CN101216605B - 光学拾取透镜装置和使用其的信息记录和再现装置 - Google Patents

Abstract

一种光学拾取透镜装置和使用其的信息记录和再现装置，所述光学拾取透镜装置从光源的一方开始依次包括：准直装置，用于将光束会聚成平行光线或预定的会聚或发散光线，该准直装置可以保持在沿光源发出的光束的光轴方向上移动；像差校正元件，用于允许准直装置发出的光束通过；和具有0.8或0.8以上数值孔径的物镜元件，并将来自像差校正元件的光束会聚到信息记录媒体上形成一个点，像差校正元件和物镜元件整体地保持在与光轴正交的方向上以在信息记录媒体上执行跟踪并满足预定条件。

Description

光学拾取透镜装置和使用其的信息记录和再现装置

本申请是申请日为2004年7月9日、申请号为200480001772.1、发明名称为“光学拾取透镜装置和使用其的信息记录和再现装置”的发明专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及一种光学拾取透镜装置，并特别涉及诸如使用波长390nm-420nm的一束光线的DVD(数字通用光盘)装置之类的可用于高密度可记录光学信息记录装置和用于计算机的光记录装置。另外，本发明涉及具有上述光学拾取透镜装置的信息记录和再现装置。

背景技术

传统地，光学拾取透镜装置在光源的波长为650nm或650nm以上且物镜元件的数值孔径在NA＝0.6量级的情况下使用；因此由轴向色差或放大率色差引起的点位移量不大可能引发问题。

然而，近年来，随着信息记录媒体的容量的增加，在缩短光源的波长方面得到了发展且光学信息记录装置中的NA(数值孔径)增加了。在该短波长区域中，因为诸如透镜元件之类的光学材料的散色很大，一束光线的微小波长变化显著地改变光学材料的折射率。因此，在近来的光学拾取透镜装置中，有必要考虑色差校正。

特别是，在现在广泛用于DVD数字光盘放象机等的DVD±RW等的光学信息记录装置中，因为使用媒体中的相变来进行信息的记录和擦除，当写入或擦除时使用的光功率与读取已写入的信息时使用的光功率不同。因此，在使用相变媒体的光学信息记录装置中，原则上不可能避免从光源发出的一束光的波长在记录或擦除和再现时显著地变化。

因此，出于以下原因，在使用相变媒体的光学信息记录装置中，光学拾取透镜装置中的色差校正是一个很关键的问题。在使用相变媒体的光学信息记录装置中，如果透镜装置中的色差不校正，由光源发出的波长的变化会引起聚焦位置的陡变，结果就不能进行聚焦控制。

传统地，为了抑制该色差，如日本专利公开号：64-19316、7-294707及11-337818，提出了诸如允许物镜具有色差校正功能的技术、允许校准设置在光源和具有的物镜元件之间的准直透镜色差校正功能的技术、将色差校正元件附加地插入光程以过度校正色差从而抵消物镜元件中的色差的技术。

发明内容

然而，实现色差校正的传统结构不能满足使用其中点直径非常小而轨道宽度很窄的高密度可记录信息记录媒体的光学拾取透镜装置的要求。

本发明的一个目的在于提供一种在具有大色差校正功能情况下能进行稳定跟踪同时具有大像差校正功能的光学拾取透镜装置，及使用该光学拾取透镜装置的信息记录和再现装置。

上述目的之一通过下列光学拾取透镜装置实现。用来将从光源发出的从390nm到420nm的波长的光束会聚到信息记录媒体上形成一个点来执行信息的读取、写入和擦除中至少一个操作的光学拾取装置中所使用的光学拾取透镜装置从光源的一方开始依次包括：准直装置，用于将光束会聚成平行光线或预定的会聚或发散光线，该准直装置可以保持沿光源发出的光束的光轴方向移动；像差校正元件，用于允许准直装置发出的光束通过；和具有0.8或0.8以上数值孔径的物镜元件，并将来自像差校正元件的光束会聚到信息记录媒体上形成一个点，其中像差校正元件和物镜元件整体地保持在与光轴正交的方向上以在信息记录媒体上执行跟踪，且光学拾取透镜装置满足下列条件：

-0.1≤CAt≤0.1...(1)；

-20≤CAf≤20...(2)；

-20≤CAm≤0...(3)；

-0.25≤θf≤0.25...(4)；和

-0.75≤θm≤0.75...(5)，

其中

CAt：在整个光学系统中的轴向色差(μm/nm)，

CAf：在准直装置中的轴向色差(μm/nm)，

CAm：在像差校正元件中的轴向色差(μm/nm)，

θf：从准直装置输出的光束的角度每单位波长的变化量(min/nm)，和

θm：从像差校正元件输出的光束的角度的每单位波长变化量(min/nm)，

像差校正元件最好是具有通过衍射使光束偏转的光功率的衍射透镜。另选地，像差校正元件最好具有一个包含以光轴为中心的由同心圆限定的多个环带区的相位阶跃表面；且各相位阶跃在区间的边界部分形成。

上述目的之一由下列光学拾取装置实现。通过将光束会聚到信息记录媒体上形成一个点来执行信息的读取、写入和擦除中至少一个操作的光学拾取装置包括：用于发出390nm到420nm的波长的光束的光源；准直装置，用于将光束会聚成平行光线或预定的会聚或发散光线，该准直装置可以保持在沿光源发出的光束的光轴方向上移动；像差校正元件，用于允许从准直装置发出的光束通过；和具有0.8或0.8以上数值孔径的物镜元件，并将来自像差校正元件的光束会聚到信息记录媒体上形成一个点，其中像差校正元件和物镜元件整体地保持在与光轴正交的方向上以在信息记录媒体上进行跟踪，且光学拾取透镜装置满足下列条件：

