專利名稱：相位補償器和使用該相位補償器的兼容光拾取器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種用于只對三種波長光中的特定一種波長的相位進行補償?shù)南辔谎a償器，以及一種使用該相位補償器的兼容光拾取器。
背景技術：
在使用由物鏡聚焦的光點來對光盤進行任意信息的記錄和/或再現(xiàn)的光學記錄和/或再現(xiàn)系統(tǒng)中，記錄密度是由光點的大小來決定的。光點的大小(S)與光的波長(λ)成正比，并且與物鏡的數(shù)值孔徑(numerical aperture，NA)成反比，如下面的公式(1)所示S∝λ/NA ...(1)因此，為減小在光盤上的聚焦光點的大小以獲得更高記錄密度，需要采用短波長的光源如藍紫激光器以及NA大于或等于0.6的物鏡。
用θ表示光盤傾斜角，用n表示光盤折射率，用d表示光盤厚度，并且用NA表示物鏡數(shù)值孔徑，由于光盤傾斜而導致的彗差W31如下面的公式(2)所示W(wǎng)31=-d2·n2(n2-1)sinθcosθ(n2-sin2θ)5/2NA3--(2)]]>在此，光盤的折射率和厚度是指從光學介質(zhì)的光入射表面到信息記錄表面的光學介質(zhì)，即光盤基板(substrate)的折射率和厚度。
根據(jù)上面公式(2)，為保證容忍光盤的傾斜，當增大物鏡NA以獲得更高密度時，需要減小光盤厚度。光盤厚度從CD的1.2mm減小到DVD的0.6mm。而且，很可能下一代DVD的厚度(所謂的高清晰度(high-definition，HD)DVD)確定為0.1mm。物鏡NA從CD的0.45增加到DVD的0.6，并且HD-DVD的NA預期大約為0.85?？紤]到記錄密度，HD-DVD很可能采用藍紫光源。在開發(fā)新標準的光盤時，與現(xiàn)有光盤的兼容性是一個重要的考慮因素。
例如，在傳統(tǒng)一次性記錄光盤如DVD-R和CD-R中，反射率隨光的波長增加而大大降低。從而，對于DVD-R和CD-R分別需要使用波長為650nm和780nm的光源。因此，考慮到與DVD-R和CD-R的兼容性，對于HD-DVD光拾取器，要求采用三種不同波長的光源。
考慮到尺寸、裝配和成本的優(yōu)點，對于使用多個不同波長光源的兼容光拾取器，最好采用單一物鏡。當使用與不同厚度的光盤兼容的單一物鏡來記錄和/或再現(xiàn)信息時，會發(fā)生由于光盤厚度差異而導致的球面象差。因此，對于使用單一物鏡的兼容光拾取器，需要采用象差補償器，以允許對三種不同光盤進行令人滿意的信息記錄和/或再現(xiàn)。
發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述問題，本發(fā)明的目的是提供一種用于只對三種波長光中的一種波長入射光的相位進行補償?shù)南辔谎a償器，以及一種使用該相位補償器的兼容光拾取器，能夠?qū)θN類型的光盤進行信息記錄和/或再現(xiàn)。
一方面，本發(fā)明提供一種包括多個相位延遲區(qū)域并且滿足如下公式的相位補償器(a-b)＝mλ1(a′-b′)＝nλ3其中，λ1、λ2和λ3表示不同的入射光波長，a和a′分別對于波長λ1和λ3表示由一個相位延遲區(qū)域延遲的相位量，b和b′分別對于波長λ1和λ3表示由另一個相鄰相位延遲區(qū)域延遲的相位量，并且m和n為整數(shù)值±0.07或更小。
最好，相位補償器包括對應于多個相位延遲區(qū)域的多個階梯模式(steppedpattern)，其中，每個階梯模式的步距(step size)s滿足如下公式(n1-n0)s＝mλ1(n3-n0″)s＝nλ3其中，n1和n3分別對于波長λ1和λ3表示相位補償器的光學介質(zhì)折射率，并且n0和n0″分別對于波長λ1和λ3表示相位補償器的空氣區(qū)域折射率。
另一方面，本發(fā)明提供一種兼容光拾取器，包括發(fā)光單元，發(fā)射分別適合于對具有不同格式的第一、第二和第三光盤進行信息記錄和/或再現(xiàn)的不同波長λ1、λ2和λ3的第一、第二和第三種光，并且對分別從第一、第二和第三光盤反射的光進行接收和檢測；物鏡，對從發(fā)光單元入射的第一、第二和第三種光進行聚焦，以在各自的第一、第二和第三光盤上形成光點；第一和第二相位補償器，安置在物鏡的入射光瞳(entrance pupil)處，并且分別使第二和第三種光產(chǎn)生相差變化，并且每個相位補償器均包括多個相位延遲區(qū)域，并且第一和第二相位補償器分別滿足下面公式(a-b)＝mλ1(a′-b′)＝nλ3其中，a和a′分別對于波長為λ1的第一種光和波長為λ3的第三種光，表示由第一相位補償器的一個相位延遲區(qū)域延遲的相位量，b和b′分別對于波長為λ1的第一種光和波長為λ3的第三種光，表示由第一相位補償器的另一個相鄰相位延遲區(qū)域延遲的相位量，并且m和n為整數(shù)值±0.07或更小，以及(c-d)＝pλ1(c′-d′)＝qλ2其中，c和c′分別對于波長為λ1的第一種光和波長為λ2的第二種光，表示由第二相位補償器的一個相位延遲區(qū)域延遲的相位量，d和d′分別對于波長為λ1的第一種光和波長為λ2的第二種光，表示由第二相位補償器的另一個相鄰相位延遲區(qū)域延遲的相位量，并且p和q為整數(shù)值±0.07或更小。
