專利名稱：光學掃描設備的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及用于掃描光學記錄載體、特別是用于掃描全息光學記錄 載體的光學掃描設備。
背景技術：
用于從諸如光盤(CD)、數(shù)字多功能盤(DVD)或者全息光學記 錄載體之類的光學記錄載體中讀取數(shù)據(jù)并且向其寫入數(shù)據(jù)的設備一般 包含用于操控用來照射光學記錄載體的輻射束的部件。這種操控可以涉 及例如改變輻射束的方向。
重要的是，在載體上讀取或寫入數(shù)據(jù)盡可能精確，以避免數(shù)據(jù)中的 錯誤。通常，在掃描光學記錄載體時，諸如球面像差之類的像差由設備 部件或者由光學記錄載體本身的一部分引入到輻射束中。這些像差會導 致將數(shù)據(jù)錯誤引入到由輻射束攜帶的數(shù)據(jù)信號中。
已知一些用于減小掃描光學記錄載體用的輻射束中的像差的系統(tǒng)。 國際專利申請WO2004/102251描述了 一種具有流體凹凸透鏡(fluid meniscus)的可調節(jié)鏡，其可用于美國專利US 5880896中描述的光學掃 描設備中。該鏡將掃描束沿著單一輻射束路徑偏轉，并且通過調節(jié)凹凸 透鏡的結構來向該輻射束施加球面像差，所迷球面像差4氏消了由記錄載 體的基片厚度造成的球面像差。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個目的是減小用于掃描光學記錄載體的輻射束的像差。 依照本發(fā)明的第一方面，提供了一種用于掃描光學記錄載體的光學 掃描設備，其中所述光學掃描設備包括
a) 輻射源系統(tǒng)，其被設置成發(fā)射用于照射所述光學記錄載體的輻 射束；
b) 光學元件，其包括由具有可調節(jié)結構的流體凹凸透鏡將彼此分 開的第一流體和第二流體；以及
c) 控制系統(tǒng)，其被設置成調節(jié)所述流體凹凸透鏡的結構以便引入第 一類型的波前修正，所述第 一類型的波前修正使得所述輻射束從輸入 輻射束路徑被重定向到多個輸出輻射束路徑之一，所述多個輸出輻射束 路徑中的每個路徑具有與所述輸入輻射束路徑不同的角位移，
其特征在于，所述控制系統(tǒng)進一步被設置成調節(jié)所述流體凹凸透鏡 的結構以便引入第二類型的波前修正，所述第二類型的波前修正被設置
成補償所述輻射束的波前像差，經(jīng)過補償?shù)牟ㄇ跋癫钜勒账鼋俏灰苼?加以調節(jié)。
光學元件通過引入第一類型的波前修正來將輻射束重定向到一個 輸出輻射束路徑，并且從而控制輻射束通過光學掃描設備的傳播方向。 此外，光學元件引入與角位移一致的第二類型的波前修正，從而根據(jù)選 定的輸出輻射路徑來控制第二類型的波前修正的形狀。
可以將輻射束定向到不同的輸出輻射束路徑上，并且相應地調節(jié)第 二類型的波前修正。因此，當掃描光學記錄載體時，響應于將輻射束重 定向到不同的輸出路徑而動態(tài)地調節(jié)第二類型的波前修正。
輻射束的重定向改變了輻射束入射到所述設備上的光學部件的角 度，使得輻射束沿著非最佳路徑通過這些部件。重定向還會改變輻射束 入射到光學記錄載體的基片上的角度。因此，波前像差可能被引入到輻 射束中，這例如會在寫入到和/或讀取自光學記錄載體的數(shù)據(jù)中產(chǎn)生錯 誤。通過引入與角位移一致的、補償性的第二類型的波前修正，光學元 件將這樣的波前像差最小化，并且從而將讀取或寫入數(shù)據(jù)中的任何錯誤 最小化。
光學元件具有低功耗、快速的凹凸透鏡結構切換時間，并且可以依
照緊湊的設計進行廉價的構造。本發(fā)明提供了用于重定向輻射束以及用 于以簡單有效的方式引入第二類型的波前修正的裝置。而且，流體凹凸
透鏡結構的調節(jié)使得所述元件的磨損和劃傷最??；因而光學元件可靠且耐用。
本文使用的術語角位移是輸入輻射束路徑(可能為延伸的形式，這 將在下文中易于看出)與選定輸出輻射束路徑之間的角間隔。給出的角 位移作為在輻射束重定向平面內(nèi)取的角度值。正的和負的角位移都是可 能的，并且最大正角位移和最大負角位移之和給出了角位移的最大可能范圍。
本文使用的術語掃描應當被理解為包括從光學記錄載體讀取數(shù)據(jù)和/或向光學記錄載體寫入數(shù)據(jù)。依照本發(fā)明的優(yōu)選實施例，波前像差包 括像散、球面像差和慧差中的至少一個。通過這種方式，光學元件可以 補償多種不同的波前像差。
本文使用的術語補償應當被理解為指的是不論波前像差已經(jīng)存在 于輻射束中還是它可能隨后被引入，均可以改變輻射束的波前以便減小 輻射束的波前像差。
優(yōu)選地，光學掃描設備被設置成掃描具有至少一個用于存儲數(shù)據(jù)書 的區(qū)域的全息光學記錄載體。
