专利名称：多焦点光学读出系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种光学读出系统，且，更具体地，涉及一种改进后的光学读出系统，该系统能够读薄的和厚的光盘。
众所周知，一个短波长光源和一个大的数值孔径(NA)在用来实现高密度光学存储的光学读出头中是重要的光学因素。然而，一个大NA透镜，比如0.6，优选地与一个厚度为，比如0.6mm的薄光盘一起使用，如果一个用于读薄光盘的光学头被用来读一个常规的1.2mm盘，由于盘厚差别所造成的球差必须得到修正。
一种具有一个全息光学元件(HOE)的双焦点光学头已经被引入来解决这个问题。
在
图1中，所示的双焦点光学头100用来再现存贮在一个薄的和一个厚的光盘的信息信号，这两个盘轮流置于一个光盘托上面，其中光盘中的每一个具有一个相应的记录表面，这已在Kanda和Hayashi发表在SPIE VOL.2338，Optical Data Storage(1994)/283中的文章“用于0.6mm和1.2mm盘的双焦点光学头(DualFocas Optical Head for 0.6mm and 1.2mm Disks)”中进行了描述。双焦点光学头100包括一个光源126用来产生一个光束，一个分束器106，一个准直镜108，一个HOE110，一个物镜114，一个柱面透镜104和一个设置有四个光电池的探测器102，其中HOE 110被设计成一个凹透镜，在这种方式中，1级衍射光束128的焦距离开物镜的距离比0级衍射光束124的更远。
在光学头100中，当一个薄的光盘116被置于盘托上面，从HOE 110透过的0级衍射光束124被用来从薄的光盘116的一个记录表面118上再现出信息信号。在这种情况下，从光源126，比如一个激光二极管发出的光束经分束器106和准直透镜108后进人HOE 110，分束器106是为了使光束部分通过其中所采用的表面，而准直透镜是为了使来自分束器106的光束成为平行光。在这样一种情况下，HOE 110对平行光束的0级衍射光束124来讲仅起到一个平行板的作用。0级衍射光束124通过物镜114聚焦到薄光盘116的记录表面118上。当0级衍射光124通过114从薄光盘116返回HOE 110时，HOE 110同样起到一个平行板的作用。该0级衍射光束124，在穿过准直透镜108和分束器106后，通过柱面透镜104成为象散的，从而使探测器102能够读取薄光盘116的记录表面118上的信息信号。
同时，为了再现出一个厚光盘122的一个记录表面120的信息信号，采用了从HOE 110透过的+1级衍射光束128。应该指出的是，除HOE110以外，在光学头100中针对+1级衍射光束128的光学文件的功能和结构与针对0级衍射光束124的光学元件是类似的。在这种情况下，HOE110的功能如一个透镜，用来与物镜钟结合在一起将+1级衍射光束128聚焦到厚光盘122的记录表面120上。因此，与薄光盘116一起使用的光学头100能够再现出厚光盘122的记录表面120上的信息信号。
然而，存在与上述光学头100有关的许多问题。首先，HOE 110必须与物镜114相组合来起到一个透镜的作用，由此使光学头100体积大且结构复杂。
现有技术光学头中存在的另一问题是它要求的一种HOE 110加工方法是困难的，而这样一种HOE 110通常是昂贵的。
因此，本发明的一个主要目的是要提供一种新的光学器件，该器件能够将一个平行光束分成若干部分，且分别将每个部分聚焦到相同数目的焦点上。
本发明的另一个目的是提供一种改进后的光学读出系统，该系统能够读多个一些或全部厚度不同的光盘。
根据本发明的一个方面，提供了一个用于一个光学读出系统的光学器件，该器件包括一个基体，由折射材料制成，具有相互平行的顶面和底面，其中顶面就分成N个环形区域；以及N组M个三角环，N组M个三角环中的每一组被设置在每一个环形区域中的顶上，每一组中的三角环中的每一个由折射材料制成且包括一个宽度为RM的环形基面，以及一个高度为HM的环形垂直面，环形基面垂直于环形垂直面，其中N组三角环中的每一组被制成起一个透镜的功能，通过控制每组中的每个三角环的高度HM和宽度RM，N组中的每一组可以被制成具有不同的焦距f，其中M和N为自然数。
