光学扫描装置的制作方法

专利名称：光学扫描装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种光学扫描装置，以及在其中使用的相位调制元件，该光学扫描装置用于扫描光学记录载体，例如包括信息层的光盘，该装置包括用于产生主辐射光束和辅助辐射光束的辐射光源，以及位于该辐射光源和信息层之间、用于在信息层上将该主辐射光束和该辅助辐射光束会聚为光点的透镜系统。特别但不排他地，本发明涉及一种设置为提供串扰消除的光学扫描装置。
串扰是由于扫描光点还部分地照射相邻轨道而引起的，其对可以从光盘读取并且因此存储在光盘上的数据量构成了限制。当例如由于盘的倾斜导致该点异常时，串扰增加。在这种情况下艾里盘的第一旁瓣的幅度会增加且更多的光会从相邻的轨道反射，从而导致了更多的串扰。
已知的减小串扰的方法是通过添加两个离轴光束来检测来自相邻轨道的信号。这些信号是用来校正主光束中的串扰。该方法可有效地增加主光束的空间分辨率，且本文中称为三通道方法。除了用于产生这两个离轴光点的附加设备外，还需要用于补偿该主光束和该离轴光点之间的时间延迟的其它电子器件，这是因为三个光点沿着轨道的不同位置造成的。使用这种方法的系统对由于波长变化和盘的偏心所引起的时间延迟波动敏感。
一种公知的使用正交偏振的共轴双光束来增加该空间分辨率的方法在US6115345和US6185168中已描述。该设备称为“超分辨率光头”。入射光束被分为两个正交偏振的光束。一种偏振成分(主光束)不需要相位调制而通过偏振相位板，并且在光盘上聚焦为受衍射限制的光点。另一种偏振成分(辅助光束)由偏振相位板来调制，该相位板被分成两个具有相位跃变(0，π)的区域，以便产生峰值位于主光束外边缘处的双峰值辅助光束光点。通过从主光束的高频信号中减去来源于辅助光束的高频信号可以提高空间分辨率。US6115345和US6185168中也描述了用于产生辅助光束的可选择相位轮廓。将相位板分成四个象限，将相位0、π、0、π添加到辅助光束中，在一个替换实施例中，将该相位板分成N个区，连续的区添加了0、2π/N、(2π/N)×2、(2π/N)×3、......以及(2π/N)×(N-1)相位。
本发明的一个目的是提高已知串扰消除方法的性能，同时减少用于消除串扰的设备的复杂性。
根据本发明的一个方面，提供了一种用于扫描光学记录载体的扫描装置，该光学记录载体包括信息层，该装置包括用于产生主辐射光束和辅助辐射光束的辐射源，及位于辐射源和信息层之间、用于在信息层上将主光束和辅助光束会聚为相应光点的透镜系统，该主光束具有旁瓣，其中该装置包含相位调制装置，用于在具有预定波长的辅助光束中产生非旋转对称的相位轮廓，该相位轮廓随着围绕光束部分的光轴所测得的方位角变化，相位轮廓的变化使得在至少5个位置中引入连续不同的相位，每个位置都位于连续的方位角(1、2、......N)处并且与光轴相距给定的径向距离，其中该相位轮廓是这样的，当以2π为模时，所引入的相位从0到2π连续循环至少两次，在每次循环中都至少取一个较低的值和一个较高的值，由此辅助光束光点在信息层上的强度分布与主光束光点旁瓣在信息层上的强度分布相重叠。在某些实施例中，使用阶梯结构，较低的值可能后面直接跟着较高的值。在其它实施例中，多个连续变高的值可以紧跟着较低的值，其中该相位调制装置具有更复杂的阶梯结构或者变化平缓的结构。
可以将本发明用于光学记录系统中来改善该系统的公差或者增加可获得的数据密度。相对于使用如现有技术US6115345和US6185168中描述的相位轮廓所能获得的串扰消除而言，通过从0到2π循环至少两次，可以获得改善串扰消除。在这些现有技术的装置中，相位轮廓被分成N区，该N区以0、2π/N、(2π/N)× 2、(2π/N)×3、......和(2πn/N)×(N-1)的顺序给相关相位赋予递进分阶。相反，在本发明的一个实施例中，该相位调制装置具有含有N个区的区域的相位轮廓，该N个区域以0、2π/N、(2π/N)× 2、(2π/N)×3、......和(2πn/N)×(N-1)的顺序给相关相位赋予递进分阶，其中n是比1大的整数并且该相位是以2π为模的形式。这样就提供了一种经过改进的消除串扰的方案。
