專利名稱：可變反射鏡的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種可變反射鏡和裝有這種反射鏡的設(shè)備，并且涉及制造這種反射鏡的方法。
背景技術(shù)：
反射鏡是用于反射光的裝置。術(shù)語“光”要理解為既包括可見的電磁輻射，又包括其它波長的電磁輻射。
可變反射鏡是一種反射鏡的反射部分的構(gòu)形可以改變的反射鏡，即反射鏡的反射部分的位置、取向和形狀中的至少一個(gè)可以改變。
可變反射鏡能夠應(yīng)用于各種各樣的應(yīng)用之中，包括用在光學(xué)掃描裝置中。光學(xué)掃描裝置是對(duì)光學(xué)記錄載體進(jìn)行掃描的裝置，用來從載體讀取和/或向載體寫入信息。光學(xué)記錄載體的例子包括CD(光盤)和DVD(數(shù)字通用盤)。
US 6002661介紹了可變形反射鏡(能夠可控地使反射面發(fā)生變形的反射鏡)在用于DVD和CD的數(shù)據(jù)再現(xiàn)設(shè)備中的應(yīng)用。由于CD和DVD之間存在覆層厚度的差異，對(duì)于數(shù)據(jù)再現(xiàn)設(shè)備來說，獲得高質(zhì)量的數(shù)據(jù)再現(xiàn)信號(hào)可能是比較困難的。要利用電子可控的可變形反射鏡來修正光學(xué)掃描系統(tǒng)中的散焦操作。
US 6002661通過運(yùn)用壓電致動(dòng)器向反射表面施壓并使之變形介紹了如何使反射鏡產(chǎn)生變形。US 6002661還介紹了一種可變形反射鏡，該可變形反射鏡利用了柔性反射面，該柔性反射面可裝配在第一基準(zhǔn)面或第二不同形狀的基準(zhǔn)面上。US 5880896介紹了一種用在光盤記錄/再現(xiàn)設(shè)備中的可變形反射鏡。該反射鏡的反射面是通過使具有反射面的柔性部件可控地變形來進(jìn)行調(diào)整的，該部件借助靜電應(yīng)力來進(jìn)行變形。
這樣的可變形反射鏡很容易耗損，因?yàn)橐玫剿璧男螤罹鸵掷m(xù)對(duì)反射鏡進(jìn)行施應(yīng)力和去應(yīng)力。此外，很難控制以所需的方式使反射面發(fā)生變形，因此提供良好光學(xué)性能的可變形光學(xué)反射鏡要相對(duì)地昂貴。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明實(shí)施方式的一個(gè)目標(biāo)是提供一種可變反射鏡，這種反射鏡解決在此提及或未提及的現(xiàn)有技術(shù)中的一個(gè)或多個(gè)問題。本發(fā)明實(shí)施方式的還有一個(gè)目標(biāo)是提供裝有這種經(jīng)過改進(jìn)的可變反射鏡的光學(xué)裝置，及制造這種經(jīng)過改進(jìn)的可變反射鏡和這種光學(xué)裝置的方法。
本發(fā)明特定實(shí)施方式的一個(gè)目標(biāo)是提供一種可變反射鏡，在這種可變反射鏡中，光路在操作過程中相對(duì)不易受到機(jī)械耗損和破損的影響。
按照本發(fā)明的第一方面，提供一種可變反射鏡，包括流體腔室；延伸穿過流體腔室至少一部分的光軸；在橫斷光軸延伸的界面上接觸的第一極性和/或?qū)щ娏黧w及第二流體，這些流體基本上是不互混溶的；界面調(diào)節(jié)器，設(shè)置為用于借助電潤濕效應(yīng)來改變界面的構(gòu)形；并且其中所述界面包括反射材料。
通過提供這樣的可變反射鏡，可以通過調(diào)整界面的構(gòu)形而很容易地改變反射鏡的構(gòu)形。該裝置能夠相對(duì)便宜地制造出來。取決于施加于反射鏡的控制信號(hào)，可以將該界面安排成具有多種構(gòu)形。此外，由于反射鏡的反射部分不由固體層提供的，因此反射鏡相對(duì)不易受疲勞的影響。
反射材料可以包括金屬。
反射材料可以包括金屬-液體狀的膜(Metal Liquid-LikeFilm)。
反射材料可以包括有機(jī)高分子膜上的薄金屬層。
界面調(diào)節(jié)器可以包括與第一流體電接觸的第一電潤濕電極；處于緊鄰界面的位置上的至少一個(gè)第二電潤濕電極；及電壓源，用于在上述第一與第二電極之間施加電壓，來改變所述界面的構(gòu)形。
