CN101479796B - 光拾取器与光学信息处理设备 - Google Patents

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Abstract

公开的一种用于在具有不同记录密度的第一、第二、第三和第四光记录介质上至少执行记录、再现或删除信息的光拾取器，包括第一光源，其被配置为发射第一光线，该第一光线具有对应于第一和第二光记录介质的第一波长λ1；第二光源，其被配置为发射第二光线，该第二光线具有对应于第三光记录介质的第二波长λ2；第三光源，其被配置为发射第三光线，该第三光线具有对应于第四光记录介质的第三波长λ3；物镜，其被配置为将第一光线、第二光线和第三光线在第一、第二、第三和第四光记录介质的相应记录表面上聚焦；以及位于物镜与第一、第二和第三光源之间的像差校正单元。

Description

光拾取器与光学信息处理设备
技术领域
本发明一般地涉及一种用于光学信息处理设备的光拾取器，且更具体地涉及一种光拾取器和包括该光拾取器的光学信息处理设备，其可以通过使用不同波长的光源在具有不同衬底厚度和不同记录密度的各种光记录介质上记录和/或再现信息。
背景技术
光记录介质，例如具有0.65GB存储容量的CD和具有4.7GB存储容量的DVD，已经被普遍作为存储例如视频、音频和计算机数据的信息的存储介质。此外，对更高记录密度和更高存储容量的光记录介质的需求变得更高。
改进光记录介质的记录密度的一种方法是减小光拾取器在光记录介质上形成的光点的直径，该光拾取器用于向光记录介质写入或从光记录介质读取信息。可以通过增加光拾取器中用于聚焦光线的物镜的数值孔径(NA)或通过减小光拾取器的光源的波长来减小光点的直径。
例如，用于CD的普通光拾取器包括具有0.50NA的物镜和具有785nm波长的光源，而用于DVD的普通光拾取器包括具有0.65NA的物镜和具有660nm波长的光源。为了进一步改进光记录介质的记录密度和存储容量，需要使物镜的NA大于0.65或使光源的波长短于660nm。
如专利文档1中所述，已经提出了高容量光记录介质和光学信息处理设备的两个标准。它们中的一个是蓝光盘(BD)格式，其使用蓝色波长范围内的光线和具有0.85NA的物镜，并提供最高达22GB的存储容量。它们中的另一个是HD-DVD(HD)格式，其使用蓝色波长范围内的光线和具有0.65NA的物镜，并提供最高达20GB的存储容量。
通过使用较短波长的光线和较大NA的物镜，BD格式(可以)获得比传统DVD格式更高的存储容量。通过独特的信号处理方法来改进轨道(track)记录密度并通过使用面/槽(land/groove)记录技术，HD格式获得比传统DVD格式更高的存储容量，而不用提高物镜的NA。
两种格式都使用具有大约405nm的振荡波长的蓝紫色半导体激光。蓝光盘的衬底厚度是0.1mm，而HD-DVD的衬底厚度是0.6mm。
当开发用于在蓝光盘或HD-DVD上记录和/或再现信息的光拾取器时，优选地使光拾取器与广泛使用的传统CD和/或DVD兼容。此外，假设BD和HD格式两者同时变得普及，光拾取器被优选地设计为处理BD、HD、DVD和CD所有格式。
在这种情况下，光拾取器被优选地设计为依赖于光记录介质的类型来选择具有合适波长的光源，对从选中的光源发射的光线执行合适的光学处理，并由此校正由光记录介质的衬底厚度的差异引起的球面像差。
专利文档2公开了一种光拾取器，其包括两个物镜并可以在四种不同类型的光记录介质上记录和/或再现信息。
[专利文档1]日本专利申请公开号2005-339718
[专利文档2]日本专利申请公开号2005-209299
但是，专利文档2中公开的使用两个物镜增加了光拾取器中部件的数量并因此增加了光拾取器的尺寸和成本。此外，在公开的光拾取器中，需要根据光记录介质的类型来移动物镜。这样的配置需要用于制动器的复杂机制，并增加了读取/记录信息的访问时间。
因此，为了减少尺寸和成本，光拾取器被优选地设计为使用相同的光学系统在不同类型的光记录介质上记录和/或再现信息。
发明内容
本发明提供一种光拾取器和光学信息处理设备，其基本克服由现有技术的限制和不足引起的一个或更多个问题。
本发明的实施例提供了一种光拾取器，其包括具有波长对应于不同衬底厚度的不同类型光记录介质的多个光源，并且能够通过使用一个物镜将光线以合适的数值孔径(NA)在任何一个光记录介质上聚焦；以及包括该光拾取器的光学信息处理设备。
本发明的一个实施例提供了一种用于在多种类型的光记录介质上至少执行记录、再现或删除信息的光拾取器，该多种类型的光记录介质是以记录密度降序排列的第一光记录介质、第二光记录介质、第三光记录介质和第三光记录介质，该光拾取器包括第一光源，其被配置为发射第一光线，该第一光线具有对应于第一和第二光记录介质的第一波长λ1；第二光源，其被配置为发射第二光线，该第二光线具有对应于第三光记录介质的第二波长λ2；第三光源，其被配置为发射第三光线，该第三光线具有对应于第四光记录介质的第三波长λ3；物镜，其被配置为将第一光线、第二光线和第三光线在第一、第二、第三和第四光记录介质的相应记录表面上聚焦；以及位于物镜与第一、第二和第三光源之间的像差校正单元；其中，λ1＜λ2＜λ3为真；并且该像差校正单元具有第一衍射平面和第二衍射平面，第一和第二衍射平面中的每个具有至少一个衍射结构，该衍射结构由同心排列的环形脊和槽构成，所述第一衍射平面具有包括中心区的多个同心区，该中心区位于第一衍射平面的中心并具有所述衍射结构，以便不做改变地传输第一光线并衍射第二光线和第三光线，以校正由第三光记录介质和第四光记录介质的衬底厚度的差异以及第二波长和第三波长之间的差异引起的球面像差，并且，所述第二衍射平面具有包括中心区的多个同心区，该中心区位于第二衍射平面的中心并具有所述衍射结构，以便不做改变地传输第一光线的一部分并衍射第一光线的另一部分，以校正由第二光记录介质的衬底厚度的差异引起的球面像差。
附图说明
图1是说明根据本发明的第一实施例的示例性光拾取器的示例性配置的图；
图2是第一示例性像差校正单元和物镜的截面视图；
图3是第一示例性像差校正单元的放大截面视图；
图4是说明第一示例性像差校正单元的第一衍射平面的图；
图5是说明第一示例性像差校正单元的第二衍射平面的图；
图6是说明通过四阶衍射结构的入射光线的第-1级衍射光线的波前的图；
图7是说明通过四阶衍射结构的入射光线的第±2级衍射光线的波前的图；
图8是用于描述衍射平面中环形脊的高度或环形槽的深度(槽深)的图。
图9A到9C是分别示出对于第一光线、第二光线和第三光线，四阶衍射结构的槽深与衍射效率之间的关系的图；
图10A到10C是分别示出对于第一光线、第二光线和第三光线，五阶衍射结构的槽深与衍射效率之间的关系的图；
图11A是示出在CD上聚焦的光线的图；
图11B是示出在CD上形成的光点的图；
图12是在第一示例性像差校正单元的第一衍射平面上形成的衍射结构的详图；
图13是示出离衍射平面中心的距离与衍射光线的强度之间的关系的图；
图14A到14C是分别示出对于第一光线、第二光线和第三光线，三阶衍射结构的槽深与衍射效率之间的关系的图；
图15是在第一示例性像差校正单元的第二衍射平面上形成的衍射结构的详图；
图16是说明像差校正单元的示例性外形的图；
图17A到17D是说明通过方形像差校正单元传输的405nm波长的光线的波前形状的图；
图18A到18D是说明通过圆形像差校正单元传输的405nm波长的光线的波前形状的图；
图19是第二示例性像差校正单元和物镜的截面视图；
图20是说明第二示例性像差校正单元的第一衍射平面的图；
图21A到21C是分别示出对于第一光线、第二光线和第三光线，三阶衍射结构的槽深与衍射效率之间的关系的图；
图22是在第二示例性像差校正单元的第一衍射平面上形成的衍射结构的详图；
图23是根据本发明的第三实施例的第三示例性像差校正单元的放大截面视图；
图24A和24B是示出浅槽衍射平面的材料的色散(dispersion)特性和用于每个衍射光线的衍射效率之间的关系的图；
图25A和25B是示出深槽衍射平面的材料的色散特性和用于每个衍射光线的衍射效率之间的关系的图；
图26是根据本发明的第四实施例的第四示例性像差校正单元的放大截面视图；
图27是示出当具有0.65和0.85的NA的物镜被使用时，波前像差变化和具有初始波长405nm的光线的波长改变之间的关系的图；
图28是示出阶状结构的相位阶数的图；
图29是示出波长改变与球面像差量之间的关系的图；
图30是示出在波长改变6nm时波前相位变化的图；
图31是根据本发明的第五实施例的与物镜集成的第五示例性像差校正单元的截面视图；
图32A和32B是示出当DVD的工作距离被设置为0.57mm、且光学透镜与第六示例性像差校正单元的光轴之间的水平未对准(misalignment)为0μm时，根据本发明的第六实施例由物镜引起的像差以及由第六示例性像差校正单元的衍射平面衍射的发散光线的球面像差的图；
图32C和32D是示出当DVD的工作距离被设置为0.57mm且水平未对准为200μm时，由物镜引起的像差以及由第六示例性像差校正单元的衍射平面衍射的发散光线的球面像差的图；
图33是示出工作距离与进入物镜的光线的发散角之间的关系的图；
图34A和34B是示出当DVD的工作距离被设置为0.42mm、且光学透镜与第六像差校正单元的光轴之间的水平未对准为0μm时，由物镜引起的像差以及由第六示例性像差校正单元的衍射平面衍射的发散光线的球面像差的图；
图34C和34D是示出当DVD的工作距离被设置为0.42mm且水平未对准为200μm时，由物镜引起的像差以及由第六示例性像差校正单元的衍射平面衍射的发散光线的球面像差的图；
图35A和35B是示出当DVD的工作距离被设置为0.60mm、且光学透镜与第六像差校正单元的光轴之间的水平未对准为0μm时，由物镜引起的像差以及由第六示例性像差校正单元的衍射平面衍射的发散光线的球面像差的图；
图35C和35D是示出当DVD的工作距离被设置为0.60mm且水平未对准为200μm时，由物镜引起的像差以及由第六示例性像差校正单元的衍射平面衍射的发散光线的球面像差的图；
图36是光轴水平未对准的示例性像差校正单元和物镜的放大截面视图；
图37是示出不同工作距离下DVD上的水平未对准和彗形(coma)像差之间的关系的图；
图38是示出不同工作距离下CD上的水平未对准和彗形像差之间的关系的图；
图39是示出当水平未对准为30μm时，CD和DVD上的工作距离与彗形像差之间的关系的图；
图40是示出当水平未对准为30μm时，HD-DVD上的工作距离与彗形像差之间的关系的图；
图41A和41B是示出当DVD的工作距离被设置为0.54mm、且光学透镜与第七示例性像差校正单元的光轴之间的水平未对准为0μm时，由物镜引起的像差以及由第七示例性像差校正单元的衍射平面衍射的发散光线的球面像差的图；
图42是示出针对相应工作距离优化设计的衍射结构的环形脊数量与最小间距的图；
图43是示出在针对相应工作距离优化设计的衍射结构中，30μm的水平未对准引起的彗形像差的图；
图44是示出当存在30μm的水平未对准时HD-DVD上的彗形像差、当主光线的入射角度倾斜0.5度时发生的彗形像差、以及针对HD-DVD的相应工作距离优化设计的衍射结构的环形脊的数量和最小间距之间的关系的图；
图45是根据本发明的第八实施例的第八示例性像差校正单元以及物镜的截面视图；
图46是第八示例性像差校正单元的放大截面视图；
图47是说明第八示例性像差校正单元的衍射平面的图；
图48是说明根据本发明的第九示实施例的示例性光拾取器的示例性配置的图；
图49是第九示例性像差校正单元和物镜的放大截面视图；
图50是根据本发明的第十实施例的与物镜集成的第十示例性像差校正单元的截面视图；
图51A和51B是根据本发明的第十一实施例的第十一像差校正单元的放大截面视图；
图52是根据本发明的第十二实施例的第十二示例性像差校正单元以及物镜的截面视图；
图53是第十二示例性像差校正单元的放大截面视图；
图54是说明第十二示例性像差校正单元的衍射平面的图；
图55是说明第十二示例性像差校正单元的衍射平面的一种变体的图；
图56是说明根据本发明的第十三实施例的示例性液晶元件的图；
图57是示例性液晶元件的放大截面视图；
图58A和58B是说明示例性液晶元件的透明电极层的示例性电极模式的图；
图59A到59D是示出球面像差的图；
图60是说明示例性液晶元件的透明电极层的示例性配置的图；
图61是说明示例性液晶元件的透明电极层的另一种示例性配置的图；
图62是说明示例性液晶元件的透明电极层的又一种示例性配置的图；
图63是说明根据本发明的第十四实施例的光学信息处理设备的示例性配置的图。
具体实施方式
以下将参考附图描述本发明的优选实施例。
图1是说明根据本发明的第一实施例的示例性光拾取器的示例性配置的图。图1所示的示例性光拾取器能够通过使用不同的有效光瞳半径，用物镜106和具有不同波长的光源在四种光记录介质(符合蓝光盘、HD-DVD、DVD和CD标准的光记录介质，以下分别称为蓝光盘、HD-DVD、DVD和CD)上记录并再现信息。
蓝光盘107、HD-DVD 117、DVD 127和CD 137分别具有0.1mm、0.6mm、0.6mm和1.2mm的衬底厚度。适合蓝光盘107、HD-DVD 117、DVD127和CD 137的数值孔径(numerical aperture)分别为0.85、0.65、0.65和0.45。来自第一、第二和第三光源、用于在光记录介质上记录的第一光线、第二光线和第三光线的波长λ1、λ2和λ3分别为405nm、660nm和785nm。
