CN100370527C - 半导体激光装置及采用该半导体激光装置的光学拾取装置 - Google Patents
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Abstract
一半导体激光装置及采用该半导体激光装置之光学拾取装置。该半导体激光装置包括一具第一波长的第一激光源，一具大于第一波长的第二波长的第二激光源，一光电检测元件，一正对第一激光源设置的第一全息元件，一正对第二激光源设置的第二全息元件，及一复合棱镜。上述第一、第二激光源及光电检测元件集成于一体，且第一、第二全息元件使不同波长返回光束聚焦于该光电检测组件上。该复合棱镜包括并排设置之长菱形棱镜及直角棱镜，二者结合处设有一分光面，该长菱形棱镜和直角棱镜具有分别正对第一、第二全息元件之第一、第二入光面。
Description
【技术领域】
本发明涉及一种用于记录/再现不同光盘规格信息的半导体激光装置，及采用该半导体激光装置的光学拾取装置。
【背景技术】
光学读/写装置是通过一特定光路将激光器发出的特定波长光信号会聚于光盘上并形成一光斑，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，光盘的数据记录密度愈发致密，这就要求读/写光盘信息的光斑愈小。而光斑的大小又与光束的波长和物镜的数值孔径(NA)相关，光斑的大小正比于光束的波长，反比于物镜的数值孔径(NA)。如此，光盘规格向高密度演进导致光束的波长不断减小，CD采用780nm波长的红外光作为记录/读取光束，DVD采用650nm波长的红外作为记录/读取光束，而HD-DVD则采用405nm波长的蓝光作为记录/读取光束。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。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光盘并向下兼容DVD光盘。因此，HD-DVD的光学拾取装置中需具有与不同光盘规格相匹配的光学系统。
请参阅图1，日本第H10-320815号公开专利揭示一兼容DVD与CD规格的光学拾取装置。该光学拾取装置包括一CD光学系统和一DVD光学系统。在CD光学系统中，一半导体光源801产生780nim波长光束并通过光栅815分成三光束并透过全息元件811后输入至准直透镜803。准直透镜803将该发散光束转成平行光束后通过波长分光元件809输入至物镜805，物镜805将平行光束会聚至光盘806表面上。光束会聚于光盘806表面后被其反射形成返回光束，返回光束由相同的光路返回至全息元件811。全息元件811改变返回光束传输方向使其会聚于光检测器813上。
为兼容DVD规格，一半导体光源802产生650nm波长光束。该光束经准直透镜804转成平行光束后通过偏振光分束器807及1/4波片808，再经波长分光元件809反射至物镜805，物镜805将光束会聚至光盘806表面上。光束会聚于光盘表面后被其反射形成返回光束，返回光束由相同的光路返回至偏振光分束器807后被反射至准直透镜810。光束经准直透镜810会聚并通过柱面镜812后被光检测器814接收。
因此，该光学拾取器分别针对不同规格光盘设置不同的光学系统，并且二者除物镜共用外基本独立。整个光学拾取器需配置双半导体光源801、802、双光探测器813、814、多个准直透镜803、804、810、全息元件811、偏振光分束器807及1/4波片808等。故，光学元件繁多，从而光学拾取器的成本高。再则，每一光学元件皆为独立器件，因此光学拾取器需对每一光学元件设置固定光学元件的机械部件，并且在组装时，精确调节每一光学元件的位置，使其位于系统的光轴上。因此，使得光学拾取器的结构复杂，并且组装时耗时耗力。
【发明内容】
本发明所要解决之第一技术问题在于提供一种光学元件少、结构紧凑并兼容不同规格光盘的半导体激光装置。
本发明所要解决之第二技术问题在于提供一采用上述半导体激光装置的光学拾取装置，其具有良好的光学性能。
本发明解决第一技术问题之技术方案为：提供一用于记录/再现不同光盘规格的信号的半导体激光装置，其包括一可发出具有第一波长的第一入射光束的第一激光源，一可发出具有第二波长的第二入射光束的第二激光源，一用于接收第一、第二入射光束被光盘反射形成的第一、第二返回光束的光电检测元件，一正对第一激光源设置的第一全息元件，一正对第二激光源设置的第二全息元件及一复合棱镜。其中该第二波长大于上述第一波长，该第一激光源、第二激光源及光电检测元件三者并排设置集成于一体，该光电检测元件位于第一激光源与第二激光源之间，且上述第一、第二全息元件使第一、第二返回光束皆聚焦于该光电检测元件上，该复合棱镜包括并排设置的长菱形棱镜和直角棱镜，长菱形棱镜的一表面与直角棱镜的斜面黏合形成分光面，该直角棱镜具有一正对第一全息元件的第一入光面，该长菱形棱镜具有一正对第二全息元件的第二入光面及与分光面相对设置的反射面。
