專利名稱：光束整形裝置及使用該裝置的光學(xué)記錄/再現(xiàn)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光束整形裝置，尤其涉及一種用于光學(xué)記錄/再現(xiàn)裝置的光束整形裝置。
背景技術(shù)：
光盤作為存儲介質(zhì)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域中，并且隨著信息產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，其存儲容量正在不斷地增加，存儲密度也隨之增大。
如圖1所示，其為一現(xiàn)有的光學(xué)記錄/再現(xiàn)裝置示意圖。該光學(xué)記錄/再現(xiàn)裝置10包括一光源102，其所發(fā)射之光束經(jīng)過一準(zhǔn)直透鏡104后形成平行光。所述平行光經(jīng)過一分光元件106后入射至一物鏡108，隨后被物鏡108聚焦于光盤110上。光盤110反射入射的光束；反射光束經(jīng)過物鏡108后到達分光元件106；分光元件106對入射的光束反射使其至聚焦透鏡112，聚焦透鏡112對其聚焦后將其投射至光束探測裝置114，光束探測裝置114將探測到的光信號轉(zhuǎn)換為電信號進行后續(xù)處理以生成再現(xiàn)信號。
邊發(fā)射型半導(dǎo)體激光器經(jīng)常被用作光學(xué)記錄/再現(xiàn)裝置的光源。然而，在邊發(fā)射型半導(dǎo)體激光器中，工作物質(zhì)由于發(fā)生受激輻射所產(chǎn)生的能量在出射方向上形成激光縱模TEMq，在其截面方向上形成激光橫模TEMmn。由于邊發(fā)射型半導(dǎo)體激光器的工作物質(zhì)諧振腔的截面長度和寬度一般并不相等，因此邊發(fā)射型半導(dǎo)體激光器所發(fā)出的激光的截面形狀一般為橢圓形，其光強度分布也不均勻。
如圖2所示，其為一邊發(fā)射型半導(dǎo)體激光器及其所發(fā)出光束的結(jié)構(gòu)示意圖。對于這種橢圓形光束來說，由于其在長軸方向和短軸方向上的發(fā)散程度不同，對其進行聚焦所需的光學(xué)系統(tǒng)的會聚程度也就不同，當(dāng)這種光束被用于光學(xué)變換時，其所形成的聚焦斑點便不理想。因此，人們通常會使用一個光束整形裝置將上述的橢圓形光束轉(zhuǎn)變?yōu)榻孛嫘螤顬閳A形(如圖中陰影部分所示)、光強度分布均勻的光束，從而有利于光學(xué)變換。
基于此，出現(xiàn)了采用孔徑角為激光的短軸方向最大發(fā)射角的準(zhǔn)直透鏡來進行整形的方法，這種透鏡僅僅接收以橢圓光束短軸為半徑的圓形區(qū)域內(nèi)的光，由此可得到截面形狀為圓形的光束。這種透鏡會將激光的長軸方向上超出短軸的那部分光能量損失，光束的利用效率不高。

發(fā)明內(nèi)容有鑒于此，有必要提供一種光束利用效率高的光束整形裝置。
此外，還有必要提供一種具有光學(xué)整形裝置的光學(xué)記錄/再現(xiàn)裝置。
一種光束整形裝置，包括一第一光學(xué)元件及一第二光學(xué)元件，所述第一光學(xué)元件與所述第二光學(xué)元件同光軸設(shè)置。所述第一光學(xué)元件具有一第一復(fù)合光學(xué)面，所述第二光學(xué)元件具有一第二復(fù)合光學(xué)面；所述第一復(fù)合光學(xué)面可對橢圓光束的長軸方向進行會聚，使其在長軸方向的發(fā)散角小于在短軸方向的發(fā)散角；所述第二復(fù)合光學(xué)面可對橢圓光束的長軸方向進行擴展，使得經(jīng)所述第一光學(xué)元件變換后的光束再經(jīng)過所述第二光學(xué)元件變換之后，其長軸方向的發(fā)散角與短軸方向的發(fā)散角相等。
