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CN1906679A - 物镜光学系统、光拾取装置以及光信息记录再生装置 - Google Patents

物镜光学系统、光拾取装置以及光信息记录再生装置 Download PDF

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CN1906679A CNA2005800015881A CN200580001588A CN1906679A CN 1906679 A CN1906679 A CN 1906679A CN A2005800015881 A CNA2005800015881 A CN A2005800015881A CN 200580001588 A CN200580001588 A CN 200580001588A CN 1906679 A CN1906679 A CN 1906679A
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Abstract

提供一种物镜光学系统、光拾取装置以及光信息记录再生装置，其在使用蓝紫色激光光源的高密度光盘和DVD和CD的3种盘之间具有互换性、并且兼顾到确保光量和球差校正的两方面物镜。本发明的物镜光学系统具有：对所述波长λ1～λ3的光束，分别给与使L级(L为奇数)、M级(M为整数)、N级(N为整数)衍射光为最大衍射效率的衍射作用的第1衍射结构；对所述波长λ1～λ3的光束中1个或2个光束，实质上给与相位差的第1光程差付与结构。

Description

物镜光学系统、光拾取装置以及光信息记录再生装置
技术领域
本发明涉及物镜光学系统、光拾取装置以及光信息记录再生装置。
近年来，在光拾取装置中，作为用于再生光盘上记录着的信息，或在光盘上记录信息的光源所使用的激光光源，其短波长化有所进展。例如，蓝紫色半导体激光，或利用第2高次谐波发生进行红外半导体激光波长变换的蓝紫色SHG激光等的波长为405nm的激光光源正在被实用化。
若使用这些蓝紫色激光，那么，在使用与DVD(数字通用盘)相同数值孔径(NA)的物镜的情况时，对于直径12cm的光盘能够纪录15～20GB的信息，将物镜的NA提高至0.85的情况时，对于直径12cm的光盘则能够纪录23～25GB的信息。以下，本说明书中，将使用蓝紫色激光光源的光盘以及光磁盘，总称为“高密度光盘”。
但是，仅对于这样的高密度光盘能够确切地进行信息的记录/再生(记录以及/或再生)，作为光盘播放/刻写机的产品价值来说，不能说是很充分的。而且，以下说明书中，“记录/再生”是指“记录以及/或再生”。
现在，若考虑到已经有记录了各种各样信息的DVD、CD(小型盘)出售之现状，则仅仅能够对高密度光盘进行信息的记录/再生是不够的。例如，对用户所持有的DVD、CD，能够同样进行确切的信息的记录/再生，是提高作为高密度光盘用光盘播放/刻录机商品价值的必经之路。由于这样的形势，对于装载于高密度光盘用光盘播放/刻录机中的光拾取装置，希望在维持对高密度光盘、DVD以及CD的3种光盘的任何一种具有互换性的同时，具有能够确切地记录/再生信息性能。
作为对高密度光盘和DVD、且和CD的任何一种，在维持互换性的同时，能够确切地记录/再生信息的方法，可以考虑分别配备用于高密度光盘的光学系统和用于DVD或CD的光学系统，根据信息记录/再生光盘的记录密度选择性地进行切换的方法。但是，在该方法中，因为必须需要多个光学系统，所以不利于小型化，另外成本增大。
因此，为了简化光拾取装置的结构，实现低成本化，在具有互换性的光拾取装置中，优选的是，将高密度光盘用光学系统和DVD、CD用光学系统通用化，以极力减少构成光拾取装置的光学部件的数量。然而，将配置在光盘对面的物镜光学系统通用化，是最有利于光拾取装置的结构简单化、低成本化的。并且，对于记录/再生之际使用的光束波长是不同的多种光盘，为了得到能够共同使用的物镜光学系统，有必要在物镜光学系统中形成具有球差波长依存性的相位结构。
但是，此时因为各光盘的使用光束波长或保护基板厚不同，所以，要在光盘的信息记录面上形成良好的校正了像差的聚光点是困难的。因此，作为这种像差的校正方法，在构成光拾取装置的物镜光学面设置衍射结构之技术有所公开(参照例如专利文献1)。
(专利文献1)特开2002-298422号公报
但是，作为像差校正方法，专利文献1中公开的技术是在物镜的1面设置衍射结构的结构，在对波长或保护基板厚不同的2种光盘进行记录/再生之际，不能得到充分的球差校正功能。
但是，为了在3种光盘之间达成充分的互换，有必要解决以下的问题。
高密度光盘和DVD以及CD的各光盘中使用的光束波长分别为λ1＝400nm左右，λ2＝655nm左右，λ3＝785nm，因为λ1∶λ31∶2，所以，闪耀形状衍射结构中，衍射效率为最大的衍射级数的比是λ1∶λ3＝1∶2(例如，对λ1光束的最大衍射级数为6级时，对λ3光束的最大衍射效率的衍射级数为3级)。
另外，因为衍射效率是由波长×衍射级数的差和衍射环带的间距决定的，所以，λ1和λ3的衍射级数为2∶1时，λ1×2-λ3×1的值变小。因此，例如，以闪耀化波长接近波长λ1的偶数倍的值，来设计衍射结构的情况时，波长λ1光束和波长λ3光束中的相互的衍射作用减小，高密度光盘和CD的互换成为困难。
也就是说，即使是在波长×衍射级数的差为小的情况时，通过利用小的衍射作用达成互换，这在理论上是可能的，但此时有必要减小衍射环带的间距。衍射环带的间距变小的话，透镜等光学元件的制造成为困难，另外，在制造出的光学元件中，由于透光量降低、激光光源的输出变化等引起的数nm程度的微小范围内的波长变动，将会引起产生较大像差等问题。
发明内容
本发明的目的是解决上述问题。
本发明进一步的目的，是提供在使用蓝紫色激光光源的高密度光盘和DVD和CD的3种盘之间具有互换性、并且兼顾到确保光量和球差校正的两方面的物镜光学系统、光拾取装置以及光信息记录再生装置。
另外，本发明进一步的目的是，提供一种物镜光学系统、光拾取装置以及光信息记录再生装置，其在对光盘进行信息的记录或再生之际，即使是因跟踪移而产生的物镜光学系统的透镜移动，也能够抑制彗差并且轴外特性良好。
通过以下所述的物镜光学系统达到上述以及其它的目的。
一种物镜光学系统，其用于使用在光拾取装置中，该光拾取装置能够利用从第1光源射出的波长λ1的光束，对保护基板厚t1的第1光盘进行信息的再生以及/或记录；利用从第2光源射出的波长λ2(λ1＜λ2)的光束，对保护基板厚t2(t1≤t2)的第2光盘进行信息的再生以及/或记录；利用从第3光源射出的波长λ3(λ2＜λ3)的光束，对保护基板厚t3(t2＜t3)的第3光盘进行信息的再生以及/或记录，其特征在于，
其具有：对所述波长λ1的光束给与使L级(L为奇数)衍射光为最大衍射效率的衍射作用、对所述波长λ2的光束给与使M级(M为整数)衍射光为最大衍射效率的衍射作用、同时对所述λ3的光束给与使N级(N为整数)衍射光为最大衍射效率的衍射作用的第1衍射结构；
对所述波长λ1光束、所述波长λ2光束以及所述λ3的光束中的至少1个光束，实质上不给与相位差，同时，对1个或2个光束，实质上给与相位差的第1光程差付与结构。
通过以下所述的物镜光学系统达到上述以及其它的目的。
一种物镜光学系统，其用于使用在光拾取装置中，该光拾取装置能够利用从第1光源射出的波长λ1的光束，对保护基板厚t1的第1光盘进行信息的再生以及/或记录；利用从第2光源射出的波长λ2(λ1＜λ2)的光束，对保护基板厚t2(t1≤t2)的第2光盘进行信息的再生以及/或记录；利用从第3光源射出的波长λ3(λ2＜λ3)的光束，对保护基板厚t3(t2＜t3)的第3光盘进行信息的再生以及/或记录，其特征在于，
其具有：对所述波长λ1的光束给与使L级(L为奇数)衍射光为最大衍射效率的衍射作用、对所述波长λ2的光束给与使M级(M为整数)衍射光为最大衍射效率的衍射作用、同时对所述λ3的光束给与使N级(N为整数)衍射光为最大衍射效率的衍射作用的第1衍射结构；以及
对所述波长λ1的光束、所述波长λ2光束以及所述λ3光束中的1个或2个光束，实质上给与相位差的第1光程差付与结构，
所述波长λ1的光束入射之际，透过所述第1衍射结构以及所述第1光程差付与结构，在所述第1光盘的信息记录面上形成良好的聚光点，所述波长λ2的光束入射之际，透过所述第1衍射结构以及所述第1光程差付与结构，在所述第2光盘的信息记录面上形成良好的聚光点，所述波长λ3的光束入射之际，透过所述第1衍射结构以及所述第1光程差付与结构，在所述第3光盘的信息记录面上形成良好的聚光点。
