專利名稱：可兼容不同厚度光記錄介質(zhì)的光學頭裝置的制作方法
本申請是三星電子株式會社1997年8月29日提交的名稱為“使用光學移相片的光學頭裝置”、申請?zhí)枮?7120686.4的發(fā)明專利申請的分案申請。
本發(fā)明涉及一種光學頭裝置，能將信息分別記錄在數(shù)字視盤(DVD)和可記錄小型盤(CD-R)上并從其上讀出所述信息。
用來記錄和讀出諸如視頻、音頻以及數(shù)字信息的記錄介質(zhì)有磁盤、磁卡或磁帶。其中，盤式記錄介質(zhì)的使用量最大。近來，在光盤設(shè)備方面，開發(fā)了激光視盤(LD)、小型盤(CD)以及數(shù)字視盤(DVD)。這樣的光盤包括一個沿入射光軸方向具有一定厚度的塑料或玻璃介質(zhì)；和一個位于此塑料或玻璃介質(zhì)上的信號記錄表面，信息就記錄在其上。
迄今，高密度光盤系統(tǒng)增大其物鏡的數(shù)值孔徑，用以增大記錄密度，并使用635nm或650nm的短波長光源。因此，高密度光盤系統(tǒng)能把信號記錄在數(shù)字視盤上，或從其上讀取信號；并且還能從CD盤上讀取信號。然而，為了兼容新型CD盤，也即可記錄CD盤(CD-R)，必須采用波長為780nm的光。這是由于CD-R介質(zhì)記錄特性的緣故。于是，就DVD和CD-R的兼容性而言，在光學頭中使用波長為780nm和650nm的光就變得非常重要。下面將參照

圖1描述可兼容DVD和CD-R的普通的光學頭。
圖1表示一個采用兩個激光二極管作為DVD和CD-R光源和單獨一個物鏡的光學頭。圖1的光學頭，當重放DVD時，使用波長為635nm的激光光源，而當記錄和重放CD-R時，使用波長為780nm的激光光源。從激光二極管光源1發(fā)射的波長為635nm的光通過準直透鏡2和偏振光分束器3，到達干涉濾光型棱鏡4。從激光二極管光源11發(fā)出的波長為780nm的光通過準直透鏡12、分束器13和會聚所述波長780nm光的會聚透鏡14，到達棱鏡4。具有這種結(jié)構(gòu)的光學系統(tǒng)被稱作“有限光學系統(tǒng)”。棱鏡4透過自偏振光分束器3反射的波長為635nm的光，并反射會聚透鏡14所會聚的光。于是，使光源1的光以平行光束形式由準直透鏡2入射到1/4波片5，而光源11的光以發(fā)散光束形式由會聚透鏡14和棱鏡4入射到1/4波片5。透過1/4波片5的光入射到物鏡7。
物鏡7被設(shè)計成聚焦在厚度為0.6mm的DVD8的信號記錄面上，由此，由光源1發(fā)射的波長為635nm的光被聚焦在DVD8的信號記錄面上。于是，由DVD8的信號記錄面反射的光包含該信號記錄面上所記錄的信息。反射光透過偏振光分束器3，然后入射到用于檢測光學信息的光探測器10中。
如果不采用上述有限光學系統(tǒng)，則當使用物鏡7使光源11發(fā)射的波長為780nm的光被聚焦在厚度為1.2mm的CD-R9中的信號記錄面上時，由于DVD8與CD-R9之間厚度的差別，會產(chǎn)生球差。具體地說，這種球差是由于這樣的事實，即沿著光軸，CD-R9的信號記錄面與物鏡7間的距離遠于DVD8的信號記錄面與物鏡7間的距離造成的。為減小這種球差，就需要包括會聚透鏡14的有限光學系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。通過采用后面將參照圖2描述的可變光闌6，780nm波長的光在CD-R9的信號記錄面上形成一個最佳射束點。從CD-R9反射的780nm波長的光受到棱鏡4，然后是分束器13的反射，而在光探測器15被檢測。
