專利名稱：使用光學移相片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”、申請號為CN 97120686．4的發明專利申請的分案申請。
本發明涉及一種光學頭裝置，能將信息分別記錄在數字視盤(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、音頻以及數字信息的記錄介質有磁盤、磁卡或磁帶。其中，盤式記錄介質的使用量最大。近來，在光盤設備方面，開發了激光視盤(LD)、小型盤(CD)以及數字視盤(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；和一個位于此塑料或玻璃介質上的信號記錄表面，信息就記錄在其上。
迄今，高密度光盤系統增大其物鏡的數值孔徑，用以增大記錄密度，并使用635nm或650nm的短波長光源。因此，高密度光盤系統能把信號記錄在數字視盤上，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。具有這種結構的光學系統被稱作“有限光學系統”。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，則當使用物鏡7使光源11發射的波長為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的有限光學系統結構。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所示的薄膜結構，它可以有選擇地透過入射到不超過0．6的數值孔徑(NA)并與物鏡7的直徑相等區域的光線。也就是說，將可變光闌6關于光軸分成以NA=0．45為基礎的兩個區域。這兩個區域中間的第一區域透過635nm和780nm波長的光，第二區域全部透過635nm波長的光，并全部反射780nm波長的光。區域1的數值孔徑為0．45或更小，區域2是區域1靠外面的區域，涂有介電薄膜。區域1包含一個石英(SiO2)薄膜，用以去掉因區域2所涂介電薄膜所產生的光學象差。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于780nm波長光的“有限光學系統”，以除去當適應DVD與CD-R間的改變時所發生的球差。又由于所述光學薄膜，即NA≥0．45的區域2中形成的介電薄膜，要產生透過NA≤0．45區域1的光與透過NA≥0．45區域2的光之間的光程差。為了消除這種光程差，在區域1中必須形成一個光學薄膜。由于這個原因，在區域1中形成石英涂層，同時在區域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節。因此，難以大批量制造這種光學頭。
本發明的目的在于，提供一種用移相片消除球差并兼容數字視盤和可記錄小型盤的光學頭裝置。
為實現本發明的上述目的，所提出的光學頭裝置用于兩種以上從光學頭到各信息記錄面距離不同的光學記錄介質，并用不同波長的光記錄和讀出信息，本光學頭包括分別發射較短波長的第一種光和較長波長的第二種光的激光光源；具有預定焦距的物鏡，其中與第一種光相應的物鏡的焦點，與具有靠近所述物鏡的信息記錄面的第一種光學記錄介質中的信息記錄面位置重合；光檢測裝置；控制光程的裝置，使所述激光光源發射的光被引向物鏡，并且從物鏡出射的光被引向所述光檢測裝置；相移裝置，位于光程控制裝置與物鏡之間，用于移動從光程控制裝置行進到物鏡的第二種光的相位，以減小在具有遠離物鏡的信息記錄面的第二種光記錄介質中信息記錄面位置處由物鏡聚焦的第二束光形成的射束點的尺寸；其中，相應于所要用的光學記錄介質，使用第一種和第二種光中的一種。
以下將參照附圖描述各優選實施例，其中圖1是用于數字視盤(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是表示本發明一種優選實施例光學頭的光學系統的示意圖；圖4表示圖3所示的移相片單元和物鏡；圖5是表示本發明另一種優選實施例光學頭的光學系統的示意圖；圖6表示具有圖5所示移相片功能的物鏡；圖7A和7B是表示本發明移相片與可變光闌的組合結構的示意圖；圖8是表示本發明減小光點尺寸和側向波瓣效應的曲線圖；圖9是表示CD-R盤重放期間聚焦伺服信號特性的曲線圖10是表示相應于移相片上槽深，光相位改變的曲線圖；圖11是表示與本發明可變光闌的槽深對應的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明的優選實施例。