-0.1≤CAt≤0.1...(1)；

-20≤CAf≤20...(2)；

-20≤CAm≤0...(3)；

-0.25≤θf≤0.25...(4)；和

-0.75≤θm≤0.75...(5)，

其中

CAt：在整个光学系统中的轴向色差(μm/nm)，

CAf：在准直装置中的轴向色差(μm/nm)，

CAm：在像差校正元件中的轴向色差(μm/nm)，

θf：从准直装置输出的光束的角度每单位波长的变化量(min/nm)，和

θm：从像差校正元件输出的光束的角度的每单位波长变化量(min/nm)，

根据本发明，可以提供一种能执行稳定的跟踪同时具有大像差校正功能的光学拾取透镜装置和使用该光学拾取透镜装置的信息记录和再现装置。

附图简要说明

图1为本发明的第一实施例中的光学拾取装置的基本示意结构图。

图2为示出本发明的第一实施例的第一个例子的准直透镜中的像差的图。

图3为示出本发明的第一实施例的第一个例子的衍射透镜中的像差的图。

图4为示出本发明的第一实施例的对比例子的准直透镜中的像差的图。

图5为示出本发明的第一实施例的对比例子的衍射透镜中的像差的图。

图6为本发明的第一实施例的中的光学拾取装置的示意结构图。

图7为根据第二实施例的光学拾取装置的示意结构图。

图8为示出根据第二实施例的光学拾取装置中所使用的透镜装置的示意结构图。

图9为示出根据第二实施例的光学拾取装置中所使用的透镜装置的像差校正元件的相位阶跃表面结构的示意图。

图10为示出第二数字例的透镜装置中波长为410nm±10nm时的球面像差的图。

具体实施方式

(第一实施例)

图1为本发明的第一实施例中的光学拾取装置的示意结构图。根据第一实施例的光学拾取透镜装置包括：光源1、准直透镜3(准直装置)、衍射透镜4(像差校正元件)、物镜5和调节器7。光源1由半导体激光器组成并发出一束波长为390nm-420nm的光束2。

在图1中，来自由半导体激光器构成的光源1的光束2通过准直透镜3变成基本平行的光线。然后，光线通过衍射透镜4后由物镜5会聚到信息记录媒体6上。

这里，衍射透镜4和物镜5一起安装在调节器7上，它们的光轴实际上是重合的，从而衍射透镜4和物镜5可以在垂直于光轴方向的方向上移动，如箭头A和-A所示。因此，即使当波长改变且光束会聚或发散，点在径迹方向上发生位移时也可以作出补偿，即，跟踪。

准直透镜3由粘合的消色差透镜构成并可以在光轴方向上移动，如箭头B所示，从而可以校正在光学系统中出现的球面像差。籍此，可以改变进入物镜5的光束的角度，从而可以抵消由信息记录媒体6的厚度差或由构成光学系统的各光学元件引起的球面像差。

根据第一实施例的光学拾取透镜装置满足下列条件：

-0.1≤CAt≤0.1...(1)；

-20≤CAf≤20...(2)；

-20≤CAm≤0...(3)；

-0.25≤θf≤0.25...(4)；和

-0.75≤θm ≤0.75...(5)，

其中，

CAt：在整个光学系统中的轴向色差(μm/nm)，

CAf：在准直装置中的轴向色差(μm/nm)，

CAm：在像差校正元件中的轴向色差(μm/nm)，

θf：从准直装置输出的光束的角度每单位波长的变化量(min/nm)，和

θm：从像差校正元件输出的光束的角度的每单位波长变化量(min/nm)，

如果CAt(整个光学系统中的轴向色差)小于-0.1(μm/nm)或大于0.1(μm/nm)，因为由波长变化引起的点在光轴方向上的移动量相当大，很难作出稳定的记录或再现，因此是不希望的。

如果准直装置中的轴向色差CAf小于-20(μm/nm)，当像差校正元件中的轴向色差CAm为0时，点的位移量超过10nm，因此是不希望的。如果在准直装置中的轴向像差CAf大于20(μm/nm)，用像差校正元件很难满足上述条件(1)，因此是不希望的。

如果像差校正元件中的轴向色差CAm小于-20(μm/nm)，即使准直装置处于色差校正不足的条件下，也不能满足上述表达式(1)，因此是不希望的。如果色差校正元件中的轴向色差CAm大于0，则不能校正物镜元件中的色差，因此是不希望的。

如果每单位波长从像差校正元件输出的光束的角度变化量θm小于-0.75(min/nm)或大于0.75(min/nm)，则光学系统的大小与物镜元件的数值孔径NA大不相同，因此在光学拾取装置的结构方面它是不理想的。

图6为应用了本发明的第一实施例的光学拾取透镜的光学拾取装置的示意结构图。在图6中，与图1中相同的部件由相同的标号指出。在图6中，来自由半导体激光器组成的光源1的光束通过分束器8，然后通过由准直透镜组成的本准直装置3变成基本平行的光线。然后光线通过由衍射透镜组成的像差校正元件4后由物镜5会聚到信息记录媒体6的信息记录表面6a上。会聚点(光束在该点处会聚到信息记录表面6a上)由在信息记录表面6a上形成的陷斑反射并具有不同的反射率，且反射的激光通过物镜5、像差校正元件4和准直装置3，由分束器8反射并在检测透镜9处折射，然后会聚到光接受元件10上。利用来自光接受元件10的电信号，检测在信息记录表面6a上受到调制的光量的变化，并读取记录在信息记录媒体6上的数据。

这里，像差校正元件4和物镜5都安装在调节器7上并可以在箭头A和-A的方向，即，与光轴方向正交的方向，上移动，且准直装置3可以在由箭头B所示的光轴方向上移动。

注意，在第一实施例中，准直透镜由粘合透镜组成，但也可以由具有颜色校正功能的衍射透镜组或没有颜色校正功能的单个透镜组成。另外，像差校正元件由衍射透镜组成，但也可以由具有像差校正功能的粘合透镜组成。然而，因为衍射透镜可以由树脂形成，因此重量轻，所以将衍射透镜与物镜一起安装在调节器上并允许它们移动是有利的。

还要注意像差校正元件，即衍射透镜，和物镜是分开配置的，但也可以作为一个整体来配置，这样该物镜的至少一个表面具有衍射结构。

(第一数字例)

现在，结合对比例子来说明具体示出根据第一实施例的光学拾取透镜装置的数字例。第一个例子和对比例子的不同之处仅在于准直透镜3和衍射透镜4的设计值。在第一例子和对比例子中，虽然两个例子在整个光学系统中都具有相同的轴向像差0.09μm/nm，准直透镜3的轴向色差和输出的角度变化量与衍射透镜4的不相同，因此各例子的点的位移量显著不同。