在本發(fā)明的兼容光拾取器中，最好，第一相位補償器包括對應于多個相位延遲區(qū)域的多個階梯模式，并且每個階梯模式的步距s1滿足如下公式(n1-n0)s1＝mλ1(n3-n0″)s1＝nλ3其中，n1和n3分別對于波長λ1和λ3表示第一相位補償器的光學介質(zhì)折射率，并且n0和n0″分別對于波長λ1和λ3表示該相位補償器的空氣區(qū)域折射率。
最好，第二相位補償器包括對應于多個相位延遲區(qū)域的多個階梯模式，并且每個階梯模式的步距s1滿足如下公式(n1′-n0)s2＝pλ1(n2′-n0′)s2＝qλ2其中，n1′和n2′分別對于波長λ1和λ2表示第二相位補償器的光學介質(zhì)折射率，并且n0和n0′分別對于波長λ1和λ2表示第二相位補償器的空氣區(qū)域折射率。
在本發(fā)明的兼容光拾取器中，第二光盤是DVD家族的光盤，第三光盤是CD家族的光盤，并且第一光盤具有比第二光盤更高的密度。最好，第一光盤具有比第二光盤更薄的厚度，例如大約為0.1mm。
最好，物鏡的數(shù)值孔徑大于或等于0.7，以適合于第一光盤。最好，物鏡的工作距離大于或等于0.7mm。
最好，本發(fā)明的兼容光拾取器進一步包括孔徑濾波器，用于為第二和第三種光中的至少一種改變物鏡的有效數(shù)值孔徑，以適合于對第二和第三光盤中的至少一種進行記錄和/或再現(xiàn)。在這種情況下，與第一和第二相位補償器中的至少一個集成在一起形成孔徑濾波器。
在本發(fā)明的兼容光拾取器中，第一種光是藍紫波長區(qū)域的光，第二種光是紅波長區(qū)域的光，并且第三種光是紅外線波長區(qū)域的光。最好，波長λ1大約為400-410nm，波長λ2大約為635或650nm，并且波長λ3大約為780nm。
通過參照附圖對本發(fā)明的優(yōu)選實施例進行詳細描述，本發(fā)明的上述目的和優(yōu)點將會變得更加清楚，其中圖1示出本發(fā)明的兼容光拾取器；圖2示出在本發(fā)明的兼容光拾取器中使用的第一和第二相位補償器的優(yōu)選實施例；圖3是其中使用BK7作為第一相位補償器光學介質(zhì)的圖1的第一相位補償器使得用于HD-DVD的波長為λ1的第一種光和用于CD的波長為λ3的第三種光產(chǎn)生的相對于步距s1的相差圖；圖4示出根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施例的兼容光拾取器的光學結(jié)構(gòu)；圖5A、5B和5C示出圖1的第一、第二和第三種光由根據(jù)表2的設計數(shù)據(jù)進行制造的物鏡在HD-DVD、DVD和CD上進行聚焦時的光線路徑；圖6是其中使用EFD4 HOYA作為第一相位補償器光學介質(zhì)的圖1的第一相位補償器使得用于HD-DVD的波長為λ1的第一種光和用于CD的波長為λ3的第三種光產(chǎn)生的相對于步距s1的相差圖；圖7是其中使用EFD8 HOYA作為第二相位補償器光學介質(zhì)的圖1的第二相位補償器使得用于HD-DVD的波長為λ1的第一種光和用于DVD的波長為λ2的第二種光產(chǎn)生的相對于步距s2的相差圖；圖8示出與載入DVD時發(fā)生的球面象差對應的相差的二維分布；圖9示出由具有4階梯模式的第一相位補償器產(chǎn)生的相差變化的二維分布，以補償圖8的相差(象差)；圖10示出通過相互疊加圖8和9而獲得的一維相位分布；圖11A示出當對CD進行信息記錄和/或再現(xiàn)時通過第一相位補償器之后的剩余相差；圖11B示出當對HD-DVD進行信息記錄和/或再現(xiàn)時通過第一相位補償器之后的剩余相差；圖12示出與載入CD時發(fā)生的球面象差對應的相差的二維分布；圖13示出由3階梯模式的第二相位補償器產(chǎn)生的相差變化的二維分布，以補償圖12的相差(象差)；圖14示出通過相互疊加圖12和13而獲得的一維相位分布；圖15A示出當對DVD進行信息記錄和/或再現(xiàn)時通過第二相位補償器之后的剩余相差；以及圖15B示出當對HD-DVD進行信息記錄和/或再現(xiàn)時通過第二相位補償器之后的剩余相差。
具體實施例方式
參照圖1，本發(fā)明的兼容光拾取器，包括發(fā)光單元10，用于發(fā)射分別適合于對第一、第二和第三光盤50a、50b和50c進行信息記錄和/或再現(xiàn)的不同波長的第一、第二和第三種光10a、10b和10c，并且通過接收從各自的第一、第二和第三光盤50a、50b和50c反射的光，檢測信息信號和誤差信號；物鏡40，用于對從發(fā)光單元10入射的第一、第二和第三種光10a、10b和10c進行聚焦，以在各自的第一、第二和第三光盤50a、50b和50c上形成光點；以及第一和第二相位補償器20和30，安置在物鏡40的入射光瞳處，并且分別使第二和第三種光10b和10c產(chǎn)生相位變化。
第一光盤50a可以具有比DVD更薄的厚度，例如為HD-DVD家族的光盤(以下為HD-DVD)。當?shù)谝还獗P50a為HD-DVD時，第二光盤50b可以是DVD家族的光盤(以下為DVD)，并且第三光盤50c可以是CD家族的光盤(以下為CD)。
