TW432378B - A multiple-wavelength read/write pickup head for DVD - Google Patents

Description

WA R —---- 五、發明說明（1) 【發明的應用範圍】

本發明是有關於一種多浊I B絲i古少接艾n、+ e 長可讀寫0^光學頭，特別 疋一種具有夕種不同波長之雷射光源，具備完整回淘相容 之功能，可應用於多種光學記钵μ _ U ^ ^ 次，1 , 己錄媒體（如CD或DVD )進行 資料存取的光學讀寫頭。 7 【發明的相關技術】 利用光學讀寫頭存取光學# > ρ . . ^ ^ 九学记錄媒體之資料的技術，早 巳為人所熟知，而隨著光學午你城Α 土进± Α Λ千己錄媒體之儲存容量的提高， 光學讀寫頭的構造亦不斷地在改 叫5文進當中’而改變的特徵之 〜’就是雷射光源的波長不斷的执η β 4, , ,Ε ^ , Ε ^夂抆小斲的變化’明顯的趨勢就是雷 逐漸變短，以因應儲存容量以及健存密度不 =增加的光學記錄媒體’例如：早期的CD容量為G.關， ，用波長為780㈣的雷射光源，帛—代的dvd~r〇m容量為4‘ ，使用波長為65〇nm的雷射光源第二代的dvd r容量 ^ 5· 2GB ’使用波長為65〇nm的雷射光源讀取資料，而以波 為6 3 0、nm的雷射光源寫入資料，第二代的DVD容量增加至 5GB，並使用波長為4i〇nm的雷射光源。 —因此最新一代之光學讀寫頭的設計，必須要具備回溯 巧谷，也就疋既能存取新一代的光碟月’也要能夠存取 舊世代的光碟片，因此，最新一代的光學讀寫頭除了含有 此發出新一代波長的雷射光源之外，也必須要有能發出舊 =代波長的雷射光源，所以最新一代的光學讀寫頭就必須 月匕夠發出波長分別為78〇nm、65〇nm、63〇nm、以及4i〇nm的 雷射光源’才能成為一種具備回溯相容性的多波長光學讀

第4頁 -- -i>A323^S--- 五、發明說明¢2) --- 寫頭。 已知的多波長光學讀寫帛’為了將不同波長之 源合併至同一輸出光路，並對光學記錄媒體進行資料的 取，其構造大致如「第1圖」所示，其中使用了多個分色 稜鏡（Chromatic Beam Splitter)(9〇a，9〇b，9〇c)，用 γ 將不同波長之雷射光源與回程光束分離至多個對應匹配5 光檢出器（9 1 a，9 1 b，9 1 c，9 1 d)，這種設計雖然可以達 提供多種不同波長之雷射光源的目的，卻合 頭内的元件增，，並且增高光學路徑心；==寫 難度。 151 【發明之目的與概述】 本發明的主要目的，就是要提供—種只使用最少的 件，就可以將多種不同波長之雷射光源合併至相同之 光路的多波長光學讀寫頭。 - ”出 本發明的另一目的，在提供一種僅具有唯一一個 光路的多波長光學讀寫頭，僅利用一個設置在回程光 點的光檢出器，就可以將任一種波長之回程光轉換、 應的電訊號。 ' ^相 .根據本發明所揭露之技術，是在多波長光學讀寫 光學路徑中配置有一種雙折射偏光稜鏡’以及數個分別四 配不同波長之雷射光源使用的1/4波板（1/4 XpUte)，跫 中的雙折射偏光稜鏡可將數個不同波長但偏極性 、 (Polarization)方向相同之雷射光源整合於同一輸出光 路，並且將光學記錄媒體反射而回但偏極性方向不同於雷

