CN1270306C - 光学扫描装置 - Google Patents

Abstract

一种使用第一和第二波长辐射来扫描光学记录载体的光学扫描装置，该装置具有一包括衍射部件(11)的物镜(10)，该衍射部件包括一具有阶梯分布的图案元件的图案，其中，图案元件的阶梯的总阶梯高度基本上等于高度h₁的倍数，λ₁是所述的第一波长，n是用来制造该衍射部件的材料的折射率，而n₀则是近邻介质的折射率，以便所述第一波长的辐射基本上无衍射地透过所述衍射部件，和以便所述物镜对于所述第一波长来说具有第一聚焦特性，而且其中，该阶梯是这样配置的，使得该第二波长的辐射可被所述衍射部件衍射，并使得所述物镜对于该第二波长辐射的所选衍射级次来说具有与所述第一聚焦特性不同的第二聚焦特性，其特征在于所述图案元件的相邻阶梯之间的相对阶梯高度中包括一相对阶梯高度，这相对阶梯高度基本等于αh₁，其中α是一整数而且α＞1，因此对于所述的选择的第二波长辐射的衍射级次来说就可提供一改善的透射效率。

Description

光学扫描装置

本发明涉及包括一光学物镜的一光学扫描装置。更具体地，但非全然地，本发明涉及一能够从两种不同类型的光学记录载体，如光盘(CD)和数字多用盘(digital versatile disc)(DVD)上写、读数据的光学扫描装置，它是利用单一的光学物镜系统，分别以不同的波长激光辐射来进行这种数据写、读的。

对于光学扫描装置来说，最好是能够记录和复现不同格式的光学记录载体。CD是可买到的，特别是，作为CD-A(音响CD)，CD-ROM(只读存储器CD)和CD-R(可记录的CD)。CD是设计来用大约780nm的波长和0.45的数值孔径(NA)扫描的，DVD则是设计来在660nm附近的波长上被扫描的。为了读取DVD一般使用0.6的NA，而为了写DVD则一般需要0.65的NA。

DVD和CD在它们的透明基底的厚度上是不同的，从而提供不同的信息层深度。DVD的该信息层深度大约为0.6nm，而CD的深度则大约为1.2mm。这样，如果CD是用一具有对DVD最佳的物镜的光学装置来扫描，则在该信息层就会导致大量的球面像差。当利用单一物镜系统和660nm波长的激光束并将数值孔径(NA)从大约0.45减小到0.38来读取CD-ROM和DVD时，则就可补偿这种效应，从而使该球面像差处于该限度之内，以便正确再现存储在该CD-ROM上的信息。但是，如果还用该光学扫描装置扫描CD-R，则必须应用780nm的激光光束，因为该CD-R是特别为在那个波长上写和读而设计的。对于CD-R来说，有机染料被用作记录薄膜，其反射特性明显地随波长发生变化。对于再现CD-R上存储的信息来说，实现对660nm的反射辐射的充分调制是很困难的。利用780nm的激光光束和0.45的NA，并用与DVD所用的相同的物镜来读CD将引起一大的球面像差。因而该球面像差必须用某种方法来进行补偿，以便获得一能利用660nm和780nm的激光辐射，和用一单一的光学物镜来读和/或记录CD-R，CD-ROM，和DVD的光学存储装置。

能利用不同波长的激光辐射和同一物镜读DVD和CD的系统在技术界是已知的。WO 99/57720就描述了一这样的系统，该系统利用一模制的塑料透镜具有两个折射非球面表面或一个非球面表面和一个包含衍射元件的折射球面表面。该透镜能校正由该两种盘的格式的厚度差异所引起的球面像差，以及色差。

