CN1291396C - 光学读/写系统 - Google Patents

Abstract

一种光学读/写系统，包括一第一光收发单元、一第二光收发单元、一第三光收发单元、一棱镜组、一反射棱镜、一准直透镜及一物镜。棱镜组具有位于第一、第二入射光束的共同光路中的第一棱镜，位于第三入射光束的光路中的第二棱镜及位于第一、第二、第三入射光束的共同光路中的第三棱镜。反射棱镜具有一入光面及一出光面，该入光面与出光面相邻且成一定角度，垂直入射至该反射棱镜入光面的光信号经反射棱镜的表面间反射后，可垂直于该反射棱镜的出光面出射。准直透镜、物镜具有与第一波长相对应的光学参数，且位于第一、第二、第三入射光束共用的光路中。

Description

光学读/写系统

【技术领域】

本发明是关于一种光盘记录/再现系统，特别是一种用于兼容不同规格光盘的光学读/写系统。

【背景技术】

记录/再现装置中使用的光学读/写系统主要利用一系列光学组件将激光器发出的特定波长的激光会聚成一光斑，并会聚至光盘上以实现对光盘的读/写操作。随着光盘规格从CD、DVD至HD-DVD的不断演进，光盘的信息轨迹制造得愈发致密，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(NA)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(NA)。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(NA)不断增大。波长、数值孔径(NA)随光盘规格的变化如下表所示：

光盘规格	CD	DVD	HD-DVD
				波长	780nm	650nm	405nm
数值孔径(NA)	0.45	0.6	0.65或0.8

由于不同光盘规格的光学参数不同，导致各规格的兼容性问题变得突出。读/写特定规格的光盘信息，就须使用符合该种光盘规格的光学组件，否则，会造成误读/写的可能。然而，欲在一套光学读/写装置中实现对多种规格光盘的读/写操作而针对每一规格设计相应的光学读/写系统，则显非明智之举，其既造成读/写装置体积过大，又使光学系统变得复杂，成本增加。现有光学读/写装置中，如混合式HD-DVD和DVD光学读/写装置，其具有一HD-DVD激光器与一DVD激光器，分别发出波长约为405nm的蓝光及650nm的红光，并入射至各自的绕射组件后通过共用分光棱镜、准直透镜、反射镜及物镜等光学组件后会聚至光盘上以读/写信息。此种光学读/写装置通过共用部分光学组件，可在一定程度上减小其体积。但是，激光器到准直透镜之间的空间距离恰为影响光学读写装置体积的重要因素，现有光学读/写装置中尽管光学组件的数量有所减少却未能缩短激光器至准直透镜之间的空间距离，因而，其对光学读/写装置的体积的缩小程度有限。

【发明内容】

本发明所要解决的技术问题是提供一种光学读/写系统，用于记录/再现不同光盘规格的记录/再现装置中，其可减小光学读/写装置的体积。

本发明提供一种光学读/写系统，包括一第一光收发单元、一第二光收发单元、一第三光收发单元、一棱镜组、一反射棱镜、一准直透镜及一物镜。第一光收发单元具有一第一光源用以发出第一波长的第一入射光束。第二光收发单元具有一第二光源用以发出第二波长的第二入射光束，该第二波长大于第一波长。第三光收发单元具有一第三光源用以发出第三波长的第三入射光束，该第三波长大于第二波长。棱镜组具有位于第一、第二入射光束的共同光路中的第一棱镜，位于第三入射光束的光路中的第二棱镜及位于第一、第二、第三入射光束的共同光路中的第三棱镜。第一棱镜具有一第一入光面，该第一入光面具有一供第一入射光束通过的第一入光区及供第二入射光束通过的第二入光区，该第二入光区为非球面结构表面，第一棱镜用于传输第一、第二入射光束，并将其输出至第三棱镜，第二棱镜用于传输第三入射光束，并将其输出至该第三棱镜，第二棱镜也具有一非球面结构的端面。第三棱镜用于将来自不同光路的第一、第二、第三入射光束由同一位置输出。反射棱镜具有一入光面及一出光面，且该入光面与出光面相邻且成一定角度，垂直入射至该反射棱镜入光面的光信号经反射棱镜的表面间反射后，可垂直于该反射棱镜的出光面出射。准直透镜具有与第一波长相对应的光学参数，且位于第一、第二、第三入射光束共用的光路中。该物镜亦具有与第一波长相对应的光学参数，且位于第一、第二、第三入射光束共用的光路中。

