可記錄和重放盤用的光學頭的製作方法
2023-06-10 21:58:56 5
專利名稱：可記錄和重放盤用的光學頭的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種可記錄和重放盤用的光學頭，特別是一種用於重放盤上信息所使用的雷射波長不同於將信息記錄在磁碟上所使用的雷射的波長的光學頭。
為了提高記錄媒體，例如光碟的實用性，人們已經提出多種能夠隨意地分別把信息記錄在磁碟上和重放磁碟上信息的光學讀取技術。在正在改進的可記錄和重放數字視盤(DVD)RAM技術方案的情況中，光學頭使用了一種具有30mW輸出功率、能夠發射波長大約為650nm雷射的雷射源。由於雷射源發射的是截面大體上為橢圓型的雷射，對於被發射的雷射就需要進行整形。對於重放可記錄和重放盤上信息的重放模式和在光碟上記錄信息的記錄模式，該光學頭還使用各不相同的波長，以便得到用於在光碟上記錄信息的足夠光能。
傳統的光學頭，它能夠對記錄模式和重放模式所用的波長各不相同的雷射實現光束整形。
圖1中所示的光學頭，雷射二極體11發射截面大體上為橢圓型的雷射。該雷射二極體11在重放模式的情況下發射出波長大約為650nm的重放雷射，而在記錄模式的情況下前者發射出波長大約為652.5nm的記錄雷射。準直透鏡12準直雷射二極體11發射出的重放雷射和記錄雷射。經過準直的雷射入射到整形稜鏡13上。整形稜鏡13對準直透鏡12射出的雷射整形以使短光束直徑與長光束直徑大體上相同。實現整形的方向與短光束直徑方向一致。在圖1中，整形的方向平行於紙面的表面。經過整形稜鏡13整形的雷射入射至分束器14上。分束器14使整形稜鏡13射出的雷射傳輸給反射鏡15。反射鏡15以垂直的角度反射分束器14射出的雷射。由反射鏡15反射的雷射通過物鏡16聚焦在光碟17上。
由光碟17反射出的雷射經過反射鏡15再次被反射，然後入射至分束器14上。分束器14反射由反射鏡15射出的雷射，由分束器14反射的雷射通過聚焦透鏡18聚焦在光電檢測器19上。
當使用具有上述光學系統的圖1的光學頭時，光碟17上重放雷射的光束點的位置與記錄雷射的光束點的位置不一致。例如，如果重放雷射的波長與記錄雷射的波長相差大約為2.5nm時，記錄雷射的光束點就會在沿實現整形的方向從記錄雷射的光束點大約移動了0.2μm距離的位置上形成。光束點的位置移動是由於光學頭的光學系統中整形產生色差而形成的。色差是由整形和重放模式變化為記錄模式時波長變化了幾納米而產生的。色差在較短的時間內發生變化以致於驅動器不能對此作出反應。因此，記錄信息根據色差的大小和方向會記錄在光碟不是所期望的位置上。
在常用的光學頭中為了解決上述所存在的問題，雷射二極體在光學頭的高度方向上以一設定的角度傾斜地設置，也就是說，在垂直於盤表面的方向上。整形稜鏡沿著盤的切線方向實現整形。這樣在常用的光學頭中，雖然波長發生變化，但盤上所形成的光束點也不會在盤的徑向上移動。然而，雖然色差的問題能夠通過調整雷射二極體的設置得到解決，但是又產生一個難於製造緊湊的光學頭的新問題。
為了解決上述問題，本發明的目的是提供一種光學頭，它在記錄和重放的過程中使用各不相同波長的雷射，通過色散校正色差。
為了實現本發明的上述目的，本發明提供一種可記錄和重放盤用的光學頭，它包括一雷射源，能夠在重放盤上信息的重放模式的情況下發射第一雷射，在向盤上記錄信息的記錄模式的情況下發射第二雷射；一準直透鏡，能夠準直雷射源發射出的雷射；一物鏡，能夠使入射的雷射聚焦在盤上；分別具有不同色散率的光學元件的色差校正器，用於通過光學元件使準直透鏡準直過的雷射整形，還使該雷射產生色散以便盤上所形成的光束點的色差能夠被校正，其中色差是由第一和第二雷射波長之間的差而產生的，它還用於把經過光束整形和色散的雷射傳輸給物鏡。
