光学扫描设备的制作方法

专利名称：光学扫描设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于扫描光学记录载体、特别是用于扫描全息光学记录 载体的光学扫描设备。
背景技术：
用于从诸如光盘(CD)、数字多功能盘(DVD)或者全息光学记 录载体之类的光学记录载体中读取数据并且向其写入数据的设备一般 包含用于操控用来照射光学记录载体的辐射束的部件。这种操控可以涉 及例如改变辐射束的方向。
重要的是，在载体上读取或写入数据尽可能精确，以避免数据中的 错误。通常，在扫描光学记录载体时，诸如球面像差之类的像差由设备 部件或者由光学记录载体本身的一部分引入到辐射束中。这些像差会导 致将数据错误引入到由辐射束携带的数据信号中。
已知一些用于减小扫描光学记录载体用的辐射束中的像差的系统。 国际专利申请WO2004/102251描述了 一种具有流体凹凸透镜(fluid meniscus)的可调节镜，其可用于美国专利US 5880896中描述的光学扫 描设备中。该镜将扫描束沿着单一辐射束路径偏转，并且通过调节凹凸 透镜的结构来向该辐射束施加球面像差，所迷球面像差4氏消了由记录载 体的基片厚度造成的球面像差。

发明内容
本发明的一个目的是减小用于扫描光学记录载体的辐射束的像差。 依照本发明的第一方面，提供了一种用于扫描光学记录载体的光学 扫描设备，其中所述光学扫描设备包括
a) 辐射源系统，其被设置成发射用于照射所述光学记录载体的辐 射束；
b) 光学元件，其包括由具有可调节结构的流体凹凸透镜将彼此分 开的第一流体和第二流体；以及
c) 控制系统，其被设置成调节所述流体凹凸透镜的结构以便引入第 一类型的波前修正，所述第 一类型的波前修正使得所述辐射束从输入 辐射束路径被重定向到多个输出辐射束路径之一，所述多个输出辐射束 路径中的每个路径具有与所述输入辐射束路径不同的角位移，
其特征在于，所述控制系统进一步被设置成调节所述流体凹凸透镜 的结构以便引入第二类型的波前修正，所述第二类型的波前修正被设置
成补偿所述辐射束的波前像差，经过补偿的波前像差依照所述角位移来 加以调节。
光学元件通过引入第一类型的波前修正来将辐射束重定向到一个 输出辐射束路径，并且从而控制辐射束通过光学扫描设备的传播方向。 此外，光学元件引入与角位移一致的第二类型的波前修正，从而根据选 定的输出辐射路径来控制第二类型的波前修正的形状。
可以将辐射束定向到不同的输出辐射束路径上，并且相应地调节第 二类型的波前修正。因此，当扫描光学记录载体时，响应于将辐射束重 定向到不同的输出路径而动态地调节第二类型的波前修正。
辐射束的重定向改变了辐射束入射到所述设备上的光学部件的角 度，使得辐射束沿着非最佳路径通过这些部件。重定向还会改变辐射束 入射到光学记录载体的基片上的角度。因此，波前像差可能被引入到辐 射束中，这例如会在写入到和/或读取自光学记录载体的数据中产生错 误。通过引入与角位移一致的、补偿性的第二类型的波前修正，光学元 件将这样的波前像差最小化，并且从而将读取或写入数据中的任何错误 最小化。
光学元件具有低功耗、快速的凹凸透镜结构切换时间，并且可以依
照紧凑的设计进行廉价的构造。本发明提供了用于重定向辐射束以及用 于以简单有效的方式引入第二类型的波前修正的装置。而且，流体凹凸
透镜结构的调节使得所述元件的磨损和划伤最小；因而光学元件可靠且耐用。
本文使用的术语角位移是输入辐射束路径(可能为延伸的形式，这 将在下文中易于看出)与选定输出辐射束路径之间的角间隔。给出的角 位移作为在辐射束重定向平面内取的角度值。正的和负的角位移都是可 能的，并且最大正角位移和最大负角位移之和给出了角位移的最大可能范围。
本文使用的术语扫描应当被理解为包括从光学记录载体读取数据和/或向光学记录载体写入数据。依照本发明的优选实施例，波前像差包 括像散、球面像差和慧差中的至少一个。通过这种方式，光学元件可以 补偿多种不同的波前像差。
本文使用的术语补偿应当被理解为指的是不论波前像差已经存在 于辐射束中还是它可能随后被引入，均可以改变辐射束的波前以便减小 辐射束的波前像差。
优选地，光学扫描设备被设置成扫描具有至少一个用于存储数据书 的区域的全息光学记录载体。
在用于扫描全息光学记录载体的角度复用技术中，可以由光学元件 沿不同的输出辐射路径对参考辐射束进行重定向。每个输出路径对应于 数据书的不同数据页。依照选定输出路径来对第二类型的波前修正进行 调节能够使在扫描期间出现的数据错误最小化。
