CN1685407A - 光学元件、物镜光学元件及光学拾取器 - Google Patents

Abstract

一种光学元件包括：一衍射结构，其在至少一光学表面上具有多个布置在光轴周围的衍射环形区；及一光程差产生结构，其被布置在衍射环形区中的至少一者的光学表面上，用来使通过该衍射环形区的指定光束产生一指定光程差，其中该衍射结构的所述光学表面是一具有衍射功能的结构，用来将具有第一波长λ1的光束的第L(L≠0)级次的衍射光设定至一最大衍射效率，以及用来将具有第二波长λ2的光束的第M(M≠0)级次的衍射光设定至在假设不存在光程差产生结构的情况下的一最大衍射效率。

Description

光学元件、物镜光学元件及光学拾取器

技术领域

本发明涉及光学元件、物镜光学元件及光学拾取器，其中一光束被会聚到一光学信息记录介质的一信息记录平面上。

背景技术

最近，因为更短波长的红光激光已被实际上使用，所以一种作为大容量且高密度光学信息记录介质(亦被称为光盘)且大小与一致密盘(CD)相当的数字多用途盘(DVD)广为流行。

在一DVD的记录与重现装置中，当使用一650nm波长的半导体激光器时，一光盘侧面的物镜的数值孔径NA被设定在0.6至0.65的范围之内。在该DVD中，与轨距为1.6微米且最短的位元长度为0.83微米的CD相比较，设定了0.74微米的轨距(track pitch)以及一0.4微米的最短位元长度来高密度地记录数据。此外，在该DVD中，为了抑制在光盘相对于光轴倾斜时所发生的慧差，一保护基材的厚度被设定为0.6毫米，该厚度为CD的保护基材厚度的一半。

此外，除了CD与DVD之外，诸如可写式光盘(CD-R)、可覆写式CD(CD-RW)、视频光盘(VD)、小型光盘(MD)及磁光盘(MO)之类的各种光盘已见于市场上，这些光盘相应于从光源发出的不同波长的光以及不同的透明基材厚度。

而且，从半导体激光器发射的光的波长已被缩短。因此，已经研究开发出一种高密度光盘(下文中被称为“高密度DVD”)，其具有0.1毫米厚的保护基材，与发射波长约400纳米的光的蓝紫光(blue-violet)半导体激光器以及加高的影像侧数值孔径约为0.85的物镜一起使用。此外，一具有0.6毫米厚的保护基材并且与加高的影像侧数值孔径约为0.65的物镜一起使用的高密度DVD也已经研究开发出来了。

此外，在已公开未审查的日本专利申请(Tokukaihei)No.2001-993179(第一专利文献)、No.2000-81566(第二专利文献)、No.H9-54973(1997)(第三专利文献)、No.H9-306018(1997)(第四专利文献)及PCT国际公开No.98/19303号(第五专利文献)中提出了不同类型的分别具有一用来将两个不同波长的光束分别会聚在两种光盘各自的信息记录平面上的物镜的光学拾取器，即可互换的光学拾取器

在第一和第二专利文献的每一篇中，公开了一种具有衍射光学元件的光学拾取器，该衍射光学元件具有多个形成为锯齿状的衍射环形区。

在此装置中，例如，可通过设定该衍射环形区的刻痕(blaze)深度来获得高衍射效率，用以提高衍射光的衍射效率，该衍射光对于具有不同波长的两个光束具有预定的级次且被会聚到一指定的光盘上。从而，仅使用一个物镜来对两种光盘进行信息记录和重现。

在公开于第一专利文献中的装置中，由于衍射具有不同波长的两个光束而产生的、具有不同的衍射级次的每一衍射光束通过物镜被会聚到指定的光盘上。因为该衍射级次是根据波长之间的差异来决定的，所以衍射级次的组合是受限制的，并且两种光盘的每一者中的轴向消色差像差的校正以及温度改变所造成的球面像差的校正会受到限制。

此外，在公开于第二专利文献中的装置中，由于衍射具有不同波长的两个光束而产生的、具有相同的衍射级次的每一衍射光束通过物镜被会聚到指定的光盘上。

图8中示出了：当在第一及第二专利文献中所公开的、被形成为已知的锯齿形状的衍射光学元件中获得衍射光束时，在350nm至800nm的光源波长范围上，衍射级次从负二级次到正二级次的衍射光束的衍射效率。

在该衍射光学元件中，负一级次的衍射光的衍射效率在波长400nm附近被设为约100％。因此，例如，对于该DVD而言，在所使用的约650nm的波长处，负一级次的衍射光的衍射效率被降低至50％至60％之间的值。在这种情况下，当该衍射光学元件被用于对应于两个彼此差异较大的波长的两种光盘时，就会出现会聚到一光盘上的光量不足的问题。

以下将讨论具有与特定波长不同的波长的光束的衍射效率降低的原因。该衍射光学元件的刻痕大小被设定为：当具有特定波长的光束穿过该刻痕时，使得具有该特定波长的光束具有一等于该特定波长的整数倍的光程差。因此，当具有与该特定波长不同的波长的一光束穿过该衍射光学元件的刻痕时，一不等于该光束波长的整数倍的光程差被赋予该光束。从而，降低了该光束的衍射效率。

在第三及第四专利文献中，公开了一种光学拾取器，其具有彼此分立的一平面全息图光学器件和一折射式物镜。

在此装置中，一具有两波长之一的光束被传送通过全息图光学器件，并且通过该物镜被会聚到一预定的盘上。此外，具有另一波长的另一光束被传送通过该全息图光学器件，同时被衍射及发散，并且各种类型的衍射光中的负一级次衍射光通过物镜被会聚到指定的盘上。从而，两种光盘的信息记录及重现可通过使用一物镜来实施。

此外，在第五专利文献中，公开了一种光学拾取器，其具有彼此分立的一光学元件及一折射式物镜。该光学元件具有形成在光轴周围区域(中央区)中的一全息图和形成在该中央区的周边(周边区)中的一衍射光栅。

在此装置中，一波长为635nm的光束被传送通过中央区，一波长为780nm的光束在该中央区中被衍射。此外，波长为635nm的光束被传送通过周边区，波长为780nm的光束在该周边区中被衍射，以基本上遮挡该光。

因此，所有波长为635nm的光束入射到物镜上，而一部分波长为780nm且穿过中央区的光束在发散同时被衍射，并且入射到物镜上。从而，两种光盘的信息记录及重现可通过使用一物镜来实施。

然而，在公开于第三、第四及第五专利文献中的装置中，具有一波长的光束在全息图光学元件中被衍射，且该光束通过物镜被会聚到指定光盘上。具有另一波长的另一光束则被传送通过全息图光学元件，且该光束通过物镜被会聚到指定的光盘上。

在此处，衍射效率是根据形成在全息图光学元件上的内凹和外凸部分的台阶数目决定的。当透射光的衍射效率约等于100％时，衍射光的衍射效率就受到限制。例如，在四阶结构中该衍射效率约等于81％，在五阶结构中约等于88％，而在六阶结构中约等于91％。当该装置是被用于信息的记录时，会产生一个问题，即衍射光量不足。当增加全息图光学元件上的内凹及外凸部分的台阶数目以增加衍射光量时，会产生一个问题，即很难制作出该全息图光学元件的金属模。

此外，在公开于第三、第四及第五专利文献中的装置中，由于全息图光学元件及物镜是分开布置的，所以会产生该装置的尺寸会无可避免地变大的问题。

而且，由于该光束在该全息图光学元件中被衍射及发散，所以用来记录及重现的光量变少。因此，会产生会聚到光盘上的光量不足的问题。

此外，由于全息图光学元件及物镜被设置成彼此远离，所以造成偏心，或者影像高度特性会被减损。结果，产生一个问题，即，轴向消色差像差或者由于温度改变引起的球面像差(在下文中被称为“温度特性像差”)超出设计中所预计的改变程度。

再者，因为使用形成在一平板上的全息图光学元件，所以以台阶形式形成在全息图光学元件的表面上的内凹及外凸部分的数目增多。从而出现全息图光学元件的制造复杂化的问题。

发明内容

为了要解决上述问题，本发明的一个目的为提供一种光学元件、一种物镜光学元件及一种光学拾取器，它们被用来对于基材厚度彼此不同的两种光学信息记录介质记录及/或重现信息，并且它们对于两种波长的两个光束能够获得充分高的衍射效率。

本发明的另一个目的为提供一种光学元件、一种物镜光学元件及一种光学拾取器，它们被用来对于其中两种使用参考波长彼此不同的两种光学信息记录介质记录及/或重现信息，并且它们能够获得足够的光量，抑制影像高度特性的劣化，并校正由温度改变引起的球面像差或轴向色差。

为了要达到上述的目的，根据本发明的第一方面，提供了一种光学拾取器的光学元件，其用于通过使用发射自第一光源的具有第一波长λ1的光束来对于保护基材厚度为t1的第一光学信息记录介质重现及/或记录信息，以及用于通过使用发射自第二光源的具有第二波长λ2(λ2＞λ1)的光束来对于保护基材厚度为t2(t2≥t1)的第二光学信息记录介质重现及/或记录信息，该光学元件包括：

一衍射结构，其在至少一个光学表面上具有多个布置在光轴周围的衍射环形区；及

一光程差产生结构，其被布置在所述多个衍射环形区的至少一者的光学表面上，用来使通过该衍射环形区的一指定光束产生一指定光程差，

其中该衍射结构的光学表面是一具有衍射功能的结构，用来将具有第一波长λ1的光束的第L(L≠0)级次的衍射光设定至一最大衍射效率及用来将具有第二波长λ2的光束的第M(M≠0)级次的衍射光设定至在假设不存在所述光程差产生结构情况下的一最大衍射效率。

在此说明书中，光学元件是指光学拾取器的一个构成元件，如一物镜(物镜光学元件)、耦合透镜(准直仪)、扩束器、光束成形器、校正板等。

该光学元件并不局限于一单一透镜，通过将多片透镜沿着光轴的方向加以组合而成的透镜组亦可被用作为光学元件。

狭意而言，物镜是指一具有会聚功能且被放在最靠近光学信息记录介质的位置以便在该光学信息记录介质被布置在光学拾取器中时与光学信息记录介质相对的透镜。除了对透镜的该狭义定义之外，广意而言，该物镜是指至少可通过致动器在光轴方向上移动的透镜。

该光学信息记录介质是指使用指定波长的光束来重现及/或记录信息的普通光盘，例如CD、DVD、MD、MO、高密度DVD或类似物。

信息的重现是指将被记录在光学信息记录介质的信息记录平面上的信息重现。信息的记录是指将信息记录在光学信息记录介质的信息记录平面上。在此处，重现包括信息的单纯读取。

根据本发明的光学元件及光学拾取器可被用来记录或重现信息，或被用来既记录又重现信息。

形成在光学表面上的衍射环形区是指一周期性的结构，在该结构中，被布置在光轴周围的多个环形区被同心地布置在光学元件的表面上，以便对入射光束具有衍射功能。

根据本发明的所述具有衍射功能的结构是指一具有衍射入射光束的功能的结构，当从该结构的包括光轴在内的剖面(子午横截面)观察时，该结构沿光轴方向被形成为锯齿状或台阶状或类似形状。

衍射环形区并不要求被形成在整个光学表面上。例如，该衍射环形区可以被形成在布置在光轴周围的指定区域内。

衍射环形可被形成在光学元件的一个光学表面上或光学元件的多个光学表面种的至少一者上。

因此，衍射环形区可被形成在光源侧的光学表面上或光学信息记录介质侧的光学表面上。此外，衍射环形区可被形成在构成光学拾取器的光学元件的多个光学表面上，例如形成在每一表面上。

在本发明中的使得基本上不产生相位改变并不局限在无相位改变的情形，而是指不会对衍射效率有显著的影响的一定范围内(大约在±0.2π弧度)的改变。

具有等衍射环形区的光学表面通常引起无限数目的级次的衍射光，如第0级次衍射光、第±1级次衍射光、第±2级次衍射光......。然而，当衍射环形区的形状被改变时，一定衍射级次的衍射光的衍射效率可被设定为高于另一衍射级次，且一特定衍射级次的衍射光(如，第+1级次衍射光)的衍射效率可被设定至约100％。

衍射效率是指由衍射环形区所引起的衍射光的量的比例，且所有衍射光的衍射效率的总合等于1。

具有最大衍射效率的第L(或第M)级次的衍射光是指当具有波长λ1(或λ2)的光束入射到光学元件上时所有衍射光的衍射效率中其衍射效率理论上最高的第L(或第M)级次的衍射光。

在此说明书中，保护基材是指一被布置在信息记录平面的光束入射表面侧的、用以保护光学信息记录介质的信息记录平面的光学透明的平行板。保护基材厚度是指该平行板的厚度。从光源射出的光束被物镜会聚穿过保护基材到达光学信息记录介质的信息记录平面上。

在此说明书中，影像侧的光学元件的数值孔径表示光学元件的多个表面中最靠近光学信息记录介质的一透镜表面的数值孔径。

数值孔径是指以对光束表达最佳像点处的光点信息的限制来定义的一数值孔径，所述限制可以是由于光学拾取器的具有光阑功能的部件或构件引起的，如光阑、滤光片，或者可以是由于光学元件的衍射环形区引起的。

使用参考波长是指在使用参考温度下从光源射出的光束的波长。

使用参考温度是指在使用所述物镜光学元件与光学拾取器的环境中的温度改变范围内的一常规温度(约10至40℃)。

形成为指定非球形面形状的光学表面是指一包括了虚拟非球面形状的光学表面，该虚拟非球面形状是通过连接衍射环形区的起始点而获得的。

相对于形成为指定非球面形状的光学表面大致倾斜的光学表面是指一包括衍射环形区结构的光学表面，其被形成为：当从该结构的包括光轴在内的剖面(子午横截面)观察时，呈延伸在光轴方向上的锯齿状或台阶状。

优选，在与假设不存在光程差产生结构的情况相比，该光程差产生结构可通过改变具有第一波长λ1的光束的第L级次的衍射光与具有第二波长λ2的光束的第M级次的衍射光两者中的至少一者的相位，来降低具有第一波长λ1的光束的第L级次的衍射光与具有第二波长λ2的光束的第M级次的衍射光之间的光学相位差的绝对值，其中该第L级次的衍射光及该第M级次的衍射光是由所述具有衍射功能的结构所引起的。

在本发明中，所述光学元件包括一衍射结构，该衍射结构在至少一光学表面上具有多个布置在光轴周围的衍射环形区；及被布置在所述多个衍射环形区的至少一者的光学表面上的光程差产生结构，用来使通过衍射环形区的指定光束产生一指定光程差。

