專利名稱：可切換的光學(xué)元件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種可切換的光學(xué)元件，以及包括可切換的光學(xué)元件 的裝置，以及制造這種裝置和元件的制造和操作方法。該元件的實(shí)施 例尤其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。
背景技術(shù)：
光學(xué)記錄載體以多種不同的格式存在，通常將每種格式設(shè)計(jì)成由
特定波長(zhǎng)的輻射束掃描。例如，CD是可提供的，尤其，如CD-A(音頻 CD) 、 CD-ROM (只讀存儲(chǔ)器CD)和CD-R (可記錄的CD)，并凈皮設(shè)計(jì) 成借助于具有大約785nm的波長(zhǎng)(入)的輻射束掃描。另一方面，將 DVD設(shè)計(jì)成利用具有大約650nm的波長(zhǎng)的輻射束掃描，以及將BD設(shè)計(jì) 成利用具有大約405nm的波長(zhǎng)的輻射束掃描。 一般來(lái)說(shuō)，波長(zhǎng)越短， 光盤的相應(yīng)容量越大，例如BD格式盤具有比DVD格式盤更大的存儲(chǔ)容 量。
理想的是，掃描裝置和不同格式的光學(xué)記錄載體相兼容，例如用 于響應(yīng)具有不同波長(zhǎng)的輻射束來(lái)掃描不同格式的光學(xué)記錄載體，而優(yōu) 選使用一個(gè)物鏡系統(tǒng)。例如，當(dāng)引入具有較高存儲(chǔ)容量的新光學(xué)記錄 載體時(shí)，對(duì)于用于相讀和/或?qū)懶畔⒌叫鹿鈱W(xué)記錄載體的相應(yīng)的新光 學(xué)掃描裝置來(lái)說(shuō)理想的是向后兼容的，也就是能夠掃描具有現(xiàn)有格式 的光學(xué)記錄栽體。
為了允許光學(xué)掃描裝置的光學(xué)特性被調(diào)整用于不同格式的光學(xué)記 錄載體，已知多種可變的或者可切換的光學(xué)元件?？汕袚Q的光學(xué)元件 是可以在兩種或者多種不同狀態(tài)之間切換的光學(xué)元件，光學(xué)元件在每 種狀態(tài)中具有不同的光學(xué)特性。
例如，美國(guó)專利6， 288， 846描述了這樣的系統(tǒng)其中流體系統(tǒng)可 以在兩種不同的離散狀態(tài)之間切換，以便提供不同的波前修正(wave front modification)。當(dāng)系統(tǒng)處于這些狀態(tài)的其中一種時(shí)，在流體 和波前調(diào)節(jié)器(wave front modifier)之間建立幾乎為零的折射率 差，以便于讓輻射束不變化。在系統(tǒng)的另一狀態(tài)中，該折射率差具有
足夠的值以便修正輻射束路徑。使用流體控制(fluid-handling)系 統(tǒng)在狀態(tài)之間切換流體系統(tǒng)。流體控制系統(tǒng)的實(shí)例包括皮下注射器、 蠕動(dòng)泵、可壓縮球形物(bulb)和壓電、水壓或者氣壓致動(dòng)器。
Philips Electronics的W02004/02749Q描述了 一種改進(jìn)的可切 換的光學(xué)元件，其具有第一離散狀態(tài)和不同的第二離散狀態(tài)。該元件 包括含第 一流體和不同的第二流體的流體系統(tǒng)、具有表面的波前調(diào)節(jié) 器、以及用來(lái)作用于流體系統(tǒng)上以在元件的第一和第二離散狀態(tài)之間 切換的流體系統(tǒng)開(kāi)關(guān)。波前調(diào)節(jié)器設(shè)置在腔室內(nèi)。導(dǎo)管在腔室的相對(duì) 側(cè)之間延伸。當(dāng)元件在第一離散狀態(tài)時(shí)，波前調(diào)節(jié)器的表面基本上被 第一流體覆蓋，第二流體位于導(dǎo)管中。當(dāng)元件在第二離散狀態(tài)時(shí)，波 前調(diào)節(jié)器的表面基本上被第二流體覆蓋，第一流體位于導(dǎo)管中。流體
系統(tǒng)開(kāi)關(guān)使用電潤(rùn)濕效應(yīng)在腔室(并覆蓋波前調(diào)節(jié)器)和導(dǎo)管之間移 動(dòng)流體。
這種已知的系統(tǒng)可能制造起來(lái)很復(fù)雜，相關(guān)的泵、注射器或者溝 道增加了光學(xué)元件的總尺寸和復(fù)雜性。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的實(shí)施例的目的是提供一種解決現(xiàn)有技術(shù)的一個(gè)或者多個(gè) 問(wèn)題的可切換的光學(xué)元件，不管這里描述的或者其它的。本發(fā)明的特 定實(shí)施例的目的是提供一種更容易制造的可切換的光學(xué)元件。
根據(jù)本發(fā)明的第一個(gè)方面，提供了一種具有光軸的可切換的光學(xué) 元件，該元件包括腔室；具有限定腔室的內(nèi)表面的表面的波前調(diào)節(jié)器， 該表面橫穿光軸延伸；第一流體和第二流體，所述流體不相容并在接 觸面(interface)上接觸；該光學(xué)元件可在第一流體基本上覆蓋波前
調(diào)節(jié)器的表面的第一離散狀態(tài)和第二流體基本上覆蓋波前調(diào)節(jié)器的表 面的第二離散狀態(tài)之間切換；其中該腔室在兩種離散狀態(tài)中都包圍兩
種流體，并且接觸面在第一離散狀態(tài)中橫穿光軸延伸。
