專利名稱：兼容多種規(guī)格盤片的光學(xué)頭的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于光盤系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及光盤讀取裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計。
目前，高密度光盤系統(tǒng)使用具有大數(shù)值孔徑(NA)的物鏡和波長為635nm或650nm的短波長光源，以便提高記錄密度。高密度數(shù)字視盤(DVD)是高密度光存儲新型盤片規(guī)格，它與傳統(tǒng)的CD盤片相比，信跡的長度和間距都是CD盤片的一半左右，因此它的記錄密度更大，對光盤讀取系統(tǒng)的要求更高。為了減小盤片在讀取過程中由于傾斜而引起的相差，新型的DVD盤片統(tǒng)一使用了厚度為0.6mm的基板作為盤片標(biāo)準(zhǔn)。但是在利用這樣的系統(tǒng)讀取基板厚度為1.2mm的CD盤片時，會形成較大的球差，以至于不能完成讀取CD盤片的功能。同時與CD盤片信跡尺寸相同的一種可一次寫入的小型致密盤(CD-R)也被廣泛應(yīng)用，這種盤片表面采用對780nm波長的光敏感的染料作為存儲介質(zhì)。
由于光盤特性不同，會產(chǎn)生由于盤片厚度不同、波長的變化以及數(shù)值孔徑的變化而引起的光學(xué)相差。為此，可兼容不同規(guī)格盤片并能同時去除光學(xué)相差的光學(xué)頭的研究正在取得顯著的進(jìn)展，研究的成果之一是，制造出了可兼容不同規(guī)格盤片的光學(xué)頭。
已有的一種可兼容DVD、CD和CD-R的光學(xué)頭如

圖1所示，該光學(xué)頭的結(jié)構(gòu)及工作原理為作為激光二極管的光源101中所發(fā)出的635nm波長的光入射到準(zhǔn)直透鏡102。該光束以實(shí)線表示。準(zhǔn)直透鏡102將入射光束轉(zhuǎn)化為平行光。已通過準(zhǔn)直透鏡102的光被偏振分光棱鏡103反射并入射至干涉濾光鏡104。
同時，從作為光源111的激光器二極管發(fā)射出的780nm波長的光經(jīng)過準(zhǔn)直透鏡112，一分光鏡113和一聚焦透鏡114并隨后到達(dá)干涉慮光鏡104。該光束以虛線表示。干涉慮光鏡104完全透射從偏振分光鏡103反射的635nm波長的光并完全反射由聚焦透鏡114聚焦的780nm波長的光，其結(jié)果是，從光源1發(fā)射的光以由準(zhǔn)直透鏡102形成的平行光的形式入射到波長板105上。由光源111發(fā)出的光以發(fā)散光的形式入射到波長板105上。透過波長板105的光穿過薄膜型可變光闌106并隨后入射到物鏡107。
物鏡107被設(shè)計成能使光線聚焦在厚度為0.6mm的DVD盤片108的信息記錄表面上，穿過可變光闌106的635nm波長的光聚焦在DVD盤108的信息記錄表面上。其結(jié)果是，自DVD盤片108的信息記錄表面反射的光包含了記錄在信息記錄表面上的信息。該反射光穿過偏振分光鏡103并由光檢測器110檢測。
當(dāng)用780nm波長的激光器作為光源在CD-R9上再現(xiàn)信息時，由于CD-R具有1.2mm的盤片厚度，在此情況下，會因?yàn)镈VD 108與CD-R 109的信息記錄表面被覆蓋的基片的厚度不同而產(chǎn)生光學(xué)像差，這一像差主要由球差組成。當(dāng)使用可變光闌106時，780nm波長的光在CD-R 109的信息記錄表面形成了一個對CD-R 109來說尺寸為最佳的光斑。從CD-R 109表面反射回來的780nm波長的光被分光棱鏡113反射并由一光電檢測器115檢測。
這種光學(xué)頭特點(diǎn)是使用現(xiàn)有技術(shù)的可變光闌，在重現(xiàn)DVD盤片信息時，使用635nm波長的激光，而在再現(xiàn)CD-R、CD盤片信息時使用780nm波長的光。
