TWI292053B - Beam shaping prism and optical pickup employing the same - Google Patents

Description

i29m- ‘ ’ 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明是有關於一種設計用來建立一正交光路徑的 光束整形稜鏡，以及使用該稜鏡的一個光讀寫頭。 【先前技術】 隨著移動式記錄裝置(mobile recording devices)的受歡 迎程度增加，使用廉價媒體的光記錄應用需求也持續增 加，而且目前也已發展出可用於移動式應用的光讀寫頭 (optical pickup) 〇 用於在移動式應用的光讀寫頭需要使用高輸出功率的 雷射二極體(laser diode，LD)，做為記錄所需的光源，因此 會產生高功奉消耗及高加熱值(heating vaiue)的問題。 一為克服這些問題，其中一種解決方案為藉由使用一個 光束整形稜鏡(beam shaping prism)對雷射光束整形，而增 加其光利用效率’藉此可實現以低輸出功率記錄的系統的 需求。因雷射二極體離開光束輪廓(pr〇flle)的緣故，光束整 形稜鏡普遍用於可用來記錄的光讀寫頭。 目1躲個可從其—邊發射雷射光束的f知雷射 -極體的7F；t@。請參相丨所示，具侧橫截面(e脚tical

Cr〇SS_Seeti〇n)的雷射光束，會從料二極體丨的-激勵層 (activation layer)3 ^B ^ 3 的厚度(垂直相位)與寬度(水平相位)之間的差所引起。 因為激勵層3幾何結構的影響，從雷射二極體ι所放 射的光束，在水平及垂直方向分散(〜㈣的垂直繞射角 I292Q^p,doc (vertical diffraction angles)〇丨丨及水平繞射角（⑽咖加 diffraction angle”丄也各自不同。因此，在水平方向分散 的光束會像是從在垂直方向所分散光束的位置後方一段 △Z距離的位置所放射出—般。在光束從垂直及水平方向= 始分散的啟點之間的距離差，又稱為像散 difference) ° •在此例中，從雷射二極體丨所放射光束的主偏振方向 (main polarization direction)，係為光束的次軸（min〇r axis)(也就是水平軸）方向。因此，因像散差的影響，所以 一般在光讀寫頭中當成光源使用的雷射二極體1，會放射 一個順次軸方向偏振的橢圓光束。 相較於放射橢圓光束的雷射二極體1而言，具圓形孔 徑(circular aperture)的物鏡(objective lens)，需要一種圓形 光束，以增加其光利用效率。因此，為達成相同目的，做 為記錄用途的光讀寫頭，一般會用光束整形稜鏡，以將雷 射一極體1所放射的橢圓光束，轉換成圓形光束。 圖2係繪示一個習知的光讀寫頭範例。請參考圖2所 示’習知的光讀寫頭係包括一個雷射二極體Η ; 一個光束 整形稜鏡20，用來將雷射二極體η所放射的橢圓光束， 整形成圓形光束，並且改變光束的傳播路徑；一個物鏡 19，用來將入射光束，聚焦在光碟10的一點上；以及一個 光偵測器(photodetector)29，用來接收從光碟1〇所反射的 光束。 準直透鏡(collimating lens)13係用來將雷射二極體11

I292Q§3P,d0C 所放射的光束，對準成一平行光束’且該平行光束會再經 過一光柵(grating)15，入射在光束整形稜鏡2〇上。光束整 形稜鏡20係包括第一稜鏡21及第二稜鏡23，用來將入射 的橢圓光束，整形成圓形光束；以及一個第三稜鏡25，用 來反射從第一稜鏡21及第二稜鏡23之間的一鏡面(mirr〇r surface)所反射回來的光束。 二經過第一稜鏡21及第二稜鏡23的光束，會被整形成 圓^/光束’並且接下來再從反射鏡(re£lecting mirr〇r)17，反 射到物鏡19上。物鏡19會將光束聚焦在光碟1〇上。從光 碟所反射的光束，會經過物鏡19及反射鏡17，入射到第 二稜鏡23上，並且接下來再從第一稜鏡21及第二稜鏡23 之間的鏡面反射回到第三稜鏡25上。入射到第三稜鏡25 上的光束，會從一個傾斜表面，在内部朝向光偵測器29 的方向反射，再經由一準直透鏡27，變成一收斂光束 (convergent beam)，並且再經由一感測鏡(sensinglens)28， 聚焦在光偵測器28上。 在習知的光讀寫頭中，從雷射二極體1丨朝向光束整形 稜鏡20所發射的光束的光軸(optical axis)，並非與從光束 整形稜鏡20朝向物鏡19所放射的光束的光軸垂直。因此， 必須以特定角度配置各光學元件。 當在製造其上可排列及組裝除物鏡之外的所有光讀寫 頭糸統元件的基座(base)時’互相之間以特定角度配置的固 定元件，會降低其精確度，因此造成精確組裝元件的困難。 換言之，相較於當兩光軸為互相垂直或重疊的範例而言， 129201 此例在製造基座及組裝與對準元彳生 ^(tolerances) 〇 件日寸’將很難控制其容忍 【發明内容】 有鑑於此’本發明提供一種光束整形棱鏡，々系設叶 整形稜鏡所放射的光束，與進入光束整形稜鏡 的光束垂直，以及提供-種具備此光束整形稜鏡的光讀寫 頭’其可在製造基座餘裝及對準光學元件 控制其容忍度。 9 經由本發明之說明及實作，可充分了解及學習本發明 之其他特色及/或優點。 ^ 根據本發明的一觀點，本發明提供的光束整形稜鏡包 括具有一入射表面(incident surface)的第一稜鏡，以及具有 一傾斜表面(inclined surface)的第二稜鏡。