专利名称：使用全息可变光阑兼容数字多用盘和可写小型盘的光头的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种光读写头，这种光读写头适合于各种利用不同波长的光束记录和复制信息的光盘，特别是关于一种与可写小型盘(CD-R)和数字多用盘(DVD)兼容的光读写头。
在利用一种记录介质来储存大量信息的光盘装置中，小型盘(CD)和数字多用盘(DVD)已被广泛应用，已知近来有可写小型盘(CD-R)和数字多用盘-随机存取存储器(DVD-RAM)出现。众所周知，当记录和再现信息时，CD-R使用波长为780nm的激光，波长为650nm或635nm的激光用于DVD-RAM。这样，一个兼容CD-R盘和DVD盘的光读写头至少包括二个光源，这两个光源所发射的激光的波长各不相同。
图1显示了一种传统的与CD-R和DVD兼容的光读写头的光学系统。该光读写头包括光源1，用于发射波长为635nm的第一光束，用于数字多用盘(DVD)8的信息记录和再现；光源11，发射波长为780的第二光束，用于可写小型盘(CD-R)9的信息记录和再现；和一个物镜7，使从第一光源1和第二光源11发射出来的第一光束和第二光束分别聚焦在DVD8和CD-R9的信息记录面上。准直透镜2使从第一光源1发射出的第一光束准直成平行光束，并透过该平行光到光束分离器3。光束分离器3把从准直透镜2入射来的第一光束反射到干涉滤光棱镜4，该干涉滤光棱镜4使来自光束分离器3的以平行光束入射的第一光束透射到1/4波片5上。更详细地说，干涉滤波棱镜4根据入射光束的波长使入射光束或者全部透射，或者全部反射，其中，用于DVD的波长为650nm的第一光束全部被透射，而从聚光镜14入射来的波长为780nm的第二光束全部被反射。来自1/4波片5的以平行光束入射的第一光束透过一薄膜型可变光阑6射到物镜7。物镜7使以平行光束入射的635nm波长的第一光束聚焦在厚度为0.6mm的DVD8的信息记录面上。结果，通过物镜7聚焦在DVD8信息记录面上并从DVD8的信息记录面上反射的第一光束中含有记录在聚焦位置上的信息。从DVD8的信息记录面上反射出来的第一光束依次通过物镜7、可变光阑6和1/4波片5，然后入射到干涉滤光棱镜4。从1/4波片5入射来的第一光束透过干涉滤光棱镜4射到光束分离器3，光束分离器3使从干涉滤光棱镜4入射来的第一光束到达一光探测器10，光探测器10接收来自光束分离器3的第一光束并检测从第一光束得到的信息。
第二光源11发射的波长为780nm的第二光束通过准直透镜12和光束分离器13，然后入射到聚光镜14。聚光镜14会聚从光束分离器13入射来的第二光束，使第二光束以聚焦光束的形式透射到干涉滤光棱镜4。从聚光镜14入射来的第二光束以发散光束的形式透过干涉滤光棱镜4射到1/4波片5，从干涉滤光棱镜4入射来的第二光束透过1/4波片5到达可变光阑6，仅仅部分波长为780nm的第二光束透过可变光阑，并且被透过的第二光束以发散光束的形式传到物镜7。第二光束以发散光束的形式入射到物镜7的原因是为使第二光束聚焦在CD-R9的信息记录面上而不带有任何象差。下面结合附图2来详细描述用于图1所示的光读写头中的可变光阑6。
图2详细显示了图1中所示的薄膜型可变光阑6。如图2所示，薄膜型可变光阑6具有一种结构，这种结构能够选择性地使入射到其数值孔径(NA)小于或等于0.6的区域内的光束透射过。在二个区域中，区域1的数值孔径(NA)小于或等于0.45，全部透射波长为780nm和635nm的入射光，区域2的数值孔径大于0.45，在该区域中涂覆有介电薄膜。区域2由厚度为微米(μm)数量级的多层薄膜构成，在该区域内，635nm波长的光束全部被透射，780nm波长的光束全部被反射。为了消除由介电薄膜涂覆的区域2产生的任何光学象差。区域1用石英(SiO2)薄膜制成。具有这种透射性能的可变光阑6使入射到0.45NA或小于0.45NA的区域1中的780nm波长的光全部透过，然后把该透射光传送到物镜7，同时使入射到0.45NA或大于0.45NA区域2内的780nm波长的光全部反射。
