CN1203346C - 拾光装置用的物镜和拾光装置 - Google Patents

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Abstract

提供一种能对不同的光信息记录媒体进行信息的记录和/或再生的拾光装置用的物镜和拾光装置。当通过物镜(20)上具有衍射结构(D)的周边区的光束到达由通过中心区的光束形成的光点内时，则通过周边区的光束就会因数值孔径(NA)大而光点直径变小。若按照这种物镜(20)，+1级衍射光的光束到达第二光点内的光通量比+1级衍射光的光束到达第一光点内的光通量小，使波长λ1的光束入射到物镜(20)时光点直径变小，因而能在记录密度高的光信息记录媒体(DVD等)上进行信息的记录或再生。当使波长λ2(λ2＞λ1)的光束入射到物镜(20)时，光点直径变大，因而能在记录密度低的光信息记录媒体(CD等)上进行信息的记录或再生。

Description

拾光装置用的物镜和拾光装置
                         技术领域
本发明涉及拾光装置用的物镜和拾光装置，例如在信息记录密度不同的光信息记录媒体上可以进行信息记录和/或信息再生的拾光装置用的物镜和拾光装置。
                         背景技术
近年来，随着短波长红色半导体激光器的实际应用，进而开发了一种和原有光盘即光信息记录媒体CD(致密盘)的大小一样，容量却更大的高密度光盘DVD(数字光盘)。在以这样的光盘之类为媒体的光信息记录再生装置的光学系统中，为了寻求记录信号的高密度化，而要求物镜会聚到记录媒体上的光点减小。
这样，在市场上有记录密度不同的各种光盘，但对各个光盘要购买可进行信息记录和(或)再生的专用信息记录再生装置，这对用户来说是个很大的负担。于是，就开发了一种配备有拾光装置的信息记录装置，它例如使用对DVD进行信息记录或再生的光学系统就能够对CD进行信息记录或再生。
这样的拾光装置对DVD来说，通过使平行光束入射到物镜上来使光点会聚到记录面上；而对一使平行光束入射就因透明基片的厚度差而产生像差的CD来说，通过使发散光入射来使适当的点光会聚到其记录媒体上。
再者，DVD和CD因为必要的数值孔径不同，所以用分光镜来调整它。分光镜对DVD进行信息记录或再生的这种波长的光束不必遮光即通过；而对CD进行信息记录或再生的这种波长的光束具有为CD达到必要的数值孔径的遮光功能。如果不设置这样的分色镜就能够对信息记录密度不同的光信息记录媒体进行信息记录或再生，那么在成本方面会令人满意。
                         发明内容
本发明的目的在于，为能够对不同信息记录密度的光信息记录媒体进行信息的记录和(或)再生(以下简称记录再生)而提供拾光装置用的物镜和拾光装置。
本发明第1方面的拾光装置用的物镜，具有射出波长λ1的光束的第一光源、射出波长λ2(λ1≠λ2)的光束的第二光源、至少具有物镜的聚光光学系统以及用于接收来自上述第一和第二光信息记录媒体的反射光或透射光的光检测器，上述聚光光学系统在对第一光信息记录媒体进行信息记录或再生时，通过上述第一光信息记录媒体的透明基片把从上述第一光源射出的光束会聚到信息记录面上，同时在对和上述第一光信息记录媒体的信息记录密度不同的第二光信息记录媒体进行信息记录或再生时，通过上述第二光信息记录媒体的透明基片把从上述第二光源射出的光束会聚到信息记录面上；
其特征在于：上述物镜的至少一个光学面设有不具有衍射结构的中心区和毗连上述中心区并具有衍射结构的周边区；
把利用上述第一光源对上述第一光信息记录媒体进行信息记录或再生时所必需的上述物镜的像侧的规定数值孔径设定为NA1，把此时由通过上述中心区的光束形成的光点设定为第一光点，把通过上述周边区但由其上述衍射结构产生的衍射光(产生0级衍射光时含该0级衍射光)中为最大的衍射光通量的衍射光设定为m级衍射光(m为除0以外的整数)，把使用上述第二光源对上述第二光信息记录媒体进行信息记录或再生时所必需的上述物镜的像侧的规定数值孔径设定为NA2(NA2＜NA1)，把此时由通过上述中心区的光束形成的光点设定为第二光点，把通过上述周边区且由上述衍射结构产生的衍射光(产生0级衍射光时含该0级衍射光)中为最大的衍射光通量的衍射光设定为n级衍射光(n为除0以外的整数)，在上述的设定下：
上述中心区大致相当于上述数值孔径NA2内的光束通过的区域；
上述n级衍射光的光束到达上述第二光点的光通量比上述m级衍射光的光束到达上述第一光点内的光通量少，而且上述m级衍射光和上述n级衍射光满足m＝n的关系。
也就是说，若通过上述衍射结构的上述周边区的光束到达由通过上述中心区的光束形成的光点内，则因通过上述周边区的光束的数值孔径大而光点直径变小。若按照本发明第一方面所述的物镜，则因为上述n级衍射光的光束到达第二光点内的光通量比上述m级衍射光的光束到达第一光点内的光通量少，所以使上述波长λ1的光束入射到物镜时光点直径会变小，从而能够对记录密度大的光信息记录媒体进行记录或再生。特别是在对上述第二光信息记录媒体进行记录或再生时，要想对必要的上述第二光点的直径基本上没有影响(光点直径不过分变小)，那么到达上述第二光点内的上述n级衍射光的光束的光通量最好是变少；再者，来自上述数值孔径外侧的包含上述n级衍射光的光束的全部光束在基本上不改变其光点直径大小的情况下，最理想的是使到达上述第二光点内的光通量减少。
再者，满足级数m＝n这一关系的衍射结构，它包含光轴的剖面形状是近似的锯齿状，光轴方向的台阶也可较小，所以具有比较容易使用车床进行模具加工的优点。还有，因为使用这样的衍射结构，不必使用分光镜就能对信息记录密度不同光信息记录媒体分别恰当地进行信息记录或再生。另外，本说明书中的所谓“大致相当”是指两者的区域可以不完全一致，在不脱离发明效果的范围内(其程度是对给上述第二光信息记录媒体进行记录或再生时的光点基本上没有影响)大小可以稍有不同。整数m和n当然包括正整数和负整数。再者，在上述中心区不具有衍射结构，这与具有衍射结构的情况相比，它用简单的结构就能够提高入射到这里的光的使用效率。本说明书中的所谓衍射光的级数为正是指衍射效应具有将光束朝光轴方向收敛的能力。