EP-A-936604描述了一适合用两不同波长的激光辐射读、写DVD，CD-R和CD-ROM格式盘的光学传感装置(optical pickup device)。为此目的，除了物镜之外还使用了一在中央区具有第一衍射光栅图案和在周围区域具有第二衍射光栅的光学元件。该元件的中央区域允许第一波长的激光光束透射而无任何变化，但它却使第二波长的激光辐射的直径增大，它使用一阶梯光栅分布(stepped grating profile)来实现这一点。该周围区域又允许该第一波长的激光辐射透射而无任何变化，同时遮挡该第二波长的辐射使其不参与该斑点的形成。这样，对于第二波长辐射的使用来说NA就被减小到该希望的数值。该元件的中心部分对于该第一波长辐射的零级衍射来说可达到至少90％的衍射效率，而对于该第二波长辐射的一级衍射来说可达到至少70％的衍射效率。在所示的例子中，使用了一四阶梯的光栅分布，在该光栅分布中每个阶梯在高度上都增大同样的值h₁。

本发明的目的在于提供一改进的光学扫描装置，以便分别利用第一和第二波长辐射来扫描不同光学记录载体。

按照本发明的一个方面来看，它提供一使用第一和第二波长的辐射来扫描光学记录载体的光学扫描装置，该装置具有一衍射部件，该衍射部件包括一具有一阶梯分布的图案元件的图案，其中与图案元件的阶梯有关的总的光程基本上等于所述的第一波长的倍数，使得所述第一波长的辐射基本上不被所述的衍射部件衍射，并使得所述装置对于所述第一波长具有第一聚焦特性，而且其中该阶梯被这样配置使得该第二波长的辐射被所述衍射部件所衍射，并使得所述装置对于所选择的第二波长辐射的衍射级次来说具有一不同于所述第一聚焦特性的第二聚焦特性，其特征在于所述图案元件的相邻阶梯之间的相对阶梯高度中包括一具有基本等于αλ₁的光程的相对阶梯高度，其中α是一整数而且α＞1，λ₁是所述第一波长，因此对于所述的选择的第二波长辐射的衍射级次来说就可提供一改善的透射效率。

选择适当的一些相对阶梯高度，这些阶梯具有这样一些光程，使其一个或多个可以是该第一波长的倍数αλ₁，这样，该第一波长辐射将基本不被该衍射部件衍射，该第二波长的辐射在该选择级次上将同时具有一高的衍射效率，与此同时，还可获得所希望的聚焦特性。在图案元件中即使用相当少数的阶梯，这一点也能实现，这样就可提高制造效率。

该衍射部件可工作在反射状态或透射状态上。当工作在反射状态时，该衍射部件就可与用来改变扫描装置中该辐射光轴方向的反射镜整合在一起。当工作在透射状态时，图案元件的阶梯的总的阶梯高度最好基本上等于高度h₁的倍数，这里

$h_1=\frac{{\mathrm{\λ}}_1}{(n-n_0)},$

其中，n是用来制作该衍射部件的材料的折射率，而n₀则是邻近介质的折射率，所述图案元件的那些相邻阶梯之间的相对阶梯高度中包括一具有基本等于αh₁的光程的相对阶梯高度。

按照本发明的另一方面，它提供一用在光学扫描装置中的光学元件，以便分别用第一与第二波长辐射和第一与第二数值孔径来扫描具有第一与第二信息层深度的光学记录载体，所述的光学元件包括一衍射部件，其中该衍射部件包括一具有阶梯分布的图案元件的图案，其中与图案元件的阶梯有关的该总的光程基本上等于所述第一波长的倍数，以便所述的第一波长基本不被该衍射部件衍射和以便所述装置对于所述第一波长来说具有第一聚焦特性，而其中该阶梯是这样配置的使得该第二波长的辐射可被所述的衍射部件衍射，并使得所述装置对于所选择的第二波长辐射的衍射级次来说具有一不同于所述第一聚焦特性的第二聚焦特性，其特征在于所述图案元件的相邻阶梯之间的那些相对阶梯高度中包括具有基本等于αλ₁的光程的相对阶梯高度，其中α是一整数而且α＞1，λ₁是所述第一波长，因此对于所选的第二波长辐射的衍射级次来说就可提供一改善的透射效率。