當讓入射光束具 有Θ1的入射角的入射表面角度為α1，且讓光束通過第一 棱鏡到弟二棱鏡’並且再從傾斜表面反射回來的傾斜表面 入射光束垂直： 01 =入射角 Θ2 •七 sin 01、 =sm (-) n\ 03 =01 - 02 04 .-i^l x sin 03. =sm (-) n2 Θ5 一 90°+θ4 2 al = 900 -01 α2 = n90。-04 12920¾^ 其中，nl及n2分別為第一稜鏡及第二稜鏡的折射係數 (refractive indices)，Θ2為從第一稜鏡的入射表面所折射的 光束的折射角(refraction angle)，Θ3為從第一稜鏡到第二 稜鏡的光束的入射角（incident angle)，Θ4為從第一稜鏡折 射到第二稜鏡的光束的折射角，而且Θ5為通過第一稜鏡的 光束入射到第二稜鏡傾斜表面上的角度。 根據本發明的一觀點，光束整形比（beam shaping ratio)M，也就是離開光束(exit beam)的寬度與入射光束的 寬度的比值，可由下列的公式(2)決定： M = ^2〇〇s04

cos01 cosΘ3 \ Δ J 根據本發明的一觀點，為補償其色差（chr〇matic aberration)，第一及第二稜鏡係由折射係數(refractive indices)與散射係數(dispersion coefficients)滿足下列公式(3) 的材料所製成： —X sin(01 x sin(01 - ΘΤ) (3 ) 其中，ηΓ、η2’、以及Θ2,係分別代表當波長改變時的折射 係數與對應於nl、η2、以及Θ2的角度。 根據本發明的一觀點，入射表面上會經過適當塗佈， 以增加其S-偏振光束（s_p〇iarized beam)的透射率 (transmittance)。光束整形稜鏡更加包括配置在第一及第二 稜鏡之間的一個半波板(half wave plate)，用來將入射光束 的偏振轉換成正交偏振（orthogonal p〇lariZation)。光束整 形稜鏡更加包括配置在第二棱鏡傾斜表面附近的一個第三 稜鏡’使光束整形稜鏡可被當成偏振光束分光器 1292職· (Polarization beam splitter)使用。 根據本發明的另一觀點，本發 ::個，稜鏡，用來整形從光源所== 且再經由-個物鏡，將整形過的光 一土亚 ，存媒體上，接下來再由-個光偵測器:接訊 個具有-入射表面的ίΐ棱鏡中二形稜鏡係包括-傾斜的傾斜表_第二稜鏡。當讓人 射表面角度為α1，且讓光束通過=稜有鏡 二’亚且再從傾斜表面反射回來的傾斜表面角度為』 ϋ光束整形魏即滿足公幼），且料會與人射光束垂 01 =入射角 sin 一J( sin 01、 n\ ^ 03 = 01 - 02 0 4 = sin "Ύ ⑴ xsin03 n2 05 9Οο+04 2 αΐ = 90° — 01 Θ 4 «2 = 05 — 04 :、中，—nl及η2分別為第-稜鏡及第二稜鏡的折射係數，犯 ，從第-稜鏡的人射表面所折射的光束的折射角，的為從 第-稜鏡到第二稜鏡的光束的人射角，04為從第一棱鏡折 射到第二稜鏡的光束的折射角，而且θ5為通過第一稜鏡的 光束入射到第二稜鏡傾斜表面上的角度。 10 12920¾^ 开一觀點’光讀寫頭更加包括配置在光束整 开;稜鏡=鏡之間的—個四分之—波板（㈣如wave Plate)，用來改變光束的偏振。 易懂為之上述和其他目的、特徵和優點能更明顯 =下y文特舉較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說 【實施方式】 請參照本發明實施例的内容， 示 _ 的圖式中’其中相同的標號代表相同的 較佳=施例，並配合所關式，以詳細說明本發明。牛 凊參考圖3所示，光束整形棱 矣 :的第-棱鏡31，以及具相對於第一稜鏡：為= ，面37的第二稜鏡35。第—稜鏡31及第二 ==束為、=圓形光束，並且使離開“ :、入射先束垂直。為補償其色差，第—稜鏡31及第 35係用具不同散射係數與折射係數的材料所製成。 角度α2,也就是第二稜鏡35的傾斜表面37的離 :以使得入射光束的光路徑，會與離開光束的 ^請參考圖4所示，當讓入射光束具有Θ1的入射角 第一稜鏡31的入射表面33的角度為α1，而讓離開光束方 向與入射光束垂直的角度為α2時，較偏好光束整形 3〇可滿足公式（1)，以讓光束與入射光束垂直： 文兄 11 I2920^p,doc 01 = :入射角 Θ2 = =sin ~ι, sin θ 1、 Θ3, 1 η\ = θ1-02 04 = =sin -ir«l χ sin Θ3、 η2 05 = 90〔 =--- 丨+Θ4 2 αΐ = = 90° - 01 α2 : =Θ5 -θ4=90。-04 2 …⑴ ft式(1)中，Θ1為入射角，nl及n2分別為第一稜鏡31 =弟二稜鏡35的折射係數，θ2為從第一稜鏡31的入射表 所折射的光束的折射角，θ3為從第一稜鏡31到第二 二=%的光束的入射角，糾為從第一稜鏡3ι折射到第二 =見乃的光束的折射角，而且朽為通過第二稜鏡％的光 入射到弟_稜鏡35的傾斜表面37的角度。 在，例中的光束整形比係由下列方式所決定。為說明 ,^疋光束整开>比，圖5繪示一個如圖3所示的光束整 形矛文鏡30的修正範例。 育/ίί考圖5所示’其中入射到第一棱鏡31的光束的 :、、、 到達第一稜鏡31的入射表面33的光束的寬廣 =從第一稜鏡31的入射表面33折射到第-稜鏡ί 的界面ί产=二$二第二稜鏡35之㈤ 在滿足公式⑴的光束整形棱鏡3〇中 1見度Ε即為將被整形的離開光束的寬产 12 Ι2920^Ρ^〇〇 Β =

