專利名稱：光學(xué)掃描裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于掃描光學(xué)記錄載體的光學(xué)掃描裝置，該裝置包含用于產(chǎn)生預(yù)定波長(zhǎng)的射線束的射線源，此線束沿著本系統(tǒng)的光軸被引導(dǎo)，本裝置還包含一種用于減少線束的某個(gè)部分的強(qiáng)度的光闌。本發(fā)明還涉及一種用于使用預(yù)定波長(zhǎng)的射線束來掃描光學(xué)記錄載體的光闌。特別是，但并非專有地，本發(fā)明涉及一種用于掃描光學(xué)記錄載體，如光盤，的光學(xué)掃描裝置，其中的數(shù)值孔徑(NA)在使用中可以變化。
光盤的不同物理格式被設(shè)計(jì)成可被讀出，在可記錄或可重寫的光盤情況下，使用不同的波長(zhǎng)和NA，又可被寫入。比如標(biāo)準(zhǔn)的密集光盤(CD)設(shè)計(jì)成用780nm波長(zhǎng)和0.45NA讀出。標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字視頻光盤(DVD)設(shè)計(jì)成用650nm波長(zhǎng)和0.6NA讀出。標(biāo)準(zhǔn)的可重寫DVD光盤(DVD+RW)設(shè)計(jì)成用660nm波長(zhǎng)和0.65NA寫入和讀出。標(biāo)準(zhǔn)的可記錄DV盤(DVR)設(shè)計(jì)成用440nm波長(zhǎng)和0.85NA寫入和讀出。
需要提供一種具有可兼容多種標(biāo)準(zhǔn)物理格式的光學(xué)系統(tǒng)的光學(xué)掃描裝置。例如，組合的CD-DVD兼容裝置，當(dāng)射線波長(zhǎng)從650nm變至780nm時(shí)，其光學(xué)系統(tǒng)的NA可從0.6變至0.45。為達(dá)此目的，其光學(xué)系統(tǒng)的物鏡的靠外的環(huán)形圈(annular ring)被設(shè)計(jì)成可截除780nm波長(zhǎng)的射線。如果做到這一點(diǎn)，物鏡的這個(gè)靠外的部分能被優(yōu)化用以掃描DVD，而當(dāng)掃描CD盤時(shí)又不影響該裝置的性能。
眾所周知，使用分色環(huán)形濾波器可以截除780nm射線，而在射線束落到物鏡的靠外的部分上的區(qū)域內(nèi)，它對(duì)650nm射線是透射的。然而，這是一個(gè)相當(dāng)昂貴的部件。在光學(xué)掃描裝置中當(dāng)輻射不同波長(zhǎng)的射線時(shí)，提供一種改變數(shù)值孔徑的可替代方式是理想的。
提供一種在光學(xué)系統(tǒng)不同的NA之間的選擇性切換方式，而不必改變射線的波長(zhǎng)，這也是人們所期待的。這是可能的，比如，采用某種掃描裝置，僅僅改變光學(xué)系統(tǒng)的NA，讀取光盤上不同的格式，而不改變波長(zhǎng)，這樣，單一波長(zhǎng)的激光系統(tǒng)就可被使用了。
國(guó)際專利申請(qǐng)WO 97/21215敘述了一種用于光盤的光學(xué)掃描裝置，它能讀和/或?qū)慍D和DVD。光闌是由與物鏡有聯(lián)系的偏振濾波器構(gòu)成的。為了在不同的格式間相互切換，半波板連同發(fā)散透鏡一起，從系統(tǒng)的光路上被機(jī)械地插入或移出，發(fā)散透鏡用來校正球面象差，此象差是在不同的光盤格式中由不同的信息層深度引起的。半波板將射線的線偏振改變90°，這樣，就實(shí)現(xiàn)了在偏振濾波器提供的不同的數(shù)值孔徑之間進(jìn)行的切換。然而，半波板的機(jī)械插入和移出需要機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，這就復(fù)雜了光學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，勢(shì)必增加該系統(tǒng)的制造費(fèi)用。
