CN1716404A - 聚光光学元件和光拾取装置 - Google Patents

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Abstract

一种聚光光学元件，其使用于光拾取装置中，对第一光盘使用从第一光源射出的波长λ1(nm)的第一光束进行信息的再现和/或记录，对第二光盘使用从第二光源射出的波长λ2(nm)的第二光束进行信息的再现和/或记录，对第三光盘使用从第三光源射出的波长λ3(nm)的第三光束进行信息的再现和/或记录。该聚光光学元件包括：该聚光光学元件中的至少在一个光学面上设置相位结构，其中，把所述聚光光学元件对所述第三光束的焦距设为f3时，焦距f3满足规定的条件。

Description

聚光光学元件和光拾取装置
技术领域
本发明涉及在光拾取装置中使用的聚光光学元件和光拾取装置。
背景技术
近年来，在光拾取装置中作为用于把记录在光盘上的信息再现和向光盘记录信息的光源正在朝着使用激光光源的短波长化方向进展，例如兰紫色半导体激光和利用产生第二谐波进行红外半导体激光波长变换的兰紫色SHG激光等波长405nm的激光光源正在实用化。
若使用这些兰紫色激光光源，则在使用与数字多用盘(以下略记为DVD)相同数值口径(NA)的物镜时，对直径12cm的光盘能记录15～20GB的信息，把物镜的NA提高到0.85时，则对直径12cm的光盘能记录23～27GB的信息。本说明书中，把使用兰紫色激光光源的光盘以及光磁盘总称为“高密度光盘”。
但作为高密度光盘，现在提案有两种规格。一种是使用NA0.85的物镜，保护层厚度是0.1nm的兰光盘(以下略记为BD)，还有一种是使用NA0.65到0.67的物镜，保护层厚度是0.6mm的HDDVD(以下略记为HD)。鉴于将来市场上有可能流通这两种规格的高密度光盘，所以即使对任何高密度光盘，已经有的DVD也能进行记录·再现的互换用光拾取装置是重要的，特别是用物镜能进行互换的单透镜方式是最理想的。
特别是最近，正在活跃着向高密度光盘制品化开发，其用途也不仅是再现专用的播放机，若安装在能记录的录音机和电脑上，则其使用范围变宽广。
作为电脑安装的用途，例如在笔记本型电脑中为了达到薄型化，就有必要使拾取光学系统本身也制成薄型，而为了薄型化则焦距就要短，通称为精巧型的光学元件就必不可少。
例如在包含HD的三波长互换(HD/DVD/CD(小型盘))技术中，为了把HD与DVD进行互换而多使用在物镜表面上设置的衍射效果，通过把CD用的激光光束作为发散光对物镜射入，来校正由HD与CD保护基板厚度差而引起的球差的一部分(例如根据专利文献1所述内容推定)。
把CD用的光束作为发散光射入，是根据与HD和DVD比较，CD的NA小，且光束的波长长，所以在这三种光盘中产生的球差量最小。
专利文献1：特开2000-348376号公报
由HD和DVD基板厚度(都是约0.6mm)与CD基板厚度(约1.2mm)的差而产生3级球差量SA3，由下式表示。
|SA3|＝[Δt(nλ2-1)/8nλ3]NA4
其中，Δt是保护基板厚度的差，nλ是波长λ的保护基板的折射率。
图16(a)表示把基板厚度t3的CD用光束作为发散光对物镜射入，而在CD的信息记录面上聚光的有限系的光学系统。
如图16(b)所示，假定把该光学系统原封不动地按比例缩小，把焦距缩短，把CD的保护基板厚度也同样地按比例缩小时，当然能把CD用的光束会聚在信息记录面。
但实际上，即使把光学系统按比例缩小时，CD的保护基板厚度也是1.2mm而不变化，产生由此而引起的像差，所以，如图16(c)所示，即使把光学系统按比例缩小时，也需要通过改变倍率，把CD用光束的发散程度从θ增大到θ′，来校正所述像差。
即为了达到光学系统的薄型化，需要把按比例缩小光学系统并缩短焦距时的倍率，与原来焦距CD的倍率比较并进行增大。
在此，对于这种CD倍率的变动，就产生了一个问题。
把物镜的跟踪量设定为T(mm)时的视场角α能用下式表示。
tanα＝T×(-m)/[f×(1-m)2]
f是焦距，m是物镜的倍率
根据该式，了解到使用CD时，在轴外光向物镜射入时和物镜移动时，随着倍率m变大而视场角α也变大，了解到其原因是由于彗差随着倍率变大而增大的缘故。
图17是表示在跟踪量T＝0.3(mm)时产生的3级彗差发生量与倍率m关系的曲线图。
例如虚线表示的在现有技术的基础上设计的焦距f＝3.0mm的物镜中，倍率m的绝对值是0.03，跟踪时物镜从光轴移动了0.3mm时的波像差是0.013λrms左右，被收容在作为再现·记录用途而不产生障碍的范围内。
另一方面了解到，例如虚线表示的在现有技术的基础上设计的焦距f＝1.7mm的物镜中，倍率m的绝对值是0.07，跟踪时产生的彗差超过了马利科尔(マレシヤルmarechal)界限。
发明内容
本发明的课题考虑了上述问题，其提供一种在达到对三个波长互换的同时，能把由跟踪引起的彗差恶化减轻的聚光光学元件和光拾取装置。
为了解决以上课题，项目1所述的结构是，对保护基板厚度t1[mm]的第一光盘使用从第一光源射出的波长λ1[nm]的第一光束进行信息的再现和/或记录，对保护基板厚度t2[mm](t1≤t2)的第二光盘使用从第二光源射出的波长λ2[nm]的第二光束进行信息的再现和/或记录，对保护基板厚度t3[mm](t1≤t2＜t3)的第三光盘使用从第三光源射出的波长λ3[nm]的第三光束进行信息的再现和/或记录，在这样光拾取装置用的聚光光学元件中，至少在一个光学面上具备相位结构，把所述第三光盘记录和/或再现时需要的有效光束中所述聚光光学元件的光学系统倍率规定为m3时，所述聚光光学元件对所述第三光束的焦距f3，满足(1)式。
0.01＜|m3|×(t3-t1)/f3＜0.03            (1)
光拾取装置其结构是，具备射出光束的波长不同的三个光源，把这些光束通过一个物镜向三种光盘的信息记录面上聚光时，向基板厚度t3的第三光盘进行记录/再现时的光学系统倍率m3，其依赖于焦距。即把第一光盘的焦距f1决定为某特定的值时，则CD的焦距f3也唯一地被决定，且在焦距f3下的倍率m3也唯一地被决定。
焦距f在例如1.65mm左右的薄型光拾取装置中，在|m3|×(t3-t1)/f3的值在超过(1)式上限时，不能得到足够的工作距离，拾取光学系统不成立。而焦距f长(2.5mm左右)时，则得不到希望的薄型光拾取装置。因此，通过设定成满足(1)式的范围内，能得到紧凑的对基板厚度不同的三种光盘能进行记录/再现的光拾取装置。
在此所说的衍射结构，也可以配置在聚光光学元件光学面的整个面上，也可以在聚光光学元件的光学面中仅部分地形成在第一、第二和第三光束通过的区域(共用区域)上。
本说明书除了上述的BD和HD以外，在信息记录面上具有数～数十nm左右厚度保护膜的光盘，和保护层或保护膜的厚度是0(零)的光盘，也包含在高密度光盘中。
本说明书中，DVD是DVD-ROM、DVD-Video、DVD-Audio、DVD-RAM、DVD-R、DVD-RW、DVD+R、DVD+RW等DVD系列光盘的总称，CD是CD-ROM、CD-Audio、CD-Video、CD-R、CD-RW等CD系列光盘的总称。
本说明书中聚光光学元件，构成光拾取装置的聚光光学系统，例如其是物镜、耦合透镜、光束扩展器、光束整形器、校正板等部件。
作为聚光光学元件，并不限定于是仅由单一的透镜构成，其也可以把多个透镜在光轴方向上组合而构成的透镜组都作为光学元件。
附图说明
图1是表示光拾取装置结构主要部分的平面图；
图2是表示物镜结构主要部分的剖面图；
图3(a)、图3(b)是表示物镜结构的正面图和背面图；
图4(a)、图4(b)是表示相位结构一例的侧面图；
图5(a)、图5(b)是表示相位结构一例的侧面图；
图6(a)、图6(b)是表示相位结构一例的侧面图；
图7(a)、图7(b)是表示相位结构一例的侧面图；
图8是表示焦距与倍率关系的曲线图；
图9(a)、图9(b)是用于说明正弦条件用的图；
图10(a)、图10(b)是表示像高与像差量关系的曲线图；
图11(a)、图11(b)是表示无限系统光拾取装置的图和有限系统光拾取装置的图；
图12(a)～图12(c)是表示违反正弦条件量的曲线图；
图13是表示实施例1透镜移动时波像差量的曲线图；
图14是表示实施例2透镜移动时波像差量的曲线图；
图15是表示比较例透镜移动时波像差量的图；
图16(a)～图16(c)是用于说明按比例缩小的光学系统的图；
图17是表示跟踪时产生的3级彗差发生量与倍率关系的曲线图。
