專利名稱：光束整形棱鏡以及使用其的光學(xué)拾取器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種被設(shè)計以產(chǎn)生正交光學(xué)路徑的光束整形棱鏡以及使用其的光學(xué)拾取器。
背景技術(shù)：
隨著移動記錄裝置的增加，對使用低價錢介質(zhì)的光學(xué)記錄應(yīng)用的需求增加，并且用于移動應(yīng)用的光學(xué)拾取器正被活躍地研究。
用于移動應(yīng)用地光學(xué)拾取器需求使用作為用于記錄的光源的激光二極管(LD)的高輸出功率，這導(dǎo)致高功率消耗和熱量值。
為了解決這些問題，提供了一種通過采用光束整形棱鏡來整形激光光束以增加光利用的效率的方法，從而實現(xiàn)了用于采用低輸出功率需求來記錄的系統(tǒng)。由于來自LD輸出光束的輪廓，光束整形棱鏡被通常使用在用于記錄的光學(xué)拾取器中。
圖1是從一側(cè)發(fā)射激光光束的典型LD的示意圖。參考圖1，具有橢圓截面的激光光束從LD 1的激勵層(activation layer)3發(fā)射出。橢圓光束輪廓應(yīng)歸于激勵層3的厚度(垂直尺寸)和寬度(水平尺寸)之間的不同。
由于激勵層3的幾何和結(jié)構(gòu)，垂直和水平發(fā)散角不同，所以從LD 1發(fā)射的分別在水平和垂直方向分開的光束θ‖和θ⊥互相不同。因此，在水平方向分開的光束似乎已經(jīng)從光束在垂直方向分開的位置后ΔZ距離的位置發(fā)射出。光束在垂直和水平方向分開的開始點之間的距離差ΔZ被稱為“象散差”。
在這種情況下，由LD 1發(fā)射的光束的主偏振方向是光束的短軸(即，水平)方向。因此，由于象散差，通常在光學(xué)拾取器中使用作為光源的LD 1發(fā)射在短軸方向偏振的橢圓光束。
與發(fā)射橢圓光束的LD 1相比，具有圓形孔徑的物鏡需要圓形光束以增加光利用的效率。因此，為了實現(xiàn)相同目的，用于記錄的光學(xué)拾取器通常使用光束整形棱鏡以將由LD 1發(fā)射的橢圓光束轉(zhuǎn)換成圓形光束。
圖2示出了傳統(tǒng)光學(xué)拾取器的例子。參考圖2，傳統(tǒng)光學(xué)拾取器包括LD 11；光束整形棱鏡20，將由LD 11發(fā)射的橢圓光束整形成圓形光束并且改變光束的傳播路徑；物鏡19，將入射光束聚焦到光盤10上的一點；和光電探測器29，接收從光盤10反射的光束。
準(zhǔn)直透鏡13將從激光二極管11發(fā)射的光束準(zhǔn)直成平行光束，該光束然后穿過光柵15并且入射到光束整形棱鏡20。光束整形棱鏡由將入射橢圓光束整形成圓形光束的第一和第二棱鏡21和23以及反射從在第一和第二棱鏡21和23之間的鏡面反射的光束的第三棱鏡25組成。
穿過第一和第二棱鏡21和23的光束被整形為然后從反射鏡17反射進入物鏡19的圓形光束。光束通過物鏡19被聚焦在光盤10上。從光盤10反射的光束穿過物鏡19和反射鏡17，入射到第二棱鏡23并且從在第一和第二棱鏡21和23之間的鏡面反射進入第三棱鏡25。入射到第三棱鏡25的光束在內(nèi)部地從傾斜表面反射到光電探測器29，通過準(zhǔn)直透鏡27改變?yōu)闀酃馐⑶彝ㄟ^傳感透鏡28聚焦到光電探測器29。
在傳統(tǒng)光學(xué)拾取器中，從LD 11發(fā)射到光束整形棱鏡20的光束的光軸不與從光束整形棱鏡20出射到物鏡19的光束的光軸垂直。因此，光學(xué)部件以對互相指定的角度被布置。
在制作除物鏡以外所有光學(xué)拾取器系統(tǒng)部件被布置和裝配其上的基座中，對互相指定的角度的固定組件惡化了精確性，因此在精確地裝配部件中導(dǎo)致困難。即，與當(dāng)兩個光軸互相正交或一致時相比，在基座的制作和部件的裝配和對齊期間很難控制公差。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種被設(shè)計從而從光束整形棱鏡出射的光束與進入光束整形棱鏡的光束正交的光束整形棱鏡，以及一種采用該光束整形棱鏡并且容易在基座的制作和光學(xué)部件的裝配和對齊期間控制公差的光學(xué)拾取器。
將在接下來的描述中部分闡述本發(fā)明另外的方面和/或優(yōu)點，還有一部分通過描述將是清楚的，或者可以經(jīng)過本發(fā)明的實施而得知。
根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供了一種包括具有入射表面的第一棱鏡和具有傾斜表面的第二棱鏡的光束整形棱鏡。當(dāng)入射表面和具有θ1入射角的入射光束形成的角度為α1并且傾斜表面與從第一棱鏡穿進第二棱鏡并從傾斜表面反射的光束形成的角度為α2時，光束整形棱鏡滿足方程(1)并且使得該光束與入射光束垂直地出射θ1＝入射角θ2=sin-1(sinθ1n1)]]>θ3＝θ1-θ2θ4=sin-1(n1×sinθ3n2)]]> α1＝90°-θ1 其中，n1和n2分別是第一和第二棱鏡的折射率，θ2是折射通過第一棱鏡的入射表面的光束的折射角，θ3是從第一棱鏡穿進第二棱鏡的光束的入射角，θ4是折射通過第一棱鏡進入第二棱鏡的光束的折射角，和θ5是經(jīng)過第二棱鏡的光束入射在第二棱鏡的傾斜表面上的角度。
