CN101248488A - 兼容光学拾取器及采用兼容光学拾取器的光学记录和/或再现设备 - Google Patents

Abstract

一种包括有源补偿装置的兼容光学拾取器，当在数据记录/再现操作中使用第三信息存储介质或第二信息存储介质时，该有源补偿装置有源地切换物镜上的光的入射角，该第三信息存储介质具有不同于第一和第二信息存储介质的格式。该有源补偿装置包括多个透明基底和介于所述多个基底之间的至少一个材料层，所述材料层的折射率根据施加的电压而被有源地切换。与材料层相邻地形成在至少一个透明基底的表面上的全息图案根据材料层的折射率的改变通过衍射入射光或者无衍射地透射入射光来改变光的发散角。根据在数据记录/再现操作中使用的应用的信息存储介质来调节施加到材料层的电压。

Description

兼容光学拾取器及采用兼容光学拾取器的光学记录和/或再现设备

技术领域

本发明的各方面涉及一种光学拾取器及采用光学拾取器的光学记录和/或再现设备，更具体地讲，涉及一种利用一个物镜与多种信息存储介质标准兼容的兼容光学拾取器以及采用该兼容光学拾取器的光学记录和/或再现设备。

背景技术

光学记录和/或再现设备通过用物镜将激光束聚焦在信息存储光盘上来将信息记录在光盘上和/或从光盘再现信息。在光学记录和/或再现设备中，记录容量由通过激光束在信息存储光盘上聚焦而产生的光点的大小S确定。聚焦光点的大小S与激光束的波长(λ)以及物镜的数值孔径(NA)之间的关系为：

S∝λ/NA    …(1)

因此，为了形成小的光点以允许高密度记录，采用发射短波长光的短波长光源(如蓝光激光器)以及使用具有超过0.6的高NA的物镜是必要的。

近来，已提出蓝光盘(BD)标准以实现上述目的。这里，使用波长约为405nm的光源、NA为0.85的物镜以及容量大约为25吉字节(GB)且厚度(光入射面与信息存储表面之间的间隔，在这种情况下对应于保护层的厚度)为0.1mm的光盘。还提出了高清晰数字多功能盘(HD DVD)标准。这里，使用波长与BD标准中所使用的波长相等的光源、NA为0.65的物镜以及容量大约为15GB且厚度(光入射面与信息存储表面之间的间隔，在这种情况下对应于基底的厚度)为0.6mm的光盘。

因此，需要一种与至少两种光盘标准(如蓝光标准和HD DVD标准)兼容的装置。

简而言之，注意到的是，诸如DVD-ROM标准和DVD±RW标准的DVD标准使用具有相似波长的光源、具有相似NA的物镜以及具有相似厚度的光盘基底。根据那些标准，仅轨道间距和光盘结构变化。这样，由于无论光盘标准如何，将从光源发射的光会聚到光盘上的操作都基本类似，所以考虑执行与各种轨道间距兼容的聚焦和循轨的方法。然而，由于在诸如BD和HDDVD标准的下一代DVD标准的情况下，光盘的厚度不同，所以由于新类型的光盘的厚度差异而产生的球面像差严重。因此，需要补偿球面像差。

为了补偿在使用一个光源时由于新类型的光盘的厚度差异而引起的球面像差，已经提出了使用全息光学元件(HOE)的第一种方法和使用两个物镜的第二种方法。

通过使用HOE将一个光源所发射的光衍射成第0级光和第一级光来补偿由于两种光盘的厚度差异而引起的球面像差的方法的缺点在于：由于光被分为两个光束，所以光效率被减小至原始光效率的一半。由于这样的低光效率，不能执行需要高光强的高速操作。第1996-62493号日本专利公开中公开了这样一种利用HOE和用于DVD的光源来兼容地使用致密盘(CD)族光盘的方法。

同时，第开平8-252697号日本专利公开中公开了一种利用轴滑动类型的致动器和两个物镜的方法。该方法复杂，灵敏度低，并且具有高的非线性。因此，该’697号公开中公开的方法也不适合于与高速高精度的光学记录或再现设备一起使用。当所述两个物镜被固定时，与使用一个物镜时的情况相比，光学组件的数量增加，并且光轴的调节相对困难。

第6,213,131号美国专利中公开了一种利用一个光源和液晶装置来补偿由于光盘的厚度差异引起的球面像差的光学拾取器。该专利中公开的光学拾取器利用液晶装置来校正球面像差，以便兼容地采用HD DVD、DVD和CD标准。

由于该液晶装置具有单个液晶层，所以电极被划分为多个区域，针对每一区域调节施加到液晶层的电压，以改变衍射角。所述单个液晶层可将衍射角改变为0°或预定的衍射角q₁。然而，为了将衍射角改变为另一衍射角q₂，需要将电极形成为复杂的结构，或者需要两个或更多液晶层。因此，该’131号专利中的液晶装置的结构复杂，光透射率低，且成本高。

发明内容

本发明的一方面提供一种兼容光学拾取器以及采用该兼容光学拾取器的光学记录和/或再现设备，该兼容光学拾取器补偿球面像差从而利用一个物镜与三种或更多种信息存储介质标准兼容，并且具有用于像差补偿装置的简单的电极结构，从而提高了发光效率(luminous efficiency)。

根据本发明的一方面，提供一种兼容光学拾取器，包括：光源，发射光；物镜，对光进行聚焦以使其入射到信息存储介质上，该物镜被优化为用于从所述光源发射的光所照射到的第一信息存储介质；第一光学系统，发射适合用于第二信息存储介质的光，该第一光学系统被构造为有限远光学系统；和有源补偿装置，当在数据记录/再现操作中使用第三信息存储介质或第二信息存储介质时，该有源补偿装置有源地切换物镜上的光的入射角，该第三信息存储介质具有不同于第一和第二信息存储介质的格式，其中，所述有源补偿装置包括：多个透明基底；和至少一个材料层，介于所述多个基底之间，所述材料层的折射率根据施加的电压而被有源地切换，其中，与材料层相邻地形成在至少一个透明基底的表面上的全息图案根据材料层的折射率的改变通过衍射入射光或者无衍射地透射入射光来改变光的发散角，其中，根据在数据记录/再现操作中使用的应用的信息存储介质来调节施加到材料层的电压。

所述第一和第三信息存储介质可以分别是蓝光盘(BD)和高清晰数字多功能盘(HD DVD)，或者分别是HD DVD和BD，所述第二信息存储介质可以是数字多功能盘(DVD)和致密盘(CD)中的至少一种，其中，第一光学系统可发射适合于DVD和CD中的至少一个的光以在DVD和CD中的至少一个上记录或再现信息。

所述光源的波长可以大约为400nm，第一信息存储介质的厚度可以大约为0.1mm，物镜对于第一信息存储介质的有效数值孔径可以大约为0.85；适合于DVD的光的波长可以大约为650nm，DVD的厚度可以大约为0.6mm，物镜对于DVD的有效数值孔径可以大约为0.60；适合于CD的光的波长可以大约为780nm，CD的厚度可以大约为1.2mm，物镜对于CD的有效数值孔径可以大约为0.45；第三信息存储介质的厚度可以大约为0.6mm，物镜对于第三信息存储介质的有效数值孔径可以大约为0.65。

所述兼容光学拾取器还可包括：第二光学系统，发射适合于第三信息存储介质的光以在第三信息存储介质上记录或再现信息，其中，所述第一信息存储介质是BD和HD DVD中的任何一种，第二和第三信息存储介质分别是DVD和CD，或者分别是CD和DVD。

所述第二光学系统可以是无限远光学系统(infinite optical system)。

所述光源的波长可以大约为400nm，第一信息存储介质的厚度以及物镜对于第一信息存储介质的有效数值孔径可以分别为大约0.1mm和0.85，或者分别为大约0.6mm和0.65；适合于DVD的光的波长可以大约为650nm，DVD的厚度可以大约为0.6mm，物镜对于DVD的有效数值孔径可以大约为0.60；适合于CD的光的波长可以大约为780nm，CD的厚度可以大约为1.2mm，物镜对于CD的有效数值孔径可以大约为0.45。

当形成有全息图案的透明基底的折射率与材料层的折射率之差为Δn，全息图案的深度为d，入射光的波长为λ，并且衍射光为m级时，全息图案的深度可满足：

(Δn·λ-1)d＝m·λ。

所述有源补偿装置可形成为分别对入射到信息存储介质上的光的偏振和被信息存储介质反射的光的偏振起作用。

所述兼容光学拾取器还可包括：四分之一波片，置于有源补偿装置和信息存储介质之间，用于改变入射光的偏振。

有源补偿装置的材料层和全息图案可分别包括：第一材料层和第一全息图案，对入射到信息存储介质上的光起作用；和第二材料层和第二全息图案，对被信息存储介质反射的光起作用。

所述有源补偿装置可不考虑光的偏振而切换所述光源所发射的光的入射角。

根据本发明的另一方面，提供一种光学记录和/或再现设备，包括：所述光学拾取器，沿着信息存储介质的径向可运动，用于将信息记录到信息存储介质上和/或从信息存储介质再现信息；和控制单元，控制所述光学拾取器。

