CN1993738A - 衍射部件 - Google Patents

Abstract

本发明披露了一种用于光学扫描装置的衍射部件。所述装置用于借助于具有第一波长和第一偏振的第一辐射束扫描第一信息层、借助于具有第二波长和第二偏振的第二辐射束扫描第二信息层和借助于具有第三波长和第三偏振的第三辐射束扫描第三信息层。所述第一、第二和第三波长彼此不同。所述装置包括：辐射源，用于提供所述第一、第二和第三辐射束；物镜系统，用于将所述各辐射束会聚在相应的信息层上；和布置在所述辐射束的光路中的衍射部件。所述衍射部件包括：第一衍射光栅结构，其包括一系列预定高度的阶梯用于引入相变，所述相变对于所述第二和第三波长来说是2π的整数倍，但对于所述第一波长不是；和第二衍射光栅结构，其包括一系列预定高度的阶梯用于引入相变，所述相变对于所述第一和第三波长来说是2π的整数倍，但对于所述第二波长不是。

Description

衍射部件

技术领域

本发明涉及一种用于光学扫描装置的衍射部件，结合有这种衍射部件的光学扫描装置和制造这种部件和这种装置的方法。本发明的实施例特别适用于与三种不同格式的光记录载体(例如，致密盘(CD)、传统数字万用盘(DVD)(也称做“红光DVD”)和所谓的下一代DVD(例如蓝光盘(BD))相兼容的光学扫描装置。

背景技术

存在各种不同格式的光记录载体，其中每种格式通常被设计通过特定波长的辐射束进行扫描。例如，CD尤其可用于CD-A(CD-音频)、CD-ROM(CD只读存储器)和CD-R(可记录CD)，并被设计以借助具有大约785nm波长(λ)的辐射束进行扫描。另一方面，红光DVD被设计以借助具有大约650nm波长的辐射束进行扫描，而蓝光盘被设计以借助具有大约405nm波长的辐射束进行扫描。通常，波长越短，光盘的相应容量越大，例如，蓝光盘格式的盘的存储容量大于红光DVD格式盘。

期望光学扫描装置与不同格式的光记录载体相兼容，例如用于响应于具有不同波长的辐射束同时优选的使用一个物镜系统扫描不同格式的光记录载体。例如，当引入具有较高存储容量的新光记录载体时，希望用于对新光记录载体读取和/或写入信息的相应新光学扫描装置向后兼容，即能够扫描现有格式的光学记录载体。

不幸的，被设计用于以某一波长读出的光盘在另一种波长下不总是可读出的。例如，在CD-R格式盘中，必须在记录叠层中应用特殊的染料以便在λ＝785nm下获得较高的扫描射束调制。在λ＝660nm下，来自所述盘的调制信号变得如此小(由于染料的波长灵敏度)以至在该波长下的读出是不可行的。另外，在不同格式的盘的透明覆盖层的厚度之间可能存在差别，这可能会导致不期望地产生球面象差。

已经提出很多解决方案用于设计对于与每种格式相关的不同波长能够产生预定波前的光学扫描装置。

例如，日本专利申请JP-A-2001209966披露了一种用于以三种不同波长扫描光盘的光学扫描装置。所述装置包括用于确保三种不同波长的射束沿一个公共光轴传播的光轴耦合元件，和用于将三种不同射束会聚在光记录载体的信息层上的聚光透镜。所公开的装置具有一个沿着所述公共光轴布置的衍射部件。

所述衍射部件包括一个绕所述光轴旋转对称的衍射光栅。所述衍射部件具有两个平行的平面，其间提供有由玻璃制成的第一层和由双折射材料制成的第二层。第一和第二层之间的界面是具有单阶梯剖面的衍射元件图案，其绕所述光轴是旋转对称的。所述第一和第二层被选择使得衍射部件对于第一波长形成一个零级的第一衍射辐射束，和对于第二和第三波长形成一个较高级的衍射辐射束。JP-A-2001209966教导使用具有寻常折射率和非寻常折射率的固态双折射材料，所述两个折射率之一是第一(玻璃)层的折射率。可通过确保入射波长的偏振与等于第一层的折射率的第二层的折射率对准来形成所述零级射束。换句话说，所述衍射部件那样就被用作对于第一波长是透明的平行板。

以Philips名义的国际专利申请第PCT/IB02/05624号也披露了一种用于以三种各自的辐射束扫描三种信息层的光学扫描装置。每个射束具有一个各自的波长和偏振。所述三种波长彼此不同。至少所述三种偏振之一不同于另外两个。所述装置包括一个衍射部件，其包括具有用于从三种辐射束形成三个衍射光束的一阶剖面的元件图案，其中所述部件包括对三种偏振敏感的双折射材料。所述衍射部件的阶梯剖面绕所述光轴旋转对称。所述阶梯剖面被设计使得一个图案元件的阶梯高度对于三个波长之一会引入等于2π的至少两个不同倍数和对于另两个波长中的至少一个会引入等于至少两个不同相变模量2π的相变。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种适用于借助具有三种不同波长的辐射束扫描光学记录载体的光学扫描装置，所述装置是已知解决方案的一种替代方案。