JP-A-10143900敘述了一種光盤拾取裝置，它具有用于改變輻射到光盤上的射線束的數(shù)值孔徑的裝置，這與WO97/21215的敘述相似。
JP-A-1086334敘述了一種光學(xué)掃描裝置，其中輻射到光盤上的線束的數(shù)值孔徑，可通過基于某種控制信號(hào)的選擇性衍射光學(xué)元件予以改變。對(duì)這種裝置提出可供選擇的方案是需要的。
EP-A-0932145敘述了一種光學(xué)掃描裝置，其中輻射到光盤上的線束的數(shù)值孔徑，根據(jù)所用射線的波長(zhǎng)，可以有選擇地被改變。一種具有環(huán)形偏振區(qū)的偏振板起著偏振-選擇光闌的作用。一種能以不同的偏振狀態(tài)產(chǎn)生兩種不同線束波長(zhǎng)的輻射源被采用。提供一種可供選擇的裝置是人們所期望的。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，這里提供一種用于掃描光學(xué)記錄載體的光學(xué)掃描裝置，該裝置包含用以產(chǎn)生預(yù)定波長(zhǎng)的射線束的射線源，此線束沿著本裝置的光軸被引導(dǎo)，該裝置還包含一種光闌，用以減少線束的一部分的強(qiáng)度，特征在于，所述光闌包含一種具有選定螺距的膽甾液晶材料，以提供線束的上述部分的內(nèi)反射。
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，這里提供一種使用預(yù)定波長(zhǎng)的射線束掃描光學(xué)記錄載體的光闌，所述光闌用于減少線束的一部分的強(qiáng)度，其特征是包含一種具有選定的以提供線束的上述部分的內(nèi)反射的螺距的膽甾液晶材料。
膽甾液晶與其他類型液晶一樣，由長(zhǎng)分子組成，這些分子大體上位于同一方向。這個(gè)方向稱作導(dǎo)向器，用矢量n表示。雖然這些分子在它們兩端之間并不是對(duì)稱的，但是，排在n方向上的分子與排在與n相反方向上的分子，平均上是一樣多的。因此，n與-n是等同的。在沒有外界影響的條件下，向列液晶自然地采取一種排列，其中導(dǎo)向器是完全一致的。相反，在沒有任何外界影響的條件下，膽甾液晶自然地采取一種排列方式，其中，導(dǎo)向器圍繞螺旋軸成螺旋形改變方向。在垂直于螺旋軸的各個(gè)平面內(nèi)，導(dǎo)向器是一致的并與該平面平行。導(dǎo)向器與垂直于縱軸的一參考導(dǎo)向器之間的夾角沿螺旋軸線性地改變。導(dǎo)向器轉(zhuǎn)過360°所跨過的距離稱之為螺距p。
與其它液晶相似，膽甾液晶也具有雙折射性。與導(dǎo)向器平行的線偏振射線所經(jīng)歷的折射率為ne，與導(dǎo)向器垂直的線偏振射線所經(jīng)歷的折射率為no。膽甾液晶層能顯出各種各樣的光學(xué)性質(zhì)，這些性質(zhì)取決于膽甾材料的折射率ne，no和垂直螺距p，入射線的波長(zhǎng)λ，入射線的相對(duì)于材料的螺旋軸所形成的入射角θ以及層的厚度。其中一個(gè)性質(zhì)是偏振選擇的(基本上全部)內(nèi)反射。當(dāng)θ＝0時(shí)，反射波段出現(xiàn)在λmin＝nop和λmax＝nep二者之間。這種反射的偏振選擇特性在于，只有一種圓偏振才被反射，這個(gè)圓偏振與膽甾的螺旋有著相同的螺旋性。該層對(duì)反向的圓偏振射線是(基本上完全)透射的。當(dāng)θ≠0時(shí)，反射波段位于下式的λmin和λmax二者之間。λmin=nop1-sinθ2/n‾2]]>λmax=nep1-sinθ2/n‾2,]]>n＝(no+ne)/2.