物镜7使从可变光阑6入射的第二光束聚焦在厚度为1.2mm的CD-R9的信息记录面上，然后在CD-R9的信息记录面上形成一个包含一个主波瓣和一个次波瓣的束斑。从CD-R9的信息记录面上被反射的第二光束依次透过物镜7、可变光阑6和1/4波片5，直到干涉滤光棱镜4。干涉滤光棱镜4把从1/4波片5入射来的第二光束反射到聚光镜14，聚光镜14使会聚的第二光束入射到光束分离器13，光束分离器13使从聚光镜14入射来的第二光束进而到达光探测器15，光探测器15接收来自光束分离器13的第二光束并检测其中的信息。从而，图1的光学头的光学系统能够对DVD8和CD-R9两者进行记录和再现。
然而，图1的光学读写头在CD-R9的信息记录面上形成的束斑带有次波瓣，从而导致产生干扰信号。此外，可变光阑6要做的能使通过区域1的光和透过区域2的光彼此具有同样的相位差，而其中区域1用石英薄膜涂覆，区域2用厚度为微米数量级的多层介电薄膜涂覆。这就使制造过程变得很复杂，同时导致生产费用的增加。
为了解决上述问题，本发明的一个目的是提供一种包含一个全息可变光阑的光读写头，该全息可变光阑包括第一区域，用于全部透过各个不同波长的入射光束使其射到物镜上；第二区域，用于使波长相对较短的光束全部透过，波长较长的光束中的一部分透射到物镜，波长较长光束中的其余部分衍射；和一个物镜，用于使从可变光阑入射的光束聚焦在相应光盘的信息记录面上，使得在可写小型盘(CD-R)和数字多用盘(DVD)的信息记录面上形成一个具有一个主波瓣的束斑。
下面说明书中的描述将能显示出本发明的部分目的和优点，通过下面的描述，本发明的部分目的和优点将是显而易见的，也可以通过实施本发明来将其弄清楚。
为实现本发明的上述目的，提供一种至少能用于两类光盘的光读写头，其中，从光读写头到信息记录面的距离互相不同，信息通过波长各不相同的光束被记录和再现，该光读写头包括第一光源；第一光探测器；第二光源；第二光探测器；一个物镜，使第一光束和第二光束聚焦，并在两类光盘的各自的信息记录面上形成一个束斑；光路变换装置，分别把从第一光源来的第一光束传送到物镜，从物镜入射来的第一光束传送到第一光探测器，把从第二光源来的第二光束传送到物镜，从物镜入射来的第二光束传送到第二光探测器；一可变光阑，位于光路变换装置和物镜之间的光路上，使来自光路变换装置的第一光束全部透射到达物镜，使来自光路变换装置的第二光束中的一部分透过到达物镜，其中，物镜使从光路变换装置入射来的第一光束和第二光束分别聚焦在相应光盘的信息记录面上，以在两类光盘各自的信息记录面上分别形成具有主波瓣的束斑。
通过下面结合附图来描述最佳实施例，本发明的目的和优点将会更显而易见和更容易理解。
图1显示了一种传统的与数字多用盘(DVD)和可写小型盘(CD-R)兼容的光读写头的光学系统；图2是表示用在图1所示的光读写头中的具有一薄膜结构的可变光阑；图3显示了按照本发明的一个最佳实施例的兼容DVD和CD-R的光读写头的光学系统；图4A显示了一种用在图3所示的光读写头中的具有二个分区域的全息可变光阑的结构；图4B显示了一种用在图3所示的光读写头中的具有多个分区域的全息可变光阑的结构；图5显示了一个薄膜可变光阑和一个具有二个分区域的全息可变光阑相对于780nm波长的入射光束的透射性能；图6是表示0级衍射系数与衍射光栅深度的变化关系的曲线图；图7显示了按照本发明的兼容DVD和CD-R的另一个最佳实施例的光读写头的光学系统；图8A是表示聚焦在一CD-R盘的信息记录面上的第二光束的强度分布的曲线图；图8B是表示聚焦在一CD-R盘的信息记录面上的第二光束的调制变换函数(MTF)值的曲线图。
