CN101000780A - 物镜、聚光光学系统、光拾取器装置以及记录·再生装置 - Google Patents

物镜、聚光光学系统、光拾取器装置以及记录·再生装置 Download PDF

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Abstract

提供是高NA物镜，也是小口径、且工作距离大的光信息记录介质的信息记录以及/或者再生用物镜、以及可校正使用短波长光源时的轴向色差的物镜，提供使用了该物镜的光信息记录介质的信息的记录·再生用聚光光学系统、光拾取器装置、以及记录·再生装置。该物镜(6)是光信息记录介质的信息的记录·再生用的、且至少在一个面上具有非球面的单透镜，是将来自光源的发散光束会聚在上述光信息记录介质的信息记录面上的有限共轭型物镜，满足NA≥0.70(NA：在光信息记录介质上进行记录以及/或者再生所需要的规定的像侧数值孔径)。此外，物镜至少在一个面上具有环带状的衍射构造，且满足NA≥0.70。

Description

物镜、聚光光学系统、光拾取器装置以及记录·再生装置
本发明是2002年4月29日递交的名称为“物镜、聚光光学系统、光拾取器装置以及记录·再生装置”的第02118831.9号专利申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及光信息记录介质的信息记录以及/或者再生用的物镜、聚光光学系统、光拾取器装置以及记录·再生装置。
背景技术
在光源上使用近年来实用化的振动波长400nm左右的兰紫色半导体激光器的新的光拾取器系统的研究·开发工作正在不断进展。在该新的光拾取器系统中，通过搭载数值孔径高达0.85程度的物镜，实现了比CD或DVD更高密度的信息的记录或再生。如果举出具体的数值，例如，使用数值孔径0.60的物镜和振动波长650nm的半导体激光光源的DVD的记录容量为4.7Gbyte/side，但如果使用数值孔径0.85的物镜和振动波长400nm的兰紫色半导体激光光源，则记录容量可达25Gbyte/side。
在高数值孔径(特别是NA为0.70以上)的物镜中，由于从最靠近信息记录面侧的面出射的边缘光线的倾角为45度以上，故与以往的光拾取器装置所搭载的数值孔径较低的物镜相比，其工作距离往往较小。因而，在搭载有小口径且高数值孔径的物镜的光拾取器装置中，存在因光信息记录介质的弯翘而导致物镜与光信息记录介质接触的可能性增大的问题。
因此，可以想象，如果要谋求激光光源的短波长化或物镜的高数值孔径化，则即使是在对如CD或DVD这样的以往的光盘进行信息的记录或者再生的、由较长波长的激光光源和低数值孔径的物镜的组合构成的光拾取器装置中几乎可以忽视的问题，在此也将成为问题显现出来。
其一是因激光光源的振动波长的微小变动导致在物镜上产生的轴向色差问题。在光拾取器装置中，因为从作为光源使用的半导体激光器出射的光束的波长一般是单色的，故普遍认为在物镜上不产生轴向色差，但有时会产生因功率的变化导致出现瞬间的波长达数nm左右变化的状态跳变现象。在物镜上的轴向色差没有被校正时，有可能会因状态跳变现象导致聚光位置变化而在信息记录以及/或者再生中产生错误。因为随着光源波长的变短聚光位置的变化量增大，故作为光拾取装置的光源在使用振动波长600nm以下的短波长半导体激光器、特别是振动波长为400nm左右的兰紫色半导体激光器时，需要校正在物镜上产生的轴向色差。
进而，在激光光源的短波长化和物镜的高数值孔径化中显现出来的另一个问题是因光源的振动波长变动的微小变动导致的在物镜上产生的球差的变动。在光拾取器装置中，作为光源使用的半导体激光器其振动波长存在±10nm程度的个体间的分散。在光源使用具有偏离基准波长的振动波长的半导体激光器时，由于数值孔径越大在物镜上产生的球差越大，故不能使用具有偏离基准波长的振动波长的半导体激光器，作为光源使用需要对半导体激光器选择。
此外，作为在激光光源的短波长化和物镜的高数值孔径化中显现出来的另一个问题，是光盘的保护层(也叫“透明基板”)的厚度误差引起的光学系统的球差的变动问题。由于保护层的厚度误差引起的球差与物镜的数值孔径的4次方成正比产生，故随着物镜的数值孔径变大，保护层的厚度误差的影响也将变大，存在将不能进行稳定的信息记录或者再生的危险。
发明内容
本发明的目的在于提供是高NA物镜，同时也是小口径且工作距离大的光信息记录介质的信息记录以及/或者再生用物镜。
本发明的目的在于提供既是高NA物镜，又是小口径、工作距离大、且在使用短波长光源时可以校正作为问题的轴向色差的光信息记录介质的信息记录以及/或者再生用物镜。
本发明的目的在于提供光信息记录介质的信息记录以及/或者再生用聚光光学系统，其是可以以简单的构成有效地校正因激光光源的振动波长变动、温度·湿度变化、光信息记录介质的保护层厚度误差等引起的、在聚光光学系统的各光学面上产生的球差的变动的聚光光学系统。
此外，本发明的目的也在于提供可以校正在使用了短波长激光光源时构成问题的轴向色差的聚光光学系统。
再有，提供搭载了该物镜以及/或者聚光光学系统的光拾取器装置也是本发明的目的之一。此外，本发明的目的还包括提供搭载了该光拾取器装置的记录·再生装置。
为达成上述目的，根据本发明的第1物镜，它是光信息记录介质的信息记录以及/或者再生用物镜，其特征在于：它是至少在一个面上具有非球面的单透镜，是将来自光源的发散光束会聚在上述光信息记录介质的信息记录面上的有限共轭型物镜，其满足
NA≥0.70(1)
这里，NA是在光信息记录介质上进行记录以及/或者再生所需要的规定的像侧数值孔径。
如第1物镜这样，由于通过将在光信息记录介质上进行记录以及/或者再生所需要的规定的像侧数值孔径(NA)提高到0.70以上(在以往的光信息记录介质中，CD是0.45，DVD是0.60)，可以减小会聚在信息记录面上的光点尺寸，从而可以比以往的光信息记录介质更高密度地对光信息记录介质进行信息的记录以及/或者高密度记录的信息的再生。进而，因为通过对上述物镜采用将来自光源的发散光束会聚在上述光信息记录介质的信息记录面上的有限共轭型物镜，可以既高NA又能确保增大工作距离，故可以防止因光信息记录介质的弯翘而引起的物镜和光信息记录介质的接触。此外，因为如果如上述这样将物镜做成有限共轭型，可以不需要将来自光源的发散光束变换成近似平行光的耦合透镜，故可以削减光拾取器装置的构件个数，谋求降低成本。
这里，所谓的有限共轭型物镜，一般地是指共轭的物点和像点双方相互不是无限大，而是位于有限的位置，虽然有限共轭型物镜除了将来自位于有限位置的实物点的发散光束会聚到光信息记录介质的信息记录面上的物镜外，还包括将朝向位于有限位置的虚物点的收敛光束会聚到光信息记录介质的信息记录面上的物镜，但根据本发明的有限共轭型物镜是将来自位于有限位置的实物点的发散光束会聚到光信息记录介质的信息记录面上的物镜。所谓的耦合透镜是指将改变来自光源的发散光束的发散度并使之入射到物镜的透镜。
此外，为了更为精细地校正球差以及慧差，最好两面都采用非球面。
另外，上述的物镜最好满足下面的式
0.01≤|m|≤0.30(2)
这里，m：在上述物镜的物侧数值孔径为NAOBJ、像侧的数值孔径为NAIMG时，由NAOBJ/NAIMG定义的上述物镜的横向放大率。
如果使上述物镜的横向放大率不超过(2)式的上限，则因为朝向光源侧的面的光线的入射角不会过大，故可以抑制因面偏芯等的偏芯误差引起的像差劣化减小。此外，因为物镜和光源的间隔不会过小，所以，将容易配置偏光光束分离器或波长片等光学元件。如果使其不超过(2)式的下限，由于物镜的物像间距不会过小，故可以小型化搭载根据本发明的物镜的光拾取器装置。式(2’)较式(2)更为理想。
0.01≤|m|≤0.20(2’)
此外，上述物镜最好满足(3)式
0.8≤d/f≤2.4(3)
这里，d：上述物镜光轴向的厚度(mm)；
f：上述物镜的焦距(mm)。
上述的式(3)是用于在确保工作距离的同时可良好地校正慧差以及象散的条件。因为在式(3)的下限以上朝向光源侧的面的光线的入射角不会过大，故可以将之作为面偏芯等的偏芯误差引起的像差劣化小的物镜。此外，因为像高特性的象散不会过大，所以可以构成像高特性良好的物镜。另外，因为在式(3)的上限以下物镜光轴向的厚度不会过大，故可以构成小口径且工作距离大的物镜。
此外，上述物镜最好满足(4)式
0.8 ≤ r 1 ( ( n - 1 ) · f · ( 1 + | m | ) ) ≤ 1.6 - - - ( 4 )
