專利名稱：光學(xué)拾取頭裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種兼容數(shù)字視盤(DVD)和可記錄小型盤(以下簡(jiǎn)稱CD-R)的光學(xué)拾取頭裝置，特別涉及一種采用全息透鏡，能分別將信息兼容地記錄至數(shù)字視盤(DVD)及可記錄光盤(CD-R)上，并由之讀取信息。
背景技術(shù)：
光學(xué)拾取頭裝置用于記錄和讀取高密度的諸如視頻，聲頻或數(shù)據(jù)信息，其記錄載體為磁盤、卡或盒帶。其中，主要采用的是盤式記錄載體。最近，在光盤裝置領(lǐng)域，激光光盤(LD)，小型盤(以下簡(jiǎn)稱CD)和數(shù)字視盤(DVD)得以發(fā)展。這種光盤包括一沿光束入射的軸向有一定厚度的塑料或玻璃載體，和一信號(hào)記錄面，其上記錄信息且位于上述塑料或玻璃載體上。
如今，為提高記錄密度，高密度光盤系統(tǒng)增大了物鏡的數(shù)值孔徑并采用635nm或650nm的短波長(zhǎng)光源。相應(yīng)地，此種高密度光盤系統(tǒng)可對(duì)數(shù)字視盤記錄或讀取信息，還能從CD讀取信息。然而，為兼容新型CD盤，即可記錄CD(CD-R)，由于CD-R記錄載體的記錄特性，應(yīng)當(dāng)采用波長(zhǎng)780nm的光束。其結(jié)果是，在單一光學(xué)拾取頭中采用波長(zhǎng)780nm和650nm的光束對(duì)于兼容DVD和CD-R是很重要的。下面參照?qǐng)D1說明一種傳統(tǒng)的兼容DVD和CD-R的光學(xué)拾取頭。
圖1顯示了一種采用單一物鏡和兩個(gè)激光二極管作為用于DVD和CD-R的光源的光學(xué)拾取頭。圖1的光學(xué)拾取頭在再現(xiàn)DVD時(shí)采用波長(zhǎng)635nm的激光束，而在記錄和再現(xiàn)CD-R時(shí)采用波長(zhǎng)780nm的激光束。
由第一激光源11發(fā)出的波長(zhǎng)635nm的光束入射至第一準(zhǔn)直透鏡12，其中用實(shí)線表示該光束。第一準(zhǔn)直透鏡12可使入射光束成為平行光束。通過第一準(zhǔn)直透鏡12的光束被分束器13反射，然后射向干涉濾波棱鏡14。
由第二激光源21發(fā)出的波長(zhǎng)780nm的光束通過第二準(zhǔn)直透鏡22，分束器23和會(huì)聚透鏡24，然后射向干涉濾波棱鏡14，其中用虛線表示該光束。此處，波長(zhǎng)780nm的光束經(jīng)干涉濾波棱鏡14會(huì)聚。具有如此結(jié)構(gòu)的光學(xué)系統(tǒng)稱為“有限光學(xué)系統(tǒng)”。干涉濾波棱鏡14全部透過經(jīng)分束器13反射的波長(zhǎng)635nm的光束，并全部反射經(jīng)會(huì)聚透鏡24會(huì)聚的波長(zhǎng)780nm的光束。其結(jié)果是，來(lái)自第一激光源11的光束由準(zhǔn)直透鏡12變?yōu)槠叫泄馐问饺肷渲?/4波片15，而來(lái)自第二激光源21的光束由會(huì)聚透鏡24和干涉濾波棱鏡14以發(fā)散光束形式入射至1/4波片15。透過1/4波片15的光束通過具有薄膜結(jié)構(gòu)的可變光闌16，然后入射至物鏡17。
由第一激光源11發(fā)出的波長(zhǎng)635nm的光束由物鏡17聚焦于厚度0.6mm的DVD18的信息記錄面上。因此，自DVD18的信息記錄表面反射的光束包含了記錄于此信息記錄表面的信息。反射光束透過分束器13，然后入射至用于檢測(cè)光學(xué)信息的光電探測(cè)器19上。
