CN1503247A - 光拾取装置用光学系统、光拾取装置和物镜 - Google Patents

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Abstract

一种光拾取装置用光学系统，包括：色差校正元件，在该色差校正元件具有多个由一台阶部分以如下方式分开的环形区域，即：相邻环形区域中远离光轴的那个环形区域具有比靠近光轴的另一个环形区域更长的光路；以及物镜，该物镜具有多个由在光轴方向上成形的台阶部分以如下方式分开的环形区域，即：该台阶部分在已经穿过相邻的环形区域的光束之间形成光程差。色差校正元件的环带结构校正由于进入光学系统的入射光束的波长变动而由物镜造成的焦点偏移。

Description

光拾取装置用光学系统、光拾取装置和物镜
技术领域
本发明涉及光拾取装置用光学系统、光拾取装置和物镜，特别是涉及能实现高密度光信息记录或再现的光拾取装置用光学系统、光拾取装置和物镜。
背景技术
目前光盘如以CD或DVD所公知地被广泛使用于音乐信息、图象信息的存储或计算机数据的保存等数字数据的保存。随着近年来信息化社会的到来、有更强烈要求这些光盘大容量化的实情。
在此、光盘提高每单位面积的记录容量(记录密度)能通过缩小从光拾取装置用光学系统得到的聚光点的点径来实现。如所公知、该点径与λ/NA(λ是光源的波长，NA是物镜像方数值孔径)成比例，所以为了缩小点径、把光拾取装置中使用的光源短波长化和把与光盘相对配置的物镜高数值孔径化是有效的。
其中关于光源的短波长化、发生波长400nm左右激光的蓝紫色半导体激光的研究有进展，可以说已接近实用化了。在此，光拾取装置中，通常信息记录时的激光功率比再现时的激光功率大，所以有时产生从再现向记录切换时由输出变化引起的中心波长瞬时跳跃数nm的所谓方式跳跃现象。由这种方式跳跃现象起因发生的散焦误差能通过物镜的聚光动作除去，但若物镜的色差未被校正、则使物镜进行聚光动作前的数nsec间就产生由散焦误差引起的记录不良等缺陷。物镜的轴上色差是通过它的光束光源波长越短就越大，所以有光源波长越短、由方式跳跃现象起因的波阵面象差恶化就越大的倾向。根据以上理由，特别是在以蓝紫色半导体激光作为光源使用的光拾取装置中可以说必须校正物镜的轴上色差。
作为用简单结构校正物镜轴上色差的元件、利用衍射作用的衍射元件是公知的。在以蓝紫色半导体激光作为光源使用的光拾取装置中，具备校正物镜的轴上色差用衍射元件的光拾取装置和光拾取装置用光学系统在下面的专利文献1到3内被公开。
[专利文献1]
特开2001-256672号公报
[专利文献2]
特开2001-108894号公报
[专利文献3]
特开2002-082280号公报
上述专利文献1中所述的光拾取装置是通过配置在蓝紫色半导体激光光源与物镜间平行光束中的衍射元件来校正物镜的轴上色差，专利文献2中所述的光拾取装置用光学系统是把来自蓝紫色半导体激光光源的发散光束变换成平行光束、在向物镜引导用的准直透镜的光学面上形成衍射结构、利用该作用来校正物镜的轴上色差，专利文献3中所述的光拾取装置是在蓝紫色半导体激光光源与物镜间平行光束中配置的扩展镜的光学面上形成衍射结构、利用该作用来校正物镜的轴上色差。
所述光拾取装置和光拾取装置用光学系统中从色差校正元件射出朝向物镜的光束，在通过衍射结构作用半导体激光的波长向长于光拾取装置用光学系统设计波长的方向变化时，就成为收敛光束，在半导体激光的波长向短于光拾取装置用光学系统设计波长的方向变化时就成为发散光束，所以通过利用该特性能校正物镜的轴上色差。可是这样利用半导体激光的波长变化而使朝向物镜的光束发散度变化时、由于物镜倍率产生了变化而会发生球差。
光拾取装置中作为光源使用的半导体激光器由制造误差在个体之间有±10nm左右的波长差。所述光拾取装置和光拾取装置用光学系统中，为了除去在使用如上所述波长偏离光拾取装置用光学系统设计波长的半导体激光时随着物镜倍率变化而发生的球差，就必须对准直透镜位置和半导体激光器位置进行初期调整，增大了光拾取装置的制造成本。
特别是上述问题会因高数值孔径的物镜的单透镜化而更加明显化，通常上述物镜的单透镜化是用于谋求降低光拾取装置的成本和微型化的方法之一。单透镜中球面色差与数值孔径4次方成比例增大。因此就需要由准直透镜位置的调整和半导体激光器位置的初期调整、校正所述随着物镜倍率变化而发生的球差、并校正物镜自身上残留的球面色差。而且为了实现高数值孔径的物镜的单透镜化、为了确保对光学面之间的光轴偏移的容限最好使用高折射率材料。
但一般高折射率材料是低分散，所以有用色差校正元件应校正的轴上色差量变大的倾向。因此为了校正由该高折射率材料构成的物镜的轴上色差，就需要把从色差校正元件朝向物镜的光束的随半导体激光波长变化的发散度变化设定得大，其结果是在使用波长从光拾取装置用光学系统的设计波长偏离的半导体激光时、物镜的倍率变化大。因此随物镜倍率变化发生的球差大、准直透镜位置的初期调整量和半导体激光位置的初期调整量增大。
针对上述问题通过把色差校正元件设计成在半导体激光的波长变化时其球差(以后把射入光波长变化了时的球差叫做球面色差)变化，能把所述随物镜倍率变化发生的球差消除。
但若在色差校正元件上残存球面色差时，则在使用由制造误差而使波长从光拾取装置用光学系统设计波长偏离的蓝紫色半导体激光时、通过物镜的跟踪驱动而产生光轴错移，发生不能忽略不计的慧差，有可能得不到良好跟踪特性，产生记录或再现的不良。
发明内容
本发明是鉴于上述问题而开发的，目的在于提供一种光拾取装置用光学系统，安装在使用波长短的蓝紫色光源的光拾取装置上，该光拾取装置用光学系统在射入光的波长变化时球差的发生足够小，且在射入光的波长变化时即使物镜对色差校正元件向光轴的垂直方向偏心时、发生的慧差也足够小。另一目的在于提供一种能适用于该光拾取装置用光学系统的物镜。而且提供一种安装了该光拾取装置用光学系统和物镜的光拾取装置也是本发明的目的。
所述目的通过下面的结构能达到。
本发明第一方面所述的光拾取装置用光学系统具备色差校正元件和把来自所述色差校正元件的光束聚光的物镜，该光拾取装置用光学系统中所述色差校正元件由用微小台阶分割的多个环带构成，为了使通过相互邻接的环带中外侧环带的光束的光路长度长于通过内侧环带的光束的光路长度，至少在一个光学面上具有在其分界处向光轴方向偏转的环带结构，所述物镜由以微小台阶分割的多个环带构成，至少在一个光学面上具有相互邻接的环带之间对规定的射入光产生规定光程差的环带结构，并且在与所述物镜具有相同设计波长、相同材料、相同焦距、相同像方数值孔径、相同倍率、相同透镜厚度和相同后聚焦但不具有所述环带结构的折射透镜中，将射入比所述设计波长长10nm波长的光时的边缘光线球差对射入所述设计波长的光时的边缘光线球差的变化量作设为ΔSAR，将在所述物镜中，射入比所述设计波长长10nm波长的光时的边缘光线球差对射入所述设计波长的光时的边缘光线球差的变化量设为ΔSAD时，则满足下式。
           ΔSAR＞ΔSAD                   (1)
附图说明
图1(a)是本发明光拾取装置用光学系统OS的剖面图，图1(b)是色差校正元件光学面的放大图，图1(c)是物镜光学面的放大图；
图2是本发明光拾取装置用光学系统的概略剖面图和球差图；
图3是为说明本发明光拾取装置用光学系统球差校正用的图；
图4是表示本发明光拾取装置用光学系统光学元件的图，图4(a)是正面图，图4(b)是剖面图；
图5是表示本发明光拾取装置用光学系统光学元件的图，图5(a)是正面图，图5(b)是剖面图，图5(c)是剖面的局部放大图；
图6是表示本发明光拾取装置用光学系统的图，图6(a)是正面图，图6(b)是剖面图，图6(c)是剖面的局部放大图；
图7(a)是本发明光拾取装置用光学系统OS的剖面图，图7(b)是色差校正元件耦合透镜光学面的放大图，图7(c)是物镜光学面的放大图；
图8(a)是本发明光拾取装置用光学系统OS的剖面图，图8(b)是色差校正元件扩展镜光学面的放大图，图8(c)是物镜光学面的放大图；
图9(a)是本发明光拾取装置用光学系统OS的剖面图，图9(b)是色差校正元件光学面的放大图，图9(c)是物镜光学面的放大图；
图10是概略表示本实施例光拾取装置结构的图；
图11(a)是实施例1中光拾取装置用光学系统物镜的球差图，(b)是实施例1中光拾取装置用光学系统整体的球差图；
图12(a)是实施例2中光拾取装置用光学系统物镜的球差图，(b)是实施例2中光拾取装置用光学系统整体的球差图；
图13(a)是实施例3中光拾取装置用光学系统物镜的球差图，(b)是实施例3中光拾取装置用光学系统整体的球差图；
图14(a)是实施例4中光拾取装置用光学系统物镜的球差图，(b)是实施例4中光拾取装置用光学系统整体的球差图；
图15(a)是实施例5中光拾取装置用光学系统物镜的球差图，(b)是实施例5中光拾取装置用光学系统整体的球差图；
图16(a)、(b)分别是波阵面像差图；
图17(a)、(b)分别是波阵面像差图。
具体实施方式
首先说明本发明的原理。图1(a)是本发明光拾取装置用光学系统OS的剖面图，图1(b)是色差校正元件光学面的放大图，图1(c)是物镜光学面的放大图。如图1所示，本发明的光拾取装置用光学系统OS包括：色差校正元件CA，配置在从未图示的蓝紫色半导体激光光源射出、用未图示的准直透镜照准的平行光束中；物镜OBJ，把通过该色差校正元件CA的光束通过光盘OD的保护层DP在信息记录面DR上聚光。
如放大图(图1(b))所示，色差校正元件CA的光束射入面被分割成多个环带，为了使相互邻接的环带中通过外侧环带的光束的光路长度长于通过内侧环带的光束的光路长度，在其分界处向光轴方向偏转。该环带结构是通过衍射作用使相互邻接的环带之间对通过的规定射入光产生规定次数衍射光的衍射结构，色差校正元件CA具有当射入光的波长变长时近轴功率向变大方向变化的近轴功率波长依存性。因此当射入光的波长从设计波长λo仅增长Δλ时，从色差校正元件CA射出的光束就成为收敛光束，相反、当射入光的波长从设计波长λo缩短Δλ时，从色差校正元件CA射出的光束就成为发散光束，所以能把物镜的轴上色差通过该色差校正元件CA进行校正(参照光拾取装置用光学系统的剖面图图2(a)和其像差图图2(d))
如上所述，当由半导体激光的波长变化而使朝向物镜的光束发散度变化时，由于物镜倍率的变化而发生球差。例如如光拾取装置用光学系统的剖面图图2(b)所示，在使用比光拾取装置用光学系统的设计波长λo长Δλ波长的蓝紫色半导体激光时，从色差校正元件CA射出的光束是收敛光束，所以物镜的倍率向增大的方向变化。因此物镜的球差向过校正方向变化(参照图2(e))。
另一方面如光拾取装置用光学系统的剖面图图2(c)所示，在使用比光拾取装置用光学系统的设计波长λo短Δλ波长的蓝紫色半导体激光时，从色差校正元件CA射出的光束是发散光束，所以物镜的倍率向减小的方向变化。因此物镜的球差向欠校正方向变化(参照图2(f))。
对该问题通过在色差校正元件CA的环带结构中具有半导体激光的波长变化时其球差变化这种波长依存性，能消除随物镜倍率变化发生的球差。
可是若在色差校正元件CA上残存球面色差时，则在使用由制造误差而波长从光拾取装置用光学系统设计波长偏离的蓝紫色半导体激光时、通过物镜的跟踪驱动而发生慧差，有可能得不到良好的跟踪特性。
如本发明第一方面所述，本发明光拾取装置用光学系统OS的物镜OBJ由被以微小台阶分割的多个环带构成，至少在一个光学面上具有环带结构以使相邻的环带之间对规定的射入光产生规定光程差，在具有相同设计波长、相同材料、相同焦距、相同像方数值孔径、相同倍率、相同厚度和相同背聚焦但不具有所述环带结构的折射透镜中，把比所述设计波长长10nm波长的光射入时边缘光线球差对所述设计波长的光射入时边缘光线球差的变化量作为ΔSAR，在所述物镜中，把比所述设计波长长10nm波长的光射入时边缘光线球差对所述设计波长的光射入时边缘光线球差的变化量作为ΔSAD时，具有满足上式(1)那样的球差波长依存性。本说明书中所用的「设计波长」是指对光学元件在倍率、温度、射入光束径等完全相同的条件下射入各种波长的光时像差最小的波长或光学元件具有衍射结构时、衍射效率最大的波长。
