CN1255791C - 光学扫描装置 - Google Patents

Abstract

一种光学扫描装置，用于以所选波长的辐射对光学记录载体进行扫描，该装置包括物镜，具有轴向和径向以及相对于径向为非周期性的相位结构，对该非周期性相位结构进行安排以补偿慧差，当在相对于所述物镜为非轴向的方向对一光学记录载体进行读取时，该像差在物镜中产生；由此给所述物镜提供改进的视场。

Description

光学扫描装置

技术领域

本发明涉及一种包括光学物镜的光学扫描装置，并涉及一种包括物镜的光学元件。更特别地但不排他地，本发明涉及一种能够通过使用单个光学物镜系统用相对大的场公差对光学记录载体进行写入和/或读出的光学扫描装置，光学记录载体如数字通用盘(DVD)。透镜的场公差通过在场的离轴部分引入的慧差而限定。

背景技术

有相对大的场公差的物镜对于扫描装置中的使用来说是理想的，该装置允许多轨迹读出和/或径向跟踪，在其中光束斑点的位置根据物镜而变化。对于DVD的多轨迹读出来说，需要有至少NA＝0.6的数值孔径(NA)和大的场公差的物镜。使用标准玻璃复制(replication)技术，仅可将透镜的一个表面制成非球面，明显减少了透镜的潜在场公差。用已知的玻璃模制或喷射模制技术，可将透镜的两个表面制成非球面。尽管在原则上这使得有可能以大的场公差来设计透镜，但允许用于倾斜的足够公差以及在透镜的两个非球面表面中间进行偏心再次导致了限定的场公差。因而，由于遇到在现代光学扫描装置中所固有的各种约束，制造大场的透镜是困难的。

通过在透镜表面使用提供衍射效应的周期性(即规则地进行重复)相位结构，有可能引入慧差，由此可对在透镜中产生的慧差进行补偿。然而，这样的衍射结构是难以制造的并且由于导致明显的散射量，是浪费辐射的。

发明内容

依照本发明的一个方面，提供一种以所选波长的辐射对光学记录载体进行扫描的光学扫描装置，该装置包括物镜，具有轴向和径向以及相对于径向为非周期性的相位结构，对该非周期性相位结构进行安排以补偿慧差，当在相对于所述物镜为非轴向的方向对一光学记录载体进行读取时，该像差在物镜中产生；由此给所述物镜提供改进的视场。

通过所述非周期性相位结构，优选地对均方根(rms)彗形波前误差补偿至少50％，该误差在相对于轴向的一定场角处由物镜而导致。更优选地，该补偿为至少70％。用于光学记录读和/或写装置的场角优选地为1°。这也是用于光学记录载体多轨迹扫描的最大所需场角。最后得到的设备提供了有相对大的场公差的明显改进的性能。在进行光学记录的场中，处于最大所需场角的波前误差的残留量在补偿之后优选地小于40mλ并更优选地小于20mλ。

非周期性相位结构可包括多个环形区，每个所述区包括相对于旋转对称的非球面形状为基本上常量高度的一个台阶(step)，该形状通常为所述物镜所遵循。当在所述轴向对光学记录载体进行读取时，对于所述所选波长的辐射，非周期性相位结构中的台阶优选地产生近似为2π倍数的相对相位差。由此，当进行轴向操作时，透镜性能方面的作用是不明显的。

根据欲补偿的慧差，对所述区的高度进行基本上最佳的选择。由此，可提供相对大的程度的补偿。

为了制造效率，优选地对非周期性相位结构中的区数进行限定。所述区的数量优选地小于10，并且可在仅为5的范围内。

依照本发明进一步的方面，提供一种包括光学元件的光学系统，该元件具有光学焦度与轴向和径向，以及相对于径向为非周期性的相位结构，对该非周期性相位结构进行安排以补偿慧差，当光束在相对于所述光学元件为非轴向的方向穿过该光学系统时，该像差由该光学元件产生；由此给所述光学元件提供改进的视场。该光学元件可以是透镜或反射镜。