根据以下描述的本发明的优选实施例，本发明的其他特征和优点将 变得显而易见，这些实施例参照附图以举例的方式给出。


图1示意性地示出了依照本发明一个实施例的第一结构的光学元件。
图2示意性地示出了依照本发明一个实施例的电极结构。
图3示意性地示出了依照本发明一个实施例的第二结构的光学元件。
图4-6示意性地示出了依照本发明其他实施例的光学元件。 图7和8示意性地示出了依照本发明实施例的电极结构。 图9示意性地示出了依照一个本发明实施例的光学扫描设备。 图10示意性地示出了穿过依照本发明实施例的光学扫描设备的若 干部分的辐射束。
图11示意性地示出了依照本发明一个不同的实施例的光学扫描设备。
具体实施例方式
图1和3示意性地示出了光学元件1。光学元件1的更多细节通过 引用国际专利申请WO 2004/051323而在此并入。参照图1,光学元件1具有供图1中辐射线3所示的辐射束穿行以 便进入光学元件1的输入辐射束路径2。辐射束由诸如激光器之类的辐 射源4发射。光学元件1包括多个包含第一组97分段电极的结构的电 极，所述分段电极被设置在输入辐射束路径2的延伸形式5的周围，输 入^^径2如图1所示呈直线地延伸穿过光学元件1。
图2示出了从所述电极一端看过去的、第一组97电极的结构的截 面，其取自延伸的输入辐射束路径5的垂直方向并且适合于产生变形凹 凸透镜形状，这将在以后更详细地加以描述。第一组97电极包括四个 分段电极6、 7、 8、 9,它们每个都呈矩形且平面状并且围绕延伸的输入 辐射束路径5呈方形间隔开，其纵向边缘平行，从而形成方形包围。分 段电极6、 7、 8、 9中相对的电极成对设置；从而一个分段电极6与相 对的分段电极7被设置成第一对，另一个分段电极8和相对的分段电极 6形成第二对。分段电极6、 7、 8、 9的至少内表面覆盖有厚度均匀、电 气绝缘的由例如Teflon AF1600制成的连续流体接触层10,其包含凹 凸透镜边缘，这将在下文中易于看出。在这个实施例中，每个分段电极 6、 7、 8、 9的每个表面覆盖有绝缘层11，其也可以由Teflon AF1600 制成或者可替换地可以由聚对二曱苯制成。
参照图1,所述第一组97的电极6、 7、 8、 9祐二没置成形成流体腔 14的侧壁，所述流体腔14 ^皮密封以便防止流体从该腔中泄漏出来。透 明前侧元件12形成流体腔14的一个端壁的一部分，透明后侧元件13 形成流体腔14的另一个端壁的一部分。
流体腔14包含具有选定折射率的第一流体，所述第一流体是电 气绝缘的第一液体A,例如硅油或者烷烃；具有不同折射率的第二流体， 所述第二流体是导电的第二液体B,例如包含盐溶液的水。第一和第二 流体是彼此不混溶的并且由具有可调节结构的流体凹凸透镜16将彼此 分开，如图1所示，所述流体凹凸透镜16具有关于延伸的输入辐射束 路径5非旋转对称的曲率。所述两种液体A、 B优选地被设置成具有相 等的密度，使得可以与光学元件1的朝向无关地对凹凸透镜l6的结构 进行控制。
所述多个电极还包括第一端电极18,其呈环形或者光学透明以便允 许辐射束穿过第一端电极18,并且被设置在流体腔14的一端，在这里 设置在与后侧元件13邻近的位置。第一端电极18被设置成至少一部分在流体腔14中，使得该电极对第二流体B起作用。
控制系统2 0被设置成通过向所述第 一 组9 7的至少 一 个电极6 、 7 、 8、 9施加电压来确定流体凹凸透镜16的结构。控制系统20电气连才妾 22到每个分段电极6、 7、 8、 9以及第一端电极18,并且被设置成向所 述第一对的一个电极施加第一电压V!,向所述第一对的另一个电极施加 第二电压V2,向所述第二对的每个电极施加另外的电压V3、 V4,同时 也向第一端电极18施加合适的电压。施加到分段电极6、 7、 8、 9的至 少一个的电压可以相同于或者不同于施加到分段电极6、 7、 8、 9的至 少另 一 个的电压。测量每个电极的电容允许识别出当前的凹凸透镜结 构。这些测量为控制系统20提供反馈，从而允许控制系统20精确地控 制流体凹凸透镜的结构。
调节由控制系统20施加的电压调节了从而控制了凹凸透镜的结构。 所施加的电压向流体A、 B施加了电润湿力，其通过第二流体B确定流 体接触层10在每个分段电极6、 7、 8、 9上的可润湿性。对于每个分段 电极6、 7、 8、 9,这种可润湿性决定了凹凸透镜16在三相线(流体接 触层10与两种液体A、 B之间的接触线)处的接触角。