式中，r1：上述物镜光源侧的面的近轴曲率半径(mm)；
n：上述物镜的使用波长下的折射率。
上述的式(4)主要涉及校正慧差，如果偏离式(4)的下限，则r1变小，将产生由内向性的慧差和外向性的慧差引起的光斑，如果偏离式(4)的上限，则r1变大，将在产生外向性的慧差的同时，还容易产生球差的焦后光斑。
此外，上述物镜最好满足下面的(5)式
0.25 ≤ ( X 1 - X 2 ) ( n - 1 ) / ( NA · f · ( 1 + | m | ) ) ≤ 0.75 - - - ( 5 )
式中：X1：垂直于光轴并与光源侧的面的顶点相接的平面和有效直径最外边(上述NA的边缘光线入射的光源侧的面上的位置)的光源侧的面之间的光轴方向的差值，以上述相接平面为基准，在光信息记录介质的方向测量时为正，在光源的方向测量时为负。
X2：垂直于光轴并与光源侧的面的顶点相接的平面和有效直径最外边(上述NA的边缘光线入射的光源侧的面上的位置)的光信息记录介质侧的面之间的光轴方向的差值，以上述相接平面为基准，在光信息记录介质的方向测量时为正，在光源的方向测量时为负。
上述的式(5)是有关用于良好地校正球差的光源侧的面和光信息记录介质侧的面的下降量的条件式。由于X1为正且其绝对值越小，或者X2为负且其绝对值越小，则使边缘光线的球差校正过剩的效果越大，X1为正且其绝对值越大，或者X2为负且其绝对值越大，使边缘光线的球差校正不足的效果越大，故为了校正球差，需要让X1-X2位于某一范围。由上，最好本发明的物镜满足式(5)，在式(5)的下限以上不致于使边缘光线的球差过于校正过剩，在上限以下不致于使边缘光线的球差过于校正不足。
根据本发明的第2物镜，它是光信息记录介质的信息记录以及/或者再生用物镜，其特征在于：它是至少一个面上具有非球面的单透镜，是将来自光源的发散光束会聚在上述光信息记录介质的信息记录面上的有限共轭型物镜，且至少在一个面上具有环带状的衍射构造，并满足下面的式(6)
NA≥0.70(6)
这里，NA：在光信息记录介质上进行记录以及/或者再生所需要的规定的像侧数值孔径。
如第2物镜这样，由于其至少一个面是具有环带状的衍射构造的衍射面，通过适当地组合利用衍射构造的衍射作用和作为折射透镜的折射作用，可以良好地校正作为使用波长短波长化带来的问题的在物镜上产生的轴向色差，所以，即使是在发生因激光光源的状态跳变而引起的瞬间的波长变动时，也可以得到可将像差的劣化抑制到较小程度的物镜。
此外，希望上述的各物镜由使用波长是600nm以下，在使用波长区域厚度3mm的内部透过率为85％以上的光学材料形成。这样，通过将使用波长限制在600nm以下，因可以使会聚在信息记录面上的光点的尺寸变得更小，故可以比以往的光信息记录介质更高密度地对光信息记录介质进行信息的记录以及/或者高密度记录的信息的再生。另外，通过利用在使用波长区域厚度3mm的内部透过率为85％以上的光学材料形成根据本发明的物镜，可以抑制起因于使用波长变为短波长而产生的由光学材料造成的光的吸收变得较小。由此，因为用较小的对光信息记录介质的信息的记录时的光源的功率即可满足要求，故可以延长光源的寿命，此外，还可以良好地获得信息再生时读出信号的S/N比。
再有，希望上述的第2物镜在上述光源产生±10nm以下的波长变动时，上述衍射构造具有抑制伴随该光源的波长变动的、由上述物镜的光学材料的折射率分散引起产生的轴向色差的功能。即，虽然当光源在长波长侧产生波长变动时，由光学材料的折射率分散而引起的轴向色差与物镜的反焦距其波长变动前相比是变长的方向，但在光源在长波长侧产生波长变动时，因衍射构造产生的轴向色差与物镜的反焦距其波长变动前相比是变短的方向。为了使透过物镜会聚在信息记录面上的波面的轴向色差为可被良好地校正的状态，最好是适当地组合衍射的能力和折射的能力，使由衍射构造产生的轴向色差的大小近似等于由光学材料的折射率分散而引起产生的轴向色差。
此外，为了更为精细地在第2物镜校正球差以及慧差，最好两面都采用非球面。
另外，上述的第2物镜最好满足下面的式(7)
0.01≤PD/PT≤0.20(7)
式中，PD：在利用由关系式
φb＝b2ih2+b4ih4+b6ih6+...    (A)
定义的光程差函数表示在上述第i面上形成的衍射构造时(这里，h是离光轴的高度(mm)，b2i、b4i、b6i...分别为2阶、4阶、6阶、...的光程差函数系数)，仅由PD＝Σ(-2·b2i)定义的衍射构造的能力(mm-1)；
PT：组合作为折射透镜的能力和衍射构造的能力的物镜全系统的光学能力(mm-1)。
如上述这样，通过满足式(7)地确定物镜的衍射构造，可以对600nm以下的波长良好地校正在物镜上产生的轴向色差。在式(7)的下限以上不致于使在光信息记录介质的信息记录面上的会聚成光点时的波面的轴向色差过于校正不足，在上限以下不致于使在光信息记录介质的信息记录面上的会聚成光点时的波面的轴向色差过于校正过剩。
此外，上述的第2物镜在设基准波长为λ(mm)，上述物镜的全系统的焦距为f(mm)，具有由形成于上述第i面的衍射构造所产生的衍射光中最大的衍射光量的衍射光的阶为ni，第i面的有效径内的衍射构造的环带数为Mi，与第i面的有效径内的衍射构造的相邻的环带的间隔的最小值为Pi(mm)时，最好满足下面的式(8)
0.01≤f·f·λ·Σ(ni/(Mi·Pi2))≤0.70(8)
如上述这样，通过满足式(8)地确定物镜的衍射构造，可以对600nm以下的波长良好地校正在物镜上产生的轴向色差。在式(8)的下限以上不致于使在光信息记录介质的信息记录面上的会聚成光点时的波面的轴向色差过于校正不足，在上限以下不致于使在光信息记录介质的信息记录面上的会聚成光点时的波面的轴向色差过于校正过剩。
另外，上述的第2物镜最好满足下面的式(9)
0.2≤|(Ph/Pf)-2|≤10.0(9)
这里，Pf：在光信息记录介质上进行记录以及/或者再生所需要的规定的像侧数值孔径下的衍射环带间隔(mm)；
Ph：在光信息记录介质上进行记录以及/或者再生所需要的规定的像侧数值孔径的1/2数值孔径下的衍射环带间隔(mm)。
如上述这样，由于通过使衍射构造的环带间隔、即垂直于光轴的方向的环带间的间隔满足式(9)，还可以良好地校正波长变动时的球差，故可以不需要在将具有偏离基准波长的振动波长的激光光源组入光拾取器装置时的耦合透镜、或物镜、或光源的光轴方向的位置调整，达成大幅度地缩短光拾取器装置的装配时间。虽然如果光程差函数只有2次的光程差函数系数(也叫作衍射面系数)则(Ph/Pf)-2＝0，但根据本发明的物镜为利用衍射的作用良好地校正由偏离基准波长的微小波长变化而产生的球差的变化，使用有光程差函数的高次的光程差函数系数。此时，(Ph/Pf)-2最好取偏离0某种程度的值，如果满足式(9)则利用衍射的作用可以良好地抵消因波长变化引起的球差的变化。在式(9)的下限以上不致于使自基准波长波长变化了时的球差过于校正过剩，在上限以下不致于使自基准波长波长变化了时的球差过于校正不足。
此外，上述的第2物镜在组合作为衍射透镜的衍射作用和作为折射透镜的折射作用时，对上述光源的波长向长波长侧变动了的情况，具有在反焦距变短的方向上变化这样的轴向色差，且最好满足下述式(10)
-1≤ΔCA/ΔSA≤0(10)
这里，ΔCA：对应波长的变化的轴向色差的变化量(mm)；
ΔSA：对应波长的变化的边缘光线的球差的变化量(mm)。
在上述的物镜中，利用衍射作用，将物镜的轴向色差作为校正过剩，通过使基准波长的球差曲线和长·短波长侧的球差曲线(也叫作色球差)垂直，可以抑制光源的波长变动时的最佳写入位置的移动较小，做成光源的状态跳变或高频波重叠时波面像差的劣化小的物镜。另外，在如上述这样利用衍射作用校正色差时，由于可以较同时校正轴向色差和色球差时进一步加大衍射环带间隔，故可以达成缩短金属模具的加工时间，防止因环带形状的制造误差而导致的衍射效率降低等。
此外，希望上述的第2物镜在形成于由上述第i面的衍射构造所产生的ni次衍射光量大于其他的任意阶的衍射光量，且为了进行对上述光信息记录介质的信息记录以及/或者再生，应该能够使在上述衍射构造上产生的ni次衍射光会聚在光信息记录介质的信息记录面上。这里，n为0、±1以外的整数。
上述构成涉及利用2次以上的高次衍射光对光信息记录介质进行信息记录以及/或者再生的物镜，如果形成环带状的衍射构造可以使2次以上的高次衍射光的衍射效率达到最大，则可以加大各环带间的台阶以及各环带间的间隔，不致于使衍射构造的形状精度要求变得过于严格。一般与利用1次衍射光的情况相比，在使用2次以上的衍射光时，虽然因衍射效率的波长变化引起的降低变大，但在使用接近于单一波长的光源时，由于因上述的衍射效率的波长变化引起的降低量几乎小到可以忽略的地步，故可以得到制造容易且具有足够衍射效率的衍射构造的物镜。
