CN1259659C - 记录再生用光学系统、物镜和拾光装置 - Google Patents

记录再生用光学系统、物镜和拾光装置 Download PDF

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Abstract

一种用对光信息记录媒体进行记录再生系统，包括：光源、物镜、和配置在光源与物镜之间的光路上的象差补偿光学元件，物镜包括一个非球面和上面形成有由同心环状区阶梯构成的衍射结构的衍射面，物镜是由一个元件构成一组的塑料透镜，象差补偿光学元件包括至少一个在上面形成有由同心环状区阶构成的衍射结构的塑料透镜。并满足下述各式：PD1＞0(PD1是衍射率(mm))、PD2＜0(PD2是衍射率(mm-1))，和PR2＞0(PR2是作为折射透镜的折射率(mm-1))。

Description

记录再生用光学系统、 物镜和拾光装置
技术领域
本发明涉及在光信息记录媒体上进行信息的记录和再生中至少之一的记录再生用光学系统、物镜、象差补偿光学元件、拾光装置和记录再生装置。
近年来用波长400nm程度化的蓝半导体激光器光源和数值孔径(NA)提高到0.85程度的物镜的新的高密度光盘系统的研究开发正在取得进展。作为一例在NA0.85、使用波长400nm的光盘(以下在本说明书中称为“高密度DVD”)上，在与DVD(NA0.6，使用波长650nm，存储容量4.7GB)同等大小下，可以记录20～30GB。
作为适合高密度DVD系统的高NA物镜，在特开平10-123410号公报中记载的二组二个构成的物镜是公知的。虽然该物镜通过把对应高NA的光线和光学面的折射力分开在四个面上而使各个透镜的制造误差灵敏度变小，但存在因组装各个透镜的工序变成必要的部分而使制造成本增加的问题，从制造成本的观点上看，即使在该高密度DVD系统中也希望像CD系统和DVD系统那样将物镜构成为一组一个的构成。并且为了降低成本而更望把高密度DVD系统用的物镜变成塑料透镜。
本发明人与另一发明人一起提出了像在特开2001-324673号公报中记载那样的物镜作为适合高密度DVD系统的塑料物镜。可是NA为0.85程度的塑料透镜在环境温度变化时，因塑料的折射率变化发生的波阵面象差的变化变大而在实际使用上成为问题。在图1中作为一例示出了波阵面象差相对作为NA0.85、焦距2.5mm、设计基准波长405nm的一组一个构成的塑料透镜温度变化的情形。从图1不难看出，数值孔径0.85的塑料透镜在±15°程度的温度变化下超过边缘(マレシヤル)极限，所以不能照原样作为光盘播放机用的物镜使用。
因此，在光盘播放机上使用高NA塑料物镜的场合，必需通过某种手段补偿随温度变化的波阵面象差的变化。本发明者个人提出在特开2002-082080公报中记载那样的拾光装置作为补偿随高NA的塑料物镜的温度化的波阵面象差变化的拾光装置。
然而，在该拾光装置中，因为必需一边通过光检测器运动地检随温度变化的波阵面象差变化，一边使补偿波阵面象差的变化的象差补偿手段动作，所以运动地检测随温度变化的波阵面象差变化的手段和响应该检测结果使象差补偿手段动作的手段变成必要的部分而引起拾光装置的制造成本增加。
发明内容
本发明是鉴于上述情况而提出的，其目的是提供一种在使用高NA的一组一个构成的物镜的光盘记录再生用光学系统中能补偿随物镜温度变化的球面象差变化的记录再生用光学系统，特别是提供一种能不需要运动地检测随温度变化的物镜的波阵面象差变化而低成本制造的记录再生用光学系统。
本发明的另一目的是提供一种搭载该记录再生光学系统的光盘的拾光装置和搭载该拾光装置的光盘的记录再生装置。
本发明的另一目的是提供一种适合于能补偿随高NA的一组1个构成的塑料物镜的温度变化的波阵面象差变化的记录再生用光学系统的物镜和象差补偿光学元件。
为了达到上述目的，本发明的第一记录再生用光学系统是一种在光信息记录媒体上进行信息的记录和再生的记录再生用光学系统，包括：光源、使从上述光源出射的光束聚焦在光信息记录媒体的信息记录面上的物镜、和配置在上述光源与上述物镜之间的光路中的象差补偿光学元件，其特征在于：上述物镜是至少一个形成为非球面并且形成有具有至少一个由多个同心环状阶梯区组成的衍射结构的衍射面的一组一个构成的塑料透镜，上述象差补偿光学元件在至少一个面上具有形成有由多个同心环状阶梯区组成的衍射结构的塑料透镜，并满足下式(1)、(2)和(3)。
PD1＞0    (1)
PD2＜0    (2)
PR2＞0    (3)
式中：
PD1是把附加在透过在上述物镜的第i面上形成的衍射结构的波阵面上的光程差φbi(mm)作为距光轴的高度hi(mm)的函数，用被φbi＝ni·(b2i·hi 2+b4i·hi 4+b6i·hi 6+...)  (A)定义的光程差函数表示(在此ni是具有在形成在第i面上的衍射结构上发生的衍射光中最大的衍射光效率的衍射光的衍射级数，b2i、b4i、b6i…分别是2次、4次、6次、…光程差函数系数(也称衍射面系数))时，被PD1＝∑(-2·b2i·ni)定义的作为衍射透镜的衍射率(mm-1)；
PD2是把附加在透过在上述象差补偿光学元件的塑料透镜的第j面上形成的衍射结构的波阵面上的光程差φbj(mm)作为距光轴的高度hj(mm)的函数，用被φbj＝nj·(b2j·hj 2+b4j·hj 4+b6j·hj 6+...)  (B)
定义的光程差函数表示(式中nj是被形成在第j面上的衍射结构发生的衍射光中具有最大衍射光效率的衍射光的衍射级数，b2j、b4j、b6j…分别是2次、4次、6次、...的光程差函数系数(也称衍射面系数))时，被PD2＝∑(-2·b2j·nj)定义的作为衍射透镜的衍射率(mm-1)；
PR2是作为上述象差补偿光学元件的塑料透镜的折射透镜的折射率(mm-1)。
众所周知，因为塑料透镜的折射率随着温度上升而向变小的方向变化，所以当用1组1个构成塑料透镜时，球面象差随着温度上升向过补偿方向变化。本发明的第一记录再生用光学系统，为了抵消由该温度变化引起的球面象差的变化而在光源与作为一组一个构成的塑料透镜的物镜之间的光路中配置满足(3)式那样的具有正的折射率的塑料透镜的象差补偿光学元件。
因为塑料透镜的折射力随着温度上升而变小，所以从象差补偿光学元件射出的光束的上方的边缘的(マ一ジナル)光线的倾角因包含在象差补偿光学元件中的塑料透镜满足(3)式而向物镜的横向放大率变小的方向变化。当物镜的横向放大率变小时，因为发生欠补偿方向的球面象差，所以可以抵消由折射率变化引起的向过补偿方向变化的物镜的球面象差。
可是，如图1所示，在高NA的塑料透镜中，因为由温度变化引起的球面象差的变化量大，所以存在因不能完全抵消因温度变化引起的物镜的球面象差的变化而残留的危险。在此通过在象差补偿光学元件的塑料透镜的至少一个面上形成由多个同心环状阶梯区构成的衍射结构，使其衍射率尽量满足(2)式。借此可以任意选择因温度变化引起的从象差补偿光学元件射出的光束的上方边缘的(マ一ジナル)光线的倾角变化量。结果即使是使用随温度变化的球面象差的变化量大的高NA的塑料物镜时，也能保持象差补偿光学元件的塑料透镜的总的屈光度一致，并且因为通过把相对总的屈光度的衍射率的比的绝对值设定得大，可以获得所期望的折射率，所以能正好抵消因温度变化引起的物镜的球面象差的变化。
另外，在象差补偿光学元件具有多个塑料透镜时，在(3)式中的PR2是包含在象差补偿光学元件中的所有的塑料透镜折射率的总和，象差补偿光学元件以包含在象差补偿光学元件中的塑料透镜中至少一个塑料透镜具有至少一个衍射面的方式构成，这时在(2)式中的PD2是形成在包含在象差补偿光学元件中的塑料透镜上的所有的衍射面的折射率的总和。
可是，在使用蓝紫光半导体激光器那样的波长光源时，在光学系统产生的轴向色差成为问题。从半导体激光器射出的激光是单一波长(单模)，一般被认为不发生轴向色差，但实际上存在中心波长瞬时随着温度变化和输出变化等漂移数nm的引起模跳动的情况。虽然因模跳动引起的波长的变化为数nm程度是微小的，但在使用波长为400nm程度的短蓝紫光半导体激光时，即使因模的跳动引起波长变化是小得很，因物镜引起的轴向色差也变得很大的值。这是因为在400nm的波长范围光学材料的散射变得非常大。因此在使用蓝紫光半导器激光器作为光源时，必需预先补偿光学系统的轴向色差。
可是，因为象差补偿光学元件的塑料透镜的衍射率满足(2)式，所以被象差补偿光学元件上发生的轴向色差变得比象差补偿光学元件的塑料透镜不是衍射透镜的场合大。因此在使用蓝紫光半导体激光器那样的短波长光作时，当模跳动发生时便会失去维持良好的聚光性能。
在此，通过在物镜的至少一个面上形成由多个同心环状阶梯区组成的衍射结构，使其衍射率尽量满足(1)式。借此因为通过象差补偿光学元件的塑料透镜的衍射结构可以抵消已增大的轴向色差，所以透过象差补偿光学元件和物镜聚焦在光信息记录媒体的信息记录面上的光束经常处在轴向色差被抑制很小的状态。
另外，当物镜的衍射率满足(1)式时，因为作为物镜的折射透镜的折射率比在物镜上不形成衍射结构时仅衍射率那部分变小，所以仅因温度变化时的折射率变化引起的物镜的球面象差的变化量变小。于是，因为使对补偿该球面象差的变化所必需的象差补偿光学元件的塑料透镜的折射率变小也没问题，所以使象差补偿光学元件的塑料透镜容易制造。
也就是说，如果采用本发明的第一记录再生用光学系统，则透过象差补偿光学元件和物镜后聚焦在光信息记录媒体的信息记录面上的光束即使在温度变化时也能处在球面象差被抑制得很小的状态，并且即使在半导体激光光源发生模跳动时也能处在轴向色差被抑制得很小的状态，因此能经常维护良好的聚焦性能。特别是因为不需要像特开2002-082280号公报中所记载的拾光装置那样运动检测因温度变化引起的物流的波阵面象差的变化，所以可以低成本地制造搭载本发明的第一光记录用光学系统的拾光装置。
按照上述第一记录再生用光学系统，光源发射500nm以下波长的光，优选的是上述物镜的光信息记录媒体侧的数值孔径是在0.75以上，更优选的是光信息记录媒体侧的数值孔径是在0.80以上。
另外，在第一记录再生用光学系统中，物镜优选的是具有满足下式(4)那样的波长特性：
f2＜f0＜f1  (4)
式中：
f0：在上述光源产生的光的波长时的上述整个物镜系统的焦点距离(mm)，
f1：在比上述光源产生的光的波长短了规定的波长差的波长时的上述整个物镜系统的焦点距离(mm)，
f2：在比上述光源产生的光的波长长了规定的波长差的波长时的上述整个物镜系统的焦点距离(mm)。
上述(4)式的含意是：通过衍射结构的作用，在入射到物镜上的光的波长变成短了规定的波长差时，物镜的后聚焦向变长的方向变化，在入射到物镜上的光的波长长了规定的波长时，物镜的后焦距向变短的方向变化。因此通过象差补偿光学元件的作用可以正确地抵消因温度变化引起的物镜的球面象差变化，并且可以将透过补偿光学元件和物镜后聚焦在光信息记录媒体的信息记录面上的光束的轴向色差抑制得很小。
本发明的第二记录再生用光学系统的特征在于：在包括波长不同的至少二种光源、和使从上述光源出射的至少两个不同的波长的光束聚焦在用于保护信息记录面的保护层的厚度不同的至少二种光信息记录媒体的信息记录面上的物镜的光信息记录媒体上进行信息记录和/或信息再生的记录再生用光学系统中，上述记录再生用光学系统具有配置在产生上述至少两个不同波长的光束中的波长光束的光源与上述物镜之间的光路中的象差补偿光学元件，上述物镜是至少一个面形成为非球面并具有至少一个形成有由多个同心环状阶梯区组成的衍射结构的衍射面的一组一个构成的塑料透镜，上述至少两个不同波长的光束的衍射光在进行上述至少两种光信息记录媒体的信息记录和/或信息再生所必需的规定的光信息记录媒体侧的数值孔径内具有在各自的光信息记录媒体的信息记录面上形成良好的波阵面那样的波长特性，上述象差补偿光学元件具有至少一个在至少一个面上形成有由多个同心环状阶梯区组成的衍射结构的塑料透镜，并满足下式(5)、(6)和(7)：
PD1＞0  (5)
PD2＜0  (6)
PR2＞0  (7)
式中：
PD1是把附加在透过在上述物镜的第i面上的衍射结构的波阵面上形成的光程差φbi(mm)作为距光轴的高度hi(mm)的函数，用被φbi＝ni·(b2I·hi 2+b4i·hi 4+b6i·hi 6+…)  (A)
定义的光程差函数表示(在此ni是具有在形成在第i面上的衍射结构上发生的衍射光中最大的衍射光效率的衍射光的衍射级数，b2i、b4i、b6i…分别是2次、4次、6次、...光程差函数系数(也称衍射面系数))时，被PD1＝∑(-2·b2i·ni)定义的作为衍射透镜的衍射率(mm-1)；
PD2是把附加在透过在上述象差补偿光学元件的塑料透镜的第j面上形成的衍射结构的波阵面上的光程差；
φbj(mm)作为距光轴的高度hj(mm)的函数，用被φbj＝(b2j·hj 2+b4j·hj 4+b6j·hj 6+…)定义的光程差函数表示(式中nj是被形成在第j面上的衍射结构发生的衍射光中具有最大衍射光效率的衍射光的衍射级数，b2j、b4j、b6j…分别是2次、4次、6次、...的光程差函数系数(也称衍射面系数))时，被PD2＝∑(-2·b2j·nj)定义的作为衍射透镜的衍射率(mm-1)；
PR2：作为上述象差补偿光学元件的塑料透镜的折射透镜的折射率(mm-1)；
也就是说，第二记录再生用光学系统的特征在于：在通过形成在物镜上的衍射结构的作用使各个波长不同的多个光使保护层厚度不同的多种的光信息记录媒体的各个信息记录面上聚焦用一个物镜进行在保护层的厚度不同的多种的光信息记录媒体上的信息的记录再生的记录再生用光学系统中，在产生上述波长中最短波长的光的光源与上述物镜之间的光路中配置象差补偿光学元件。
因为形成在物镜上的衍射结构具有使短波长的光束的衍射光束对保护层薄的光信息记录媒体形成良好的波阵面那样的波长特性，并且还具有使长波长的光束的衍射光对保护层厚的光信息记录媒体形成良好的波阵面那样的波长特性，因为通过选择地切换，在信息的记录再生中的光的波长可以使各自波长的光聚焦在各自的信息记录面上，所以用一个物镜在保护层厚度不同的多种光信息记录媒体上进行信息的记录再生。
另外，500nm以下波长的光对保护层厚度不同的多种光信息记录媒体中保护最薄的光信息记录媒体在0.75以上的数值孔径内，通过确定衍射结构，以使该500nm以下波长的光变成衍射极限内那样地聚焦，可以用一个物镜兼容地记录再生高密度DVD、DVD和/或CD。