當本發(fā)明的光拾取器能夠以兼容CD、DVD和HD-DVD的方式記錄和/或再現(xiàn)信息時，最好，第一種光10a是藍紫波長區(qū)域的光，例如范圍大約為400nm到410nm，第二種光10b是紅波長區(qū)域的光，例如范圍大約為635nm到650nm，并且第三種光10c是紅外線波長區(qū)域的光，例如范圍大約為780nm。
物鏡40設計為適合于對高密度第一光盤50a進行記錄和/或再現(xiàn)，并且它的NA大于或等于0.7，最好NA為0.85。在這種情況下，由于第二和第三光盤50b和50c比第一光盤50a更厚，為了避免在采用第二和第三光盤50b和50c時物鏡與它們發(fā)生碰撞，最好，物鏡40具有大的工作距離，例如大于或等于0.7mm。
由于第二和第三光盤50b和50c具有不同于第一光盤50a的厚度，因此當?shù)诙N光10b通過物鏡40聚焦在第二光盤50b上形成光點時，由于第一和第二光盤50a和50b的厚度不同而導致產(chǎn)生球面象差。同樣，當?shù)谌N光10c通過物鏡40聚焦在第三光盤50c上形成光點時，由于第一和第三光盤50a和50c的厚度不同而導致產(chǎn)生球面象差。另外，當?shù)诙偷谌N光10b和10c通過物鏡40進行聚焦時，由于波長不同于第一種光10a而導致發(fā)生色差。
第一相位補償器20用于補償當在第二光盤50b上進行記錄和/或再現(xiàn)時對于第二種光10b所發(fā)生的球面象差和/或色差。第二相位補償器30用于補償當在第三光盤50c上進行記錄和/或再現(xiàn)時對于第三種光10c所發(fā)生的球面象差和/或色差。
為了補償當在第二光盤50b上進行記錄和/或再現(xiàn)時發(fā)生的象差，第一相位補償器20包括僅使第二種光10b產(chǎn)生相差變化的多個相位延遲區(qū)域。最好，該多個相位延遲區(qū)域設計為，對于第一和第三種光10a和10c，在通過一個相位延遲區(qū)域和另一個相鄰相位延遲區(qū)域之后，各自的相差分別大約為第一和第三種光10a和10c的反射波長λ1和λ3的整數(shù)倍，如下面的公式(3)所示。
換句話說，對于第一和第三種光10a和10c，分別用a和a′表示由第一相位補償器20的一個相位延遲區(qū)域延遲的相位量，并且分別用b和b′表示由第一相位補償器20的另一個相位延遲區(qū)域延遲的相位量，最好，第一和第三種光10a和10c在通過相鄰相位延遲區(qū)域之后的相差滿足下列關系式(3)(a-b)＝mλ1(a′-b′)＝nλ3 ...(3)其中，m和n為整數(shù)值±0.07或更小，并且最好為整數(shù)值±0.05或更小。
在此，第一相位補償器20使第二種光10b產(chǎn)生相位變化，而在通過第一和第三種光10a和10c時不產(chǎn)生相位變化。
同樣，為了補償當在第三光盤50c上進行記錄和/或再現(xiàn)時發(fā)生的象差，第二相位補償器30包括僅使第三種光10c產(chǎn)生相差變化的多個相位延遲區(qū)域。最好，該多個相位延遲區(qū)域設計為，對于第一和第二種光10a和10b，在通過一個相位延遲區(qū)域和另一個相鄰相位延遲區(qū)域之后，各自的相差分別大約為第一和第二種光10a和10b的反射波長λ1和λ2的整數(shù)倍。換句話說，對于第一和第二種光10a和10b，分別用c和c′表示由第二相位補償器30的一個相位延遲區(qū)域延遲的相位量，并且分別用d和d′表示由第二相位補償器30的另一個相位延遲區(qū)域延遲的相位量，最好，第一和第二種光10a和10b在通過相鄰相位延遲區(qū)域之后的相差滿足下列關系式(4)(c-d)＝pλ1(c′-d′)＝qλ2 ...(4)其中，p和q為整數(shù)值±0.07或更小，并且最好為整數(shù)值±0.05或更小。
在此，第二相位補償器30使第三種光10c產(chǎn)生相位變化，而在通過第一和第二種光10a和10b時不產(chǎn)生相位變化。
在一個詳細實施例中，第一和第二相位補償器20和30可以在平板型光學介質(zhì)的至少一個表面中具有階梯模式，能夠產(chǎn)生相差變化以補償當兼容采用第一和第三光盤50a和50c時發(fā)生的象差，如圖2所示。在圖2中，標號25表示由例如用于制造第一和第二相位補償器20和30的玻璃制成的光學介質(zhì)區(qū)域，并且標號27表示去除光學介質(zhì)而產(chǎn)生的具有階梯模式的空氣區(qū)域。另外，圖2中的″s″表示步距。
第一和第二相位補償器20和30的階梯模式步距確定為分別滿足上述關系式(3)和(4)。最好，第一和第二相位補償器20和30的步距分別確定為，對于僅通過第一和第二相位補償器20和30的光，大約是其波長的整數(shù)倍，并且僅使相應記錄介質(zhì)的一種波長的光產(chǎn)生相差變化。在此，階梯模式的階梯分別對應于相位延遲區(qū)域。
最好，第一相位補償器20的階梯模式步距s1滿足關系式(5)，以遵循關系式(3)(n1-n0)s1＝mλ1(n3-n0″)s1＝nλ3 ...(5)其中，對于第一和第三種光10a和10c的波長λ1和λ3，n1和n3分別表示第一相位補償器20的光學介質(zhì)區(qū)域折射率，并且n0和n0″分別表示空氣區(qū)域折射率。
最好，第二相位補償器30的階梯模式步距s2滿足關系式(6)，以遵循關系式(4)(n1′-n0)s2＝pλ1(n2′-n0′)s2＝qλ2 ...(6)其中，對于第一和第二種光10a和10b的波長λ1和λ2，n1′和n2′分別表示第二相位補償器30的光學介質(zhì)區(qū)域折射率，并且n0和n0′分別表示空氣區(qū)域折射率。