上述光學(xué)整形裝置的進一步改進所述第一復(fù)合光學(xué)面包括一凸起弧面及兩個第一柱狀衍射表面，所述第二復(fù)合光學(xué)面包括一凹陷弧面及兩個第二柱狀衍射表面。所述二第一柱狀衍射表面設(shè)于所述凸起弧面的兩側(cè)；所述二第二柱狀衍射表面設(shè)于所述凹陷弧面的兩側(cè)。
一種光學(xué)記錄/再現(xiàn)裝置，包括一光源、一上述光束整形裝置、一物鏡及一光接收元件。所述光源發(fā)出一橢圓光束，所述光束整形裝置用于將該橢圓光束整形成為圓形光束，所述物鏡用于將所述圓形光束聚焦至光學(xué)記錄介質(zhì)上，所述光接收元件用于接收由所述光學(xué)記錄介質(zhì)反射的光束。
相較于現(xiàn)有技術(shù)，所述光束整形裝置對橢圓光束在長軸方向上進行會聚，利用了全部的入射光束，提高了光束的利用效率。
進一步地，所述光束整形裝置利用衍射結(jié)構(gòu)減小其在長軸方向上的發(fā)散角，衍射結(jié)構(gòu)具有較高的光束透過率，從而光束整形裝置的光束透過率提高。
使用所述光束整形裝置的所述光學(xué)記錄/再現(xiàn)裝置光束的利用效率高，這樣可以不必使用大功率的光源，從而降低了成本。

圖1為一現(xiàn)有的光學(xué)記錄/再現(xiàn)裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為一邊發(fā)射半導(dǎo)體激光器及其所發(fā)出的橢圓光束的示意圖。
圖3為本發(fā)明一較佳實施方式的光束整形裝置的立體視圖。
圖4為圖3所示的光束整形裝置的羽狀淺裂紋理單位的階數(shù)與其光透過率的關(guān)系示意圖。
圖5為圖3所示的光束整形裝置在橢圓光束的短軸方向上對光束進行變換的光路結(jié)構(gòu)示意圖。
圖6為圖3所示的光束整形裝置在橢圓光束的長軸方向上對光束進行變換的光路結(jié)構(gòu)示意圖。
圖7為利用圖3所示的光束整形裝置的光學(xué)記錄/再現(xiàn)裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式如圖3所示，其揭示本發(fā)明光束整形裝置的一個較佳實施方式的結(jié)構(gòu)示意圖。該光束整形裝置40包括同光軸設(shè)置的第一、第二柱形光學(xué)透鏡42、44，且第一、第二柱形光學(xué)透鏡42、44的鏡軸相互平行。
第一柱形光學(xué)透鏡42具有相對的兩個表面，分別為第一平面422及第一復(fù)合光學(xué)面424。第二柱形光學(xué)透鏡44也具有相對的兩個表面，分別為第二平面442及第二復(fù)合光學(xué)面444。第一柱形光學(xué)透鏡42的第一復(fù)合光學(xué)面424與第二柱形光學(xué)透鏡44的第二平面442相鄰設(shè)置。
第一復(fù)合光學(xué)面424在近光軸處具有一凸起弧面426，在凸起弧面426的兩側(cè)的遠光軸處分別具有一第一柱狀衍射表面430。每個第一柱狀衍射表面430具有一系列第一羽狀淺裂紋理單位436，并且這些第一羽狀淺裂紋理單位436的寬度沿著遠離第一柱形光學(xué)透鏡42的光軸的方向逐漸變小。
