專利名稱：光學掃描器件的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種光學掃描器件，它用一個第一輻射束掃描第一光學記錄載體的第一信息層，用一個第二輻射束掃描第二光學記錄載體的第二信息層，此器件包括一個輻射源用來提供第一和第二輻射束；和一個透鏡系統(tǒng)，它用來將第一輻射束轉變?yōu)榫哂械谝粩?shù)值孔徑的第一聚焦束以在第一信息層所在位置形成第一掃描斑，并將第二輻射束轉變?yōu)榫哂胁煌诘谝粩?shù)值孔徑的第二數(shù)值孔徑的第二聚焦束，以在第二信息層所在位置形成第二掃描斑，該透鏡系統(tǒng)具有一條光軸。
本發(fā)明還與一種透鏡系統(tǒng)有關，這個系統(tǒng)把一個第一輻射束轉變成具有第一數(shù)值孔徑的第一會聚輻射束，同時把一個第二輻射束轉變?yōu)榫哂胁煌诘谝粩?shù)值孔徑的第二數(shù)值孔徑的第二輻射束，此系統(tǒng)具有一條光軸。
所謂“掃描這個信息層”是指用一個輻射束進行掃描從信息層讀取信息(“讀出模式”)，將信息寫入信息層(“寫入模式”)，以及/或者從信息層擦掉信息。
“信息密度”是指信息層單位面積貯存的信息量。除了其它因素，它與掃描器件在被掃描信息層上形成的掃描斑尺寸等有關。可以通過減小掃描斑尺寸來增加信息密度。由于斑尺寸與形成斑的輻射束的波長λ和數(shù)值孔徑NA等有關，增加NA并減小λ可以使掃描斑的尺寸縮小。
在上面開頭一段所述的光學掃描器件在歐洲專利申請No.0,294,902中已經(jīng)描述。更具體地說，參考本說明的

圖1，光學掃描器件1被設置成使輻射束5的數(shù)值孔徑增大，故形成的掃描斑7在光學記錄載體3的信息層2內的尺寸減小了。因而掃描器件1的光學系統(tǒng)具有一條光軸00’，且包括一個用來提供掃描束5的輻射源4和一個物鏡6，后者用于將掃描束5轉變?yōu)樾畔?1內的掃描斑7。物鏡6具有一個面對輻射源4的入射面6a和一個面對信息層2的出射面6b。在入射面6a的中央和邊緣部分分別為第一輻射窗8和凹面反射器9。在出射面6b的中央和邊緣部分分別是一個凸面反射器10和一個第二輻射窗11。在掃描過程中，通常輻射束5經(jīng)過第一輻射窗8進入物鏡6并穿過它。然后在凸面反射器10上被反射并再次穿過物鏡6。輻射束經(jīng)過第二輻射窗11從物鏡6出來并在信息層2上形成斑7。
目前在這種現(xiàn)有的光學掃描器件中遇到的一個問題是與具有不同格式(如CD-格式盤，DVD-格式盤，DVR-格式盤)的光學記錄載體的兼容性。
在下面，“第一模式”是指光學掃描器的一種工作模式，用來以具有第一數(shù)值孔徑的第一聚焦輻射束對第一信息層掃描；該數(shù)值孔徑NA，適合于對第一類型(例如DVR-格式盤)的光學記錄載體(對應于第一信息密度)掃描。而“第二模式”是指光學掃描器件的一種工作模式，用來以具有小于數(shù)值孔徑NA1的第二數(shù)值孔徑NA2的第二聚焦輻射束對第二信息層掃描，數(shù)值孔徑NA2適合于對第二類型(例如DVD-格式盤)的光學記錄載體(對應于第二信息密度，它比第一信息密度小)掃描。換句話說，“第一模式”對應于高信息密度，而“第二模式”對應于低信息密度。僅作為一個例子，在DVR-格式的情況下，對“讀出模式”和“寫入模式”，數(shù)值孔徑NA1近似等于0.85，在DVD-格式的情況下，對于“讀出模式”數(shù)值孔徑NA2約為0.6，而對于“寫入模式”為0.65。
在按“第二模式”和“第一模式”掃描時，目前所遇到的問題是，“自由工作距離”(即被掃描的信息層和透鏡系統(tǒng)之間的距離)需要經(jīng)過調節(jié)，以使掃描斑聚焦在信息層上，這是因為透明層的厚度從一種格式到另一種格式是變化的。舉例來說，透明層的厚度對于DVR-格式以載體為0.1毫米，而對于DVD-格式的載體為0.6毫米。因而對不同格式載體掃描時，自由工作距離相應的變化如下fwd+dn=K---(1)]]>式中“fwd”為自由工作距離，“d”為透明層厚度，“n”為透明層的折射率，“K”為常數(shù)(它與掃描斑的波長和數(shù)值孔徑值無關)。按照方程(1)當物鏡保持不變且工作在相同的共軛距離(即物體與透鏡間的距離)時，自由工作長度fwd隨厚度d的增加而減小。
為使上述歐洲專利申請0,294,902中的器件適用于具有不同格式的掃描盤，首先知道辦法是給透鏡系統(tǒng)配上一個致動器。
采用這種致動器的一個缺點是要使透鏡系統(tǒng)移動很大的距離，以便適當?shù)卣{節(jié)自由工作距離。由于制作這種致動器的費用較高，從而使器件的制造成本增加。
這第一個已知的解決辦法還有一個缺點是，不適用于在低值(即自由工作距離一般小于幾百微米)下調節(jié)自由工作距離。實際上，從掃描具有一種格式(如DVD-格式盤)的光學記錄載體變成掃描具有不同格式(如DVR-格式盤)的另一種光學記錄載體時，透明層的厚度將要變化。這種光學記錄載體厚度的變化要求自由工作距離要改變，使得兩種場合下都能在信息層內形成掃描斑。這種解決辦法不允許自由工作距離在它的改變量近似等于它的實際值(對一個DVR-格式盤掃描就是這種情況)時有所改變。因此，這種已知的辦法對于解決使一種光學掃描器件適合于掃描光學記錄載體的兩種不同格式(也就是工作在“第二模式”和“第一模式”)的問題是不滿意的，特別是當自由工作距離需要在低值下調節(jié)以便工作在“第一模式”時更是如此。
