專(zhuān)利名稱(chēng)：光學(xué)頭的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于高密度信息寫(xiě)入和讀取系統(tǒng)的光學(xué)頭，并尤其涉及一種能夠減小在采用蘭光光源時(shí)產(chǎn)生的色差的光學(xué)讀／寫(xiě)系統(tǒng)。
在光學(xué)讀／寫(xiě)系統(tǒng)中，記錄密度由聚焦光點(diǎn)的大小決定。一般地，聚焦光點(diǎn)的大小(S)與波長(zhǎng)(λ)成正比，與數(shù)值孔徑(NA)成反比，由下式(1)表示S∝λ／NA…(1)要實(shí)現(xiàn)比小型盤(pán)(CD)或數(shù)字通用盤(pán)(DVD)更高的記錄密度，必須進(jìn)一步減小聚焦到光盤(pán)上的光點(diǎn)大小。為了減小光點(diǎn)大小，從公式(1)中可以推出，必須減小激光束的波長(zhǎng)(λ)以及增大物鏡的數(shù)值孔徑(NA)。因此，為了實(shí)現(xiàn)這種高密度的信息記錄，必須用具有短波長(zhǎng)的激光束如藍(lán)色激光作為光源，并且必須把物鏡的NA保持在0．6或更大。


圖1是激光二極管的不同發(fā)射波長(zhǎng)與輸出功率在不同的激光二極管罩溫度時(shí)的關(guān)系曲線。圖2是對(duì)于不同的光學(xué)材料折射率與波長(zhǎng)的關(guān)系曲線。參見(jiàn)圖1，當(dāng)在特定的溫度下輸出功率增大時(shí)，發(fā)射波長(zhǎng)也成正比例的增大，這是激光二極管的特點(diǎn)。如圖2中所述，與用于小型盤(pán)的780nm處和用于DVD的6650nm處的情況相比，不同光學(xué)材料的折射率在短波長(zhǎng)范圍內(nèi)劇烈變化，例如，在400nm。
當(dāng)給一張光盤(pán)寫(xiě)入信息時(shí)，以讀出功率搜尋光盤(pán)上理想的位置，然后在發(fā)現(xiàn)的位置處通過(guò)增大寫(xiě)入功率制作記錄標(biāo)記。但是，這種輸出功率上的突變?cè)斐晒鈱W(xué)系統(tǒng)中的色差，由此使光點(diǎn)在光盤(pán)上散焦。另外，通過(guò)伺服電路的控制來(lái)校正散焦要花費(fèi)相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間。另一方面，當(dāng)采用高頻(HF)模塊減小由光從光盤(pán)向光源反射造成的噪音時(shí)，光源發(fā)射的光的波長(zhǎng)增加，由此增大光學(xué)系統(tǒng)中、特別是物鏡中的色差，因而導(dǎo)致再現(xiàn)信號(hào)的質(zhì)量衰減。另外，還應(yīng)考慮到，從圖1中可以看出，發(fā)射波長(zhǎng)隨光學(xué)頭內(nèi)的溫度升高而增大，并且利用不同光源所致的波長(zhǎng)變化改變色差。
建議使用具有650nm波長(zhǎng)的光源和一個(gè)物鏡的各種光學(xué)頭以便與0．6mm厚的DVD和1．2mm厚的CD兼容。用于建議的光學(xué)頭的技術(shù)是擋住光通過(guò)遠(yuǎn)軸和近軸區(qū)域之間的中間區(qū)域的環(huán)形遮擋技術(shù)，和通過(guò)使用液晶(LC)光閥控制物鏡的NA的方法，以及利用全息光學(xué)元件(HOE)分束以在不同厚度的盤(pán)上形成各個(gè)焦點(diǎn)的HOE技術(shù)。但是可記錄的小型盤(pán)(CD-R)，對(duì)于紅光源的反射率驟降，因此，必須是具有波長(zhǎng)780nm的光源。為此，建議使用在780nm光束和650nm光束之間具備兼容性的DVD無(wú)限／CD有限光學(xué)系統(tǒng)，或使用在遠(yuǎn)軸和近軸區(qū)域之間具有環(huán)形焦點(diǎn)區(qū)域的物鏡。具體地說(shuō)，對(duì)于CD有限光學(xué)系統(tǒng)，物鏡NA受到限制并且將發(fā)散光入射到物鏡上，由此校正因物鏡和盤(pán)厚度不同而產(chǎn)生的象差。
要比DVD系統(tǒng)更高密度地進(jìn)行信息記錄和讀取需要采用短波長(zhǎng)光源的光學(xué)頭。例如，對(duì)于HD-DVD，需要用波長(zhǎng)短于650nm的激光源作為光源。但是，如同先前參照?qǐng)D2的解釋?zhuān)驗(yàn)楸P(pán)的光學(xué)材料的折射率在短于650m的波長(zhǎng)處劇烈變化，所以產(chǎn)生過(guò)度的象差。因此，需要一個(gè)與現(xiàn)存的DVD兼容的光學(xué)系統(tǒng)并能夠有效地降低色差。
對(duì)于DVD-R，它對(duì)于非紅光光源的反射率下降。因此，為了與DVD-R兼容，必須還采用具有波長(zhǎng)650nm的光源。但是，通過(guò)只控制從650nm光源發(fā)射并入射到物鏡上的光的散度不能消除400nm物鏡上象差的問(wèn)題。因此，在開(kāi)發(fā)HD-DVD兼容系統(tǒng)方面的關(guān)鍵問(wèn)題是找到有效校正色差的技術(shù)。
日本專(zhuān)利申請(qǐng)平10-123410中描述的能夠校正色差的傳統(tǒng)物鏡的實(shí)例示于圖3。參見(jiàn)圖3，傳統(tǒng)的物鏡由包括第一透鏡3和第二透鏡4的兩個(gè)透鏡構(gòu)成。具體地說(shuō)，用于校正色差的第一透鏡3布置在盤(pán)6和用于聚焦的第二透鏡4之間。示于圖3的此結(jié)構(gòu)使得NA可以增大到0．7或更大，以致于該物鏡可以用在光學(xué)系統(tǒng)中進(jìn)行高密度地記錄。但是，該物鏡有一個(gè)問(wèn)題在于兩個(gè)透鏡的使用增加了系統(tǒng)的長(zhǎng)度，并且光點(diǎn)的再現(xiàn)對(duì)兩透鏡相對(duì)位置的改變非常敏感。
