專利名稱：藍光讀寫復合光學頭的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于光盤存儲技術領域，特別涉及應用于新型的藍光光盤光學頭技術領域。
背景技術：
激光讀數(shù)頭(簡稱光學頭)是光盤存儲技術領域中的關鍵技術部件?，F(xiàn)流行的是CD、CD-R、DVD光學頭。但是隨著科技的進步，人們要求有更高容量和密度的光存儲設備出現(xiàn)，于是產(chǎn)生了用藍光(短波長λ＝405nm)作為光源，以提高光盤存儲密度的想法。2002年8月，海峽兩岸光盤科技工作者共同倡議聯(lián)合突破藍光的各項技術難關(包括存儲介質、光源、光學系統(tǒng)及其元件、光電接收器件、電子元器件和編碼方式、標準等)創(chuàng)立我們中華民族自己的光存儲技術和標準，為此而共同努力奮斗。

發(fā)明內(nèi)容
本實用新型的目的是為克服已有技術的不足之處，設計出一種藍光讀寫復合光學頭，它既可以用藍光讀和寫，提高光學系統(tǒng)的分辨力，大大提高光盤存儲密度，又可以用紅光讀盤，兼容DVD、CD、CD-R讀盤。
本實用新型的技術方案如下本實用新型設計的第一種方案為藍光三波長讀寫復合光學頭，包括由光盤介質、第一物鏡、第一反射鏡、第一準直鏡、半透半反鏡、光柵、第一光源、第一光電接收器組成的雙波長雙焦點DVD、CD、CD-R讀數(shù)第一光學系統(tǒng)；其聯(lián)接關系為在第一光源的入射光路上依次設置光柵、半透半反鏡、第一準直鏡、第一反射鏡，在反射光路上設置了第一物鏡、光盤介質和光電接收器，所說的第一光源為雙波長激光器，其輸出波長為λ1＝650nm、λ2＝780nm；其特征在于，還包括與該第一光學系統(tǒng)復合成一體的由第二物鏡、第二反射鏡、1/4波片、第二準直鏡、偏振分光鏡、第二光源、第二光電接收器組成第二藍光光學系統(tǒng)；其聯(lián)接關系為在第二光源的光軸上依次設置分光鏡、第二準直鏡、1/4波片、第二反射鏡，在第二反射鏡的反射光路上設置第二物鏡；在該偏振分光鏡與光源的光軸垂直方向的光路上設置第二光電接收器；第二光源為藍光激光器，其輸出波長為λ3＝405nm。
在上述方案的第二光學系統(tǒng)中設置一1/4波片和偏振分光棱鏡的作用是，將入射光與反射光分離，可防止激光的回授，從而減少噪音信號。
在上述方案第二光學系統(tǒng)中，在偏振分光鏡的另一側光路上增加一功率探測器，用于控制寫盤時的功率大小。在上述方案中的第二物鏡可采用單波長單焦點非球面透鏡。
本實用新型設計的另一種方案(即第二種方案)藍光雙波長讀寫復合光學頭，還包括第二光源、偏振分光鏡、1/4波片、像散補償鏡；其聯(lián)接關系為在第一光源的光路上依次設置光柵、分光鏡、偏振分光鏡、準直鏡、1/4波片、反射鏡，在該反射鏡的反射光路上設置物鏡和光盤介質；在該分光鏡與第一光源的光路垂直方向的光路上設置第二光源，在該偏振分光鏡與第一光源的光路垂直方向的光路上設置像散補償鏡和光電接收器，所說的第一光源采用輸出波長為的λ2＝780nm激光器，第二光源采用輸出波長為λ3＝405nm的藍光激光器，所說的物鏡為能兼讀DVD單波長、雙焦點物鏡。
在上述方案的基礎上還可在分光鏡與第一光源的光軸垂直方向的另一側光路上增加一功率探測器用于控制寫盤時的功率。
