專利名稱：雙聚焦光學(xué)頭裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光學(xué)頭裝置，特別是雙聚焦光學(xué)頭裝置，該裝置可以通過不同尺寸的雙光束焦點來重放兩種不同密度的盤，其中兩種不同的光學(xué)元件都整體地制成，以便使該裝置小型化和簡單化。
近年來開發(fā)了多種采用光盤或小型盤的信息重放/記錄系統(tǒng)。這種信息重放/記錄系統(tǒng)重放/記錄各種信息。用于重放音樂的數(shù)字唱盤機和用于重放圖象的數(shù)字視盤機就是這方面的例子。目前的趨勢是這些光學(xué)信息重放/記錄系統(tǒng)的記錄介質(zhì)的密度較高以便使盤更致密和小巧，并且這些光學(xué)信息重放/記錄系統(tǒng)的盤播放機更緊湊且更小型化。此外，正在開發(fā)一種可兼容系統(tǒng)，諸如可兼容視盤的高清晰度電視(HDTV)的記錄。
在美國專利NO.4,767,921或4,868,377中公開了普通光學(xué)頭裝置的結(jié)構(gòu)和操作。
下面參照

圖1詳細描述傳統(tǒng)普通光學(xué)頭裝置。
圖1為傳統(tǒng)普通光學(xué)頭裝置的示意圖。在圖1中，標(biāo)號11表示產(chǎn)生激光束的光源，即激光二極管11。從激光二極管11發(fā)出的激光束在通過衍射光柵12時發(fā)生衍射。衍射光束射向分束器13。
此處，分束器13以下述方式形成兩直角三棱鏡以各自的45°角的斜面相對而設(shè)置，沿兩三棱鏡的接觸部分形成涂層13a，在具有直線傳輸特性的同時透射一部分入射光束并反射另一部分入射光束而使其垂直于入射光束。
衍射光束通過分束器13向光盤15反射。從分束器13反射的光束通過設(shè)置在諸如光盤15的記錄介質(zhì)前面的物鏡14聚焦在光盤15的記錄平面15a上。從光接收器16收到的光束的圖像可以檢驗光學(xué)頭裝置相對于光盤15的位置誤差，即聚焦誤差和跟蹤誤差，因此聚焦和跟蹤是可以控制的。此外，根據(jù)光盤15的記錄平面15a上的凹道確定的反射光束的數(shù)量就可以讀出信息。
同時，在上述傳統(tǒng)光學(xué)頭裝置中，由于諸如分束器、衍射光柵、激光二極管和光接收器等光學(xué)元件都是單獨制造并分別定位在各自精確的位置上，很難制造和控制這種光學(xué)頭裝置。此外，光學(xué)頭裝置和光盤播放機必需緊湊并且小型化，才能滿足目前光盤播放機的發(fā)展趨勢。
此外，根據(jù)這種傳統(tǒng)的光學(xué)頭裝置，不能用一個光學(xué)頭裝置重放或記錄兩種不同的盤。例如，如果與數(shù)字唱盤相比，類似數(shù)字視盤的記錄能力為其四倍，則盤中凹道的寬度將減小1/2。為此，在數(shù)字視盤上的聚焦光斑為數(shù)字唱盤上聚焦光斑的一半，因而若采用傳統(tǒng)的光學(xué)頭裝置就需要不同的光學(xué)頭裝置來重放數(shù)字視盤和數(shù)字唱盤。也就是說，為了準(zhǔn)確地讀出分別記錄在數(shù)字視盤和數(shù)字唱盤上的數(shù)據(jù)，需要采用一種對應(yīng)數(shù)字唱盤的光學(xué)頭裝置，當(dāng)光束聚焦在數(shù)字唱盤上時其光斑的尺寸為1.6μm，而對應(yīng)數(shù)字視盤采用另一種光學(xué)頭裝置，當(dāng)光束聚焦在數(shù)字視盤上時其光斑的尺寸為0.8μm。
因此，本發(fā)明的目的在于提供一種光學(xué)頭裝置，其中不同的光學(xué)元件都一體地制成，以便使該裝置小型化和簡單化。
本發(fā)明的另一目的在于提供一種光學(xué)頭裝置，能通過形成不同大小的雙光束焦點而重放兩種具有不同密度的盤。