上述界面的邊緣可以受流體腔室的約束，并且可以將第二電潤濕電極設(shè)置成對(duì)界面邊緣的至少一部分起作用?？梢杂伤龅诙黧w的至少一部分把第二電極與界面隔開。
按照本發(fā)明的第二方面，提供了一種包括如前所述的可變反光鏡的光學(xué)裝置。
該光學(xué)裝置可以包括含有上述可變反射鏡的激光腔，該激光腔此外還包括第二反射鏡。
該光學(xué)裝置可以包括馬克蘇托夫-卡塞格倫折反射式系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括主反射鏡和輔反射鏡，所述主反射鏡由上述可變反射鏡構(gòu)成。
該光學(xué)裝置可以包括用于掃描光學(xué)記錄載體的光學(xué)掃描器件。
根據(jù)本發(fā)明的第三方面，提供了一種制造可變反射鏡的方法，該方法包括以下步驟提供流體腔室，使光軸延伸穿過流體腔室的至少一部分；提供在橫斷光軸延伸的界面上接觸的第一極性和/或?qū)щ娏黧w及第二流體，這些流體基本上是不互混溶的，并且所述界面包括反射材料；同時(shí)提供界面調(diào)節(jié)器，該界面調(diào)節(jié)器設(shè)置為用于借助電潤濕效應(yīng)來改變界面的構(gòu)形。
根據(jù)本發(fā)明的第四方面，提供了一種操作光學(xué)裝置的方法，該光學(xué)裝置包括如上所述的可變反射鏡，該方法包括可控地改變界面的構(gòu)形，從而使得反射鏡提供期望的反射特性。


現(xiàn)在將僅以舉例的方式并且參照附圖介紹本發(fā)明的實(shí)施方式，其中圖1是依照本發(fā)明實(shí)施方式的可變反射鏡的一般性的橫截面圖；圖2是通過電潤濕法控制可變反射鏡的實(shí)施方式的橫截面圖；圖3A和3B是通過電潤濕法控制可變反射鏡的另一實(shí)施方式的橫截面圖；圖4A和4B是兩種不同構(gòu)形的可變反射鏡的另一種實(shí)施方式的各自的橫截面圖；圖5是適于產(chǎn)生慧形波前像差的可變反射鏡的電極布局的俯視圖；圖6是可變反射鏡用作馬克蘇托夫-卡塞格倫折反射式系統(tǒng)中可切換的主反射鏡的實(shí)施方式；圖7是裝有本發(fā)明的至少一種實(shí)施方式的激光腔的示意圖；和圖8裝有依照本發(fā)明實(shí)施方式的可變反射鏡的光學(xué)掃描裝置的示意圖。
具體實(shí)施例方式
圖1示出了依照本發(fā)明的第一個(gè)概括性實(shí)施方式的可變反射鏡100。反射鏡100由容納于流體腔室130內(nèi)的兩種流體110、120構(gòu)成的。流體是響應(yīng)任何壓力而改變其形狀的物質(zhì)，其易于流動(dòng)或易于與其腔室的外形相一致，流體包括氣體、蒸汽、液體和能夠流動(dòng)的固體和液體的混合物。
兩種流體110、120基本上是不互混溶的，即兩種流體不會(huì)混合。
界面140是由沿兩流體110、120之間的接觸區(qū)域延伸的彎月面構(gòu)成的。界面140包括反射材料，從而界面提供了反射鏡的反射部分。
界面140橫斷反射鏡100的光軸延伸。術(shù)語“橫斷”是指界面與光軸相交(即界面穿過光軸延伸)，且界面不與光軸平行；界面可以以任意角度與光軸90相交。
可以將反射部分設(shè)置為僅部分地反射(例如，具有10％或50％的反射率)，或設(shè)置為高度反射(例如，具有高于90％的反射率，或者甚至高于98％的反射率)。
界面上的反射材料可以采取多種形式。例如，由HélèneYockell-Lelièvre等人撰寫的論文《Optical Tests ofNanoengineered Liquid Mirrors》(Applied Optics，2003年，卷42，第1882頁)介紹了如何通過以化學(xué)方法生產(chǎn)大量的包覆有機(jī)配體的金屬納米顆粒來制作高質(zhì)量的反射鏡。之后將這些顆粒散布在液體基質(zhì)上，在這種情況下它們進(jìn)行自我聚集，以給出光學(xué)性能的反射面。
