù)(conic constant)，A1-A4是非球面的系數(shù)。
當(dāng)從非球面的頂點(diǎn)的深度是Z(h)時(shí)，非球面1和2的非球面方程用數(shù)學(xué)公式5來表示。
z=h2R1+1-(1+K)h2R2+ΣjAjhj]]>這里，“h”是到光軸的高，“R”是曲率半徑，“K”是非球面二次曲線常數(shù)，和“Ai”是非球面系數(shù)。
在上述條件下所設(shè)計(jì)的本發(fā)明的物鏡81有以下的光學(xué)特性。
圖6表示了根據(jù)本發(fā)明的物鏡81的入射場(chǎng)象差的特性。從圖6中可看出，根據(jù)本發(fā)明的物鏡81相對(duì)于1.5°的入射場(chǎng)角度維持有OPD(光程差，optical path difference)像差0.06λrms或更小。
圖7表示的是根據(jù)本發(fā)明的物鏡偏心的像差的特性。從圖7中可看出，根據(jù)本發(fā)明的物鏡81在±4m的情況下滿足像差為0.035λrms或更小。
根據(jù)本發(fā)明的物鏡81相對(duì)于0.035λrms的OPD像差有9m的厚度容許度和表面之間4’的傾斜，滿足高密度DVD系列的典型物鏡的制造容許度。
同時(shí)，本發(fā)明的光學(xué)拾取裝置最好還要有校準(zhǔn)透鏡70以便轉(zhuǎn)變從光源61發(fā)射的發(fā)散光束使其變?yōu)槠叫泄馐?，此校?zhǔn)透鏡70安置于發(fā)光單元中60的全息光學(xué)元件和物鏡81之間，以達(dá)到轉(zhuǎn)變從光源61發(fā)射出的入射光束的行進(jìn)光路為近似為垂直的目的。
一反射鏡部件90可以提供作為轉(zhuǎn)變構(gòu)件，如圖2所示。安置反射鏡部件90與從光源61發(fā)射出的入射光束成傾斜大約45°的位置，用以反射入射光束為垂直方向(光學(xué)拾取裝置的高方向)。此反射鏡90最好透射從光源61(相對(duì)于中心波長(zhǎng)的百分之幾)發(fā)射出的部分入射光束和反射所剩光束的全部。光束透射反射鏡90被位于反射鏡部件90一側(cè)的監(jiān)測(cè)光檢測(cè)器75檢測(cè)。監(jiān)測(cè)光檢測(cè)器75監(jiān)測(cè)從光源61發(fā)射出的輸出光的量和用從監(jiān)測(cè)光檢測(cè)器75輸出的監(jiān)測(cè)信號(hào)控制光源61輸出光的量。由反射鏡部件90反射的光束是物鏡81的入射光束。
根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的光學(xué)拾取裝置，從光源61發(fā)射出長(zhǎng)波長(zhǎng)的光束直接透過全息光學(xué)元件65，然后利用校準(zhǔn)透鏡70轉(zhuǎn)變?yōu)槠叫泄馐淙敕瓷溏R部件90。反射鏡部件90透過相對(duì)于中心波長(zhǎng)的百分之幾的入射光以便被用于監(jiān)測(cè)的光檢測(cè)器75檢測(cè)，并且垂直反射全部剩余的光束以射入物鏡81。物鏡81的入射光束要被匯聚和對(duì)焦于記錄介質(zhì)50的記錄表面上。在此，調(diào)節(jié)器85在焦距方向和跟蹤方向上調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)物鏡81以使信號(hào)在最佳狀態(tài)下記錄/重放。從記錄介質(zhì)50的記錄表面50a所反射的光束通過物鏡81進(jìn)入全息光學(xué)元件65。入射光線被全息光學(xué)元件65折射并被光檢測(cè)器69接受。
圖8表示了按照本發(fā)明的光學(xué)拾取裝置的另一優(yōu)選實(shí)施例。圖9表示了圖8光學(xué)拾取裝置的主要部分。在此優(yōu)選實(shí)施例中，采用反射型組合棱鏡作為轉(zhuǎn)變構(gòu)件以使光學(xué)拾取裝置變薄。因?yàn)樵趫D2中那些相同的參考標(biāo)號(hào)指示相同的部件，在此，將忽略它的詳細(xì)說明。