為實現(xiàn)本發(fā)明的上述目的，光學(xué)頭裝置包括激光源，用于產(chǎn)生具有預(yù)定偏振方向的激光束而重放光盤的信息；一體型光學(xué)部件，使具有預(yù)定偏振方向的激光束向著光盤傳輸并聚焦由光盤返回的激光束，一體型光學(xué)部件具有偏振分束件、透射四分之一波片、反射四分之一波片、光接收件，其中，偏振分束件在一體型光學(xué)部件的對角面上形成，用于根據(jù)偏振方向使具有預(yù)定偏振方向的激光束向著光盤傳輸并隨后根據(jù)偏振方向反射從光盤返回的激光束，透射四分之一波片在該一體型光學(xué)部件的面對光盤的第一表面形成，用于在光束通過分束件之后改變通過盤返回到分束件的光束的偏振方向，反射四分之一波片在該一體型光學(xué)部件接收由分束件反射的光束的第二表面上形成，用于反射由分束件反射的光束并改變反射光束的偏振方向，光接收件在與反射四分之一波片相對的第三表面上形成，用于檢測由反射四分之一波片反射的光束；選擇性光透射件，設(shè)置在一體型光學(xué)部件和光盤之間，用于將通過分束器的光束向著光盤透射，選擇性光透射件具有內(nèi)圓部分和圓周部分，內(nèi)圓部分用于以第一透射率透射激光束，圓周部分用于以第二透射率透射激光束；及物鏡，設(shè)置在一體型光學(xué)部件和光盤之間，用于使激光束通過一體型光學(xué)部件而聚焦在光盤上。
Fresnel透鏡設(shè)置在反射四分之一波片上，用于縮短激光束的光路。
衍射光柵設(shè)置在反射四分之一波片上，用于衍射跟蹤伺服和聚焦伺服的激光束。
選擇性光透射件具有內(nèi)圓部分和圓周部分，內(nèi)圓部分用于以第一透射率透射激光束，圓周部分用于以第二透射率透射激光束。第一透射率大于第二透射率?？扇〉氖牵瑑?nèi)圓部分為全透射的，其透射率為1，圓周部分為半透射的，透射率為1/2。
選擇性光透射件在一體型光學(xué)部件形成透射四分之一波片的第一表面形成。
通過適當(dāng)?shù)卣{(diào)整從選擇性光透射件的內(nèi)圓部分透射的入射光束的外角可以調(diào)整聚焦在光盤上的光斑尺寸的差別。
根據(jù)如上所述本發(fā)明的雙聚焦光學(xué)頭裝置，由于諸如分束器、衍射光柵和光接收器等光學(xué)元件一體地制成并在制造過程中固定在各自精確的位置上，，該光學(xué)頭裝置的制造和控制變得非常簡單。
此外，通過采用諸如Fresnel透鏡這樣的光學(xué)元件來縮短光路，光學(xué)頭裝置可以很緊湊并且小型化。
根據(jù)如上所述的本發(fā)明雙聚焦光學(xué)頭裝置，當(dāng)激光束通過選擇性光透射件時，通過內(nèi)圓部分透射的激光束在光盤上形成較大的光斑而通過圓周部分透射的激光束在光盤上形成較小的光斑。因此，通過采用一個光學(xué)頭裝置而形成了不同大小的雙光束焦點，從而可以通過一個光學(xué)頭裝置重放兩種不同密度的盤。
因此，對于具有不同的記錄能力的數(shù)字唱盤和數(shù)字視盤，采用本發(fā)明的光學(xué)頭裝置都可重放。
通過參照附圖詳細描述本發(fā)明優(yōu)選實施例，本發(fā)明的上述目的和其它優(yōu)點將變得更加清楚，其中圖1為傳統(tǒng)光學(xué)頭裝置的示意圖；圖2為本發(fā)明的雙聚焦光學(xué)頭裝置的示意圖；圖3示出通過圖2中雙聚焦光學(xué)頭裝置的選擇性光透射件的內(nèi)圓部分透射的激光束的光路；圖4示出通過圖2中雙聚焦光學(xué)頭裝置的選擇性光透射件的外圓部分透射的激光束的光路。
下面將參照附圖詳細描述本發(fā)明的光學(xué)頭裝置。
圖2為本發(fā)明的雙聚焦光學(xué)頭裝置的示意圖。
如圖2所示，在該實施例中，激光二極管100發(fā)出P偏振激光束，用以重放放置在其上部的光盤的信息。
立方形的一體型光學(xué)部件200平行于光盤的表面而設(shè)置在光盤之下，向著光盤透射具有預(yù)定偏振方向的激光束并聚焦從光盤返回的激光束。
