專(zhuān)利名稱(chēng)：可兼容不同厚度光記錄介質(zhì)的物鏡的制作方法
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(chēng)為“具有兼容多種光盤(pán)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(zhuān)利申請(qǐng)的分案申請(qǐng)。
本發(fā)明涉及一種能在不同規(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(pán)，例如數(shù)字通用盤(pán)(DVD)，CD記錄盤(pán)(CD-R)，CD再寫(xiě)入盤(pán)(CD-RW)，小型盤(pán)(CD)和激光盤(pán)(LD)可兼容的物鏡。
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(pán)，卡或帶。然而，主要使用一種盤(pán)型的記錄介質(zhì)。近來(lái)，光盤(pán)系統(tǒng)已開(kāi)發(fā)出LD，CD和DVD各種形式的盤(pán)。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(pán)時(shí)，由于盤(pán)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(pán)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(pán)的光學(xué)拾取裝置。


圖1A和1B表示可兼容不同規(guī)格光盤(pán)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(pán)上的情形。圖1B表示光聚焦到一種厚型光盤(pán)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(pán)，3b表示厚光盤(pán)。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(pán)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(pán)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(pán)3a和3b的信息。
其它慣用的技術(shù)公開(kāi)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(kāi)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(pán)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(pán)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(pán)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(pán)的信息。同樣，在厚光盤(pán)情形下，利用透過(guò)物鏡偶數(shù)區(qū)的光來(lái)讀取厚光盤(pán)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(pán)上記錄信息或讀出來(lái)自光盤(pán)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(pán)的厚度，實(shí)際上只有從相應(yīng)光盤(pán)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(zhuān)利未審查的公開(kāi)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(pán)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(xiě)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(pán)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(shū)中提出，部分是顯見(jiàn)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)提供一種可兼容于至少兩種具有不同厚度光記錄介質(zhì)的物鏡來(lái)取得，該物鏡以通光區(qū)的光軸為中心包括內(nèi)區(qū)、環(huán)形透鏡區(qū)及外區(qū)，具有環(huán)狀的環(huán)形透鏡區(qū)位于內(nèi)區(qū)和外區(qū)之間，其中當(dāng)所述光記錄介質(zhì)具有第一預(yù)定厚度時(shí)，透過(guò)內(nèi)區(qū)和外區(qū)的光在該光記錄介質(zhì)的信息記錄面上聚焦成一光點(diǎn)，而透過(guò)環(huán)形透鏡區(qū)的光被散射；當(dāng)所述光記錄介質(zhì)具有第二預(yù)定厚度時(shí)，透過(guò)內(nèi)區(qū)和環(huán)形透鏡區(qū)的光在該光記錄介質(zhì)的信息記錄面上聚焦成一光點(diǎn)，而透過(guò)外區(qū)的光被散射。
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(pán)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(pán)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(pán)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(pán)時(shí)光束在光探測(cè)器中的分布情況。
下面將參見(jiàn)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(pán)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(pán)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(pán)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(pán)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(pán)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(pán)30B，例如CD盤(pán)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(pán)。
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(pán)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(pán)30B，例如一個(gè)較厚的CD盤(pán)得到再現(xiàn)。上述技術(shù)已公開(kāi)在韓國(guó)專(zhuān)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(pán)中的需要采用較小光點(diǎn)尺寸的光盤(pán)，例如LD盤(pán)。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(pán)30B再現(xiàn)時(shí)的光路，并表示透過(guò)外區(qū)A3的光在光盤(pán)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(pán)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(pán)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(pán)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(pán)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(pán)30A和厚光盤(pán)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)，σw2=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(pán)折射率(n)和光盤(pán)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(pán)，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(pán)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(pán)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(pán)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(pán)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(pán)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(pán)30A利用較短波長(zhǎng)的光，而厚光盤(pán)30B利用短波長(zhǎng)的光和較長(zhǎng)波長(zhǎng)的光。