专利名称：光学拾取装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于记录/再现不同光盘规格的光学拾取装置。
背景技术：
光学拾取装置是通过一特定光路将激光源发出的特定波长光信号会聚于光盘上以形成一光斑，由此实现对光盘的读/写操作。随着光盘规格从CD、DVD至HD-DVD的不断演进，光盘的记录密度愈发致密，这就要求读/写光盘信息的光斑愈小。而光斑的大小又与激光的波长及物镜的数值孔径相关，光斑的大小正比于激光的波长，反比于物镜的数值孔径。如此，光盘规格向高密度的演进导致激光的波长不断减小，物镜的数值孔径不断增大。如，CD采用780nm波长的红外光作为记录/读取光束，物镜的数值孔径为0.4；DVD采用650nm波长的红光作为记录/读取光束，物镜的数值孔径为0.6；而HD-DVD则采用405nm波长的蓝光作为记录/读取光束，物镜的数值孔径为0.6-0.8。因此，记录/读取不同光盘规格的信息，其记录/读取光束需具有与之相匹配的工作波长及数值孔径。然而，对于高密度读/写装置，如HD-DVD播放装置，其需既可播放HD-DVD光盘并且要能向下兼容DVD、CD光盘。因此，HD-DVD的光学拾取装置需满足HD-DVD、DVD、CD光盘规格。
请参阅图1，其为美国专利第6,442,124号所揭示的一兼容HD-DVD、DVD、CD光盘规格的光学拾取装置80。该光学拾取装置80具有一由多个棱镜组成的分光镜81，并于分光镜81正对光盘一侧设有一聚焦装置82，其余每侧分别设有一光源83、一光探测器84及一全息元件85，以分别用于记录/再现HD-DVD、DVD及CD信息。该聚焦装置82包括具有不同数值孔径的第一、第二会聚透镜82a、82b，二者通过致动元件(图未示)选择性置于光学拾取装置的记录/再现光路中以对应不同的光盘规格。
上述光学拾取装置虽可兼容不同光盘规格，然而其具有以下缺点。其一，其采用双物镜结构，读取HD-DVD与DVD采用一物镜，而读取CD则采用另一物镜，从而成本高。并且，光学拾取装置中需添加致动元件用以移动物镜，从而使光学拾取装置的结构复杂。其二，对每一光盘规格配置一激光源及光探测器，并分别设于分光镜一侧，会使得整体光路所占的空间较大，限制了光学拾取装置的尺寸，不利于光学拾取装置向小型化方向发展。其三，物镜直接对激光源发出的发散光束会聚，其光斑较大，且存在像差，从而降低了记录/再现信息的性能。
发明内容本发明所要解决之技术问题在于提供一用于记录/再现不同光盘规格信号的光学拾取装置，其具有良好的光学性能且光学元件数目少。
本发明解决技术问题之技术方案为一种用于记录/再现不同光盘规格信号的光学拾取装置，包括第一、第二、第三激光源、一光电检测元件、一全息元件单元、一棱镜单元、准直透镜与物镜。该第一激光源可发出具有第一波长的第一入射光束，该第二激光源可发出具有第二波长的第二入射光束，该第二波长大于上述第一波长，该第三激光源可发出具有第三波长的第三入射光束，该第三波长大于上述第二波长。光电检测元件用于接收第一、第二、第三入射光束被光盘反射形成的第一、第二、第三返回光束。第一、第二、第三激光源及光电检测元件集成于一体，且上述全息元件单元使第一、第二、第三返回光束皆聚焦于上述光电检测元件上。该棱镜单元具有分别用于输入第一、第二、第三入射光束的第一、第二、第三入光面，及一输出第一、第二、第三入射光束的出光面，其中第二、第三入光面为非球面结构。该准直透镜与物镜具有与第一波长相对应的光学参数。