按照本发明第2方面所述的拾光装置用的物镜，其上述衍射结构在包含光轴的面上的剖面形状是锯齿状，所以能够尽可能抑制上述物镜透射率的减小。而且与凹凸的矩形剖面形状相比，正如上所述，能够容易加工制造透镜成形用的模具。
按照本发明第3方面所述的装置用的物镜，上述锯齿状衍射结构的台阶部分是与光轴大致平行的，所以更能够抑制上述物镜透射率的减小。
按照本发明第4方面所述的拾光装置用的物镜，上述衍射结构对波长λ1闪强光，所以对于波长λ1的光束能尽量提高其衍射结构上的光利用效率。也就是说，因对波长λ1闪强光，对于波长λ1的光束在由上述周边区的衍射结构发生的衍射光中，特定级数的衍射光的效率比其他级数的衍射光的效率更能得到提高。
按照本发明第5方面所述的拾光装置用的特定镜，当从上述第二光源入射光束时，与上述衍射结构发生的上述衍射光的总光通量对比，上述n级衍射光的光通量为90％以上。
对来自第二光源的光束由上述衍射结构发生的衍射光若存在多个级数，则很难做到使全部级数的衍射光中不发生到达第二光点就减小光点直径的光束，很难做到使全部级数的衍射光中不发生在聚焦误差信号中产生误动作的起因即噪声的光束。可是，与上述衍射结构发生的衍射光的总光量对比，n级光的光通量达到90％以上，除n级光以外的衍射光的光通量很少，所以容易把对光点和聚焦误差信号带来不良影响的光束的发生余地减少到容许的程度。
按照本发明第6方面所述的拾光装置用的物镜，上述中心区是非球面状的折射面，所以能够提高光的利用效率。
按照本发明第7方面所述的拾光装置用的物镜，上述至少一个光学面是由上述中心区和上述周边区组成的，所以将光学面做成由两个区域组成的简单结构是容易制造的。
按照本发明第8方面所述的拾光装置用的物镜，上述第二光源射出的光束以比上述第一光源射出的光束大的发散角入射到上述物镜上。
例如，对DVD和CD这样的透明基片厚度不同的光信息记录媒体进行信息记录或再生时，对薄透明基片的第一光信息记录媒体(DVD)使用修正球面像差的光束，若用这种光束对厚透明基片的第二光信息记录媒体(CD)进行信息记录或再生，则球面像差会出现修正过度。对此，通过加大入射到上述物镜上的光束的发散角，就能够使球面像差恢复到修正不足一方。也就是说，对CD进行信息记录或再生时，加大对DVD进行信息记录或再生时的入射光束的发散角就能够恰当地修正球面像差。另外，本说明书中的所谓发散角，是指入射到靠光源一侧的上述物镜面上离光轴的高度相同的位置上的光线与轴所夹的发散角。
按照本发明第9方面所述的拾光装置用的物镜，入射到上述物镜上的由上述第一光源射出的光束相对光轴是大致平行的。
按照本发明第10方面所述的拾光装置用的物镜，从上述第二光源射出的光束按照横向放大率m2为-1/20＜m2＜-1/10入射到上述物镜上。
按照本发明第11方面所述的拾光装置用的物镜，上述n级衍射光的光束比形成第二光点的通过上述中心区的光束在更靠近物镜一侧与光轴相交。
一旦由于衍射效应而具有收敛能力就会减小上述物镜折射产生的收敛能力，因而能减小折射率随温度变化而引起波面像差的球面像差的变化。而且，波长变化引起波面像差的球面像差变化和衍射具有收敛能力时折射因温度变化引起的变化是反符号的，所以更能减轻温度变化引起波面像差的球面像差变化。若n级衍射光比形成第二光点的通过中心区的光束在更靠近物镜一侧相交，则能够增大衍射的收敛能力。特别是发散光入射到物镜上时，与形成第二光点的通过中心区的光束相比，若n级衍射光在离物镜远的一侧与光轴相交，则很难增大衍射的收敛能力，所以最好是在物镜一侧相交。
按照本发明第12方面所述的拾光装置用的物镜，规定数值孔径NA1内的光束通过上述周边区的上述衍射结构具有衍射波带，上述衍射波带的数目为5以上20以下。
如果物镜的直径已定，则波带数一多，波带的宽度就变窄，模具加工和物镜成形造成衍射波带形状的所谓塌边的影响就大，成为最大衍射光通量的级数的衍射光率就变小。因此，对于波长λ1的光束来说，与通过上述中心区的光束的透射率相比，通过上述周边区的光束的m级衍射光的透射率小，光点直径由于衍射控象效应而变大。另外，波带数一少，衍射效应就小。因此，规定数值孔径NA1内的光束通过上述周边区的上述衍射结构的衍射波带数最好在5以上20以下。
按照本发明第13方面所述的拾光装置用的物镜，上述n级衍射光的光束在离开通过上述物镜的上述中心区的光束5μ以上的位置上与光轴相交。
按照本发明第14方面所述的拾光装置用的物镜，从上述第二光源射出并由上述周边区的上述衍射结构的母非球面折射的光束，其中的通过上述中心区与上述周边区的边界的光束在离开从上述第二光源射出并通过上述物镜的上述中心区的光束5μ以上的位置上与光轴相交。
从上述第二光源出并通过上述周边区的光束和通过上述中心区的光束与光轴相交的位置若很近，就产生由通过上述中心区的光束形成的第二光点的点径变大等不良影响。因此，对于从上述第二光源射出的光束来说，其通过上述周边区的光束和通过上述中心区的光束各自与光轴相交的位置最好相距5μ以上。
按照本发明第15方面所述的拾光装置用的物镜，上述n级衍射光和上述m级衍射光满足n＝m＝1的关系。
按照本发明第16方面所述的拾光装置用的物镜，上述数值孔径NA2满足0.45＜NA2＜0.6的关系。
按照本发明第17方面所述的拾光装置用的物镜，上述数值孔径NA2满足0.45＜NA2＜0.5的关系。
按照本发明第18方面所述的拾光装置用的物镜，上述波长λ1满足640nm＜λ1＜680nm的关系，上述波长λ2满足750nm＜λ2＜810nm的关系。
按照本发明第19方面所述的拾光装置用的物镜，上述第一光信息记录媒体的透明基片的厚度t1和上述第二光信息记录媒体的透明基片的厚度t2满足t1＜t2的关系。