本發(fā)明各種實(shí)施例的更多的特點(diǎn)和優(yōu)越性，通過下面僅用舉例方式對(duì)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的描述將變得更明顯，這涉及一些附圖，其中

圖1對(duì)裝置的各種組件做了示意的說明，這些組件在本發(fā)明的第一至第四實(shí)施例中都是通用的；圖2示意地說明了本發(fā)明第一實(shí)施例中物鏡的配置；圖3圖示了圖2配置的反射特性；圖4示意地說明了本發(fā)明的第二實(shí)施例；圖5(A)和圖5(B)圖示了圖4配置的反射特性；圖6(A)和圖6(B)示意地說明了本發(fā)明的第三實(shí)施例。
圖1對(duì)裝置的各種組件做了示意的說明，這些組件在下面要敘述的，用于掃描光學(xué)記錄載體1的第一至第四實(shí)施例中都是通用的。在這些實(shí)施例中，記錄載體1是光盤，它將用舉例的方式在下面予以闡述。
光盤1包含透明層2，在其一側(cè)上，安置至少一個(gè)信息層3。信息層面對(duì)遠(yuǎn)離透明層的一側(cè)由保護(hù)層4保護(hù)以防周圍環(huán)境影響。透明層面向裝置的一側(cè)是光盤的進(jìn)入面5。通過提供對(duì)信息層或?qū)拥臋C(jī)械支持，透明層2起著光盤基板的作用?；蛘?，讓透明層2只起保護(hù)信息層3的作用，而機(jī)械支持由信息層另一側(cè)上的一個(gè)層來提供，比如由保護(hù)層4提供，或者由另外的信息層和與最上面信息層相連的透明層來提供。
信息可用光學(xué)能檢測(cè)的標(biāo)記這種形式存入光盤的信息層3或多個(gè)信息層，這些標(biāo)記基本上按平行，同心或螺旋軌跡的形式予以安排，這些沒有在圖1中畫出。這些標(biāo)記可采用任何光學(xué)上可讀的形式，比如一些小坑，或者具有一反射系數(shù)或某個(gè)磁化方向而與周圍環(huán)境不同的一些區(qū)域，或是這些形式的組合。
掃描裝置包括射線源6，例如半導(dǎo)體激光器，它向透鏡系統(tǒng)發(fā)射發(fā)散的射線束7。透鏡系統(tǒng)包括沿主光軸13和輸出光軸14安排的準(zhǔn)直鏡9，物鏡10和聚光鏡11。雖然物鏡10在圖中表示為單個(gè)透鏡，但它可以是復(fù)合鏡，其中，兩個(gè)或多個(gè)透鏡元件優(yōu)選地通過剛性的安裝以相互相對(duì)的空間固定在一起。物鏡10在圖中表示為平凸鏡；然而其他類型的透鏡，如凸凸鏡，凸凹鏡也可以使用。物鏡10還可以包含用于透射光線或反射光線的全息片，或光柵，用來將射線耦合到承載射線束的波導(dǎo)之外。
準(zhǔn)直鏡9將發(fā)散的射線束7轉(zhuǎn)變?yōu)楸粶?zhǔn)直的(基本上平行的)線束15。分束器8，比如半透明板，傳送入射的線束。物鏡10將入射的已被準(zhǔn)直的射線束15轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂羞x定的NA的會(huì)聚線束17，其到達(dá)信息層3上的一個(gè)點(diǎn)18。
被信息層3反射后的會(huì)聚的射線束17形成發(fā)散的被反射的線束19，其沿著向前的會(huì)聚線束17的光路返回。物鏡10將此被反射的線束19轉(zhuǎn)變?yōu)榛旧媳粶?zhǔn)直的被反射的線束21，分束器8通過將此被反射的線束21中至少一部分反射到聚光鏡11，從而分開了向前的線束和被反射的線束。
聚光鏡11將此入射的線束轉(zhuǎn)變?yōu)闀?huì)聚的反射的線束22聚焦于檢測(cè)系統(tǒng)，此系統(tǒng)在圖1中一般都用單個(gè)元件23表示(實(shí)際上會(huì)用多個(gè)檢測(cè)元件)。檢測(cè)系統(tǒng)截獲此射線并將其轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。這些信號(hào)之一是信息信號(hào)24，它的數(shù)值代表了從信息層3讀取的信息。另一個(gè)信號(hào)是聚焦誤差信號(hào)25，它的數(shù)值代表了光點(diǎn)18和信息層3之間在高度上的軸差。
