光学扫描设备.pdf

一种光学设备(1)，其用于借助于具有三个相应波长(λ1、λ2、λ3)和偏振(p1、p2、p3)的三个辐射束(4、4′、4″)来扫描三个信息层(2、2′、2″)，其中三个波长基本上彼此不同。所述设备包括用于发射所述三个辐射束的辐射源(7)、用于将所述三个辐射束会聚到所述三个相应信息层位置上面的物镜系统(8)，以及具有非周期性阶梯形轮廓的相位结构(24)。此外，所述结构包括对所述三个偏振敏感的双折射材料并且所述阶梯形轮廓被设计用于针对三个波长分别引入波前修改(ΔW1、ΔW2、ΔW3)，其中所述波前修改之一是不同于其它的类型并且所述偏振之一不同于其它。

1.  一种光学扫描设备(1)，其用于借助于具有第一波长(λ₃)和第一偏振(p₃)的第一辐射束(4”)来扫描第一信息层(2”)，借助于具有第二波长(λ₁)和第二偏振(p₁)的第二辐射束(4)来扫描第二信息层(2)，以及借助于具有第三波长(λ₂)和第三偏振(p₂)的第三辐射束(4′)来扫描第三信息层(2′)，其中所述第一、第二和第三波长基本上彼此不同，所述设备包括：
用于连续地或同时地发射所述第一、第二和第三辐射束的辐射源(7)，
用于将所述第一、第二和第三辐射束会聚到所述第一、第二和第三信息层位置上面的物镜系统(8)，以及
具有非周期性阶梯形轮廓的相位结构(24)，其被设置在所述第一、第二和第三辐射束的光学路径中，所述结构包括用于形成所述非周期性阶梯形轮廓的具有不同高度(h_j)的多个阶梯(j)，其特征在于：
所述相位结构(24)包括对所述第一、第二和第三偏振(p₃、p₁、p₂)敏感的双折射材料以及
所述阶梯形轮廓被设计用于分别针对所述第一、第二和第三波长(λ₃、λ₁、λ₂)引入第一波前修改(ΔW₃)、第二波前修改(ΔW₁)以及第三波前修改(ΔW₂)，其中所述第一、第二和第三波前修改至少之一是不同于其它的一个类型且所述第一、第二和第三偏振(p3、p1、p2)至少之一与其它的不同。

2.  根据权利要求1的光学扫描设备(1)，其中所述第一波前修改(ΔW₃)基本上是球面象差和/或散焦类型。

3.  根据权利要求1或2的光学扫描设备(1)，其中所述第二波前修改(ΔW₁)基本上是平的。

4.  根据权利要求3的光学扫描设备(1)，其中所述第三波前修改(ΔW₂)基本上是平的。

5.  根据权利要求4的光学扫描设备(1)，其中所述阶梯形轮廓被进一步设计用于针对所述第二和第三波长(λ₁、λ₂)两者引入基本上相同的相位变化(Δφ₁，Δφ₂)，并且其中所述第三偏振(p₂)不同于所述第二偏振(p₁)。

6.  根据权利要求5的光学扫描设备(1)，其中所述双折射率材料的非常折射率(n_e)基本上等于 1 + λ c λ b ( n o - 1 ) , ]]>其中“n_o”是所述双折射材料的寻常折射率且“λ_b”和“λ_c”  或者分别是所述第二和第三波长(λ₁、λ₂)，或者分别是所述第三和第二波长(λ₂、λ₁)。

7.  根据权利要求3的光学扫描设备(1)，其中所述第三波前修改(ΔW₂)与所述第一波前修改(ΔW₃)基本上是相同类型。

8.  根据权利要求7的光学扫描设备(1)，其中所述阶梯形轮廓被进一步设计用于针对所述第一和第三波长(λ₃、λ₂)两者引入基本上相同的相位变化(Δφ₂，Δφ₃)并且其中所述第三偏振(p₂)不同于所述第一偏振(p₃)。

9.  根据权利要求8的光学扫描设备(1)，其中所述双折射率材料的非常折射率(n_e)基本上等于 1 + λ c λ b ( n o - 1 ) , ]]>其中“n_o”是所述双折射材料的寻常折射率且“λ_b”和“λ_c”或者分别是所述第一和第三波长(λ₃、λ₂)，或者分别是所述第三和第一波长(λ₂、λ₃)。

