專利名稱:用于讀和/或?qū)懹涗涊d體的設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及一種讀和/或?qū)懹涗涊d體的設(shè)備,該設(shè)備包括輻射源和將輻射源發(fā)出的輻射波束會聚在記錄載體的已寫表面和/或要寫表面上的裝置,該裝置包括極化裝置和至少一種雙折射材料的衍射光柵,用于根據(jù)輻射波束的極化方向,將輻射波束聚焦在兩種可能的表面的其中之一上,兩種可能類型表面的第一表面對應(yīng)第一類記錄載體的讀和/或?qū)懕砻妫诙砻鎸?yīng)第二類記錄載體的讀和/或?qū)懕砻妗?br>
這種設(shè)備已知來自美國專利號6,052,353。本文描述的記錄載體是指CD和DVD。用作輻射源的單光源發(fā)出的光會聚在記錄載體的已寫表面上。會聚裝置也包括極化裝置和至少一種雙折射材料的衍射光柵。根據(jù)用作輻射源的光源發(fā)出的光的極化方向,輻射波束或者會聚在兩種可能表面的第一表面,CD的已寫表面上,或者會聚在兩種可能表面的第二表面,DVD的已寫表面上。依照傳統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn),在記錄載體的入口表面——射線通過該表面進(jìn)入記錄載體——與已寫表面和/或要寫表面之間透明層,在CD上的厚度為1.2mm,在DVD上的厚度為0.6mm。整個(gè)厚度上,透明層對于輻射源的射線是透明的。此外,設(shè)備需要一個(gè)數(shù)字孔徑來讀取DVD(0.6),大于適合用于讀取CD的設(shè)備的數(shù)字孔徑(0.45)或適合用于寫入CD的設(shè)備的數(shù)字孔徑(0.5)。
DVD(數(shù)字化視頻光盤)有4.7G的信息存儲容量,并且可以通過發(fā)射紅光的輻射源讀取。為了在具有同樣圓周尺寸的光盤如CD或DVD上記錄更大數(shù)量的視頻,提出了一種名為DVR(數(shù)字視頻記錄)的標(biāo)準(zhǔn)。遠(yuǎn)遠(yuǎn)多于DVD的大量信息可以被寫入到DVR上。在DVR中,使用的是發(fā)射藍(lán)光的輻射源。可以使用更大的數(shù)字孔徑0.85,而用于DVD的數(shù)字孔徑僅為0.6。
本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種使用單一輻射源的設(shè)備,同時(shí)用于DVR格式的寫入和讀取,以及DVD格式的讀取。因?yàn)镈VR格式需要的輻射源是藍(lán)色輻射源,那么使用藍(lán)色輻射源對相應(yīng)的DVD進(jìn)行讀取也應(yīng)該是可能的。除了使用的光線顏色和數(shù)字孔徑不同以外,用于DVR的透明層也必須薄于已知的用于DVD的透明層。預(yù)計(jì)用于DVR的透明層的厚度為0.1mm。
依照本發(fā)明,該目標(biāo)已經(jīng)在如開頭的段落中描述的設(shè)備中實(shí)現(xiàn)了,其中衍射光柵存在于輻射波束的中央?yún)^(qū)域,且其中衍射光柵充分聚焦了用于輻射波束極化第一方向的一級衍射,和充分聚焦了用于輻射波束極化第二方向的二級、更高級的衍射。
因此對于DVD應(yīng)用,實(shí)現(xiàn)了在恰當(dāng)選擇了輻射波束的極化方向時(shí),輻射波束經(jīng)歷一次更高級的衍射,這樣聚焦將發(fā)生在距入口表面的第一距離處。對于極化的另一方向,輻射波束經(jīng)歷一次零級衍射,因此就象根本沒有任何衍射光柵那樣,根本沒有任何額外的衍射。聚焦因此發(fā)生在距記錄載體入口表面的第二距離處。