在本發(fā)明的一方面中，作為出射光束的寬度對入射光束的寬度的比的光束整形比M由方程(2)定義M=cosθ2cosθ4cosθ1cosθ3]]>在本發(fā)明的一方面中，第一和第二棱鏡由具有滿足方程(3)的折射率和散射系數(shù)的介質(zhì)制作以補償色差n1n2×sin(θ1-θ2)=n1′n2′×sin(θ1-θ2′)]]>其中，n1′、n2′和θ2′分別表示當(dāng)波長改變時與n1、n2和θ2相應(yīng)的折射率和角度。
在本發(fā)明的一方面中，入射表面被鍍膜以增加S偏振光束的透射比。光束整形棱鏡還包括置于第一和第二棱鏡之間并且將入射光束的偏振轉(zhuǎn)換成正交偏振的半波片。光束整形棱鏡還包括與第二棱鏡的傾斜表面相鄰放置的第三棱鏡，并且因此光束整形棱鏡作為偏振光束分解器工作。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種包括光束整形棱鏡并且整形由光源發(fā)射的光束，由物鏡將整形的光束聚焦到光學(xué)信息存儲介質(zhì)，并且由光電探測器接收從光學(xué)信息存儲介質(zhì)反射的光束的光學(xué)拾取器，其中，光束整形棱鏡包括具有入射表面的第一棱鏡和具有與第一棱鏡的界面傾斜的表面第二棱鏡。當(dāng)入射表面和具有θ1入射角的入射光束形成的角度為α1并且傾斜表面與從第一棱鏡穿進第二棱鏡并從傾斜表面反射的光束形成的角度為α2時，光束整形棱鏡滿足方程(1)并且使得出射光束與入射光束垂直地出射θ1＝入射角θ2=sin-1(sinθ1n1)]]>θ3＝θ1-θ2θ4=sin-1(n1×sinθ3n2)]]> α1＝90°-θ1 其中，n1和n2分別是第一和第二棱鏡的折射率，θ2是作為折射通過第一棱鏡的入射表面的光束的折射角，θ3是作為從第一棱鏡穿進第二棱鏡的光束的入射角，θ4是作為折射通過第一棱鏡進入第二棱鏡的光束的折射角，和θ5是經(jīng)過第二棱鏡的光束入射在第二棱鏡的傾斜表面上的角度。
在本發(fā)明的一方面中，光學(xué)拾取器還包括置于光束整形棱鏡和物鏡之間的四分之一波片以改變光束的偏振。


通過結(jié)合附圖對實施例進行下面的描述，本發(fā)明這些和/或其他方面和優(yōu)點將會變得清楚和更易于理解，其中圖1是傳統(tǒng)的從一側(cè)發(fā)射激光束的激光二極管的示意圖；圖2示出傳統(tǒng)的光學(xué)拾取器的例子；圖3是根據(jù)本發(fā)明實施例的光束整形棱鏡的示意性透視圖；圖4是示出在圖3的光束整形棱鏡中光束的折射和反射的側(cè)視圖；圖5是用于解釋在圖3的光束整形棱鏡中的光束整形比的圖；圖6A示出當(dāng)光束從空氣傳播到具有比空氣高的折射率的預(yù)定光學(xué)介質(zhì)時相對于與入射面正交地偏振的光束的入射角的反射比和透射比的變化；圖6B示出當(dāng)光束從空氣傳播到具有比空氣高的折射率的預(yù)定光學(xué)介質(zhì)時相對于與入射面平行地偏振的光束的入射角的反射比和透射比的變化；圖7是示出當(dāng)圖3的光束整形棱鏡的入射表面被鍍膜時光束的透射比的圖；圖8是根據(jù)本發(fā)明另一個實施例的光束整形棱鏡的示意性透視圖；圖9和圖10分別示出使用根據(jù)本發(fā)明實施例的圖3和圖8的光束整形棱鏡的光學(xué)拾取器；和圖11是示出包括根據(jù)本發(fā)明的光學(xué)拾取器的光學(xué)記錄和/或再現(xiàn)設(shè)備的示意圖。
具體實施例方式
現(xiàn)在將詳細參照本發(fā)明的實施例，其示例在附圖中示出，其中，相同的標(biāo)號始終表示相同的部件。下面通過參照附圖來描述這些實施例以解釋本發(fā)明。
參照圖3，光束整形棱鏡30包括第一棱鏡31，其具有入射表面33；和第二棱鏡35，其具有相對于第一棱鏡31的表面的傾斜表面37。第一棱鏡31和第二棱鏡35將入射橢圓光束整形為圓光束，并且使得出射光束垂直于入射光束。第一棱鏡31和第二棱鏡35由具有不同的色散系數(shù)和折射率的介質(zhì)構(gòu)成，以補償色差。第二棱鏡35的傾斜表面37和出射光束的方向形成的角度α2被確定，從而入射光束的光路與出射光束的光路正交。
參照圖4，其中，第一棱鏡31的入射表面33和具有入射角θ1的入射光束形成的角度為α1，并且第二棱鏡35的傾斜表面37和垂直于入射光束定向的出射光束形成的角度為α2，光束整形棱鏡30最好滿足方程(1)的要求以使得光束垂直于入射光束出射θ1＝入射角θ2=sin-1(sinθ1n1)]]>θ3＝θ1-θ2θ4=sin-1(n1×sinθ3n2)]]>
α1＝90°-θ1 在方程(1)中，θ1是入射角，并且n1和n2分別是第一棱鏡31和第二棱鏡35的折射率。θ2是通過第一棱鏡31的入射表面33折射的光束的折射角，并且θ3是從第一棱鏡31射到第二棱鏡35中的光束的入射角。θ4是通過第一棱鏡31折射到第二棱鏡35中的光束的折射角，并且θ5是通過第二棱鏡35傳播的光束在第二棱鏡35的傾斜表面37上入射的角度。
在這種情況下，光束整形比被確定如下。為了解釋光束整形比，圖5顯示了修改了的圖3中的光束整形棱鏡30的例子。
參照圖5，其中，在第一棱鏡31上入射的光束的寬度為A，當(dāng)光束與第一棱鏡31的入射表面33相遇時其寬度為B，通過第一棱鏡31的入射表面33折射到第一棱鏡31中的光束的寬度為C，當(dāng)光束與第一棱鏡31和第二棱鏡35之間的界面相遇時其寬度為D，并且在該界面折射到第二棱鏡35中的光束的寬度為E，寬度B、C、D、和E由方程(2)定義，在滿足方程(1)的光束整形棱鏡30中，光束的寬度E是經(jīng)受整形的出射光束的寬度。