10.  根据权利要求1的光学扫描设备(1)，其中所述高度(h_j)被进一步如此设计，以便于相邻阶梯(j，j+1)之间的相对阶梯高度(h_j+1-h_j)包括具有光学路径基本上等于αλ₁的相对阶梯高度，其中α是整数且α＞1以及λ₁是所述第二波长。

11.  根据权利要求1的光学扫描设备(1)，其中所述相位结构(24)通常是圆形并且所述阶梯(j)通常是环形。

12.  根据权利要求1的光学扫描设备(1)，其中所述相位结构(24)被形成在所述物镜系统(8)的透镜面上。

13.  根据权利要求1的光学扫描设备(1)，其中所述相位结构(24)被形成在被提供在所述辐射源(7)和所述物镜系统(8)之间的光学板上。

14.  根据权利要求13的光学扫描设备(1)，其中所述光学板包括四分之一波长板或分束器。

15.  一种用在光学扫描设备(1)中的相位结构(24)，所述光学扫描设备用于借助于具有第一波长(λ₃)和第一偏振(p₃)的第一辐射束(4”)来扫描第一信息层(2”)，借助于具有第二波长(λ₁)和第二偏振(p₁)的第二辐射束(4)来扫描第二信息层(2)，以及借助于具有第三波长(λ₂)和第三偏振(p₂)的第三辐射束(4′)来扫描第三信息层(2′)，其中所述第一、第二和第三波长基本上彼此不同，所述结构被设置在所述第一、第二和第三辐射束的光学路径中并且具有非周期性的阶梯形轮廓，其特征在于：
所述相位结构(24)包括对所述第一、第二和第三偏振(p₃、p₁、p₂)敏感的双折射材料以及
所述阶梯形轮廓被设计用于分别针对所述第一、第二和第三波长(λ₃、λ₁、λ₂)引入第一波前修改(ΔW₃)、第二波前修改(ΔW₁)以及第三波前修改(ΔW₂)，其中所述第一、第二和第三波前修改至少之一是不同于其它的一个类型且所述第一、第二和第三偏振(p3、p1、p2)至少之一与其它的不同。

16.  一种用在光学扫描设备(1)中的透镜(17)，所述光学扫描设备用于借助于具有第一波长(λ₃)和第一偏振(p₃)的第一辐射束(4”)来扫描第一信息层(2”)，借助于具有第二波长(λ₁)和第二偏振(p₁)的第二辐射束(4)来扫描第二信息层(2)，以及借助于具有第三波长(λ₂)和第三偏振(p₂)的第三辐射束(4′)来扫描第三信息层(2′)，其中所述第一、第二和第三波长基本上彼此不同，所述透镜被提供有根据权利要求15的相位结构。