通过调节所施加的电压，可以调节凹凸透镜的结构以便得到不同的 流体凹凸透镜结构。可以实现具有非球面曲率的凹凸透镜结构，其关于 延伸的输入辐射束路径5可以是旋转对称的或者非旋转对称的。
也可以获得变形凹凸透镜结构，其可以通过将输入光线大体聚焦在 两条大体垂直并且轴向分开的焦线上而用作变形透镜。变形透镜在大体 垂直的两个轴上表现出不同的光焦度或放大率值，其中 一个轴称为圆柱 轴，被设置在与延伸的输入路径5垂直的平面内。这些聚焦特性表征了 光学条件"像散，，。变形透镜的形状包括具有近似圆柱形和近似球柱形性
质的形状。
当从前侧元件12处观看时，具有凸或凹的弯曲部分的凹凸透镜结 构是可能的。可替换地，可以获得平面凹凸透镜结构。
流体凹凸透镜16的结构可以是前面描述的凹凸透镜结构的组合， 例如，流体凹凸透镜16可以具有平面结构和变形结构的组合的结构。
光学元件1用于通过调节凹凸透镜结构来操控辐射束，以便修正辐 射束的波前，从而例如重定向辐射束和/或将第二类型的波前修正引入到 辐射束中。调节流体凹凸透镜的结构可以控制这种操控。为了重定向辐射束，光学元件1被设置成将第一类型的波前修正引 入到辐射束中以便将进入光学元件1的辐射束从输入辐射束路径2重定 向到多个输出辐射束路径之一 ，所述多个输出辐射束路径中的每个路径 具有相对于输入路径不同的角位移。适当地调节流体凹凸透镜结构将辐 射束重定向到多个输出辐射束路径中的不同路径，这将在下面更详细地 加以描述。光学元件1通过凹凸透镜16处的辐射束的折射并且还通过 后侧元件13的外表面处的折射来重定向辐射束。光学元件1的其他部 分也可以折射辐射束。
参照图1,施加到所述第一对的一个电极的电压V!确定了第一接触
角e!，施加到所述第一对的另一个电极的电压V2确定了第二接触角e2， 其在这个例子中小于第一接触角施加到所述笫二对的电极的电压确 定了其他的接触角。所施加电压的这种组合确定了特定的流体凹凸透镜 结构，其在这个例子中为平面结构和变形结构的组合。输入辐射束在由
正交轴x、 y、 z限定的X-Y平面内从输入辐射束路径2重定向到第一输 出辐射束路径24。第一输出辐射束路径24具有相对于延伸的输入辐射 束路径5的第一角位移a。此外，凹凸透镜16将第二类型的波前修正引, 入到辐射束中以便将像散添加到辐射束中。
每个接触角的最小可获得值约为6(T。如果液体A的折射率为n=1.6 并且液体B的折射率为n=1.33，那么最大的正角位移约为+9。并且最大 的负角位移约为-9°,结果角位移的最大范围约为18°。
光学元件通过使用凹凸透镜16而引入第一类型的波前修正以便保 照希望的角位移重定向辐射束，并且加上引入第二类型的波前修正以便 提供对波前像差的希望的补偿。为了实现这点，控制系统20计算所需 的凹凸透镜结构并且相应地调节凹凸透镜结构，例如依照参照图9、 10 和11中任何一个描述的凹凸透镜结构的调节。
现在参照图3，其示出了依照不同角位移重定向辐射束的前述光学 元件1,施加到电极的电压由控制系统20进行调节，使得不同的电压 Vs被施加到所述第一对的一个电极，不同的电压Vs被施加到所述第一 对的另一个电极，其他的电压V7、 V8被施加到其他的电极中的每一个 电极。不同的所施加电压决定了不同的接触角，包括关于所述第一对的 其中一个电极的第三接触角e3以及关于所述第一对的另一个电极的第
四接触角e4。同样，凹凸透镜结构为平面结构和变形结构的组合。辐射束被重定向到具有相对于延伸的输入辐射束路径5不同的角位移卩的不
同输出辐射束路径26。在这个例子中，第一角位移a大于第二角位移卩。 凹凸透镜16还引入不同的第二类型的波前修正，其将像散添加到辐射 束中。控制系统20可以调节凹凸透镜结构，使得辐射束被重定向到具 有不同角位移的不同输出辐射束路径。此外，控制系统20被设置成依 照辐射束被重定向到其上的特定输出辐射束路径来调节引入到辐射束 中的第二类型的波前修正。例如，如果辐射束被重定向到具有特定角位 移的第 一输出辐射束路径，那么就将特定的第二类型的波前修正？ 1入到 辐射束中。如果辐射束随后被重定向到具有不同角位移的不同输出辐射 束路径，那么就引入不同的第二类型的波前修正。通过这种方式，控制 系统被设置成依照角位移来调节第二类型的波前修正。
在一个例子中，控制系统20计算所需的凹凸透镜结构并且依照参 照图9、 10和11中任何一个描述的凹凸透镜结构的调节来调节凹凸透 镜结构。