根据一第一方面，本发明提供一种光学扫描装置，用于借助于具有第一波长和第一偏振的第一辐射束扫描第一信息层、借助于具有第二波长和第二偏振的第二辐射束扫描第二信息层和借助于具有第三波长和第三偏振的第三辐射束扫描第三信息层，其中所述第一、第二和第三波长彼此不同，所述装置包括：辐射源，用于提供所述第一、第二和第三辐射束；物镜系统，用于将所述各辐射束会聚在相应信息层上；和布置在所述辐射束的光路中的衍射部件，所述衍射部件包括：第一衍射光栅结构，其包括一系列预定高度的阶梯用于引入相变，所述相变对于所述第二和第三波长来说是2π的整数倍，但对于所述第一波长不是；和第二衍射光栅结构，其包括一系列预定高度的阶梯用于引入相变，所述相变对于所述第一和第三波长来说是2π的整数倍，但对于所述第二波长不是。

所述光学扫描装置具有两个光栅结构。第一个结构用作第一波长的衍射光栅，而第二结构用作第二波长的衍射光栅。这允许对两个以上的不同波长选择不同的衍射级。所述衍射部件允许对不同的波长使用具有不同间距的光栅结构。另外，所述光栅结构可具有不同的取向。

优选的，所述第二衍射光栅结构的阶梯具有与所述第一衍射光栅结构的阶梯不同的间距。

优选的，以相对于所述物镜系统的光轴成一第一预定角度来定位所述第一衍射光栅结构，并以相对于所述光轴成一第二、不同的预定角度来定位所述第二衍射光栅结构。

优选的，所述衍射部件包括所述第一和第二衍射光栅结构的阶梯的叠加。

优选的，所述第一光栅结构被布置用于衍射第一辐射束以产生所述第一波长的三点束，而所述第二衍射光栅结构被布置用于衍射所述第二波长以便产生所述第二波长的三点射束。

优选的，所述第一衍射光栅结构是由双折射材料形成的。

优选的，所述第二衍射光栅结构是由非双折射材料形成的。

优选的，所述阶梯系列中的至少一个是每周期相等宽度的一系列阶梯。

优选的，所述第一、第二和第三偏振中的至少一个与其它的不同。

根据第二方面，本发明提供一种在利用具有第一波长和第一偏振的第一辐射束、具有第二波长和第二偏振的第二辐射束和具有第三波长和第三偏振的第三辐射束的光学装置中使用的衍射部件，其中所述第一、第二和第三波长彼此不同，所述衍射部件包括：

第一衍射光栅结构，其包括一系列预定高度的阶梯用于引入相变，所述相变对于所述第二和第三波长来说是2π的整数倍，但对于所述第一波长不是；和第二衍射光栅结构，其包括一系列预定高度的阶梯用于引入相变，所述相变对于所述第一和第三波长来说是2π的整数倍，但对于所述第二波长不是。

优选的，所述第一衍射光栅结构基本上在第一平面内延伸，所述第二衍射光栅结构基本上在第二平面内延伸，并且所述第一平面不与所述第二平面平行。

根据第三方面，本发明提供一种制造光学扫描装置的方法，所述光学扫描装置用于借助于具有第一波长和第一偏振的第一辐射束扫描第一信息层、借助于具有第二波长和第二偏振的第二辐射束扫描第二信息层和借助于具有第三波长和第三偏振的第三辐射束扫描第三信息层，其中所述第一、第二和第三波长彼此基本不同，所述方法包括：提供一个辐射源，用于提供所述第一、第二和第三辐射束；提供一个物镜系统，用于将所述各辐射束会聚在相应的信息层上；和提供布置在所述辐射束的光路中的衍射部件，所述衍射部件包括：第一衍射光栅结构，其包括一系列预定高度的阶梯用于引入相变，所述相变对于所述第二和第三波长来说是2π的整数倍，但对于所述第一波长不是；和第二衍射光栅结构，其包括一系列预定高度的阶梯用于引入相变，所述相变对于所述第一和第三波长来说是2π的整数倍，但对于所述第二波长不是。

根据第四方面，本发明提供一种制造衍射部件的方法，所述衍射部件在利用具有第一波长和第一偏振的第一辐射束、具有第二波长和第二偏振的第二辐射束和具有第三波长和第三偏振的第三辐射束的光学装置中使用，其中所述第一、第二和第三波长彼此不同，所述方法包括：提供第一衍射光栅结构，其包括一系列预定高度的阶梯用于引入相变，所述相变对于所述第二和第三波长来说是2π的整数倍，但对于所述第一波长不是；和提供第二衍射光栅结构，其包括一系列预定高度的阶梯用于引入相变，所述相变对于所述第一和第三波长来说是2π的整数倍，但对于所述第二波长不是。

