CN100382171C - 衍射光学元件、对物光学系统、光拾取装置及光信息记录再生装置 - Google Patents

衍射光学元件、对物光学系统、光拾取装置及光信息记录再生装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种衍射光学元件、对物光学系统、光拾取装置及光信息记录再生装置。在衍射光学元件上，设置波长λ1和λ2的光程长之比δΦB12与第1衍射构造中的光程长之比δΦA12不同的第2衍射构造，利用第1衍射构造和第2衍射构造的不同衍射作用，能控制蓝紫光波长范围内的第1衍射构造的球面像差的波长依存性或将其抑制为较小。由此，改善了蓝紫光激光光源大量生产时的合格率，降低了蓝紫色激光光源和光拾取装置的制造成本。

Description

衍射光学元件、对物光学系统、光拾取装置及光信息记录再生装置
技术领域
(0001)
本发明涉及衍射光学元件、对物光学系统、光拾取(光ピツクアツプ)装置及光信息记录再生装置，特别涉及能使用从不同波长的光源发出的光、对光信息记录媒体进行信息记录及/或再生的光拾取装置、光信息记录再生装置及适用于这些装置中的衍射光学元件及对物光学系统。
背景技术
(0002)
根据以往的技术，关于对各种不同记录密度的光盘进行记录/再生的光拾取装置已经有所知晓。例如：已经有使用一个光拾取装置对DVD(数字通用光盘)和CD(光盘)进行记录和再生的装置。另外，近年，作为记录密度不同的光盘，在如使用蓝紫光激光光源(例如：蓝紫色半导体激光器、蓝紫色SHG激光器等)的高密度光盘(以下，对使用蓝紫光激光光源作为记录/再生用激光光源的光盘，总称为「高密度光盘」)和以往的DVD并且和CD之间，被提出要求有互换性的光拾取装置。
(0003)
作为在高密度光盘和DVD之间有互换性的光拾取装置，已知有如以下的专利文献中记载的，利用形成了由以光轴为中心的多个环带构成的衍射构造的衍射光学元件的技术。
(专利文献1)特开2001-60336号公报
(专利文献2)特开2002-298422号公报
(专利文献3)特开2001-93179号公报
发明内容
(0004)
上述专利文献记载的技术是，利用2次(或3次)衍射光作为高密度光盘的记录/再生时用的光束、而利用1次(或2次)衍射光作为DVD的记录/再生时用的光束，即利用相对于高密度光盘的记录/再生时用光束的衍射次数来说为低的衍射次数光束作为DVD的记录/再生时用光束的技术。由此技术可知，在确保对各种光盘的记录/再生用光束的较高的衍射效率的同时，能抑制焦点位置相对于蓝紫光波长范围中微小的波长变化的变动。
(0005)
这样，为了确保记录/再生时用的光束的波长差较大的光盘双方都有较高的衍射效率，设高密度光盘的记录/再生时用的光束的波长为λ1、DVD记录/再生时用的光束的波长为λ2；衍射光学元件对波长λ1、λ2的折射率分别为N1、N2时，为了使下式
δΦD＝{n1·λ1/(N1-1)}/{n2·λ2/(N2-1)}(18)
中被定义的衍射结构对波长λ1光束所附加的光程差和对波长λ2光束所附加的光程差之比δΦD接近1，有必要对高密度光盘的记录/再生时用的光束的衍射次数n1和DVD的记录/再生时用的光束的衍射次数n2的组合进行选择。
(0006)
然而，在产生满足上述关系的衍射次数n1和衍射次数n2的组合的衍射光的衍射构造中，因为每单位波长变化的球面像差的变化量变大，所以有必要挑选激光光源，这样导致了激光光源的制造成本增大、光拾取装置的制造成本增大的问题；还因为由于激光光源的波长伴随温度变化而变化，引起对物光学系统的球面像差有大的变化，所以不能得到稳定的对高密度光盘的记录/再生的特性的问题。
(0007)
因为此每单位波长变化的球面像差的变化量是与对物光学系统的数值孔径(NA)的4次方成比例地增大，所以，特别在象作为高密度光盘的一个规格的蓝紫光光盘为代表的、数值孔径(NA)为0.85的对物光学系统和使用0.1mm厚的保护层规格(以下称0.1mm规格)的高密度光盘中，上述问题更为明显。
(0008)
本发明是鉴于如此以往技术的问题点的发明，其目的在于：能使用波长差较大的、从多种光源发出的光束，在记录密度不同的多种光盘上合适地进行信息的记录及/或再生，同时，提供一种能大大确保对激光光源波长的公差的光拾取装置、光信息记录再生装置及用于其中的衍射光学元件、以及对物光学系统。而且，本发明的目的还在于：能使用波长差较大的、从多种光源发出的光束，在记录密度不同的多种光盘上合适地进行信息的记录及/或再生，同时，提供一种即便当温度发生变化时，也能稳定地进行信息的记录及/或再生的光拾取装置、光信息记录再生装置及用于其中的衍射光学元件、以及对物光学系统。
(0009)
(第1项)一种衍射光学元件，其特征在于，具有：至少一个形成了第1衍射构造的光学面和至少一个了形成第2衍射构造的光学面，所述第1衍射构造为在波长为λ1nm的第1光束入射时产生n11次衍射光、而在波长为λ2nm的第2光束入射时产生n21次衍射光，其中λ2＞λ1且n11≥n21，所述第2衍射构造为在所述波长为λ1nm的所述第1光束入射时产生n12次衍射光、而在所述波长为λ2nm的所述第2光束入射时产生n22次衍射光，其中λ2＞λ1且n12≥n22，并且满足以下(1)式：
δΦA12≠δΦB12                                 (1)
其中，
δΦA12＝{n11·λ1/(N11-1)}/{n21·λ2/(N21-1)}  (2)
δΦB12＝{n12·λ1/(N12-1)}/{n22·λ2/(N22-1)}   (3)
N11、N21分别为第1衍射构造对λ1、λ2的折射率；N12、N22分别为第2衍射构造对λ1、λ2的折射率；δΦA12为第1衍射构造中的波长λ1与λ2的光程长度之比，δΦB12为第2衍射构造中的波长λ1与λ2的光程长度之比。
(0011)
(第1项)中记载的衍射光学元件中，例如根据第1衍射构造的作用，能对由0.1mm规格的高密度光盘的保护层和DVD的保护层的厚度不同而导致的球面像差进行修正和；对由蓝紫光波长和红光波长的波长差引起的波长分散而导致的球面像差进行修正和；将由于蓝紫光波长范围中微小的波长变化而引起的焦点位置的变动抑制为较小。但是，因为衍射构造一般来说，球面像差对波长的依存性较大，±10nm左右的入射光束的波长变化所对应的球面像差的变化很大。特别是象蓝紫光波长和红光波长那样波长差较大的光，为了确保它们的衍射效率，使上述(18)式的值接近1，在分别选择了光的衍射次数的场合和在使用NA0.85对物光学系统的0.1mm规格的高密度光盘中，蓝紫光激光光源波长的公差严格，且蓝紫光激光光源的波长伴随温度变化而发生变化的情况下，对高密度光盘不能得到稳定的记录/再生的特性。
(0012)
这里，在本发明的衍射光学元件中，设置了波长λ1和波长λ2的光程长之比δΦB12和所述第1衍射构造中的光程长之比δΦA12不同的第2衍射构造。通过利用第1衍射构造和第2衍射构造的衍射作用的不同，在蓝紫光波长范围内，可以控制第1衍射构造的球面像差的波长依存性或将其抑制为较小。这样可以提高蓝紫色激光光源大量生产时的合格率，降低蓝紫色激光光源、光拾取装置的制造成本。另外，即便温度发生变化时也能对高密度光盘进行稳定的信息记录/再生。
附图说明
(0013)
图1是本实施方式下的第1光拾取装置PU1的概略构成图。
图2是表示数值孔径NA和光程差的关系图。
图3是本实施方式下的第2光拾取装置PU2的概略构成图。
图4是实施例1的物镜的截面图。
图5是实施例2的物镜的截面图。
图6是实施例3的物镜的截面图。
具体实施方式
(0015)
首先记述为了达成上述课题的理想的手段。
(第2项)一种衍射光学元件，其特征在于，至少各有一个：形成第1衍射构造的光学面和形成第2衍射构造的光学面，所述第1衍射构造为在波长为λ1(nm)的第1光束入射时产生n11次衍射光、而在波长为λ2(nm)(λ2＞λ1)的第2光束入射时产生n21次(n11≥n21)衍射光，所述第2衍射构造为在所述波长为λ1(nm)的所述第1光束入射时产生n12次衍射光、而在所述波长为λ2(nm)(λ2＞λ1)的所述第2光束入射时产生n22次(n12≥n22)衍射光，并且满足以下(4)式：
n11≠n12  (4)
(0016)
而且，在应该达成上述课题的(第2项)的衍射光学元件中，通过使在波长λ1的光束通过所述第1衍射构造时所产生的衍射光的次数n11和、在波长λ1的光束通过所述第2衍射构造时所产生的衍射光的次数n12不同，将球面像差针对蓝紫光波长范围内±10nm左右的入射光束的波长变化的变化抑制为较小，缓和了对蓝紫光激光光源的振荡波长的公差。由此，能提高了蓝紫光激光光源大量生产时的合格率、降低蓝紫光激光光源和光拾取装置的制造成本。另外，即便温度变化时也能稳定的对高密度光盘进行信息记录/再生。
(0017)
(第3项)一种衍射光学元件，其特征在于，至少各有一个：形成第1衍射构造的光学面和形成第2衍射构造的光学面，所述第1衍射构造为在波长为λ1(nm)的第1光束入射时产生n11次衍射光、而在波长为λ2(nm)(λ2＞λ1)的第2光束入射时产生n21次(n11≥n21)衍射光，所述第2衍射构造为在所述波长为λ1(nm)的所述第1光束入射时产生n12次衍射光、而在所述波长为λ2(nm)(λ2＞λ1)的所述第2光束入射时产生n22次(n12≥n22)衍射光，并且满足以下(5)式：
{INT(δΦA12)-δΦA12}·{INT(δΦB12)-δΦB12}＜0  (5)
其中，
δΦA12＝{n11·λ1/(N11-1)}/{n21·λ2/(N21-1)}     (2)
δΦB12＝{n12·λ1/(N12-1)}/{n22·λ2/(N22-1)}     (3)
N11、N21分别为第1衍射构造对λ1、λ2的折射率；N12、N22分别为第2衍射构造对λ1、λ2的折射率，INT(X)为最接近X的整数。
(0019)
而且，应该达成上述课题的(第3项)中记载的衍射光学元件，因为满足(5)式，将δΦX12(其中，X为A或B)作为第i衍射构造(其中，i为1或2)的波长λ1与波长λ2的光程长之比时，{INT(δΦX12)-δΦX12}的符号为负的衍射构造具有在入射光束的波长向波长长的方向变化时球面像差向修正过度方向变化的球面像差的波长依存性；另一方面，{INT(δΦX12)-δΦX12}的符号为正的衍射构造具有在入射光束的波长向波长长的方向变化时球面像差向修正不足方向变化的球面像差的波长依存性。
(0020)
通过这样设置球面像差的波长依存性的符号相异的衍射构造，能控制球面像差对在蓝紫光激光范围内±10nm左右的入射光束波长变化的波长依存性或将其抑制为较小。由此，能够提高蓝紫光激光光源大量生产时的合格率、降低蓝紫光激光光源和光拾取装置的制造成本。另外，即便温度变化时也能稳定地对高密度光盘进行信息记录/再生。
(0021)
而且，(第1项)至(第3项)中记载的衍射光学元件中，为了利用第2衍射构造控制第1衍射构造的球面像差的波长依存性或将其抑制为较小，将透过第1衍射构造及第2衍射构造的、附加在波面上的光程差用后述[数2]定义的光程差函数表示时，第1衍射构造的4次光程差函数系数B4A、第2衍射构造的4次光程差函数系数B4B分别有不为零的有限值，而且，最好满足以下关系：
B4A·B4B＜0(5A)
(0022)
(第4项)在(第1项)至(第3项)的任何一项中记载的衍射光学元件中，其特征在于：满足以下(6)式及(7)式中的任何一式：
|INT(δΦA12)-δΦA12|＜0.4                    (6)
|INT(δΦB12)-δΦB12|＜0.4                    (7)
其中，
δΦA12＝{n11·λ1/(N11-1)}/{n21·λ2/(N21-1)} (2)
δΦB12＝{n12·λ1/(N12-1)}/{n22·λ2/(N22-1)} (3)
