TW424236B - Compact optical read/write head - Google Patents

Description

42^236 五'發明說明（1) ---- 【發明的應用範圍】 本發明是有關1重緊凑式光學讀寫頭，特別是一種不 使用繞射式凡件’亚且可應用於對光學記錄媒體（如⑶或 DVD )進行資料存取的光學讀寫頭。 【發明的相關技術】 …' ' 、利用光學讀寫頊存取光學記錄媒體之資料的技術，早-已為人所熟知’傳統式光學讀寫頭的設計，由於雷射二極 體（Laser Diode )與光檢出器（ph〇t〇 Detect〇r)是彼此 分開配置，因此傳統式光學讀寫頭的光學路徑設計，主要 是採用一種配置在光學路徑中的偏光分光稜鏡（p〇larized beam splitter’ PBS )’將雷射光源與回程光束（自光學 記錄媒體表面反射而回含有資料的光束）分離，並且將回 程光束引導至光檢出器，而將光訊號轉換為相應的電訊 號，但是這種設計將會使得光學讀寫頭的體積變大。 已知的緊湊式光學讀寫頭，則是將雷射二極體與光檢 出器共同配置在同一個半導體元件的封裝殼内，二者幾乎 位於同一平面，並且相隔極小的距離（通常小於1 mffl，將 此種既包含有雷射二極體，又具有光檢出器的封裝元件， 與相關的光學元件組合在一起，即構成一種緊湊式光學讀（^) 寫頭，其體積將小於傳統式光學讀寫頭。傳統的緊湊式光 學讀寫頭（見「第1圖J )，是使用一種繞射式光學元件 (如全像式光學元件，Holographic Optical Element, HOE )，其申由雷射光源（9 0 )射出的雷射光，在通過繞射 '式光學元件（91)之後’將被分離為” 0階11的先束（AA)，" +1 ^

42^ ° ^ 五、發明說明（2) 階”的光束（AB) ’以及"-1階|，的光束（AC)，其中只有某一 道光束（通常為光束（AA))被依序引導經過一準直透鏡 (9 2 )，反射鏡（9 3)，以及物鏡（9 4 )而到達光學記錄媒體 (95)。自光學記錄媒體（95)反射而回且含有資料的回程光 束，又依序通過物鏡（94)，反射鏡（93)，以及準直透鏡 (92)而抵達繞射式光學元件（91)，同樣再被分離為"〇階" 的光束（AE)，π +1階"的光束（AD)，以及"-1階"的光束 (AF)，由於繞射式光學元件（91)的作用，其中僅有某一道 光束被引導至光檢出器（96)，並且將光能轉換為相應的電 訊號。 由於使用繞射式光學元件，將造成雷射光束的能量損 失與浪費，假設繞射式光學元件能將強度為1的入射光分 離為強度為Τ之"0階"光束，強度為（1-Τ)/2的_'+1階”光 束，以及強度為（1 -Τ)/ 2的"-1階"光束’由計算可知’到 達光檢出器的回程光束，其強度為1=丁（卜丁）/2。根據上列 公式，為使I有最大值，則Τ= 1/2時’ I的最大值為1/8，因 此，使用繞射式光學元件的設計’仍有7 / 8的能量被損 失，而低能量的回程光束也會造成光檢出器在訊號轉換時 的困難度，並且影響訊號轉換的可靠度° 【發明之目的與概述】 本發明的主要目的’就是要提供一種不使用繞射式光 學元件的緊湊式光學讀寫頭。 本發明的另一目的，在提供二種雷射光束之能量幾乎 全無損失，可以提高訊號轉換之可靠度的緊湊式光學讀寫

第5頁 _4|%3〜 五、發明說明（3) 頭。 根據本發明所 光學路徑中配置有 (1/4 Apiate)，雙 所製成之雙折射晶 其光軸互相垂直， 複鏡 ’ Sernarmont 者’利用雙折射晶 的特性，使來自雷 不產生偏折（在使 或偏析至與回程光 況）’而回程光則 而引導至光檢出器 高感光信號電流， 題0 —雙折射偏光稜 折射偏光稜鏡包 體’而且這二個 所使用的雙折射 稜鏡以及Wollas 體對不同偏極性 射光源的雷射光 用 R 〇 c h ο η 或 S e r η 不同方向（在使 在反向通過雙折 ’藉此達到能夠 並且降低回程光 在緊湊式光學讀寫頭的 鏡，以及一 1 / 4波板 括有二塊由雙折射材料 雙折射晶體彼此之間， 偏光接鏡可以是Rochon ton稜鏡之中的任一 方向具有不同之折射率 通過雙折射偏光稜鏡時 armont棱鏡的情況）， 用Wollaston稜鏡的情 射偏光稜鏡時，被偏折 避免光能量之浪費，提 束干擾入射光源的問 有關本發明之技術内容與實施例，茲配合圖式說明如 後。 【圖式說明】 第1圖，為傳統緊湊式光學讀寫頭的概略構造圖，顯示雷〈) 射光束的光學路徑。 第2圖’為本發明的第一種實施例構造圖，揭露使用 Rochon稜鏡的緊湊式光學讀寫頭構造。 第3圖，為本發明的第二種實施例構造圖，揭露使用