本實用新型的優(yōu)點在于采用藍光(blue-ray)新技術是因為它波長短(λ＝405nm)可以提高光學系統(tǒng)的分辨力，從而大大提高光盤存儲密度。而與已有的光學頭復合在一起，它既可以用藍光讀和寫，又可以用紅光讀盤也就是兼容DVD、CD、CD-R讀盤。
在藍光讀寫光學系統(tǒng)中采用了偏振分光鏡和1/4波片，將入射光與反射光分離，防止了激光的回授，從而減少噪音信號。在偏振分光棱鏡右側增加子功率探測器用于控制寫盤時的功率。


圖1為本實用新型的藍光三波長讀寫復合光學頭實施例的光學結構示意圖。
圖2為本實用新型的藍光雙波長讀寫復合光學頭實施例的光學結構示意圖。
圖3為本實用新型的藍光單波長讀寫復合光學頭物鏡實施例的光學結構示意圖。
具體實施方式
本實用新型結合實施例及附圖詳細說明如下實施例1為藍光三波長讀寫復合光學頭，其光學結構如圖1所示，它包括三個波長兩個激光光源(λ1＝405nm，λ2＝650nm，λ3＝780nm)，左邊光路系統(tǒng)采用了我們已有的DVD、CD雙波長雙焦點光學系統(tǒng)，包括物鏡11、反射鏡12、準直鏡13、半透半反鏡14、光柵15、激光器16、光電接收器17。激光器16發(fā)出兩個波長(λ1＝650nm，λ2＝780nm)的光，經(jīng)過光柵15射向半透半反鏡14、準直鏡13、反射鏡12、物鏡11在光盤介質10上聚焦。光盤反復光通過物鏡、反射鏡、準直鏡在半透半反鏡14上反射到光電接收器(PDIC)17。由于物鏡11是按雙焦點物鏡設計的，即對于兩種不同波長(650nm和780nm)的焦點，可類比作為攝影變焦物鏡中遠近不同的兩個物點，移動光學系統(tǒng)的前組即物鏡11，然后分別成像在同一個像面PDIC上，并分別對兩個物點(焦點)成完善像，進行消像差。
右邊光路系統(tǒng)是新設計的藍光光路系統(tǒng)。用一個單波長(λ＝405nm)藍光非球面物鏡(如圖3所示)，其中物鏡1、反射鏡2、1/4波片3、準直鏡4、功率探測器5、偏振分光棱鏡6、光源8、光電接收器9、光盤介質10。激光(·λ1＝405nm)從激光器(光源)8發(fā)現(xiàn)偏振光入射到分光棱鏡6平行于紙面振動的光射向準直鏡4再通過1/4波片3、反射鏡2、物鏡1在光盤介質10上聚焦。從光盤上反射回的光，經(jīng)過物鏡、反復鏡、1/4波片后，光的振動位相改變π/2即振動方向垂直紙面，所以透過準直鏡射向偏振分光棱鏡時發(fā)生反射，再射到光電接收器(PDIC)波長405nm光的尋跡(track)用位相法(differential phase detection)。
從光源8入射到偏振分光棱鏡6垂直于紙面振動的光，反射到功率探測器5上用以控制寫盤時的功率。
此方案的特點是左邊采用了雙波長雙焦點物鏡，使右邊(藍光)系統(tǒng)成為單波長單焦點光學系統(tǒng)，設計、結構都簡單。為此，重新設計了力矩器(actuator)使左右兩個光學系統(tǒng)都安裝在其上，左系統(tǒng)工作時右系統(tǒng)不工作；反之，也然。新設計了控制電路，以保證其質量。
本實施例的藍光物鏡1結構如圖3所示，其中，(a)為左側視圖，(b)為主視圖，(c)為右視圖；該物鏡為帶有一外緣31的單波長單焦點非球面透鏡，其主要尺寸參數(shù)為非球面透鏡的外徑為φ5mm，厚度為1.7mm，外緣一側的環(huán)表面為基準面。兩面有效口徑分別為φ3.9mm和φ3.44mm。
