CN100367384C - 光聚焦光学系统、光学拾波装置及光学记录和再现装置 - Google Patents

光聚焦光学系统、光学拾波装置及光学记录和再现装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及光聚焦光学系统、光学拾波装置及光学记录和再现装置，其中光聚焦光学系统通过使用衍射元件和透镜而把用于在多个不同种类光学记录介质上进行记录和或再现的光聚焦在记录介质上；衍射元件至少具有第一和第二衍射表面；第一衍射表面衍射波长为大于等于630nm且小于等于670nm的光，以便对光入射到其上的覆盖层厚度约为0.6mm的光学记录介质执行像差校正；第二衍射表面衍射波长为大于等于400nm且小于等于415nm的光，以便对光入射到其上的覆盖层厚度约为0.1mm或约0.6mm的光学记录介质执行像差校正。使用具有衍射光栅和透镜组合的光聚焦光学系统，以便通过使用一个物镜而获得多个光学记录介质之间的兼容性。

Description

光聚焦光学系统、光学拾波装置及光学记录和再现装置
相关专利申请的交叉引用
本发明包含2004年7月21日向日本专利办公室申请的日本专利申请JP 2004-213595的主题，此专利申请的全部内容在本文引作参考。
技术领域
本发明涉及具有所谓兼容性的光聚焦光学系统，在此光聚焦光学系统中，通过使用衍射元件和透镜而把用于在多个不同种类光学记录介质上进行记录和/或再现的光聚焦到光学记录介质上，并且，本发明具体涉及能对多个不同种类的记录介质极佳地执行象差校正的光聚焦光学系统、以及使用此光聚焦光学系统的光学拾波装置及光学记录和再现装置。
背景技术
近年来，已经开发具有不同记录密度的各类光学记录介质，并且，例如，在圆盘形记录介质的情况下，例如可列举使用大约780nm波长激光的CD(紧凑盘)、使用大约660nm波长激光的DVD(数字多用途盘)、使用大约405nm波长激光的BD(蓝光盘)以及使用大约405nm波长激光的类似的HD DVD(高清晰度DVD)和AOD(高级光盘)。
在这些光学记录介质中，它们的结构互不相同，尤其是在被光照射的一侧上覆盖部分的厚度，即，基片和覆盖层的厚度不同。
为了获得用于在一个光学记录和再现装置中在这些多种光学记录介质上记录和/或从其上再现的具有兼容性的配置，必需考虑覆盖部分厚度和照射光波长的这些差异而校正光学系统中的光学象差。
为此，可毫无困难地设置多个适用于各个光学记录介质的物镜(如，参见专利文献1)。
在上述专利文献1描述的方法中，作为具有DVD和CD之间兼容性的光学系统，在双轴执行器的一个线轴上安装分别适用于DVD和CD的两个物镜的光学系统已经投入实用。
然而，当安装多个物镜时，双轴执行器变大，并且在高速操作和光学系统小型化方面有缺点。
接着，已经提出通过使用一个物镜而在多个不同种类光学记录介质上进行记录和再现的方法。
在具有DVD和CD之间兼容性的光学记录和再现装置中，通过使用衍射透镜而校正因覆盖部分厚度和波长差异所造成的象差(如，参见专利文献2)。
[专利文献1]日本专利申请出版号2001-110086
[专利文献2]日本专利申请出版号2001-160235
近年来，随着BD和HD DVD投入实用，希望获得除了兼容DVD和CD之外还兼容BD和HD DVD的物镜。然而，BD的覆盖部分的厚度大约为DVD覆盖部分厚度的1/6，并且BD的波长较短，约为405nm。进一步地，物镜的数值孔径NA也随着BD而相应变大，并且，在物镜与光学记录介质表面之间移动的透镜的工作距离WD一般较短。进而，在BD中，球面象差值与DVD和CD的差异变得非常大。这里，球面象差通常从以下公式得到。
球面象差＝NA4×d/λ
NA＝数值孔径
d＝覆盖层的厚度
λ＝波长
相应地，也已经研究了使用物镜和衍射光栅组合的方法；然而，由于衍射光栅的间距非常小，达到5μm，因此，该方法的实际应用有困难。
而且，在BD中，为了扩大工作距离WD，必需使透镜更大，因此导致焦距变大并且色差增加的不利之处。
发明内容
考虑到上述问题而提出本发明，并且，本发明希望通过在具有与衍射光栅组合使用的物镜的光聚焦光学系统中包括一个物镜和衍射光栅的配置而获得BD或HD DVD与DVD和CD之间的兼容性。
根据本发明实施例的光聚焦光学系统包括衍射元件和透镜，其中，用于在多个不同种类光学记录介质上进行记录和/或再现的光通过所述衍射元件和透镜而聚焦在光学记录介质上，其中，衍射元件至少具有第一和第二衍射表面；第一衍射表面衍射波长为大于等于630nm且小于等于670nm的光，以便对覆盖层厚度约为0.6mm的光学记录介质执行象差校正，其中，光入射到所述覆盖层上；以及，第二衍射表面衍射波长为大于等于400nm且小于等于415nm的光，以便对覆盖层厚度为约0.1mm或约0.6mm的光学记录介质执行象差校正，其中，光入射到所述覆盖层上。