圖1中的可變光闌106具有薄膜型的結(jié)構(gòu)如圖2所示，該結(jié)構(gòu)可以有選擇的透射入射到相對于物鏡107直徑的數(shù)值孔徑NA不大于0.6的光束。更詳細(xì)的說，可變光闌106包括兩個同心區(qū)域，第一區(qū)域21可以透射波長為780nm和650nm的光束；第二區(qū)域22只允許波長650nm的光束透過，而將波長為780nm的光束全部反射。第一區(qū)域具有相對于物鏡直徑的數(shù)值孔徑NA不大于0.45的區(qū)域，而第二區(qū)域?yàn)榈谝粎^(qū)域的外部區(qū)域。而且，第一區(qū)域由石英(SiO2)構(gòu)成以便消除由介電薄膜形成的第二區(qū)域引起的光學(xué)相差。通過使用可變光闌106，780nm波長的光穿過數(shù)值孔徑不大于0.45的第一區(qū)域并在信息記錄表面上形成一個適宜于CD-R9的光斑。其結(jié)果是，即使當(dāng)光記錄介質(zhì)由DVD 108換成CD-R 109時，圖1的光學(xué)系統(tǒng)也能以最佳光斑對其兼容。
上述光學(xué)頭的主要缺點(diǎn)有，由于通過數(shù)值孔徑NA不大于0.45的第一區(qū)域的光與穿過數(shù)值孔徑NA不小于0.45區(qū)域的光束之間存在的光程差，所以第一區(qū)域需要由一個特殊的光學(xué)薄膜(SiO2)形成。所以第一區(qū)域由SiO2薄膜形成而第二區(qū)域由多層薄膜形成以保證對780nm波長的光全部反射同時對650nm波長的光全部透射。然而，由于加工過程復(fù)雜而且薄膜厚度的調(diào)整是以“um”為單位的高精度進(jìn)行的，因此不適合于大規(guī)模生產(chǎn)。此外，在圖1所示的光路中使用了一對650nm波長的光全部透射、對780nm波長的光全部反射的棱鏡4，這種棱鏡的加工面較多，形狀計算復(fù)雜，安裝調(diào)整困難，因此實(shí)際可生產(chǎn)性較差，同時由于工藝路線較長也降低了成品率和可靠性。
本發(fā)明的目的是為解決上述存在的問題，提供一種兼容多種規(guī)格盤片的光學(xué)頭，通過控制780nm波長的光束口徑的方法消除在讀取CD、CD-R盤片時由于盤片厚度的變化而引起的球差?？杉嫒軨D、CD-R、DVD盤片，并通過將光闌裝置放置在耦合元件與發(fā)射較長波長的激光器之間，使光路結(jié)構(gòu)簡單，省去了形狀復(fù)雜的多面棱鏡的，且安裝調(diào)整方便，降低了成本，增加了系統(tǒng)的可靠性。
本發(fā)明提出一種兼容多種規(guī)格盤片的光學(xué)頭，包括兩個分別發(fā)出相對較短波長的光和相對較長波長的光激光光源，將所說的不同激光光源發(fā)出的光波聚焦到對多種記錄介質(zhì)均具有再現(xiàn)信息的最佳光斑形狀和大小的物鏡；用于檢測從所述光記錄介質(zhì)的信息記錄表面反射回的光的光電檢測器；用以將不同波長激光器發(fā)出的光波耦合進(jìn)入后續(xù)光路的一光路耦合元件；用于改變光束傳播方向的光學(xué)元件，使由激光器發(fā)出的不同波長的光波被導(dǎo)向物鏡，并將從該記錄介質(zhì)反射回的光波導(dǎo)向檢測器；用來控制耦合入光路的較長波長的光波的口徑的一光闌裝置；其特征在于，所述光闌裝置被放置在所述光路耦合元件與所述發(fā)射較長波長激光的激光器之間。
所述的光闌裝置可包括內(nèi)部區(qū)域和外部區(qū)域，光闌裝置的內(nèi)部區(qū)域?qū)煞N波長的光波全部透過，光闌裝置的外部區(qū)域?qū)^長波長的光波進(jìn)行反射或散射以使其不能進(jìn)入后續(xù)的光路。
所述的光闌裝置的外部區(qū)域可由光學(xué)薄膜或由一全息表面構(gòu)成。
所述的光闌裝置與所述光路耦合元件可結(jié)合為一個具有光束口徑控制作用的分光器件。
