專利名稱：電潤濕光學(xué)開關(guān)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種可切換光學(xué)元件，具體但非排他性地涉及一種適用于掃描不同類型光學(xué)記錄載體的信息層的光學(xué)掃描裝置的可切換光學(xué)元件，以及包含這種元件的光學(xué)掃描裝置。
背景技術(shù)：
可以通過光學(xué)記錄載體信息層如光盤(CD)、傳統(tǒng)數(shù)字化視頻光盤(DVD)和所謂Blu-RayTM盤的形式來存儲數(shù)據(jù)。
近來，在藍(lán)光激光二極管出現(xiàn)以后，提出了Blu-RaTM盤，藍(lán)光激光二極管以明顯比用于對傳統(tǒng)DVD進(jìn)行讀或?qū)憯?shù)據(jù)的紅光激光二極管更短的波長發(fā)射光。因為藍(lán)光激光二極管的波長比更常用的紅光激光二極管短，藍(lán)光激光二極管可以在光盤上形成更小的光斑，從而Blu-RayTM盤的信息層軌道可以比傳統(tǒng)DVD更緊密地間隔，這意味著Blu-RayTM盤比傳統(tǒng)DVD具有更大存儲容量—通?？梢垣@得至少增加兩倍的存儲容量。
為了避免消費者不得不購買多種不同裝置來對特殊類型的光學(xué)記錄載體讀出或?qū)懭霐?shù)據(jù)，需要單一的光學(xué)掃描裝置能夠從多種不同格式的光學(xué)記錄載體再現(xiàn)數(shù)據(jù)。
不過，該目的不易于實現(xiàn)，因為不同記錄載體格式和相關(guān)的掃描裝置具有不同性質(zhì)。例如，CD是可使用的，尤其是，如CD-A(CD-音頻)，CD-ROM(CD-只讀存儲器)和CD-R(CD-可記錄)，并且設(shè)計成用大約785nm的激光波長和0.45的數(shù)值孔徑(NA)進(jìn)行掃描。另一方面，DVD設(shè)計成用650nm區(qū)域內(nèi)的激光波長進(jìn)行掃描，而Blu-RayTM盤設(shè)計成用405nm區(qū)域內(nèi)的激光波長進(jìn)行掃描。為了讀出DVD，通常使用0.6的NA，而為了寫入DVD，通常要求0.65的NA。
一個復(fù)雜因素是設(shè)計成在某一波長讀出的光盤常常不能在另一波長下可讀出。一個示例為CD-R，其中將特殊染料加入記錄堆中，以便在785nm波長下獲得高信號調(diào)制。在650nm波長下，來自光盤的信號的調(diào)制變得如此之小，這是由于在這一波長讀出的染料的波長靈敏度不是可行的。
在引入具有更高數(shù)據(jù)容量的新型記錄載體系統(tǒng)時，重要的是用于讀出和寫入的新裝置向后可兼容現(xiàn)有的記錄載體，以便獲得高的市場接受水平。從而，DVD系統(tǒng)必須包含785nm和650nm激光器，以便能讀出所有現(xiàn)有CD類型。同樣，能讀出所有CD，DVD和Blu-RayTM盤的系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)包含785nm激光器、650nm激光器和405nm激光器。
不同類型記錄載體的區(qū)別還在于其透明基底的厚度，其通常用作光盤數(shù)據(jù)載體層的保護(hù)層，結(jié)果，從記錄載體進(jìn)入面開始數(shù)據(jù)層的深度隨記錄載體類型而不同。例如，DVD的數(shù)據(jù)層深度為大約0.6mm，而CD的數(shù)據(jù)層深度為大約1.2mm。通常在光學(xué)掃描裝置的物鏡中補(bǔ)償輻射束穿過保護(hù)層時產(chǎn)生的球面像差。
作為不同類型記錄載體的這些不同性質(zhì)的結(jié)果，如果例如試圖用針對一種記錄載體優(yōu)化的光學(xué)掃描裝置，從另一種不同類型記錄載體讀出數(shù)據(jù)，則會存在問題。例如，如果使用針對一種類型載體介質(zhì)優(yōu)化的物鏡讀出另一種載體介質(zhì)，則會產(chǎn)生大量球面像差和不可忽略數(shù)量的球色差。該裝置可設(shè)有三個物鏡，一個物鏡針對一個波長。不過，這種解決方案相對昂貴。
從而更為可取的是提供一種具有單個光學(xué)物鏡的裝置，用于使用不同波長的激光輻射掃描多種不同類型光載體介質(zhì)。
國際專利申請WO 02/082437描述了這樣一種用于在光學(xué)掃描裝置內(nèi)所用的物鏡，用于從三種不同類型記錄載體中讀出數(shù)據(jù)。該透鏡具有設(shè)置于輻射束路徑內(nèi)的相位結(jié)構(gòu)。該相位結(jié)構(gòu)包括多個不同高度的相位元件，當(dāng)觀察外形時多個相位元件設(shè)置成一系列臺階。不同高度的相位元件是相關(guān)的，并設(shè)置成對用于讀出特定類型記錄載體的輻射束產(chǎn)生所需的波前修正。
WO 02/082437所述類型的系統(tǒng)提供了一種對于使用光學(xué)掃描裝置內(nèi)一個物鏡用相關(guān)的不同波長輻射束掃描三種不同類型光學(xué)記錄載體時所產(chǎn)生的問題的解決方案。不過，所包含的相結(jié)構(gòu)常常具有復(fù)雜性，相位元件具有很大范圍的不同高度。這種相結(jié)構(gòu)難以設(shè)計和制造成對于每個波長都能實現(xiàn)高光學(xué)效率。此外，其制造起來相對昂貴。
已經(jīng)提出了使用流體系統(tǒng)提供具有可變性質(zhì)光學(xué)元件的多種系統(tǒng)。
美國專利5,973,852描述了一種填充流體的可變放大率光學(xué)透鏡。該透鏡包括具有光學(xué)透明彈性薄膜的外殼，光學(xué)透明彈性薄膜設(shè)置在包含流體的腔室的一端上。使用泵組件將流體插入腔室中和從腔室抽出流體，從而薄膜相應(yīng)地有選擇地向外或向內(nèi)凸出成凸透鏡或凹透鏡形狀。國際專利申請WO 00/58763描述了一種基于電潤濕的系統(tǒng)，從而可改變兩種不同流體之間流體彎月面的曲率。其提出可使用該系統(tǒng)作為可變透鏡。
美國專利6,288,846描述了可在兩個不同離散狀態(tài)之間切換的流體系統(tǒng)，以提供不同的波前修正。當(dāng)系統(tǒng)處于其中一種狀態(tài)時，流體與波前修正器之間形成近似為零的折射率差，以便不改變輻射束。在該系統(tǒng)的另一狀態(tài)下，該折射率差是一個足夠大的數(shù)值，從而改變輻射束的路徑。使用流體控制系統(tǒng)切換流體系統(tǒng)。流體控制系統(tǒng)的例子包括手動或自動皮下注射器、蠕動泵、可壓縮球以及壓電、液壓或氣動激勵器。
