CN1732472A - 可控双层双折射光学部件 - Google Patents

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Abstract

一种光学部件(181)，包括通过弯曲界面(206)与第二双折射层(170)相连的第一双折射层(203)。光轴(19)经过第一和第二层。第二双折射层(170)具有相对于光轴的第一取向和第二取向之间可移动的分子。第二双折射层(170)的折射率取决于分子的取向。

Description

可控双层双折射光学部件
本发明涉及一种双折射光学部件，制造该部件的方法，和包括这些部件的设备。该部件特别适合，但不限于，在光学扫描设备中用作变焦透镜。
光学扫描设备中使用的光学摄像管单元已为人所知。光学摄像管单元安装在可移动支架上，以穿过光盘磁道扫描。光学摄像管单元的尺寸和复杂度在实际中优选尽可能的小，以减小制造成本和为扫描设备中安置的其他部件留出空间。
现代光学摄像管单元一般至少与两个不同格式的光盘兼容，例如高密度磁盘(CD)和数字通用磁盘(DVD)格式。最近提出了蓝光光盘(BD)格式，提供大约25GB的数据存储容量(和650MB容量的CD，和4.7GB容量的DVD相比)。
通过使用小扫描波长和大数值孔径(NA)，提供小的焦点(焦点大小大约为λ/NA)，从而允许读出磁盘上信息层中的小尺寸标记，使较大容量存储成为可能。例如，典型的CD格式使用785nm波长，物镜的数值孔径为0.45，DVD使用650nm的波长，数值孔径为0.65，BD系统使用405nm的波长，数值孔径是0.85。
典型的，材料的折射率作为波长的函数变化。因而，对于不同的入射波长，透镜将提供不同的焦点和不同的性能。而且，光盘可以具有不同厚度的透明层，因此对于不同类型光盘，需要不同的焦点。
一些例子中，通过增加每个光盘信息层的数目，存储容量进一步增加。例如，双层BD光盘具有被25um厚的间隔层分离的两个信息层。这样，当聚焦在第二信息层上时，光学摄像管单元发出的光必须穿过该间隔层。这引入大约255mλrms(0.255入均方根)的球面像差，球面像差指接近光的会聚锥体轴的光线与锥体外的光线相比，具有不同焦点的现象。这导致了焦点的模糊，在光盘读出时会伴随保真度的损失。
为获得双层读出和后向兼容(即，用于不同光盘格式的相同的光学系统)，提出了偏振敏感透镜(PS-透镜)以补偿球面像差。这种透镜可以由双折射材料，例如液晶形成。双折射指对于光束的两个偏振成分存在不同折射率。双折射材料具有非寻常光折射率(ne)和寻常光折射率(no)，折射率差表示为Δn＝ne-no。通过确保具有不同偏振的相同或不同波长入射到透镜上，PS透镜可以用来为单个或不同波长提供不同焦点。
光学存储中一个新的趋势是多层或3D记录。这种技术的一个例子基于多荧光层堆叠，这样增加了单个光盘的数据存储容量。多层堆叠也需要光通道，以使激光光束在光盘中多个特定深度上精确地聚焦。尽管光盘扫描系统中存在的致动器，使物镜在距离光盘的一定距离范围内移动(和使焦点移动一定距离范围)，但这种移动范围是有限的，它不能提供所有提出的多层记录系统所需的聚焦深度范围。
本发明实施例的一个目的是提供一种改进的光学部件，其解决现有技术(或在这里引用，或没有)的一个或多个问题。
本发明特定实施例的一个目的是提供一种包括两种双折射材料的光学部件(部件的光学功能是可调整的)，以及一种制造这种部件的方法。特定实施例提供一种光学透镜，其具有能够在预定深度范围可控变化的焦点。
第一方面，本发明提供了光学部件(181)，包括通过成型界面(206)和第二双折射层(170)相连的第一双折射层(203)；穿过第一和第二层的光轴(19)；至少第二双折射层(170)，具有相对于光轴的在第一取向和第二取向之间可移动的分子，第二双折射层的折射率取决于分子的取向。
