CN100501846C - 光学模组及采用所述光学模组的光学记录/再现装置 - Google Patents

光学模组及采用所述光学模组的光学记录/再现装置 Download PDF

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Abstract

一种光学模组及采用所述光学模组的光学记录/再现装置，所述光学模组包括：一光源、一准直透镜及一光束整形元件。所述光束整形元件包括一发散式衍射元件及一收敛式衍射元件，所述发散式衍射元件位于所述准直透镜与所述收敛式衍射元件之间。其中，所述光束整形元件将由光源发出并经准直透镜准直后的椭圆光束沿短轴方向扩展以使所述椭圆光束转换为圆形光束，所述发散式衍射元件可使光束沿第一方向发散，沿与所述第一方向垂直的第二方向不变；所述收敛式衍射元件可使光束沿所述第一方向收敛，沿所述第二方向不变。所述发散式衍射元件具有锯齿结构衍射表面，且所述锯齿结构的齿宽由中间向两侧边依次减小。

Description

光学模组及采用所述光学模组的光学记录/再现装置
【技术领域】
本发明涉及一种光学模组及采用所述光学模组的光学记录/再现装置。
【背景技术】
光盘作为存储介质现已广泛应用于各领域中，并且随着信息产业的发展，光盘的存储容量也在不断的增加，存储密度随之提高。光学记录/再现装置作为将信息记录于光盘上或由光盘上再现存储信息的装置，其依靠一光学系统将光束会聚至光盘上，使光束受到光盘存储信息的调制。随后，再依靠所述光学系统将所述光束承载的信息传送至检测元件并转成电信号输出，最后，通过后续电路处理即可实现光盘的记录/再现操作。
如图1所示，传统的光学记录/再现装置20包括：一光发射元件21、一准直透镜22、一光路改变装置23、一物镜24、一聚光镜25及一光接收元件26。光发射元件21一般采用激光器以发出入射光束28。入射光束28经准直透镜22准直成为平行光束，并经由光路改变装置23转向后入射至物镜24。物镜24将入射光束28聚焦在记录介质27上。入射光束28被记录介质27反射，从而形成一反射光束29。反射光束29经物镜24准直后由光路改变装置23转向并经聚光镜25聚焦于光接收元件26上。其中，入射光束28由记录介质27上反射时会受到记录介质27上记录信息的调制，因此，光接收元件26可依据接收到反射光束29后产生一电信号输出。
入射光束28的理想状态为一束圆形截面的平行光束，而在实际应用中，由激光器发出的激光束并非十分理想。如图2所示，激光器21发出一束激光束，所述激光束在水平方向上的发射角θ1与其在竖直方向上的发射角θ2并不相等，致使所述激光束的截面为一椭圆结构。如图3所示，所述激光束在水平方向上的发射角θ1及其在竖直方向上的发射角θ2与两方向上光束的相对光强的关系曲线差距很大，如θ1最大角度只能取光轴两侧的10度，而θ2最大角度可取光轴两侧的50度，这表明所述激光束的椭圆截面的长轴在竖直方向上，短轴在水平方向上。如将椭圆形光束直接会聚于记录介质上并以此读取信息，则光束中会存在光波面像差。而随着光盘存储密度的不断提高，光束的波长在不断的缩短，其对光波面像差的要求愈发严格。因此，需要消除光束中存在的光波面相差。
为解决上述问题，现有技术中有采用孔径角为激光器最大水平发射角θ1的圆形准直透镜对光束进行整形。圆形准直透镜仅接收椭圆截面光束中以短轴为直径的圆形区域光束，并对所述圆形区域光束进行准直，因此可以产生满足要求的圆形截面光束。然而，由于所述椭圆截面光束于长轴方向的部分光束被舍弃，使得光能量的利用率大大降低。因此，为了保证光学记录/再现装置的光学系统拥有充足的光能量以获得精确信息，激光器需具有较高功率。但是这样极大增加了整个光学记录/再现装置的成本。