美國專利6,408,112描述了一種光學(xué)開關(guān)，其包括容納于部件內(nèi)部的通道和腔室中的流體系統(tǒng)。設(shè)置于空腔中的壓電激勵器使液體轉(zhuǎn)移到通道中。在一個實施例中，液體流過包括菲涅耳透鏡形釋放結(jié)構(gòu)的波前修正器的表面。在一個實施例中，流體系統(tǒng)中兩種流體成分中的一種是氣體，當(dāng)流體移動到釋放結(jié)構(gòu)上面的位置時該氣體受到壓縮。不過，這種部件需要保持垂直取向以防止氣體處于系統(tǒng)中包含壓電泵的部分處。還披露了可使用兩種適當(dāng)?shù)囊后w。不過，一個缺點是切換過程的可靠性，特別是在使用釋放結(jié)構(gòu)時，流體并非完全平滑地流動。切換過程中對平滑流體流動的要求，還限制了切換速度。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種包括波前修正器的可切換光學(xué)元件，其可以通過一種可靠且有效的方式在至少第一與第二離散狀態(tài)之間切換。
根據(jù)本發(fā)明，提供一種具有第一離散狀態(tài)和不同的第二離散狀態(tài)的可切換光學(xué)元件，該元件包括a)包括第一流體與不同的第二流體的流體系統(tǒng)；
b)具有一表面的波前修正器；以及c)流體系統(tǒng)開關(guān)，其作用于流體系統(tǒng)上以便在該元件的第一和第二離散狀態(tài)之間切換，其中，當(dāng)該元件處于第一離散狀態(tài)時，波前修正器的表面被第一流體充分覆蓋，并且當(dāng)該元件處于第二離散狀態(tài)時，波前修正器的表面被第二流體充分覆蓋，其特征在于所述流體系統(tǒng)開關(guān)包括通過施加電潤濕力而作用于流體系統(tǒng)上的電極結(jié)構(gòu)；并且電壓控制系統(tǒng)，其用于控制施加給該電極結(jié)構(gòu)的電壓，以便在該元件的第一與第二離散狀態(tài)之間切換。
通過使用電板結(jié)構(gòu)和其相關(guān)的電壓控制系統(tǒng)，以便通過施加電潤濕力而在第一與第二離散狀態(tài)之間切換，提供了一種改進(jìn)的流體切換系統(tǒng)，從而可由不同流體有選擇地覆蓋波前修正器的表面。可使用電潤濕力來改變波前修正器表面上或鄰近其表面的表面的可潤濕性，從而分別為流體提供有效的排斥或吸引力，因而保證相對較快和可靠地切換。通過切換潤濕程度，便于從波前修正器的表面上去除一種流體，并將另一種流體放置在波前修正器的表面上。
最好，該流體系統(tǒng)設(shè)置成以一種循環(huán)方式在第一與第二狀態(tài)之間轉(zhuǎn)變。由此，即使兩流體包括兩種不同液體，也能無需運動部件即可實現(xiàn)切換。
本發(fā)明的可切換光學(xué)元件可以包含在用于掃描三種不同光學(xué)記錄載體的適當(dāng)光學(xué)掃描裝置中，每種記錄載體需要使用具有不同波長的輻射束。用于提供預(yù)定波前修正的波前修正器的表面可以形成為易于且有效制造的簡單結(jié)構(gòu)。
提供本發(fā)明的可切換光學(xué)元件的不同離散狀態(tài)，其中不同流體彼此分別具有不同折射率，從而為波前修正器的設(shè)計帶來額外的自由度，在此情形中相位結(jié)構(gòu)適用于不止一種的輻射束波長。波前修正器在每種離散狀態(tài)下為預(yù)定波長的輻射束提供預(yù)定的波前修正。由下式給出在給定的輻射束波長λ下，具有折射率n的材料所制成的波前修正器表面的突起的臺階高度h，其中覆蓋波前修正器表面的流體的折射率為ns
Φ=2πh(n-ns)λ---(1)]]>從而，當(dāng)給定輻射束的波長改變時，波前修正器表面的突起所實現(xiàn)的波前修正也發(fā)生改變。此外，當(dāng)通過改變覆蓋波前修正器表面的流體而改變折射率ns時，波前修正器表面所實現(xiàn)的波前修正也發(fā)生改變。從而，可僅僅地對具有所讀出記錄載體類型專用的不同波長的輻射束進(jìn)行不同的期望波前修正。
根據(jù)參照附圖僅通過例子給出的本發(fā)明優(yōu)選實施例的下述描述，顯然可得出本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點。
圖1和2表示根據(jù)本發(fā)明一個實施例，可切換光學(xué)元件在處于第一離散狀態(tài)時分別沿線A-A和B-B的示意剖面圖；圖3和4表示圖1和2的可切換光學(xué)元件在處于第二離散狀態(tài)時分別沿線C-C和D-D的示意剖面圖；圖5表示包括根據(jù)本發(fā)明一個實施例的可切換光學(xué)元件的光學(xué)掃描裝置的示意圖；圖6、7和8示意地表示根據(jù)本發(fā)明不同實施例的不同波前修正器的高度輪廓和近似的波前修正；圖9和10表示根據(jù)本發(fā)明另一實施例的可切換光學(xué)元件在處于第一離散狀態(tài)時分別沿線E-E和F-F的示意剖面圖；圖11和12表示圖9和10中所示的可切換光學(xué)元件在處于第二離散狀態(tài)時分別沿線G-G和F-F的示意剖面圖；圖13和14表示根據(jù)本發(fā)明不同實施例的波前修正器的示意高度輪廓，以及對于每個輻射束近似的波前修正；以及圖15至18表示根據(jù)本發(fā)明另一實施例的可切換光學(xué)元件在處于四個不同離散狀態(tài)時的示意剖面圖。
具體實施例方式
參照圖1到4，根據(jù)本發(fā)明的可切換光學(xué)元件的一個實施例包括腔室20，通過腔室的兩個開口22、23流體性連接到具有兩個相對端部的導(dǎo)管24。腔室的第一開口22與導(dǎo)管的第一端流體性連接，腔室的第二開口23與導(dǎo)管的第二端流體性連接，從而為流體系統(tǒng)形成流體密封的包圍。腔室20的一側(cè)被波前修正器26包圍，并具有暴露于腔室20內(nèi)部的表面28。波前修正器由透明材料，例如聚碳酸酯形成。波前修正器的表面28包括突起30形狀的固體釋放結(jié)構(gòu)，其在波前修正器28的表面上形成一系列彼此平行設(shè)置的間隔線性脊。本實施例中波前修正器28表面的突起30的設(shè)置形成線性光學(xué)衍射光柵。圖1到4示意地表示具有相等高度突起30的光柵。不過，突起彼此之間可為不同的高度。此外，放大了突起的尺寸；在優(yōu)選實施例中，突起的高度為1μm的量級。另外，正如從下面的描述所能了解到的，還可以提供圓形同心衍射光柵和非周期性相位結(jié)構(gòu)，其中突起是環(huán)形的或者至少形成環(huán)形部分。