在用于掃描全息光學記錄載體的角度復用技術中，可以由光學元件 沿不同的輸出輻射路徑對參考輻射束進行重定向。每個輸出路徑對應于 數(shù)據(jù)書的不同數(shù)據(jù)頁。依照選定輸出路徑來對第二類型的波前修正進行 調節(jié)能夠使在掃描期間出現(xiàn)的數(shù)據(jù)錯誤最小化。
根據(jù)以下描述的本發(fā)明的優(yōu)選實施例，本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點將 變得顯而易見，這些實施例參照附圖以舉例的方式給出。


圖1示意性地示出了依照本發(fā)明一個實施例的第一結構的光學元件。
圖2示意性地示出了依照本發(fā)明一個實施例的電極結構。
圖3示意性地示出了依照本發(fā)明一個實施例的第二結構的光學元件。
圖4-6示意性地示出了依照本發(fā)明其他實施例的光學元件。 圖7和8示意性地示出了依照本發(fā)明實施例的電極結構。 圖9示意性地示出了依照一個本發(fā)明實施例的光學掃描設備。 圖10示意性地示出了穿過依照本發(fā)明實施例的光學掃描設備的若 干部分的輻射束。
圖11示意性地示出了依照本發(fā)明一個不同的實施例的光學掃描設備。
具體實施例方式
圖1和3示意性地示出了光學元件1。光學元件1的更多細節(jié)通過 引用國際專利申請WO 2004/051323而在此并入。參照圖1,光學元件1具有供圖1中輻射線3所示的輻射束穿行以 便進入光學元件1的輸入輻射束路徑2。輻射束由諸如激光器之類的輻 射源4發(fā)射。光學元件1包括多個包含第一組97分段電極的結構的電 極，所述分段電極被設置在輸入輻射束路徑2的延伸形式5的周圍，輸 入^^徑2如圖1所示呈直線地延伸穿過光學元件1。
圖2示出了從所述電極一端看過去的、第一組97電極的結構的截 面，其取自延伸的輸入輻射束路徑5的垂直方向并且適合于產(chǎn)生變形凹 凸透鏡形狀，這將在以后更詳細地加以描述。第一組97電極包括四個 分段電極6、 7、 8、 9,它們每個都呈矩形且平面狀并且圍繞延伸的輸入 輻射束路徑5呈方形間隔開，其縱向邊緣平行，從而形成方形包圍。分 段電極6、 7、 8、 9中相對的電極成對設置；從而一個分段電極6與相 對的分段電極7被設置成第一對，另一個分段電極8和相對的分段電極 6形成第二對。分段電極6、 7、 8、 9的至少內(nèi)表面覆蓋有厚度均勻、電 氣絕緣的由例如Teflon AF1600制成的連續(xù)流體接觸層10,其包含凹 凸透鏡邊緣，這將在下文中易于看出。在這個實施例中，每個分段電極 6、 7、 8、 9的每個表面覆蓋有絕緣層11，其也可以由Teflon AF1600 制成或者可替換地可以由聚對二曱苯制成。
參照圖1,所述第一組97的電極6、 7、 8、 9祐二沒置成形成流體腔 14的側壁，所述流體腔14 ^皮密封以便防止流體從該腔中泄漏出來。透 明前側元件12形成流體腔14的一個端壁的一部分，透明后側元件13 形成流體腔14的另一個端壁的一部分。
流體腔14包含具有選定折射率的第一流體，所述第一流體是電 氣絕緣的第一液體A,例如硅油或者烷烴；具有不同折射率的第二流體， 所述第二流體是導電的第二液體B,例如包含鹽溶液的水。第一和第二 流體是彼此不混溶的并且由具有可調節(jié)結構的流體凹凸透鏡16將彼此 分開，如圖1所示，所述流體凹凸透鏡16具有關于延伸的輸入輻射束 路徑5非旋轉對稱的曲率。所述兩種液體A、 B優(yōu)選地被設置成具有相 等的密度，使得可以與光學元件1的朝向無關地對凹凸透鏡l6的結構 進行控制。
所述多個電極還包括第一端電極18,其呈環(huán)形或者光學透明以便允 許輻射束穿過第一端電極18,并且被設置在流體腔14的一端，在這里 設置在與后側元件13鄰近的位置。第一端電極18被設置成至少一部分在流體腔14中，使得該電極對第二流體B起作用。
控制系統(tǒng)2 0被設置成通過向所述第 一 組9 7的至少 一 個電極6 、 7 、 8、 9施加電壓來確定流體凹凸透鏡16的結構。控制系統(tǒng)20電氣連才妾 22到每個分段電極6、 7、 8、 9以及第一端電極18,并且被設置成向所 述第一對的一個電極施加第一電壓V!,向所述第一對的另一個電極施加 第二電壓V2,向所述第二對的每個電極施加另外的電壓V3、 V4,同時 也向第一端電極18施加合適的電壓。施加到分段電極6、 7、 8、 9的至 少一個的電壓可以相同于或者不同于施加到分段電極6、 7、 8、 9的至 少另 一 個的電壓。測量每個電極的電容允許識別出當前的凹凸透鏡結 構。這些測量為控制系統(tǒng)20提供反饋，從而允許控制系統(tǒng)20精確地控 制流體凹凸透鏡的結構。
調節(jié)由控制系統(tǒng)20施加的電壓調節(jié)了從而控制了凹凸透鏡的結構。 所施加的電壓向流體A、 B施加了電潤濕力，其通過第二流體B確定流 體接觸層10在每個分段電極6、 7、 8、 9上的可潤濕性。對于每個分段 電極6、 7、 8、 9,這種可潤濕性決定了凹凸透鏡16在三相線(流體接 觸層10與兩種液體A、 B之間的接觸線)處的接觸角。
