專利名稱：物鏡及采用該物鏡的光學(xué)讀取頭的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種物鏡及采用該物鏡的光學(xué)讀取頭，尤其涉及一種適用于多種規(guī)格光盤的物鏡及采用該物鏡的光學(xué)讀取頭。
背景技術(shù)：
目前，在光存儲(chǔ)領(lǐng)域中，存在諸如CD(Compact Disc)、VCD(Video-CD)、DVD(Digital Versatile Disc)、HD-DVD(High Definition-DVD)和Blu-ray Disc等多種規(guī)格的光盤。不同規(guī)格的光盤在讀/寫時(shí)，由于數(shù)據(jù)記錄密度不同，所需的光斑大小也就不同，數(shù)據(jù)記錄密度越大，需要的光斑就越小。
光斑大小與光源的波長(zhǎng)和物鏡的數(shù)值孔徑有如下關(guān)系S∝λ/NA，其中，S表示光斑直徑，λ表示光源波長(zhǎng)，NA表示物鏡數(shù)值孔徑。從上述關(guān)系可知，要減小光斑面積，則需減小光源的波長(zhǎng)，或提高物鏡的數(shù)值孔徑。另外，不同規(guī)格的光盤，在沿光軸方向，光盤表面至光盤數(shù)據(jù)記錄層的厚度是不同的，數(shù)據(jù)記錄層密度越高的光盤，其厚度就越薄，則所需物鏡的數(shù)值孔徑也就越大。傳統(tǒng)上CD、DVD、HD-DVD和Blu-ray Disc光盤所需光源波長(zhǎng)與物鏡數(shù)值孔徑的大小如表1所示表1
一般而言，用于高密度光盤的光盤播放器應(yīng)當(dāng)能兼容低于其密度的光盤，即DVD播放器能讀/寫CD光盤，HD-DVD或Blu-ray Disc播放器能讀/寫DVD、CD光盤的其中至少一種。光學(xué)讀取頭是光盤播放器實(shí)現(xiàn)兼容的關(guān)鍵部件之一，用以產(chǎn)生光束讀/寫光盤，由表1可知，光盤播放器要實(shí)現(xiàn)兼容，則該光盤播放器的光學(xué)讀取頭不僅要能提供不同波長(zhǎng)的光束，且其所采用的物鏡也要具有不同的數(shù)值孔徑。
目前，存在多種技術(shù)可使物鏡及采用該物鏡的光學(xué)讀取頭用于兩種以上規(guī)格的光盤。其中一種技術(shù)為物鏡采用全息技術(shù)，即該物鏡的表面具有全息結(jié)構(gòu)，采用該物鏡的光學(xué)讀取頭包括兩個(gè)能發(fā)出不同波長(zhǎng)光束的第一光源和第二光源，其中第一光源發(fā)出某一波長(zhǎng)的光束只能從上述物鏡表面上某一固定的全息區(qū)域通過，以形成一種規(guī)格光盤的聚焦點(diǎn)，即該全息區(qū)域具有一種規(guī)格光盤的數(shù)值孔徑，而在其它全息區(qū)域則被繞射；第二光源發(fā)出的另一波長(zhǎng)的光束只能通過該物鏡表面的另一個(gè)全息區(qū)域，且該全息區(qū)域不同于第一光源發(fā)出的光束所通過的全息區(qū)域，這樣就使得該物鏡上不同的全息區(qū)域具有不同的數(shù)值孔徑。但是，此種采用全息技術(shù)的物鏡及采用該物鏡的光學(xué)讀取頭，光源發(fā)出的光束只能從物鏡部分全息區(qū)域聚焦于光盤，從而降低光束的能量，有可能會(huì)影響光盤讀/寫的準(zhǔn)確性或性能。