本发明的另外和/或其它方面和优点将在下面的描述中被部分地阐述，并且部分地根据描述将变得明显，或者可通过实施本发明而了解。

根据本发明各方面的兼容光学拾取器利用一个物镜来与三种或更多种信息存储介质标准兼容。此外，由于兼容光学拾取器通过调节施加到有源补偿装置的材料层的电压使每一波长下的衍射效率最大化，因此提高了发光效率，该有源补偿装置包括折射率可切换的材料层和形成在与材料层相邻的透明基底的至少一个表面上的全息图案。因此，由于不需要复杂的电极结构来形成每一信息存储介质所必需的相位差，所以有源补偿装置的结构简化。

附图说明

图1示出了根据本发明实施例的兼容光学拾取器；

图2是应用于根据本发明的兼容光学拾取器的有源补偿装置的侧向截面图；

图3是图2的有源补偿装置的全息图案的平面图；

图4A和图4B是示出图2的有源补偿装置的操作原理的截面图；

图5是示出当全息元件由二氧化硅(silica)制成时根据全息图案的深度在408nm、785nm以及660nm波长下的衍射效率的曲线图；

图6是根据本发明的应用于图1的兼容光学拾取器的有源补偿装置的实施例的截面图；

图7A至图7D示出当基于表1和表2的数据设计有源补偿装置和物镜时根据施加到有源补偿装置中的电压的调节，用于蓝光盘(BD)、高清晰数字多功能盘(HD DVD)、数字多功能盘(DVD)和致密盘(CD)的光的光路；

图8A至图8D分别示出当基于表1和表2的数据设计的有源补偿装置和物镜被构造为针对BD、HD DVD、DVD和CD形成图7A至图7D的光路时的像差；

图9A至图9C分别示出当基于表3和表4的数据设计有源补偿装置和物镜时根据施加到有源补偿装置的电压的调节，针对BD、DVD和CD的像差；

图10示出了根据本发明另一实施例的兼容光学拾取器；

图11示出了采用根据本发明实施例的兼容光学拾取器的光学记录和/或再现设备。

具体实施方式

现在，将详细描述本发明的实施例，其示例示出于附图中，在附图中，相同的标号始终表示相同的部件。下面，将参照附图描述实施例以解释本发明。

图1示出了根据本发明实施例的兼容光学拾取器，该兼容光学拾取器可与数字多功能盘(DVD)10c、致密盘(CD)10d、蓝光盘(BD)10a、高清晰数字多功能盘(HD DVD)10b和/或其组合兼容。尽管在图1中，该兼容光学拾取器采用了用于CD 10d的光源和用于DVD 10c的光源二者，但是该兼容光学拾取器可仅包括这两个光源中的一个来与DVD 10c和CD 10d兼容。

如图1中所示，该兼容光学拾取器包括：光源11；物镜30，针对第一信息存储介质(例如，BD 10a)进行了优化；有源补偿装置20，根据所使用的信息存储介质的类型来有源地切换物镜30上的光的入射角；以及光学系统50(见图10)，与低密度信息存储介质(例如，DVD 10c和CD 10d)一起使用。

该兼容光学拾取器还可包括：光路改变器15，介于光源11和物镜30之间，用于改变光的光路；光电检测器18，接收被信息存储介质10反射并经过物镜30和光路改变器15的光；光路耦合器70，用于将从光学系统50发射的用于低密度信息存储介质的光的光路与从光源11发射的用于BD 10a和HD DVD 10b的光的光路耦合，以使得从光学系统50发射的用于低密度信息存储介质的光可被引导向物镜30。

光源11发射光，该光共同地用于具有预定格式的第一信息存储介质(例如，厚度约为0.1mm的BD 10a)和具有不同格式的第二信息存储介质(例如，厚度约为0.6mm的HD DVD 10b)。例如，当第一信息存储介质和第二信息存储介质分别是BD 10a和HD DVD 10b时，光源11发射波长约为400-420nm的蓝光。因此，光源11可以是发射波长约为400nm的蓝光的半导体激光器。

物镜30将入射光聚焦在信息存储介质10上。物镜30可以最适宜于BD10a，以使得当波长约为400nm的光入射到其上时，物镜30以大约0.85的有效数值孔径(NA)在厚度约为0.1mm的BD 10a上形成最佳光点。可选地，当兼容光学拾取器被形成为与HD DVD 10b以及低密度信息存储介质DVD10c和CD 10d兼容时，物镜30可最适宜于HD DVD10b，以使得当波长约为400nm的光入射到其上时，物镜30以大约0.65的有效NA在厚度约为0.6mm的HD DVD 10b上形成最佳光点。

如将在随后参照图2至图6描述的，有源补偿装置20包括至少一个材料层，该材料层介于两个透明基底之间，并且该材料层的折射率根据从电源25施加的电压而切换。在透明基底的表面上与材料层相邻地形成全息图案，以通过根据材料层的折射率选择性地衍射入射光来改变光的发散角。当材料层是取向(align)以仅针对具有预定偏振的光切换其折射率的液晶层时，有源补偿装置20可提供偏振选择性。

施加到材料层的电压被调节，以使得在适合用于具体应用的信息存储介质的光的特定波长下衍射效率最大。

例如，当具有物镜30所最适宜于的厚度的BD 10a被用作信息存储介质10以在信息存储介质10上记录信息/从信息存储介质10再现信息时，第一电压V1被施加到有源补偿装置20，以使得形成有全息图案的透明基底的折射率和液晶的折射率彼此基本相等，从而将光透射为平行光。当使用HD DVD10b(需要波长与BD 10a相同的光，但是其基底的厚度不同于BD 10a，并且需要不同于BD 10a的NA)时，第二电压V2被施加到有源补偿装置20，以使得形成有全息图案的透明基底的折射率与液晶的折射率彼此不同，从而使光衍射效率最大。

当使用例如DVD 10c的第三信息存储介质(需要波长不同于BD 10a的光以及不同于BD 10a的NA，且其基底的厚度不同于BD 10a)时，第三电压V3被施加到有源补偿装置20。这里，形成有全息图案的透明基底的折射率和液晶的折射率彼此不同，从而使得在用于DVD 10c的光源的波长下光衍射效率最大。

当使用例如CD 10d的第四信息存储介质(需要波长不同于BD 10a的光以及不同于BD 10a的NA，且其基底的厚度不同于BD 10a)时，第四电压V4被施加到有源补偿装置20。这里，形成有全息图案的透明基底的折射率和液晶的折射率彼此不同，从而使得在用于CD 10d的光源的波长下光衍射效率最大。

同时，如图10所示，用于低密度信息存储介质的光学系统50包括用于DVD 10c的第一光学模块51、用于CD 10d的第二光学模块53和分束器55，分束器55耦合从第一光学模块51和第二光学模块53入射的光的光路，以沿着相同的光路引导光并将信息存储介质10所反射的光引导向第一光学模块51和第二光学模块53。光学系统50包括用于DVD 10c和CD 10d的准直透镜59，该准直透镜59介于分束器55和光路耦合器70之间，用于使从第一光学模块51和第二光学模块53入射的光准直。如图10所示，监控光电检测器57监控从用于DVD 10c的第一光学模块51和用于CD 10d的第二光学模块53输出的光的量。

在本发明的实施例中，第一光学模块51包括用于DVD 10c的全息光学模块，该全息光学模块采用发射具有大约650nm的红波长的光(即，红光)的光源。第二光学模块53包括用于CD 10d的全息光学模块，该全息光学模块采用发射具有大约780nm的红波长的光(即，红外光)的光源。每一全息光学模块包括光源、检测信号的光电检测器以及全息图，该全息图无衍射地直接透射从光源发射的光，而将被信息存储介质10反射的光衍射为第一级光，以将光引导向光电检测器。全息光学模块还可包括形成在透明构件的与形成有全息图的表面相对的表面上的光栅图案，从而该光栅图案将入射光划分为至少三个光束以便利用3光束法检测循轨误差信号。全息光学模块是本领域所公知的。因此，将不对其进行详细解释。

可选地，为了与DVD 10c和/或CD 10d兼容地使用，兼容光学拾取器可包括光源和光电检测器分离地安装在其中的单独的光学系统。事实上，兼容光学拾取器中用于低密度信息存储介质的光学系统50的光学结构可以以各种方式来修改。

当兼容光学拾取器与BD 10a、HD DVD 10b、DVD 10c和CD 10d兼容时，用于低密度信息存储介质的光学系统50具有针对适合用于DVD 10c的光的每一波长和适合用于CD 10d的光的每一波长的有限远光学系统(finiteoptical system)。也就是说，在这种情况下，用于低密度信息存储介质的光学系统50包括用于DVD 10c的光学系统和用于CD 10d的光学系统，这两个光学系统都是有限远光学系统。

详细地讲，在这种情况下，从嵌入第一光学模块51中的用于DVD 10c的光源发射发散的光，类似地，从嵌入第二光学模块53中的用于CD 10d的光源发射发散的光。因此，当第一光学模块51和第二光学模块53以及准直透镜59被布置为生成用于DVD 10c的略微发散的光和用于CD 10d的略微发散的光时，用于低密度信息存储介质的光学系统50分别为用于DVD 10c的光和用于CD 10d的光形成有限远光学系统。

