專(zhuān)利名稱(chēng)：聚光光學(xué)元件和光拾取裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在光拾取裝置中使用的聚光光學(xué)元件和光拾取裝置。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，在光拾取裝置中作為用于把記錄在光盤(pán)上的信息再現(xiàn)和向光盤(pán)記錄信息的光源正在朝著使用激光光源的短波長(zhǎng)化方向進(jìn)展，例如蘭紫色半導(dǎo)體激光和利用產(chǎn)生第二諧波進(jìn)行紅外半導(dǎo)體激光波長(zhǎng)變換的蘭紫色SHG激光等波長(zhǎng)405nm的激光光源正在實(shí)用化。
若使用這些蘭紫色激光光源，則在使用與數(shù)字多用盤(pán)(以下略記為DVD)相同數(shù)值口徑(NA)的物鏡時(shí)，對(duì)直徑12cm的光盤(pán)能記錄15～20GB的信息，把物鏡的NA提高到0.85時(shí)，則對(duì)直徑12cm的光盤(pán)能記錄23～27GB的信息。本說(shuō)明書(shū)中，把使用蘭紫色激光光源的光盤(pán)以及光磁盤(pán)總稱(chēng)為“高密度光盤(pán)”。
但作為高密度光盤(pán)，現(xiàn)在提案有兩種規(guī)格。一種是使用NA0.85的物鏡，保護(hù)層厚度是0.1nm的蘭光盤(pán)(以下略記為BD)，還有一種是使用NA0.65到0.67的物鏡，保護(hù)層厚度是0.6mm的HDDVD(以下略記為HD)。鑒于將來(lái)市場(chǎng)上有可能流通這兩種規(guī)格的高密度光盤(pán)，所以即使對(duì)任何高密度光盤(pán)，已經(jīng)有的DVD也能進(jìn)行記錄·再現(xiàn)的互換用光拾取裝置是重要的，特別是用物鏡能進(jìn)行互換的單透鏡方式是最理想的。
特別是最近，正在活躍著向高密度光盤(pán)制品化開(kāi)發(fā)，其用途也不僅是再現(xiàn)專(zhuān)用的播放機(jī)，若安裝在能記錄的錄音機(jī)和電腦上，則其使用范圍變寬廣。
作為電腦安裝的用途，例如在筆記本型電腦中為了達(dá)到薄型化，就有必要使拾取光學(xué)系統(tǒng)本身也制成薄型，而為了薄型化則焦距就要短，通稱(chēng)為精巧型的光學(xué)元件就必不可少。
例如在包含HD的三波長(zhǎng)互換(HD/DVD/CD(小型盤(pán)))技術(shù)中，為了把HD與DVD進(jìn)行互換而多使用在物鏡表面上設(shè)置的衍射效果，通過(guò)把CD用的激光光束作為發(fā)散光對(duì)物鏡射入，來(lái)校正由HD與CD保護(hù)基板厚度差而引起的球差的一部分(例如根據(jù)專(zhuān)利文獻(xiàn)1所述內(nèi)容推定)。
把CD用的光束作為發(fā)散光射入，是根據(jù)與HD和DVD比較，CD的NA小，且光束的波長(zhǎng)長(zhǎng)，所以在這三種光盤(pán)中產(chǎn)生的球差量最小。
專(zhuān)利文獻(xiàn)1特開(kāi)2000-348376號(hào)公報(bào)由HD和DVD基板厚度(都是約0.6mm)與CD基板厚度(約1.2mm)的差而產(chǎn)生3級(jí)球差量SA3，由下式表示。
|SA3|＝[Δt(nλ2-1)/8nλ3]NA4其中，Δt是保護(hù)基板厚度的差，nλ是波長(zhǎng)λ的保護(hù)基板的折射率。
圖16(a)表示把基板厚度t3的CD用光束作為發(fā)散光對(duì)物鏡射入，而在CD的信息記錄面上聚光的有限系的光學(xué)系統(tǒng)。
如圖16(b)所示，假定把該光學(xué)系統(tǒng)原封不動(dòng)地按比例縮小，把焦距縮短，把CD的保護(hù)基板厚度也同樣地按比例縮小時(shí)，當(dāng)然能把CD用的光束會(huì)聚在信息記錄面。
但實(shí)際上，即使把光學(xué)系統(tǒng)按比例縮小時(shí)，CD的保護(hù)基板厚度也是1.2mm而不變化，產(chǎn)生由此而引起的像差，所以，如圖16(c)所示，即使把光學(xué)系統(tǒng)按比例縮小時(shí)，也需要通過(guò)改變倍率，把CD用光束的發(fā)散程度從θ增大到θ′，來(lái)校正所述像差。
即為了達(dá)到光學(xué)系統(tǒng)的薄型化，需要把按比例縮小光學(xué)系統(tǒng)并縮短焦距時(shí)的倍率，與原來(lái)焦距CD的倍率比較并進(jìn)行增大。
在此，對(duì)于這種CD倍率的變動(dòng)，就產(chǎn)生了一個(gè)問(wèn)題。
把物鏡的跟蹤量設(shè)定為T(mén)(mm)時(shí)的視場(chǎng)角α能用下式表示。
tanα＝T×(-m)/[f×(1-m)2]f是焦距，m是物鏡的倍率根據(jù)該式，了解到使用CD時(shí)，在軸外光向物鏡射入時(shí)和物鏡移動(dòng)時(shí)，隨著倍率m變大而視場(chǎng)角α也變大，了解到其原因是由于彗差隨著倍率變大而增大的緣故。
圖17是表示在跟蹤量T＝0.3(mm)時(shí)產(chǎn)生的3級(jí)彗差發(fā)生量與倍率m關(guān)系的曲線圖。
例如虛線表示的在現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)的焦距f＝3.0mm的物鏡中，倍率m的絕對(duì)值是0.03，跟蹤時(shí)物鏡從光軸移動(dòng)了0.3mm時(shí)的波像差是0.013λrms左右，被收容在作為再現(xiàn)·記錄用途而不產(chǎn)生障礙的范圍內(nèi)。
另一方面了解到，例如虛線表示的在現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)的焦距f＝1.7mm的物鏡中，倍率m的絕對(duì)值是0.07，跟蹤時(shí)產(chǎn)生的彗差超過(guò)了馬利科爾(マレシヤルmarechal)界限。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的課題考慮了上述問(wèn)題，其提供一種在達(dá)到對(duì)三個(gè)波長(zhǎng)互換的同時(shí)，能把由跟蹤引起的彗差?lèi)夯瘻p輕的聚光光學(xué)元件和光拾取裝置。
為了解決以上課題，項(xiàng)目1所述的結(jié)構(gòu)是，對(duì)保護(hù)基板厚度t1[mm]的第一光盤(pán)使用從第一光源射出的波長(zhǎng)λ1[nm]的第一光束進(jìn)行信息的再現(xiàn)和/或記錄，對(duì)保護(hù)基板厚度t2[mm](t1≤t2)的第二光盤(pán)使用從第二光源射出的波長(zhǎng)λ2[nm]的第二光束進(jìn)行信息的再現(xiàn)和/或記錄，對(duì)保護(hù)基板厚度t3[mm](t1≤t2＜t3)的第三光盤(pán)使用從第三光源射出的波長(zhǎng)λ3[nm]的第三光束進(jìn)行信息的再現(xiàn)和/或記錄，在這樣光拾取裝置用的聚光光學(xué)元件中，至少在一個(gè)光學(xué)面上具備相位結(jié)構(gòu)，把所述第三光盤(pán)記錄和/或再現(xiàn)時(shí)需要的有效光束中所述聚光光學(xué)元件的光學(xué)系統(tǒng)倍率規(guī)定為m3時(shí)，所述聚光光學(xué)元件對(duì)所述第三光束的焦距f3，滿足(1)式。
0.01＜|m3|×(t3-t1)/f3＜0.03(1)光拾取裝置其結(jié)構(gòu)是，具備射出光束的波長(zhǎng)不同的三個(gè)光源，把這些光束通過(guò)一個(gè)物鏡向三種光盤(pán)的信息記錄面上聚光時(shí)，向基板厚度t3的第三光盤(pán)進(jìn)行記錄/再現(xiàn)時(shí)的光學(xué)系統(tǒng)倍率m3，其依賴(lài)于焦距。即把第一光盤(pán)的焦距f1決定為某特定的值時(shí)，則CD的焦距f3也唯一地被決定，且在焦距f3下的倍率m3也唯一地被決定。
焦距f在例如1.65mm左右的薄型光拾取裝置中，在|m3|×(t3-t1)/f3的值在超過(guò)(1)式上限時(shí)，不能得到足夠的工作距離，拾取光學(xué)系統(tǒng)不成立。而焦距f長(zhǎng)(2.5mm左右)時(shí)，則得不到希望的薄型光拾取裝置。因此，通過(guò)設(shè)定成滿足(1)式的范圍內(nèi)，能得到緊湊的對(duì)基板厚度不同的三種光盤(pán)能進(jìn)行記錄/再現(xiàn)的光拾取裝置。
在此所說(shuō)的衍射結(jié)構(gòu)，也可以配置在聚光光學(xué)元件光學(xué)面的整個(gè)面上，也可以在聚光光學(xué)元件的光學(xué)面中僅部分地形成在第一、第二和第三光束通過(guò)的區(qū)域(共用區(qū)域)上。
本說(shuō)明書(shū)除了上述的BD和HD以外，在信息記錄面上具有數(shù)～數(shù)十nm左右厚度保護(hù)膜的光盤(pán)，和保護(hù)層或保護(hù)膜的厚度是0(零)的光盤(pán)，也包含在高密度光盤(pán)中。
本說(shuō)明書(shū)中，DVD是DVD-ROM、DVD-Video、DVD-Audio、DVD-RAM、DVD-R、DVD-RW、DVD+R、DVD+RW等DVD系列光盤(pán)的總稱(chēng)，CD是CD-ROM、CD-Audio、CD-Video、CD-R、CD-RW等CD系列光盤(pán)的總稱(chēng)。
本說(shuō)明書(shū)中聚光光學(xué)元件，構(gòu)成光拾取裝置的聚光光學(xué)系統(tǒng)，例如其是物鏡、耦合透鏡、光束擴(kuò)展器、光束整形器、校正板等部件。
作為聚光光學(xué)元件，并不限定于是僅由單一的透鏡構(gòu)成，其也可以把多個(gè)透鏡在光軸方向上組合而構(gòu)成的透鏡組都作為光學(xué)元件。


