物鏡光學系統、光拾取裝置以及光信息記錄再生裝置的製作方法

2023-07-07 15:35:01

專利名稱：物鏡光學系統、光拾取裝置以及光信息記錄再生裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及物鏡光學系統、光拾取裝置以及光信息記錄再生裝置。
近年來，在光拾取裝置中，作為用於再生光碟上記錄著的信息，或在光碟上記錄信息的光源所使用的雷射光源，其短波長化有所進展。例如，藍紫色半導體雷射，或利用第2高次諧波發生進行紅外半導體雷射波長變換的藍紫色SHG雷射等的波長為405nm的雷射光源正在被實用化。
若使用這些藍紫色雷射，那麼，在使用與DVD(數字通用盤)相同數值孔徑(NA)的物鏡的情況時，對於直徑12cm的光碟能夠紀錄15～20GB的信息，將物鏡的NA提高至0.85的情況時，對於直徑12cm的光碟則能夠紀錄23～25GB的信息。以下，本說明書中，將使用藍紫色雷射光源的光碟以及光磁碟，總稱為「高密度光碟」。
但是，僅對於這樣的高密度光碟能夠確切地進行信息的記錄/再生(記錄以及/或再生)，作為光碟播放/刻寫機的產品價值來說，不能說是很充分的。而且，以下說明書中，「記錄/再生」是指「記錄以及/或再生」。
現在，若考慮到已經有記錄了各種各樣信息的DVD、CD(小型盤)出售之現狀，則僅僅能夠對高密度光碟進行信息的記錄/再生是不夠的。例如，對用戶所持有的DVD、CD，能夠同樣進行確切的信息的記錄/再生，是提高作為高密度光碟用光碟播放/刻錄機商品價值的必經之路。由於這樣的形勢，對於裝載於高密度光碟用光碟播放/刻錄機中的光拾取裝置，希望在維持對高密度光碟、DVD以及CD的3種光碟的任何一種具有互換性的同時，具有能夠確切地記錄/再生信息性能。
作為對高密度光碟和DVD、且和CD的任何一種，在維持互換性的同時，能夠確切地記錄/再生信息的方法，可以考慮分別配備用於高密度光碟的光學系統和用於DVD或CD的光學系統，根據信息記錄/再生光碟的記錄密度選擇性地進行切換的方法。但是，在該方法中，因為必須需要多個光學系統，所以不利於小型化，另外成本增大。
因此，為了簡化光拾取裝置的結構，實現低成本化，在具有互換性的光拾取裝置中，優選的是，將高密度光碟用光學系統和DVD、CD用光學系統通用化，以極力減少構成光拾取裝置的光學部件的數量。然而，將配置在光碟對面的物鏡光學系統通用化，是最有利於光拾取裝置的結構簡單化、低成本化的。並且，對於記錄/再生之際使用的光束波長是不同的多種光碟，為了得到能夠共同使用的物鏡光學系統，有必要在物鏡光學系統中形成具有球差波長依存性的相位結構。
但是，此時因為各光碟的使用光束波長或保護基板厚不同，所以，要在光碟的信息記錄面上形成良好的校正了像差的聚光點是困難的。因此，作為這種像差的校正方法，在構成光拾取裝置的物鏡光學面設置衍射結構之技術有所公開(參照例如專利文獻1)。
(專利文獻1)特開2002-298422號公報但是，作為像差校正方法，專利文獻1中公開的技術是在物鏡的1面設置衍射結構的結構，在對波長或保護基板厚不同的2種光碟進行記錄/再生之際，不能得到充分的球差校正功能。
但是，為了在3種光碟之間達成充分的互換，有必要解決以下的問題。
高密度光碟和DVD以及CD的各光碟中使用的光束波長分別為λ1＝400nm左右，λ2＝655nm左右，λ3＝785nm，因為λ1∶λ31∶2，所以，閃耀形狀衍射結構中，衍射效率為最大的衍射級數的比是λ1∶λ3＝1∶2(例如，對λ1光束的最大衍射級數為6級時，對λ3光束的最大衍射效率的衍射級數為3級)。
另外，因為衍射效率是由波長×衍射級數的差和衍射環帶的間距決定的，所以，λ1和λ3的衍射級數為2∶1時，λ1×2-λ3×1的值變小。因此，例如，以閃耀化波長接近波長λ1的偶數倍的值，來設計衍射結構的情況時，波長λ1光束和波長λ3光束中的相互的衍射作用減小，高密度光碟和CD的互換成為困難。
也就是說，即使是在波長×衍射級數的差為小的情況時，通過利用小的衍射作用達成互換，這在理論上是可能的，但此時有必要減小衍射環帶的間距。衍射環帶的間距變小的話，透鏡等光學元件的製造成為困難，另外，在製造出的光學元件中，由於透光量降低、雷射光源的輸出變化等引起的數nm程度的微小範圍內的波長變動，將會引起產生較大像差等問題。

發明內容
本發明的目的是解決上述問題。
本發明進一步的目的，是提供在使用藍紫色雷射光源的高密度光碟和DVD和CD的3種盤之間具有互換性、並且兼顧到確保光量和球差校正的兩方面的物鏡光學系統、光拾取裝置以及光信息記錄再生裝置。
另外，本發明進一步的目的是，提供一種物鏡光學系統、光拾取裝置以及光信息記錄再生裝置，其在對光碟進行信息的記錄或再生之際，即使是因跟蹤移而產生的物鏡光學系統的透鏡移動，也能夠抑制彗差並且軸外特性良好。
通過以下所述的物鏡光學系統達到上述以及其它的目的。
一種物鏡光學系統，其用於使用在光拾取裝置中，該光拾取裝置能夠利用從第1光源射出的波長λ1的光束，對保護基板厚t1的第1光碟進行信息的再生以及/或記錄；利用從第2光源射出的波長λ2(λ1＜λ2)的光束，對保護基板厚t2(t1≤t2)的第2光碟進行信息的再生以及/或記錄；利用從第3光源射出的波長λ3(λ2＜λ3)的光束，對保護基板厚t3(t2＜t3)的第3光碟進行信息的再生以及/或記錄，其特徵在於，其具有對所述波長λ1的光束給與使L級(L為奇數)衍射光為最大衍射效率的衍射作用、對所述波長λ2的光束給與使M級(M為整數)衍射光為最大衍射效率的衍射作用、同時對所述λ3的光束給與使N級(N為整數)衍射光為最大衍射效率的衍射作用的第1衍射結構；對所述波長λ1光束、所述波長λ2光束以及所述λ3的光束中的至少1個光束，實質上不給與相位差，同時，對1個或2個光束，實質上給與相位差的第1光程差付與結構。
通過以下所述的物鏡光學系統達到上述以及其它的目的。
一種物鏡光學系統，其用於使用在光拾取裝置中，該光拾取裝置能夠利用從第1光源射出的波長λ1的光束，對保護基板厚t1的第1光碟進行信息的再生以及/或記錄；利用從第2光源射出的波長λ2(λ1＜λ2)的光束，對保護基板厚t2(t1≤t2)的第2光碟進行信息的再生以及/或記錄；利用從第3光源射出的波長λ3(λ2＜λ3)的光束，對保護基板厚t3(t2＜t3)的第3光碟進行信息的再生以及/或記錄，其特徵在於，其具有對所述波長λ1的光束給與使L級(L為奇數)衍射光為最大衍射效率的衍射作用、對所述波長λ2的光束給與使M級(M為整數)衍射光為最大衍射效率的衍射作用、同時對所述λ3的光束給與使N級(N為整數)衍射光為最大衍射效率的衍射作用的第1衍射結構；以及對所述波長λ1的光束、所述波長λ2光束以及所述λ3光束中的1個或2個光束，實質上給與相位差的第1光程差付與結構，所述波長λ1的光束入射之際，透過所述第1衍射結構以及所述第1光程差付與結構，在所述第1光碟的信息記錄面上形成良好的聚光點，所述波長λ2的光束入射之際，透過所述第1衍射結構以及所述第1光程差付與結構，在所述第2光碟的信息記錄面上形成良好的聚光點，所述波長λ3的光束入射之際，透過所述第1衍射結構以及所述第1光程差付與結構，在所述第3光碟的信息記錄面上形成良好的聚光點。
並且，本發明的上述目的，通過具有射出波長λ1光束的第1光源、射出λ2光束的第2光源、射出波長λ3光束的第3光源的上述物鏡光學系統的光拾取裝置來達成。
另外，更進一步，本發明的上述目的，通過具有用於裝填光碟的光碟裝填機構和上述光拾取裝置的光信息記錄再生裝置來達成。


圖1是光拾取裝置結構主要部分的平面示意圖；圖2是物鏡光學系統的一例側面示意圖；圖3(a)是形成在物鏡光學系統之結構的一例側面示意圖；圖3(b)是形成在物鏡光學系統之結構的一例側面示意圖；圖4(a)是形成在物鏡光學系統之結構的一例側面示意圖；圖4(b)是形成在物鏡光學系統之結構的一例側面示意圖；
圖5(a)是形成在物鏡光學系統之結構的一例側面示意圖；圖5(b)是形成在物鏡光學系統之結構的一例側面示意圖；圖6是實施例中的物鏡光學系統的側面示意圖；圖7是實施例中的縱向球差圖。
具體實施例方式