表1中示出第一个例子的准直透镜3、衍射透镜4和物镜5的特定数值结构，而表2相似地示出对比例子的数值结构。在各例中，中心设计波长为410nm。另外，在第一个例子和对比例子中，假定平行光束进入衍射透镜4，并将在输出一侧的平行光束的直径设定成2.21mm。表面元1-4表示准直透镜3，表面号5-8表示衍射透镜4，表面9和10表示物镜5而表面11和12表示身为媒体的信息记录媒体6的保护层。注意，r表示各透镜表面的曲率半径(信息记录媒体则是保护层表面)，d表示透镜厚度，n_λ表示在波长λnm处的各透镜的折射率，而v表示各透镜的阿贝常数。在衍射表面上形成的相光栅由超高折射率方法表示(超高折射率方法参见William C.Sweatt：Describing holographic optical elements as lenses：Journal of Optical Society of America，Vol.67，No.6，June 1997)。

该非球面形状由下列等式1(Eq.1)给出：

$X=\frac{C_j{h}^2}{1+\sqrt{1-(1+k_j){C_j}^2{h}^2}}+\mathrm{\Σ}{A}_{j,n}{h}^n---(\mathrm{Eq}.1)$

各符号的意义如下：

X：距离光轴的高度为h的非球面表面上的一个点与该非球面表面的顶点相切的平面的距离。

h：距离光轴的高度，

Cj：在非球面表面的顶点处的物镜的第j个表面的曲率(Cj＝1/Rj)，

Kj：该物镜的第j个表面的二次曲线常数，和

Aj，n：该物镜的第j个表面的第n次的非球面系数，

其中，j＝13，14。

表1

	表面号	r	d	n410	vd
						物点	1	-	6.114
	2	Plane	4.250	1.52957	64.2
							3	Plane	1.100	1.56124	69.5
	4	-	5.793
						准直透镜	5	84.725	0.500	1.73959	30.1
	6	12.469	0.000
							7	12.469	1.000	1.68490	55.4
	8	-12.037	5.207
						衍射透镜	9	75113.020	0.000	4101.03141	-3.5
	10	Plane	0.000
							11	Plane	0.500	1.52256	56.4
	12	9.402	2.000
						物镜	13	1.097	1.907	1.77717	45.6
	14	-3.126	0.252
						盘	15	Plane	0.100	1.61580	30.1
	16	Plane

K13	-0.843174
		A13，4	0.034142332
A13，6	0.036644763
		A13，8	-0.09167153
A13，10	0.14483359
		A13，12	-0.07839237
A13，14	-0.01510398
		A13，16	0.017046335
K14	33.80017
		A14，4	0.25550467
A14，6	14.441438
		A14，8	-164.31079
A14，10	722.07909
		A14，12	-732.06737
A14，14	-3351.5353
		A14，16	7740.7264

表2

	表面号	r	d	n410	vd
						物点	1	-	6.036
	2	Plane	4.25	1.52957	64.2
							3	Plane	1.1	1.56124	69.5
	4	-	5.773
						准直透镜	5	42.891	0.500	1.73959	30.1
	6	2.200	0.000
							7	2.200	1.000	1.68490	55.4
	8	-10.000	5.227
						衍射透镜	9	191418.600	0.000	4101.03141	-3.45
	10	0.000	0.000
							11	0.000	0.500	1.52256	56.4
	12	24.225	2.000
						物镜	13	1.097	1.907	1.77717	45.6
	14	-3.126	0.252
						盘	15	Plane	0.100	1.61580	30.1
	16	Plane

K13	-0.843174
		A13，4	0.034142332
A13，6	0.036644763
		A13，8	-0.09167153
A13，10	0.14483359
		A13，12	-0.07839237
A13，14	-0.01510398
		A13，16	0.017046335
K14	33.80017
		A14，4	0.25550467

K13	-0.843174
		A14，6	14.441438
A14，8	-164.31079
		A14，10	722.07909
A14，12	-732.06737
		A14，14	-3351.5353
A14，16	7740.7264

图2中示出第一个例子的准直透镜3中的像差。图2(a)示出球面像差SA而图2(b)示出对于正弦条件SC的偏离量。另外，图3示出第一个例子的作为像差校正元件的衍射透镜中的像差。图3(a)示出球面像差SA而图3(b)示出对于正弦条件SC的偏离量。

如图2(a)中所示，准直透镜3中的球面像差SA基本上被顺利地校正。另外，如图2(b)中所示，正弦条件SC也基本上被校正。

图4示出对比例子的准直透镜3中的像差。如图4(a)中所示，准直透镜3中的球面像差SA基本上被顺利地校正。类似地，如图4(b)中所示，正弦条件SC也基本上被顺利地校正。图5示出对比的例子的衍射透镜4的像差。如图5(a)中所示，衍射透镜4中的球面像差SA基本上被顺利地校正；类似地，如图5(b)中所示，正弦条件SC也基本上被顺利地校正。

表3示出了第一例子和对比例子的准直透镜3、衍射透镜4及物镜5各自的焦距、有效孔径和轴向色差以及整个光学系统的轴向色差。

表3

表4示出了第一例及对比例子准直透镜3和衍射透镜4各自的光源每单位波长的输出角度的变化量。θ1表示当第一个例的物镜5和衍射透镜4在光盘路径方向上整体位移150μm时准直透镜3和衍射透镜4各自在光源波长每变化1nm时光束的输出角度的变化量。θ2类似地表示对比例子的光束的输出角度的变化量。

表4

	准直透镜	衍射透镜	单位
				θ1	0.001	0.590	min/nm
θ1	0.470	0.697	min/nm

另外，表5示出了第一例和对比例每源光单位波长变化在光聚焦路径方向上的点的位移量。D1表示当第一个例子的物镜5和衍射透镜4在盘路径方向上整体位移150μm时光源波长每变化1nm在焦点处的路径方向上的信息记录媒体6的点的位移量。D2类似地表示对比例的点的位移量。

表5

	点的位移量	单位
			D1	0	min/nm
D2	17.5	min/nm

在第一个例子中，充分校正了准直透镜3中的色差，且衍射透镜4的色差校正量大，因此存在色差过校正状态。另一方面，在对比例子中，准直透镜3大，因此色差过校正状态存在，且衍射透镜4的像差校正量小于第一例。因此，可以看出如图4中所示，来自准直透镜3及衍射透镜4的一束输出光束的会聚/发散度与像差随色差成比例地增加。如图5中所示，即使在整个光学系统中光学拾取装置具有相同的像差，由于色差校正量的分布中的差别，在光盘路径方向上的点的位移量大不相同。在第一例子中，点的位移量为每1nm0.0nm；即，基本上不发生点位移。因此，可以进行稳定的记录和再现。在对比例中，该点每1nm波长陡然移动17.5nm，因此很容易引起偏离轨道错误。