此外，希望上述的第2物镜满足下列的(11)～(14)式
0.01≤|m|≤0.30    (11)
0.8≤d/f≤2.4      (12)
0.8 ≤ r 1 / ( ( n - 1 ) · f · ( 1 + | m | ) ) ≤ 1.6 - - - ( 13 )
0.28 ≤ ( X 1 - X 2 ) ( n - 1 ) / ( NA · f · ( 1 + m ) ) ≤ 0.75 - - - ( 14 )
这里，m：在上述物镜的物侧数值孔径为NAOBJ、像侧的数值孔径为NAIMG时，由NAOBJ/NAIMG定义的上述物镜的横向放大率；
d：上述物镜光轴向的厚度(mm)；
f：上述物镜的焦距(mm)；
r1：上述物镜光源侧的面的近轴曲率半径(mm)；
n：上述物镜的使用波长下的折射率；
X1：垂直于光轴并与光源侧的面的顶点相接的平面和有效直径最外边(上述NA的边缘光线入射的光源侧的面上的位置)的光源侧的面之间的光轴方向的差值，以上述相接平面为基准，在光信息记录介质的方向测量时为正，在光源的方向测量时为负；
X2：垂直于光轴并与光源侧的面的顶点相接的平面和有效直径最外边(上述NA的边缘光线入射的光源侧的面上的位置)的光信息记录介质侧的面之间的光轴方向的差值，以上述相接平面为基准，在光信息记录介质的方向测量时为正，在光源的方向测量时为负。
在上述的第2物镜中，如果使横向放大率不超过式(11)的上限，则因为朝向光源侧的面的光线的入射角不会过大，故可以抑制因面偏芯等的偏芯误差所引起的像差劣化减小。此外，因为物镜和光源的间隔不会过小，所以，偏光光束分离器或波长片等光学元件的配置将变得容易。如果使不超过(11)式的下限，由于物镜的物像间距不会变得过小，故可以小型化搭载根据本发明的物镜的光拾取器装置。式(11’)较式(11)更为理想。
0.01≤|m|≤0.20(11’)
此外，上述的式(12)是在确保工作距离的同时用于良好地校正慧差以及象散的条件，因为在式(12)的下限以上，朝向光源侧的面的光线的入射角不会过大，故可以将之作为由面偏芯等的偏芯误差所引起的像差劣化小的物镜。另外，因为像高特性的象散不会过大，所以可以作为像高特性良好的物镜。再有，因为在式(12)的上限以下，物镜光轴向的厚度不会变得过大，故可以作为小口径且工作距离大的物镜。
进而，上述的式(13)主要涉及慧差的校正，如果偏离式(13)的下限而r1变小，将产生由内向性的慧差和外向性的慧差引起的光斑，如果偏离式(13)的上限而r1变大，将在产生外向性的慧差的同时，还容易产生球差的焦后光斑。
上述的式(14)是有关用于良好地校正球差的光源侧的面和光信息记录介质侧的面的下降量的条件式，由于X1为正且其绝对值越小，或者X2为负且其绝对值越小，则边缘光线的球差校正过剩的效果越大，X1为正且其绝对值越大，或者X2为负且其绝对值越大，其边缘光线的球差校正不足的效果越大，因此，为了校正球差，需要让X1-X2位于某一范围。由上，最好本发明的物镜满足式(14)，且在式(14)的下限以上不致于使边缘光线的球差过于校正过剩，在上限以下不致于使边缘光线的球差过于校正不足。
此外，在上述的各物镜中，上述物镜所具有的球差中，在设3阶球差成份为SA1，5阶以上的高次球差成份为SA2时，希望能够满足下面的式(15)
|SA1/SA2|＞1.0    (15)
这里，SA1：将像差函数展开为茨尔尼克(Zernike)多项式时的3阶球差成份；
SA2：将像差函数展开为茨尔尼克(Zernike)多项式时的5阶球差成份、7阶球差成份和9阶球差成份的平方和的平方根(开方)。
上述的式(15)涉及物镜所具有的球差成份的理想分配，如果因制造误差引起的残存在物镜上的球差成份满足式(15)，则可以减小将物镜组入光拾取器装置时的、校正由耦合透镜或光源的光轴向的位置调整所引起的3阶球差成份后的物镜的残存球差。该3阶球差成份校正也可以利用设置在光源和信息记录面之间的光路中的球差校正装置进行。作为球差生成原因的所谓制造误差，指的是如光轴向的透镜厚度误差，面形状误差。
此外，如果用光学塑料材料形成上述各物镜，则可以利用使用金属模具的成形法廉价地大量生产。另外，由于重量轻，可以减轻聚焦用的调节器的负担，实现用高速跟踪的、小型的调节器进行驱动等。
再有，如果用光学塑料材料形成上述各物镜，因为可以不使光源侧的面的曲率变得过小，故可以减小因偏芯误差带来的像差劣化。此外，在利用使用金属模具的成形法生产时，由于可以不使在边缘光线入射的位置的光源侧的面的法线和光轴的夹角(预估角)变得过大，所以，不会使金属模具的加工误差变得过大。
在上述的各物镜中，最好能在垂直于光轴并与光源侧的面的顶点相接的平面和光源侧的面之间设置限制光束的光阑。这样，当在光源侧的面的近前配置规制光束的光阑时，最好配置在垂直于光轴并与光源侧的面的顶点相接的平面和光源侧的面之间。由此，因为可以减小光阑和光源侧的面的间隔，防止出现光线通过较保证像差校正的区域更高的部分的情况，故即使发散光入射到物镜也不会增大像差。
此外，在上述的各物镜中设置光阑时，最好在对应至少一个面上的、在光信息记录介质上进行信息记录以及/或者再生所需要的像侧数值孔径的位置上，设置面的法线方向不连续变化的区域，从而限制聚光光束的束径。
如上述这样，在物镜上设置光阑时，可以使通过较面的法线方向不连续变化的部位更外侧的面的光束聚光在不同于通过较折射面的法线方向不连续变化的部位更靠近光源侧的面的光束的点。面的法线方向不连续变化的部位最好设置在光源侧的面上。通过一体化形成面的法线方向不连续变化的部位和设置有面的法线方向不连续变化的部位的物镜，因其不需要在物镜上安装其他构件的光阑，故可以谋求缩短制造时间或降低成本。此外，由于在成形筒管时不需要形成光阑，所以可以减小包含物镜和筒管的驱动部的总重量。
此外，根据本发明的聚光光学系统，它是包含将光源发出的发散光束会聚在上述光信息记录介质的信息记录面上的有限共轭型物镜的光信息记录介质的信息记录以及/或者再生用的聚光光学系统，其特征在于：上述物镜是单透镜，在光源和上述信息记录面之间具有校正在上述聚光光学系统产生的球差的变动的装置，并满足下面的式(16)。
NA≥0.65(16)
这里，NA：在光信息记录介质上进行记录以及/或者再生所需要的规定的上述物镜的像侧数值孔径。
利用以上的各物镜，因为既是高NA物镜，也是小口径且工作距离大的物镜，而且即使使用波长是短波长，也可以得到能有效地校正起因于激光光源的状态跳变等所产生的轴向色差的高NA物镜，故当想要这样使用NA大的物镜以及波长更短的光源加大记录密度时，可以忽略由各种各样的误差影响所导致的球差的变动。于是，如上述这样，如果在光源和光信息记录介质的信息记录面之间设置校正球差变动的装置，则可以得到即使有各种各样的误差也能够维持良好的聚光特性的聚光光学系统。
作为上述球差的变动的原因，具体地可以例举激光光源的个体间的振动波长的分散、起因于温湿度的变化而产生的光学塑料材料的折射率变化、光信息记录介质的保护层的厚度的变动、物镜的制造误差(面形状误差、光轴向的厚度误差)等。通过设置校正这些种种原因而产生的球差(特别是3阶以上的球差)的变动的装置，可以得到以下①～④等这样的优点，由此可以得到能够常时维持良好的聚光特性的聚光光学系统。
①因为无需激光光源的选别，故对激光光源的制造精度的要求不会变得过严，可以提高激光光源的生产量。此外，还可以谋求缩短光拾取器装置的制造时间。
②可以利用塑料材料形成包含聚光光学系统的构成元件，谋求大幅度地降低成本。
③由于对光信息记录介质的制造误差的要求精度的要求不致于变得过严，故可以提高光信息记录介质的生产量。
④因为对物镜的制造精度的要求不致于变得过严，故可以提高物镜的生产量。
校正上述聚光光学系统的上述球差的变动的装置最好在光源和物镜之间至少包含一个通过沿光轴变位而可使光束的发散度变化的可动元件。如果是至少包含一个这样的可动元件的构成，则利用简易的构成即可良好地校正球差的变动。
此外，如果把上述可动元件做成能够沿光轴方向使构成配置在光源和物镜的光路中的耦合透镜的至少一个透镜组移位，则即使是构成要素少的简易构成，也可以构成总是保持良好的聚光状态的聚光光学系统。该耦合透镜最好是一组一片的构成。
另外，通过用轻质的光学塑料材料形成可沿上述的光轴变位的可动元件，则可以减轻对调节器的负担或实现对应球差的变动的高速响应。