在PCT申請WO00/38182中提出了第二種已知的解決方案，其中在起始一段描述過的那種類型的光學掃描器件所包含的透鏡系統(tǒng)具有一個第一物鏡和一個第二物鏡，形成一個雙透鏡系統(tǒng)。
這種解決方案的一個缺點是，當掃描斑從第一信息層改變到第二信息層時，需要把透鏡的位置向信息層靠近，以將掃描斑定位在第一信息層上。然后把物鏡和平-凸鏡之間的距離加以調節(jié)，使得掃描斑可聚焦在第一信息層上，或聚焦在第二信息層上。
本發(fā)明的一個目的是提供如開頭一段所述類型的光學掃描器件，它適合于在“第二模式”和“第一模式”兩種模式下工作，而且沒有上面那些缺陷。本發(fā)明還有一個目的是提供一種如開頭一段所說的透鏡系統(tǒng)，它適于用來將第一輻射束轉變成具有第一數(shù)值孔徑的第一聚焦輻射束，而將第二輻射束轉變成具有不同于第一數(shù)值孔徑的第二數(shù)值孔徑的第二聚焦輻射束。
為達到此目的，本發(fā)明的光學掃描器件的透鏡系統(tǒng)被用作第一輻射束的反折射系統(tǒng)，為了將此束轉變?yōu)榫哂械谝粩?shù)值孔徑的第一聚焦輻射束，以在第一信息層的位置形成一個第一斑；和第二輻射束的折射系統(tǒng)，為了將此束轉變?yōu)榫哂胁煌诘谝粩?shù)值孔徑的第二數(shù)值孔徑的第二聚焦輻射束，以在第二信息層的位置形成一個第二斑。
能作為反折射系統(tǒng)和折射系統(tǒng)兩種系統(tǒng)工作的透鏡系統(tǒng)的優(yōu)點是，例如，對于器件分別工作在“第一模式”和“第二模式”等場合，可以分別在第一和第二信息層的位置形成第一和第二掃描斑。換句話說，當掃描從一種模式(如第一模式)變成另一種模式(如第二模式)時，不需要用機械方法再調節(jié)自由工作距離，從而器件適合于工作在第一模式和第二模式。
這種透鏡系統(tǒng)的另一個優(yōu)點是，它不象現(xiàn)有第一種已知解決辦法那樣需要有一個能讓物鏡有很大位移的致動器。
在按本發(fā)明的光學掃描器件的一個優(yōu)選實施例中，該透鏡系統(tǒng)包含一個第一物鏡和一個第二物鏡，它們形成一個雙透鏡系統(tǒng)。
這種透鏡系統(tǒng)的一個優(yōu)點是，它不象現(xiàn)有的第二種已知解決辦法那樣需要調節(jié)第一和第二物鏡之間的距離才能使器件適合于工作在第一和第二模式。
為達到上述目的，本發(fā)明的透鏡系統(tǒng)還包括一個第一物鏡，它具有一個用來接收第一和第二輻射束的入射面以及一個用來輸出第一和第二會聚輻射束的輸出表面，且此透鏡可以讓第一和第二輻射束透射過去；一個面對第一物鏡入射面的第一光學結構，它包括能讓第一輻射束透過的第一部分；對第一輻射束起反射作用的非重疊的第二部分；以及能讓第二輻射束透過的第三部分；一個面對第一物鏡輸出表面的第二光學結構，它包含一個對第一輻射束起反射作用的第四部分，和讓第一輻射束透過的非重疊第五部分，以及讓第二輻射束透過的第六部分。
本發(fā)明的目的，優(yōu)點和特征將通過下面對各附圖所作的詳細描述而展出現(xiàn)來，這些附圖中圖1是一種已知的光學掃描器件；圖2A是正在對第一格式的光學記錄載體掃描(“第一模式”)時的依照本發(fā)明的一種光學掃描器件；圖2B是正在對第二格式的光學記錄載體掃描(“第二模式”)時的圖2A的光學掃描器件；圖3詳細示出圖2A和2B的透鏡系統(tǒng)第一種實施例；圖4A為圖3所示第一結構的橫剖面；圖4B為圖3所示第二結構的橫剖面；
圖5示出代表與圖3和4所示的第一和第二實施例有關的第一涂層的反射系數(shù)的曲線；圖6示出代表與圖3和4所示的第一和第二實施例有關的第二涂層的反射系數(shù)的曲線；圖7A示出圖2A的光學掃描器件工作在“第一模式”時的輻射束軌跡；圖7B示出圖2B的光學掃描器件工作在“第二模式”時的輻射束軌跡；圖8詳細示出物鏡和圖3所示的第一和第二光學結構第二實施例；圖9詳細示出物鏡和圖3所示的第一和第二光學結構第三實施例；依照本發(fā)明的光學掃描器件適合于掃描至少兩種不同類型或格式的光學記錄載體。圖2A示出光學掃描器件在“第一模式”，用于掃描第一類型光學記錄載體21的一個信息層23。圖2B示出同一光學掃描器件在“第二模式”，用于掃描第二類型光學記錄載體45的一個信息層47。
光學記錄載體21包含一個透明層22，它的一面是信息層23。信息層背離透明層的那一面可以用一個保護層來防止環(huán)境的影響。透明層22通過給信息層23提供機械支撐而用作載體21的襯底。也可以讓透明層22只起保護信息層23的作用，而由在信息層23的另一面的一層提供機械支撐，例如通過保護層或者與最上面的信息層相連接的附加信息層和透明層來支撐。信息層23是載體21上含有許多道的一個表面。所謂一“道”是指聚焦輻射束跟蹤的一條路徑，在這條路徑上排布著一些代表信息的光學可讀標記。這些標記可以是例如坑或區(qū)域的形式，其反射系數(shù)或磁化方向不同于周圍的地方。僅僅作為一個例子，在光學記錄載體21為DVR-格式的情況下，透明層22的厚度約等于0.1毫米。