并且，本发明的上述目的，通过具有射出波长λ1光束的第1光源、射出λ2光束的第2光源、射出波长λ3光束的第3光源的上述物镜光学系统的光拾取装置来达成。
另外，更进一步，本发明的上述目的，通过具有用于装填光盘的光盘装填机构和上述光拾取装置的光信息记录再生装置来达成。
附图说明
图1是光拾取装置结构主要部分的平面示意图；
图2是物镜光学系统的一例侧面示意图；
图3(a)是形成在物镜光学系统之结构的一例侧面示意图；
图3(b)是形成在物镜光学系统之结构的一例侧面示意图；
图4(a)是形成在物镜光学系统之结构的一例侧面示意图；
图4(b)是形成在物镜光学系统之结构的一例侧面示意图；
图5(a)是形成在物镜光学系统之结构的一例侧面示意图；
图5(b)是形成在物镜光学系统之结构的一例侧面示意图；
图6是实施例中的物镜光学系统的侧面示意图；
图7是实施例中的纵向球差图。
具体实施方式
根据本发明的第1形态，一种物镜光学系统，其用于使用在光拾取装置中，该光拾取装置能够利用从第1光源射出的波长λ1的光束，对保护基板厚t1的第1光盘进行信息的再生以及/或记录；利用从第2光源射出的波长λ2(λ1＜λ2)的光束，对保护基板厚t2(t1≤t2)的第2光盘进行信息的再生以及/或记录；利用从第3光源射出的波长λ3(λ2＜λ3)的光束，对保护基板厚t3(t2＜t3)的第3光盘进行信息的再生以及/或记录，其特征在于，其具有：对所述波长λ1的光束给与使L级(L为奇数)衍射光为最大衍射效率的衍射作用、对所述波长λ2的光束给与使M级(M为整数)衍射光为最大衍射效率的衍射作用、同时对所述λ3的光束给与使N级(N为整数)衍射光为最大衍射效率的衍射作用的第1衍射结构；对所述波长λ1光束、所述波长λ2光束以及所述λ3的光束中的至少1个光束，实质上不给与相位差，同时，对1个或2个光束，实质上给与相位差的第1光程差付与结构。
根据本发明的第2形态，一种物镜光学系统，其用于使用在光拾取装置中，该光拾取装置能够利用从第1光源射出的波长λ1的光束，对保护基板厚t1的第1光盘进行信息的再生以及/或记录；利用从第2光源射出的波长λ2(λ1＜λ2)的光束，对保护基板厚t2(t1≤t2)的第2光盘进行信息的再生以及/或记录；利用从第3光源射出的波长λ3(λ2＜λ3)的光束，对保护基板厚t3(t2＜t3)的第3光盘进行信息的再生以及/或记录，其特征在于，其具有：对所述波长λ1的光束给与使L级(L为奇数)衍射光为最大衍射效率的衍射作用、对所述波长λ2的光束给与使M级(M为整数)衍射光为最大衍射效率的衍射作用、同时对所述λ3的光束给与使N级(N为整数)衍射光为最大衍射效率的衍射作用的第1衍射结构；以及对所述波长λ1的光束、所述波长λ2光束以及所述λ3光束中的1个或2个光束，实质上给与相位差的第1光程差付与结构，所述波长λ1的光束入射之际，透过所述第1衍射结构以及所述第1光程差付与结构，在所述第1光盘的信息记录面上形成良好的聚光点，所述波长λ2的光束入射之际，透过所述第1衍射结构以及所述第1光程差付与结构，在所述第2光盘的信息记录面上形成良好的聚光点，所述波长λ3的光束入射之际，透过所述第1衍射结构以及所述第1光程差付与结构，在所述第3光盘的信息记录面上形成良好的聚光点。
根据上述第1、第2形态，通过使用第1衍射结构，使波长λ1的衍射光中的衍射效率为最大衍射光的衍射级数为奇数，不仅对波长λ1光束，而且对波长λ3光束也能够给与有效的衍射作用，这样，能够利用衍射作用提高互换性。
另外，因为第1光程差付与结构实质上能够对波长λ1、波长λ2以及波长λ3光束中的1个或2个光束给与相位差，所以，能够通过第1衍射结构的衍射，对校正不足或过剩校正的1个或2个光束，进行适宜的像差校正。
根据本发明的第3形态，是在第1或第2形态中所记载的物镜光学系统中，优选的是，对所述第1光盘、所述第2光盘以及所述第3光盘进行信息再生以及/或记录时的所述物镜光学系统的成像放大率实质上相同。
根据上述的发明形态，对波长λ1、波长λ2以及波长λ3所有波长的光束，都能够良好的进行球差校正。另外，能够使用将多个光源封装化为1个的光源，能够减少光拾取装置的部件件数，实现小型化以及低成本化。
根据本发明的第4形态，是在第3形态中记载的物镜光学系统中，优选成像放大率为0。
根据本发明的第5形态，是在第1乃至第3形态的任何一个中记载的物镜光学系统中，优选的是，对所述第1光盘进行信息的再生以及/或记录时，所述波长λ1的光束以平行光束入射到所述物镜光学系统；对所述第2光盘进行信息的再生以及/或记录时，所述波长λ2的光束以平行光束入射到所述物镜光学系统；对所述第3光盘进行信息的再生以及/或记录时，所述波长3的光束以平行光入射到所述物镜光学系统。
根据上述第4以及第5形态，因为将波长λ1、波长λ2以及波长λ3的所有光束，都是以平行光束入射到物镜光学系统中，所以，物镜光学系统在跟踪方向作位移时，也能够抑制彗差、像散的产生量。换而言之，能够使跟踪时物镜光学系统的位移(透镜的位移)时的轴外特性良好。
根据本发明的第6形态，是在第2形态中记载的物镜光学系统中，优选的是，所述第1光程差付与结构对所述波长λ1、所述λ2以及所述λ3光束中的仅1个或2个光束，实质上给与相位差。
根据本发明的第7形态，是在第2形态中记载的物镜光学系统中，优选的是，所述第1光程差付与结构对所述波长λ1、所述λ2以及所述λ3光束中的仅所述波长λ2光束，实质上给与相位差，所述波长λ2光束入射之际，经所述第1衍射结构以及所述第1光程差付与结构，在所述第2光盘的信息记录面上形成良好的聚光点。
根据本发明的第8形态，是在第1乃至第7形态的任何一个中记载的物镜光学系统中，优选的是，所述第1衍射结构是锯齿状的结构；
所述第1光程差付与结构形成为，是以光轴为中心的同心圆状地形成多个具有阶梯结构的环带。
根据本发明的第9形态，是在第8形态中记载的物镜光学系统中，优选的是，所述物镜光学系统由1个光学元件构成，或大于或等于2个光学元件组合构成，以形成了所述第1光程差付与结构的光学元件对所述波长λ1光束的折射率为n1；所述第1光程差付与结构中的所述阶梯结构的光轴方向上的台阶差量为d1；所述阶梯结构的不连续部位的数量为m1(整数)，以d＝λ1/(n1-1)时，满足1.8×d≤d1≤2.2×d且4≤m1≤6。
根据以上所述，能够用第1衍射结构校正波长λ1以及λ3光束的球差以及/或波阵面像差；用第1光程差付与结构校正波长λ2光束的球差以及/或面阵面像差。这样，可以不使1个衍射结构来负担对各波长的像差校正功能，而是用多个结构来分担，所以，增大了透镜设计的自由度。
根据本发明的第10形态，是在第1乃至第9形态的任何一个中记载的物镜光学系统中，优选的是，所述第1光程差付与结构对所述波长λ1、所述波长λ2以及所述波长λ3光束中的仅所述波长λ2光束，实质上给与相位差。
根据以上所述，能够用第1衍射结构校正波长λ1以及λ3光束的球差以及/或波阵面像差；用第1光程差付与结构校正波长λ2光束的球差以及/或面阵面像差。这样，可以不使1个衍射结构来负担对各波长的像差校正功能，而是用多个结构来分担，所以，增加了透镜设计的自由度。
根据本发明的第11形态，是在第1乃至第10形态的任何一个中记载的物镜光学系统中，优选的是，所述波长λ1、所述λ2以及λ3满足：
370nm≤λ1≤450nm
620nm≤λ2≤690nm
750nm≤λ3≤830nm。
根据本发明的第12形态，是在第1乃至第11形态的任何一个中记载的物镜光学系统中，优选L＝M＝1。
根据本发明的第13形态，是在第1乃至第11形态的任何一个中记载的物镜光学系统中，优选L＝M＝N＝1。
根据本发明的第14形态，是在第1乃至第10形态的任何一个中记载的物镜光学系统中，优选L＝3，M＝N＝2。
根据上述第12形态乃至14形态的任何一个形态，在从光源射出的光束的波长中，即使存在波长偏差(例如，由于光源的制造误差等原因，从光源射出的光束的波长λ1由于使用的光源，存在数nm左右的偏差的情况)或波长变动，也能够将衍射效果的变化抑制为较小。因为衍射级数越为低级数，越能够使波长变动引起的衍射效果的变化小，所以，较优选上述第13形态。
根据本发明的第15形态，是在第1乃至第14形态的任何一个中记载的物镜光学系统中，优选的是，当以所述L级、所述M级以及所述N级衍射光的衍射效率分别为η1、η2以及η3时，η1＞70％，η2＞70％以及η3＜80％。
根据上述的发明形态，对光盘的信息记录/再生来说不利用的不要光束，即干扰成分能够抑制，从而提高S/N。
另外进一步地，更优选的是，η1＞85％，η2＞80％以及η3＜75％，进一步确保L级衍射光以及M级衍射光的光量，能够更加提高S/N。另外，上述中，作为η1以及η2的上限，以及η3的下限，优选的是，100％≥η1，100％≥η2，以及40％＜η3。