每一個第一羽狀淺裂紋理單位436具有一第一齒尖面432及一第一齒槽面434，這些第一齒尖面432與第一齒槽面434相互交錯排列形成第一柱狀衍射表面430。第一齒尖面432面向凸起弧面426設(shè)置，且沿著與第一平面422大致垂直的方向從第一柱形光學(xué)透鏡42向外延伸；第一齒槽面434則面向相反的方向設(shè)置，且其靠近光軸的一端與其相鄰的第一齒尖面432的相對于第一柱形光學(xué)透鏡的外部一端相接，遠離光軸的一端與另一端相鄰的第一齒尖面432的相對于第一柱形光學(xué)透鏡42的根部一端相接，且第一齒槽面434相對于該兩個第一齒尖面432的相應(yīng)兩端之間的連接面稍稍凸起。從而，當(dāng)光束經(jīng)過第一柱狀衍射表面430時，被這些第一羽狀淺裂紋理單位436衍射并會聚。由波動光學(xué)理論，這些第一羽狀淺裂紋理單位436的階數(shù)越高，其透光率越高。
第二復(fù)合光學(xué)面444在近光軸處具有一凹陷弧面446，在凹陷弧面446的兩側(cè)的遠光軸處分別具有一第二柱狀衍射表面450。每個第二柱狀衍射表面450具有一系列第二羽狀淺裂紋理單位456，并且這些第二羽狀淺裂紋理單位456的寬度沿著遠離第二柱形光學(xué)透鏡44的光軸的方向逐漸變小。
每個第二羽狀淺裂紋理單位456也具有一第二齒槽面452及一第二齒尖面454，這些第二齒槽面452與第二齒尖面454相互交錯排列形成第二柱狀衍射表面450。第二齒尖面454面向凹陷弧面446設(shè)置，且沿著與第二平面442大致垂直的方向從第二柱形光學(xué)透鏡44向外延伸；第二齒槽面452則面向相反的方向設(shè)置，且其靠近光軸的一端與其相鄰的第二齒尖面454的相對于第二柱形光學(xué)透鏡44的根部一端相接，遠離光軸的一端與另一端相鄰的第二齒尖面454的相對于第二柱形光學(xué)透鏡44的外部一端相接，且該第二齒槽面452相對于該兩相鄰的第二齒尖面454的相應(yīng)兩端的連接面稍稍凹陷。從而，當(dāng)光束經(jīng)過第二柱狀衍射表面450時，被這些第二羽狀淺裂紋理單位456衍射并發(fā)散。由波動光學(xué)理論，這些第二羽狀淺裂紋理單位456階數(shù)越高，其透光率越高。
如圖4所示，其為第一、第二羽狀淺裂紋理單位436、456的階數(shù)與其透光率的關(guān)系圖?？梢姰?dāng)階數(shù)為3階時，其透光率已達到60％以上。
如圖5所示，其所示為該光束整形裝置40在沿橢圓短軸方向上對橢圓光束52的變化光路圖。當(dāng)該光束整形裝置40被用于光束整形時，其第一、第二柱形光學(xué)透鏡42、44的鏡軸被設(shè)為與橢圓光束的短軸方向平行。
光束整形裝置40的第一、第二柱形光學(xué)透鏡42、44的鏡軸沿著短軸方向設(shè)置。通過這樣的設(shè)置，可以使得第一、第二柱形光學(xué)透鏡42、44的光學(xué)結(jié)構(gòu)在光束的短軸方向的投影形狀不發(fā)生變化。當(dāng)光束經(jīng)過第一柱形光學(xué)透鏡42、第二柱形光學(xué)透鏡44時，在光束的短軸方向上并不會受到變化的光學(xué)結(jié)構(gòu)的作用，僅僅會由于經(jīng)過一折射率不同的介質(zhì)而發(fā)生折射，而其在短軸方向的發(fā)散程度卻不會發(fā)生變化。這樣，光束從第二復(fù)合光學(xué)面444出射后，仍然相當(dāng)于是直接從光源所發(fā)射出來的光束。