现在，将解释用于DVD 10c的光学系统和用于CD 10d的光学系统应该是有限远光学系统的原因。

当有源补偿装置20的电极结构被简化时，在施加到液晶的电压改变时，所有波长下的光的衍射角没有改变所期望的那么多。因此，针对包括HD DVD10b、DVD 10c和CD 10d的每一信息存储介质优化有源补偿装置20所产生的衍射角会是困难的。然而，如果有源补偿装置20被构造为以最佳衍射角衍射适合用于HD DVD 10b的蓝光，并且用于DVD 10c的光学系统和用于CD10d的光学系统是有限远光学系统，则适合用于DVD 10c的红光和适合用于CD 10d的红外光在入射到有源补偿装置20上时是发散的。因此，有源补偿装置20也以适当的衍射角衍射用于DVD 10c和CD 10d的光。

当如上所述兼容地使用BD 10a、HD DVD 10b、DVD 10c和CD 10d时，光源11的波长大约为400-420nm。当使用厚度为0.1mm的BD 10a时，物镜30的有效NA大约为0.85。由于通过有源补偿装置20调节光的发散角，并且由于用于低密度信息存储介质的光学系统50是有限远光学系统，所以当使用厚度大约为0.6mm的HD DVD 10b时，物镜30的有效NA大约为0.65。此外，当使用波长大约为650nm的光(适合用于DVD)以及厚度为0.6mm的DVD 10c时，物镜30的有效NA大约为0.60。当使用波长大约为780nm的光(适合用于CD)以及厚度大约为1.2mm的CD 10d时，物镜30的有效NA大约为0.45。

作为另一个示例，当光学拾取器被制成与BD 10a、DVD 10c和CD 10d或者HD DVD 10b、DVD 10c和CD 10d兼容时，用于DVD 10c的光学系统和用于CD 10d的光学系统中仅有一个是有限远光学系统，而另一个是无限远光学系统。

例如，用于DVD 10c的包括第一光学模块51和准直透镜59的光学系统是无限远光学系统，其中，通过准直透镜59准直的用于DVD 10c的光是平行光，而用于CD 10d的包括第二光学模块53和准直透镜59的光学系统是有限远光学系统，其中，通过准直透镜59准直的用于CD 10d的光可以是略微发散的光。在这种情况下，当采用BD 10a或HD DVD 10b时，根据施加的电压，有源补偿装置20无衍射地透射蓝光，并且以最佳衍射角衍射适合用于DVD 10c的红光。由于如上所述，用于CD的光学系统是有限远光学系统，所以当采用CD 10d时，具有红外波长的发散的光入射到有源补偿装置20上，从而使其能够以适当的衍射角衍射红外光。

光路耦合器70可以是根据入射光的波长选择性地透射或反射入射光的分色镜(dichroic mirror)。例如，分色镜可以反射从光源11入射的用于BD 10a和HD DVD 10b的蓝光，并可透射从用于低密度信息存储介质的光学系统50入射的用于CD 10d和DVD 10c的红光。

根据本发明实施例的兼容光学拾取器还包括介于光路改变器15和物镜30之间的四分之一波片19，用于改变入射光的偏振。详细地讲，当有源补偿装置20提供偏振选择性时，四分之一波片19被置于有源补偿装置20和物镜30之间。

在这种情况下，由于从光源11(即，半导体激光器)发射的光主要是第一线偏振光(例如，S偏振光)，所以根据施加的电压，有源补偿装置20衍射或者无衍射地透射从光源11入射的线偏振光，以改变光的发散角。所述光穿过四分之一波片19从而成为第一圆偏振光，然后被物镜30聚焦在信息存储介质10上。光被信息存储介质10反射从而成为第二圆偏振光，并再次穿过四分之一波片19以成为与第一线偏振光正交的第二线偏振光(例如，P偏振光)。

当在本发明的实施例中使用四分之一波片19时，兼容光学拾取器包括偏振依赖光学改变器15(例如，偏振分束器13)以增加光学拾取器的光效率。偏振分束器13根据入射光的偏振来选择性地透射或反射入射光，以将从光源11入射的线偏振光透射到物镜30，并将从信息存储介质10反射的正交的线偏振光反射到光电检测器18。

由于包括偏振分束器13和四分之一波片19的偏振光学系统，因此，可以在记录处理期间提高光效率。

当如上所述，有源补偿装置20提供偏振选择性时，四分之一波片19被置于有源补偿装置20和物镜30之间。然后，有源补偿装置20根据入射到信息存储介质10上的光的偏振并且根据从信息存储介质10反射的光的偏振来操作。当有源补偿装置20的材料层是液晶层时，有源补偿装置20包括两个液晶层，这两个液晶层取向以使得各个液晶层的液晶彼此垂直。第一液晶层可形成为对入射到信息存储介质10上的第一线偏振光(例如，S偏振光)起作用，而第二液晶层可形成为对从信息存储介质10反射的与第一线偏振光正交的第二线偏振光(例如，P偏振光)起作用。

可选地，在本发明的实施例中，有源补偿装置20包括：第一有源补偿单元，其中，第一液晶层根据入射到信息存储介质10上的光的偏振来操作；第二有源补偿单元，其中，第二液晶层根据从信息存储介质反射的光的偏振来操作。例如，当入射到信息存储介质上的光是S偏振光并且第一有源补偿单元被形成为对S偏振光起作用时，第二有源补偿单元被形成为对P偏振光起作用。第一有源补偿单元可被布置在光路改变器15和四分之一波片19之间的光路上，第二有源补偿单元可被布置在四分之一波片19和光电检测器18之间的光路上的任意位置。就改变偏振并选择性地衍射光而言，使用第一和第二有源补偿单元的结构与包括两个液晶层的一个有源补偿装置20根据入射光的偏振而操作的结构基本相同。由于从参照图1的描述中可以充分理解有源补偿单元的布置，所以将不再给出其重复的解释和示图。

在本发明的实施例中，兼容光学拾取器还包括：光栅12，用于将从光源11发射的光划分为至少三个光束；柱面透镜17，帮助检测由像散引起的聚焦误差信号。致动器35在聚焦、循轨和/或倾斜方向上驱动物镜30。监控光电检测器16监控从光源11输出的光。

图2是应用于根据本发明的兼容光学拾取器的有源补偿装置1的侧向截面图。

如图2所示，有源补偿装置1包括：第一透明基底2和第二透明基底7；材料层4，介于第一透明基底2和第二透明基底7之间，其折射率根据施加的电压而有源地切换；全息图案6，形成在第一透明基底2和第二透明基底7中的至少一个上。用于将电压施加到材料层4上的透明电极3和8分别形成在第一透明基底2和第二透明基底7上。

在本发明的实施例中，材料层4包括各向异性材料。这样，对于具有预定波长的入射光，材料层4的折射率和第一透明基底2和第二透明基底7中的形成有全息图案6的透明基底的折射率可以根据施加的电压而被有源地切换为彼此相等或者彼此不同。

材料层4包括液晶层，该液晶层的折射率根据施加的电压而被切换。当各个液晶取向时，液晶层提供偏振选择性。即，当各个液晶取向时，仅对于在与液晶指向矢的长轴方向相同的方向上偏振的光，液晶层的折射率才会根据施加的电压而被切换。然而，尽管施加的电压改变，但是对于在与液晶指向矢的长轴方向垂直的方向上偏振的光的折射率不改变。因此，当取向的液晶层被用作材料层4时，有源补偿装置1具有偏振选择性。

在本发明的另一实施例中，用作材料层4的液晶层的各个液晶没有沿为偏振选择性而设计的预定方向取向。即，例如，液晶水平地取向，或者取向为具有沿随机方向的预定的预倾斜角。因此，对于入射光，折射率可根据施加的电压而被切换，不依赖于入射光的偏振。

如在图2以及图4A和图4B中作为示例示出的，布置在有源补偿装置1的光入射到其上的一侧的第一透明基底2可以是平的基底，全息图案6可以形成在第二透明基底7上，其中，第二透明基底7布置在有源补偿装置1的光从其出射的一侧上。形成全息图案6的透明基底被称为全息基底5。

全息图案6形成在第二透明基底7的与材料层4相邻的表面上，从而根据材料层4的折射率的转换，全息图案6通过衍射入射光或者在不衍射入射光的情况下透射入射光来改变光的发散角。

图3是图2的有源补偿装置1的全息图案6的平面图。参照图3，水平轴和垂直轴表示全息图案6的半径范围(mm)，1.5mm的半径可对应于与0.85的NA相应的物镜30的半径范围(将在稍后描述)。

如图2和图3所示，在本发明的实施例中，全息图案6被形成为产生这样的相位分布，该相位分布与距离全息图案6的中心的半径的平方成比例。通过以旋转对称形式仅将值分配给全息光学元件(HOE)相位系数中的C2，而不将值分配给其它系数来获得全息图案6。可考虑有源补偿装置1所应用于的光学系统的其它光学元件的设计值，根据全息图系数(hologramcoefficient)的设计值来修改全息图案6。