通过提供具有两种这样材料的光学部件，由界面定义的光学功能可以通过改变分子的取向而改变。例如，如果成型界面是弯曲的，由界面提供的透镜能力可以通过改变分子的取向而改变。
另一方面，本发明提供一种光学扫描设备(1)，扫描光学记录载体(2)的信息层(4)，设备(1)包括：辐射源(11)，用于产生辐射束(12，15，20)；和物镜系统(18)，用于会聚辐射束到信息层上，其中设备(1)包括：光学部件(181)，该光学部件包括通过成型界面(206)和第二双折射层(170)相连的第一双折射层(203)；穿过第一和第二层的光轴(19)；至少第二双折射层(170)，具有相对于光轴的第一取向和第二取向之间可移动的分子，第二双折射层的折射率取决于分子的取向。
另一方面，本发明提供一种制造光学部件(181)的方法，该光学部件包括第一双折射层(203)和第二双折射层(170)，该方法包括：提供具有成型表面(206)的第一双折射层；提供与第一双折射层成型表面(206)相邻的第二双折射层(170)；
其中第二双折射层的分子在相对于光轴(19)的第一取向和第二取向之间可移动，光轴(19)穿过第一双折射层(203)和第二双折射层(170)。
另一方面，本发明提供一种制造光学扫描设备(1)的方法，该光学扫描设备扫描光学记录载体(2)的信息层(4)，该方法包括：提供辐射源(11)，用于产生辐射束(12，15，20)；
提供物镜系统(18)，用于会聚辐射束到信息层；并且提供光学部件(181)，该光学部件包括：通过成型界面(206)和第二双折射层(170)相连的第一双折射层(203)；穿过第一和第二层的光轴(19)；至少第二双折射层(170)，具有相对于光轴的第一取向和第二取向之间可移动的分子，第二双折射层的折射率取决于分子的取向。
为了更好的理解本发明，和为了示出相同的实施例怎样被有效的实施，现在通过附图和实例给出参考，附图中：
图1示出了根据本发明优选实施例的光学部件的剖面图；
图2A-2F阐述了形成根据本发明优选实施例的液晶透镜的第一部分的方法步骤；
图3A-3D阐述了形成根据本发明优选实施例的液晶透镜的最后部分的方法步骤；
图4示出了扫描光学记录载体的设备，该记录载体包括根据本发明的实施例的液晶透镜；
图5示出了图4中示出的扫描设备的光学系统怎样使用光的不同偏振来扫描双层光学记录载体中的不同层；
图6A和6B示出了图1中阐述的液晶透镜的剖面图，液晶的第二层具有不同的取向。
光学部件(或光学部件的部分，光学元件)可以包括曲面以聚焦光(例如，凸透镜)或散射光(例如，凹透镜)。依赖于光学部件上入射的偏振辐射束的角度，具有曲面的双折射光学部件将提供不同的聚焦或散射效果。
同样，其他部件的光学功能通过其他成型(即，非平面的)表面提供例如台阶功能或光栅。
本发明已经实现，通过提供与曲面(或其他成型)相邻的附加双折射材料，附加材料的双折射取向可以以受控的方式改变，因此有可能可控地改变光学部件的光学功能(例如，由曲面形成的透镜的功率)。而且，因为双折射材料根据光的不同偏振提供不同的折射率，通过提供入射到光学部件上光的不同偏振，可以实现不同的功能。这样，通过改变偏振辐射的入射角度，和通过改变至少一个双折射层的取向，这种光学部件可以提供不同的光学功能性。
因而，对于不同的成型表面，例如台阶结构和光栅，部件的光学功能可以通过改变附加双折射材料的取向而可控地改变。而且，由于两个材料都是双折射材料，通过提供不同入射偏振的光，可以实现不同的光学功能。
在无机双折射材料(例如，像方解石的晶体)中，原子结构是不对称的。这导致在不同取向上材料的物理常数的各向异性。其中一个参数就是折射率。考虑偏振光束沿着不同光轴传输。存在一个光轴，其中垂直和平行于该光轴可以观察到不同的折射率。一般而言，三个轴中的两个轴的折射率高于第三个轴的折射率，但并不总如此。