此外，具有最大衍射效率的第L级次的衍射光与具有最大衍射效率的第M级次的衍射光是由所述具有衍射功能的结构所引起的，且具有第一波长λ1的光束的第L级次的衍射光与具有第二波长λ2的光束的第M级次的衍射光两者中的至少一者的相位被改变。因此，与假设不存在光程差产生结构的情况相比，光程差产生结构可降低具有第一波长λ1的光束的第L级次的衍射光与具有第二波长λ2的光束的第M级次的衍射光之间的光学相位差的绝对值。

因此，具有第一波长λ1的光束的第L级次的衍射光与具有第二波长λ2的光束的第M级次的衍射光可在该高衍射效率的情况下出射。

优选，与假设不存在光程差产生结构的情况相比，光程差产生结构可通过使具有第一波长λ1的光束的第L级次的衍射光与具有第二波长λ2的光束的第M级次的衍射光两者中的一者基本上不产生相位改变，以及通过使具有第一波长λ1的光束的第L级次的衍射光与具有第二波长λ2的光束的第M级次的衍射光两者中的另一者产生相位差，来降低具有第一波长λ1的光束的第L级次的衍射光与具有第二波长λ2的光束的第M级次的衍射光之间的光学相位差的绝对值，其中该第L级次的衍射光及该第M级次的衍射光是由所述具有衍射功能的结构所引起的。

此外，在本发明中，基本上不使具有第一波长λ1的光束的第L级次的衍射光产生相位改变，而使具有第二波长λ2的光束的第M级次的衍射光产生相位改变。因此，具有第一波长λ1的光束的第L级次的衍射光可出射到第一光学信息记录介质上同时保持最大衍射效率，而具有第二波长λ2的光束的第M级次的衍射光可以以高于假设不存在光程差产生结构情况下的衍射效率出射到第二光学信息记录介质中上。

优选，与假设不存在光程差产生结构的情况相比，该光程差产生结构可通过使具有第一波长λ1的光束的第L级次的衍射光与具有第二波长λ2的光束的第M级次的衍射光两者都产生相位差，来降低具有第一波长λ1的光束的第L级次的衍射光与具有第二波长λ2的光束的第M级次的衍射光之间的光学相位差的绝对值，其中该第L级次的衍射光及该第M级次的衍射光是由所述具有衍射功能的结构所引起的。

此外，在本发明中，第L级次的衍射光及该第M级次的衍射光是由所述具有衍射功能的结构所引起的，并且光程差产生结构使具有第一波长λ1的光束的第L级次的衍射光与具有第二波长λ2的光束的第M级次的衍射光两者都产生相位差。因此，与假设不存在光程差产生结构的情况相比，具有第一波长λ1的光束的第L级次的衍射光与具有第二波长λ2的光束的第M级次的衍射光两者都可在高衍射效率的情况下分别出射到第一光学信息记录介质及第二光学信息记录介质上。

优选，与假设不存在光程差产生结构的情况相比，该光程差产生结构可通过使具有第一波长λ1的光束的第L级次的衍射光产生一约等于第一波长λ1的整数倍的光程差，使得衍射结构产生的相位差基本上不改变，以及通过使具有第二波长λ2的光束的第M级次的衍射光产生一不等于第二波长λ2的整数倍的光程差，来降低具有第一波长λ1的光束的第L级次的衍射光与具有第二波长λ2的光束的第M级次的衍射光之间的光学相位差的绝对值。

在本发明中，可获得与上文所述的优选例子相同的效果。

优选，光程差产生结构将光学相位差的绝对值设定为一低于0.6π弧度的值。

优选，所述具有衍射功能的结构具有一形成为锯齿状的不连续表面，并且

光程差产生结构具有一沿光轴方向被形成为台阶状的不连续表面。

优选，所述具有衍射功能的结构具有一沿光轴方向被形成为台阶状的不连续表面，并且

光程差产生结构具有一沿光轴方向被形成为台阶状的不连续表面。

优选，所述光学表面包括一被布置在光轴周围且被形成为圆形的中央区、以及一被布置在该中央区的周边上的周边区，

所述具有衍射功能的结构及光程差产生结构被设置在中央区内，而

被形成为锯齿状的衍射结构被设置在周边区内。

优选，所述光学表面包括一被布置在光轴周围且被形成为圆形的中央区、以及一被布置在中央区的周边上的周边区，

所述具有衍射功能的结构及光程差产生结构被设置在中央区内，而

光程差产生结构被设置在周边区内。

优选，所述光学表面包括一被布置在光轴周围且被形成为圆形的中央区、以及一被布置在中央区的周边上的周边区，

所述具有衍射功能的结构及光程差产生结构被设置在中央区内，而

一用来折射光束的折射结构被布置在周边区内。

在上述的三个优选例子中，可获得与上述效果相同的效果。此外，当入射光束必须通过中央区或周边区，或同时通过中央区与周边区时，衍射效率与衍射级次的设计自由度可进一步增大。而且，各种像差可被轻易地校正。

优选，满足L＝M。

优选，满足L＝M＝1。

优选，沿光轴方向被形成为台阶状且构成光程差产生结构的非连续表面的数目为2或3。

优选，第一波长满足370nm≤λ1≤430nm，且第二波长满足620nm≤λ2≤680nm。

优选，所述具有衍射功能的结构将具有第一波长λ1的光束的第L级次的衍射光的衍射效率与具有第二波长λ2的光束的第M级次的衍射光的衍射效率的总和设为170％或更低，且光程差产生结构将具有第一波长λ1的光束的第L级次的衍射光的衍射效率与具有第二波长λ2的光束的第M级次的衍射光的衍射效率的总和提高10％或更多。

优选，上述的光学元件为物镜光学元件，其中具有第一波长λ1的光束及具有第二波长λ2的光束作为发散光束分别入射到所述光学表面上，且具有第一波长λ1的光束及具有第二波长λ2的光束在球面像差及/或波前像差被校正的情况下被会聚到一指定的光学信息记录介质上。

在本发明中，可获得与上文所述相同的效果。此外，当具有第一波长λ1的光束及具有第二波长λ2的光束作为发散光束分别入射到所述光学表面上时，光束在球面像差及/或波前像差被校正的情况下被会聚到该指定的光学信息记录介质上。

因此，不需要诸如准直器之类的在无限型的光学拾取器中用以使光源发射的光束准直化并将该光束传送至物镜光学元件的光学元件。此外，该装置可被微型化且可以低成本来制造。

在此处，理想的是，物镜光学元件在波前像差被设为均方根等于或小于0.05λ的情况下会聚光束。

优选，放大率m满足以下的公式：

-0.295≤m≤-0.049

在本发明中，可获得与上述优选例子相同的效果。

一般，当从光源到物镜光学元件之间的距离较长时，光量的耗损就会很大。因此，希望放大率被设得愈小愈好。相反，当放大率m极小时，由于寻道和温度变化引起的像差量变大。因此，通过将放大率m设定在该公式的范围之内，既可获得充足的光量又可抑制像差的发生。

而且，因为不需要耦合透镜，所以光学拾取器的零件可减少，且可避免由于一耦合透镜的安装误差导致发生各种像差。

更优选的是，放大率m满足以下的公式：

-0.148≤m≤-0.117

优选，光源侧的光学表面的傍轴区的曲率半径R1及光学信息记录介质侧的光学表面的傍轴区的曲率半径R2满足以下的公式：

-3.2＜R2/R1＜-1.9

优选，第一波长λ1与第二波长λ2为使用参考波长。

优选，上述的光学元件为一物镜光学元件，其中所述光程差产生结构使被衍射的光产生一光程差，使得具有使用参考波长λ1的光束的第-N级次的衍射光具有一最大衍射效率，以及使得具有使用参考波长λ2的光束的第(-N+1)级次的衍射光或具有使用参考波长λ2的光束的第(-N-1)级次的衍射光具有一最大衍射效率。

在本发明中，光程差产生结构使被衍射的光产生一光程差，使得具有使用参考波长λ1的光束的第-N级次的衍射光具有一最大的衍射效率，以及使得具有使用参考波长λ2的光束的第(-N+1)级次的衍射光或具有使用参考波长λ2的光束的第(-N-1)级次的衍射光具有一最大的衍射效率。

因此，相当于具有使用参考波长λ1的光束的第(L-N)级次的衍射光的被衍射光出射至第一光学信息记录介质上，并且相当于具有使用参考波长λ2的光束的第(M-N+1)级次的衍射光或第(M-N-1)级次的衍射光的被衍射光出射至第二光学信息记录介质上。

如上文所述，因为具有每一波长的光束的衍射级次可被物镜光学元件的衍射环形区及光程差产生结构的这两个阶段改变，所以具有相应于每一种光学信息记录介质的足够光量的衍射光可通过适当地改变每一光束的衍射级次来获得。此外，衍射效率或衍射级次的设计自由度可被提高。

在传统的光学拾取器中，衍射光是通过使用一衍射光学元件从具有指定波长的光束获得的。相反，在本发明的衍射光学元件中，衍射光是通过衍射环形区获得的。因为对于光学信息记录介质的信息重现及/或记录是通过使用具有使用参考波长λ1的光束中具有最大衍射效率的第(L-N)级次的衍射光以及使用具有使用参考波长λ2的光束中具有最大衍射效率的第(M-N+1)级次的衍射光或第(M-N-1级次的衍射光来实现的，所以具有相应于一种光学信息记录介质的足够光量的衍射光可通过适当地改变每一光束的衍射级次来获得。

此外，由于衍射光被用于对于光学信息记录介质的信息重现及/或记录，所以可以高准确度地校正各种像差(轴向色差及温度特性类的像差)。

在衍射环形区的至少一者的光学表面上布置了形成在一指定非球面形状的光学表面上且被布置在光轴周围的多个衍射环形区、以及光程差产生结构。

因此，与具有衍射环形区的光学元件及诸如全息光学元件之类的具有光程差产生结构的光学元件被分立布置的情况相比，本发明的光学拾取器可被微型化，且可防止中心偏移及影像高度特性的劣化。

此外，与台阶式的不连续平面被形成在一垂直于光轴的平面上(就像全息光学元件被形成为平板状)的情况相比，本发明可减少不连续表面的总台阶数或衍射环形区的数目，且制造步骤数亦可被减少。

优选，衍射环形区的光学表面具有相对于所述形成为指定非球面形状的光学表面大致倾斜的结构，该大致倾斜的结构具有一形成为锯齿状的不连续表面，并且

光程差产生结构具有一沿光轴方向被形成为台阶状的不连续表面。

优选，衍射环形区的光学表面具有相对于所述形成为指定非球面形状的光学表面大致倾斜，该大致倾斜的结构具有一沿光轴方向被形成为台阶状的不连续表面，并且

光程差产生结构具有一沿光轴方向被形成为台阶状的不连续表面。

优选，所述被形成为指定非球面形状的光学表面被划分为一被布置在光轴的周围且被形成为圆形的中央区、以及一围绕在中央区的周边的周边区，

衍射环形区被布置在中央区内，并且

一被形成为锯齿状的衍射环形区被布置在周边区内。

优选，所述被形成为指定非球面形状的光学表面被划分为一被布置在光轴的周围且被形成为圆形的中央区、以及一围绕在中央区的周边的周边区，

衍射环形区被布置在中央区内，并且

光程差产生结构被布置在周边区内。

优选，所述被形成为指定非球面形状的光学表面被划分为一被布置在光轴的周围且被形成为圆形的中央区、以及一围绕在中央区的周边的周边区，

衍射环形区被布置在中央区内，并且

一用来折射光束的折射结构被布置在周边区内。

在上述的三个优选例子中，可获得与其它优选例子相同的效果。此外，当入射光束通过中央区或周边区，或同时通过中央区与周边区时，衍射效率与衍射级次的设计自由度可进一步增大。

优选，衍射环形区的数目为3至20。

优选，光程差产生结构使具有使用参考波长λ2的光束产生一等于使用参考波长λ2的整数倍的光程差。

与上文所述的例子相同的效果可被获得。此外，光程差产生结构使具有使用参考波长λ2的光束产生一等于该使用参考波长λ2的整数倍的光程差。换言之，该光程差产生结构使具有使用参考波长λ2的光束基本上不产生光程差。因此，具有使用参考波长λ2的光束的第M级次的衍射光(其是被所述衍射环形区所衍射的，且具有最大衍射效率)可作为与第M级次的衍射光等效的光束出射至第二光学信息记录介质上。

优选，满足L＝M。

优选，满足L＝N。

优选，满足M＝N。

优选，满足L＝M＝N。

优选，具有使用参考波长λ1的光束及具有使用参考波长λ2的光束作为发散光束分别入射到所述光学表面上，并且具有使用参考波长λ1的光束及具有使用参考波长λ2的光束在球面像差及/或波前像差被校正的情况下被会聚到指定的光学信息记录介质上。

在本发明中，可获得与上文所述例子相同的效果。此外，当具有使用参考波长λ1的光束及具有使用具有波长λ2的光束作为发散光束分别入射到所述光学表面上时，所述光束可在球面像差及/或波前像差被校正的情况下被会聚到指定的光学信息记录介质上。

因此，不需要诸如准直器之类的在无限型的光学拾取器中用以使光源发射的光束准直化并将其传送至物镜光学元件的光学元件。此外，该装置可被微型化且可以低成本制造。

在此处，理想的是物镜光学元件在波前像差被设定为均方根等于或小于0.05λ的情况下会聚所述光束。

优选，放大率m满足以下的公式：

-0.295≤m≤-0.049

可获得与上述发明相同的效果。

一般，当从光源到物镜光学元件之间的距离较长时，光量的耗损就会更大。因此，放大率m被设得愈小愈好。相反，当放大率m极小时，由于寻道或者温度的改变而引起的像差的量就变大。因此，通过将放大率m设定在所述公式的范围之内，既可获得充足的光量，又可抑制像差的发生。

此外，由于不需要耦合透镜，所以所述光学拾取器的零件可被减少，且可避免由于耦合透镜的安装误差而引起各种的像差。

更优选的是，放大率m满足以下的公式：

-0.148≤m≤-0.117

优选，光源侧的光学表面的傍轴区的曲率半径R1及光学信息记录介质侧的光学表面的傍轴区的曲率半径R2满足以下的公式：

-3.2＜R2/R1＜-1.9

根据本发明的第二方面，提供了一种光学拾取器，其用于通过使用发射自第一光源的具有第一波长λ1的光束来对于保护基材厚度为t1的第一光学信息记录介质重现及/或记录信息，以及通过使用发射自第二光源的具有第二波长λ2(λ2＞λ1)的光束来对于保护基材厚度为t2(t2≥t1)的第二光学信息记录介质重现及/或记录信息，所述光学拾取器包括：

