专利名称：多波长的光学读写头的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种光学读写头，用以存取光学记录媒体中的数据，特别涉及一种以多种(至少三种以上)不同波长的激光束来存取多种(至少三种以上)不同数据储存密度的光学记录媒体的光学读写头。
另外，新式光学读写头的设计必须要具备反向兼容性，也就是既能够存取新式的光学记录媒体，也能够存取旧式的光学记录媒体，所以新式光学读写头除了能发出存取新式光学记录媒体的较短波长的激光束外，也必须能发出存取旧式光学记录媒体的较长波长的激光束，或是以别的方式存取，为此，现有数种能够存取两种不同数据储存密度的光学记录媒体(如CD和DVD)的光学读写头，以下对这些光学读写头做一说明如
图1A、1B所示，为美国第5446565号专利案中所公开的可产生不同NA值的双焦点聚焦物镜，其在激光束产生单元所产生的激光束行进至全像光学组件1(Holographic Optical Element；H.O.E.)时，该全像光学组件1会使经过的激光束发生衍射，并由聚焦物镜2聚焦在光学记录媒体40，且通过该全像光学组件1后产生两种衍射角度，再通过聚焦物镜2即可使激光束聚焦在不同的焦点(不同数据储存密度的光学记录媒体40的数据面)，以存取两种不同数据储存密度的光学记录媒体40。
如图2所示，该光学读写头使两激光束产生单元3、4所产生不同波长的激光束各经由其光学路径，而到达聚焦物镜2，并依据不同波长的激光束对应的不同NA值，而形成不同大小的聚光焦点，经光学记录媒体40反射后，各自返回到光检出组件5及光束产生单元4(其中光束产生单元4兼有光检出组件5的功能)，以达到存取两种不同数据储存密度的光学记录媒体40的目的。
如图3所示，该光学读写头则使用两光束产生单元3a、3b所产生的不同波长激光束，再通过不同光学路径及光学组件，并经由聚焦物镜2a、2b使不同波长激光束能够聚焦于不同焦点(不同数据储存密度的光学记录媒体40的数据面)，且经光学记录媒体40反射后，返回到光检出组件5及光束产生单元3b(其中光束产生单元3b兼有光检出组件5的功能)，以达到存取两种不同数据储存密度的光学记录媒体40的目的。
以上所述的光学读写头，虽然都能存取两种不同数据储存密度的光学记录媒体，但在对更高数据储存密度的光学记录媒体的强烈需求，以及必须以更小的聚光焦点才能存取该光学记录媒体的特性驱使下，上述光学读写头将无法直接用其光学系统存取新型光学记录媒体，且基于反向兼容性的需求，未来新型高密度光学的趋势将必须具有反向存取先前两种不同数据储存密度的光学记录媒体(如CD和DVD)的能力，但若将上述光学读写头加以扩充成具有反向兼容于先前两种不同数据储存密度的光学记录媒体，却又会面临到无法扩充(如图1A、1B中可产生不同NA值的双焦物镜光学读写头)，甚至是构造复杂的问题，所以开发出一种能够存取CD、DVD和新型高密度记录媒体或至少该三种以上不同数据储存密度的光学记录媒体，且构造简单，并具有扩充性的光学读写头也就非常地重要。
根据本发明所公开的多波长的光学读写头，包括至少三个以上用以产生不同波长的激光束产生单元、导光单元及光检出组件，其中至少三个以上激光束产生单元用以产生不同波长的激光束，导光单元配置在读写头的光学路径中心上，用以引导激光束产生单元的激光束行进，并包括衍射光学组件及聚焦物镜，而光检出组件同样配置在读写头的光学路径中心上，在激光束产生单元产生激光束后，由导光单元引导激光束行进，直至行进到衍射光学组件，使至少三种以上不同波长的激光束各自形成不同的衍射角度及衍射效果，且经聚焦物镜聚焦在至少三种以上不同数据储存密度的光学记录媒体的数据面，且聚焦的激光束经光学记录媒体反射后，携带有媒体上所记录的数据信号，依循先前的读写头光学路径返回，最后由光检出组件接收，并将光信号转换为相对应的电信号，如此读写头即可存取至少三种以上不同数据储存密度的光学记录媒体。
为使对本发明的目的、构造特征及其功能有进一步的了解，现配合附图详细说明如下。
