专利名称：光记录光盘的初始化装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及可将相变位光记录光盘或磁光盘初始化的装置，特别是一种具有特殊设计的机构及光学系统，可快速地将光记录材料初始化的初始化装置。
以相变位光记录光盘的初始化为例，目前已有商业化的相变位光记录光盘的典型结构，其由具有微细沟纹1.2或0.6厘米的PC基材、第一介电层、相变位光记录材料、第二介电层、镀铝反射层及紫外线硬化涂层组成。其中相变位光记录材料利用溅镀或其它镀膜程序镀膜后，由于目前通用的各种镀膜工序限制，此镀膜乃以非晶质的形态均匀镀在光盘基材上。经过镀层处理后的每一片相变位光记录光盘必须经过初始化程序，利用加热方式将相变化材料加热至超过摄氏200度以上的晶质化温度，使非晶质化的相变位光记录材料转变为晶质化形态，提高相变位光记录光盘的反射率，如此才能提供光学拾取头足够反射光强度，使光学拾取头的自动寻轨及自动对焦机制能正常运作，达到写入数据的目的。目前将相变位光记录材料由非晶质化状态转变为晶质化形态的方法有全域加热及局部加热两种方式。由于一般PC基材的玻璃温度均在摄氏150度至200度之间，因此全域加热方式无法应用于相变位光记录材料的初始化；至于局部加热方式，在不超过PC基材的玻璃温度且能在相变位光记录材料面上产生摄氏约200度以上温度，最佳的方式是利用高功率激光管，将高功率激光管经由高数值孔径的透镜将光束能量聚焦在相变位光记录材料面上，使记录材料层局部瞬间加热而达到初始化。此时由于聚焦光束投影在PC基材的面积比聚焦在相变位光记录材料层的光点大许多，投影在PC基材的光强度较低，所以当聚焦光束聚焦在相变位光记录材料层局部瞬间加热作初始化时，PC基材的温度仍可维持低于玻璃温度以下，不会有相变位光记录光盘变形翘曲的问题产生。
相变位光记录光盘的可擦试能力直接影响盘片的重复读写的次数，可擦试能力又与初始化条件直接相关，此所指的初始化条件特别指的是激光点在光盘的相变位光记录层对盘片每一位置局部加热，使光盘片上每个位置接收到同样的能量，使得晶质化的相变位光记录材料层的结晶颗粒具有一致性，即经初始化后的相变位光记录光盘具有一致的反射率，此时相变位光记录光盘的可擦试能量便可提高。而要提高相变位光记录光盘反射率的均匀度，主要的关键为初始化所使用高能量激光聚焦在相变位光记录材料的光点的大小及能量密度的变异度。在能量密度维持不变的情形之下，若聚焦在相变位光记录材料上的光点宽度愈宽，则可提高相变位光记录光盘的可擦试能力，而且初始化线速度也可相对提高，增加产量。
图1为习知的光记录光盘的初始化装置，此装置主要由单一旋转主轴103、线性位移平台102及包含自动对焦系统与初始化光源的光学头101所组成，光记录光盘104以真空吸附或其它机械固定方式被固定在旋转主轴103上一起转动，光学头101固定在线性位移平台102上，而且光学头101内的自动对焦系统与初始化光源均来自同一高功率激光管，部分激光光源用于自动对焦系统，其余的激光功率被聚焦后，在光记录材料层上形成约宽1微米长96微米的细长条光点，当线性位移平台102载着激光头沿着光记录光盘104的半径方向移动，配合自动对焦系统在光记录材料层维持一定大小光点及旋转主轴103的转动，达到光盘104初始化的目的。在此，习知技术的光学系统系在光记录材料层上形成如图2所示的约宽1微米长96微米的细长条光点201。此习知技术利用一对一对应的光学方式，将高功率激光管约宽1微米长100微米的发射开口，去掉100微米方向两端强度不均匀区后，直接成像聚焦在光记录材料层形成约宽1微米长96微米的细长条光点，此一作法因为有效聚焦深度较短，使得自动对焦系统及光点大小对于系统振动、光盘片轴向偏摆及其它外界扰动较为敏感，造成自动对焦不稳定及聚焦在光记录材料层光点的能量密度具有变异量，这些负面效应将直接降低初始化装置的初始化能力；另外，此习知技术的初始化与自动对焦光源均利用同一支高功率激光管，并整合在整个光学头中，由于一般的高功率激光管的寿命在2000至3000小时之间，当此一习知系统的运作时间超过激光管寿命期后，必需将含有自动对焦系统的激光头整组汰换掉，而无法只汰换高功率激光管，因此经济效益较低。再者，此习知技术采用单一旋转主轴，系统的初始化速度又将因主轴启动与停止时间而更为降低。