与现有技术相比，本发明的光学读/写系统中使用三光收发单元及具有非球面结构表面的棱镜组，有效消除像差，进而实现对CD、DVD和HD-DVD等多种规格光盘信息的较佳效果的读写。第一、第二、第三入射光束的光路共用部分光学组件，因而可减少光学读/写系统所需的光学组件数目，同时，反射棱镜在保证光路的总光程不变的情况下，缩短第一、第二、第三光收发单元与准直透镜之间的空间距离，并且，反射棱镜的运用可省略反射镜，从而可有效地缩小使用该光学读/写系统的装置的体积。

【附图说明】

图1是本发明第一实施方式的光学读/写系统示意图。

图2是图1的棱镜组俯视图。

图3是图1的反射棱镜主视图。

图4是图1的波长选择片俯视图。

图5是图4的波长选择片V-V向剖视图。

图6是本发明第二实施方式的光学读/写系统示意图。

图7是图6的反射棱镜主视图。

【具体实施方式】

请参阅图1，其为本发明第一实施方式的光学读/写系统100的示意图。本发明的光学读/写系统100适用于记录/再现不同光盘规格的记录/再现装置中，本实施方式以适用于HD-DVD记录/再现装置的光学读/写系统为例。光学读/写系统100包括一第一光收发单元11、一第二光收发单元12、一第三光收发单元13，一第一绕射组件21、一第二绕射组件22、一第三绕射组件23，一棱镜组3，一反射棱镜4，一准直透镜5，一波长选择片6及一物镜7。其中，第一光收发单元11、第二光收发单元12、第三光收发单元13，第一绕射组件21、第二绕射组件22、第三绕射组件23，棱镜组3可整合封装。

该第一、第二及第三光收发单元11、12及13平行并列设置。第一光收发单元11具有一第一光源11a、一第一检测器11b。第一光源11a发出第一入射光束，该第一入射光束具有第一波长。第一检测器11b检测从光盘返回的第一反射光束。第二光收发单元12包括一第二光源12a、一第二检测器12b。第二光源12a发出第二入射光束，该第二入射光束具有第二波长。第二检测器12b检测从光盘返回的第二反射光束。第三光收发单元13包括一第三光源13a、一第三检测器13b。第三光源13a发出第三入射光束，该第三入射光束具有第三波长。第三检测器13b检测从光盘返回的第三反射光束。本实施方式中第一、第二及第三波长分别为波长为405nm的可读/写HD-DVD规格光盘的蓝光、波长为650nm的可读/写DVD规格光盘的红光及波长为780nm的可读/写CD规格光盘的近红外光。

该第一绕射组件21、第二绕射组件22及第三绕射组件23分别正对于第一、第二及第三收发单元11、12、13的第一、第二及第三光源11a、12a、13a设置。

请参阅图2，其为本发明光学读/写系统100棱镜组3的俯视图。所述棱镜组3包括一第一棱镜31、一第二棱镜32、一第三棱镜33，第一、第二棱镜31、32位于第三棱镜33相同一侧。第一、第二、第三棱镜31、32、33均为近似四棱柱结构。第一棱镜31具有第一入光面310与第一出光面311，该第一入光面310分为第一、第二入光区310a、310b，其中第二入光区310b为非球面结构，可校正DVD光路多余球面像差。第一棱镜31的一端具有一与第一入光面310成45度夹角的第一反射面312，另一端具有一与该第一反射面312平行的第一光路转换界面313，其针对不同波长的入射光具有不同反射或透射功能。第二棱镜32具有一第二入光面320及一第二出光面321，该第二入光面320为非球面结构，可校正CD光路多余球面像差。第三棱镜33的第三入光面330与第三出光面331平行，第三棱镜33的一端具有一与第三入光面330成45度夹角的第三反射面332，另一端具有一与该第三反射面332平行的第二光路转换界面333，其针对不同波长的入射光具有不同反射或透射功能。

请参阅图3，其为本发明的光学读/写系统的反射棱镜4俯视图。反射棱镜4与准直透镜5具有一结合面(下述第四出光面42)。该反射棱镜4为一五边形棱柱结构，其依次相连的五侧面形成第四入光面40、第四出光面42、第四反射面44、第四侧面46及第五反射面48，其中第四入光面40与第四出光面42(即为上述结合面)二者相互垂直设置，第四反射面44、第五反射面48镀有反射膜，第四出光面42、第四反射面44间，第四反射面44、第四侧面46间，第四侧面46、第五反射面48间及第四入光面40、第五反射面48间的夹角均为112.5度。满足垂直入射至第四入光面40的光信号，经反射棱镜4的表面间相互反射后，可垂直于第四出光面42出射，从而使得入射光束在经该反射棱镜4后，传输方向转变90度。