把所述折射透镜球差的波长特性和形成上述环带结构的物镜OBJ的球差的波长特性用图表示时则成为图3所示的球差图。如图3所示，在此、比所述设计波长长10nm波长的光射入时边缘光线球差的变化量是指把设计波长λonm的球差曲线平行移动以使其下端与波长λo+10nm的球差曲线的下端一致时，球差曲线的上端与波长λo+10nm的球差曲线的上端间的宽度。其符号定为球差向过校正一边变化时是正、向欠校正一边变化时是负。「球差曲线的上端」由物镜OBJ(或折射透镜)的像方数值孔径决定。
如图3(a)所示，若在残留有球面色差的物镜上把色差校正元件CA组合使用时则如图2(e)和(f)所示，由伴随从色差校正元件CA朝向物镜OBJ的光束的发散度变化而发生的球差、物镜与色差校正元件CA合成系统的球面色差比单个物镜的球面色差(图3(a))更大。
对此通过用环带结构的作用使物镜OBJ具有如图3(b)到(d)所示的球差波长依存性、能把物镜OBJ与色差校正元件CA合成系统的球面色差抑制得比较小。
特别是如图3(d)所示，通过波长λo+10nm边缘光线的球差具有向欠校正方向变化的波长依存性、即通过满足下式(2)能由半导体激光的波长变化、消除伴随从色差校正元件CA朝向物镜OBJ的光束的发散度变化而发生的球差。
            ΔSAD＜0                    (6)
把消除伴随从色差校正元件CA朝向物镜OBJ的光束的发散度变化而发生的球差的作用在物镜OBJ的环带结构上独有，这样就能把残存在色差校正元件CA上的球面色差设定得小，所以即使在使用由制造误差而使波长从光拾取装置用光学系统的设计波长偏离的蓝紫色半导体激光时、也能把由物镜跟踪驱动发生的慧差抑制得很小，能得到良好的跟踪特性。
本发明第二方面所述的光拾取装置用光学系统中之间所述物镜上形成的环带结构是通过衍射作用使相互邻接的环带对规定的射入光产生规定次数衍射光的衍射结构，所述物镜射出通过折射作用和衍射作用形成的聚光波阵面。
本发明第三方面所述的光拾取装置用光学系统中，所述物镜上形成的环带结构是通过邻接的环带在其分界处相互向光轴方向偏转而形成、从而对规定的射入光产生规定光程差的附加光程差结构，所述物镜射出通过折射作用形成的聚光波阵面。即上述的环带结构不限于衍射结构，只要是附加光程差结构便可，这样可提供在避免由衍射结构的衍射效率引起的光透过率的降低的同时也能得到同样效果的物镜。
作为物镜OBJ下述物镜是恰当的，其一是如本发明第二方面所述，把作为通过衍射作用使相互邻接的环带对规定的射入光产生规定次数衍射光的衍射结构的环带结构至少形成在一个光学面上、射出通过折射作用和衍射作用形成的聚光波阵面。其二是如本发明第三方面所述，把作为通过使邻接的环带在其分界处相互向光轴方向偏转形成而对规定的射入光产生规定光程差的附加光程差结构的环带结构至少形成在一个光学面上、射出通过折射作用形成的聚光波阵面。
特别是如图4所示，本发明第三方面所述光拾取装置用光学系统的情况下，至少各具有一个：第一环带RB1，通过的光束的光路长度为了比通过邻接于内侧的环带的光束的光路长度短而在其分界处向光轴方向偏转形成；和第二环带RB2，通过的光束的光路长度为了比通过邻接于内侧的环带的光束的光路长度长而在其分界处向光轴方向偏转形成，且第一环带最好形成在比第二环带靠近光轴的一边，这样就能具有满足所述(1)式的球差波长依存性。
因此，在本发明第四方面所述的光拾取装置用光学系统中，所述物镜上形成的环带结构至少各具有一个：第一环带，其通过的光束的光路长度为了比通过邻接于内侧的环带的光束的光路长度短而在其分界处向光轴方向偏转形成；和第二环带，其通过的光束的光路长度为了比通过邻接于内侧的环带的光束的光路长度长而在其分界处向光轴方向偏转形成，且上述第一环带形成在比上述第二环带靠近光轴的一边。
本发明第五方面所述的光拾取装置用光学系统具备色差校正元件和把来自所述色差校正元件的光束聚光的物镜，该光拾取装置用光学系统中，所述色差校正元件由微小台阶分割的多个环带构成，至少在一个光学面上具有为了使通过相互邻接的环带中外侧环带的光束的光路长度长于通过内侧环带的光束的光路长度，在其分界处向光轴方向偏转的环带结构，所述物镜由以微小台阶分割的多个环带构成，且至少在一个光学面上具有邻接的环带之间形成对规定的射入光产生规定次数衍射光的环带结构，并且通过所述环带结构附加在透过所述物镜的波阵面上的光程差作为距光轴的高度h(mm)的函数、用由
           Φb＝b2·h2+b4·h4+b6·h6+……    (2)
(其中b2、b4、b6……分别是2次、4次、6次的光程差函数系数，b4、b6……中至少有一个包括b4的光程差函数系数具有不是零的值)
定义的光程差函数Φb来表示。
为了满足所述(1)式、在环带结构作为通过衍射作用使相互邻接的环带之间对规定的射入光产生规定次数衍射光的衍射结构形成在物镜OBJ的光学面上时，当把上述的技术思想用另外的表现表示时就成为本发明第五方面所述的那样。
即可以说通过在物镜OBJ的光学面上形成的环带结构而附加在透过物镜OBJ的波阵面上的光程差、作为距光轴的高度h(mm)的函数最好用所述(2)式表示。
若使用光程差函数4次以上的光程差函数系数就能控制衍射结构的球差的波长依存性。这时向衍射结构射入的光的波长向变长方向变化时，通过把物镜OBJ的光学面制成这种结构能把物镜OBJ的球差波长特性变成图3(b)到(d)所示，所以能把物镜OBJ与色差校正元件CA合成系统的球面色差抑制得比较小，能由半导体激光的波长变化、消除伴随从色差校正元件CA向物镜OBJ的光束发散度变化而发生的球差。
在本发明第六方面所述的光拾取装置用光学系统中用
                PD＝-2·b2            (3′)
定义的所述物镜上形成的所述环带结构的近轴功率PD(mm-1)满足下式。
                -0.02＜PD＜0.02       (3)
上述(3)式表示在物镜OBJ的光学面上形成的环带结构几乎不具有校正物镜轴上色差的功能而使色差校正元件CA专门具有该功能。这样物镜OBJ的光学面上形成的环带结构的相邻环带间隔就不会过小，可将微细形状环带结构的遮蔽引起的透过率降低抑制的很小，并且能容易地制作环带结构。
为了进一步实现以上作用，最好物镜OBJ光学面上形成的环带结构的近轴功率PD为零、不使物镜上形成的环带结构具有校正物镜轴上色差的功能。
把满足所述(2)、(3′)、(3)式的衍射结构在物镜OBJ的光学面上形成时，若把上述的技术思想用其他的表现表示则成为如下。
即如图5所示，形成有作为衍射结构的环带结构的物镜OBJ的光学面，被区分成包括光轴的中央区域IN和包围该中央区域IN周围的周边区域OUT，中央区域IN作为没有台阶的连续面形成，在周边区域OUT形成作为衍射结构的环带结构。
本发明第七方面所述的光拾取装置用光学系统具备色差校正元件和把来自所述色差校正元件的光束聚光的物镜，该光拾取装置用光学系统中，所述色差校正元件由以微小台阶分割的多个环带构成，至少在一个光学面上具有为了使通过相互邻接的环带中外侧环带的光束的光路长度长于通过内侧环带的光束的光路长度，在其分界处向光轴方向偏转的环带结构。
所述物镜由以微小台阶分割的多个环带构成，且至少在一个光学面上具有邻接的环带之间形成对规定的射入光产生规定次数衍射光的环带结构，并且形成有所述环带结构的所述物镜的光学面被区分成包括光轴、并形成没有所述台阶的连续面的中央区域和包围该中央区域的周围、形成有所述台阶的周边区域。
如上所述，为了控制衍射结构的球差的波长依存性就需要使用光程差函数的4次以上的光程差函数。因此附加在透过物镜OBJ的波阵面上的光程差当距光轴的高度变大时就急剧地增大。从而把对透过波阵面附加有该光程差的衍射结构形成在物镜OBJ的光学面上时，在距光轴的高度大的区域(周边区域OUT)就形成多个环带台阶。通过把物镜OBJ的光学面制成这种结构能把物镜OBJ的球差波长特性变成图3(b)到(d)所示，所以能把物镜OBJ与色差校正元件CA合成系统的球面色差抑制得比较小，能由半导体激光的波长变化、消除伴随从色差校正元件CA向物镜OBJ的光束发散度变化而发生的球差。
本发明第八方面所述的光拾取装置当把所述中央区域的直径设为D1(mm)、把形成有所述环带结构的所述物镜的光学面最大有效径的直径设为D2(mm)时，满足下式。
             D1/D2＞0.2               (4)
即图5中在把中央区域IN的直径设为D1(mm)、把形成有环带结构的所述物镜的光学面最大有效径的直径设为D2(mm)时，满足上述(4)式，构成物镜OBJ的光学面，这样就能更有效地由半导体激光的波长变化、消除伴随从色差校正元件CA向物镜OBJ的光束发散度变化而发生的球差。为了进一步实现以上的效果、最好还满足下式(4′)。
             D1/D2＞0.3               (4′)
更理想的是满足下式(4″)。
             D1/D2＞0.4               (4″)
本发明第九方面所述的光拾取装置在具备色差校正元件和把来自所述色差校正元件的光束聚光的物镜的光拾取装置用光学系统中，所述色差校正元件由以微小台阶分割的多个环带构成，至少在一个光学面上具有为了使通过相互邻接的环带中外侧环带的光束的光路长度长于通过内侧环带的光束的光路长度，在其分界处向光轴方向偏转的环带结构。
所述物镜由以微小台阶分割的多个环带构成，且通过邻接的环带之间在其分界处形成相互向光轴方向偏转而至少在一个光学面上具有作为对规定的射入光产生规定光程差的附加光程差结构的环带结构，并且所述物镜射出通过折射作用形成的聚光波阵面，所述物镜上形成的环带结构至少各具有一个：第一环带，为了使通过的光束的光路长度比通过邻接于内侧的环带的光束的光路长度短而在其分界处向光轴方向偏转形成；和第二环带，为了使通过的光束的光路长度比通过邻接于内侧的环带的光束的光路长度长而在其分界处向光轴方向偏转形成，且所述第一环带形成在比所述第二环带靠近光轴的一边，在把位于最靠近光轴一边的环带的直径设为D3(mm)，把形成有所述环带结构的所述物镜光学面最大有效径的直径设为D4(mm)时，满足下式。
            D3/D4＞0.2                   (5)
通过邻接的环带之间在其分界处相互向光轴方向偏转而形成满足所述(1)式的环带结构，作为对规定的射入光产生规定光程差的附加光程差结构在物镜OBJ的光学面上形成时，若把上述的技术思想用其他的表现表示则如下。
即如图4所示，物镜上形成的环带结构至少各具有一个：第一环带，为了使通过的光束的光路长度比通过邻接于内侧的环带的光束的光路长度短而在其分界处向光轴方向偏转形成；和第二环带，为了使通过的光束的光路长度比通过邻接于内侧的环带的光束的光路长度长而在其分界处向光轴方向偏转形成，且第一环带形成在比第二环带靠近光轴的一边，在把位于最靠近光轴一边的环带的直径设为D3(mm)，把形成有所述环带结构的所述物镜光学面最大有效径的直径设为D4(mm)时，满足上述(5)式。
通过把物镜OBJ的光学面制成这种结构能把物镜OBJ的球差波长特性变成图3(b)到(d)所示，所以能把物镜OBJ与色差校正元件CA合成系统的球面色差抑制得比较小，能由半导体激光的波长变化、消除伴随从色差校正元件CA向物镜OBJ的光束发散度变化而发生的球差。
为了进一步实现以上的效果、最好更满足下式(5′)。
             D3/D4＞0.25                  (5′)
本发明第十方面所述的光拾取装置用光学系统中，当所述物镜是单透镜时，则能使所述本发明的作用效果更加有效。
本发明第十一方面所述的光拾取装置用光学系统中，当所述物镜的像方数值孔径(也单叫做数值孔径)在0.7以上时，则能使本发明的作用效果更加有效。
本发明第十二方面所述的光拾取装置用光学系统中，当设计波长是500nm以下时，则能使本发明的作用效果更加有效。
