專利名稱：超分辨光學(xué)讀取頭的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及超分辨光學(xué)，與光盤有關(guān)，特別是一種在橫向能突破衍射極限的超分辨光學(xué)讀取頭。
背景技術(shù)：
隨著信息存儲(chǔ)和傳輸量要求的日益增加，尤其是高清時(shí)代的來臨，能在單張光盤實(shí)現(xiàn)8G以上存儲(chǔ)密度的光盤技術(shù)成為迫切需求。對(duì)于盤片而言，縮小道間距及信息坑大小可以提高存儲(chǔ)密度。而對(duì)于光學(xué)讀取頭則必須縮小聚焦光斑尺寸。這就要求光學(xué)讀取頭采用更短的激光波長(λ)和具有更高的數(shù)值孔徑(NA)的聚焦物鏡。由瑞利衍射理論可知，焦斑的尺寸為D＝λ/2NA。但是受光源的限制，波長的減小有限，而采用物鏡的數(shù)值孔徑的增大會(huì)帶來諸如像差容限苛刻，工作距離更小，伺服更加困難等問題。著名的兩大存儲(chǔ)陣營HDDVD和BD的方案都是沿著這個(gè)思路，采用藍(lán)光激光器并提高NA。但其高價(jià)格卻影響其市場普及進(jìn)程。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的弊端，提供一種超分辨光學(xué)讀取頭，以較低的成本實(shí)現(xiàn)8G以上的讀取密度。
本發(fā)明的基本思想是將一位相板放在DVD光學(xué)頭的準(zhǔn)直光路中聚焦物鏡的前焦面處，利用位相板改變準(zhǔn)直光的振幅與位相分布，利用光學(xué)變跡效應(yīng)(apodization)在物鏡的后焦面獲得更小的成像光斑，從而能讀取超高密度光盤。
本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下一種超分辨光學(xué)讀取頭，包括一DVD光學(xué)頭，其特點(diǎn)是在該DVD光學(xué)頭的準(zhǔn)直光路中的聚焦物鏡的前焦面加入一位相板，該位相板的中心與所述的聚焦物鏡的中心對(duì)準(zhǔn)。
所述的位相板由內(nèi)圓、內(nèi)環(huán)和外環(huán)構(gòu)成，該外環(huán)的最大半徑與聚焦物鏡的半徑相當(dāng)，歸一化后，所述的位相板的內(nèi)圓、內(nèi)環(huán)和外環(huán)的最大半徑依次為a、b、1，位相分別為0、Φ、0，內(nèi)圓最大半徑a＝0.167、內(nèi)環(huán)最大半徑b＝0.43，外環(huán)最大半徑為1，且內(nèi)環(huán)的位相Φ＝0.8π。
所述的聚焦物鏡和位相板由一卡匣固定在所述的光學(xué)頭的力矩器部分。
所述的DVD光學(xué)頭的力矩器部分，即物鏡循軌和聚焦的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，稱為ACT。因?yàn)樵撐幌喟屙毰c物鏡保持精確中心對(duì)準(zhǔn)，而物鏡工作時(shí)是活動(dòng)的，只有在ACT中才能保證這一點(diǎn)。
本發(fā)明超分辨光學(xué)頭在專用的光學(xué)頭評(píng)價(jià)儀上測試，表明各項(xiàng)電指標(biāo)尤其是抖晃(Jitter)和焦散(Defocus)值都在合理范圍之內(nèi)。另外該光學(xué)頭的成像光斑大小還用帶CCD的顯微鏡接收系統(tǒng)檢測，證實(shí)了80％的光斑壓縮效果。從而在DVD系統(tǒng)中加入位相板能使讀取密度提高到D＝4.7/(0.8)2＝7.34G，若對(duì)編碼方式加以改進(jìn)則該超分辨光學(xué)頭有望讀取8G及以上的高密度光盤。若采用更高數(shù)值孔徑的物鏡，可輕松實(shí)現(xiàn)15G的存儲(chǔ)密度讀取。


