專利名稱：可兼容不同厚度光盤的光拾取裝置的制作方法
本申請(qǐng)是三星電子株式會(huì)社1998年2月13日提交的名稱為“具有兼容多種光盤規(guī)格物鏡的光學(xué)拾取裝置”、申請(qǐng)?zhí)枮?8104168.X的發(fā)明專利申請(qǐng)的分案申請(qǐng)。
本發(fā)明涉及一種光學(xué)拾取裝置，它包括一種能在不同規(guī)格的光記錄介質(zhì)的信息記錄面上形成光點(diǎn)的物鏡，尤其是一種具有能對(duì)多種不同規(guī)格的光盤，例如數(shù)字通用盤(DVD)，CD記錄盤(CD-R)，CD再寫入盤(CD-RW)，小型盤(CD)和激光盤(LD)可兼容的物鏡的光學(xué)拾取裝置。
以高密度記錄和再現(xiàn)信息，如視頻，音頻或數(shù)據(jù)的記錄介質(zhì)是一種盤，卡或帶。然而，主要使用一種盤型的記錄介質(zhì)。近來(lái)，光盤系統(tǒng)已開發(fā)出LD，CD和DVD各種形式的盤。但，在需要可兼容地使用不同規(guī)格，例如DVD，CD-R，CD，CD-RW和LD的光盤時(shí)，由于盤的厚度和波長(zhǎng)的不同會(huì)出現(xiàn)光學(xué)象差。于是，對(duì)于可以兼容不同規(guī)格的光盤以及去除上述光學(xué)象差的光學(xué)拾取裝置已有大量研究。其結(jié)果，制造出各種可兼容不同規(guī)格光盤的光學(xué)拾取裝置。


圖1A和1B表示可兼容不同規(guī)格光盤的傳統(tǒng)光學(xué)拾取裝置的一部分內(nèi)容的視圖。圖1A表示光聚焦到一種薄型光盤上的情形。圖1B表示光聚焦到一種厚型光盤上的情形。在圖1A和1B中，標(biāo)號(hào)1表示一個(gè)全息透鏡，2表示折射物鏡，3a表示薄光盤，3b表示厚光盤。由未圖示的光源發(fā)出的光4受到全息透鏡1的格柵圖形11的衍射，分別產(chǎn)生非衍射的零級(jí)光40和衍射的第一級(jí)光41。由物鏡2將非衍射的零級(jí)光40聚焦到光盤3a的信息記錄表面上。由物鏡2將衍射的第一級(jí)光41聚焦到光盤3b的信息記錄表面上。所以圖1A和1B所示的光學(xué)拾取裝置使用非衍射的零級(jí)光40和衍射的第一級(jí)光41分別記錄或讀取不同厚度的光盤3a和3b的信息。
其它慣用的技術(shù)公開在1995年11月14日出版的日本未審查出版物平成7-302437上。其中所公開的光學(xué)頭裝置的物鏡從物鏡中心算起有一個(gè)具有與薄光盤的信息記錄表面疊合的焦點(diǎn)的奇數(shù)區(qū)，以及一個(gè)具有與厚光盤的信息記錄表面疊合的焦點(diǎn)的偶數(shù)區(qū)。由此，在薄光盤情形下，利用透過(guò)物鏡的奇數(shù)區(qū)的光束讀取來(lái)自薄光盤的信息。同樣，在厚光盤情形下，利用透過(guò)物鏡偶數(shù)區(qū)的光來(lái)讀取厚光盤的信息。
然而，由于圖1A和1B所示的光學(xué)拾取裝置把入射光分成零級(jí)光和第一級(jí)光，所以光的利用率下降。即，由于入射光由全息透鏡1分成零級(jí)光和第一級(jí)光，所以只有零級(jí)光或第一級(jí)光用于在光盤上記錄信息或讀出來(lái)自光盤的信息，光學(xué)拾取裝置只利用15％左右的入射光，于是降低了光的利用率。另，根據(jù)所用光盤的厚度，實(shí)際上只有從相應(yīng)光盤3a或3b反射的零級(jí)光和第一級(jí)光中的一個(gè)包括讀取信息。于是，相對(duì)于含信息的光來(lái)說(shuō)，無(wú)信息的光在光檢測(cè)時(shí)起到噪聲的作用。上述問(wèn)題可以通過(guò)處理全息透鏡1的方法來(lái)克服。然而，在加工全息透鏡1時(shí)，對(duì)于提供精細(xì)的全息圖形的蝕刻加工需要高的精度。所以使加工成本增加。
在日本專利未審查的公開號(hào)平成7-302437的已有技術(shù)中，只利用透過(guò)奇數(shù)區(qū)或偶數(shù)區(qū)的光。結(jié)果，光的利用率下降。另，由于焦點(diǎn)的數(shù)目總是二個(gè)，所以在進(jìn)行光探測(cè)時(shí)，沒(méi)有信息的光作為噪聲，這就難以探測(cè)來(lái)自光盤反射光的信息。
為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明的目的在于提供一種光學(xué)拾取裝置，能夠讀寫不同規(guī)格的光記錄介質(zhì)，提高光的利用率，并具有不取決于光盤規(guī)格的良好的信號(hào)探測(cè)功能。
本發(fā)明的附加目的和優(yōu)點(diǎn)部分內(nèi)容在下述的說(shuō)明書中提出，部分是顯見的，或者可由實(shí)施發(fā)明時(shí)理解。