通過調節(jié)所施加的電壓，可以調節(jié)凹凸透鏡的結構以便得到不同的 流體凹凸透鏡結構?？梢詫崿F(xiàn)具有非球面曲率的凹凸透鏡結構，其關于 延伸的輸入輻射束路徑5可以是旋轉對稱的或者非旋轉對稱的。
也可以獲得變形凹凸透鏡結構，其可以通過將輸入光線大體聚焦在 兩條大體垂直并且軸向分開的焦線上而用作變形透鏡。變形透鏡在大體 垂直的兩個軸上表現(xiàn)出不同的光焦度或放大率值，其中 一個軸稱為圓柱 軸，被設置在與延伸的輸入路徑5垂直的平面內(nèi)。這些聚焦特性表征了 光學條件"像散，，。變形透鏡的形狀包括具有近似圓柱形和近似球柱形性
質的形狀。
當從前側元件12處觀看時，具有凸或凹的彎曲部分的凹凸透鏡結 構是可能的?？商鎿Q地，可以獲得平面凹凸透鏡結構。
流體凹凸透鏡16的結構可以是前面描述的凹凸透鏡結構的組合， 例如，流體凹凸透鏡16可以具有平面結構和變形結構的組合的結構。
光學元件1用于通過調節(jié)凹凸透鏡結構來操控輻射束，以便修正輻 射束的波前，從而例如重定向輻射束和/或將第二類型的波前修正引入到 輻射束中。調節(jié)流體凹凸透鏡的結構可以控制這種操控。為了重定向輻射束，光學元件1被設置成將第一類型的波前修正引 入到輻射束中以便將進入光學元件1的輻射束從輸入輻射束路徑2重定 向到多個輸出輻射束路徑之一 ，所述多個輸出輻射束路徑中的每個路徑 具有相對于輸入路徑不同的角位移。適當?shù)卣{節(jié)流體凹凸透鏡結構將輻 射束重定向到多個輸出輻射束路徑中的不同路徑，這將在下面更詳細地 加以描述。光學元件1通過凹凸透鏡16處的輻射束的折射并且還通過 后側元件13的外表面處的折射來重定向輻射束。光學元件1的其他部 分也可以折射輻射束。
參照圖1,施加到所述第一對的一個電極的電壓V!確定了第一接觸
角e!，施加到所述第一對的另一個電極的電壓V2確定了第二接觸角e2， 其在這個例子中小于第一接觸角施加到所述笫二對的電極的電壓確 定了其他的接觸角。所施加電壓的這種組合確定了特定的流體凹凸透鏡 結構，其在這個例子中為平面結構和變形結構的組合。輸入輻射束在由
正交軸x、 y、 z限定的X-Y平面內(nèi)從輸入輻射束路徑2重定向到第一輸 出輻射束路徑24。第一輸出輻射束路徑24具有相對于延伸的輸入輻射 束路徑5的第一角位移a。此外，凹凸透鏡16將第二類型的波前修正引, 入到輻射束中以便將像散添加到輻射束中。
每個接觸角的最小可獲得值約為6(T。如果液體A的折射率為n=1.6 并且液體B的折射率為n=1.33，那么最大的正角位移約為+9。并且最大 的負角位移約為-9°,結果角位移的最大范圍約為18°。
光學元件通過使用凹凸透鏡16而引入第一類型的波前修正以便保 照希望的角位移重定向輻射束，并且加上引入第二類型的波前修正以便 提供對波前像差的希望的補償。為了實現(xiàn)這點，控制系統(tǒng)20計算所需 的凹凸透鏡結構并且相應地調節(jié)凹凸透鏡結構，例如依照參照圖9、 10 和11中任何一個描述的凹凸透鏡結構的調節(jié)。
現(xiàn)在參照圖3，其示出了依照不同角位移重定向輻射束的前述光學 元件1,施加到電極的電壓由控制系統(tǒng)20進行調節(jié)，使得不同的電壓 Vs被施加到所述第一對的一個電極，不同的電壓Vs被施加到所述第一 對的另一個電極，其他的電壓V7、 V8被施加到其他的電極中的每一個 電極。不同的所施加電壓決定了不同的接觸角，包括關于所述第一對的 其中一個電極的第三接觸角e3以及關于所述第一對的另一個電極的第
四接觸角e4。同樣，凹凸透鏡結構為平面結構和變形結構的組合。輻射束被重定向到具有相對于延伸的輸入輻射束路徑5不同的角位移卩的不
同輸出輻射束路徑26。在這個例子中，第一角位移a大于第二角位移卩。 凹凸透鏡16還引入不同的第二類型的波前修正，其將像散添加到輻射 束中?？刂葡到y(tǒng)20可以調節(jié)凹凸透鏡結構，使得輻射束被重定向到具 有不同角位移的不同輸出輻射束路徑。此外，控制系統(tǒng)20被設置成依 照輻射束被重定向到其上的特定輸出輻射束路徑來調節(jié)引入到輻射束 中的第二類型的波前修正。例如，如果輻射束被重定向到具有特定角位 移的第 一輸出輻射束路徑，那么就將特定的第二類型的波前修正？ 1入到 輻射束中。如果輻射束隨后被重定向到具有不同角位移的不同輸出輻射 束路徑，那么就引入不同的第二類型的波前修正。通過這種方式，控制 系統(tǒng)被設置成依照角位移來調節(jié)第二類型的波前修正。
在一個例子中，控制系統(tǒng)20計算所需的凹凸透鏡結構并且依照參 照圖9、 10和11中任何一個描述的凹凸透鏡結構的調節(jié)來調節(jié)凹凸透 鏡結構。