光學記錄載體45包含一個透明層46，它的一面設有信息層47。透明層46的厚度比第一類型光學記錄載體41的透明層22要厚。信息層47的信息密度可能比光學記錄載體21的信息層23的信息密度低。僅僅作為一個例子，在載體45為DVD-格式的情況下，透明層46的厚度約等于0.6毫米。
如圖2A和2B所示，光學掃描器件包括一個輻射源26和一個具有光軸33的透鏡系統(tǒng)24。此光學掃描器件還可包含一個束分光器28，一個檢測系統(tǒng)39，一個伺服系統(tǒng)42A，一個聚焦致動器42B和一個徑向致動器42C，以及一個用來修正誤差的信息處理單元42D。
輻射源26用來提供第一輻射束27用于對信息層23進行掃描，提供第二輻射束49用于對信息層47進行掃描。最好輻射源26包含至少一個第一半導體激光器(它發(fā)射第一選定波長λ1的輻射束27)和一個第二半導體激光器(它發(fā)射第二選定波長λ2的輻射束49)。僅僅作為一個例子，在光學記錄載體21為DVR-格式的情況下，最好波長λ1等于405納米，而在光學記錄載體為DVD-格式的情況下，波長λ2最好等于660納米。
設置束分光器28是為了將輻射束27和49反射到透鏡系統(tǒng)24。最好用一個相對于光軸33傾斜的平面平行板來形成束分光器28。
更為重要的是，把透鏡系統(tǒng)24安裝成(1)在“第一模式”時用作反折射系統(tǒng)，以將被反射的輻射束27轉變?yōu)榫哂械谝粩?shù)值孔徑NA1的第一聚焦輻射束35，從而在信息層23的位置形成第一斑36；(2)在“第二模式“時用作折射系統(tǒng)，以將被反射的輻射束49轉變?yōu)榫哂械诙?shù)值孔徑NA2的第二聚焦輻射束56，從而在信息層47的位置形成第二斑53，這時的數(shù)值孔徑NA2小于數(shù)值孔徑NA1。透鏡系統(tǒng)24的安排下面會更詳細描述。
因此，當光學掃描器件按“第一模式”工作時，聚焦輻射束35反射到信息層23上形成一個反射束37，它又回到向前的會聚束34的光學路徑上。透鏡系統(tǒng)24將被反射的輻射束37轉變成第一會聚反射輻射束38。最后，束分光器28通過讓至少一部分被反射的輻射束38透向檢測系統(tǒng)39而把向前的輻射束27與被反射的輻射束38分開。當光學掃描器件工作在“第二模式”時，已聚焦的輻射束56在信息層47上反射，從而形成一個反射束54，它返回到向前會聚束51的光路上。透鏡系統(tǒng)24將被反射的輻射束54轉變成一個第二會聚反射輻射束55。最后，束分光器28通過讓至少一部分被反射的輻射束55透向檢測系統(tǒng)39而把向前輻射束49與被反射的輻射束55分開。
檢測系統(tǒng)39用來接收被反射束38和55，并把它們轉換成一個或多個電信號。其中一個信號是信息信號Idata，其值代表分別在信息層23和47上掃描的信息。信息信號Idata可由信息處理單元42D進行處理，以對從信息層23和47得到的信息作誤差校正。從檢測系統(tǒng)39得到的其它信號是聚焦誤差信號Ifocus和徑向跟蹤誤差信號Iradial。信號Ifocus代表掃描斑36(或掃描斑53)與信息層23(或信息層47)之間沿光軸33的軸向高度差，它在以后用來維持掃描斑在信息層內聚焦(下面會談到)。信號Ifocus是根據(jù)普遍采用的“像散方法”形成的，關于這種方法可參見G.Bouwhuis，J.Braat，A.Huijser等所著的書“光盤系統(tǒng)原理”，75-80頁(Adam Hilger1985年版)(ISBN 0-85274-785-3)等。信號Iradial代表在信息層23(或信息層47)平面內，掃描斑36(或掃描斑53)與這個掃描斑將要跟蹤的該信息層內的一個軌道的中心之間的距離；它還用來分別維持掃描斑36和53處于信息層23和47的軌道上。信號Iradial是根據(jù)普遍使用的“徑向推拉法”而形成的，這種方法見于G.Bouwhais J.Braat，A.Huijser等所著的書“光盤系統(tǒng)原理”第70-73頁(Adam Hilger1985年版)(IBSN0-85274-785-3)等。
伺服系統(tǒng)42A用來根據(jù)信號Ifocus和Iradial提供伺服控制信號Icontrol，以分別控制聚焦致動器42B和徑向致動器42C。聚焦致動器42B控制透鏡系統(tǒng)24沿光軸33的位置，由此控制掃描斑36和53的實際位置，使得它們分別基本上與信息層23和47的平面重合。徑向致動器42C控制透鏡系統(tǒng)24在垂直于光軸33方向的位置，由此控制掃描斑36和53的徑向位置，使得它們分別基本上與信息層23和47內將要被跟蹤的軌道的中心線相重合。
現(xiàn)在來對透鏡系統(tǒng)24作進一步的詳細描述。圖3示出透鏡系統(tǒng)24的第一個具體實施例，它包括一個第一物鏡30，一個第一光學結構51和一個第二光學結構52。這個透鏡系統(tǒng)24還包括一個準直透鏡29和一個第二物鏡31。