更优选的是500nm以下波长的光相对保护层厚度不同的多种光信息记录媒体中保护层最的光信息记录媒体在0.80以上的数值孔径内以变成衍射极限内那样地聚焦。
这时优选的是在高密度DVD上使用2级以上的高级衍射光作为记录再生用的光束，在DVD和/或CD上使用比其低的级数的衍射光作为记录再生用光束。借此可以对应波长400nm的高密度DVD的波长范围、波长650nm的DVD的波长范围、和/或波长780nm的CD波长范围的各自的波长范围的光获得高的衍射效率。例如在对高密度DVD和DVD兼容的物镜的场合，最好是在高密度DVD使用二级衍射光，在DVD上使用一级衍射光或者在高密度DVD上使用三次衍射光，在DVD上使用二级衍射光。即最好是使在高密度DVD上使用比DVD只高一级的衍射光。另外对高密度DVD、DVD和CD兼容的物镜的场合，最好是在高密度DVD上用二级衍射光，在DVD上用一级衍射光，在CD上使用三级衍射光。
而且，该物镜是一组一个构成的塑料透镜，形成在物镜上的衍射结构具有满足(5)式那样的衍射率。
另外，象差补偿光学元件至少具有一个塑料透镜，塑料透镜的折射率满足(7)式。在该塑料透镜的至少一个面上预先形成衍射结构，其衍射率满足(6)式。
也就是说，在本发明的第二记录再生光学系统中，在对高密度DVD进行信息记录再生时，借助与第一记录再生用光学系统同样的作用效果，透过象差补偿光学元件和物镜后聚焦在光信息记录媒体的信息记录面上的最短波长的光束即使在温度变化时，也能处在球面象差被抑制得很小的状态，并且即使在半导体激光光源发生模跳动时，也处在轴向色差被抑制在很小的状态，所以能对高密度DVD经常维持能好的聚焦性能，从而对高密度DVD稳定地进行信息的记录再生。
在第二记录再生用光学系统中，优选的是，物镜具有满足下式(8)那样的波长特性。
f2＜f0＜f1    (8)
式中：
f0：上述至少二个不同的波长的光束中最短波长的上述整个物镜系统的焦点距离(mm)，
f1：在比上述至少二个不同波长中最短的波长短了规定的波长差的波长时的上述整个物镜系统的焦点距离(mm)，
f2：在比上述至少两个不同的波长光束中的最短的波长长了规定的波长差的波长时的上述整个物镜系统的焦点距离(mm)。
上述(8)式的含意是：通过衍射结构的作用，在最短波长变成短了规定的波长差时，物镜的后聚焦向变长的方向变化，在最短波长的光的波长只变长规定的波长时，物镜的后焦距向变短的方向变化。因此，在进行高密度DVD的信息记录再生时，通过象差补偿光学元件的作用可以正确地抵消因温度变化引起的物镜的球面象差变化，并且可以将透过补偿光学元件和物镜后聚焦在光信息记录媒体的信息记录面上的光束的轴向色差抑制得很小。
在上述第一和第二记录再生用光学系统中，为了使物镜具有满足(4)式或(8)式的那样的波长特性，而最好确定衍射结构，以使物镜的衍射率满足下式(9)。
0.05＜PD1/PT1＜0.7    (9)
PT1：上述整个物镜系统的屈光度(mm-1)。
因为在上述(9)式的下限以上，衍射率相对整个物镜系统的屈光度不是过分不足，所以使满足(2)式或(6)式的象差补偿光学元件和物镜组合时的轴向色差不变成欠补偿。而因为在(9)式的上限以下，相对整个物镜系统的屈光度不变成衍射率太过剩，所以使满足(2)式或(6)式的象差补偿光学元件和物镜组合时的轴向色差不变成过补偿。
在本发明的记录再生用光学系统中，当设物镜的衍射面中至少一个衍射在光信息记录媒体侧的最大数值孔径的与上述衍射面的光轴垂直方向的环状区间隔为pf(mm)，设上述物镜的光信息记录媒体侧的最大数值孔径的一半数值孔径时的与上述衍射面的光轴垂直方向的环状区间隔为ph(mm)时，最好满足下式(11)。
1＜|(ph/pf)-2|＜10    (11)
上述(11)式是通过衍射作用用于使入射在物镜上的光的波长变化时的球面象差变化量变成所期望值的条件。在本发明的记录再生用光学系统的物镜中，最好在入射在物镜上的光的波长变化时确定衍射结构，以使满足下述的任何一种场合。
第一，即使入射在物镜上的光的波长变化，也是物镜的球面象差几乎不变化的场合。借此，因为能使用因制造误差引起振荡波长偏移的光源，所以取消了必需选择光源的部分，从而能低成本地制造记录再生用光学系统。
第二，在入射在物镜上的光的波长变长时，是物镜的球面象差向欠补偿方向变化的场合。半导体激光器光源的光振荡模随着温度上升而变化，振荡波长向长波侧变化。另外，因为在一组一个构成的塑料透镜中塑料透镜的折射率随着温度上升而变小，所以球面象差向过补偿方向变化。也就是说由于衍射作用，在入射在物镜上的光的波长变长时，由于物镜的球面象差尽量向欠补偿方向变化，而可以抵消因温度变化时的波长变化引起的球面象差的变化和因折射率变化引起的球面象差的变化。于是，因为可以使因温度变化引起的物镜单体的球面象差的变化量变小也没有问题。所以象差补偿光学元件的衍射率和/或折射率变小。从而使象着补偿光学元件容易制造。
在本发明的记录再生用光学系统中，当设物镜的光轴上的透镜厚度为d(mm)，焦点距离为f(mm)时，最好满足下式(12)。
0.8≤d/f≤2.4    (12)
上述(12)式是在1组1个构成的高NA塑料透镜中用于获得充分的边缘厚度、充分的动作距离和良好的像高特性的条件。
在(12)式的下限以上，因边缘厚度不过分的薄而容易成形。并且在因光束入射面的非球面的最大有效直径位置上的注视角度(非球面的法线与光轴的夹角)不变得过分的大，所以使模具加工精确。在(12)式的上限以下，因为倾斜的光束入射入物镜上时的波阵面象差的象散成分没发生过分的变大，所以能获得像高特性良好的物镜。另外，因为光轴上的透镜厚度不变得过分的厚，所以可以使物镜的重量变轻，并且能确保充分的动作距离。另外，在物镜是树对保护层厚度不同的多种光信息记录媒兼容的物的场合下，在(12)式中的f变成在最短波长上的整个物镜系统的焦点距离。
在本发明的记录再生用光学系统中，优选的是，物镜单体的横向放大率M满足(10)式。更优选的是，物镜单体的横向放大率M满足(13)式
0＜M＜1  (10)
0＜M＜0.25  (13)
由于预先补偿物镜，以使对来自虚物点的收敛光束象差变成最小，所以可以使由温度变化引起的球面象差的变化比对来自无限远物点的平行光束象差变成最小那样的补偿场合下小。借此，因为减轻了在抵消因温度变化的物镜的球面象差的变化时的象差补偿光学元件的负担，所以减少了象差补偿光学元件的衍射率和/或折射率。结果使象差补偿光学元件制造容易。
另外，在物镜是对保护层的厚度不同的多种光学信息记录媒体兼容的物镜场合，在(10)式中的M是在进行的保护层最薄的光信息记录媒体上的信息记录再生时的物镜单体的横向放大率。这时进行保护层最薄的光信息记录媒体上的信息记录再生时的物镜单体的横向放大率和进行保护层厚的光信息记录媒体上的信息记录再生时的物镜单体的横向放大率既可以相等，也可以不同。
另外，在满足物镜单体的横向放大率(10)式的场合，本发明的记录再生用光学系统最好在光源与物镜之间的光路中具有用于把来自光源的发散光束变换成收敛光束的耦合透镜。该耦合透镜既可以是与象差补偿光学元件同一个光学元件，也可以是分开的另一光学元件，但从减少记录再生用光学系统的部件数目和降低成本的观点上看最好是同一个光学元件。而且通过耦合透镜的收敛光束最好聚焦在衍射极限内的一点上。
在本发明的记录再生用光学系统中，在因温度变化引起的物镜球面象差变化的补偿与光学系统的轴向色差的补偿兼容的场合，与物镜相邻的衍射环状区的光轴垂直的方向的间隔(以下在本说明书中称为环状区间距)为数μm程度。当环状区间距小时，对由衍射轮带形成的制造误差引起的衍射率下降的影响变大，所以存在不能获得足够的光利用效率的担心。另外，当环状区间距变成波长为10倍程度以下时，就变得不能无视对入射在衍射结构上的光的偏光方向的衍射效率下降的影响，衍射效率的理论值变得比100％小。在此，为了缓和物镜的环状区间距，而最好是通过在物镜的两面上形成环状区的衍射结构，通过物镜的两面作为衍射面将衍射率分配在两个衍射面上，来缓合每个衍射面的环状区间隙。
另外，因为缓和物镜的环状区间距，所以使由物镜的衍射结构发生的衍射光中二级以上高级衍射光尽量具有最大的衍射光效率，最好用该高级衍射光作为光信息记录媒体的记录再生用的光束。例如在用二级衍射光作为记录再生用的光束时，与使用一级衍射光时相比，可以使环状区间距变为2倍。在将物镜的两面变成为衍射面时，也可以为了使二级以上的高级的衍射光具有最大的衍射光效率，而确定任何一个衍射面的衍射结构，但最好是为了使在两个衍射面上的高级衍射光具有最大光量而确定两个面上的衍射结构。
在本说明书中，所谓为了尽量使二级以上的高级衍射光具有最的衍光量而确定衍射结构的含意是：在平行于光轴附近的衍射环状区的光轴方向的阶梯量d(mm)、2以上的整数m、用于在光信息记录媒体上进行信息记录再生的光的波长λ(mm)(在记录再生用光学系统是对保护层厚度不同的多种光信息记录媒体是兼容的场合是用于在保护层最薄的光信息记录媒体上进行信息记录再生的光的波长)，在与波长λ的物镜的折射率Nλ之间成立
d＝mλ/Nλ-1)的关系。
另外，形成在物镜面上的衍射结构具有锯齿状的炫耀的衍射光栅的结构，上述的炫耀衍射光栅结构最好是用电子束扫描技术制作，或通过用电子束扫描技术制作的模具的模塑成形制作。
作为减少形状误差制作微细的炫耀衍射光栅的技术对透镜基板上的抗蚀层在控制照射量的同时照射电子束后，通过显影处理使抗蚀层的膜厚变化形成炫耀衍射光栅结构的技术是公知的，通过该电子束扫描技术制作或用通过电子束扫描技术制作的模具成形制作1即使往往是环状区变小的物镜，也能进行形状误差小地制作。
在本发明的记录再生用光学系统中，象差补偿光学元件可以由用于变换来自光源的发散光束的耦合透镜构成。在物镜是对保护层的厚度不同的多种光信息记录媒体兼容的物镜的场合，可以由变换来自产生最短波长的光的光源的发散光束的耦合透镜构成。而且耦合透镜具有满足(3)式或(7)式的折射率的至少一个塑料透镜，该塑料透镜具有至少一个衍射面，衍射面的衍射率的总和满足(2)式或(6)式。
耦合透镜也可以是(1)把来自光源的发散光束变换成发散角比较小的发散光束的透镜，也可以是(2)把来自光源的发散光束变换成基本上平行的光束的准直透镜，也可以是把来自光源的发散光束变换成收敛光束的透镜。在(1)的场合，因为耦合透镜的折射率小，所以使耦合透镜制造容易。在(2)的场合，因为物镜的物点位置不随聚焦作用变化，所以能获得良好的聚焦特性。而在(3)的场合，因为由温度变化引起的球面象差的变化比(1)和(2)的场合小，并且因为在抵消因物镜的温度变化引起的球面象差变化时的耦合透镜负担，所以使耦合透镜容易制造。
作为象差补偿光学元件的耦合透镜也可以由多个透镜构成，但从减少记录再生用光学系统的部件个数和降低成本的观点上看，最好是一组一个构成的塑料透镜。并且在这时，耦合透镜的光源侧的数值孔径最好在0.15以上在0.50以下，借此，因为能确保因温度变化时的折射率变化引起的来自耦合透镜的射出光束的边缘的(マ一ジナル)光线的倾角量足够大，所以对温度变化时的物球的球面象差的补偿是有利的。
在本发明的记录再生用光学系统中，象差补偿光学元件可以由正透镜组和负透镜组的二组构成。这时，记录再生用光学系统具有用于变换来自光源发散光束的耦合透镜，象差补偿光学元件配置在该耦合透镜与物镜之间的光路中。在物镜是对保护层厚度不同的多种光信息记录媒体兼容的物镜的场合，象差补偿光学元件由配置在用于变换来自产生波长最短的光的光源的发散光束的耦合透镜与物镜之间的光路中的正透镜组和负透镜组的二组构成。作为具有这样形态的象差补偿光学元件有例如配置在准直透镜与物镜的平行光束中并由正透镜组和负透镜组的两组构成的光束扩展器。这时因为把准直透镜变为玻璃透镜时可以使准直透镜与象差补偿光学元件之间的光束经常保持为平行光束，所以因容易配置光束整形棱镜而是可取的。而且象差补偿光学元件包括具有满足(3)式或(7)式的衍射率的至少1个塑料透镜，该塑料透镜具有至少一个衍射面，衍射面的衍射率的总和满足(2)式或(6)式。
另外，由正透镜组和负透镜组两组构成的象差补偿光学元件也可以由多个透镜构成，但从减少记录再生用光学系统的部件数这个观点上看，最好是二组二个构成。并且从降低成本的观点上看最好是二组二个构成的塑料透镜。
另外为了使象差补偿光学元件的衍射结构的环状区间距不变得过分的小，而上述透镜组是在至少一个面上形成有由多个同心环状阶梯区的衍射结构的塑料镜，而上述负透镜组是阿贝数比上述正透镜组的塑料透镜小的玻璃透镜，当设上述正透组的焦点距离为fp(mm)、上述负透镜组的焦点距离为fN(mm)时，最好满足下式(14)
1.2≤|fp/fN|≤2.4  (14)
这样使正透镜为具有至少一个衍射面的塑料透镜，负透镜为玻璃透镜，通过具有满足上述(14)式那样的构成能确保因温度变化时的折射率变化引的来自象差补偿光学元件出光束的边缘的(マ一ジナル)光线的倾角的变化量足够大，从而能缓合象差补偿光学元件的衍射结构的环状区间距。并且在这时更优选的是选择比正透镜的塑料透镜的阿贝数大的玻璃材料作为负的玻璃透镜，从而对将光学系统的轴色产生的色差抑制到很小有利。
在本发明的记录用光学系统中，象差补偿光学元件可以由配置在用于变换来自光源的发散光束的耦合透镜与物镜之间的光路中的一组一个构成的塑料透镜构成。在物镜是对保护层的厚度不同的多种光信息记录媒体兼容的物镜场合，作为象差补偿光学元件的一组一个构成的塑料透镜配置在用于变换来自产生波长最短的波长光的光源的发散光的耦合透镜与物镜之间的光路中。作为象差补偿光学元件的塑料透镜具有满足(3)式或(7)式的折射率，同时衍射面的衍射率的总和满足(2)式或(6)式。从而可以获得一组一个这样非常简单构成的象差补偿光学元件。特别是使象差补偿光学元件的折射率的绝对值与衍射率的折射率的绝对值相同，而且最好是当这两个值的符号为互相相反时，因为象差补偿光学元件全系统的屈光度变为0，所以能使该象差补偿光学元件容易配置在平行光束中。
另外，在本发明的记录再生用光学系统中，优选的是在象差补偿光学元件的塑料透镜上形成两个以上的衍射面，将衍射率分配在多个衍射面上，借此可以缓和每一个衍射面的环状区间隙，从而使因衍射环状区的制造误差引起的折射率下降的影响变小。
另外，为了缓和象差补偿光学元件的塑料透镜的环状区面也可以尽量使在象差补偿光学元件的塑料透镜的衍射结构产生的衍射线中2级以上的高级的衍射光具有最大的衍射光效率，使该高级的衍射光尽量入射在物镜上。例如在2级衍射光入射在物镜上的场合，可以使环状区间距为一次衍射光的场合的2倍。
