CN1323394C - 光学读／写系统 - Google Patents

Abstract

一光学读/写系统包括一第一光收发单元、第二光收发单元、一棱镜单元、一准直透镜及一物镜，该第一光收发单元具有一第一光源，其可发出第一波长的光信号以形成第一入射光束。该第二光收发单元具有一第二光源，其可发出第二波长的光信号以形成第二入射光束，该第二波长大于该第一波长。该棱镜单元具有一第一部分、一第二部分、一第三部分及一第四部分，第二部分具有一非球面结构的端面，且该第四部分可转换第一、第二入射光束的传输方向。该准直透镜具有与第一波长光信号相对应的光学参数，且其位于第一、第二入射光束共用的光路中，该物镜亦具有与第一波长光信号相对应的光学参数，且其位于第一、第二入射光束共用的光路中，以将第一、第二入射光束会聚于光盘上。

Description

光学读／写系统

【技术领域】

本发明是关于一种用于记录/再现装置的光学读/写系统，尤其是关于一种用于兼容不同光盘规格的高密度记录/再现装置的光学读/写系统。

【背景技术】

光学读/写系统是通过物镜将激光束聚焦到光盘片上以形成一光斑，从而将信息记录于盘片上或自盘片上读取信息。聚焦光斑的大小将决定光盘的数据记录密度，从而决定光盘的可记录容量。光斑越小，光盘的记录容量越高。通常，聚焦光斑(S)的大小与激光束的波长(λ)成正比，与物镜的数值孔径(NA)成反比，如方程(1)所示：

S∝λ/NA    …(1)

由方程(1)可推出，要形成一适用于高密度记录介质的小型光斑，必须减小激光束的工作波长(λ)或增大物镜的数值孔径(NA)。因此，在光盘规格的演变过程中，其所采用的工作波长(λ)及数值孔径(NA)也不断改变。最初的CD规格所采用的工作波长为780nm左右，物镜的数值孔径为0.45；而DVD规格所采用的工作波长已减为650nm，物镜的数值孔径增为0.6；新一代HD-DVD规格已采用波长约为405nm的短波长蓝光取代CD、DVD红光，物镜的数值孔径为0.6以上，最高可达0.85。由于各规格所采用的光学参数不同，记录/读取不同光盘规格的信息，其要求读取/记录哪种规格光学元件就需达到该规格的需求。

不同光盘规格除上述的不同点外，其光盘的厚度也不同。由于光盘倾斜会产生彗差，而彗差的大小与光盘的厚度有很大关系，光盘越厚产生的彗差越大。为了控制光盘的彗差，光盘的厚度逐渐减小，已由CD的1.2mm厚减到HD-DVD的小于0.6mm。

高密度记录/再现装置需可记录/再现与其相对应的记录规格的盘片外，亦需兼容以前已存在的低密度记录规格，然该等规格之间存在工作波长不同、物镜所需的数值孔径不同及盘片厚度不同等情况，因此高密度记录/再现装置的光学读/写系统需具有在记录/再现不同的光盘规格时与之匹配的光学参数。

然而，如果就每一规格设计一光学系统成本高，并且光学读/写系统的封装体积必然很大，与现在光学记录/再现装置向小型化方向发展相背离。故，现有技术有采用对应不同规格的光学系统共用部分光学元件的方式减少光学元件数量。以HD-DVD记录/再现装置的光学系统为例，其具有一用于HD-DVD规格的蓝光光源和一用于DVD规格的红光光源，及具有满足HD-DVD及DVD规格参数的光栅等光学元件，且共用准直透镜、物镜等光学元件以将光束会聚于光盘上。然而，光学元件的光学参数通常是由其形状、材料等决定，因此光学参数是固定不可调节的。比如准直透镜，其具有聚光功能，其仅对某一特定波长的光束的发散光束转成平行光束，其它波长的光束仅能转成近似平行光束。物镜亦如此，其仅可将输入的特定波长的平行光束很好地会聚于其对应的位置，而将其它波长会聚至其它位置时，则会由于不匹配而存在一定的误差，如会出现象差中的球差、色差现象，或是聚焦光斑的面积太大，从而影响光学系统的光学性能而无法正确地记录/再现光盘上的信息。