对于蓝光盘107和HD-DVD 117，半导体激光器101、准直仪透镜102、棱镜104、1/4波长片(plate)105、物镜106、偏振分束器103、检测透镜108、光接收元件110、像差校正单元501组成了光拾取器。半导体激光器101被用作第一光源，并具有405nm的中心波长。物镜106的NA被设置为用于蓝光盘107的0.85和用于HD-DVD 117的0.65。物镜106的NA被像差校正单元501控制。蓝光盘107的衬底厚度是0.1mm，而HD-DVD 117的衬底厚度是0.6mm。
从半导体激光器101发射的光线基本上被准直仪透镜102准直。所准直的光线进入偏振分束器103，然后被棱镜104偏转。偏转的光线经由1/4波长片105、像差校正单元501和物镜106聚焦在蓝光盘107或HD-DVD 117上，以记录或再现信息。从蓝光盘107或HD-DVD 117反射的光线经过物镜106和1/4波长片105，被偏振分束器103以与入射光线不同的方向偏转，并且由检测透镜108引向光接收元件110。于是，光接收元件110从反射光中检测到再现信号、聚焦误差信号和轨道误差信号。
在DVD 127的情况下，从半导体激光器130a发射的具有660nm中心波长的光线通过发散角转换透镜132和波长选择分束器133，并被棱镜104偏转。偏转的光线通过1/4波长片105、像差校正单元501和物镜106聚焦在DVD 127上。DVD 127的衬底厚度是0.6mm，并且用于DVD 127的物镜106的NA为0.65。物镜106的NA由像差校正单元501控制。从DVD 127反射的光线经过物镜106和1/4波长片105，被波长选择分束器133偏转，被全息图(hologram)元件130b以与入射光线不同的方向偏转，并由此被引向光接收单元130c。于是，光接收元件130c从反射光中检测到再现信号、聚焦误差信号和轨道误差信号。
在CD 137的情况下，从半导体激光器140a发射的具有785nm中心波长的光线经过发散角转换透镜142和波长选择分束器143，并被棱镜104偏转。偏转的光线通过1/4波长片105、像差校正单元501和物镜106聚焦在CD 137上。CD 137的衬底厚度是1.2mm，并且用于CD 137的物镜106的NA为0.45。物镜106的NA由像差校正单元501控制。从CD 137反射的光线经过物镜106和1/4波长片105，被波长选择分束器143偏转，被全息图元件140b以与入射光线不同的方向偏转，并由此被引向光接收单元140c。于是，光接收元件140c从反射光中检测到再现信号、聚焦误差信号和轨道误差信号。
物镜106被优化设计为在具有0.1mm衬底厚度的蓝光盘107上精确地记录和再现信息。物镜106的设计波长为405nm。对于具有405nm波长的光线，物镜106包含等于或低于0.01λrms的波前像差。尽管在本实施例中，物镜106被优化设计为在具有0.1mm衬底厚度的蓝光盘上精确地记录和再现信息，物镜106可以被另外设计。例如，当具有来自入射平面的、分别位于0.075mm和0.1mm的两个信息记录层的蓝光盘被使用时，物镜可以被优化设计为在0.075mm和0.1mm之间的中间值0.0875mm的衬底厚度。
本实施例的物镜106的两个表面都是非球面的。在其中原点是非球表面的顶点并且X轴表示从光源到光记录介质的光轴方向的正交坐标系统中，当r是近轴曲率半径，κ是锥形常数，且A、B、C、D、E、F、G、H、J…是非球表面系数时，物镜106的非球表面通过使用以下公式(1)，从光轴方向上的距离x和非球表面的半径R之间的关系中得到：
[公式1]
x = 1 r R 2 1 + 1 - ( 1 + κ ) 1 r 2 R 2 + AR 4 + BR 6 + CR 8 + DR 10 + ER 12 + FR 14 + GR 16 + HR 18 + JR 20 + · · ·
R = y 2 + z 2
关于非球表面的数据和系数的值在下面的表1中示出。
[表1]
玻璃(KVC81，住田光学玻璃公司)被用作透镜材料。物镜106的有效光瞳半径为2.15mm。作为物镜106的材料，树脂可以代替玻璃使用。
图2到图5是用来描述根据第一实施例的像差校正单元501的图。图2和图3是像差校正单元的放大截面图，而图4和图5示出了像差校正单元的衍射平面。
像差校正单元501被配置为校正从半导体激光器101向HD-DVD 117发射的、具有405nm波长的光线的球面像差，该球面像差是由于衬底厚度的差异由物镜106引起的；从半导体激光器130a向DVD 127发射的、具有660nm中心波长的光线的球面像差，该球面像差是由衬底厚度和波长的差异引起的；以及从半导体激光器140a向CD 137发射的、具有785nm中心波长的光线的球面像差，该球面像差是由衬底厚度和波长的差异引起的(换句话说，球面像差在光线通过物镜106和除蓝光盘107外的光记录介质的衬底时发生)。此外，像差校正单元501调整物镜106的NA以适应每个光记录介质。
图2是像差校正单元501和物镜106的放大截面视图。如图2所示，像差校正单元501和物镜106被柱状透镜镜桶121同轴连接。更具体地说，像差校正单元501被连接到透镜镜桶121的一端，且物镜106被连接到透镜镜桶121的另一端。像差校正单元501和物镜106的光轴被对准。物镜106朝向透镜镜桶121内侧的表面具有凸起形状。
当在蓝光盘107、HD-DVD 117、DVD 127或CD 137上记录或再现信息时，物镜106通过跟踪机制(tracking mechanism)沿光轴在大约±0.5mm的范围内移动。由于指向HD-DVD 117、DVD 127或CD 137的光线被像差校正单元501衍射，所以如果只移动物镜106而像差校正单元501还留在原来的位置，像差发生并且光点退化。
在本实施例中，为了克服该问题，像差校正单元501和物镜106被透镜镜桶121连接从而它们一起移动。代替透镜镜桶121，可以在像差校正单元501和/或物镜106上提供凸缘(flange)以将它们连接在一起。同时，物镜106、透镜镜桶121和像差校正单元501可以被集成地连接。
在本实施例中，第一光线、第二光线和第三光线中的每个作为准直的光线进入像差校正单元501。使用准直的光线而不是发散或收敛光线避免了彗形像差，作为在光记录介质上记录或再现信息期间的跟踪控制的结果，在物镜106和像差校正单元501未对准时可能发生该彗形像差。但是，本发明的示例性光拾取器可以被配置为使用发散光线或收敛光线。
图3是像差校正单元501的放大截面图。像差校正单元501具有第一衍射平面502和第二衍射平面503，在其每一个上形成了衍射结构。第一衍射平面502和第二衍射平面503的位置可以被对换。同时，第一衍射平面502和第二衍射平面503可以在不同的组件上提供。衍射平面是具有由窄脊和槽构成的衍射结构(或衍射光栅)的表面。不需要在整个表面上形成衍射结构。衍射结构可以在平面或曲面的一部分上形成。
树脂可以被用作像差校正单元501的材料。树脂通常比玻璃轻并容易被铸模，并因此适于大规模生产。在本实施例中，由于像差校正单元501被安装在移动部件120上并和物镜106一起移动，优选地使像差校正单元501尽可能地轻。作为树脂材料，有机玻璃(PMMA)可以被使用。PMMA高透明、耐气候并适于注模，因此被广泛用于光学组件。同时ZEON公司的ZEONEX(注册商标)具有低吸湿性并优选作为树脂材料。此外，包括紫外固化树脂的光学塑料和光学玻璃也可以被用作像差校正单元501的材料。
如图4所示，第一衍射平面502在光线经过的区域内具有以下三个同心区：中心区502a、从中心起第二位的第二区502b、以及从中心起第三位的第三区502c。
中心区502a具有1.25mm的半径并对应于用于CD 137的0.45的NA。在中心区502a中形成的衍射结构被设计为不做改变地传输具有405nm波长的第一光线，并衍射第二光线和第三光线以校正球面像差，该球面像差是由DVD 127和CD 137的衬底厚度的差异以及第二光线和第三光线的波长的差异引起的。
第二区502b具有1.25mm的内径和1.715mm的外径，并对应于介于CD 137的0.45和DVD 127的0.65之间的NA。在第二区502b中形成的衍射结构被设计为不做改变地传输具有405nm波长的第一光线，衍射第二光线以校正由DVD 127的衬底厚度的差异以及第二光线的波长的差异引起的球面像差，并由此不将第三光线聚焦在CD 137的记录表面上。
第三区502c具有1.715mm的内径和2.15mm的外径，并对应于介于DVD 127的0.65和蓝光盘107的0.85之间的NA。第三区502c是没有衍射结构形成的平坦面，并被设计为不做改变地传输第一光线、第二光线和第三光线。由第三区502c传输的光线通过物镜106聚焦在蓝光盘107上，但不聚焦在HD-DVD 117、DVD 127和CD 137上。
换句话说，第一衍射平面502被设计为校正第二光线和第三光线的像差，并调整用于DVD 127和CD 137的物镜106的NA。于是，第一衍射平面502使得可能在DVD 127和CD 137上形成希望的光点。
像差校正单元501通过衍射在发散方向上入射的准直的光线来校正像差。更具体地说，像差校正单元501通过使进入物镜106的发散光线的像差与由衬底厚度和波长差异引起的像差具有相反的极性来校正像差。在本实施例中，像差校正单元501被配置为使光线作为发散光线进入物镜106，使得物镜106和光记录介质之间的工作距离(WD)可被增加(在这种情况下，“工作距离”(WD)表示物镜可以在光轴方向上移动的距离)。当使用具有高NA的物镜106在例如CD 137的、具有大厚度的光记录介质上聚焦光线时，该配置是优选的。
如图3中的截面视图所示，像差校正单元501的中心区502a由同心排列的环形脊和槽构成。环形脊和槽每个具有阶状结构，该结构由包括最低阶的四阶构成。环形脊之间的间距从中心到外围逐渐变窄，从而由环形脊和槽构成的衍射结构具有透镜效果。
确定间距，使得产生第-1级衍射光线并用于DVD 127，且第-2级衍射光线被产生并用于CD 137。换句话说，间距被确定从而用于DVD 127和CD137的光线的像差被校正。
以下将参考图6给出第-1级衍射光线的描述。图6是说明通过四阶衍射结构的入射光线201a的第-1级衍射光线的波前的图。当入射光线201a通过四阶衍射结构时，对应于四阶的相位差在入射光线201a的波前中发生。结果，产生了由出射光线201b所示的第-1级衍射光线。四阶衍射结构中每阶的高度被确定，从而引起0.75λ的相位差。
以下将参考图7给出第-2级衍射光线的描述。图7是示出通过四阶衍射结构的入射光线202a的第±2级衍射光线的波前的图。当入射光线202a通过四阶衍射结构时，对应于四阶的相位差在入射光线202a的波前中发生。结果，产生了分别由出射光线202b和出射光线202c示出的第-2级衍射光线和第+2级衍射光线。四阶衍射结构中每阶的高度被确定，从而引起0.5λ的相位差。
确定上述四阶衍射结构的环形脊之间的间距，使得产生的-1级衍射光线被物镜106准确地聚焦在DVD 127上，且产生的-2级衍射光线被物镜准确地聚焦在CD 137上。
第一衍射平面502的光程差函数用下列公式(2)表示：
[公式2]
φ＝C1R2+C2R4+C3R6+C4R8+C5R10+C6R12+…
R = y 2 + z 2
公式2基于正交坐标系统，其中原点是平面与光轴正交的点，而X轴表示光轴方向。在公式2中，φ是光程差函数，R是半径(离光轴的距离)，且C1、C2、…是光程差系数。中心区502a的光程差系数在下面的表2中示出。中心区502a中的环形脊之间的最小间距是21μm，且环形脊的数量是28。环形脊的数量是在衍射结构中的环的数量(一圈：图6中示出的间距200)。
表2
Figure GSB00000285913200131
从图6和图7很明显，当间距相同，衍射角随衍射级绝对值增加而变大。由于衬底厚度差异和波长差异，用于CD 137的第三光线的球面像差比用于DVD 127的第二光线的球面像差大。
因此，通过让用于CD 137的衍射光线级高于用于DVD 127的衍射光线级，第二光线和第三光线两者的球面像差都可以用相同的结构校正。换句话说，当第一光线、第二光线和第三光线的最强衍射光线级分别是N11、N12和N13时，优选地|N11|＜|N12|＜|N13|为真。
在第一实施例中，衍射级N11、N12和N13分别为0、-1和-2。衍射级越小，衍射效率变得越高。
如图3中的截面视图所示，像差校正单元501的第二区502b由同心排列的环形脊和槽构成。环形脊和槽每个具有阶状结构，该结构由包括最低阶(级)的五阶构成。环形脊之间的间距从中心向外围逐渐变窄，从而由环形脊和槽构成的衍射结构具有透镜效果。
确定间距，使得用于DVD 127的第二光线的像差被校正。换句话说，当第一光线和第二光线的最强衍射光线级分别为N21和N22时，间距被确定从而|N21|＜|N22|为真。在第一实施例中，衍射级数N21和N22分别为0和+1。
第二区502b的光程差系数在下面的表3中示出。
表3
Figure GSB00000285913200132
第二区502b中的阶状槽的深度被确定，从而衍射结构不产生第-2级衍射光线，并由此限制用于CD 137的NA。该结构的细节在后面描述。第二区502b中环形脊之间的最小间距为17.8μm，且环形脊的数量为24。
以下将参考图8描述第一衍射平面502中环形脊的高度或环形槽的深度(槽深)。在衍射光学系统中，出射光线与入射光线总能量的比率被称为衍射效率。当如图8中的虚线示出的锯齿开诺全息照片(kinoform)结构以特定波长照耀(blazed)时，用于该波长的光线的衍射效率在薄层近似中理论上变为100％。如图8所示，第一衍射平面502中每个环形脊具有阶状结构。第一衍射平面502被设计为从具有405nm波长的第一光线有效地产生第0级衍射光线，并从具有660nm波长的第二光线或具有785nm波长的第三光线有效地产生±1或更高的衍射光线。