N11、N21分别为第1衍射构造对λ1、λ2的折射率；N12、N22分别为第2衍射构造对λ1、λ2的折射率，INT(X)为最接近X的整数。
(0024)
通过满足(6)式及(7)式中的任何一式，能使第1衍射构造或第2衍射构造对第1光束及第2光束双方都为高衍射效率。而为了同时提高第1衍射构造及第2衍射构造对第1光束及第2光束双方的衍射效率，以同时满足(6)式及(7)式为理想。
(0025)
(第5项)在(第1项)至(第4项)的任何一项中记载的衍射光学元件中，其特征在于：所述第1衍射构造和第2衍射构造都是由被光轴方向上的段差分割成的、同心圆状的多个环带构成，且所述第1衍射构造的环带中最接近光轴的段差的深度d1与所述第2衍射构造的环带中最接近光轴的段差的深度d2满足以下(8)式：
d1≠d2(8)
(0026)
(8)式的条件相当于使第1衍射构造和第2衍射构造有不同的制造波长，由此，能使第1衍射构造和第2衍射构造有不同的衍射作用。所以，能控制球面像差对在蓝紫光激光范围内±10nm左右的入射光束波长变化的波长依存性或将其抑制为较小。
(0027)
(第6项)在(第1项)至(第5项)的任何一项中记载的衍射光学元件中，其特征在于：满足以下(9)式及(10)式：
|INT(δΦA12)-δΦA12|＞0.07                     (9)
|INT(δΦB12)-δΦB12|＜0.07                     (10)
其中，
δΦA12＝{n11·λ1/(N11-1)}/{n21·λ2/(N21-1)}   (2)
δΦB12＝{n12·λ1/(N12-1)}/{n22·λ2/(N22-1)}   (3)
N11、N21分别为第1衍射构造对λ1、λ2的折射率；N12、N22分别为第2衍射构造对λ1、λ2的折射率，INT(X)为最接近X的整数。
(0029)
由于满足(9)式，利用第1衍射构造的作用，即使在对由0.1mm规格的高密度光盘的保护层和DVD的保护层的厚度不同而导致的球面像差进行修正、和对由于蓝紫光波长和红光波长的波长差引起的波长分散而导致的球面像差进行修正的情况下，也能使在蓝紫光波长范围内+10nm左右的入射光束波长变化所对应的第1衍射构造的每单位波长变化的球面像差的变化量不要成为太大，这样能减低第2衍射构造控制或修正第1衍射构造的球面像差的波长依存性的负担，使设计变得容易。另一方面，通过满足(10)式，能使第2衍射构造中的第1光束和第2光束的衍射角基本相同，所以，能不影响波长λ1和波长λ2的球面像差特性地、而是良好地控制或修正波长λ1±10nm的球面像差。
(0030)
(第7项)在(第1项)至(第6项)的任何一项中记载的衍射光学元件中，其特征在于：满足以下(11)式至(13)式：
λ2/λ1＞1.3                                     (11)
n11＞n21                                         (12)
n12＞n22  (13)
(0031)
根据(第7项)的衍射光学元件可知，在第2光束和第1光束的波长比如(11)式那样大于1.3的情况下，为了满足(12)式及(13)式，通过使用衍射次数比高密度光盘记录/再生时用光束的衍射次数低的衍射光作为DVD记录/再生时用光束，能确保在各光盘的波长范围内的高衍射效率。这样，决定使用衍射次数不同的衍射光作为各光盘的记录/再生光束的衍射构造，与使用相同衍射次数的衍射光的情况相比，球面像差的波长依存性变大了，但是，在本发明的衍射光学元件中，因为第2衍射构造具有能够控制球面像差对在蓝紫光波长范围内±10nm左右的入射光束波长变化的波长依存性或将其抑制为较小的构成，所以，能够缓和对蓝紫激光光源的振荡波长的公差。另外，即便温度发生变化时也能稳定的对高密度光盘进行信息记录/再生。
(0032)
(第8项)在(第1项)至(第7项)的任何一项中记载的衍射光学元件中，其特征在于：所述波长λ1在350nm至450nm的范围内，所述波长λ2在600nm至700nm的范围内，在i为1或2时，所述n1i和所述n2i的组合是(n1i、n2i)＝(1，1)、(2，1)、(3，2)、(4，2)、(5，3)、(6，4)、(7，4)、(8，5)、(9，6)、(10，6)中的任何一个，其中n11＝n12的组合除外。由于选择了这样的组合，可以在各光盘的波长范围内维持高的衍射效率。另外，即便在衍射次数n1i、n2i变成比10还要大的情况下，虽然存在能在各光盘的波长范围内维持高衍射效率的衍射次数的组合，但此时，也以衍射效率针对自基准波长λ1起±10nm左右的波长变化的变动不要太大为理想。
(0033)
(第9项)在(第1项)至(第9项)的任何一项中记载的衍射光学元件中，其特征在于：在波长为λ3(nm)(λ3＞λ2)的第3光束入射的情况下，所述第1衍射构造产生n13次(n12≥n13)衍射光；在所述第3光束入射时，所述第2衍射构造产生n23次(n22≥n23)衍射光。
(0028)
根据(第9项)的衍射光学元件，使用衍射次数比高密度光盘记录/再生时用光束的衍射次数低的衍射光作为DVD记录/再生时用光束，并且，通过使用与DVD记录/再生时用光束相同衍射次数或较低衍射次数的衍射光作为CD记录/再生时用光束，能确保在各光盘的波长范围内的高衍射效率。
(0035)
(第10项)在(第9项)中记载的衍射光学元件中，其特征在于：满足以下(14)式及(15)式中的任何一式。
|INT(δΦA13)-δΦA13|＜0.4                     (14)
|INT(δΦB13)-δΦB13|＜0.4                     (15)
但是，
δΦA13＝{n11·λ1/(N11-1)}/{n31·λ3/(N31-1)}  (16)
δΦB13＝{n12·λ1/(N12-1)}/{n32·λ3/(N32-1)}  (17)
N11、N31分别为第1衍射构造对λ1、λ3的折射率；N12、N32分别为第2衍射构造对λ1、λ3的折射率，INT(X)为最接近X的整数。
(0037)
通过满足(14)式及(15)式中的任何一式，能使第1衍射构造或第2衍射构造对第3光束的衍射效率均为高。而为了同时提高第1衍射构造及第2衍射构造对第3光束的衍射效率，以同时满足(14)式及(15)式为理想。
(0038)
(第11项)在(第9项)或(第10项)中记载的衍射光学元件中，其特征在于：所述波长λ1在350nm至450nm的范围内，所述波长λ2在600nm至700nm的范围内，所述波长λ3在750nm至850nm的范围内，在i为1或2时，所述n1i和所述n2i和所述n3i的组合是(n1i、n2i、n3i)＝(2，1，1)、(4，2，2)、(6，4，3)、(8，5，4)、(10，6，5，)中的任何一个，其中n11＝n12的组合除外。由于选择了这样的组合，可以在各光盘的波长范围内维持高的衍射效率。另外，即便在衍射次数n1i、n2i、n3i变成比10还要大时，虽然存在能在各光盘的波长范围内维持高衍射效率的衍射次数的组合，但此时，也以衍射效率对自基准波长λ1起±10nm左右的波长变化的变动不要太大为理想。
(0039)
(第12项)一种将波长为λ1(nm)的第1光束聚光于具有厚度为t1的保护层的第1光盘的信息记录面上、波长为λ2(nm)(λ2＞λ1)的第2光束聚光于具有厚度为t2(t2≥t1)的保护层的第2光盘的信息记录面上的对物光学系统，其特征在于，至少各有一个：形成了第1衍射构造的光学面和形成了第2衍射构造的光学面，上述第1衍射构造在所述第1光束入射时产生n11次的衍射光、而在所述第2光束入射时产生n21次(n11≥n21)衍射光，上述第2衍射构造在所述第1光束入射时产生n12次衍射光、所述第2光束入射时产生n22次(n12≥n22)衍射光，并且满足以下(1)式：
δΦA12≠δΦB12                                (1)
其中，
δΦA12＝{n11·λ1/(N11-1)}/{n21·λ2/(N21-1)}  (2)
δΦB12＝{n12·λ1/(N12-1)}/{n22·λ2/(N22-1)}  (3)
N11、N21分别为第1衍射构造对λ1、λ2的折射率；N12、N22分别为第2衍射构造对λ1、λ2的折射率。
本对物光学系统的作用效果与第1项中记载的衍射光学元件相同。
(0041)
(第13项)一种将波长为λ1(nm)的第1光束聚光于具有厚度为t1的保护层的第1光盘的信息记录面上、波长为λ2(nm)(λ2＞λ1)的第2光束聚光于具有厚度为t2(t2≥t1)的保护层的第2光盘的信息记录面上的对物光学系统，其特征在于，至少各有一个：形成了第1衍射构造的光学面和形成了第2衍射构造的光学面，上述第1衍射构造在所述第1光束入射时产生n11次的衍射光、而在所述第2光束入射时产生n21次(n11≥n21)衍射光，上述第2衍射构造在所述第1光束入射时产生n12次衍射光、所述第2光束入射时产生n22次(n12≥n22)衍射光，并且满足以下(4)式：
n11≠n12                                             (4)
本对物光学系统的作用效果同(第2项)中记载的衍射光学元件的一样。
(0043)
(第14项)一种将波长为λ1(nm)的第1光束聚光于具有厚度为t1的保护层的第1光盘的信息记录面上、波长为λ2(nm)(λ2＞λ1)的第2光束聚光于具有厚度为t2(t2≥t1)的保护层的第2光盘的信息记录面上的对物光学系统，其特征在于，至少各有一个：形成了第1衍射构造的光学面和形成了第2衍射构造的光学面，上述第1衍射构造在所述第1光束入射时产生n11次的衍射光、而在所述第2光束入射时产生n21次(n11≥n21)衍射光，上述第2衍射构造在所述第1光束入射时产生n12次衍射光、所述第2光束入射时产生n22次(n12≥n22)衍射光，并且满足以下(5)式：
{INT(δΦA12)-δΦA12}·{INT(δΦB12)-δΦB12}＜0   (5)
δΦA12＝{n11·λ1/(N11-1)}/{n21·λ2/(N21-1)}     (2)
δΦB12＝{n12·λ1/(N12-1)}/{n22·λ2/(N22-1)}      (3)
N11、N21分别为第1衍射构造对λ1、λ2的折射率；N12、N22分别为第2衍射构造对λ1、λ2的折射率，INT(X)为最接近X的整数。本对物光学系统的作用效果同(第3项)中记载的衍射光学元件的一样。
(0045)
(第15项)一种将波长λ1(nm)的第1光束聚光于具有厚度为t1的保护层的第1光盘的信息记录面上、波长为λ2(nm)(λ2＞λ1)的第2光束聚光于具有厚度t2(t2＞t1)的保护层的第2光盘的信息记录面上的对物光学系统，其特征在于，至少各有一个：形成了第1衍射构造的光学面和形成了第2衍射构造的光学面，上述第1衍射构造在所述第1光束入射时产生n11次的衍射光、而在所述第2光束入射时产生n21次(n11≥n21)衍射光，上述第2衍射构造在所述第1光束入射时产生n12次衍射光、所述第2光束入射时产生n22次(n12≥n22)衍射光，所述第1衍射构造具有修正因所述厚度t1和所述厚度t2的不同而导致的球面像差的功能；所述第2衍射构造具有控制由所述第1衍射构造在所述波长λ1在±10nm的范围内发生变化时所产生的球面像差的功能。
(0046)
在(第15项)中记载的对物光学元件中，在对保护层厚度不同的高密度光盘和DVD进行信息记录及/或再生时，由于第1衍射构造的作用，能对由高密度光盘和DVD的保护层厚度的不同而引起的球面像差进行修正。但是，因为衍射构造的球面像差的波长依存性大，所以球面像差相对于±10nm左右的入射光束波长变化的变化变大。因为这样的球面像差的变化量与NA4成比例地增大，所以，在使用NA0.85的对物光学系统的0.1mm规格的高密度光盘中，对蓝紫光激光光源的振荡波长的公差变得严格。在对蓝紫光激光光源的波长的公差变得严格、且蓝紫光激光光源的波长伴随温度的变化而发生变化时，就不能得到稳定的高密度光盘记录/再生特性。