【发明内容】
有鉴于此，有必要提供一种具有较高光利用率的光学模组。
此外，有必要提供一种采用一具有较高光利用率的光学模组的光学记录/再现装置。
一种光学模组，包括：一光源、一准直透镜及一光束整形元件。所述光源发出一椭圆光束，所述准直透镜对来自所述光源的椭圆光束进行准直，所述光束整形元件对所述椭圆光束沿短轴方向扩展以使所述椭圆光束转换为圆形光束。所述光束整形元件包括一发散式衍射元件及一收敛式衍射元件，所述发散式衍射元件位于所述准直透镜与所述收敛式衍射元件之间。所述发散式衍射元件可使光束沿第一方向发散，沿与所述第一方向垂直的第二方向不变；所述收敛式衍射元件可使光束沿所述第一方向收敛，沿所述第二方向不变。所述发散式衍射元件具有锯齿结构衍射表面，且所述锯齿结构的齿宽由中间向两侧边依次减小。
一种光学记录/再现装置，包括：一光学模组、一物镜及一光接收元件。所述光学模组用于产生一光束；所述物镜用于将所述光束聚焦在记录介质上；所述光接收元件用于接收由所述记录介质反射的光束。所述光学模组包括一用以产生椭圆光束的光源，一对所述椭圆光束进行准直的准直透镜及一用于对所述椭圆光束进行整形的光束整形元件。所述光束整形元件对所述椭圆光束沿短轴方向扩展以使所述椭圆光束转换为圆形光束。所述光束整形元件包括一发散式衍射元件及一收敛式衍射元件，所述发散式衍射元件位于所述准直透镜与所述收敛式衍射元件之间，所述发散式衍射元件可使光束沿第一方向发散，沿与所述第一方向垂直的第二方向不变；所述收敛式衍射元件可使光束沿所述第一方向收敛，沿所述第二方向不变。所述发散式衍射元件具有锯齿结构衍射表面，且所述锯齿结构的齿宽由中间向两侧边依次减小。
与现有技术相比，本发明提供的光学模组采用一光束整形元件，所述光束整形元件对椭圆光束的短轴进行扩展以使所述短轴与长轴基本相等。从而将所述椭圆光束转换成为圆形光束。此外，所述光束整形元件具有衍射结构，其具有较高透光率。因此，可以充分利用光源所发光束的光能量，可降低所述光学模组成本。
【附图说明】
图1为传统光学记录/再现装置结构示意图。
图2为一般激光器发出的椭圆光束示意图。
图3为激光器发出的椭圆光束于竖直及水平方向的光发射角与相对光强度的关系示意图。
图4为本发明一较佳实施方式的光学模组的结构示意图。
图5为所述光学模组采用的发散式衍射元件的结构示意图。
图6为所述光学模组采用的收敛式衍射元件的结构示意图。
图7为各相阶衍射元件的透光率示意图。
图8为采用本发明的光学模组的光学记录/再现装置的结构示意图。
【具体实施方式】
图4所示为本发明一较佳实施方式所揭示的光学模组11。所述光学模组11包括：一激光器111、一准直透镜112、一发散式衍射元件113及一收敛式衍射元件114。激光器111、准直透镜112、发散式衍射元件113及收敛式衍射元件114位于同一光轴上且沿光路依次设置。发散式衍射元件113具有二相对表面113a、113b，其中靠近准直透镜112的表面113a为平面，其背离准直透镜112的表面113b为衍射表面。收敛式衍射元件114具有二相对表面114a、114b，其中靠近准直透镜112的表面114a为平面，其背离准直透镜112的表面114b为衍射表面。发散式衍射元件113及收敛式衍射元件114在水平方向且靠近准直透镜112的焦点重合于点219。