例如即使是使用0.7以上高数值孔径物镜的光拾取装置也最好象现在这样把物镜采用单透镜。单透镜中，球面色差与数值孔径的4次方成比例增大，因此物镜上残留的球面色差大。而且为了实现高数值孔径的物镜的单透镜化、为了确保对光学面之间光轴错移的边界最好使用高折射率材料，但一般高折射率材料是低分散，所以要用色差校正元件校正的轴上色差量大。因此为了校正由该高折射率材料构成的物镜的轴上色差，就需要把从色差校正元件朝向物镜的光束的随半导体激光波长变化的发散度变化设定得大。这样在使用波长从光拾取装置用光学系统的设计波长偏离的半导体激光时、物镜的倍率变化大，因此随之发生的球差大。
然而本发明光拾取装置用光学系统OS的物镜OBJ采用本发明第一、五、七和九所述的结构，所以即使物镜OBJ采用高数值孔径的单透镜、并且设计波长是500nm以下时，也能由半导体激光的波长变化、消除伴随从色差校正元件CA向物镜OBJ的光束发散度变化而发生的球差，并且能把色差校正元件CA上残存的球面色差设定得很小，所以即使使用了因制造误差而使波长从光拾取装置用光学系统的设计波长偏离的蓝紫色半导体激光时也能把由物镜跟踪驱动而发生的慧差抑制得很小，能得到良好的跟踪特性。
本发明第十三方面所述的光拾取装置用光学系统中，在把比所述设计波长长10nm波长的光向所述物镜射入时，边缘光线的球差变化量设为ΔSAD时，满足下式。
            ΔSAD＜0                 (6)
在本发明第十四方面所述的光拾取装置用光学系统中，在将把比其设计波长长10nm波长的光通过所述色差校正元件向所述物镜射入时的波阵面像差对把其设计波长的光通过所述色差校正元件向所述物镜射入时的波阵面像差的变化量作为ΔWFE1时，满足下式。
            |ΔWFE1|＜0.03λrms           (7)
在上述那样结构的光拾取装置用光学系统OS中，在将把比其设计波长长10nm波长的光通过色差校正元件CA向物镜OBJ射入时的波阵面像差对把其设计波长的光通过色差校正元件CA向物镜OBJ射入时的波阵面像差的变化量ΔWFE1、最好满足上述(7)式。
这样即使使用了波长从光拾取装置用光学系统的设计波长偏离的半导体激光时也能减小准直透镜位置的初期调整量和半导体激光位置的初期调整量。特别是当|ΔWFE1|的值大致是零时、能不要该准直透镜位置的初期调整和半导体激光位置的初期调整，所以能大幅度降低光拾取装置的制造工时和制造成本。
在上述那样结构的物镜OBJ中，通过环带结构的作用故意使球面色差变化，但若把球面色差的变化量设定得过大时则单个物镜OBJ的操作就困难。于是将把比其设计波长长10nm波长的光向物镜OBJ射入时的波阵面像差对把其设计波长的光向物镜OBJ射入时的波阵面像差的变化量作为ΔWFE2时、最好满足下面的(7′)式。
          |ΔWFE2|＜0.03λrms              (7′)
对单个物镜OBJ的球面色差通过使其满足(7′)式规定的关系、并且把物镜OBJ与色差校正元件CA合成系统的球面色差校正到实际使用上容许的范围内就能容易地处理单个物镜OBJ和合成系统这两者。
本发明第十五方面所述的光拾取装置用光学系统中，在所述色差校正元件上形成的环带结构是通过衍射作用使相互邻接的环带之间对规定的射入光产生规定光程差的衍射结构，所述色差校正元件射出通过折射作用和衍射作用形成的波阵面。
本发明第十六方面所述的光拾取装置用光学系统中，把附加在透过所述色差校正元件的波阵面上的光程差Φb作为距光轴的高度h(mm)的函数、用由
            Φb＝b2·h2+b4·h4+b6·h6+……    (8)
定义的光程差函数Φb来表示时(其中，b2、b4、b6……分别是2次、4次、6次的光程差函数系数)，用
            PD＝-2·b2                        (9)
定义的所述环带结构的近轴功率PD(mm-1)满足下面的条件。
            PD＞0                          (10)
在本发明第十七方面所述的光拾取装置用光学系统中，在所述色差校正元件上形成的环带结构通过使邻接的环带在其分界处相互向光轴方向偏转而形成，是对规定的射入光产生规定光程差的附加光程差结构，所述色差校正元件射出通过折射作用形成的波阵面。
作为色差校正元件CA，除了如上所述把通过衍射作用使相互邻接的环带之间对规定的射入光产生规定次数衍射光的衍射结构作为环带结构至少形成在一个光学面上并射出通过折射作用和衍射作用形成的波阵面以外，通过如本发明第十七方面所示，使邻接的环带在其分界处相互向光轴方向偏转而形成，将作为对规定的射入光产生规定光程差的附加光程差结构的环带结构至少形成在一个光学面上并射出通过折射作用形成的波阵面也适合。这样可提供在避免由衍射结构的衍射效率引起的光透过率降低的同时还能得到同样效果的色差校正元件CA。
在此是前者时，把附加在透过色差校正元件CA的波阵面上的光程差Φb作为距光轴的高度h(mm)的函数、用通过所述(8)式定义的光程差函数Φb表示时，通过使在用所述(9)式定义的色差校正元件CA上形成的环带结构的近轴功率PD(mm-1)满足所述(10)式，能在色差校正元件CA上使色差校正元件CA具有射入的光的波长变长时近轴功率向变大的方向变化这种近轴功率的波长依存性，所以能良好地校正物镜OBJ的轴上色差。
且色差校正元件CA最好在二个以上的光学面上具有环带结构。这样能把物镜OBJ的轴上色差校正量分担在二个以上光学面的环带结构上，所以能扩展相邻的环带之间的间隔。其结果是减小了由环带结构形状误差引起的色差校正元件CA透过率的降低，所以能提高色差校正元件CA的透过率。
本发明第十八方面所述的光拾取装置用光学系统中，所述色差校正元件是变换射入的发散光束发散角的耦合透镜。
本发明第十九方面所述的光拾取装置用光学系统中，所述色差校正元件是变换射入的光束的直径的扩展镜。
作为在光拾取装置用光学系统OS中能适用的色差校正元件CA，也可以使用如图7所示、变换从未图示的蓝紫色半导体激光光源射出的发散光束的发散角并向物镜OBJ引导的耦合透镜CUL和如图8所示、变换用未图示的准直透镜照准的平行光束的直径并向物镜OBJ引导的扩展镜EXP。
图1的光拾取装置用光学系统OS是在平面上形成色差校正元件CA的衍射结构，但也可在凹面或凸面上形成。特别是如图9所示把该衍射结构在凹面上形成时，把用上述(9)式表示的衍射结构的近轴功率与作为凹面折射面的折射功率的绝对值制成大致相同、其符号相反时，就能使向色差校正元件CA射入的光束径与从色差校正元件CA射出的光束径大致相同。这时从包含光轴的剖面看该衍射结构时则如图9的放大图所示、各环带结构成台阶状。
以上的说明中是把物镜OBJ制成单透镜，但作为能适用于光拾取装置用光学系统OS的物镜、也可以使用如图6所示把物镜OBJ的环带结构的功能和作为聚光透镜的功能分离在各不同透镜(E1和E2)上而通过各透镜凸缘部的结合部嵌装·粘接成为一体化的物镜。这时最好使具有环带结构功能的透镜E1的近轴功率大致为零并把其光学面的曲率半径设定得较大，使聚光透镜E2专门具有作为物镜的聚光作用。这样能把由微细形状环带结构的遮蔽引起的透过率降低抑制得很小，并且能容易地制作该环带结构。图6中是把透镜E1和透镜E2通过凸缘部的结合部嵌装·粘接成为一体，但也可以通过镜体等其他构件把透镜E1和透镜E2一体化。
物镜OBJ采用塑料透镜时能用射出成形高精度形成微细结构的环带结构，所以理想。在物镜OBJ采用玻璃透镜时最好采用玻璃化转变点Tg是400℃以下的玻璃透镜、用使用模具的成形法制作。这样能用比通常成形用的玻璃透镜(Tg是530℃左右)低的温度成形，所以在缩短成形时间和模具长寿命化等上有利，结果是能实现物镜的低成本化。作为这种玻璃透镜有住田光学玻璃公司制的PG375(商品名)和PG325(商品名)等。
本发明第二十方面所述的光拾取装置包括：光源；光拾取装置用光学系统，其把从所述光源射出的光束在光信息记录媒体的信息记录面上聚光来进行信息的记录和/或再现，该光拾取装置中，所述光拾取装置用光学系统具备色差校正元件和把来自所述色差校正元件的光束聚光的物镜，所述色差校正元件由以微小台阶分割的多个环带构成，至少在一个光学面上具有为了使通过相互邻接的环带中外侧环带的光束的光路长度长于通过内侧环带的光束的光路长度，在其分界处向光轴方向偏转的环带结构，所述物镜由以微小台阶分割的多个环带构成，至少在一个光学面上具有相互邻接的环带之间对规定的射入光产生规定光程差的环带结构，并且在与所述物镜具有相同设计波长、相同材料、相同焦距、相同像方数值孔径、相同倍率、相同透镜厚度和相同背聚焦但不具有所述环带结构的折射透镜中，把比所述设计波长长10nm波长的光射入时边缘光线球差对所述设计波长的光射入时边缘光线球差的变化量设为ΔSAR，在所述物镜中，把比所述设计波长长10nm波长的光射入时边缘光线球差对所述设计波长的光射入时边缘光线球差的变化量设为ΔSAD时，满足下式。本发明的作用效果与本发明第一方面所述发明的作用效果相同。
           ΔSAR＞ΔSAD                   (1)
本发明第二十一方面所述的光拾取装置，其所述物镜上形成的环带结构是通过衍射作用使相互邻接的环带之间对规定的射入光产生规定次数衍射光的衍射结构，所述物镜射出通过折射作用和衍射作用形成的聚光波阵面。本发明的作用效果与本发明第二方面所述发明的作用效果相同。
本发明第二十二方面所述的光拾取装置，其所述物镜上形成的环带结构使邻接的环带之间在其分界处相互向光轴方向偏转而形成、是对规定的射入光产生规定光程差的附加光程差结构，所述物镜射出通过折射作用形成的聚光波阵面。本发明的作用效果与本发明第三方面所述发明的作用效果相同。
本发明第二十三方面所述的光拾取装置，其所述物镜上形成的环带结构至少各具有一个：第一环带，其为了使把通过的光束的光路长度比通过邻接于内侧的环带的光束的光路长度短而在其分界处向光轴方向偏转而形成；和第二环带，为了使通过的光束的光路长度比通过邻接于内侧的环带的光束的光路长度长而在其分界处向光轴方向偏转而形成，且所述第一环带形成在比所述第二环带靠近光轴的一边。本发明的作用效果与本发明第四方面所述发明的作用效果相同。
本发明第二十四方面所述的光拾取装置包括：光源；光拾取装置用光学系统，把从所述光源射出的光束在光信息记录媒体的信息记录面上聚光来进行信息的记录和/或再现，该光拾取装置中，所述光拾取装置用光学系统具备色差校正元件和把来自所述色差校正元件的光束聚光的物镜，所述色差校正元件由以微小台阶分割的多个环带构成，至少在一个光学面上具有为了使通过相互邻接的环带中外侧环带的光束的光路长度长于通过内侧环带的光束的光路长度，在其分界处向光轴方向偏转的环带结构，所述物镜由以微小台阶分割的多个环带构成，且至少在一个光学面上具有形成为邻接的环带之间对规定的射入光产生规定次数衍射光的环带结构，并且通过所述环带结构附加在透过所述物镜的波阵面上的光程差作为距光轴的高度h(mm)的函数、用由
           Φb＝b2·h2+b4·h4+b6·h6+……    (2)
(其中，b2、b4、b6……分别是2次、4次、6次的光程差函数系数，b4、b6……中至少有一个包括b4的光程差函数系数具有不是零的值)
定义的光程差函数Φb来表示。本发明的作用效果与本发明第五方面所述发明的作用效果相同。
本发明第二十五方面所述的光拾取装置，其用PD＝-2·b2定义的所述物镜上形成的所述环带结构的近轴功率PD(mm-1)满足下式。
             -0.02＜PD＜0.02                (3)
本发明的作用效果与本发明第六方面所述发明的作用效果相同。
本发明第二十六方面所述的光拾取装置包括：光源；光拾取装置用光学系统，把从所述光源射出的光束在光信息记录媒体的信息记录面上聚光来进行信息的记录和/或再现，该光拾取装置中，所述光拾取装置用光学系统具备色差校正元件和把来自所述色差校正元件的光束聚光的物镜，所述色差校正元件由以微小台阶分割的多个环带构成，至少在一个光学面上具有为了使通过相互邻接的环带中外侧环带的光束的光路长度长于通过内侧环带的光束的光路长度，在其分界处向光轴方向偏转的环带结构，所述物镜由以微小台阶分割的多个环带构成，且至少在一个光学面上具有形成为邻接的环带之间对规定的射入光产生规定次数衍射光的环带结构，并且形成有所述环带结构的所述物镜的光学面被区分成包括光轴、形成没有所述台阶的连续面的中央区域和包围该中央区域的周围、形成有所述台阶的周边区域。本发明的作用效果与本发明第七方面所述发明的作用效果相同。
