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CN1278141C - 物镜组件、装备该物镜组件的拾光装置、信息记录再生装置 - Google Patents

物镜组件、装备该物镜组件的拾光装置、信息记录再生装置 Download PDF

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CN1278141C
CN1278141C CNB031330436A CN03133043A CN1278141C CN 1278141 C CN1278141 C CN 1278141C CN B031330436 A CNB031330436 A CN B031330436A CN 03133043 A CN03133043 A CN 03133043A CN 1278141 C CN1278141 C CN 1278141C
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optical
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Abstract

一种用于使光束会聚在光信息记录媒体的信息记录面上的拾光装置中的物镜组件，包括：与上述光信息记录媒体对置配置的第一光学元件和配置在上述第一光学元件的光源一侧的第二光学元件，所述的第二光学元件与上述第一光学元件对置，并包括一个环状结构，所述环状结构在至少第二光学元件的一个光学面上形成多个环带，以使相邻的环带之间相对入射光产生预定的光程差；上述的第一光学元件和第二光学元件分别包括光学功能部和环绕该光学功能部形成的凸缘部；上述第一光学元件的凸缘部和第二光学元件的凸缘部以能使所述的第一光学元件和第二光学元件可固定在各自预定的相对位置上的方式形成。

Description

物镜组件、装备该物镜组件的拾光装置、 信息记录再生装置
技术领域
本发明涉及用于使光束会聚在光信息记录媒体的信息记录面上的物镜组件和装备该物镜组件的拾光装置、光学式信息记录再生装置。
背景技术
现有技术中的CD、MO、VCD等光信息记录媒体的再生用的拾光装置中使用的物镜主要用塑料透镜。
与玻璃等透镜相比，塑料透镜因重量轻而可以减轻驱动物镜执行机构的负荷，从而可以高速对其进行跟踪。
另外，通过模具注射模塑塑料材料制造的塑料透镜，因制作希望形状的模具的精度高而可以提高精度并能进行批量生产，因此能实现透镜的高性能和低成本。
近年来一直进行利用波长400nm水平的兰紫半导体激光光源和像侧数值孔径(NA)提高到0.85水平的物镜的新高密度光盘用的拾光装置的研究开发。作为一例，数值孔径0.85、光源波长405nm的光盘(以下在本说明书中称为“高密度DVD”)与DVD(数值孔径0.6、光源波长650nm、存储容量4.7GB)相同大小的直径12cm的光盘相比，每个单面上可以记录20至30GB的信息。
该高密度DVD用的拾光装置寻求的是兼容地记录再生高密度DVD和DVD以及CD这样规格(记录密度)不同的三种光盘。
对多种光信息记录媒体(例如CD和VCD)具有互换性的拾光装置正在开发，其中一部分已投放市场。这种拾光装置因为根据光信息记录媒体的种类使用不同波长的激光，所以在物镜的光学面上形成分割为相对入射光产生预定的光程差的多个环带的环状结构，往往使一个物镜具有相对多种光信息记录媒体的互换性(在特开2000-81566号公报、特开2001-195769号公报和特开2001-51192公报中记载了这样的技术)
另外，能记录和再生数据的光信息记录媒体上，在记录数据时，通过使流过激光振荡器的电流增加提高激光束的能量密度(功率)，在再生时通过使流过激光振荡器的电流减少降低激光束的能量密度。
因此，在对高密度DVD等的光信息记录媒体能记录和再生数据的拾光装置中，数据的读出和写入交替重复进行。于是，在从读出状态切换到写入状态时，因为使从激光振荡器出射的激光束的能量密度瞬时上升，所以产生激光的波长瞬间变长的现象(状态跳跃)。
当激光的波长变长时，因透镜的发散而使形成在光轴上的束斑的位置从物镜向远方移动(“色差”)，也就是说，束斑的位置偏离光盘的信息记录面，而且有在光盘上写入数据时产生误差的担心。
众所周知，光的波长越短，透镜材料的折射率相对波长的单位变动量的变化量越大。
在相对高密度能记录/再生的拾光装置中，使用400nm左右的兰紫激光作为光源，因状态跳跃引起的波长变动量是数nm的水平。因此与CD用的拾光装置(光源波长780nm左右)和DVD等用的拾光装置(光源波长650nm左右)相比，因状态跳跃引起的色差变大，而必需补偿该色差。
作为补偿该色差的物镜，在特开6-242373号公报中记载了在光学面上形成分割成相对入射光产生预定光程差的多个环带的环状结构的物镜。
另外，拾光装置随着其设置场所气温的变动和伴随装置动作的发热等而发生温度变化。
当拾光装置的温度上升时，从激光振荡器出射的激光束的波长通常变长。另外，塑料当温度上升时具有折射率变小的性质。另外，因塑料的热膨胀率比玻璃等的大，而使塑料透镜的形状容易变化。
由于这些要因，在比设计拾光装置时设计的温度高(或低)的环境下，在形成在上轴上的束斑上发生球面象差(“温度特性象差”)。必须进行该温度特性的象差补偿。
作为已补偿温度特性的物镜，在特开11-337818公报中公开了在光学面上形成分割成相对入射光产生光程差的多个环状结构的物镜。