本发明解决第二技术问题之技术方案为：提供一种用于记录/再现不同光盘规格的信息的光学拾取装置，其包括一可发出具有第一波长的第一入射光束的第一激光源，一可发出具有第二波长的第二入射光束的第二激光源，一用于接收第一、第二入射光束被光盘反射形成的第一、第二返回光束的光电检测元件，一正对第一激光源设置的第一全息元件，一正对第二激光源设置的第二全息元件，一复合棱镜，一准直透镜及一物镜。其中该第二波长大于上述第一波长，该第一激光源、第二激光源及光电检测元件三者并排设置集成于一体，该光电检测元件位于第一激光源与第二激光源之间，且上述第一、第二全息元件使第一、第二返回光束皆聚焦于该光电检测元件上，该复合棱镜包括并排设置的长菱形棱镜和直角棱镜，长菱形棱镜的一表面与直角棱镜的斜面黏合形成分光面，该直角棱镜具有一正对第一全息元件的第一入光面，该长菱形棱镜具有一正对第二全息元件的第二入光面及与分光面相对设置的反射面。该准直透镜、物镜分别具有与第一波长相匹配的光学参数，该第二入光面为非球面结构。
与现有技术相比，由于本发明的半导体激光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、第二激光源集成于一体，从而即减少光学元件的数目，使光路紧凑以减小半导体激光装置的封装体积。
由于光学拾取装置的准直透镜、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。再则，该第二入光面为非球面结构，其对准直透镜、物镜的聚旋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波长不完全匹配，第二入射光束的记录/再现光路也不会产生像差，从而第二入射光束的光路也具有良好的光学性能。
【附图说明】
图1是传统光学拾取装置的结构示意图。
图2是采用本发明的半导体激光装置的光学拾取装置的结构示意图。
【具体实施方式】
请参阅图2，一用于兼容不同光盘规格的光学拾取装置99包含本发明的半导体激光装置10、一准直透镜50、一波长选择镜55及一物镜60。其中，半导体激光装置10可发出不同波长的激光束，准直透镜50和物镜60具有与短波长激光束相匹配的光学参数。物镜60具有与高密度光盘规格相对应的数值孔径。波长选择镜55位于物镜60一侧，其对不同波长的入射光束具有不同的口径。
该半导体激光装置10包括一第一激光源1a、一第二激光源1b、一光电检测元件2、一第一全息元件3a、一第二全息元件3b、一复合棱镜4及一封装壳体12。其中，第一、第二激光源1a、1b及光电检测元件2为一集成器件，其是通过半导体工艺形成于同一基板11上，并收容于封装壳体12内。第一、第二全息元件3a、3b为微型全息元件，二者分别正对第一、第二激光源1a、1b设置，并安装固定于封装壳体12上。
第一、第二激光源1a、1b发出不同波长的光信号，分别用于读/写不同光盘规格的信息。其中第一激光源1a具有的工作波长小于第二激光源1b的工作波长，以对应高密度光存储介质。本实施例中，第一激光源1a的工作波长为HD-DVD规格制定的405nm，第二激光源1b的工作波长为DVD规格制定的650nm。
第一、第二全息元件3a、3b分别用以改变第一、第二激光源1a、1b发出的光信号返回时的传输方向。并且，第一、第二全息元件3a、3b具有合适的光栅线宽及位置，使得分别被第一、第二全息元件3a、3b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2的中心点。本实施例中，第一、第二全息元件3a、3b并列相邻设置，且光电检测元件2位于第一、第二激光源1a、1b之间以减小基板11的尺寸，从而减小封装壳体的尺寸。
复合棱镜4包括并排设置的长菱形棱镜41与一直角棱镜40，长菱形棱镜41的一表面与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分光面402。分光面402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。直角棱镜40具有一与第一全息元件3a相对设置的第一入光面400，长菱形棱镜41具有一与第二全息元件3b相对设置的第二入光面410，且第二入光面410为非球面结构以校正光束于光路中传输产生的像差。长菱形棱镜41具有一与分光面402相对设置的反射面412，其上镀有一全反射膜以避免光束由该反射面透射而引起光能量损耗。
当读/写HD-DVD光盘时，第一激光源1a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3a后经由第一入光面400进入复合棱镜4的直角棱镜40。进入直角棱镜40内的第一入射光束入射至分光面402。分光面402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分光面402进入复合棱镜4的长菱形棱镜41。由于长菱形棱镜41与直角棱镜40为同种材料制成以具有相同的折射率，从而自分光面402输入的第一入射光束沿其原传输方向输入至出光面414，以自复合棱镜4输出。第一入射光束自出光面414输出后经由准直透镜50转成平行光束，经由波长选择镜55选择适合口径，并由物镜60会聚于HD-DVD光盘的记录表面上。
HD-DVD光盘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60、准直透镜50及复合棱镜4后输入至第一全息元件3a。第一全息元件3a对第一返回光束衍射并使其会聚于光电检测元件2上。光电检测元件2将接收到的第一返回光束转成电信号输出以获得光盘的记录信息及伺服信号。
