CN2591708Y - 蓝光读写复合光学头 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于光盘存储技术领域，涉及蓝光读写复合光学头。包括由光盘介质、第一物镜、第一反射镜、第一准直镜、半透半反镜、光栅、第一光源、第一光电接收器组成的双波长双焦点DVD、CD、CD－R读数第一光学系统；还包括与该第一光学系统复合成一体的由第二物镜、第二反射镜、1/4波片、第二准直镜、偏振分光镜、第二光源、第二光电接收器，组成第二蓝光光学系统。本实用新型可组成蓝光三波长读写复合光学头和蓝光双波长读写复合光学头。本实用新型采用蓝光新技术是因为它波长短可以提高光学系统的分辨力，从而大大提高光盘存储密度。而与已有的光学头复合在一起，它既可以用蓝光读和写，又可以用红光读盘也就是兼容DVD、CD、CD－R读盘。

Description

蓝光读写复合光学头

 技术领域    本发明属于光盘存储技术领域，特别涉及应用于新型的蓝光光盘光学头技术领域。

背景技术    激光读数头(简称光学头)是光盘存储技术领域中的关键技术部件。现流行的是CD、CD-R、DVD光学头。但是随着科技的进步，人们要求有更高容量和密度的光存储设备出现，于是产生了用蓝光(短波长λ＝405nm)作为光源，以提高光盘存储密度的想法。2002年8月，海峡两岸光盘科技工作者共同倡议联合突破蓝光的各项技术难关(包括存储介质、光源、光学系统及其元件、光电接收器件、电子元器件和编码方式、标准等)创立我们中华民族自己的光存储技术和标准，为此而共同努力奋斗。

发明内容    本实用新型的目的是为克服已有技术的不足之处，设计出一种蓝光读写复合光学头，它既可以用蓝光读和写，提高光学系统的分辨力，大大提高光盘存储密度，又可以用红光读盘，兼容DVD、CD、CD-R读盘。

本实用新型的技术方案如下：本实用新型设计的第一种方案为：蓝光三波长读写复合光学头，包括由光盘介质、第一物镜、第一反射镜、第一准直镜、半透半反镜、光栅、第一光源、第一光电接收器组成的双波长双焦点DVD、CD、CD-R读数第一光学系统；其联接关系为：在第一光源的入射光路上依次设置光栅、半透半反镜、第一准直镜、第一反射镜，在反射光路上设置了第一物镜、光盘介质和光电接收器，所说的第一光源为双波长激光器，其输出波长为λ₁＝650nm、λ₂＝780nm；其特征在于，还包括与该第一光学系统复合成一体的由第二物镜、第二反射镜、1/4波片、第二准直镜、偏振分光镜、第二光源、第二光电接收器组成第二蓝光光学系统；其联接关系为：在第二光源的光轴上依次设置分光镜、第二准直镜、1/4波片、第二反射镜，在第二反射镜的反射光路上设置第二物镜；在该偏振分光镜与光源的光轴垂直方向的光路上设置第二光电接收器；第二光源为蓝光激光器，其输出波长为λ₃＝405nm。

在上述方案的第二光学系统中设置一1/4波片和偏振分光棱镜的作用是，将入射光与反射光分离，可防止激光的回授，从而减少噪音信号。

在上述方案第二光学系统中，在偏振分光镜的另一侧光路上增加一功率探测器，用于控制写盘时的功率大小。在上述方案中的第二物镜可采用单波长单焦点非球面透镜。

本实用新型设计的另一种方案(即第二种方案)：蓝光双波长读写复合光学头，还包括第二光源、偏振分光镜、1/4波片、像散补偿镜；其联接关系为：在第一光源的光路上依次设置光栅、分光镜、偏振分光镜、准直镜、1/4波片、反射镜，在该反射镜的反射光路上设置物镜和光盘介质；在该分光镜与第一光源的光路垂直方向的光路上设置第二光源，在该偏振分光镜与第一光源的光路垂直方向的光路上设置像散补偿镜和光电接收器，所说的第一光源采用输出波长为的λ₂＝780nm激光器，第二光源采用输出波长为λ₃＝405nm的蓝光激光器，所说的物镜为能兼读DVD单波长、双焦点物镜。

在上述方案的基础上还可在分光镜与第一光源的光轴垂直方向的另一侧光路上增加一功率探测器用于控制写盘时的功率。

本实用新型的优点在于：采用蓝光(blue-ray)新技术是因为它波长短(λ＝405nm)可以提高光学系统的分辨力，从而大大提高光盘存储密度。而与已有的光学头复合在一起，它既可以用蓝光读和写，又可以用红光读盘也就是兼容DVD、CD、CD-R读盘。

在蓝光读写光学系统中采用了偏振分光镜和1/4波片，将入射光与反射光分离，防止了激光的回授，从而减少噪音信号。在偏振分光棱镜右侧增加子功率探测器用于控制写盘时的功率。