光学扫描设备
本发明涉及一种光学扫描设备，其用于借助于具有第一波长和第一偏振的第一辐射束来扫描第一信息层，借助于具有第二波长和第二偏振的第二辐射束来扫描第二信息层，以及借助于具有第三波长和第三偏振的第三辐射束来扫描第三信息层，其中所述第一、第二和第三波长基本上彼此不同，所述设备包括：
用于连续地或同时地发射所述第一、第二和第三辐射束的辐射源，
用于将所述第一、第二和第三辐射束会聚到所述第一、第二和第三信息层位置上面的物镜系统，以及
具有非周期性阶梯形轮廓的相位结构，其被设置在所述第一、第二和第三辐射束的光学路径中，所述结构包括用于形成所述非周期性阶梯形轮廓的具有不同高度的多个阶梯。
本发明一个特定的示例性实施例涉及一种能够从三种不同类型的光学记录载体，如致密盘(CD)、传统数字通用盘(DVD)及所谓的下一代HD-DVD中读取数据的光学扫描设备。
本发明还涉及一种用在光学扫描设备中的相位结构，所述光学扫描设备用于借助于具有第一波长和第一偏振的第一辐射束来扫描第一信息层，借助于具有第二波长和第二偏振的第二辐射束来扫描第二信息层，以及借助于具有第三波长和第三偏振的第三辐射束来扫描第三信息层，其中所述第一、第二和第三波长基本上彼此不同，所述结构被设置在所述第一、第二和第三辐射束的光学路径中并且具有非周期性的阶梯形轮廓。
“扫描信息层”是指借助于辐射束进行扫描以用于读取信息层中的信息(“读取模式”)、在信息层中写入信息(“写模式”)以及/或在信息层中擦除信息(“擦除信息”)。“信息密度”是指信息层每单位面积所存储的信息量。尤其，它由通过扫描设备在待被扫描的信息层上面所形成的扫描光点的大小来确定。通过减少扫描光点的大小可以增加信息密度。由于光点的大小尤其还取决于形成光点的辐射束的波长λ和数值孔径NA，所以通过增加NA以及/或通过减少λ可以减少扫描光点的大小。
在下面具有光轴的第一光学元件，例如用于将物体变换到图像的物镜可通过引入“波前象差”W_abb而使图像恶化。波前象差具有以具有不同级的所谓泽尔尼克(Zernike)多项式格式所表达的不同类型。波前倾斜或失真是第一级波前象差的实例。象散和场曲率以及散焦是第二级波前象差的两个实例。慧形象差是第三级波前象差的实例。球面象差是第四级波前象差的实例。要注意到一些波前象差，如波前倾斜、象散和慧形象差相对于光轴是非对称的，即取决于在垂直于那个轴的平面内的方向。一些波前修改，如散焦和球面象差，相对于光轴是对称的，即独立于在垂直于那个轴的平面内的任何方向。有关表示上述所提波前象差的数字函数的更多信息见例如由M.Born和E.Wolf所写的题为“Principles of Optics”一书的第464至470页(PergamonPress 6^th ED.)(ISBN 0-08-026482-4)。
沿着光学路径传播的辐射束具有带有预定形状的波前W，其由下述方程式给出：
W λ = Φ 2 π - - - ( 0 a ) ]]>
其中“λ”和“φ”分别是辐射束的波长和相位。
在下面具有光轴的第二光学元件，例如非周期性相位结构可被设置在辐射束的光学路径中，用于在辐射束中引入“波前修改”ΔW.波前修改ΔW是对波前W形状的修改。如果说明波前修改ΔW的数字函数分别具有三、四等的径向级，则它可是在辐射束横断面中半径的第一、第二等的级。波前修改ΔW还可是“平的”；这意味着第二光学元件在辐射束中引入恒定的相位变化，以便于在选取了波前修改ΔW的模(modulo)2π之后，最后所得到的波前是恒定的。术语“平的”并没有必要意指波前W展示出零相位变化。此外，从方程式(0a)中导出波前修改ΔW可以辐射束的相位变化Δφ的形式加以表达，其由下述方程式给出：
ΔΦ = 2 π λ ΔW - - - ( 0 b ) ]]>
在下面所谓的光程差OPD可针对波前象差W_abb或波前修改ΔW来加以计算。在其中波前修改或象差相对于光轴是对称的情况下，光程差的均方根值OPD_rms由下述方程式给出：
OP D rms = ∫ f ( r ) 2 rdr ∫ rdr - ( ∫ f ( r ) rdr ∫ rdr ) 2 - - - ( 0 c ) ]]>
其中“f”是说明波前象差W_abb或波前修改ΔW的数学函数且“r”是在正交于光轴的平面中极坐标系统(r，θ)的极坐标，使系统的原点成为那个平面和光轴的相交点并且延伸经过对应光学元件的入射光瞳。要注意到方程式(0b)适用于身为对称波前象差的球面象差和散焦。