希望充分地校正上述准直透镜3的颜色；如果没有充分完成颜色校正，由于波长变化，来自准直透镜3的基本平行的光线会引起发散或会聚。如果物镜5被移位，此角度变化量影响点的位移量。

在本环境下，当物镜5的移位量为150μm时，如果波长变化1nm，认为点在可以进行稳定跟踪的在光盘路径方向上的点的位移量应小于10nm。

如果颜色过校正状态或颜色欠校正状态存在，来自光源的光束波长每变化一单位输出光束的角度的变化量变大。即，当光源的波长发生变化时，输出光束的发散和会聚角度变大，且即使作为像差校正元件的衍射透镜4和物镜5一直以同轴状态移位，因为光从轴外点进入衍射透镜4和物镜5的移动部分，在焦点处路径方向上的点的移动量变大。

根据第一个例子，有可能校正由短波长区的光源的波长陡变引起的大轴向色差。另外，即使当光轴由于物镜进行跟踪在信息记录媒体的方向上移位时上述波长发生变化，也可能抑制信息记录媒体的路径方向上的焦点处的点的移动量。即，第一个例子具有大的轴向色差校正量和大的放大率色差校正量。另一方面，虽然对比例子具有与第一个例子等量的轴向色差校正量，放大率色差校正量小。

如上所述，根据第一个例子的光学拾取透镜装置，通过合适地为准直装置和像差校正元件分配色差校正量，即使当物镜由于跟踪从光轴移位时光源的波长迅速改变，也可能将点在轴向和在光盘路径方向上的位移抑制到最小。因此，根据第一实施例的光学拾取装置能抑制引起偏离轨道的危险。即，根据第一实施例在校正物镜中由于短波长区所出现大轴向色差的同时的光学拾取透镜能抑制点的位移量(放大色差)。

(第二实施例)

下面将说明根据第二实施例的光学拾取装置。作为校正光学拾取装置的透镜装置中的色差的常规技术，日本专利公开号：7-294707和11-337818提出了一种用具有多个同心环带的衍射透镜结构进行色差校正的物镜。日本专利公开号：7-294707和11-337818为了高度精确和低成本地形成物镜中的衍射透镜结构，提出了一种使用树脂材料通过注入成型法生产物镜的方法。

设想将日本专利公开号：7-294707中所述的物镜用于波长为780nm的光束。设想将日本专利公开号：11-337818中所述的物镜用于基准波长为650nm的光束。如果将日本专利公开号：7-294707和11-337818中所述的物镜用于具有短波长区内的波长的光束，例如基准波长为420nm或更短的光束，为了获得足够相关校正效果所需的环带数增加了而环带的宽度减小。这是因为，如上所述，随着由短波长区内透镜材料的折射率对波长的依赖性增大，要校正的色差量增加了。

在日本专利公开号：7-294707和11-337818中所述的物镜中，如果环带数增加而环带的宽度减小，则物镜的制造变得很难。首先，如果环带数增加而环带的宽度减小，很难制造符合该精细图形的用于注入成型的铸模。即使可以形成该铸模，由于树脂的粘性等原因，也很难充分地转移精细的铸模图形。因此，如果将日本专利公开号：7-294707和11-337818中所述的物镜用于具有短波长区内的波长的光束，例如基准波长为420nm或更短的光束，很难根据设计值制造物镜，因此最终只提供了由于图形偏差导致光量的极大损耗的物镜。

鉴于以上问题，第二实施例的一个目的是提供一种光学拾取透镜装置，它在即使用于具有短波长区内的波长的光束(例如基准波长为420nm或更短的光束)时也提供容易的制造方法和高性能和用于该透镜装置的像差校正元件。第二实施例的另一目的是提供一种具有上述透镜装置的光拾取装置。

上述目的之一由下述像差校正元件实现。它让一束要传送的入射光通过它，它还具有一个具有利用衍射使光束偏转本领的衍射表面；以及设在与衍射表面不同位置并包括多个由以光束的光轴为中心的同心圆限定的环带的相位阶跃表面，而且在区之间的边界部分形成各相位阶跃。在通过不同区的光束之间，相位阶跃各产生一个对于基准波长的2π弧度的整数倍的相差。

因为根据第二实施例的像差校正元件具有上述结构，可以提供一个元件，该元件对于具有基准波长的光束不引起球面像差但对于具有从基准波长偏移的波长的光束则引起球面像差。利用此球面像差和衍射表面中的球面像差协同工作，可以不需要在衍射表面形成多个环带并且不减小环带的宽度而产生希望的大球面像差。

最好，在通过不同区的光束之间，相位阶跃各产生一个对于基准波长的2π弧度的相差。因为根据第二实施例的像差校正元件具有上述结构，不引起高级像差，只能校正特定的第3级球面像差。

最好，各区在与光轴正交的方向上的宽度随离光轴的距离的增加而减小。因为根据第二实施例的像差校正元件具有上述结构，可能校正数量随离光轴的距离的增加(该增加特别是由高NA物镜引起的)而快速增加的球面像差。

最好，该相位阶跃表面是一非球面，其中各区的光学表面由不同的非球面表面限定方程式限定的。因为根据第二实施例的像差校正元件(其中不同区具有不同最佳非球面表面)具有上述结构，不同的区可具有不同的最佳非球面表面，因此可以单独利用像差校正元件来校正在基准波长处的球面像差。

最好，像差校正元件包括具有衍射表面的透镜元件；和具有相位阶跃表面的透镜元件。例如，像差校正元件可由一个单个透镜构成其上在一个表面上形成衍射表面而在另一表面上形成相位阶跃表面。因为根据第二实施例的像差校正元件具有上述结构，这便于在制造时成型、组装和调节，并防止发生在边界表面的界际反射。

上述目的之一是由下述透镜装置实现的。将从光源发出光束会聚到信息记录媒体上形成一个点来执行信息的读取、写入和擦除中至少一个操作的透镜装置包括(以从光源的一方到光学信息记录媒体一方的级)：像差校正元件，用于允许从准直装置发出的光束通过；和物镜系统，用于将来自像差校正元件的光束会聚到信息记录媒体上形成一个点，该像差校正元件的衍射表面具有通过衍射使光束偏离的光功能并在不同于衍射表面的地方安置一个阶跃表面它包括多个由以光束的光轴为中心的同心圆限定的环带区，且各相位阶跃在环带区之间的边界部分形成。在通过不同区的光束之间，相位阶跃各产生一个对于基准波长的2π弧度的整数倍的相差。

