TWI291038B - Switchable optical element and optical scanning device - Google Patents

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TWI291038B
TWI291038B TW092125471A TW92125471A TWI291038B TW I291038 B TWI291038 B TW I291038B TW 092125471 A TW092125471 A TW 092125471A TW 92125471 A TW92125471 A TW 92125471A TW I291038 B TWI291038 B TW I291038B
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fluid
wavefront
discontinuous
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switchable optical
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Bernardus Hendrikus W Hendriks
Stein Kuiper
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Koninkl Philips Electronics Nv
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Description

1291038 玖、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一種可切換的光學元件，特別相關但不限 於通用一光學掃描裝置，以掃描不同型態的光學記錄載體 資訊層，且本發明也關於包括此元件的一光學掃描裝置。 【先前技術】 資料可以光學記錄載體中資訊層的型式儲存，例如：光 碟片（CDs)、傳統的數位式易變性碟片（DVDs)、以及稱為 Blu-RayTr%^j碟片。 近來Blu-RayTM碟片隨著藍光雷射二極體的發展而問市 ，其發射的波長比用於讀取或將資料寫入傳統DVDs的紅光 雷射二極體波長要短很多。當藍光雷射二極體的波長比十 分普遍使用的紅光雷射二極體波長較短時，該藍光雷射二 極體可以在該碟片上形成一較小的光點，因此 媒片的紮訊層軌道要比傳統DVDs的軌道空間較為接近，也 意渭著Blu-RayTlv^片能夠比傳統DVDs具有較大的儲存量 ，通常至少可以得到增加兩倍以上的儲存能力。 為避免消費者必須買各種不同的裝置，才能從特定型式 的光學€錄載體中謂取或將資料寫入，就需要一種能夠從 一些不同型式光學記錄載體中重現資料的單一光學掃描裝 置。 然而，要達到此一目標並不容易，因為不同的記錄載體 型式以及所屬的掃描裝置具有不一樣的特性，例如：適用的 光碟，尤其是CD-A(影視光碟）、CD-ROM(唯讀記憶光碟）、
88061.DOC 1291038 和CD-R(可記錄光碟）。其設計是以一波長約785毫微米的 雷射光和一數值口徑（NA)為〇·45來掃描。另一方面，數位 化易變性碟片是設計以波長在650毫微米範圍的雷射光來 掃描，而片則是設計以波長在4〇5毫微米範圍 的雷射來掃描。讀取DVDs通常使用數值口徑〇.6的光學系 統’但寫入DVDs時就需要數值口徑為〇·65。 一個複雜的因素在於，設計以某一波長讀取的碟片總是 不能用另外一個波長讀取，其一實例為記錄層物質外加一 種特別染料的可記錄性光碟，是在波長785毫微米得到一高 訊號模組。但在波長650毫微米下，該碟片的訊號模組變的 非常小，因為以此波長讀取時該染料的波長敏感度並不可 行。 當一種較高資料存量的新型記錄載體系統問市時，很重 要的是這種新型的讀取及寫入裝置要相容於現存的記錄載 體’在市場上才能有高接受度。所以該DVD系統必須包括 一個波長785毫微米的雷射和一個波長65〇毫微米的雷射， 以便把夠續取所有現存型態的CD。類似地，一個能夠讀取 所有CD，DVD和BlU-RayTM壤片的系统，應該包括一個波長 785愛微米的雷射，—個波長65()毫微米的雷射，和一個波 長405毫微米的雷射。 不同型態的記錄載體，其透明材質的厚度也不一樣，該 透明基材通#疋當做該碟片資料載錄層的一保護層，因此 從孩記錄載體人π表面的資料層;罙度也隨著記錄載體的型 悲不同而改又。例如·· DVDs的資料層深度大約是㈣毫米
88061.DOC 1291038 ，而CDs的資料層深度約為1>2毫米。由輻射光束穿過該保 護層引起的球面像差’通常則是以該光學掃描裝置的物鏡 系統來補償。 由於這些不同型態的記錄載體各有不同的特性，如果想 以一種記錄載體用另一種不同型態記錄載體的最佳光學掃 描裝置來讀取就會產生問題。例如：_種型態的載體材料 以另一種材質的最佳物鏡系統來讀取，就會導致大量的球 面像差和無法忽略的份量之球面色像差。雖然裝置可以提 供三種物鏡，每一種對應一個波長，但這樣的解決方法相 當地昂貴。 所以，非常希2能有一種裝置具有單一的光學物鏡，可 以使用不同波長的运射光來掃描各種不同的光學載體材質。 國際專利中請W〇 〇2/()82437敘述適用於—光學掃描裝 置内如此的-物鏡透鏡，可以從三種不同型態的記錄載體 讀取資料’該透鏡具有-相位結構是安排在該輕射光束的 路徑内。此相位結構包括複數個不㈤高度的相位元件其 安排的形式看起來像一連串的階梯。這些不同高度的相位 元件彼此相關，而且安排使其對_特定波長的輕射光束產 生一理想的波前調整效果，以讀取—特定型態的記錄載體。 WO G2/G8243 7所敘述的系統型態，為光學掃描裝置内要 吏個物1¾系統以其所屬不同波長的輻射光束來掃描三 種不同型態的光學記錄載體之問題，提供一個解決方法。 然而，所用的相位結構通常為一複雜的本質’該相位元件 具有—很大範圍的不同高度之結構’這種相位結構很難設
88061.DOC 1291038 汁及敗造，達到每一個波長都有一高光學效率的程度。此 外製造也相當昂貴。 才疋出的各種系統中，有一種流體系統是用來提供具有各 種特性的一個光學元件。 美國專利5,973,852敛述填入各種折光能力的光學透鏡 之一 >見體。該透鏡包括具有一光學透明彈性薄膜的外殼， 位於包含一流體的器室之一端。一幫浦組件是用來將流體 住入或從該器室内抽取流體，同時該薄膜對應地選擇向外 或向内豉脹起來’成為一凸透鏡或凹透鏡的形狀。國際專 利中請WO 00/58763敘述一種濕電性為主的系統，其可改 變介於兩種不同流體部分之間一流體新月形的曲度，此提 出的系統可用來當做一可變性的透鏡。 美國專利6,288,846敘述的系統，其中有一流體系統可以 在兩種不同的非連續狀態之間切換，能夠提供不同的波前 調整效果。而接近於零的折射率差是建立在一流體與一波 前調整器之間，當系統是在這些狀態中之一種時，為使該 插射光束沒有改變；而該系統在其他的狀態時，此折射率 差則是一足夠的數值使其該輻射光束的路徑得以調整。