结合参阅图5，所述发散式衍射元件113为柱面镜结构，其镜轴213位于椭圆光束416的长轴方向。所述发散式衍射元件113沿椭圆光束416的长轴方向的截面为一矩形，沿椭圆光束416的短轴方向的截面为一侧边为锯齿线的近似矩形。发散式衍射元件113的衍射表面113b具有一内陷弧面结构311及二锯齿结构312。其中内陷弧面结构311位于衍射表面113b中间，在椭圆光束416的短轴方向上使光束散射。锯齿结构312位于内陷弧面结构311的两侧，且其齿宽由中间向两侧边依次减小。所述锯齿结构312具有齿尖312a及齿槽312b，齿尖312a及齿槽312b相间设置，齿尖312a朝向两侧边，齿槽312b在椭圆光束416的短轴方向上使光束向两侧衍射。因此，发散式衍射元件113在椭圆光束416的短轴方向上使光束发散。如图7所示，发散式衍射元件113具有四位相阶，透光率达80％以上，相对于普通玻璃透镜低于40％之透光率，具有较高之光利用率。
结合参阅图6，所述收敛式衍射元件114为柱面镜结构，其镜轴214位于椭圆光束417的长轴方向，其沿椭圆光束417的长轴方向的截面为一矩形，沿椭圆光束417的短轴方向的截面为一侧边为锯齿线的近似矩形。收敛式衍射元件114的衍射表面114b具有一外凸弧面结构313及二锯齿结构314。外凸弧面结构313位于衍射表面114b中间，在椭圆光束417的短轴方向上使光束会聚。锯齿结构314位于内陷弧面结构313的两侧，且其齿宽由中间向两侧边依次减小。所述锯齿结构314具有齿尖314a及齿槽314b，齿尖314a及齿槽314b相间设置，齿尖314a朝向两侧边，其齿槽314b在椭圆光束417的短轴方向上使光束向两侧衍射。因此，收敛式衍射元件114在椭圆光束417的短轴方向上使光束会聚。结合参阅图7，收敛式衍射元件114具有四位相阶，透光率达80％以上，相对于普通玻璃透镜低于40％之透光率，具有较高之光利用率。
光学模组工作时，激光器111发出一椭圆形发散光束415，其包括长轴光束415a及短轴光束415b。椭圆形发散光束415经准直透镜112准直后成为平行光束416。平行光束416包括长轴光束为416a及短轴光束为416b。平行光束416入射至发散式衍射元件113，其长轴光束416a通过发散式衍射元件113后成为宽度不变的长轴平行光束417a，其短轴光束416b通过所述发散式衍射元件113后成为短轴发散光束417b，所述短轴发散光束417b的反向延长线会聚于发散透镜的入射方焦点119处。因此，发散式衍射元件113出射的光束117包括长轴平行光束417a及短轴发散光束417b，进而入射至收敛式衍射元件114。长轴平行光束417a通过所述收敛式衍射元件114后成为宽度不变的长轴平行光束418a，而所述收敛式衍射元件114的入射方焦点位于上述发散式衍射元件113的入射方焦点219处，故由其焦点319入射之短轴发散光束117b通过所述收敛式衍射元件114后成为短轴平行光束418b。由于由收敛式衍射元件114出射的光束418的长轴平行光束418a与短轴平行光束418b具有相等的宽度。因此，原激光器111发出的椭圆形发散光束415经光学模组11处理后，转变为平行圆形光束418，具有较高的光利用率，因此对激光器111的发光功率要求得以降低。
图8所示为采用光学模组11的一种光学记录/再现装置100，其包括：所述光学模组11、一光路改变装置12、一物镜13、一聚光镜14、一光接收元件15。光学模组11输出的圆形平行光束经光路改变装置12后入射至物镜13，由物镜13聚焦在记录介质16上，并由记录介质16反射而回，所述反射光束经物镜13后由光路改变装置12转向入射至聚光镜14，由聚光镜14聚焦在光接收元件15上，被其吸收且转换为电信号以进行后续的信号处理等操作。
由于光学模组11具有较高光利用率，激光器111的发光功率可以降低，因此，光学记录/再现装置100即可具有较高光学性能又可降低成本。