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^LiA32 37 B 五、發明說明（3) ______ 2光源的回程光束與雷射光源分離，秋 撿出器（Photo Detector)，藉此接二後引導至同—個光 光稜鏡或是多個光檢出器的多波f不需使用多個分 J夕及長先學讀寫頭。 本發明所使用的雙折射低朵挤辟_ a + 松 抑艰丸稜鏡包括有二塊由雙折射 。製成雙折射BB體，而且這二個雙折射晶體彼此之 3 ’光軸互相垂直，雙折射偏光稜鏡可以選用R〇ch〇n稜 鏡’或是Sernainont稜鏡之中的任一者，利用雙折射晶體 對不同方向的偏極性造成不同折射率的特性，將數個波長 與入射角均不同’但是具有相同之偏極性方向的雷射光源 整合於同一輸出光路，對光學記錄媒體進行資料的存取； 反之’自光學記錄媒體反射而回的回程光束，則藉由改變 其偏極性方向的方式，使得任一種波長的回程光束在通過 雙折射偏光稜鏡之後，均被分離至同一個光檢出器，而且 不與雷射光源重疊。 — 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，為傳統多波長光學讀寫頭的概略構造圖，顯示多 個不同波長之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稜鏡的多波長光學讀寫頭構造。 第3圖，為本發明的第二種實施例構造圖，揭露使用 Sernarmont棱鏡的多波長光學讀寫頭構造。 【實施例詳細說明】

『臛432 3 7 g

請參閱「第2圖」，本發明所揭露的多波長光學讀寫 頭，包括有： 數個雷射光源（通常為雷射二極體（Laser Diode) )(11 ~ 1 4 ) ’分別產生不同波長但具有相同偏極性的線性 ，極光束（Linearly p〇iarized Beam)，以提供存取不同 密度之光學記錄媒體（20)(如CD4DVD)之資料的雷射光 源； =準直鏡（30)，配置於數道不同波長之雷射光源的 學路徑’用於將雷射光源處理為平行光束； 一光檢出器（4〇)，可將光學記錄媒體（2〇)之表面反 的回程光束轉換為相應的電訊號； 一聚焦鏡（41)，配置於光學讀寫頭的光學路徑， 將回程光束聚焦於光檢出器（40); ,一雙折射偏光稜鏡（50)，配置於光學讀寫頭的光學 仏 包括有一塊彼此結合為一趙且由相同之雙折射特料 製成=雙折射晶體（51，52)，可將不同波長的雷射光源所 (自雷射光源（1卜14)射入雙折射偏光稜鏡（5〇)的雷射 束）合併於同一個輸出光路（A)，但是將回程光束（自二 學記錄媒體（20)之表面反射而回的雷射光束）與任一光 長的雷射光源分離’並且將回程光束引導至同一回 攻 (B); 租光路 數個物鏡（61~64)(0bjective lens)，配置於雷射“ 束的輸出光路（A)，用以將雷射光束聚焦於光學記 ^ (20) ； *、殊體

第7頁 32 3 7 8 五、發明說明（5) 數個與物鏡⑹~64)以-對一之關 ;(71〜74) ’配置於雷射光束的輪出光路u)，並 折射偏光稜鏡（50)與匹配的物鎊 艾且"於又 的偏極化方向，使雷射光源的^盘用以改變回程光束 方向互相垂直；以及 的偏極性與回程光束的偏極性 一反射鏡（80) ’配置於雷射也杰以从 且介於1/4波板(7卜74)與雙折射偏稜’並 改變雷射光束的行進方向；原貝，丨μ ^兄之間，用以 用是用於減少光學讀寫頭之路；=主要作 使用反射鏡⑻）。 右疋不考慮體積的問題，亦可不 由雙折射晶體之特性可知 甘 為垂直（正交）的軸其内部存在有二個彼此互 軸，而且快軸的折ί率,〗於ί:為快軸’另-者稱為慢 …ell，s Uw)，轴的折射率，-根據折射定律 介質時將會產生折射之現\—介質進人另—折射率不同的 行晶體光軸及垂直晶體故可利用雙折射晶體對於平 的回程井，i ί Z 稜鏡，使得偏極性與出射光不同 0 |(J ^ ,通過雙折射稜鏡時，不會循著出射光的路徑 文的說明中，為了區別雙折射偏光棱 ms，wgma)„光輛⑻，而此ϋ光轴⑻以”圓 者稱為"ρ·,二的？號表示’光軸之方向平行於圖中紙面 者…性(Parallel)光轴⑺，” r性光軸⑺則以直線

