專利名稱：具有不依賴偏振的相位結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的光學(xué)設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種包括相位結(jié)構(gòu)的光學(xué)掃描設(shè)備，該相位結(jié)構(gòu)預(yù)定在光學(xué)掃描設(shè)備的不同操作模式中使用。
本發(fā)明與對光盤進(jìn)行記錄和從其進(jìn)行讀取的光盤設(shè)備特別相關(guān)，該光盤設(shè)備例如是CD、DVD和/或藍(lán)光盤(BD)記錄器和播放器。
背景技術(shù)：
日本專利申請JP-A-2001209966描述了一種光學(xué)掃描設(shè)備，它能在各種不同的操作模式中工作。在第一模式中，該光學(xué)掃描設(shè)備預(yù)定以具有第一波長的第一射束掃描第一信息載體。在第二模式中，該光學(xué)掃描設(shè)備預(yù)定以具有第二波長的第二射束掃描第二信息載體。在第三模式中，該光學(xué)掃描設(shè)備預(yù)定以具有第三波長的第三射束掃描第三信息載體。由于第一、第二和第三信息載體的覆蓋層厚度的差異，在這種光學(xué)掃描設(shè)備中會產(chǎn)生球面像差。為了補償該球面像差，使用了一種相位結(jié)構(gòu)。根據(jù)所選擇的模式，該相位結(jié)構(gòu)必須以不同方式工作，以產(chǎn)生不同數(shù)量的球面像差。為此目的，該相位結(jié)構(gòu)包含一種液晶材料，作為所選模式的函數(shù)，它能通過施加電場而被切換。相位結(jié)構(gòu)的設(shè)計和電場的施加的選擇方式是使該相位結(jié)構(gòu)對于第一射束形成零級衍射射束，而對于第二和第三射束中的每一個則形成較高級的衍射射束。
這種光學(xué)掃描設(shè)備使用偏振光。為此目的，在產(chǎn)生射束的輻射源和將該射束聚焦在信息載體上的物鏡之間設(shè)置一個偏振分束器。由于該相位結(jié)構(gòu)產(chǎn)生球面像差，所以在相位結(jié)構(gòu)和物鏡之間能夠允許的偏心量是小的。因此，該相位結(jié)構(gòu)必須安裝在致動器上，所述致動器用于在跟蹤期間移動物鏡。這意味著該相位結(jié)構(gòu)必須放置在偏振分束器和物鏡之間，因為偏振分束器不安裝在致動器上。現(xiàn)在，在這種使用偏振光的光學(xué)掃描設(shè)備中使用了一個λ/4波片。由于該相位結(jié)構(gòu)要求線性偏振光，所以不得不將它放置在λ/4波片之前，即λ/4波片必須放置在相位結(jié)構(gòu)和物鏡之間。
正如JP-A-2001209966中所描述的那樣，由于在光學(xué)掃描設(shè)備中對各個光學(xué)元件的這種放置，從信息載體向相位結(jié)構(gòu)返回的射束的偏振垂直于從偏振分束器向相位結(jié)構(gòu)前進(jìn)的射束的偏振。這會在檢測的射束中引入偽像。例如第二射束由于它的偏振致使相位結(jié)構(gòu)對該偏振表現(xiàn)為一個衍射光柵，因此它在朝向信息載體的路徑上被衍射；然而，當(dāng)它在從信息載體返回的路徑上時，由于它具有垂直的偏振，該相位結(jié)構(gòu)不再表現(xiàn)為衍射光柵，所以它將不被衍射。這意味著該第二射束在去向信息載體的路徑上和從信息載體返回的路徑上行進(jìn)了不同的光程，而這會在檢測器上產(chǎn)生偽像。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種包括相位結(jié)構(gòu)的光學(xué)掃描設(shè)備，該相位結(jié)構(gòu)能夠在光學(xué)掃描設(shè)備的不同操作模式中使用，其中不會在檢測的射束中產(chǎn)生偽像。