在本实施例中，阶状结构是锯齿开诺全息照片结构(锯齿结构)的近似，且阶状结构的斜坡方向表示锯齿结构的斜坡方向。形成阶状结构比形成完美开诺全息照片结构简单。第0级衍射光线是与入射光线具有相同方向的传输光线。
第一衍射平面502的中心区502a被优选地设计，使得其中第二光线的衍射效率变为最高的衍射级N12的绝对值小于其中第三光线的衍射效率变为最高的衍射级N13的绝对值(|N12|＜|N13|)。同时，中心区502a被优选地设计以使用第一光线的第0级衍射光线。因此，衍射结构的环形脊的高度或环形槽的深度被优选地确定，使得第一光线、第二光线和第三光线中每个希望的衍射光线的衍射效率变得尽可能地高。
在四阶衍射结构中，当锯齿结构的槽深为H时，如图8所示，阶状结构的槽深为D，且阶状结构中的阶数为M，以向第0级衍射光线、第-1级衍射光线、第+1级衍射光线和第±2级衍射光线提供最大的衍射效率，如下面的表4所示，根据锯齿结构的槽深H的相位差和阶状结构的每阶的相位差被优选地确定。
表4
Figure GSB00000285913200141
 第+1级   1λ，5λ，…   (0.25+N)λ
 第±2级   2λ，6λ，…   (0.5+N)λ
*N表示整数
在下面的表5中示出了在M-阶衍射结构中每阶的一般相位差。可以通过根据表5设置阶的高度来最有效地得到希望的衍射级数的衍射光线。
表5
Figure GSB00000285913200151
*N表示整数
在四阶衍射结构中，优选地作为波长的整数倍(N1)得到具有405nm波长的第一光线的每阶相位差，使得第0级衍射效率被最大化。优选地，通过加和波长的0.75倍和波长的整数倍(N2)，优选地得到具有660nm波长的第二光线的每阶相位差，使得第-1级衍射效率被最大化。或者，优选地通过加和波长的0.25倍和波长的整数倍(N2)，得到第二光线的每阶相位差，使得第+1级衍射效率被最大化。优选地通过加和波长的0.5倍和波长的整数倍(N3)，得到具有785nm的第三光线的每阶相位差，使得第±2级衍射效率被最大化。简而言之，如图6和图7所示，通过以得到希望的相位差的方式根据衍射结构的阶数来设置衍射结构中阶的高度，用于特定衍射级光线的衍射效率可以被最大化。
从而，衍射结构的环形脊的高度或环形槽的深度被优选地确定，使得第一光线、第二光线和第三光线中每个希望的衍射光线的衍射效率变得尽可能地高。如上所述，本实施例的四阶衍射结构被设计为使用第二光线的第-1级衍射光线和第三光线的第-2级衍射光线。
图9A到9C是分别示出对于第一光线、第二光线和第三光线，四阶衍射结构的槽深和衍射效率之间的关系的图。通过使用严格耦合波分析(RCWA)方法的矢量计算来得到图中的结果。在矢量计算中，四阶衍射结构的间距被设置为20μm。如结果所示，当PMMA被用作四阶衍射结构的材料时，用7.2μm的槽深D可以对于所有波长获得良好的衍射效率。
通过7.2μm的槽深D，第一光线、第二光线和第三光线的衍射效率分别为86％、67％和39％。7.2μm的槽深D对应于每阶2.4μm的深度。每阶2.4μm的深度对应于作为405nm波长的整数倍得到的每阶相位差、通过加和660nm波长的整数倍和波长的0.75倍得到的每阶相位差、以及加和785nm波长的整数倍和波长的0.5倍得到的每阶相位差。
通过如上所述的四阶衍射结构，为了使第一光线的第0级衍射光线、第二光线的第N12级衍射光线和第三光线的第N13级衍射光线的衍射效率同时尽可能地高，衍射级N12和N13(|N12|＜|N13|)优选地分别为-1和-2。
第二区502b被优选地设计为衍射第二光线以校正其像差，且不在CD137上聚焦第三光线。在第二区502b中形成的五阶衍射结构中，为了给第0级衍射光线、第±1级衍射光线和第±2级衍射光线提供最大的衍射效率，优选地如下面的表6所示，确定根据锯齿结构槽深H的相位差和阶状结构的每阶相位差。
表6
*N表示整数
在五阶衍射结构中，优选地作为波长的整数倍得到具有405nm波长的第一光线的每阶相位差，使得第0级衍射效率被最大化。优选地通过加和波长的0.2倍和波长的整数倍，得到具有660nm波长的第二光线的每阶相位差，使得第+1级衍射效率被最大化。优选地作为波长的整数倍得到具有785nm的第三光线的每阶相位差，使得不产生第±2级衍射光。
图10A到10C是分别示出对于第一光线、第二光线和第三光线，五阶衍射结构的槽深和衍射效率之间的关系的图。图中的结果通过使用RCWA方法的矢量计算来得到。在矢量计算中，五阶衍射结构的间距被设置为20μm。如结果所示，当PMMA被用作五阶衍射结构的材料时，通过6.4μm的槽深D可以对于所有波长获得良好的衍射效率。通过6.4μm的槽深D，第一光线的第0级衍射光线、第二光线的第+1级衍射光线和第三光线的第-2级衍射光线的衍射效率分别为84％、73％和0％。此外，用于第三光线的第0级衍射光线的衍射效率高达78％。
图11A是说明在CD 137聚焦的光线的图，而图11B是说明在CD 137上形成的光点的图。通过中心区502a的一部分光线被衍射为第-2级衍射光线，并被聚焦在CD 137上。另一方面，通过第二区502b的一部分光线被衍射为第0级衍射光线而没有改变。第0级衍射光线没有被聚焦到CD 137上，而是像光斑一样散射，因此不会影响信息记录/再现。
由PMMA制成的第二区502b也可以被配置为具有4.8μm槽深D的四阶衍射结构(第一光线的每阶相位差为2λ)、具有3.2μm槽深D的三阶衍射结构(第一光线的每阶相位差为2λ)、或具有6.4μm槽深D的三阶衍射结构(第一光线的每阶相位差为4λ)。
第三区502c是其中没有形成衍射结构的平坦表面。在图3中，相对于中心区502a和第二区502b中衍射结构的最低阶(级)，第三区502c的高度被设置为第一光线波长的整数倍。在第一实施例中，第三区502c的高度被设置为4.0μm，这是第一光线波长的5倍。
通过第三区502c的第二光线或第三光线的一部分在有效直径之外，因此不需要用于形成光点。如图11B所示，不需要的光线在DVD 127或CD 137上广泛散开像一个光斑。如上所述，相对于中心区502a和第二区502b中衍射结构的最低阶(级)，第三区502c的高度是第一光线波长的整数倍。尽管在本实施例中，第三区502c的高度被设置在作为第一光线波长5倍的4μm，第三区502c的高度不限于4μm。
图12是在像差校正单元501的第一衍射平面502上形成的衍射结构的详图。中心区502a和第二区502b具有不同的光程差系数，因此彼此没有平滑地连接。为了克服该问题，提供了连接区，该连接区具有第一光线波长整数倍的高度，使得中心区502a和第二区502b互相平滑地连接。在本第一实施例中，连接区的高度被设置为与衍射结构的最低阶(级)相同的高度。
因为阶状结构变得接近于锯齿开诺全息照片结构，所以增加每个阶状结构的阶数增加了衍射结构的衍射效率，。但是，增加阶数使阶之间的间距变窄，从而使精确生产像差校正单元501变得困难。反之这可能引起生产误差，并由此降低衍射效率。
当间距200相同，减小槽深D增加了衍射效率，并使衍射结构较少地受波长和温度变化的影响。因此，优选地使槽深D尽可能地小且阶数尽可能地多。
在第一实施例中，由中心区502a和第二区502b衍射的光线的相应衍射级的符号被反转，以极大地改变第一、第二和第三光线的衍射效率、衍射结构的形状及槽深之间的关系。因此，第一实施例可能提供具有较小槽深和较大数量的阶的衍射结构，由此使得可能提供有效地用作像差校正单元和NA限制元件二者的衍射平面。
通常，衍射结构的衍射效率随着衍射结构的间距变窄而降低。第一衍射平面502上的衍射结构的间距随着其接近外围而变窄。因此衍射结构的衍射效率随着其接近外围而减小。图13是示出离第一衍射平面502中心的距离和衍射光线强度之间的关系的图。在图13中，虚线表示来自光源的光线强度，且实线表示衍射光线的强度。如图所示，中心区502a衍射的光线的强度随着离第一衍射平面502中心的距离(半径)的增加而降低。第二区502b中衍射结构的间距比中心区502a中的窄。但是，由于第二区502b中的衍射结构具有五阶，且槽深比中心区502a的小，衍射光线的强度没有降低很多。
衍射结构的阶数和槽深不限于上面提到的那些。第一实施例的第一衍射平面502使得可能通过反转衍射光线的衍射级的符号来控制用于衍射光线的NA，并由此防止产生形成光点所不需要的光线。
如图5所示，像差校正单元501的第二衍射平面503在光线经过的区域内具有以下两个同心区：中心区503a和从中心起第二位置的第二区503b。
中心区503a具有1.6mm的半径，并对应于用于HD-DVD 117的0.65的NA。在中心区503a上形成的衍射结构被设计为不做改变地传输具有405nm波长的第一光线的一部分，使得第一光线被传输的部分在蓝光盘107上聚焦，并衍射第一光线的另一部分，以校正由HD-DVD 117的衬底厚度差异引起的球面像差。
换句话说，第二衍射平面503被配置为传输入射光线的一部分作为第0级衍射光线，并传输入射光线的另一部分作为±1级或更高级衍射光线。因此，第二衍射平面503和物镜106一起用作双焦点透镜。通过聚焦直到衍射限制的相同波长的光线，如上所述的第二衍射平面503使得可能在具有不同衬底厚度的蓝光盘107或HD-DVD 117上形成合适的光点。第0级衍射光线和第±1或更高级衍射光线沿光轴在不同的聚焦位置聚焦，并由此分别在蓝光盘107和HD-DVD 117上形成光点。
当第0级衍射光线和第±1或更高级衍射光线中的一个被用来在光记录介质上记录/再现信息时，另一衍射光线没有被聚焦而是在光记录介质上被散射。由于散射光线的强度较低，它不影响信息记录/再现。
第二区503b具有1.6mm的内径和2.2mm的外径，并对应于用于HD-DVD 117的0.65和用于蓝光盘107的0.85之间的NA。第二区503b是其中没有形成衍射结构的平坦表面，并被设计为不做改变地传输第一光线、第二光线和第三光线。由第二区503b传输的光线通过物镜106在蓝光盘107上聚焦，并且不在HD-DVD 117、DVD 127和CD 137上聚焦。换句话说，如图11B所示，传输的光线在HD-DVD 117、DVD 127和CD 137上像光斑一样散射。
因此，第二衍射平面503被设计为校正第一光线的像差并调整用于HD-DVD 117的物镜的NA。第一衍射平面502由此使得可能在HD-DVD 117上形成希望的光点。
如图3中的截面视图所示，像差校正单元501的中心区503a由同心排列的环形脊和槽构成。环形脊和槽每个具有由包括最低阶(级)的三阶构成的阶状结构。环形脊之间的间距从中心到外围逐渐变窄，使得由环形脊和槽构成的衍射结构具有透镜效果。
间距被确定，使得第一光线的一部分被衍射为第+1级衍射光线，并被用于HD-DVD 117，从而第一光线的像差被校正。中心区503a的光程差系数在下面的表7中示出。
表7
Figure GSB00000285913200191
  C6：6.9544E-06
中心区503a中环形脊之间的最小间距为8.5μm，且环形脊的数量为95。
下面将描述第二衍射平面503中环形脊的高度或环形槽的深度(槽深)。如上所述，中心区503a和物镜106一起作为用于第一光线的双焦点透镜使用。因此，优选地确定中心区503a中衍射结构的槽深，使得第一光线被衍射为第0级光线和第+1级衍射光线，且用于第二光线和第三光线的第0级衍射效率变高。
在三阶衍射结构中，为了给第0级衍射光线、第-1级衍射光线、第+1级衍射光线、第-2级衍射光线和第+2级衍射光线提供最大的衍射效率，如下面的表8所示，优选地确定根据锯齿结构槽深H的相位差和阶状结构的每阶相位差。
表8
Figure GSB00000285913200201
*N表示整数
基于表8优选地确定三阶衍射结构的环形脊的高度或环形槽的深度(槽深)，使得第一光线、第二光线和第三光线中每个希望的衍射光线的衍射效率变得尽可能地高。在三阶结构中，优选地作为相应波长的整数倍得到第二光线和第三光线中每个的每阶相位差。第一光线的每阶相位差优选地在相应波长的整数倍和波长的0.33倍之间。图14A到14C分别是示出对于用于第一光线、第二光线和第三光线，三阶衍射结构槽深和衍射效率之间的关系的图。图中的结果通过使用RCWA方法的矢量计算来得到。在矢量计算中，三阶衍射结构的间距被设置在8μm。如结果所示，当PMMA被用作三阶衍射结构的材料时，通过0.293μm的槽深D可以对于所有波长获得良好的衍射效率。通过0.293μm的槽深D，用于第一光线的第0级衍射光线、第一光线的第+1级衍射光线、第二光线的第0级衍射光线和第三光线的第0级衍射光线的衍射效率分别为38％、35％、74％和81％。0.293μm的槽深对应于每阶0.1465μm的深度。每阶0.1465μm的深度对应于第一光线波长的0.18倍的每阶相位差。用于第一光线的衍射效率在第0级衍射光线和第+1级衍射光线之间共享。每阶0.1465μm的深度还对应于第二光线波长或第三光线波长的大约0.18倍的每阶相位差。尽管用于第二光线和第三光线的相位差与表8中所示的相位差不匹配，但是0.1465的深度仍然提供了足够的衍射效率。