由于物镜60与准直透镜50的光学参数与读/写HD-DVD光盘信息的工作波长相符，且物镜60的数值孔径也与HD-DVD规格相对应，故HD-DVD光盘的读/写光路具有良好的光学性能。
当读/写DVD光盘时，第二激光源1b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3b后经由第二入光面410进入复合棱镜4的长菱形棱镜41。由于第二入光面410为一非球面透镜，其对发散的第二入射光束具有一定的会聚功能。自第二入光面410入射至反射面412，由于反射面412镀有全反射膜，第二入射光束被反射面412全反射而改变其于复合棱镜4内的传输方向。第二入射光束被反射面412反射后输入至分光面402。分光面402对650nm波长的第二入射光束具有反射的功能，是以第二入射光束被分光面402反射而再次改变其传输方向。被分光面402反射的第二入射光束经由出光面414输出复合棱镜4。第二入射光束自复合棱镜4输出后经由准直透镜50转成近平行光束，经由波长选择镜55输出适合口径大小光束，并由物镜60会聚于DVD光盘的记录表面上。虽然，在DVD的读/写光路中，准直透镜50与物镜60的光学参数与第二入射光束的波长不相匹配，但由于复合棱镜4的第二入光面410为非球面结构，其对准直透镜50与物镜60的聚旋光性能进行补偿从而避免了光路中产生像差。并且设置波长选择镜55使得物镜60的孔径与DVD规格相对应，从而保证DVD的读/写光路具有良好的光学性能。
DVD光盘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60、波长选择镜55、准直透镜50及复合棱镜4后返回至第二全息元件3b。第二全息元件3b对第二返回光束衍射并使其会聚于光电检测元件2上。光电检测元件2将接收到的第二返回光束转成电信号输出以获得光盘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复合棱镜4中长菱形棱镜41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，复合棱镜4的第二入光面410为非球面结构，其补偿准直透镜50及物镜60的聚焦功能，从而避免了准直透镜50及物镜60与读/写DVD光盘的工作波长不匹配而引起像差，保证DVD读/写光路具有良好的光学性能。
Claims (9)
1.一用于记录/再现不同光盘规格的信号的半导体激光装置，其包括一可发出具有第一波长的第一入射光束的第一激光源，一可发出具有第二波长的第二入射光束的第二激光源，一用于接收第一、第二入射光束被光盘反射形成的第一、第二返回光束的光电检测元件，一正对第一激光源设置的第一全息元件，其中该第二波长大于上述第一波长，其特征在于：该半导体激光装置还包括一正对第二激光源设置的第二全息元件和一复合棱镜，该第一激光源、第二激光源及光电检测元件三者并排设置集成于一体，该光电检测元件位于第一激光源与第二激光源之间，且上述第一、第二全息元件使第一、第二返回光束皆聚焦于该光电检测元件上，该复合棱镜包括并排设置的长菱形棱镜和直角棱镜，长菱形棱镜的一表面与直角棱镜的斜面黏合形成分光面，该直角棱镜具有一正对第一全息元件的第一入光面，该长菱形棱镜具有一正对第二全息元件的第二入光面及与分光面相对设置的反射面。
2.如权利要求1所述的半导体激光装置，其特征在于：该半导体激光装置还包括一基板，上述第一激光源、光电检测元件及第二激光源并排设于该基板上。
3.如权利要求2所述的半导体激光装置，其特征在于：该半导体激光装置还包括一封装壳体，该基板收容于该封装壳体内，第一、第二全息元件安装于该封装壳体上。
4.如权利要求1所述的半导体激光装置，其特征在于：该第二入光面为非球面结构。
5.如权利要求1所述的半导体激光装置，其特征在于：该第一、第二全息元件为微型全息元件。
6.如权利要求5所述的半导体激光装置，其特征在于：该第一、第二全息元件分别具有特定的光栅线宽以使第一、第二返回光束的偏移量达到预定值。
7.一种用于记录/再现不同光盘规格的信息的光学拾取装置，其包括一可发出具有第一波长的第一入射光束的第一激光源，一可发出具有第二波长的第二入射光束的第二激光源，一用于接收第一、第二入射光束被光盘反射形成的第一、第二返回光束的光电检测元件，一正对第一激光源设置的第一全息元件，一准直透镜及一物镜，其中该第二波长大于上述第一波长，其特征在于：该光学拾取装置还包括一正对第二激光源设置的第二全息元件和一复合棱镜，该第一激光源、第二激光源及光电检测元件三者并排设置集成于一体，该光电检测元件位于第一激光源与第二激光源之间，且上述第一、第二全息元件使第一、第二返回光束皆聚焦于该光电检测元件上，该复合棱镜包括并排设置的长菱形棱镜和直角棱镜，长菱形棱镜的一表面与直角棱镜的斜面黏合形成分光面，该直角棱镜具有一正对第一全息元件的第一入光面，该长菱形棱镜具有一正对第二全息元件的第二入光面及与分光面相对设置的反射面。
8.如权利要求7所述的光学拾取装置，其特征在于：该准直透镜、物镜分别具有与第一波长相匹配的光学参数，该第二入光面为非球面结构。
9.如权利要求7所述的光学拾取装置，其特征在于：物镜具有与高密度光盘相匹配的数值孔径，该光学拾取装置于第一、第二入射光束入射物镜前的光路中设置一对第一、第二入射光束具有不同口径的波长选择镜。
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