圖1的可變光闌6具有如圖2所示的薄膜結(jié)構(gòu)，它可以有選擇地透過入射到不超過0.6的數(shù)值孔徑(NA)并與物鏡7的直徑相等區(qū)域的光線。也就是說，將可變光闌6關(guān)于光軸分成以NA＝0.45為基礎(chǔ)的兩個區(qū)域。這兩個區(qū)域中間的第一區(qū)域透過635nm和780nm波長的光，第二區(qū)域全部透過635nm波長的光，并全部反射780nm波長的光。區(qū)域1的數(shù)值孔徑為0.45或更小，區(qū)域2是區(qū)域1靠外面的區(qū)域，涂有介電薄膜。區(qū)域1包含一個石英(SiO2)薄膜，用以去掉因區(qū)域2所涂介電薄膜所產(chǎn)生的光學象差。通過采用可變光闌6，透過具有NA＝0.45或更小的區(qū)域1的780nm波長的光，在CD-R9的信號記錄面上形成一個與之適合的射束點。于是，當光盤的型式從DVD8變到CD-R9時，圖1的光學頭使用最佳光點。因此，圖1的光學頭適用于CD-R。
然而，上面所述的圖1光學頭必須形成一個關(guān)于780nm波長光的“有限光學系統(tǒng)”，以除去當適應(yīng)DVD與CD-R間的改變時所發(fā)生的球差。又由于所述光學薄膜，即NA≥0.45的區(qū)域2中形成的介電薄膜，要產(chǎn)生透過NA≤0.45區(qū)域1的光與透過NA≥0.45區(qū)域2的光之間的光程差。為了消除這種光程差，在區(qū)域1中必須形成一個光學薄膜。由于這個原因，在區(qū)域1中形成石英涂層，同時在區(qū)域2中形成一個多層薄膜。但是，這樣的制作過程不僅變得復雜化，而且還需以“μm”為單位進行薄膜厚度的調(diào)節(jié)。因此，難以大批量制造這種光學頭。
本發(fā)明的目的在于，提供一種消除球差并兼容數(shù)字視盤和可記錄小型盤的光學頭裝置。
為實現(xiàn)本發(fā)明的上述目的，提出了一種可兼容不同厚度光記錄介質(zhì)的光學頭裝置，所述裝置包括用于發(fā)射具有預定波長激光束的光源；用于將光源發(fā)射的光聚焦于所述光記錄介質(zhì)的信息記錄面上一光點的一個物鏡，該物鏡以其光軸為中心設(shè)有具有一定寬度的環(huán)形移相區(qū)，并將物鏡的通光區(qū)分成內(nèi)區(qū)、環(huán)形移相區(qū)及外區(qū)；光探測裝置，用于接收由上述信息記錄面上反射并通過物鏡的光；及光程控制裝置，用于將所述光源發(fā)射的光引向物鏡，并將在所述的光記錄介質(zhì)的信息記錄表面上反射后經(jīng)物鏡出射的光引向所述光檢測裝置。
以下將參照附圖描述各優(yōu)選實施例，其中圖1是用于數(shù)字視盤(DVD)和可記錄小型盤(CD-R)的采用兩個激光二極管作為光源和單獨一個物鏡的普通光學頭示意圖；圖2是說明圖1所示可變光闌的示意圖；圖3是表示本發(fā)明一種優(yōu)選實施例光學頭的光學系統(tǒng)的示意圖；圖4表示圖3所示的移相片單元和物鏡；圖5是表示本發(fā)明另一種優(yōu)選實施例光學頭的光學系統(tǒng)的示意圖；圖6表示具有圖5所示移相片功能的物鏡；圖7A和7B是表示本發(fā)明移相片與可變光闌的組合結(jié)構(gòu)的示意圖；圖8是表示本發(fā)明減小光點尺寸和側(cè)向波瓣效應(yīng)的曲線圖；圖9是表示CD-R盤重放期間聚焦伺服信號特性的曲線圖；圖10是表示相應(yīng)于移相片上槽深，光相位改變的曲線圖；圖11是表示與本發(fā)明可變光闌的槽深對應(yīng)的0級衍射光的衍射效果曲線圖。
以下將參照附圖進一步詳細地描述本發(fā)明的優(yōu)選實施例。
圖3表示本發(fā)明一種優(yōu)選實施例光學頭的光學系統(tǒng)。參照圖3，當激光二極管光源31工作時，從該光源31發(fā)出的波長為650nm的發(fā)散光先后被第一偏振光分束器32和第二偏振光分束器33所反射和透射。透過第二偏振光分束器33的光入射到準直透鏡34。當激光二極管光源40工作時，從該光源40發(fā)出的波長為780nm的發(fā)散光被第二偏振光分束器33反射，然后再入射到準直透鏡34。準直透鏡34將第二偏振光分束器33射入的光準直成平行于垂直于可變光闌35表面的光軸，被準直的光按波長選擇性地透過可變光闌35。