具体实施方式
项目2所述的结构，是在项目1所述的聚光光学元件中，当把从所述光源射出并在所述聚光光学元件的主平面上通过从光轴向正交方向仅离开距离H的地点的光束与光轴所成的角规定为u，把该光束与从所述聚光光学元件的所述光盘侧光学面射出后的光轴所成的角规定为U，把所述聚光光学元件物方空间的折射率规定为n，把所述聚光光学元件像方空间的折射率规定为n′，把所述聚光光学元件对该光束的光学系统倍率规定为m，把所述聚光光学元件对该光束的焦距规定为f，把违反正弦条件量规定为SC，把用于第一光束向所述第一光盘聚光的违反正弦条件量的最大值规定为SC1max，把用于使所述第三光束向所述第三光盘聚光的在所述聚光光学元件有效口径外端的违反正弦条件量的最大值规定为SC3max时，满足(2)式。
0.05＜|SC1max/SC3max|＜0.25          (2)
其中，m＝0时，SC＝n·H/n′·sin U-f
      m≠0时，SC＝f(1-1/m)(sinu/sin U-m)
若|SC1max/SC3max|是比(2)式的下限小的数值，则在波长λ3光束有效口径的端的部分的违反正弦条件量，其绝对值超过0.07，焦距短的聚光光学元件，其特别是由于物镜的跟踪透镜移动发生时的彗差，就超过马利科尔界限。而若是比上限大的数值时，则使用波长λ1光束时的违反正弦条件量的绝对值的最大值变得过大，例如对HD的轴外特性恶化。
这样，通过把|SC1max/SC3max|设定在(2)式的范围内，就充分确保了第一光盘的轴外特性，而且把以有限使用时由于跟踪透镜移动发生时的彗差的发生量，即使焦距是足够小的值时，也能成为小于或等于马利科尔界限。
项目3所述的结构，是在项目2所述的聚光光学元件中，当把所述聚光光学元件对所述第一光束的像方数值口径规定为NA1，把所述聚光光学元件对所述第三光束的像方数值口径规定为NA3时，满足
0.5≤NA1≤0.7
0.4≤NA3≤0.64
项目4所述的结构，是在项目1到3任一项所述的聚光光学元件中，所述聚光光学元件的所述光源侧的光学面和所述光盘侧光学面都被分割成以光轴为中心的同心园状的多个区域，把所述光源侧光学面中包含光轴的区域设定为第一区域，把位于该第一区域外周侧的区域设定为第二区域，把所述光盘侧光学面中包含光轴的区域设定为第三区域，把位于该第三区域外周侧的区域设定为第四区域，设定为通过所述第一区域和所述第三区域的所述第一、第二和第三光束，分别在对所述第一光盘、第二光盘和第三光盘进行信息的再现和/或记录中使用，通过所述第二区域和所述第四区域的所述波长λ1的光束和所述波长λ2的光束，分别在对所述第一光盘和第二光盘进行信息的再现和/或记录中使用，把所述第一区域的曲率半径设定为1Rr1，把所述第二区域的曲率半径设定为1Rr2，把所述第三区域的曲率半径设定为2Rr1，把所述第四区域的曲率半径设定为2Rr2时，满足(3)式。
0.5＜(1Rr2-2Rr2)/(1Rr1-2Rr1)＜1.5             (3)
(3)式表示关于把光学面分割成多个区域的焦距短的聚光光学元件，在不低于下限值0.5的范围，其内侧的曲率半径(1Rr1和2Rr1)与外侧的曲率半径(1Rr2和2Rr2)不同。在低于下限值0.5时，就意味着聚光光学元件光源侧和光盘侧至少一个的外侧区域的近轴半径小，而近轴半径小，则轴外特性、制造上透镜面的偏心误差的影响就大。
(3)式的范围设定成不包含1。其理由是若想用本发明的技术校正彗差，则必须是内侧区域与外侧区域的近轴曲率半径不同。
这样，通过把(1Rr2-2Rr2)/(1Rr1-2Rr1)设定在(3)式的范围内，就能对三种波长校正球差的同时，能规定也能校正轴外像差的聚光光学元件光学面的面形状。这样，能防止非球面的曲率半径在内侧区域与外侧区域有大的不同。
若外侧区域的近轴曲率半径小，则发生在射出成型的制造上产生相对面移动时的像差，但只要进入该范围，则能成为充分抑制了像差发生量的聚光光学元件。
项目5所述的结构，是在项目4所述的聚光光学元件中，所述第一区域从光轴离开的高度h是为了在所述第三光盘的信息记录面上形成聚光点而需要的有效光束口径的高度。
项目6所述的结构，是在项目1～5任一项所述的聚光光学元件中，对第三光盘以有限共轭系统进行再现和/或记录时，把所述聚光光学元件有效口径端的违反正弦条件量设定为SCmax时，满足(4)式。
0.03＜|SCmax|/f＜0.05                 (4)
|SCmax|比下限值0.03小，能举出焦距f大或SCmax的绝对值小的情况，但为了组装成薄型光拾取装置，希望物镜的焦距是1.8mm～2.3mm左右，是1.8mm～2.0mm左右则特别理想。若在有限系统中把SCmax抑制小，则不能满足其他光盘(例如HD和DVD)的正弦条件，所以有可能不能达到三种光盘之间的互换性。
比上限值0.05大的情况，能举出焦距f小或SCmax大，但若焦距过小(例如f＝1.6以下)，则不能得到足够的工作距离，若SCmax过大，则产生不能抑制在有限共轭系统由跟踪透镜移动发生时的彗差的不好情况。
在薄型光拾取装置的结构中，最好使用焦距f是1.8～2.0mm的聚光光学元件，为了抑制有限共轭系统透镜移动时产生的彗差，焦距越短就越需要控制违反正弦条件量，把SCmax变小。(4)式表示焦距f与|SCmax|的关系，只要是进入了(4)式数值范围内的违反正弦条件量，就能得到薄型的对三个波长在记录/再现中能使用，且也保证轴外特性的光拾取装置用的聚光光学元件。
项目7所述的结构，是在项目1到6任一项所述的聚光光学元件中，所述聚光光学元件是由单片透镜构成的。
项目8所述的结构，是在项目1到7任一项所述的聚光光学元件中，从所述第一光源到第三光源中的一个射出的光束中，把所述聚光光学元件对该光束的焦距规定为f[mm]时，所述焦距f满足下式。
1.8≤f≤2.3
项目9所述的结构，是在项目1到8任一项所述的聚光光学元件中，所述聚光光学元件的所述焦距f[mm]满足下式。
1.8≤f≤2.0
项目10所述的结构，是在项目1到9任一项所述的聚光光学元件中，所述光学系统倍率m3满足下式。
0.035＜|m3|＜0.066
项目11所述的结构，是在项目1到10任一项所述的聚光光学元件中，所述波长λ2和所述波长λ3满足下式。
1.5×λ1≤λ2≤1.7×λ1
1.8×λ1≤λ3≤2.2×λ1
项目12所述的结构，是在项目1到11任一项所述的聚光光学元件中，所述保护基板厚度t2与所述保护基板厚度t3满足下式。
0.9×t1≤t2≤1.1×t1
1.9×t1≤t3≤2.1×t1
项目13所述的结构是，光拾取装置其具备：第一光源，其对保护基板厚度t1[mm]的第一光盘射出进行信息的再现和/或记录的波长λ1[nm]的第一光束；第二光源，其对保护基板厚度t2[mm](t1≤t2)的第二光盘射出进行信息的再现和/或记录的波长λ2[nm]的第二光束；第三光源，其对保护基板厚度t3[mm](t1≤t2＜t3)的第三光盘射出进行信息的再现和/或记录的波长λ3[nm]的第三光束；聚光光学元件，其至少在一个光学面上具备相位结构，并把所述第一光束、第二光束和第三光束分别向所述第一、第二、第三光盘上聚光，在该光拾取装置中，
把所述第三光盘记录和/或再现时需要的有效光束的所述聚光光学元件的光学系统倍率规定为m3时，所述聚光光学元件对所述波长λ3光束的焦距f3，满足(1)式。
0.01＜|m3|×(t3-t1)/f3＜0.03             (1)
项目14所述的结构，是在项目13所述的光拾取装置中，当把从所述第一光源到第三光源中的一个射出的射出并在所述聚光光学元件的主平面上通过从光轴向正交方向仅离开距离H的地点的光束与光轴所成的角规定为u，把该光束与从所述聚光光学元件的所述光盘侧光学面射出后的光轴所成的角规定为U，把所述聚光光学元件物方空间的折射率规定为n，把所述聚光光学元件像方空间的折射率规定为n′，把所述聚光光学元件对该光束的光学系统倍率规定为m，把所述聚光光学元件对该光束的焦距规定为f，把违反正弦条件量规定为SC，把所述波长λ1的光束向所述第一光盘聚光用的违反正弦条件量的最大值规定为SC1max，把用于所述第三光束向所述第三光盘聚光的在所述聚光光学元件有效口径外端的违反正弦条件量的最大值规定为SC3max时，满足(2)式。
0.05＜|SC1max/SC3max|＜0.25                      (2)
其中，m＝0时，SC＝n·H/n′·sin U-f
      m≠0时，SC＝f(1-1/m)(sinu/sin U-m)