在本说明中两个值OPD_rms，1和OPD_rms，2彼此“基本上相等”，其中|OPD_rms，1-OPD_rms，2|优选地小于或等于30mλ，其中值30mλ已经被任意地加以选择。同样，两个相位变化Δφ_a和Δφ_b值彼此“基本上相等”，其中相应值OPD_rms，1和OPD_rms，2彼此“基本上相等”(Δφ和ΔW之间的关系在方程式(0b)中被给出)。类似地，两个值OPD_rms，1和OPD_rms，2(或两个相位变化Δφ_a和Δφ_b值)彼此“基本上不同”，其中|OPD_rms，1-OPD_rms，2|优选地大于或等于30mλ，其中值30mλ已经被任意地加以选择。
在下面术语“近似于”或“近似”在此被使用，即它旨在涵盖一系列可能的近似，所述定义包括这样的近似，其在任何情况下足以提供起到扫描不同类型光学记录载体目地的光学扫描设备的工作实施例。
目前在光学存储领域存在一种对用于提供具有一个光学物镜的光学扫描设备的需求，所述光学扫描设备通过使用激光辐射的不同波长用于扫描各种不同的光学载体，如所谓BD格式的第一盘(蓝光盘)、所谓DVD格式的第二盘及所谓CD格式的第三盘。
例如，典型的问题是：借助于具有等于785nm的第一波长的第一辐射束(来读取CD-R)、具有等于405nm的第二波长的第二辐射束、以及具有等于650nm的第三波长的第三辐射束(来读取双层DVD)，制造一种与所有目前现存的盘，即DVD格式盘和CD格式盘以及“HD-DVD“格式盘读出兼容的光学扫描设备。由于这多个波长，针对每个波长配置来设计产生预定波前的非周期性相位结构是困难的。此原因在于在设计非周期性相位结构(NPS)时，人们利用这样的事实，即当波长不同时则由阶梯高度所引入的相位不同。对于两个波长这样的结构允许相当简单的设计。要注意到用于设计NPS的方法从例如由B.H.W Hendriks，J.E.de Vries和H.P.Urbach所著文章“Application of non-periodic phase structures in optical systems”，Appl.Opt.40(2001)pp.6548-6560中得知，所述文章说明如何借助于NPS来制作适合于扫描DVD格式盘及CD格式盘的物镜。
从前已经在例如于05.04.200以申请号EP 01201255.5提交的欧洲专利申请中建议提供一种光学扫描设备，所述光学扫描设备能够利用不同波长的三个辐射束扫描来自HD-DVD、DVD和CD的数据，而只使用相同的物镜。此外，在EP 01201255.5中已知提供一种同时适应于三个波长的NPS。已知的NPS是具有非周期性阶梯形轮廓的相位结构，其被设置在三个辐射束的光学路径中，所述结构包括用于形成非周期性阶梯轮廓的具有不同高度的多个阶梯。
虽然从前所建议的扫描装置针对下述情形提供方案，即其中三个不同的光学媒体通过使用相同的物镜被三个相联系的不同波长光照明，但是它们并不有助于针对波长的固定值提供易于设计且制造的NPS结构。结果是，已知的NPS变得复杂，从而要求制作相对高的阶梯。
发明内容
因而，对于具有单个光学物镜的光学扫描设备的目的是：其通过使用具有三个相互间不同波长的至少三个辐射束用于扫描各种不同的光学记录载体。
这个目的由在开始段落中所说明的光学扫描设备来实现，其中根据本发明，所述相位结构包括对所述第一、第二和第三偏振敏感的双折射材料，并且所述阶梯形轮廓被设计用于分别为所述第一、第二和第三波长引入第一波前修改、第二波前修改以及第三波前修改，其中至少所述第一、第二和第三波前修改之一是不同于其它的一个类型且至少所述第一、第二和第三偏振之一与其它的不同。
通过从对三个辐射束的不同偏振敏感的双折射材料形成相位结构，并且通过设计用于引入第一波前修改的阶梯形轮廓，则就有关第一波长的上述提到的兼容性问题得到解决。这将在下面进一步详细地加以解释。因而，通过与已知的NPS相比较，对于根据本发明的NPS存在设计时可以使用的附加参数(偏振)，由此导致更多的设计自由度。由阶梯高度h所引入的相位由下述给出，所述阶梯高度h由在波长λ具有折射率n的材料制成：
Φ = 2 π h ( n - 1 ) λ - - - ( 1 ) ]]>
因而，当波长变化时由阶梯所引入的相位发生变化。此外，当改变偏振且因此改变折射率时，同样产生由阶梯所引入的相位变化。利用相对简单的阶梯形结构，则有可能组合三个波长系统的效果，为每个波长设计NPS所产生的预定波前。