在此，高密度DVD因物镜的象侧数值孔径设定在0.85的水平上，所以光学面(特别是光信息记录媒体侧的光学面)的曲率变大。在当为了具有相对多种光信息记录媒体的互换性和/或为了补偿色差和/或为了补偿温度特性象差而要在这样的曲率大的光学面上设置环状结构时，环状结构的间距变得非常小(数μ的水平)。
用于注射模塑塑料的模具用被称为SPDT(SinGle-POinT DiamOnDTurninG)的微小直径金刚石刀具切削的方法制作。然而，在利用SPDT的模具加工中，在光学面上，间距如象数μ的水平那样的环状结构的微细形状时，因由用金刚石刀具的前端转刻到模具上而发生相位不匹配部分引起的激光束的利用率降低的问题。另外，虽然使用光刻和蚀刻的二维光学制作技术和电子束描画技术等是适合高精度形成微细形状的光学元件的制作方法，但制作象高密度DVD用的物镜那样，在曲率大的光学面上具有微细形状的光学元件的例子和为了注射模塑光学元件而用的模具的例子尚无报导。
另外，将来，在用SPDT的模具加工中，在因相位不匹配引起的激光束的利用率下降不成问题的水平上，因使用前端形状小的金刚石刀具而在技术上高精度地制成微细形状，或适用二维光学制成技术和电子束描画技术，使在曲率大的光学面上具有微细形状的光学元件的制作和为了注射模塑光学元件而用的模具制作技术已变为可能，即使在这时当在曲率大的光学面上设置数μ的水平环状结构时，也仍残留有因为环状结构的台阶部分引起的阴影的影响变大而使激光束的利用率降低这样的问题。
发明内容
本发明的目的是提供拾光用物镜组件、装备该物镜组件的拾光装置和光学式信息记录再生装置，所述拾光用物镜组件用塑料作毛坯，并能在用波长短的光源的场合实现高数值孔径化，对色差和温度特性的象差进行补偿和对多种光信息记录媒体的记录/再生，可以因制造容易而实现低成本，并且使激光束利用率高。
为了解决以上课题，第1项中记载的发明例如图1至图4和图8所示，是在拾光装置3、4中使光束(激光)L1至L3会聚在光信息记录媒体(高密度DVDM1、(DVD)M2、(CD)M3的信息记录面M1r至M3r上面用的物镜组件1和2，
该光学组件包括与上述光信息记录媒体M1至M3对置配置的第一光学元件B和对置配置在上述第一光学元件B的光源(半导体激光振荡器)LD1至LD3一侧的第二光学元件A，所述的第二光学元件A在至少一个光学面上分割成多个环带，以使相邻的环带之间相对入射光产生预定的光程差而形成的环状结构；
上述的第一光学元件B和第二光学元件A分别包括光学功能部B1和A1和在其周缘上形成的凸缘部B2和A2；
上述第一光学元件B的凸缘部B2和第二光学元件A的凸缘部A2以使所述的第一光学元件B和第二光学元件A可固定在预定的相对位置上的方式形成。
在此，上述所谓物镜狭义地是指在拾光装置上装有光记录媒体的状态下在最靠近光信息记录媒体的位置上应与光信息记录媒体对置配置的具有聚光作用的透镜，广义的是指与该透镜一起至少通过执行机构能沿其光轴方向动作的透镜。因此在本说明书中所谓的物镜的像侧(光信息记录媒体侧)的数值孔径是指位于物镜的最靠近光信息记录媒体侧的透镜面的数值孔径。另外，在本说明书中，必要的(预定的)数值孔径是指被各个光信息记录媒体的规格规定的数值孔径或对应各个光信息记录媒体能够根据使用的光源的波长为记录/再生信息而得到必要的束斑直径的具有衍射极限性能的物镜的数值孔径。
另外，所谓上述的信息记录是指在象上述那样的光信息记录媒体的信息记录面上记录信息。另外，在本说明书中，所谓信息的再生是指再生在上述那样的光信息记录媒体的信息记录面上已记录的信息。本发明的物镜也可以是为了只进行记录或只进行再生而用的透镜，也可以是为了进行记录和再生两者而用的透镜，并且也可以是为了对某个光信息记录媒体进行记录，同时为了对别的光信息记录媒体而用的透镜，也可以是为了某个光信息记录媒体进行记录或再生并为了对别的光信息记录媒体进行记录和再生而用的透镜。另外，在此所谓再生是包含简单地读取信息的意思。
按照第一项中记载的发明，一种用于使光束会聚在光信息记录媒体的信息记录面上的拾光装置中的物镜组件，包括：与上述光信息记录媒体对置配置的第一光学元件，配置在上述第一光学元件的光源一侧的第二光学元件，所述的第二光学元件与上述第一光学元件对置，并包括一个环状结构，所述环状结构在至少第二光学元件的一个光学面上形成多个环带，以使相邻的环带之间相对入射光产生预定的光程差；上述的第一光学元件和第二光学元件分别具有光学功能部和环绕该光学功能部形成的凸缘部，其中，上述第一光学元件的凸缘部和上述第二光学元件的凸缘部形成为能使彼此嵌合和接触的形状，从而使上述第一光学元件和上述第二光学元件固定在各自预定的相应位置上。
因为包括与上述光信息记录媒体上对置配置的第一光学元件和第二光学元件。所述第二光学元件在至少一个光学面上分割成多个环带并形成为了使相邻的环带之间相对入射光产生预定的光程差而形成的环状结构，所以可以通过把第一光学元件的光源侧的光学面的曲率设定得大，来实现物镜组件的高数值孔径，同时可以通过把第二光学元件的光学面的曲率设定得比较小来能减少因环状结构的台阶部分的阴影的影响，从而可以得到激光束的利用率高的物镜组件。
另外，利用第二光学元件的环状结构的象差补偿功能，又能使物镜单元具有相对多种光信息记录媒体的互换性，又能补偿色差，又能补偿温度特性象差。
另外，因为通过在光学面的曲率比较小的第二光学元件上形成环状结构可以使用于实现象差补偿功能的环状结构的间距变大，所以能高精度地形成环状结构。
在此所谓的象差是指色差、温度特性象差、在光信息记录媒体的透明基板厚度变化时发生的球面象差的变化等。