根據本發明的第1形態，一種物鏡光學系統，其用於使用在光拾取裝置中，該光拾取裝置能夠利用從第1光源射出的波長λ1的光束，對保護基板厚t1的第1光碟進行信息的再生以及/或記錄；利用從第2光源射出的波長λ2(λ1＜λ2)的光束，對保護基板厚t2(t1≤t2)的第2光碟進行信息的再生以及/或記錄；利用從第3光源射出的波長λ3(λ2＜λ3)的光束，對保護基板厚t3(t2＜t3)的第3光碟進行信息的再生以及/或記錄，其特徵在於，其具有對所述波長λ1的光束給與使L級(L為奇數)衍射光為最大衍射效率的衍射作用、對所述波長λ2的光束給與使M級(M為整數)衍射光為最大衍射效率的衍射作用、同時對所述λ3的光束給與使N級(N為整數)衍射光為最大衍射效率的衍射作用的第1衍射結構；對所述波長λ1光束、所述波長λ2光束以及所述λ3的光束中的至少1個光束，實質上不給與相位差，同時，對1個或2個光束，實質上給與相位差的第1光程差付與結構。
根據本發明的第2形態，一種物鏡光學系統，其用於使用在光拾取裝置中，該光拾取裝置能夠利用從第1光源射出的波長λ1的光束，對保護基板厚t1的第1光碟進行信息的再生以及/或記錄；利用從第2光源射出的波長λ2(λ1＜λ2)的光束，對保護基板厚t2(t1≤t2)的第2光碟進行信息的再生以及/或記錄；利用從第3光源射出的波長λ3(λ2＜λ3)的光束，對保護基板厚t3(t2＜t3)的第3光碟進行信息的再生以及/或記錄，其特徵在於，其具有對所述波長λ1的光束給與使L級(L為奇數)衍射光為最大衍射效率的衍射作用、對所述波長λ2的光束給與使M級(M為整數)衍射光為最大衍射效率的衍射作用、同時對所述λ3的光束給與使N級(N為整數)衍射光為最大衍射效率的衍射作用的第1衍射結構；以及對所述波長λ1的光束、所述波長λ2光束以及所述λ3光束中的1個或2個光束，實質上給與相位差的第1光程差付與結構，所述波長λ1的光束入射之際，透過所述第1衍射結構以及所述第1光程差付與結構，在所述第1光碟的信息記錄面上形成良好的聚光點，所述波長λ2的光束入射之際，透過所述第1衍射結構以及所述第1光程差付與結構，在所述第2光碟的信息記錄面上形成良好的聚光點，所述波長λ3的光束入射之際，透過所述第1衍射結構以及所述第1光程差付與結構，在所述第3光碟的信息記錄面上形成良好的聚光點。
根據上述第1、第2形態，通過使用第1衍射結構，使波長λ1的衍射光中的衍射效率為最大衍射光的衍射級數為奇數，不僅對波長λ1光束，而且對波長λ3光束也能夠給與有效的衍射作用，這樣，能夠利用衍射作用提高互換性。
另外，因為第1光程差付與結構實質上能夠對波長λ1、波長λ2以及波長λ3光束中的1個或2個光束給與相位差，所以，能夠通過第1衍射結構的衍射，對校正不足或過剩校正的1個或2個光束，進行適宜的像差校正。
根據本發明的第3形態，是在第1或第2形態中所記載的物鏡光學系統中，優選的是，對所述第1光碟、所述第2光碟以及所述第3光碟進行信息再生以及/或記錄時的所述物鏡光學系統的成像放大率實質上相同。
根據上述的發明形態，對波長λ1、波長λ2以及波長λ3所有波長的光束，都能夠良好的進行球差校正。另外，能夠使用將多個光源封裝化為1個的光源，能夠減少光拾取裝置的部件件數，實現小型化以及低成本化。
根據本發明的第4形態，是在第3形態中記載的物鏡光學系統中，優選成像放大率為0。
根據本發明的第5形態，是在第1乃至第3形態的任何一個中記載的物鏡光學系統中，優選的是，對所述第1光碟進行信息的再生以及/或記錄時，所述波長λ1的光束以平行光束入射到所述物鏡光學系統；對所述第2光碟進行信息的再生以及/或記錄時，所述波長λ2的光束以平行光束入射到所述物鏡光學系統；對所述第3光碟進行信息的再生以及/或記錄時，所述波長3的光束以平行光入射到所述物鏡光學系統。
根據上述第4以及第5形態，因為將波長λ1、波長λ2以及波長λ3的所有光束，都是以平行光束入射到物鏡光學系統中，所以，物鏡光學系統在跟蹤方向作位移時，也能夠抑制彗差、像散的產生量。換而言之，能夠使跟蹤時物鏡光學系統的位移(透鏡的位移)時的軸外特性良好。
根據本發明的第6形態，是在第2形態中記載的物鏡光學系統中，優選的是，所述第1光程差付與結構對所述波長λ1、所述λ2以及所述λ3光束中的僅1個或2個光束，實質上給與相位差。
根據本發明的第7形態，是在第2形態中記載的物鏡光學系統中，優選的是，所述第1光程差付與結構對所述波長λ1、所述λ2以及所述λ3光束中的僅所述波長λ2光束，實質上給與相位差，所述波長λ2光束入射之際，經所述第1衍射結構以及所述第1光程差付與結構，在所述第2光碟的信息記錄面上形成良好的聚光點。
根據本發明的第8形態，是在第1乃至第7形態的任何一個中記載的物鏡光學系統中，優選的是，所述第1衍射結構是鋸齒狀的結構；所述第1光程差付與結構形成為，是以光軸為中心的同心圓狀地形成多個具有階梯結構的環帶。
根據本發明的第9形態，是在第8形態中記載的物鏡光學系統中，優選的是，所述物鏡光學系統由1個光學元件構成，或大於或等於2個光學元件組合構成，以形成了所述第1光程差付與結構的光學元件對所述波長λ1光束的折射率為n1；所述第1光程差付與結構中的所述階梯結構的光軸方向上的臺階差量為d1；所述階梯結構的不連續部位的數量為m1(整數)，以d＝λ1/(n1-1)時，滿足1.8×d≤d1≤2.2×d且4≤m1≤6。
根據以上所述，能夠用第1衍射結構校正波長λ1以及λ3光束的球差以及/或波陣面像差；用第1光程差付與結構校正波長λ2光束的球差以及/或面陣面像差。這樣，可以不使1個衍射結構來負擔對各波長的像差校正功能，而是用多個結構來分擔，所以，增大了透鏡設計的自由度。
根據本發明的第10形態，是在第1乃至第9形態的任何一個中記載的物鏡光學系統中，優選的是，所述第1光程差付與結構對所述波長λ1、所述波長λ2以及所述波長λ3光束中的僅所述波長λ2光束，實質上給與相位差。
根據以上所述，能夠用第1衍射結構校正波長λ1以及λ3光束的球差以及/或波陣面像差；用第1光程差付與結構校正波長λ2光束的球差以及/或面陣面像差。這樣，可以不使1個衍射結構來負擔對各波長的像差校正功能，而是用多個結構來分擔，所以，增加了透鏡設計的自由度。
根據本發明的第11形態，是在第1乃至第10形態的任何一個中記載的物鏡光學系統中，優選的是，所述波長λ1、所述λ2以及λ3滿足370nm≤λ1≤450nm620nm≤λ2≤690nm750nm≤λ3≤830nm。
根據本發明的第12形態，是在第1乃至第11形態的任何一個中記載的物鏡光學系統中，優選L＝M＝1。
根據本發明的第13形態，是在第1乃至第11形態的任何一個中記載的物鏡光學系統中，優選L＝M＝N＝1。
根據本發明的第14形態，是在第1乃至第10形態的任何一個中記載的物鏡光學系統中，優選L＝3，M＝N＝2。
根據上述第12形態乃至14形態的任何一個形態，在從光源射出的光束的波長中，即使存在波長偏差(例如，由於光源的製造誤差等原因，從光源射出的光束的波長λ1由於使用的光源，存在數nm左右的偏差的情況)或波長變動，也能夠將衍射效果的變化抑制為較小。因為衍射級數越為低級數，越能夠使波長變動引起的衍射效果的變化小，所以，較優選上述第13形態。
根據本發明的第15形態，是在第1乃至第14形態的任何一個中記載的物鏡光學系統中，優選的是，當以所述L級、所述M級以及所述N級衍射光的衍射效率分別為η1、η2以及η3時，η1＞70％，η2＞70％以及η3＜80％。
根據上述的發明形態，對光碟的信息記錄/再生來說不利用的不要光束，即幹擾成分能夠抑制，從而提高S/N。
另外進一步地，更優選的是，η1＞85％，η2＞80％以及η3＜75％，進一步確保L級衍射光以及M級衍射光的光量，能夠更加提高S/N。另外，上述中，作為η1以及η2的上限，以及η3的下限，優選的是，100％≥η1，100％≥η2，以及40％＜η3。
根據本發明的第16形態，是在第1乃至第15形態的任何一個中記載的物鏡光學系統中，優選的是，所述物鏡光學系統是由配置在光源側的第1光學元件和配置在光碟側的第2光學元件的至少2個光學元件的組合構成的。
根據上述的發明形態，通過將物鏡光學系統構成為是由2個光學元件組成的2組結構，能夠增加校正像差的自由度。