當(dāng)這樣的光學(xué)元件在單一腔室內(nèi)保持著兩種流體同時(shí)在兩種狀態(tài) 之間切換時(shí)，裝置的結(jié)構(gòu)比需要附加導(dǎo)管或者單獨(dú)的機(jī)械泵的現(xiàn)有技 術(shù)的裝置簡(jiǎn)單。因此，這種光學(xué)元件的結(jié)構(gòu)更容易制造，并可以使得 相對(duì)緊湊，也就是因此通過(guò)在任何裝置或者設(shè)備中的所述元件而降低 了覆蓋區(qū)(footprint)(所占據(jù)的區(qū)域)。
光學(xué)元件還可以包括流體切換系統(tǒng)，該流體切換系統(tǒng)#1布置以通
過(guò)利用電濕潤(rùn)效應(yīng)移動(dòng)所述流體而在第一和第二離散狀態(tài)之間切換所 述光學(xué)元件。
流體切換系統(tǒng)可以包括耦合到第二流體的第 一 電極，以及位于鄰 近波前調(diào)節(jié)器的表面的第二電極。
波前調(diào)節(jié)器的表面可以包括在第二電極和腔室內(nèi)的流體之間形成 絕緣阻擋層的第一接觸層。
第二電極可以在鄰近波前調(diào)節(jié)器的表面延伸，和波前調(diào)節(jié)器的表 面有固定的預(yù)定距離。
第二電極可以包括多個(gè)獨(dú)立地可尋址部分。
波前調(diào)節(jié)器的表面可以是非平面的。
波前調(diào)節(jié)器的表面可以限定至少一個(gè)突起。
該至少一個(gè)突起的高度小于50nm。 該至少一個(gè)突起可以形成衍射光柵。
該腔室可以包括至少一個(gè)側(cè)壁，其中接觸面在第一離散狀態(tài)中延 伸到所述側(cè)壁。
所述側(cè)壁的潤(rùn)濕性可以是這樣的使得當(dāng)在第 一 離散狀態(tài)中時(shí)接觸 面在橫穿光軸的平面中延伸。
所述側(cè)壁的潤(rùn)濕性可以是這樣的使得當(dāng)在第 一 離散狀態(tài)中時(shí)接觸 面是彎曲的。
光學(xué)元件還可以包括位于鄰近所述至少一個(gè)側(cè)壁的接觸面電極， 用于控制所述壁的潤(rùn)濕性。
根據(jù)本發(fā)明的第二個(gè)方面，提供一種包括如上所述的可切換的光 學(xué)元件的設(shè)備。
該設(shè)備可以是光學(xué)掃描裝置。
根據(jù)本發(fā)明的第三個(gè)方面，提供一種操作該裝置的方法，該裝置 包括具有光軸的可切換的光學(xué)元件，該元件包括腔室、具有限定腔室 的內(nèi)表面的表面的波前調(diào)節(jié)器，該表面橫穿光軸延伸；第一流體和第 二流體，所述流體不相容并在接觸面上接觸；該光學(xué)元件可在第一流 體基本上覆蓋波前調(diào)節(jié)器的表面的第一離散狀態(tài)和第二流體基本上覆 蓋波前調(diào)節(jié)器的表面的第二離散狀態(tài)之間切換；其中該腔室在兩種離 散狀態(tài)中都包圍兩種流體，并且接觸面在第一離散狀態(tài)中橫穿光軸延 伸，該方法包括在第一離散狀態(tài)和第二離散狀態(tài)之間切換光學(xué)元件。
該裝置還可以包括輻射源，輻射源被布置以便以笫一種操作模式 提供第一輻射束，以及以第二種操作模式提供第二輻射束，該方法包
括根據(jù)表示輻射源的操作模式的信號(hào)在離散狀態(tài)之間切換光學(xué)元 件。
根據(jù)本發(fā)明的第四個(gè)方面，提供一種制造具有光軸的可切換的光 學(xué)元件的方法，該方法包括提供腔室；提供具有限定腔室的內(nèi)表面的 表面的波前調(diào)節(jié)器，該表面橫穿光軸延伸；提供第一流體和第二流體， 所述流體不相容并在接觸面上接觸；提供流體切換系統(tǒng)，用于在第一 流體基本上覆蓋波前調(diào)節(jié)器的表面的第一離散狀態(tài)和第二流體基本上 覆蓋波前調(diào)節(jié)器的表面的第二離散狀態(tài)之間切換該光學(xué)元件；其中該 腔室在兩種離散狀態(tài)中都包圍兩種流體，并且接觸面在笫一離散狀態(tài) 中橫穿光軸延伸。
現(xiàn)在將參考附圖，僅僅借助于實(shí)例描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，其
中
圖1A和IB分別示出了在第一離散狀態(tài)中，根據(jù)第一個(gè)實(shí)施例的
可切換的光學(xué)元件的側(cè)橫截面圖和平面圖2A和2B分別示出了在第二離散狀態(tài)中，第一實(shí)施例的光學(xué)元 件的側(cè)橫截面圖和平面圖3示出了在第一離散狀態(tài)中，根據(jù)第二實(shí)施例的光學(xué)元件的側(cè) 橫截面圖；以及
圖4示出了結(jié)合根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的可切換的光學(xué)元件的光學(xué) 掃描裝置的示意圖。
具體實(shí)施例方式
圖1A-2B示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的可切換的光學(xué)元件100。 圖1A和1B示出了在第一離散狀態(tài)中的元件100，圖2A和2B示出了 第二離散狀態(tài)中的元件。
可切換的元件100包括腔室102，光軸119穿過(guò)腔室延伸。腔室 102具有橫穿光軸119延伸的端壁104、 106。在該特定實(shí)施例中，端 壁104、 106通常垂直于光軸119延伸。元件10(M皮布置以控制沿著光 軸119入射的輻射束。因此端壁104、 106是由透明的堅(jiān)硬材料構(gòu)成的， 例如玻璃。