如表1所示，當?shù)谝?、第二和第三光盤50a、50b和50c分別為HD-DVD、DVD和CD，并且用于對第一、第二和第三光盤50a、50b和50c進行記錄和/或再現(xiàn)的第一、第二和第三種光10a、10b和10c的波長λ1、λ2和λ3分別為400nm、650nm、780nm時，玻璃BK7的折射率對于400nm為1.530849，對于650nm為1.514520并且對于780nm為1.511183。
表1
圖3是當BK7用作第一相位補償器20的光學介質(zhì)時用于HD-DVD的第一種光10a的波長λ1和用于CD的第三種光10c的波長λ3相對于第一相位補償器20的步距s1的相差圖。圖3的圖是根據(jù)上面表1中所列出的第一、第二和第三光盤50a、50b和50c類型以及這些光的波長而獲得的。
參照圖3，當在BK7光學介質(zhì)中形成步距s1為1.5μm的階梯模式時，對于用于HD-DVD的第一種光10a的波長λ1，發(fā)生0.99λ1的相差，近似于波長λ1的整數(shù)倍，對于用于CD的第三種光10c的波長λ3，發(fā)生0.98λ3的相差，近似于波長λ3的整數(shù)倍，而對于用于DVD的第二種光10b的波長λ2，發(fā)生0.2λ2的相差。在此，在相位補償器中形成的階梯模式的步距對于預定波長的光等于相差的整數(shù)倍是表示當預定波長的光通過相位補償器時不會由該模式引起相差變化。
因此，可以通過在BK7光學介質(zhì)中形成步距s1為1.5μm的階梯模式來獲得滿足上述關系式(3)和(5)的第一相位補償器20。
類似于第一相位補償器20，可以通過在預定光學介質(zhì)中形成階梯模式來獲得只是傳遞第一和第二種光10a和10b并且只使第三種光10c產(chǎn)生相差變化的第二相位補償器30，以遵循上述關系式(6)，如參照第一相位補償器20所述。后面將描述第二相位補償器30的詳細實施例。
如上所述，當在第一相位補償器20中形成滿足上述關系式(5)的具有步距s1的模式時，允許第一和第三種光10a和10c穿過第一相位補償器20但是第二種光10b在通過第一相位補償器10時發(fā)生根據(jù)模式的相差變化。并且，當在第二相位補償器30中形成滿足上述關系式(6)的具有步距s2的模式時，允許第一和第二種光10a和10b穿過第二相位補償器30但是第三種光10c在通過第二相位補償器20時發(fā)生根據(jù)模式的相差變化。
因此，本發(fā)明的光拾取器包括兩種類型的相位補償器，即第一和第二相位補償器20和30，它們是采用等于兩種光波長整數(shù)倍的不同模式步距而構(gòu)成的，從而僅使相應光盤的一種波長光產(chǎn)生相差變化，因而與三種具有不同厚度的光盤兼容。
參照圖1，本發(fā)明的兼容光拾取器，最好進一步包括第一孔徑濾波器25，用于為第二種光10b改變物鏡的有效NA；以及第二孔徑濾波器35，用于為第三種光10c改變物鏡40的有效NA。
最好，第一和第二孔徑濾波器25和35是波長選擇性覆蓋層成分或全息衍射成分，能夠通過傳遞通過其中心部分的入射光來改變物鏡40的有效NA，并且，根據(jù)入射光的波長選擇性地阻礙通過它們各自的外環(huán)部分25a和35a的入射光的前進。
如圖1所示，第一和第二孔徑濾波器25和35可以是分別具有環(huán)繞內(nèi)孔徑的外環(huán)部分25a和35a的結(jié)構(gòu)。最好，分別與第一和第二相位補償器20和30集成在一起形成第一和第二孔徑濾波器25和35。
第一孔徑濾波器25的外環(huán)部分25a設計為，只阻止第二種光10b的前進，并且傳遞其余波長的光，即第一和第三種光10a和10c。最好，第一孔徑濾波器25的外環(huán)部分25a的內(nèi)徑使物鏡40的有效NA適合于對第二光盤50b進行記錄和/或再現(xiàn)。例如，當?shù)诙獗P50b為DVD時，第一孔徑濾波器25的外環(huán)部分25a的內(nèi)徑可以確定為使物鏡40的有效NA為0.6。
第二孔徑濾波器35的外環(huán)部分35a設計為，只阻止第三種光10c的前進，并且傳遞其余波長的光，即，第一和第二種光10a和10b。最好，第二孔徑濾波器35的外環(huán)部分35a的內(nèi)徑使物鏡40的有效NA適合于對第三光盤50c進行記錄或再現(xiàn)。例如，當?shù)谌獗P50c為CD時，第二孔徑濾波器35的外環(huán)部分35a的內(nèi)徑確定為使物鏡40的有效NA為0.45。
圖4示出根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施例的兼容光拾取器的光學結(jié)構(gòu)。參照圖4，發(fā)光單元10包括第一光源11，用于發(fā)射適合于對第一光盤50a進行記錄或再現(xiàn)的波長為λ1的第一種光10a；第一光檢測器15，用于接收并檢測從第一光盤50a發(fā)射的光；第一發(fā)光模塊17，用于發(fā)射適合于對第二光盤50b進行記錄或再現(xiàn)的波長為λ2的第二種光10b；第二發(fā)光模塊18，用于發(fā)射適合于對第三光盤50c進行記錄或再現(xiàn)的波長為λ3的第三種光10c；以及第一、第二和第三光徑改變器12、16和13，用于分別改變從第一光源11、第一發(fā)光模塊17和18發(fā)射的第一、第二和第三種光10a、10b和10c的傳播路徑。