附图说明

现在将参照相关附图借助示例更详细的说明本发明，其中：

图1为根据本发明一个实施例的光学扫描装置的示意图；

图2表示作为跨过用于第一衍射光栅结构的光栅的距离的函数的光栅幅度；

图3为包括图1中所示的光学扫描装置中的几个部件的示意图，其示出了能如何确定所述光栅的第一级的偏转角；

图4为表示相对于相邻的光斑检测器定位的中心射束检测器的检测器平面图；

图5表示一个光记录载体的平面图，其示出了辐射束的三个光斑相对于光盘上的轨迹的位置；遗迹

图6A、B和C分别表示用于间距为50mm的DVD的七点光栅、用于间距为60mm的CD的三点光栅、和用于七点DVD光栅和三点CD光栅的组合光栅的高度分布。

具体实施方式

本发明涉及使用具有第一衍射光栅结构和第二衍射光栅结构的衍射部件。所述衍射部件供结合三种不同波长的辐射束使用，其中每个射束都被偏振，其中优选至少射束之一的一种偏振不同于其它的。

所述第一衍射光栅结构包括一系列阶梯，它们是第一阶梯高度的整数倍。第一阶梯高度对于第二和第三波长(而不是第一波长)产生2π整数倍的相位跳跃。第二衍射光栅结构是由多个整数的第二阶梯高度的阶梯构成，其被布置以对于第一和第三波长、但不是对于第二波长产生2π整数倍的相位跳跃。因此，第一衍射光栅结构对第二和第三波长是高效不可见的(即，它基本上不衍射第二和第三波长)，而第二衍射光栅结构对第一和第三波长是高效不可见的。因此第一衍射光栅结构用作用于第一波长的衍射光栅，第二衍射光栅结构用作用于第二波长的衍射光栅，其中所述两个光栅结构对于第三波长都是不可见的。优选的，所述衍射部件是一个二元光栅，所述光栅是通过叠加第一衍射光栅结构和第二衍射光栅结构建立的。可选择的，可将第一衍射光栅结构形成为与第二衍射光栅结构分开的层。

许多光学扫描装置使用三束跟踪法。辐射束被分成三条光束(也称作三光点射束)，其中心的射束用于扫描光盘的信息层，而另两个用于提供位置信息。不同的光学格式可能要求入射到信息层上的光斑分隔开不同的距离。本发明者已经实现通过使用实质上包括两个不同衍射光栅结构的衍射部件，那么就可布置每个衍射光栅结构以对一个预定的格式提供期望的光点间隔。另外，通过仔细选择形成每个光栅结构的阶梯，可将所述光栅结构布置成没有实质上衍射的通过其它格式的辐射束。

图1表示借助于第一辐射束4扫描第一光记录载体3的第一信息层2的装置1，所述装置包括这样一个衍射部件24。

光记录载体3包括一个透明层5，在它的一侧上布置有信息层2。信息层2远离透明层5的一侧通过保护层6而免受环境影响。透明层面对所述装置的一侧被称作入射面。透明层5通过为信息层2提供机械支撑而用作光记录载体3的基底。可选择的，透明层5可具有保护信息层的唯一功能，而由信息层2另一侧上的一个层(例如通过保护层6或通过与最上面的信息层连接的附加信息层和透明层)来提供机械支撑。注意所述信息层具有第一信息层深度27，在如图1所示的这一实施例中，其对应于透明层5的厚度。信息层2是载体3的一个表面。

可以通过被布置在基本上平行的、同心圆的或螺旋的轨迹中的可光学检测标记的形式(图中未示)将信息存储在记录载体的信息层2中。一条轨迹是可由聚焦辐射束的光斑跟踪的路径。所述标记可以是任何光学可读取的形式，例如以凹坑的形式，或者是以反射率或磁化方向不同于周围的区域的形式，或者这些形式的组合。在光记录载体3具有盘形的情况下，关于给定轨迹进行了如下定义：“径向”是所述轨迹和盘的中心之间的参考轴，即X轴方向，而“切向”是与轨迹相切并垂直于X轴的Y轴方向。

如图1所示，光学扫描装置1包括一个辐射源7(图示为两个分开的源7a、7b)、准直透镜18、分束器9、具有光轴19的物镜系统8、衍射部件24和检测系统10。另外，光学扫描装置1包括伺服电路11、聚焦致动器12、径向致动器13和用于纠错的信息处理单元14。

在下面，“Z轴”对应于物镜系统8的光轴19。注意(X，Y，Z)是一个正交系(orthogonal base)。

辐射源7被布置用于连续或同时提供第一辐射束4、第二辐射束4’和第三辐射束4”。例如，辐射源7可包括一个用于连续提供辐射束4、4’和4”的可调半导体激光器，或用于同时提供这些辐射束的三个半导体激光器。在所示的例子中，辐射源7是两个分开的激光器7a、7b的形式。第一激光器7a被布置用于提供第一辐射束4。第二激光器7b是一个双波长激光器，其被布置用于提供所述第二和第三辐射束4’、4”。分束器7c被布置用于结合辐射束4、4’和4”的路径，以便基本上沿光轴19传送所述辐射束。