再有，作为校正上述球差的变动的装置，最好是配置在上述光源和上述物镜之间的、沿垂直于光轴的方向的折射率分布可变的元件。例如，如果用通过外加电压等使之产生沿垂直于光轴的方向的折射率分布的装置来校正球面球差的变动，则可以得到无可动部且机械构造简单的聚光光学系统。
作为校正上述球差的变动的装置，最好是配置在上述物镜和上述光信息记录介质之间的折射率可变的元件。这样，通过在上述物镜和上述光信息记录介质之间配置是折射率分布可变的元件，由于入射到作为折射率分布可变的元件的边缘光线的倾角自物镜起配置在光信息记录介质侧的倾角大于配置在光源侧的倾角，故可以校正由微小的折射率分布变化而引起的更大的球差变动。由此，可以降低作为折射率分布可变的元件的驱动电压，达成作为折射率分布可变的元件的小型化。
此外，希望上述聚光光学系统是可以从同一光束入射面侧对多个信息记录层进行信息的记录以及/或者再生的聚光光学系统，且最好可以利用校正上述球差的变动的装置，校正在信息记录层之间的聚焦跳动时，因从上述光束入射面到达各自的信息记录层的透明基板的厚度不同而产生的球差的变动。
该构成涉及在光拾取器装置中使用的聚光光学系统，该光拾取器对具有从光束的入射面侧顺序地叠层多个透明基板和信息记录层这样的构造的多层记录型的光信息记录介质进行信息记录以及/或者再生。将根据在信息记录层之间的聚焦跳动时从光束入射面到各自的信息记录层的透明基板的厚度的不同而产生的球差的变动利用球差校正装置来校正，故即使是使用0.65以上的高数值孔径的物镜的下一代光拾取器装置，也可以对多层记录型的光信息记录介质进行信息记录以及/或者再生。
此外，最好使用波长是600nm以下，且在构成上述聚光光学系统的光学元件的至少一个面上设置环带状的衍射构造。
如上述这样，如果设对光信息记录介质进行信息记录以及/或者再生时的波长为600nm以下，则可以用更高密度进行信息的记录以及/或者进行以更高密度记录的信息的再生。在使用这样的短波长光源时，最好在构成上述聚光光学系统的光学元件的至少一个面上设置环带状的衍射构造，因为衍射构造在光源的波长在长波长侧发生了微小的变动时具有物镜的反焦距变短这样的波长特性，故可以有效地校正在使用兰紫色半导体激光器这样的短波长光源时构成问题的物镜上所产生的轴向色差。通过在物镜和另外的光源与物镜之间配置设置上述衍射构造的光学元件，则即使是没有严格校正轴向色差的物镜，也可以适用于根据本发明的聚光光学系统。衍射构造虽然可以设置在构成聚光光学系统的光学元件和另外配置的光学元件上，但如果是设置在构成聚光光学系统的光学元件的光学面上，则因其没有增加聚光光学系统的构成元件数目而比较理想。
再有，希望在上述光源产生±10nm以下的波长变动时，上述衍射构造具有抑制伴随该光源的波长变动的、由构成上述聚光光学系统的光学元件的光学材料的折射率分散而引起的轴向色差的功能。即，当光源在长波长侧产生波长变动时，由构成上述聚光光学系统的光学元件的光学材料的折射率分散而引起的轴向色差与聚光光学系统的反焦距其波长变动前相比是变长的方向，但当光源在长波长侧产生波长变动时，由上述的衍射构造产生的轴向色差与聚光光学系统的反焦距其波长变动前相比是变短的方向。为了使透过聚光光学系统会聚在信息记录面上的波面的轴向色差为可被良好地校正的状态，最好适当地组合衍射的能力和折射的能力，使由衍射构造产生的轴向色差的大小近似等于由光学材料的折射率分散而引起的轴向色差。这里，在上述的说明中，假定聚光光学系统是一个具有聚光作用的正透镜。
此外，上述的聚光光学系统在组合作为衍射透镜的衍射作用和作为折射透镜的折射作用时，当上述光源的波长在长波长侧变动了时，具有在反焦距变短的方向上变化这样的轴向色差，且其最好满足下述式(17)
-1≤ΔCA/ΔSA≤0(17)
这里，ΔCA：对应波长的变化的轴向色差的变化量(mm)；
ΔSA：对应波长的变化的边缘光线的球差的变化量(mm)。
利用上述的衍射作用，通过将聚光光学系统全系统的轴向色差作为校正过剩使基准波长的球差曲线和长·短波长侧的球差曲线(也叫作色球差)相垂直，可以使光源的波长变动了时的最佳写入位置的移动较小地进行抑制，得到光源的状态跳变或高频波重叠时波面像差的劣化小的物镜。另外，利用衍射作用，在如上述这样校正色差的聚光光学系统中，由于可以较同时校正轴向色差和色球差的聚光光学系统进一步加大衍射环带间隔，故可以达成缩短金属模具的加工时间，防止因环带形状的制造误差而导致的衍射效率降低等。这里，在上述的说明中，假定聚光光学系统是一个具有聚光作用的正透镜。
此外，希望用上述衍射构造产生的n次衍射光量大于其他的任意阶的衍射光量，且为了对上述光信息记录介质进行信息记录以及/或者再生，应使由上述衍射构造产生的n次衍射光会聚在光信息记录介质的信息记录面上。这里，n为0、±1以外的整数。
上述构成涉及利用2次以上的高次衍射光对光信息记录介质进行信息记录以及/或者再生的聚光光学系统，如果形成环带状的衍射构造使2次以上的高次衍射光的衍射效率达到最大，则可以加大各环带间的台阶以及各环带间的间隔而不致于使衍射构造的形状精度要求变得过于严格。一般地，与利用1次衍射光的情况相比，在使用2次以上的衍射光时，虽然因衍射效率的波长变化所引起的降低变大，但在使用接近于单一波长的光源时，由于因上述的衍射效率的波长变化引起的降低量几乎小到可以忽略的地步，故可以得到制造容易且衍射构造具有足够的衍射效率的聚光光学系统。
另外，在上述的聚光光学系统中，权利要求1乃至于21之任一项所记载的物镜均适用。
此外，根据本发明的第1光拾取器装置，它利用包含将来自光源的发散光束会聚在上述光信息记录介质的信息记录面上的有限共轭型物镜的、光信息记录介质的信息记录以及/或者再生用的聚光光学系统，在光信息记录介质的信息记录面上聚光，且在上述信息记录面上记录信息以及/或者再生上述信息记录面上的信息，其特征在于：上述物镜是单透镜，并具有通过让上述光源沿光轴方向变位以使入射到上述物镜的光束的发散度变化的光源，具有通过检测来自上述信息记录面的反射光从而检测在上述聚光光学系统产生的球差的变动的检测装置，具有对应上述检测装置的检测结果，为降低该球差的变动而用于使上述光源沿光轴方向变位的驱动装置。
在具有上述这样的有限共轭型物镜的光拾取器装置中，通过使光源沿光轴方向变位，可以校正起因于激光光源的个体间的振动波长的分散、因温湿度的变化而产生的光学塑料材料的折射率变化、光信息记录介质的保护层的厚度的变动、物镜的制造误差(面形状误差、光轴向的厚度误差)等而产生的球差的变动。具体地，通过检测来自信息记录面的反射光，可以边监视检测会聚在信息记录面上的光束的聚光状态的检测装置的信号，边最佳地校正聚光光学系统所产生的球差地使光源沿光轴方向变位的驱动装置动作。作为使光源沿光轴方向变位的驱动装置，可以使用压电调节器或音圈型调节器。
另外，权利要求1乃至于21之任一项所记载的物镜均适用于上述的光拾取器装置。
此外，根据本发明的第2光拾取器装置，它利用包含将来自光源的发散光束聚光在上述光信息记录介质的信息记录面上的有限共轭型物镜和校正球差的变动的装置的聚光光学系统，在光信息记录介质的信息记录面上聚光，并在上述信息记录面上记录信息以及/或者再生上述信息记录面上的信息，其特征在于：且上述物镜是单透镜，在上述聚光光学系统中具有权利要求22乃至33之任一项所记载的聚光光学系统，并具有通过检测来自上述信息记录面的反射光从而检测上述聚光光学系统所产生的球差的变动的检测装置，具有对应上述检测装置的检测结果，为降低该球差的变动而用于使上述光源沿光轴方向变位的驱动装置。
根据上述的光拾取器装置，通过具有权利要求22乃至33之任一项所记载的聚光光学系统，也可以是搭载有高NA的物镜的光拾取器装置，由于可以校正起因于激光光源的个体间的振动波长的分散、因温湿度的变化而产生的光学塑料材料的折射率变化、光信息记录介质的保护层的厚度的变动、物镜的制造误差(面形状误差、光轴向的厚度误差)等而产生的球差的变动，故可以得到聚光状态总是良好的光拾取器装置。具体地，通过检测来自信息记录面的反射光，可以边监视检测会聚在信息记录面上的光束的聚光状态的检测装置的信号，边最佳校正聚光光学系统所产生的球差地使驱动校正球差的变动的装置的驱动装置动作。作为该驱动装置，可以使用压电调节器或音圈型调节器等。
根据本发明的声音·图像的记录装置·再生装置，通过搭载上述的第1或者第2光拾取器装置，可以良好地对比DVD更高密度·大容量的下一代的光信息记录介质进行声音·图像的记录或者再生。
附图说明