A —---- sinal C = Bc〇sQ2 ^Acos^^ sinal ⑺ p 一 — C = ^4cos02 ··· \ ) c〇s63 sinal cos Θ3 E = Dcos04 = Acosd^^94 sinal cos Θ3 因此’因為光束整形比M係為離開光束的寬度E與 入射光束的寬度A的比值，所以光束整形比Μ可由使用 公式(1)及公式(2)的公式(3)定義： Α/ = — cqs^2cos04 cos02cos04 _ cos02cos04 A sinalcos03 — sin(90° -01)cos03 — cos01cos03 .，⑶ 當光束整形稜鏡30係架構成滿足公式(1)的需求時， 入射^束會與離開光束垂直。當此光束整形稜鏡30被應用 在光讀寫頭中時，光讀寫頭的光路徑可架構成讓入射光束 的路徑與離開光束的路徑互相垂直。此外，可根據公式(3) 的光束整形比IV[，改變入射光束的寬度。 ，此例中的光束整形稜鏡30中，第一稜鏡31的寬方 L1、第二稜鏡35的長度L2與寬度L3、第一及第二稜鸯 31及的角度al及a2、以及光束整形比μ，係根據負 一及，二稜鏡31及35的入射角Θ1及折射係數η1及η 所決定。因此，進入光束整形稜鏡3〇的橢圓光束，當在离 開光束整形稜鏡3〇時，會被整形成一圓形光束。 由圖6Α ^圖6Β中可看出，當光束從具低折射係數含 丄-，進入具南折射係數的媒體時，ρ偏振光束的透射率 二高於s偏振光束的透射率。換言之，ρ偏振光束的反身 二ί於^振光束的反射。#光束從低折射係數的媒體， 夕動到高折射係數的媒體時所發生的這種類型的反射，又 13 I292Q^p,doc 稱為外反射(external reflection)。 圖6A及圖6B係繪示當光束從空氣傳播到折射係數高 於空氣的預定光媒體時，入射角的反射比及透射率變化。 在此例中，預定光媒體與空氣的折射係數分別為15及工。 T丄及R丄係代表與入射平面垂直的光束，也就是8偏振光 束的透射率及反射比。T ||及R ||係代表與入射平面平行的 光束，也就是P偏振光束的透射率及反射比。圖6A及圖 6B所示的圖形係取自Eugene Hecht所著，由 Addison-Wesley出版公司所出版的〇pTICS第二版第1〇3 頁的圖4.29。 此刻’在從當光束從高折射係數的媒體，傳播到低折 射係數的媒體’而產生内反射(internal reflection)的範例 中，S偏振光束的反射比會高於P偏振光束的反射比。在 S及P偏振光束之間的内反射的差異，已於上述參考文件 (弟98頁的圖4.23)中說明。該反射比係為振輻反射比 (amplitude reflection coefficient)的平方。 在光讀寫頭中當成光源的雷射二極體，會放射一橢圓 光束，也就是會放射一個主要順次軸方向偏振的橢圓雷射 光束。接下來此光束會被整形，經由放大次軸直徑，利用 與主軸直徑相同的次軸，將橢圓光束整形成圓形光束。 因此’如果沒有光學元件以改變雷射二極體放射光束 的偏振，或是雷射二極體並未被設計來放射順主軸方向線 ，偏振的雷射光束，則與入射表面平行偏振的光束，也就 是P偏振光束，會入射到光束整形稜鏡30上。 然而’為增加光利用效率，必須放大從第二棱鏡35 14 I292Q« pif.doc 的傾斜表面37所反射的光量。為達成此目的，因在内反射 上，S偏振光束的反射比係高於p偏振光束的反射比，所 以必須使S偏振光束入射到第二稜鏡35之上。 因此，當將光束整形稜鏡30應用於光系統上時，其 設，會讓S偏振光束進入光束整形稜鏡3〇，且較偏好會塗 佈第一稜鏡31的入射表面33，以增加S偏振光束的透射 率。 較偏好將入射表面33塗佈成在35度與70度的入射 ，之間，具90%或更高的透射率，且最好為接近99%或更 南的透射率。圖7係繪示當波長為4〇5奈米(瓜^的s偏振 光束，且入射表面33係塗佈成具有大於99%或更高的透 射率時]相對於在從35度與70度的入射角之間的光束透 射率的t：化情形。當人射表面33係以此方式塗佈，大部份 的入射s偏振光束，都會透過入射表面33傳送。 ^其中，為允許S偏振光束進入光束整形稜鏡30，可將 雷f二極體設計成可放射順主軸方向偏振的橢圓光束，也 =個S偏振光束。另—方法是在—典型雷射二極體的 上，配置一獨立光學元件，用來將p偏振光束轉 2偏振光束，或是在光束整形稜鏡3〇的第一稜鏡31 二炉半波板’以使得^振光束可人射到光束整 兄之上，其綱請*打文所述如圖示的 冩頭。 將lit，當將光束整形稜鏡3〇應用於光系統中時，可 成可接收- 1>偏振光束，並且如圖8所示，更加 包括一個配置在第-及第二稜鏡31 * 35之_半波板 15 1292 1292

pif.doc 振光束轉換成S偏振絲。在此例中，因 須射率係高於S偏擴光束的透射率，所以無 以更加強其p偏振光束的透射率對入射表面33塗佈， 斜表’為讓S偏振光束撞擊在第二稜鏡35的傾 可將光束整形稜鏡3㈣計成讓s偏振光 33塗佈，以‘f ^的入射表面33上，而且對入射表面 束入射到笛先束的透射率，或者讓P偏振光 及35之間，配置—個半波板34，用來將p偏振 偏振光束。以上任—方法都可將内反射= 光，足第Γ棱鏡31前進到第二稜鏡35的大部份 攸弟二棱鏡35的傾斜表面37反射，並且接下來 f直地人射縣束整形稜鏡30上。如上所述，可將光束 鏡30_成讓光束以正確歧成形光束射出。 對第^於^將的光束整形稜鏡30應用於光系統中，利用 .夂見31的入射表面33塗佈，以增加s偏振光東透 光ϊϊί ί，讓s偏振光束進人光束整形稜鏡30。此外， ϋ正抓鏡30亦可應用於光純巾，彻在第—及第二 走ϋί間’配置一個用來將ρ偏振光束轉換成S 30。、、核板34，讓p偏振光束以光束整形稜鏡 ，偏^可將光束整形稜鏡3G架構成不只可 束整形，亦可用來補償其色差。在在此例中的第-稜鏡31 16 1292嗯 p if. doc 鏡35,係由具不同散射係數與不同折射係數的材 當光束波長與公式⑴不同時，公式(4)使 中所用的角度及折射係數，再附加一個主於任，式(1) 贿k)，定義下列需求。 己（pnrne 01 =入射角