為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明的目的在于提供一種采用不同的短波長(zhǎng)激光束作為光源的光學(xué)頭。
本發(fā)明的另一個(gè)目的在于提供一種能夠有效校正由于光學(xué)材料折射率的突變導(dǎo)致的象差的光學(xué)頭。
本發(fā)明還有一個(gè)目的在于提供一種對(duì)于數(shù)字通用盤(pán)(DVD)使用650nm的激光束、對(duì)于HD-DVD使用大約400nm的激光束、以同其他光學(xué)記錄介質(zhì)之間相互兼容的光學(xué)頭。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供的一種光學(xué)頭包括一個(gè)產(chǎn)生500nm或更短波長(zhǎng)激光束的光源；一個(gè)把激光束聚焦到介質(zhì)上的物鏡；一個(gè)把從光盤(pán)反射的激光束轉(zhuǎn)變成電信號(hào)的光電探測(cè)器；和一個(gè)布置在光源和物鏡之間的準(zhǔn)直透鏡，包含一個(gè)具有散光本領(lǐng)(diverging power)的發(fā)散透鏡和一個(gè)具有聚光本領(lǐng)(focusing power)的聚焦透鏡，其中，假設(shè)準(zhǔn)直透鏡的總焦距為f，發(fā)散透鏡的焦距為fn，則準(zhǔn)直透鏡滿足關(guān)系式-1．5＞f／fn。
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供的一種光學(xué)頭包括第一和第二光源，分別對(duì)應(yīng)于第一和第二介質(zhì)，用于產(chǎn)生不同波長(zhǎng)的激光束；一個(gè)物鏡，把來(lái)自第一和第二光源的激光束分別聚焦到第一和第二介質(zhì)上；第一和第二光電探測(cè)器，用于接收從第一和第二光源發(fā)出的并從第一和第二介質(zhì)反射的激光束；和一個(gè)準(zhǔn)直透鏡，布置在較短波長(zhǎng)的激光束的光路上，它包括一個(gè)具有散光本領(lǐng)的發(fā)散透鏡和一個(gè)具有聚光本領(lǐng)的聚焦透鏡，其中，假設(shè)準(zhǔn)直透鏡的總焦距為f，發(fā)散透鏡的焦距為fn，則準(zhǔn)直透鏡滿足關(guān)系式-1．5＞f／fn。
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供的一種光學(xué)頭包括一個(gè)面對(duì)第一和第二介質(zhì)設(shè)置的物鏡；一個(gè)設(shè)置在物鏡光路上的第一光源；一個(gè)設(shè)置在物鏡和第一光源之間的分束器；一個(gè)設(shè)置在從分束器反射的光束光路上的第二光源；一個(gè)接收從第一光源發(fā)射并從第一介質(zhì)反射的光的第一光電探測(cè)器；一個(gè)接收從第二光源發(fā)射并從第二介質(zhì)反射的光的第二光電探測(cè)器；和一個(gè)設(shè)置在物鏡和分束器之間的準(zhǔn)直透鏡，它包括一個(gè)具有散光本領(lǐng)的發(fā)散透鏡和一個(gè)具有聚光本領(lǐng)的聚焦透鏡，其中，假設(shè)準(zhǔn)直透鏡的總焦距為f，發(fā)散透鏡的焦距為fn，則準(zhǔn)直透鏡滿足關(guān)系式-1．5＞f／fn。
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供的一種光學(xué)頭包括一個(gè)面對(duì)第一和第二介質(zhì)設(shè)置的物鏡；一個(gè)設(shè)置在物鏡光路上的第一光源，用于向第一介質(zhì)發(fā)射激光束；在從第一光源到物鏡的光路上的預(yù)定位置處設(shè)置的第一、第二和第三分束器；一個(gè)設(shè)置在從第一分束器反射的光束光路上的第二光源，用于經(jīng)第一分束器向第二介質(zhì)發(fā)射激光束；一個(gè)設(shè)置在從第三分束器反射的光束光路上的第一光電探測(cè)器，用于接收從第一光源發(fā)射并從第一介質(zhì)反射的激光束；一個(gè)設(shè)置在從第二分束器反射的光束光路上的第二光電探測(cè)器，用于接收從第二光源發(fā)射并從第二介質(zhì)反射的激光束；和一個(gè)設(shè)置在第二和第三分束器之間的準(zhǔn)直透鏡，它包括一個(gè)具有散光本領(lǐng)的發(fā)散透鏡和一個(gè)具有聚光本領(lǐng)的聚焦透鏡，其中，假設(shè)準(zhǔn)直透鏡的總焦距為f，發(fā)散透鏡的焦距為fn，則準(zhǔn)直透鏡滿足關(guān)系式-1．5＞f／fn。
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供的一種光學(xué)頭包括一個(gè)面對(duì)第一和第二介質(zhì)設(shè)置的物鏡；一個(gè)設(shè)置在物鏡光路上的第一光源，用于向第一光盤(pán)發(fā)射激光束；在從第一光源到物鏡的光路上的預(yù)定位置處設(shè)置的第一、第二和第三分束器；一個(gè)設(shè)置在從第一分束器反射的光束光路上的第二光源，用于經(jīng)第一分束器向第二介質(zhì)發(fā)射激光束；一個(gè)設(shè)置在從第三分束器反射的光束光路上的第一光電探測(cè)器，用于接收從第一光源發(fā)射并從第一介質(zhì)反射的激光束；一個(gè)設(shè)置在從第二分束器反射的光束光路上的第二光電探測(cè)器，用于接收從第二光源發(fā)射并從第二介質(zhì)反射的激光束；和一個(gè)設(shè)置在物鏡和第三分束器之間的準(zhǔn)直透鏡，它包括一個(gè)具有散光本領(lǐng)的發(fā)散透鏡和一個(gè)具有聚光本領(lǐng)的聚焦透鏡，其中，假設(shè)準(zhǔn)直透鏡的總焦距為f，發(fā)散透鏡的焦距為fn，則準(zhǔn)直透鏡滿足關(guān)系式-1．5＞f／fn。