另外，第一光学元件的凸缘部和第二光学元件的凸缘部以能使所述的第一光学元件和第二光学元件可固定在预定的相对位置上的方式形成，所以使第一光学元件与第二光学元件的相对的定位高精度地并容易地实现。因此，可以在分别形成第一光学元件和第二光学元件后，使它们组合在一起高精度地且容易地组成物镜组件。
第2项中记载的发明的特征在于：
在第1项中记载的物镜单元1、2中，上述第一光学元件B和第二光学元件A分别是塑料透镜。
按照第2项中记载的发明，因为既可以节省减少玻璃材料的费用，又可以利用模具通过注射模塑具有环状结构的光学元件大量生产，从而可以低成本地制造物镜组件。
第3项中记载的发明的特征在于：
在第一项或第二项物镜组件1、2中，在设上述第一光学元件B的近轴光焦度为P1[mm-1]，设上述第二光学元件A的近轴光焦度为P2[mm-1]时，满足|P2/P1|≤0.2。
按照第3项中记载的发明，既能得到与第1项或第2项中记载的发明同样的效果，又能使第二光学元件的近轴光焦度变小，所以能使第二光学元件的光学面的曲率变小。结果因能减小由环状结构的台阶部分引起的阴影的影响变小而能防止激光束的利用率下降。并且因使形成有第二光学元件的环状结构的光学面的曲率变小，而可以确保环状结构的间距比在曲率往往变小的第一光学元件的光学面成形成环状结构的情况小，所以可能使因环状结构形状的制造误差引起的激光束利用率的降低限制到很小，另外，因使第二光学元件的近轴光焦度变小而能确保物镜与光学信息记录面的距离(工作距离)变大。
第4项中记载的发明的特征在于：
在第1至3项中记载的物镜组件1、2中，上述环状结构的相邻的环带在光轴方向相对移位而形成，以便产生上述预定的光程差。
在第5项中记载的发明的特征在于：
在第4项中记载的物镜组件1、2中，上述环状结构是具有使入射光衍射功能的衍射结构。
在此，所谓形成衍射结构的光学面是指在光学元件的表面例如透镜的表面上设置起伏而具有使入射光束衍射的作用的面。在同一光学面上有产生衍射的区和不产生衍射的区的场合是指产生衍射的区。所谓衍射结构或衍射图形是指该产生衍射的区，作为起伏的形状包括例如下述的形状：在光学元件的表面上以光轴为中心形成为大致同心圆状的环带，如果在包含光轴的平面上看该断面，则虽然看到断面象锯齿状或台阶状的形状，但各环带是包含这样的形状的构成。
通常从形成有衍射结构的光学面(衍射面)产生0级衍射光、±1级衍射光、±2级衍射光……和无数级的衍射光，例如可以在具有上述那样的子午断面形成为锯齿状的起伏的衍射面的场合，使特定级数的衍射效率比其它级数的衍射效率提高，并且根据情况，可以设定该起伏的形状，以便使特定的一个级数(例如+1级衍射光)的衍射效率达到大致100％。在本发明中所谓“衍射结构根据波长心λB、衍射级数n进行最佳化”是指设定衍射结构(起伏)的形状，以使在波长λB的光入射时，衍射级数n的衍射光的衍射效率在理论上为100％。
第6项中记载的发明的特征在于；
在第1至5项中的任何一项中记载的物镜组件1、2中，上述环状结构至少补偿由上述第一光学元件B产生的色差。
按照第6项记载的发明，既能得到与第1至5项中任一项中记载的发明同样的效果，又能通过环状结构至少补偿由上述第一光学元件发生的色差。
因此，即使从读出对应信息记录媒体的数据的状态切换到写入状态时的激光波长瞬间的变化(状态跳跃)，也能补偿由此引起的色差。
特别是在高密度DVD等中，因为使用的激光的波长比CD和DVD等短，所以虽然因透镜的发散而容易发生色差，但可以防止在光信息记录媒体上写入数据时的误差。
第7项中记载的发明的特征在于：
在第6项中记载的物镜组件1、2中，使用的波长是500nm以下。
第8项中记载的发明的特征在于：
在第1至7项中的任何一项中记载的物镜组件1、2中，
上述第一光学元件B是塑料透镜，
上述环状结构补偿由上述第一光学元件B的折射率变化引起的球面象差。
在此，所谓上述折射率变化是由第一光学元件温度变化等引起的。
第9项中记载的发明的特征在于：
在第8项中记载的物镜组件1、2中，像侧数值孔径是在0.75以上。
第10项中记载的发明的特征在于：
在第1至9项中的任何一项中记载的物镜组件1、2中，
上述物镜组件1、2为了使光束(激光)L1至L3会聚在用于保护上述信息记录面M1r至M3r的透明基板的厚度、和在信息的记录和/或再生使用的光的波长互不相同的多种上述光信息记录媒体(高密度DVD)M1、(DVD)M2、(CD)M3的信息记录面M1r至M3r上而使用，
上述环状结构补偿由上述各光信息记录媒体M1至M3的透明基板的厚度不同引起的球面象差和/或由对上述各光信息记录媒体M1至M3在信息的记录和/或再生中使用的波长不同引起的球面象差。
在此，所谓上述透明基板是指为了保护光信息记录媒体(光盘)的信息记录面而在信息记录面的光束入射面侧形成的光学透明的平行平板，所谓透明基板的厚度是指上述平行平板的厚度。从光源射出的光束通过物镜经上述的透明基板会聚在光信息记录媒体(光盘)的信息记录面上。另外，在本说明书中，作为高密度DVD，除了一例举出的具有0.1mm的透明基板的光信息记录媒体外，还包括具有其它厚度的透明基板的光信息记录媒体和透明基板厚度为零即没有透明基板的光信息记录媒体。
按照第10项中记载的发明，既能得到与第1至9项中任何一项中记载的发明同样的效果，又能通过环状结构补偿因各种光信息记录媒体的透明基板厚度不同引起的球面象差和/或因对各种光信息记录媒体在信息的记录和/或再生中使用的光的波长不同引起的球面象差，所以可以使物镜组件具有相对多种光信息记录媒体的互换性。
第11项中记载的发明的特征在于：
在第1至10项中的任何一项中记载的物镜组件1、2中，