同樣地，由P.Laird等人撰寫的論文《Ferrofluid BasedDeformable Mirrors - A New Approach to Adaptive Optics usingLiquid Mirrors》(Proceedings SPIE，2003年，卷4839，第733頁)介紹了如何通過應(yīng)用由銀納米顆粒構(gòu)成的薄膜來獲得高度反射的液面。在該文獻(xiàn)中認(rèn)識(shí)到了穩(wěn)定的銀顆粒分界懸浮液，并且將其通稱為金屬液體狀膜(MELLF)。這樣的系統(tǒng)將金屬的光學(xué)性能與液態(tài)懸浮液的流動(dòng)性結(jié)合了起來。MELLF形成了緊密跟隨基質(zhì)的極薄層，使得反射面的精確控制能夠得以實(shí)現(xiàn)。MELLF的制作包括產(chǎn)生銀納米顆粒(銀納米顆粒通常是借助化學(xué)還原axious溶液中的銀鹽產(chǎn)生的)，隨后用有機(jī)配體包覆顆粒。包覆時(shí)，顆粒在水相中不再穩(wěn)定，而自發(fā)地聚集在水—有機(jī)物的界面上。表面活性劑的推進(jìn)對(duì)顆粒的表面聚集和它們?cè)谌壕燮陂g的穩(wěn)定都是充足的。此外，類似的使用金的界面膜已經(jīng)得到論證，并且確信也可以使用其它的金屬來針對(duì)期望的應(yīng)用調(diào)整結(jié)果得到的反射面的反射率和頻譜響應(yīng)。
此外，由E.F.Bona、A.M.Ritcey和E.Artigau撰寫的論文《Floating mirrors》(Astrophys.J.Letters，1999年，第516頁，第115-118行)介紹了兩種不同的用于在液體上沉積高反射率層的技術(shù)。第一種技術(shù)涉及在散布于液體界面處的有機(jī)高分子膜上有選擇地沉積較薄的金屬層。該工藝依賴于由僅位于表面的有機(jī)分子來還原溶液中的金屬離子。第二種技術(shù)涉及產(chǎn)生MELLF的不同的方法。
流體110、120封閉在由壁132、134限定的腔室130內(nèi)。沿光軸90擺放的壁132、134之一的至少一部分是透明的。在本特定實(shí)施方式中，沿光軸90擺放的兩個(gè)壁132、134的一部分都是透明的，因此入射到界面140的光92將會(huì)象從凸面鏡反射地那樣從界面140反射回去，而入射到界面140的光94將會(huì)像從凹面鏡反射地那樣從界面140反射回去。
典型地，為了將流體定位在腔室130的期望部分內(nèi)，該腔室的不同區(qū)域?qū)Ω鱾€(gè)流體具有不同的可潤濕性，從而將會(huì)使得各個(gè)流體得以吸引到各自的區(qū)域。可潤濕性就是側(cè)壁被流體浸濕(覆蓋)的程度。例如，如果流體110為極性流體而流體120為非極性流體，那么腔室內(nèi)表面與壁132重疊的區(qū)域的一部分可以是親水性的，以致吸引極性流體110，而不吸引非極性流體120。
通過調(diào)節(jié)界面140的構(gòu)形，于是就能夠改變由可變反射鏡100提供的反射鏡功能。例如，如果使界面140更加彎曲(即，它采取由虛線140′所示的形狀)，那么所得到的反射鏡功能將是具有較小曲率半徑的反射鏡的反射鏡功能。
使用界面調(diào)節(jié)器，通過利用電潤濕效應(yīng)來改變界面140的構(gòu)形。典型地，流體必須是導(dǎo)電流體，以便經(jīng)歷電潤濕效應(yīng)。在電潤濕過程中，流體潤濕(即覆蓋)表面的程度是隨著所施加的電壓而改變的。例如，WO 03/069380介紹了運(yùn)用電潤濕效應(yīng)來改變兩種非易混溶流體之間彎月面的形狀。
圖2示出了可變反射鏡200，其中三相接觸角隨著所施加的電壓而改變。三相等同于兩種流體和一固體。典型地，至少第一種流體是液體。裝置200包括第一流體210和第二流體220，這兩種流體是不互混溶的。第二流體220是非導(dǎo)電非極性液體，例如硅油或烷烴。第一流體210是導(dǎo)電和/或極性流體，例如含有鹽溶液的水(或水和乙二醇的混合物)。
最好將這兩種流體210、220安排成具有相等的密度，以便使兩種液體之間的重力效應(yīng)最小化，從而使反射鏡功能與取向無關(guān)。兩種流體210、220之間的界面240包括反射材料。
改變界面240的形狀會(huì)改變反射鏡的有效形狀。界面240的形狀是通過使用界面調(diào)節(jié)器250，借助電潤濕現(xiàn)象來調(diào)節(jié)的。界面調(diào)節(jié)器包括與極性流體210作電接觸的電極252和在腔室230的內(nèi)表面之下延伸的第二環(huán)形電極，第二環(huán)形電極所處位置對(duì)應(yīng)于界面240與腔室230的表面相接觸的點(diǎn)。電極254不與極性流體210作導(dǎo)電接觸。環(huán)形電極254接近于三相線圍繞著反射鏡200延伸。