多个光学元件；

其中至少一个光学元件包括一衍射结构，其在至少一个光学表面上具有多个布置在光轴周围的衍射环形区；以及

一光程差产生结构，其被布置在所述衍射环形区的至少一者的光学表面上，用来使通过衍射环形区的指定光束产生一指定光程差。

其中所述衍射结构的光学表面是一具有衍射功能的结构，用来将具有第一波长λ1的光束的第L(L≠0)级次的衍射光设定至一最大衍射效率，以及用来将具有第二波长λ2的光束的第M(M≠0)级次的衍射光设定至在假设不存在光程差产生结构的情况下的一最大衍射效率。

优选，与假设不存在光程差产生结构的情况相比，该光程差产生结构通过改变具有第一波长λ1的光束的第L级次的衍射光与具有第二波长λ2的光束的第M级次的衍射光两者中的至少一者的相位，来降低具有第一波长λ1的光束的第L级次的衍射光与具有第二波长λ2的光束的第M级次的衍射光之间的光学相位差的绝对值，其中该第M级次的衍射光及该第L级次的衍射光是由所述具有衍射功能的结构所引起的。

在本发明中，至少一个光学元件包括一衍射结构，该衍射结构在至少一光学表面上具有布置在光轴周围的多个衍射环形区；及一光程差产生结构，其被布置在衍射环形区的至少一者的光学表面上，用来使通过该衍射环形区的指定光束产生一指定光程差。

此外，具有最大衍射效率的所述第L级次的衍射光与具有最大衍射效率的所述第M级次的衍射光是由所述具有衍射功能的结构所引起的，且具有第一波长λ1的光束的第L级次的衍射光与具有第二波长λ2的光束的第M级次的衍射光两者中的至少一者的相位被改变。因此，与假设不存在光程差产生结构的情况相比，该光程差产生结构降低了具有第一波长λ1的光束的第L级次的衍射光与具有第二波长λ2的光束的第M级次的衍射光之间的光学相位差的绝对值。

因此，具有第一波长λ1的光束的第L级次的衍射光与具有第二波长λ2的光束的第M级次的衍射光可在高衍射效率的情况下出射。

优选，上述光学元件之一为物镜光学元件，并且具有第一波长λ1的光束及具有第二波长λ2的光束作为发散光束分别入射到所述物镜光学元件上，及

具有第一波长λ1的光束及具有第二波长λ2的光束在球面像差及/或波前像差被校正的情况下被会聚到一指定的光学信息记录介质上。

在本发明中，可获得与上述相同的效果。此外，当具有第一波长λ1的光束及具有第二波长λ2的光束作为发散光束分别入射到所述光学表面上时，所述光束在球面像差及/或波前像差被校正的情况下被会聚到一指定的光学信息记录介质上。

因此，不需要诸如准直器之类的在无限型的光学拾取器中用以使光源发射的光束准直化并将其传送至物镜光学元件的光学元件。此外，该装置可被微型化，且可以低成本制造。

在此处，理想的是，物镜光学元件在波前像差被设定为均方根等于或小于0.05λ的情况下会聚所述光束。

优选，放大率m满足以下的公式：

-0.295≤m≤-0.049

在本发明中，可获得与上述例子相同的效果，且同时可获得充足的光量并抑制像差。

此外，由于不需要耦合透镜，所以该光学拾取器的零件可被减少，且可避免由于耦合透镜的安装误差而产生各种像差。

更优选的是，放大率m满足以下的公式：

-0.148≤m≤-0.117

优选，使用发射自第三光源的具有第三波长λ3(λ3＞λ2)的光束来对于保护基材厚度为t3(t3＞t2)的第三光学信息记录介质重现及/或记录信息。

优选，该第一波长λ1与第二波长λ2为使用参考波长。

优选，所述光程差产生结构使被衍射光产生一光程差，使得具有使用参考波长λ1的光束的第-N级次的衍射光具有一最大衍射效率，以及使得具有使用参考波长λ2的光束的第(-N+1)级次的衍射光或具有使用参考波长λ2的光束的第(-N-1)级次的衍射光具有一最大衍射效率。

在本发明中，所述光程差产生结构使被衍射光产生一光程差，使得具有使用参考波长λ1的光束的第-N级次的衍射光具有一最大衍射效率，以及使得具有使用参考波长λ2的光束的第(-N+1)级次的衍射光或具有使用参考波长λ2的光束的第(-N-1)级次的衍射光具有一最大衍射效率。

因此，相当于具有使用参考波长λ1的光束的第(L-N)级次的衍射光的被衍射光出射至第一光学信息记录介质上，并且相当于具有使用参考波长λ2的光束的第(M-N+1)级次的衍射光或第(M-N-1)级次的衍射光的被衍射光出射至第二光学信息记录介质上。

如上文所述，因为具有每一波长的光束的衍射级次可被物镜光学元件的衍射环形区及光程差产生结构的这两个阶段改变，所以具有相应于每一种光学信息记录介质的足够光量的衍射光可通过适当地改变每一光束的衍射级次来获得。此外，衍射效率或衍射级次的设计自由度可被提高。

优选，具有第一波长λ1的光束及具有第二波长λ2的光束作为发散光束分别入射到物镜光学元件上，并且具有第一波长λ1的光束及具有第二波长λ2的光束在球面像差及/或波前像差被校正的情况下被会聚到一指定的光学信息记录介质上。

在本发明中，可获得与上文所述例子相同的效果。此外，当具有使用参考波长λ1的光束及具有使用参考波长λ2的光束作为发散光束分别入射到所述光学表面上时，所述光束可在球面像差及/或波前像差被校正的情况下被会聚到一指定的光学信息记录介质上。

因此，不需要诸如准直器之类的在无限型的光学拾取器中用以使光源发射的光束准直化并将其传送至物镜光学元件的光学元件。此外，该装置可被微型化，且可以低成本制造。

在此处，理想的是物镜光学元件在波前像差被设定为均方根等于或小于0.05λ的的情况下会聚所述光束。

优选，放大率m满足以下的公式：

-0.295≤m≤-0.049

在本发明中，可获得与上述例子相同的效果，且同时可获得充足的光量并抑制像差。

而且，由于不需要耦合透镜，所以该光学拾取器的零件可被减少，且可避免由于耦合透镜的安装误差引起的各种像差。

更优选的是，放大率m满足以下的公式：

-0.148≤m≤-0.117

优选，使用发射自第三光源的具有第三波长λ3(λ3＞λ2)的光束来对于保护基材厚度为t3(t3＞t2)的第三光学信息记录介质重现及/或记录信息。

附图说明

图1为根据本发明第一实施例的光学拾取器及光学元件的示意图；

图2为示出了一物镜结构的侧视图；

图3A为一图表，其示出了波长为λ1、λ2的光束之间的相位差；

图3B为不具有光程差产生结构的物镜的放大视图；

图3C为具有光程差产生结构的物镜的放大视图；

图4为一图表，其示出衍射效率；

图5为一侧视图，其示出一物镜结构的侧视图；

图6为一侧视图，其示出一物镜结构的侧视图；

图7为一放大的侧视图，其示出一物镜的结构；

图8为一图表，其示出衍射效率；

图9为根据本发明第一实施例的第五示例的光学拾取器及光学元件的示意图；

图10为根据本发明第二实施例的光学拾取器的示意图；

图11为示出一物镜结构的侧视图；

图12A为物镜的侧视图；

图12B为图12A中用圆圈出的部分的放大图；

图13为示出一物镜结构的侧视图；

图14为示出一物镜结构的侧视图；

图15为示出一物镜结构的侧视图；

图16为示出一物镜结构的侧视图；

图17为一放大的侧视图，其示出一物镜的结构；及

图18为根据本发明第二实施例的第四示例的光学拾取器的示意图。

具体实施方式

第一实施例

在下文中，将参照附图说明根据本发明的第一实施例的一物镜光学元件及一光学拾取器。

如图1所示，在一光学拾取器1中，一波长为λ1(＝405nm)的光束从一第一半导体激光器3被发射至一第一光学信息记录介质2(在此实施例中为高密度DVD)上，及一波长为λ2(＝655nm)的光束从一第二半导体激光器5被发射至一第二光学信息记录介质4上(在此实施例中为DVD)。藉此，信息被记录于该第一光学信息记录介质2或第二光学信息记录介质4的信息记录平面6上或由该处被重现。

之后，当信息被记录至该高密度DVD 2上或从该高密度DVD 2被重现时，从该第一半导体激光器3被发射出的具有波长λ1的光束通过一分束器7且被传送通过一准直器8以形成一平行光束。之后，该光束通过一分束器9及一光阑11且被一物镜10穿过高密度DVD 2的一保护基材会聚到该信息记录平面6上。

用于具有波长λ1的光束的物镜10的功能将稍后加以说明。

之后，该光束在信息记录平面6上的信息凹坑处被调制和反射，并再次通过物镜10、光阑11、分束器9及准直器8以形成一会聚光束。之后，该光束在分束器7中被反射，并且在一柱面透镜12中使该光束产生像散。之后，该光束穿过一凹透镜13而入射到一光电探测器14上，并且对被记录在高密度DVD 2中的信息的一读出信号从该光电探测器14的一信号输出处被获得。

当信息被记录至DVD 4上或从DVD 4被重现时，从该第二半导体激光器5被发射出的具有波长λ2的光束会通过一分束器15且被传送通过一准直器16以形成一平行光束。之后，该光束通过分束器9及光阑11，并且被物镜10会聚穿过DVD 4的保护基材到达信息记录平面6上。

用于具有波长λ2的光束的物镜10的功能将稍后加以说明。

之后，该光束在信息记录平面6上的信息凹坑处被调制和反射，并再次通过物镜10和光阑11。之后，该光束在分束器9中被反射，并通过准直器16以形成一会聚光束。之后该光束在分束器15中被反射，并且在一柱面透镜17中使该光束产生像散。之后，该光束穿过一凹透镜18而入射到一光电探测器19上，并且对被记录在高密度DVD 4中的信息的一读出信号从该光电探测器19的一信号输出处被获得。

此外，检测由于在各个光电探测器14及19上的位置改变及光点形状改变而引起的光量的变化，并且进行聚焦检测及寻道检测。之后，根据此检测结果，一二维的致动器160移动物镜10以将从第一半导体激光器3或第二半导体激光器5发出的光束会聚到高密度DVD 2或DVD 4的信息记录表面6的预定轨道上。

如图2所示，表示一物镜光学元件的物镜10是由具有两个非球面表面的单一透镜形成的，且构成光学拾取器1的一个光学系统。一具有一光程差产生结构30的衍射结构20被布置在物镜10面向光源的光学表面10a上。

具体而言，物镜10包括衍射结构20，该衍射结构具有分别围绕光轴L布置的多个刀片状的衍射环形区21。每一衍射环形区21的光学表面被形成为在衍射结构20中布置出具有衍射功能的结构22，并且衍射环形区21的结构22被形成为锯齿状。物镜10还包括设置在衍射环形区21的光学表面侧的光程差产生结构30，并使通过每一具有衍射功能的结构22的光束产生一指定的光程差。光程差产生结构30的表面形成一由多个被分开的表面31所构成的台阶式不连续表面。

在此实施例中，每一衍射环形区21都具有两个被分开的表面31。

图3A为一图表，其示出当具有波长λ1的平行光束及具有波长λ2的平行光束中的每一者通过图3B及图3C中的各个衍射光栅时相位差相对刻痕深度的变化，其中所述衍射光栅对于来自附图纸张左边的波长λ1而言折射率被设定为n1＝1.525，而对于来自附图纸张左边的波长λ2而言折射率被设定为n2＝1.507。

在图3A中，双点划线表示通过具有图3B的常见衍射结构的衍射光栅、具有波长λ1的光束的第1级次衍射光的相位差，而单点划线则表示通过具有图3B的常见衍射结构的衍射光栅、具有波长λ2的光束的第1级次衍射光的相位差。

此外，在图3A中，实线表示通过图3C所示的衍射环形区21、具有波长λ1的光束的第1级次衍射光的相位差，而点线则表示通过图3C所示的衍射环形区21、具有波长λ2的光束的第1级次衍射光的相位差。

如图3C所示的，每一被分开表面31的深度d1被设定为可产生等于波长λ1两倍的光程差。因此，在通过一被分开的表面31的具有λ1波长的光束与通过相邻的被分开的表面31的具有λ1波长的光束之间产生等于波长λ1两倍的光程差，而在光束中没有波前偏移产生。

如上所述，此实施例的光学元件具有一项功能，即通过将具有被设定为指定深度的分开表面31的光程差产生结构30布置在该光学元件的一光学功能性表面上，使得通过该光学元件(物镜10)的波长λ1的光束与波长λ2的光束中的至少一者产生相位变化。此外，当被分开的表面31的表面形状是由每一衍射环形区21(衍射环形区是通过将具有衍射功能的结构22以相应于多个被分开的表面31的间隔分开，并沿光轴L的方向移动被分开的部分而形成的)来决定时，此实施例的光学元件具有一功能，即在波长λ1的光束及波长λ2的光束之一的一类衍射光具有最大衍射效率的条件下，输出该衍射光。

例如，当具有λ1(405nm)的光束入射到该光学元件上时，示于图3C中的被分开的表面31的形状与以相应于多个被分开的表面31的间隔来分开示于图3B中的衍射环形区21并将被分开的部分沿光轴L的方向移动而所形成的表面形状相同或相似，其中所述沿光轴L方向的移动用以使具有波长λ1的光束产生等于波长两倍的光程差。

因此，每一光程差产生结构30使具有λ1波长的光束产生等于波长的两倍的光程差。

因此，如图3A所示，在光束波长为λ1的情况下，通过使用光程差产生结构30产生等于波长两倍的光程差而获得的相位差分布(实线)大致与没有产生光程差所获得的相位差分布(双点划线)相同。换言之，在此结构中，在具有波长λ1的光束的第1级次衍射光中几乎没有发生相位变化。

相反地，当具有波长λ2的光束入射到该光学元件上时，通过常见的衍射结构相对于具有波长λ1的光束在具有波长λ2的光束中产生了最大为波长的0.6倍的光程差。

此外，光程差产生结构30产生最大约为波长的1.2倍(0.6×2)的光程差。因此，总而言之，对于具有波长λ2的光束产生了等于波长1.8倍的光程差。

在此处，当光学元件只具有没有光程差产生结构30的衍射结构时，具有波长λ1的光束与具有波长λ2的光束之间的相位差最多是波长的0.4倍(1.0-0.6)，即，约0.8π弧度，如图3A的箭头所示。