一體型光學(xué)部件200為立方棱鏡。該棱鏡具有預(yù)定的折射率而使透射過的光束的光路縮短。
一體型光學(xué)部件200用于向著數(shù)字視盤160或稍遠的數(shù)字唱盤170透射從激光二極管100發(fā)出的P偏振光束并聚焦從光盤返回的激光束。
也就是說，偏振分束膜220在方形棱鏡200的傾斜45°的對角面上形成。偏振分束膜220向著光盤透射從激光二極管100發(fā)出的P偏振激光束。
透射四分之一波片225在一體型光學(xué)部件200的第一表面形成，第一表面是一體型光學(xué)部件200的上表面且面對光盤，用于改變光束的偏振方向。在經(jīng)偏振分束膜220透射的P偏振光束透射過透射四分之一波片225之后，光束返回透射四分之一波片。在經(jīng)透射四分之一波片225透射時，光束變?yōu)镾偏振光束。
反射四分之一波片260在第二表面上，即與分束膜220反射的光束相交成直角的一體型光學(xué)部件200的表面。反射四分之一波片具有用于改變光束偏振方向的內(nèi)四分之一波片265和用于由分束膜220反射的光束的外反射膜263。
Fresnel透鏡設(shè)置在反射四分之一波片260上，用于縮短激光束的光路。
衍射光柵230設(shè)置在反射四分之一波片260上，衍射用于跟蹤伺服和聚焦伺服的激光束。
可以設(shè)置全息裝置代替衍射光柵230。
光接收器240設(shè)置在與反射四分之一波片260相對的第三表面上，用于檢測由反射四分之一波片260反射的光束。
選擇性光透射件250一體地形成在一體型光學(xué)部件200的上表面。選擇性光透射件250設(shè)置在一體型光學(xué)部件200的上部。
選擇性光透射件250具有內(nèi)圓部分251和圓周部分252，內(nèi)圓部分251用于以第一透射率透射激光束，圓周部分252用于以第二透射率透射激光束。第一透射率大于第二透射率?？扇〉氖?，內(nèi)圓部分251為全透射的，其透射率為1，圓周部分252為半透射的，透射率為1/2。
物鏡110位于光盤160或170與在一體型光學(xué)部件200的上表面或上部形成的選擇性光透射件250之間，以便將通過光透射件250的光束聚焦在光盤160的記錄平面165上。物鏡110為非球面透鏡以減少球面像差。物鏡110最好為用于DVD的透鏡，從而使經(jīng)選擇性光透射件250的圓周部分透射的光束可以重放0.6mm厚的數(shù)字視盤(DVD)。
下面將描述前述實施例的操作。
P偏振激光束從激光二極管100向著一體型光學(xué)部件200射出。
P偏振激光束以45°角入射到一體型光學(xué)部件200的偏振分束膜220上。光束全透射通過偏振分束膜而直接向上傳播。
P偏振光束通過在一體型光學(xué)部件200的上表面形成的四分之一波片225和選擇性光透射件250。光束全透射通過選擇性光透射件250的內(nèi)圓部分251，而半透射通過選擇性光透射件250的圓周部分252。
透射光束通過設(shè)置在光盤160和一體型光學(xué)部件200之間的DVD物鏡110而聚焦在光盤160的記錄平面165上。
此時，全透射通過圓形光透射件250的內(nèi)圓部分251的激光束通過物鏡110以θ1角聚焦在光盤160上。同時，半透射通過圓形光透射件250的圓周部分252的激光束通過物鏡110以θ2角聚焦在光盤160上。
以θ1、θ2角聚焦的激光束被盤160上的記錄凹道反射。反射光束通過物鏡11O返回一體型光學(xué)部件200。返回的光束透射通過光透射件250和四分之一波片225。
光束轉(zhuǎn)變?yōu)镾偏振光束。轉(zhuǎn)變后的光束由與光路方向傾斜45°角的偏振分束膜220反射。
帶有光學(xué)信息的光束由偏振分束膜220反射，并隨后通過內(nèi)四分之一波片265轉(zhuǎn)變?yōu)镻偏振光并由用于轉(zhuǎn)變光束的偏振方向的外反射膜263反射。
