兼容於具有不同厚度的光碟的再現和記錄光學頭的製作方法

2023-04-26 15:37:36 1

專利名稱：兼容於具有不同厚度的光碟的再現和記錄光學頭的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種用光束掃描光學記錄介質來讀寫信息的光學頭，更具體地說，涉及一種兼容於具有不同厚度的光碟的再現和記錄光學頭。
用於存儲數據的光學記錄介質主要是盤型，例如壓縮光碟。一張光碟是由一片塑料或玻璃的基片以及塗敷在該基片上的記錄平面層組成的，光碟的基片對入射光是透明的，並具有預定的厚度，記錄平面層用於記錄信息。經過光學頭的物鏡聚焦的光線先被折射到光碟基片的記錄平面上，然後從該記錄平面上反射到光學頭中。
為了增大光碟的記錄密度，需要儘可能地減小射到記錄平面上的光點的尺寸。光點的尺寸通常和物鏡的數值孔徑(NA)成正比，和光線的波長成反比。所以，為了獲得用於高密度再現和記錄的非常小的光點，當前常常採用具有大的NA的物鏡和短波長的光源。然而，當光碟和光束不完全垂直時，具有大的NA的物鏡會顯著地增大光點在記錄平面上的像差。這樣，對高密度光碟來說，就要求更加精確地控制其傾斜公差。由於像差也是同光碟基片的厚度成正比的，為了增大高密度光碟的傾斜公差，基片常被做得很薄。因此，已經出現了以0.6毫米厚度的數字雷射視盤作為高密度光碟來替代具有1.2毫米基片厚度的傳統壓縮光碟。
在光學再現和記錄領域，從使用者的立場來看，壓縮光碟和數字式視盤之間的兼容性是一個重要的因素。然而，如果光碟的厚度不同，將產生球差，它會使在光碟記錄平面上形成的光點變大。這又導致記錄所需的光強不足並使再現時信號品質降低。所以，光學頭採用校正像差的光點，亦即兼容於具有不同厚度的光碟的來讀寫信息是十分必要的。
一種象這樣的傳統兼容光學頭，是由公布號為7-98431的日本專利申請公開的眾所周知的技術，在該項技術中，物鏡的接收側安裝有一個全息透鏡，利用零級透射光的發射角和被全息透鏡折射的一級衍射光之間的不同，在具有不同厚度的光碟記錄表面上分別形成校正過像差的光點。然而，按照這項技術，全息透鏡的衍射效率最多為40％。再加上從光學頭中射出的光順著光路要兩次通過全息透鏡，因此會顯著地減少光電探測器上最終接收到的光量。
此外，塔脫森諾(Tatsuno)等人的5281797號美國專利提供了一項藉助具有兩個不同直徑的孔洞的平板、照相機使用的光圈機構或液晶器件(LCD)來調節物鏡數值孔徑(NA)的技術。在採用平板或光圈機構的情況下，需要用複雜的裝置進行機械驅動。在採用LCD的情況下，可以通過電信號直接驅動。然而，由於疲勞和熱阻，LCD難以在長時間內可靠地工作。
此外，在物鏡被機械驅動時，兩個根據光碟厚度進行了最優化的物鏡可能會被交替使用，而這是不希望的。
本發明的目的是要提供一個兼容於不同厚度光碟的再現和記錄光學頭，該光學頭具有非機械和非電驅動的物鏡數值孔徑(NA)調節裝置，以便對具有不同厚度的光碟都形成校正過像差的光點，並且它能獲得比採用全息透鏡的傳統光學頭更高的光效率。
為了實現上述目的，本發明提出的用於記錄或再現信息的光學頭，其具有一個光源、一個用於將光源產生的光聚焦到光碟上的物鏡和一個通過接收光碟的反射光來檢測信號的光電檢測器，它還包括一塊透明板，具有以衍射光柵圖案所形成的中心部分，用於將光源來的光折射到物鏡上、和可以透過光線的透明部分，其中被衍射光柵圖案分離的零級透射光和穿過透明部分的光被物鏡聚焦到薄光碟上，被衍射光柵圖案衍射的正向一級光被物鏡聚焦到厚光碟上。
按照本發明，在光源和物鏡之間可能安裝有一個分束器，用於將從光源射向物鏡的入射光的光路分叉，其中具有衍射光柵圖案的透明板被放置在光源和分束器之間。
此外，本發明也可以按以下方式構成分離衍射光柵放置在物鏡和透明板之間，用於將透射過透明板的光衍射成零級光和正、負向一級衍射光，其中光電檢測器包括第一和第二光接收部分，用於相應地接收被從不同厚度的光碟上反射回來的零級透射光的反射光；和第三及第四光接收部分，用於接收正向和負向一級衍射光。
本發明的上述目的和優點通過參照附圖對最佳實施例的詳細說明將變得更加清楚。在附圖中

