专利名称：用位相反转的双层光盘读出器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种用位相反转的双层光盘读出器，特别是适用于读取双层数字化视频光盘(简称DVD)的光盘。
背景技术：
在先技术[1](参见J.Taylor，DVD Demystified(McGraw-Hill，New York，1997))其采用的双层DVD读取系统首先聚焦于一个层面上读取信息，然后通过机械的方式改变焦点到第二层面上，由于是分时读取，影响了数据的读取速度。
在先技术[2](参见S.Stankovic，et al，“Integrated optical pickup systemfor axial dual focus”，Appl.Opt.40，614-621(2001))提供了一种基于衍射光学元件(DOE′s)的系统，使其对于横电模(TE)和横磁模(TM)两种偏振态，具有不同的焦距，这样就可以利用不同偏振态的光束读取不同的层面。
在先技术[3](参见R.Katayama，et al，″Dual-wavelength optical headwith a wavelength-selective filter for 0.6-and 1.2-mm-thick-substrate opticaldisks″，Appl.Opt.38，3778-3786(1999)采用波长选择的全息光学元件或液晶光阀，使两个不同波长的照明光聚焦在两个焦点上，从而实现对双层光盘的读取。上述在先技术[2]与[3]两种结构都存在结构复杂和成本较高的问题。
发明内容
本实用新型的双层光盘读出器，如图1所示，包括激光光源1，从激光光源1发射的激光束Gr由准直透镜2准直后，经过第一分光镜3后，分成两束光，由第一分光镜3透射的透射光束Gt顺序通过第一位相板4、第二分光镜7、第三分光镜8和物镜9，由物镜9直接将透射光束Gt聚焦在双层光盘10的第一层面上。另一束由第一分光镜3反射的反射光束Gf经过第二反射镜14和第一反射镜13两次反射后，顺序通过第二位相板12、负透镜11、第三分光镜8和物镜9后，将反射光束Gf聚焦在双层光盘的第二个层面上。经过双层光盘10反射的两束光通过物镜9、第三分光镜8和第二分光镜7后，在接收面相对于第二分光镜7反射面放置的探测器6上重建两幅强度图象5。如果在物镜9的焦点处(即两个层面上)没有信号存在，重建图象5的强度是均匀的，反之，就具有很强的强度对比。探测器可以探测到这种差异，从而达到对光盘信号的识别。通过设定两个位相板4和12在光路上的位置，可以使两幅重建图象在空间分开，从而区分来自不同层面的信息。上述的本实用新型的结构关键在于在透射光束Gt的光路上，在第一分光镜3与第二分光镜7之间置有第一位相板4；在反射光束Gf的光路上，在第一反射镜13与负透镜11之间置有第二位相板12。所说的第一位相板4和第二位相板12均为二元位相光栅。
如图2所示，当输入第一位相板4为一个二元位相光栅，在它的傅立叶变换面上，即在双层光盘10层面上，对位相光栅的零级频谱进行调制，当以下两个条件θ＝， (1)和 得到满足时，在下一个傅立叶变换面上，就能得到一幅黑白图象，这是由于位相的变化转换为振幅的变化。其中a是位相光栅的占空比，a＝w/d，w为位相宽度，d为光栅周期。θ是零级谱点处相移的大小，是位相深度，位相反转区域的振幅B=1/a]]>位相反转方式能够用于读取光盘的根本原因在于照明光斑经过光盘记录点(凹坑)反射后，其相变可以看作为π。二元位相光栅的位相板，将待读取的光盘层面放置于物镜9的焦面(即位相板的频谱面)上，若位相板的零级谱点处有信号(凹坑)，则在下一个傅立叶变换面(探测器6的接收面)上就会出现很高对比度的强度图象5，反之，反转图象5强度是均匀的，就可通过探测这种强度的差异是否存在而来实现光盘信息的读取。
理想的位相反转方式是只对零级谱点进行调制，但光束照射到光盘表面上，其他轨道上的凹坑可能会导致高阶谱点的相变，从而使重建图象发生变化，但是理论和实验表明，在这种情况下，本发明仍然是可行的。作为说明过程，首先考虑零级和一级谱点(因为它们占据了频谱的大部分能量)，分析过程如下设输入的二元位相光栅为 (3)这里假定位相板为无穷大，*代表空间的卷积，则其频谱为(4)其中fx，fy是空间频率变量，fx=x/λf，fy=y/λf，m为[-∞，∞]内的整数。
可以用下式来描述光盘上的凹坑对各级谱点的影响，R(fx,fy)={1+[exp(iθo)-1]δ(fx)δ(fy)+Σp[exp(iθp)-1]δ(fx-p/d)δ(fy)]]>+Σq[exp(iθq)-1]δ(fx)δ(fy-q/d)},.......(5)]]>其中p，g=±1，代表正负一级谱点。θo，θp，θq=O或者π，取决于正负一级谱点处是否有凹坑，有为π，没有为O。