nV (4) ηΤ Θ3!= Θ1 - 02' 04’=sin'Z!l^sin03’ 05，= ^·±££ 2 α1 = 90°~6>1 a2,= fls,^A4t~ 9Q〇 2 其中，θ2，、θ3，、θ4，、θ5，、ηΓ、η2，、α2>^、Μ 中的^^卜仏心係分別辦應公式⑴ 補傷色差代表即使當波長改變時，士 3 從與進入其之光東，佯持垂直的也就疋Θ5 = Θ5,時， 別使用公式中的Θ4及Θ4，，可得定義在八 Θ4〜Θ4。刃 獻w，xsin03， a式(5)中的關係式： 再者，公式(6)中的關係式係得自 ） 係： 么式(5)所定義的關 xsin03 ” rxsin03 n2 — ηΤ 的Θ3及^ :θ1<2’，代人公式中 17 盖 xsi_ —02)=告 Xsi_-02|) 因此，如果第一及第二稜鏡31及35係用滿足公式(7) 需求的散射係數及折射係數的材料所製成，則可製成可用 來補償色差的光束整形稜鏡30。舉例而言，當第一及第二 稜鏡31及35係用折射係數分別為η1(=1·68〇8)及 η2(二1.68236)的BaCEDS及E-FD2所製成，且入射角為70 度時’光束整形比為2·425，而且在入射表面的光束的透 射率大約為99%。在此例中，光束整形稜鏡可架構成 用來補你色差，並且送出前進方向與入射光束垂直的離開 光束。 此刻，光束整形稜鏡30係當成一偏振光束分光器 (polarization beam splitter，PBS)使用’而且更加包括用與第 二稜鏡35相同材料所製成的一個第三稜鏡39，也就是第 三棱鏡39係由具有與第二稜鏡35相同的散射係數及折射 係數的材料所製成，且係配置在第二稜鏡35的傾斜表面 37附近。在蘭巾，騎表面37係#成可輯偏振而分 裂光束的一個光束分光器表面使用。 依此方式，當光束整形稜鏡3〇更加包括使用盥第二 稜鏡35相同材料所製成，並且配置在第二稜鏡％的傾& 表面37附近的一個第三稜鏡39時，第二及第三稜鏡35 及39即當成偏振光束分光器使肖 m差、ϊ形光束、並且當成偏振光束用 光束整形稜鏡與偏振光束分 二士畫2時，光束整形棱鏡30可讓 先轴垂直排列，並且有助於絲元件的排順組裝愈

I2920H 組裝元件。 光束整形稜鏡30可應用於光讀寫頭。圖9及圖1〇係 分別繪示使用根據本發明實施例，如圖3及圖8 σ-二 束整形稜鏡的光讀寫頭。々不的光 請參考圖9及圖1〇所示，根據本發明_觀點 光讀寫頭係包括一個光源51 ; 一個準直透鏡53，用來對 光源51所發射的光束；一個光束整形稜鏡3〇，用來將從 光源51所發射，並且經過準直透鏡的橢圓光束，整形成^ 形光束；一個物鏡59，用來將入射光束，聚焦在〜^ 儲存媒體，也就是光碟50的資訊儲存表面的一點之上^ 及一個光偵測器65，用來接收從光碟50的資訊儲存表面 所反射的光束，以偵測一再生資訊訊號和/或一用來做為伺 服控制的錯誤訊號。在光束整形稜鏡3〇中，圖中所示的相 同參考號碼，係代表相同元件，且其說明在此不再贅述。 可發射具預定波長的雷射光束的雷射二極體，係者 光與用。其中的光源51可為一單一光源上= 設計用來放射下列光束至少其_之一的多數個光源51 ••適 用於普通光碟(CD)的紅外線波長光束，如波長為78〇奈米 的光束、適用數位多功能光碟(DVD)的紅色波長區光束， 如波長為650奈米的光束、以及適用於先進光碟㈣權⑽ optical disc，AOD)或藍光碟片（Wue-ray disc，BD)的藍色波 長£光束’如波長為405奈米的光束。其中，先進光碟(a〇d) 才示準4曰疋波長為405奈米的光源，數值孔徑(numericai aperture，ΝΑ)為0·65的物鏡，以及厚度為〇·6毫米(mm)的 記錄媒體。藍光碟片（DB)標準指定波長為405奈米的光 19

I292QH 源’數值孔徑(ΝΑ)為0.85的物鏡，以及厚度為0.1亳米(mm) 的記錄媒體。 當根據本發明觀點的光讀寫頭係設計成可與用各種 不同格式與波長的多數個光碟相容時，光源51可為可放射 上述三種波長光束的其中兩種光束的一個TWIN_LD(雙雷 射二極體），或是可放射上述三種波長光束的一個多波長光 源。或者，光讀寫頭可包括用來放射一第一單一波長光束 的光源51，並且更加包含另一獨立光源，用來放射波長與 光源51不同的一第二光束，而且相關光學元件會依此配 置。 準直透鏡53會將光源所放射的一個收斂光束，對準 成一平行光束。 光讀寫頭可更加包括配置在光源51及光束整形稜鏡 30之間的一個光柵55，用來將光源51所放射的光束，分 裂成三個或三個以上的光束。光栅55係使用三光束 (three-beam)或差動推挽(differential push-pull，DPP)法或其 他方法’備測一個追蹤錯誤訊號(tracking error signal)。因 此’當用不同方法來偵測追蹤錯誤訊號時，可能不需用到 光栅55。 