按照本发明的再一方面来看，它提供了一种用在以第一与第二波长辐射来扫描光学记录载体的扫描装置中的光学元件的设计方法，所述的光学元件包括一衍射部件，其中，在所述方法的第一部分中，一衍射部件被设计来近似一般的锯齿状结构，在每个锯齿状的图案元件的最高边的高度为h₂，产生一基本等于i·2π的位相变化，其中i是一整数，对于所述第二波长辐射来说，该锯齿状结构是用一最初选择的代表所述的锯齿状结构的阶梯分布来近似的，而在该方法的第二部分中该最初选择的阶梯分布的相位分布是由一不同选择的阶梯分布来近似，其总的阶梯高度近似等于h₁′，

$h_1^{\′}=\frac{{\mathrm{\λ}}_1}{n-1}k,$

这里λ₁是所述的第一波长，n是用来制作该光学元件的材料的折射率，n₀是邻近介质的折射率，而k是一在一图案元件内取多个值的整数。

这样的两级设计方法对于产生下述衍射部件来说是有用的，该衍射部件对于该第一波长的零级衍射辐射具有基本上最大的透射效率，同时还可确保对于所选择的第二波长的较高衍射级次的辐射还具有相当高的效率。

按照本发明的另一方面，它提供了一可用第一和第二波长来扫描光学记录载体的光学装置，该装置包括一衍射部件，该衍射部件包括一具有阶梯分布的图案元件的图案，其中该阶梯的高度是这样选择的：使得所述第一波长辐射在零级衍射中基本上无衰减地通过所述衍射部件并随后以第一聚焦特性聚焦；同时使得所述第二波长的辐射被所述衍射部件衍射，得到一所选择的衍射级次的光束，它具有与所述第一特性不同的聚焦特性。该通过所述衍射部件的辐射可以是在所述衍射部件上反射的辐射或是透过所述衍射部件的辐射。

按照本发明的另一方面，它提供一光学元件，用在一光学扫描装置中，分别用第一与第二波长的辐射光束和用第一与第二数值孔径来扫描光学记录载体，所述光学元件包括一衍射部件，该衍射部件包括一具有阶梯分布的图案元件的图案，其中该阶梯的高度被这样选择：使得所述第一波长的辐射在零级衍射中基本上无衰减地通过所述光学元件，并使该装置具有第一聚焦特性；同时使得所述的第二波长的辐射被所述光学元件所衍射，得到一所选衍射级次的光束，并使所述装置具有一不同于所述第一聚焦特性的第二聚焦特性。

通过使透射该第一波长辐射的该阶梯分布特性最佳化，用于在该波长上扫描高密度记录载体，如DVD，的装置的功能就可得到改善。

现在将仅通过举例并参考附图来描述本发明的实施例，其中：

图1是按本发明的一个实施例的一个光学记录载体的扫描装置的一些部件的示意图；

图2a是一用在图1所示扫描装置中的物镜的示意图；

图2b是图2a所示物镜的示意前视图，它示出了一环状的衍射结构；

图3a表示一理想的锯齿状光栅结构；

图3b表示一近似于光栅结构的四阶梯的阶梯光栅结构；

图3c表示按本发明实施例的另一近似于图3b所示结构的阶梯光栅结构。

图1是下面将要描述的按该实施例的装置所通用的用于扫描光学记录载体1的部件的示意图。该记录载体1在这实施例中是一光盘，这将在下面用例子来说明。

该光盘1包括一透明层2，在其一侧至少配置有一信息层3。该信息层的面向远离该透明层的那一侧被一保护层4保护，使其免受环境的影响。该透明层面向该装置的一侧是该盘的入射面5。通过对该信息层或一些层提供支撑，该透明层2起着该光盘的基片的作用。另外，该透明层2可具有保护该信息层3的基底作用。而机械支撑是由该信息层的另一侧上的层，例如由保护层4或另一与该最上面的信息层相连的信息层和透明层提供。