按照本发明第20方面所述的拾光装置用的物镜，上述第一光信息记录媒体的透明基片的厚度t1＝0.6mm，上述第二光信息记录媒体的透明基片的厚度t2＝1.2mm。
按照本发明第21方面所述的拾光装置用的物镜，从上述第一光源射出的光束中，上述m级衍射光的透射率和通过上述中心区的光束的透射率之差在5％以内。
如果m级衍射光的透射率比上述中心区的透射率小，系列光点就会由于衍射控象效应而变大。要使其变为规定数值孔径的光点直径，最好是m级衍射光的透射率和通过上述中心区的光束的透射率之差在5％以内。另外，本说明书中的所谓透射率是指物镜射出的光束的光通量与入射到物镜的光束的光通量之比。
按照本发明第22方面所述的拾光装置该拾光装置，具有射出波长λ1的光束的第一光源、射出波长λ2(λ1≠λ2)的光束的第二光源、至少具有物镜的聚光光学系统以及用于接收来自上述第一和第二光信息记录媒体的反射光或透射光的光检测器；上述聚光光学系统用于对第一光信息记录媒体进行信息记录或再生时，通过上述第一光信息记录媒体的透明基片把从上述第一光源射出的光束会聚到信息记录面上，同时对和上述第一光信息记录媒体的信息记录密度不同的第二光信息记录媒体进行信息记录或再生时，通过上述第二光信息记录媒体的透明基片把从上述第二光源射出的光束会聚到信息记录面上；
其特征在于：上述物镜的至少一个光学面设有不具有衍射结构的中心区和毗连上述中心区并具有衍射结构的周边区；
把利用上述第一光源对上述第一光信息记录媒体进行信息记录或再生时所必需的上述物镜的像侧的规定数值孔径设定为NA1，把此时由通过上述中心区的光束形成的光点设定为第一光点，把通过上述周边区但由其上述衍射结构产生的衍射光(产生0级衍射光时含该0级衍射光)中为最大衍射光通量的衍射光设定为m级衍射光(m为除0以外的整数)，把利用上述第二光源对上述第二光信息记录媒体进行信息记录或再生时所必需的上述物镜的像侧的规定数值孔径设定为NA2(NA2＜NA1)，把此时由通过上述中心区的光束形成的光点设定为第二光点，把通过上述周边区且由上述衍射结构产生的衍射光(产生0级衍射光时含该0级衍射光)中为最大衍射光通量的衍射光设定为n级衍射光(n为除0以外的整数)，在上述的设定下：
上述中心区大致相当于上述数值孔径NA2内的光束通过的区域；
上述n级衍射光的光束到达上述第二光点的光通量比上述m级衍射光的光束到达上述第一光点内的光通量少，而且上述m级衍射光和上述n级衍射光满足m＝n的关系。
也就是说，通过上述衍射结构的上述周边区的光束一到达由通过上述中心区的光束形成的光点内，则因通过上述周边区的光束的数值孔径大而光点直径变小。若按照本发明第22方面所述的拾光装置，则与上述m级衍射光的光束到达第一光点内的光通量相比较，因为能减少上述n级衍射光的光束到达第二光点内的光通量，所以使上述波长λ1的光束入射到物镜时光点直径变小，从而能够对记录密度大的光信息记录媒体进行记录或再生。另外，使上述波长λ2(λ2大于λ1)的光束入射到物镜时光点直径变大，从而能够对记录密度小的光信息记录媒体进行记录或再生。
再者，满足级数m＝n这一关系的衍射结构，它包含光轴的剖面形状是近似的锯齿状，光轴方向的台阶也可较小，所以具有比较容易使用车床进行模具加工的优点。因为使用这样的衍射结构，而不必使用分光镜就能对信息记录密度不同光信息记录媒体分别恰当地进行信息记录或再生。
按照本发明第23方面所述的拾光装置，上述物镜的上述衍射结构在包含光轴的面上的剖面形状是锯齿状。
按照本发明第24方面所述的拾光装置，上述物镜的上述锯齿状衍射结构，其台阶部分与光轴大致平行。
按照本发明第25方面所述的拾光装置，上述物镜的上述衍射结构对上述波长λ1闪强光。
按照本发明第26方面所述的拾光装置，由上述第二光源入射光束时，与上述衍射结构发生的上述衍射光的总光通量对比，上述n级衍射光的光通量为90％以上。
按照本发明第27方面所述的拾光装置，上述物镜的上述中心区是非球面状的折射面。
按照本发明第28方面所述的拾光装置，上述物镜的至少一个光学面由上述中心区和上述周边区组成。
按照本发明第29方面所述的拾光装置，由上述第二光源射出的光束以比由上述第一光源射出的光束大的发散角入射到上述物镜上。
按照本发明第30方面所述的拾光装置，入射到上述物镜上的由上述第一光源射出的光束相对于光轴是大致平行的。
按照本发明第31方面所述的拾光装置，由上述第二光源射出的光束按照横向放大率m2为-1/20＜m2＜-1/10λ入射到上述物镜上。
按照本发明第32方面所述的拾光装置，上述n级衍射光的光束比形成上述第二光点的通过上述中心区的光束在更靠近物镜一侧与光轴相交。
按照本发明第33方面所述的拾光装置，在上述物镜上，规定数值孔径NA1内的光束通过的上述周边区的上述衍射结构具有衍射波带，上述衍射波带的数目在5以上20以下。
按照本发明第34方面所述的拾光装置，上述n级衍射光的光束在离开通过上述物镜的上述中心区的光束5μ以上的位置上与光轴相交。
按照本发明第35方面所述的拾光装置，从上述第二光源射出并由上述周边区的上述衍射结构的母非球面折射的光束，其中的通过上述中心区与上述周边区的边界的光束在从距离上述第二光源射出并通过上述物镜的上述中心区的光束达5μ以上的位置上与光轴相交。
按照本发明第36方面所述的拾光装置，上述n级衍射光和上述m级衍射光满足n＝m＝1的关系。
按照本发明第37方面所述的拾光装置，上述数值孔径NA2满足0.45＜NA2＜0.6的关系。
按照本发明第38方面所述的拾光装置，上述数值孔径NA2满足0.45＜NA2＜0.5的关系。
按照本发明第39方面所述的拾光装置，上述波长λ1满足640nm＜λ1＜680nm的关系，上述波长λ2满足750nm＜λ2＜810nm的关系。
按照本发明第40方面所述的拾光装置，上述第一光信息记录媒体的透明基片的厚度t1和上述第二光信息记录媒体的透明基片的厚度t2满足t1＜t2的关系。
