專利名稱：記錄再生用光學(xué)系統(tǒng)、物鏡和拾光裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在光信息記錄媒體上進行信息的記錄和再生中至少之一的記錄再生用光學(xué)系統(tǒng)、物鏡、象差補償光學(xué)元件、拾光裝置和記錄再生裝置。
近年來用波長400nm程度化的藍半導(dǎo)體激光器光源和數(shù)值孔徑(NA)提高到0.85程度的物鏡的新的高密度光盤系統(tǒng)的研究開發(fā)正在取得進展。作為一例在NA0.85、使用波長400nm的光盤(以下在本說明書中稱為“高密度DVD”)上，在與DVD(NA0.6，使用波長650nm，存儲容量4.7GB)同等大小下，可以記錄20～30GB。
作為適合高密度DVD系統(tǒng)的高NA物鏡，在特開平10-123410號公報中記載的二組二個構(gòu)成的物鏡是公知的。雖然該物鏡通過把對應(yīng)高NA的光線和光學(xué)面的折射力分開在四個面上而使各個透鏡的制造誤差靈敏度變小，但存在因組裝各個透鏡的工序變成必要的部分而使制造成本增加的問題，從制造成本的觀點上看，即使在該高密度DVD系統(tǒng)中也希望像CD系統(tǒng)和DVD系統(tǒng)那樣將物鏡構(gòu)成為一組一個的構(gòu)成。并且為了降低成本而更望把高密度DVD系統(tǒng)用的物鏡變成塑料透鏡。
本發(fā)明人與另一發(fā)明人一起提出了像在特開2001-324673號公報中記載那樣的物鏡作為適合高密度DVD系統(tǒng)的塑料物鏡?？墒荖A為0.85程度的塑料透鏡在環(huán)境溫度變化時，因塑料的折射率變化發(fā)生的波陣面象差的變化變大而在實際使用上成為問題。在圖1中作為一例示出了波陣面象差相對作為NA0.85、焦距2.5mm、設(shè)計基準波長405nm的一組一個構(gòu)成的塑料透鏡溫度變化的情形。從圖1不難看出，數(shù)值孔徑0.85的塑料透鏡在±15°程度的溫度變化下超過邊緣(マレシヤル)極限，所以不能照原樣作為光盤播放機用的物鏡使用。
因此，在光盤播放機上使用高NA塑料物鏡的場合，必需通過某種手段補償隨溫度變化的波陣面象差的變化。本發(fā)明者個人提出在特開2002-082080公報中記載那樣的拾光裝置作為補償隨高NA的塑料物鏡的溫度化的波陣面象差變化的拾光裝置。
然而，在該拾光裝置中，因為必需一邊通過光檢測器運動地檢隨溫度變化的波陣面象差變化，一邊使補償波陣面象差的變化的象差補償手段動作，所以運動地檢測隨溫度變化的波陣面象差變化的手段和響應(yīng)該檢測結(jié)果使象差補償手段動作的手段變成必要的部分而引起拾光裝置的制造成本增加。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是鑒于上述情況而提出的，其目的是提供一種在使用高NA的一組一個構(gòu)成的物鏡的光盤記錄再生用光學(xué)系統(tǒng)中能補償隨物鏡溫度變化的球面象差變化的記錄再生用光學(xué)系統(tǒng)，特別是提供一種能不需要運動地檢測隨溫度變化的物鏡的波陣面象差變化而低成本制造的記錄再生用光學(xué)系統(tǒng)。
本發(fā)明的另一目的是提供一種搭載該記錄再生光學(xué)系統(tǒng)的光盤的拾光裝置和搭載該拾光裝置的光盤的記錄再生裝置。
本發(fā)明的另一目的是提供一種適合于能補償隨高NA的一組1個構(gòu)成的塑料物鏡的溫度變化的波陣面象差變化的記錄再生用光學(xué)系統(tǒng)的物鏡和象差補償光學(xué)元件。
為了達到上述目的，本發(fā)明的第一記錄再生用光學(xué)系統(tǒng)是一種在光信息記錄媒體上進行信息的記錄和再生的記錄再生用光學(xué)系統(tǒng)，包括光源、使從上述光源出射的光束聚焦在光信息記錄媒體的信息記錄面上的物鏡、和配置在上述光源與上述物鏡之間的光路中的象差補償光學(xué)元件，其特征在于上述物鏡是至少一個形成為非球面并且形成有具有至少一個由多個同心環(huán)狀階梯區(qū)組成的衍射結(jié)構(gòu)的衍射面的一組一個構(gòu)成的塑料透鏡，上述象差補償光學(xué)元件在至少一個面上具有形成有由多個同心環(huán)狀階梯區(qū)組成的衍射結(jié)構(gòu)的塑料透鏡，并滿足下式(1)、(2)和(3)。
PD1＞0(1)PD2＜0(2)PR2＞0(3)
式中PD1是把附加在透過在上述物鏡的第i面上形成的衍射結(jié)構(gòu)的波陣面上的光程差φbi(mm)作為距光軸的高度hi(mm)的函數(shù)，用被φbi＝ni·(b2i·hi2+b4i·hi4+b6i·hj6+…)(A)定義的光程差函數(shù)表示(在此ni是具有在形成在第i面上的衍射結(jié)構(gòu)上發(fā)生的衍射光中最大的衍射光效率的衍射光的衍射級數(shù)，b2i、b4i、b6i…分別是2次、4次、6次、…光程差函數(shù)系數(shù)(也稱衍射面系數(shù)))時，被PD1＝∑(-2·b2i·ni)定義的作為衍射透鏡的衍射率(mm-1)；PD2是把附加在透過在上述象差補償光學(xué)元件的塑料透鏡的第j面上形成的衍射結(jié)構(gòu)的波陣面上的光程差φbj(mm)作為距光軸的高度hj(mm)的函數(shù)，用被φbj＝nj·(b2j·hj2+b4j·hj4+b6j·hj6+…)(B)定義的光程差函數(shù)表示(式中nj是被形成在第j面上的衍射結(jié)構(gòu)發(fā)生的衍射光中具有最大衍射光效率的衍射光的衍射級數(shù)，b2j、b4j、b6j…分別是2次、4次、6次、…的光程差函數(shù)系數(shù)(也稱衍射面系數(shù)))時，被PD2＝∑(-2·b2j·nj)定義的作為衍射透鏡的衍射率(mm-1)；PR2是作為上述象差補償光學(xué)元件的塑料透鏡的折射透鏡的折射率(mm-1)。
眾所周知，因為塑料透鏡的折射率隨著溫度上升而向變小的方向變化，所以當(dāng)用1組1個構(gòu)成塑料透鏡時，球面象差隨著溫度上升向過補償方向變化。本發(fā)明的第一記錄再生用光學(xué)系統(tǒng)，為了抵消由該溫度變化引起的球面象差的變化而在光源與作為一組一個構(gòu)成的塑料透鏡的物鏡之間的光路中配置滿足(3)式那樣的具有正的折射率的塑料透鏡的象差補償光學(xué)元件。
因為塑料透鏡的折射力隨著溫度上升而變小，所以從象差補償光學(xué)元件射出的光束的上方的邊緣的(マ一ジナル)光線的傾角因包含在象差補償光學(xué)元件中的塑料透鏡滿足(3)式而向物鏡的橫向放大率變小的方向變化。當(dāng)物鏡的橫向放大率變小時，因為發(fā)生欠補償方向的球面象差，所以可以抵消由折射率變化引起的向過補償方向變化的物鏡的球面象差。
可是，如圖1所示，在高NA的塑料透鏡中，因為由溫度變化引起的球面象差的變化量大，所以存在因不能完全抵消因溫度變化引起的物鏡的球面象差的變化而殘留的危險。在此通過在象差補償光學(xué)元件的塑料透鏡的至少一個面上形成由多個同心環(huán)狀階梯區(qū)構(gòu)成的衍射結(jié)構(gòu)，使其衍射率盡量滿足(2)式。借此可以任意選擇因溫度變化引起的從象差補償光學(xué)元件射出的光束的上方邊緣的(マ一ジナル)光線的傾角變化量。結(jié)果即使是使用隨溫度變化的球面象差的變化量大的高NA的塑料物鏡時，也能保持象差補償光學(xué)元件的塑料透鏡的總的屈光度一致，并且因為通過把相對總的屈光度的衍射率的比的絕對值設(shè)定得大，可以獲得所期望的折射率，所以能正好抵消因溫度變化引起的物鏡的球面象差的變化。
另外，在象差補償光學(xué)元件具有多個塑料透鏡時，在(3)式中的PR2是包含在象差補償光學(xué)元件中的所有的塑料透鏡折射率的總和，象差補償光學(xué)元件以包含在象差補償光學(xué)元件中的塑料透鏡中至少一個塑料透鏡具有至少一個衍射面的方式構(gòu)成，這時在(2)式中的PD2是形成在包含在象差補償光學(xué)元件中的塑料透鏡上的所有的衍射面的折射率的總和。
可是，在使用藍紫光半導(dǎo)體激光器那樣的波長光源時，在光學(xué)系統(tǒng)產(chǎn)生的軸向色差成為問題。從半導(dǎo)體激光器射出的激光是單一波長(單模)，一般被認為不發(fā)生軸向色差，但實際上存在中心波長瞬時隨著溫度變化和輸出變化等漂移數(shù)nm的引起模跳動的情況。雖然因模跳動引起的波長的變化為數(shù)nm程度是微小的，但在使用波長為400nm程度的短藍紫光半導(dǎo)體激光時，即使因模的跳動引起波長變化是小得很，因物鏡引起的軸向色差也變得很大的值。這是因為在400nm的波長范圍光學(xué)材料的散射變得非常大。因此在使用藍紫光半導(dǎo)器激光器作為光源時，必需預(yù)先補償光學(xué)系統(tǒng)的軸向色差。
可是，因為象差補償光學(xué)元件的塑料透鏡的衍射率滿足(2)式，所以被象差補償光學(xué)元件上發(fā)生的軸向色差變得比象差補償光學(xué)元件的塑料透鏡不是衍射透鏡的場合大。因此在使用藍紫光半導(dǎo)體激光器那樣的短波長光作時，當(dāng)模跳動發(fā)生時便會失去維持良好的聚光性能。
在此，通過在物鏡的至少一個面上形成由多個同心環(huán)狀階梯區(qū)組成的衍射結(jié)構(gòu)，使其衍射率盡量滿足(1)式。借此因為通過象差補償光學(xué)元件的塑料透鏡的衍射結(jié)構(gòu)可以抵消已增大的軸向色差，所以透過象差補償光學(xué)元件和物鏡聚焦在光信息記錄媒體的信息記錄面上的光束經(jīng)常處在軸向色差被抑制很小的狀態(tài)。
另外，當(dāng)物鏡的衍射率滿足(1)式時，因為作為物鏡的折射透鏡的折射率比在物鏡上不形成衍射結(jié)構(gòu)時僅衍射率那部分變小，所以僅因溫度變化時的折射率變化引起的物鏡的球面象差的變化量變小。于是，因為使對補償該球面象差的變化所必需的象差補償光學(xué)元件的塑料透鏡的折射率變小也沒問題，所以使象差補償光學(xué)元件的塑料透鏡容易制造。
也就是說，如果采用本發(fā)明的第一記錄再生用光學(xué)系統(tǒng)，則透過象差補償光學(xué)元件和物鏡后聚焦在光信息記錄媒體的信息記錄面上的光束即使在溫度變化時也能處在球面象差被抑制得很小的狀態(tài)，并且即使在半導(dǎo)體激光光源發(fā)生模跳動時也能處在軸向色差被抑制得很小的狀態(tài)，因此能經(jīng)常維護良好的聚焦性能。特別是因為不需要像特開2002-082280號公報中所記載的拾光裝置那樣運動檢測因溫度變化引起的物流的波陣面象差的變化，所以可以低成本地制造搭載本發(fā)明的第一光記錄用光學(xué)系統(tǒng)的拾光裝置。
按照上述第一記錄再生用光學(xué)系統(tǒng)，光源發(fā)射500nm以下波長的光，優(yōu)選的是上述物鏡的光信息記錄媒體側(cè)的數(shù)值孔徑是在0.75以上，更優(yōu)選的是光信息記錄媒體側(cè)的數(shù)值孔徑是在0.80以上。
另外，在第一記錄再生用光學(xué)系統(tǒng)中，物鏡優(yōu)選的是具有滿足下式(4)那樣的波長特性f2＜f0＜f1(4)式中f0在上述光源產(chǎn)生的光的波長時的上述整個物鏡系統(tǒng)的焦點距離(mm)，f1在比上述光源產(chǎn)生的光的波長短了規(guī)定的波長差的波長時的上述整個物鏡系統(tǒng)的焦點距離(mm)，f2在比上述光源產(chǎn)生的光的波長長了規(guī)定的波長差的波長時的上述整個物鏡系統(tǒng)的焦點距離(mm)。
上述(4)式的含意是通過衍射結(jié)構(gòu)的作用，在入射到物鏡上的光的波長變成短了規(guī)定的波長差時，物鏡的后聚焦向變長的方向變化，在入射到物鏡上的光的波長長了規(guī)定的波長時，物鏡的后焦距向變短的方向變化。因此通過象差補償光學(xué)元件的作用可以正確地抵消因溫度變化引起的物鏡的球面象差變化，并且可以將透過補償光學(xué)元件和物鏡后聚焦在光信息記錄媒體的信息記錄面上的光束的軸向色差抑制得很小。
本發(fā)明的第二記錄再生用光學(xué)系統(tǒng)的特征在于在包括波長不同的至少二種光源、和使從上述光源出射的至少兩個不同的波長的光束聚焦在用于保護信息記錄面的保護層的厚度不同的至少二種光信息記錄媒體的信息記錄面上的物鏡的光信息記錄媒體上進行信息記錄和/或信息再生的記錄再生用光學(xué)系統(tǒng)中，上述記錄再生用光學(xué)系統(tǒng)具有配置在產(chǎn)生上述至少兩個不同波長的光束中的波長光束的光源與上述物鏡之間的光路中的象差補償光學(xué)元件，上述物鏡是至少一個面形成為非球面并具有至少一個形成有由多個同心環(huán)狀階梯區(qū)組成的衍射結(jié)構(gòu)的衍射面的一組一個構(gòu)成的塑料透鏡，上述至少兩個不同波長的光束的衍射光在進行上述至少兩種光信息記錄媒體的信息記錄和/或信息再生所必需的規(guī)定的光信息記錄媒體側(cè)的數(shù)值孔徑內(nèi)具有在各自的光信息記錄媒體的信息記錄面上形成良好的波陣面那樣的波長特性，上述象差補償光學(xué)元件具有至少一個在至少一個面上形成有由多個同心環(huán)狀階梯區(qū)組成的衍射結(jié)構(gòu)的塑料透鏡，并滿足下式(5)、(6)和(7)PD1＞0(5)PD2＜0(6)PR2＞0(7)式中PD1是把附加在透過在上述物鏡的第i面上的衍射結(jié)構(gòu)的波陣面上形成的光程差φbi(mm)作為距光軸的高度hi(mm)的函數(shù)，用被φbi＝ni·(b2I·hi2+b4i·hi4+b6i·hi6+…)(A)定義的光程差函數(shù)表示(在此ni是具有在形成在第i面上的衍射結(jié)構(gòu)上發(fā)生的衍射光中最大的衍射光效率的衍射光的衍射級數(shù)，b2i、b4i、b6i…分別是2次、4次、6次、…光程差函數(shù)系數(shù)(也稱衍射面系數(shù)))時，被PD1＝∑(-2·b2i·ni)定義的作為衍射透鏡的衍射率(mm-1)；PD2是把附加在透過在上述象差補償光學(xué)元件的塑料透鏡的第j面上形成的衍射結(jié)構(gòu)的波陣面上的光程差；φbj(mm)作為距光軸的高度hj(mm)的函數(shù)，用被φbj＝(b2j·hj2+b4j·hj4+b6j·hj6+…)定義的光程差函數(shù)表示(式中nj是被形成在第j面上的衍射結(jié)構(gòu)發(fā)生的衍射光中具有最大衍射光效率的衍射光的衍射級數(shù)，b2j、b4j、b6j…分別是2次、4次、6次、…的光程差函數(shù)系數(shù)(也稱衍射面系數(shù)))時，被PD2＝∑(-2·b2j·nj)定義的作為衍射透鏡的衍射率(mm-1)；PR2作為上述象差補償光學(xué)元件的塑料透鏡的折射透鏡的折射率(mm-1)；也就是說，第二記錄再生用光學(xué)系統(tǒng)的特征在于在通過形成在物鏡上的衍射結(jié)構(gòu)的作用使各個波長不同的多個光使保護層厚度不同的多種的光信息記錄媒體的各個信息記錄面上聚焦用一個物鏡進行在保護層的厚度不同的多種的光信息記錄媒體上的信息的記錄再生的記錄再生用光學(xué)系統(tǒng)中，在產(chǎn)生上述波長中最短波長的光的光源與上述物鏡之間的光路中配置象差補償光學(xué)元件。
因為形成在物鏡上的衍射結(jié)構(gòu)具有使短波長的光束的衍射光束對保護層薄的光信息記錄媒體形成良好的波陣面那樣的波長特性，并且還具有使長波長的光束的衍射光對保護層厚的光信息記錄媒體形成良好的波陣面那樣的波長特性，因為通過選擇地切換，在信息的記錄再生中的光的波長可以使各自波長的光聚焦在各自的信息記錄面上，所以用一個物鏡在保護層厚度不同的多種光信息記錄媒體上進行信息的記錄再生。
另外，500nm以下波長的光對保護層厚度不同的多種光信息記錄媒體中保護最薄的光信息記錄媒體在0.75以上的數(shù)值孔徑內(nèi)，通過確定衍射結(jié)構(gòu)，以使該500nm以下波長的光變成衍射極限內(nèi)那樣地聚焦，可以用一個物鏡兼容地記錄再生高密度DVD、DVD和/或CD。
更優(yōu)選的是500nm以下波長的光相對保護層厚度不同的多種光信息記錄媒體中保護層最的光信息記錄媒體在0.80以上的數(shù)值孔徑內(nèi)以變成衍射極限內(nèi)那樣地聚焦。
這時優(yōu)選的是在高密度DVD上使用2級以上的高級衍射光作為記錄再生用的光束，在DVD和/或CD上使用比其低的級數(shù)的衍射光作為記錄再生用光束。借此可以對應(yīng)波長400nm的高密度DVD的波長范圍、波長650nm的DVD的波長范圍、和/或波長780nm的CD波長范圍的各自的波長范圍的光獲得高的衍射效率。例如在對高密度DVD和DVD兼容的物鏡的場合，最好是在高密度DVD使用二級衍射光，在DVD上使用一級衍射光或者在高密度DVD上使用三次衍射光，在DVD上使用二級衍射光。即最好是使在高密度DVD上使用比DVD只高一級的衍射光。另外對高密度DVD、DVD和CD兼容的物鏡的場合，最好是在高密度DVD上用二級衍射光，在DVD上用一級衍射光，在CD上使用三級衍射光。
而且，該物鏡是一組一個構(gòu)成的塑料透鏡，形成在物鏡上的衍射結(jié)構(gòu)具有滿足(5)式那樣的衍射率。
另外，象差補償光學(xué)元件至少具有一個塑料透鏡，塑料透鏡的折射率滿足(7)式。在該塑料透鏡的至少一個面上預(yù)先形成衍射結(jié)構(gòu)，其衍射率滿足(6)式。
也就是說，在本發(fā)明的第二記錄再生光學(xué)系統(tǒng)中，在對高密度DVD進行信息記錄再生時，借助與第一記錄再生用光學(xué)系統(tǒng)同樣的作用效果，透過象差補償光學(xué)元件和物鏡后聚焦在光信息記錄媒體的信息記錄面上的最短波長的光束即使在溫度變化時，也能處在球面象差被抑制得很小的狀態(tài)，并且即使在半導(dǎo)體激光光源發(fā)生模跳動時，也處在軸向色差被抑制在很小的狀態(tài)，所以能對高密度DVD經(jīng)常維持能好的聚焦性能，從而對高密度DVD穩(wěn)定地進行信息的記錄再生。
在第二記錄再生用光學(xué)系統(tǒng)中，優(yōu)選的是，物鏡具有滿足下式(8)那樣的波長特性。
f2＜f0＜f1(8)式中f0上述至少二個不同的波長的光束中最短波長的上述整個物鏡系統(tǒng)的焦點距離(mm)，f1在比上述至少二個不同波長中最短的波長短了規(guī)定的波長差的波長時的上述整個物鏡系統(tǒng)的焦點距離(mm)，f2在比上述至少兩個不同的波長光束中的最短的波長長了規(guī)定的波長差的波長時的上述整個物鏡系統(tǒng)的焦點距離(mm)。
上述(8)式的含意是通過衍射結(jié)構(gòu)的作用，在最短波長變成短了規(guī)定的波長差時，物鏡的后聚焦向變長的方向變化，在最短波長的光的波長只變長規(guī)定的波長時，物鏡的后焦距向變短的方向變化。因此，在進行高密度DVD的信息記錄再生時，通過象差補償光學(xué)元件的作用可以正確地抵消因溫度變化引起的物鏡的球面象差變化，并且可以將透過補償光學(xué)元件和物鏡后聚焦在光信息記錄媒體的信息記錄面上的光束的軸向色差抑制得很小。
在上述第一和第二記錄再生用光學(xué)系統(tǒng)中，為了使物鏡具有滿足(4)式或(8)式的那樣的波長特性，而最好確定衍射結(jié)構(gòu)，以使物鏡的衍射率滿足下式(9)。
0.05＜PD1/PT1＜0.7(9)PT1上述整個物鏡系統(tǒng)的屈光度(mm-1)。