由于選擇了將衍射光柵放置在輻射波束的中央?yún)^(qū)域,所以使用DVR時(shí),盡管衍射光柵不大于用于讀取DVD所嚴(yán)格必須的衍射光柵,但衍射光柵的存在和零級衍射根本一點(diǎn)兒關(guān)聯(lián)都沒有。然而,在根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的衍射光柵中,至少一個(gè)中心孔徑必須總是獨(dú)立于衍射光柵,這樣必須提供一個(gè)大的光柵。在衍射光柵在輻射波束中央部分沒有延伸到比獲得用于DVD的0.6數(shù)字孔徑所必須的距離更遠(yuǎn)的情況下,入射輻射波束可能和必須用于DVR的輻射源有同樣的沒有任何重大問題的橫截面。原因是盡管直徑相同,與DVR使用的輻射波束相比,DVD使用的輻射波束有不同的極化方向。即使使用寬輻射波束用于DVD,通過衍射光柵,只有該輻射波束較窄的中央部分以更高級別進(jìn)行衍射,使得聚焦在距離記錄載體入口表面正確的深度上(DVD深度)。輻射波束中央部分外的可能部分,入射到衍射光柵,與相等大小帶有修正極化不受衍射光柵影響的輻射波束部分一樣,聚焦在記錄載體入口表面下相同的深度。帶有修正極化的輻射波束不受衍射光柵影響是因?yàn)樵跇O化的修正方向發(fā)生零級衍射。輻射波束中央部分以外的部分聚焦在距中央部分輻射波束聚焦處幾十毫米的地方,并且在輻射波束聚焦的中央部分處強(qiáng)度完全可以忽略。
衍射光柵最好安放在平面上。
會聚裝置最好包含至少一個(gè)有一平面的透鏡,并且衍射光柵安放在至少一個(gè)的透鏡的平面上。
從而實(shí)現(xiàn)了衍射光柵可以以一種相對簡單的方法設(shè)計(jì)并制造,并且關(guān)于輻射波束的衍射光柵的定位,轉(zhuǎn)換成關(guān)于至少一個(gè)的透鏡邊緣的定位,也比定位在兩個(gè)不同的位置上更簡單。
衍射光柵最好只由一種雙折射材料制作而成。
從而實(shí)現(xiàn)了在提供了衍射光柵的平面結(jié)構(gòu)以后,不再需要單獨(dú)的制造步驟。注意,在美國專利號6,052,353中,完成這樣的衍射光柵之前,不僅必須設(shè)計(jì)雙折射材料,而且離子交換必須發(fā)生在衍射光柵的給定區(qū)域。
雙折射材料最好是可以用紫外光修復(fù)的液晶材料。
如果極化裝置圓極化輻射波束,液晶材料最好是一種膽甾型液晶材料。
衍射光柵最好包含環(huán)帶。
每條環(huán)帶最好包含至少二個(gè)階梯的剖面。從而實(shí)現(xiàn)了在極化一個(gè)方向上的輻射波束中,該方向上雙折射材料具有第一折射率,階躍高度總是對應(yīng)于整數(shù)倍2π相移軌跡,而對于極化另一個(gè)方向上的輻射波束,該方向上雙折射材料有不同的折射率,階躍高度有不同于整數(shù)倍2π的相移軌跡。因此,對于相移軌跡為整數(shù)倍2π的波束,發(fā)生零級衍射,而對于相移軌跡不是整數(shù)倍2π的波束,衍射光柵引起更高級衍射。
環(huán)帶最好包含炫耀剖面圖。
本發(fā)明的上述及其它方面是顯而易見的,并將參考在下文描述的實(shí)施方案進(jìn)行說明。
附圖中圖一概略的顯示了一種讀和/或?qū)懺O(shè)備;圖二概略的顯示了一種光學(xué)掃描儀;圖三概略的顯示了根據(jù)本發(fā)明用于輻射波束極化第一方向的設(shè)備;圖四概略的顯示了根據(jù)本發(fā)明用于輻射波束極化第二方向的設(shè)備;圖五是衍射光柵大多數(shù)環(huán)帶的概略剖面圖;圖六是根據(jù)本發(fā)明用于DVR的設(shè)備剖面圖;圖七是根據(jù)本發(fā)明用于DVD的設(shè)備剖面圖。