按照本发明第41方面所述的拾光装置，上述第一光信息记录媒体的透明基片的厚度t1＝0.6mm，上述第二光信息记录媒体的透明基片的厚度t2＝1.2mm。
按照本发明第42方面所述的拾光装置，从上述第一光源射出的光束中，上述m级衍射光的透射率和通过上述中心区的光束的透射率之差在5％以内。
按照本发明第43方面所述的物镜，优选地适用于本发明第22～41方面中任一方面所述的拾光装置。
按照本发明第44方面所述的拾光装置用的物镜，在至少一个透镜面上设有不具有衍射结构的中心区和具有衍射结构的周边区；
其特征在于：在由第一激光器射出的波长λ1的平行光束入射时，把在通过上述中心区的光束的波面像差的球面像差成分为最小的位置上的由通过上述中心区的光束形成的光点设定为第一光点；把通过上述周边区的光束通过上述衍射结构发生的衍射光(发生0级衍射光时包含该0级衍射光)中为最大的衍射光通量的衍射光设定为m级衍射光(m为除0以外的整数)；
在由第二激光器射出的波长λ2(λ2≠λ1)的平行光束入射时，把在通过上述中心区的光束的波面像差的球面像差成分为最小的位置上的由通过上述中心区的光束形成的光点设定为第二光点；把通过上述周边区的光束由上述衍射结构发生的衍射光(发生0级衍射光时包含该0级衍射光)中为最大的衍射光通量的衍射光设定为n级衍射光(n为除0以外的整数)，在上述设定下：
上述n级衍射光的光束到达上述第二光点内的光通量比上述m级衍射光的光束到达上述第一光点内的光通量少，而且，上述m级衍射光和上述n级衍射光满足m＝n的关系。
也就是说，通过上述衍射结构的上述周边区的光束一到达由通过上述中心区的光束形成的光点内，则因通过上述周边区的光束的数值孔径大而光点直径变小。若按照本发明第44方面所述的物镜，则与上述m级衍射光的光束到达第一光点内的光通量相比较，因为会减少上述n级衍射光的光束到达第二光点内的光通量，所以使上述波长λ1的光束入射到物镜时光点直径会变小，从而能够对记录密度大的光信息记录媒体进行记录或再生。特别是在对上述第二光信息记录媒体进行记录或再生时，要想必需对上述第二光点的点径基本上没有实质性的影响(点径不过分变小)，最好是使到达上述第二光点内的上述n级衍射光的光束的光通量变少。
再者，满足级数m＝n这一关系的衍射结构，它包含光轴的剖面形状是近似的锯齿状，光轴方向的台阶也可较小，所以具有比较容易用车床进行模具加工的优点。还有，在上述中央区不具有衍射结构，与具有衍射结构的情况相比能够以简单的结构来提高入射到此处的光的利用效率。
按照本发明第45方面所述的拾光装置用的物镜，上述衍射结构包含光轴的面的剖面形状是锯齿状。本方面的发明的作用和效果与方面2的发明相同，故省略说明。
按照本发明第46方面所述的拾光装置用的物镜，上述锯齿状衍射结构的台阶部分与光轴是大致平行的。本方面的发明的作用和效果与方面3的发明相同，故省略说明。
按照本发明第47方面所述的拾光装置用的物镜，上述衍射结构按上述波长λ1闪强光。本方面的发明的作用和效果与方面4的发明相同，故省略说明。
按照本发明第48方面所述的拾光装置用的物镜，当入射由上述第二激光器射出的平行光束时，与上述衍射结构发生的上述衍射光的总光通量对比，上述n级衍射光的光通量为90％以上。本方面的发明的作用和效果与方面5的发明相同，故省略说明。
按照本发明第49方面所述的拾光装置用的物镜，上述中心区是非球面状的折射面。本方面的发明的作用和效果与方面6的发明相同，故省略说明。
按照本发明第50方面所述的拾光装置用的物镜，上述至少一个光学面由上述中心区和上述周边区组成。本方面的发明的作用和效果与方面7的发明相同，故省略说明。
按照本发明第51方面所述的拾光装置用的物镜，使由上述第二激光入射的光束由平行光束变为规定的发散的光束入射时，通过上述中心区的光束的波面像差的球面像差成分的绝对值比形成上述第二光点的光束的波面像差的球面像差成分的绝对值小。本方面的发明的作用和效果与方面8的发明相同，故省略说明。
按照本发明第52方面所述的拾光装置用的物镜，由上述第一激光入射的光束是大致的平行光束时，与入射比它更发散或更收敛的光束时相比，通过上述中心区的光束的波面像差的球面像差成分的绝对值最小。
按照本发明第53方面所述的拾光装置用的物镜，上述第二激光按照横向放率m2为-1/20＜m2＜-1/10λ入射到上述物镜上。
按照本发明第54方面所述的拾光装置用的物镜，上述n级衍射光的光束比形成上述第二光点的通过上述中心区的光束在更靠近物镜一侧与光轴相交。本方面的作用和效果与方面11的发明相同，故省略说明。
按照本发明第55方面所述的拾光装置用的物镜，规定数值孔径NA1内的光束通过的上述周边区的上述衍射结构具有衍射波带，上述衍射波带的数目在5以上20以下。本方面的发明的作用和效果与方面12的发明相同，故省略说明。
按照本发明第56方面所述的拾光装置用的物镜，上述n级衍射光的光束在距离形成第二光点的通过上述中心区的光束5μ以上的位置上与光轴相交。本方面的发明的作用和效果与方面13的发明相同，故省略说明。
按照本发明第57方面所述的拾光装置用的物镜，在入射上述第二激光的平行光束时，由上述周边区的上述衍射结构的母非球面折射的光束在距离通过上述物镜的上述中心区的光束5μ以上的位置上与光轴相交。本方面的发明的作用和效果与方面14的发明相同，故省略说明。
按照本发明第58方面所述的拾光装置用的物镜，上述n级衍射光和上述m级衍射光满足n＝m＝+1的关系。
按照本发明第59方面所述的拾光装置用的物镜，上述波长λ1满足640nm＜λ1＜680nm的关系，上述波长λ2满足750nm＜λ2＜810nm的关系。