第8頁 ， ί I ^ 1.^ ^4 3? 888105834 sf 年（ζ 月 /λ日 修正

五、發明說明（6) J 雙箭頭符號表示，而” P"性光轴（P )的方向則為雙箭頭所指 的方向。 在「第2圖j所揭示的第一種實施例，其中的雙折射 偏光梭鏡（50) ’是一種Roch〇n棱鏡，如圖中所示晶體（51) 其中兩塊雙折射晶體（51)，（52)的光軸彼此互相垂直，且 方向如圖中所示。 在「第2圖」中，假設有四個雷射二極體（1卜14)可 以依據光學記錄媒體（20 )的需要分別發出波長為λ 1、λ 2、λ 3、又4 ’偏極性方向均為"s"的線性偏極光束 (SB1〜SB4) ’這些線性偏極光束（SB1〜SB4)首先通過準直鏡 (3 0 )’成為平行光束，然後分別以不同的入射角射入雙折 射偏光稜鏡（50)。 ΐ以波長為又1之線性偏極光束（SB1)執行讀取動作 時’線性偏極光束（S B 1)在射入雙折射偏光稜鏡（5 〇 )，到 達雙折射晶體（51，52)的相接面時’由於二塊雙折射晶體 (51，52)對波長為λΐ之線性偏極光束（SB1),呈現不同的 折射率’致使線性偏極光束（SB1)在雙折射晶體（51，52) 的相接面產生折射’而被雙折射偏光稜鏡（5〇)引導至輸出 光路（Α);穿過雙折射偏光稜鏡（5〇)的線性偏極光 又依序經過反射鏡（80)，以及與波長為又ί之線性偏極光 束（SB1)匹配的1/4波板（71) ’以及物鏡（61)，而聚焦於光 學記錄媒體（20);而自光學記錄媒體（2〇)之表面反射而回 含有資料的回程光束，將沿著原先的輸出光路u)反向依 序通過物鏡（61)，1/4波板（71)成為"p”性偏極的回程光束.

第9頁 「黡4 32 五、發明說明（7) (PB1)(以下簡稱為回程光束（m))，再經由反射鏡（8㈧ 二IK射偏ίΪ鏡(5〇) ’此時’由於二塊雙折射晶體 (51 ’52)對回程光束（ΡΒ1)，呈現相同的折射率’所以回 程ίΐ(ΡΒ1)在二塊雙折射晶體(51 ’52)的相接面處，並 不s發生折射，而沿著另一個不與波長為λ丨之雷射光源 重疊的回程光路（B)，穿透聚焦鏡（41)而聚焦於光檢出器 (40)，利用光檢出器（40)將回程光束（PB1)轉換為相應的 電訊號，即可完成對光學記錄媒體（20)的讀取動作。 而波長為；I 2之線性偏極光束（SB2 )在執行讀取動作 時，線性偏極光束（SB2)在射入雙折射偏光稜鏡（5())，到 達雙折射晶體（5 1 ’ 5 2 )的相接面時，同樣地由於二塊雙折 射晶體（5 1，5 2 )對波長為；I 2之線性偏極光束（s B 2 )，呈現 不同的折射率’也會使線性偏極光束（SB2)在雙折射晶體 (51 ’52)的相接面產生折射，並且被雙折射偏光稜鏡（5〇) 引導至相同的輸出光路（A);而自光學記錄媒體（2〇)之表 面反射而回含有資料的回程光束，將沿著原先的輸出光路 (A)反向依序通過物鏡（62)，1/4波板（72)成為πρ"性偏極 的回程光束（ΡΒ2)(以下簡稱為回程光束（ΡΒ2))，再經由 反射鏡（80)反射入雙折射偏光稜鏡（50)，此時，由於二塊 雙折射晶體（51，52)對回程光束（ΡΒ2)，呈現相同的折射 率，所以回程光束（ΡΒ2 )在二塊雙折射晶體（51，5 2)的相 接面處，並不會發生折射，而沿著相同的回程光路（Β)射 至光檢出器（40)，並且不與波長為久2的雷射光源重疊， 最後穿透聚焦鏡（41)而聚焦於光檢出器（40)，並將回程光