在該特定實(shí)施例中，腔室是圓柱形的。腔室關(guān)于光軸119圓形對(duì) 稱。因此腔室的側(cè)壁通過(guò)平行于光軸119延伸的單一連續(xù)側(cè)壁110限 定。
元件100包括具有限定腔室的內(nèi)表面的表面的波前調(diào)節(jié)器。波前 調(diào)節(jié)器布置成當(dāng)光學(xué)元件在至少一種離散狀態(tài)時(shí)修正入射輻射束的波 前。波前調(diào)節(jié)器的表面是非平面的。該表面可以是彎曲的，用于提供 光功率(例如作為透鏡的功能)。在該特定實(shí)施例中，該表面包括多 個(gè)突起(107a-107d)。這些突起形成預(yù)定高度的一系列臺(tái)階。在該特 定實(shí)施例中，每個(gè)臺(tái)階等于預(yù)定的高度h，并關(guān)于光軸119圓形對(duì)稱。 中央臺(tái)階107a是圓柱形的。臺(tái)階107b-107d是圓環(huán)臺(tái)階，和光軸119 同軸。光學(xué)元件布置成控制經(jīng)過(guò)光學(xué)元件的光活性(active)部分傳 輸?shù)妮椛涫２ㄇ罢{(diào)節(jié)器的表面跨過(guò)光學(xué)元件100的光學(xué)活性部分延 伸。
腔室102包圍兩種流體120、 122。兩種流體是不相容的，并具有 至少一種不同的光學(xué)特性。例如，流體的折射率、顏色、吸收、反射 率或者不透光性可以不同。優(yōu)選地，流體HO、 l"是相同的密度，使 得裝置的操作不過(guò)度地受到機(jī)械效果或者重力的影響。在該特定實(shí)施 例中，每種流體具有不同的折射率。流體在接觸面124接觸。
可切換的光學(xué)元件100可以在兩種離散狀態(tài)之間切換。在第一種 離散狀態(tài)(圖1A和1B所示的)中第一流體120覆蓋著波前調(diào)節(jié)器的 表面(在該實(shí)施例中由突起107a - 107d限定)。流體120、 122的本 體橫穿光軸119延伸。第一和第二流體120、 122之間的接觸面124橫 穿光軸延伸。接觸面124的外圍和側(cè)壁IIO接觸。側(cè)壁110相對(duì)于兩 種流體120、 122具有相等的潤(rùn)濕性(至少在接觸面與側(cè)壁110相交 的位置)。因此，三相接觸角(兩種流體和側(cè)壁之間的角度)垂直于 側(cè)壁延伸。在波前調(diào)節(jié)器的表面上的第一流體的厚度是這樣的使得接 觸面124的形狀不受所述表面形狀的影響。因此，接觸面124是平面的。
應(yīng)當(dāng)理解的是，在其它實(shí)施例中，側(cè)壁不可以平4亍于光軸119延 伸。然而，通過(guò)適當(dāng)選擇側(cè)壁的潤(rùn)濕性，以便于限定正確的三相接觸 角，兩種流體之間的接觸面124可以被形成為第一種離散狀態(tài)中的平面。
圖2A和2B示出了第二種離散狀態(tài)中的可切換的光學(xué)元件。在第 二種離散狀態(tài)中，第二流體122覆蓋著波前調(diào)節(jié)器的表面。在第二種 離散狀態(tài)中，第一流體120設(shè)置在腔室102的光學(xué)活性部分的外面。 第一流體120不穿過(guò)光軸119延伸。第一流體設(shè)置在腔室102的外圍。 在該特定實(shí)施例中，在元件100的第二離散狀態(tài)中，第一流體120以 環(huán)形和光軸119同軸地延伸。笫一流體120覆蓋和波前調(diào)節(jié)器的表面 相鄰但在其外面的端壁106的表面。由于第二流體120具有不同于第 一流體的光學(xué)特性(在該實(shí)施例中，不同的折射率)，所以當(dāng)光學(xué)元 件100在第二離散狀態(tài)中時(shí)，波前調(diào)節(jié)器表面的操作將不同于笫一離 散狀態(tài)中的操作。優(yōu)選地，所述的其中一種流體的折射率等于限定波 前調(diào)節(jié)器的表面的材料的折射率。在這種情況下，由波前調(diào)節(jié)器提供 的光功能被無(wú)效，也就是波前調(diào)節(jié)器實(shí)際上變得對(duì)入射輻射(或者至 少在折射率相同的波長(zhǎng)處的入射輻射)不可見(jiàn)。
元件IOO利用電濕潤(rùn)效應(yīng)可以在第一離散狀態(tài)(圖1A、 1B)和第 二離散狀態(tài)(圖2A、 2B)之間切換。所述的其中一種流體是易受電影 響的流體，例如極性流體或者導(dǎo)電流體，比如鹽水。其它的流體將是 不容易受電影響的流體(也就是不受施加電場(chǎng)的影響)例如電絕緣流 體例如珪油。
在圖中所示的本發(fā)明的實(shí)施例中，第一流體UO是油，第二流體 122是鹽水。
親水(hydrophobic )絕緣體限定了在腔室的一端處的第一覆蓋層 108，其其在整個(gè)腔室102的內(nèi)表面上延伸。覆蓋層108在由玻璃106 形成的突起(107a-107d)上延伸。覆蓋層由此限定了波前調(diào)節(jié)器的表 面。另外，覆蓋層108覆蓋與波前調(diào)節(jié)器的表面相鄰的腔室102的內(nèi) 表面的區(qū)域。在所示的特定實(shí)施例中，覆蓋層108是在由端壁106限 定的所有內(nèi)表面上延伸的連續(xù)覆蓋層。腔室102的相對(duì)內(nèi)表面(由端 壁104限定的)是親水的，以便于吸引容易受電影響的流體比如水， 例如端壁104的內(nèi)表面由玻璃構(gòu)成。