设上述第一光学元件B的近轴光焦度为P1[mm-1]，设上述第一光学元件B的光轴上的厚度为T1[mm]时，则满足式
                  0.8≤P1·T1≤1.8。
按照第11项中记载的发明，既能得到与第1至10项中的任何一项中记载的发明同样的效果，又能得到象高特性良好并且确保充分的工作距离的轻重量的物镜组件。也就是说，如在上式的下限以上，则用球面象差评价象高特性时的三次象散分量不会变得过大，五次以上高次慧形象差分量不会变得过大。并且能充分保证第一光学元件的缘厚。如果在上式的上限以下，则用球面象差评价象高特性时的三次球面象差分量不会变得过大，三次慧形象差分量不会变得过大，五次象散分量不会变得过大。并且既能确保充分的工作距离，又能使第一光学元件的体积不能变得过大，所以可以减轻执行机构的负担。
第12项中记载的发明的特征在于：
在第1至11项中的任何一项中记载的物镜组件1、2中，上述第一光学元件B是折射透镜。
在此，所谓上述折射透镜是指只利用在改变入射的光线方向的折射作用的透镜，在光学面上具有分割成多个环带的环状结构的光学元件(例如具有衍射作用的光学元件)，在本说明书中认为不包含在折射透镜中。
第13项中记载的发明的特征在于：
在第1至12项中的任何一项中记载的物镜组件1、2中，上述环状结构形成在非球面上。
第14项中记载的发明的特征在于：
在第1至13项中的任何一项中记载的物镜组件中，上述第一光学元件B的凸缘部B2和上述第二光学元件A的凸缘部A2因形成为能互相嵌合和接触的形状，而能使上述第一光学元件B和上述第二光学元件A固定在预定的位置上。
按照第14项中记载的发明，既能得到与第1至13项中的任何一项中记载的发明同样效果，又因第一光学元件的凸缘部和第二光学元件的凸缘部形成为能互相嵌合和接触的形状，而进一步高精度且容易地实现第一光学元件与第二光学元件的相对位置定位。因此在分别形成第一光学元件和第二光学元件后，可以使它们组合在一起，并能进一步高精度且容易组合物镜组件。
作为第15项中记载的发明的拾光装置1、2例如图1至图4所示，其特征在于包括第1至14项中的任何一项中记载的物镜组件。
按照第15项中记载的发明，可以得到与第1至14项中的任何一项中记载的发明具有同样效果的拾光装置。
作为第16项中记载的发明的光学信息记录再生装置(高密度DVD用的记录再生装置或高密度DVD/DVD/CD互换记录再生装置)的特征在于：包括第15项中记载的拾光装置3、4。
按照第16项中记载的发明，能得到与第1至14项中的任何一项中记载的发明具有同样效果的光学式信息记录再生装置。
附图说明
图1是表示本发明拾光装置的一侧构成的概略图。
图2是按照本发明的物镜组件的一侧使光束会聚在高密度DVD的光学记录面上时的光路图。
图3是按照本发明的物镜组件的一侧使光束会聚在DVD的光学记录面上时的光路图。
图4是按照本发明的物镜组件的一侧使光束会聚在CD的光学记录面上时的光路图。
图5是在本发明的物镜组件一侧中用于高密度DVD进行记录和/或再生的光束(波长405nm左右)入射时在高密度DVD的信息记录面上的象差图。
图6是在本发明的物镜组件一侧中用于DVD进行记录和/或再生的光束(波长650nm)入射时在DVD的信息记录面上的象差图。
图7是在本发明的物镜组件一侧中用于CD进行记录和/或再生的光束(波长780nm)入射时在CD的信息记录面上的象差图。
图8是表示本发明的拾光装置另一侧构成的概略图。
具体实施方式
下面参照附图说明本发明物镜组件的实施方式。图1是表示本实施方式的物镜组件、装备该物镜组件的拾光装置和光学信息记录再生装置的概略构成图。
本实施方式的物镜组件1的构成相对规格(记录密度)互相不同的三种光盘(高密度DVD、DVD和CD)具有互换性，而能记录和/再生这些光盘上的信息。
该物镜组件由两面制成为非球面并在所述非球面上形成有环状结构的第二光学元件A和两面形成为非球面并具有会聚光功能的第一光学元件B构成。
第一光学元件B和第二光学元件A分别由塑料透镜形成，包括光学功能部B1、A1和形成在其周围缘上的凸缘部B2。而且第一光学元件B的凸缘部B2和第二光学元件A的凸缘部A2形成为能互相嵌合接触的形状。能使第一光学元件B和第二光学元件A固定在预定的相对位置上。
为了使第一光学元件B和第二光学元件A互相嵌合且接触地固定在预定的相对位置上，可以通过使这两个凸缘部在这两个元件的两方或一方向对方侧方向适当变长来进行。在此所谓对方侧方向是指在这两个元件的光轴方向互相面对侧，例如对第一光学元件B表示光源侧方向，对第二光学元件A表示光信息记录媒体侧方向。当使凸缘部向这样的方向变长时，因为成形塑料时，凸缘部的光轴方向的收缩量和弯曲量变化，所以使一体形成的光部功能部的光学面的变形的可能性增大。第一光学元件B从作为高数值孔径的元件来说，所要求的光学面形状的精度特别高，与第二光学元件A相比，受凸缘部的收缩和弯曲的影响要大，因此最好是特别使第二光学元件A的凸缘部的形状A2比第一光学元件B的凸缘部B2形成得长。
在此，所谓嵌合是进行在垂直于光轴方向定位，所谓接触是进行在光轴方向的定位。
拾光装置3、4和光学式记录再生装置能分别就作为光信息记录媒体的高密度DVD、DVD、和CD利用从半导体激光振荡器LD1射出的波长405nm的激光(光束)、从半导体激光振荡器LD2射出的波长650nm的激光和从半导体激光振荡器LD3射出的波长780nm的激光，从这些信息记录面上读取信息。
在高密度DVD(M1)上记录和/或再生数据时，从半导体激光振荡器LD1射出的波长405nm的激光L1通过光束整形器SH1整形后，经准直器GL变成平直行光，通过分束器BS4、BS5射向物镜组件。于是激光通过物镜组件1会聚在具有透明保护基板的高密度DVD(M1)的信息记录面M1r上。