本发明第二十七方面所述的光拾取装置，其当把所述中央区域的直径设为D1(mm)、把形成有所述环带结构的所述物镜的光学面最大有效径的直径设为D2(mm)时，满足下式。
              D1/D2＞0.2                 (4)
本发明的作用效果与本发明第八方面所述发明的作用效果相同。
本发明第二十八方面所述的光拾取装置包括：光源；光拾取装置用光学系统，把从所述光源射出的光束在光信息记录媒体的信息记录面上聚光来进行信息的记录和/或再现，该光拾取装置中，所述光拾取装置用光学系统具备色差校正元件和把来自所述色差校正元件的光束聚光的物镜，所述色差校正元件由以微小台阶分割的多个环带构成，至少在一个光学面上具有为了使通过相互邻接的环带中外侧环带的光束的光路长度长于通过内侧环带的光束的光路长度，在其分界处向光轴方向偏转的环带结构，所述物镜由以微小台阶分割的多个环带构成，且通过使邻接的环带在其分界处相互向光轴方向偏转而形成，至少在一个光学面上具有作为对规定的射入光产生规定光程差的附加光程差结构的环带结构，并且所述物镜射出通过折射作用形成的聚光波阵面，所述物镜上形成的环带结构至少各具有一个：第一环带，为了使通过的光束的光路长度比通过邻接于内侧的环带的光束的光路长度短，在其分界处向光轴方向偏转而形成；和第二环带，为了使通过的光束的光路长度比通过邻接于内侧的环带的光束的光路长度长而在其分界处向光轴方向偏转形成，且所述第一环带形成在比所述第二环带靠近光轴的一边，把位于最靠近光轴一边的环带的直径设为D3(mm)，把形成有所述环带结构的所述物镜光学面最大有效径的直径设为D4(mm)时，满足下式。
             D3/D4＞0.2                   (5)
本发明的作用效果与本发明第九方面所述发明的作用效果相同。
本发明第二十九方面所述的光拾取装置中，所述物镜是单透镜。本发明的作用效果与本发明第十方面所述发明的作用效果相同。
本发明第三十方面所述的光拾取装置，其所述物镜的像方数值孔径在0.7以上。本发明的作用效果与本发明第十一所述发明的作用效果相同。
本发明第三十一方面所述的光拾取装置中，设计波长是500nm以下。本发明的作用效果与本发明第十二方面所述发明的作用效果相同。
本发明第三十二方面所述的光拾取装置，其向所述物镜将把比所述设计波长长10nm波长的光射入时边缘光线的球差对把所述设计波长的光射入时边缘光线的球差的变化量设为ΔSAD时，满足下式。
             ΔSAD＜0                    (6)
本发明的作用效果与本发明第十三方面所述发明的作用效果相同。
本发明第三十三方面所述的光拾取装置，其在将把比其设计波长长10nm波长的光通过所述色差校正元件向所述物镜射入时的波阵面像差对把其设计波长的光通过所述色差校正元件向所述物镜射入时的波阵面像差的变化量设为ΔWFE1时，满足下式。
             |ΔWFE1|＜0.03λrms           (7)
本发明的作用效果与本发明第十四方面所述发明的作用效果相同。
本发明第三十四方面所述的光拾取装置，其在所述色差校正元件上形成的环带结构是通过衍射作用使相互邻接的环带之间对规定的射入光产生规定光程差的衍射结构，所述色差校正元件射出通过折射作用和衍射作用形成的波阵面。本发明的作用效果与本发明第十五方面所述发明的作用效果相同。
本发明第三十五方面所述的光拾取装置，其把附加在透过所述色差校正元件的波阵面上的光程差Φb作为距光轴的高度h(mm)的函数、用由
            Φb＝b2·h2+b4·h4+b6·h6+……    (8)
定义的光程差函数Φb来表示时(其中，b2、b4、b6……分别是2次、4次、6次的光程差函数系数)，用
            PD＝-2·b2                        (9)
定义的所述环带结构的近轴功率PD(mm-1)满足下面的条件。
            PD＞0                             (10)
本发明的作用效果与本发明第十六方面所述发明的作用效果相同。
本发明第三十六方面所述的光拾取装置，其在所述色差校正元件上形成的环带结构通过使邻接的环带在其分界处相互向光轴方向偏转而形成，是对规定的射入光产生规定光程差的附加光程差结构，所述色差校正元件射出通过折射作用形成的波阵面。本发明的作用效果与本发明第十七方面所述发明的作用效果相同。
本发明第三十七方面所述的光拾取装置中，所述色差校正元件是变换射入的发散光束发散角的耦合透镜。本发明的作用效果与本发明第十八方面所述发明的作用效果相同。
本发明第三十八方面所述的光拾取装置中，所述色差校正元件是变换射入的光束径的扩展镜。本发明的作用效果与本发明第十九方面所述发明的作用效果相同。
在本发明第三十九方面所述的光拾取装置中，所述色差校正元件固定配置在所述光源与所述物镜间的光路中，对所述光信息记录媒体至少进行信息的记录和再现的一种时、通过执行元件仅把所述物镜向与光轴的垂直方向变位，把来自所述光源的光束聚光在规定的轨道上。这时能更加发挥所述本发明的作用效果。
本发明第四十方面所述的物镜是像方数值孔径是0.7以上的光拾取装置用物镜，所述物镜由以微小台阶分割的多个环带构成，且至少在一个光学面上具有形成为邻接的环带之间对规定的射入光产生规定次数衍射光的环带结构，并且形成有所述环带结构的所述物镜的光学面被区分成包括光轴、形成没有所述台阶的连续面的中央区域和包围该中央区域的周围、形成有所述台阶的周边区域。本发明的作用效果与本发明第十一方面所述发明的作用效果相同。
本发明第四十一方面所述的物镜是在设计波长是500nm以下的光拾取装置用物镜中，所述物镜由以微小台阶分割的多个环带构成，且至少在一个光学面上具有形成为邻接的环带之间对规定的射入光产生规定次数衍射光的环带结构，并且形成有所述环带结构的所述物镜的光学面被区分成包括光轴、形成没有所述台阶的连续面的中央区域和包围该中央区域的周围、形成有所述台阶的周边区域。本发明的作用效果与本发明第十二方面所述发明的作用效果相同。
本发明第四十二方面所述的物镜在把所述中央区域的直径设为D1(mm)、把形成有所述环带结构的所述物镜的光学面最大有效径的直径设为D2(mm)时，满足下式。
            D1/D2＞0.2                    (11)
本发明的作用效果与本发明第八方面所述发明的作用效果相同。
本发明第四十三方面所述的物镜还满足下式。
            D1/D2＞0.3                    (12)
本发明第四十四方面所述的物镜，其把附加在透过所述物镜的波阵面上的光程差Φb作为距光轴的高度h(mm)的函数、用由
            Φb＝b2·h2+b4·h4+b6·h6+……(13)
定义的光程差函数Φb来表示时(其中，b2、b4、b6……分别是2次、4次、6次光程差函数的系数)，用
             PD＝-2·b2                   (14)
定义的所述环带结构的近轴功率PD(mm-1)满足下面条件的是本发明第四十到第四十三方面任一项中所述的物镜。
           -0.02＜PD＜0.02                (15)
本发明的作用效果与本发明第六方面所述发明的作用效果相同。
本发明第四十五所述物镜中，所述环带结构的近轴功率PD是零。
本发明第四十六方面所述的物镜是像方数值孔径是0.7以上的光拾取装置用物镜，所述物镜由以微小台阶分割的多个环带构成，且通过邻接的环带在其分界处相互向光轴方向偏转而形成，至少在一个光学面上具有作为对规定的射入光产生规定光程差的附加光程差结构的环带结构，并且所述物镜射出通过折射作用形成的聚光波阵面，所述物镜上形成的环带结构至少各具有一个：第一环带，为了使通过的光束的光路长度比通过邻接于内侧的环带的光束的光路长度短而在其分界处向光轴方向偏转形成；和第二环带，为了使通过的光束的光路长度比通过邻接于内侧的环带的光束的光路长度长而在其分界处向光轴方向偏转形成，且所述第一环带形成在比所述第二环带靠近光轴的一边，把位于最靠近光轴一边的环带的直径设为D3(mm)，把形成有所述环带结构的所述物镜光学面最大有效径的直径设为D4(mm)时，满足下式。
            D3/D4＞0.2                  (16)
本发明的作用效果与本发明第九、第十一方面所述发明的作用效果相同。
本发明第四十七方面所述的物镜是使用波长为500nm以下的光拾取装置用物镜，所述物镜由以微小台阶分割的多个环带构成，且通过邻接的环带在其分界处相互向光轴方向偏转形成，至少在一个光学面上具有作为对规定的射入光产生规定光程差的附加光程差结构的环带结构，并且所述物镜射出通过折射作用形成的聚光波阵面，所述物镜上形成的环带结构至少各具有一个：第一环带，为了使通过的光束的光路长度比通过邻接于内侧的环带的光束的光路长度短而在其分界处向光轴方向偏转形成；和第二环带，为了使通过的光束的光路长度比通过邻接于内侧的环带的光束的光路长度长而在其分界处向光轴方向偏转形成，且所述第一环带形成在比所述第二环带靠近光轴的一边，把位于最靠近光轴一边的环带的直径设为D3(mm)，把形成有所述环带结构的所述物镜光学面最大有效径的直径设为D4(mm)时，满足下式。
              D3/D4＞0.2                (17)
本发明的作用效果与本发明第九、第十二方面所述发明的作用效果相同。
本发明第四十八方面所述的物镜，其在与所述物镜具有相同设计波长、相同材料、相同焦距、相同像方数值孔径、相同倍率、相同透镜厚度和相同背聚焦但不具有所述环带结构的折射透镜中，把比所述设计波长长10nm波长的光射入时边缘光线球差对所述设计波长的光射入时边缘光线球差的变化量设为ΔSAR，在所述物镜中，把比所述设计波长长10nm波长的光射入时边缘光线球差对所述设计波长的光射入时边缘光线球差的变化量设为ΔSAD时，满足下式。
          ΔSAR＞ΔSAD                    (18)
本发明的作用效果与本发明第一方面所述发明的作用效果相同。
本发明第四十九方面所述的物镜是单透镜。本发明的作用效果与本发明第十方面所述发明的作用效果相同。
本发明第五十方面所述的物镜，在把比其设计波长长10nm波长的光向所述物镜射入时的波阵面像差对把其设计波长的光向所述物镜射入时的波阵面像差的变化量设为ΔWFE2时，满足下式。
          |ΔWFE2|＜0.03λrms             (19)
本发明的作用效果与本发明第十四方面所述发明有关并上述。
本发明第五十一方面所述的物镜，在将向所述物镜把比所述设计波长长10nm波长的光射入时边缘光线的球差对把所述设计波长的光射入时边缘光线的球差的变化量设为ΔSAD时，满足下式。
          ΔSAD＜0                       (20)
本发明的作用效果与本发明第十三方面所述发明的作用效果相同。
本说明书中形成有衍射结构的光学面是指光学元件的表面，例如在透镜的表面上设置突起而具有衍射射入光束作用的面，在同一光学面上有产生衍射作用的区域和不产生衍射作用的区域时叫做产生衍射作用的区域。衍射结构是指该产生衍射作用的区域。作为突起的形状例如在光学元件的表面以光轴为中心形成大致同心圆状的环带、在包含光轴的平面上看其剖面的话各环带是锯齿状或台阶状形状的是公知的，包括这种形状。
一般从形成有衍射结构的光学面产生0次衍射光、±1次衍射光、±2次衍射光、……和无数次的衍射光，但例如在具有如上述的子午剖面是锯齿状突起的衍射面时、为了把特定次数的衍射效率比其他次数的衍射效率提高或根据情况把特定一个次数(例如±1次衍射光)的衍射效率形成大致100％，可设定该突起形状。