公開于2002年12月18日的第CN1386272號(hào)中國(guó)專利申請(qǐng)公開說(shuō)明書，揭示了另一種用于多種規(guī)格光盤的光學(xué)讀取頭。且該光學(xué)讀取頭同時(shí)也揭露了一種物鏡，該物鏡是一種透明壓電元件，通過電壓控制該物鏡的形狀以形成多個(gè)數(shù)值孔徑。但，由于該物鏡是一種壓電材料制造的光學(xué)元件，電壓材料形狀改變的靈敏度較低，所以該物鏡形狀改變時(shí)可能會(huì)存在延遲或滯后問題，以致于不能快速的讀/寫不同規(guī)格的光盤。

發(fā)明內(nèi)容有鑒于此，有必要提供一種能使光束精確而快速的聚焦于不同規(guī)格光盤的物鏡。
還有必要提供一種使用上述物鏡的光學(xué)讀取頭，該光學(xué)讀取頭能精確而快速的讀/寫不同規(guī)格的光盤。
一種物鏡，主要包括一個(gè)腔室和兩種互不相融液體，其中一種液體為導(dǎo)電液體，另一種液體為絕緣液體，該兩種液體沿該腔室的中心軸呈兩層密封于該腔室中，其中該導(dǎo)電液體與腔室內(nèi)壁存在電濕效應(yīng)，可以通過電壓控制該兩種液體的形狀，使該物鏡具有至少兩個(gè)不同的數(shù)值孔徑。
一種光學(xué)讀取頭，主要包括至少一光源、至少一分光元件、至少一耦合元件、一物鏡和至少一光電探測(cè)器；光源發(fā)出不同波長(zhǎng)的光束經(jīng)耦合元件后射向物鏡，該光束由物鏡聚焦于光盤，并在其中設(shè)有分光元件，用以改變從光源到光盤并從光盤反射的光束的傳輸方向，光電探測(cè)器用以檢測(cè)從光盤反射的光束經(jīng)上述分光元件后的光學(xué)訊號(hào)。其中該物鏡為一種液體物鏡，且可以通過電壓控制其形狀，使之具有至少兩個(gè)不同的數(shù)值孔徑。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，所述物鏡為液體物鏡，可以通過電壓控制其所包含液體的形狀，以使該物鏡具有多個(gè)數(shù)值孔徑，所以該物鏡及采用該物鏡的光學(xué)讀取頭可以用于多種規(guī)格盤片的讀/寫。而且，該物鏡能使全部光束聚焦，即能使不同光源發(fā)出的幾乎全部光束均能聚焦于其所對(duì)應(yīng)光盤的數(shù)據(jù)記錄層上，所以能提高該光學(xué)讀取頭讀/寫光盤的準(zhǔn)確度或性能。電壓控制物鏡的液體形狀，其形狀改變的靈敏度要高于電壓控制壓電材料制成的物鏡形狀改變的靈敏度。此外，該液體物鏡可由直流電壓控制，該液體物鏡本身具有電容屬性，幾乎不損耗電量。

圖1為本發(fā)明物鏡一較佳實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為本發(fā)明光學(xué)讀取頭的第一實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3為本發(fā)明光學(xué)讀取頭的第二實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式如圖1所示，為本發(fā)明物鏡一較佳實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)示意圖。該物鏡10為一種液體物鏡，物鏡10主要包括一腔室107和兩種液體103、105，其中該腔室107為圓柱形，該兩種液體103、105密封于該腔室107內(nèi)，且該兩種液體103、105互不相融。
液體103、105具有不同的光學(xué)屬性，折射系數(shù)不同，其中液體103為導(dǎo)電液體，該液體103可以為導(dǎo)電的水溶液；液體105為絕緣液體，該液體105可以為絕緣的油類液體。其中，液體103與液體105沿該腔室107中心軸方向呈兩層分布。