所以，在薄光盤(pán)30A是一種DVD盤(pán)，厚光盤(pán)30B是一種CD，LD，CD-RW或CD-R盤(pán)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(pán)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(pán)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(jiàn)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(lèi)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(pán)。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(pán)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(pán)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(jiàn)，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(pán)30A，例如DVD盤(pán)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(pán)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(pán)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(pán)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(pán)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(pán)31B的位置處，在厚盤(pán)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(pán)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(pán)30B進(jìn)行再現(xiàn)操作時(shí)，例如對(duì)于CD或LD盤(pán)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(pán)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(pán)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(pán)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(pán)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(pán)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(pán)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(pán)需要更高的密度的光盤(pán)，例如LD盤(pán)。作為參考，對(duì)于再現(xiàn)LD盤(pán)，需要約1.2μm的光點(diǎn)大小，而再現(xiàn)CD盤(pán)，需要約1.4μm的光點(diǎn)大小。對(duì)于再現(xiàn)DVD盤(pán)，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(pán)，如DVD，LD和CD盤(pán)。
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(pán)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(pán)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(pán)30A的信息記錄面31A上，或者以光點(diǎn)的形式聚焦到厚光盤(pán)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(pán)，而650nm的光源應(yīng)該用于DVD，CD或CD-RW盤(pán)。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(pán)30B或薄光盤(pán)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(pán)30A或者厚光盤(pán)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呈反向面對(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(pán)，即具有不同規(guī)格的盤(pán)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(pán)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
1.一種可兼容于至少兩種具有不同厚度光記錄介質(zhì)的物鏡，其特征在于該物鏡以通光區(qū)的光軸為中心包括內(nèi)區(qū)、環(huán)形透鏡區(qū)及外區(qū)，具有環(huán)狀的環(huán)形透鏡區(qū)位于內(nèi)區(qū)和外區(qū)之間，其中當(dāng)所述光記錄介質(zhì)具有第一預(yù)定厚度時(shí)，透過(guò)內(nèi)區(qū)和外區(qū)的光在該光記錄介質(zhì)的信息記錄面上聚焦成一光點(diǎn)，而透過(guò)環(huán)形透鏡區(qū)的光被散射；當(dāng)所述光記錄介質(zhì)具有第二預(yù)定厚度時(shí)，透過(guò)內(nèi)區(qū)和環(huán)形透鏡區(qū)的光在該光記錄介質(zhì)的信息記錄面上聚焦成一光點(diǎn)，而透過(guò)外區(qū)的光被散射。
2.如權(quán)利要求1所述的物鏡，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。
3.如權(quán)利要求1所述的物鏡，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)具有相同的光軸。
4.如權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的物鏡，其特征在于所述的物鏡具有與所述光記錄介質(zhì)之間的工作距離，該工作距離隨光記錄介質(zhì)的厚度不同而被加以調(diào)節(jié)，以使透過(guò)物鏡的光被聚焦于光記錄介質(zhì)的信息記錄面上得到最佳光點(diǎn)。
5.如權(quán)利要求4所述的物鏡，其特征在于所述物鏡的工作距離為當(dāng)所述光記錄介質(zhì)具有第一預(yù)定厚度時(shí)WD1，當(dāng)所述光記錄介質(zhì)具有第二預(yù)定厚度時(shí)該工作距離為WD2。
6.如權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的物鏡，其特征在于透過(guò)環(huán)形透鏡區(qū)的光與透過(guò)內(nèi)區(qū)或外區(qū)之一光具有一定光程差。
7.如權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的物鏡，其特征在于所述物鏡的環(huán)形透鏡區(qū)相對(duì)于內(nèi)區(qū)及外區(qū)具有凸起或凹進(jìn)的形狀。
8.如權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的物鏡，其特征在于所述物鏡的環(huán)形透鏡區(qū)表面積至少具有所述物鏡通光區(qū)表面的10％。
9.如權(quán)利要求8所述的物鏡，其特征在于所述物鏡的環(huán)形透鏡區(qū)的徑向?qū)挾确秶鸀?00至300μm之間。
全文摘要
一種兼容不同厚度光記錄介質(zhì)的物鏡,以通光區(qū)的光軸為中心包括內(nèi)區(qū)、環(huán)形透鏡區(qū)及外區(qū),具有環(huán)狀的環(huán)形透鏡區(qū)位于內(nèi)區(qū)和外區(qū)之間,其中:當(dāng)所述光記錄介質(zhì)具有第一預(yù)定厚度時(shí),透過(guò)內(nèi)區(qū)和外區(qū)的光在該光記錄介質(zhì)的信息記錄面上聚焦成一光點(diǎn),而透過(guò)環(huán)形透鏡區(qū)的光被散射;當(dāng)所述光記錄介質(zhì)具有第二預(yù)定厚度時(shí),透過(guò)內(nèi)區(qū)和環(huán)形透鏡區(qū)的光在該光記錄介質(zhì)的信息記錄面上聚焦成一光點(diǎn),而透過(guò)外區(qū)的光被散射。
文檔編號(hào)G11B7/00GK1336652SQ0111955
公開(kāi)日2002年2月20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