因此，提供有根据本发明的相位结构的光学扫描设备的优点是：利用多个不同的辐射波长来扫描光学载体，即提供用于扫描众多不同类型光学记录载体的单个设备。
形成根据本发明的相位结构的另一优点是：制作出比在EP01201255.5中所说明的已知相位结构具有更小幅值的阶梯高度的相位结构。
要注意到：与其每个具有周期性阶梯形轮廓的衍射部件相反，这种相位结构具有非周期性的阶梯形轮廓。还要注意到：非周期性结构和衍射部件在结构和目的方面彼此不同。因此，NPS包括具有不同高度的多个阶梯，以便于NPS具有非周期性轮廓。后者被设计用于从入射到NPS的辐射束形成波前修改。通过对照，衍射部件包括其每个具有一个阶梯形轮廓的图案元件的图案。后者被设计用于从入射到所述部件的辐射束形成对于不同的衍射级具有不同透射效率的经衍射的辐射束(即，每个具有衍射级“m”的多个辐射束，即第零级(m＝0)，+1^st级(m＝1)等，-1^st级(m＝-1)等)。
在根据本发明的光学扫描设备的第一实施例中，所述阶梯形轮廓被设计用于引入：针对所述第二波长的第二平波前修改、以及针对所述第三波长的第三平波前修改，其中至少所述第一、第二和第三偏振之一与其它的不同。
在根据本发明的光学扫描设备的第二实施例中，所述阶梯形轮廓被设计用于引入：针对所述第二波长的第二平波前修改、以及针对所述第三波长的基本上与所述第一波前修改是相同的类型的第三波前修改，其中至少所述第一、第二和第三偏振之一与其它的不同。
根据本发明的另一方面，所述双折射率材料的非常折射率基本上等于 1 + λ c λ b ( n o - 1 ) , ]]>其中“n_o”是所述4双折射材料的寻常折射率且“λ_b”和“λ_c”是所述第一、第二和第三波长中的两个。
本发明的另一目的是提供一种适合于用在光学扫描设备中的相位结构，所述光学扫描设备用于借助于具有第一波长和第一偏振的第一辐射束来扫描第一信息层，借助于具有第二波长和第二偏振的第二辐射束来扫描第二信息层，以及借助于具有第三波长和第三偏振的第三辐射束来扫描第三信息层，其中所述第一、第二和第三波长基本上彼此不同。
这个目的由在开始段落中所说明的光学扫描设备来实现，其中根据本发明所述相位结构包括对所述第一、第二和第三偏振敏感的双折射材料并且所述阶梯形轮廓被设计用于分别为所述第一、第二和第三波长引入第一波前修改、第二波前修改以及第三波前修改，其中至少所述第一、第二和第三波前修改之一是不同于其它的一个类型且至少所述第一、第二和第三偏振之一与其它的不同。
根据本发明的另外方面，提供有一种用在光学扫描设备中的透镜，所述光学扫描设备用于借助于具有第一波长和第一偏振的第一辐射束来扫描第一信息层，借助于具有第二波长和第二偏振的第二辐射束来扫描第二信息层，以及借助于具有第三波长和第三偏振的第三辐射束来扫描第三信息层，其中所述第一、第二和第三波长基本上彼此不同，所述透镜被提供有根据本发明的相位结构。
附图说明
如在所附附图中所示例，从下述对本发明的更详细说明中，本发明的目的、优点和特征将变得显而易见，其中：
图1是根据本发明的光学扫描设备1的部件的示意性示例，
图2是用在图1中扫描设备中的物镜的示意性示例，
图3是图2中物镜的示意性前视图，
图4示出表示由图2和3中所示物镜所产生的波前象差的曲线，
图5示出表示图2和3中所示NPS的第一实施例的阶梯高度的曲线，
图6A示出表示由图5中所示NPS所引入的波前修改的曲线，
图6B示出表示图4中所示的波前象差与图6A所示的波前修改的组合的曲线，以及
图7示出表示图2和3所示NPS的第二实施例的阶梯高度的曲线。
具体实施方式
图1是根据本发明一个实施例的光学扫描设备1的光学部件的示意性示例，所述光学扫描设备1借助于第一辐射束4”用于扫描第一光学记录载体3”的第一信息层2”。
作为示例，光学记录载体3”包括透明层5”，在所述透明层5”的一侧上设置有信息层2”。背向透明层5”的信息层侧由保护层6”保护免受环境影响。通过为信息层2”提供机械支持，透明层5”充当光学记录载体3”的基片。作为选择地，透明层5”可具有保护信息层2”的唯一作用，而机械支持由信息层2”另一侧上的层，例如由保护层6”或由被连接到最外面信息层的透明层及附加的信息层来提供。要注意到信息层具有对应于(在这个实施例中如图1所示)透明层5”厚度的第一信息层深度27”。信息层2”是载体3”的表面。那个表面包含至少一个轨道，即由被聚焦辐射的光点所跟随的路径，在所述路径上光学上可读取的标记被加以设置以表示信息。所述标记可例如采取具有反射系数或磁化方向不同于环境的坑或区域的形式。在光学记录载体3”具有盘的形状的情况下，就有关给定轨道定义如下：“径向方向”是参考轴，即在轨道和盘中心之间的X轴的方向，以及“切向方向”是另一轴，即正切于轨道且垂直于X轴的Y轴的方向。