附图说明

图1为本实用新型的蓝光三波长读写复合光学头实施例的光学结构示意图。

图2为本实用新型的蓝光双波长读写复合光学头实施例的光学结构示意图。

图3为本实用新型的蓝光单波长读写复合光学头物镜实施例的光学结构示意图。

具体实施方式    本实用新型结合实施例及附图详细说明如下：

实施例1为蓝光三波长读写复合光学头，其光学结构如图1所示，它包括三个波长两个激光光源(λ₁＝405nm，λ₂＝650nm，λ₃＝780nm)，左边光路系统采用了我们已有的DVD、CD双波长双焦点光学系统，包括物镜11、反射镜12、准直镜13、半透半反镜14、光栅15、激光器16、光电接收器17。激光器16发出两个波长(λ₁＝650nm，λ₂＝780nm)的光，经过光栅15射向半透半反镜14、准直镜13、反射镜12、物镜11在光盘介质10上聚焦。光盘反复光通过物镜、反射镜、准直镜在半透半反镜14上反射到光电接收器(PDIC)17。由于物镜11是按双焦点物镜设计的，即对于两种不同波长(650nm和780nm)的焦点，可类比作为摄影变焦物镜中远近不同的两个物点，移动光学系统的前组即物镜11，然后分别成像在同一个像面PDIC上，并分别对两个物点(焦点)成完善像，进行消像差。

右边光路系统是新设计的蓝光光路系统。用一个单波长(λ＝405nm)蓝光非球面物镜(如图3所示)，其中物镜1、反射镜2、1/4波片3、准直镜4、功率探测器5、偏振分光棱镜6、光源8、光电接收器9、光盘介质10。激光(·λ₁＝405nm)从激光器(光源)8发现偏振光入射到分光棱镜6平行于纸面振动的光射向准直镜4再通过1/4波片3、反射镜2、物镜1在光盘介质10上聚焦。从光盘上反射回的光，经过物镜、反复镜、1/4波片后，光的振动位相改变π/2即振动方向垂直纸面，所以透过准直镜射向偏振分光棱镜时发生反射，再射到光电接收器(PDIC)波长405nm光的寻迹(track)用位相法(differential phase detection)。

从光源8入射到偏振分光棱镜6垂直于纸面振动的光，反射到功率探测器5上用以控制写盘时的功率。

此方案的特点是左边采用了双波长双焦点物镜，使右边(蓝光)系统成为单波长单焦点光学系统，设计、结构都简单。为此，重新设计了力矩器(actuator)使左右两个光学系统都安装在其上，左系统工作时右系统不工作；反之，也然。新设计了控制电路，以保证其质量。

本实施例的蓝光物镜1结构如图3所示，其中，(a)为左侧视图，(b)为主视图，(c)为右视图；该物镜为带有一外缘31的单波长单焦点非球面透镜，其主要尺寸参数为：非球面透镜的外径为φ5mm，厚度为1.7mm，外缘一侧的环表面为基准面。两面有效口径分别为φ3.9mm和φ3.44mm。

本实施例的蓝光物镜1主要工作参数如下：物镜重量51mg，NA＝0.65，f＝3M，工作距1.66MM，轴上波象差0.0034λrms，轴外波象差0.0462λrms。

本实施例的光盘介质表面保护层为0.6mm厚的有机玻璃，其折射率为1.62。

本实施例左边的双焦点物镜11主要参数：

使用波长  λ₁＝780nm   λ₂＝650nm  f＝3.36mm  NA＝0.6 WD＝1.7mm

球面波像差±0.02λrms，像散0.025λrms，慧差0.02λrms。

实施例2为蓝光双波长读写复合光学头，其光学结构如图2所示。本实施例是另一种蓝光激光读写复合光学头，它包括两个激光光源(λ₁＝405nm，λ₂＝780nm)。光源261发出的偏振入射光780nm经过三光束光栅29到分光棱镜241，而另一光源262发出的405nm偏振光直接射到分光棱镜241反射，然后两束光都经偏振分光镜242，垂直纸面振动的偏振光射向准直镜23，再经过1/4波片28、反射镜22后射向物镜21并聚焦在光盘介质20上。物镜21是一个单波长(405nm)双焦点的消像差物镜，可以兼读DVD的信息。从光盘介质20表面反射后的反射光经物镜21、反射镜22、1/4波片28，其偏振光位相转过π/2变成平行纸面振动的偏振光射向准直镜23、通过偏振分光镜242和像散补偿镜25成像到光电接收器27上。实现了入射光与反射光分离而不会回授到激光器产生信号干扰。蓝光写盘时由功率探测器271接受激光器(λ＝405nm)的透射光控制其功率。CD光学系统的成像是在装调过程中，调整光源261来实现的。本实用新型可用于蓝光高密度光盘的读和写，同时又能兼容现行的DVD、CD、CD-R读盘功能。