图1是根据本发明的第1实施形态的光拾取器装置的概略图。
图2是根据本发明的第2实施形态的光拾取器装置的概略图。
图3是根据本发明的第3实施形态的光拾取器装置的概略图。
图4是根据本发明的第4实施形态的光拾取器装置的概略图。
图5是根据本发明的第5实施形态的光拾取器装置的概略图。
图6是实施例1的光路图。
图7是实施例1的球差图。
图8是实施例2的光路图。
图9是实施例2的球差图。
图10是实施例3的光路图。
图11是实施例3的球差图。
图12是实施例4的光路图。
图13是实施例4的球差图。
图14是实施例5的光路图。
图15是实施例5的球差图。
图16所示是实施例6的物镜的断面图(a)以及放大物镜的台阶后给出的图(b)。
图17是实施例6的球差图。
图18是实施例7的光路图。
图19是实施例7的球差图。
图20是实施例8的光路图。
图21是实施例8的球差图。
图22是实施例9的光路图。
图23是实施例9的球差图。
具体实施方式
下面使用附图对利用根据本发明的有限共轭型单透镜组成的物镜将来自光源的发散光束会聚在光信息记录介质的信息记录面上的第1～第5实施形态的光拾取器装置进行说明。
(第1实施形态)
图1所示根据本发明的第1实施形态的光拾取器装置的概略图。
图1的光拾取器装置构成是：从由半导体激光器构成的光源1出射的光束通过偏光分光棱镜2、作为球差变动校正装置利用驱动装置驱动的折射率分布可变元件3、1/4波长片4以及光阑5后，由有限共轭型物镜6经由光信息记录介质的透明基板8聚光在信息记录面8’上。进而，来自信息记录面8’的反射光再次通过物镜6以及折射率分布可变元件3等后，被偏光分光棱镜2反射，通过柱面透镜11朝向光检测器12。
此外，物镜6被用法兰部7高精度地安装在光拾取器装置上。另外，图1的光拾取器装置，作为物镜6的驱动装置，具有为进行道跟踪/聚焦而在2轴方向上驱动物镜6的2轴调节器9。
在图1的光拾取器装置中，作为球差变动校正装置，使用的是折射率分布可变的元件，但如图1那样，该折射率分布可变元件3可以使用电气地相互连接的光学透明的电极层a、b、c和电极层a、b、c被电气地绝缘，并交互地叠层折射率分布对应外加的电压变化的折射率分布可变层d、e，且其光学透明的电极层a、b、c被分割成若干个区域的元件等。
在光检测器12检测出球差的变动时，在折射率分布可变元件3上，通过驱动装置10在电极层a、b、c上外加电压，并根据部位使折射率分布可变层d、e的折射率变化，从而可控制从折射率分布可变元件出射的光的相位其球差的变动为零。
利用本实施形态的光拾取器装置，可经由折射率分布可变元件3并利用物镜6将来自光源1的光束会聚在光信息记录介质的信息记录面8’上，通过按相反的光路用光检测器12接收被折射率分布可变元件3调制的反射光，可以进行再生。这里，采用同样的做法也可以在光信息记录介质的信息记录面上进行记录。
在上述的记录或者再生时，因为驱动装置10是基于球差变动的检测结果，外加电压，控制折射率分布可变元件3使出射光的相位其球差的变动为零，故可以边校正起因于激光光源的个体间的振动波长的分散、因温湿度的变化而产生的光学塑料材料的折射率变化、光信息记录介质的厚度的变动、物镜的制造误差等造成的球差的变动，边良好地进行信息的记录或者再生。作为折射率分布可变层d、e，可使用例如液晶。
此外，如上述这样，如果通过外加电压等使之产生沿垂直于光轴的方向的折射率的分布并校正球面的球差的变动，则可以无可动部地得到机械构造简单的聚光光学系统。可适用于本发明中的光拾取器装置的折射率分布可变元件并不限于图1中的折射率分布可变元件3，只要是相对透过波面给以光轴为中心的环带形提供光路差即可。
(第2实施形态)
图2是根据本发明的第2实施形态的光拾取器装置的概略图。
图2所示的光拾取器装置因除作为折射率可变的元件是在物镜6和光信息记录介质之间配置的液晶元件外，基本上是和图1同样的构成，故在同一部分上附加有一样的符号并省略其说明。
在图2的光拾取器装置中，将折射率可变的元件3’配置在物镜和光信息记录媒体之间以修正球差变动。作为折射率可变元件3’，可使用例如，根据外加的电压而折射率变化的光学元件。若光检测器12检测出球差变化，则用折射率可变元件3’的驱动装置10’改变折射率可变元件3’的折射率，以便使球差变化为零。
本实施形态的光拾取器装置中使用的物镜的像侧数值孔径为0.70以上，因此当把折射率可变元件3’配置在物镜和光信息记录媒体之间时，可以以较小的折射率变化校正较大的球差变化，且可以达成折射率可变元件3’的驱动电压的降低及折射率可变元件3的小型化。根据图2的光拾取器装置，可得到与图1的光拾取器装置相同的效果。
(第3实施形态)
图3是根据本发明的第3实施形态的光拾取器装置的概略图。
图3所示的光拾取器装置，除通过为校正球差变动而使耦合透镜在光轴方向能够变位来代替折射率可变元件外，基本上是和图1同样的构成，故在同一部分上附加有一样的符号并省略其说明。
如图3那样，为了校正球差的变动，采用了可利用1轴调节器13在光轴方向上变位耦合透镜23的构成。如果光检测器12检测出球差的变动，则1轴调节器13将在光轴方向上变位耦合透镜23以使球差为零。利用图3的光拾取器装置，可以得到和图1同样的效果。此外，通过使耦合透镜可以变位，即使是构成元件少的简单的构成，也可以形成总是具有良好的聚光状态的光拾取器装置。
(第4实施形态)
图4是根据本发明的第4实施形态的光拾取器装置的概略图。
图4所示的光拾取器装置，除通过为校正球差变动而使光源在光轴方向可变位来代替折射率可变元件外，基本上是和图1同样的构成，故在同一部分上附加有一样的符号并省略其说明。
如图4那样，为了校正球差的变动，采用了可利用1轴调节器13在光轴方向上变位光源1的构成。如果光检测器12检测出球差的变动，则1轴调节器13将在光轴方向上变位光源1以使球差为零。利用图4的光拾取器装置，可以得到和图1同样的效果。
(第5实施形态)
图5是根据本发明的第5实施形态的光拾取器装置的概略图。
图5所示的光拾取器装置，除通过为校正球差变动而使透镜在光轴方向可变位来代替折射率可变元件，以及在光源1与偏光分光棱镜2之间配置平行光透镜15和在偏光分光棱镜2与光检测器12之间配置了聚光透镜14外，基本上是和图1同样的构成，故在同一部分上附加一样的符号并省略其说明。
如图5那样，如果光检测器12检测出球差的变动，则1轴调节器13将在光轴方向上变位透镜33，改变平行光的发散角并进行球差的变动的校正，以使球差为零。利用图5的光拾取器装置，可以得到和图1同样的效果。此外，通过使透镜33可动，可以以简易的构成良好地校正球差的变动。
[实施例]
下面，对根据本发明的实施例1～11进行说明。实施例1～6是物镜的实施例，可以作为上述的图1～图5的物镜使用，此外，图7～图9是可以校正球差变动的聚光光学系统的实施例。表1给出了有关实施例1～6的数据的一览表。
[表1]
实施例一览表
Figure A20061010313000301
(注1)以物镜的光源侧的面为第1面
(注2)利用1次衍射光的情况
在各实施例中设置的衍射面用由上述的式(A)给出的光程差函数φb表示。此外，各实施例的非球面以光轴方向为x轴，以垂直于光轴的方向的高度为h，并用下式(B)表示。
x = ( h 2 / r ) { 1 + ( 1 - ( 1 + κ ) ( h 2 / r 2 ) ) } + A 4 h 4 + A 6 h 6 + · · · - - - ( B )
这里，A4、A6、...：非球面系数；κ：圆锥系数；r：近轴曲率半径；r、d、n分别表示透镜的曲率半径、面间隔、折射率。
<实施例1～6>
下面的表2～表7中分别给出了实施例1～6的物镜的各透镜数据。此外，图6、图8、图10、图12、图14分别给出了有关实施例1～5的光路图，图7、图9、图11、图13、图15、图17分别给出了有关实施例1～6的球差图。
[表2]
实施例1
    面序号   r(mm)   d(mm)  Nλ     vd
    0   光源   40.00
    12 物镜   1.426-3.023   2.4800.503 1.71548 53.3
    34 透明基板   ∞∞ 0.100 1.61949 30.0
非球面系数
Figure A20061010313000312
[表3]
实施例2
    面序号   r(mm)   d(mm)  Nλ     vd
    0   光源   20.000
    12 物镜   1.431-2.602   2.6000.528  1.71548     53.3
