专利名称：光学扫描设备的制作方法
技术领域：
，改进性能、提高微型化、简化和可靠性以及减少成本都是与光学扫描设备相关的迫切要求。
当解决微型化的问题时，各个公司注意到半导体技术领域，该技术因为其在非常小的空间内产生大量功能的能力而有名。例如，作为数字视频盘播放的光源，各个公司已经开发了低噪声红色半导体激光二极管；并且已经开发了双波长CD激光耦合器以解决与双波长辐射光源相关的空间问题，该耦合器本质上为集成在单一芯片上的两个激光器。这两种开发起到了在光学扫描设备微型化和减少成本方面的显著突破的作用，并且许多公司还在开发这些半导体设备的替代方案以及对其进行改进。然而，光学扫描设备的微型化最终还是受到用于扫描光盘的辐射以及用于将辐射引导到光盘上特定位置(即辐射的光路)的组件的特性的限制。例如，准直透镜的焦距和数值孔径主要由不能轻易改变的固定系统选择确定，例如物镜光瞳直径和边缘强度。因此，还固定了辐射光源与准直透镜之间的距离。因此，无论辐射光源变得多小，光学拾取设备的尺寸总受到光路要求的限制。
希望以占据更少空间的方式来调节光路。
根据本发明的第一方面，提供了一种用于扫描包括信息层的光学记录载体的光学扫描设备，该设备包括辐射光源，用于发射入射辐射光束；检测系统，包括用于接收从信息层反射的辐射并且检测其中的信息信号的信息信号检测器；光学系统，用于将入射辐射光束聚焦为记录载体上的光点以及将反射辐射光束引导到信息信号检测器上；
光学波前调节器，设置在入射辐射光束和反射辐射光束的光路中，其中该入射辐射光束在其入射到光学波前调节器上之前的给定位置具有第一波前形状，该反射辐射光束在通过光学波前调节器之后的所述给定位置具有第二波前形状，其特征在于该光学波前调节器用于对入射和反射辐射光束进行波前调节，使得第二波前形状基本上不同于第一波前形状。
在本发明的实施例中，波前调节是这样的，信息层与信息信号检测器之间的光程长度小于辐射光源与信息层之间的光程长度。优选的是，检测器与分束器组件之间的距离小于辐射光源与分束器组件之间距离的一半。因此，在优选实施例中，为了进行信号检测，比在常规配置中提早对反射辐射波前的形状进行调节，这意味着光学扫描设备占据了比常规设备所需的更小的空间。
方便的是，光学波前调节器用于提供聚焦伺服波前调节，该调节用于在检测系统处生成聚焦伺服信号。在一种配置中，光学波前调节器用于提供像散波前调节，优选利用了圆柱透镜。在第二种配置中，该光学波前调节器用于将反射辐射光束分成两个子光束，从而提供分束波前调节。优选的是，由双楔结构或者光栅来提供这种波前调节。
该光学波前调节器还用于提供聚焦波前调节，该调节用于将反射辐射光束至少部分地聚焦到检测系统上。当该光学波前调节器用于将反射辐射光束分成两个子光束时，由曲表面沿着至少部分光学波前调节器表面来提供该聚焦波前调节。
有利的是，该光学波前调节器包括双折射结构，其折射率根据通过该结构的辐射的偏振态而变化。因此，光学波前调节器根据入射光束的偏振态而改变该入射光束的光程。在本发明的实施例中，该光学波前调节器用于向入射辐射光束施加零调节，使得入射辐射光束未受到光学波前调节器的影响。优选的是，该光学波前调节器位于入射辐射光束的准直部分中。
根据以下对附图所示的本发明优选实施例更具体的说明，将会清楚本发明的其它目的、优点和特征，在附图中
图1a是表示根据本发明第一实施例的扫描设备生成的入射光的光路的示意图；