腔室20還被蓋板36包圍，蓋板36是由透明材料例如聚碳酸酯形成的平面元件。蓋板36在疏水流體接觸層32中被覆蓋，其是透明的，且由例如DuPontTM(杜邦)制造的TeflonTM(特富龍)AF1600形成。該疏水流體接觸層32的一個表面暴露于腔室20的內(nèi)部。第一電潤濕電極34處于蓋板36與疏水流體接觸層32之間。該第一電潤濕電極34形成為透明導(dǎo)電材料板，例如氧化銦錫(ITO)。在流體接觸層32與第一電潤濕電極34之間可以形成由例如聚對二甲苯基構(gòu)成的絕緣層(未示出)。注意，第一電潤濕電極34具有與波前修正器表面28的一系列脊30所占據(jù)的區(qū)域完全重疊的工作區(qū)。疏水流體接觸層32具有與波前修正器表面28的一系列脊30完全重疊的表面區(qū)域。
導(dǎo)管24形成在導(dǎo)管壁41與蓋板40之間。蓋板被其一個表面暴露于導(dǎo)管24內(nèi)部的疏水流體接觸層38所覆蓋，疏水流體接觸層由例如AF1600TM形成。第二電潤濕電極40處于蓋板42與疏水流體接觸層38之間。該電極由導(dǎo)電材料，如氧化銦錫(ITO)構(gòu)成。注意，第二電潤濕電極40具有與導(dǎo)管24的大部分內(nèi)部重疊的表面區(qū)域。
所包圍的流體系統(tǒng)包括第一流體44和第二流體46。第一流體44包括具有預(yù)定折射率的水性導(dǎo)電流體，例如鹽水。第二流體包括油基電絕緣流體，例如硅油。在本發(fā)明的該實施例中，第一流體44和第二流體46都是液體。第一流體44和第二流體46在兩個流體彎月面48、49處彼此接觸。
在如圖1和2中所示可切換光學(xué)元件的第一離散狀態(tài)下，第一流體44充分地填充腔室20和一部分導(dǎo)管24。通過充分填充，表明第一流體與波前修正器28表面的至少大部分突起30相接觸。在該狀態(tài)下，第一流體與腔室中疏水流體接觸層32的至少大部分暴露表面接觸。此外，存在由例如金屬形成的、設(shè)置在靠近腔室一個開口22的導(dǎo)管24中的公共的第三電極50，其在兩種狀態(tài)下都與第一流體44填充的導(dǎo)管的部分相接觸。在該元件的第一離散狀態(tài)下，第二流體46充分填充導(dǎo)管24，除了第一流體44所填充的與公共的第三電極50相接觸的部分以外。
在如圖3和4中所示可切換光學(xué)元件的第二離散狀態(tài)下，第一流體44充分填充導(dǎo)管24。在該第二離散狀態(tài)下，第一流體44繼續(xù)與設(shè)置于導(dǎo)管中上述部分的公共第三電潤濕電極50相接觸。此時，第一流體44與導(dǎo)管的疏水流體接觸層38接觸。此時，第二流體46充分填充腔室20，使第二流體46與波前修正器28的表面的突起30、以及腔室的疏水流體接觸層32的暴露表面接觸。此外，第二流體46填充導(dǎo)管24的一部分。該部分的導(dǎo)管24處于公共第三電極50所處位置的相對端。
第一電極34、第二電極40和第三電極50形成電潤濕電板結(jié)構(gòu)，其與電壓控制系統(tǒng)(未示出)一起形成流體系統(tǒng)開關(guān)。該流體系統(tǒng)開關(guān)作用在所述的包括第一流體44和第二流體46的流體系統(tǒng)上，以便在可切換光學(xué)元件的所述第一與第二離散狀態(tài)之間進(jìn)行切換。在該元件的第一離散狀態(tài)下，適當(dāng)值的外加電壓V1施加于第一電潤濕電極34和公共第三電極50上。外加電壓V1提供電潤濕力，使得本發(fā)明的可切換光學(xué)元件趨于采取第一離散狀態(tài)，其中導(dǎo)電的第一流體44移動以充分填充腔室20。作為外加電壓V1的結(jié)果，腔室20的疏水流體接觸層32暫時變成實質(zhì)上至少相對而言是親水性的，從而有助于優(yōu)選第一流體44來充分填充腔室20?？梢栽O(shè)想，在第一離散狀態(tài)下，第二電潤濕電極40與公共第三電極50上沒有施加電壓，從而導(dǎo)管中的流體接觸層保持相對高的疏水性。
為了在可切換光學(xué)元件的第一離散狀態(tài)與第二離散狀態(tài)之間切換，流體系統(tǒng)開關(guān)的電壓控制系統(tǒng)切斷外加電壓V1，并在第二電潤濕電極40和公共第三電極50上施加適當(dāng)值的第二外加電壓V2。此外，可以設(shè)想，第一電潤濕電極34與公共第三電極50上施加的電壓V1被切斷，從而第一電潤濕電極34和公共第三電極50上沒有施加電壓。
此時可切換光學(xué)元件處于第二離散狀態(tài)，其中由于外加電壓V2提供的電潤濕力，導(dǎo)致第一流體44充分填充導(dǎo)管24。通過外加電壓V2，導(dǎo)管24的疏水流體接觸層38此時至少相對而言是親水的，并且趨向于吸引第一流體44。第一流體44移動以填充導(dǎo)管24中設(shè)有公共第三電極50的部分。如前面所述，此時第二流體46充分填充腔室20。腔室20的疏水流體接觸層32此時相對而言是高度疏水的，有助于使第二流體處于第二離散狀態(tài)。
在該元件的第一與第二離散狀態(tài)之間轉(zhuǎn)變期間，由于流體系統(tǒng)開關(guān)所控制的，流體系統(tǒng)的第一流體44和第二流體46以一種循環(huán)方式通過流體系統(tǒng)流動，每種流體相互置換。在從第一向第二離散狀態(tài)轉(zhuǎn)變過程中的這種循環(huán)流體流動下，第一流體44從腔室20流出，通過腔室的一個開口22進(jìn)入導(dǎo)管24的一端。同時，第二流體46通過腔室的另一開口23從導(dǎo)管24的另一端進(jìn)入腔室20中。在從第二向第一離散狀態(tài)的轉(zhuǎn)變過程中，發(fā)生相反的循環(huán)流體流動。
因而，當(dāng)從第一離散狀態(tài)變成第二離散狀態(tài)時，第二電潤濕電極40和公共第三電極50上的外加電壓V2將導(dǎo)電的第一流體44吸引到腔室20中，從而將電絕緣的第二流體46置換到腔室20的外部。此外，腔室20的疏水流體接觸層32將導(dǎo)電的第一流體44從腔室20排斥到導(dǎo)管24中。在這些方面，從第二向第一離散狀態(tài)的轉(zhuǎn)變與從第一向第二離散狀態(tài)的轉(zhuǎn)變相反。
圖5示意地表示用于掃描光學(xué)記錄載體信息層的光學(xué)掃描裝置，在本例中光學(xué)記錄載體為光盤。光學(xué)掃描裝置包括根據(jù)本發(fā)明一個實施例的可切換光學(xué)元件，其與上面參照圖1到4所描述的類似。
光學(xué)記錄載體1包括透明層2，在其一側(cè)上設(shè)置至少一個信息層3。該載體可包括多個設(shè)置在不同深度上的信息層，通過保護(hù)層4保護(hù)信息層背離透明層的一側(cè)內(nèi)部不受環(huán)境的影響。透明層面對裝置的一側(cè)為盤進(jìn)入面5。透明層2作為光盤的基底，為信息層提供機(jī)械支撐?；蛘撸该鲗?可以具有保護(hù)信息層3的唯一功能，而由信息層另一側(cè)上的層，例如由保護(hù)層4或者由另一信息層和與最上部信息層相連的透明層提供機(jī)械支撐。