    34 透明基板   ∞∞   0.100  1.61949     30.0
非球面系数
Figure A20061010313000321
[表4]
实施例3
    面序号   r(mm)   d(mm)  Nλ     vd
    0   光源   30.000
    12 物镜   1.179-0.953   2.6700.431  1.52491     56.5
    34 透明基板   ∞∞   0.100  1.61949     30.0
非球面系数
Figure A20061010313000331
[表5]
实施例4
    面序号   r(mm)   d(mm)  Nλ     vd
    0   光源   30.00
    12 物镜   1.257-0.956   2.6700.400  1.52491     56.5
    34 透明基板   ∞∞   0.100  1.61949     30.0
非球面系数
第1面     κA4A6A8A10A12A14A16A18A20 -6.6457E-012.6471E-02-7.4602E-035.0088E-03-6.1707E-06-6.6424E-041.8494E-051.4294E-04-8.2918E-06-1.0820E-05
衍射面系数
  第1面   b2     -1.9000E-02
  b4     1.2375E-03
  b6     -1.6061E-03
  第2面   κ   -3.9759E+01
  A4   2.8547E-01
  A6   -5.4154E-01
  A8   4.4957E-01
  A10   -1.6411E-01
  A12   1.4047E-02
[表6]
实施例5
    面序号   r(mm)   d(mm)   Nλ     vd
    0   光源   40.000
    12 物镜   1.289-1.139   2.5500.419   1.52491     56.5
    34 透明基板   ∞∞   0.100   1.61949     30.0
非球面系数
第1面     κA4A6A8A10A12A14A16A18A20 -6.8906E-011.5612E-02-8.5421E-043.5255E-03-1.5535E-05-5.5211E-042.4923E-051.4698E-04-1.6428E-05-1.1232E-05
衍射面系数
  第1面   b2     -2.7000E-02
  第2面   κ  -1.6540E+01
  A4  2.7871E-01
  A6  -4.4625E-01
  A8   3.3462E-01
  A10   -1.2881E-01
  A12   1.9140E-02
[表7]
实施例6
    面序号   r(mm)   d(mm)   Nλ     vd
    0   光源   30.00
    12 物镜   1.179-0.953   2.6700.431   1.52491     56.5
    34 透明基板   ∞∞   0.100   1.61949     30.0
非球面系数
0≤h≤1.58(这里，h：自光轴的透镜面高)
第1面     κA4A6A8A10A12A14A16A18A20 -6.8964E-011.5539E-02-1.7675E-034.4843E-03-6.4011E-06-5.3825E-047.4370E-051.2625E-04-1.4841E-05-5.8487E-06
h＞1.58(这里，h：自光轴的透镜面高)
第1面   κA4A6A8A10A12A14A16A18A20 -6.8964E-011.5539E-02-1.7675E-034.4843E-03-6.4011E-06-5.3825E-047.4370E-051.2625E-04-1.4841E-05-1.0000E-06
  第2面   κ -1.8291E+01
  A4 3.8465E-01
  A6 -5.5954E-01
  A8 3.9140E-01
  A10 -1.2809E-01
  A12 1.4047E-02
实施例1～6是使用波长405nm、像侧数值孔径0.85的1组1片构成的物镜，但通过做成有限共轭型，可以确保工作距离大于0.40mm以上。
在实施例1、2的各物镜中，通过用使用波长的折射率是1.7以上的比较高的光学玻璃材料(HOYA公司制：LaC13)形成透镜，即便是有限共轭型也不致于使光源侧的面的曲率变得过小，此外，也不致于使光源侧的面的预估角变得过大。
另外，实施例3、4、5、6的各物镜，由于是用光学塑料材料形成的透镜，故可以廉价地大量生产。在实施例4、5的各物镜中，通过将光源侧的面做成衍射面，校正了在物镜上产生的轴向色差。特别地，在实施例5的物镜中，通过满足上述的式(10)那样地使轴向色差校正过剩，可以是光源的状态跳变时的波面像差劣化小的物镜的同时，还可以比同时校正轴向色差和色球差的实施例4的物镜进一步加大衍射环带间隔的最小值。
这里，式(10)的轴向色差的变化量ΔCA是在光源的波长在长波长侧偏移了+10nm时，在实施例5的物镜的球差图(图15)中，由405nm以及415nm的球差曲线下端的移动幅度表示的量，移动方向根据光源的波长向长波长侧的偏移，为反焦距变短的方向。此外，边缘光线的球差的变化量ΔSA用将405nm的球差曲线平行移动到其下端重叠于415nm的球差曲线的下端的位置时球差曲线的上端和415nm的球差曲线的上端的宽度表示。
实施例6的物镜6如图16(a)的断面图所示的那样，与筒管部17整体地形成，在实施例3的物镜中，如图16(b)所示的那样，在距光源侧的面S1上的光轴高度1.58mm的位置(对应像侧数值孔径0.85)形成了限制光束的台阶16。
在实施例6的物镜中，当用h表示距离光轴的高度、用f(h)表示较台阶16靠近光轴侧的面的形状的函数、用g(h)表示较台阶16靠近外侧的面的形状的函数时，由于它们的微分函数f’(h)、g’(h)满足f’(h)≠g’(h)地确定了g(h)的形状，故与通过较台阶16靠近光轴侧的面的光束相比，通过较台阶16靠近外侧的面的光束将会聚在更靠近光源的位置上。
<实施例7～9>
实施例7～9的各透镜的数据分别示于下面的表8～表10。此外，图18、图20、图22分别给出了有关实施例7～9的光路图，图19、图21、图23分别给出了有关实施例7～9的球差图。
[表8]
实施例7
    面序号   r(mm)  d(mm)   Nλ     vd
    0 光源  d0(可变)
    12 球差校正装置   ∞12.847  1.00d2(可变)   1.54291     56.5
    34 物镜   1.179-0.953  2.6700.431   1.52491     56.5
    56 透明基板   ∞∞  0.100   1.61949     30.0
非球面系数
  第2面   κ 2.8960E+00
  A4 -3.9039E-04
  A6 1.0133E-03
  A8 -3.4759E-04
Figure A20061010313000391
衍射面系数
Figure A20061010313000392
[表9]
实施例8
    面序号   r(mm)   d(mm)  Nλ     vd
    0   光源   d0(可变)
    12 物镜   1.257-0.956   2.6700.400  1.52491     56.5
    34 透明基板   ∞∞   0.100  1.61949     30.0
非球面系数
衍射面系数
第1面     b2     -1.9000E-02
    b4     1.2375E-03
    b6     -1.6061E-03
[表10]
实施例9
    面序号   r(mm)   d(mm)  Nλ     vd
    0   光源   6.050
    12 透明基板   ∞∞   0.2503.000  1.53020
    34   平行光透镜   ∞-5.832   1.200d4(可变)  1.52491     56.5