當?shù)谝还獗P50a為HD-DVD時，可以使用用于發(fā)射例如波長為400nm的第一種光10a的藍紫半導體激光器作為第一光源11。
第一發(fā)光模塊17具有用于發(fā)射第二種光10b的光源和用于接收從第二光盤50b反射的第二種光10b的光檢測器的組合結(jié)構(gòu)。同樣，第二發(fā)光模塊18具有用于發(fā)射第三種光10c的光源和用于接收從第三光盤50c反射的第三種光10c的光檢測器的組合結(jié)構(gòu)。當?shù)诙偷谌獗P50b和50c分別為DVD和CD時，可以使用用于發(fā)射例如波長為650nm的第二種光10b的紅半導體激光器作為第一發(fā)光模塊17的光源，并且可以使用用于發(fā)射例如波長為780nm的第三種光10c的紅外線半導體激光器作為第二發(fā)光模塊18的光源。
第一發(fā)光模塊17和18的結(jié)構(gòu)在本領域中是眾所周知的，因此，在此略去其詳細描述和圖解。
最好，發(fā)光單元10在第三光徑改變器13和物鏡40之間的光徑上進一步包括校準透鏡14，用于聚集并近似校準分別從第一光源11以及第一和第二發(fā)光模塊17和18發(fā)射的第一、第二和第三種光10a、10b和10c。
圖4所示的發(fā)光單元10的結(jié)構(gòu)是一個可用于本發(fā)明兼容光拾取器的例子。因此，具有不同結(jié)構(gòu)的各種發(fā)光單元可以應用于本發(fā)明的兼容光拾取器。另外，雖然在圖4的實施例中第一、第二和第三光徑改變器12、16和13示出為采用光束分裂器進行構(gòu)造，但是本發(fā)明不局限于這種結(jié)構(gòu)，并且可以對第一、第二和第三光徑改變器12、16和13進行各種改變。
上述本發(fā)明的兼容光拾取器以如下方式進行工作首先，當載入第一光盤50a時，從發(fā)光單元10發(fā)射的第一種光10a向第一和第二相位補償器20和30前進。第一種光10順序通過第一相位補償器20、第一孔徑濾波器25、第二相位補償器30和第二孔徑濾波器35，并且通過物鏡40聚焦在第一光盤50a的記錄表面上形成光點。從第一光盤50a反射的第一種光10通過與上面相反的路徑返回到發(fā)光單元10。
當載入第二光盤50b時，從發(fā)光單元10發(fā)射的第二種光10b進入第一相位補償器20，并且在其中使第二種光10b產(chǎn)生相差變化以補償球面象差和/或色差。下一步，第二種光10b進入第一孔徑濾波器25。由第一孔徑濾波器25的外環(huán)部分25a阻擋一部分的第二種光10b，并且，只有通過由外環(huán)部分25a環(huán)繞的第一孔徑濾波器25的內(nèi)孔徑的僅僅一部分的第二種光10b穿過第一孔徑濾波器25。結(jié)果，改變第二種光10b的光束大小，以使物鏡40的有效NA適合于對第二光盤50b進行記錄或再現(xiàn)，例如為0.6。第二種光10b順序通過第二相位補償器30、第二孔徑濾波器35，并且通過物鏡40聚焦在第二光盤50b的記錄表面上形成光點。從第二光盤50b反射的第二種光10b通過與上面相反的路徑返回到發(fā)光單元10。
當載入第三光盤50c時，從發(fā)光單元10發(fā)射的第三種光10b通過第一相位補償器20和第一孔徑濾波器25，并且進入第二相位補償器30。在第二相位補償器30中使第三種光10c產(chǎn)生相差變化以補償球面象差和/或色差。下一步，第三種光10c進入第二孔徑濾波器35。由第二孔徑濾波器35的外環(huán)部分35a阻擋一部分的第三種光10c，并且，只有通過由外環(huán)部分35a環(huán)繞的第二孔徑濾波器35內(nèi)孔徑的僅僅一部分的第三種光10c穿過第二孔徑濾波器35。結(jié)果，改變第三種光10c的光束大小，以使物鏡40的有效NA適合于對第三光盤50c進行記錄或再現(xiàn)，例如為0.45。第三種光10c通過物鏡40聚焦在第三光盤50c的記錄表面上形成光點。從第三光盤50c反射的第三種光10c通過與上面相反的路徑返回到發(fā)光單元10。
下面將參照下面情況對適用于本發(fā)明兼容光拾取器的物鏡40以及第一和第二相位補償器20和30的詳細實施例進行描述，其中，第一、第二和第三光盤50a、50b和50c分別為HD-DVD、DVD和CD，并且第一、第二和第三種光10a、10b和10c分別具有400nm的波長λ1、650nm的波長λ2和780nm的波長λ3。
表2列出適用于本發(fā)明兼容光拾取器的物鏡40的一個實施例的設計數(shù)據(jù)。在此，本發(fā)明的物鏡40設計為，使用BaCD5 HOYA(對于400nm，折射率大約為1.606048)作為光學介質(zhì)，對于具有0.1mm厚度的HD-DVD(即第一光盤10a)，在400nm，入射光瞳直徑大約為3.886mm，焦距大約為2.286nm，并且NA為0.85。另外，假定第一光盤50a在波長為400nm時折射率大約為1.623343。作為參考，光盤的折射率表示光前進的范圍從光入射面到記錄面的介質(zhì)有效折射率。
表2