在第一实施例中，如上所述，PMMA被用作第二衍射平面503的材料，第二衍射平面503上的衍射结构的阶数为3，且第二衍射平面503被配置为有效地产生第0级衍射光线和第+1级衍射光线。但是，第二衍射平面也可以被另外配置。同时，在第一实施例中，第二衍射平面503被配置为将第一光线的衍射效率尽量均匀地分配给第0级衍射光线和第+1级衍射光线。但是，更优选地基于该目的来改变第0级衍射光线和第+1级衍射光线之间的比率。例如，第0级衍射光线可以通过减少衍射结构的槽深而增加，而第+1级衍射光线可以通过增加槽深而增加。当光拾取器被配置为在蓝光盘107上同时记录和再现信息并在HD-DVD 117上只再现信息时，优选地增加第0级衍射光线的比率。
第二区503b是其中没有形成衍射结构的平坦表面。在图3中，相对于中心区503a中衍射结构的最低阶(级)，第二区503b的高度被设置为第一光线波长的整数倍。在第一实施例中，第二区503b的高度被设置为与衍射结构的最低阶的高度相同的高度。
由第二区503b传输的光线没有被用来在HD-DVD 117上形成光点。如图11B所示，传输的光线在HD-DVD 117、DVD 127和CD 137上像光斑一样散射。
图15是在第二衍射平面503上形成的衍射结构的详图。第二衍射平面503和物镜106一起作为双焦点透镜使用，并由此使得可能在蓝光盘107和HD-DVD 117中的任一个上形成希望的光点。此外，第二衍射平面503有效地传输第二光线和第三光线的第0级衍射光线。
下面将描述像差校正单元的外形。如图4和图5所示，像差校正单元501具有圆形形状。在本实施例中，多边形形状也被认作圆形形状。例如，如图16所述的具有多边形形状的像差校正单元也可以被使用。
因为在第一实施例中被用作像差校正单元501的材料的PMMA可以被注模并适于大规模生产，所以在其它光学组件中也被广泛地使用。PMMA的一个缺点是它具有高吸湿性(hygroscopicity)。高吸湿性会引起例如光学组件的折射率和透射率的光学特性的改变，并可能使光学组件变形。
图17A到17D是示出通过方形像差校正单元501′传输的具有405nm波长的光线的波前形状的图。图17A示出了在方形像差校正单元501′的光学有效直径(中心区502a、第二区502b和第三区502c)之内传输的光线的波前形状。图17B示出了在衍射部分(中心区502a和第二区502b)中传输的光线的波前形状502g。图17C示出了在平面部分(第三区502c)中传输的光线的波前形状502f。
基于每个波前形状，计算所传输光线的波前像差。在图17A中示出的在光学有效直径内传输的光线的波前形状的峰谷(PV)值为0.5λ，且波前像差为0.1λrms。于是，在光学有效直径内传输的光线的总体波前准确性较低。通常，对于光学组件0.02λrms或更低的波前像差是优选的。在图17B中示出的衍射部分中传输的光线的波前像差相对较小，为0.02λrms。在图17C示出的平面部分中传输的光线的波前像差相对较大，为0.13λrms。如结果所述，平面部分中较大的波前像差降低了整体波前准确性。图17D是平面部分中沿周长的波前形状502f的图。在平面部分中，波前形状f沿着方形像差校正单元501′的轮廓波动。认为波前形状f的波动降低了波前准确性。
如图17C所示，在衍射部分和平面部分之间的边界中，点502d比点502e离方形像差校正单元501′的轮廓更近。在点502d的PMMA的吸湿性和在点502e的PMMA的吸湿性不同。吸湿性的差异引起像差校正单元501′的变形，并由此引起波前形状f的波动。
图18A到18D是示出通过第一实施例的像差校正单元501的传输的具有405nm波长的光线的波前形状的图。像差校正单元501具有圆形形状。图18A示出了在像差校正单元501的光学有效直径(中心区502a、第二区502b和第三区502c)之内传输的光线的波前形状。图18B示出了在衍射部分(中心区502a和第二区502b)中传输的光线的波前形状502g。图18c示出了在平面部分(第三区502c)中传输的光线的波前形状502f。
图18D是在平面部分中沿周长方向的波前形状。基于每个波前形状，计算传输光线的波前像差。在图18A中示出的在光学有效直径内传输的光线的波前形状的PV值为0.1λ，且波前像差为0.02λrms。在图18B中示出的衍射部分中传输的光线的波前像差为0.015λrms。在图18C示出的平面部分中传输的光线的波前像差为0.017λrms，并且观察不到波前形状的波动。因此，传输光线的波前准确性较高。
如结果所示，通过与衍射部分和平面部分之间的边界形状相同的圆形形状，可以避免由PMMA的吸湿性差异带来的像差校正单元501的变形，并可以减少波前形状f的波动。因此，具有圆形形状的像差校正单元501使得可能提供高精度的光拾取器。
图19是根据本发明的第二实施例的像差校正单元601以及物镜106的放大截面视图。在第二实施例中使用的光拾取器的配置和物镜106的特性和第一实施例中的基本相同。像差校正单元601具有第一衍射平面602和第二衍射平面603。第一衍射平面602具有和像差校正单元501的第一衍射平面502不同的配置。第二衍射平面603的配置和第二衍射平面503的基本相同。
如图20所示，第一衍射平面602在光线通过的区域内具有以下三个同心区：中心区602a、第二区602b和第三区602c。中心区602a具有1.25mm的半径并对应于用于CD 137的0.45的NA。第二区602b具有1.25mm的内径和1.715mm的外径，并对应于在CD 137的0.45和DVD 127的0.65之间的NA。
在中心区602a中形成的衍射结构被设计为不做改变地传输具有405nm波长的第一光线，并衍射第二光线和第三光线以校正球面像差，该球面像差是由DVD 127和CD 137的衬底厚度的差异以及第二光线和第三光线的波长的差异引起的。
在第二区602b中形成的衍射结构被设计为不做改变地传输具有405nm波长的第一光线，衍射第二光线以校正由DVD 127的衬底厚度的差异以及第二光线的波长的差异引起的球面像差，并由此不将第三光线聚焦在CD 137的记录表面上。
第三区602c是其中没有形成衍射结构的平坦表面，并被设计为不做改变地传输第一光线、第二光线和第三光线。由第三区602c传输的光线通过物镜106聚焦在蓝光盘107上，但不聚焦在HD-DVD 117、DVD 127和CD 137上。
换句话说，第一衍射平面602被设计为校正第二光线和第三光线的像差，并调整用于DVD 127和CD 137的物镜106的NA。于是，第一衍射平面602使得可能在DVD 127和CD 137上形成希望的光点。
如图19所示，中心区602a中衍射结构的阶数和槽深与像差校正单元501的中心区502a中的类似。因此，中心区602a被配置为以与中心区502a基本类似的方式衍射光线衍射结构中。环形脊之间的间距从中心向外围变窄，从而由环形脊和槽构成的衍射结构具有透镜效果。确定间距，使得产生第-1级衍射光线并用于DVD 127，且产生第-2级衍射光线并用于CD 137。换句话说，确定间距，使得用于DVD 127和CD 137的光线的像差被校正。中心区602a的光程差系数在下面的表9中示出。
表9
Figure GSB00000285913200241
如图19中的截面视图所示，像差校正单元601的第二区602b也是由同心排列的环形脊和槽构成。环形脊和槽每个具有由包括最低阶(级)的三阶构成的阶状结构。环形脊之间的间距从中心向外围变窄，从而由环形脊和槽构成的衍射结构具有透镜效果。
确定间距，使得产生第-1级衍射光线并用于DVD 127，从而用于DVD127的光线的像差被校正。第二区602b的光程差系数在下面的表10中示出。
表10
Figure GSB00000285913200242
确定第二区602b中阶状槽的深度(槽深)，使得衍射结构不产生第-2级衍射光线，并由此限制用于CD 137的NA。第二区602b中环形脊之间的最小间距为17.8μm，且环形脊的数量为24。
第二区602b被优选地设计为衍射第二光线以校正其像差，且不将第三光线在CD 137上聚焦。在三阶衍射结构中，优选地作为波长的整数倍得到具有405nm波长的第一光线的每阶相位差，使得第0级衍射效率被最大化。通过加和波长的0.33倍和波长的整数倍，优选地得到具有660nm波长的第二光线的每阶相位差，使得第+1级衍射效率被最大化。优选地确定具有785nm的第三光线的每阶相位差，使得不产生第±2级衍射光线。
图21A到21C是分别示出对于第一光线、第二光线和第三光线，三阶衍射结构的槽深和衍射效率之间的关系的图。通过使用RCWA方法的矢量计算来得到图中的结果。在矢量计算中，三阶衍射结构的间距被设置为20μm。如结果所示，当PMMA被用作三阶衍射结构的材料时，通过1.6μm的槽深D可以对于所有波长获得良好的衍射效率。通过1.6μm的槽深D，用于第一光线的第0级衍射光线、第二光线的第-1级衍射光线和第三光线的第-2级衍射光线的衍射效率分别为94％、56％和8％。同时，用于第三光线的第±1级衍射光线的衍射效率高达30％。
以与图11A和图11B所示的类似的方式，通过中心区的一部分光线被衍射为第-2级衍射光线并在CD 137上聚焦。另一方面，经过第二区602b的一部分光线被衍射为第±1级衍射光线。该第±1级衍射光线不在CD 137上聚焦，而是像光斑一样散射，因此不影响信息记录/再现。
图22是在像差校正单元601的第一衍射平面602上形成的衍射结构的详图。中心区602a和第二区602b具有不同的光程差系数，因此彼此没有平滑地连接。为了克服该问题，提供了连接区，该连接区具有第一光线波长整数倍的高度，使得中心区602a和第二区602b互相平滑地连接。
与第一实施例不同，由中心区602a和第二区602b衍射的光线的相应衍射级的符号是相同的。具有这样配置的衍射平面可以同时作为像差校正单元和NA限制元件有效地使用。
图23是根据本发明的第三实施例的像差校正单元701的放大截面视图。在第三实施例中使用的光拾取器的配置和物镜106的特性与第一实施例中的基本相同。如图23所示，像差校正单元701具有第一衍射平面702和第二衍射平面703。第一衍射平面702具有和第一实施例的第一衍射平面502或第二实施例的第一衍射平面602基本相同的配置。第二衍射平面703具有和第一实施例的第二衍射平面503不同的配置。第一衍射平面702和第二衍射平面703由不同的材料构成。
第二衍射平面703中阶状结构的槽深D被设置为非常小的值(具有这样浅槽的衍射平面以下被称为浅槽衍射平面)，从而对于第一光线、第二光线和第三光线中的每个引起1λ或更低的相位差。在这种情况下，槽深D可以被确定而几乎不管材料的色散特性。
图24A和24B是示出浅槽衍射平面(根据槽深D的相位差为1λ或更低)的材料的色散特性和每个衍射光线的衍射效率之间的关系的图。在浅槽衍射平面的情况下，衍射效率基本是常数，而不管材料的色散特性。因此，当槽较浅时，不同的材料可以被用于第一衍射平面702和第二衍射平面703。
图25A和25B是示出深槽衍射平面(槽深D在10μm和13μm之间)的材料(具有用于D线的1.6的折射率nd)的色散特性和每个衍射光线的衍射效率之间的关系的图。在深槽衍射平面的情况下，衍射效率依赖于材料的色散特性而变化。在这种情况下，为了获得希望的衍射效率，优选地使用具有用于四阶衍射结构的大约70的Vd的超低色散材料，和具有用于三阶衍射结构的大约50的Vd的低色散材料。
因此，使用不同的材料用于第一衍射平面和第二衍射平面，使得可能增加像差校正单元的衍射效率。
图26是根据本发明的第四实施例的像差校正单元801的放大截面视图。像差校正单元801具有第一衍射平面802和第二衍射平面803。在像差校正单元801中，在对应于像差校正单元501、601和701中任一个的平面部分(第三区502c、602c或702c；或第二区503b、603b或703b)的区中形成。在图26示出的例子中，在第二衍射平面803的第二区803b中形成阶状结构804。阶状结构804被提供来为蓝光盘107校正像差，短波长光线和具有高NA的光学系统被用于该蓝光盘。
在用于在光记录介质上记录和再现信息的光学信息处理设备中，半导体激光器被用作光源。半导体激光器的振动波长从一个到另一个可能不同，甚至根据温度变化而改变。由于光学材料的折射率依赖于光线的波长(色散)而改变，光源波长的变化引起第3级球面像差。这样的球面像差是在光学记录或再现信息中要解决的问题之一。当使用具有短波长的光源和具有高NA的光学系统时，与波长改变相关的球面像差的量变大。
这是因为光学材料折射率的改变随着光线波长的减小而增加，结果，与波长改变相关的球面像差的变化增加。此外，球面相差的变化与NA的4次方(power)成比例地增加。因此，当使用具有短波长的光源和具有高NA的光学系统时，波长的改变对光学信息的记录和再现的准确性产生很大的影响。
图27是示出当使用具有0.65和0.85的NA的物镜时，波前像差的变化与具有405nm原始波长的光线的波长改变之间的关系的图。如图27所示，即使当波长从第一物镜长度的405nm设计波长增加10nm到415nm时，对于具有0.65的NA的第一物镜，波前像差被包含等于或低于0.03λrms，该值是第一物镜的性能需求。但是，对于具有0.85的NA的第二物镜，当波长增加3nm时，波前像差超过0.03λrms，并使记录和再现信息变得困难。
假设光学信息处理设备在10℃和80℃之间的外界温度下使用，半导体激光器的波长改变大约3nm。同时，假设中心波长的变化大约为±5nm。当具有0.85的NA的物镜在光学系统中使用时，需要校正由于上述波长改变引起的球面像差。
像差校正单元801的阶状结构804被分为围绕光轴的同心区(阶)。同心区的高度随着离光轴距离的增加而增加。每个同心区的高度被确定，从而引起作为物镜106的405nm设计波长的整数倍的光程差。