在圖1A和1B所示的第一種離散狀態(tài)中，由于那個(gè)端壁的內(nèi)表面 的親水特性，所以第二流體122被優(yōu)先吸引向端壁l(M 。同樣地，第 一流體120對(duì)于端壁104的內(nèi)表面的親水特性是有優(yōu)先吸引力的，并 因此覆蓋波前調(diào)節(jié)器的表面。
利用電濕潤(rùn)效應(yīng)將光學(xué)元件100切換到第二離散狀態(tài)(圖2A和 2B)，以修正波前調(diào)節(jié)器表面的潤(rùn)濕性，以便于吸引容易受電影響的 第二流體122，以覆蓋該表面。由第二流體移動(dòng)第一流體120的位置， 然后僅僅覆蓋在仍然是親水的區(qū)域(也就是和波前調(diào)節(jié)器的表面相鄰 的區(qū)域)中的端壁106的內(nèi)表面。因此在第二離散狀態(tài)中移動(dòng)第一流 體120的位置到光學(xué)元件的光學(xué)活性區(qū)域外面的位置。
使用流體切換系統(tǒng)控制波前調(diào)節(jié)器表面的潤(rùn)濕性。流體切換系統(tǒng) 包括位于鄰近波前調(diào)節(jié)器的表面的透明電極134。優(yōu)選地，在和波前調(diào) 節(jié)器的表面固定的預(yù)定距離之內(nèi)，電極134鄰近波前調(diào)節(jié)器的表面延 伸。優(yōu)選地，電極134平行于波前調(diào)節(jié)器的表面延伸。例如，如果波 前調(diào)節(jié)器的表面限定了突起，那么電極134在這些突起內(nèi)延伸距波前 調(diào)節(jié)器的表面預(yù)定的距離。優(yōu)選地，電極134在等于波前調(diào)節(jié)器的表 面的表面區(qū)域上延伸，也就是，電極134位于波前調(diào)節(jié)器表面的全部 表面區(qū)域之下。
另一個(gè)電極132和容易受電影響的流體122電接觸。通過(guò)從電壓 源130在電極132、 134之間施加電壓，可以改變波前調(diào)節(jié)器表面的潤(rùn) 濕性。因此，通過(guò)施加適當(dāng)?shù)碾妷?，可以將可切換的光學(xué)元件100從 第一離散狀態(tài)切換到第二離散狀態(tài)，以便于改變波前調(diào)節(jié)器表面的潤(rùn) 濕性。同樣地，通過(guò)去除電壓，表面的潤(rùn)濕性將回到其額定的親水性 質(zhì)，并且光學(xué)元件將從笫二離散狀態(tài)切換回第一離散狀態(tài)。 將理解的是，上面的實(shí)施例僅僅借助于實(shí)例被描述。 例如，波前調(diào)節(jié)器的表面可以以任何形式彎曲或者定義非周期的 相位結(jié)構(gòu)(non-periodic phase structure)。 任何突起的高度(高 度是突起沿著光學(xué)元件的光軸的尺寸)可以是任意的預(yù)定尺寸，可適 用于可切換的光學(xué)元件的特殊應(yīng)用。優(yōu)選地，這種突起的高度小于 50nm,更優(yōu)選地，高度在5,和20nm之間，但是基本上可以等于或者 小于5^im。這些尺寸是優(yōu)選的，因?yàn)樗鼈兇龠M(jìn)流體覆蓋和不覆蓋表面。 術(shù)語(yǔ)流體包含能夠流動(dòng)的任何材料，包括但不局限于氣體、蒸汽、液 體和液晶。
可以在任何設(shè)備中使用可切換的光學(xué)元件。如果光學(xué)元件位于使 用兩種或者多種輻射束的設(shè)備中，則可以布置波前調(diào)節(jié)器以提供對(duì)不 同輻射束的波前的不同的修正，或者是由于入射輻射的偏振或者是由
于輻射的波長(zhǎng)。
例如，波前調(diào)節(jié)器的表面可以由雙折射材料構(gòu)成，例如液晶。將
液晶的主軸布置在橫穿(例如垂直)光軸119的方向上。由此液晶分 子可以被取向使得第一偏振的輻射束比不同的第二偏振的輻射束將經(jīng) 歷波前調(diào)節(jié)器的不同的折射率。因此，通過(guò)光學(xué)元件入射的輻射束的 不同偏振可能經(jīng)歷不同的波前修正。
同樣地，如果波前調(diào)節(jié)器的表面限定了衍射光柵，那么光柵的臺(tái) 階可以是預(yù)定的高度，使得在至少一個(gè)離散狀態(tài)中，臺(tái)階布置成將基
本上為2TT整數(shù)倍的相位變化引入到預(yù)定波長(zhǎng)的入射輻射束。因此，入
射到波前調(diào)節(jié)器上的那個(gè)特定波長(zhǎng)的輻射束，當(dāng)光學(xué)元件在那個(gè)特定 的離散狀態(tài)時(shí)，將不被衍射光柵修正。然而，入射在衍射光柵臺(tái)階上 的其它波長(zhǎng)的輻射束，在波前調(diào)節(jié)器在那個(gè)特定的離散狀態(tài)時(shí)，將被 由波前調(diào)節(jié)器形成的衍射光柵衍射。
在上面實(shí)施例中的腔室已經(jīng)被描述成是圓柱的。然而，將可以理 解的是，可以以任何預(yù)定的形狀形成腔室，例如立方形的或者其它的。 在所有的實(shí)施例中，腔室圍住(也就是全部將其容納在其中)兩個(gè)流
體主體。
