专利名称：双聚焦光学头装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种光学头装置，特别是双聚焦光学头装置，该装置可以通过不同尺寸的双光束焦点来重放两种不同密度的盘，其中两种不同的光学元件都整体地制成，以便使该装置小型化和简单化。
近年来开发了多种采用光盘或小型盘的信息重放/记录系统。这种信息重放/记录系统重放/记录各种信息。用于重放音乐的数字唱盘机和用于重放图象的数字视盘机就是这方面的例子。目前的趋势是这些光学信息重放/记录系统的记录介质的密度较高以便使盘更致密和小巧，并且这些光学信息重放/记录系统的盘播放机更紧凑且更小型化。此外，正在开发一种可兼容系统，诸如可兼容视盘的高清晰度电视(HDTV)的记录。
在美国专利NO.4,767,921或4,868,377中公开了普通光学头装置的结构和操作。
下面参照
图1详细描述传统普通光学头装置。
图1为传统普通光学头装置的示意图。在图1中，标号11表示产生激光束的光源，即激光二极管11。从激光二极管11发出的激光束在通过衍射光栅12时发生衍射。衍射光束射向分束器13。
此处，分束器13以下述方式形成两直角三棱镜以各自的45°角的斜面相对而设置，沿两三棱镜的接触部分形成涂层13a，在具有直线传输特性的同时透射一部分入射光束并反射另一部分入射光束而使其垂直于入射光束。
衍射光束通过分束器13向光盘15反射。从分束器13反射的光束通过设置在诸如光盘15的记录介质前面的物镜14聚焦在光盘15的记录平面15a上。从光接收器16收到的光束的图像可以检验光学头装置相对于光盘15的位置误差，即聚焦误差和跟踪误差，因此聚焦和跟踪是可以控制的。此外，根据光盘15的记录平面15a上的凹道确定的反射光束的数量就可以读出信息。
同时，在上述传统光学头装置中，由于诸如分束器、衍射光栅、激光二极管和光接收器等光学元件都是单独制造并分别定位在各自精确的位置上，很难制造和控制这种光学头装置。此外，光学头装置和光盘播放机必需紧凑并且小型化，才能满足目前光盘播放机的发展趋势。
此外，根据这种传统的光学头装置，不能用一个光学头装置重放或记录两种不同的盘。例如，如果与数字唱盘相比，类似数字视盘的记录能力为其四倍，则盘中凹道的宽度将减小1/2。为此，在数字视盘上的聚焦光斑为数字唱盘上聚焦光斑的一半，因而若采用传统的光学头装置就需要不同的光学头装置来重放数字视盘和数字唱盘。也就是说，为了准确地读出分别记录在数字视盘和数字唱盘上的数据，需要采用一种对应数字唱盘的光学头装置，当光束聚焦在数字唱盘上时其光斑的尺寸为1.6μm，而对应数字视盘采用另一种光学头装置，当光束聚焦在数字视盘上时其光斑的尺寸为0.8μm。
因此，本发明的目的在于提供一种光学头装置，其中不同的光学元件都一体地制成，以便使该装置小型化和简单化。
本发明的另一目的在于提供一种光学头装置，能通过形成不同大小的双光束焦点而重放两种具有不同密度的盘。
为实现本发明的上述目的，光学头装置包括激光源，用于产生具有预定偏振方向的激光束而重放光盘的信息；一体型光学部件，使具有预定偏振方向的激光束向着光盘传输并聚焦由光盘返回的激光束，一体型光学部件具有偏振分束件、透射四分之一波片、反射四分之一波片、光接收件，其中，偏振分束件在一体型光学部件的对角面上形成，用于根据偏振方向使具有预定偏振方向的激光束向着光盘传输并随后根据偏振方向反射从光盘返回的激光束，透射四分之一波片在该一体型光学部件的面对光盘的第一表面形成，用于在光束通过分束件之后改变通过盘返回到分束件的光束的偏振方向，反射四分之一波片在该一体型光学部件接收由分束件反射的光束的第二表面上形成，用于反射由分束件反射的光束并改变反射光束的偏振方向，光接收件在与反射四分之一波片相对的第三表面上形成，用于检测由反射四分之一波片反射的光束；选择性光透射件，设置在一体型光学部件和光盘之间，用于将通过分束器的光束向着光盘透射，选择性光透射件具有内圆部分和圆周部分，内圆部分用于以第一透射率透射激光束，圆周部分用于以第二透射率透射激光束；及物镜，设置在一体型光学部件和光盘之间，用于使激光束通过一体型光学部件而聚焦在光盘上。