项目15所述的结构，是在项目14所述的光拾取装置中，当把所述聚光光学元件对所述波长λ1光束的像方数值口径规定为NA1，把所述聚光光学元件对所述波长λ3光束的像方数值口径规定为NA3时，满足
0.5≤NA1≤0.7
0.4≤NA3≤0.64
项目16所述的结构，是在项目13到15任一项所述的光拾取装置中，所述聚光光学元件的所述光源侧光学面和所述光盘侧光学面都被分割成多个区域，把所述光源侧光学面中包含光轴的区域设定为第一区域，把位于该第一区域外周侧的区域设定为第二区域，把所述光盘侧光学面中包含光轴的区域设定为第三区域，把位于该第三区域外周侧的区域设定为第四区域，设定为通过所述第一区域和所述第三区域的所述第一、第二和第三光束，分别在对所述第一光盘、第二光盘和第三光盘进行信息的再现和/或记录中使用，通过所述第二区域和所述第四区域的所述波长λ1的光束和所述波长λ2的光束，分别在对所述第一光盘和第二光盘进行信息的再现和/或记录中使用，把所述第一区域的曲率半径设定为1Rr1，把所述第二区域的曲率半径设定为1Rr2，把所述第三区域的曲率半径设定为2Rr1，把所述第四区域的曲率半径设定为2Rr2时，满足(3)式。
0.5＜(1Rr2-2Rr2)/(1Rr1-2Rr1)＜1.5        (3)
项目17所述的结构，是在项目16所述的光拾取装置中，所述第一区域从光轴离开的距离h是为了在所述第三光盘的信息记录面上形成聚光点而需要的有效光束口径的高度。
项目18所述的结构，是在项目13到17任一项所述的光拾取装置中，对第三光盘以有限共轭系统进行再现和/或记录时，把所述聚光光学元件有效口径端的违反正弦条件量设定为SCmax时，满足(4)式。
0.03＜|SCmax|/f＜0.05                (4)
项目19所述的结构，是在项目1到18任一项所述的光拾取装置中，所述聚光光学元件是由单片透镜构成的。
项目20所述的结构，是在项目13到19任一项所述的光拾取装置中，从所述第一光源到第三光源中的一个射出的光束中，把所述聚光光学元件对该光束的焦距规定为f[mm]时，所述焦距f满足下式。
1.8≤f≤2.3
项目21所述的结构，是在项目13到20任一项所述的光拾取装置中，所述聚光光学元件的所述焦距f[mm]满足下式。
1.8≤f≤2.0
项目22所述的结构，是在项目13到21任一项所述的光拾取装置中，所述光学系统倍率m3满足下式。
0.035＜|m3|＜0.066
项目23所述的结构，是在项目13到22任一项所述的光拾取装置中，从所述第二光源射出的所述波长λ2和从所述第三光源射出的所述波长λ3满足下式。
1.5×λ1≤λ2≤1.7×λ1
1.8×λ1≤λ3≤2.2×λ1
项目24所述的结构，是在项目13到23任一项所述的光拾取装置中，所述保护基板厚度t2与所述保护基板厚度t3满足下式。
0.9×t1≤t2≤1.1×t1
1.9×t1≤t3≤2.1×t1
根据本发明，在达到对三种波长互换的同时，能得到可减轻由跟踪引起的彗差恶化的聚光光学元件和光拾取装置。
以下参照附图详细说明实施本发明用的实施例。
图1是概略表示对于HD(第一光盘)和DVD(第二光盘)和CD(第三光盘)的任一个都能进行恰当信息记录/再现的光拾取装置PU结构的图。HD的光学规格是：波长λ1＝407nm，保护层(保护基板)PL1的厚度t1＝0.6mm，数值口径NA1＝0.65，DVD的光学规格是：波长λ2＝655nm，保护层PL2的厚度t2＝0.6mm，数值口径NA2＝0.65，CD的光学规格是：波长λ3＝785nm，保护层PL3的厚度t3＝1.2mm，数值口径NA3＝0.51。
但波长、保护层的厚度和数值口径的组合并不限定于此。
对第一光盘进行信息再现和/或记录时，物镜OBJ(聚光光学元件)的光学系统倍率m1是m1＝0。即本实施例的物镜OBJ是把波长λ1的第一光束作为平行光射入的结构。
而且对第二光盘进行信息再现和/或记录时，物镜OBJ的光学系统倍率m2也同样是m2＝0。即本实施例的物镜OBJ是把波长λ2的第二光束作为平行光射入的结构。
本发明不需要第一倍率m1和第二倍率m2都是0，例如也可以把第二光束作为平行光射入而把第一光束作为平缓的会聚光向物镜OBJ射入，或把第一光束和第二光束都作为平缓的会聚光射入。
对第三光盘进行信息再现和/或记录时，物镜OBJ的光学系统倍率m3是m3＜0。即，本实施例的物镜OBJ是把波长λ3的第三光束作为发散光射入的有限共轭系统的结构。
光拾取装置PU包括：兰紫色半导体激光器LD1(第一光源)，其对HD进行信息记录/再现时发光而射出407nm的激光光束(第一光束)；第一光束用光检测器PD1；红色半导体激光器LD2(第二光源)，其对DVD进行信息记录/再现时发光而射出655nm的激光光束(第二光束)；第二光束用光检测器PD2；红外半导体激光器LD3(第三光源)，其对CD进行信息记录/再现时发光而射出785nm的激光光束(第三光束)；第三光束用光检测器PD3；准直透镜COL，其使第一光束和第二光束通过；耦合透镜CUL，其使第三光束通过；物镜OBJ，其两面是非球面，在其光学面上形成有衍射结构，并具有把各光束向信息记录面RL1、RL2、RL3上聚光的功能；双轴传动装置AC，其使物镜OBJ向规定的方向移动；第一～第五光束分离器BS1～BS5；光束整形器BSH；光阑STO；传感器透镜SEN1～SEN3等。
光拾取装置PU对HD进行信息记录/再现时，如图1实线描绘的其光线路径那样，首先使兰紫色半导体激光器LD1发光。从兰紫色半导体激光器LD1射出的发散光束在通过光束整形器BSH时其断面形状被变更，并通过第一光束分离器BS 1和第二光束分离器BS2到达准直透镜COL。
在透射准直透镜COL时，第一光束被变换成平行光，并通过第三光束分离器BS3、光阑STO而到达物镜OBJ，由物镜OBJ而通过第一保护层PL1并在信息记录面RL1上形成点。物镜OBJ利用在其周边配置的双轴传动装置AC来进行对焦和跟踪
在信息记录面RL1上通过信息位调制的反射光束，再次通过物镜OBJ、第三光束分离器BS3、准直透镜COL、第二光束分离器BS2，在第一光束分离器BS1被分光，通过传感器透镜SEN1给予像散并会聚在光检测器PD1的受光面上。然后使用光检测器PD1的输出信号就能读取在HD上记录的信息。
对DVD进行信息记录/再现时，如图1点划线描绘的其光线路径那样，首先使红色半导体激光器LD2发光。从红色半导体激光器LD2射出的发散光束通过第四光束分离器BS4而在第二光束分离器BS2被反射，到达准直透镜COL。
在透射准直透镜COL时第二光束被变换成平行光，并通过第三光束分离器BS3、光阑STO而到达物镜OBJ，由物镜OBJ而通过第二保护层PL2并在信息记录面RL2上形成点。物镜OBJ利用在其周边配置的双轴传动装置AC来进行对焦和跟踪
在信息记录面RL2上通过信息位调制的反射光束，再次通过物镜OBJ、第三光束分离器BS3、准直透镜COL，在第二光束分离器BS2被分光，并在第四光束分离器BS4被分光，通过传感器透镜SEN2给予像散并会聚在光检测器PD2的受光面上。然后使用光检测器PD2的输出信号就能读取在DVD上记录的信息。
对CD进行信息记录/再现时，如图1虚线描绘的其光线路径那样，首先使红外半导体激光器LD3发光。从红外半导体激光器LD3射出的发散光束通过第五光束分离器BS5到达耦合透镜CUL。
在透射耦合透镜CUL时第三光束的发散角被变更，在第三光束分离器BS3被反射，通过光阑STO而到达物镜OBJ，由物镜OBJ而通过第三保护层PL3并在信息记录面RL3上形成点。物镜OBJ利用在其周边配置的双轴传动装置AC来进行对焦和跟踪
在信息记录面RL3上通过信息位调制的反射光束，再次通过物镜OBJ，在第三光束分离器BS3被反射，通过耦合透镜CUL而在第五光束分离器BS5被分光，通过传感器透镜SEN3给予像散并会聚在光检测器PD3的受光面上。然后使用光检测器PD3的输出信号就能读取在CD上记录的信息。
下面说明物镜OBJ的结构。
如图2所示，物镜OBJ是其射入面S1(光源侧的光学面)和射出面S2(光盘侧的光学面)都是非球面结构的塑料制单透镜。
如图3(a)所示，物镜OBJ的光学面S1，被分割成对应NA3内区域并包含光轴的第一区域AREA1和对应从NA3到NA1区域的第二区域AREA2。如图2所示，第一区域AREA1和第二区域AREA2由以光轴为中心的多个同心圆状的环带构成，形成有包含光轴的断面形状是锯齿状的衍射结构DOE。