在表2中，‘CG’表示第一光盤50a的介質(zhì)，K為第一和第二非球面S2和S3的二次曲線系數(shù)，并且A、B、C、D、E和F為非球面系數(shù)。表1的非球面S1到S5如圖5A所示，以作參考。
例如第一和第二非球面S2和S3的非球面方程用如下公式(5)表示z=ch21+1-(1+K)c2h2+Ah4+Bh6+Ch8+Dh10+Eh12+Fh14+Gh16+Hh18+Jh20----(5)]]>其中，z為非球面頂點的深度，h為光軸高度，c為曲率半徑，并且A到J為非球面系數(shù)。
采用上述設計數(shù)據(jù)形成的物鏡40具有1.082337的大工作距離，該距離大得足以防止在記錄和/和再現(xiàn)的過程中，物鏡40與包括分別在圖5A、5B和5C中所示的HD-DVD、DVD和CD的任何光盤發(fā)生碰撞。
圖5A、5B和5C示出當?shù)谝?、第二和第三種光10a、10b和10c通過采用表2的數(shù)據(jù)進行設計的物鏡40分別聚焦在HD-DVD、DVD和CD上時的光徑。當如圖5A、5B和5C所示分別載入HD-DVD、DVD和CD時，物鏡40的焦距對于第一種光10a約為2.286mm，對于第二種光10b約為2.359mm，并且對于第三種光10c約為2.375mm，如表3所示。另外，物鏡40的有效直徑(NA)對于第一種光10a約為3.9mm(NA＝0.85)，對于第二種光10b約為2.8mm(NA＝0.60)，并且對于第三種光10c約為2.1mm(NA＝0.45)。
表3
對于當采用表2的設計數(shù)據(jù)進行制造的物鏡40應用于DVD和CD時所發(fā)生的象差量(OPDrms)，當波長為400nm的第一種光10a通過物鏡40聚焦在厚度為0.1mm的HD-DVD 50a上形成光點時，幾乎不發(fā)生象差，如表3和圖5A所示。然而，當波長為650nm的第二種光10b通過物鏡40聚焦在厚度為0.6mm的DVD 50b上形成光點時，發(fā)生大約0.64λ2的象差，如表3和圖5B所示。當波長為780nm的第三種光10c通過物鏡40聚焦在厚度為1.2mm的CD 50c上形成光點時，發(fā)生大約0.28λ3的象差，如表3和圖5C所示。換句話說，當物鏡40應用于DVD和CD時，所發(fā)生的象差大大超過一般象差容忍范圍0.035λ。
然而，通過將第一和第二相位補償器20和30安置在物鏡20入射光瞳處，能夠減小在載入DVD和CD時發(fā)生的象差，如下所述。
下面將描述本發(fā)明的第一和第二相位補償器20和30的實施例以及它們減小在載入DVD和CD時發(fā)生的象差的效果。
表4示出根據(jù)本發(fā)明實施例的第一和第二相位補償器20和30的特征以及使用第一和第二相位補償器20和30之后的剩余象差量。圖6是其光學介質(zhì)由EFD4 HOYA形成的第一相位補償器20使用于HD-DVD的波長為λ1的第一種光10a和用于CD的波長為λ3的第三種光10c發(fā)生的相對于步距s1的相差圖。圖6是其光學介質(zhì)由EFD8 HOYA形成的第二相位補償器30使用于HD-DVD的波長為λ1的第一種光10a和用于DVD的波長為λ2的第二種光10b發(fā)生的相對于步距s2的相差圖。為獲得表4中的數(shù)據(jù)以及圖6和圖7，用于HD-DVD的第一種光10a的波長λ1設為400nm，用于CD的第三種光10c的波長λ3設為780nm，并且用于DVD的第二種光10b的波長λ2設為650nm。
表4
參照表4和圖6，當使用EFD4_HOYA作為第一相位補償器20的光學介質(zhì)并且步距s1為7.41μm時，對于用于HD-DVD的第一種光10a，所產(chǎn)生的相差大約為0.99λ1，近似于波長λ1的整數(shù)倍，對于用于CD的第三種光10c，所產(chǎn)生的相差大約為0.01λ3，近似于波長λ3的整數(shù)倍，而對于用于DVD的第二種光10b，所產(chǎn)生的相差大約為0.53λ2。
如上所述，當?shù)谝幌辔谎a償器20是通過使用EFD4_HOYA作為其光學介質(zhì)而形成的，并且具有步距s1為7.41μm的4階梯模式時，在用于HD-DVD的第一種光10a和用于CD的第三種光10c通過第一相位補償器20的時候，幾乎不發(fā)生相差變化，但是在用于DVD的第二種光10b通過第一相位補償器20的時候，發(fā)生相差變化。因此，通過在第一相位補償器20中形成模式，以產(chǎn)生相差變化來抵銷用于DVD的第二種光10b的象差，從而能夠?qū)τ糜贒VD的第二種光10b的象差進行補償。
參照表4和圖7，當使用EFD8_HOYA作為第二相位補償器30的光學介質(zhì)并且步距s2為3.83μm時，對于用于HD-DVD的第一種光10a，所產(chǎn)生的相差大約為0.01λ1，近似于波長λ1的整數(shù)倍，對于用于DVD的第二種光10b，所產(chǎn)生的相差大約為0.02λ2，近似于波長λ2的整數(shù)倍，而對于用于CD的第三種光10c，所產(chǎn)生的相差大約為0.31λ3。
如上所述，當?shù)诙辔谎a償器30是通過使用EFD8_HOYA作為其光學介質(zhì)而形成的，并且具有步距s2為3.83μm的3階梯模式時，在用于HD-DVD的第一種光10a和用于DVD的第二種光10b通過第二相位補償器30的時候，幾乎不發(fā)生相差變化，但是在用于CD的第三種光10c通過第二相位補償器30的時候，發(fā)生相差變化。因此，通過在第二相位補償器30中形成模式，以產(chǎn)生相差變化來抵銷用于CD的第三種光10c的象差，從而能夠?qū)τ糜贑D的第三種光10c的象差進行補償。