經(jīng)由電極252、254將來自可變電壓源256的電壓施加于極性流體210兩端。這樣使用電潤濕效應(yīng)來增強(qiáng)極性或?qū)щ娏黧w在表面上的可潤濕性，這會(huì)導(dǎo)致兩流體210、220的三相接觸角的改變，并因此導(dǎo)致界面240的形狀的改變(例如，導(dǎo)致由虛線240′所示的形狀)。
如果表面的可潤濕性最初較小(對(duì)于極性流體，通常將此稱為憎水性表面，如特氟綸類的表面)，則能夠使用電壓來使其變得更大。如果可潤濕性最初較大(對(duì)于極性流體，通常將此稱為親水性表面，如二氧化硅)，則施加電壓將會(huì)具有相對(duì)較小的效果。因此最好，在這樣的電潤濕裝置中，三相線最初與憎水性層相接觸。
按照本特定實(shí)施方式，設(shè)想將該裝置總體上形成為圓筒形，光軸90縱向穿過該圓筒。不過，將會(huì)意識(shí)到，該裝置實(shí)際上能夠采用多種其它構(gòu)形。
圖3A示出了依照本發(fā)明另一實(shí)施方式的可變反射鏡300。圖3A中示出的實(shí)施方式總地來說與圖2中所示的實(shí)施方式相類似，同樣的附圖標(biāo)記用來表示類似的特征。按照本特定實(shí)施方式，界面調(diào)整器250′此外還包括第三電極258和相應(yīng)的電壓源256′，該電壓源256′用于在第三電極258和與極性流體接觸的電極252之間施加電壓。電極258延伸穿過兩流體210、230之間的界面340。電極258不與極性流體210作電接觸；而是具有絕緣涂層。通過對(duì)電極258施加電壓，能夠調(diào)整該電極的絕緣涂層的可潤濕性，因此改變電極258所延伸穿過的界面340的形狀(例如，變成340′)。
按照本特定實(shí)施方式，電極258是透明的，并且最好還要相對(duì)較薄，從而使得它不會(huì)干擾指向界面340、340′來進(jìn)行發(fā)射的光。
按照本特定實(shí)施方式，第三電極258沿著光軸延伸穿過界面340，并且該電極是圓形對(duì)稱的(例如，圓筒形)?？梢允褂眠@樣的電極為反射界面340、340′帶來數(shù)種新穎的形狀，這些形狀是圓形對(duì)稱的。這些形狀是通過由電壓源256、256′提供的控制的適當(dāng)調(diào)節(jié)來實(shí)現(xiàn)的。
在上述實(shí)施方式中，將彎月面(兩流體之間的界面)表示為是彎曲的，并且總體上關(guān)于光軸對(duì)稱。不過，將會(huì)意識(shí)到，取決于要由反射界面實(shí)現(xiàn)的期望光學(xué)功能，任何或全部這些條件都能夠加以改變。
例如，該界面可以基本上是平坦的(即，平面的)。彎月面的形狀可以是關(guān)于光軸不對(duì)稱的，并且可以以一個(gè)角度傾斜于光軸。例如，這些效果能夠通過使用在圍繞著界面的外周的不同的點(diǎn)上提供不同的電潤濕特性的表面和/或電極構(gòu)形來實(shí)現(xiàn)。這些不同的電潤濕特性會(huì)導(dǎo)致外周的不同部分經(jīng)歷與相關(guān)表面的不同接觸角，因此改變界面的整體形狀。同樣地，將會(huì)意識(shí)到，通過應(yīng)用電潤濕和使得彎月面接觸的表面其中之一或其中多個(gè)不平行于光軸，能夠?qū)崿F(xiàn)不同的彎月面構(gòu)形。
圖3B圖解說明了依照本發(fā)明的另一種實(shí)施方式的可變反射鏡400的簡化橫截面圖。按照這種特定實(shí)施方式，在所示的橫截面中，兩側(cè)壁相對(duì)于在接觸點(diǎn)上的兩流體具有不同的可潤濕性。這種潤濕性的差異可以是由于側(cè)壁的固有性質(zhì)(例如，具有由不同材料形成的表面)造成的，或者是通過應(yīng)用電潤濕效應(yīng)從而使一個(gè)表面的可潤濕性變化比另一個(gè)表面大的量來造成的。如果希望，可以將側(cè)壁接觸界面外周的各個(gè)部分安排成具有不同的可潤濕性。
通過適當(dāng)?shù)卣{(diào)節(jié)相關(guān)表面區(qū)域的可潤濕性，能夠改變彎月面440接觸表面處的接觸角，因此改變界面的形狀。例如，將彎月面440表示為實(shí)質(zhì)上是平面(至少相對(duì)于所截取的特定橫截面)，并且相對(duì)于光軸90成特定的角度。