根據本發明的第17形態，是在第1乃至第15形態的任何一個中記載的物鏡光學系統中，優選的是，所述物鏡光學系統是由所述配置在光源側的第1光學元件和所述配置在光碟側的第2光學元件的2個光學元件的組合構成的。
根據本發明的第18形態，是在第16或是第17形態中記載的物鏡光學系統中，優選的是，所述第1光學元件具有所述第1光程差付與結構，所述第2光學元件具有所述第1衍射結構。
根據上述的發明形態，因為是在1個光學元件上設置1個結構，所以，與在1個光學元件上設置2個結構的情況相比較，能夠使光學元件單體成型時的允許誤差增大。
根據本發明的第19形態，是在第18形態中記載的物鏡光學系統中，優選的是，所述第1光學元件的所述光源側的光學面具有所述第1光程差付與結構。
根據上述的發明形態，尤其是用階梯狀的衍射結構構成第1光程差構成的情況時，與鋸齒狀的衍射結構相比較光軸方向的臺階差量增大，容易產生由於光束傾斜入射引起的遮光，發生衍射效率低下，但是，能夠抑制如此遮光的發生，抑制衍射效率的低下。
根據本發明的第20形態，是在第16或是第17形態中記載的物鏡光學系統中，優選的是，所述第1光學元件具有所述第1光程差付與結構以及所述第1衍射結構。
根據本發明的第21形態，是在第20形態中記載的物鏡光學系統中，優選的是，所述第1光學元件的所述光源側的光學面具有所述第1光程差付與結構。
根據本發明的第22形態，是在第16乃至第21形態的任何一個中記載的物鏡光學系統中，當以所述第1光學元件的焦點距離為f1，所述第2光學元件的焦點距離為f2時，優選滿足|f1/f2|＜0.1，且|1/f1|＜0.02。
根據上述的發明形態，因為第1光學元件的折射力變弱，所以，能夠抑制第1光學元件和第2光學元件的組裝誤差。
根據本發明的第23形態，是在第16乃至第22形態的任何一個中記載的物鏡光學系統中，優選的是，所述第1光學元件的至少1面是近軸的曲率半徑大致為無限大。
根據上述的發明形態，因為第1光學元件的折射力減弱，所以，能夠抑制第1光學元件和第2光學元件的組裝誤差。
根據本發明的第24形態，是在第1乃至第23形態的任何一個中記載的物鏡光學系統中，優選的是，所述物鏡光學系統具有對所述波長λ1以及所述波長λ2的光束實質上不給與相位差，同時對所述波長λ3的光束實質上給與相位差的第2光程差付與結構，所述第2光程差付與結構通過形成多個以光軸為中心的同心圓狀的環帶來構成，設定為所述波長λ1的光束透過所述第2光程差付與結構的各環帶之際付與所述波長λ1的P倍的光程差；所述波長λ2的光束透過所述第2光程差付與結構的各環帶之際付與所述波長λ2的Q倍的光程差，所述P和Q的組合為(P，Q)＝(5，3)、(8，5)、(10，6)的任何一個。
根據上述的發明形態，物鏡光學系統具有的第2光程差付與結構通過在波長λ1以及波長λ2的光束透過第2光程差付與結構的各環帶之際，付與波長λ1的P倍以及波長λ2的Q倍的光程差，而對波長λ1以及波長λ2的光束實質上不給與相位差。由此，當使用波長在微小範圍內(數nm程度)變動時，使得該光束因透過上述第1衍射結構以及第1光程差付與結構而產生的球差，能夠用因透過第2光程差付與結構而產生的球差來進行抵消作用，並且能夠減低當使用波長在微小範圍內變動時光拾取裝置整體的球差的發生量。
根據本發明的第25形態，是在第24形態的中記載的物鏡光學系統中，優選的是，用光程差函數(h)，將第2光程差付與結構表示為(h)＝(B2×h2+B4×h4+…+B2i×h2i)×λ×P，當代入係數B2＝0時，(hmax)＞0。
其中，h為距光軸的高度，B2i為光程差函數係數，i為自然數，λ為閃耀化波長，hman為對第1光碟的，與光碟側數值孔徑相當的距光軸的高度。
根據上述的發明形態，尤其是在用塑料構成具有第2光程差付與結構的光學元件的情況時，能夠抑制環境溫度變化時折射率變化伴隨的像差的發生等。
根據本發明的第26形態，是在第25形態的中記載的物鏡光學系統中，優選的是，用光程差函數1，將所述第1衍射結構表示為1(h)＝(A2×h2+A4×h4+…+A2i×h2i)×λ×N時，係數A2≠0。
其中，h為距光軸的高度，A2i為光程差函數係數，i為自然數，λ為閃耀化波長。
根據上述的發明形態，通過使A2≠0，可以將不要光的焦點位置離開使用光的焦點位置，能夠提高光拾取裝置的檢出器中的發射光的檢出性。而且，從提高上述檢出性的觀點來說，更優選在|A2|＞0.02的範圍內。
根據本發明的第27形態，是在第24形態的中記載的物鏡光學系統中，優選的是，用光程差函數(h)，將第2光程差付與結構表示為(h)＝(B2×h2+B4×h4+…+B2i×h2i)×λ×P，係數B2≠0。
其中，h為距光軸的高度，B2i為光程差函數係數，i為自然數，λ為閃耀化波長。
根據上述的發明形態，通過使B2≠0，可以將不要光的焦點位置相對於使用光的焦點位置來說離開，能夠提高光拾取裝置的檢出器中的發射光的檢出性。而且，從提高上述檢出性的觀點來說，更優選在|B2|＞0.02的範圍內。
根據本發明的第28形態，是在第1乃至第27形態的任何一個中記載的物鏡光學系統中，優選的是，對所述第3光碟進行信息的再生以及/或記錄時，所述N級衍射光的焦點位置和(N±1)級衍射光的焦點位置在光軸方向離開大於或等於0.01mm。
根據上述的發明形態，通過使N級衍射光的焦點位置和(N±1)級衍射光的焦點位置分開，能夠提高光拾取裝置的光檢出器中的N級衍射光的反射光的檢出性。
根據本發明的第29形態，是在第1乃至第28形態的任何一個中記載的物鏡光學系統中，優選具有孔徑限制功能。
根據上述的發明形態，能夠減低構成物鏡光學系統的部件點數，使更小型化和低成本化成為可能。
根據本發明的第30形態，是第29形態中記載的物鏡光學系統，其中，優選的是，所述孔徑限制功能由只透過特定波長光束的分色濾光器達成。
根據本發明的第31形態，是在第29形態中記載的物鏡光學系統中，優選的是，所述孔徑限制功能由通過對規定波長光束付與衍射作用，將該光束聚光於信息記錄面外的功能來達成。
根據上述的發明形態，因為沒有必要另外設置實施了具有波長選擇性的特殊塗層的分色濾光器，所以，使更小型化和低成本化成為可能。
根據本發明的第32形態，是在第1乃至第31形態的任何一個中記載的物鏡光學系統中，優選的是，所述物鏡光學系統的至少1個光學面是分為以光軸為中心的同心圓狀並且含光軸的第1區域和位於所述第1區域周邊的第2區域的至少2個區域，通過對透過所述第2區域的所述波長λ3的光束付與衍射作用，使透過所述第2區域的所述波長λ3的光束聚光於所述第3光碟的信息記錄面外。
根據本發明的第33形態，是在第32形態中記載的物鏡光學系統中，優選的是，在所述第2區域的周邊具有第3區域，透過所述第3區域的所述波長λ1的光束聚光於所述第1光碟的信息記錄面外，或透過所述第3區域的所述波長λ2的光束聚光於所述第2光碟的信息記錄面外。
根據上述的發明形態，能夠防止對光碟的信息記錄/再生來說不利用的不要光束產生幹擾影響。
根據本發明的第34形態，是在第32或第33形態中記載的物鏡光學系統中，優選的是，所述第1區域具有所述第1衍射結構。
根據本發明的第35形態，是在第32或第33形態中記載的物鏡光學系統中，優選的是，所述第1區域具有所述第1光程差付與結構，所述第2區域分為離光軸近的第2A區域和離光軸遠的第2B區域，所述第2A區域具有通過以光軸為中心的同心圓狀地形成多個具有階梯結構的環帶來構成的第2衍射結構，所述第2衍射結構對所述波長λ1的光束實質上不給與相位差，對所述波長λ2以及所述λ3的光束實質上給與相位差。
根據本發明的第36形態，是在第1乃至第35形態的任何一個中記載的物鏡光學系統中，優選t1＝t2。
根據本發明的第37形態，優選的是，光拾取裝置具有射出波長λ1光束的第1光源、射出波長λ2光束的第2光源和射出波長λ3光束的第3光源的第1乃至第36形態的任何一個中記載的物鏡光學系統。
根據本發明的第38形態，優選的是，光信息記錄再生裝置具有用來裝填光碟的光碟裝填機構和第37形態中記載的光拾取裝置。
另外，以上各形態，其中，優選的是，波長λ1和波長λ3滿足以下關係，但是，透過高衍射效率，達成利用有效衍射作用的互換。