应指出，以往已提出使用非周期性相位结构来对波前像差进行补偿。参考Katayama等的“Dual-wayelength optical head with awavelength-selective filter for 0.6-and 1.2-mm-thick-substrate optical disks(具有用于0.6和1.2mm厚基片光盘的波长选择滤光器的双波长光头)”，Applied Optics(应用光学)，Vol.38，No.17，1999.6.10，JP-A-11002759和EP-A-865037。然而，在这些所提出的安排中，使用非周期性相位结构是为了仅对由当使用两种不同的辐射波长时光盘中信息层深度的差异而造成的球面像差进行补偿。

应指出，在本发明的情况下，慧差补偿可无需改变所应用辐射的波长而实现。

附图说明

参照附图，仅通过实例的方式，现在将对本发明的实施例进行描述，其中：

图1为依照本发明一个实施例的用于光学记录载体的扫描装置部件的示意图；

图2为图1中所示物镜的示意前视图，示出非周期性相位结构；

图3为图2中所示物镜的示意断面图；

图4为附随说明中使用的球面坐标系统的示意图；

图5为示出补偿和未补偿波前像差的图。

具体实施方式

图1为依照本发明一个实施例的用于对光学记录载体1进行扫描的装置公用部件的示意图。如以下通过实例的方式将要描述的，在这个实施例中，记录载体1为一光盘。

光盘1包括透明层2，在其一侧至少安排一个信息层3。通过保护层4来保护背向透明层的信息层侧不受环境的影响。面向所述装置的透明层的透明侧为盘入口面5。通过为信息层或多个信息层提供机械支持，透明层2用作光盘的基片。作为选择，透明层2可具有保护信息层3的单一功能，而通过在信息层另一侧的层来提供机械支持，例如通过保护层4或通过连接到最上面的信息层的进一步的信息层和透明层。

可将信息以光学上可检测的标记的形式存储在光盘的信息层3或多个信息层中，该标记在基本上平行、同心或螺旋的轨迹中安排，未在图1中示出。该标记可以是任何光学上可读的形式，例如以凹点或者有不同于其周围的反射系数或磁化方向的区域的形式，或者这些形式的结合。

扫描装置包括辐射源6，包含半导体激光器或两个分离的半导体激光器，以发散辐射光束7向透镜系统发射所选波长的辐射。该透镜系统包括沿轴向13安排的准直透镜9和物镜10。准直透镜3将从辐射源6发射的发散光束7变换为基本上准直的光束15。物镜10包括非周期性相位结构，该相位结构在附图中以图形11表示并将在以下进行更具体的描述。物镜10将入射准直辐射光束15变换为具有所选NA的发散光束14，该光束14到达信息层3上的斑点18。提供检测系统16、第二准直透镜19和光束分裂器8以对数据信号进行检测并对误差信号进行聚焦，该误差信号用于对物镜10的轴位置进行机械调节。

光学扫描装置可以是能够进行同时多轨迹扫描的类型，该类型具有提高数据读出和/或写入速度的效果。这样的装置是已知的并在US专利no.4 449 212中作为实例进行描述，它对多轨迹安排进行的描述在此引入作为参考。

通过使用扫描装置，能以比如620和700nm之间的第一波长λ₁的激光辐射对DVD格式的盘进行扫描，优选地λ₁＝660nm。大约0.6的数值孔径用于读取DVD而0.6以上、优选地0.65的NA用于写入DVD。

图2为物镜10的示意前视图，示出非周期性相位结构。将非周期性相位结构11安排在面向辐射源的物镜10侧。然而，作为选择，可将它安排在透镜10的另一个表面上。可以看到，多个相位结构元件是以环形区域的形式提供的。每个环形区域限定一个非周期性相位结构的所谓区。为了能够在相对宽的视场中进行透镜的可接受的操作，非周期性相位结构在对于透镜为非轴向的入射角上产生慧差，以对在透镜自身中产生的慧差进行补偿。

接下来将参照图3和4对本发明中提供的彗形补偿效应后面的通用原理进行略为详细的说明。图3为沿一个平面的断面图，该平面包括示为X轴的沿透镜10径向分布的轴，以及示为Z轴的透镜10的光轴。图3示出物镜10的示例实施例，该物镜10具有单个的示例上升台阶20，高度为h，在面向辐射源的透镜侧形成非周期性相位结构的环形区。图中结构的高度h是夸大的；通常，与透镜的物理大小相比，它是小的。将非周期性相位结构11叠加在基本非球面透镜形状22上，该形状通常为透镜表面所遵循。基本透镜形状22具有最佳拟合半径R。如在所有台阶均为依照这个实施例的非周期性相位结构的情况下，台阶20具有基本上平行于基本非球面透镜形状而分布的表面，这样通常提供与基本透镜形状所提供的相同的折射效果，而不是附加的慧差校正效果。相应于在半径为r的透镜表面处的位置，借助落在台阶22上的光线24来表示辐射的输入光束。辐射输入光束的入射角变化被表示为关于Y轴的旋转角ψ。