下面参考附图详细描述本发明的最佳实施例。
图3显示了按照本发明的一个最佳实施例的兼容DVD和CD-R的一种光读写头。
图3所示的光读写头包括第一光源和第一光探测器31，第一光源和第一光探测器两者合成一体，其中第一光源305发射波长为635nm的第一光束，第一光探测器310检测从数字多用盘(DVD)8反射回来的第一光束中的信息；第二光源和第二光探测器37，第二光源和第二光探测器两者合成一体，其中第二光源375发射波长为780nm的第二光束，第二光探测器370检测从一可写小型盘(CD-R)9反射出来的第二光束中的信息；一个物镜7，用于使第一光束和第二光束分别聚焦在光盘8和9的各自的信息记录面上；一个第一光束分离器33，用于把第一光源305发射的第一光束和第二光源375发射的第二光束传送到物镜7，把被反射的第一光束和第二光束分别传送到光探测器310和370。
第一光源305发射波长635nm的第一光束，从第一光源305入射来的第一光束透过第一全息光束分离器32射到第一光束分离器33，第一光束分离器33具有能使635nm波长的第一光束全部透射的光学性能，从第一光源305入射来的第一光束全部透过第一光束分离器33射到第一准直透镜34，第一准直透镜34使从第一光束分离器33入射来的第一光束准直成平行光束，并透射该平行光到全息可变光阑35。全息可变光阑35全部透射来自第一准直透镜34的第一光束，被透过的光束进而到达物镜7。物镜7使来自全息可变光阑35的第一光束聚焦在DVD8的信息记录面上，为了在厚度为0.6mm的DVD8的信息记录面上所形成的束斑的大小约为0.9μm，该面有一预定焦距。从而，从DVD8反射出的第一光束中包含有记录在DVD8的信息记录面上被聚焦的位置上的信息，从DVD8反射出来的第一光束依次透过物镜7、全息可变光阑35、和第一准直透镜34，进而到达第一光束分离器33。第一光束分离器33全部透射来自第一准直透镜34的635nm波长的第一光束，并使该被透过的光束进而到达第一全息光束分离器32，第一全息光束分离器32使第一光束衍射，第一光探测器310从被第一全息光束分离器32衍射的第一光束中检测信息。
第二光源375发射波长780nm的第二光束，从第二光源375入射来的第二光束透过第二全息光束分离器36射到第一光束分离器33，第一光束分离器33具有能使780nm波长的第二光束全部反射的光学性能，从第二光源375入射来的第二光束全部被第一光束分离器33反射到第一准直透镜34，第一准直透镜34使从第一光束分离器33入射来的第二光束准直成稍稍发散的平行光束，并透射该平行光到全息可变光阑35。来自第一准直透镜34的第二光束中的一部分透过全息可变光阑35到达物镜7。下面将参考附图4A、4B、5和6详细描述全息可变光阑35。
图4A显示了一种用作全息可变光阑35的具有二个分区域的全息可变光阑结构。在该全息可变光阑中，第一区域1的数值孔径(NA)小于或等于0.36，第二区域2的数值孔径(NA)大于或等于0.36。区域2有一深度约为2.54μm的衍射光栅，构成衍射光栅的每一条缝排列在以具有二个分区域的全息可变光阑的光学中心为圆心的同心圆中。方程(1)表示使635nm波长的入射光不被衍射而被全部透射的衍射光栅的深度，衍射光栅的深度为2.54μm是满足下面的方程(1)的值中的一个，在深度为2.54μm的深度下，其中衍射光栅的折射系数是1.5。
d＝mλ/(n-1)……(1)这里，符号d是衍射光栅的深度，λ是入射光的波长，n表示衍射光栅的折射系数，m是一个整数。具有二个分区域的全息可变光阑装在图3所示的光读写头内，以便衍射光栅对着第一光束分离器33。