进一步地，在根据本发明实施例的上述光聚焦光学系统中，第二衍射表面具有正表面功率。
进一步地，在根据本发明实施例的上述光聚焦光学系统中，衍射光栅设置在边界面上，在此边界面上，接合其折射率具有不同波长依赖性的材料，以形成第二衍射表面。
进一步地，在根据本发明实施例的上述光聚焦光学系统中，衍射光栅通过接合第一和第二元件而形成。
进一步地，在根据本发明实施例的上述光聚焦光学系统中，包括衍射元件的光聚焦光学系统设置至少一个具有负屈光力的非球面。
进一步地，在根据本发明实施例的上述光聚焦光学系统中，具有负屈光力的非球面设置在第一和第二衍射表面的光源一侧上。
进而，根据本发明实施例的光学拾波装置具有光聚焦光学系统，在此光聚焦光学系统中，用于在多个不同种类光学记录介质上进行记录和/或再现的光聚焦在记录介质上，该光学拾波装置包括：发射光的光源，被从光源发射的光入射的衍射元件，以及，透镜，该透镜把来自衍射元件的光聚焦到光学记录介质上，其中，衍射元件至少具有第一和第二衍射表面；第一衍射表面衍射波长为大于等于630nm且小于等于670nm的光，以便对覆盖层厚度为约0.6mm的光学记录介质执行象差校正，其中，光入射到所述覆盖层上；以及，第二衍射表面衍射波长为大于等于400nm且小于等于415nm的光，以便对覆盖层厚度为约0.1mm或约0.6mm的光学记录介质执行象差校正，其中，光入射到所述覆盖层上。
进而，根据本发明实施例的光学记录和再现装置具有至少一个光聚焦光学系统，在此光聚焦光学系统中，用于在多个不同种类光学记录介质上进行记录和/或再现的光聚焦在光学记录介质上，该光学记录和再现装置包括：发射光的光源，被从光源发射的光入射的衍射元件，以及，透镜，透镜把来自衍射元件的光聚焦到光学记录介质上，其中，衍射元件至少具有第一和第二衍射表面；第一衍射表面衍射波长为大于等于630nm且小于等于670nm的光，以便对覆盖层厚度为约0.6mm的光学记录介质执行象差校正，其中，光入射到所述覆盖层上；以及，第二衍射表面衍射波长为大于等于400nm且小于等于415nm的光，以便对覆盖层厚度为约0.1mm或约0.6mm的光学记录介质执行象差校正，其中，光入射到所述覆盖层上。
而且，根据本发明实施例的通过使用衍射元件和透镜而把用于在多个不同种类光学记录介质上进行记录和/或再现的光聚焦在光学记录介质上的方法包括以下步骤：对衍射元件至少设置第一和第二衍射表面，第一衍射表面衍射波长为大于等于630nm且小于等于670nm的光，以便对覆盖层厚度为约0.6mm的光学记录介质执行象差校正，其中，光入射到所述覆盖层上；以及第二衍射表面衍射波长为大于等于400nm且小于等于415nm的光，以便对覆盖层厚度为约0.1mm或0.6mm的光学记录介质执行象差校正，其中，光入射到所述覆盖层上。
如上所述，根据本发明的实施例，第一和第二衍射表面被设置为在光聚焦光学系统中使用的衍射元件，第一衍射表面衍射波长为630nm-670nm的光，以便对覆盖层厚度为约0.6mm的光学记录介质执行象差校正，即，对与DVD相应的光学记录介质执行象差校正，其中，光入射到所述覆盖层上；第二衍射表面衍射波长为400nm-415nm的光，以便对覆盖层厚度为约0.1mm或0.6mm的光学记录介质执行象差校正，即，对与BD或HD DVD(包括AOD)相应的记录介质执行象差校正，其中，光入射到所述覆盖层上，因此，通过具有一个物镜的光聚焦光学系统可对DVD以及BD和HD DVD极佳地执行象差校正，并且，可获得具有兼容性的光学拾波装置以及光学记录和再现装置。
如以上所解释的，根据本发明光聚焦光学系统的实施例，有以下效果：通过使用波长为大于等于630nm且小于等于670nm的光对覆盖层厚度为约0.6mm的光学记录介质极佳地执行象差校正，而执行记录和/或再现，其中，光入射到所述覆盖层上；以及，通过使用波长为大于等于400nm且小于等于415nm的光还对覆盖层厚度为约0.1mm或0.6mm的记录介质极佳地执行象差校正，而执行记录和/或再现，其中，光入射到所述覆盖层上。
进一步地，根据本发明光聚焦光学系统的实施例，第二衍射表面配置为具有正表面功率，因此，通过使用波长为大于等于400nm且小于等于415nm的光而执行记录和/或再现，并且，在覆盖层厚度为约0.1mm或0.6mm的光学记录介质中可极佳地纠正色差，其中，光入射到所述覆盖层上。