其中色差校正器包括一第一三稜鏡，它包含由準直透鏡準直過的雷射入射到的第一表面，和入射到第一表面的雷射再由此發射出的第二表面；一第二三稜鏡，它包含與第一三稜鏡的第二表面相接觸的第一表面，其中第一和第二三稜鏡具有能夠分別地對第一和第二雷射實現整形和橫向色差校正的幾何結構和材料性能，與第一三稜鏡頂點相對的第一三稜鏡的第三表面和第二三稜鏡的頂點相接觸，由第一三稜鏡的第一表面和第三表面形成的角是一個鈍角。這些稜鏡能夠通過整形和色散校正色差。
本發明的上述目的和優點通過參考附圖詳細地描述其結構和工作原理將會更清楚，其中圖1表示傳統可記錄和重放盤用的光學頭示意圖；圖2表示本發明的一個實施例的可記錄和重放盤用的光學頭的一個光學系統圖；圖3A是說明圖2的光學頭工作在重放模式時，穿過稜鏡的雷射的光路示意圖；圖3B是說明圖2的光學頭工作在記錄模式時，穿過稜鏡的雷射的光路示意圖；圖4表示本發明的另一個實施例的可記錄和重放盤用的光學頭的一個光學系統圖；圖5A是說明圖4的光學頭工作在重放模式時，穿過稜鏡的雷射的光路示意圖；圖5B是說明圖4的光學頭工作在記錄模式時，穿過稜鏡的雷射的光路示意圖；圖6表示本發明的又一個實施例的可記錄和重放盤用的光學頭的一個光學系統圖。
下面參考附圖將描述本發明的最佳實施例。
由於下面所描述實施例中具有和圖1中相同標號的部件能夠與圖1中的那些部件實現相同的光學功能，在此就不作詳細地描述了。
根據本發明的一個實施例，一種具有圖2所示的光學系統的光學頭包括一雷射二極體21，一包含三稜鏡23的色差校正器，一直角三稜鏡24，一具有偏振光分束功能的光分束器25，一四分之一波片26，以及參考圖1中所描述的構成部件。
雷射二極體21經過線偏振，發射橫截面大體上為橢圓型的雷射。本發明不局限於雷射的具體波長。因此，在本實施例中，假定雷射二極體21在重放模式過程中發射適於讀取光碟17上信息的第一雷射，在記錄模式的過程中發射適於在光碟17上記錄信息的第二雷射。
由雷射二極體21發射的雷射經過準直透鏡12準直，然後入射至三稜鏡23上。三稜鏡23和直角三稜鏡24對準直透鏡12發射出的雷射實現整形和色散。三稜鏡23和直角三稜鏡24設置成能夠實現整形以便雷射二極體21發射出的雷射中的短光束直徑等於長光束直徑。三稜鏡23和直角三稜鏡24還沿與物鏡16的光軸相垂直的方向設置。
三稜鏡23包括一個由準直透鏡12準直過的雷射入射到的表面231，一入射到表面231上的雷射穿過的表面233和與三稜鏡23的頂點相對的表面235。直角三稜鏡24設置成其長側表面241與三稜鏡23的表面233相鄰接，其間插入分束器25。雷射穿過表面243後射向表面241，表面243與從表面243射出的雷射所構成的角大體上相互垂直。三稜鏡23具有一個α+45°的頂角。更具體地說，由垂直於與三稜鏡23的頂點相對的表面235的法線和表面233構成的角是45°。由準直透鏡12發射出的絕大多數雷射通過三稜鏡23的表面231能夠實現整形。三稜鏡23對入射的雷射整形和色散。由三稜鏡23整形和色散過的雷射束入射到分束器25上。分束器25是由塗在任一表面233和241上的偏振光束分離塗層材料形成的，其透射由三稜鏡23向直角三稜鏡24傳播的雷射。直角三稜鏡24對經分束器25入射的雷射整形和色散。因此，由於第一雷射和第二雷射波長之間的差而產生的色差由三稜鏡23和直角三稜鏡24校正。在三稜鏡23與直角三稜鏡24中經過整形和色散而產生的色差將參考圖3A和3B描述之。
圖3A表示重放模式中穿過三稜鏡23和直角三稜鏡24的第一雷射的光路圖。圖3B表示記錄模式中穿過三稜鏡23和直角三稜鏡24的第二雷射的光路圖。在圖3A和3B中，為了便於解釋省略了分束器25。
參見圖3A，它表示重放模式中的第一雷射的光路圖，頂角為α+45°的三稜鏡23相對於由準直透鏡12入射到三稜鏡23的表面231上的第一雷射具有一個折射率n1，三稜鏡23的表面231具有一個入射角θ0和一個折射角θ1。直角三稜鏡24具有一個折射率n2，直角三稜鏡24的表面241具有一個入射角θ2和一個折射角θ3。根據斯涅耳折射定律，表面231滿足下面的方程式(1)，而表面241滿足下面的方程式(2)。