鉴于上述，本实用新型的目的就是提供一种相变位光记录光盘的初始化装置，它可提高相变位光或磁光记录光盘的初始化品质及速度。
为实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案一种光记录光盘的初始化装置，它包含有一光学头、一用以承载光学头的直线位移平台及用以承载相变位光记录光盘或磁光光盘的旋转主轴，其特征在于所述光学头包含有初始化光源组合及其自动对焦组合。
在本实用新型的实施措施中所述初始化光源组合包含有至少两支以上高功率激光管；至少两组以上多元件光学元件系统，每一组多元件光学元件系统对应至每一支高功率激光管，对发射开口做成像转换；一汇集并反射两支以上高功率激光管、形成主光束平行的光束的微小反射多面镜；一将前述微小反射多面镜所反射的主光束平行的光束先行收束后导入自动对焦系统中的预先聚焦透镜。
所述初始化光源组合也可包含有一高功率激光管；一多元件光学元件系统，对应至一支高功率激光管，对发射开口作成像转换；一将前述成像转换后的光束先行收束后导入自动对焦系统中的预先聚焦透镜。
所述自动对焦组合中具有聚焦透镜位置感测系统，可用以检测相变位光记录或磁光光盘的盘片垂直偏摆量。
所述初始化光源组合中的每一支高功率激光管与对应的多元件光学元件系统组合形成独立单元。
本实用新型的优点是光学系统具有整合一支以上高功率激光管的能力，可使辐射方向入射的高功率激光聚焦在一微小反射多面镜后，所有的反射光将沿着同一方向的光路前进，最后由自动聚焦系统的聚焦透镜聚焦在光记录材料层上。由于此光学系统的特殊设计，不仅在光记录材料层上可形成较大区域的光点，而且可维持照射光记录材料层所需的足够的激光能量密度，以进行初始化，得到具有高擦试率的相变位光记录光盘或高品质的磁光光记录光盘。另外，光学系统的独特设计、初始化光源及自动对焦光源系采用不同的激光光源，初始化光源与部分光学元件设计成初始化光学组合，与自动对焦系统形成两个独立模组。初始化装置的光学系统的特殊设计，系利用两次光学成像转换过程使得光学系统聚焦光束的聚焦深度比习知技术提高了约九倍，并且使得系统对于初始化光源模组及自动对焦系统在机械定位上的误差容忍度提高许多，此一特性不仅可增强初始化装置在初始化时抗外界扰动的能力，使本装置对不同基材厚度(1.2mm及0.6mm)的相变位光盘做初始化时，对于因基材厚度所衍生的球面像差具有较佳的抗像差能力，使系统运作更加稳定，而且，当高功率激光管到达2000至3000小时的使用寿命时，只需单独更换含有高功率激光管的初始化光源组合即可，而不必如习知技术那样连自动对焦系统一起更换整组光学头，因而可提高经济效益。本实用新型除可采用习知技术的单一主轴外，还可采用双旋转主轴或更多旋转主轴的结构设计，以避免习知技术因主轴启动与停止所浪费的等待时间(约10秒左右)，因此可有效提高系统初始化速度，增加产量。
以下结合附图和实施例对本实用新型作详细说明。
图1是习知光盘的初始化装置；图2是习知的光学系统在光盘材料层形成的细长条光点；图3为本实用新型的结构图；图4为本实用新型装置的光学头中的光学系统实施例之一；图5为本实用新型在光盘材料层上形成的光点；图6为本实用新型的自动对焦系统的光学设计示意图；图7为本实用新型装置的光学头中的光学系统实施例之二；图8为本实用新型装置的光学头中的光学系统实施例之三。
图3所示为本实用新型的结构图，其主要包括有一个光学头301、一个直线位移平台302与两个旋转主轴303及304，相变位或磁光光盘305及306系以真空吸附方式被分别固定在旋转主轴303及304上，而光学头301系被适当固定在直线位移平台302上，与光盘依等线速度(CLV)或等角速度(CAV)做相对运动。当直线位移平台302载着激光头沿着旋转主轴303上的光盘305的半径方向移动进行初始化时，另一个旋转主轴304开始进行准备状态，当旋转主轴303上的光盘305完成初始化后，直线位移平台302由马达307驱动沿着旋转主轴303及304的中心连线方向运动，载着光学头301快速移动到旋转主轴304上的光盘306进行初始化，此时旋转主轴303又开始进行准备状态，如此循环动作，进行本初始化装置的初始化程序。光学头301装有六支一瓦特的高功率激光管，可在光盘材料层上产生宽约3微米长约180微米的聚焦光点，此时光盘材料层具有如习知技术一样的激光能量密度。以直径120mm相变位光记录光盘的初始化为例，每一片的初始化时间可在15秒内完成，由于聚焦在相变位材料层的光点范围比习知技术提高六倍左右，而且在大区域光点内仍可维持习知技术一样的能量密度，因此经本实用新型装置初始化的相变位光记录光盘可得到最佳的结果，也就是说可以得到可擦试率较高的相变位光记录光盘。