相反，因为在此实施例中该光学元件具有光程差产生结构30，所以具有波长λ1的光束与具有波长λ2的光束之间的相位差最多是波长的0.2倍(1.0-0.8)，即，约0.4π弧度，如图3A的箭头所示。因此，与不具有光程差产生结构30的衍射结构比较起来，相位差被降低。

如上所述，在本发明的此实施例的光学元件10中，具有波长λ1的光束的一指定级次的衍射光由于衍射结构20的光学表面的衍射功能而具有一最大衍射效率，及具有波长λ2的光束的一指定级次的衍射光由于衍射结构20的光学表面的衍射功能而具有一最大衍射效率，光程差产生结构30基本上没有使具有波长λ1的光束的衍射光产生相位改变，而使具有波长λ2的光束的衍射光产生一相位改变。因此，介于具有波长λ1的光束的衍射光与具有波长λ2的光束的衍射光之间的相位差的绝对值被降低。

在此处，相位差的绝对值理想地是被设定为低于0.6π弧度的数值。

图4示出了当从光源发出的光的波长范围是从350nm至800nm时，范围从负2级至正2级的各种类型的衍射光的相位差的计算结果。

由图4可知，不仅负1级次衍射光的衍射效率在波长400nm附近为100％，而且负1级次衍射光的衍射效率在波长650nm附近也可被提高到约85％。因此，可获得充足的光量。

在此实施例中，如上所述，每一被分开的表面31的深度(在光轴方向上的长度)d1被设定为一相应于等于波长λ2整数倍的光程差的长度，每一被分开的表面31的形状被设定为与以相应于多个被分开的表面31的间隔分开图3B所示的锯齿形衍射环形区21并将被分开的部分沿光轴L的方向移动而获得的形状相同或相似。然而，每一被分开的表面31的深度d1及形状可根据将被使用的光束的波长等加以适当地修改。

(第一示例)

接下来将描述光学拾取器1及光学元件10的第一示例。

在此示例中，如图2所示，衍射结构20及光程差产生结构30被设置在位于物镜的一光学表面(在光源侧)上的区域A1中(在下文中被称为“中央区A1”)，该物镜表示一光学元件，该元件是两面皆为非球面表面的单一透镜，并且偏离光轴一预定的高度(在此示例中为1.2mm或更小)。

此外，形成为锯齿状的一般衍射环形区被形成在布置在除了中央区A1之外的光学表面上的区域A2(在下文中被称为“周边区A2”)中。

在每一衍射环形区21中，被分开表面31愈是远离光轴L，被分开表面31陷入物镜10内部就愈深。

此外，具有衍射功能的结构22被布置成使得具有波长λ1的光束的第1级次衍射光的衍射效率设为100％，并且光程差产生结构30被布置成使得具有波长λ1的光束产生一等于波长λ1整数倍的光程差。

物镜10的透镜数据被示于表1及表2中。

                    表1

第一示例

f1＝2.33mm，f2＝2.35mm

NA1＝0.65，NA2＝0.51

第i个表面	Ri	di(660nm)	ni(660nm)	di(785nm)	ni(785nm)
						0		∞
1	∞	0.0	1.0	0.0	1.0
						2	1.42364	1.29000	1.5290	1.29000	1.5254
2′	1.52108	0.00527	1.5290	0.00527	1.5254
						3	-6.30217	1.62791	1.0	1.26273	1.0
4	∞	0.6	1.2189	1.2	0.8492
						5	∞

在此处，di表示从第i个表面到第(i+1)个表面的位移，及d2′表示从第2表面到第2′表面的位移。

如表1中所示，在此示例的物镜10中，在从第一光源发出的光的第一波长λ1＝660nm的情况下，设定了焦距f＝2.33mm且影像侧数值孔径NA＝0.65。在从第二光源发出的光的第二波长λ2＝785nm的情况下，设定了焦距f＝2.35mm且影像侧数值孔径NA＝0.51。

在表1中的第2表面表示物镜10在光源侧的、距离光轴L的高度h小于1.20mm的中央区A1内的光学表面10a。表1中的第2′表面表示物镜10在光源侧的、距离光轴L的高度h等于或者大于1.2mm的周边区A2内的光学表面10a。在表1中的第3表面表示物镜10在光学信息记录介质2或4侧的光学表面10b。第4表面表示光学信息记录介质2或4的保护基材的表面。第5表面表示该光学信息记录介质2或4的信息记录平面6。此外，Ri表示一曲率半径，di表示在光轴方向上从第i个表面到第(i+1)个表面的位移，ni表示每一个表面的折射率。

物镜10的第二、第2′及第3表面以一数学公式定义出，其是通过将表1及表2中的系数代入下面的非球面形状公式(1)中而获得的，并且所述表面被形成为相对于光轴L轴对称的非球面形状。

(非球面形状公式)

$X\left(h\right)=\frac{(h^2/R)}{1+\sqrt{1-(1+k){(h/R)}^2}}+\underset{i=0}{\overset{9}{\mathrm{\Σ}}}{A}_{2i}{h}^{2i}---\left(1\right)$

在此处，X(h)表示沿光轴L方向上的一轴线(光的传播方向为正方向)，k表示一圆锥常数，及A_2i表示非球面表面的系数。

                    表2

非球面表面数据

第2表面(0≤h＜1.2mm)

非球面表面的系数

k＝-2.7006×10⁰

A4＝+9.0072×10^-2

A6＝-3.4130×10^-2

A8＝+1.7301×10^-2

A10＝-9.0048×10^-3

A12＝+3.5278×10^-3

A14＝-6.1020×10^-4

光程差函数的系数

(参考波长：690nm)

B4＝-4.9138×10^-3

B6＝-9.5829×10^-4

B8＝-2.1917×10^-4

B10＝+7.3376×10^-5

第2′表面(1.22mm≤h)

非球面表面的系数

k＝-3.2519×10⁰

A4＝+1.0460×10^-1

A6＝-2.1964×10^-2

A8＝+1.9963×10^-3

A10＝-2.6530×10^-3

A12＝+2.5293×10^-3

A14＝-5.4124×10^-4

光程差函数的系数

(参考波长：660nm)

B2＝-5.1790×10^-3

B4＝-2.2260×10^-3

B6＝+2.2434×10^-3

B8＝+2.5054×10^-3

B10＝+6.3807×10^-4

第3表面

非球面表面的系数

k＝-9.0480×10⁺¹

A4＝+4.8522×10^-3

A6＝-7.4420×10^-3

A8＝+1.0411×10^-2

A10＝-4.5226×10^-3

A12＝+4.0160×10^-4

A14＝+5.4670×10^-5

此外，衍射环形区21的间距是以一数学公式决定的，且是通过将表2中的系数代入到下面的光程差函数(2)中获得的。

(光程差函数)

$\mathrm{\φ}\left(h\right)=\underset{i=0}{\overset{5}{\mathrm{\Σ}}}{B}_{2i}{h}^{2i}---\left(2\right)$

此处，B_2i为光程差函数的系数

此外，具有波长λ1或λ2的光束在离光轴L一任意高度h处的光程差以下面的光程差表达公式(3)表示。

(光程差表达公式)

${\mathrm{\φ}}^{\′}\left(h\right)=N\×\mathrm{MOD}\{\mathrm{\φ}\left(h\right)/\mathrm{\λ}\}-p\×\mathrm{INT}[M\×\mathrm{MOD}\{\mathrm{\φ}\left(h\right)/\mathrm{\λ}\left\}\right]\×\frac{{\mathrm{\λ}}_i}{\mathrm{\λ}}\×\frac{n-1}{n_i-1}---\left(3\right)$

h：离光轴的高度

A_2i：非球面系数

B_2i：光程差函数的系数

MOD：数值的小数部分

INT：数值的整数部分

λ：参考波长(衍射效率理论上为100％的波长)

n：在参考波长下的折射率

λ_i：光程差产生结构的参考波长(在光程差产生结构中不发生相位差的波长)

n_i：在λ_i的折射率

p：对于λ_i的光程差产生结构的每一阶的光程差(λ)

N：衍射级次

M：在一衍射环形区中的被分开的表面的数目(台阶的数目)

此外，λ_i、p、N及M的数值被示于表3中。

                    表3

示例中的λ_i、p、N及M的值

	第一示例	第二示例	第三示例	第四示例
					λi	655nm	405nm	405nm	380nm
p	-5	-2	-2	-2
					N	1	1	1	1
M	2	2	2	2

在第一示例中，每一衍射环形区21的衍射效率对于具有波长λ1的第1级次的衍射光而言约为100％，而对于具有波长λ2的第1级次的衍射光而言约为95％。这些衍射效率比在常见衍射结构中的衍射效率高约5％。

(第二示例)

接下来将说明光学拾取器1及光学元件10的第二示例。

在此示例中，与第一示例的方式相同，如图2所示，衍射结构20及光程差产生结构30被设置在位于物镜的一光学表面(在光源侧)上的中央区A1中，该物镜是指一光学元件，该光学元件是两面皆为非球面表面的单一透镜且距离光轴1.34mm或更小。

此外，形成为锯齿状的一般衍射环形区被形成在周边区A2中。

在每一衍射环形区21中，被分开表面31愈是远离光轴L，被分开表面31陷入到物镜10内部就愈深。

此外，具有衍射功能的结构22被布置成使得具有波长λ1的光束的第1级次衍射光的衍射效率设为约100％，并且光程差产生结构30被布置成使得具有波长λ1的光束产生一等于波长λ1整数倍的光程差。

物镜10的透镜数据被示于表4及表5中。

                    表4

第二示例

f1＝2.00mm，f2＝2.06mm

NA1＝0.85，NA2＝0.65

第i个表面	Ri	di(405nm)	ni(405nm)	di(655nm)	ni(655nm)
						0		∞		∞
1	∞	0.0	1.0	0.0	1.0
						2	1.25531	2.22000	1.52491	2.22000	1.50673
2′	1.37269	0.00942	1.52491	0.00942	1.50673
						3	-2.50906	0.72085	1.0	0.45468	1.0
4	∞	0.1	1.61949	0.6	1.57752
						5	∞

在此处，di表示从第i个表面到第(i+1)个表面的位移，d2′表示从第2表面到第2′表面的位移。

                    表5

非球面表面数据

第2表面(0≤h＜1.34mm)

非球面表面的系数

k＝-6.4184×10^-1

A4＝+6.0111×10^-3

A6＝+1.3824×10^-3

A8＝-1.5922×10^-3

A10＝+8.2924×10^-4

A12＝+5.5186×10^-4

A14＝-9.7245×10^-4

A16＝+5.2133×10^-4

A18＝-1.1435×10^-4

A20＝+7.3173×10^-6

光程差函数的系数

(参考波长：405nm)

B4＝-2.5646×10^-3

B6＝-9.6475×10^-5

B8＝-3.3058×10^-4

B10＝+1.9775×10^-5

第2′表面(1.34mm≤h)

非球面表面的系数

k＝-5.6733×10^-1

A4＝+1.9664×10^-2

A6＝-5.0827×10^-4

A8＝+2.2416×10^-3

A10＝+1.8200×10^-4

A12＝-3.6697×10^-5

A14＝+8.4577×10^-5

A16＝-1.8143×10^-5

A18＝+2.3679×10^-5

A20＝-5.9259×10^-6

光程差函数的系数

(参考波长：405nm)

B2＝-1.0231×10^-2

B4＝+1.3102×10^-3

B6＝-5.7778×10^-4

B8＝+9.3656×10^-4

B10＝-2.4332×10^-4

第3表面

非球面表面的系数

k＝-4.9112×10⁺¹

A4＝+4.1345×10^-2

A6＝-7.3373×10^-3

A8＝-6.4839×10^-3

A10＝+3.0509×10^-3

A12＝-7.7472×10^-5

A14＝-1.8723×10^-4

A16＝+2.9365×10^-5

如表4中所示，在此示例的物镜10中，在从第一光源发出的光的第一波长λ1＝405nm的情况下，设定了焦距f＝2.00mm且影像侧数值孔径NA＝0.85。在从第二光源发出的光的第二波长λ2＝655nm的情况下，设定了焦距f＝2.06mm且影像侧数值孔径NA＝0.65。

该物镜10的第二、第2′及第3表面以一数学公式定义出，其是通过将表4及表5中的系数代入非球面形状公式(1)中而获得的，并且所述表面分别被形成为相对于该光轴L轴对称的非球面形状。

此外，衍射环形区21的间距是以一数学公式决定的，并且是通过将表5中的系数代入到光程差函数(2)中获得的。

此外，具有波长λ1或λ2的光束在离光轴L一任意高度h处的光程差以一数学公式表达，其是通过将表3中的系数代入到光程差表达公式(3)中而获得的。

在第二示例中，每一衍射环形区21的衍射效率对于具有波长λ1的第1级次的衍射光而言约为100％，而对于具有波长λ2的第1级次的衍射光而言约为85％。这些衍射效率比常见衍射结构中的衍射效率高约30％。

(第三示例)

接下来将说明光学拾取器1及光学元件10的第三示例。

在此示例中，如图5所示，衍射结构20及光程差产生结构30被设置在位于物镜的一光学表面(在光源侧)上的中央区A1中，该物镜是指一光学元件，所述光学元件是两面皆为非球面表面的单一透镜。

在每一衍射环形区21中，被分开表面31愈是远离该光轴L，被分开表面31陷入到物镜10内部就愈深。

此外，具有衍射功能的结构22被布置成使得具有波长λ1的光束的第1级次衍射光的衍射效率设为约100％，并且光程差产生结构30被布置成使得具有波长λ1的光束产生一等于λ1波长整数倍的光程差。

物镜10的透镜数据被示于表6及表7中。

                    表6

第三示例

f1＝2.40mm，f2＝2.38mm

NA1＝0.65，NA2＝0.65

第i个表面	Ri	di(405nm)	ni(405nm)	di(655nm)	ni(655nm)
						0		∞		∞
1	∞	0.0	1.0	0.0	1.0
						2	1.55720	1.60000	1.52491	1.60000	1.50673
3	-6.67199	1.10173	1.0	1.10173	1.0
						4	∞	0.6	1.61949	0.6	1.57752
5	∞

在此处，di表示从第i个表面到第(i+1)个表面的位移，

                    表7

非球面表面数据

第2表面

非球面表面的系数

k＝-7.3475×10^-1

A4＝+6.5748×10^-3

A6＝+9.2164×10^-4

A8＝+1.1841×10^-3

A10＝-5.8766×10^-4

A12＝+1.7873×10^-4

A14＝+8.6359×10^-6

A16＝-9.0485×10^-6

A18＝-5.5710×10^-6

光程差函数的系数

(参考波长：405nm)