信息可存储在该光盘的信息层3，或一些信息层中，这些信息是以按基本平行同心的，或螺旋轨道排列的，在光学上可检测的标记形式存储在上述信息层中，在图1中未表示。该标记可以是任何在光学上可读取的形式，例如凹坑的形式，或具有与周围环境不同反射系数或磁场方向的区域，或这些形式的组合。

该扫描装置包含一辐射源6，该辐射源包括一可调谐的半导体激光或两个独立的半导体激光，以发散的辐射光束7向一透镜系统发射第一波长和第二波长的辐射。该透镜系统包括一准直透镜9和一沿光轴13安置的物镜10。该准直透镜3将从辐射源6发出的发散光束7转变成基本是准直的光束15。该物镜10包括一衍射元件，该衍射元件在图中用图案111表示，而且在下面将作更详细地描述。该物镜10将入射的准直辐射光束15转变成具有一选择NA的汇聚光束14，到达该信息层3上的一点18。提供有一检测系统16，一第二准直透镜19，和一分束镜8，以便检测数据信号和聚焦用来机械地调节该物镜10的轴向位置的误差信号。

该衍射光栅11在图1和图2A中被配置在该物镜面向辐射源的一侧。但是，它也可供选择地配置在透镜10的另一表面上。

图2a是用在上述扫描装置中的物镜10的一示意图。该扫描装置能够用处于第一数值孔径的第一波长的激光辐射21来扫描具有第一信息层深度的光学记录载体。该装置还能够利用同一光学物镜10，并用处于第二数值孔径的第二波长的激光辐射23来扫描具有第二信息层深度的光学记录载体。DVD格式的盘可用在620和700nm之间的第一波长λ₁的激光辐射来扫描，最好是λ₁＝660nm。大约0.6的数值孔径被用来读取DVD，而大于0.6的，最好为0.65的NA被用来写DVD。CD格式的记录载体可用740和820nm之间的第二波长λ₂的激光辐射，最好是λ₂＝780nm来扫描，所用的数值孔径小于0.5，最好为0.45。该物镜10分别对由DVD和CD载体的透明层的厚度31和33的差异所引起的球面像差进行校正。该透镜同样对色球差和色像差进行校正。

在本发明的这个实施例中，利用单一物镜元件在不同格式的盘上读写数据时可用一混合透镜，即衍射和折射元件的无限共轭模式(infinite-conjugate mode)的组合透镜来实现。这样的混合透镜可通过，例如平板印刷工艺或金刚石车削的方法在折射透镜的一个表面上施加一光栅分布来形成。

该物镜10被示为一凸-凸透镜；但是，其它的透镜元件类型，如平-凸或凸-凹透镜也可使用。虽然物镜10在本实施例中是一单透镜时，但它可以是一包含两个或更多透镜元件的复合透镜。例如物镜10可包括一折射物镜元件和一平透镜的衍射元件。该衍射元件还可提供在一与该物镜分离的光学元件上，例如提供在一四分之一波长片或分束镜上。

图2b是该物镜10的一图示出该衍射结构的示意前视图。可以看出，环形的光栅结构已被应用，它具有由一些同轴的环形图案元件，其宽度向该透镜中心逐渐增大。每个图案元件确定了一所谓的衍射元件的区域。为了使该透镜对于两波长都能以无限共轭方式运行，该透镜对于DVD和CD的波长来说产生不同程度的球面像差，以便校正盘的厚度差异。由于该衍射元件的原因由该物镜所引起的该球面像差的差异与m₁λ₁-m₂λ₂成比例，这里m₁和m₂分别是波长为λ₁和λ₂的激光辐射的衍射级次。为了能校正该盘厚度差异的影响，该项m₁λ₁-m₂λ₂必须不等于零，因而至少对于一个波长的辐射选择一非零的衍射级次。