一 處理流體的系統疋用來切換該流體系統，該處理流體系統 的實例包括手動或機械式的皮下注射器，蠕動性的繁浦， 可壓縮的球狀物，以及壓電性、水壓性或空氣壓縮的啟動 器。 美國專利6,408，112敘述的一種光學開關，包括一流體系 統裝在該元件内的通道與洞室，壓電性啟動器是安排在該 88061.DOC -9- 1291038 洞皇内’使得該液體放置在該通道内。一具體實施例中， 该液體通過了包括一突起結構為一 Fresnel透鏡形式的一 波則_整器表面。一具體實施例中，該流體系統的兩個流 體元件中之一個是一種氣體，當該液體移動進入該突起結 構上時，該氣體是壓縮的。然而，這樣的元件必須維持著 一直立的方位，以避免該氣體跑到該系統包括壓電性幫浦 的一部分。其中也敘述到可以使用兩種適合的液體。然而 ’有一個缺點就是切換過程的可信賴度，特別是使用一突 起結構時，其中流體並不是完全順暢地流動。切換的過程 中要求順暢的流動也限制了切換的速度。 【發明内容】 本發明的一個目的在於提供一種切換式光學元件，包括 一個波前調整器，能夠以可信賴且有效率的方式至少在第 一和第二非連續狀態之間切換。 根據本發明提供的一種可切換式光學元件，具有一第一 非連續狀態與一不同的第二非連續狀態，該元件包括： a) —流體系統，包含一第一流體和一不同的第二流體； b) —波前調整器具有一表面；及 Ο —流體系統開關，作用於該流體系統以便在該元件的 第一和第二非連續狀態之間切換， 其中當該元件在該第一非連續狀態時，該波前調整器的 表面大致以該第一流體覆蓋，以及 當該元件在該第二非連續狀態時，該波前調整器的表面 大致以該第二流體覆蓋， 88061.DOC -10- 1291038 其特徵在於該流體系統的開關包括·· 一電極架構是安排經由施加濕電力而作用在該流體系統 上；以及 一電壓控制系統是安排以控制施加在該電極架構的電壓 ，而能夠在該元件的第一和第二非連續狀態之間切換。 藉由使用該電極架構及其所屬的電壓控制系統，以施加 濕電力而能在該第一和第二非連續狀態之間切換，提供的 一種改良式流體切換系統中，該波前調整器的表面可以選 擇性地由不同的流體覆蓋。濕電力可以用來改變安排在或 連接至該波前調整器表面的潮濕程度，由此對該液體分別 提供一作用性排斥或吸引力，以確保相當快速且可信賴的 切換。由轉換潮濕的程度，可以協助從該調整器的表面除 去一種流體，並放置另一種流體於其上。 理想狀況下，安排該流體系統使得該第一和第二狀態之 間為一循環的方式移動。由此方式就能夠不需要移動構件 部分即完成切換，甚至當兩流體包括兩種不同的液體也可 以0 本發明之可切換式光學元件能夠包括在一適當的光學掃 描裝置内，用來掃描三種不同型態的光學記錄載體，而每 一種圮錄載體需要使用一種不同波長的輕射光束。該波前 調整器的表面提供一預定的波前調整效果，可由一簡單的 結構形成，並且容易又有效率地製造。 本發明之可切換式光學元件提供不同的非連續狀態，其 中不同的流體各具有彼此不一樣的折射率，進而增加設計
88061.DOC -11- 1291038 該波前調整器之一額外的自由度，此情況的一相位結構可 適用於一種波長以上的輻射光束。該波前調整器在每_個 非連續的狀態下，對一預定波長的輕射光束提供一預定的 波前調整。該波前調整ϋ表面突出物的階梯高度h，由波長 λ的-給定輻射光束下折射率為n的材料製成，其覆蓋著該 波前調整器表面的流體之折射率ns，下列式子呈現相位變化 Φ:2πΙ^Α m λ ⑴ 因此，該給定輻射光束的波長改變時，由該波前調整器表 面突起物所進行的波前調整效果也會改變。此外當改變覆 盖在該波如凋整器表面的流體而改變折射率〜時，由該波 前調整器表面進行的波前調整也會產生變化。所以，能夠 簡單地對特定要讀取的某種型態記錄載體，具有不同波長 的輻射光束’就提供不同但理想的波前調整效果。 從下列敘述本發明的較佳具體實施例，本發明的其他特 性和優點將會明顯而清楚，其較佳具體實施例僅供範例之 用，並參考所附圖式。 【實施方式】 參考圖1至圖4，根據本發明之一具體實施例的可切換式 光學元件包括一器室20，經由該器室的兩個開口 22和23流 通地連接至一具有兩個相反終端的管道24。該器室的第一 開口 22流通地連接至該管道的第一終端，同時該器室的第 二開口 23是流通地連接至該管道的第二終端，如此形成一 88061.DOC -12- 1291038 個流體緊密封閉的流體系統。該器室2 0的一側是以一波前 調整器26所封閉，並具有一表面28曝露於該器室20的内部 。該波前調整器是以一透明材料形成，例如：多重碳酸鹽 。該波前調整器的表面28包括一個固體的突起結構，由突 出物30形成，其為一連串有間隔的線性楔形，彼此平行地 橫跨該波前調整器的表面28上。本具體實施例之波前調整 器表面28上的突出物30，是安排成一線性繞射光柵。圖1 至圖4顯示該光柵的繪示圖，該突出物30有一相等的高度。 然而，該突出物可以是彼此不同的高度。還有該突出物的 大小是被誇張的。，較佳具體實施例中，該突出物的高度 是1微米大小。此外從下列敘述會了解到，同心圓的繞射光 柵以及非週期性的相位結構也可以使用，其中該突出物是 環狀或至少是形成環狀的部分。 該器室20進一步地以一覆蓋平板36封閉，該覆蓋平板是 以一透明材料，例如：多重碳酸鹽，形成一平面元件，而 該覆蓋平板36是以一厭水性流體接觸層32所覆蓋，其為透 明並以例如：DuPontTM生產的Teflon™ AF1600形成。此厭 水性流體接觸層32的一表面是曝露在該器室20的内部。一 第一濕電性電極34是介於該覆蓋平板36與該厭水性流體接 觸層32之間，此第一濕電性電極34是以一透明的導電材料 ，例如：氧化銦錫（ITO)形成一薄層，一絕緣層（圖中未示） ，例如··由真空精細形成，介於該流體接觸層32與該第一 濕電性電極34之間。要注意到該第一濕電性電極34具有一 操作區域，與該波前調整器表面28的一連串楔形30所佔有 88061.DOC -13- 1291038 的區域完全重疊，該厭水性流體接觸層32具有一表面區域 ，與該波前調整器表面28的一連串楔形30完全重疊。 該管道24是形成於管道牆41與一覆蓋平板40之間，該覆 蓋平板以曝露在該管道24内部一表面上的一厭水性流體接 觸層38覆蓋，該厭水性流體接觸層是，例如：AF1600tmB 成。一第二濕電性電極40介於該覆蓋平板42與該厭水性流 體接觸層38之間，此電極由一導電材料形成，例如：氧化 銦錫（ITO)。要注意到該第二濕電性電極40有一表面區域， 與大部分的該管道24内部重疊。 該封閉的流體系統包括一第一流體44和一第二流體46。 該第一流體44包括一水性的導電流體，例如：鹽水，具有 一預定的折射率。該第二流體包括一油性為主的電絕緣流 體，例如：矽酮油。本發明之此具體實施例，該第一流體 44和該第二流體46兩者都是液體，而該第一流體44和該第 二流體46位於兩個新月形48和49彼此接觸。 該可切換式光學元件在一第一非連續狀態時，如圖1和圖 2所示，該第一流體44大致是填滿該器室20以及一部分的該 管道24。大致上填滿的意思是，該第一流體位於至少接觸 到該波前調整器表面28上大部分的突出物30。此狀態下， 該第一流體位於至少接觸到該器室20内厭水性流體接觸層 32的大部分曝露表面。