图1和3示出了由光学元件1聚焦的辐射束的辐射线3。可替换地， 光学元件可以改变辐射束的聚散度，使得输出辐射束具有发散或平行的 辐射束辐射线。
图4示出了依照本发明另一个实施例的光学元件101,其具有与参 照图1和3描述的光学元件1的特征相似的特征。这样的特征在这里利 用相同附图标记加上IOO来表示，并且应当认为相应的描述在这里也是
适用的。
光学元件101的附加细节通过引用国际专利申请WO 2004/051323
光学元件101的所述多个电极包括与参照图2描述的所述第一组 197类似的第二组198分段电极结构。所述多个电极还包括构造上与第. 一端电极118类似的笫二端电极136。所述第二组198的四个电极相对 于彼此、相对于第一组197电极并且相对于端电才及118、 136是电气绝 缘的。在这个实施例中，第二端电极136和前侧元件112中的每个形成 流体腔114的一个端壁的一部分，后侧元件113和第一端电极118中的 每个形成流体腔114的另一端壁的一部分。所述第一和第二组197、 198 的电极形成流体腔114的侧壁。
流体腔114储藏了第三流体，其在这个实施例中为前述的液体B,并且其与第二端电极136接触，由第二流体凹凸透镜138将其与液体A 分开。第二端电才及136位于前侧元件112和流体腔114之间，/人而部分 地与第三流体接触。技术人员应当理解，第三流体可以包括与液体B不
同的液体。
控制系统20电气连接到每个端电极118、 136以及所述第一和第二 组197、 198的每个电极，并且被设置成向每个电4及施加电压。电压V9 被施加到所述第一组197的一个电极，电压Vk)被施加到所述第一組197 的相对电极，此外，另一电压Vn被施加到所述第一组197的至少一个 其他电极，以便调节凹凸透镜116的结构。控制系统120将电压Vu施 加到所述第二组198的一个电极并且将电压Vu施加到所述第二组198 的相对电极，此外，将另一电压Vn施加到所述第二组198的其他电极， 以便按照与前述流体凹凸透镜的调节类似的方式调节第二凹凸透镜138 的结构。合适的电压也被施加到端电极118、 136。
举例而言，控制系统120对于两个流体凹凸透4竟116、 138中的至 少一个计算所需的凹凸透镜结构，并且依照参照图9、 10和11中任何 一个描述的凹凸透镜结构的调节来调节凹凸透镜结构。
凹凸透镜116和第二流体凹凸透镜138二者的结构的调节允许以比
前述光学元件1更大的灵活性来操控辐射束。例如，可以以更大的最大
角位移范围来将辐射束重定向到输出路径。在这个例子中，以第三角位
移y将辐射束重定向到输出辐射束路径140,所述第三角位移y大于第 一和第二角位移a、 (3。
对于前面的实施例而言，延伸的输入辐射束^各径与流体腔的中心纵
轴重合，但是在包括利用图5和6进行描述的实施例的另外的实施例中，
延伸的输入辐射束路径可替换地可以沿非中心纵轴穿过光学元件，从而,
输入路径不垂直于前侧元件的外表面，其中辐射束经由该外表面进入光
学元件。
图5示出了依照本发明实施例的另一种光学元件201。光学元件201 的特征与参照图i和3描述的光学元件1的特征类似。这样的特征在这 里利用增加了 200的相同附图标记来表示，并且应当认为相应的描述在 这里也是适用的。光学元件201的进一步的细节通过引用国际专利申请 WO 2004/102251而在此并入。
包括例如铝、金或银的金属涂层或者合适的介电涂层的反射表面
ii242被贴附到后侧元件213的外表面上。控制系统220将电压Vu施加 到所述第一组297的一个电极，将电压Vw施加到所述第一组297的相 对电极，并且除了第一端电极218之外，还可以将另一电压Vn施加到 所述第一组297的至少一个其他电极。
辐射束沿着输入路径244通过前侧元件214进入光学元件201,并 且通过由反射表面242对辐射束进行反射而纟皮重定向到相对于输入路径 244具有角位移5的输出辐射束路径246。经过重定向的辐射束经由前 侧元件212离开光学元件201。因此，反射表面242提供了反射镜功能， 并且由控制系统220确定的凹凸透镜216的结构选择将辐射束重定向到 哪个输出辐射束路径。凹凸透镜结构还将第二类型的波前修正引入到辐 射束中。
在一个例子中，控制系统220计算所需的凹凸透镜结构并且依照参 照图9、 10和11中任何一个描述的凹凸透镜结构的调节来调节凹凸透