本發(fā)明的上述和其它目的可通過(guò)提供一種可兼容不同厚度光記錄介質(zhì)的光拾取裝置來(lái)取得，這種裝置包括第一光源，該光源用于具有第一預(yù)定厚度的薄光盤；第二光源，該光源用于具有第二預(yù)定厚度的厚光盤；一個(gè)物鏡，用于將所述光源之一的光在光盤的信息記錄面上聚焦于一光點(diǎn)；以及光探測(cè)器，用于接收由上述信息記錄面上反射并通過(guò)物鏡的光；并且，所述物鏡以其光軸為中心將通光區(qū)分成具有不同光學(xué)特性的內(nèi)區(qū)、環(huán)形透鏡區(qū)及外區(qū)，該物鏡隨不同的光盤具有相應(yīng)的工作距離，并且透過(guò)物鏡各區(qū)的光分別在相應(yīng)光盤的信息記錄面上聚焦成一光點(diǎn)，其中，位于光軸遠(yuǎn)軸區(qū)的外區(qū)，在具有第一預(yù)定厚度的薄光盤信息記錄面上聚焦成無(wú)球差的單光點(diǎn)；位于光軸中間軸區(qū)的環(huán)形透鏡區(qū)，在具有第二預(yù)定厚度的厚光盤信息記錄面上聚焦成無(wú)球差的單光點(diǎn)；位于光軸近軸區(qū)的內(nèi)區(qū)，在具有第一預(yù)定厚度的薄光盤信息記錄面上聚焦成無(wú)球差的單光點(diǎn)，而在具有第二預(yù)定厚度的厚光盤信息記錄面上聚焦成具有最小光學(xué)象差光點(diǎn)。
本發(fā)明的這些和其它目的和優(yōu)點(diǎn)由下述結(jié)合附圖的優(yōu)選實(shí)施例的說(shuō)明變得更容易明白和理解。
圖1A和1B表示常用的具有一個(gè)全息透鏡和折射物鏡的光學(xué)拾取裝置；圖2A表示根據(jù)本發(fā)明的第一和第二實(shí)施例的物鏡在薄光盤的信息記錄面上形成一個(gè)光點(diǎn)的情況；圖2B表示根據(jù)本發(fā)明的第一和第二實(shí)施例的物鏡在厚光盤的信息記錄面上形成一個(gè)光點(diǎn)的情況；圖2C表示根據(jù)本發(fā)明的第一和第二實(shí)施例的物鏡，是從光源觀示的物鏡的內(nèi)區(qū)，環(huán)形透鏡區(qū)和外區(qū)的截面圖；圖2D表示本發(fā)明理想的環(huán)形透鏡的放大環(huán)形透鏡區(qū)部分的視圖；圖3A表示在讀出厚光學(xué)介質(zhì)時(shí)本發(fā)明第一實(shí)施例的物鏡的縱向球差；圖3B表示在讀出厚光學(xué)介質(zhì)時(shí)本發(fā)明第一實(shí)施例的物鏡的波陣面差；圖4表示本發(fā)明第一實(shí)施例的物鏡；圖5表示本發(fā)明第二實(shí)施例的物鏡的放大環(huán)形透鏡部分的視圖；圖6表示具有本發(fā)明的第一和第二實(shí)施例的物鏡的具有單個(gè)光源的光學(xué)拾取裝置的第一種光學(xué)系統(tǒng)；圖7表示圖6所示光學(xué)拾取裝置的一種變更的光學(xué)系統(tǒng)；圖8A表示根據(jù)本發(fā)明的第一和第二實(shí)施例的具有一個(gè)物鏡，二個(gè)光源和一個(gè)光探測(cè)器的第二種光學(xué)拾取裝置；圖8B表示圖8A所示光學(xué)拾取裝置的變更的裝置；圖9表示根據(jù)本發(fā)明的第一和第二實(shí)施例的具有一個(gè)物鏡，二個(gè)光源和二個(gè)光探測(cè)器的第三種光學(xué)拾取裝置；圖10表示利用根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例和第二實(shí)施例的光學(xué)拾取裝置讀取薄光盤時(shí)在光探測(cè)器中光束的分布情況；圖11表示利用根據(jù)本發(fā)明的第一和第二實(shí)施例的物鏡讀取厚光盤時(shí)光束在光探測(cè)器中的分布情況。
下面將參見本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行詳述，在附圖中表示出各個(gè)例子，圖中相同的引用標(biāo)號(hào)表示相同的部件。為便于說(shuō)明引用附圖來(lái)描述實(shí)施例。
圖2A至2D表示本發(fā)明的物鏡。圖2A表示在讀取薄光盤30A時(shí)物鏡20的工作距離是“WD1”時(shí)的光路。圖2B表示在讀出厚光盤30B時(shí)物鏡20的工作距離是“WD2”時(shí)的光路。圖2C表示從光源出發(fā)觀看的物鏡20，它表示位于物鏡20的光源側(cè)的透鏡表面22被分成內(nèi)區(qū)(中心區(qū))A1，環(huán)形透鏡區(qū)(中間區(qū))A2和外區(qū)(周緣區(qū))A3。圖2D表示物鏡20的環(huán)形透鏡區(qū)A2的部分放大視圖，這里的物鏡20是采用理想的方法加工的。
在本發(fā)明第一實(shí)施例的物鏡20中，位于物鏡20的光源側(cè)的透鏡表面22被分成內(nèi)區(qū)A1，環(huán)形透鏡區(qū)A2和外區(qū)A3，這種劃分是由以透鏡表面22的中心頂端V1為中心的呈例如橢圓形或圓形的環(huán)形透鏡區(qū)A2所形成的。此處，頂端V1是透鏡20的中心軸相截于光源側(cè)的透鏡表面22的一個(gè)點(diǎn)。內(nèi)區(qū)A1和外區(qū)A3具有非球面的形狀，他們最好在薄光盤30A的信息記錄表面31A上形成一個(gè)最優(yōu)聚焦點(diǎn)。另，內(nèi)區(qū)A1加工成能在厚光盤30B的信息記錄表面31B上產(chǎn)生一個(gè)小的球差，但是僅是一個(gè)非常小的球差，以讀取厚光盤30B。最好，內(nèi)區(qū)A1的數(shù)值孔徑NA滿足下述關(guān)系式(1)，對(duì)再現(xiàn)厚光盤30B，例如CD盤能提供一個(gè)最佳的光點(diǎn)。內(nèi)區(qū)A1，環(huán)形透鏡區(qū)A2和外區(qū)A3分別相應(yīng)于入射光的一個(gè)近軸區(qū)，一個(gè)中間軸區(qū)和一個(gè)遠(yuǎn)軸區(qū)。