準直透鏡29用來把輻射束27和49分別轉變?yōu)榈谝粶手陛椛涫?2和第二準直輻射束50。
第一物鏡30用來把準直輻射束32和50分別轉變?yōu)榈谝粫圯椛涫?4和第二會聚輻射束51。因而物鏡30有一個接收輻射束32和50的入射面和一個輸出會聚束34和51的出射表面。此外，物鏡30對輻射束32和50都是能透過的。
光學結構57設置在輻射源26和物鏡30的入射面之間。圖4A表示第一結構51的橫剖面，它包括第一部分51a，非重疊的第二部分51b，和第三部分51c。
部分51a能讓輻射束32透過。如圖4A所示，這個部分是中央部分(即處在以光軸33為中心的區(qū)域內)，其外邊界為51a1。
部分51b對輻射束32是反射的。如圖4A所示，這一部分是邊緣部分(即處在環(huán)繞中心部分51a的環(huán)狀區(qū)域內)，有一個外邊界51b1和一個內邊界5162，因而部分51b不與部分51a重疊。應該指出，在邊界5162和51a1之間可能有一個空間，或者這些邊界可以是互相重合的。在下文中并如圖3所示，邊界5162和51a1重合。
部分51c對輻射束50是可透過的。如圖4A所示，這一部分有一個外邊界51c1它在邊界51b1和51b2之間延伸。換句話說，部分51c可以包含部分51a和/或部分51b。與圖4A所示的結構不同，部分51c可以是環(huán)形，因而有一個內邊界。以下的51c是如圖3所示的那樣包括部分51a和51b。光學結構51最好還包含一個第一相位補償元件，用來補償穿過部分51a的那部分輻射束50和穿過部分51b的那部分輻射束50之間的相位差(由光程差所引起的)。僅僅作為一個例子，如圖3所示，此補償元件可由位于準直透鏡29和物鏡30的入射面之間的第一層80形成。最好是把第一物鏡30的入射面設計得使第一層有一個與部分51a相重疊的橫截面。另外，第一層的預定厚度為“t1”，使得穿過第一層的輻射束和穿過部分51b的輻射束之間的相位差等于穿過部分51b的輻射束和穿過部分51a的輻射束之間的相位差。當?shù)谝粚泳哂芯鶆蛘凵渎蕰r，厚度t1可由下式確定t1=φ·λ2π·(n-1)]]>式中“φ”為穿過部分51b的輻射束和穿過部分51a的輻射束之間的相位差，“λ”為穿過第一層的輻射束的波長，“n”為第一層的折射率。
光學結構52設置在物鏡30出射面與信息層23和47所處位置之間。圖4B表示第二結構52的橫剖面，包括第四部分52b，非重疊的第五部分52a，和第六部分52c。
部分52b對輻射束32起反射作用。如圖4B所示，這個部分是中心部分(即處于此光軸33為中心的區(qū)域內)，且有一個外邊界52b 1。
部分52a對輻射束32是可透過的。如圖4B所示，這一部分是邊緣部分(即處于圍繞中心部分52b的一個環(huán)形區(qū)域內)，且有一個外邊界52a1和一個內邊界52a2，因而部分52a不與部分5b相重疊。應該指出，在邊界52b1和52a2之間可能有一個空間或者這些邊界可以是相互重合的。在下文中并如圖3所示，邊界52b1和52a2互相重合。
部分52c對輻射束50是可透過的。如圖4B所示，這部分有一個外邊界52c1在邊界52b1和5262之間延伸。換句話說，部分52c可能包括部分52a和/或部分52b。作為對圖4B所示結構的一種替代，部分52c可以是環(huán)狀的，因而有一個內邊界在下文中并如圖3所示，部分52c包括部分52a和52b。最好是光學結構52還包括一個第二相位補償元件，用來補償穿過部分52a的那部分輻射束50和穿過部分52b的那部分輻射束50之間的相位差(由光程差所引起的)。僅僅作為一個例子，如圖3所示，這個補償元件可由設置在物鏡30出射面和第二物鏡31之間的第二層81形成。第二層81的構成可以與第一層80類似(特別是關于厚度的確定)。
應該指出，部分51a和51b以及部分52a和52b都是非重疊的。換句話說，例如參考圖4A，入射到光學結構51的輻射束50的橫截面中有一個區(qū)域是受到部分51a光學性能(即透過率)的影響，而一個不與第一區(qū)域重疊的第二區(qū)域是受到部分51b光學性能(即反射率)的影響。
設置第二物鏡31用來分別把會聚輻射束34和51轉變?yōu)榫劢故?5和52。它可由一個平-凸透鏡31形成，該平-凸透鏡包括一個面對物鏡30出射面的凸入射面31a，和一個面對信息層23和47所處位置的平出射面31b。應該注意，第二物鏡31與第一物鏡30共同構成一個雙透鏡系統(tǒng)，其優(yōu)點是從機械公差角度來看比單透鏡系統(tǒng)更容易加工。雙透鏡系統(tǒng)的另一個優(yōu)點是，對第一和第二物鏡相互調節(jié)不太敏感。這樣一來，雙透鏡系統(tǒng)所產(chǎn)生的光學像差(如球面像差和彗形像差)的大小可得到很好的控制。
現(xiàn)在來對圖3所示的光學結構51和52的優(yōu)選實施便作較詳細的描述。這些結構是由對輻射束32和50敏感的涂層制成的，因而對輻射束32和50是可穿透和/或反射的。僅僅作為一個例子，可把這些涂層選為對波長敏感的，使得部分51b對波長λ1為反射的而對波長λ2為透射的，同時部分51a對波長λ1和λ2是透射的。例如，如圖3和4所示，部分51a可由淀積在物鏡30入射面中心部分30a上的第一涂層構成，部分51b可由淀積在物鏡30入射面邊緣部分30b上的第二涂層構成。第一涂層薄膜的材料，厚度和折射率應該這樣來選擇，使得該涂層對波長λ1和λ2是可穿透的。僅僅用作一個例子，表1給出了這些薄膜(此處由兩種薄膜構成第一涂層)的一個實例。
