專利名稱：光學拾取系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種光學記錄/再現(xiàn)裝置，尤其是指該光學記錄/再現(xiàn)裝置中用來讀取或記錄數(shù)據(jù)的光學拾取系統(tǒng)。
背景技術：
光學拾取系統(tǒng)是光學記錄/再現(xiàn)裝置的核心器件，其負責將資料寫入光碟片或讀取光碟片上的資料。該光學拾取系統(tǒng)可發(fā)出特定波長的雷射光束，其經(jīng)過特定光路會聚成直徑為亞微米級的圓形光斑，該圓形光斑落到光碟片的相應位置即可實現(xiàn)記錄數(shù)據(jù)，讀取數(shù)據(jù)則為光碟片反射輸入光束，該反射光束經(jīng)過返回光路輸入到一光/電轉(zhuǎn)換元件，并經(jīng)其轉(zhuǎn)換為電信號，通過處理電路即可再現(xiàn)儲存在光碟片上的數(shù)據(jù)。
光學記錄/再現(xiàn)裝置的光學拾取系統(tǒng)的光路設計由該光學記錄/再現(xiàn)裝置所需要支持的光碟片規(guī)格決定。CD-R與DVD是現(xiàn)階段主要的光碟片規(guī)格，二者皆廣泛地應用在各領域。但是，CD-R與DVD具有不同之處，如碟片厚度不同(CD-R光碟片厚度為1.2mm，DVD光碟片厚度為0.6mm)，工作波長不同(CD采用的工作波長在780nm左右，DVD采用的工作波長在650nm左右)。所以，光學拾取系統(tǒng)需針對不同規(guī)格光碟片設計不同的光路。
現(xiàn)有技術中，同時支持CD-R與DVD規(guī)格的光學記錄/再現(xiàn)裝置的光學拾取系統(tǒng)通常采用兩種光路設計。第一種方法是針對CD-R與DVD規(guī)格分別設計光路，布署光學元件，但其所需的光學元件數(shù)量多、成本高且占空間較大，使得光學拾取系統(tǒng)的封裝體積較大，不能滿足光學記錄/再現(xiàn)裝置向輕、薄、短、小方向發(fā)展。再則光學元件在加工過程中，如光學元件的表面粗糙度、形狀精度等都會受到加工精度的限制。從而光學元件越多，光路中存在的各種誤差也就越多。第二種方法為CD-R與DVD規(guī)格共用光路，由此可減少光學元件數(shù)量，但因為兩種規(guī)格存在諸多不同之處，如所采用的工作波長、數(shù)值孔徑、光信號會存在像差等影響光學性能，從而影響數(shù)據(jù)再現(xiàn)的品質(zhì)。
為解決上述不足，提供一光學性能好且光路簡單的光學拾取系統(tǒng)非常必要。

發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一光學性能好且光路簡單的光學拾取系統(tǒng)。
本發(fā)明的技術方案是一光學拾取系統(tǒng)包括一光收發(fā)單元、一第一透鏡、一第二透鏡及一光分束器，該光收發(fā)單元為一集成式半導體元件，其包括一光發(fā)射單元與一光接收單元，該光發(fā)射單元可發(fā)出不同波長的光信號，該光接收單元可接收返回的光信號并將其轉(zhuǎn)化為電信號，該第一透鏡具有一呈非球面結(jié)構(gòu)的表面，該第二透鏡具有相對的兩表面，其中一表面呈非球面結(jié)構(gòu)，另一表面上設有衍射光柵，該光分束器可轉(zhuǎn)換光路方向，并可將輸入的一束光分成兩束光輸出，其中，該第一透鏡的具非球面結(jié)構(gòu)的表面正對該光收發(fā)單元，該第二透鏡的具衍射光柵的表面正對光碟表面，該光分束器位于第一、第二透鏡之間。該第一透鏡將該光發(fā)射單元發(fā)出的光信號轉(zhuǎn)化成平行光束并通過該光分束器輸入至該第二透鏡，該第二透鏡將輸入的平行光束轉(zhuǎn)化成會聚光束輸入至光碟表面。
與現(xiàn)有技術相比較，本發(fā)明的光學拾取系統(tǒng)直接在第二透鏡上設置衍射光柵，由此可在未添加光學元件數(shù)量的前提下消除光路產(chǎn)生的像差，提高該光學拾取系統(tǒng)的光學性能，從而更準確地記錄/再現(xiàn)光碟數(shù)據(jù)。而且該光學拾取系統(tǒng)采用集成式光收發(fā)單元，使得出射、返回光路完全共用同一光學元件，因而使光路所需的光學元件數(shù)量減少，光路簡化，從而可減少光學拾取系統(tǒng)的封裝體積，滿足光學記錄/再現(xiàn)裝置向輕、薄、短、小方向發(fā)展的需要，同時又可降低光學元件本身由于加工精度引入的誤差對光路產(chǎn)生的影響。