如果在反射四分之一波片上設(shè)置Fresnel透鏡，光束可以被急劇地聚焦。
設(shè)置在與反射四分之一波片相對的一體型光學(xué)部件200的第三表面上的光接收器240收到反射光束。
此時，通過圓形光透射件250的內(nèi)圓部分251和圓周部分252產(chǎn)生兩種不同的數(shù)值孔徑(N.A.)。通過這兩種不同的數(shù)值孔徑，在光盤160上形成兩種不同大小的光斑。因此，光量出現(xiàn)差別。
也就是說，NA.1=ηsinθ1且N.A.2=ηsinθ2(其中η表示介質(zhì)的折射率，θ為光軸與最外側(cè)入射光束之間形成的夾角)。
此時，光束的直徑W0表示為W0=K*λ/N.A.(其中K為常量)D0(焦點深度)=R*λ/(N.A.)2(其中R為常量)。
因此，隨著數(shù)值孔徑的變化，光束的大小和焦點的深度也發(fā)生變化。
因此，在通過圓形光透射件250的圓周部分252以后以最外側(cè)的入射角為θ2聚焦的光束的尺寸和焦點深度比在通過內(nèi)圓部分251以后以最外側(cè)的入射角為θ1聚焦的光束的尺寸和焦點深度小。這是因為光束的尺寸與N.A.成反比，而焦點的深度與(N.A.)2成反比。
當(dāng)光盤160為厚度為0.6mm的數(shù)字視盤時，通過光透射件250透射后經(jīng)物鏡聚焦在光盤上的光束在光盤160上形成大小為0.8μm的光斑。由于該物鏡為DVD透鏡，光束可以準(zhǔn)確地聚焦在數(shù)字視盤的記錄平面而不會產(chǎn)生球面像差。
同時，當(dāng)光盤160為厚度為1.2mm的數(shù)字唱盤，由于在光軸上并靠近光軸的的光束全透射通過圓形光透射件250的內(nèi)圓部分251，在光軸邊緣的光束半透射通過圓形光透射件250的圓周部分252，通過物鏡110聚焦在光盤上的光束的數(shù)值孔徑N.A.變小為N.A.1。因此，與數(shù)字視盤相比0.6mm的厚度差引起的球面像差由于減小的數(shù)值孔徑而明顯減小。故可以重放凹道較寬的數(shù)字唱盤。
也就是說，在重放數(shù)字唱盤時，由于與數(shù)字視盤相比0.6mm的厚度差而產(chǎn)生球面像差。
此時，球面像差為(Δd/8)*{(η2-1)η3}*(N.A.)4(其中Δd為盤的厚度差，η為介質(zhì)的折射率，N.A.為數(shù)值孔徑)因此，具有較小球面像差的在光軸上和靠近光軸的光束全透射通過圓形光透射件250的內(nèi)圓部分251。此外，通過透鏡邊緣的光束具有較大的球面像差并半透射通過圓形光透射件250的圓周部分252。因此，光束形成的數(shù)值孔徑變小為N.A.1=ηsinθ1。因此，與(N.A.)4成正比的球面像差急劇減小。此外，由于數(shù)值孔徑變小為N.A.1=ηsinθ1，在盤上形成的與(N.A.)成反比的光斑尺寸大至1.6μm。因此，可以重放凹道較寬的數(shù)字唱盤。
根據(jù)如上所述本發(fā)明的雙聚焦光學(xué)頭裝置，由于諸如分束器、衍射光柵和光接收器等光學(xué)元件一體地制成并在制造過程中固定在各自精確的位置上，該光學(xué)頭裝置的制造和控制變得非常簡單。
此外，通過采用諸如Fresnel透鏡這樣的光學(xué)元件來縮短光路，光學(xué)頭裝置可以很緊湊并且小型化。
根據(jù)如上所述的本發(fā)明雙聚焦光學(xué)頭裝置，當(dāng)激光束通過選擇性光透射件時，通過內(nèi)圓部分透射的激光束在光盤上形成較大的光斑而通過圓周部分透射的激光束在光盤上形成較小的光斑。因此，通過采用一個光學(xué)頭裝置而形成了不同大小的雙光束焦點，從而可以通過一個光學(xué)頭裝置重放兩種不同密度的盤。
因此，對于具有不同的記錄能力的數(shù)字唱盤和數(shù)字視盤，采用本發(fā)明的光學(xué)頭裝置都可重放。