信息可以以設(shè)置于圖1中未示出的大致平行的、同心或螺旋軌道中的光學(xué)可檢測標(biāo)記的形式存儲到光盤的信息層3中。標(biāo)記可以為任何光學(xué)可讀出形式，例如凹坑形式，或者具有反射系數(shù)或磁化方向與其周圍不同的區(qū)域的形式，或者這些形式的組合。
掃描裝置包括輻射源系統(tǒng)6，其包括可調(diào)諧半導(dǎo)體激光器或三個分離的半導(dǎo)體激光器。發(fā)射出第一、第二或第三預(yù)定波長的輻射束7。輻射束的第一、第二和第三預(yù)定波長對應(yīng)于光學(xué)掃描裝置所掃描的不同類型的光學(xué)記錄載體1。例如，第一預(yù)定波長λ1為405nm，對應(yīng)于Blu-RayTM盤；第二波長λ2為650nm，用于掃描DVD；第三波長λ3為785nm，對應(yīng)于CD。預(yù)定波長的輻射束是發(fā)散的，且朝向透鏡系統(tǒng)發(fā)射。透鏡系統(tǒng)包括準(zhǔn)直透鏡8、根據(jù)本發(fā)明的可切換光學(xué)元件9和沿光軸11設(shè)置的物鏡10。準(zhǔn)直透鏡8將輻射源系統(tǒng)6發(fā)射出的預(yù)定波長的發(fā)散輻射束7轉(zhuǎn)變成基本準(zhǔn)直的光束12。下面進(jìn)一步描述的本發(fā)明可切換光學(xué)元件9修正了準(zhǔn)直輻射束12的波前，波前修正是所讀出的記錄載體的類型專用的。物鏡10將入射的波前經(jīng)過修正的輻射束15轉(zhuǎn)變成具有選定數(shù)值孔徑(NA)的會聚束13，會聚束13在信息層3上形成焦斑14。設(shè)置檢測系統(tǒng)16、第二準(zhǔn)直透鏡17和分束器18，以便在攜帶信息的輻射束19中檢測數(shù)據(jù)信號，并且控制包括聚焦誤差信號的信號，其用于機(jī)械調(diào)節(jié)物鏡10的軸向位置。
可切換光學(xué)元件9的波前修正器的表面具有精確的設(shè)計和結(jié)構(gòu)，從而當(dāng)該元件處于其選定的一個離散狀態(tài)時，對于特定波長的準(zhǔn)直輻射束12施加預(yù)定的波前修正，這對所掃描的記錄載體類型是專用的。現(xiàn)在將詳細(xì)描述可切換光學(xué)元件的另一實施例。
在本發(fā)明一個實施例中，波前修正器表面的突起構(gòu)成圓形衍射光柵。波前修正器由折射率為n＝1.6的聚碳酸酯材料形成，第一流體是折射率為n水＝1.350的鹽水，第二流體是折射率為n油＝1.393的硅油。
下面的示例說明對于λ1輻射束選擇零階衍射，對于λ2和λ3輻射束選擇一階衍射的衍射光柵的設(shè)計。波前修正器的突起是環(huán)形的，且在作為波前修正器表面的徑向分布而觀察時形成一系列等寬度區(qū)域。每個區(qū)域包括多個徑向子區(qū)域。每個區(qū)域中子區(qū)域的排列相類似，從而臺階構(gòu)成了規(guī)則的重復(fù)相位結(jié)構(gòu)。選擇每個臺階的高度，使得其對于λ1輻射束引入2π整數(shù)倍的相位改變(Φ)，以便帶來平坦的波前修正。對于發(fā)生2π相位改變的λ1輻射束，臺階的適當(dāng)高度取決于可切換光學(xué)元件選擇使用的離散狀態(tài)。對于其中波前修正器的表面被第一流體覆蓋的第一離散狀態(tài)，高度的基本單位為
而對于其中表面被第二流體覆蓋的第二離散狀態(tài)，為
表I列表顯示出對于λ1、λ2和λ3輻射束的每一個，產(chǎn)生2π相位改變的臺階高度的基本單位。表II列表顯示出分別在第一和第二離散狀態(tài)的每一個狀態(tài)下，對于λ2和λ3輻射束，h油405或h水405(1.620μm)的臺階高度引入的相位改變(Φ)。
表I
表II
從這些表格可以看出，當(dāng)對于每個輻射束使用該元件的相同離散狀態(tài)時，λ3輻射束的相位改變近似為π。從而，在此情況下對于λ3輻射束僅有兩個基本上不同的相位改變臺階是可能的，使得難以設(shè)計出相對簡單且產(chǎn)生高效率一階衍射的光柵。不過，當(dāng)對于三個輻射束使用該元件的不同離散狀態(tài)時，這種設(shè)計是可能的。考慮對于λ1和λ2輻射束兩者，該元件用于第二離散狀態(tài)下，而對于λ3輻射束，該元件用于第一離散狀態(tài)下。
表III列表表示出當(dāng)該元件用在所述的不同離散狀態(tài)下時，對于λ2和λ3輻射束，mh油405的臺階高度引起的相位改變，其中m為臺階高度整數(shù)。
表2
表3
基于表1中的數(shù)據(jù)的變焦透鏡的結(jié)構(gòu)圖與圖1給出的類似。在這個基于表1中數(shù)據(jù)的變焦透鏡中，第一個透鏡單元1具有正折射率，并且在變焦和調(diào)焦期間相對于像平面是固定的。第二個透鏡單元2具有負(fù)折射率，并且通過沿光軸移動而產(chǎn)生可變折射率的效果。第三個透鏡單元3由正透鏡和負(fù)透鏡構(gòu)成，并且整體上具有正折射率。第四個透鏡單元4是由負(fù)透鏡和正透鏡構(gòu)成的，整體上具有負(fù)折射率，并且在變焦和調(diào)焦期間相對于像平面是固定的。第五個透鏡單元5具有正折射率，并且通過將它沿著光軸移動，由變焦和調(diào)焦而第五個透鏡似為炫耀光柵鋸齒分布52。在該分布中每一臺階的中心處，相位修正等于鋸齒分布52在該位置的數(shù)值。通過對于輻射束λ3，使用其中該波前修正器表面被第一流體覆蓋的元件的第一離散狀態(tài)，并且對于λ1和λ2輻射束，使用其中波前修正器的表面被第二流體覆蓋的第二離散狀態(tài)，從而對于λ1，λ2和λ3輻射束的每一個都實現(xiàn)高效率。
表V給出了本發(fā)明另一實施例的詳細(xì)內(nèi)容，其包括采用6個子區(qū)域的衍射光柵，其中對于λ1，λ2和λ3輻射束的每一個效率甚至更高。
表V
未按照比例繪出的圖7表示本發(fā)明另一實施例的衍射光柵其中一個區(qū)域的分布。通過與上述實施例相同的方式，波前修正器表面的突起為沿徑向設(shè)置的、且在圍繞該元件的光軸排列的徑向區(qū)域中間隔開的同心臺階。所產(chǎn)生的波前修正具有臺階狀分布，當(dāng)該元件處于第二離散狀態(tài)下對于λ2輻射束，當(dāng)該元件處于第一離散狀態(tài)時對于λ3輻射束，其近似為炫耀光柵鋸齒分布54。在該分布的每個臺階的中心處，相位修正等于鋸齒分布54在該位置的數(shù)值。
可以設(shè)想本發(fā)明的其他可能實施方式，其中波前修正器表面的突起形成衍射光柵。下面給出根據(jù)一般設(shè)計考慮進(jìn)行的設(shè)置。