根据本发明的第16形态，是在第1乃至第15形态的任何一个中记载的物镜光学系统中，优选的是，所述物镜光学系统是由配置在光源侧的第1光学元件和配置在光盘侧的第2光学元件的至少2个光学元件的组合构成的。
根据上述的发明形态，通过将物镜光学系统构成为是由2个光学元件组成的2组结构，能够增加校正像差的自由度。
根据本发明的第17形态，是在第1乃至第15形态的任何一个中记载的物镜光学系统中，优选的是，所述物镜光学系统是由所述配置在光源侧的第1光学元件和所述配置在光盘侧的第2光学元件的2个光学元件的组合构成的。
根据本发明的第18形态，是在第16或是第17形态中记载的物镜光学系统中，优选的是，所述第1光学元件具有所述第1光程差付与结构，所述第2光学元件具有所述第1衍射结构。
根据上述的发明形态，因为是在1个光学元件上设置1个结构，所以，与在1个光学元件上设置2个结构的情况相比较，能够使光学元件单体成型时的允许误差增大。
根据本发明的第19形态，是在第18形态中记载的物镜光学系统中，优选的是，所述第1光学元件的所述光源侧的光学面具有所述第1光程差付与结构。
根据上述的发明形态，尤其是用阶梯状的衍射结构构成第1光程差构成的情况时，与锯齿状的衍射结构相比较光轴方向的台阶差量增大，容易产生由于光束倾斜入射引起的遮光，发生衍射效率低下，但是，能够抑制如此遮光的发生，抑制衍射效率的低下。
根据本发明的第20形态，是在第16或是第17形态中记载的物镜光学系统中，优选的是，所述第1光学元件具有所述第1光程差付与结构以及所述第1衍射结构。
根据本发明的第21形态，是在第20形态中记载的物镜光学系统中，优选的是，所述第1光学元件的所述光源侧的光学面具有所述第1光程差付与结构。
根据本发明的第22形态，是在第16乃至第21形态的任何一个中记载的物镜光学系统中，当以所述第1光学元件的焦点距离为f1，所述第2光学元件的焦点距离为f2时，优选满足|f1/f2|＜0.1，且|1/f1|＜0.02。
根据上述的发明形态，因为第1光学元件的折射力变弱，所以，能够抑制第1光学元件和第2光学元件的组装误差。
根据本发明的第23形态，是在第16乃至第22形态的任何一个中记载的物镜光学系统中，优选的是，所述第1光学元件的至少1面是近轴的曲率半径大致为无限大。
根据上述的发明形态，因为第1光学元件的折射力减弱，所以，能够抑制第1光学元件和第2光学元件的组装误差。
根据本发明的第24形态，是在第1乃至第23形态的任何一个中记载的物镜光学系统中，优选的是，所述物镜光学系统具有对所述波长λ1以及所述波长λ2的光束实质上不给与相位差，同时对所述波长λ3的光束实质上给与相位差的第2光程差付与结构，所述第2光程差付与结构通过形成多个以光轴为中心的同心圆状的环带来构成，设定为所述波长λ1的光束透过所述第2光程差付与结构的各环带之际付与所述波长λ1的P倍的光程差；所述波长λ2的光束透过所述第2光程差付与结构的各环带之际付与所述波长λ2的Q倍的光程差，所述P和Q的组合为(P，Q)＝(5，3)、(8，5)、(10，6)的任何一个。
根据上述的发明形态，物镜光学系统具有的第2光程差付与结构通过在波长λ1以及波长λ2的光束透过第2光程差付与结构的各环带之际，付与波长λ1的P倍以及波长λ2的Q倍的光程差，而对波长λ1以及波长λ2的光束实质上不给与相位差。由此，当使用波长在微小范围内(数nm程度)变动时，使得该光束因透过上述第1衍射结构以及第1光程差付与结构而产生的球差，能够用因透过第2光程差付与结构而产生的球差来进行抵消作用，并且能够减低当使用波长在微小范围内变动时光拾取装置整体的球差的发生量。
根据本发明的第25形态，是在第24形态的中记载的物镜光学系统中，优选的是，用光程差函数(h)，将第2光程差付与结构表示为(h)＝(B2×h2+B4×h4+…+B2i×h2i)×λ×P，当代入系数B2＝0时，(hmax)＞0。
其中，h为距光轴的高度，B2i为光程差函数系数，i为自然数，λ为闪耀化波长，hman为对第1光盘的，与光盘侧数值孔径相当的距光轴的高度。
根据上述的发明形态，尤其是在用塑料构成具有第2光程差付与结构的光学元件的情况时，能够抑制环境温度变化时折射率变化伴随的像差的发生等。
根据本发明的第26形态，是在第25形态的中记载的物镜光学系统中，优选的是，用光程差函数1，将所述第1衍射结构表示为1(h)＝(A2×h2+A4×h4+…+A2i×h2i)×λ×N时，系数A2≠0。
其中，h为距光轴的高度，A2i为光程差函数系数，i为自然数，λ为闪耀化波长。
根据上述的发明形态，通过使A2≠0，可以将不要光的焦点位置离开使用光的焦点位置，能够提高光拾取装置的检出器中的发射光的检出性。而且，从提高上述检出性的观点来说，更优选在|A2|＞0.02的范围内。
根据本发明的第27形态，是在第24形态的中记载的物镜光学系统中，优选的是，用光程差函数(h)，将第2光程差付与结构表示为(h)＝(B2×h2+B4×h4+…+B2i×h2i)×λ×P，系数B2≠0。
其中，h为距光轴的高度，B2i为光程差函数系数，i为自然数，λ为闪耀化波长。
根据上述的发明形态，通过使B2≠0，可以将不要光的焦点位置相对于使用光的焦点位置来说离开，能够提高光拾取装置的检出器中的发射光的检出性。而且，从提高上述检出性的观点来说，更优选在|B2|＞0.02的范围内。
根据本发明的第28形态，是在第1乃至第27形态的任何一个中记载的物镜光学系统中，优选的是，对所述第3光盘进行信息的再生以及/或记录时，所述N级衍射光的焦点位置和(N±1)级衍射光的焦点位置在光轴方向离开大于或等于0.01mm。
根据上述的发明形态，通过使N级衍射光的焦点位置和(N±1)级衍射光的焦点位置分开，能够提高光拾取装置的光检出器中的N级衍射光的反射光的检出性。
根据本发明的第29形态，是在第1乃至第28形态的任何一个中记载的物镜光学系统中，优选具有孔径限制功能。
根据上述的发明形态，能够减低构成物镜光学系统的部件点数，使更小型化和低成本化成为可能。
根据本发明的第30形态，是第29形态中记载的物镜光学系统，其中，优选的是，所述孔径限制功能由只透过特定波长光束的分色滤光器达成。
根据本发明的第31形态，是在第29形态中记载的物镜光学系统中，优选的是，所述孔径限制功能由通过对规定波长光束付与衍射作用，将该光束聚光于信息记录面外的功能来达成。
根据上述的发明形态，因为没有必要另外设置实施了具有波长选择性的特殊涂层的分色滤光器，所以，使更小型化和低成本化成为可能。
根据本发明的第32形态，是在第1乃至第31形态的任何一个中记载的物镜光学系统中，优选的是，所述物镜光学系统的至少1个光学面是分为以光轴为中心的同心圆状并且含光轴的第1区域和位于所述第1区域周边的第2区域的至少2个区域，通过对透过所述第2区域的所述波长λ3的光束付与衍射作用，使透过所述第2区域的所述波长λ3的光束聚光于所述第3光盘的信息记录面外。
根据本发明的第33形态，是在第32形态中记载的物镜光学系统中，优选的是，在所述第2区域的周边具有第3区域，透过所述第3区域的所述波长λ1的光束聚光于所述第1光盘的信息记录面外，或透过所述第3区域的所述波长λ2的光束聚光于所述第2光盘的信息记录面外。
根据上述的发明形态，能够防止对光盘的信息记录/再生来说不利用的不要光束产生干扰影响。
根据本发明的第34形态，是在第32或第33形态中记载的物镜光学系统中，优选的是，所述第1区域具有所述第1衍射结构。
根据本发明的第35形态，是在第32或第33形态中记载的物镜光学系统中，优选的是，所述第1区域具有所述第1光程差付与结构，所述第2区域分为离光轴近的第2A区域和离光轴远的第2B区域，所述第2A区域具有通过以光轴为中心的同心圆状地形成多个具有阶梯结构的环带来构成的第2衍射结构，所述第2衍射结构对所述波长λ1的光束实质上不给与相位差，对所述波长λ2以及所述λ3的光束实质上给与相位差。
根据本发明的第36形态，是在第1乃至第35形态的任何一个中记载的物镜光学系统中，优选t1＝t2。
根据本发明的第37形态，优选的是，光拾取装置具有射出波长λ1光束的第1光源、射出波长λ2光束的第2光源和射出波长λ3光束的第3光源的第1乃至第36形态的任何一个中记载的物镜光学系统。
根据本发明的第38形态，优选的是，光信息记录再生装置具有：用来装填光盘的光盘装填机构和第37形态中记载的光拾取装置。
另外，以上各形态，其中，优选的是，波长λ1和波长λ3满足以下关系，但是，透过高衍射效率，达成利用有效衍射作用的互换。
1.6≤λ3/λ1≤2.3
根据上述的发明形态，因为波长λ3略为波长λ1的2倍波长，所以，用第1衍射结构，与以波长λ1的衍射光中的衍射效率为最大的衍射光的衍射级数为奇数相关连，不仅仅是波长λ1的光束，对波长λ3的光束也能够给与更有效的衍射作用，能够更加提高利用衍射作用的互换性。