反射型組合棱鏡100通過利用在棱鏡的表面之間不同的角度，減少?gòu)墓庠?0所發(fā)射的光束在高方向(hi)上的尺寸，并且進(jìn)行光束的處理。然后，反射型組合棱鏡100轉(zhuǎn)變行進(jìn)光路與相關(guān)的入射光束為近似垂直而且使所轉(zhuǎn)變的光束進(jìn)入位于高方向(hi)的物鏡81。反射型組合棱鏡100最好被優(yōu)化為使從通過反射型組合棱鏡100進(jìn)入到物鏡81的光束輸出尺寸比從光源61所發(fā)射出并進(jìn)入反射型組合棱鏡100的光束的尺寸要調(diào)整或增加，同時(shí)以減少光學(xué)拾取裝置的厚度。反射型組合棱鏡100公開于中國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)枮?2102003.5，其相對(duì)應(yīng)于申請(qǐng)人申請(qǐng)的韓國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)枮?001-23343。這樣，因?yàn)榉瓷湫徒M合棱鏡100的結(jié)構(gòu)和功能在上述申請(qǐng)中被公開，其詳細(xì)的說明將被忽略并將只說明特殊例子。
參照?qǐng)D10，反射型組合棱鏡100，例如，包括第一三角棱鏡120，其三個(gè)面用于進(jìn)行光束處理并使其成為等腰三角結(jié)構(gòu)，安置菱形棱鏡140，其相對(duì)于第一三角棱鏡120傾斜，其棱鏡的四個(gè)面用于光束處理以形成菱形結(jié)構(gòu)，具有直角結(jié)構(gòu)的第二三角棱鏡130被安裝插入在第一三角棱鏡120與菱形棱鏡140之間。
假設(shè)物鏡81的光軸方向，即光學(xué)拾取裝置的高方向是hi，垂直于它的水平方向是ho，第一三角棱鏡120有第一透射面121和第一表面125，從光源61所發(fā)射的光束進(jìn)入第一透射面121，通過第一透射面121的入射光束被第一表面125反射為相對(duì)于水平方向ho向下傾斜。在此，第一三角棱鏡120最好成為例如等腰直角三角形結(jié)構(gòu)，以便射在第一表面125的光束能全內(nèi)反射。
此菱形棱鏡140包括第二表面141、第三表面145和第四表面149。由于是全內(nèi)反射，所以第二表面141全內(nèi)反射由第一三角棱鏡的第一表面125反射的入射光束以向下傾斜，并且輸入菱形棱鏡140內(nèi)側(cè)，使其傾斜向上。第三表面145在高方向hi被安置在第二表面141的上面，并與第二表面141以預(yù)定的距離分開，以至第二表面141所反射的入射光束進(jìn)行全內(nèi)反射并且同時(shí)在高方向hi上使光束尺寸能被減少。第四表面149透射被第三表面145反射的入射光束的一部分(大約中心波長(zhǎng)的百分之幾)，進(jìn)入到監(jiān)控光檢測(cè)器75，以及反射在高方向hi上所剩余光束的大部分。在此，在高方向hi互相相對(duì)的第二表面141與第三表面145之間的距離最好要小于第一三角棱鏡120的第一透射表面121的光束入射的口徑。因此，通過減少第二表面141與第三表面145之間的距離，光束因在高方向hi上的尺寸被減少所以能在水平方向ho平移。第四表面149相對(duì)于水平方向ho最好形成小于45°的夾角，最合適的角度在20°-40°，例如30°。在此，因?yàn)榈谒谋砻?49對(duì)于入射光束來說，由于菱形棱鏡140結(jié)構(gòu)的原因不滿足全內(nèi)反射的條件，通過控制反射膜，也能夠透射部分入射光束，同時(shí)反射大部分剩余光束。
第二三角棱鏡130使通過第一三角棱鏡120的第一表面125使向下傾斜的光束直接進(jìn)入菱形棱鏡140中。
反射型組合棱鏡100有上述的所安置的適宜的結(jié)構(gòu)，以使從光源61所發(fā)出的入射光以被減少的尺寸行進(jìn)，光束尺寸被減少是利用在第一三角棱鏡和菱形棱鏡表面之間在角度上的差異而減少在調(diào)節(jié)器85下方的高方向hi上的尺寸，以及入射光束被反射向安置于高方向hi的物鏡81的方向行進(jìn)。