在這些實施例中，臺階高度h的基本單位對波長λa的輻射束引入0或2π整數(shù)倍的相位改變，并且對于波長為λb和λc的其他兩個輻射束，相位改變相同或者至少相似。令na為第一離散狀態(tài)下覆蓋波前修正器表面的第一流體的折射率，nb為第二離散狀態(tài)下覆蓋波前修正器表面的第二流體的折射率，n為波前修正器的折射率。為了使臺階高<p>表10
通過與利用圖2到5所描述的上述實施例相類似的方式，波前修正器的表面57包括突起58，在本實施例中其構(gòu)成圍繞處于表面57的零半徑處的中點59設(shè)置的一系列同心圓形臺階。當(dāng)以剖面分布圖觀察時，如圖10和12中所示，突起58為設(shè)置成非周期性結(jié)構(gòu)(NPS)的臺階，從中點59開始沿徑向方向設(shè)置突起，使得突起并非規(guī)則重復(fù)的圖案間隔。圖10和12示意地表示NPS，突起58具有相等高度。不過，通常突起彼此之間具有不同高度，每個突起的高度通過臺階高度的共同基本單位相關(guān)。此外，夸大了突起的高度；在優(yōu)選實施例中，該高度具有1μm的量級，且突起之間的距離為100μm的量級。
通過與利用圖1到4所描述的本發(fā)明上述實施例相類似的方式，可切換光學(xué)元件可在兩個離散狀態(tài)之間切換，其中第一流體144與第二流體146設(shè)置得不同。在第一離散狀態(tài)下，如圖9和10中所示，在第一電潤濕電極134與公共第三電極150上施加外加電壓V3。該外加電壓V3的數(shù)值選擇為適于引起該元件從第二離散狀態(tài)切換到第一離散狀態(tài)的數(shù)值。第二電潤濕電極140與公共第三電極150上沒有施加電壓。在可切換光學(xué)元件的該實施例的第二離散狀態(tài)下，如圖11和12中所示，在第二電潤濕電極140與公共第三電極150上施加外加電壓V4。該外加電壓V4的數(shù)值選擇為適于引起該元件從第一離散狀態(tài)切換到第二離散狀態(tài)的數(shù)值。第一電潤濕電極134與公共第三電極150上沒有施加電壓。
現(xiàn)在將描述可切換光學(xué)元件的另一實施例，其中波前修正器的表面為非周期性相位結(jié)構(gòu)(NPS)。將要描述的每一個進(jìn)一步實施方式中的波前修正器表面的特定結(jié)構(gòu)對應(yīng)于多個不同預(yù)定波長的輻射束上所希望的不同預(yù)定波前修正，每種修正對于所掃描的不同種類記錄載體而言是專用的。
在本發(fā)明另一實施例中，可切換光學(xué)元件包括NPS，波前修正器由折射率為n＝1.6的聚碳酸酯材料形成，第一流體為折射率為1.350的鹽水，第二流體為折射率為1.4的硅油。使用所有不同的波長λ1＝405nm、λ2＝650nm和λ3＝785nm的三個不同輻射束。
下面的示例說明對于λ1和λ2輻射束提供平坦波前修正，對于λ3輻射束提供近似球面像差波前修正的NPS的設(shè)計。波前修正器表面上的突起形成為臺階，從而其對于λ1輻射束引入2π或其整數(shù)倍的相位改變。對于發(fā)生2π相位改變的λ1輻射束，NPS臺階高度的基本單位取決于該元件選擇使用的離散狀態(tài)。對于其中波前修正器表面被第一流體覆蓋的第一離散狀態(tài)，高度的基本單位為
對于其中表面被第二流體覆蓋的第二離散狀態(tài)，為
表VII列表表示出對于λ1，λ2和λ3輻射束中的每一個，產(chǎn)生2π相位改變的臺階高度。表VIII列表表示出在第一和第二離散狀態(tài)的每一個狀態(tài)下，h油405(2.025μm)或h水405(1.620μm)的臺階高度分別對λ2和λ3輻射束引入的相位改變(Φ)。
表VII
表VIII
從這些表格可以看出，當(dāng)對于每個輻射束利用該元件的相同離散狀態(tài)時，λ3輻射束的相位跳變近似為π。從而，在此情形中對于λ3輻射束僅存在兩個明顯不同的相位改變是可能的，使得難以設(shè)計出對于λ3輻射束產(chǎn)生至少大致球面波前修正的相對簡單的NPS。不過，當(dāng)對于三個輻射束使用該元件的不同離散狀態(tài)時，可進(jìn)行這種設(shè)計。考慮對于λ1輻射束該元件用于第一離散狀態(tài)，并且對于λ2和λ3輻射束該元件用于第二離散狀態(tài)的情形。
表III
表III表示對于λ2和λ3輻射束，所引入的相位改變近似相同。從而有8個不同臺階高度，其都可以用于將類似的波前修正引入λ2和λ3輻射束中。
例如Damman型衍射光柵結(jié)構(gòu)可設(shè)計為對于λ1輻射束選擇零階衍射，并且對于λ2和λ3輻射束近似化鋸齒形炫耀光柵。由于具有表III所描述的結(jié)構(gòu)，對于λ2和λ3輻射束引入的相位改變近似相同，可設(shè)計出對于λ2和λ3輻射束都選擇一階衍射的衍射光柵結(jié)構(gòu)。
表IV給出具有四個徑向子區(qū)域的衍射光柵區(qū)域的分布，對于λ2和λ3輻射束都表現(xiàn)出高效率。
表IV
未按照比例繪出的圖6表示表IV中詳細(xì)給出的本發(fā)明實施例的衍射光柵的一個區(qū)域的分布。在本實施例中，波前修正器表面的突起為徑向地設(shè)置、且在圍繞元件光軸排列的徑向區(qū)域中間隔開的同心臺階。所產(chǎn)生的波前修正具有臺階狀分布，其對于λ2和λ3輻射束兩者近<p>未按照比例繪出的圖13表示表X中詳細(xì)說明的NPS的分布，并表示NPS臺階的相對高度，其隨著距該元件光軸(零半徑)的徑向距離而變。此外表示出所產(chǎn)生的λ2輻射束的近似平坦的波前修正60，并且所產(chǎn)生的波前修正具有近似了λ3輻射束的散焦結(jié)合了球面像差分布62的臺階狀分布，用處于第二離散狀態(tài)的元件實現(xiàn)兩種波前修正。在該分布的每個臺階的中心處，相位調(diào)節(jié)等于分布62在該位置處的數(shù)值。
由于可將元件設(shè)置在不同離散狀態(tài)帶來額外的設(shè)計自由度，可設(shè)計出在NPS相位結(jié)構(gòu)各臺階之間僅具有相對較小高度差的簡單NPS，從而使波前修正器表面的制造過程明顯地更加容易。
在本發(fā)明另一實施例中，其中可切換光學(xué)元件包括NPS，波前修正器由折射率n＝1.6的聚碳酸酯材料形成，第一流體為折射率為n＝1.344的鹽水，第二流體是折射率為n＝1.393的硅油。在本例中，使用波長λ1＝405nm，λ2＝650nm和λ3＝785nm的三個輻射束。
對于發(fā)生2π相位改變的λ1輻射束，NPS臺階高度的基本單位取決于該元件選擇使用的離散狀態(tài)。對于波前修正器的表面被第一流體覆蓋的第一離散狀態(tài)，高度的基本單位為
對于表面被第二流體覆蓋的第二離散狀態(tài)，為
表XI列表表示對于每個離散狀態(tài)，產(chǎn)生2π相位改變的臺階高度。表XII列表表示出，對λ2和λ3輻射束，h油405(1.957μm)或h水405(1.582μm)的臺階引入的相位改變(Φ)。