本说明书中，可以将使用蓝紫色半导体激光或蓝紫色SHG激光作为信息记录/再生用光源的光盘，总称为“高密度光盘”，除了由NA0.85的物镜光学系统进行信息的记录/再生，保护层(保护膜)的厚度为0.1mm左右规格的光盘(例如蓝光光盘)之外，也包括由NA0.65乃至0.67的物镜光学系统进行信息的记录/再生，保护层的厚度为0.6mm左右规格的光盘(例如HDDVD)。另外，除了在其信息记录面上具有这种保护层的光盘之外，也包括信息记录面上具有数～数十nm左右厚度的保护层的光盘、或保护层厚度为0的光盘。另外，本说明书中，高密度光盘也包括使用蓝紫色半导体激光或蓝紫色SHG激光作为信息记录/再生用光源的光磁盘。
本说明书中，DVD是DVD-ROM、DVD-Video、DVD-Audio、DVD-RAM、DVD-R、DVD-RW、DVD+R、DVD+RW等DVD系列光盘的总称，CD是CD-ROM、CD-Audio、CD-Video、CD-R、CD-RW等CD系列光盘的总称。
另外，本说明书中，“物镜光学系统”是指至少具有聚光元件的光学系统，该聚光元件，其配置在光拾取装置中，位于光盘对面，并且具有将从光源射出的波长相互不同的光束分别聚光于记录密度相互不同的光盘的信息记录面上的功能。物镜光学系统也可以是只由聚光元件构成的。
并且，具有与上述聚光元件一体的，通过传动装置进行跟踪以及对焦的光学元件的情况时，由这些光学元件和聚光元件构成的光学系统为物镜光学系统。
另外，本说明书中，“实质上不给与相位差”不单单是指完全没有相位变化的状态，而是指光程差付与后的状态中的相位的变化在±0.2π以内的状态。因此，本说明书中，“实质上给与相位差”是指光程差付与后的状态中的相位的变化超过±0.2π的状态。
另外，本书明书中，“形成良好的聚光点”是指在该当光盘的信息记录面上的波阵面像差小于或等于0.07λrms。
另外，本书明书中，“实质上成像放大率相同”是指成像放大率的差在大于或等于-0.008且小于或等于+0.008。
另外，本书明书中，“曲率半径大致无限大”是指在光轴上的曲率半径大于或等于200m。较优选曲率半径大于或等于500m，更优选平面。
另外，本书明书中，“光程差付与结构”是指对入射光束付与光程差的结构，包括例如：使得特定波长的光束产生衍射光的衍射结构，或付与特定波长的光束相位差的结构(相位差付与结构)。
参照附图，就实施本发明的最佳形态进行说明。
图1是能够对高密度光盘HD(第1光盘)和DVD(第2光盘)和CD(第3光盘)的任何一个，进行确切的信息记录/再生的第1光拾取装置PU的结构概略示意图。
(第1实施形态)
高密度光盘HD的光学规格为第1波长λ1＝408nm，第1保护层PL1的厚度t1＝0.0875mm，数值孔径NA1＝0.85；DVD的光学规格为第2波长λ2＝658nm，第2保护层PL2的厚度t2＝0.6mm，数值孔径NA2＝0.60；CD的光学规格为第3波长λ3＝785nm，第3保护层PL3的厚度t3＝1.2mm，数值孔径NA3＝0.45。
第1光盘、第2光盘以及第3光盘的记录密度(ρ1、ρ2、ρ3)的关系为ρ3＜ρ2＜ρ1，分别对第1光盘、第2光盘以及第3光盘进行信息的记录以及/或再生时的物镜光学系统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)为M1＝M2＝M3＝0。但是，本发明中，波长、保护层的厚度、数值孔径、记录密度以及放大率的组合不限于上述举例。
光拾取装置PU包括：对高密度光盘HD进行信息记录/再生时发光的，射出波长408nm激光光束(第1波长λ1的第1光束)的蓝紫色半导体激光器LD1(第1光源)；接受来自于高密度光盘HD的信息记录面RL1的反射光的第1光检出器PD1；对DVD进行信息记录/再生时发光的，射出波长658nm激光光束(第2波长λ2的第2光束)的红色半导体激光器LD2(第2光源)；对CD进行信息记录/再生时发光的，射出波长785nm激光光束(第3波长λ3的第3光束)的红外半导体激光器LD3(第3光源)；接受来自于DVD的信息记录面RL2的反射光，同时，接受来自于CD的信息记录面RL3的反射光的第2光检出器PD2；由像差校正元件L1(第1光学元件)和具有将透过该像差校正元件L1的激光光束聚光于信息记录面RL1、RL2、RL3上功能的两面非球面聚光元件L2(第2光学元件)构成的物镜光学系统OBJ；跟踪以及对焦之际，用来驱动物镜光学元件OBJ的2轴传动装置AC1；与高密度光盘HD的数值孔径NA1对应的光圈STO；第1至第4偏振光分光器BS1、BS2、BS3、BS4；第1至第3准直透镜COL1、COL2、COL3；由负透镜E1和正透镜E2构成的光扩展器EXP；第1传感透镜SEN1、第2传感透镜SEN2等。
在光拾取装置PU中，对高密度光盘HD进行信息记录/再生时，其光线经路如图1中用实线描出的那样，使蓝紫色半导体激光器LD1发光。从蓝紫色半导体激光器LD1射出的发散光束经第1准直透镜COL1变换成平行光束后，透过第1偏振光分光器BS1、光扩展器EXP、第2偏振光分光器BS2之后，经光圈STO限制光束径，由物镜光学系统OBJ介于第1保护层PL1，在信息记录面RL1上形成斑点。有关物镜光学系统OBJ对波长λ1光束给与的作用，在后面叙述。物镜光学系统OBJ通过配置在其周围的2轴传动装置AC1进行对焦或跟踪。
在信息记录面RL1上，利用信息槽调制的反射光束，再次透过物镜光学系统OBJ、第2偏振光分光器BS2、光扩展器EXP后，经第1偏振光分光器BS1反射，经传感透镜SEN1给与像散，经第3准直透镜COL3变换成收敛光束，收束于第1光检出器PD1的受光面上。然后，利用第1光检出器PD1的输出信号，能够读取高密度光盘HD记录的信息。
另外，对DVD进行信息的记录/再生时，首先使红色半导体激光器LD2发光。从红色半导体激光器LD2射出的发散光束，其光线经路如图1中用虚线描出的那样，透过第3偏振光分光器、第4偏振光分光器，经第2准直透镜COL2变成平行光束后，经第2偏振光分光器BS2反射，由物镜光学系统OBJ经由第2保护层PL2，在信息记录面RL2上形成斑点。有关物镜光学系统OBJ对波长λ2光束给与的作用，在后面叙述。物镜光学系统OBJ通过配置在其周围的2轴传动装置AC1进行对焦或跟踪。在信息记录面RL2上，利用信息槽调制反射的光束，再次透过物镜光学系统OBJ，经第2偏振光分光器BS2反射，经第2准直透镜COL2变换成收敛光束，经第4偏振光分光器BS4反射，经第2传感透镜SEN2给与像散，收束于第2光检出器PD2的受光面上。然后，利用第2光检出器PD2的输出信号，能够读取高密度光盘DVD记录的信息。
另外，对CD进行信息的记录/再生时，使红外半导体激光器LD3发光。从红外半导体激光器LD3射出的发散光束，其光线经路如图1中用虚线描出的那样，经第3偏振光分光器反射，透过第4偏振光分光器，经第2准直透镜COL2变成平行光束后，经第2偏振光分光器BS2反射，由物镜光学系统OBJ经由第3保护层PL3，在信息记录面RL3上形成斑点。有关物镜光学系统OBJ对波长λ3光束给与的作用，在后面叙述。物镜光学系统OBJ通过配置在其周围的2轴传动装置AC1进行对焦或跟踪。在信息记录面RL3上，利用信息槽调制反射的光束，再次透过物镜光学系统OBJ，经第2偏振光分光器BS2反射，经第2准直透镜COL2变换成收敛光束，经第4偏振光分光器BS4反射，经第2传感透镜SEN2给与像散，收束于第2光检出器PD2的受光面上。然后，利用第2光检出器PD2的输出信号，能够读取高密度光盘CD记录的信息。
接下去，就有关物镜光学系统OBJ的结构作说明。像差校正元件L1是d线折射率nd为1.5091，阿贝数νd为56.5的塑料透镜，对波长λ1的折射率为1.5242，对波长λ2的折射率为1.5064，对波长λ3的折射率为1.5050。另外，聚光元件L2的d线折射率nd为1.5435，阿贝数νd为56.3的塑料透镜。而且，图中是省略的，在像差校正元件L1的光学功能部位(第1光束透过的区域)以及聚光元件L2的光学功能部位(第2光束透过的区域)各自的周围，具有与各自的光学功能部位形成为一体的凸缘部，通过该凸缘部的一部分之间的相互接合，像差校正元件L1和聚光元件L2被一体化，构成能够作为单一物镜光学系统处理的结构。
而且，将像差校正元件L1和聚光元件L2一体化时，也可以使用别的部件镜框，构成介由该镜框使两者一体化的结构。
