專利名稱：具有光學(xué)可變光闌的光學(xué)頭的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種可兼容具有各自不同規(guī)格的光記錄介質(zhì)的光學(xué)頭。
磁盤，磁卡，或磁帶等均可做為以高密度方式記錄和再現(xiàn)如視頻、音頻或數(shù)據(jù)等信息的記錄介質(zhì)。在上述記錄介質(zhì)中，磁盤型記錄介質(zhì)應(yīng)用廣泛。在磁盤形記錄介質(zhì)中，具有一定厚度的塑料或玻璃介質(zhì)沿光線入射的軸線方向設(shè)置，并且在介質(zhì)之上有一個(gè)信息記錄表面。近來，光盤領(lǐng)域已經(jīng)從激光盤(LD)和小型致密盤(CD)發(fā)展到了數(shù)字視盤(DVD)階段。
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。使用短波長光源能夠?qū)εcDVD盤片厚度不同的CD進(jìn)信息再現(xiàn)，同時(shí)也對DVD進(jìn)行信息記錄和再現(xiàn)。然而，為了能兼容一種新型CD，即可寫小型致密盤(CD-R)，系統(tǒng)應(yīng)使用波長為780nm的光，這是由CD-R記錄介質(zhì)的記錄特性所決定的。這樣，開發(fā)一種既能使用780nm的波長的光又能用650nm波長的光，以便同時(shí)兼容DVD和CD-R就變得十分重要了。由于光盤特性不同，會(huì)產(chǎn)生因光盤厚度不同，波長的變化以及數(shù)值孔徑的變化而引起的光學(xué)像差。為此，對可兼容不同規(guī)格盤片并同時(shí)能去除光學(xué)像差的光學(xué)頭的研究正在取得顯著的進(jìn)展，研究的成果之一是，制造出了一種可兼容不同規(guī)格盤片的光學(xué)頭。下面將參考

圖1描述一種已有的可兼容DVD和CD-R的光學(xué)頭。
圖1示出了一種使用現(xiàn)有技術(shù)可變光闌的已有的光學(xué)頭，該光學(xué)頭在再現(xiàn)DVD時(shí)，使用635nm波長的激光，而在記錄和再現(xiàn)CD-R時(shí)使用780nm波長的激光。從做為激光二極管的光源1中所發(fā)出的635nm波長的光入射到準(zhǔn)直透鏡2。該光束以實(shí)線表示。準(zhǔn)直透鏡2將入射光束轉(zhuǎn)化成為平行光。已通過準(zhǔn)直透鏡2的光被偏振分光鏡3反射并隨后進(jìn)至干涉濾光棱鏡4。
同時(shí)，從做為光源11的激光二極管發(fā)射出的780nm波長的光經(jīng)過準(zhǔn)直透鏡12，一分光鏡13和一聚焦透鏡14并隨后到達(dá)棱鏡4。該光束以虛線表示。棱鏡4完全透射從極化分光鏡3反射的635nm波長的光并完全反射由聚焦透鏡14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2形成的平行光的形式入射到波長板5上。由光源11發(fā)出的光以發(fā)散光的形式入射到波長板5上。透射過波長板5的光穿過薄膜型可變光闌6并隨后入射到物鏡7。
物鏡7被設(shè)計(jì)為能使光線聚焦在厚度為0.6mm的DVD盤8的信息記錄表面上，穿過可變光闌6的635nm波長的光聚焦在DVD盤8的信息記錄表面上。其結(jié)果是，自DVD盤片8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。該反射光穿過極化分光鏡3并由光檢測器10檢測。
還有，用來將穿過可變光闌6的780nm波長的光聚焦到CD-R9的信息記錄表面上的物鏡具有1.2mm的厚度，在此情況下，會(huì)因?yàn)镈VD8和CD-R9之間的厚度不同而產(chǎn)生一球差。該球差的起因是較之DVD8而言，CD-R9的信息記錄表面位于沿光軸方向距物鏡7較遠(yuǎn)一些的位置上。當(dāng)使用將要在后面介紹的圖2中的可變光闌6時(shí)，780nm波長的光在CD-R9的信息記錄表面上形成了一個(gè)對CD-R9來說尺寸最佳的光斑。從CD-R9反射來的780nm波長的光被分光器13反射并由一光檢測器15檢測。