与现有技术相比，本发明的光学拾取装置仅需一个光电检测元件即可接收不同波长的返回光束，并且其与第一、第二、第三激光源集成于一体，从而减少光学元件的数目，使光路紧凑以减小光学拾取装置的封装体积。再则，准直透镜、物镜具有与第一波长相匹配的光学参数，故对于第一波长的第一入射光束的光路具有良好的光学性能。该第二、第三入光面为非球面结构，其对准直透镜、物镜的聚光性能起到补偿作用，从而即使准直透镜、物镜的光学参数与第二、第三波长不完全匹配，第二、第三入射光束的记录/再现光路亦不会产生像差，从而第二、第三入射光束的光路亦具有良好的光学性能。
图1为传统光学拾取装置的结构示意图。
图2为本发明的光学拾取装置的结构示意图。
图3为图2的半导体激光模组的结构示意图。
图4为图2的棱镜单元的立体图。
图5为图2的波长选择镜光路示意图。
图6为HD-DVD及DVD读/写光路示意图。
图7为CD读/写光路示意图。
具体实施方式请参看图2，一用于记录/再现不同光盘规格信号的光学拾取装置99包括一半导体激光模组1、一全息元件单元2、一棱镜单元3、一准直透镜6、一波长选择镜7及一物镜8。其中，半导体激光模组1可发出三种不同波长的激光束，准直透镜6及物镜8具有与最短波长激光束相匹配的光学参数。一封装壳体(图未示)将全息元件2及棱镜单元3固定于其上，并收容半导体激光模组1。
请同时参阅图3，该半导体激光模组1包括一可发出405nm波长光信号的第一激光源12a、一可发出650nm波长光信号的第二激光源12b、一可发出780nm波长光信号的第三激光源12c及一光电检测元件13。其中，第一、第二、第三激光源12a、12b、12c及光电检测元件13为一集成器件，其是通过半导体工艺形成于同一基板11上，并收容于该封装壳体内。
全息单元2包括第一、第二、第三全息元件21a、21b、21c，三者皆为微型元件，且分别正对第一、第二、第三激光源12a、12b、12c设置以改变第一、第二、第三激光源12a、12b、12c发出的光信号返回时的传输方向。并且，第一、第二、第三全息元件21a、21b、21c具有合适的光栅线宽及位置，使得分别被第一、第二、第三全息元件21a、21b、21c改变传输方向的不同波长光信号具有相同的聚焦点，并且该聚焦点为光电检测元件13的中心点。本实施例中，第一、第二、第三激光源12a、12b、12c位于同一平面并围成一三角形图案，光电检测元件13位于该三角形图案内。由此可减小基板11的尺寸，从而减小封装壳体的尺寸以减小光学拾取装置的体积。
请参看图4，棱镜单元3包括结构相同的第一、第二复合棱镜40、50。第一复合棱镜40包括并排设置的第一长菱形棱镜42与一第一直角棱镜44，第一长菱形棱镜42的一表面与第一直角棱镜的斜面黏合形成一黏合面。并于黏合面上镀一多层膜以形成一第一分光面442。第一分光面442具有二色性，其对不同波长的入射光束具有反射或透射两种不同的性能。第一直角棱镜44具有一与第一全息元件21a相对设置的第一入光面440，第一长菱形棱镜42具有一与第二全息元件21b相对设置的第二入光面420，且第二入光面420为非球面结构以校正光束于光路中传输产生的像差。第一长菱形棱镜42具有一与第一分光面442相对设置的第一反射面422及一连接第一分光面442与第一反射面422的第一出光面424。其中，第一反射面422上镀有一全反射膜以避免光束由第一反射面422透射而引起光能量损耗。
第二复合棱镜50包括并排设置的第二长菱形棱镜52与一第二直角棱镜54，其中第二直角棱镜54与第一复合棱镜40的第一出光面424相对设置，第二长菱形棱镜52与第一长菱形棱镜42间异面垂直设置。第二长菱形棱镜52的一表面与第二直角棱镜54的斜面黏合形成一黏合面。并于黏合面上镀一多层膜以形成一第二分光面542。第二分光面542对不同波长的入射光束具有反射或透射两种不同的性能。本实施例中，第二分光面542对405nm及650nm波长光信号透射，而对780nm波长光信号反射。第二长菱形棱镜52具有一与第三全息元件21c相对设置的第三入光面520，且第三入光面520为非球面结构以校正光束于光路中传输产生的像差。第二长菱形棱镜52具有一与第二分光面542相对设置的第二反射面522及一连接第二分光面542与第二反射面522的第二出光面524。其中，第二反射面522上镀有一全反射膜以避免光束由第二反射面522透射而引起光能量损耗。