像差校正元件L1的半导体激光光源侧的光学面S1(入射面)如图2所示，含光轴L，朝光轴L方向看像差校正元件L1时，分为：与小于或等于数值孔径NA3的区域对应的，以光轴L为中心的圆状的第1区域AREA1；同样朝光轴L方向看时，以光轴L为中心的同心圆状，并且比第1区域AREA1更靠近外侧且小于或等于数值孔径NA2的区域的第2区域AREA2；同样朝光轴L方向看时，以光轴L为中心的同心圆状，并且比第2区域AREA2更靠近外侧且小于或等于数值孔径NA1的区域的第3区域AREA3，并且，第2区域被分为离光轴近的第2A区域2A和离光轴远的第2B区域2B。
第1区域形成有第1光程差付与结构10，第2A区域形成有第2衍射结构20，第2B区域以及第3区域也形成有衍射结构，分别形成有衍射结构20′、衍射结构30。
如图3模式性所示，第1光程差付与结构10、第2衍射结构20、第2B区域的衍射结构20′以及第3区域的衍射结构30都构成为以光轴L为中心的同心圆状地形成多个具有一定数量的台阶部11和不连续部位12构成的阶梯结构的环带13结构。
第2衍射结构20与第1光程差付与结构10比较，连续部位12的数量不同，第1光程差付与结构10和第2B区域的衍射结构20′的不连续部位的数量相同。
作为第1光程差付与结构10，除图3所示以外，也可以是例如：如图4模式性所示那样，由多个环带15构成的，含光轴L的截面形状为锯齿形状的结构；或如图5模式性所示那样，台阶部16的台阶差的方向是在有效径内同一的多个环带17构成，并且含光轴L的截面形状为阶梯形状的结构。例如，图5(a)中模式性所示的，是在以光轴L为中心的在有效径内，通过使阶梯结构成一直上升的阶梯形状，是台阶部16的台阶差的方向在有效径内为同一的一个例子，图5(b)中模式性所示的，是在以光轴L为中心的在有效径内，通过使阶梯结构成一直下降的阶梯形状，而是台阶部16的台阶差的方向在有效径内为同一的一个例子。而且，图3至图5是模式性的显示了将各结构形成在平面上的情况，但也可以将各结构形成在球面或非球面上。
作为第2衍射结构20、第2B区域的衍射结构20′以及第3区域的衍射结构30，除图3所示以外，也可以是如图4所示截面形状为锯齿形状的结构。
第1光程差付与结构10被设定为在透过不连续部位12的波长λ1、波长λ2以及波长λ3的光束之中，仅对波长λ2的光束实质上给与相位差，对波长λ1和波长λ3的光束实质上不给与相位差。因为波长λ2的光束通过实质上被给与相位差而受到衍射作用，因此可以将发生的波长λ2的衍射光中，能够在DVD中利用具有最高衍射效率的衍射光。
具体的是设计为，以形成有第1光程差付与结构10的像差校正元件L1对波长λ1光束的折射率为n1，以第1光程差付与结构10中的阶梯结构的台阶部11的光轴L方向的台阶差量为d1(参照图3)，以不连续部位12的数量为m1(整数)，以d＝λ1/(n1-1)时，满足1.8×d≤d1≤2.2×d，以及4≤m1≤6。
由此，第1光程差付与结构10中的阶梯结构的台阶差量，被设定为是波长λ1的大致整数倍的深度。对台阶差量(台阶差的深度)被设定为如此的阶梯结构，当波长λ1的光束入射时，邻接的台阶部之间发生λ1的大致整数倍的光程差，实质上不给与波长λ1的光束相位差，所以，波长λ1的入射光在第1光程差付与结构10中不被衍射地保持原样地透过。
另外，对该阶梯结构，在波长λ3的光束入射的情况下，由于波长λ3为波长λ1的两倍，所以在邻接的台阶部之间产生λ3大致整数倍的光程差，并且波长λ3的光束也与波长λ1的光束同样，不给予实质的相位差，在第1光程差付与结构10中不被衍射地保持原样地透过。
另外，对波长λ2的入射光束，因为产生与台阶差量(台阶差的深度)和不连续部位的数量相对应的相位差，所以，利用其衍射作用，例如，能够利用具有高衍射效率的衍射级数的衍射光，对DVD进行信息的记录/再生，同时，能够进行DVD的色差校正或伴随温度变化的球差的校正。
另外，对CD的信息的记录/再生时，因为仅利用波长λ3的光束中的透过第1区域AREA1的光束，所以，透过第2区域AREA2的波长λ3的光束成为不要的光束。在此，使透过第2区域AREA2的波长λ3的光束不聚光于CD的信息记录面RL3上，通过形成在第2A区域的第2衍射结构20以及形成在第2B区域的衍射结构20′给与衍射作用，使由此产生的衍射光中，持有较高衍射效率(例如大于或等于30％)的衍射级数的衍射光耀斑化(原来，为了对有用的聚光点不给与坏的影响，使其飞离聚光点，或使其分散)。而且，此时，对波长λ3的光束来说具有高衍射效率的衍射光的衍射级数，与对波长λ2的光束来说具有高衍射效率的衍射光的衍射级数是不同的级数。
通过该耀斑化，能够使物镜光学系统OBJ持有与数值孔径NA3对应的孔径限制功能，同时，通过第2衍射结构20，从第1区域AREA1到第2A区域，能够使波长λ3的光束的纵球差为不连续像差，能够提高第2光检出器PD2中的波长λ3光束的来自于CD的反射光的检出精度。
并且，对波长λ3光束的多个衍射光(例如+1级和-1级的衍射光)具有大致相同衍射效率(例如40％程度)的情况下，这种情况时，可以使衍射效率高的衍射级数的多个衍射光的全部、或有可能在CD的信息记录面RL3上聚光的衍射级数的衍射光进行耀斑化。
另外，透过第2区域AREA2的波长λ1的光束实质上没有被给与相位差而保持原样地透过，但是，透过第2区域AREA2的波长λ2的光束实质上被给与相位差，所以，利用其衍射作用，例如，能够利用具有高衍射效率的衍射级数的衍射光，对DVD进行信息的记录/再生，同时，能够进行DVD的色差校正或伴随温度变化的球差的校正。
另外，对DVD以及CD的信息的记录/再生来说，透过第3区域AREA3的波长λ2的光束以及波长λ3的光束成为不要光束。在此，使透过第3区域AREA3的波长λ2的光束不聚光于DVD的信息记录面RL2上，同时，使透过第3区域AREA3的波长λ3的光束不聚光于CD的信息记录面RL3上，通过形成在第3区域AREA3的衍射结构30给与衍射作用，使由此产生的衍射光中，持有较高衍射效率(例如大于或等于30％)的衍射级数的衍射光耀斑化。并且，虽然多个衍射光(例如+1级和-1级的衍射光)具有大致相同衍射效率(例如40％左右)的情况下，这种情况时，可以使衍射效率高的衍射级数的多个衍射光全部、或有可能在DVD以及CD的信息记录面RL2、RL3上聚光的衍射级数的衍射光进行耀斑化。由此，可以使物镜光学系统OBJ持有与NA2相关的孔径限制功能。
像差校正元件L1的光盘侧的光学面S2(出射面)形成有第2光程差结构40。
第2光程差结构40如图5所示，由台阶部16的台阶差的方向在有效径为同一的多个环带17构成，含光轴L的截面形状为阶梯形状，对波长λ1以及波长λ2的入射光实质上不给与相位差。
具体的是，第2光程差付与结构40设定为：当波长λ1的入射光透过所述各环带17之际，付与波长λ1的P倍的光程差；当所述波长λ2的入射光透过所述各环带之际，付与波长λ2的Q倍的光程差，设计为：如果采用光程差函数(h)，则由(h)＝(B2×h2+B4×h4+…+B2i×h2i)×λ×P限定，代入系数B2＝0时，使(hmax)＞0。
其中，h为距光轴的高度，B2i为光程差函数系数，i为自然数，λ为闪耀化波长，hmax是为高密度光盘HD的数值孔径NA1距光轴L的高度。
P和Q的组合为(P，Q)＝(5，3)、(8，5)、(10，6)的任何一个。
波长λ1以及波长λ2的光束垂直入射到形成有第2光程差付与结构40的光学面(本实施形态中是出射面S2)时，；利用第2光程差付与结构，波长λ1以及波长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：波长λ1时的像差校正元件L1的折射率
n2：波长λ2时的像差校正元件L1的折射率
θ1：经第2光程差付与结构的波长λ1光束的出射角
θ2：经第2光程差付与结构的波长λ2光束的出射角
p：第2光程差付与结构中的环带的间距
一般地说，已经知道对光学元件的折射力给与的影响，起因于波长变化的影响要比起因于光学元件自身的折射率变化的影响大，本实施形态中，经第2光程差付与结构40的折射(出射角)依存于波长λ1以及波长λ2的波长变化。
例如，当波长λ1＝405nm，波长λ2＝655nm时，若(P，Q)＝(1，1)则λ1与(Q/P)×λ2的差为250nm，由于衍射作用各光束的出射角的差变大，但是，(P，Q)＝(5，3)则为-12nm，(P，Q)＝(8，5)则为4nm，(P，Q)＝(10，6)则为-12nm地变小。因此，通过采用(P，Q)＝(5，3)、(8，5)、(10，6)的任何一个组合，使由于衍射作用的各光束的出射角成大致相等，可以作为实质上大致没有相互的衍射作用来处理。在此，如上所述，通过使(hmax)＞0地设计第2光程差付与结构，在波长λ1和波长λ2光束有数nm左右的波长变动产生时，能够用第2光程差付与结构40来减低由于第1衍射结构50以及第1光程差付与结构10产生的像差。
聚光元件L2的半导体激光光源侧的光学面S1(入射面)上形成有如图2所示第1衍射结构50。