进一步地，根据本发明光聚焦光学系统的实施例，由于衍射光栅设置在边界面上，其中，在此边界面上接合其折射率具有不同波长依赖性的材料以形成第二衍射表面，因此，可使光聚焦光学系统小型化并变薄。
进一步地，根据本发明光聚焦光学系统的实施例，由于通过接合第一和第二元件而形成衍射光栅，因此，可使光聚焦光学系统小型化并变薄。
进一步地，根据本发明光聚焦光学系统的实施例，包括衍射元件的光聚焦光学系统设置至少一个具有负屈光力的非球面，从而，可对用波长大于670nm的光执行记录和/或再现的光学记录介质而极佳地调节焦点位置，并且，可获得与更多种光学记录介质兼容的配置。
进而，根据本发明光聚焦光学系统的实施例，由于在第一和第二衍射表面的光源一侧上设置具有负屈光力的非球面，因此，在第一和第二衍射表面上分配屈光力，并且此非球面具有负屈光力，从而，设计灵活性进一步增加，并且可控制象差校正准确度的下降。
而且，根据本发明光学拾波装置及光学记录和再现装置的实施例，有可能提供能对以下两种光学记录介质极佳地执行象差校正的光学拾波装置以及光学记录和再现装置，其中，所述光学记录介质为：覆盖层厚度为约0.6mm的光学记录介质，其中，光入射到所述覆盖层上，通过使用波长为大于等于630nm且小于等于670nm的光而对此光学记录介质执行记录和/或再现；以及覆盖层厚度为约0.1mm或0.6mm的光学记录介质，其中，光入射到所述覆盖层上，通过使用波长为大于等于400nm且小于等于415nm的光而对此光学记录介质执行记录和/或再现。
进而，根据通过使用衍射元件和透镜而把用于在多个不同种类光学记录介质上进行记录和/或再现的光聚焦在光学记录介质上的方法的实施例，可以对以下两种光学记录介质极佳地执行象差校正，其中，所述光学记录介质为：覆盖层厚度为约0.6mm的光学记录介质，其中，光入射到所述覆盖层上，通过使用波长为大于等于630nm且小于等于670nm的光而对此光学记录介质执行记录和/或再现；以及覆盖层厚度为约0.1mm或0.6mm的光学记录介质，其中，光入射到所述覆盖层上，通过使用波长为大于等于400nm且小于等于415nm的光而对此光学记录介质执行记录和/或再现。
附图说明
图1为示出根据本发明实施例的光学记录和再现装置的构造示意图；
图2为示出根据本发明实施例的光学拾波装置的构造示意图；
图3为示出根据本发明实施例的光聚焦光学系统的构造示意图；
图4为示出根据本发明实施例的光聚焦光学系统的构造示意图；
图5为示出根据本发明实施例的光聚焦光学系统的构造示意图；
图6为示出根据本发明实施例的光聚焦光学系统的构造示意图；
图7A-7D为示出在根据本发明实施例的光聚焦光学系统中的横向象差的视图，其中，图7A示出当光束以0.5°视角沿着与光轴正交的Y方向入射到CD上时在Y方向上的象差；图7B  出当光束以0.5°视角沿着Y方向入射到CD上时在与Y方向正交的X方向上的横向象差；图7C示出在CD的情况下Y方向在光轴上的横向象差；并且，图7D示出在CD的情况下X方向在光轴上的横向象差。
图8A-8D为示出在根据本发明实施例的光聚焦光学系统中的横向象差的视图，其中，图8A示出当光束以0.5°视角沿着与光轴正交的Y方向入射到DVD上时在Y方向上的象差；图8B示出当光束以0.5°视角沿着Y方向入射到DVD上时在与Y方向正交的X方向上的横向象差；图8C示出在DVD的情况下Y方向在光轴上的横向象差；并且，图8D示出在DVD的情况下X方向在光轴上的横向象差。
图9A-9D为示出在根据本发明实施例的光聚焦光学系统中的横向象差的视图，其中，图9A示出当光束以0.5°视角沿着与光轴正交的Y方向入射到BD上时在Y方向上的象差；图9B示出当光束以0.5°视角沿着Y方向入射到BD上时在与Y方向正交的X方向上的横向象差；图9C示出在BD的情况下Y方向在光轴上的横向象差；并且，图9D示出在BD的情况下X方向在光轴上的横向象差。
图10为示出在根据本发明的光聚焦光学系统实施例中CD的球面象差的视图；
图11为示出在根据本发明的光聚焦光学系统实施例中DVD的球面象差的视图；以及
图12为示出在根据本发明的光聚焦光学系统实施例中BD的球面象差的视图。
具体实施方式
以下描述用于执行本发明的实施例，然而，本发明不局限于以下实例。
首先，通过参照图1和2的构造示意图而解释适用于本发明的光学记录和再现装置以及光学拾波装置的实例。
如图1所示，光学记录和再现装置100包括其中布置所要求的每个元件和每个机构的外壳体102，并且，尽管未示出，但在此外壳体102中例如设置用于圆盘形光学记录介质10的插槽。
