专利名称：光学读／写系统的制作方法
技术领域：
本发明是关于一种用于记录/再现装置的光学读/写系统，特别是一种用于兼容不同光盘规格的高密度记录/再现装置的光学读/写系统。
背景技术：
光学读/写系统是借助物镜将激光束聚焦至光盘片上以形成光斑，从而将信息记录于盘片上或自盘片上读取信息。聚焦光斑的大小将决定光盘的数据记录密度，从而决定光盘的可记录容量。光斑越小，光盘的记录容量越高。通常，聚焦光斑(S)的大小与激光束的波长(λ)成正比，与物镜的数值孔径(NA)成反比。由此可推出，要形成一适用于高密度记录介质的小型光斑，必须减小激光束的工作波长(λ)或增大物镜的数值孔径(NA)。在光盘规格的演变过程中，其所采用的工作波长(λ)及数值孔径(NA)不断改变。最初的CD规格所采用的工作波长为780nm左右，物镜的数值孔径为0.45；而DVD规格所采用的工作波长已减为650nm，物镜的数值孔径增为0.6；新一代HD-DVD规格已采用波长约为405nm的短波长蓝光取代CD、DVD红光，物镜的数值孔径为0.6以上，最高可达0.85。由于各规格所采用的光学参数不同，记录/读取不同光盘规格的信息，其要求读取/记录哪种规格光学组件就需达到该规格的需求。
不同光盘规格除上述的不同点外，其光盘的厚度也不同。由于光盘倾斜会产生彗差，而彗差的大小与光盘的厚度有很大关系，光盘越厚产生的彗差越大。为了控制光盘的彗差，光盘的厚度逐渐减小，已由CD的1.2mm厚减到HD-DVD的小于0.6mm。
高密度记录/再现装置需可记录/再现与其相对应的记录规格的盘片外，也需兼容以前已存在的低密度记录规格，但是该等规格之间存在工作波长不同、物镜所需的数值孔径不同及盘片厚度不同等情况，因此高密度记录/再现装置的光学读/写系统需具有在记录/再现不同的光盘规格时与的匹配的光学参数。但是，如就每一规格设计一光学系统不但成本高，而且光学读/写系统的封装体积必然是很大，与现在光学记录/再现装置向小型化方向发展相背离。因此，现有技术有采用对应不同规格的光学系统共用部分光学组件的方式减少光学组件数量。以HD-DVD记录/再现装置的光学系统为例，其具有一用于HD-DVD规格的蓝光光源及用于DVD规格的红光光源，其分别具有满足其各自规格参数的光栅等光学组件，且共用准直透镜、物镜等光学组件以将光束会聚于光盘上。但是，通常的光学组件的光学参数通常是由其形状、材料等决定，固定不可调节。比如准直透镜，具有聚光功能。但它仅将某一特定波长光束的发散光束转换成平行光束，其它波长的光束仅能转换成近似平行光束。物镜也是如此，它仅可将输入的特定波长的平行光束很好地会聚于对应的位置，而将其它波长会聚到其它位置时，则会由于不匹配而存在一定的误差，比如会出现像差中的球差、色差现象，或是聚焦光斑的面积太大，从而影响光学系统的光学性能而无法正确地记录/再现光盘上的信息。
因此，有必要提供一种用于记录/再现不同光盘规格的高密度记录/再现装置中的既可以减小光学读/写系统的封装体积又具有良好光学性能的光学读/写系统。
发明内容本发明所要解决的技术问题是减小光学读/写系统的封装体积并使之具有良好光学性能。
本发明的技术方案是一光学读/写系统，其包括第一、第二光收发单元、一棱镜单元、一准直透镜及一物镜，该第一光收发单元具有一第一光源，该第一光源可发出第一波长的光信号以形成第一入射光束，该第二光收发单元具有一第二光源，该第二光源可发出第二波长的光信号以形成第二入射光束，该第二波长大于该第一波长，该棱镜单元具有位于第一入射光束的光路中的第一部分、位于第二入射光束的光路中的第二部分及位于第一、第二入射光束的共同光路中的第三部分，该第一部分用于输入第一入射光束，并将其输出至第三部分，该第二部分用于输入第二入射光束，并将其输出至该第三部分，其具有一非球面结构的端面，该第三部分用于将来自不同光路的第一、第二入射光束由同一位置输出，该准直透镜，其具有与第一波长光信号相对应的光学参数，且其位于第一、第二入射光束共用的光路中，该物镜，其也具有与第一波长光信号相对应的光学参数，且其位于第一、第二入射光束共用的光路中，以将第一、第二入射光束会聚于光盘上。