若不采用上述有限光學(xué)系統(tǒng)，在第二激光源21發(fā)出的波長(zhǎng)780nm的光束由上述物鏡17聚焦于厚度1.2mm的CD-R25的信息記錄面時(shí)，由于DVD18和CD-R25之間厚度的差別，則會(huì)產(chǎn)生球差。該球差是因?yàn)檠刂廨SCD-R25的信息記錄面與物鏡17之間的距離大于DVD18的信息記錄面與物鏡17之間的距離這一事實(shí)造成的。為減小這種球差，需要包含會(huì)聚透鏡24的有限光學(xué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。通過采用后面將參照?qǐng)D2說明的可變光闌16，波長(zhǎng)780nm的光束在CD-R25的信息記錄上形成了最佳束斑。由CD-R25反射的波長(zhǎng)780nm的光束被分束器23反射，然后由一光電探測(cè)器26加以檢測(cè)。
如圖2所示，圖1中薄膜型可變光闌16的結(jié)構(gòu)為，能以選擇方式透過入射于數(shù)值孔徑(NA)小于或等于0.6的區(qū)域的光束，該孔徑與物鏡17的直徑一致。也即，根據(jù)0.45的數(shù)值孔徑(NA)使可變光闌16關(guān)于光軸分為兩個(gè)區(qū)域。在此二區(qū)域之間，第一區(qū)域1既透過波長(zhǎng)635nm也透過波長(zhǎng)780nm的光束。第二區(qū)域2全部透射波長(zhǎng)635nm的光束并全部反射波長(zhǎng)780nm的光束。區(qū)域1的數(shù)值孔徑小于或等于0.45，區(qū)域2為區(qū)域1的外圍區(qū)域，其上鍍有介電薄膜。區(qū)域1由石英(SiO2)薄膜構(gòu)成，以消除由鍍有介電薄膜的區(qū)域2產(chǎn)生的任何光學(xué)象差。
通過采用可變光闌16，透過等于或小于0.45NA的區(qū)域1的780nm波長(zhǎng)光束在CD-R25的信息記錄面上形成了與之適應(yīng)的束斑。因而，在光盤類型從DVD18變?yōu)镃D-R25時(shí)，圖1的光學(xué)拾取頭利用了最佳束斑。因而，圖1的光學(xué)拾取頭適用于CD-R。
然而，上述圖1的光學(xué)拾取頭對(duì)于780nm波長(zhǎng)光束需形成一“有限光學(xué)系統(tǒng)”，以消除將DVD改為適于CD-R時(shí)產(chǎn)生的任何球差。而且，由于在可變光闌16的等于或大于0.45NA的區(qū)域2形成的光學(xué)薄膜即介電薄膜的原因，透過等于或小于0.45NA的區(qū)域1的光束和透過等于或大于0.45NA的區(qū)域2的光束之間產(chǎn)生光程差。為消除此光程差，必須在區(qū)域1上形成光學(xué)薄膜。由于此原因，在區(qū)域1上形成石英鍍膜并在區(qū)域2形成一多層薄膜。然而，這不僅使制造工藝復(fù)雜，而且薄膜厚度的調(diào)整還要以“μm”為單位精確進(jìn)行。因而難于批量生產(chǎn)這種光學(xué)拾取頭。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的在于提供一種光學(xué)拾取頭裝置，能兼容數(shù)字視盤(DVD)和可記錄小型盤(CD-R)，通過采用無(wú)限光學(xué)系統(tǒng)并利用全息透鏡來(lái)消除由于光盤間厚度差產(chǎn)生的球差。