镜结构。
图6示出了依照本发明实施例的另一种光学元件301。光学元件301 的特征与参照图i和3描述的光学元件1的特征类似。这样的特征在这 里利用增加了 300的相同附图标记来表示，并且应当认为相应的描述在 这里也是适用的。
在这个实施例中，第二流体不是液体B而是液体C,其与第一流体 不混溶并且使得凹凸透镜316反射辐射束。在一个例子中，液体C为水 银。在一个可替换的例子中，液体C为包括例如银颗粒的金属颗粒悬液， 这些颗粒聚集在凹凸透镜316处以形成凹凸透镜316处的反射表面。有 关利用金属颗粒在两种液体的界面处或者在液体外表面上形成金属液 态膜(MELLF)的进一步的细节通过引用文献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页而
控制系统320将电压施加V!5施加到所述第一组397的一个电极， 将电压Vw施加到所述第一组397的相对电^ l,并且可以将另一电压Vn 施加到所述第一组397的至少一个其他电极以及施加到第一端电极 318,以便确定凹凸透镜结构。辐射束沿着输入路径348通过前侧元件 312进入光学元件301,并且通过由液体C在凹凸透镜316处提供的反射表面对辐射束进行反射而^皮重定向到相对于输入路径348具有角位移
e的输出辐射束路径350。经过重定向的辐射束经由前侧元件312离开 光学元件301。控制系统320通过调节凹凸透镜结构来控制由凹凸透镜 316提供的反射镜功能，并且从而选择将辐射束重定向到哪个输出路径。 凹凸透镜结构同样将第二类型的波前修正引入到辐射束中。
在一个例子中，控制系统320计算所需的凹凸透镜结构，并且依照 参照图9、 10和11中任何一个描述的凹凸透镜结构的调节来调节凹凸 透镜结构。
参照图7和8，现在将描述可替换的分段电极组。应当理解，前述 任何光学元件的电极组都可以由使用图7或图8描述的电极组替换。
图7示出了一组分段电极的可替换结构的截面。这种电极结构的特 征与使用图2描述的所述第一组397的结构类似。这样的特征利用增加 了 400的相同附图标记来表示；应当认为相应的描述在这里也是适用的。 图7是从这些分段电极一端截取的截面图，并且垂直于延伸的输入辐射 束3各径405。
分段电极452每个都电气连接到光学元件的控制系统。在这个实施 例中，存在三十一个单独的分段电极452;但是，可替换地可以存在多 于或少于三十一个电极。通过将电压施加到不同的分段电极452,可以 按照前述方式调节凹凸透镜的结构。这种结构的分段电极452的数目越 大，就允许获得越多种类的凹凸透镜结构。例如通过引入具有减小的光 学像差的第二类型波前修正，还可以提供对辐射束的更加精确的操控。
可以设想光学元件的分段电极组的其他结构。图8示出了一组分段 电极的另一种示例性结构。该组电极的特征与使用图2描述的电极组类 似。这样的特征利用增加了 500的相同附图标记来表示；应当认为相应 的描述在这里也是适用的。图8是从分段电极554 —端截取的截面图， 并且垂直于延伸的输入辐射束路径505。在这个例子中，在从一个电极 554到邻近电极554的方向上测量的绝缘层511的厚度，大于在从绝缘 层511的一个中间电极部分到绝缘层511的邻近中间电极部分的方向上 测量的每个电极554的厚度。这种厚度设置降低了接触角沿流体凹凸透 镜的边缘的不连续变化，并且从而减小了由凹凸透镜？I入到辐射束中的 任何光学像差。
图9示出了一种用于扫描光学记录载体的光学扫描设备。应当指出的是，图9是示意性的并且未按比例绘制。在这个实施例中，光学扫描
设备被设置成扫描包括用于数据存储的全息介质660的全息光学记录载 体659。 一种示例性的全息介质是InPhase Technologies 开发的 Tapestry 介质。
该光学扫描设备包括一种能够在全息介质660上进行记录并且从全 息介质660中进行读取的光学设备的特征，其记载于文献H丄Coufal， D. Psaltis, G.T. Sincerbox ( Eds. ) , "Holographic data storage", Springer series in optical sciences, ( 2000 ),该文献的内容通过引用在jt匕并入。