圖一中概略顯示的光學(xué)唱機(jī)實(shí)施方案包含一塊平板1,它繞著轉(zhuǎn)軸3旋轉(zhuǎn),由固定在架子7上的電動機(jī)5驅(qū)動。光學(xué)可讀的記錄載體9如DVD或DVR可以放置在平板1上,該記錄載體包含與帶有螺旋形信息磁道的信息層13一起提供的圓盤形透明基底。信息層13為透明層11覆蓋。光學(xué)唱機(jī)還包含光學(xué)掃描器15,用于對記錄載體9上的信息磁道進(jìn)行光學(xué)掃描。掃描器15實(shí)質(zhì)上可以通過光學(xué)唱機(jī)的移動設(shè)備17在關(guān)于轉(zhuǎn)軸3的兩個(gè)相反方向X和X’上移動。所以,掃描器15緊固在移動設(shè)備17的滑動裝置19上,該移動設(shè)備與在平行于X方向伸展并放置在架子7上的直線導(dǎo)向裝置21和電動機(jī)23裝配在一起,通過該導(dǎo)向裝置,滑動裝置19可以移動,使用該電動機(jī)23,滑動裝置19在導(dǎo)向裝置21上移動。操作期間,電動機(jī)5和23由光學(xué)唱機(jī)的電動控制單元(沒有顯示)驅(qū)動,借此記錄載體9繞著轉(zhuǎn)軸3旋轉(zhuǎn),同時(shí)掃描器15平行于X方向移動,這樣掃描器15就可以掃描記錄載體9上的螺旋信息磁道。掃描期間,掃描器15可以讀出信息磁道上的信息,或者可以將信息寫入到信息磁道。
掃描器15包含輻射源25如,舉個(gè)例子,帶有光軸27的半導(dǎo)體激光器。此外,掃描器15還包含輻射波束分離器29,該輻射波束分離器29包含放置在輻射源25的光軸27四十五度角處的透明陽極31,還有面對著輻射源25的反射平面33。掃描器15還包含一個(gè)帶有光軸37的平行透鏡單元35和一個(gè)帶有光軸41的光學(xué)透鏡系統(tǒng)39,平行透鏡單元35放置在輻射波束分離器29和透鏡系統(tǒng)39之間。在顯示的實(shí)施方案中,平行透鏡單元35包含一個(gè)單獨(dú)的平行透鏡43,而透鏡系統(tǒng)39包含一個(gè)第一透鏡或者是物鏡45和一個(gè)放置在物鏡45和記錄載體之間的第二透鏡或者是備用鏡47。在顯示的實(shí)施方案中,平行透鏡單元35的光軸37和光學(xué)透鏡系統(tǒng)39的光軸41重合,并且與輻射源25的光軸27形成九十度角。掃描器15還包含一個(gè)已知的、傳統(tǒng)類型的光學(xué)探測器49,該探測器和平行透鏡一起放置在輻射波束分離器29后面。
工作期間,光源25產(chǎn)生輻射波束51,輻射波束分離器29的反射平面33反射該輻射波束,通過透鏡系統(tǒng)39聚焦到記錄載體9的信息層13上的掃描點(diǎn)53。信息層13反射輻射波束51,產(chǎn)生反射輻射波束55,通過透鏡系統(tǒng)39、平行透鏡單元35和輻射波束分離器29,聚焦在光學(xué)探測器49上。為讀取存在于記錄載體9上的信息,輻射源25產(chǎn)生一束連續(xù)或脈沖輻射波束51,而光學(xué)探測器49提供對應(yīng)于記錄載體9上信息磁道上存在于掃描點(diǎn)53處的一系列連續(xù)的基本信息標(biāo)記的掃描信號。為了在記錄載體9上寫入信息,輻射源25產(chǎn)生一束功率對應(yīng)于要寫入信息的輻射波束,而在掃描點(diǎn)53處產(chǎn)生記錄載體9信息磁道上一系列連續(xù)的基本信息標(biāo)記。注意,輻射源25、平行透鏡單元35和透鏡系統(tǒng)39的安放可以相互不同。例如,本發(fā)明包含一些實(shí)施方案,其中平行透鏡單元35的光軸37和透鏡系統(tǒng)39的光軸35互成九十度角,而且其中在平行透鏡單元35和透鏡系統(tǒng)39之間放置有一面反射鏡。在這些實(shí)施方案中,從平行于透鏡系統(tǒng)39的光軸41看光學(xué)掃描儀的尺寸減小了。這些實(shí)施方案也是合理的,其中輻射源25和平行透鏡單元35沒有安放在滑動裝置19上,而是安放在與架子7相對固定的位置上,平行透鏡單元35的光軸37的指向平行于徑向方向X、X’。在這些實(shí)施方案中,只有透鏡系統(tǒng)39和額外的一面反射鏡安放在滑動裝置19上,這樣就減小了滑動裝置19的可移動面積。