在这实施例中，我们利用λ₁并选择零级来扫描DVD上的数据，而利用λ₂并选择一级来扫描CD上的数据。由于对DVD来说透射效率比对CD更为重要，为了使该λ₁辐射在零级时的透射效率最大，该衍射元件就具有一阶梯光栅分布，由此，该阶梯高度是这样选择的，使得这些阶梯引入一基本等于2π的倍数的相位变化。同时，在所选择的衍射级次上，例如一级衍射上，λ₂辐射的透射效率对于可靠从CD上读出数据也是足够的。

对于λ₂辐射的高效率可理想地用一锯齿状的闪耀光栅结构来实现。在这样的理想光栅的一个区域中图案元件的分布示于图3a中。通过利用这样的闪耀光栅，和适当选择每个图案元件的总高度，某个衍射级次的辐射的透射效率就可达到最大，而其它衍射级次的透射效率就被减小。例如，要是该锯齿状的光栅对于一级衍射级次的有效透射是最佳的，则最佳的光栅分布就在每个区域的最高边上具有这样一高度h₂，使得它对于所选择的λ₂的波长来说可产生一2π的相位变化。

对该第一衍射级次的最佳化的锯齿结构可用一阶梯分布来近似，由此该位相分布(phase profile)就由下式给出(参看Dammann，Optik31(1972)，p.95)：对于j-1≤xP≤j，

$\mathrm{\φ}\left(x\right)=2\mathrm{\π}\frac{2j-1}{2P}---\left(1\right)$

这里j＝1，2，…P和P是用来近似该阶梯状结构的一个区域的阶梯数。对于四阶梯近似来说示于图3b中的所得结构是这样一种结构，在这种结构中所有相对阶梯高度都是相等的。可用这种近似达到的该衍射效率eff由下式给出：

$\mathrm{eff}={\left(\frac{P\sin (\mathrm{\π}/P)}{\mathrm{\π}}\right)}^2---\left(2\right)$

该效率eff被定义成由于该衍射过程引起的辐射强度的透射效率。

这样，被选择来近似该闪耀光栅的阶梯越多，则对于该第二波长λ₂的衍射所能达到的效率就越高。

但最好在该衍射元件的每个图案元件中使用尽可能少的阶梯数，来实现物镜10的更大的制造效率。如果，例如，对于λ₂辐射的一选择衍射级次将达到某一最小的透射效率，每个区域所需的阶梯数就可被导出，这将在下面描述。另外，如果受该光学元件的制造过程限制的每个区域的最大阶梯数被给定，则对于λ₂辐射的一选择衍射级次的透射效率就可被导出。

此外，为了使λ₁辐射的透射效率最大，则将光栅做成阶梯结构，选择每个总的阶梯高度h₁’，以便引入一基本等于2π倍数的相位变化。这样，总的阶梯高度h₁’被确定为高度h₁的倍数，

$h_1=\frac{{\mathrm{\λ}}_1}{n-n_0},---\left(3\right)$

其中，n是该透镜材料的折射率，而n₀是紧邻介质的折射率(如是空气，则n₀＝1)。

但是具有总阶梯高度h₁’的阶梯，对于λ₂的辐射来说并不会引入2π倍数的相位变化(除非λ₁是λ₂的倍数)。更确切一些，由每个阶梯产生的相位差满足公式φ₂＝2π(b+c)，这里，b是一在横过所述分布的阶梯时可发生变化的整数，c是一小于1而大于0的非整数，在横过所述分布的阶梯时确实会发生变化。

表1表示出由总阶梯高度h₁’为高度h₁的倍数的阶梯对λ₂的辐射所引入的相位变化。这里为了示范的目的，该物镜的折射率n被假定对于λ₁和λ₂两辐射都为n＝1.65，在这例子中λ₁和λ₂分别为660nm和780nm。

m＝h1’/h1	h1[μm]	b	c＝(相位变化模2π)/2π
				0	0.0	0	0.0
1	1.015	0	0.846
				2	2.031	1	0.692
3	3.046	2	0.538
				4	4.062	3	0.385
5	5.077	4	0.231
				6	6.092	5	0.077
7	7.108	5	0.923
				8	8.123	6	0.769