關(guān)于圖1A-2B所示的實(shí)施例，在操作的第一離散模式中(圖1A 和1B)已經(jīng)將第一流體120和第二流體122之間的接觸面124描述成 平面。由于側(cè)壁IIO具有對(duì)于第一流體120和對(duì)于第二流體122同樣 潤(rùn)濕性，所以接觸面124是平坦的。因此，接觸面124垂直于側(cè)壁110 延伸。然而，可以使側(cè)壁110的潤(rùn)濕性大于對(duì)于^f壬何一種流體的潤(rùn)濕 性。這將改變接觸面或者彎月面124的角度。由于接觸面124試圖實(shí) 現(xiàn)最小可能的能量結(jié)構(gòu)，如果側(cè)壁表面優(yōu)先被其中一種流體濕潤(rùn)(假 定一個(gè)側(cè)壁或多個(gè)側(cè)壁平行于光軸延伸)，那么接觸面124將是彎曲 的(當(dāng)光學(xué)元件在第一離散狀態(tài)時(shí))。可替換地，使用修正的流體切 換系統(tǒng)，可以在連續(xù)的預(yù)定范圍上動(dòng)態(tài)地控制側(cè)壁的潤(rùn)濕性。
圖3示出了在第一離散狀態(tài)中的可切換的光學(xué)元件200。光學(xué)元件 2 00通常對(duì)應(yīng)于圖1A - 2B中所示的光學(xué)元件100。光學(xué)元件2 00的第 二離散狀態(tài)具有在和圖2A和2B中所示的相同的位置的流體120、 122 。
然而，在圖3所示的實(shí)施例中，可以動(dòng)態(tài)控制側(cè)壁的潤(rùn)濕性。
改變側(cè)壁110'的潤(rùn)濕性改變了要被改變的流體120、 122之間的接觸 面124'的形狀(也就是彎曲的程度)。由于流體120、 122具有不同 的折射率，那么在凹入、復(fù)雜和平坦之間改變接觸面124'的彎曲和/ 或接觸面124'的彎曲度將改變由接觸面提供給入射輻射的有效光功 率。這向光學(xué)元件200提供了額外程度的功能性。
例如，可以在使用三種不同輻射束的設(shè)備中使用光學(xué)元件200。當(dāng) 設(shè)備使用第一或者第二輻射束時(shí)，可以將光學(xué)元件200控制在一種離 散狀態(tài)中，而當(dāng)設(shè)備使用第三輻射束時(shí)可以控制光學(xué)元件200在另一 離散狀態(tài)中。接觸面124'的曲率可以根據(jù)使用的輻射束而變化，以提 供任何輻射束的所需程度的聚焦或者散焦。
利用位于鄰近側(cè)壁的內(nèi)表面的附加電極136來(lái)調(diào)節(jié)表面 110'的潤(rùn)濕性。電極136平4亍于側(cè)壁IIO延伸。在該實(shí)施例中，電極 136是環(huán)形的，和光軸119同軸。電極136和腔室的內(nèi)表面(也就是 腔室內(nèi)的流體)電絕緣。通過(guò)在電極132和電極136之間施加來(lái)自電 壓源130的電壓，可以改變鄰近電極136的腔室內(nèi)表面的潤(rùn)濕性。該 表面的潤(rùn)濕性將取決于所施加的電壓。
這種系統(tǒng)允許接觸面124'的光功率被調(diào)節(jié)。
在另一個(gè)實(shí)施例中，和波前調(diào)節(jié)器的表面相鄰的電極134是由多 個(gè)獨(dú)立的可尋址部分形成的。換句話說(shuō)，可以將不同的電壓施加到電 極134的不同部分。因此，可以獨(dú)立地改變波前調(diào)節(jié)器表面的不同區(qū) 域的潤(rùn)濕性。通過(guò)改變?cè)诿總€(gè)尋址部分上所施加的作為時(shí)間函數(shù)的電 壓，這可以用于促進(jìn)在操作的不同離散模式之間切換，以促進(jìn)流體的 運(yùn)動(dòng)。同樣地，可以將不同的電壓施加到電極134的不同部分，以便 于將覆蓋著該電極部分的第二流體122的部分選擇性地吸引向該電極 部分(但是電壓是預(yù)定值，使得第一流體120仍然覆蓋著波前調(diào)節(jié)器 的整個(gè)表面)。因此，使用電極的獨(dú)立可尋址部分可以使接觸面124、 124'的形狀變形，以對(duì)入射光束提供球形像差(例如球形像差補(bǔ)償)。 通過(guò)所述壁的潤(rùn)濕性或者幾何形狀的急劇變化可以將彎月面的周界固 定(pin)到該壁上。使用這種結(jié)構(gòu)，通過(guò)適當(dāng)控制到電極134的電壓， 彎月面形狀可以在凸起、平坦和凹入之間改變。
如這里描述的可切換的光學(xué)元件可以用在多種設(shè)備中。
例如，圖4示出了借助于第一輻射束4掃描第一光學(xué)記錄載體3
的第一信息層2的裝置1，該裝置包括物鏡系統(tǒng)8。
光學(xué)記錄載體3包括透明層5，在該透明層的一側(cè)上布置信息層 2。通過(guò)保護(hù)層6保護(hù)信息層2遠(yuǎn)離透明層5的的一側(cè)不受環(huán)境的影 響。面對(duì)裝置的透明層的一側(cè)被稱作入射面。透明層5通過(guò)為信息層2 提供機(jī)械支撐起到用于光學(xué)記錄載體3的襯底的作用?？商鎿Q地，透 明層5可以具有保護(hù)信息層的單一功能，而機(jī)械支撐通過(guò)在信息層2 另一側(cè)面上的層提供，例如通過(guò)保護(hù)層6或者附加信息層和連接到最 上面的信息層的透明層。注意的是，在圖1中所示的該實(shí)施例中，信 息層具有對(duì)應(yīng)于透明層5的厚度的第一信息層深度27。信息層2是載 體3的表面。
信息以光可檢測(cè)到的標(biāo)記的形式存儲(chǔ)在記錄載體的信息層2上， 該標(biāo)記以基本上平行的、同心的或者螺旋的軌跡布置，圖中未示出。 軌跡是可以由聚焦的輻射束的光點(diǎn)跟隨的路徑。標(biāo)記可以是任何光學(xué) 可讀形式，例如凹坑，或者具有反射系數(shù)的區(qū)域，或者不同于周圍環(huán) 境的磁化的方向的形式，或者這些形式的組合。在這種情況中光學(xué)記 錄栽體3具有盤的形狀。