这样经过光盘反射，频谱变为U(fx,fy)=U0(fx,fy)R(fx,fy),........(6)]]>最后在探测器6的接收面上重建图象5为 +Σqsinc(qwd)[exp(iθq)-1]exp(-i2πqyd)}........(7)]]>这里讨论三种情况(1)只有零级谱点发生相变；(2)零级和一级谱点都发生相变；(3)只有一级谱点有相变。它们的重建图象5分别对应于图3的图3(a)、图3(b)和图3(c)。图3(a)是标准位相反转的情况，反转区域A有最大的光强，而非反转区域B的强度接近于零。在图3(b)中，由于一级谱点也有相变，因此重建图象5与图3(a)不同。此时反转区域A中心的光强接近零，而非反转区域B中心的强度达到最大。图3(c)中反转区域A和非反转区域B中心的光强几乎相等。从中得出结论，只要零级谱有相变，即欲读取的信号为“1”，重建图象5的位相反转区域A和非位相反转区域B就会有很强的对比，探测出这种强度的差异，就可据此做出正确的判断。在有更多高级谱点发生相变的情况下，也有同样的结果。进而可得出结论，在整个频谱范围内，即使一部分高阶谱发生相变，只要更多的高阶谱反射后位相保持不变，就能准确地读取信号。
本实用新型使用单个物镜9和两块位相板4和12，只用较少的元件实现了对双层DVD光盘的两个层面同时读取，结构简单，而且可以在聚焦斑点大于光盘凹坑直径的情况下实现对数据信息的正确读取，在一定程度上降低了对物镜9数值孔径和照明波长的要求，从而在一般的激光光源和数值孔径下，达到对更高存储密度光盘的精确读取。
图1是本实用新型的双层光盘读出器的结构示意图。
图2是本实用新型中位相反转结构实现过程的示意图。
图3是用本实用新型双层光盘读出器所获得的重建图象，其中图3(a)是只有零级谱点发生相变时的重建图象5；图3(b)是零级和一级谱点都发生相变时的重建图象5；图3(c)是只有一级谱点有相变时的重建图象。
图4是图具体实施方式
的结构示意图。
图5是具体实施方式
中利用本实用新型双层光盘读出器所获得的重建图象。
具体实施方式
如图4所示的结构，激光光源1波长是632.8nm的氦氖激光器产生的照明光束经过准直透镜2准直后，经过半透半反的第一分光镜3，其透射的一束光通过第一位相板4、第二分光镜7、第三分光镜8、透镜9，聚焦到双层光盘10的第一个层面上。经反射后再次通过透镜9、第三分光镜8和第二分光镜7成象在由电荷耦合器(CCD)作为探测器6的接收面上；另一束反射光经过第二反射镜14和第一反射镜13两次反射后，通过第二位相板12、负透镜11、第三分光镜8和透镜9，聚焦到双层光盘10的第二个层面上。被双层光盘10反射后，与第一束光汇合，也成象在CCD探测器6的接收面上。两个位相板4和12为二元位相光栅，面积为8mm×8mm，由4×4个1mm×1mm的小区域组成，相互之间距离为1mm，均匀分布，即周期为2mm，位相占空比a为1/2，位相深度为π/2。透镜9的焦距为180mm，负透镜11的焦距为-54.08m。一块双面镀有反射膜的玻璃板作为双层光盘10，40μm×40μm位相为π/2的小区域作为双层光盘上的点。所获得的两个层面的重建图象5如图5所示。反转区域A光强最大，非反转区域B的光强最小。这里预先使第二位相板12的位置稍微偏离了轴线，从而使两幅重建图象5错开。
权利要求1.一种用位相反转的双层光盘读出器，包括由激光光源(1)发射的激光束(Gr)经过准直透镜(2)准直后，到达第一分光镜(3)，第一分光镜(3)将激光束(Gr)分成两束光，一束由第一分光镜(3)透过的透射光束(Gt)经过第二分光镜(7)、第三分光镜(8)、到达物镜(9)，由物镜将透射光束直接聚焦于双层光盘(10)的第一个层面上；由第一分光镜(3)反射的反射光束(Gf)经过第二反射镜(7)、第一反射镜(3)、负透镜(11)、第三分光镜(8)和物镜(9)，将反射光束聚焦于双层光盘(10)的第二个层面上；在对着第二分光镜(7)反射面处有探测器(6)；其特征在于在第一分光镜(3)与第二分光镜(7)之间置有二元位相光栅的第一位相板(4)；在第一反射镜(13)与负透镜(11)之间置有二元位相光栅的第二位相板(12)。
专利摘要一种用位相反转的双层光盘读出器，包括有激光光源发射的激光束经过准直透镜到达第一分光镜，由第一分光镜分出的透射光束经过第一位相板、第二分光镜、第三分光镜和物镜，聚焦于双层光盘第一层面上。第一分光镜分出的反射光束经过第二反射镜、第一反射镜、第二位相板、负透镜、第三分光镜和物镜，聚焦于双层光盘的第二层面上。两光束最后汇合在探测器上。具有结构简单，能够对较高存储密度光盘精确地读取。
文档编号G11B7/12GK2554765SQ0124676
公开日2003年6月4日 申请日期2001年7月27日 优先权日2001年7月27日
发明者周常河, 赵帅, 刘立人 申请人:中国科学院上海光学精密机械研究所