表1：在使用780nm的激光辐射时，由高度h₁’等于h₁的倍数的阶梯所引入的相位变化。

在λ₁和λ₂接近的时候(即1/2＜λ₁/λ₂＜1)，对于阶梯值m＝1的c的值将接近于1，当m增大时，c将减小到一个值，然后返回到一接近1的值。这样，在c减小到接近于0的值之前，将存在第一系列的阶梯值m＝1，2，…等。在表1所示例子中，这第一系列由m＝1，2，3，4，5，6组成。一般来说，该第一系列由m＝1…M组成，这里m是所有满足下述关系的值：

mλ₁＞(m-1)λ₂                   (4)

在该设计过程的下一步上，对图3b所示的阶梯光栅分布作了这样进一步的近似，使其只使用一些基本等于h₁的倍数的阶梯高度h₁’。虽然这稍稍减小了λ₂的第一衍射级次的辐射的透射效率，但却确保了λ₁辐射的零级衍射以基本上100％的效率透射。为了达到很好的近似，我们首先借助于方程(1)用一特定阶梯数的阶梯函数对由近似锯齿状的光栅结构所产生的相位分布进行计算。

为了在等于高度h₁的倍数的阶梯高度h₁’上寻求一好的近似，我们考察由这些阶梯对λ₂辐射的透射所引入的相位变化，如表1所示。为了确保该总阶梯高度相当小和相对阶梯高度在图案元件内不会突然跃变，阶梯的可能选择最好限于由方程(4)所确定的第一系列的那些。

现在以两阶梯近似的一级衍射作例子来详细说明这一点，对于这例子来说，按照本发明的一个解被展示在表2中。

子区(subzone)	φ/2π理想	h1’/h1
			0.0-0.5	0.25	5
0.5-1.0	0.75	2
			效率	40.5％	39.9％

表2：两阶梯近似的阶梯分布(step profile)

所得到的理想分布的第一阶梯的相位变化(以2π为单位)为0.25。这样就需要一以h₁为单位，可引入接近0.25相位变化的总体高度h₁’。从表1，高度h₁’＝5h₁的阶梯，由于产生0.231的相位变化，因而给出了最好的匹配。对于引入0.75的相位变化的总阶梯高度来说，阶梯高度h₁’＝2h₁，由于产生0.692的相位变化，因而给出最好的匹配。在这种两阶梯的近似例子中，由第一近似对于该第二波长所达到的效率是40.5％，用阶梯高度为高度h₁的倍数的阶梯高度对该阶梯分布作进一步近似，效率就仅减小到39.9％。在另一方面，如果使用后面为1h₁的0h₁的阶梯高度，则对于780nm辐射的一级衍射来说所得到的效率将只有8.8％。

与第一种近似相反，按照本发明所得到的阶梯分布不再具有恒定增加的阶梯高度，或者如果我们相对于邻近阶梯定义一阶梯高度，则在一个区域内所得到的阶梯高度就包括多个不同的值。

通过提供一图案元件设计，在该设计中在邻近阶梯之间的相对阶梯高度包括一基本等于αh₁的相对高度，其中α是一大于1的整数，则对于λ₂来说与光栅性能有关的光栅效率与所有阶梯高度都是h₁的解相比起来可有明显的改善。

表3和表4分别示出了按照本发明的三和四阶梯模式(pattern)的解。

子区域	φ/2π理想	h1’/h1
			0.0-0.333	0.166	5
0.333-0.666	0.5	3
			0.666-1.0	0.833	1
效率	68.4％	67.2％

表3：三阶梯近似的阶梯分布

子区域	φ/2π理想	h1’/h1
			0.0-0.25	0.125	6
0.25-0.5	0.375	4
			0.5-0.75	0.625	2
0.75-1.0	0.875	1
			效率	81.1％	75.1％