為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的上述目的，提供了一種可適用不同類型光記錄載體的光學(xué)拾取頭裝置，采用特定波長(zhǎng)的光束記錄或/和讀取信息，其特征在于，所述裝置包括發(fā)出特定波長(zhǎng)光束的光源；用于將所述光源發(fā)出的光束聚焦于光記錄載體信息記錄面的物鏡，該物鏡一側(cè)設(shè)有具有一定深度的多個(gè)環(huán)形溝槽，用以減小物鏡聚焦于光記錄載體信息記錄面的束斑球差；用以變換將光源發(fā)出的光引向物鏡并從光記錄載體信息記錄面反射的光束光路的光學(xué)元件；光電探測(cè)器，用以檢測(cè)自上述光學(xué)元件入射的光束中的光學(xué)信息。


下面參照附圖描述優(yōu)選實(shí)施例，其中圖1是表示傳統(tǒng)光學(xué)拾取頭結(jié)構(gòu)的示意圖；圖2是說明圖1中所示傳統(tǒng)可變光闌結(jié)構(gòu)的示意圖；圖3是表示本發(fā)明光學(xué)拾取頭的光學(xué)系統(tǒng)示意圖；圖4A是表示本發(fā)明全息環(huán)狀透鏡與物鏡之間的位置關(guān)系的示意圖，圖4B是表示全息環(huán)狀透鏡的平面表面示意圖；圖5A是表示全息環(huán)狀透鏡的平面表面示意圖，圖5B是表示圖5A中部分區(qū)域的放大圖示；圖6是顯示兩種波長(zhǎng)下全息環(huán)狀透鏡溝槽深度與透射率關(guān)系曲線圖；圖7是表示合為一體的全息環(huán)狀透鏡和物鏡的示意圖。
具體實(shí)施例方式
下面參照附圖更詳細(xì)地說明本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。
圖3顯示了根據(jù)本發(fā)明一優(yōu)選實(shí)施例的光學(xué)拾取頭的光學(xué)系統(tǒng)。參照?qǐng)D3，該光學(xué)拾取頭裝置包括兩個(gè)激光源31和39，分別發(fā)出具有不同波長(zhǎng)的光束；兩個(gè)全息分束器32和40，用于變換由光盤的信息記錄表面反射的光束的光路；分束器33，根據(jù)光波長(zhǎng)全部透射或反射所入射的光束；準(zhǔn)直透鏡34，可使所入射光束變?yōu)槠叫泄馐?；全息環(huán)狀透鏡35，用于根據(jù)其波長(zhǎng)衍射入射光束；以及物鏡36，用于將光束聚焦于光盤37和41的相應(yīng)信息記錄面上。用于檢測(cè)由光盤37和41的相應(yīng)信息記錄表面反射的光束的兩個(gè)光電探測(cè)器38和42與激光源31和39以整體方式合裝成單個(gè)組件，形成單元30和43。下面描述如上構(gòu)造的光學(xué)拾取頭的工作情況，其中以DVD和CD-R作為光學(xué)記錄載體加以說明。
首先，當(dāng)對(duì)DVD記錄和讀取信息時(shí)，由第一激光源31發(fā)出的波長(zhǎng)650nm的光束入射至全息分束器32，其中用實(shí)線表示該光束。該入射光束通過全息分束器32并射向分束器33。當(dāng)對(duì)CD-R記錄和再現(xiàn)信息時(shí)，由第二激光源39發(fā)出的波長(zhǎng)780nm的光束入射至全息分束器40，其中用虛線表示該光束。該入射光束通過全息分束器40并射向分束器33。
分束器33完全透過波長(zhǎng)為650nm的入射光束并完全反射波長(zhǎng)780nm的入射光束。全部透射或反射的光束由準(zhǔn)直透鏡34變成平行光束形式射至全息環(huán)狀透鏡35。全息環(huán)狀透鏡35根據(jù)入射光束波長(zhǎng)以選擇方式對(duì)其衍射，以防止對(duì)聚焦于光盤37和41信息記錄面上的光束產(chǎn)生球差。