在所用的光波長(zhǎng)為650nm時(shí)，物鏡20的數(shù)值孔徑NA最好是0.37或稍大一些的值，以再現(xiàn)所用的CD盤。
0.8λ/NA-光點(diǎn)大小(1)式中，λ表示光的波長(zhǎng)，NA表示內(nèi)區(qū)A1的數(shù)值孔徑。假設(shè)物鏡20的工作距離是“WD1”，由內(nèi)區(qū)A1和外區(qū)A3形成最佳的焦點(diǎn)，相對(duì)于工作距離“WD1”，透過(guò)內(nèi)區(qū)A1和外區(qū)A3的光線在薄光盤30A的信息記錄面31A上形成最佳光點(diǎn)，并且不產(chǎn)生球差。另，在使用透過(guò)物鏡20的內(nèi)區(qū)A1的光時(shí)，當(dāng)前的光盤30B，例如一個(gè)較厚的CD盤得到再現(xiàn)。上述技術(shù)已公開在韓國(guó)專利申請(qǐng)No.96-3605中。然而，要求數(shù)值孔徑不少于0.4，用于再現(xiàn)當(dāng)前光盤中的需要采用較小光點(diǎn)尺寸的光盤，例如LD盤。為使數(shù)值孔徑NA大于0.37，當(dāng)環(huán)形透鏡區(qū)A2由內(nèi)區(qū)A1的非球面形狀延伸所得時(shí)，在再現(xiàn)LD時(shí)透過(guò)環(huán)形透鏡區(qū)A2的光，會(huì)產(chǎn)生一個(gè)使LD不能再現(xiàn)的稍大的光學(xué)象差。所以，環(huán)形透鏡區(qū)A2要校正這一種光學(xué)象差并有一個(gè)非球面形狀，利用該形狀在由內(nèi)區(qū)A1形成焦點(diǎn)的最佳位置處使透過(guò)環(huán)形透鏡區(qū)A2的光校正該光學(xué)象差。
圖2B表示進(jìn)行厚光盤30B再現(xiàn)時(shí)的光路，并表示透過(guò)外區(qū)A3的光在光盤上不形成光點(diǎn)，并受到散射，而透過(guò)區(qū)A1和A2的光聚焦到厚光盤31B的表面上。同時(shí)，在物鏡20的工作距離是“WD1”時(shí)，透過(guò)環(huán)形透鏡區(qū)A2的光在光盤30A的信息記錄面31A處受到散射。圖2A中的實(shí)線表示在工作距離是“WD1”時(shí)，透過(guò)內(nèi)區(qū)A1和外區(qū)A3的光的光路。虛線表示透過(guò)環(huán)形透鏡區(qū)A2時(shí)受到散射的光的光路。
圖3A表示厚光盤30B讀出時(shí)物鏡20的工作距離和光學(xué)縱向球差的象差曲線圖。由于內(nèi)區(qū)A1在物鏡20再現(xiàn)厚光盤30B時(shí)具有球差，所以物鏡20受到光學(xué)散焦，即，調(diào)節(jié)工作距離，由此只有一個(gè)最小的光學(xué)象差值。球差系數(shù)W40的產(chǎn)生是由于薄光盤30A和厚光盤30B之間的厚度差的原因，該系數(shù)滿足下述等式(2)，σ2W40=n2-18n3d(NA)4=0.6μm---(2)]]>通常，包括球差的光學(xué)象差由下述等式(3)表示W(wǎng)＝W20h2+W40h4(3)其中，W20是散焦系數(shù)，h是邊緣光線的高度。光學(xué)象差的平方根滿足下述等式(4)，σ2W=W2--(W)2-=112[W20+W40]2+1180W402---(4)]]>這里，W2-=13W202+12W20W40+15W402]]>W-=12W20+13W40]]>所以，使光學(xué)象差最小的散焦系數(shù)的條件是W20＝-W40，實(shí)際的散焦量遵守等式(5)。ΔZ=-2W40(NA)2≈-8.3μm---(5)]]>這里，內(nèi)區(qū)的數(shù)值孔徑NA的變化，光盤折射率(n)和光盤厚度(d)如下NA＝0.38，n＝1.58，d＝0.6mm。如果將環(huán)形透鏡區(qū)A2設(shè)計(jì)成形成一個(gè)最佳光點(diǎn)，對(duì)于散焦為8.3μm的厚光盤，不出現(xiàn)球差，可以得到如圖3A所示的縱向球差曲線圖。在這種情況下，由內(nèi)區(qū)A1形成的焦長(zhǎng)與由環(huán)形透鏡區(qū)A2形成的焦長(zhǎng)之間的差，由于在光軸的散焦量為8.3μm，而使該差也為8.3μm。對(duì)內(nèi)區(qū)A1，焦長(zhǎng)是3.3025mm，對(duì)環(huán)形透鏡區(qū)A2，焦長(zhǎng)是3.3111mm，他們是按照常用的光學(xué)程序(S/W)計(jì)算的。該8.3μm是由手工進(jìn)行三次方計(jì)算的結(jié)果，而8.6μm是由用(S/W)光學(xué)程序的包括三次方的高次計(jì)算所得的結(jié)果。