图4示出用来对结构的一个台阶20上的一个点(x，y，z)进行描述的三维坐标系统。除了上述参数，亦示出相对于X轴的关于Z轴的方位角。

分阶(stepped)轮廓导致附加的光程差OPD，等于

$\mathrm{OPD}\left(\mathrm{\θ}\right)=h[-\cos \mathrm{\θ}+n\sqrt{1-\frac{{\sin }^2\mathrm{\θ}}{n^2}}]\·\·\·\left(1\right)$

其中h为径向结构高度，n为折射率，而θ为台阶表面上的法线与Z轴之间的角度。当我们对台阶高度进行选择以使它引入等于2π倍数的相位时，该结构对输入光束没有光学作用。

现在考虑透镜沿Y轴旋转角度ψ的情况(见图4)，其中该坐标系统的原点对应于透镜非球面表面最佳拟合半径的曲率中心。令(x，y，z)为分阶结构的一个点。这个点在球面坐标中可表示为

           (x，y，z)＝(R sinζcos，R sinζsin，R cosζ)，(2)

其中ζ和θ的关系为

                            θ＝π-ζ.    (3)

在旋转之后，这个点(x，y，z)位于(x’，y’，z’)，(x’，y’，z’)由下式给出

            x′＝R sinζcoscosψ-R cosζsinψ

            y′＝R sinζsin                     (4)

            z′＝R sinζcossinψ+R cosζcosψ

当我们写出下式时

            (x’，y’，z’)＝(R sinζ’cos’，R sinζ’sin’，R cosζ’).(5)

以ψ以最小阶，我们得到，，

             z’＝R sinζcossinψ+R cosζcosψ

                ≈ψR sinζcos+R cosζ          (6)

                ≈R cos(ζ-ψcos)

因此，我们得到

                       ζ’＝ζ-ψcos    (7)

并由此

                 θ’＝θ+ψcos    (8)

将此在(1)中进行替换，我们得到，这个小的旋转导致OPD以ψ最小的阶进行的变化，等于

令高度h由下式给出

$h=m_j\frac{\mathrm{\λ}}{-\cos \mathrm{\θ}+n\sqrt{1-\frac{{\sin }^2\mathrm{\θ}}{n^2}}}\·\·\·\left(10\right)$

m_j为整数。当ψ＝0时，这个高度引入相位m_j2π。当ψ为非零时，这个结构导致相对相位Ф_re1(因此相位模为2π)，等于

更进一步，利用sinθ＝r/R(见图4)，我们最终得到

注意，这是个相位为cos的函数。因此，它产生慧差。

将入射光瞳分为许多径向区。每个区的中心半径为r_j。在每个区中，我们引入有一高度的台阶以使当ψ＝0时它引入等于m_j2π的相位。因此，当透镜相对于辐射光束的轴没有倾斜时，这些台阶对透镜的特性没有或实际上没有影响。当透镜倾斜一个角度ψ时，每个区j导致相对相位Ф_j，等于

通过对所述区和整数值m_j进行适当选择，我们可将彗差补偿到一个好的程度，该彗差通过这些相位结构从倾斜透镜中产生，而在无倾斜的情况下，这些结构对波前没有影响。以下将给出上述原理的明确