彎月面接觸的表面的各個(gè)部分具有各自的電極254a、254b和各自的可變電壓源256a、256b。通過在電極254a、254b和與極性流體210相接觸的電極252之間施加電壓，界面調(diào)節(jié)器250″就能夠調(diào)節(jié)截面界面440接觸腔室230的內(nèi)表面處的各個(gè)點(diǎn)上的可潤濕性。
例如，如果希望，通過運(yùn)用電潤濕效應(yīng)來適當(dāng)改變這些表面的可潤濕性，則能夠?qū)⑵矫鎻澰旅?40的角度調(diào)節(jié)為相對(duì)于光軸成不同的角度，例如形成彎月面440′。另外，通過對(duì)接觸角的適當(dāng)選擇，彎月面的形狀能夠得到調(diào)節(jié)，從而形成彎曲的彎月面。最終結(jié)果將會(huì)是彎月面的形狀或位置得到改變，以致提供不同的光學(xué)功能，即不同形狀的光學(xué)反射面。
在大多數(shù)電潤濕裝置中，流體之間界面的形狀是通過影響彎月面與(多個(gè))壁之間的(多個(gè))接觸角來確定的。一般來說，在壁之間，界面不受影響，并且采取屬于表面自由能最小的狀態(tài)的形狀。不過，本發(fā)明已經(jīng)認(rèn)識(shí)到，可以將導(dǎo)電流體拉向位于絕緣流體層下方的電極。通過適當(dāng)?shù)乜刂齐妷?，能夠使用這種電潤濕現(xiàn)象來確保導(dǎo)電流體不與電極接觸，并且會(huì)產(chǎn)生彎曲的界面。
圖4A和4B示出了依照本發(fā)明利用這種原理的實(shí)施方式的可變反射鏡500。反射鏡500包括裝容有導(dǎo)電流體210和絕緣流體220的圓筒形腔室230。這兩種流體210和220沿界面540相接觸，該界面包括反射材料。電極252與導(dǎo)電流體210作電接觸。
光軸90沿圓筒形腔室230的縱軸延伸。將憎水層232定位于腔室230一側(cè)的內(nèi)表面上，以定位絕緣流體。將電極(255a-255e)設(shè)置在絕緣憎水層表面的下面。電極255a、255b、255c、255d、255e之中的每一個(gè)都是環(huán)形的，并且環(huán)繞光軸90延伸。通過適當(dāng)控制電極252與電極255a-255e中的任意一個(gè)或多個(gè)之間的電壓，能夠產(chǎn)生球形波前像差。這可以用于補(bǔ)償在從雙層光學(xué)讀出系統(tǒng)中的一個(gè)讀出層切換到另一個(gè)讀出層時(shí)產(chǎn)生的球形波前像差。
最好，覆蓋憎水表面的絕緣層要相對(duì)較薄，例如厚度為200μm或更小的薄油層，且更可能是具有接近100μm的厚度。
圖4A圖解說明了可變反射鏡500，其中在電極252與電極255a-255e中任意一個(gè)之間未施加電壓。按照本特定實(shí)施方式，將界面接觸處的壁的可潤濕性安排成使得界面會(huì)具有接近90°的接觸角，從而使界面保持總體上為平面。例如，位于界面一側(cè)的壁部分(例如，上部分)可以是親水性，而壁的另一部分(例如，下部分)為的憎水性的。
圖4B圖解說明了在環(huán)形電極255d與電極252之間施加第一電壓、在環(huán)形電極255a與電極252之間施加第二電壓的情形。將會(huì)看出，施加這些電壓的結(jié)果是朝向這些電極拉動(dòng)導(dǎo)電流體與這些電極重疊的部分，因此導(dǎo)致界面構(gòu)形540′發(fā)生變形。
將會(huì)意識(shí)到，在上述實(shí)施方式中，流體腔室可以是任何期望形狀的，例如圓錐形、圓筒形等等。此外，電極可以是任何期望形狀的，例如環(huán)形、分段的或具有任何任意形狀，以便提供期望形狀的電氣表面。例如，圖5表示可變反射鏡600的平面圖，該平面反射鏡600總體上與可變反射鏡500類似，只是將電極安排在了憎水層232下面。按照本特定實(shí)施方式，可變反射鏡600具有一系列的相對(duì)于光軸90的非圓形對(duì)稱的電極。而是，這些電極中的兩個(gè)電極655b、655c形狀上總體上是橢圓形的，并且這些電極布置在光軸90一側(cè)的同一平面上。第三電極655a延伸遍布腔室底座區(qū)域未由電極655b、655c覆蓋的剩余部分。通過在電極655a-c之中的每一個(gè)與電極252之間施加電壓，會(huì)產(chǎn)生慧形像差，該慧形像差產(chǎn)生反射表面。這一產(chǎn)生表面的慧形波前可以在光學(xué)記錄拾取器用來校正由于盤面傾斜而產(chǎn)生的慧形像差。得到期望表面的適當(dāng)技術(shù)是在655a與電極252之間施加0伏電壓、在655b與252之間施加+V1伏電壓、在655c與252之間施加-V1伏電壓。