圖1是本發(fā)明光學拾取系統(tǒng)的光路示意圖。
圖2是本發(fā)明光學拾取系統(tǒng)的第二透鏡的端面視圖。
具體實施方式請參閱圖1，本發(fā)明的光學拾取系統(tǒng)包括一光收發(fā)元件1、第一、第二透鏡2、3及一光分束鏡4，該光收發(fā)元件1為集成式半導體元件。其包括一光發(fā)射單元10與一光接收單元11。光發(fā)射單元10可發(fā)出λ1、λ2兩種波長的光信號，在本實施例中，λ1為波長780nm左右的光信號，用于讀取存儲在CD光碟片上的資料或?qū)①Y料記錄載CD光碟上，λ2為波長650nm左右的光信號，用于讀取存儲在DVD光碟片上的資料或?qū)①Y料記錄于DVD光碟上。光接收單元11是由光敏材料制成，以接收光信號并將其轉(zhuǎn)換為電信號輸出。第一透鏡2、第二透鏡3皆為衍射型透鏡且結(jié)構(gòu)相同，其分別位于光分束器4兩側(cè)的光路中。
第一透鏡2、第二透鏡3均包括一非球面透鏡20、30及衍射光柵21、31，其中非球面透鏡20、30具有相對的二表面，其中衍射光柵21、31設置在其中一表面上，另一表面呈非球面結(jié)構(gòu)。衍射光柵21具有一波帶環(huán)片210(請參閱圖2)，是由透光與不透光的同心環(huán)帶交互向外徑排列組成，衍射光柵的柵距由DVD與CD所采用的數(shù)值孔徑?jīng)Q定，衍射光柵31具有與衍射光柵21相同的波帶環(huán)片。第一、第二透鏡2、3沿徑向剖視呈麥克爾遜階梯光柵，其為階梯狀結(jié)構(gòu)，且具有n級臺階，其中n≥3，用來將不同波長的光信號會聚在不同的聚焦平面上。
當光學記錄/再現(xiàn)裝置需要記錄或讀取CD-R或DVD的資料時，光發(fā)射單元10在雷射驅(qū)動晶片(圖未示)的控制下發(fā)出特定波長(λ1或λ2)的光信號50，該光信號50為發(fā)散光束，其經(jīng)過第一透鏡2轉(zhuǎn)化為第一平行光束51，該第一平行光束51輸入至光分束器4，光分束器4將其分成第二平行光束52與參考光束53，該參考光束53經(jīng)過第一透鏡2會聚并通過衍射光柵21消除像差后得到第一接收光束54，該第一接收光束54輸入至光接收單元11上，光接收單元11將其轉(zhuǎn)換為電信號輸出，作為對光學拾取器進行伺服控制的參考信號。自光分束器4出射的第二平行光束52則經(jīng)過第二透鏡3的非球面透鏡30轉(zhuǎn)換成會聚光束55，并通過衍射光柵31消除像差，會聚光束55聚焦在光碟片100坑道上，由此可將數(shù)據(jù)記錄在光碟片100上。
讀取光碟片儲存的數(shù)據(jù)時，光碟片100將入射的會聚光束55反射形成一反射光束56，其經(jīng)過第二透鏡3轉(zhuǎn)換成第三平行光束57，該第三平行光束57經(jīng)過光分束器4轉(zhuǎn)換光路方向以形成第四平行光束58并輸入到第一透鏡2。第一透鏡2將第四平行光束58會聚并經(jīng)過衍射光柵21消除光信號在返回光路中形成的像差后得到第二接收光束59，入射至光接收單元11的表面，光接收單元11根據(jù)輸入的第二接收光束59的相位即可檢測出光碟片對應位置表示的“0”或“1”信號，從而再現(xiàn)光碟片儲存的數(shù)據(jù)。
第一透鏡2、第二透鏡3的制造方法可以是射出成形、光蝕刻或微光顯影等方式。如采用射出成形，則先透過衍射光學原理設計衍射元件，并利用半導體制程將元件制作在基板上，再通過精密電鑄等技術復制成模型，最后通過塑膠射出成形技術將元件塑膠化。其可采用納米加工工藝，采用NiP等作為模型材料，則模型的表面粗度可小于4nm、形狀精度可小于60nm，對應的第一、第二透鏡的表面粗度可小于20nm、形狀精度可小于600nm。如采用微影蝕刻技術，則首先提供一非球面透鏡，該非球面透鏡具有相對兩表面，其中一面為非球面透鏡，另一面為平整表面。并通過機械或化學拋光等方式使得該平整表面上形成一層光阻層，并對該光阻層進行曝光，除去光阻層即可獲得一個臺階衍射光柵表面，再以該具有一臺階衍射光柵表面的非球面透鏡為基礎重復以上操作制造第二個臺階。