【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高密度记录/再现装置中，其既可减小光学读/写系统的封装体积又具良好光学性能。

一光学读/写系统包括一第一光收发单元、一第二光收发单元、一棱镜单元、一准直透镜及一物镜，该第一光收发单元具有一第一光源，该第一光源可发出具有第一波长光信号的第一入射光束，该一第二光收发单元具有一第二光源，该第二光源可发出具有第二波长光信号的第二入射光束，其中该第二波长大于该第一波长，该准直透镜与物镜分别具有与第一波长光讯号相对应的光学参数，且皆位于第一、第二入射光束共用的光路中，该光学读/写系统还包括一棱镜单元，该棱镜单元包括一第一部分、一第二部分、一第三部分及一第四部分，其中该第一部分位于第一入射光束的光路中，第二部分位于第二入射光束之光路中，且具有一非球面结构之端面，第三部分与第四部分位于第一、第二入射光束之共同光路中，该第一入射光束经该第一部分后输出至第三部分，该第二入射光束经第二部分后输出至该第三部分，第一、第二入射光束由不同位置进入该第三部分，并由第三部分的同一位置输出至第四部分，且经该第四部分后传输方向转变。

与现有技术相比，本发明的光学读/写系统具有以下优点：该光学读/写系统第一、第二入射光束的光路共用部分光学元件，从而可减少光学读/写系统所需的光学元件数目，由此可减小光学读/写系统的封装体积及降低光学读/写系统成本，且棱镜单元的第四部分可改变光路的传输方向，从而可将原需位于同一光轴上的不同光学元件分至不同方向上，以充分利用光学读/写系统的收容空间，减小光学读/写系统的封装体积。再则，共享的准直透镜及物镜系针对第一入射光束的规格设定参数，从而第一入射光束具有良好的光学性能。再则，在棱镜单元的第二部分上设有一非球面结构的端面，通过该非球面端面使得由于准直透镜、物镜与光盘规格间不匹配所引起的球面像差得到补偿，使得第二入射光束亦具良好的光学性能。

【附图说明】

图1是本发明光学读/写系统的光路示意图。

图2是图1中光学读/写系统的棱镜单元部分的俯视图。

图3是本发明光学读/写系统另一实施例的光路示意图。

【具体实施方式】

请参阅图1，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高密度记录/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。该光学读/写系统100包括一第一光收发单元10、一第二光收发单元12、一第一全息镜片20、一第二全息镜片22、一棱镜单元3、一准直透镜4、一光路转换元件5、一波长选择器6及一物镜7。

该第一、第二光收发单元10、12平行设置，其分别由半导体集成工艺一体成型。第一光收发单元10包括一第一光源(未标示)和一第一光电探测器(未标示)，该第一光源可发出第一波长光信号以形成第一入射光束。本实施方式中，该第一波长光信号为HD-DVD光信号，其波长约为405nm。第二光收发单元12包括一第二光源(未标示)及一第二光电探测器(未标示)，该第二光源可发出第二波长光信号以形成第二入射光束。本实施方式中，该第二波长光信号为DVD光信号，其波长约为650nm。第一全息镜片20与第一光收发单元10的第一光源正对设置，第二全息镜片22与第二光收发单元12的第二光源正对设置。