正如圖2中進(jìn)一步顯示的那樣,光學(xué)掃描器15包含第一傳動器57和第二傳動器59。通過第一傳動器57,透鏡系統(tǒng)39可以平行于光軸41移動較短的距離,平行于X方向移動較短的距離。通過第一傳動器57平行于光軸41移動透鏡系統(tǒng)39,掃描點(diǎn)53以希望的精確度聚焦在記錄載體9的信息層13上。通過第一傳動器57,平行于X方向移動透鏡系統(tǒng)39,掃描點(diǎn)53以希望的精確度保存在掃描的信息磁道上。所以,第一傳動器57由光學(xué)唱機(jī)的上述控制單元操控,該控制單元從光學(xué)探測器49接收聚焦錯(cuò)誤信號并跟蹤錯(cuò)誤信號。通過第二傳動器59,平行透鏡單元35的平行透鏡43平行于光軸37移動較短的距離。通過第二傳動器59平行于光軸37移動平行透鏡43,記錄載體9的透明層11所引起的輻射波束51球面偏差可以得到修正。該球面偏差主要由層11中的厚度起伏引起的。所以,第二傳動器59由光學(xué)唱機(jī)的控制單元的電控電流操控,該裝置從傳感器(沒有顯示)接收錯(cuò)誤信號,同時(shí),舉個(gè)例子,在掃描點(diǎn)53附近的透明層11的厚度是可測的??刂茊卧m合控制通過第二傳動器59的電流,這樣平行透鏡43可以安放在以預(yù)定的、已知的傳統(tǒng)方法修正了上述球面偏差的位置上。
液晶單元38放置在平行透鏡43和透鏡系統(tǒng)39中間,它能夠使輻射波束的極化從p極化轉(zhuǎn)換成s極化。
一個(gè)光學(xué)透鏡系統(tǒng)的特定實(shí)施方案將波長為400nm、例如s方向極化的平行輻射波束51轉(zhuǎn)換成0.85數(shù)字孔徑(NA)的會聚波束,該會聚波束通過記錄載體9的透明層11,在信息層13上形成掃描點(diǎn)53。光學(xué)系統(tǒng)39的第一透鏡45在光軸60方向上有1.500mm的厚度和2.835mm的入口光瞳直徑。第一透鏡45由折射率為1.477、阿貝數(shù)為66的斯科特(Schott)玻璃FK3制成。第一透鏡45的凸面,面對平行透鏡43,具有等式z(r)=cr2(1+(1-(1+b)c2r2)1/2)-1+Σi=28A2ir2i]]>定義的旋轉(zhuǎn)對稱象散形狀,其中,z是光軸60方向上的平面位置,單位為mm,r是到光軸60的位置,單位為mm,c是曲率(半徑的倒數(shù)),b是二次常數(shù),Ak是r的k次冪的系數(shù)。在這種情況下,c=0.533mm-1,b=0。系數(shù)A4到A16的值分別是-0.0096653516、-0.0031223071、-0.0004646800、-2.9911127×10-5、-0.0001740062、6.6600388×10-5和-1.3526451×10-5。第一透鏡45凸面對面的邊界面46有無窮大的曲率半徑。由環(huán)帶組成的平面衍射結(jié)構(gòu)位于該邊界面上,將在圖5中進(jìn)一步描述。
圖3中,索引號101表示輻射波束,例如光束,它由輻射源25產(chǎn)生,沿平行于繪圖平面方向極化,該方向由索引號102表示。索引號103表示改變極化方向的裝置,該裝置可以象圖3中索引號104所表示的那樣,保持輻射波束101的極化方向,或者可以象圖4中索引號105所表示的那樣,將極化方向旋轉(zhuǎn)九十度。改變極化方向的裝置103本身是已知的,而且包含,例如,雙扭絞向列型液晶。輻射波束101隨后入射到第一平凸透鏡106上,該透鏡在圖2中由索引號45表示,在本圖中描述,根據(jù)本發(fā)明,該透鏡的平面帶有平面衍射結(jié)構(gòu)107,下文中稱之為衍射光柵。在通過了平凸透鏡106和衍射光柵107后,波束101入射到第二平凸透鏡108上,該透鏡在圖2中由索引號47表示,在本圖中描述。隨后,該波束入射到記錄載體的透明層109(
圖1)和110(圖2)上。從下面對圖6、圖7的描述可以明顯看出,應(yīng)該要注意的是衍射光柵107的直徑和透明層109、110的厚度可以以一種正確的方式互相匹配。