如圖2中所示，光學(xué)掃描裝置1包括輻射源7、準(zhǔn)直透鏡18、分 束器9、以及具有光軸19a的物鏡系統(tǒng)8、可切換的光學(xué)元件30和檢 測(cè)系統(tǒng)IO。另外，光學(xué)掃描裝置1包括伺服電路11、聚焦致動(dòng)器12、 徑向致動(dòng)器13、以及誤差檢測(cè)的信息處理單元14。
在該特定實(shí)施例中，布置輻射源7用于連續(xù)地或者單獨(dú)地提供第 一輻射束4、第二輻射束4'和第三輻射束4〃 。例如，輻射源7可以
包括可調(diào)節(jié)的半導(dǎo)體激光器，用于用提供第三輻射束的分立的激光器 連續(xù)地提供輻射束4、 4'和4〃中的兩種，或者分開(kāi)地提供這些輻射 束的三種半導(dǎo)體激光。
輻射束4具有波長(zhǎng)L和偏振p'，輻射束4'具有波長(zhǎng)h和偏振p2 以及輻射束4〃具有波長(zhǎng)L和偏振P3。波長(zhǎng)L、 h和h都不同。優(yōu)選 地，任何兩種波長(zhǎng)之間的差異等于或者高于20mn，更優(yōu)選地50nm。兩
個(gè)或者多個(gè)偏振P" P2和P3可以彼此不同。
準(zhǔn)直透鏡18布置在光軸19a上面，用于將發(fā)散的輻射束4轉(zhuǎn)變成
基本上準(zhǔn)直的光束20。類似地，它將輻射束4'和4〃傳輸轉(zhuǎn)變成兩
個(gè)分別基本上準(zhǔn)直的光束20'以及20〃 (圖4中未示出)。
分束器9被布置用于將輻射束沿著光路徑朝著物鏡系統(tǒng)8傳輸。 在所示的實(shí)例中，通過(guò)傳輸經(jīng)過(guò)分束器9將輻射束向物鏡系統(tǒng)8傳輸。 優(yōu)選地，分束器9由以相對(duì)于光軸oc角傾斜的平面平行片構(gòu)成，更優(yōu) 選地ot = 45° 。在該特定實(shí)施例中，物鏡系統(tǒng)8的光軸19a和輻射源7 的光軸是公共的。
物鏡系統(tǒng)8被布置用于將準(zhǔn)直的輻射束20轉(zhuǎn)變?yōu)榈谝痪劢馆椛涫?15，以便于在信息層2的位置中形成第一掃描光點(diǎn)16。
在掃描過(guò)程中，記錄載體3繞主軸(spindle)(圖中未示出) 旋轉(zhuǎn)，然后通過(guò)透明層5掃描信息層2。聚焦輻射束15在信息層2上 反射，由此形成反射束21,其回到前向會(huì)聚光束15的光學(xué)路徑上。物 鏡系統(tǒng)8將反射的輻射束21轉(zhuǎn)變?yōu)榉瓷涞臏?zhǔn)直輻射束22。
分束器9通過(guò)將沿著光學(xué)路徑的至少一部分反射輻射22朝著檢測(cè) 系統(tǒng)10傳輸而使得前向的輻射束20和反射的輻射束22分離開(kāi)。在所 示的實(shí)例中，反射的輻射束22通過(guò)從分束器9內(nèi)的波片的反射而被朝 著檢測(cè)系統(tǒng)IO傳輸。在所示的特定實(shí)施例中，分束器9是偏振分束器。 沿著分束器9和物鏡系統(tǒng)8之間的光軸19a設(shè)置四分之一波片9'。四 分之一波片9'和偏振分束器9的組合確保了反射輻射束22的大部分 沿著檢測(cè)系統(tǒng)光軸19b朝著檢測(cè)系統(tǒng)IO傳輸。檢測(cè)系統(tǒng)光軸Wb是 光軸19a的延續(xù)，因?yàn)榉质?將至少一部分反射輻射22朝著檢測(cè)系 統(tǒng)IO傳輸。因此，物鏡系統(tǒng)光軸包括由附圖標(biāo)記19a和19b表示的軸。
檢測(cè)系統(tǒng)10包括會(huì)聚透鏡25和檢測(cè)器2 3，它們被設(shè)置用來(lái)捕獲 反射輻射束22的所述部分。
檢測(cè)器被布置以將反射束的所述部分轉(zhuǎn)換成一種或者多種電信號(hào)。
其中一種信號(hào)是信息信號(hào)，其值代表在信息層2上掃描的信息。 所述信息信號(hào)通過(guò)用于誤差校正的信息處理單元14處理。
來(lái)自檢測(cè)系統(tǒng)10的其它信號(hào)是聚焦誤差信號(hào)和徑向跟蹤誤差信 號(hào)。聚焦誤差信號(hào)表示沿著掃描光點(diǎn)16和信息層2的位置之間的Z軸 在高度上的軸向差異。優(yōu)選地，通過(guò)"象散法(astigmatic method )" 形成該信號(hào)，其中該方法可以通過(guò)尤其G.Bouwhuis， J.Braat， A. Hui jiser等人的書中第75 - 80頁(yè)的"Pr inc iples of Optical Disc Systems" (AdamHilger 1985， ISBN 0—85274—785 —3 )得知。徑向
跟蹤誤差信號(hào)表示在信息層2的XY平面中在掃描光點(diǎn)16和該掃描光 點(diǎn)16所跟隨的信息層2中的軌跡的中心之間的的距離。該信號(hào)可以 從"徑向推挽方法(radial push-pull method)，，形成，該方法也 可以從前面所述的G. Bouwhuis的書第70 - 73頁(yè)中得知。
伺服電路11被布置用于響應(yīng)聚焦和徑向跟蹤誤差信號(hào)來(lái)提供分 別控制聚焦致動(dòng)器12和徑向致動(dòng)器13的伺服控制信號(hào)。聚焦致動(dòng)器 12沿著Z軸控制物鏡8的位置，由此控制掃描光點(diǎn)16的位置，使得它 基本上和信息層2的平面一致。徑向驅(qū)動(dòng)其13控制掃描光點(diǎn)16的徑 向位置，使得通過(guò)改變物鏡8的位置，它基本上和信息層2中要被跟 隨的軌跡的中心線一致。