第1衍射结构50如图4所示，有多个环带15构成，含光轴L的截面形状为锯齿形状。
作为第1衍射结构50，除了图4所示的以外，也可以是如图3所示的那样。
透过像差校正元件L1的波长λ1、波长λ2以及波长λ3的各光束受到来自利用第1衍射结构50而产生的衍射作用。由此产生的波长λ1光束的L级衍射光(L为奇数)在聚光元件L2的出射面S2中受到折射作用之后，在高密度光盘HD的信息记录面RL1上形成聚光点。另外，波长λ2光束的M级衍射光(M为整数)在聚光元件L2的出射面中受到折射作用之后，在DVD的信息记录面RL2上形成聚光点。另外，波长λ3光束的N级衍射光(N为整数)在聚光元件L2的出射面中受到折射作用之后，在CD的信息记录面RL3上形成聚光点。
换而言之，第1衍射结构50设计为：使波长λ1光束的L级衍射光在高密度光盘HD的信息记录面RL1上形成良好的聚光点而进行像差校正；使波长λ2光束的M级衍射光透过透过第1光程差付与结构之际被给与的相位差，而在DVD的信息记录面RL2上形成良好的聚光点地进行像差校正；波长λ3光束的N级衍射光在CD的信息记录面RL3上形成良好的聚光点地进行像差校正。
在此，一般的说，随着远离光轴L，衍射光的光量渐渐低下，但是，衍射级数越大的衍射光，该低下率越大，这样有可能给使用上带来障碍，所以，优选使用尽可能低级数的衍射光。如此的L、M以及N的组合，可以举出(L，M，N)＝(1，1，2)、(3，2，2)。
另外，以上述L级、M级以及N级衍射光的衍射效率分别为η1、η2以及η3时，为了达成高密度光盘HD和DVD和CD间的互换，尤其优选具有满足η1＞85％、η2＞80％以及η3＜75％的衍射效率。
本实施形态中，物镜光学元件OBJ是以由像差校正元件L1和聚光元件L2组成的2组的结构。由此，可以由2个光学元件分担衍射力或折射力，具有提高设计的自由度之优点。但是，不限于此，物镜光学系统OBJ也可以用单个透镜构成，在该透镜的入射面和出射面设置上述光程差付与结构、衍射结构。
另外，也可以在像差校正元件L1上设置第1衍射结构50和第1光程差付与结构10，此时，因为聚光元件L2可以是玻璃透镜，所以，能够抑制由于温度变化而产生像差。
另外，如本实施形态那样，优选的是，在像差校正元件L1的入射面S1设置第1光程差付与结构10。尤其是将第1光程差结构10构成为如图3所示的具有由规定数量的台阶部11和不连续部位12组成的阶梯结构的情况时，因为与如图4所示锯齿状的结构相比较，光轴L方向的台阶差量变大，产生因光束倾斜入射的遮光，发生衍射效率低下，所以，为了防止这个现象，使各光束作为平行光束，优选的是，在其入射的面(像差校正元件L1的入射面S 1)上设置第1光程差付与结构10。
另外，以像差校正元件L1的焦点距离为f1，聚光元件L2的焦点距离为f2时，优选的是，使满足|f1/f2|＜0.1且|1/f1|＜0.02，或像差校正元件L1的至少1面的近轴其中的曲率半径大致为无限大地进行透镜设计。通过这样减弱像差校正元件L1的折射力，能够抑制像差校正元件L1和聚光元件L2的组装误差。另外，通过使光学面的形状为略平面，使得在光学面上容易形成第1光程差付与结构10、第1衍射结构50等。
另外，对CD进行信息的再生以及/或记录的情况，其中，优选的是，N级衍射光的焦点位置和(N±1)级衍射光的焦点位置在光轴L方向离开大于或等于0.01mm，这是当用光程差函数1，将第1衍射结构50用1(h)＝(A2×h2+A4×h4+…+A2i×h2i)×λ×N规定时，通过使系数A2≠0来达成。
其中，h为光轴起的高度，A2i为光程差函数系数，i为自然数，λ为闪耀化波长。
本实施形态是将像差校正元件L1的入射面S 1分割为第1区域AREA1、第2区域AREA2以及第3区域AREA3的3个区域，但是，也可以不设第3区域，将入射面S1分割为第1区域AREA1和第2区域AREA2，通过对透过第2区域AREA2的波长λ3的光束付与衍射作用，使该波长λ3的光束耀斑化。
另外，也可以通过在构成物镜光学系统OBJ的光学元件中装配分色滤光器或液晶相位控制元件，使物镜光学系统具有孔径限制功能。
而且图中省略了，通过装载上述实施形态所示光拾取装置PU、保持光盘自在旋转的旋转驱动装置、控制这些各装置驱动的控制装置，能够得到对光盘的光信息的记录以及光盘上记录的信息的再生之中的至少一方能够实行的光信息记录再生装置。
(第2实施形态)
高密度光盘HD的光学规格为第1波长λ1＝407nm，第1保护层PL1的厚度t1＝0.6mm，数值孔径NA1＝0.65；DVD的光学规格为第2波长λ2＝658nm，第2保护层PL2的厚度t2＝0.6mm，数值孔径NA2＝0.65；CD的光学规格为第3波长λ3＝785nm，第3保护层PL3的厚度t3＝1.2mm，数值孔径NA3＝0.50。
第2实施形态中，光拾取装置PU的结构概要，因为与如图1所示第1实施形态的相同，所以省略详细说明。
(实施例)
接下去，就实施例作说明。
本实施例如图6所示，物镜光学系统OBJ由像差校正元件L1和聚光元件L2的2组构成，像差校正元件L1的入射面S1(第2面)和出射面(第3面)由平面构成，聚光元件L2的入射面S1(第4面)和出射面S2(第5面)由非球面构成。
像差校正元件L1的入射面S1上形成第1光程差付与结构10，该第1光程差付与结构10，其具有由以光轴为中心的同心圆状地形成多个具有由规定数量的台阶部和不连续部位构成的阶梯结构的环带结构构成，聚光元件L2的入射面S1上形成第1衍射结构50，该第1衍射结构50，其具有由多个环带15构成，并且含光轴的截面形状为锯齿形状。
表1中出示了第1实施例的透镜数据。
(表1)
实施例1
焦点距离     f1＝3.10mm    f2＝3.19mm    f3＝3.23mm
数值孔径     NA1＝0.65     NA2＝0.65     NA3＝0.50
成像放大率   m＝0.0        m＝0.0        m＝0.0
第i面 Ri   di(407nm)   ni(407nm)   di(658nm)   ni(658nm)   di(785nm)   ni(785nm) 备考
  0   ∞   ∞   ∞
  1   ∞   0.00   1.0   0.00   1.0   0.00   1.0   光圈
  2   ∞   0.80   1.55981   0.80   1.54062   0.80   1.53724   衍射面
  3   ∞   0.10   1.0   0.10   1.0   0.10   1.0
4 1.93657 1.73 1.55981 1.73 1.54062 1.73 1.53724   球面、衍射面
  5   -11.34980   1.735   1.0   1.79694   1.0   1.45384   1.0   非球面
  6   ∞   0.6   1.61869   0.6   1.577315   1.2   1.57063
  7   ∞
*di表示从第i面到第i+1面的位移。
非球面、衍射面数据
第2面
光程差函数系数             ※阶梯形状
B2  -1.6302E+00            m1＝5
B4  -1.3206E-01            d1＝2×d
B6  6.7775E-02             仅给与λ2相位差，发生衍射
B8  -8.4521E-03            λ1、λ3大致不产生相位差，所以不衍射
第4面
非球面系数
κ     -1.2732E+00
A4  1.0740E-02
A6  3.2020E-04
A8  2.6844E-04
A10 -1.4918E-04
A12 4.0856E-05
A14 -5.3878E-06
光程差函数系数                    ※锯齿形状
B4  -3.1830E+00                   通过使闪耀化波长在445nm为3级衍射，
B6  2.3751E-01                    使衍射级数成为L＝3  M＝N＝2
B8  -1.9474E-01                    此时，η1＝72％、η2＝99％、η3＝65％
B10 2.2032E-02
第5面
非球面系数
κ      -1.8439E+00
A4  9.4757E-03
A6  9.3834E-04
A8  -9.8769E-04
A10 1.6945E-04
A12 -1.1458E-05
表1中，Ri表示曲率半径，di表示从第i面到第i+1面的光轴方向的位置，ni表示各面的折射率。