因为根据第二实施例的透镜装置具有上述结构，即使振荡波长由于在用作光源的半导体激光器中的大的个体变异或由于温度变化引起的振荡波长的变化而从基准波长偏离，也可能顺利地通过将光束会聚到光学信息记录媒体上来形成一个点。

最好，将透镜装置用于基准波长为420nm或420nm以下的光束。另选地，最好将透镜装置用于波长在基准波长的几个纳米范围内的光束。

利用将光束会聚到信息记录媒体上形成一个点来执行信息的读取、写入和擦除中至少一个操作的光学拾取装置包括：光源，用于发出光束；光会聚部分，用于会聚从光源发出的光束以在光信息记录媒体上形成一个点；分离部分，用于将受光学信息记录媒体反射的光束与从光源到光会聚部分的光束的光程分离；和光接受部分，用于接受由分离部分分离开的光束。光会聚部分包括：透镜装置，具有一个用于允许从光源发出的光束通过的像差校正元件；和物镜元件，用于将来自像差校正元件的光束会聚到信息记录媒体上以形成一个点。像差校正元件具有一个衍射表面，该表面具有利用衍射使光束偏离的光功能；和设在与衍射表面不同位置并包括多个由以光束的光轴为中心的同心圆限定的环带区的相位阶跃表面，且各相位阶跃在区间的边界部分形成。在通过不同区的光束之间，相位阶跃各产生一个对于基准波长的2π弧度的整数倍的相差。

因为根据第二实施例的光学拾取装置具有上述结构，即使振荡波长由于在用作光源的半导体激光器中的大的个体变异或由于温度变化引起的振荡波长的变化而从基准波长偏离，也可能不引起跟踪错误而顺利地将信息记录在光学信息记录媒体上，从光学信息记录媒体擦除信息或从光学信息记录媒体读取信息。

根据第二实施例，即使在用于具有短波长区内的波长的光束(例如基准波长为420nm或更短的光束)时也可能提供容易制造和高性能光学拾取透镜装置和用于该透镜装置中的像差校正元件。另外，根据第二实施例，可能提供一种具有上述透镜装置的光学拾取装置。下面将参照附图描述第二实施例。

图7为根据第二实施例的光学拾取装置的示意结构图。根据第二实施例的光学拾取装置30包括光源部分LS、光会聚部分CO、分离部分SP、和光接受部分RE。光源部分LS由半导体激光器26组成。半导体激光器26发出基准波长为410nm的激光。光会聚部分CO由准直透镜24和透镜设备21组成。准直透镜24是由两个透镜粘合在一起形成的粘合透镜。透镜装置21包括像差校正元件22和物镜23。透镜装置21的结构以后再描述。分离部分SP由分束器25组成。分束器25是由两个底面为直角等腰三角形的三棱镜粘合成，并在粘合表面上具有光学薄膜，它具有允许一束光的一部分通过并反射光束其余部分的功能。

光接受部分RE包括检测透镜27和光接受元件28。光接受元件28是根据光强度将一束入射光转换成电信号的光电二极管。设置在不与像差校正元件22相邻的物镜23的一侧的板状元件指示光学拾取装置30进行信息信息记录、再现或擦除所在信息记录媒体29的一部分。信息记录媒体29露出信息记录表面29a，光束就是会聚到它上面的，可是保护层在光源一侧比信息记录表面29a显露出更多，它对于来自光源的光束是透明的。这里省略了说明与基片相应的结构。

在图7中，来自半导体激光器26的光束通过分束器25，通过由粘合透镜构成的准直透镜24变成基本平行的光线后出来。变成基本平行的光线通过像差校正元件22后通过物镜23在信息记录媒体29的信息记录表面29a会聚成一点。

会聚成一点的光束受在信息记录表面29a上形成的具有不同反射率的陷斑反射。由在信息记录表面29a上形成陷斑反射的光束依次通过物镜23、像差校正元件22和准直透镜24后到达分束器5。光束由分束器25反射后通过检测透镜27。另外，光束在位于由检测透镜27调节的光接受元件的光接受表面上光会聚位置处形成一个点。光接受元件28将受信息记录表面29a调制的光束量的变化转换成电信号。光学拾取装置用从光接受元件28输出的电信号读取光学信息记录媒体上所存储的数据。

图8为示出根据第二实施例的光学拾取装置中所使用的透镜装置的示意结构图。像差校正元件22是由树脂制成的透镜，它从光源一方开始依次包括：衍射表面S1和相位阶跃表面S3。物镜23具有在光源一方的折射表面S4和在光学信息记录媒体一方的折射表面S5。

衍射表面S1的功能是能把进入表面的入射光线产生衍射光线然后会聚衍射光线的具有正功能的光学表面。

设定衍射表面S1具有衍射效率，能使+第一级衍射光线量成为最大。相位阶跃表面S3用作具有对于衍射光线为负功能的光学表面并具有与衍射表面S1的正功能的绝对值相等。结果，像差校正元件22与具有基准波长的光束相比功能为零，且如果一束平行光线进入像差校正元件22，则像差校正元件22允许该束平行光线作为一束平行光线射出。

图9示出根据第二实施例的光学拾取装置中所使用的透镜装置的像差校正元件的相位阶跃表面的示意图。相位阶跃表面S3包括多个由以光束的光轴为中心的同心圆限定的环带区，且各相位阶跃在各区之间的边界部分形成。在图9中，包括光轴的中心称为1区，而1区的半径称作H1。接下来，从光轴向外围形成的环带区从光轴方开始依次称为2区、3区、...和n区。2区的外部直径称为H2，3区的外部直径称为H3而n区的外部直径称为Hn。1区和2区之间沿光轴方向的阶跃大小为A2，而n-1区和n区之间沿光轴方向的阶跃大小称为An。

根据第二实施例的透镜装置所用的像差校正元件22具有5个环带区。将区之间的边界部分配置成使沿光轴方向边界部分的大小增加λ₀/(n₀-1)(在本实施例中为q)的整数倍，其中λ₀是进入透镜装置的半导体激光器26的基准波长，而n₀为像差校正元件22的树脂材料对波长为λ₀的光的折射率。

q的值等于半导体激光器26的基准波长的2π弧度的相位。结果，通过相位阶跃表面S3的两条光线的相差变成2π的整数倍，因此相位阶跃表面S3不改变通过相位阶跃表面S3的光束的球面像差。物镜23对基准波长进行像差校正；因此，当具有基准波长的光束进入物镜23时，物镜23在信息记录媒体29的信息记录表面29a上形成一个有利的点。