信號(hào)25被送入聚焦伺服控制器27。聚焦誤差信號(hào)25被用以產(chǎn)生用于聚焦伺服馬達(dá)29的聚焦控制信號(hào)28，此馬達(dá)控制物鏡10的軸位，這樣可使光點(diǎn)18的軸位在光點(diǎn)區(qū)域內(nèi)基本上與信息層3的平面相重合。
不希望有的球面象差有可能出現(xiàn)在光學(xué)系統(tǒng)里，例如，當(dāng)射線束必須要聚焦通過光盤一個(gè)深度，而這個(gè)深度比物鏡當(dāng)時(shí)調(diào)準(zhǔn)的厚度厚一些或薄一些。這些可以用球面象差補(bǔ)償輔助光學(xué)子系統(tǒng)任選地予以補(bǔ)償，這樣子系統(tǒng)，正像我們的共同未決的申請(qǐng)EP99203184.9中所敘述的，它包含一種電-光裝置，置于光路中的分束器8和光盤1之間。這個(gè)電-光裝置的一些特征在此引入作為參考。
為提高這種配置的信息讀取效率，一種偏振修正光學(xué)元件，例如1/4波板12最好被安置在光路中，放在分束器8和光盤1之間。該1/4波板12將激光器發(fā)出的線偏振射線轉(zhuǎn)換為具有特定螺旋性的圓偏振射線，然后又將它變回線偏振，但垂直于原來的線偏振。分束器8最好是偏振束分束器，它與偏振修正光學(xué)元件的共同作用，保證了從分束器8到檢測(cè)器23的更大的輸出效率。
在下面對(duì)第一到第四每個(gè)實(shí)施例的敘述中，應(yīng)該理解到，上述對(duì)圖1的討論都準(zhǔn)備應(yīng)用到每一實(shí)施例中去，另外，在圖1中表示的一些組件或上述對(duì)它的一些修改，也都要被包括在第一到第四每個(gè)實(shí)施例中。
現(xiàn)在來看圖2，在本發(fā)明的第一實(shí)施例中，圖1所示的光學(xué)掃描裝置的光學(xué)系統(tǒng)，包括一種基本上均勻的膽甾液晶層100，它被指定用做選擇性光闌。層100具有基本上均一的厚度，位于物鏡10和光盤1的位置之間，即，處于向前的射線的會(huì)聚部分。如上所述，物鏡10包含平凸鏡，膽甾層100最好直接安排靠在平凸鏡后面平的面上。對(duì)于第一預(yù)定波長(zhǎng)λ1的射線，層100被設(shè)計(jì)用于將物鏡10的NA限制到NA1。另一方面，對(duì)于第二預(yù)定波長(zhǎng)λ2的射線，物鏡10的NA不受限制，這樣就提供了一個(gè)較大的NA，NA2。這在圖2和圖3中已有說明，這里NA1＝sinθ1，NA2＝sinθ2，θ是相對(duì)于光軸的傳播角度。
為了保證膽甾層100在θ1和θ2之間對(duì)λ1是反射的，在直到θ1對(duì)λ1是透射的，層100的設(shè)計(jì)要滿足以下兩個(gè)關(guān)系式λ1=nop1-sinθ12/n‾2---(1)]]>λ1<nep1-sinθ22/n‾2---(2)]]>此外，所選膽甾螺旋的螺旋性必須與波長(zhǎng)為λ1的圓偏振入射線的螺旋性相同。
最后，為保證層100對(duì)λ2是完全透射的，下面的關(guān)系式也必須滿足λ2<nop1-sinθ22/n‾2---(3)]]>最終的反射性特征在圖3中做了圖解說明，圖中表示了角度在θ1和θ2反射波段所處的位置。可以理解，對(duì)于θ1和θ2之間的所有角度，波長(zhǎng)為λ的射線必將落在反射波段之內(nèi)。
只要提供具有合適的螺距p和折射系數(shù)no和ne的膽甾材料，所有以上關(guān)系式都將成立。雖然no和ne變化不大，總體來講可以假設(shè)它們的數(shù)值大約為1.5和1.6，而螺距p變化相當(dāng)大。
用以上關(guān)系式提供的一種膽甾層，其具備了選擇性光闌的作用，適合于任何標(biāo)準(zhǔn)光盤格式的選定的組合。例如，為了提供CD和DVD兼容的掃描器，上述關(guān)系式被設(shè)計(jì)成滿足下列條件對(duì)λ1＝780nm，NA1＝0.45(CD)，和λ2＝650hm，，NA2＝0.60(DVD)。對(duì)于任何兩個(gè)不同的格式，如序言中所描述的那些，波長(zhǎng)與NA的其它的組合，都將類似地為膽甾層100的螺距p提供合適的數(shù)值。