本實施例的藍光物鏡1主要工作參數(shù)如下物鏡重量51mg，NA＝0.65，f＝3M，工作距1.66MM，軸上波象差0.0034λrms，軸外波象差0.0462λrms。
本實施例的光盤介質表面保護層為0.6mm厚的有機玻璃，其折射率為1.62。
本實施例左邊的雙焦點物鏡11主要參數(shù)使用波長 λ1＝780nm λ2＝650nm f＝3.36mm NA＝0.6 WD＝1.7mm球面波像差±0.02λrms，像散0.025λrms，慧差0.02λrms。
實施例2為藍光雙波長讀寫復合光學頭，其光學結構如圖2所示。本實施例是另一種藍光激光讀寫復合光學頭，它包括兩個激光光源(λ1＝405nm，λ2＝780nm)。光源261發(fā)出的偏振入射光780nm經(jīng)過三光束光柵29到分光棱鏡241，而另一光源262發(fā)出的405nm偏振光直接射到分光棱鏡241反射，然后兩束光都經(jīng)偏振分光鏡242，垂直紙面振動的偏振光射向準直鏡23，再經(jīng)過1/4波片28、反射鏡22后射向物鏡21并聚焦在光盤介質20上。物鏡21是一個單波長(405nm)雙焦點的消像差物鏡，可以兼讀DVD的信息。從光盤介質20表面反射后的反射光經(jīng)物鏡21、反射鏡22、1/4波片28，其偏振光位相轉過π/2變成平行紙面振動的偏振光射向準直鏡23、通過偏振分光鏡242和像散補償鏡25成像到光電接收器27上。實現(xiàn)了入射光與反射光分離而不會回授到激光器產(chǎn)生信號干擾。藍光寫盤時由功率探測器271接受激光器(λ＝405nm)的透射光控制其功率。CD光學系統(tǒng)的成像是在裝調過程中，調整光源261來實現(xiàn)的。本實用新型可用于藍光高密度光盤的讀和寫，同時又能兼容現(xiàn)行的DVD、CD、CD-R讀盤功能。
本實施例2是利用波帶片或菲涅爾衍射環(huán)的方法，設計一個單波長(λ1＝405nm)的雙焦點物鏡21。這在物鏡的制造工藝上，是非常困難的。而且CD光學系統(tǒng)的調試也很困難。但這個方案的力矩器(actuator)設計、制造卻很容易。
本實用新型的兩個實施例中采用的相位光柵的工作原理詳細說明如下用光柵的±1級衍射光產(chǎn)生尋跡跟蹤誤差信號。
此光柵對波長405nm上分別發(fā)生衍射，用付氏變換(fourier expand)求出相位角和光柵槽深。其原理說明如下 光線正入射時，復振幅透射函數(shù)t(x)＝[2f(x)-1]sinδ+icosδ (2)
相位差δ=(n-1)h2πλ---(3)]]>λ780mm光的波長對f(x)付氏展開(Fourier expand)f(x)=Σ-∞∞sinmπmπexp(i2mπx/d)---(4)]]>將(4)代入(2)則t(x)=sinδ+icosδ+2sinδsinππ(ei2πx/d+e-i2πx/d)]]>0級光和±級光的復振幅分別為A0＝sinδ+icosδA±1=-2sinsinππe±i2πx/d]]>希望0級光和±級光的強度之比為α∶β∶α也即希望β盡可能小，α盡可能大(取決于制造工藝)。
則有A12=αβA02]]>這樣可以求出δ和光柵槽深度h。
本實施例中采用偏振分光鏡和1/4波片，將入射光和反射光分離，避免了激光回授產(chǎn)生噪音信號。當波長405nm的入射光以橢圓偏振光或垂直于紙面振動的線偏振光射向偏振分光棱鏡后，由于偏振分光的作用使光射向準直鏡后，通過1/4波片射向物鏡在光盤介質上聚焦。而反射光通過物鏡射向1/4波片后，產(chǎn)生相位差π/2，即垂直于紙面振動的光變成平行于紙面振動的光，于是經(jīng)準直鏡射向偏振分光棱鏡并能透射向光電接收器。