图3为现有的另一种具有双波长的光学读写头；图4为本发明中各组件的配置关系图；图5为本发明中由一激光束产生单元产生的激光束所行进的光学路径；图6为本发明中不同波长的激光束行经衍射光学组件而改变其光学路径后，通过聚焦物镜聚焦于光学记录媒体的示意图；图7A、7B、7C为本发明中激光束行经衍射光学组件时，该组件对应于不同波长的激光束所用于调变液晶分子折射率的电极设计；图8A、8B、8C为本发明中以不同波长的激光束存取与其对应的光学记录媒体时所形成的聚焦误差信号；图9为本发明中由另一激光束产生单元产生的激光束所行进的光学路径；图10为本发明中由另一激光束产生单元产生的激光束所行进的光学路径；图11为本发明的另一实施例；图12为图11中多波长激光束产生单元的结构图；及图13为图11中光检出组件的侦测区与寻轨信号侦测区的设置示意图。
激光束产生单元10a、10b、10c用以产生不同波长的激光束，以存取不同数据储存密度的光学记录媒体40，且其中一激光束产生单元10c具有与其对应的三光束光栅11，用以使激光束产生单元10c所产生的激光束形成寻轨光束。
导光单元20配置在读写头的光学路径中心上，用以引导激光束产生单元10a、10b、10c所产生的激光束行进，再聚焦在光学记录媒体40的数据面上，且使光学记录媒体40所反射的聚焦激光束行进到光检出组件30，该导光单元20包括分光镜201a、201b、201c；准直透镜202；衍射光学组件203；聚焦物镜204以及圆柱透镜205。
分光镜201a、201b、201c为双色分光镜，设置在读写头的光学路径中心上，且分别对应于激光束产生单元10a、10b、10c，用以将激光束产生单元10a、10b、10c所产生的激光束反射到依循读写头的光学路径中心行进，并且使经由光学记录媒体40所反射的激光束通过，当然，分光镜201a、201b、201c三者对于各自对应的激光束产生单元10a、10b、10c所产生的不同波长激光束会使其部分穿透及部分反射，而对其他波长的激光束则会使其完全穿透，且分光镜201a、201b、201c三者设置在读写头的光学路径中心上的方式并不固定(即三者的前后顺序并不固定)，只要分光镜201a、201b、201c三者皆能将各自对应的激光束产生单元10a、10b、10c所产生的不同波长激光束反射到准直透镜202即可。
准直透镜202设置在读写头的光学路径中心上，用以将不同波长且各自从分光镜201a、201b、201c所反射的发散激光束转换成平行光束，并使经由光学记录媒体40所反射的激光束通过。
衍射光学组件203为一种采用液晶材料所制成的衍射组件(LiquidCrystal Diffractive Optical Element；LCDOE)，设置在读写头的光学路径中心上，用以使经过准直透镜202的激光束及经由光学记录媒体40所反射的激光束通过，衍射光学组件203表面具有各种呈同心圆形线条分布的电极设计，且通过外部切换供应在电极上的电压，来改变激光束所能够通过的孔径范围(对应聚焦物镜204的NA值)，以及周期性调变衍射光学组件203内部的液晶分子的折射率(如图7B、7C所示)，进而改变衍射光学组件203的衍射特性，以修正因光学记录媒体40的基板厚度改变所引起的球面相差异，因此不同波长的激光束会形成不同的衍射角度及衍射效果，且经聚焦物镜204聚焦后，改变了聚焦光点的大小。
聚焦物镜204具有高数值孔径值，设置在读写头的光学路径中心上，用以使先前经衍射光学组件203所衍射的不同波长的激光束通过，且分别聚焦在对应不同波长激光束的不同数据储存密度的光学记录媒体40的数据面上，并使经由光学记录媒体40所反射的激光束通过。
圆柱透镜205设置在读写头的光学路径中心上，用以使光学记录媒体40所反射且含有光学记录媒体40上记录的数据信号的激光束通过，并形成聚焦误差信号。
光检出组件30用以接收经圆柱透镜205的光学记录媒体40所反射且含有光学记录媒体40上记录的数据信号的激光束，同时将该激光束的光信号转换为相对应的电信号。