    56   球差校正装置   ∞18.369   1.000d6(可变)  1.52491     56.5
    78 物镜   1.289-1.139   2.5500.419  1.52491     56.5
    910 透明基板   ∞∞   0.100  1.61949     30.0
非球面系数
Figure A20061010313000411
Figure A20061010313000421
衍射面系数
Figure A20061010313000422
实施例7～9是具有有限共轭型的1组1片构成的物镜和校正球差的变动的装置的聚光光学系统，各自的使用波长是405nm，物镜的像侧数值孔径是0.85。
在实施例7的聚光光学系统中，如图3那样，通过使配置在光源和物镜之间的改变来自光源的发散光束的发散度的耦合透镜沿光轴变位，校正了球差的变动。因耦合透镜是轻质的光学塑料材料制品，故可减轻对调节器的负担或对应球差的变动进行高速的响应。进而，通过将耦合透镜做成双面衍射透镜，校正了聚光光学系统整个系统的轴向色差。
此外，在实施例8的聚光光学系统中，如图4那样，在实施例4的物镜上，通过沿光轴变位光源，校正了球差的变动。
另外，在实施例9的聚光光学系统中，如图5那样，通过使配置在平行光透镜和实施例5的物镜之间的透镜沿光轴变位，校正了球差的变动。此时，由于来自平行光透镜的出射光是平行光束，故可以容易地在该平行光束中配置偏光光束分离棱镜、光束整形元件、波长片等光学元件。进而，通过将平行光透镜做成衍射透镜，即使是产生了光源的波长变动或温湿度变化时，也可以使从平行光透镜出射的出射光近似成为平行光束。此外，由于可沿光轴变位的透镜是用轻质的光学塑料材料形成的，所以可减轻对调节器的负担或对应球差的变动进行高速的响应。
这里，因为包含在实施例7～9的聚光光学系统中的透镜全部用轻质的光学塑料材料形成，故可以利用使用金属模具的成形法廉价地大量生产，且作为整体可以形成重量轻的聚光光学系统。
表11～13给出了在实施例7～9的聚光光学系统中，校正了由光源的±10nm的振动波长变动、±30℃的环境温度变化、±0.02mm的保护层的厚度误差引起产生的球差的结果，且对任何情况都进行了良好的校正。
[表11]
实施例7
球差变动的原因   波面像差(校正前)   波面像差(校正后)   d0(可变)   d2(可变)
基准状态(λ＝405nm，T＝25℃，t＝0.1mm) 0.008λ 0.008λ 15.000 5.000
光源的波长变动 Δλ＝+10nmΔλ＝-10nm   0.150λ0.169λ   0.010λ0.011λ   14.10316.076   5.8973.924
温度变化 ΔT＝+30℃ΔT＝-30℃   0.205λ0.218λ   0.019λ0.014λ   13.94616.329   6.0543.671
保护层厚度误差 Δt＝+0.02mmΔt＝-0.02mm   0.199λ0.202λ   0.010λ0.010λ   14.06315.887   5.9374.113
(注1)温度变化时的透镜材料的折射率的变化量为ΔN＝-1.2E-4/℃
(注2)温度变化时的光源的振动波长的变化量Δλ＝+0.05nm/℃
[表12]
实施例8
球差变动的原因   波面像差(校正前)   波面像差(校正后)   d0(可变)
基准状态(λ＝405nm，T＝25℃，t＝0.1mm) 0.006λ 0.006λ 30.000
光源的波长变动 Δλ＝+10nmΔλ＝-10nm   0.007λ0.012λ   0.007λ0.012λ   29.99330.003
温度变化 ΔT＝+30℃ΔT＝-30℃   0.065λ0.071λ   0.014λ0.016λ   29.46930.337
保护层厚度误差 Δt＝+0.02mmΔt＝-0.02mm   0.202λ0.202λ   0.009λ0.014λ   28.37731.844
(注1)温度变化时的透镜材料的折射率的变化量为ΔN＝-1.2E-4/℃
(注2)温度变化时的光源的振动波长的变化量Δλ＝+0.05nm/℃
[表13]
实施例9
球差变动的原因   波面像差(校正前)   波面像差(校正后)   d0(可变)   d2(可变)
基准状态(λ＝405nm，T＝25℃，t＝0.1mm) 0.005λ 0.005λ 10.000 5.000
光源的波长变动 Δλ＝+10nmΔλ＝-10nm   0.150λ0.169λ   0.006λ0.008λ   13.5475.358   1.4539.642
温度变化 ΔT＝+30℃ΔT＝-30℃   0.205λ0.218λ   0.014λ0.016λ   14.3833.131   0.61711.869
保护层厚度误差 Δt＝+0.02mmΔt＝-0.02mm   0.199λ0.202λ   0.010λ0.012λ   14.3893.840   0.61111.160
(注1)温度变化时的透镜材料的折射率的变化量为ΔN＝-1.2E-4/℃
(注2)温度变化时的光源的振动波长的变化量Δλ＝+0.05nm/℃
实施例7～9的聚光光学系统可以校正由超过0.02mm的保护层的厚度的变动引起的球差。因而，可以进行对从同一光束入射面侧起具有若干个信息记录层的多层型光信息记录介质的信息记录以及/或者再生。
这里，在上述的各表或图中，使用E(或者e)表示10的乘幂，例如，有E-02(＝10-2)这样地进行表示的情况。
此外，在本说明书中，光信息记录介质不仅仅指光束入射面侧具有保护层的光盘，也包括没有保护层的光信息记录介质。在光信息记录介质具有保护层时，在本发明的光拾取器装置中使用的物镜最好是在与某一特定厚度的保护层组合的基础上使像差达到最小地进行像差校正。
还有，在本说明书中，光源的振动波长的微小变动是指相对于光源的振动波长在±10nm范围内的波长变动。此外，在本说明书中，所谓(良好地)校正各种像差，在求出了波面像差时，最好是作为所谓的衍射极限性能的0.07λrms以下(这里，λ是所使用的光源的振动波长)，如果考虑光拾取器装置的组装精度等，是0.05λrms以下更好。
作为本发明的物镜、聚光光学系统、光拾取器装置中使用的理想的短波长光源，除了上述的兰紫色半导体激光器之外，还有在半导体激光器的前方形成将来自半导体激光器的光的波长变换成一半的波长变换元件，即形成了所谓的SHG(Second Harmonic Generation：产生2次高频调制波)元件的光源。
根据本发明，可以提供是高NA物镜，同时也是小口径、且工作距离大的光信息记录介质的信息记录以及/或者再生用物镜。
可以提供既是高NA物镜，又是小口径、工作距离大、且在使用短波长光源时可以校正作为问题的轴向色差的光信息记录介质的信息记录以及/或者再生用物镜。
本发明还可以提供光信息记录介质的信息记录以及/或者再生用聚光光学系统，它是可以以简单的构成有效地校正因激光光源的振动波长变动、温度·湿度的变化、光信息记录介质的保护层厚度误差等引起的、在聚光光学系统的各光学面上产生的球差的变动的聚光光学系统。此外，本发明也可以提供可以校正在使用了短波长光源时构成问题的轴向色差的聚光光学系统。
进而，本发明还能够提供搭载了该物镜以及/或者聚光光学系统的光拾取器装置，以及搭载了该光拾取器装置的记录·再生装置。

Claims (31)

1.一种用于记录和/或再生光信息记录介质的信息的物镜，其特征在于：
该物镜是单透镜形式的物镜，该单透镜至少在一个表面上具有一个非球面表面；
而且该物镜是一个有限共轭型的物镜，可以将来自一个光源的分散的光束会聚到光信息记录介质的信息记录面上，并且至少在一个表面上包括一个环形衍射结构，并满足如下公式：
NA≥0.7
其中NA是进行光信息记录介质的信息记录和/或再生所需要的像侧的数值孔径。
2.根据权利要求1所述的物镜，其特征在于：所使用的波长为600nm或更小，该物镜用光学材料制成，在所使用的波长区域为600nm或更小时，该光学材料在厚度为3mm下具有85％或更高的内透过率。
3.根据权利要求1所述的物镜，其特征在于：当光源侧产生的波长波动在±10nm内时，衍射结构有一个功能可以抑制由于光源的波长波动的、由物镜的折射率分散造成的轴向色差。
4.根据权利要求1所述的物镜，其特征在于：该物镜的两个表面都是非球面的。
5.根据权利要求1所述的物镜，其特征在于：满足如下公式：
0.01≤PD/PT≤0.20