在上述實(shí)施例中，將可變反射鏡表示為包括由兩流體之間的反射界面形成的單一的可變光學(xué)器件，該界面具有可變的構(gòu)形。不過，將會(huì)意識(shí)到，另一可選實(shí)施方式可以包括多個(gè)可變光學(xué)器件或多個(gè)反射面。例如，透鏡(例如，可變透鏡)可以是與可變反射鏡級(jí)聯(lián)的。按照另一種可選方案，較大的可變反射鏡可以由依照本發(fā)明實(shí)施方式中的一種或多種實(shí)施方式的單獨(dú)的可變反射鏡的陣列來形成。
此外，在雙鏡成像系統(tǒng)中，可變反射鏡能夠組合成一個(gè)或多個(gè)反射鏡。雙鏡成像系統(tǒng)以多種形式存在，比如牛頓望遠(yuǎn)鏡(Newtontelescope)、卡塞格倫望遠(yuǎn)鏡(Cassegrain)、馬克蘇托夫-卡塞格倫(Maksutov Cassegrain)式和施瓦茲希爾(Schwarzschild)式。最后一種類型還能夠在光學(xué)記錄中用來實(shí)現(xiàn)小型高度物鏡系統(tǒng)或應(yīng)用在近場(chǎng)光學(xué)記錄中。本發(fā)明的可變反射鏡的實(shí)施方式尤其適于這些應(yīng)用，因?yàn)樗軌驅(qū)崿F(xiàn)具有因可變反射鏡的構(gòu)形而引入的像差校正的小型物鏡。
在圖6中，示出了馬克蘇托夫-卡塞格倫折反射式系統(tǒng)700。按照這種特定實(shí)施方式，系統(tǒng)700利用含有反射材料的界面740作為可切換的主反射鏡。第二固定反射鏡701充當(dāng)輔反射鏡。通過在含有兩流體210、220的腔室中形成突起，能夠容易地獲得主反射鏡上的中央開孔702。入射光93首先被充當(dāng)主反射鏡的反射界面740反射到輔反射鏡701上，然后穿過主反射鏡上的開孔702形成圖像。
還將意識(shí)到，本發(fā)明實(shí)施方式一般來說能夠應(yīng)用于光學(xué)掃描、顯微術(shù)、望遠(yuǎn)鏡、激光腔和用于照相機(jī)的光學(xué)系統(tǒng)中。
例如，在激光器中，通常使用雙反射鏡諧振器(亦稱諧振腔)。這些反射鏡可以是平面的、凹面的或凸面的。通過固定兩反射鏡的曲率和腔的長度，能夠選擇具有期望屬性的輪廓清晰的高斯諧振器模式。借助在諧振器中設(shè)置無源元件能夠影響激光器的模式，這在例如C.Pare等人的《IEEE J.Quantum Electron.》(1994年，卷28，第355頁)、J Leger等人在《Opt.Lett.》(1994年，卷19，第108頁)中做過介紹。本發(fā)明可以用于通過主動(dòng)改變諧振器的模式增大這些諧振器的設(shè)計(jì)空間。為了改變諧振器的模式，要調(diào)節(jié)至少一個(gè)反射鏡的曲率。這可以通過使用依照本發(fā)明實(shí)施方式的可變反射鏡來實(shí)現(xiàn)。
圖7圖解說明了激光腔800，其包括第一和第二反射鏡810、820。反射鏡810、820中的至少一個(gè)是可調(diào)整的反射鏡。為了使得激光能夠輸出830，反射鏡820是部分可透射的。典型地，增益介質(zhì)840位于兩反射鏡810、820之間。調(diào)整一個(gè)或多個(gè)反射鏡的曲率來提供期望的光模式。曲率對(duì)模式的作用已在H.Kogelnik和T.Li撰寫的《Laser Beams and Resonators》(Appl.Opt.，1966年，卷5，第1550-1567頁)中進(jìn)行了詳盡介紹，并且也在A.E.Siegman撰寫的書籍《Lasers》(University Science Books，Mill Valley，California，第19章)中進(jìn)行過詳盡介紹。在19.2章中，介紹了八種不同的諧振器類型(1)對(duì)稱諧振器、(2)半對(duì)稱諧振器、(3)對(duì)稱共焦諧振器、(4)長半徑(近平面)諧振器、(5)近同心諧振器、(6)半球諧振器、(7)凹凸諧振器和(8)非穩(wěn)定共焦諧振器。每一種類型都有其自身的特性。通過改變可變反射鏡中兩流體之間彎月面的曲率或位置，能夠使腔800在所需的諧振模式之間進(jìn)行切換。