本说明书中所说的物镜，狭义上是指在光拾取装置中装填了光信息记录媒体(光盘)的状态下最靠光信息记录媒体的位置、与之相对配置的具有聚光作用的透镜，广义上是指与其透镜一起至少通过执行元件在其光轴方向上被驱动的透镜。因此本说明书中所说的物镜的数值孔径和像方数值孔径是指光信息记录媒体一边的数值孔径，是指各光信息记录媒体的规格规定的数值孔径，或相对各光信息记录媒体根据使用光源的波长能得到为进行信息的记录/再现而需要的点径的、具有衍射界限性能的数值孔径。
本说明书中所说的信息的记录是指在上述光信息记录媒体的信息记录面上记录信息。本说明书中所说的信息的再现是指把记录在上述光信息记录媒体的信息记录面上的信息再现。本发明的物镜可以是仅进行记录或仅进行再现的物镜，也可以是用于进行记录和再现这两者的物镜。而且即可以是用于对某个光信息记录媒体进行记录并对其他光信息记录媒体进行再现的物镜，也可以是用于对某个光信息记录媒体进行记录或再现、而对其他光信息记录媒体进行记录及再现的物镜。在此所说的再现包括只读取信息。
下面参照附图说明本发明光拾取装置用物镜的实施形态。图10是包括本实施形态光拾取光学系统(具备物镜)的光拾取装置的概略结构图。安装了本发明光拾取光学系统OS的光拾取装置PU如图10所示具备作为光源的半导体激光器LD。半导体激光器LD是射出波长400nm左右光束的GaN系蓝紫色半导体激光器、或SHG系蓝紫色激光器。从该半导体激光器LD射出的发散光束透过偏光光束分离器BS、经过1/4波长板WP而成为圆偏光的光束后，由耦合透镜CUL形成平行光束。该平行光束射入色差校正元件CA。经过色差校正元件AC的光束经过光圈ST后由物镜OBJ通过光盘OD的保护层DP在信息记录面DR上作为聚光点而形成。物镜OBJ通过在其周边配置的2轴执行元件AC被向聚焦方向和跟踪方向驱动。物镜OBJ其光盘OD一边的数值孔径是0.7以上，能通过凸缘部FL高精度安装在光拾取装置PU上。
信息记录面DR上通过信息位调制的反射光束再次透过物镜OBJ、光圈ST、色差校正元件CA后，通过耦合透镜CUL成为收敛光束。该收敛光束通过1/4波长板WP而成为直线偏光后由偏光光束分离器BS反射，经过圆柱形透镜CY、凹透镜NL，这样被给予了像散，收敛在光检测器PD的受光面上。然后使用根据光检测器PD的输出信号生成的聚光误差信号和跟踪误差信号对光盘OD进行信息的记录和/或再现。
本发明光信息记录再现装置的结构具有：上述的光拾取装置PU；光信息记录媒体支承装置，未图示、支承光盘OD使其通过该光拾取装置能进行信息的记录/再现。光信息记录媒体支承装置由旋转操作装置构成，保持光盘OD的中心部分并进行旋转操作。
上述结构的光拾取装置PU以及上述光信息记录再现装置的光拾取装置PU中，在色差校正元件CA和物镜OBJ的至少一个光学面上形成有本发明第一、五、七和九方面所述的环带结构，所以即使使用由制造误差而导致波长从光拾取装置用光学系统的设计波长偏离的半导体激光器LD时、发生的球差也足够小，而且能把由物镜OBJ跟踪驱动而发生的慧差抑制得很小，所以能得到良好的跟踪特性。
(实施例)
下面作为所述光拾取装置用光学系统OS提出5个恰当的实施例。无论哪个实施例中都是设计波长是407.5nm，物镜OBJ的焦距是1.41mm，物镜OBJ的像方数值孔径是0.85，物镜OBJ的射入瞳孔径是2.4mm。
各实施例的非球面中，把自与该面的顶点相切的平面的变形量设为X(mm)、垂直于光轴方向的高度设为h(mm)、曲率半径设为r(mm)时，用下面的公式1表示。其中，k为圆锥系数，A2i为非球面系数。
[公式1]
X = h 2 / r 1 + 1 - ( 1 + k ) h 2 / r 2 + Σ i = 2 10 A 2 i h 2 i
各实施例中作为衍射结构的环带结构用通过该环带结构附加在透过波阵面上的光程差表示。该光程差在设垂直于光轴方向的高度为h(mm)、b2j为衍射面系数(也叫做光程差函数系数)时，用以下面的公式2定义的光程差函数Φb(mm)表示。
[公式2]
Φ b = Σ j = 1 5 b 2 j h 2 j
在根据该光程差函数Φb(mm)的值形成衍射结构时，以光程差函数Φb(mm)的值每变化设计波长407.5nm的n倍(n是自然数)形成环带。
各实施例的透镜数据表中r(mm)是曲率半径，d(mm)是面间隔，Nd是d线的折射率，Nλ是设计波长407.5nm的折射率，νd表示d线的阿贝数。这以后(包括表的透镜数据)把10的幂乘数(例如2.5×10-3)用E(例如2.5×E-3)来表示。
(实施例1)
实施例1的光拾取装置用光学系统的透镜数据表示在表1。本实施例作为图1所示的光拾取装置用光学系统OS是适合的，由物镜OBJ和配置在该物镜OBJ与光源的平行光束中的色差校正元件CA构成。物镜OBJ和色差校正元件CA都是塑料透镜。色差校正元件CA设计成在其光束射出面(表1中的第二面)的直径3.4mm内无像差。
                                    [表1]
面序号   r(mm)   d(mm)     Nλ     νd     备注
    0   ∞     光源
    12    ∞10.5793   1.00005.0000   1.52432     56.5     色差校正元件
    34    0.9420-1.5600   1.79000.3951   1.55973     56.3     物镜
    56    ∞∞   0.0875   1.61849     30.0     保护层
非球面系数
    第二面     第三面     第四面
    kA4A6A8A10A12A14A16A18A20     2.8829E+00-3.3511E-04-7.8408E-060.0000E+000.0000E+000.0000E+000.0000E+000.0000E+000.0000E+000.0000E+00     -7.0309E-013.0595E-021.9867E-02-1.6707E-022.8862E-02-5.5567E-03-1.2747E-023.6292E-037.8493E-03-4.2883E-03    -4.1966E+014.0869E-01-1.0883E+001.8332E+00-2.2226E+001.6529E+00-5.4699E-010.0000E+000.0000E+000.0000E+00
衍射面系数
    第一面     第三面
    b2b4b6b8b10    -2.4000E-020.0000E+000.0000E+000.0000E+000.0000E+00      0.0000E+00-2.5366E-03-5.8696E-04-2.9784E-04-2.7802E-04
如图11(a)所示、物镜OBJ通过在光束射入面上(表1中的第三面)形成的作为衍射结构的环带结构的作用，在407.5±10nm的波长范围球面色差大致完全被校正。这样如图11(b)所示、就可把在与色差校正元件CA组合系统发生的球面色差抑制得比较小。物镜OBJ对波长417.5nm的波阵面像差是0.006λrms，色差校正元件CA与物镜OBJ合成系统对波长417.5nm的波阵面像差是0.051λrms。
由图11(a)和(b)可知物镜OBJ的背聚焦对波长417.5nm约长了2.5μm，但通过与色差校正元件CA的组合、背聚焦对波长变化的变化大致完全被校正。
在色差校正元件CA上残存的球面色差在407.5±10nm的波长范围是0.003λrms以下。因此对407.5±10nm的波长范围、由±0.5mm的物镜OBJ与色差校正元件CA的光轴错移而发生的慧差大致是零，能得到良好的跟踪特性。本实施例项目中所述的值如下。
ΔSAD：0.3μm
ΔSAR：1.5μm
PD(OBJ)：0
PD(CA)：0.048
D1/D2：0.51(其中，用公式2表示的光程差函数Φb每变化设计波长407.5nm的一倍而形成环带时)
|ΔWFE1|：0.051λrms(其中λ(＝417.5nm)是向光拾取装置用光学系统射入的光的波长)
|ΔWFE2|：0.006λrms(其中λ(＝417.5nm)是向光拾取装置用光学系统射入的光的波长)
(实施例2)
实施例2光拾取装置用光学系统的透镜数据表示在表2。本实施例作为图1所示的光拾取装置用光学系统OS是适合的，由物镜OBJ和配置在该物镜OBJ与光源的平行光束中的色差校正元件CA构成。物镜OBJ和色差校正元件CA都是塑料透镜。色差校正元件CA设计成在其光束射出面(表2中的第二面)的直径3.4mm内无像差。
                                   [表2]
  面序号   r(mm)   d(mm)     Nλ     νd   备注
    0   ∞   光源
    12    ∞10.5793   1.00005.0000   1.52432     56.5   色差校正元件
    34    0.9391-1.5847   1.78500.3950   1.55973     56.3   物镜
    56    ∞∞   0.0875   1.61849     30.0   保护层
非球面系数
    第二面     第三面     第四面
    kA4A6A8A10A12A14A16A18A20     2.8829E+00-3.3511E-04-7.8408E-060.0000E+000.0000E+000.0000E+000.0000E+000.0000E+000.0000E+000.0000E+00     -7.0381E-013.1635E-021.9401E-02-1.7914E-022.8045E-02-5.8701E-03-1.2782E-023.6542E-037.8287E-03-4.3805E-03     -4.8312E+014.0883E-01-1.0956E+001.8288E+00-2.2173E+001.6528E+00-5.4869E-010.0000E+000.0000E+000.0000E+00
衍射面系数
    第一面     第三面
    b2b4b6b8b10    -2.4000E-020.0000E+000.0000E+000.0000E+000.0000E+00      0.0000E+00-2.9894E-03-1.2574E-03-8.2790E-04-7.4868E-04
如图12(a)所示、物镜OBJ通过在光束射入面上(表2中的第三面)形成的作为衍射结构的环带结构的作用，对波长407.5+10nm的球差欠校正。这样在与色差校正元件CA组合的系统中就由半导体激光波长变化将伴随从色差校正元件CA向物镜0BJ的光束发散度变化而发生的球差如图12(b)所示良好地消除。物镜OBJ对波长407.5+10nm的波阵面像差是0.063λrms，色差校正元件CA与物镜OBJ合成系统对波长407.5+10nm的波阵面像差是0.008λrms。
由图12(a)和(b)可知，物镜OBJ的背聚焦对波长417.5nm约长了2.5μm，但通过与色差校正元件CA的组合、背聚焦相对波长变化的变化大致完全被校正。
在色差校正元件CA上残存的球面色差在407.5±10nm的波长范围是0.003λrms以下。因此对407.5±10nm的波长范围、由±0.5mm的物镜OBJ与色差校正元件CA的光轴错移而发生的慧差大致是零，能得到良好的跟踪特性。本实施例中所述的值如下。
ΔSAD：-1.2μm
ΔSAR：1.4μm
PD(OBJ)：0
PD(CA)：0.048
D1/D2：0.49(其中，用公式2表示的光程差函数Φb每变化设计波长407.5nm的一倍而形成环带时)
|ΔWFE1|：0.008λrms(其中，λ(＝417.5nm)是向光拾取装置用光学系统射入的光的波长)
|ΔWFE2|：0.063λrms(其中λ(＝417.5nm)是向光拾取装置用光学系统射入的光的波长)
(实施例3)
实施例3的光拾取装置用光学系统的透镜数据表示在表3。本实施例作为图1所示的光拾取装置用光学系统OS是适合的，由物镜OBJ和配置在该物镜OBJ与光源的平行光束中的色差校正元件CA构成。物镜OBJ是玻璃化转变点Tg是285℃的玻璃透镜(住田光学玻璃公司制、PG325)，色差校正元件CA是塑料透镜。色差校正元件CA设计成在其光束射出面(表3中的第二面)的直径3.4mm内无像差。