圖1是表示光拾取裝置結(jié)構(gòu)主要部分的平面圖；圖2是表示物鏡結(jié)構(gòu)主要部分的剖面圖；圖3(a)、圖3(b)是表示物鏡結(jié)構(gòu)的正面圖和背面圖；圖4(a)、圖4(b)是表示相位結(jié)構(gòu)一例的側(cè)面圖；圖5(a)、圖5(b)是表示相位結(jié)構(gòu)一例的側(cè)面圖；圖6(a)、圖6(b)是表示相位結(jié)構(gòu)一例的側(cè)面圖；圖7(a)、圖7(b)是表示相位結(jié)構(gòu)一例的側(cè)面圖；圖8是表示焦距與倍率關(guān)系的曲線圖；圖9(a)、圖9(b)是用于說(shuō)明正弦條件用的圖；圖10(a)、圖10(b)是表示像高與像差量關(guān)系的曲線圖；圖11(a)、圖11(b)是表示無(wú)限系統(tǒng)光拾取裝置的圖和有限系統(tǒng)光拾取裝置的圖；圖12(a)～圖12(c)是表示違反正弦條件量的曲線圖；圖13是表示實(shí)施例1透鏡移動(dòng)時(shí)波像差量的曲線圖；圖14是表示實(shí)施例2透鏡移動(dòng)時(shí)波像差量的曲線圖；圖15是表示比較例透鏡移動(dòng)時(shí)波像差量的圖；圖16(a)～圖16(c)是用于說(shuō)明按比例縮小的光學(xué)系統(tǒng)的圖；圖17是表示跟蹤時(shí)產(chǎn)生的3級(jí)彗差發(fā)生量與倍率關(guān)系的曲線圖。
具體實(shí)施例方式
項(xiàng)目2所述的結(jié)構(gòu)，是在項(xiàng)目1所述的聚光光學(xué)元件中，當(dāng)把從所述光源射出并在所述聚光光學(xué)元件的主平面上通過(guò)從光軸向正交方向僅離開(kāi)距離H的地點(diǎn)的光束與光軸所成的角規(guī)定為u，把該光束與從所述聚光光學(xué)元件的所述光盤(pán)側(cè)光學(xué)面射出后的光軸所成的角規(guī)定為U，把所述聚光光學(xué)元件物方空間的折射率規(guī)定為n，把所述聚光光學(xué)元件像方空間的折射率規(guī)定為n′，把所述聚光光學(xué)元件對(duì)該光束的光學(xué)系統(tǒng)倍率規(guī)定為m，把所述聚光光學(xué)元件對(duì)該光束的焦距規(guī)定為f，把違反正弦條件量規(guī)定為SC，把用于第一光束向所述第一光盤(pán)聚光的違反正弦條件量的最大值規(guī)定為SC1max，把用于使所述第三光束向所述第三光盤(pán)聚光的在所述聚光光學(xué)元件有效口徑外端的違反正弦條件量的最大值規(guī)定為SC3max時(shí)，滿足(2)式。
0.05＜|SC1max/SC3max|＜0.25 (2)其中，m＝0時(shí)，SC＝n·H/n′·sin U-fm≠0時(shí)，SC＝f(1-1/m)(sinu/sin U-m)若|SC1max/SC3max|是比(2)式的下限小的數(shù)值，則在波長(zhǎng)λ3光束有效口徑的端的部分的違反正弦條件量，其絕對(duì)值超過(guò)0.07，焦距短的聚光光學(xué)元件，其特別是由于物鏡的跟蹤透鏡移動(dòng)發(fā)生時(shí)的彗差，就超過(guò)馬利科爾界限。而若是比上限大的數(shù)值時(shí)，則使用波長(zhǎng)λ1光束時(shí)的違反正弦條件量的絕對(duì)值的最大值變得過(guò)大，例如對(duì)HD的軸外特性惡化。
這樣，通過(guò)把|SC1max/SC3max|設(shè)定在(2)式的范圍內(nèi)，就充分確保了第一光盤(pán)的軸外特性，而且把以有限使用時(shí)由于跟蹤透鏡移動(dòng)發(fā)生時(shí)的彗差的發(fā)生量，即使焦距是足夠小的值時(shí)，也能成為小于或等于馬利科爾界限。
項(xiàng)目3所述的結(jié)構(gòu)，是在項(xiàng)目2所述的聚光光學(xué)元件中，當(dāng)把所述聚光光學(xué)元件對(duì)所述第一光束的像方數(shù)值口徑規(guī)定為NA1，把所述聚光光學(xué)元件對(duì)所述第三光束的像方數(shù)值口徑規(guī)定為NA3時(shí)，滿足0.5≤NA1≤0.70.4≤NA3≤0.64項(xiàng)目4所述的結(jié)構(gòu)，是在項(xiàng)目1到3任一項(xiàng)所述的聚光光學(xué)元件中，所述聚光光學(xué)元件的所述光源側(cè)的光學(xué)面和所述光盤(pán)側(cè)光學(xué)面都被分割成以光軸為中心的同心園狀的多個(gè)區(qū)域，把所述光源側(cè)光學(xué)面中包含光軸的區(qū)域設(shè)定為第一區(qū)域，把位于該第一區(qū)域外周側(cè)的區(qū)域設(shè)定為第二區(qū)域，把所述光盤(pán)側(cè)光學(xué)面中包含光軸的區(qū)域設(shè)定為第三區(qū)域，把位于該第三區(qū)域外周側(cè)的區(qū)域設(shè)定為第四區(qū)域，設(shè)定為通過(guò)所述第一區(qū)域和所述第三區(qū)域的所述第一、第二和第三光束，分別在對(duì)所述第一光盤(pán)、第二光盤(pán)和第三光盤(pán)進(jìn)行信息的再現(xiàn)和/或記錄中使用，通過(guò)所述第二區(qū)域和所述第四區(qū)域的所述波長(zhǎng)λ1的光束和所述波長(zhǎng)λ2的光束，分別在對(duì)所述第一光盤(pán)和第二光盤(pán)進(jìn)行信息的再現(xiàn)和/或記錄中使用，把所述第一區(qū)域的曲率半徑設(shè)定為1Rr1，把所述第二區(qū)域的曲率半徑設(shè)定為1Rr2，把所述第三區(qū)域的曲率半徑設(shè)定為2Rr1，把所述第四區(qū)域的曲率半徑設(shè)定為2Rr2時(shí)，滿足(3)式。
0.5＜(1Rr2-2Rr2)/(1Rr1-2Rr1)＜1.5 (3)(3)式表示關(guān)于把光學(xué)面分割成多個(gè)區(qū)域的焦距短的聚光光學(xué)元件，在不低于下限值0.5的范圍，其內(nèi)側(cè)的曲率半徑(1Rr1和2Rr1)與外側(cè)的曲率半徑(1Rr2和2Rr2)不同。在低于下限值0.5時(shí)，就意味著聚光光學(xué)元件光源側(cè)和光盤(pán)側(cè)至少一個(gè)的外側(cè)區(qū)域的近軸半徑小，而近軸半徑小，則軸外特性、制造上透鏡面的偏心誤差的影響就大。
(3)式的范圍設(shè)定成不包含1。其理由是若想用本發(fā)明的技術(shù)校正彗差，則必須是內(nèi)側(cè)區(qū)域與外側(cè)區(qū)域的近軸曲率半徑不同。
這樣，通過(guò)把(1Rr2-2Rr2)/(1Rr1-2Rr1)設(shè)定在(3)式的范圍內(nèi)，就能對(duì)三種波長(zhǎng)校正球差的同時(shí)，能規(guī)定也能校正軸外像差的聚光光學(xué)元件光學(xué)面的面形狀。這樣，能防止非球面的曲率半徑在內(nèi)側(cè)區(qū)域與外側(cè)區(qū)域有大的不同。
若外側(cè)區(qū)域的近軸曲率半徑小，則發(fā)生在射出成型的制造上產(chǎn)生相對(duì)面移動(dòng)時(shí)的像差，但只要進(jìn)入該范圍，則能成為充分抑制了像差發(fā)生量的聚光光學(xué)元件。
項(xiàng)目5所述的結(jié)構(gòu)，是在項(xiàng)目4所述的聚光光學(xué)元件中，所述第一區(qū)域從光軸離開(kāi)的高度h是為了在所述第三光盤(pán)的信息記錄面上形成聚光點(diǎn)而需要的有效光束口徑的高度。
項(xiàng)目6所述的結(jié)構(gòu)，是在項(xiàng)目1～5任一項(xiàng)所述的聚光光學(xué)元件中，對(duì)第三光盤(pán)以有限共軛系統(tǒng)進(jìn)行再現(xiàn)和/或記錄時(shí)，把所述聚光光學(xué)元件有效口徑端的違反正弦條件量設(shè)定為SCmax時(shí)，滿足(4)式。
0.03＜|SCmax|/f＜0.05 (4)|SCmax|比下限值0.03小，能舉出焦距f大或SCmax的絕對(duì)值小的情況，但為了組裝成薄型光拾取裝置，希望物鏡的焦距是1.8mm～2.3mm左右，是1.8mm～2.0mm左右則特別理想。若在有限系統(tǒng)中把SCmax抑制小，則不能滿足其他光盤(pán)(例如HD和DVD)的正弦條件，所以有可能不能達(dá)到三種光盤(pán)之間的互換性。
比上限值0.05大的情況，能舉出焦距f小或SCmax大，但若焦距過(guò)小(例如f＝1.6以下)，則不能得到足夠的工作距離，若SCmax過(guò)大，則產(chǎn)生不能抑制在有限共軛系統(tǒng)由跟蹤透鏡移動(dòng)發(fā)生時(shí)的彗差的不好情況。
在薄型光拾取裝置的結(jié)構(gòu)中，最好使用焦距f是1.8～2.0mm的聚光光學(xué)元件，為了抑制有限共軛系統(tǒng)透鏡移動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的彗差，焦距越短就越需要控制違反正弦條件量，把SCmax變小。(4)式表示焦距f與|SCmax|的關(guān)系，只要是進(jìn)入了(4)式數(shù)值范圍內(nèi)的違反正弦條件量，就能得到薄型的對(duì)三個(gè)波長(zhǎng)在記錄/再現(xiàn)中能使用，且也保證軸外特性的光拾取裝置用的聚光光學(xué)元件。
項(xiàng)目7所述的結(jié)構(gòu)，是在項(xiàng)目1到6任一項(xiàng)所述的聚光光學(xué)元件中，所述聚光光學(xué)元件是由單片透鏡構(gòu)成的。
項(xiàng)目8所述的結(jié)構(gòu)，是在項(xiàng)目1到7任一項(xiàng)所述的聚光光學(xué)元件中，從所述第一光源到第三光源中的一個(gè)射出的光束中，把所述聚光光學(xué)元件對(duì)該光束的焦距規(guī)定為f[mm]時(shí)，所述焦距f滿足下式。
1.8≤f≤2.3項(xiàng)目9所述的結(jié)構(gòu)，是在項(xiàng)目1到8任一項(xiàng)所述的聚光光學(xué)元件中，所述聚光光學(xué)元件的所述焦距f[mm]滿足下式。
1.8≤f≤2.0項(xiàng)目10所述的結(jié)構(gòu)，是在項(xiàng)目1到9任一項(xiàng)所述的聚光光學(xué)元件中，所述光學(xué)系統(tǒng)倍率m3滿足下式。
0.035＜|m3|＜0.066項(xiàng)目11所述的結(jié)構(gòu)，是在項(xiàng)目1到10任一項(xiàng)所述的聚光光學(xué)元件中，所述波長(zhǎng)λ2和所述波長(zhǎng)λ3滿足下式。
1.5×λ1≤λ2≤1.7×λ1
1.8×λ1≤λ3≤2.2×λ1項(xiàng)目12所述的結(jié)構(gòu)，是在項(xiàng)目1到11任一項(xiàng)所述的聚光光學(xué)元件中，所述保護(hù)基板厚度t2與所述保護(hù)基板厚度t3滿足下式。