如圖2所示，圖1中的可變光闌6具有薄膜型的結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)可以有選擇地透過入射到相對于物鏡7直徑的數(shù)值孔徑不大于0.6的光束。也就是說，可變光闌6包括一個(gè)第一區(qū)域，其中，波長為635nm和780nm的光束被透射；以及一個(gè)第二區(qū)域，其中635nm波長的光完全透射而780nm波長的光完全反射。第一區(qū)域?yàn)榫哂袛?shù)值孔徑不大于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)薄膜構(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)像差。通過使用可變光闌6,780nm波長的光穿過數(shù)值孔徑NA不大于0.45的第一區(qū)域并在信息記錄表面上形成一個(gè)適宜于CD-R9的光斑。結(jié)果是，即使是當(dāng)光記錄介質(zhì)由DVD8換成CD-R9時(shí)，圖1的光學(xué)頭也能以最佳光斑對其兼容。
然而，為了消除以CD-R替換DVD時(shí)所產(chǎn)生的球差，圖1中的光學(xué)頭構(gòu)成一個(gè)關(guān)于780nm波長光的有限光學(xué)系統(tǒng)。因此，該光學(xué)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)復(fù)雜且光學(xué)元件的組裝很困難。此外，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的第二區(qū)域的光束之間存在的光程差，由于介電薄膜形成在可變光闌6的數(shù)值孔徑NA不小于0.45的第二區(qū)域中，所以第一區(qū)域需要由一個(gè)特殊的光學(xué)膜薄(SiO2薄膜)形成。因此，第一區(qū)域由一SiO2薄膜形成，同時(shí)第二區(qū)域由一多層薄膜形成。然而，由于加工過程復(fù)雜且薄膜厚度的調(diào)整是以“μm”為單位的高精度來進(jìn)行的，所以不適合于大規(guī)模生產(chǎn)。還有，雖然已有了一些技術(shù)，其中所用的光波長是可變的，且已知在實(shí)現(xiàn)同時(shí)記錄和再現(xiàn)工作的直接覆蓋技術(shù)中可使用單一透鏡，但這些技術(shù)不能對具有不同規(guī)格的不同盤片執(zhí)行記錄和再現(xiàn)工作。
為了解決上述問題，本發(fā)明的目的之一是提供一種使用可變光闌的光學(xué)頭，其中的可變光闌可以兼容不同規(guī)格的不同盤片，其中可變光闌能夠使用不同波長的光源并用來消除球差。
為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，提供了一種光學(xué)頭，其中包括多個(gè)激光源，分別發(fā)出具有相對較短波長的光和相對較長波長的光；一個(gè)物鏡，用于將自激光光源發(fā)射的光聚焦成一光斑，該光斑對多種光記錄介質(zhì)的信息記錄表面來說都是最佳的；一光檢測器，用于檢測自光學(xué)記錄介質(zhì)的記錄表面反射回的光，其中，光斑被聚焦并穿透過物鏡而照射在信息記錄表面上；一個(gè)用來調(diào)整光路的光學(xué)元件以使從激光源發(fā)射出的光束被導(dǎo)向物鏡，而自物鏡發(fā)出的光被導(dǎo)向光探測器；一耦合在激光源和物鏡之間的可變光闌，根據(jù)波長有選擇性地工作，其中可變光闌對于具有相對較短波長的激光源來說完全透射，對于具有相對較長波長的激光源來說以較小數(shù)值孔徑透射光束的形式工作，并且為了保證循軌信號的穩(wěn)定性，盤片的徑向方向小于切向方向。
通過結(jié)合附圖對有關(guān)優(yōu)選實(shí)施例所做的詳細(xì)說明，可使本發(fā)明的目的和優(yōu)點(diǎn)變得更加明確。其中，圖1示出了使用現(xiàn)有技術(shù)可變光闌的已有的光學(xué)頭；圖2是用于解釋圖1中的可變光闌的視圖；圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的一可變光闌；圖4A示出了一應(yīng)用于本發(fā)明之中的帶有鍍層的橢圓型可變光闌；圖4B示出了應(yīng)用于本發(fā)明之中的全息型可變光闌；圖4C示出了圖4B中的可變光闌與一波長板耦合成一體時(shí)的狀態(tài)；圖5示出了本發(fā)明可變光闌的表面上的光反射率；圖6示出了本發(fā)明一實(shí)施例中的帶有可變光闌的光學(xué)頭；圖7A示出了本發(fā)明另一實(shí)施例中的帶有可變光闌的光學(xué)頭；圖7B示出了本發(fā)明又一實(shí)施例中的帶有可變光闌的光學(xué)頭。