另外，在本发明的记录再生用光学系统中，具有满足(2)式或(6)式那样的衍射率的炫耀构造的衍射构造，最好是形成在作为宏观的凸面上，因为与在作为宏观的平面或凹面上形成衍射构造的场合相比，可以使炫耀顶角变大，所以在用模具的模塑成形制作该炫耀构造时，即使是细微的炫耀构造也可正确地转印。另外在本说明书中，所谓面的形状“宏观的凸(凹或平面)”与“各环状区阶梯的端部的包络线是凸(凹或平面)”的含意相同。
另外，在本发明的记录再生用光学系统中，通过在光源与物镜之间的光路中配置由玻璃构成的色差补偿光学元件，可以使补偿记录再生用光学系统的轴向色差的机能分在色差补偿光学元件、和形成在物镜上的衍射结构上。借此，因能使物镜的折射率比在记录再生用光学系统中不配置色差补用光学元件的场合小，而能缓合物镜的环状区间距。结果使因衍射环状区的制造误差引起的折射率的下降变小，而能获得光利用率高的物镜。作为这样的色差补偿光学元件例如有由互相邻近配置的相对大的阿贝数的正透镜和相对小的阿贝数的负透镜构成的双合型色差补偿光学元件、和形成具有正的衍射率的衍射物结构的一组一个构成的衍射型色差补偿光学元件。既可以构成记录再生用光学系统，以使这些色差补偿光学元件包含在象差补偿光学件中，也可以构成记录再生用光学系统，以使这些色差补偿光学元件不包含在上述象差补偿光学元件中。
本发明的光信息记录媒体的拾光装置的特征在于，是至少包括：光源，使从上述光源出射的光束聚焦在光信息记录媒体的信息记录面上的聚焦光学系统、和接收被上述信息记录面反射的光束然后输出响应该光量的电信号的光检测器的光信息记录媒体的拾光装置，上述聚光光学系统是上述的光信息记录媒体的记录再生用光学系统。
另外，本发明的记录再生装置通过搭载上述拾光装置能进行声音和/或图像的记录和/或声音和/或图像的再生。
另外，在本说明书中，所谓象差补偿光学元件是配置在光源与一组一个构成的塑料物镜之间的光路中的光学元件，是所谓能使透过在温度从规定的温度只变化规定的温差时的光学元件、和一组一个构成的塑料物镜的波阵面的波阵面象差量相对透过在温度从上述规定的温度只变化上述规定的温差时的一组一个构成塑料物镜的波阵面的波阵面象差量减少的光学元件。
另外，在本说明书中所谓色差补偿光学元件是配置在光源与一组一个构成的塑料物镜之间的光路中的光学元件，是所谓能使波长从规定的波长只变化规定的波长差的波长不同的光透过光学元件、象差补偿光学元件和一组一个构成的塑料物镜的波阵面的轴向色差相对使波长从上述规定的波长只变化规定的波长差的波长不同的光透过象差补偿光学元件、和一组一个构成的塑料物镜的波阵面上的轴向色差变小的光学元件。
另外，在本说明书中所谓“称为A的光学元件包含在称为B的光学元件中”是与虽然称为A的光学元件、称为B的光学元件的各自的透射波阵面象差比边缘极限大，但透过称为A的光学元件、称为B的光学元件的两者的波阵面的波阵面象差处在M的范围内的含意相同。并且所谓“称为A的光学元件不包含在称为B的光学元件内”或“称为A的光学元件和称为B的光学是分开的”另一光学元件是与称为A的光学元件和称为B的光学元件的各自的透射波阵面象差处在边缘极限内的含意相同。
另外，在本说明书中，所谓形成有衍射面或衍射结构的(光学)面是指在光学元件的表面上例如透镜的面上设置凹凸，使其具有使入射光束衍射作用的面。在同一光学面上有产生衍射的区域和不产生衍射区域的场合，是指产生衍射的区域。另外所谓衍射结构或衍射图像是指产生该衍射的区域，作为凹凸的形状例如在光学元件的表面上以光轴为中心作为大致同心圆形状的环状区形成，并且如果只在含光轴的平面上看该剖面，则各环状区虽然被认为是锯齿状或阶梯状那样的形状，但是包含这样形状的结构。
另外，在本说明书中，所谓信息的记录和再生是指在上述那样的光信息记录媒体的信息记录面上记录信息，和再生已记录在上信息记录面上的信息。本发明的记录再生用光学系统既可以是用于进行只记录或只在再生的光学系统，也可以是用于进行记录和再生两者的光学系统。并且也可以是用于对某个光信息记录媒体进行记录，而用于对另一光信息记录媒体进行再生的光学系统，也可以是用于对某个光信息记录媒体进行记录或再生，而用于对另一光信息记录媒体进行记录和再生的光学系统。另外在此所谓再生是包含简单地读出信息的意思。
附图说明
图1表示现有技术中的NA0.85、焦点距离2.2mm、设计基准波长405nm的一组一个构成的塑料透镜的波阵面象差随温度变化的状态的图。
图2概略表示搭载第一实施方式的记录再生用光学系统的第一拾光装置构成的图。
图3是概略表示搭载第二实施方式的记录再生用光学系统的第二拾光装置构成的图。
图4是实施例1的记录再生用光学系统的光路图。
图5是表示在实施例1的衍射一体型准直透镜在波长405±5nm时的球面象差和轴向色差的曲线。
图6是表示在实施例1的衍射一体型物镜在波长405±5nm时的球面象差和轴向色差的曲线。
图7是表示在使实施例1的衍射一体型准直透镜与衍射一体型物镜组合的记录再生用光学系统在波长405±5nm时的球面象差和轴向色差的曲线。
图8是表示实施例1的记录再生用光学系统的温度特性的图。
图9是表示实施例1的记录再生用光学系统的波长特性的图。
图10是表示实施例2的记录再生用光学系统的光路图。
图11是表示在实施例2的衍射一体型物镜在波长405±5nm时的球面象差和轴向色差的曲线。
图12是表示在使实施例2的衍射一体型光束扩展器与衍射一体型物镜组合的记录再生用光源系统在波长405±5nm时的球面象差和轴向色差的曲线。
图13是表示实施例2的记录再生用光学系统的温度特性的图。
图14是表示实施例2的记录再生用光学系统的波长特性的图。
图15是表示实施例3的记录再生用光学系统的光路图。
图16是表示在实施例3的衍射一体型物镜在波长405±5nm时的球面象差和轴向色差的曲线。
图17是表示在使实施例3的衍射一体型光束扩展器与衍射一体型物镜组合的记录再生用光学系统在波长405±5nm时的球面象差和色差的曲线。
图18是表示实施例3的记录再生用光学系统的温度特性的图。
图19是表示实施例3的记录再生用光学系统的波长特性的图。
图20是表示实施例4的记录再生用光学系统的光路图。
图21是表示实施例4的衍射一体型物镜在波长405±5nm时的球面象差和轴向色差的曲线。
图22是表示使实施例4的象差补偿光学元件与衍射一体型物镜组合的记录再生用光学系统在波长405±5nm时的球面象差和轴向色差的曲线。
图23是表示实施例4的记录再生用光学系统的温度特性的图。
图24是表示实施例4的记录再生用光学系统的波长特性的图。
图25是表示实施例5的记录再生用光学系统的光路图。
图26是表示在实施例5的衍射一体型耦合透镜在波长405±5nm时的球面象差和轴向色差的曲线。
图27是表示在实施例5的衍射一体型物镜在波长405±5nm时的球面象差和轴向色差的曲线。
图28是表示实施例5的衍射一体型耦合透镜与衍射一体型物镜组合的记录再生用光学系统在波长405±5nm时的球面象差和轴向色差的曲线。
图29是表示实施例5的记录再生用光学系统的温度特性的图。
图30是表示实施例5的记录再生用光学系统的波长特性的图。
图31是表示实施例6的记录再生用光学系统的光路图。
图32是表示在使实施例6的衍射一体型准直透镜与衍射一体型物镜组合的光学系统在波长405±5nm时的球面象差和轴向色差的曲线。
图33是表示在使实施例6的衍射一体型准直透镜、接合型双透镜和衍射一体型物镜组合的记录再生用光学系统在波长405±5nm时的球面象差和轴向色差的曲线。
图34是表示实施例6的记录再生用光学系统的温度特性的图。
图35是表示实施例6的记录再生用光学系统的波长特性的图。
图36是表示在实施例7中对高密度DVD的信息进行记录再生时的光路图。
图37是表示在实施例7中对DVD的信息进行记录再生时的光路图。
图38是在实施例7中对CD的信息进行记录再生时的光路图。
图39是表示在实施例7的衍射一体型准直透镜在波长405±5nm时的球面象差和轴向色差的曲线。
图40是表示在实施例7的衍射一体型物镜在波长405±5nm时的球面象差和轴向色差的曲线。
图41是表示实施例7的衍射一体型物镜在波长650nm时的球面象差的曲线。
图42是表示在实施例7的衍射一体型物镜在波长780nm时的球面象差的曲线。
图43是在使图7的象差补偿光学元件与衍射一体型物镜组合的记录再生用光学系统在波长405±5nm时的球面象差和轴向色差的曲线。
图44是表示实施例7的记录再生用光学系统的温度特性的图。
图45是表示实施例7的记录再生用光学系统的波长特性的图。
图46是概略表示搭载第三实施方式的记录再生用光学系统的第三拾光装置构成的图。
图47是表示实施例8的记录再生用光学系统对高密度DVD的信息进行记录再生时的温度特性的图。
图48是表示实施例8的记录再生用光学系统对DVD的信息进行记录再生时的温度特性的图。
图49是表示实施例8的记录再生用光学系统对高密度DVD的信息进行记录再生时的波长特性的图。
图50是表示实施例8的记录再生用光学系统对DVD的信息进行记录再生时的波长特性的图。
具体实施方式
下面参照附图说明本发明的第一、第二和第三实施方式。
(第一实施方式)
图2是概略表示搭载第一实施方式的记录再生用光学系统的第一拾光装置构成的图。图2的拾光装置1包括：作为光源的半导体激光器11、衍射一体型耦合透镜13和衍射一体型物镜15。
半导体激光器11是射出波长400nm程度的光束的GaN系蓝紫光激光器。另外，作为射出波长400nm的程度的光束的光源，除了上述的GaN系蓝紫光激光器外，也可以是利用二次谐波的SHG蓝紫光激光器。
衍射一体型耦合透镜11是将半导体激光器11的发散光束变换成相对光轴平行的光束的准直透镜，并且是塑料透镜。另外作为衍射一体型耦合透镜13也可以用使来自半导体激光器11的发散光束的发散角变得比较小的透镜和使来自半导体激光器的发散光束变换成收敛光束的透镜。
另外，在衍射一体型耦合透镜13的衍射一体型物镜15侧的面上设置大致同心圆状的衍射图形。确定衍射一体型耦合透镜13的衍射图形，以便满足上述的(2)式。另外大致同心圆形的衍射图形也可以设置在衍射一体型耦合透镜13的半导体激光器11侧的面上，也可以设置在半导体激光器11侧的面上和衍射一体物镜15侧的面的两者上。另外虽然衍射一体型耦合透镜13的衍射图形相对光轴形成为大致同心圆形状，但也可以设置除同心圆形状以外的衍射图形。
衍射一体型物镜15是将来自衍射一体型耦合透镜的光束通过高密度记录用的光盘16的保护层16在衍射范围内聚焦在信息记录面16b下的透镜，光盘16侧的数值孔径为0.75以上。
衍射一体型物镜15是一组一个构成的非球面塑料透镜，在衍射一体型物镜15的衍射一体型耦合透镜13侧的面上设置大致同心圆状的衍射图形。衍射一体型物镜15的衍射图像按照满足上述的(1)式、(4)式、(9)式和(11)式的要求确定。并且衍射一体型物镜15在其光轴上的透镜厚度根据满足上式上的(12)式的要求确定。
另外，大致同心圆状的衍射图形既可以设置在衍射一体型物镜15的衍射一体型耦合透镜13侧的面上，也可以设置衍射一体型耦合透镜13侧的面和光盘16侧的面的两者上。另外虽然衍射一体型物镜15的衍射图形相对光轴形成为大致同心圆状，但也可以设置大致同心圆以外的衍射图形。
另外，衍射一体型物镜15具有相对光轴垂直延伸的面，并且有凸缘部50，从而可以利用该凸缘部50将衍射一体型物镜15更精确地安装在拾光装置1上。
从半导体激光器11出射的发散光束在透过偏光分束镜15后，被衍射一体形耦合透镜13变成平行光束，经1/4波长板14变成圆偏振光，通过未示出的光阑后通过衍射一体型物镜15经光盘16的保护层16a变成聚焦在信息记录面16b上的光斑。衍射一体型物镜15被配置在其周边上的执行机构2进行聚焦控制和跟踪控制。
在信息记录面16b上通过信息凹坑调制的反射光束再通过衍射一体型物镜15、光阑、1/4波长片后，变成为直线偏光，被衍射一体型耦合透镜13变成为收敛光束，被偏光分束镜12反射，通过经栏面耦合透镜17和凹透镜18产生象散，会聚在光检测器19上。然后可以用光检测器19的输出信号读取记录在光盘16中的信息。
因为本实施方式的衍射一体型物镜15是一组一个构成的塑料透镜，所以当衍射一体型物镜15的温度随着来自执行机构2的放热和环境温度的上升而上升时，向折射率变小的方向变化，从而使其球面象差向过补偿方向方向变化。另外，因为衍射一体型耦合透镜13是塑料透镜，而其折射率满足上述的(3)式，所以当衍射一体型透镜13的温度随执行机构2的放热和环境温度的上升而上升时，向折射率变少的方向变化，从而使从衍射一体型耦合透镜13射出的光束变成收敛光束。因为这相当于衍射一体型物镜15的横向倍率变小，所以随着该横向放大率的变化使衍射一体型物镜15的球面象差向欠补偿方向变化。因为衍射一体型耦合透镜13的折射率和衍射率根据满足正好能抵销衍射一体型物镜15向随温度变化过补偿方向的球象差变化和向随横向放大率变化的欠补偿方向的球面象差变化的要求确定，所以使从半导体激光器11射出的光束由于经过衍射一体型耦合透镜13和衍射一体型物镜15即使温度变化时也能几乎球面象差无变化地聚焦在光盘16的信息记录面16b上。
另外，衍射一体型物镜15因在光学面上设置满足上述(1)式那样的大致的同心圆状的衍射图形，而发生相对反应半导体激光器11的振荡波长与由衍射一体型耦合透镜13的衍射图形产生的轴向色差符号相反并且其绝对值大致相同的轴向色差。因此从半导体激光器11出射的光束因经过衍射一体型耦合透镜13和衍射一体型物镜15而几乎无轴向色差地聚焦在光盘16的信息记录面16b上。
(第二实施方式)
图3是概略表示搭载第二实施方式的记录再生用光学系统的第二拾光装置构成的图。本实施方式的拾光装置是搭载能用一个物镜对保护层厚度不同的三种光盘利用来自波长不同的三种光源的光兼容地进行信息的记录再生的记录再生用光学系统的拾光装置。
保护层厚度不同的三种光盘是保护层最薄且记录密度最大的高密度DVD的光盘16、保护层为0.6mm的DVD、DVD-ROM、DVD-RAM、DVD-R、DVD-RW、DVD+RW等各种DVD中的某一种的第二光盘、和保护层为1.2mm的CD、CD-R、CD-RW、CD-Video、CD-ROM等各种CD中的某一种的第三光盘22。
图3的拾光装置1’包括：作为产生第一光盘16的记录再生用的光的第一光源的半导体激光器11、作为产生第二光盘21的再生用的光的第二光源的半导体激光器31、作为产生第三光盘22的记录再生用的光的第三光源的半导体激光器32的三种半导体激光器，这些半导体激光器被根据记录信息的光盘保护层的厚度选择发光。