Fresnel透镜设置在反射四分之一波片上，用于缩短激光束的光路。
衍射光栅设置在反射四分之一波片上，用于衍射跟踪伺服和聚焦伺服的激光束。
选择性光透射件具有内圆部分和圆周部分，内圆部分用于以第一透射率透射激光束，圆周部分用于以第二透射率透射激光束。第一透射率大于第二透射率。可取的是，内圆部分为全透射的，其透射率为1，圆周部分为半透射的，透射率为1/2。
选择性光透射件在一体型光学部件形成透射四分之一波片的第一表面形成。
通过适当地调整从选择性光透射件的内圆部分透射的入射光束的外角可以调整聚焦在光盘上的光斑尺寸的差别。
根据如上所述本发明的双聚焦光学头装置，由于诸如分束器、衍射光栅和光接收器等光学元件一体地制成并在制造过程中固定在各自精确的位置上，，该光学头装置的制造和控制变得非常简单。
此外，通过采用诸如Fresnel透镜这样的光学元件来缩短光路，光学头装置可以很紧凑并且小型化。
根据如上所述的本发明双聚焦光学头装置，当激光束通过选择性光透射件时，通过内圆部分透射的激光束在光盘上形成较大的光斑而通过圆周部分透射的激光束在光盘上形成较小的光斑。因此，通过采用一个光学头装置而形成了不同大小的双光束焦点，从而可以通过一个光学头装置重放两种不同密度的盘。
因此，对于具有不同的记录能力的数字唱盘和数字视盘，采用本发明的光学头装置都可重放。
通过参照附图详细描述本发明优选实施例，本发明的上述目的和其它优点将变得更加清楚，其中图1为传统光学头装置的示意图；图2为本发明的双聚焦光学头装置的示意图；图3示出通过图2中双聚焦光学头装置的选择性光透射件的内圆部分透射的激光束的光路；图4示出通过图2中双聚焦光学头装置的选择性光透射件的外圆部分透射的激光束的光路。
下面将参照附图详细描述本发明的光学头装置。
图2为本发明的双聚焦光学头装置的示意图。
如图2所示，在该实施例中，激光二极管100发出P偏振激光束，用以重放放置在其上部的光盘的信息。
立方形的一体型光学部件200平行于光盘的表面而设置在光盘之下，向着光盘透射具有预定偏振方向的激光束并聚焦从光盘返回的激光束。
一体型光学部件200为立方棱镜。该棱镜具有预定的折射率而使透射过的光束的光路缩短。
一体型光学部件200用于向着数字视盘160或稍远的数字唱盘170透射从激光二极管100发出的P偏振光束并聚焦从光盘返回的激光束。
也就是说，偏振分束膜220在方形棱镜200的倾斜45°的对角面上形成。偏振分束膜220向着光盘透射从激光二极管100发出的P偏振激光束。
透射四分之一波片225在一体型光学部件200的第一表面形成，第一表面是一体型光学部件200的上表面且面对光盘，用于改变光束的偏振方向。在经偏振分束膜220透射的P偏振光束透射过透射四分之一波片225之后，光束返回透射四分之一波片。在经透射四分之一波片225透射时，光束变为S偏振光束。
反射四分之一波片260在第二表面上，即与分束膜220反射的光束相交成直角的一体型光学部件200的表面。反射四分之一波片具有用于改变光束偏振方向的内四分之一波片265和用于由分束膜220反射的光束的外反射膜263。
Fresnel透镜设置在反射四分之一波片260上，用于缩短激光束的光路。
衍射光栅230设置在反射四分之一波片260上，衍射用于跟踪伺服和聚焦伺服的激光束。
可以设置全息装置代替衍射光栅230。
光接收器240设置在与反射四分之一波片260相对的第三表面上，用于检测由反射四分之一波片260反射的光束。
选择性光透射件250一体地形成在一体型光学部件200的上表面。选择性光透射件250设置在一体型光学部件200的上部。
选择性光透射件250具有内圆部分251和圆周部分252，内圆部分251用于以第一透射率透射激光束，圆周部分252用于以第二透射率透射激光束。第一透射率大于第二透射率。可取的是，内圆部分251为全透射的，其透射率为1，圆周部分252为半透射的，透射率为1/2。