在本发明的另一个实施例中，该相位调制装置包括提供连续变化相位轮廓的表面，该轮廓从0到2π循环至少两次。上述分阶装置大体上接近本实施例的连续变化的相位轮廓。
在又一个实施例中，将大体上接近上述实施例的连续变化相位轮廓的分阶装置用于双折射调制装置中。选择阶梯的高度使得该装置对主光束基本没有影响。在这种情况下，可以使用单个辐射发射器，且在主通道和串扰消除通道之间不会发生波长的变化。
优选地，如将在下面进一步描述地，该装置具有从0到2π循环三次的相位轮廓。
通过使用超分辨率遮挡来施加到主光束和/或辅助光束，可以改进串扰消除的效率。
根据本发明的另一方面，提供了一种用于根据本发明实施例的光学扫描装置中的光学相位调制元件。
本发明的各种实施例的特点和优点将会随着下面的描述变得明了，其仅通过本发明优选的实例给出，以下描述参照了相应附图，其中

图1是根据本发明实施例的光学扫描装置的部件的示意性说明；图2是表示在本发明实施例中使用的信号处理元件的示意框图；图3到图6是根据本发明不同实施例的光学元件的视图；图7示出了不同类型光点的强度分布图表；图8示出了使用不同消除串扰的方法所产生的图像跳动；图9和10示出了不同类型光点强度分布的图表；图11示出了不同消除串扰的方法中图像跳动与径向倾斜之比的图表；图12是根据本发明可选择实施例设置的光学扫描装置的部件的示意性说明；图13示出了在本发明实施例中所使用的阶梯高度的近似值；以及图14示出了不同类型光点强度分布的图表。
图1示意表示了根据本发明的用于扫描光盘OD的光学扫描装置的部件。该光盘OD包括基底1和透明层2，在其两者之间设置了至少一个信息层4。在如图所示的双层光盘的情况中，两个信息层设置在透明层2的后面，位于该盘中的不同深度处，并且另外的透明层分开该两个信息层。
可以以光学可检测标记的形式将信息存储在光盘的信息层4中，该标记设置在基本上平行、同心或螺旋的轨道中(在图1中没有示出)。该标记可以是任何光学可读取的形式，例如是坑的形式，或者是反射系数或磁化方向与其周围不同的区域的形式，或者是这些形式的结合。
扫描装置包含安装在可径向移动臂上的光学拾取单元(OPU)。该OPU包含除盘OD以外的图1所示的全部部件。扫描装置包含辐射源，其包括辐射发射器6，例如单个半导体激光器，其发射发散的线性偏振主辐射光束7。该透镜系统包含准直透镜9、物镜12和聚光镜11。该物镜12严格地安装在机械致动器(没示出)内，以用于对物镜12的位置进行径向跟踪伺服和聚焦伺服的调整。
准直透镜9折射发散辐射光束7以形成通过第一偏振分束器13的准直光束。非偏振分束器14以50％的效率透射和反射该透镜系统内的辐射，而不取决于偏振态。在通过该第二分束器的过程中，折叠式反射镜15将该光束引导到物镜12。
物镜12将该准直辐射光束转换为具有选定数值孔径(NA)的会聚光束，该光束在所扫描的信息层4上变为光点18。
信息层4反射的会聚光束辐射形成了发散的反射光束，其沿着正向会聚光束的光路返回。物镜12将该反射光束转换为基本准直的反射光束，且分束器14通过将该反射光束透射到聚光镜11而分离该正向和反射光束。
聚光镜11将入射光束转换为在检测系统上聚焦的会聚反射主光束22，尽管使用了多个检测器元件，但总体上还是由单个元件23来表示该检测系统。该检测系统捕获该辐射并将其转换为电信号。这些信号中的一个是信息信号24，其值表示从所扫描的信息层读取的信息。另一个信号是聚焦误差信号25，其值表示光点18和所扫描的信息层4之间的轴向高度差。另外的信号是跟踪误差信号26，其值表示光点与所扫描轨道的径向偏离。将信号25、26中的每一个都输入到在扫描过程中控制物镜12的位置的聚焦伺服器和跟踪伺服机械致动器。