与现有技术相比，本发明的光学读/写系统中第一、第二入射光束的光路共用部分光学组件，从而可减少光学读/写系统所需的光学组件数目，由此可以减小光学读/写系统的封装体积及降低光学读/写系统成本，并且共用的准直透镜及物镜是针对第一入射光束的规格设定参数，从而第一入射光束具有良好的光学性能。而且，在棱镜单元的第二部分上设有一非球面结构的端面，通过该非球面端面使得由于准直透镜、物镜与光盘规格间不匹配所引起的球面像差得到补偿，使得第二入射光束也具良好的光学性能。
图1是本发明光学读/写系统的光路示意图。
图2是图1光学读/写系统的棱镜单元部分的俯视图。
具体实施方式请参阅图1，本发明的光学读/写系统100适用于记录/再现不同光盘规格的高密度记录/再现装置中，本实施方式以适用于HD-DVD记录/再现装置的光学读/写系统为例。该光学读/写系统100包括一第一光收发单元11、一第二光收发单元12、一第一全像光学组件21、一第二全像光学组件22、一棱镜单元3、一准直透镜4、一光路转换组件5、一波长选择器6及一物镜7。
该第一、第二光收发单元11、12平行设置，其分别藉由半导体集成工艺一体成型。第一光收发单元11包括一第一光源(未标示)及一第一光电探测器(未标示)，该第一光源可发出第一波长光信号以形成第一入射光束。本实施方式中，该第一波长光信号为HD-DVD光信号，其波长约为405nm。第二光收发单元12包括一第二光源(未标示)及一第二光电探测器(未标示)，该第二光源可发出第二波长光信号以形成第二入射光束。本实施方式中，该第二波长光信号为DVD光信号，其波长约为650nm。第一全像光学组件21与第一光收发单元11的第一光源正对设置，第二全像光学组件22与第二光收发单元12的第二光源正对设置。
请同时参阅图2，该棱镜单元3是由多个单一棱镜组成的棱镜组合，其具有第一棱镜31、第二棱镜32及第三棱镜33，第一、第二棱镜31、32排列于第三棱镜33一侧。第一、第二、第三棱镜31、32、33皆呈四棱柱结构。其中，第一棱镜31的横截面呈平行四边形结构，其具有平行相对设置的一第一入光面310、一第一出光面311及二平行相对设置的第一反射面312、313，第一入光面310与第一反射面312间成一45度夹角，第一棱镜31的第一入光面310正对第一全像光学组件21设置。第二棱镜32的横截面大体呈矩形结构，其具有一第二入光面320及一第二出光面321，第二入光面320正对第二全像光学组件22设置。第二入射面320与第二出光面321其中一者为非球面结构，本实施方式中第二出光面321为非球面结构，并通过设定非球面的具体形状而对输入至其非球面不同位置的光束具不同的会聚功能，该非球面结构也可设于第二入光面320上。第三棱镜33包括相对且平行设置的第三入光面330、第三出光面331及连接该第三入光面330与第三出光面331的第三反射面332，其中第三入光面330与第一、第二棱镜31、32相邻，且正对第一、第二出光面311、321设置。第三反射面332与第三入光面330间具一45度夹角。第三棱镜33于远离第三反射面332的一端平行于该第三反射面332设有一光路转换接口333，其对于不同入射光束具不同反射与透射功能，本实施方式中对第一入射光束透射，对第二入射光束反射。
准直透镜4正对棱镜单元3的第三棱镜33的第三出光面331设置，其光学参数是针对HD-DVD规格所采用的短波长设定，光路转换组件5用于改变光束的传输方向，其是倾斜设置，与水平方向具45度夹角，本实施方式中光路转换组件5是一反射镜。波长选择器6及物镜7的光轴皆垂直于光盘所在表面，物镜7正对光盘表面设置，其光学参数及位置是针对HD-DVD规格所采用的波长、数值孔径及HD-DVD的盘片厚度设定。波长选择器6位于物镜7与光路转换组件5之间，具二相对表面(未标示)，且靠近光路转换组件5的表面上设有第一、第二区域，以对入射的光束选择性通过。