為此目的，本發(fā)明提出了這樣一種光學(xué)掃描設(shè)備，它包括一個第一相位結(jié)構(gòu)和一個第二相位結(jié)構(gòu)，第一相位結(jié)構(gòu)包括第一雙折射材料，其具有第一非尋常軸線，第二相位結(jié)構(gòu)包括第二雙折射材料，其具有第二非尋常軸線，該第二非尋常軸線垂直于所述第一非尋常軸線，其中第一和第二相位結(jié)構(gòu)具有基本上相同的圖案，該光學(xué)設(shè)備包括用于改變第一和第二雙折射材料的非尋常折射率的裝置，以使得第一和第二雙折射材料的非尋常折射率保持基本相同。
根據(jù)本發(fā)明，該光學(xué)掃描設(shè)備包括兩個相位結(jié)構(gòu)，組成這兩個相位結(jié)構(gòu)的雙折射材料的非尋常軸線是相互垂直的。如具體描述中所解釋的，兩個相位結(jié)構(gòu)的這種組合是不依賴于偏振的。這意味著這兩種相位結(jié)構(gòu)的組件的表現(xiàn)性能與透過所述組件的射束的偏振無關(guān)。由此在所檢測的射束中不會產(chǎn)生偽像。例如，現(xiàn)有技術(shù)的第二射束在去向信息載體的路徑中被衍射，在從信息載體返回的路徑上也會被衍射，這是因為兩個相位結(jié)構(gòu)的組合始終表現(xiàn)為衍射光柵，而不論透過所述組件的射束的偏振如何。這樣，第二射束將在去向信息載體的路徑上和從信息載體返回的路徑上沿著相同的光路。
根據(jù)本發(fā)明的光學(xué)設(shè)備包括用于改變第一和第二雙折射材料的非尋常折射率的裝置，這使得能夠在該光學(xué)掃描設(shè)備的各種操作模式中使用這兩個相位結(jié)構(gòu)。當(dāng)操作模式變化時，改變第一和第二雙折射材料的非尋常折射率，例如是為了在射束中引入不同數(shù)量的球面像差。設(shè)置該改變裝置以使得第一和第二雙折射材料的非尋常折射率保持基本相等。這確保了根據(jù)本發(fā)明的兩個相位結(jié)構(gòu)的組合不依賴偏振。
有利的是，第一和第二雙折射材料是液晶材料，且改變裝置包括用于將電場施加到所述液晶材料上的裝置。這種液晶材料能夠容易地用作雙折射材料，并可以容易地對其進(jìn)行處理以便對它們給出所需的非尋常軸線。
優(yōu)選地，第一和第二相位結(jié)構(gòu)形成一個相同且為單個光學(xué)元件的一部分。這使光學(xué)掃描設(shè)備相對緊湊。
本發(fā)明還涉及一種光學(xué)元件，它包括第一相位結(jié)構(gòu)和第二相位結(jié)構(gòu)，第一相位結(jié)構(gòu)包括第一雙折射材料，其具有第一非尋常軸線，第二相位結(jié)構(gòu)包括第二雙折射材料，其具有第二非尋常軸線，該第二非尋常軸線垂直于所述第一非尋常軸線，其中第一和第二相位結(jié)構(gòu)具有基本上相同的圖案，該光學(xué)元件包括多個電極，可在所述電極之間施加電勢差，以便改變第一和第二雙折射材料的非尋常折射率。
參考下面描述的實施例，本發(fā)明的這些及其它方面將是顯而易見的。


現(xiàn)在將參考附圖以實例的方式更加詳細(xì)地描述本發(fā)明，其中圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的光學(xué)掃描設(shè)備；圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的光學(xué)元件；圖3a、3b和3c示出了在光學(xué)掃描設(shè)備的三個操作模式下的圖2的光學(xué)元件；圖4a和4b示出了在光學(xué)掃描設(shè)備的兩個操作模式下的根據(jù)本發(fā)明的另一個光學(xué)元件。
具體實施例方式