以下对本实用新型装置光学头中光学系统的构造进行说明。
图4所示为本实用新型装置中光学头301的光学系统构造的第一个实施例，其中包括有初始化光源系统401与自动对焦系统402两部分。光源系统401具有六支高功率激光管403～408，它们以微小反射多面镜409为中心沿约辐射状排列，每支高功率激光管分别对应一组含有多个光学元件的光学系统410～415，每一组光学元件的作用是调整每支高功率激光管发射开口的数值孔径，使得垂直及平行于发射开口的数值孔径相当，并且补偿因矫正数值孔径所产生的像散像差，使得每道光形成近乎平行化光束。然后这些光束再分别经过聚焦透镜416～421聚焦，每支高功率激光管的宽1微米长100微米的发射开口经对应光学系统后，可分别在微小反射多面镜409的附近成像聚焦，此六道高功率激光经微小反射多面镜409反射后的等效成像聚焦位置具有共平面的特性，而且每支高功率激光管发射开口的影像经上述光学系统后，在长及宽方向将分别被放大约50倍及6.6倍，也就是说经微小反射多面镜409反射后的每一高功率激光管在微小反射多面镜409处的成像共平面的光点大小均为50微米及660微米，在此，微小反射多面镜409的作用是将六道高功率激光汇集成六道主光束互为平行的光源，并且可精确控制每道高功率激光反射后的光束长度区域大小，此六道主光束互为平行的光源再经过具有等效放大倍率为0.06的预先聚焦透镜422及自动对焦系统402中的聚焦透镜616(请参阅图6)的光学组合，将光束聚焦在相变位光记录材料层615上(请参阅图6)，在此光学构造之下，每支高功率激光管在相变位光记录材料层上产生如图5所示的宽3微米长约30微米的光点，光点502～507依序横向排列形成长约180微米的光条501。其中光盘材料层光点大小的长度方向由原来的约40微米变成30微米，乃因微小反射多面镜409控制每道高功率激光反射后的光束长度区域大小的结果。图6所示为自动对焦系统402的光学设计示意图，所采用的低功率激光源601的波长与高功率激光管不同，激光源601经平行化透镜602将光束平行化后，经偏极分光镜603反射后入射至聚焦透镜616一侧，与高功率激光束423一同聚焦在光盘材料层615上，所产生的反射光再经由聚焦透镜616的另一侧回到偏极分光镜603，反射后的光束经直角棱镜604折射后，再由聚焦透镜605将光讯号聚在光检测器606上，光检测器606所检测的信号回馈控制音圈马达607，调整聚焦透镜616位置，使得自动对焦与高功率激光在光盘进行初始化时得以保持聚焦状态。另外，自动对焦系统中，内建有位置检测光学608，此装置具有检测聚焦透镜616位置的功能，其原理为发光二极管609及610发光照射在聚焦透镜616的固定套筒613外围的刻划线614上，成像透镜611用以将刻划线614影像成像在光检测器612上。当相变位光记录材料层615与聚焦透镜616之间具有相对变动量时，光检测器612将可得到与位置直接相关的讯号，由此讯号便可得知相变位光记录材料层615与聚焦透镜616之间相对位置变动量，当光盘进行初始化时可利用此位置检测光学608得知光盘片的垂直偏摆量是否超出规范，因此此附加功能可作为光盘片偏摆品质的监视作用。
图7所示为本实用新型装置中光学系统的实施例之二，此系统中光学元件的配置与图4所示大致相同，但在图4中的微小反射多面镜409，在此系以一平面绕射式光学元件409a所取代，绕射式光学元件409a的细密光栅条纹平面分为六个区域，利用细密光栅绕射方法，取代图4中微小反射多面镜409所利用的反射原理，将六道高功率激光汇集成六道主光束互为平行的光源，并且可由半导体或其它方法控制绕射式光学元件409a每一区域的大小，精确控制每道高功率激光反射后的光束长度区域大小，图7的局部放大图为绕射式光学元件409a的运作示意图，其中绕射式光学元件409a分为几个区域，每一个区域依据入射光及绕射光方向具有各自光栅间距。至于绕射式光学元件409a光栅的剖面形状可以是二元化、正弦或锯齿状，但为了使经绕射式光学元件409a的绕射效率提高，在本实用新型中采用锯齿状设计，使经绕射式光学元件409a绕射后的出射光强度得到最大。