半导体激光器11是发射波长400nm程度的GaN系蓝紫光激光器，另外，作为发射波长400nm程度的光束的光源除上述GaN系蓝紫光激光器外，也可以是利用二次谐波的SHG蓝紫光激光器。半导体激光器31是发射波长650nm程度的光束的半导体激光器。半导体激光器32是发射波长780nm程度的光束的红外半导体激光器。
另外，拾光装置1′包括作为把来自半导体激光器11的发散光束变成平行光轴的平行光束的准直透镜的衍射一体型耦合透镜13和衍射一体型物镜40。
衍射一体型透镜40是能完成下述功能的透镜：使从半导体激光器11射出并经过衍射一体型耦合透镜13的光束通过作为高密度DVD的第一光盘16的保护层16a以在第一数值孔径内的衍射范围内的方式聚焦在信息记录面16b上，并且使从半导体激光器31发射的发散光束通过作为DVD的第二光盘21的保护层21a以变成为第二数值孔径内的衍射范围内的方式聚焦在信息记录面21b上，并且使从半导体激光器32发射的发散光束通过作为CD的第三光盘22的保护层22a以变为第三数值孔径内的衍射范围内的方式聚焦在信息记录面22b上，其中第一数值孔径为0.75以上，第二数值孔径为0.60至0.65，第三数值孔径为0.45至0.50。
衍射一体型物镜40是一组一个构成的非球面塑料透镜，在衍射一体型物镜40的衍射一体形耦合透镜13侧的面上设置大致同心状的衍射图形。衍射一体型物镜40的衍射图形根据短波长光束的衍射光相对保护层薄的光盘能形成良好的波阵面，面长波长光束的衍射光相对保护层厚的光盘能形成良好波阵面的要求确定。
另外，衍射一体型物镜40的衍射图形根据满足上述的(5)式、(8)式、(9)式和(11)式的要求确定。衍射一体型物镜40在其光轴上的透镜厚度根据满足上述的式(12)确定。
另外，大致同心圆状的衍射图形既可以设置在衍射一体型物镜40的衍射一体形耦合透镜13侧的面上，也可以设置在衍射一体型透镜13侧的面和光盘侧的面的两者上。并且虽然衍射一体型物镜40的衍射图形相对光轴形成大致同心圆状，但也可以设置除此以外的衍射图形。另外衍射一体型物镜40具有相对光轴垂直延伸的面，并且有凸缘部50，通过该凸缘部50可以使衍射一体型物镜40更精确地安装在拾光装置1′上。
衍射一体型耦合透镜13是把来自半导体激光器11的发散光束变换成平行于光轴的平行光束的准直透镜，并且是塑料透镜。另外，作为衍射一体型耦合透镜13也可以用使来自半导体激光器11的发散光束的发散角变得更小的透镜或使来自半导体激光器11的发散光束变换成收敛光束的透镜等。
另外，在衍射一体型耦合透镜13的衍射一体型物镜40侧的面上设置大致同心圆状的衍射图形。上述衍射一体型耦合透镜40的衍射图形根据满足上述的(6)式的要求确定。另外大致同心圆状的衍射图形既可以设置在衍射一体型耦合透镜13的半导体激光器11侧的面上，也可以设置在半导体激光器11侧的面和衍射一体型物镜40侧的面的两者上。虽然衍射一体型耦合透镜13的衍射图形相对光轴形成为大致同心圆状，但也可以设置除此以外的衍射图形。
从半导体激光器11出射和发散光束在透过偏光分束镜12后，被衍射一体形耦合透镜13变成平行光束，经偏光分束镜41、偏光分束镜42和未示出的光阑后通过衍射一体型物镜40经第一光盘16的保护层16a变成聚焦在信息记录面16b上的光斑。衍射一体型物镜40被配置在其周边上的执行机构2进行聚焦控制和跟踪控制。
在信息记录面16b上通过信息凹坑调制的反射光束再通过衍射一体型物镜40、光阑、偏光分束器42、偏光分束器41后，被衍射一体型耦合透镜40变成为收敛光束，被偏光分束镜12反射，通过经栏面耦合透镜17和凹透镜18产生象散，会聚在光检测器19上。然后可以用光检测器19的输出信号读取记录在第一光盘16中的信息。
因为本实施方式的衍射一体型物镜40是一组一个构成的塑料透镜，所以当衍射一体型物镜40的温度随着来自执行机构2的放热和环境温度的上升而上升时，向折射率变小的方向变化，从而使其球面象差向过补偿方向方向变化。另外，因为折射一体型耦合透镜13是塑料透镜，而其折射率满足上述的(7)式，所以当衍射一体型透镜13的温度随执行机构2的放热和环境温度的上升而上升时，向折射率变少的方向变化，从而使从衍射一体型耦合透镜13射出的光束变成收敛光束。因为这相当于衍射一体型物镜40的横向倍率变小，所以随着该横向放大率的变化，使衍射一体型物镜40的球面象差向欠补偿方向变化。因为衍射一体型耦合透镜13的折射率和衍射率根据满足正好能抵销衍射一体型物镜15向随温度变化过补偿方向的球象差变化和向随横向放大率变化的欠补偿方向的球面象差变化的要求确定，所以使从半导体激光器11射出的光束由于经过衍射一体型耦合透镜13和衍射一体型物镜15即使温度变化时也能几乎球面象差无变化地聚焦在第一光盘16的信息记录面16b上。
另外，衍射一体型物镜40因在光学面上设置满足上述(5)式那样的大致的同心圆状的衍射图形，而发生与反应半导体激光器11和振荡波长由衍射一体型耦合透镜13的衍射图形产生的轴向色差符号相反并且其绝对值大致相同的轴向色差。因此从半导体激光器11出射的光束因经过衍射一体型耦合透镜13和衍射一体型物镜40而几乎无轴向色差地聚焦在第一光盘16的信息记录面16b上。
另外，从半导体激光器31发射的发散光束透过偏光分束器12′后，被偏光分束器41反射通过偏光分束器42和未图示的光阑后，通过衍射一体型物镜40经第二光盘21的保护层21a聚焦在信息记录面21b上变成光斑。衍射一体型物镜40被配置在其周边的执行机构2进行聚焦控制和跟踪控制。
在信息记录面21b上通过信息凹坑调制的反射光束再通过衍射一体型物镜40、光阑、偏光分束器42后，被偏光分束镜12′反射，通过经栏面粘合透镜17′和凹透镜18′产生象散，会聚在光检测器19′上。然后可以用光检测器19的输出信号读取记录在第二光盘21中的信息。
另外，从半导体激光器32发射和发散光束透过偏光分束器12″后，被偏光分束器42反射通过未图示的光阑后，通过衍射一体型物镜40经第三光盘22的保护层22a聚焦在信息记录面22b上变成光斑。衍射一体型物镜40被配置在其周边的执行机构2进行聚焦控制和跟踪控制。
在信息记录面22b上通过信息凹坑调制的反射光束再通过衍射一体型物镜40、光阑后，被偏光分束镜42和偏光分束器12″反射后，通过经栏圆柱形透镜17″和凹透镜18″产生象散，会聚在光检测器19″上。然后可以用光检测器19″的输出信号读取记录在第三光盘22中的信息。
另外，拾光装置1′在半导体激光器11与衍射一体型物镜40之间、半导体激光器31与衍射一体型物镜40之间、半导体激光器32与衍射一体型透镜40之间的各自的光路中配置未示出的1/4波长片。
图3中所示那样的拾光装置1′可以对应例如CD、CD-R、CD-RW、CD-Video、CD-ROM等各种CD、DVD、DVD-ROM、DVD-RAM、DVD-R、DVD-RW、DVD+RW等各种DVD、MD等光信息记录媒体搭载在兼容的播放机或座等或者装入它们的AV设备、个人计算机、其它的信息终端等声音和/或图像记录装置和/或再生装置上。
(第三实施方式)
图46是概略表示搭载第三实施方式的记录再生用光学系统的第三拾光装置构成的图。本实施方式的拾光装置是搭载能用一个物镜对保护层厚度不同的三种光盘利用来自波长不同的三种光源的光兼容地进行信息的记录再生的记录再生用光学系统的拾光装置。
记录密度不同的三种光盘是为了记录再生而使用400nm程度的短波长光束且记录密度最大的高密度和保护层为0.6mm的DVD、DVD-ROM、DVD-RAM、DVD-R、DVD-RW、DVD+RW等各种DVD中的某一个的第二光盘21、和保护层为1.2mm的CD、CD-R、CD-RW、CD-Video、CD-ROM等各种CD中的第三光盘22。
拾光装置1″包括：作为产生第一光盘23的记录再生用的光的第一光源的半导体激光器11和光检测器19一体化的第一光盘用的组件80、作为产生第二光盘21的再生用的光的第二光源的半导体激光器31和光检测器19′一体化的第二光盘用的组件90、作为产生第三光盘22的记录再生用的光的第三光源的半导体激光器32与光检测器19″一体化的第三光盘用的组件100，这些半导体激光器被根据记录信息的光盘的记录的密度选择地发光。
半导体激光器11是发射波长400nm程度的GaN系蓝紫光激光器，另外，作为发射波长400nm程度的光束的光源除上述GaN系蓝紫光激光器外，也可以是利用二次谐波的SHG蓝紫光激光器。半导体激光器31是发射波长650nm程度的光束的半导体激光器。半导体激光器32是发射波长780nm程度的光束的红外半导体激光器。
另外，拾光装置1″包括作为把来自半导体激光器11和半导体激光器31的发散光束变成平行光轴的平行光束的准直透镜的衍射一体型耦合透镜60，该衍射一体型物镜60配置在来自半导体激光器11和半导体激光器31的光束一起通过的光路中。
衍射一体型物镜70是能完成下述功能的透镜：使从半导体激光器11射出并经过衍射一体型耦合透镜60的光束通过第一光盘23的保护层23a以在第一数值孔径内的衍射范围内的方式聚焦在信息记录面23b上，并且使从半导体激光器31发射的并通过衍射一体型的耦合透镜60的光束通过作为DVD的第二光盘21的保护层21a以变成为第二数值孔径内的衍射范围内的方式聚焦在信息记录面21b上，并且使从半导体激光器32发射的发散光束通过作为CD的第三光盘22的保护层22a以变为在第三数值孔径内的衍射范围内的方式聚焦在信息记录面22b上，其中第一数值孔径为0.65左右，第二数值孔径为0.60至0.65，第三数值孔径为0.45至0.50。
衍射一体型物镜70是一组一个构成的非球面塑料透镜，在衍射一体型物镜70的衍射一体形耦合透镜60侧的面上设置大致同心状的衍射图形。衍射一体型物镜60的衍射图形满足上述的(A)式，并且按下述要求确定该衍射图形。并使从半导体激光器31和半导体激光器32射出的光束入射时发生的衍射光中具有最大光量的衍射级数(分别设为n2、n3)比在从半导体激光器11发射的光束入射时发射的衍射光中具有最大光量的衍射级数(设为n1)低。并且具有下述波长特性：所述的波长特性能使从半导体激光器11射出的光束的衍射光在记录密度高的第一光盘23的信息记录面23a上形成良好的波阵面，从半导体激光器31射出的光束的衍射光在第二光盘21的信息记录面21a上形成良好的波阵面，从半导体激光器32发射的光束的衍射光在第三光盘31的信息记录面31a上形成良好的波阵面，因此能对应各个半导体激光器的波长范围维持高的衍射效率，从而能兼容地进行与各个光盘对应的信息的记录再生。
具体地说，可以选择(n1、n2、n3)＝(2、1、1)、(4、3、2)、(6、4、3)、(8、5、4)和(10、6、5)中的某一个作为n1、n2和n3的组合。
另外，在是搭载能用一个物镜兼容地对高密度DVD和DVD二种光盘进行信息记录再生的记录再生用光学系统的拾光装置的场合，当选择(n1、n2)＝(2、1)、(3、2)、(4、2)、(5、3)、(6、4)、(7、4)、(8、5)、(9、6)、(10、6)中的某个作为n1、n2的组合时，可以对应半导体激光器11和半导体激光器31的各自的波长范围维持高的衍射效率，从而可以抑制光量损失。
另外，大致同心圆状的衍射图形既可以设置在衍射一体型物镜70的衍射一体形耦合透镜60侧的面上，也可以设置在衍射一体型透镜60侧的面和光盘侧的面的两者上。并且虽然衍射一体型物镜70的衍射图形相对光轴形成大致同心圆状，但也可以设置除此以外的衍射图形。另外，衍射一体型物镜70具有相对光轴垂直延伸的面，并且有凸缘部50，通过该凸缘部50可以使衍射一体型物镜70更精确地安装在拾光装置1″上。
衍射一体型耦合透镜70是把来自半导体激光器11的发散光束变换成平行于光轴的平行光束的准直透镜，并且是塑料透镜。另外，作为衍射一体型耦合透镜70也可以用使来自半导体激光器11和半导体激光器31的发散光束的发散角变得更小的透镜或使来自半导体激光器11和半导体激光器31的发散光束变换成收敛光束的透镜等。并且也可以是将来自半导体激光器11的发散光束变换成平行光束并将来自半导体激光器31的发散光束的发散角变成较小的透镜，也可以是使来自半导体激光器11的发散光束变换成平行光束，使半导体激光器31的发散光束变换成收敛光束的透镜。或者也可以是使来自半导体激光器的发散光束变换成平行光束并将来自半导体激光器11的发散光束的发散角度变小的透镜，也可以是使来自半导体激光器31的发散光束变换成平行光束并使来自半导体激光器11的发散光束变换成收敛光束的透镜，或者是使来自半导体激光器11和半导体激光器31中的一个半导体的激光器的发散光束的发散角度变得比较小而使来自另一半导体激光器的发散光束变换成收敛光束的透镜。
另外，在衍射一体型耦合透镜60的衍射一体型物镜70侧的面上设置大致同心圆状的衍射图形。上述衍射一体型耦合透镜60的衍射图形根据满足上述的(B)式的要求确定。并且使在来自半导体激光器射出的光束入射时产生的衍射光中具有最大光量的衍射光的级数(设为n2′)比从半导体激光器11射出的光束入射时产生的衍射光中具有最大光量的衍射级数(设为n1′)低来确定衍射图形。因此能对应各个半导体激光器的波长范围维持高的衍射率，从而可以在使来自各个半导体激光器的发散光束光量损失被抑制的很小状态下准直在衍射一体型物镜70上。
具体地说，也可以选择(n1′、n2′)＝(2、1)、(3、2)、(4、2)、(5、3)、(6、4)、(7、4)、(8、5)、(9、6)、(10、6)中的某一个作为n1′和n2′的组合。
另外，在来自半导体激光器11、半导体激光器31和半导体激光器32的光束共同通过的光路中(在图46中偏光分束镜42与衍射一体型物镜70之间的光路中)配置衍射一体型耦合透镜60时，如设在从半导体激光器32的射出的光束入射时产生的衍射光中具有最大光量的衍射光的级数为n3′，则在这时，如果选择(n1′、n2′、n3′)＝(2、1、1)、(4、3、2)、(6、4、3)、(8、5、4)、(10、6、5)中的某一个作为n1’、n2’和n3’的组合，则可以对应半导体激光器11、半导体激光器31和半导体激光器32的各个波长范围维持高衍射效率，从而可以抑制光量损失。
另外大致同心圆状的衍射图形既可以设置在衍射一体型耦合透镜60的半导体激光器11侧的面上，也可以设置在半导体激光器11侧的面和衍射一体型物镜70侧的面的两者上。虽然衍射一体型耦合透镜60的衍射图形相对光轴形成为大致同心圆状，但也可以设置除此以外的衍射图形。