圖1中繪出了根據(jù)本發(fā)明的一個光學(xué)掃描設(shè)備。該光學(xué)掃描設(shè)備包括用于產(chǎn)生射束102的輻射源101、偏振分束器103、準(zhǔn)直透鏡104、第一相位結(jié)構(gòu)105、第二相位結(jié)構(gòu)106、物鏡107、λ/4波片108、檢測裝置109、測量裝置110和控制器111。該光學(xué)掃描設(shè)備用于掃描信息載體100。
在掃描操作期間(可以是寫入操作或讀取操作)，信息載體100被輻射源101產(chǎn)生的射束102掃描。準(zhǔn)直透鏡103和物鏡107將射束102聚焦在信息載體100的一個信息層上。相應(yīng)于射束102在信息層上的定位誤差而可以檢測出聚焦誤差信號。該聚焦誤差信號可用來矯正物鏡107的軸向位置，以便補償射束102的聚焦誤差。一個信號被發(fā)送到控制器111，該控制器驅(qū)動致動器以軸向移動物鏡107。檢測裝置109檢測該聚焦誤差信號和寫在信息層上的數(shù)據(jù)。
在圖1的示例中，第一和第二相位結(jié)構(gòu)105和106是兩個不同的光學(xué)元件。該第一和第二相位結(jié)構(gòu)105和106也可形成一個相同且為單個的光學(xué)元件的一部分，這被繪制在圖2中。而且，兩個相位結(jié)構(gòu)105和106中的至少一個可以是包括圖1中描繪的其它元件的光學(xué)元件的部分，例如包括準(zhǔn)直透鏡104或物鏡107。圖1中的光學(xué)掃描設(shè)備還包括用于改變第一和第二相位結(jié)構(gòu)105和106的非尋常折射率的裝置。這將在下面的附圖上詳細(xì)說明。
圖2具體示出了第一和第二相位結(jié)構(gòu)105和106。在圖2的例子中，第一和第二相位結(jié)構(gòu)105和106也可形成一個相同且為單個的光學(xué)元件的一部分。該光學(xué)元件包括第一基板201、第一電極202、第一雙折射材料203、第一各向同性材料204、第二電極205、第二基板206、第三電極207、第二雙折射材料208、第二各向同性材料209、第四電極210和第三基板211。該第一雙折射材料203和第一各向同性材料204構(gòu)成第一相位結(jié)構(gòu)105。第一雙折射材料203和第一各向同性材料204之間的界限形成了第一圖案。該第二雙折射材料208和第二各向同性材料209構(gòu)成第二相位結(jié)構(gòu)106。第二雙折射材料208和第二各向同性材料209之間的界限形成了第二圖案，它與第一圖案基本相同。
在圖2的例子中，第一和第二雙折射材料203和208是液晶材料。然而，根據(jù)本發(fā)明也可以使用其它雙折射材料。例如也可以使用包含帶電荷取代基的分子，該帶電荷取代基能夠在通電流時被旋轉(zhuǎn)，所述電流是由施加在兩個電極之間的電勢差產(chǎn)生的。第二雙折射材料208具有垂直于第一雙折射材料203的非尋常軸線的非尋常軸線。這可以通過對第一和第二雙折射材料203和208使用一種合適的各向異性網(wǎng)絡(luò)來獲得。
可選地，可以對與雙折射材料接觸的電極進(jìn)行化學(xué)或機械改變，以引入液晶排列的優(yōu)選取向。
可選地，可以使用封裝雙折射材料的附加排列層?？梢允褂美绲湫陀糜趥鹘y(tǒng)液晶顯示器的那些構(gòu)造層作為排列層，比如磨面(rubbed)聚酰亞胺排列層或光致排列層，例如香豆素衍生物或肉桂酸衍生物。這些排列層的沉積可通過傳統(tǒng)工藝技術(shù)來完成，比如旋涂或浸涂。根據(jù)排列層的類型，接下來需要磨面或瞬時UV曝光來引入所需要的取向。使用聚酰亞胺的好處在于它們突出的溫度穩(wěn)定性，其高于在大多數(shù)有機聚合物中通常觀察到的典型劣化溫度。