即是，因?yàn)榉瓷湫徒M合棱鏡100具有通過減少菱形棱鏡140的第二表面141與第三表面145的高方向hi上的尺寸進(jìn)行處理入射光的結(jié)構(gòu)，從高方向hi來看，反射型組合棱鏡100的第一三角棱鏡120在菱形棱鏡140上方探出。因此，為了使光學(xué)拾取裝置的結(jié)構(gòu)變薄，安置反射型組合棱鏡100以至菱形棱鏡140特別是其第三表面145被放置在調(diào)節(jié)器85的下方。調(diào)節(jié)器85最好形成為使上述的設(shè)置成為可能。
通過安置如上所述的菱形棱鏡140，因?yàn)橹辽傥镧R81的部分被安置在比光源61所發(fā)射的及入射于反射型組合棱鏡100的光束的頂端部要低，所以，具有影響光學(xué)拾取裝置厚度的反射型組合棱鏡100的有效厚度基本上是第二表面141與第三表面145之間的距離。
在此，考慮到最好是從反射型組合棱鏡100到物鏡81行進(jìn)的光束尺寸基本上與入射到反射型組合棱鏡100的光束尺寸相等或較大，一最佳的反射型組合棱鏡100中的菱形棱鏡140的厚度要取決于第四表面149相對(duì)于水平方向ho夾角。因此，在高方向hi的光學(xué)拾取裝置的厚度能隨著第四表面149與水平方向ho的夾角的減少而相應(yīng)地減少。
當(dāng)采用上述反射型組合棱鏡100時(shí)，從光源61大口徑輸出的和射在反射型組合棱鏡100的入射光束通過比此口徑小的調(diào)節(jié)器85的下部分，恢復(fù)被菱形棱鏡140的第四表面所反射的原來的口徑。
如上所述，按照本發(fā)明的光學(xué)拾取裝置是一單獨(dú)的裝置。在采用相同的光學(xué)記錄/重放設(shè)備中，搜尋軌跡是在光學(xué)拾取裝置從記錄介質(zhì)50的內(nèi)圓周向外圓周運(yùn)動(dòng)的過程中進(jìn)行并利用光學(xué)拾取裝置把信息信號(hào)記錄/重放在希望的軌道上。
在此，雖然按照本發(fā)明的光學(xué)拾取裝置在上述描述中進(jìn)行了說明和圖示了包含作為光路轉(zhuǎn)變器全息光學(xué)元件65及在發(fā)光單元60中的光源61，光路轉(zhuǎn)變器和光檢測(cè)器被光學(xué)模件化，本發(fā)明不僅限于此。即是，在按照本發(fā)明的光學(xué)拾取裝置中，在本發(fā)明所適合此技術(shù)領(lǐng)域范圍內(nèi)，已知的任何光學(xué)裝置都可用作光路轉(zhuǎn)變器。例如一平板或立體分光器或偏振光分光器的組合以及1/4波片能被用于光路轉(zhuǎn)變器。
按照本發(fā)明的光學(xué)拾取裝置所采用的記錄介質(zhì)50是一種比DVD系列的有更高記錄密度的新形式。記錄介質(zhì)50最好有由適合于比650nm更長(zhǎng)的長(zhǎng)波長(zhǎng)的材料組成記錄表面50a，以使記錄表面50a的反射信號(hào)得到優(yōu)化。同樣，保護(hù)記錄介質(zhì)50的記錄表面50a的透明保護(hù)表面51的厚度最好在40nm-0.6mm的范圍內(nèi)。
因此，已經(jīng)被證實(shí)，在按照本發(fā)明的光學(xué)拾取裝置中所采用的記錄介質(zhì)50能被用于相同長(zhǎng)波長(zhǎng)區(qū)域作為CD系列的記錄介質(zhì)。所以，記錄介質(zhì)50是由與CD系列的記錄介質(zhì)具有相同或相似特性的材料組成。保護(hù)層51的厚度也能從在0.6mm到毫微米分之十，例如與按照物鏡81的設(shè)計(jì)的工作距離相關(guān)的40nm。
為了突破由單透鏡組成的傳統(tǒng)物鏡的限制和雙透鏡組成的傳統(tǒng)物鏡的問題，按照本發(fā)明的光學(xué)拾取裝置包括改進(jìn)的物鏡和長(zhǎng)波長(zhǎng)的低成本的光源，其中物鏡是由具有NA為0.7或更大的單透鏡組成。
因此，按照本發(fā)明可以有比DVD系列更高密度的記錄/復(fù)制以及能實(shí)現(xiàn)低成本高性能的光學(xué)記錄/復(fù)制的設(shè)備。特別是，盡管在CD系列的傳統(tǒng)記錄介質(zhì)中所用的長(zhǎng)波長(zhǎng)的高能光源被采用，比DVD系列更高記錄/復(fù)制密度的也是可以采用的。同樣，當(dāng)采用傳統(tǒng)的低成本高能的780nm的全息激光模件時(shí)，零件的數(shù)量能減少以及設(shè)備的成本也能降低。