此外，有一個普通的第三電極50， 例如：由金屬形成，位於該管道24内靠近該器室20之一開 口 22處，並接觸到兩種狀態下由該第一流體44填滿的該管 道部分。該元件的第一非連續狀態下，該第二流體46是大 88061.DOC -14- 1291038 致填滿該管道24，但除了接觸到該普通的第三電極50由該 第一流體44填入的部分。 該可切換式光學元件的第二非連續狀態，如圖3和圖4所 示，該第一流體44大致填滿該管道24。在此第二非連續狀 態下，該第一流體44連續地接觸到位於上述管道部分之該 普通的第三濕電性電極50。該第一流體44現在是接觸到該 管道的厭水性流體接觸層38 ;該第二流體46現在則是大致 地填滿該器室20，使得該第二流體46會接觸到該波前調整 器表面28的突出物30，以及該器室内厭水性流體接觸層32 所曝露的表面。此外，該管道24的一部分是被該第二流體 46所填滿，該部分的管道24是在該普通的第三電極50所在 部分之相反終端。 該第一、第二、和第三電極34, 40, 50形成一濕電性電極 的架構，並與一電壓控制系統（圖中未示）一起形成一流體 系統開關。此流體系統開關作用在包括該第一和第二流體 44和46的上述流體系統，以能夠在該可切換式光學元件已 敘述的第一和第二非連續狀態之間切換。該元件的第一非 連續狀態下，將一適當值的外加電壓Vi施加在該第一濕電 性電極34與該普通的第三電極50之間。施加的電壓V!提供 一濕電力，使得本發明之可切換式光學元件傾向於選擇該 第一非連續狀態，其中該導電性的第一流體44移動，且大 部分填入該器室20。施加電壓乂！的結果，該器室20的厭水 性流體接觸層32至少暫時變成相當親水性，因此也協助該 第一流體44的偏好而大致地填入該器室20。要面對的是該 88061.DOC -15- 1291038 第一非連續狀態下，沒有電壓施加在該第二濕電性電極40 與該普通的第三電極50之間，使得該管道的流體接觸層保 持相當高度地厭水性。 為了在該可切換式光學元件的第一非連續狀態與第二非 連續狀態之間切換，該流體系統開關的電壓控制系統切斷 該外加電壓Vi，並將一適當值的一第二外加電壓V2施加在 該第二濕電性電極40與該普通的第三電極50之間。此外， 要面對的是施加在該第一濕電性電極34與該普通的第三電 極50之間的V!已切斷，所以在該第一濕電性電極34與該普 通的第三電極50之間並沒有施加電壓。 現在該可切換式光學元件是在該第二非連續狀態下，其 中該第一流體44大致填滿該管道24,此為外加電壓V2提供 了濕電力的結果。有了該外加電壓V2，該管道24的厭水性 流體接觸層38至少目前是相當親水性，並且傾向於吸引該 第一流體44。該第一流體44移動而填滿該管道24内該普通 的第三電極50所在的部分。如前所述，該第二流體46大致 填滿該器室20。該器室20的厭水性流體接觸層32現在則具 有相當高度的防水性，同時協助該第二非連續狀態中第二 流體的安排。 該元件在第一與第二非連續狀態之間轉換的過程，由該 流體系統開關所控制，該流體系統的第一和第二流體44和 46，經由該流體系統以一循環方式流動，每一種流體彼此 置換。此循環流體從該第一轉換至第二非連續狀態的過程 中，該第一流體44通過並離開該器室20，經由該器室的一 88061.DOC -16- 1291038 開口 22進入該管道24的一端；同時該第二流體46從該管道 24的另一端通過，經由該器室的開口 23進入該器室20。轉 換過程中，從該第二切換至第一非連續狀態之間，會發生 一反方向的流體循環。 因此，從該第一非連續狀態改變至該第二非連續狀態， 介於該第二濕電性電極40與該普通的第三電極50之間的該 外加電壓V2，吸引該導電性第一流體44進入該器室20，所 以將該電絕緣性第二流體46置換出該器室20。此外，該器 室20的厭水性流體接觸層32將該導電性第一流體44從該器 室20驅離而進入該管導24，從第二轉換至第一非連續狀態 與從該第一轉換至第二非連續狀態，是相反的敘述與過程。 圖5繪製顯示一光學掃描裝置，用來掃描一光學記錄載體 的一資訊層，此例中是一碟片。該光學掃描裝置包括根據 本發明之一具體實施例的一可切換式光學元件，類似於以 上所述並參考圖1至圖4。 一光學記錄載體1包括一透明層2，在其至少安排一資訊 層3的一面。該載體可以包括複數個資訊層，安排在該資訊 層面對著遠離該透明層那一面内不同深度處，該資訊層是 以一保護層4保護不受到環境的影響。該透明層面對該裝置 的一面是碟片的入口面，該透明層2的功能是對該光碟的一 基材提供該單一或複數資訊層的支撐機構。或者該透明層2 可以有保護該資訊層3的單一功能，而該支撐機構是以該資 訊層另一面上的一層次提供，例如：是以該保護層4或以另 外一資訊層與連接至最上的資訊層之透明層。 88061.DOC -17- 1291038 一貝吼可以儲存在該光碟的資邙JS κ π朱的貝矶層3或複數的資訊層内，以 光學可抓測的標記的形式， t排為大致平行、同圓心或螺 旋的軌道内，圖1中並a古 —、 、± 、 並/又有顯不。孩標記可以是任何光學可 謂的开〉式’例如：凹陷的形彳 丨曰自0形式，或有一反射係數或磁性方 向與：周圍不同的區域，或者是這些形式的組合。 、帝描裝置包括—無射光源系統6，具有—可調整的半導 體雷射或者分別的三種半導體雷射，發射出—第―、第二 、或第三預定波長的一輻射光束7。該第一、第二、和第三 預定波㈣ϋ射光束是對應到以該光學掃描裝置要掃描的 不同型態之光學記錄載體卜如—實例中，該第—預定的波 長λ!是405毫微米，對應至一 Blu-RayTM碟片；該第二預定 f長h是650毫微米以掃描一 DVD;還有該第三預定波長& 疋785笔微米對應至一 CD。該預定波長的輻射光束是發散 ，並朝向一透鏡系統發射。該透鏡系統包括一光束平行器 透鏡8，根據本發明之一可切換式光學元件9，以及一接物 透鏡10是沿著一光軸11安排。該平行器透鏡8將從該輻射光 源系統6發射出的一預定波長之發散輻射光束7，轉換成一 大致平行的光束12。如下面進一步地敘述，本發明的該可 切換式光學元件9可調整該平行輻射光束12的波前，該波前 調整效果是特定針對要讀取的記錄載體型態。該接物透鏡 10將碉整過的入射波前之輻射光束15轉換成一收斂光束13 ’並具有一選定的數值口徑（NA)，其來到該資訊層3上形 成一聚焦光點14。還有也提供一檢測系統1 6，一第二平行 器透鏡1 7，以及一分光器1 8，以檢測在該攜帶資訊輻射光 88061.DOC -18 - 1291038 束19中的資料訊號與控制訊號，其包括用於機械調整該接 物透鏡10的軸向位置之聚焦錯誤訊號。 該可切換式光學元件9的波前調整器之表面是一個精緻 的設計與建構，使得一預定的波前調整效果能夠施加在一 特定波長的一平行輻射光束12上，於該元件選定在其非連 績狀怨中之一個時，對應特定所要掃描的記錄載體型態。 詳細的敘述可依循該可切換式光學元件的其他具體實施例。 本發明之一具體實施例中，該波前調整器表面的突出物 形成一圓形的繞射光柵，該波前調整器是以一多重碳酸鹽 材料形成，其折射率η==1·6，該第一流體是折射率為 nwater=1.350的鹽水，以及該第二流體是折射率η^ι=1·393的 硬嗣油。 下面的貫例呈現一繞射光柵的設計，以選擇波長λι輻射 光束的零1¾繞射，與h和心輻射光的第一階繞射。該波前 調整器的突出物是環狀，並且形成一連串相等寬度的區段 看起來像疋該波前調整器表面的一徑向圖樣。每一個區 段包括數個徑向的次區段，每一個區段内次區段的安排都 相似’使得這些階梯形成具有一規則性重複的相位結構。 選取每一個階梯的高度，使其引發一相位改變（①），為波 長入!輻射光束的2π整數倍，由此引發平面波前的調整效果 。對波長的輻射光束有2π的相位變化，該階梯的適當高 度隨著該可切換式光學元件所選擇使用的非連績狀態而改 變。該第一非連續狀態的基本單位高度於該第一流體覆蓋 該波前調整器表面的情況下是