在信息记录面M1r上被信息源调制后被反射的激光L1再经物镜组件1、分束器BS5、BS4、准直器GL被分束器BS1反射由圆柱形透镜L11产生象散，经凹透镜L12入射到光检测器PD1，利用从光检测器PD1输出的信号得到在高密度DVD(M1)上记录信息的读取信号。
在DVD激光通过上记录和/或再生数据时，从半导体激光器LD2射出的波长650nm的激光L2通过分束器BS2被分束器BS4反射后通过分束器BS5射向物镜组件1。于是激光通过物镜组件1会聚在具有透明保护基板的DVD(M2)的信息记录面M2r上。
在信息记录面M2r上被信息源调制后被反射的激光L2再经过物镜组件1、分束器BS5被分束器BS4、BS3反射后，由圆柱形透镜L21产生象散后，经凹透镜L22入射到光检测器PD2上，利用从光检测器PD2输出的信号，得到在DVD(M2)上记录信息的读取信号。
在CD上记录和/或再生数据时，从半导体激光器LD3射出的波长780nm的激光L3通过分束器BS3被分束器BS5反射后射向物镜组件1。于是激光通过物镜组件1会聚在具有透明保护基板的CD(M3)的信息记录面M3r上。
在信息记录面M3r上被信息坑调制后被反射的激光L3再被物镜组件1、分束器BS5、BS3反射后，由圆柱透镜L31产生象散经凹透镜L32入射到光检测器PD3，利用从光检测器PD3输出的信号，得到在CD(M3)上记录信息的读取信号。
在各光信息记录媒体(高密度DVD、DVD、CD)的记录/再生时检测出随在光检测器PD1至PD3上的斑点形状的变化、位置的变化的光量变化，进行合焦检测和信息道检测等，根据该检测结果，二维执行机构使物镜组件移动，以便使来自半导体激光器LD1至LD3的激光L1至L3在各光信息记录媒体(高密度DVD、DVD、CD)M1至M3的信息记录面M1r至M3r上成象，同时使物镜组件移动，以使半导体激光振荡器LD1至LD3的激光L1至L3成象在预定的信息道上。
光学元件A在两面(光学面S1、S2)的非球面上形成环状的衍射结构，其近轴光焦度几乎为零。
另外，光学元件B是对高密度DVD(M1)的透明保护基板(厚度0.1mm)进行象差补偿的塑料透镜，设定波长405nm，焦点距离是波长2.2mm，记录媒体侧的数值孔径是0.85。
在把第一光学元件用在对应DVD(M2)(波长650nm、记录媒体侧的数值孔径是0.65、DVD的透明保护基板厚度0.6m)和CD(M3)(波长780nm、记录媒体例的数值孔径是0.50、透明保护基板厚度1.2mm)的数据的记录/再生上时，使球面象差随着透明保护基板厚度的不同向过补偿方向变化。
因为使光散光束对光学元件B入射，即使除去该变化成过补偿的球面象差的三次球面象差分量，也残存有高次球面差分量，不能按其原样对DVD(M2)和(M3)等进行信息的记录和/再生。
另外，据认为作为高密度DVD(M1)用的光源的兰紫光LD1因跳跃而其波长变化1nm的水平，而光学元件B当入射的光的波长变成比设计波长长1nm的406nm时，用波阵面象差评价时的最佳象点位置变化0.49μm，因此附加散焦分量，使波阵面象差劣化为0.162λrms。因此在单独使用第一光学元件B时，在状态跳跃时使对高密度DVD的会聚光性能严重变差，所以不能进行稳定的信息记录和/或再生。
另外，假定随着第一光学元件B的温度上升的折射率的变化为-9.0×10-5/℃，随着温度上升兰紫半导体激光的波长变化为0.05nm时，光学元件B随着温度上升到30℃，而球面象差向过补偿方向变化，高密度DVD(M1)的记录和/或再生时的波阵面象差劣化为0.145λ。因此在单独使用第一光学元件B时，在温度变化时相对高密度DVD(M1)的会聚光性能严重劣化，所以不能进行稳定的信息记录和/或再生。
因为本实施方式的物镜组件1是利用形成在第二光学元件A上的衍射结构的衍射作用，所以补偿上述的
(1)随着透明保护基板的厚度不同的球面象差变化。
(2)兰紫半导体激光器LD2的状态跳跃发生的最佳象点位置的变化。
(3)随着温度变化的折射率变化的球面象差的变化。
本实施方式的物镜组件1使用由第二光学元件A的衍射结构发生的6级衍射光作为对高密度DVD的信息记录和/或再生用的光，使用由第二光学元件A的衍射结构发生的4级衍射光作为对DVD的信息记录和/或再生用的光，使用由第二光学元件A的衍射结构发生的3级衍射光作为对CD的信息记录和/或再生用的光。
在第二光学元件A的两面上(表1中的第1面和第2面)上形成如表2所示那样的环状结构，在波长415nm、衍射级数为6的条件下，使衍射效率最佳化，在理论上达到100％。
第一光学元件B的光学面S1、S2和第二光学元件A的光学面S3、S4形成为被[数1]表示的非球面形状。
[数1]
X = h 2 r 1 + 1 - ( 1 + k ) h 2 / r 2 + Σ i = 0 10 A 2 i h 2 i
式中X是光轴方向的轴(设定的进行方向为正)，h是与光轴垂直方向的轴(距光轴的高度)，r是近轴曲率半径，k是圆锥系数，A是非球面系数。
一般使用光程差函数定义衍射结构的间距。具体地说光程差函数Φb以mm为单位用[数2]表示。
[数2]
Φ b = n Σ j = 1 5 b 2 j h 2 j
在表1中表示第一光学元件B和第一光学元件A的透镜数据。在用例如“-2.6004E-02”是表示-2.6004×10-2
                                              表1