如圖6所示，其為該光束整形裝置40在沿橢圓長軸方向上對橢圓光束52的變化光路圖。橢圓光束52由第一平面422進入第一柱形光學(xué)透鏡42，并由第一復(fù)合光學(xué)面424出射。在出射過程中，到達第一復(fù)合光學(xué)面424的凸起弧面426的部分光束在長軸方向上被直接會聚；而落在兩側(cè)第一柱狀衍射表面430的部分光束在長軸方向上則被衍射會聚。最終，由第一復(fù)合光學(xué)面424出射的光束54相對于橢圓光束52其在長軸方向上的發(fā)散角度較小。
會聚光束54經(jīng)由第二平面442進入第二柱形光學(xué)透鏡44，并由第二復(fù)合光學(xué)面444出射。到達第二復(fù)合光學(xué)面444的凹陷弧面446的部分光束被直接發(fā)散；而落在兩側(cè)第二柱狀衍射表面450的部分光束則被衍射發(fā)散。最終由第二復(fù)合光學(xué)面444出射的光束56為一發(fā)散光束，但是該光束56的發(fā)散角則減小到與橢圓光束52在短軸方向的發(fā)散角相等。
圖中虛線所示為經(jīng)過第一、第二柱狀光學(xué)透鏡42、44變換后，光束在長軸方向上相當(dāng)于是直接從光源發(fā)射所發(fā)出。整體光束從第二柱狀光學(xué)透鏡44的第二復(fù)合光學(xué)面444出射后，其在長軸方向上和短軸方向上的發(fā)散程度相同，使得出射的光束的截面形狀為一圓形。
如圖7所示，其為利用本發(fā)明的光學(xué)整形裝置的光學(xué)記錄/再現(xiàn)裝置。該光學(xué)記錄/再現(xiàn)裝置70包括一光源72、該光束整形裝置40、一準(zhǔn)直透鏡74、一光路改變元件76、一物鏡78、一聚焦透鏡84以及一光接收元件86。光源72發(fā)出的橢圓光束722經(jīng)光束整形裝置40后形成截面形狀為圓形的光束724。該光束724依次經(jīng)過準(zhǔn)直透鏡74、光路改變元件76、物鏡78后到達光學(xué)記錄介質(zhì)82。由于光束的截面形狀為圓形，因此光束在經(jīng)過物鏡聚焦后在光學(xué)記錄介質(zhì)上所形成的光點十分精細(xì)，可以得到分辨率極高的光點。經(jīng)光學(xué)記錄介質(zhì)82反射的光束沿原路返回經(jīng)物鏡78到達光路改變元件76，經(jīng)光路改變元件76轉(zhuǎn)向后射向聚焦透鏡84，最后光束經(jīng)由聚焦透鏡84聚焦后被光接收元件86接收以進行后續(xù)處理。
由于采用了光束整形裝置40，該光學(xué)記錄/再現(xiàn)裝置可將光源72所發(fā)出的光能量最大限度地利用，避免了能量的損失，提高了光利用效率，同時其在光學(xué)記錄介質(zhì)上所形成的光點十分精細(xì)，可以用以記錄/讀取更高記錄密度的光學(xué)記錄介質(zhì)。
權(quán)利要求
1.一種光束整形裝置，其特征在于所述光束整形裝置包括一第一光學(xué)元件及一第二光學(xué)元件，所述第一光學(xué)元件與所述第二光學(xué)元件同光軸設(shè)置；所述第一光學(xué)元件具有一第一復(fù)合光學(xué)面，所述第二光學(xué)元件具有一第二復(fù)合光學(xué)面，所述第一復(fù)合光學(xué)面可對橢圓光束的長軸方向進行會聚，使其在長軸方向的發(fā)散角小于在短軸方向的發(fā)散角；所述第二復(fù)合光學(xué)面可對橢圓光束的長軸方向進行擴展，使得經(jīng)所述第一光學(xué)元件變換后的光束再經(jīng)過所述第二光學(xué)元件變換之后，其長軸方向的發(fā)散角與短軸方向的發(fā)散角相等。