如圖9所示，光讀寫頭可更加包括配置在光源51及 光束整形稜鏡30之間的一個半波板34，用來改變光束的 偏振。或者，如圖10所示，半波板34係配置在光束整形 稜鏡30的第一及第二稜鏡31及35之間。 半波板34係用來從第二稜鏡35的傾斜表面37,反射 具S偏振的光束。半波板34會將光源51所放射光束的偏 20 2pif.doc 振，轉換成正交偏振。與 光束時，半波板34备將p值J :光源51放射1":振 當光源η係_成=Ρς t振光束轉換成s偏振光束。 板34。 錢射s偏振光束時，並不需用到半波 雖然在圖9中，“ η , 鏡53及光束整形魏H5pf ^板34係配置在準直透 波板Μ配置Μ ίΐ之間，然亦可將光柵55和7或半 及準直透鏡53之間。再者，雖然在 分開配置。U波板34整合在一起，然亦可將其 所定^因^光束整形棱鏡3〇係設計成滿足公式⑴ 心 將入射光束整形成可與入射方向垂 、、高足八^’因為光束整形稜鏡3G係設計成同時 ⑺所定義㈣求’所以料财整形光束， =下說明光束整形稜鏡3〇可補償色差的範例。 卞冉m’ni^據本發明的光讀寫頭應㈣記錄和/ 或再生BD或AOD時，光源51會放射誃 丁’ 奈米的光）’因為記錄及再生模式轉態之 輸"功' = =仍可補償色差，以讓整形過的光束以正 其中，對於波長大約為4 〇 5奈米的藍光而言 生模式轉態之間所發生的波長變化大約為丨及再 當光項寫碩應用於記錄和/或再生CD和/或士， 因為在記錄及再生模式轉態之間的光輸出功率 1 成波長改變。在此财，可將光束整形稜鏡3Q料成= 21 12920^3 pif.doc 補償色差，以讓整形過的光束以正確角度放射。 ™再τί，當光讀寫頭包括當成光源51的-個 的雙雷射二極體）’或是可分別放射不同波長光束 々先f 51以及―附加絲，且其他辟元件係依此配置 ^敫加光騎放射的絲，可由光束整形稜鏡30，用 =形光源51所放射光束的相同方法整形。在此例中，光 稜鏡3°可補償因波長差異所引起的色差，並且讓具 有兩=同波長的光束，以與入射方向垂直的角度放射。 ML f會示使用根據本發明—實施例，如圖3所示的 歧鏡的光讀寫頭。如上所述，光束整形稜鏡30 人射表面33的第—稜鏡31，其健過塗佈以增 振絲的透料’以及具有傾斜表面37的第二稜 者如圖⑺所不’光讀寫頭包括根據本發明另-貝也^，如圖8所示的光束整形稜鏡30。 =整形稜鏡3〇包括具有人射表面33, 二，具有傾斜表面37的第二稜鏡35，以及配置“ 束轉35之間的半波板34 ’用來將p偏振光 ^成S偏振光束。在此例中’ p偏振光束係入射到第 於表φ 3 3 ’ °因為p偏振光束的透射率係高 、 x先束的透射率，所以入射表面33,盔須經過泠佑 振光束的透射率而言射降件以增加s偏 如圖3及圖8所示，根據本發明觀點，用於光讀寫頭 22 1292053 1^92^if.doc 的光束整形稜鏡的30,可更加包括一個配置在第二稜鏡％ 附近的第三稜鏡39。在此例中，光束整形稜鏡3〇亦被當 成一個偏振光束分光器使用，藉此可不用使用另外的I 光束分光器。 又 當光束整形稜鏡30係當成偏振光束分光器使用時， 較偏好可更加包括配置在光束整形稜鏡3〇及物鏡分之間 光路徑中的-個四分之-波板57，以使得從光碟5〇朝二 光束正形稜鏡30反射光束的偏振，會與從第二稜鏡％的 傾斜表面37朝向光碟50反射的光束的偏振垂直。在此例 中’ ^後者係為S偏振光束時，從光碟5〇朝向第二稜鏡 35反射的光束具有Ρ偏振。因此，ρ偏振光束接下來二直 接穿過第二及第三稜鏡35及39之間的一界面，也就^直 接穿過傾斜表面。 物鏡59會在光碟50的資訊儲存表面上，建立一個適 當大小的光束光點，而且物鏡59的數值孔徑(ΝΑ)係符合 光碟50與從光源51所放射光的波長的標準。光偵測器65 會接收一光束，且該光束係經由物鏡59聚焦在光碟％的 資訊儲存表面，再由相同表面反射，且通過物鏡59'、四分 之-波板57、以及通過絲偵測—再生資訊訊號和/或二 做為伺服控制的錯誤訊號的光束整形稜鏡3〇的 三稜鏡35及39。 一 在圖9及圖10中，參考號碼58及61係分別代表一 個反射鏡(reflective mirror)，用來將來自光束整形稜鏡％ 的光束方向，以正確角度轉向物鏡59 ;以及一個感測鏡 (sensing lens) ’用來將從光束整形稜鏡3〇朝向光偵測哭幻 23 1292053 15922pif.doc 所傳送的光束，在光偵測器65上，壓縮成適當大小的一個 光束光點。 感測鏡61可為一個可用一種散光法（astigInatic method) ’債測一聚焦錯誤訊號(f〇cus err〇r吨⑽)的非球面 透鏡(aspheric lens)。光讀寫頭可更加包括一個監視光偵測 器(monitoring photodetector)56,用來監視光源51的光輸出 功率。如圖9及圖10所示，監視光偵測器56可架構成用 來接收部分從在光束整形稜鏡3〇的第一及第二稜鏡31及 35之間的界面所反射的光。 以下說明在具有光束整形稜鏡30的一個光讀寫頭中 的光束傳播情形。 準直透鏡53會將光源51所放射的分散光束，轉換成 平行光束。當該平行光束經過光柵55時，會被分裂成三個 或更多個光束，並且再由半波板34，轉換成具正交偏振的 光束。舉例而言，如果光源51放射P偏振光束，則當其 通過半波板34時，會被轉換成s偏振光束。 如圖9所示，入射到光束整形稜鏡3〇上的s偏振光 束會被折射，並且通過第一稜鏡31的入射表面33，從傾 斜表面37反射，最後再從光束整形稜鏡3〇的第二稜鏡35 射出。在此例中，因為入射表面33係經過塗佈，以增加其 S偏振光束的透射率，所以大部分的入射光束都會被折 射，並且通過入射表面33傳送。 如圖10所示，半波板34係配置在第一及第二稜鏡31 及35之間，而非配置在光束整形稜鏡30及光源51之間。 當P偏振光束入射到光束整形稜鏡30上時，大部分的入 24 12920^ pif.doc