(0047)
这里，在本发明的对物光学系统中，利用所述第2衍射构造，将蓝紫光波长范围内的±10nm左右的入射光束波长变化所对应的球面像差抑制为小一点。由此，能提高蓝紫光激光光源的大量生产时的合格率、使蓝紫光激光光源和光拾取装置的制造成本降低。另外，即便在温度发生变化时也能稳定的对高密度光盘进行信息记录/再生。而且，本说明书中，所谓「控制球面像差」是指除几乎完全修正球面像差以外，也包含由于一定的因素而残留球面像差的情况。这里，作为由于一定的因素而残留球面像差的情况，包括例如：为了补偿对物光学系统的聚光特性伴随温度变化的变化，使对物光学系统具有在从波长λ1起向波长长的方向发生移动时球面像差向修正不足的方向变化的球面像差依存性等的情况。
(0048)
(第16项)一种将波长为λ1(nm)的第1光束聚光于具有厚度为t1的保护层的第1光盘的信息记录面上、波长为λ2(nm)(λ2＞λ1)的第2光束聚光于具有厚度为t2(t2＝t1)的保护层的第2光盘的信息记录面上的对物光学系统，其特征在于，至少各有一个：形成了第1衍射构造的光学面和形成了第2衍射构造的光学面，上述第1衍射构造在所述第1光束入射时产生n11次的衍射光、而在所述第2光束入射时产生n21次(n11≥n21)衍射光，上述第2衍射构造在所述第1光束入射时产生n12次衍射光、所述第2光束入射时产生n22次(n12≥n22)衍射光，所述第1衍射构造具有修正因所述波长λ1和所述波长λ2的波长差引起的波长分散而导致的球面像差的功能；所述第2衍射构造具有控制所述第1衍射构造在所述波长λ1在±10nm的范围内发生变化时所产生的球面像差的功能。
(0049)
作为高密度光盘的一种规格，除了0.1mm规格以外，还提出了使用数值孔径(NA)0.65的对物光学系统、和与DVD相同的0.6mm保护层的规格(以下称0.6mm规格)。至于0.6mm规格，没有必要修正因和DVD的保护层的厚度不同而引起的球面像差，但是，有必要对由蓝紫光波长和红光波长的波长差引起的波长分散而导致的球面像差进行修正。在第16项记载的对物光学系统中，由于第1衍射构造的作用，能对由蓝紫光波长和红光波长的波长差引起的波长分散而导致的球面像差进行修正。但是，此时，在蓝紫光波长范围内±10nm左右的入射光束波长变化所对应的、第1衍射构造产生的球面像差的变化变大。
(0050)
这里，在本发明的对物光学系统中，利用所述第2衍射构造，将在蓝紫光波长范围内±10nm左右的入射光束波长变化所对应的球面像差抑制为小一点。由此，能改善蓝紫光激光光源大量生产时的合格率、使蓝紫光激光光源和光拾取装置的制造成本降低。另外，即便在温度发生变化时也能稳定的对高密度光盘进行信息记录/再生。
(0051)
(第17项)在(第12项)至(第16项)的任何一式中记载的对物光学系统中，因为所述第2衍射构造具有将所述第1衍射构造在所述波长λ1在±10nm的范围内发生变化时所产生的球面像差抑制为较小的功能，所以，能缓和对蓝紫光激光光源的振荡波长的公差。
(0052)
(第18项)在(第12项)至(第16项)的任何一式中记载的对物光学系统中，因为所述对物光学系统的球面像差特性为在所述波长λ1在+10nm的范围内向波长长的方向变化时球面像差向修正不足方向变化，所以，能补偿因为温度变化而产生的、对物光学系统的聚光特性的变化。
(0053)
(第19项)在(第18项)中记载的对物光学系统中，其特征在于：至少具有一个塑料透镜，所以，能利用所述第2衍射构造的功能来补偿廉价的、因温度变化而引起折射率变化的塑料材料的缺点。
(0054)
(第20项)在(第12项)至(第19项)的任何一式中记载的对物光学系统中，其特征在于：满足以下(6)式及(7)式中的任何一式：
|INT(δΦA12)-δΦA12|＜0.4                     (6)
|INT(δΦB12)-δΦB12|＜0.4                     (7)
其中，
δΦA12＝{n11·λ1/(N11-1)}/{n21·λ2/(N21-1)}  (2)
δΦB12＝{n12·λ1/(N12-1)}/{n22·λ2/(N22-1)}  (3)
N11、N21分别为第1衍射构造对λ1、λ2的折射率；N12、N22分别为第2衍射构造对λ1、λ2的折射率，INT(X)为最接近X的整数。本对物光学系统的作用效果同(第4项)中记载的衍射光学元件的一样。
(0056)
(第21项)一种对物光学系统，其特征在于：所述第1衍射构造和第2衍射构造都是由被光轴方向上的段差分割成的、同心圆状的多个环带构成，所述第1衍射构造的环带中最接近光轴的段差的深度d1与所述第2衍射构造的环带中最接近光轴的段差的深度d2满足以下(8)式：
d1≠d2                                          (8)
本对物光学系统的作用效果同(第5项)中记载的衍射光学元件的一样。
(0058)
(第22项)在(第12项)至(第21项)的任何一项中记载的对物光学系统中，其特征在于：满足以下(9)式及(10)式：
|INT(δΦA12)-δΦA12|＞0.07                    (9)
|INT(δΦB12)-δΦB12|＜0.07                    (10)
其中，
δΦA12＝{n11·λ1/(N11-1)}/{n21·λ2/(N21-1)}  (2)
δΦB12＝{n12·λ1/(N12-1)}/{n22·λ2/(N22-1)}  (3)
N11、N21分别为第1衍射构造对λ1、λ2的折射率；N12、N22分别为第2衍射构造对λ1、λ2的折射率，INT(X)为最接近X的整数。本对物光学系统的作用效果同(第6项)中记载的衍射光学元件的一样。
(0060)
(第23项)在(第12项)至(第22项)的任何一项中记载的对物光学系统中，其特征在于：满足以下(11)式至(13)式：
λ2/λ1＞1.3                                   (11)
n11＞n21                                       (12)
n12＞n22                                           (13)
本对物光学系统的作用效果同(第7项)中记载的衍射光学元件的一样。
(0062)
(第24项)在(第12项)至(第23项)的任何一项中记载的对物光学系统中，其特征在于：所述波长λ1在350nm至450nm的范围内，所述波长λ2在600nm至700nm的范围内，在i为1或2时，所述n1i和所述n2i的组合是(n1i、n2i)＝(1，1)、(2，1)、(3，2)、(4，2)、(5，3)、(6，4)、(7，4)、(8，5)、(9，6)、(10，6)中的任何一个，其中n11＝n12的组合除外。
本对物光学系统的作用效果同(第8项)中记载的衍射光学元件的一样。
(0063)
(第25项)在(第12项)至(第23项)的任何一项中记载的对物光学系统中，其特征在于：在波长λ3(nm)(λ3＞λ2)的第3光束入射时，所述第1衍射构造产生n13次(n12≥n13)衍射光；在所述第3光束入射时所述第2衍射构造时，产生n23次(n22≥n23)衍射光。
本对物光学系统的作用效果同(第9项)中记载的衍射光学元件的一样。
(0064)
(第26项)在(第25项)中记载的对物光学系统，其特征在于：满足以下(14)式及(15)式中的任何一式。
|INT(δΦA13)-δΦA13|＜0.4                      (14)
|INT(δΦB13)-δΦB13|＜0.4                      (15)
但是，
δΦA13＝{n11·λ1/(N11-1)}/{n31·λ3/(N31-1)}   (16)
δΦB13＝{n12·λ1/(N12-1)}/{n32·λ3/(N32-1)}  (17)
N11、N31分别为第1衍射构造对λ1、λ3的折射率；N12、N32分别为第2衍射构造对λ1、λ3的折射率，INT(X)为最接近X的整数。本对物光学系统的作用效果同(第10项)中记载的衍射光学元件的一样。
(0066)
(第27项)在(第25项)或第(26项)中记载的对物光学系统中，其特征在于：所述波长λ1在350nm至450nm的范围内，所述波长λ2在600nm至700nm的范围内，所述波长λ3在750nm至850nm的范围内，在i为1或2时，所述n1i和所述n2i和所述n3i的组合是(n1i、n2i、n3i)＝(2，1，1)、(4，2，2)、(6，4，3)、(8，5，4)、(10，6，5，)中的任何一个，其中n11＝n12的组合除外。本对物光学系统的作用效果同(第11项)中记载的衍射光学元件的一样。
(0067)
(第28项)一种对物光学系统，其特征在于，包括：具有形成了所述第1衍射构造的光学面和形成了所述第2衍射构造的光学面的衍射光学元件；和将透过该衍射光学元件的所述第1光束及所述第2光束分别聚光于所述第1光盘及所述第2光盘的信息记录面上的聚光元件，并且所述衍射光学元件和所述聚光元件集成为一体。
(0068)
(第29项)一种将波长λ1(nm)的第1光束聚光于具有厚度为t1的保护层的第1光盘的信息记录面上、波长为λ2(nm)(λ2＞λ1)的第2光束聚光于具有厚度t2(t2＞t1)的保护层的第2光盘的信息记录面上的对物光学系统，其特征在于，至少各有一个：形成了第1衍射构造的光学面和形成了第2衍射构造的光学面，上述第1衍射构造在所述第1光束入射时产生n11次的衍射光、而在所述第2光束入射时产生n21次(n11≥n21)衍射光，上述第2衍射构造在所述第1光束入射时产生n12次衍射光、所述第2光束入射时产生n22次(n12≥n22)衍射光，并满足以下(1)式：
δΦA12≠δΦB12  (1)
其中，
δΦA12＝{n11·λ1/(N11-1)}/{n21·λ2/(N21-1)}      (2)
δΦB12＝{n12·λ1/(N12-1)}/{n22·λ2/(N22-1)}     (3)
N11、N21分别为第1衍射构造对λ1、λ2的折射率；N12、N22分别为第2衍射构造对λ1、λ2的折射率。
本光拾取装置的作用效果同(第1项)中记载的衍射光学元件的一样。
(0070)
(第30项)一种将波长λ1(nm)的第1光束聚光于具有厚度为t1的保护层的第1光盘的信息记录面上、波长为λ2(nm)(λ2＞λ1)的第2光束聚光于具有厚度t2(t2＞t1)的保护层的第2光盘的信息记录面上的对物光学系统，其特征在于，至少各有一个：形成了第1衍射构造的光学面和形成了第2衍射构造的光学面，上述第1衍射构造在所述第1光束入射时产生n11次的衍射光、而在所述第2光束入射时产生n21次(n11≥n21)衍射光，上述第2衍射构造在所述第1光束入射时产生n12次衍射光、所述第2光束入射时产生n22次(n12≥n22)衍射光，并满足以下(4)式：
n11≠n12                                            (4)
本光拾取装置的作用效果同(第2项)中记载的衍射光学元件的一样。
(0072)
(第31项)一种光拾取装置，至少各有一个：形成第1衍射构造的光学面和形成第2衍射构造的光学面，所述第1衍射构造为在波长为λ1(nm)的第1光束入射时产生n11次衍射光、而在波长为λ2(nm)(λ2＞λ1)的第2光束入射时产生n21次(n11≥n21)衍射光，所述第2衍射构造为在所述波长为λ1(nm)的所述第1光束入射时产生n12次衍射光、而在所述波长为λ2(nm)(λ2＞λ1)的所述第2光束入射时产生n22次(n12≥n22)衍射光，并且满足以下(5)式：
{INT(δΦA12)-δΦA12}·{INT(δΦB12)-δΦB12}＜0  (5)