圖1是按照本發明的一個實施例所構成的、兼容於具有不同厚度的光碟的再現和記錄光學頭的光學結構示意圖；圖2是一個剖面圖，表示了圖1中所示的具有衍射光柵圖案的透明板中的光路情況；圖3是圖1中所示的光電檢測器的詳細的平面圖。
圖4是按照本發明的另一個實施例所構成的、兼容於具有不同厚度的光碟的再現和記錄光學頭的光學結構示意圖；圖5是一個剖面圖，表示了圖4中所示的衍射光柵的光路情況；圖6是圖4中所示光電檢測器的詳細平面圖。
下面參照附圖對本發明作詳細說明。
在圖1中，標號1代表光源，標號2表示具有衍射光柵圖案3(見圖2)的透明板，標號4表示分束器，標號5表示物鏡，標號6和7分別表示薄和厚的光碟，標號8表示一個像散透鏡，標號9表示光電檢測器，標號10表示控制器，標號11表示物鏡操作機構。這裡兩個光碟6和7具有不同的厚度，例如高密度薄光碟6是0.6毫米厚的數字式視盤，而厚光碟7是1.2毫米厚的壓縮光碟。光源1採用一個雷射二極體發射雷射束。由光源1發射的光經過透明板2、被分光器4反射後、被物鏡5分別聚焦到光碟6和7上。從光碟6和7上反射回來的光通過物鏡5、分束器4並經象散透鏡8被光電檢測器9接收。光電檢測器9檢測信號以再現記錄在光碟6(7)上的信息，同時還檢測表明了物鏡對相應的光碟6(7)聚焦和跟蹤的位置的信號，然後將該信號送入控制器10。控制器10驅動操作機構11以便調節聚焦並按照傳送的信號調節補償物鏡5的跟蹤誤差。
在上述結構中，如圖2所示，透明板2在其中心部分刻有衍射光柵圖案3。從光源1發射的並通過透明板中心部分(即刻有衍射光柵圖案3區域)的光束12被衍射光柵圖案3衍射，而光束13通過透明部分(即透明板衍射光柵圖案3周圍的區域)透過除了衍射光柵3外的那些區域。透明板2的衍射光柵圖案3使入射光衍射並通過遠軸部分。換言之，由於對薄光碟6使用了物鏡5孔徑的全部區域來對光線進行聚焦，所以在薄光碟6上能形成非常細小的光點。物鏡5還使正向一級衍射光15聚焦在厚光碟7上。此時，由於使用了物鏡5孔徑的有限部分，所以能在厚光碟7上形成經校正像差的光點。這裡，零級透射光14和遠軸部分的光13的發射角是不變的，因此在薄光碟6上形成的很小的光點是沿著物鏡5的光軸形成的。而正向一級衍射光由於其發射角稍有變化，所以它在厚光碟7上的光點和物鏡5的光軸稍有一點間隔(見圖1)。
圖3是圖1中所示光電檢測器9的平面圖。光電檢測器9由第一光接收部分16和第二光接收部分17組成。第一和第二接收部分16和17每個都被劃分為四個區域，分別為A-D和E-H。第一光接收部分16形成在與物鏡5中心軸同軸的位置上，以便接收從薄光碟6反射來的光，第二光接收部分17緊靠第一光接收部分16，用來接收厚光碟7的反射光。因此，當使用薄光碟6或厚光碟7時，來自光電檢測器9的第一光接收部分16和第二光接收部分17的信號和各自的再現信號分別如下當使用薄光碟6時，S1＝Sa+Sb+Sc+Sd……再現信號S2＝(Sa+Sc)-(Sb+Sd)……聚焦誤差信號S3＝(Sa+Sb)-(Sc+Sd)……跟蹤誤差信號當使用厚光碟7時，S4＝Se+Sf+Sg+Sh……再現信號S5＝(Se+Sg)-(Sf+Sh)……聚焦誤差信號S6＝(Se+Sf)-(Sg+Sh)……跟蹤誤差信號這裡，Sa到Sh是所分割的區域A到h的相應的輸出信號。
其中的聚焦和跟蹤誤差信號傳送給控制器10(圖1)，控制器反過來按照該聚焦和跟蹤誤差信號來控制操作機構11，以便調整物鏡5的垂直和水平位置。
圖4是按照本發明的另一個實施例構成的兼容於不同厚度光碟的再現和記錄光學頭，其中和圖1相同的數字標號表示相同的部件，在該實施例中使用三束光來檢測跟蹤伺服信號。在這個實施中，該光學頭在透明板2和分光器4之間，還放置一個衍射光柵18，它的光電檢測器9′如圖6所示還包括第三接收部分19和第四接收部分20。參見圖5，衍射光柵18做成不均勻的形狀，並將入射光衍射成零級透射光21和正、負一級衍射光22和23。因此，如圖4所示的物鏡5對零級透射光21和正、負一級衍射光22和23進行聚焦並在光碟6(7)上形成三個光點。參見圖6，零級透射光21的每一束反射光都被光電檢測器9′的第一和第二光接收部分16和17接收，正、負一級衍射光22和23的每一束反射光都被第三和第四光接收部分19和20接收。再現信號和聚焦誤差信號以同上面描述的相同方式形成，跟蹤誤差信號S7按以下方式形成S7＝Si-Sj此處Si和Sj分別是第三和第四光接收部分19和20的檢測信號。換言之，按照這個實施例，不管光碟的厚度如何，在檢測用於跟蹤伺服系統的跟蹤誤差信號時，通常可以使用操作電路，這樣可以簡化電路和伺服系統。