进一步地，在布置于外壳体102内的底盘(未示出)中例如安装用于移动光学记录介质10的主轴电机，并且，在此电机的轴上例如固定盘架103。
在底盘上，安装平行引导轴104a和104b，并且支撑由馈送电机旋转的导螺杆105，其中，馈送电机未示出。
此光学记录和再现装置100的光学拾波装置40包括移动基座107、设置在此移动基座107上的必要光学部件、以及布置在移动基座107上的物镜驱动单元108，并且，设置在移动基座107两个端部上的支承部分107a和107b分别由引导轴104a和104b以自由滑动的方式支撑。物镜驱动单元108具有移动部分108a和固定部分108b，并且，移动部分108a由固定部分108b通过图中未示出的悬挂部分以自由移动的方式支撑。与移动基座107一起设置的螺母部件与导螺杆105啮合，其中，螺母部件未示出，并且，当导螺杆105由馈送电机旋转时，螺母部件根据导螺杆105的旋转方向而正向前进，从而，光学拾波装置40在安装于盘架103上的光学记录介质10的径向上是可移动的。
在此配置的光学记录和再现装置100中，当盘架103根据主轴电机的旋转而旋转时，安装在此盘架103上的光学记录介质10，即BD、DVD、CD或HD DVD等旋转，同时，光学拾波装置40借助上述机构而在光学记录介质10的径向上移动，以便能移动并面向光学记录介质10的整个记录表面，并且，在预定的轨道位置上执行记录操作或再现操作。此时，物镜驱动单元108的移动部分108a相对固定部分108b移动，并且对设置在移动部分108a中的物镜执行聚焦调节和跟踪调节，其中，物镜在后面描述。
对于在根据本发明的光学记录和再现装置100以及光学拾波装置40中使用的光学记录介质10，例如如图2所示，可列举BD 10A、DVD10B、CD 10C、HD DVD 10D等。对于用于这些光学记录介质10的激光的波长，DVD 10B使用大于等于630nm且小于等于670nm的激光，CD 10C使用大于等于760nm且小于等于800nm的激光，并且，BD 10A或HD DVD 10D使用大于等于400nm且小于等于415nm的激光。
另外，每个光学记录介质10的覆盖部分，特别是在被物镜的光照射的一侧上的光透射基片或覆盖层的厚度，在BD 10A的情况下为约0.1mm，在HD DVD 10D的情况下为约0.6mm，在DVD 10B的情况下为约0.6mm，并且在CD 10C的情况下例如为约1.2mm，而且，对于物镜3的数值孔径NA，考虑到每个光学记录介质所用的波长、覆盖部分的厚度等，希望DVD 10B、CD 10C和HD DVD 10D具有大约0.65的NA而BD 10A具有大约0.85的NA。
光学拾波装置40例如包括图2所示的第一光源41和第二光源42、耦合透镜43、光路组成元件44、分束器45、准直透镜46、提升镜47、1/4波长板48、衍射元件2、物镜3、转换透镜49、光轴组成元件50和光接收元件51，并且，这些元件除物镜3之外都布置在结合上述图1解释的移动基座107中，并且，物镜3设置在物镜驱动单元108的移动部分108a中。
第一光源41配置为在其内部具有第一光发射元件41a和第二光发射元件41b，从第一光发射元件41a例如发射与DVD 10B相应的大约660nm的激光，从第二光发射元件41b例如发射与CD 10C相应的大约780nm的激光。
进一步地，第二光源42配置为在其内部具有第三光发射元件42a，并且发射与BD 10A或HD DVD 10D相应的大约405nm的激光。
耦合透镜43具有在从第一光源41发射的激光的正向光路上执行光学放大系数变换的功能。
光路组成元件44例如由具有镜面44a的分束器制成，其中，镜面44a能选择波长。使从第一光源41的第一光发射元件41a或第二光发射元件41b发射的波长为约660nm或约780nm的激光通过耦合透镜43入射到光路组成元件44上，并且，由此光路组成元件44的镜面44a反射。从第二光源42的第三光发射元件42a发射的波长为约405nm的激光通过镜面44a而透射。
分束器45具有根据偏振方向上的差异而透射或反射入射激光的功能，正向光路上的激光通过分束面45a透射，并且入射到准直透镜46上，返回光路上的激光由分束面45a反射，并前进到光接收元件51。
由准直透镜46变成平行光的激光由提升镜47反射，并且光路变换大约90°；偏振方向由1/4波长板48变换为入射到具有本发明配置的光聚焦系统1的衍射元件2上，并且如后面所述，与每个光学记录介质10的所用波长和覆盖部分厚度相应地执行光的象差校正。