B2＝-1.5660×10^-2

B4＝-1.3080×10^-3

B6＝+1.2828×10^-4

B8＝-6.6741×10^-5

B10＝-6.4951×10^-6

第3表面

非球面表面的系数

k＝-5.0959×10⁺¹

A4＝+4.7700×10^-3

A6＝+8.5987×10^-3

A8＝-3.5378×10^-3

A10＝-1.4722×10^-3

A12＝+1.5928×10^-4

A14＝+2.3576×10^-4

A16＝-4.5296×10^-5

如表6中所示，在此示例的物镜10中，在从第一光源发出的光的第一波长λ1＝405nm的情况下，设定了焦距f＝2.38mm且影像侧数值孔径NA＝0.65。在从第二光源发出的光的第二波长λ2＝655nm的情况下，设定了焦距f＝2.40mm且影像侧数值孔径NA＝0.65。

该物镜10的第二及第3表面以一数学公式定义出，且是通过将表6及表7中的系数代入非球面形状公式(1)中而获得的，并且所述表面分别被形成为相对于光轴L轴对称的非球面形状。

此外，衍射环形区21的间距是以一数学公式决定的，且是通过将表7中的系数代入到光程差函数(2)中获得的。

此外，具有波长λ1或λ2的光束在离光轴L一任意高度h处的光程差以一数学公式表达，且是通过将表3中的系数代入到光程差表达公式(3)中而获得的。

在第三示例中，每一衍射环形区21的衍射效率对于具有波长λ1的第1级次的衍射光而言约为100％，而对于具有波长λ2的第1级次的衍射光而言约为85％。这些衍射效率比在常见衍射结构中的衍射效率高约30％。

(第四示例)

接下来将说明光学拾取器1及光学元件10的第四示例。

在此示例中，与第三示例的方式相同，如图5所示，衍射结构20及光程差产生结构30被设置在物镜10的一整个光学表面10a(在光源侧)上，该物镜是指一光学元件，所述光学元件为两面皆为非球面表面的单一透镜。

在每一衍射环形区21中，被分开表面31愈是远离光轴L，被分开表面31陷入到物镜10内部就愈深。

此外，具有衍射功能的结构22被布置成使得具有波长λ1波长的光束的第1级次衍射光的衍射效率设为约80％，并且光程差产生结构30被布置成使得具有波长λ1的光束或具有波长λ2波长的光束产生一不等于波长λ1或波长λ2整数倍的光程差。

物镜10的透镜数据被示于表8及表9中。

                    表8

第四示例

f1＝2.40mm，f2＝2.38mm

NA1＝0.65，NA2＝0.65

第i个表面	Ri	di(405nm)	ni(405nm)	di(655nm)	ni(655nm)
						0		∞		∞
1	∞	0.0	1.0	0.0	1.0
						2	1.55720	1.60000	1.52491	1.60000	1.50673
3	-6.67199	1.10173	1.0	1.10173	1.0
						4	∞	0.6	1.61949	0.6	1.57752
5	∞

在此处，di表示从第i个表面到第(i+1)个表面的位移。

                    表9

非球面表面数据

第2表面

非球面表面的系数

k＝-7.3475×10^-1

A4＝+6.5748×10^-3

A6＝+9.2164×10^-4

A8＝+1.1841×10^-3

A10＝-5.8766×10^-4

A12＝+1.7873×10^-4

A14＝+8.6359×10^-6

A16＝-9.0485×10^-6

A18＝-5.5710×10^-6

光程差函数的系数

(参考波长：500nm)

B2＝-1.9333×10^-2

B4＝-1.6148×10^-3

B6＝+1.5837×10^-4

B8＝-8.2396×10^-5

B10＝-8.0186×10^-6

第3表面

非球面表面的系数

k＝-5.0959×10⁺¹

A4＝+4.7700×10^-2

A6＝+8.5987×10^-3

A8＝-3.5378×10^-3

A10＝-1.4722×10^-3

A12＝+1.5928×10^-4

A14＝+2.3576×10^-4

A16＝-4.5296×10^-5

如表8中所示，在此示例的物镜10中，在从第一光源发出的光的第一波长λ1＝405nm的情况下，设定了焦距f＝2.38mm且影像侧数值孔径NA＝0.65。在从第二光源发出的光的第二波长λ2＝655nm的情况下，设定了30焦距f＝2.40mm且影像侧数值孔径NA＝0.65。

该物镜10的第2及第3表面以一数学公式定义出，其是通过将表8及表9中的系数代入非球面形状公式(1)中而获得的，并且所述表面分别被形成为相对于该光轴L轴对称的非球面形状。

此外，衍射环形区21的间距是以一数学公式决定的，且是通过将表9中的系数代入到光程差函数(2)中获得的。

此外，具有波长λ1或λ2的光束在离光轴L一任意高度h处的光程差以一数学公式表达，且是通过将表3中的系数代入到光程差表达公式(3)中而获得的。

在此示例中，对于具有波长λ1的第1级次的衍射光及对于具有波长λ2的第1级次的衍射光而言，每一衍射环形区21的衍射效率皆约为95％。

(第五示例)

接下来将参照图9说明根据本发明第一实施例的第五示例的一光学拾取器及一光学元件。

在一光学拾取器70中，波长为λ1(＝655nm)的光束从第一半导体激光器(光源)71被发射至第一光学信息记录介质(在此示例中为DVD)80上，而波长为λ2(＝785nm)的光束从第二半导体激光器(光源)72被发射至第二光学信息记录介质(在此示例中为CD)81上。之后，这些光束被发散并入射到物镜(物镜光学元件)10上，用以将光束分别会聚到光学信息记录介质80、81的信息记录平面80a、81a上。因此，信息被记录到信息记录平面80a、81a的每一个上，或者记录在信息记录平面80a、81a的每一个上的信息被读出。

在此处，第一半导体激光器71及第二半导体激光器72被布置成为一光源单元。因此，在图9中，从半导体激光器发射出的具有波长λ1的光束与具有波长λ2的光束以同一实线来表示。

当信息被记录到DVD 80上或从DVD 80被读出时，从第一半导体激光器71发射出的具有波长λ1的光束被传送通过一衍射光栅73且在一半透明反射镜74上被反射。之后，具有波长λ1的光束通过一光阑75且被物镜10会聚穿过DVD 80的保护基材80b到达信息记录平面80a上。

之后，在信息记录平面80a的信息凹坑处被调制且在信息记录平面80a上被反射的光束再次通过物镜10、光阑75、半透明反射镜74及一衍射光栅(未示出)，并且入射到一光学探测器76上。之后，表示被记录在DVD 80上的信息的读出信号从光学检测器76的一信号输出处被获得。

当信息以相同的方式被记录至CD 81上或从CD 81被重现时，从第二半导体激光器发射出的具有波长λ2的光束被传送通过衍射光栅73，并且在半透明反射镜74上被反射。之后，具有波长λ2的光束通过光阑75，且被物镜10会聚穿过CD 81的保护基材81b到达信息记录平面81a上。在此处，为了方便起见，CD 81的保护基材81b与DVD 80的保护基材80b在图9中以相同的图形来表示。

之后，在信息记录平面81a的信息凹坑处被调制且在信息记录平面81a上被反射的光束再次通过物镜10、光阑75、半透明反射镜74及一衍射光栅(未示出)，并且入射到光电探测器76上。之后，表示被记录在CD 81上的信息的读出信号从光学检测器76的一信号输出处被获得。

此外，由于光在位置上的改变而造成的落在信息凹坑上的光量的改变以及形成在信息记录平面80a及81a上的光点形状的改变被光学探测器76检测到，用以进行聚焦检测及寻道检测。之后，根据此检测结果，通过二维致动器(未示出)移动物镜10，用以使从第一半导体激光器71发出的或从第二半导体激光器72发出的光束在DVD 80或CD 81的信息记录平面80a或81a上成像，并将该像形成于一指定的轨道上。

在此示例中，与第一示例方式相同，如图2所示，衍射环形区21及光程差产生结构30被设置在位于物镜的一光学表面(在光源侧)上的中央区A1中，该物镜是指一光学元件，所述光学元件为两面皆为非球面表面的单一透镜且距离光轴1.53mm或更小。

此外，锯齿状的一般衍射环形区被形成在周边区A2中，并且通过衍射环形区的周边区A2的、具有波长λ1的光束的第1级次衍射光的衍射效率被设为约100％。

在每一衍射环形区21中，被分开表面31愈是远离光轴L，被分开表面31陷入到物镜10内部就愈深。

每一被分开的表面31的深度d1被设定为可产生等于具有波长λ2的光束的一个波长的一光程差。换言之，在通过一被分开的表面31的、具有波长λ2的光束与通过一相邻的被分开的表面31的、具有波长λ2的光束之间产生一等于波长两倍的光程差，而在光束之间没有发生波前偏移。

此外，具有衍射功能的结构22被布置成使得具有波长λ2的第1级次衍射光的衍射效率设为约100％。

物镜10的透镜数据被示于表10及表11中。

                    表10

第五示例

焦距：f1＝2.85mm，f2＝2.87mm

数值孔径：NA1＝0.60，NA2＝0.47

成像放大率：m＝-1/8.0 m＝-1/8.1

第i个表面	Ri	di(655nm)	ni(655nm)	di(785nm)	ni(785nm)
						0		10.0		10.0
1	∞	1.25	1.51436	1.25	1.51108
						2	∞	14.35047	1.0	14.71832	1.0
3	1.92617	2.0000	1.52915	2.0000	1.52541
						3′	1.95441	-0.00221	1.52915	-0.00221	1.52541
4	-4.42811	1.79967	1.0	1.33178	1.0
						5	∞	0.60	1.57752	1.2	1.57063
6	∞

在此处，di表示从第i个表面到第(i+1)个表面的位移，及d3′表示从第3表面到第3′表面的位移。

                    表11

非球面表面数据

第3表面(0≤h＜1.53mm)

非球面表面的系数

k＝-6.2671×10^-1

A4＝-3.3952×10^-3

A6＝+2.2059×10^-4

A8＝-9.9554×10^-5

A10＝+1.6761×10^-5

A12＝-1.3961×10^-5

A14＝+65021×10^-7

光程差函数的系数

(参考波长：785nm)

B2＝+0.0000×10⁰

B4＝-2.1697×10^-3

B6＝+1.9454×10^-4

B8＝-5.2252×10^-5

B10＝-3.8291×10^-7

第3′表面(1.53mm≤h)

非球面表面的系数

k＝-5.6435×10^-1

A4＝-1.4090×10^-3

A6＝-2.7827×10^-4

A8＝+1.8506×10^-6

A10＝-2.3515×10^-5

A12＝-1.4489×10^-5

A14＝+2.5022×10^-6

光程差函数的系数

(参考波长：655nm)

B2＝-4.3851×10^-3

B4＝+1.1223×10^-3

B6＝-1.0106×10^-4

B8＝-2.1193×10^-4

B10＝+3.7070×10^-5

第4表面

非球面表面的系数

k＝-1.7123×10⁺¹

A4＝+5.4029×10^-3

A6＝+1.7869×10^-4

A8＝-5.3339×10^-4

A10＝-3.7162×10^-5

A12＝+3.7817×10^-5

A14＝-3.7645×10^-6

如表10中所示，在此示例的物镜10中，在从第一光源发出的光的第一波长λ1＝655nm的情况下，设定了焦距f＝2.85mm、影像侧数值孔径NA＝0.60且放大率m＝-1/8.0。在从第二光源发出的光的第二波长λ2＝785nm的情况下，设定了焦距f＝2.87mm、影像侧数值孔径NA＝0.47且放大率m＝-1/8.1。

在表10中，第1及第2表面分别表示衍射光栅73在光源侧上的一表面及衍射光栅73在光学信息记录介质侧上的一表面。第3、3′及4表面分别表示物镜10在光源侧上的中央区A1的光学表面及周边区A2的光学表面、以及物镜10在光学信息记录介质侧上的光学表面。中央区A1位于物镜在光源侧的光学表面10a上，且距离光轴L 1.53mm或更小。周边区A2位于物镜10在光源侧的光学表面10a上，且距离光轴L 1.53mm以上。第5及6表面分别表示保护基材80b或81b的表面及光学信息记录介质中的信息记录表面80a或81a。此外，Ri表示曲率半径，di表示在光轴方向上从第i个表面到第(i+1)个表面的位移，ni表示第i个表面的折射率。

物镜10的第3、第3′及第4表面以一数学公式定义出，其是通过将表10及表11中的系数代入公式(1)中而获得的，并且所述表面分别被形成为相对于光轴L轴对称的非球面形状。

此外，衍射环形区21的间距是以一数学公式决定的，且是通过将表11中的系数代入到公式(2)的光程差函数中获得的。

此外，具有波长λ1或λ2的光束在离光轴L一任意高度h处的光程差以一数学公式表达，且是通过将表12中的系数代入公式(3)中获得的。

      表12

λi	785nm
		P	-4
N	1
		M	2

在此示例的光学元件10及光学拾取器70中，每一衍射环形区21的衍射效率对于具有波长λ1的第1级次的衍射光而言约为96％，而对于具有波长λ2的第1级次的衍射光而言约为100％。

在此处，在仅具有常见衍射结构(锯齿状的衍射结构)的光学元件10及光学拾取器70中，具有波长λ1的第1级次的衍射光的衍射效率约为90％，而具有波长λ2的第1级次的衍射光的衍射效率约为100％。

因此，在此示例的光学元件10及光学拾取器70中，对于具有波长λ1的光束而言，光量会比常见衍射结构多6％。

根据本发明第一实施例的光学元件并不局限于上述第一至第五示例。例如，如图6所示，衍射结构及光程差产生结构可被布置在一平面光学元件的整个表面上。

此外，可适用：每一衍射环形区21中的被分开表面31愈是远离光轴L，被分开的表面31所处的高度愈高，从而愈凸向光源。

此外，在图2中，每一被分开的表面31的形状是如下获得的：由以相应于被分开的表面31的间隔来分开锯齿状的每一衍射环形区21，并将被分开的区域沿光轴L的方向移动，使得相邻的每一对被分开区具有指定的光程差。然而，本发明的第一实施例并不局限于此。例如，如图7所示，每一被分开的表面31的形状可以是如下获得的：沿光轴L的方向以相应于被分开的表面31的间隔分开具有台阶状不连续的表面150的多个衍射环形区中的每一个的表面形状，并将被分开的区域沿光轴L的方向移动，使得相邻的每一对被分开区具有指定的光程差。