圖1是本發(fā)明超分辨光學(xué)讀取頭的光路示意2是本發(fā)明采用的純位相型三段式光瞳濾波器的結(jié)構(gòu)3是本發(fā)明位相板的主視圖和側(cè)視4是本發(fā)明卡匣的俯視圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合實(shí)施例和附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明，但不應(yīng)以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。
請(qǐng)參閱圖1，圖1是本發(fā)明超分辨光學(xué)讀取頭的光路示意圖圖中1是激光二極管光源，2是光柵，3是分束棱鏡，4是準(zhǔn)直鏡，5是反射鏡，6是位相板，7是卡匣，8是聚焦物鏡，9是光盤，10是光探測器。由圖可見，本發(fā)明超分辨光學(xué)讀取頭的構(gòu)成包括具有準(zhǔn)直光路的DVD光學(xué)頭，特點(diǎn)是準(zhǔn)直光路中在聚焦物鏡8的前焦面上加設(shè)一位相板6。所述的位相板6和聚焦物鏡8由卡匣7夾持，該卡匣7能保證位相板與物鏡精確中心對(duì)準(zhǔn)，且保持較高的平行度。所述的卡匣7的結(jié)構(gòu)見圖4，11是其外邊框，12是其內(nèi)框，13是內(nèi)壁平臺(tái)，可把位相板放于其上，并能保證平行，14是內(nèi)壁平臺(tái)13內(nèi)的通光口，能使光透過13到達(dá)聚焦物鏡8上。所述的位相板的設(shè)計(jì)、加工和安放是本發(fā)明的關(guān)鍵點(diǎn)。
本發(fā)明采用的位相板的結(jié)構(gòu)見附圖2。各參數(shù)經(jīng)優(yōu)化后得到，在其外環(huán)的歸一化半徑為1時(shí)，內(nèi)環(huán)半徑a＝0.167、b＝0.43，且中間環(huán)的位相Φ＝0.8π，內(nèi)圓與外環(huán)的位相均為Φ＝0。圖3是本發(fā)明位相板的主視圖和側(cè)視圖。
位相板的超分辨行為通常用如下一些量來描述斯特列爾比(S)，半寬比(HWR)和旁瓣強(qiáng)度比(SIR)。斯特列爾比(S)指加位相板后的焦斑峰值強(qiáng)度與相應(yīng)的未整形焦斑峰值強(qiáng)度之比。半寬比(HWR)，指超分辨圖樣主瓣的半寬度與艾里斑半寬度之比。旁瓣比(SIR)被定義為最大旁瓣強(qiáng)度與主瓣強(qiáng)度之比。這里要求位相板具有高的S和低的HWR及SIR。本位相板的光斑壓縮效果斯特列爾比S＝80％，旁瓣強(qiáng)度比SIR＝11.1％，半寬比HWR＝57％。
本發(fā)明的位相板不僅可用于DVD光學(xué)頭中，還可以應(yīng)用于HDDVD光學(xué)頭中，甚至可以作為顯微成像及投影光刻設(shè)備中提高分辨率的一種有效手段。雖然已結(jié)合優(yōu)選實(shí)施例說明了本發(fā)明，但顯然本領(lǐng)域的技術(shù)人員在不脫離所附的權(quán)利要求書所限定的構(gòu)思和范圍的前提下，能對(duì)本發(fā)明的具體細(xì)節(jié)做出各種改變。如可以改變位相板的不同刻環(huán)的相位、相對(duì)半徑等，可以得到更高超分辨效果的位相板，當(dāng)然前提是SIR不能太高。
所述位相板6的最大刻環(huán)半徑應(yīng)與聚焦物鏡8的通光孔徑匹配，本發(fā)明所述位相板6的實(shí)施例，由于聚焦物鏡8的有效孔徑是3.66mm，從而可確定內(nèi)環(huán)半徑為a＝0.611mm、b＝1.574mm。本發(fā)明采用光學(xué)頭的半導(dǎo)體激光器1波長為λ＝650nm，則位相板的刻蝕深度為d＝0.503μm。位相板的制備采用光刻技術(shù)，它需要先制作相應(yīng)的掩膜板。本發(fā)明采用的位相板6是厚度為0.75mm的K9玻璃(透射率0.92，反射率0.08)，制得若干塊帶衍射刻環(huán)的玻璃片，然后將其加工成特定的尺寸大小，恰好放于ACT中的預(yù)定位置，再點(diǎn)膠固定，用紫外光固化。