圖1和3示出了由光學元件1聚焦的輻射束的輻射線3?？商鎿Q地， 光學元件可以改變輻射束的聚散度，使得輸出輻射束具有發(fā)散或平行的 輻射束輻射線。
圖4示出了依照本發(fā)明另一個實施例的光學元件101,其具有與參 照圖1和3描述的光學元件1的特征相似的特征。這樣的特征在這里利 用相同附圖標記加上IOO來表示，并且應當認為相應的描述在這里也是
適用的。
光學元件101的附加細節(jié)通過引用國際專利申請WO 2004/051323
光學元件101的所述多個電極包括與參照圖2描述的所述第一組 197類似的第二組198分段電極結構。所述多個電極還包括構造上與第. 一端電極118類似的笫二端電極136。所述第二組198的四個電極相對 于彼此、相對于第一組197電極并且相對于端電才及118、 136是電氣絕 緣的。在這個實施例中，第二端電極136和前側元件112中的每個形成 流體腔114的一個端壁的一部分，后側元件113和第一端電極118中的 每個形成流體腔114的另一端壁的一部分。所述第一和第二組197、 198 的電極形成流體腔114的側壁。
流體腔114儲藏了第三流體，其在這個實施例中為前述的液體B,并且其與第二端電極136接觸，由第二流體凹凸透鏡138將其與液體A 分開。第二端電才及136位于前側元件112和流體腔114之間，/人而部分 地與第三流體接觸。技術人員應當理解，第三流體可以包括與液體B不
同的液體。
控制系統(tǒng)20電氣連接到每個端電極118、 136以及所述第一和第二 組197、 198的每個電極，并且被設置成向每個電4及施加電壓。電壓V9 被施加到所述第一組197的一個電極，電壓Vk)被施加到所述第一組197 的相對電極，此外，另一電壓Vn被施加到所述第一組197的至少一個 其他電極，以便調節(jié)凹凸透鏡116的結構?？刂葡到y(tǒng)120將電壓Vu施 加到所述第二組198的一個電極并且將電壓Vu施加到所述第二組198 的相對電極，此外，將另一電壓Vn施加到所述第二組198的其他電極， 以便按照與前述流體凹凸透鏡的調節(jié)類似的方式調節(jié)第二凹凸透鏡138 的結構。合適的電壓也被施加到端電極118、 136。
舉例而言，控制系統(tǒng)120對于兩個流體凹凸透4竟116、 138中的至 少一個計算所需的凹凸透鏡結構，并且依照參照圖9、 10和11中任何 一個描述的凹凸透鏡結構的調節(jié)來調節(jié)凹凸透鏡結構。
凹凸透鏡116和第二流體凹凸透鏡138二者的結構的調節(jié)允許以比
前述光學元件1更大的靈活性來操控輻射束。例如，可以以更大的最大
角位移范圍來將輻射束重定向到輸出路徑。在這個例子中，以第三角位
移y將輻射束重定向到輸出輻射束路徑140,所述第三角位移y大于第 一和第二角位移a、 (3。
對于前面的實施例而言，延伸的輸入輻射束^各徑與流體腔的中心縱
軸重合，但是在包括利用圖5和6進行描述的實施例的另外的實施例中，
延伸的輸入輻射束路徑可替換地可以沿非中心縱軸穿過光學元件，從而,
輸入路徑不垂直于前側元件的外表面，其中輻射束經(jīng)由該外表面進入光
學元件。
圖5示出了依照本發(fā)明實施例的另一種光學元件201。光學元件201 的特征與參照圖i和3描述的光學元件1的特征類似。這樣的特征在這 里利用增加了 200的相同附圖標記來表示，并且應當認為相應的描述在 這里也是適用的。光學元件201的進一步的細節(jié)通過引用國際專利申請 WO 2004/102251而在此并入。
包括例如鋁、金或銀的金屬涂層或者合適的介電涂層的反射表面
ii242被貼附到后側元件213的外表面上?？刂葡到y(tǒng)220將電壓Vu施加 到所述第一組297的一個電極，將電壓Vw施加到所述第一組297的相 對電極，并且除了第一端電極218之外，還可以將另一電壓Vn施加到 所述第一組297的至少一個其他電極。
輻射束沿著輸入路徑244通過前側元件214進入光學元件201,并 且通過由反射表面242對輻射束進行反射而纟皮重定向到相對于輸入路徑 244具有角位移5的輸出輻射束路徑246。經(jīng)過重定向的輻射束經(jīng)由前 側元件212離開光學元件201。因此，反射表面242提供了反射鏡功能， 并且由控制系統(tǒng)220確定的凹凸透鏡216的結構選擇將輻射束重定向到 哪個輸出輻射束路徑。凹凸透鏡結構還將第二類型的波前修正引入到輻 射束中。
在一個例子中，控制系統(tǒng)220計算所需的凹凸透鏡結構并且依照參 照圖9、 10和11中任何一個描述的凹凸透鏡結構的調節(jié)來調節(jié)凹凸透
鏡結構。
圖6示出了依照本發(fā)明實施例的另一種光學元件301。光學元件301 的特征與參照圖i和3描述的光學元件1的特征類似。這樣的特征在這 里利用增加了 300的相同附圖標記來表示，并且應當認為相應的描述在 這里也是適用的。