实施例。

在这个实施例中，透镜10将波长λ＝660nm的输入平行光束聚焦为NA＝0.6的收敛光束，它通过0.6mm的盘覆盖层在信息层上形成一个斑点。这个实施例中的自由工作距离为1.353mm。盘覆盖层的厚度为0.6mm，由折射率为n＝1.5796的聚碳酸脂制成。该透镜在光轴上具有1.817mm的厚度并具有3.3mm的入射光瞳直径。透镜体由折射率为1.7682的LAFN28 Schott玻璃制成。指向准直透镜的透镜体凸表面具有2.28mm的半径。借助于玻璃体顶部的薄丙烯层来实现非球面形状。该漆具有n＝1.5640的折射率。光轴上这个层的厚度为17微米。旋转对称的非球面形状由下式给出：

                  z(r)＝B_2ir²ⁱ    (14)

z为光轴方向上该表面的位置，以毫米表示，r为到光轴的距离，以毫米表示，而B_k为r的第k次幂的系数。在这个实施例中，系数B₂到B₁₀的值分别为0.2420141、-0.0045950331、-0.00016786429、-4.2268162 10^-5和8.5889657 10^-6。

作为场角ψ的函数，当不被校正时，透镜导致彗形波前像差W，由下式给出：

W(ρ，ψ)＝[A₃₁(3ρ³-2ρ)cos()+A₅₁(10ρ⁵-12ρ³+3ρ)cos()]ψ  (15)

ρ为归一化(normalized)光瞳坐标，而泽尔尼克系数由A₃₁＝6.457λ和A₅₁＝5.429λ(λ为波长)给出。角度ψ以弧度表示。这导致波前像差的均方根光程差，亦称为均方根波前误差，OPD_rms＝0.0485λ。

非球面表面的最佳拟合半径为R＝2.268mm。令r_max为光瞳半径，r_max＝1.65mm。我们定义：

                   ρ_j＝r_j/r_max      (16)

出现在以r为中心_j的透镜的弯曲(非球面)表面上的环形区引入彗形波前贡献W_j，等于(使用式(13))：

            W_j/λ＝Ф_j/2π＝0.465m_j ρ_j cos()ψ    (17)

为对由透镜引入的彗形波前像差进行补偿，我们提供被分成所选数量的区的非周期性相位结构，为了制造效率，所选数量优选地小于比如10。首先考虑非周期性相位结构由三个区组成，仅中间区给出非零相位。为了易于用符号表示，我们将由透镜引入的彗差写为

                W(ρ，ψ)＝ψf(ρ)cos    (18)

并且对于由一个台阶的非周期性相位结构引入的彗差来说

W(ρ，ψ)＝ψQcos   ρ₁≤ρ≤ρ₂

         ＝0          其它        (19)

注意在该实例中，我们有

           f(ρ)＝A₃₁(3ρ³-2ρ)+A₃₁(10ρ⁵-12ρ³+3ρ)    (20)

           Q＝0.465m ρλ    (21)

这两项之和的均方根光程差(OPD_rms)由下式给出

${\mathrm{OPD}}_{\mathrm{rms}}({\mathrm{\ρ}}_{1,}{\mathrm{\ρ}}_1,Q)=\left|\mathrm{\ψ}\right|\sqrt{\underset{0}{\overset{1}{\∫}}f{\left(\mathrm{\ρ}\right)}^2\mathrm{\ρd\ρ}+2Q\underset{{\mathrm{\ρ}}_1}{\overset{{\mathrm{\ρ}}_2}{\∫}}f\left(\mathrm{\ρ}\right)\mathrm{\ρd\ρ}+\frac{1}{2}{Q}^2({\mathrm{\ρ}}_2^2-{\mathrm{\ρ}}_1^2)}\·\·\·\left(2\right)$

求这个表达式关于Q的最小值，结果为

$Q_{\min }=\frac{-2\underset{{\mathrm{\ρ}}_1}{\overset{{\mathrm{\ρ}}_2}{\∫}}f\left(\mathrm{\ρ}\right)\mathrm{\ρd\ρ}}{{\mathrm{\ρ}}_2^2-{\mathrm{\ρ}}_1^2}\·\·\·\left(23\right)$

在我们的实例的情况下(见(20))，我们得到

$Q_{\min }=(\frac{4}{3}{A}_{31}-2A_{51})\frac{{\mathrm{\ρ}}_2^3-{\mathrm{\ρ}}_1^3}{{\mathrm{\ρ}}_2^2-{\mathrm{\ρ}}_1^2}-(\frac{6}{5}{A}_{31}-\frac{24}{5}{A}_{51})\frac{{\mathrm{\ρ}}_2^5-{\mathrm{\ρ}}_1^5}{{\mathrm{\ρ}}_2^2-{\mathrm{\ρ}}_1^2}-\frac{20}{7}{A}_{51}\frac{{\mathrm{\ρ}}_2^7-{\mathrm{\ρ}}_1^7}{{\mathrm{\ρ}}_2^2-{\mathrm{\ρ}}_1^2}\·\·\·\left(24\right)$