膽甾層100對(duì)于被反射的射線束是完全透射的而與波長(zhǎng)無關(guān)，因?yàn)榇松渚€的偏振螺旋性一旦從光盤反射回來就被改變了。
這一實(shí)施例潛在的缺點(diǎn)在于，膽甾層由于被放在線束的會(huì)聚部分，會(huì)把連續(xù)改變的徑向相位變化或球面像差引入線束。然而，正如上述，這些可被補(bǔ)償。
在上述的實(shí)施例中可以使用單個(gè)的激光源6，用以產(chǎn)生不同波長(zhǎng)λ1和λ2的射線束。另外，也可以使用兩個(gè)獨(dú)立的激光源。這一點(diǎn)也適用于下面要敘述的本發(fā)明的第二實(shí)施例。
現(xiàn)在來看圖4，在本發(fā)明的第二實(shí)施例中，圖1的光學(xué)掃描裝置中的光學(xué)系統(tǒng)包含非均勻的膽甾液晶層200，它被設(shè)計(jì)用做選擇性光闌。
層200具有基本上均勻的厚度，置于1/4波板12和物鏡10之間，即在射線束的被準(zhǔn)直部分。因此，層200不會(huì)產(chǎn)生連續(xù)改變的徑向相位變化。層200最好直接安排靠在1/4波板后面的平面的面上，這在圖4中沒有表示出來。
正如上面對(duì)第一實(shí)施例的描述，層200被設(shè)計(jì)用來按入射線的波長(zhǎng)來改變掃描裝置光學(xué)系統(tǒng)的NA。對(duì)第一預(yù)定波長(zhǎng)λ1的射線，層200被設(shè)計(jì)成把物鏡10的NA限制到NA1。另一方面，對(duì)第二預(yù)定波長(zhǎng)λ2的射線，物鏡10的NA不受限制，這樣就提供了一個(gè)較大的NA，NA2。
在此實(shí)施例中，層200包含兩個(gè)部分，一個(gè)圓的中心部分202和一個(gè)靠外的環(huán)形圈部分204。這兩部分分別有不同的螺距pcentre和pring。這兩部分可分別制作然后裝在一起。更有效的方法是，制作一個(gè)具有局部變化螺距的單個(gè)膽甾液晶層，這種方法已被敘述過，比如我們共同未決申請(qǐng)WO 00/34808以及EP99203288.8。環(huán)部分204在位置上對(duì)應(yīng)于所要求的NA的變化，即從NA1到NA2。環(huán)部分204的螺距pring被選擇以便對(duì)第一預(yù)定波長(zhǎng)λ1提供(基本上全部)內(nèi)反射。盡管對(duì)提供位于λ1上的反射波段的pring可取任何值，最大量的反射被提供在反射波段的中心。因此，pring的優(yōu)選值是pring＝λ1/n (4)其中n‾=no+ne2.]]>為使光闌按要求運(yùn)行還需滿足的其它關(guān)系式如下pring＞λ2/no或 pring＜λ2/ne(5)pcentre＞λ2/no或 pcentre＜λ2/ne(6)pcentre＞λ1/no或 pcentre＜λ1/ne(7)在上述中我們假設(shè)，第二波長(zhǎng)λ2的射線與第一波長(zhǎng)的射線以及膽甾材料的螺旋有著相同的圓偏振。然而，通過安排第二波長(zhǎng)的射線具有反向圓偏振，膽甾層2 00也可做成是透射的，這時(shí)關(guān)系式(5)和(6)不需被應(yīng)用。
僅用以上公式可提供有效光闌，這個(gè)光闌可改變其中含有層200的光學(xué)系統(tǒng)的NA，盡管這是可能的，然而第二實(shí)施例的最顯著特點(diǎn)卻是，穿過層200的射線束的相位分布沒有被層本身所改變。就第二波長(zhǎng)λ2而言，這要求靠外部分204所產(chǎn)生的光路長(zhǎng)度與靠?jī)?nèi)部分202所產(chǎn)生的光路長(zhǎng)度相等。只要給螺距pcentre選擇一個(gè)合適的數(shù)值這是可以達(dá)到的。