88061.DOC -19- 1291038 △ i—-=1.620；(^·^) (2) 405 n-nwa(er 以及該第二非連續狀態下，以該第二流體覆蓋表面時，芙 本單位高度是 h°4〇5 =—^—=1.957 (微米） (3) η 一 ηηιΊ 表1列出對每一種波長λΐ5 λ2, λ;的輻射光束給予相位變化2 疋之基本單位階梯高度。表2列出一階梯高度匕。、。5戋 hwatei>4〇5 (1.620微米），分別在該第_和第二非連續狀態對 波長λ：ζ和λ;的輻射光束所引起的相位變化（φ )。 表1 波長（毫微米） hQil (微米） hwatef (微米） λ,= 405 1.957 1.620 λ2= 650 3.140 2.600 λ3= 785 3.792 3.140 表2 Φ(λ2, οϋ)/2π Φ(λ2, water)^ Φ(λ3, οϋ)/2π Φ(λ3, water)/27u u 〇i I η 405 0.623 0.753 0.516 0.623 water Π 405 0.516 0.623 0.427 0.516 從這些表格中可以看到，當該元件的相同非連續狀態使 用於每-種輻射光束時，波長⑽射光束的相位變化大約
88061.DOC -20- 1291038 是7Γ。結果此狀況只可能對波長輻射光束有兩個實質不 同的相位變化階梯，這使得要設計一相當簡單的光柵而在 第一階繞射提供高效率變成很困難。然而，使用該元件於 不同的非連續狀®下該三種輻射光束時，如此的一設計是 可能的。考慮在和λ2的輻射光束中，使用該元件於該第 二非連續狀悲，而在該λ;輻射光束中，使用該元件於該第 一非連續狀態之情況。 表3列出由的階梯高度引起之相位變化，㈤是一階 梯南度的整數，將描述對人2和&輻射光束中該元件使用於 不同的非連續狀態。
表3呈現對入2和λ3輕射光杳$名丨 〜疋采兩者引起的相位變化大致相 同。所以有八個不同的階搞合绛 一 1货揷冋度可以全邵用於λ2和λ3輻射 光束，引發一近似的波前調整效果。 —繞射光栅結構，例如· θ η 加Μ U口 ·疋一 Damman型態的設計，對λ
88061.DOC -21 - 1291038 輻射光束選擇第零階的繞射，以及對心和心輻射光束是近 似一鋸齒形刻痕的繞射光柵。因為表3敘述的建構對〜和心 輕射光束引起的相位變化大致相同，要設計一繞射光柵結 構對λ:和心輻射光束兩以選擇第一階繞射是可能的。 表4設定一繞射光柵區段的圖樣，具有四個徑向次區段， 並顯示對λ2和λ3輕射光束兩者為一高效率。
圖6不以比例尺寸顯示表4詳細描述本發明之具體實施例 中該繞射光柵的一區段圖樣。此具體實施例中，該波前調 整器表的面突出物是安排為徑向的同圓心階梯，而且於該 元件光軸上所安排的徑向區段具有間隔。此波前調整的結 果具有一階梯式圖樣，對心和心輻射光束兩者大約是一鋸 齒圖樣52的刻痕光柵。在該圖樣内每一個階梯的中心處， 該波前調整效果是等於該鋸齒圖樣52位置所在之數值。在 每一個λ!，h和心輻射光束使用該元件的第一非連續狀態， 可以達到高效率，其中對輻射光束&該波前調整器表面是 以該第一流體覆蓋，而該第二非連續狀態下對、和、輻射 光束，該波前調整器表面是以該第二流體覆蓋。 88061.DOC -22- 1291038 表5 k供本發明之另一具體貫施例的詳細敛述，為包括使 用六個次區段的-繞射光柵，其中對^2和&輻射光束的 效率甚至更高。 表5 次區段 m整數 Φ(λ2, οί1)/2π模組 1 Φ(λ3, water)/27c模組 1 0.0000-0.1667 5 0.115 0.115 0.1667-0.3333 2 0.246 0.246 0.3333-0.5000 4 0.492 0.492 0.5000-0.6667 1 0.623 0.623 0.6667-0.8333 6 0.378 0.738 0.8333-1.0000 8 0,984 0.984 效率 87.4% 87.4% 圖7不以比例尺寸顯示本發明另一具體實施例之繞射光 柵中一區段的圖樣。與先前具體實施例相似的方式，該波 前調整器表面的突出物是徑向安排的同圓心階梯，並且在 該元件的光軸上為具有間隔的徑向區段陣列。該波前調整 的結果為一階梯式的圖樣，當該元件在該第二非連續狀態 下對λ2輕射光束，以及該元件在該第一非連續狀態下對& 輕射光束時’該階梯式圖樣大致是一刻痕的鋸齒光柵形式 54。在該圖樣每一個階梯的中心處，該相位調整效果是等 於該鑛齒圖樣54所在位置的數值。 在本發明之其他可能的具體實施例，要面對其中該波前 调整器表面的突出物形成一繞射光柵，這些是根據下面列 出的一般設計考量所安排。
88061.DOC -23- 1291038 這些具體實施例中，階梯高度h的一基本單位，對波長λα 的一輻射光束引發0或2π整數倍的一相位變化，以及對波 長入!3和λ。其他兩種輻射光束引發一相同或至少相似的相位 變化。設na是在該第一非連續狀態下覆蓋該波前調整器表 面的第一流體之折射率，nb是在該第二非連續狀態下覆蓋 該波前調整器表面的第二流體之折射率，以及n是該波前調 整器的折射率。一階梯高度h要對波長λ5*λ。兩種輻射光束 引發至少大約相同的相位變化 接下來nb大致等於（理想的是在〇〇5内，更好是在〇〇25 内） (5) 圖8不以比例尺寸顯示根據本發明之另一具體實施例中 繞射光柵的圖樣。相似於先前的具體實施例之方式，該波 前調整器表面的階梯式突出物是徑向安排的同圓心階梯， 並且在光軸方向安排的徑向區段具有間隔，如表4詳細列出 。此具體貫施例中，該第-%、云触 、 以弟一 /瓜姐的折射率與形成該波前調 整器之材料的折射率吻合，例如：該波前調整器材料是環 狀晞烴共聚物（COC)的折射率η=1·535，該第—流體例如： 鹽水的折射率nwater=i .350，以及背签一、、云础 ·、 ν»二弟一姐例如：油的折 射率n=l.535。該波前調整器表 间對λι和λ2疋以孩第二流體