图28是示出阶状结构804的相位阶数的图。在图28中，横轴示出了离开光轴的位置(半径)，而纵轴示出了相位阶数N。在第四实施例中，同心区的相位阶数N被设置为8和4(N＝8，4)，且阶状结构804在第二衍射平面803的第二区803b上形成。使用该配置，阶状结构804只有在光点在蓝光盘107上形成时才有效果。
图29是示出波长改变和球面像差的量之间的关系的图。在图29中，虚线示出了当没有在第二衍射平面803上形成阶状结构804时的关系，且实线示出了当在第二衍射平面803上形成阶状结构804时的关系。如图中所示，阶状结构804使得可能校正第3级球面相差。图30是示出当波长改变6nm时波前相位的改变的图。该图示出了波前相位在阶状结构804的同心区之间的边界上变得不连续。因此，阶状结构通过使波前不连续的变化来校正第3级球面像差。
同心区的高度和位置(半径)不限于第四实施例中提到的那些，而可以依赖于物镜的设计波长和形状、像差校正单元的材料、以及被提供的NA而改变。
根据本发明的第五实施例，像差校正单元由第一到第四实施例中描述的一个或更多个衍射平面以及与衍射平面集成的物镜构成。图31示出的示例性像差校正单元通过结合第一实施例的像差校正单元501和物镜106来产生。第一和第二衍射平面502和503在物镜106的相对的表面上形成。该配置防止物镜106和像差校正单元的光轴之间未对准，并由此使得可能减少波前退化，以改善装配过程的效率并降低成本。
第五实施例的示例性像差校正单元还可以被配置为只包括第一和第二衍射平面502和503中的一个。在这种情况下，可以在物镜106的任一侧(入射侧面或出射侧面)上形成衍射平面。并且，衍射平面和物镜106可以被形成为单片结构。此外，可以直接在物镜106上形成衍射结构。在这种情况下，为了简化生产，紫外固化树脂优选地用作衍射结构的材料。
以下将描述根据本发明的第六实施例的示例性像差校正单元。第六实施例中的光拾取器的配置和物镜的特性与第一实施例中的基本相同。第六实施例的示例性像差校正单元(以下称为第六像差校正单元)具有衍射结构，其被配置为降低光拾取器中由第六像差校正单元和物镜106的光轴之间的水平未对准(以下可以只被称为水平未对准)引起的总彗形像差。这种情况下的光拾取器的总彗形像差是指在光记录介质上形成的光点的总彗形像差。
第六像差校正单元的第一衍射平面具有改变光线的有限放大率的功能，并由此将光线转变为发散光线，以及将球面像差施加到发散光线的功能。第六像差校正单元使用这两个功能来校正球面像差。
当具有用于DVD的660nm波长的第二光线进入第六像差校正单元的第一衍射平面时，第二光线的有限放大率被改变，且第二光线由此被输出到物镜106作为发散光线。在同一时间，球面像差由第一衍射平面施加到该发散光线。图32A是示出由物镜引起的像差和光瞳半径位置之间的关系的图，且图32B是示出发散光线的球面像差和光瞳半径位置之间的关系的图。如图所示，由物镜引起的像差和发散光线的球面像差处于相反的方向并由此互相抵消。于是，上述配置使得可能充分地校正球面像差，并由此在DVD上形成准确的光点。
在设计衍射平面时，由物镜引起的像差和发散光线的球面像差的量可以通过设置工作距离来调整，以适应具有用于DVD的660nm波长的第二光线。在这种情况下“工作距离”(WD)是指物镜可以在光轴方向上移动的距离。
图33是示出工作距离与进入物镜的光线的发散角之间的关系的图。如图33所示，工作距离和发散角线性地改变。因此，由物镜引起的像差的量可以通过改变工作距离并根据工作距离优化设计衍射平面来调整。例如，在图32A到32D中工作距离被设置为0.57mm，在图34A到34D中被设置为0.42mm，而在图35A到图35D中被设置为0.60mm。
如图32A、34A和35A所示，由物镜引起的像差根据工作距离而变化。在上述任一个配置中，由物镜引起的像差(图32A、34A或35A)和发散光线的球面像差(图32B、34B或35B)处于相反的方向，并且量基本相同，并由此互相抵消。于是，上述配置使得可能充分地校正球面像差，由此在DVD上形成准确的光点。为0.42mm、0.57mm和0.60mm的工作距离设计的衍射平面具有不同的相位系数，因此在衍射平面中环形脊的数量被分别设置为，例如，10、65和77。
图36是光轴水平未对准的像差校正单元501和物镜106的放大截面视图。下面将描述由像差校正单元501和物镜106的光轴之间的水平未对准引起的像差。
在图36中，物镜106的光轴901和像差校正单元501的光轴902水平未对准(水平未对准903)。换句话说，光轴902在与光轴901垂直的方向上偏移。图32C是示出由物镜引起的像差和光瞳半径位置之间的关系的图，而图32D是示出发散光线的球面像差与光瞳半径位置之间的关系的图。在两幅图中，假设工作距离被设置为0.57用于DVD，且水平未对准为200μm。
当用于DVD 127的具有660nm的波长的第二光线进入像差校正单元501的第一衍射平面502时，第二光线的有限放大率被改变，且第二光线由此被输出到物镜106作为发散光线。在同一时间，球面像差由第一衍射平面502施加到该发散光线。图32C示出了由物镜106引起的像差，且图32D示出了发散光线的球面像差。
由关于波前相对物镜106的水平偏移引起的彗形像差(图32C)和由发散光线的球面像差的水平偏移引起的彗形像差(图32D)在相反的方向，并且量基本相同，由此互相抵消。于是，即使在像差校正单元501和物镜106的光轴未对准时，上述配置可能充分地校正彗形像差。
图37是示出对于不同的工作距离，DVD上的水平未对准和彗形像差之间的关系的图。在图中，横轴示出了水平未对准，而纵轴示出了彗形像差。当工作距离为0.57mm(图32C和32D)时，几乎没有观察到彗形像差，而不考虑水平未对准的量。当工作距离为0.42mm(图34C和34D)或0.6mm(图35C和35D)时，彗形像差的量随着水平未对准的量的增加而增加。在这些情况下，如图34C、34D、35C和35D所示，与物镜106相关的彗形像差和与发散光线的球面像差相关的彗形像差在方向和量上不对称，因此不能互相抵消。
从被设计为0.42mm工作距离的衍射平面输出的光线基本上被准直。在这种情况下，如图34C所示，与物镜106相关的波前的水平偏移没有引起彗形像差。结果，与物镜106相关的彗形像差和与发散光线的球面像差相关的彗形像差变得不对称，因此不能互相抵消。换句话说，为了减少由水平未对准引起的彗形像差，从衍射平面输出和进入物镜的光线优选地为发散光线。
使用如上所述的被配置为减少由水平未对准引起的彗形像差的衍射平面，使得可能放松装配容限和制造容限，例如，在装配像差校正单元501、物镜106和柱状透镜镜桶121时，在作为单片结构生产物镜106和像差校正单元501时，或在形成第一和第二衍射平面502和503时，并由此使得可能稳定地生产高精度光拾取器。
下面将描述用于根据本发明的实施例的光拾取器的设计策略。如上所述，设计为0.42mm、0.57mm和0.60mm的工作距离的衍射平面具有不同的相位系数，因此衍射平面中环形脊的数量被分别设置为，例如，10、65和77。因此，衍射平面中环形脊的数量随着工作距离的增加而增加，且环形脊和槽之间的间距变窄。结果，衍射平面的制造容限变得更严格。尽管设计为0.57mm工作距离的衍射平面有效地降低了由水平未对准引起的彗形像差，环形脊的数量变得较大。当设计衍射平面时，需要在校正由水平未对准引起的彗形像差的能力和制造容限之间获取平衡。以这样的方式设计衍射平面使得可能允许与水平未对准相关的更高的装配容限以及与衍射结构中环形脊或槽之间的间距相关的更高的制造容限，并由此使得可能提供稳定和高准确度的衍射设备。
尽管上述示例性衍射平面被配置来为DVD校正由水平未对准引起的彗形像差，但是衍射平面可以被配置来为CD校正由水平未对准引起的彗形像差。图38是示出在不同工作距离下，水平未对准与CD上的彗形像差之间的关系的图。在图中，横轴示出了水平未对准，而纵轴示出了彗形像差。当工作距离为0.35mm时，几乎没有观察到彗形像差，而不考虑水平未对准的量。
下面，将描述用于为DVD和CD两者降低由水平未对准引起的彗形像差的示例性配置。图39是示出在水平未对准为30μm时，工作距离与CD和DVD上的彗形像差之间的关系的图。在图中，横轴示出了用于CD的工作距离，该CD使用第-2级衍射光线，且纵轴示出了彗形像差。在上述第六实施例中，第六像差校正单元的第一衍射平面针对DVD和CD不同地配置，以校正由水平未对准引起的彗形像差。为了使DVD和CD两者减少由水平未对准引起的彗形像差，第一衍射平面中的衍射结构被优选地设计为提供0.62的工作距离。
同时，第六像差校正单元的第二衍射平面中的衍射结构可以被配置来为HD-DVD校正由水平未对准引起的彗形像差。图40是示出在水平未对准为30μm时，工作距离与HD-DVD上的彗形像差之间的关系的图。在图中，横轴示出了用于HD-DVD的工作距离，且纵轴示出了彗形像差。当工作距离为0.5mm时，几乎没有观察到彗形像差。在为0.5mm工作距离设计的衍射结构中的环形脊的数量为100。为0.47mm工作距离设计的衍射结构也可以在可接受30μm的水平未对准、彗形像差达到0.03λrms的情况下使用。
如上所述，根据本发明的第六像差校正单元的第一衍射平面具有改变光线的有限放大率的功能，并由此将光线转变为发散光线，以及将球面像差施加到该发散光线的功能，并被配置为使用这两个功能来校正球面像差。此外，考虑校正由水平未对准引起的彗形像差的能力与和衍射结构中环形脊或槽之间的间距相关的制造容限之间的平衡来设计第六像差校正单元的第一衍射平面。因此，第六实施例使得可能允许更大的装配容限和更大的制造容限。
下面将描述根据本发明的第七实施例的示例性像差校正单元(以下称为第七像差校正单元)。在第七实施例中使用的光拾取器的配置和物镜的特性和第一实施例中的基本相同。与第六像差校正单元类似，第七像差校正单元具有衍射结构，其被配置为减少在光拾取器中由第七像差校正单元和物镜106的光轴之间的水平未对准引起的总彗形像差。
第七像差校正单元的第一衍射平面具有改变光线的有限放大率的功能，并由此将光线转变为发散光线，以及在该发散光线中引起球面像差的功能。第七像差校正单元使用这两个功能来校正球面像差。
在第六实施例中，如上所述，当用于DVD的具有660nm波长的第二光线进入第六像差校正单元的第一衍射平面(用于0.57mm的WD)时，第二光线的有限放大率被改变，且第二光线由此被输出到物镜106作为发散光线。在同一时间，球面像差由第一衍射平面施加到该发散光线。如图32A和32B所示，由物镜引起的像差和发散光线的球面像差在相反的方向并因此互相抵消。于是，第六实施例使得可能充分校正球面像差，并由此在DVD上形成准确的光点。
同时，图41A示出了由物镜引起的像差，在该物镜上具有660nm波长的第二光线被设计为0.54mm的工作距离的第一衍射平面衍射，并输出到物镜106作为发散光线。在这种情况下，如图41A所示，第二光线的波前相位基本平坦。这意味着由物镜引起的像差仅通过改变第二光线的有限放大率而被校正。因此，如图41B所示，由设计为0.54mm工作距离的第一衍射平面施加到发散光线的球面像差的量基本为0。当被设计为0.54mm工作距离的衍射结构的环形脊的数量和最小间距分别为Nm2和Pm2时，在第七实施例的第七像差校正单元的第一衍射平面中的衍射结构的环形脊的数量Na1和最小间距Pa1被确定，使得公式Na1≥Nm2及Pa1≤Pm2为真。
下面将描述将环形脊的数量Na1和最小间距Pa1设置为满足公式Na1≥Nm2及Pa1≤Pm2的优点。如上所述，为了减少由于物镜106和像差校正单元501的第一衍射平面502的光轴之间的水平未对准引起的彗形像差，需要设计第一衍射平面502使得由相对物镜106的波前水平偏移引起的彗形像差(图32C)和由发散光线的球面像差的水平偏移引起的彗形像差(图32D)在相反的方向发生。
同时，当准直的光线通过物镜在DVD上聚焦时，如图34A所示发生了正的球面像差。为了使如图32A和32B所示的由水平未对准引起的彗形像差对称，衍射结构被优选地设计为使发散光线的发散角比图41A中的大，使得发生负的球面像差，并将正的球面像差施加到发散光线以抵消负的球面像差。
通常，随着衍射结构的间距变窄及衍射结构中环形脊的数量变大，由衍射结构衍射的光线的发散角变大。因此，为了使发散光线的发散角比图41A中的大，需要增加环形脊的数量以减少衍射结构的最小间距，其中在图41中由物镜引起的像差仅通过改变光线的有限放大率来校正。换句话说，环形脊的数量和衍射结构的最小间距被优选地确定以满足公式Na1≥Nm2及Pa1≤Pm2。
例如，在装配像差校正单元501、物镜106和柱状透镜镜桶121时，在生产物镜106和像差校正单元501作为单片结构时，或在形成第一和第二衍射平面502和503时，如上所述使用被配置为降低由水平未对准引起的彗形像差的衍射平面使得可能放松装配容限或制造容限，并由此使得可能稳定地生产高精度光拾取器。
图42是示出为相应工作距离优选地设计的衍射结构的环形脊的数量和最小间距。如上所提到，当为0.54mm工作距离设计的衍射结构的环形脊的数量和最小间距分别为Nm2和Pm2时，第七实施例的第七像差校正单元的第一衍射平面中的衍射结构的环形脊的数量Na1和最小间距Pa1被确定从而公式Na1≥Nm2及Pa1≤Pm2为真。
图43是示出为相应工作距离最优化设计的衍射结构中的30μm的水平未对准引起的彗形像差。如图所示，由水平未对准引起的彗形像差在对应于满足公式Na1≥Nm2及Pa1≤Pm2的环形脊数量和最小间距的工作距离处被最小化。