該腔室107包括兩側(cè)端108、109和由內(nèi)至外組成側(cè)壁的防水導(dǎo)電層102、中間層104和包覆層101，其中，側(cè)端108、109可以為玻璃材質(zhì)。該防水導(dǎo)電層102具有電濕效應(yīng)，即當(dāng)該防水導(dǎo)電層102加電壓時(shí)，對(duì)液體103的防水性減弱；緊靠防水導(dǎo)電層102的中間層104是絕緣的；中間層104外的包覆層101是導(dǎo)電的。其中防水導(dǎo)電層102和包覆層101分別接一個(gè)物鏡控制裝置31的正負(fù)極，則在防水導(dǎo)電層102與包覆層101之間存在電容屬性，當(dāng)該物鏡控制裝置31提供直流電壓時(shí)，可使防水導(dǎo)電層102帶正電荷，包覆層101帶負(fù)電荷，此時(shí)防水導(dǎo)電層102與包覆層101之間幾乎不損耗電量，即該物鏡10幾乎不損耗電量。
不加電壓時(shí)，由于液體103、105的互不相融性及防水導(dǎo)電層102對(duì)液體103的防水性較強(qiáng)，所以在該兩種液體表面張力的作用下，會(huì)使液體103與液體105的接觸面形成一個(gè)弧面A。此時(shí)，液體103就是一個(gè)具有某個(gè)數(shù)值孔徑的液體物鏡，該數(shù)值孔徑可以設(shè)定為0.45，則該物鏡10可以將波長(zhǎng)為780nm的光束聚焦于CD光盤的數(shù)據(jù)記錄層。
加電壓時(shí)，防水導(dǎo)電層102可以加正電壓，則包覆層101相應(yīng)加負(fù)電壓，由于防水導(dǎo)電層102帶電時(shí)對(duì)液體103的防水性減弱，故會(huì)使液體103沿防水導(dǎo)電層102的內(nèi)側(cè)向液體105端擴(kuò)散，為使擴(kuò)散快速即具有較高的靈敏度，在防水導(dǎo)電層102與兩種液體之間可以有一層導(dǎo)電潤(rùn)滑層(圖未示)。故在該兩種液體表面張力的作用下，使液體103的形狀發(fā)生改變，即兩種液體接觸面的弧面曲率改變，形成一個(gè)弧面B。此時(shí)，液體103就是一個(gè)具有另一數(shù)值孔徑的液體物鏡，選擇適當(dāng)?shù)碾妷?，可以使該?shù)值孔徑為0.6，則該物鏡10將波長(zhǎng)為650nm的光束聚焦于DVD光盤的數(shù)據(jù)記錄層。
如圖2所示，為本發(fā)明光學(xué)讀取頭第一實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)示意圖，該光學(xué)讀取頭采用上述結(jié)構(gòu)的物鏡，可用于兩種規(guī)格光盤的讀/寫，如CD和DVD光盤。
該光學(xué)讀取頭主要包括兩個(gè)光源111、121，兩個(gè)全息分光元件14、15，一分光棱鏡17，一準(zhǔn)直透鏡19，一物鏡20，兩個(gè)光電探測(cè)器112、122，為減小該光學(xué)讀取頭體積，兩個(gè)光電探測(cè)器112、122可分別與光源111、121以整體方式合裝成單個(gè)組件，形成組件11、12。
其中，光源111、121可分別發(fā)出不同波長(zhǎng)的光束；全息分光元件14、15用于改變由光源至光盤并從光盤反射的光束的傳輸方向；分光棱鏡17作為耦合元件，根據(jù)光束的波長(zhǎng)全部透射或反射所入射的光束，使不同方向入射的光束從同一方向出射；準(zhǔn)直透鏡19可使所入射的光束變?yōu)槠叫泄馐还怆娞綔y(cè)器112、122分別檢測(cè)由光源111、121發(fā)出，并從光盤反射的光束分別經(jīng)上述兩個(gè)全息分光元件14、15后的光學(xué)訊號(hào)。