进一步地，由衍射元件2执行象差校正的激光由物镜3聚焦到光学记录介质10(10A、10B、10C或10D)的记录表面上的预定轨道位置。
接着，从光学记录介质10反射的激光通过物镜3和衍射元件2而入射到1/4波长板48上，其偏振方向再次变换；并且，该激光由提升镜47反射以通过准直透镜46而透射；随后，如上所述，该激光由偏振分束器45的分束面45a反射；并且通过光轴组成元件50而入射到光接收元件51的预定位置上，并且，由预定的检测机构检测信号，但此机构未示出。
这里，本发明的光聚焦光学系统1的衍射元件2设置有第一和第二衍射表面21和22，其中，波长为大于等于630nm且小于等于670nm的光在第一衍射表面21上衍射，并且，波长为大于等于400nm且小于等于415nm的光在第二衍射表面22上衍射。
对于根据本发明配置的光聚焦光学系统1，在以下图3-5中示出使用不同种类光学记录介质的实例的示意性配置。在图3-5中，对相同的部分分配相同的参考号，并且省略重复的解释。
例如，如图3所示，配置为：在BD、HD DVD或AOD中例如使用BD的光学记录介质10A作为光学记录介质，特别是通过使用波长为大于等于400nm且小于等于415nm的光L1，而执行记录和/或再现，并且，通过衍射元件2的第二衍射表面22对光学记录介质10A执行象差校正，其中，光学记录介质10A的覆盖部分11的厚度大约为0.1mm或0.6mm。在图3中，点划线C代表光轴。
另一方面，如图4的示意配置所示，在此光聚焦光学系统1中例如使用DVD 10B的另一光学记录介质的情况下，配置为：通过使用波长为大于等于630nm且小于等于670nm的光L2而执行记录和/或再现，并且，通过衍射元件2的第一衍射表面21对DVD 10B执行象差校正，其中，DVD 10B的覆盖部分11，在此情况下为光透射基片，厚度大约为0.6mm。
这里，在上述衍射元件2中，第二衍射表面配置为具有正表面功率，因此，当波长在光发射元件的功率从再现功率切换到记录功率的情况下变化时，例如，波动到长波长一侧的光束借助此第二衍射表面而更加衍射到光轴一侧，通过此措施可极佳地纠正色差(例如，参见Japan Society of Applied Physics等指导的、由Optronics Inc.出版的“衍射光学元件的介绍”，第87页，“用于光盘的色差校正透镜”部分)。
另外，由于使用组合全息照片而形成此第二衍射表面，在组合全息照片中，由其折射率具有不同波长依赖性的材料制成的元件2a和2b接合在一起，并在接合表面上形成衍射光栅，因此，防止光在不同波长带的衍射，并且，只有波长为大于等于400nm且小于等于415nm的光才可有选择性地以满意的衍射效率衍射。
例如，在此第二衍射表面配置成不同材料的边界面并且选择每种材料是如下材料的情况下，就可配置在衍射效率方面具有优秀波长选择性的衍射表面，其中所述材料具有大于等于630nm且小于等于670nm的波长并具有与CD的兼容性，所述材料在大于等于630nm且小于等于780nm的波长带内几乎没有差别，并且，所述材料在大于等于400nm且小于等于415nm的波长带内具有所要求的折射率差异。
进而，如图5的示意性配置所示，波长为约780nm的光L3用于执行从CD 10C的再现，其中，CD 10C是其覆盖部分11具有大约1.2mm厚度的光学记录介质，当包括此衍射元件2的光聚焦光学系统1设置至少一个具有负屈光力的非球面23时，对此CD 10C的光聚焦位置延伸，并且，工作距离WD被扩大，其中，工作距离WD是物镜3与光学记录介质10C的表面之间的间隔。
这里，在图3-5解释的实例中，衍射元件2由两个元件2a和2b形成，在面向透镜3的元件2a的表面上设置第一衍射表面21，并且，在两个元件2a和2b之间的接合面上设置第二衍射表面22。进一步地，在相对于第一和第二衍射表面21和22的光源一侧上，即，在衍射元件2中元件2b相对于物镜3的相反一侧上，设置具有负屈光力的非球面23。此非球面可设置在与第一或第二衍射表面21或22相同的表面上，然而，通过由第一和第二衍射表面21和22分别提供，这样做的优点是增加设计灵活性，保证衍射表面的设计灵活性，并且，不损害衍射效率和象差校正的准确度。