88061.DOC -24· 1291038 所覆蓋，而對心是以該第一流體覆蓋。所以，該波前調整 咨表面上繞射光柵的二進位式階梯對λι和心輻射光束是看 不到的，而引發一平面的波前調整效果。但該波前調整對心 輻射光束具有一階梯式的圖樣，當該波前調整器表面以該 第一流體覆盍，大約是一刻痕的鋸齒光栅圖樣56。圖樣内 每一個階梯的中心處，該波前調整效果是等於該鋸齒圖樣 56所在該處的數值。 表6 次區段 h面度（微米） Φ(λ3, water)/27T模組 1 0.00-0.25 0.530 0.125 0.25-0.50 1.591 0.375 0.50-0.75 2.652 0.625 0.75-1.00 3.713 0.875 效率 81.1% 81.1% 圖9至圖12繪示本發明之可切換式光學元件的另一具體 實施例，適用於包括在如先前所述之該光學掃描器内，參 考圖5。本發明此具體實施例的許多特徵，與本發明以圖1 至圖4敘述的先前具體實施例十分相似，這些特徵在此是以 相同的參考數字標示，每一個數字增加丨〇〇，而先前有關這 些元件的敘述在此也都應該適用。 以圖2至圖5敘述先前具體實施例的相似方式，該波前調 整器的表面57包括突出物58，在此具體實施例形成一連串 同圓心的圓形階梯，相對於該表面57半徑為〇的中心點59 安排。從截面圖樣看，如圖1〇和圖12所顯示，該突出物58 88061.DOC -25- 1291038 是安排為一非週期性結構（NPS)的階梯，以該中心點59開始 將該突出物58安排在徑向方向，使得該突出物不是一規律 性重複的圖樣間隔。圖10和圖12顯示一繪製的NPS，並且 該突出物58具有相等的高度。然而，通常突出物會是彼此 不同的高度，但每一個突出物的高度與一普通基本單位的 階梯高度相關，同時該突出物的高度也被誇大，較佳具體 實施例中該高度是約1微米大小，並且該突出物之間的距離 約是100微米大小。 以圖1至圖4敘述本發明之先前具體實施例的類似方式， 該可切換式光學元件是在兩個非連續狀態之間轉換，但其 中該第一流體144和該第二流體146的安排並不同。該第一 非連續狀態下，如圖9和圖10所示，將外加一電壓V3施加 在該濕電性電極134與該普通的第三電極150之間，此施加 之電壓V3值是選取一適當的數值，致使該元件從該第二非 連續狀態切換至該第一非連續狀態。但並沒有電壓施加在 該第二濕電性電極140與該普通的第三電極150之間。本具 體實施例中該可切換式光學元件的第二非連續狀態下，如 圖11和圖12所示，將一外加電壓V 4施加在該第二濕電性電 極140與該普通的第三電極150之間。此施加之電壓V4值是 選取一適當的數值，致使該元件從該第一非連續狀態切換 至該第二非連續狀態。但在該第一濕電性電極1 34與該普通 的第三電極150之間，並沒有施加電壓。 現在接著敘述該可切換式光學元件之另一具體實施例， 其中該波前調整器的表面是一非週期性的相位結構（NPS) 88061.DOC -26- !291〇38 特〜：個具把實施例中所描述之該波前調整器表面的 於：：個，對應一不同但理想的預定波前調整效果，作用 ^數個不同但預定波長的輻射光束，每—調整效果是特 1針應要謂取的一不同型態之記錄載體。 本發明之另-具體實施例，其中該可切換式光學元件包 括NPS，由折射率η=1·6的一多重碳酸鹽材料形成波前調 整，，該第一流體是折射率為L35〇的鹽水，而且該第二流 月足疋折射率1 ·4的矽酮油。使用的三種不同輻射光束是不同 的波長λ1=405毫微米、人2=650毫微米、以及人3==785毫微米。 接下來的實例顯示一 NPS的設計，對波長^和χ2輻射光束 提供一平面的波前調整，以及對&輻射光束提供一近似的 球面像差之波如调整。該波前調整器表面上的突出物是階 梯的形狀，使其對λ!輻射光束能夠引發一 2π或整數倍的相 位變化。該NPS階梯的基本單位高度對&輻射光束帶有的 一 2π相位變化，是隨著該元件選擇使用的非連續狀態而定 。該第一非連續狀態下，該波前調整器表面以該第一流體 覆蓋時，高度的基本單位是
f water 7 405 以及該第二非連續狀態下’其表面以該弟二/瓦體覆蓋時 該高度的基本單位是 L〇n =_i!_ = 2.025 (微米） （7)
88061.DOC -27- 1291038 表7列出對每一個λ!，λ2，λ3輻射光束給予增加一 2 7Γ相位變 化的階梯高度。表8則疋列出對人2和人3輕射光束在分別每一 個該第一和該第二非連續狀態下，因h°il4〇5 (2.025微米）或 hwater4〇5 (1.620微米）的/階梯高度引發之相位變化（Φ)。 表7 波長（毫微米） h°U(微米） hwat〃(微米） λι=405 2.025 1.620 λ2=650 3.250 2.600 λβ=7 8 5 3.925 3.140 表8 Φ(λ2, οϋ)/2π φ(λ2, water)/2u Φ(λ3, οϋ)/2π Φ(λ3, water)/^ κ oil η 405 0.623 0.779 0.516 0.645 1 water Π 405 0.498 0.623 0.413 0.516 從這些表格能夠看到，當該元件在每一種情況下使用該 元件相同的非連續狀態，該λ3輻射光束的相位變化跳動大 約是π。結果此情況下，對λ3輕射光束只可能有兩種顯著不 一樣的相位變化，致使要設計一個十分簡單的NPS，並且 對λ3輕射光束至少增加一球面波前調整效果很困難。然而 ，當該元件在不同的非連續狀態使用於這三種輻射光束， 如此的一設計是可能的。現在考量該元件對λ1輻射光束用 於該第一非連續狀態下，以及該元件對λ2和λ3兩種輻射光 束用於該第二非連續狀態之情況。 表9列出當該元件用於該第二非連續狀態下，在λ:和、輻 88061.DOC -28- 1291038 射光束中由mhwate、〇5階梯高度所引發的相位變化 表9 m整數 ①(入2, οί1)/2π模組1 Φ(λ3, oil) /2π模組 1 0.413 0.498 2 0.996 0.826 0.494 0.239 0.992 0.652 Ι ό 0.490 0.988 0.065 0.478 7 0.486 0.891 ^_____ ^表9呈現在心和心輕射光束當m是偶數值時，引發的相位 又化大致相同’所以就有六個不同的階梯高度，可以在入丨 和入2輕射光束中引發一相似的波前調整效果。 表1〇提供一具有五個徑向區段的NPS ,其從—徑向中心 點安排之階梯高度和寬度。該第二非連續狀態了，該则 1=:::產生一近似平面的波前調整，同時對、輕射 I括離焦和球面像差兩者的近似波前調整。
88061.DOC -29- 1291038 表ίο 區段（毫米） h高度（微米） m整數 Φ(λ2, pe) Pe) 0.00-0.40 19.440 12 -0.1508 -0.276 0.40-0.59 16.200 10 -0.1257 0.817 0.59-1.10 12.960 8 -0.1005 1.910 1.10-1.20 16.200 10 -0.1257 0·8Π 1.20-1.26 19.440 12 -0.1508 -0.276 圖13不依尺寸比例顯示表1 〇中詳述之NPS圖樣，以及顯 示該NPS階梯的相關高度，從該元件的光軸（零半徑）隨著徑 向距離而變化。此外也顯示對該λ2輻射光束合成的近似平 面波前調整結果60，以及對λ3輻射光束的波前調整結果， 其具有一階梯圖樣’為結合球面像差圖樣62的近似一離焦 ，兩者波前調整效果都是由該元件在該第二非連續狀態下 進行。在該圖樣中每一個階梯的中心處，該相位調整就等 於該圖樣62在該位置的數值。 由於能夠將該元件安排在不同的非連續狀態引進的額外 設計自由度’可以設計一簡單的NPS，其相位結構的個別 階梯之間僅具有相當小的高度差距，因此使得該波前調整 器表面的製造步驟變的相當簡單。 本發明之另一具體實施例中，該可切換式光學元件包括 一 NPS，該波前調整器是以具有折射率η=16的一多重碳酸 鹽材料形成，泫第一流體是具有折射率η=ι .344的鹽水，以 及該第二流體是具有折射率.393妁矽酮油。此實例中， 使用的二種不同輻射光束是波長λι=：4〇5毫微米、λ2==65〇毫 微米、λ〕=785¾微米。 該NPS中階梯的基本單位高度，對心輻射光束具有2?r的 88061.DOC •30- 1291038 一相位變化，會隨著該元件所選取使用的非連續狀態而改 變。當該波前調整器的表面由該第一流體所覆蓋時，在該 第一非連續狀態下的基本單位是 h^er =—^—=1.582(微米） (8) ^ water 以及該弟一非連績狀悲下’該弟一流體覆蓋著該表面時基 本單位高度是