同樣，按照本發(fā)明記錄介質(zhì)有比DVD系列更高的記錄密度。由于已經(jīng)被證實(shí)，記錄介質(zhì)是能夠利用長(zhǎng)波長(zhǎng)的并且由與CD系列的記錄介質(zhì)具有相同或相似特性的材料組成，所以能有安全的可靠性以及低價(jià)格。同樣，通過采用記錄介質(zhì)的透明保護(hù)層51的厚度在40nm-0.6mm范圍內(nèi)，工作距離能被減少很多，從而得到緊湊的光學(xué)拾取裝置和光學(xué)記錄/復(fù)制裝置。還有，能容易的制造采用單透鏡具有短工作距離的小物鏡。
因此，采用本發(fā)明的光學(xué)拾取裝置和/或記錄介質(zhì)，能夠?qū)崿F(xiàn)緊湊高密度的光學(xué)記錄/復(fù)制裝置，并且低成本及高性能。
權(quán)利要求
1.一種光學(xué)拾取裝置，包括一發(fā)光單元，用于發(fā)出比650nm波長(zhǎng)要長(zhǎng)的光束并照射于記錄介質(zhì)上，并用于接受及檢測(cè)由記錄介質(zhì)反射回來的光束；和一由單透鏡組成的具有0.7或更大的數(shù)值孔徑(NA)的物鏡，以便通過會(huì)聚從發(fā)光單元發(fā)射出的入射光束而在記錄介質(zhì)上形成一光點(diǎn)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)拾取裝置，其中記錄介質(zhì)具有DVD系列的密度或更高。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的光學(xué)拾取裝置，其中記錄介質(zhì)的記錄表面由適于700nm或更長(zhǎng)的波長(zhǎng)的材料形成，以使被記錄表面反射的復(fù)制信號(hào)得到優(yōu)化。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的光學(xué)拾取裝置，其中記錄介質(zhì)的厚度，即從光入射表面到記錄表面的距離滿足如下的不等式40nm＜記錄介質(zhì)厚度＜0.6mm
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的光學(xué)拾取裝置，其中記錄介質(zhì)的厚度，即從光入射表面到記錄表面的距離滿足如下的不等式40nm＜記錄介質(zhì)厚度＜0.6mm
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)拾取裝置，其中發(fā)光單元發(fā)射的光束具有700nm或更長(zhǎng)的波長(zhǎng)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6中的任何一個(gè)所述的光學(xué)拾取裝置，其中物鏡的工作距離小于物鏡的中心厚度。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的光學(xué)拾取裝置，其中，當(dāng)物鏡的NA是0.7或更大時(shí)，物鏡的工作距離滿足以下不等式，WD≤αBW-0.2T其中WD是工作距離，BW是入射光束的直徑，T是物鏡的中心厚度，α＝1/(2tanθ)，及θ＝Arcsin(NA)。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的光學(xué)拾取裝置，其中物鏡的中心厚度是有效口徑的0.6倍或更大。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的光學(xué)拾取裝置，其中物鏡至少滿足如下的條件之一2.0mm或更小的有效口徑、最大入射角55°或更小、以及兩個(gè)非球面表面。
11.根據(jù)權(quán)利要求1至6中的任何一個(gè)所述的光學(xué)拾取裝置，其中物鏡的中心厚度是其有效口徑的0.6倍或更大。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的光學(xué)拾取裝置，其中，當(dāng)物鏡的NA是0.7或更大時(shí)，物鏡的工作距離滿足以下不等式，WD≤αBW-0.2T其中WD是工作距離，BW是入射光束的口徑，T是物鏡的中心厚度，α＝1/(2tanθ)，及θ-Arcsin(NA)。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的光學(xué)拾取裝置，其中物鏡至少滿足如下的條件之一2.0mm或更小的有效口徑、最大入射角55°或更小、以及兩個(gè)非球面表面。