如以上所解释地，在本发明的光聚焦光学系统中，第一和第二衍射表面21和22设置成衍射元件2，通过第一衍射表面21衍射波长从630到670nm的光，以在覆盖部分厚度为约0.6mm的光学记录介质上执行象差校正，即，对与DVD相应的光学记录介质执行象差校正，并且，通过第二衍射表面22衍射波长从410到415nm的光，以在覆盖部分厚度为约0.1mm或0.6mm的光学记录介质上执行象差校正，即，对与BD相应的光学记录介质执行象差校正；因此，通过使用具有一个物镜3的光聚焦光学系统1而极佳地执行对DVD和BD的象差校正，并且，可获得具有兼容性的光学拾波装置及光学记录和再现装置。
进而，由于提供具有负屈光力的非球面，可提供以下光学拾波装置以及光学记录和再现装置，在所述装置中，使用单个物镜的光聚焦光学系统也具有与CD的兼容性。
接着，解释具有本发明配置的光聚焦光学系统的光学设计实例。图6示出与在图3-5中解释的上述实例相似的光聚焦光学系统1的示意性配置实例，其中，光聚焦光学系统1具有在BD、HD DVD或AOD与DVD和/或CD之间的兼容性。
在图6中，在构成光聚焦光学系统1的衍射元件2和物镜3中，按从光源一侧开始的次序，以2S1、2S2、2S3、2S4、3S5和3S6示出在用于记录和/或再现的激光光路中的边界面。进一步地，在光学记录介质10中，在光学记录介质的物镜一侧上的表面10S7中，BD型光学记录介质的覆盖部分的表面示为10S7A，DVD型光学记录介质的覆盖部分的表面示为10S7B，并且，CD型记录介质的覆盖部分的表面示为10S7C，并且，覆盖部分与记录表面之间的边界面10S8在BD型光学记录介质中被示为10S8A，在DVD型光学记录介质中被示为10S8B，并且，在CD型光学记录介质被示为10S8C。进一步地，虚线L1-L3分别示出用于在BD型、DVD型和CD型配置的光学记录介质上进行记录和/或再现的光。
这里，在此实例中，把在衍射元件2的物镜3一侧上的边界面2S4制成第一衍射表面，即，衍射波长从630到670nm的光的衍射表面，并对其覆盖部分厚度为约0.6mm的光学记录介质执行象差校正，并且，衍射元件2内的边界面2S3制成第二衍射表面，即，衍射波长从410到415nm的光的衍射表面，并对其覆盖部分厚度为约0.1mm或0.6mm的光学记录介质执行象差校正。另外，在衍射元件2的光源一侧上的边界面2S1配置成具有负屈光力的非球面。
下面，示出此光聚焦光学系统的设计数据的实例。
首先，下表1示出每个边界面的曲率半径R、光轴上到下一边界面之间的厚度(对每个波长)、到下一边界面之间的介质、非球面系数、以及衍射表面相差系数。在表1中，当到下一边界面之间的介质是玻璃时，示出其符号，并且，在下表2中示出每个符号所示玻璃材料在每个波长下的折射率。
[表1]
  边界面   R(曲率半径)[mm]   光轴上到下一边界面之间的厚度[mm]   到下一边界面之间的介质   非球面系数   衍射表面的相差系数
 在波长785nm的情况下   在波长658nm的情况下   在波长407.5nm的情况下
  2S1(非球面)   -19.9874   1.25   1.25   1.25   玻璃G1   K：0A：0.00157379B：0.000386239C：0D：0E：0F：0G：0 -
  2S2   无穷大   0.02   0.02   0.02   玻璃G2   -   -
  2S3(衍射表面)   无穷大   1.25   1.25   1.25   玻璃G3 -   C1：-0.0099963C2：0.00041627C3：0.0003181C4：-0.000076189C5：0.000034255C6：0.00002344
  2S4(衍射表面)   无穷大   0.1   0.1   0.1   空气 -   C1：-0.0023632C2：0.0000002C3：0.00001014C4：-0.000039678C5：0.00000384C6：0
  3S5(非球面)   1.7438   2.75   2.75   2.75   玻璃G4   K：0.617948A：0.00554838B：0.000183077C：0.000383697D：-0.0000006936E：-0.0000103463F：0.0000107304G：00000001118 -
  3S6(非球面)   -16.36466   0.275   0.547   0.784992   空气   K：-3714.9673A：-0.0044834B：-0.0313144C：0.00139105D：0.80239472E：0.0012811F：-0.00118713 G：0.00021   -
  10S7   无穷大   1.2   0.6   0.0875   玻璃G5   -   -