如图3(b)所示，物镜OBJ的光学面S2也被分割成对应NA3内区域并包含光轴的第三区域AREA3和对应从NA3到NA1区域的第四区域AREA4。第三区域AREA3和第四区域AREA4由折射面构成。
作为在物镜OBJ的光学面上形成的相位结构，可以是衍射结构、给予光程差结构的任一个，作为衍射结构有：如图4(a)、图4(b)模式所示那样，由多个环带100构成且包含光轴的断面形状的锯齿状的，和如图5(a)、图5(b)模式所示那样，由台阶101的方向在有效口径内是相同的多个环带102构成且包含光轴的断面形状的台阶状的，和如图6(a)、图6(b)模式所示那样，由内部形成有台阶结构的多个环带103构成的，和如图7(a)、图7(b)模式所示那样，由台阶104的方向在有效口径中途插入的多个环带105构成且包含光轴的断面形状的台阶状的。作为给予光程差结构，有如图7(a)、图7(b)模式所示那样，由台阶104的方向在有效口径中途插入的多个环带105构成且包含光轴的断面形状的台阶状的。因此，如图7(a)、图7(b)模式所示的结构，可以是衍射结构的情况，也可以是给予光程差结构的情况。图4(a)到图7(b)模式表示了把各相位结构在平面上形成的情况，但也可以把各相位结构形成在球面或非球面上。本说明书把由图4(a)、图4(b)、图5(a)、图5(b)和图7(a)、图7(b)所示多个环带构成的衍射结构用记号“DOE”表示，把由图6(a)、图6(b)所示内部形成有台阶结构的多个环带构成的衍射结构用记号“HOE”表示。
通过设置这种相位结构，例如抑制了随温度变化而半导体激光波长变化时的球差，抑制了在使用由制造误差而引起振荡波长从基准波长偏离的半导体激光时的球差，或即使在由激光跳模而射入光束的波长瞬时变化时也能维持良好的记录/再现特性。
利用在物镜OBJ上设置的相位结构，能校正由HD用波长λ1的第一光束与DVD用波长λ2的第二光束波长差引起的色差，和/或由HD保护层与DVD保护层的厚度差引起的球差。在此所说的色差，是指由波长差引起的在光轴方向上波像差的最小位置变动。例如通过把相位结构设定成是对波长λ1和λ2光束中的至少一个光束给予正衍射作用的衍射结构，而能抑制由给予了衍射作用的光束的波长变动而引起产生的色差。
本实施例的物镜，使用对波长λ3的光束，其物镜OBJ的焦距f3、光学系统倍率m3、HD和CD的保护层厚度t1和t3进行设定，满足(1)式。
0.01＜|m3|×(t3-t1)/f3＜0.03             (1)
本发明的光拾取装置PU，具备射出光束的波长不同的三个光源，把这些光束通过一个物镜OBJ向三种光盘的信息记录面上聚光时，向基板厚度t3的CD进行记录/再现时的光学系统倍率m3，其依赖于焦距。即把HD的焦距f1决定为某特定的值时，则CD的焦距f3也唯一地被决定，且在焦距f3下的倍率m3也唯一地被决定。
表5和图8是分别表示在包含波长390nm～420nm光源(第一光源)的光拾取光学系统中，对两个光盘(HD和DVD)记录/再现时使无限光向物镜射入，而对剩余的一个光盘(CD)记录/再现时，为了校正由基板厚度差(t3-t1或t3-t2)引起的球差，而使有限光向物镜射入情况下的焦距与倍率关系的表和曲线图。
焦距f是1.65mm左右的薄型光拾取装置，在|m3|×(t3-t1)/f3的值在超过(1)式上限时，不能得到足够的工作距离WD，拾取光学系统不成立。而焦距f长(2.5mm左右)时，则得不到希望的薄型光拾取装置。因此，通过设定成满足(1)式的范围内，能简单得到对基板厚度不同的三种光盘能进行记录/再现的光拾取装置。
[表5]
  CD的焦距   2.54   2.34   2.04   1.84   1.69
  CD倍率的绝对值   0.043   0.049   0.056   0.069   0.075
  基板厚度差(t3-t1)                               0.6
  |m3|×(t3-t1)/f3   0.0103   0.0125   0.0165   0.0226   0.0266
当把从光源射出并在物镜的主平面上通过从光轴向正交方向仅离开距离H的地点的光束与光轴所成的角规定为u，把该光束与从物镜的光盘侧光学面射出后的光轴所成的角规定为U，把物镜光源侧光学面的折射率，即物镜物方空间的折射率规定为n，把物镜光盘侧光学面的折射率，即物镜像方空间的折射率规定为n′，把物镜对该光束的光学系统倍率规定为m，把物镜对该光束的焦距规定为f，把违反正弦条件量规定为SC，把用于波长λ1的光束向HD聚光的违反正弦条件量的最大值规定为SC1max，把用于波长λ3的光束向CD聚光的在物镜有效口径外端的违反正弦条件量的最大值规定为SC3max时，设定成满足(2)式。
0.05＜|SC1max/SC3max|＜0.25           (2)
其中，m＝0时，SC＝n·H/n′·sin U-f
      m≠0时，SC＝f(1-1/m)(sinu/sin U-m)
图9(a)、图9(b)是说明正弦条件用的说明图。在图9(a)的情况下，透镜130把由轴上物点131产生的光在轴上像点132上成像。在此，为了简单，把透镜130设定成是无像差(在该状态下没有球差)。若把该透镜130的近轴横倍率设定成是β，则违反正弦条件量SC由下式给出。
SC＝(n×sinθ)/(n′×sinθ′)-β
在此，n是物方侧的折射率，n′是像方侧的折射率。
图9(b)表示物点131b在轴外的情况，这时像点132b也在轴外。该成像关系由于是轴外共轭点之间的成像关系，所以透镜130即使是所谓的无像差透镜，也产生像差。但其像差的产生程度则随透镜130满足正弦条件的情况而变化。
在此，只要透镜130满足正弦条件，则像高h与像差量的关系就如图10(a)所示。这时产生的像差大致全部是像散，而不产生彗差。另一方面，在透镜130违反正弦条件时，则像高h与像差量的关系就如图10(b)所示。这时由于产生像散的同时还产生彗差，所以比满足正弦条件的情况，其有非常大的像差量。
即把光相对透镜正确地从正面射入时，则满足和不满足正弦条件其成像特性都相同，而把光相对透镜从斜向射入时，则成像特性(轴外特性)完全不同，所以大部分的光学系统通常都设计成满足正弦条件。
图11(a)、图11(b)是无限系统光拾取装置(向物镜射入的光是平行光)和有限系统光拾取装置(向物镜射入的光是发散光)的说明图。是图11(a)所示无限系统的光拾取装置时，从光束源140发出的发散光由准直透镜141变成平行光，由物镜142变成会聚光而在光学记录媒体143的记录表面上形成点。在无限系统中，物镜142不论是在中立位置还是进行跟踪移动，其都把平行光束正确地对物镜从正面射入。即物镜即使做跟踪动作，其像点也常在光轴上，所以至少物镜不产生像差。且只要准直透镜也满足正弦条件，则即使由跟踪移动而物点在轴外，也如图11(a)所示那样仅产生非常微小的像散。
因此，无限系统的光拾取装置在原理上物镜是不产生像差的，所以，正弦条件只要校正成在制造公差上没问题的程度便可。但若物镜的设置角度有偏差，则即使是无限系统也是变成倾斜射入，所以在这种情况下就需要以不产生大的像差程度地来满足正弦条件。
另一方面，是图11(b)所示有限系统的光拾取装置时，从光束源140b发出的发散光向物镜142b射入，并在光学记录媒体143b的记录表面上形成点。在有限系统中，物镜142b是在中立位置时，则发散光正确地对物镜从正面射入，所以不产生像差，但在物镜142b进行跟踪移动时，则物点(即光束源140b)变成在轴外，所以成为与图11(b)相同的状态。
这时，只要物镜142b充分满足正弦条件，则如图10(a)所示那样仅产生微小的像散，没问题，但若违反正弦条件，则如图10(b)那样产生非常大的彗差，点的轮廓崩溃而再现困难。即有限系统的光拾取装置需要物镜充分满足正弦条件，且为了能满足正弦条件而需要选择物镜的非球面常数等。
考虑到所述无限系统和有限系统的不同，现有的DVD/CD互换的光拾取装置，在进行DVD再现时把物镜设计成违反正弦条件而用无限系统进行再现，在对更低密度的记录媒体CD进行再现时是设计成满足正弦条件而用有限系统进行再现。
在此，之所以在无限系统中把物镜设计成违反正弦条件，而在有限系统中把物镜设计成满足正弦条件，是由于无限系统的结构在跟踪移动时原理上不产生像差，所以违反正弦条件几乎没问题(即不需要满足正弦条件)的缘故。
因此，只要这样设计，就把任何记录进行再现，也不产生由跟踪移动引起的大的像差，能得到再现信号。
图12(a)～图12(c)是表示利用HD、DVD和CD时违反正弦条件量的图。
