CN1291395C - 光学读／写系统 - Google Patents

Abstract

一种光学读/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、一物镜和一复合棱镜。第一光收发单元具有一用以发出第一波长的第一入射光束的第一光源，第二光收发单元具有一用以发出第二波长之第二入射光束的第二光源，该第二波长大于第一波长。准直透镜和物镜均具有与第一波长相对应的光学参数。复合棱镜设于第一、第二光收发单元及准直透镜之间，其具有一第一部分、一第二部分，第一、第二部分相对设置，第一部分具有一入光面及至少二反射面，第二部分具有一出光面及至少二反射面。入光面及出光面分别正对第一、第二入射光束及准直透镜设置，第一、第二入射光束在所述多个反射面反射后正对准直透镜出射。

Description

光学读/写系统

【技术领域】

本发明是关于一种光盘记录/再现系统，特别是用于兼容不同规格光盘的高密度光学读/写系统。

【背景技术】

记录/再现装置中使用的光学读/写系统主要利用一系列光学组件将激光器发出的特定波长的激光会聚成一光斑，并会聚至光盘上以实现对光盘的读/写操作。随着光盘规格从CD、DVD至HD-DVD的不断演进，光盘的信息轨迹制造得愈发致密，这就要求读/写光盘信息的光斑愈小。而光斑的大小又与激光的波长及物镜的数值孔径(NA)相关，光斑的大小正比于激光的波长，反比于物镜的数值孔径(NA)。如此，光盘规格向高密度的演进导致激光的波长不断减小，物镜的数值孔径(NA)不断增大。波长、数值孔径(NA)随光盘规格的变化如下表所示：

光盘规格	CD	DVD	HD-DVD
				波长	780nm	650nm	405nm
数值孔径(NA)	0.45	0.6	0.65或0.8

由于不同光盘规格的光学参数不同，导致各规格的兼容性问题变得突出。读/写特定规格的光盘信息，就须使用符合该种光盘规格的光学组件，否则，会造成误读/写的可能。然而，欲在一套光学读/写装置中实现对多种规格光盘的读/写操作而针对每一规格设计相应的光学读/写系统，则显然不是明智之举，其既造成读/写装置体积过大，又使光学系统变得复杂，成本增加。现有光学读/写装置中，如混合式HD-DVD和DVD光学读/写装置，其具有一HD-DVD激光器与一DVD激光器，分别发出波长约为405nm的蓝光及650nm的红光，并入射至各自的衍射元件后通过共享分光棱镜、准直透镜、反射镜及物镜等光学组件后会聚至光盘上以读/写信息。这种光学读/写装置通过共享部分光学组件，可在一定程度上减小其体积。由于准直透镜仅可将自其焦点平面发出的光束会聚成平行光，即，激光器与准直透镜之间光路距离为固定的数值。现有光学读/写装置中为满足光路距离为固定值这一条件而将激光器设置于准直透镜的焦点平面上。然而激光器至准直透镜之间的空间距离恰为影响光学读写装置体积的重要因素，现有光学读/写装置中尽管光学组件的数量有所减少却未能缩短激光器至准直透镜之间的空间距离，因此其对光学读/写装置的体积的缩小程度有限。

【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记录/再现装置中，其可减小光学读/写装置的体积。

本发明提供一种光学读/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、一物镜和一复合棱镜。第一光收发单元具有一用以发出第一波长的第一入射光束的第一光源，第二光收发单元具有一用以发出第二波长之第二入射光束的第二光源，该第二波长大于第一波长。准直透镜和物镜均具有与第一波长相对应的光学参数。复合棱镜设于第一、第二光收发单元及准直透镜之间，其具有一第一部分、一第二部分，第一、第二部分相对设置，第一部分具有一入光面及至少二反射面，第二部分具有一出光面及至少二反射面。入光面及出光面分别正对第一、第二入射光束及准直透镜设置，第一、第二入射光束在所述多个反射面反射后正对准直透镜出射。

与现有技术相比，本发明的光学读/写系统中第一、第二入射光束的光路共享部分光学组件，从而可减少光学读/写系统所需的光学组件数目，同时，共享的棱镜单元及复合棱镜在保证光路的总光程不变的情况下，缩短第一、第二光收发单元与准直透镜之间的空间距离，从而可有效地缩小使用该光学读/写系统的装置体积。