物镜110位于光盘160或170与在一体型光学部件200的上表面或上部形成的选择性光透射件250之间，以便将通过光透射件250的光束聚焦在光盘160的记录平面165上。物镜110为非球面透镜以减少球面像差。物镜110最好为用于DVD的透镜，从而使经选择性光透射件250的圆周部分透射的光束可以重放0.6mm厚的数字视盘(DVD)。
下面将描述前述实施例的操作。
P偏振激光束从激光二极管100向着一体型光学部件200射出。
P偏振激光束以45°角入射到一体型光学部件200的偏振分束膜220上。光束全透射通过偏振分束膜而直接向上传播。
P偏振光束通过在一体型光学部件200的上表面形成的四分之一波片225和选择性光透射件250。光束全透射通过选择性光透射件250的内圆部分251，而半透射通过选择性光透射件250的圆周部分252。
透射光束通过设置在光盘160和一体型光学部件200之间的DVD物镜110而聚焦在光盘160的记录平面165上。
此时，全透射通过圆形光透射件250的内圆部分251的激光束通过物镜110以θ1角聚焦在光盘160上。同时，半透射通过圆形光透射件250的圆周部分252的激光束通过物镜110以θ2角聚焦在光盘160上。
以θ1、θ2角聚焦的激光束被盘160上的记录凹道反射。反射光束通过物镜11O返回一体型光学部件200。返回的光束透射通过光透射件250和四分之一波片225。
光束转变为S偏振光束。转变后的光束由与光路方向倾斜45°角的偏振分束膜220反射。
带有光学信息的光束由偏振分束膜220反射，并随后通过内四分之一波片265转变为P偏振光并由用于转变光束的偏振方向的外反射膜263反射。
如果在反射四分之一波片上设置Fresnel透镜，光束可以被急剧地聚焦。
设置在与反射四分之一波片相对的一体型光学部件200的第三表面上的光接收器240收到反射光束。
此时，通过圆形光透射件250的内圆部分251和圆周部分252产生两种不同的数值孔径(N.A.)。通过这两种不同的数值孔径，在光盘160上形成两种不同大小的光斑。因此，光量出现差别。
也就是说，NA.1=ηsinθ1且N.A.2=ηsinθ2(其中η表示介质的折射率，θ为光轴与最外侧入射光束之间形成的夹角)。
此时，光束的直径W0表示为W0=K*λ/N.A.(其中K为常量)D0(焦点深度)=R*λ/(N.A.)2(其中R为常量)。
因此，随着数值孔径的变化，光束的大小和焦点的深度也发生变化。
因此，在通过圆形光透射件250的圆周部分252以后以最外侧的入射角为θ2聚焦的光束的尺寸和焦点深度比在通过内圆部分251以后以最外侧的入射角为θ1聚焦的光束的尺寸和焦点深度小。这是因为光束的尺寸与N.A.成反比，而焦点的深度与(N.A.)2成反比。
当光盘160为厚度为0.6mm的数字视盘时，通过光透射件250透射后经物镜聚焦在光盘上的光束在光盘160上形成大小为0.8μm的光斑。由于该物镜为DVD透镜，光束可以准确地聚焦在数字视盘的记录平面而不会产生球面像差。
同时，当光盘160为厚度为1.2mm的数字唱盘，由于在光轴上并靠近光轴的的光束全透射通过圆形光透射件250的内圆部分251，在光轴边缘的光束半透射通过圆形光透射件250的圆周部分252，通过物镜110聚焦在光盘上的光束的数值孔径N.A.变小为N.A.1。因此，与数字视盘相比0.6mm的厚度差引起的球面像差由于减小的数值孔径而明显减小。故可以重放凹道较宽的数字唱盘。
也就是说，在重放数字唱盘时，由于与数字视盘相比0.6mm的厚度差而产生球面像差。
此时，球面像差为(Δd/8)*{(η2-1)η3}*(N.A.)4(其中Δd为盘的厚度差，η为介质的折射率，N.A.为数值孔径)因此，具有较小球面像差的在光轴上和靠近光轴的光束全透射通过圆形光透射件250的内圆部分251。此外，通过透镜边缘的光束具有较大的球面像差并半透射通过圆形光透射件250的圆周部分252。因此，光束形成的数值孔径变小为N.A.1=ηsinθ1。因此，与(N.A.)4成正比的球面像差急剧减小。此外，由于数值孔径变小为N.A.1=ηsinθ1，在盘上形成的与(N.A.)成反比的光斑尺寸大至1.6μm。因此，可以重放凹道较宽的数字唱盘。