图1b是表示根据本发明第一实施例的扫描设备生成的反射光的光路的示意图；图2是表示根据常规配置的入射和反射光的光路的示意图；图3a表示了穿过根据图1a和1b所示实施例的光学波前调节器的线X-X的横截面图，该调节器包括液晶结构；图3b表示了穿过根据图1a和1b所示实施例的光学波前调节器的线Y-Y的横截面图，该调节器包括液晶结构；图4a是表示沿着与图3a和3b所示的液晶结构光轴垂直的轴偏振的光束穿过图3a和3b的光学波前调节器的光路的示意图；图4b是表示沿着与图3a和3b所示的液晶结构光轴平行的轴偏振的光束穿过图3a和3b的双折射光学波前调节器的光路的示意图；图5a表示了穿过根据本发明第二实施例的包括液晶结构的光学波前调节器的X-X线的横截面图；图5b表示了穿过根据本发明第二实施例的包括液晶结构的光学波前调节器的Y-Y线的横截面图；图6a是表示根据本发明第二实施例的扫描设备生成的入射光的光路的示意图；图6b是表示根据本发明第二实施例的扫描设备生成的反射光的光路的示意图；图7a和7b是表示根据第二实施例的光学波前调节器的其他方面的示意图；和图8a和8b是表示根据第一实施例的光学波前调节器的可选结构以及按照不同光束偏振的函数穿过该调节器的光路的示意图。
图1a和1b表示了根据本发明实施例设置的光学扫描设备1的元件，包括用于扫描光学记录载体2的光头。首先参照图1a，该记录载体为包括透明层3的光盘的形式，在其一侧设置了信息层4。该信息层远离透明层的一侧受到保护层5的保护，从而免受环境影响。该透明层面对该设备的一侧称作入射面6。透明层3起到记录载体的衬底的作用，为信息层提供保护和/或机械支撑。可以将信息按照可光学探测标记的形式存储在记录载体的信息层4中，这些标记设置在基本上为平行、同心或者螺旋的轨道中，图1a中未示出。该标记可以是任意的可光学读取形式，例如反射系数或者磁化方向不同于其周围的坑或者区域的形式，或者这些形式的组合。
扫描设备1包括发射辐射光束7的半导体激光器9形式的辐射光源。该辐射光束用于扫描光学记录载体2的信息层4。分束器13在本实例中为透射P偏振的偏振分束器，其将发散辐射光束8沿着光路1’透射到准直透镜14，该准直透镜将发散光束8转变为基本上准直的光束15。该设备1还包括位于分束器13与光学记录载体2之间的光学波前调节器10和偏振旋转元件14A。在入射光束入射到光学波前调节器之前的给定位置L处，入射辐射光束的波前基本上是平的(这是因为在位置L处入射辐射光束是准直的)。以下详细讨论光学波前调节器的各个方面。
物镜12位于准直光束15的光路中，并且其将准直辐射光束15转变为会聚光束16，该光束聚焦为被扫描的信息层4上的光点。在准直透镜14与物镜12之间插入偏振旋转元件14A，其可以是四分之一波长延迟片，并且在反射和入射光束之间生成90°的偏振旋转。
现在参照图1b，会聚光束16被信息层4反射，并且形成发散反射光束20，其沿着正向会聚光束16的光路1’返回。物镜12将反射光束20转变为基本上准直的反射光束21，由此其通过光学波前调节器10。光学波前调节器10调节反射光束的波前形状，从而将准直光束21转变为会聚光束23。在给定位置L处，因为反射辐射光束是会聚的，所以现在的波前形状为曲面，并且包括聚焦伺服波前调节(在本实施例中为像散)以及聚焦波前调节(在本实施例中为球面)。因此，反射光束波前的形状不同于给定位置L处的入射光束波前的形状。
会聚光束23通过准直透镜14并且继续传播到分束器13上，该分束器通过将至少部分穿过准直透镜14的会聚光束24透射到检测系统25来分离正向和反射光束。该检测系统捕获辐射并且将其转变为电输出信号26，由信号处理电路(未示出)对其进行处理，并且将所获取的聚焦误差信号用于调整物镜12的位置。
图2表示了常规的光学扫描设备，其不具有光学波前调节器10和偏振旋转元件14A。在这种常规配置中，光学扫描设备的聚焦伺服透镜27与入射光束的光路1’分开。可以看出，在给定位置L处，入射和反射光束波前的形状是相同的(平的)，这是因为在该位置处这两个辐射光束都是准直的。因为检测系统25的位置取决于反射光束的光学特性(常规上由物镜12、准直透镜14和聚焦伺服透镜27决定)，检测系统25的位置比本发明实施例中可能的位置距离入射光束光路1’远得多。