1.6≤λ3/λ1≤2.3根據上述的發明形態，因為波長λ3略為波長λ1的2倍波長，所以，用第1衍射結構，與以波長λ1的衍射光中的衍射效率為最大的衍射光的衍射級數為奇數相關連，不僅僅是波長λ1的光束，對波長λ3的光束也能夠給與更有效的衍射作用，能夠更加提高利用衍射作用的互換性。
本說明書中，可以將使用藍紫色半導體雷射或藍紫色SHG雷射作為信息記錄/再生用光源的光碟，總稱為「高密度光碟」，除了由NA0.85的物鏡光學系統進行信息的記錄/再生，保護層(保護膜)的厚度為0.1mm左右規格的光碟(例如藍光光碟)之外，也包括由NA0.65乃至0.67的物鏡光學系統進行信息的記錄/再生，保護層的厚度為0.6mm左右規格的光碟(例如HDDVD)。另外，除了在其信息記錄面上具有這種保護層的光碟之外，也包括信息記錄面上具有數～數十nm左右厚度的保護層的光碟、或保護層厚度為0的光碟。另外，本說明書中，高密度光碟也包括使用藍紫色半導體雷射或藍紫色SHG雷射作為信息記錄/再生用光源的光磁碟。
本說明書中，DVD是DVD-ROM、DVD-Video、DVD-Audio、DVD-RAM、DVD-R、DVD-RW、DVD+R、DVD+RW等DVD系列光碟的總稱，CD是CD-ROM、CD-Audio、CD-Video、CD-R、CD-RW等CD系列光碟的總稱。
另外，本說明書中，「物鏡光學系統」是指至少具有聚光元件的光學系統，該聚光元件，其配置在光拾取裝置中，位於光碟對面，並且具有將從光源射出的波長相互不同的光束分別聚光於記錄密度相互不同的光碟的信息記錄面上的功能。物鏡光學系統也可以是只由聚光元件構成的。
並且，具有與上述聚光元件一體的，通過傳動裝置進行跟蹤以及對焦的光學元件的情況時，由這些光學元件和聚光元件構成的光學系統為物鏡光學系統。
另外，本說明書中，「實質上不給與相位差」不單單是指完全沒有相位變化的狀態，而是指光程差付與後的狀態中的相位的變化在±0.2π以內的狀態。因此，本說明書中，「實質上給與相位差」是指光程差付與後的狀態中的相位的變化超過±0.2π的狀態。
另外，本書明書中，「形成良好的聚光點」是指在該當光碟的信息記錄面上的波陣面像差小於或等於0.07λrms。
另外，本書明書中，「實質上成像放大率相同」是指成像放大率的差在大於或等於-0.008且小於或等於+0.008。
另外，本書明書中，「曲率半徑大致無限大」是指在光軸上的曲率半徑大於或等於200m。較優選曲率半徑大於或等於500m，更優選平面。
另外，本書明書中，「光程差付與結構」是指對入射光束付與光程差的結構，包括例如使得特定波長的光束產生衍射光的衍射結構，或付與特定波長的光束相位差的結構(相位差付與結構)。
參照附圖，就實施本發明的最佳形態進行說明。
圖1是能夠對高密度光碟HD(第1光碟)和DVD(第2光碟)和CD(第3光碟)的任何一個，進行確切的信息記錄/再生的第1光拾取裝置PU的結構概略示意圖。
(第1實施形態)高密度光碟HD的光學規格為第1波長λ1＝408nm，第1保護層PL1的厚度t1＝0.0875mm，數值孔徑NA1＝0.85；DVD的光學規格為第2波長λ2＝658nm，第2保護層PL2的厚度t2＝0.6mm，數值孔徑NA2＝0.60；CD的光學規格為第3波長λ3＝785nm，第3保護層PL3的厚度t3＝1.2mm，數值孔徑NA3＝0.45。
第1光碟、第2光碟以及第3光碟的記錄密度(ρ1、ρ2、ρ3)的關係為ρ3＜ρ2＜ρ1，分別對第1光碟、第2光碟以及第3光碟進行信息的記錄以及/或再生時的物鏡光學系統OBJ的各自成像放大率(第1放大率M1、第2放大率M2、第3放大率M3)為M1＝M2＝M3＝0。但是，本發明中，波長、保護層的厚度、數值孔徑、記錄密度以及放大率的組合不限於上述舉例。
光拾取裝置PU包括對高密度光碟HD進行信息記錄/再生時發光的，射出波長408nm雷射光束(第1波長λ1的第1光束)的藍紫色半導體雷射器LD1(第1光源)；接受來自於高密度光碟HD的信息記錄面RL1的反射光的第1光檢出器PD1；對DVD進行信息記錄/再生時發光的，射出波長658nm雷射光束(第2波長λ2的第2光束)的紅色半導體雷射器LD2(第2光源)；對CD進行信息記錄/再生時發光的，射出波長785nm雷射光束(第3波長λ3的第3光束)的紅外半導體雷射器LD3(第3光源)；接受來自於DVD的信息記錄面RL2的反射光，同時，接受來自於CD的信息記錄面RL3的反射光的第2光檢出器PD2；由像差校正元件L1(第1光學元件)和具有將透過該像差校正元件L1的雷射光束聚光於信息記錄面RL1、RL2、RL3上功能的兩面非球面聚光元件L2(第2光學元件)構成的物鏡光學系統OBJ；跟蹤以及對焦之際，用來驅動物鏡光學元件OBJ的2軸傳動裝置AC1；與高密度光碟HD的數值孔徑NA1對應的光圈STO；第1至第4偏振光分光器BS1、BS2、BS3、BS4；第1至第3準直透鏡COL1、COL2、COL3；由負透鏡E1和正透鏡E2構成的光擴展器EXP；第1傳感透鏡SEN1、第2傳感透鏡SEN2等。
在光拾取裝置PU中，對高密度光碟HD進行信息記錄/再生時，其光線經路如圖1中用實線描出的那樣，使藍紫色半導體雷射器LD1發光。從藍紫色半導體雷射器LD1射出的發散光束經第1準直透鏡COL1變換成平行光束後，透過第1偏振光分光器BS1、光擴展器EXP、第2偏振光分光器BS2之後，經光圈STO限制光束徑，由物鏡光學系統OBJ介於第1保護層PL1，在信息記錄面RL1上形成斑點。有關物鏡光學系統OBJ對波長λ1光束給與的作用，在後面敘述。物鏡光學系統OBJ通過配置在其周圍的2軸傳動裝置AC1進行對焦或跟蹤。
在信息記錄面RL1上，利用信息槽調製的反射光束，再次透過物鏡光學系統OBJ、第2偏振光分光器BS2、光擴展器EXP後，經第1偏振光分光器BS1反射，經傳感透鏡SEN1給與像散，經第3準直透鏡COL3變換成收斂光束，收束於第1光檢出器PD1的受光面上。然後，利用第1光檢出器PD1的輸出信號，能夠讀取高密度光碟HD記錄的信息。
另外，對DVD進行信息的記錄/再生時，首先使紅色半導體雷射器LD2發光。從紅色半導體雷射器LD2射出的發散光束，其光線經路如圖1中用虛線描出的那樣，透過第3偏振光分光器、第4偏振光分光器，經第2準直透鏡COL2變成平行光束後，經第2偏振光分光器BS2反射，由物鏡光學系統OBJ經由第2保護層PL2，在信息記錄面RL2上形成斑點。有關物鏡光學系統OBJ對波長λ2光束給與的作用，在後面敘述。物鏡光學系統OBJ通過配置在其周圍的2軸傳動裝置AC1進行對焦或跟蹤。在信息記錄面RL2上，利用信息槽調製反射的光束，再次透過物鏡光學系統OBJ，經第2偏振光分光器BS2反射，經第2準直透鏡COL2變換成收斂光束，經第4偏振光分光器BS4反射，經第2傳感透鏡SEN2給與像散，收束於第2光檢出器PD2的受光面上。然後，利用第2光檢出器PD2的輸出信號，能夠讀取高密度光碟DVD記錄的信息。
另外，對CD進行信息的記錄/再生時，使紅外半導體雷射器LD3發光。從紅外半導體雷射器LD3射出的發散光束，其光線經路如圖1中用虛線描出的那樣，經第3偏振光分光器反射，透過第4偏振光分光器，經第2準直透鏡COL2變成平行光束後，經第2偏振光分光器BS2反射，由物鏡光學系統OBJ經由第3保護層PL3，在信息記錄面RL3上形成斑點。有關物鏡光學系統OBJ對波長λ3光束給與的作用，在後面敘述。物鏡光學系統OBJ通過配置在其周圍的2軸傳動裝置AC1進行對焦或跟蹤。在信息記錄面RL3上，利用信息槽調製反射的光束，再次透過物鏡光學系統OBJ，經第2偏振光分光器BS2反射，經第2準直透鏡COL2變換成收斂光束，經第4偏振光分光器BS4反射，經第2傳感透鏡SEN2給與像散，收束於第2光檢出器PD2的受光面上。然後，利用第2光檢出器PD2的輸出信號，能夠讀取高密度光碟CD記錄的信息。
接下去，就有關物鏡光學系統OBJ的結構作說明。像差校正元件L1是d線折射率nd為1.5091，阿貝數νd為56.5的塑料透鏡，對波長λ1的折射率為1.5242，對波長λ2的折射率為1.5064，對波長λ3的折射率為1.5050。另外，聚光元件L2的d線折射率nd為1.5435，阿貝數νd為56.3的塑料透鏡。而且，圖中是省略的，在像差校正元件L1的光學功能部位(第1光束透過的區域)以及聚光元件L2的光學功能部位(第2光束透過的區域)各自的周圍，具有與各自的光學功能部位形成為一體的凸緣部，通過該凸緣部的一部分之間的相互接合，像差校正元件L1和聚光元件L2被一體化，構成能夠作為單一物鏡光學系統處理的結構。