现在，考虑的情况中半导体激光器26振荡的波长由于元件之间的个体差异、温度变化等从基准波长改变了几个纳米。这里，从基准波长位移的半导体激光器26的振荡波长由λ₁表示，而树脂材料对λ₁的折射率由n₁表示。在这些条件下，通过相位阶跃表面S3的两条不同光线之间的相位差可以表达成2πqλ₀(n₁-1)/((n₀-1)λ₁)。因为该值对于由从基准波长改变了几个纳米的波长偏离2π的整数倍，通过相位阶跃表面S3的光束产生了球面像差。

相位阶跃表面S3中出现的球面像差可以通过如何相对于光学系统的有效孔径设定在相位阶跃表面S3上形成的各区的半径及各区的表面采用的形状来调节。因此，如果半导体激光器26振荡的光束的波长从基准波长位移几个纳米，则将出现在衍射表面S1的球面像差及出现在相位阶跃表面S3的球面像差的趋向设计成与由物镜23产生的球面像差的方向同向或反向。通过此设计，可以仅通过像差校正元件22而不在衍射表面S1的外围部分上形成多个环带且不减小环带的宽度来产生大像差，如仅通过衍射表面S1产生球面像差的情况。通过抵消像差校正元件22和物镜23之间的球面像差，可以校正在光轴上的真实象点的位置，从而可以校正轴向色差。

通过使像差校正元件22的两个表面都成为衍射表面，也可能不在衍射表面上形成多个环带且不减小环带的宽度来产生大球面像差。然而，如果使两个表面都成为衍射表面，则在通过像差校正元件的光束中，用于在光学信息记录表面上形成一个点的光量的损耗增加，因此是不希望的。因此，如根据该实施例的透镜装置，最好使像差校正元件22的一个表面成为衍射表面而使另一表面成为相位阶跃表面。

注意虽然沿光轴的方向在相位阶跃表面S3上形成的区之间的阶跃的大小被设定成使具有基准波长的通过不同区的光束之间出现的2π弧度的整数倍的相差，可以根据希望的特性适当地设定该整数的值。例如，如果将该值设定成提供与2π弧度相对应的相差，则在从基准波长位移几个纳米时发生的从相差的2π位移的量减少。因此，为了进行大量像差校正需要加深阶跃以增加相差。

相反，如果相位阶跃的深度增加，则不必要的高级非球面像差增加，降低了整个像差；因此，如果仅需校正第三级球面像差，则最好将相位阶跃的深度设定成与所需最小的2π的相差相对应的值。

注意，虽然第二实施例中所述的像差校正元件22为一个其中整体形成衍射表面S1和相位阶跃表面S3的透镜元件，但像差校正元件22不限于此。例如，像差校正元件22可以是一个仅具有衍射表面的透镜元件及一个仅具有相位阶跃表面的透镜元件的组合。然而，考虑到在制造时的成型、组装和调节及在边界表面发生的界际反射，该像差校正元件22最好由一个整体形成的单个透镜元件组成。

另外，像差校正元件22和物镜23最好整体地保持在一起并可以由调节器整体地移动。

像差校正元件22最好具有在与光轴正交的方向上的宽度随着离光轴的距离增加而减小的区。在物镜由单个透镜元件组成并在诸如0.8的NA的高NA的情况下使用，物镜具有在从基准波长位移几个纳米时发生的球面像差量随着在与光轴正交的方向上离光轴的距离的增加而急剧增加的特性。为了纠正这一属性，还需要向外围增加在像差校正元件22中的球面像差量。因此，因为还需要向外围增加相位阶跃个数，在与光轴正交的方向上的区的宽度向外围减小。

在由相位阶跃互连各区的光学表面的情况下，相位阶跃表面可以是由单个或不同的非球面限定方程式限定的非球面表面。注意，然而由于以下原因，该相位阶跃表面最好是由不同非球面表面限定方程式限定的一个非球面表面。与具有由单个非球面表面限定方程式限定的区的像差校正元件相比，具有由用于区的不同最佳非球面表面的像差校正元件能仅仅靠自己校正在基准波长处的球面像差。

具体来说，在具有由单个非球面表面限定方程式限定的区的像差校正元件中，因为各区在光轴方向上的厚度不同，即使在基准波长也产生球面像差或光功率成分。另一方面，在不同的区具有不同的最佳个非球面表面的像差校正元件中，因为可以将各区各自设计成防止球面像差或能防止产生光功率成分，所以可以进一步改进透镜装置的特性。

像差校正元件22在半导体激光器26的基准波长为420nm或420nm以下时最有效。通常，在波长为420nm或420nm以下的短波区内，因为诸如玻璃之类的光学材料的色散非常大，有可能光学系统中的轴向色差也变得非常大。因此，如果半导体激光器的波长即使稍微改变，也会发生大轴向色差。如果发生大轴向色差，不可能进行跟踪，因此，不能进行稳定的记录、擦除和再现。如果将像差校正元件22提供给用于该波长区内的透镜装置，即使半导体激光器26的基准波长改变，因为校正了轴向色差，也可以进行稳定的跟踪。

在像差校正元件22中，通过合适地设计衍射表面S1或相位阶跃表面S3，可以调节地发生在像差校正元件中的球面像差并校正由可用于物镜以外的光学系统中的透镜装置(例如：准直透镜24、设置在信息记录表面29上的保护层等)引起的轴向色差。

虽然在像差校正元件22中，要设计的衍射的、级为+第一级，通常可以使用任何第±m(m：整数)级。虽然在实施例的透镜装置中所述的物镜2由单个透镜组成，但它也可以由多个组合透镜组成。

虽然，在第二实施例的透镜装置中，进入像差校正元件22的是一束平行光线，一束非平行光线也可以进入像差校正元件22。另外，虽然在第二实施例的透镜装置中一束平行光线呈现在像差校正元件22和物镜23之间，但也可以呈现一束非平行光线。虽然像差校正元件22具有一个设置于光源一方的衍射表面和一个设置于光学信息记录媒体一方的相位阶跃表面，也可以从相反的方向设置它们，使相位阶跃表面在光源一方而衍射表面在光学信息记录媒体一方。

如上所述，根据第二实施例的像差校正元件可对于具有从基准波长偏移的波长的光束产生球面像差，而对于具有基准波长的光束不产生球面像差。通过允许此球面像差和衍射表面中的球面像差协同工作，即使不在衍射表面形成多个环带并且不减小环带的宽度仍可产生所希望的大球面像差。另外，根据本实施例的像差校正元件可以用便于制造的树脂制造。