其中PD是公式PD＝∑(-2·b2i)所定义的衍射结构的能力，此时在第i个表面上形成的衍射结构由公式Φb＝b2ih2+b4ih4+b6ih6+...所定义的光程差函数来表示，其中h是距离光轴的高度，b2i、b4i、b6i等分别是第二阶、第四阶、第六阶，...光程差函数系数；PT是总体物镜系统的光学能力，包括作为折射透镜的能力和衍射结构的能力；其中，PD的单位是mm-1，h的单位是mm，PT的单位是mm-1。
6.根据权利要求1所述的物镜，其特征在于：满足如下公式：
0.01≤f·λ·∑(ni/(Mi·Pi2))≤0.70
其中λ是标准波长，f是总体物镜系统的焦距，ni是在第i个表面上形成的衍射结构所产生的衍射光束中衍射光束最大的衍射光束的阶，Mi是在第i个表面的有效直径内的衍射结构环形区域的数量，Pi是在第i个表面的有效直径内的相邻衍射结构环形区域之间的最小距离值，其中λ，f，Pi的单位是mm。
7.根据权利要求1所述的物镜，其特征在于：满足如下公式：
0.2≤(Ph/Pf)-2≤10.0
其中Pf是在采用进行光信息记录介质记录和/或再生所需要的像侧的数值孔径的情况下相邻环形衍射区域之间的距离，Ph是在采用进行光信息记录介质记录和/或再生所需要的像侧的数值孔径的一半数值孔径的情况下相邻环形衍射区域之间的距离，其中Pf，Ph的单位是mm。
8.根据权利要求1所述的物镜，其特征在于：在将作为衍射透镜的衍射作用与将作为折射透镜的折射作用二者相结合的情况下，物镜具有一个轴向色差特征，在这种特征中反焦距会在光源的波长向长波长侧变化时变得更短，并且满足如下公式：
-1＜ΔCA/ΔSA＜0
其中ΔCA表示在波长发生变化时所产生的轴向色差变化量，ΔSA表示在波长发生变化时所产生的边缘光线的球差的变化量，其中ΔCA，ΔSA的单位是mm。
9.根据权利要求1所述的物镜，其特征在于：在第i个表面形成的衍射结构产生的第ni阶的衍射光束量与任何其它阶的衍射光束相比为最大，物镜将衍射结构所产生的第ni阶的衍射光束会聚到光信息记录介质的信息记录面上，其中n是0和±1之外的整数。
10.根据权利要求1所述的物镜，其特征在于：满足如下公式：
0.01≤|m|≤0.30
0.8≤d/f≤2.4
0.8＜r1/((n-1)f√(1+|m|))＜1.6
0.25≤(X1-X2)(n-1)/(NA·f·√(1+|m|))≤0.75
其中m是用公式NAobj/NA所定义的物镜的横向倍率，NAobj是物镜的物侧数值孔径，NA是像侧数值孔径；
d是物镜在光轴向的厚度，
f是焦距，
r1物镜的光源侧表面的弯曲近轴半径，
n是对于所使用的波长的物镜的折射率，
X1是在光轴方向上与光轴垂直并且与光源侧表面的顶点相接的平面和在有效直径上最外周边的光源侧表面，即在上述NA的边缘光线入射的光源侧的表面上的位置之间的差，假设在从作为基准的相接平面向光信息记录介质的方向进行测量时，Xi取正号，在向光源方向测量时取负号；
X2是在光轴方向上与光轴垂直并且与光信息记录介质侧表面的顶点相接的平面和在有效直径上最外周边的光信息记录介质侧表面，即在上述NA的边缘光线入射的光信息记录介质侧的表面上的位置之间的差，假设在从作为基准的相接平面向光信息记录介质方向进行测量时，Xi取正号，在向光源方向测量时取负号，其中d，f，r1，X1，X2的单位是mm。
11.根据权利要求1所述的物镜，其特征在于：满足如下公式：
|SA1/SA2|＞1.0
其中SA1是当物镜的象差函数展开为茨尔尼克多项式时的第三阶球差成份，SA2是当物镜的象差函数发展成为茨尔尼克多项式时的第五阶球差成份、第七阶球差成份和第九阶球差成份的平方和的平方根。
12.根据权利要求1所述的物镜，其特征在于：该物镜用光学塑料材料制成。
13.根据权利要求1所述的物镜，其特征在于：该物镜用光学玻璃材料制成。
14.根据权利要求1所述的物镜，其特征在于：该物镜包括一个光阑，用于调节在与光轴垂直并且与光源侧表面的顶点相接的面和光源侧表面之间的光束。
15.根据权利要求1所述的物镜，其特征在于：在至少一个面上的、对应于在光信息记录介质上进行信息记录以及/或者再生所需要的像侧数值孔径的位置上，设置在面的法线方向不连续变化的区域，从而调节聚光光束的束径。
16.一种用于记录和/或再生光信息记录介质的信息的聚光光学系统，其特征在于包括：
单透镜形式的物镜，以及
设置在光源和信息记录介质之间的校正装置，用于校正在聚光光学系统中产生的球差的波动，
上述物镜是一个有限共轭型的物镜，可以将来自一个光源的分散的光束会聚到光信息记录介质的信息记录面上，并满足如下公式：
NA≥0.65
其中NA是进行光信息记录介质的信息记录和/或再生所需要的像侧的数值孔径。
17.根据权利要求16所述的聚光光学系统，其特征在于：校正装置包括一个可移动的元件，该元件设置在光源和物镜之间，并可以沿光轴方向移动以改变射出光束的散度。
18.根据权利要求17所述的聚光光学系统，其特征在于：校正装置是一个在光源和物镜之间的光程上设置的耦合透镜，并且耦合透镜中至少有一组透镜是可移动的元件。
19.根据权利要求17所述的聚光光学系统，其特征在于：可移动的元件由光学塑料材料制成。
20.根据权利要求16所述的聚光光学系统，其特征在于：校正装置是一个在光源和物镜之间设置的元件，并且在垂直于光轴的方向上其折射率分布是可变的。
21.根据权利要求16所述的聚光光学系统，其特征在于：校正装置是一个在物镜和光信息记录介质之间设置的元件，并且其折射率是可变的。
22.根据权利要求16所述的聚光光学系统，其特征在于：聚光光学系统进行信息记录介质的信息记录和/或再生，信息记录介质在相同的光束入射侧具有多个信息记录层，校正装置在多个信息记录层中进行跳焦时将对由于从光束入射表面到相应的信息记录层之间透明基板的厚度之差所导致的球差波动进行纠正。
23.根据权利要求16所述的聚光光学系统，其特征在于：所使用的波长是600nm或稍小，聚光光学系统在该聚光光学系统的一个光学元件的至少一个表面上包括一个环形衍射结构。
24.根据权利要求23所述的聚光光学系统，其特征在于：当光源产生的波长波动在±10nm内时，衍射结构有一个功能可以抑制由于光源的波长波动的由聚光光学系统的折射率分散造成的轴向色差。
25.根据权利要求23所述的聚光光学系统，其特征在于，在将作为衍射透镜的衍射作用与将作为折射透镜的折射作用二者相结合的情况下，聚光光学系统具有轴向色差特征，在这种特征中反焦距会在光源的波长向长波长侧变化时变得更短，并且满足如下公式：
-1＜ΔCA/ΔSA＜0
其中ΔCA表示在波长发生变化时所产生的轴向色差变化量，ΔSA表示在波长发生变化时所产生的边缘光线的球差的变化量，其中ΔCA，ΔSA的单位是mm。
26.根据权利要求23所述的聚光光学系统，其特征在于：衍射结构所产生的第ni阶的衍射光束量与任何其它阶的衍射光束相比为最大，聚光光学系统将衍射结构所产生的第ni阶的衍射光束会聚到光信息记录介质的信息记录面上，其中n是0和±1之外的整数。
27.一种用于记录和/或再生光信息记录介质的信息的聚光光学系统，其特征在于包括：
权利要求1所述的物镜；
设置在光源和信息记录介质之间的校正装置，用于校正在聚光光学系统中产生的球差的波动。
28.一种用于记录和/或再生光信息记录介质的信息的光学拾取装置，包括：
光源；
聚光光学系统，具有一个有限共轭型的物镜，用以将来自一个光源的分散的光束会聚到光信息记录介质的信息记录面上，物镜是一个单透镜；
该光源沿着光轴的方向是可以移动的，以便改变将要进入物镜的光束的散度；
检测器，用以通过检测从信息记录面反射的光束来检测在聚光光学系统中产生的球差的波动；以及
传动装置，用以沿着光轴方向移动光源，以便根据检测器的检测结果减少球差的波动。
29.根据权利要求28所述的光学拾取装置，其特征在于：聚光光学系统包括权利要求1所述的物镜。
30.一种用于记录和/或再生光信息记录介质的信息的光学拾取装置，包括：
光源；
聚光光学系统，具有权利要求16中所描述的聚光光学系统其包括一个有限共轭型的物镜，用以将从一个光源发出的分散的光束会聚到光信息记录介质的信息记录面上，物镜是一个单透镜；
检测器，用以通过检测从信息记录面反射的光束来检测在聚光光学系统中产生的球差的波动；以及
传动装置，用以驱动校正装置，以便根据检测器的检测结果减少球差的波动。
31.一种声音和/或图像记录和/或声音和/或图像再生装置，包括：权利要求28或30所述的光学拾取装置。
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