而且，將像差校正元件L1和聚光元件L2一體化時，也可以使用別的部件鏡框，構成介由該鏡框使兩者一體化的結構。
像差校正元件L1的半導體雷射光源側的光學面S1(入射面)如圖2所示，含光軸L，朝光軸L方向看像差校正元件L1時，分為與小於或等於數值孔徑NA3的區域對應的，以光軸L為中心的圓狀的第1區域AREA1；同樣朝光軸L方向看時，以光軸L為中心的同心圓狀，並且比第1區域AREA1更靠近外側且小於或等於數值孔徑NA2的區域的第2區域AREA2；同樣朝光軸L方向看時，以光軸L為中心的同心圓狀，並且比第2區域AREA2更靠近外側且小於或等於數值孔徑NA1的區域的第3區域AREA3，並且，第2區域被分為離光軸近的第2A區域2A和離光軸遠的第2B區域2B。
第1區域形成有第1光程差付與結構10，第2A區域形成有第2衍射結構20，第2B區域以及第3區域也形成有衍射結構，分別形成有衍射結構20′、衍射結構30。
如圖3模式性所示，第1光程差付與結構10、第2衍射結構20、第2B區域的衍射結構20′以及第3區域的衍射結構30都構成為以光軸L為中心的同心圓狀地形成多個具有一定數量的臺階部11和不連續部位12構成的階梯結構的環帶13結構。
第2衍射結構20與第1光程差付與結構10比較，連續部位12的數量不同，第1光程差付與結構10和第2B區域的衍射結構20′的不連續部位的數量相同。
作為第1光程差付與結構10，除圖3所示以外，也可以是例如如圖4模式性所示那樣，由多個環帶15構成的，含光軸L的截面形狀為鋸齒形狀的結構；或如圖5模式性所示那樣，臺階部16的臺階差的方向是在有效徑內同一的多個環帶17構成，並且含光軸L的截面形狀為階梯形狀的結構。例如，圖5(a)中模式性所示的，是在以光軸L為中心的在有效徑內，通過使階梯結構成一直上升的階梯形狀，是臺階部16的臺階差的方向在有效徑內為同一的一個例子，圖5(b)中模式性所示的，是在以光軸L為中心的在有效徑內，通過使階梯結構成一直下降的階梯形狀，而是臺階部16的臺階差的方向在有效徑內為同一的一個例子。而且，圖3至圖5是模式性的顯示了將各結構形成在平面上的情況，但也可以將各結構形成在球面或非球面上。
作為第2衍射結構20、第2B區域的衍射結構20′以及第3區域的衍射結構30，除圖3所示以外，也可以是如圖4所示截面形狀為鋸齒形狀的結構。
第1光程差付與結構10被設定為在透過不連續部位12的波長λ1、波長λ2以及波長λ3的光束之中，僅對波長λ2的光束實質上給與相位差，對波長λ1和波長λ3的光束實質上不給與相位差。因為波長λ2的光束通過實質上被給與相位差而受到衍射作用，因此可以將發生的波長λ2的衍射光中，能夠在DVD中利用具有最高衍射效率的衍射光。
具體的是設計為，以形成有第1光程差付與結構10的像差校正元件L1對波長λ1光束的折射率為n1，以第1光程差付與結構10中的階梯結構的臺階部11的光軸L方向的臺階差量為d1(參照圖3)，以不連續部位12的數量為m1(整數)，以d＝λ1/(n1-1)時，滿足1.8×d≤d1≤2.2×d，以及4≤m1≤6。
由此，第1光程差付與結構10中的階梯結構的臺階差量，被設定為是波長λ1的大致整數倍的深度。對臺階差量(臺階差的深度)被設定為如此的階梯結構，當波長λ1的光束入射時，鄰接的臺階部之間發生λ1的大致整數倍的光程差，實質上不給與波長λ1的光束相位差，所以，波長λ1的入射光在第1光程差付與結構10中不被衍射地保持原樣地透過。
另外，對該階梯結構，在波長λ3的光束入射的情況下，由于波長λ3為波長λ1的兩倍，所以在鄰接的臺階部之間產生λ3大致整數倍的光程差，並且波長λ3的光束也與波長λ1的光束同樣，不給予實質的相位差，在第1光程差付與結構10中不被衍射地保持原樣地透過。
另外，對波長λ2的入射光束，因為產生與臺階差量(臺階差的深度)和不連續部位的數量相對應的相位差，所以，利用其衍射作用，例如，能夠利用具有高衍射效率的衍射級數的衍射光，對DVD進行信息的記錄/再生，同時，能夠進行DVD的色差校正或伴隨溫度變化的球差的校正。
另外，對CD的信息的記錄/再生時，因為僅利用波長λ3的光束中的透過第1區域AREA1的光束，所以，透過第2區域AREA2的波長λ3的光束成為不要的光束。在此，使透過第2區域AREA2的波長λ3的光束不聚光於CD的信息記錄面RL3上，通過形成在第2A區域的第2衍射結構20以及形成在第2B區域的衍射結構20′給與衍射作用，使由此產生的衍射光中，持有較高衍射效率(例如大於或等於30％)的衍射級數的衍射光耀斑化(原來，為了對有用的聚光點不給與壞的影響，使其飛離聚光點，或使其分散)。而且，此時，對波長λ3的光束來說具有高衍射效率的衍射光的衍射級數，與對波長λ2的光束來說具有高衍射效率的衍射光的衍射級數是不同的級數。
通過該耀斑化，能夠使物鏡光學系統OBJ持有與數值孔徑NA3對應的孔徑限制功能，同時，通過第2衍射結構20，從第1區域AREA1到第2A區域，能夠使波長λ3的光束的縱球差為不連續像差，能夠提高第2光檢出器PD2中的波長λ3光束的來自於CD的反射光的檢出精度。
並且，對波長λ3光束的多個衍射光(例如+1級和-1級的衍射光)具有大致相同衍射效率(例如40％程度)的情況下，這種情況時，可以使衍射效率高的衍射級數的多個衍射光的全部、或有可能在CD的信息記錄面RL3上聚光的衍射級數的衍射光進行耀斑化。
另外，透過第2區域AREA2的波長λ1的光束實質上沒有被給與相位差而保持原樣地透過，但是，透過第2區域AREA2的波長λ2的光束實質上被給與相位差，所以，利用其衍射作用，例如，能夠利用具有高衍射效率的衍射級數的衍射光，對DVD進行信息的記錄/再生，同時，能夠進行DVD的色差校正或伴隨溫度變化的球差的校正。
另外，對DVD以及CD的信息的記錄/再生來說，透過第3區域AREA3的波長λ2的光束以及波長λ3的光束成為不要光束。在此，使透過第3區域AREA3的波長λ2的光束不聚光於DVD的信息記錄面RL2上，同時，使透過第3區域AREA3的波長λ3的光束不聚光於CD的信息記錄面RL3上，通過形成在第3區域AREA3的衍射結構30給與衍射作用，使由此產生的衍射光中，持有較高衍射效率(例如大於或等於30％)的衍射級數的衍射光耀斑化。並且，雖然多個衍射光(例如+1級和-1級的衍射光)具有大致相同衍射效率(例如40％左右)的情況下，這種情況時，可以使衍射效率高的衍射級數的多個衍射光全部、或有可能在DVD以及CD的信息記錄面RL2、RL3上聚光的衍射級數的衍射光進行耀斑化。由此，可以使物鏡光學系統OBJ持有與NA2相關的孔徑限制功能。
像差校正元件L1的光碟側的光學面S2(出射面)形成有第2光程差結構40。
第2光程差結構40如圖5所示，由臺階部16的臺階差的方向在有效徑為同一的多個環帶17構成，含光軸L的截面形狀為階梯形狀，對波長λ1以及波長λ2的入射光實質上不給與相位差。
具體的是，第2光程差付與結構40設定為當波長λ1的入射光透過所述各環帶17之際，付與波長λ1的P倍的光程差；當所述波長λ2的入射光透過所述各環帶之際，付與波長λ2的Q倍的光程差，設計為如果採用光程差函數(h)，則由(h)＝(B2×h2+B4×h4+…+B2i×h2i)×λ×P限定，代入係數B2＝0時，使(hmax)＞0。
其中，h為距光軸的高度，B2i為光程差函數係數，i為自然數，λ為閃耀化波長，hmax是為高密度光碟HD的數值孔徑NA1距光軸L的高度。
P和Q的組合為(P，Q)＝(5，3)、(8，5)、(10，6)的任何一個。
波長λ1以及波長λ2的光束垂直入射到形成有第2光程差付與結構40的光學面(本實施形態中是出射面S2)時，；利用第2光程差付與結構，波長λ1以及波長λ2光束光的出射角的不同，用下述式(1)(2)的差表示。