其中，
δΦA12＝{n11·λ1/(N11-1)}/{n21·λ2/(N21-1)}  (2)
δΦB12＝{n12·λ1/(N12-1)}/{n22·λ2/(N22-1)}  (3)
N11、N21分别为第1衍射构造对λ1、λ2的折射率；N12、N22分别为第2衍射构造对λ1、λ2的折射率，INT(X)为最接近X的整数。本光拾取装置的作用效果同(第3项)中记载的衍射光学元件的一样。
(0074)
(第32项)一种光拾取装置，包括：发出波长为λ1(nm)的第1光束的第1光源；发出波长为λ2(nm)(λ2＞λ1)的第2光束的第2光源和；将所述第1光束聚光于具有厚度为t1的保护层的第1光盘的信息记录面上来进行信息的记录及/或再生、并将所述第2光束聚光于具有厚度为t2(t2＞t1)的保护层的第2光盘的信息记录面上来进行信息的记录及/再生的对物光学系统，所述对物光学系统，至少各有一个：形成了第1衍射构造的光学面和形成了第2衍射构造的光学面，上述第1衍射构造在所述第1光束入射时产生n11次的衍射光、而在所述第2光束入射时产生n21次(n11≥n21)衍射光；上述第2衍射构造在所述第1光束入射时产生n12次的衍射光、而在所述第2光束入射时产生n22次(n12≥n22)的衍射光，所述第1衍射构造具有修正因所述厚度t1和所述厚度t2的不同而导致的球面像差的功能；所述第2衍射构造具有控制所述第1衍射构造在所述波长λ1在±10nm的范围内发生变化时所产生的球面像差的功能。
本光拾取装置的作用效果同(第15项)中记载的对物光学系统的一样。
(0075)
(第33项)一种光拾取装置，包括：发出波长为λ1(nm)的第1光束的第1光源；发出波长为λ2(nm)(λ2＞λ1)的第2光束的第2光源；和将所述第1光束聚光于具有厚度为t1的保护层的第1光盘的信息记录面上来进行信息的记录及/或再生、并将所述第2光束聚光于具有厚度为t2(t2＞t1)的保护层的第2光盘的信息记录面上来进行信息的记录及/再生的对物光学系统，其特征在于，
所述对物光学系统，至少各有一个：形成了第1衍射构造的光学面和形成了第2衍射构造的光学面，上述第1衍射构造在所述第1光束入射时产生n11次的衍射光、而在所述第2光束入射时产生n21次(n11≥n21)衍射光；上述第2衍射构造在所述第1光束入射时产生n12次的衍射光、而在所述第2光束入射时产生n22次(n12≥n22)的衍射光，所述第1衍射构造具有修正由所述波长λ1和所述波长λ2的波长差引起的波长分散而导致的球面像差的功能；所述第2衍射构造具有控制所述第1衍射构造在所述波长λ1在±10nm的范围内发生变化时所产生的球面像差的功能。
本光拾取装置的作用效果同(第16项)中记载的对物光学系统的一样。
(0076)
(第34项)在(第29项)至(第33项)的任何一项中记载的光拾取装置中，其特征在于：所述第2衍射构造具有将所述第1衍射构造在所述波长λ1在±10nm的范围内发生变化时所产生的球面像差抑制为较小的功能。
本光拾取装置的作用效果同(第17项)中记载的对物光学系统的一样。
(0077)
(第35项)在(第29项)至(第33项)的任何一项中记载的光拾取装置中，其特征在于：所述对物光学系统的球面像差特性为在所述波长λ1在±10nm的范围内向波长长的方向变化时球面像差向修正不足方向变化。
本光拾取装置的作用效果同(第18项)中记载的对物光学系统的一样。
(0078)
(第36项)在(第35项)中记载的光拾取装置，其特征在于：至少具有一个塑料透镜。
本光拾取装置的作用效果同(第19项)中记载的对物光学系统的一样。
(0079)
(第37项)在(第29项)至(第36项)的任何一项中记载的光拾取装置中，其特征在于：满足以下(6)式及(7)式中的任何一式。
|INT(δΦA12)-δΦA12|＜0.4                     (6)
|INT(δΦB12)-δΦB12|＜0.4                     (7)
其中，
δΦA12＝{n11·λ1/(N11-1)}/{n21·λ2/(N21-1)}  (2)
δΦB12＝{n12·λ1/(N12-1)}/{n22·λ2/(N22-1)}  (3)
N11、N21分别为第1衍射构造对λ1、λ2的折射率；N12、N22分别为第2衍射构造对λ1、λ2的折射率，INT(X)为最接近X的整数。
本光拾取装置的作用效果同(第4项)中记载的衍射光学元件的一样。
(0081)
(第38项)在(第29项)至(第37项)的任何一项中记载的光拾取装置中，其特征在于：所述第1衍射构造和第2衍射构造都是由被光轴方向上的段差分割成的、同心圆状的多个环带构成，所述第1衍射构造的环带中最接近光轴的段差的深度d1与所述第2衍射构造的环带中最接近光轴的段差的深度d2满足以下(8)式：
d1≠d2(8)
本光拾取装置的作用效果同(第5项)中记载的衍射光学元件的一样。
(0083)
(第39项)在(第29项)至(第38项)的任何一项中记载的光拾取装置，其特征在于：满足以下(9)式及(10)式：
|INT(δΦA12)-δΦA12|＞0.07                 (9)
|INT(δΦB12)-δΦB12|＜0.07                 (10)
其中，
δΦA12＝{n11·λ1/(N11-1)}/{n21·λ2/(N21-1)}  (2)
δΦB12＝{n12·λ1/(N12-1)}/{n22·λ2/(N22-1)}  (3)
N11、N21分别为第1衍射构造对λ1、λ2的折射率；N12、N22分别为第2衍射构造对λ1、λ2的折射率，INT(X)为最接近X的整数。本光拾取装置的作用效果同(第6项)中记载的衍射光学元件的一样。
(0085)
(第40项)在(第29项)至(第39项)的任何一项中记载的光拾取装置中，其特征在于：满足以下(11)式至(13)式：
λ2/λ1＞1.3                                   (11)
n11＞n21                                       (12)
n12＞n22                                       (13)
本光拾取装置的作用效果同(第7项)中记载的衍射光学元件的一样。
(0087)
(第41项)在(第29项)至(第40项)的任何一项中记载的光拾取装置中，其特征在于：所述波长λ1在350nm至450nm的范围内，所述波长λ2在600nnm至700nm的范围内，在i为1或2时，所述n1i和所述n2i的组合是(n1i、n2i)＝(1，1)、(2，1)、(3，2)、(4，2)、(5，3)、(6，4)、(7，4)、(8，5)、(9，6)、(10，6)中的任何一个，其中n11＝n12的组合除外。
本光拾取装置的作用效果同(第8项)中记载的衍射光学元件的一样。
(0088)
(第42项)在(第29项)至(第41项)的任何一项中记载的光拾取装置，其特征在于：在波长λ3(nm)(λ3＞λ2)的第3光束入射时，所述第1衍射构造产生n13次(n12≥n13)衍射光；在所述第3光束入射时所述第2衍射构造产生n23次(n22≥n23)衍射光。
本光拾取装置的作用效果同(第9项)中记载的衍射光学元件的一样。
(0089)
(第43项)在(第42项)中记载的光拾取装置，其特征在于：满足以下(14)式及(15)式中的任何一式：
|INT(δΦA13)-δΦA13|＜0.4                     (14)
|INT(δΦB13)-δΦB13|＜0.4                     (15)
但是，
δΦA13＝{n11·λ1/(N11-1)}/{n31·λ3/(N31-1)}  (16)
δΦB13＝{h12·λ1/(N12-1)}/{n32·λ3/(N32-1)}  (17)
N11、N31分别为第1衍射构造对λ1、λ3的折射率；N12、N32分别为第2衍射构造对λ1、λ3的折射率，INT(X)为最接近X的整数。
本光拾取装置的作用效果同(第10项)中记载的衍射光学元件的一样。
(0091)
(第44项)在(第42项)或(第43项)中记载的光拾取装置中，其特征在于：所述波长λ1在350nm至450nm的范围内，所述波长λ2在600nm至700nm的范围内，所述波长λ3在750nm至850nm的范围内，i为1或2时，所述n1i和所述n2i和所述n3i的组合是(n1i、n2i 、n3i)＝(2，1，1)、(4，2，2)、(6，4，3)、(8，5，4)、(10，6，5，)中的任何一个，其中n11＝n12的组合除外。
本光拾取装置的作用效果同(第11项)中记载的衍射光学元件的一样。
(0092)
(第45项)在(第29项)至(第44项)的任何一项中记载的光拾取装置中，其特征在于，包括：具有形成了所述第1衍射构造的光学面和形成了所述第2衍射构造的光学面的衍射光学元件；以及将透过该衍射光学元件的所述第1光束及所述第2光束分别聚光于所述第1光盘及所述第2光盘的信息记录面上的聚光元件，并且所述衍射光学元件和所述聚光元件被集成为一体。
(0093)
(第46项)一种光信息记录再生装置，其特征在于：装载了如(第29项)至(第45项)的任何一项中记载的光拾取装置，至少能实行对第1光盘及第2光盘进行信息的记录和对记录在第1光盘及第2光盘上的信息进行再生这两者中的一者。
(0094)
在本说明书中使用的所谓「衍射构造」是指在光学元件表面上设置衍射图案、并具有根据衍射作用使入射光束聚光或发散的功能的部分。作为衍射图案的形状，为由被光轴方向上的段差分割成的同心圆状的多个环带，如果从包含光轴的平面看它的截面，各环带为锯齿形或阶梯形。
(0095)
本发明书中，所谓高密度光盘或第1光盘是指：以蓝光光盘(BD；Biu-ray Disc)为代表的0.1mm规格的光盘和以HD DVD为代表的0.6mm规格的光盘等、使用蓝紫光激光光源的光盘。另外，高密度光盘或第1光盘包括在信息记录面上具有数nm～数十nm左右的厚度的保护层的光盘、保护层或保护膜的厚度为零的光盘、还有磁光盘。所谓第2光盘，是指包括：DVD-ROM、DVD-Video、DVD-Audio、DVD+R、DVD-RAM、DVD±RW等各种DVD系列的光盘在内的光盘。所谓第3光盘，是指包括：CD-Audio、CD-ROM、CD-R、CD-RW等各种CD系列的光盘在内的光盘。
(0096)
以下参照图面，对本发明的实施方式作说明。
(第1实施方式)
图1是能对高密度光盘HD(第1光盘)和DVD(第2光盘)进行恰当的信息记录/再生的第1光拾取装置PU1的构成的概略图。高密度光盘HD的光学规格为：波长λ1＝405nm、保护层PL1的厚度t1＝0.1mm、数值孔径NA1＝0.85；DVD的光学规格为：波长λ2＝655nm、保护层PL2的厚度t2＝0.6mm、数值孔径NA2＝0.65。但是，波长、保护层的厚度、及数值孔径的组合不仅仅限于上述情况。
(0097)
如图1所示，光拾取装置PU1是由：发出第1光束的蓝紫色半导体激光器LD1；发出第2光束的红色半导体激光器LD2；高密度光盘HD和DVD共用的光检测器PD；用于将从蓝紫色半导体激光器LD1发出的激光光束的截面形状从椭圆形整形成圆形的光束整形元件BSH；第1校准光学系统COL1；第2校准光学系统COL2；2轴致动器AC；第1对物光学系统OBJ1；第1光束组合器(コンバイナ)BC1；第2光束组合器BC2；与高密度光盘HD的数值孔径NA1对应的光圈ST；向色性滤光器DF；传感器光学系统SEN等构成。
(0098)
而且，作为用于高密度光盘HD的光源，也可以使用上述蓝紫色半导体激光器LD1以外的蓝紫色SHG激光器。
(0099)