如上所述，根据本发明第一实施例的光学元件可以包括位于光学功能表面的至少一部分上的光程差产生结构及衍射结构，该衍射结构包括布置在光轴周围的多个具有衍射功能的结构，并且该光程差产生结构被形成在光学环形区上，且具有台阶式的不连续表面，以便使通过各环形区的光束产生指定的光程差。

根据此实施例，因为具有波长λ1(λ2)的光束的第L级次(第M级次)衍射光可以在保持高衍射效率的状态下出射至第一光学信息记录介质，并且具有波长λ2(λ1)的光束的第M级次(第L级次)衍射光可以在能够获得高衍射效率的状态下出射至第二光学信息记录介质，或这两个衍射光都可在高衍射效率下分别被出射至第一及第二光学信息记录介质，所以可获得一光学元件及一光学拾取器，其可根据光学信息记录介质的种类获得足够的光量。

第二实施例：

如图10所示，在光学拾取器101中，具有波长λ1(＝650nm)的光束从第一半导体激光器(光源)103被发射至表示光学信息记录介质的第一光学信息记录介质(在此实施例中为DVD)102上，以记录或读出第一光学信息记录介质102的信息记录平面106上的信息，并且具有波长λ2(＝780nm)的光束从第二半导体激光器(光源)105被发射至第二光学信息记录介质(在此实施例中为CD)104上，以记录或读出第二光学信息记录介质104的信息记录平面106上的信息。第一半导体激光器103及第二半导体激光器105被布置成为光源单元。

当对DVD 102记录或重现信息时，如图10中实线所示，从第一半导体激光器103发射出的具有波长λ1的光束被传送通过准直器107，以表示平行光线的平行光束。之后，具有波长λ1的光束通过分束器108，且被光阑109遮挡，并被物镜110会聚穿过DVD 102的保护基材到达信息记录平面106上。

用于具有波长λ1的光束的物镜110的功能将稍后加以说明。

之后，在信息凹坑处被调制并在信息记录平面106上被反射的光束再次通过物镜110及光阑109，且在分束器108上被反射，并且在一柱面透镜111中使光束产生像散。之后，该光束穿过凹透镜112而入射到光学探测器113上。之后，表示记录在DVD 102中的信息的读出信号从该光学探测器113的一信号输出处被获得。

当在CD 104中记录信息或者从中重现信息时，如图10中虚线所示，从第二半导体激光器105发射出的具有波长λ2的光束被传送通过准直器107，以获得表示平行光线的平行光束。之后，具有波长λ2的光束通过分束器108，且被光阑109遮挡，并被一物镜110会聚穿过CD 104的保护基材到达信息记录平面106上。

用于具有波长λ2的光束的物镜110的功能将稍后加以说明。

之后，在信息凹坑处被调制且在信息记录平面106上被反射的光束再次通过物镜110及光阑109，并在分束器108上被反射，并且在柱面透镜111中使该光束产生像散。之后，该光束穿过凹透镜112而入射到光学探测器113上。之后，表示记录在CD 104中的信息的读出信号从该光学探测器113的一信号输出处被获得。

此外，由于光在位置上的改变而造成的落在信息凹坑上的光量的改变以及形成在信息记录平面106上的光点形状的改变被光电探测器113检测到，用以进行聚焦检测及寻道检测。之后，根据此检测结果，通过二维致动器114移动物镜110，用以使从第一半导体激光器103发出的或从第二半导体激光器105发出的光束在DVD 102或CD 104的信息记录平面106上成像，并将该像形成于一指定的轨道上。

如图11所示，表示一物镜光学元件的物镜110由具有两个非球面表面的单一透镜形成，且构成光学拾取器的一个光学系统。该物镜110在其朝向光源的光学表面110a上具有多个衍射环形区120及一光程差产生结构130。

具体而言，衍射环形区120被形成并布置在光轴L周围，其具有被形成为锯齿状的不连续表面，该不连续表面相对于被形成为一指定的非球面形状的光学表面110a倾斜。此外，由多个台阶131构成的光程差产生结构130被布置在衍射环形区120的光学表面上，以使通过衍射环形区120的光束产生一指定的光程差。台阶131的形状形成一台阶式的不连续表面，其具有沿着光轴L沿伸的升高部分。

在图12A中，单点划线表示形成在一虚拟的非球面形状上的一光学表面(形成在一指定的非球面形状上的光学表面)的轮廓，其是通过连接衍射环形区120的起始点确定的。在图12A及12B中，双点划线表示衍射环形区120的轮廓，其同心地形成为常见的锯齿状，且随着衍射环形区远离光轴L而加厚。

在图12A及12B中，实线表示一实际的透镜形状，其包括由多个台阶131构成的一台阶状不连续表面的轮廓。该不连续表面的台阶131被形成在衍射环形区120的光学表面上。

此外，与图12A及12B相同，在图11及图13至16中，单点划线、双点划线及实线表示轮廓。

当物镜110对于波长λ2的折射率以n来表示时，每一台阶131的深度(在光轴L的方向上的长度)d1约等于λ2/(n-1)的值。因此，在通过每一对彼此相邻的台阶131的、波长为λ2的光束之间产生等于一个波长λ2的光程差，且在波长为λ2的光束中没有相位差产生。

此外，台阶131的表面131a的形状是通过以相应于台阶131的间隔来分开每一衍射环形区120的表面形状并将每一被分开的部分沿光轴L的方向移动而来获得的。

如上所述，在本发明的物镜光学元件中，在其光学功能表面上具有预定深度的台阶131的光程差产生结构130具有使通过物镜光学元件(物镜110)的台阶131的光束产生一指定光程差的功能。此外，台阶131的表面131a的形状是通过以相应于台阶131的间隔来分开每一衍射环形区120的表面形状并将每一被分开的部分沿光轴L的方向移动而来获得。因此，该光程差产生结构130具有从波长为λ1的光束及波长为λ2的光束中获取具有最大衍射效率的衍射光的功能。

例如，当波长为λ1(＝650nm)的光束入射到物镜光学元件110上时，多个光束分别通过物镜光学元件110的A至E区域。在此情况下，780nm-630nm＝130nm，即，基本上使每一光束产生(2/5)π弧度的相位差。从而，波长为λ1的光的相位被改变，且该光被衍射。

相反，当波长为λ2(780nm)的光入射到物镜光学元件110上时，多个光束分别通过物镜光学元件110的A至E区域。在此情况下，使每一光束产生等于一个波长λ2的相位差。因此，通过A至E区域的光束的相位差基本上等于零。因此，该波长为λ2的光束在光程差产生结构130中基本上没有被衍射，而是被传送通过光程差产生结构130。

在此实施例中，如上所述，每一台阶131的深度(在光轴方向上的长度)d1被设定为相应于等于一个波长λ2的相位差的长度。台阶131的表面131a的形状是通过以相应于台阶131的间隔来分开一衍射环形区120的表面形状并将被分开的部分沿光轴L的方向移动而获得的。然而，每一台阶131的深度d1及表面131a的形状可以根据装置将使用的光束的波长来加以调整。

(第一示例)

接下来将说明在此实施例中提到的光学拾取器101及物镜光学元件110的第一示例。

在此示例中，如图11所示，衍射环形区120及光程差产生结构130被设置在位于物镜110的一光学表面110a(在光源侧)上的A101区域(在下文中称为“中央区A101”)中，该物镜是指一光学元件，所述光学元件为两面皆为非球面表面的单一透镜，且与光轴的距离等于或低于一预定的高度(在此示例中为1.54mm或更小)。

此外，物镜110在光源侧的光学表面110a上的除了中央区A101之外的区域A102(在下文中称为“周边区A102”)中不具有衍射环形区120及光程差产生结构130。因此，物镜110在周边区A102中具有普通折射透镜的功能。

形成在一衍射环形区120上的每一台阶131朝向光源的一侧凸出。台阶131愈是远离光轴L，其愈朝向光源凸出。

物镜110的透镜数据被示于表13及表14中。

                    表13

第一示例

f1＝3.05mm，f2＝3.07mm

NA1＝0.60，NA2＝0.50

第i个表面	Ri	di(655nm)	ni(655nm)	di(785nm)	ni(785nm)
						0		∞
1	∞	0.0	1.0	0.0	1.0
						2	1.90379	1.80000	1.5409	1.80000	1.5372
2′	1.90379	0.00000	1.5409	0.00000	1.5372
						3	-8.26428	1.62791	1.0	1.26273	1.0
4	∞	0.6	1.5775	1.2	1.5706
						5	∞

在此处，di表示从第i个表面到第(i+1)个表面的位移，及d2′表示从第2表面到第2′表面的位移。

如表13中所示，在此示例的物镜110中，在使用参考波长λ1＝655nm的情况下，设定焦距f＝3.05mm且影像侧数值孔径NA＝0.60。在使用参考波长λ2＝785nm的情况下，设定焦距f＝3.07mm且影像侧数值孔径NA＝0.50。

表13中的第2表面表示物镜110在光源侧的、位于距离光轴L高度h小于1.544mm的中央区A101内的光学表面110a。表13中的第2′表面表示物镜110在光源侧的、位于距离光轴L高度h等于或大于1.544mm的周边区A102内的光学表面110a。表13中的第3表面表示物镜110在光学信息记录介质侧的光学表面110b。第4表面表示光学信息记录介质102或104的保护基材的表面。第5表面表示信息记录平面106。此外，Ri表示曲率半径，di表示在光轴方向上从第i个表面到第(i+1)个表面的位移，ni表示每一表面的折射率。

物镜110的第2、第2′及第3表面以一数学公式定义出，其是通过将表13及表14中的系数代入下面的非球面形状公式(4)中而获得的，且所述表面分别被形成为相对于光轴L轴对称的非球面形状。

(非球面形状公式)

$X\left(h\right)=\frac{(h^2/R)}{1+\sqrt{1-(1+k){(h/R)}^2}}+\underset{i=0}{\overset{9}{\mathrm{\Σ}}}{A}_{2i}{h}^{2i}---\left(4\right)$

在此处，X(h)表示在光轴L的方向上的一轴线(光传播的方向为正方向)，k表示圆锥常数，及A_2i表示非球面表面的系数。

                    表14

非球面表面数据

第2表面(0≤h＜1.54mm)

非球面表面的系数

k＝-6.6055×10^-1

A4＝+1.9581×10^-3

A6＝+5.5582×10^-4

A8＝-7.0876×10^-5

A10＝+9.9597×10^-6

A12＝+1.3026×10^-5

A14＝-4.3527×10^-6

光程差函数的系数

(参考波长：785nm)

B4＝-3.1976×10^-4

B6＝-4.4614×10^-5

B8＝+4.0326×10^-6

B10＝-1.2103×10^-6

第2′表面(1.54mm≤h)

非球面表面的系数

k＝-6.6055×10^-1

A4＝+19581×10^-3

A6＝+5.5582×10^-4

A8＝-7.0876×10^-5

A10＝+9.9597×10^-6

A12＝+1.3026×10^-5

A14＝-4.3527×10^-6

第3表面

非球面表面的系数

k＝-3.6454×10⁺¹

A4＝+4.9302×10^-3

A6＝+6.5608×10^-4

A8＝-3.9703×10^-4

A10＝-9.3653×10^-5

A12＝+3.8558×10^-5

A14＝-3.5658×10^-6

此外，衍射环形区120的间距是以一数学公式决定的，且是通过将表14中的系数代入到下面的光程差函数(5)中获得的。

(光程差函数)

$\mathrm{\φ}\left(h\right)=\underset{i=0}{\overset{5}{\mathrm{\Σ}}}{B}_{2i}{h}^{2i}---\left(5\right)$

此处，B_2i为光程差函数的系数

此外，具有波长λ1或λ2的光束在离光轴L一任意高度h处的光程差以下面的光程差表达公式(6)表达。

(光程差表达公式)

${\mathrm{\φ}}^{\′}\left(h\right)=N\×\mathrm{MOD}\{\mathrm{\φ}\left(h\right)/\mathrm{\λ}\}-p\×\mathrm{INT}[M\×\mathrm{MOD}\{\mathrm{\φ}\left(h\right)/\mathrm{\λ}\left\}\right]\×\frac{{\mathrm{\λ}}_i}{\mathrm{\λ}}\×\frac{n-1}{n_i-1}---\left(6\right)$

h：离光轴的高度

A_2i：非球面系数

B_2i：光程差函数的系数

MOD：数值的小数部分

INT：数值的整数部分

λ：参考波长

n：在参考波长下的折射率

λ_i：在λ1±30nm或λ2±30nm范围内的波长

ni：在λ_i下的折射率

p：一预定的整数(以λ为单位表示的每一台阶的光程差)

N：衍射级次

M：一个衍射环形区中的被分开表面数目(台阶的数目)

此外，λi、p、N及M的值被示于表15中。

                    表15

示例中的λ_i、p、N及M的数值

	第一示例	第二示例	第三示例
				λi	785nm	655nm	655nm
p	1	1	1
				N	1	1	1
M	6	3	3

(第二示例)

接下来将说明在此实施例中提到的光学拾取器101及物镜光学元件110的第二示例。

在此示例中，与第一示例的方式相同，如图11所示，衍射环形区120及光程差产生结构130被设置在位于物镜110的光学表面110a(在光源侧)上的中央区A101中，物镜是指一光学元件，所述光学元件为两面皆为非球面表面的单一透镜，且距离光轴1.60mm或更小。

此外，物镜110在周边区A102中不具有衍射环形区120及光程差产生结构130。因此，物镜110在周边区A102中具有普通折射透镜的功能。

形成在一个衍射环形区120上的每一台阶131朝向光源的一侧凸出。台阶131愈是远离光轴L，其愈朝向光源凸出。

物镜110的透镜数据被示于表16及表17中。

                    表16

第二示例

f1＝2.40mm，f2＝2.46mm

NA1＝0.85，NA2＝0.65

第i个表面	Ri	di(405nm)	ni(405nm)	di(655nm)	ni(655nm)
						0		∞		∞
1	∞	0.0	1.0	0.0	1.0
						2	1.58147	3.30000	1.52491	3.330000	1.50673
2′	1.58147	0.00000	1.52491	0.00000	1.50673
						3	-1.74478	0.61368	1.0	0.35010	1.0
4	∞	0.1	1.61949	0.6	1.57752
						5	∞

在此处，di表示从第i个表面到第(i+1)个表面的位移，及d2′表示从第2表面到第2′表面的位移。

                    表17

非球面表面数据

第2表面(0≤h＜1.6mm)

非球面表面的系数

k＝-8.8074×10^-1

A4＝+1.3340×10^-2

A6＝+4.8710×10^-4

A8＝+9.1829×10^-4

A10＝-3.4515×10^-4

A12＝+1.1204×10^-5

A14＝-1.7646×10^-5

A16＝+8.9992×10^-7

A18＝+3.3286×10^-7

A20＝-7.1084×10^-8

光程差函数的系数

(参考波长：655nm)