本發(fā)明的上述目的和優(yōu)點(diǎn)通過(guò)下列參考附圖對(duì)實(shí)施例的詳細(xì)描述將變得更加清晰。
圖1是激光二極管在各種激光二極管罩溫度下的輸出功率與發(fā)射波長(zhǎng)之間的關(guān)系曲線；圖2是各種光學(xué)材料的不同折射率與波長(zhǎng)之間的關(guān)系曲線；圖3是傳統(tǒng)物鏡的色差校正示意圖；圖4是根據(jù)本發(fā)明的光學(xué)頭第一實(shí)施例的光學(xué)布局圖；圖5是根據(jù)本發(fā)明的光學(xué)頭第二實(shí)施例的光學(xué)布局圖；圖6是根據(jù)本發(fā)明的光學(xué)頭第三實(shí)施例的光路圖；圖7表示圖6所示光學(xué)頭中的象差；圖8是根據(jù)本發(fā)明的光學(xué)頭第四實(shí)施例的光路圖；圖9表示圖8所示光學(xué)頭中的象差；圖10是根據(jù)本發(fā)明光學(xué)頭第五實(shí)施例的光路圖；圖11表示圖10所示光學(xué)頭中的象差；圖12是采用傳統(tǒng)準(zhǔn)直透鏡的光學(xué)頭光路圖；圖13表示圖12所示傳統(tǒng)光學(xué)頭中的象差；圖14表示采用本發(fā)明準(zhǔn)直透鏡的光學(xué)頭光路圖15表示圖14所示光學(xué)頭中的象差；圖16是根據(jù)本發(fā)明的光學(xué)頭第六實(shí)施例的光學(xué)布局圖；圖17是根據(jù)本發(fā)明的光學(xué)頭第七實(shí)施例的光學(xué)布局圖；圖18是根據(jù)本發(fā)明的光學(xué)頭第八實(shí)施例的光學(xué)布局圖；圖19是根據(jù)本發(fā)明的光學(xué)頭第九實(shí)施例的光學(xué)布局圖；圖20表示在根據(jù)本發(fā)明的光學(xué)頭中波長(zhǎng)為405nm的光束光路圖；圖21表示圖20所示光學(xué)頭中的象差；圖22表示在根據(jù)本發(fā)明的光學(xué)頭中波長(zhǎng)為650nm的光束光路圖；圖23表示圖22所示光學(xué)頭中的象差；圖24表示圖20所示的光學(xué)頭對(duì)于400nm的光和401nm及405nm的光的象差。
<實(shí)施例1>
根據(jù)本發(fā)明的光學(xué)頭的第一優(yōu)選實(shí)施例示于圖4。參見(jiàn)圖4，光源104位于面對(duì)介質(zhì)(光盤(pán))100的物鏡101的光軸端部。λ／4波片107、分束器102和準(zhǔn)直透鏡103分布在物鏡101和光源104之間。準(zhǔn)直透鏡103包括一個(gè)具有聚光本領(lǐng)的聚焦透鏡103a和一個(gè)具有散光本領(lǐng)的發(fā)散透鏡103b。
光電探測(cè)器106設(shè)置在從分束器102反射的光束的光路端部，用于會(huì)聚反射光的聚光透鏡105位于分束器102和光電二極管106之間。
當(dāng)光源104發(fā)射500nm或更短的激光束時(shí)，準(zhǔn)直透鏡103具有相應(yīng)的光學(xué)特征，這也構(gòu)成本發(fā)明的特征。假設(shè)準(zhǔn)直透鏡103的總焦距為f，發(fā)散透鏡103a的焦距為fn，則準(zhǔn)直透鏡103滿足關(guān)系式-1．5＞f／fn。
<實(shí)施例2>
根據(jù)本發(fā)明的光學(xué)頭的第二優(yōu)選實(shí)施例示于圖5。參見(jiàn)圖5，光源104共軸地位于面對(duì)介質(zhì)(光盤(pán))100的物鏡101的光軸端部。準(zhǔn)直透鏡103、λ／4波片107和分束器102分布在物鏡101和光源104之間。準(zhǔn)直透鏡103包括一個(gè)具有聚光本領(lǐng)的聚焦透鏡103a和一個(gè)具有散光本領(lǐng)的發(fā)散透鏡103b。
光電探測(cè)器106設(shè)置在從分束器102反射的光束的光路端部，用于會(huì)聚反射光的聚光透鏡105位于分束器102和光電二極管106之間。
當(dāng)光源104發(fā)射500nm或更短的激光束時(shí)，準(zhǔn)直透鏡103具有相應(yīng)的光學(xué)特征，這也構(gòu)成本發(fā)明的特征。假設(shè)準(zhǔn)直透鏡103的總焦距為f，發(fā)散透鏡103a的焦距為fn，則準(zhǔn)直透鏡103滿足關(guān)系式-1．5＞f／fn。
本實(shí)施例與第一實(shí)施例的不同之處在于準(zhǔn)直透鏡的位置。在以下的實(shí)施例中，會(huì)給出光學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)。前兩個(gè)實(shí)施例中的準(zhǔn)直透鏡與下面的實(shí)施例中的準(zhǔn)直透鏡具有相同的光學(xué)特征。
<實(shí)施例3>
根據(jù)本發(fā)明的光學(xué)頭的第三優(yōu)選實(shí)施例示于圖6，圖6所示光學(xué)頭的光學(xué)數(shù)據(jù)列于表1。表1
在本實(shí)施例中，采用了一個(gè)400nm的光源、一個(gè)具有10mm焦距的準(zhǔn)直透鏡和一個(gè)具有0．75的NA的物鏡。光學(xué)頭中的象差示于圖7中。
<實(shí)施例4>