辐射束4具有波长λ₁和偏振p₁，辐射束4’具有波长λ₂和偏振p₂，辐射束4”具有波长λ₃和偏振p₃。波长λ₁、λ₂和λ₃全部是不同的。优选的，任意两个波长之间的差等于或高于20nm，更加优选的为50nm。偏振p₁、p₂和p₃中的至少两个彼此不同。下面将给出波长λ₁、λ₂和λ₃与偏振p₁、p₂和p₃的例子。

准直透镜18被布置在光轴19上用于将辐射束4转换成基本上准直的射束20。类似的，它将辐射束4’和4”变换成两个各自基本上准直的射束20’和20”(图1中未示)。

分束器9被布置用于将辐射束朝向物镜系统8传送。优选的，分束器9是由关于Z轴以角度α倾斜的平面平行板形成的，优选的α＝45°。

物镜系统8被布置用于将准直辐射束20转换成第一聚焦辐射束15以便在信息层2的位置形成一第一扫描光斑16。

在扫描期间，记录载体3绕一个主轴(图1中未示)旋转，并且通过透明层5来扫描信息层2。聚焦辐射束15在信息层2上进行反射，由此形成一个反射束21，所述反射束21返回到前向会聚光束15的光路上。物镜系统8将反射辐射束21转换成反射准直辐射束22。分束器9通过将反射射束22中的至少一部分朝向检测系统10传送而将前向辐射束20与反射辐射束22分离开来。在所示的特定实施例中，分束器9是一个偏振分束器。沿光轴19在分束器9和物镜系统8之间安置一个四分之一波片9’。四分之一波片9’与偏振分束器9的结合确保多数反射辐射束22朝向检测系统10传送。

检测系统10包括一个会聚透镜25和一个四象限检测器23，它们被布置用于俘获所述部分反射辐射束22和将它变换成一个或多个电信号。

所述信号之一是信息信号，其值代表在信息层2上扫描的信息。所述信息信号通过信息处理单元14进行处理以供纠错。

来自检测系统10的其它信号是聚焦误差信号和径向跟踪误差信号。聚焦误差信号代表扫描光斑16和信息层2的位置之间沿Z轴高度上的轴向差。优选的，该信号是通过“象散方法”形成的，所述“象散方法”特别的可从G.Bouwhuis、J.Braat、A.Huijiser等著的书《Principles of Optical Disc Systems》(75-80页(Adam Hilger 1985，ISBN 0-85274-785-3))中获知。径向跟踪误差信号代表在信息层2的XY平面中扫描光斑16和将由扫描光斑16跟踪的信息层2中的轨迹的中心之间的距离。该信号可从“径向推挽方法”形成，所述方法也可从前述的由G.Bouwhuis著的书第70-73页获知。

伺服电路11被布置用于响应聚焦和径向跟踪误差信号而分别提供用于控制聚焦致动器12和径向致动器13的伺服控制信号。聚焦致动器12控制物镜8沿Z轴的位置，由此控制扫描光斑16的位置使得它基本上与信息层2的平面一致。径向致动器13控制物镜8沿X轴的位置，由此控制扫描光斑16的径向位置使得它基本上与信息层2中将要跟踪的轨迹的中心线一致。

本实施例中的衍射部件24包括一种具有非寻常折射率n_e和寻常折射率n_o的双折射材料。在本实施例中，衍射部件24被安置在辐射源7和分束器9之间，但理论上可将它安置在沿光轴19的其它地方。

所述衍射部件包括具有寻常折射率n_o和非寻常折射率n_e的双折射材料。所述衍射部件被调准使得双折射材料的光轴沿着光轴19(即，Z轴)。它也被调准使得当具有沿X轴的偏振的辐射束通过时其折射率等于n_e，而当具有沿Y轴的偏振的辐射束通过时其折射率等于n_o。在下面，称作“p_e”和“p_o”的辐射束的偏振被分别与X轴和Y轴对准。因此，当偏振p₁、p₂或p₃等于p_e时，双折射材料的折射率等于n_e，而当偏振p₁、p₂或p₃等于p_o时，双折射材料的折射率等于n_o。换句话说，所述双折射衍射部件还被调准以便对偏振p₁、p₂和p₃敏感。

衍射部件24是根据本发明一个实施例的衍射部件。在该特定实施例中，所述衍射部件被布置用于对第一辐射束进行衍射以形成一个三点射束、对第二辐射束进行衍射以形成一个不同的三点射束和基本上不对第三辐射束进行衍射。

物镜8被布置用于将准直辐射束20变换成聚焦辐射束15，其具有一第一数值孔径NA₁，以便形成扫描光斑16和两个相关的跟踪光斑(与光斑之一对应的射束的光路在图1中由虚线表示)。换句话说，光学扫描装置1能够借助具有波长λ₁、偏振p₁和数值孔径NA₁的辐射束15使用三点束扫描第一信息层2。