圖2示出了第一和第二相位結(jié)構(gòu)105和106，其表示一方面當(dāng)?shù)谝缓偷诙姌O202和205之間沒有施加電勢差時，另一方面當(dāng)?shù)谌偷谒碾姌O207和210之間沒有施加電勢差時的情況?？梢栽谶@些電極之間施加電勢差以便產(chǎn)生電場，如在圖3a、3b、3c中解釋的。與第一、第二、第三和第四電極202、205、207和210一樣，第一、第二和第三基板201、206和211也是透明的。
圖3a、3b和3c中示出了在圖1的光學(xué)掃描設(shè)備的各種操作模式下的圖2的光學(xué)元件。為簡潔起見，圖3a、3b和3c中未示出附圖標(biāo)記，但它們和圖2中所顯示的是一樣的。
在圖3a中，一方面在第一和第二電極202和205之間施加電勢差V1，另一方面在第三和第四電極207和210之間施加電勢差V1。由此在第一和第二雙折射材料203和208中產(chǎn)生相同的電場。第一和第二雙折射材料203和208的液晶分子相應(yīng)地以相同的角度旋轉(zhuǎn)。第一雙折射材料203的液晶分子在垂直于紙面的平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)，而第二雙折射材料208的液晶分子在紙面平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)。這樣第一和第二雙折射材料203和208的非尋常折射率保持相等。雙折射材料的非尋常折射率在標(biāo)稱尋常折射率no和標(biāo)稱非尋常折射率ne之間變化。當(dāng)分子沿著非尋常軸線排列時，非尋常折射率是ne。當(dāng)分子垂直非尋常軸線排列時，非尋常折射率是no。在圖3a的例子中，非尋常折射率在no和ne之間，接近ne。
在該例子中，選擇折射率等于no的各向同性材料。圖3a示出了穿過光學(xué)元件的射束。在此例中，射束的偏振與第二雙折射材料208的非尋常軸平行。由此，對于該射束，第一雙折射材料203的視在折射率是no。當(dāng)各向同性材料具有等于no的折射率時，第一相位結(jié)構(gòu)105對于該射束表現(xiàn)為一個透明板，這意味著該射束不被衍射。第二雙折射材料208的視在雙折射率在ne和no之間，并接近ne。因此第二相位結(jié)構(gòu)106表現(xiàn)為一個衍射光柵，并且射束被衍射。
當(dāng)射束從信息載體返回時，射束具有垂直于其初始偏振的偏振。在本例中，射束的偏振與第一雙折射材料203的非尋常軸線平行。由此，對于該射束，第二雙折射材料208的視在折射率是no。這樣第二相位結(jié)構(gòu)106對于該射束表現(xiàn)為一個透明板，這意味著該射束不被衍射。第一雙折射材料203的視在雙折射率在ne和no之間，并接近ne。因此第一相位結(jié)構(gòu)105表現(xiàn)為一個衍射光柵，并且射束被衍射。因為第一和第二雙折射材料203和208的非尋常折射率是相等的，且第一和第二相位結(jié)構(gòu)105和106的圖案是相同的，所以衍射角相等。如果如圖3a所示的進(jìn)入光學(xué)元件的射束是一個平行光束，則在從信息載體返回的路徑上從光學(xué)元件出射的光束也是一個平行光束。因此，在檢測的射束中不會產(chǎn)生偽像。
已經(jīng)表明了這種光學(xué)元件或兩種相位結(jié)構(gòu)的這種組合不是依賴于偏振的。無論穿過所述光學(xué)元件的射束的偏振如何，該光學(xué)元件都以相同的方式發(fā)生作用。這還具有的一個優(yōu)點是兩個相位結(jié)構(gòu)的這種組合可以放置在光路上的任何地方。
在圖3b中，一方面在第一和第二電極202和205之間施加電勢差V2，另一方面在第三和第四電極207和210之間施加電勢差V2。該第二電勢差V2能夠使得液晶分子以大于圖3a中的角度旋轉(zhuǎn)。這樣，第一和第二雙折射材料的非尋常折射率比圖3a中的低。