因為在上述(9)式的下限以上，衍射率相對整個物鏡系統(tǒng)的屈光度不是過分不足，所以使?jié)M足(2)式或(6)式的象差補償光學(xué)元件和物鏡組合時的軸向色差不變成欠補償。而因為在(9)式的上限以下，相對整個物鏡系統(tǒng)的屈光度不變成衍射率太過剩，所以使?jié)M足(2)式或(6)式的象差補償光學(xué)元件和物鏡組合時的軸向色差不變成過補償。
在本發(fā)明的記錄再生用光學(xué)系統(tǒng)中，當(dāng)設(shè)物鏡的衍射面中至少一個衍射在光信息記錄媒體側(cè)的最大數(shù)值孔徑的與上述衍射面的光軸垂直方向的環(huán)狀區(qū)間隔為pf(mm)，設(shè)上述物鏡的光信息記錄媒體側(cè)的最大數(shù)值孔徑的一半數(shù)值孔徑時的與上述衍射面的光軸垂直方向的環(huán)狀區(qū)間隔為ph(mm)時，最好滿足下式(11)。
1＜|(ph/pf)-2|＜10(11)上述(11)式是通過衍射作用用于使入射在物鏡上的光的波長變化時的球面象差變化量變成所期望值的條件。在本發(fā)明的記錄再生用光學(xué)系統(tǒng)的物鏡中，最好在入射在物鏡上的光的波長變化時確定衍射結(jié)構(gòu)，以使?jié)M足下述的任何一種場合。
第一，即使入射在物鏡上的光的波長變化，也是物鏡的球面象差幾乎不變化的場合。借此，因為能使用因制造誤差引起振蕩波長偏移的光源，所以取消了必需選擇光源的部分，從而能低成本地制造記錄再生用光學(xué)系統(tǒng)。
第二，在入射在物鏡上的光的波長變長時，是物鏡的球面象差向欠補償方向變化的場合。半導(dǎo)體激光器光源的光振蕩模隨著溫度上升而變化，振蕩波長向長波側(cè)變化。另外，因為在一組一個構(gòu)成的塑料透鏡中塑料透鏡的折射率隨著溫度上升而變小，所以球面象差向過補償方向變化。也就是說由于衍射作用，在入射在物鏡上的光的波長變長時，由于物鏡的球面象差盡量向欠補償方向變化，而可以抵消因溫度變化時的波長變化引起的球面象差的變化和因折射率變化引起的球面象差的變化。于是，因為可以使因溫度變化引起的物鏡單體的球面象差的變化量變小也沒有問題。所以象差補償光學(xué)元件的衍射率和/或折射率變小。從而使象著補償光學(xué)元件容易制造。
在本發(fā)明的記錄再生用光學(xué)系統(tǒng)中，當(dāng)設(shè)物鏡的光軸上的透鏡厚度為d(mm)，焦點距離為f(mm)時，最好滿足下式(12)。
0.8≤d/f≤2.4(12)上述(12)式是在1組1個構(gòu)成的高NA塑料透鏡中用于獲得充分的邊緣厚度、充分的動作距離和良好的像高特性的條件。
在(12)式的下限以上，因邊緣厚度不過分的薄而容易成形。并且在因光束入射面的非球面的最大有效直徑位置上的注視角度(非球面的法線與光軸的夾角)不變得過分的大，所以使模具加工精確。在(12)式的上限以下，因為傾斜的光束入射入物鏡上時的波陣面象差的象散成分沒發(fā)生過分的變大，所以能獲得像高特性良好的物鏡。另外，因為光軸上的透鏡厚度不變得過分的厚，所以可以使物鏡的重量變輕，并且能確保充分的動作距離。另外，在物鏡是樹對保護層厚度不同的多種光信息記錄媒兼容的物的場合下，在(12)式中的f變成在最短波長上的整個物鏡系統(tǒng)的焦點距離。
在本發(fā)明的記錄再生用光學(xué)系統(tǒng)中，優(yōu)選的是，物鏡單體的橫向放大率M滿足(10)式。更優(yōu)選的是，物鏡單體的橫向放大率M滿足(13)式0＜M＜1 (10)0＜M＜0.25(13)由于預(yù)先補償物鏡，以使對來自虛物點的收斂光束象差變成最小，所以可以使由溫度變化引起的球面象差的變化比對來自無限遠物點的平行光束象差變成最小那樣的補償場合下小。借此，因為減輕了在抵消因溫度變化的物鏡的球面象差的變化時的象差補償光學(xué)元件的負擔(dān)，所以減少了象差補償光學(xué)元件的衍射率和/或折射率。結(jié)果使象差補償光學(xué)元件制造容易。
另外，在物鏡是對保護層的厚度不同的多種光學(xué)信息記錄媒體兼容的物鏡場合，在(10)式中的M是在進行的保護層最薄的光信息記錄媒體上的信息記錄再生時的物鏡單體的橫向放大率。這時進行保護層最薄的光信息記錄媒體上的信息記錄再生時的物鏡單體的橫向放大率和進行保護層厚的光信息記錄媒體上的信息記錄再生時的物鏡單體的橫向放大率既可以相等，也可以不同。
另外，在滿足物鏡單體的橫向放大率(10)式的場合，本發(fā)明的記錄再生用光學(xué)系統(tǒng)最好在光源與物鏡之間的光路中具有用于把來自光源的發(fā)散光束變換成收斂光束的耦合透鏡。該耦合透鏡既可以是與象差補償光學(xué)元件同一個光學(xué)元件，也可以是分開的另一光學(xué)元件，但從減少記錄再生用光學(xué)系統(tǒng)的部件數(shù)目和降低成本的觀點上看最好是同一個光學(xué)元件。而且通過耦合透鏡的收斂光束最好聚焦在衍射極限內(nèi)的一點上。
在本發(fā)明的記錄再生用光學(xué)系統(tǒng)中，在因溫度變化引起的物鏡球面象差變化的補償與光學(xué)系統(tǒng)的軸向色差的補償兼容的場合，與物鏡相鄰的衍射環(huán)狀區(qū)的光軸垂直的方向的間隔(以下在本說明書中稱為環(huán)狀區(qū)間距)為數(shù)μm程度。當(dāng)環(huán)狀區(qū)間距小時，對由衍射輪帶形成的制造誤差引起的衍射率下降的影響變大，所以存在不能獲得足夠的光利用效率的擔(dān)心。另外，當(dāng)環(huán)狀區(qū)間距變成波長為10倍程度以下時，就變得不能無視對入射在衍射結(jié)構(gòu)上的光的偏光方向的衍射效率下降的影響，衍射效率的理論值變得比100％小。在此，為了緩和物鏡的環(huán)狀區(qū)間距，而最好是通過在物鏡的兩面上形成環(huán)狀區(qū)的衍射結(jié)構(gòu)，通過物鏡的兩面作為衍射面將衍射率分配在兩個衍射面上，來緩合每個衍射面的環(huán)狀區(qū)間隙。
另外，因為緩和物鏡的環(huán)狀區(qū)間距，所以使由物鏡的衍射結(jié)構(gòu)發(fā)生的衍射光中二級以上高級衍射光盡量具有最大的衍射光效率，最好用該高級衍射光作為光信息記錄媒體的記錄再生用的光束。例如在用二級衍射光作為記錄再生用的光束時，與使用一級衍射光時相比，可以使環(huán)狀區(qū)間距變?yōu)?倍。在將物鏡的兩面變成為衍射面時，也可以為了使二級以上的高級的衍射光具有最大的衍射光效率，而確定任何一個衍射面的衍射結(jié)構(gòu)，但最好是為了使在兩個衍射面上的高級衍射光具有最大光量而確定兩個面上的衍射結(jié)構(gòu)。
在本說明書中，所謂為了盡量使二級以上的高級衍射光具有最的衍光量而確定衍射結(jié)構(gòu)的含意是在平行于光軸附近的衍射環(huán)狀區(qū)的光軸方向的階梯量d(mm)、2以上的整數(shù)m、用于在光信息記錄媒體上進行信息記錄再生的光的波長λ(mm)(在記錄再生用光學(xué)系統(tǒng)是對保護層厚度不同的多種光信息記錄媒體是兼容的場合是用于在保護層最薄的光信息記錄媒體上進行信息記錄再生的光的波長)，在與波長λ的物鏡的折射率Nλ之間成立d＝mλ/Nλ-1)的關(guān)系。
另外，形成在物鏡面上的衍射結(jié)構(gòu)具有鋸齒狀的閃耀的衍射光柵的結(jié)構(gòu)，上述的閃耀衍射光柵結(jié)構(gòu)最好是用電子束掃描技術(shù)制作，或通過用電子束掃描技術(shù)制作的模具的模塑成形制作。
作為減少形狀誤差制作微細的閃耀衍射光柵的技術(shù)對透鏡基板上的抗蝕層在控制照射量的同時照射電子束后，通過顯影處理使抗蝕層的膜厚變化形成閃耀衍射光柵結(jié)構(gòu)的技術(shù)是公知的，通過該電子束掃描技術(shù)制作或用通過電子束掃描技術(shù)制作的模具成形制作，即使往往是環(huán)狀區(qū)變小的物鏡，也能進行形狀誤差小地制作。
在本發(fā)明的記錄再生用光學(xué)系統(tǒng)中，象差補償光學(xué)元件可以由用于變換來自光源的發(fā)散光束的耦合透鏡構(gòu)成。在物鏡是對保護層的厚度不同的多種光信息記錄媒體兼容的物鏡的場合，可以由變換來自產(chǎn)生最短波長的光的光源的發(fā)散光束的耦合透鏡構(gòu)成。而且耦合透鏡具有滿足(3)式或(7)式的折射率的至少一個塑料透鏡，該塑料透鏡具有至少一個衍射面，衍射面的衍射率的總和滿足(2)式或(6)式。
耦合透鏡也可以是(1)把來自光源的發(fā)散光束變換成發(fā)散角比較小的發(fā)散光束的透鏡，也可以是(2)把來自光源的發(fā)散光束變換成基本上平行的光束的準直透鏡，也可以是把來自光源的發(fā)散光束變換成收斂光束的透鏡。在(1)的場合，因為耦合透鏡的折射率小，所以使耦合透鏡制造容易。在(2)的場合，因為物鏡的物點位置不隨聚焦作用變化，所以能獲得良好的聚焦特性。而在(3)的場合，因為由溫度變化引起的球面象差的變化比(1)和(2)的場合小，并且因為在抵消因物鏡的溫度變化引起的球面象差變化時的耦合透鏡負擔(dān)，所以使耦合透鏡容易制造。
作為象差補償光學(xué)元件的耦合透鏡也可以由多個透鏡構(gòu)成，但從減少記錄再生用光學(xué)系統(tǒng)的部件個數(shù)和降低成本的觀點上看，最好是一組一個構(gòu)成的塑料透鏡。并且在這時，耦合透鏡的光源側(cè)的數(shù)值孔徑最好在0.15以上在0.50以下，借此，因為能確保因溫度變化時的折射率變化引起的來自耦合透鏡的射出光束的邊緣的(マ一ジナル)光線的傾角量足夠大，所以對溫度變化時的物球的球面象差的補償是有利的。
在本發(fā)明的記錄再生用光學(xué)系統(tǒng)中，象差補償光學(xué)元件可以由正透鏡組和負透鏡組的二組構(gòu)成。這時，記錄再生用光學(xué)系統(tǒng)具有用于變換來自光源發(fā)散光束的耦合透鏡，象差補償光學(xué)元件配置在該耦合透鏡與物鏡之間的光路中。在物鏡是對保護層厚度不同的多種光信息記錄媒體兼容的物鏡的場合，象差補償光學(xué)元件由配置在用于變換來自產(chǎn)生波長最短的光的光源的發(fā)散光束的耦合透鏡與物鏡之間的光路中的正透鏡組和負透鏡組的二組構(gòu)成。作為具有這樣形態(tài)的象差補償光學(xué)元件有例如配置在準直透鏡與物鏡的平行光束中并由正透鏡組和負透鏡組的兩組構(gòu)成的光束擴展器。這時因為把準直透鏡變?yōu)椴Ａ哥R時可以使準直透鏡與象差補償光學(xué)元件之間的光束經(jīng)常保持為平行光束，所以因容易配置光束整形棱鏡而是可取的。而且象差補償光學(xué)元件包括具有滿足(3)式或(7)式的衍射率的至少1個塑料透鏡，該塑料透鏡具有至少一個衍射面，衍射面的衍射率的總和滿足(2)式或(6)式。
另外，由正透鏡組和負透鏡組兩組構(gòu)成的象差補償光學(xué)元件也可以由多個透鏡構(gòu)成，但從減少記錄再生用光學(xué)系統(tǒng)的部件數(shù)這個觀點上看，最好是二組二個構(gòu)成。并且從降低成本的觀點上看最好是二組二個構(gòu)成的塑料透鏡。
另外為了使象差補償光學(xué)元件的衍射結(jié)構(gòu)的環(huán)狀區(qū)間距不變得過分的小，而上述透鏡組是在至少一個面上形成有由多個同心環(huán)狀階梯區(qū)的衍射結(jié)構(gòu)的塑料鏡，而上述負透鏡組是阿貝數(shù)比上述正透鏡組的塑料透鏡小的玻璃透鏡，當(dāng)設(shè)上述正透組的焦點距離為fp(mm)、上述負透鏡組的焦點距離為fN(mm)時，最好滿足下式(14)1.2≤|fp/fN|≤2.4(14)這樣使正透鏡為具有至少一個衍射面的塑料透鏡，負透鏡為玻璃透鏡，通過具有滿足上述(14)式那樣的構(gòu)成能確保因溫度變化時的折射率變化引的來自象差補償光學(xué)元件出光束的邊緣的(マ一ジナル)光線的傾角的變化量足夠大，從而能緩合象差補償光學(xué)元件的衍射結(jié)構(gòu)的環(huán)狀區(qū)間距。并且在這時更優(yōu)選的是選擇比正透鏡的塑料透鏡的阿貝數(shù)大的玻璃材料作為負的玻璃透鏡，從而對將光學(xué)系統(tǒng)的軸色產(chǎn)生的色差抑制到很小有利。
在本發(fā)明的記錄用光學(xué)系統(tǒng)中，象差補償光學(xué)元件可以由配置在用于變換來自光源的發(fā)散光束的耦合透鏡與物鏡之間的光路中的一組一個構(gòu)成的塑料透鏡構(gòu)成。在物鏡是對保護層的厚度不同的多種光信息記錄媒體兼容的物鏡場合，作為象差補償光學(xué)元件的一組一個構(gòu)成的塑料透鏡配置在用于變換來自產(chǎn)生波長最短的波長光的光源的發(fā)散光的耦合透鏡與物鏡之間的光路中。作為象差補償光學(xué)元件的塑料透鏡具有滿足(3)式或(7)式的折射率，同時衍射面的衍射率的總和滿足(2)式或(6)式。從而可以獲得一組一個這樣非常簡單構(gòu)成的象差補償光學(xué)元件。特別是使象差補償光學(xué)元件的折射率的絕對值與衍射率的折射率的絕對值相同，而且最好是當(dāng)這兩個值的符號為互相相反時，因為象差補償光學(xué)元件全系統(tǒng)的屈光度變?yōu)?，所以能使該象差補償光學(xué)元件容易配置在平行光束中。
另外，在本發(fā)明的記錄再生用光學(xué)系統(tǒng)中，優(yōu)選的是在象差補償光學(xué)元件的塑料透鏡上形成兩個以上的衍射面，將衍射率分配在多個衍射面上，借此可以緩和每一個衍射面的環(huán)狀區(qū)間隙，從而使因衍射環(huán)狀區(qū)的制造誤差引起的折射率下降的影響變小。
另外，為了緩和象差補償光學(xué)元件的塑料透鏡的環(huán)狀區(qū)面也可以盡量使在象差補償光學(xué)元件的塑料透鏡的衍射結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的衍射線中2級以上的高級的衍射光具有最大的衍射光效率，使該高級的衍射光盡量入射在物鏡上。例如在2級衍射光入射在物鏡上的場合，可以使環(huán)狀區(qū)間距為一次衍射光的場合的2倍。
另外，在本發(fā)明的記錄再生用光學(xué)系統(tǒng)中，具有滿足(2)式或(6)式那樣的衍射率的閃耀構(gòu)造的衍射構(gòu)造，最好是形成在作為宏觀的凸面上，因為與在作為宏觀的平面或凹面上形成衍射構(gòu)造的場合相比，可以使閃耀頂角變大，所以在用模具的模塑成形制作該閃耀構(gòu)造時，即使是細微的閃耀構(gòu)造也可正確地轉(zhuǎn)印。另外在本說明書中，所謂面的形狀“宏觀的凸(凹或平面)”與“各環(huán)狀區(qū)階梯的端部的包絡(luò)線是凸(凹或平面)”的含意相同。
另外，在本發(fā)明的記錄再生用光學(xué)系統(tǒng)中，通過在光源與物鏡之間的光路中配置由玻璃構(gòu)成的色差補償光學(xué)元件，可以使補償記錄再生用光學(xué)系統(tǒng)的軸向色差的機能分在色差補償光學(xué)元件、和形成在物鏡上的衍射結(jié)構(gòu)上。借此，因能使物鏡的折射率比在記錄再生用光學(xué)系統(tǒng)中不配置色差補用光學(xué)元件的場合小，而能緩合物鏡的環(huán)狀區(qū)間距。結(jié)果使因衍射環(huán)狀區(qū)的制造誤差引起的折射率的下降變小，而能獲得光利用率高的物鏡。作為這樣的色差補償光學(xué)元件例如有由互相鄰近配置的相對大的阿貝數(shù)的正透鏡和相對小的阿貝數(shù)的負透鏡構(gòu)成的雙合型色差補償光學(xué)元件、和形成具有正的衍射率的衍射物結(jié)構(gòu)的一組一個構(gòu)成的衍射型色差補償光學(xué)元件。既可以構(gòu)成記錄再生用光學(xué)系統(tǒng)，以使這些色差補償光學(xué)元件包含在象差補償光學(xué)件中，也可以構(gòu)成記錄再生用光學(xué)系統(tǒng)，以使這些色差補償光學(xué)元件不包含在上述象差補償光學(xué)元件中。
本發(fā)明的光信息記錄媒體的拾光裝置的特征在于，是至少包括光源，使從上述光源出射的光束聚焦在光信息記錄媒體的信息記錄面上的聚焦光學(xué)系統(tǒng)、和接收被上述信息記錄面反射的光束然后輸出響應(yīng)該光量的電信號的光檢測器的光信息記錄媒體的拾光裝置，上述聚光光學(xué)系統(tǒng)是上述的光信息記錄媒體的記錄再生用光學(xué)系統(tǒng)。
另外，本發(fā)明的記錄再生裝置通過搭載上述拾光裝置能進行聲音和/或圖像的記錄和/或聲音和/或圖像的再生。
另外，在本說明書中，所謂象差補償光學(xué)元件是配置在光源與一組一個構(gòu)成的塑料物鏡之間的光路中的光學(xué)元件，是所謂能使透過在溫度從規(guī)定的溫度只變化規(guī)定的溫差時的光學(xué)元件、和一組一個構(gòu)成的塑料物鏡的波陣面的波陣面象差量相對透過在溫度從上述規(guī)定的溫度只變化上述規(guī)定的溫差時的一組一個構(gòu)成塑料物鏡的波陣面的波陣面象差量減少的光學(xué)元件。
另外，在本說明書中所謂色差補償光學(xué)元件是配置在光源與一組一個構(gòu)成的塑料物鏡之間的光路中的光學(xué)元件，是所謂能使波長從規(guī)定的波長只變化規(guī)定的波長差的波長不同的光透過光學(xué)元件、象差補償光學(xué)元件和一組一個構(gòu)成的塑料物鏡的波陣面的軸向色差相對使波長從上述規(guī)定的波長只變化規(guī)定的波長差的波長不同的光透過象差補償光學(xué)元件、和一組一個構(gòu)成的塑料物鏡的波陣面上的軸向色差變小的光學(xué)元件。
另外，在本說明書中所謂“稱為A的光學(xué)元件包含在稱為B的光學(xué)元件中”是與雖然稱為A的光學(xué)元件、稱為B的光學(xué)元件的各自的透射波陣面象差比邊緣極限大，但透過稱為A的光學(xué)元件、稱為B的光學(xué)元件的兩者的波陣面的波陣面象差處在M的范圍內(nèi)的含意相同。并且所謂“稱為A的光學(xué)元件不包含在稱為B的光學(xué)元件內(nèi)”或“稱為A的光學(xué)元件和稱為B的光學(xué)是分開的”另一光學(xué)元件是與稱為A的光學(xué)元件和稱為B的光學(xué)元件的各自的透射波陣面象差處在邊緣極限內(nèi)的含意相同。
另外，在本說明書中，所謂形成有衍射面或衍射結(jié)構(gòu)的(光學(xué))面是指在光學(xué)元件的表面上例如透鏡的面上設(shè)置凹凸，使其具有使入射光束衍射作用的面。在同一光學(xué)面上有產(chǎn)生衍射的區(qū)域和不產(chǎn)生衍射區(qū)域的場合，是指產(chǎn)生衍射的區(qū)域。另外所謂衍射結(jié)構(gòu)或衍射圖像是指產(chǎn)生該衍射的區(qū)域，作為凹凸的形狀例如在光學(xué)元件的表面上以光軸為中心作為大致同心圓形狀的環(huán)狀區(qū)形成，并且如果只在含光軸的平面上看該剖面，則各環(huán)狀區(qū)雖然被認為是鋸齒狀或階梯狀那樣的形狀，但是包含這樣形狀的結(jié)構(gòu)。
另外，在本說明書中，所謂信息的記錄和再生是指在上述那樣的光信息記錄媒體的信息記錄面上記錄信息，和再生已記錄在上信息記錄面上的信息。本發(fā)明的記錄再生用光學(xué)系統(tǒng)既可以是用于進行只記錄或只在再生的光學(xué)系統(tǒng)，也可以是用于進行記錄和再生兩者的光學(xué)系統(tǒng)。并且也可以是用于對某個光信息記錄媒體進行記錄，而用于對另一光信息記錄媒體進行再生的光學(xué)系統(tǒng)，也可以是用于對某個光信息記錄媒體進行記錄或再生，而用于對另一光信息記錄媒體進行記錄和再生的光學(xué)系統(tǒng)。另外在此所謂再生是包含簡單地讀出信息的意思。