有机晶体中，例如液晶，尽管人们不能说出在原子结构上存在的差别，但会发生相似的现象。一般而言，三个轴中两个轴的折射率低于第三轴的折射率，但并不总如此。
液晶中分子排列的方向称为指向矢(director)。偏振平面沿平行于指向矢传播的光具有非寻常折射率ne。
图1阐述了根据本发明的优选实施例的光学部件181。光学部件181包括形如透镜的第一层双折射材料203。在该特定实施例中，双折射材料203的形状如同平凸透镜，透镜的凸出部分由曲面206定义。透镜作为固体例如聚合液晶形成。
透镜的平坦面与透明电极150相连。电极由玻璃衬底形成，玻璃衬底覆盖有透明导体ITO(氧化铟锡)层。
第二双折射材料层170将第一双折射材料203与第二透明电极160分离。第二电极也由玻璃和ITO形成。第二双折射材料170布置成使得材料的双折射属性的取向可以可控地变化。
该特定实施例中，两种双折射材料都由液晶形成。第一双折射材料的脊状主体由聚合液晶形成。第二双折射材料是向列相的液晶。第二双折射材料的分子被安置成在两个不同取向之间可移动。
向列型液晶的第一取向由放置在环绕向列型液晶的至少一个表面上的一个或多个对准层决定。这里的对准层由聚酰亚胺(PI)形成。该特定实施例中，使用两个对准层。每个对准层在环绕液晶的外壳的相对表面上。每个表面基本垂直于光轴19(至少在光轴19直接相邻的部分)延伸。特别是，第一对准层162位于电极160的内表面上。另一个对准层位于相对于电极的表面上，即，位于曲面206之上。
这些对准层可以相互选择任何优选的取向，例如，它们可以是平行的，或相互之间存在任何预定角度。液晶中的指向矢倾向于与对准层的取向对准。这定义了指向矢(即，液晶中的分子)的第一取向(进而定义了材料170的双折射属性的取向)。而且，这些对准层的取向可以根据第一层203中的双折射材料的取向以任何预定的角度被定向。
该特定实施例中，第一材料与基本垂直于光轴的指向矢对准。第一材料上的对准层也被定向，以与光轴垂直。而且，它被定向成同时垂直于第一层203中的双折射材料的取向。相反，电极上的对准层162被安置成平行于第一材料的定向(也垂直于光轴19)。
因此，两个对准层的取向相交90°，形成第二层170的向列相液晶处于扭转向列状态。换而言之，液晶的指向矢沿着光轴旋转一定距离。与对准层162相邻的第二层中液晶的指向矢将平行于第一层203中的指向矢。然而，作为沿着光轴19距离的函数，第二层170中指向矢的取向逐渐改变，指向矢逐渐旋转，直到在弯曲界面206指向矢垂直于第二层203的指向矢。
这第二层中的90°的指向矢旋转意味着与电极160相邻的层部分的双折射不同于与弯曲界面206相邻的部分。特别是，双折射属性将旋转和指向矢经历相同的90°。而且，经过光学部件的偏振辐射也将旋转90°。
该特定实施例中，光学部件还包括致动装置(172，174)，以改变第二层170的整个取向。该特定实施例中，层170的第一取向由对准层定义。然而，第二取向通过致动装置在第二层170上施加电场而提供。第二层170中的指向矢将与电场(假设它足够大)对准。该特定实施例中，电场平行于光轴19。电场通过在两个电极150，160上施加电压Vs提供。当开关174闭合时，电压Vs通过电压源172提供到电极150，160。
间隔164用于定义第二层170的宽度和环绕第二层的液晶。这些间隔可以由任何所需材料形成，可以由例如玻璃或薄片的透明材料形成。
图6A和6B阐述了该实施例的光学部件，具有各自第一取向和第二取向的第二层170。改变第二层取向的效果的详细描述将参照这些图在下面提供。
图2A-2F阐述了形成根据本发明优选实施例的光学部件的第一部分的各个步骤。该特殊例子中，光学部件包括液晶双折射透镜。