根据本发明的另一方面，提供了一个光学读出系统，用来再现贮存在置于一个盘托上的许多光盘上的信息信号，其中，光盘中的每一个各自具有一个记录表面，该系统包括一个用来发出一束平行光束的光源；和一个具有多个部分的光学器件，其中每个部分具有一个不同的焦距，且能够将平行光束分成与光盘相同数目的各部分，并将平行光束中的每一部分分别聚焦到一个相应光盘的记录表面上，由此使光学读出系统能够读出相应光盘的记录表面上的信息信号。
从下面结合附图对优选实施方案的描述中，本发明连同上述及其他目的和优点将变得明显，附图中图1表示一个现有技术光学读出系统的一个示意侧视图；图2所示为根据本发明的一个光学器件的一个平面图；图3所示为本发明的光学器件沿着图2中的V-V线截取的剖面示意图；且图4所示为采用本发明的光学器件的一个光学读出系统的一个示意侧视图。
图2至图4给出了根据本发明的优选实施方案的本发明的光学读出系统的不同视图。
图2所示为用于一个光学读出系统的光学器件210的一个平面图，该器件能够将一束平行光束分成一个第一和一个第二部分，且将第一和第二部分分别聚焦到一个第一和一个第二焦点上。该光学器件210包括一个基底，由一种折射材料，比如PMMA(Poly Methyl Meta Acryllrate)，PC(聚碳酸酯)和PS(Poly Styrate)制成的一个第一部分211和一个第二部分213。该第一部分211由一条强线(hardline)表示出。光束的第一部分入射到光学器件210的第一部分211上，且平行光束的第二部分入射到其第二部分213上。
第一部分211包括一个第一环形基底，由折射材料制成具有相互平行的一个顶面和一个底面，以及设置在第一环形基底上面的第一组S个三角环。三角环中的每一个由与第一环形基底相同的折射材料制成，且设置有一个宽度为RS的第一环形基面，S是一个表示序数的自然数，一个高度为HS的第一环形垂直面，第一环形基面与第一环形垂直面相垂直，以及一个相对于第一环形垂直面以角度θS倾斜的第一环形倾斜面。通过控制高度HS和宽度RS，使第一组S个三角环起到一个透镜的作用，该透镜具有一个第一焦距f1。
光学器件210的第二部分213包括一个第二环形基底，由折射材料制成，具有相互平行的一个顶面和一个底面，以及设置在一个第二环形基底上面的第二组T个三角环。三角环中的每一个是由折射材料制成的，且包括一个宽度为RT的第二环形基面，T是一个表示序数的自然数，一个高度为HT的第二环形垂直面，第二环形基面与第二环形垂直面相垂直，以及一个相对于第二环形垂直面以角度θT倾斜的第二环形倾斜面。通过控制高度HT和宽度RT，使第二组T个三角环起到一个透镜的作用，该透镜具有一个焦距f2，且f2＜f1。
如图3所示，如果在第一组三角环中的每一个三角环中的第一环形垂直面具有相同的高度，第一焦距f1由下式确定f1=RS2-S2λ22Sλ]]>其中λ表示光源的波长，RS为环形基底的宽度。优选地，当环靠近基底的中心时，每一个三角环中的RS增加。
另外，第二组T个三角环的焦距f2也由与第一焦距f1相同的方法来确定。
如图4所示，采用本发明的光学器件210的光学读出系统200包括用来发出一个光束的光源216，一个设置有一个表面的分束器206，一个准直透镜208，具有第一部分211和第二部分213的光学器件210，一个柱面透镜204和一个设置有多个光电池的探测器202。