圖1表示現(xiàn)有技術(shù)中的NA0.85、焦點距離2.2mm、設(shè)計基準波長405nm的一組一個構(gòu)成的塑料透鏡的波陣面象差隨溫度變化的狀態(tài)的圖。
圖2概略表示搭載第一實施方式的記錄再生用光學(xué)系統(tǒng)的第一拾光裝置構(gòu)成的圖。
圖3是概略表示搭載第二實施方式的記錄再生用光學(xué)系統(tǒng)的第二拾光裝置構(gòu)成的圖。
圖4是實施例1的記錄再生用光學(xué)系統(tǒng)的光路圖。
圖5是表示在實施例1的衍射一體型準直透鏡在波長405±5nm時的球面象差和軸向色差的曲線。
圖6是表示在實施例1的衍射一體型物鏡在波長405±5nm時的球面象差和軸向色差的曲線。
圖7是表示在使實施例1的衍射一體型準直透鏡與衍射一體型物鏡組合的記錄再生用光學(xué)系統(tǒng)在波長405±5nm時的球面象差和軸向色差的曲線。
圖8是表示實施例1的記錄再生用光學(xué)系統(tǒng)的溫度特性的圖。
圖9是表示實施例1的記錄再生用光學(xué)系統(tǒng)的波長特性的圖。
圖10是表示實施例2的記錄再生用光學(xué)系統(tǒng)的光路圖。
圖11是表示在實施例2的衍射一體型物鏡在波長405±5nm時的球面象差和軸向色差的曲線。
圖12是表示在使實施例2的衍射一體型光束擴展器與衍射一體型物鏡組合的記錄再生用光源系統(tǒng)在波長405±5nm時的球面象差和軸向色差的曲線。
圖13是表示實施例2的記錄再生用光學(xué)系統(tǒng)的溫度特性的圖。
圖14是表示實施例2的記錄再生用光學(xué)系統(tǒng)的波長特性的圖。
圖15是表示實施例3的記錄再生用光學(xué)系統(tǒng)的光路圖。
圖16是表示在實施例3的衍射一體型物鏡在波長405±5nm時的球面象差和軸向色差的曲線。
圖17是表示在使實施例3的衍射一體型光束擴展器與衍射一體型物鏡組合的記錄再生用光學(xué)系統(tǒng)在波長405±5nm時的球面象差和色差的曲線。
圖18是表示實施例3的記錄再生用光學(xué)系統(tǒng)的溫度特性的圖。
圖19是表示實施例3的記錄再生用光學(xué)系統(tǒng)的波長特性的圖。
圖20是表示實施例4的記錄再生用光學(xué)系統(tǒng)的光路圖。
圖21是表示實施例4的衍射一體型物鏡在波長405±5nm時的球面象差和軸向色差的曲線。
圖22是表示使實施例4的象差補償光學(xué)元件與衍射一體型物鏡組合的記錄再生用光學(xué)系統(tǒng)在波長405±5nm時的球面象差和軸向色差的曲線。
圖23是表示實施例4的記錄再生用光學(xué)系統(tǒng)的溫度特性的圖。
圖24是表示實施例4的記錄再生用光學(xué)系統(tǒng)的波長特性的圖。
圖25是表示實施例5的記錄再生用光學(xué)系統(tǒng)的光路圖。
圖26是表示在實施例5的衍射一體型耦合透鏡在波長405±5nm時的球面象差和軸向色差的曲線。
圖27是表示在實施例5的衍射一體型物鏡在波長405±5nm時的球面象差和軸向色差的曲線。
圖28是表示實施例5的衍射一體型耦合透鏡與衍射一體型物鏡組合的記錄再生用光學(xué)系統(tǒng)在波長405±5nm時的球面象差和軸向色差的曲線。
圖29是表示實施例5的記錄再生用光學(xué)系統(tǒng)的溫度特性的圖。
圖30是表示實施例5的記錄再生用光學(xué)系統(tǒng)的波長特性的圖。
圖31是表示實施例6的記錄再生用光學(xué)系統(tǒng)的光路圖。
圖32是表示在使實施例6的衍射一體型準直透鏡與衍射一體型物鏡組合的光學(xué)系統(tǒng)在波長405±5nm時的球面象差和軸向色差的曲線。
圖33是表示在使實施例6的衍射一體型準直透鏡、接合型雙透鏡和衍射一體型物鏡組合的記錄再生用光學(xué)系統(tǒng)在波長405±5nm時的球面象差和軸向色差的曲線。
圖34是表示實施例6的記錄再生用光學(xué)系統(tǒng)的溫度特性的圖。
圖35是表示實施例6的記錄再生用光學(xué)系統(tǒng)的波長特性的圖。
圖36是表示在實施例7中對高密度DVD的信息進行記錄再生時的光路圖。
圖37是表示在實施例7中對DVD的信息進行記錄再生時的光路圖。
圖38是在實施例7中對CD的信息進行記錄再生時的光路圖。
圖39是表示在實施例7的衍射一體型準直透鏡在波長405±5nm時的球面象差和軸向色差的曲線。
圖40是表示在實施例7的衍射一體型物鏡在波長405±5nm時的球面象差和軸向色差的曲線。
圖41是表示實施例7的衍射一體型物鏡在波長650nm時的球面象差的曲線。
圖42是表示在實施例7的衍射一體型物鏡在波長780nm時的球面象差的曲線。
圖43是在使圖7的象差補償光學(xué)元件與衍射一體型物鏡組合的記錄再生用光學(xué)系統(tǒng)在波長405±5nm時的球面象差和軸向色差的曲線。
圖44是表示實施例7的記錄再生用光學(xué)系統(tǒng)的溫度特性的圖。
圖45是表示實施例7的記錄再生用光學(xué)系統(tǒng)的波長特性的圖。
圖46是概略表示搭載第三實施方式的記錄再生用光學(xué)系統(tǒng)的第三拾光裝置構(gòu)成的圖。
圖47是表示實施例8的記錄再生用光學(xué)系統(tǒng)對高密度DVD的信息進行記錄再生時的溫度特性的圖。
圖48是表示實施例8的記錄再生用光學(xué)系統(tǒng)對DVD的信息進行記錄再生時的溫度特性的圖。
圖49是表示實施例8的記錄再生用光學(xué)系統(tǒng)對高密度DVD的信息進行記錄再生時的波長特性的圖。
圖50是表示實施例8的記錄再生用光學(xué)系統(tǒng)對DVD的信息進行記錄再生時的波長特性的圖。
具體實施例方式
下面參照