該物鏡20連接一個(gè)物鏡控制裝置32，由該物鏡控制裝置32根據(jù)所要讀/寫光盤規(guī)格的不同，控制該物鏡20的形狀，使之具有所對(duì)應(yīng)的數(shù)值孔徑，而使光束可聚焦于CD或DVD光盤的數(shù)據(jù)記錄層41或42。
當(dāng)該光學(xué)讀取頭對(duì)CD光盤讀/寫訊號(hào)時(shí)，由光源111發(fā)出波長(zhǎng)為780nm的光束入射至全息分光元件14，該入射光束通過全息分光元件14并射向分光棱鏡17。當(dāng)對(duì)DVD光盤讀/寫訊號(hào)時(shí)，由光源121發(fā)出波長(zhǎng)為650nm的光束入射至全息分光元件15，該入射光束通過全息分光元件15并射向分光棱鏡17。
分光棱鏡17完全透射波長(zhǎng)為780nm的入射光束并完全反射波長(zhǎng)為650nm的入射光束，全部透射或反射的光束由準(zhǔn)直透鏡19變成平行光束射至物鏡20。物鏡控制裝置32根據(jù)所要讀/寫光盤的類別CD或DVD光盤，選擇一定的電壓控制物鏡20的形狀，當(dāng)要讀/寫CD光盤時(shí)，選擇的電壓使物鏡20的數(shù)值孔徑為0.45；當(dāng)要讀/寫DVD光盤時(shí)，選擇的電壓使物鏡20的數(shù)值孔徑為0.6。
是以，本實(shí)施方式的光學(xué)讀取頭可以實(shí)現(xiàn)CD和DVD這兩種不同規(guī)格光盤的讀/寫，使采用此光學(xué)讀取頭的光盤播放器能實(shí)現(xiàn)CD和DVD的兼容。
如圖3所示，為本發(fā)明光學(xué)讀取頭的第二實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)示意圖，可用于三種規(guī)格光盤的讀/寫，如CD、DVD和Blu-ray Disc光盤。
該光學(xué)讀取頭主要包括三個(gè)光源211、221、232，三個(gè)全息分光元件24、25、26，兩個(gè)分光棱鏡27、28，一準(zhǔn)直透鏡29，一物鏡30，三個(gè)光電探測(cè)器212、222、232，為減小該光學(xué)讀取頭的體積，三個(gè)光電探測(cè)器212、222、232可分別與光源211、221、232以整體方式合裝成單個(gè)組件，形成組件21、22、23。
其中，211、221、232可分別發(fā)出不同波長(zhǎng)的光束；全息分光元件24、25、26用于改變由光源至光盤并從光盤反射的光束的傳輸方向；分光棱鏡27、28作為耦合元件，根據(jù)光束的波長(zhǎng)全部透射或反射所入射的光束，使不同方向入射的光束可從同一方向出射；準(zhǔn)直透鏡29可使所入射的光束變?yōu)槠叫泄馐还怆娞綔y(cè)器212、222、232可分別檢測(cè)由光源211、221、232發(fā)出，并從光盤反射的光束分別經(jīng)上述三個(gè)全息分光元件24、25、26后的光學(xué)訊號(hào)。
該物鏡30與一個(gè)物鏡控制裝置33相連，由該物鏡控制裝置33根據(jù)所要讀/寫光盤規(guī)格的不同，選擇所對(duì)應(yīng)的電壓控制該物鏡30形狀，使之具有所對(duì)應(yīng)的數(shù)值孔徑，而使光束可聚焦于CD、DVD或Blu-ray Disc光盤的數(shù)據(jù)記錄層51、52或53。