表4：四阶梯近似的阶梯分布

图3c图示出所得到的该四阶梯例子的阶梯分布。在右手边该高度h₁’是以高度h₂为单位给出的。对于第一到第四阶梯来说，780nm的辐射所得到的相位变化c分别是0.077，0.385，0.692和0.846。在图3c的左手边的第一阶梯具有最大的总阶梯高度，同时在该图案元件内产生最小的c值。可以看出，在图3b所示的第一种近似的以恒定的相对阶梯高度变化的单调上升结构被转换成在图3c所示的第二种近似所形成的分布中的单调下降结构，其相对阶梯高度变化是不同的。

还可提供一种阶梯分布，这种阶梯分布不再是处于单调递升或递降状态。例如在四阶梯例子中的第四阶梯就可用阶梯高度h₁’＝8h₁而不是h₁’＝1h₁。但是，所得到的近似具有较低的效率，而且这样的形状在任何情况下都是难于制造的。但是，如果该方法被应用于具有不同参数的情形，则呈单调下降形状的分布可给出更好的近似。

虽然在上面介绍的实施例中描述了一用来扫描DVD和CD格式载体的扫描装置，但应理解该扫描装置还可另外用于任何其它类型光学记录载体的扫描。虽然在上述实施例中使用的是660nm和780nm的激光辐射，但却应理解也可使用任何其它适于扫描光学记录载体的波长的组合。

如上述实施例那样，在该光栅结构被直接提供在一透镜的弯曲表面时，该辐射都不进入各处的垂直结构，而且最好对该阶梯高度进行校正以便对该表面的弯曲进行补偿。在曲率最大的边缘处这高度的校正常常可能是大约10％。类似的校正被描述在M.A.Golub的下述文章中：“Generalized conversion from the phase function to theblazed surface-relief profile of diffractive opticalelements”，J.Opt.Soc.Am.A 16(1999)p1194-1201。

应该明白，在使用术语“近似的”或“近似”的地方，它是想要覆盖可能近似的一个范围，该定义包括这样的近似，在任何情形下都足以提供一光学扫描装置的有效实施例，用于扫描不同类型的光学记录载体。

Claims (15)

1.一种光学扫描装置，用第一和第二波长的辐射来扫描光学记录载体，该装置具有一衍射部件，该衍射部件包括一具有阶梯分布的图案元件的图案，

其中，与图案元件的阶梯有关的总光程等于所述第一波长的倍数，使得所述第一波长的辐射不被该衍射部件所衍射，并使得所述装置对所述第一波长具有第一聚焦特性，

其中，该阶梯被这样配置，使得第二波长的辐射被所述衍射部件衍射，并使得所述装置对于第二波长辐射的所选衍射级次具有一不同于所述第一聚焦特性的第二聚焦特性，

其特征在于，所述图案元件相邻阶梯之间的相对阶梯高度包括一相对阶梯高度，这相对阶梯高度具有等于αλ₁的光程，其中α是一整数而且α＞1，λ₁是所述第一波长，因此对于所述的选择的第二波长辐射的衍射级次来说就可提供一改善的透射效率。

2.按照权利要求1的光学扫描装置，其中该图案元件适于以透射方式工作，图案元件的阶梯的总阶梯高度等于高度h₁的倍数，

$h_1=\frac{{\mathrm{\λ}}_1}{(n-n_0)},$

其中，n是制作该衍射部件的材料的折射率，而n₀是近邻介质的折射率，所述图案元件的相邻阶梯之间的相对阶梯高度中包括一相对阶梯高度，它具有一等于αh₁的光程。

3.按照权利要求1的光学扫描装置，其中，在所述图案元件内的相对阶梯高度包括多个不同的值。

4.按照权利要求1或2的光学扫描装置，其中，所述图案元件的所述总阶梯高度是这样选择的，使得所述的每个阶梯对于所述的第二波长的辐射都产生一满足公式φ₂＝2π(b+c)的相位差，这里b是一整数，而其中的c是0到1之间的非整数，b和c的值取决于阶梯。