通过将此像差校正元件用于透镜装置，即使振荡波长由于在用作光源的半导体激光器中的巨大的个体变异或由于温度变化引起的振荡波长的变化而从基准波长偏移，也可能顺利地通过将光束会聚到光学信息记录媒体上来形成一个点。

另外，通过将此透镜装置用于光拾取装置，即使振荡波长由于在用作光源的半导体激光器中的巨大的个体变异而从基准波长偏离或由于温度变化引起的振荡波长的变化，也可以将信息顺利地记录在光学信息记录媒体上，从光学信息记录媒体擦除信息或从光学信息记录媒体读取信息，而不造成跟踪错误。

(第二数字例)

下面将描述一个有关根据第二实施例的透镜装置的特定数字例。像差校正元件22被设计为基准波长的设计波长为410nm。另外，对于一束光线，假设一束平行光线进入像差校正元件22，至物镜23的入射表面，将在输出端的平行光束的直径设定成2.21mm。在衍射表面上形成的相光栅由超高折射率法表示(有关超高折射率方法请见William C.Sweatt：Describing holographic opticalelements as lenses：Journal of Optical Society of America，Vol.67，No.6，June 1997)。

该非球面形状由等式1(Eq.2)给出：

$X=\frac{C_j{h}^2}{1+\sqrt{1-(1+k_j)C_j^2{h}^2}}+\mathrm{\Σ}{A}_{j,n}{h}^n---(\mathrm{Eq}.2)$

各符号的意义如下：

X：距离光轴的高度为h的非球面表面上的一个点至与该非球面表面的顶点相切的平面的距离。

h：距离光轴的高度，

Cj：在非球面表面的顶点处的物镜的第j个表面的曲率(Cj＝1/Rj：Rj为第j个表面的曲率半径)，

Kj：该物镜的第j个表面的二次曲线常数，和

Aj，n：该透镜的第j个表面的第n次非球面系数(j＝3，4，5)。

表6提供有关第二数字例的透镜装置和光学信息记录媒体的数值数据。在表6中，rj表示第j个表面的曲率半径，dj表示表面之间的第j个轴向距离，n₄₁₀表示该媒体对410nm波长的折射率，而ν表示阿贝常数。

表6

	号	表面	r	d	n410	ν
							像差修正元件	1	s1	100000.000	0.000	4101.3141	-3.45
2	s2	平面	1.000	1.52256	56.4
							3	s3	12.402000	2.000
物镜	4	s4	1.089951	1.90681	1.77717	45.6
							5	s5	-3.138721	0.2428
光信息记录媒体	6	s6	平面	0.100	1.61580	56.4
							7	s7	平面

在第二数字例中，使像差校正元件22在光源一方的表面成为衍射表面S1并使像差校正元件22在输出一方(即，在物镜23一方)的表面成为相位阶跃表面S3，并物镜23中的轴向像差。另外，在第二数字例中，使得像差校正元件22在光源一方的衍射表面S1的衍射功率的绝对值及像差校正元件22在物镜一方的相位阶跃表面S3的折射本领为负，并使它们的绝对值相同，从而使像差校正元件22的总光本领为0。另外，在第二数字例中，透镜装置设计成使第一级衍射光线具有最大量的衍射光线。

表7示出的数值指出第二数字例的第三表面S3、第四表面S4和第五表面S5的非球面系数(见表6)。注意当用相位阶跃互连表面时，第三表面S3是由单个非球面表面限定方程式限定的。表8示出在像差校正元件22上形成的相位阶跃表面S3的数值。

表7

	第三表面		第四表面		第五表面
						k3	-0.8360125	k4	32.3466	k5	0
A3，4	0.035208012	A4，4	0.24439222	A5，4	-0.000020379
						A3，6	0.035187945	A4，6	14.387668	A5，6	3.47975E-08
A3，8	-0.091241412	A4，8	-164.43004	A5，8	-1.23535E-07
						A3，10	0.14573377	A4，10	722.13658	A5，10	3.3379E-07
A3，12	-0.077937629	A4，12	-730.28298
						A3，14	-0.015357262	A4，14	-3352.4269
A3，16	0.01649441	A4，16	7626.1256

表8

区	半径    (mm)	相位阶跃	相对厚度差(阶跃深度)    (mm)
				1	0.60	-	-
2	0.78	A2	0.000785
				3	0.85	A3	0.000785
4	0.94	A4	0.000785
				5	1.00	A5	0.000785

如表8中所示，相位阶跃表面S3在从光轴P向外的区1-5中光轴方向上具有相同的大小，从而在区1和2之间，区2和3之间，区3和4之间，及区4和5之间的所有阶跃(厚度之差)提供一个对于410nm波长的2π的相差。

图10为示出波长为410nm±10nm的第二数字例的透镜装置中的球面像差的图。在该图中，水平轴表示光轴方向上的长度，并将当基准波长为410nm时的轴向象点作为原点。另外，在该图中，垂直轴表示进入像差校正元件22的平行光束的半径并通过有效孔径归一化。在图10中，轴向色差与诸波长的曲线之间在水平轴上的距离相对应。如可从图10证明的，在第二数字例的透镜装置中，不管波长如何，在光轴方向上的焦点位置的位移几乎没有显示移动。

将第二数字例的透镜装置与除了没有相位阶跃之外具有与第二数字例的透镜装置相同的条件的透镜装置(对比例)相比；在第二数字例的透镜装置的物镜的焦点处出现的散焦量在410nm附近波长每改变1nm减小了约4mλ，而由波长变化引起的光轴方向上的焦点的位移量波长每改变1nm减小了0.013μm。

在第二数字例中，可以通过增加相位阶跃结构中的区的个数或通过增加阶跃深度来进一步增加散焦量和轴向色差的减少量，从而相差量为2π的2、3、...倍。即，在具有衍射结构的元件中像差校正量相同，通过提供相位阶跃，可以增加色差校正量。

(第三数字例)

除了相位跃之外第三数字例采用与第二数字例相同的结构；如表9中所示，设定阶跃深度以提供对于410nm波长的2π的整数倍的像差。因此，在第三数字例中，阶跃不具有相同的深度。

表9

区	半径    (mm)	相位阶跃	相对厚度差(阶跃深度)    (mm)
				1	0.60	-	-
2	0.78	A2	0.006280
				3	0.85	A3	0.005495
4	0.94	A4	0.003925
				5	1.00	A5	0.003925