B=Asinα1]]>C=Bcosθ2=Acosθ2sinα1]]>D=Ccosθ3=Acosθ2sinα1cosθ3]]>E=Dcosθ4=Acosθ2cosθ4sinα1cosθ3---(2)]]>因此，由于光束整形比M是指出射光束的寬度E和入射光束的寬度A之比，所以使用方程(1)和方程(2)由方程(3)定義光束整形比M 當(dāng)構(gòu)造光束整形棱鏡30滿足方程(1)的要求時，入射光束垂直于出射光束。當(dāng)在光學(xué)拾取器中使用光束整形棱鏡30時，光學(xué)拾取器的光路可以被構(gòu)造，從而入射光束的路徑和出射光束的路徑形成90度。此外，可以基于方程(3)的光束整形比M來改變?nèi)肷涔馐膶挾取?br> 在這種情況下，在光束整形棱鏡30中，第一棱鏡31的寬度L1、第二棱鏡35的長度L2和寬度L3、第一棱鏡31和第二棱鏡35中的角度α1和α2、和光束整形比M被確定為關(guān)于入射角θ1以及第一棱鏡31和第二棱鏡35的折射率n1和n2的變量。因此，進入到光束整形棱鏡30中的橢圓光束在其離開光束整形棱鏡30時被整形為圓光束。
圖6A和圖6B中明顯的是，當(dāng)光束從具有低折射率的介質(zhì)傳播到具有高折射率的介質(zhì)時，P-偏振光束的透射比高于S-偏振光束的透射比。即，P-偏振光束的反射比低于S-偏振光束的反射比。當(dāng)光束從具有低折射率的介質(zhì)移動到具有高折射率的介質(zhì)時發(fā)生這種類型的反射被稱作外反射。
圖6A和圖6B示出了當(dāng)光束從空氣傳播到具有比空氣高的折射率的預(yù)定光介質(zhì)時反射比和透射比相對于入射角的變化。在這種情況下，預(yù)定光介質(zhì)和空氣的折射率分別是1.5和1。T⊥和R⊥是指與入射面垂直地偏振的光束，即，S-偏振光束的透射比和反射比，并且T‖和R‖是指平行地偏振于入射面的光束，即，P-偏振光束的透射比和反射比。圖6A和圖6B的曲線圖摘錄于Eugene Hecht所著的《光學(xué)》第二版103頁圖4.29(Addison-Wesley出版社)。
同時，在當(dāng)光束從高折射率的介質(zhì)傳播到低折射率的介質(zhì)時發(fā)生內(nèi)部反射的情況下，S-偏振光束的反射比高于P-偏振光束的反射比。P-偏振光束和S-偏振光束之間的內(nèi)部反射比的差別在以上引用的參考中被描述(98頁，圖4.23)。反射比是振幅反射系數(shù)的平方。
在光學(xué)拾取器中用作光源的激光二極管發(fā)出橢圓光束，即，橢圓激光光束主要在短軸方向上線性地偏振。通常以通過加大短軸直徑將橢圓激光光束整形為具有短軸直徑與長軸直徑相等的圓光束這樣的方式來執(zhí)行光束整形。
因此，如果沒有用于改變從激光二極管發(fā)出的光束的偏振的光學(xué)部件，或者如果激光二極管沒有被制作為發(fā)出在長軸方向上線性地偏振的激光光束，那么具有平行于入射面偏振的光束，即，P-偏振光束可以入射到光束整形棱鏡30上。
但是，為了增加光利用的效率，有必要將從第二棱鏡35的傾斜表面37反射的光的量最大化。為了達到此目的，由于當(dāng)內(nèi)部反射時S-偏振光束的反射比高于P-偏振光束的反射比，所以S-偏振光束應(yīng)該入射到第二棱鏡35上。
因此，當(dāng)光束整形棱鏡30應(yīng)用于所設(shè)計的光學(xué)系統(tǒng)從而S-偏振光束進入到光束整形棱鏡30中時，第一棱鏡31的入射表面33最好被鍍膜以增加S-偏振光束的透射比。
入射表面33最好被鍍膜以在35°和70°之間的入射角具有90％或更高的透射比，此外，最好是大約99％或更高。圖7是示出當(dāng)S-偏振光束具有405nm波長并且入射表面33最好被鍍膜以具有高于大約99％或更高的透射比時，光束的透射比相對于從35°到70°的范圍中的入射角的變化。當(dāng)入射表面33以這種方式被鍍膜時，入射的S-偏振光束的大部分能夠通過入射表面33透射。
這里，為了允許S-偏振光束進入到光束整形棱鏡30中，激光二極管可以被設(shè)計為發(fā)出在長軸方向上偏振的橢圓光束，即，S-偏振光束。達到此目的的另一種方式是包括放置在一般激光二極管的入射表面上的并且將P-偏振光束轉(zhuǎn)換為S-偏振光束的單獨光學(xué)部件，或者包括在光束整形棱鏡30的第一棱鏡的前面的半波片，從而S-偏振光束入射到光束整形棱鏡30上，這隨后將在圖9中的光學(xué)拾取器中描述。
另一方面，當(dāng)光束整形棱鏡30應(yīng)用于光學(xué)系統(tǒng)時，其可以被設(shè)計為接收P-偏振光束并且還包括如圖8所示的放置在第一棱鏡31和第二棱鏡35之間以將P-偏振光束轉(zhuǎn)換為S-偏振光束的半波片34。在這種情況下，由于P-偏振光束的透射比高于S-偏振光束的透射比，所以沒有必要對入射表面33′鍍膜。但是，入射表面33′可以被鍍膜以進一步增加P-偏振光束的透射比。
如上所述，為了使得S-偏振光束照射到第二棱鏡35的傾斜表面37上，光束整形棱鏡30可以被設(shè)計以便S-偏振光束入射到第一棱鏡31的入射表面33上，并且入射表面33被鍍膜以增加S-偏振光束的透射比，或者被設(shè)計以便P-偏振光束入射到第一棱鏡31的入射表面33′上，并且半波片34放置在第一棱鏡31和第二棱鏡35之間以將P-偏振光束轉(zhuǎn)換為S-偏振光束。任一種方式可以最小化內(nèi)部反射。