下面結(jié)合附圖，說明本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。
參照圖3，其中示出了本發(fā)明的一種可變光闌，該可變光闌30包括一內(nèi)部區(qū)域和一外部區(qū)域。外部區(qū)域由可變光闌表面形成，在圖中以陰影表示?？勺児怅@30的內(nèi)部區(qū)域在盤片的切向形狀為直線，而在徑向方向?yàn)榍€形狀。其目的在于表明所述內(nèi)表面可以是矩形或是橢圓形。在入射光波長彼此不相同的情況下，該可變光闌30根據(jù)入射光波長調(diào)整數(shù)值孔徑(NA)。也即，圖3的可變光闌30可透射635nm波長光而不受可變光闌表面的影響，同時(shí)可向光闌內(nèi)部區(qū)域，而不是可變光闌外表面透射780nm波長的光。特別是，當(dāng)使用780nm波長的光時(shí)，對盤片的徑向方向和切向方向提供了不同的數(shù)值孔徑。這樣，光斑可被優(yōu)化。具有可變光闌30的光學(xué)頭改善了再現(xiàn)信號的抖動(dòng)特性，并具有對于光盤偏振和偏差的光學(xué)特性的容錯(cuò)性。
圖4A示出了用于本發(fā)明的帶有鍍層的橢圓形可變光闌。圖4A中的可變光闌是通過對圖3中的可變光闌表面施加鍍層而得到的，其中所述內(nèi)部區(qū)域和可變光闌表面被鍍上各種不同材料的光學(xué)薄膜。這樣，在圖4A的帶鍍層橢圓可變光闌中，內(nèi)部區(qū)域被鍍有光學(xué)薄膜A且可變光闌表面被鍍有光學(xué)薄膜B。光學(xué)薄膜A和B根據(jù)波長有選擇性地透射光線。這樣，圖4A中的可變光闌具有與圖3中的可變光闌30同樣的特性。即，圖4A中可變光闌透射635nm波長的光線而不受鍍有光學(xué)薄膜可變光闌表面的影響。同時(shí)可向內(nèi)部區(qū)域而不向可變光闌表面透射780nm波長的光。在可變光闌的內(nèi)部區(qū)域?yàn)闄E圓形的情況下，橢圓的長軸與短軸之比為0.5＜e=b/a＜0.93，這里，a代表長軸半徑，而b表示短軸半徑。
圖4B示出了用于本發(fā)明的全息型可變光闌，也即，圖4B示出了使用全息技術(shù)的可變光闌的形狀，全息型可變光闌是通過對圖3的可變光闌30的表面進(jìn)行全息處理而獲得的。這樣，圖4B中的全息型可變光闌就與圖3中的可變光闌30具有同樣的特性。即，圖4B的可變光闌透射635nm波長的光而不受經(jīng)全息處理的可變光闌表面的影響，并且780nm的光線被透射向內(nèi)部區(qū)域而不是可變光闌表面。
可以將圖4A或4B的可變光闌與波長板相耦合。圖4C示出了圖4B中的全息型可變光闌同波形板73一體化耦合后的情況。將全息型可變光闌同波形板73一體化耦合是為了提高光效率。
圖5示出了本發(fā)明可變光闌的表面上的光反射率，其中圖示了根據(jù)波長的不同，以選擇方式工作的可變光闌的光反射特性。即，本發(fā)明的可變光闌具有如下特性，短波長光被完全透射且長波長的光被完全反射而不透射。
在上述實(shí)施例中，可變光闌的內(nèi)部區(qū)域是橢圓形的，但也可以是能執(zhí)行同樣功能的矩形。
下面參考圖6描述具有本發(fā)明可變光闌的光學(xué)頭的另一個(gè)實(shí)施例。圖6中的光學(xué)頭是一個(gè)普通的光學(xué)頭，其中從激光源61和68A中發(fā)射的光被聚焦在兩個(gè)盤片32和33之上，并且從盤片32和33反射來的光由光檢測器66和68B檢測。除上述結(jié)構(gòu)外，圖6中的光學(xué)系統(tǒng)包括位于準(zhǔn)直透鏡64和一物鏡31之間的本發(fā)明的可變光闌30。這里，激光源68A和光檢測器68B構(gòu)成獨(dú)立單元68。