=1.957(微米) (9) 表11列出在每一種非連續狀態下，提供增加2π相位變化 的階梯高度。表12列出在λ2和λ3輻射光束中，由ΐ!°η4()5(1·957 微米）或hwate%〇5 (1.582微米）的一階梯引起相位變化（Φ)。 表 11 ___ 波長（毫微米） hQil(微米） hwatei*(微米） 405 1.957 1.582 650 3.140 2.539 785 3.792 3.066 表12 Φ(λ2, 〇ί1)/2π ΦΓλ?, water)/2w Φ(λ3, οϋ)/2π Φ(λ3, water)/2w Π y| Π -ζ 0.623 0.771 0.516 0.639 4 U 3 U water n 405 0.504 0.623 0.417 0.516
88061.DOC -31 - 1291038 攸过二表中可以看到，當该元件在相同的非連續狀態於 每一種輕射光束中，該相位變化波前調整差在該心輻射光 束中大約是7Γ。所以此情況中，只可能有兩種明顯不同的 相位變化，使得要設計一簡單的NPS而能夠對該λ3輻射光 束提供一至少近似球面的波前調整變得困難。然而，當該 元件在三種輻射光束中使用於不同的狀態時，就可能是一 個簡單的設計。考量此情形中，對該心和λ2輻射光束兩者 ，該元件於該第二非連績狀態下使用；而對人3輕射光束該 元件是在該第一非連續狀態下使用。 表13列出對該λ2和λ;輻射光束，由階梯高度的整數 Πΐ1ΐ°η4()5引發的相位變化，其中m是一階梯高度的整數，而 該元件如所敘述使用於不同的狀態下。 表13 m整數 Φ (λ2, 〇ί1)/2π模組 1 Φ(λ3, water)/2Tu模組 1 -1 0.377 0.361 0 0.000 0.000 1 0.623 0.639 2 0.246 0.278 3 0.869 0.917 4 0.492 0.556 5 0.115 0.195 6 0.738 0.834 7 0.361 0.473 8 0.984 0.112 9 0.607 0.751 88061.DOC •32- 1291038 表1 3顯7F對該λ2和人3輻射光束引發的相位變化大致相同 其不同的階梯咼度至少提供八種顯著不同的相位變化之 可能性。 下列的表14提供-NPS的詳細㈣，其具有23個徑向區 段以提供-波前調整效果，對λ々λ居射Μ 的離焦與球面像差兩部分。 表14
88061.DOC -33- 1291038 1.295-1.3 15 4.860 6 4.637 — 1.315-1.335 0.810 ——--—- 1 3.914 1.335-1.352 3.240 4 3.091 1.352-1.368 5.670 7 2.268 1.368-1.380 1.620 2 1.546 1.380-1.395 4.050 5 0.723 1.395^1.325 0.000_ 3 —-----— 二0.823 圖14沒有依比例尺寸地顯示表14詳細列出的該Nps之圖 樣，以及顯該NPS階梯的相對高度，從該元件的光軸（零 半徑）隨著徑向距離而變化。對、和心輻射光束，該波前調 整的結果具有一階梯的圖樣，每一個都近似一不同的離焦 與球面像差圖樣64和66之組合，而該元件對該、輻射光束 疋在琢第二非連續狀態下，且對該心輻射光束是在該第一 非連續狀態。該圖樣每一個階梯的中心處，該波前調整是 等於孩相對的波前64和66所在之處的數值。應該注意到進 一步從該NPS中心的徑向區段，對心和心輻射光束兩者不同 的波前調整傾向結合，使其趨於大致是相同。 接著面對的是可切換式Nps其他可能的具體實施例，這 些是根據下列舉出一般設計考量而安排。 這些具體實施例中，階梯高度的一基本單位h對波長λ& 的輻射光束引發〇或一整數乘以2冗之一相位變化，同時對 其他兩種波長、和λ。輻射光束引發該相同或至少是相似的 相么變化。設〜是該元件在第一非連續狀態時覆蓋該波前 凋整咨表面之流體的折射率，nb是在第二非連續狀態時覆
88061.DOC -34- 1291038 蓋該波前調整器表面之流體的折射率，而且η是波前調整器 的折射率。為使_階梯高度^^對該兩種波長&和、的輻射光 束引發一至少近似的相同相位變化： Λ zc --¾- n — na n_nb (10) 由此可知nb大致等於（希望的是在〇 〇5内，較好是在〇.〇25 内） 圖15，16，17和18顯示本發明之另一具體實施例分別在 第一、第二、第三與第四非連續狀態時，圖15至圖18中每 一個都是繪示的側邊截面圖。本發明之此具體實施例的元 件與本發明如圖1至圖4及圖9至圖12先前所呈現之具體實 施例的特徵相&，所以這#元件使則目同的參考數字但要 增加200,同時之前的敘述在此也適用。 除了該波前調整器226的表面228，本發明之此具體實施 例中該波前調整器226還有一第二表面68，相似於該波前調 整器228的第一表面，該波前調整器的第二表面68包括含有 突出物70的一固體突起結構。從外形看，這些突出物川的 安排是介於該波前調整器第二面68的表面上。此具體實施 例中的突出物70是階梯，其形成一連串同圓心和圓开j的階 梯，以該波前調整器表面68的一中心點安排，該階梯的寬
88061.DOC -35- 1291038 度彼此不同。如此安排的突出物與圖9至12敘述之先前具體 實施例相似的方式形成的一 NPS，或者該突出物70可以相 似於上述本發明之一具體實施例的方式，形成一繞射光柵。 如本發明之先前具體實施例所述，設計的突出物70排列 是在該元件中一選定的非連續狀態下，對一特定波長的給 定輕射光束進行一預定的波前調整。 該波前調整器226的第二表面68是曝露至與該第一器室 220相似之一結構的一第二器室72内部，其包括一透明的覆 蓋平板78，以一厭水性流體接觸層74所覆蓋，最好是透明 並以AF1600TM形成，其一表面是曝露至該第二器室72的内 部。介於該覆蓋平板78與該厭水性流體接觸層74之間是一 第四濕電性電極76，此第四濕電性電極76最好以一透明的 導電性材料形成，例如··氧化銦錫（ITO)。類似於本發明之 先前具體實施例，該第四濕電性電極76具有一操作區域， 與該波前調整器226第二表面68的突出物70之安排完成重 疊。該厭水性流體接觸層74最好也與安排在該第二表面68 的突出物70重疊。 本發明之此具體實施例進一步包括一第二管道80，與該 管道224的架構相似，如先前具體實施例所述。該管道80 是以牆面和一覆蓋平板80形成，並以一厭水性流體接觸層 82覆蓋，且有一第五濕電性電極84與包括一第六普通電極 (圖中未示）的管道。 