因此，從第一棱鏡31傳播到第二棱鏡35中的光的大部分從第二棱鏡35的傾斜表面37反射，然后垂直于入射到光束整形棱鏡30上的光束而出射。如上所述，光束整形棱鏡30被構(gòu)造為光束以對入射光束的直角而出射。
因此，光束整形棱鏡30可以應(yīng)用于所設(shè)計的光學(xué)系統(tǒng)，以通過對第一棱鏡31的入射表面33鍍膜使得S-偏振光束進入到光束整形棱鏡30中這樣一種方式來增加S-偏振光束的透射比。光束整形棱鏡30也可以應(yīng)用于所設(shè)計的光學(xué)系統(tǒng)，以使得P-偏振光束進入到還包括用于在第一棱鏡31和第二棱鏡35之間將P-偏振光束轉(zhuǎn)換為S-偏振光束的半波片34的光束整形棱鏡30中。
光束整形棱鏡30最好可以被構(gòu)造為不僅整形光束而且補償色差。為此，第一棱鏡31和第二棱鏡35由具有不同的色散系數(shù)和折射率的介質(zhì)構(gòu)成制成。
當(dāng)光束具有與方程(1)中的波長不同的波長時，方程(4)以所附的撇號標(biāo)記使用在方程(1)中使用的角度和折射率定義了下列要求。
θ1＝入射角θ2′=sin-1(sinθ1n1′)]]>θ3′＝θ1-θ2′θ4′=sin-1(n1′×sinθ3′n2′)]]> α1＝90°-θ1 其中，θ2′、θ3′、θ4′、θ5′、n1′、n2′、α2′分別與方程(1)中的θ2、θ3、θ4、θ5、n1、n2、α2相對應(yīng)。
對色差的補償是指即使當(dāng)波長改變時從光束整形棱鏡30出射的光束仍然保持與進入光束整形棱鏡30的光束垂直，即，θ5＝θ5′。當(dāng)θ5＝θ5′時，通過方程(1)和方程(4)很明顯，θ4＝θ4′。通過分別使用方程(1)和方程(4)中的θ4和θ4′，定義在方程(5)中的關(guān)系可以被獲得sin-1(n1×sinθ3n2)=sin-1(n1′×sinθ3′n2′)---(5)]]>另外，從由方程(5)定義的關(guān)系獲得方程(6)中的關(guān)系n1×sinθ3n2=n1′×sinθ3′n2′---(6)]]>分別用方程(1)和(4)中的θ1-θ2和θ1-θ2′替換方程(6)中的θ3和θ3′，得到方程(7)中的關(guān)系n1n2=sin(θ1-θ2)=n1′n2′×sin(θ1-θ2′)---(7)]]>因此，如果第一和第二棱鏡31和35由具有色散系數(shù)和滿足方程(7)的要求的折射率的介質(zhì)制成，則可實現(xiàn)能夠補償色差的光束整形棱鏡30。例如，當(dāng)?shù)谝缓偷诙忡R31和35分別由具有n1(＝1.6808)和n2(＝1.68236)的折射率的BaCED5和E-FD2制成，并且入射角為70°，則光束整形比為2.425并且在入射表面33的光束的透射比約為99％。在這種情況下，這樣構(gòu)造的光束整形棱鏡30能夠補償色差并射出與入射光束垂直定向的輸出光束。
同時，通過另外包括由與第二棱鏡35的介質(zhì)相同的介質(zhì)即與第二棱鏡35具有相同的色散系數(shù)和折射率的介質(zhì)制成并與第二棱鏡35的傾斜表面37相鄰設(shè)置的第三棱鏡39，光束整形棱鏡30用作偏振光分束器(PBS)。在這種情況下，傾斜表面37用作根據(jù)偏振來分解光束的分束表面。
以這種方式，當(dāng)光束整形棱鏡30還包括由與第二棱鏡35的介質(zhì)相同的介質(zhì)制成并與第二棱鏡35的傾斜表面37相鄰設(shè)置的第三棱鏡39時，第二和第三棱鏡35和39用作PBS。因此，光束整形棱鏡30能夠補償色差，執(zhí)行光束整形，并用作PBS。
在這種情況下，當(dāng)被構(gòu)造為集成光束整形棱鏡和PBS的單一塊時，光束整形棱鏡30使光軸垂直對齊，由此方便光學(xué)部件的對齊和裝配以及在其上裝配部件的基座的加工。
光束整形棱鏡30能夠應(yīng)用在光學(xué)拾取器中。圖9和10分別示意性地顯示應(yīng)用根據(jù)本發(fā)明實施例的圖3和8的光束整形棱鏡30的光學(xué)拾取器。
參照圖9和10，根據(jù)本發(fā)明多個方面的光學(xué)拾取器包括光源51；準(zhǔn)直透鏡53，用于準(zhǔn)直由光源51發(fā)射的光束；光束整形棱鏡30，用于將從光源51發(fā)射然后通過準(zhǔn)直透鏡53的橢圓光束整形為圓光束；物鏡59，用于將入射光束聚焦在光學(xué)信息存儲介質(zhì)即光盤50的信息存儲表面的點上；和光電探測器65，用于接收從光盤50的信息存儲表面反射的光束以檢測再現(xiàn)的信息信號和/或用于伺服控制的錯誤信號。在光束整形棱鏡30中，附圖中相同的標(biāo)號表示相同部件，因此將省略對它們的描述。
發(fā)射具有預(yù)定波長的激光束的激光二極管被用作光源51。光源51可為單一光源51，或包括被設(shè)計用于發(fā)射以下光束的至少一個的多個光源51適合CD的紅外波長的光束，例如780nm波長光束；適合DVD的紅光波長區(qū)域的光束，例如650nm波長光束；和適合高級光盤(AOD)或藍光光盤(BD)的藍光波長區(qū)域的光束，例如405 nm波長光束。這里，AOD標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定405nm波長的光源、0.65數(shù)值孔徑(NA)的物鏡、和0.6mm厚度的記錄介質(zhì)。BD標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定405nm波長的光源、0.85NA的物鏡、和0.1mm厚度的記錄介質(zhì)。