表1圖5的曲線60表示按表1所示構成的第一涂層的反射率R隨穿過此涂層的輻射束波長λ的變化。此曲線60有兩個最小點(R≈0)，對應波長λ為405和660納米，說明由表1構成的第一涂層分別對405和660納米的波長λ1和λ2是可透過的。
第二涂層薄膜的材料、厚度和折射率應這樣選擇，使得該涂層對波長λ1是反射的，而對波長λ2是透射的。僅僅用作一個例子，表2給出這類薄膜的一個實例(此處第二涂層由11種薄膜構成)。
表2圖6的曲線70表示如表2所示構成的第二涂層的反射率R隨穿過此涂層的輻射束波長λ的變化。曲線70在波長λ等于660納米處有一最小值(R≈0)，在波長λ為405納米處有一最大值(R≈1)，說明此第二涂層對于660納米的波長λ2是透射的，而對于405納米的波長λ1是反射的。
與上面表1和2所述的光學結構51類似，可以按下述來制作光學結構52。如圖3所示，部分52a可由與表1所述第一涂層類似的第三涂層構成，它被淀積在物鏡30出射表面的邊緣部分30d上，而部分52b可由與表2所述的第二涂層類似的第四涂層構成，它被淀積在物鏡30出射面的中央部分30c上。換句話說，光學結構51用作一面帶中心孔的鏡子，而光學結構52用作一面中心鏡子。
應該指出，上面針對圖3及表1和2所述的實施例適合于載體21為DVR-格式和載體45為DVD-格式的情況。
現(xiàn)在參照圖7A和7B來詳細描述圖2A，2B和3所示的光學掃描器件的工作，參照圖7A和7B分別示出器件工作在“第一模式”和“第二模式”時，穿過透鏡系統(tǒng)24的輻射束的軌跡。
當光學掃描器件工作在“第一模式”時，輻射源26提供波長為λ1的輻射束27對信息層23掃描。透鏡系統(tǒng)24用作反折射系統(tǒng)而把輻射束27轉變成聚焦輻射束35(其數(shù)值孔徑為NA1)，從而在信息層23的位置上形成斑36。
更精地說，準直透鏡29把輻射束27轉變?yōu)闇手陛椛涫?2。接著輻射束32到達光學結構51。部分51a讓準直輻射束32透過，因為此束的波長等于λ1。于是輻射束32穿過物鏡30，從它的入射面至出面射，而后到達光學結構52。部分52b使輻射束32反射，因為此束的波長等于λ1。接著輻射束32穿過物鏡30，從它的出射面至入射面，而后到達光學結構51。部分51b使輻射束32反射，因為此束的波長等于λ1。接著輻射束再次穿過物鏡30，從它的入射面至出射面，然后到達光學結構52。部分52a使輻射束32透過，因為此束的波長等于λ1。同時輻射束32以會聚輻射束32的形式經(jīng)過出射面和光學結構52從物鏡30出來。最后，第二物鏡31把會聚輻射束34轉變成聚焦束35，從而在信息層23上形成斑36。
當光學掃描器件工作在“第二模式”時，輻射源26提供波長為λ2的輻射束49用于對信息層47掃描。透鏡系統(tǒng)24作為一個折射系統(tǒng)而工作，將輻射束49轉變?yōu)榫哂袛?shù)值孔徑NA2(NA2＜NA1)的聚焦輻射束56，從而在信息層47的位置上形成斑53。
更精確地說，準直透鏡29把輻射束49轉變?yōu)闇手陛椛涫?0。接著輻射束到達光學結構51。由于輻射束50的波長等于λ2，它將透過部分51a和51b。輻射束50經(jīng)過入射面進入物鏡30。由于輻射束50的波長等于λ2，它將透過物鏡30。因此，輻射束50從入射面至出射面穿過物鏡30，然后到達光學結構52。由于輻射束32的波長等于λ2，它將透過部分52a和52b。同時輻射束50以會聚輻射束的形式，經(jīng)過出射面和光學結構52從物鏡30出來。最后，平-凸透鏡31把會聚輻射束51轉變?yōu)榫劢故?6，從而在信息層47上形成斑53。換句話說，當透鏡系統(tǒng)24按“折射系統(tǒng)”工作時，穿過物鏡系統(tǒng)的輻射束從輻射源26透射至信息層47而不被反射。
必須指出，輻射束32至少在透鏡系統(tǒng)24內反射兩次(在中央部分52b和邊緣部分51b)，然后從邊緣部分52a出來。這將引起相對于“第二模式”的焦距上的變化。其結果是，當光學掃描器件按“第二模式”工作時，自由工作距離“fwd”甚至相對于“第一模式”還可能增加。
應該知道，對上述各種具體實施例可以作大量的改變和修改，而不超出本發(fā)明的范疇，本發(fā)明的范圍將由后面的權利要求書予以界定。
作為對圖3所示實施例的一個備選方案，第一物鏡的結構可以不同于圖3所示物鏡30的結構。