【附图说明】

图1是本发明的光学读/写系统示意图。

图2是图1光学读/写系统的棱镜单元俯视图。

图3是图1光学读/写系统的复合棱镜主视图。

图4是图1光学读/写系统的波长选择片俯视图。

图5是图4波长选择片V-V向剖视图。

【具体实施方式】

请参阅图1，其为本发明的光学读/写系统100的示意图。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。光学读/写系统100包括一第一光收发单元11、一第二光收发单元12，一第一衍射元件21、一第二衍射元件22，一棱镜单元3，一复合棱镜4，一准直透镜5，一反射镜6，一波长选择片7及一物镜8。

该第一、第二光收发单元11、12平行并列设置。第一光收发单元11具有一第一光源(未标示)、一第一检测器(未标示)。第一光源发出第一入射光束，该第一入射光束具有第一波长。第一检测器检测从光盘返回的第一反射光束。第二光收发单元12包括一第二光源(未标示)、一第二检测器(未标示)。第二光源发出第二入射光束，该第二入射光束具有第二波长。第二检测器检测从光盘返回的第二反射光束。本实施方式中第一、第二波长分别为波长为405nm的可读/写HD-DVD规格光盘的蓝光及波长为650nm的可读/写DVD规格光盘的红光。

该第一衍射元件21、第二衍射元件22分别正对第一、第二光收发单元11、12的第一、第二光源设置。

请参阅图2，其为本发明的光学读/写系统100的棱镜单元3的俯视图。所述棱镜单元3包括一第一棱镜31、一第二棱镜32、一第三棱镜33，第一、第二棱镜31、32位于第三棱镜33相同一侧。第一、第二、第三棱镜31、32、33均为四棱柱结构。第一棱镜31具有平行四边形截面，即第一棱镜31的第一入光面310与第一出光面311平行，二第一反射面312、313相互平行。第一反射面312与第一入光面310成45度夹角。第二棱镜32具有一第二入光面320及一第二出光面321，该第二出光面321为非球面结构，校正DVD光路产生的球面像差。第三棱镜33的第三入光面330与第三出光面331平行，第三棱镜33的一端具有一与第三入光面成45度夹角的第三反射面332，另一端具有一与该第三反射面332平行的光路转换接口333，其针对不同波长的入射光具有不同反射或透射功能。

请参阅图3，其为本发明的复合棱镜4的主视图。该复合棱镜4包括第一、第二部分41、42。该第一部分41与第二部分42是相同材质的棱镜。该第一部分41具有四边形截面，其包括一第四入光面410、一第四反射面411、一第五反射面412、一缺边413。该第二部分42也具有四边形截面，其包括一第四出光面420、一第六反射面421、一第七反射面422、一缺边423。第四入光面410与第四出光面420平行。第一、第二部分41、42以第四反射面411、第六反射面421相结合，第四反射面411、第六反射面421分别仅于其部分区域镀有反射膜，用以使入射至镀膜区域的光束反射，且使入射至未镀膜区域的光束透射。缺边413、423是为节约材料的使用而在第一、第二部分41、42的一角截去部分材料后形成，且所截去部分以不影响复合棱镜4内部光路传输为限。该复合棱镜4设于第一、第二光收发单元11、12与准直透镜5之间，且设于第一、第二入射光束的共用光路中。所述复合棱镜4的基本参数为：a＝4mm、b＝4.828mm、＝45度、θ＝112.5度、β＝67.5度。

准直透镜5正对复合棱镜4的第四出光面420设置。该准直透镜5是针对HD-DVD规格所采用的较短波长的第一入射光束设计，其可将第一波长的第一入射光束转换成平行光束，而将本实施方式所示DVD规格所采用的第二波长的第二入射光束转换成近似平行光。

物镜8正对光盘设置，具有非球面结构，其也是针对HD-DVD规格所采用的波长、数值孔径(NA)设计。

请同时参阅图4及图5。波长选择片7位于物镜8与反射镜6之间，波长选择片7具有内圆区域A与外环区域B，内圆区域A可容许较短的第一波长及较长的第二波长的光束通过，外环区域B仅容许较短的第一波长的光束通过。

请再次参阅图1，读/写HD-DVD光盘时，第一光收发单元11的第一光源所的第一入射光束通过第一衍射元件21后从第一棱镜31的第一入光面310入射，并于第一反射面312、313发生两次反射。由于第一反射面312、313相互平行，因此，从第一出光面311出射的第一入射光束的出射方向与自第一入光面310入射的第一入射光束的入射方向一致。出射后的第一入射光束从第三棱镜33的第三入光面330入射至光路转换接口333。由于光路转换接口333设计为对第一波长的第一入射光束透射，而对第二波长的第二入射光束反射，所以第一入射光束从光路转换接口333透射，而后从第三出光面331出射。