參見圖7A和7B，可變光闌35具有用以透過780nm波長光和650nm波長光的區(qū)域3，以及只透過650nm波長光的區(qū)域4。區(qū)域4具有全息構(gòu)造。所述全息構(gòu)造為一衍射光柵部件，關(guān)于具有非0級衍射的780nm波長光其衍射效率為最大，而關(guān)于具有0級衍射的650nm波長光其衍射效率為100％。因此，650nm波長的光可以透過而不被此全息構(gòu)造所衍射。參見表示與所述衍射光柵部件的槽深對應(yīng)的0級衍射光衍射效率的圖11，當槽深為3.8μm時，650nm波長光的衍射效率為100％，如標有“++”符號的實線所示，而780nm波長光的衍射效率為0％，如標有圓圈的實線所示。因此，將可變光闌35的區(qū)域4設(shè)計為具有槽深3.8μm的衍射光柵部件。本實施例中采用NA＝0.5，以劃分區(qū)域3和4。于是，區(qū)域3是具有NA≤0.5的部分，而區(qū)域4是具有NA大于0.5的部分。由此，按照本發(fā)明的這個實施例，透過具有NA不超過0.6同時與物鏡37直徑一致部分的光，按照波長選擇性地透過可變光闌35的區(qū)域3和4。圖7B所示的構(gòu)造有非對稱形全息圖樣的可變光闌消除了發(fā)射到光探測器部分的光所產(chǎn)生的反饋噪擾。
透過可變光闌35的光通過后面將要參照圖4描述的移相片36，之后再入射到環(huán)形屏蔽物鏡37上。按照本發(fā)明，物鏡37被設(shè)計成聚焦在DVD8的信息記錄面上。如果不采用本發(fā)明的移相片36，則在將所用光盤從DVD8改變?yōu)镃D-R9的情況下，在CD-R9的信息記錄面上形成的光點尺寸就成為1.8μm或更大。不過，由于CD-R9中所用光點的一般尺寸通常為1.4μm，所以不能借助尺寸為1.8μm的光點將信息記錄在CD-R9上，或從其上讀出信息。因此，本發(fā)明使用移相片36，用以減小光點的尺寸，以便可將信息記錄在CD-R9上，或從其上讀出信息。
如圖3所示，移相片36位于可變光闌35與物鏡37之間。移相片36包括環(huán)形槽361，它從靠近可變光闌35的表面向內(nèi)凹，并具有預定的寬度和深度。環(huán)形槽361是通過噴射、采用蝕刻模鑄、或者金屬模鑄而制成的，其深度D由下式(1)和(2)所確定，即
2πn＇d/λ＇-2πd/λ＇＝(2m＇)π…(1)2πnd/λ-2πd/λ＝(2m+1)π …(2)這里的m為整數(shù)，n＇和n分別代表波長λ＇(650nm)和λ(780nm)時的折射率。在上式(1)和(2)中，若m＇＝3且m＝2，則環(huán)形槽361的深度D變成約3.9μm。當780nm波長的光和650nm波長的光從可變光闌35行進到物鏡37時，具有如此深度D的環(huán)形槽361的移相片36使780nm波長的光移相180°，而使650nm波長的光移相360°。圖10是表示相應(yīng)于移相片36上環(huán)形槽361的深度，兩種波長的光相位改變的曲線圖，其中，實線表示關(guān)于650nm波長光的相位改變，而虛線表示關(guān)于780nm波長光的相位改變。當D是3.9μm時，780nm波長的光具有180°相位，而650nm波長的光具有360°相位。
于是，與不用移相片36時的情況相比，移相180°的780nm波長光具有明顯的超分辨效應(yīng)，并通過一個孔徑。利用移相片36，使CD-R9中信息記錄面上形成的光點尺寸減小到可記錄在CD-R9上或從其上讀出的程度，從而消除了球差。
可將移相片36改型為具有預定寬度和從靠近可變光闌35的面向外突起預定高度的突起形狀。由于這樣的改型對于本領(lǐng)域了解移相片功能的技術(shù)人員是顯而易見的，所以將省略對它們的詳細敘述。
如圖4所示，透過移相片36的光入射到物鏡37，該物鏡37包括一個環(huán)形屏蔽部分371。此環(huán)形屏蔽部分371屏蔽部分透過區(qū)域3的光。因此，就使由于從DVD8到CD-R9的改變所致的球差被減小，并增大了聚焦伺服系統(tǒng)(未示出)中聚焦誤差信號的靈敏度。
自DVD8或CD-R9的信息記錄面反射的光從物鏡37行進到光檢測透鏡38，并由該光檢測透鏡38聚焦在光探測器39上。于是，圖3的裝置可將信息記錄在DVD8和CD-R9上，并能從其上讀出信息。