僅僅作為一個例子，圖8表示第一物鏡和第一及第二光學結構的第二實施例，它們分別以數(shù)字30’，51’和52’標識。與圖3中的物鏡30相似，第一光學結構51’包括一個第一部分51a’，一個第二部分51b’，和一個第三部分51c’，第二光學結構52’包括一個第四部分52b’，一個第五部分52a’，和一個第六部分52c’，部分51a’至52c’的光學特性分別與部分51a至52c相似。但是，如圖8所示，部分52a’是一個中心部分(即以光軸33為中心的一個區(qū)域)，部分52b’是一個邊緣部分(即圍繞中心部分52a’的一個環(huán)狀區(qū)域)，而部分52a是一個邊緣部分，部分52b是中心部分(如圖3所示)。此外，部分52a’可以例如用第五涂層制成，該涂層與表1所述的第一涂層相似而且是被淀積在物鏡30’出射面的中心部分30c’上，部分52b’可以例如用第六涂層制成，該涂層與表2所述的第二涂層相似，而且是被淀積在物鏡30’出射面的邊緣部分30d’上。
應該指出，在優(yōu)選的第二實施例中，物鏡30’的入射面基本為曲面，而物鏡30’的出射面基本為平面。
當?shù)诙嵤┳鞴ぷ髟凇暗谝荒Ｊ健睍r，輻射束32到達光學結構51’。部分51a’讓準直輻射束32透過，因為此束的波長等于λ1。輻射束32經(jīng)過入射面進入物鏡30’。物鏡30’讓輻射束32透過，因為此束的波長等于λ1。因此，輻射束32穿過物鏡30’，從它的入射面至出射面，然后到達光學結構52’。部分52b’使輻射束32’反射，因為此束的波長等于λ1。于是輻射束32穿過物鏡30’，從它的出射面至入射面，然后到達光學結構51’。部分51b’使輻射束32反射，因為此束的波長等于λ1。于是輻射束32再次穿過物鏡30’，從它的入射面至出射面，而后到達光學結構52’。部分52a’讓輻射束32透過，因為此束的波長等于λ1。輻射束32以會聚輻射束34的形式，經(jīng)由物鏡的出射面和光學結構52’而從物鏡中出來。
當?shù)诙嵤├础暗诙Ｊ健惫ぷ鲿r，輻射束50到達光學結構51’。部分51a’和51b’讓準直輻射束50透過，因為此束的波長等于λ2。輻射束50經(jīng)由物鏡的入射面進入物鏡30’。物鏡30’讓輻射束50透過，因為此束的波長等于λ2。于是輻射束50穿過物鏡30’，從它的入射面至出射面，而后到達光學結構52’。部分52a’和52b’讓輻射束32透過，因為此束的波長等于λ2。同時輻射束50以會聚輻射束的形式，經(jīng)由物鏡的出射面和光學結構52’從物鏡30’出來。
應該指出，輻射束32在邊緣部分52b’和邊緣部分51b’之間至少反射兩次，然后從中心部分52a’出去。
圖9為第一物鏡和第一及第二光學結構的第三實施例，它們分別以數(shù)字30”，51”，和52”標識。與圖3中所示的物鏡30類似，第一光學結構51”包括一個第一部分51a”，一個第二部分51b”，和一個第三部分51c”，而第二光學結構52”包括一個第四部分52a”，一個第五部分52b”，和一個第六部分52c”，部分51a”至52c”的光學特性分別與部分51a至52c的光學特性相似。不過，在圖3和9所示的兩個實施例之間有兩點不同。首先，部分51b”是中心部分(即以光軸33為中心的一個區(qū)域)且部分51a”是邊緣部分(即圍繞中心部分51b”的一個環(huán)狀區(qū)域)，而部分51a是中心部分且部分51b是邊緣部分。其次，部分52a”是中心部分(即以光軸33為中心的一個區(qū)域)且部分52b”是邊緣部分(即圍繞中心部分52a”的一個環(huán)狀區(qū)域)，而部分52a是邊緣部分且部分52b是中心部分。此外，部分52a”例如可由一種第七涂層制成，該涂層與表1所述的第一涂層相似，而且是淀積在物鏡30”出射面的一個中心部分30”上，而部分52b”例如可由一第八涂層制成，該涂層與表2所述的第二涂層類似，而且是淀積在物鏡30”出射面的邊緣部分30d”上。
還應該指出，工作在高模式(具有第一輻射束27)的第三實施例30”的結構是從Hiroshi Hatano等人的文章得知的，此文章的題目是“A Plano-Convex Solid Immerson Mirror with a Smal1 Aperturefor Near-field Optical Data Storage”，發(fā)表在2001年國際光存儲研討會上(ISBN 4-89114-018-6)。該文章中用來形成平-凸實心浸沒鏡的透鏡包括一個入射面和一個出射面，一個安裝在該入射面上的第一結構，和一個安裝在該出射面上的第二結構，這些第一和第二表面包含對一個波長起反射作用的部分。但從文章中不清楚這些部分是否讓另一個波長透過去。
必須指出，在這個優(yōu)選第三實施例中，物鏡30”的入射面基本上是平面，而該物鏡30”的出射面基本是曲面。
當此第三實施例按“第一模式”工作時，輻射束32到達光學結構51”。部分51a”讓準直輻射束32透過，因為此束的波長為λ1。輻射束經(jīng)過物鏡的入射面進入物鏡。物鏡30”讓輻射束32透過，因為此束的波長等于λ1。因此，輻射束32穿過物鏡30”，從它的入射面至出射面，然后到達光學結構52”。部分52b”使輻射束32”反射，因為此束的波長等于λ1。于是輻射束32穿過物鏡30”，從它的出射面至入射面，然后到達光學結構51”。部分51b”使輻射束32反射，因為此束的波長等于λ1。于是輻射束32再次穿過物鏡30”，從它的入射面至出射面，然后到達光學結構52”。部分52a”讓輻射束32透過，因為此束的波長等于λ1。輻射束32以會聚輻射束的形式，經(jīng)由物鏡30”的出射面和光學結構52”從物鏡30”出去。