在這個實施例中，第二流體不是液體B而是液體C,其與第一流體 不混溶并且使得凹凸透鏡316反射輻射束。在一個例子中，液體C為水 銀。在一個可替換的例子中，液體C為包括例如銀顆粒的金屬顆粒懸液， 這些顆粒聚集在凹凸透鏡316處以形成凹凸透鏡316處的反射表面。有 關利用金屬顆粒在兩種液體的界面處或者在液體外表面上形成金屬液 態(tài)膜(MELLF)的進一步的細節(jié)通過引用文獻H61dne Yockell-Leli6vre, Ermano F. Borra, Anna M. Ritcey, Lande Vieira da Silva, "Optical Tests of Nanoengineered Liquid Mirrors", Applied Optics 42 ( 2003 )第1882頁而
控制系統(tǒng)320將電壓施加V!5施加到所述第一組397的一個電極， 將電壓Vw施加到所述第一組397的相對電^ l,并且可以將另一電壓Vn 施加到所述第一組397的至少一個其他電極以及施加到第一端電極 318,以便確定凹凸透鏡結構。輻射束沿著輸入路徑348通過前側元件 312進入光學元件301,并且通過由液體C在凹凸透鏡316處提供的反射表面對輻射束進行反射而^皮重定向到相對于輸入路徑348具有角位移
e的輸出輻射束路徑350。經(jīng)過重定向的輻射束經(jīng)由前側元件312離開 光學元件301?？刂葡到y(tǒng)320通過調節(jié)凹凸透鏡結構來控制由凹凸透鏡 316提供的反射鏡功能，并且從而選擇將輻射束重定向到哪個輸出路徑。 凹凸透鏡結構同樣將第二類型的波前修正引入到輻射束中。
在一個例子中，控制系統(tǒng)320計算所需的凹凸透鏡結構，并且依照 參照圖9、 10和11中任何一個描述的凹凸透鏡結構的調節(jié)來調節(jié)凹凸 透鏡結構。
參照圖7和8，現(xiàn)在將描述可替換的分段電極組。應當理解，前述 任何光學元件的電極組都可以由使用圖7或圖8描述的電極組替換。
圖7示出了一組分段電極的可替換結構的截面。這種電極結構的特 征與使用圖2描述的所述第一組397的結構類似。這樣的特征利用增加 了 400的相同附圖標記來表示；應當認為相應的描述在這里也是適用的。 圖7是從這些分段電極一端截取的截面圖，并且垂直于延伸的輸入輻射 束3各徑405。
分段電極452每個都電氣連接到光學元件的控制系統(tǒng)。在這個實施 例中，存在三十一個單獨的分段電極452;但是，可替換地可以存在多 于或少于三十一個電極。通過將電壓施加到不同的分段電極452,可以 按照前述方式調節(jié)凹凸透鏡的結構。這種結構的分段電極452的數(shù)目越 大，就允許獲得越多種類的凹凸透鏡結構。例如通過引入具有減小的光 學像差的第二類型波前修正，還可以提供對輻射束的更加精確的操控。
可以設想光學元件的分段電極組的其他結構。圖8示出了一組分段 電極的另一種示例性結構。該組電極的特征與使用圖2描述的電極組類 似。這樣的特征利用增加了 500的相同附圖標記來表示；應當認為相應 的描述在這里也是適用的。圖8是從分段電極554 —端截取的截面圖， 并且垂直于延伸的輸入輻射束路徑505。在這個例子中，在從一個電極 554到鄰近電極554的方向上測量的絕緣層511的厚度，大于在從絕緣 層511的一個中間電極部分到絕緣層511的鄰近中間電極部分的方向上 測量的每個電極554的厚度。這種厚度設置降低了接觸角沿流體凹凸透 鏡的邊緣的不連續(xù)變化，并且從而減小了由凹凸透鏡？I入到輻射束中的 任何光學像差。
圖9示出了一種用于掃描光學記錄載體的光學掃描設備。應當指出的是，圖9是示意性的并且未按比例繪制。在這個實施例中，光學掃描
設備被設置成掃描包括用于數(shù)據(jù)存儲的全息介質660的全息光學記錄載 體659。 一種示例性的全息介質是InPhase Technologies 開發(fā)的 Tapestry 介質。
該光學掃描設備包括一種能夠在全息介質660上進行記錄并且從全 息介質660中進行讀取的光學設備的特征，其記載于文獻H丄Coufal， D. Psaltis, G.T. Sincerbox ( Eds. ) , "Holographic data storage", Springer series in optical sciences, ( 2000 ),該文獻的內(nèi)容通過引用在jt匕并入。
圖9的光學掃描設備包括輻射源系統(tǒng)661，該輻射源系統(tǒng)661被設 置成發(fā)射用于照射全息光學記錄載體659的輻射束。光學掃描設備包括 準直器662、可移動的第一偏轉器664、第一分束器666、第一反射鏡 668、空間光調制器670、第二分束器672、透鏡674、前面利用圖l描 述的光學元件l、第二透鏡676、第三透鏡678、第二反射鏡680、半波 片682、第三反射鏡684、第二偏轉器686、望遠鏡688以及檢測器6卯。 光學掃描設備用于在全息介質660中進行記錄并且從全息介質660中讀 取數(shù)據(jù)。