圖4A是表示全息環(huán)狀透鏡35和物鏡36之間位置關(guān)系的示意圖。如圖4A所示，物鏡36分為區(qū)域A和B?？拷廨S的區(qū)域A幾乎不產(chǎn)生球差，而離光軸較遠(yuǎn)的區(qū)域B對(duì)球差有較大影響。而且，物鏡36最適于比如DVD這種厚度較薄的光盤。因此，當(dāng)以例如CD-R這種較厚的光盤替換DVD后再運(yùn)作光學(xué)拾取頭時(shí)，就需要全息環(huán)狀透鏡35。在對(duì)CD-R記錄和讀取信息時(shí)，如果不采用全息環(huán)狀透鏡35，則在光盤信息記錄表面形成的束斑球差會(huì)變大，其尺寸超過1.7μm。一般地說，形成于CD-R信息記錄表面的束斑尺寸為1.4μm。全息環(huán)狀透鏡35衍射通過物鏡36的區(qū)域B的光束，以防止產(chǎn)生球差，為此在區(qū)域A的外邊界與區(qū)域B之間設(shè)有圖4B中打點(diǎn)畫出的全息圖。相應(yīng)地，入射至全息環(huán)狀透鏡35并通過物鏡36的區(qū)域A的光束，通過物鏡36而無(wú)任何由于全息環(huán)狀透鏡35產(chǎn)生的衍射并隨后直接入射至盤上。入射至全息環(huán)狀透鏡35并通過物鏡36區(qū)域B的光束經(jīng)全息環(huán)狀透鏡35衍射，然后射向物鏡36。經(jīng)衍射的光束通過物鏡36，使聚焦于光盤上的束斑尺寸變小，并且無(wú)任何象差產(chǎn)生。衍射光束通過區(qū)域B被聚焦于其上的光盤聚焦表面應(yīng)當(dāng)與通過區(qū)域A的光束而被聚焦其上的光盤最佳表面相一致。通過采用全息環(huán)狀透鏡35，與DVD37相比，在CD-R41情況下從物鏡36表面至光盤信息記錄面的工作距離有所縮短。
圖5A是表示全息環(huán)狀透鏡35結(jié)構(gòu)的示意圖。區(qū)域D設(shè)有如圖5A所示全息環(huán)狀透鏡35中全息圖，區(qū)域D對(duì)應(yīng)于數(shù)值孔徑0.3-0.5，這是被確定為適于CD-R的。在圖5A中，符號(hào)E表示數(shù)值孔徑(NA)為0.6的用于DVD的物鏡的直徑。而且，本發(fā)明所用全息環(huán)狀透鏡35能根據(jù)光束波長(zhǎng)以選擇方式調(diào)節(jié)物鏡的數(shù)值孔徑(NA)，而且無(wú)需單獨(dú)的孔徑。該全息環(huán)狀透鏡35具有與以發(fā)散或會(huì)聚形式透射光束的一般球面透鏡相同的作用。另外，該全息環(huán)狀透鏡35具有負(fù)光焦度并采用了一移相全息圖。為使全息環(huán)狀透鏡35根據(jù)入射光波長(zhǎng)以選擇方式衍射所入射光束，應(yīng)確定一最佳溝槽深度。全息環(huán)狀透鏡35構(gòu)造為，使得波長(zhǎng)650nm的光束具有近于100％的透射率并使未經(jīng)衍射的波長(zhǎng)780nm的光束具有0％的零級(jí)透射率。因此，對(duì)于波長(zhǎng)650nm的光束，由全息環(huán)狀透鏡35的溝槽深度引起的相位變化應(yīng)當(dāng)為360°。由于產(chǎn)生了360°的相位變化，所以全息環(huán)狀透鏡35透過波長(zhǎng)650nm的光束。對(duì)于波長(zhǎng)780nm的光束，應(yīng)使其相位變化為180°，由此，該波長(zhǎng)780nm光束全部衍射為一級(jí)光束。其結(jié)果是，全息環(huán)狀透鏡35被設(shè)計(jì)成不衍射波長(zhǎng)650nm光束，但將波長(zhǎng)780nm光束衍射為一級(jí)光束。以選擇方式衍射波長(zhǎng)650nm和780nm光束的全息環(huán)狀透鏡35的最佳表面溝槽深度d由下列方程(1)和(2)決定。