當?shù)谌龑嵤├础暗诙Ｊ健惫ぷ鲿r，輻射束50到達光學結構51”。部分51a”和51b”讓準直輻射束50透過，因為此束的波長等于λ2。輻射束50經(jīng)入射面進入物鏡30”。物鏡30”讓輻射束50透過，因為此束的波長等于λ2。因此，輻射束50穿過物鏡30”，從它的入射面至出射面然后到達光學結構52”。部分52a”和52b”讓輻射束32透過，因為此束的波長等于λ2。輻射束50以會聚輻射束的形式，經(jīng)由物鏡的出射面和光學結構52”從物鏡出去。
必須指出，輻射束32在邊緣部分52b”和中心部分51b”之間至少反射兩次，然后從中心部分52a”出去。
值得注意的是，如圖8和9所示的物鏡30’，30”和光學結構51’，51”及52’，52”特別適合于“近場應用”，因為它們可以讓掃描器件利用具有大于1的數(shù)值孔徑的輻射束來工作，而自由工作距離比掃描斑的波長要小。
作為另一種選擇，該透鏡系統(tǒng)可以在對應于“第二模式”的一種模式中用作反折射系統(tǒng)，而在對應于“第一模式”的一種模式中用作折射系統(tǒng)，方法是利用一種能使第一和第二輻射束透射或反射的光學特性的涂層來形成第一和第二光學結構。
還有一種選擇是，可以采用具有與上面所述那些有所不同的波長和數(shù)值孔徑的輻射束。在這種情況下，第一和第二光學結構的中心和邊緣部分被形成為對這些輻射束是透射的和/或反射的，就象圖3至5所示的那些結構對上面所述的輻射束是透射的和/或反射的那樣。例如，本發(fā)明的光學掃描器件可以做成適合于掃描一種DVD-格式的載體和一種CD-格式的載體，或者一種DVR-格式的載體和一種CD-格式的載體。
作為另一種選擇，圖3至5所示的第一和第二光學結構可以用對第一和第二輻射束的極化敏感的涂層來制成，而不是象上面圖3至5所述的涂層那樣是對(或者還對)第一和第二輻射束的波長敏感。這類對極化敏感的涂層可以從例如Macleod的書“Thin-film optical“filters”(ISBN 0-85274-784-5)等了解到。
還有另一種選擇，就是圖2A至5所示的第一和第二信息層可以是同一種光學記錄載體的一部分，而不象圖2A和2B所示的那樣是兩種單獨的光學記錄載體的部分。
作為另一種選擇，光學掃描器件可以是能同時進行多道掃描的那種類型。這使得在所述“讀出模式”中的數(shù)據(jù)讀出得到改善，正如在美國專利4,449,212中所描述的那樣。它還可用于多道掃描。我們把US4,449,212中對多道裝置的描述引用到這里作為參考。
作為對圖2A至3所述的實施例的一個改進，由第一和第二光學記錄載體透明層之間厚度差別所產(chǎn)生的球像差，可以通過把第一物鏡的出射面或第二物鏡的入射面做成非球形曲面而加以校正。例如，可以在一個平面上形成這樣一個非球面，具體采用的方法可參考例如B.H.W.Hendriks和P.G.J.M.Nuyens的文章“Designs andmanufacturing of far-field high NA object lenses for opticalreeording”，413-414，SPIE 3749(1999)。
最后還要指出，如圖3至5所示的物鏡和第一及第二光學結構還可以用在一個透鏡系統(tǒng)中，以將第一輻射束轉變成具有第一數(shù)值孔徑的第一會聚輻射束，將第二輻射束轉變成具有不同于第一數(shù)值孔徑的第二數(shù)值孔徑的第二會聚輻射束，這個系統(tǒng)具有一個光軸而且包括一個物鏡，它具有一個入射面用來接收該第一和第二輻射束，一個出射面用來輸出該第一和第二會聚輻射束，此透鏡對第一和第二輻射束是可以透射的，一個面對該物鏡入射面安裝的第一光學結構，它包括一個能讓第一輻射束透過的第一部分，一個使第一輻射束反射的非重疊的第二部分，和一個能讓第二輻射束透過的第三部分。
一個面對該物鏡出射面安裝的第二光學結構，它包括一個使第一輻射束反射的第四部分，一個讓第一輻射束透過的非重疊的第五部分，和一個讓第二輻射束透過的第六部分。
權利要求
1.一種光學掃描器件，用第一輻射束(27)來掃描第一光學記錄載體(21)的第一信息層(23)，用第二輻射束(49)來掃描第二光學記錄載體(45)的第二信息層(47)，該器件包括一輻射源(26)，用于提供第一和第二輻射束，和透鏡系統(tǒng)(24)，它有一條光軸(33)并按以下方式工作作為第一輻射束的反折射系統(tǒng)，以將此束轉變?yōu)榫哂械谝粩?shù)值孔徑(NA1)的第一聚焦輻射束(35)從而在第一信息層的位置形成第一掃描斑(36)；以及作為第二輻射束的折射系統(tǒng)，以將此束轉變?yōu)榫哂胁煌诘谝粩?shù)值孔徑的第二數(shù)值孔徑(NA2)的第二聚焦輻射束(52)，從而在第二信息層的位置形成第二掃描斑(53)。