-n1×sin(θ1)＝P×λ1/p(1)-n2×sin(θ2)＝Q×λ2/p(2)n1波長λ1時的像差校正元件L1的折射率n2波長λ2時的像差校正元件L1的折射率θ1經第2光程差付與結構的波長λ1光束的出射角θ2經第2光程差付與結構的波長λ2光束的出射角p第2光程差付與結構中的環帶的間距一般地說，已經知道對光學元件的折射力給與的影響，起因于波長變化的影響要比起因於光學元件自身的折射率變化的影響大，本實施形態中，經第2光程差付與結構40的折射(出射角)依存于波長λ1以及波長λ2的波長變化。
例如，當波長λ1＝405nm，波長λ2＝655nm時，若(P，Q)＝(1，1)則λ1與(Q/P)×λ2的差為250nm，由於衍射作用各光束的出射角的差變大，但是，(P，Q)＝(5，3)則為-12nm，(P，Q)＝(8，5)則為4nm，(P，Q)＝(10，6)則為-12nm地變小。因此，通過採用(P，Q)＝(5，3)、(8，5)、(10，6)的任何一個組合，使由於衍射作用的各光束的出射角成大致相等，可以作為實質上大致沒有相互的衍射作用來處理。在此，如上所述，通過使(hmax)＞0地設計第2光程差付與結構，在波長λ1和波長λ2光束有數nm左右的波長變動產生時，能夠用第2光程差付與結構40來減低由於第1衍射結構50以及第1光程差付與結構10產生的像差。
聚光元件L2的半導體雷射光源側的光學面S1(入射面)上形成有如圖2所示第1衍射結構50。
第1衍射結構50如圖4所示，有多個環帶15構成，含光軸L的截面形狀為鋸齒形狀。
作為第1衍射結構50，除了圖4所示的以外，也可以是如圖3所示的那樣。
透過像差校正元件L1的波長λ1、波長λ2以及波長λ3的各光束受到來自利用第1衍射結構50而產生的衍射作用。由此產生的波長λ1光束的L級衍射光(L為奇數)在聚光元件L2的出射面S2中受到折射作用之後，在高密度光碟HD的信息記錄面RL1上形成聚光點。另外，波長λ2光束的M級衍射光(M為整數)在聚光元件L2的出射面中受到折射作用之後，在DVD的信息記錄面RL2上形成聚光點。另外，波長λ3光束的N級衍射光(N為整數)在聚光元件L2的出射面中受到折射作用之後，在CD的信息記錄面RL3上形成聚光點。
換而言之，第1衍射結構50設計為使波長λ1光束的L級衍射光在高密度光碟HD的信息記錄面RL1上形成良好的聚光點而進行像差校正；使波長λ2光束的M級衍射光透過透過第1光程差付與結構之際被給與的相位差，而在DVD的信息記錄面RL2上形成良好的聚光點地進行像差校正；波長λ3光束的N級衍射光在CD的信息記錄面RL3上形成良好的聚光點地進行像差校正。
在此，一般的說，隨著遠離光軸L，衍射光的光量漸漸低下，但是，衍射級數越大的衍射光，該低下率越大，這樣有可能給使用上帶來障礙，所以，優選使用儘可能低級數的衍射光。如此的L、M以及N的組合，可以舉出(L，M，N)＝(1，1，2)、(3，2，2)。
另外，以上述L級、M級以及N級衍射光的衍射效率分別為η1、η2以及η3時，為了達成高密度光碟HD和DVD和CD間的互換，尤其優選具有滿足η1＞85％、η2＞80％以及η3＜75％的衍射效率。
本實施形態中，物鏡光學元件OBJ是以由像差校正元件L1和聚光元件L2組成的2組的結構。由此，可以由2個光學元件分擔衍射力或折射力，具有提高設計的自由度之優點。但是，不限於此，物鏡光學系統OBJ也可以用單個透鏡構成，在該透鏡的入射面和出射面設置上述光程差付與結構、衍射結構。
另外，也可以在像差校正元件L1上設置第1衍射結構50和第1光程差付與結構10，此時，因為聚光元件L2可以是玻璃透鏡，所以，能夠抑制由於溫度變化而產生像差。
另外，如本實施形態那樣，優選的是，在像差校正元件L1的入射面S1設置第1光程差付與結構10。尤其是將第1光程差結構10構成為如圖3所示的具有由規定數量的臺階部11和不連續部位12組成的階梯結構的情況時，因為與如圖4所示鋸齒狀的結構相比較，光軸L方向的臺階差量變大，產生因光束傾斜入射的遮光，發生衍射效率低下，所以，為了防止這個現象，使各光束作為平行光束，優選的是，在其入射的面(像差校正元件L1的入射面S 1)上設置第1光程差付與結構10。
另外，以像差校正元件L1的焦點距離為f1，聚光元件L2的焦點距離為f2時，優選的是，使滿足|f1/f2|＜0.1且|1/f1|＜0.02，或像差校正元件L1的至少1面的近軸其中的曲率半徑大致為無限大地進行透鏡設計。通過這樣減弱像差校正元件L1的折射力，能夠抑制像差校正元件L1和聚光元件L2的組裝誤差。另外，通過使光學面的形狀為略平面，使得在光學面上容易形成第1光程差付與結構10、第1衍射結構50等。
另外，對CD進行信息的再生以及/或記錄的情況，其中，優選的是，N級衍射光的焦點位置和(N±1)級衍射光的焦點位置在光軸L方向離開大於或等於0.01mm，這是當用光程差函數1，將第1衍射結構50用1(h)＝(A2×h2+A4×h4+…+A2i×h2i)×λ×N規定時，通過使係數A2≠0來達成。
其中，h為光軸起的高度，A2i為光程差函數係數，i為自然數，λ為閃耀化波長。
本實施形態是將像差校正元件L1的入射面S 1分割為第1區域AREA1、第2區域AREA2以及第3區域AREA3的3個區域，但是，也可以不設第3區域，將入射面S1分割為第1區域AREA1和第2區域AREA2，通過對透過第2區域AREA2的波長λ3的光束付與衍射作用，使該波長λ3的光束耀斑化。
另外，也可以通過在構成物鏡光學系統OBJ的光學元件中裝配分色濾光器或液晶相位控制元件，使物鏡光學系統具有孔徑限制功能。
而且圖中省略了，通過裝載上述實施形態所示光拾取裝置PU、保持光碟自在旋轉的旋轉驅動裝置、控制這些各裝置驅動的控制裝置，能夠得到對光碟的光信息的記錄以及光碟上記錄的信息的再生之中的至少一方能夠實行的光信息記錄再生裝置。
(第2實施形態)高密度光碟HD的光學規格為第1波長λ1＝407nm，第1保護層PL1的厚度t1＝0.6mm，數值孔徑NA1＝0.65；DVD的光學規格為第2波長λ2＝658nm，第2保護層PL2的厚度t2＝0.6mm，數值孔徑NA2＝0.65；CD的光學規格為第3波長λ3＝785nm，第3保護層PL3的厚度t3＝1.2mm，數值孔徑NA3＝0.50。
第2實施形態中，光拾取裝置PU的結構概要，因為與如圖1所示第1實施形態的相同，所以省略詳細說明。
(實施例)接下去，就實施例作說明。
本實施例如圖6所示，物鏡光學系統OBJ由像差校正元件L1和聚光元件L2的2組構成，像差校正元件L1的入射面S1(第2面)和出射面(第3面)由平面構成，聚光元件L2的入射面S1(第4面)和出射面S2(第5面)由非球面構成。
像差校正元件L1的入射面S1上形成第1光程差付與結構10，該第1光程差付與結構10，其具有由以光軸為中心的同心圓狀地形成多個具有由規定數量的臺階部和不連續部位構成的階梯結構的環帶結構構成，聚光元件L2的入射面S1上形成第1衍射結構50，該第1衍射結構50，其具有由多個環帶15構成，並且含光軸的截面形狀為鋸齒形狀。
表1中出示了第1實施例的透鏡數據。
(表1)實施例1焦點距離 f1＝3.10mmf2＝3.19mmf3＝3.23mm數值孔徑 NA1＝0.65 NA2＝0.65 NA3＝0.50成像放大率 m＝0.0m＝0.0m＝0.0

*di表示從第i面到第i+1面的位移。
非球面、衍射面數據第2面光程差函數係數 ※階梯形狀B2 -1.6302E+00m1＝5B4 -1.3206E-01d1＝2×dB6 6.7775E-02 僅給與λ2相位差，發生衍射B8 -8.4521E-03λ1、λ3大致不產生相位差，所以不衍射第4面非球面係數κ -1.2732E+00
A4 1.0740E-02A6 3.2020E-04A8 2.6844E-04A10 -1.4918E-04A12 4.0856E-05A14 -5.3878E-06光程差函數係數※鋸齒形狀B4 -3.1830E+00 通過使閃耀化波長在445nm為3級衍射，B6 2.3751E-01使衍射級數成為L＝3 M＝N＝2B8 -1.9474E-01此時，η1＝72％、η2＝99％、η3＝65％B10 2.2032E-02第5面非球面係數κ -1.8439E+00A4 9.4757E-03A6 9.3834E-04A8 -9.8769E-04A10 1.6945E-04A12 -1.1458E-05表1中，Ri表示曲率半徑，di表示從第i面到第i+1面的光軸方向的位置，ni表示各面的折射率。