2.如權(quán)利要求1所述的光束整形裝置，其特征在于所述第一光學(xué)元件、第二光學(xué)元件分別為柱形光學(xué)透鏡，所述第一柱形光學(xué)透鏡、第二光學(xué)透鏡的鏡軸方向相互平行。
3.如權(quán)利要求1所述的光束整形裝置，其特征在于所述第一復(fù)合光學(xué)面包括一凸起弧面及二第一柱狀衍射表面，所述二第一柱狀衍射表面設(shè)于所述凸起弧面的兩側(cè)。
4.如權(quán)利要求3所述的光束整形裝置，其特征在于所述第一柱狀衍射表面具有一系列第一羽狀淺裂紋理單位。
5.如權(quán)利要求4所述的光束整形裝置，其特征在于所述第一羽狀淺裂紋理單位各具有一第一齒尖面及一第一齒槽面，所述第一齒尖面與所述第一齒槽面相互間隔并交錯設(shè)置。
6.如權(quán)利要求4所述的光束整形裝置，其特征在于所述第一羽狀淺裂紋理單位的寬度由所述第一光學(xué)元件的中間向兩側(cè)逐漸變小。
7.如權(quán)利要求1所述的光束整形裝置，其特征在于所述第二復(fù)合光學(xué)面包括一凹陷弧面及二第二柱狀衍射表面，所述二第二柱狀衍射表面設(shè)于所述凹陷弧面的兩側(cè)。
8.如權(quán)利要求7所述的光束整形裝置，其特征在于所述第二柱狀衍射表面具有一系列第二羽狀淺裂紋理單位。
9.如權(quán)利要求8所述的光束整形裝置，其特征在于所述第二羽狀淺裂紋理單位各具有一第二齒尖面及一第二齒槽面，所述第二齒尖面與所述第二齒槽面相互間隔并交錯設(shè)置。
10.如權(quán)利要求8所述的光束整形裝置，其特征在于所述第二羽狀淺裂紋理單位的寬度由所述第二光學(xué)元件的中間向兩側(cè)逐漸變小。
11.如權(quán)利要求1所述的光束整形裝置，其特征在于所述第一光學(xué)元件還具有一第一平面，所述第二光學(xué)元件還具有一第二平面，所述第一復(fù)合光學(xué)面與所述第二平面相鄰設(shè)置。
12.一種光學(xué)記錄/再現(xiàn)裝置，包括一光源、一物鏡及一光接收元件，其特征在于所述光學(xué)記錄/再現(xiàn)裝置還包括如權(quán)利要求1至7中任一項所述的一光束整形裝置，所述光源發(fā)出一橢圓光束，所述光束整形裝置用于將所述橢圓形光束轉(zhuǎn)變?yōu)閳A形光束，所述物鏡用于將所述圓形光束聚焦至光學(xué)記錄介質(zhì)上，所述光接收元件用于接收由所述光學(xué)記錄介質(zhì)反射的光束。
全文摘要
一種光束整形裝置，包括一第一光學(xué)元件及一第二光學(xué)元件，該第一光學(xué)元件與第二光學(xué)元件同光軸設(shè)置。第一光學(xué)元件具有一第一復(fù)合光學(xué)面，第二光學(xué)元件具有一第二復(fù)合光學(xué)面，第一復(fù)合光學(xué)面可對橢圓光束的長軸方向進行會聚，使其在長軸方向的發(fā)散角小于在短軸方向的發(fā)散角；第二復(fù)合光學(xué)面可對橢圓光束的長軸方向進行擴展，使得經(jīng)該第一光學(xué)元件變換后的光束再經(jīng)過第二光學(xué)元件變換之后，其長軸方向的發(fā)散角與短軸方向的發(fā)散角相等。本發(fā)明還提供一種利用該光束整形裝置的光學(xué)記錄/再現(xiàn)裝置。
文檔編號G11B7/135GK1953070SQ20051010056
公開日2007年4月25日 申請日期2005年10月21日 優(yōu)先權(quán)日2005年10月21日
發(fā)明者孫文信 申請人:鴻富錦精密工業(yè)(深圳)有限公司, 鴻海精密工業(yè)股份有限公司