圖3表示本發明一種優選實施例光學頭的光學系統。參照圖3，當激光二極管光源31工作時，從該光源31發出的波長為650nm的發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發出的波長為780nm的發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波長光的區域3，以及只透過650nm波長光的區域4。區域4具有全息構造。所述全息構造為一衍射光柵部件，關于具有非0級衍射的780nm波長光其衍射效率為最大，而關于具有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造所衍射。參見表示與所述衍射光柵部件的槽深對應的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的區域4設計為具有槽深3．8μm的衍射光柵部件。本實施例中采用NA=0．5，以劃分區域3和4。于是，區域3是具有NA≤0．5的部分，而區域4是具有NA大于0．5的部分。由此，按照本發明的這個實施例，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的區域3和4。圖7B所示的構造有非對稱形全息圖樣的可變光闌消除了發射到光探測器部分的光所產生的反饋噪擾。
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，之后再入射到環形屏蔽物鏡37上。按照本發明，物鏡37被設計成聚焦在DVD8的信息記錄面上。如果不采用本發明的移相片36，則在將所用光盤從DVD8改變為CD-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包括環形槽361，它從靠近可變光闌35的表面向內凹，并具有預定的寬度和深度。環形槽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，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是表示相應于移相片36上環形槽361的深度，兩種波長的光相位改變的曲線圖，其中，實線表示關于650nm波長光的相位改變，而虛線表示關于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，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域了解移相片功能的技術人員是顯而易見的，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包括一個環形屏蔽部分371。此環形屏蔽部分371屏蔽部分透過區域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(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。圖6的物鏡47包括一個環形槽471，它從靠近可變光闌35的面向內凹，并具有預定的寬度和深度。刻有這樣環形槽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，受到環形槽471衍射的光用來減小關于CD-R9球差。當以CD-R9替換DVD8時，環形槽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裝置的構造及工作過程對于本領域那些通過以上描述已能充分了解圖3裝置的技術人員是顯而易見的，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是表示本發明移相片與可變光闌組合的整體結構的示意圖。參照圖7，具有NA為0．5或更小的區域內所包含的相位改變區具有環形結構。這種相位改變區可實現如移相片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向波瓣減小效應的曲線圖。圖8中的曲線(a)表示把為DVD所優選的傳統光學頭用于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，與傳統光學頭相比，本發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向波瓣比較小一樣，可以看到被稱為側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。
上述各實施例已經用包括可變光闌、移相片和環形屏蔽透鏡的結構加以描述。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。
上述各實施例已經結合由準直透鏡34做成的有限光學系統被描述過。不過，可將本發明應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，這種系統是本領域的技術人員所公知的。
如上所述，本發明的光學頭裝置采用移相片。因此，本發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，它不用傳統的、在制作過程中易發生問題的光學裝置。
雖然這里只特別描述了本發明的特定實施例，很明顯，在不脫離本發明的精髓和范圍的情況下，可以作出許多的改型。
權利要求
1．一種光學頭裝置，用于兩種以上從光學頭到各信息記錄面距離不同的光學記錄介質，并用不同波長的光記錄和讀出信息，所述光學頭包括分別發射較短波長的第一種光和較長波長的第二種光的激光光源；具有預定焦距的物鏡，其中與第一種光相應的所述物鏡的焦點，與具有靠近所述物鏡信息記錄面的第一種光學記錄介質中的信息記錄面位置重合；光檢測裝置；控制光程的裝置，使從所述激光光源之一發射的光被引向物鏡，并且從物鏡出射的光被引向所述光檢測裝置；移相裝置，位于所述光程控制裝置與所述物鏡之間，用于移動從所述光程控制裝置行進到所述物鏡的第二種光的相位，以減小在具有遠離物鏡的信息記錄面的第二種光記錄介質中信息記錄面位置處，由物鏡聚焦的第二束光形成的射束點的尺寸；其中，相應于所要用的光學記錄介質，使用第一種和第二種光中的一種。