当记录或读取HD-DVD规格数据时，第一光收发单元11的第一光源发出的第一入射光束通过第一全像光学组件21输入至棱镜单元3的第一棱镜31的第一入光面310。该第一入射光束经第一入光面310后入射至第一棱镜31的其中一第一反射面312，由于第一入光面310与第一反射面312间呈45度角设置，第一入射光束的传输方向逆时针旋转一定角度。经其中一第一反光面312反射后的第一入射光束入射至另一第一反光面313，该第一入射光束再次被反射，传输方向沿顺时针旋转一角度。由于二第一反光面312、313是平行设置，该第一入射光束的顺时针旋转的角度等于被第一反光面312反射的逆时针旋转的角度，从而传输方向改为入射至第一棱镜时的方向。经该二第一反光面312、313两次反射后的第一入射光束由第一棱镜31的第一出光面311出射，且该第一入射光束的出射方向与入射至第一入光面311的入射方向一致。自第一棱镜31出射的第一入射光束通过第三棱镜33的第三入光面330后输入至光路转换接口333，光路转换接口333对于第一入射光束完全透射，不改变其传输方向，以使其通过第三出光面331，进而输出至准直透镜4。准直透镜4的光学参数为HD-DVD所需的参数，其可将输入的发散的第一入射光束转成平行光束后输出至光路转换组件5。光路转换组件5将传输方向由原来的沿水平方向传输改为沿竖直方向传输。自光路转换组件5输出的沿竖直方向传输的第一入射光束输入至波长选择器6，波长选择器6的第一、第二区域对于405nm波长的光信号皆可通过，从而该入射光束完全输入至物镜7，物镜7也是针对HD-DVD需求设定，其可将输入的第一入射光束的平行光束会聚于HD-DVD盘片的数据记录轨道上，以形成一光斑。HD-DVD盘片对落入其上的第一入射光束反射以形成一第一反射光束，该第一反射光束的光路与第一入射光束的光路基本相同，但不同之处在于该第一反射光束输入至第一全像光学组件21后，第一全像光学组件21使其发生折射而使输出的光信号落在第一光收发单元12的第一光电探测器上，该第一光电探测器将光信号转成电信号输出。由于第一入射光束的光路中所有组件的光学参数，皆达到HD-DVD所需的参数，而不会出现由于准直透镜、物镜不匹配而引起的球差、色差等像差，因此对于HD-DVD光路具有良好的光学性能。而且，藉由棱镜单元3的第一棱镜31的表面间反射，改变第一入射光束的传输方向，从而在满足光路总长度的条件下，可充分利用光学读/写系统的空间位置，减少单一方向上的长度，由此可减少光学读/写系统的封装尺寸。
当记录或读取DVD规格数据时，第二光收发单元12的第二光源发出的第二入射光束经第二全像光学组件22后输入至棱镜单元3。第二棱镜32的第二入光面320接收该第二入射光束，并通过第二出光面321出射。由于第二棱镜32的第二出光面321为一非球面结构，对输入至其非球面不同位置的第二入射光束具不同的会聚功能。第二入射光束经第二棱镜32第一次聚光后，再经第三棱镜33的第三入光面330后入射至第三反射面332，并被第三反射面332反射。由于第三反射面332与第三入光面330间距45度夹角，第二入射光束的传输方向顺时针旋转一角度。被第三反射面332反射后的第二入射光束入射至第三棱镜33的光路转换接口333。光路转换接口333对输入的第二入射光束完全反射，从而第二入射光束的传输方向逆时针旋转一角度。由于光路转换接口333与第三反射面332平行设置，该逆时针旋转的角度等于第二入射光束被第三反射面332反射的顺时间旋转的角度，由此传输方向与入射至第三棱镜33前的传输方向相同，并通过第三出光面331输出。该第二入射光束再通过准直透镜4的第二次聚光后转成近平行光束，且通过光路转换组件5改变传输方向为竖直方向后，输入至波长选择器6。波长选择器6的第一区域对输入的波长为650nm的光信号完全通过，而该第二区域仅可通过波长为405nm的光信号，从而对650nm的光信号完全阻挡，以此位于第二入射光束外围的光能量被完全阻挡而不能落至物镜表面上，从而使得具DVD所需的较小数值孔径的物镜，在记录/读取DVD规格时，其外围部分并无光束通过，以此满足DVD规格的数值孔径需求。物镜7是一会聚透镜，其可为一非球面透镜，以对输入的第二入射光束第三次聚光，从而将第二入射光束会聚至DVD光盘的数据记录轨道上。DVD盘片对落入其上的第二入射光束反射以形成一第二反射光束，该第二反射光束的光路与第二入射光束的光路基本相同，但是不同之处在于该第二反射光束输入至第二全像光学组件22后，第二全像光学组件22使其发生折射而使输出的光信号落在第二光收发单元12的第二光电探测器所在位置，该第二光电探测器将光信号转成电信号输出。在第二入射光束的光路中，藉由棱镜单元3的第二棱镜32、准直透镜4及物镜7的三次聚光将DVD采用的第二波长光信号输入至DVD光盘的数据轨道上，从而避免了准直透镜4及物镜7的光学参数与DVD规格所需的参数不一致所引起的球面像差。并且，藉由波长选择器6将具较大数值孔径的物镜的外围部分遮挡以使物镜7满足DVD规格所需的数值孔径大小，由此保证DVD光路的光学性能。而且，第二入射光束在棱镜单元3的第三棱镜33的表面间反射，因此可减少单一方向所需尺寸，由此可充分利用光学读/写系统的空间，是以减小光学读/写系统的封装体积。