sinθ0=n1sinθ1…(1)n1sinθ2=n2sinθ3…(2)三稜鏡23和24具有一個滿足下面方程式(3)的光束整形比(D1/D2)。D2D0=D1D0D2D1=cos1cos0cos3cos2(3)]]>這裡，D0表示入射到表面231上的雷射所具有的短光束直徑。D1和D2分別表示不同於光束直徑D0的由三稜鏡23和直角三稜鏡24整形的光束直徑。
參見圖3B，它表示雷射二極體21中通過增加光輸出而產生的第二雷射的光路圖，在第二雷射從準直透鏡12相對於表面231以入射角θ0入射到三稜鏡23上時，三稜鏡23具有一個折射率n1′和折射角θ1′。此外，直角三稜鏡24還具有一個折射率n2′和表面241具有一個入射角θ2′和折射角θ3′。因此，在入射第二雷射的情況下，表面231滿足下面的方程式(4)，而表面241滿足下面的方程式(5)。
sinθ0=n1′sinθ1′…(4)n1′sinθ2=n2′sinθ3′…(5)因此，在三稜鏡23和直角三稜鏡24的色散被適當地選取時，校正色差的條件，即θ3=θ3′就能滿足。如果根據雷射波長的變化對應於折射率的變化Δn1′時，n1′=n1+Δn1和n2′=n2+Δn2，並且三稜鏡23的頂角α+45°定義為β時，表面231和241根據平行於第三表面的方向以相互相反的方向旋轉的形式而成傾斜的情況下，由波長的變化而產生的色差通過三稜鏡23和直角三稜鏡24而校正，它還滿足下面的方程式(6)。sin1=sin(n1+n1)2-(n2+n2)22-cosn2+n22(6)]]>由三稜鏡23和直角三稜鏡24整形和色散過的雷射通過四分之一波片26進行圓偏振，然後入射到反射鏡15上。反射鏡15反射入射的雷射以使由四分之一波片26發射出的雷射繼續到達物鏡16上。物鏡16使反射鏡15反射出的雷射聚焦在可重放/可記錄的盤17上。聚焦在光碟17上的光束點是由通過三稜鏡23和直角三稜鏡24校正橫向色差的結果而形成的。雖然雷射的波長發生變化，但是光束點能夠在盤17大致相同的位置形成。
從光碟17反射回來並穿過物鏡16的雷射由反射鏡15反射後，到達四分之一波片26上。四分之一波片26改變了由反射鏡15反射的雷射的偏振狀態，即從圓偏振光變化為線偏振光。線偏振雷射入射到直角三稜鏡24上。分束器25反射從四分之一波片26發射出並經過直角三稜鏡24的雷射。被反射的雷射通過聚焦物鏡18聚焦在光電二極體19上。
根據實驗結果，當對於DVD-RAM使用具有30mW輸出功率的雷射源，發射出波長為650nm的雷射時，入射到三稜鏡23表面231上的雷射和平行於表面235的方向之間所形成的角為24.856°。在三稜鏡23的頂角為86°的條件下，圖2的光學頭相對於變化了2.5nm的波長在盤17上移動光束點的距離大約為0.0025μm。
圖4表示本發明另一個實施例的光學頭的光學系統圖。圖4所示的光學系統具有較強的色差校正能力，它的優點是與圖2所示的光學系統相比使該光學系統小型化了。
根據圖4所示的本發明另一個實施例的光學頭，它包括一另外的三稜鏡41，用它代替圖2中的直角三稜鏡24以校正色差；一三稜鏡43和直角三稜鏡44，他們由相同的材料組成具有相同的折射率。三稜鏡41,43和44設置成進行整形後，對於雷射二極體21發射出的第一和第二雷射中的短光束直徑要與長光束直徑相同。三稜鏡41，43和44還沿垂直於物鏡16的光軸方向並行設置。稜鏡41包括準直透鏡12所射出的雷射入射到的表面411和入射雷射能夠射出的表面413。三稜鏡43包括與稜鏡41的表面413相接觸的表面431和入射到表面431上的雷射射出的表面433。由表面431和433構成的三稜鏡43的頂角為鈍角。直角三稜鏡44設置成其長側與三稜鏡43相接觸，他們之中插入分束器25。分束器25是由塗在三稜鏡43和直角三稜鏡44的任一表面233和241上的偏振光束塗層材料而形成的。
