專利名稱：具有溫度補償?shù)淖x/寫光學(xué)設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具有溫度補償?shù)墓鈱W(xué)讀/寫設(shè)備，以及一種補償因溫度引起光學(xué)讀/寫設(shè)備的散焦的方法。
背景技術(shù)：


圖1中示出預(yù)準(zhǔn)直器10以及激光器12和相關(guān)光路的側(cè)視圖。在圖2中，示出了CD/DVD雙記錄器的現(xiàn)有技術(shù)的光學(xué)布置圖。在這種已知的光學(xué)系統(tǒng)中，預(yù)準(zhǔn)直器10是位于激光器12前面的透鏡，用于降低激光束的光束發(fā)散。參見圖1。
預(yù)準(zhǔn)直器10的典型性質(zhì)是NAoutNAin<1]]>其中NAout是光束在穿過預(yù)準(zhǔn)直器10之后的數(shù)值孔徑，NAin是光束在穿過預(yù)準(zhǔn)直器10之前的數(shù)值孔徑。
對于具有一個物鏡24的組合(Combi)(DVD讀和CDR(W)記錄)或雙記錄器(DVD±R(W)和CDR(W)記錄)來說，用于CD支路14的預(yù)準(zhǔn)直器10是必需的，以便獲得在對于CD盤16上的足夠的功率(power)(耦合效率)和用于DVD讀出的充分的邊緣強度(即在有效使用的激光束的邊緣處的強度)，如圖2中所示。
對于DVD±RW記錄器的應(yīng)用來說，經(jīng)常應(yīng)用束整形器18來補償來自平行和垂直于活性層的半導(dǎo)體激光器20的不同的光束發(fā)散。一種選擇是使用透鏡型束整形器18(參見圖2)。
雙記錄器還包括CD路徑光柵40、DVD路徑光柵42、板型分束器44、立方體型分束器46、準(zhǔn)直器48、折疊式反射鏡50、λ/4板52、物鏡54、伺服透鏡56和光電二極管58。
DVD路徑可以稱作用于具有高密度(HD)信息層的盤的高密度(HD)路徑。CD路徑可以稱作用于具有低密度(LD)信息層的低密度(LD)路徑。
出于成本的原因，塑料預(yù)準(zhǔn)直器10或束整形器18是非常有吸引力的。但是，這種塑料光學(xué)部件的主要問題是由于該光學(xué)部件的焦距隨溫度而移動從而引起在盤16中發(fā)生散焦，這是因為塑料預(yù)準(zhǔn)直器10或束整形器18僅僅在CD激光支路14中或DVD激光支路22中且不在檢測器支路24中。在盤中的散焦的表達(dá)式為(用平凸透鏡來近似)dzdT=(1-NAinNAout)2·f(2·mc2)·(n-1)·dndT]]>其中，預(yù)準(zhǔn)直器10的焦距是f；n是預(yù)準(zhǔn)直器10的折射率；mc是從準(zhǔn)直器到物鏡的放大率。根據(jù)下面一些實際值dn/Dt＝-12.10-5，n＝1.57，ΔT＝40°，對于f＝12mm以及NAin/NAout＝1.8和mc＝5，在盤16上發(fā)生的散焦為0.8μm。
限制散焦的一種選擇是使用如WO 02/31823(＝PHNL000552)中描述的短焦距，該文件的內(nèi)容在此引入作為參考。
半導(dǎo)體激光器的性質(zhì)是波長λ取決于溫度T。參見表1。

表1波長的典型數(shù)據(jù)隨半導(dǎo)體激光器的溫度而改變。
本發(fā)明的目的是限制光學(xué)部件的溫度敏感性對光學(xué)系統(tǒng)中散焦的影響。
根據(jù)本發(fā)明的第一方面，一種用于讀/寫到信息層的光學(xué)數(shù)據(jù)讀/寫設(shè)備，該設(shè)備至少包括用于產(chǎn)生輻射光束的第一輻射源和用于將該輻射光束會聚在信息層上并將該信息層反射的光束會聚到檢測器上的光學(xué)系統(tǒng)，其中該光學(xué)系統(tǒng)包括波長敏感結(jié)構(gòu)，該波長敏感結(jié)構(gòu)補償因溫度引起的該光學(xué)系統(tǒng)的散焦。
該波長敏感結(jié)構(gòu)可以是該光學(xué)系統(tǒng)的折射預(yù)準(zhǔn)直器、束整形器或傳感器透鏡的一部分。