0.9×t1≤t2≤1.1×t11.9×t1≤t3≤2.1×t1項(xiàng)目13所述的結(jié)構(gòu)是，光拾取裝置其具備第一光源，其對(duì)保護(hù)基板厚度t1[mm]的第一光盤(pán)射出進(jìn)行信息的再現(xiàn)和/或記錄的波長(zhǎng)λ1[nm]的第一光束；第二光源，其對(duì)保護(hù)基板厚度t2[mm](t1≤t2)的第二光盤(pán)射出進(jìn)行信息的再現(xiàn)和/或記錄的波長(zhǎng)λ2[nm]的第二光束；第三光源，其對(duì)保護(hù)基板厚度t3[mm](t1≤t2＜t3)的第三光盤(pán)射出進(jìn)行信息的再現(xiàn)和/或記錄的波長(zhǎng)λ3[nm]的第三光束；聚光光學(xué)元件，其至少在一個(gè)光學(xué)面上具備相位結(jié)構(gòu)，并把所述第一光束、第二光束和第三光束分別向所述第一、第二、第三光盤(pán)上聚光，在該光拾取裝置中，把所述第三光盤(pán)記錄和/或再現(xiàn)時(shí)需要的有效光束的所述聚光光學(xué)元件的光學(xué)系統(tǒng)倍率規(guī)定為m3時(shí)，所述聚光光學(xué)元件對(duì)所述波長(zhǎng)λ3光束的焦距f3，滿足(1)式。
0.01＜|m3|×(t3-t1)/f3＜0.03 (1)項(xiàng)目14所述的結(jié)構(gòu)，是在項(xiàng)目13所述的光拾取裝置中，當(dāng)把從所述第一光源到第三光源中的一個(gè)射出的射出并在所述聚光光學(xué)元件的主平面上通過(guò)從光軸向正交方向僅離開(kāi)距離H的地點(diǎn)的光束與光軸所成的角規(guī)定為u，把該光束與從所述聚光光學(xué)元件的所述光盤(pán)側(cè)光學(xué)面射出后的光軸所成的角規(guī)定為U，把所述聚光光學(xué)元件物方空間的折射率規(guī)定為n，把所述聚光光學(xué)元件像方空間的折射率規(guī)定為n′，把所述聚光光學(xué)元件對(duì)該光束的光學(xué)系統(tǒng)倍率規(guī)定為m，把所述聚光光學(xué)元件對(duì)該光束的焦距規(guī)定為f，把違反正弦條件量規(guī)定為SC，把所述波長(zhǎng)λ1的光束向所述第一光盤(pán)聚光用的違反正弦條件量的最大值規(guī)定為SC1max，把用于所述第三光束向所述第三光盤(pán)聚光的在所述聚光光學(xué)元件有效口徑外端的違反正弦條件量的最大值規(guī)定為SC3max時(shí)，滿足(2)式。
0.05＜|SC1max/SC3max|＜0.25 (2)其中，m＝0時(shí)，SC＝n·H/n′·sin U-fm≠0時(shí)，SC＝f(1-1/m)(sinu/sin U-m)
項(xiàng)目15所述的結(jié)構(gòu)，是在項(xiàng)目14所述的光拾取裝置中，當(dāng)把所述聚光光學(xué)元件對(duì)所述波長(zhǎng)λ1光束的像方數(shù)值口徑規(guī)定為NA1，把所述聚光光學(xué)元件對(duì)所述波長(zhǎng)λ3光束的像方數(shù)值口徑規(guī)定為NA3時(shí)，滿足0.5≤NA1≤0.70.4≤NA3≤0.64項(xiàng)目16所述的結(jié)構(gòu)，是在項(xiàng)目13到15任一項(xiàng)所述的光拾取裝置中，所述聚光光學(xué)元件的所述光源側(cè)光學(xué)面和所述光盤(pán)側(cè)光學(xué)面都被分割成多個(gè)區(qū)域，把所述光源側(cè)光學(xué)面中包含光軸的區(qū)域設(shè)定為第一區(qū)域，把位于該第一區(qū)域外周側(cè)的區(qū)域設(shè)定為第二區(qū)域，把所述光盤(pán)側(cè)光學(xué)面中包含光軸的區(qū)域設(shè)定為第三區(qū)域，把位于該第三區(qū)域外周側(cè)的區(qū)域設(shè)定為第四區(qū)域，設(shè)定為通過(guò)所述第一區(qū)域和所述第三區(qū)域的所述第一、第二和第三光束，分別在對(duì)所述第一光盤(pán)、第二光盤(pán)和第三光盤(pán)進(jìn)行信息的再現(xiàn)和/或記錄中使用，通過(guò)所述第二區(qū)域和所述第四區(qū)域的所述波長(zhǎng)λ1的光束和所述波長(zhǎng)λ2的光束，分別在對(duì)所述第一光盤(pán)和第二光盤(pán)進(jìn)行信息的再現(xiàn)和/或記錄中使用，把所述第一區(qū)域的曲率半徑設(shè)定為1Rr1，把所述第二區(qū)域的曲率半徑設(shè)定為1Rr2，把所述第三區(qū)域的曲率半徑設(shè)定為2Rr1，把所述第四區(qū)域的曲率半徑設(shè)定為2Rr2時(shí)，滿足(3)式。
0.5＜(1Rr2-2Rr2)/(1Rr1-2Rr1)＜1.5(3)項(xiàng)目17所述的結(jié)構(gòu)，是在項(xiàng)目16所述的光拾取裝置中，所述第一區(qū)域從光軸離開(kāi)的距離h是為了在所述第三光盤(pán)的信息記錄面上形成聚光點(diǎn)而需要的有效光束口徑的高度。
項(xiàng)目18所述的結(jié)構(gòu)，是在項(xiàng)目13到17任一項(xiàng)所述的光拾取裝置中，對(duì)第三光盤(pán)以有限共軛系統(tǒng)進(jìn)行再現(xiàn)和/或記錄時(shí)，把所述聚光光學(xué)元件有效口徑端的違反正弦條件量設(shè)定為SCmax時(shí)，滿足(4)式。
0.03＜|SCmax|/f＜0.05(4)項(xiàng)目19所述的結(jié)構(gòu)，是在項(xiàng)目1到18任一項(xiàng)所述的光拾取裝置中，所述聚光光學(xué)元件是由單片透鏡構(gòu)成的。
項(xiàng)目20所述的結(jié)構(gòu)，是在項(xiàng)目13到19任一項(xiàng)所述的光拾取裝置中，從所述第一光源到第三光源中的一個(gè)射出的光束中，把所述聚光光學(xué)元件對(duì)該光束的焦距規(guī)定為f[mm]時(shí)，所述焦距f滿足下式。
1.8≤f≤2.3
項(xiàng)目21所述的結(jié)構(gòu)，是在項(xiàng)目13到20任一項(xiàng)所述的光拾取裝置中，所述聚光光學(xué)元件的所述焦距f[mm]滿足下式。
1.8≤f≤2.0項(xiàng)目22所述的結(jié)構(gòu)，是在項(xiàng)目13到21任一項(xiàng)所述的光拾取裝置中，所述光學(xué)系統(tǒng)倍率m3滿足下式。
0.035＜|m3|＜0.066項(xiàng)目23所述的結(jié)構(gòu)，是在項(xiàng)目13到22任一項(xiàng)所述的光拾取裝置中，從所述第二光源射出的所述波長(zhǎng)λ2和從所述第三光源射出的所述波長(zhǎng)λ3滿足下式。
1.5×λ1≤λ2≤1.7×λ11.8×λ1≤λ3≤2.2×λ1項(xiàng)目24所述的結(jié)構(gòu)，是在項(xiàng)目13到23任一項(xiàng)所述的光拾取裝置中，所述保護(hù)基板厚度t2與所述保護(hù)基板厚度t3滿足下式。
0.9×t1≤t2≤1.1×t11.9×t1≤t3≤2.1×t1根據(jù)本發(fā)明，在達(dá)到對(duì)三種波長(zhǎng)互換的同時(shí)，能得到可減輕由跟蹤引起的彗差?lèi)夯木酃夤鈱W(xué)元件和光拾取裝置。
以下參照附圖詳細(xì)說(shuō)明實(shí)施本發(fā)明用的實(shí)施例。
圖1是概略表示對(duì)于HD(第一光盤(pán))和DVD(第二光盤(pán))和CD(第三光盤(pán))的任一個(gè)都能進(jìn)行恰當(dāng)信息記錄/再現(xiàn)的光拾取裝置PU結(jié)構(gòu)的圖。HD的光學(xué)規(guī)格是波長(zhǎng)λ1＝407nm，保護(hù)層(保護(hù)基板)PL1的厚度t1＝0.6mm，數(shù)值口徑NA1＝0.65，DVD的光學(xué)規(guī)格是波長(zhǎng)λ2＝655nm，保護(hù)層PL2的厚度t2＝0.6mm，數(shù)值口徑NA2＝0.65，CD的光學(xué)規(guī)格是波長(zhǎng)λ3＝785nm，保護(hù)層PL3的厚度t3＝1.2mm，數(shù)值口徑NA3＝0.51。
但波長(zhǎng)、保護(hù)層的厚度和數(shù)值口徑的組合并不限定于此。
對(duì)第一光盤(pán)進(jìn)行信息再現(xiàn)和/或記錄時(shí)，物鏡OBJ(聚光光學(xué)元件)的光學(xué)系統(tǒng)倍率m1是m1＝0。即本實(shí)施例的物鏡OBJ是把波長(zhǎng)λ1的第一光束作為平行光射入的結(jié)構(gòu)。
而且對(duì)第二光盤(pán)進(jìn)行信息再現(xiàn)和/或記錄時(shí)，物鏡OBJ的光學(xué)系統(tǒng)倍率m2也同樣是m2＝0。即本實(shí)施例的物鏡OBJ是把波長(zhǎng)λ2的第二光束作為平行光射入的結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明不需要第一倍率m1和第二倍率m2都是0，例如也可以把第二光束作為平行光射入而把第一光束作為平緩的會(huì)聚光向物鏡OBJ射入，或把第一光束和第二光束都作為平緩的會(huì)聚光射入。
對(duì)第三光盤(pán)進(jìn)行信息再現(xiàn)和/或記錄時(shí)，物鏡OBJ的光學(xué)系統(tǒng)倍率m3是m3＜0。即，本實(shí)施例的物鏡OBJ是把波長(zhǎng)λ3的第三光束作為發(fā)散光射入的有限共軛系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。
光拾取裝置PU包括蘭紫色半導(dǎo)體激光器LD1(第一光源)，其對(duì)HD進(jìn)行信息記錄/再現(xiàn)時(shí)發(fā)光而射出407nm的激光光束(第一光束)；第一光束用光檢測(cè)器PD1；紅色半導(dǎo)體激光器LD2(第二光源)，其對(duì)DVD進(jìn)行信息記錄/再現(xiàn)時(shí)發(fā)光而射出655nm的激光光束(第二光束)；第二光束用光檢測(cè)器PD2；紅外半導(dǎo)體激光器LD3(第三光源)，其對(duì)CD進(jìn)行信息記錄/再現(xiàn)時(shí)發(fā)光而射出785nm的激光光束(第三光束)；第三光束用光檢測(cè)器PD3；準(zhǔn)直透鏡COL，其使第一光束和第二光束通過(guò)；耦合透鏡CUL，其使第三光束通過(guò)；物鏡OBJ，其兩面是非球面，在其光學(xué)面上形成有衍射結(jié)構(gòu)，并具有把各光束向信息記錄面RL1、RL2、RL3上聚光的功能；雙軸傳動(dòng)裝置AC，其使物鏡OBJ向規(guī)定的方向移動(dòng)；第一～第五光束分離器BS1～BS5；光束整形器BSH；光闌STO；傳感器透鏡SEN1～SEN3等。