Sernarmont稜鏡的緊凑式光學讀寫頭構造。 〃

第6頁 五、發明說明（4) 第4圖，為本發明第第三種實施例構造圖，揭露使用 w〇l las ton稜鏡的緊湊式光學讀寫頭構造。 【實施例詳細說明】 睛參閱「第2圖」，緊湊式光學讀寫頭的構造組成包 括有： 一雷射光源（10)(通常為雷射二極體（Laser Di〇de ))’用於產生一種線性偏極光束（Linearly p〇larized

Beam)，以提供存取光學記錄媒體（3〇)之資料的雷射光 源； 一準直鏡（80)，配置於雷射光源的光學路徑，可將雷 射光源處理為平行光束； 光檢出器（20) ’與雷射光源（1〇)封裝為一體，可將 光學C錄媒體（30)之表面反射的回程光束轉換為相應* 訊號，

一雙折射偏光稜鏡（40),配置於光學讀寫頭的光學 徑，包括有二塊彼此結合為一體且由相同之雙折射材 製成之雙折射晶體（41，42)，可將入射光束（自雷射光 (10)射入雙折射偏光稜鏡（4〇)的雷射光）與回程光 光學§己錄媒體（3〇)之表面反射而回的雷射光束）分離； 二物鏡（50)(〇bjective丨ens)，配置於雷射光束的舉 徑，用以將雷射光束聚焦於光學記錄媒體（3 〇 );

一 1/4波板（60),配置於雷射光束的光學路徑， 介於雙折射偏光稜鏡（40)與物鏡（5〇)之間’用以改織。 光束的偏極性方向，使雷射光源與回程光束的偏極$ Z

42423S 五、發明說明（5) 垂直；以及 一反射鏡（70) ’配置於雷射光束的光學路徑，並且介 於1/4波板（60)與物鏡（50)之間，用以改變雷射光束的行 進方向；原則上，反射鏡（70 )的主要作用是用於減少光學 路徑的直線長度，使光學讀寫頭的體積縮小，若是不考慮 體積的問題，亦可不使用反射鏡（.70)。 、由雙折射晶體之特性可知’其内部存在有二個彼此互 為垂直（正父）的軸向，一者稱為快轴，另一者稱為慢 轴而且快軸的折射率小於慢轴的折射率），根據折射定 律（Sr^ll’ s Law) ’光線自某一介質進入另一折射率不同 的介質時將會產生折射之現象，故可利用雙折射晶體内部 存在二個不同折射率（對不同偏極性）的特性，使得與入 射光具有不同偏極性的回程光，在出射雙折射晶體時，不 ^沿著入射光的路徑回去。而將入射光與出射光分離。而 j成所謂的雙折射偏光稜鏡。在下文的說明中，為了區別 X折射偏光鏡鏡之中二塊晶體的光軸方向，將以光軸之方 向垂直於圖十紙面者稱為” s”方向（Sigma)光軸（s)，其光 ，（S)以”圓圈且中央有一點"之符號表示，光軸之方向平 仃於圖中紙面者稱為"ρπ方向（paraUel)光軸（p)，其光軸 P)則以直線雙箭頭符號表示，而光軸（p)的方向則為雙箭 頭所指的方向。

“在「第2圖」所揭示的第一種實施例，其中的雙折射 =光棱鏡（40) ’是一種R〇ch〇n稜鏡，如圖中所示晶體（41) "光輛與晶體（4 2 )的光軸彼此方向不同且互相垂直，其中.-

42423§

晶體（41)t光輔的方向與圖中的紙面垂直（以圓圈且令央 五、發明說明（6) 有一點之符號表示）為"S"方向光軸（S)，晶體（42)之光軸 的方向與圖中的紙面平行（以直線雙箭頭符號表示）p” 方向光軸（P);

在「第2圖」中，雷射光源（1 〇)發出波長為；1 ，偏極 性方向為np"的線性偏極光束（PB)(paraUei beam)(以下 稱為雷射光源（PB ))，首先通過準直鏡（8〇)，接著通過 雙折射偏光稜鏡（4〇)，由於R〇ch〇n稜鏡的二塊雙折射晶體 (41 ’ 42)，對偏極性為„p"的雷射光源（pB )呈現相同之 折射率’因此自雷射光源（丨〇 )發出的μ ptl性雷射光源（ )並不發生折射’依序通過1/4波板，反射鏡以 及物鏡（50) ’而到達光學記錄媒體（3〇)的表面，而含有資 料的回程光束自光學記錄媒體（3〇)的表面反射，再依次通 過物鏡（50)，反射鏡（7〇)以及1/4波板（6〇)，成為偏極性 方向為"s"的線性偏極光束（SB)(以下稱為回程光束（SB ))射入雙折射偏光稜鏡（4 〇 ),此時由於二塊晶體（4 ^，