尽管上述第七像差校正单元的第一衍射平面被配置来为DVD校正由水平未对准引起的彗形像差，第一衍射平面可以被配置来为CD校正由水平未对准引起的彗形像差。当衍射结构的环形脊的数量和最小间距分别为Nm3和Pm3时，其中在所述衍射结构中仅通过改变光线的有限放大率来为CD校正由物镜引起的偏差，第七实施例的第七像差校正单元的第一衍射平面中的衍射结构的环形脊的数量Na1和最小间距Pa1可以被确定以满足公式Na1≥Nm3及Pa1≤Pm3。使用如上述配置的衍射平面来减少由水平未对准在CD上引起的彗形像差，使得可能放松装配容限和制造容限。
下面，将描述用于DVD和CD两者的减少由水平未对准引起的彗形像差的示例性配置。图39是示出当水平未对准为30μm时，工作距离与CD和DVD上的彗形像差之间的关系的图。在图中，横轴示出了用于使用第-2级衍射光线的CD的工作距离，而纵轴示出了彗形像差。在上述第七实施例中，第七像差校正单元的第一衍射平面针对DVD和CD被不同地配置，以校正由水平未对准引起的彗形像差。由于脊的数量Nm2(DVD)等于或大于脊的数量Nm3(CD)(Nm2≥Nm3)，且最小间距Pm2(DVD)等于或小于最小间距Pm3(CD)(Pm2≤Pm3)，所以第七像差校正单元的第一衍射平面的衍射结构被优选地设计为满足公式Na1≥Nm3及Pa1≤Pm3，以使DVD和CD两者减少由水平未对准引起的彗形像差。
此时，第七像差校正单元的第二衍射平面中的衍射结构被配置来为HD-DVD校正由水平未对准引起的彗形像差。图44是示出当水平未对准为30μm时HD-DVD上的彗形像差、当主光线的入射角度倾斜0.5度时引起的彗形像差、以及为HD-DVD的相应工作距离最优化设计的衍射结构的环形脊的数量和最小间距之间的关系的图。当为0.47mm的工作距离设计衍射结构时，由物镜引起的第一光线的像差仅通过改变其有限放大率来校正。当为0.47mm工作距离设计的衍射结构的环形脊的数量和最小间距分别为Nm1和Pm1时，第七实施例的第七像差校正单元的第二衍射平面中的衍射结构的环形脊的数量Na2和最小间距Pa2被确定，以满足公式Na2≥Nm1及Pa2≤Pm1。
使用如上述配置的衍射平面来减少由水平未对准在HD-DVD上引起的彗形像差，使得可能放松装配容限和制造容限。
图45是根据本发明的第八实施例的像差校正单元1001及物镜106的放大截面视图。图46是像差校正单元1001的放大截面视图。像差校正单元1001具有其中形成了衍射结构的衍射平面1002，。衍射平面是具有由窄脊和槽构成的衍射结构(或衍射光栅)的表面。不需要在整个表面形成衍射结构。衍射结构可以在平面或曲面的一部分上形成。
在第八实施例中使用的光拾取器的配置和物镜的特性与第一实施例中的基本相同。
如图47所示，衍射平面1002在光线通过的区域内具有以下三个同心区：中心区1002a、从中心开始起位于第二的第二区1002b、以及从中心开始起位于第三的第三区1002c。
中心区1002a具有1.25mm的半径并对应于用于CD 137的0.45的NA。在中心区1002a中形成的衍射结构被设计为不做改变地传输部分具有405nm波长的第一光线、衍射第一光线的另一部分、并衍射具有660nm波长的第二光线和具有785nm波长的第三光线。因此，中心区1002a中的衍射结构被配置为校正球面像差，该球面像差是由HD-DVD 117、DVD 127和CD137的衬底厚度的差异以及第一光线、第二光线和第三光线的波长的差异引起的。
第二区1002b具有1.25mm的内径和1.715的外径，并对应于在用于CD 137的0.45与用于HD-DVD 117和DVD 127的0.65之间的NA。在第二区1002b中形成的衍射结构被设计为不做改变地传输具有405nm波长的第一光线的一部分，衍射第一光线的另一部分，衍射具有660nm波长的第二光线，从而不将具有785nm波长的第三光线聚焦在CD 137的记录表面上。
第三区1002c具有1.715mm的内径和2.15mm的外径，并对应于在用于HD-DVD 117和DVD 127的0.65与用于蓝光盘107的0.85之间的NA。第三区1002c是其中没有形成衍射结构的平坦表面，并被设计为不做改变地传输第一光线、第二光线和第三光线。由第三区1002c传输的光线通过物镜106聚焦在蓝光盘107上，但不聚焦在HD-DVD 117、DVD 127和CD 137上。
换句话说，衍射平面1002被设计为校正第一光线、第二光线和第三光线的像差，并调整用于HD-DVD 117、DVD 127和CD 137的物镜106的NA。于是，衍射平面1002使得可能在四种类型的光记录介质的任一个上形成希望的光点。
如图46中的截面视图所示，像差校正单元1001的中心区1002a由同心排列的环形脊和槽构成。环形脊和槽每个具有由包括最低阶(级)的三阶构成的阶状结构。环形脊之间的间距从中心到外围逐渐变窄，使得由环形脊和槽构成的衍射结构具有透镜效果。
确定间距，使得产生第-2级衍射光线并用于HD-DVD 117，产生第-1级衍射光线并用于DVD 127，且产生第-3级衍射光线并用于CD 137。换句话说，确定间距，使得用于HD-DVD 117、DVD 127和CD 137的光线的像差被校正。
中心区1002a的光程差系数在下面的表11中示出。
表11
  C6：-2.4017E-05
如图46示出的截面视图，像差校正单元1001的第二区1002b由同心排列的环形脊和槽构成。环形脊和槽每个具有由包括最低阶(级)的三阶构成的阶状结构。环形脊之间的间距从中心向外围变窄，使得由环形脊和槽构成的衍射结构具有透镜效果。
确定间距，使得产生第-2级衍射光线并用于HD-DVD 117，以及产生第-1级衍射光线并用于DVD 127。
第二区1002b的光程差系数和上面的表11示出的中心区1102a的相同。同时，中心区1002a和第二区1002b可以被配置为具有不同的光程差。
第二区1002b中的环形槽的深度被确定，使得衍射结构不产生第-3级衍射光线，并由此限制用于CD 137的NA。中心区1002a和第二区1002b中环形脊之间的最小间距为52μm，且环形脊的数量为21。
图48是示出根据本发明的第九实施例的示例性光拾取器的示例性配置的图。第九实施例的示例性光拾取器的配置不同于第一实施例的示例性光拾取器的配置，在于加上了扩束器(beam expander)109，并使用了像差校正单元1011。图49是像差校正单元1011和物镜106的放大截面视图。
在第九实施例中，对于HD-DVD 117，发散光线而不是准直光线进入像差校正单元1011。当在HD-DVD 117上再现或记录信息时，扩束器被驱动来将准直光线转换为发散光线。同时，液晶设备可以被用来将准直光线转换为发散光线。
如图49所示，像差校正单元1011的衍射平面1012在光线经过的区域内具有以下三个同心区：中心区1012a、第二区1012b和第三区1012c。
中心区1012a具有1.25mm的半径并对应于用于CD 137的0.45的NA。第二区1012b具有1.25mm的内径和1.715mm的外径，并对应于在用于CD137的0.45和用于DVD 127的0.65之间的NA。
在第九实施例中，由中心区1012a和第二区1012b衍射的光线的相应衍射级的符号被反转，以极大地改变第一、第二和第三光线的衍射效率、衍射结构的形状、以及槽深之间的关系。具有这样的配置的衍射平面可以同时作为像差校正单元和NA限制元件有效地使用。
第九实施例的示例性光拾取器可以被配置为将发散光线入射到用于至少一个光记录介质(蓝光盘107、HD-DVD 117、DVD 127和CD 137)的像差校正单元1011。这样的配置使得可能保持光线的衍射级尽可能地小，并由此提供有效的光拾取器。
如图49的截面视图所示，像差校正单元1011的中心区1012a由同心排列的环形脊和槽构成。环形脊和槽每个具有由包括最低阶(级)的三阶构成的阶状结构。环形脊之间的间距从中心到外围逐渐变窄，从而由环形脊和槽构成的衍射结构具有透镜效果。
确定间距，使得产生第-1级衍射光线并用于HD-DVD 117，产生第-1级衍射光线并用于DVD 127，产生第-2级衍射光线并用于CD 137。换句话说，确定间距，使得用于HD-DVD 117、DVD 127和CD 137的光线的像差被校正。
对于HD-DVD 117，准直光线被扩束器109转换为发散光线。发散光线入射到像差校正单元1011来校正用于HD-DVD 117的光线的像差。
如图49示出的截面视图，像差校正单元1011的第二区1012b也是由同心排列的环形脊和槽构成。环形脊和槽每个具有由包括最低阶(级)的四阶构成的阶状结构。环形脊之间的间距从中心向外围变窄，使得由环形脊和槽构成的衍射结构具有透镜效果。
确定间距，使得产生第+1级衍射光线并用于HD-DVD 117和DVD 127，从而用于HD-DVD 117和DVD 127的光线的像差被校正。
确定第二区1012b中的阶状槽的深度(槽深)，使得衍射结构不产生+2级衍射光线，并由此限制用于CD 137的NA。
根据本发明的第十实施例，像差校正单元由上面的实施例的任一个中描述的衍射平面和与该衍射平面集成的物镜构成。图50示出的示例性像差校正单元通过结合第九实施例的像差校正单元1011和物镜106来产生。如图50所示，衍射平面1012在物镜106的表面上形成。该配置防止物镜106和像差校正单元的光轴之间的未对准，并由此使得可能减少波前退化，以改善装配过程的效率并降低成本。
此外，可作为单片结构形成衍射平面1012和物镜106。此外，可能直接在物镜106上形成衍射结构。在这种情况下，为了简化生产，紫外固化树脂被优选地用作衍射结构的材料。
图51A和51B是根据本发明的第十一实施例的像差校正单元1021的放大截面视图。第十一实施例中使用的光拾取器的配置和物镜的特性与第一实施例中的基本相同。通过将波长片1025加到第八实施例的像差校正单元1001来构造第十一实施例的像差校正单元1021。波长片1025被使用，取代图1所示的1/4波长片105。
在光学系统的光线路径中提供波长片1025，该光学系统一般用于具有405nm、660nm和785nm波长的光束。因此，需要配置波长片1025，以将0.25±0.05的相位差给具有不同波长的光线的TM波或TE波。例如，波长片可以通过如图51A所示的精细结构(波长片1025a)或图51B所示的由晶体或树脂构成的相位差薄膜(波长片1025b)来实现。通过精细结构实现的波长片1025a对于将稳定的相位差给具有不同波长的光线特别优选。精细结构可以由和像差校正单元1021相同或不同的材料构成。
在如上述的像差校正单元的相应侧面上形成波长片和衍射平面使得可能减少部件的数量和光拾取器的尺寸。同时，使用精细结构作为波长片1025使得可能作为单片结构形成波长片1025和衍射结构1022，并由此使得可能减少生产步骤和成本。此外，像差校正单元可以被配置为具有用于有限系统的液晶装置和相应侧面上的衍射平面。
图52到54是用来描述根据本发明的第十二实施例的像差校正单元1031的图。图52和53是像差校正单元1031的放大截面图，且图54示出了像差校正单元1031的衍射平面1033。像差校正单元1031被配置为校正从半导体激光器101以405nm波长发射到HD-DVD 117的光线的球面像差，该球面像差是由于HD-DVD 117的衬底厚度的差异而由物镜106引起的。此外，像差校正单元1031调整物镜106的NA以适应HD-DVD 117。
如图54所示，像差校正单元1031的衍射平面1033在光线经过的区域内具有以下两个同心区：第一区1033a和第二区1033b。第一区具有1.6mm的半径并对应于用于HD-DVDV 117的0.65的NA。在第一区1033a中形成的衍射结构被配置为传输具有405nm波长的第一光线的一部分作为第0级衍射光线，并传输第一光线的另一部分作为+1级衍射光线，并传输具有660nm的第二光线和具有785nm波长的第三光线的大部分作为第0级衍射光线。
第二区1033b具有1.6mm的内径和2.2mm的外径，并对应于在用于HD-DVD 117的0.65和用于蓝光盘107的0.85之间的NA。第二区1033b是其中没有形成衍射结构的平坦表面。
如图53的截面视图所示，在像差校正单元1033的第一区1033a中形成的衍射结构由同心排列的环形脊和槽构成，并被配置来产生第+1级衍射光线和第0级衍射光线。更具体地说，衍射平面1033被配置为传输入射光线的一部分作为第0级衍射光线，传输入射光线的另一部分作为第+1或更高级的衍射光线。因此，衍射平面1033和物镜106一起作为双焦点透镜使用。通过聚焦相同波长的光线达到衍射极限，如上所述的衍射平面1033使得可能在具有不同衬底厚度的蓝光盘107和HD-DVD 117的任一个上形成合适的光点。第0级衍射光线和第+1或更高级衍射光线沿光轴在不同的聚焦位置聚焦，并由此在蓝光盘107和HD-DVD 117上分别形成光点。
如上所述，物镜106被优选地设计为在具有0.1mm衬底厚度的蓝光盘107上准确记录和再现信息。因此，当光线聚焦在具有0.6mm衬底厚度的HD-DVD 117上而不使用像差校正单元时，会出现相当大的球面像差。衍射平面1033的第一环1033a被配置为传输第一光线的一部分作为第+1级衍射光线，并由此校正在用于HD-DVD 117的第一光线的球面相差。
第二区1033b是其中没有形成衍射结构的平坦表面，并被配置为不做改变的传输第一光线的一部分。由第二区1033b传输的第一光线的部分通过物镜106在蓝光盘107上聚焦。另一方面，由第二区1033b传输的光线不在HD-DVD 117上聚焦，而是像光斑一样散射，由此不会影响信息记录/再现。换句话说，第二区1033b使得可能限制用于HD-DVD 117的0.65的NA，而不使用专用机制或涂层(coating)。