光拾取裝置PU對(duì)HD進(jìn)行信息記錄/再現(xiàn)時(shí)，如圖1實(shí)線描繪的其光線路徑那樣，首先使蘭紫色半導(dǎo)體激光器LD1發(fā)光。從蘭紫色半導(dǎo)體激光器LD1射出的發(fā)散光束在通過(guò)光束整形器BSH時(shí)其斷面形狀被變更，并通過(guò)第一光束分離器BS 1和第二光束分離器BS2到達(dá)準(zhǔn)直透鏡COL。
在透射準(zhǔn)直透鏡COL時(shí)，第一光束被變換成平行光，并通過(guò)第三光束分離器BS3、光闌STO而到達(dá)物鏡OBJ，由物鏡OBJ而通過(guò)第一保護(hù)層PL1并在信息記錄面RL1上形成點(diǎn)。物鏡OBJ利用在其周邊配置的雙軸傳動(dòng)裝置AC來(lái)進(jìn)行對(duì)焦和跟蹤在信息記錄面RL1上通過(guò)信息位調(diào)制的反射光束，再次通過(guò)物鏡OBJ、第三光束分離器BS3、準(zhǔn)直透鏡COL、第二光束分離器BS2，在第一光束分離器BS1被分光，通過(guò)傳感器透鏡SEN1給予像散并會(huì)聚在光檢測(cè)器PD1的受光面上。然后使用光檢測(cè)器PD1的輸出信號(hào)就能讀取在HD上記錄的信息。
對(duì)DVD進(jìn)行信息記錄/再現(xiàn)時(shí)，如圖1點(diǎn)劃線描繪的其光線路徑那樣，首先使紅色半導(dǎo)體激光器LD2發(fā)光。從紅色半導(dǎo)體激光器LD2射出的發(fā)散光束通過(guò)第四光束分離器BS4而在第二光束分離器BS2被反射，到達(dá)準(zhǔn)直透鏡COL。
在透射準(zhǔn)直透鏡COL時(shí)第二光束被變換成平行光，并通過(guò)第三光束分離器BS3、光闌STO而到達(dá)物鏡OBJ，由物鏡OBJ而通過(guò)第二保護(hù)層PL2并在信息記錄面RL2上形成點(diǎn)。物鏡OBJ利用在其周邊配置的雙軸傳動(dòng)裝置AC來(lái)進(jìn)行對(duì)焦和跟蹤在信息記錄面RL2上通過(guò)信息位調(diào)制的反射光束，再次通過(guò)物鏡OBJ、第三光束分離器BS3、準(zhǔn)直透鏡COL，在第二光束分離器BS2被分光，并在第四光束分離器BS4被分光，通過(guò)傳感器透鏡SEN2給予像散并會(huì)聚在光檢測(cè)器PD2的受光面上。然后使用光檢測(cè)器PD2的輸出信號(hào)就能讀取在DVD上記錄的信息。
對(duì)CD進(jìn)行信息記錄/再現(xiàn)時(shí)，如圖1虛線描繪的其光線路徑那樣，首先使紅外半導(dǎo)體激光器LD3發(fā)光。從紅外半導(dǎo)體激光器LD3射出的發(fā)散光束通過(guò)第五光束分離器BS5到達(dá)耦合透鏡CUL。
在透射耦合透鏡CUL時(shí)第三光束的發(fā)散角被變更，在第三光束分離器BS3被反射，通過(guò)光闌STO而到達(dá)物鏡OBJ，由物鏡OBJ而通過(guò)第三保護(hù)層PL3并在信息記錄面RL3上形成點(diǎn)。物鏡OBJ利用在其周邊配置的雙軸傳動(dòng)裝置AC來(lái)進(jìn)行對(duì)焦和跟蹤在信息記錄面RL3上通過(guò)信息位調(diào)制的反射光束，再次通過(guò)物鏡OBJ，在第三光束分離器BS3被反射，通過(guò)耦合透鏡CUL而在第五光束分離器BS5被分光，通過(guò)傳感器透鏡SEN3給予像散并會(huì)聚在光檢測(cè)器PD3的受光面上。然后使用光檢測(cè)器PD3的輸出信號(hào)就能讀取在CD上記錄的信息。
下面說(shuō)明物鏡OBJ的結(jié)構(gòu)。
如圖2所示，物鏡OBJ是其射入面S1(光源側(cè)的光學(xué)面)和射出面S2(光盤(pán)側(cè)的光學(xué)面)都是非球面結(jié)構(gòu)的塑料制單透鏡。
如圖3(a)所示，物鏡OBJ的光學(xué)面S1，被分割成對(duì)應(yīng)NA3內(nèi)區(qū)域并包含光軸的第一區(qū)域AREA1和對(duì)應(yīng)從NA3到NA1區(qū)域的第二區(qū)域AREA2。如圖2所示，第一區(qū)域AREA1和第二區(qū)域AREA2由以光軸為中心的多個(gè)同心圓狀的環(huán)帶構(gòu)成，形成有包含光軸的斷面形狀是鋸齒狀的衍射結(jié)構(gòu)DOE。
如圖3(b)所示，物鏡OBJ的光學(xué)面S2也被分割成對(duì)應(yīng)NA3內(nèi)區(qū)域并包含光軸的第三區(qū)域AREA3和對(duì)應(yīng)從NA3到NA1區(qū)域的第四區(qū)域AREA4。第三區(qū)域AREA3和第四區(qū)域AREA4由折射面構(gòu)成。
作為在物鏡OBJ的光學(xué)面上形成的相位結(jié)構(gòu)，可以是衍射結(jié)構(gòu)、給予光程差結(jié)構(gòu)的任一個(gè)，作為衍射結(jié)構(gòu)有如圖4(a)、圖4(b)模式所示那樣，由多個(gè)環(huán)帶100構(gòu)成且包含光軸的斷面形狀的鋸齒狀的，和如圖5(a)、圖5(b)模式所示那樣，由臺(tái)階101的方向在有效口徑內(nèi)是相同的多個(gè)環(huán)帶102構(gòu)成且包含光軸的斷面形狀的臺(tái)階狀的，和如圖6(a)、圖6(b)模式所示那樣，由內(nèi)部形成有臺(tái)階結(jié)構(gòu)的多個(gè)環(huán)帶103構(gòu)成的，和如圖7(a)、圖7(b)模式所示那樣，由臺(tái)階104的方向在有效口徑中途插入的多個(gè)環(huán)帶105構(gòu)成且包含光軸的斷面形狀的臺(tái)階狀的。作為給予光程差結(jié)構(gòu)，有如圖7(a)、圖7(b)模式所示那樣，由臺(tái)階104的方向在有效口徑中途插入的多個(gè)環(huán)帶105構(gòu)成且包含光軸的斷面形狀的臺(tái)階狀的。因此，如圖7(a)、圖7(b)模式所示的結(jié)構(gòu)，可以是衍射結(jié)構(gòu)的情況，也可以是給予光程差結(jié)構(gòu)的情況。圖4(a)到圖7(b)模式表示了把各相位結(jié)構(gòu)在平面上形成的情況，但也可以把各相位結(jié)構(gòu)形成在球面或非球面上。本說(shuō)明書(shū)把由圖4(a)、圖4(b)、圖5(a)、圖5(b)和圖7(a)、圖7(b)所示多個(gè)環(huán)帶構(gòu)成的衍射結(jié)構(gòu)用記號(hào)“DOE”表示，把由圖6(a)、圖6(b)所示內(nèi)部形成有臺(tái)階結(jié)構(gòu)的多個(gè)環(huán)帶構(gòu)成的衍射結(jié)構(gòu)用記號(hào)“HOE”表示。
通過(guò)設(shè)置這種相位結(jié)構(gòu)，例如抑制了隨溫度變化而半導(dǎo)體激光波長(zhǎng)變化時(shí)的球差，抑制了在使用由制造誤差而引起振蕩波長(zhǎng)從基準(zhǔn)波長(zhǎng)偏離的半導(dǎo)體激光時(shí)的球差，或即使在由激光跳模而射入光束的波長(zhǎng)瞬時(shí)變化時(shí)也能維持良好的記錄/再現(xiàn)特性。
利用在物鏡OBJ上設(shè)置的相位結(jié)構(gòu)，能校正由HD用波長(zhǎng)λ1的第一光束與DVD用波長(zhǎng)λ2的第二光束波長(zhǎng)差引起的色差，和/或由HD保護(hù)層與DVD保護(hù)層的厚度差引起的球差。在此所說(shuō)的色差，是指由波長(zhǎng)差引起的在光軸方向上波像差的最小位置變動(dòng)。例如通過(guò)把相位結(jié)構(gòu)設(shè)定成是對(duì)波長(zhǎng)λ1和λ2光束中的至少一個(gè)光束給予正衍射作用的衍射結(jié)構(gòu)，而能抑制由給予了衍射作用的光束的波長(zhǎng)變動(dòng)而引起產(chǎn)生的色差。
本實(shí)施例的物鏡，使用對(duì)波長(zhǎng)λ3的光束，其物鏡OBJ的焦距f3、光學(xué)系統(tǒng)倍率m3、HD和CD的保護(hù)層厚度t1和t3進(jìn)行設(shè)定，滿足(1)式。
0.01＜|m3|×(t3-t1)/f3＜0.03 (1)本發(fā)明的光拾取裝置PU，具備射出光束的波長(zhǎng)不同的三個(gè)光源，把這些光束通過(guò)一個(gè)物鏡OBJ向三種光盤(pán)的信息記錄面上聚光時(shí)，向基板厚度t3的CD進(jìn)行記錄/再現(xiàn)時(shí)的光學(xué)系統(tǒng)倍率m3，其依賴(lài)于焦距。即把HD的焦距f1決定為某特定的值時(shí)，則CD的焦距f3也唯一地被決定，且在焦距f3下的倍率m3也唯一地被決定。
表5和圖8是分別表示在包含波長(zhǎng)390nm～420nm光源(第一光源)的光拾取光學(xué)系統(tǒng)中，對(duì)兩個(gè)光盤(pán)(HD和DVD)記錄/再現(xiàn)時(shí)使無(wú)限光向物鏡射入，而對(duì)剩余的一個(gè)光盤(pán)(CD)記錄/再現(xiàn)時(shí)，為了校正由基板厚度差(t3-t1或t3-t2)引起的球差，而使有限光向物鏡射入情況下的焦距與倍率關(guān)系的表和曲線圖。
焦距f是1.65mm左右的薄型光拾取裝置，在|m3|×(t3-t1)/f3的值在超過(guò)(1)式上限時(shí)，不能得到足夠的工作距離WD，拾取光學(xué)系統(tǒng)不成立。而焦距f長(zhǎng)(2.5mm左右)時(shí)，則得不到希望的薄型光拾取裝置。因此，通過(guò)設(shè)定成滿足(1)式的范圍內(nèi)，能簡(jiǎn)單得到對(duì)基板厚度不同的三種光盤(pán)能進(jìn)行記錄/再現(xiàn)的光拾取裝置。


當(dāng)把從光源射出并在物鏡的主平面上通過(guò)從光軸向正交方向僅離開(kāi)距離H的地點(diǎn)的光束與光軸所成的角規(guī)定為u，把該光束與從物鏡的光盤(pán)側(cè)光學(xué)面射出后的光軸所成的角規(guī)定為U，把物鏡光源側(cè)光學(xué)面的折射率，即物鏡物方空間的折射率規(guī)定為n，把物鏡光盤(pán)側(cè)光學(xué)面的折射率，即物鏡像方空間的折射率規(guī)定為n′，把物鏡對(duì)該光束的光學(xué)系統(tǒng)倍率規(guī)定為m，把物鏡對(duì)該光束的焦距規(guī)定為f，把違反正弦條件量規(guī)定為SC，把用于波長(zhǎng)λ1的光束向HD聚光的違反正弦條件量的最大值規(guī)定為SC1max，把用于波長(zhǎng)λ3的光束向CD聚光的在物鏡有效口徑外端的違反正弦條件量的最大值規(guī)定為SC3max時(shí)，設(shè)定成滿足(2)式。