如表1所示，本實施例的光學拾取裝置，設定為從第1光源射出的波長λ1＝407nm時的焦點距離f1＝3.10mm，像側數值孔徑NA1＝0.65，成像放大率m＝0；從第2光源射出的波長λ2＝658nm時的焦點距離f2＝3.19mm，像側數值孔徑NA2＝0.65，成像放大率m＝0；從第3光源射出的波長λ3＝785nm時的焦點距離f3＝3.23mm，像側數值孔徑NA3＝0.50，成像放大率m＝0。並且，為高密度光碟HD的數值孔徑NA1的距光軸的高度hamx為2.015mm。
另外，第1光程差付與結構的不連續部位的數量m1＝5，臺階部的光軸方向的臺階差量d1＝2×d，對波長λ1光束和波長λ3光束的相位變化量少(實質上不給與相位差)，不產生衍射作用，僅對波長λ2光束實質上給與相位差，產生衍射作用。並且在此，d＝λ1/(n1-1)。
聚光元件的入射面(第4面)以及出射面(第5面)，是分別將表1所示係數代入下式(3)，由數式規定的，形成為在光軸周圍軸對稱的非球面。
(式1)X(h)=(h2/R)1+1-(1+)(h/R)2+i=09A2ih2i---(3)]]>其中，X(h)是從與光學面非球面的頂點相接的平面起的光軸方向的變化量(以光的行進方向為正)，κ為圓錐係數，A2i為非球面係數，h為距光軸的高度。
另外，利用第1光程差付與結構以及第1衍射結構對各波長光束給與的光程，是將表1中所示係數代入下式(4)的光程差函數，由數式規定。
(式2)(h)=i=05B2ih2i---(4)]]>B2i為光程差函數係數。
如表1所示，第1實施例中，從物鏡光學系統射出的L級衍射光、M級衍射光以及N級衍射光的衍射效率(η1、η2、η3)分別為η1＝72％、η2＝99％、η3＝65％。
圖7是波長λ1的光束(HD)、波長λ2的光束(DVD)以及波長λ3的光束(CD)的縱球差圖。
由圖7可知，所有的光束在必要數值孔徑內，球差得以抑制。
表2中出示了第2實施例的透鏡數據。
(表2)實施例2焦點距離f1＝3.10mmf2＝3.15mmf3＝3.15mm數值孔徑NA1＝0.65 NA2＝0.65 NA3＝0.50成像放大率 m＝0.0m＝0.0m＝0.0

*di表示從第i面到第i+1面的位移。
非球面、衍射面數據第2面光程差函數係數 ※階梯形狀B4 2.0505E-01 m1＝5B6 4.6553E-02 d1＝2×d僅給與λ2相位差，發生衍射λ1、λ3大致不產生相位差，所以不衍射第4面非球面係數κ -4.3512E-01A4 -3.2650E-03A6 -1.9462E-04A8 3.5166E-04A10 -1.1465E-04A12 5.8772E-06
A14 -5.7227E-07光程差函數係數※鋸齒形狀B2 -7.3710E+00 通過使閃耀化波長在500nm為1級衍射B4 -1.4622E+00 使衍射級數成為L＝M＝N＝1B6 1.1897E-01此時，η1＝77％、η2＝83％、η3＝63％B8 -7.2828E-02B10 6.4014E-03第5面非球面係數κ -4.7855E+01A4 -9.8664E-04A6 8.9099E-03A8 -5.2001E-03A10 1.3690E-03A12 -1.8183E-04A14 9.8685E-06表1中，Ri表示曲率半徑，di表示從第i面到第i+1面的光軸方向的位置，ni表示各面的折射率。
如表1所示，本實施例的光拾取裝置，設定為從第1光源射出的波長λ1＝407nm時的焦點距離f1＝3.10mm，像側數值孔徑NA1＝0.65，成像放大率m＝0；從第2光源射出的波長λ2＝658nm時的焦點距離f2＝3.15mm，像側數值孔徑NA2＝0.65，成像放大率m＝0；從第3光源射出的波長λ3＝785nm時的焦點距離f3＝3.15mm，像側數值孔徑NA3＝0.50，成像放大率m＝0。並且，為高密度光碟HD的數值孔徑NA1的距光軸的高度hamx為2.015mm。
另外，第1光程差付與結構的不連續部位的數量m1＝5，臺階部的光軸方向的臺階差量d1＝2×d，對波長λ1光束和波長λ3光束的相位變化量少(實質上不給與相位差)，不產生衍射作用，僅對波長λ2光束實質上給與相位差，產生衍射作用。並且在此，d＝λ1/(n1-1)。
聚光元件的入射面(第4面)以及出射面(第5面)與第1實施例相同，是由將表2所示係數代入上述式(3)的數式規定、光軸周圍軸對稱的非球面形成。
另外，第1光程差付與結構以及第1衍射結構對各波長光束給與的光程與第1實施例相同，是由將表2中所示係數代入上述式(4)的光程差函數的數式規定。
如表2所示，第2實施例中，從物鏡光學系統射出的L級衍射光、M級衍射光以及N級衍射光，衍射效率(η1、η2、η3)分別為η1＝77％、η2＝83％、η3＝63％。另外，N級衍射光的焦點位置與(N±1)級衍射光的焦點位置，在光軸方向上離開大於或等於0.1mm。
而且，第1以及第2實施例中，是將以HD DVD作為高密度光碟的有關第2實施形態中的物鏡光學系統作為具體的示例，但是，本發明也適用可以在將以BD(Blu-ray Disc)作為高密度光碟的有關的第1實施形態，此時，當然可以根據需要，適當地設計或設計變更該物鏡光學系統。
(產業上的利用可能性)根據本發明，能夠得到一種在使用藍紫色雷射光源的高密度光碟和DVD和CD的3種盤之間，具有互換性的，兼顧到確保光量和球差校正的兩方面的物鏡光學系統、光拾取裝置以及光信息記錄再生裝置。
權利要求
1.一種物鏡光學系統，其用於在光拾取裝置中使用，該光拾取裝置能夠利用從第1光源射出的波長λ1的光束，對保護基板厚t1的第1光碟進行信息的再生以及/或記錄；利用從第2光源射出的波長λ2(λ1＜λ2)的光束，對保護基板厚t2(t1≤t2)的第2光碟進行信息的再生以及/或記錄；利用從第3光源射出的波長λ3(λ2＜λ3)的光束，對保護基板厚t3(t2＜t3)的第3光碟進行信息的再生以及/或記錄，其特徵在於，其具有對所述波長λ1的光束給與使L級(L為奇數)衍射光為最大衍射效率的衍射作用、對所述波長λ2的光束給與使M級(M為整數)衍射光為最大衍射效率的衍射作用、同時對所述λ3的光束給與使N級(N為整數)衍射光為最大衍射效率的衍射作用的第1衍射結構；以及對所述波長λ1光束、所述波長λ2光束以及所述λ3的光束中的至少1個光束，實質上不給與相位差，同時，對1個或2個光束，實質上給與相位差的第1光程差付與結構。
2.一種物鏡光學系統，其用於在光拾取裝置中使用，該光拾取裝置能夠利用從第1光源射出的波長λ1的光束，對保護基板厚t1的第1光碟進行信息的再生以及/或記錄；利用從第2光源射出的波長λ2(λ1＜λ2)的光束，對保護基板厚t2(t1≤t2)的第2光碟進行信息的再生以及/或記錄；利用從第3光源射出的波長λ3(λ2＜λ3)的光束，對保護基板厚t3(t2＜t3)的第3光碟進行信息的再生以及/或記錄，其特徵在於，其具有對所述波長λ1的光束給與使L級(L為奇數)衍射光為最大衍射效率的衍射作用、對所述波長λ2的光束給與使M級(M為整數)衍射光為最大衍射效率的衍射作用、同時對所述λ3的光束給與使N級(N為整數)衍射光為最大衍射效率的衍射作用的第1衍射結構；以及對所述波長λ1的光束、所述波長λ2光束以及所述λ3光束中的1個或2個光束，實質上給與相位差的第1光程差付與結構，所述波長λ1的光束入射之際，透過所述第1衍射結構以及所述第1光程差付與結構，在所述第1光碟的信息記錄面上形成良好的聚光點，所述波長λ2的光束入射之際，透過所述第1衍射結構以及所述第1光程差付與結構，在所述第2光碟的信息記錄面上形成良好的聚光點，所述波長λ3的光束入射之際，透過所述第1衍射結構以及所述第1光程差付與結構，在所述第3光碟的信息記錄面上形成良好的聚光點。
3.權利要求1中記載的物鏡光學系統，其特徵在於，對所述第1光碟、所述第2光碟以及所述第3光碟進行信息再生以及/或記錄時的所述物鏡光學系統的成像放大率實質上相同。
4.權利要求3中記載的物鏡光學系統，其特徵在於，所述成像放大率為0。