另外，虽然未示出，所述光束扫描装置还能够借助辐射束4’扫描第二光记录载体3’的第二信息层2’，并能够借助辐射束4”扫描第三光记录载体3”的第三信息层2”。因此，物镜系统8将准直辐射束20’(在该情况下为三点束，即包括三条射束)变换成具有第二数值孔径NA₂的第二聚焦辐射束15’以便在信息层2’的位置形成一个第二扫描光斑16’，并还形成两个另外相关的跟踪光斑。物镜8还将准直辐射束20”(在该情况下为单射束)变换成具有第三数值孔径NA₃的第三聚焦辐射束15”以便在信息层2”的位置形成一个第三扫描光斑16”(没有相关的跟踪光斑)。

类似于光记录载体3，光记录载体3’包括一第二透明层5’，在其一侧上以第二信息层深度27’布置有信息层2’，并且光记录载体3”包括一第三透明层5”，在其一侧上以第三信息层深度27”布置有信息层2”。

在该实施例中，仅仅作为示例，光记录载体3、3’和3”分别是“蓝光盘”格式盘、“红光DVD”格式盘和CD格式盘。因此，波长λ₁被包括在365和445nm之间的范围中，并且优选的为405nm。数值孔径NA₁在读取模式和写入模式中等于约0.85。波长λ₂被包括在620和700nm之间的范围中，并且优选的为650nm。数值孔径NA₂在读取模式中等于约0.6，而在写入模式中高于0.6，优选的为0.65。波长λ₃被包括在740和820nm之间的范围中，并且优选的为约785nm。数值孔径NA₃低于0.5，优选的为0.45。

在所示的实施例中，物镜系统8被显示为单凸透镜。然而，应该意识到也可使用其它透镜元件类型，例如平凸或凸凹透镜。可将物镜系统8形成为单透镜，或形成为组合透镜。如果需要，可将衍射部件24形成为单独的元件，或者可将其形成为另一个光学部件的一部分，例如可将其结合作为透镜上的一个表面。

现在将说明适于在图1所示的光学扫描装置1中使用的示例衍射部件24的设计。

衍射部件24包括一第一衍射光栅结构和一第二衍射光栅结构。

所述衍射部件被布置用于与蓝光盘格式、DVD+RW(DVD读写)格式和CD格式结合使用。所述衍射部件被布置成对蓝光盘用作三点光栅、对DVD+RW用作三点光栅和对CD格式用作单光斑光栅。

当具有波长λ的辐射束穿过由具有阶梯高度h的材料制成的台阶时，在从所述台阶产生的衍射束中会引入相变(相对于辐射束沿相同的距离穿过空气的情况)。相变由下式表示：

其中“n₂”是衍射部件的折射率，“n1”是相邻介质的折射率。根据等式1得出当波长λ变化时，相变也相应的改变。还应该注意材料的折射率可作为波长的函数变化。

考虑这些约束，现在应该设计衍射部件的第一衍射光栅结构使得它对于蓝光盘选择三个衍射级，而对于DVD+RW和CD只选择第零级衍射。所述衍射光栅结构将是二元类型的。该光栅结构的光栅是由双折射材料制成的。

选择DVD辐射束的偏振，以便选择双折射材料的寻常折射率(n₀)，并选择用于蓝光盘和CD射束的偏振，以便选择双折射材料的非寻常折射率(n_e)。在该特定示例中，选择在λ＝405nm下的折射率n_BD＝1.61(n_e)，并且对于DVD+RW来说，在λ＝650nm下的折射率n_DVD＝1.5(n₀)，而对于CD来说，在λ＝785nm下的n_CD＝1.603(n_e)。

选择二元光栅的区以包括各阶梯，它们是高度h_DVD＝h_CD的整数，其中h_DVD和h_CD由下式给定：

$\left[2\right]{---h}_{\mathrm{DVD}}=\frac{{\mathrm{\λ}}_{\mathrm{DVD}}}{n_{\mathrm{DVD}}-1}=1.30\mathrm{\μm}$

$\left[3\right]---h_{\mathrm{CD}}=\frac{{\mathrm{\λ}}_{\mathrm{CD}}}{n_{\mathrm{CD}}-1}=1.30\mathrm{\μm}$

假定空气的折射率为1。从等式2和3与等式1的比较应该理解对于CD和DVD结构来说每个台阶由此将给出2π倍的相位。因此所述结构对用于CD和DVD结构的辐射束没有影响，并且射束中的所有光都会以零级衍射穿过所述第一衍射光栅结构。

为了日后使用，高度h_BD被定义为：

$\left[4\right]---h_{\mathrm{BD}}=\frac{{\mathrm{\λ}}_{\mathrm{BD}}}{n_{\mathrm{BD}}-1}=0.664\mathrm{\μm}$