在该辐射光源中还包含用于发射线性偏振辐射的第二辐射发射器36，例如半导体激光器。该第二辐射发射器36生成辅助辐射光束37，其偏振方向垂直于由第一辐射发射器6生成的辐射光束7的偏振方向。从辐射发射器36出射后，发散光束由准直透镜39准直并通过相位调制装置40，在下面将对该装置进一步详细地描述。随后，通过折叠式反射镜42弯折该辅助光束，并使用偏振分束器13将该辅助光束耦合到主光路中，且在光盘的信息层4上形成与主光束光点18共轴的辅助光束光点19。经反射，该辅助光束由朝向检测系统23的非偏振分束器14耦合出主光路。
在该光学扫描装置中还包含偏振选择光栅34，其分离主光束22和辅助光束21，利用它们的正交偏振而使其落到该检测系统23的不同部分上，使得可以在不同的检测器通道中分别检测该两光束中承载的信息。该辅助光束检测器元件的输出是作为辅助光束信息信号27而输出的。
图2示出了一种信号处理装置，用于处理分别来自主光束和辅助光束的高频信息信号24、27。使主光束信息信号24通过固定均衡器44，例如5-抽头均衡器，其为数字通用盘(DVD)信号处理电路中使用的类型，并且具有例如[-5，0，32，0，-5]的抽头加权。使辅助光束信息信号2 7通过多抽头适应性有限脉冲响应(FIR)滤波器45。将过滤后的辅助光束信息信号24添加到均衡形式的主光束信息信号27中，并且通过所述的添加，产生了消除串扰的信号，其中该信号的质量提高了。信号质量可以根据例如在锁相环路(PLL)47中检测到的图像跳动来测量。根据“最小跳动”标准来修正该校正滤波器45的抽头加权，从而在消除串扰信号的零交叉点处评估该跳动。最小均方(LMS)信号处理元件49更新该校正滤波器45的抽头加权。根据该串扰消除信号，实施元件48的码元检测处理。
图3(A)示出了根据本发明一个实施例的光学元件40(A)形式的相位调制装置的平面图，同时图3(B)表示了从该页左侧观察得到的该元件的侧视图。该相位调制元件40(A)具有第一平面表面50和第二非平面表面52。该第二表面是非旋转对称的。该元件40(A)的第二表面52的高度随着围绕该元件中心测得的方位角的改变而改变，该元件中心对应于辅助辐射光束的光轴。在本实施例中，该第二表面52的高度在径向上是常量(就是第一表面50和第二表面52之间的距离)。高度的连续增长与方位角成比例。高度阶梯线54代表表面52的高度的不连续变化。
当采用以2π为模的形式时，在该元件40(A)周围产生的相关相位从0到2π连续循环至少两次。下文中所提到的循环次数用参数n表示。因此，第二表面类似于绕着光轴螺旋式地缠绕一圈的平面，该平面高度的增长相当于相关的相位n2π。虽然在其它实施例中n＝3，且在另外的实施例中n＝4，但是在本实施例中，将表面52设置为n＝2。根据本发明所使用的定义，表面52包含对应于角1、2、3、4和5与半径r1恒定的圆之间交叉点的5个位置。这里，第一方位角1直接位于高度阶梯线54的一侧，同时最后的方位角5直接位于该高度阶梯线54的另一侧。在本实施例中，在对应于角1的位置引入相关的相位，Φ(1)＝δ，其中δ表示相对于0(在高度阶梯尺寸54处)可忽略的高度，这是因为1与高度阶梯线54的距离可忽略。采用连续的相关相位，Φ(2)＝π，Φ(3)＝2π，Φ(4)＝3π，以及Φ(5)＝4π-δ。当采用以2π为模的形式时，表面52的高度变化提供了相位轮廓，使得所引入的这些相位从0到2π连续循环，在每两次循环中，该相位从较低的值到较高的值连续变化。元件40(A)产生了大体上环形的辅助光束光点。