第一步，如图2A所示，提供模具100，模具具有成型表面102，它后来用于定义形成最终光学部件形状的一部分。该特定例子中，液晶最终是光聚合的，随后模具由对辐射透明的材料形成，该辐射用于光聚合液晶例如玻璃。
对准层110安置在曲面102上，以诱导后面放置在对准层上的液晶层中的预定取向(由箭头方向110指示)。
在该特定例子中，对准层是聚酰亚胺(PI)层。聚酰亚胺可以使用旋转覆盖从溶液获得。然后可以排列聚酰亚胺以诱导特定取向(该取向决定了液晶分子的最后取向)。例如，已知的工艺是用非绒毛布在一个方向重复摩擦聚酰亚胺层以诱导该取向(110)。
衬底150，在该特殊实施例中将形成光学部件的一部分，包括玻璃衬底上的ITO层。键合层120应用到衬底150的第一表面152。键合层被安置以形成与液晶的键合。该特定例子中，键合层也是包含聚酰亚胺的对准层(或取向层)。键合层包含反应基，形成与液晶分子的化学键，该例子中具有和液晶分子相同类型的反应基，使得当光聚合液晶分子时，也产生衬底上与键合层键合的化学键。这导致衬底和液晶层之间良好的粘附。使用与淀积相同类型的工艺，键合层可以淀积在衬底上，并且与模具100上的对准层对准。键合层，在该例子中，也用作对准层，根据最终液晶部件所需属性在预定取向中定向(箭头120)。
排列键合层，以平行于模具上对准层的方向110。优选的，键合层的取向平行于对准层的取向，但是与对准层的取向相反。
然后，如图2B所示，包含一个或多个液晶的化合物200被放置在衬底150的第一表面152和模具100的成型表面102之间。
该特定例子中，如图2B所示，化合物200包括两种不同液晶的混合物。这两种不同液晶被选择，当至少一个液晶被光聚合时提供所需的折射率属性。
液晶200的液滴被放置在衬底的第一表面152上。化合物200已经被除去气体，以避免最终光学部件中包含气泡。它还避免光聚合过程中固化液体而释放的气体形成气泡，因为光聚合过程的收缩导致聚合液体内部大的压力减小。
然后玻璃模具被加热使得液晶处于各向异性相(典型的在80℃-120℃)，以有利于后续液晶制成所需的形状。
然后衬底和模具被放置在一起，以定义最终形成的光学部件的液晶部分201的形状(图2C)。为了确保液晶在模具和衬底间形成均质层，需要一个压力推动衬底到模具(反之亦然)。
然后衬底/模具/液晶被冷却，例如30分钟降到室温，以确保液晶从各向异性相进入向列相。
当进入向列相时，在液晶混合物中可能出现多个区域。因此，混合物可以加热到毁坏多个区域取向的清除点以上的温度(例如混合物可以3分钟被加热到105°)。然后，混合物被冷却以获得均一的取向202(图2D)。
然后，均匀液晶混合物可以使用从紫外辐射源300发出的光302进行光聚合(图2E)，例如通过使用强度为10mW/cm2的UV光照射60秒。同时，化学键在液晶和键合层之间形成。
接着，光学部件(150，203)的第一元件(或部分)从模具100上释放(图2F)。这将，例如，通过在有角度的物体400上轻微弯曲100而获得。备选的，通过在平坦支持体中按压平坦衬底部分以轻微弯曲平坦衬底而完成。因为在模具中使用通用的聚酰亚胺(没有反应基)，液晶/衬底元件将轻易从模具分离。
然后通过重复图2B-2F中阐述的步骤，模具被重复利用以制造部件的后续元件。典型的，对准层将保留在模具100上，因此它不需要再次施加。
如有需要，可以执行进一步的工艺步骤，以从衬底150去除液晶202。然后，在大多数例子中，假定衬底150将形成最终光学部件的一部分。
图3A-3D阐述了提供第二双折射层的连续步骤，以完成光学部件。再次，在该特定实施例中，液晶用于提供第二层。
图3A示出了放置在第一双折射层203的曲面上的第一对准层(聚酰亚胺)。该特定实施例中，对准层被定向使其垂直于第一双折射层203内的指向矢的定向。