按照本发明第60方面所述的拾光装置，它具有射出第一激光的第一光源、射出第二激光的第二光源、包括本发明方面至少44～58中的任一方面所述的物镜在内的聚光光学系统、以及用于接收来自上述第一和第二光信息记录媒体的反射光或透射光的光检测器；上述聚光光学系统用于对第一光信息记录媒体进行信息的记录或再生时，通过上述第一光信息记录媒体的透明基片把从上述第一光源射出的第一激光会聚到信息记录面上，同时对和上述第一光信息记录媒体的信息记录密度不同的第二光信息记录媒体进行信息的记录或再生时，通过上述第二光信息记录媒体的透明基片把从上述第二光源射出的第二激光会聚到信息记录面上；
按照本发明第61方面所述的拾光装置，上述第一激光的波长λ1满足640nm＜λ1＜680nm的关系，上述第二激光的上述波长λ2满足750nm＜λ2＜810nm的关系；再者，上述第一光信息记录媒体是DVD光盘，上述第二光信息记录媒体是CD光盘。
本说明书中使用的所谓衍射结构，是指在光学元件的表面，例如在透镜的表面设置起伏形状即具有通过衍射而改变光线角度的作用的一种形态(或面)。作为起伏形状，例如在光学元件表面制作以光轴为中心的略成同心圆状的波带，它包含在光轴的平面上而从其剖面来看各波带成锯齿状。
本说明书中的所谓物镜，狭义上是指光信息记录媒体装于拾光装置的状态下，在最靠光信息记录媒体一侧的位置上应与之相向配置的有聚焦作用的透镜；广义上该透镜都指通过传动装置至少在其光轴方向可以运动的成组透镜。因此，本说明书中的所谓物镜在光信息记录媒体一侧的数值孔径NA，是指从物镜处于光信息记录媒体最近一侧的透镜面上射到光信息记录媒体上的光束的数值孔径NA。而且，本说明书中的所谓在对光信息记录媒体将信息进行记录或再生时必要的规定数值孔径，是表示按各个光信息记录媒体的规格而规定的数值孔径；或者表示为了对各个光信息记录媒体按所用光源光的波长进行信息的记录或再生，而可得到必要的光点直径的衍射极限性能的物镜的数值孔径。
在本说明书中，作为光信息记录媒体(光盘)，包括诸如CD-R，CD-RW，CD-Video，CD-ROM等各种CD、DVD-ROM，DVD-RAM，DVD-R，DVD-RW，DVD+RW，DVD-Video等各种DVD或MD等现有的盘形光信息记录媒体以及下一代记录媒体。许多光信息记录媒体的信息记录面上有透明基片。然而，透明基片的厚度几乎接近零或者完全不用透明基片的记录面的方案已经存在或有人建议过。为了便于说明，本说明书中有时叙述为“通过透明基片”，不过这也包括有关透明基片的厚度为零即完全没有透明基片的情况。
本说明书中的所谓信息的记录再生，是指在上述那样的光信息记录媒体的信息记录面上对信息进行记录，对记录在信息记录面上的信息进行再生。本发明的拾光装置可以是用于只为记录或只为再生的，并可以是用于为了记录和再生这两者的；又可以是用于对有的信息记录媒体进行记录而对另外的信息记录媒体进行再生的，并可以是用于对有的信息记录媒体进行记录或再生而对另外的信息记录媒体进行记录和再生的拾光装置。另外，这里所说的再生只含有读出信息的意思。
本发明的拾光装置可以装在各种设备上，例如各种视盘机或磁盘机，或者配有这些设备的声像设备(AV机)、个人计算机及其他信息终端等音响和(或)图像的记录和(或)再生装置。
                         附图说明
图1是有关本实施方式的拾光装置的结构示意图。
图2是具有衍射结构的物镜的上半部沿光轴方向的剖面模式图。
图3是本实施例的物镜剖面图。
图4是本实施例的物镜剖面图。
图5是本实施例的物镜的球面像差图。
图6是本实施例的物镜的球面像差图。
                       具体实施方式
下面，参照图面来说明本发明的合适的实施方式。图1是有关本实施方式的拾光装置的结构示意图。
图1所示的拾光装置具有对第一光信息记录媒体(这里是DVD光盘)进行记录再生用的第一光源即第一半导体激光器111、对第二光信息记录媒体(这里是CD光盘)进行记录再生用的第二光源即第二半导体激光器112。
首先，当对第一光信息记录媒体进行记录再生时，从第一半导体激光器111射出激光束，射出的光束透过分光镜190，又透过偏振分光镜120、平行光管13及1/4波长片14而变为圆偏振平行光束。该光束由光圈17缩小，依靠物镜20并通过第一光信息记录媒体200的透明基片210(t1＝0.6mm)会聚到信息记录面220上。另外，所谓第一光点是指由通过物镜20的中心的光束在信息记录面220上形成的光点。此外，在对第一光信息记录媒体进行信息的记录再生时，在信息记录面上形成的实际光点是由通过中心区的光束和由周边区的衍射结构发生的+1级光束形成的。
然后，在第一光信息记录媒体的信息记录面220上按信息位调制后反射的光束，再透过物镜20、光圈17、1/4波片和平行光管13又入射到偏振分光镜120上，在此反射后由圆柱形透镜180产生象散，再入射到光检测器300，然后利用它的输出信号就能获得记录在第一光信息记录媒体200上的信息的读出信号。
另外，对光检测器上的光点的形状变化、位置变化引起的光通量变化进行检测，进行对焦检测和跟踪检测。基于这种检测，二坐标传动机构150使物镜20移动，以便使来自第一半导体激光器111的光束在第一光信息记录媒体200的记录面220上成像第一光点，同时使物镜移动以使来自半导体激光器111的光束成像为规定的轨迹。
当对第二光信息记录媒体进行信息的记录再生时，从第二半导体激光器112射出的激光束，射出的光束在光合成器件即分光镜190上反射，并且和来自上述第一激光器111的光束一样通过偏振分光器120、平行光管13、1/4波片14、光圈17及物镜20，通过其中心区的光束通过第二光信息记录媒体的透明基片210(t2＝1.2mm)会聚在信息记录面220上而形成第二光点。另一方面，通过如后面所述物镜20的衍射结构D形成的周边区的光束成为平均单位面积的光通量比第二光点低的杂光。并且如前述，第二半导体激光器112发生的+1衍射光的光束有助于到达第二光点内的光通量要比第一半导体激光器111发生的+1级衍射光的光束有助于到达第一光点的光通量少。在后述的物镜实施例中，后者的+1级衍射光的光束几乎100％到达，而前者的+1级衍射光实际上没有到达。这里，+1级衍射光的光束比形成第二光点的通过中心区的光束更靠近物镜一侧、最好在离5μ以上的位置上相交。另外，第二半导体激光器112的位置应根据使通过平行光管13的光束为成为发散光决定。这种情况下，再好是按横向放大率既比-1/20大又比-1/10小的范围入射到物镜20上。