如图5所示，在读写头存取具第一种特定数据储存密度的光学记录媒体41时，先由激光束产生单元10a产生可存取该光学记录媒体41特定波长的激光束L1，接着，由与激光束产生单元10a所对应的分光镜201a将发散激光束L1分光，部分反射到依循读写头的光学路径中心行进，再由准直透镜202将分光镜201a所反射的发散激光束L1转换成平行光束，然后，激光束L1完全通过衍射光学组件203，且经由聚焦物镜204将激光束L1聚焦在光学记录媒体41的数据面(如图6所示的L1)，此时衍射光学组件203无外部电压供应于电极上，所以内部的液晶分子折射率没有变化(如图7A所示)，即衍射光学组件203不具有衍射作用，随后，光学记录媒体41将聚焦激光束L1反射，且依循先前的光学路径返回，并穿透分光镜201a，到达圆柱透镜205，且形成聚焦误差信号S1后(如图8A所示)，由光检出组件30接收，同时将激光束L1的光信号转换为相对应的电信号。
而如图9所示，在读写头存取具第二种特定数据储存密度的光学记录媒体42时，先由激光束产生单元10b产生可存取该光学记录媒体42特定波长的激光束L2(不同于激光束L1的波长)，接着，由与激光束产生单元10b所对应的分光镜201b将发散激光束L2分光，部分反射到依循读写头的光学路径中心行进，此时，激光束L2与激光束L1会合并依次行经准直透镜202、衍射光学组件203、聚焦物镜204，并将激光束L2聚焦在光学记录媒体42的数据面上，随后，光学记录媒体42将聚焦激光束L2反射，且依循先前的光学路径返回，并穿透分光镜201b，到达圆柱透镜205，且形成聚焦误差信号S2后(如图8B所示)，由光检出组件30接收，同时将激光束L2的光信号转换为相对应的电信号。
存取具有第一种特定数据储存密度的光学记录媒体41与存取具有第二种特定数据储存密度的光学记录媒体42的不同之处在于，激光束L2在通过衍射光学组件203时，衍射光学组件203因外部供应电压在衍射光学组件203表面的第一种电极上，从而改变了激光束L2所能通过衍射光学组件203的孔径范围(对应聚焦物镜204的NA值)，以及使衍射光学组件203内部液晶分子的折射率呈周期性变化(如图7B所示)，因此衍射光学组件203具有衍射作用，使得激光束L2通过后形成衍射现象(如图6的L2)，并经聚焦物镜204聚焦，形成不同于前述激光束L1的聚焦光点，同时修正了因光学记录媒体42的基板厚度所引起的球面相差。
另外，如图10所示，在读写头存取具第三种特定数据储存密度的光学记录媒体43时，先由激光束产生单元10c产生可存取该光学记录媒体43的特定波长的激光束L3(不同于激光束L1、L2的波长)，且由三光束光栅11形成寻轨光束，接着，由与激光束产生单元10c所对应的分光镜201c将发散激光束L3分光，并部分反射到依循读写头的光学路径中心行进，此时，激光束L3与激光束L1、L2会合并依次通过准直透镜202、衍射光学组件203、聚焦物镜204，并将激光束L3聚焦在光学记录媒体43的数据面上，随后，光学记录媒体43将聚焦激光束L3反射，且依循先前的光学路径返回，并穿透分光镜201c，到达圆柱透镜205，且形成聚焦误差信号S3后(如图8C所示)，由光检出组件30接收，同时将激光束L3的光信号转换为相对应的电信号。
存取具有第一、二种特定数据储存密度的光学记录媒体41、42与存取具第三种特定数据储存密度的光学记录媒体43的不同之处在于，激光束L3在通过衍射光学组件203时，衍射光学组件203因外部供应电压在衍射光学组件203表面的第二种电极上，从而改变了激光束L3所能通过衍射光学组件203的孔径范围(对应聚焦物镜204的NA值)，并使衍射光学组件203内部液晶分子的折射率呈周期性变化(如图7C所示)，因此衍射光学组件203具有衍射作用，使得激光束L3在通过后形成与激光束L2不同的衍射现象(如图6的L3)，并经聚焦物镜204聚焦，形成不同于前述激光束L1、L2的聚焦光点，同时修正了因光学记录媒体43的基板厚度所引起的球面相差。