请一同参阅图4及图5。波长选择片6位于物镜7与准直透镜5之间，波长选择片6具有由内到外三区域，即内圆区域A、中环区域B与外环区域C，内圆区域A可容许最短的第一波长、较短的第二波长、较长的第三波长的光束通过，中环区域B可容许最短第一波长及较短第二波长的光束通过，外环区域C仅容许最短的第一波长的光束通过。

请再次一同参阅图1，读/写HD-DVD光盘时，第一收发单元11的第一光源11a所发出的第一入射光束通过第一绕射组件21后从第一棱镜31的第一入光面310的第一入光区310a入射至第一光路转换界面313。由于第一光路转换界面313设计为对最短的第一波长的第一入射光束透射，而对较长的第二波长的第二入射光束反射，因而，第一入射光束从第一光路转换界面313透射，而后从第一出光面311出射。从第一出光面311出射的第一入射光束自第三棱镜33的第三入光面330入射至第二光路转换界面333。由于第二光路转换界面333设计为对最短的第一波长的第一入射光束及较短的第二波长的第二入射光束透射，而对较长的第三波长的第三入射光束反射，因而，第一入射光束从第二光路转换界面333透射，而后从第三出光面331出射。

从第三棱镜33的第三出光面331出射的第一入射光束经由反射棱镜4的第四入光面40入射至表面镀有反射膜的第四反射面44后被反射，反射后的第一入射光束于镀有反射膜的第五反射面48再次被反射。经过二次反射的第一入射光束入射至第四出光面42，而后经由准直透镜5(针对具有最短的第一波长的第一入射光束设计)第一次会聚后出射至波长选择片6。

第一入射光束经第一次会聚后出射至波长选择片6。波长选择片6具有内圆区域A、中环区域B及外环区域C，由于内圆区域A与中环区域B可容许最短的第一波长及较短的第二波长的光束通过，外环区域C仅容许最短的第一波长的光束通过。因而，第一入射光束全部通过波长选择片6的所有区域，并由物镜7会聚成一光斑以于HD-DVD光盘上(未标示)读/写信息。从光盘表面反射的第一反射光束经由物镜7返回，其返回光路与入射光路基本相同。不同之处在于第一反射光束经过第一绕射组件21后被该第一绕射组件21折射，折射后的第一反射光束投射至第一收发单元11上的第一检测器11b，该第一检测器11b将光信号转换成电信号输出至相关电路。

由于第一入射光束及第一反射光束的光路中包含的各种光学组件的光学参数均参照HD-DVD规格设计。同时，反射棱镜4在保证光路的总光程不变的情况下，缩短收发单元11与准直透镜5之间的空间距离，以及利用反射棱镜4取代反射面镜，此等改进有效地缩小使用该光学读/写系统100的装置的体积。

读/写DVD光盘时，第二收发单元12的第二光源12a所发出的第二入射光束通过第二绕射组件22后从第一棱镜31的第一入光面310的第二入光区310b入射至第一反射面312，并被具有非球面结构的第二入光区310b第一次会聚。第一反射面312将第二入射光束反射至第一光路转换界面313。由于第一光路转换界面313设计为对最短的第一波长的第一入射光束透射，而对较长的第二波长的第二入射光束反射，所以，第二入射光束被第一光路转换界面313反射后从第一出光面311出射。同时，由于第一反射面312与第一光路转换界面313相互平行，因而，从第一出光面311出射的第二入射光束的出射方向与自第二入光区310b入射的第二入射光束的入射方向一致。出射后的第二入射光束从第三棱镜33的第三入光面330入射至第二光路转换界面333。由于第二光路转换界面333设计为对最短的第一波长的第一入射光束及较短的第二波长的第二入射光束透射，而对较长的第三波长的第三入射光束反射，因而，第二入射光束从第二光路转换界面333透射，而后从第三出光面331出射。