表XI
表XII
從這些表格可以看出，當(dāng)對于每個輻射束該元件處于相同離散狀態(tài)時，對于λ3輻射束相位改變波前修正差近似為π。從而，在此情形中可能僅有兩個明顯不同的相位改變，使得難以設(shè)計出對于λ3輻射束產(chǎn)生至少近似地球面波前修正的簡單NPS。不過，當(dāng)對于三個輻射束在不同離散狀態(tài)下使用該元件時，這種簡單的設(shè)計是可能的?？紤]到這種情況，其中對于λ1和λ2輻射束在第二離散狀態(tài)下使用該元件，對于λ3輻射束在第一離散狀態(tài)下使用該元件。
表XIII列表表示出當(dāng)在所述不同離散狀態(tài)下使用該元件時，對于λ2和λ3輻射束，整數(shù)mh405油的臺階高度所引起的相位改變，其中m為臺階高度整數(shù)。
表XIII
表XIII表示對于λ2和λ3輻射束所引起的相位改變基本相同。各種臺階高度至少提供了八個明顯不同的相位改變可能性。
下面的表XIV給出了具有23個徑向區(qū)域的NPS說明，其對于λ2度h對于波長為λb和λc的兩個輻射束引入至少近似相同的相位改變，則λbn-na≈λcn-nb---(4)]]>由此得出，nb基本上等于(優(yōu)選處于0.05內(nèi)，更優(yōu)選處于0.025內(nèi))nb=n+λcλb(na-n)---(5)]]>未按照比例繪出的圖8表示根據(jù)本發(fā)明另一實施例的衍射光柵的分布。通過與上述實施例類似的方式，波前修正器表面的臺階形突起為沿徑向設(shè)置、且在圍繞光軸排列的徑向區(qū)域中間隔開的同心臺階，如表VI詳細(xì)給出的。在本實施例中，第二流體的折射率與形成波前修正器的材料的折射率相匹配。例如，波前修正器材料，例如環(huán)狀烯烴共聚物(COC)具有的折射率為n＝1.535，第一流體如鹽水具有的折射率為n水＝1.350，第二流體如油具有的折射率為n＝1.535。對于λ1和λ2，波前修正器的表面被第二流體覆蓋，對于λ3表面被第一流體覆蓋。從而對于λ1和λ2輻射束，波前修正器表面的衍射光柵的二元臺階是不可見的，并引入平坦的波前修正。對于λ3輻射束，波前修正具有臺階狀分布，在波前修正器的表面被第一流體覆蓋時，其近似為炫耀光柵鋸齒分布56。在該分布的每個臺階的中心處，相位修正等于鋸齒分布56在該位置的數(shù)值。
表IV
圖9到12示意地表示本發(fā)明可切換光學(xué)元件的另一實施例，適于包含在前面參照圖5描述的光學(xué)掃描裝置中。本發(fā)明該實施例的許多特征與利用圖1到4描述的本發(fā)明上述實施例的特征相似。在此用數(shù)值。應(yīng)當(dāng)注意，在距離NPS的中心更遠(yuǎn)的徑向區(qū)域處，對于λ2和λ3輻射束，不同的波前修正趨于合并，從而它們近似相同。
可以設(shè)想可切換NPS的其他可能實施方式。其根據(jù)下面給出的一般設(shè)計考慮來設(shè)計。
在這些實施例中，臺階高度h的基本單位對于波長為λa的輻射束引入了0或2π整數(shù)倍的相位改變，且對于波長為λb和λc的其他兩個輻射束引入相同或至少相似的相位改變。令na為在該元件的第一離散狀態(tài)下覆蓋波前修正器表面的流體的折射率，nb為在第二離散狀態(tài)下覆蓋波前修正器表面的流體的折射率，n為波前修正器的折射率。為了使臺階高度h對于波長為λb和λc的兩個輻射束引入至少近似相同的相位改變λbn-na≈λcn-nb---(10)]]>由此得出，nb基本上等于(優(yōu)選處于0.05內(nèi)，更優(yōu)選處于0.025內(nèi))nb=n+λcλb(na-n)---(11)]]>圖15，16，17和18表示分別處于第一、第二、第三和第四離散狀態(tài)的本發(fā)明的另一實施例。圖15至18中的每一個為示意性側(cè)剖圖。本發(fā)明該實施例的元件與圖1到4和圖9到12所示本發(fā)明上述實施例的部件相類似。從而此處用相同附圖標(biāo)記、增加200表示這些元件，并且前面的描述此處也適用。
除了波前修正器226的表面228以外，本發(fā)明該實施例的波前修正器226具有第二表面68。與波前修正器228的第一表面相類似，波前修正器的第二表面68包括包含突起70的固體釋放結(jié)構(gòu)。當(dāng)以分布圖觀察時，這些突起70處于波前修正器的第二表面68的表面上。本實施例中突起70為形成圍繞波前修正器表面68的中心點排列的一系列同心和圓形臺階的臺階，臺階的寬度彼此不同。突起的這種排列按照與使用圖9到12描述的上述實施例相類似的方式形成NPS?；蛘撸黄?0可通過與上述本發(fā)明實施例相類似的方式形成衍射光柵。
正如對于本發(fā)明上述實施例所述的，突起70的排列設(shè)計為，對于特定波長的給定輻射束、且在該元件的選定離散狀態(tài)下執(zhí)行預(yù)定的波前修正。
波前修正器226的第二表面68暴露于與第一腔室20具有相類似結(jié)構(gòu)的第二腔室72的內(nèi)部。其包括被疏水流體接觸層74覆蓋的透明蓋板78，其優(yōu)選是透明的且由AF1600TM形成，其一個表面暴露于第二腔室72的內(nèi)部。在蓋板78與疏水流體接觸層74之間設(shè)有第四電潤濕電極76。該第四電潤濕電極76優(yōu)選由透明導(dǎo)電材料，如氧化銦錫(ITO)形成。與本發(fā)明上述實施例相類似，第四電潤濕電極76具有與波前修正器226第二表面68的突起70的設(shè)置完全重疊的工作區(qū)域。疏水流體接觸層74優(yōu)選還與第二表面68的突起70的設(shè)置重疊。
本發(fā)明該實施例還包括與導(dǎo)管224的結(jié)構(gòu)相類似的第二導(dǎo)管80，如上述實施例所述。由導(dǎo)管80由壁和蓋板80構(gòu)成，其被疏水流體接觸層82和第五電潤濕電極84覆蓋，并且導(dǎo)管包括第六公共電極(未示出)。
按照與第一腔室220同第一導(dǎo)管224的流體連接相類似的方式，第二腔室72與第二導(dǎo)管80流體性連接，使得產(chǎn)生了保持第二流體系統(tǒng)的流體密封包圍。在本發(fā)明該實施例中，第二流體系統(tǒng)對于被第一腔室220和第一導(dǎo)管224包圍的流體系統(tǒng)具有相類似的性質(zhì)，并包括第一流體244和第二流體246。第一流體244和第二流體246與本發(fā)明上述實施例的第一和第二流體相類似，并且在與第一流體系統(tǒng)的流體彎月面48、49相似的兩個流體彎月面(未示出)處彼此接觸?；蛘撸诙黧w系統(tǒng)的兩種流體可以包括一種或多種與第一流體244和第二流體246相同或不同的流體。