如上面所描述的，按照本發明，為了在具有不同的厚度的光碟上都能形成經校正像差的光點，本發明採用了一塊在其一部分上刻有衍射光柵的透明板，藉此獲得一個簡單的，光學上穩定的光學頭。這和傳統的光學頭通過驅動光圈機構來實現這一目的有很大不同。另外，按照本發明的光學頭比傳統的使用全息透鏡的光學頭有更高的光效率。特別是，按照本發明，來自不同厚度的光碟的反射光是由光電檢測器的第一和第二光接收部分分別接收的，所以可以使再現信號的檢測相互不發生幹擾。此外，不管光碟的厚度如何，按照本發明的光學頭能精確檢測用於各個光碟的聚集和跟蹤誤差，且能達到穩定的操作。
本發明不局限於上面說明和附圖中提到的光學頭類型或物鏡的聚焦和跟蹤伺服方法，相反，應當包括在本發明精神和所附的權利要求範圍內的各種變化和修正。
權利要求
1.一種兼容於不同厚度的光碟的再現和記錄光學頭，具有一個光源、一個將所述光源發出的光聚焦到所述光碟上的物鏡、和一個通過接收光碟的反射光來檢測信號的光電檢測器，還包括一塊透明板，該板的中心部分具有衍射光柵圖案，並用於將所述光源發射來的光衍射到所述的物鏡上，該板還具有允許光通過的透明部分，其中，被所述衍射光柵圖案分離的零級透射光和通過所述透明部分的光被所述物鏡聚焦到薄光碟上，而被所述衍射光柵圖案衍射的正向一級衍射光被所述物鏡聚焦到厚光碟上。
2.一個如權利要求1所述的兼容於不同厚度的光碟的再現和記錄光學頭，其中所述透明板上的所述的衍射光柵圖案是鋸齒形的。
3.一個如權利要求1所述的兼容於不同厚度的光碟的再現和記錄光學頭，還包括一個分束器，它放置在所述光源和所述物鏡之間，用於將從所述光源去到所述物鏡的入射光的光路分開，其中所述的透明板具有所述的衍射光柵圖案，並被設置在所述光源和所述分束器之間。
4.一個如權利要求1所述的兼容於不同厚度的光碟的再現和記錄光學頭，其中所述的光電檢測器具有第一和第二光接收部分，用於分別接收從所述的薄光碟和厚光碟來的反射光。
5.一個如權利要求4所述的兼容於不同厚度的光碟的再現和記錄光學頭，其中所述的光電檢測器的第一和第二光接收部分的每一個都是由在垂直和水平方向交叉分開的四個區域組成的，同時在到所述光電檢測器的光路上還包含有一個像散透鏡。
6.一個如權利要求1所述的兼容於不同厚度的光碟的再現和記錄光學頭，進一步還包括，放置在所述物鏡和透明板之間的衍射光柵，用於將經過所述透明板的透射光衍射成零級透射光和正、負一級衍射光，其中所述的光電檢測器包括第一和第二接收部分，分別用於接收從所述的不同厚度的光碟反射來的所述的零級透射光；以及第三和第四接收部分，用於接收所述的正、負一級衍射光的反射光。
7.一個如權利要求6所述的兼容於不同厚度的光碟的再現和記錄光學頭，其中所述的光電檢測器的第一和第二光接收部分每一個都是由四個區域組成的，這些區域在垂直和水平方向交叉分開，同時在到所述光電檢測器的光路上還具有一個像散透鏡。
全文摘要
一個兼容於不同厚度的光碟的再現和記錄光學頭，包括一塊中心有衍射光柵圖案及一個透明部分的透明板和具有第一和第二接收部分的光電檢測器。零級衍射光和透過透明部分的光經物鏡孔徑聚焦到薄光碟上，被透明板衍射光柵圖案衍射的正向一級衍射光經物鏡孔徑的部分區域聚焦到厚光碟上。然後由光電檢測器的第一和第二部分檢測光碟的反射光。用於每一光碟的再現和伺服信號作為第一和第二光接收部分的檢測信號，因此，不管光碟厚度如何，都能實現穩定的伺服和無噪聲的再現。
文檔編號G11B7/125GK1158478SQ96121478
公開日1997年9月3日 申請日期1996年12月7日 優先權日1995年12月7日
發明者劉長勳, 鄭鍾三, 李哲雨, 林慶和, 趙虔皓 申請人:三星電子株式會社