从第三棱镜33出射的第一入射光束经由复合镜4的第四入光面410入射至第四反射面411。由于第四反射面411部分镀有反射膜，因而入射至第四反射面411的第一入射光束被第一次反射。经过第一次反射后的第一入射光束被镀有反射膜的第五反射面412第二次反射后到达第四反射面411、第六反射面421的相结合处。此时，由于第四反射面411、第六反射面421仅部分镀有反射膜而不会阻隔被第二次反射的第一入射光束。从而第一入射光束自该第四反射面411未镀反射膜区域透射至第四出光面420。

依据光的全反射原理，光从光密介质传输至光疏介质时，若入射角大于或等于全反射临界角C，则入射光在两种介质的接口发生全反射而不会透射出光密介质，反之，若入射角小于全反射临界角C，则入射光将透射出光密介质而进入光疏介质。因此，第一入射光束于该第四出光面420发生全反射(即第三次反射)。全反射临界角C可依据公式C＝arcsin(l/n)计算获得，式中n为光密介质之折射率。本实施方式的光密介质为复合棱镜，其折射率为n，依据上述公式及使第一入射光束自该第四反射面411透射至第四出光面420的入射角I大于全反射角C，从而可使第一入射光束在第四出光面420全反射而不透射出去。全反射后的第一入射光束在镀有反射膜的第七反射面422发生第四次反射后，在第六反射面421被第五次反射。在第六反射面421被第五次反射的第一入射光束再次入射至第四出光面420，由于此时入射角小于全反射角C从而再次入射至第四出光面420的第一入射光束得以从第四出光面420出射至准直透镜5。

从第四出光面420出射的第一入射光束被针对具有第一波长的第一入射光束设计的准直透镜5准直成平行光束。经过反射镜6反射至波长选择片7。波长选择片7具有内圆区域A与外环区域B，内圆区域A可容许较短的第一波长及较长的第二波长的光束通过，外环区域B仅容许较短的第一波长的光束通过。反射镜6反射后的第一入射光束全部通过波长选择片7，并由物镜8会聚成一光斑以从HD-DVD光盘上(未标示)读/写信息。从光盘表面反射的第一反射光束经由物镜7返回，其返回光路与入射光路基本相同。不同之处在于第一反射光束经过第一衍射元件21后被该第一衍射元件21折射，折射后的第一反射光束投射至第一光收发单元11上的第一检测器(图未示)，该第一检测器将光信号转换成电信号输出至相关电路。

由于第一入射光束及第一反射光束的光路中包含的各种光学组件的光学参数均参照HD-DVD规格设计，不会出现由于准直透镜、物镜造成的像差。同时，棱镜单元3及复合棱镜4在保证光路的总光程不变的情况下，缩短光收发单元11与准直透镜5之间的空间距离，从而有效地缩小使用该光学读/写系统100的装置的体积。

读/写DVD光盘时，第二光收发单元12的第二光源所发出的第二入射光束通过第二衍射元件22后从第二棱镜32的第二入光面320入射，并被具有非球面结构的第二出光面321第一次会聚。经过第一次会聚后的第二入射光束从第三棱镜33的第三入光面330入射，并于第三棱镜33的第三反射面332反射至光路转换接口333。光路转换接口333具有选择性，其对具有第一波长(如405nm)的第一入射光束透射，而对具有第二波长(如650nm)的第二入射光束反射。同时，由于第三反射面332与光路转换接口333平行，因而第二反射光束经过两次反射后其从第三出光面331出射的方向与从第三入光面330入射的方向一致。

经过第一次会聚并从第三棱镜33出射后的第二入射光束以与第一入射光束相似的光路通过复合棱镜4，然后入射至准直透镜5。由于准直透镜5之光学参数是针对波长较短(第一波长)的第一入射光束设计，因此其仅能将第二入射光束第二次会聚成近似平行光束。该近似平行的第二入射光束经由反射镜6反射至波长选择片7，由于波长选择片7之内圆区域A容许较短波长及较长波长(第二波长)的入射光束通过，外环区域B仅容许较短波长(第一波长)的入射光束通过。因而第二入射光束仅可从内圆区域A通过，而第二入射光束的外周部分光束被外环区域B所阻隔而不能通过。从内圆区域A通过的第二入射光束满足DVD规格的较小数值孔径，其入射至物镜8并由物镜8第三次会聚成一光斑从DVD光盘上读/写信息。从DVD光盘表面反射的第二反射光束经由物镜8返回，其返回光路与入射光路基本相同。不同之处在于第二反射光束经过第二衍射元件21后被该第二衍射元件21折射，折射后的第二反射光束投射至第二光收发单元12上的第二检测器(图未示)，该第二检测器将光信号转换成电信号输出至相关电路。