全息图案6可如下形成。例如，在制造包括第二透明基底7和全息图案6(其产生如图2和图3中所示的与半径的平方成比例的相位分布)的全息基底5之后，形成由氧化铟锡(ITO)制成的透明电极8。透明电极8可形成在全息基底5的与形成有全息图案6的表面相对的表面上。可选地，透明电极8可恰好形成在全息基底5的形成有全息图案6的表面上。

制备由玻璃制成并形成有透明电极3的平的透明基底2。诸如液晶的各向异性材料被密封在平的透明基底2和全息基底5之间以形成材料层4，从而完成如图2中所示的有源补偿装置1。

图4A和图4B示出图2的有源补偿装置1的操作原理。

如图4A所示，当电压Va被施加到有源补偿装置1，从而使得全息基底5的折射率n1和液晶的折射率n2彼此相等时，入射光在没有被衍射的情况下透射。然而，如图4B所示，当电压Vb被施加，从而使得全息基底5的折射率n1不同于液晶材料的折射率n2’时，入射光被全息基底5的全息图案6衍射。因此，入射光的发散角被切换，以使得光被准直、会聚或发散。电压Va和Vb可根据液晶是否具有正或负的折射率各向异性，或者根据液晶是否水平地或垂直地取向而变化。此外，可根据入射光的波长并根据信息存储介质是HD DVD 10b、DVD 10c还是CD 10d来调节电压Vb。

图4A和图4B分别示出入射到有源补偿装置1上的平行光无衍射地被透射的情况和入射到有源补偿装置1上的平行光被衍射为第一级光从而成为发散光的情况。

衍射效率与全息基底5和液晶的折射率之差、全息图案6的深度以及入射光的波长有关。因此，有源补偿装置1可满足这样的条件：当全息基底5的折射率n1和液晶材料的折射率n2之差为Δn＝n1-n2，全息图案6的深度为d，入射光的波长为λ，并且衍射光是m级时，有源补偿装置1可由下面的方程给出：

(Δn·λ-1)d＝m·λ。    …(2)

当有源补偿装置1满足方程2时，衍射效率近似为100％。

当基于这样的原理根据施加的电压调节液晶的取向时，获得全息图案的深度关于入射光的波长而变化的效果。因此，如图5所示，获得每一需要的波长下的最大衍射效率。图5示出当全息元件包括二氧化硅时根据全息图案的深度在408nm、785nm和660nm的波长下的衍射效率。如图所示，408nm的波长下的衍射效率取决于第二级衍射光，660nm的波长下的衍射效率取决于第一级衍射光，785nm的波长下的衍射效率取决于第一级衍射光。

图6是另一实施例的有源补偿装置20的截面图，该有源补偿装置20被应用于图1的兼容光学拾取器。如图6所示，有源补偿装置20包括两个材料层4′和4″，这两个材料层4′和4″分别仅对入射到信息存储介质10上的光的偏振状态以及从信息存储介质10反射的光的偏振状态起作用。

此外，如图6所示，有源补偿装置20包括：第一透明基底2′、第二透明基底7′和第三透明基底7″；第一材料层4′和第二材料层4″，分别介于第一透明基底2′和第二透明基底7′之间以及第一透明基底2′和第三透明基底7″之间，它们的折射率根据施加的电压而有源地切换；第一全息图案6′和第二全息图案6″，分别形成在第二透明基底7′和第三透明基底7″的与第一材料层4′和第二材料层4″相邻的表面上。在第一透明基底2′、第二透明基底7′和第三透明基底7″上还形成用于将电压施加到第一材料层4′和第二材料层4″的透明电极3′、3″、8′和8″。

由于透明基底2′、7′和7″、材料层4′和4″、全息图案6′和6″以及透明电极3′、3″、8′和8″在其结构和功能方面基本上与参照图2和图4描述的有源补偿装置1的相同元件类似，因此将不再给出其详细描述。

尽管在图6中，第一全息图案6′和第二全息图案6″具有相同的形状，但是第一全息图案6′和第二全息图案6″的形状可变化。此外，尽管在图6中第一全息图案6′和第二全息图案6″形成在靠外的第二透明基底7′和第三透明基底7″的靠内的表面上，但是第一全息图案6′和第二全息图案6″也可形成在中间的第一透明基底2′的两个表面上。可选地，第一全息图案6′和第二全息图案6″中的任何一个可形成在第一透明基底2′上，另一个全息图案6′或6″可形成在第二透明基底7′或第三透明基底7″上。

尽管在图6中，有源补偿装置20使用三个透明基底2′、7′和7″，但是可使用两个透明基底，而不使用中间的第一透明基底2′，从而形成参照2至图4描述的两个有源补偿装置1相结合的结构。

尽管如图6所示构造了有源补偿装置20，但是分别与第一材料层4′和第二材料层4″相邻的第一全息图案6′和第二全息图案6″被形成为满足方程1。

这里，假设第一材料层4′对朝着信息存储介质10传播的第一线偏振光起作用，而第二材料层4″对被信息存储介质10反射并透射通过四分之一波片19的与第一线偏振光正交的第二线偏振光起作用。在这种情况下，当施加适当的电压以对预定波长的光实现最大衍射效率时，第一材料层4′的折射率被切换，以使得第一材料层4′和形成有第一全息图案6′的第二透明基底7′的折射率彼此不同。结果，朝着信息存储介质10传播的光被第一全息图案6′衍射，从而以预定的发散角发散。因此，当再现或记录厚度不同于最佳厚度的信息存储介质，例如HD DVD 10b、DVD 10c或CD 10d时，可校正由于厚度差异而引起的球面像差，其中，针对所述最佳厚度设计物镜30。

尽管朝着信息存储介质10传播的光被全息图案6′衍射，并且在入射到物镜30上时被认为是发散的，但是被信息存储介质10反射并通过物镜30朝着有源补偿装置20传播的光被认为是会聚的。当适当的电压被施加到有源补偿装置20的第二材料层4″时，第二材料层4″的折射率被切换，从而第二材料层4″和形成有第二全息图案6″的第三透明基底7″的折射率彼此不同。当第二材料层4″和第二全息图案6″与第一材料层4′和第一全息图案6′基本相同时，施加到第一材料层4′和第二材料层4″的电压可相同。由于折射率差异，所以被信息存储介质10反射的光被第二全息图案6″衍射，从而具有与从光源11和用于低密度信息存储介质的光学系统50入射到有源补偿装置20上的光的发散角相同的会聚角。即，被信息存储介质10反射的光变为平行光和略微会聚的光，以沿着相同的光路传播。因此，可检测高质量的再现和误差信号。

表1示出了用于由图1的兼容光学拾取器采用的物镜30和有源补偿装置20的设计数据，该兼容光学拾取器与BD 10a、HD DVD 10b、DVD 10c和CD 10d兼容。

如表1所示，根据表2中所总结的条件来设计物镜30和有源补偿装置20。即，在厚度为0.1mm的BD 10a的情况下，电压V1被施加到有源补偿装置20，从而使得有源补偿装置20无衍射地将波长为408nm的蓝光透射为第0级光，物镜30对于穿过有源补偿装置20的第0级光具有0.85的NA和2.35mm的焦距。

在厚度为0.6mm的HD DVD 10b的情况下，电压V2被施加到有源补偿装置20，以使得有源补偿装置20将波长为408nm的光衍射为第二级光，以改变物镜30上的光的入射角，物镜对于该第二级光具有0.65的NA和2.35mm的焦距。

在厚度为0.6mm的DVD 10c的情况下，电压V3被施加到有源补偿装置20，以使得有源补偿装置20将波长为660nm的略微发散的光衍射为第一级光，以改变物镜30上的光的入射角，物镜30对于该第一级光具有0.65的NA和2.45mm的焦距。

在厚度为1.2mm的CD 10d的情况下，电压V4被施加到有源补偿装置20，以使得有源补偿装置20能够将波长为785nm的发散的光衍射为第一级光，以改变物镜30上的光的入射角，物镜30对于该第一级光可具有0.47的NA和2.47mm的焦距。

如表2中所示，表1的设计数据示出用于BD 10a和HD DVD 10b的光学系统是无限远光学系统，用于DVD 10c和CD 10d的光学系统是有限远光学系统。

表1

表2

现在，将解释如表1所示仅在一个表面S4上形成有全息图案的原因。当如图6所示，有源补偿装置20包括两个材料层4′和4″以及与两个材料层4′和4″相邻地形成在透明基底7′和7″的表面上的全息图案6′和6″时，两个材料层4′和4″分别对偏振彼此正交的光起作用。

因此，朝着信息存储介质10传播的光受到两个全息图案6′和6″中的一个的影响，被信息存储介质10反射的光受到两个全息图案6′和6″中的另一个的影响。因此，在两种情况下，朝着信息存储介质10传播的光和被信息存储介质10反射的光都基本上仅受到各自光路上的一个全息图案的影响。

表1示出影响朝着信息存储介质10传播的光的全息图案形成在透明基底的表面S4上。相反，影响被信息存储介质10反射的光的全息图案可形成在另一透明基底的表面S2或S3上。即，当比较朝着信息存储介质传播的光和被信息存储介质10反射的光时，仅形成有全息图案的表面的位置不同。