Claims (10)

1.一种光学模组，包括：一光源、一准直透镜及一光束整形元件，所述光源用于发出一椭圆光束，所述准直透镜用于对来自所述光源的椭圆光束进行准直，所述光束整形元件用于对所述椭圆光束沿短轴方向扩展以使所述椭圆光束转换为圆形光束，所述光束整形元件包括一发散式衍射元件及一收敛式衍射元件，所述发散式衍射元件位于所述准直透镜与所述收敛式衍射元件之间，所述发散式衍射元件可使光束沿第一方向发散，沿与所述第一方向垂直的第二方向不变；所述收敛式衍射元件可使光束沿所述第一方向收敛，沿所述第二方向不变，其特征在于：所述发散式衍射元件具有锯齿结构衍射表面，且所述锯齿结构的齿宽由中间向两侧边依次减小。
2.如权利要求1所述的光学模组，其特征在于：所述发散式衍射元件靠近所述准直透镜的表面为平面，背离所述准直透镜的表面为衍射表面；所述收敛式衍射元件靠近所述准直透镜的表面为平面，背离所述准直透镜的表面为衍射表面。
3.如权利要求2所述的光学模组，其特征在于：所述发散式衍射元件为柱面镜，沿所述椭圆光束的长轴方向的截面为一矩形，沿所述椭圆光束的短轴方向的截面具有一锯齿线。
4.如权利要求3所述的光学模组，其特征在于：所述发散式衍射元件的所述锯齿结构衍射表面具有一内陷弧面结构及二锯齿结构，所述内陷弧面结构位于所述衍射表面中间，所述二锯齿结构位于所述内陷弧面结构两侧。
5.如权利要求2所述的光学模组，其特征在于：所述收敛式衍射元件为柱面镜，沿所述椭圆光束的长轴方向的截面为一矩形，沿所述椭圆光束的短轴方向的截面具有一锯齿线。
6.如权利要求5所述的光学模组，其特征在于：所述收敛式衍射元件的衍射表面具有一外凸弧面结构及二锯齿结构，所述外凸弧面结构位于所述衍射表面中间，所述二锯齿结构位于所述内陷弧面结构两侧。
7.如权利要求6所述的光学模组，其特征在于：所述收敛式衍射元件的所述锯齿结构的齿宽亦是由中间向两侧边依次减小。
8.如权利要求1所述的光学模组，其特征在于：所述发散式衍射元件与所述收敛式衍射元件的焦点重合。
9.一种光学记录/再现装置，包括：一光学模组、一物镜及一光接收元件，所述光学模组用于产生一光束；所述物镜用于将所述光束聚焦在记录介质上；所述光接收元件用于接收由所述记录介质反射的光束，所述光学模组包括一用以产生椭圆光束的光源，一对所述椭圆光束进行准直的准直透镜及一用于对所述椭圆光束进行整形的光束整形元件，所述光束整形元件对所述椭圆光束沿短轴方向扩展以使所述椭圆光束转换为圆形光束，所述光束整形元件包括一发散式衍射元件及一收敛式衍射元件，所述发散式衍射元件位于所述准直透镜与所述收敛式衍射元件之间，所述发散式衍射元件可使光束沿第一方向发散，沿与所述第一方向垂直的第二方向不变；所述收敛式衍射元件可使光束沿所述第一方向收敛，沿所述第二方向不变，其特征在于：所述发散式衍射元件具有锯齿结构衍射表面，且所述锯齿结构的齿宽由中间向两侧边依次减小。
10.如权利要求9所述的光学记录/再现装置，其特征在于：所述发散式衍射元件为柱面镜，所述发散式衍射元件靠近所述准直透镜的表面为平面，背离所述准直透镜的表面为衍射表面；所述收敛式衍射元件为柱面镜，所述收敛式衍射元件靠近所述准直透镜的表面为平面，背离所述准直透镜的表面为衍射表面。
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