如上所述，把HD和CD违反正弦条件量的最大值规定为SC1max和SC3max时，若|SC1max/SC3max|是比(2)式的下限小的数值时，则在波长λ3光束有效口径端部分的违反正弦条件量的绝对值超过0.07，焦距短的聚光光学元件，其特别是物镜跟踪时的彗差超过马利科尔界限。而若是比上限大的数值时，则在使用波长λ1光束时违反正弦条件量的绝对值的最大值变得过大，对HD的轴外特性恶化。
这样，通过把|SC1max/SC3max|设定在(2)式的范围内，就确保了HD的轴外特性，而且把以有限使用时跟踪的彗差发生量，即使焦距是足够小的值时，也能使其小于或等于马利科尔界限。
把第一区域的曲率半径设定为1Rr1，把第二区域的曲率半径设定为1Rr2，把第三区域的曲率半径设定为2Rr1，把第四区域的曲率半径设定为2Rr2时，设定成满足(3)式。
0.5＜(1Rr2-2Rr2)/(1Rr1-2Rr1)＜1.5         (3)
(3)式表示关于把光学面分割成多个区域的焦距短的物镜，在低于下限值0.5的范围，内侧的曲率半径(1Rr1和2Rr1)与外侧的曲率半径(1Rr2和2Rr2)不同。在低于下限值0.5时，就意味着物镜光源侧和光盘侧至少一个的外侧区域的近轴半径小，而近轴半径小，则轴外特性、制造上透镜面的偏心误差的影响就大。
(3)式的范围设定成不包含1。其理由是若想用本发明的技术校正彗差，则必须是内侧区域与外侧区域的近轴曲率半径不同。
这样，通过把(1Rr2-2Rr2)/(1Rr1-2Rr1)设定在(3)式的范围内，就能对三种波长校正球差的同时，还能规定也能校正轴外像差的物镜光学面的面形状。这样，能防止非球面的曲率半径在内侧区域与外侧区域有大的不同。
若外侧区域的近轴曲率半径小，则发生在射出成型的制造上产生相对面移动时的像差，但该像差只要进入该范围，则能成为充分抑制了像差发生量的物镜。
把对CD进行信息记录/再现时，有限共轭系统物镜有效口径端的违反正弦条件量规定为SCmax时，设定成满足(4)式。
0.03＜|SCmax|/f＜0.05                 (4)
|SCmax|比下限值0.03小，能举出焦距f大或SCmax的绝对值小的情况，但为了组装成薄型光拾取装置，希望物镜的焦距是1.8mm～2.3mm，特别是在1.8mm～2.0mm时为理想。若在有限系统中把SCmax抑制小，则不能满足其他光盘(HD和DVD)的正弦条件，所以有可能不能实现三种光盘之间的互换性。
比上限值0.05大的情况，能举出焦距f小或SCmax大，但若焦距过小(例如f＝1.6以下)，则不能得到足够的工作距离，若SCmax过大，则产生不能抑制在有限共轭系统透镜移动时的彗差的不好情况。
在薄型光拾取装置的结构中，希望使用焦距f是1.8～2.3mm的物镜，特别是使用1.8mm～2.0mm的物镜为理想。为了抑制有限共轭系统透镜移动时产生的彗差，焦距越短就越需要控制违反正弦条件量而把SCmax变小。(4)式表示焦距f与|SCmax|的关系，只要是进入了(4)式数值范围内的违反正弦条件量，就能得到薄型的对三个波长在记录/再现中能使用，且也保证轴外特性的光拾取装置用的物镜。
本实施例在对CD进行信息记录/再现时是有限共轭系统，但并不限定于此，也可以对HD是有限共轭系统，对DVD是有限共轭系统，对HD/DVD/CD所有的是有限共轭系统。
作为用于对应NA3进行孔径限制的孔径元件，也可以是在物镜OBJ的光学面S1近旁配置孔径限制元件AP，通过双轴传动装置把孔径限制元件AP和物镜OBJ一体进行跟踪驱动的结构。
在这时孔径限制元件AP的光学面上，形成有具有透射率波长选择性的波长选择滤波器WF。由于该波长选择滤波器WF具有在NA3内区域使第一波长λ1到第三波长λ3的所有波长透射，在从NA3到NA1的区域仅遮断第三波长λ3，而使第一波长λ1和第二波长λ2透射的透射率波长选择性，所以利用该波长选择性能进行对应NA3的孔径限制。
作为孔径的限制方法，不仅有利用波长选择滤波器WF的方法，也可以是机械切换光阑的方式和后述利用液晶相位控制元件LCD的方式。
物镜OBJ，从重量轻、便宜的观点看最好是塑料的，但若考虑耐温性、耐光性，则也可以用玻璃制作。现在在市场上出售的主要是折射型玻璃模制非球面透镜，若使用正在进行开发的低熔点玻璃，则设置有衍射结构的玻璃模制透镜也能制作。而且光学用途塑料的开发也在进行中，其中有温度引起折射率变化小的材料。其把由温度引起折射率变化的符号相反的无机微粒进行混合，这样来使树脂整体由温度引起折射率变化小，同样地，其有把分散小的无机微粒进行混合而减小树脂整体分散的材料，如果把其使用在BD用物镜中时，则更加有效果。
[实施例]
下面说明在上述实施方式中所示光学元件的实施例。
表1表示实施例1的透镜数据。
[表1]
HD DVD/DVD/CD三种互换精巧型实施例
实施例1  透镜数据
物镜的焦距      f1＝2.0mm  f2＝2.06mm  f3＝2.04mm
像面侧数值口径  NA1：0.65  NA2：0.65   NA3：0.51
2面衍射级数     n1：3      n2：2       n3：2
2′面衍射级数   n1：3      n2：2
倍率            m1：0      m2：0       m3：-1/17.8
  第i面   ri   di(407nm)   ni(407nm)  di(655nm)  ni(655nm)  di(785nm)  ni(785nm)
  0   ∞  ∞   38.1
  1(光阑孔径)   ∞   0.01(φ2.60mm)  0.01(φ2.68mm)   0.01(φ1.92mm)
  2   1.34018   1.17   1.55981  1.17   1.54073   1.17  1.53724
  2′   1.31096   0.00122   1.55981  0.00122   1.54073   0.00122  1.53724
  3   -7.10479   0.96   1.0  1.00   1.0   0.71  1.0
  3′   -7.26627   0.00000   1.0  0.00000   1.0   0.00000  1.0
  4   ∞   0.6   1.61869  0.6   1.57752   1.2  1.57063
  5   ∞
*di表示从第i面到第i+1面的变位。
*d2′、d3′分别表示从第2面到第2′面和从第3面到第3′面的变位。
非球面数据
第2面(0＜h≤1.09mm：HD DVD/DVD/CD共有区域)
非球面系数
k    -5.9999×E-1
A4   +1.0790×E-3
A6   -9.0067×E-3
A8   +1.7421×E-2
A10  +1.4568×E-3
A12  -1.1364×E-2
A14   +3.4077×E-3
光程差函数
B2    -1.2267×E+1
B4    -1.1046×E-1
B6    -7.0887
B8    +6.0938
B10   -1.8741
第2′面(1.09mm＜h：HD DVD/DVD共有区域)
非球面系数
k     -5.5438×E-1
A4    -9.4122×E-3
A6    -1.5087×E-2
A8    +2.8617×E-2
A10   -2.4236×E-2
A12   +1.1323×E-2
A14   -2.4337×E-3
光程差函数
B2    -1.2267×E+1
B4    -4.3941
B6    +2.9942
B8    -2.0690
B10   +3.2891×E-1
第3面(0＜h≤0.87mm：HD DVD/DVD/CD共有区或)
非球面系数
k     -1.6059×E+2
A4    -5.0210×E-2
A6    +1.7136×E-1
A8    -1.2503×E-1
A10   -1.3210×E-1
A12   +1.9329×E-1
A14   -2.7118×E-2
A16   -3.1989×E-2
第3′面(0.87mm＜h：HD DVD/DVD共有区域)
非球面系数
k     -2.0000×E+2
A4    +1.1834×E-2
A6    -5.7758×E-2
A8    +5.7275×E-2
A10   +2.3071×E-2
A12   -6.4775×E-2