0.05＜|SC1max/SC3max|＜0.25 (2)其中，m＝0時(shí)，SC＝n·H/n′·sin U-fm≠0時(shí)，SC＝f(1-1/m)(sinu/sin U-m)圖9(a)、圖9(b)是說(shuō)明正弦條件用的說(shuō)明圖。在圖9(a)的情況下，透鏡130把由軸上物點(diǎn)131產(chǎn)生的光在軸上像點(diǎn)132上成像。在此，為了簡(jiǎn)單，把透鏡130設(shè)定成是無(wú)像差(在該狀態(tài)下沒(méi)有球差)。若把該透鏡130的近軸橫倍率設(shè)定成是β，則違反正弦條件量SC由下式給出。
SC＝(n×sinθ)/(n′×sinθ′)-β在此，n是物方側(cè)的折射率，n′是像方側(cè)的折射率。
圖9(b)表示物點(diǎn)131b在軸外的情況，這時(shí)像點(diǎn)132b也在軸外。該成像關(guān)系由于是軸外共軛點(diǎn)之間的成像關(guān)系，所以透鏡130即使是所謂的無(wú)像差透鏡，也產(chǎn)生像差。但其像差的產(chǎn)生程度則隨透鏡130滿足正弦條件的情況而變化。
在此，只要透鏡130滿足正弦條件，則像高h(yuǎn)與像差量的關(guān)系就如圖10(a)所示。這時(shí)產(chǎn)生的像差大致全部是像散，而不產(chǎn)生彗差。另一方面，在透鏡130違反正弦條件時(shí)，則像高h(yuǎn)與像差量的關(guān)系就如圖10(b)所示。這時(shí)由于產(chǎn)生像散的同時(shí)還產(chǎn)生彗差，所以比滿足正弦條件的情況，其有非常大的像差量。
即把光相對(duì)透鏡正確地從正面射入時(shí)，則滿足和不滿足正弦條件其成像特性都相同，而把光相對(duì)透鏡從斜向射入時(shí)，則成像特性(軸外特性)完全不同，所以大部分的光學(xué)系統(tǒng)通常都設(shè)計(jì)成滿足正弦條件。
圖11(a)、圖11(b)是無(wú)限系統(tǒng)光拾取裝置(向物鏡射入的光是平行光)和有限系統(tǒng)光拾取裝置(向物鏡射入的光是發(fā)散光)的說(shuō)明圖。是圖11(a)所示無(wú)限系統(tǒng)的光拾取裝置時(shí)，從光束源140發(fā)出的發(fā)散光由準(zhǔn)直透鏡141變成平行光，由物鏡142變成會(huì)聚光而在光學(xué)記錄媒體143的記錄表面上形成點(diǎn)。在無(wú)限系統(tǒng)中，物鏡142不論是在中立位置還是進(jìn)行跟蹤移動(dòng)，其都把平行光束正確地對(duì)物鏡從正面射入。即物鏡即使做跟蹤動(dòng)作，其像點(diǎn)也常在光軸上，所以至少物鏡不產(chǎn)生像差。且只要準(zhǔn)直透鏡也滿足正弦條件，則即使由跟蹤移動(dòng)而物點(diǎn)在軸外，也如圖11(a)所示那樣僅產(chǎn)生非常微小的像散。
因此，無(wú)限系統(tǒng)的光拾取裝置在原理上物鏡是不產(chǎn)生像差的，所以，正弦條件只要校正成在制造公差上沒(méi)問(wèn)題的程度便可。但若物鏡的設(shè)置角度有偏差，則即使是無(wú)限系統(tǒng)也是變成傾斜射入，所以在這種情況下就需要以不產(chǎn)生大的像差程度地來(lái)滿足正弦條件。
另一方面，是圖11(b)所示有限系統(tǒng)的光拾取裝置時(shí)，從光束源140b發(fā)出的發(fā)散光向物鏡142b射入，并在光學(xué)記錄媒體143b的記錄表面上形成點(diǎn)。在有限系統(tǒng)中，物鏡142b是在中立位置時(shí)，則發(fā)散光正確地對(duì)物鏡從正面射入，所以不產(chǎn)生像差，但在物鏡142b進(jìn)行跟蹤移動(dòng)時(shí)，則物點(diǎn)(即光束源140b)變成在軸外，所以成為與圖11(b)相同的狀態(tài)。
這時(shí)，只要物鏡142b充分滿足正弦條件，則如圖10(a)所示那樣僅產(chǎn)生微小的像散，沒(méi)問(wèn)題，但若違反正弦條件，則如圖10(b)那樣產(chǎn)生非常大的彗差，點(diǎn)的輪廓崩潰而再現(xiàn)困難。即有限系統(tǒng)的光拾取裝置需要物鏡充分滿足正弦條件，且為了能滿足正弦條件而需要選擇物鏡的非球面常數(shù)等。
考慮到所述無(wú)限系統(tǒng)和有限系統(tǒng)的不同，現(xiàn)有的DVD/CD互換的光拾取裝置，在進(jìn)行DVD再現(xiàn)時(shí)把物鏡設(shè)計(jì)成違反正弦條件而用無(wú)限系統(tǒng)進(jìn)行再現(xiàn)，在對(duì)更低密度的記錄媒體CD進(jìn)行再現(xiàn)時(shí)是設(shè)計(jì)成滿足正弦條件而用有限系統(tǒng)進(jìn)行再現(xiàn)。
在此，之所以在無(wú)限系統(tǒng)中把物鏡設(shè)計(jì)成違反正弦條件，而在有限系統(tǒng)中把物鏡設(shè)計(jì)成滿足正弦條件，是由于無(wú)限系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)在跟蹤移動(dòng)時(shí)原理上不產(chǎn)生像差，所以違反正弦條件幾乎沒(méi)問(wèn)題(即不需要滿足正弦條件)的緣故。
因此，只要這樣設(shè)計(jì)，就把任何記錄進(jìn)行再現(xiàn)，也不產(chǎn)生由跟蹤移動(dòng)引起的大的像差，能得到再現(xiàn)信號(hào)。
圖12(a)～圖12(c)是表示利用HD、DVD和CD時(shí)違反正弦條件量的圖。
如上所述，把HD和CD違反正弦條件量的最大值規(guī)定為SC1max和SC3max時(shí)，若|SC1max/SC3max|是比(2)式的下限小的數(shù)值時(shí)，則在波長(zhǎng)λ3光束有效口徑端部分的違反正弦條件量的絕對(duì)值超過(guò)0.07，焦距短的聚光光學(xué)元件，其特別是物鏡跟蹤時(shí)的彗差超過(guò)馬利科爾界限。而若是比上限大的數(shù)值時(shí)，則在使用波長(zhǎng)λ1光束時(shí)違反正弦條件量的絕對(duì)值的最大值變得過(guò)大，對(duì)HD的軸外特性惡化。
這樣，通過(guò)把|SC1max/SC3max|設(shè)定在(2)式的范圍內(nèi)，就確保了HD的軸外特性，而且把以有限使用時(shí)跟蹤的彗差發(fā)生量，即使焦距是足夠小的值時(shí)，也能使其小于或等于馬利科爾界限。
把第一區(qū)域的曲率半徑設(shè)定為1Rr1，把第二區(qū)域的曲率半徑設(shè)定為1Rr2，把第三區(qū)域的曲率半徑設(shè)定為2Rr1，把第四區(qū)域的曲率半徑設(shè)定為2Rr2時(shí)，設(shè)定成滿足(3)式。
0.5＜(1Rr2-2Rr2)/(1Rr1-2Rr1)＜1.5 (3)(3)式表示關(guān)于把光學(xué)面分割成多個(gè)區(qū)域的焦距短的物鏡，在低于下限值0.5的范圍，內(nèi)側(cè)的曲率半徑(1Rr1和2Rr1)與外側(cè)的曲率半徑(1Rr2和2Rr2)不同。在低于下限值0.5時(shí)，就意味著物鏡光源側(cè)和光盤(pán)側(cè)至少一個(gè)的外側(cè)區(qū)域的近軸半徑小，而近軸半徑小，則軸外特性、制造上透鏡面的偏心誤差的影響就大。
(3)式的范圍設(shè)定成不包含1。其理由是若想用本發(fā)明的技術(shù)校正彗差，則必須是內(nèi)側(cè)區(qū)域與外側(cè)區(qū)域的近軸曲率半徑不同。
這樣，通過(guò)把(1Rr2-2Rr2)/(1Rr1-2Rr1)設(shè)定在(3)式的范圍內(nèi)，就能對(duì)三種波長(zhǎng)校正球差的同時(shí)，還能規(guī)定也能校正軸外像差的物鏡光學(xué)面的面形狀。這樣，能防止非球面的曲率半徑在內(nèi)側(cè)區(qū)域與外側(cè)區(qū)域有大的不同。
若外側(cè)區(qū)域的近軸曲率半徑小，則發(fā)生在射出成型的制造上產(chǎn)生相對(duì)面移動(dòng)時(shí)的像差，但該像差只要進(jìn)入該范圍，則能成為充分抑制了像差發(fā)生量的物鏡。
把對(duì)CD進(jìn)行信息記錄/再現(xiàn)時(shí)，有限共軛系統(tǒng)物鏡有效口徑端的違反正弦條件量規(guī)定為SCmax時(shí)，設(shè)定成滿足(4)式。
0.03＜|SCmax|/f＜0.05 (4)|SCmax|比下限值0.03小，能舉出焦距f大或SCmax的絕對(duì)值小的情況，但為了組裝成薄型光拾取裝置，希望物鏡的焦距是1.8mm～2.3mm，特別是在1.8mm～2.0mm時(shí)為理想。若在有限系統(tǒng)中把SCmax抑制小，則不能滿足其他光盤(pán)(HD和DVD)的正弦條件，所以有可能不能實(shí)現(xiàn)三種光盤(pán)之間的互換性。
比上限值0.05大的情況，能舉出焦距f小或SCmax大，但若焦距過(guò)小(例如f＝1.6以下)，則不能得到足夠的工作距離，若SCmax過(guò)大，則產(chǎn)生不能抑制在有限共軛系統(tǒng)透鏡移動(dòng)時(shí)的彗差的不好情況。
在薄型光拾取裝置的結(jié)構(gòu)中，希望使用焦距f是1.8～2.3mm的物鏡，特別是使用1.8mm～2.0mm的物鏡為理想。為了抑制有限共軛系統(tǒng)透鏡移動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的彗差，焦距越短就越需要控制違反正弦條件量而把SCmax變小。(4)式表示焦距f與|SCmax|的關(guān)系，只要是進(jìn)入了(4)式數(shù)值范圍內(nèi)的違反正弦條件量，就能得到薄型的對(duì)三個(gè)波長(zhǎng)在記錄/再現(xiàn)中能使用，且也保證軸外特性的光拾取裝置用的物鏡。
本實(shí)施例在對(duì)CD進(jìn)行信息記錄/再現(xiàn)時(shí)是有限共軛系統(tǒng)，但并不限定于此，也可以對(duì)HD是有限共軛系統(tǒng)，對(duì)DVD是有限共軛系統(tǒng)，對(duì)HD/DVD/CD所有的是有限共軛系統(tǒng)。
作為用于對(duì)應(yīng)NA3進(jìn)行孔徑限制的孔徑元件，也可以是在物鏡OBJ的光學(xué)面S1近旁配置孔徑限制元件AP，通過(guò)雙軸傳動(dòng)裝置把孔徑限制元件AP和物鏡OBJ一體進(jìn)行跟蹤驅(qū)動(dòng)的結(jié)構(gòu)。