 面序号     r(mm)     d(mm)     N780     N650     N405    vd     备注
    S0     d0(可变)   光源
    S1S2  73.39715.448     0.7000.050   1.53734   1.54090   1.56013   56.7   光学元素A
    S3  1.481     2.880   1.53734   1.54090   1.56013   56.7   光学元素B
    S4     -2.213   d4(可变)
    S5S6     ∞∞   d5(可变)   1.57062   1.57756   1.61949   30.0   透明基板
非球面系数
       S1        S2        S3        S4
  kA4A6A8A10A12A14A16A18A20   1.0000E+01-2.6004E-027.5368E-03-1.7309E-032.0472E-04   -3.2040E+02-2.3152E-026.4221E-03-3.6784E-045.9437E-05   -6.9456E-018.6333E-032.2473E-03-1.0354E-037.9520E-04-1.3879E-04-3.9714E-051.7745E-053.6874E-07-6.0458E-07   -4.2199E+018.7350E-02-6.8060E-021.8814E-021.38884E-04-8.1055E-04
衍射面系数
         S1         S2
    b2b4b6b8b10     -1.0333E-035.8830E-04-5.3581E-05-1.2776E-042.0884E-05     -1.3785E-03-5.1124E-05-1.8337E-05-1.3817E-06-3.4287E-06
  高密度DVD     DVD     CD
  d0(可变)d4(可变)d5(可变)     ∞0.6020.100     28.9510.5050.600     18.0990.2661.200
                                                      表2
S1
    衍射环带序号     始点高度(mm)     终点高度(mm)
    123456789101112131415161718     0.0000.7481.1901.3511.4411.5071.5591.6021.6411.6751.7061.7351.7621.7871.8111.8341.8571.878     0.7481.1901.3511.4411.5071.5591.6021.6411.6751.7061.7351.7621.7871.8111.8341.8571.8781.900
S2
    衍射环带序号     始点高度(mm)     终点高度(mm)
    1234567891011121314151617181920     0.0000.5450.7660.9301.0641.1761.2721.3551.4271.4901.5461.5951.6391.6781.7141.7461.7761.8031.8281.852     0.5450.7660.9301.0641.1761.2721.3551.4271.4901.5461.5951.6391.6781.7141.7461.7761.8031.8281.8521.847
以下表示用第二光学元件A产生的上述(1)至(3)的补偿结果。
                                                   表3
                              球面差系数随不同厚度透明保护基板的变化
  高密度DVD    DVD(发散光束入射)   CD(发散光束入射)
  仅光学元件B   0.002λrms    0.037λrms   0.056λrms
  物镜组件光学元件A+光学元件B   0.004λrms    0.002λrms   0.006λrms
                                               表4
                由青紫半导体激光振荡器的状态跳跃(+1nm)发生的最佳像点位置变化
    最佳像点位置变化   散焦分量输入的波阵面象差
仅光学元件B     0.49μm   0.162λrms
物镜组件光学元件A+光学元件B     0.004μm   0.030λrms
                                                  表5
                               随30℃的温度上升的折射率下降而在高密度
                                    DVD的记录/再生时发生的球面象差
    波阵面系数
    仅光学元件B     0.145λrms
    物镜组件光学元件A+光学元件B     0.031λrms
如表3所示，在把第一光学元件B用在DVD(M2)和CD(M3)上时，即使通过使发散光束入射除去三次球面象差分量，也仍残存高次球面球面象差分量，但也可以通过与第二光学元件组合使用，也可以附加在三次球面象差成分上良好地补偿高次球面象差分量