Lr振光束會被折射，並且通過入射表面33,傳送，最 ΪΪ半波板34轉換成s偏振絲°s偏振光束會從第二 =35的傾斜表面37反射’並且再由光束整形棱鏡％ 射出。 ，光源51所放射的光束通過光束整形稜鏡3〇時，光 ^的色差會被補償且絲會被整形成與人射方向垂直 的方向射出。 =通過四分之-波板57，並且由反射鏡58反射時， 形稜鏡3G所射出的S偏振光束，會被轉換成-，一 ®形偏振光束。以此法可將光束路徑以正確角产， t =^方向°物鏡59會將人射光束聚焦在光碟50 ^補存表面上。當光束從光碟5〇的資訊儲存表面上反 射時’該光束會被轉換成二圓形偏振光束，且 束會再通過物鏡59，由反躲58反射進入四分之一= 波板57時’人射光束會被轉換成ρ 偏振先束，並且再入射到光束整形稜鏡30上。入射的P 偏振光束，會通過位於第二稜鏡35及第三稜鏡39之間 界面傳送，較明確地說，會通過傾斜表面37傳送，並丄再 由感測鏡61壓縮聚集在光偵測器65上。 w 發明觀點，應用於光讀寫頭的光束整形棱鏡 ，可料源51所放射的光束的光路徑垂直轉向物鏡％ 及，偵測器65歧光束的路徑。因此，有助於排列及 光讀寫頭系統。換言之，因為光束整形稜鏡3()可讓進入^ 束整形稜鏡30的光束，與離開光束整形稜鏡3〇的光 直，所以使用光束整形稜鏡30，可輕易控制製造除了物鏡 25 I2920^pi£doc 以外的所有光學元件在其上組裝的基糾的容 此，包括光束整形稜鏡30的井读宜二 ^义 場合所需的袖珍型光讀寫頭。u、〜、於移動式應用 圖1H系繪示使用根據本發明 -個光記錄和/或再生襄置的結構。請參考二f;= 記錄和/或再生裝置係包 ^ 先 +、/r“ m十土以 匕括一個轉軸馬達（spindle t為_訊飾_辆池· -個 先頃寫頭450,其係以活動方式 裝，用來在光碟50上補先碟50的控向方向安 Μ m + ϋ、彔和/或再生資訊；一個驅動器 動轉轴馬達455與光讀寫頭450，·以及 Γ 用來控制光讀寫頭45()的聚焦、追縱、 ⑽傾斜飼服脚servo)。其中，參考號碼松及453係 刀別代表用來夾住光碟5〇的一個轉盤(tumtable)及一個夾 具(clamp) 〇 光讀寫頭450包括光束整形稜鏡3〇，且其細節請參考 圖9,圖1〇的上述說明。光讀寫頭3。的物鏡^可由一個 致動态（actuator)驅動，用於聚焦、追蹤、和/或傾斜動作。 從光碟50所反射的光束，可由安裝在光讀寫頭45〇 中的光偵測器65制，並且以光電方式轉換成電訊號，接 下來再經由驅動器457,輸入至控制器459。驅動器457 控制轉軸馬達45的轉速，纟大輸人訊號，纟且驅動光讀寫 頭450。控制器459將根據從驅動器457所接收到的訊號 调整過的聚焦伺服（focus servo)、追蹤伺服（tracking Serv〇)、和/或傾斜伺服(tilt servo)命令，傳送回驅動器457， 讓光碩寫頭450執行聚焦、追蹤、和/或傾斜伺服控制。 26 1292聪 pif.doc 光束整形稜鏡3〇可讓入射光束與離開光束垂直，藉 此方便光it件的組裝與排列。因此，包括光束整形棱^ 30的光碩寫頭450，可方便控制製造基底所需的容忍度， 並且方便光學元件的組裝與排列。 匕又 雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以 限定本發Ά何熟f此技藝者，在稀縣發明之精神 和範圍内，當可作些許之更動與潤飾，因此本發明之保 範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。 【圖式簡單說明】 圖1係繪示一個可從其一邊發射雷射光束的習知 二極體的示意圖。 圖2係繪示一個習知的光讀寫頭範例。 圖3係緣示根據本發明一實施例的一個光束整形棱鏡 的透視圖。 圖4係繪示在圖3所示的光束整形稜鏡中的光束 射及反射情形。 圖5係繪示用來說明在圖3所示的光束整形 光束整形比的示意圖。 的 圖6A係緣示當光束從空氣傳播到折射係數高於空 的-預定紐體時，針對與人射平面垂直的偏振光束= 射角的反射比(reflectance)及透射率(transmittance)變化。 圖6B係緣示當光束從空氣傳播到折射係數. 的-預定光親時，針對與人射平面平行的偏振光^ 射角的反射比及透射率變化。 圖7係會示當圖3所示的光束整形棱鏡的入射表面經 27

I292Q^p,d0C 過塗佈之後的光束透射率。 圖8係繪示根據本發明另一實施例的一個光束整形稜 鏡的透視圖。 圖9及圖10係分別繪示使用根據本發明實施例，如 圖3及圖8所示的光束整形稜鏡的光讀寫頭。 圖11係繪示包含根據本發明的光讀寫頭的光記錄和/ 或再生裝置的結構。 【主要元件符號說明】 I :雷射二極體 3 :激勵層 10 :光碟 II :雷射二極體 13 :準直透鏡 15 :光柵 17 :反射鏡 19 :物鏡 20 :光束整形稜鏡 21 :第一稜鏡 23 :第二稜鏡 25:第三稜鏡 27 :準直透鏡 28:感測鏡 29 :光偵測器 30 :光束整形稜鏡 31 :第一稜鏡 28 I292q^,doc 33 :入射表面 33’ ：入射表面 34 :半波板 35 :第二棱鏡 37 :傾斜表面 39 :第三稜鏡 50 :光碟 51 :光源 53 :準直透鏡 55 :光柵 56 :監視光偵測器 57 ··四分之一波板 58 :反射鏡 59 :物鏡 61 :感測鏡 65 :光偵測器 450 :光讀寫頭 452 :轉盤 453 :夾具 455 :轉轴馬達 457 :驅動器 459 :控制器