如表1所示，本实施例的光学拾取装置，设定为：从第1光源射出的波长λ1＝407nm时的焦点距离f1＝3.10mm，像侧数值孔径NA1＝0.65，成像放大率m＝0；从第2光源射出的波长λ2＝658nm时的焦点距离f2＝3.19mm，像侧数值孔径NA2＝0.65，成像放大率m＝0；从第3光源射出的波长λ3＝785nm时的焦点距离f3＝3.23mm，像侧数值孔径NA3＝0.50，成像放大率m＝0。并且，为高密度光盘HD的数值孔径NA1的距光轴的高度hamx为2.015mm。
另外，第1光程差付与结构的不连续部位的数量m1＝5，台阶部的光轴方向的台阶差量d1＝2×d，对波长λ1光束和波长λ3光束的相位变化量少(实质上不给与相位差)，不产生衍射作用，仅对波长λ2光束实质上给与相位差，产生衍射作用。并且在此，d＝λ1/(n1-1)。
聚光元件的入射面(第4面)以及出射面(第5面)，是分别将表1所示系数代入下式(3)，由数式规定的，形成为在光轴周围轴对称的非球面。
(式1)
X ( h ) = ( h 2 / R ) 1 + 1 - ( 1 + κ ) ( h / R ) 2 + Σ i = 0 9 A 2 i h 2 i - - - ( 3 )
其中，X(h)是从与光学面非球面的顶点相接的平面起的光轴方向的变化量(以光的行进方向为正)，κ为圆锥系数，A2i为非球面系数，h为距光轴的高度。
另外，利用第1光程差付与结构以及第1衍射结构对各波长光束给与的光程，是将表1中所示系数代入下式(4)的光程差函数，由数式规定。
(式2)
Φ ( h ) = Σ i = 0 5 B 2 i h 2 i - - - ( 4 )
B2i为光程差函数系数。
如表1所示，第1实施例中，从物镜光学系统射出的L级衍射光、M级衍射光以及N级衍射光的衍射效率(η1、η2、η3)分别为：η1＝72％、η2＝99％、η3＝65％。
图7是波长λ1的光束(HD)、波长λ2的光束(DVD)以及波长λ3的光束(CD)的纵球差图。
由图7可知，所有的光束在必要数值孔径内，球差得以抑制。
表2中出示了第2实施例的透镜数据。
(表2)
实施例2
焦点距离    f1＝3.10mm    f2＝3.15mm    f3＝3.15mm
数值孔径    NA1＝0.65     NA2＝0.65     NA3＝0.50
成像放大率  m＝0.0        m＝0.0        m＝0.0
第i面 Ri   di(407nm)   ni(407nm)   di(658nm)   ni(658nm)   di(785nm)   ni(785nm) 备考
  0   ∞   ∞   ∞
  1   ∞   0.00   1.0   0.00   1.0   0.00   1.0   光圈
  2   ∞   0.80   1.55981   0.80   1.54062   0.80   1.53724   衍射面
  3   ∞   0.10   1.0   0.10   1.0   0.10   1.0
4 1.96453 1.73 1.55981 1.73 1.54062 1.73 1.53724   非球面、衍射面
  5   -11.33473   1.7072   1.0   1.7599   1.0   1.3746   1.0   非球面
  6   ∞   0.6   1.61869   0.6   1.577315   1.2   1.57063
  7   ∞
*di表示从第i面到第i+1面的位移。
非球面、衍射面数据
第2面
光程差函数系数              ※阶梯形状
B4  2.0505E-01              m1＝5
B6  4.6553E-02              d1＝2×d
                            仅给与λ2相位差，发生衍射
                            λ1、λ3大致不产生相位差，所以不衍射
第4面
非球面系数
κ      -4.3512E-01
A4  -3.2650E-03
A6  -1.9462E-04
A8  3.5166E-04
A10 -1.1465E-04
A12 5.8772E-06
A14  -5.7227E-07
光程差函数系数                ※锯齿形状
B2  -7.3710E+00               通过使闪耀化波长在500nm为1级衍射
B4  -1.4622E+00               使衍射级数成为L＝M＝N＝1
B6  1.1897E-01                此时，η1＝77％、η2＝83％、η3＝63％
B8  -7.2828E-02
B10 6.4014E-03
第5面
非球面系数
κ      -4.7855E+01
A4  -9.8664E-04
A6  8.9099E-03
A8  -5.2001E-03
A10 1.3690E-03
A12 -1.8183E-04
A14 9.8685E-06
表1中，Ri表示曲率半径，di表示从第i面到第i+1面的光轴方向的位置，ni表示各面的折射率。
如表1所示，本实施例的光拾取装置，设定为：从第1光源射出的波长λ1＝407nm时的焦点距离f1＝3.10mm，像侧数值孔径NA1＝0.65，成像放大率m＝0；从第2光源射出的波长λ2＝658nm时的焦点距离f2＝3.15mm，像侧数值孔径NA2＝0.65，成像放大率m＝0；从第3光源射出的波长λ3＝785nm时的焦点距离f3＝3.15mm，像侧数值孔径NA3＝0.50，成像放大率m＝0。并且，为高密度光盘HD的数值孔径NA1的距光轴的高度hamx为2.015mm。
另外，第1光程差付与结构的不连续部位的数量m1＝5，台阶部的光轴方向的台阶差量d1＝2×d，对波长λ1光束和波长λ3光束的相位变化量少(实质上不给与相位差)，不产生衍射作用，仅对波长λ2光束实质上给与相位差，产生衍射作用。并且在此，d＝λ1/(n1-1)。
聚光元件的入射面(第4面)以及出射面(第5面)与第1实施例相同，是由将表2所示系数代入上述式(3)的数式规定、光轴周围轴对称的非球面形成。
另外，第1光程差付与结构以及第1衍射结构对各波长光束给与的光程与第1实施例相同，是由将表2中所示系数代入上述式(4)的光程差函数的数式规定。
如表2所示，第2实施例中，从物镜光学系统射出的L级衍射光、M级衍射光以及N级衍射光，衍射效率(η1、η2、η3)分别为：η1＝77％、η2＝83％、η3＝63％。另外，N级衍射光的焦点位置与(N±1)级衍射光的焦点位置，在光轴方向上离开大于或等于0.1mm。
而且，第1以及第2实施例中，是将以HD DVD作为高密度光盘的有关第2实施形态中的物镜光学系统作为具体的示例，但是，本发明也适用可以在将以BD(Blu-ray Disc)作为高密度光盘的有关的第1实施形态，此时，当然可以根据需要，适当地设计或设计变更该物镜光学系统。
(产业上的利用可能性)
根据本发明，能够得到一种在使用蓝紫色激光光源的高密度光盘和DVD和CD的3种盘之间，具有互换性的，兼顾到确保光量和球差校正的两方面的物镜光学系统、光拾取装置以及光信息记录再生装置。

Claims (38)

1.一种物镜光学系统，其用于在光拾取装置中使用，该光拾取装置能够利用从第1光源射出的波长λ1的光束，对保护基板厚t1的第1光盘进行信息的再生以及/或记录；利用从第2光源射出的波长λ2(λ1＜λ2)的光束，对保护基板厚t2(t1≤t2)的第2光盘进行信息的再生以及/或记录；利用从第3光源射出的波长λ3(λ2＜λ3)的光束，对保护基板厚t3(t2＜t3)的第3光盘进行信息的再生以及/或记录，其特征在于，
其具有：对所述波长λ1的光束给与使L级(L为奇数)衍射光为最大衍射效率的衍射作用、对所述波长λ2的光束给与使M级(M为整数)衍射光为最大衍射效率的衍射作用、同时对所述λ3的光束给与使N级(N为整数)衍射光为最大衍射效率的衍射作用的第1衍射结构；以及
对所述波长λ1光束、所述波长λ2光束以及所述λ3的光束中的至少1个光束，实质上不给与相位差，同时，对1个或2个光束，实质上给与相位差的第1光程差付与结构。
2.一种物镜光学系统，其用于在光拾取装置中使用，该光拾取装置能够利用从第1光源射出的波长λ1的光束，对保护基板厚t1的第1光盘进行信息的再生以及/或记录；利用从第2光源射出的波长λ2(λ1＜λ2)的光束，对保护基板厚t2(t1≤t2)的第2光盘进行信息的再生以及/或记录；利用从第3光源射出的波长λ3(λ2＜λ3)的光束，对保护基板厚t3(t2＜t3)的第3光盘进行信息的再生以及/或记录，其特征在于，