根據(jù)本發(fā)明的光學(xué)頭第四實(shí)施例示于圖8中，圖8所示光學(xué)頭的光學(xué)數(shù)據(jù)列于表2。表2
在本實(shí)施例中，采用了一個(gè)400nm的光源、一個(gè)具有15mm焦距的準(zhǔn)直透鏡和一個(gè)具有0．75的NA的物鏡。光學(xué)頭中的象差示于圖9中。
<實(shí)施例5>
根據(jù)本發(fā)明的光學(xué)頭第五實(shí)施例示于圖10中，圖10所示光學(xué)頭的光學(xué)數(shù)據(jù)列于表3。表3
在本實(shí)施例中，采用了一個(gè)400nm的光源、一個(gè)具有20mm焦距的準(zhǔn)直透鏡和一個(gè)具有0．75的NA的物鏡。光學(xué)頭中的象差示于圖11中。
前述表1至表3中所述的非球面方程由下列方程(2)表示z=ch21+1-(1+k)c2h2+Ah4+Ah8+Ah10+Ah12+Ah14(2)]]>此處z是表面至高點(diǎn)的深度，h是離光軸的距離，c是曲率，k是錐面系數(shù)，A、B、C和D是非球面系數(shù)。
對(duì)于實(shí)施例3、4和5，當(dāng)從光源發(fā)射的光束波長(zhǎng)在±10nm的范圍內(nèi)變化時(shí)，散焦的程度可以表示成焦深±0．36μm的不定度。
圖12表示采用傳統(tǒng)準(zhǔn)直透鏡的光學(xué)頭的光路，圖13表示圖12所示傳統(tǒng)的光學(xué)頭中的象差。相反，圖14表示采用本發(fā)明準(zhǔn)直透鏡的光學(xué)頭的光路，圖15表示圖14所示光學(xué)頭中的象差。
如圖12和13所示，因?yàn)閭鹘y(tǒng)的準(zhǔn)直透鏡設(shè)計(jì)成適用于500nm或更長(zhǎng)的波長(zhǎng)，所以其散光本領(lǐng)不足以有效地校正由波長(zhǎng)短于500nm的光束導(dǎo)致的色差。對(duì)于圖12所示的光學(xué)頭，每個(gè)透鏡的焦距分別為15．646，8．999和2．667，其阿貝數(shù)分別是43．0、53．9和62．3，∑1／(fi·vi)=0．0067。如圖13中所示，400nm的光的象差對(duì)于光學(xué)頭可以忽略，但405nm的光的象差水平突然增大。因此，傳統(tǒng)的準(zhǔn)直透鏡不能用于短波長(zhǎng)的光。
然而，如圖14和15所示，400nm和405nm發(fā)射光束之間的象差變化度較小。因?yàn)楦鶕?jù)本發(fā)明的準(zhǔn)直透鏡有較高的聚光本領(lǐng)，所以可以有效地校正象差。結(jié)果是，光點(diǎn)可以響應(yīng)于發(fā)射光波長(zhǎng)的變化聚焦在焦深范圍內(nèi)的介質(zhì)上。
為了更有效地減小關(guān)于這種短波長(zhǎng)光束的色差，假設(shè)整個(gè)準(zhǔn)直透鏡的焦距為f，發(fā)散透鏡的焦距是fn，則準(zhǔn)直透鏡必須滿足-1．5＞f／fn。
優(yōu)選地，假設(shè)構(gòu)成光學(xué)頭的從光源到介質(zhì)之間分布的透鏡前焦距分別為f1，f2，…fn，透鏡光學(xué)材料d線上的阿貝數(shù)為v1，v2，…和vn，則光學(xué)頭滿足關(guān)系式-0．005＜1／(f1·v1)+1／(f2·v2)+…+1／(fn·vn)＜0．0005。
在下列實(shí)施例中將描述采用兩個(gè)光源的光學(xué)頭。
<實(shí)施例6>
參見(jiàn)圖16，第一光源104a位于面對(duì)介質(zhì)100的物鏡101光軸的端部?？刂莆镧R101的NA的波長(zhǎng)選擇濾波器300和作為本發(fā)明特征的準(zhǔn)直透鏡103以及分束器102設(shè)置在物鏡101和第一光源104a之間。
分束器102透射從第一光源104a發(fā)射的激光束，并反射從第二光源發(fā)射的激光束。如圖16所示，第二光源104b設(shè)置在分束器102反射的光束之光路上。
波長(zhǎng)選擇濾波器300的使用是自選的。換言之，當(dāng)需要對(duì)第一和第二光源104a及104b單獨(dú)控制NA時(shí)，就把波長(zhǎng)選擇濾波器300組合到光學(xué)頭中。例如，如果第一光源104a發(fā)射400nm的藍(lán)色激光并需要0．7的NA，并且第二光源104b發(fā)射650nm的紅色激光并需要0．6的NA，則采用波長(zhǎng)選擇濾波器300以使得能夠?qū)?50nm的激光減小物鏡的NA到0．6，同時(shí)透過(guò)400nm的全部激光。
傳統(tǒng)的包括一個(gè)光電探測(cè)器和一個(gè)激光二極管的光發(fā)射／探測(cè)裝置可用作第一和第二光源104a及104b，使激光束可以由同一個(gè)裝置發(fā)射和吸收。
如前所述，構(gòu)成本發(fā)明特征的準(zhǔn)直透鏡103包括一個(gè)具有聚光本領(lǐng)的聚焦透鏡103a和一個(gè)具有散光本領(lǐng)的發(fā)散透鏡103b。假設(shè)整個(gè)準(zhǔn)直透鏡103的焦距為f，發(fā)散透鏡103b的焦距為fn，則準(zhǔn)直透鏡滿足關(guān)系式-1．5＞f／fn。準(zhǔn)直透鏡103校準(zhǔn)從第一和第二光源104a和104b發(fā)射的激光束，并同時(shí)幫助校正色差。
<實(shí)施例7>
參見(jiàn)圖17，第一光源104a位于面對(duì)介質(zhì)100的物鏡101光軸的端部?？刂莆镧R101的NA的波長(zhǎng)選擇濾波器300和作為本發(fā)明特征的準(zhǔn)直透鏡103以及第一、第二和第三分束器102a、102b和102c設(shè)置在物鏡101和第一光源104a之間預(yù)定的位置上。