图9的光学扫描设备包括辐射源系统661，该辐射源系统661被设 置成发射用于照射全息光学记录载体659的辐射束。光学扫描设备包括 准直器662、可移动的第一偏转器664、第一分束器666、第一反射镜 668、空间光调制器670、第二分束器672、透镜674、前面利用图l描 述的光学元件l、第二透镜676、第三透镜678、第二反射镜680、半波 片682、第三反射镜684、第二偏转器686、望远镜688以及检测器6卯。 光学扫描设备用于在全息介质660中进行记录并且从全息介质660中读 取数据。
在全息介质660中记录数据页期间，例如通过图9中虛线所示的机 械移动将第一偏转器664移出发射辐射束的路径。由辐射源661发射的 辐射束的一半借助于第 一分束器666和第 一反射镜668而被发送到空间 光调制器670。这部分辐射束称为信号束。由辐射源系统661发射的辐 射束的一半穿过第一分束器666并且由光学元件1经由第二和第三透镜 676、 678重定向到全息载体659。这部分辐射束称为参考束。信号束借 助于空间光调制器670进行空间调制。空间光调制器包括透射区和吸收 区，其对应于待写入数据页的0和1数据比特。信号束穿过空间光调制 器670之后，它携带了待写入到全息介质660中的信号，即待写入的数 据页。然后，信号束借助于透镜674而聚焦到全息介质660上。
参考束借助于第二和第三透镜676、 678也被聚焦到全息介质660 上。这样，数据页以干涉图案的形式被写入到全息介质660中，所述干 涉图案是信号束和参考束之间进行干涉的结果。 一旦数据页被写入到全 息介质660中，就在全息介质660的同一位置写入另一数据页。为此， 将对应于该数据页的数据发送到空间光调制器670。控制系统20调节流 体凹凸透镜16,以便将参考束重定向到不同的输出辐射束路径。通过这种方式，修正了参考信号相对于全息介质660的角度。因此，在全息介 质660的同一位置处写入了具有不同图案的干涉图案。这被称为角度复 用。其中写入多个数据页的全息介质660的同一位置(也称作区域)被 称为数据书。全息介质660具有至少一个用于存储数据书的区域。当扫 描全息介质660的一个区域时，用于重定向参考束的所述多个输出辐射 束路径中的每个对应于一个区域中的数据书的不同页。第二和第三透镜 676、 678被用来维持使得经过重定向的参考束照射在介质660的相同区 域，并且因而将数据记录在相同区域。
分开介质660中一个数据页和紧随其后的数据页的最小复用角度 Acp依照下列关系l进行限定
Acosfe) 门、
式中X为辐射束的波长；cps为信号束在全息介质660上的入射角，(pr 为参考束在全息介质660上的入射角，两个角度都是针对辐射束相对于 垂直于介质660的入射平面的轴而测量的；以及L为介质660在垂直于 入射面平面的方向上的厚度。举例而言，在？^400nm, L=0.5mm， cps=0°， (Pr-60。以及A(p二9.23xl()4弧度的情况下，布拉格(Bragg)峰的宽度约为 1毫弧度。优选地，选取布拉格选择性约为2毫弧度以避免数据页之间 的串扰。最大角位移范围约为20-30°,其给出了多个复用角度的范围， 对应于手册中约为100-200的可记录数据页的数目。
在从全息介质660中读出数据页期间，第一偏转器664被移到由辐 射源系统661发射的辐射束路径中并且偏转辐射束，使得辐射束经由第 二反射镜680、半波片682以及第三反射镜684到达第二偏转器686。 如果已经将角度复用用于在全息介质660中记录数据页并且要读出给定 数据页，那么设置第二偏转器686,使得其相对于全息介质660的角度 与用来记录该给定全息图的角度相同。因此，由第二偏转器686偏转并 且借助于望远镜688聚焦到全息介质660中的信号为用于记录该给定全 息图的参考信号的相位共轭。
然后，参考信号的相位共轭由数据页的信息图案进行衍射，这创建
了重构的信号束，该重构的信号束然后经由透镜674和第二分束器672
15到达检测器690。于是，成像的数据页在检测器690上创建并且由所述 检测器690进行检测。检测器690包括像素或者检测元件，每个检测元 件对应于成像的数据页的 一个比特。空间光调制器670被制造为呈完全 吸收性，结果没有任何一部分辐射束能够穿过空间光调制器670。