2.如權利要求1所述的光學掃描器件，其特征在于，該透鏡系統(tǒng)(24)包括一第一物鏡(30，30’，30”)，它有一個面對輻射源(26)的入射面，和一個面對第一和第二信息層所在位置的出射面，此透鏡對第一和第二輻射束是可透過的，一第一光學結構(51，51’，51”)，它設于輻射源和第一物鏡的入射面之間，此結構包括對第一輻射束為可透過的第一部分(51a，51a’，51a”)，對第一輻射束反射的非重疊的第二部分(51b，51b’，51b”)，和對第二輻射束為可透過的第三部分(51c，51c’，51c”)’，一第二光學結構(52，52’，52”)，它設于第一物鏡出射面和第一和第二信息層所在位置之間，此結構包括對第一輻射束為反射的第四部分(52b，52b’，52b”)，可讓第一輻射束透過的非重疊的第五部分(52a，52a’，52a”)，以及可讓第二輻射束透過的第六部分(52c，52c’，52c”)。
3.如權利要求2所述的光學掃描器件，其特征在于，該第一部分(51a)和第二部分(51b)分別為相對光軸而言的中心部分和邊緣部分，第五部分(52a)和第六部分(52b)分別設于相對光軸而言的邊緣部分和中心部分。
4.如權利要求1所述的光學掃描器件，其特征在于，該第一部分(51a’)和第二部分(51b’)分別為相對于光軸而言的中心部分和邊緣部分，第五部分(52a’)和第四部分(52b’)相對光軸而言分別設于中心部分和邊緣部分。
5.如權利要求1所述的光學掃描器件，其特征在于，該第一部分(51a”)和第二部分(51b”)分別為相對于光軸而言的中心部分和邊緣部分，第五部分(52a”)和第四部分(52b”)相對于光軸而言分別設于中心部分和邊緣部分。
6.如權利要求3，4或5所述的光學掃描器件，其特征在于第一部分(51a，51a’，51a”)由可讓第一輻射束透過的第二涂層制成，第二部分(51b，51b’，51b”)由可讓第一輻射束反射的第一涂層制成，第三部分(51c，51c’，51c”)由可讓第一和第二輻射束再透過的第一和第二涂層制成，第四部分(52b，52b’，52b”)由對第一輻射束反射的第三涂層制成，第五部分(52a，52a’，52a”)由讓第一輻射束透過的第三涂層制成，第六部分(52c，52c’，52c”)由讓第一和第二輻射束再透過的第一和第二涂層制成。
7.如權利要求1所述的光學掃描器件，其特征在于，第二數(shù)值孔徑(NA2)小于第一數(shù)值孔徑(NA1)。
8.如權利要求2所述的光學掃描器件，其特征在于，透鏡系統(tǒng)還包括一個第二物鏡(31)，它與第一物鏡(30，30’，30”)共同構成一個雙透鏡系統(tǒng)。
9.如權利要求1所述的光學掃描器件，其特征在于，它還設有一檢測系統(tǒng)(39)，用來提供聚焦誤差信號(Ifocus)和/或徑向追蹤誤差信號(Iradial)，它還包括一個伺服系統(tǒng)(42A)和一致動器(42B，42C)，它們將根據(jù)聚焦誤差信號和/或徑向追蹤誤差信號，來控制第一和第二掃描斑(36，53)相對于第一和第二信息層(23，47)和/或相對于被掃描的第一和第二信息層的一個軌道的位置。
10.如權利要求1所述的光學掃描器件，其特征在于，它還包括一個信息處理單元(420)，用來對從第一和第二信息層提取的信息進行誤差校正。
11.一種透鏡系統(tǒng)(24)，用來把第一輻射束(27)轉變成具有第一數(shù)值孔徑(NA1)的第一會聚輻射束(34)，將第二輻射束(49)轉變成具有不同于第一數(shù)值孔徑的第二數(shù)值孔徑(NA2)的第二會聚輻射束(51)，此系統(tǒng)有一條光軸(33)并包括一第一物鏡(30，30’，30”)，它具有一個用來接收第一和第二輻射束的入射面，和一個輸出第一和第二會聚輻射束的出射面，這個物鏡可讓第一和第二輻射束透過，一第一光學結構(51，51’，51”)，它設置成面對第一物鏡入射面，并包含可讓第一輻射束透過的第一部分(51a，51a’，51a”)，對第一輻射束反射的非重疊的第二部分(51b，51b’，51b”)，以及可讓第二輻射束透過的第三部分(51c，51c’，51c”)，一第二光學結構(52，52’，52”)，它設置成面對第一物鏡的出射面，且包含對第一輻射束反射的第四部分(52b，52b’，52b”)，可讓第一輻射束透過的非重疊的第五部分(52a，52a’，52a”)，以及可讓第二輻射束透過的第六部分(52c，52c’，52c”)。
全文摘要
一種光學掃描器件，適于用第一輻射束(27)掃描第一光學記錄載體(21)的第一信息層(23)，用第二輻射束(49)掃描第二光學記錄載體(45)的第二信息層(47)。此器件包括一個輻射源(26)和一個透鏡系統(tǒng)(24)。輻射源(26)提供第一和第二輻射束。透鏡系統(tǒng)有一條光軸(33)并按下面的方式工作作為第一輻射束的反折射系統(tǒng)，以將此束轉變?yōu)榫哂械谝粩?shù)值孔徑(NA1)的第一聚焦輻射束(35)，從而在第一信息層所在位置形成第一掃描斑(36)；以及作為第二輻射束的折射系統(tǒng)，以將此束轉變?yōu)榫哂胁煌诘谝粩?shù)值孔徑的第二數(shù)值孔徑(NA2)的第二聚焦輻射束(56)，從而在第二信息層所在位置形成第二掃描斑(53)。
文檔編號G11B7/1374GK1742330SQ02812516
公開日2006年3月1日 申請日期2002年6月21日 優(yōu)先權日2001年6月21日
發(fā)明者B·H·W·亨德里克斯, J·J·H·B·施萊彭 申請人:皇家菲利浦電子有限公司