图4(A)和4(B)分别示出了第二实施例中的相位调制元件40(B)的平面图和侧视图。在本实施例中，该相位调制元件40(B)包含平面第一表面60和非平面第二表面62，该第二表面被分成两个半区62(A)和62(B)。这两个半区由各自的高度阶梯线64、66分开。在每个区中，表面62的高度从0到2π连续变化，从而随着方位角线性增长。在本实施例中，Φ(1)＝δ，Φ(2)＝π，Φ(3)＝2π-δ，Φ(4)＝δ，Φ(5)＝π，和Φ(6)＝2π-δ。由于该相位轮廓的波前调制特性与采取以2π为模的形式时的相关相位有关，因此该元件40(B)具有与元件40(A)相同的作用，并产生相同形式的环形辅助光束光点。
图5说明了相位调制元件40(C)的第三实施例，其中该相位轮廓从0到2π循环三次，即n＝3。如上所述，该相位调制元件40(A)的第一实施例可以设置为n＝3。当n＝3时，本发明的第三实施例具有与第一实施例40(A)相同的效果。在本实施例中，该元件40(C)的非平面表面72被分成三个区72(A)、72(B)、72(C)，并由各自的高度阶梯线74、76、79分隔开。在本实施例中，表面72的高度随着该每个区内的方位角而线性增长，以在每个区中产生从0到2π循环的相应的相关相位。因此，在本实施例中，Φ(1)＝δ，Φ(2)＝2π-δ，Φ(3)＝δ，Φ(4)＝2π-δ，Φ(5)＝δ，和Φ(6)＝2π-δ。根据本发明的定义，在对应于给定的方位角和恒定半径r1的六个位置处，在从0到2π循环三次的连续位置处引入相关相位。
图6说明了相位调制元件40(D)的另一个实施例，由此利用第4实施例中的相应分区的区域82(A)到82(I)近似得到上述相位调制元件40(C)所产生的相位轮廓。在本实施例中，相邻区由相应的高度阶梯线分隔开，并且每个区具有恒定的高度。9个区82(A)到82(I)中每一个的高度都与表面82上首先出现区的角度位置处的相位调制元件40(C)的相应表面72的高度相对应(如图6所示，最逆时针部分的区)。因此，在本实施例中，第三实施例的相位调制元件40(C)中连续变化的表面高度近似于一系列具有恒定高度的、以及之间在相关相位从0到2π的三次循环的每次循环中具有不连续阶梯高度的相应的阶梯区。该第二表面与螺旋式分阶的多个阶梯相似。在本实施例中，Φ(1)＝0，Φ(2)＝2π/3，Φ(3)＝4π/3，Φ(4)＝0，Φ(5)＝2π/3，和Φ(6)＝4π/3，Φ(7)＝0，Φ(8)＝2π/3，和Φ(9)＝4π/3。因此，该相位轮廓是这样的，当采用以2π为模的形式时，所引入的相位从0到2π连续循环，在每次循环中，获得连续变高的值。一般来讲，在本实施例中，该相位调制元件包含具有N个区形状的区域的相位轮廓，该N个区域以0、2πn/N、(2πn/N)×2、(2πn/N)×3、......和(2πn/N)×(N-1)的次序给相关相位赋予递进分阶，其中n是比1大的整数且该相位是模为2π的形式。优选地，如下面将进一步描述地，该元件具有如上的相位轮廓，其中n＝3。
设想该相位调制元件40(A)的作用，与上述其它实施例的作用相似。所述元件40引入具有物镜12入射光瞳极坐标(ρ，)的相位Φ()。随后，焦平面中光点的振幅分布U(r，Ψ)由以下表达式(参见博恩和沃尔夫的“光学原理”，第六版，Pergamon出版，第九章)给出 其中r和Ψ是焦平面的极坐标，k是波向量(＝2π/λ)，NA是会聚光束的数值孔径。为了积分表达式(1)，我们将相位项表达式[iΦ()]按照以下方式写作一系列展开式 将(2)代到(1)中得到下面的表达式 然后对积分得到U(r,ψ)=Σm=-∞∞2amelimψNA2im∫0NAJm(kρr)ρdρ---(4)]]>其中Jm是整数级的贝塞耳函数。当m≠0时，该光点大体上为环形且强度分布取决于方位角Ψ。
以以下情况为例，其中Φ()＝0，当m≠0时am＝0，且a0＝1。随后等式(4)可以写为U(r,ψ)=2NA2∫0NAJ0(kρr)ρdρ=2J1(kNAr)kNAr---(5)]]>随后，相应的强度分布由下式得出I(r,ψ)=|2J1(kNAr)kNAr|2---(6)]]>其是公知的艾里分布，其可以在主光束光点中看到。