该高度引发蓝光盘结构的射束的2π的相位。

表1表示由于为h_DVD的倍数的阶梯高度而将相位与蓝光盘射束的2π模数1相除的结果，其中m是h_DVD的倍数。

M    相位/由BD结构中h_DVD的倍数得到的2π模数1

1    0.9578

2    0.9157

3    0.8735

4    0.8313

5    0.7892

6    0.7470

7    0.7048

表1

第一衍射光栅结构被布置用于产生包括三光斑的射束，其中这些光斑之间的功率分布为1∶15∶1。为此，第一衍射光栅结构需要一个具有每个周期具有相等宽度的2个台阶的相位深度为0.12*2π的光栅。这可被近似为阶梯高度3*h_DVD＝3*1.3μm＝3.9μm，其对由第一衍射光栅结构形成的光栅给出相位深度＝(1-0.8735)*2π＝0.1265*2π。图2表示光栅侧面，即作为距离函数的光栅幅度。这样一个光栅高度对于蓝光盘射束会导致1∶14∶1的功率分布。后面将说明光栅节距的计算。

第二衍射光栅结构对于DVD+RW射束被布置成三点光栅，但对蓝光盘和CD辐射束没有影响。该第二衍射光栅结构是由非双折射材料形成的，即在λ＝405nm下具有折射率n_BD＝1.516，在λ＝650nm下具有折射率n_DVD＝1.506，而在λ＝785nm下具有折射率n_CD＝1.500。按照关于第一衍射光栅的每个等式2、3和4，在每种模式下产生2π相位跳跃的各种阶梯高度是：

$\left[6\right]---h_{\mathrm{BD}}=\frac{{\mathrm{\λ}}_{\mathrm{BD}}}{n_{\mathrm{BD}}-1}=0.785\mathrm{\μm}$

$\left[7\right]---h_{\mathrm{DVD}}=\frac{{\mathrm{\λ}}_{\mathrm{DVD}}}{n_{\mathrm{DVD}}-1}=1.285\mathrm{\μm}$

$\left[8\right]---h_{\mathrm{CD}}=\frac{{\mathrm{\λ}}_{\mathrm{CD}}}{n_{\mathrm{CD}}-1}=1.570\mathrm{\μm}$

应该注意2h_BD＝h_CD。因此，该第二衍射光栅结构将h_CD看作阶梯高度，使得所述光栅对于蓝光盘和CD辐射束是不可见的。

表2表示作为是h_CD倍数(m)的阶梯高度的函数的最终相位/DVD辐射束的2π模1。

m    在DVD结构中相位/由h_CD的倍数得到的2π模数1

1    0.2218

2    0.4436

3    0.6654

4    0.8872

5    0.1089

6    0.3307

7    0.5525

表2

第二衍射光栅结构是一个三点光栅，即它被设计用于将DVD辐射束衍射成三条射束，即三点束。优选的，这些射束也具有接近1∶15∶1的功率分布。如前所述，第二衍射光栅结构的光栅具有0.2*2π的相位深度和每个周期具有相等宽度的2个阶梯。这可通过阶梯高度进行近似：

[9]    4*h_cd＝4*1.570μm＝6.280μm

其给出了用于第二衍射光栅结构的相位深度＝(1-0.8872)*2π＝0.1128*2π，对于DVD辐射束会导致1∶18∶1的功率分布。

假设准直仪和BD/DVD+RW兼容物镜的焦距分别是15和1.76mm。入瞳直径对于BD是时3.0mm，对于DVD+RW是2.3mm。

在该例子中，假定光栅被放置在距激光器5mm的距离l处(如图3所示，l＝5mm)。光栅节距可计算如下。光栅的效果(参见图3)是沿光轴19传播的射线变得偏转一个角度θ1。因此图3中所示的系统等价于没有光栅但关于光轴19位移距离x_s放置所述光源的系统。在图1中的伺服透镜25不具有光学功率的情况下，光源由于光栅24的虚拟移位x_s将导致检测器进行相同的移位x_s，因为在返回路径上，射束并不会再次通过光栅。如果x_D是检测器的节距，那么光栅节距p应该使得X_s＝X_D并因此可使用等式来计算：

$\left[10\right]---p=\frac{\mathrm{\λl}}{x_D}$

其中x_D是布置在四象限检测器23上的检测器阵列的间距。在本实施例中，假定检测器23内的检测器元件阵列具有150μm的间距。图4表示这样一个检测器23，其中23a是中心射束检测器，其具有相邻的光点检测器23b、23c，其中每一个与检测器23a的距离是x_D。

使用该等式10，能够计算在λ＝405nm下，第一衍射光栅结构(三点蓝光盘光栅)的节距是13.5μm。通过对比，在λ＝650nm下，第二衍射光栅结构(DVD+RW光栅)的节距是21.7μm。

换句话说，为了允许使用单个检测器，期望形成衍射结构的两个光栅具有不同的节距和不同的深度。另外，期望两个衍射光栅结构沿光轴19的取向是不同的。尤其是，光栅关于所述光学装置的Y轴的角度是从轨迹间距和光学放大率得到的。轨迹间距是光学记录载体上的轨迹的间距。DVD+RW的轨迹间距是0.74μm，而对于蓝光盘来说是0.32μm。光学放大率可通过把准直仪的焦距除以各个物镜的焦距来确定。因此，对于DVD+RW的放大率为M＝15/1.76＝8.523，而对于蓝光盘来说为M＝15/1.76＝8.523。