圖6表示物鏡47，它是由圖3的移相片36與物鏡37組合構(gòu)成一個整體單元。圖5表示具有這種物鏡47的光學頭的一個光學系統(tǒng)。圖6的物鏡47包括一個環(huán)形槽471，它從靠近可變光闌35的面向內(nèi)凹，并具有預定的寬度和深度。刻有這樣環(huán)形槽471的物鏡47使780nm波長的光像在移相片36中一樣移相180°，使650nm波長的光移相360°。于是，從可變光闌35入射到物鏡47的780nm波長的光中間，受到環(huán)形槽471衍射的光用來減小關(guān)于CD-R9球差。當以CD-R9替換DVD8時，環(huán)形槽471消除球差。因此，在信息記錄面上形成小尺寸的射束點，使得能夠用780nm波長的光將信息記錄在CD-R9上，或從其上讀出信息。圖5的光學頭包括一個由光源491與對于780nm波長光的光探測器493組合成的獨立單元49，此外，還有光源31、光檢測透鏡51和對于650nm波長光的光探測器53。圖5的光學頭還包括一個用于單元49的光源491出射的光和入射到光探測器493的光的全息型分束器48。由于圖5裝置的構(gòu)造及工作過程對于本領(lǐng)域那些通過以上描述已能充分了解圖3裝置的技術(shù)人員是顯而易見的，所以將省略對它的詳細描述。
可將物鏡47上形成的有如圖6所示的環(huán)形槽471改型成為突起形，從透鏡47的表面向外突出，并具有預定的寬度和高度。
圖7是表示本發(fā)明移相片與可變光闌組合的整體結(jié)構(gòu)的示意圖。參照圖7，具有NA為0.5或更小的區(qū)域內(nèi)所包含的相位改變區(qū)具有環(huán)形結(jié)構(gòu)。這種相位改變區(qū)可實現(xiàn)如移相片36一樣的功能，所以省略其詳細的描述。
圖8是表示光點尺寸和側(cè)向波瓣減小效應(yīng)的曲線圖。圖8中的曲線(a)表示把為DVD所優(yōu)選的傳統(tǒng)光學頭用于CD-R中的情況，其中，CD-R的信息記錄面上形成的光點尺寸是1.53μm。曲線(b)表示采用本發(fā)明光學頭裝置的情況，其中，光點尺寸是1.33μm。曲線(c)表示對CD-R使用傳統(tǒng)光學頭的情況，其中光點尺寸是1.41μm。從圖8可以看到，與傳統(tǒng)光學頭相比，本發(fā)明的光學頭裝置將光點的尺寸減小了大約8％。另外，正如光盤記錄和重放時的側(cè)向波瓣比較小一樣，可以看到被稱為側(cè)向波瓣的光點周緣部分中的光量在具有所需光學特性的光學頭中減小了。圖9通過比較靠下的曲線表示，當光學頭裝置以象散方式檢測光信號時，本發(fā)明光學頭裝置在CD-R盤重放期間，聚焦伺服信號具有極好的特性。
上述各實施例已經(jīng)用包括可變光闌、移相片和環(huán)形屏蔽透鏡的結(jié)構(gòu)加以描述。只用一個移相片，可使由于改變光盤所引起的球差減小，并可以使適合于CD-R的光點形成于所述信息記錄表面上。
上述各實施例已經(jīng)結(jié)合由準直透鏡34做成的有限光學系統(tǒng)被描述過。不過，可將本發(fā)明應(yīng)用于沒有位于光束分束器與物鏡之間的準直透鏡的有限光學系統(tǒng)，這種系統(tǒng)是本領(lǐng)域的技術(shù)人員所公知的。
如上所述，本發(fā)明的光學頭裝置采用移相片。因此，本發(fā)明可以給出一種可兼容DVD和CD-R使用、具有單獨一個物鏡的光學頭，它不用傳統(tǒng)的、在制作過程中易發(fā)生問題的光學裝置。
雖然這里只特別描述了本發(fā)明的特定實施例，很明顯，在不脫離本發(fā)明的精髓和范圍的情況下，可以作出許多的改型。
權(quán)利要求
1.一種可兼容不同厚度光記錄介質(zhì)的光學頭裝置，其特征在于所述裝置包括用于發(fā)射具有預定波長激光束的光源；用于將光源發(fā)射的光聚焦于所述光記錄介質(zhì)的信息記錄面上一光點的一個物鏡，該物鏡以其光軸為中心設(shè)有具有一定寬度的環(huán)形移相區(qū)，并將物鏡的通光區(qū)分成內(nèi)區(qū)、環(huán)形移相區(qū)及外區(qū)；光探測裝置，用于接收由上述信息記錄面上反射并通過物鏡的光；及光程控制裝置，用于將所述光源發(fā)射的光引向物鏡，并將在所述的光記錄介質(zhì)的信息記錄表面上反射后經(jīng)物鏡出射的光引向所述光檢測裝置。