                                     [表3]
面序号     r(mm)     d(mm)     Nλ     νd     备注
    0     ∞     光源
    12     ∞13.4542     1.00005.0000     1.52432     56.5     色差校正元件
    34     0.9019-1.2666     1.78000.4066     1.51843     70.5     物镜
    56     ∞∞     0.0875     1.61849     30.0     保护层
非球面系数
    第二面     第三面     第四面
    kA4A6A8A10A12A14A16A18A20     6.4831E+00-3.4669E-04-9.0390E-060.0000E+000.0000E+000.0000E+000.0000E+000.0000E+000.0000E+000.0000E+00     -6.9234E-013.1520E-021.8422E-02-4.0669E-031.4620E-02-2.7612E-03-1.6964E-037.5312E-046.5411E-041.8600E-06     -2.7895E+014.0664E-01-9.9835E-011.7165E+00-1.9142E+001.2168E+00-3.3248E-010.0000E+000.0000E+000.0000E+00
衍射面系数
    第一面     第三面
    b2b4b6b8b10    -1.9000E-020.0000E+000.0000E+000.0000E+000.0000E+00     0.0000E+00-1.8607E-03-6.5243E-047.0143E-04-9.5303E-04
如图13(a)所示、物镜OBJ通过在光束射入面上(表3中的第三面)形成的作为衍射结构的环带结构的作用、在407.5±10nm的波长范围球面色差大致完全被校正。这样如图13(b)所示、就把在与色差校正元件CA组合系统发生的球面色差抑制得比较小。物镜OBJ对波长407.5+10nm的波阵面像差是0.003λrms，色差校正元件CA与物镜OBJ合成系统对波长407.5+10nm的波阵面像差是0.041λrms。
由图13(a)和(b)可知，物镜OBJ的背聚焦对波长417.5nm约长了2.0μm，但通过与色差校正元件CA的组合、背聚焦对波长变化的变化大致完全被校正。
在色差校正元件CA上残存的球面色差在407.5±10nm的波长范围是0.002λrms以下。因此对407.5±10nm的波长范围、由±0.5mm的物镜OBJ与色差校正元件CA的光轴错移而发生的慧差大致是零，能得到良好的跟踪特性。本实施例中所述的值如下。
ΔSAD：0.0μm
ΔSAR：1.4μm
PD(OBJ)：0
PD(CA)：0.038
D1/D2：0.55(其中，用公式2表示的光程差函数Φb每变化设计波长407.5nm的一倍而形成环带时)
|ΔWFE1|：0.041λrms(其中，λ(＝417.5nm)是向光拾取装置用光学系统射入的光的波长)
|ΔWFE2|：0.003λrms(其中，λ(＝417.5nm)是向光拾取装置用光学系统射入的光的波长)
(实施例4)
实施例4光拾取装置用光学系统的透镜数据表示在表4。本实施例作为图7所示的光拾取装置用光学系统OS是适合的，由物镜OBJ和把从光源射出的发散光束变换成平行光束的耦合透镜CUL构成。物镜OBJ和耦合透镜CUL都是塑料透镜。耦合透镜CUL设计成在其光束射出面(表4中的第二面)的直径3.4mm内无像差。
                               [表4]
  面序号    r(mm)   d(mm)     Nλ     νd   备注
    0   11.1824   光源
    12   -23.7756-10.7262   1.00005.0000   1.52432     56.5   耦合透镜
    34    0.9391-1.5847   1.78500.3950   1.55973     56.3   物镜
    56    ∞∞   0.0875   1.61849     30.0   保护层
非球面系数
    第二面     第三面     第四面
    kA4A6A8A10A12A14A16A18A20    -2.2791E+00-2.1479E-040.0000E+000.0000E+000.0000E+000.0000E+000.0000E+000.0000E+000.0000E+000.0000E+00     -7.0381E-013.1635E-021.9401E-02-1.7914E-022.8045E-02-5.8701E-03-1.2782E-023.6542E-037.8287E-03-4.3805E-03     -4.8312E+014.0883E-01-1.0956E+001.8288E+00-2.2173E+001.6528E+00-5.4869E-010.0000E+000.0000E+000.0000E+00
衍射面系数
    第一面     第三面
    b2b4b6b8b10     -2.7500E-02-5.1181E-050.0000E+000.0000E+000.0000E+00      0.0000E+00-2.9894E-03-1.2574E-03-8.2790E-04-7.4868E-04
如图14(a)所示、物镜OBJ通过在光束射入面上(表4中的第三面)形成的作为衍射结构的环带结构的作用，对波长407.5+10nm的球差欠校正。这样在与耦合透镜CUL组合的系统中就由半导体激光波长变化将伴随从耦合透镜CUL向物镜OBJ的光束发散度变化而发生的球差如图14(b)所示良好地消除。物镜OBJ对波长407.5+10nm的波阵面像差是0.063λrms，耦合透镜CUL与物镜OBJ合成系统对波长407.5+10nm的波阵面像差是0.012λrms。
由图14(a)和(b)可知，物镜OBJ的背聚焦对波长417.5nm约长了2.5μm，但通过与耦合透镜CUL的组合、背聚焦对波长变化的变化大致完全被校正。
在耦合透镜CUL上残存的球面色差在407.5±10nm的波长范围是0.001λrms以下。因此对407.5±10nm的波长范围、由±0.5mm的物镜OBJ与耦合透镜CUL的光轴错移而发生的慧差大致是零，能得到良好的跟踪特性。本实施例中所述的值如下。
ΔSAD：-1.2μm
ΔSAR：1.4μm
PD(OBJ)：0
PD(CA)：0.055
D1/D2：0.49(其中，用公式2表示的光程差函数Φb每变化设计波长407.5nm的一倍而形成环带时)
|ΔWFE1|：0.012λrms(其中，λ(＝417.5nm)是向光拾取装置用光学系统射入的光的波长)
|ΔWFE2|：0.063λrms(其中，λ(＝417.5nm)是向光拾取装置用光学系统射入的光的波长)
(实施例5)
本实施例光拾取装置用光学系统的透镜数据表示在表5。本实施例作为图8所示的光拾取装置用光学系统OS是适合的，由物镜OBJ和配置在该物镜OBJ与光源的平行光束中、变换平行光束的径并向物镜OBJ引导的扩展镜EXP构成。物镜OBJ和扩展镜EXP都是塑料透镜。扩展镜EXP设计成在其光束射出面(表5中的第四面)的直径3.4mm内无像差。
                                    [表5]
  面序号     r(mm)     d(mm)     Nλ     νd   备注
    0     ∞   光源
    1234     -9.449319.1157∞-25.4925     0.80001.59741.00005.0000     1.524321.52432     56.556.5   扩展镜
    56     0.9391-1.5847     1.78500.3950     1.55973     56.3   物镜
    78     ∞∞     0.0875     1.61849     30.0   保护层
非球面系数
  第一面   第二面   第四面   第五面   第六面
 kA4A6A8A10A12A14A16A18A20 -1.8278E-012.8554E-051.1789E-050.0000E+000.0000E+000.0000E+000.0000E+000.0000E+000.0000E+000.0000E+00 -4.6236E+00-6.4537E-059.4710E-060.0000E+000.0000E+000.0000E+000.0000E+000.0000E+000.0000E+000.0000E+00 -4.7427E-010.0000E+000.0000E+000.0000E+000.0000E+000.0000E+000.0000E+000.0000E+000.0000E+000.0000E+00 -7.0381E-013.1635E-021.9401E-02-1.7914E-022.8045E-02-5.8701E-03-1.2782E-023.6542E-037.8287E-03-4.3805E-03 -4.8312E+014.0883E-01-1.0956E+001.8288E+00-2.2173E+001.6528E+00-5.4869E-010.0000E+000.0000E+000.0000E+00
衍射面系数
    第三面     第四面     第五面
    b2b4b6b8b10    -1.2677E-020.0000E+000.0000E+000.0000E+000.0000E+00    -1.2322E-020.0000E+000.0000E+000.0000E+000.0000E+00      0.0000E+00-2.9894E-03-1.2574E-03-8.2790E-04-7.4868E-04
如图15(a)所示、物镜OBJ通过在光束射入面上(表5中的第五面)形成的作为衍射结构的环带结构的作用，对波长407.5+10nm的球差欠校正。这样在与扩展镜EXP组合的系统中就由半导体激光波长变化将伴随从扩展镜EXP向物镜OBJ的光束发散度变化而发生的球差如图15(b)所示良好地消除。物镜OBJ对波长407.5+10nm的波阵面像差是0.063λrms，扩展镜EXP与物镜OBJ的合成系统对波长407.5+10nm的波阵面像差是0.011λrms。
由图15(a)和(b)可知，物镜OBJ的背聚焦对波长417.5nm约长了2.5μm，但通过与扩展镜EXP的组合、背聚焦对波长变化的变化大致完全被校正。
在扩展镜EXP上残存的球面色差在407.5±10nm的波长范围是0.002λrms以下。因此对407.5±10nm的波长范围、由±0.5mm的物镜OBJ与扩展镜EXP的光轴错移而发生的慧差大致是零，能得到良好的跟踪特性。本实施例中所述的值如下。
ΔSAD：-1.2μm
ΔSAR：1.4μm
PD(OBJ)：0
PD(CA)：0.050
D1/D2：0.49(其中，用公式2表示的光程差函数Φb每变化设计波长407.5nm的一倍而形成环带时)
|ΔWFE1|：0.011λrms(其中，λ(＝417.5nm)是向光拾取装置用光学系统射入的光的波长)
|ΔWFE2|：0.063λrms(其中，λ(＝417.5nm)是向光拾取装置用光学系统射入的光的波长)
如本实施例、其光程差函数用公式2表示的作为衍射结构的环带结构在具有二个以上色差校正元件的光学面上形成时，本说明书环带结构的近轴功率是用(9)式计算的各个光学面上环带结构近轴功率PD(mm-1)的和。
(实施例6)