从半导体激光器11出射的发散光束在被偏光分束镜12后，被衍射一体型耦合透镜60变成平行光束，经偏光分束镜42和未示出的光阑后，经光盘23的保护层23a被衍射一体型物镜70变成聚焦在信息记录面23b上的光斑。衍射一体型物镜70被配置在其周边上的执行机构2进行聚焦控制和跟踪控制。
在信息记录面23b上通过信息凹坑调制的反射光束再通过衍射一体型物镜70、光阑、偏光分束器42后，被衍射一体型耦合透镜60变成为收敛光束，会聚在光检测器19上。然后可以用光检测器19的输出信号读取已记录在第一光盘23中的信息。
从半导体激光器31出射和发散光束在被偏光分束镜12反射后，通过偏光分束镜42和未示出的光阑后经光盘21的保护层21a变成被衍射一体型物镜聚焦在信息记录面21b上的光斑。衍射一体型物镜70被配置在其周边上的执行机构2进行聚焦控制和跟踪控制。
在信息记录面21b上通过信息凹坑调制的反射光束再通过衍射一体型物镜70、光阑、偏光分束器42后，被偏光分束镜12反射，通过经栏面耦合透镜60会聚在光检测器19′上。然后可以用光检测器19′的输出信号读取记录在第二光盘21中的信息。
因为本实施方式的衍射一体型物镜70是一组一个构成的塑料透镜，所以当衍射一体型物镜70的温度随着来自执行机构2的放热和环境温度的上升而上升时，向折射率变小的方向变化，从而使其球面象差向过补偿方向方向变化。另外，因为折射一体型耦合透镜60是塑料透镜，而其折射率满足上述的(c)式，所以当衍射一体型透镜60的温度随执行机构2的放热和环境温度的上升而上升时，向折射率变少的方向变化，从而使从衍射一体型耦合透镜13射出的光束变成收敛光束。因为这相当于衍射一体型物镜70的横向倍率变小，所以随着该横向放大率的变化，使衍射一体型物镜70的球面象差向欠补偿方向变化。因为衍射一体型耦合透镜60的折射率和衍射率根据满足正好能抵销衍射一体型物镜70向随温度变化过补偿方向的球象差变化和向随横向放大率变化的欠补偿方向的球面象差变化的要求确定，所以使从半导体激光器11和半导体激光器31射出的光束由于经过衍射一体型耦合透镜60和衍射一体型物镜70，即使温度变化时也能几乎球面象差无变化地聚焦在第一光盘23和第二光盘21的各自信息记录面上。
另外，衍射一体型物镜70因在光学面上设置满足上述(A)式那样的大致的同心圆状的衍射图形，而发生相对应半导体激光器11和半导体激光器31的振荡波长与由衍射一体型耦合透镜60的衍射图形产生的轴向色差符号相反并且其绝对值大致相同的轴向色差。因此从半导体激光器11和半导体激光器31出射的光束因经过衍射一体型耦合透镜60和衍射一体型物镜70而几乎无轴向色差地分别聚焦在第一光盘23和第二光盘21的各自的信息记录面上。
另外，从半导体激光器32发射的发散光束透过偏光分束器42后，被偏光分束器42反射后，通过未图示的光阑后，通过衍射一体型物镜70经第三光盘22的保护层22a聚焦在信息记录面22b上变成光斑。衍射一体型物镜70被配置在其周边的执行机构2进行聚焦控制和跟踪控制。
在信息记录面22b上通过信息凹坑调制的反射光束再通过衍射一体型物镜70、光阑后，被偏光分束镜42反射，会聚在光检测器19″的受光面上。然后可以用光检测器19″的输出信号读取已记录在第三光盘22中的信息。
图46中所示那样的拾光装置1″可以对应于例如CD、CD-R、CD-RW、CD-Video、CD-ROM等各种CD、DVD、DVD-ROM、DVD-RAM、DVD-R、DVD-RW、DVD+RW等各种DVD、MD等光信息记录媒体搭载在兼容的播放机或座等或者装入它们的AV设备、个人计算机、其它的信息终端等声音和/或图像记录装置和/或再生装置上。
另外，按照本实施例的记录再生用光学系统，把蓝紫光半导体激光器作为记录再生用光源使用的高密度DVD作为保护层厚度0.6mm，物镜的数值孔径0.65的近傍的光盘，但显然，作为高密度DVD即使是保护层厚度0.1mm物镜的数值孔径0.85近傍的光盘(例如在2002年2月发表的蓝光线盘规格的光盘)，也可使用本发明的技术。
(实施例)
下面通过实施例1至8更具体地说明本发明，但本发明不受这些实施例的限定。另外，实施例的各透镜上的非球面用设光轴方向为X轴，与光轴垂直方向的高度为h，折射面的曲率半径为γ时的下面的数1表示，其中设k为圆度系数，A2i为非球面系数。
[数1]
Z = h 2 / r 1 + 1 - ( 1 + k ) h 2 / r 2 + Σ i = 0 ∞ A 2 i h 2 i
另外，作为设置在本实施例物镜上的环状区的衍射结构的光程差函数可以用上述的(A)式表示，而作为设置在各象差补偿光学元件上的环状区衍射结构的光程差函数φb可以用上述的(B)式表示。
(实施例1)
实施例1是最佳适用于图2的拾光装置的记录再生用光学系统。本实施例是使作为象差补偿光学元件的衍射一体型准直透镜；和衍射一体型物镜物镜组合后的光学系统，用焦点距离8mm，NA0.28的一组一个构成的塑料透镜作为衍射一体型准直透镜，使用焦点距离2.2mm、NA0.85的一组一个构成的塑料透镜作为衍射一体型物镜。并且使衍射一体型准直透镜的光盘侧的面变成具有负的衍射率的衍射面，使衍射一体型物镜的半导体激光器侧的面变成具有正的衍射率的衍射面，在表1中示出了关于实施例1的记录再生用光学系统的数据。
表1
  面序号   r(mm)   d(mm)   Nλ   νd   备注
  0   6.8314   光源
  12   22.1156-4.3868   2.000010.0000   1.52469   56.5   准直透镜物镜
  34   1.5943-1.4072   3.20000.4059   1.52491   56.5   对物
  56   ∞∞   0.1000   1.61949   30.0   保护层
非球面系数
  第1面   第2面   第3面   第4面
  kA4A6A8A10A12A14   -1.70020E+01-3.13030E-05   -8.75470E-011.59370E-04   -7.00150E-015.73480E-031.62780E-031.73310E-041.43140E-04-5.76550E-05-7.43870E-07   -3.68897E+012.34529E-01-4.06108E-013.24212E-01-1.05497E-015.53253E-05
  A16A18A20   5.59960E-06-7.34190E-07-1.04210E-07
衍射面系数
  第1面   第2面   第3面
  b2b4b6b8b10   3.87370E-03   4.12640E-03-6.24970E-05   -2.30000E-02-3.15710E-032.28830E-042.54720E-05-3.06440E-05
在图4中示出了实施例1的记录再生用光学系统的光路图。图5是表示本实施例的衍射一体型准直透镜的波长405±5nm时的球面象差和轴向色差的曲线，图6是表示本实施例的衍射一体型物镜在波长405±5nm时的球面象差和轴向色差的曲线，图7是表示使衍射一体型准直透镜和衍射一体物镜组合后的记录再生用光学系统在波长405±5nm时的球面象差和轴向色差。
从图5可以看出，本实施例的衍射一体型准直透镜在入射光的波长向长波长侧变化时，焦点位置向过补偿侧移动，入射的长波长向短波长侧变化时，焦点位置向欠补偿侧移动。而从图6可以清楚看出，本实施例的衍射一体型物镜在入射光的波长向长波侧变化时，焦点位置向欠补偿侧移动，在入射光的波长向短波长变化时，焦点位置向过补偿侧移动。从图7可以看出，使衍射一体型准直透镜和衍射一体型物镜组合后的记录再生用光学系统的焦点位置与波长无关地几乎无变化。
在图8示出了实施例1的记录用光学系统的温度特性。从图8所看出那样，即使以单体是可使用的温度范围为-10至40度非常狭窄的一组一个高NA塑料透镜物镜，也能通过使该物镜与衍射一体型准直透镜组合在-20至85度的温度范围维持良好的聚光特性。
另外，在计算温度变化时的波阵面象差时，预先考虑因温度变化引起的塑料透镜的折射率变化(其变化率是-1.2×10-4度)和蓝紫半导体激光器的波长变化(其变化率是+0.05nm/度)时因塑料透镜的形状变化对波阵面球面象差变化的影响与折射率的变化比非常小，所以不考虑塑料透镜的形状变化。计算上述的温度变化时的波阵面象差的计算条件也与以后说明的实施例2至7相同。
在图9中示出了实施例的记录再生用光学系统的波长特性。虽然蓝紫光半导体激光器因模跳动引起波长变化1至2nm，但在单体上，即使是因波长1至2nm的变化引起超过边缘极限的0.07λrms很大的物镜，通过使该物镜与衍射一体型维持透镜组合，即使发生2nm的波长变化也能维持良好的聚光特性。
另外，在计算因模跳动引起的波长变化时的波阵面象差时，因为变成与物镜的聚焦无关，所以将物镜40固定在405nm的最佳象点位置上，在图9中的波阵面象差值包含因最佳象点位置移动的散焦分量，计算因上述的模跳动引起的波长变时的波阵面象差时的条件也以下说明的实施例2至7相同。
(实施例2)
实施例2是使作为象差补偿光学元件的一体型光束扩展器和衍射一体型物镜组合的光学系统，用入射光瞳孔径3.16mm，射出瞳孔径4.50mm，角放大率1.47的二组二个构成的塑料透镜作为衍射一体型光束扩展器，用焦点距离2.2mm、NA0.85的一组一个构成的塑料透镜作为衍射一体型物镜。并且使衍射一体型光束扩展器的正透镜的两面变成具有负的衍射率的衍射面。在表2中示出关于实施例2的记录再生用光学系统的数据。
表2
  面序号   r(mm)   d(mm)   Nλ   νd   备注
  0   ∞   光源
  1234   -14.65826.968021.5525-5.0607   1.00002.75351.800010.0000   1.524911.52491   56.556.5   光束扩展器
  56   1.7316-1.8541   3.27000.4254   1.52491   56.5   物镜
  78   ∞∞   0.1000   1.61949   30.0   保护层
非球面系数
  第1面   第2面   第3面   第4面   第5面   第6面
  kA4A6A8A10A12A14A16A18A20   6.02232E+00-2.34616E-04   -6.13661E+003.25639E-04   6.12260E+00-1.37260E-04   -3.42170E-013.56160E-04   -6.56420E-016.41290E-037.70850E-04-1.14780E-042.10380E-04-3.51540E-05-2.78870E-073.58030E-06-8.40940E-073.59040E-08   -6.64430E+012.57010E-01-3.92280E-013.25320E-01-1.12520E-015.53250E-05
衍射面系数
  第3面   第4面   第5面   第6面
  b2b4b6b8b10   1.33800E-02   1.24090E-02   -3.0000E-02-1.36890E-03-1.73920E-043.06390E-051.90120E-05   -6.50000E-02-1.48810E-02-1.15200E-03
在图10中示出了实施例2的记录再生用光学系统的光路图。图11是表示本实施例的衍射一体型物镜的波长405±5nm内的球面象差和轴向色差的曲线，图12是表示使衍射一体型光束扩展器和衍射一体型物镜组合后的记录再生用光学系统的波长405±5nm内的球面象差和轴向色差的曲线。
从图11可以看出，本实施例的衍射一体型物镜在入射光的波长向长波长侧变化时，焦点向欠补偿侧移动，在入射光的波长向短波长侧变化时，焦点位置向过补偿侧移动。而从图12可以看出，使衍射一体型光束扩展器和衍射一体型物镜组合后的记录再生用光学系统焦点位置与波长无关地几乎不变化。
在图13中示出了本实施例的记录再生用光学系统的温度特性，如从图13所清楚看到那样，通过使高NA塑料物镜和衍射一体型光束扩展器组合，可以使在-20至85度的温度范围维持良好的聚光特性。
在图14中示出了实施例的记录再生用光学系统的波长特性。如从图14所清楚看到那样，通过使高NA塑料物镜、和衍射一体型光束扩展器组合，即使波长发生2nm变化也能良好地维持聚光特性。
(实施例3)
实施例3是使作为象差补偿光学元件的衍射一体型光束扩展器和衍射一体型物镜组合后的光学系统，用入射瞳孔径2.47mm，射出瞳孔径4.50mm，角放大率1.84的二组二个构成的光束扩展器作为衍射一体型光束扩展器，用焦点距离2.2mm、NA0.85的一组一个构成的塑料透镜作为衍射一体型物镜。衍射一体型光束扩展器的正透镜是塑料透镜，负透镜是阿贝数比正透镜小的玻璃透镜(HOYA社制，FD110)。并且衍射一体型光束扩展器的正透镜的光盘侧的面变成为具有负的衍射率的衍射面，衍射一体型物镜的半导体激光器侧的面变成为具有正的衍射率的衍射面，在表3中示出了关于实施例3的记录再生用光学系统的数据。
表3
  面序号   r(mm)   d(mm)   Nλ   νd   备注
  0   ∞   光源
  1234   -4.9735∞∞-4.3064   1.00003.25791.800010.0000   1.842031.52469   25.756.5   光束扩展器
  56   1.5943-1.4072   3.20000.4059   1.52491   56.5   物镜
  78   ∞∞   0.1000   1.61949   30.0   保护层
非球面系数
  第4面   第5面   第6面
  kA4A6A8A10A12A14A16A18A20   -6.25720E-012.67860E-05   -7.00150E-015.73480E-031.62780E-031.73310E-041.43140E-04-5.76550E-05-7.43870E-075.59960E-06-7.34190E-07-1.04210E-07   -3.68897E+012.34529E-01-4.06108E-013.24212E-01-1.05497E-015.53253E-05
衍射面系数