下面結(jié)合具有較薄盤片厚度的DVD 32和具有較厚盤片的CD-R33描述圖6中所示的光學(xué)頭的工作。
在圖6的光學(xué)頭中，在對DVD 32中的信息進(jìn)行再現(xiàn)時(shí)，從激光源61發(fā)出的635nm波長的激光光束透射過分光器62并入射到分光器63上，該光束以實(shí)線表示。穿過分光器63的光由準(zhǔn)直透鏡64轉(zhuǎn)化成平行光。透射過準(zhǔn)直透鏡的光經(jīng)過可變光闌30并由物鏡31在DVD32的信息記錄表面上形成一光斑。自DVD32的信息記錄表面反射的光通過物鏡31、可變光闌30以及準(zhǔn)直透鏡64，然后入射到分光器62上。分光器62反射入射光。反射光由光接收鏡65聚焦在光檢測器66上。以此方式，在對DVD32進(jìn)行信息再現(xiàn)時(shí)，入射到可變光闌30的光被透射，而不受可變光闌表面的影響。
同時(shí)，在對CD-R33進(jìn)行信息再現(xiàn)時(shí)，從激光源68A發(fā)射的780nm波長的激光入射到全息型分光器67上。該激光束以虛線表示。該入射光透射過全息型分光器67并進(jìn)至分光器63。自分光器63反射的光由準(zhǔn)直透鏡轉(zhuǎn)化成平行光。透射過準(zhǔn)直透鏡64的光經(jīng)過可變光闌30并由物鏡31在CD-R33的信息記錄表面上形成一光斑。如上所述，在對CD-R33進(jìn)行信息再現(xiàn)的過程中，入射到可變光闌30的光經(jīng)內(nèi)部區(qū)域透射。在圖6的光學(xué)系統(tǒng)中，從激光源68A到CD-R33的共軛長度被設(shè)置得比自激光源61至DVD32的要短，從而校正球差。在以此方式對球差進(jìn)行校正的情況下，光斑的尺寸降至1.2μm。然而，當(dāng)盤片傾斜時(shí)，光學(xué)特性惡化，且對盤片信息的再現(xiàn)變得困難。因此，本發(fā)明的可變光闌30被用在激光源和物鏡31之間。結(jié)果是，光斑尺寸變?yōu)?.4μm，從而實(shí)現(xiàn)了該盤片再現(xiàn)所需的最佳條件。
所述可變光闌30減小盤片在徑向方向數(shù)值孔徑并增大了光斑尺寸，同時(shí)增大了在盤片的切向方向的數(shù)值孔徑并減小了光斑。這樣，圖6的可變光闌30僅在盤片的切向方向減小了光斑以改進(jìn)抖動(dòng)值。而且由此可穩(wěn)定地再現(xiàn)循軌信號。
圖7A示出了根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的具有可變光闌的一光學(xué)頭。圖7A的光學(xué)頭除圖6中的光學(xué)頭結(jié)構(gòu)外還包括準(zhǔn)直透鏡71和75，一棱鏡72，一波長板73和一反射棱鏡74。這里，由于當(dāng)波長板74同分光器62接合在一起時(shí)，易于產(chǎn)生象散問題，所以分光器62被設(shè)置在棱鏡72與波長板73之間。在圖7A所示的零件中，與圖6中標(biāo)號相同的元件具有與圖6中的該元件相同的功能。
在圖7A中，在對DVD32進(jìn)行再現(xiàn)時(shí)，從激光源61發(fā)射出的光束透射過準(zhǔn)直透鏡71、棱鏡72、分光器62和63并由反射棱鏡74反射。反射棱鏡74將來自分光器63的平行光束反射向可變光闌30以及物鏡31，并由物鏡31在DVD32的信息記錄表面上形成了一個(gè)光斑。該光束以實(shí)現(xiàn)表示。自DVD32反射的光返回到反射透鏡74以及分光器63和62并由光檢測器66檢測。同時(shí)，在對CD-R33進(jìn)行信息再現(xiàn)時(shí)，從激光源68A發(fā)射的光徑準(zhǔn)直透鏡75入射到分光器63上，并由反射棱鏡74反射。該反射光經(jīng)過可變光闌30和物鏡31并在CD-R33的信息記錄表面上形成一光斑。由光檢測器66檢測由CD-R33反射的光。