當(dāng)對(duì)CD光盤讀/寫訊號(hào)時(shí)，由光源211發(fā)出波長(zhǎng)為780nm的光束入射至全息分光元件24，該入射光束通過全息分光元件24并射向分光棱鏡27，經(jīng)過分光棱鏡27后再射向分光棱鏡28。當(dāng)對(duì)DVD光盤讀/寫訊號(hào)時(shí)，由光源221發(fā)出波長(zhǎng)為650nm的光束入射至全息分光元件25，該入射光束通過全息分光元件25并射向分光棱鏡27，被分光棱鏡27反射后射向分光棱鏡28。當(dāng)對(duì)Blu-ray Disc光盤讀/寫訊號(hào)時(shí)，由光源233發(fā)出波長(zhǎng)為405nm的光束入射至全息分光元件26，該入射光束通過全息分光元件26并射向分光棱鏡28。
分光棱鏡27完全透射波長(zhǎng)為780nm的入射光束并完全反射波長(zhǎng)為650nm的入射光束，分光棱鏡28完全透射波長(zhǎng)為780nm與650nm的入射光束并完全反射波長(zhǎng)為405nm的入射光束。經(jīng)過分光棱鏡28全部透射或反射的光束由準(zhǔn)直透鏡29變成平行光束射至物鏡30。物鏡控制裝置33根據(jù)所要讀/寫的CD、DVD和Blu-ray Disc光盤的類別，選擇電壓控制物鏡30的形狀，當(dāng)要讀/寫CD光盤時(shí)，選擇的電壓使物鏡30的數(shù)值孔徑為0.45；當(dāng)要讀/寫DVD光盤時(shí)，選擇的電壓使物鏡30的數(shù)值孔徑為0.6；當(dāng)要讀/寫B(tài)lu-ray Disc光盤時(shí)，選擇的電壓使物鏡30的數(shù)值孔徑為0.85。
本實(shí)施方式中的物鏡30的結(jié)構(gòu)與第一實(shí)施方式中的物鏡20的結(jié)構(gòu)相同，其不同之處在于本實(shí)施方式的物鏡30在工作時(shí)，選擇兩個(gè)不同的電壓，使得本實(shí)施方式中的物鏡30具有三個(gè)數(shù)值孔徑0.45、0.6和0.85。
不加電壓時(shí)，物鏡30的數(shù)值孔徑為0.45，用于將光源211發(fā)出的光束經(jīng)傳輸后聚焦于CD光盤的數(shù)據(jù)記錄層51上。
加電壓時(shí)，選擇其中一個(gè)電壓，使物鏡30形狀改變，使之的數(shù)值孔徑變?yōu)?.6，用于將光源221發(fā)出的光束經(jīng)傳輸后聚焦于DVD光盤的數(shù)據(jù)記錄層52上。
加電壓時(shí)，選擇另一個(gè)電壓，使物鏡30形狀改變?yōu)榱硪粋€(gè)形狀，使之的數(shù)值孔徑變?yōu)?.85，用于將光源233發(fā)出的光束經(jīng)傳輸后聚焦于Blu-ray Disc光盤的數(shù)據(jù)記錄層53上。
是以，本實(shí)施方式的光學(xué)讀取頭可以實(shí)現(xiàn)CD、DVD和Blu-ray Disc這三種不同規(guī)格光盤的讀/寫，使采用此光學(xué)讀取頭的光盤播放器能實(shí)現(xiàn)CD、DVD和Blu-ray Disc的兼容。
然而，上述僅為本發(fā)明光學(xué)讀取頭的較佳實(shí)施方式，本發(fā)明的光學(xué)讀取頭并不局限于兩種或三種規(guī)格光盤的讀/寫，可用于多種規(guī)格光盤的讀/寫。且，本發(fā)明光學(xué)讀取頭包括的光學(xué)元件均可為單個(gè)元件，如光源可為能發(fā)出不同波長(zhǎng)的單個(gè)光源，耦合元件可為多角的單個(gè)分光棱鏡或多端輸入單端輸出的單個(gè)光波導(dǎo)耦合元件。
權(quán)利要求