將波長敏感結(jié)構(gòu)增加到該光學(xué)系統(tǒng)有利地提供在該光學(xué)系統(tǒng)中的溫度補償，特別是在由塑料材料制成的預(yù)準(zhǔn)直器/束整形器/傳感器透鏡中的溫度補償。
該波長敏感結(jié)構(gòu)優(yōu)選位于由至少第一輻射源產(chǎn)生的輻射光束的公共路徑之外，該公共路徑是用于將該輻射光束會聚在該信息層上并將該信息層反射的光束會聚到該檢測器上的路徑。對于不同的輻射光束來說該公共路徑可以是不同的。該波長敏感結(jié)構(gòu)優(yōu)選位于至少第一輻射源和預(yù)準(zhǔn)直器/束整形器之間，或者可以位于該光學(xué)數(shù)據(jù)讀/寫設(shè)備的分束器元件和檢測器元件之間。
優(yōu)選的是，該波長敏感結(jié)構(gòu)是光柵結(jié)構(gòu)。
該波長敏感結(jié)構(gòu)可以是階躍形相結(jié)構(gòu)。
該波長敏感結(jié)構(gòu)可以是非周期的相結(jié)構(gòu)。該波長敏感結(jié)構(gòu)可以是衍射結(jié)構(gòu)，如閃耀光柵或開諾全息照片光柵(kinoform grating)。
有利的是，所用的波長敏感結(jié)構(gòu)是對波長敏感的，因此允許所希望的溫度補償。
讀/寫設(shè)備可以包括至少第一和第二輻射源，用于讀/寫到不同類型或格式的信息層。
該第一輻射源可以適合于第一格式的信息層，如CD格式。在這種情況下，該波長敏感結(jié)構(gòu)可以是預(yù)準(zhǔn)直器的一部分。該波長敏感結(jié)構(gòu)優(yōu)選面向該第一輻射源。
該第二輻射源可以適合于第二格式的信息層，如DVD格式。在這種情況下，該波長敏感結(jié)構(gòu)可以是束整形器的一部分。該波長敏感結(jié)構(gòu)優(yōu)選面向該第二輻射源。
根據(jù)本發(fā)明的第二方面，一種補償因溫度引起光學(xué)讀/寫設(shè)備中光學(xué)系統(tǒng)散焦的方法，其包括在該光學(xué)系統(tǒng)中加入波長敏感結(jié)構(gòu)，該波長敏感結(jié)構(gòu)補償所述散焦。
該方法可以包括面向該讀/寫設(shè)備的輻射源的波長敏感結(jié)構(gòu)。
該方法可以包括補償在該光學(xué)系統(tǒng)的至少兩個元件中的散焦，在這種情況下，每個元件可具有相關(guān)聯(lián)的波長敏感結(jié)構(gòu)。
根據(jù)本發(fā)明的第三方面，一種用于補償溫度散焦的折射的預(yù)準(zhǔn)直器/束整形器/傳感器透鏡，其包括適合于補償溫度散焦的波長敏感結(jié)構(gòu)。
本文中描述的所有特征可以按照任何組合方式與上面的任何方面組合。
為了更好地理解本發(fā)明并顯示出本發(fā)明的各個實施例怎樣實現(xiàn)，現(xiàn)在以舉例的方式參考附圖進(jìn)行說明，在附圖中圖1是預(yù)準(zhǔn)直器的示意性側(cè)視圖；圖2是現(xiàn)有技術(shù)的雙光學(xué)記錄器的示意圖；圖3是具有波長敏感結(jié)構(gòu)的束整形器/預(yù)準(zhǔn)直器的示意性側(cè)視圖和正視圖；以及圖4是閃耀光柵結(jié)構(gòu)的示意性側(cè)視圖。
為了解決光學(xué)部件(如預(yù)準(zhǔn)直器、束整形器或傳感器透鏡)的折射率隨溫度改變的問題，提出了在該光學(xué)部件上結(jié)合波長敏感(如光柵結(jié)構(gòu)或階躍形相結(jié)構(gòu))，該結(jié)構(gòu)補償由于折射率隨材料的溫度變化而引起的由溫度導(dǎo)致的散焦。該波長敏感結(jié)構(gòu)形成光學(xué)讀/寫設(shè)備的光學(xué)系統(tǒng)的一部分。
對于塑料材料來說，折射率隨溫度的變化比玻璃材料更大。因此，本發(fā)明對于塑料光學(xué)部件是最有益的。