通過施加不同電壓以便將第一流體244和第二流體246設(shè)置于兩個腔室220、72和兩個導(dǎo)管224、80內(nèi)，本發(fā)明的可切換光學(xué)元件可以處于四個離散狀態(tài)，如圖15，16，17和18中分別表示出的。在這些離散狀態(tài)下第一流體244和第二流體246的設(shè)置與本發(fā)明上述實施例的光學(xué)元件的第一和第二離散狀態(tài)具有相類似的性質(zhì)。
通過與本發(fā)明上述實施例相類似的方式，第一電潤濕電極234、第二電潤濕電極240、第四電潤濕電極76和第五電潤濕電極84，與公共的第三和第六電極(未示出)分別地一起形成電潤濕電極結(jié)構(gòu)，其與電壓控制系統(tǒng)(未示出)一起形成流體系統(tǒng)開關(guān)。通過施加必要的電壓，該流體系統(tǒng)開關(guān)使本發(fā)明該實施例的元件可處于不同的離散狀態(tài)，以便根據(jù)選定的離散狀態(tài)設(shè)置第一流體244和第二流體246。與本發(fā)明上述實施例相類似，在離散狀態(tài)之間轉(zhuǎn)變過程中，該元件的兩個流體系統(tǒng)的流體通過一種循環(huán)方式流動。
在本發(fā)明該實施例中，兩個腔室220、72彼此之間沒有互相連接，而是使用兩個分離的流體系統(tǒng)。可以設(shè)想作為本發(fā)明另一種實施方式，單一流體系統(tǒng)通過一種循環(huán)方式在兩個腔室220、72之間流動，而非流入分離的導(dǎo)管中。因此，在本實施例中，每個腔室用作另一腔室的導(dǎo)管。
注意，在上述實施例中，忽略了折射率隨波長的改變。不過，這種改變一般相對較小。在這種改變不可忽略時，通過適當(dāng)修正波前修正器的設(shè)計，可以將該影響考慮在內(nèi)。
上述實施例中所描述的設(shè)置用于減小三種不同波長的不同輻射束其中至少之一的波前像差，使用單一物鏡系統(tǒng)掃描不同類型光學(xué)記錄載體。不使用可切換光學(xué)元件，采取均方根(RMS)值的至少一個波前像差將處于可接受的70mλ限度之上，而使用可切換光學(xué)元件，可將這種像差減小到小于70mλ。
通過本發(fā)明示例理解上述實施方式?？深A(yù)見到本發(fā)明的其他實施方式。
在本令另一預(yù)想到的實施方式中，由雙折射材料形成波前修正器。在本實施例中，對于某一波長的給定輻射束進(jìn)行的預(yù)定波前修正還取決于輻射束的偏振態(tài)。從而，對于具有不同偏振態(tài)的輻射束可進(jìn)行不同的預(yù)定波前修正。
在本發(fā)明另一預(yù)想到的實施方式中，該元件的流體系統(tǒng)的其中一種流體包括液晶材料。在此情形中，暴露于腔室內(nèi)部的至少一個表面包括配向?qū)印Ｔ诒緦嵤├?，其中流體系統(tǒng)的另一流體并非液晶材料，可以在提供非雙折射單元或連續(xù)可變液晶單元的元件的兩個離散狀態(tài)之間切換，用于對給定輻射束進(jìn)行波前修正。
作為本發(fā)明另一預(yù)想到的實施方式，選擇波前修正器表面上突起的高度，使得在所選擇的離散狀態(tài)下，對于兩個不同波長的輻射束，波前修正為2π的整數(shù)倍。這就產(chǎn)生平坦的波前修正。用于其余輻射束的波前修正是不同的，且由突起的高度以及所選擇使用的離散狀態(tài)決定。
在本發(fā)明另一實施例中，選擇波前修正器表面上突起的高度，使得在一種選定的離散狀態(tài)下，對于所有三個輻射束波前修正為2π的整數(shù)倍。這就對于所有三個輻射束產(chǎn)生平坦的波前修正。不過，通過對于一個輻射束切換離散狀態(tài)，產(chǎn)生選定的波前修正。
在本發(fā)明多個所述實施例中，第一流體或第二流體的折射率可以選擇為等于構(gòu)成波前修正器的材料的折射率，從而在波前修正器的表面上產(chǎn)生零折射率差。結(jié)果，在該元件的所述折射率差為零的適當(dāng)離散狀態(tài)下，對于某一波長的至少一個輻射束進(jìn)行平坦的波前修正。當(dāng)該元件處于折射率差不再為零的另一離散狀態(tài)時，對于不同波長的輻射束進(jìn)行不同的波前修正。
在上述實施例中，每種流體為液體形式?；蛘?，可用氣體或蒸汽成分取代油成分。
在所述實施例中，電潤濕電極和疏水流體接觸層設(shè)置在靠近波前修正器表面的一個表面上?；蛘?，或除此以外，對應(yīng)的電潤濕電極和疏水流體接觸層可以形成在波前修正器表面的至少一部分上。這將有助于在切換過程中從波前修正器的表面上去除一種流體，并將另一種流體設(shè)置在波前修正器的表面上。此外，盡管電極和疏水流體接觸層僅形成在上述實施例的導(dǎo)管的一個壁上，這些裝置還可形成在導(dǎo)管的兩個、三個或所有壁上，以便有助于校正切換期間流體的流動。
在上述實施例中，該元件設(shè)置成在切換過程中進(jìn)行循環(huán)流體流動。或者，流體流動可以發(fā)生在與腔室連接的兩個分離的容器之間。通過加壓裝置如壓電泵激勵器，可以有助于這種流體流動。
在本發(fā)明上述實施例中，將波前修正器表面的突起設(shè)置成以便形成例如衍射光柵或非周期性相位結(jié)構(gòu)(NPS)。另外，對于本發(fā)明上述實施例，突起的排列具有圍繞波前修正器表面的徑向中點的旋轉(zhuǎn)對稱性?？深A(yù)想到波前修正器表面突起的其他結(jié)構(gòu)，其中將突起據(jù)此成形以便產(chǎn)生預(yù)定的波前修正。波前修正器表面突起的結(jié)構(gòu)也不限于圍繞波前修正器表面的徑向中點的旋轉(zhuǎn)對稱性。此外，波前修正器不必包括突起；波前修正器可以例如為平滑球面或球形透鏡表面、或者包括鏡柵的平坦表面的形式。波前修正器可以工作于反射而非折射模式。
應(yīng)當(dāng)理解，與任何一個實施例有關(guān)的任何上述特征可單獨使用，或者可以與所述的其他特征組合使用，并且還可以與任何其他實施例或者任何其他實施例的組合的一個或多個特征組合使用。此外，在不偏離所附權(quán)利要求限定的本發(fā)明范圍的條件下，還可以采用上面沒有描述的等效方式和變型。
權(quán)利要求