如果物鏡20的工作距離從“WD1”改變至“WD2”，這將使由透過(guò)環(huán)形透鏡區(qū)A2的光所引起的光學(xué)象差基本上為零，通過(guò)環(huán)形透鏡區(qū)A2的光形成如圖2B實(shí)線所示的光程，并在厚光盤30B的信息記錄表面31B上形成最佳光點(diǎn)。當(dāng)工作距離“WD2”是再現(xiàn)厚光盤30B的最佳工作距離時(shí)，環(huán)形透鏡區(qū)A2增加所用光的利用效率，并增加數(shù)值孔徑。在這種情況下，內(nèi)區(qū)A1保持的球差對(duì)再現(xiàn)厚光盤30B是足夠小的。由內(nèi)區(qū)A1所形成的球差予以減小，總的波陣面象差約為0.07λrms。于是，透過(guò)內(nèi)區(qū)A1和環(huán)形透鏡區(qū)A2的光形成一個(gè)具有減小光尺寸為15％或以上的光點(diǎn)，同時(shí)不增加在厚光盤30B的信息記錄面31B上的光學(xué)象差，它是相比于環(huán)形透鏡區(qū)A2具有與內(nèi)區(qū)A1相同非球面形狀的情況而言。由此，有可能再現(xiàn)例如現(xiàn)今的需要高密度的LD以及CD的光記錄介質(zhì)。在這種情況下，透過(guò)外區(qū)A3的光受到散射，同時(shí)不影響在厚光盤30B的信息記錄面31B上所形成的光點(diǎn)。透過(guò)外區(qū)A3的光的光程由圖2B中的虛線表示。于是，單光點(diǎn)可以形成在信息記錄面31B上。上述和由圖2A和2B所示的工作距離的示例是WD1＝1.897mm，WD2＝1.525mm。
在讀取記錄信息時(shí)，薄光盤30A利用較短波長(zhǎng)的光，而厚光盤30B利用短波長(zhǎng)的光和較長(zhǎng)波長(zhǎng)的光。所以，在薄光盤30A是一種DVD盤，厚光盤30B是一種CD，LD，CD-RW或CD-R盤時(shí)，內(nèi)區(qū)A1和外區(qū)A3具有最適用于DVD的信息記錄表面的非球面形狀，而內(nèi)區(qū)A1和環(huán)形透鏡區(qū)A2具有象差得到校正的非球面形狀和最佳的工作距離，致使對(duì)于CD，LD或CD-RW或CD-R的信息記錄面可以再現(xiàn)信息。A1，A2和A3區(qū)中的環(huán)形透鏡區(qū)A2由表示非球面形狀的下述等式(6)確定其非球面形狀。Z(h)=h2/R1+1-(1+K)h2/R2+Ah4+Bh6+Ch8+Dh10+Zoffset---(6)]]>在上述等式(6)中，函數(shù)“Z”是從垂直于光軸并通過(guò)物鏡20的頂端V1的表面到位于物鏡20的光源側(cè)的透鏡表面22的距離的函數(shù)。變量“h”是物鏡20的軸到垂直于光軸的有關(guān)點(diǎn)之間的距離。常數(shù)“R”是一個(gè)曲率，它是作為確定非球面形狀的參考數(shù)。Zoffset是一個(gè)參數(shù)，用來(lái)表述環(huán)形透鏡區(qū)A2和內(nèi)區(qū)A1之間的臺(tái)階差。等式(6)是本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知的，所以略去對(duì)該式的詳細(xì)說(shuō)明。環(huán)形透鏡區(qū)A2具有一個(gè)凸起的形狀，或者一個(gè)內(nèi)凹的形狀，這是相比于內(nèi)區(qū)A1和外區(qū)A3而言。凸起形狀的環(huán)形透鏡區(qū)A2其放大的形狀示于圖2D中。由內(nèi)區(qū)A1和外區(qū)A3所占的非球面形狀可以用等式(6)中去除補(bǔ)償項(xiàng)Zoffset來(lái)表示。確定環(huán)形透鏡區(qū)A2的寬度，以提供最適合再現(xiàn)較厚光盤的光點(diǎn)，并且占據(jù)從光源入射的光所照射到的物鏡20的入射面22的至少10％。對(duì)于定量表述，環(huán)形透鏡區(qū)A2的寬度范圍為100至300μm之間。
對(duì)于A1，A2和A3的最佳非球面形狀的數(shù)據(jù)表示在下表中。
在A1，A2和A3區(qū)的非球面形狀由等式(6)和上表的數(shù)據(jù)確定時(shí)，從環(huán)形透鏡區(qū)A2的非球形表面外伸的由圖4中虛線表示的假想表面離物鏡20的頂端V1的距離比內(nèi)區(qū)A1的非球形表面遠(yuǎn)。
然而，為在光源側(cè)的透鏡表面上容易形成非球面形狀的A1，A2和A3區(qū)，最好在初步加工內(nèi)區(qū)A1和外區(qū)A3之后再加工環(huán)形透鏡區(qū)A2。于是，環(huán)狀的透鏡區(qū)A2在與內(nèi)區(qū)A1或外區(qū)A3接觸處具有一個(gè)臺(tái)階差。