圖8示出了光學(xué)掃描裝置900，其裝有依照本發(fā)明實(shí)施方式的可變反射鏡。該光學(xué)掃描裝置900用于掃描光盤930。這種特定光學(xué)掃描裝置與多種光學(xué)記錄載體格式相兼容，例如CD格式、DVD格式和BD(藍(lán)光盤格式)。
典型地，各種光學(xué)記錄載體930將會(huì)包括透明層932，在該透明層932的一側(cè)上配備有信息層931。信息層背離透明層的一側(cè)由保護(hù)層933保護(hù)，以免受環(huán)境影響。透明層面對(duì)裝置900的一側(cè)稱為進(jìn)入面。信息可以以光學(xué)可檢測(cè)標(biāo)記的形式存儲(chǔ)在記錄載體的信息層931上，這些可檢測(cè)標(biāo)記安排在基本上平行、同心圓形或橢圓形的軌道上，這些在圖中沒有表明。這些標(biāo)記可以具有任何光學(xué)可讀取的形式。
按照本實(shí)施方式的掃描裝置900包括針對(duì)各種類型光學(xué)記錄載體的獨(dú)立輻射源901a、901b和901c。各個(gè)輻射源適于提供用于掃描相關(guān)的光學(xué)記錄載體的電磁輻射的正確的波長。不過，將會(huì)意識(shí)到，在其它實(shí)施方式中，單獨(dú)一個(gè)可調(diào)諧光源可以取代三個(gè)圖示的光源。
來自各個(gè)光源901a、901b和901c的光通過相應(yīng)的前置準(zhǔn)直器透鏡902、并且穿過光柵903，再經(jīng)由相應(yīng)的分束器進(jìn)入光束路徑，該分束器把光向光學(xué)記錄載體930反射。
然后光穿過準(zhǔn)直器透鏡920、反射離開折疊式反射鏡922、穿過四分之一波長板924并且進(jìn)入物鏡926。入射到物鏡926上的光應(yīng)具有準(zhǔn)直光束的形式，從而物鏡926把準(zhǔn)直輻射束變換成入射到光學(xué)記錄載體信息層931上的會(huì)聚光束。來自光學(xué)記錄載體信息層931的光然后向回穿過該系統(tǒng)，包括通過各個(gè)相關(guān)的分束器914、916和918(無反射)、通過伺服透鏡912傳輸，以由檢測(cè)器910檢測(cè)。
典型地，為了校正用于掃描各個(gè)相應(yīng)的記錄載體的電磁輻射的不同波長，可以使準(zhǔn)直器透鏡920進(jìn)行移動(dòng)(如雙箭頭921所指示的)。
不過，按照這種特定的實(shí)施方式，準(zhǔn)直器透鏡920是固定的。從四分之一波長板924入射到物鏡926上的輻射束的精確準(zhǔn)直可以通過利用處于折疊式反射鏡922的位置上的可變反射鏡來代替實(shí)現(xiàn)。因此，用于改變準(zhǔn)直器透鏡920位置的裝置(其易受機(jī)械疲勞的影響)，能夠由固定的準(zhǔn)直器透鏡和可變構(gòu)形的反射鏡來代替。
將會(huì)意識(shí)到，通過提供包括兩流體之間的界面的可變反射鏡，該界面包括反射材料，本發(fā)明提供了光學(xué)路徑不受機(jī)械疲勞影響的可變反射鏡。此外，本裝置能夠以高效率成本來制造，并且能夠較容易地對(duì)其加以控制。
用在權(quán)利要求中的任何附圖標(biāo)記僅僅是為了舉例而提供的，且不要解釋為以任何方式對(duì)權(quán)利要求進(jìn)行限制。
權(quán)利要求
1.一種可變反射鏡(100；200；300；400；500；600；740；922)，包括-流體腔室(130；230)；-光軸(90)，其延伸穿過流體腔室的至少一部分；-第一極性和/或?qū)щ娏黧w(110；210)和第二流體(120；220)，這些流體在橫斷光軸延伸的界面(140，140′；240，240′；340，340′；440，440′；540，540′)上接觸，這些流體基本上是不互混溶的；-界面調(diào)節(jié)器(250；250′；250″)，將該界面調(diào)節(jié)器設(shè)置成用來借助電潤濕效應(yīng)來改變界面的構(gòu)形；和其中界面包括反射材料。
