[发明专利]光学补偿器、光学元件、光学扫描头和光学扫描设备

说明书

技术领域

本发明涉及用于光学扫描设备中的光学补偿器或光学元件，所述光学扫描设备用于扫描具有信息层的光学记录载体，在这些载体的两种不同的载体内存在至少两个不同的信息层深度。

背景技术

当前，使用光学记录载体的数据存储领域是一个进行了深入研究的技术领域。光学记录载体存在若干格式，包括致密盘(CD)、常规数字多功能盘(DVD)、蓝光光盘(BD)以及高清晰数字多功能盘(HDDVD)。在一定格式内存在可用的不同类型的记录载体，包括只读类型(例如CD-A、CD-ROM、DVD-ROM、BD-ROM)、一次性写入类型(例如CD-R、DVD-R、BD-R)以及可重写类型(例如CD-RW、DVDRW、BD-RE)。

为了扫描不同格式的光学记录载体，有必要使用具有不同波长的辐射束。这个波长对于扫描CD约为785nm，对于扫描DVD约为660nm(应当注意，官方规定的波长为650nm，但实际上它通常接近660nm)，并且对于扫描BD和HDDVD约为405nm。

不同格式的光学记录载体能够存储不同的数据量。最大量与扫描记录载体所用的辐射束的波长以及将辐射束聚焦到光盘上所用的物镜的数值孔径(NA)有关。当在本文中提到扫描时，其包括读取和/或擦除记录载体上的数据和/或将数据写入记录载体上。

光学记录载体上的数据存储在信息层上。光学记录载体的信息层由具有预定厚度的覆盖层保护。不同格式的光学记录载体具有不同的覆盖层厚度，覆盖层即覆盖在信息层上的保护层，所述信息层位于记录载体的辐射束入射的那一侧上。例如，覆盖层厚度为：对于CD约1.2mm；对于DVD和HDDVD约0.6；以及对于BD约0.1mm。

当扫描一定格式的光学记录载体时，辐射束被聚焦到信息层上的扫描斑点。当辐射束穿过光学记录载体的覆盖层时，在辐射束中引入了球差。引入的球差的数量取决于覆盖层的厚度及其折射率、辐射束的波长及其数值孔径。为了校正这个球差，在辐射束到达光学记录载体的覆盖层之前在辐射束中引入同等数量的球差，使得它补偿由覆盖层引入的球差。结果，在聚焦到光学记录载体的信息层上的扫描斑点处辐射束基本上不含球差。

为了扫描具有不同覆盖层厚度的不同光学记录载体，辐射束需要在到达覆盖层之前具有不同数量的球差。这保证了在信息层上形成正确的扫描斑点。因此，当使用单个物镜扫描所有光学记录载体时，系统必须针对具有不同覆盖层的每种光学记录载体类型产生不同数量的球差，以便克服光学特性上的差异。

B.H.W.Hendriks，J.E.de Vries和H.P.Urbach的文章“Application ofnon-periodic phase structures in optical systems(非周期相位结构在光学系统中的应用)”，Applied Optics第40卷，第6548-6560页(2000)记载了一种非周期相位结构(NPS)，其能够使得被设计用于扫描DVD记录载体的物镜与扫描CD记录载体兼容。

诸如DVD/CD兼容透镜之类的双模式物镜可以通过将针对一种模式优化的透镜与校正另一种模式中的球差的NPS或衍射结构进行组合来实现。在三模式物镜的情况下，对于这种NPS或衍射结构的需求是非常强烈的，因为所述结构必须补偿两种模式中的不同数量的球差，同时保持第三种模式不受影响。

许多当前提出的解决方案的一个缺点在于，它们依赖于光栅对于每种波长以不同的级次衍射。这在需要校正的像差和波长的数量之间施加了一定关系。例如，可以通过分别使用光栅的零级、一级和二级衍射来使得BD物镜系统与DVD和CD兼容。如果对于CD引入数量的像差与对于DVD而言的像差具有相同的形状，并且幅度恰好是对于DVD而言的两倍，那么这会是可行的解决方案。由于对于给定的波长和覆盖层厚度而言，这种系统并非完全如此，因此必须添加另一种小的校正。

对于HDDVD三模式物镜而言，这甚至更加困难，因为与DVD和CD之间或者HDDVD和CD之间需要校正的OPD差异相比，HDDVD和DVD之间需要校正的OPD差异非常小。