當(dāng)射線圓偏振的螺旋性與膽甾螺旋的螺旋性相同時(shí)，波長(zhǎng)為λ2的射線經(jīng)歷的相位變化如下式所示φ-=2πdn‾λ-πd(Δn)24λn‾(n‾p/λ)2(n‾p/λ)-1---(8)]]>另一方面，對(duì)于圓偏振中具有反向螺旋性波長(zhǎng)為λ2的射線，它所經(jīng)歷的相位變化如下式所示φ+=2πdn‾λ+πd(Δn)24λn‾(n‾p/λ)2(n‾p/λ)+1---(9)]]>已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，將出現(xiàn)在中心部分202和外環(huán)部分204的相位變化進(jìn)行匹配是可能的，在這里層的厚度處處都是均勻的。圓偏振射線的螺旋性與膽甾螺旋的螺旋性最好是同樣的。為了匹配這些相位變化，下面的關(guān)系式是適用的(n‾pcenter/λ2)2n‾pcenter/λ2)-1=(n‾pring/λ2)2(n‾pring/λ2)-1---(10)]]>此式的解如下n‾pcenter/λ2=n‾pring/λ2(n‾pring/λ2)-1---(11)]]>用另一種方法陳述，其解是pcenter=λ2/n‾1-λ2/λ1---(12)]]>
這樣，用上述中心部分202和外環(huán)部分204膽甾螺旋螺距選定的值，就有可能提供一個(gè)層200，當(dāng)把它放在射線被準(zhǔn)直的部分時(shí)，在向前的射線中，這個(gè)層200不產(chǎn)生徑向相位差。例如，當(dāng)λ1＝780nm(CD)，λ2＝660nm(DVD+RW)，n＝1.5時(shí)，給出的解是pring＝0.52μm，pcentre＝2.9μm。對(duì)任何兩個(gè)不同格式的其他波長(zhǎng)的組合，如序言里提到的那些，將同樣為將用于光學(xué)掃描裝置的膽甾層200提供合適的螺距值。
由于在光盤上一經(jīng)反射，圓偏振的螺旋性將反轉(zhuǎn)，徑向相位變化必定在返回的射線中出現(xiàn)。然而這是比較微弱的，對(duì)系統(tǒng)的運(yùn)行沒有多大影響，或者根據(jù)需要予以補(bǔ)償。在射線靠?jī)?nèi)部分和靠外部分之間引入的相位差由下式給出Δφ=πd(Δn)24λ2n‾[(n‾pcenter/λ2)2(n‾pcenter/λ2)+1-(n‾pring/λ2)2(n‾pring/λ2)+1]---(13)]]>為了提供充分的光闌效果，由環(huán)部分204提供的對(duì)波長(zhǎng)為λ1的射線的反射總量應(yīng)該是足夠的。射線振幅減少到1/e時(shí)所跨過的距離被稱做透入深度l，它可用下式確定l=2πn‾pringΔn---(14)]]>對(duì)于Δn＝ne-no＝0.1的雙折射，透入深度l大約為3.5μm。對(duì)于波長(zhǎng)為λ1的射線在外環(huán)部分204的透射總量最好為1％或少一些，在這種情況下，層的厚度d優(yōu)選為log 10，即2.3，乘以l。再取Δn＝0.1，層200的優(yōu)選厚度為至少8.1μm。
在上述第二實(shí)施例中，描述了這樣一個(gè)層，它有中心和外環(huán)膽甾兩部分，并且這些部分之間的厚度是均勻的，但應(yīng)該提到，相似的光闌效果也可以只用膽甾外環(huán)部分單獨(dú)獲得，或者用中心外環(huán)部分，但厚度不同。另外，上述非均勻光闌也可用在光學(xué)系統(tǒng)的非準(zhǔn)直部分。
在上述本發(fā)明第一和第二實(shí)施例中，不同的射線波長(zhǎng)被使用時(shí)，光闌效應(yīng)被用來在不同的NA之間進(jìn)行切換。在下面將被描述的本發(fā)明第三和第四實(shí)施例中，光闌效應(yīng)被用來在不同的NA之間進(jìn)行切換而不必改變所用射線的波長(zhǎng)。
現(xiàn)在來看圖6(A)和圖6(B)，在本發(fā)明的第三實(shí)施例中，一個(gè)與上述第一實(shí)施例中相似的膽甾層100，和一個(gè)偏振開關(guān)元件300例如一個(gè)眾所周知的扭曲向列(TN)液晶盒結(jié)合一起使用。TN盒300在斷開狀態(tài)時(shí)有效，可以90°改變?nèi)肷涔饩€的線偏振(從p態(tài)到s態(tài))。而當(dāng)適當(dāng)?shù)碾妷菏┘釉赥N盒300的電極上時(shí)，處于接通狀態(tài)，射線的線偏振不受TN盒的影響(即p態(tài)仍保持p態(tài))。為在啟動(dòng)TN盒300時(shí)使光圈從NA1(＝sinθ1)變到NA2(＝sinθ2)，設(shè)計(jì)下列關(guān)系式對(duì)膽甾層100成立λ=nop1-sinθ12/n‾2---(16)]]>λ≤nep1-sinθ22/n‾2---(17)]]>在TN盒300的一種狀態(tài)下，入射線圓偏振的螺旋性與膽甾材料的螺旋性一致，在這種情況下(基本上全)內(nèi)反射出現(xiàn)在層100的靠外部分(圖6(B))。