圖8示出與載入DVD時發(fā)生的球面像差對應的相差的二維分布。圖9示出由具有4階梯模式的第一相位補償器20產(chǎn)生的相差變化的二維分布，以補償圖8的相差(象差)。圖10示出通過相互疊加圖8和9而獲得的一維分布。要補償?shù)膱D8和10的相差與載入DVD時發(fā)生的象差的相差相反。在圖10中，橫軸在比例上與圖8和9相同，并且縱軸表示相對于用于DVD的波長為λ2的第二種光10b的相差。
如圖10所示，通過使用如上所述的本發(fā)明第一相位補償器20，能夠?qū)d入DVD時發(fā)生的象差進行足夠的補償。
在此，在第一相位補償器20中形成的模式的步距s1在用于HD-DVD的第一種光10a的波長λ1和用于CD的第三種光10c的波長λ3的整數(shù)倍的上述誤差范圍內(nèi)存在輕微的偏離。因此，當對CD和HD-DVD進行信息記錄和/或再現(xiàn)時，在通過第一相位補償器20之后，可能還存在相差，分別如圖11A和11B所示。雖然第一相位補償器20保持如圖11A和11B所示的第一和第三種光10a和10c的相差，但是對應于剩余相差的象差量是完全可容忍的，因為它們遠小于0.035λ，如表4所示。在圖11A和11B中，橫軸在比例上與圖10相同，并且縱軸分別表示用于CD的波長λ3和用于HD-DVD的波長λ1的相差。
圖12示出與載入CD時發(fā)生的球面象差對應的相差的二維分布。圖13示出由具有3階梯模式的第二相位補償器30產(chǎn)生的相差變化的二維分布，以補償圖12的相差(象差)。圖14示出通過相互疊加圖12和13而獲得的一維分布。在圖14中，橫軸在比例上與圖12和13相同，并且縱軸表示用于CD的波長λ3的相差。
如圖14所示，通過使用如上所述的本發(fā)明第二相位補償器30，能夠?qū)d入CD時發(fā)生的象差進行足夠的補償。
在此，類似于第一相位補償器20，在第二相位補償器30中形成的模式的步距s2在用于HD-DVD的第一種光10a的波長λ1和用于DVD的第二種光10b的波長λ2的整數(shù)倍的上述誤差范圍內(nèi)存在輕微的偏離。因此，當對DVD和HD-DVD進行信息記錄和/或再現(xiàn)時，在通過第二相位補償器30之后，可能還存在相差，分別如圖15A和15B所示。雖然第二相位補償器30保持如圖15A和15B所示的第一和第二種光10a和10b的相差，但是對應于剩余相差的象差量是完全可容忍的，如表4所示。在圖15A和15B中，橫軸在比例上與圖14相同，并且縱軸分別表示用于DVD的波長λ2和用于HD-DVD的波長λ1的相差。
雖然本發(fā)明的相位補償器在上面描述為，采用光學介質(zhì)中的階梯模式進行形成，但是只要相位補償器滿足上述公式(3)和(4)的要求，就可以對其進行各種改變。例如，本發(fā)明的相位補償器可以采用液體面板進行實現(xiàn)，其中，該面板是遵循上述公式(3)和(4)的要求而進行制造的，并且用來補償特定波長光的相差并僅傳遞大部分的其它兩種波長光。
另外，雖然本發(fā)明的相位補償器在上面描述為，適用于使用三種波長光的光拾取器，以對具有不同厚度的第一、第二和第三光盤進行兼容，但是本發(fā)明的相位補償器不局限于兼容光拾取器，并且適用于使用三種波長光并且因此要求根據(jù)波長進行選擇性象差補償?shù)母鞣N光學系統(tǒng)。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明，相位補償器對三種波長光中的特定波長入射光的相位進行補償，并且僅傳遞大部分的其它兩種波長光。
本發(fā)明的兼容光拾取器包括一對相位補償器，其中每個相位補償器對不同波長光的相位進行補償，以校正由于光盤之間厚度不同而引起的球面像差和/或由于光源之間波長不同而引起的色差。因此，本發(fā)明的兼容光拾取器能夠使用同一物鏡對三種具有不同厚度的光盤進行信息記錄和/或再現(xiàn)。
盡管本發(fā)明是參照其優(yōu)選實施例來具體描述的，但本領域的技術人員應該理解，在不脫離由所附權利要求限定的本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以對其進行形式和細節(jié)的各種修改。
權利要求
1.一種相位補償器，包括多個相位延遲區(qū)域并且滿足如下公式(a-b)＝mλ1(a′-b′)＝nλ3其中，λ1、λ2和λ3表示不同的入射光波長，a和a′分別對于波長λ1和λ3表示由一個相位延遲區(qū)域延遲的相位量，b和b′分別對于波長λ1和λ3表示由另一個相鄰相位延遲區(qū)域延遲的相位量，并且m和n為整數(shù)值±0.07或更小。
2.如權利要求1所述的相位補償器，包括對應于多個相位延遲區(qū)域的多個階梯模式，其中，每個階梯模式的步距s滿足如下公式(n1-n0)s＝mλ1(n3-n0″)s＝nλ3其中，n1和n3分別對于波長λ1和λ3表示相位補償器的光學介質(zhì)折射率，并且n0和n0″分別對于波長λ1和λ3表示相位補償器的空氣區(qū)域折射率。