在光拾取装置PU1中，在对高密度光盘HD进行信息的记录/再生时，如图1中用实线描出的光路那样，从蓝紫色半导体激光器LD1发出的发散光束通过光束整形元件BSH而将其截面形状从椭圆形整形成圆形以后，经第1校准光学系统COL1后大致成平行光，透过第1光束组合器BC1、第2光束组合器BC2，通过光圈限制ST光束的直径，由第1对物光学系统OBJ1经高密度光盘HD的保护层PL1而在信息记录面RL1上形成斑点。第1对物光学系统OBJ1利用配置在其周围的2轴致动器进行调焦和跟踪摄影。经过信息记录面RL1上的信息凹坑而被调制后的反射光束再次透过第1对物光学系统OBJ1、光圈ST后，经第2光束组合器BC2反射，在由于经过传感器光学系统SEN而成为收敛光束的同时被付与非点像差、会聚于光检测器PD的感光面上。然后，使用光检测器PD的输出信号，能读取高密度光盘HD上记录的信息。
(0100)
另外，在光拾取装置PU1中，在对DVD进行信息的记录/再生时，如图1中用虚线描出的光路那样，从红色半导体激光器LD2发出的发散光束，经第2校准光学系统COL2后大致成平行光，由第1光束组合器BC1反射后，透过第2光束组合器BC2，通过二向色性滤光器DF限制光束的直径，由第1对物光学系统OBJ1经DVD的保护层PL2而在信息记录面RL2上形成斑点。第1对物光学系统OBJ1利用配置在其周围的2轴致动器进行调焦和跟踪摄影。经信息记录面RL2上的信息凹坑而被调制的反射光束再次透过第1对物光学系统OBJ1、二向色性滤光器DF、光圈ST后，经第2光束组合器BC2反射，在由于经过传感器光学系统SEN而成为收敛光束的同时被付与非点像差、会聚于光检测器PD的感光面上。然后，使用光检测器PD的输出信号，能读取DVD上记录的信息。
(0101)
下面，对第1对物光学系统OBJ1的构成进行说明。第1对物光学系统OBJ1由作为塑料透镜的像差修正元件L1、具有将透过此像差修正元件L1的激光光束聚光于光盘的信息记录面上的功能的、NA0.85的为非球面玻璃透镜的聚光元件L2构成。在像差修正元件L1的激光光源侧的光学面S1上，形成了由包含光轴的截面形状为锯齿状的多个环带构成的、发光型(ブレ一ズ)第1衍射构造DOE1。另外，在像差修正元件L1的光盘侧的光学面S2上，形成了由包含光轴的截面形状为锯齿状的多个环带构成的、发光型第2衍射构造DOE2。另外，二向色性滤光器DF和像差修正元件L1和聚光元件L2经保持部件B而被一体化。
(0102)
第1衍射构造DOE1是为了修正因高密度光盘HD的保护层PL1的厚度t1和DVD的保护层PL2的厚度t2不同而引起的球面像差的构造，为了良好的修正这样的像差，第1衍射构造DOE1被形成在非球面上。另外，设高密度光盘HD的记录/再生用光束的衍射次数为n11及DVD的记录/再生用光束的衍射次数为n21，通过分别选择n11＝2、n21＝1，确保了在双方光盘的波长范围内的高衍射效率。
(0103)
由于在第1衍射构造DOE1中，由上述(2)式所表示的第1光束和第2光束的光程长之比δΦA12满足
INT(δΦA12)-δΦA12＜0   (19)，
所以，如图2中的点划线(a)所示，具有在入射到第1衍射构造DOE1上的光束的波长从高密度光盘的设计波长λ1向波长长的方向移动了Δλ时，球面像差向修正过度方向变化的球面像差特性。
(0104)
为了修正这种第1衍射构造DOE1的球面像差的波长依存性，在第2衍射构造DOE2中，设光盘HD记录/再生时光束的衍射次数为n12及光盘DVD记录/再生用光束的衍射次数为n22，由于选择了n12＝3、n22＝2，以使由上述(3)式所表示的第1光束和第2光束的光程长之比δΦB12满足：
INT(δΦB12)-δΦB12＞0  (20)，
所以如图2的虚线(b)所示的那样，第2衍射构造DOE2具有通过入射光束向波长长的方向移动而使球面像差向修正不足方向变化的球面像差特性。
(0105)
如上所述，对于波长差大的2种波长，产生相互不同衍射次数的光束，第1光束和第2光束的光程长之比δΦA12的值接近1的第1衍射构造DOE1每单位波长变化的球面像差变化量大，但是，通过使第2衍射构造DOE2具有与第1衍射构造DOE1相反的球面像差特性，如图2中实线(c)所示，能抵消球面像差的波长依存性。
(第2实施方式)
接下去，对本发明的第2实施方式进行说明，但是，和上述第1实施方式中同样的构成使用同样的符号，所以省略其说明。
(0106)
图3是能对高密度光盘HD(第1光盘)和、DVD(第2光盘)和、CD(第3光盘)进行适当的信息记录/再生的第2光拾取装置PU2的构成的概略图。高密度光盘HD的光学规格为：波长λ1＝405nm、保护层PL1的厚度t1＝0.1mm、数值孔径NA1＝0.85；DVD的光学规格为：波长λ2＝655nm、保护层PL2的厚度t2＝0.6mm、数值孔径NA2＝0.65；CD的光学规格为：波长λ3＝785nm、保护层PL3的厚度t3＝1.2mm、数值孔径NA3＝0.45。但是，波长、保护层的厚度、及数值孔径的组合不仅仅限于上述情况。
(0107)
光拾取装置PU2由：将发出第1光束的蓝紫色半导体激光器LD1和光检测器PD1一体化的高密度光盘用模块MD1、将发出第2光束的红色半导体激光器LD2和光检测器PD2一体化的DVD用模块MD2、将发出第3光束的红外半导体激光器LD3和光检测器PD3一体化的CD用模块MD3、用于将从蓝紫色半导体激光器LD1发出的激光光束的截面形状从椭圆整形成圆形的光束整形元件BSH、校准光学系统COL、2轴致动器AC、第2对物光学系统OBJ2、第1光束组合器BC1、第2光束组合器BC2、与高密度光盘HD的数值孔径NA1对应的光圈ST、和液晶元件LCD等构成。而且，也能使用上述蓝紫色半导体激光器LD1以外的其他蓝紫色SHG激光器，作为高密度光盘HD的光源。
(0108)
在光拾取装置PU2中，在对高密度光盘HD进行信息的记录/再生时，如图3中用实线描出的光路那样，使蓝紫色半导体激光器LD1发光。从蓝紫色半导体激光器LD1发出的反散光束，通过光束整形元件BSH将其截面形状从椭圆形整形成圆形以后，透过第1光束组合器BC1，经校准光学系统COL后大致成平行光束，透过第2光束组合器BC2，通过光圈ST限制光束的直径，透过液晶元件LCD，由第2对物光学系统OBJ2经高密度光盘HD的保护层PL1而在信息记录面RL1上形成斑点。第2对物光学系统OBJ2利用配置在其周围的2轴致动器进行调焦和跟踪摄影。通过信息记录面RL1上的信息凹坑而被调制后的反射光束，再次透过第1对物光学系统OBJ1、液晶元件LCD、光圈ST、第2光束组合器BC2、及校准光学系统COL后，成为收敛光束，并透过第1光束组合器BC1而会聚于光检测器PD1的感光面上。然后，使用光检测器PD1的输出信号，能读取高密度光盘HD上记录的信息。
(0109)
另外，光拾取装置PU2在对DVD进行信息的记录/再生时，如图3中用虚线描出的光路那样，使红色半导体激光器LD2发光。从红色半导体激光器LD2发出的反散光束，经第1组合器BC1被反射，经校准光学系统COL后大致成平行光束，透过第2光束组合器BC2后，通过液晶元件LCD限制光束的直径，由第2对物光学系统OBJ2经DVD的保护层PL2而在信息记录面RL2上形成斑点。第2对物光学系统OBJ2利用配置在其周围的2轴致动器进行调焦和跟踪摄影。通过信息记录面RL2上的信息凹坑而被调制后的反射光束，再次透过第2对物光学系统OBJ2、液晶元件LCD、第2光束组合器BC2、校准光学系统COL后，成为收敛光束，并经第1光束组合器BC1反射而会聚于光检测器PD2的感光面上。然后，使用光检测器PD2的输出信号，能读取DVD上记录的信息。
(0110)
另外，在光拾取装置PU2中，在对CD进行信息的记录/再生时，如图3中用点划线描出的光路那样，使红外半导体激光器LD3发光。从红外半导体激光器LD3发出的反散光束，经第2组合器BC2被反射后，通过液晶元件LCD限制光束的直径，由第2对物光学系统OBJ2经CD的保护层PL3而在信息记录面RL3上形成斑点。第2对物光学系统OBJ2利用配置在其周围的2轴致动器进行调焦和跟踪摄影。通过信息记录面RL3上的信息凹坑而被调制后的反射光束，再次透过第2对物光学系统OBJ2、液晶元件LCD后，经第2光束组合器BC1反射，会聚于光检测器PD3的感光面上。然后，使用光检测器PD3的输出信号，能读取CD上记录的信息。
(0111)
下面，对第2对物光学系统OBJ2的构成进行说明。第2对物光学系统OBJ2由作为塑料透镜的像差修正元件L1和具有将透过此像差修正元件L1的激光光束聚光于光盘的信息记录面上的功能的、NA0.85的作为非球面玻璃透镜的聚光元件L2构成。在像差修正元件L1的激光光源侧的光学面S1上，形成了由包含光轴的截面形状为锯齿形状的多个环带构成的发光型第1衍射构造DOE1。另外，在像差修正元件L1的光盘侧的光学面S2上，形成了由包含光轴的截面形状为锯齿形状的多个环带构成的发光型第2衍射构造DOE2。另外，像差修正元件L1和聚光元件L2分别具有在光学功能部的周边处一体成形的凸缘部FL1、FL2，凸缘部FL1、FL2的一部分通过相互嵌合连接而一体化，而且，第2对物光学系统OBJ2和液晶元件LCD经保持部件B而被一体化。
(0112)
第1衍射构造DOE1是为了修正因高密度光盘HD的保护层PL1的厚度t1和DVD的保护层PL2的厚度t2不同而引起的球面像差的构造，为了良好的修正这样的像差，第1衍射构造DOE1被形成在非球面上。另外，第2对物光学系统OBJ2为了修正因高密度光盘HD的保护层PL1的厚度t1和CD的保护层PL3的厚度t3不同而引起的球面像差，使记录/再生高密度光盘HD的信息时的倍率m1和记录/再生CD的信息时的倍率m3不同，在对CD进行信息记录/再生时，构成为向第2对物光学系统OBJ2入射发散光束。而且，通过将高密度光盘HD的记录/再生用光束的衍射次数n11、DVD的记录/再生用光束的衍射次数n21、及CD的记录/再生用光束的衍射次数n31分别选择为n11＝2、n21＝1、n31＝1，确保了在各光盘的波长范围内的高衍射效率。
(0113)
由于在第1衍射构造DOE1中，由上述(2)式所表示的第1光束和第2光束的光程长之比δΦA12满足：
INT(δΦA12)-δΦA12＜0  (21)，
所以，如图2中的点划线(a)所示，具有在入射到第1衍射构造DOE1上的光束的波长从高密度光盘的设计波长λ1向波长长的方向移动了Δλ时，球面像差向修正过度方向变化的球面像差特性。因此，在环境温度上升时，在聚光元件L2发生的修正过度方向的球面像差变化与由于蓝紫色半导体激光器LD1的波长伴随环境温度的上升向波长长的方向的移动而在第1衍射构造DOE1产生的修正过度方向的球面像差变化相加，所以，在环境温度上升时，对高密度光盘HD进行稳定的记录/再生成为困难。
(0114)
为了控制这种第1衍射构造DOE1的球面像差的波长依存性、提高环境温度变化时对高密度光盘HD记录/再生的特性，在第2对物光学系统中，将第2衍射构造DOE2形成在像差修正元件L1的光盘侧的光学面S2上，设高密度光盘HD的记录/再生用光束的衍射次数为n12、DVD的记录/再生用光束的衍射次数为n22，并分别选择n12＝10、n22＝6，以使由上述(3)式所表示的第1光束和第2光束的光程长之比δΦB12满足
INT(δΦB12)-δΦB12＜0(22)。第2衍射构造具有通过使入射光束的波长向波长长的方向移动，球面像差向修正过度方向变化的球面像差特性。而且，在波长为λ3的第3光束入射到第2衍射构造DOE2时产生5次衍射光(n32＝5)。
(0115)
通过具有和第1衍射构造DOE1相反的球面像差特性的第2衍射构造DOE2来控制第1衍射构造DOE1的球面像差特性，能使第2对物光学系统OBJ2具有在从高密度光盘的设计波长λ1向波长长的方向移动Δλ时，球面像差向修正不足方向变化的球面像差特性。
(0116)
其结果，在环境温度上升时，聚光元件L2产生的修正过度方向的球面像差变化与通过蓝紫色半导体激光器LD1的波长伴随环境温度上升向波长长的方向的移动而产生的修正不足方向的球面像差变化相互抵消，所以，能提高在环境温度变化时对高密度光盘HD进行记录/再生的特性。