在這時(shí)孔徑限制元件AP的光學(xué)面上，形成有具有透射率波長(zhǎng)選擇性的波長(zhǎng)選擇濾波器WF。由于該波長(zhǎng)選擇濾波器WF具有在NA3內(nèi)區(qū)域使第一波長(zhǎng)λ1到第三波長(zhǎng)λ3的所有波長(zhǎng)透射，在從NA3到NA1的區(qū)域僅遮斷第三波長(zhǎng)λ3，而使第一波長(zhǎng)λ1和第二波長(zhǎng)λ2透射的透射率波長(zhǎng)選擇性，所以利用該波長(zhǎng)選擇性能進(jìn)行對(duì)應(yīng)NA3的孔徑限制。
作為孔徑的限制方法，不僅有利用波長(zhǎng)選擇濾波器WF的方法，也可以是機(jī)械切換光闌的方式和后述利用液晶相位控制元件LCD的方式。
物鏡OBJ，從重量輕、便宜的觀點(diǎn)看最好是塑料的，但若考慮耐溫性、耐光性，則也可以用玻璃制作。現(xiàn)在在市場(chǎng)上出售的主要是折射型玻璃模制非球面透鏡，若使用正在進(jìn)行開(kāi)發(fā)的低熔點(diǎn)玻璃，則設(shè)置有衍射結(jié)構(gòu)的玻璃模制透鏡也能制作。而且光學(xué)用途塑料的開(kāi)發(fā)也在進(jìn)行中，其中有溫度引起折射率變化小的材料。其把由溫度引起折射率變化的符號(hào)相反的無(wú)機(jī)微粒進(jìn)行混合，這樣來(lái)使樹(shù)脂整體由溫度引起折射率變化小，同樣地，其有把分散小的無(wú)機(jī)微粒進(jìn)行混合而減小樹(shù)脂整體分散的材料，如果把其使用在BD用物鏡中時(shí)，則更加有效果。
下面說(shuō)明在上述實(shí)施方式中所示光學(xué)元件的實(shí)施例。
表1表示實(shí)施例1的透鏡數(shù)據(jù)。
HD DVD/DVD/CD三種互換精巧型實(shí)施例實(shí)施例1 透鏡數(shù)據(jù)物鏡的焦距 f1＝2.0mm f2＝2.06mm f3＝2.04mm像面?zhèn)葦?shù)值口徑 NA10.65 NA20.65 NA30.512面衍射級(jí)數(shù) n13 n22 n322′面衍射級(jí)數(shù) n13 n22倍率m10 m20 m3-1/17.8

*di表示從第i面到第i+1面的變位。
*d2′、d3′分別表示從第2面到第2′面和從第3面到第3′面的變位。
非球面數(shù)據(jù)第2面(0＜h≤1.09mmHD DVD/DVD/CD共有區(qū)域)非球面系數(shù)k-5.9999×E-1A4 +1.0790×E-3A6 -9.0067×E-3A8 +1.7421×E-2A10 +1.4568×E-3A12 -1.1364×E-2
A14 +3.4077×E-3光程差函數(shù)B2-1.2267×E+1B4-1.1046×E-1B6-7.0887B8+6.0938B10 -1.8741第2′面(1.09mm＜hHD DVD/DVD共有區(qū)域)非球面系數(shù)k -5.5438×E-1A4-9.4122×E-3A6-1.5087×E-2A8+2.8617×E-2A10 -2.4236×E-2A12 +1.1323×E-2A14 -2.4337×E-3光程差函數(shù)B2-1.2267×E+1B4-4.3941B6+2.9942B8-2.0690B10 +3.2891×E-1第3面(0＜h≤0.87mmHD DVD/DVD/CD共有區(qū)或)非球面系數(shù)k -1.6059×E+2A4-5.0210×E-2A6+1.7136×E-1A8-1.2503×E-1A10 -1.3210×E-1A12 +1.9329×E-1A14 -2.7118×E-2
A16 -3.1989×E-2第3′面(0.87mm＜hHD DVD/DVD共有區(qū)域)非球面系數(shù)k -2.0000×E+2A4+1.1834×E-2A6-5.7758×E-2A8+5.7275×E-2A10 +2.3071×E-2A12 -6.4775×E-2A14 +3.5153×E-2A16 -6.3388×E-3如表1所示，本實(shí)施例在物鏡中適用本發(fā)明的聚光光學(xué)元件。
本實(shí)施例的物鏡是HD/DVD/CD互換用，HD是設(shè)定為焦距f1＝2.0mm，倍率m1＝0，DVD是設(shè)定為焦距f2＝2.06mm，倍率m2＝0，CD是設(shè)定為焦距f3＝2.04mm，倍率m3＝-1/17.8。
物鏡的射入面(光源側(cè)的光學(xué)面)被分割成從光軸開(kāi)始的高度h在0＜h≤1.09mm的范圍內(nèi)且與NA3內(nèi)區(qū)域?qū)?yīng)的第一區(qū)域AREA1(第2面)，和在1.09mm＜h的范圍內(nèi)且與從NA3到NA1的區(qū)域?qū)?yīng)的第二區(qū)域AREA2(第2′面)。在第一區(qū)域AREA1和第二區(qū)域AREA2上形成有以光軸為中心多個(gè)同心圓狀環(huán)帶構(gòu)成，且包含光軸的斷面形狀是鋸齒狀的衍射結(jié)構(gòu)DOE。
物鏡的射出面(光盤(pán)側(cè)的光學(xué)面)被分割成從光軸開(kāi)始的高度h在0＜h≤0.87mm的范圍內(nèi)且與NA3內(nèi)區(qū)域?qū)?yīng)的第三區(qū)域AREA3(第3面)，和在0.87mm＜h的范圍內(nèi)且與從NA3到NA1的區(qū)域?qū)?yīng)的第四區(qū)域AREA4(第3′面)。
第2面、第2′面、第3面和第3′面形成在由把表1所示的系數(shù)帶入下式的式1的數(shù)式所規(guī)定的在光軸L的周?chē)奢S對(duì)稱(chēng)的非球面上。
X=(h2/r)1+1-(1+k)(h/r)2+Σi=2A2ih2i]]>
在此，X是光軸方向的軸(把光行進(jìn)的方向設(shè)定為正)，k是圓錐系數(shù)，A2i是非球面系數(shù)。
第2面和第2′面上的衍射結(jié)構(gòu)DOE，由利用該結(jié)構(gòu)附加在透射波陣面上的光程差表示。該光程差在把h(mm)規(guī)定為與光軸垂直方向的高度，把B2i規(guī)定為光程差函數(shù)的系數(shù)，把n規(guī)定為射入光束的衍射光中具有最大衍射效率衍射光的衍射級(jí)數(shù)，把λ(nm)規(guī)定為射入衍射結(jié)構(gòu)光束的波長(zhǎng)，把λB(nm)規(guī)定為衍射結(jié)構(gòu)的制造波長(zhǎng)時(shí)，由把表1所示的系數(shù)帶入下式的式2的數(shù)式所定義的光程差函數(shù)φ(h)(mm)表示。
衍射結(jié)構(gòu)DOE的炫耀化波長(zhǎng)λB是1.0mm。
光程差函數(shù)φ(h)=(Σi=05B2ih2i)×n×λ/λB]]>表2表示實(shí)施例2的透鏡數(shù)據(jù)。
HD DVD/DVD/CD三種互換精巧型實(shí)施例實(shí)施例2 透鏡數(shù)據(jù)物鏡的焦距 f1＝1.80mm f2＝1.85mm f3＝1.84mm像面?zhèn)葦?shù)值口徑 NA10.65 NA20.65 NA30.512面衍射級(jí)數(shù) n13 n22 n322′面衍射級(jí)數(shù) n13 n22倍率m10 m20 m3-1/15.2


*di表示從第i面到第i+1面的變位。
*d2′、d3′分別表示從第2面到第2′面和從第3面到第3′面的變位。
非球面數(shù)據(jù)第2面(0＜h≤1.01mmHD DVD/DVD/CD共有區(qū)域)非球面系數(shù)k -5.6986×E-1A4+2.4664×E-3A6-1.0652×E-2A8+1.7282×E-2A10 +3.2830×E-3A12 -1.7580×E-2A14 +6.3078×E-3光程差函數(shù)B2-1.2267×E+1B4-9.2504×E-1B6-7.9210B8+7.9487B10 -3.1583第2′面(1.01mm＜hHD DVD/DVD共有區(qū)域)非球面系數(shù)k -4.6245×E-1A4+1.1558×E-2A6-1.1317×E-2A8+2.4075×E-2A10 -2.7640×E-2A12 +1.0557×E-2A14 -1.8418×E-3光程差函數(shù)
B2-1.2267×E+1B4-4.8219B6+2.8386B8-2.3680B10 +2.9605×E-1第3面(0＜h≤0.775mmHD DVD/DVD/CD共有區(qū)域)非球面系數(shù)k -7.3912×E+1A4-2.1557×E-2A6+1.6310×E-1A8-2.0506×E-1A10 -1.2079×E-1A12 +4.0523×E-1A14 -2.0895×E-1A16 -1.7327×E-2第3′面(0.775mm＜hHD DVD/DVD共有區(qū)域)非球面系數(shù)k -2.3793×E+2A4+7.0966×E-3A6-4.1298×E-2A8+4.5005×E-2A10 +1.0140×E-2A12 -6.3910×E-2A14 +4.9454×E-2A16 -1.2399×E-2如表2所示，本實(shí)施例在物鏡中適用本發(fā)明的聚光光學(xué)元件。
本實(shí)施例的物鏡是HD/DVD/CD互換用，HD是設(shè)定為焦距f1＝1.8mm，倍率m1＝0，DVD是設(shè)定為焦距f2＝1.85mm，倍率m2＝0，CD是設(shè)定為焦距f3＝1.84mm，倍率m3＝-1/15.2。
物鏡的射入面(光源側(cè)的光學(xué)面)被分割成從光軸開(kāi)始的高度h在0＜h≤1.01mm的范圍內(nèi)且與NA3內(nèi)區(qū)域?qū)?yīng)的第一區(qū)域AREA1(第2面)，和在1.01mm＜h的范圍內(nèi)且與從NA3到NA1的區(qū)域?qū)?yīng)的第二區(qū)域AREA2(第2′面)。在第一區(qū)域AREA1和第二區(qū)域AREA2上形成有以光軸為中心多個(gè)同心圓狀環(huán)帶構(gòu)成，且包含光軸的斷面形狀是鋸齒狀的衍射結(jié)構(gòu)DOE。
物鏡的射出面(光盤(pán)側(cè)的光學(xué)面)被分割成從光軸開(kāi)始的高度h在0＜h≤0.775mm的范圍內(nèi)且與NA3內(nèi)區(qū)域?qū)?yīng)的第三區(qū)域AREA3(第3面)，和在0.775mm＜h的范圍內(nèi)且與從NA3到NA1的區(qū)域?qū)?yīng)的第四區(qū)域AREA4(第3′面)。
第2面、第2′面、第3面和第3′面形成在由把表2所示的系數(shù)帶入上述式1的數(shù)式所規(guī)定的在光軸L的周?chē)奢S對(duì)稱(chēng)的非球面上。
第2面和第2′面上的衍射結(jié)構(gòu)DOE，由利用該結(jié)構(gòu)附加在透射波陣面上的光程差表示。該光程差由把表2所示的系數(shù)帶入上述式2所定義的光程差函數(shù)φ(h)(mm)表示。