  第4面   第5面
  b2b4b6b8b10   1.50000E-02   -2.30000E-02-3.15710E-032.28830E-042.54720E-05-3.06440E-05
在图15中示出了实施例3的记录再生用光学系统的光路图。图16是表示本实施例的衍射一体型物镜的波长405±5nm内的球面象差和轴向色差的曲线。图17是表示使衍射一体型光束扩展器和衍射一体型物镜组合后的记录再生用光学系统在波长405±5nm时的球面象差和轴向色差的曲线。
从图16可以清楚看出，本实施例的衍射一体型物镜在入射光的波长向长波长侧变化时，焦点位置向欠补偿侧移动，在入射光的波长向短波长变化时，焦点位置向过补偿侧移动。并且从图17可以清楚看出，使衍射一体型光束扩展器和衍射一体型物镜组合后的记录再生用光学系统焦点位置与波长无关地几乎不变化。
在图18中示出了本实施例记录再生用光学系统的温度特性。如从图18中所清楚看到那样，通过使高NA塑料物镜和衍射一体型光束扩展器组合，可以在-20至+85度的温度范围维持良好的聚光特性。
在图19中示出了本实施例的记录再生用光学系统的波长特性，如从图19中所清楚看到那样，通过使高NA塑料物镜和衍射一体型光束扩展器组合，即使引起2nm的波长变化也能维持良好的聚光物性。
(实施例4)
实施例4是作为象差补偿光学元件的衍射一体型塑料透镜和衍射一体型物镜和组合的光学系统，使用入射瞳孔径4.50mm，射出瞳孔件4.70m数值孔径为0的一组一个构成的塑料透镜作为象差补偿光学元件，用焦点距离2.2mm、NA0.85的一组一个构成的塑料透镜作为衍射一体型物镜，并且使补偿光学元件的光源侧的平面变成为具有负的衍射率的衍射面，使衍射一体形物镜的半导体激光器侧的面变成为具有正的衍射率的衍射面。在表4中示出了关于实施例4的记录再生用光学系统的数据。
表4
  面序号   r(mm)   d(mm)   Nλ   v d   备注
  0   ∞   光源
  12   ∞-8.0797   1.50005.0000   1.52491   56.5   象差补偿光学素子
  34   1.6893-1.7971   3.05000.4188   1.52491   56.5   物镜
  56   ∞∞   0.1000   1.61949   30.0   保护层
非球面系数
  第2面   第3面   第4面
  kA4A6A8A10A12A14A16A18A20   -2.90480E-016.79410E-06   -6.63850E-019.31590E-037.52060E-04-3.39780E-051.72060E-04-5.12150E-05-1.30990E-065.05470E-06-6.42060E-07-8.07010E-08   -5.74856E+012.36118E-01-4.12553E-013.36605E-01-1.12520E-015.53253E-05
衍射面系数
  第1面   第3面
  b2b4b6b8b10   3.47010E-02   -4.00000E-02-1.54680E-03-4.14050E-04-6.91250E-05-5.10040E-07
在图20中示出了实施例4的记录再生用光学系统的光路图。图21是表示本实施例的衍射一体型物镜在波长405±5nm时的球面象差和轴向色差的曲线，图22是使象差补偿光学元件和衍射一体型物镜组合后的记录再生用光学系统在波长405±5nm时的球面象差和轴向色差的曲线。
从图21可以清楚看出，本实施例的衍射一体型物镜在入射光的波长向长波长侧变化时，焦点位置向欠补偿侧移动，在入射光的波长向短波长变化时，焦点位置向过补偿侧移动。并且从图22可以清楚看出，使象差补偿光学元件和衍射一体型物镜组合后的记录再生用光学系统焦点与波长无关地几乎不变化。
在图23中示出了本实施例的记录再生用光学系统的温度特性，如从图23中所清楚看到那样，通过使高NA塑料物镜和象差补偿光学元件组合，可以在-2.0至85度的温度范围维持良好的聚光特性。
在图24中示出了本实施例的记录再生用光学系统的波长特性，如从图24所清楚看到的那样，通过使高NA塑料物镜、和象正补偿光学元件组合，即使在波长引起2nm的变化也能维持良好的聚光物性。
(实施例5)
实施例5是使作为象差补偿光学元件的衍射一体型耦合透镜和衍射一体型物镜组合后的光学系统，用焦点距离11.02mm，光源侧NA0.19，横向放大率-0.074的一组一个构成的塑料透镜作为衍射一体型耦合透镜，用焦点距离2.2mm、光盘侧NA0.85、横向放大率0.015的一组一个塑料透镜作为衍射一体型物镜。并且使衍射一体型耦合透镜的光盘侧的面变为具有负的衍射率的衍射面，使衍射一体型物镜的两面变成为具有正的衍射率的衍射面。在表5中示出了关于实施例5的记录再生用光学系统的数据。
表5
  面序号   r(mm)   d(mm)   Nλ   νd   备注
  0   10.7681   光源
  12   27.4919-6.3582   2.000010.0000   1.52469   56.5   准直透镜
  34   1.6162-1.7141   3.22000.4207   1.52491   56.5   物镜
  56   ∞∞   0.1000   1.61949   30.0   保护层
非球面系数
  第1面   第2面   第3面   第4面
  kA4A6A8A10A12A14A16A18A20   -6.64490E+011.67874E-04   -2.79130E-011.87140E-049.71510E-06   -6.14610E-015.71410E-039.50000E-04-1.05290E-042.46620E-04-4.86960E-05-4.08850E-064.50230E-06-1.17090E-07-1.40850E-07   -5.76940E+012.39310E-01-3.94420E-013.25320E-01-1.12520E-015.53253E-05
衍射面系数
  第2面   第3面   第4面
  b2b4b6b8b10   4.50000E-03-7.92940E-06   -1.90000E-02-1.52060E-035.03590E-06-2.92080E-051.58820E-05   -4.30000E-02
在图25中示出了实施例5的记录再生用光学系统的光路图。图26是表示本实施例的衍射一体型耦合透镜在波长405±5nm时的球面象差和轴向色差的曲线，图27是表示本实施例的衍射一体型物镜在波长405±5nm时的球面象差和轴向色差的曲线，图28是表示使衍射一体型耦合透镜和衍射一体型物镜组合后的记录再用光学系统在波长405±5nm时的球面象差和轴向色差的曲线。
从图26可以清楚地看出，在实施例的衍射一体型耦合透镜在入射光的波长向长波长侧变化时，焦点位置向过补偿侧移动，在入射光的波长向短波长变化时，焦点位置向欠补偿侧移动。并且从图27可以清楚看到，本实施例的衍射一体型物镜在入射光的波长向长波长侧变化时，焦点位置向欠补偿侧移动，在入射光的波长向短波长侧变化时，焦点位置向过补偿一侧移动。并且从图28可以清楚看到使衍射一体型耦合透镜和衍射一体型物镜组合后的记录再生用光学系统焦点位置与波长无关地几乎不变化。
在图29中示出了本实施例的记录再生用光学系统的温度特性。如从图29中所清楚看出那样，通过使高NA塑料物镜和象差补偿光学元件组合，可以在-20至+85度的温度范围维持良好的聚光特性。
在图30中示出了本实施例的记录再生用光学系统的波长特性。如从图30中所清楚看出那样，通过使高NA塑料物镜和衍射一体型耦合透镜组合，即使波长发生2nm的波长变化也能维持良好的聚光物性。
(实施例6)
实施例6是使作为象差补偿光学元件的衍射一体型准直透镜、作为色差补偿光学元件的结合型双透镜、衍射一体型物镜组合后的光学系统，使用焦点距离是7mm、NA是0.375的一组一个构成的塑料透镜作为衍射一体型准直透镜，使用焦点距离2.2mm，光盘侧NA0.85的一组一个构成的塑料透镜作为衍射一体型物镜，结合型双透镜预先使阿贝数25.7的负透镜(HOYA社制，FD110)和阿贝数46.6的正透镜(HOYA社制，TAF5)结合起来，折射率是零。并且使衍射一体型准直透镜的光盘侧的面变成为具有负的衍射率的衍射面，使衍射一体型物镜的光源侧的面变成具有正的衍射率的衍射面。在表6中示出了有关实施例6的记录再生用光学系统的数据。
表6
  面序号   r(mm)   d(mm)   Nλ   νd   备注
  0   5.0896   光源
  12   20.1744-3.1876   1.60001.0000   1.52469   56.5   准直透镜
  345   -12.19755.7503-13.6813   0.80002.00007.0000   1.842031.84609   25.746.6   色差补偿光学元件
  67   1.5307-1.2626   3.28000.4020   1.52491   56.5   物镜
  89   ∞∞   0.1000   1.61949   30.0   保护层
非球面系数
  第1面   第2面   第3面   第4面
  kA4A6A8A10A12A14A16A18A20   0.00000E+00-5.06733E-049.24750E-06   -9.51220E-01-8.21400E-04-1.66060E-05   -5.88780E-012.13550E-031.15480E-036.20520E-058.80180E-05-3.10960E-05-4.08720E-073.55430E-06-4.12270E-07-8.96590E-08   -3.07710E+012.44047E-01-4.09301E-013.28799E-01-1.07700E-015.53253E-05
衍射面系数
  第2面   第6面
  b2b4b6b8b10   1.00000E-02-3.76180E-055.50180E-06   -1.20000E-02-2.51740E-032.72100E-04-2.22940E-05-1.57370E-05
在图31中示出了实施例6的记录再生用光学系统的光路图。图32是使本实施例的衍射一体型准直透镜和衍射一体型物镜组合后的光学系统在波长405±5nm时的球面象差和轴向色差的曲线，图33是表示使衍射一体型准直透镜、结合型双透镜和衍射一体型物镜组合后的记录再生用光学系统在波长405±5nm时的球面象差和轴向色差的曲线。
从图32可以清楚看出，使本实施例的衍射一体型准直透镜和衍射一体型物镜组合后的光学系统在入射光的波长向长波长侧变化时，焦点位置向过补偿侧移动，在入射波长向短波长侧变化时，焦点位置向欠补偿侧移动。并且从图33可以清楚看出，使衍射一体型准直透镜、结合型双透镜和衍射一体型物镜组合后的记录再生用光学系统焦点位置与波长无关地几乎不变化。
在图34中示出了本实施例的记录再生用光学系统的温度特性，如从图34中可以清楚看到那样，通过使高NA塑料物镜、和象差补偿光学元件组合，可以在-20至+85度的温度范围维持良好的聚光特性。
在图35中示出了本实施例的记录再生用光学系统的波长特性，如从图35中所清楚看到那样，通过使高NA塑料物镜、结合型双透镜、和衍射一体型准直透镜组合，即使波长发生2nm的变化也能维持良好的聚光特性。另外，在图35中，“记录再生用光学系统”表示使衍射一体型准直透镜、结合型双透镜和衍射一体型物镜组合后的光学系统，“COL+OBJ”表示使衍射一体型准直透镜和衍射一体型物镜组合后的光学系统。
(实施例7)
实施例7是最佳适用于图3的拾光装置的记录再生用光学系统。本实施例是能用一个物镜对高密度DVD、DVD和CD兼容地进行信息的记录再生的记录再生用光学系统，在高密度DVD用的蓝紫半导体激光器与衍射一体型物镜之间的光路中配置作为象差补偿光学元件的衍射一体型准直透镜。并且在进行对应DVD和CD的信息的记录再生时，使从DVD用半导体激光器和CD用半导体激光器射出的发散光束入射到衍射一体型物镜上，然后使其聚焦在DVD和CD的各自的信息记录面上。
使用焦点距离为7mm、NA为0.321的一组一个构成的塑料透镜作为衍射一体型准直透镜，使用焦点距离2.0mm的一组一个构成的塑料透镜作为衍射一体型物镜。并且衍射一体型物镜的NA在对高密度DVD记录再生时是0.85，在对DVD记录再生时是0.65，在对CD记录再生时是0.50。并且使衍射一体型准直透镜的光盘侧的面变成为具有负的衍射率的衍射面，使衍射一体型物镜的半导体激光器侧的面变成具有正的衍射率的衍射面。
在表7中示出了关于实施例7的记录再生用光学系统的数据，在图36至图38示出了本实施例的记录再生用光学系统的光路图。在表7的透镜数据中，确定物镜的光源侧的衍射面的衍射系数，以使在来自蓝紫半导体激光器的光入射时，能产生二级衍射光。当来自DVD用的红光半导体激光器、CD用的红外光半导体激光器的光入射在这样确定的衍射面上时，产生1级衍射光，而且因为将物镜的光源侧的面的衍射系数基准波长(所谓衍射结构的制造波长)设定为380nm，所以使来自蓝紫光半导体激光器的光，红光半导体激光器的光，红外光半导体激光器的光在各自的波长范围内获得高的衍射效率。
表7
[高密度DVD]
  面序号   r(mm)   d(mm)   Nλ   νd   备注
  0   6.0081   光源
  12   12.9312-2.9472   2.000010.0000   1.52469   56.5   准直透镜
  34   1.5008-4.0931   2.20000.6202   1.52469   56.5   物镜
  56   ∞∞   0.1000   1.61949   30.0   保护层
[DVD]
  面序号   r(mm)   d(mm)   Nλ   νd   备注
  0   28.0316   光源
  34   1.5008-4.0931   2.20000.6202   1.50661   56.5   物镜
  56   ∞∞   0.1000   1.57756   30.0   保护层
[CD]
  面序号   r(mm)   d(mm)   Nλ   νd   备注