在圖4的光學頭中，由於除了稜鏡41,43和44之外的部件與圖2中的光學頭的部件具有相同的光學特徵和設置，在此對他們就不作詳細地描述了。
稜鏡41對準直透鏡12射出的雷射整形並色散。通過稜鏡41的表面411對絕大多數入射的雷射實現波束整形。稜鏡41射出的雷射再次由三稜鏡43整形和色散。根據平行於入射到第三表面上的雷射所穿過的直角三稜鏡44的表面433的方向，表面411和431以相同方向旋轉而形成傾斜，例如，在與稜鏡41的頂點相對的表面和表面411所形成的角為鈍角的情況下，稜鏡41和三稜鏡43具有滿足下面方程式(7)的材料特性。因此，由於雷射波長的變化而產生的色差就能被校正。sin1=-sin(n3+n3)2-(n4+n4)22+cosn4+n42(7)]]>
這裡，β1為稜鏡41的頂角，n3為稜鏡41對第一雷射的折射率，n3′=(n3+Δn3)為稜鏡41對第二雷射的折射率，n4為三稜鏡43對第一雷射的折射率，n4′=(n4+Δn4)為三稜鏡43對第二雷射的折射率。直角三稜鏡44是使用與三稜鏡43相同的材料製造的，具有相同的折射率。在圖4的光學頭工作在重放模式時，稜鏡41,43和44形成圖5A所示的光路圖，而圖4的光學頭工作在記錄模式時形成圖5B所示的光路圖。
根據實驗結果，當對於DVD-RAM使用具有30mW輸出功率的雷射源，發射出波長為650nm的雷射時，入射到與三稜鏡43的頂點相對的表面上和入射到入射表面431上的雷射的入射角為27.618°。在三稜鏡43的頂角為98.965°的條件下，圖4的光學頭相對於變化了2.5nm的波長在盤17上移動光束點的距離大約為0.0025μm。
圖6表示本發明又一實施例的光學頭的光學系統圖。圖6所示的光學頭包括代替圖4中的三稜鏡44的兩個稜鏡45和46。直角三稜鏡43的長側表面與稜鏡41相接觸，直角三稜鏡46與直角三稜鏡45相接觸，他們中間插入分束器25。直角三稜鏡45和46以他們的長側表面相對的方式而形成相互接觸。分束器25是由塗在相互接觸的三稜鏡45和46的表面上的偏振光束塗層材料而形成的，與圖4的情況相同。除了結構的差異之外，圖6的光學頭能夠實現和圖4光學頭一樣的設置和功能。由於圖6的光學頭使用相同形狀的直角三稜鏡44,45和46，因此便於製造。
如上所述，根據本發明的光學頭，它能夠校正從可記錄/可重放的盤上讀取信息和在光碟上記錄信息所使用的雷射的波長發生變化的過程中而產生的色差。而且，通過實現色差的校正，它能夠提供一種徑向整形光束以便於製造緊湊的光學頭。常規光學頭使用的稜鏡能夠被本發明的形成光束和校正色差的稜鏡所代替。因此，雖然本發明使用了光學頭的常規光學系統，但由於雷射波長的變化而產生的色差能夠被校正。
上面僅對本發明的特定實施例作了描述，很明顯，在沒有脫離本發明的精神和保護範圍的情況下，可以對此作各種修改。
權利要求
1．一種可記錄和可重放盤用的光學頭，它包括一雷射源，能夠在重放盤上信息的重放模式的情況下發射第一雷射，在向盤上記錄信息的記錄模式的情況下發射第二雷射；一準直透鏡，能夠準直雷射源發射出的雷射；一物鏡，能夠使入射的雷射聚焦在盤上；具有不同色散率的光學元件的色差校正器，用於通過光學元件對準直透鏡準直過的雷射來整形和色散，以使盤上所形成的光束點的色差能夠被校正，其中色差是由第一和第二雷射波長之間的差而產生的，該色差校正器還用於把經過整形和色散的雷射傳輸給物鏡，其中，上述的色差校正器包括一第一三稜鏡，它包含由準直透鏡準直過的雷射入射到的第一表面，和入射到第一表面的雷射由此發射出的第二表面；一第二三稜鏡，它包含與第一三稜鏡的第二表面相接觸的第一表面，其中，第一和第二三稜鏡具有能夠分別地對第一和第二雷射實現整形和橫向色差校正的幾何結構和材料性能，與第一三稜鏡頂點相對的第一三稜鏡的第三表面和第二三稜鏡的頂點相接觸，由第一三稜鏡的第一表面和第三表面形成的角是一個鈍角。