(0117)
在本实施方式中，构成为通过液晶元件LCD来进行对DVD及CD进行信息记录/再生时的数值孔径切换，但由于这种技术在例如特开平10-20263号中有所记载，已为公知的技术，所以这里省略其详细说明。
(实施例)
(0118)
以下，对适合上述实施方式的实施例进行说明。在设自与各实施例中的非球面的顶点相接的平面起的变形量为X(mm)、垂直于光轴的方向上的高度为h(mm)、曲率半径为r(mm)时，用以下(数式1)来表示该非球面。其中，k为圆锥系数、A2i为非球面系数。
(0119)
(数式1)
X = h 2 / r 1 + 1 - ( 1 + κ ) h 2 / r 2 + Σ i = 2 10 A 2 i h 2 i
(0120)
另外，各实施例中作为衍射构造的环带构造由通过该环带构造而附加在透过波面上的光程差来表示。在设垂直于光轴的方向上的高度为h(mm)、光程差函数系数为B2i、入射光束的波长为λ(nm)、制造波长为λB(nm)时，用以下(数式2)中定义的光程差函数Φb来表示这样的光程差。
(0121)
(数式2)
φ b = λ / λ B × n × Σ j = 1 B 2 j h 2 j
(0122)
(实施例1)
本实施例是适合作为上述光拾取装置PU1中的第1对物光学系统OBJ1的光学元件，透镜数据如表1所示、光路图如图4所示。本实施例的光学元件由：作为在激光光源侧的光学面S1上形成的第1衍射构造DOE1、而在光盘侧的光学面S2上形成第2衍射构造DOE2的塑料透镜的像差修正元件L1和作为两面均为非球面的玻璃透镜的聚光元件L2构成。而且，以下(包括表中的透镜数据)，用E(例如：2.5×E-3)来表示10的幂次数(例如：2.5×10-3)。另外，r(mm)表示近轴曲率半径、d1(mm)表示高密度光盘使用时的光轴上间隔、d2(mm)表示DVD使用时的光轴上间隔、Nλ1表示对波长λ1的折射率、Nλ2表示对波长λ2的折射率、vd表示d线的阿贝数。
(0123)(表1)
【近轴数据】
  面编号   r(mm)   d<sub>1</sub>(mm)   d<sub>2</sub>(mm)   N<sub>λ1</sub>   N<sub>λ2</sub>   v<sub>d</sub>
  OBJ   ∞   ∞
  ST   0.5000   0.5000
  1   -21.0284   1.0000   1.0000   1.5247   1.5065   56.5
  2   ∞   0.0500   0.0500
  3   1.2369   2.1400   2.1400   1.6227   1.6032   61.2
  4   -3.3104   0.5311   0.2652
  5   ∞   0.1000   0.6000   1.61950   1.5772   30.0
  6   ∞
【非球面系数】
  第1面   第2面   第3面   第4面
  κ   0.0000E+00   0.0000E+00   -0.65471E+00   -0.111004E+03
  A4   1.2698E-02   1.5697E-02   0.15588E-01   0.17200E+00
  A6   4.7005E-03   5.3490E-03   -0.10498E-02   -0.29168E+00
  A8   1.5410E-03   1.5839E-03   0.10874E-01   0.37347E+00
  A10   -2.4906E-04   -9.5714E-05   -0.10146E-01   -0.35736E+00
  A12   0.0000E+00   0.0000E+00   0.30385E-02   0.19402E+00
  A14   0.0000E+00   0.0000E+00   0.40266E-02   -0.43722E-01
  A16   0.0000E+00   0.0000E+00   -0.44036E-02   0.0000E+00
  A18   0.0000E+00   0.0000E+00   0.17306E-02   0.0000E+00
  A20   0.0000E+00   0.0000E+00   -0.25435E-03   0.0000E+00
【衍射次数·制造波长·光程差函数系数】
  第1面   第2面
  n<sub>1</sub>/n<sub>2</sub>   2/1   3/2
  λB   390nm   420nm
  B2   -6.0000E-03   0.0000E+00
  B4   4.2364E-03   -3.5937E-03
  B6   -1.5771E-04   1.1204E-06
  B8   1.0076E-03   -7.3328E-04
  B10   -1.6075E-04   8.7910E-05
(0124)
高密度光盘HD使用时的光学规格为：波长λ1＝405nm、保护层PL1的厚度t1＝0.1mm、数值孔径NA1＝0.85、焦距f1＝1.765mm、倍率m1＝0；DVD使用时的光学规格为：波长λ2＝655nm、保护层PL2的厚度t2＝0.6mm、数值孔径NA2＝0.65、焦距f2＝1.819mm、倍率m2＝0。
(0125)
第1衍射构造DOE1为对波长λ1产生2次衍射光、对波长λ2产生1次衍射光的构造，其制造波长λB为390nm。对λ1及λ2的衍射效率分别为97.7％、93.3％，对任一波长都具有高衍射效率。
(0126)
另外，第2衍射构造DOE2为对波长λ1产生3次衍射光、对波长λ2产生2次衍射光的构造，其制造波长λB为420nm。对λ1及λ2的衍射效率分别为95.0％、94.1％，对任一波长也都具有高衍射效率。
(0127)
在表2中，表示在针对本实施例的光学元件的λ1(nm)及λ1±5(nm)的最佳像面上的波面像差的RMS值(9次以下的球面像差分量的总和)。表2中的「比较例」是和本实施例的光学元件有同样设计波长、同样焦距、同样数值孔径、同样动作距离、没有形成第2衍射构造DOE2的光学元件。从此表中，通过将本实施例的光学元件用作对物光学系统，能充分大地确保对蓝紫色激光光源和红色激光光源的振荡波长的公差。
(0127)(表2)
  实施例1   比较例
  λ<sub>1</sub>   0.001λRMS   0.001λRMS
  λ<sub>1</sub>+5(nm)   0.002λRMS   0.375λRMS
  λ<sub>1</sub>-5(nm)   0.002λRMS   0.386λRMS
(0128)(实施例2)
本实施例是适合作为上述光拾取装置PU2中的第2对物光学系统OBJ2的光学元件，透镜数据如表3所示、光路图如图5所示。本实施例的光学元件由作为在激光光源侧的光学面S1上形成了第1衍射构造DOE1、而在光盘侧的光学面S2上形成了第2衍射构造DOE2的塑料透镜的像差修正元件L1和作为两面均为非球面的玻璃透镜的聚光元件L2构成。
(0129)(表3)
【近轴数据】
面编号 r(mm)   d<sub>1</sub>(mm)   d<sub>2</sub>(mm) d<sub>3</sub>(mm) N<sub>λ1</sub> N<sub>λ2</sub> N<sub>λ3</sub> v<sub>d</sub>
  OBJ   ∞   ∞   10.450
  ST   0.5000   0.5000   0.5000
  1   -6.2326   1.0000   1.0000   1.0000   1.5247   1.5065   1.5050   56.5
  2   -9.7062   0.0500   0.0500   0.0500
  3   1.1833   2.2500   2.2500   2.2500   1.5601   1.5407   1.5372   56.3
  4   -1.9045   0.5008   0.2698   0.2652
  5   ∞   0.1000   0.6000   1.2000   1.6195   1.5772   1.5704   30.0
  6   ∞
【非球面系数】
【衍射次数·制造波长.光程差函数系数】
  第1面   第2面
  n<sub>1</sub>/n<sub>2</sub>/n<sub>3</sub>   2/1/1   10/6/5
  λB   390nm   405nm
  B2   -2.0000E-02   2.6868E-03
  B4   6.3584E-03   -1.4355E-03
  B6   3.7364E-04   -6.3552E-04
  B8   7.0863E-04   9.0151E-05
  B10   6.1334E-05   -8.3045E-05
(0130)
高密度光盘HD使用时的光学规格为：波长λ1＝405nm、保护层PL1的厚度t1＝0.1mm、数值孔径NA1＝0.85、焦距f1＝1.765mm、倍率m1＝0；DVD使用时的光学规格为：波长λ2＝655nm、保护层PL2的厚度t2＝0.6mm、数值孔径NA2＝0.65、焦距f2＝1.822mm、倍率m2＝0；CD使用时的光学规格为：波长λ3＝785nm、保护层PL3的厚度t3＝1.2mm、数值孔径NA3＝0.45、焦距f3＝1.823mm、倍率m3＝-0.173；设计基准温度为25℃。
(0131)
第1衍射构造DOE1为对波长λ1产生2次衍射光、对波长λ2产生1次衍射光的构造、对波长λ3产生1次衍射光的构造，其制造波长λB为390nm。对λ1、λ2及λ3的衍射效率分别为97.7％、93.3％、99.2％，对任一波长都有高衍射效率。
(0132)
另外，第2衍射构造DOE2是对波长λ1产生10次衍射光、对波长λ2产生6次衍射光的、对波长λ3产生5次衍射光的构造，其制造波长λB为405nm。对λ1、λ2及λ3的衍射效率分别为100％、99.7％、99.6％，对任一波长都有高衍射效率。
(0143)
表4中显示了本实施例的光学元件在温度25℃及55℃时高密度光盘HD使用时的最佳像面上的波面像差RMS值(9次以下的球面像差分量的总和)。但是，假设蓝紫色半导体激光器LD1伴随温度上升的波长移动量为+0.05nm/度，像差修正元件L1和聚光元件L2伴随温度上升的折射率变化量分别为-1.08×10-4/度和-0.9×10-4/度。在表2中，「比较例」是和本实施例的光学元件有同样设计波长、同样焦距、同样数值孔径、同样动作距离的、没有形成第2衍射构造DOE2的光学元件。从此表中，通过将本实施例的光学元件用作对物光学系统，能提高环境温度发生变化时对高密度光盘HD的记录/再生特性。
(0134)(表4)
  实施例1   比较例
  25度   0.001λRMS   0.002λRMS
  55度   0.031λRMS   0.419λRMS
(0135)
(实施例3)
在上述实施例1及实施例2中，对物光学系统OBJ1及OBJ2由像差修正元件L1和聚光元件L2构成，但本实施例具有在作为塑料透镜的聚光元件上形成第1衍射构造DOE1和第2衍射构造DOE2的构成，是能对高密度光盘HD、DVD和CD进行合适的信息记录/再生的对物光学系统。本实施例的透镜数据如表5所示、光路图如图6所示。
(0136)(表5)
【近轴数据】
  面编号   r(mm)   d<sub>1</sub>(mm)   d<sub>2</sub>(mm)   d<sub>3</sub>(mm)   N<sub>λ1</sub>   N<sub>λ2</sub>   N<sub>λ3</sub>   v<sub>d</sub>
  OBJ   ∞   ∞   55.000