实施例6光拾取装置用光学系统的透镜数据表示在表6。本实施例是取代图1所示光拾取装置用光学系统OS的物镜OBJ而使用如图4所示形成有附带光程差结构的光学元件的光拾取装置用光学系统OS。光拾取装置用光学系统OS由物镜OBJ和配置在该物镜OBJ与光源的平行光束中的色差校正元件CA构成。物镜OBJ和色差校正元件CA设计成在其光束射出面(表6中的第二面)的直径3.4mm内无像差。
                                    [表6-1]
  面序号     r(mm)     d(mm)     Nλ   νd     备注
    0     ∞     光源
    12     ∞10.5793     1.00005.0000   1.52432   56.5 色差校正元件
    34     (后述)-1.5384     (后述)0.3997   1.55973   56.3     物镜
    56     ∞∞     0.8750   1.61849   30.0     保护层
第三面各环带的近轴曲率半径和轴上厚度以及非球面系数
                                                      第三面
                                            环带序号
       1        2        3        4         5
 r(mm)    9.4639E-01    9.4526E-01    9.4422E-01    9.4594E-01    9.4639E-01
  d3    1.79000    1.78635    1.78264    1.78636    1.79000
  kA4A6A8A10A12A14A16A18A20   -6.9759E-013.2277E-022.1208E-02-1.6654E-022.9526E-02-5.4275E-03-1.2613E-023.5578E-037.8233E-03-4.2933E-03   -6.9169E-013.1350E-022.1208E-02-1.6654E-022.9526E-02-5.4275E-03-1.2613E-023.5578E-037.8233E-03-4.2933E-03   -6.9133E-013.1187E-022.1208E-02-1.6654E-022.9526E-02-5.4275E-03-1.2613E-023.5578E-037.8233E-03-4.2933E-03   -6.9903E-013.3255E-022.1208E-02-1.6654E-022.9526E-02-5.4275E-03-1.2613E-023.5578E-037.8233E-03-4.2933E-03   -6.9820E-013.2699E-022.1208E-02-1.6654E-022.9526E-02-5.4275E-03-1.2613E-023.5578E-037.8233E-03-4.2933E-03
[表6-2]
第三面各环带的内周·外周半径
                      第三面
    环带序号     内周半径(mm)     外周半径(mm)
    12345     0.0000.4400.6701.0601.130     0.4400.6701.0601.1301.200
非球面系数
    第二面     第四面
    kA4A6A8A10A12A14     2.8829E+00-3.3511E-04-7.8408E-060.0000E+000.0000E+000.0000E+000.0000E+00     -3.6346E+014.0487E-01-1.0890E+001.8496E+00-2.2344E+001.6531E+00-5.4726E-01
衍射面系数
    第一面
    b2b4b6b8b18    -2.4000E+000.0000E+000.0000E+000.0000E+000.0000E+00
如图16(a)所示、物镜OBJ通过在光束射入面上(6-1中的第三面)形成的作为给予相位差结构的环带结构的作用，在波长417.5nm处球面色差向校正欠校正方向发生，这时的波阵面像差是0.054λrms。而在其上组合色差校正元件CA时，通过在色差校正元件CA的光束射入面上(表6-1中的第一面)形成的作为衍射结构的环带结构的作用，射出光成为收敛光、在物镜OJB上球面色差向校正过校正方向发生，但与物镜OJB上作为给予相位差结构的环带结构作用引起的球面色差向校正欠校正方向发生相抵消，如图16(b)所示能把发生的球面色差抑制得很小。色差校正元件CA与物镜OBJ合成系统对波长417.5nm的波阵面像差是0.014λrms。
图17(a)表示把波长417.5nm的光束对物镜OBJ射入时含有散焦成分的波阵面像差，图17(b)表示把波长417.5nm的光束对色差校正元件CA与物镜OBJ合成系统射入时含有散焦成分的波阵面像差。由图17(a)、(b)可知，通过色差校正元件CA的作为衍射结构的环带结构的作用，由射入光束的波长变化引起的物镜OBJ的散焦成分被良好校正。
在色差校正元件CA上残存的球面色差在407.5±10nm的波长范围是0.002λrms以下。因此对407.5±10nm的波长范围、由±0.5mm的物镜OBJ与色差校正元件CA的光轴错移而发生的慧差大致是零，能得到良好的跟踪特性。本实施例中所述的值如下。
PD(CA)：0.048
D3/D4：0.4
|ΔWFE1|：0.014λrms(其中，λ(＝417.5nm)是向光拾取装置用光学系统射入的光的波长)
|ΔWFE2|：0.054λrms(其中，λ(＝417.5nm)是向光拾取装置用光学系统射入的光的波长)
根据本发明，能提供一种光拾取装置用光学系统、是安装在使用短波长蓝紫色光源的光拾取装置上的光拾取装置用光学系统，在射入的光的波长变化时发生的球差足够小，而且在射入光的波长变化时物镜对色差校正元件在垂直于光轴的方向上偏心时发生的慧差也足够小。能提供能应用于该光拾取装置用光学系统的物镜和安装了这些光拾取装置用光学系统和物镜的光拾取装置。

Claims (69)

1.一种光拾取装置用光学系统，包括：
色差校正元件，在该色差校正元件的至少一个光学表面上具有包括多个环形区域的环带结构，其中，相邻的环形区域以如下方式由一台阶部分分开，即：相邻环形区域中远离光轴的那个环形区域具有比靠近光轴的另一个环形区域更长的光路；以及
物镜，该物镜将来自色差校正元件的光束会聚到光盘的信息记录面上，并在其至少一个光学表面上具有包括多个环形区域的环带结构，其中相邻的环形区域由一在光轴方向上成形的台阶部分以如下方式分开，即：该台阶部分在已经穿过相邻的环形区域的光束之间形成光程差；
其中，色差校正元件的环带结构校正由于进入光学系统的入射光束的波长变动而由物镜造成的焦点偏移；并且
物镜的环带结构校正由于进入光学系统的入射光束的波长变动而由物镜造成的球差。
2.如权利要求1所述的光学系统，其中，物镜的环带结构校正以下球差中的至少一种，即，由于进入光学系统的入射光束波长变动引起的物镜放大率变动而造成的球差和由于进入光学系统的入射光束波长变动引起的物镜波长色散所造成的球差。
3.如权利要求1所述的光学系统，其中，在物镜环带结构中的环形区域的宽度随着环形区域远离光轴定位而周期性变化，并且环带结构是一种其中每个台阶部分在相同方向上成形的衍射结构。
4.如权利要求3所述的光学系统，其中，当由环带结构为穿过物镜的波阵面提供的光程差通过光程差函数Φb来表示时，在四阶或更高阶的高阶光程差函数系数中的包括四阶光程差函数系统在内的至少一个光程差函数系统具有非零值，其中光程差函数Φb由作为距光轴的高度h(mm)的函数的方程(Φb-b2·h2+b4·h4+b6·h6+…)(其中，b2、b4、b6分别是二阶、四阶和六阶光程差函数系数)限定。
5.如权利要求4所述的光学系统，其中，满足以下的方程：
-0.02＜PD＜0.02
PD＝-2·b2
其中PD是形成在物镜上的环带结构的近轴光焦度(mm-1)。
6.如权利要求5所述的光学系统，其中，PD＝0。
7.如权利要求3所述的光学系统，其中，物镜中的其上形成环带结构的光学表面包括中央区域和周边区域，中央区域包括光轴并为没有台阶部分的连续表面，而周边区域环绕中央区域的周边并具有台阶部分。
8.如权利要求7所述的光学系统，其中，满足以下方程：
D1/D2＞0.2
其中D1是中央区域的直径，
而D2是其上形成环带结构的光学表面的最大有效直径。
9.如权利要求1所述的光学系统，其中，在物镜环带结构中的环形区域的宽度随着远离光轴定位而非周期性变化，并且环带结构是一种其中台阶部分的成形方向在物镜的有效直径内反转的提供光程差的结构。
10.如权利要求9所述的光学系统，其中，在环带结构中，与包括光轴的环形区域的外侧相邻的环形区域在光轴方向上移位，以便具有比包括光轴的环形区域更短的光程长度，位于最大有效直径的点处的环形区域在光轴方向上移位，以便具有比与位于最大有效直径的点处的环形区域的内侧相邻的环形区域更长的光程长度，并且位于最大有效直径75％的点处的环形区域在光轴方向上移位，以便具有比与位于最大有效直径75％的点处的环形区域的内侧和外侧相邻的每个环形区域都短的光路长度。
11.如权利要求9所述的光学系统，其中，满足以下方程：
D3/D4＞0.2
在此，D3是包括光轴的环形区域的直径(mm)，
而D4是物镜光学表面的最大有效直径(mm)。
12.如权利要求1所述的光学系统，其中，满足以下方程：
ΔSAR＞ΔSAD
在此，当限定为折射透镜不具有环带结构，而具有与物镜相同的设计波长、相同的材料、相同的焦距、相同的像方数值孔径、相同的放大率、相同的透镜厚度以及相同的后焦点时，ΔSAR是在波长比设计波长长10nm的光束进入折射透镜时边缘光线的球差对于设计波长的光束进入折射透镜时边缘光线的球差的变化量，而ΔSAD是在波长比设计波长长10nm的光束进入物镜时边缘光线的球差对于设计波长的光束进入物镜时边缘光线的球差的变化量。
13.如权利要求1所述的光学系统，其中，满足以下方程：
ΔSAD＜0
在此，ΔSAD是波长比设计波长长10nm的光束进入物镜时的边缘光线的球差对于设计波长的光束进入物镜时的边缘光线的球差的变化量。
14.如权利要求1所述的光学系统，其中，满足以下方程：
|ΔWFE1|＜0.03λrms
在此，ΔWFE1是波长比设计波长长10nm的光束通过色差校正元件进入物镜时的波阵面像差对于设计波长的光束通过色差校正元件进入物镜时的波阵面像差的变化量。
15.如权利要求1所述的光学系统，其中，物镜是一个单透镜。
16.如权利要求1所述的光学系统，其中，物镜由衍射元件和会聚元件构成，衍射元件具有其上形成环形结构的光学表面，而会聚元件用以会聚已经穿过衍射元件的光束，并且满足以下方程：
|P2/P1|＜0.2
在此，在此，P1是衍射元件的近轴光焦度(mm-1)，而P2是会聚元件的近轴光焦度(mm-1)。
17.如权利要求1所述的光学系统，其中，物镜的像方数值孔径为0.7或更大。
18.如权利要求1所述的光学系统，其中，设计波长为500nm或更小。
19.如权利要求1所述的光学系统，其中，色差校正元件的环带结构是其中环形区域的宽度随着环形区域远离光轴而周期性减小的衍射结构。
20.如权利要求19所述的光学系统，其中，当为穿过色差校正元件的波阵面提供的光程差Φb由光程差函数Φb表示时，满足以下方程，其中光程差函数由作为距光轴的高度h(mm)的函数的方程(Φb＝b2·h2+b4·h4+b6·h6+…)(其中，b2、b4、b6分别是二阶、四阶和六阶光程差函数系数)限定：
PD＞0
在此，PD是环带结构的近轴光焦度(mm-1)。
21.如权利要求20所述的光学系统，其中，在光程差函数Φb中不低于四阶的所有高阶光程差函数系统为零。
22.如权利要求1所述的光学系统，其中，色差校正元件的环带结构为其中环形区域的宽度随着环形区域远离光轴而非周期性变化的提供光程差的结构。