应该想起检测器23的间距是150μm。因此，入射在DVD+RW盘上的每个光斑(三点辐射束中)之间的距离X_DVD＝150/8.523＝17.6μm。因此，形成第二衍射光栅结构的光栅的角度是θ_DVD＝0.74/2/17.6＝21mrad(即，轨迹间距的一半除以光点距离X_DVD)。相比之下，关于蓝光盘，光盘上的光点距离为X_BD＝150/8.523＝17.6μm。这将第一衍射光栅结构的光栅的角度给为θ_BD＝0.32/2/17.6＝9.1mrad。

总的来说，第一衍射光栅结构是由双折射材料形成的，其节距为13.5μm、深度为3.9μm、取向为9.1mrad。相比之下，第二衍射光栅结构是由非双折射材料形成的，其节距为21.7μm、深度为6.28μm、取向为21mrad(即，距y轴21mrad)。

图5表示DVD光盘的信息层27’的平面图。信息层27’具有通过光斑16进行扫描的轨迹103。侧光斑16a、16b用于提供位置信息(即，使用三点控制系统)。轨迹103间隔开距离102。侧光斑16a、16b位于距正被扫描的轨迹一个距离101处，所述距离101近似为轨迹间距的一半。侧光斑16a、16b定位成沿着相对于盘的Y轴以角度θ_DVD延伸的线上。中心光斑16和侧光斑16a、16b之间的距离104是检测器间距除以放大率的结果。

通过所述第一和第二衍射光栅结构形成的衍射部件可通过放置两个不同的光栅彼此相邻来制造。更加优选的，通过在彼此之上添加两个光栅来形成所述衍射部件。通过所述衍射部件提供的最终光栅对于蓝光盘用作三点光栅，对于DVD+RW用作三点光栅，而对于CD用作单点光栅。

借助于说明了可以如何在彼此之上添加光栅，图6A示出了用于节距为50μm的七点DVD光栅的光栅侧面图，图6B示出了用于节距为60μm的CD的三点光栅的光栅侧面图，以及图6C示出了通过将两个光栅彼此加起来得到的组合光栅。

虽然可以通过将两个衍射光栅结构加在一起形成衍射部件，但应该理解还可通过将每个衍射光栅结构放置在单独的平面中来形成衍射部件。衍射光栅结构的平面可以是平行的，或者彼此成角度。例如，可以将一个衍射光栅结构形成为一个光学元件的第一表面上的阶梯，并可将另一个衍射光栅结构形成在一第二表面上。所述第二表面可以与第一表面成一角度。

仅仅借助于示例提供了上述实施例，并且各种修改对于本领域技术人员来说是显而易见的。例如，虽然已经参照预定的标准(按照其中利用衍射部件的光学系统)说明了上述实施例，但本领域技术人员将能够修改上述特定的实施例以供与具有其它标准的光学系统结合使用。另外，本领域技术人员可根据材料的期望属性(例如，(多个)折射率)来选择用于衍射部件的材料。各种制造方法对于本领域技术人员来说是已知的，如在International Symposium on Optical Memory2003(ISOM’03)(光存储国际研讨会2003)的技术摘要(110-111页)中由E.Verstegen，B.Hendriks和M.van As发表的“Photo replication ofbirefringent phase structures”中所披露的。该项工作的一篇更加广泛的公开物可见诸于日本期刊“应用物理(Japanese Journal of AppliedPhysics)”第43卷第7B号。

通过提供包括两个不同衍射光栅结构的衍射部件，其中每个光栅结构提供具有认真选择的高度的阶梯的光栅，可将所述衍射部件用作为两个以上的不同波长选择一不同组的衍射级的光栅。另外，在衍射部件内使用两个不同的衍射光栅结构允许对于所述至少两个不同的波长使光栅结构的节距和取向根据需要而变得不同。

后面权利要求中的任何参考标记都不应解释为限制权利要求。很明显动词“包括”及其变化形式的使用并不排除出现任何权利要求中定义的那些之外的任何其它元件。在元件之前出现的单词“一”或“一个”并不排除存在多个这种元件。

Claims (13)

1、一种光学扫描装置(1)，用于借助于具有第一波长(λ₁)和第一偏振(p₁)的第一辐射束(4)扫描第一信息层(2)、借助于具有第二波长(λ₂)和第二偏振(p₂)的第二辐射束扫描第二信息层(2’)和借助于具有第三波长(λ₃)和第三偏振(p₃)的第三辐射束(4”)扫描第三信息层(2”)，其中所述第一、第二和第三波长(λ₁，λ₂，λ₃)彼此不同，所述装置包括：