在全息介質660中記錄數(shù)據(jù)頁期間，例如通過圖9中虛線所示的機 械移動將第一偏轉器664移出發(fā)射輻射束的路徑。由輻射源661發(fā)射的 輻射束的一半借助于第 一分束器666和第 一反射鏡668而被發(fā)送到空間 光調制器670。這部分輻射束稱為信號束。由輻射源系統(tǒng)661發(fā)射的輻 射束的一半穿過第一分束器666并且由光學元件1經(jīng)由第二和第三透鏡 676、 678重定向到全息載體659。這部分輻射束稱為參考束。信號束借 助于空間光調制器670進行空間調制?？臻g光調制器包括透射區(qū)和吸收 區(qū)，其對應于待寫入數(shù)據(jù)頁的0和1數(shù)據(jù)比特。信號束穿過空間光調制 器670之后，它攜帶了待寫入到全息介質660中的信號，即待寫入的數(shù) 據(jù)頁。然后，信號束借助于透鏡674而聚焦到全息介質660上。
參考束借助于第二和第三透鏡676、 678也被聚焦到全息介質660 上。這樣，數(shù)據(jù)頁以干涉圖案的形式被寫入到全息介質660中，所述干 涉圖案是信號束和參考束之間進行干涉的結果。 一旦數(shù)據(jù)頁被寫入到全 息介質660中，就在全息介質660的同一位置寫入另一數(shù)據(jù)頁。為此， 將對應于該數(shù)據(jù)頁的數(shù)據(jù)發(fā)送到空間光調制器670?？刂葡到y(tǒng)20調節(jié)流 體凹凸透鏡16,以便將參考束重定向到不同的輸出輻射束路徑。通過這種方式，修正了參考信號相對于全息介質660的角度。因此，在全息介 質660的同一位置處寫入了具有不同圖案的干涉圖案。這被稱為角度復 用。其中寫入多個數(shù)據(jù)頁的全息介質660的同一位置(也稱作區(qū)域)被 稱為數(shù)據(jù)書。全息介質660具有至少一個用于存儲數(shù)據(jù)書的區(qū)域。當掃 描全息介質660的一個區(qū)域時，用于重定向參考束的所述多個輸出輻射 束路徑中的每個對應于一個區(qū)域中的數(shù)據(jù)書的不同頁。第二和第三透鏡 676、 678被用來維持使得經(jīng)過重定向的參考束照射在介質660的相同區(qū) 域，并且因而將數(shù)據(jù)記錄在相同區(qū)域。
分開介質660中一個數(shù)據(jù)頁和緊隨其后的數(shù)據(jù)頁的最小復用角度 Acp依照下列關系l進行限定
Acosfe) 門、
式中X為輻射束的波長；cps為信號束在全息介質660上的入射角，(pr 為參考束在全息介質660上的入射角，兩個角度都是針對輻射束相對于 垂直于介質660的入射平面的軸而測量的；以及L為介質660在垂直于 入射面平面的方向上的厚度。舉例而言，在？^400nm, L=0.5mm， cps=0°， (Pr-60。以及A(p二9.23xl()4弧度的情況下，布拉格(Bragg)峰的寬度約為 1毫弧度。優(yōu)選地，選取布拉格選擇性約為2毫弧度以避免數(shù)據(jù)頁之間 的串擾。最大角位移范圍約為20-30°,其給出了多個復用角度的范圍， 對應于手冊中約為100-200的可記錄數(shù)據(jù)頁的數(shù)目。
在從全息介質660中讀出數(shù)據(jù)頁期間，第一偏轉器664被移到由輻 射源系統(tǒng)661發(fā)射的輻射束路徑中并且偏轉輻射束，使得輻射束經(jīng)由第 二反射鏡680、半波片682以及第三反射鏡684到達第二偏轉器686。 如果已經(jīng)將角度復用用于在全息介質660中記錄數(shù)據(jù)頁并且要讀出給定 數(shù)據(jù)頁，那么設置第二偏轉器686,使得其相對于全息介質660的角度 與用來記錄該給定全息圖的角度相同。因此，由第二偏轉器686偏轉并 且借助于望遠鏡688聚焦到全息介質660中的信號為用于記錄該給定全 息圖的參考信號的相位共軛。
然后，參考信號的相位共軛由數(shù)據(jù)頁的信息圖案進行衍射，這創(chuàng)建
了重構的信號束，該重構的信號束然后經(jīng)由透鏡674和第二分束器672
15到達檢測器690。于是，成像的數(shù)據(jù)頁在檢測器690上創(chuàng)建并且由所述 檢測器690進行檢測。檢測器690包括像素或者檢測元件，每個檢測元 件對應于成像的數(shù)據(jù)頁的 一個比特?？臻g光調制器670被制造為呈完全 吸收性，結果沒有任何一部分輻射束能夠穿過空間光調制器670。