2.如權(quán)利要求1所述的反射鏡，其中反射材料包括金屬。
3.如權(quán)利要求1或權(quán)利要求2所述的反射鏡，其中反射材料包括金屬-液體狀的膜。
4.如上述權(quán)利要求中的任何一個(gè)所述的反射鏡，其中反射材料包括有機(jī)高分子膜上的薄金屬層。
5.如上述權(quán)利要求中任何有一個(gè)所述的反射鏡，其中界面調(diào)節(jié)器(250；250′；250″)包括-第一電潤濕電極(252)，該電極與第一流體(110；210)電接觸；-至少一個(gè)第二電潤濕電極(254，254a，254b；255a，255b，255c，255d，255e)，該電極位于緊鄰界面(140，140′；240，240′；340，340′；440，440′；540，540′)的位置上；和-電壓源(256；256′；256a；256b)，用于在上述第一與第二電極之間施加電壓，來改變所述界面的構(gòu)形。
6.如權(quán)利要求5所述的反射鏡，其中所述界面(140，140′；240，240′；340，340′；440，440′)的邊緣受流體腔室(130；230)的約束，并且將第二電潤濕電極(254，254a，254b)安排對(duì)界面邊緣的至少一部分起作用。
7.如權(quán)利要求5所述的反射鏡，其中由所述第二流體(220)的至少一部分把第二電極(255a，255b，255c，255d，255e)與界面(540，540′)隔開。
8.一種光學(xué)裝置(700；800；900)，包括如權(quán)利要求1所述的可變反射鏡。
9.如權(quán)利要求8所述的光學(xué)裝置，其中該光學(xué)裝置包括包含所述可變反射鏡的激光腔(800)，該腔此外還包含第二反射鏡。
10.如權(quán)利要求8所述的光學(xué)裝置，其中所述光學(xué)裝置包括馬克蘇托夫-卡塞格倫折反射式系統(tǒng)(700)，該系統(tǒng)(700)包括主反射鏡(740)和輔反射鏡(701)，所述主反射鏡由上述可變反射鏡構(gòu)成。
11.如權(quán)利要求8所述的光學(xué)裝置，其中該光學(xué)裝置包括用于掃描光學(xué)記錄載體的光學(xué)掃描裝置(900)。
12.一種制造可變反射鏡(100；200；300；400；500；600；740；922)的方法，該方法包括以下步驟-提供流體腔室(130；230)，使光軸(90)延伸穿過該流體腔室的至少一部分；-提供第一極性和/或?qū)щ娏黧w(110；210)和第二流體(120；220)，這些流體在橫斷光軸延伸的界面(140，140′；240，240′；340，340′；440，440′；540，540′)上接觸，這些流體基本上是不互混溶的，且所述界面包括反射材料；和-提供界面調(diào)節(jié)器(250；250′；250″)，該界面調(diào)節(jié)器設(shè)置成用于借助電潤濕效應(yīng)來改變界面的構(gòu)形。
13.一種操作光學(xué)裝置(700；800；900)的方法，該光學(xué)裝置包括如權(quán)利要求1所述的可變反射鏡，該方法包括可控地改變界面(140，140′；240，240′；340，340′；440，440′；540，540′)的構(gòu)形，從而使得該反射鏡提供期望的反射特性。
全文摘要
一種可變反射鏡(100；200；300；400；500；600；740；922)，包括流體腔室(130；230)、延伸穿過流體腔室至少一部分的光軸(90)和在橫斷光軸延伸的界面(140，140′；240，240′；340，340′；440，440′；540，540′)上接觸的第一極性和/或?qū)щ娏黧w(110；210)及第二流體(120；220)。這些流體基本上是不互混溶的。所述界面包括反射材料。界面調(diào)節(jié)器(250；250′；250″)設(shè)置為用于借助電潤濕(electrowetting)效應(yīng)來改變界面的構(gòu)形。
文檔編號(hào)G02B26/02GK1942805SQ200580010869
公開日2007年4月4日 申請(qǐng)日期2005年3月24日 優(yōu)先權(quán)日2004年4月1日
發(fā)明者S·凱帕, B·H·W·亨德里克斯 申請(qǐng)人:皇家飛利浦電子股份有限公司