本發(fā)明的第一、第二和第三實施方式。
(第一實施方式)圖2是概略表示搭載第一實施方式的記錄再生用光學(xué)系統(tǒng)的第一拾光裝置構(gòu)成的圖。圖2的拾光裝置1包括作為光源的半導(dǎo)體激光器11、衍射一體型耦合透鏡13和衍射一體型物鏡15。
半導(dǎo)體激光器11是射出波長400nm程度的光束的GaN系藍紫光激光器。另外，作為射出波長400nm的程度的光束的光源，除了上述的GaN系藍紫光激光器外，也可以是利用二次諧波的SHG藍紫光激光器。
衍射一體型耦合透鏡11是將半導(dǎo)體激光器11的發(fā)散光束變換成相對光軸平行的光束的準直透鏡，并且是塑料透鏡。另外作為衍射一體型耦合透鏡13也可以用使來自半導(dǎo)體激光器11的發(fā)散光束的發(fā)散角變得比較小的透鏡和使來自半導(dǎo)體激光器的發(fā)散光束變換成收斂光束的透鏡。
另外，在衍射一體型耦合透鏡13的衍射一體型物鏡15側(cè)的面上設(shè)置大致同心圓狀的衍射圖形。確定衍射一體型耦合透鏡13的衍射圖形，以便滿足上述的(2)式。另外大致同心圓形的衍射圖形也可以設(shè)置在衍射一體型耦合透鏡13的半導(dǎo)體激光器11側(cè)的面上，也可以設(shè)置在半導(dǎo)體激光器11側(cè)的面上和衍射一體物鏡15側(cè)的面的兩者上。另外雖然衍射一體型耦合透鏡13的衍射圖形相對光軸形成為大致同心圓形狀，但也可以設(shè)置除同心圓形狀以外的衍射圖形。
衍射一體型物鏡15是將來自衍射一體型耦合透鏡的光束通過高密度記錄用的光盤16的保護層16在衍射范圍內(nèi)聚焦在信息記錄面16b下的透鏡，光盤16側(cè)的數(shù)值孔徑為0.75以上。
衍射一體型物鏡15是一組一個構(gòu)成的非球面塑料透鏡，在衍射一體型物鏡15的衍射一體型耦合透鏡13側(cè)的面上設(shè)置大致同心圓狀的衍射圖形。衍射一體型物鏡15的衍射圖像按照滿足上述的(1)式、(4)式、(9)式和(11)式的要求確定。并且衍射一體型物鏡15在其光軸上的透鏡厚度根據(jù)滿足上式上的(12)式的要求確定。
另外，大致同心圓狀的衍射圖形既可以設(shè)置在衍射一體型物鏡15的衍射一體型耦合透鏡13側(cè)的面上，也可以設(shè)置衍射一體型耦合透鏡13側(cè)的面和光盤16側(cè)的面的兩者上。另外雖然衍射一體型物鏡15的衍射圖形相對光軸形成為大致同心圓狀，但也可以設(shè)置大致同心圓以外的衍射圖形。
另外，衍射一體型物鏡15具有相對光軸垂直延伸的面，并且有凸緣部50，從而可以利用該凸緣部50將衍射一體型物鏡15更精確地安裝在拾光裝置1上。
從半導(dǎo)體激光器11出射的發(fā)散光束在透過偏光分束鏡15后，被衍射一體形耦合透鏡13變成平行光束，經(jīng)1/4波長板14變成圓偏振光，通過未示出的光闌后通過衍射一體型物鏡15經(jīng)光盤16的保護層16a變成聚焦在信息記錄面16b上的光斑。衍射一體型物鏡15被配置在其周邊上的執(zhí)行機構(gòu)2進行聚焦控制和跟蹤控制。
在信息記錄面16b上通過信息凹坑調(diào)制的反射光束再通過衍射一體型物鏡15、光闌、1/4波長片后，變成為直線偏光，被衍射一體型耦合透鏡13變成為收斂光束，被偏光分束鏡12反射，通過經(jīng)欄面耦合透鏡17和凹透鏡18產(chǎn)生象散，會聚在光檢測器19上。然后可以用光檢測器19的輸出信號讀取記錄在光盤16中的信息。
因為本實施方式的衍射一體型物鏡15是一組一個構(gòu)成的塑料透鏡，所以當(dāng)衍射一體型物鏡15的溫度隨著來自執(zhí)行機構(gòu)2的放熱和環(huán)境溫度的上升而上升時，向折射率變小的方向變化，從而使其球面象差向過補償方向方向變化。另外，因為衍射一體型耦合透鏡13是塑料透鏡，而其折射率滿足上述的(3)式，所以當(dāng)衍射一體型透鏡13的溫度隨執(zhí)行機構(gòu)2的放熱和環(huán)境溫度的上升而上升時，向折射率變少的方向變化，從而使從衍射一體型耦合透鏡13射出的光束變成收斂光束。因為這相當(dāng)于衍射一體型物鏡15的橫向倍率變小，所以隨著該橫向放大率的變化使衍射一體型物鏡15的球面象差向欠補償方向變化。因為衍射一體型耦合透鏡13的折射率和衍射率根據(jù)滿足正好能抵銷衍射一體型物鏡15向隨溫度變化過補償方向的球象差變化和向隨橫向放大率變化的欠補償方向的球面象差變化的要求確定，所以使從半導(dǎo)體激光器11射出的光束由于經(jīng)過衍射一體型耦合透鏡13和衍射一體型物鏡15即使溫度變化時也能幾乎球面象差無變化地聚焦在光盤16的信息記錄面16b上。
另外，衍射一體型物鏡15因在光學(xué)面上設(shè)置滿足上述(1)式那樣的大致的同心圓狀的衍射圖形，而發(fā)生相對反應(yīng)半導(dǎo)體激光器11的振蕩波長與由衍射一體型耦合透鏡13的衍射圖形產(chǎn)生的軸向色差符號相反并且其絕對值大致相同的軸向色差。因此從半導(dǎo)體激光器11出射的光束因經(jīng)過衍射一體型耦合透鏡13和衍射一體型物鏡15而幾乎無軸向色差地聚焦在光盤16的信息記錄面16b上。
(第二實施方式)圖3是概略表示搭載第二實施方式的記錄再生用光學(xué)系統(tǒng)的第二拾光裝置構(gòu)成的圖。本實施方式的拾光裝置是搭載能用一個物鏡對保護層厚度不同的三種光盤利用來自波長不同的三種光源的光兼容地進行信息的記錄再生的記錄再生用光學(xué)系統(tǒng)的拾光裝置。
保護層厚度不同的三種光盤是保護層最薄且記錄密度最大的高密度DVD的光盤16、保護層為0.6mm的DVD、DVD-ROM、DVD-RAM、DVD-R、DVD-RW、DVD+RW等各種DVD中的某一種的第二光盤、和保護層為1.2mm的CD、CD-R、CD-RW、CD-Video、CD-ROM等各種CD中的某一種的第三光盤22。
圖3的拾光裝置1’包括作為產(chǎn)生第一光盤16的記錄再生用的光的第一光源的半導(dǎo)體激光器11、作為產(chǎn)生第二光盤21的再生用的光的第二光源的半導(dǎo)體激光器31、作為產(chǎn)生第三光盤22的記錄再生用的光的第三光源的半導(dǎo)體激光器32的三種半導(dǎo)體激光器，這些半導(dǎo)體激光器被根據(jù)記錄信息的光盤保護層的厚度選擇發(fā)光。
半導(dǎo)體激光器11是發(fā)射波長400nm程度的GaN系藍紫光激光器，另外，作為發(fā)射波長400nm程度的光束的光源除上述GaN系藍紫光激光器外，也可以是利用二次諧波的SHG藍紫光激光器。半導(dǎo)體激光器31是發(fā)射波長650nm程度的光束的半導(dǎo)體激光器。半導(dǎo)體激光器32是發(fā)射波長780nm程度的光束的紅外半導(dǎo)體激光器。
另外，拾光裝置1′包括作為把來自半導(dǎo)體激光器11的發(fā)散光束變成平行光軸的平行光束的準直透鏡的衍射一體型耦合透鏡13和衍射一體型物鏡40。
衍射一體型透鏡40是能完成下述功能的透鏡使從半導(dǎo)體激光器11射出并經(jīng)過衍射一體型耦合透鏡13的光束通過作為高密度DVD的第一光盤16的保護層16a以在第一數(shù)值孔徑內(nèi)的衍射范圍內(nèi)的方式聚焦在信息記錄面16b上，并且使從半導(dǎo)體激光器31發(fā)射的發(fā)散光束通過作為DVD的第二光盤21的保護層21a以變成為第二數(shù)值孔徑內(nèi)的衍射范圍內(nèi)的方式聚焦在信息記錄面21b上，并且使從半導(dǎo)體激光器32發(fā)射的發(fā)散光束通過作為CD的第三光盤22的保護層22a以變?yōu)榈谌龜?shù)值孔徑內(nèi)的衍射范圍內(nèi)的方式聚焦在信息記錄面22b上，其中第一數(shù)值孔徑為0.75以上，第二數(shù)值孔徑為0.60至0.65，第三數(shù)值孔徑為0.45至0.50。
衍射一體型物鏡40是一組一個構(gòu)成的非球面塑料透鏡，在衍射一體型物鏡40的衍射一體形耦合透鏡13側(cè)的面上設(shè)置大致同心狀的衍射圖形。衍射一體型物鏡40的衍射圖形根據(jù)短波長光束的衍射光相對保護層薄的光盤能形成良好的波陣面，面長波長光束的衍射光相對保護層厚的光盤能形成良好波陣面的要求確定。
另外，衍射一體型物鏡40的衍射圖形根據(jù)滿足上述的(5)式、(8)式、(9)式和(11)式的要求確定。衍射一體型物鏡40在其光軸上的透鏡厚度根據(jù)滿足上述的式(12)確定。
另外，大致同心圓狀的衍射圖形既可以設(shè)置在衍射一體型物鏡40的衍射一體形耦合透鏡13側(cè)的面上，也可以設(shè)置在衍射一體型透鏡13側(cè)的面和光盤側(cè)的面的兩者上。并且雖然衍射一體型物鏡40的衍射圖形相對光軸形成大致同心圓狀，但也可以設(shè)置除此以外的衍射圖形。另外衍射一體型物鏡40具有相對光軸垂直延伸的面，并且有凸緣部50，通過該凸緣部50可以使衍射一體型物鏡40更精確地安裝在拾光裝置1′上。
衍射一體型耦合透鏡13是把來自半導(dǎo)體激光器11的發(fā)散光束變換成平行于光軸的平行光束的準直透鏡，并且是塑料透鏡。另外，作為衍射一體型耦合透鏡13也可以用使來自半導(dǎo)體激光器11的發(fā)散光束的發(fā)散角變得更小的透鏡或使來自半導(dǎo)體激光器11的發(fā)散光束變換成收斂光束的透鏡等。
另外，在衍射一體型耦合透鏡13的衍射一體型物鏡40側(cè)的面上設(shè)置大致同心圓狀的衍射圖形。上述衍射一體型耦合透鏡40的衍射圖形根據(jù)滿足上述的(6)式的要求確定。另外大致同心圓狀的衍射圖形既可以設(shè)置在衍射一體型耦合透鏡13的半導(dǎo)體激光器11側(cè)的面上，也可以設(shè)置在半導(dǎo)體激光器11側(cè)的面和衍射一體型物鏡40側(cè)的面的兩者上。雖然衍射一體型耦合透鏡13的衍射圖形相對光軸形成為大致同心圓狀，但也可以設(shè)置除此以外的衍射圖形。
從半導(dǎo)體激光器11出射和發(fā)散光束在透過偏光分束鏡12后，被衍射一體形耦合透鏡13變成平行光束，經(jīng)偏光分束鏡41、偏光分束鏡42和未示出的光闌后通過衍射一體型物鏡40經(jīng)第一光盤16的保護層16a變成聚焦在信息記錄面16b上的光斑。衍射一體型物鏡40被配置在其周邊上的執(zhí)行機構(gòu)2進行聚焦控制和跟蹤控制。
在信息記錄面16b上通過信息凹坑調(diào)制的反射光束再通過衍射一體型物鏡40、光闌、偏光分束器42、偏光分束器41后，被衍射一體型耦合透鏡40變成為收斂光束，被偏光分束鏡12反射，通過經(jīng)欄面耦合透鏡17和凹透鏡18產(chǎn)生象散，會聚在光檢測器19上。然后可以用光檢測器19的輸出信號讀取記錄在第一光盤16中的信息。
因為本實施方式的衍射一體型物鏡40是一組一個構(gòu)成的塑料透鏡，所以當(dāng)衍射一體型物鏡40的溫度隨著來自執(zhí)行機構(gòu)2的放熱和環(huán)境溫度的上升而上升時，向折射率變小的方向變化，從而使其球面象差向過補償方向方向變化。另外，因為折射一體型耦合透鏡13是塑料透鏡，而其折射率滿足上述的(7)式，所以當(dāng)衍射一體型透鏡13的溫度隨執(zhí)行機構(gòu)2的放熱和環(huán)境溫度的上升而上升時，向折射率變少的方向變化，從而使從衍射一體型耦合透鏡13射出的光束變成收斂光束。因為這相當(dāng)于衍射一體型物鏡40的橫向倍率變小，所以隨著該橫向放大率的變化，使衍射一體型物鏡40的球面象差向欠補償方向變化。因為衍射一體型耦合透鏡13的折射率和衍射率根據(jù)滿足正好能抵銷衍射一體型物鏡15向隨溫度變化過補償方向的球象差變化和向隨橫向放大率變化的欠補償方向的球面象差變化的要求確定，所以使從半導(dǎo)體激光器11射出的光束由于經(jīng)過衍射一體型耦合透鏡13和衍射一體型物鏡15即使溫度變化時也能幾乎球面象差無變化地聚焦在第一光盤16的信息記錄面16b上。
另外，衍射一體型物鏡40因在光學(xué)面上設(shè)置滿足上述(5)式那樣的大致的同心圓狀的衍射圖形，而發(fā)生與反應(yīng)半導(dǎo)體激光器11和振蕩波長由衍射一體型耦合透鏡13的衍射圖形產(chǎn)生的軸向色差符號相反并且其絕對值大致相同的軸向色差。因此從半導(dǎo)體激光器11出射的光束因經(jīng)過衍射一體型耦合透鏡13和衍射一體型物鏡40而幾乎無軸向色差地聚焦在第一光盤16的信息記錄面16b上。
另外，從半導(dǎo)體激光器31發(fā)射的發(fā)散光束透過偏光分束器12′后，被偏光分束器41反射通過偏光分束器42和未圖示的光闌后，通過衍射一體型物鏡40經(jīng)第二光盤21的保護層21a聚焦在信息記錄面21b上變成光斑。衍射一體型物鏡40被配置在其周邊的執(zhí)行機構(gòu)2進行聚焦控制和跟蹤控制。
在信息記錄面21b上通過信息凹坑調(diào)制的反射光束再通過衍射一體型物鏡40、光闌、偏光分束器42后，被偏光分束鏡12′反射，通過經(jīng)欄面粘合透鏡17′和凹透鏡18′產(chǎn)生象散，會聚在光檢測器19′上。然后可以用光檢測器19的輸出信號讀取記錄在第二光盤21中的信息。
另外，從半導(dǎo)體激光器32發(fā)射和發(fā)散光束透過偏光分束器12″后，被偏光分束器42反射通過未圖示的光闌后，通過衍射一體型物鏡40經(jīng)第三光盤22的保護層22a聚焦在信息記錄面22b上變成光斑。衍射一體型物鏡40被配置在其周邊的執(zhí)行機構(gòu)2進行聚焦控制和跟蹤控制。
在信息記錄面22b上通過信息凹坑調(diào)制的反射光束再通過衍射一體型物鏡40、光闌后，被偏光分束鏡42和偏光分束器12″反射后，通過經(jīng)欄圓柱形透鏡17″和凹透鏡18″產(chǎn)生象散，會聚在光檢測器19″上。然后可以用光檢測器19″的輸出信號讀取記錄在第三光盤22中的信息。
另外，拾光裝置1′在半導(dǎo)體激光器11與衍射一體型物鏡40之間、半導(dǎo)體激光器31與衍射一體型物鏡40之間、半導(dǎo)體激光器32與衍射一體型透鏡40之間的各自的光路中配置未示出的1/4波長片。
圖3中所示那樣的拾光裝置1′可以對應(yīng)例如CD、CD-R、CD-RW、CD-Video、CD-ROM等各種CD、DVD、DVD-ROM、DVD-RAM、DVD-R、DVD-RW、DVD+RW等各種DVD、MD等光信息記錄媒體搭載在兼容的播放機或座等或者裝入它們的AV設(shè)備、個人計算機、其它的信息終端等聲音和/或圖像記錄裝置和/或再生裝置上。
(第三實施方式)圖46是概略表示搭載第三實施方式的記錄再生用光學(xué)系統(tǒng)的第三拾光裝置構(gòu)成的圖。本實施方式的拾光裝置是搭載能用一個物鏡對保護層厚度不同的三種光盤利用來自波長不同的三種光源的光兼容地進行信息的記錄再生的記錄再生用光學(xué)系統(tǒng)的拾光裝置。