以根据本发明实施例的辅助光束相位轮廓为例，当Φ()＝3，因此n＝3的情况下，当m≠3时am＝0，且a3＝1。随后可以将等式(4)写作U(r,ψ)=2e13ψNA2i3∫0NAJ3(kρr)ρdρ---(7)]]>该相应的强度分布为|U(r，Ψ)|2。
在本发明的实施例中，其中非旋转对称的表面是连续的，由相位调制元件40产生的相位轮廓基本上与上面等式(2)中的一个相位轮廓相对应，并采用下述中的一个当m≠2时am＝0，且a2＝1；当m≠3时am＝0，且a3＝1；或者当m≠4时am＝0，且a4＝1。在本发明的实施例中，例如通过阶梯轮廓近似理想的相位轮廓，系数a2、a3或a4之一优选控制剩下的系数，这样当系数的绝对值是例如0.5或者更大时就可以实现。优选该特性以便提供一种环形的强度轮廓，该轮廓在主光点旁瓣的区域中可以精确地被确定以实现消除串扰的目的。
图7示出了对于n＝1、n＝2、n＝3和n＝4中的每一种情况，辅助光束光点在径向上的强度分布相对于n＝0时主光束光点的强度分布的曲线图。当n是整数值时，辅助光束光点的强度分布是旋转对称的。为了容易比较，在该曲线图中，当n＞0时每个最大的强度均以这种方法计量，使其与n＝0的情况下第一旁瓣的强度最大值相等，该值设置为等于1。在本发明中，不用考虑n＝1的情况，这是因为辅助光束光点的内环部分与主光束光点第一旁瓣之间的重叠程度小。然而，n＝2、n＝3和n＝4中的每一种情况时都具有充分的重叠程度以便为消除串扰提供足够的改进。
图7示出了当n＝3时，出现的最佳重叠情况。这种情况导致更好地消除了相邻轨道的串扰且更好地减少了所扫描的轨道的码间干扰。通过模拟获得的图8的曲线图中示出了串扰的减小。所使用的模拟基于由用于ROM类盘的标量衍射计算所产生的波形(除了取代740nm而设置为680nm的更具挑战性的轨道间距以外，还使用了d＝2RLL的编码，和类似于DVD的参数)。该模拟包含0.9°的径向盘倾斜。
参照图8，曲线90示出了在标准装置中所看到的图像跳动水平，其中没有使用串扰消除。这已经在不可接受的边缘了(典型地，对于DVD而言图像跳动值大于15％就不可接受了)。曲线91示出了表示本发明实施例中不同n值时性能的曲线，其全部都在可接受的值的范围内。曲线92示出了常规串扰消除的性能，通过使用更复杂的三通道现有技术的方法来获得。
从图7中可以观察到n＝3辅助光束光点与主光束光点的第一旁瓣之间的重叠仍不是最佳的。特别是，环形n＝3光点的宽度比艾里光点的第一旁瓣更宽。这可以通过使用超分辨率遮挡来改进，例如将其施加到n＝3辅助光束光点。所述遮挡可以通过使用偏振选择涂层覆盖物镜的适当部分来获得。遮挡了例如辅助光束入射光瞳上的区域0＜r/rmax＜0.75会导致如图9所示的光点强度轮廓(强度曲线n＝3*)。尽管光点的第一环形部分的内径仍保持相同，但外径已经显著地减小了，使其与主光束光点第一旁瓣的外径相一致(强度曲线n＝0)。
通过对辅助光束和主光束都使用超分辨率遮挡，可以进一步地改进串扰消除的性能。可以通过在需要遮挡两种光束的物镜上利用不透明涂层来实现遮挡，也可以通过在仅需要遮挡两种光束之一的位置使用偏振选择涂层来实现遮挡。通过对该两光束的超分辨率水平进行调整，人们也可以改变主光束光点第一旁瓣的强度轮廓，使其与n＝3情况下辅助光束光点的第一环形部分更加一致。图10示出了改进的辅助光束光点(强度曲线n＝3*)第一超分辨率旁瓣的重叠，其中当0＜r/rmax＜0.95时遮挡入射光瞳，并且当0＜r/rmax＜0.75时，遮挡该超分辨率主光束光点(强度曲线为n＝0*)的入射光瞳。比较图10与图9，可以看到更好的重叠。0＜r/rmax＜0.75时主光束中的遮挡会导致超分辨率光点的半最大值全宽度(FWHM)为标准艾里光点FWHM的0.79倍。结果，这样总体上会使得数据密度增长60％。