2πd(n-1)/λ＝2mπ(1)2πd(n′-1)/λ′＝(2m′+1)π (2)此處，λ為650nm波長(zhǎng)，λ′為780nm波長(zhǎng)，n和n′分別表示對(duì)于650nm波長(zhǎng)的折射率(1.514520)和對(duì)于780nm波長(zhǎng)的折射率(1.511183)。在上述方程(1)和(2)中，若m＝3且m′＝2，則其深度d約為3.8μm。
圖5B是表示圖5A所示全息圖區(qū)域C的放大圖示。全息圖具有通過刻蝕形成或者可通過金屬模塑制成的深度恒定的槽線。另外，全息圖可與一環(huán)狀模板一起分步制成。
圖6為表示對(duì)應(yīng)于各入射光波長(zhǎng)的全息環(huán)狀透鏡35的零級(jí)透射率的曲線圖。當(dāng)表面溝槽深度d為3.8μm時(shí)，波長(zhǎng)650nm的光束通過全息環(huán)狀透鏡35以100％透射率透射，如以符號(hào)“++”覆蓋的實(shí)線所示，而波長(zhǎng)780nm的光束通過全息環(huán)狀透鏡35透射0％，如圓圈覆蓋的實(shí)線所示。此時(shí)，全息環(huán)狀透鏡35將波長(zhǎng)780nm光束衍射成一級(jí)光束，其衍射率為40％。
入射至具有上述特性的全息環(huán)狀透鏡35的波長(zhǎng)650nm光束得以全部透射，然后射由物鏡36。該入射光束通過物鏡36，在DVD37的信息記錄面上形成光斑。從DVD37的信息記錄面反射的光束入射至全息環(huán)狀透鏡35。全息環(huán)狀透鏡35變換了該入射光束的光路，將該光束導(dǎo)向光電探測(cè)器38。入射至全息環(huán)狀透鏡35的波長(zhǎng)780nm光束在區(qū)域A處透射，然后射向物鏡36，但在區(qū)域B處衍射并射向物鏡36，如圖4A所示。因此，通過物鏡36的光束在CD-R41的信息記錄面上形成最佳束斑。從CD-R41的信息記錄面反射的光束入射至分束器33，然后被反射。反射光束射向全息分束器40，并通過變換光路入射至光電探測(cè)器42。
通過從物鏡的一個(gè)表面向內(nèi)刻蝕一恒定深度或經(jīng)金屬模制，可使具有上述作用的全息環(huán)狀透鏡35與物鏡制成一體。這種制成一體的全息環(huán)狀透鏡具有與全息環(huán)狀透鏡35相同的作用。圖7是表示被制成一體的全息環(huán)狀透鏡和物鏡的示意圖。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明的光學(xué)拾取頭兼容地適用于DVD和CD-R，通過采用一全息環(huán)狀透鏡，而消除在將光盤換成不同厚度的另一光盤時(shí)產(chǎn)生的球差，其中的工作距離比CD-R情況下要短。而且，該光學(xué)拾取頭裝置還具有包括使全息環(huán)狀透鏡便于制造及有良好的批量生產(chǎn)能力在內(nèi)的優(yōu)點(diǎn)。
雖然此處僅特別描述了本發(fā)明的一些特定的實(shí)施例，但顯然可對(duì)其作出許多改動(dòng)而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。
權(quán)利要求
1.一種可適用不同類型光記錄載體的光學(xué)拾取頭裝置，采用特定波長(zhǎng)的光束記錄或/和讀取信息，其特征在于，所述裝置包括發(fā)出特定波長(zhǎng)光束的光源；用于將所述光源發(fā)出的光束聚焦于光記錄載體信息記錄面的物鏡，該物鏡一側(cè)設(shè)有具有一定深度的多個(gè)環(huán)形溝槽，用以減小物鏡聚焦于光記錄載體信息記錄面的束斑球差；用以變換將光源發(fā)出的光引向物鏡并從光記錄載體信息記錄面反射的光束光路的光學(xué)元件；光電探測(cè)器，用以檢測(cè)自上述光學(xué)元件入射的光束中的光學(xué)信息。