14.根據(jù)權(quán)利要求1至6中的任何一個(gè)所述的光學(xué)拾取裝置，其中的物鏡至少滿足如下的條件之一2.0mm或更小的有效口徑、最大入射角55°或更小、以及兩個(gè)非球面表面。
15.根據(jù)權(quán)利要求1至5中的任何一個(gè)所述的光學(xué)拾取裝置，其中發(fā)光單元包括一具有長(zhǎng)波長(zhǎng)的光源，用于發(fā)射具有波長(zhǎng)比650nm長(zhǎng)的光束；一全息光學(xué)元件，用于選擇性地使入射光束為直射或折射；和一光檢測(cè)器，用于接收和檢測(cè)由記錄介質(zhì)反射以及透過物鏡和全息光學(xué)元件的入射光束，并被制成為光學(xué)模件。
16.根據(jù)權(quán)利要求6所述的光學(xué)拾取裝置，其中發(fā)光單元包括一具有長(zhǎng)波長(zhǎng)的光源，用于發(fā)射具有波長(zhǎng)比700nm長(zhǎng)的光束；一全息光學(xué)元件，用于選擇性地使入射光束為直射或折射；和一光檢測(cè)器，用于接收和檢測(cè)由記錄介質(zhì)反射以及透過物鏡和全息光學(xué)元件的入射光束，并被制成為光學(xué)模件。
17.根據(jù)權(quán)利要求1至6中的任何一個(gè)所述的光學(xué)拾取裝置，其中還包括在發(fā)光單元與物鏡之間的鏡部件，以用于轉(zhuǎn)變?nèi)肷涔馐鵀榛旧洗怪薄?br> 18.根據(jù)權(quán)利要求1至6中的任何一個(gè)所述的光學(xué)拾取裝置，其中還包括在發(fā)光單元與物鏡之間的反射型組合棱鏡，用于使從發(fā)光單元輸入的光束處理為在高度方向的光束的尺寸被減小，此減少是通過棱鏡表面之間的角度的差異進(jìn)行的，以及轉(zhuǎn)變?cè)诨旧洗怪庇谌肷涔馐墓饴贩较虻墓馐墓饴贰?br> 19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的光學(xué)拾取裝置，其中物鏡的至少一部分被安置在比入射于反射型組合棱鏡光束的頂端部分要低。
20.一種具有DVD系列或更高的記錄密度的記錄介質(zhì)，其由適于700nm或更長(zhǎng)的波長(zhǎng)的材料形成，以使被記錄表面反射的復(fù)制信號(hào)得到優(yōu)化。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的記錄介質(zhì)，其中記錄介質(zhì)的厚度，即從光入射表面到記錄表面的距離滿足下列不等式40nm＜記錄介質(zhì)的厚度＜0.6mm
22.根據(jù)權(quán)利要求20或21所述的記錄介質(zhì)，其中記錄介質(zhì)由具有與CD系列的記錄介質(zhì)的特性相同或相近的材料組成。
全文摘要
一種光學(xué)拾取裝置包括一種發(fā)光單元，此發(fā)光單元發(fā)出比650nm波長(zhǎng)要長(zhǎng)的光束并照射于介質(zhì)上，還接受及檢測(cè)由介質(zhì)反射回來的光，并且還有單透鏡組成的0.7或更大的NA的物鏡，此物鏡把從發(fā)光單元發(fā)射出的入射光束在記錄介質(zhì)上匯聚成為光點(diǎn)。一種具有DVD系列的記錄密度或更高密度的記錄介質(zhì)，其形成的材料適于700nm或更長(zhǎng)的波長(zhǎng)，以使被記錄表面反射的復(fù)制信號(hào)得到優(yōu)化。因此能夠?qū)崿F(xiàn)低成本高性能的緊湊高密度的光學(xué)記錄/復(fù)制的裝置。
文檔編號(hào)G02B5/32GK1402230SQ0212975
公開日2003年3月12日 申請(qǐng)日期2002年8月13日 優(yōu)先權(quán)日2001年8月13日
發(fā)明者金大式, 洪舜教, 李哲雨, 李鎬哲, 趙虔晧, 劉長(zhǎng)勛 申請(qǐng)人:三星電子株式會(huì)社