  1(光圈直径)   0.0(Φ3.74mm)   0.0(Φ2.94mm)   0.0(Φ2.14mm)
2 1.4707 2.680 2.680 2.680 1.5609 1.5420 1.5384 56.5
2’ 1.4960 0.000 0.000 0.000
  2”   1.4909   0.000   0.000   0.000
  3   -3.2474   0.726   0.475   0.211
  4   ∞   0.0875   0.6   1.2   1.6184   1.5773   1.5709   30.0
  5   ∞
*2′表示从第2面到第2′面的变位
*2″表示从第2′面到第2″面的变位
【非球面系数】
Figure C20048000816300511
【衍射次数·制造波长·光程差函数系数】
  第2面(0mm≤h≤1.1mm)  第2’面(1.1mm＜h≤1.Smm)   第3面
  n<sub>1</sub>/n<sub>2</sub>/n<sub>3</sub>   1/1/1   0/1/0   10/6/5
  λ<sub>B</sub>   550nm   658nm   408nm
  B2   4.4371E-03   2.6114E-03   -2.8868E-03
  B4   -1.6945E-03   -2.0837E-03   -3.5861E-03
  B6   -1.2404E-03   8.4202E-04   6.5773E-04
  B8   9.2878E-04   -3.8289E-04   5.3262E-04
  B10   -2.8718E-04   4.0704E-05   -1.2290E-04
(0137)
高密度光盘HD使用时的光学规格为：波长λ1＝408nm、保护层PL1的厚度t1＝0.0875mm、数值孔径NA1＝0.85、焦距f1＝2.19mm、倍率m1＝0；DVD使用时的光学规格为：波长λ2＝658nm、保护层PL2的厚度t2＝0.6mm、数值孔径NA2＝0.66、焦距f2＝2.26mm、倍率m2＝0；CD使用时的光学规格为：波长λ3＝785nm、保护层PL3的厚度t3＝1.2mm、数值孔径NA3＝0.46、焦距f3＝2.28mm、倍率m3＝-0.043；设计基准温度为25℃。
(0138)
实施例3的对物光学系统中，光源侧的光学面被分为：包含光轴的第2面S2(中央区域)、其周围的第2′面S2′(第1周边区域)、以及其周围的第2″面S2″(第2周边区域)这3个区域。而且，第2面是相当于数值孔径NA3内的区域；第2′面是相当于数值孔径NA3至数值孔径NA2的区域；第2″面是相当于数值孔径NA2至数值孔径NA1的区域。
(0139)
这里，在第2面上形成第1衍射构造DOE1，该第1衍射构造DOE1对波长λ1产生1次衍射光；对波长λ2产生1次衍射光；对波长λ3产生1次衍射光，其制造波长λB为550nm。对λ1、λ2及λ3的衍射效率分别为60％、91％、72％。
(0140)
另外，在第2′面上形成第1衍射构造DOE1′，该第1衍射构造DOE1′对波长λ1产生0次衍射光；对波长λ2产生1次衍射光；对波长λ3产生0次衍射光，其制造波长λB为658nm。对λ1、λ2及λ3的衍射效率分别为100％、88％、100％。
(0141)
而且，第2″面为没有形成衍射构造的非球面，该非球面的形状是最合理化了的形状，它能使通过第2″面的波长λ1的光束在高密度光盘HD的信息记录面上形成良好的波面。
(0142)
在本实施例的对物光学系统中，在第2面内利用第1衍射构造DOE1的作用对由t1、t2及t3的差而引起的球面像差进行修正、第2′面内利用第1衍射构造DOE1′的作用进行修正。
(0143)
这里，对第1衍射构造DOE1′中产生衍射光的原理进行说明。第1衍射构造DOE1′是包含光轴的截面形状为阶梯状的图案被排列在同心圆上的构造、是每按规定的水平面个数A、移动的的高度相当于与该水平面数相对应的段数的构造。阶梯的1个段差按光程差换算为波长λ1的2倍的深度，规定的水平面个数A以4、5、6中的任何一个为理想。
(0144)
通过将阶梯的1个段差设定为按光程差换算为波长λ1的2倍的深度，通过相邻接的水平面的第1光束的波面偏移2个波长后重叠，所以能在不受衍射作用的情况下原样透过。另外，通过该段差，第2光束上附加的光程差为波长λ2的1.2倍。减去等相位的1个波长长度的光程差后的实际光程差为波长λ2的0.2倍，所以，如果将水平面的个数A设定为4、5、6中的任何一个、第2光束在1个图案内的光程差大致为波长λ2的1倍。这样，通过周期性地排列产生了大致为波长λ2的1倍的光程差的图案，能使第2光束以高衍射效率向1次方向衍射，能得到仅选择性地对第2光束进行衍射的衍射构造。此时，将水平面的个数A设定为5的话，能使第2光束在1个图案内的光程差最接近波长λ2的1倍，所以，能最高地确保第2光束的透过率。
(0145)
而且，第1衍射构造DOE1′中，第2光束的衍射光的衍射率仅依存于材料的阿贝数，不依存于折射率。所以，对折射率来说比较有自由度，但是，折射率越小段差越深，精确地制造阶梯形状有困难，因此，在有多种阿贝数相同的材料时，选择折射率最大的材料为理想。
(0146)
而且，因为在第1衍射构造中重视对λ2和λ3的衍射效率的设计，所以，波长λ1的衍射效率为60％。然而，以第1衍射构造DOE1′对波长λ1的衍射效率(透过率)为100％，以第2周边区域为没有形成衍射构造的非球面，所以通过加权平均各区域的面积而计算出的波长λ1的衍射效率为86％，从而能对高密度光盘HD进行高速地记录和再生。
(0147)
这样，由于高密度光盘HD的数值孔径NA1比CD的数值孔径NA3大，所以，在考虑波长λ1的有效直径全体时，第1衍射构造DOE1的衍射效率低下没有多大影响。
(0148)
另外，在光盘侧的光学面(第3面)上形成第2衍射构造DOE2，该第2衍射构造对波长λ1产生10次衍射光、对波长λ2产生6次衍射光、对波长λ3产生5次衍射光，其制造波长λB为408nm。对λ1、λ2及λ3的衍射效率分别为100％、100％、100％。
(0149)
表6中显示了本实施例的对物光学系统在温度25℃及55℃下、高密度光盘HD使用时的最佳像面上的波面像差的RMS值(9次以下的球面像差分量的总和)。其中，假设蓝紫色半导体激光器LD1伴随温度上升的波长移动量为+0.05nm/度，伴随温度上升的折射率变化量分别为-0.9×10-4/度和-0.9×10-4/度。表6中，「比较例」是和本实施例的对物光学系统有同样设计波长、同样焦距、同样数值孔径、同样运转距离的、没有形成第1衍射构造DOE1及第1衍射构造DOE1′的对物光学系统。此表中，本实施例的对物光学系统具有优异的、在环境温度发生变化时对高密度光盘HD的记录/再生特性。
(0150)(表6)
  实施例3   比较例
  25度   0.002λRMS   0.002λRMS
  55度   0.008λRMS   0.168λRMS

Claims (48)

1.一种衍射光学元件，其特征在于，具有：至少一个形成了第1衍射构造的光学面和至少一个形成了第2衍射构造的光学面，所述第1衍射构造为在波长为λ1nm的第1光束入射时产生n11次衍射光、而在波长为λ2nm的第2光束入射时产生n21次衍射光，其中λ2＞λ1且n11≥n21，所述第2衍射构造为在所述波长为λ1nm的所述第1光束入射时产生n12次衍射光、而在所述波长为λ2nm的所述第2光束入射时产生n22次衍射光，其中λ2＞λ1且n12≥n22，并且满足以下(1)式：
δΦA12≠δΦB12(1)
其中，
δΦA12＝{n11·λ1/(N11-1)}/{n21·λ2/(N21-1)} (2)
δΦB12＝{n12·λ1/(N12-1)}/{n22·λ2/(N22-1)}(3)
N11、N21分别为第1衍射构造对λ1、λ2的折射率；N12、N22分别为第2衍射构造对λ1、λ2的折射率；δΦA12为第1衍射构造中的波长λ1与λ2的光程长度之比，δΦB12为第2衍射构造中的波长λ1与λ2的光程长度之比。
2.如权利要求1记载的衍射光学元件，其特征在于：满足以下(4)式：
n11≠n12(4)。
3.如权利要求1记载的衍射光学元件，其特征在于：满足以下(5)式：
{INT(δΦA12)-δΦA12}·{INT(δΦB12)-δΦB12}＜0(5)
其中，INT(X)为最接近X的整数。
4.如权利要求1记载的衍射光学元件，其特征在于：满足以下(6)式及(7)式中的任何一式：
|INT(δΦA12)-δΦA12|＜0.4(6)
|INT(δΦB12)-δΦB12|＜0.4(7)
其中，INT(X)为最接近X的整数。
5.如权利要求1记载的衍射光学元件，其特征在于：所述第1衍射构造和第2衍射构造都是由被光轴方向上的段差分割成的、同心圆状的多个环带构成，且所述第1衍射构造的环带中最接近光轴的段差的深度d1与所述第2衍射构造的环带中最接近光轴的段差的深度d2满足以下(8)式：
d1≠d2(8)。
6.如权利要求1记载的衍射光学元件，其特征在于：满足以下(9)式及(10)式：
|INT(δΦA12)-δΦA12|＞0.07(9)
|INT(δΦB12)-δΦB12|＜0.07(10)
其中，INT(X)为最接近X的整数。
7.如权利要求1记载的衍射光学元件，其特征在于：满足以下(11)式至(13)式：
λ2/λ1＞1.3(11)
n11＞n21(12)
n12＞n22(13)。
8.如权利要求1记载的衍射光学元件，其特征在于：所述波长λ1在350nm至450nm的范围内，所述波长λ2在600nm至700nm的范围内，在i为1或2时，所述n1i和所述n2i的组合为(n1i、n2i)＝(1，1)、(2，1)、(3，2)、(4，2)、(5，3)、(6，4)、(7，4)、(8，5)、(9，6)、(10，6)中的任何一个，其中n11＝n12的组合除外。
9.如权利要求1记载的衍射光学元件，其特征在于：在波长为λ3nm的第3光束入射的情况下，所述第1衍射构造产生n13次衍射光；在所述第3光束入射时，所述第2衍射构造产生n23次衍射光，其中λ3＞λ2、n12≥n13且n22≥n23。
10.如权利要求9记载的衍射光学元件，其特征在于：满足以下(14)式及(15)式中的任何一式：
|INT(δΦA13)-δΦA13|＜0.4(14)
|INT(δΦB13)-δΦB13|＜0.4(15)
其中，
δΦA13＝{n11·λ1/(N11-1)}/{n31·λ3/(N31-1)}(16)
δΦB13＝{n12·λ1/(N12-1)}/{n32·λ3/(N32-1)}(17)
N11、N31分别为第1衍射构造对λ1、λ3的折射率；N12、N32分别为第2衍射构造对λ1、λ3的折射率，INT(X)为最接近X的整数。
11.如权利要求9记载的衍射光学元件，其特征在于：所述波长λ1在350nm至450nm的范围内，所述波长λ2在600nm至700nm的范围内，所述波长λ3在750nm至850nm的范围内，在i为1或2时，所述n1i所述n2i和所述n3i的组合为(n1i、n2i、n3i)＝(2，1，1)、(4，2，2)、(6，4，3)、(8，5，4)、(10，6，5，)中的任何一个，其中n11＝n12的组合除外。
12.一种将波长为λ1nm的第1光束聚光于具有厚度为t1的保护层的第1光盘的信息记录面上、将波长为λ2nm的第2光束聚光于具有厚度为t2的保护层的第2光盘的信息记录面上的对物光学系统，其中λ2＞λ1且t2≥t1，其特征在于，具有：至少一个形成有第1衍射构造的光学面和至少一个形成有第2衍射构造的光学面，上述第1衍射构造在所述第1光束入射时产生n11次衍射光、而在所述第2光束入射时产生n21次衍射光，其中n11≥n21，上述第2衍射构造在所述第1光束入射时产生n12次衍射光、所述第2光束入射时产生n22次衍射光，其中n12≥n22，并且满足以下(1)式：