物鏡8被布置用于將準(zhǔn)直的輻射束20轉(zhuǎn)變?yōu)榫劢沟妮椛涫?5, 其具有第一數(shù)值孔徑M,，以便于形成掃描光點(diǎn)16。換句話說(shuō)，光學(xué)掃 描裝置1能夠借助于具有波長(zhǎng)h、偏振p,和數(shù)值孔徑NA,的輻射束15 掃描第一信息層2。
另外，該實(shí)施例中的光學(xué)掃描裝置還能夠借助于輻射束4'掃描第 二光學(xué)記錄載體3'的第二信息層2'，以及借助于輻射束4〃掃描第 三光學(xué)記錄載體3〃的第三信息層2〃 。因此物鏡系統(tǒng)8將準(zhǔn)直的輻射 束20'轉(zhuǎn)變?yōu)榈诙劢馆椛涫?5'，其具有第二數(shù)值孔徑NA2，以便 于在信息層2'的位置中形成第二掃描光點(diǎn)16'。物鏡8還將準(zhǔn)直輻 射束20〃轉(zhuǎn)變?yōu)榈谌劢馆椛涫?5〃 ，其具有第三數(shù)值孔徑NA3，以 便于在信息層2〃的位置中形成第三掃描光點(diǎn)16〃 。
掃描光點(diǎn)16、 16' 、 16〃的任何一個(gè)或者多個(gè)可以由在提供誤差 信號(hào)中使用的兩個(gè)附加光點(diǎn)構(gòu)成。例如，將根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的可切 換的光學(xué)元件30設(shè)置在光束20的路徑中。當(dāng)光學(xué)掃描裝置使用笫一 和第二輻射束掃描時(shí)以第一離散模式操作可切換的光學(xué)元件，以及當(dāng) 光學(xué)掃描裝置使用第三輻射束掃描時(shí)以第二離散模式操作可切換的光 學(xué)元件。將波前調(diào)節(jié)器的表面布置成衍射光柵，以便于提供在提供誤 差信號(hào)中使用的兩個(gè)附加光點(diǎn)。衍射元件的兩種流體具有不同的折射 率。其中一種流體具有和限定波前調(diào)節(jié)器的表面的衍射光柵的材料相 同的折射率。在其中一種離散狀態(tài)中，波前調(diào)節(jié)器將衍射入射的輻射 束，以提供在提供誤差信號(hào)中使用的兩個(gè)附加光點(diǎn)。在另一種離散狀 態(tài)中，可切換的光學(xué)元件不衍射入射的輻射，使得沒(méi)有形成兩個(gè)附加
光點(diǎn)。優(yōu)選地，可以改變光學(xué)元件的彎月面的形狀，如上面參考圖3 所示的實(shí)施例所述的，以便于提供光功率。這可以用來(lái)促進(jìn)例如對(duì)于 輻射束15、 15' 、 15〃中的一個(gè)的雙層讀出。
在光學(xué)掃描裝置中的元件30的使用的另一個(gè)例子是使得能夠讀/ 寫兩種或者多種不同的盤格式(例如以單一的光驅(qū)動(dòng))。在 WO2004/027490中討論了實(shí)例，并在這里通過(guò)參考而被引入。使用可 切換的光學(xué)元件修正輻射束的波前，以便于允許用于讀取不同格式的 光學(xué)記錄載體的光學(xué)掃描裝置的兼容性。波前修正專用于正被掃描的 記錄載體的類型。
類似于光學(xué)記錄載體3，光學(xué)記錄載體3'包括第二透明層5'， 在第二透明層的一側(cè)上布置具有第二信息層深度27'的信息層2'， 以及光學(xué)記錄載體3〃包括第三透明層5〃 ，在第三透明層的一側(cè)上布 置具有第三信息層深度27〃的信息層2〃 。
在該實(shí)施例中，僅僅借助于實(shí)例，光學(xué)記錄載體3， 3'和3〃分 別是"藍(lán)光盤(Blu-ray Disc )，，格式磁盤、DVD格式磁盤和CD格式 磁盤。因此，波長(zhǎng)L包含在365和445nm之間的范圍中，優(yōu)選地是 405nm。在讀模式和寫模式中數(shù)值孔徑NA,都等于大約0. 85。波長(zhǎng)L 包含在620和700rnn之間的范圍中，優(yōu)選地是650nm。數(shù)值孔徑NA2 在讀模式中等于大約0. 6并且在寫模式中在0. 6以上，優(yōu)選O. 65。波 長(zhǎng)h包含在740和820nm之間的范圍中，優(yōu)選地是大約785nm。數(shù)值 孔徑NA3在0. 5以下并優(yōu)選0. 45，用于從CD格式磁盤讀取信息，以及 優(yōu)選在0. 5和0. 55之間，用于向CD格式磁盤寫入信息。
權(quán)利要求
1.一種可切換的光學(xué)元件(100；200；30)，具有光軸(119)，該元件包括腔室(102)；具有限定腔室內(nèi)表面的表面的波前調(diào)節(jié)器(107a-107d)，該表面橫穿光軸延伸；第一流體(120)和第二流體(122)，這些流體不相容并在接觸面上接觸；該光學(xué)元件在第一流體(120)基本上覆蓋波前調(diào)節(jié)器(107a-107d)的表面的第一離散狀態(tài)和第二流體(122)基本上覆蓋波前調(diào)節(jié)器(107a-107d)的表面的第二離散狀態(tài)之間可切換；其中該腔室在兩種離散狀態(tài)中包圍兩種流體(120，122)，并且接觸面在第一離散狀態(tài)中橫穿光軸(119)延伸。
2. 如權(quán)利要求1所述的光學(xué)元件，還包括被布置成通過(guò)利用電濕 潤(rùn)效應(yīng)移動(dòng)流體而在第一和第二離散狀態(tài)之間切換光學(xué)元件(100; 200; 30)的流體切換系統(tǒng)(130, 132， 134; 134')。