Claims (1)

1. I292q^pifd〇c 十、申請專利範圍： L一種光束整形稜鏡，包括·· 一第一稜鏡，具有一入射表面；以及 一弟一棱鏡，具有一傾斜表面， 其中，當讓一入射光束具有一入射角為Q1的該入射 表面的一角度為αΐ，且讓一光束通過該第一稜鏡到^第二 稜鏡’並且再從該傾斜表面反射回來的該傾斜表面的 度為α2時，該光束整形稜鏡即滿足一第一公式，且該 束會與該入射光束垂直射出： “ θ1==入射角 02 = sin-V^l> nl ； Θ3 = Θ1-Θ2 6>4n.r^flxsin03 nl Θ5= 90^04 2 al = 90〇 = — - 9〇〇 一 04 2 其中’ nl及η2分別為該第一稜鏡及該第二稜鏡的折射係 數(refractive indices)，Θ2為從該第一稜鏡的該入射表面所 折射的一弟一光束的一折射角（refracti〇n angle)，03為從該 第一稜鏡到該第二稜鏡的一第二光束的一入射角（incident angle)，Θ4為從該第一稜鏡折射到該第二稜鏡的一第三光 束的一折射角，而且Θ5為通過該第二棱鏡，入射到該第二 稜鏡的該傾斜表面上的該第三光束的一角度。 2·如申請專利範圍第1項所述之光束整形稜鏡，其中 一光束整形比Μ係為由一第二公式所定義的該光束的一 30 I292052ldoc 寬度與該入射光束的一寬度的一比值： 从=cos Θ2 cos 04 cos 01 cos03 ° ^如申請專利範圍第1項所述之光束整形稜鏡，其中 為補償色差，該第一及該第二稜鏡係由折射係數(refractive indices)與放射係數(出印⑽丨⑽⑶以价丨⑽s)滿足一第三公 式的材料所製成·· 一 ~ X sin(01 -Θ2) = ^ίχ sin(01 ^02f) n2 其中j nl、n2’、以及θ2’係分別代表當該入射光束的一波 長改變時，對應於Μ、η2、以及θ2的折射係數及角度。 4. 如申請專利範圍第3項所述之光束整形棱鏡，1中 該入射表面係經過塗佈，明加-S偏振光束的透射^。 5. 如申請專利範圍第3項所述之光束整形稜鏡，更加 包括配置在該第-及該第二稜鏡的之間的一半波板，用來 將該入射光束的一偏振，轉換成正交偏振。 6·如申請專利範圍第丨項所述之光束整形稜鏡，盆中 該入射表面係經過塗佈，以增加—s偏振光束的透料。 7. 如申請專利範圍第i項所述之光束整形稜鏡，更加 包括配置在該第-及該第二稜鏡的之_—半波板， 將該入射光束的一偏振，轉換成正交偏振。 8. 如申請專利範圍第丨項到第7項的其中任— 之光束整形稜鏡，更加包括配置在該第二稜鏡的該傾 面附近的一第三稜鏡，用來執行偏振光束分裂。 9. 一種包括光束整形稜鏡之光讀寫頭，用來整形 光源所放射的-第-光束，經由一物鏡，將該整形過的第 31 I292Qa pif.doc :光束’聚焦在-光資訊健存媒體上，並且經由一光债測 為’接收從該光資訊儲存媒體所反射的一絲，其中該光 束整形稜鏡包括： 一具有一入射表面的第一稜鏡，以及一具有向該第一 稜鏡的一界面傾斜的一表面的第二稜鏡， 其中，當讓該第一光束具有-入射角為Θ1的該入射 ，面的肖度為CXl，且讓一離開光束通過該第一稜鏡到該 第#文鏡並且再從該傾斜表面反射回來的該傾斜表面的 -角度為α2日f ’該光束整形稜鏡即滿足—第—公式，且 與該第—光束垂直射出： n\ } 03 = 01 - 02 nl ) Θ5 9Οο+04 2~ α1 = 90°-θ1 α2 = θ5-04 = -^1ζ_£ΐ 2 ί中二及^12分別為該第—稜鏡及該第二稜鏡的折射係 所i“為一弟—光束，也就是從該第—稜鏡的該入射表面 =該第-稜鏡到該第二棱鏡的該第二光束二y 四絲’也就是從該第_稜騎射到該第二棱鏡 的口亥弟二光束的一折射角，而 ,和月向且Θ5為通過該第二稜鏡，入 卜J遠弟二牙夂鏡的該傾斜表面上的該第四光束的一角度。 ι〇.如申請糊範圍第9項所述之包括料整形稜鏡 32 I292Q^p,doc 之光讀寫頭，其中該光束整形稜鏡係設計成具有一光束整 形比Μ，其係為由滿足一第二公式，等於該離開光束的一 寬度與該入射光束的一寬度的一比值： m = cos02cos04。 cos 01 cos03 11·如申請專利範圍第9項所述之包括光束整形稜鏡 之光讀寫頭，其中為補償色差，該光束整形稜鏡的該第一 及該第二稜鏡係由折射係數與散射係數滿足一第三公式的 材料所製成： —X sin(01 ~ Θ2) = X sin(01 - ΘΤ) 其中[nl’、n2’、以及Θ2,係分別代表當該入射光束的一波 長改變時，對應於!!丨、n2、以及θ2的折射係數及角度。 12·如申请專利範圍第η項所述之包括光束整形稜鏡 之光頃寫頭，其中在該光束整形稜鏡中的該入射表面係經 過塗佈，以增加一 S偏振光束的透射率。 β 13·如申請專利範圍第12項所述之包括光束整形稜鏡 之光讀寫頭，更加包括配置在該光束整形稜鏡及該光源之 間的一半波板，用來將該入射光束的一偏振，轉換成正 偏振。 >14·如申請專利範圍第u項所述之包括光束整形稜鏡 之光讀寫頭，更加包括配置在該第一及該第二稜鏡的之間 的一半波板，用來將該第一光束的一偏振轉換成正交偏振。 