请参看图5，波长选择镜7位于物镜8与准直透镜6之间，其由内而外依次包括第一、第二、第三区域71、72、73。其中，第一区域71对输入的405nm、650nm及780nm波长的光信号皆透射，第二区域72透射405nm、650nm波长光信号而阻挡780nm波长光信号，第三区域73仅透射405nm波长光信号而阻挡650nm及780nm波长光信号。因此，通过第一、第二、第三区域71、72、73的透光性能使得物镜7同时满足HD-DVD、DVD及CD规格的需求。
请参看图6，当读/写HD-DVD光盘时，第一激光源12a发出具有405nm波长的第一入射光束。该第一入射光束沿其原传输方向通过第一全息元件21a后经由第一入光面440进入第一复合棱镜40的第一直角棱镜44。第一入射光束进入第一直角棱镜44后入射至第一分光面442。第一分光面442对405nm波长的第一入射光束具有透射的功能，故第一入射光束经由第一分光面442进入第一复合棱镜40的第一长菱形棱镜42。由于第一长菱形棱镜42与第一直角棱镜44为同种材料制成以具有相同的折射率，从而自第一分光面442输入的第一入射光束沿其原传输方向输入至第一出光面424，从而自第一复合棱镜40输出。自第一复合棱镜40输出的第一入射光束进入第二复合棱镜50的第二直角棱镜54(请参看图2)。由于第二分光面542对405nm波长的第一入射光束具有透射的功能，故第一入射光束经由第二分光面542进入第二复合棱镜50的第二长菱形棱镜52并由第二出光面524输出。第一入射光束自棱镜单元3输出后入射至准直透镜6，准直透镜6具有与其相匹配的光学参数，从而将第一入射光束的发散光束转成平行光束并输入至波长选择镜7。由于波长选择镜7的第一、第二、第三区域71、72、73对405nm波长光信号皆具有透射功能，从而第一入射光束可完全通过波长选择镜7而入射至物镜8。物镜8将第一入射光束会聚于HD-DVD的记录表面(未标示)上。
HD-DVD的记录表面对第一入射光束反射形成一第一返回光束，该第一返回光束沿第一入射光束的传输路径通过物镜8、波长选择镜7、准直透镜6及棱镜单元3后输入至第一全息元件21a。第一全息元件21a对第一返回光束绕射并使其会聚于光电检测元件13上。光电检测元件13将接收到的第一返回光束转成电信号输出以获得HD-DVD的记录信息及伺服信号。
由于物镜8与透镜6的光学参数与读/写HD-DVD的405nm波长相符，且物镜8的数值孔径满足HD-DVD规格，故HD-DVD光盘的读/写光路具有良好光学性能。
当读/写DVD光盘时，第二激光源12b发出具有650nm波长的第二入射光束。该第二入射光束沿其原传输方向通过第二全息元件21b后经由第二入光面420进入第一长菱形棱镜42。由于第二入光面420为一非球面结构，其对第二入射光束具有会聚功能。自第二入光面420进入第一长菱形棱镜42内的第二入射光束入射至第一反射面422，由于第一反射面422镀有全反射膜，第二入射光束被第一反射面422全反射而改变传输方向。第二入射光束被第一反射面422反射后输入至第一分光面442。第一分光面442对650nm波长的第二入射光束具有反射的功能，因此第二入射光束被第一分光面442反射而再次改变其传输方向。被第一分光面442反射的第二入射光束经由第一出光面424输出第一复合棱镜40。