在第十二实施例中，PMMA被用作衍射平面1033的材料，衍射平面1033中的衍射结构的每个环形脊或槽的阶数为3，且衍射平面1033被配置为有效地产生第0级衍射光线和第+1级衍射光线。但是，衍射平面1033可以被另外配置。同时，衍射平面1033中的衍射结构可以用如图55所示的锯齿结构来实现，该锯齿结构比第二光线和第三光线的波长小。
图56是示出根据本发明的第十三实施例的液晶元件的图。液晶元件1041包括第十二实施例的像差校正单元1031的一部分。在第十三实施例中使用的光拾取器的配置和物镜的特性与第一实施例中的基本相同。
液晶元件1041被配置为根据来自外部的控制信号来控制光线的球面像差。如图56所示，液晶元件1041包括半透明衬底61a和61b以及在半透明衬底61a和61b之间的液晶层63。在半透明衬底61a上形成了衍射结构，该衍射结构用于校正在HD-DVD 117上聚焦的光线的球面像差。在半透明衬底61b上形成了用于调整DVD 127和CD 137的NA的环形光学多层薄膜。
图57是液晶层63和半透明衬底61a和61b的截面视图。图58A和58B是说明在半透明衬底61a和61b上构造的电极的图。下面将参考图57到58B描述液晶元件1041的示例性配置和操作。
如图57所示，由导电隔离片62连接的半透明衬底61a和61b形成了液晶单元。在半透明衬底61a的内表面，透明电极层64a、绝缘薄膜65和定向层(alignment layer)66以所述顺序形成。在半透明衬底61b的内表面上，透明电极层64b、绝缘薄膜65和定向层66以所述顺序形成。透明电极层64a具有通过连接线连接到控制电路的电极引线部分67。
透明电极层64b通过导电隔离片62电连接到半透明衬底61a上的透明电极层64a。因此，透明的64b也通过电极引线部分67和连接线电连接到控制电路。液晶单元被液晶填充，并因此构成液晶层63。
透明电极层64a和64b中的每个可以被实现为如日本专利申请公开号2001-143303所公开的电压降类型的电极模式，其中在统一的电极中提供馈线部分(feeder part)；或者如日本专利申请公开号9-128785所公开的段类型电极模式。在第十三实施例中，透明电极层64a和64b中的每个具有围绕光轴的同心模式。图58A示出了电压降类型电极模式，且图58B示出了段类型电极模式。
液晶元件1041的透明电极层64a和64b包括图58A示出的金属电极(馈线部分)或图58B示出的分段电极68，并被配置为在电压被施加到电极时同心地改变液晶的折射率n。改变折射率n引起通过液晶层63的不同区的光线部分之间的Δn×d的光程差(Δn表示折射率n的改变量，且d表示液晶层63的厚度)。换句话说，当光线的波长为λ时，改变折射率n引起光线部分之间Δn×d(2π/λ)的相位差。
如上所述，物镜106被优选地设计为在具有0.1mm衬底厚度的蓝光盘107上准确地记录和再现信息。当使用物镜106在其它类型光记录介质上聚焦光线时，由于光线波长和衬底厚度的差异会出现球面相差。图59A到59D是示出球面像差的图。在每个图中，横轴示出了光瞳半径的位置，而纵轴示出了球面像差。如图59A和59B的实线所示，光线的球面像差随着离开光轴而变大，并在对应于使用的NA的光瞳半径位置附近突然变小。当使用如图58A所示的金属电极时，施加到金属电极69的电压被调整，以在从光源侧进入到物镜106的光线的部分之间引起相位差，该相位差用图59A的下部的虚线示出。通过液晶元件1041的光线部分的作为结果的相位差或波前延迟抵消了球面像差。
当使用图58B示出的分段电极68时，施加到分段电极68的电压被调整，以在从光源侧进入到物镜106的光线的部分之间引起相位差，该相位差用图59B的下部的虚线示出。经过液晶元件1041的光线部分的作为结果的相位差或波前延迟抵消了球面像差。
图59C示出了图59A中示出的实线(球面像差)和虚线(由液晶元件1041引起的波前延迟)之和，即校正后的球面相差。图59C中示出的校正后的球面相差比图59A中的实线示出的原始球面相差小很多。图59D示出了图59B中示出的实线(球面像差)和虚线(由液晶元件1041引起的波前延迟)之和，即校正后的球面相差。图59C中示出的校正后的球面相差比图59B中的实线示出的原始球面相差小很多。
图60是说明透明电极层64a和64b的示例性配置的图。在图60中，透明电极层64a包括金属电极69a到69c，且透明电极层64b包括金属电极70a到70c。金属电极69a到69c和70a到70c的每一个通过金属线电连接到用于提供特定电压的外部信号源。在第十三实施例中，在光瞳半径位置r3上形成金属电极69b，在该位置处DVD 127的球面相差变为最大；且在光瞳半径位置r4上形成金属电极70b，在该位置处CD 137的球面相差变为最大。
如上所述，光线的球面像差随着离开光轴而变大，并在对应于使用的NA的光瞳半径位置附近突然变小。因此，光记录介质的球面相差变为最大的光瞳半径位置比用于光记录介质的NA稍小。因此，用于为DVD 127校正球面像差的金属电极优选地在对应于0.45和0.65之间的NA的光瞳半径位置处形成；且用于为CD 137校正球面像差的金属电极优选地在对应于0.45或更小的NA的光瞳半径位置处形成。
下面将描述液晶元件1041的示例性操作。例如，当光记录介质检测单元检测到DVD 127的插入，一组预定的电压被施加到金属电极，使得相位差在对应于金属电极69b的光瞳半径位置处变为最大。当检测到CD 137的插入，一组不同的预定电压被施加到金属电极，使得相位差在对应于金属电极70b的光瞳半径位置处变为最大。当检测到蓝光盘107或HD-DVD 117时，液晶元件1041没有被驱动。
透明电极层64a和64b的配置不限于图60所示的那些。例如，透明电极层64a可以包括如图61所示的金属电极69a到69d。金属电极69c在DVD 127的球面相差变为最大的光瞳半径位置处形成；且金属电极69b在CD 137的球面相差变为最大的光瞳半径位置处形成。
如上所述，光线的球面像差随着离开光轴而变大，并在对应于使用的NA的光瞳半径位置附近突然变小。因此，光记录介质的球面相差变为最大的光瞳半径位置比用于光记录介质的NA稍小。因此，用于为DVD 127校正球面像差的金属电极优选地在对应于0.45和0.65之间的NA的光瞳半径位置处形成；且用于为CD 137校正球面像差的金属电极优选地在对应于0.45或更小的NA的光瞳半径位置处形成。
此外，如图62所示，透明电极层64a可以被配置为包括分段电极1到α(α是整数)。分段电极β(β是整数，1＜β＜α)在DVD 127的球面像差变为最大的光瞳半径位置处形成，且分段电极γ(γ是整数，1＜γ＜β＜α)在CD 137的球面像差变为最大的光瞳半径位置处形成。
图63是说明根据本发明的第十四实施例的光学信息处理设备的示例性配置的图。第十四实施例的示例性光学信息处理设备包括根据实施例1到7的任一个光拾取器，并被配置为在光记录介质上再现、记录和/或删除信息。
如图63所示，示例性光学信息处理设备包括光拾取器91、进给动机(feed motor)92、主轴电动机98、以及用于控制示例性光学信息处理设备中的其它部件的系统控制器96。光拾取器91在跟踪方向(tracking direction)上的移动被驱动控制单元控制，该驱动控制单元包括馈电动机92和伺服控制电路93。例如，当在光记录介质100上再现信息时，系统控制器96给伺服控制电路93和调制-解调电路94提供控制信号。
伺服控制电路93使主轴电动机98以特定的转速转动，并驱动馈电动机92。
光拾取器91的光电检测器(photodetector)向调制-解调电路94提供聚焦误差信号、轨道误差信号以及关于在光记录介质100上当前被读取的位置的当前位置信息。聚焦误差信号和轨道误差信号通过系统控制器96被提供给伺服控制电路93。
伺服控制电路93基于聚焦控制信号驱动制动器(actuator)的聚焦线圈，并基于跟踪控制信号驱动传动装置的跟踪线圈。跟踪控制信号的低频成分通过系统控制器96被提供给伺服控制电路93以控制馈电动机92。于是，上述配置使得可能执行聚焦伺服、跟踪伺服和进给伺服。
当前位置信息被调制-解调电路94处理，并作为主轴控制信号提供给主轴电动机98。主轴电动机98的转动速度根据当前位置信息来控制，并且光记录介质100上信息的再现从当前位置信息指定的位置开始。再现的信息然后被调制-解调电路94解调，并通过外部电路95传输到外面。
当在光记录介质上记录信息时，与上述基本相同的过程被执行，除了聚焦伺服、跟踪伺服和馈伺服。
例如，当在光记录介质100上记录从外部电路95输入的数据时，系统控制器96将控制信号提供给伺服控制电路93和调制-解调电路94，该控制信号指示在光记录介质100上记录输入数据的记录位置。
伺服控制电路93使主轴电动机98以特定的转动速度转动，驱动馈电动机92，并由此将光拾取器91移动到记录位置。
同时，当从外部电路95接收输入数据时，调制-解调电路94基于相应的记录格式将输入数据调制为调制信号，并将调制的信号提供给光拾取器91。基于调制的信号，从光拾取器91发射的光线的调制和功率被控制，且信息在光记录介质100上记录。
光记录介质100的类型可以基于再现数据信号而确定。此外，跟踪伺服信号或聚焦伺服信号可以被用来确定光记录介质100的类型。
使用包括根据本发明的实施例的像差校正单元的光拾取器，使得可能提供光学信息处理设备，该设备能在具有不同衬底厚度的光记录介质上准确再现和/或记录信息。
如上所述，第十四实施例的光学信息处理设备包括光拾取器，该光拾取器能够使用单个物镜在具有不同衬底厚度的四种类型的光记录介质(符合蓝光盘、HD-DVD、DVD和CD标准的光记录介质)的任一个上形成准确的光点，并能够在四种光记录介质的任一个上优化地记录、再现和/或删除信息。
本发明的实施例提供了包括多个光源的光拾取器，该多个光源具有对应于有不同衬底厚度和不同记录密度的不同类型光记录介质的波长，并能够使用一个物镜在光记录介质的任一个上适当地聚焦光线；并且光学信息处理设备包括该光拾取器，并能够在光记录介质的任一个上准确地记录和/或再现信息。
本发明的实施例使得可能提供较小、低成本和高效率的光拾取器，该光拾取器包括多个光源，该多个光源具有对应于具有不同衬底厚度和不同记录密度的不同类型光记录介质的波长，并能够使用一个物镜在光记录介质的任一个上适当地聚焦光线；在生产这样的光拾取器时允许更大的装配容限；并提供光学信息处理设备，该设备包括光拾取器并能够在光记录介质的任一个上准确记录和/或再现信息。
本发明不限于特定的公开实施例，并且在不偏离本发明的范围的前提下，可以进行修改和调整。
本发明基于2006年4月26号提交的日本优先权申请第2006-121894号、2006年4月26号提交的日本优先权申请第2006-121911号、2006年4月26号提交的日本优先权申请第2006-121995号、2006年9月5号提交的日本优先权申请第2006-240204号以及2007年1月16号提交的日本优先权申请第2007-006975号，其全部内容通过引用结合于此。

Claims (46)

1.一种用于在多种类型的光记录介质上至少执行记录、再现或删除信息的光拾取器，以记录密度降序顺序，该多种类型的光记录介质为第一光记录介质、第二光记录介质、第三光记录介质和第四光记录介质，该光拾取器包括：
第一光源，其被配置为发射第一光线，该第一光线具有对应于第一和第二光记录介质的第一波长λ1；
第二光源，其被配置为发射第二光线，该第二光线具有对应于第三光记录介质的第二波长λ2；
第三光源，其被配置为发射第三光线，该第三光线具有对应于第四光记录介质的第三波长λ3；
物镜，其被配置为将第一光线、第二光线和第三光线聚焦在第一、第二、第三和第四光记录介质的相应记录表面上；以及
位于物镜与第一、第二和第三光源之间的像差校正单元；其中
λ1＜λ2＜λ3为真；并且
所述像差校正单元包括第一衍射平面和第二衍射平面，该第一和第二衍射平面中的每一个具有至少一个由同心排列的环状脊和槽构成的衍射结构，
其中，所述第一衍射平面具有包括中心区的多个同心区，该中心区位于第一衍射平面的中心并具有所述衍射结构，以便不做改变地传输第一光线并衍射第二光线和第三光线，以校正由第三光记录介质和第四光记录介质的衬底厚度的差异以及第二波长和第三波长之间的差异引起的球面像差，并且
其中，所述第二衍射平面具有包括中心区的多个同心区，该中心区位于第二衍射平面的中心并具有所述衍射结构，以便不做改变地传输第一光线的一部分并衍射第一光线的另一部分，以校正由第二光记录介质的衬底厚度的差异引起的球面像差。
2.如权利要求1所述的光拾取器，其中，所述第一衍射平面和第二衍射平面中的每一个的所述多个同心区位于像差校正单元的光学有效直径之内。
3.如权利要求1所述的光拾取器，其中，所述第一衍射平面的所述多个同心区具有位于像差校正单元的光学有效直径之内的三个或更多个同心区。
4.如权利要求1所述的光拾取器，其中，
所述第一衍射平面的所述多个同心区在像差校正单元的光学有效直径之内；并且
所述多个同心区中的两个或更多个具有所述衍射结构。
5.如权利要求1所述的光拾取器，其中：
从第一衍射平面的中心开始，所述第一衍射平面的多个同心区中的前两个具有所述衍射结构。
6.如权利要求1所述的光拾取器，其中
所述第一衍射平面的多个同心区中的两个或更多个具有所述衍射结构；并且
所述多个同心区中的两个或更多个中的一个的衍射结构的环形槽的深度不同于另一个。
7.如权利要求1所述的光拾取器，其中
当通过所述第一衍射平面的中心区的衍射结构从所述第一光线、第二光线和第三光线产生的最强衍射光线的衍射级分别为N11、N12和N13时，|N11|＜|N12|＜|N13|为真。
8.如权利要求1所述的光拾取器，其中，
所述第一衍射平面的所述多个同心区包括第二区，该第二区位于从第一衍射平面的中心起第二的位置并具有所述衍射结构；并且