图11示出了对于各种串扰消除办法，作为径向盘倾斜函数的串扰消除信息信号中图像跳动的曲线图。曲线93示出了在标准装置情况中的图像跳动，其中没有执行串扰消除。曲线94示出了使用如US6115345和US6185168中所描述的(0，π)相位调制元件所获得的串扰消除的情况下的图像跳动。曲线95示出了使用如根据图5所描述和说明的n＝3相位调制元件所获得的串扰消除的情况下的图像跳动。曲线96示出了使用如根据图9所描述和说明的n＝3实例所获得的串扰消除情况下的图像跳动，其中该实例中使用了辅助光束的超分辨率遮挡。最后，曲线97示出了使用现有技术的三通道串扰消除方法所获得的串扰消除情况下的图像跳动。如从图11中可看到的，两通道串扰消除可以通过使用本发明来实现，其与现有技术的三通道串扰消除方法的性能相近，并且即使在低径向倾斜的情况下也会具有改进的性能。
图12说明了根据本发明的光学扫描装置的另一个实施例。尽管在上述的实施例中，双辐射发射器提供正交偏振的辐射光束，且相位调制装置仅在多个光路之一中使用，但是还可以通过使用更少一些的部件代替所使用的双折射相位调制装置，并且使用单个辐射发射器提供偏振方向与双折射轴成45°的辐射光束来提供相似的功能。还可以使用其它的方向角，例如用来相对于主光束中的辐射量减小辅助光束中存在的辐射量。
图12中，利用相似的附图标记加上100来标注与图1中所示的元件相对应的那些元件，且其各个成分和作用也适用于这里。在本实施例中，辅助光束不是由独立的光学支路产生的，而是由双折射相位调制元件140产生的。线性偏振辐射光束107由辐射光源106产生，该光源包括例如单半导体激光器。该双折射元件的光轴140与光束107偏振方向成45°角设置。该双折射相位调制元件140对于形成主光束的一个偏振成分不具有相位调制作用，而对于形成辅助光束的正交偏振成分具有相位调制作用。在本装置中，在相位调制元件140对主光束和辅助光束分别进行非调制和调制后，在使用偏振分束器13将它们结合后，该主光束和辅助光束仍遵循与第一实施例中(图1)的主光束和辅助光束相同的光路。
该相位调制元件140是阶梯双折射结构，这样使得对于一种偏振而言，该结构没有影响，而对于正交偏振来说，按照与上述参照图6的分区相位调制元件40(D)相似的方式，来近似线性变化的方位角相位轮廓。除了阶梯高度不同以及该元件的材料是双折射材料之外，该双折射元件140具有与分区元件40(D)相近的结构。
该元件140由双折射材料形成，该材料具有非寻常折射率ne和寻常折射率no。在下面忽略了由于波长不同造成的折射率变化，并且由此折射率ne和no几乎与波长无关。在本实施例中，并且仅仅作为说明，该双折射材料是50/50(重量％)的C6M/E7，其no＝1.51和ne＝1.70。可选择地，例如，该双折射材料可以是40/10/50(重量％)的C6M/C3M/E7，其no＝1.55和ne＝1.69。这里，所使用的E7、C3M和C6M代码指代下面的成分E7由51％的C5H11氰基联苯，25％的C5H15氰基联苯，16％的C8H17氰基联苯和8％的C5H11氰基联苯形成；C3M由4-(6-丙烯酰氧丙基氧)苯酰氧基-2-甲基苯基4-(6-丙烯酰氧丙基氧)苯甲酸酯形成；和C6M是由4-(6-丙烯酰氧丙基氧)苯酰氧基-2-甲基苯基4-(6-丙烯酰氧丙基氧)苯甲酸酯形成。
形成该双折射元件140，使得当偏振方向沿垂直于光轴(沿X-轴)的辐射光束穿过时，其折射率等于ne，而当偏振方向沿正交的Y轴的辐射光束穿过时，其折射率等于n0。下面，将辐射光束的偏振称为“pe”和“po”，其分别与X-轴和Y-轴准直。