如图1中所示，光学扫描设备1包括辐射源7、准直透镜18、分束器9、具有光轴19的物镜系统8、相位结构或非周期性结构(NPS)24、以及检测系统10。此外，光学扫描设备1包括伺服电路11、焦点执行器12、径向执行器13、以及用于误差校正的信息处理单元14。
在下面“Z轴”对应于物镜系统8的光轴19。要注意到(X，Y，Z)是正交基。
辐射源7被设置用于连续地或同时地供应辐射束4”及两个其它辐射4和4’(在图1中未被示出)。例如，辐射源7可包括用于连续地供应辐射束4”、4和4’的可调谐半导体激光器或用于同时地供应这些辐射束的三个半导体激光器。此外，辐射束4”具有第一波长λ₃和第一偏振p₃、辐射束4具有第二波长λ₁和第二偏振p₁、以及辐射束4’具有第三波长λ₂和第三偏振p₂。波长λ₁、λ₂和λ₃以及偏振p₁、p₂和p₃的实例将被给出，其中波长λ₁、λ₂和λ₃基本上彼此不同且偏振p₃不同于至少p₁、p₂之一。要注意到在本说明中两个波长λ_a和λ_b基本上彼此不同，其中|λ_a-λ_b|优选地等于或大于10nm，更优选地等于或大于20nm，其中值10和20nm是纯粹任意选择的问题。
准直透镜18被设置在光轴19上用于将辐射束4”变换成第一基本上被准直的束20”。类似地，它将辐射束4和4’变换成第二基本上被准直的束20和第三基本上被准直的束20’(在图1中未被示出)。
分束器9被设置用于将经准直的辐射束20”、20和20’透射向物镜系统8。优选地，分束器9由相对于Z轴被倾斜角α的平面平行板形成，且更优选地α＝45°。
物镜系统8被设置用于将经准直的辐射束20”变换成第一被聚焦的辐射束15”，以便于在信息层2”的位置处形成第一扫描光点16”。类似地，物镜系统8如下所解释变换经准直的辐射束20和20’。
在这个实施例中，物镜系统8包括被提供NPS 24的物镜17。
NPS 24包括具有非常折射率n_e和寻常折射率n_o的双折射材料。在下面因波长差异导致的折射率变化被忽略不计且因此折射率n_e和n_o大约独立于波长。在这个实施例中，并且仅作为示例，双折射材料是具有n_o＝1.51且n_e＝1.70的C6M/E7 50/50(以重量的％)。作为选择地，例如双折射材料可是具有n_o＝1.55且n_e＝1.69的C6M/C3M/E740/10/50。所使用的代码是指下述物质：
E7：51％C5H11氰基联苯(cyanobiphenyl)，25％C5H15氰基联苯，16％C8H17氰基联苯，8％C5H11氰基三苯基(cyanotriphenyl)；
C3M：4-(6-丙烯酰氧基丙氧基)苯甲酰氧基-2-甲基苯基4-(6-丙烯酰氧基丙氧基)苯甲酸脂(C3M：4-(6-acryloyloxypropyloxy)benzoyloxy-2-methylpheny14-(6-acryloyloxypropyloxy)benzoate)；
C6M：4-(6-丙烯酰氧基丙氧基)苯甲酰氧基-2-甲基苯基4-(6-丙烯酰氧基丙氧基)苯甲酸脂。
NPS 24被如此对准以便于双折射材料的光轴沿着Z轴。它还被如此对准以便于当它被具有沿着X轴偏振的辐射束横越时其折射率等于n_e以及当它被具有沿着Y轴偏振的辐射束横越时其折射率等于n_o。在下面辐射束的偏振被称为“p_e”和“p_o”，其分别与X轴和Y轴被对准。因此，当偏振p₁、p₂或p₃等于p_e时，双折射材料的折射率等于n_e并且，当偏振p₁、p₂或p₃等于p_o时，双折射率材料的折射率等于n_o。换句话说，被如此对准的NPS 24对偏振p₁、p₂和p₃敏感。NPS 24将被进一步详细地加以说明。
在扫描期间，记录载体3”在心轴(在图1中未示出)上旋转并且随后信息层2”通过透明层5被扫描。被聚焦的辐射束15”在信息层2”上反射，由此形成在前向会聚束15”的光学路径上返回的反射束21”。物镜系统8将经反射的辐射束21”变换成经反射的准直辐射束22”。通过将至少一部分经反射的辐射束22”透射向检测系统10，分束器9将前向辐射束20”从经反射的辐射束22”分开。