圖4表示物鏡20，它被加工成在內(nèi)區(qū)A1接觸環(huán)形透鏡區(qū)A2處存在一個(gè)臺(tái)階差。圖5表示物鏡20＇加工成，在環(huán)形透鏡區(qū)A2接觸外區(qū)A3的區(qū)域具有一個(gè)臺(tái)階差。由于通過(guò)內(nèi)區(qū)A1的光和通過(guò)環(huán)形透鏡區(qū)A2的光之間具有光程差，所以這種臺(tái)階差會(huì)產(chǎn)生象差。臺(tái)階差具有一個(gè)高度，由這個(gè)高度，使由通過(guò)內(nèi)區(qū)A1和環(huán)形透鏡區(qū)A2的光之間的光程差所產(chǎn)生的光學(xué)象差，對(duì)于由光源發(fā)出的較長(zhǎng)波長(zhǎng)的光，或用于再現(xiàn)厚光盤的光來(lái)說(shuō)可以予以清除。具體說(shuō)，將臺(tái)階差的高度確定成，使透過(guò)物鏡20的環(huán)形透鏡區(qū)A2的光和透過(guò)物鏡20的內(nèi)區(qū)A1的光之間的光程差成為所用光的波長(zhǎng)整數(shù)倍，見圖3B?？梢园雅_(tái)階差的高度確定為一個(gè)值，把等式(6)中的Zoffset值，以及環(huán)形透鏡區(qū)A2的寬度考慮進(jìn)去，由于光程差所引起的光學(xué)象差可由該值予以去除。最好，臺(tái)階差的高度，根據(jù)物鏡的折射率大小近似地確定為1μm-1.5μm。
圖6表示采用根據(jù)本發(fā)明第一和第二實(shí)施例的物鏡20或20＇的具有單光源的第一種類型光學(xué)拾取裝置。圖6所示的光學(xué)拾取裝置具有一個(gè)典型的光學(xué)系統(tǒng)，利用本發(fā)明的第一和第二實(shí)施例的物鏡20和20＇，它兼容利用相同波長(zhǎng)光的不同規(guī)格的光盤。光源41發(fā)出特定波長(zhǎng)的激光束。光探測(cè)器43設(shè)計(jì)成，使透過(guò)物鏡20或20＇的外區(qū)A3的光在再現(xiàn)厚光盤30B時(shí)不被探測(cè)到。即，光探測(cè)器43設(shè)計(jì)成，在再現(xiàn)厚光盤30B的信息時(shí)，只探測(cè)到透過(guò)物鏡20或20＇的內(nèi)區(qū)A1和環(huán)形透鏡區(qū)A2的光。
為清楚起見，描述圖6所示的包括物鏡20或20＇以及光源41發(fā)出650nm波長(zhǎng)的光的光學(xué)拾取裝置。由光源41發(fā)出的波長(zhǎng)為650nm的光線由分束器42反射。分束器42約反射50％的入射光，由準(zhǔn)直透鏡70將反射的光變成基本上的平行光。由于從光源向物鏡20或20＇入射的光線可以利用準(zhǔn)直透鏡70變成基本上為平行的光，所以可以進(jìn)行較為穩(wěn)定的信息讀取操作。在對(duì)于薄光盤30A，例如DVD盤進(jìn)行再現(xiàn)操作時(shí)，透過(guò)準(zhǔn)直透鏡70的光線，以光點(diǎn)的形式被物鏡20或20＇聚焦在薄盤30A的信息記錄面31A上。在這種情況下，物鏡20或20＇有一個(gè)工作距離“WD1”，它在圖6中的A位置用實(shí)線表示。所以，650nm波長(zhǎng)的光線形成圖6實(shí)線所示的光路。從薄光盤30A的信息記錄面31A反射的光通過(guò)物鏡20或20＇以及準(zhǔn)直透鏡70傳輸，然后再入射到分束器42上。分束器42透過(guò)約50％的入射光，所透過(guò)的光由光探測(cè)透鏡44聚焦到光探測(cè)器43上。此時(shí)，透過(guò)物鏡20或20＇的內(nèi)區(qū)A1和外區(qū)A3的光，在薄光盤30A的信息記錄面31A上形成特定大小的光點(diǎn)，利用該光點(diǎn)來(lái)讀取薄光盤30A的信息記錄面31A的信息。同時(shí)，透過(guò)物鏡20或20＇的環(huán)形透鏡區(qū)A2的光在偏離透過(guò)內(nèi)區(qū)A1和外區(qū)A3的光所形成光點(diǎn)的位置約5μm的盤31B的位置處，在厚盤31B上形成散射狀的光帶。由此，光探測(cè)器43不探測(cè)透過(guò)環(huán)形透鏡區(qū)A2的光，它在再現(xiàn)薄光盤30A的數(shù)據(jù)時(shí)，對(duì)于有效的再現(xiàn)信號(hào)不再作為噪聲信號(hào)。
在對(duì)于厚盤30B進(jìn)行再現(xiàn)操作時(shí)，例如對(duì)于CD或LD盤的再現(xiàn)，透過(guò)準(zhǔn)直透鏡70的光由位于B處的物鏡20或20＇在厚盤30B的信息記錄面上形成光點(diǎn)。在這種情形下，物鏡20或20＇的工作距離是“WD2”，如圖6中的虛線所示。所以，所述光形成如圖6中虛線所示的光路。此時(shí)，透過(guò)物鏡20或20＇的內(nèi)區(qū)A1和環(huán)形透鏡區(qū)A2的光，在厚盤30B的信息記錄面31B上形成一定大小的光點(diǎn)，由此可以從厚光盤30B的信息記錄面31B讀取信息。同時(shí)，透過(guò)物鏡20或20＇的外區(qū)A3的光形成一個(gè)較弱強(qiáng)度的光點(diǎn)，該光點(diǎn)位于偏離由透過(guò)內(nèi)區(qū)A1和環(huán)形透鏡區(qū)A2所形成光點(diǎn)位置的某一個(gè)位置處。于是，光探測(cè)器43可利用透過(guò)物鏡20或20＇的內(nèi)區(qū)A1和環(huán)形透鏡區(qū)A2的光，從厚光盤30B讀取信息。