图3a和3b分别表示了穿过第一实施例的光学波前调节器10的线X-X和Y-Y的横截面图。该光学波前调节器10包括双折射材料，例如液晶(LC)聚合物。如本领域公知的，双折射材料的折射率取决于通过它的辐射偏振。在本实例中，双折射材料的光轴设置在S方向。如果入射辐射光束的偏振平行于液晶(S类型)的光轴，则双折射材料的折射率是ne(非寻常模式)；如果垂直于光轴(P类型)，则折射率为no(寻常模式)。在本实施例中，光学波前调节器10生成用于像散聚焦伺服系统中的像散聚焦光束，并且其包括嵌入双折射材料303中的凸-凸球柱玻璃透镜301，其位于上玻璃衬底305与下玻璃衬底307之间。该透镜301包括凸球表面309和凸柱表面311。球柱玻璃透镜301是非双折射的，并且具有no的折射率；因此，当具有P偏振的光通过该光学波前调节器10传播时，随着光通过双折射材料303与球柱玻璃透镜301之间的界面，折射率没有变化。因此，P偏振的入射光不会随着其通过第一实施例的光学波前调节器10而折射。
因为发散入射光束7首先通过透射P偏振的偏振分束器13，所以光学波前调节器10向入射辐射光束施加零波前调节，与具有P偏振的准直光束15对应的光路未受光学波前调节器10的影响，如图4a所示。
再次参照图1a和1b，准直光束15离开光学波前调节器10之后，通过四分之一波片14A，该四分之一波片14A将入射光束的偏振调节为右旋圆偏振。然后，物镜12会聚准直光束15并且将其从信息层4反射，这使得反射光束的偏振调节为左旋圆偏振。当反射光束21通过四分之一波片14A时，将其调节为S偏振。
因此当具有S偏振的反射光束21入射到光学波前调节器10中时，双折射材料303的折射率是ne；因为球柱玻璃透镜201的折射率是no，以及双折射材料303与球柱玻璃透镜301之间的界面是非平面，所以该光学波前调节器向反射辐射光束施加非零波前调节，从而在位置L处生成曲面波前形状，包括像散波前调节和球面波前调节。会聚光束23随后通过准直透镜14，该透镜进一步将会聚光束折射到检测系统25上，如图1b所示。
由于检测系统25的位置是由反射光束的光路1”确定的，提早将准直光束21折射为适于信号检测的形式(此处为会聚像散光束)，表示可以移动检测器25更靠近入射光束的光路1’，从而减少光学扫描设备的尺寸。
现在将参照图5a和5b描述第二实施例，这两个实施例中共同的特征由第一实施例中的附图标记表示，并且不对其进行更详细地描述。
参照图5a和5b，光学波前调节器510用于提供分束波前调节，从而根据Focault聚焦方法生成两个子光束。在这种特定配置中，该光学波前调节器包括嵌入双折射材料503中的双楔板(或光栅)501。双楔板501包括平面表面505和一组楔形表面507。双折射材料503位于上玻璃衬底305与下玻璃衬底307之间，与第一实施例一样，假设其光轴设置在S方向。该楔板501是非双折射的，并且折射率为no；因此，当具有P偏振的光通过该光学波前调节器510时，随着光离开双折射材料503并进入楔板501，折射率没有变化。因此，与第一实施例一样，P偏振入射辐射不会随着其通过光学波前调节器510而折射(图6a)。然而，一旦其被信息层4反射，反射光束21就具有S偏振，如图6b所示，随着其通过光学波前调节器510而折射。因此，在给定位置L处，反射辐射光束的波前形状包括两个子光束；与第一实施例一样，这不同于入射辐射光束在位置L处的波前形状。
注意，在图5a和5b所示的实施例中，可以省略背板307和相邻的双折射层。