图5显示了薄膜型可变光阑6和具有二个分区域全息可变光阑两者相对于780nm波长的入射光的透射性能。水平轴是光接收面的径向距离，其中距离值0指的是两种可变光阑的光学中心。垂直轴表示对于780nm波长的入射光的透射率，其中粗实线是一条显示了具有二个分区域的可变光阑的透射性能的曲线，这条曲线表示了这样一种透射性能具有二个分区域的全息可变光阑使入射在它的数值孔径(NA)小于或等于0.36的区域内的780nm波长的光束几乎全部透过，且入射在它的数字孔值(NA)大于或等于0.36的区域内的780nm波长的光束约有25％透过。细实线是一条显示了用在传统的光读写头中的薄膜型可变光阑的透射性能的曲线，这条曲线表示了这样一种透射性能可变光阑6使入射在它的数值孔径(NA)小于或等于0.45的区域内的780nm波长的光束几乎全部透过，入射在它的数字值孔(NA)大于或等于0.45的区域内的780nm波长的光束约有0.01％透过。
图4B显示了一种用作全息可变光阑35的具有多个分区域的全息可变光阑的结构。在该具有多个分区域的全息可变光阑中，第一区域没有衍射光栅，而除了第一区域之外，第二区域、第三和第四区域都含有衍射光栅，除第一区域之外的其它区域的衍射光栅分别蚀刻成不同的深度，每个衍射光栅的深度d1、d2和d3分别是1.27μm、2.54μm和3.81μm，具有多个分区域的全息可变光阑装在图3所示的光读写头内，使衍射光栅对着第一光束分离器33。下面参考附图6描述具有多个分区域的全息可变光阑。
图6是表示0级衍射系数与衍射光栅深度的变化关系的曲线图。水平轴代表衍射光栅的深度，垂直轴表示相应入射光的0级衍射系数，0级衍射系数代表被透射的光束的强度与保持光束入射的原始方向的光的强度的比率。0级衍射系数‘1’表示入射光没有被衍射，而是按光被入射的方向全部透过。0级衍射系数‘0’表示入射光全部被衍射。相对于635波长的入射光的0级衍射系数曲线表明，当衍射光栅的深度分别为1.27μm、2.54μm、3.81μm和5.08μm，0级衍射系数都是‘1’。相对于780波长的入射光的0级衍射系数曲线表明，当衍射光栅的深度分别为1.27μm、2.54μm和3.81μm时，0级衍射系数分别是0.71、0.25和0.11左右。
当使用图4A所示的具有二个分区域的全息可变光阑作为图3中所示的光读写头的全息可变光阑35时，全息可变光阑35使入射在它的数值孔径(NA)小于或等于0.36的区域内的来自第一准直透镜34的第二光束全部透过，入射在它的数值孔径(NA)大于0.36的区域内的第二光束约有25％透过，然后该透过的光束被传送到物镜7。另一方面，如用图4B所示的多个区域全息可变光阑作为图3中所示的光读写头的全息可变光阑35，此时，全息可变光阑35使入射在它的数值孔径(NA)小于或等于0.36的区域内的来自第一准直透镜34的第二光束全部透过，对于入射在它的数值孔径(NA)大于0.36的区域内的第二光束，其中，入射的第二光束离开全息可变光阑35的光学中心越远，则被透射的光越少，然后该透过的光束被传送到物镜7。物镜7使来自全息可变光阑35的第二光束聚集在CD-R9的信息记录面上。
通过物镜7聚焦在CD-R9的信息记录面上的和从CD-R9的信息记录面上反射出来的第二光束依次透过物镜7、全息可变光阑35、和第一准直透镜34，然后入射到第一光束分离器33。第一光束分离器33把来自第一准直透镜34的第二光束全部反射到第二全息光束分离器36，第二全息光束分离器36衍射从第一光束分离器33来的第二光束，第二光探测器370从被第二全息光束分离器36衍射的第二光束中检测信息。