因此，实际应用本发明时，上述读写头可透过激光束产生单元10a、10b、10c分别产生波长为405nm、650nm、780nm的激光束L1、L2、L3，且由衍射光学组件203使该三种激光束以直接穿透或穿透后被衍射的方式行进，并通过聚焦物镜204聚焦成为对应于聚焦物镜204NA值为0.7-0.9、0.6及0.45的聚光焦点，分别存取具有三种不同数据储存密度且厚度分别为0.1-0.6mm、0.6mm及1.2mm的光学记录媒体40(也就是新型光学记录媒体、DVD及CD三种)。除此之外，还可以产生其它种波长的激光束以存取其它种不同数据储存密度的光学记录媒体40，只是此时上述激光束L1、L2、L3的波长就不限定为上述的405nm、650nm、780nm，而可依照需求更改为其它种波长的激光束，并且聚焦物镜204的NA值也不限定为上述的0.7-0.9、0.6及0.45三种。
如图11、图12及图13所示，本发明另一实施例即为将上述激光束产生单元10a、10b、10c合并为一个可产生多种波长激光束的产生单元10，即该多波长激光束产生单元10可以用三个不同雷射二极管50、50’、50”选择性地产生三道不同波长的激光束(L1、L2、L3)，并同于前述实施例的导光单元20及光检出组件30的配置，使读写头可存取三种不同数据储存密度的光学记录媒体，但该实施例的光检出组件30具有三个激光束(L1、L2、L3)的受光侦测区31、31’、31”(各分成四个区域A1、B1、C1、D1；A2、B2、C2、D2和A3、B3、C3、D3)，以分别侦测多波长激光束产生单元10所产生的三道不同波长的激光束(L1、L2、L3)，并在侦测区31的两侧具有寻轨信号侦测区311、311’，用以产生寻轨信号。另外，为了配合该实施例实施，导光单元20中的分光镜201a、201b、201c可用单一的分光镜201取代，且各自的特定波长的激光束(L1、L2、L3)在行经分光镜201时，皆能被反射到依循读写头的光学路径中心行进。
当然，光学读写头中所设置的激光束产生单元并不限定仅有三个，而可扩充为至少三个以上，而多波长激光束产生单元10所产生的不同波长的激光束也可扩充为至少三道以上，以对多种不同数据储存密度的光学记录媒体进行存取。
本发明的多波长光学读写头，因具有多个(至少三个以上)激光束产生单元以产生多种(至少三种以上)不同波长的激光束，并搭配液晶衍射光学组件使聚焦物镜具有多种(至少三种以上)不同NA值，而具有扩充性，所以可存取多种(至少三种以上)不同数据储存密度的光学记录媒体，且因其特殊的光学路径设计，而使光学读写头具有简单的构造。
以上所述，仅为本发明其中的较佳实施例，并非用来限定本发明的实施范围，本发明的保护范围应以后附的权利要求书界定的范围为准，凡运用本发明说明书及附图内容所为的等同变化与改型，均应包含于所附的权利要求书限定的范围之内。
权利要求
1.一种多波长光学读写头，用以对不同数据储存密度的光学记录媒体进行数据存取，该读写头包括至少三个以上激光束产生单元，用以产生不同波长的激光束；一导光单元，配置在该读写头光学路径的中心，用以引导该激光束，并聚焦在该光学记录媒体的数据面后，且由该光学记录媒体将所记录的数据信号的激光束反射，且该导光单元包含一衍射光学组件及一聚焦物镜，其中该衍射光学组件用以改变该激光束所能通过的孔径范围，并使不同波长该激光束形成不同的衍射角度和衍射效果后，再经该聚焦物镜，将经衍射的该激光束聚焦在对应不同数据储存密度的该光学记录媒体的数据面；及一光检出组件，用以接收自该光学记录媒体所反射的激光束，并将该激光束的光信号转换为相应的电信号。
2.如权利要求1所述的多波长光学读写头，其中该激光束产生单元还包括与其对应的三光束光栅，用以形成寻轨光束。
3.如权利要求1所述的多波长光学读写头，其中该导光单元还包括至少三个以上分光镜，设置在该读写头的光学路径中心上，且分别对应于各自的激光束产生单元，用以将各自对应的激光束分光并使其它波长的激光束穿透，而部分该激光束反射到依循该读写头的光学路径中心行进，并使经由该光学记录媒体反射的该激光束通过；及一准直透镜，设置在该读写头的光学路径中心上，用以将该分光镜所反射的发散的该激光束转换成平行光束，并待该激光束行经该衍射光学组件及该聚焦物镜后，使经由该光学记录媒体所反射的该激光束通过。