在另一種狀態(tài)下，射線有相反的螺旋性，全部線束穿過該層(圖6(A))。在這個(gè)狀態(tài)下，射線被反射時(shí)就采用相反的螺旋性，因此反轉(zhuǎn)線束的靠外部分被反射回到光盤，且不可能對(duì)檢測(cè)器上的讀出信號(hào)提供任何有用的補(bǔ)充。然而，線束的附加的靠外部分，當(dāng)處于接通狀態(tài)時(shí)，僅能用做“寫”的目的。
在本發(fā)明的第四實(shí)施例中，根據(jù)上述第二實(shí)施例中安排的膽甾層200被用于圖3的裝置中，以代替第一實(shí)施例中的膽甾層100。
通過以上的描述應(yīng)該理解到，本發(fā)明提供了多種光學(xué)掃描裝置的實(shí)施例，所述光學(xué)掃描裝置包含裝置，該裝置利用以由光闌提供的各種不同的數(shù)值孔徑進(jìn)行掃描來掃描預(yù)定的不同格式如CD和DVD的光學(xué)記錄載體。光闌包含具有一個(gè)或幾個(gè)選定螺距的膽甾液晶材料，這些螺距為光闌提供了所需波長(zhǎng)-和/或偏振-選擇特性。
上面敘述了各種實(shí)施例連同一些修改和變更，這里需要理解的是，本發(fā)明不僅僅限于這些。各種各樣進(jìn)一步的修改和變更可能會(huì)被采用，而不偏離本發(fā)明的范圍，這在附帶的權(quán)利要求中予以明確。
權(quán)利要求
1.一種用于掃描光學(xué)記錄載體的光學(xué)掃描裝置，該裝置包含用于產(chǎn)生預(yù)定波長(zhǎng)的射線束的射線源，此線束沿著本裝置的光軸被引導(dǎo)，本裝置還包含一種用于減少線束的一部分的強(qiáng)度的光闌，其特征是，所述光闌包含一種被選定來提供線束的所述部分的內(nèi)反射的螺距的膽甾液晶材料。
2.如權(quán)利要求1所述的光學(xué)裝置，其中，裝置被安排使線束在所述光闌處處于非準(zhǔn)直狀態(tài)，而且，所述光闌被安排為對(duì)選定的入射角范圍提供內(nèi)反射，借此，線束的所述部分在其非準(zhǔn)直狀態(tài)落在光闌上。
3.如權(quán)利要求2所述的光學(xué)裝置，其中，線束的所述部分是從光軸徑向地間隔的一個(gè)部分，而且線束在所述光軸選定的部分上處于會(huì)聚狀態(tài)。
4.如權(quán)利要求3所述的光學(xué)掃描裝置，其中，所述裝置包含物鏡，用于將線束聚焦在所述光學(xué)記錄載體的一個(gè)點(diǎn)上，并且所述光闌位于物鏡和光學(xué)記錄載體之間。
5.如權(quán)利要求1～4中任何一個(gè)所述的光學(xué)裝置，其中，所述光闌僅包含基本上均勻螺距的膽甾材料。
6.如權(quán)利要求1所述的光學(xué)裝置，其中，裝置被安排以使線束在所述光闌處基本上處于被準(zhǔn)直的狀態(tài)，并且，具有選定的螺距用以提供線束所述部分的內(nèi)反射的所述膽甾液晶材料被有選擇地置于所述線束的所述部分。
7.如權(quán)利要求6所述的光學(xué)掃描裝置，其中，所述裝置包含物鏡，用于將線束聚焦在所述光學(xué)記錄載體的一個(gè)點(diǎn)上，并且所述光闌位于輻射源和物鏡之間。
8.如權(quán)利要求6或7所述的光學(xué)裝置，其中，所述光闌包含螺距變化的膽甾液晶材料，材料具有在一范圍內(nèi)提供所述內(nèi)反射的螺距，被選擇地放在線束的所述部分。
9.如權(quán)利要求6，7或8所述的光學(xué)裝置，其中，具有選定的螺距用以提供線束所述部分的內(nèi)反射的所述膽甾液晶材料包含環(huán)形圈部分。