但是，半导体激光器112的激光中，通过物镜20周边区最靠近中心区即通过周边区和中心区的边界的光束在离开通过物镜20的中心区的光束5μ以上的位置上与光轴相交。而且，对第二信息记录媒体进行信息的记录再生时，在信息记录面上形成的实际光点实际上是由通过中心区的光束形成的。
在第二光信息记录媒体的信息记录面220上经信息位调制后反射的光束，再通过物镜20、光圈17、1/4波片14、平行光管13、偏振分光镜120以及圆柱形透镜180入射到光检测器300上，利用它的输出信号就能获得记录在第二光信息记录媒体200上的信息的读出信号。
而且，和第一光信息记录媒体的情况一样，检测光检测器300上的光点形状变化和位置变化引起的光通量变化，进行对焦和跟踪检测，为了对焦和跟踪而利用二坐标传动机构150使物镜20移动。
再者，对于采用半导体激光器111和半导体激光器112组合而成二波长半导体激光器的光学系统的拾光装置、对于采用半导体激光器111、半导体激光器112及光检测器组合成光源-检测器的拾光装置，本物镜都能适用。还能适用于其它技术领域的普通技术人员熟知的具有多个光源的拾光光学系统。此外，使周边区的衍射结构发生的衍射光中的最大光通量的衍射光与下述物镜实施例配合就可充当+1级衍射光，不过也可充当除0级衍射光以外的其他衍射光。此外，光检测器300并不只限于接收第一和第二光信息记录媒体的反射光，也可接收透过第一和第二光信息记录媒体的透射光。下面说明上述本实施方式的合适物镜。首先，对具有衍射结构的物镜的上半部沿光轴方向的剖面作模式化表示，如图2所示，图2的物镜能够对DVD和CD双方进行信息的记录再生。
图2中的物镜20的第一面S1，其中相当于数值孔径NA1以下的中心区是折射非球面，相当于数值孔径NA1以上NA2以下的周边区具有由多个锯齿状波带r1，r2…组成的衍射结构D。所谓锯齿状是指包含光轴的剖面形状是锯齿状，利用这种形状可以很好保持光透射率。而且，本实施方式是将其台阶部分设成与光轴平行的圆柱面，所以成形性好且光透射率高。衍射波带的数目最好在5以上20以下。
衍射面用抛开衍射起形伏体宏观形状的母非球面和光程差函数表示。光程差函数被认为是相对于基准波长的衍射光体现由衍射面附加的光程差的函数，对光程差函数值按mλ(m是衍射级数)变化而逐个设置衍射波带。
光程差Φ(h)用下式表示。
Φ(h)＝b0+b2*h2+b4*h4+b6*h6+…(mm)
式中，h：离光轴的距离，
b0，b2，b4，b6…：光程差函数的系数
此外，非球面用下式表示。
x = ( h 2 / r ) / ( 1 + ( 1 - ( 1 + k ) h 2 / r 2 ) ) + A 0 + A 2 h 2 + A 4 h + A 6 h 6 + · · ·
式中，A0，A2，A4，A6…：非球面系数，
k：圆锥系数，
r：近轴曲率半径，
n：折射率。
有关本实施例的透镜数据示于表1，其中的d为面间距离。
                   表1
    波长λ(nm)     655     785
    焦距f(mm)     3.05     3.07
    放大率     0     -1/16.4
相当于λ1配置的NA0的S1有效直径Φ3.66内的衍射波带数＝16
   面No     R     d1     d2     n1     n2
   物点     ∞     53.364
   1(非球面)     (下记)     1.72     1.72     1.5292     1.5254
   2(非球面)     -7.4933     1.71     1.53
   3(玻璃罩)     ∞     0.60     1.20     1.5775     1.5706
   4     ∞
d和n右边的附加数字1表示λ1＝655nm时的d和n，2表示λ2＝785nm时的d和n。
光程差函数的系数：
1.449(按λ2配置相当于NA0.45的离光轴的距离)≤h时：
(闪强光波长655nm)
b2＝3.6039×10-3
b4＝-2.2324×10-3
b6＝6.3457×10-4
b8＝-2.2513×10-4
b10＝1.9017×10-5
非球面系数：
S1面
h≤1.449(按λ2配置相当于NA0.45的离光轴的距离)时：
R＝1.8936
K＝-1.6813
A0＝0
A4＝2.2355×10-2
A6＝-6.6092×10-4
A8＝-8.2995×10-5
A10＝1.4580×10-4
A12＝-3.3081×10-5
A14＝-2.0662×10-7
1.449(按λ2配置相当于NA0.45的离光轴的距离)≤h时：
R＝2.0428
K＝-3.0932×10-1
A0＝1.3725×10-2
A4＝1.5836×10-2
A6＝-7.4303×10-3
A8＝1.3378×10-3
A10＝-2.0358×10-4
A12＝2.1216×10-6
A14＝-5.2143×10-6
S2面
K＝4.4788
A0＝0
A4＝2.2630×10-2
A6＝-1.0134×10-2
A8＝5.7698×10-3
A10＝-2.4327×10-3
A12＝5.3029×10-4
A14＝-4.6673×10-5
本实施例的这种衍射结构D对第一光源即半导体激光器111的波长λ1闪强光，不过来自第一光源的光束和来自第二光源即半导体激光器112的光束都设计成+1级衍射光的光通量最大(与总级数的衍射光的光通量对比，第一光源是95％以上，第二光源是90％以上)。而且，从第一光源射出的光束中，由这种衍射结构发生最大衍射光通量的衍射级数(这里是+1级)的衍射光的透射率和通过中心区的光束的透射率之差设计在5％以内。