检测系统6包括会聚透镜25和象限检测器23，其被设置用于捕捉所述部分经反射的辐射束22”并且将它转换成一个或更多个电信号。信号之一是信息信号I_data，其值表示在信息层2”上被扫描的信息。信息信号I_data被信息处理单元14加以处理以用于误差校正。来自检测系统10的其它信号是焦点误差信号I_focus和径向跟踪误差信号I_radial。信号I_focus表示扫描光点16”和信息层2”的位置之间在沿着Z轴高度上的轴向差。优选地，这个信号由“象散方法”形成，所述方法特别地从由G.Bouwhuis、J.Braat，A.Huijser等人的被命名为“Principles ofOptical Disc Systems”的书籍中第75-80(Adam Hilger 1985)(ISBN0-85274-785-3)中可知。径向跟踪误差信号I_radial表示扫描光点16”与即将由扫描光点16”所跟随的信息层2”中轨道中心之间在信息层2”的XY平面上的距离。优选地，这个信号从“径向推-拉方法”形成，所述方法从特别地由G.Bouwhuis的书籍的第70-73页中得知。
伺服电路11被设置成用于响应于信号I_focus和I_radial来提供伺服控制信号I_control用于分别控制焦点执行器12和径向执行器13。焦点执行器12控制物镜17沿着Z轴的位置，由此控制扫描光点16”的位置，以便于它基本上与信息层2”的平面重合。径向执行器13控制物镜17沿着X轴的位置，由此控制扫描光点16”的径向位置，以便于它基本上与信息层2”内即将被跟随的轨道的中心线重合。
图2是用在上述所说明的扫描设备1中的物镜17的示意性示例。
物镜17被设置用于将经准直的辐射束20”变换到具有第一数值孔径NA₃的经聚焦的辐射束15”上，以便于形成扫描光点16”。换句话说，光学扫描设备1具有借助于具有波长λ₃、偏振p₃和数值孔径NA₃的辐射束15”来扫描第一信息层2”的能力。
此外，光学扫描设备1还具有这样的能力，即借助于辐射束4扫描第二光学记录载体3的第二信息层2以及借助于辐射束4’扫描第三光学记录载体3’的第三信息层2’。因此，物镜17将经准直的辐射束20变换成具有第二数值孔径NA₁的第二经聚焦的辐射束15，以便于在信息层2的位置处形成第二扫描光点16。物镜17还将经准直的辐射束20’变换成具有第三数值孔径NA₂的第三经聚焦的辐射束15’，以便于在信息层2’的位置处形成第三扫描光点16’。
类似于光学记录载体3”，光学记录载体3包括第二透明层5，在其一侧上信息层2被设置有第二信息层深度27，并且光学记录载体3’包括第三透明层5’，在其一侧上信息层2’被设置有第三信息层深度27’。
要注意到通过将物镜17形成为混合透镜，即用在无限共轭模式中的将NPS和折射元件加以组合的透镜，则获得对不同格式记录载体3、3’和3”的信息层进行扫描。这样的混合透镜可以通过在透镜17的进入表面上施加阶梯形轮廓，例如通过使用例如UV固化漆的光致聚合作用的平版印刷过程而形成，由此有利地导致容易地制造NPS 24。作为选择地，这样的混合透镜可以通过金刚石车削来制作。
在图1和2所示的这个实施例中，物镜17作为凸-凸透镜被形成，然而，可以使用其它透镜元件类型如平-凸或凸-凹透镜。在这个实施中，NPS 24被设置在面向辐射源7的第一物镜17的一侧(在此被称为“进入面”)上。
作为选择地，NPS 24被设置在透镜17的另一表面(在此被称为“离开面”)上。还作为选择地，物镜17例如是折射物镜元件，其被提供有形成NPS 24的平面透镜元件。同样作为选择地，NPS 24被提供在与物镜系统8分开的光学元件上，例如在分束器或四分之一波片上。
同样作为选择地，虽然在这个实施例中物镜17是单透镜，但它可以是包含两个或更多个透镜元件的复合透镜。
图3是图2所示物镜17的进入表面的示意性视图(也被称为“前视图)，从而示例出NPS 24。
NPS 24包括用于形成非周期性阶梯形轮廓的具有不同高度“h_j”的多个阶梯j。在下面“h”是阶梯形轮廓的阶梯高度，其是取决于x的函数。在阶梯形轮廓近似的情况下，阶梯高度由下述函数给出：
     h(x)＝h_j    forj-1≤x≤j                     (2a)
其中“h_j”是阶梯j的阶梯高度，其为恒定参数。在下面“带”是沿着X轴的阶梯长度。