请同时参阅图2，该棱镜单元3为由多个单一棱镜组成的棱镜组合，其中包括第一棱镜31、第二棱镜32、第三棱镜33及第四棱镜34，第一、第二棱镜31、32并行排列于第三棱镜33一侧，第四棱镜34位于第三棱镜33的相对第一、第二棱镜31、32的另一侧。第一、第二、第三棱镜31、32、33皆呈四棱柱结构，其中，第一棱镜31的横截面呈平行四边形结构，其具有平行相对设置的一第一入光面310、一第一出光面312及二平行相对设置的第一反射面314、316，第一入光面310与第一反射面314间成一45度夹角，第一棱镜31的第一入光面310正对第一全息光学元件20设置。第二棱镜32的横截面大体呈矩形结构，其具有一第二入光面320及一第二出光面322，第二入光面320正对第二全息光学元件22设置。第二入射面320与第二出光面322其中一者为非球面结构，本实施方式中第二出光面322为非球面结构，并通过设定非球面的具体形状而对输入至其非球面不同位置的光束具不同的会聚功能，该非球面结构也可设于第二入光面320上。

第三棱镜33包括相对且平行设置的第三入光面330、第三出光面332及连接该第三入光面330与第三出光面332的第三反射面334，其中第三入光面330与相对第一、第二出光面312、322设置。第三反射面334与第三入光面330间具一45度夹角。第三棱镜33于远离第三反射面334的一端平行于该第三反射面334设有一光路转换界面336，其对于不同入射光束具不同反射与透射功能，本实施方式中对第一入射光束透射，对第二入射光束反射。

第四棱镜34为一五棱柱，其具有第四入光面340、第四出光面342、二第四反射面344、346，及一连接面348连接二第四反射面344、346，其中除第四入光面340与第四出光面342间夹角为90度外，其余夹角均为112.5度。第四入光面340与第三出光面332平行相对设置，从而入射的光束可在第四棱镜34的表面间反射可增加入射光束在第四棱镜34中的光路总长度，从而可减少光学系统的尺寸。

准直透镜4正对棱镜单元3的第四棱镜34的第四出光面342设置，其光学参数是针对HD-DVD规格所采用的短波长设定，光路转换元件5用于改变光束的传输方向，其是倾斜设置，与水平方向具45度夹角，本实施方式中光路转换元件5为一反射镜。波长选择器6及物镜7的光轴皆垂直于光盘所在表面，物镜7正对光盘表面设置，其光学参数及位置是针对HD-DVD规格所采用的波长、数值孔径及HD-DVD的盘片厚度设定。波长选择器6位于物镜7与光路转换元件5之间，具二相对表面(未标示)，且靠近光路转换元件5的表面上设有第一、第二区域，以对入射的光束选择性通过。

当记录或读取HD-DVD规格数据时，第一光收发单元10的第一光源发出的第一入射光束经第一全息光学元件20输入到棱镜单元3的第一棱镜31的第一入光面310，并通过第一反射面314、346间表面反射后，由第一出光面312出射。由于二第一反射面314、346为平行设置，光束经该二次反射后的方向等于其被反射前的传输方向，从而使得第一入射光束在第一棱镜31中沿“之”字形光路传输，因此，第一棱镜31的尺寸无须等于第一入射光束在第一棱镜31中的光路长度以减小光学元件体积。

自第一棱镜31出射的第一入射光束经第三棱镜33的第三入光面330后输入到光路转换界面336，光路转换界面336对于第一入射光束完全透射，不改变其传输方向，以使其经第三出光面332后输入至第四棱镜34。第四棱镜34对输入的第一入射光束表面间反射，反射后的光束由第四出光面342输出。由于第四棱镜34的第四入光面、出光面340、342间呈90度，其余夹角呈112.5度设置，使得第一入射光束经第四棱镜34后，传输方向旋转90度。并且，还可根据需要，改变第四入光面340与第四出光面342间角度，由此改变该第一入射光束经第四棱镜34后的旋转角度。