更詳細(xì)地說(shuō)，透過(guò)內(nèi)區(qū)A1的光在厚光盤30B的信息記錄面31B上產(chǎn)生球差。然而，所述球差對(duì)于從厚盤30B讀取信號(hào)來(lái)說(shuō)是一個(gè)非常小的量，可由在光軸的球差量對(duì)光進(jìn)行散焦來(lái)保持所述最小的光學(xué)象差。在工作距離調(diào)節(jié)到約10μm時(shí)，對(duì)非象差光學(xué)系統(tǒng)校正環(huán)形透鏡區(qū)A2的透鏡曲率和非球面系數(shù)，從而不產(chǎn)生附加的球差。于是，數(shù)值孔徑增加而光學(xué)象差不增加，光點(diǎn)的尺寸也減小。由此，可再現(xiàn)現(xiàn)用的比再現(xiàn)CD盤需要更高的密度的光盤，例如LD盤。作為參考，對(duì)于再現(xiàn)LD盤，需要約1.2μm的光點(diǎn)大小，而再現(xiàn)CD盤，需要約1.4μm的光點(diǎn)大小。對(duì)于再現(xiàn)DVD盤，需要約1.9μm的光點(diǎn)大小。因此，本發(fā)明可利用簡(jiǎn)單的光學(xué)拾取裝置再現(xiàn)各種不同規(guī)格的光盤，如DVD，LD和CD盤。
圖10表示根據(jù)本發(fā)明的第一和第二實(shí)施例在再現(xiàn)薄盤30A的信息時(shí)，光探測(cè)器43上光的分布。在圖10中，暗區(qū)是由于透過(guò)物鏡20或20＇的內(nèi)區(qū)A1和外區(qū)A3的光所致，它作為一個(gè)有效的再現(xiàn)信號(hào)予以探測(cè)。然而，暗區(qū)之間的亮區(qū)表示，在光探測(cè)器43內(nèi)通過(guò)物鏡20或20＇的環(huán)形透鏡區(qū)A2的光沒(méi)有被探測(cè)，也沒(méi)有作為有效的再現(xiàn)信號(hào)予以探測(cè)。圖11表示根據(jù)本發(fā)明，利用物鏡20或20＇再現(xiàn)厚光盤30B的信息時(shí)在光探測(cè)器43內(nèi)光束的分布。標(biāo)記“B1”表示在光探測(cè)器內(nèi)透過(guò)內(nèi)區(qū)A1的光的分布，“B2”表示透過(guò)環(huán)形透鏡區(qū)A2的光的分布，“B3”表示透過(guò)外區(qū)A3的光的分布。在圖11中所示的形成B1和B2分布的光在光探測(cè)器43內(nèi)作為有效信號(hào)予以探測(cè)，形成B3分布的光不作為有效再現(xiàn)光予以探測(cè)。
圖7表示對(duì)圖6所示光學(xué)拾取裝置的一種改進(jìn)的光學(xué)系統(tǒng)。在圖7中，部件40包括光源41和光探測(cè)器43，他們構(gòu)成一個(gè)組件。全息分束器50是一個(gè)具有高光效率的偏振全息圖，并且通過(guò)使用一個(gè)1/4波片60取得高的光學(xué)效率。最好在不使用1/4波片時(shí)，用一個(gè)普通的全息圖來(lái)替代偏振全息圖。光源41發(fā)出的650nm的光線通過(guò)全息分束器50和1/4波片60，然后用準(zhǔn)直透鏡70使他們成為平行光線。物鏡20或20＇將來(lái)自準(zhǔn)直透鏡70的光以光點(diǎn)的形式聚焦到薄光盤30A的信息記錄面31A上，或者以光點(diǎn)的形式聚焦到厚光盤30B的信息記錄面31B上。在圖7所示的光學(xué)拾取裝置中，由于所用的物鏡相同于圖6中所用的，所以在此略去對(duì)他們的詳細(xì)說(shuō)明。從信息記錄面31A或31B反射的光，最后由全息分束器50會(huì)聚并聚焦到光探測(cè)器43上。
圖8A表示根據(jù)本發(fā)明第一和第二實(shí)施例具有物鏡20或20＇，兩個(gè)光源41和45以及一個(gè)光探測(cè)器43的光學(xué)拾取裝置。光源41發(fā)出650nm的激光束，光源45發(fā)出780nm的激光束。780nm的光源應(yīng)該用于CD，CD-RW，LD或CD-R盤，而650nm的光源應(yīng)該用于DVD，CD或CD-RW盤。在使用光源41時(shí)，所發(fā)出的光線形成如圖8A所示的用實(shí)線表示的光路，在這種情況下，物鏡20或20＇在位置A處用實(shí)線表示。當(dāng)采用光源45時(shí)，所發(fā)出的光線形成圖中由虛線表示的光路，在這種情形下，物鏡20或20＇在位置B處用虛線表示。用物鏡20或20＇使光聚焦在厚光盤30B或薄光盤30A上的光點(diǎn)相同于圖6所示的情況。
分束器46是一種可色分離的分束器，它透過(guò)由光源41提供的光，同時(shí)反射由光源45提供的光。從分束器46反射的光入射到偏振分束器47上。偏振分束器47有一種光學(xué)特性，即，對(duì)于工作的光波長(zhǎng)為650nm和780nm時(shí)，分別透射或反射線性的偏振光。偏振分束器47透過(guò)從分束器46入射的光，由1/4波片60使透過(guò)光成為圓偏振光。由物鏡20或20＇使圓偏振光聚焦到薄光盤30A或者厚光盤30B的信息記錄面上。從信息記錄表面反射的光通過(guò)物鏡20或20＇，以及準(zhǔn)直透鏡，然后由1/4波片60使它成為線性偏振光。線性偏振光從偏振分束器47反射，所反射的光由光探測(cè)透鏡44聚焦到光探測(cè)器43上。在不用1/4波片時(shí)，偏振分束器47可以用部分透射和部分反射入射光的分束器替代。