10.如前面的任何一個(gè)權(quán)利要求所述的光學(xué)裝置，包含輻射源，用于產(chǎn)生不同預(yù)定波長(zhǎng)的不同射線束，所述膽甾材料的所述螺距被選擇以便使所述光闌對(duì)所述不同的線束基本上是完全透射的。
11.如權(quán)利要求9和10所述的光學(xué)裝置，其中，所述光闌包含在所述環(huán)形圈內(nèi)的靠?jī)?nèi)部分，所述靠?jī)?nèi)部分包含螺距不同于所述環(huán)形圈部分的膽甾材料，該不同的螺距被選擇以便使其無論對(duì)所述第一次提到的線束，還是對(duì)所述的不同的線束基本上都是完全透射的。
12.如權(quán)利要求11所述的光學(xué)裝置，其中，所述靠?jī)?nèi)部分和所述環(huán)形圈部分包含選定螺距的膽甾材料，以便匹配所述第二線束被傳送通過所述光闌時(shí)所經(jīng)歷的相位變化。
13.如權(quán)利要求1～9中任何一個(gè)所述的光學(xué)裝置，包含偏振修正元件，用來在所述光闌上有選擇地修改線束的偏振，這樣就可以在兩種狀態(tài)之間切換，一個(gè)狀態(tài)是其中線束的所述部分是被內(nèi)反射的，另一個(gè)是，其中線束的所述部分基本上是完全被傳送的。
14.如前面的任何一個(gè)權(quán)利要求所述的光學(xué)裝置，其中，所述光闌包含一個(gè)基本上均勻厚度的層。
15.如前面的任何一個(gè)權(quán)利要求所述的光學(xué)掃描裝置，所述裝置包含裝置，其使用由所述光闌提供的不同數(shù)值孔徑進(jìn)行掃描以掃描預(yù)定的不同物理格式的光學(xué)記錄載體。
16.一種用于使用預(yù)定波長(zhǎng)的射線束來掃描光學(xué)記錄載體的光闌，所述光闌用于減少線束的一部分的強(qiáng)度，其特征是，所述光闌包含具有用以提供線束所述部分的內(nèi)反射的選定螺距的膽甾液晶材料。
17.如權(quán)利要求16所述的一種光闌，它是被安排當(dāng)線束在所述光闌處于非準(zhǔn)直狀態(tài)時(shí)，所述光闌安排為選定的入射角范圍提供內(nèi)反射，借此，線束的所述部分以非準(zhǔn)直狀態(tài)落在光闌上。
18.如權(quán)利要求16或17所述的光闌，其中，所述光闌僅包含基本上均勻螺距的膽甾材料。
19.如權(quán)利要求16所述的光闌，它被安排當(dāng)線束在所述光闌處于基本上被準(zhǔn)直狀態(tài)時(shí)，具有選定螺距以提供線束所述部分的內(nèi)反射的所述膽甾液晶材料被有選擇地放在所述線束的所述部分。
20.如權(quán)利要求19所述的光闌，其中，所述光闌包含螺距變化的膽甾液晶材料，具有在一范圍內(nèi)提供所述內(nèi)反射的螺距的材料被有選擇地置于所述光闌內(nèi)。
21.如權(quán)利要求20所述的光闌，其中，具有選定的螺距以提供線束所述部分的內(nèi)反射的所述膽甾液晶材料包含環(huán)形圈部分。
22.如權(quán)利要求21所述的一種光闌，其中，所述光闌包括在所述環(huán)形圈部分內(nèi)的靠?jī)?nèi)部分，所述靠?jī)?nèi)部分包括與所述環(huán)形圈部分不同的螺距的膽甾材料。
23.如權(quán)利要求22所述的光闌，其中，所述靠?jī)?nèi)部分和所述環(huán)形圈部分包括選定螺距的膽甾材料，以便匹配當(dāng)所選線束被傳送通過所述光闌時(shí)所產(chǎn)生的相位變化。
24.如權(quán)利要求16-23的光闌，其中所述光闌包括基本均勻厚度的膽甾層。
全文摘要
一種光學(xué)掃描裝置包含裝置,該裝置利用光闌(200)提供的各種不同的數(shù)值孔徑掃描來掃描預(yù)定的不同格式如CD和DVD的光學(xué)記錄載體。光闌包含具有一個(gè)和多個(gè)選定螺距的膽甾液晶材料,這些螺距為光闌提供了所需波長(zhǎng)－和/或偏振－選擇特性。
文檔編號(hào)G11B7/135GK1388961SQ01802698
公開日2003年1月1日 申請(qǐng)日期2001年6月28日 優(yōu)先權(quán)日2000年7月10日
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