A14   +3.5153×E-2
A16   -6.3388×E-3
如表1所示，本实施例在物镜中适用本发明的聚光光学元件。
本实施例的物镜是HD/DVD/CD互换用，HD是设定为焦距f1＝2.0mm，倍率m1＝0，DVD是设定为焦距f2＝2.06mm，倍率m2＝0，CD是设定为焦距f3＝2.04mm，倍率m3＝-1/17.8。
物镜的射入面(光源侧的光学面)被分割成：从光轴开始的高度h在0＜h≤1.09mm的范围内且与NA3内区域对应的第一区域AREA1(第2面)，和在1.09mm＜h的范围内且与从NA3到NA1的区域对应的第二区域AREA2(第2′面)。在第一区域AREA1和第二区域AREA2上形成有以光轴为中心多个同心圆状环带构成，且包含光轴的断面形状是锯齿状的衍射结构DOE。
物镜的射出面(光盘侧的光学面)被分割成：从光轴开始的高度h在0＜h≤0.87mm的范围内且与NA3内区域对应的第三区域AREA3(第3面)，和在0.87mm＜h的范围内且与从NA3到NA1的区域对应的第四区域AREA4(第3′面)。
第2面、第2′面、第3面和第3′面形成在由把表1所示的系数带入下式的式1的数式所规定的在光轴L的周围成轴对称的非球面上。
[式1]
X = ( h 2 / r ) 1 + 1 - ( 1 + k ) ( h / r ) 2 + Σ i = 2 A 2 i h 2 i
在此，X是光轴方向的轴(把光行进的方向设定为正)，k是圆锥系数，A2i是非球面系数。
第2面和第2′面上的衍射结构DOE，由利用该结构附加在透射波阵面上的光程差表示。该光程差在把h(mm)规定为与光轴垂直方向的高度，把B2i规定为光程差函数的系数，把n规定为射入光束的衍射光中具有最大衍射效率衍射光的衍射级数，把λ(nm)规定为射入衍射结构光束的波长，把λB(nm)规定为衍射结构的制造波长时，由把表1所示的系数带入下式的式2的数式所定义的光程差函数φ(h)(mm)表示。
衍射结构DOE的炫耀化波长λB是1.0mm。
[式2]
光程差函数 φ ( h ) = ( Σ i = 0 5 B 2 i h 2 i ) × n × λ / λB
表2表示实施例2的透镜数据。
[表2]
HD DVD/DVD/CD三种互换精巧型实施例
实施例2  透镜数据
物镜的焦距      f1＝1.80mm  f2＝1.85mm  f3＝1.84mm
像面侧数值口径  NA1：0.65   NA2：0.65   NA3：0.51
2面衍射级数     n1：3       n2：2       n3：2
2′面衍射级数   n1：3       n2：2
倍率            m1：0       m2：0       m3：-1/15.2
  第i面   ri   di(407nm)  ni(407nm)  di(655nm)  ni(655nm)  di(785nm)  ni(785nm)
  0   ∞  ∞  29.6
  1(光阑孔径)   ∞   0.01(φ2.34mm)  0.01(φ2.41mm)  0.01(φ1.88mm)
  2   1.22422   1.17  1.55981  1.17  1.54073  1.17  1.53724
  2′   1.26611   0.00351  1.55981  0.00351  1.54073  0.00351  1.53724
  3   -5.19902   0.77  1.0  0.80  1.0  0.53  1.0
  3′   -3.31147   0.00000  1.0  0.00000  1.0  0.00000  1.0
  4   ∞   0.6   1.61869   0.6   1.57752   1.2   1.57063
  5   ∞
*di表示从第i面到第i+1面的变位。
*d2′、d3′分别表示从第2面到第2′面和从第3面到第3′面的变位。
非球面数据
第2面(0＜h≤1.01mm：HD DVD/DVD/CD共有区域)
非球面系数
k     -5.6986×E-1
A4    +2.4664×E-3
A6    -1.0652×E-2
A8    +1.7282×E-2
A10   +3.2830×E-3
A12   -1.7580×E-2
A14   +6.3078×E-3
光程差函数
B2    -1.2267×E+1
B4    -9.2504×E-1
B6    -7.9210
B8    +7.9487
B10   -3.1583
第2′面(1.01mm＜h：HD DVD/DVD共有区域)
非球面系数
k     -4.6245×E-1
A4    +1.1558×E-2
A6    -1.1317×E-2
A8    +2.4075×E-2
A10   -2.7640×E-2
A12   +1.0557×E-2
A14   -1.8418×E-3
光程差函数
B2    -1.2267×E+1
B4    -4.8219
B6    +2.8386
B8    -2.3680
B10   +2.9605×E-1
第3面(0＜h≤0.775mm：HD DVD/DVD/CD共有区域)
非球面系数
k     -7.3912×E+1
A4    -2.1557×E-2
A6    +1.6310×E-1
A8    -2.0506×E-1
A10   -1.2079×E-1
A12   +4.0523×E-1
A14   -2.0895×E-1
A16   -1.7327×E-2
第3′面(0.775mm＜h：HD DVD/DVD共有区域)
非球面系数
k     -2.3793×E+2
A4    +7.0966×E-3
A6    -4.1298×E-2
A8    +4.5005×E-2
A10   +1.0140×E-2
A12   -6.3910×E-2
A14   +4.9454×E-2
A16   -1.2399×E-2
如表2所示，本实施例在物镜中适用本发明的聚光光学元件。
本实施例的物镜是HD/DVD/CD互换用，HD是设定为焦距f1＝1.8mm，倍率m1＝0，DVD是设定为焦距f2＝1.85mm，倍率m2＝0，CD是设定为焦距f3＝1.84mm，倍率m3＝-1/15.2。
物镜的射入面(光源侧的光学面)被分割成：从光轴开始的高度h在0＜h≤1.01mm的范围内且与NA3内区域对应的第一区域AREA1(第2面)，和在1.01mm＜h的范围内且与从NA3到NA1的区域对应的第二区域AREA2(第2′面)。在第一区域AREA1和第二区域AREA2上形成有以光轴为中心多个同心圆状环带构成，且包含光轴的断面形状是锯齿状的衍射结构DOE。
物镜的射出面(光盘侧的光学面)被分割成：从光轴开始的高度h在0＜h≤0.775mm的范围内且与NA3内区域对应的第三区域AREA3(第3面)，和在0.775mm＜h的范围内且与从NA3到NA1的区域对应的第四区域AREA4(第3′面)。
第2面、第2′面、第3面和第3′面形成在由把表2所示的系数带入上述式1的数式所规定的在光轴L的周围成轴对称的非球面上。
第2面和第2′面上的衍射结构DOE，由利用该结构附加在透射波阵面上的光程差表示。该光程差由把表2所示的系数带入上述式2所定义的光程差函数φ(h)(mm)表示。
衍射结构DOE的炫耀化波长λB是1.0mm。
表3表示实施例3的透镜数据。
[表3]
实施例3  透镜数据
物镜的焦距      f1＝2.30mm f2＝2.36mm f3＝2.34mm
像面侧数值口径  NA1：0.65  NA2：0.65  NA3：0.51
2面衍射级数     n1：3      n2：2      n3：2
2′面衍射级数   n1：3      n2：2
倍率            m1：0      m2：0      m3：-1/20
 第i面   ri   di(407nm)   ni(407nm)   di(655nm)  ni(655nm)   di(785nm)  ni(785nm)
 0   ∞   ∞   48.8
 1(光阑孔径)   ∞   0.01(φ2.990mm)   0.01(φ3.069mm)   0.01(φ2.497mm)
 2   1.5520   1.4000   1.55981   1.4000   1.54073   1.4000   1.53724