記錄密度不同的三種光盤是為了記錄再生而使用400nm程度的短波長光束且記錄密度最大的高密度和保護層為0.6mm的DVD、DVD-ROM、DVD-RAM、DVD-R、DVD-RW、DVD+RW等各種DVD中的某一個的第二光盤21、和保護層為1.2mm的CD、CD-R、CD-RW、CD-Video、CD-ROM等各種CD中的第三光盤22。
拾光裝置1″包括作為產(chǎn)生第一光盤23的記錄再生用的光的第一光源的半導(dǎo)體激光器11和光檢測器19一體化的第一光盤用的組件80、作為產(chǎn)生第二光盤21的再生用的光的第二光源的半導(dǎo)體激光器31和光檢測器19′一體化的第二光盤用的組件90、作為產(chǎn)生第三光盤22的記錄再生用的光的第三光源的半導(dǎo)體激光器32與光檢測器19″一體化的第三光盤用的組件100，這些半導(dǎo)體激光器被根據(jù)記錄信息的光盤的記錄的密度選擇地發(fā)光。
半導(dǎo)體激光器11是發(fā)射波長400nm程度的GaN系藍紫光激光器，另外，作為發(fā)射波長400nm程度的光束的光源除上述GaN系藍紫光激光器外，也可以是利用二次諧波的SHG藍紫光激光器。半導(dǎo)體激光器31是發(fā)射波長650nm程度的光束的半導(dǎo)體激光器。半導(dǎo)體激光器32是發(fā)射波長780nm程度的光束的紅外半導(dǎo)體激光器。
另外，拾光裝置1″包括作為把來自半導(dǎo)體激光器11和半導(dǎo)體激光器31的發(fā)散光束變成平行光軸的平行光束的準直透鏡的衍射一體型耦合透鏡60，該衍射一體型物鏡60配置在來自半導(dǎo)體激光器11和半導(dǎo)體激光器31的光束一起通過的光路中。
衍射一體型物鏡70是能完成下述功能的透鏡使從半導(dǎo)體激光器11射出并經(jīng)過衍射一體型耦合透鏡60的光束通過第一光盤23的保護層23a以在第一數(shù)值孔徑內(nèi)的衍射范圍內(nèi)的方式聚焦在信息記錄面23b上，并且使從半導(dǎo)體激光器31發(fā)射的并通過衍射一體型的耦合透鏡60的光束通過作為DVD的第二光盤21的保護層21a以變成為第二數(shù)值孔徑內(nèi)的衍射范圍內(nèi)的方式聚焦在信息記錄面21b上，并且使從半導(dǎo)體激光器32發(fā)射的發(fā)散光束通過作為CD的第三光盤22的保護層22a以變?yōu)樵诘谌龜?shù)值孔徑內(nèi)的衍射范圍內(nèi)的方式聚焦在信息記錄面22b上，其中第一數(shù)值孔徑為0.65左右，第二數(shù)值孔徑為0.60至0.65，第三數(shù)值孔徑為0.45至0.50。
衍射一體型物鏡70是一組一個構(gòu)成的非球面塑料透鏡，在衍射一體型物鏡70的衍射一體形耦合透鏡60側(cè)的面上設(shè)置大致同心狀的衍射圖形。衍射一體型物鏡60的衍射圖形滿足上述的(A)式，并且按下述要求確定該衍射圖形。并使從半導(dǎo)體激光器31和半導(dǎo)體激光器32射出的光束入射時發(fā)生的衍射光中具有最大光量的衍射級數(shù)(分別設(shè)為n2、n3)比在從半導(dǎo)體激光器11發(fā)射的光束入射時發(fā)射的衍射光中具有最大光量的衍射級數(shù)(設(shè)為n1)低。并且具有下述波長特性所述的波長特性能使從半導(dǎo)體激光器11射出的光束的衍射光在記錄密度高的第一光盤23的信息記錄面23a上形成良好的波陣面，從半導(dǎo)體激光器31射出的光束的衍射光在第二光盤21的信息記錄面21a上形成良好的波陣面，從半導(dǎo)體激光器32發(fā)射的光束的衍射光在第三光盤31的信息記錄面31a上形成良好的波陣面，因此能對應(yīng)各個半導(dǎo)體激光器的波長范圍維持高的衍射效率，從而能兼容地進行與各個光盤對應(yīng)的信息的記錄再生。
具體地說，可以選擇(n1、n2、n3)＝(2、1、1)、(4、3、2)、(6、4、3)、(8、5、4)和(10、6、5)中的某一個作為n1、n2和n3的組合。
另外，在是搭載能用一個物鏡兼容地對高密度DVD和DVD二種光盤進行信息記錄再生的記錄再生用光學(xué)系統(tǒng)的拾光裝置的場合，當(dāng)選擇(n1、n2)＝(2、1)、(3、2)、(4、2)、(5、3)、(6、4)、(7、4)、(8、5)、(9、6)、(10、6)中的某個作為n1、n2的組合時，可以對應(yīng)半導(dǎo)體激光器11和半導(dǎo)體激光器31的各自的波長范圍維持高的衍射效率，從而可以抑制光量損失。
另外，大致同心圓狀的衍射圖形既可以設(shè)置在衍射一體型物鏡70的衍射一體形耦合透鏡60側(cè)的面上，也可以設(shè)置在衍射一體型透鏡60側(cè)的面和光盤側(cè)的面的兩者上。并且雖然衍射一體型物鏡70的衍射圖形相對光軸形成大致同心圓狀，但也可以設(shè)置除此以外的衍射圖形。另外，衍射一體型物鏡70具有相對光軸垂直延伸的面，并且有凸緣部50，通過該凸緣部50可以使衍射一體型物鏡70更精確地安裝在拾光裝置1″上。
衍射一體型耦合透鏡70是把來自半導(dǎo)體激光器11的發(fā)散光束變換成平行于光軸的平行光束的準直透鏡，并且是塑料透鏡。另外，作為衍射一體型耦合透鏡70也可以用使來自半導(dǎo)體激光器11和半導(dǎo)體激光器31的發(fā)散光束的發(fā)散角變得更小的透鏡或使來自半導(dǎo)體激光器11和半導(dǎo)體激光器31的發(fā)散光束變換成收斂光束的透鏡等。并且也可以是將來自半導(dǎo)體激光器11的發(fā)散光束變換成平行光束并將來自半導(dǎo)體激光器31的發(fā)散光束的發(fā)散角變成較小的透鏡，也可以是使來自半導(dǎo)體激光器11的發(fā)散光束變換成平行光束，使半導(dǎo)體激光器31的發(fā)散光束變換成收斂光束的透鏡。或者也可以是使來自半導(dǎo)體激光器的發(fā)散光束變換成平行光束并將來自半導(dǎo)體激光器11的發(fā)散光束的發(fā)散角度變小的透鏡，也可以是使來自半導(dǎo)體激光器31的發(fā)散光束變換成平行光束并使來自半導(dǎo)體激光器11的發(fā)散光束變換成收斂光束的透鏡，或者是使來自半導(dǎo)體激光器11和半導(dǎo)體激光器31中的一個半導(dǎo)體的激光器的發(fā)散光束的發(fā)散角度變得比較小而使來自另一半導(dǎo)體激光器的發(fā)散光束變換成收斂光束的透鏡。
另外，在衍射一體型耦合透鏡60的衍射一體型物鏡70側(cè)的面上設(shè)置大致同心圓狀的衍射圖形。上述衍射一體型耦合透鏡60的衍射圖形根據(jù)滿足上述的(B)式的要求確定。并且使在來自半導(dǎo)體激光器射出的光束入射時產(chǎn)生的衍射光中具有最大光量的衍射光的級數(shù)(設(shè)為n2′)比從半導(dǎo)體激光器11射出的光束入射時產(chǎn)生的衍射光中具有最大光量的衍射級數(shù)(設(shè)為n1′)低來確定衍射圖形。因此能對應(yīng)各個半導(dǎo)體激光器的波長范圍維持高的衍射率，從而可以在使來自各個半導(dǎo)體激光器的發(fā)散光束光量損失被抑制的很小狀態(tài)下準直在衍射一體型物鏡70上。
具體地說，也可以選擇(n1′、n2′)＝(2、1)、(3、2)、(4、2)、(5、3)、(6、4)、(7、4)、(8、5)、(9、6)、(10、6)中的某一個作為n1′和n2′的組合。
另外，在來自半導(dǎo)體激光器11、半導(dǎo)體激光器31和半導(dǎo)體激光器32的光束共同通過的光路中(在圖46中偏光分束鏡42與衍射一體型物鏡70之間的光路中)配置衍射一體型耦合透鏡60時，如設(shè)在從半導(dǎo)體激光器32的射出的光束入射時產(chǎn)生的衍射光中具有最大光量的衍射光的級數(shù)為n3′，則在這時，如果選擇(n1′、n2′、n3′)＝(2、1、1)、(4、3、2)、(6、4、3)、(8、5、4)、(10、6、5)中的某一個作為n1’、n2’和n3’的組合，則可以對應(yīng)半導(dǎo)體激光器11、半導(dǎo)體激光器31和半導(dǎo)體激光器32的各個波長范圍維持高衍射效率，從而可以抑制光量損失。
另外大致同心圓狀的衍射圖形既可以設(shè)置在衍射一體型耦合透鏡60的半導(dǎo)體激光器11側(cè)的面上，也可以設(shè)置在半導(dǎo)體激光器11側(cè)的面和衍射一體型物鏡70側(cè)的面的兩者上。雖然衍射一體型耦合透鏡60的衍射圖形相對光軸形成為大致同心圓狀，但也可以設(shè)置除此以外的衍射圖形。
從半導(dǎo)體激光器11出射的發(fā)散光束在被偏光分束鏡12后，被衍射一體型耦合透鏡60變成平行光束，經(jīng)偏光分束鏡42和未示出的光闌后，經(jīng)光盤23的保護層23a被衍射一體型物鏡70變成聚焦在信息記錄面23b上的光斑。衍射一體型物鏡70被配置在其周邊上的執(zhí)行機構(gòu)2進行聚焦控制和跟蹤控制。
在信息記錄面23b上通過信息凹坑調(diào)制的反射光束再通過衍射一體型物鏡70、光闌、偏光分束器42后，被衍射一體型耦合透鏡60變成為收斂光束，會聚在光檢測器19上。然后可以用光檢測器19的輸出信號讀取已記錄在第一光盤23中的信息。
從半導(dǎo)體激光器31出射和發(fā)散光束在被偏光分束鏡12反射后，通過偏光分束鏡42和未示出的光闌后經(jīng)光盤21的保護層21a變成被衍射一體型物鏡聚焦在信息記錄面21b上的光斑。衍射一體型物鏡70被配置在其周邊上的執(zhí)行機構(gòu)2進行聚焦控制和跟蹤控制。
在信息記錄面21b上通過信息凹坑調(diào)制的反射光束再通過衍射一體型物鏡70、光闌、偏光分束器42后，被偏光分束鏡12反射，通過經(jīng)欄面耦合透鏡60會聚在光檢測器19′上。然后可以用光檢測器19′的輸出信號讀取記錄在第二光盤21中的信息。
因為本實施方式的衍射一體型物鏡70是一組一個構(gòu)成的塑料透鏡，所以當(dāng)衍射一體型物鏡70的溫度隨著來自執(zhí)行機構(gòu)2的放熱和環(huán)境溫度的上升而上升時，向折射率變小的方向變化，從而使其球面象差向過補償方向方向變化。另外，因為折射一體型耦合透鏡60是塑料透鏡，而其折射率滿足上述的(c)式，所以當(dāng)衍射一體型透鏡60的溫度隨執(zhí)行機構(gòu)2的放熱和環(huán)境溫度的上升而上升時，向折射率變少的方向變化，從而使從衍射一體型耦合透鏡13射出的光束變成收斂光束。因為這相當(dāng)于衍射一體型物鏡70的橫向倍率變小，所以隨著該橫向放大率的變化，使衍射一體型物鏡70的球面象差向欠補償方向變化。因為衍射一體型耦合透鏡60的折射率和衍射率根據(jù)滿足正好能抵銷衍射一體型物鏡70向隨溫度變化過補償方向的球象差變化和向隨橫向放大率變化的欠補償方向的球面象差變化的要求確定，所以使從半導(dǎo)體激光器11和半導(dǎo)體激光器31射出的光束由于經(jīng)過衍射一體型耦合透鏡60和衍射一體型物鏡70，即使溫度變化時也能幾乎球面象差無變化地聚焦在第一光盤23和第二光盤21的各自信息記錄面上。
另外，衍射一體型物鏡70因在光學(xué)面上設(shè)置滿足上述(A)式那樣的大致的同心圓狀的衍射圖形，而發(fā)生相對應(yīng)半導(dǎo)體激光器11和半導(dǎo)體激光器31的振蕩波長與由衍射一體型耦合透鏡60的衍射圖形產(chǎn)生的軸向色差符號相反并且其絕對值大致相同的軸向色差。因此從半導(dǎo)體激光器11和半導(dǎo)體激光器31出射的光束因經(jīng)過衍射一體型耦合透鏡60和衍射一體型物鏡70而幾乎無軸向色差地分別聚焦在第一光盤23和第二光盤21的各自的信息記錄面上。
另外，從半導(dǎo)體激光器32發(fā)射的發(fā)散光束透過偏光分束器42后，被偏光分束器42反射后，通過未圖示的光闌后，通過衍射一體型物鏡70經(jīng)第三光盤22的保護層22a聚焦在信息記錄面22b上變成光斑。衍射一體型物鏡70被配置在其周邊的執(zhí)行機構(gòu)2進行聚焦控制和跟蹤控制。
在信息記錄面22b上通過信息凹坑調(diào)制的反射光束再通過衍射一體型物鏡70、光闌后，被偏光分束鏡42反射，會聚在光檢測器19″的受光面上。然后可以用光檢測器19″的輸出信號讀取已記錄在第三光盤22中的信息。
圖46中所示那樣的拾光裝置1″可以對應(yīng)于例如CD、CD-R、CD-RW、CD-Video、CD-ROM等各種CD、DVD、DVD-ROM、DVD-RAM、DVD-R、DVD-RW、DVD+RW等各種DVD、MD等光信息記錄媒體搭載在兼容的播放機或座等或者裝入它們的AV設(shè)備、個人計算機、其它的信息終端等聲音和/或圖像記錄裝置和/或再生裝置上。
另外，按照本實施例的記錄再生用光學(xué)系統(tǒng)，把藍紫光半導(dǎo)體激光器作為記錄再生用光源使用的高密度DVD作為保護層厚度0.6mm，物鏡的數(shù)值孔徑0.65的近傍的光盤，但顯然，作為高密度DVD即使是保護層厚度0.1mm物鏡的數(shù)值孔徑0.85近傍的光盤(例如在2002年2月發(fā)表的藍光線盤規(guī)格的光盤)，也可使用本發(fā)明的技術(shù)。
(實施例)
下面通過實施例1至8更具體地說明本發(fā)明，但本發(fā)明不受這些實施例的限定。另外，實施例的各透鏡上的非球面用設(shè)光軸方向為X軸，與光軸垂直方向的高度為h，折射面的曲率半徑為γ時的下面的數(shù)1表示，其中設(shè)k為圓度系數(shù)，A2i為非球面系數(shù)。
Z=h2/r1+1-(1+k)h2/r2+Σi=0∞A2ih2i]]>另外，作為設(shè)置在本實施例物鏡上的環(huán)狀區(qū)的衍射結(jié)構(gòu)的光程差函數(shù)可以用上述的(A)式表示，而作為設(shè)置在各象差補償光學(xué)元件上的環(huán)狀區(qū)衍射結(jié)構(gòu)的光程差函數(shù)φb可以用上述的(B)式表示。
(實施例1)實施例1是最佳適用于圖2的拾光裝置的記錄再生用光學(xué)系統(tǒng)。本實施例是使作為象差補償光學(xué)元件的衍射一體型準直透鏡；和衍射一體型物鏡物鏡組合后的光學(xué)系統(tǒng)，用焦點距離8mm，NA0.28的一組一個構(gòu)成的塑料透鏡作為衍射一體型準直透鏡，使用焦點距離2.2mm、NA0.85的一組一個構(gòu)成的塑料透鏡作為衍射一體型物鏡。并且使衍射一體型準直透鏡的光盤側(cè)的面變成具有負的衍射率的衍射面，使衍射一體型物鏡的半導(dǎo)體激光器側(cè)的面變成具有正的衍射率的衍射面，在表1中示出了關(guān)于實施例1的記錄再生用光學(xué)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)。
表1