图7显示了按照本发明的兼容DVD和CD-R的另一个最佳实施例的光读写头的光学系统。在图7所示的光读写头结构中，与图3所示的光读写头相比较，在图7的光读写头中全息可变光阑35的位置被改变，全息可变光阑35位于从第一准直透镜34至第一光束分离器33的光路上。图7中的其它光学部件的结构和功能与图3中用同一标号表示的部件的结构，功能相同。因此，该光读写头在DVD8和CD-R9上进行记录信息和检测从那里来的信息的过程与图3的光读写头相同。结果，图3和图7的光读写头在DVD8的信息记录面上形成一个适于DVD8的约为0.9μm大小的束斑，以便在其信息记录面上记录和再现有关第一光束的信息。同样地，该光读写头在CD-R9的信息记录面上形成一个适应于CD-R9的约为1.4μm大小的束斑，以便在它的信息记录面上记录和再现有关第二光束的信息。
图8A显示了聚焦在一CD-R盘的信息记录面上的第二光束相对于束斑的径向距离的强度分布。曲线图的水平轴表示距聚焦在信息记录面上的束斑中心的径向距离，其中“0”值距离表示束斑的中心，在水平轴上具有相同绝对值的正值和负值，表示离开束斑中心的绝对值距离，但位于相反方向。
曲线图的垂直轴表示作为归一化值的聚焦的第二光束的强度，其中最大值‘1’表示在束斑中心的光强度，细实线是一条表示经过图1的光读写头聚焦的第二光束的强度的曲线，这条曲线说明，由图1的光读写头聚焦的束斑在束斑的径向距离为-0.7μm至0.7μm的范围内有一个强度接近‘1’主波瓣，在束斑的径向距离大约为±1.2μm至±2.0μm的范围内有强度靠近0.025和0.005的次波瓣。图中的粗线表示经过图3和图7的光读写头聚焦的第二光束的强度，这条曲线表明，由图3和图7的光读写头聚焦的CD-R9的信息记录面上的束斑在它的从大约-0.7μm至0.7μm的径向距离处有一个强度靠近‘1’的主波瓣，在CD-R9的信息记录面上的这一束斑的形状没有次波瓣，并且与束斑的中心对称。
图8B显示了聚焦在CD-R9盘的信息记录面上的第二光束的调制变换函数(MTF)值。图中的水平轴代表凹槽宽，垂直轴表示MTF值。图中的细实线表示经图1的光读写头聚焦的第二光束的MTF值，其表明聚焦的第二光束相对3T至11T宽的凹槽被转变成MTF值大于0.4的光。图中的粗实线代表由图3和图7的光读写头聚焦的第二光束的MTF值，其表明聚焦的第二光束相对3T至11T宽的凹槽被转变成MTF值大于0.45的光。对于3T至11T宽的凹槽，由图3和图7的光读写头聚焦的第二光束的MTF值高于由图1的光读写头聚焦的第二光束的MTF值。
如上所述，按照本发明的光读写头在DVD8和CD-R9的信息记录面上形成的束斑具有高MTF值。以具提供信息分辨率该光读写头在DVD8和CD-R9的信息记录面上形成的束斑只有一个主波瓣，从而避免了由于次波瓣而引起的干扰，同时光学系统的结构简单，而且由于一薄膜可变光阑是由多层厚度为微米量级的薄膜构成，因此制造一全息可变光阑比制造一薄膜可变光阑容易，从而由于采用全息可变光阑而减少了制造费用。此外，按照本发明的光读写头，全息可变光阑35的位置朝着第一准直透镜34，因此减少了驱动物镜7的驱动机构的负荷。
虽然这里描述的只是发明的一些实施例，显然在不脱离本发明的精神和范围的情况下，仍可以对它作多种改变。
权利要求
1.一种至少能用于两类光盘的光读写头，其中，从光读写头到信息记录面的距离互相不同，信息通过波长各不相同的光束记录和再现，该光读写头包括第一光源；第一光探测器；第二光源；第二光探测器；一个物镜，使第一光束和第二光束聚焦，并在两类光盘的各自的信息记录面上形成一个束斑；光路变换装置，分别把从第一光源来的第一光束传送到物镜，从物镜入射来的第一光束传送到第一光探测器，把从第二光源来的第二光束传送到物镜，从物镜入射来的第二光束传送到第二光探测器；一可变光阑，位于光路变换装置和物镜之间的光路上，使来自光路变换装置的第一光束全部透射到物镜，使来自光路变换装置的第二光束中的一部分透过到物镜，其中，物镜使从光路变换装置入射来的第一光束和第二光束分别聚焦在相应光盘的信息记录面上，以致分别在两类光盘各自的信息记录面上形成具有主波瓣的束斑。