参照表1和表2，当使用BD 10a时，有源补偿装置20被操作以透射具有蓝波长的平行光作为第0级光。当采用HD DVD 10b时，有源补偿装置20被操作以将具有蓝波长的平行光衍射为第二级光。当采用DVD 10c或CD 10d时，有源补偿装置20被操作以将具有红波长或红外波长的发散光衍射为第一级光。由于材料层4比透明基底薄很多，所以在设计阶段不需要考虑材料层4的厚度。

表1中的形成有影响朝着信息存储介质10传播的光的全息图案的表面S4与材料层4接触。C1、C2、C3和C4各自表示全息图系数。

表1中的S8和S9表示物镜30的非球面透镜表面，K表示非球面的方程中的二次曲面系数(conic coefficient)，A、B、C、D、E、F、G、H和J各自表示非球面系数。

以旋转对称形式，HOE相位系数由下面的方程给出：

其中，C_n表示全息图系数，r表示曲率半径，λ₀表示波长，

表示相位。

如表1中所示，物镜30的两个透镜表面都是非球面。当距离非球面的顶点的深度为z时，物镜30的两个非球面的方程如下：

$z=\frac{{\mathrm{ch}}^2}{1+\sqrt{1-(1+K)c^2{h}^2}}+{\mathrm{Ah}}^4+{\mathrm{Bh}}^6+{\mathrm{Ch}}^8+{\mathrm{Dh}}^{10}+{\mathrm{Eh}}^{12}+{\mathrm{Fh}}^{14}+{\mathrm{Gh}}^{16}+{\mathrm{Hh}}^{18}+{\mathrm{Jh}}^{20}...\left(4\right)$

其中，h表示距离光轴的高度，c表示曲率，K表示二次曲面系数，A至J表示非球面系数。

图7A至图7D示出当使用用表1和表2的数据设计的物镜30和有源补偿装置20时的光的光路。图7A示出电压V1被施加到有源补偿装置20，以使得波长为408nm的入射光被无衍射地透射第二级光，从而聚焦到BD 10a上的情况。图7B示出电压V2被施加到有源补偿装置20，以使得波长为408nm的入射光被有源补偿装置20衍射为第二级光，以被聚焦到HD DVD 10b上，从而校正由于HD DVD 10b的厚度与物镜30针对其进行设计的光盘厚度之间的差异而引起的球面像差的情况。图7C示出电压V3被施加到有源补偿装置20，以使得波长为660nm的入射的发散的红光被有源补偿装置20衍射为第一级光以被聚焦到DVD 10c上，从而校正由于DVD 10c的厚度与物镜30针对其进行设计的光盘厚度之间的差异而引起的球面像差的情况。图7D示出电压V4被施加到有源补偿装置20，以使得具有785nm的红外波长的入射发散光被有源补偿装置20衍射为第一级光以被聚焦到CD 10d上，从而校正由于CD 10d的厚度与物镜30针对其进行设计的光盘厚度之间的差异而引起的球面像差的情况。

图8A至图8D分别示出当使用BD 10a、HD DVD 10b、DVD 10c和CD10d时，在基于表1和表2的数据设计的有源补偿装置20和物镜30被构造为形成图7A至图7D的光路时的球面像差。如图8A至图8D所示，由于包括有源补偿装置20和物镜30的光学拾取器针对BD 10a、HD DVD 10b、DVD10c和CD 10d具有极好的像差补偿，所以该光学拾取器可与BD 10a、HD DVD10b、DVD 10c和CD 10d兼容。

尽管在上述实施例中，有源补偿装置20和物镜30与BD 10a、HD DVD10b、DVD 10c和CD 10d兼容，但是应当理解的是，本实施例的兼容光学拾取器的有源补偿装置20和物镜30可形成为与DVD 10c、CD 10d以及BD 10a和HD DVD 10b中的任意一种兼容。

表3示出用于物镜30和有源补偿装置20的不同的设计数据。采用利用表3的数据设计的物镜30和有源补偿装置20的兼容光学拾取器可与BD 10a、DVD 10c和CD 10d兼容。

如表3中所示，考虑表4中所总结的条件来设计物镜30和有源补偿装置20。即，在厚度为0.1mm的BD 10a的情况下，电压V1被施加到有源补偿装置20，从而使得有源补偿装置20无衍射地将波长为408nm的蓝光透射为第0级光。这里，物镜30具有0.85的NA和2.35mm的焦距。在厚度为0.6mm的DVD 10c的情况下，电压V3被施加到有源补偿装置20，以使得有源补偿装置20将波长为660nm的平行光衍射为第一级光，以改变物镜30上的光的入射角。这里，物镜30具有0.65的NA和2.45mm的焦距。此外，在厚度为1.2mm的CD 10d的情况下，电压V4被施加到有源补偿装置20，以使得有源补偿装置20将波长为785nm的发散的光衍射为第一级光，以改变物镜30上的光的入射角。这里，物镜30可具有0.47的NA和2.47mm的焦距。如表4中所示，表3的设计数据示出用于BD 10a和HD DVD 10b的光学系统是其中物面的位置无限远的无限远光学系统，用于CD 10d的光学系统是其中物面的位置有限远的有限远光学系统。

表3

表4

在表3中仅在一个表面S4上形成有全息图案的原因与参照表1所描述的原因相同。

参照表3和表4，当使用BD 10a时，有源补偿装置20透射具有蓝波长的平行光作为第0级光。当采用DVD 10c时，有源补偿装置20将具有红波长的平行光衍射为第一级光。当采用CD 10d时，有源补偿装置20将具有红外波长的发散的光衍射为第一级光。由于折射率被切换的材料层比透明基底薄很多，所以在设计阶段不需要考虑材料层的厚度。

图9A至图9C分别示出当根据盘来调节施加到基于表3和表4的数据设计的有源补偿装置20的电压时针对BD 10a、DVD 10c和CD 10d的球面像差。参照图9A至图9C，由于采用基于表3和表4的数据设计的有源补偿装置20和物镜30的光学拾取器对于BD 10a、DVD 10c和CD 10d具有极好的像差校正，所以该光学拾取器可与BD 10a、DVD 10c和CD 10d兼容。

在本发明的另一实施例中，有源补偿装置20和物镜30与HD DVD 10b、DVD 10c和CD 10d兼容。在这种情况下，当使用HD DVD 10b时，有源补偿装置20透射具有蓝波长的平行光作为第0级光；当使用DVD 10c时，有源补偿装置20将具有红波长的平行光衍射为第一级光；当使用CD 10d时，有源补偿装置20将具有红外波长的发散的光衍射为第一级光。因此，该兼容光学拾取器可与HD DVD 10b、DVD 10c和CD 10d兼容。

根据本实施例的兼容光学拾取器，当厚度不同于物镜30针对其进行设计的厚度的信息存储介质被使用时，通过有源补偿装置20的全息图案之一来调节入射到物镜30上的光的角度，以校正由于厚度差异而引起的球面像差，从而在信息存储介质10上形成最佳光点。

此外，被信息存储介质10反射并作为会聚的光入射到有源补偿装置20上的光被另一全息图案衍射，从而具有与从光源11和用于低密度信息存储介质的光学系统50发射的光的发散角基本相等的会聚角。这样，可检测高质量的再现和误差信号。

尽管兼容光学拾取器包括两个材料层以及一个或两个单独的有源补偿装置，其中，这两个材料层的折射率可分别根据朝着信息存储介质10传播的偏振光以及被信息存储介质10反射的正交的偏振光来被切换，并且在所述一个或两个单独的有源补偿装置中在透明层的表面上与每一材料层相邻地形成全息图案，但是根据本发明各方面的光学拾取器可仅包括一个没有偏振选择性的有源补偿装置。

图10示出根据本发明另一实施例的兼容光学拾取器。除了没有偏振选择性的有源补偿装置120之外，图10的光学拾取器与图1的兼容光学拾取器相同或相似。由相同标号表示相同部件，将不再给出其重复的解释。

如图10所示，有源补偿装置120包括一个材料层。然而，该材料层的折射率可不考虑偏振而针对所有入射光进行切换。例如，该材料层可以是液晶层，并且该液晶层可沿随机方向取向，这将使得无论偏振如何，都能根据施加的电压针对所有入射光进行材料层的折射率的切换。即，液晶可水平取向或者沿随机方向以预定的预倾斜角取向。在这种情况下，当施加预定电压从而材料层和透明基底的折射率彼此不同时，由于材料层和透明基底的折射率差异，被引导向信息存储介质10的第一偏振光(例如，P偏振光)穿过材料层从而被全息图案衍射。因此，物镜30上的光的入射角被改变，从而校正球面像差。被信息存储介质10反射的第二偏振光(例如，S偏振光)穿过材料层以被衍射，以改变发散角，从而补偿为补偿球面像差而产生的发散角。因此，可检测高质量的再现和误差信号。

当有源补偿装置20不具有偏振选择性时，不需要在有源补偿装置120和物镜30之间布置四分之一波片19，四分之一波片19可沿着偏振分束器13和物镜30之间的光路被布置在任意位置。