2.如權(quán)利要求1所述的光學(xué)拾取頭裝置，其特征在于，所述物鏡的多個(gè)環(huán)形溝槽設(shè)置于與數(shù)值孔徑在0.3至0.5范圍內(nèi)所相應(yīng)的物鏡區(qū)域。
3.如權(quán)利要求1所述的光學(xué)拾取頭裝置，其特征在于，所述物鏡的多個(gè)環(huán)形溝槽具有全息圖案的結(jié)構(gòu)。
4.如權(quán)利要求1所述的光學(xué)拾取頭裝置，其特征在于，所述物鏡的多個(gè)環(huán)形溝槽為通過刻蝕形成或者通過金屬模塑制成的。
5.如權(quán)利要求1所述的光學(xué)拾取頭裝置，其特征在于，所述物鏡的由多個(gè)環(huán)形溝槽構(gòu)成的環(huán)形區(qū)根據(jù)入射光束的波長(zhǎng)調(diào)節(jié)物鏡的數(shù)值孔徑NA。
6.如權(quán)利要求1所述的光學(xué)拾取頭裝置，其特征在于，所述物鏡的由多個(gè)環(huán)形溝槽構(gòu)成的環(huán)形區(qū)具有負(fù)光焦度并采用了移相全息圖結(jié)構(gòu)。
7.如權(quán)利要求1所述的光學(xué)拾取頭裝置，其特征在于，所述物鏡的由多個(gè)環(huán)形溝槽構(gòu)成的環(huán)形區(qū)根據(jù)入射光束的波長(zhǎng)產(chǎn)生相位變化。
8.如權(quán)利要求1所述的光學(xué)拾取頭裝置，其特征在于，所述物鏡與光記錄載體之間的工作距離與光記錄載體厚度相關(guān)，并具有相應(yīng)的工作距離。
9.如權(quán)利要求1所述的光學(xué)拾取頭裝置，其特征在于，所述物鏡的由多個(gè)環(huán)形溝槽構(gòu)成的環(huán)形區(qū)對(duì)特定波長(zhǎng)的入射光束的相位改變量與該環(huán)形溝槽深度相關(guān)。
10.如權(quán)利要求1至9中任一項(xiàng)所述的光學(xué)拾取頭裝置，其特征在于，所述物鏡的由多個(gè)環(huán)形溝槽構(gòu)成的環(huán)形區(qū)根據(jù)入射光束的波長(zhǎng)發(fā)生衍射。
11.如權(quán)利要求1至9中任一項(xiàng)所述的光學(xué)拾取頭裝置，其特征在于，所述物鏡將光源發(fā)出的光束聚焦于光記錄載體信息記錄面上一束斑時(shí)，該光斑至少包含由所述物鏡靠近光軸的內(nèi)區(qū)及環(huán)形溝槽區(qū)入射的光束。
12.如權(quán)利要求11所述的光學(xué)拾取頭裝置，其特征在于，所述的光源包括發(fā)出較短波長(zhǎng)光束的用于較薄光記錄載體的第一光源及發(fā)出較長(zhǎng)波長(zhǎng)光束的用于較厚光記錄載體的第二光源。
全文摘要
一種兼容至少兩種類型光學(xué)記錄載體的光學(xué)拾取頭裝置,采用特定波長(zhǎng)的光束記錄或/和讀取信息,其中,該物鏡一側(cè)設(shè)有具有一定深度的多個(gè)環(huán)形溝槽,用以減小物鏡聚焦于光記錄載體信息記錄面的束斑球差。這種光學(xué)拾取頭裝置消除了光學(xué)記錄載體厚度不同產(chǎn)生的球差。
文檔編號(hào)G11B7/125GK1347097SQ0113295
公開日2002年5月1日 申請(qǐng)日期2001年9月11日 優(yōu)先權(quán)日1997年3月28日
發(fā)明者劉長(zhǎng)勛, 李哲雨 申請(qǐng)人:三星電子株式會(huì)社