當(dāng)為了使用不同格式和波長的多種光盤之間的兼容性來設(shè)計根據(jù)本發(fā)明多個方面的光學(xué)拾取器時，光源51可為發(fā)射以上三種波長光束的兩種的TWIN-LD或發(fā)射以上三種波長光束的多波長光源。另一方面，光學(xué)拾取器可包括用于發(fā)射第一單一波長光束的光源51，并且還包括用于發(fā)射與光源51的波長不同的波長的第二光束的單獨光源以及相應(yīng)布置的光學(xué)部件。
準(zhǔn)直透鏡53將由光源發(fā)射的發(fā)散光束準(zhǔn)直為平行光束。
光學(xué)拾取器可還包括光柵55，設(shè)置在光源51和光束整形棱鏡30之間并將由光源51發(fā)射的光束分為三個或更多的光束。光柵55被用于使用三光束或差分推挽(DPP)方法或另一種應(yīng)用它們的方法來檢測跟蹤錯誤信號。因此，當(dāng)使用不同的方法檢測跟蹤錯誤信號時，可能不需要光柵55。
如圖9中所示，光學(xué)拾取器可還包括半波片34，設(shè)置在光源51和光束整形棱鏡30之間并改變光束的偏振。另一方面，如圖10中所示，半波片34設(shè)置在光束整形棱鏡30的第一和第二棱鏡31和35之間。
半波片34被用于反射來自第二棱鏡35的傾斜表面37具有S偏振的光束。為此，半波片34將從光源51發(fā)射的光束的偏振轉(zhuǎn)換成正交的偏振。例如，當(dāng)由光源51發(fā)射P偏振光束時，半波片34將該P偏振光束轉(zhuǎn)換成S偏振光束。當(dāng)光源51被構(gòu)造為發(fā)射S偏振光束時，不需要半波片34。
雖然圖9已顯示光柵55和半波片34設(shè)置在準(zhǔn)直透鏡53和光束整形棱鏡30之間，當(dāng)光柵55和/或半波片34可位于光源51和準(zhǔn)直透鏡53之間。另外，盡管圖9已顯示光柵55與半波片34結(jié)合成一體，但它們可以是彼此分離的。
如上所述，由于光束整形棱鏡30被設(shè)計為滿足由方程(1)定義的要求，所以入射光束能夠被整形為能垂直于入射方向出射的形式。另外，由于光束整形棱鏡30被以既滿足方程(1)又滿足方程(7)的這種方式設(shè)計，所以它不僅能對光束整形而且能補償色差。
光束整形棱鏡30可在下述情況下補償色差。
例如，當(dāng)根據(jù)本發(fā)明的光學(xué)拾取器被用于記錄和/或再現(xiàn)BD或AOD因此光源51發(fā)射藍光(例如，405nm波長的光)時，在記錄和再現(xiàn)模式之間的轉(zhuǎn)變期間的光輸出功率的差別將導(dǎo)致波長的改變。甚至當(dāng)波長改變時，光束整形棱鏡30也能夠補償色差，由此使被整形的光束相對于入射方向以直角出射。這里，對于具有約405nm波長的藍光，在記錄和再現(xiàn)模式之間的轉(zhuǎn)變期間發(fā)生約1到2nm的波長改變。
當(dāng)該光學(xué)拾取器被用于記錄和/或再現(xiàn)CD和/或DVD時，因在記錄和再現(xiàn)模式之間的轉(zhuǎn)變期間的光輸出功率的差別而發(fā)生波長的改變。在這種情況下，同樣，光束整形棱鏡30可被設(shè)計為補償色差，由此使被整形的光束相對于入射方向以直角出射。
另外，當(dāng)該光學(xué)拾取器包括，例如，TWIN-LD作為光源51，或者其每一個發(fā)射不同波長光束的光源51和附加光源以及相應(yīng)布置的其他光學(xué)部件時，由該附加光源發(fā)射的光束可由光束整形棱鏡30以與由光源51發(fā)射的光束相同的方式整形。在這種情況下，光束整形棱鏡30能夠補償由波長差引起的色差，由此使具有不同波長的兩個光束垂直于入射方向出射。
圖9顯示了采用根據(jù)本發(fā)明實施例的圖3的光束整形棱鏡30的光學(xué)拾取器。如上所述，光束整形棱鏡30包括第一棱鏡31，具有被鍍膜以增加S偏振光的透射比的入射表面33；和第二棱鏡35，具有傾斜表面37。
另一方面，如圖10中所示，光學(xué)拾取器包括根據(jù)本發(fā)明另一實施例的圖8的光束整形棱鏡30。
光束整形棱鏡30包括第一棱鏡31，具有傾斜表面33′；第二棱鏡35，具有傾斜表面37；和半波片34，設(shè)置在第一和第二棱鏡31和35之間，并將P偏振光束轉(zhuǎn)換為S偏振光束。在這種情況下，P偏振光束入射到第一棱鏡31的入射表面33′上。由于P偏振光束的透射比高于S偏振光束的透射比，所以不必將入射表面33′鍍膜。此外，與當(dāng)入射表面33被鍍膜以增加S偏振光束的透射比時相比，當(dāng)入射表面33′被鍍膜以進一步增加P偏振光束的透射比時，可顯著降低鍍膜條件。
如在圖3和8中所示，用于根據(jù)本發(fā)明多個方面的光學(xué)拾取器中的光束整形棱鏡30可還包括與第二棱鏡35相鄰的第三棱鏡39。在這種情況下，光束整形棱鏡30還用作PBS，這使得不需要單獨的PBS。
當(dāng)光束整形棱鏡30用作PBS時，最好還包括四分之一波片57，設(shè)置在光束整形棱鏡30和物鏡59之間的光路中，以便從光盤50向光束整形棱鏡30反射的光束的偏振與從第二棱鏡35的傾斜表面37向光盤50反射的光束的偏振正交。在這種情況下，當(dāng)后者是S偏振光束時，從光盤反射到第二棱鏡35的光束具有P偏振。因此，該P偏振光束然后被引導(dǎo)通過第二和第三棱鏡35和39之間的界面，即傾斜表面37。