阶梯形轮廓被设计，即阶梯高度h_j被选择用于引入在波长λ₃的第一波前修改ΔW₃(且因此第一相位变化Δφ₃)、在波长λ₁的第二波前修改ΔW₁(且因此第二相位变化Δφ₁)以及在波长λ₂的第三波前修改ΔW₂(且因此第三相位变化Δφ₂)。换句话说，阶梯形轮廓被如此设计以便于在辐射束15、15′和15”中引入波前修改ΔW₁、ΔW₂和ΔW₃，其中这些波前修改的任何一个是对称象差类型的平式。
在下面且仅作为示例波前修改ΔW₁是平的。因此，阶梯高度h_j被如此选择，以便于相位变化Δφ₁基本上等于2π的倍数，即基本上等于零模2π。在这个实施例中波长λ₁被称为设计波长λ_ref。换句话说，
λ_ref＝λ₁                                    (2b)
Δφ₁＝0(2π).                                (2c)
当每个阶梯高度h_j是参考高度h_ref的倍数时这可实现，所述参考高度h_ref如下取决于设计波长λ_ref(即波长λ₁)：
h ref = λ ref n - n o - - - ( 3 ) ]]>
其中“n”是NPS 24的折射率且n_o是相邻介质的折射率，在下面且仅作为实例所述相邻介质为空气，即n_o＝1。
要注意到：在其中NPS 24被提供在平面表面上(即在平面平行板上)的情况下，参考高度h_ref基本上是恒定的。此外，当NPS 24被提供在弯曲表面(例如透镜表面)上的情况下，NPS 24在阶梯的长度上可被加以调节以便于产生基本上等于2π倍数的相位变化。
由于NPS 24由双折射材料制成，所以当横穿NPS 24的辐射束的偏振等于p_e时其折射率n等于n_e且当横穿NPS 24的辐射束的偏振等于p_o时其折射率n等于n_o。因而，参考高度h_ref取决于参考波长λ_ref并且还取决于参考波长λ_ref的偏振p_ref，并且在下述它还被称为“h_ref(λ_ref，p_ref)”。类似地，相位变化Δφ₁、Δφ₂和Δφ₃还取决于相应的偏振p₁、p₂和p₃且在下面它们还被称为“Δφ₁(p₁)”、“Δφ₂(p₂)”和“Δφ₃(p₃)”。
因此，从方程式(2b)和(3)得出：
h ref = ( λ ref = λ 1 , p ref = p e ) = λ 1 n e - n 0 - - - ( 4 a ) ]]>
h ref = ( λ ref = λ 1 , p ref = p o ) = λ 1 n o - n 0 - - - ( 4 b ) ]]>
因而，在其中例如n_o＝1.50，n_e＝1.62及λ₁＝405nm的情况下，从方程式(4a)和(4b)获得下述：
h_ref(λ_ref＝λ₁，p_ref＝p_e)＝0.653μm以及
h_ref(λ_ref＝λ₁，p_ref＝p_o)＝0.810μm。
还要注意到：在针对辐射束15阶梯高度引入值Δφ₁(p₁)(基本上等于零模2π)的同时，它针对辐射束15′和15”分别如下引入值Δφ₂(p₂)和Δφ₃(p₃)：
Δ Φ 2 ( p 2 = p o ) = 2 π n e - n 0 λ 2 h ref ( λ ref = λ 1 , p ref = p 1 ) - - - ( 5 a ) ]]>
Δ Φ 2 ( p 2 = p o ) = 2 π n o - n 0 λ 2 h ref ( λ ref = λ 1 , p ref = p 1 ) - - - ( 5 b ) ]]>
ΔΦ 3 ( p 3 = p o ) = 2 π n e - n 0 λ 3 h ref ( λ ref = λ 1 , p ref = p 1 ) - - - ( 5 c ) ]]>
ΔΦ 3 ( p 3 = p o ) = 2 π n o - n 0 λ 3 h ref ( λ ref = λ 1 , p ref = p 1 ) - - - ( 5 d ) ]]>
表I示出在其中偏振p₂和p₃等于p_e和/或p_o情况下的值Δφ₂(p₂)和Δφ₃(p₃)，其中辐射束15′和15”横穿等于h_ref(λ_ref＝λ₁，p_ref＝p_e)或h_ref(λ_ref＝λ₁，p_ref＝p_o)的阶梯高度h_j.利用例如n_o＝1.50、n_e＝1.62、λ₁＝405nm、λ₂＝650nm和λ₃＝785nm已经从方程式(4a)、(4b)以及(5a)至(5d)计算出值Δφ₂(p₂)和Δφ₃(p₃).
表I