  10S8   无穷大   0   0   0   -   -   -
[表2]
  玻璃符号   折射率
  在波长785nm的情况下   在波长658nm的情况下   在波长407.5nm的情况下
  G1   1.511   1.514   1.53
  G2   1.567   1.574   1.61
  G3   1.534   1.537   1.555
  G4   1.684   1.689   1.715
  G5   1.569   1.577   1.616
这里，在上表1中，在以下公式1中示出的非球面公式用作非球面系数。
[公式1]
X = Y 2 / R 1 + { 1 - ( 1 + K ) ( Y / R ) 2 } 1 / 2 + A Y 4 + B Y 6 + C Y 8 + D Y 10 + E Y 12 + F Y 14 + G Y 16
这里，
X：距表面顶点的深度[mm]
Y：距光轴的高度[mm]
R：曲率半径[mm]
K：圆锥常数
A：项Y4的非球面系数
B：项Y6的非球面系数
C：项Y8的非球面系数
D：项Y10的非球面系数
E：项Y12的非球面系数
F：项Y14的非球面系数
G：项Y16的非球面系数
而且，对于衍射表面的相差系数，使用在以下公式2中示出的相位多相式。
[公式2]
OPD＝C1Y2+C2Y4+C3Y6+C4Y8+C5Y10+C6Y12
这里，OPD：与轴的相位差[mm]
Y：距光轴的高度[mm]
使用基于此设计的光聚焦光学系统来计算对于CD、DVD和BD的横向象差。在图7-9中示出结果。
图7A-7D示出使用CD的情况，图8A-8D示出使用DVD的情况，并且，图9A-9D示出使用BD的情况，其中，图7A、8A、9A和7B、8B、9B示出当光束以0.5°视角沿着与光轴正交的Y方向入射时分别在Y方向和在X方向上的横向象差，其中，X方向与Y方向正交，并且，图7C、8C、9C和7D、8D、9D分别示出Y方向和X方向在光轴上的横向象差。
从图7-9的结果清楚看出，可验证在此光聚焦光学系统中，在光学记录介质CD、DVD和BD任一种中抑制横向象差。
进一步地，还计算CD、DVD和BD的球面象差。结果分别在图10-12中示出。可验证图10所示的CD球面象差、图11所示的DVD球面象差以及图12所示的BD球面象差全部被抑制为较低。
在此光聚焦光学系统中，当使用BD、DVD和CD每一种光学记录介质时，在下表3中示出焦距、数值孔径、波长、放大倍数、物-象距离、工作距离、覆盖部分厚度、在波长波动+1nm情况下的色差、光轴上象差特性、以及光轴外象差特性(在0.5°的情况下)。
[表3]
 使用   BD   DVD   CD
 焦距[mm]   2.32   2.388   2.489
 数值孔径   0.85   0.65   0.5
 波长[nm]   407.5   658   785
 放大倍数   0   0   0
 物-象距离[mm]   无穷大   无穷大   无穷大
 工作距离[mm]   0.785   0.547   0.275
 覆盖部分厚度[mm]   0.0875   0.6   1.2
 色差(波长波动+1nm)[μm]   0.483   0.003   0.063
 光轴上象差特性[λrms] 0.004 0.002 0.009
 光轴外象差特性(0.5°)[λrms] 0.035 0.013 0.038
从此表3的结果可验证，对于BD、DVD和CD每一种光学记录介质，色差都控制在实用数值，并且另外可以验证，光轴上象差特性和光轴外象差特性也都控制在足够低的水平。
这里，在基于相似设计的光聚焦光学系统中，当在边界面2S3上不设置衍射表面时，BD的色差为0.541。特别地，可以验证，通过在此边界面2S3上设置与BD相应的衍射表面，可极佳地抑制色差。
如以上解释的，根据本发明的光聚焦光学系统，通过使用一个物镜的光学系统，可对BD类型、DVD类型和CD类型的各种光学记录介质极佳地执行象差校正，通过对光学拾波装置以及光学记录和再现装置应用此光聚焦光学系统，可获得三种不同光学记录介质之间的兼容性，并且还有可能使装置小型化、变薄并且减轻重量。
本领域中技术人员应该理解，本发明不局限于在上述实施例中解释的配置，根据设计要求和其它因素，只要在后附权利要求或其等效物的范围内，就可出现各种变更、组合、次组合和替换。
例如，在基于上述设计实例的光聚焦光学系统中，还有可能取代BD，配置与HD DVD和AOD相应的光聚焦光学系统，以与CD和DVD兼容。