本实施例2是利用波带片或菲涅尔衍射环的方法，设计一个单波长(λ₁＝405nm)的双焦点物镜21。这在物镜的制造工艺上，是非常困难的。而且CD光学系统的调试也很困难。但这个方案的力矩器(actuator)设计、制造却很容易。

本实用新型的两个实施例中采用的相位光栅的工作原理详细说明如下：

用光栅的±1级衍射光产生寻迹跟踪误差信号。

此光栅对波长405nm上分别发生衍射，用付氏变换(fourier expand)求出相位角和光栅槽深。其原理说明如下：

光线正入射时，复振幅透射函数

t(x)＝[2f(x)-1]sinδ+icosδ  (2)

    相位差 $\mathrm{\δ}=(n-1)h\frac{2\mathrm{\π}}{\mathrm{\λ}}---\left(3\right)$

λ：780mm光的波长

对f(x)付氏展开(Fourier expand) $f\left(x\right)=\underset{-\∞}{\overset{\∞}{\mathrm{\Σ}}}\frac{\sin \mathrm{m\π}}{\mathrm{m\π}}\exp (i2\mathrm{m\πx}/d)---\left(4\right)$

将(4)代入(2)则： $t\left(x\right)=\sin \mathrm{\δ}+i\cos \mathrm{\δ}+2\sin \mathrm{\δ}\frac{\sin \mathrm{\π}}{\mathrm{\π}}(e^{i2\mathrm{\πx}/d}+e^{-i2\mathrm{\πx}/d})$

0级光和±级光的复振幅分别为：

A₀＝sinδ+icosδ $A_{\±1}=-2\sin \frac{\sin \mathrm{\π}}{\mathrm{\π}}{e}^{\±i2\mathrm{\πx}/d}$

希望0级光和±级光的强度之比为：α∶β∶α

也即希望β尽可能小，α尽可能大(取决于制造工艺)。

则有 $A_1^2=\frac{\mathrm{\α}}{\mathrm{\β}}{A}_0^2$

这样可以求出δ和光栅槽深度h。

本实施例中采用偏振分光镜和1/4波片，将入射光和反射光分离，避免了激光回授产生噪音信号。当波长405nm的入射光以椭圆偏振光或垂直于纸面振动的线偏振光射向偏振分光棱镜后，由于偏振分光的作用使光射向准直镜后，通过1/4波片射向物镜在光盘介质上聚焦。而反射光通过物镜射向1/4波片后，产生相位差π/2，即垂直于纸面振动的光变成平行于纸面振动的光，于是经准直镜射向偏振分光棱镜并能透射向光电接收器。

Claims (5)

1、一种蓝光读写复合光学头，包括由光盘介质、第一物镜、第一反射镜、第一准直镜、半透半反镜、光栅、第一光源、第一光电接收器组成的双波长双焦点DVD、CD、CD-R读数第一光学系统；其联接关系为：在第一光源的入射光路上依次设置光栅、半透半反镜、第一准直镜、第一反射镜，在反射光路上设置了第一物镜、光盘介质和光电接收器，所说的第一光源为双波长激光器，其输出波长为λ₁＝650nm、λ₂＝780nm；其特征在于，还包括与该第一光学系统复合成一体的由第二物镜、第二反射镜、1/4波片、第二准直镜、偏振分光镜、第二光源、第二光电接收器组成第二蓝光光学系统；其联接关系为：在第二光源的光轴上依次设置分光镜、第二准直镜、1/4波片、第二反射镜，在第二反射镜的反射光路上设置第二物镜；在该偏振分光镜与光源的光轴垂直方向的光路上设置第二光电接收器；第二光源为蓝光激光器，其输出波长为λ₃＝405nm。

2、权利要求1所述的蓝光读写复合光学头，其特征在于，在所述第二蓝光光学系统中，在该偏振分光镜的另一侧光路上增加一用于控制写盘时的功率大小的功率探测器。

3、权利要求1所述的蓝光读写复合光学头，其特征在于，所述的第二物镜采用单波长单焦点非球面透镜。

4、一种蓝光读写复合光学头，包括由光盘介质、物镜、反射镜、准直镜、分光镜、光栅、第一光源、光电接收器，其特征在于，还包括第二光源、偏振分光镜、1/4波片、像散补偿镜；其联接关系为：在第一光源的光路上依次设置光栅、分光镜、偏振分光镜、准直镜、1/4波片、反射镜，在该反射镜的反射光路上设置物镜和光盘介质；在该分光镜与第一光源的光路垂直方向的光路上设置第二光源，在该偏振分光镜与第一光源的光路垂直方向的光路上设置像散补偿镜和光电接收器，所说的第一光源采用输出波长为的λ₂＝780nm激光器，第二光源采用输出波长为λ₃＝405nm的蓝光激光器，所说的物镜为能兼读DVD单波长、双焦点物镜。

5、如权利要求4所述的蓝光读写复合光学头，其特征在于，在所说的分光镜与第一光源的光轴垂直方向的另一侧光路上增加一用于控制写盘时的功率的功率探测器。

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