23.如权利要求1所述的光学系统，其中，色差校正元件是将从光源发出的发散光束的发散角转变为几乎平行光束的耦合透镜。
24.如权利要求1所述的光学系统，其中，光拾取装置包括将从光源发出的发散光束的发散角转变为几乎平行光束的耦合透镜，而色差校正元件是设置在耦合透镜和物镜之间的光路上的两个透镜组的扩展镜。
25.如权利要求1所述的光学系统，其中，光拾取装置包括将从光源发出的发散光束的发散角转变为几乎平行光束的耦合透镜，而色差校正元件是设置在耦合透镜和物镜之间的光路上一个透镜组的光学元件。
26.一种光拾取装置，包括：
光源；以及
光学系统，用于将来自光源的光束会聚到光学信息记录介质的信息记录面上，从而进行记录和/或再现信息；
光学系统包括：
色差校正元件，在该色差校正元件的至少一个光学表面上具有包括多个环形区域的环带结构，其中，相邻的环形区域以如下方式由一台阶部分分开，即：相邻环形区域中远离光轴的那个环形区域具有比靠近光轴的另一个环形区域更长的光路；以及
物镜，该物镜将来自色差校正元件的光束会聚到光盘的信息记录面上，并在其至少一个光学表面上具有包括多个环形区域的环带结构，其中相邻的环形区域由一在光轴方向上成形的台阶部分以如下方式分开，即：该台阶部分在已经穿过相邻的环形区域的光束之间形成光程差；
其中，色差校正元件的环带结构校正由于进入光学系统的入射光束的波长变动而由物镜造成的焦点偏移；并且
物镜的环带结构校正由于进入光学系统的入射光束的波长变动而由物镜造成的球差。
27.如权利要求26所述的光拾取装置，其中，物镜的环带结构校正以下球差中的至少一种，即，由于进入光学系统的入射光束波长变动引起的物镜放大率变动而造成的球差与由于进入光学系统的入射光束波长变动引起的物镜波长色散所造成的球差。
28.如权利要求26所述的光拾取装置，其中，在物镜环带结构中的环形区域的宽度随着环形区域远离光轴定位而周期性变化，并且环带结构是一种其中每个台阶部分在相同方向上成形的衍射结构。
29.如权利要求28所述的光拾取装置，其中，当由环带结构为穿过物镜的波阵面提供的光程差通过光程差函数Φb来表示时，在四阶或更高阶的高阶光程差函数系数中的包括四阶光程差函数系统在内的至少一个光程差函数系统具有非零值，其中光程差函数Φb由作为距光轴的高度h(mm)的函数的方程(Φb＝b2·h2+b4·h4+b6·h6+…)(其中，b2、b4、b6分别是二阶、四阶和六阶光程差函数系数)限定。
30.如权利要求29所述的光拾取装置，其中，满足以下方程：
-0.02＜PD＜0.02
PD＝-2·b2
其中PD是形成在物镜上的环带结构的近轴光焦度(mm-1)。
31.如权利要求30所述的光拾取装置，其中，PD＝0。
32.如权利要求28所述的光拾取装置，其中，物镜中的其上形成环带结构的光学表面包括中央区域和周边区域，中央区域包括光轴并为没有台阶部分的连续表面，而周边区域环绕中央区域的周边并具有台阶部分。
33.如权利要求32所述的光拾取装置，其中，满足以下方程：
D1/D2＞0.2
其中D1是中央区域的直径，而D2是其上形成环带结构的光学表面的最大有效直径。
34.如权利要求26所述的光拾取装置，其中，在物镜环带结构中的环形区域的宽度随着远离光轴定位而非周期性变化，并且环带结构是一种其中台阶部分的成形方向在物镜的有效直径内反转的提供光程差的结构。
35.如权利要求34所述的光拾取装置，其中，在环带结构中，与包括光轴的环形区域的外侧相邻的环形区域在光轴方向上移位，以便具有比包括光轴的环形区域更短的光路长度，位于最大有效直径的点处的环形区域在光轴方向上移位，以便具有比与位于最大有效直径的点处的环形区域的内侧相邻的环形区域更长的光路长度，并且位于最大有效直径75％的点处的环形区域在光轴方向上移位，以便具有比与位于最大有效直径75％的点处的环形区域的内侧和外侧相邻的每个环形区域都短的光路长度。
36.如权利要求34所述的光拾取装置，其中，满足以下方程：
D3/D4＞0.2
在此，D3是包括光轴的环形区域的直径(mm)，而D4是物镜光学表面的最大有效直径(mm)。
37.如权利要求26所述的光拾取装置，其中，满足以下方程：
ΔSAR＞ΔSAD
其中，当限定为折射透镜不具有环带结构，而具有与物镜相同的设计波长、相同的材料、相同的焦距、相同的像方数值孔径、相同的放大率、相同的透镜厚度以及相同的后焦点时，ΔSAR是在波长比设计波长长10nm的光束进入折射透镜时边缘光线的球差对于设计波长的光束进入折射透镜时边缘光线的球差的变化量，而ΔSAD是在波长比设计波长长10nm的光束进入物镜时边缘光线的球差对于设计波长的光束进入物镜时边缘光线的球差的变化量。
38.如权利要求26所述的光拾取装置，其中，满足以下方程：
ΔSAD＜0
在此，ΔSAD是波长比设计波长长10nm的光束进入物镜时的边缘光线的球差对于设计波长的光束进入物镜时的边缘光线的球差的变化量。
39.如权利要求26所述的光拾取装置，其中，满足以下方程：
|ΔWFE1|＜0.03λrms
在此，ΔWFE1是波长比设计波长长10nm的光束通过色差校正元件进入物镜时的波阵面像差对于设计波长的光束通过色差校正元件进入物镜时的波阵面像差的变化量。
40.如权利要求26所述的光拾取装置，其中，物镜是一单透镜。
41.如权利要求26所述的光拾取装置，其中，物镜由衍射元件和会聚元件构成，衍射元件具有其上形成环形结构的光学表面，而会聚元件用以会聚已经穿过衍射元件的光束，并且满足以下方程：
|P2/P1|＜0.2
在此，P1是衍射元件的近轴光焦度(mm-1)，而P2是会聚元件的近轴光焦度(mm-1)。
42.如权利要求26所述的光拾取装置，其中，物镜的像方数值孔径为0.7或更大。
43.如权利要求26所述的光拾取装置，其中，设计波长是500nm或更小。
44.如权利要求26所述的光拾取装置，其中，色差校正元件的环带结构是其中环形区域的宽度随着环形区域远离光轴而周期性减小的衍射结构。
45.如权利要求44所述的光拾取装置，其中，当为穿过色差校正元件的波阵面提供的光程差Φb由光程差函数Φb表示时，满足以下方程，其中光程差函数由作为距光轴的高度h(mm)的函数的方程(Φb＝b2·h2+b4·h4+b6·h6+…)(其中，b2、b4、b6分别是二阶、四阶和六阶光程差函数系数)限定：
PD＞0
在此，PD是环带结构的近轴光焦度(mm-1)。
46.如权利要求45所述的光拾取装置，其中，在光程差函数Φb中不低于四阶的所有高阶光程差函数系统为零。
47.如权利要求26所述的光拾取装置，其中，色差校正元件的环带结构为其中环形区域的宽度随着环形区域远离光轴而非周期性变化的提供光程差的结构。
48.如权利要求26所述的光拾取装置，其中，色差校正元件是将从光源发出的发散光束的发散角转变为几乎平行光束的耦合透镜。
49.如权利要求26所述的光拾取装置，其中，光拾取装置包括将从光源发出的发散光束的发散角转变为几乎平行光束的耦合透镜，而色差校正元件是设置在耦合透镜和物镜之间的光路上的两个透镜组的扩展镜。
50.如权利要求26所述的光拾取装置，其中，光拾取装置包括将从光源发出的发散光束的发散角转变为几乎平行光束的耦合透镜，而色差校正元件是设置在耦合透镜和物镜之间的光路上一个透镜组的光学元件。
51.如权利要求26所述的光拾取装置，其中，在对光学信息记录介质进行读取和再现信息中的至少一项时，跟踪是通过用致动器仅在垂至于光轴的方向上移动色差校正元件和物镜中的物镜来进行的。
52.一种物镜，用在物镜中，包括：
在其至少一个光学表面上的包括多个环形区域的环带结构，其中，相邻的环形区域由一在光轴方向上成形的台阶部分以如下方式分开，即：台阶部分在已经穿过相邻环形区域的光束之间形成光程差；
其中，满足以下方程：
SA1＞SA2
在此，当限定为折射透镜没有环带结构，并与物镜具有相同的设计波长、相同的材料、相同的焦距、相同的像方数值孔径、相同的放大率、相同的透镜厚度以及相同的后焦点时，SA1是在波长比设计波长长10nm的光束进入放大率比上述放大率大预定值的折射透镜时的波阵面像差(λrms)，而SA2是波长比设计波长长10nm的光束进入放大率比上述放大率大预定值的物镜时的波阵面像差(λrms)。
53.如权利要求52所述的物镜，其中，物镜具有0.7或更大的像方数值孔径。
54.如权利要求52所述的物镜，其中，设计波长为500nm或更小。
55.如权利要求52所述的物镜，其中，物镜是一单透镜。
56.如权利要求52所述的物镜，其中，物镜由衍射元件和会聚元件构成，衍射元件具有其上形成环形结构的光学表面，而会聚元件用以会聚已经穿过衍射元件的光束，并且满足以下方程：
|P2/P1|＜0.2
在此，P1是衍射元件的近轴光焦度(mm-1)，而P2是会聚元件的近轴光焦度(mm-1)。
57.如权利要求52所述的物镜，其中，环带结构中的环形区域的宽度随着环形区域远离光轴而周期性变化，且环带结构是其中每个台阶部分在相同方向上成形的衍射结构。
58.如权利要求57所述的物镜，其中，当由环带结构为穿过物镜的波阵面提供的光程差由光程差函数Φb表示时，在四阶或更高阶的高阶光程差函数系数中的包括四阶光程差函数系统在内的至少一个光程差函数系统具有非零值，其中光程差函数Φb由作为距光轴的高度h(mm)的函数的方程(Φb＝b2·h2+b4·h4+b6·h6+…)(其中，b2、b4、b6分别是二阶、四阶和六阶光程差函数系数)限定。
59.如权利要求58所述的物镜，其中，满足以下方程：
-0.02＜PD＜0.02
PD＝-2·b2
其中PD是形成在物镜上的环带结构的近轴光焦度(mm-1)。
60.如权利要求59所述的物镜，其中，PD＝0。
61.如权利要求57所述的物镜，其中，物镜中的其上形成环带结构的光学表面包括中央区域和周边区域，中央区域包括光轴并为没有台阶部分的连续表面，而周边区域环绕中央区域的周边并具有台阶部分。
62.如权利要求61所述的物镜，其中，满足以下方程：
D1/D2＞0.2
其中D1是中央区域的直径，
而D2是其上形成环带结构的光学表面的最大有效直径。
63.如权利要求62所述的物镜，其中，满足以下方程：
D1/D2＞0.3。
64.如权利要求52所述的物镜，其中，在物镜环带结构中的环形区域的宽度随着环形区域远离光轴定位而非周期性变化，并且环带结构是一种其中台阶部分的成形方向在物镜的有效直径内反转的提供光程差的结构。
65.如权利要求64所述的物镜，其中，在环带结构中，与包括光轴的环形区域的外侧相邻的环形区域在光轴方向上移位，以便具有比包括光轴的环形区域更短的光路长度，位于最大有效直径的点处的环形区域在光轴方向上移位，以便具有比与位于最大有效直径的点处的环形区域的内侧相邻的环形区域更长的光路长度，并且位于最大有效直径75％的点处的环形区域在光轴方向上移位，以便具有比与位于最大有效直径75％的点处的环形区域的内侧和外侧相邻的每个环形区域都短的光路长度。
66.如权利要求64所述的物镜，其中，满足以下方程：
D3/D4＞0.2
在此，D3是包括光轴的环形区域的直径(mm)，而D4是物镜光学表面的最大有效直径(mm)。
67.如权利要求64所述的物镜，其中，满足以下方程：
ΔSAR＞ΔSAD
其中，当限定为折射透镜不具有环带结构，而具有与物镜相同的设计波长、相同的材料、相同的焦距、相同的像方数值孔径、相同的放大率、相同的透镜厚度以及相同的后焦点时，ΔSAR是在波长比设计波长长10nm的光束进入折射透镜时边缘光线的球差对于设计波长的光束进入折射透镜时边缘光线的球差的变化量，而ΔSAD是在波长比设计波长长10nm的光束进入物镜时边缘光线的球差对于设计波长的光束进入物镜时边缘光线的球差的变化量。
68.如权利要求52所述的物镜，其中，满足以下方程：
|ΔWFE1|＜0.03λrms
在此，ΔWFE1是波长比设计波长长10nm的光束进入物镜时的波阵面像差对于设计波长的光束进入物镜时的波阵面像差的变化量。
69.如权利要求52所述的物镜，其中，满足以下方程：
ΔSAD＜0
在此，ΔSAD是波长比设计波长长10nm的光束进入物镜时的边缘光线的球差对于设计波长的光束进入物镜时的边缘光线的球差的变化量。
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