B2＝-1.5171×10^-4

B4＝-7.7059×10^-4

B6＝-1.0015×10^-4

B8＝+2.2614×10^-6

B10＝-7.6248×10^-6

第2′表面(1.6mm≤h)

非球面表面的系数

k＝-9.3044×10^-1

A4＝+1.4882×10^-2

A6＝+1.9830×10^-3

A8＝+5.3310×10^-4

A10＝-1.7360×10^-4

A12＝+6.5343×10^-5

A14＝-2.8939×10^-5

A16＝+8.9992×10^-7

A18＝+3.3286×10^-7

A20＝-7.1084×10^-8

第3表面

非球面表面的系数

k＝-2.6543×10⁺¹

A4＝+8.7535×10^-2

A6＝-7.0881×10^-2

A8＝+2.0730×10^-2

A10＝+4.4173×10^-3

A12＝-4.4727×10^-3

A14＝+7.6083×10^-4

A16＝-1.6728×10^-5

A18＝+5.9117×10^-5

A20＝-1.7630×10^-5

如表16中所示，在此示例的物镜110中，在使用参考波长λ1＝405nm的情况下，设定焦距f＝2.40mm且影像侧数值孔径NA＝0.85。在使用参考波长λ2＝655nm的情况下，设定焦距f＝2.46mm且影像侧数值孔径NA＝0.65。

物镜110的第2、第2′及第3表面以一数学公式定义出，其是通过将表16及表17中的系数代入非球面形状公式(4)中而获得的，且所述表面分别被形成为相对于光轴L轴对称的非球面形状。

此外，衍射环形区120的间距是以一数学公式决定的，且是通过将表17中的系数代入到光程差函数(5)中获得的。

此外，具有波长λ1或λ2的光束在离光轴L一任意高度h处的光程差以一数学公式表达，且是通过将表15中的系数代入到光程差表达公式(6)中而获得的。

(第三示例)

接下来将说明在此实施例中提到的光学拾取器101及物镜光学元件110的第三示例。

在此示例中，如图13所示，衍射环形区120及光程差产生结构130被设置在物镜110的一整个光学表面(在光源侧)110a上，该物镜是指一光学元件，所述光学元件为两面皆为非球面表面的单一透镜。

形成在一个衍射环形区120上的每一台阶131朝向光源的一侧凸出。台阶131愈是远离光轴L，其愈朝向光源凸出。

物镜110的透镜数据被示于表18及表19中。

                    表18

第三示例

f1＝2.40mm，f2＝2.48mm

NA1＝0.65，NA2＝0.65

第i个表面	Ri	di(405nm)	ni(405nm)	di(655nm)	ni(655nm)
						0		∞		∞
1	∞	0.0	1.0	0.0	1.0
						2	1.49773	1.55000	1.52491	1.55000	1.50673
3	-5.10465	1.17447	1.0	1.23544	1.0
						4	∞	0.6	1.61949	0.6	1.57752
5	∞

在此处，di表示从第i个表面到第(i+1)个表面的位移。

                    表19

非球面表面数据

第2表面

非球面表面的系数

k＝-9.3044×10^-1

A4＝+1.4882×10^-2

A6＝+1.9830×10^-3

A8＝+5.3310×10^-4

A10＝-1.7360×10^-4

A12＝+6.5343×10^-5

A14＝-2.8939×10^-5

光程差函数的系数

(参考波长：655nm)

B2＝-1.5487×10^-4

B4＝-8.7629×10^-5

B6＝-1.5458×10^-4

B8＝+6.8515×10^-5

B10＝-1.4578×10^-5

第3表面

非球面表面的系数

k＝-2.4454×10⁺¹

A4＝+1.5290×10^-2

A6＝+1.4817×10^-3

A8＝-6.3608×10^-3

A10＝+3.0146×10^-3

A12＝-6.6013×10^-4

A14＝+5.7601×10^-5

如表18中所示，在此示例的物镜110中，在使用参考波长λ1＝405nm的情况下，设定焦距f＝2.40mm且影像侧数值孔径NA＝0.65。在使用参考波长λ2＝655nm的情况下，设定焦距f＝2.48mm且影像侧数值孔径NA＝0.65。

物镜110的第2及第3表面以一数学公式定义出，其是通过将表18及表19中的系数代入非球面形状公式(4)中而获得的，且所述表面分别被形成为相对于光轴L轴对称的非球面形状。

此外，衍射环形区120的间距是以一数学公式决定的，且是通过将表19中的系数代入到光程差函数(5)中获得的。

此外，具有波长λ1或λ2的光束在离光轴L一任意高度h处的光程差以一数学公式表达，且是通过将表15中的系数代入到光程差表达公式(6)中而获得的。

(第四示例)

接下来将参照图18说明根据本发明第二实施例的第四示例的光学拾取器及光学元件。

在光学拾取器170中，一波长为λ1(＝655nm)的光束从第一半导体激光器(光源)171被发射至第一光学信息记录介质(在此实施例中为DVD)180上，并且一波长为λ2(＝785nm)的光束从第二半导体激光器(光源)172被发射至第二光学信息记录介质(在此实施例中为CD)181上。之后，这些光束被发散并入射到物镜(物镜光学元件)110上，用以将光束分别会聚到光学信息记录介质180、181的信息记录平面180a、181a上。因此，信息被记录到信息记录平面180a、181a的每一个上，或者读出记录在信息记录平面180a、181a的每一个上的信息。

在此处，第一半导体激光器171及第二半导体激光器172被布置成为一光源单元。因此，在图18中，从半导体激光器发射出的具有波长λ1的光束与具有波长λ2的光束以同一实线表示。

当对DVD 180记录或者重现信息时，从第一半导体激光器171发射出的具有波长λ1的光束被传送通过衍射光栅173，且在半透明反射镜174上被反射。之后，该具有波长λ1的光束通过光阑175，且被物镜110会聚穿过DVD 180的保护基材180b到达信息记录平面180a上。

之后，在信息记录平面180a上的信息凹坑处被调制且在信息记录平面180a上被反射的光束再次通过物镜110、光阑175、半透明反射镜174及衍射光栅(未示出)，且入射到光学探测器176上。之后，表示被记录在DVD180上的信息的读出信号从该光学检测器176的一信号输出处被获得。

当对CD 181记录或重现信息时，同样地，从第二半导体激光器172发射出的具有波长λ2的光束被传送通过衍射光栅173，且在半透明反射镜174上被反射。之后，该具有波长λ2的光束被光阑175遮挡，且被物镜110会聚穿过CD 181的保护基材181b到达信息记录平面181a上。在此处，为了方便起见，CD 181的保护基材181b与DVD 180的保护基材180b在图18中以同一图形表示。

之后，在信息记录平面181a的信息凹坑处被调制且在信息记录平面181a上被反射的光束再次通过物镜110、光阑175、半透明反射镜174及衍射光栅(未示出)，且入射到光学探测器176上。之后，表示被记录在CD 181上的信息的读出信号从该光学检测器176的一信号输出处被获得。

此外，由于光在位置上的改变而造成的信息凹坑上的光量的改变以及形成在信息记录平面180a或181a上的光点形状的改变在光学探测器176中被检测，以进行聚焦检测及寻道检测。之后，根据此检测结果，二维致动器(未示出)移动物镜110，以使从第一半导体激光器171或第二半导体激光器172发出的光束在DVD 180或CD 181的信息记录平面180a或181a上成像，并将该像形成于指定的轨道上。

如图16所示，由具有两个非球面表面的单一透镜构成的、起到物镜光学元件作用的物镜110，在位于其一侧(光源侧)的光学表面110a上的、距离光轴L的高度小于1.53mm的中央区A101中，具有衍射环形区120及光程差产生结构130。

在每一衍射环形区120中，各个台阶131愈是远离光轴L，台阶131陷入物镜110内部就愈深。

每一台阶131的深度(在光轴方向上的长度)d1被设定为可产生一个波长λ2的光程差。具体而言，在分别通过每一对彼此相邻的台阶131的两个光束之间产生两个波长λ2的光程差，而在光束之间没有相位差产生。

此外，物镜110在周边区A102中具有多个形成为锯齿状的衍射环形区140。以通过周边区A102的、具有波长λ1的光束的第一级次的衍射光的衍射效率约为100％为条件，设定衍射环形区140。

物镜110的透镜数据被示于表20及表21中。

                    表20

第四示例

焦距：f1＝2.85mm，f2＝2.87mm

数值孔径：NA1＝0.60，NA2＝0.47

成像放大率：m＝-1/8.0 m＝-1/8.1

第i个表面	Ri	di(655nm)	ni(655nm)	di(785nm)	ni(785nm)
						0		10.0		10.0
1	∞	1.25	1.51436	1.25	1.51108
						2	∞∞	14.32983	1.0	14.69831	1.0
3	1.96270	2.0000	1.52915	2.0000	1.52541
						3′	1.89863	0.01902	1.52915	0.01902	1.52541
4	-4.18241	1.82034	1.0	1.45169	1.0
						5	∞	0.60	1.57752	1.20	1.57063
6	∞

在此处，di表示从第i个表面到第(i+1)个表面的位移，而d3′表示从第3表面到第3′表面的位移。

                    表21

非球面表面数据

第3表面(0≤h＜1.53mm)

非球面表面的系数

k＝-5.0059×10^-1

A4＝+7.9575×10^-4

A6＝-7.8693×10^-4

A8＝+1.5920×10^-4

A10＝-3.9369×10^-5

A12＝+2.0484×10^-6

A14＝-1.39210×10^-6

光程差函数的系数

(参考波长：785nm)

B2＝+2.2104×10^-4

B4＝+1.0317×10^-3

B6＝-4.0389×10^-5

B8＝+2.8081×10^-5

B10＝-3.0709×10^-6

第3′表面(1.53mm≤h)

非球面表面的系数

k＝-6.2883×10^-1

A4＝-5.1398×10^-3

A6＝-1.1353×10^-3

A8＝+2.8133×10^-4

A10＝+8.1535×10^-5

A12＝-1.2876×10^-5

A14＝-2.7584×10^-6

光程差函数的系数

(参考波长：655nm)

B2＝+1.9163×10^-2

B4＝-1.0423×10^-2

B6＝+5.0497×10^-4

B8＝+5.7635×10^-4

B10＝-8.9447×10^-5

第4表面

非球面表面的系数

k＝-2.0796×10⁺¹

A4＝+1.1878×10^-3

A6＝+1.4087×10^-3

A8＝-7.1284×10^-4

A10＝-1.5580×10^-5

A12＝+4.4903×10^-5

A14＝-6.4634×10^-6

如表20中所示，在此示例的物镜110中，在第一波长λ1＝655nm的情况下，设定焦距f＝2.85mm、影像侧数值孔径NA＝0.60且放大率m＝-1/8.0。在第二波长λ2＝785nm的情况下，设定焦距f＝2.87mm、影像侧数值孔径NA＝0.47且放大率m＝-1/8.1。

在表20中，第1及第2表面分别表示衍射光栅173在光源侧的表面及衍射光栅173的光学信息记录介质侧的表面。第3、3′及4表面分别表示物镜110在光源侧位于中央区A101的光学表面及位于周边区A102的光学表面、以及物镜110在光学信息记录介质侧的光学表面。中央区A101定义为距离光轴L的高度h等于或者低于1.53mm的区域。周边区A102定义为距离光轴L的高度高于1.53mm的区域。第5及6表面分别表示保护基材180b或181b的表面及光学信息记录介质中的信息记录表面180a或181a。此外，Ri表示曲率半径，di表示在光轴方向上从第i个表面到第(i+1)个表面的位移，ni表示第i个表面的折射率。

物镜110的第3、第3′及第4表面以一数学公式定义出，其是通过将表20及表21中的系数代入公式(4)中而获得的。每个表面被形成为相对于光轴L轴对称的非球面形状。

此外，衍射环形区120的间距是以一数学公式决定的，且是通过将表21中的系数代入到公式(5)的光程差函数中获得的。

此外，具有波长λ1或λ2的光束在离光轴L一任意高度h处的光程差以一数学公式表达，且是通过将表22中的系数代入公式(6)中获得的。

                    表22

λi	785nm
		p	-1
N	1
		M	4

根据本发明的物镜光学元件并不局限于上述的示例1至3，且图14或15中所示的物镜光学元件亦可适用。

与示例1及2的物镜光学元件相比，图14中所示的物镜光学元件在物镜110的一个光学表面110a(在光源侧)上的中央区A101中包括多个衍射环形区120及一光程差产生结构130，该物镜110用作具有两个非球面表面的单一透镜的物镜光学元件。物镜110的光学表面110a上的周边区A102以与示例1和2中的周边区相同的方式起到普通衍射透镜的作用。然而，在每一衍射环形区120中，台阶131离光轴L愈远，台阶131就愈朝向光学信息记录介质凸出。即，台阶131离该光轴L愈远，台阶131陷入物镜110内部就愈深。

与示例1及2的物镜光学元件相比，图15中的物镜光学元件在物镜110的光学表面110a(在光源侧)上的中央区A101中包括衍射环形区120及光程差产生结构130，其方式与示例1及2相同，其中物镜110用作具有两个非球面表面的单一透镜的物镜光学元件。然而，图15中所示的物镜光学元件在周边区A102中还包括多个形成为锯齿状的衍射环形区140。

此外，在图12所示的物镜110中，台阶131的表面131a的形状是大致通过以相应于台阶131的间隔分开每一衍射环形区120的表面形状并将每一被分开部分沿光轴L的方向移动而获得的。然而，本发明并不局限于此。例如，图17所示的光程差产生结构可被使用。具体而言，多个衍射环形区的表面是由沿着光轴方向形成为台阶状的不连续表面150界定的，该不连续表面150以相应于台阶131的间隔被分开，且每一被分开的表面沿光轴L的方向被移动，以形成台阶131的表面131a。台阶131具有产生光程差的功能。

如上文所述的，在根据本发明的物镜光学元件中，布置在光轴周围的多个衍射环形区被形成在形成为锯齿状的光学功能表面的至少一部分上，且具有台阶状不连续表面的光程差产生结构被形成在衍射环形区的光学表面上，以使通过每一衍射环形区的台阶的光束产生指定的光程差。

根据此实施例，因为具有各波长的光束的衍射级次可以被物镜光学元件的衍射环形区及光程差产生结构这两个阶段显著改变，所以相应于每一种光学信息记录介质具有足够光量的衍射光可通过适当地改变每一光束的衍射级次来获得。此外，可以提高对于衍射效率或衍射级次的设计自由度。