第三分束器102c透射從第一光源104a發(fā)射的激光束并把從第二光源104b發(fā)射的激光束反射到介質(zhì)100。如圖17所示，第二光源104b設(shè)置在從第三分束器102c反射的光束光路上。
第二分束器102b透射從第一和第二光源104a和104b發(fā)射的激光束，并反射從介質(zhì)100反射回來(lái)的來(lái)自第二光源104b的光束。由介質(zhì)100反射、接著再由第二分束器102b反射的光由第二聚光透鏡802會(huì)聚到第二光電探測(cè)器702上。
第一分束器102a把從第一和第二光源104a和104b發(fā)出的激光束透向介質(zhì)100。另外，第一分束器102a反射從介質(zhì)100反射的源自第一光源104a的光，并透射從介質(zhì)100反射的源自第二光源104b的光。由介質(zhì)100反射、接著再由第一分束器102a反射的光由第一聚光透鏡801會(huì)聚到第一光電探測(cè)器602上。
波長(zhǎng)選擇濾波器300的使用是自選的。換言之，當(dāng)需要對(duì)第一和第二光源104a及104b單獨(dú)控制NA時(shí)，就把波長(zhǎng)選擇濾波器300組合到光學(xué)頭中。例如，如果第一光源104a發(fā)射400nm的藍(lán)色激光并需要0．7的NA，并且第二光源104b發(fā)射650nm的紅色激光并需要0．6的NA，則采用波長(zhǎng)選擇濾波器300以使得能夠?qū)?50nm的激光減小物鏡的NA到0．6，同時(shí)透過(guò)400nm的全部激光。
如前所述，構(gòu)成本發(fā)明特征的準(zhǔn)直透鏡103包括一個(gè)具有聚光本領(lǐng)的聚焦透鏡103a和一個(gè)具有散光本領(lǐng)的發(fā)散透鏡103b。假設(shè)整個(gè)準(zhǔn)直透鏡103的焦距為f，發(fā)散透鏡103b的焦距為fn，則準(zhǔn)直透鏡滿足關(guān)系式-1．5＞f／fn。準(zhǔn)直透鏡103校準(zhǔn)從第一和第二光源104a和104b發(fā)射的激光束，并同時(shí)幫助校正色差。
<實(shí)施例8>
參見(jiàn)圖18，第一光源104a位于面對(duì)介質(zhì)100的物鏡101光軸的端部?？刂莆镧R101的NA的波長(zhǎng)選擇濾波器300和第一、第二及第三分束器102a、102b和102c設(shè)置在物鏡101和第一光源104a之間預(yù)定的位置上。另外，作為本發(fā)明特征的準(zhǔn)直透鏡103位于第一和第二分束器102a和102b之間。
第三分束器102c透射從第一光源104a發(fā)射的激光束并把從第二光源104b發(fā)射的激光束反射到介質(zhì)100。如圖18所示，第二光源104b設(shè)置在從第三分束器102c反射的光束光路上。
第二分束器102b透射從第一和第二光源104a和104b發(fā)射的激光束，并反射從介質(zhì)100反射回來(lái)的來(lái)自第二光源104b的光束。由介質(zhì)100反射、接著再由第二分束器102b反射的光由第二聚光透鏡802會(huì)聚到第二光電探測(cè)器702上。
第一分束器102a把從第一和第二光源104a和104b發(fā)出的激光束透向介質(zhì)100。另外，第一分束器102a反射從介質(zhì)100反射的源自第一光源104a的光，并透射從介質(zhì)100反射的源自第二光源104b的光。由介質(zhì)100反射、接著再由第一分束器102a反射的光由第一聚光透鏡801會(huì)聚到第一光電探測(cè)器602上。
波長(zhǎng)選擇濾波器300的使用是自選的。換言之，當(dāng)需要對(duì)第一和第二光源104a及104b單獨(dú)控制NA時(shí)，就把波長(zhǎng)選擇濾波器300組合到光學(xué)頭中。例如，如果第一光源104a發(fā)射400nm的藍(lán)色激光并需要0．7的NA，并且第二光源104b發(fā)射650nm的紅色激光并需要0．6的NA，則采用波長(zhǎng)選擇濾波器300以使得能夠?qū)?50nm的激光減小物鏡的NA到0．6，同時(shí)透過(guò)400nm的全部激光。
如前所述，構(gòu)成本發(fā)明特征的準(zhǔn)直透鏡103包括一個(gè)具有聚光本領(lǐng)的聚焦透鏡103a和一個(gè)具有散光本領(lǐng)的發(fā)散透鏡103b。假設(shè)整個(gè)準(zhǔn)直透鏡103的焦距為f，發(fā)散透鏡103b的焦距為fn，則準(zhǔn)直透鏡滿足關(guān)系式-1．5＞f／fn。準(zhǔn)直透鏡103校準(zhǔn)從第一和第二光源104a和104b發(fā)射的激光束，并同時(shí)幫助校正色差。
<實(shí)施例9>
參見(jiàn)圖19，第一光源104a位于面對(duì)介質(zhì)100的物鏡101光軸的端部?？刂莆镧R101的NA的波長(zhǎng)選擇濾波器300和第一、第二及第三分束器102a、102b和102c設(shè)置在物鏡101和第一光源104a之間預(yù)定的位置上。另外，作為本發(fā)明特征的準(zhǔn)直透鏡103位于第二和第三分束器102b和102b之間。
第三分束器102c透射從第一光源104a發(fā)射的激光束并把從第二光源104b發(fā)射的激光束反射到介質(zhì)100。如圖19所示，第二光源104b設(shè)置在從第三分束器102c反射的光束光路上。
第二分束器102b透射從第一和第二光源104a和104b發(fā)射的激光束，并反射從介質(zhì)100反射回來(lái)的來(lái)自第二光源104b的光束。由介質(zhì)100反射、接著再由第二分束器102b反射的光由第二聚光透鏡802會(huì)聚到第二光電探測(cè)器702上。