尽管第二入射光束与第一入射光束的光路中共享部分光学组件的光学参数均参照HD-DVD规格设计，然而第二入射光束经由第二棱镜32、准直透镜5及物镜8三次会聚，并利用波长选择片7以使第二入射光束满足DVD规格的数值孔径，从而可有效消除由于准直透镜、物镜不匹配所造成的像差。同时，利用棱镜单元3及复合棱镜4在保证光路的总光程不变的情况下，缩短缩短光收发单元11与准直透镜5之间的空间距离，进而有效地缩小使用该光学读/写系统100的装置的体积。

Claims (10)

1.一种光学读/写系统，其包括一第一光收发单元、一第二光收发单元、一准直透镜、一物镜和一复合棱镜，该第一光收发单元具有一用以发出第一波长的第一入射光束的第一光源；该第二光收发单元具有一用以发出第二波长之第二入射光束的第二光源，该第二波长大于第一波长；该准直透镜和物镜均具有与第一波长相对应的光学参数；该复合棱镜具有一第一部分、一第二部分，该第一、第二部分相对设置，第一部分具有四边形截面，其包括一第四入光面、一第四反射面及一第五反射面，该第二部分具有四边形截面，其包括一第四出光面、一第六反射面及一第七反射面，第一部分的第四入光面与第二部分的第四出光面平行，第一部分及第二部分通过第一部分的第四反射面与第二部分的第六反射面结合，第四反射面、第六反射面分别仅于其部分区域镀有反射膜，用以使入射至镀膜区域的光束反射，且使入射至未镀膜区域的光束透射，其特征在于：所述复合棱镜设于第一、第二光收发单元及准直透镜之间，且该入光面及出光面分别正对第一、第二入射光束及准直透镜设置，第一、第二入射光束在所述多个反射面反射后正对准直透镜出射；该光学读/写系统进一步包括一棱镜单元，该棱镜单元包括一第二棱镜，该第二棱镜设置在第二光收发单元与复合棱镜之间，该第二棱镜具有一第二入光面及一第二出光面，该第二出光面为非球面结构，该第二棱镜用于传输第二入射光束。

2.根据权利要求1所述的光学读/写系统，其特征在于：该第一部分的第四入光面与第四反射面成45度夹角，且与第五反射面成112.5度夹角，第一、第二入射光束从该第四入光面入射后在第四反射面反射，反射后的光束在第五反射面发生反射并输出至第二部分。

3.根据权利要求1所述的光学读/写系统，其特征在于：该第二部分的第六反射面与第四出光面成45度夹角，且与第七反射面成67.5度夹角，第一、第二入射光束透射至第四出光面并发生全反射，全反射后的光束先后在第七、第六反射面反射后自第四出光面输出至准直透镜。

4.根据权利要求1所述的光学读/写系统，其特征在于：该第四入光面平行于第四出光面，以使第一、第二入射光束自第四入光面入射之方向与自第四出光面出射之方向相同。

5.根据权利要求2所述的光学读/写系统，其特征在于：该第五反射面镀有反射膜。

6.根据权利要求3所述的光学读/写系统，其特征在于：该第七反射面镀有反射膜。

7.根据权利要求1所述的光学读/写系统，其特征在于：该棱镜单元进一步包括一第一棱镜及一第三棱镜，第一棱镜位于第一入射光束的光路中，第三棱镜位于第一、第二入射光束的共同光路中，该第一棱镜传输第一入射光束，并将其输出至第三棱镜，该第三棱镜将来自不同光路之第一、第二入射光束由同一位置输出。

8.根据权利要求7所述的光学读/写系统，其特征在于：该棱镜单元的第三棱镜进一步包括一个对于第一入射光束透射以及对于第二入射光束反射的光路转换接口。

9.根据权利要求1所述的光学读/写系统，其特征在于：该物镜具有非球面结构。

10.根据权利要求1所述的光学读/写系统，其特征在于：该光学读/写系统于靠近物镜处设置一波长选择片。

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