同時(shí)，圖7B示出了本發(fā)明又一實(shí)施例的帶有可變光闌的光學(xué)頭。圖7B中的光學(xué)系統(tǒng)還包括一位于準(zhǔn)直透鏡75和單元68之間的全息型分光器76。由于使用全息型分光器76的光學(xué)頭已為本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知，所以在此不再贅述。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明的光學(xué)頭，無論盤片厚薄，都可以兼容不同規(guī)格的盤片。在使用兩種以上波長光的情況下，可變光闌可以有選擇性地工作，從而可以提供最佳光斑。
權(quán)利要求
1．一種可兼容多種光學(xué)記錄介質(zhì)的光學(xué)頭，所述光學(xué)頭包括多個(gè)激光源，分別發(fā)射相對較短波長的光和相對較長波長的光；物鏡，將激光源發(fā)射的光聚焦成對于多個(gè)光記錄介質(zhì)的信息記錄表面而言最優(yōu)的光斑；光檢測器，用于檢測從光記錄介質(zhì)的信息記錄表面反射回的光，光斑穿過物鏡被聚焦在所述記錄表面上；用于調(diào)整光路的光學(xué)元件，以使由激光源發(fā)射出的光被導(dǎo)向物鏡且自物鏡射出的光被導(dǎo)向光檢測器，同時(shí)可變光闌，它耦合在激光源和物鏡之間，根據(jù)波長不同有選擇性地工作，其中所述可變光闌對具有較短波長的激光源發(fā)出的光完全透射，對具有相對較長波長的激光源以較小數(shù)值孔徑透射其光束，并且盤片的徑向方向設(shè)定為小于盤片的切向方向，以使循軌信號穩(wěn)定。
2．如權(quán)利要求1所述的光學(xué)頭，其中，所述可變光闌與波長板耦合形成光學(xué)頭。
3．如權(quán)利要求1所述的光學(xué)頭，其中，所述可變光闌包括帶有光學(xué)薄膜的可變光闌表面，以便根據(jù)所用激光光源不同，具有可變的數(shù)值孔徑。
4．根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)頭，其中，所述可變光闌包括一全息型可變光闌表面，以便根據(jù)所用的激光源不同，具有可變的數(shù)值孔徑。
5．根據(jù)權(quán)利要求3所述的光學(xué)頭，其中，所述可變光闌包括一橢圓型內(nèi)部區(qū)域，以便相對于盤片的徑向和切向方向具有不同的數(shù)值孔徑。
6．根據(jù)權(quán)利要求3所述的光學(xué)頭，其中，所述可變光闌包括一矩形內(nèi)表面，以便相對于盤片的徑向和切向方向具有各自不同的數(shù)值孔徑。
7．根據(jù)權(quán)利要求5所述的光學(xué)頭，其中，橢圓的長軸與短軸的比為0.5＜e=b/a＜0.93。這里，a為長軸的半徑，而b為短軸半徑。
8．根據(jù)權(quán)利要求4所述的光學(xué)頭，其中，所述可變光闌包括一橢圓形內(nèi)部區(qū)域，以便相對于盤片的徑向和切向方向具有各自不同的數(shù)值孔徑。
9．根據(jù)權(quán)利要求4所述的光學(xué)頭，其中，所述可變光闌包括一矩形內(nèi)部區(qū)域，以便相對于盤片的徑向和切向方向具有各自不同的數(shù)值孔徑。
10．根據(jù)權(quán)利要求8所述的光學(xué)頭，其中，橢圓的長軸和短軸之比為0.5＜e=b/a＜0.93。這里，a為長軸的半徑，b為短軸的半徑。
全文摘要
一種光學(xué)頭，包括多個(gè)激光光源，分別發(fā)射具有相對較短波長和相對較長波長的光，一物鏡，用于把激光源發(fā)射的光聚焦為對多種光學(xué)記錄介質(zhì)的信息記錄表面而言都是最優(yōu)的光斑；光檢測器，用于檢測從光記錄介質(zhì)的信息記錄表面反射的光，其中光斑穿過物鏡并聚焦在記錄表面上；一種調(diào)整光路的光學(xué)元件，使從激光源發(fā)出的光被導(dǎo)向物鏡，并使自物鏡發(fā)出的光被導(dǎo)向光檢測器，一可變光闌耦合在激光源與物鏡之間，根據(jù)波長有選擇性地工作。所述光學(xué)頭可以兼容具有不同規(guī)格的盤片。
文檔編號G11B7/125GK1238518SQ9910395
公開日1999年12月15日 申請日期1999年3月11日 優(yōu)先權(quán)日1998年3月12日
發(fā)明者劉長勛, 成平庸, 李溶宰, 金泰敬, 孫龍基 申請人:三星電子株式會(huì)社