圖3示出預(yù)準(zhǔn)直器28(其同樣可以代表伺服透鏡或束整形器)的正視圖和側(cè)視圖，預(yù)準(zhǔn)直器28具有位于其正面上的波長敏感結(jié)構(gòu)30。例如按照類似圖2中所示的結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)在圖3中示出的包括預(yù)準(zhǔn)直器28的讀出器/記錄器。因此，僅僅將圖2變?yōu)橐腩A(yù)準(zhǔn)直器或束整形器28(如圖3中)作為圖2中的預(yù)準(zhǔn)直器10或束整形器18。
在光路具有兩個激光器(分離的激光器或分開的激光器支路)的情況下，如圖2中所示，預(yù)準(zhǔn)直器10和束整形器18中的每一個都位于一個激光器之后，這意味著，僅僅一種波長是所關(guān)心的。還可以預(yù)見，可以使用三個或多個激光器，例如允許使用三種不同的格式，如CD、DVD和藍(lán)光(Bluray)盤(BD)。
解決激光波長隨溫度改變的一種可能性是使用如Appl.Opt.第40卷第35 6548-6560號中描述的非周期相結(jié)構(gòu)，該文獻(xiàn)的內(nèi)容在此引入作為參考。該結(jié)構(gòu)中的階躍高度(height of step)是具有如下公式的固定階躍
h=λn-1---(2)]]>假設(shè)j是階躍數(shù)。對于這種情況，區(qū)域高度是mj.h和mj是整數(shù)。如果Δλ是波長移動，Δn是折射率變化(兩者都是由于溫度而引起的)，那么相位階躍ΔΦj是ΔΦj=-2πmj·(Δλλ-Δnn-1)---(3)]]>另一種可能性是利用如閃耀光柵或開諾全息照片光柵的其他衍射結(jié)構(gòu)，其也是波長敏感的。
閃耀光柵是如圖4中所示的結(jié)構(gòu)。當(dāng)該結(jié)構(gòu)中的光柵的角度使折射角與衍射角相等時，那么100％的激光功率將進(jìn)入一階(例如+1階)。這是對于如下公式的情況。
ψ=λp·(n-1)---(4)]]>Ψ閃耀角λ激光的波長p光柵間距n光柵材料的折射率開諾全息照片光柵是類似于閃耀光柵這樣的光柵，但是其具有更圓的形狀。
對于具有波長敏感衍射光柵結(jié)構(gòu)的透鏡來說，光柵的焦度(power)是透鏡的總焦度的一部分，這是本發(fā)明的情況。
按照使激光的波長移動所引起的透鏡焦距移動與通過折射率隨物體溫度變化而變化精確相同的方式來設(shè)計該光柵結(jié)構(gòu)的焦度，但是具有相反的符號。
用于焦點調(diào)整的伺服或傳感器透鏡56也不在公共路徑中僅僅在檢測器路徑26中而不在激光路徑14/22中。傳感器透鏡56通常包括球面和像散表面。還可以在該傳感器透鏡56中實施一定的色差校正。
透鏡56還將導(dǎo)致由于溫度引起的散焦，因為其不在公共路徑中。但是，這種效果不是非常強烈，并且通過(用平凸透鏡或凹透鏡來近似)下面的公式(5)來描述。
dzdT=(1-NAinNAout)2·f(2·mc2)·(n-1)·(NAinNAout)2·dndT---(5)]]>參數(shù)如公式(1)所述的。
當(dāng)應(yīng)用單個檢測器時，位于該檢測器之前的伺服或傳感器透鏡56必須在兩個波長范圍(盡管如上面提到的可以使用多于兩個波長范圍)處正確地工作。為最關(guān)鍵的應(yīng)用選擇對該透鏡進(jìn)行的溫度補償，其一般是最短的波長(例如DVDλ＝660nm)?？蛇x擇的是，可以使用對兩個波長提供混合作用的結(jié)構(gòu)。
以上所述也用于當(dāng)應(yīng)用束整形器或預(yù)準(zhǔn)直器連同雙波長激光器(在一個組件中的具有不同波長范圍的兩個激光器小片)時的情況。
在光學(xué)讀/寫設(shè)備利用多于兩個波長范圍的情況下很容易設(shè)計類似的裝置。例如，在用于CD、DVD和BD應(yīng)用的光學(xué)讀/寫設(shè)備的情況下，存在與上述實施例中兩個激光支路14/22相反的三個支路。
權(quán)利要求
1.一種用于讀/寫到信息層的光學(xué)數(shù)據(jù)讀/寫設(shè)備，該設(shè)備至少包括用于產(chǎn)生輻射光束的第一輻射源和用于將該輻射光束會聚在信息層上并將該信息層反射的輻射光束會聚到檢測器上的光學(xué)系統(tǒng)，其中該光學(xué)系統(tǒng)包括波長敏感結(jié)構(gòu)，該波長敏感結(jié)構(gòu)補償因溫度引起的該光學(xué)系統(tǒng)的散焦。