非球面系數(shù)


衍射面系數(shù)

在圖4中示出了實施例1的記錄再生用光學(xué)系統(tǒng)的光路圖。圖5是表示本實施例的衍射一體型準直透鏡的波長405±5nm時的球面象差和軸向色差的曲線，圖6是表示本實施例的衍射一體型物鏡在波長405±5nm時的球面象差和軸向色差的曲線，圖7是表示使衍射一體型準直透鏡和衍射一體物鏡組合后的記錄再生用光學(xué)系統(tǒng)在波長405±5nm時的球面象差和軸向色差。
從圖5可以看出，本實施例的衍射一體型準直透鏡在入射光的波長向長波長側(cè)變化時，焦點位置向過補償側(cè)移動，入射的長波長向短波長側(cè)變化時，焦點位置向欠補償側(cè)移動。而從圖6可以清楚看出，本實施例的衍射一體型物鏡在入射光的波長向長波側(cè)變化時，焦點位置向欠補償側(cè)移動，在入射光的波長向短波長變化時，焦點位置向過補償側(cè)移動。從圖7可以看出，使衍射一體型準直透鏡和衍射一體型物鏡組合后的記錄再生用光學(xué)系統(tǒng)的焦點位置與波長無關(guān)地幾乎無變化。
在圖8示出了實施例1的記錄用光學(xué)系統(tǒng)的溫度特性。從圖8所看出那樣，即使以單體是可使用的溫度范圍為-10至40度非常狹窄的一組一個高NA塑料透鏡物鏡，也能通過使該物鏡與衍射一體型準直透鏡組合在-20至85度的溫度范圍維持良好的聚光特性。
另外，在計算溫度變化時的波陣面象差時，預(yù)先考慮因溫度變化引起的塑料透鏡的折射率變化(其變化率是-1.2×10-4度)和藍紫半導(dǎo)體激光器的波長變化(其變化率是+0.05nm/度)時因塑料透鏡的形狀變化對波陣面球面象差變化的影響與折射率的變化比非常小，所以不考慮塑料透鏡的形狀變化。計算上述的溫度變化時的波陣面象差的計算條件也與以后說明的實施例2至7相同。
在圖9中示出了實施例的記錄再生用光學(xué)系統(tǒng)的波長特性。雖然藍紫光半導(dǎo)體激光器因模跳動引起波長變化1至2nm，但在單體上，即使是因波長1至2nm的變化引起超過邊緣極限的0.07λrms很大的物鏡，通過使該物鏡與衍射一體型維持透鏡組合，即使發(fā)生2nm的波長變化也能維持良好的聚光特性。
另外，在計算因模跳動引起的波長變化時的波陣面象差時，因為變成與物鏡的聚焦無關(guān)，所以將物鏡40固定在405nm的最佳象點位置上，在圖9中的波陣面象差值包含因最佳象點位置移動的散焦分量，計算因上述的模跳動引起的波長變時的波陣面象差時的條件也以下說明的實施例2至7相同。
(實施例2)實施例2是使作為象差補償光學(xué)元件的一體型光束擴展器和衍射一體型物鏡組合的光學(xué)系統(tǒng)，用入射光瞳孔徑3.16mm，射出瞳孔徑4.50mm，角放大率1.47的二組二個構(gòu)成的塑料透鏡作為衍射一體型光束擴展器，用焦點距離2.2mm、NA0.85的一組一個構(gòu)成的塑料透鏡作為衍射一體型物鏡。并且使衍射一體型光束擴展器的正透鏡的兩面變成具有負的衍射率的衍射面。在表2中示出關(guān)于實施例2的記錄再生用光學(xué)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)。
表2

非球面系數(shù)

衍射面系數(shù)

在圖10中示出了實施例2的記錄再生用光學(xué)系統(tǒng)的光路圖。圖11是表示本實施例的衍射一體型物鏡的波長405±5nm內(nèi)的球面象差和軸向色差的曲線，圖12是表示使衍射一體型光束擴展器和衍射一體型物鏡組合后的記錄再生用光學(xué)系統(tǒng)的波長405±5nm內(nèi)的球面象差和軸向色差的曲線。
從圖11可以看出，本實施例的衍射一體型物鏡在入射光的波長向長波長側(cè)變化時，焦點向欠補償側(cè)移動，在入射光的波長向短波長側(cè)變化時，焦點位置向過補償側(cè)移動。而從圖12可以看出，使衍射一體型光束擴展器和衍射一體型物鏡組合后的記錄再生用光學(xué)系統(tǒng)焦點位置與波長無關(guān)地幾乎不變化。
在圖13中示出了本實施例的記錄再生用光學(xué)系統(tǒng)的溫度特性，如從圖13所清楚看到那樣，通過使高NA塑料物鏡和衍射一體型光束擴展器組合，可以使在-20至85度的溫度范圍維持良好的聚光特性。
在圖14中示出了實施例的記錄再生用光學(xué)系統(tǒng)的波長特性。如從圖14所清楚看到那樣，通過使高NA塑料物鏡、和衍射一體型光束擴展器組合，即使波長發(fā)生2nm變化也能良好地維持聚光特性。
(實施例3)實施例3是使作為象差補償光學(xué)元件的衍射一體型光束擴展器和衍射一體型物鏡組合后的光學(xué)系統(tǒng)，用入射瞳孔徑2.47mm，射出瞳孔徑4.50mm，角放大率1.84的二組二個構(gòu)成的光束擴展器作為衍射一體型光束擴展器，用焦點距離2.2mm、NA0.85的一組一個構(gòu)成的塑料透鏡作為衍射一體型物鏡。衍射一體型光束擴展器的正透鏡是塑料透鏡，負透鏡是阿貝數(shù)比正透鏡小的玻璃透鏡(HOYA社制，F(xiàn)D 110)。并且衍射一體型光束擴展器的正透鏡的光盤側(cè)的面變成為具有負的衍射率的衍射面，衍射一體型物鏡的半導(dǎo)體激光器側(cè)的面變成為具有正的衍射率的衍射面，在表3中示出了關(guān)于實施例3的記錄再生用光學(xué)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)。
表3

非球面系數(shù)

衍射面系數(shù)

在圖15中示出了實施例3的記錄再生用光學(xué)系統(tǒng)的光路圖。圖16是表示本實施例的衍射一體型物鏡的波長405±5nm內(nèi)的球面象差和軸向色差的曲線。圖17是表示使衍射一體型光束擴展器和衍射一體型物鏡組合后的記錄再生用光學(xué)系統(tǒng)在波長405±5nm時的球面象差和軸向色差的曲線。
從圖16可以清楚看出，本實施例的衍射一體型物鏡在入射光的波長向長波長側(cè)變化時，焦點位置向欠補償側(cè)移動，在入射光的波長向短波長變化時，焦點位置向過補償側(cè)移動。并且從圖17可以清楚看出，使衍射一體型光束擴展器和衍射一體型物鏡組合后的記錄再生用光學(xué)系統(tǒng)焦點位置與波長無關(guān)地幾乎不變化。
在圖18中示出了本實施例記錄再生用光學(xué)系統(tǒng)的溫度特性。如從圖18中所清楚看到那樣，通過使高NA塑料物鏡和衍射一體型光束擴展器組合，可以在-20至+85度的溫度范圍維持良好的聚光特性。
在圖19中示出了本實施例的記錄再生用光學(xué)系統(tǒng)的波長特性，如從圖19中所清楚看到那樣，通過使高NA塑料物鏡和衍射一體型光束擴展器組合，即使引起2nm的波長變化也能維持良好的聚光物性。
(實施例4)實施例4是作為象差補償光學(xué)元件的衍射一體型塑料透鏡和衍射一體型物鏡和組合的光學(xué)系統(tǒng)，使用入射瞳孔徑4.50mm，射出瞳孔件4.70m數(shù)值孔徑為0的一組一個構(gòu)成的塑料透鏡作為象差補償光學(xué)元件，用焦點距離2.2mm、NA0.85的一組一個構(gòu)成的塑料透鏡作為衍射一體型物鏡，并且使補償光學(xué)元件的光源側(cè)的平面變成為具有負的衍射率的衍射面，使衍射一體形物鏡的半導(dǎo)體激光器側(cè)的面變成為具有正的衍射率的衍射面。在表4中示出了關(guān)于實施例4的記錄再生用光學(xué)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)。
表4

非球面系數(shù)

衍射面系數(shù)