第二衬底160基本平行于部件的第一部分(150，203)，但是空间分离的。衬底160用来形成电极，并且随后再次由玻璃和ITO形成。对准层162放置在与第一层203的曲面206相邻的衬底160的表面上。对准层162也由聚酰亚胺(PI)形成。然而，该例子中，聚酰亚胺层162平行于第一层203中的指向矢。
如图3C所示，间隔164空间隔开两个衬底150和160。空间长度定义了衬底150和160之间的距离，进而定义了双折射材料第二层的厚度。间隔最终沿着衬底150和160以及第一层203安置，以围绕第二双折射层170。因此，间隔完全环绕衬底150，160的外围被胶合，仅留下填充孔和空气孔。
然后通过填充孔使用毛细管单元填充来填充封闭的空间。随后，填充孔和空气释放孔闭合(例如，使用插塞或胶水)，以形成最终的光学部件181。如图3D所示，第二层170将被定向，以与直接相邻的对准层对准。结果是，因为使用的对准层相互垂直，第二层170处于扭转向列相态。
使用上面的制造方法，形成了由透明导电层之间的两种双折射材料制备的光学部件。通过在导电层上施加电压，第二双折射材料能有效地切换入射光束的偏振。另一个双折射层可以是钝化层。两层之间的成型表面可以是提供光学功能的任何所需形状，但在优选实施例中它是曲面。表面的曲率是最小化像差的光学品质。
该特定优选实施例中，为提供多焦点透镜，选择两种材料以使有源层170的寻常光和非寻常光折射率分别等于钝化层的寻常光和非寻常光折射率。
施加到导电层的电压(Vs)足够大以彻底取消扭转向列状态的平面内扭转，并且使指向矢对准于电场。
结果产生类似图1中所阐述的光学元件。
一种对准层中适用的聚酰亚胺是由日本Synthetic Rubber公司提供的OPTMER AL-1051，同时由Arch Chemical提供的Durimide7505可以用作适当的活性聚酰亚胺，异丁烯酸基作为键合层。
用于第一(钝化)层的材料优选包括活性液晶材料。优选的，具有液晶的中康酯组是由一个或多个可聚合组覆盖的端或面。材料能够在一定(优选相对较宽)温度范围呈现向列相。可聚合组可以是异丁烯酸、丙烯酸酯、环氧乙烷、环氧乙烯(oxitane)、乙烯醚或任何其他活性基团。
如上所述，在优选实施例中，两种液晶的混合物在第一层203中使用以获得所需的ne和no。使用的两种液晶是1-4-二(4-(3-丙烯酰丙氧)苯甲酸基)-2-甲苯(RM257)和RM82，它们都来自德国的Merck，Darmstadt。用于确保第一层203中液晶的光聚合的光引发剂是Irgacure651，从瑞士Ciba Geigy，Basel获得。
第二层(170)优选是向列型液晶。第二层可以由E7(含有小部分氰基三苯基化合物的氰基三苯基混合物)形成。
图4示出了扫描光学记录载体2的设备1，包括根据本发明实施例的物镜18。记录载体包括透明层3，其一面上安置有信息层4。信息层远离透明层的面受到保护层5保护以免受环境影响。透明层面对设备的一面称为入射面6。通过提供信息层的机械支撑，透明层3用作记录载体的衬底。
备选的，透明层可以具有保护信息层的单独功能，而机械支撑由信息层另一面上的层提供，例如通过保护层5或通过另一信息层和与信息层4相连的透明层。信息可以以排列在基本平行的，中心对称的或螺旋磁道中的光学可探测标记的形式存储在记录载体的信息层4中，这在图中没有示出。标记可以是任何光学可读形式，例如，坑的形式，或具有不同于周围环境的反射系数或磁化方向的区域的形式，或它们的组合的形式。
扫描设备1包括辐射源11，能够发射辐射束12。辐射源可以是半导体激光器。分束器13反射发散的辐射束12到准直透镜14，其将发散束12转换成准直光束15。准直光束15入射到物镜系统18。