辐射源(7a，7b)，用于提供所述第一、第二和第三辐射束(4，4’，4”)；

物镜系统(8)，用于将所述各辐射束会聚在相应信息层上；和

布置在所述辐射束(4，4’，4”)的光路中的衍射部件(24)，所述衍射部件包括：

第一衍射光栅结构，其包括一系列预定高度的阶梯用于引入相变，所述相变对于所述第二和第三波长(λ₂，λ₃)来说是2π的整数倍，但对于所述第一波长(λ₁)不是；和

第二衍射光栅结构，其包括一系列预定高度的阶梯用于引入相变，所述相变对于所述第一和第三波长(λ₁，λ₃)来说是2π的整数倍，但对于所述第二波长(λ₂)不是。

2、如权利要求1所述的装置，其中所述第二衍射光栅结构的阶梯具有与所述第一衍射光栅结构的阶梯不同的节距。

3、如权利要求1所述的装置，其中以相对于所述物镜系统的光轴(19)成一第一预定角度(θ_BD)来定位所述第一衍射光栅结构，以相对于所述光轴(19)成一不同的第二预定角度(θ_BD)来定位所述第二衍射光栅结构。

4、如权利要求1所述的装置，其中所述衍射部件包括所述第一和第二衍射光栅结构的阶梯的叠加。

5、如权利要求1所述的装置，其中所述第一衍射光栅结构被布置用于衍射第一辐射束以产生所述第一波长的三点束，而所述第二衍射光栅结构被布置用于衍射所述第二波长以便产生所述第二波长的三点束。

6、如上面任何一个权利要求所述的装置，其中所述第一衍射光栅结构是由双折射材料形成的。

7、如权利要求1所述的装置，其中所述第二衍射光栅结构是由非双折射材料形成的。

8、如权利要求1所述的装置，其中所述系列阶梯中的至少一系列是每周期相等宽度的一系列阶梯。

9、如权利要求1所述的装置，其中所述第一、第二和第三偏振(p₁，p₂，p₃)中的至少一个与其它的不同。

10、一种在利用具有第一波长(λ₁)和第一偏振(p₁)的第一辐射束(4)、具有第二波长(λ₂)和第二偏振(p₂)的第二辐射束(4’)和具有第三波长(λ₃)和第三偏振(p₃)的第三辐射束(4”)的光学装置(1)中使用的衍射部件(24)，其中所述第一、第二和第三波长(λ₁，λ₂，λ₃)彼此不同，所述衍射部件(24)包括：

第一衍射光栅结构，其包括一系列预定高度的阶梯用于引入相变，所述相变对于所述第二和第三波长(λ₂，λ₃)来说是2π的整数倍，但对于所述第一波长(λ₁)不是；和

第二衍射光栅结构，其包括一系列预定高度的阶梯用于引入相变，所述相变对于所述第一和第三波长(λ₁，λ₃)来说是2π的整数倍，但对于所述第二波长(λ₂)不是。

11、如权利要求10所述的衍射部件(24)，其中所述第一衍射光栅结构基本上在第一平面内延伸，所述第二衍射光栅结构基本上在第二平面内延伸，并且所述第一平面不与所述第二平面平行。

12、一种制造光学扫描装置的方法，所述光学扫描装置用于借助于具有第一波长(λ₁)和第一偏振(p₁)的第一辐射束(4)扫描第一信息层(2)、借助于具有第二波长(λ₂)和第二偏振(p₂)的第二辐射束(4’)扫描第二信息层(2’)和借助于具有第三波长(λ₃)和第三偏振(p₃)的第三辐射束(4”)扫描第三信息层(2”)，其中所述第一、第二和第三波长(λ₁，λ₂，λ₃)彼此基本不同，所述方法包括：

提供一个辐射源(7a，7b)，用于提供所述第一、第二和第三辐射束(4，4’，4”)；

提供一个物镜系统(8)，用于将所述各辐射束(4，4’，4”)会聚在相应的信息层(2)上；和

提供布置在所述辐射束(4，4’，4”)的光路中的衍射部件(24)，所述衍射部件(24)包括：

第一衍射光栅结构，其包括一系列预定高度的阶梯用于引入相变，所述相变对于所述第二和第三波长(λ₂，λ₃)来说是2π的整数倍，但对于所述第一波长(λ₁)不是；和第二衍射光栅结构，其包括一系列预定高度的阶梯用于引入相变，所述相变对于所述第一和第三波长(λ₁，λ₃)来说是2π的整数倍，但对于所述第二波长(λ₂)不是。

13、一种制造衍射部件(24)的方法，所述衍射部件(24)在利用具有第一波长(λ₁)和第一偏振(p₁)的第一辐射束(4)、具有第二波长(λ₂)和第二偏振(p₂)的第二辐射束(4’)和具有第三波长(λ₃)和第三偏振(p₃)的第三辐射束(4”)的光学装置(1)中使用，其中所述第一、第二和第三波长(λ₁，λ₂，λ₃)彼此不同，所述方法包括：

提供第一衍射光栅结构，其包括一系列预定高度的阶梯用于引入相变，所述相变对于所述第二和第三波长(λ₂，λ₃)来说是2π的整数倍，但对于所述第一波长(λ₁)不是；和

提供第二衍射光栅结构，其包括一系列预定高度的阶梯用于引入相变，所述相变对于所述第一和第三波长(λ₁，λ₃)来说是2π的整数倍，但对于所述第一波长(λ₂)不是。

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