在圖20中示出了實施例4的記錄再生用光學(xué)系統(tǒng)的光路圖。圖21是表示本實施例的衍射一體型物鏡在波長405±5nm時的球面象差和軸向色差的曲線，圖22是使象差補償光學(xué)元件和衍射一體型物鏡組合后的記錄再生用光學(xué)系統(tǒng)在波長405±5nm時的球面象差和軸向色差的曲線。
從圖21可以清楚看出，本實施例的衍射一體型物鏡在入射光的波長向長波長側(cè)變化時，焦點位置向欠補償側(cè)移動，在入射光的波長向短波長變化時，焦點位置向過補償側(cè)移動。并且從圖22可以清楚看出，使象差補償光學(xué)元件和衍射一體型物鏡組合后的記錄再生用光學(xué)系統(tǒng)焦點與波長無關(guān)地幾乎不變化。
在圖23中示出了本實施例的記錄再生用光學(xué)系統(tǒng)的溫度特性，如從圖23中所清楚看到那樣，通過使高NA塑料物鏡和象差補償光學(xué)元件組合，可以在-2.0至85度的溫度范圍維持良好的聚光特性。
在圖24中示出了本實施例的記錄再生用光學(xué)系統(tǒng)的波長特性，如從圖24所清楚看到的那樣，通過使高NA塑料物鏡、和象正補償光學(xué)元件組合，即使在波長引起2nm的變化也能維持良好的聚光物性。
(實施例5)實施例5是使作為象差補償光學(xué)元件的衍射一體型耦合透鏡和衍射一體型物鏡組合后的光學(xué)系統(tǒng)，用焦點距離11.02mm，光源側(cè)NA0.19，橫向放大率-0.074的一組一個構(gòu)成的塑料透鏡作為衍射一體型耦合透鏡，用焦點距離2.2mm、光盤側(cè)NA0.85、橫向放大率0.015的一組一個塑料透鏡作為衍射一體型物鏡。并且使衍射一體型耦合透鏡的光盤側(cè)的面變?yōu)榫哂胸摰难苌渎实难苌涿?，使衍射一體型物鏡的兩面變成為具有正的衍射率的衍射面。在表5中示出了關(guān)于實施例5的記錄再生用光學(xué)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)。
表5

非球面系數(shù)

衍射面系數(shù)

在圖25中示出了實施例5的記錄再生用光學(xué)系統(tǒng)的光路圖。圖26是表示本實施例的衍射一體型耦合透鏡在波長405±5nm時的球面象差和軸向色差的曲線，圖27是表示本實施例的衍射一體型物鏡在波長405±5nm時的球面象差和軸向色差的曲線，圖28是表示使衍射一體型耦合透鏡和衍射一體型物鏡組合后的記錄再用光學(xué)系統(tǒng)在波長405±5nm時的球面象差和軸向色差的曲線。
從圖26可以清楚地看出，在實施例的衍射一體型耦合透鏡在入射光的波長向長波長側(cè)變化時，焦點位置向過補償側(cè)移動，在入射光的波長向短波長變化時，焦點位置向欠補償側(cè)移動。并且從圖27可以清楚看到，本實施例的衍射一體型物鏡在入射光的波長向長波長側(cè)變化時，焦點位置向欠補償側(cè)移動，在入射光的波長向短波長側(cè)變化時，焦點位置向過補償一側(cè)移動。并且從圖28可以清楚看到使衍射一體型耦合透鏡和衍射一體型物鏡組合后的記錄再生用光學(xué)系統(tǒng)焦點位置與波長無關(guān)地幾乎不變化。
在圖29中示出了本實施例的記錄再生用光學(xué)系統(tǒng)的溫度特性。如從圖29中所清楚看出那樣，通過使高NA塑料物鏡和象差補償光學(xué)元件組合，可以在-20至+85度的溫度范圍維持良好的聚光特性。
在圖30中示出了本實施例的記錄再生周光學(xué)系統(tǒng)的波長特性。如從圖30中所清楚看出那樣，通過使高NA塑料物鏡和衍射一體型耦合透鏡組合，即使波長發(fā)生2nm的波長變化也能維持良好的聚光物性。
(實施例6)實施例6是使作為象差補償光學(xué)元件的衍射一體型準直透鏡、作為色差補償光學(xué)元件的結(jié)合型雙透鏡、衍射一體型物鏡組合后的光學(xué)系統(tǒng)，使用焦點距離是7mm、NA是0.375的一組一個構(gòu)成的塑料透鏡作為衍射一體型準直透鏡，使用焦點距離2.2mm，光盤側(cè)NA0.85的一組一個構(gòu)成的塑料透鏡作為衍射一體型物鏡，結(jié)合型雙透鏡預(yù)先使阿貝數(shù)25.7的負透鏡(HOYA社制，F(xiàn)D110)和阿貝數(shù)46.6的正透鏡(HOYA社制，TAF5)結(jié)合起來，折射率是零。并且使衍射一體型準直透鏡的光盤側(cè)的面變成為具有負的衍射率的衍射面，使衍射一體型物鏡的光源側(cè)的面變成具有正的衍射率的衍射面。在表6中示出了有關(guān)實施例6的記錄再生用光學(xué)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)。
表6


非球面系數(shù)

衍射面系數(shù)

在圖31中示出了實施例6的記錄再生用光學(xué)系統(tǒng)的光路圖。圖32是使本實施例的衍射一體型準直透鏡和衍射一體型物鏡組合后的光學(xué)系統(tǒng)在波長405±5nm時的球面象差和軸向色差的曲線，圖33是表示使衍射一體型準直透鏡、結(jié)合型雙透鏡和衍射一體型物鏡組合后的記錄再生用光學(xué)系統(tǒng)在波長405±5nm時的球面象差和軸向色差的曲線。
從圖32可以清楚看出，使本實施例的衍射一體型準直透鏡和衍射一體型物鏡組合后的光學(xué)系統(tǒng)在入射光的波長向長波長側(cè)變化時，焦點位置向過補償側(cè)移動，在入射波長向短波長側(cè)變化時，焦點位置向欠補償側(cè)移動。并且從圖33可以清楚看出，使衍射一體型準直透鏡、結(jié)合型雙透鏡和衍射一體型物鏡組合后的記錄再生用光學(xué)系統(tǒng)焦點位置與波長無關(guān)地幾乎不變化。
在圖34中示出了本實施例的記錄再生用光學(xué)系統(tǒng)的溫度特性，如從圖34中可以清楚看到那樣，通過使高NA塑料物鏡、和象差補償光學(xué)元件組合，可以在-20至+85度的溫度范圍維持良好的聚光特性。
在圖35中示出了本實施例的記錄再生用光學(xué)系統(tǒng)的波長特性，如從圖35中所清楚看到那樣，通過使高NA塑料物鏡、結(jié)合型雙透鏡、和衍射一體型準直透鏡組合，即使波長發(fā)生2nm的變化也能維持良好的聚光特性。另外，在圖35中，“記錄再生用光學(xué)系統(tǒng)”表示使衍射一體型準直透鏡、結(jié)合型雙透鏡和衍射一體型物鏡組合后的光學(xué)系統(tǒng)，“COL+OBJ”表示使衍射一體型準直透鏡和衍射一體型物鏡組合后的光學(xué)系統(tǒng)。
(實施例7)實施例7是最佳適用于圖3的拾光裝置的記錄再生用光學(xué)系統(tǒng)。本實施例是能用一個物鏡對高密度DVD、DVD和CD兼容地進行信息的記錄再生的記錄再生用光學(xué)系統(tǒng)，在高密度DVD用的藍紫半導(dǎo)體激光器與衍射一體型物鏡之間的光路中配置作為象差補償光學(xué)元件的衍射一體型準直透鏡。并且在進行對應(yīng)DVD和CD的信息的記錄再生時，使從DVD用半導(dǎo)體激光器和CD用半導(dǎo)體激光器射出的發(fā)散光束入射到衍射一體型物鏡上，然后使其聚焦在DVD和CD的各自的信息記錄面上。
使用焦點距離為7mm、NA為0.321的一組一個構(gòu)成的塑料透鏡作為衍射一體型準直透鏡，使用焦點距離2.0mm的一組一個構(gòu)成的塑料透鏡作為衍射一體型物鏡。并且衍射一體型物鏡的NA在對高密度DVD記錄再生時是0.85，在對DVD記錄再生時是0.65，在對CD記錄再生時是0.50。并且使衍射一體型準直透鏡的光盤側(cè)的面變成為具有負的衍射率的衍射面，使衍射一體型物鏡的半導(dǎo)體激光器側(cè)的面變成具有正的衍射率的衍射面。
在表7中示出了關(guān)于實施例7的記錄再生用光學(xué)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，在圖36至圖38示出了本實施例的記錄再生用光學(xué)系統(tǒng)的光路圖。在表7的透鏡數(shù)據(jù)中，確定物鏡的光源側(cè)的衍射面的衍射系數(shù)，以使在來自藍紫半導(dǎo)體激光器的光入射時，能產(chǎn)生二級衍射光。當(dāng)來自DVD用的紅光半導(dǎo)體激光器、CD用的紅外光半導(dǎo)體激光器的光入射在這樣確定的衍射面上時，產(chǎn)生1級衍射光，而且因為將物鏡的光源側(cè)的面的衍射系數(shù)基準波長(所謂衍射結(jié)構(gòu)的制造波長)設(shè)定為380nm，所以使來自藍紫光半導(dǎo)體激光器的光，紅光半導(dǎo)體激光器的光，紅外光半導(dǎo)體激光器的光在各自的波長范圍內(nèi)獲得高的衍射效率。
表7[高密度DVD]



非球面系數(shù)

衍射面系數(shù)

圖36是在進行對應(yīng)高密度DVD的信息的記錄再生時的光路圖，圖37是在進行對應(yīng)DVD的信息的記錄再生時的光路圖，圖38是在進行對應(yīng)CD的信息的記錄再生時的光路圖。圖39是表示本實施例的衍射一體型準直透鏡在波長405±5nm時的球面象差和軸向色差的曲線，圖40是本實施例的衍射一體型透鏡在波長405±5nm時的球面象差和軸向色差的曲線，圖41是本實施例的衍射一體型物鏡在波長650nm時的球面象差的曲線，圖42是表示本實施例的衍射一體型物鏡在波長780nm時的球面象差的曲線。圖43是表示使象差補償光學(xué)元件、和衍射一體型物鏡組合后的記錄再生用光學(xué)系統(tǒng)在波長405±5nm時的球面象差和軸向色差的曲線。
從圖39中可以清楚看出，本實施例的衍射一體準直透鏡在來自藍紫光半導(dǎo)體激光的光的波長向長波長側(cè)變化時，焦點位置向過補償側(cè)移動，在來自藍紫光半導(dǎo)體激光器的光的波長向短波長側(cè)變化時，焦點位置向欠補償側(cè)移動。
從圖40可以清楚地看出，本實施例的衍射一體型物鏡在來自藍紫光半導(dǎo)體激光器的光的波長向長波長側(cè)變化時，焦點位置向欠補償側(cè)移動，在來自藍紫半導(dǎo)體激光器的光的波長向短波長側(cè)變化時，焦點的位置向過補償側(cè)移動。
另外，從圖43可以清楚看出，使象差補償光學(xué)元件與衍射一體型物鏡組合后的記錄再生用光學(xué)系統(tǒng)，即使來自藍紫光半導(dǎo)體激光器的波長變化時，焦點位置也幾乎不變化。
在圖44中示出了本實施例的記錄再生用光學(xué)系統(tǒng)進行對應(yīng)高密度的信息的記錄再生時的溫度特性。如從圖44中所清楚看到的那樣，通過使高NA塑料物鏡、和象差補償光學(xué)元件組合，可以在-20至+85度的溫度范圍維持良好的聚光特性。
在圖45中示出了本實施例的記錄再生用光源系統(tǒng)進行對應(yīng)高密度DVD的信息的記錄再生時的波長特性。如從圖45所清楚看到那樣，通過使高NA塑料物鏡、和象差補償光學(xué)元件組合，即使在波長發(fā)生2nm的變化時也能維持良的聚光特性。
(實施例8)實施例8是最佳適用于圖46的拾光裝置的記錄再生用光學(xué)系統(tǒng)。本實施例是能用一個物鏡對保護層的密度0.6mm的高密度DVD、DVD和CD兼容地進行信息的記錄再生的記錄再生用光學(xué)系統(tǒng)，在高密度DVD用的藍紫光半導(dǎo)體激光器與DVD用紅光半導(dǎo)體激光器之間的光路中配置衍射一體型準直透鏡作為象差補償光學(xué)元件。并且在進行對CD的信息的記錄再生時，使從CD用紅光半導(dǎo)體激光器射出的發(fā)散光束入射到衍射一體型物鏡上，然后使其聚焦在CD的信息記錄面上。
使用焦點距離為15mm、NA為0.173的一組一個構(gòu)成的塑料透鏡作為衍射一體型準直透鏡，使用焦點距離3.077mm的一組一個構(gòu)成的塑料透鏡作為衍射一體型物鏡。并且衍射一體型物鏡的NA在對高密度DVD記錄再生時是0.65，在對DVD記錄再生時是0.61，在對CD記錄再生時是0.50。并且使衍射一體型準直透鏡的光盤側(cè)的面變成為具有負的衍射率的衍射面，使衍射一體型物鏡的半導(dǎo)體激光器側(cè)的面變成具有正的衍射率的衍射面。
在表8中示出了關(guān)于實施例8的記錄再生用光學(xué)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，在表8的透鏡數(shù)據(jù)中，確定物鏡的光源側(cè)的衍射面的衍射系數(shù)，以使在來自藍紫光半導(dǎo)體激光器的光入射時，能產(chǎn)生二級衍射光。當(dāng)來自DVD用的紅光半導(dǎo)體激光器、CD用的紅外光半導(dǎo)體激光器的光入射在這樣確定的衍射面上時，產(chǎn)生1級衍射光，而且因為將物鏡的光源側(cè)的面的衍射系數(shù)基準波長(所謂衍射結(jié)構(gòu)的制造波長)設(shè)定為380nm，所以使來自藍紫光半導(dǎo)體激光器的光、紅光半導(dǎo)體激光器的光、紅外光半導(dǎo)體激光器的光在各自的波長范圍內(nèi)獲得高的衍射效率。
衍射一體型準直透鏡配置在來自藍紫光半導(dǎo)體激光器和紅光半導(dǎo)體激光器的光束一起通過的平行光束中，在對應(yīng)高密度DVD的信息的記錄再生時和對應(yīng)DVD的信息記錄再生時兩方，作為具有補償溫度變化時的球面象差變化的機能和補償半導(dǎo)體激光器模跳動時的散焦誤差的機能的象差補償光學(xué)元件起作用，并且確定衍射一體型準直透鏡的光盤側(cè)的面衍射面系數(shù)，以使在來自藍紫光半導(dǎo)體激光器的激光入射時能產(chǎn)生三級衍射光。在這樣確定后的衍射面上，當(dāng)來自紅光半導(dǎo)體的激光器的光入射時產(chǎn)生二級衍射光。因為將物鏡的光源側(cè)的衍射面系數(shù)的基準波長(也稱衍射結(jié)構(gòu)的制造波長)設(shè)定為415nm，所以能在來自藍紫光半導(dǎo)體激光器的光和來自紅光半導(dǎo)體激光器的光在各自的波長范圍內(nèi)獲得高效率。
本實施例的衍射一體型物鏡在藍紫光激光器和紅光半導(dǎo)體激光器光向長波長側(cè)變化時，焦點位置向過補償側(cè)移動，在來自藍紫光半導(dǎo)體激光器和紅光半導(dǎo)體激光器光的波長向短波長側(cè)移動時，焦點位置向欠補償側(cè)移動。本實施例的衍射一體型物鏡在來自藍紫光半導(dǎo)體激光器的光的波長向長波長側(cè)變化時，焦點位置向欠補償一側(cè)移動，在來自藍紫光半導(dǎo)體激光器和紅光半導(dǎo)體激光器的光的波長向短波長側(cè)變化時，焦點位置向過補償側(cè)移動。
使具有這樣的焦點位置的波長依賴性的衍射一體型物鏡和衍射一體型準直透鏡組合后的記錄再生用光學(xué)系統(tǒng)，即使來自藍紫光半導(dǎo)體激光器和紅光半導(dǎo)體激光器光的波長變化時，焦點位置也幾乎不變化。
在圖47中示出了本實施例的記錄再生用光學(xué)系統(tǒng)進行對應(yīng)高密度DVD的信息的記錄再生時的溫度特性，在圖28中示出了本實施例的記錄再生用光學(xué)系統(tǒng)進行對應(yīng)DVD的信息記錄再生時的溫度特性。如從圖47和48中所清楚看到那樣，可以在-20度至+50度的溫度范圍內(nèi)維持良好的溫度特性。
在圖47和圖48中，在計算溫度變化時的波陣面象差時，考慮了塑料透鏡折射率相對溫度變化(其變化率是-1.1×10-4/度、和半導(dǎo)體激光器的波長變化(其變化率對藍紫光半導(dǎo)體激光器為+0.05nm/度，對紅光半導(dǎo)體激光器是+0.2nm)，并且不考慮塑料透鏡的形狀變化。
在圖49中，示出了本實施例的記錄再生用光學(xué)系統(tǒng)進行對應(yīng)高密度DVD的信息的記錄再生時的波長特性，在圖50中示出了本實施例的記錄再生用光學(xué)系統(tǒng)進行對應(yīng)DVD的信息的記錄再生時的波長特性。如從圖49和圖50中所清楚看到那樣，在對任何光盤記錄再生時即使引起2nm波長變化也能維持良好的聚光特性。
在圖49和圖50中，因為在計算因模跳動引起的波長變化時的波陣面象差時，與物鏡的聚焦無關(guān)，所以物鏡被固定在半導(dǎo)體激光器基準波長(對藍紫光半導(dǎo)體激光器是4.05nm，對紅光半導(dǎo)體激光器是655nm)時的最佳象點位置上，圖49和圖50中的波陣面象差值包含因最佳象點位置的移動引起的散焦分量。
表8[高密度DVD]