圖5顯示了可以用于根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備的衍射光柵一部分的一個(gè)例子。衍射光柵有幾個(gè)環(huán)帶Zn、Zn+1...,等等。環(huán)帶Zn繞著平凸透鏡6的平面中心M環(huán)形擴(kuò)展(參見圖3和圖4)。徑向方向上環(huán)帶的大小取決于環(huán)帶Zn和點(diǎn)M間的距離。
衍射光柵107的環(huán)帶邊界rj由等式1531,752rj2-233,322rj4+299,534rj6-288,624rj8=2πj]]>定義,其中,j總是整數(shù)。該結(jié)構(gòu)半徑一直擴(kuò)展到0.695mm。那么有112個(gè)環(huán)帶,最窄的環(huán)帶(靠近衍射光柵邊緣)寬3.26μm。當(dāng)前的平板印刷技術(shù)提供了制造這樣的結(jié)構(gòu)的可能性,該結(jié)構(gòu)在最窄的環(huán)帶里有三個(gè)或者甚至更多的子環(huán)帶。衍射結(jié)構(gòu)活性液晶材料制成。no=1.51,ne=1.70,這種材料的一個(gè)例子是C6M/E750/50(以重量的百分比為單位)(參見圖8)。加入一種光引發(fā)劑(例如,Darocure 4265)用于光致聚合作用。一種替代的混合物是C6M/C3M/E740/10/50(以重量的百分比為單位)(參見圖8)。在室溫下的光致聚合作用后,折射率no和ne將分別變?yōu)?.55和1.69。使用的代號指下列內(nèi)容E751%C5H11氰基聯(lián)苯(cyanobiphenyl),25%C5H15氰基聯(lián)苯,16%C8H17氰基聯(lián)苯,8%C5H11氰基三聯(lián)苯。
C3M4-(6-丙稀酰氧基丙氧基)苯甲酸4-(6-丙稀酰氧基丙氧基)-苯甲酰氧-2-甲基苯基酯C6M4-(6-丙稀酰氧基己氧基)苯甲酸4-(6-丙稀酰氧基己氧基)-苯甲酰氧-2-甲基苯基酯光致聚合作用發(fā)生的溫度可以用于改變折射率no和ne(并產(chǎn)生雙折射)。例如,當(dāng)溫度在30℃和140℃之間變化時(shí),ne可以改變0.01,no可以改變大約0.03。也可以通過改變混合率微調(diào)這些數(shù)值。
圖5中顯示的是一個(gè)衍射光柵優(yōu)選實(shí)施方案的橫截面,每個(gè)環(huán)帶包括111、112和113三個(gè)區(qū)域。衍射光柵107的材料是一種雙折射材料,該材料的細(xì)節(jié)已經(jīng)在上文中描述過。圖5顯示了一個(gè)實(shí)施方案,其中每個(gè)環(huán)帶的結(jié)構(gòu)第一個(gè)高度在階梯111,第二個(gè)高度在階梯112,第三個(gè)高度在階梯113,分別表示為h111、h112和h113。
雙折射層以s極化選擇no折射率的方式定向。在一個(gè)環(huán)帶內(nèi)的結(jié)構(gòu)和每個(gè)環(huán)帶中重復(fù)的結(jié)構(gòu)是一個(gè)遞增的結(jié)構(gòu),每一個(gè)增量都為高度h,該高度是ho的整數(shù)倍,定義為ho=λno-1]]>其中λ為波長(λ=400nm),no為常見折射率(no=1.55)。這樣,該結(jié)構(gòu)的相位增量是2π的整數(shù)倍,因此該結(jié)構(gòu)對于s極化沒有影響。當(dāng)每一個(gè)環(huán)帶建立了三個(gè)寬度相等的階梯,高度率分別為1ho、2ho、3ho時(shí),對于s極化光線不會散射(零級衍射就是這樣選擇的)。對于p極化,即s極化的垂直方向,雙折射層的衍射率為ne=1.69。階梯式的結(jié)構(gòu)有一個(gè)相對相位跳變,該跳變不是2π的整數(shù)倍,定義為0.5092π、1.0184π和1.5276π。在這種情況下,選擇一級衍射的有效率為58%。在給定的結(jié)構(gòu)中,已知一級衍射理論上可以達(dá)到的最大百分率是68.4%。