該第二器室72流動地連接該第二管道80，如同流體連接 的該第一器室220與該第一管道224的相似方式，如此一流 88061.DOC -36- 1291038 體緊密封閉的結果可以保持住一第二流體系統。本發明之 此具體實施例中，該第二流體與由該第一器室220和該第一 管道224所封閉的流體系統有一相似的性質，並且包括一第 一流體244和一第二流體246。該第一流體244和該第二流體 246與本發明之先前具體實施例中該第一和第二流體相似 ，位於兩種流體新月型（圖中未示）處彼此接觸，類似於該 第一流體系統中流體新月型48和49。或者，該第二流體系 統的兩種流體包括一種或多種流體，與該第一流體244和第 二流體246不一樣。 藉由施加不同的電壓，以安排該第一和第二流體244和 246於該兩器室220和72與該兩管道224和80内，本發明之該 可切換式光學元件能夠安排在四個非連續狀態下，如圖15, 16，1 7和1 8分別呈現。這些非連續狀態下，該第一和第二 流體244和246的安排，與本發明之先前具體實施例中該光 學元件的第一和第二非連續狀態具有相似的性質。 以本發明之先前具體實施例的一相似方式，該第一、第 二、第四、和第五濕電性電極234, 240, 76, 84，分別與該 普通的第三和第六電極（圖中未示），一起組成一濕電性電 極的架構，同時與一電壓控制系統（圖中未示）一起形成一 流體系統開關。該流體系統開關藉由施加需要的電壓，使 得本發明此具體實施例的元件能夠安排在不同的非連續狀 態下，並且根據所選取的非連續狀態配置該第一和第二流 體244和246。相似於本發明先前的具體實施例，該元件中 兩個流體系統的流體在該非連續狀態之間轉換的過程，是 88061.DOC -37- 1291038 以一循環的方式流動。 本發明之此具體實施例中，該兩個器室220和72彼此之間 並沒有相連，而是當做兩個分開的系統使用。本發明之另 一具體實施例中面對的是一單一流體系統，安排在該兩器 室220和72之間以一循環方式流動，而不是進入分開的管道 。因此本具體實施例中，每一個器室具有做為另一器室的 一管道之功能。 注意到上述的具體實施例中，可以忽略隨波長不同的折 射率變化。然而，如此的變化通常是相當小。在這種變化 無法忽略的情況下，可於該波前調整器的設計中考慮其效 應，並做適當的調整。 上述具體實施例所敘述的安排，是利用一單一的接物透 鏡系統掃描不同型態的光學記錄載體，至少在三種不同的 輻射光束、不同的波長中之一個，提供波前像差之降低。 當該可切換式光學元件不在至少波前像差之一種的情況下 ，取定的一均方根（RMS)值會落在可接受的限度70ιηλ以上 ，此時利用該可切換式光學元件將如此的像差降低至小於 70ιηλ 〇 應該理解到上述的具體實施例，是本發明之呈現的實例 。接下則來是本發明其他的具體實施例。 本發明之另外的具體實施例中，該波前調整器是以一雙 折射材料形成。此具體實施例對某一波長的給定輻射光束 進行的波前調整效果，也會隨著該輻射光束的一偏極狀態 改變。因此，可以將不同的預定波前調整效果加諸於具有 88061.DOC -38- 1291038 不同偏極狀態的輕射光束上。 本發明之另一具體實施例，該元件流體系統内其中之一 種流體包括一種液晶材料。此情況下，曝露於該器室内部 至少一表面必須包括一校準層，在此具體實施例，其中該 流體系統的另一流體並不是一液晶材料，卻是可以在該元 件的兩種非連續狀態之間切換，而該元件提供一非雙折射 單元或一連續變化的液晶單元，以進行一波前調整效果於 一給定的輻射光束。 如本發明之另一具體實施例，選取該波前調整器表面上 突出物的高度，使得在選擇的一分離的狀態下，對兩種不 同波長的輻射光束之波前調整效果是一整數乘以2 7Γ。此結 果是一平面的波前調整；而對其餘輻射光束的波前調整不 同，並且由該突出物的高度以及要使用的已選擇非連續狀 態來決定。 本發明之另一具體實施例，選擇該波前調整器表面上突 出物的高度，使其波前調整效果在一選定的非連續狀態下 ，對所有的三種輻射光束是一整數乘以2 7Γ。結果即是對所 有的三種輻射光束為一平面的波前調整效果。然而，對一 輻射光束經由切換該非連續狀態，就會得到一選定的波前 調整效果。 本發明之上述的各種具體實施例中，不論是該第一流體 或第二流體的折射率，都可以選擇等於形成該波前調整器 之材料的折射率，進而在跨越該波前調整器的表面造成零 折射率差。結果，該元件之一適當的非連續狀態下，該折 88061.DOC -39- 1291038 射率差是零，而至少對某—波長的1射以進行 的波前調整效果。當該元件在其折射率差不再等於 換的非連續狀態τ，就會心同波長㈣射光束料= 的波前調整效果。 上述的具體實施例中，每一種流體都是液體的形式；或 者該油性成分可以一氣體或蒸氣成分來取代。 一 已述的具體實施例中，濕電性電極和厭水性流體接觸展 是安排在連接至該波前調整器的—表面上。或者，此外對 應的濕電性電極和厭水性流體接觸層，可以至少形成於兮 波前調整器-部分的表面上。如此在切換過程中，能夠^ 助將一種流體從該波前調整器的表面移走，並且將另—種 放置其上。这有，雖然一電極和厭水性流體接觸層只 形成於上述具體實施例中管道的一面牆上，如此的設置可 以形成該管道的兩個、三個、或全部牆面上，以便在切換 過程中輔助修正流體的流動。 上述的具體實施例，切換過程中該元件安排為循環的流 to心動。或者，流體的流動可以發生在連接至該器室之兩 個分開的儲存池中間。如此的流體流動可由壓力裝置協助 ’例如：電壓式幫浦啟動器。 本發明之敎述的具體實施例，安排該波前調整器表面的 突出物使其形成’例如··繞射光柵或非週期性的相位結構 (NPS)。此外’本發明之已述具體實施例安排的突出物，是 号波七T*周整咨表面的徑向中心點之旋轉對稱的性質。此 外要看的是波前調整器表面的突出物安排，其中該突出物
88061.DOC 1291038 疋裉據要產生的預定波前調整效果而成形。該波前調整器 表面突出物的安排，也可以不限於對該波前調整器表面的 向中^ ά之一旋轉對稱性質。還有該波前調整器不需要 包括穴出物’例如··該波前調整器可以是一平滑的球面或 一球面透鏡表面之形式，或者一包括一面鏡光柵的平面。 該波前調整器也可以是一反射的功能，而不是折射的模式。 要瞭解到’上述相關於任何一個具體實施例的任何特性 了以單獨適用，或者與敘述的其他特性組合，也與任何其 他具體實施例的一種或多種特性組合使用，或者其他任何 具體實施例的任何組合。此外，以上沒有敘述的等效具體 實施例或修正方式也可以使用，而沒有偏離以所附申請專 利項規範之本發明的範圍。 【圖式簡單說明】 圖1和圖2是根據本發明之一具體實施例中一可切換式光 學兀件，在一第一非連續狀態時分別沿著直線A-A和B-B 的繪示截面圖； 圖3和圖4是圖1和圖2中可切換式光學元件，在一第二非 連續狀態時分別沿著直線C-C和D-D的繪示截面圖· 圖5是一包括根據本發明一具體實施例中可切換式光學 元件的光學掃描裝置之一繪示圖； 圖6，圖7和圖8顯示根據本發明之不同具體實施例中 不同波前調整器的高度外形與近似的一波前調整·， 圖9和圖10是根據本發明之另一具體實施例中一可切換 式光學元件，在一第一非連續狀態時，分別沿著直線