在圖3c中，一方面在第一和第二電極202和205之間施加電勢差V3，另一方面在第三和第四電極207和210之間施加電勢差V3。該電勢差V3能夠使得液晶分子以90度角旋轉(zhuǎn)。因此液晶分子的取向垂直于電極。這種取向稱為垂直配向(homeotropic)。在這種情況下，該光學(xué)元件表現(xiàn)為一個透明板。實際上，無論射束的偏振如何，第一和第二雙折射率203和208的視在折射率都為no。
圖3a、3b和3c中所示的光學(xué)元件用于三個不同的操作模式中。如同JP-A-2001209966中那樣，該光學(xué)掃描設(shè)備用于在第一模式中用具有第一波長的第一射束掃描第一信息載體，在第二模式中用具有第二波長的第二射束掃描第二信息載體，在第三模式中用具有第三波長的第三射束掃描第三信息載體。在下面的例子中，第一信息載體是CD，且第一射束具有波長λCD＝785nm；第二信息載體是DVD，且第二射束具有波長λDVD＝650nm；第三信息載體是BD，且第三射束具有波長λBD＝405nm。選擇電勢差以使得該光學(xué)元件對于第三射束形成第零級的衍射射束，而對于第二和第一射束形成更高級的衍射射束。
當(dāng)掃描BD時，施加電勢差V3，如圖3c所示。第三射束不被衍射，這意味著形成第零級的衍射射束。選擇電勢差V1和V2以便對于第一和第二射束獲得第一級衍射。如果nCD是圖3a中的第一和第二雙折射材料203和208的非尋常折射率，且nDVD是圖3b中的第一和第二雙折射材料203和208的非尋常折射率，可以示出的是當(dāng)nCD＝no+(nDVD-no)λCD/λDVD時對于CD和DVD都獲得第一級衍射。
可以容易地選擇電勢差V1和V2來獲得這些非尋常折射率。由此，按照本發(fā)明的兩個相位結(jié)構(gòu)的組合能夠執(zhí)行與現(xiàn)有技術(shù)的相位結(jié)構(gòu)相同的功能，且進(jìn)一步具有的優(yōu)點是它不依賴于偏振，從而在檢測的射束中不會產(chǎn)生任何偽像。
根據(jù)要進(jìn)行補償?shù)那蛎嫦癫畹臄?shù)量，可以選擇其它的衍射級。例如可以以這樣一種方式來選擇電勢差，即使得該光學(xué)元件對于第三射束形成第零級的衍射射束，對于第二射束形成第一級衍射射束，對于第一射束形成第二級衍射射束。
圖4a和4b中描繪了根據(jù)本發(fā)明的另一種光學(xué)元件。該元件對應(yīng)于圖2中的光學(xué)元件，只是圖案被改變了。為簡潔起見，圖4a和4b中未顯示附圖標(biāo)記，但它們與圖2中所示的是一樣的。該光學(xué)元件用于這樣一種光學(xué)掃描設(shè)備，即該光學(xué)掃描設(shè)備被用于掃描包括兩個信息層的信息載體。在這種光學(xué)掃描設(shè)備中，物鏡對于第一層進(jìn)行了優(yōu)化。當(dāng)掃描第二層時，由于兩個信息層之間的隔離層的厚度，在射束中產(chǎn)生了球面像差。圖4a的光學(xué)元件的兩個相位結(jié)構(gòu)的圖案適用于在射束中產(chǎn)生一個波前像差，以補償球面像差。在專利申請WO 03/049095中詳細(xì)描述了這種圖案。
在圖4a中，一方面在第一和第二電極202和205之間施加電勢差V4，另一方面在第三和第四電極207和210之間施加電勢差V4。該第四電勢差V4能夠使液晶分子的取向垂直于電極。在這種情況下，該光學(xué)元件表現(xiàn)為一個透明板，如圖3c中所描述的。在掃描第一信息層的模式中施加該第四電勢差V4。在圖4b中，電極之間不施加電勢差。當(dāng)偏振平行于第二雙折射材料208的非尋常軸線的射束穿過該光學(xué)元件時，第一相位結(jié)構(gòu)105表現(xiàn)為一個透明板，而第二相位結(jié)構(gòu)106在射束中引入球面像差。這樣，在掃描第二信息層的模式中不施加電勢差。如果偏振平行于第一雙折射材料203的非尋常軸線的射束穿過該光學(xué)元件，則第一相位結(jié)構(gòu)105在射束中引入相同量的球面像差，而第二相位結(jié)構(gòu)106表現(xiàn)為一個透明板。因此，該光學(xué)元件也是不依賴于偏振的。