1.一種具有第一離散狀態(tài)和不同的第二離散狀態(tài)的可切換光學(xué)元件，該元件包括a)包括第一流體和不同的第二流體的流體系統(tǒng)；b)具有表面的波前修正器；以及c)流體系統(tǒng)開關(guān)，其作用于流體系統(tǒng)以便在該元件的第一與第二離散狀態(tài)之間切換，其中，當(dāng)該元件處于第一離散狀態(tài)時，波前修正器的表面被第一流體充分覆蓋，并且當(dāng)該元件處于第二離散狀態(tài)時，波前修正器的表面被第二流體充分覆蓋，其特征在于所述流體系統(tǒng)開關(guān)包括電極結(jié)構(gòu)，設(shè)置為通過施加電潤濕力而作用于流體系統(tǒng)；和電壓控制系統(tǒng)，設(shè)置用于控制施加給所述電極結(jié)構(gòu)的電壓，以便在該元件的第一與第二離散狀態(tài)之間切換。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可切換光學(xué)元件，其中第一流體是導(dǎo)電的，第二流體是電絕緣的。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的可切換光學(xué)元件，其中第一流體和第二流體兩者都是液體。
4.根據(jù)前面任一權(quán)利要求所述的可切換光學(xué)元件，其中所述電極結(jié)構(gòu)包括具有工作區(qū)域的第一電極，并且其中波前修正器的表面和第一電極的工作區(qū)域設(shè)置為基本重疊的結(jié)構(gòu)。
5.根據(jù)前面任一權(quán)利要求所述的可切換光學(xué)元件，其中所述電極結(jié)構(gòu)包括第一電極，第二電極和公共的第三電極，所述電壓控制系統(tǒng)用于在該元件的第一和第二離散狀態(tài)其中至少一個狀態(tài)下，不同地向第一和第二電極施加電壓。
6.根據(jù)前面任一權(quán)利要求所述的可切換光學(xué)元件，包括腔室，波前修正器的表面處于其中，和導(dǎo)管，該導(dǎo)管具有兩個端部，每個端部在分離的位置處與腔室流體性連接，其中該元件設(shè)置成在該元件的第一與第二離散狀態(tài)之間轉(zhuǎn)變過程中，發(fā)生循環(huán)流體流動，使得流體從腔室經(jīng)由所述兩端中的一端進(jìn)入導(dǎo)管，并且流體從導(dǎo)管經(jīng)由所述兩端中的另一端進(jìn)入腔室中。
7.根據(jù)前面任一權(quán)利要求所述的可切換光學(xué)元件，其中波前修正器的表面包括一個或多個突起，該突起被設(shè)置成當(dāng)該元件處于所述第一與第二離散狀態(tài)其中之一時，對于預(yù)定波長的給定輻射束提供預(yù)定的波前修正。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的可切換光學(xué)元件，其中所述突起圍繞光軸同心地設(shè)置。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的可切換光學(xué)元件，其中所述突起是線性的且彼此平行設(shè)置。
10.根據(jù)權(quán)利要求7、8或9所述的可切換光學(xué)元件，其中所述突起構(gòu)成衍射光柵。
11.根據(jù)權(quán)利要求7、8或9所述的可切換光學(xué)元件，其中所述突起在橫穿所述表面的方向上形成非周期性臺階狀分布。
12.根據(jù)前面任一權(quán)利要求所述的可切換光學(xué)元件，包括第二波前修正器表面，該元件具有與第二表面相關(guān)的第三和第四離散狀態(tài)，和包括第三流體和不同的第四流體的第二流體系統(tǒng)，其中當(dāng)該元件處于第三離散狀態(tài)時，第二表面被第三流體充分覆蓋，并且當(dāng)該元件處于第四離散狀態(tài)時，第二表面被第四流體充分覆蓋，其中電壓控制系統(tǒng)設(shè)置為控制施加給所述電極結(jié)構(gòu)的電壓，以便在該元件的第三和第四離散狀態(tài)之間切換。
13.根據(jù)前面任一權(quán)利要求所述的可切換光學(xué)元件，其中波前修正器包括雙折射材料。
14.根據(jù)前面任一權(quán)利要求所述的可切換光學(xué)元件，其中第一和/或第二流體包括液晶材料。
15.一種用于掃描信息層的光學(xué)掃描裝置，該裝置包括根據(jù)前面任一權(quán)利要求所述的可切換光學(xué)元件，所述光學(xué)掃描裝置包括a)用于發(fā)射第一預(yù)定波長的第一輻射束和第二預(yù)定波長的第二輻射束的輻射源系統(tǒng)，以及b)用于將輻射束會聚到相應(yīng)信息層上的物鏡系統(tǒng)，其中當(dāng)該元件處于第一離散狀態(tài)時，對第一輻射束提供第一預(yù)定波前修正，并且當(dāng)該元件處于第二離散狀態(tài)時，對第二輻射束提供第二預(yù)定波前修正元件。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的光學(xué)掃描裝置，其中第一預(yù)定波前修正至少接近于球面像差和/或散焦。
17.根據(jù)權(quán)利要求15或16所述的光學(xué)掃描裝置，其中第二預(yù)定波前修正至少是近似平坦的。
18.根據(jù)權(quán)利要求15所述的光學(xué)掃描裝置，其中所述輻射源系統(tǒng)適于發(fā)射第三預(yù)定波長的第三輻射束，其中當(dāng)該元件處于第二狀態(tài)時，對第三輻射束提供第三預(yù)定波前修正。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的光學(xué)掃描裝置，其中第三預(yù)定波前修正要么至少是近似平坦的，要么至少接近于球面像差和/或散焦。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種具有第一離散狀態(tài)和不同的第二離散狀態(tài)的可切換光學(xué)元件。該元件包括包含第一流體(44)和不同的第二流體(46)的流體系統(tǒng)；具有一表面(28)的波前修正器(26)；以及流體系統(tǒng)開關(guān)，其作用于流體系統(tǒng)上，以便在該元件的第一與第二離散狀態(tài)之間切換。當(dāng)該元件處于第一離散狀態(tài)時，波前修正器(26)的表面(28)被第一流體(44)充分覆蓋。當(dāng)該元件處于第二離散狀態(tài)時，波前修正器的表面被第二流體(46)充分覆蓋。該流體系統(tǒng)包括電極結(jié)構(gòu)，該電極結(jié)構(gòu)設(shè)置為通過施加電潤濕力而作用于流體系統(tǒng)上；以及電壓控制系統(tǒng)，用于控制施加給該電板結(jié)構(gòu)的電壓，以便在該元件的第一與第二離散狀態(tài)之間切換。
文檔編號G11B7/135GK1682142SQ03822170
公開日2005年10月12日 申請日期2003年9月12日 優(yōu)先權(quán)日2002年9月19日
發(fā)明者B·H·W·亨德李克斯, S·庫伊佩 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司