光學(xué)透鏡系統(tǒng)39(圖3、圖4、圖6和圖7中的108)的第二透鏡47(參見圖2)在光軸60處的厚度為0.975mm,到第一透鏡45的距離為1.337mm。第二透鏡47是用Schott玻璃SFL56制成的。第二透鏡47對著第一透鏡45的凸面的非球面的外形由等式(1)定義,其中c=10.31mm-1,b=0,系數(shù)A4到A16的數(shù)值分別為-0.05483298、0.009373890、0.067727252、-0.93408194、3.6700376、-9.1381272和6.5187469。第二透鏡47另一面上的分界面75有無窮大的曲率半徑。在s極化波束情況下,當(dāng)透明層11厚度為0.1mm,且在上述輻射波束51波長下的折射率n為1.624時(shí),光學(xué)透鏡系統(tǒng)39和透明層11之間的無作用距離為0.075mm。在p極化波束情況下,光學(xué)透鏡系統(tǒng)39的特定實(shí)施方案將波長為400nm的平行波束51轉(zhuǎn)換成數(shù)字孔徑(NA)為0.6的會聚波束,通過記錄載體9的透明層11,在信息層13上形成掃描點(diǎn)53。輻射波束在衍射光柵中經(jīng)歷了一級衍射,對于一個(gè)透明層11厚度為0.6mm,折射率n為1.624的記錄載體而言,通過透鏡4 7的輻射路徑以受限衍射點(diǎn)產(chǎn)生在信息層13上的方式改變。光學(xué)透鏡系統(tǒng)39和透明層11之間的無作用距離現(xiàn)在為0.050mm。無作用距離可以通過賦予衍射結(jié)構(gòu)一個(gè)較強(qiáng)的較弱聚焦作用。
環(huán)帶Zn中的階梯規(guī)定可以改變,這樣可以接近炫耀剖面。越接近炫耀剖面,按某種順序產(chǎn)生的射線越多。依賴于用于制造衍射光柵107的生產(chǎn)工藝,也就是那些本領(lǐng)域中的熟練工人已知的工藝,衍射光柵107也可以有炫耀剖面。在這種情況下,平面衍射結(jié)構(gòu)趨向于擴(kuò)展到整個(gè)孔徑,最好選擇一個(gè)從零開始的有序插值用于DVD和DVR。
假定如上所述,輻射波束101在102極化方向和104極化方向或105極化方向上線性極化。然而,該發(fā)明不僅僅限于線性極化輻射波束,還可用于圓極化輻射波束101,其中改變極化方向的設(shè)備103,將極化方向從左旋改變?yōu)橛倚粗嗫?。?dāng)圓極化光線用于輻射波束101時(shí),建議制造膽甾型液晶材料的衍射光柵107,對于左旋和右旋圓極化輻射有不同的折射率。
圖6和圖7顯示了使用本發(fā)明的例子,其中圖6顯示的是本發(fā)明用于DVR,圖7顯示的是本發(fā)明用于DVD。
DVR的特征在于以0.85的數(shù)字孔徑,400nm的波長進(jìn)行讀寫,其中透明層11厚度為0.1mm,波束必須通過該層到達(dá)讀寫表面。注意,圖6和圖7中僅顯示了該層厚度,該層當(dāng)然位于一個(gè)較厚子層(沒有顯示)上。對于DVD而言情況相同,當(dāng)波長為400nm時(shí),用于讀的數(shù)字孔徑為0.6,用于寫的數(shù)字孔徑為0.65,透明層10的層厚度為0.6mm。
圖6中,索引號104表示方向極化激光波束101,它入射到平凸透鏡106上,從而被衍射成波束115。接著波束115入射到平凸透鏡106的平的出口平面和輻射波束101中央部分的衍射光柵107以及平凸透鏡106。如上所述,衍射光柵107在極化方向104上產(chǎn)生零級衍射,這意味著波束115通過透鏡106的平面衍射成為波束116,而衍射光柵116的存在沒有任何影響。接著,輻射波束116通過平凸透鏡108和透明層109的厚度聚焦在入口平面114下0.1mm處的焦點(diǎn)117。