1.一種物鏡，主要包括一個(gè)腔室和兩種互不相融液體，其中一種液體為導(dǎo)電液體，另一種液體為絕緣液體，該兩種液體沿該腔室的中心軸呈兩層密封于該腔室中，其特征在于該導(dǎo)電液體與腔室內(nèi)壁存在電濕效應(yīng)，可以通過電壓控制該兩種液體的形狀，使該物鏡具有至少兩個(gè)不同的數(shù)值孔徑。
2.如權(quán)利要求1所述的物鏡，其特征在于該兩種液體的光學(xué)屬性不同，具有不同的折射系數(shù)。
3.如權(quán)利要求1所述的物鏡，其特征在于該導(dǎo)電液體為導(dǎo)電的水溶液，該絕緣液體為絕緣的油類。
4.如權(quán)利要求1或2所述的物鏡，其特征在于該兩種液體在不加電壓時(shí)，其中一種液體表現(xiàn)為具有一個(gè)數(shù)值孔徑的物鏡。
5.如權(quán)利要求1所述的物鏡，其特征在于該腔室的內(nèi)壁上存在一層導(dǎo)電潤(rùn)滑層。
6.一種光學(xué)讀取頭，主要包括至少一光源、至少一分光元件、至少一耦合元件、一物鏡和至少一光電探測(cè)器；光源發(fā)出不同波長(zhǎng)的光束經(jīng)耦合元件后射向物鏡，該光束由物鏡聚焦于光盤，并在其中設(shè)有分光元件，用以改變從光源到光盤并從光盤反射的光束的傳輸方向，光電探測(cè)器用以檢測(cè)從光盤反射的光束經(jīng)上述分光元件后的光學(xué)訊號(hào)，其特征在于該物鏡為一種液體物鏡，且可以通過電壓控制其形狀，使之具有至少兩個(gè)不同的數(shù)值孔徑。
7.如權(quán)利要求6所述的光學(xué)讀取頭，其特征在于該物鏡包括一個(gè)腔室和兩種互不相融液體，其中一種液體為導(dǎo)電液體，另一種液體為絕緣液體，該導(dǎo)電液體與腔室內(nèi)壁存在電濕效應(yīng)，該兩種液體沿該腔室的中心軸方向呈兩層密封于該腔室中。
8.如權(quán)利要求7所述的光學(xué)讀取頭，其特征在于該兩種液體在不加電壓時(shí)，其中一種液體表現(xiàn)為具有一個(gè)數(shù)值孔徑的物鏡。
9.如權(quán)利要求7所述的光學(xué)讀取頭，其特征在于該腔室的內(nèi)壁上存在一層導(dǎo)電潤(rùn)滑層。
10.如權(quán)利要求7或8所述的光學(xué)讀取頭，其特征在于該兩種液體的光學(xué)屬性不同，具有不同的折射系數(shù)。
全文摘要
一種物鏡及采用該物鏡的光學(xué)讀取頭，其中該物鏡主要包括一腔室和兩種互不相融的液體，其中一種液體為導(dǎo)電液體，另一種液體為絕緣液體，該兩種液體沿該腔室的中心軸呈兩層密封于該腔室中，該導(dǎo)電液體與腔室內(nèi)壁存在電濕效應(yīng)，可以通過電壓控制該兩種液體的形狀，使該物鏡具有至少兩個(gè)不同的數(shù)值孔徑；該光學(xué)讀取頭主要包括至少一光源、至少一分光元件、至少一耦合元件、所述物鏡和至少一光電探測(cè)器，其中光源可發(fā)出不同波長(zhǎng)的光束經(jīng)耦合元件后射向物鏡，該光束由物鏡聚焦于光盤，并在其中設(shè)有分光元件，用以改變從光源到光盤并從光盤反射的光束的傳輸方向，光電探測(cè)器用以檢測(cè)從光盤反射的光束經(jīng)上述分光元件后的光學(xué)訊號(hào)。
文檔編號(hào)G11B7/135GK1851501SQ20051003436
公開日2006年10月25日 申請(qǐng)日期2005年4月22日 優(yōu)先權(quán)日2005年4月22日
發(fā)明者孫文信 申請(qǐng)人:鴻富錦精密工業(yè)(深圳)有限公司, 鴻海精密工業(yè)股份有限公司