  0   16.6423   光源
  34   1.5008-4.0931   2.20000.6202   1.50500   56.5   物镜
  56   ∞∞   0.1000   1.57062   30.0   保护层
非球面系数
  第1面   第2面   第3面   第4面
  kA4A6A8A10A12A14A16A18A20   0.00000E+00-7.07536E-049.95558E-06   -9.57120E-01-6.98220E-042.82640E-06   -5.00280E-016.18070E-03-1.09230E-031.87750E-03-2.46160E-04-3.21180E-041.31040E-04-1.15460E-055.97860E-06-2.93260E-06   -1.16557E+028.27146E-02-4.63821E-02-5.32148E-036.93290E-036.14497E-044.59428E-05-4.70737E-04
衍射面系数
  第2面   第3面
  b2b4b6b8b10   3.50000E-021.46310E-04-3.51000E-06   -2.50000E-02-1.66580E-032.26340E-05-1.07980E-04-1.40910E-05
图36是在进行对应高密度DVD的信息的记录再生时的光路图，图37是在进行对应DVD的信息的记录再生时的光路图，图38是在进行对应CD的信息的记录再生时的光路图。图39是表示本实施例的衍射一体型准直透镜在波长405±5nm时的球面象差和轴向色差的曲线，图40是本实施例的衍射一体型透镜在波长405±5nm时的球面象差和轴向色差的曲线，图41是本实施例的衍射一体型物镜在波长650nm时的球面象差的曲线，图42是表示本实施例的衍射一体型物镜在波长780nm时的球面象差的曲线。图43是表示使象差补偿光学元件、和衍射一体型物镜组合后的记录再生用光学系统在波长405±5nm时的球面象差和轴向色差的曲线。
从图39中可以清楚看出，本实施例的衍射一体准直透镜在来自蓝紫光半导体激光的光的波长向长波长侧变化时，焦点位置向过补偿侧移动，在来自蓝紫光半导体激光器的光的波长向短波长侧变化时，焦点位置向欠补偿侧移动。
从图40可以清楚地看出，本实施例的衍射一体型物镜在来自蓝紫光半导体激光器的光的波长向长波长侧变化时，焦点位置向欠补偿侧移动，在来自蓝紫半导体激光器的光的波长向短波长侧变化时，焦点的位置向过补偿侧移动。
另外，从图43可以清楚看出，使象差补偿光学元件与衍射一体型物镜组合后的记录再生用光学系统，即使来自蓝紫光半导体激光器的波长变化时，焦点位置也几乎不变化。
在图44中示出了本实施例的记录再生用光学系统进行对应高密度的信息的记录再生时的温度特性。如从图44中所清楚看到的那样，通过使高NA塑料物镜、和象差补偿光学元件组合，可以在-20至+85度的温度范围维持良好的聚光特性。
在图45中示出了本实施例的记录再生用光源系统进行对应高密度DVD的信息的记录再生时的波长特性。如从图45所清楚看到那样，通过使高NA塑料物镜、和象差补偿光学元件组合，即使在波长发生2nm的变化时也能维持良的聚光特性。
(实施例8)
实施例8是最佳适用于图46的拾光装置的记录再生用光学系统。本实施例是能用一个物镜对保护层的密度0.6mm的高密度DVD、DVD和CD兼容地进行信息的记录再生的记录再生用光学系统，在高密度DVD用的蓝紫光半导体激光器与DVD用红光半导体激光器之间的光路中配置衍射一体型准直透镜作为象差补偿光学元件。并且在进行对CD的信息的记录再生时，使从CD用红光半导体激光器射出的发散光束入射到衍射一体型物镜上，然后使其聚焦在CD的信息记录面上。
使用焦点距离为15mm、NA为0.173的一组一个构成的塑料透镜作为衍射一体型准直透镜，使用焦点距离3.077mm的一组一个构成的塑料透镜作为衍射一体型物镜。并且衍射一体型物镜的NA在对高密度DVD记录再生时是0.65，在对DVD记录再生时是0.61，在对CD记录再生时是0.50。并且使衍射一体型准直透镜的光盘侧的面变成为具有负的衍射率的衍射面，使衍射一体型物镜的半导体激光器侧的面变成具有正的衍射率的衍射面。
在表8中示出了关于实施例8的记录再生用光学系统的数据，在表8的透镜数据中，确定物镜的光源侧的衍射面的衍射系数，以使在来自蓝紫光半导体激光器的光入射时，能产生二级衍射光。当来自DVD用的红光半导体激光器、CD用的红外光半导体激光器的光入射在这样确定的衍射面上时，产生1级衍射光，而且因为将物镜的光源侧的面的衍射系数基准波长(所谓衍射结构的制造波长)设定为380nm，所以使来自蓝紫光半导体激光器的光、红光半导体激光器的光、红外光半导体激光器的光在各自的波长范围内获得高的衍射效率。
衍射一体型准直透镜配置在来自蓝紫光半导体激光器和红光半导体激光器的光束一起通过的平行光束中，在对应高密度DVD的信息的记录再生时和对应DVD的信息记录再生时两方，作为具有补偿温度变化时的球面象差变化的机能和补偿半导体激光器模跳动时的散焦误差的机能的象差补偿光学元件起作用，并且确定衍射一体型准直透镜的光盘侧的面衍射面系数，以使在来自蓝紫光半导体激光器的激光入射时能产生三级衍射光。在这样确定后的衍射面上，当来自红光半导体的激光器的光入射时产生二级衍射光。因为将物镜的光源侧的衍射面系数的基准波长(也称衍射结构的制造波长)
设定为415nm，所以能在来自蓝紫光半导体激光器的光和来自红光半导体激光器的光在各自的波长范围内获得高效率。
本实施例的衍射一体型物镜在蓝紫光激光器和红光半导体激光器光向长波长侧变化时，焦点位置向过补偿侧移动，在来自蓝紫光半导体激光器和红光半导体激光器光的波长向短波长侧移动时，焦点位置向欠补偿侧移动。本实施例的衍射一体型物镜在来自蓝紫光半导体激光器的光的波长向长波长侧变化时，焦点位置向欠补偿一侧移动，在来自蓝紫光半导体激光器和红光半导体激光器的光的波长向短波长侧变化时，焦点位置向过补偿侧移动。
使具有这样的焦点位置的波长依赖性的衍射一体型物镜和衍射一体型准直透镜组合后的记录再生用光学系统，即使来自蓝紫光半导体激光器和红光半导体激光器光的波长变化时，焦点位置也几乎不变化。
在图47中示出了本实施例的记录再生用光学系统进行对应高密度DVD的信息的记录再生时的温度特性，在图28中示出了本实施例的记录再生用光学系统进行对应DVD的信息记录再生时的温度特性。如从图47和48中所清楚看到那样，可以在-20度至+50度的温度范围内维持良好的温度特性。
在图47和图48中，在计算温度变化时的波阵面象差时，考虑了塑料透镜折射率相对温度变化(其变化率是-1.1×10-4/度、和半导体激光器的波长变化(其变化率对蓝紫光半导体激光器为+0.05nm/度，对红光半导体激光器是+0.2nm)，并且不考虑塑料透镜的形状变化。
在图49中，示出了本实施例的记录再生用光学系统进行对应高密度DVD的信息的记录再生时的波长特性，在图50中示出了本实施例的记录再生用光学系统进行对应DVD的信息的记录再生时的波长特性。如从图49和图50中所清楚看到那样，在对任何光盘记录再生时即使引起2nm波长变化也能维持良好的聚光特性。
在图49和图50中，因为在计算因模跳动引起的波长变化时的波阵面象差时，与物镜的聚焦无关，所以物镜被固定在半导体激光器基准波长(对蓝紫光半导体激光器是4.05nm，对红光半导体激光器是655nm)时的最佳象点位置上，图49和图50中的波阵面象差值包含因最佳象点位置的移动引起的散焦分量。
表8
[高密度DVD]
  面序号   r(mm)   d(mm)   Nλ   νd   备注
  0   14.1147   光源
  12   22.7830-5.0671   2.000010.0000   1.52469   56.5   准直透镜
  34   2.3622-17.6862   2.00001.4434   1.52469   56.5   物镜
  56   ∞∞   0.6000   1.53017   64.2   保护层
[DVD]
  面序号   r(mm)   d(mm)   Nλ   νd   备注
  0   16.4067   光源
  12   22.7830-5.0671   2.000010.0000   1.50650   56.5   准直透镜
  34   2.3622-17.6862   2.00001.6755   1.50650   56.5   物镜
  56   ∞∞   0.6000   1.51436   64.2   保护层
[CD]
  面序号   r(mm)   d(mm)   Nλ   νd   备注
  0   52.4247   光源
  34   2.3622-17.6862   2.00001.3435   1.50497   56.5   物镜
  56   ∞∞   1.2000   1.51107   64.2   保护层
非球面系数
  第1面   第2面   第3面   第4面
  kA4A6A8A10A12   -1.15676E+01   -9.99570E-01-1.12430E-04   -6.70590E-012.78110E-039.77230E-04-2.45380E-043.75040E-05-3.12700E-06   -1.75087E+028.50063E-03-1.92307E-03-7.96272E-062.23071E-05
衍射面系数
  第2面   第3面
  b2b4b6b8b10   -1.00000E-02-4.49650E-06   -2.00000E-02-5.56790E-041.47480E-04-6.27760E-057.11410E-06
在上述实施例1至8的透镜数据中，象差补偿光学元件和物镜的衍射面的衍射系数是根据除了实施例7的物镜的衍射面外，在来自蓝紫半导体激光器的光入射时能使一级衍射光具有最大的衍射光效率的要求确定的，衍射面的基准波长是405nm。在制作实际的衍射结构时，用这些衍射面系数表示的光程函数设m为正整数，按衍射面系数每变化基准波长的m倍设置环状区阶梯。因为为设m＝n(n是2以上的整数)时，与m＝1时相比，环状区间距变为其n倍，所以最好是使因环状区阶梯的形状误差引起的衍射率下降得小，这时入射在衍射结构上的光的衍射光中的n级衍射光以具有大的衍射光效率的方式发生。但因为n过大时，衍射效率对波长的依赖性变大，所以n最好在2至10的范围。
在上述的表1至6中，γ(mm)表示各面的近轴曲率半径，d(mm)表示面间距，Nλ表示在405nm时的折射率，v d表示在d线上的阿贝数。而在图7中，γ(mm)表示各面的近轴曲率半径、d(mm)表示面间距，Nλ表示在用高密度DVD时为405nm时的折射率，在用DVD时为650nm时的折射率，在用CD时为780nm时的折射率。
另外，在上述各表和图中，有在乘以10的幂积表示式中上用E(或e)，例如E-02(＝10-2)那样的表示的场合。
按照本发明，在使用高NA的1组1个构成的塑料物镜的光盘的记录再生用光学系统中，可以补偿因物镜温度变化引起的波阵面象差的变化。特别是不需要运动地检测因温度变化引起的物镜的波阵面差的变化，可以低成本地制造记录再生用光学系统。
并且，可以提供搭载记录再生用光学系统的光盘的拾光装置、和拾载该拾光装置的光盘记录再生装置。
还可以提供最佳适合于能补偿因高NA的一组一个构成的塑料物镜温度变化引起的波阵面象差变化的记录再生用光学系统的物镜和象差补偿光学元件。

Claims (38)

1.一种对光信息记录媒体进行信息的记录和/或再生的记录再生用光学系统，包括：
一个光源，
使从上述光源射出的光束聚焦在光信息记录媒体的信息记录面上的物镜，和
配置在上述光源与上述物镜之间的光路中的象差补偿光学元件，其特征在于：
上述物镜包括在至少一个面上的一个非球面并且形成有具有至少一个由多个同心环状区阶梯组成的衍射结构的衍射面，而该物镜是一组一个构成的塑料透镜，
上述象差补偿光学元件包括至少一个塑料透镜，该塑料透镜的至少一个面上形成有由多个同心环状区阶梯组成的衍射结构，
并满足下式：
PD1＞0
PD2＜0
PR2＞0
式中：
PD1是把附加在透过在上述物镜的第i面上形成的衍射结构的波阵面上的光程差φbi(mm)作为距光轴的高度hi(mm)的函数，用被φbi＝ni·(b2i·hi 2+b4i·hi 4+b6i·hi 6+...)定义的光程差函数表示时，被PD1＝∑(-2·b2i·ni)定义的作为衍射透镜的衍射率(mm-1)，在此ni是在形成在第i面上的衍射结构上发生的衍射光中具有最大的衍射光量的衍射光的衍射级数，b2i、b4i、b6i...分别是2次、4次、6次、...光程差函数系数，也称衍射面系数；
PD2是把附加在透过在上述象差补偿光学元件的塑料透镜的第j面形成上的衍射结构的波阵面上的光程差作为φbj(mm)作为距光轴的高度hj(mm)的函数，用被φbj＝nj·(b2j·hj 2+b4j·hj 4+b6j·hj 6+...)定义的光程差函数表示时，被PD2＝∑(-2·b2j·nj)定义的作为衍射透镜的衍射率(mm-1)，式中nj是被形成在第j面上的衍射结构发生的衍射光中具有最大衍射光量的衍射光的衍射级数，b2j、b4j、b6j...分别是2次、4次、6次、...的光程差函数系数，也称衍射面系数；
PR2是作为上述象差补偿光学元件的塑料透镜的折射透镜的折射率(mm-1)。
2.如权利要求1所述的记录再生用光学系统，其特征在于：光源发射具有波长500nm或小于500nm的光束，而物镜的光信息记录媒体侧的数值孔径是大于或等于0.75。
3.如权利要求2所述的记录再生用光学系统，其特征在于：物镜的光信息记录媒体侧的数值孔径是大于或等于0.80。
4.如权利要求1所述的记录再生用光学系统，其特征在于：物镜满足下式：
f2＜f0＜f1
式中：
f0是在上述光源产生的光的波长时上述整个物镜系统的焦点距离(mm)，
f1是在比上述光源产生的光的波长短规定的波长差的波长时上述整个物镜系统的焦点距离(mm)，
f2是在比上述光源产生的光的波长长规定的波长差的波长时上述整个物镜系统的焦点距离(mm)。
5.如权利要求1所述的记录再生用光学系统，其特征在于：至少包括波长不同的二种光源，