5.權利要求1中記載的物鏡光學系統，其特徵在於，對所述第1光碟進行信息的再生以及/或記錄時，所述波長λ1的光束以平行光束入射到所述物鏡光學系統；對所述第2光碟進行信息的再生以及/或記錄時，所述波長λ2的光束以平行光束入射到所述物鏡光學系統；對所述第3光碟進行信息的再生以及/或記錄時，所述波長3的光束以平行光入射到所述物鏡光學系統。
6.權利要求2中記載的物鏡光學系統，其特徵在於，所述第1光程差付與結構在所述波長λ1的光束、所述λ2的光束以及所述λ3的光束中，僅對1個或2個光束實質上給與相位差。
7.權利要求2中記載的物鏡光學系統，其特徵在於，所述第1光程差付與結構在所述波長λ1的光束、所述λ2的光束以及所述λ3的光束中，僅對所述波長λ2的光束，實質上給與相位差，所述波長λ2光束入射之際，經所述第1衍射結構以及所述第1光程差付與結構，在所述第2光碟的信息記錄面上形成良好的聚光點。
8.權利要求1中記載的物鏡光學系統，其特徵在於，所述第1衍射結構是鋸齒狀的結構，所述第1光程差付與結構是由以光軸為中心的同心圓狀地形成多個具有階梯結構的環帶而構成的。
9.權利要求8中記載的物鏡光學系統，其特徵在於，所述物鏡光學系統由1個光學元件構成，或者，由大於或等於2個光學元件組合而構成，以形成所述第1光程差付與結構的光學元件對所述波長λ1光束的折射率為n1；所述第1光程差付與結構中的所述階梯結構的光軸方向上的臺階差量為d1；所述階梯結構的不連續部位的數量為m1(整數)，以d＝λ1/(n1-1)時，滿足8×d≤d1≤2.2×d且4≤m1≤6。
10.權利要求1中記載的物鏡光學系統，其特徵在於，所述第1光程差付與結構在所述波長λ1的光束、所述波長λ2的光束以及所述波長λ3的光束中，僅對所述波長λ2的光束實質上給與相位差。
11.權利要求1中記載的物鏡光學系統，其特徵在於，所述波長λ1、所述λ2以及λ3滿足370nm≤λ1≤450nm620nm≤λ2≤690nm750nm≤λ3≤830nm。
12.權利要求1中記載的物鏡光學系統，其特徵在於，L＝M＝1。
13.權利要求1中記載的物鏡光學系統，其特徵在於，L＝M＝N＝1。
14.權利要求1中記載的物鏡光學系統，其特徵在於，L＝3，M＝N＝2。
15.權利要求1中記載的物鏡光學系統，其特徵在於，當以所述L級衍射光的衍射效率為η1；所述M級衍射光的衍射效率為η2；以及所述N級衍射光的衍射效率為η3時，滿足η1＞70％，η2＞70％以及η3＜80％。
16.權利要求1中記載的物鏡光學系統，其特徵在於，所述物鏡光學系統是由配置在光源側的第1光學元件和配置在光碟側的第2光學元件的至少2個光學元件的組合構成。
17.權利要求1中記載的物鏡光學系統，其特徵在於，所述物鏡光學系統是由配置在光源側的第1光學元件和配置在光碟側的第2光學元件的2個光學元件的組合構成。
18.權利要求16中記載的物鏡光學系統，其特徵在於，所述第1光學元件具有所述第1光程差付與結構，所述第2光學元件具有所述第1衍射結構。
19.權利要求18中記載的物鏡光學系統，其特徵在於，在所述第1光學元件的所述光源側的光學面具有所述第1光程差付與結構。
20.權利要求16中記載的物鏡光學系統，其特徵在於，所述第1光學元件具有所述第1光程差付與結構以及所述第1衍射結構。
21.權利要求20中記載的物鏡光學系統，其特徵在於，在所述第1光學元件的所述光源側的光學面具有所述第1光程差付與結構。
22.權利要求16中記載的物鏡光學系統，其特徵在於，當以所述第1光學元件的焦點距離為f1，所述第2光學元件的焦點距離為f2時，滿足|f1/f2|＜0.1，且|1/f1|＜0.02。
23.權利要求16中記載的物鏡光學系統，其特徵在於，所述第1光學元件的至少1面是近軸的曲率半徑大致為無限大。
24.權利要求1中記載的物鏡光學系統，其特徵在於，還具有對所述波長λ1光束以及所述波長λ2的光束實質上不給與相位差同時對所述波長λ3的光束實質上給與相位差的第2光程差付與結構，所述第2光程差付與結構通過形成多個以光軸為中心的同心圓狀的環帶來構成，其被設定為使所述波長λ1的光束透過所述第2光程差付與結構的各環帶之際，付與所述波長λ1的P倍的光程差，並且使所述波長λ2的光束透過所述第2光程差付與結構的各環帶之際，付與所述波長λ2的Q倍的光程差，所述P和Q的組合為(P，Q)＝(5，3)、(8，5)、(10，6)的任何一個。
25.權利要求24中記載的物鏡光學系統，其特徵在於，用光程差函數(h)將所述第2光程差付與結構表示為(h)＝(B2×h2+B4×h4+…+B2i×h2i)×λ×P，當代入係數B2＝0時，(hmax)＞0。其中，h為距光軸的高度，B2i為光程差函數係數，i為自然數，λ為閃耀化波長，hman為對第1光碟的，與光碟側數值孔徑相當的距光軸的高度。
26.權利要求25中記載的物鏡光學系統，其特徵在於，用光程差函數1將所述第1衍射結構表示為1(h)＝(A2×h2+A4×h4+…+A2i×h2i)×λ×N時，係數A2≠0。其中，h為距光軸的高度，A2i為光程差函數係數，i為自然數，λ為閃耀化波長。
27.權利要求24中記載的物鏡光學系統，其特徵在於，用光程差函數(h)將所述第2光程差付與結構表示為(h)＝(B2×h2+B4×h4+…+B2i×h2i)×λ×P時，係數B2≠0。其中，h為距光軸的高度，B2i為光程差函數係數，i為自然數，λ為閃耀化波長。
28.權利要求1中記載的物鏡光學系統，其特徵在於，對所述第3光碟進行信息的再生以及/或記錄時，所述N級衍射光的焦點位置和(N±1)級衍射光的焦點位置在光軸方向離開大於或等於0.01mm。
29.權利要求1中記載的物鏡光學系統，其特徵在於，還具有孔徑限制功能。
30.權利要求29中記載的物鏡光學系統，其特徵在於，所述孔徑限制功能由只透過特定波長光束的分色濾光器達成。
31.權利要求29中記載的物鏡光學系統，其特徵在於，所述孔徑限制功能由通過對規定波長光束付與衍射作用，透過將該光束聚光於信息記錄面外的功能來達成。
32.權利要求1中記載的物鏡光學系統，其特徵在於，所述物鏡光學系統的至少1個光學面被分為以光軸為中心的同心圓狀並且含光軸的第1區域和位於所述第1區域周邊的第2區域的至少2個區域，通過對透過所述第2區域的所述波長λ3的光束付與衍射作用，使透過所述第2區域的所述波長λ3的光束聚光於所述第3光碟的信息記錄面外。
33.權利要求32中記載的物鏡光學系統，其特徵在於，在所述第2區域的周邊具有第3區域，透過所述第3區域的所述波長λ1的光束聚光於所述第1光碟的信息記錄面外，或透過所述第3區域的所述波長λ2的光束聚光於所述第2光碟的信息記錄面外。
34.權利要求32中記載的物鏡光學系統，其特徵在於，在所述第1區域具有所述第1衍射結構。
35.權利要求32中記載的物鏡光學系統，其特徵在於，在所述第1區域具有所述第1光程差付與結構，所述第2區域被分為離光軸近的第2A區域和離光軸遠的第2B區域，所述第2A區域具有通過以光軸為中心的同心圓狀地形成多個具有階梯結構的環帶而構成的第2衍射結構，所述第2衍射結構對所述波長λ1的光束實質上不給與相位差，對所述波長λ2的光束以及所述λ3的光束實質上給與相位差。
36.權利要求1中記載的物鏡光學系統，其特徵在於，t1＝t2。
37.一種光拾取裝置，其具有射出波長λ1光束的第1光源；射出波長λ2光束的第2光源；射出波長λ3光束的第3光源；以及權利要求1中記載的物鏡光學系統。
38.一種光信息記錄再生裝置，其具有用來裝填光碟的光碟裝填機構；以及權利要求37中記載的光拾取裝置。
全文摘要
提供一種物鏡光學系統、光拾取裝置以及光信息記錄再生裝置，其在使用藍紫色雷射光源的高密度光碟和DVD和CD的3種盤之間具有互換性、並且兼顧到確保光量和球差校正的兩方面物鏡。本發明的物鏡光學系統具有對所述波長λ1～λ3的光束，分別給與使L級(L為奇數)、M級(M為整數)、N級(N為整數)衍射光為最大衍射效率的衍射作用的第1衍射結構；對所述波長λ1～λ3的光束中1個或2個光束，實質上給與相位差的第1光程差付與結構。
文檔編號G11B7/125GK1906679SQ200580001588
公開日2007年1月31日 申請日期2005年2月18日 優先權日2004年2月27日
發明者三森滿 申請人:柯尼卡美能達精密光學株式會社