3.如權利要求1或2所述的相位補償器，其中，波長λ1為藍紫光區(qū)域的波長，波長λ2和λ3中的一種為紅光區(qū)域的波長，并且波長λ2和λ3中的另一種為紅外線光區(qū)域的波長。
4.如權利要求3所述的相位補償器，其中，波長λ1大約為400-410nm，波長λ2和λ3中的一種大約為635或650nm，并且波長λ2和λ3中的另一種大約為780nm。
5.一種兼容光拾取器，包括發(fā)光單元，發(fā)射分別適合于對具有不同格式的第一、第二和第三光盤進行信息記錄和/或再現(xiàn)的不同波長λ1、λ2和λ3的第一、第二和第三種光，并且對分別從第一、第二和第三光盤反射的光進行接收和檢測；物鏡，對從發(fā)光單元入射的第一、第二和第三種光進行聚焦，以在各自的第一、第二和第三光盤上形成光點；第一和第二相位補償器，安置在物鏡的入射光瞳處，并且分別使第二和第三種光產(chǎn)生相差變化，并且每個相位補償器均包括多個相位延遲區(qū)域，并且第一和第二相位補償器分別滿足下面公式(1)和(2)(a-b)＝mλ1(a′-b′)＝nλ3其中，a和a′分別對于波長為λ1的第一種光和波長為λ3的第三種光，表示由第一相位補償器的一個相位延遲區(qū)域延遲的相位量，b和b′分別對于波長為λ1的第一種光和波長為λ3的第三種光，表示由第一相位補償器的另一個相鄰相位延遲區(qū)域延遲的相位量，并且m和n為整數(shù)值±0.07或更小，以及(c-d)＝pλ1(c′-d′)＝qλ2其中，c和c′分別對于波長為λ1的第一種光和波長為λ2的第二種光，表示由第二相位補償器的一個相位延遲區(qū)域延遲的相位量，d和d′分別對于波長為λ1的第一種光和波長為λ2的第二種光，表示由第二相位補償器的另一個相鄰相位延遲區(qū)域延遲的相位量，并且p和q為整數(shù)值±0.07或更小。
6.如權利要求5所述的兼容光拾取器，其中，第一相位補償器包括對應于多個相位延遲區(qū)域的多個階梯模式，并且每個階梯模式的步距s1滿足如下公式(n1-n0)s1＝mλ1(n3-n0″)s1＝nλ3其中，n1和n3分別對于波長λ1和λ3表示第一相位補償器的光學介質(zhì)折射率，并且n0和n0″分別對于波長λ1和λ3表示該相位補償器的空氣區(qū)域折射率。
7.如權利要求5所述的兼容光拾取器，其中，第二相位補償器包括對應于多個相位延遲區(qū)域的多個階梯模式，并且每個階梯模式的步距s1滿足如下公式(n1′-n0)s2＝pλ1(n2′-n0′)s2＝qλ2其中，n1′和n2′分別對于波長λ1和λ2表示第二相位補償器的光學介質(zhì)折射率，并且n0和n0′分別對于波長λ1和λ2表示第二相位補償器的空氣區(qū)域折射率。
8.如權利要求5至7中的任一項所述的兼容光拾取器，其中，第二光盤是DVD家族的光盤，第三光盤是CD家族的光盤，并且第一光盤具有比第二光盤更高的密度。
9.如權利要求8所述的兼容光拾取器，其中，第一光盤具有比第二光盤更薄的厚度。
10.如權利要求9所述的兼容光拾取器，其中，第一光盤的厚度大約為0.1mm。
11.如權利要求9所述的兼容光拾取器，其中，物鏡的數(shù)值孔徑大于或等于0.7，以適合于第一光盤。
12.如權利要求11所述的兼容光拾取器，其中，物鏡的工作距離大于或等于0.7mm。
13.如權利要求11所述的兼容光拾取器，其中，物鏡的數(shù)值孔徑為0.85。
14.如權利要求11所述的兼容光拾取器，進一步包括孔徑濾波器，用于為第二和第三種光中的至少一種改變物鏡的有效數(shù)值孔徑，以適合于對第二和第三光盤中的至少一種進行記錄和/或再現(xiàn)。
15.如權利要求14所述的兼容光拾取器，其中，孔徑濾波器與第一和第二相位補償器中的至少一個集成形成在一起。
16.如權利要求14所述的兼容光拾取器，其中，孔徑濾波器是波長選擇性覆蓋層成分或全息衍射成分，僅傳遞通過其中心部分的入射光，并且，根據(jù)入射光的波長選擇性地阻礙通過其外面部分的入射光的前進。
17.如權利要求5至7中的任一項所述的兼容光拾取器，其中，第一種光是藍紫波長區(qū)域的光，第二種光是紅波長區(qū)域的光，并且第三種光是紅外線波長區(qū)域的光。
18.如權利要求17所述的兼容光拾取器，其中，波長λ1大約為400-410nm，波長λ2大約為635或650nm，并且波長λ3大約為780nm。
全文摘要
本發(fā)明提供一種兼容光拾取器，包括發(fā)光單元，發(fā)射分別適合于對具有不同格式的第一、第二和第三光盤進行信息記錄和/或再現(xiàn)的不同波長λ1、λ2和λ3的第一、第二和第三種光，并且對分別從第一、第二和第三光盤反射的光進行接收和檢測；物鏡，對從發(fā)光單元入射的第一、第二和第三種光進行聚焦，以在各自的第一、第二和第三光盤上形成光點；第一和第二相位補償器，安置在物鏡的入射光瞳處，并且分別使第二和第三種光產(chǎn)生相差變化。第一相位補償器只對第二種光的相位進行補償，并且只傳遞第一和第三種光。第二相位補償器只對第三種光的相位進行補償，并且只傳遞第一和第二種光。
文檔編號G02B13/18GK1416120SQ0214796
公開日2003年5月7日 申請日期2002年10月31日 優(yōu)先權日2001年10月31日
發(fā)明者金泰敬, 安榮萬, 徐偕貞, 李鎮(zhèn)京, 金鐘培, 鄭鐘三 申請人:三星電子株式會社