从第三棱镜33出射的第二入射光束经由反射棱镜4的第四入光面40入射至表面镀有反射膜的第四反射面44后被反射，反射后的第二入射光束于第五反射面48再次被反射。经过二次反射的第二入射光束入射至第四出光面42，而后经由准直透镜5(针对具有第一波长的第一入射光束设计)第二次会聚后出射至波长选择片6。

第二入射光束经第二次会聚后出射至波长选择片6。波长选择片6具有内圆区域A、中环区域B及外环区域C，由于内圆区域A与中环区域B可容许最短的第一波长及较短的第二波长的光束通过，外环区域C仅容许最短的第一波长的光束通过。因而，第二入射光束仅可从内圆区域A及中环区域B通过，而第二入射光束的外周部分光束被外环区域C所阻隔而不能通过。从内圆区域A及中环区域B通过的第二入射光束满足DVD规格的数值孔径，并由物镜7第三次会聚成一光斑以于DVD光盘上(未标示)读/写信息。从光盘表面反射的第二反射光束经由物镜7返回，其返回光路与入射光路基本相同。不同之处在于第二反射光束经过第二绕射组件22后被该第二绕射组件22折射，折射后的第二反射光束投射至第二收发单元12上的第二检测器12b，该第二检测器12b将光信号转换成电信号输出至相关电路。

尽管第二入射光束与第一入射光束的光路中共用的部分光学组件的光学参数均参照HD-DVD规格设计，然，第二入射光束经由第一棱镜31的第一入光面的第二入光区310b、准直透镜5、物镜7三次会聚，并利用波长选择片6以使第二入射光束满足DVD规格的数值孔径，因而可有效消除现有光学系统中由于准直透镜、物镜不匹配所造成的像差。同时，利用反射棱镜4在保证光路的总光程不变的情况下，缩短收发单元12与准直透镜5之间的空间距离，以及利用反射棱镜4取代反射面镜，此等改进有效地缩小使用该光学读/写系统100的装置的体积。

读/写CD光盘时，第三收发单元13的第三光源13a所发出的第三入射光束通过第三绕射组件23后从第二棱镜32的第二入光面320入射，并被具有非球面结构的第二入光面320第一次会聚。经过第一次会聚后的第三入射光束从第三棱镜33的第三入光面330入射，并在第三棱镜33的第三反射面332反射至第二光路转换界面333。第二光路转换界面333具有选择性，其对具有最短的第一波长的第一入射光束及较短的第二波长的第二入射光束透射，而对具有较长波长的第三波长的第三入射光束反射。同时，由于第三反射面332与第二光路转换界面333平行，因而，第三反射光束经过两次反射后其从第三出光面331出射，出射的方向与从第三入光面330入射的方向一致。

经过第二棱镜32第一次会聚并从第三棱镜33出射后的第三入射光束以与第一入射光束相似的光路通过反射棱镜4，并经反射棱镜4的准直透镜5第二次会聚。由于准直透镜5的光学参数系针对波长最短(第一波长)的第一入射光束设计，因而，其仅能将第三入射光束第二次会聚成近似平行光束。该近似平行的第三入射光束经由反射棱镜4反射改变光路方向后入射至波长选择片6，由于波长选择片6的内圆区域A最短波长(第一波长)及较短波长(第二波长)与较长波长(第三波长)的入射光束均可通过，中环区域B第一波长及第二波长的入射光束可通过，外环区域C仅容许最短的第一波长的入射光通过。因而，第三入射光束仅可从内圆区域A通过，而第三入射光束的外周部分光束被中环区域B、外环区域C所阻隔而不能通过。从内圆区域A通过的第三入射光束满足CD规格的较小数值孔径，其入射至物镜7并由物镜7第三次会聚成一光斑于CD光盘上读/写信息。从CD光盘表面反射的第三反射光束经由物镜7返回，其返回光路与入射光路基本相同。不同之处在于第三反射光束经过第三绕射组件23后被该第三绕射组件23折射，折射后的第三反射光束投射至第三收发单元13上的第三检测器13b，该第三检测器13b将光信号转换成电信号输出至相关电路。

尽管第三入射光束与第一入射光束的光路中共用的部分光学组件的光学参数均参照HD-DVD规格设计，然，第三入射光束经由第二棱镜32、反射棱镜4的准直透镜5及物镜7三次会聚，并利用波长选择片6以使第三入射光束满足CD规格的数值孔径，因而可有效消除现有光学系统中由于准直透镜、物镜不匹配所造成的像差。同时，利用反射棱镜4在保证光路的总光程不变的情况下，缩短收发单元13与准直透镜5之间的空间距离，以及利用反射棱镜4取代反射面镜，此等改进有效地缩小使用该光学读/写系统100的装置的体积。