本發(fā)明的特點(diǎn)本發(fā)明將用于控制較長波長光束口徑的控制元件放置于發(fā)出較長波長光束的激光器的后續(xù)光路中，而不是共用光路中，這樣就避免了要考慮不妨礙較短波長光束的行為，避免了放置鍍有不同區(qū)域多層介質(zhì)膜所帶來的工藝復(fù)雜等問題；降低成本，同時降低了光學(xué)元件的加工難度，省去了不易加工的分光棱鏡，提高了光學(xué)系統(tǒng)的實(shí)際可生產(chǎn)性。增加了系統(tǒng)的可靠性。
本發(fā)明這種放置口徑控制元件的位置也可以有不同的實(shí)現(xiàn)方式。
附圖簡要說明圖1為現(xiàn)有技術(shù)的具有可變光闌的光學(xué)拾取系統(tǒng)示意圖；圖2為圖1中可變光闌的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的系統(tǒng)光路圖；圖4為口徑控制板313的詳細(xì)視圖；結(jié)合各附圖及實(shí)施例對本發(fā)明的結(jié)構(gòu)及工作原理進(jìn)行更明細(xì)的說明。
本發(fā)明的一種兼容多種規(guī)格盤片的優(yōu)選實(shí)施例的光路結(jié)構(gòu)如圖3所示，其中包括激光源301和311中發(fā)出的光分別經(jīng)分光棱鏡302、303反射后被透鏡305、306聚焦在兩種厚度的盤片307和308上，并且從307和308信息記錄表面反射回來的光透過棱鏡302、303由光電檢測器310檢測。衍射元件312是使從光源311發(fā)出的光分為三束，用以實(shí)現(xiàn)光盤讀取過程中的軌跡跟蹤功能的元件。除此之外，在光源311與偏振分光棱鏡303之間的偏振分光棱鏡的側(cè)面放置一光束口徑控制板313。在分光棱鏡303的另一個側(cè)面放置一個對780nm波長的光為四分之一波長片304。光源301可以采用波長為635nm的半導(dǎo)體激光器，光源311可以采用波長為780nm的半導(dǎo)體激光器。衍射元件312可以采用光柵元件，本實(shí)施例中的表面口徑控制板313可采用已有的可變光闌，與已有技術(shù)的光學(xué)頭相比，其放置的位置不同，因而使光路結(jié)構(gòu)簡化，且省去了形狀復(fù)雜的多面棱鏡。
下面結(jié)合具有較薄盤片厚度的DVD307和具有較厚盤片厚度的CD-R308詳細(xì)描述此光學(xué)頭的工作情況。
在圖3所示的光學(xué)頭系統(tǒng)中，當(dāng)具有較薄厚度的DVD盤片307被放入時，從發(fā)出較短波長635nm的激光器301中發(fā)射的光束透過分光棱鏡302入射到分光棱鏡303的分光表面。分光棱鏡303的分光表面被這樣設(shè)置，它使635nm波長的光全部透過，使780nm波長的P向偏振光全部透過并全部反射S向的偏振光。635nm波長的光經(jīng)過分光棱鏡303后被準(zhǔn)直鏡305準(zhǔn)直后由物鏡306聚焦在薄型光盤307的表面。從薄型光盤307表面反射回的信息經(jīng)過物鏡308、準(zhǔn)直透鏡307后在經(jīng)過分光棱鏡303后被302部分反射到光電檢測器310上，透鏡309是為了實(shí)現(xiàn)對光學(xué)拾取器的利用象散原理進(jìn)行聚焦控制而采用的象散透鏡。
當(dāng)具有1.2mm厚度的CD-R308盤片被放入該光學(xué)頭系統(tǒng)時，從光源311發(fā)出的780nm波長的激光器照射到衍射元件312上面，衍射元件312 將光源311發(fā)出的激光分為至少三個光束，這是為了實(shí)現(xiàn)在CD、CD-R盤片的讀取中被廣泛使用的三光束法進(jìn)行循軌控制。
自衍射元件312發(fā)出的光束入射到光束口徑控制板313的表面口徑控制板313的表面被分為內(nèi)部區(qū)域3131和外部區(qū)域3132兩部分，如圖4所示，內(nèi)部區(qū)域3131對780nm波長的光全部透過，允許其進(jìn)入光路系統(tǒng)；外部區(qū)域3132對780nm波長的光全部反射或衍射，使其無法進(jìn)入后面的光學(xué)元件，從而達(dá)到控制780nm光束口徑的目的。