盡管本發(fā)明以參照附圖詳細示出和說明，本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該明白在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的前提下可對本發(fā)明進行各種形式和細節(jié)上的變形。
權(quán)利要求
1．一種雙聚焦光學(xué)頭裝置，其特征在于，包括激光源，用于產(chǎn)生具有預(yù)定偏振方向的激光束而重放光盤的信息；一體型光學(xué)部件，使具有預(yù)定偏振方向的激光束向著光盤傳輸并聚焦由光盤返回的激光束，一體型光學(xué)部件具有偏振分束件、透射四分之一波片、反射四分之一波片、光接收件，其中，偏振分束件在一體型光學(xué)部件的對角面上形成，用于根據(jù)偏振方向使具有預(yù)定偏振方向的激光束向著光盤傳輸并隨后根據(jù)偏振方向反射從光盤返回的激光束，透射四分之一波片在該一體型光學(xué)部件的面對光盤的第一表面形成，用于在光束通過分束件之后改變通過盤返回到分束件的光束的偏振方向，反射四分之一波片在該一體型光學(xué)部件接收由分束件反射的光束的第二表面上形成，用于反射由分束件反射的光束并改變反射光束的偏振方向，光接收件在與反射四分之一波片相對的第三表面上形成，用于檢測由反射四分之一波片反射的光束；選擇性光透射件，設(shè)置在一體型光學(xué)部件和光盤之間，用于透射通過分束器透射后向著光盤傳播的光束，選擇性光透射件具有內(nèi)圓部分和圓周部分，內(nèi)圓部分用于以第一透射率透射激光束，圓周部分用于以第二透射率透射激光束；及物鏡，設(shè)置在一體型光學(xué)部件和光盤之間，用于使激光束通過一體型光學(xué)部件而聚焦在光盤上。
2．如權(quán)利要求1所述的雙聚焦光學(xué)頭裝置，其特征在于，選擇性光透射件形成在一體型光學(xué)部件的第一表面上，透射四分之一波片在選擇性光透射件上形成。
3．如權(quán)利要求1所述的雙聚焦光學(xué)頭裝置，其中棱鏡的反射層一體地形成有Fresnel透鏡，用于縮短光路。
4．如權(quán)利要求1所述的雙聚焦光學(xué)頭裝置，其特征在于，衍射光柵設(shè)置在反射四分之一波片上，衍射激光束用于跟蹤伺服和聚焦伺服。
5．如權(quán)利要求1所述的雙聚焦光學(xué)頭裝置，其特征在于，全息裝置設(shè)置在反射四分之一波片上，衍射光束用于跟蹤伺服和聚焦伺服。
6．如權(quán)利要求1所述的雙聚焦光學(xué)頭裝置，其特征在于，內(nèi)圓部分為透射率為1的全透射件，圓周部分為透射率為1/2的半透射件。
7．如權(quán)利要求1所述的光學(xué)頭裝置，其特征在于，通過適當(dāng)?shù)卣{(diào)整經(jīng)選擇性光透射件內(nèi)圓部分透射的入射光束最外部的角度使聚焦在盤上的光斑的尺寸差可以調(diào)節(jié)。
全文摘要
一種雙聚焦光學(xué)頭裝置,具有方形一體型光學(xué)部件,其對角面形成偏振分束件。激光源發(fā)出的P偏振光束透射偏振分束件,通過一體型光學(xué)部件上的透射四分之一波片和選擇性光透射件,由物鏡聚焦在光盤上。光束全透射選擇性光透射件的內(nèi)圓部分,半透射選擇性光透射件的圓周部分。光束透射過圓形光透射件和四分之一波片,變?yōu)镾偏振光。光束通過偏振分束膜反射并由內(nèi)四分之一波片轉(zhuǎn)變?yōu)镻偏振光,隨后由外反射膜反射。該光束光接收器檢測。
文檔編號G11B7/135GK1220454SQ98125330
公開日1999年6月23日 申請日期1998年12月14日 優(yōu)先權(quán)日1997年12月16日
發(fā)明者催良吾 申請人:大宇電子株式會社