圖10示意性地示出了參考束的一部分691從光學元件的后側元件 13經(jīng)由第二和第三透鏡676、 678到達全息介質660。在這個實施例中， 第二和第三透鏡676、 678每個都具有79.86mm的焦距、4.00mm的透鏡 厚度并且由BK7玻璃制成。在后側元件13的外表面中心和第二透鏡676 的入射面中心存在一定距離692。第三透鏡678的出射面中心和全息介 質660的區(qū)域之間的距離與所述一定距離692相等，第二透鏡676的入 射面中心和第三透鏡678的出射面中心之間的距離兩倍于所述一定距離 692。輻射束在第二和第三透鏡676、 678之間發(fā)生倒置。
在這個實施例中，液體A為折射率n=1.50的油，液體B為折射率 n=1.33的鹽水。利用凹凸透鏡16的平面結構，如正交的x、 y、 z軸所 限定的，通過繞z軸旋轉20。的角度使得流體凹凸透鏡16傾斜，在這些 軸的xy平面內(nèi)改變參考束3.4。的角度。通過這種方式重定向輻射束，使 得參考束以向參考束引入1.64個波的均方根(RMS )像散波前像差的方 式穿過第二和第三透鏡676、 678。這種像散會顯著降低全息記錄載體 659的設備的掃描精度。為了精確地掃描全息介質660,輻射束優(yōu)選地 要求最大衍射極限為0.07個波的RMS波前像差。通過將流體凹凸透鏡 16調節(jié)為平面結構和圓柱半徑為-547.47mm的柱狀透#:結構的組合，參 考束仍然被改變3.4。角度的方向并且第二類型的波前像差也被引入到參 考束中以便補償像散，結果參考束的RMS像散波前像差為0.007個波。
通過這種方式，第二類型的波前修正被設置成補償輻射束的波前像 差。波前像差可以是像散、球面像差和慧差中的至少一個，并且可以通 過例如調節(jié)輻射束的重定向由光學掃描設備引入到輻射束中。在這個所 描述的例子中，像散由光學掃描設備的第二和第三透鏡676、 678引入。
由光學元件重定向參考束以便記錄不同的數(shù)據(jù)頁，使得參考束沿著 不同的路徑穿過第二和第三透鏡676、 678。當參考束被重定向到不同的 輸出輻射束路徑時，第二和第三透鏡676、 678將不同的波前像差引入 到參考束中。控制系統(tǒng)20調節(jié)凹凸透鏡結構，使得第二類型的波前修 正補償所引入的波前像差，該引入的波前像差對應于輻射束被重定向到其上的特定輸出輻射束路徑。通過這種方式，對于被寫入的不同數(shù)據(jù)頁， 光學元件依照經(jīng)過重定向的參考束的不同輸出輻射束路徑的對應角位 移來調節(jié)第二類型的波前修正，使得每個數(shù)據(jù)頁以最大精度被寫入。
可以設想，在本發(fā)明的另外的實施例中，參照圖9描述的光學掃描 設備的光學元件1可替換地可以是參照圖4描述的光學元件101,或者 可以是依照本發(fā)明的、通過折射來重定向參考束的任何光學元件。
圖11示出了依照本發(fā)明另一個實施例的、用于掃描全息光學記錄 載體的光學掃描設備。圖11沒有按比例繪制。光學掃描設備的特征與
使用圖9描述的設備類似。將增加了 700而不是600的相同附圖標記用 于這樣的特征，并且應當認為相應的描述在這里也是適用的。
在這個實施例中，將使用圖5描述的光學元件201而不是圖l和3 中示出的光學元件1用于重定向參考束。光學掃描設備以針對圖9描述 的相同方式對全息介質760進行寫入。該光學設備具有另一個反射鏡 796,其在對全息介質760進行讀出期間將由第一偏轉器764偏轉的輻 射束反射到第二反射鏡780并且反射到全息介質760上，如前所述。
可以設想，在圖11所示光學掃描設備的本發(fā)明的另外的實施例中， 光學元件201可替換地可以是參照圖6描述的光學元件301,或者可以 是依照本發(fā)明的、通過反射來重定向參考束的任何光學元件。
應當理解，上面的實施例是本發(fā)明的說明性實例。可以設想到本發(fā) 明的其他的實施例。已經(jīng)針對結合了由空間光調制器提供的幅度復用的 角度復用描述了全息光學掃描設備?？梢源婊蛘呓Y合幅度復用地使用 移位復用或者相位編碼復用，以便將數(shù)據(jù)頁記錄在全息介質中。
利用使用圖9或11進行圖解說明的光學掃描設備從全息介質中讀 出數(shù)據(jù)發(fā)生在所謂的共軛模式下?？梢栽O想出可替換的實施例，其中用 于數(shù)據(jù)讀出的輻射束可以不由偏轉器686、 786偏轉到介質上，而是可 以改由光學元件重定向到全息介質上。輻射束從介質中獲取讀出數(shù)據(jù)信 號并且從與輻射束進入載體所穿過的面相對的那個載體面出射。在這些 實施例中，出射的輻射束由透鏡聚焦到類似于前述檢測器的檢測器，其 中透鏡和檢測器位于全息載體的一側，該側與數(shù)據(jù)信號輻射束從其出射 的面在同一側。
上面已經(jīng)描述了能夠通過使用折射或反射重定向參考束的光學元 件的各種構造。依照本發(fā)明的范圍，可以設想到光學元件的可替換構造。例如，光學元件的任何部分可以是透明的，使得例如輻射束可以經(jīng)由分
段電極進入該元件。此外，流體A、 B和/或C中任何一種的液體可以與構.