δΦA12≠δΦB12(1)
其中，
δΦA12＝{n11·λ1/(N11-1)}/{n21·λ2/(N21-1)}(2)
δΦB12＝{n12·λ1/(N12-1)}/{n22·λ2/(N22-1)}(3)
N11、N21分别为第1衍射构造对λ1、λ2的折射率；N12、N22分别为第2衍射构造对λ1、λ2的折射率；δΦA12为第1衍射构造中的波长λ1与λ2的光程长度之比，δΦB12为第2衍射构造中的波长λ1与λ2的光程长度之比。
13.如权利要求12记载的对物光学系统，其特征在于：满足以下(4)式：
n11≠n12(4)。
14.如权利要求12记载的对物光学系统，其特征在于：满足以下(5)式：
{INT(δΦA12)-δΦA12}·{INT(δΦB12)-δΦB12}＜0(5)
其中，INT(X)为最接近X的整数。
15.如权利要求12记载的对物光学系统，其特征在于：厚度t1和厚度t2满足t2＞t1，所述第1衍射构造具有修正因所述厚度t1和所述厚度t2的不同而产生的球面像差的功能；所述第2衍射构造具有控制由所述第1衍射构造在所述波长λ1在±10nm的范围内发生变化时所产生的球面像差的功能。
16.如权利要求12记载的对物光学系统，其特征在于：厚度t1和厚度t2满足t2＝t1，所述第1衍射构造具有修正因所述波长λ1和所述波长λ2的波长差引起的波长分散而导致的球面像差的功能；所述第2衍射构造具有控制所述第1衍射构造在所述波长λ1在±10nm的范围内发生变化时所产生的球面像差的功能。
17.如权利要求12记载的对物光学系统，其特征在于：所述第2衍射构造具有将所述第1衍射构造在所述波长λ1在±10nm的范围内发生变化时所产生的球面像差抑制为较小的功能。
18.如权利要求12记载的对物光学系统，其特征在于：所述对物光学系统的球面像差特性为：在所述波长λ1在±10nm的范围内向波长长的方向变化时球面像差向修正不足的方向变化。
19.如权利要求12记载的对物光学系统，其特征在于：至少具有一个塑料透镜。
20.如权利要求12记载的对物光学系统，其特征在于：满足以下(6)式及(7)式中的任何一式：
|INT(δΦA12)-δΦA12|＜0.4(6)
|INT(δΦB12)-δΦB12|＜0.4(7)
其中，INT(X)为最接近X的整数。
21.如权利要求12记载的对物光学系统，其特征在于：所述第1衍射构造和所述第2衍射构造都是由被光轴方向上的段差分割成的、同心圆状的多个环带构成，所述第1衍射构造的环带中最接近光轴的段差的深度d1与所述第2衍射构造的环带中最接近光轴的段差的深度d2满足以下(8)式：
d1≠d2(8)。
22.如权利要求12记载的对物光学系统，其特征在于：满足以下(9)式及(10)式：
|INT(δΦA12)-δΦA12|＞0.07(9)
|INT(δΦB12)-δΦB12|＜0.07(10)
其中，INT(X)为最接近X的整数。
23.如权利要求12记载的对物光学系统，其特征在于：满足以下(11)式至(13)式：
λ2/λ1＞1.3(11)
n11＞n21    (12)
n12＞n22    (13)。
24.如权利要求12记载的对物光学系统，其特征在于：所述波长λ1在350nm至450nm的范围内，所述波长λ2在600nm至700nm的范围内，在i为1或2时，所述n1i和所述n2i的组合为(n1i、n2i)＝(1，1)、(2，1)、(3，2)、(4，2)、(5，3)、(6，4)、(7，4)、(8，5)、(9，6)、(10，6)中的任何一个，其中n11＝n12的组合除外。
25.如权利要求12记载的对物光学系统，其特征在于：在波长λ3nm的第3光束入射时，所述第1衍射构造产生n13次衍射光；在所述第3光束入射时所述第2衍射构造产生n23次衍射光，其中λ3＞λ2、n12≥n13且n22≥n23。
26.如权利要求25记载的对物光学系统，其特征在于：满足以下(14)式及(15)式中的任何一式：
|INT(δΦA13)-δΦA13|＜0.4(14)
|INT(δΦB13)-δΦB13|＜0.4(15)
其中，
δΦA13＝{n11·λ1/(N11-1)}/{n31·λ3/(N31-1)}(16)
δΦB13＝{n12·λ1/(N12-1)}/{n32·λ3/(N32-1)}(17)
N11、N31分别为第1衍射构造对λ1、λ3的折射率；N12、N32分别为第2衍射构造对λ1、λ3的折射率，INT(X)为最接近X的整数。
27.如权利要求25记载的对物光学系统，其特征在于：所述波长λ1在350nm至450nm的范围内，所述波长λ2在600nm至700nm的范围内，所述波长λ3在750nm至850nm的范围内，在i为1或2时，所述n1i和所述n2i和所述n3i的组合是(n1i、n2i、n3i)＝(2，1，1)、(4，2，2)、(6，4，3)、(8，5，4)、(10，6，5，)中的任何一个，其中n11＝n12的组合除外。
28.如权利要求12记载的对物光学系统，其特征在于，包括：具有形成有所述第1衍射构造的光学面和形成有所述第2衍射构造的光学面的衍射光学元件；和将透过该衍射光学元件的所述第1光束及所述第2光束分别聚光于所述第1光盘及所述第2光盘的信息记录面上的聚光元件，并且所述衍射光学元件和所述聚光元件集成为一体。
29.如权利要求28记载的对物光学系统，其特征在于：所述衍射光学元件和所述聚光元件为一体化的单透镜。
30.一种光拾取装置，包括：发出波长为λ1nm的第1光束的第1光源；发出波长为λ2nm的第2光束的第2光源，其中；以及通过将所述第1光束聚光于具有厚度为t1的保护层的第1光盘的信息记录面上来进行信息的记录及/或再生、并且通过将所述第2光束聚光于具有厚度为t2的保护层的第2光盘的信息记录面上来进行信息的记录及/再生的对物光学系统，其中λ2＞λ1且t2≥t1，其特征在于，在所述对物光学系统中，具有：至少一个形成了第1衍射构造的光学面和至少一个形成了第2衍射构造的光学面，上述第1衍射构造在所述第1光束入射时产生n11次的衍射光、而在所述第2光束入射时产生n21次衍射光，其中n11≥n21；上述第2衍射构造在所述第1光束入射时产生n12次衍射光、而在所述第2光束入射时产生n22次衍射光，其中n12≥n22，并满足以下(1)式：
δΦA12≠δΦB12(1)
其中，
δΦA12＝{n11·λ1/(N11-1)}/{n21·λ2/(N21-1)}(2)
δΦB12＝{n12·λ1/(N12-1)}/{n22·λ2/(N22-1)}(3)
N11、N21分别为第1衍射构造对λ1、λ2的折射率；N12、N22分别为第2衍射构造对λ1、λ2的折射率；δΦA12为第1衍射构造中的波长λ1与λ2的光程长度之比，δΦB12为第2衍射构造中的波长λ1与λ2的光程长度之比。
31.如权利要求30记载的光拾取装置，其特征在于：满足以下(4)式：
n11≠n12(4)。
32.如权利要求30记载的光拾取装置，其特征在于：满足以下(5)式：
{INT(δΦA12)-δΦA12}·{INT(δΦB12)-δΦB12}＜0(5)
其中，INT(X)为最接近X的整数。
33.如权利要求30记载的光拾取装置，其特征在于：厚度t1和厚度t2满足t2＞t1，所述第1衍射构造具有修正因所述厚度t1和所述厚度t2的不同而产生的球面像差的功能；所述第2衍射构造具有控制所述第1衍射构造在所述波长λ1在±10nm的范围内发生变化时所产生的球面像差的功能。
34.如权利要求30记载的光拾取装置，其特征在于：厚度t1和厚度t2满足t2＝t1，所述第1衍射构造具有修正由所述波长λ1和所述波长λ2的波长差引起的波长分散而导致的球面像差的功能；所述第2衍射构造具有控制所述第1衍射构造在所述波长λ1在±10nm的范围内发生变化时所产生的球面像差的功能。
35.如权利要求30记载的光拾取装置，其特征在于：所述第2衍射构造具有将所述第1衍射构造在所述波长λ1在±10nm的范围内发生变化时所产生的球面像差抑制为较小的功能。
36.如权利要求30记载的光拾取装置，其特征在于：所述对物光学系统的球面像差特性为：在所述波长λ1在±10nm的范围内向波长长的方向变化时球面像差向修正不足的方向变化。
37.如权利要求36记载的光拾取装置，其特征在于：至少具有一个塑料透镜。
38.如权利要求30记载的光拾取装置，其特征在于：满足以下(6)式及(7)式中的任何一式：
|INT(δΦA12)-δΦA12|＜0.4(6)
|INT(δΦB12)-δΦB12|＜0.4(7)
其中，INT(X)为最接近X的整数。
39.如权利要求30记载的光拾取装置，其特征在于：所述第1衍射构造和第2衍射构造都是由被光轴方向上的段差分割成的、同心圆状的多个环带构成，所述第1衍射构造的环带中最接近光轴的段差的深度d1与所述第2衍射构造的环带中最接近光轴的段差的深度d2满足以下(8)式：d1≠d2(8)。
40.如权利要求30记载的光拾取装置，其特征在于：满足以下(9)式及(10)式：
|INT(δΦA12)-δΦA12|＞0.07(9)
|INT(δΦB12)-δΦB12|＜0.07(10)
其中，INT(X)为最接近X的整数。
41.如权利要求30记载的光拾取装置，其特征在于：满足以下(11)式至(13)式：
λ2/λ1＞1.3(11)
n11＞n21(12)
n12＞n22(13)。
42.如权利要求30记载的光拾取装置，其特征在于：所述波长λ1在350nm 450nm的范围内，所述波长λ2在600nm至700nm的范围内，在i为1或2时，所述n1i和所述n2i的组合为(n1i、n2i)＝(1，1)、(2，1)、(3，2)、(4，2)、(5，3)、(6，4)、(7，4)、(8，5)、(9，6)、(10，6)中的任何一个，其中n11＝n12的组合除外。
43.如权利要求30记载的光拾取装置，其特征在于：在波长λ3nm的第3光束入射时，所述第1衍射构造产生n13次衍射光；在所述第3光束入射时所述第2衍射构造产生n23次衍射光，其中λ3＞λ2、n12≥n13且n22≥n23。
44.如权利要求43记载的光拾取装置，其特征在于：满足以下(14)式及(15)式中的任何一式：
|INT(δΦA13)-δΦA13|＜0.4(14)
|INT(δΦB13)-δΦB13|＜0.4(15)
其中，
δΦA13＝{n11·λ1/(N11-1)}/{n31·λ3/(N31-1)}(16)
δΦB13＝{n12·λ1/(N12-1)}/{n32·λ3/(N32-1)}(17)
N11、N31分别为第1衍射构造对λ1、λ3的折射率；N12、N32分别为第2衍射构造对λ1、λ3的折射率，INT(X)为最接近X的整数。
45.如权利要求43记载的光拾取装置，其特征在于：所述波长λ1在350nm至450nm的范围内，所述波长λ2在600nm至700nm的范围内，所述波长λ3在750nm至850nm的范围内，在i为1或2时，所述n1i和所述n2i和所述n3i的组合是(n1i、n2i、n3i)＝(2，1，1)、(4，2，2)、(6，4，3)、(8，5，4)、(10，6，5，)中的任何一个，其中n11＝n12的组合除外。
46.如权利要求30记载的光拾取装置，其特征在于，包括：具有形成有所述第1衍射构造的光学面和形成有所述第2衍射构造的光学面的衍射光学元件；以及将透过该衍射光学元件的所述第1光束及所述第2光束分别聚光于所述第1光盘及所述第2光盘的信息记录面上的聚光元件，并且所述衍射光学元件和所述聚光元件被集成为一体。
47.如权利要求46记载的光拾取装置，其特征在于：所述衍射光学元件和所述聚光元件为一体化的单透镜。
48.一种光信息记录再生装置，其特征在于：装载了如权利要求30记载的光拾取装置，至少可执行对第1光盘及第2光盘进行信息的记录和对记录在第1光盘及第2光盘上的信息进行再生这两者中的一者。
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