在单个物镜3中，NA为0.8或0.8以上，且当从基准波长偏移几个纳米时发生的球面像差量快速向外围增加。因此，还需要向外围增加球面像差量(用于校正轴向色差)。

将第三数字例的使用像差校正元件6的透镜装置与除了没有相位阶跃之外具有与第三数字例的透镜装置相同条件的透镜装置(对比例)相比；在第三数字例的装置的物镜的焦点处出现的散焦量在410nm附近波长每改变1nm减小约27mλ，而由波长变化引起的光轴方向上的焦点的位移量每变化1nm减小约0.078μm。

第三数字例说明可以利用提供相位阶跃有利地校正轴向色差；然而，因为高级球面像差也因相位阶跃而增加，总像差减少到只有其原值的一半。为了减少整个像差，可以增加区的个数。具体来说，为了减少第三级球面像差的变化，可以增加像差校正元件22中出现的相差。

(另一实施例)

第二实施例中所述的相位阶跃可以在上述第一实施例的像差校正元件上形成。利用在第一实施例的像差校正元件上形成的相位阶跃，可以提供更高性能的光学拾取透镜。

工业实用性

本发明可用于信息记录和再现装置等中在信息记录媒体上进行写入、再现或擦除，例如，CD-ROM、CD-R、CD-RW、DVD-ROM、DVD-R、DVD+R、DVD-RW、DVD+RW、HD-DVD或蓝光盘(Blu-RayDisk)等。具体来说，本发明适用于在使用420nm或420以下波长的光束的高密度可记录信息记录媒体上进行写入、再现或擦除的信息记录和再现装置等，例如，HD-DVD或下一代DVD的蓝光盘。

Claims (14)

1.一种设置在光束的光轴上的像差校正元件，包括：

具有通过衍射使光束偏离的光功率的衍射表面；和

设置在光束的光轴上的不同于衍射表面位置的位置上的相位阶跃表面，其包括多个以光束的光轴为中心的由同心圆限定的环带区，且各相位阶跃形成在所述环带区之间的边界部分上，其中

各相位阶跃在透射通过不同环带区的光束之间产生相对于基准波长的2π弧度整数倍的相位差。

2.如权利要求1所述的像差校正元件，其特征在于：各相位阶跃在透射通过不同环带区的光束之间产生相对于基准波长的2π弧度的相位差。

3.如权利要求1所述的像差校正元件，其特征在于：在垂直于光轴的方向上，各环带区的宽度随着离开光轴的距离的减小而减小。

4.如权利要求1所述的像差校正元件，其特征在于：所述相位阶跃表面具有对不同的区不同的非球面表面。

5.如权利要求1所述的像差校正元件，其特征在于包括：

具有衍射表面的透镜元件；和

具有相位阶跃表面的透镜元件。

6.如权利要求1所述的像差校正元件，其特征在于，像差校正元件由一个表面上形成有衍射表面和另一个表面上形成有相位阶跃表面的单个透镜元件组成。

7.一种用于光学拾取装置的透镜装置，所述光学拾取装置通过将从光源发出的光束会聚在光学信息记录媒体上以形成一个光点而执行信息的读取、写入和擦除中的至少一个操作，从所述光源一侧到所述光学信息记录媒体一侧依次包括：

像差校正元件，用于允许从所述光源发出的光束透射通过；和

物镜系统，用于来自所述像差校正元件的光束会聚在光学信息记录媒体上以形成一个光点，其中

所述像差校正元件包括：

具有通过衍射使光束偏离的光功率的衍射表面；和

设置在光束的光轴上的不同于衍射表面位置的位置上的相位阶跃表面，其包括多个以光束的光轴为中心的由同心圆限定的环带区，且各相位阶跃形成在所述环带区之间的边界部分上，其中

各相位阶跃在透射通过不同环带区的光束之间产生相对于基准波长的2π弧度整数倍的相位差。

8.如权利要求7所述的透镜装置，其特征在于，所述透镜装置用于基准波长为420nm或更小的光束。

9.如权利要求7所述的透镜装置，其特征在于：所述透镜装置用于波长在基准波长的几个纳米内的范围的光束。

10.一种光学拾取透镜装置，用于通过将光束会聚到光学信息记录媒体上以形成一个光点来执行信息的读取、写入和擦除中至少一个操作，其特征在于，包括：

用于发出光束的光源；

光会聚部分，用于将从光源发出的光束会聚以在光学信息记录媒体上以形成一光点；

分离部分，用于将被光信息记录媒体反射的光束与从光源到光会聚部分的光束光路相分离；和

光接收部分，用于接收被分离部分所分离开的光束，其中

光会聚部分包括一透镜装置，包括

像差校正元件，用于允许从所述光源发出的光束通过；和

物镜系统，用于来自所述像差校正元件的光束会聚在光学信息记录媒体上以形成一个光点，其中

所述像差校正元件包括：

具有通过衍射使光束偏离的光功率的衍射表面；和

设置在光束的光轴上的不同于衍射表面位置的位置上的相位阶跃表面，其包括多个以光束的光轴为中心的由同心圆限定的环带区，且各相位阶跃形成在所述环带区之间的边界部分上，其中

各相位阶跃在透射通过不同环带区的光束之间产生相对于基准波长的2π弧度整数倍的相位差。

11.一种用在光学拾取装置的透镜装置，所述光学拾取装置用于通过将从光源发出的光束会聚到光学信息记录媒体上以形成一个光点来执行信息的读取、写入和擦除中至少一个操作，其特征在于，包括：

具有通过衍射使光束偏离的光功率的衍射表面；和

设置在光束的光轴上的不同于衍射表面位置的位置上的相位阶跃表面，其包括多个以光束的光轴为中心的由同心圆限定的环带区，且各相位阶跃形成在所述环带区之间的边界部分上，其中

各相位阶跃在透射通过不同环带区的光束之间产生相对于基准波长的2π弧度整数倍的相位差。

12.如权利要求11所述的透镜装置，其特征在于：各相位阶跃在透射通过不同环带区的光束之间产生相对于基准波长的2π弧度的相位差。

13.如权利要求11所述的透镜装置，其特征在于：在垂直于光轴的方向上，各环带区的宽度随着离开光轴的距离的减小而减小。

14.如权利要求11所述的透镜装置，其特征在于：所述相位阶跃表面具有对不同的区不同的非球面表面。

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