88061.DOC -41 - 1291038 和F-F的繪示截面圖； 圖11和圖12是冑9和圖1()中可切換式光學元件在一第二 非連續狀態時，分別沿著直線G_G和F_F的繪示截面圖； 圖13和圖14顯不根據本發明之不同具體實施例中一波前 調整器的高度外形’與其對每—種輻射光束的—近似波前 調整；以及 圖15至圖丨8是根據本發明之另一具體實施例中一可切換 式光學7C件，安排為四種不同的非連續狀態之繪示截面 【圖式代表符號說明】 ° 1光學記錄載體 2透明層 3資訊層 4保護層 5入口面 6輕射光源系統 7輕射光束 8光束平形器透鏡 9可切換式光學元件 10接物透鏡（物鏡） 11光轴 12平行光束 13收斂光束 14聚焦光點 15波前調整的輕射光束
88061.DOC -42- 1291038 16檢測系統 1 7第二平行器透鏡 18分光器 19載有資訊的輻射光束 20, 120, 220 器室 22, 23, 122, 122，開口 24, 124, 224 管道 26, 126, 226波前調整器 28, 57, 228 表面 30, 58, 70, 230 突出物 32, 38, 74, 82, 132, 138, 142, 232, 238, 242 厭水性流體接 觸層 34, 134, 234第一濕電性電極 36, 42, 78, 13 6, 142, 236, 242 (透明）覆蓋平板 40, 140, 240第二濕電性電極 41管道牆 44, 144, 244 第一流體 46，146, 246 第二流體 48, 49, 148, 149流體新月型 50, 150普通的第三電極 52, 54, 56鋸齒形刻痕光柵 5 9中心點 6 0平面波前調整效果 62, 64, 66球面像差波前與離焦效果之組合 88061.DOC -43- 1291038 68第二表面 72第二器室 76第四濕電性電極 80第二管道 84第五濕電性電極 88061.DOC 44-

Claims (1)

  1. Ι29Μ)3β25471號專利申請案 &年月、1修(更)i替換頁 1 中文申請專利範圍替換本(96年3 g) 、 一— 拾、申請專利範園： 1. 一種可切換式光學元件，具有一第一非連續狀態和一不 同的第二非連續狀態，該元件包括： a) —流體系統包含一第一流體和一不同的第二流體； b) —波前調整器具有一表面；以及 c) 一流體·系統開關作用在該流體系統上，可於該元件 的第一與第二非連續狀態之間切換， 其中當該元件在該第一非連續狀態下，該波前調整器 的表面以該第一流體覆蓋；以及 當該元件在該第二非連續狀態下，該波前調整器的表 面以該第二流體覆蓋， 其特徵在於該流體系統開關包括： 一電極架構，安排藉由施加的該濕電力作用在該流體 系統上，以及 一電壓控制系統，安排於控制施加在該電極架構的電 壓，以能夠在該元件的第一與第二非連續狀態之間切換。 2. 如申請專利範圍第1項之可切換式光學元件，其中該第一 流體具有導電性，以及該第二流體具有電絕緣性。 3. 如申請專利範圍第2項之可切換式光學元件，其中該第一 流體與該第二流體兩者都是液體。 4. 如申請專利範圍第1、2或3項之可切換式光學元件，其中 該電極架構包括一第一電極，具有一操作區域，以及其 中該波前調整器表面與該第一電極的操作區域安排為重 疊。 88061-960328.DOC !291〇38 •如申請專利範圍第i、2或3項之可切換式光學元件，其中 該電極架構包括一第一電極、一第二電極、以及一普通的 第三電極， ' 該電壓控制系統至少於該元件的第一和第二非連續 狀態中之一種，不同地安排將電壓施加至該第一和第二 電極。 6·如申請專利範圍第1、2或3項之可切換式光學元件，包括 一器室，其内為該波前調整器的表面位置所在，以及 管道具有兩個終端，每一個終端於一分別的位置流 動地連接至該器室， ^ 其中該元件如此安排，使其在該元件的第一與第二非 ，狀態之間轉換時’發生的循環流動是流體通過該器 =氬由孩兩終端之一個進入該管道，同時流體通過該 &道經由該兩終端之另一個進入該器室。 7·如申請專利範圍第卜2或3項之可切換式光學元件，其中 孩波前調整器的表面包括一或多個突出物，當該元件在 ，第一和第二非連續狀態之一種時，所安排的該突出物 可提供一預定的波前調整效果於一就波長的給定輕射 光束。 8.如申請專利範圍第7項之可切換式光學元件，其中該突出 物疋相對於一光軸安排為同圓心。 9·如申凊專利範圍第7項之可切換式光學元件，其中該突出 物是線性並安排為彼此平行。 88061-960328.DOC -2- rr»r-TV*.并L fV』此· |-Ί->-Νΐ,-'Ί1| j ,- , j„»_,. iinir 1,^-^--(^ Η年/月:日修(更)正替換頁 ， 1〇·如申請專利範圍第7項之可切換式光學元件，其中該突出 物形成一繞射光柵。 U•如申請專利範圍第7項之可切換式光學元件，其中該突出 物在該表面的橫切方向上，形成一非週期性階梯式圖樣 〇 12·如申請專利範圍第\、2或3項之可切換式光學元件，其包 括： 一第二波前調整器表面，該元件具有附屬於該第二表 面的第三和第四非連續狀態，以及 一第二流體系統，包括一第三和一不同的第四流體， 其中當該元件在該第三非連續狀態下，該第二表面大 致以該第三流體覆蓋，以及 當該元件在該第四非連續狀態下，該第二表面大致以 該第四流體覆蓋， 其中安排的該電壓控制系統，用來控制施加至該電極 架構的電壓，使其能夠在該元件的第三與第四非連續狀 態之間切換。 13·如申請專利範圍第1、2或3項之可切換式光學元件，其中 該波前調整器包括一雙折射的材料。 14·如申請專利範圍第1、2或3項之可切換式光學元件，其中 該第一和/或第二流體包括一液晶材料。 15· —種光學掃描裝置用來掃描一資訊層，該裝置包括如申 請專利範圍第1、2或3項之可切換式光學元件，該光學掃 描裝置包括： 88061-960328.DOC -3- 129l〇38 :年月 /¾修(更)正替換頁I a) -輻射光源系統第一預定波長的一第一 两射光束和-第二預定波長的—第二輻射光束；以及 )物鏡系統，可將遠轉射光束收斂至相關的資訊層 上， 其中當該元件在該第-非連續狀態下，一第一預定的 波=調整效果是提供於該第—輕射光束上，以及 β當m元件在該第二非連續狀態下，一第二預定的波前 凋整效果是提供於該第二輻射光束上。 以如申請專利範圍第15項之光學掃描裝置，其中該第一預籲 定的波前調整效果至少近似於球面像差和/或離焦。 17^申請專利第15項之光學掃描裝置，其中該第二預 足的波前碉整至少近似於一平面。 18. 如申請專利範圍第16項之光學掃描裝置，其中該第二預· 定的波前調整至少近似於一平面。 19. 如申請專利範圍第15項之光學掃描裝置，其中調適該輻 射光源系統可發射-第三預定波長的一第三輕射光束， 其中-第三預定的波前調整效果是當該元件在該第籲 二狀態下，提供於該第三輻射光束上。 20. 如申請專利範圍第19項之光學掃描裝置，其中該第三預 定的波前調整至少近似於平面，或者至少近似於球面像 差和/或離焦。 88061-960328.DOC K25188 88ο6ι 006140244
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