根据如上所述本发明的双聚焦光学头装置，由于诸如分束器、衍射光栅和光接收器等光学元件一体地制成并在制造过程中固定在各自精确的位置上，该光学头装置的制造和控制变得非常简单。
此外，通过采用诸如Fresnel透镜这样的光学元件来缩短光路，光学头装置可以很紧凑并且小型化。
根据如上所述的本发明双聚焦光学头装置，当激光束通过选择性光透射件时，通过内圆部分透射的激光束在光盘上形成较大的光斑而通过圆周部分透射的激光束在光盘上形成较小的光斑。因此，通过采用一个光学头装置而形成了不同大小的双光束焦点，从而可以通过一个光学头装置重放两种不同密度的盘。
因此，对于具有不同的记录能力的数字唱盘和数字视盘，采用本发明的光学头装置都可重放。
尽管本发明以参照附图详细示出和说明，本领域的技术人员应该明白在不脱离本发明的精神和范围的前提下可对本发明进行各种形式和细节上的变形。
权利要求
1．一种双聚焦光学头装置，其特征在于，包括激光源，用于产生具有预定偏振方向的激光束而重放光盘的信息；一体型光学部件，使具有预定偏振方向的激光束向着光盘传输并聚焦由光盘返回的激光束，一体型光学部件具有偏振分束件、透射四分之一波片、反射四分之一波片、光接收件，其中，偏振分束件在一体型光学部件的对角面上形成，用于根据偏振方向使具有预定偏振方向的激光束向着光盘传输并随后根据偏振方向反射从光盘返回的激光束，透射四分之一波片在该一体型光学部件的面对光盘的第一表面形成，用于在光束通过分束件之后改变通过盘返回到分束件的光束的偏振方向，反射四分之一波片在该一体型光学部件接收由分束件反射的光束的第二表面上形成，用于反射由分束件反射的光束并改变反射光束的偏振方向，光接收件在与反射四分之一波片相对的第三表面上形成，用于检测由反射四分之一波片反射的光束；选择性光透射件，设置在一体型光学部件和光盘之间，用于透射通过分束器透射后向着光盘传播的光束，选择性光透射件具有内圆部分和圆周部分，内圆部分用于以第一透射率透射激光束，圆周部分用于以第二透射率透射激光束；及物镜，设置在一体型光学部件和光盘之间，用于使激光束通过一体型光学部件而聚焦在光盘上。
2．如权利要求1所述的双聚焦光学头装置，其特征在于，选择性光透射件形成在一体型光学部件的第一表面上，透射四分之一波片在选择性光透射件上形成。
3．如权利要求1所述的双聚焦光学头装置，其中棱镜的反射层一体地形成有Fresnel透镜，用于缩短光路。
4．如权利要求1所述的双聚焦光学头装置，其特征在于，衍射光栅设置在反射四分之一波片上，衍射激光束用于跟踪伺服和聚焦伺服。
5．如权利要求1所述的双聚焦光学头装置，其特征在于，全息装置设置在反射四分之一波片上，衍射光束用于跟踪伺服和聚焦伺服。
6．如权利要求1所述的双聚焦光学头装置，其特征在于，内圆部分为透射率为1的全透射件，圆周部分为透射率为1/2的半透射件。
7．如权利要求1所述的光学头装置，其特征在于，通过适当地调整经选择性光透射件内圆部分透射的入射光束最外部的角度使聚焦在盘上的光斑的尺寸差可以调节。
全文摘要
一种双聚焦光学头装置,具有方形一体型光学部件,其对角面形成偏振分束件。激光源发出的P偏振光束透射偏振分束件,通过一体型光学部件上的透射四分之一波片和选择性光透射件,由物镜聚焦在光盘上。光束全透射选择性光透射件的内圆部分,半透射选择性光透射件的圆周部分。光束透射过圆形光透射件和四分之一波片,变为S偏振光。光束通过偏振分束膜反射并由内四分之一波片转变为P偏振光,随后由外反射膜反射。该光束光接收器检测。
文档编号G11B7/135GK1220454SQ98125330
公开日1999年6月23日 申请日期1998年12月14日 优先权日1997年12月16日
发明者催良吾 申请人:大宇电子株式会社