其具有：对所述波长λ1的光束给与使L级(L为奇数)衍射光为最大衍射效率的衍射作用、对所述波长λ2的光束给与使M级(M为整数)衍射光为最大衍射效率的衍射作用、同时对所述λ3的光束给与使N级(N为整数)衍射光为最大衍射效率的衍射作用的第1衍射结构；以及
对所述波长λ1的光束、所述波长λ2光束以及所述λ3光束中的1个或2个光束，实质上给与相位差的第1光程差付与结构，
所述波长λ1的光束入射之际，透过所述第1衍射结构以及所述第1光程差付与结构，在所述第1光盘的信息记录面上形成良好的聚光点，所述波长λ2的光束入射之际，透过所述第1衍射结构以及所述第1光程差付与结构，在所述第2光盘的信息记录面上形成良好的聚光点，所述波长λ3的光束入射之际，透过所述第1衍射结构以及所述第1光程差付与结构，在所述第3光盘的信息记录面上形成良好的聚光点。
3.权利要求1中记载的物镜光学系统，其特征在于，对所述第1光盘、所述第2光盘以及所述第3光盘进行信息再生以及/或记录时的所述物镜光学系统的成像放大率实质上相同。
4.权利要求3中记载的物镜光学系统，其特征在于，所述成像放大率为0。
5.权利要求1中记载的物镜光学系统，其特征在于，对所述第1光盘进行信息的再生以及/或记录时，所述波长λ1的光束以平行光束入射到所述物镜光学系统；对所述第2光盘进行信息的再生以及/或记录时，所述波长λ2的光束以平行光束入射到所述物镜光学系统；对所述第3光盘进行信息的再生以及/或记录时，所述波长3的光束以平行光入射到所述物镜光学系统。
6.权利要求2中记载的物镜光学系统，其特征在于，所述第1光程差付与结构在所述波长λ1的光束、所述λ2的光束以及所述λ3的光束中，仅对1个或2个光束实质上给与相位差。
7.权利要求2中记载的物镜光学系统，其特征在于，所述第1光程差付与结构在所述波长λ1的光束、所述λ2的光束以及所述λ3的光束中，仅对所述波长λ2的光束，实质上给与相位差，所述波长λ2光束入射之际，经所述第1衍射结构以及所述第1光程差付与结构，在所述第2光盘的信息记录面上形成良好的聚光点。
8.权利要求1中记载的物镜光学系统，其特征在于，所述第1衍射结构是锯齿状的结构，所述第1光程差付与结构是由以光轴为中心的同心圆状地形成多个具有阶梯结构的环带而构成的。
9.权利要求8中记载的物镜光学系统，其特征在于，所述物镜光学系统由1个光学元件构成，或者，由大于或等于2个光学元件组合而构成，
以形成所述第1光程差付与结构的光学元件对所述波长λ1光束的折射率为n1；所述第1光程差付与结构中的所述阶梯结构的光轴方向上的台阶差量为d1；所述阶梯结构的不连续部位的数量为m1(整数)，以d＝λ1/(n1-1)时，满足8×d≤d1≤2.2×d且4≤m1≤6。
10.权利要求1中记载的物镜光学系统，其特征在于，所述第1光程差付与结构在所述波长λ1的光束、所述波长λ2的光束以及所述波长λ3的光束中，仅对所述波长λ2的光束实质上给与相位差。
11.权利要求1中记载的物镜光学系统，其特征在于，所述波长λ1、所述λ2以及λ3满足：
370nm≤λ1≤450nm
620nm≤λ2≤690nm
750nm≤λ3≤830nm。
12.权利要求1中记载的物镜光学系统，其特征在于，L＝M＝1。
13.权利要求1中记载的物镜光学系统，其特征在于，L＝M＝N＝1。
14.权利要求1中记载的物镜光学系统，其特征在于，L＝3，M＝N＝2。
15.权利要求1中记载的物镜光学系统，其特征在于，当以所述L级衍射光的衍射效率为η1；所述M级衍射光的衍射效率为η2；以及所述N级衍射光的衍射效率为η3时，满足η1＞70％，η2＞70％以及η3＜80％。
16.权利要求1中记载的物镜光学系统，其特征在于，所述物镜光学系统是由配置在光源侧的第1光学元件和配置在光盘侧的第2光学元件的至少2个光学元件的组合构成。
17.权利要求1中记载的物镜光学系统，其特征在于，所述物镜光学系统是由配置在光源侧的第1光学元件和配置在光盘侧的第2光学元件的2个光学元件的组合构成。
18.权利要求16中记载的物镜光学系统，其特征在于，所述第1光学元件具有所述第1光程差付与结构，所述第2光学元件具有所述第1衍射结构。
19.权利要求18中记载的物镜光学系统，其特征在于，在所述第1光学元件的所述光源侧的光学面具有所述第1光程差付与结构。
20.权利要求16中记载的物镜光学系统，其特征在于，所述第1光学元件具有所述第1光程差付与结构以及所述第1衍射结构。
21.权利要求20中记载的物镜光学系统，其特征在于，在所述第1光学元件的所述光源侧的光学面具有所述第1光程差付与结构。
22.权利要求16中记载的物镜光学系统，其特征在于，当以所述第1光学元件的焦点距离为f1，所述第2光学元件的焦点距离为f2时，满足|f1/f2|＜0.1，且|1/f1|＜0.02。
23.权利要求16中记载的物镜光学系统，其特征在于，所述第1光学元件的至少1面是近轴的曲率半径大致为无限大。
24.权利要求1中记载的物镜光学系统，其特征在于，还具有对所述波长λ1光束以及所述波长λ2的光束实质上不给与相位差同时对所述波长λ3的光束实质上给与相位差的第2光程差付与结构，
所述第2光程差付与结构通过形成多个以光轴为中心的同心圆状的环带来构成，其被设定为：使所述波长λ1的光束透过所述第2光程差付与结构的各环带之际，付与所述波长λ1的P倍的光程差，并且使所述波长λ2的光束透过所述第2光程差付与结构的各环带之际，付与所述波长λ2的Q倍的光程差，
所述P和Q的组合为(P，Q)＝(5，3)、(8，5)、(10，6)的任何一个。
25.权利要求24中记载的物镜光学系统，其特征在于，用光程差函数(h)将所述第2光程差付与结构表示为
(h)＝(B2×h2+B4×h4+…+B2i×h2i)×λ×P，当代入系数B2＝0时，
(hmax)＞0。
其中，h为距光轴的高度，B2i为光程差函数系数，i为自然数，λ为闪耀化波长，hman为对第1光盘的，与光盘侧数值孔径相当的距光轴的高度。
26.权利要求25中记载的物镜光学系统，其特征在于，用光程差函数1将所述第1衍射结构表示为
1(h)＝(A2×h2+A4×h4+…+A2i×h2i)×λ×N时，
系数A2≠0。
其中，h为距光轴的高度，A2i为光程差函数系数，i为自然数，λ为闪耀化波长。
27.权利要求24中记载的物镜光学系统，其特征在于，用光程差函数(h)将所述第2光程差付与结构表示为
(h)＝(B2×h2+B4×h4+…+B2i×h2i)×λ×P时，
系数B2≠0。
其中，h为距光轴的高度，B2i为光程差函数系数，i为自然数，λ为闪耀化波长。
28.权利要求1中记载的物镜光学系统，其特征在于，对所述第3光盘进行信息的再生以及/或记录时，所述N级衍射光的焦点位置和(N±1)级衍射光的焦点位置在光轴方向离开大于或等于0.01mm。
29.权利要求1中记载的物镜光学系统，其特征在于，还具有孔径限制功能。
30.权利要求29中记载的物镜光学系统，其特征在于，所述孔径限制功能由只透过特定波长光束的分色滤光器达成。
31.权利要求29中记载的物镜光学系统，其特征在于，所述孔径限制功能由通过对规定波长光束付与衍射作用，透过将该光束聚光于信息记录面外的功能来达成。
32.权利要求1中记载的物镜光学系统，其特征在于，所述物镜光学系统的至少1个光学面被分为以光轴为中心的同心圆状并且含光轴的第1区域和位于所述第1区域周边的第2区域的至少2个区域，
通过对透过所述第2区域的所述波长λ3的光束付与衍射作用，使透过所述第2区域的所述波长λ3的光束聚光于所述第3光盘的信息记录面外。
33.权利要求32中记载的物镜光学系统，其特征在于，在所述第2区域的周边具有第3区域，
透过所述第3区域的所述波长λ1的光束聚光于所述第1光盘的信息记录面外，或透过所述第3区域的所述波长λ2的光束聚光于所述第2光盘的信息记录面外。
34.权利要求32中记载的物镜光学系统，其特征在于，在所述第1区域具有所述第1衍射结构。
35.权利要求32中记载的物镜光学系统，其特征在于，在所述第1区域具有所述第1光程差付与结构，所述第2区域被分为离光轴近的第2A区域和离光轴远的第2B区域，
所述第2A区域具有通过以光轴为中心的同心圆状地形成多个具有阶梯结构的环带而构成的第2衍射结构，所述第2衍射结构对所述波长λ1的光束实质上不给与相位差，对所述波长λ2的光束以及所述λ3的光束实质上给与相位差。
36.权利要求1中记载的物镜光学系统，其特征在于，t1＝t2。
37.一种光拾取装置，其具有：
射出波长λ1光束的第1光源；
射出波长λ2光束的第2光源；
射出波长λ3光束的第3光源；以及
权利要求1中记载的物镜光学系统。
38.一种光信息记录再生装置，其具有：
用来装填光盘的光盘装填机构；以及
权利要求37中记载的光拾取装置。
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