權利要求1.一種藍光讀寫復合光學頭，包括由光盤介質、第一物鏡、第一反射鏡、第一準直鏡、半透半反鏡、光柵、第一光源、第一光電接收器組成的雙波長雙焦點DVD、CD、CD-R讀數(shù)第一光學系統(tǒng)；其聯(lián)接關系為在第一光源的入射光路上依次設置光柵、半透半反鏡、第一準直鏡、第一反射鏡，在反射光路上設置了第一物鏡、光盤介質和光電接收器，所說的第一光源為雙波長激光器，其輸出波長為λ1＝650nm、λ2＝780nm；其特征在于，還包括與該第一光學系統(tǒng)復合成一體的由第二物鏡、第二反射鏡、1/4波片、第二準直鏡、偏振分光鏡、第二光源、第二光電接收器組成第二藍光光學系統(tǒng)；其聯(lián)接關系為在第二光源的光軸上依次設置分光鏡、第二準直鏡、1/4波片、第二反射鏡，在第二反射鏡的反射光路上設置第二物鏡；在該偏振分光鏡與光源的光軸垂直方向的光路上設置第二光電接收器；第二光源為藍光激光器，其輸出波長為λ3＝405nm。
2.權利要求1所述的藍光讀寫復合光學頭，其特征在于，在所述第二藍光光學系統(tǒng)中，在該偏振分光鏡的另一側光路上增加一用于控制寫盤時的功率大小的功率探測器。
3.權利要求1所述的藍光讀寫復合光學頭，其特征在于，所述的第二物鏡采用單波長單焦點非球面透鏡。
4.一種藍光讀寫復合光學頭，包括由光盤介質、物鏡、反射鏡、準直鏡、分光鏡、光柵、第一光源、光電接收器，其特征在于，還包括第二光源、偏振分光鏡、1/4波片、像散補償鏡；其聯(lián)接關系為在第一光源的光路上依次設置光柵、分光鏡、偏振分光鏡、準直鏡、1/4波片、反射鏡，在該反射鏡的反射光路上設置物鏡和光盤介質；在該分光鏡與第一光源的光路垂直方向的光路上設置第二光源，在該偏振分光鏡與第一光源的光路垂直方向的光路上設置像散補償鏡和光電接收器，所說的第一光源采用輸出波長為的λ2＝780nm激光器，第二光源采用輸出波長為λ3＝405nm的藍光激光器，所說的物鏡為能兼讀DVD單波長、雙焦點物鏡。
5.如權利要求4所述的藍光讀寫復合光學頭，其特征在于，在所說的分光鏡與第一光源的光軸垂直方向的另一側光路上增加一用于控制寫盤時的功率的功率探測器。
專利摘要本實用新型屬于光盤存儲技術領域，涉及藍光讀寫復合光學頭。包括由光盤介質、第一物鏡、第一反射鏡、第一準直鏡、半透半反鏡、光柵、第一光源、第一光電接收器組成的雙波長雙焦點DVD、CD、CD－R讀數(shù)第一光學系統(tǒng)；還包括與該第一光學系統(tǒng)復合成一體的由第二物鏡、第二反射鏡、1/4波片、第二準直鏡、偏振分光鏡、第二光源、第二光電接收器，組成第二藍光光學系統(tǒng)。本實用新型可組成藍光三波長讀寫復合光學頭和藍光雙波長讀寫復合光學頭。本實用新型采用藍光新技術是因為它波長短可以提高光學系統(tǒng)的分辨力，從而大大提高光盤存儲密度。而與已有的光學頭復合在一起，它既可以用藍光讀和寫，又可以用紅光讀盤也就是兼容DVD、CD、CD－R讀盤。
文檔編號G02B5/30GK2591708SQ0225702
公開日2003年12月10日 申請日期2002年9月19日 優(yōu)先權日2002年9月19日
發(fā)明者趙立人, 何峻 申請人:趙立人, 何峻