第一光源的波长λ1＝655nm时，焦距f＝3.05，像侧的数值孔径＝0.6(必要的数值孔径NA1＝0.6)。并不限于此，但波长λ1在满足640nm＜λ1＜680nm关系的范围内是可取的。
第二光源的波长λ2＝785nm时，焦距f＝3.07，像侧的数值孔径＝0.45(必要的数值孔径NA2＝0.45)。并不限于此，但即使该数值孔径NA2不是0.45，在满足0.45＜NA2＜0.6关系的范围内也是可取的，而在满足0.45＜NA2＜0.5关系的范围内更可取。而且，波长λ2也不限于785nm，在满足750nm＜λ2＜810nm关系的范围内是可取的。
本实施例的第一光信息记录媒体即DVD的透明基片的厚度t1＝0.6mm，第二光信息记录媒体即CD的透明基片的厚度t2＝1.2mm，满足t1＜t2的关系，不过即使t1＝t2，本发明也能适用。
该物镜的剖面示于图3(使用DVD时)和图4(使用CD时)，其球面像差图当使用DVD时示于图5，使用CD时示于图6。正如图5和图6所明确的，对于对DVD进行信息的记录再生的光源λ1(650nm)的光束，由衍射结构D(图1)发生最大衍射光通量的衍射光在通过物镜中心区的光的焦点附近聚焦。另一方面，对于CD的光源波长λ1(785nm)的光束，由衍射结构D发生最大衍射光通量的衍射光具有闪强光的球面像差，故数值孔径实质上变小了，从而能够对不同的光信息记录媒体恰当地进行信息的记录再生。而且，衍射结构D的剖面有锯齿状波带r1，r2…，能够使光源波长λ1的光束有效聚焦。
按照本发明，能提供既降低成本又能对不同的光信息记录媒体进行信息的记录和/或再生的拾光装置用的物镜和拾光装置。

Claims (42)

1.一种拾光装置用的物镜，该拾光装置具有射出波长λ1的光束的第一光源、射出波长λ2的光束的第二光源、至少具有物镜的聚光光学系统以及用于接收来自第一和第二光信息记录媒体的反射光或透射光的光检测器，并且λ1≠λ2，上述聚光光学系统在对第一光信息记录媒体进行信息记录或再生时，通过上述第一光信息记录媒体的透明基片把从上述第一光源射出的光束会聚到信息记录面上，同时在对和上述第一光信息记录媒体的信息记录密度不同的第二光信息记录媒体进行信息记录或再生时，通过上述第二光信息记录媒体的透明基片把从上述第二光源射出的光束会聚到信息记录面上；
其特征在于：上述物镜的至少一个光学面设有不具有衍射结构的中心区和毗连上述中心区并具有衍射结构的周边区；
把利用上述第一光源对上述第一光信息记录媒体进行信息记录或再生时所必需的上述物镜的像侧的规定数值孔径设定为NA1，把此时由通过上述中心区的光束形成的光点设定为第一光点，把通过上述周边区但由其上述衍射结构产生的衍射光中为最大的衍射光通量的衍射光设定为m级衍射光，产生0级衍射光时含该0级衍射光，并且m为除0以外的整数，把使用上述第二光源对上述第二光信息记录媒体进行信息记录或再生时所必需的上述物镜的像侧的规定数值孔径设定为NA2NA2＜NA1，把此时由通过上述中心区的光束形成的光点设定为第二光点，把通过上述周边区且由上述衍射结构产生的衍射光中为最大的衍射光通量的衍射光设定为n级衍射光，产生0级衍射光时含该0级衍射光，并且n为除0以外的整数，在上述的设定下：
上述中心区相当于上述数值孔径NA2内的光束通过的区域；
上述n级衍射光的光束到达上述第二光点的光通量比上述m级衍射光的光束到达上述第一光点内的光通量少，而且上述m级衍射光和上述n级衍射光满足m＝n的关系。
2.如权利要求1所述的拾光装置用的物镜，其特征在于：上述衍射结构在包含光轴的面上的剖面形状是锯齿状。
3.如权利要求2所述的拾光装置用的物镜，其特征在于：上述锯齿状衍射结构的台阶部分与光轴平行。
4.如权利要求2所述的拾光装置用的物镜，其特征在于：上述衍射结构对波长λ1闪强光。
5.如权利要求1所述的拾光装置用的物镜，其特征在于：，当从上述第二光源入射光束时，与上述衍射结构发生的上述衍射光的总光通量对比，上述n级衍射光的光通量为90％以上。
6.如权利要求1所述的拾光装置用的物镜，其特征在于：上述中心区是非球面状的折射面。
7.如权利要求1所述的拾光装置用的物镜，其特征在于：上述至少一个光学面由上述中心区和上述周边区组成。
8.如权利要求1所述的拾光装置用的物镜，其特征在于：上述第二光源射出的光束以比上述第一光源射出的光束大的发散角入射到上述物镜上。
9.如权利要求8所述的拾光装置用的物镜，其特征在于：入射到上述物镜上的由上述第一光源射出的光束相对光轴是平行的。
10.如权利要求8所述的拾光装置用的物镜，其特征在于：从上述第二光源射出的光束按照横向放大率m2为-1/20＜m2＜-1/10入射到上述物镜上。
11.如权利要求1所述的拾光装置用的物镜，其特征在于：上述n级衍射光的光束比形成第二光点的通过上述中心区的光束在更靠近物镜一侧与光轴相交。
12.如权利要求1所述的拾光装置用的物镜，其特征在于：规定数值孔径NA1内的光束通过上述周边区的上述衍射结构具有衍射波带，上述衍射波带的数目为5以上20以下。
13.如权利要求1所述的拾光装置用的物镜，其特征在于：上述n级衍射光的光束在离开通过上述物镜的上述中心区的光束达5μ以上的位置上与光轴相交。
14.如权利要求1所述的拾光装置用的物镜，其特征在于：在从上述第二光源射出并由上述周边区的上述衍射结构的母非球面折射的光束中，通过上述中心区与上述周边区的边界的光束在离开从上述第二光源射出并通过上述物镜的上述中心区的光束5μ以上的位置上与光轴相交。
15.如权利要求1所述的拾光装置用的物镜，其特征在于：上述n级衍射光和上述m级衍射光满足n＝m＝+1的关系。
16.如权利要求1所述的拾光装置用的物镜，其特征在于：上述数值孔径NA2满足0.45＜NA2＜0.6的关系。