上述初始化光源系统中的每一支高功率激光管与对应的多元件光学元件系统组合形成独立单元，可单独拆换。
图8为本装置光学系统的又一实施例，图中，高功率激光管403经多个光学元件模组410后，由聚焦透镜416将高功率激光管的发射开口成像在光路空间中，并直接透过预先聚焦透镜422及自动对焦系统402中的聚焦透镜616，在光盘材料层615上产生宽3微米长40微米的聚焦光点。调整聚焦透镜416及预先聚焦透镜422的尺寸位置，可在光盘材料层615上产生不同长宽比例(例如宽3微米长100微米)的聚焦光点。图中的高功率激光管403与对应的多元件光学元件系统组合形成独立的单元，可单独拆换。由于图中的光学设计利用两次聚焦成像转换过程，使光学系统的品质对光学元件机械定位误差容忍度提高，使得本实施例中的光学设计仍可象图4设计一样，容忍机械定位具有较大的误差度，因此可整个初始化模组单独汰换不需做特殊调校程序，并且整体系统对外界抗干扰能力同样具有优异性能。
本实用新型所述的相变位光记录材料是CD-RW或DVD-RW或DVD-RAM或其它更高容量的相变位光记录材料。
以上内容系用以阐述本实用新型的工作原理而不在限制本实用新型的范围，任何基于本实用新型的其它形态或细节上的变化，均不出本实用新型的保护范围。
权利要求1.一种光记录光盘的初始化装置，它包含有一光学头、一用以承载光学头的直线位移平台及用以承载相变位光记录光盘或磁光光盘的旋转主轴，其特征在于所述光学头包含有初始化光源组合及其自动对焦组合。
2.如权利要求1所述的光记录光盘的初始化装置，其特征在于所述初始化光源组合包含有至少两支以上高功率激光管；至少两组以上多元件光学元件系统，每一组多元件光学元件系统对应至每一支高功率激光管，对发射开口做成像转换；一汇集并反射两支以上高功率激光管、形成主光束平行的光束的微小反射多面镜；一将前述微小反射多面镜所反射的主光束平行的光束先行收束后导入自动对焦系统中的预先聚焦透镜。
3.如权利要求1所述的光记录光盘的初始化装置，其特征在于所述自动对焦组合中具有聚焦透镜位置感测系统，可用以检测相变位光记录或磁光光盘的盘片垂直偏摆量。
4.如权利要求2所述的光记录光盘的初始化装置，其特征在于所述初始化光源组合中的每一支高功率激光管与对应的多元件光学元件系统组合形成独立单元，每一独立单元具有拆换的特性。
5.如权利要求1所述的光记录光盘的初始化装置，其特征在于所述光学头中的初始化光源组合包含有一高功率激光管；一多元件光学元件系统，对应至一支高功率激光管，对发射开口作成像转换；一将前述成像转换后的光束先行收束后导入自动对焦系统中的预先聚焦透镜。
6.如权利要求5所述的光记录光盘的初始化装置，其特征在于所述初始化光源组合中的高功率激光管与对应的多元件光学元件系统组合形成独立的单元，每一独立单元具有拆换的特性。
7.如权利要求2所述的光记录光盘的初始化装置，其特征在于所述微小反射多面镜为绕射式光学元件。
8.如权利要求1所述的光记录光盘的初始化装置，其特征在于所述相变位光记录光盘特别指的是CD-RW、DVD-RW或DVD-RAM或其它高容量相变位光记录光盘。
专利摘要本装置包含有光学头、直线位移平台及旋转主轴,光学头包含有初始化光源组合及其自动对焦组合。初始化光源组合包含有:两支以上高功率激光管;两组以上多元件光学元件系统,每一组多元件光学元件系统对应至每一支高功率激光管,对发射开口做成像转换;一汇集并反射两支以上高功率激光管、形成主光束平行的光束的微小反射多面镜;一将前述微小反射多面镜所反射的主光束平行的光束先行收束后导入自动对焦系统中的预先聚焦透镜。它可提高相变位光或磁光记录光盘的初始化品质及速度。
文档编号G11B7/26GK2360909SQ9825091
公开日2000年1月26日 申请日期1998年12月23日 优先权日1998年12月23日
发明者谢启堂, 李世光, 吴文中, 杨运昌, 陈正宜, 赖振群, 陈火棋, 林延真, 王国全, 林长青, 威廉·T·普鲁姆, 道格拉斯·S·古德曼, 杰弗瑞·W·罗伯利, 詹姆斯·J·扎布托, 理查·A·乔利 申请人:华锦光电科技股份有限公司