另外，通过如上述那样确定衍射结构的最佳化波长和最佳化级数，可以对相对各光信息记录媒体(高密度DVD、DVD、CD)M1至M3的数据的记录/再生的衍射光得如下所示那样高的衍射效率：
高密度DVD(405nm，6级衍射光)：93％
DVD(650nm，4级衍射光)：91％
CD(780nm，3级衍射光)：88％。
另外，设计第二光学元件的衍射结构，以使DVD和CD的记录和/或再生必要的光束的外侧的激光不对束斑的形成有贡献。
也就是说，在DVD的记录/再生时，在从红半导体激光振荡器LD2入射到物镜组件1上的激光L2中，象侧数值孔径0.65以上的光束如在图5的球面象差图中所示那样，具有大的球面象差。
另外，在CD的记录/再生时，在从红半导体激光振荡器LD3入射到物镜组件1上的激光L3中，象侧数值孔径0.50以上的光束如在图6的球面象差图中所示那样，具有大的球面象差。
因此根据各光信息记录媒体自动地进行孔径的切换，没有必要定量另外的孔径切换机构(光栏等)。
另外，如表4所示那样，在高密度DVD(M1)的记录/再生时以单体使用第一光学元件B时，虽然在兰紫半导体激光L1的状态跳跃时相对高密度DVD的会聚性能严重劣化，但通过使用与光学元件A的组合，可以将因兰紫半导体激光的状态跳跃引起的最佳象号位置的变化抑制得很小。
如图3的球面象差图所示，利用光学元件A的衍射结构的作用，在入射光的波长变长时，具有物镜组件的球面象差向欠补偿方向变化那样的波长特性，所以用通过温度上升时的兰紫半导体激光的振荡波长向长波长侧的移动而变成向欠补偿方向移动的球面象差抵消因温度上升时的折射率降低而在光学元件B上向过补偿方向变化的球面象差。结果可以如图5所示，将物镜组件温度上升时的球面象差变化抑制得很小。
另外，因为第二光学元件A的各个光学面的光焦度与衍射结构的衍射光焦度的和大致为零，所以入射在第二光学元件A上的光束几乎不改变方向地入射在第一光学元件B上。因此几乎不能产生因在作为深凸面的第一光学元件B的光源侧的光学面上形成衍射结构时发生那样的影响所引起的衍射光焦度下降。
另外，第二光学元件A因在两面状态形成衍射结构形成两面形状，所以与在一个光学面上形成衍射结构的场合相比，可以扩大相邻的衍射结构的间隔。
如表2所示那样，在第二光学元件A的有效直径内，相邻的衍射结构的间隙的最小值是约20μm。因此，即使在因模具的加工误差和成形误差引起衍射结构的形状偏离设计的形状时，也能将由不需要级数的光所导致的特定衍射级的光的衍射效率的下降抑制得很小。
另外，第一光学元件B和第二光学元件A都是塑料透镜，因为通过与光学功能部B1、A1面形成为一体的凸缘部B2、A2上互相嵌合接触，被执行机构变成一体驱动，所以可以经常获得良好的跟踪特性。
另外，形成在光学元件B的有效直径周缘部上的台阶差Δ(见图2)具有用于限制入射光束的光栏的功能。
(第二实施方式)
图8是表示图1的拾光装置3的变型例。在图8的拾光装置4中，在物镜组件2的第二光学元件A的光学面上具有分割成多个环带并为了使相邻环带彼此对入射光产生预定的光程差而互相在光轴方向移位形成环状结构。
物镜组件2利用环状结构的作用，能与图1的拾光装置3的透镜一样，对规格不同的三种光盘具有互换性地在这些光盘上记录和/或再生信息。在图8的拾光装置4中因关于物镜组件以外的部件2与图1的拾光装置相同，而省略详细说明。
另外，在上述实施方式中，虽然只在第一光学元件B上具有补偿功能，但也可以使该补偿功能分担给第一光学元件和第二光学元件。
另外，虽然物镜组件1由第一光学元件B和第二光学元件A构成，但本发明的物镜组件不限在由两个光学元件构成的情况，在不脱离本发明的技术范围的条件下，也包含由三个以上的光学元件构成的情况。在这种情况下，相邻对置的光学元件相互间如在以上的实施方式中所详述的那样，当然最好通过与光学功能部形成为一体的凸缘部固定在预定的位置上。
另外，虽然示出了分别通过注射模塑制作第一光学元件和第二光学元件的例子，但作为制作这些光学元件的方法不限于注射模塑，也能使用注射压缩成形和压缩成形等各种成型方法。
按照第一项中记载的发明，因为包括与上述光信息记录媒体上对置配置的第一光学元件和第二光学元件。所述第二光学元件在至少一个光学面上分割成多个环带并形成为了使相邻的环带之间相对入射光产生预定的光程差而形成的环状结构，所以可以通过把第一光学元件的光源侧的光学面的曲率设定得大，来实现物镜组件的高数值孔径，同时通过把第二光学元件的光学面的曲率设定得比较小，来能减少因环状结构的台阶部分的阴影的影响，从而可以得到激光束的利用率高的物镜组件。
另外，利用第二光学元件的环状结构的象差补偿功能，又能使物镜单元具有相对多种光信息记录媒体的互换性，又能补偿色差，又能补偿温度特性象差。
另外，因为通过在光学面的曲率比较小的第二光学元件上形成环状结构可以使用于实现象差补偿功能的环状结构的间距变大，所以能高精度地形成环状结构。
在此所谓的象差是指色差、温度特性象差、在光信息记录媒体的透明基板厚度变化时发生的球面象差的变化等。
另外，第一光学元件的凸缘部和第二光学元件的凸缘部以能使所述的第一光学元件和第二光学元件可固定在预定的位置上的方式形成，所以使第一光学元件与第二光学元件的相对的定位高精度地并容易地实现。因此，可以在分别形成第一光学元件和第二光学元件后，使它们组合在一起，并高精度地且容易地组成物镜组件。
按照第2项中记载的发明，因为既可以节省减少玻璃材料的费用，又可以利用模具通过注射模塑具有环状结构的光学元件大量生产，从而可以低成本地制造物镜组件。