物鏡59在光盤50的信息存儲表面創(chuàng)建合適大小的射束點，并具有符合光盤50的標(biāo)準(zhǔn)和從光源51發(fā)射的光的波長的NA。光電探測器65接收光束以檢測再現(xiàn)的信息信號和/或用于伺服控制的錯誤信號，該光束由物鏡59聚焦到光盤50的信息存儲表面上并從相同表面反射，并且通過物鏡59、四分之一波片57、和光束整形棱鏡30的第二和第三棱鏡35和39。
在圖9和10中，標(biāo)號58和61分別表示反射鏡，用于以直角將來自光束整形棱鏡30的光束的方向改變?yōu)橄蛭镧R59傳播；和傳感透鏡(sensing lens)，用于將經(jīng)光束整形棱鏡30透射向光電探測器65傳播的光束會聚為在光電探測器65上的合適大小的射束點。
傳感透鏡61可以是能夠通過象散方法檢測聚焦錯誤信號的非球面透鏡。光學(xué)拾取器可還包括用于監(jiān)測光源51的光輸出功率的監(jiān)測光電探測器56。如在圖9和10中所示，可設(shè)置監(jiān)測光電探測器56以接收一些從光束整形棱鏡30的第一和第二棱鏡31和35之間的界面反射的光。
現(xiàn)在將描述在具有光束整形棱鏡30的光學(xué)拾取器中的光束的傳播。
由光源51發(fā)射的發(fā)散光束被準(zhǔn)直透鏡53轉(zhuǎn)換成平行光束。當(dāng)準(zhǔn)直的光束經(jīng)過光柵55時，它被分為三個或更多的光束，并且被半波片34轉(zhuǎn)換成具有正交的偏振的光束。例如，如果P偏振光束被光源51發(fā)射，則當(dāng)經(jīng)過半波片34時它被轉(zhuǎn)換成S偏振光束。
如在圖9中所示，入射在光束整形棱鏡30上的S偏振光束被經(jīng)第一棱鏡31的入射表面33折射并透射，從傾斜表面37反射，并且從光束整形棱鏡30的第二棱鏡35出射。在這種情況下，由于入射表面33被鍍膜以增加S偏振光束的透射比，所以入射光束的大部分經(jīng)入射表面33折射并透射。
如在圖10中所示，半波片34設(shè)置在第一和第二棱鏡31和35之間，而非設(shè)置在光束整形棱鏡30和光源51之間。當(dāng)P偏振光束入射在光束整形棱鏡30上時，入射的P偏振光束的大部分經(jīng)入射表面33′折射并透射，并且被半波片34轉(zhuǎn)換成S偏振光束。該S偏振光束被從第二棱鏡35的傾斜表面37反射并且隨后從光束整形棱鏡30出射。
當(dāng)由光源51發(fā)射的光束通過光束整形棱鏡30時，該光束的色差被補償并且該光束被整形以垂直于入射方向出射。
從光束整形棱鏡30出射的S偏振光束在它經(jīng)過四分之一波片57時被轉(zhuǎn)換成第一圓偏振光束，并被反射鏡58以這種方式反射，即以直角將該光束的路徑轉(zhuǎn)向物鏡59。該入射光束被物鏡59聚焦在光盤50的信息存儲表面上的一點。當(dāng)光束被從光盤50的信息存儲表面反射時，它被改變?yōu)榈诙A偏振光束，該第二圓偏振光束然后通過物鏡59并被反射鏡58反射到四分之一波片57。該入射光束在通過四分之一波片57時被轉(zhuǎn)換成P偏振光束，并入射到光束整形棱鏡30上。入射的P偏振光束經(jīng)第二棱鏡35和第三棱鏡39之間的界面，具體地講，傾斜表面37被透射，并被傳感透鏡61會聚到光電探測器65上。
應(yīng)用于根據(jù)本發(fā)明多個方面的光學(xué)拾取器中的光束整形棱鏡30使從光源51發(fā)射的光束的路徑與向物鏡59和光電探測器65傳播的光束的路徑正交。因此，易于布置并裝配光學(xué)拾取系統(tǒng)。也就是說，由于光束整形棱鏡30使進入光束整形棱鏡30的光束與離開其的光束垂直，所以光束整形棱鏡30的使用使得易于控制在其上裝配除物鏡之外的所有光學(xué)部件的基座的加工中的公差。因此，包括該光束整形棱鏡30的光學(xué)拾取器能夠被應(yīng)用為用于移動應(yīng)用的小型光學(xué)拾取器。
圖11示意性地表示應(yīng)用根據(jù)本發(fā)明實施例的光學(xué)拾取器的光學(xué)記錄和/或再現(xiàn)設(shè)備的結(jié)構(gòu)。參照圖11，該光學(xué)記錄和/或再現(xiàn)設(shè)備包括轉(zhuǎn)軸電機455，用于旋轉(zhuǎn)作為光學(xué)信息存儲介質(zhì)的光盤50；光學(xué)拾取器450，沿光盤50的徑向方向可移動地安裝，用于從光盤50再現(xiàn)信息和/或?qū)⑿畔⒂涗浀焦獗P50；驅(qū)動器457，用于驅(qū)動轉(zhuǎn)軸電機455和光學(xué)拾取器450；和控制器459，用于控制光學(xué)拾取器450的聚焦、跟蹤、和/或傾斜伺服機構(gòu)。這里，標(biāo)號452和453分別表示轉(zhuǎn)盤和用于夾住光盤50的夾具。
光學(xué)拾取器450具有光束整形棱鏡30，并且可以是參照圖9或10描述的光學(xué)拾取器。光學(xué)拾取器450的物鏡59可在聚焦、跟蹤、和/或傾斜方向由激勵器驅(qū)動。