本發(fā)明在第一、第二透鏡上設置衍射光柵，在不用添加光學元件數(shù)量前提下，消除出射、返回光路產(chǎn)生的像差，提高光路的光學性能。該光學拾取系統(tǒng)采用集成式光收發(fā)單元，使得出射、返回光路完全共用同一光學元件，由此減少光學元件數(shù)量，簡化光路結(jié)構(gòu)，從而減少該光學拾取系統(tǒng)的封裝體積，又可降低元件本身由于加工精度引起的誤差。
權(quán)利要求
1.一光學拾取系統(tǒng)，包括一光收發(fā)單元、一第一透鏡、一第二透鏡和一光分束器，所述光收發(fā)單元包括一可發(fā)出不同波長光信號的光發(fā)射單元與一可接收返回的光信號并將其轉(zhuǎn)換成電信號的光接收單元，所述光分束器位于第一透鏡、第二透鏡之間，該第一透鏡將該光發(fā)射單元發(fā)出的光信號轉(zhuǎn)換成平行光束并經(jīng)過該光分束器輸入至該第二透鏡，該第二透鏡將輸入的平行光束轉(zhuǎn)換成會聚光束輸入至光碟表面，其特征在于所述光收發(fā)單元為一集成式半導體元件，所述第二透鏡具有相對的兩表面，并在正對光碟的一表面上設置衍射光柵。
2.如權(quán)利要求1所述的光學拾取系統(tǒng)，其特征在于所述第二透鏡的衍射光柵具有一由透光與不透光的同心環(huán)帶交互向外徑向排列組成的波帶環(huán)片。
3.如權(quán)利要求1所述的光學拾取系統(tǒng)，其特征在于所述第二透鏡的衍射光柵具有多個邁克爾遜階梯。
4.如權(quán)利要求1所述的光學拾取系統(tǒng)，其特征在于所述第二透鏡的另一表面呈非球面結(jié)構(gòu)。
5.如權(quán)利要求1所述的光學拾取系統(tǒng)，其特征在于所述第一透鏡具有相對兩表面，其中正對該光收發(fā)單元的表面上設置一衍射光柵。
6.如權(quán)利要求5所述的光學拾取系統(tǒng)，其特征在于所述第一透鏡的另一表面為非球面結(jié)構(gòu)。
7.如權(quán)利要求6所述的光學拾取系統(tǒng)，其特征在于所述第一透鏡的衍射光柵具有一由透光與不透光的同心環(huán)帶交互向外徑向排列組成的波帶環(huán)帶。
8.如權(quán)利要求7所述的光學拾取系統(tǒng)，其特征在于所述第一透鏡的衍射光柵具有多個邁克爾遜階梯。
9.如權(quán)利要求3或8所述的光學拾取系統(tǒng)，其特征在于所述階梯數(shù)大于等于3。
10.一種衍射光柵的透鏡制造方法，其包括提供一非球面透鏡，該非球面透鏡具有相對兩表面，其中一表面為非球面，另一表面為平整表面，并通過機械或化學拋光等方式使得該平整表面具有良好的平整度；提供一掩模以在該平整表面上形成一層光阻層，并對該光阻層進行曝光，除去光阻層即可獲得一個臺階衍射光柵表面；以上述具一臺階衍射光柵表面的非球面透鏡為基礎重復上述步驟，以達到所需階梯數(shù)。
全文摘要
一光學拾取系統(tǒng)，包括一光收發(fā)單元、一第一透鏡、一第二透鏡及一光分束器，該光收發(fā)單元為一集成式半導體元件，其包括一光發(fā)射單元與一光接收單元，該光發(fā)射單元可發(fā)出不同波長的光信號，該光接收單元可接收返回的光信號并將其轉(zhuǎn)換為電信號，該第一透鏡具有一呈非球面的表面，該第二透鏡具有相對的兩表面，其中一表面呈非球面結(jié)構(gòu)，另一表面上設有衍射光柵，該光分束器可變換光路的方向，并可將輸入的一束光分成兩束光輸出，其中，該第一透鏡的呈非球面的表面正對該光收發(fā)單元，該第二透鏡的具衍射光柵的表面正對光碟表面，該分束器位于第一、第二透鏡之間。該第一透鏡將該光發(fā)射單元發(fā)出的光信號轉(zhuǎn)換成平行光束并通過該光分束器輸入到該第二透鏡，該第二透鏡將輸入的平行光束轉(zhuǎn)換成會聚光束輸出至光碟表面。
文檔編號G11B7/135GK1627396SQ20031011742
公開日2005年6月15日 申請日期2003年12月13日 優(yōu)先權(quán)日2003年12月13日
發(fā)明者陳杰良 申請人:鴻富錦精密工業(yè)(深圳)有限公司, 鴻海精密工業(yè)股份有限公司