在系统200中，当一个具有厚度，如0.6mm的薄光盘215被置于盘托上，通过光学器件210的第二部分213的光被用来再现出薄光盘215的记录表面212上的信息信号。在这种情况下，从光源216，如，一个激光器二极管，发出的光束通过分束器206和准直透镜208进入光学器件210，分束器是由为了使光束部分地通过其中所采用的表面，而准直透镜是为了使来自分束器的光束成为平行光。分束器206的表面被设置成这样一种方式，也即，以一个预先确定的角度相对于光轴倾斜，而光轴是由探测器202的一个中心点和在相应的记录表面212，214上的焦点形成的。优选地，预先确定的角度45°。在这样一种情况下，光学器件210的第二部分213通过将平行光束聚焦到薄光盘215的记录表面212上面起到了一个物镜的作用。从记录表面212经过光学器件210反射的光束入射到准直透镜208上，准直透镜208被用来将从光学器件210反射的光束经过设置在准直透镜208和探测器202之间的分束器206会聚到探测器202上。分束器206的表面能够使通过准直透镜208的光束透过。准直透镜208被设置在分束器206和光学器件210之间。从分束器206通过的光束入射到柱面透镜204上，从而使穿过其的光成为象散的，由此使探测器202能够通过采用一种象散方法读出薄光盘215的记录表面212上的信息信号，比如，一个聚焦误差信号。柱面透镜204设置在分束器206和探测器202之间。
另外，当一个具有厚度，如1.2mm，的厚光盘被置于盘托上，通过光学器件210的第一部分211的光被用来再现出厚光盘217的记录表面214上的信息信号。在这种情况下，光学器件210的第一部分211通过将从其中透过的平行光束聚焦到厚光盘217的记录表面214上起到一个物镜的作用。因此，它使得探测器202能够读出厚光盘217的记录表面212上的信息信号。
与现有技术的光学头100相比较，本发明的光学系统200的尺寸减小了，且结构简单，要求较小数目的元件。这一点是通过在其中采用了一个本发明的光学器件210来实现的，由此去除了现有技术的光学头100中的物镜114，降低了构成该系统的元件的总数，这一点将又会降低光束必须通过的光路的长度，从而导致系统的整体尺寸减小。
尽管已针对一种光学读出系统对本发明进行了描述，该系统在其中采用了一种能够将一个平行光束的一个第一和一个第二部分分别聚焦到一个第一和一个第二焦点上的光学器件，从而用来读薄的和厚的光盘，通过在其中采用一个能够将与光盘数目相同的平行光束各部分分别聚焦到各自的焦点上的光学器件，上面提出的构想可以扩展成一个光学读出系统，该系统可以与具有不同厚度的若干光盘一起使用。
虽然本发明已针对优选实施例进行了描述，在不偏离下面的权利要求书中提出的本发明的精神和范围的条件下，其他修正和变化是可以进行的。
权利要求
1.一个用于一个光学读出系统的光学器件，所述的器件包括一个基底，由折射材料制成，具有相互平行的一个顶面和一个底面，其中顶面被分成N个环形区域；且N组M个三角环，N组M个三角环中的每一组被置于每一个环形区域的上面，每组中的每一个三角环由折射材料制成且包括一个宽度为RM的环形基面和一个高度为HM的环形垂直面，环形基面与环形垂直面垂直，其中N组三角环中的每一组被制成起一个透镜的作用，N组中的每一组被制成通过控制每组中每个三角环的高度HM和宽度RM而具有一个不同的焦距f，M和N为自然数。
2.如权利要求1的光学器件，其中每组中的每个三角环的高度HM是大致彼此相等的。
3.如权利要求2的光学器件，其中每组的焦距f由下式确定f=RM2-M2λ22Mλ]]>其中λ代表光源的波长。
4.如权利要求3的光学器件，其中当环靠近基底的一个中心时，每一个三角环的RM增大。
5.如权利要求4的光学器件，其中的折射材料由poly methylmeta acryllrate(PMMA)，聚碳酸脂(PC)，或Poly styrate(PS)制成。
6.一个光学读出系统，用来再现存储在被置于一个盘托上的许多光盘上的信息信号，其中每一个光盘具有一个相应的记录表面，所述的系统包括产生一束平行光束的装置；及一个具有多个部分的光学器件，其中每个部分具有一个不同的焦距，且能够将平行光分成与光盘数目相同的各部分，并将平行光中的每一部分聚焦到一个相应光盘的记录表面上，由此使光学读出系统能够读出相应光盘的记录表面上的信息信号。
7.如权利要求6的光学读出系统，还包括探测装置。
8.如权利要求7的光学读出系统，其中的平行光束产生装置包括一个用于产生一束光束的光源；用来将光束反射到相应的记录表面并使从记录表面反射的光束透过到达探测装置的分束装置；及用来将从分束装置反射的光束准直并由此产生平行光束的装置。