第一分束器102a把從第一和第二光源104a和104b發(fā)出的激光束透向介質(zhì)100。另外，第一分束器102a反射從介質(zhì)100反射的源自第一光源104a的光，并透射從介質(zhì)100反射的源自第二光源104b的光。由介質(zhì)100反射、接著再由第一分束器102a反射的光由第一聚光透鏡801會(huì)聚到第一光電探測(cè)器602上。
波長(zhǎng)選擇濾波器300的使用是自選的。換言之，當(dāng)需要對(duì)第一和第二光源104a及104b單獨(dú)控制NA時(shí)，就把波長(zhǎng)選擇濾波器300組合到光學(xué)頭中。例如，如果第一光源104a發(fā)射400nm的藍(lán)色激光并需要0．7的NA，并且第二光源104b發(fā)射650nm的紅色激光并需要0．6的NA，則采用波長(zhǎng)選擇濾波器300以使得能夠?qū)?50nm的激光減小物鏡的NA到0．6，同時(shí)透過(guò)400nm的全部激光。
如前所述，構(gòu)成本發(fā)明特征的準(zhǔn)直透鏡103包括一個(gè)具有聚光本領(lǐng)的聚焦透鏡103a和一個(gè)具有散光本領(lǐng)的發(fā)散透鏡103b。假設(shè)整個(gè)準(zhǔn)直透鏡103的焦距為f，發(fā)散透鏡103b的焦距為fn，則準(zhǔn)直透鏡滿足關(guān)系式-1．5＞f／fn。準(zhǔn)直透鏡103校準(zhǔn)從第一和第二光源104a和104b發(fā)射的激光束，并同時(shí)幫助校正色差。
<實(shí)施例10>
根據(jù)本發(fā)明的光學(xué)頭的第十實(shí)施例示于圖20和22，并且圖20和22所示光學(xué)頭的光學(xué)數(shù)據(jù)列于表4。表4
在本實(shí)施例中，采用400nm的光源、焦距大約為20mm的準(zhǔn)直透鏡和具有0．75的NA的物鏡。當(dāng)從光源發(fā)射的光束波長(zhǎng)在±5nm的誤差范圍內(nèi)變化時(shí)，散焦的程度可以表示成焦深±0．36μm的不定度。另外，在650nm處的光距是0．012λ。
圖20表示在根據(jù)本發(fā)明的光學(xué)頭中405nm波長(zhǎng)的光束光路圖，圖21表示圖20所示光學(xué)頭中的象差。圖22表示在根據(jù)本發(fā)明的光學(xué)頭中650nm波長(zhǎng)的光束光路圖，圖23表示圖22所示光學(xué)頭中的象差。具體地，圖24為圖20所示中光學(xué)頭中400nm、401nm和405nm光的象差比較。
如圖24所示，在根據(jù)本發(fā)明的光學(xué)讀／寫(xiě)裝置中幾乎探查不到400nm的光和405nm的光之間象差的差異。因?yàn)楦鶕?jù)本發(fā)明的準(zhǔn)直透鏡具有高的聚光本領(lǐng)，所以象差可以得以有效地校正。結(jié)果是光點(diǎn)響應(yīng)于發(fā)射光波長(zhǎng)的變化，可以聚焦到焦深范圍之內(nèi)的介質(zhì)上，為了更有效地減小關(guān)于這種短波長(zhǎng)光束的色差，假設(shè)整個(gè)準(zhǔn)直透鏡的焦距為f，發(fā)散透鏡的焦距是fn，則需要準(zhǔn)直透鏡滿足-1．5＞f／fn。
優(yōu)選地，假設(shè)構(gòu)成光學(xué)頭的從光源到介質(zhì)之間分布的透鏡前焦距分別為f1，f2，…fn，透鏡光學(xué)材料d線上的阿貝數(shù)為v1，v2，…和vn，光學(xué)頭滿足關(guān)系式-0．005＜1／(f1·v1)+1／(f2·v2)+…+1／(fn·vn)＜0．0005。
根據(jù)本發(fā)明的光學(xué)頭與現(xiàn)存的DVD和需要接近405nm的蘭光以及具有NA為0．6的物鏡但是規(guī)格仍不標(biāo)準(zhǔn)的HD-DVD兼容。根據(jù)本發(fā)明的光學(xué)頭利用具有高NA的物鏡和具有500nm或更短波長(zhǎng)的光源確保高密度地信息讀取和記錄。具體地說(shuō)，具有上述結(jié)果的準(zhǔn)直透鏡通過(guò)有效地校正關(guān)于短波長(zhǎng)藍(lán)色激光的色差而有助于高密度地讀取和記錄。
以上參考優(yōu)選實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做了顯示和描述，但應(yīng)知道本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以在不脫離由所附的權(quán)利要求限定的本發(fā)明實(shí)質(zhì)和范圍的前提下對(duì)本發(fā)明做形式上和內(nèi)容細(xì)節(jié)上做各種改變。
權(quán)利要求
1．一種光學(xué)頭，包括一個(gè)產(chǎn)生500nm或更短波長(zhǎng)激光束的光源；一個(gè)把激光束聚焦到介質(zhì)上的物鏡；一個(gè)把從介質(zhì)反射的激光束轉(zhuǎn)變成電信號(hào)的光電探測(cè)器，其特征在于，還包括一個(gè)布置在光源和物鏡之間的準(zhǔn)直透鏡，包括一個(gè)具有散光本領(lǐng)的發(fā)散透鏡和一個(gè)具有聚光本領(lǐng)的聚焦透鏡，假設(shè)準(zhǔn)直透鏡的總焦距為f，發(fā)散透鏡的焦距為fn，則準(zhǔn)直透鏡滿足關(guān)系式-1．5＞f／fn。
2．如權(quán)利要求1所述的光學(xué)頭，其特征在于，還包括一個(gè)位于物鏡和光電探測(cè)器之間的分束器，用于把從光源發(fā)出的激光束經(jīng)物鏡透射到介質(zhì)，并反射從介質(zhì)反射的激光束。