衍射結(jié)構(gòu)DOE的炫耀化波長(zhǎng)λB是1.0mm。
表3表示實(shí)施例3的透鏡數(shù)據(jù)。
實(shí)施例3 透鏡數(shù)據(jù)物鏡的焦距 f1＝2.30mm f2＝2.36mm f3＝2.34mm像面?zhèn)葦?shù)值口徑 NA10.65 NA20.65 NA30.512面衍射級(jí)數(shù) n13 n22 n322′面衍射級(jí)數(shù) n13 n22倍率m10 m20 m3-1/20


*di表示從第i面到第i+1面的變位。
*d2′、表示從第2面到第2′面的變位。
非球面數(shù)據(jù)第2面(0＜h≤1.272mmHD DVD/DVD/CD共有區(qū)域)非球面系數(shù)k -2.4802E-01A4-1.0368E-02A6-3.5652E-03A81.6302E-03A10 -1.1067E-03A12 1.6921E-04A14 -9.7068E-05光程差函數(shù)C2-1.2267E+01C4-1.0085E+00C6-1.4478E+00C86.6731E-01C10 -1.4060E-01第2′面(1.272mm＜hHD DVD/DVD共有區(qū)域)非球面系數(shù)k -2.4458E-01A4-8.6225E-03A6-6.1327E-03A83.4373E-03A10 -2.7396E-03A12 9.5412E-04A14 -2.3741E-04光程差函數(shù)C2-1.2566E+01C4-6.5714E-01
C6-1.4136E+00C85.2675E-01C10 -1.0405E-01第3面非球面系數(shù)k -5.0000E+00A11.5346E-02A23.0181E-02A3-4.2087E-02A42.3341E-02A5-6.6328E-03A68.0143E-04如表3所示，本實(shí)施例在物鏡中適用本發(fā)明的聚光光學(xué)元件。
本實(shí)施例的物鏡是HD/DVD/CD互換用，HD是設(shè)定為焦距f1＝2.30mm，倍率m1＝0，DVD是設(shè)定為焦距f2＝2.36mm，倍率m2＝0，CD是設(shè)定為焦距f3＝2.34mm，倍率m3＝-1/20。
物鏡的射入面(光源側(cè)的光學(xué)面)被分割成從光軸開(kāi)始的高度h在0＜h≤1.272mm的范圍內(nèi)且與NA3內(nèi)區(qū)域?qū)?yīng)的第一區(qū)域AREA1(第2面)，和在1.272mm＜h的范圍內(nèi)且與從NA3到NA1的區(qū)域?qū)?yīng)的第二區(qū)域AREA2(第2′面)。在第一區(qū)域AREA1和第二區(qū)域AREA2上形成有以光軸為中心多個(gè)同心圓狀環(huán)帶構(gòu)成，且包含光軸的斷面形狀是鋸齒狀的衍射結(jié)構(gòu)DOE。
在物鏡的射出面(光盤(pán)側(cè)的光學(xué)面)上設(shè)置有與NA3內(nèi)區(qū)域?qū)?yīng)的第三區(qū)域AREA3(第3面)。
第2面、第2′面和第3面形成在由把表3所示的系數(shù)帶入上述式1的數(shù)式所規(guī)定的在光軸L的周?chē)奢S對(duì)稱(chēng)的非球面上。
第2面和第2′面上的衍射結(jié)構(gòu)DOE，由利用該結(jié)構(gòu)附加在透射波陣面上的光程差表示。該光程差由把表3所示的系數(shù)帶入上述式2所定義的光程差函數(shù)φ(h)(mm)表示。
衍射結(jié)構(gòu)DOE的炫耀化波長(zhǎng)λB是1.0mm。
表4表示實(shí)施例4的透鏡數(shù)據(jù)。
實(shí)施例4 透鏡數(shù)據(jù)物鏡的焦距 f1＝2.30mm f2＝2.38mm f3＝2.41mm像面?zhèn)葦?shù)值口徑 NA10.65 NA20.65 NA30.52面衍射級(jí)數(shù) n13 n22 n32倍率m10 m20 m3-1/26

*di表示從第i面到第i+1面的變位。
*d2′、表示從第2面到第2′面的變位。
非球面數(shù)據(jù)第2面(0＜h≤1.496mmHD DVD/DVD/CD共有區(qū)域)非球面系數(shù)k -3.4237E-01A4-1.1974E-02A6-5.2822E-03A83.0046E-03A10 -1.5325E-03A12 2.1957E-04A14 -8.4256E-05光程差函數(shù)C24.3821E+00
C4-2.9297E-01C6-1.8293E+00C88.9630E-01C10 -1.8216E-01第2′面(1.496mm＜hDVD專(zhuān)用區(qū)域)非球面系數(shù)k 3.4446E-01A4-6.8372E-02A6-2.8158E-02A81.5041E-02A10 7.6089E-03A12 1.5883E-03A14 -5.4780E-04第3面非球面系數(shù)k 5.4841E-01A11.3559E-02A23.5243E-02A3-4.1234E-02A42.1535E-02A5-5.8432E-03A66.8990E-04如表4所示，本實(shí)施例在物鏡中適用本發(fā)明的聚光光學(xué)元件。
本實(shí)施例的物鏡是HD/DVD/CD互換用，HD是設(shè)定為焦距f1＝2.30mm，倍率m1＝0，DVD是設(shè)定為焦距f2＝2.38mm，倍率m2＝0，CD是設(shè)定為焦距f3＝2.41mm，倍率m3＝-1/26。
物鏡的射入面(光源側(cè)的光學(xué)面)被分割成從光軸開(kāi)始的高度h在0＜h≤1.496mm的范圍內(nèi)且與NA3內(nèi)區(qū)域?qū)?yīng)的第一區(qū)域AREA1(第2面)，和在1.496mm＜h的范圍內(nèi)且與從NA3到NA1的區(qū)域?qū)?yīng)的第二區(qū)域AREA2(第2′面)。在第一區(qū)域AREA1上形成有以光軸為中心多個(gè)同心圓狀環(huán)帶構(gòu)成，且包含光軸的斷面形狀是鋸齒狀的衍射結(jié)構(gòu)DOE。
在物鏡的射出面(光盤(pán)側(cè)的光學(xué)面)上設(shè)置有與NA3內(nèi)區(qū)域?qū)?yīng)的第三區(qū)域AREA3(第3面)。
第2面、第2′面和第3面形成在由把表4所示的系數(shù)帶入上述式1的數(shù)式所規(guī)定的在光軸L的周?chē)奢S對(duì)稱(chēng)的非球面上。
第2面上的衍射結(jié)構(gòu)DOE，由利用該結(jié)構(gòu)附加在透射波陣面上的光程差表示。該光程差由把表4所示的系數(shù)帶入上述式2所定義的光程差函數(shù)φ(h)(mm)表示。
衍射結(jié)構(gòu)DOE的炫耀化波長(zhǎng)λB是1.0mm。
圖13和圖14是表示實(shí)施例1和實(shí)施例2透鏡移動(dòng)發(fā)生時(shí)的波陣面像差產(chǎn)生量的曲線圖，圖15是表示作為比較例現(xiàn)有的物鏡(焦距f1＝1.8mm)透鏡移動(dòng)發(fā)生時(shí)的波陣面像差產(chǎn)生量的曲線圖。
從圖13～圖15了解到，在透鏡移動(dòng)了0.35mm時(shí)，現(xiàn)有的物鏡超過(guò)馬利科爾界限0.07[λrms]，而實(shí)施例1的物鏡(焦距f1＝2.0mm)和實(shí)施例2的物鏡(焦距f1＝1.8mm)沒(méi)超過(guò)馬利科爾界限0.07[λrms]。
了解到在透鏡移動(dòng)了0.5mm時(shí)，由于實(shí)施例1的物鏡(焦距f1＝2.0mm)沒(méi)超過(guò)馬利科爾界限0.07[λrms]，所以，使用實(shí)施例1的物鏡從抑制透鏡移動(dòng)時(shí)波像差的觀點(diǎn)看，其是更理想的。
權(quán)利要求
1.一種聚光光學(xué)元件，其使用于光拾取裝置中，對(duì)保護(hù)基板厚度t1(mm)的第一光盤(pán)使用從第一光源射出的波長(zhǎng)λ1(nm)的第一光束進(jìn)行信息的再現(xiàn)和/或記錄，對(duì)保護(hù)基板厚度t2(mm)的第二光盤(pán)使用從第二光源射出的波長(zhǎng)λ2(nm)的第二光束進(jìn)行信息的再現(xiàn)和/或記錄，對(duì)保護(hù)基板厚度t3(mm)的第三光盤(pán)使用從第三光源射出的波長(zhǎng)λ3(nm)的第三光束進(jìn)行信息的再現(xiàn)和/或記錄，該聚光光學(xué)元件包括在該聚光光學(xué)元件中的至少在一個(gè)光學(xué)面上設(shè)置相位結(jié)構(gòu)；厚度t1、t2、t3滿足t1≤t2＜t3；把所述第三光盤(pán)記錄和/或再現(xiàn)時(shí)需要的有效光束中所述聚光光學(xué)元件的光學(xué)系統(tǒng)倍率設(shè)為m3，把所述聚光光學(xué)元件對(duì)所述第三光束的焦距設(shè)為f3時(shí)，焦距f3滿足0.01＜|m3|×(t3-t1)/f3＜0.03。
2.如權(quán)利要求1所述的聚光光學(xué)元件，其中，把從所述第一至第三光源中任一光源射出并通過(guò)所述聚光光學(xué)元件的主平面上在正交方向上離開(kāi)光軸距離H的位置的光束與光軸所成的角設(shè)為u；把光軸與從與所述聚光光學(xué)元件的所述光盤(pán)側(cè)相對(duì)的光學(xué)面射出的光束所成的角設(shè)為U；把所述聚光光學(xué)元件物方空間的折射率設(shè)為n；把所述聚光光學(xué)元件像方空間的折射率設(shè)為n′；把所述聚光光學(xué)系統(tǒng)對(duì)所述光束的光學(xué)系統(tǒng)倍率設(shè)為m；把所述聚光光學(xué)系統(tǒng)對(duì)所述光束的焦距設(shè)為f；把違反正弦條件量設(shè)為SC，SC滿足m＝0時(shí)，SC＝n×H/n′×sinU-fm≠0時(shí)，SC＝f(1-1/m)(sinu/sinU-m)其中，SC1max是將所述第一光束向所述第一光盤(pán)聚光的違反正弦條件量的最大值，SC3max是將所述第三光束向所述第三光盤(pán)聚光的違反正弦條件量的最大值，此時(shí)所述聚光光學(xué)元件滿足0.05≤|SC1max/SC3max|≤0.25。
3.如權(quán)利要求2所述的聚光光學(xué)元件，其中，當(dāng)把所述聚光光學(xué)元件對(duì)所述第一光束的像方數(shù)值口徑設(shè)為NA1，把所述聚光光學(xué)元件對(duì)所述第三光束的像方數(shù)值口徑設(shè)為NA3時(shí)，滿足0.5≤NA1≤0.70.4≤NA3≤0.64。