在可选实施例中，光学波前调节器510还包括用于将光束23聚焦到检测器25上的装置。参照图7a和7b，可以调节该楔形结构501，使其在楔形表面上包括一组曲表面或者光栅701(如图7a所示)，和/或在相对表面上包括球形表面702(如图7b所示)，来提供聚焦功能。
尽管在上述的像散实施例中，透镜301是凸-凸球柱透镜，但可选择的是，其可以是凹-凹球柱透镜，如图8a和8b所示(注意在图8b中，所示的反射光束从左到右传播(与前面的附图相反))。与第一实施例一样，如果辐射光束的偏振平行于液晶的光轴，则双折射材料的折射率为ne；如果垂直于光轴，则折射率为no。因此参照图8a，当偏振垂直于光轴的光通过光学波前调节器10传播时，随着其通过该光学波前调节器10，折射率没有变化并且光保持准直811。当偏振平行于光轴的光通过光学波前调节器10传播时，光学波前调节器的折射率变化在图8b所示的配置中，双折射结构803的折射率高于聚焦透镜301的折射率(因为ne＞no)，并且随着反射光束通过双折射结构803与聚焦透镜801之间的界面，调节反射光束波前的形状。在给定位置L处，可以再次看出，与入射光束波前形状相比，反射光束波前是曲面，并且包括像散波前调节和球面波前调节。
在优选实施例中，该光学波前调节器包括提供组合聚焦伺服透镜和聚焦功能的特征。作为可选方案，该光学波前调节器可以仅提供聚焦功能，而聚焦伺服功能由位于检测系统25与分束器13之间的适当聚焦伺服透镜元件提供。尽管因为这种聚焦伺服元件占据了分束器与检测器25之间的空间造成这不是一种优选的配置，但是这种配置与常规检测系统相比所需的空间减少了，这是因为反射光束的聚焦强于利用当前的常规光学扫描系统所能达到的程度，从而可以使检测器25更接近分束器13，例如小于从光源9到分束器13的距离的一半。
作为另一种可选方案，如果辐射光源7足够接近分束器，使得当检测器25同样接近时，准直器14独自可以将反射光束聚焦到检测器25上，该光学波前调节器10可以省略聚焦功能并且仅包括聚焦伺服透镜功能。
尽管在上述实施例中，准直透镜14位于分束器13与光学波前调节器之间，使其影响入射光束和反射光束，但是其也可以位于辐射光源9与分束器13之间，从而仅影响入射光束7的光路。在这种情况下，光学波前调节器以及分束器13仅负责将准直反射光束21引导到检测器25上；在第一实施例的情况下，这表示波前调节器的球形轮廓的聚焦特性应当比用于先前描述的配置中的聚焦特性更强。
以上实施例应当理解为本发明的示例性实例。可以预见本发明的其它实施例。例如，尽管在上述实施例中，光学波前调节器位于光束的准直部分中，但是该调节器也可以例如置于光束的非准直部分中，使得在入射光束中的给定位置处的所述波前形状例如为球形。注意，术语“不同”在应用于波前形状时包括例如具有不同曲率半径的两种球面波前。同样，尽管在上述实施例中，光学波前调节器在单一的双折射元件中包括两种功能，即聚焦伺服波前调节和聚焦波前调节，但是这两种功能也可以在两个独立的双折射元件中提供。应当理解，参照一个实施例描述的任意特征也可以用于其它实施例中。而且，也可以在不背离权利要求所限定的本发明范围的情况下采用以上没有描述的各种等价物和修改。
权利要求
1.一种用于扫描包括信息层(4)的光学记录载体(2)的光学扫描设备(1)，该设备包括辐射光源(9)，用于发射入射辐射光束(7)；检测系统，包括设置用于接收从信息层反射的辐射并且检测其中的信息信号的信息信号检测器(25)；光学系统(14、12)，用于将入射辐射光束聚焦为记录载体上的光点以及将反射辐射光束引导到信息信号检测器上；和光学波前调节器(10)，设置在入射辐射光束和反射辐射光束的光路中，其中该入射辐射光束在其入射到光学波前调节器上之前的给定位置具有第一波前形状，该反射辐射光束在通过光学波前调节器之后的所述给定位置具有第二波前形状，其特征在于该光学波前调节器设置用于对入射和反射辐射光束进行波前调节，使得第二波前形状基本上不同于第一波前形状。