当由该第二区的衍射结构从所述第一光线和第二光线产生的最强衍射光线的衍射级分别为N21和N22时，|N21|＜|N22|为真。
9.如权利要求1所述的光拾取器，其中，
所述第一衍射平面的所述多个同心区包括第二区，该第二区位于从第一衍射平面的中心起第二的位置并具有所述衍射结构；
当通过该中心区的衍射结构从所述第一光线、第二光线和第三光线产生的最强衍射光线的衍射级分别为N11、N12和N13时，|N11|＜|N12|＜|N13|为真；
当由该第二区的衍射结构从所述第一光线和第二光线产生的最强衍射光线的衍射级分别为N21和N22时，|N21|＜|N22|为真；并且
衍射级N11、N12和N13的符号与衍射级N21和N22的符号相反。
10.如权利要求9所述的光拾取器，其中，所述衍射级N11、N12和N13分别为0，-1和-2。
11.如权利要求9所述的光拾取器，其中，所述衍射级N21和N22分别为0和+1。
12.如权利要求8所述的光拾取器，其中，所述衍射级N21和N22分别为0和-1。
13.如权利要求1所述的光拾取器，其中
所述第一衍射平面的所述多个同心区包括第二区，该第二区位于从第一衍射平面的中心起第二的位置并具有所述衍射结构；
该中心区和第二区的衍射结构由阶状的结构组成；并且
该中心区的阶状结构与第二区的阶状结构以相反的方向倾斜。
14.如权利要求1所述的光拾取器，其中
所述第一衍射平面的中心区的衍射结构由阶状结构组成；并且
该阶状结构被定形，从而每个阶状结构的光轴方向的高度随着离像差校正单元的光轴的距离增加而变小。
15.如权利要求1所述的光拾取器，其中
所述第一衍射平面的所述多个同心区包括第二区，该第二区位于从第一衍射平面的中心起第二的位置并具有所述衍射结构；
该第二区的衍射结构由阶状结构组成；并且
该阶状结构被定形，从而每个阶状结构的光轴方向的高度随着离像差校正单元的光轴的距离增加而变大。
16.如权利要求10所述的光拾取器，其中
所述中心区的衍射结构由每个具有阶的阶状结构组成；并且
每阶的高度被确定，从而相位差N1·M·λ1被施加到第一光线，相位差(N2+(M-1)/M)·λ2被施加到第二光线，并且相位差(N3+(M-2)/M)·λ3被施加到第三光线，其中M是阶数，而N1、N2和N3是等于或大于0的整数。
17.如权利要求16所述的光拾取器，其中，阶数M为4。
18.如权利要求11所述的光拾取器，其中
所述第二区的衍射结构由每个具有阶的阶状结构组成；并且
每阶的高度被确定，从而相位差N1·M·λ1被施加到第一光线，相位差(N2+1/M)·λ2被施加到第二光线，并且相位差(N3·M)·λ3被施加到第三光线，其中M是阶数，而N1、N2和N3是等于或大于0的整数。
19.如权利要求18所述的光拾取器，其中阶数M为5。
20.如权利要求12所述的光拾取器，其中
所述第二区的衍射结构由每个具有阶的阶状结构组成；并且
每阶的高度被确定，从而相位差N1·M·λ1被施加到第一光线，相位差(N2+(M-1)/M)·λ2被施加到第二光线，并且相位差(N3+(M-1)/M)·λ3被施加到第三光线，其中M是阶数，而N1、N2和N3是等于或大于0的整数。
21.如权利要求20所述的光拾取器，其中阶数M为3。
22.如权利要求1所述的光拾取器，其中
所述第一衍射平面的所述多个同心区包括第二区，该第二区位于从第一衍射平面的中心起第二的位置并具有所述衍射结构；并且
该第二区的衍射结构的环形槽的深度小于中心区的衍射结构的环形槽的深度。
23.如权利要求1所述的光拾取器，其中，所述第一衍射平面的所述多个同心区包括第三区，该第三区位于从第一衍射平面的中心起第三的位置并具有平坦表面。
24.如权利要求1所述的光拾取器，其中，所述第一衍射平面的所述多个同心区包括第三区，该第三区位于从第一衍射平面的中心起第三的位置，并在光轴方向上具有不同高度的阶。
25.如权利要求1所述的光拾取器，其中
确定所述第一衍射平面的中心区的衍射结构的环形脊之间的间距，使得在第二光线经过物镜和第三光记录介质的衬底时发生的球面像差以及在第三光线经过物镜和第四光记录介质的衬底时发生的球面像差被校正。
26.如权利要求25所述的光拾取器，其中
所述第一衍射平面的所述多个同心区包括第二区，该第二区位于从所述第一衍射平面的中心起第二的位置并具有所述衍射结构；并且
确定该第二区的衍射结构的环形脊之间的间距，使得在第二光线经过物镜和第三光记录介质的衬底时发生的球面像差被校正，其中物镜和第三光记录介质的记录表面之间的距离与当通过确定所述第一衍射平面的中心区的衍射结构的环形脊之间的间距来校正球面像差时物镜和第三光记录介质的记录表面之间的距离相同。
27.如权利要求1所述的光拾取器，其中
确定所述第二衍射平面的中心区的衍射结构的环形脊之间的间距，使得在第一光线经过第二光记录介质时发生的球面像差被校正。
28.如权利要求1所述的光拾取器，其中
所述第二衍射平面的中心区的衍射结构被配置为从第一光线产生具有不同衍射级的第一衍射光线和和第二衍射光线，并且该第一衍射光线和第二衍射光线被分别聚焦到第一光记录介质和第二光记录介质。
29.如权利要求1所述的光拾取器，其中
所述第二衍射平面的中心区的衍射结构被配置为从第一光线产生第0级衍射光线和第+1级衍射光线。
30.如权利要求1所述的光拾取器，其中
所述第二衍射平面的中心区的衍射结构被配置为从第二光线产生第0级衍射光线作为最强衍射光线，并从第三光线产生第0级衍射光线作为最强衍射光线。
31.如权利要求1所述的光拾取器，其中
所述第二衍射平面的中心区的衍射结构由每个具有阶的阶状结构组成；并且
每阶的高度被确定，从而N1·M·λ1和(N1+1/M)·λ1之间的相位差被施加到第一光线，相位差(N2+(M-2)/M)·λ2被施加到第二光线，并且相位差(N3+(M-1)/M)·λ3被施加到第三光线，其中M是阶数，而N1、N2和N3是等于或大于0的整数。
32.如权利要求1所述的光拾取器，其中所述物镜被设计来最小化在第一光记录介质上聚焦的第一光线的像差。
33.如权利要求1所述的光拾取器，其中，所述第一衍射平面和第二衍射平面在像差校正单元的相对的侧面上形成。
34.如权利要求1所述的光拾取器，其中，至少所述第一衍射平面的衍射结构或第二衍射平面的衍射结构在物镜的表面上形成。
35.如权利要求1所述的光拾取器，其中，所述第一衍射平面的衍射结构和第二衍射平面的衍射结构由不同材料构成。
36.如权利要求1所述的光拾取器，其中，所述第一衍射平面的衍射结构和第二衍射平面的衍射结构由树脂构成。
37.如权利要求1所述的光拾取器，其中，所述像差校正单元具有与第一衍射平面和第二衍射平面同心的圆形外形。
38.如权利要求1所述的光拾取器，其中
所述像差校正单元被配置为衍射第二光线，从而使第二光线作为具有第一球面像差的发散光线进入物镜，并通过使发散光线的第一球面像差抵消第二球面像差来校正光拾取器中第二光线的总球面像差，该第二球面像差在发散光线经过物镜和第三光记录介质的衬底时发生；并且
所述第一衍射平面的衍射结构被配置为通过使第一球面像差中由物镜和像差校正单元的光轴之间的水平未对准产生的彗形像差成分抵消第二球面像差中由所述水平未对准产生的彗形像差成分，来校正光拾取器中第二光线的总彗形像差，该总彗形像差是由所述水平未对准引起的。
39.如权利要求1所述的光拾取器，其中
所述像差校正单元被配置为衍射第三光线，从而使第三光线作为具有第一球面像差的发散光线进入物镜，并通过使发散光线的第一球面像差抵消第二球面像差来校正光拾取器中第三光线的总球面像差，该第二球面像差在发散光线经过物镜和第四光记录介质的衬底时发生；并且
所述第一衍射平面的衍射结构被配置为通过使第一球面像差中由物镜和像差校正单元的光轴之间的水平未对准产生的彗形像差成分抵消第二球面像差中由所述水平未对准产生的彗形像差成分，来校正光拾取器中第三光线的总彗形像差，该总彗形像差是由所述水平未对准引起的。
40.如权利要求1所述的光拾取器，其中
所述像差校正单元被配置为衍射第二光线，从而使第二光线作为具有第一球面像差的第一发散光线进入物镜；通过使第一发散光线的第一球面像差抵消第二球面像差来校正光拾取器中第二光线的总球面像差，该第二球面像差在第一发散光线经过物镜和第三光记录介质的衬底时发生；衍射第三光线，从而使第三光线作为具有第三球面像差的第二发散光线进入物镜；并通过使第二发散光线的第三球面像差抵消第四球面像差来校正光拾取器中第三光线的总球面像差，该第四球面像差在第二发散光线经过物镜和第四光记录介质的衬底时发生；并且
所述第一衍射平面的衍射结构被配置为通过使第一球面像差中由物镜和像差校正单元的光轴之间的水平未对准产生的彗形像差成分抵消第二球面像差中由所述水平未对准产生的彗形像差成分，来校正光拾取器中第二光线的总彗形像差，该第二光线的总彗形像差是由所述水平未对准引起的；并通过使第三球面像差中由所述水平未对准产生的彗形像差成分抵消第四球面像差中由所述水平未对准产生的彗形像差成分，来校正光拾取器中第三光线的总彗形像差，该第三光线的总彗形像差是由所述水平未对准引起的。
41.所述权利要求1所述的光拾取器，其中
所述像差校正单元被配置为衍射第一光线，从而使第一光线作为具有第一球面像差的发散光线进入物镜，并通过使发散光线的第一球面像差抵消第二球面像差来校正光拾取器中第一光线的总球面像差，该第二球面像差在发散光线经过物镜和第二光记录介质的衬底时发生；并且
所述第二衍射平面的衍射结构被配置为通过使第一球面像差中由物镜和像差校正单元的光轴之间的水平未对准产生的彗形像差成分抵消第二球面像差中由所述水平未对准产生的彗形像差成分，来校正光拾取器中第一光线的总彗形像差，该总彗形像差是由所述水平未对准引起的。
42.如权利要求1所述的光拾取器，其中
所述像差校正单元的第一衍射平面被配置为衍射第二光线，从而使第二光线作为具有第一球面像差的发散光线进入物镜，并通过使发散光线的第一球面像差抵消第二球面像差来校正光拾取器中第二光线的总球面像差，该第二球面像差在发散光线经过物镜和第三光记录介质的衬底时发生；并且
所述第一衍射平面的衍射结构的环形脊的数量Na1及环形脊之间的最小间距Pa1被确定，从而满足公式Na1≥Nm2和Pa1≤Pm2，其中
当第一衍射平面被配置为衍射第二光线，从而使第二光线作为基本没有球面像差的发散光线进入物镜，并由此校正光拾取器中第二光线的总球面像差时，Nm2是所述像差校正单元的第一衍射平面的衍射结构的环形脊的数量，且Pm2是环形脊之间的最小间距。
43.如权利要求1所述的光拾取器，其中
所述像差校正单元的第一衍射平面被配置为衍射第三光线，从而使第三光线作为具有第一球面像差的发散光线进入物镜，并通过使发散光线的第一球面像差抵消第二球面像差来校正光拾取器中第三光线的总球面像差，该第二球面像差在发散光线经过物镜和第四光记录介质的衬底时发生；并且
所述第一衍射平面的衍射结构的环形脊的数量Na1及环形脊之间的最小间距Pa1被确定，从而满足公式Na1≥Nm3和Pa1≤Pm3，其中
当第一衍射平面被配置为衍射第三光线，从而使第三光线作为基本没有球面像差的发散光线进入物镜，并由此校正光拾取器中第三光线的总球面像差时，Nm3是所述像差校正单元的第一衍射平面的衍射结构的环形脊的数量，且Pm3是环形脊之间的最小间距。
44.如权利要求1所述的光拾取器，其中
所述像差校正单元的第一衍射平面被配置为衍射第二光线，从而使第二光线作为具有第一球面像差的第一发散光线进入物镜；通过使第一发散光线的第一球面像差抵消第二球面像差来校正光拾取器中第二光线的总球面像差，该第二球面像差在第一发散光线经过物镜和第三光记录介质的衬底时发生；衍射第三光线，从而使第三光线作为具有第三球面像差的第二发散光线进入物镜；并通过使第二发散光线的第三球面像差抵消第四球面像差来校正光拾取器中第三光线的总球面像差，该第四球面像差在第二发散光线经过物镜和第四光记录介质的衬底时发生；并且
所述第一衍射平面的衍射结构的环形脊的数量Na1及环形脊之间的最小间距Pa1被确定，从而满足公式Na1≥Nm3和Pa1≤Pm3，其中Nm2≥Nm3和Pm2≤Pm3为真，其中
当第一衍射平面被配置为衍射第二光线，从而使第二光线作为基本没有球面像差的发散光线进入物镜，并由此校正光拾取器中第二光线的总球面像差时，Nm2是所述像差校正单元的第一衍射平面的衍射结构的环形脊的数量，且Pm2是环形脊之间的最小间距，并且
当第一衍射平面被配置为衍射第三光线，从而使第三光线作为基本没有球面像差的发散光线进入物镜，并由此校正光拾取器中第三光线的总球面像差时，Nm3是所述像差校正单元的第一衍射平面的衍射结构的环形脊的数量，且Pm3是环形脊之间的最小间距。
45.如权利要求1所述的光拾取器，其中
所述像差校正单元的第二衍射平面被配置为衍射第一光线，从而使第一光线作为具有第一球面像差的发散光线进入物镜，并通过使发散光线的第一球面像差抵消第二球面像差来校正光拾取器中第一光线的总球面像差，该第二球面像差在发散光线经过物镜和第二光记录介质的衬底时发生；并且
所述第二衍射平面的衍射结构的环形脊的数量Na2及环形脊之间的最小间距Pa2被确定，从而满足公式Na2≥Nm1和Pa2≤Pm1，其中
当第二衍射平面被配置为衍射第一光线，从而使第一光线作为基本没有球面像差的发散光线进入物镜，并由此校正光拾取器中第一光线的总球面像差时，Nm1是所述像差校正单元的第二衍射平面的衍射结构的环形脊的数量，而Pm1是环形脊之间的最小间距。
46.一种用于在具有不同记录密度的多种类型的光记录介质上至少执行记录、再现或删除信息的光学信息处理设备，包括
如权利要求1所述的光拾取器。
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