第二入射光束自第一复合棱镜40输出后进入第二复合棱镜50的第二直角棱镜54(请参看图2)。由于第二分光面542对650nm波长的第二入射光束亦具有透射的功能，故第二入射光束经由第二分光面542进入第二复合棱镜50的第二长菱形棱镜52并由第二出光面524输出棱镜单元3。自棱镜单元3输出的第二入射光束经由准直透镜6转成近平行光束后输入至波长选择镜7。波长选择镜7的第一、第二区域对650nm波长光信号透射，第三区域对650nm波长光信号阻挡，从而第二入射光束外围部分被波长选择镜7阻挡而无法入射至物镜8上。透过波长选择镜7入射至物镜8的部分第二入射光束通过物镜8会聚于DVD的记录表面上。
DVD的记录表面对第二入射光束反射形成一第二返回光束，该第二返回光束沿第二入射光束的传输路径通过物镜8、波长选择镜7、准直透镜6及棱镜单元3后输入至第二全息元件21b。第二全息元件21b对第二返回光束绕射并使其会聚于光电检测元件13上。光电检测元件13将接收到的第二返回光束转成电信号输出以获得DVD的记录信息及伺服信号。
由于第二入射光束与第二返回光束在第一复合棱镜40的第一长菱形棱镜42内多次改变传输方向，从而在保证总光程不变的情况下，降低光学拾取装置的高度。并且，第一复合棱镜40的第二入光面420为非球面结构，其补偿准直透镜6及物镜8的聚焦功能，从而避免了准直透镜6及物镜8与读/写DVD光盘的工作波长不匹配而引起像差。再则，在物镜8前设置波长选择镜7，使得物镜8的数值孔径与DVD规格一致，从而保证DVD读/写光路具有良好的光学性能。
请参阅图7，当读/写CD光盘时，第三激光源12c发出具有780nm波长的第三入射光束。该第三入射光束沿其原传输方向通过第三全息元件21c后经由第三入光面520进入第二长菱形棱镜52。由于第三入光面520为一非球面结构，其对第三入射光束具有会聚功能。自第三入光面520进入第二长菱形棱镜52内的第三入射光束入射至第二反射面522。由于第二反射面522镀有全反射膜，第三入射光束被第二反射面522全反射而改变传输方向。第三入射光束被第二反射面522反射后输入至第二分光面542。第二分光面542对780nm波长的第三入射光束具有反射功能，因此第三入射光束被第二分光面542反射而再次改变其传输方向。被第二分光面542反射的第三入射光束经由第二出光面524输出第二复合棱镜50。自棱镜单元3输出的第三入射光束经由准直透镜6转成近平行光束后输入至波长选择镜7。波长选择镜7的第一区域对780nm波长光信号透射，第二、第三区域对780nm波长光信号阻挡，从而第三入射光束仅中心部分可通过波长选择镜7入射至物镜8，并通过物镜8会聚于CD的记录表面上。
CD的记录表面对第三入射光束反射形成一第三返回光束，该第三返回光束沿第三入射光束的传输路径通过物镜8、波长选择镜7、准直透镜6及棱镜单元3后输入至第三全息元件21c。第三全息元件21c对第三返回光束绕射并使其会聚于光电检测元件13上。光电检测元件13将接收的第三返回光束转成电信号输出以获得CD的记录信息及伺服信号。
由于第三入射光束与第三返回光束在第二复合棱镜50的第二长菱形棱镜52内多次改变传输方向，从而在保证总光程不变的情况下，降低光学拾取装置的高度。并且，第二复合棱镜50的第三入光面520为非球面结构，其补偿准直透镜6及物镜8的聚焦功能，从而避免了准直透镜6及物镜8与读/写CD光盘的工作波长不匹配而引起像差。再则，在物镜8前设置波长选择镜7，使得物镜8的数值孔径与CD规格一致，从而保证DVD读/写光路具有良好的光学性能。
权利要求
