[发明专利]用于光扫描设备的光学补偿器

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于光扫描设备的光学补偿器，该光扫描设备用以扫描具有多个信息层的光学记录载体，在两种不同的记录载体内具有至少两种不同的信息层深度。

背景技术

使用光学记录载体进行数据存储的领域是当前热门的技术研究领域。存在着很多种光学记录载体格式，包括：光盘(CD)、通用数字多功能光盘(DVD)、蓝光光盘(BD)和高清晰度数字多功能光盘(HDDVD)。这些格式可用于不同的类型，这些类型包括：只读规格(例如，CD-ROM/DVD-ROM/BD-ROM)、可记录规格(例如，CD-R/DVD-R/BD-R)、可擦写规格(例如，CD-RW、DVD-RW、BD-RE)和音频规格(例如，CD-A)。为了扫描光学记录载体的不同格式，必须使用具有不同波长的辐射束(radiation beam)。扫描CD的波长约为785纳米，扫描DVD的波长约为660纳米(注意，官方指定波长为650纳米，但实际上常接近于660纳米)，而扫描BD的波长约为405纳米。

不同格式的光盘能够存储的最大数据量不同。该最大数据量与扫描光盘所必需的辐射束波长以及物镜的数值孔径(NA)有关。本文提及的扫描可包括在光盘上读数据和/或写数据。

光盘上的数据存储在信息层上。光盘的信息层由具有预定厚度的覆盖层(cover layer)保护。光盘格式不同，覆盖层的厚度也不同，比如，CD的覆盖层厚度约为1.2毫米，DVD的覆盖层厚度约为0.6毫米，而BD的覆盖层厚度约为0.1毫米。扫描某种格式的光盘时，辐射束聚焦于信息层上的一个点。当辐射束穿过光盘的覆盖层时，在辐射束中引入了球面像差。所引入的球面像差的大小取决于覆盖层厚度和辐射束波长。在辐射束到达光盘覆盖层之前，辐射束需要已经具有一定的球面像差，以便结合由覆盖层引入的球面像差，可以使辐射束可以恰好聚焦于光盘信息层上。为了扫描具有不同覆盖层厚度的不同光盘，辐射束需要在到达覆盖层之前具有不同的球面像差。这确保辐射束恰好聚焦在信息层上。

结果，当使用单个物镜扫描全部光盘时，物镜必须对每种光盘产生不同大小的球面像差，以便应对覆盖层厚度的差异。

B.H.W.Hendriks、J.E.de Vries和H.P.Urbach的标题为“Application of non-periodic phase structures in opticalsystems”、发表于Applied Optics，第40卷，第6548-6560页(2001)的论文，描述了一种非周期相位结构(NPS)，该结构能够提供一种与CD扫描兼容的DVD物镜。

国际专利申请WO 03/060891描述了一种光扫描设备，其分别使用三种不同辐射束来扫描三种不同的光学记录载体的信息层。每种辐射束都具有偏振和不同的波长。这种设备包括具有衍射部分的物镜，该衍射部分包括双折射材料。衍射部分衍射辐射束，使得具有最短波长的辐射束具有对于最短波长而言基本上为0的引入的相变模数2π。衍射部分将其他辐射束中的至少一种辐射束衍射到正的第一级。

国际专利申请WO 03/060892描述了一种光扫描设备，其分别使用三种不同辐射束扫描三种不同光学记录载体的信息层。每种辐射束都具有偏振和不同的波长。这种设备包括物镜和非周期相位结构(NPS)，用于补偿这些辐射束中一种或两种辐射束的波前像差。所述相位结构包括双折射材料，并且具有非周期阶梯轮廓(non-periodic stepprofile)。

美国专利US 6687037描述了一种用于用两种不同波长的辐射束扫描光学记录载体的光扫描设备。这种设备包括物镜和近似于闪耀衍射光栅(blazed diffraction grating)的具有阶梯状轮廓的衍射元件。衍射元件为最短波长的辐射束选择第零级衍射，并为另一种辐射束选择第一级衍射。

对于类似DVD/CD兼容镜头的双模式物镜而言，NPS或衍射结构可与为一种模式而设计的镜头一起使用，以校正另一模式中的球面像差。在三模式物镜的情况下，因为NPS或衍射结构必须补偿两种模式中不同的球面像差大小而且同时不影响第三种模式，所以对这种NPS或衍射结构的要求非常严格。此外，其中三种模式包括785纳米的辐射波长和405纳米的辐射波长，这些波长之间的比率使得在大多数光学材料中因NPS阶梯而引入的相位变化相差约为2的系数(factor)，这导致要么对其中一种波长传输效果差，要么相当高的NPS阶梯，这造成制造工艺成本高昂。