經(jīng)過孔徑控制板313后的光束入射到分束器303的分束表面，此分束表面對780nm波長的P向偏振全部透過，經(jīng)過四分之一波長板304后780nm波長的光束被轉(zhuǎn)變?yōu)閳A偏振光進(jìn)入準(zhǔn)直透鏡305準(zhǔn)直，并由物鏡306聚焦在CD-R308的表面，形成有效光斑。由于780nm波長的光束在進(jìn)入分束器前就被口徑控制板313控制其光束口徑，使780nm波長的光束在入射到物鏡306表面的有效口徑僅為0.45，這樣就有效的避免了大數(shù)值口徑在1.2mm的厚光盤后面的信息記錄表面上形成的光學(xué)球差。
從CD-R308表面反射回的帶有數(shù)字信息的光束經(jīng)過物鏡306，準(zhǔn)直鏡305后入射到四分之一波長板304被轉(zhuǎn)化為S向的偏振光束，進(jìn)入分光棱鏡303的分束表面，此表面透射780nm波長的S向偏振光，進(jìn)入下一個分光棱鏡302，分光棱鏡將部分780nm波長的光反射到象散透鏡309，并最終入射到光電檢測器310的光電傳感表面，形成聚焦誤差、循軌誤差和信息信號。
在前提到的實(shí)施例中使用了一個獨(dú)立的可變光闌來實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，此外也可以在偏振分光棱鏡303上鍍一層簡單的反射膜來控制較長波長的光束的口徑。
權(quán)利要求
1.一種兼容多種規(guī)格盤片的光學(xué)頭，包括兩個分別發(fā)出相對較短波長的光和相對較長波長的光激光光源，將所說的不同激光光源發(fā)出的光波聚焦到對多種記錄介質(zhì)均具有再現(xiàn)信息的最佳光斑形狀和大小的物鏡；用于檢測從所述光記錄介質(zhì)的信息記錄表面反射回的光的光電檢測器；用以將不同波長激光器發(fā)出的光波耦合進(jìn)入后續(xù)光路的一光路耦合元件；用于改變光束傳播方向的光學(xué)元件，使由激光器發(fā)出的不同波長的光波被導(dǎo)向物鏡，并將從該記錄介質(zhì)反射回的光波導(dǎo)向檢測器；用來控制耦合入光路的較長波長的光波的口徑的一光闌裝置；其特征在于，所述光闌裝置被放置在所述光路耦合元件與所述發(fā)射較長波長激光的激光器之間。
2.如權(quán)利要求1所述的光學(xué)頭，其特征在于，所述的光闌裝置包括內(nèi)部區(qū)域和外部區(qū)域，光闌裝置的內(nèi)部區(qū)域?qū)煞N波長的光波全部透過，光闌裝置的外部區(qū)域?qū)^長波長的光波進(jìn)行反射或散射以使其不能進(jìn)入后續(xù)的光路。
3.如權(quán)利要求2所述的光學(xué)頭，其特征在于，所述的光闌裝置的外部區(qū)域是由光學(xué)薄膜或由一全息表面構(gòu)成。
4.如權(quán)利要求3所述的光學(xué)頭，其特征在于，二所述的光闌裝置與所述光路耦合元件結(jié)合為一個具有光束口徑控制作用的分光器件。
全文摘要
本發(fā)明屬于光盤系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域,包括兩個不同波長的激光光源、物鏡、光電檢測器、光路耦合元件、改變光束傳播方向的光學(xué)元件、一光闌裝置,該光闌裝置被放置在所述光路耦合元件與所述發(fā)射較長波長激光的激光器之間。本發(fā)明可消除在讀取CD、CD－R盤片時由于盤片厚度的變化而引起的球差,光路結(jié)構(gòu)簡單,省去了形狀復(fù)雜的多面棱鏡的,且安裝調(diào)整方便,降低了成本,增加了系統(tǒng)的可靠性。
文檔編號G11B7/127GK1337683SQ01129220
公開日2002年2月27日 申請日期2001年6月15日 優(yōu)先權(quán)日2001年6月15日
發(fā)明者鞏馬理, 王宇興, 閻平, 崔瑞禎, 賈維溥, 張海濤, 王東生 申請人:清華大學(xué)