根据本实施例的兼容光学拾取器还可使用以预定比例透射和反射入射光的分束器，来代替组合了偏振分束器13和四分之一波片19的偏振光学系统。

如上所述，该兼容光学拾取器利用一个物镜来与三种或更多种信息存储介质标准兼容。由于位于两个透明基底之间用于校正由于不同信息存储介质标准之间的差异而引起的像差的具有预定深度的全息图案，该兼容光学拾取器使每一波长下的衍射效率最大化，因此，提高了发光效率。由于不需要复杂的电极结构来生成每一信息存储介质所必需的相位差，所以该有源补偿装置的结构比传统的有源补偿装置的结构简单。

图11示出了采用根据本发明的兼容光学拾取器的光学记录和/或再现设备。如图11所示，该光学记录和/或再现设备包括：心轴马达312，用于使信息存储介质10旋转；光学拾取器300，在信息存储介质10的半径方向上可运动以将信息记录在信息存储介质10和/或从信息存储介质10再现信息；驱动单元307，驱动心轴马达312和光学拾取器300；控制单元309，用于控制光学拾取器300的聚焦、循轨和/或倾斜伺服。标号352表示转盘，标号353表示夹持信息存储介质的夹具。

光学拾取器300具有根据本发明的各个实施例中的任一个的光学系统。

被光盘10反射的光被光学拾取器300的光电检测器检测到，从而被转换为电信号。电信号通过驱动单元307被输入到控制单元309。驱动单元307控制心轴马达312的旋转速度，放大输入的信号，并驱动光学拾取器300。控制单元309为驱动单元307提供基于从驱动单元307重新输入的信号进行调节的聚焦伺服、循轨伺服和/或倾斜伺服命令，以使光学拾取器300能够执行聚焦、循轨和/或倾斜操作。采用兼容光学拾取器300的光学记录和/或再现设备可与BD 10a和HD DVD 10b中的至少一种以及DVD 10c和CD 10d中的至少一种兼容，并通过使用有源补偿装置20，使被引导向信息存储介质10的光的量最大化而基本不会有光损失，从而保证相对高的发光效率。由于该光学记录和/或再现设备仅使用一个物镜30，所以与包括一个透镜支架和两个或更多个物镜的传统致动器相比，实现了高速操作。

权利要求书(按照条约第19条的修改)

1. 一种兼容光学拾取器，包括：

光源，发射光；

物镜，对光进行聚焦以使其入射到信息存储介质上，该物镜被优化为用于从所述光源发射的光所照射到的第一信息存储介质；

第一光学系统，发射适合用于第二信息存储介质的光，该第一光学系统被构造为有限远光学系统；和

有源补偿装置，当在数据记录/再现操作中使用第三信息存储介质或第二信息存储介质时，该有源补偿装置有源地切换物镜上的光的入射角，该第三信息存储介质具有不同于第一和第二信息存储介质的格式，

其中，所述有源补偿装置包括：

多个透明基底；和

至少一个材料层，介于所述多个基底之间，所述材料层的折射率根据施加的电压而被有源地切换，

其中，与材料层相邻地形成在至少一个透明基底的表面上的全息图案根据材料层的折射率的改变通过衍射入射光或者无衍射地透射入射光来改变光的发散角，

其中，根据在数据记录/再现操作中使用的应用的信息存储介质来调节施加到材料层的电压，其中，所述第一和第三信息存储介质分别是蓝光盘(BD)和高清晰数字多功能盘(HD DVD)，或者分别是HD DVD和BD，所述第二信息存储介质是数字多功能盘(DVD)和致密盘(CD)中的至少一种，其中，第一光学系统发射适合于在DVD和CD中的至少一个上记录或再现信息的光。

2. 如权利要求1所述的兼容光学拾取器，其中，所述光源发射的光的波长大约为400nm，第一信息存储介质的厚度大约为0.1mm，物镜对于第一信息存储介质的有效数值孔径大约为0.85；

适合用于DVD的光的波长大约为650nm，DVD的厚度大约为0.6mm，物镜对于DVD的有效数值孔径大约为0.60；

适合用于CD的光的波长大约为780nm，CD的厚度大约为1.2mm，物镜对于CD的有效数值孔径大约为0.45；

第三信息存储介质的厚度大约为0.6mm，物镜对于第三信息存储介质的有效数值孔径大约为0.65。

3. 如权利要求1所述的兼容光学拾取器，还包括：

光路改变器，介于所述光源和物镜之间，用于改变光的光路；

光电检测器，接收被第一信息存储介质反射并经过物镜和光路改变器的光；和

光路耦合器，将从第一光学系统发射的光的光路与从所述光源发射的光的光路耦合，以使得从第一光学系统发射的光被引导向物镜。

4. 一种兼容光学拾取器，包括：

光源，发射光；

物镜，对光进行聚焦以使其入射到信息存储介质上，该物镜被优化为用于从所述光源发射的光所照射到的第一信息存储介质；

第一光学系统，发射适合用于第二信息存储介质的光，该第一光学系统被构造为有限远光学系统；和

有源补偿装置，当在数据记录/再现操作中使用第三信息存储介质或第二信息存储介质时，该有源补偿装置有源地切换物镜上的光的入射角，该第三信息存储介质具有不同于第一和第二信息存储介质的格式的格式；和

第二光学系统，发射用于将信息记录到第三信息存储介质上和/或从第三信息存储介质再现信息的光，其中，所述第一信息存储介质是BD和HD DVD中的任何一种，第二和第三信息存储介质分别是DVD和CD，或者分别是CD和DVD，

其中，所述有源补偿装置包括：

多个透明基底；和

至少一个材料层，介于所述多个基底之间，所述材料层的折射率根据施加的电压而被有源地切换，

其中，与材料层相邻地形成在至少一个透明基底的表面上的全息图案根据材料层的折射率的改变通过衍射入射光或者无衍射地透射入射光来改变光的发散角，

其中，根据在数据记录/再现操作中使用的应用的信息存储介质来调节施加到材料层的电压。

5. 如权利要求4所述的兼容光学拾取器，其中，所述第二光学系统包括无限远光学系统。

6. 如权利要求4所述的兼容光学拾取器，其中，所述光源发射的光的波长大约为400nm，第一信息存储介质的厚度以及物镜对于第一信息存储介质的有效数值孔径分别为大约0.1mm和0.85，或者分别为大约0.6mm和0.65；

适合用于DVD的光的波长大约为650nm，DVD的厚度大约为0.6mm，物镜对于DVD的有效数值孔径大约为0.60；

适合用于CD的光的波长大约为780nm，CD的厚度大约为1.2mm，物镜对于CD的有效数值孔径大约为0.45。

7. 如权利要求4所述的兼容光学拾取器，还包括：

光路改变器，介于所述光源和物镜之间，用于改变光的光路；

光电检测器，接收被第一信息存储介质反射并经过物镜和光路改变器的光；和

光路耦合器，将从第一光学系统和第二光学系统发射的光的光路与从所述光源发射的光的光路耦合，以使得从第一光学系统和第二光学系统发射的光被引导向物镜。

8. 如权利要求1或5所述的兼容光学拾取器，其中，所述光源发射波长大约为400nm的光。

9. 如权利要求1或5所述的兼容光学拾取器，其中，当形成有全息图案的透明基底的折射率与材料层的折射率之差为Δn，全息图案的深度为d，入射光的波长为λ，并且衍射光为m级时，全息图案的深度满足：

(Δn·λ-1)d＝m·λ。

10. 如权利要求1或5所述的兼容光学拾取器，其中，所述有源补偿装置分别对入射到信息存储介质上的光的偏振和被信息存储介质反射的光的偏振起作用。

11. 如权利要求10所述的兼容光学拾取器，还包括：四分之一波片，置于有源补偿装置和信息存储介质之间，用于改变入射光的偏振。

12. 如权利要求10所述的兼容光学拾取器，其中，有源补偿装置的材料层和全息图案分别包括：

第一材料层和第一全息图案，对入射到信息存储介质上的光起作用；和

第二材料层和第二全息图案，对被信息存储介质反射的光起作用。

13. 如权利要求1或5所述的兼容光学拾取器，其中，所述有源补偿装置不考虑光的偏振而切换所述光源所发射的光的入射角。

14. 一种光学记录和/或再现设备，包括：

如权利要求1或5所述的光学拾取器，沿着信息存储介质的径向可运动，用于将信息记录到信息存储介质上和/或从信息存储介质再现信息；和

控制单元，控制所述光学拾取器。

15. 如权利要求14所述的光学记录和/或再现设备，其中，所述光源发射的光的波长大约为400nm，第一信息存储介质的厚度大约为0.1mm，物镜对于第一信息存储介质的有效数值孔径大约为0.85；