自棱镜单元3输出的第一入射光束输入至准直透镜4。准直透镜4的光学参数为HD-DVD所需的参数，其可将输入的发散的第一入射光束转成平行光束后输出至光路转换元件5。光路转换元件5将传输方向由原来的沿水平方向传输改为沿竖直方向传输。自光路转换元件5输出的沿竖直方向传输的第一入射光束输入至波长选择器6，波长选择器6的第一、第二区域对于405nm波长的光信号皆可通过，从而该入射光束完全输入至物镜7，物镜7也是针对HD-DVD需求设定，其可将输入的第一入射光束的平行光束会聚于HD-DVD盘片的数据记录轨道上，以形成一光斑。HD-DVD盘片对落入其上的第一入射光束反射以形成一第一反射光束，该第一反射光束的光路与第一入射光束的光路基本相同，不同之处在于该第一反射光束输入至第一全息光学元件20后，第一全息光学元件20使其发生折射而使输出的光信号落在第一光收发单元12的第一光电探测器上，该第一光电探测器将光信号转成电信号输出。由于第一入射光束的光路中所有元件的光学参数，皆达到HD-DVD所需的参数，而不会出现由于准直透镜、物镜不匹配而引起的球差、色差等像差，故对于HD-DVD光路具有良好的光学性能。

当记录或读取DVD规格数据时，第二光收发单元12的第二光源发出的第二入射光束经第二全息光学元件22后输入至棱镜单元3。第二棱镜32的第二入光面320接收该第二入射光束，并由第二出光面322出射。由于第二棱镜32的第二出光面322为一非球面结构，对输入至其非球面不同位置的第二入射光束具不同的会聚功能。第二入射光束经第二棱镜32第一次聚光后，再经第三棱镜33的第三入光面330后入射至第三反射面334，第三反射面334对入射的第二入射光束反射至光路转换界面336。由于光路转换界面336对输入的第二入射光束完全反射，该第二入射光束被再次反射后，由第三出光面332输出。由于第三反射面334与光路转换界面336为平行相对设置，故可使得第二入射光束在第三棱镜中沿“之”字形光路传输，且第二入射光束进入第三棱镜前、后的传输方向相同。经第三棱镜33后的第二入射光束输入至第四棱镜34，第二入射光束在第四棱镜34中的传输路径与上述HD-DVD的第一入射光束在第四棱镜中的传输路径完全相同。

该第二入射光束经由第四棱镜34后改变传输光路后，再经由准直透镜4的第二次聚光后转成近平行光束，且经由光路转换元件5将传输方向由水平方向为竖直方向后，输入至波长选择器6。波长选择器6的第一区域对输入的波长为650nm的光信号完全通过，而该第二区域仅可通过波长为405nm的光信号，从而对650nm的光信号完全阻挡，以此位于第二入射光束外围的光能量被完全阻挡而不能落至物镜表面上，从而使得具DVD所需的较小数值孔径的物镜，在记录/读取DVD规格时，其外围部分并无光束通过，以此满足DVD规格的数值孔径需求。物镜7是一会聚透镜，其可为一非球面透镜，以对输入的第二入射光束第三次聚光，从而将第二入射光束会聚至DVD光盘的数据记录轨道上。DVD盘片对落入其上的第二入射光束反射以形成一第二反射光束，该第二反射光束的光路与第二入射光束的光路基本相同，惟不同之处在于该第二反射光束输入至第二全息光学元件22后，第二全息光学元件22使其发生折射而使输出的光信号落在第二光收发单元12的第二光电探测器所在位置，该第二光电探测器将光信号转成电信号输出。在第二入射光束的光路中，通过棱镜单元3的第二棱镜32、准直透镜4及物镜7的三次聚光将DVD采用的第二波长光信号输入至DVD光盘的数据轨道上，从而避免准直透镜4及物镜7的光学参数与DVD规格所需的参数不一致所引起的球面像差。并且，通过波长选择器6将具较大数值孔径的物镜的外围部分遮挡以使物镜7满足DVD规格所需的数值孔径大小，由此保证DVD光路的光学性能。

请参阅图3，其为本发明的另一实施方式，其与上述实施方式相比，不同之处在于本实施方式中省略一准直透镜，而是将棱镜单元3’的第四棱镜34’的第四出光面342’直接设为非球面结构。该非球面结构的第四出光面342’具有与准直透镜相同的功能，其可将输入的用于HD-DVD规格的第一入射光束会聚成平行光束，将用于DVD规格的第二入射光束会聚成近平行光束。