2.根据权利要求1所述的设备，其中信息层与检测系统之间的光程长度小于辐射光源与信息层之间的光程长度。
3.根据权利要求1或2所述的设备，其中该光学波前调节器设置用于提供聚焦伺服波前调节，该调节设置用于在检测系统处生成聚焦伺服信号。
4.根据权利要求3所述的设备，其中该光学波前调节器设置用于提供像散波前调节。
5.根据权利要求3所述的设备，其中该光学波前调节器设置用于将反射辐射光束分成两个子光束，从而提供分束波前调节。
6.根据前面任意一项权利要求所述的设备，其中该光学波前调节器设置用于提供聚焦波前调节，该调节设置用于将反射辐射光束至少部分地聚焦到检测系统上。
7.根据当从属于权利要求5时的权利要求6所述的设备，其中该光学波前调节器包括沿着其至少部分表面具有轮廓(601、602)的双楔形结构。
8.根据前面任意一项权利要求所述的设备，其中该光学波前调节器包括设置用于根据入射辐射光束的偏振态改变入射辐射光束的光路的双折射部分(303)。
9.根据权利要求8所述的设备，其中双折射部分的折射率根据通过该部分的辐射的偏振态变化，并且该折射率设置成使得光学波前调节器向入射辐射光束施加零调节。
10.根据权利要求8或9所述的设备，其中双折射部分包括在光学均匀片(301、305)之间密封的液晶材料。
11.根据前面任意一项权利要求所述的设备，其中该光学波前调节器置于入射辐射光束的基本上准直的部分中。
12.根据前面任意一项权利要求所述的设备，在入射和反射辐射光束的光路中包括位于光学波前调节器与光学记录载体之间的偏振改变元件(14A)。
13.一种用于扫描包括信息层(4)的光学记录载体(2)的光学扫描设备(1)中的光学波前调节器(10)，该设备包括辐射光源(9)，用于发射入射辐射光束(7)；检测系统，包括用于接收从信息层反射的辐射并且检测其中的信息信号的信息信号检测器(25)；光学系统(14、12)，用于将入射辐射光束聚焦为记录载体上的光点以及将反射辐射光束引导到信息信号检测器上；其中该光学波前调节器(10)可以放置在入射辐射光束和反射辐射光束的光路中，使得入射辐射光束在其入射到光学波前调节器之前的给定位置处具有第一波前形状，反射辐射光束在通过光学波前调节器之后的所述给定位置处具有第二波前形状，其特征在于该光学波前调节器设置用于对入射和反射辐射光束实施波前调节，使得第二波前形状基本上不同于第一波前形状。
全文摘要
本发明涉及一种光学扫描设备以及用于该设备中的光学波前调节器，以用于扫描包括信息层的光学记录载体，例如光盘。该设备包括辐射光源(9)，用于发射入射辐射光束；检测系统，包括用于接收从信息层反射的辐射并且检测其中的信息信号的信息信号检测器(25)；光学系统(14、12)，用于将入射辐射光束聚焦为记录载体上的光点并且将反射辐射光束引导到信息信号检测器上；以及光学波前调节器(10)，设置在入射辐射光束和反射辐射光束的光路中。该入射辐射光束在其入射到光学波前调节器上之前的给定位置(L)处具有第一波前形状，该反射辐射光束在通过光学波前调节器之后的所述给定位置具有第二波前形状。在本发明的实施例中，该光学波前调节器用于对入射和反射辐射光束进行波前调节，使得第二波前形状基本上不同于第一波前形状。第二波前形状具有这种形式，使得反射辐射光束的光程小于入射辐射光束的光程，从而能够进一步微型化该光学扫描设备。
文档编号G11B7/135GK1774750SQ200480009905
公开日2006年5月17日 申请日期2004年4月5日 优先权日2003年4月14日
发明者J·J·H·B·施莱彭 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司