第10頁 ? P432378 五、發明說明（8) " "~~' ' 束（PB2 )轉換為相應的電訊號，即可完成對光學記錄媒體 (2 0 )的讀取動作。 ' 同理亦可以說明波長分別為；I 3與；I 4之線性偏極光束 (SB3 ’ SB4)在執行讀取動作時，也會因為二塊雙折射晶體 (51，52)對"S”性偏極光束（SB3，SB4)呈現不同的折射SΘ 率，使線性偏極光束（SB3 ’ SB4)在雙折射晶體（51，52)的 相接面產生折射’並且被雙折射偏光稜鏡（5 〇 )引導至相同 的輸出光路（A);而自光學記錄媒體（20)之表面反射而回 的回程光束’在穿過物鏡（63 ’64)以及對應匹配的1/4波 板（73 ’74)之後成為"P”性偏極的回程光束（ρβ?，ρβ4) (以下簡稱為回程光束（PB3 ’PB4))，再經由反射鏡（8〇) 反射入雙折射偏光稜鏡（5 0 )，此時，二塊雙折射晶體 (51 ’52)對回程光束（PB3，PB4)，仍然呈現相同5折射 率，所以回程光束（PB3，PB4)在二塊雙折射晶體（5i，52) 的相接面處，並不會發生折射，仍沿著相同的回程光路 (B)射至光檢出器（40)，並且不與波長分別為λ 3，人4的 雷射光源重疊，最後穿透聚焦鏡（4 1)而聚焦於光檢出器 (40)，、再將回程光束（ΡΒ3，ΡΒ4)轉換為相應的電訊號:即 可完成對光學記錄媒體（2 〇)的讀取動作。 至於對光學記錄媒體（2〇)寫入資料的過輕，其t各種 波長之雷射光源以及回程光束的光學路徑，仍盥1述執行 資料讀取作業的光學路徑相同，不同之處則是了寫入的過 程是利用一函數產生器對雷射光源（丨卜〗4)之驅動電路施 加調制，使雷射光源產生忽明忽滅的變化，藉由光熱效應 第11頁 ---— 而造成光學記錄媒體（2 Ο )之材料的物理變化，根據雷射光 源的明滅而在光學記錄媒體（2 0 )之資料儲存表面造成代表 〇”或"厂之資料的坑洞。 由於在存取不同儲存密度之光學記錄媒體（2 〇 )之時， 必須選用不同波長的雷射光源，以及匹配的物鏡，而不同 波長但是均呈"S"性偏極光束的雷射光源，在被光學記錄 媒體（2 0 )反射而回之後，必須利用與雷射光源之波長匹配 的1/4波板將回程光束改變為"Ρ"性偏極光束，所以使用不 同波長的雷射光源對光學記錄媒體（2 0 )進行資料存取時， 必須選擇匹配的1 / 4波板與物鏡，因此以「第2圖」所揭 露的構造為例，其中包含有四個不同波長的雷射光源 (1卜14)，則需要四組以一對一之關係彼此匹配的物鏡與 1 / 4波板選擇性的切換使用。 在「第3圖」的第二種實施例中’雙折射-偏光稜鏡 (50a)則是另一種Sernarmont稜鏡，如圖中所示，雙折射 偏光稜鏡（50a)的二塊晶體（51a，52a)，分別具有方向彼 此不同的"P”性光軸（PI，P2)，而且光軸（P1)與光軸（°p2) 的方向彼此垂直，因此來自數個雷射二極體所發 出的"P”性線性偏極光束（PB1〜PB〇，在射入雙折射偏光x棱 鏡（50a) ’到達雙折射晶體（51a，52a)的相接面時，同樣^ 地會由於二塊雙折射晶體（51a ’ 52a)對”ρ，·性的線性偏極 光束（PB1〜PB4)，呈現不同的折射率，也會使線性偏極光 束（Ρβ1~ΡΒ4)在雙折射晶體（5la ’ 52a)的相接面產生折 射，並且被雙折射偏光稜鏡（5〇3)引導至相同的輸出光路