5.按照权利要求4的光学扫描装置，其中，在整个图案元件上，c值是单调上升或者单调下降的。

6.按照权利要求4的光学扫描装置，其中，在整个图案元件上，(b+c)值是单调上升或者单调下降的。

7.按照权利要求4的光学扫描装置，其中，在所述图案元件的一端的阶梯具有所述图案元件中的最大总阶梯高度，而且所述阶梯以所述图案元件中的c的最小值产生一相位差。

8.按照权利要求1的光学扫描装置，其中，在所述图案元件的一端的阶梯对于所述第二波长的辐射产生一个等于2π倍数的相位差。

9.按照权利要求1的光学扫描装置，其中，由所述衍射部件引起的对于所述第一和第二波长辐射所产生的在球面像差上的差异补偿了被所述装置扫描的第一和第二光学记录载体中所产生的球面像差上的差异。

10.按照权利要求1的光学扫描装置，其中，所述图案元件的相邻阶梯之间的相对阶梯高度包含多个不同的值。

11.一种用在光学扫描装置中的光学元件，它分别用第一和第二波长的辐射和用第一和第二数值孔径来扫描具有第一和第二信息层深度的光学记录载体，所述光学元件包括一衍射部件，其中该衍射部件包括一具有阶梯分布的图案元件的图案，

其中，与图案元件的阶梯有关的总光程等于所述第一波长的倍数，使得所述第一波长的辐射不被该衍射部件衍射，和使得所述装置对于所述第一波长具有第一聚焦特性，以及

其中，该阶梯被这样安置，使得第二波长的辐射被所述衍射部件衍射，和使得所述装置对于该第二波长辐射的所选衍射级次具有与所述第一聚焦特性不同的第二聚焦特性，

其特征在于，所述图案元件的相邻阶梯之间的相对阶梯高度包括一相对阶梯高度，这相对阶梯高度具有等于αλ₁的光程，其中α是一整数而且α＞1，λ₁是所述第一波长，因此对于所述选择的第二波长辐射的衍射级次来说就可提供一改善的透射效率。

12.按照权利要求11的光学元件，其中，该图案元件适于以透射方式工作，图案元件的阶梯的总阶梯高度等于高度h₁的倍数，

$h_1=\frac{{\mathrm{\λ}}_1}{(n-n_0)},$

其中，n是制作该衍射部件的材料的折射率，而n₀是近邻介质的折射率，所述图案元件的相邻阶梯之间的相对阶梯高度中包括一相对阶梯高度，它具有一等于αh₁的光程。

13.一种用在以第一与第二波长辐射来扫描光学记录载体的光学扫描装置中的光学元件的设计方法，所述的光学元件包括一衍射部件，

其中，在所述方法的第一部分中，设计了一衍射部件来获得一般的锯齿状结构，每个锯齿状图案元件的最高边的高度为h₂，产生一等于i·2π的相位变化，其中i是一整数，用于所述第二波长辐射，所述锯齿状结构是通过最初选择的代表所述的锯齿状结构的阶梯分布来获得的，并且其中在该方法的第二部分中，该最初选择的阶梯分布的相位分布是通过一不同选择的阶梯分布来获得的，该阶梯分布具有总的阶梯高度等于h₁的一些阶梯，其中 ${h_1}^{\′}=\frac{{\mathrm{\λ}}_1}{n-1}k,$ 这里λ₁是所述的第一波长，n是用来制作该光学元件的材料的折射率，n₀是邻近介质的折射率，而k是一个在一图案元件内取多个值的整数。

14.按照权利要求13的方法，其中该最初选择的阶梯分布具有一相位分布，与下式定义的分布相同： $\mathrm{\φ}\left(x\right)=2\mathrm{\π}\frac{(2j-1)}{2P},$ 这里，j-1≤xP≤j，j＝1，2，...P，P是每个图案元件中的阶梯数。

15.按照权利要求13的方法，还包括制造所述物镜的步骤。

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