物镜系统可包括一个或多个透镜和/或光栅。物镜系统18具有光轴19。物镜系统18将光束17变换成会聚光束20，入射到记录载体2的入射面6。物镜系统具有球面像差校正，以调整穿过透明层3厚度的辐射束的传输。会聚光束20形成信息层4上的光点21。信息层4反射的光线形成发散束22，通过物镜系统18转换成基本准直光束23，然后通过准直透镜14转换成会聚光束24。分束器13通过传输至少一部分汇聚光束24到探测系统25，分离了前向的和反射光束。探测系统捕获辐射并将其转换成电输出信号26。信号处理器27将这些输出信号转换成各种其他信号。
信号中的一个是信息信号28，其值代表从信息层4读取的信息。信息信号被校正信息处理单元29处理。信号处理器27的其他信号是聚焦误差信号和径向误差信号30。聚焦误差信号代表光点21和信息层4间高度上的轴向差。径向误差信号代表信息层4平面上光点21和信息层中被光点跟踪的磁道中心之间的距离。
聚焦误差信号和径向误差信号输入到伺服电路31，伺服电路31将这些信号转换成伺服控制信号32，以分别控制聚焦致动器和径向致动器。图中没有示出致动器。聚焦致动器控制在聚焦取向33上物镜系统18的位置，进而控制光点21的实际位置使其基本与信息层4的平面相符。径向致动器控制辐射方向34上物镜系统18的位置，进而控制光点21的径向位置使其与信息层4中跟随的轨道中心线基本相符。图中的磁道运行方向垂直于图平面。
该特定实施例中图4的设备被调整以扫描第二类型的记录载体，该记录载体具有比记录载体2厚的透明层。该设备可以使用辐射束12或具有不同波长的辐射束来扫描第二类型的记录载体。该辐射束的NA可以被调整到记录载体的类型。物镜系统的球面像差补偿必须被相应调整。
图5阐述了在扫描设备1中使用的根据本发明优选实施例的光学部件181。图6A和6B示出了液晶的第二层的两个极端取向(尽管实际上通过在0和Vs之间改变电压，液晶以可控的方式在两个极端间连续变化)。
图5中所示，光学部件181可以放置在扫描设备的物镜系统18中。通过适当控制平行光束15的偏振，以及通过控制设备中第二层170的取向，物镜系统18可以用来扫描多层磁盘2’中不同的层4a，4b，4c，4d...。
物镜系统18包括光学部件181和聚焦透镜182。聚焦透镜182用来将从光学部件181发出的光束(其可以是平行、发散或会聚的)聚焦成校正信息层上的光点。根据将被扫描的所需信息层4a，4b，4c，4d...，光学部件181用来将平行偏振光束15转换成校正的发散、会聚或平行状态。可选的，物镜系统18还可以包括起偏器，用于光学元件181发出光束的偏振选择(一些例子中，根据光学部件的状态，光学元件发出的光束可以分裂成两个取向)。
图6A示出了透镜181，其具有处于扭转向列状态的第二层170(即没有电压施加到电极150，160)。图6B中，施加电压Vs以产生电极150和160之间的电场。电场足够高以完全消除双折射层170在平面上的扭转。
应当理解的是，透镜181的光学属性将根据层170的取向变化。而且，光学属性当然将根据层之间的折射率变化。该特定实施例中，双折射层170的折射率被选择以分别匹配钝化层203的折射率(no，ne)。
根据入射光的偏振(例如，入射光的偏振态是否平行于钝化层203中指向矢的方向，或是否垂直于钝化层203中指向矢的方向)，根据入射光的方向，即光是否首先入射到钝化层203上(箭头A指示)，或光是否首先入射到有源层170上(箭头B指示)，由透镜181提供的光学功能将改变。使用符号“关态”对应于没有施加电压(如图6A所示)，和“开态”对应于施加的电压足够大以完全消除平面扭曲(如图6B所示)，然后可以看到存在下面的条件：
(1)光通过钝化层进入透镜
(方向A)
(i)关态和光的入射偏振态平行于入口处钝化层的指向矢：在界面产生ne到no的偏移；曲面进而用作正透镜。而且在有源层中，偏振旋转90°。