 2′   1.5451   -0.0024   1.55981   -0.0024   1.54073   -0.0024   1.53724
 3   -8.2397   1.1229   1.0   1.1646   1.0   0.8749   1.0
 4   ∞   0.6   1.61869   0.6   1.57752   1.2   1.57036
  5 ∞
*di表示从第i面到第i+1面的变位。
*d2′、表示从第2面到第2′面的变位。
非球面数据
第2面(0＜h≤1.272mm：HD DVD/DVD/CD共有区域)
非球面系数
k     -2.4802E-01
A4    -1.0368E-02
A6    -3.5652E-03
A8    1.6302E-03
A10   -1.1067E-03
A12   1.6921E-04
A14   -9.7068E-05
光程差函数
C2    -1.2267E+01
C4    -1.0085E+00
C6    -1.4478E+00
C8    6.6731E-01
C10   -1.4060E-01
第2′面(1.272mm＜h：HD DVD/DVD共有区域)
非球面系数
k     -2.4458E-01
A4    -8.6225E-03
A6    -6.1327E-03
A8    3.4373E-03
A10   -2.7396E-03
A12   9.5412E-04
A14   -2.3741E-04
光程差函数
C2    -1.2566E+01
C4    -6.5714E-01
C6    -1.4136E+00
C8    5.2675E-01
C10   -1.0405E-01
第3面
非球面系数
k     -5.0000E+00
A1    1.5346E-02
A2    3.0181E-02
A3    -4.2087E-02
A4    2.3341E-02
A5    -6.6328E-03
A6    8.0143E-04
如表3所示，本实施例在物镜中适用本发明的聚光光学元件。
本实施例的物镜是HD/DVD/CD互换用，HD是设定为焦距f1＝2.30mm，倍率m1＝0，DVD是设定为焦距f2＝2.36mm，倍率m2＝0，CD是设定为焦距f3＝2.34mm，倍率m3＝-1/20。
物镜的射入面(光源侧的光学面)被分割成：从光轴开始的高度h在0＜h≤1.272mm的范围内且与NA3内区域对应的第一区域AREA1(第2面)，和在1.272mm＜h的范围内且与从NA3到NA1的区域对应的第二区域AREA2(第2′面)。在第一区域AREA1和第二区域AREA2上形成有以光轴为中心多个同心圆状环带构成，且包含光轴的断面形状是锯齿状的衍射结构DOE。
在物镜的射出面(光盘侧的光学面)上设置有与NA3内区域对应的第三区域AREA3(第3面)。
第2面、第2′面和第3面形成在由把表3所示的系数带入上述式1的数式所规定的在光轴L的周围成轴对称的非球面上。
第2面和第2′面上的衍射结构DOE，由利用该结构附加在透射波阵面上的光程差表示。该光程差由把表3所示的系数带入上述式2所定义的光程差函数φ(h)(mm)表示。
衍射结构DOE的炫耀化波长λB是1.0mm。
表4表示实施例4的透镜数据。
[表4]
实施例4  透镜数据
物镜的焦距      f1＝2.30mm  f2＝2.38mm  f3＝2.41mm
像面侧数值口径  NA1：0.65   NA2：0.65   NA3：0.5
2面衍射级数     n1：3       n2：2       n3：2
倍率            m1：0       m2：0       m3：-1/26
 第i面   ri   di(407nm)   ni(407nm)   di(655nm)   ni(655nm)   di(785nm)  ni(785nm)
 0   ∞   ∞   64.7
 1(光阑孔径)   ∞   0.01(φ2.990mm)   0.01(φ3.069mm)   0.01(φ2.497mm)
 2   1.4392   1.4000   1.55981   1.4000   1.54073   1.4000  1.53724
 2′   1.9293   0.2852   1.55981   0.2852   1.54073   0.2852  1.53724
 3   -6.5412   1.1483   1.0   1.2140   1.0   0.9498  1.0
 4   ∞   0.6   1.61869   0.6   1.57752   1.2  1.57063
 5   ∞
*di表示从第i面到第i+1面的变位。
*d2′、表示从第2面到第2′面的变位。
非球面数据
第2面(0＜h≤1.496mm：HD DVD/DVD/CD共有区域)
非球面系数
k     -3.4237E-01
A4    -1.1974E-02
A6    -5.2822E-03
A8    3.0046E-03
A10   -1.5325E-03
A12   2.1957E-04
A14   -8.4256E-05
光程差函数
C2    4.3821E+00
C4    -2.9297E-01
C6    -1.8293E+00
C8    8.9630E-01
C10   -1.8216E-01
第2′面(1.496mm＜h：DVD专用区域)
非球面系数
k     3.4446E-01
A4    -6.8372E-02
A6    -2.8158E-02
A8    1.5041E-02
A10   7.6089E-03
A12   1.5883E-03
A14   -5.4780E-04
第3面
非球面系数
k     5.4841E-01
A1    1.3559E-02
A2    3.5243E-02
A3    -4.1234E-02
A4    2.1535E-02
A5    -5.8432E-03
A6    6.8990E-04
如表4所示，本实施例在物镜中适用本发明的聚光光学元件。
本实施例的物镜是HD/DVD/CD互换用，HD是设定为焦距f1＝2.30mm，倍率m1＝0，DVD是设定为焦距f2＝2.38mm，倍率m2＝0，CD是设定为焦距f3＝2.41mm，倍率m3＝-1/26。
物镜的射入面(光源侧的光学面)被分割成：从光轴开始的高度h在0＜h≤1.496mm的范围内且与NA3内区域对应的第一区域AREA1(第2面)，和在1.496mm＜h的范围内且与从NA3到NA1的区域对应的第二区域AREA2(第2′面)。在第一区域AREA1上形成有以光轴为中心多个同心圆状环带构成，且包含光轴的断面形状是锯齿状的衍射结构DOE。
在物镜的射出面(光盘侧的光学面)上设置有与NA3内区域对应的第三区域AREA3(第3面)。
第2面、第2′面和第3面形成在由把表4所示的系数带入上述式1的数式所规定的在光轴L的周围成轴对称的非球面上。
第2面上的衍射结构DOE，由利用该结构附加在透射波阵面上的光程差表示。该光程差由把表4所示的系数带入上述式2所定义的光程差函数φ(h)(mm)表示。
衍射结构DOE的炫耀化波长λB是1.0mm。
图13和图14是表示实施例1和实施例2透镜移动发生时的波阵面像差产生量的曲线图，图15是表示作为比较例现有的物镜(焦距f1＝1.8mm)透镜移动发生时的波阵面像差产生量的曲线图。
从图13～图15了解到，在透镜移动了0.35mm时，现有的物镜超过马利科尔界限0.07[λrms]，而实施例1的物镜(焦距f1＝2.0mm)和实施例2的物镜(焦距f1＝1.8mm)没超过马利科尔界限0.07[λrms]。
了解到在透镜移动了0.5mm时，由于实施例1的物镜(焦距f1＝2.0mm)没超过马利科尔界限0.07[λrms]，所以，使用实施例1的物镜从抑制透镜移动时波像差的观点看，其是更理想的。

Claims (24)

1.一种聚光光学元件，其使用于光拾取装置中，对保护基板厚度t1(mm)的第一光盘使用从第一光源射出的波长λ1(nm)的第一光束进行信息的再现和/或记录，对保护基板厚度t2(mm)的第二光盘使用从第二光源射出的波长λ2(nm)的第二光束进行信息的再现和/或记录，对保护基板厚度t3(mm)的第三光盘使用从第三光源射出的波长λ3(nm)的第三光束进行信息的再现和/或记录，该聚光光学元件包括：