1.一种用于记录/再现不同光盘规格信号的光学拾取装置，其包括第一、第二与第三激光源、一全息元件单元、一光电检测元件、一准直透镜及一物镜，其中该第一激光源可发出具有第一波长的第一入射光束，该第二激光源可发出具有第二波长的第二入射光束，且该第二波长大于上述第一波长，该第三激光源可发出具有第三波长的第三入射光束，且该第三波长大于上述第二波长；其特征在于该准直透镜与物镜具有与第一波长相对应的光学参数，该上述第一、第二、第三激光源及光电检测元件集成于一体，且上述全息元件单元使第一、第二、第三波长的光束皆聚焦于上述光电检测元件上，该光学拾取装置进一步包括一棱镜单元，其具有分别用于输入第一、第二、第三入射光束的第一、第二、第三入光面，及一输出第一、第二、第三入射光束的出光面，其中第二、第三入光面为非球面结构。
2.如权利要求1所述的光学拾取装置，其特征在于该棱镜单元包括垂直设置的第一、第二复合棱镜。
3.如权利要求2所述的光学拾取装置，其特征在于该第一复合棱镜包括一第一长菱形棱镜和一第一直角棱镜，第一长菱形棱镜与第一直角棱镜并列设置并于二者之结合处形成一分光面，该分光面对第一波长的光束透射而对第二波长的光束反射。
4.如权利要求3所述的光学拾取装置，其特征在于该第一直角棱镜的其中一表面为上述第一入光面，该第一长菱形棱镜与第一入光面相并列的表面为上述第二入光面，该第一长菱形棱镜具有一与上述分光面相对设置的第一反射面，该第一反射面上镀有全反射膜。
5.如权利要求2所述的光学拾取装置，其特征在于该第二复合棱镜包括并列设置的第二长菱形棱镜和第二直角棱镜，二者结合处形成一分光面，该第二长菱形棱镜具有一与第三全息元件相对设置的表面，该表面为上述第三入光面，该第二直角棱镜与第三入光面并列的表面相对第一复合棱镜设置。
6.如权利要求2所述的光学拾取装置，其特征在于该物镜具有与高密度存储光盘相对应的数值孔径。
7.如权利要求1所述的光学拾取装置，其特征在于该光学拾取装置于物镜一侧设置一波长选择镜，该波长选择镜由内至外包括第一区域、第二区域及第三区域，该第一区域对输入之第一、第二、第三入射光束皆透射，该第二区域透射第一、第二入射光束而阻挡第三入射光束，第三区域仅透射第一入射光束而阻挡第二、第三入射光束。
8.如权利要求1所述的光学拾取装置，其特征在于该全息元件单元包括第一、第二、第三全息元件，分别正对第一、第二、第三激光源设置，且具有适当的光栅线宽以将第一、第二、第三波长的光束皆聚焦于上述光电检测元件上。
9.如上述申请专利范围任一项所述之光学拾取装置，其特征在于该光学拾取装置进一步包括一基板，上述第一、第二、第三激光源及光电检测元件藉由半导体工艺形成于该基板上。
10.如权利要求9所述的光学拾取装置，其特征在于该第一、第二、第三激光源围成一三角形图案，该光电检测元件设置于三角形图案内。
全文摘要
一种用于记录/再现不同光盘规格信号的光学拾取装置，包括分别可发出具有第一、第二、第三波长的第一、第二、第三入射光束的第一、第二、第三激光源、一光电检测元件、一全息元件单元、一棱镜单元、准直透镜与物镜。该第二波长大于第一波长，该第三波长大于第二波长。第一、第二、第三激光源及光电检测元件集成于一体，且上述全息元件单元使第一、第二、第三返回光束皆聚焦于上述光电检测元件上。该棱镜单元具有分别用于输入第一、第二、第三入射光束的第一、第二、第三入光面，及一输出第一、第二、第三入射光束的出光面，其中第二、第三入光面为非球面结构。该准直透镜与物镜具有与第一波长相对应的光学参数。
文档编号G11B7/1372GK1773615SQ20041005225
公开日2006年5月17日 申请日期2004年11月13日 优先权日2004年11月13日
发明者孙文信, 蔡明江, 张仁淙 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