2.如權(quán)利要求1所述的光學(xué)數(shù)據(jù)讀/寫設(shè)備，其中該波長敏感結(jié)構(gòu)是該光學(xué)系統(tǒng)的折射預(yù)準(zhǔn)直器、束整形器或傳感器透鏡的一部分。
3.如權(quán)利要求1或2所述的光學(xué)數(shù)據(jù)讀/寫設(shè)備，其中波長敏感結(jié)構(gòu)位于輻射光束的公共路徑之外。
4.如權(quán)利要求3所述的光學(xué)數(shù)據(jù)讀/寫設(shè)備，其中該波長敏感結(jié)構(gòu)位于該至少一個輻射源和該光學(xué)系統(tǒng)的預(yù)準(zhǔn)直器/束整形器之間。
5.如權(quán)利要求3所述的光學(xué)數(shù)據(jù)讀/寫設(shè)備，其中，該波長敏感結(jié)構(gòu)位于該光學(xué)數(shù)據(jù)讀/寫設(shè)備的分束器元件和檢測器元件之間。
6.如前面任一項權(quán)利要求所述的光學(xué)數(shù)據(jù)讀/寫設(shè)備，其中該波長敏感結(jié)構(gòu)是光柵結(jié)構(gòu)。
7.如前面任一項權(quán)利要求所述的光學(xué)數(shù)據(jù)讀/寫設(shè)備，其中該波長敏感結(jié)構(gòu)是階躍形相結(jié)構(gòu)。
8.如前面任一項權(quán)利要求所述的光學(xué)數(shù)據(jù)讀/寫設(shè)備，其中該波長敏感結(jié)構(gòu)是非周期的相結(jié)構(gòu)。
9.如前面任一項權(quán)利要求所述的光學(xué)數(shù)據(jù)讀/寫設(shè)備，其中該波長敏感結(jié)構(gòu)是衍射結(jié)構(gòu)。
10.如前面任一項權(quán)利要求所述的光學(xué)數(shù)據(jù)讀/寫設(shè)備，其包括多個輻射源，用于讀/寫到不同類型或格式的信息層。
11.如前面任一項權(quán)利要求所述的光學(xué)數(shù)據(jù)讀/寫設(shè)備，其中該波長敏感結(jié)構(gòu)面向其各自的輻射源。
12.一種補償因溫度引起光學(xué)讀/寫設(shè)備中光學(xué)系統(tǒng)散焦的方法，其包括在該光學(xué)系統(tǒng)中加入波長敏感結(jié)構(gòu)，該波長敏感結(jié)構(gòu)補償所述散焦。
13.如權(quán)利要求12所述的方法，其中該波長敏感結(jié)構(gòu)面向該讀/寫設(shè)備的輻射源。
14.如權(quán)利要求12或13所述的方法，其包括補償在該光學(xué)系統(tǒng)的至少兩個元件中的散焦。
15.如權(quán)利要求14的方法，其中每個所述元件具有相關(guān)聯(lián)的波長敏感結(jié)構(gòu)。
16.一種用于補償溫度引起散焦的折射的預(yù)準(zhǔn)直器/束整形器/傳感器透鏡，其包括適合于補償溫度引起的散焦的波長敏感結(jié)構(gòu)。
全文摘要
一種光學(xué)數(shù)據(jù)讀/寫設(shè)備，用于讀/寫到信息層，該設(shè)備至少包括用于產(chǎn)生輻射光束的第一輻射源(12)和用于將該輻射光束會聚在該信息層上并將該信息層反射的輻射光束會聚到檢測器上的光學(xué)系統(tǒng)(10，40，44，46，48，50，52，54，56)，其中該光學(xué)系統(tǒng)包括波長敏感結(jié)構(gòu)，該波長敏感結(jié)構(gòu)補償因溫度引起的該光學(xué)系統(tǒng)的散焦。
文檔編號G11B7/135GK1867977SQ200480030290
公開日2006年11月22日 申請日期2004年10月7日 優(yōu)先權(quán)日2003年10月15日
發(fā)明者P·T·祖特, P·庫普斯 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司