圖7中,顯示了同樣的裝置,其中,象極化方向105所表示的那樣,輻射波束101被極化。該圖也說明輻射波束被一個(gè)光圈(沒有顯示)阻隔,產(chǎn)生輻射波束115,它具有這樣的直徑,當(dāng)入射到平凸透鏡106的平面上并且環(huán)繞中心M時(shí),完全充滿衍射光柵107。對于極化方向105,衍射光柵107的存在導(dǎo)致輻射波束115被衍射進(jìn)更高級別,形成輻射波束116’。通過平凸透鏡108和透明層110后,波束116’聚焦在透明層110的入口平面114下0.6mm處的焦點(diǎn)118。
圖7也顯示了當(dāng)帶有極化方向105的輻射波束101沒有被阻隔時(shí)的結(jié)果。輻射波束101的一部分將在衍射光柵107不存在的環(huán)形部分119處,入射到平凸透鏡106的平面上。虛線120、121表明了這一點(diǎn)。由于在環(huán)形部分119處沒有衍射光柵107,輻射波束101位于虛線120和121之間的部分隨后將以輻射波束116在平凸透鏡106和平凸透鏡108之間延伸的方式繼續(xù)前進(jìn),接著通過平凸透鏡108和透明層110聚焦到入射平面114下面大約0.1mm處的焦點(diǎn)117’,這與平凸透鏡108的平面和入口平面114之間的距離是一樣的。在平凸透鏡108的平面和入口平面114之間不同的距離處,焦點(diǎn)和入口平面114之間的距離將比0.1mm略大或略小。對以下方面而言,這一不同并不是重要。接著,聚焦在焦點(diǎn)117處的波束將再散焦,在記錄載體110上照亮一個(gè)環(huán)形區(qū)域122。如圖7中可以看到的,區(qū)域122的輻射強(qiáng)度比焦點(diǎn)118處聚焦輻射波束的強(qiáng)度要低很多倍,區(qū)域122并沒有包括焦點(diǎn)118。結(jié)果,圖7中輻射波束116掃描的某些信息對區(qū)域122中的信號沒有任何影響,或者影響可以忽略,該信號是從輻射波束101、115和116′的焦點(diǎn)118處反射生成的。
如果,不管是什么不可避免的理由,輻射波束101不能或者不完全被阻隔,并且衍射光柵107從中心M擴(kuò)展到大于DVD數(shù)字孔徑的相應(yīng)數(shù)值的距離,將會發(fā)生如下的狀況。輻射波束101的一部分,如圖7中實(shí)線所示,將在焦點(diǎn)118處產(chǎn)生聚焦。然而,位于虛線120和121之間并對應(yīng)于環(huán)繞中心M直徑為7′的衍射光柵的一部分波束101,可能會增大偏差,這樣光也會環(huán)繞著焦點(diǎn)118而不是在焦點(diǎn)118之中。大的數(shù)字孔徑使得設(shè)備對于公差更靈敏,例如,對于記錄載體仰角的公差。產(chǎn)生大的光行差的結(jié)果是由于衍射光柵107擴(kuò)展到衍射光柵107′,可能會擴(kuò)展到平凸透鏡106的整個(gè)平面,導(dǎo)致設(shè)備靈敏度更加偏離記錄載體及其移動的標(biāo)稱值,但是不會造成設(shè)備無法使用的狀況。如果用正確的方式加工平凸透鏡108,象差的增量可以限制在,甚至維持0,也就是確保平凸透鏡108引入正確象差量,以抵消衍射光柵107引入的象差。
上面描述的實(shí)施方案的質(zhì)量可以從可取得的容限推斷。在輻射波束的輻射波長λ=400nm,用于DVD的數(shù)字孔徑為0.6,用于DVR的為0.85,透鏡108的平面與透明層110的入口平面之間的距離為50μm,并且透鏡108的平面與用于DVR的透明層109入口平面之間的距離為75μm的情況下,容限如下。
對DVR(入口光瞳直徑2.835mm)標(biāo)稱0.3mλrms,15μm;透鏡的偏心19.5mλrms,0.4°;域17.5mλrms。
對DVD(入口光瞳直徑1.874mm)標(biāo)稱5.4mλrms,15μm;透鏡的偏心35.2mλrms,0.3°;域37.0mλrms。
在前述內(nèi)容之后,所描述設(shè)備的不同實(shí)施方案和改進(jìn)都處于本發(fā)明的范圍之內(nèi),對于本領(lǐng)域中的那些熟練工人是顯而易見的。所有這些實(shí)施方案都可看作如在從屬權(quán)利要求中定義的本發(fā)明的具體化。