工业可应用性

根据本发明，由于具有波长λ1(λ2)的光束的第L(M)级次的衍射光能够以保持高衍射效率的状态出射至第一光学信息记录介质，同时具有波长λ2(λ1)的光束的第M(L)级次的衍射光能够以获得高衍射效率的状态出射至第二光学信息记录介质，或者两种衍射光都能够以高衍射效率分别出射至第一和第二光学记录介质，所以可以实现一种能够根据光学信息记录介质的类型获取足够的光量的光学元件和光学拾取器。

此外，根据本发明，由于具有每一波长的光束的衍射级次可以通过物镜光学元件的衍射环形区和光程差产生结构这两个阶段被显著地改变，所以通过适当地改变每一光束的衍射级次可以获得相应于每一种光学信息记录介质的具有足够光量的衍射光束。此外，可以增大衍射效率或衍射级次的设计自由度。

Claims (45)

1.一种光学拾取器的光学元件，其用于通过使用发射自第一光源的具有第一波长λ1的光束来对保护基材厚度为t1的第一光学信息记录介质重现及/或记录信息，以及用于通过使用发射自第二光源的具有第二波长λ2(λ2＞λ1)的光束来对保护基材厚度为t2(t2≥t1)的第二光学信息记录介质重现及/或记录信息，所述光学元件包括：

一衍射结构，其在至少一光学表面上具有多个被布置在一光轴周围的衍射环形区；及

一光程差产生结构，其被布置在所述多个衍射环形区的至少一者的光学表面上，用来使通过所述衍射环形区的一指定的光束产生一指定的光程差，

其中所述衍射结构的光学表面是一具有衍射功能的结构，用来将具有所述第一波长λ1的光束的第L(L≠0)级次的衍射光设定至一最大衍射效率以及用来将具有所述第二波长λ2的光束的第M(M≠0)级次的衍射光设定至在假设不存在所述光程差产生结构情况下的一最大衍射效率。

2.如权利要求1所述的光学元件，其中与假设不存在所述光程差产生结构的情况相比，所述光程差产生结构通过：改变具有所述第一波长λ1的光束的第L级次的衍射光与具有所述第二波长λ2的光束的第M级次的衍射光两者中的至少一者的相位，来降低具有所述第一波长λ1的光束的第L级次的衍射光与具有所述第二波长λ2的光束的第M级次的衍射光之间的光学相位差的绝对值，其中所述第L级次的衍射光及所述第M级次的衍射光是由所述具有衍射功能的结构引起的。

3.如权利要求1所述的光学元件，其中与假设不存在所述光程差产生结构的情况相比，所述光程差产生结构通过：使具有所述第一波长λ1的光束的第L级次的衍射光与具有所述第二波长λ2的光束的第M级次的衍射光两者中的一者不产生相位改变，以及通过使具有所述第一波长λ1的光束的第L级次的衍射光与具有所述第二波长λ2的光束的第M级次的衍射光两者中的另一者产生相位改变，来降低具有所述第一波长λ1的光束的第L级次的衍射光与具有所述第二波长λ2的光束的第M级次的衍射光之间的光学相位差的绝对值，其中所述第L级次的衍射光及所述第M级次的衍射光是由所述具有衍射功能的结构引起的。

4.如权利要求1所述的光学元件，其中与假设不存在所述光程差产生结构的情况相比，所述光程差产生结构通过：使具有所述第一波长λ1的光束的第L级次的衍射光与具有所述第二波长λ2的光束的第M级次的衍射光两者都产生相位差，来降低具有所述第一波长λ1的光束的第L级次的衍射光与具有所述第二波长λ2的光束的第M级次的衍射光之间的光学相位差的绝对值，其中所述第L级次的衍射光及所述第M级次的衍射光是由所述具有衍射功能的结构引起的。

5.如权利要求1所述的光学元件，其中与假设不存在所述光程差产生结构的情况相比，所述光程差产生结构通过：使具有所述第一波长λ1的光束的第L级次的衍射光产生一约等于所述第一波长λ1的整数倍的光程差，以使所述衍射结构产生的相位差基本上不产生改变，以及通过使具有所述第二波长λ2的光束的第M级次的衍射光产生一不等于所述第二波长λ2的整数倍的光程差，来降低具有所述第一波长λ1的光束的第L级次的衍射光与具有所述第二波长λ2的光束的第M级次的衍射光之间的光学相位差的绝对值。

6.如权利要求1所述的光学元件，其中所述光程差产生结构将所述光学相位差的绝对值设定为一低于0.6π弧度的值。

7.如权利要求1所述的光学元件，其中所述具有衍射功能的结构具有一形成为锯齿状的不连续表面，并且

所述光程差产生结构具有一沿所述光轴方向被形成为台阶状的不连续表面。

8.如权利要求1所述的光学元件，其中所述具有衍射功能的结构具有一沿所述光轴方向被形成为台阶状的不连续表面，并且

所述光程差产生结构具有一沿所述光轴方向被形成为台阶状的不连续表面。

9.如权利要求1所述的光学元件，其中所述光学表面包括一被布置在所述光轴周围且大致被形成为圆形的中央区、以及一被布置在所述中央区的周边上的周边区，

所述具有衍射功能的结构及所述光程差产生结构被设置在所述中央区内，并且

被形成为锯齿状的所述衍射结构被设置在所述周边区内。

10.如权利要求1所述的光学元件，其中所述光学表面包括一被布置在所述光轴周围且大致被形成为圆形的中央区、以及一被布置在所述中央区的周边上的周边区，

所述具有衍射功能的结构及所述光程差产生结构被设置在所述中央区内，并且

所述光程差产生结构被设置在所述周边区内。

11.如权利要求1所述的光学元件，其中所述光学表面包括一被布置在所述光轴周围且大致被形成为圆形的中央区、以及一被布置在所述中央区的周边上的周边区，

所述具有衍射功能的结构及所述光程差产生结构被设置在所述中央区内，并且

一用来折射光束的折射结构被布置在所述周边区内。

12.如权利要求1所述的光学元件，其中满足L＝M。

13.如权利要求1所述的光学元件，其中满足L＝M＝1。

14.如权利要求7所述的光学元件，其中沿着所述光轴方向被形成为台阶状且构成所述光程差产生结构的所述不连续表面的数目为2或3。

15.如权利要求1所述的光学元件，其中所述第一波长λ1满足

370nm≤λ1≤430nm，且

所述第二波长满足

620nm≤λ2≤680nm。

16.如权利要求1所述的光学元件，其中所述具有衍射功能的结构将具有所述第一波长λ1的光束的第L级次的衍射光的衍射效率与具有所述第二波长λ2的光束的第M级次的衍射光的衍射效率的总和设为170％或更低，且所述光程差产生结构将具有所述第一波长λ1的光束的第L级次的衍射光的衍射效率与具有所述第二波长λ2的光束的第M级次的衍射光的衍射效率的总和提高10％或更多。

17.一种物镜光学元件，其为如权利要求1所述的光学元件，其中

具有所述第一波长λ1的光束及具有所述第二波长λ2的光束分别作为发散光束入射到所述光学表面上，且具有所述第一波长λ1的光束及具有所述第二波长λ2的光束在球面像差及/或波前像差被校正的情况下被会聚到一指定的光学信息记录介质上。

18.如权利要求17所述的物镜光学元件，其中放大率m满足以下的公式：

-0.295≤m≤-0.049

19.如权利要求17所述的物镜光学元件，其中光源侧的光学表面的傍轴区的曲率半径R1及所述光学信息记录介质侧的光学表面的傍轴区的曲率半径R2满足以下的公式：

-3.2＜R2/R1＜-1.9

20.如权利要求1所述的光学元件，其中所述第一波长λ1与所述第二波长λ2为使用参考波长。

21.一种物镜光学元件，其为如权利要求20所述的光学元件，其中

所述光程差产生结构使被衍射的光产生一光程差，使得具有所述使用参考波长λ1的光束的第-N级次的衍射光具有一最大衍射效率，并使得具有所述使用参考波长λ2的光束的第(-N+1)级次的衍射光或具有所述使用参考波长λ2的光束的第(-N-1)级次的衍射光具有一最大衍射效率。

22.如权利要求21所述的物镜光学元件，其中所述衍射环形区的光学表面具有一结构，所述结构相对于所述形成为指定非球面形状的光学表面大致倾斜，所述大致倾斜的结构具有一形成为锯齿状的不连续表面，并且

所述光程差产生结构具有一沿所述光轴方向被形成为台阶状的不连续表面。

23.如权利要求21所述的物镜光学元件，其中所述衍射环形区的光学表面具有一结构，所述相对于所述形成为指定非球面形状的光学表面大致倾斜，所述大致倾斜的结构具有一沿所述光轴方向被形成为台阶状的不连续表面，并且

所述光程差产生结构具有一沿所述光轴方向被形成台阶状的不连续表面。

24.如权利要求21所述的物镜光学元件，其中所述被形成为指定非球面形状的光学表面被划分为一被布置在所述光轴周围且被形成为圆形的中央区、以及一围绕在所述中央区的周边的周边区，

所述衍射环形区被布置在所述中央区内，并且

一被形成锯齿状的衍射环形区被布置在所述周边区内。

25.如权利要求21所述的物镜光学元件，其中所述被形成为指定非球面形状的光学表面被划分为一被布置在所述光轴周围且被形成为圆形的中央区、以及一围绕在所述中央区的周边的周边区，

所述衍射环形区被布置在所述中央区内，并且

所述光程差产生结构被布置在所述周边区内。

26.如权利要求21所述的物镜光学元件，其中所述被形成为指定非球面形状的光学表面被划分为一被布置在所述光轴周围且被形成为圆形的中央区、以及一围绕在所述中央区的周边的周边区，

所述衍射环形区被布置在所述中央区内，并且

一用来折射所述光束的折射结构被布置在所述周边区内。

27.如权利要求21所述的物镜光学元件，其中所述衍射环形区的数目是在3至20之间。

28.如权利要求21所述的物镜光学元件，其中所述光程差产生结构使具有所述使用参考波长λ2的光束产生一等于所述使用参考波长λ2的整数倍的光程差。

29.如权利要求21所述的物镜光学元件，其中满足L＝M。

30.如权利要求21所述的物镜光学元件，其中满足L＝N。

31.如权利要求21所述的物镜光学元件，其中满足M＝N。

32.如权利要求21所述的物镜光学元件，其中满足L＝M＝N。

33.如权利要求21所述的物镜光学元件，其中具有所述使用参考波长λ1的光束及具有所述使用参考波长λ2的光束作为发散光束分别入射到所述光学表面上，并且具有所述使用参考波长λ1的光束及具有所述使用参考波长λ2的光束在球面像差及/或波前像差被校正的情况下被会聚到一指定的光学信息记录介质上。

34.如权利要求21所述的物镜光学元件，其中放大率m满足以下的公式：

-0.295≤m≤-0.049

35.如权利要求21所述的物镜光学元件，其中光源侧的光学表面的傍轴区的曲率半径R1及所述光学信息记录介质侧的光学表面的傍轴区的曲率半径R2满足以下的公式：

-3.2＜R2/R1＜-1.9

36.一种光学拾取器，其用于通过使用发射自一第一光源的具有第一波长λ1的光束来对于保护基材厚度为t1的第一光学信息记录介质重现及/或记录信息，以及用于通过使用发射自一第二光源的具有第二波长λ2(λ2＞λ1)的光束来对于保护基材厚度为t2(t2≥t1)的第二光学信息记录介质重现及/或记录信息，所述光学拾取器包括：

多个光学元件；

其中至少一个所述光学元件包括一衍射结构，所述衍射结构在至少一个光学表面上具有多个布置在光轴周围的衍射环形区；及

一光程差产生结构，其被布置在所述多个衍射环形区中的至少一个的光学表面上，用来使通过所述衍射环形区的一指定光束产生一指定光程差，

其中所述衍射结构的光学表面是一具有衍射功能的结构，用来将具有所述第一波长λ1的光束的第L(L≠0)级次的衍射光设定至一最大衍射效率，以及用来将具有所述第二波长λ2的光束的第M(M≠0)级次的衍射光设定至假设不存在所述光程差产生结构情况下的一最大衍射效率。

37.如权利要求36所述的光学拾取器，其中与假设不存在所述光程差产生结构的情况相比，所述光程差产生结构通过：改变具有所述第一波长λ1的光束的第L级次的衍射光与具有所述第二波长λ2的光束的第M级次的衍射光两者中的至少一者的相位，来降低具有所述第一波长λ1的光束的第L级次的衍射光与具有所述第二波长λ2的光束的第M级次的衍射光之间的光学相位差的绝对值，其中所述第L级次的衍射光及所述第M级次的衍射光是由所述具有衍射功能的结构引起的。

38.如权利要求37所述的光学拾取器，其中所述光学元件之一为一物镜光学元件，并且具有所述第一波长λ1的光束及具有所述第二波长λ2的光束作为发散光束分别入射到所述物镜光学元件上，并且

具有所述第一波长λ1的光束及具有所述第二波长λ2的光束在球面像差及/或波前像差被校正的情况下被会聚到一指定的光学信息记录介质上。

39.如权利要求37所述的光学拾取器，其中放大率m满足以下的公式：

-0.295≤m≤-0.049

40.如权利要求37所述的光学拾取器，其中通过使用发射自一第三光源的具有第三波长λ3(λ3＞λ2)的光束来对于保护基材厚度为t3(t3＞t2)的一第三光学信息记录介质重现及/或记录信息。

41.如权利要求36所述的光学拾取器，其中所述第一波长λ1与所述第二波长λ2为使用参考波长。

42.如权利要求41所述的光学拾取器，其中所述光程差产生结构使被衍射的光产生一光程差，使得具有所述使用参考波长λ1的光束的第-N级次的衍射光具有一最大衍射效率，以及使得具有所述使用参考波长λ2的光束的第(-N+1)级次的衍射光或具有所述使用参考波长λ2的光束的第(-N-1)级次的衍射光具有一最大衍射效率。

43.如权利要求42所述的光学拾取器，其中具有所述第一波长λ1的光束及具有所述第二波长λ2的光束作为发散光束分别入射到所述物镜光学元件上，并且具有所述第一波长λ1的光束及具有所述第二波长λ2的光束在球面像差及/或波前像差被校正的情况下被会聚到一指定光学信息记录介质上。

44.如权利要求42所述的光学拾取器，其中放大率m满足以下的公式：

-0.295≤m≤-0.049

45.如权利要求42所述的光学拾取器，其中通过使用发射自一第三光源的具有第三波长λ3(λ3＞λ2)的光束来对于保护基材厚度为t3(t3＞t2)的第三光学信息记录介质重现及/或记录信息。

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