一種具有物鏡，二個(gè)光源，單個(gè)光探測(cè)器和片狀分束器42的光學(xué)拾取裝置，其使用如圖8B所示。圖8B表示圖8A所示光學(xué)拾取裝置的一種變更裝置，它是通過(guò)采用一種片狀分束器代替立方體形分束器。此外，二個(gè)光源41和45相互反向面對(duì)，光探測(cè)器43與光源41和45構(gòu)成90°角。這種布置不同于圖8A所示的光學(xué)拾取裝置，在圖8A中，光源41和45相互以直角相對(duì)，而光探測(cè)器43與光源45反向面對(duì)，并與光源41成直角設(shè)置。
圖9表示根據(jù)本發(fā)明的第一和第二實(shí)施例具有物鏡20或20＇，二個(gè)光源41和45，以及二個(gè)光探測(cè)器83和105的光學(xué)拾取裝置。在圖9中，光源41發(fā)出具有650nm波長(zhǎng)的光，光探測(cè)器83對(duì)應(yīng)于光源41，而光源45發(fā)出780nm的光波長(zhǎng)，光探測(cè)器105適用于光源45，光束分束器是110。其它光學(xué)元件與圖8A和8B中所表示的相同。由于圖9所示的光學(xué)拾取系統(tǒng)可以由本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)對(duì)圖8A和8B提供的有關(guān)內(nèi)容所理解，所以在此省略對(duì)他們的詳細(xì)說(shuō)明。
至今，根據(jù)本發(fā)明的物鏡在介紹光學(xué)拾取裝置時(shí)已作出了描述。然而，很明顯對(duì)于具有本領(lǐng)域技術(shù)的人來(lái)說(shuō)，本發(fā)明的物鏡也可用于顯微鏡或光學(xué)拾取測(cè)定裝置。
如上所述，本發(fā)明的光學(xué)拾取裝置可以兼容于各種厚度或記錄密度的盤，即具有不同規(guī)格的盤的應(yīng)用。另，本發(fā)明的物鏡可以采用注模的方法以低成本制取。具體說(shuō)，使用二個(gè)或多個(gè)波長(zhǎng)的光兼容地用于光盤時(shí)，可以用單個(gè)物鏡和單個(gè)光探測(cè)器來(lái)制做光學(xué)拾取裝置。
本發(fā)明在上文中只是描述了幾種實(shí)施例。顯然在不偏離本發(fā)明的精神和范圍下可作出多種變更。
權(quán)利要求
1.一種用于讀取或/和記錄光記錄介質(zhì)信息的光拾取裝置，可兼容不同厚度的光盤，其特征在于所述裝置包括第一光源，該光源用于具有第一預(yù)定厚度的薄光盤；第二光源，該光源用于具有第二預(yù)定厚度的厚光盤；一個(gè)物鏡，用于將所述光源之一的光在光盤的信息記錄面上聚焦于一光點(diǎn)；以及光探測(cè)器，用于接收由上述信息記錄面上反射并通過(guò)物鏡的光；并且，所述物鏡以其光軸為中心將通光區(qū)分成具有不同光學(xué)特性的內(nèi)區(qū)、環(huán)形透鏡區(qū)及外區(qū)，該物鏡隨不同的光盤具有相應(yīng)的工作距離，并且透過(guò)物鏡各區(qū)的光分別在相應(yīng)光盤的信息記錄面上聚焦成一光點(diǎn)，其中，位于光軸遠(yuǎn)軸區(qū)的外區(qū)，在具有第一預(yù)定厚度的薄光盤信息記錄面上聚焦成無(wú)球差的單光點(diǎn)；位于光軸中間軸區(qū)的環(huán)形透鏡區(qū)，在具有第二預(yù)定厚度的厚光盤信息記錄面上聚焦成無(wú)球差的單光點(diǎn)；位于光軸近軸區(qū)的內(nèi)區(qū)，在具有第一預(yù)定厚度的薄光盤信息記錄面上聚焦成無(wú)球差的單光點(diǎn)，而在具有第二預(yù)定厚度的厚光盤信息記錄面上聚焦成具有最小光學(xué)象差光點(diǎn)。
2.如權(quán)利要求1所述的光拾取裝置，其特征在于當(dāng)透過(guò)所述物鏡在厚光盤的信息記錄面上聚焦于一光點(diǎn)時(shí)，透過(guò)所述物鏡外區(qū)的光不影響該光點(diǎn)。
3.如權(quán)利要求1所述的光拾取裝置，其特征在于當(dāng)透過(guò)所述物鏡在薄光盤的信息記錄面上聚焦于一光點(diǎn)時(shí)，透過(guò)所述物鏡環(huán)形透鏡區(qū)的光不影響該光點(diǎn)。
4.如權(quán)利要求1所述的光拾取裝置，其特征在于當(dāng)透過(guò)所述物鏡在厚光盤的信息記錄面上聚焦于一光點(diǎn)時(shí)，透過(guò)所述物鏡外區(qū)的光經(jīng)散射不聚焦于該光點(diǎn)。
5.如權(quán)利要求1所述的光拾取裝置，其特征在于當(dāng)透過(guò)所述物鏡在薄光盤的信息記錄面上聚焦于一光點(diǎn)時(shí)，透過(guò)所述物鏡環(huán)形透鏡區(qū)的光經(jīng)散射不聚焦于該光點(diǎn)。