本领域中技术人员应该理解，根据设计要求和其它因素，只要在后附权利要求或其等效物的范围内，就可出现各种变更、组合、次组合和替换。

Claims (18)

1.一种光聚焦光学系统，包括：
衍射元件和透镜，用于在多个不同种类光学记录介质上进行记录和/或再现的光通过所述衍射元件和透镜而聚焦在光学记录介质上，
其中，所述衍射元件至少具有第一和第二衍射表面；
所述第一衍射表面衍射波长为大于等于630nm且小于等于670nm的光，以便对覆盖层厚度约为0.6mm的光学记录介质执行象差校正，其中，光入射到所述覆盖层上；以及
所述第二衍射表面衍射波长为大于等于400nm且小于等于415nm的光，以便对覆盖层厚度约为0.1mm或约0.6mm的光学记录介质执行象差校正，其中，光入射到所述覆盖层上。
2.如权利要求1所述的光聚焦光学系统，
其中，所述第二衍射表面具有正表面功率。
3.如权利要求1所述的光聚焦光学系统，
其中，衍射光栅设置在边界面上，在此边界面上，接合其折射率具有不同波长依赖性的材料，以形成所述第二衍射表面。
4.如权利要求3所述的光聚焦光学系统，
其中，所述衍射光栅通过接合第一和第二元件而形成。
5.如权利要求1所述的光聚焦光学系统，
其中，包括所述衍射元件的所述光聚焦光学系统设置至少一个具有负屈光力的非球面。
6.如权利要求5所述的光聚焦光学系统，
其中，具有负屈光力的所述非球面设置在所述第一和第二衍射表面的光源一侧上。
7.一种包括光聚焦光学系统的光学拾波装置，在此光聚焦光学系统中，用于在多个不同种类光学记录介质上进行记录和/或再现的光聚焦在记录介质上，所述光学拾波装置包括：
发射光的光源，
被从光源发射的光入射的衍射元件，以及
透镜，所述透镜把来自衍射元件的光聚焦到光学记录介质上，
其中，所述衍射元件至少具有第一和第二衍射表面，
所述第一衍射表面衍射波长为大于等于630nm且小于等于670nm的光，以便对覆盖层厚度约为0.6mm的光学记录介质执行象差校正，其中，光入射到所述覆盖层上；以及
所述第二衍射表面衍射波长为大于等于400nm且小于等于415nm的光，以便对覆盖层厚度为约0.1mm或约0.6mm的光学记录介质执行象差校正，其中，光入射到所述覆盖层上。
8.如权利要求7所述的光学拾波装置，
其中，所述第二衍射表面具有正表面功率。
9.如权利要求7所述的光学拾波装置，
其中，衍射光栅设置在边界面上，在此边界面上，接合其折射率具有不同波长依赖性的材料，以形成所述第二衍射表面。
10.如权利要求9所述的光学拾波装置，
其中，所述衍射光栅通过接合第一和第二元件而形成。
11.如权利要求7所述的光学拾波装置，
其中，包括所述衍射元件的所述光聚焦光学系统设置至少一个具有负屈光力的非球面。
12.如权利要求11所述的光学拾波装置，
其中，具有负屈光力的所述非球面设置在所述第一和第二衍射表面的光源一侧上。
13.一种包括至少一个光聚焦光学系统的光学记录和再现装置，在此光聚焦光学系统中，用于在多个不同种类光学记录介质上进行记录和/或再现的光聚焦在光学记录介质上，所述光学记录和再现装置包括：
发射光的光源，
被从光源发射的光入射的衍射元件，以及
透镜，所述透镜把来自衍射元件的光聚焦到光学记录介质上，
其中，所述衍射元件至少具有第一和第二衍射表面，
所述第一衍射表面衍射波长为大于等于630nm且小于等于670nm的光，以便对覆盖层厚度约为0.6mm的光学记录介质执行象差校正，其中，光入射到所述覆盖层上；以及
所述第二衍射表面衍射波长为大于等于400nm且小于等于415nm的光，以便对覆盖层厚度为约0.1mm或约0.6mm的光学记录介质执行象差校正，其中，光入射到所述覆盖层上。
14.如权利要求13所述的光学记录-再现装置，
其中，所述第二衍射表面具有正表面功率。
15.如权利要求13所述的光学记录-再现装置，
其中，衍射光栅设置在边界面上，在此边界面上，接合其折射率具有不同波长依赖性的材料，以形成所述第二衍射表面。
16.如权利要求15所述的光学记录-再现装置，
其中，所述衍射光栅通过接合第一和第二元件而形成。
17.如权利要求13所述的光学记录-再现装置，
其中，包括所述衍射元件的所述光聚焦光学系统设置至少一个具有负屈光力的非球面。
18.如权利要求17所述的光学记录-再现装置，
其中，具有负屈光力的所述非球面设置在所述第一和第二衍射表面的光源一侧上。
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