17.如权利要求16所述的拾光装置用的物镜，其特征在于：上述数值孔径NA2满足0.45＜NA2＜0.5的关系。
18.如权利要求1所述的拾光装置用的物镜，其特征在于：上述波长λ1满足640nm＜λ1＜680nm的关系，上述波长λ2满足750nm＜λ2＜810nm的关系。
19.如权利要求1所述的拾光装置用的物镜，其特征在于：上述第一光信息记录媒体的透明基片的厚度t1和上述第二光信息记录媒体的透明基片的厚度t2满足t1＜t2的关系。
20.如权利要求19所述的拾光装置用的物镜，其特征在于：上述第一光信息记录媒体的透明基片的厚度t1＝0.6mm，上述第二光信息记录媒体的透明基片的厚度t2＝1.2mm。
21.如权利要求1所述的拾光装置用的物镜，其特征在于：在从上述第一光源射出的光束中，上述m级衍射光的透射率和通过上述中心区的光束的透射率之差在5％以内。
22.一种拾光装置，该拾光装置具有射出波长λ1的光束的第一光源、射出波长λ2的光束的第二光源、至少具有物镜的聚光光学系统以及用于接收来自上述第一和第二光信息记录媒体的反射光或透射光的光检测器，并且λ1≠λ2，上述聚光光学系统用于对第一光信息记录媒体进行信息记录或再生时，通过上述第一光信息记录媒体的透明基片把从上述第一光源射出的光束会聚到信息记录面上，同时对和上述第一光信息记录媒体的信息记录密度不同的第二光信息记录媒体进行信息记录或再生时，通过上述第二光信息记录媒体的透明基片把从上述第二光源射出的光束会聚到信息记录面上；
其特征在于：上述物镜的至少一个光学面设有不具有衍射结构的中心区和毗连上述中心区并具有衍射结构的周边区；
把利用上述第一光源对上述第一光信息记录媒体进行信息记录或再生时所必需的上述物镜的像侧的规定数值孔径设定为NA1，把此时由通过上述中心区的光束形成的光点设定为第一光点，把通过上述周边区但由其上述衍射结构产生的衍射光中为最大衍射光通量的衍射光设定为m级衍射光，产生0级衍射光时含该0级衍射光，并且m为除0以外的整数，把利用上述第二光源对上述第二光信息记录媒体进行信息记录或再生时所必需的上述物镜的像侧的规定数值孔径设定为NA2，把此时由通过上述中心区的光束形成的光点设定为第二光点，并且NA2＜NA1，把通过上述周边区且由上述衍射结构产生的衍射光中为最大衍射光通量的衍射光设定为n级衍射光，产生0级衍射光时含该0级衍射光，并且n为除0以外的整数，在上述的设定下：
上述中心区相当于上述数值孔径NA2内的光束通过的区域；
上述n级衍射光的光束到达上述第二光点的光通量比上述m级衍射光的光束到达上述第一光点内的光通量少，而且上述m级衍射光和上述n级衍射光满足m＝n的关系。
23.如权利要求22所述的拾光装置，其特征在于：上述衍射结构在包含光轴的面上的剖面形状是锯齿状的。
24.如权利要求23所述的拾光装置，其特征在于：上述锯齿状衍射结构的阶部分与光轴是平行。
25.如权利要求23所述的拾光装置，其特征在于：上述衍射结构对上述波长λ1闪强光。
26.如权利要求22所述的拾光装置，其特征在于：在从上述第二光源入射光束时，与由上述衍射结构发生的上述衍射光的总光通量对比，上述n级衍射光的光通量为90％以上。
27.如权利要求22所述的拾光装置，其特征在于：上述中心区是非球面状的折射面。
28.如权利要求22所述的拾光装置，其特征在于：至少一个光学面由上述中心区和上述周边区组成。
29.如权利要求22所述的拾光装置，其特征在于：由上述第二光源射出的光束以比由上述第一光源射出的光束大的发散角入射到上述物镜上。
30.如权利要求29所述的拾光装置，其特征在于：入射到上述物镜上的由上述第一光源射出的光束相对于光轴平行。
31.如权利要求29所述的拾光装置，其特征在于：由上述第二光源射出的光束按照横向放大率m2为-1/20＜m2＜-1/10λ入射到上述物镜上。
32.如权利要求22所述的拾光装置，其特征在于：上述n级衍射光的光束比形成上述第二光点的通过上述中心区的光束在更靠近物镜一侧与光轴相交。
33.如权利要求22所述的拾光装置，其特征在于：在上述物镜上，规定数值孔径NA1内的光束通过的上述周边区的上述衍射结构具有衍射波带，上述衍射波带的数目在5以上20以下。
34.如权利要求22所述的拾光装置，其特征在于：上述n级衍射光的光束在离开通过上述物镜的上述中心区的光束5μ以上的位置上与光轴相交。
35.如权利要求22所述的拾光装置，其特征在于：在从上述第二光源射出并由上述周边区的上述衍射结构的母非球面折射的光束中，通过上述中心区与上述周边区的边界的光束在从离开上述第二光源射出并通过上述物镜的上述中心区的光束5μ以上的位置上与光轴相交。
36.如权利要求22所述的拾光装置，其特征在于：上述n级衍射光和上述m级衍射光满足n＝m＝+1的关系。
37.如权利要求22所述的拾光装置，其特征在于：上述数值孔径NA2满足0.45＜NA2＜0.6的关系。
38.如权利要求37所述的拾光装置，其特征在于：上述数值孔径NA2满足0.45＜NA2＜0.5的关系。
39.如权利要求22所述的拾光装置，其特征在于：上述波长λ1满足640nm＜λ1＜680nm的关系，上述波长λ2满足750nm＜λ2＜810nm的关系。
40.如权利要求22所述的拾光装置，其特征在于：上述第一光信息记录媒体的透明基片的厚度t1和上述第二光信息记录媒体的透明基片的厚度t2满足t1＜t2的关系。
41.如权利要求40所述的拾光装置，其特征在于：上述第一光信息记录媒体的透明基片的厚度t1＝0.6mm，上述第二光信息记录媒体的透明基片的厚度t2＝1.2mm。
42.如权利要求22所述的拾光装置，其特征在于：在从上述第一光源射出的光束中，上述m级衍射光的透射率和通过上述中心区的光束的透射率之差在5％以内。
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