物镜使至少两个不同的波长的光束聚焦在用于保护信息记录面的保护层的厚度不同的至少二种光信息记录媒体各自的信息记录面上，物镜具有下述的波长特性：使至少两个光束中的衍射光在为对两种光信息记录媒体进行记录和/或再生信息所必需的光信息记录媒体倒数值内在各自的信息记录面上形成良好的波阵面；以及
象差补偿光学元件配置在发射具有在至少两个光束中的最短波长的光源与物镜之间，并满足下式：
PD1′＞0
PD2′＜0
PR2′＞0
式中：
PD1′是把附加在透过在上述物镜的第i面上形成的衍射结构的波阵面上的光程差φbi(mm)作为距光轴的高度hi(mm)的函数，用被φbi′＝ni′·(b2i′·hi 2+b4i·′hi 4+b6i′·hi 6+...)定义的光程差函数表示时，被PD1′＝∑(-2·b2i′·ni)定义的作为衍射透镜的衍射率(mm-1)，在此ni是具有在形成在第i面上的衍射结构上发生的衍射光中最大的衍射光量的衍射光的衍射级数，b2i′、b4i′、...分别是2次、4次、6次、...光程差函数系数，也称衍射面系数；
PD2′是把附加在透射形成在上述象差补偿光学元件的塑料透镜的第j面上的衍射结构的波阵面上的光程差φbj(mm)作为距光轴的高度hj(mm)的函数，用被φbj＝nj·(b2j′·hj 2+b4j′·hj 4+b6j′·hj 6+...)定义的光程差函数表示时，被PD2′＝∑(-2·b2j′·nj′)定义的作为衍射透镜的衍射率(mm-1)，式中nj是被形成在第j面上的衍射结构发生的衍射光中具有最大衍射光量的衍射光的衍射级数，b2j′、b4j′、b6j′...分别是2次、4次、6次、...的光程差函数系数，也称衍射面系数；
PR2：作为上述象差补偿光学元件的塑料透镜的折射透镜的折射率(mm-1)。
6.如权利要求5所述的记录再生用光学系统，其特征在于：物镜具有下述的波长特性：使具有波长比较短的光束的衍射光在具有比较薄的保护层的该信息记录媒体上形成一个良好的波阵面，并使具有比较长的波长的光束的衍射光在具有比较厚的保护层的光信息记录媒体上形成一个良好的波阵面。
7.如权利要求5所述的记录再生用光学系统，其特征在于：发射具有最短波长的光束的光源发射具有波长500nm或小于500nm的光束，而物镜具有一个对具有最薄保护层的光信息记录媒体进行记录和/或再生信息所必需的光信息记录媒体侧数值孔径0.75或大于0.75。
8.如权利要求7所述的记录再生用光学系统，其特征在于：光信息记录媒体一侧的数值孔径是0.80或大于0.80。
9.如权利要求5所述的记录再生用光学系统，其特征在于：物镜满足下式：
f2′＜f0′＜f1′
式中：
f0′是在光束中最短波长时上述整个物镜系统的焦点距离(mm)，
f1′是在比上述波长中最短的波长短规定的波长差的波长时的上述整个物镜系统的焦点距离(mm)，
f2′是在比上述波长光束中的最短的波长长规定的波长差的波长时的上述整个物镜系统的焦点距离(mm)。
10.如权利要求1所述的记录再生用光学系统，其特征在于：
光源至少包括波长不同的两种光源；
物镜将至少两个具有不同波长的光束会聚在记录密度不同的至少二种光信息记录媒体的各自信息记录面上；
物镜至少具有一个在上面以满足下述要求地形成由多个同心环状阶梯区组成的衍射结构：使在当至少两个光束中的一个具有比较长的波长的光束开始入射时产生的衍射光中具有最大衍射效率的衍射光的衍射级数比在当具有最短波长的光束入射时产生的衍射光中具有最大衍射效率的衍射光的衍射级数低；
物镜具有下述的波长特性：使具有最短波长的光束的衍射光线在具有最高记录密度的光信息记录媒体的信息记录面上形成良好的波阵面，并且使具有比较长的波长的光束的的衍射光线在具有低记录密度的光信息记录媒体的信息记录面上形成良好的波阵面。
象差补偿光学元件配置在位于光源与物镜之间的光路中的至少一个通过具有最短波长光束的光路中，并且该象差补偿光学元件满足下述的各式
PD1″＞0
PD2″＜0
PR2″＞0
PD1″是把附加在透过在上述的第i面上形成衍射结构的波阵面上的光
式中：
PD1″是把附加在透过在上述物镜的第i面上形成的衍射结构的波阵面上的光程差φbi″(mm)作为距光轴的高度hi(mm)的函数，用被φbi″＝ni”·(b2i″·hi 2+b4i″·hi 4+b6i″·hi 6+...)定义的光程差函数表示时，被PD1”＝∑(-2·b2i″·ni″)定义的作为衍射透镜的衍射率(mm-1)，在此ni是在形成在第i面上的衍射结构上发生的衍射光中具有最大的衍射光量的衍射光的衍射级数，b2i″、b4i″、b6i...分别是2次、4次、6次、...光程差函数系数，也称衍射面系数；
PD2″是把附加在透过在上述象差补偿光学元件的塑料透镜的第j面形成上的衍射结构的波阵面上的光程差φbj″(mm)作为距光轴的高度hj(mm)的函数，用被φbj＝nj·(b2j″·hj 2+b4j″·hj 4+b6j″·hj 6+...)定义的光程差函数表示时，被PD2＝∑(-2·b2j·nj)定义的作为衍射透镜的衍射率(mm-1)，式中nj是被形成在第j面上的衍射结构发生的衍射光中具有最大衍射光量的衍射光的衍射级数，b2j″、b4j″、b6j″...分别是2次、4次、6次、...的光程差函数系数，也称衍射面系数；
PR2″是作为上述象差补偿光学元件的塑料透镜的折射透镜的折射率(mm-1)。
11.如权利要求10所述的记录再生用光学系统，其特征在于：最短的波长是380nm至420nm，而最长波长是630nm至670nm。
12.如权利要求1所述的记录再生用光学系统，其特征在于：n1是在当具有波长380nm至420nm的光束入射时产生的衍射光中具有最大衍射效率的衍射光的衍射级数，而n2是在当具有波长630nm至670nm的光束入射时产生的衍射光束中具有最大衍射效率的衍射光的衍射级数，n1和n2的组合是(n1、n2)＝(2，1)、(3，2)、(4，2)、(5，3)、(6，4)、(7，4)、(8，5)、(9，6)、(10，6)中的一个。
13.如权利要求10所述的记录再生用光学系统，其特征在于：比较短的波长是380nm至420nm，而比较长的波长是630nm至670nm和760nm至800nm。
14.如权利要求13所述的记录再生用光学系统，其特征在于：n1是在当具有波长380nm至420nm的光束入射产生的衍射光中具有最大衍射效率的衍射光的衍射级数，n2是在当具有波长630nm至670nm的光束入射时产生的衍射光中具有最大衍射效率的衍射光的衍射级数，而n3是在当具有波长760nm至800nm的光束入射时产生的衍射光中的具有最大衍射效率的衍射光的衍射级数，n1、n2和n3的组合是(n1，n2，n3)＝(2，1，1)、(4，3，2)、(6，4，3)、(8，5，4)、(10，6，5)中的一个。
15.如权利要求10所述的记录再生用光学系统，其特征在于：象差补偿光学元件配置在光源与物镜之间的光路中的具有最短波长的光束和具有较长波长的光束都通过光路中，
形成在象差补偿光学元件表面上的衍射结构以下述方式设计：使在当至少二两个光束中具有比较长的波长的光束入射时产生的衍射光中具有最大衍射效率的衍射级数是比在当具有最短的波长的光束入射时产生衍射光中具有最大衍射效率的衍射光的衍射级数低。
16.如权利要求10所述的记录再生用光学系统，其特征在于：物镜具有一个为对具有最高记录密度的光信息记录媒体进行记录和/或再生所必需的规定的光信息记录媒体侧的数值孔径0.60至0.70，该物镜会聚通过具有厚度0.55至0.65nm保护层的具有最短波长的光束的衍射光，以便在具有最高记录密度的光信息记录媒体的信息记录面上形成良好的波阵面。
17.如权利要求10所述的记录再生用光学系统，其特征在于：物镜具有一个为对具有最高记录密度的光信息记录媒体进行记录和/或再生所必需的规定的光信息记录媒体侧的数值孔径大于0.80，该物镜会聚通过具有厚度0.07至0.13nm保护层的具有最短波长的光束的衍射光，以便在具有最高记录密度的光信息记录媒体的信息记录面上形成良好的波阵面。
18.如权利要求10所述的记录再生用光学系统，其特征在于：物镜满足下式：
f2″＜f0″＜f1″
式中：f0″是在光束的最短波长时的整个物镜系统的焦点距离(mm)；
f1″是在比光束的最短波长短规定波长差的波长时的整个物镜系统的焦点距离(mm)；
f2″是在比光束的最短波长长规定波长差时波长时的整个物镜系统的焦点距离(mm)。
19.如权利要求1所述的记录再生用光学系统，其特征在于：满足下式：
0.05＜PD1/PT1＜0.7
式中：PT1是整个物镜系统的屈光度(mm-1)。
20.如权利要求1所述的记录再生用光学系统，其特征在于：物镜的横向放大率M满足下式
0＜M＜1。
21.如权利要求1所述的记录再生用光学系统，其特征在于：象差补偿光元件是改变从光源发射的发射光束的发散度的耦合透镜。
22.如权利要求1所述的记录再生用光学系统，其特征在于还包括：
一个改变从光源发射的发散光的发散度的耦合透镜，象差补偿光学元件配置在耦合透镜与物镜之间的光路上，并且由一个正透镜组和一个负透镜组组成。
23.如权利要求1所述的记录再生用光学系统，其特征在于还包括：
一个改变从光源发射的发散光束的发散度的耦合透镜，象差补偿光学元件配置在耦合透镜与物镜之间的光路上，并且是一个以一组一个构成的塑料透镜。
24.一种用于对光信息记录媒体进行信息的记录和/或再生的记录再生光学系统上的物镜，该光学系统包括：一个光源；使从上述光源射出的光束聚焦在光信息记录媒体的信息记录面上的物镜；和配置在上述光源与上述物镜之间的光路中的象差补偿光学元件，上述物镜包括在至少一个面上的一个非球面并且形成有具有至少一个由多个同心环状区阶梯组成的衍射结构的衍射面，而该物镜是一组一个构成的塑料透镜，
其中，满足下式：
PD1＞0
式中：
PD1是把附加在透过在上述物镜的第i面上形成的衍射结构的波阵面上的光程差φbi(mm)作为距光轴的高度hi(mm)的函数，用被φbi＝ni·(b2i·hi 2+b4i·hi 4+b6i·hi 6+...)定义的光程差函数表示时，被PD1＝∑(-2·b2i·ni)定义的作为衍射透镜的衍射率(mm-1)，在此ni是在形成在第i面上的衍射结构上发生的衍射光中具有最大的衍射光量的衍射光的衍射级数，b2i、b4i、b6i...分别是2次、4次、6次、...光程差函数系数，也称衍射面系数。
25.一种用于对光信息记录媒体进行信息的记录和/或再生的光学再生光系统的象差补偿光学元件，该光学系统包括：一个光源；使从上述光源射出的光束聚焦在光信息记录媒体的信息记录面上的物镜；和配置在上述光源与上述物镜之间的光路中的象差补偿光学元件，上述象差补偿光学元件包括至少一个塑料透镜，该塑料透镜的至少一个面上形成有由多个同心环状区阶梯组成的衍射结构的塑料透镜，
其中，满足下式：
PD2＜0
PR2＞0
式中：
PD2是把附加在透过在上述象差补偿光学元件的塑料透镜的第j面形成上的衍射结构的波阵面上的光程差作为φbj(mm)作为距光轴的高度hj(mm)的函数，用被φbj＝nj·(b2j·hj 2+b4j·hj 4+b6j·hj 6+...)定义的光程差函数表示时，被PD2＝∑(-2·b2j·nj)定义的作为衍射透镜的衍射率(mm-1)，式中nj是被形成在第j面上的衍射结构发生的衍射光中具有最大衍射光量的衍射光的衍射级数，b2j、b4j、b6j...分别是2次、4次、6次、...的光程差函数系数，也称衍射面系数；
PR2是作为上述象差补偿光学元件的塑料透镜的折射透镜的折射率(mm-1)。
26.如权利要求25所述的象差补偿光学元件，其中，所述光源发射具有波长小于或等于500nm的光束，所述物镜是一组一个构成的塑料透镜，该物镜具有光信息记录媒体侧数值孔径为大于或等于0.80，以便将来自光源的光束会聚在光信息记录媒体的信息记录面上。
27.如权利要求26所述的象差补偿光学元件，其特征在于：象差补偿光学元件是改变从光源发射的发散光束的发散度的耦合透镜，而耦合透镜是一个塑料透镜，在该耦合透镜上的至少一个面上形成有由同心环状区的阶梯构成的衍射结构。
28.如权利要求27所述的象差补偿光学元件，其特征在于：耦合透镜具有光源侧数值孔径0.15至0.50。
29.如权利要求26所述的象差补偿光学元件，其特征在于：记录再生光学系统包括：
一个改变从光源发射的发散光束的发散度的耦合透镜、和一个配置在耦合透镜与物镜之间并由一个正透镜组和一个负透镜组构成的象差补偿光学元件。
30.如权利要求29所述的象差补偿光学元件，其特征在于：正透镜组和负透镜组都是塑料透镜，正透镜组和负透镜组之一是在其上的至少一个面上形成有由同心环状阶梯构成的衍射结构的塑料透镜。
31.如权利要求29所述的象差补偿光学元件，其特征在于：正透镜组是一个在其上的至少一个面上形成有由同心环状区阶梯构成的衍射结构的透镜，而负透镜组是阿贝数小于正透镜组的塑料透镜的阿贝数的玻璃透镜，并且象差补偿光学元件满足下式：
1.2≤|Pf/fN|≤2.4
式中fP是正透镜组的焦点距离(mm)，而fN是负透镜组的焦点距离(mm)。
32.如权利要求29所述的象差补偿光学元件，其特征在于：记录再生光学系统包括一个改变从光源发射的发散光束的发散度的耦合透镜，而象差补偿光学元件配置在耦合透镜与物镜之间的光路上，并且是由一个元件构成一组的塑料透镜，在该塑料透镜上的至少一个面上形成有由同心环状阶梯区构成的衍射结构。
33.如权利要求26所述的象差补偿光学元件，其特征在于：衍射结构至少配置在象差补偿光学元件的两个面上。
34.如权利要求26所述的象差补偿光学元件，其特征在于：规定波长的第n级衍射光的衍射效率大于由形成在象差补偿光学元件上的衍射结构产生的任何其它级次的衍射的衍射效率，其中n是除0、1和-1以外的整数。
35.如权利要求26所述的象差补偿光学元件，其特征在于：在象差补偿光学元件上形成的衍射结构被形成在从宏观上看为凸透镜形状的面上。
36.一种拾光装置，包括：
一个光源，
一个将从光源发射的光束会聚在一个光信息记录媒体的信息记录面上的会聚光学系统，和
一个接收从信息记录面上反射的光束并输出一个相应于接收的光束量的电信号的光检测器；
其中，会聚光学系统是如权利要求1所述的对光信息记录媒体进行记录再生光学系统。
37.一种声音和/或图像记录装置，包括如权利要求36所述的拾光装置。
38.一种声音和/或图像再生装置，包括如权利要求36所述的拾光装置。
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