權(quán)利要求中的任何附圖標(biāo)記不應(yīng)當(dāng)被視為對權(quán)利要求的限定。顯然，動詞“包括”及其變形的使用并不排除未定義于權(quán)利要求中的任何其它元件的存在。元件前的數(shù)量詞“一”或“一個”并不排除多個這種元件的存在。
權(quán)利要求
1.一種光學(xué)掃描設(shè)備，包括第一相位結(jié)構(gòu)(105)和第二相位結(jié)構(gòu)(106)，所述第一相位結(jié)構(gòu)包括具有第一非尋常軸線的第一雙折射材料(203)，所述第二相位結(jié)構(gòu)包括具有第二非尋常軸線的第二雙折射材料(208)，該第二非尋常軸線垂直于所述第一非尋常軸線，其中第一和第二相位結(jié)構(gòu)具有基本上相同的圖案，該光學(xué)設(shè)備包括用于改變第一和第二雙折射材料的非尋常折射率的裝置(202、205、207、210)，以使得第一和第二雙折射材料的非尋常折射率保持基本相同。
2.如權(quán)利要求1所述的光學(xué)掃描設(shè)備，其中第一和第二雙折射材料是液晶材料，并且改變裝置包括用于將電場施加到所述液晶材料上的裝置。
3.如權(quán)利要求1所述的光學(xué)掃描設(shè)備，其中第一和第二相位結(jié)構(gòu)形成一個相同且為單個元學(xué)元件的一部分。
4.一種光學(xué)元件，包括第一相位結(jié)構(gòu)和第二相位結(jié)構(gòu)，所述第一相位結(jié)構(gòu)包括具有第一非尋常軸線的第一雙折射材料(203)，所述第二相位結(jié)構(gòu)包括具有第二非尋常軸線的第二雙折射材料(208)，該第二非尋常軸線垂直于所述第一非尋常軸線，其中第一和第二相位結(jié)構(gòu)具有基本上相同的圖案，該光學(xué)元件包括電極(202、205、207、210)，可在所述電極之間施加電勢差，以便改變第一和第二雙折射材料的非尋常折射率。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種包括相位結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的光學(xué)掃描設(shè)備，該相位結(jié)構(gòu)系統(tǒng)可以在光學(xué)掃描設(shè)備的不同操作模式中使用。該光學(xué)掃描設(shè)備包括第一相位結(jié)構(gòu)(105)和第二相位結(jié)構(gòu)(106)，第一相位結(jié)構(gòu)包括具有第一非尋常軸線的第一雙折射材料(203)，第二相位結(jié)構(gòu)包括具有第二非尋常軸線的第二雙折射材料(208)，該第二非尋常軸線垂直于所述第一非尋常軸線。第一和第二相位結(jié)構(gòu)具有基本上相同的圖案。該光學(xué)設(shè)備還包括用于改變第一和第二雙折射材料的非尋常折射率的裝置(202、205、207、210)，以使得第一和第二雙折射材料的非尋常折射率保持基本相同。
文檔編號G11B7/135GK1930620SQ200580007599
公開日2007年3月14日 申請日期2005年3月2日 優(yōu)先權(quán)日2004年3月9日
發(fā)明者B·亨德里克斯, E·弗斯特根 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司