在该聚光光学元件中的至少在一个光学面上设置相位结构；厚度t1、t2、t3满足t1≤t2＜t3；把所述第三光盘记录和/或再现时需要的有效光束中所述聚光光学元件的光学系统倍率设为m3，把所述聚光光学元件对所述第三光束的焦距设为f3时，焦距f3满足
0.01＜|m3|×(t3-t1)/f3＜0.03。
2.如权利要求1所述的聚光光学元件，其中，把从所述第一至第三光源中任一光源射出并通过所述聚光光学元件的主平面上在正交方向上离开光轴距离H的位置的光束与光轴所成的角设为u；把光轴与从与所述聚光光学元件的所述光盘侧相对的光学面射出的光束所成的角设为U；把所述聚光光学元件物方空间的折射率设为n；把所述聚光光学元件像方空间的折射率设为n′；把所述聚光光学系统对所述光束的光学系统倍率设为m；把所述聚光光学系统对所述光束的焦距设为f；把违反正弦条件量设为SC，SC满足：m＝0时，SC＝n×H/n′×sinU-f
   m≠0时，SC＝f(1-1/m)(sinu/sinU-m)其中，SC1max是将所述第一光束向所述第一光盘聚光的违反正弦条件量的最大值，SC3max是将所述第三光束向所述第三光盘聚光的违反正弦条件量的最大值，
此时所述聚光光学元件满足：
0.05≤|SC1max/SC3max|≤0.25。
3.如权利要求2所述的聚光光学元件，其中，当把所述聚光光学元件对所述第一光束的像方数值口径设为NA1，把所述聚光光学元件对所述第三光束的像方数值口径设为NA3时，满足
0.5≤NA1≤0.7
0.4≤NA3≤0.64。
4.如权利要求1所述的聚光光学元件，其中，聚光光学元件的各个与光源侧相对的光学面和与所述光盘侧相对的光学面被分割成以光轴为中心的同心圆状的多个区域，该多个区域包括：第一区域，其位于与所述光源侧相对的光学面上并包含光轴；第二区域，其位于该第一区域外周侧；第三区域，其位于与所述光盘侧相对的光学面上并包含光轴；第四区域，其位于该第三区域外周侧，
使通过所述第一区域和所述第三区域的所述第一至第三光束分别用于对所述第一至第三光盘进行信息的再现或记录，使通过所述第二区域和所述第四区域的所述第一光束和所述第二光束分别用于对所述第一光盘和第二光盘进行信息的再现或记录，
所述聚光光学元件满足：0.5≤(1Rr2-2Rr2)/(1Rr1-2Rr1)≤1.5，其中，1Rr1是所述第一区域的曲率半径，1Rr2是所述第二区域的曲率半径，2Rr1是所述第三区域的曲率半径，2Rr2是所述第四区域的曲率半径。
5.如权利要求4所述的聚光光学元件，其中，所述第一区域从光轴离开的距离h是为了在所述第三光盘的信息记录面上形成聚光点而需要的有效光束口径的高度。
6.如权利要求1所述的聚光光学元件，其中，将在光拾取装置使用有限共轭系统向所述第三光盘再现或记录信息时，在所述聚光光学元件有效口径外端的违反正弦条件量的值设为SCmax；将聚光光学系统对从所述第一至第三光源中一个光源射出的光束中，通过在所述聚光光学元件的主平面上并且在正交方向上离开光轴距离H的位置的光束的焦距设为f时，满足：0.03≤|SCmax|/f≤0.05。
7.如权利要求1所述的聚光光学元件，其中，所述聚光光学元件是由单片透镜构成的。
8.如权利要求1所述的聚光光学元件，其中，将所述聚光光学元件对从所述第一至第三光源中的一个光源射出的光束的焦距设为f(mm)时，满足：1.8≤f≤2.3。
9.如权利要求8所述的聚光光学元件，其中，所述聚光光学元件满足：1.8≤f≤2.0。
10.如权利要求1所述的聚光光学元件，其中，所述聚光光学元件满足：0.035≤|m3|≤0.066。
11.如权利要求1所述的聚光光学元件，其中，所述聚光光学元件满足下式：
1.5×λ1≤λ2≤1.7×λ1
1.8×λ1≤λ3≤2.2×λ1。
12.如权利要求1所述的聚光光学元件，其中，所述聚光光学元件满足下式：
0.9×t1≤t2≤1.1×t1
1.9×t1≤t3≤2.1×t1。
13.一种用于记录和/或再现信息的光拾取装置，其包括：第一光源，其对保护基板厚度t1(mm)的第一光盘射出进行信息的记录和/或再现的波长λ1(nm)的第一光束；第二光源，其对保护基板厚度t2(mm)的第二光盘射出进行信息的记录和/或再现的波长λ2(nm)的第二光束；第三光源，其对保护基板厚度t3(mm)的第三光盘射出进行信息的记录和/或再现的波长λ3(nm)的第三光束；聚光光学元件，其至少在一个光学面上具有相位结构，并把所述第一光束、第二光束和第三光束分别向所述第一、第二、第三光盘上聚光，其中，
所述厚度t1、t2、t3满足t1≤t2＜t3，
把所述第三光盘记录和/或再现时需要的有效光束中所述聚光光学元件的光学系统倍率设为m3，把所述聚光光学元件对所述第三光束的焦距设为f3时，焦距f3满足
0.01＜|m3|×(t3-t1)/f3＜0.03。
14.如权利要求13所述的光拾取装置，其中，把从所述第一至第三光源中任一光源射出并通过所述聚光光学元件的主平面上在正交方向上离开光轴距离H的位置的光束与光轴所成的角设为u；把光轴与从与所述聚光光学元件的所述光盘侧相对的光学面射出的光束所成的角设为U；把所述聚光光学元件物方空间的折射率设为n；把所述聚光光学元件像方空间的折射率设为n′；把所述聚光光学系统对所述光束的光学系统倍率设为m；把所述聚光光学系统对所述光束的焦距设为f；把违反正弦条件量设为SC，SC满足：m＝0时，SC＝n×H/n′×sinU-f
    m≠0时，SC＝f(1-1/m)(sinu/sinU-m)
其中，SC1max是将所述第一光束向所述第一光盘聚光的违反正弦条件量的最大值，SC3max是将所述第三光束向所述第三光盘聚光的违反正弦条件量的最大值，
此时满足所述光拾取装置满足：
0.05≤|SC1max/SC3max|≤0.25。
15.如权利要求14所述的光拾取装置，其中，当把所述聚光光学元件对所述第一的像方数值口径设为NA1，把所述聚光光学元件对所述第三光束的像方数值口径设为NA3时，满足：
0.5≤NA1≤0.7
0.4≤NA3≤0.64。
16.如权利要求13所述的光拾取装置，其中，聚光光学元件的各个与光源侧相对的光学面和与所述光盘侧相对的光学面被分割成以光轴为中心的同心圆状的多个区域，该多个区域包括：第一区域，其位于与所述光源侧相对的光学面上并包含光轴；第二区域，其位于该第一区域外周侧；第三区域，其位于与所述光盘侧相对的光学面上并包含光轴；第四区域，其位于该第三区域外周侧，
使通过所述第一区域和所述第三区域的所述第一至第三光束分别用于对所述第一至第三光盘进行信息的再现或记录，使通过所述第二区域和所述第四区域的所述第一光束和所述第二光束分别用于对所述第一光盘和第二光盘进行信息的再现或记录，
所述聚光光学元件满足：0.5≤(1Rr2-2Rr2)/(1Rr1-2Rr1)≤1.5，其中，1Rr1是所述第一区域的曲率半径，1Rr2是所述第二区域的曲率半径，2Rr1是所述第三区域的曲率半径，2Rr2是所述第四区域的曲率半径。
17.如权利要求16所述的光拾取装置，其中，所述聚光光源元件的所述第一区域从光轴离开的距离h是为了在所述第三光盘的信息记录面上形成聚光点而需要的有效光束口径的高度。
18.如权利要求13所述的光拾取装置，其中，将在光拾取装置使用有限共轭系统向所述第三光盘再现或记录信息时，在所述聚光光学元件有效口径外端的违反正弦条件量的值设为SCmax；将聚光光学系统对从所述第一至第三光源中一个光源射出的光束中，通过在所述聚光光学元件的主平面上并且在正交方向上离开光轴距离H的位置的光束的焦距设为f时，满足：0.03≤|SCmax|/f≤0.05。
19.如权利要求13所述的光拾取装置，其中，所述聚光光学元件是由单片透镜构成的。
20.如权利要求13所述的光拾取装置，其中，将所述聚光光学元件对从所述第一至第三光源中的一个光源射出的光束的焦距设为f(mm)时，满足：1.8≤f≤2.3。
21.如权利要求13所述的光拾取装置，其中，所述光拾取装置满足下式：1.8≤f≤2.0。
22.如权利要求13所述的光拾取装置，其中，所述光拾取装置满足下式：0.035≤|m3|≤0.066。
23.如权利要求13所述的光拾取装置，其中，所述光拾取装置满足下式：
1.5×λ1≤λ2≤1.7×λ1
1.8×λ1≤λ3≤2.2×λ1。
24.如权利要求13所述的光拾取装置，其中，所述光拾取装置满足下式：
0.9×t1≤t2≤1.1×t1
1.9×t1≤t3≤2.1×t1。
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