2.按照权利要求1所述的光读写头，其中，所述的光路变换装置包括一光束分离器，使从第一光源入射的第一光束全部透过，从第二光源入射的第二光束全部反射；和一准直透镜，使从光束分离器入射来的第一光束和第二光束准直成平行光束，并透射该平行光束到可变光阑。
3.按照权利要求2所述的光读写头，其中所述的光束分离器根据入射光束的波长全部透射和反射从第一光源和第二光源来的第一光束和第二光束。
4.按照权利要求2所述的光读写头，其中所述的可变光阑包括第一区域，全部透射从准直透镜来的第一光束和第二光束；第二区域，其位置是环绕着以可变光阑的光学中心为圆心的第一区域，使从准直透镜入射来的第一光束全部透射到物镜，使从准直透镜来的第二光束的一部分透射到物镜，而从准直透镜来的第二光束的其余部分衍射。
5.按照权利要求4所述的光读写头，其中所述的第二区域具有一种透射特性从准直透镜入射来的第二光束离开可变光阑的光学中心的距离越远，则透过的第二光束越少。
6.按照权利要求5所述的光读写头，其中所述的第二区域包含衍射光栅，衍射光栅面朝光束分离器，其中，衍射光栅蚀刻的深度随着其离开可变光阑的光学中心的距离而排列。
7.按照权利要求1所述的光读写头，还包括一个准直透镜，其位于可变光阑和物镜之间，将从可变光阑入射来的第一光束和第二光束准直成平行光形式。
8.按照权利要求7所述的光读写头，其中所述的可变光阑包括第一区域，位于光路变换装置至准直透镜的光路上，全部透射从光路变换装置入射来的第一光束和第二光束，使其射到准直透镜；第二区域，其位置是环绕着以可变光阑的光学中心为圆心的第一区域，使从光路变换装置入射来的第一光束全部透射，使从光路变换装置入射来的第二光束的一部分透射到准直透镜，并使从光路变换装置来的第二光束的其余部分衍射。
9.按照权利要求8所述的光读写头，其中所述的第二区域具有一种透射特性从光路变换装置入射来的第二光束离开可变光阑的光学中心越远，则透过的第二光束越少。
10.按照权利要求9所述的光读写头，其中所述的第二区域包含衍射光栅，衍射光栅面朝光路变换装置，其中，衍射光栅蚀刻的深度随着其离开可变光阑的光学中心的距离排列。
11.按照权利要求1所述的光读写头，其中第一光源和第一光探测器、第二光源和第二光探测器两者一体构成，其中光读写头进一步包括一个第一全息光束分离器，透射第一光源发射的第一光束到光路变换装置，并使从光路变换装置入射来的第一光束衍射；和一个第二全息光束分离器，透射第二光源发射的第二光束到光路变换装置，并使从光路变换装置入射来的第二光束衍射，其中第一光探测器从被第一全息光束分离器衍射的第一光束中检测信息，第二光探测器从被第二全息光束分离器衍射的第二光束中检测信息。
12.按照权利要求1所述的光读写头，其中光盘是一种可写小型盘(CD-R)和一种数字多用盘(DVD)。
全文摘要
一种兼容可写小型盘(CD－R)和数字视盘(DVD)的光读写头,利用一全息可变光阑,使第一光源发射的用于DVD的波长为635nm的第一光束和由第二光源发射的用于CD－R的780nm波长的第二光束透射到物镜,全息可变光阑使入射的第一光束全部透射到达物镜,使入射的第二光束的一部分透射到达物镜,物镜使入射来的第一光束和第二光束聚焦在信息记录面上,物镜聚焦的束斑大小大约为0.9μm和1.4μm,只有一个主波瓣。
文档编号G11B7/135GK1200537SQ9810801
公开日1998年12月2日 申请日期1998年3月28日 优先权日1997年3月28日
发明者刘长勋, 李哲雨 申请人:三星电子株式会社