4.如權(quán)利要求1所述的聚光光學(xué)元件，其中，聚光光學(xué)元件的各個(gè)與光源側(cè)相對(duì)的光學(xué)面和與所述光盤(pán)側(cè)相對(duì)的光學(xué)面被分割成以光軸為中心的同心圓狀的多個(gè)區(qū)域，該多個(gè)區(qū)域包括第一區(qū)域，其位于與所述光源側(cè)相對(duì)的光學(xué)面上并包含光軸；第二區(qū)域，其位于該第一區(qū)域外周側(cè)；第三區(qū)域，其位于與所述光盤(pán)側(cè)相對(duì)的光學(xué)面上并包含光軸；第四區(qū)域，其位于該第三區(qū)域外周側(cè)，使通過(guò)所述第一區(qū)域和所述第三區(qū)域的所述第一至第三光束分別用于對(duì)所述第一至第三光盤(pán)進(jìn)行信息的再現(xiàn)或記錄，使通過(guò)所述第二區(qū)域和所述第四區(qū)域的所述第一光束和所述第二光束分別用于對(duì)所述第一光盤(pán)和第二光盤(pán)進(jìn)行信息的再現(xiàn)或記錄，所述聚光光學(xué)元件滿足0.5≤(1Rr2-2Rr2)/(1Rr1-2Rr1)≤1.5，其中，1Rr1是所述第一區(qū)域的曲率半徑，1Rr2是所述第二區(qū)域的曲率半徑，2Rr1是所述第三區(qū)域的曲率半徑，2Rr2是所述第四區(qū)域的曲率半徑。
5.如權(quán)利要求4所述的聚光光學(xué)元件，其中，所述第一區(qū)域從光軸離開(kāi)的距離h是為了在所述第三光盤(pán)的信息記錄面上形成聚光點(diǎn)而需要的有效光束口徑的高度。
6.如權(quán)利要求1所述的聚光光學(xué)元件，其中，將在光拾取裝置使用有限共軛系統(tǒng)向所述第三光盤(pán)再現(xiàn)或記錄信息時(shí)，在所述聚光光學(xué)元件有效口徑外端的違反正弦條件量的值設(shè)為SCmax；將聚光光學(xué)系統(tǒng)對(duì)從所述第一至第三光源中一個(gè)光源射出的光束中，通過(guò)在所述聚光光學(xué)元件的主平面上并且在正交方向上離開(kāi)光軸距離H的位置的光束的焦距設(shè)為f時(shí)，滿足0.03≤|SCmax|/f≤0.05。
7.如權(quán)利要求1所述的聚光光學(xué)元件，其中，所述聚光光學(xué)元件是由單片透鏡構(gòu)成的。
8.如權(quán)利要求1所述的聚光光學(xué)元件，其中，將所述聚光光學(xué)元件對(duì)從所述第一至第三光源中的一個(gè)光源射出的光束的焦距設(shè)為f(mm)時(shí)，滿足1.8≤f≤2.3。
9.如權(quán)利要求8所述的聚光光學(xué)元件，其中，所述聚光光學(xué)元件滿足1.8≤f≤2.0。
10.如權(quán)利要求1所述的聚光光學(xué)元件，其中，所述聚光光學(xué)元件滿足0.035≤|m3|≤0.066。
11.如權(quán)利要求1所述的聚光光學(xué)元件，其中，所述聚光光學(xué)元件滿足下式1.5×λ1≤λ2≤1.7×λ11.8×λ1≤λ3≤2.2×λ1。
12.如權(quán)利要求1所述的聚光光學(xué)元件，其中，所述聚光光學(xué)元件滿足下式0.9×t1≤t2≤1.1×t11.9×t1≤t3≤2.1×t1。
13.一種用于記錄和/或再現(xiàn)信息的光拾取裝置，其包括第一光源，其對(duì)保護(hù)基板厚度t1(mm)的第一光盤(pán)射出進(jìn)行信息的記錄和/或再現(xiàn)的波長(zhǎng)λ1(nm)的第一光束；第二光源，其對(duì)保護(hù)基板厚度t2(mm)的第二光盤(pán)射出進(jìn)行信息的記錄和/或再現(xiàn)的波長(zhǎng)λ2(nm)的第二光束；第三光源，其對(duì)保護(hù)基板厚度t3(mm)的第三光盤(pán)射出進(jìn)行信息的記錄和/或再現(xiàn)的波長(zhǎng)λ3(nm)的第三光束；聚光光學(xué)元件，其至少在一個(gè)光學(xué)面上具有相位結(jié)構(gòu)，并把所述第一光束、第二光束和第三光束分別向所述第一、第二、第三光盤(pán)上聚光，其中，所述厚度t1、t2、t3滿足t1≤t2＜t3，把所述第三光盤(pán)記錄和/或再現(xiàn)時(shí)需要的有效光束中所述聚光光學(xué)元件的光學(xué)系統(tǒng)倍率設(shè)為m3，把所述聚光光學(xué)元件對(duì)所述第三光束的焦距設(shè)為f3時(shí)，焦距f3滿足0.01＜|m3|×(t3-t1)/f3＜0.03。
14.如權(quán)利要求13所述的光拾取裝置，其中，把從所述第一至第三光源中任一光源射出并通過(guò)所述聚光光學(xué)元件的主平面上在正交方向上離開(kāi)光軸距離H的位置的光束與光軸所成的角設(shè)為u；把光軸與從與所述聚光光學(xué)元件的所述光盤(pán)側(cè)相對(duì)的光學(xué)面射出的光束所成的角設(shè)為U；把所述聚光光學(xué)元件物方空間的折射率設(shè)為n；把所述聚光光學(xué)元件像方空間的折射率設(shè)為n′；把所述聚光光學(xué)系統(tǒng)對(duì)所述光束的光學(xué)系統(tǒng)倍率設(shè)為m；把所述聚光光學(xué)系統(tǒng)對(duì)所述光束的焦距設(shè)為f；把違反正弦條件量設(shè)為SC，SC滿足m＝0時(shí)，SC＝n×H/n′×sinU-fm≠0時(shí)，SC＝f(1-1/m)(sinu/sinU-m)其中，SC1max是將所述第一光束向所述第一光盤(pán)聚光的違反正弦條件量的最大值，SC3max是將所述第三光束向所述第三光盤(pán)聚光的違反正弦條件量的最大值，此時(shí)滿足所述光拾取裝置滿足0.05≤|SC1max/SC3max|≤0.25。
15.如權(quán)利要求14所述的光拾取裝置，其中，當(dāng)把所述聚光光學(xué)元件對(duì)所述第一的像方數(shù)值口徑設(shè)為NA1，把所述聚光光學(xué)元件對(duì)所述第三光束的像方數(shù)值口徑設(shè)為NA3時(shí)，滿足0.5≤NA1≤0.70.4≤NA3≤0.64。
16.如權(quán)利要求13所述的光拾取裝置，其中，聚光光學(xué)元件的各個(gè)與光源側(cè)相對(duì)的光學(xué)面和與所述光盤(pán)側(cè)相對(duì)的光學(xué)面被分割成以光軸為中心的同心圓狀的多個(gè)區(qū)域，該多個(gè)區(qū)域包括第一區(qū)域，其位于與所述光源側(cè)相對(duì)的光學(xué)面上并包含光軸；第二區(qū)域，其位于該第一區(qū)域外周側(cè)；第三區(qū)域，其位于與所述光盤(pán)側(cè)相對(duì)的光學(xué)面上并包含光軸；第四區(qū)域，其位于該第三區(qū)域外周側(cè)，使通過(guò)所述第一區(qū)域和所述第三區(qū)域的所述第一至第三光束分別用于對(duì)所述第一至第三光盤(pán)進(jìn)行信息的再現(xiàn)或記錄，使通過(guò)所述第二區(qū)域和所述第四區(qū)域的所述第一光束和所述第二光束分別用于對(duì)所述第一光盤(pán)和第二光盤(pán)進(jìn)行信息的再現(xiàn)或記錄，所述聚光光學(xué)元件滿足0.5≤(1Rr2-2Rr2)/(1Rr1-2Rr1)≤1.5，其中，1Rr1是所述第一區(qū)域的曲率半徑，1Rr2是所述第二區(qū)域的曲率半徑，2Rr1是所述第三區(qū)域的曲率半徑，2Rr2是所述第四區(qū)域的曲率半徑。
17.如權(quán)利要求16所述的光拾取裝置，其中，所述聚光光源元件的所述第一區(qū)域從光軸離開(kāi)的距離h是為了在所述第三光盤(pán)的信息記錄面上形成聚光點(diǎn)而需要的有效光束口徑的高度。
18.如權(quán)利要求13所述的光拾取裝置，其中，將在光拾取裝置使用有限共軛系統(tǒng)向所述第三光盤(pán)再現(xiàn)或記錄信息時(shí)，在所述聚光光學(xué)元件有效口徑外端的違反正弦條件量的值設(shè)為SCmax；將聚光光學(xué)系統(tǒng)對(duì)從所述第一至第三光源中一個(gè)光源射出的光束中，通過(guò)在所述聚光光學(xué)元件的主平面上并且在正交方向上離開(kāi)光軸距離H的位置的光束的焦距設(shè)為f時(shí)，滿足0.03≤|SCmax|/f≤0.05。
19.如權(quán)利要求13所述的光拾取裝置，其中，所述聚光光學(xué)元件是由單片透鏡構(gòu)成的。
20.如權(quán)利要求13所述的光拾取裝置，其中，將所述聚光光學(xué)元件對(duì)從所述第一至第三光源中的一個(gè)光源射出的光束的焦距設(shè)為f(mm)時(shí)，滿足1.8≤f≤2.3。
21.如權(quán)利要求13所述的光拾取裝置，其中，所述光拾取裝置滿足下式1.8≤f≤2.0。
22.如權(quán)利要求13所述的光拾取裝置，其中，所述光拾取裝置滿足下式0.035≤|m3|≤0.066。
23.如權(quán)利要求13所述的光拾取裝置，其中，所述光拾取裝置滿足下式1.5×λ1≤λ2≤1.7×λ11.8×λ1≤λ3≤2.2×λ1。
24.如權(quán)利要求13所述的光拾取裝置，其中，所述光拾取裝置滿足下式0.9×t1≤t2≤1.1×t11.9×t1≤t3≤2.1×t1。
全文摘要
一種聚光光學(xué)元件，其使用于光拾取裝置中，對(duì)第一光盤(pán)使用從第一光源射出的波長(zhǎng)λ1(nm)的第一光束進(jìn)行信息的再現(xiàn)和/或記錄，對(duì)第二光盤(pán)使用從第二光源射出的波長(zhǎng)λ2(nm)的第二光束進(jìn)行信息的再現(xiàn)和/或記錄，對(duì)第三光盤(pán)使用從第三光源射出的波長(zhǎng)λ3(nm)的第三光束進(jìn)行信息的再現(xiàn)和/或記錄。該聚光光學(xué)元件包括該聚光光學(xué)元件中的至少在一個(gè)光學(xué)面上設(shè)置相位結(jié)構(gòu)，其中，把所述聚光光學(xué)元件對(duì)所述第三光束的焦距設(shè)為f3時(shí)，焦距f3滿足規(guī)定的條件。
文檔編號(hào)G02B3/08GK1716404SQ20051007797
公開(kāi)日2006年1月4日 申請(qǐng)日期2005年6月16日 優(yōu)先權(quán)日2004年6月22日
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