在(22)中替换(23)得出

${\mathrm{OPD}}_{\mathrm{rms}}({\mathrm{\ρ}}_1,{\mathrm{\ρ}}_1,Q_{\min })=\left|\mathrm{\ψ}\right|\sqrt{\underset{0}{\overset{1}{\∫}}f{\left(\mathrm{\ρ}\right)}^2\mathrm{\ρd\ρ}-\frac{2{\left(\underset{{\mathrm{\ρ}}_2}{\overset{{\mathrm{\ρ}}_2}{\∫}}f\left(\mathrm{\ρ}\right)\mathrm{\ρd\ρ}\right)}^2}{({\mathrm{\ρ}}_2^2-{\mathrm{\ρ}}_1^2)}}\·\·\·\left(25\right)$

为得到使OPD_rms最小的ρ₁和ρ₂值，我们不得不解方程

$\frac{\∂\mathrm{OP}{D}_{\mathrm{rms}}}{\∂{\mathrm{\ρ}}_1}=0\·\·\·\left(26\right)$

$\frac{\∂{\mathrm{OPD}}_{\mathrm{rms}}}{\∂{\mathrm{\ρ}}_2}=0$

将此应用到我们的显式实例中，我们得到ρ₁＝0.45，ρ₂＝0.84，Q_min＝3.339λ。然后我们从(17)得到 ρ＝0.465，m＝11并且环的高度为h＝11.925μm。彗形波前误差从OPD_rms＝0.0485λ减小到OPD_rms＝0.0387λ。

更优选地，为了获得彗形波前误差的进一步减小，不得不应用优选地有多于一个非零相位台阶的非周期性相位结构。该结构优选地具有至少四个区，有多于一个的非零相位区。在此我们考虑一个由5个区其中3个非零相位区组成的实例。表1列出最后得到的非周期性结构的特性，对5个不同环形区中的台阶高度进行选择，以使当辐射沿光轴入射时，基本上不对透镜的特性产生作用，而是提供对由透镜产生的慧差进行的基本上最优的补偿。通过在所提供的有限且相对小的区数的约束下使残留rms波前误差为基本上最小，可实现基本上最优的补偿。

图5示出对于＝0和ψ＝0.0175弧度(示例的最大所需场角)的波前像差W/λ，为归一化光瞳坐标ρ的函数。虚线(a)表示未补偿的波前像差，而实线(b)示出被补偿的波前像差。

作为非周期性相位结构存在的结果，彗形波前像差从OPD_rms＝0.0485λ减小到OPD_rms＝0.0124λ，由此减小因数为4。

j	ρbegin	ρend	ρj	mj	sinθj＝ ρjrmax/R	Φj/2π	hj[μm]
								1	0	0.45	0.225	0	0.164	0.000	0.0
2	0.45	0.84	0.645	10	0.469	0.052	10.841
								3	0.84	0.9	0.870	0	0.633	0	0
4	0.9	0.96	0.930	-9	0.677	-0.068	-8.814
								5	0.96	1.0	0.980	-21	0.713	-0.167	-20.062

表1

在以上实施例中，台阶高度h_j已作为常量值给出。这作为第一近似是有用的，即为所述区的径向中心对台阶高度进行适当的计算。然而，通过对区宽度上角度θ的变化进行考虑以使台阶高度横跨该区有略微变化，可得到略为较好的结果。

应当理解，根据上述实施例可采用大量的变化和改进而无需背离在附随的权利要求 中限定的本发明的范围。所述物镜被表示为凸-凸透镜；然而，亦可使 用其它透镜元件类型如平-凸透镜或凸-凹透镜。虽然如在所述实施例中的物镜为单透镜，但它可以是复合透镜，包含两个或多个透镜元件，其任一或两者可包括至少一部分的本发明非周期性相位结构。可在光学系统的不同部分之间分开非周期性相位结构。该物镜可例如包括折射物镜元件和衍射透镜元件。亦可在与物镜分离的光学元件上提供非周期性相位结构，例如在分离的通常为非球面的薄板上。依照本发明的非周期性相位结构的应用不局限于光学记录领域。该相位结构可用于任何光学领域，例如摄影术和望远镜领域。尽管在此以前所示的非周期性相位结构是在弯曲表面上安排的，然而可将该相位结构安排在具有任何形状的表面上，例如平表面。应当指出，为了该相位结构的正确操作，表面处入射光束的波前必须为不同于该表面的形状，在该表面上对非周期性相位结构进行安排。更特别地，如果波前基本上为球面且表面亦基本上为球面，则波前和表面的曲率半径不得不有差别，优选地差别为大于20％。例如，当将该相位结构安排在平表面上时，入射光束必须具有不等于零的聚散度。