4.如权利要求1所述的多波长光学读写头，其中该聚焦物镜为具有高数值孔径值的物镜。
5.如权利要求1所述的多波长光学读写头，其中该导光单元还包括设置在该读写头的光学路径中心上的一圆柱透镜，用以使该光学记录媒体所反射的含有其上所记录的数据信号的该激光束通过，并形成聚焦误差信号。
6.如权利要求1所述的多波长光学读写头，其中该衍射光学组件为采用液晶材料所制成的衍射组件。
7.如权利要求6所述的多波长光学读写头，其中该衍射光学组件具有至少两组电极以上，各组电极成同心圆形线条分布，通过外部切换供应在该组电极的电压，而改变该激光束所通过的孔径大小，同时使液晶分子的折射率呈周期性变化，从而该衍射光学组件可使该激光束衍射，并改变该聚焦物镜的NA值，及修正该光学记录媒体厚度更换时所引入的球面相差。
8.一种多波长的光学读写头，用以对不同数据储存密度的光学记录媒体进行数据存取，该读写头包括一多波长激光束产生单元，用以选择性地产生至少三道以上不同波长的激光束；一导光单元，配置在该读写头的光学路径中心上，用以引导该激光束行进，并聚焦在该光学记录媒体的数据面上，由该光学记录媒体将含有其上所纪录的数据信号的该激光束反射，且该导光单元包含一衍射光学组件和一聚焦物镜，其中该衍射光学组件用以改变该激光束所能通过的孔径范围，并使不同波长的该激光束形成不同的衍射角度及衍射效果后，再经该聚焦物镜，以将经衍射的该激光束聚焦在对应不同数据储存密度的该光学记录媒体的数据面；及一光检出组件，具有对应于不同波长该激光束的至少三个以上侦测区，在该侦测区接收该光学记录媒体所反射的含有媒体上所记录的数据信号的该激光束，并转换光信号为相应的电信号。
9.如权利要求8所述的多波长光学读写头，其中该多波长激光束产生单元还包括与该雷射二极管对应的三光束光栅，用以形成寻轨光束。
10.如权利要求8所述的多波长光学读写头，其中该导光单元还包括一分光镜，设置在该读写头的光学路径中心上，且对应于该多波长激光束产生单元所发出的该激光束，用以将该激光束分光，而部分该激光束反射到依循该读写头的光学路径中心行进，并使经由该光学记录媒体反射的该激光束通过；一准直透镜，设置在该读写头的光学路径中心上，用以将该分光镜所反射的发散的该激光束转换成平行光束，并待该激光束行经该衍射光学组件及该聚焦物镜后，使经由该光学记录媒体所反射的该激光束通过。
11.如权利要求8所述的多波长光学读写头，其中该聚焦物镜为具有高数值孔径值的物镜。
12.如权利要求8所述的多波长光学读写头，其中该导光单元还包括设置在该读写头的光学路径中心上的一圆柱透镜，用以使该光学记录媒体所反射的含有其上所记录的数据信号的该激光束通过，并形成聚焦误差信号。
13.如权利要求8所述的多波长光学读写头，其中该衍射光学组件为采用液晶材料所制成的衍射组件。
14.如权利要求13所述的多波长光学读写头，其中该衍射光学组件具有至少两组电极以上，各该组电极成同心圆形线条分布，通过外部切换供应在该组电极的电压，从而改变激光束所通过的孔径大小，同时使液晶分子的折射率呈周期性变化，从而该衍射光学组件可使该激光束衍射，并改变该聚焦物镜的NA值，及修正该光学记录媒体厚度更换时所引入的球面相差。
全文摘要
本发明为一种多波长的光学读写头，包括至少三个以上用以产生不同波长激光束的激光束产生单元、配置在读写头光学路径中心上，引导激光束行进的导光单元及将光信号转换为相对应电信号的光检出组件，且该导光单元包括衍射光学组件及聚焦物镜，在激光束产生单元产生激光束后，由导光单元引导该激光束行进至衍射光学组件，以使至少三种以上的激光束形成不同衍射角度及衍射效果，且经聚焦物镜聚焦在光学记录媒体的数据面，并反射至光检出组件，以存取至少三种以上不同数据储存密度的光学记录媒体。
文档编号G11B7/1275GK1430219SQ0210010
公开日2003年7月16日 申请日期2002年1月4日 优先权日2002年1月4日
发明者施锡富, 卢威志 申请人:财团法人工业技术研究院