2．如權利要求1所述的光學頭，其特徵在於上述的雷射源發射出第一和第二雷射，他們的橫截面大體上為橢圓形。
3．如權利要求2所述的光學頭，其特徵在於上述的第一和第二三稜鏡對準直透鏡射出的雷射整形，使短光束直徑大致與長光束直徑相同，校正沿準直透鏡射出的雷射的短光束直徑方向產生的橫向色差。
4．如權利要求3所述的光學頭，其特徵在於上述的第一和第二三稜鏡設置成使經過第二三稜鏡傳輸的雷射能夠大體上在平行於與第二三稜鏡頂點相對的第二三稜鏡的第二表面的方向傳播。
5．如權利要求4所述的光學頭，其特徵在於上述的第一和第二三稜鏡具有滿足下面方程式的材料性能，同時第一三稜鏡的第一表面和第二三稜鏡的第一表面根據平行於與第二三稜鏡的頂點相對的表面的法線的方向以相同的方向旋轉而形成傾斜，sin1=-sin(n1+n1)2-(n2+n2)22+cosn2+n22]]>這裡，θ1為入射到第一三稜鏡第一表面上的雷射的折射率，β為第一三稜鏡的頂角，n1為第一三稜鏡對第一雷射的折射率，n2為第二三稜鏡對第二雷射的折射率，n1+Δn1為第一三稜鏡對第二雷射的折射率，n2+Δn2為第二三稜鏡對第二雷射的折射率。
6．如權利要求4所述的光學頭，其特徵在於上述的第二三稜鏡包括一光電檢測器；一聚焦物鏡，用於使入射雷射聚焦在上述的光電檢測器上；一直角三稜鏡，其長側表面與第二三稜鏡的第三表面相接觸；一位於上述直角三稜鏡和上述物鏡之間的光路上的四分之一波片；一偏振分束器，位於第二三稜鏡的第三表面和第三三稜鏡的長側表面之間，用於傳輸雷射源射出的雷射至四分之一波片上，並反射物鏡射出的雷射，把被反射的雷射傳輸給聚焦物鏡；其中，與第二三稜鏡的頂點相對的第二三稜鏡的第二表面的法線和入射到第二三稜鏡的第一表面上的雷射所穿過的第二三稜鏡的第三表面之間所形成的角度為45°。
7．如權利要求6所述的光學頭，其特徵在於上述的偏振分束器是由塗在其中之一的第二三稜鏡的第三表面和第三三稜鏡的長側表面上的偏振光束分離塗層材料而形成的。
8．如權利要求6所述的光學頭，其特徵在於上述的第一，第二和第三三稜鏡沿垂直於物鏡的光軸方向上設置，還包括一反射鏡，用於傳輸第三三稜鏡射出的雷射至物鏡上，並把物鏡射出的雷射傳輸給第二三稜鏡。
9．如權利要求4所述的光學頭，其特徵在於上述的第二三稜鏡包括一光電檢測器；一聚焦物鏡，用於使入射雷射聚焦在上述的光電檢測器上；一位於上述第二三稜鏡和上述物鏡之間的光路上的四分之一波片；一偏振分束器，位於第二三稜鏡和上述四分之一波片之間的光路上，用於傳輸雷射源射出的雷射至四分之一波片上，並反射物鏡射出的雷射，把被反射的雷射傳輸給聚焦物鏡；其中入射到第一表面上的雷射所穿過的第三表面與第一表面之間所形成的角度為45°。
10．如權利要求9所述的光學頭，其特徵在於上述的偏振分束器包括兩個長側表面相互接觸的直角三稜鏡；一塗在兩個直角三稜鏡相互接觸的長側表面上的偏振光束分離塗層材料。
11．如權利要求10所述的光學頭，其特徵在於上述的第一，第二和第三三稜鏡及上述的偏振分束器沿垂直於物鏡的光軸方向設置，還包括一反射鏡，用於把第三三稜鏡射出的雷射傳輸至物鏡上，並把物鏡射出的雷射傳輸給第二三稜鏡。
全文摘要
一光學頭在可記錄和可重放的盤上記錄信息,並從盤上讀取信息,其包括一雷射源,用於在重放模式情況下發射第一雷射,在記錄模式情況下發射第二雷射。一準直透鏡準直雷射源發射出的雷射。一色差校正器包括具有各不相同材料性能的三稜鏡,他們用於對由準直透鏡準直過的雷射實現整形和色散以使盤上形成的光束點的色差能被校正,其中色差是由第一和第二雷射波長之間的差異而產生的。整形和色散過的雷射經過物鏡聚焦在盤上。
文檔編號G11B7/135GK1210333SQ9812032
公開日1999年3月10日 申請日期1998年8月29日 優先權日1997年8月29日
發明者金泰敬, 成平庸, 李哲雨 申請人:三星電子株式會社