(ii)关态和光的入射偏振态垂直于入口处钝化层的指向矢：在界面产生no到ne的偏移，曲面进而用作负透镜。而且在有源层中，偏振旋转90°。
(iii)开态和光的入射偏振态平行于入口处钝化层的指向矢：在界面产生ne到no的偏移，曲面用作正透镜。没有经一步的偏振改变。
(iv)开态和光的入射偏振态垂直于入口处钝化层的指向矢：界面处没有偏移(no到no)发生；曲面因此用作中性透镜。没有进一步的偏振改变。
(v)开态和关态之间，折射率可以选择在ne和no之间，产生从正到中性的多焦点透镜而没有使用额外的选择起偏器。偏振仅在第二层(有源层)中改变。对于荧光记录来讲这种偏振的改变并不重要。
(2)光通过有源层进入透镜(方向B)
(i)关态和光的入射偏振态平行于入口处钝化层的指向矢：偏振旋转90°，光将以垂直于钝化层的指向矢的偏振态进入钝化层。这意味着在两层之间界面处存在从ne到no偏移。结合有源层和钝化层之间界面上的曲率，导致了负透镜。
(ii)关态和光的入射偏振态垂直于入口处钝化层的指向矢：偏振旋转90°，光将以平行于钝化层的指向矢的偏振态进入钝化层。这意味着在两层之间界面处存在从no到ne偏移。结合有源层和钝化层之间的界面上的曲率，导致了正透镜。
(iii)开态和光的入射偏振态平行于入口处钝化层的指向矢：没有偏振的旋转。界面处产生no到ne的偏移；曲面因此用作正透镜。
(iv)开态和光的入射偏振态垂直于入口处钝化层的指向矢：没有偏振的旋转。界面处没有偏移产生(no到ne)；曲面因此用作中性透镜。
(v)在开态和关态之间，将发生部分偏振偏移，折射率可以选择在ne和no之间。因为部分偏振偏移，激光束将进入钝化层，其偏振态不完全垂直或不完全平行(当激光束进入钝化层时光线在两个方向散射)。因为这个原因，应当在元件之后使用偏振选择，以允许多焦点性能而不同时具有两个偏振态。该偏振选择可以使用分离的起偏器完成。
上述实施例仅以实例的方式描述，不同的备选方案对技术人员来说是显而易见的。
虽然已经描述了适于形成光学部件的材料的特定例子，以及特定的制造步骤，它们也是仅以实例的方式提供。
制造步骤中使用的模具可以用任何材料形成，包括刚性材料例如玻璃。
而且，可以定制模具的成型表面的大小，以允许制造过程中任意改变液晶材料形状或大小。例如，一般在聚合时，因为液晶中的双键以单键重组，液晶单体略微收缩。通过适当制作由衬底定型的光学部件和使得模具稍微大一些，可以生产适当尺寸和形状的光学部件。
虽然该特定实例中衬底可以看成包括单片玻璃，两面都是平的，它们是基本平行的面，但应当理解的是衬底实际上能够制成任何所需形状。
一个额外的粘附层可以施加到模具和/或衬底上(先于在衬底上淀积键合层和在模具上淀积取向层)，以保证所施加的层与模具和衬底结合紧密。例如，有机硅烷可以用来提供该粘附层。包括异丁烯酸基的有机硅烷可以用于衬底，包含胺端基的有机硅烷可以用于模具。
应当理解的是上述光学部件也是仅以实例的方式描述。光学部件(或实际上，根据本发明形成的光学部件，即光学部件的一部分)可以形成具有不同的属性，如上所述，或者使用不同的双折射材料形成。
例如，在上面的实施例中，假设部件180的第二层170的折射率等于第一层203的相应的折射率。然而，应当理解的是实际上，寻常光和非寻常光折射率的任何值可以用于每一层。例如，光学部件可以形成，其中一层的寻常光折射率等于另一层的非寻常光折射率。
同样的，虽然在上述实施例中描述了两个材料间具有弯曲界面的光学部件，但应当理解的是界面实际上可以是提供光学功能的任何形状。例如，界面可以是台阶结构或光栅结构。这些实例中，部件的光学功能可以通过入射偏振态和/或第二层的取向而改变。
优选实施例中，假设光学元件的外表面(即，光进入和离开元件的表面)是两个平坦、相互平行的表面。然而，这些表面实际上可以是任何所需形状，包括凸面和凹面。