3．如權(quán)利要求1或2所述的光學(xué)頭，其特征在于，還包括一個(gè)位于光電探測(cè)器和分束器之間的聚光透鏡，用于把從介質(zhì)反射的激光束反射到光電探測(cè)器。
4．如權(quán)利要求2所述的光學(xué)頭，其特征在于，在分束器和光源之間設(shè)置準(zhǔn)直透鏡。
5．如權(quán)利要求3所述的光學(xué)頭，其特征在于，在分束器和光源之間設(shè)置準(zhǔn)直透鏡。
6．如權(quán)利要求2所述的光學(xué)頭，其特征在于，在物鏡和分束器之間設(shè)置準(zhǔn)直透鏡。
7．如權(quán)利要求3所述的光學(xué)頭，其特征在于，在物鏡和分束器之間設(shè)置準(zhǔn)直透鏡。
8．如權(quán)利要求1、2、5至7中任一所述的光學(xué)頭，其特征在于，如果從光源到介質(zhì)之間分布的透鏡的前焦距分別是f1，f2，…fn，并且透鏡光學(xué)材料的阿貝數(shù)分別為v1，v2，…和vn，則光學(xué)頭滿足關(guān)系式-0．005＜1／(f1·v1)+1／(f2·v2)+…+1／(fn·vn)＜0．0005。
9．一種光學(xué)頭，其特征在于，包括第一和第二光源，分別對(duì)應(yīng)于第一和第二介質(zhì)，用于產(chǎn)生不同波長(zhǎng)的激光束；一個(gè)物鏡，把來(lái)自第一和第二光源的激光束分別聚焦到第一和第二介質(zhì)上；第一和第二光電探測(cè)器，用于接收從第一和第二光源發(fā)出、然后從第一和第二介質(zhì)反射的激光束；和一個(gè)準(zhǔn)直透鏡，布置在較短波長(zhǎng)的激光束的光路上，它包括一個(gè)具有散光本領(lǐng)的發(fā)散透鏡和一個(gè)具有聚光本領(lǐng)的聚焦透鏡，假設(shè)準(zhǔn)直透鏡的總焦距為f，發(fā)散透鏡的焦距為fn，則準(zhǔn)直透鏡滿足關(guān)系式-1．5＞f／fn。
10．如權(quán)利要求9所述的光學(xué)頭，其特征在于，還包括一個(gè)位于光軸上接近物鏡的波長(zhǎng)選擇濾波器。
11．如權(quán)利要求9所述的光學(xué)頭，其特征在于，第一光源發(fā)射波長(zhǎng)大約為400nm的激光束，第二光源發(fā)射波長(zhǎng)大約為650nm的激光束。
12．如權(quán)利要求10或11所述的光學(xué)頭，其特征在于，第一光源發(fā)射波長(zhǎng)大約為400nm的激光束，第二光源發(fā)射波長(zhǎng)大約為650nm的激光束。
13．如權(quán)利要求9到11任一所述的光學(xué)頭，其特征在于，如果從光源到介質(zhì)之間分布的透鏡的前焦距分別是f1，f2，…fn，并且透鏡光學(xué)材料的阿貝數(shù)分別為v1，v2，…和vn，則光學(xué)頭滿足關(guān)系式-0．005＜1／(f1·v1)+1／(f2·v2)+…+1／(fn·vn)＜0．0005。
14．如權(quán)利要求12所述的光學(xué)頭，其特征在于，如果從光源到介質(zhì)之間分布的透鏡的前焦距分別是f1，f2，…fn，并且透鏡光學(xué)材料的阿貝數(shù)分別為v1，v2，…和vn，則光學(xué)頭滿足關(guān)系式-0．005＜1／(f1·v1)+1／(f2·v2)+…+1／(fn·vn)＜0．0005。
15．一種光學(xué)頭，其特征在于，包括一個(gè)面對(duì)第一和第二介質(zhì)設(shè)置的物鏡；一個(gè)設(shè)置在物鏡光路上的第一光源；一個(gè)設(shè)置在物鏡和第一光源之間的分束器；一個(gè)設(shè)置在從分束器反射的光束光路上的第二光源；一個(gè)接收從第一光源發(fā)射并從第一介質(zhì)反射的光的第一光電探測(cè)器；一個(gè)接收從第二光源發(fā)射并從第二介質(zhì)反射的光的第二光電探測(cè)器；和一個(gè)設(shè)置在物鏡和分束器之間的準(zhǔn)直透鏡，它包括一個(gè)具有散光本領(lǐng)的發(fā)散透鏡和一個(gè)具有聚光本領(lǐng)的聚焦透鏡，假設(shè)準(zhǔn)直透鏡的總焦距為f，發(fā)散透鏡的焦距為fn，則準(zhǔn)直透鏡滿足關(guān)系式-1．5＞f／fn。
16．如權(quán)利要求15所述的光學(xué)頭，其特征在于，還包括一個(gè)位于物鏡和準(zhǔn)直透鏡之間的波長(zhǎng)選擇濾波器，用于控制物鏡的數(shù)值孔徑(NA)。
17．如權(quán)利要求9或10所述的光學(xué)頭，其特征在于，第一光源發(fā)射波長(zhǎng)大約為400nm的激光束，第二光源發(fā)射波長(zhǎng)大約為650nm的激光束。
18．如權(quán)利要求15或16所述的光學(xué)頭，其特征在于，如果從光源到介質(zhì)之間分布的透鏡的前焦距分別是f1，f2，…fn，并且透鏡光學(xué)材料的阿貝數(shù)分別為v1，v2，…和vn，則光學(xué)頭滿足關(guān)系式-0．005＜1／(f1·v1)+1／(f2·v2)+…+1／(fn·vn)＜0．0005。
19．如權(quán)利要求17所述的光學(xué)頭，其特征在于，如果從光源到介質(zhì)之間分布的透鏡的前焦距分別是f1，f2，…fn，并且透鏡光學(xué)材料的阿貝數(shù)分別為v1，v2，…和vn，則光學(xué)頭滿足關(guān)系式-0．005＜1／(f1·v1)+1／(f2·v2)+…+1／(fn·vn)＜0．0005。