6.如權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的光拾取裝置，其特征在于所述的物鏡與所述光盤之間的工作距離隨不同的光盤而加以調(diào)整，以使透過(guò)物鏡的光被聚焦于相應(yīng)厚度光盤的信息記錄面上得到最佳光點(diǎn)。
7.如權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的光拾取裝置，其特征在于所述物鏡的內(nèi)區(qū)、環(huán)形透鏡區(qū)及外區(qū)具有非球面形狀。
8.如權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的光拾取裝置，其特征在于所述物鏡的環(huán)形透鏡區(qū)及內(nèi)區(qū)焦距之間的差ΔZ為由下式確定的散焦量ΔZ＝-(2W40)/(NA)2式中，NA是內(nèi)區(qū)中的數(shù)值孔徑，W40是一個(gè)球差系數(shù)，該系數(shù)是用于具有第二預(yù)定厚度的光記錄介質(zhì)時(shí)內(nèi)區(qū)的球差系數(shù)。
9.如權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的光拾取裝置，其特征在于所述物鏡的內(nèi)區(qū)數(shù)值孔徑至少為0.3。
10.如權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的光拾取裝置，其特征在于所述物鏡環(huán)形透鏡區(qū)的表面積至少為所述物鏡通光區(qū)光入射表面的10％。
11.如權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的光拾取裝置，其特征在于位于光源與物鏡之間的光路上設(shè)有一分束器，以用于傳輸?shù)谝还庠窗l(fā)出的光、并反射置于另一位置的第二光源所發(fā)出的光。
12.如權(quán)利要求11所述的光拾取裝置，其特征在于所述的分束器設(shè)置于兩光源所發(fā)射的光的光路相交叉之處，以使兩光源互呈90°角布置。
13.如權(quán)利要求12所述的光拾取裝置，其特征在于位于所述分束器及物鏡之間的光路上設(shè)有另一偏振分束器及1/4波片，該偏振分束器用于傳輸經(jīng)過(guò)所述分束器的第一、第二光源發(fā)出的光，并將經(jīng)1/4波片、準(zhǔn)直透鏡、物鏡聚焦于光記錄介質(zhì)后的反射光經(jīng)該偏振分束器反射到光探測(cè)器上。
14.如權(quán)利要求12所述的光拾取裝置，其特征在于位于所述分束器與物鏡之間的光路上設(shè)有一準(zhǔn)直透鏡，并且所述分束器及第一、第二光源之間的光路上分別設(shè)置全息分束器，該全息分束器用以將相應(yīng)的反射光傳輸?shù)椒謩e設(shè)置于光源一側(cè)的光探測(cè)器上。
15.如權(quán)利要求11所述的光拾取裝置，其特征在于所述兩個(gè)光源相向面對(duì)而布置于所述分束器的兩側(cè)，其中第一光源通過(guò)所設(shè)置的另一片狀分束器將光反射到所述分束器上，并且利用該片狀分束器將經(jīng)準(zhǔn)直透鏡、物鏡聚焦于光記錄介質(zhì)后反射的光傳輸?shù)焦馓綔y(cè)器上。
16.如權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的光拾取裝置，其特征在于所述的第一光源發(fā)出650nm波長(zhǎng)的激光束，而所述第二光源發(fā)出780nm波長(zhǎng)的激光束。
17.如權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的光拾取裝置，其特征在于所述薄光盤的第一預(yù)定厚度為0.6mm，而所述厚光盤的第二預(yù)定厚度為1.2mm。
18.如權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的光拾取裝置，其特征在于所述的薄光盤為DVD系列盤，所述的厚光盤為CD、CD-R、CD-RW或LD盤。
全文摘要
一種可兼容不同厚度光盤的光拾取裝置,包括第一光源、第二光源、光探測(cè)器、一個(gè)物鏡。物鏡分成內(nèi)區(qū)、環(huán)形透鏡區(qū)及外區(qū),隨不同光盤具有相應(yīng)的工作距離。位于光軸遠(yuǎn)軸區(qū)的外區(qū)在薄光盤信息記錄面上聚焦成無(wú)球差的單光點(diǎn);位于光軸中間軸區(qū)的環(huán)形透鏡區(qū)在厚光盤信息記錄面上聚焦成無(wú)球差的單光點(diǎn);位于光軸近軸區(qū)的內(nèi)區(qū)在薄光盤信息記錄面上聚焦成無(wú)球差的單光點(diǎn),在厚光盤信息記錄面上聚焦成具有最小光學(xué)象差光點(diǎn)。
文檔編號(hào)G11B7/00GK1335606SQ0111956
公開日2002年2月13日 申請(qǐng)日期1998年2月13日 優(yōu)先權(quán)日1997年2月13日
發(fā)明者劉長(zhǎng)勛, 鄭鐘三, 李哲雨, 趙虔皓 申請(qǐng)人:三星電子株式會(huì)社