适合用于DVD的光的波长大约为650nm，DVD的厚度大约为0.6mm，物镜对于DVD的有效数值孔径大约为0.60；

适合用于CD的光的波长大约为780nm，CD的厚度大约为1.2mm，物镜对于CD的有效数值孔径大约为0.45；

第三信息存储介质的厚度大约为0.6mm，物镜对于第三信息存储介质的有效数值孔径大约为0.65。

16. 如权利要求14所述的光学记录和/或再现设备，还包括：

光路改变器，介于所述光源和物镜之间，用于改变光的光路；

光电检测器，接收被第一信息存储介质反射并经过物镜和光路改变器的光；和

光路耦合器，将从第一光学系统发射的光的光路与从所述光源发射的光的光路耦合，以使得从第一光学系统发射的光被引导向物镜。

17. 如权利要求14所述的光学记录和/或再现设备，其中，所述第二光学系统包括无限远光学系统。

18. 如权利要求14所述的光学记录和/或再现设备，其中，所述光源发射的光的波长大约为400nm，第一信息存储介质的厚度以及物镜对于第一信息存储介质的有效数值孔径分别为大约0.1mm和0.85，或者分别为大约0.6mm和0.65；

适合用于DVD的光的波长大约为650nm，DVD的厚度大约为0.6mm，物镜对于DVD的有效数值孔径大约为0.60；

适合用于CD的光的波长大约为780nm，CD的厚度大约为1.2mm，物镜对于CD的有效数值孔径大约为0.45。

19. 如权利要求14所述的光学记录和/或再现设备，还包括：

光路改变器，介于所述光源和物镜之间，用于改变光的光路；

光电检测器，接收被第一信息存储介质反射并经过物镜和光路改变器的光；和

光路耦合器，将从第一光学系统和第二光学系统发射的光的光路与从所述光源发射的光的光路耦合，以使得从第一光学系统和第二光学系统发射的光被引导向物镜。

20. 如权利要求14所述的光学记录和/或再现设备，其中，所述光源发射波长大约为400nm的光。

21. 如权利要求14所述的光学记录和/或再现设备，其中，当形成有全息图案的透明基底的折射率与材料层的折射率之差为Δn，全息图案的深度为d，入射光的波长为λ，并且衍射光为m级时，全息图案的深度满足：

(Δn·λ-1)d＝m·λ。

22. 如权利要求14所述的光学记录和/或再现设备，其中，所述有源补偿装置分别对入射到信息存储介质上的光的偏振和被信息存储介质反射的光的偏振起作用。

23. 如权利要求22所述的光学记录和/或再现设备，还包括：四分之一波片，置于有源补偿装置和信息存储介质之间，用于改变入射光的偏振。

24. 如权利要求22所述的光学记录和/或再现设备，其中，有源补偿装置的材料层和全息图案分别包括：

第一材料层和第一全息图案，对入射到信息存储介质上的光起作用；和

第二材料层和第二全息图案，对被信息存储介质反射的光起作用。

25. 如权利要求14所述的光学记录和/或再现设备，其中，所述有源补偿装置不考虑光的偏振而切换所述光源所发射的光的入射角。

26. 一种用于在各种类型的盘和光学拾取器之间提供兼容性的有源补偿装置，所述光学拾取器包括发射光的光源、被优化为用于第一盘的物镜以及发射适合用于第二盘的光的第一有限远光学系统，当使用具有不同于第一盘和第二盘的格式的第三盘或第二盘时，该有源补偿装置切换物镜上的光的入射角，以使得物镜被有效地优化为用于第二盘或第三盘，

其中，所述有源补偿装置包括：

第一和第二透明基底；

两个材料层，仅对入射到信息存储介质上的光的偏振状态和从信息存储介质反射的光的偏振状态起作用，这两个材料层介于第一和第二透明基底之间，并且其折射率根据施加的电压而被有源地切换；

全息图案，形成在第一和第二透明基底中的至少一个上；和

透明电极，分别形成在第一和第二透明基底上，用于向材料层施加电压。

27. 如权利要求26所述的有源补偿装置，其中，所述第一盘、第二盘和第三盘是光盘。

28. 如权利要求26所述的有源补偿装置，其中，所述材料层包括各向异性材料。

29. 如权利要求26所述的有源补偿装置，其中，所述材料层包括折射率根据施加的电压而被切换的液晶层。

30. 如权利要求29所述的有源补偿装置，其中，所述液晶层中的各个液晶取向以提供偏振选择性。

31. 如权利要求29所述的有源补偿装置，其中，所述液晶层中的各个液晶根据预定的排列取向。

32. 如权利要求26所述的有源补偿装置，其中，所述全息图案根据材料层的折射率的转换，通过衍射入射光或者在不衍射入射光的情况下透射入射光来改变光的发散角。

33. 如权利要求32所述的有源补偿装置，其中，所述全息图案产生与距离全息图案的中心的半径的平方成比例的相位分布。

34. 一种用于在各种类型的盘和光学拾取器之间提供兼容性的有源补偿装置，所述光学拾取器包括发射光的光源、被优化为用于第一盘的物镜以及发射适合用于第二盘的光的第一有限远光学系统，当使用具有不同于第一盘和第二盘的格式的第三盘或第二盘时，该有源补偿装置切换物镜上的光的入射角，以使得物镜被有效地优化为用于第二盘或第三盘，

其中，所述有源补偿装置包括：

第一、第二和第三透明基底；

两个液晶层，仅对入射到第一盘上的光的偏振状态和从第一盘反射的光的偏振状态起作用，所述材料层介于第一、第二和第三透明基底之间，并且其折射率根据施加的电压而被有源地切换；

第一和第二全息图案，分别形成在第二和第三透明基底上；和

第一至第四透明电极，分别形成在第一、第二和第三透明基底上，用于向第一和第二材料层施加电压。

Claims (42)

1. 一种兼容光学拾取器，包括：

光源，发射光；

物镜，对光进行聚焦以使其入射到信息存储介质上，该物镜被优化为用于从所述光源发射的光所照射到的第一信息存储介质；

第一光学系统，发射适合用于第二信息存储介质的光，该第一光学系统被构造为有限远光学系统；和

有源补偿装置，当在数据记录/再现操作中使用第三信息存储介质或第二信息存储介质时，该有源补偿装置有源地切换物镜上的光的入射角，该第三信息存储介质具有不同于第一和第二信息存储介质的格式，

其中，所述有源补偿装置包括：

多个透明基底；和

至少一个材料层，介于所述多个基底之间，所述材料层的折射率根据施加的电压而被有源地切换，

其中，与材料层相邻地形成在至少一个透明基底的表面上的全息图案根据材料层的折射率的改变通过衍射入射光或者无衍射地透射入射光来改变光的发散角，

其中，根据在数据记录/再现操作中使用的应用的信息存储介质来调节施加到材料层的电压。

2. 如权利要求1所述的兼容光学拾取器，其中，所述第一和第三信息存储介质分别是蓝光盘(BD)和高清晰数字多功能盘(HD DVD)，或者分别是HD DVD和BD，所述第二信息存储介质是数字多功能盘(DVD)和致密盘(CD)中的至少一种，其中，第一光学系统发射适合于在DVD和CD中的至少一个上记录或再现信息的光。

3. 如权利要求2所述的兼容光学拾取器，其中，所述光源发射的光的波长大约为400nm，第一信息存储介质的厚度大约为0.1mm，物镜对于第一信息存储介质的有效数值孔径大约为0.85；

适合用于DVD的光的波长大约为650nm，DVD的厚度大约为0.6mm，物镜对于DVD的有效数值孔径大约为0.60；

适合用于CD的光的波长大约为780nm，CD的厚度大约为1.2mm，物镜对于CD的有效数值孔径大约为0.45；

第三信息存储介质的厚度大约为0.6mm，物镜对于第三信息存储介质的有效数值孔径大约为0.65。

4. 如权利要求2所述的兼容光学拾取器，还包括：

光路改变器，介于所述光源和物镜之间，用于改变光的光路；

光电检测器，接收被第一信息存储介质反射并经过物镜和光路改变器的光；和

光路耦合器，将从第一光学系统发射的光的光路与从所述光源发射的光的光路耦合，以使得从第一光学系统发射的光被引导向物镜。

5. 如权利要求1所述的兼容光学拾取器，还包括：第二光学系统，发射用于将信息记录到第三信息存储介质上和/或从第三信息存储介质再现信息的光，其中，所述第一信息存储介质是BD和HD DVD中的任何一种，第二和第三信息存储介质分别是DVD和CD，或者分别是CD和DVD。

6. 如权利要求5所述的兼容光学拾取器，其中，所述第二光学系统包括无限远光学系统。

7. 如权利要求5所述的兼容光学拾取器，其中，所述光源发射的光的波长大约为400nm，第一信息存储介质的厚度以及物镜对于第一信息存储介质的有效数值孔径分别为大约0.1mm和0.85，或者分别为大约0.6mm和0.65；