在下面的实施例中，仅仅为了说明，由于该光束具有偏振pe，而对于辅助光束其具有正交偏振po，因此该主光束波前的相位变化Φ由于区结构而保持没有受到影响，其近似于下面的相位轮廓Φ()＝3 for 0＜＜2π. (8)该结构由双折射材料制成，例如具有no＝1.51和ne＝1.70。该辐射的波长为例如λ＝650nm。此外，入射在光盘OD上的光束具有数值孔径NA＝0.65。元件140包含9个等面积的区，每个区具有各自的阶梯高度hj。阶梯高度href限定为下式href=λne-ns]]>其中ns是接近该分区结构的媒质的折射率，即对于下面的空气，仅仅为了说明目的，ns＝1。这种阶梯高度对具有偏振pe的光束产生2π的相位变化。因此，对于具有偏振pe的主光束来说，当该阶梯结构的阶梯高度hj是href的整数倍时，该相位变化等于0(当采取以2π为模的形式时)。
对于具有偏振po的辅助光束，上述阶梯不再引入等于2π倍数的相位阶梯。下面的表1给出了由第一个12阶梯高度所引入的相对相位，对po偏振来说，将该高度选为href的m整数倍。
表1
注意到，对于po偏振可以存在11个基本上不同的阶梯高度，这些高度满足以下要求，即对pe偏振来说，这些阶梯产生2π倍数的相位高度。当m＝12或者更大时，会产生与该第一个11阶梯高度中的一个所产生的相位量相似的相位量。通过使用车床可以使该相位调制元件具有不同的阶梯高度，该车床使该元件围绕其光轴旋转，并且具有切削工具，该工具在该元件的每次旋转过程中尽可能在光轴方向上发生如产生阶梯高度图案所需的偏离。
在本实施例中，该相位调制元件140具有近似于根据上面图6所描述和说明的结构，其具有9个分区的区域，其中如下所述的各个恒定阶梯高度hj如下表2。
表2
图13利用线152图示了由表2中限定的分区结构引入辅助光束中的相位是方位角的函数，该相位在辅助光束中由相位调制元件140中每个连续的区引入。为了说明，在每个2π周期中产生的相位是以2π连续增长的，从而示出当n＝3时具有适当形式的连续变化相位轮廓150的近似。
图14利用线162表示了由表2中限定的分区结构产生的一般环形光点形状。该强度相对于n＝3时利用适当形式的连续变化相位轮廓150所获得的强度进行标准化，并与该强度轮廓的曲线一同示出。注意到使该结构位于仅9个均匀高度的区之外会导致环形的光点基本上近似于所需要的光点强度轮廓。使用等式(2)中限定的展开式，我们发现对于所述的情况，主要系数的绝对值|a3|＝0.81。
应该理解的是，尽管在所述的实施例中使用了9个区，但是也可以使用其它数目的区。优选地，对于制造效率而言，区的数目在5和25之间，以便提供充分的串扰消除作用同时保持较小数量的区域。出于相似的原因，在从0到2π的每次相位循环中所使用的区，优选为至少3个区，且优选少于6个区。
已经注意到在上述实施例中所使用的表面结构在每个相位调制元件中沿径向方向上的厚度基本上恒定。同时，如果基于平面元件(如在平面平行的板上)提供需要的相位轮廓并且当该入射光的波前是水平时这是优选的，在可选择的实施例中将需要的相位轮廓提供在曲面表面上(如透镜的表面上)和/或该入射光束的聚散度具有最适当的半径，该半径基本上与该表面的曲率不同。在这些可选择的实施例中，在径向方向上可以调整该表面结构以便在方位角方向上产生需要的相位变化图案。
上述的实施例应作为本发明的示例性实例来理解。可以设想本发明的其它实施例。应该理解的是，根据任何一个实施例所描述的任何特征可以单独使用，或者与所描述的其它特征结合使用，且也可以与其它任何一个实施例中的一个或多个特征结合使用，或者与任何其它实施例中的任何结合来结合使用。而且，在不脱离本发明范围的情况下也可以使用上面没有描述的改进和等效替换，这些已限定在附加的权利要求中。
权利要求