2.如權(quán)利要求1所述的光學頭裝置，其特征在于所述物鏡的環(huán)形移相區(qū)為具有預定深度的向內(nèi)凹槽結(jié)構(gòu)。
3.如權(quán)利要求1所述的光學頭裝置，其特征在于所述物鏡的環(huán)形移相區(qū)為具有預定高度的向外凸起結(jié)構(gòu)。
4.如權(quán)利要求1至3中任一項所述的光學頭裝置，其特征在于所述的環(huán)形移相區(qū)具有值為d的預定深度或高度，該d值為3.9μm。
5.如權(quán)利要求4所述的光學頭裝置，其特征在于所述的物鏡對具有λ′波長的第一光源發(fā)出的光移相360°，而對具有λ波長的第二光源發(fā)出的光移相180°。
6.如權(quán)利要求5所述的光學頭裝置，其特征在于所述的第一光源發(fā)出的光具有650nm的波長，該光源用于具有第一預定厚度的第一種光記錄介質(zhì)，而所述的第二種光源發(fā)出的光具有780nm的波長，該光源用于具有第二預定厚度的第二種光記錄介質(zhì)。
7.如權(quán)利要求6所述的光學頭裝置，其特征在于所述的第一種光記錄介質(zhì)厚度為0.6mm，所述的第二種光記錄介質(zhì)厚度為1.2mm。
8.如權(quán)利要求5所述的光學頭裝置，其特征在于所述的第一種光源至少適合于DVD光盤，所述的第二種光源至少適合于CD-R光盤。
9.如權(quán)利要求1至3中任一項所述的光學頭裝置，其特征在于所述物鏡的環(huán)形移相區(qū)具有值為d的預定深度或高度，該值由下列(1)、(2)確定2πn′d/λ′-2πd/λ′＝(2m′)π(1)2πnd/λ-2πd/λ＝(2m+1)π(2)式中，m′、m為整數(shù)，n′、n分別代表光波長為λ′、λ時的折射率。
10.如權(quán)利要求1至3中任一項所述的光學頭裝置，其特征在于所述物鏡的環(huán)形移相區(qū)具有小于0.5的數(shù)值孔徑，并且位于與物鏡數(shù)值孔徑相一致的物鏡有效直徑區(qū)域內(nèi)。
11.如權(quán)利要求10所述的光學頭裝置，其特征在于所述物鏡的環(huán)形移相區(qū)具有與物鏡表面相同曲率的表面。
12.如權(quán)利要求1所述的光學頭裝置，其特征在于所述的光程控制裝置包括沿光路行進方向布置的偏振光分束器，用于將所述光源發(fā)射的光引向所述物鏡，并且將在所述光記錄介質(zhì)的信息記錄面上聚焦后發(fā)射的光引向所述的光檢測裝置。
13.如權(quán)利要求12所述的光學頭裝置，其特征在于所述的光程控制裝置還包括位于靠近所述物鏡一側(cè)的準直透鏡，以使入射于所述物鏡的光具有與該物鏡的光軸平行的直線光。
14.如權(quán)利要求12所述的光學頭裝置，其特征在于所述的光程控制裝置還包括位于靠近所述光檢測裝置一側(cè)的光檢測透鏡。
全文摘要
一種可兼容不同厚度光記錄介質(zhì)的光學頭裝置,包括:發(fā)射具有預定波長激光束的光源;將光源發(fā)射的光聚焦于光記錄介質(zhì)的信息記錄面上一光點的一個物鏡,該物鏡以其光軸為中心設(shè)有具有一定寬度的環(huán)形移相區(qū),并將物鏡的通光區(qū)分成內(nèi)區(qū)、環(huán)形移相區(qū)及外區(qū);光探測裝置,接收由信息記錄面上反射并通過物鏡的光;光程控制裝置,將光源發(fā)射的光引向物鏡,并將在信息記錄表面上反射后經(jīng)物鏡出射的光引向光檢測裝置。
文檔編號G11B7/125GK1345045SQ0112140
公開日2002年4月17日 申請日期1997年8月29日 優(yōu)先權(quán)日1996年8月29日
發(fā)明者劉長勛, 李哲雨, 鄭鐘三, 成平庸, 趙虔皓, 崔顯燮, 李庸勛, 金泰敬, 樸魯京 申請人:三星電子株式會社