20．一種光學(xué)頭，其特征在于，包括一個(gè)面對(duì)第一和第二介質(zhì)設(shè)置的物鏡；一個(gè)設(shè)置在物鏡光路上的第一光源，用于向第一介質(zhì)發(fā)射激光束；在從第一光源到物鏡的光路上的預(yù)定位置處設(shè)置的第一、第二和第三分束器；一個(gè)設(shè)置在從第一分束器反射的光束光路上的第二光源，用于經(jīng)第一分束器向第二介質(zhì)發(fā)射激光束；一個(gè)設(shè)置在從第三分束器反射的光束光路上的第一光電探測(cè)器，用于接收從第一光源發(fā)射并從第一介質(zhì)反射的激光束；一個(gè)設(shè)置在從第二分束器反射的光束光路上的第二光電探測(cè)器，用于接收從第二光源發(fā)射并從第二介質(zhì)反射的激光束；和一個(gè)設(shè)置在第二和第三分束器之間的準(zhǔn)直透鏡，它包括一個(gè)具有散光本領(lǐng)的發(fā)散透鏡和一個(gè)具有聚光本領(lǐng)的聚焦透鏡，假設(shè)準(zhǔn)直透鏡的總焦距為f，發(fā)散透鏡的焦距為fn，則準(zhǔn)直透鏡滿足關(guān)系式-1．5＞f／fn。
21．如權(quán)利要求20所述的光學(xué)頭，其特征在于，還包括一個(gè)位于物鏡和準(zhǔn)直透鏡之間的波長(zhǎng)選擇濾波器，用于控制物鏡的數(shù)值孔徑(NA)。
22．如權(quán)利要求20或21所述的光學(xué)頭，其特征在于，第一光源發(fā)射波長(zhǎng)大約為400nm的激光束，第二光源發(fā)射波長(zhǎng)大約為650nm的激光束。
23．如權(quán)利要求20或21所述的光學(xué)頭，其特征在于，如果從光源到介質(zhì)之間分布的透鏡的前焦距分別是f1，f2，…fn，并且透鏡光學(xué)材料的阿貝數(shù)分別為v1，v2，…和vn，則光學(xué)頭滿足關(guān)系式-0．005＜1／(f1·v1)+1／(f2·v2)+…+1／(fn·vn)＜0．0005。
24．如權(quán)利要求22所述的光學(xué)頭，其特征在于，如果從光源到介質(zhì)之間分布的透鏡的前焦距分別是f1，f2，…fn，并且透鏡光學(xué)材料的阿貝數(shù)分別為v1，v2，…和vn，則光學(xué)頭滿足關(guān)系式-0．005＜1／(f1·v1)+1／(f2·v2)+…+1／( fn·vn)＜0．0005。
25．一種光學(xué)頭，其特征在于，包括一個(gè)面對(duì)第一和第二介質(zhì)設(shè)置的物鏡；一個(gè)設(shè)置在物鏡光路上的第一光源，用于向第一介質(zhì)發(fā)射激光束；在從第一光源到物鏡的光路上預(yù)定位置處設(shè)置的第一、第二和第三分束器；一個(gè)設(shè)置在從第一分束器反射的光束光路上的第二光源，用于經(jīng)第一分束器向第二介質(zhì)發(fā)射激光束；一個(gè)設(shè)置在從第三分束器反射的光束光路上的第一光電探測(cè)器，用于接收從第一光源發(fā)射并從第一介質(zhì)反射的激光束；一個(gè)設(shè)置在從第二分束器反射的光束光路上的第二光電探測(cè)器，用于接收從第二光源發(fā)射并從第二介質(zhì)反射的激光束；和一個(gè)設(shè)置在物鏡和第三分束器之間的準(zhǔn)直透鏡，它包括一個(gè)具有散光本領(lǐng)的發(fā)散透鏡和一個(gè)具有聚光本領(lǐng)的聚焦透鏡，假設(shè)準(zhǔn)直透鏡的總焦距為f，發(fā)散透鏡的焦距為fn，則準(zhǔn)直透鏡滿足關(guān)系式-1．5＞f／fn。
26．如權(quán)利要求25所述的光學(xué)頭，其特征在于，還包括一個(gè)位于物鏡和準(zhǔn)直透鏡之間的波長(zhǎng)選擇濾波器，用于控制物鏡的數(shù)值孔徑(NA)。
27．如權(quán)利要求25或26所述的光學(xué)頭，其特征在于，第一光源發(fā)射波長(zhǎng)大約為400nm的激光束，第二光源發(fā)射波長(zhǎng)大約為650nm的激光束。
28．如權(quán)利要求25或26所述的光學(xué)頭，其特征在于，如果從光源到介質(zhì)之間分布的透鏡的前焦距分別是f1，f2，…fn，并且透鏡光學(xué)材料的阿貝數(shù)分別為v1，v2，…和vn，則光學(xué)頭滿足關(guān)系式-0．005＜1／(f1·v1)+1／(f2·v2)+…+1／(fn·vn)＜0．0005。
29．如權(quán)利要求27所述的光學(xué)頭，其特征在于，如果從光源到介質(zhì)之間分布的透鏡的前焦距分別是f1，f2，…fn，并且透鏡光學(xué)材料的阿貝數(shù)分別為v1，v2，…和vn，則光學(xué)頭滿足關(guān)系式-0．005＜1／(f1·v1)+1／(f2·v2)+…+1／(fn·vn)＜0．0005。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種能夠有效減小色差的光學(xué)頭。在光學(xué)頭中,在光源和物鏡之間的光路上設(shè)置一個(gè)準(zhǔn)直透鏡,準(zhǔn)直透鏡包括一個(gè)具有散光本領(lǐng)的發(fā)散透鏡和一個(gè)具有聚光本領(lǐng)的聚焦透鏡,其中假設(shè)準(zhǔn)直透鏡的總焦距為f,發(fā)散透鏡的焦距為fn,則準(zhǔn)直透鏡滿足關(guān)系式－1.5>f/fn。本發(fā)明的光學(xué)頭與現(xiàn)存的DVD和需要接近405nm的蘭光以及具有NA為0.6的物鏡但是規(guī)格仍不標(biāo)準(zhǔn)的HD－DVD兼容。
文檔編號(hào)G11B7/125GK1294383SQ0012900
公開(kāi)日2001年5月9日 申請(qǐng)日期2000年9月26日 優(yōu)先權(quán)日1999年10月30日
發(fā)明者金泰敬, 鄭鐘三, 安榮萬(wàn), 徐偕貞 申請(qǐng)人:三星電子株式會(huì)社