本发明的光学读/写系统的棱镜单元也可通过注射成型工艺一体成型。

Claims (10)

1.一光学读/写系统包括一第一光收发单元、一第二光收发单元、一准直透镜及一物镜，该第一光收发单元具有一第一光源，该第一光源可发出具有第一波长光信号的第一入射光束，该一第二光收发单元具有一第二光源，该第二光源可发出具有第二波长光信号的第二入射光束，其中该第二波长大于该第一波长，其特征在于：该准直透镜与物镜分别具有与第一波长光讯号相对应的光学参数，且皆位于第一、第二入射光束共用的光路中，该光学读/写系统还包括一棱镜单元及一波长选择器；该棱镜单元包括一第一部分、一第二部分、一第三部分及一第四部分，其中该第一部分位于第一入射光束的光路中，第二部分位于第二入射光束之光路中，且具有一非球面结构之端面，第三部分与第四部分位于第一、第二入射光束之共同光路中，该第一入射光束经该第一部分后输出至第三部分，该第二入射光束经第二部分后输出至该第三部分，第一、第二入射光束由不同位置进入该第三部分，并由第三部分的同一位置输出至第四部分，且经该第四部分后传输方向转变；该波长选择器设于物镜靠近准直透镜的一侧，且自内向外依次设有第一、第二区域，其中该第一区域对入射的第一、第二入射光束皆透射，该第二区域对入射的第一入射光束透射而对第二入射光束阻挡。

2.如权利要求1所述的光学读/写系统，其特征在于：该棱镜单元的第一部分、第二部分及第三部分分别为独立光学元件，该第二部分具有相对设置的输入第二入射光束的第二入光面和输出第二入射光束的第二出光面，且该非球面端面为该第二部分之第二入光面。

3.如权利要求1所述的光学读/写系统，其特征在于：该非球面端面为该棱镜单元之第二部分之第二出光面。

4.如权利要求1所述的光学读/写系统，其特征在于：该棱镜单元之第一部分是一表面反射型棱镜，其包括一第一入光面、一第一出光面及至少一第一反射面，该第一入光面用于输入该第一入射光束，该第一出光面用于输出该第一入射光束，该第一反射面可对自第一入光面输入之第一入射光束反射，以使第一入射光束在棱镜单元之第一部分内传输方向改变。

5.如权利要求4所述的光学读/写系统，其特征在于：该棱镜单元之第一部分是一四棱柱，且横截面呈平行四边形结构，该第一入光面与第一出光面相平行，该第一部分具有二相互平行之第一反射面，且该第一反射面与该第一入光面间具45度角。

6.如权利要求1所述的光学读/写系统，其特征在于：该棱镜单元之第三部分包括一第三入光面、一第三出光面、一第三反射面，该第三入光面输入来自该第一部分之第一入射光束及来自第二部分之第二入射光束，该第三反射面对入射之第二入射光束反射以改变其在第三部分内部之传输方向。

7.如权利要求6所述的光学读/写系统，其特征在于：该棱镜单元之第三部分之第三入光面平行于该第三出光面，该第三反射面分别与该第三入光面及第三出光面相连，且该第三反射面与第三入光面间具一45度角。

8.如权利要求6所述的光学读/写系统，其特征在于：该棱镜单元之第三部分进一步包括一光路转换界面，该光路转换界面对第一入射光束透射，对第二入射光束反射。

9.如权利要求1所述的光学读/写系统，其特征在于：该棱镜单元为一单一组件，该第一部分、第二部分及第三部分是通过注射成型集成于一体。

10.如权利要求2所述的光学读/写系统，其特征在于：该棱镜单元之第四部分是一五棱柱，其具有一第四入光面、一第四出光面及二第四反射面，其中该第四入光面与第四出光面是相邻垂直设置，其余四夹角皆为112.5度。