按照第3项中记载的发明，既能得到与第1项或第2项中记载的发明同样的效果，又能使第二光学元件的近轴光焦度变小，所以能使第二光学元件的光学面的曲率变小。结果因能减小由环状结构的台阶部分引起的阴影影响变小而能防止激光束的利用率下降。并且因使形成有第二光学元件的环状结构的光学面的曲率变小，而可以确保环状结构的间距比在曲率往往变小的第一光学元件的光学面成形成环状结构的情况小，所以可能使因环状结构的形状的制造误差引起的激光束的利用率的降低限制到很小，另外，因使第二光学元件的近轴光焦度变小而能确保物镜与光学信息记录面的距离(工作动距离)变大。
按照第6项记载的发明，既能得到与第1至5项中任一项中记载的发明同样的效果，又能通过环状结构至少补偿由上述第一光学元件发生的色差。
因此，即使从读出对应信息记录媒体的数据的状态切换到写入状态时的激光波长瞬间的变化(状态跳跃)，也能补偿由此引起的色差。
特别是在高密度DVD等中，因为使用的激光的波长比CD和DVD等短，所以虽然因透镜的发散而容易发生色差，但可以防止在光信息记录媒体上写入数据时的误差
按照第10项中记载的发明，既能得到与第1至9项中任何一项中记载的发明同样的效果，又能通过环状结构补偿因各种光信息记录媒体的透明基板厚度不同引起的球面象差和/或因对各种光信息记录媒体在信息的记录和/或再生中使用的光的波长不同引起的球面象差，所以可以使物镜组件具有相对多种光信息记录媒体的互换性。
按照第11项中记载的发明既能得到与第1至10项中的任何一项中记载的发明同样的效果，又能得象高特性良好并且确保充分的工作距离的轻动量的物镜组件。也就是说，如在上式的下限以上，则用球面象差评价象高特性时的三次象散分量不会变得过大，五次以上高次慧形象差分量不会变得过大。并且能充分保证第一光学元件的缘厚。如果在上式的上限以下，则用球面象差评价象高特性时的三次球面象差分量不会变得过大，三次慧形象差分量不会变得过大，五次象散分量不会变得过大。并且既能确保充分的工作距离，又能使第一光学元件的体积不能变得过大，所以可以减轻执行机构的负担。
按照第14项中记载的发明，既能得到与第1至13项中的任何一项中记载的发明同样效果，又因第一光学元件的凸缘部和第二光学元件的凸缘部形成为能互相嵌合和接触的形状，而进一步高精度且容易地实现第一光学元件与第二光学元件的相对位置定位。因此在分别形成第一光学元件和第二光学元件后，可以使它们组合在一起，并能进一步高精度且容易组合物镜组件。
按照第15项中记载的发明，可以得到与第1至14项中的任何一项中记载的发明具有同样效果的拾光装置。
按照第16项中记载的发明，能得到与第1至14项中的任何一项中记载的发明具有同样效果的光学式信息记录再生装置。

Claims (15)

1.一种用于使光束会聚在光信息记录媒体的信息记录面上的拾光装置中的物镜组件，包括：
与上述光信息记录媒体对置配置的第一光学元件，
配置在上述第一光学元件的光源一侧的第二光学元件，所述的第二光学元件与上述第一光学元件对置，并包括一个环状结构，所述环状结构在至少第二光学元件的一个光学面上形成多个环带，以使相邻的环带之间相对入射光产生预定的光程差；
上述的第一光学元件和第二光学元件分别具有光学功能部和环绕该光学功能部形成的凸缘部，
其中，上述第一光学元件的凸缘部和上述第二光学元件的凸缘部形成为能使彼此嵌合和接触的形状，从而使上述第一光学元件和上述第二光学元件固定在各自预定的相应位置上。
2.如权利要求1所述的物镜组件，其特征在于：上述第一光学元件和第二光学元件分别是塑料透镜。
3.如权利要求1所述的物镜组件，其特征在于：满足下列公式：
                      |P2/P1|≤0.2
式中，P1是上述第一光学元件B的近轴光焦度[mm-1]，P2是上述第二光学元件A的近轴光焦度[mm-1]。
4.如权利要求1所述的物镜组件，其特征在于：上述的相邻的环带在光轴方向形成为相对地移位，以便产生上述预定的光程差。
5.如权利要求4所述的物镜组件，其特征在于：上述环状结构是使入射光线衍射的衍射结构。
6.如权利要求1所述的物镜组件，其特征在于：上述环状结构补偿由上述第一光学元件产生的色差。
7.如权利要求6所述的物镜组件，其特征在于：使用的波长是500nm以下。
8.如权利要求1所述的物镜组件，其特征在于：上述第一光学元件是塑料透镜，上述环状结构补偿由上述第一光学元件的折射率变化引起的球面象差。
9.如权利要求8所述的物镜组件，其特征在于：像侧数值孔径是在0.75以上。
10.如权利要求1所述的物镜组件，其特征在于：上述物镜组件用于使光束会聚在用于保护上述信息记录面的透明基板的厚度、和在信息的记录和/或再生使用的光的波长都互不相同的多种上述光信息记录媒体的信息记录面上，
上述环状结构补偿由上述各光信息记录媒体的透明基板的厚度不同引起的球面象差和/或由对上述各光信息记录媒体在信息的记录和/或再生中使用的波长不同引起的球面象差。
11.如权利要求1所述的物镜组件，其特征在于：满足下列式
                      0.8≤P1·T1≤1.8
式中，P1是上述第一光学元件的近轴光焦度[mm-1]，T1是上述第一光学元件在光轴上的厚度[mm]时。
12.如权利要求1所述的物镜组件，其特征在于：上述第一光学元件是折射透镜。
13.如权利要求1所述的物镜组件，其特征在于：上述环状结构形成在非球面上。
14.一种拾光装置，包括如权利要求1所述的物镜组件。
15.一种光信息记录和/或再生装置，包括权利要求14所述的拾光装置。
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