9.如权利要求8的光学读出系统，其中的准直装置还会聚从光盘反射的光束。
10.如权利要求10的光学读出系统，其中的准直装置设置在探测装置和光学器件之间。
11.如权利要求10的光学读出系统，其中的分束装置被设置在准直装置和探测装置之间。
12.如权利要求11的光学读出系统，其中分束装置被设置成这样一种方式，即以一个预先确定的角度相对于光轴倾斜，而光轴是由探测装置上的一个中心点和相应记录表面上的一个会聚点形成的。
13.如权利要求8的光学读出系统，其中的光学器件包括一个基底，由折射材料制成，具有相互平行的一个顶面和一个底面，其中顶面被分成N个环形区域；N组M个三角环，N组M个三角环中的每一组被置于每一个环形区域的上面，每组三角环中的每一个环由折射材料制成且包括一个宽度为RM的环形基面和一个高度为HM的环形垂直面，环形基面与环形垂直面垂直，其中N组三角环中的每一组被制成用来起一个透镜的作用，N组中的每一组被制成通过控制每组中每个三角环的高度HM和宽度RM具有一个不同的焦距f，M和N为自然数。
14.如权利要求8的光学读出系统，其中的分束装置能将来自光源的光束部分地反射到光盘上，并能使透过光学器件的光束部分地通过并到达探测装置。
15.一个光学读出系统，用来再现存储在被置于一个托盘上的一个第一和一个第二光盘上的信息信号，其中，每一个具有一个记录表面的光盘具有不同的厚度，所述的系统包括一个用来产生一束平行光束的装置；一个具有一个第一和一个第二部分的光学器件，其中平行光束中入射到第一部分上的那部分被聚焦到第一光盘上，而平行光束中剩余的那部分，即入射到第二部分上的部分被聚焦到第二光盘上，从而使该光学读出系统能够交替地读出相应记录表面上的信息信号；且检测装置，用来读取相应光盘的信息信号。
16.如权利要求15的光学读出系统，其中的平行光束产生装置包括一个用于产生一束光束的光源；用于将光束反射到记录表面并使从记录表面反射的光束透到探测装置的分束装置；及用来将从分束装置反射的光束准直并由此产生平行光束的装置。
17.如权利要求16的光学读出系统，其中的准直装置还会聚从光盘反射的光束。
18.如权利要求16的光学读出系统，其中的第一光盘具有0.6mm的厚度。
19.如权利要求16的光学读出系统，其中的第二光盘具有1.2mm的厚度。
20.如权利要求16的光学读出系统，其中，光学器件的第一部分包括一个第一环形基底，由折射材料制成，具有相互平行的一个顶面和一个底面，以及设置在第一环形基底上面的一个第一组T个三角环，每个三角环由折射材料制成，且有一个宽度为RT的第一环形基面，一个高度为HT的第一环形垂直面，第一环形基面与第一环形垂直面相垂直，其中第一组T个三角环起到一个透镜的作用，该透镜可以有一个第一焦距f1，其中第一焦距f1是通过改变高度HT和宽度RT来控制的。
21.如权利要求20的光学读出系统，其中，该光学器件的第二部分包括一个第二环形基底，由折射材料制成，具有相互平行的一个顶面和一个底面，以及设置在第二环形基底上面的第二组S个三角环，每个三角环由折射材料制成，且有一个宽度为RS的第二环形基面，一个高度为HS的第二环形垂直面，第二环形基面与第二环形垂直面相垂直，其中第二组S个三角环起到一个透镜的作用，该透镜可以有一个第二焦距f2，其中第二焦距f2是通过改变高度HS和宽度RS来控制的。
22.如权利要求21的光学读出系统，其中的第二焦距f2小于第一焦距f1。
全文摘要
本文描述了一个光学读出系统，用来再现存储在被置于一个托盘上的一个第一和一个第二光盘上的信息信号，其中，每一个光盘具有不同的厚度，该光学系统包括一个用来产生一束平行光束的光源以及一个具有一个第一和一个第二部分的光学器件，其中平行光束中入射到第一部分上的那部分被聚焦到第一光盘上，而平行光束中剩余的部分，即入射到第二部分上的那部分被聚焦到第二光盘上，从而使该光学读出系统能够读出各个光盘的信息信号。
文档编号G11B7/12GK1154542SQ96109639
公开日1997年7月16日 申请日期1996年9月2日 优先权日1996年9月2日
发明者崔良吾, 金琪泰 申请人:大宇电子株式会社