虽然在上述实施例中对扫描装置进行了描述，该装置用于对DVD格式的载体进行扫描，但应当理解，该扫描装置可另外或附加地用于任何其它类型的欲扫描光学记录载体。亦应理解，可使用适合于对光学记录载体进行扫描的除660nm以外的波长结合的辐射。

Claims (45)

1.一种光学扫描装置，用于以所选波长的辐射对光学记录载体进行扫描，该装置包括物镜，具有轴向和径向以及相对于径向为非周期性的相位结构，对该非周期性相位结构进行安排以在辐射束中引入慧差以补偿当沿着相对于所述物镜为非轴向的方向对一光学记录载体进行读取时在物镜中产生的慧差；所述非周期性相位结构包括多个环形区，每个所述区包括相对于旋转对称形状为常量高度的台阶，其中当在所述轴向对光学记录载体进行读取时，对于所述所选波长的辐射，所述台阶产生近似为2π倍数的相对相位差，由此给所述物镜提供改进的视场。

2.依照权利要求1的光学扫描装置，其中所述非周期性相位结构在相对于轴向的一定场角上补偿至少50％的均方根彗形波前误差，该误差由物镜导致。

3.依照权利要求2的光学扫描装置，其中所述非周期性相位结构在相对于轴向的一定场角上补偿至少70％的均方根彗形波前误差，该误差由物镜导致。

4.依照权利要求1-3的任何一个光学扫描装置，其中由于通过非周期性相位结构进行补偿，均方根波前误差小于40mλ，该误差在相对于轴向的最大所需场角上由物镜所产生的慧差而导致。