适合用于DVD的光的波长大约为650nm，DVD的厚度大约为0.6mm，物镜对于DVD的有效数值孔径大约为0.60；

适合用于CD的光的波长大约为780nm，CD的厚度大约为1.2mm，物镜对于CD的有效数值孔径大约为0.45。

8. 如权利要求5所述的兼容光学拾取器，还包括：

光路改变器，介于所述光源和物镜之间，用于改变光的光路；

光电检测器，接收被第一信息存储介质反射并经过物镜和光路改变器的光；和

光路耦合器，将从第一光学系统和第二光学系统发射的光的光路与从所述光源发射的光的光路耦合，以使得从第一光学系统和第二光学系统发射的光被引导向物镜。

9. 如权利要求1所述的兼容光学拾取器，其中，所述光源发射波长大约为400nm的光。

10. 如权利要求1所述的兼容光学拾取器，其中，当形成有全息图案的透明基底的折射率与材料层的折射率之差为Δn，全息图案的深度为d，入射光的波长为λ，并且衍射光为m级时，全息图案的深度满足：

(Δn·λ-1)d＝m·λ。

11. 如权利要求1所述的兼容光学拾取器，其中，所述有源补偿装置分别对入射到信息存储介质上的光的偏振和被信息存储介质反射的光的偏振起作用。

12. 如权利要求11所述的兼容光学拾取器，还包括：四分之一波片，置于有源补偿装置和信息存储介质之间，用于改变入射光的偏振。

13. 如权利要求11所述的兼容光学拾取器，其中，有源补偿装置的材料层和全息图案分别包括：

第一材料层和第一全息图案，对入射到信息存储介质上的光起作用；和

第二材料层和第二全息图案，对被信息存储介质反射的光起作用。

14. 如权利要求1所述的兼容光学拾取器，其中，所述有源补偿装置不考虑光的偏振而切换所述光源所发射的光的入射角。

15. 一种光学记录和/或再现设备，包括：

如权利要求1所述的光学拾取器，沿着信息存储介质的径向可运动，用于将信息记录到信息存储介质上和/或从信息存储介质再现信息；和

控制单元，控制所述光学拾取器。

16. 如权利要求15所述的光学记录和/或再现设备，其中，所述第一和第三信息存储介质分别是蓝光盘(BD)和高清晰数字多功能盘(HD DVD)，或者分别是HD DVD和BD，所述第二信息存储介质是数字多功能盘(DVD)和致密盘(CD)中的至少一种，其中，第一光学系统发射适合于在DVD和CD中的至少一个上记录或再现信息的光。

17. 如权利要求16所述的光学记录和/或再现设备，其中，所述光源发射的光的波长大约为400nm，第一信息存储介质的厚度大约为0.1mm，物镜对于第一信息存储介质的有效数值孔径大约为0.85；

适合用于DVD的光的波长大约为650nm，DVD的厚度大约为0.6mm，物镜对于DVD的有效数值孔径大约为0.60；

适合用于CD的光的波长大约为780nm，CD的厚度大约为1.2mm，物镜对于CD的有效数值孔径大约为0.45；

第三信息存储介质的厚度大约为0.6mm，物镜对于第三信息存储介质的有效数值孔径大约为0.65。

18. 如权利要求16所述的光学记录和/或再现设备，还包括：

光路改变器，介于所述光源和物镜之间，用于改变光的光路；

光电检测器，接收被第一信息存储介质反射并经过物镜和光路改变器的光；和

光路耦合器，将从第一光学系统发射的光的光路与从所述光源发射的光的光路耦合，以使得从第一光学系统发射的光被引导向物镜。

19. 如权利要求15所述的光学记录和/或再现设备，还包括：第二光学系统，发射用于将信息记录到第三信息存储介质上和/或从第三信息存储介质再现信息的光，其中，所述第一信息存储介质是BD和HD DVD中的任何一种，第二和第三信息存储介质分别是DVD和CD，或者分别是CD和DVD。

20. 如权利要求19所述的光学记录和/或再现设备，其中，所述第二光学系统包括无限远光学系统。

21. 如权利要求19所述的光学记录和/或再现设备，其中，所述光源发射的光的波长大约为400nm，第一信息存储介质的厚度以及物镜对于第一信息存储介质的有效数值孔径分别为大约0.1mm和0.85，或者分别为大约0.6mm和0.65；

适合用于DVD的光的波长大约为650nm，DVD的厚度大约为0.6mm，物镜对于DVD的有效数值孔径大约为0.60；

适合用于CD的光的波长大约为780nm，CD的厚度大约为1.2mm，物镜对于CD的有效数值孔径大约为0.45。

22. 如权利要求19所述的光学记录和/或再现设备，还包括：

光路改变器，介于所述光源和物镜之间，用于改变光的光路；

光电检测器，接收被第一信息存储介质反射并经过物镜和光路改变器的光；和

光路耦合器，将从第一光学系统和第二光学系统发射的光的光路与从所述光源发射的光的光路耦合，以使得从第一光学系统和第二光学系统发射的光被引导向物镜。

23. 如权利要求15所述的光学记录和/或再现设备，其中，所述光源发射波长大约为400nm的光。

24. 如权利要求15所述的光学记录和/或再现设备，其中，当形成有全息图案的透明基底的折射率与材料层的折射率之差为Δn，全息图案的深度为d，入射光的波长为λ，并且衍射光为m级时，全息图案的深度满足：

(Δn·λ-1)d＝m·λ。

25. 如权利要求15所述的光学记录和/或再现设备，其中，所述有源补偿装置分别对入射到信息存储介质上的光的偏振和被信息存储介质反射的光的偏振起作用。

26. 如权利要求25所述的光学记录和/或再现设备，还包括：四分之一波片，置于有源补偿装置和信息存储介质之间，用于改变入射光的偏振。

27. 如权利要求25所述的光学记录和/或再现设备，其中，有源补偿装置的材料层和全息图案分别包括：

第一材料层和第一全息图案，对入射到信息存储介质上的光起作用；和

第二材料层和第二全息图案，对被信息存储介质反射的光起作用。

28. 如权利要求15所述的光学记录和/或再现设备，其中，所述有源补偿装置不考虑光的偏振而切换所述光源所发射的光的入射角。

29. 一种兼容光学拾取器，包括：

光源，发射光；

物镜，对光进行聚焦以使其入射到信息存储介质上，该物镜被优化为用于从所述光源发射的光所照射到的第一信息存储介质；

第一光学系统，发射适合用于第二信息存储介质的光，该第一光学系统被构造为有限远光学系统；和

有源补偿装置，当在数据记录/再现操作中使用第三信息存储介质或第二信息存储介质时，该有源补偿装置有源地切换物镜上的光的入射角，该第三信息存储介质具有不同于第一和第二信息存储介质的格式。

30. 一种用于在各种类型的盘和光学拾取器之间提供兼容性的有源补偿装置，所述光学拾取器包括发射光的光源、被优化为用于第一盘的物镜以及发射适合用于第二盘的光的第一有限远光学系统，当使用具有不同于第一盘和第二盘的格式的第三盘或第二盘时，该有源补偿装置切换物镜上的光的入射角，以使得物镜被有效地优化为用于第二盘或第三盘。

31. 如权利要求30所述的有源补偿装置，其中，所述第一盘、第二盘和第三盘是光盘。

32. 如权利要求30所述的有源补偿装置，包括：

多个透明基底；和

至少一个材料层，介于所述多个基底之间，所述材料层的折射率根据施加的电压而被有源地切换。

33. 如权利要求32所述的有源补偿装置，还包括：与所述至少一个材料层相邻地形成在至少一个透明基底的表面上的全息图案，该全息图案根据材料层的折射率的改变，通过衍射入射光或者无衍射地透射入射光来改变光的发散角。

34. 如权利要求33所述的有源补偿装置，其中，根据在数据记录/再现操作中使用的盘来调节施加到材料层的电压。

35. 如权利要求30所述的有源补偿装置，包括：

第一和第二透明基底；

两个材料层，仅对入射到信息存储介质上的光的偏振状态和从信息存储介质反射的光的偏振状态起作用，这两个材料层介于第一和第二透明基底之间，并且其折射率根据施加的电压而被有源地切换；

全息图案，形成在第一和第二透明基底中的至少一个上；和

透明电极，分别形成在第一和第二透明基底上，用于向材料层施加电压。

36. 如权利要求35所述的有源补偿装置，其中，所述材料层包括各向异性材料。

37. 如权利要求35所述的有源补偿装置，其中，所述材料层包括折射率根据施加的电压而被切换的液晶层。

38. 如权利要求37所述的有源补偿装置，其中，所述液晶层中的各个液晶取向以提供偏振选择性。

39. 如权利要求37所述的有源补偿装置，其中，所述液晶层中的各个液晶根据预定的排列取向。

40. 如权利要求35所述的有源补偿装置，其中，所述全息图案根据材料层的折射率的转换，通过衍射入射光或者在不衍射入射光的情况下透射入射光来改变光的发散角。

41. 如权利要求40所述的有源补偿装置，其中，所述全息图案产生与距离全息图案的中心的半径的平方成比例的相位分布。

42. 如权利要求30所述的有源补偿装置，包括：

第一、第二和第三透明基底；

两个液晶层，仅对入射到第一盘上的光的偏振状态和从第一盘反射的光的偏振状态起作用，所述材料层介于第一、第二和第三透明基底之间，并且其折射率根据施加的电压而被有源地切换；

第一和第二全息图案，分别形成在第二和第三透明基底上；和

第一至第四透明电极，分别形成在第一、第二和第三透明基底上，用于向第一和第二材料层施加电压。

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