3. 如權(quán)利要求2所述的光學(xué)元件，其中該流體切換系統(tǒng)包括耦合 到第二流體(122)的第一電極(132)，以及位于鄰近波前調(diào)節(jié)器的 表面的第二電極(134; 134')。
4. 如權(quán)利要求3所述的光學(xué)元件，其中波前調(diào)節(jié)器(107a-107d) 的表面包括在第二電極(134; 13V )和腔室內(nèi)的流體(120， 122) 之間形成絕緣阻擋層(108)的第一接觸層。
5. 如權(quán)利要求3或者4所述的光學(xué)元件，其中第二電極(134; 134')在鄰近波前調(diào)節(jié)器(107a-107d)的表面延伸，和波前調(diào)節(jié)器 的表面有固定的預(yù)定距離。
6. 如權(quán)利要求3-5中任何一項(xiàng)所述的光學(xué)元件，其中第二電極 (134')包括多個(gè)獨(dú)立地可尋址部分。
7. 如上述任何一項(xiàng)權(quán)利要求所述的光學(xué)元件，其中波前調(diào)節(jié)器的 表面是非平面的。
8. 如上述任何一項(xiàng)權(quán)利要求所述的光學(xué)元件，其中波前調(diào)節(jié)器的 表面限定至少一個(gè)突起(107a-1017(1)。
9. 如權(quán)利要求7所述的光學(xué)元件，其中所述至少一個(gè)突起(107a-107d)的高度(h)小于50um。
10. 如權(quán)利要求7或者8所述的光學(xué)元件，其中所述至少一個(gè)突 起(107a-107d)形成衍射光柵。
11. 如上述任何一項(xiàng)權(quán)利要求所述的光學(xué)元件，其中該腔室包括 至少一個(gè)側(cè)壁(110; 110')，接觸面(124; 124')在第一離散狀 態(tài)中延伸到所述側(cè)壁。
12. 如權(quán)利要求11所述的光學(xué)元件，其中所述側(cè)壁(110)的潤(rùn) 濕性是這樣的使得當(dāng)在第一離散狀態(tài)中時(shí)接觸面(124; 124')在橫 穿光軸的平面中延伸。
13. 如權(quán)利要求11所述的光學(xué)元件，其中所述側(cè)壁(ll(K )的 潤(rùn)濕性是這樣的使得當(dāng)在第一離散狀態(tài)中時(shí)接觸面(124; 12f )是 彎曲的。
14. 如權(quán)利要求ll， 12或者13中任何一項(xiàng)所述的光學(xué)元件，還 包括位于鄰近所述至少一個(gè)側(cè)壁(ll(K )的接觸面電極(136)，用 于控制所述壁(110')的潤(rùn)濕性。
15. —種設(shè)備(1),包括上述任何一項(xiàng)權(quán)利要求所述的可切換的 光學(xué)元件(100; 200; 30 )。
16. 如權(quán)利要求15所述的設(shè)備，其中該設(shè)備是光學(xué)掃描裝置(l)。
17. —種操作設(shè)備(1)的方法，該設(shè)備包括 具有光軸的可切換的光學(xué)元件(30)，該元件包括腔室；具有限定腔室的內(nèi)表面的表面的波前調(diào)節(jié)器，該表面橫穿光軸延伸；第一流 體和第二流體，所述流體不相容并在接觸面上接觸；該光學(xué)元件在第 一流體基本上覆蓋波前調(diào)節(jié)器的表面的第一離散狀態(tài)和第二流體基本 上覆蓋波前調(diào)節(jié)器的表面的第二離散狀態(tài)之間可切換；其中該腔室在 兩種離散狀態(tài)中都包圍兩種流體，并且接觸面在第一離散狀態(tài)中橫穿 光軸延伸，該方法包括在第一離散狀態(tài)和第二離散狀態(tài)之間切換光學(xué)元件(30)。
18. 如權(quán)利要求17所述的方法，其中該設(shè)備(1)還包括輻射源 (7)，其被布置成以笫一種操作模式提供第一輻射束，以及以第二種操作模式提供第二輻射束， 該方法包括根據(jù)表示輻射源的操作模式的信號(hào)在離散狀態(tài)之間切換光學(xué)元件(30)。
19. 一種制造具有光軸的可切換的光學(xué)元件的方法，該方法包括 提供腔室；提供具有限定腔室的內(nèi)表面的表面的波前調(diào)節(jié)器，該表面橫穿光 軸延伸；提供第 一流體和第二流體，所述流體不相容并在接觸面上接觸； 提供流體切換系統(tǒng)，用于在第一流體基本上覆蓋波前調(diào)節(jié)器的表 面的第一離散狀態(tài)和第二流體基本上覆蓋波前調(diào)節(jié)器的表面的第二離 散狀態(tài)之間切換該光學(xué)元件；其中該腔室在兩種離散狀態(tài)中都包圍兩 種流體，并且接觸面在第一離散狀態(tài)中橫穿光軸延伸。
全文摘要
一種可切換光學(xué)元件具有光軸。該元件包括腔室、具有限定腔室內(nèi)表面的表面(該表面橫穿光軸延伸)的波前調(diào)節(jié)器、第一流體和第二流體。該流體是不混容的并在接觸面上接觸。該光學(xué)元件可在第一流體基本上覆蓋波前調(diào)節(jié)器的表面的第一離散狀態(tài)和第二流體基本上覆蓋波前調(diào)節(jié)器的表面的第二離散狀態(tài)之間切換，其中該腔室在兩種離散狀態(tài)中都包圍兩種流體，并且該接觸面在第一離散狀態(tài)中橫穿光軸延伸。
文檔編號(hào)G02B6/26GK101194193SQ200680020677
公開(kāi)日2008年6月4日 申請(qǐng)日期2006年6月7日 優(yōu)先權(quán)日2005年6月10日
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