從光盤50反射的光束由安裝在光學(xué)拾取器450中的光電探測器65檢測，并被光電地轉(zhuǎn)換為電信號，該電信號然后經(jīng)驅(qū)動器457被輸入到控制器459。驅(qū)動器457控制轉(zhuǎn)軸電機455的旋轉(zhuǎn)速度，放大輸入信號，并驅(qū)動光學(xué)拾取器450?？刂破?59將已基于從驅(qū)動器457接收的信號調(diào)整的聚焦伺服命令、跟蹤伺服命令、和/或傾斜伺服命令發(fā)送回至驅(qū)動器457，以便光學(xué)拾取器450能夠執(zhí)行聚焦、跟蹤、和/或傾斜伺服控制。
光束整形棱鏡30使入射光束與出射光束垂直，由此方便部件的光學(xué)對齊和裝配。因此，包括光束整形棱鏡30的光學(xué)拾取器450使得易于控制在基座的加工中的公差以及裝配和對齊光學(xué)部件。
雖然已表示和描述了本發(fā)明的一些實施例，但本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解，在不脫離由權(quán)利要求及其等同物限定其范圍的本發(fā)明的原理和精神的情況下，可以對這些實施例進行修改。
權(quán)利要求
1.一種光束整形棱鏡，包括第一棱鏡，具有入射表面；和第二棱鏡，具有傾斜表面，其中，當(dāng)入射表面和具有θ1入射角的入射光束形成的角度為α1并且傾斜表面與從第一棱鏡穿進第二棱鏡并從傾斜表面反射的光束形成的角度為α2時，光束整形棱鏡滿足第一方程并且使得該光束與入射光束垂直地出射θ1＝入射角θ2=sin-1(sinθ1n1)]]>θ3＝θ1-θ2θ4=sin-1(n1×sinθ3n2)]]> α1＝90°-θ1 其中，n1和n2分別是第一和第二棱鏡的折射率，θ2是折射通過第一棱鏡的入射表面的第一光束的折射角，θ3是從第一棱鏡穿進第二棱鏡的第二光束的入射角，θ4是折射通過第一棱鏡進入第二棱鏡的第二光束的折射角，和θ5是經(jīng)過第二棱鏡的第三光束入射在第二棱鏡的傾斜表面上的角度。
2.如權(quán)利要求1所述的光束整形棱鏡，其中，作為光束的寬度對入射光束的寬度的比的光束整形比M由第二方程定義，M=cosθ2cosθ4cosθ1cosθ3]]>
3.如權(quán)利要求1所述的光束整形棱鏡，其中，第一和第二棱鏡由具有滿足第三方程的折射率和散射系數(shù)的介質(zhì)制作以補償色差，n1n2×sin(θ1-θ2)=n1′n2′×sin(θ1-θ2′)]]>其中，n1′、n2′和θ2′分別表示當(dāng)入射光束的波長改變時與n1、n2和θ2相應(yīng)的折射率和角度。
4.如權(quán)利要求3所述的光束整形棱鏡，其中，入射表面被鍍膜以增加S偏振光束的透射比。
5.如權(quán)利要求3所述的光束整形棱鏡，還包括置于第一和第二棱鏡之間以將入射光束的偏振轉(zhuǎn)換成正交偏振的半波片。
6.如權(quán)利要求1所述的光束整形棱鏡，其中，入射表面被鍍膜以增加S偏振光束的透射比。
7.如權(quán)利要求1所述的光束整形棱鏡，還包括置于第一和第二棱鏡之間以將入射光束的偏振轉(zhuǎn)換成正交偏振的半波片。
8.如權(quán)利要求1到7任何一個所述的光束整形棱鏡，還包括與第二棱鏡的傾斜表面相鄰放置以執(zhí)行偏振光束分解的第三棱鏡。
9.一種包括光束整形棱鏡并且整形由光源發(fā)射的第一光束，由物鏡將整形的第一光束聚焦到光學(xué)信息存儲介質(zhì)上，并且由光電探測器接收從光學(xué)信息存儲介質(zhì)反射的光束的光學(xué)拾取器，其中，光束整形棱鏡包括具有入射表面的第一棱鏡和具有向與第一棱鏡的界面傾斜的第二棱鏡，并且其中，當(dāng)入射表面和具有θ1入射角的入射光束形成的角度為α1，并且傾斜表面與從第一棱鏡穿進第二棱鏡并從傾斜表面反射的出射光束形成的角度為α2時，光束整形棱鏡滿足第一方程并且使得出射光束與第一光束垂直地出射，θ1＝入射角θ2=sin-1(sinθ1n1)]]>θ3＝θ1-θ2θ4=sin-1(n1×sinθ3n2)]]> α1＝90°-θ1 其中，n1和n2分別是第一和第二棱鏡的折射率，θ2是作為折射通過第一棱鏡的入射表面的第一光束的第二光束的折射角，θ3是作為從第一棱鏡穿進第二棱鏡的第二光束的第三光束的入射角，θ4是作為折射通過第一棱鏡進入第二棱鏡的第三光束的第四光束的折射角，和θ5是經(jīng)過第二棱鏡的第四光束入射在第二棱鏡的傾斜表面上的角。
10.如權(quán)利要求9所述的光學(xué)拾取器，其中，光束整形棱鏡被設(shè)計，從而作為出射光束的寬度對入射光束的寬度的比的光束整形比M滿足第二方程，M=cosθ2cosθ4cosθ1cosθ3]]>
11.如權(quán)利要求9所述的光學(xué)拾取器，其中，光束整形棱鏡的第一和第二棱鏡由具有滿足第三方程的折射率和散射系數(shù)的介質(zhì)制作以補償色差，n1n2×sin(θ1-θ2)=n1′n2′×sin(θ1-θ2′)]]>其中，n1′、n2′和θ2′分別表示當(dāng)?shù)谝还馐牟ㄩL改變時與n1、n2和θ2相應(yīng)的折射率和角度。
12.如權(quán)利要求11所述的光學(xué)拾取器，其中，在光束整形棱鏡中的入射表面被鍍膜以增加S偏振光束的透射比。
13.如權(quán)利要求12所述的光學(xué)拾取器，還包括置于光束整形棱鏡和光源之間的半波片以將入射光束的偏振轉(zhuǎn)換成正交偏振。
14.如權(quán)利要求11所述的光學(xué)拾取器，其中，光束整形棱鏡還包括置于第一和第二棱鏡之間的半波片以將第一光束的偏振轉(zhuǎn)換成正交偏振。