2．一種如權利要求1所述的光學頭裝置，其特征在于，所述移相裝置是包括兩個區域的移相片，兩個區域離所述移相片離所述光程控制裝置較遠的表面的厚度不同。
3．一種如權利要求2所述的光學頭裝置，其特征在于，所述移相片的薄厚度區域是移動第二種光相位的部分，它包括一個具有預定寬度和深度的槽，從靠近所述光程控制裝置的移相片表面向內凹。
4．一種如權利要求3所述的光學頭裝置，其特征在于，所述的薄區域具有以所述物鏡的光軸為中心的同心圓的形狀。
5．一種如權利要求3所述的光學頭裝置，其特征在于，所述槽的深度使第一種光移相360°，而使第二種光移相180°。
6．一種如權利要求2所述的光學頭裝置，其特征在于，所述移相片的厚區域是移動第二種光相位的部分，包括一個具有預定厚度和高度的突起，它從靠近所述光程控制裝置的所述移相片表面向外突出。
7．一種如權利要求6所述的光學頭裝置，其特征在于，所述厚的區域具有以所述物鏡的光軸為中心的同心圓的形狀。
8．一種如權利要求6所述的光學頭裝置，其特征在于，所述突起具有的光學高度，使第一種光移相360°，而使第二種光移相180°。
9．一種如權利要求2所述的光學頭裝置，其特征在于，所述移相片由蝕刻、噴射和模鑄作業中的一種制作。
10．一種如權利要求1所述的光學頭裝置，其特征在于，所述移相裝置通過蝕刻一個具有預定寬度和深度的槽來制成，它從靠近所述光程控制裝置的所述物鏡表面向內凹。
11．一種如權利要求1所述的光學頭裝置，其特征在于，所述移相裝置具有預定寬度和深度的突起形狀，它從靠近所述光程控制裝置的所述移相片表面向外突出。
12．一種如權利要求1所述的光學頭裝置，其特征在于，所述移相裝置具有與所述物鏡相同的曲率，并與靠近所述光程控制裝置的所述物鏡表面匹配。
13．一種如權利要求1所述的光學頭裝置，其特征在于，它具有小尺寸結構，當把一種光學記錄介質改變成另一種光學記錄介質，適當地選擇第一和第二種光中的一種，而其它部件始終被采用。
14．一種如權利要求1所述的光學頭裝置，其特征在于，所述激光光源之一及所述光檢測裝置作為獨立單元被做成一體。
15．一種如權利要求1所述的光學頭裝置，其特征在于，它還包括可變光闌裝置，位于所述光程控制裝置與所述移相裝置之間，具有透過自所述光程控制裝置進入的第一和第二種光的第一區域，和只透過入射的第二種光的第二區域，其中第一和第二區域具有與所述物鏡相同的光軸。
16．一種如權利要求15所述的光學頭裝置，其特征在于，所述可變光闌裝置的第二區域被構成衍射光柵圖樣的結構。
17．一種如權利要求15所述的光學頭裝置，其特征在于，所述移相裝置和所述可變光闌裝置構成一個整體單元，其中所述移相裝置形成于所述可變光闌裝置的第一區域內。
18．一種如權利要求15所述的光學頭裝置，其特征在于，所述物鏡包括至少一個環形屏蔽部分，用以屏蔽部分經所述第一區域透過的光。
19．一種如權利要求18所述的光學頭裝置，其特征在于，所述移相裝置和所述可變光闌裝置構成一個整體單元，其中所述移相裝置形成于所述可變光闌裝置的第一區域內。
20．一種如權利要求1所述的光學頭裝置，其特征在于，還包括一可變光闌裝置，位于所述光程控制裝置與所述物鏡之間，具有透過自所述光程控制裝置進入的第一和第二種光的第一區域，和只透過入射的第二種光的第二區域，其中第一和第二區域具有與所述物鏡相同的光軸。
21．一種如權利要求20所述的光學頭裝置，其特征在于，所述可變光闌裝置的第二區域被構成衍射光柵圖樣的結構。
22．一種如權利要求20所述的光學頭裝置，其特征在于，所述物鏡包括至少一個環形屏蔽部分，用以屏蔽部分經所述第一區域透過的光。
23．一種如權利要求22所述的光學頭裝置，其特征在于，它還包括移相裝置，位于所述可變光闌裝置與所述物鏡之間，用于移動從所述可變光闌裝置行進到所述物鏡的第二種光的相位，以減小在具有遠離物鏡的信息記錄面的第二種光記錄介質中信息記錄面位置處，由物鏡聚焦的第二束光形成的射束點的尺寸。
24．一種如權利要求23所述的光學頭裝置，其特征在于，所述移相裝置和所述可變光闌裝置構成一個整體單元，其中所述移相裝置形成于所述可變光闌裝置的第一區域內。
全文摘要
一種光學頭裝置,其中的激光光源發射分別用于DVD和CD－R的較短波長的第一種光和較長波長的第二種光,并采用其中的一種。一物鏡具有與DVD中的信息記錄面位置相適應的預定的焦距。光程控制單元控制兩種光的光程;使從一激光光源發射的光引向物鏡,從物鏡出射的光引向光檢測單元。移相單元位于光程控制單元與物鏡之間,用以移動自光程控制單元行進到物鏡的第二種光的相位,以減小在CD－R信息記錄面上形成的射束點的尺寸。
文檔編號G11B7/135GK1279471SQ0011836
公開日2001年1月10日 申請日期2000年6月16日 優先權日1996年8月29日
發明者劉長勛, 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