輸入輻射束路徑和/或輸出輻射束路徑相對于光學元件的位置可以 與前面描述的不同。可以設想出允許輻射束進入光學元件并且隨后沿經(jīng) 過重定向的輻射束路徑離開該元件的這些路徑的任何位置。
上面已經(jīng)針對用于掃描全息光學記錄載體的光學掃描設備具體描
述了所述光學元件；然而，所述光學元件可以用于任何光學掃描設備。 而且，第二類型的波前修正不限于補償由光學掃描設備引入的波前像 差。對由光學記錄載體引入的波前像差進行補償是可以設想到的。
應當理解，關于任何一個實施例描述的任何特征都可以單獨使用， 或者結合所描述的其他特征使用，并且也可以結合任何其他所述實施例 或者任何其他所述實施例的任意組合的一個或多個特征來使用。此外， 也可以采用上面沒有描述的等價物和修改而不脫離在隨附權利要求中 限定的本發(fā)明的范圍。
權利要求
1.一種用于掃描光學記錄載體的光學掃描設備，其中所述光學掃描設備包括a)輻射源系統(tǒng)(661；761)，其被設置成發(fā)射用于照射所述光學記錄載體的輻射束；b)光學元件(1；101；201；301)，其包括由具有可調節(jié)結構的流體凹凸透鏡(16；116，138；216；316)將彼此分開的第一流體(A)和第二流體(B；C)；以及c)控制系統(tǒng)(20；120；220；320)，其被設置成調節(jié)所述流體凹凸透鏡的結構以便引入第一類型的波前修正，所述第一類型的波前修正使得所述輻射束從輸入輻射束路徑(2；102；244；348)被重定向到多個輸出輻射束路徑(24，26；140；246；350)之一，所述多個輸出輻射束路徑中的每個路徑具有相對于所述輸入輻射束路徑不同的角位移(α，β，γ，δ，ε)，其特征在于，所述控制系統(tǒng)進一步被設置成調節(jié)所述流體凹凸透鏡的結構以便引入第二類型的波前修正，所述第二類型的波前修正被設置成補償所述輻射束的波前像差，經(jīng)過補償?shù)牟ㄇ跋癫钜勒账鼋俏灰苼砑右哉{節(jié)。
2. 依照權利要求1的光學掃描設備，其中波前像差包括像散、球面 像差和慧差中的至少一個。
3. 依照權利要求1或2的光學掃描設備，其中所述波前像差由所述 光學掃描設備引入到所述輻射束中。
4. 依照前面任何一項權利要求的光學掃描設備，其中所述流體凹凸 透鏡被設置成通過反射或折射重定向所述輻射束。
5. 依照前面任何一項權利要求的光學掃描設備，其中所述光學元件 包括多個電極(6, 7, 8, 9， 18; 118, 136; 218; 318; 452; 554 )并 且所述控制系統(tǒng)被設置成向所述多個電極中的至少一個施加電壓(V廣V,6, Vn),以便將電潤濕力施加到所述流體以確定所述流體凹凸 透鏡的結構，其中對所述施加的電壓進行的調節(jié)調節(jié)了所述流體凹凸透 鏡的結構。
6. 依照前面任何一項權利要求的光學掃描設備，其中所述光學掃描 設備被設置成掃描全息光學記錄載體(660; 760)。
7. 依照權利要求6的光學掃描設備，其中所述全息記錄載體具有至 少一個用于存儲數(shù)據(jù)書的區(qū)域。
8. 依照權利要求7的光學掃描設備，其中所述多個輸出輻射束路徑 中的每個對應于所述數(shù)據(jù)書的不同數(shù)據(jù)頁。
9. 依照權利要求7或8的光學掃描設備，其中所述光學掃描設備被 設置成使得所述輻射束在沿著所述多個輸出輻射束路徑中的不同路徑 被重定向時照射所述全息光學記錄載體的相同區(qū)域。
全文摘要
一種用于掃描光學記錄載體的光學掃描設備。該光學掃描設備包括輻射源系統(tǒng)(661；761)；光學元件(1；101；201；301)，其包括由具有可調節(jié)結構的流體凹凸透鏡(16；116，138；216；316)將彼此分開的第一流體(A)和第二流體(B；C)；以及控制系統(tǒng)(20；120；220；320)，其被設置成調節(jié)所述流體凹凸透鏡的結構以便引入第一類型的波前修正。所述第一類型的波前修正使得所述輻射束從輸入輻射束路徑(2；102；244；348)被重定向到多個輸出輻射束路徑(24，26；140；246；350)之一，所述多個輸出輻射束路徑中的每個路徑具有相對于所述輸入輻射束路徑的不同角位移(α，β，γ，δ，ε)。所述控制系統(tǒng)進一步被設置成調節(jié)所述流體凹凸透鏡的結構以便引入第二類型的波前修正。所述第二類型的波前修正被設置成補償所述輻射束的波前像差，經(jīng)過補償?shù)牟ㄇ跋癫钜勒账鼋俏灰苼砑右哉{節(jié)。
文檔編號G02B26/02GK101317115SQ200680044903
公開日2008年12月3日 申請日期2006年11月24日 優(yōu)先權日2005年11月30日
發(fā)明者B·亨德里克斯, F·舒爾曼斯, G·特胡夫特, M·梅弗塔 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司