15.如權(quán)利要求9所述的光學(xué)拾取器，其中，在光束整形棱鏡中的入射表面被鍍膜以增加S偏振光束的透射比。
16.如權(quán)利要求15所述的光學(xué)拾取器，還包括置于光束整形棱鏡和光源之間的半波片以將第一光束的偏振轉(zhuǎn)換成正交偏振。
17.如權(quán)利要求9所述的光學(xué)拾取器，其中，光束整形棱鏡還包括置于第一和第二棱鏡之間的半波片以將第一光束的偏振轉(zhuǎn)換成正交偏振。
18.如權(quán)利要求9到17中任何之一所述的光學(xué)拾取器，其中，光束整形棱鏡還包括與第二棱鏡的傾斜表面相鄰放置的第三棱鏡以執(zhí)行偏振光束分解。
19.如權(quán)利要求18所述的光學(xué)拾取器，還包括置于光束整形棱鏡和物鏡之間的四分之一波片以改變反射光束的偏振。
20.一種光束整形棱鏡，包括第一棱鏡，具有入射表面以接收銳角入射角的入射橢圓光束；和第二棱鏡，與第一棱鏡相鄰，具有傾斜表面以在透射通過第一棱鏡和第二棱鏡的一部分以后來反射入射橢圓光束，其中，形成第一棱鏡和第二棱鏡之間的界面的第一棱鏡的第一表面和第二棱鏡的第二表面的每個與入射橢圓光束成直角，并且圓形出射光束在從傾斜表面反射以后與界面平行地從第二棱鏡發(fā)射出。
21.如權(quán)利要求20所述的光束整形棱鏡，還包括置于第一和第二棱鏡之間的半波片以將入射橢圓光束轉(zhuǎn)換成正交偏振。
22.如權(quán)利要求21所述的光束整形棱鏡，其中，第一和第二棱鏡由具有不同折射率和散射系數(shù)的材料制作，從而在圓形出射光束中色差被糾正。
23.如權(quán)利要求22所述的光束整形棱鏡，還包括與第二棱鏡的傾斜表面相鄰放置的第三棱鏡，從而以與圓形出射光束平行并相反方向進入第二棱鏡的光束穿過傾斜表面并且進入第三棱鏡以執(zhí)行偏振光束分解。
24.如權(quán)利要求20所述的光束整形棱鏡，其中，第一和第二棱鏡由具有不同折射率和散射系數(shù)的材料制作，從而在圓形出射光束中色差被糾正。
25.如權(quán)利要求24所述的光束整形棱鏡，還包括由與第二棱鏡相同材料制作并且與第二棱鏡的傾斜表面相鄰放置的第三棱鏡，從而以與圓形出射光束平行并相反方向進入第二棱鏡的光束穿過傾斜表面并且進入第三棱鏡以執(zhí)行偏振光束分解。
26.如權(quán)利要求20所述的光束整形棱鏡，其中，入射表面被鍍膜以將入射橢圓光束的透射比至少提高到99％。
27.如權(quán)利要求26所述的光束整形棱鏡，其中，銳角入射角在35度和70度之間。
28.如權(quán)利要求20所述的光束整形棱鏡，其中，入射表面被鍍膜以將入射橢圓光束的透射比至少達到90％。
29.如權(quán)利要求28所述的光束整形棱鏡，其中，入射橢圓光束是S偏振光束。
30.如權(quán)利要求20所述的光束整形棱鏡，其中，入射橢圓光束是405nm波長光束、650nm波長光束或780nm波長光束中的至少之一。
31.一種光學(xué)拾取器，包括光源，發(fā)射光束；物鏡，將光束引導(dǎo)到光學(xué)存儲介質(zhì)的表面并且引導(dǎo)從光學(xué)存儲介質(zhì)的表面反射的光束；光束整形棱鏡，置于光源和物鏡之間，包括第一棱鏡，具有入射表面以接收銳角入射角的光束；和第二棱鏡，與第一棱鏡相鄰，具有傾斜表面以在透過第一棱鏡和第二棱鏡的一部分以后反射光束；傳感透鏡，會聚透射通過光束整形棱鏡的反射光束；和光電探測器，傳感來自傳感透鏡的會聚的反射光束，其中，形成第一棱鏡和第二棱鏡之間的界面的第一棱鏡的第一表面和第二棱鏡的第二表面的每個與入射橢圓光束成直角，并且圓形出射光束在從傾斜表面反射以后，與界面平行地從第二棱鏡發(fā)射。
32.如權(quán)利要求31所述的光學(xué)拾取器，還包括半波片，置于光源和光束整形棱鏡之間以將入射橢圓光束轉(zhuǎn)換成正交偏振。
33.如權(quán)利要求31所述的光學(xué)拾取器，其中，光束整形棱鏡還包括置于第一和第二棱鏡之間的半波片以將入射橢圓光束轉(zhuǎn)換成正交偏振。
34.如權(quán)利要求31所述的光學(xué)拾取器，其中，光源以等于405nm波長光束、650nm波長光束或780nm波長光束中的至少之一的波長來發(fā)射光束。
35.如權(quán)利要求31所述的光學(xué)拾取器，還包括偏振改變器，與光源相鄰放置以將光束的偏振改變?yōu)镾偏振光束。
36.如權(quán)利要求31所述的光學(xué)拾取器，其中，第一棱鏡包括具有與構(gòu)成第二棱鏡的第二材料不同散射系數(shù)和折射率的第一材料。
37.如權(quán)利要求36所述的光學(xué)拾取器，其中，光束整形棱鏡還包括與第二棱鏡的傾斜表面相鄰放置的第三棱鏡，從而以與圓形出射光束平行并相反方向進入第二棱鏡的反射的光束穿過傾斜表面并進入第三棱鏡以執(zhí)行偏振光束分解。
38.如權(quán)利要求37所述的光學(xué)拾取器，其中，第三棱鏡由第二材料構(gòu)成。
全文摘要
一種使用在光學(xué)拾取器中的光束整形棱鏡，該光束整形棱鏡包括具有入射表面的第一棱鏡和具有傾斜表面的第二棱鏡。由于進入光束整形棱鏡的光束與從此出射的光束成直角，所以容易光學(xué)地布置和裝配部件。
文檔編號G02B5/04GK1641764SQ20051000210
公開日2005年7月20日 申請日期2005年1月13日 優(yōu)先權(quán)日2004年1月13日
發(fā)明者崔鐘喆, 金泰敬 申請人:三星電子株式會社