1.一种光学扫描装置，用于扫描包括信息层的光学记录载体，该装置包括用于产生主辐射光束和辅助辐射光束的辐射光源，以及位于该辐射光源与信息层之间的透镜系统，用于将该主光束和该辅助光束在该信息层上会聚为相应的光点，该主光束光点具有旁瓣，其中该装置包含相位调制装置，用于在辅助辐射光束中产生非旋转对称的相位轮廓，该辅助辐射光束具有预定的波长，该相位轮廓随着围绕光束部分的光轴测得的方位角变化，该相位轮廓变化使得在至少在5个位置上引入连续的不同相位，该5个位置中的每一个都位于连续的方位角(1、2、......N)处并且与光轴相距给定的径向距离，其中该相位轮廓是这样的，当以2π为模时，所引入的相位从0到2π连续循环至少两次，在每次循环中都至少取一个较低的值和一个较高的值，使得该辅助光束光点在信息层上的强度分布与主光束光点旁瓣在信息层上的强度分布相重叠。
2.如权利要求1所述的光学扫描装置，其中该相位轮廓是这样的，使得所引入的相位从0到2π循环三次。
3.如权利要求1或2所述的光学扫描装置，其中第一方位角1和最后方位角N相差大约2π的弧度。
4.如权利要求1、2或3所述的光学扫描装置，其中所引入的相位在所述第一方位角1和所述第三方位角3之间单调变化。
5.如前述任何一项权利要求所述的光学扫描装置，其中该主辐射光束具有第一偏振态而该辅助辐射光束具有基本上与该第一偏振态正交的第二偏振态。
6.如权利要求5所述的光学扫描装置，其中该相位调制装置包括对主辐射光束的相位轮廓基本上没有作用且在辅助辐射光束中提供所述相位轮廓的双折射元件。
7.如前述任何一项权利要求所述的光学扫描装置，其中使用单个辐射发射器来产生主光束和辅助光束。
8.如前述任何一项权利要求所述的光学扫描装置，其中该相位调制装置包括多个按角度隔开的区，每个区具有在恒定半径下取得的基本上恒定的相位轮廓，并且其中所述位置中的每一个都位于一个不同的所述区中。
9.如权利要求1到5中任意一项所述的光学扫描装置，其中该相位调制装置包括提供连续变化的相位轮廓的表面。
10.如前述任意一项权利要求所述的光学扫描装置，其中该装置还包括通过使用在辅助光束中检测到的信号来消除串扰的信号处理装置。
11.如前述任意一项权利要求所述的光学扫描装置，其中通过选择性阻挡部分辅助光束，使得该辅助光束在信息层上的强度分布与主光束光点旁瓣的匹配度更高。
12.如前述任意一项权利要求所述的光学扫描装置，其中通过选择性阻挡部分主光束光点，使得主光束光点旁瓣在信息层上的强度分布与辅助光束的匹配度更高。
13.一种光学相位调制元件，用于在预定波长的辐射光束中产生非旋转对称的相位轮廓，该相位轮廓随着围绕元件中心测得的方位角变化，该相位轮廓的变化使得在至少5个位置上引入了连续的不同相位，该5个位置中的每一个都位于连续的方位角(1、2、......N)处，并且与光轴相距给定的径向距离，其中该相位轮廓是这样的，当以2π为模时，所引入的相位从0到2π连续循环至少两次，在每次循环中都至少取一个较低的值和一个较高的值。
全文摘要
一种光学扫描装置，用于扫描包括信息层的光学记录载体。通过使用相位调制元件(40、140)而在辅助辐射光中产生非旋转对称相位轮廓以消除串扰。该相位轮廓随着围绕光束部分光轴测得的方位角变化，该相位轮廓的变化使得在至少5个位置上引入了连续不同的相位，该5个位置分别位于连续的方位角(φ1、φ2、φN)处，并且分别与光轴相距给定的径向距离，其中该相位轮廓是这样的，当以2π为模时，所引入的相位从0到2π连续循环至少两次，由此该辅助光束光点在该信息层上的强度分布与主光束光点旁瓣在信息层上的强度分布相重叠。
文档编号G11B7/135GK1685408SQ03822654
公开日2005年10月19日 申请日期2003年9月18日 优先权日2002年9月24日
发明者B·H·W·亨德里克斯, M·德荣格, W·M·J·M·科伊内, C·T·H·F·里登鲍姆 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司