图10示意性地示出了参考束的一部分691从光学元件的后侧元件 13经由第二和第三透镜676、 678到达全息介质660。在这个实施例中， 第二和第三透镜676、 678每个都具有79.86mm的焦距、4.00mm的透镜 厚度并且由BK7玻璃制成。在后侧元件13的外表面中心和第二透镜676 的入射面中心存在一定距离692。第三透镜678的出射面中心和全息介 质660的区域之间的距离与所述一定距离692相等，第二透镜676的入 射面中心和第三透镜678的出射面中心之间的距离两倍于所述一定距离 692。辐射束在第二和第三透镜676、 678之间发生倒置。
在这个实施例中，液体A为折射率n=1.50的油，液体B为折射率 n=1.33的盐水。利用凹凸透镜16的平面结构，如正交的x、 y、 z轴所 限定的，通过绕z轴旋转20。的角度使得流体凹凸透镜16倾斜，在这些 轴的xy平面内改变参考束3.4。的角度。通过这种方式重定向辐射束，使 得参考束以向参考束引入1.64个波的均方根(RMS )像散波前像差的方 式穿过第二和第三透镜676、 678。这种像散会显著降低全息记录载体 659的设备的扫描精度。为了精确地扫描全息介质660,辐射束优选地 要求最大衍射极限为0.07个波的RMS波前像差。通过将流体凹凸透镜 16调节为平面结构和圆柱半径为-547.47mm的柱状透#:结构的组合，参 考束仍然被改变3.4。角度的方向并且第二类型的波前像差也被引入到参 考束中以便补偿像散，结果参考束的RMS像散波前像差为0.007个波。
通过这种方式，第二类型的波前修正被设置成补偿辐射束的波前像 差。波前像差可以是像散、球面像差和慧差中的至少一个，并且可以通 过例如调节辐射束的重定向由光学扫描设备引入到辐射束中。在这个所 描述的例子中，像散由光学扫描设备的第二和第三透镜676、 678引入。
由光学元件重定向参考束以便记录不同的数据页，使得参考束沿着 不同的路径穿过第二和第三透镜676、 678。当参考束被重定向到不同的 输出辐射束路径时，第二和第三透镜676、 678将不同的波前像差引入 到参考束中。控制系统20调节凹凸透镜结构，使得第二类型的波前修 正补偿所引入的波前像差，该引入的波前像差对应于辐射束被重定向到其上的特定输出辐射束路径。通过这种方式，对于被写入的不同数据页， 光学元件依照经过重定向的参考束的不同输出辐射束路径的对应角位 移来调节第二类型的波前修正，使得每个数据页以最大精度被写入。
可以设想，在本发明的另外的实施例中，参照图9描述的光学扫描 设备的光学元件1可替换地可以是参照图4描述的光学元件101,或者 可以是依照本发明的、通过折射来重定向参考束的任何光学元件。
图11示出了依照本发明另一个实施例的、用于扫描全息光学记录 载体的光学扫描设备。图11没有按比例绘制。光学扫描设备的特征与
使用图9描述的设备类似。将增加了 700而不是600的相同附图标记用 于这样的特征，并且应当认为相应的描述在这里也是适用的。
在这个实施例中，将使用图5描述的光学元件201而不是图l和3 中示出的光学元件1用于重定向参考束。光学扫描设备以针对图9描述 的相同方式对全息介质760进行写入。该光学设备具有另一个反射镜 796,其在对全息介质760进行读出期间将由第一偏转器764偏转的辐 射束反射到第二反射镜780并且反射到全息介质760上，如前所述。
可以设想，在图11所示光学扫描设备的本发明的另外的实施例中， 光学元件201可替换地可以是参照图6描述的光学元件301,或者可以 是依照本发明的、通过反射来重定向参考束的任何光学元件。
应当理解，上面的实施例是本发明的说明性实例。可以设想到本发 明的其他的实施例。已经针对结合了由空间光调制器提供的幅度复用的 角度复用描述了全息光学扫描设备。可以代替或者结合幅度复用地使用 移位复用或者相位编码复用，以便将数据页记录在全息介质中。
利用使用图9或11进行图解说明的光学扫描设备从全息介质中读 出数据发生在所谓的共轭模式下。可以设想出可替换的实施例，其中用 于数据读出的辐射束可以不由偏转器686、 786偏转到介质上，而是可 以改由光学元件重定向到全息介质上。辐射束从介质中获取读出数据信 号并且从与辐射束进入载体所穿过的面相对的那个载体面出射。在这些 实施例中，出射的辐射束由透镜聚焦到类似于前述检测器的检测器，其 中透镜和检测器位于全息载体的一侧，该侧与数据信号辐射束从其出射 的面在同一侧。
上面已经描述了能够通过使用折射或反射重定向参考束的光学元 件的各种构造。依照本发明的范围，可以设想到光学元件的可替换构造。例如，光学元件的任何部分可以是透明的，使得例如辐射束可以经由分
段电极进入该元件。此外，流体A、 B和/或C中任何一种的液体可以与构.