42 )對偏極性方向為” y的回程光束（SB )呈現不同的折射 率’致使回程光束（SB )在二塊晶體（41，42)的相接面發 生折射，而使偏極性為"S"的回程光束（SB)射至光檢出器x (20)，而將光學記錄媒體（3〇)之表面反射的回程 轉換為相應的電訊號。 在「第3圖」的第二種實施例中，雙折射偏光稜鏡 (4 0a)則是另一種sernarmont稜鏡，如圖中所示，雙折射 偏光稜鏡（4 0 a)的二塊晶體（4 1 a ’ 4 2 a )’分別具有方向彼

第9頁 42423& 五、發明說明（7) '^' 此垂直的"Ρπlei)偏極光軸（ρι，p2)，對於來自 雷射二極體（ίο)所發出的"s"性線性偏極光束（SB1)並不於 生折射’而自光學記錄媒體（30)反射而回的回程光束 (PB1)，則呈不同的折射率，所以回程光束（pB1)在通過二 塊晶體（4 1 a ’ 4 2 a)之相接面之後，仍然會造成折射。 而在「第4圖」的第三種實施例中，揭露了使用另— 種Wollaston棱鏡作為雙折射偏光稜鏡（4〇b)的另一種例 子；圖中所示’晶體（4 lb)的光軸方向與晶體（42b)的光轴 方向彼此互相垂直’其中晶體（4ib)之光軸的方向與圖中 的紙面垂直為11 S”方向光軸（S) ’晶體（42b)之光軸的方向 與圖中的紙面平行為方向光軸（P);同理，仍可利用二 塊晶體（41 b ’ 4 2 b )對不同偏極性之線性偏極光呈現不同之 折射率的特性’將雷射光源（1〇)所發出的線性偏極光束 (PB2)與回程光束（SB2)予以分離。 【發明之功效】 1 ’不需使用繞射式光學元件，可避免光能的損失。 2 ·使回程光束與雷射光源所發出的雷射光束具有相同之 強度’可以提高光檢出器之感光信號電流，比傳統使 用繞射式元件的緊湊式光學讀寫頭提高數倍。 3 .回程光束未回射雷射光源，可以降低干擾雜訊。 【圖式符號說明】 10.....雷射光源 20.....光檢出器 30.....光學記錄媒體

五、發明說明（8) 40，40a，40b.....雙折射偏光稜鏡 41，4 1 a，4 1 b.....雙折射晶體 42，42a，42b.....雙折射晶體 5 0.....物鏡 6 0.....1 / 4波板 70.....反射鏡 8 0.....準直鏡 PB，PB1，PB2.....11 PM性偏極光束 SB，SB1，SB2....." SM性偏極光束 〇

Claims (1)

1. 42423β 六、申請專利範圍 種緊湊式光學讀寫頭，用於存取光學記錄媒體之資 料，至少包括有： ' 一雷射光源，用以產生一線性偏極光束（LUearly Polanzed Beam)，以提供存取該光學記錄媒體之 雷射光； 一光檢出器’與該雷射光源產生器封裝為一體，可將 該光學記錄媒體反射的回程光束轉換為相應的電訊 號； 。 一$折射偏光稜鏡，配置於該光學讀寫頭的光學路 =’、包括有二塊彼此結合為一體且由雙折射材料所 ，成的雙折射晶體，至少可使該雷射光源所發出的 線性偏極光束幾乎完全穿透，並且將該回程光束鱼 該雷射光源所發出的線性偏極光束分離； /、 一物鏡，配置於該光學讀寫頭的光學路徑，用以將該 一雷射光束聚焦於該光學記錄媒體；以及 一 1/4波板’配置於該光學讀寫頭的光學路徑，並且 "於忒雙折射偏光稜鏡與該物鏡之間，使該雷射 ，所發出的偏極光束與該回程光束的極性 相垂直。 J互 其中 其中 其中 〇 如β申：私專利辈已圍第1項所述之緊湊式光學讀寫頭 “由社射偏光稜鏡係為—種Rochon稜鏡。 如# 專利範1圍第1項所述之緊凑式光學讀寫頭 /由H射偏光棱鏡係為—種Sernarmont稜鏡。 。月利圍第1項所边之緊湊式光學讀寫頭

   第12頁 42Λ23疾_ ^、申請專利範圍 該雙折射偏光稜鏡係為一種W ο 1 1 a s t ο η渡鏡。 5 ·如申請專利範圍第1項所述之緊湊式光學讀寫頭，其中 該雙折射偏光稜鏡之二塊晶體，彼此光軸方向互相垂 直。 6 ·如申請專利範圍第1項所述之緊湊式光學讀寫頭，其中 還包括有一配置於雷射光源之光學路徑的準直鏡，將 該雷射光源所產生的雷射光處理為平行光束。 7 ·如申請專利範圍第1項所述之緊湊式光學讀寫頭，其中 還包括有一配置於該光學讀寫頭之光學路徑的反射 鏡，並且介於該1 / 4波板與該物鏡之間，用以改變雷 射光束的行進方向。

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