上述实施方式所述的棱镜单元也可藉由射出成型工艺集成于一体。
权利要求
1.一光学读/写系统，包括一第一光收发单元、一第二光收发单元、一准直透镜、一物镜，所述第一光收发单元具有一第一光源，第一光源可发出形成第一入射光束的第一波长的光信号；所述第二光收发单元具有一第二光源，第二光源可发出形成第二入射光束的第二波长的光信号；所述物镜位于第一、第二入射光束共用的光路中，其特征在于所述第二波长大于第一波长；所述物镜和准直透镜具有与第一波长光信号相对应的光学参数并都位于第一、第二入射光束共用的光路中；所述光学读/写系统进一步包括一棱镜单元，该棱镜单元具有位于第一入射光束的光路中的用于传输第一入射光束并将其输出至第三部分的第一部分、位于第二入射光束的光路中的用于传输第二入射光束，并将其输出至该第三部分，且具有一非球面结构的端面的第二部分及位于第一、第二入射光束的共用光路中的用于将来自不同光路的第一、第二入射光束由同一位置输出的第三部分。
2.根据权利要求1所述的光学读/写系统，其特征在于该棱镜单元的第一部分、第二部分及第三部分分别为独立光学组件，该第二部分具有相对设置的分别输入、输出第二入射光束的第二入光面及第二出光面，并且该非球面端面为该第二部分的第二入光面。
3.根据权利要求1所述的光学读/写系统，其特征在于该棱镜单元的第一部分是一表面反射型棱镜，其包括一输入第一入射光束的第一入光面、一输出第一入射光束的第一出光面及至少一反射自第一入光面输入的第一入射光束且改变第一入射光束传输方向的第一反射面。
4.根据权利要求1所述的光学读/写系统，其特征在于该棱镜单元的第一部分是一横截面呈平行四边形结构的四棱柱，且具有二相互平行的第一反射面，该第一反射面与该第一入光面间具45度角。
5.根据权利要求1所述的光学读/写系统，其特征在于该棱镜单元的第三部分包括一输入来自该第一部分的第一入射光束及来自第二部分的第二入射光束的第三入光面、一第三出光面、一对入射的第二入射光束反射以改变其在第三部分内部的传输方向的第三反射面。
6.根据权利要求1所述的光学读/写系统，其特征在于该棱镜单元的第三部分的第三入光面平行于该第三出光面，该第三反射面分别与该第三入光面及第三出光面相连，且该第三反射面与第三入光面间具一45度角。
7.根据权利要求6所述的光学读/写系统，其特征在于该棱镜单元的第三部分进一步包括一对第一入射光束及第二入射光束具有不同的光学性能的光路转换接口。
8.根据权利要求1所述的光学读/写系统，其特征在于该光学读/写系统进一步包括一第一全像光学组件及第二全像光学组件，分别正对第一光收发单元的第一光源和第二光收发单元的第二光源设置。
9.根据权利要求1所述的光学读/写系统，其特征在于该光学读/写系统还包括一位于该棱镜单元与该物镜间的光路上的转换第一、第二入射光束的传输方向的光路转换组件。
10.根据上述根据权利要求的任一项所述的光学读/写系统，其特征在于该光学读/写系统进一步包括一波长选择器，其相对物镜设置，其使第一入射光束全部落在物镜表面，而第二入射光束部分落在物镜表面，部分被波长选择器阻挡。
全文摘要
一光学读/写系统包括第一、第二光收发单元、一棱镜单元、一准直透镜及一物镜，该第一光收发单元具第一光源，该第一光源可发出形成第一入射光束的第一波长的光信号，该第二光收发单元具第二光源，该第二光源可发出形成第二入射光束的第二波长的光信号，该第二波长大于该第一波长，该棱镜单元具位于第一入射光束光路的第一部分、位于第二入射光束光路的第二部分及位于第一、第二入射光束的共同光路的第三部分，该第二部分具有一非球面结构的端面，该第三部分用于将来自不同光路的第一、第二入射光束由同一位置输出，该准直透镜与物镜皆具有与第一波长光信号相对应的光学参数，且皆位于第一、第二入射光束共用的光路中。
文档编号G11B7/135GK1684168SQ20041002692
公开日2005年10月19日 申请日期2004年4月15日 优先权日2004年4月15日
发明者孙文信 申请人:鸿富锦精密工业(深圳)有限公司, 鸿海精密工业股份有限公司