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五、發明說明（10) ()而自光子。己錄媒體C20)之表面反射而回含有資料的 束（假設是PB1 )，將沿著原先的輸出光路⑴反向 :序通過物鏡(61) ’ 1/4波板⑺）成為,,s”性偏極光束 (SBj)，再經由反射鏡（8Q)反射入雙折射偏光稜鏡（5Qa)， 此時，由於二塊雙折射晶體（51a , 52a)對„ s,,性偏極光束 (SB1)(以下簡稱為回程光束（SB1))，呈現相同的折射 率，所以回程光束（SB1)在二塊雙折射晶體（5U，52a)的 相接面處’並不會發生折射，而沿著相同的回程光路（B) 射至光檢出森（40)，並且不與各波長的雷射光源重疊，最 後穿透聚焦鏡（41 )而聚焦於光檢出器（40)，並將回程光束 (SB1)轉換為相應的電訊號，同樣可以完成對光學記錄媒 體（2 0 )的讀取動作。 其他PB2〜PB4的狀況，基本上與PB1相同，所不同者僅 在做讀取動作時所使用的物鏡及1/4波板不同而已。（依 據其波長專有之物鏡及1/4波板組合） 【發明之功效】 不需使用多個分光稜鏡或是多個光檢出器，就可應用 於多波長光學讀寫頭，用以將多個不同波長之雷射光源整 合於同一輸出光路’將各個波長之回程光束分離，並且引 導至同一個光檢出器’不但具有完整的回溯相容性，更具 有簡化光學讀寫頭之構造以及降低成本的優點。 【圖式符號說明】 11，1 2，13，14.....雷射光源 2 0.....光學記錄媒體

第13頁 ’ F432378 五、發明說明（11) 30.....準直鏡 4 0.....光檢出器 41.....聚焦鏡 50 .....雙折射偏光稜鏡（Rochon稜鏡） 5〇a 又折射偏光棱鏡（Sernarmon t稜鏡） 51 ’ 52 ·..雙折射晶體 51a ’52a ...雙折射晶體 61，62’63，64· . . _ ..物鏡 71 ，72 ，73 ，74 · · . · · 1/4 波板 8 〇.....反射鏡 PB1-PB4· · · - "p» ^ p性偏極光束 5 B 1 ~ S B 4 * * · · · n ς" ij. . 6性偏極光束 im 第14頁

Claims (1)

1. 醪4 32 3 78 六、 申請專利範圍 1 · 一種多波長可讀寫DVD光學 光源存取不同儲存密度之 有： 數個雷射光源，分別用以 雷射光； 一雙折射偏光稜鏡，配置 徑’包括有二塊彼此結 製成的雙折射晶體，可 光源整合於同一輸出光 反射而回的回程光束引 光路並且不與任一個該 數個物鏡，配置於該輸出 焦於該光學記錄媒體； 數個與該物鏡以一對一之 配置於該輸出光路，並 該物鏡之間，使該雷射 程光束的偏極性方向互 一光檢出器，配置於該回 體反射的回程光束轉換 2 ·如申請專利範圍第1項所述 頭’其中該雙折射偏光稜 3 ·如申請專利範圍第1項所述 頭’其中該雙折射偏光稜 鏡。 頭， 光學 可利 記錄 產生 不同 於該光學 合為—體 將前述不 路，並且 導至同— 雷射光源 光略，用 用不同波長之雷射 媒體的資料，包括 波長之線性偏極的 讀寫頭的光學路 且由雙折射材料所 同波長之數個雷射 將該光學記錄媒體 回程光路，該回程 重疊； 以將該雷射光源聚 關係彼 且介於 光源所 相垂直 程光路 為相應 之多波 鏡係為 之多波 鏡係為 此匹配的1 7 4波板， 該雙折射偏光稜鏡與 發出的雷射光與該回 ;以及 ’可將該光學記錄媒 的電訊號。 長可讀寫DVD光學 —種Rochon镜鏡。 長可讀寫DVD光學 一種Sernarmonl;稜

   第15頁 P4 32 3 7 8 六、申請專利範圍 4 _如申請專利範圍第1項所述之多波長可讀寫DVD光學 頭，其中還包括有一準直鏡，配置於前述數道不同波 長之雷射光源的光學路徑，用於將該雷射光源處理為 平行光束。 5 ·如申請專利範圍第1項所述之多波長可讀寫DVD光學 頭，其中還包括有一聚焦鏡，係配置於該光學讀寫頭 的回程光路，用以將該回程光束聚焦於該光檢出器。

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