15·如申睛專利範圍第9項所述之包括光束整形稜鏡 之光讀寫頭’其中在該光束整形稜鏡中的該入射表面係經 過塗佈，以增加一 S偏振光束的透射率。 33 I292q^p,doc 之光項所述之包括光束整形棱鏡 ^的+波板’用來將該第-光束的—偏振轉換成正^ 之光狀包括絲整形— 整形稜鏡及;、β:4束域更加包括配置在該光束 用來將該第-光束的-偏振轉換成正交偏=+波板’ 18.如申請專利範圍第9項到第17項的其中任一項戶斤 述之！:括料整形魏之光讀_ ’其中該光束整形稜鏡 更加ζ_>括配置在該第二稜鏡的該傾斜表面附近的—第三於 鏡，用來執行偏振光束分裂。 夂 一 =·如申睛專利範圍第18項所述之包括光束整形稜鏡 之光讀寫頭，更加包括配置在該光束整形稜鏡及該物鏡之 間的一四分之一波板，用來改變該反射光束的該偏振。 20·一種光束整形稜鏡，包括： 一第一稜鏡，具有一入射表面，用來以一尖銳入射角， 接收一入射橢圓光束；以及 一第二稜鏡，其係配置在該第一稜鏡附近，且具有一 傾斜表面，用來反射入射且經過該第一稜鏡與該第二稜鏡 一部分的該橢圓光束， 其中，成形在該第一稜鏡及該第二稜鏡之間的一界面 的該第一稜鏡的一第一表面與該第二稜鏡的一第二表面， 相對於該入射橢圓光束，各自具有一正確角度，而且一圓 34 i292m,d〇c 形輸出光束，會在經由該傾斜表面反射之後，從與該界面 平行的該第二稜鏡放射出。 21·如申請專利範圍第2〇項所述之光束整形稜鏡，更 加包括： 一半波板，其係配置在該第一稜鏡及該第二稜鏡之 間，用來將該入射橢圓光束轉換成一正交偏振。 22·如申請專利範圍第21項所述之光束整形稜鏡，其 中该第一及該第二稜鏡，係由具不同折射係數及散射係數 的材料所製成，藉以修正在該圓形輸出光束中的色差。 23·如申請專利範圍第22項所述之光束整形棱鏡，更 加包括： 、 第二稜鏡’其係配置在該第二稜鏡的該傾斜表面附 近^以使得平行並以與該圓形輸出光束相反方向進入該第 矛文鏡的光束，會通過該傾斜表面，並且進入該第三稜 、兄，以執行偏振光束分裂。 中$ 如申請專利範圍第20項所述之光束整形稜鏡，其 的ί第&該第二棱鏡，係由具不同折射係數及散射係數 、才料所製成，藉以修正在該圓形輸出光束中的色差。 加包S·如申請專利範圍第24項所述之光束整形稜鏡，更 :第三稜鏡，其係由與該第二稜鏡相同的材料所製 了係配置在該第二稜鏡的該傾斜表面附近，以使得平 走亚：與:亥圓形輸出光束相反方向進入該第二稜鏡的-光 、通過該傾斜表面，並且進人該第三稜鏡，以執行偏 35 1292¾¾ 多 ifdoc 振光束分裂。 > 26·如申請專利範圍第2〇項所述之光束整形稜鏡，其 中該入射表面係經過塗佈，以改善該入射橢圓光 ^ 率達到至少為99%。 —2/·如申請專利範圍第26項所述之光束整形稜鏡，其 中該尖銳入射角係在35度到70度之間。 ’、 28·如申睛專利範圍第2〇項所述之光束整形稜鏡，其 中該入射表面係經過塗佈，以改善該入射橢圓光束的射 率達到至少為90% 〇 ' 29·如申請專利範圍第28項所述之光束整形稜鏡，i 中該入射橢圓光束係為一 S偏振光束。 八 上30·如申請專利範圍第2〇項所述之光束整形稜鏡，其 中該入射橢圓光束係為下列至少其中之一 ··一波長為 的光束、一波長為650奈米的光束、以及一波長為78〇 奈米白勺光束。 31·一種光讀寫頭，包括： 一光源，用來放射一光束； 面 了物鏡，用來將該光束導引至一光儲存媒體的一表 以及導引從該光儲存媒體的該表面所反射的一光束； 光束整形稜鏡，其係配置在該光源及該物鏡之間， 且該光束整形稜鏡包括： 一第一稜鏡，具有一入射表面，用來以一尖銳入 射角，接收該光束；以及 太兄 一第一稜鏡，其係配置在該第一稜鏡附近，且具 36 1292聪 pif.doc 有一傾斜表面，用來反射經過該第一稜鏡與該第二稜鏡一 部分的該光束； 一感測鏡’用來壓縮通過該光束整形稜鏡傳送的該反 射光束；以及 一光偵測器’用來感測來自該感測鏡的該壓縮過的反 射光束， 其中’成形在該第一稜鏡及該第二棱鏡之間的一界面 的該第一稜鏡的一第一表面與該第二稜鏡的一第二表面， 相對於該入射橢圓光束，各自具有一正確角度，而且一圓 形輪出光束，會在經由該傾斜表面反射之後，從與該界面 平行的該弟二棱鏡放射出。 32·如申請專利範圍帛31項所述之光讀寫頭，更 括： 半波板，其係配置在該光源及該光束整形稜鏡之 間，用來將該人射_光束轉換成—正交偏振。 33. 如中請專利範圍第31項所述之光讀寫頭，盆中今 ί 加包括—半波板，其係配置在該第二及ί 鏡的之間，用來將該人射橢圓光束轉換成-正交偏 34. 如申請專利範圍第31項所述之光讀寫頭， 光源放射波長等於下列至少其中之 走 405夺米的光虔、.κ 、光束·一波長為 為=米=束1長為650奈米的光束、以及一波長 35. 如申請專利範圍第31項所述之辆寫頭，更加包 37 1292峨· 括： 一偏振變動器(p〇larizati〇n changer)，其係配置在該光 源附近，用來將該光束的該偏振改變成一 S偏振光束。 36·如申請專利範圍第31項所述之光讀寫頭，其中該 第一稜鏡包括具有與該第二稜鏡所包括的一第二材料不同 散射係數及折射係數的一第一材料。 37.如申請專利範圍第36項所述之光讀寫頭，其中該 光束整形稜鏡更加包括一第三稜鏡，其係配置在該第二稜 鏡的該傾斜表面附近，以使得平行並以與該光束相反方向 進入該第二稜鏡的該反射光束，會通過該傾斜表面，並且 進入該第三稜鏡，以執行偏振光束分裂。 38·如申請專利範圍第37項所述之光讀寫頭，其中該 第三稜鏡係包括該第二材料。 38