5.依照权利要求4的光学扫描装置，其中由于通过非周期性相位结构进行补偿，均方根波前误差小于20mλ，该误差在相对于轴向的最大所需场角上由物镜所产生的慧差而导致。

6.依照权利要求1的光学扫描装置，其中所述旋转对称形状是所述物镜通常遵循的非球面形状。

7.依照权利要求4的光学扫描装置，其中所述区的径向宽度是依据产生的欲补偿的慧差的区域而进行选择的。

8.依照权利要求1-3、6的任何一个的光学扫描装置，其中所述区的径向宽度是依据产生的欲补偿的慧差的区域而进行选择的。

9.依照权利要求5的光学扫描装置，其中所述区的径向宽度是依据产生的欲补偿的慧差的区域而进行选择的。

10.依照权利要求7的光学扫描装置，其中所述区包括具有相对所述非球面形状测量的非零高度的第一区(a)，位于归一化光瞳坐标ρ从0.45到0.84的区域。

11.依照权利要求8的光学扫描装置，其中所述区包括具有相对所述非球面形状测量的非零高度的第一区(a)，位于归一化光瞳坐标ρ从0.45到0.84的区域。

12.依照权利要求9的光学扫描装置，其中所述区包括具有相对所述非球面形状测量的非零高度的第一区(a)，位于归一化光瞳坐标ρ从0.45到0.84的区域。

13.依照权利要求7的光学扫描装置，其中所述区包括具有相对所述非球面形状测量的非零高度的第二区(b)，位于归一化光瞳坐标ρ从0.9到1.00的区域。

14.依照权利要求8的光学扫描装置，其中所述区包括具有相对所述非球面形状测量的非零高度的第二区(b)，位于归一化光瞳坐标ρ从0.9到1.00的区域。

15.依照权利要求9的光学扫描装置，其中所述区包括具有相对所述非球面形状测量的非零高度的第二区(b)，位于归一化光瞳坐标ρ从0.9到1.00的区域。

16.依照权利要求10的光学扫描装置，其中所述区包括具有相对所述非球面形状测量的非零高度的第二区(b)，位于归一化光瞳坐标ρ从0.9到1.00的区域。

17.依照权利要求11的光学扫描装置，其中所述区包括具有相对所述非球面形状测量的非零高度的第二区(b)，位于归一化光瞳坐标ρ从0.9到1.00的区域。

18.依照权利要求12的光学扫描装置，其中所述区包括具有相对所述非球面形状测量的非零高度的第二区(b)，位于归一化光瞳坐标ρ从0.9到1.00的区域。

19.依照权利要求13的光学扫描装置，其中所述区包括多个具有相对所述非球面形状测量的非零高度的区，位于归一化光瞳坐标ρ从0.9到1.00变化的区域。

20.依照权利要求14的光学扫描装置，其中所述区包括多个具有相对所述非球面形状测量的非零高度的区，位于归一化光瞳坐标ρ从0.9到1.00变化的区域。

21.依照权利要求15的光学扫描装置，其中所述区包括多个具有相对所述非球面形状测量的非零高度的区，位于归一化光瞳坐标ρ从0.9到1.00变化的区域。

22.依照权利要求16的光学扫描装置，其中所述区包括多个具有相对所述非球面形状测量的非零高度的区，位于归一化光瞳坐标ρ从0.9到1.00变化的区域。

23.依照权利要求17的光学扫描装置，其中所述区包括多个具有相对所述非球面形状测量的非零高度的区，位于归一化光瞳坐标ρ从0.9到1.00变化的区域。

24.依照权利要求18的光学扫描装置，其中所述区包括多个具有相对所述非球面形状测量的非零高度的区，位于归一化光瞳坐标ρ从0.9到1.00变化的区域。

25.依照权利要求6的光学扫描装置，其中根据欲补偿的慧差选择所述区的高度。

26.依照权利要求8的光学扫描装置，其中根据欲补偿的慧差选择所述区的高度。

27.依照权利要求6的光学扫描装置，其中所述区的数量大于四。

28.依照权利要求8的光学扫描装置，其中所述区的数量大于四。

29.依照权利要求25的光学扫描装置，其中所述区的数量大于四。

30.依照权利要求26的光学扫描装置，其中所述区的数量大于四。

31.依照权利要求6的光学扫描装置，其中所述区的数量小于十。

32.依照权利要求8的光学扫描装置，其中所述区的数量小于十。

33.依照权利要求25的光学扫描装置，其中所述区的数量小于十。

34.依照权利要求27的光学扫描装置，其中所述区的数量小于十。

35.依照权利要求28的光学扫描装置，其中所述区的数量小于十。

36依照权利要求1-3和6的任何一个的光学扫描装置，其中所述非周期性相位结构在所述物镜的表面上形成。

37.依照权利要求9的光学扫描装置，其中所述非周期性相位结构在所述物镜的表面上形成。

38.依照权利要求33-34的任何一个的光学扫描装置，其中所述非周期性相位结构在所述物镜的表面上形成。

39.依照权利要求4的光学扫描装置，其中所述非周期性相位结构在所述物镜的表面上形成。

40.依照权利要求8的光学扫描装置，其中所述非周期性相位结构在所述物镜的表面上形成。

41.依照权利要求25的光学扫描装置，其中所述非周期性相位结构在所述物镜的表面上形成。

42.依照权利要求27的光学扫描装置，其中所述非周期性相位结构在所述物镜的表面上形成。

43.依照权利要求31的光学扫描装置，其中所述非周期性相位结构在所述物镜的表面上形成。

44.依照权利要求35的光学扫描装置，其中所述非周期性相位结构在所述物镜的表面上形成。

45.一种包括光学元件的光学系统，该元件具有光学焦度与轴向和径向，以及相对于径向为非周期性的相位结构，对该非周期性相位结构进行安排以在辐射束中引入慧差以补偿当光束在相对于所述元件为非轴向的方向穿过该光学系统时该由该光学元件产生的慧差；所述非周期性相位结构包括多个环形区，每个所述区包括相对于旋转对称形状为常量高度的台阶，其中当在所述轴向对光学记录载体进行读取时，对于所述所选波长的辐射，所述台阶产生近似为2π倍数的相对相位差，由此给所述光学元件提供改进的视场。

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