為了保證位相板刻環(huán)中心與物鏡中心對(duì)準(zhǔn)，需要設(shè)計(jì)一種卡匣7，它能將位相板6和物鏡7同時(shí)固定，且保證中心對(duì)準(zhǔn)和保證位相板6在物鏡8的前焦面上。該卡匣最好是與ACT中的磁力線圈合為一體，這樣能簡化元件個(gè)數(shù)。該卡匣7的俯視圖見圖4，其邊框11尺寸為8.3mm×5mm。聚焦物鏡8可以固定于卡匣7中內(nèi)壁平臺(tái)13的后面，而位相板6放于內(nèi)壁平臺(tái)13的前面。該卡匣7的特殊之處在于其邊框內(nèi)部的內(nèi)壁平臺(tái)13，它能讓光束保持3.66mm的孔徑，同時(shí)又能將位相板6放置于其上，且能有效保證平行要求。將位相板6放于卡匣7中的關(guān)鍵在于將玻璃板加工成6.4×4.2的長方形，且嚴(yán)格保證衍射刻環(huán)的圓心是玻璃板的幾何中心。
本發(fā)明得到的超分辨光學(xué)頭在專用的光學(xué)頭評(píng)價(jià)儀上通過測試，其各項(xiàng)電指標(biāo)尤其是Jitter和Defocus值都在合理范圍之內(nèi)Jitter值在6-8之間，Defocus值在-5％-+5％之間，說明旁瓣效應(yīng)不十分明顯。另外該光學(xué)頭的成像光斑大小還用帶CCD的顯微鏡接收系統(tǒng)檢測，證實(shí)了80％的光斑壓縮效果。因而能在現(xiàn)有DVD光學(xué)頭基礎(chǔ)上讀取單面密度達(dá)8G甚至更高的超高密度光盤。
權(quán)利要求
1.一種超分辨光學(xué)讀取頭，包括一DVD光學(xué)頭，其特征是在該DVD光學(xué)頭的準(zhǔn)直光路中的聚焦物鏡(8)的前焦面加入一位相板(6)，該位相板(6)的中心與聚焦物鏡(8)的中心對(duì)準(zhǔn)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超分辨光學(xué)讀取頭，其特征在于所述的位相板(6)由內(nèi)圓、內(nèi)環(huán)和外環(huán)構(gòu)成，該外環(huán)的最大半徑與聚焦物鏡(8)的半徑相當(dāng)，歸一化后，所述的位相板(6)的內(nèi)圓、內(nèi)環(huán)和外環(huán)的最大半徑依次為a、b、1，位相分別為0、Φ、0，內(nèi)圓最大半徑a＝0.167、內(nèi)環(huán)最大半徑b＝0.43，外環(huán)最大半徑為1，且內(nèi)環(huán)的位相Φ＝0.8π。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超分辨光學(xué)讀取頭，其特征在于所述的聚焦物鏡(8)和位相板(6)由一卡匣(7)固定在所述的DVD光學(xué)頭的力矩器部分。
全文摘要
一種超分辨光學(xué)讀取頭，包括一DVD光學(xué)頭，其特點(diǎn)是在該DVD光學(xué)頭的準(zhǔn)直光路中的聚焦物鏡的前焦面加入一優(yōu)化設(shè)計(jì)的位相板，該位相板的中心與所述的聚焦物鏡的中心對(duì)準(zhǔn)。本發(fā)明超分辨光學(xué)讀取頭的光斑壓縮比可達(dá)80％，還具有較小的旁瓣干擾，因而能在現(xiàn)有DVD技術(shù)基礎(chǔ)上讀取單面密度達(dá)8G甚至更高的超高密度光盤。
文檔編號(hào)G11B7/135GK101067943SQ200710041249
公開日2007年11月7日 申請(qǐng)日期2007年5月25日 優(yōu)先權(quán)日2007年5月25日
發(fā)明者周輝, 王莎莎, 阮昊, 周常河 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所