非球面系數(shù)

衍射面系數(shù)

在上述實施例1至8的透鏡數(shù)據(jù)中，象差補償光學(xué)元件和物鏡的衍射面的衍射系數(shù)是根據(jù)除了實施例7的物鏡的衍射面外，在來自藍紫半導(dǎo)體激光器的光入射時能使一級衍射光具有最大的衍射光效率的要求確定的，衍射面的基準波長是405nm。在制作實際的衍射結(jié)構(gòu)時，用這些衍射面系數(shù)表示的光程函數(shù)設(shè)m為正整數(shù)，按衍射面系數(shù)每變化基準波長的m倍設(shè)置環(huán)狀區(qū)階梯。因為為設(shè)m＝n(n是2以上的整數(shù))時，與m＝1時相比，環(huán)狀區(qū)間距變?yōu)槠鋘倍，所以最好是使因環(huán)狀區(qū)階梯的形狀誤差引起的衍射率下降得小，這時入射在衍射結(jié)構(gòu)上的光的衍射光中的n級衍射光以具有大的衍射光效率的方式發(fā)生。但因為n過大時，衍射效率對波長的依賴性變大，所以n最好在2至10的范圍。
在上述的表1至6中，γ(mm)表示各面的近軸曲率半徑，d(mm)表示面間距，Nλ表示在405nm時的折射率，νd表示在d線上的阿貝數(shù)。而在圖7中，γ(mm)表示各面的近軸曲率半徑、d(mm)表示面間距，Nλ表示在用高密度DVD時為405nm時的折射率，在用DVD時為650nm時的折射率，在用CD時為780nm時的折射率。
另外，在上述各表和圖中，有在乘以10的冪積表示式中上用E(或e)，例如E-02(＝10-2)那樣的表示的場合。
按照本發(fā)明，在使用高NA的1組1個構(gòu)成的塑料物鏡的光盤的記錄再生用光學(xué)系統(tǒng)中，可以補償因物鏡溫度變化引起的波陣面象差的變化。特別是不需要運動地檢測因溫度變化引起的物鏡的波陣面差的變化，可以低成本地制造記錄再生用光學(xué)系統(tǒng)。
并且，可以提供搭載記錄再生用光學(xué)系統(tǒng)的光盤的拾光裝置、和拾載該拾光裝置的光盤記錄再生裝置。
還可以提供最佳適合于能補償因高NA的一組一個構(gòu)成的塑料物鏡溫度變化引起的波陣面象差變化的記錄再生用光學(xué)系統(tǒng)的物鏡和象差補償光學(xué)元件。
權(quán)利要求
1.一種用于對光信息記錄媒體進行信息的記錄和/或再生的記錄再生用光學(xué)系統(tǒng)的物鏡，包括一個構(gòu)造成一組一個并包括至少一個衍射面的非球面塑料透鏡，在該衍射面上形成由多個同心環(huán)狀區(qū)的階梯構(gòu)成的衍射結(jié)構(gòu)，其中，所述物鏡的光學(xué)信息記錄媒側(cè)的數(shù)值孔徑大于或等于0.8并滿足下式f2＜f0＜f1式中f0是在從光源發(fā)射的光束的波長時整個物鏡系統(tǒng)的焦點距離(mm)；f1是在比從光源發(fā)射的光束的波長短規(guī)定的波長差的波長時整個物鏡系統(tǒng)的焦點距離(mm)；f2是在比從光源發(fā)射的光束的波長長規(guī)定的波長差的波長時的整個物鏡系統(tǒng)的焦點距離(mm)。
2.如權(quán)利要求1所述的物鏡，其特征在于該物鏡用在借助應(yīng)用波長小于或等于500nm的光束對光信息媒體進行記錄和/或再生信息的記錄再生光學(xué)系統(tǒng)上。
3.如權(quán)利要求1所述的物鏡，其特征在于物鏡具有下述的波長特性使至少兩種波長不同的光束在對保護層厚度不同的兩種光信息記錄媒體進行記錄和/或再生信息所必需的光信息記錄媒體側(cè)的數(shù)孔徑內(nèi)、在相應(yīng)的信息記錄面上形成一個良好波陣面，并且該物鏡滿足下式f2′＜f0′＜f1′式中f0′是在兩種光束中的光束的最短波長時的整個物鏡系統(tǒng)的焦點距離(mm)；f1′是在比光束的最短波長短規(guī)定的波長差的波長時整個物鏡系統(tǒng)的焦點距離(mm)，f2′是在比光束的最短波長長規(guī)定的波長差的波長時整個物鏡系統(tǒng)的焦點距離(mm)。
4.如權(quán)利要求3所述的物鏡，其特征在于物鏡具有下述的波長特性使具有比較短波長的光束的衍射光在具有比較薄的保護層的信息記錄媒體上形成一個良好的波陣面，并使具有比較長的波長的光束的衍射光在具有比較厚的保護層的光信息記錄媒體上形成一個良好的波陣面。
5.如權(quán)利要求3所述的物鏡，其特征在于最短波長小于或等于500nm，并且物鏡具有為在具有最薄保護層的光信息記錄媒體上進行記錄和/或再生信息所必需的大于或等于0.80的光信息記錄媒體側(cè)的數(shù)值孔徑。
6.如權(quán)利要求1所述的物鏡，其特征在于滿足下式0.05＜PD1/PT1＜0.7PD1是把附加在透過在上述物鏡的第i面上形成的衍射結(jié)構(gòu)的波陣面上的光程差φbi(mm)用被φbi＝ni·(b2i·hi2+b4i·hi4+b6i·hi6+...)定義的光程差函數(shù)表示為距光軸的高度hi(mm)的函數(shù)時，被PD1＝∑(-2·b2i·ni)定義的作為衍射透鏡的衍射率(mm-1)，在此ni是在形成在第i面上的衍射結(jié)構(gòu)上發(fā)生的衍射光中具有最大的衍射光量的衍射光的衍射級數(shù)，b2i、b4i、b6i...分別是2次、4次、6次、...光程差函數(shù)系數(shù)，也稱衍射面系數(shù)；PT1是整個物鏡系統(tǒng)的屈光度(mm-1)。
7.如權(quán)利要求1所述的物鏡，其特征在于物鏡的多個衍射面中至少一個衍射面滿足下式0＜|(Ph/Pf)-2|＜10，式中Pf是在信息記錄媒體側(cè)的最大數(shù)值孔徑處衍射面的相鄰環(huán)狀區(qū)之間在與光軸垂直的方向上的距離(mm)，以及Ph是在作為信息記錄媒體側(cè)的最大數(shù)值孔徑的一半的數(shù)值孔徑處衍射面的相鄰環(huán)狀區(qū)之間在與光軸垂直的方向上的距離(mm)。
8.如權(quán)利要求1所述的物鏡，其特征在于滿足下式0.8≤d/f≤2.4式中d是物鏡在光軸上的厚度(mm)，以及f是焦點距離(mm)。
9.如權(quán)利要求1所述的物鏡，其特征在于環(huán)狀衍射結(jié)構(gòu)形成在物鏡的兩個面上。
10.如權(quán)利要求1所述的物鏡，其特征在于規(guī)定波長的n級衍射光的衍射效率大于由衍射結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的任何其它級的衍射光的衍射效率，以及物鏡將n級衍射光會聚在信息記錄面上以使對光信息記錄媒體進行記錄和/或再生信息，其中n是除了0、1和-1以外的整數(shù)。
11如權(quán)利要求1所述的物鏡，其特征在于物鏡單個的橫向放大率M滿足下式0＜M＜0.25。
12.如權(quán)利要求1所述的物鏡，其特征在于形成在物鏡上的衍射結(jié)構(gòu)具有通過使用電子束的形成圖形工藝形成的或者通過使用電子束的形成圖形工藝模制而成的鋸齒狀的閃耀衍射結(jié)構(gòu)。
13.一種使用在對至少兩種不同記錄密度的光信息記錄媒體進行記錄和/或再生信息的記錄再生的光學(xué)系統(tǒng)上的物鏡，包括一個塑料透鏡，該塑料透鏡以一個元件構(gòu)成一組，并包括至少一個非球面和至少一個上面具有由多個同心環(huán)狀區(qū)階梯組成的衍射結(jié)構(gòu)的衍射面，所述同心環(huán)狀區(qū)階梯設(shè)計成使在當(dāng)至少兩個光束中的一個具有比較長的波長的光束入射時產(chǎn)生的衍射光中具有最大的衍射效率的衍射光的衍射級數(shù)比在當(dāng)具有最短波長的光束入射時產(chǎn)生的衍射光中的具有最大衍射效率的衍射級數(shù)低；物鏡滿足下式f2″＜f0″＜f1″式中f0″是在兩個光束中的光束的最短波長時的整個物鏡系統(tǒng)的焦點距離(mm)；f1″是在比光束的最短波長短規(guī)定的波長差時的整個物鏡系統(tǒng)的焦點距離(mm)；f2″是在比光束的最短波長長規(guī)定波長差的波長時的整個物鏡系統(tǒng)的焦點距離(mm)。
14.如權(quán)利要求13所述的物鏡，其特征在于最短的波長是380nm至420nm，最長波長是630nm至670nm。
15.如權(quán)利要求14所述的物鏡，其特征在于n1是在當(dāng)波長為380nm至420nm的光束入射時產(chǎn)生的衍射光中具有最大衍射效率的衍射光的衍射級數(shù)，而n2是在當(dāng)波長為630nm至670nm的光束入射時產(chǎn)生的衍射光束中具有最大衍射效率的衍射光的衍射級數(shù)，n1和n2的組合是(n1、n2)＝(2，1)、(3，2)、(4，2)、(5，3)、(6，4)、(7，4)、(8，5)、(9，6)、(10，6)中的一個。
16.如權(quán)利要求14所述的物鏡，其特征在于最短的波長是380nm至420nm，比較長的波長是630nm至670mm和760nm至800nm。
17.如權(quán)利要求16所述的物鏡，其特征在于n1是在當(dāng)波長為380nm至420nm的光束入射產(chǎn)生的衍射光中具有最大衍射效率的衍射光的衍射級數(shù)，n2是在當(dāng)波長為630nm至670nm的光束入射時產(chǎn)生的衍射光中具有最大衍射效率的衍射光的衍射級數(shù)，而n3是在當(dāng)波長為760nm至800nm的光束入射時產(chǎn)生的衍射光中的具有最大衍射效率的衍射光的衍射級數(shù)，n1、n2和n3的組合是(n1，n2，n3)＝(2，1，1)、(4，3，2)、(6，4，3)、(8，5，4)、(10，6，5)中的一個。
18.如權(quán)利要求13所述的物鏡，其特征在于物鏡具有一個為對具有最高記錄密度的光信息記錄媒體進行記錄和/或再生信息所必需的、0.60至0.70的規(guī)定的光信息記錄媒體側(cè)的數(shù)值孔徑，該物鏡通過厚度為0.55至0.65nm的保護層會聚具有最短波長的光束的衍射光，以便在具有最高記錄密度的光信息記錄媒體的信息記錄面上形成良好的波陣面。
19.如權(quán)利要求13所述的物鏡，其特征在于物鏡具有一個為對具有最高記錄密度的光信息記錄媒體進行記錄和/或再生信息所必需的、大于0.80的規(guī)定的光信息記錄媒體側(cè)的數(shù)值孔徑，該物鏡通過厚度為0.07至0.13nm的保護層會聚具有最短波長的光束的衍射光，以便在具有最高記錄密度的光信息記錄媒體的信息記錄面上形成良好的波陣面。
20.如權(quán)利要求13所述的物鏡，其特征在于物鏡單個的橫向放大率M滿足下述公式0＜M＜0.25。
21.如權(quán)利要求13所述的物鏡，其特征在于形成在衍射物鏡上的衍射結(jié)構(gòu)通過使用電子束的形成圖形工藝形成的或者通過使用電子束的形成圖形工藝模制而成的鋸齒狀的閃耀衍射結(jié)構(gòu)。
全文摘要
一種用于對光信息記錄媒體進行信息的記錄和/或再生的記錄再生用光學(xué)系統(tǒng)的物鏡，包括一個構(gòu)造成一組一個并包括至少一個衍射面的非球面塑料透鏡，在該衍射面上形成由多個同心環(huán)狀區(qū)的階梯構(gòu)成的衍射結(jié)構(gòu)，其中，所述物鏡的光學(xué)信息記錄媒側(cè)的數(shù)值孔徑大于或等于0.8并滿足下式f2＜f0＜f1，其中f0是在從光源發(fā)射的光束的波長時整個物鏡系統(tǒng)的焦點距離(mm)；f1是在比從光源發(fā)射的光束的波長短規(guī)定的波長差的波長時整個物鏡系統(tǒng)的焦點距離(mm)；f2是在比從光源發(fā)射的光束的波長長規(guī)定的波長差的波長時的整個物鏡系統(tǒng)的焦點距離(mm)。
文檔編號G02B13/18GK1848261SQ20061007537
公開日2006年10月18日 申請日期2003年4月23日 優(yōu)先權(quán)日2002年4月26日
發(fā)明者木村徹, 荒井則一 申請人:柯尼卡美能達精密光學(xué)株式會社