權(quán)利要求
1.一種用于讀和/或?qū)懹涗涊d體(13)的設(shè)備,該設(shè)備包括一個(gè)輻射源(25)和用于將輻射源(25)發(fā)出的輻射波束(27、101)會聚到記錄載體(13)的已寫平面和/或要寫平面的裝置(35、45、47、106、108),上述裝置包括極化裝置(103)和用于根據(jù)輻射波束(27、101)的極化方向在兩種可能類型的表面其中之一上聚焦輻射波束(27、101),由至少一種雙折射材料制成的衍射光柵(107),上述兩種可能類型的表面的第一表面對應(yīng)于記錄載體第一類型(109)讀和/或?qū)懙谋砻?,第二表面對?yīng)于記錄載體第二類型(110)讀和/或?qū)懙谋砻?,其特征在于衍射光?107)存在于輻射波束(101)中心區(qū)域,以及衍射光柵(107)實(shí)質(zhì)上形成用于輻射波束(101)第一極化方向的第一衍射波束,和實(shí)質(zhì)上形成用于輻射波束(101)的第二極化方向的第二、更高級的衍射波束。
2.如權(quán)利要求1中所要求的設(shè)備,其特征在于該第一衍射波束是零級衍射波束。
3.如權(quán)利要求1中所要求的設(shè)備,其特征在于該衍射光柵(107)被安放在一個(gè)平面上。
4.如權(quán)利要求1或2中所要求的設(shè)備,其特征在于該會聚裝置(35、45、47、106、108)包含至少一個(gè)帶有一個(gè)平面的透鏡(45、106),以及在于衍射光柵被安放在至少一個(gè)透鏡(45、106)的平面上。
5.如權(quán)利要求1中所要求的設(shè)備,其特征在于該衍射光柵(107)只由一種雙折射材料制成。
6.如權(quán)利要求5中所要求的設(shè)備,其特征在于該雙折射材料是一種液晶材料。
7.如權(quán)利要求6中所要求的設(shè)備,其特征在于該雙折射材料可通過紫外線修復(fù)。
8.如權(quán)利要求6中所要求的設(shè)備,其特征在于該極化裝置圓極化輻射波束(27、101),以及在于該液晶材料是一種膽甾型液晶材料。
9.如權(quán)利要求1中所要求的設(shè)備,其特征在于該衍射光柵包含環(huán)帶(Zn,Zn+1)。
10.如權(quán)利要求9中所要求的設(shè)備,其特征在于每一個(gè)環(huán)帶(Zn,Zn+1)包含至少有兩個(gè)階梯(111、112、113)的剖面。
11.如權(quán)利要求10中所要求的設(shè)備,其特征在于每一個(gè)環(huán)帶(Zn,Zn+1)包含至少有三個(gè)階梯(111、112、113)的剖面。
12.如權(quán)利要求9中所要求的設(shè)備,其特征在于每一個(gè)環(huán)帶(Zn,Zn+1)包含一個(gè)炫耀剖面。
全文摘要
用于讀和/或?qū)懹涗涊d體(13)的設(shè)備,該設(shè)備包含將輻射源(25)發(fā)出的輻射波束(27、101)聚焦在記錄載體(13)上的會聚裝置(35、45、47、106、108)。該會聚裝置由極化裝置(103)和雙折射材料的衍射光柵(107)組成。依賴于極化方向,輻射波束(101)聚焦在兩個(gè)分別對應(yīng)于DVD(110)和DVR(109)可能表面的其中一個(gè)上。衍射光柵(107)出現(xiàn)在輻射波束(101)的中央?yún)^(qū)域,并且形成輻射波束(101)一個(gè)極化方向上的一級衍射和另一個(gè)極化方向上的二級、更高級的衍射。衍射光柵(107)由雙折射材料制成。
文檔編號G11B7/135GK1422428SQ01807938
公開日2003年6月4日 申請日期2001年11月26日 優(yōu)先權(quán)日2000年12月11日
發(fā)明者B·H·W·亨德里克斯 申請人:皇家菲利浦電子有限公司