同样的，第二层一般描述成在两个特定取向间可切换，但应当理解的是第二层实际上可以在任何数量的取向间切换。而且，第一层可以是任何预定的取向，实际上，如有需要第一层可以是有源层，即，它也具有可变取向。
优选的，(多个)有源层在两个预定取向间连续可控变化。例如，在所述的特定实施例中，通过在两个电极间施加合适电压，第二层的取向在图6A和6B所示的两个状态间连续可变。
而且，尽管在优选实施例中，第二层的取向状态中的一个通过基本垂直于光轴的对准层定义，但应当理解的是这些对准层实际上可以是任何预定取向。例如，对准层可以平行于光轴，例如，通过在间隔164的内表面上放置对准层。如有需要，不用对准层来定义第二层的取向。相反，电极可以用来定义两个取向(例如通过在间隔164中放置另一套电极)。
在所有上述实施例中，提供了一种光学部件，其包括至少两个由成型界面隔开的相邻的双折射材料。至少一个双折射材料的取向可以改变，以导致成型界面的功能的改变(例如，透镜强度，或类型)。因此，通过改变入射光的两个偏振和通过改变双折射层的取向，可以改变界面的功能。这样光学部件可以用于新颖和感兴趣的范围。

Claims (15)

1.一种光学部件，包括通过成型界面和第二双折射层相连的第一双折射层；经过第一和第二层的光轴；至少第二双折射层，相对于光轴在第一取向和第二取向之间具有可移动的分子，第二双折射层的折射率取决于分子的取向。
2.根据权利要求1所述的光学部件，其中所述界面是弯曲界面。
3.根据权利要求1或2所述的光学部件，其中第一双折射层具有基本垂直于光轴的寻常轴和基本垂直于光轴的非寻常轴。
4.根据上述任一权利要求所述的光学部件，其中第一层和第二层中至少一个包括液晶。
5.根据上述任一权利要求所述的光学部件，其中第二层包括向列相液晶。
6.根据上述任一权利要求所述的光学部件，其中第一取向，相对于光轴的分子的角度作为沿着光轴的距离的函数改变。
7.根据上述任一权利要求所述的光学部件，其中第二层包括液晶，第一取向对应于处于扭转向列相的液晶。
8.根据上述任一权利要求所述的光学部件，其中第二取向对应于第二层，该第二层具有平行于光轴的非寻常轴。
9.根据上述任一权利要求所述的光学部件，进一步包括致动装置，用来改变分子的取向。
10.根据权利要求9所述的光学部件，其中所述致动装置包括至少两个电极，以在第二层上施加电场。
11.一种扫描光学记录载体信息层的光学扫描设备，该设备包括辐射源，用于产生辐射束；和物镜系统，用来会聚辐射束到信息层，其中该设备包括光学部件，该光学部件包括通过成型界面和第二双折射层相连的第一双折射层；经过第一和第二层的光轴；至少第二双折射层，在相对于光轴的第一取向和第二取向之间具有可移动的分子，第二双折射层的折射率取决于分子的取向。
12.根据权利要求11所述的设备，其中光学部件在物镜系统中形成可控透镜。
13.一种制造包括第一双折射层和第二双折射层的光学部件的方法，该方法包括：
提供具有成型表面的第一双折射层；
提供与第一双折射层的成型表面相邻的第二双折射层；
其中第二双折射层的分子在相对于光轴的第一取向和第二取向间可移动，该光轴经过第一双折射层和第二双折射层。
14.根据权利要求13所述的方法，其中第二双折射层由毛细管单元填充提供。
15.一种制造扫描光学记录载体的信息层的光学扫描设备的方法，该方法包括：
提供辐射源，以产生辐射束；
提供物镜系统，以会聚辐射束到信息层；和
提供光学部件，该光学部件包括通过成型界面和第二双折射层相连的第一双折射层；经过第一和第二层的光轴；至少第二双折射层，在相对于光轴的第一取向和第二取向之间具有可移动的分子，第二双折射层的折射率取决于分子的取向。
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