输入辐射束路径和/或输出辐射束路径相对于光学元件的位置可以 与前面描述的不同。可以设想出允许辐射束进入光学元件并且随后沿经 过重定向的辐射束路径离开该元件的这些路径的任何位置。
上面已经针对用于扫描全息光学记录载体的光学扫描设备具体描
述了所述光学元件；然而，所述光学元件可以用于任何光学扫描设备。 而且，第二类型的波前修正不限于补偿由光学扫描设备引入的波前像 差。对由光学记录载体引入的波前像差进行补偿是可以设想到的。
应当理解，关于任何一个实施例描述的任何特征都可以单独使用， 或者结合所描述的其他特征使用，并且也可以结合任何其他所述实施例 或者任何其他所述实施例的任意组合的一个或多个特征来使用。此外， 也可以采用上面没有描述的等价物和修改而不脱离在随附权利要求中 限定的本发明的范围。
权利要求
1.一种用于扫描光学记录载体的光学扫描设备，其中所述光学扫描设备包括a)辐射源系统(661；761)，其被设置成发射用于照射所述光学记录载体的辐射束；b)光学元件(1；101；201；301)，其包括由具有可调节结构的流体凹凸透镜(16；116，138；216；316)将彼此分开的第一流体(A)和第二流体(B；C)；以及c)控制系统(20；120；220；320)，其被设置成调节所述流体凹凸透镜的结构以便引入第一类型的波前修正，所述第一类型的波前修正使得所述辐射束从输入辐射束路径(2；102；244；348)被重定向到多个输出辐射束路径(24，26；140；246；350)之一，所述多个输出辐射束路径中的每个路径具有相对于所述输入辐射束路径不同的角位移(α，β，γ，δ，ε)，其特征在于，所述控制系统进一步被设置成调节所述流体凹凸透镜的结构以便引入第二类型的波前修正，所述第二类型的波前修正被设置成补偿所述辐射束的波前像差，经过补偿的波前像差依照所述角位移来加以调节。
2. 依照权利要求1的光学扫描设备，其中波前像差包括像散、球面 像差和慧差中的至少一个。
3. 依照权利要求1或2的光学扫描设备，其中所述波前像差由所述 光学扫描设备引入到所述辐射束中。
4. 依照前面任何一项权利要求的光学扫描设备，其中所述流体凹凸 透镜被设置成通过反射或折射重定向所述辐射束。
5. 依照前面任何一项权利要求的光学扫描设备，其中所述光学元件 包括多个电极(6, 7, 8, 9， 18; 118, 136; 218; 318; 452; 554 )并 且所述控制系统被设置成向所述多个电极中的至少一个施加电压(V广V,6, Vn),以便将电润湿力施加到所述流体以确定所述流体凹凸 透镜的结构，其中对所述施加的电压进行的调节调节了所述流体凹凸透 镜的结构。
6. 依照前面任何一项权利要求的光学扫描设备，其中所述光学扫描 设备被设置成扫描全息光学记录载体(660; 760)。
7. 依照权利要求6的光学扫描设备，其中所述全息记录载体具有至 少一个用于存储数据书的区域。
8. 依照权利要求7的光学扫描设备，其中所述多个输出辐射束路径 中的每个对应于所述数据书的不同数据页。
9. 依照权利要求7或8的光学扫描设备，其中所述光学扫描设备被 设置成使得所述辐射束在沿着所述多个输出辐射束路径中的不同路径 被重定向时照射所述全息光学记录载体的相同区域。
全文摘要
一种用于扫描光学记录载体的光学扫描设备。该光学扫描设备包括辐射源系统(661；761)；光学元件(1；101；201；301)，其包括由具有可调节结构的流体凹凸透镜(16；116，138；216；316)将彼此分开的第一流体(A)和第二流体(B；C)；以及控制系统(20；120；220；320)，其被设置成调节所述流体凹凸透镜的结构以便引入第一类型的波前修正。所述第一类型的波前修正使得所述辐射束从输入辐射束路径(2；102；244；348)被重定向到多个输出辐射束路径(24，26；140；246；350)之一，所述多个输出辐射束路径中的每个路径具有相对于所述输入辐射束路径的不同角位移(α，β，γ，δ，ε)。所述控制系统进一步被设置成调节所述流体凹凸透镜的结构以便引入第二类型的波前修正。所述第二类型的波前修正被设置成补偿所述辐射束的波前像差，经过补偿的波前像差依照所述角位移来加以调节。
文档编号G02B26/02GK101317115SQ200680044903
公开日2008年12月3日 申请日期2006年11月24日 优先权日2005年11月30日
发明者B·亨德里克斯, F·舒尔曼斯, G·特胡夫特, M·梅弗塔 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司