请参阅图6，其为本发明第二实施方式的光学读/写系统100’示意图。光学读/写系统100’包括一第一光收发单元11、一第二光收发单元12、一第三光收发单元13，一第一绕射组件21、一第二绕射组件22、一第三绕射组件23，一棱镜组3，一反射棱镜4’，一波长选择片6及一物镜7。

请一同参阅图7，其为图6光学读/写系统100’的反射棱镜4’主视图。光学读/写系统100’中各光学组件与图1所示的光学读/写系统100的对应各光学组件基本相同，唯一不同之处在于：光学读/写系统100’的反射棱镜4’为一三角形棱柱，其具有依次相连的第四入光面40’、第四出光面42’、第四反射面44’，其中第四入光面40’与第四出光面42’二者相互垂直设置。第四出光面42’、第四反射面44’之间以及第四入光面40’、第四反射面44’之间均成45度夹角。垂直入射至第四入光面40’的光信号，经第四反射面44’反射后，可垂直于第四出光面42’出射，从而使得入射光束在经该反射棱镜4’后，传输方向转变90度。

Claims (9)

1.一种光学读/写系统，包括：一第一光收发单元、一第二光收发单元、一棱镜组、一反射棱镜、一准直透镜、一物镜、一波长选择片，该第一光收发单元具有一用以发出第一波长的第一入射光束的第一光源；该第二光收发单元具有一用以发出第二波长的第二入射光束的第二光源，该第二波长大于第一波长；该棱镜组具有位于第一、第二入射光束的共同光路中的第一棱镜，位于第三入射光束的光路中的第二棱镜及位于第一、第二、第三入射光束的共同光路中的且将该三入射光束由同一位置输出的第三棱镜，该第二棱镜具有一非球面结构的端面；该反射棱镜具有一入光面及一出光面，且该入光面与出光面相邻且成一定角度，垂直入射至该入光面的光信号经反射棱镜的表面间反射后，垂直于该出光面出射；该准直透镜具有与第一波长相对应的光学参数，且位于第一、第二、第三入射光束共用的光路中；该物镜亦具有与第一波长相对应的光学参数，且位于第一、第二、第三入射光束共用的光路中；该波长选择片位于该物镜与该准直透镜之间，其特征在于：该光学读/写系统还包括一第三光收发单元，该第三光收发单元具有一用以发出第三波长的第三入射光束的第三光源，该第三波长大于第二波长；该第一棱镜具有一第一入光面，该第一入光面具有一供第一入射光束通过的第一入光区及供第二入射光束通过的第二入光区，该第二入光区为非球面结构表面。

2.根据权利要求1所述的光学读/写系统，其特征在于：该反射棱镜与该准直透镜为一体式组件，该准直透镜位于该反射棱镜的出光面上。

3.根据权利要求1所述的光学读/写系统，其特征在于：该反射棱镜的入光面与出光面所成的角度为90度。

4.根据权利要求1所述的光学读/写系统，其特征在于：该反射棱镜为五边形棱柱结构。

5.根据权利要求4所述的光学读/写系统，其特征在于：该五边形棱柱的侧面间夹角除入光面与出光面为90度外，其余夹角均为112.5度。

6.根据权利要求1所述的光学读/写系统，其特征在于：该反射棱镜为三角形棱柱结构，该三角形棱柱的侧面间夹角除入光面与出光面为90度外，其余夹角均为45度。

7.根据权利要求1所述的光学读/写系统，其特征在于：该棱镜组的第一、第二、第三棱镜相互独立，第一、第二棱镜位于第三棱镜相同一侧。

8.根据权利要求1所述的光学读/写系统，其特征在于：该第一棱镜还具有一第一反射面、第一光路转换界面，该第一入光面与第一反射面成45度夹角，该第一反射面与第一光路转换界面平行，该第一光路转换界面针对不同波长的入射光具有不同反射或透射功能。

9.根据权利要求1所述的光学读/写系统，其特征在于：第三棱镜具有一第三入光面、第三出光面、第三反射面、第二光路转换界面，该第三入光面与第三出光面平行，该第三入光面与第三反射面成45度夹角，该第三反射面与第二光路转换界面平行，该第二光路转换界面针对不同波长的入射光具有不同反射或透射功能。

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