CN1942947A - 物镜光学系统、光拾取装置以及光学信息记录再生装置 - Google Patents

物镜光学系统、光拾取装置以及光学信息记录再生装置 Download PDF

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Abstract

本发明的目的是得到不牺牲球面像差的波长依赖性或者光道跟踪特性等诸特性、能够良好进行实现高密度光盘、DVD以及CD之间的互换所需要的球面像差修正的物镜光学系统、使用该物镜光学系统的光拾取装置以及光学信息记录再生装置。所述光拾取装置(PU)对于具有厚度为(t1～t3)的保护层的第一～第三光信息记录介质使用从第一光源(LD1)～第三光源(LD3)射出的第一波长λ1～第三波长λ3的第一～第三光束进行信息的再生和/或记录，所述光拾取装置所使用的物镜光学系统(OL)，具有第一衍射结构(DOE1)和第二衍射结构(DOE2)，前者的衍射效率成为最大的衍射次数对于第一～第三光束的任何一个都是同一次数，后者不衍射第一光束以及第三光束，而衍射第二光束。

Description

物镜光学系统、光拾取装置 以及光学信息记录再生装置
技术领域
本发明涉及物镜光学系统、光拾取装置以及光学信息记录再生装置。
背景技术
近年来，通过使用兰紫色激光光源提高记录密度的高密度的光信息记录介质(也称光盘)已经实用化，但是为简化光拾取装置的结构、降低成本和实现紧凑的目的，需要对于高密度光盘、DVD以及CD具有互换性的物镜光学系统。
在专利文献1中，公开了在对于这3种光信息记录介质具有互换性的光拾取装置中使用的物镜光学系统。
专利文献1：特开2004-265573号公报
在上述专利文献1的数值实施例2中公开的物镜光学系统具有衍射结构，该衍射结构对于兰紫色激光光束发生2次衍射光，对于DVD用的红色激光光束和CD用的红外激光光束发生1次衍射光，通过这样的衍射结构的衍射作用修正由于高密度光信息记录介质和DVD的保护层厚度的不同引起的球面像差，再有，在对于CD的信息进行记录/再生时，通过使发散光束入射物镜光学系统，修正由于高密度光信息记录介质和CD的保护层厚度的不同引起的球面像差。
但是，该物镜光学系统具有下面的两个问题。其一是，有时由于衍射结构发生的球面像差的波长依赖性大。在这样的情况下，不能使用振荡波长从设计波长偏离的激光光源，必须选择激光光源而增大光拾取装置的制造成本。因为球面像差与数值孔径的4次方成比例，所以在使用数值孔径为0.85的物镜光学系统的蓝光光盘(Blu-rayDisc，BD)中衍射结构的球面像差的波长依赖性的影响甚大。另一个问题是，在对于CD进行信息的记录/再生时，因为红外激光光束的发散度过强、物镜光学系统在光道跟踪时的慧形像差发生过大，所以对于CD有时不能得到的良好的记录/再生特性。
衍射光的衍射角用“衍射次数×波长/衍射间距”表示。为利用衍射作用实现使用波长互相不同的光信息记录介质之间的互换，需要使在使用波长之间的衍射角中具有规定的差。上述两个问题中的任何一个都引起在各自的光信息记录介质的使用波长之间使用“衍射次数×波长”的值大体相同的衍射结构。
在上述专利文献1的数值实施例2中，因为兰紫色激光光束和红色激光光束的“衍射次数×波长”的比为810/650＝1.25，接近于1(其中取波长的单位为nm)，所以为得到修正由于高密度光信息记录介质和DVD的保护层厚度的不同引起的球面像差所需要的衍射角的差，衍射间距必须很小。因此，衍射结构的球面像差的波长依赖性变大，如上所述，“激光光源的选择问题”会变得明显。另外，因为衍射结构的模具加工的难度也提高，所以形成精度优良的衍射结构变得困难。
另一方面，因为兰紫色激光光束和红外激光光束的“衍射次数×波长”的比为810/780＝1.03，兰紫色激光光束和红外激光光束的衍射角成为大体相同，所以不能利用衍射作用修正由于高密度光盘和CD的保护层厚度的不同引起的球面像差。因此，为修正由于高密度光信息记录介质和CD的保护层厚度的不同引起的球面像差，需要改变使用高密度光信息记录介质时和使用CD时的倍率。其结果，如上所述，“光道跟踪特性问题”会变得明显。
发明内容
本发明鉴于上述问题提出，其目的在于，提供不牺牲球面像差的波长依赖性或者光道跟踪特性等各种特性、为实现高密度光盘、DVD以及CD之间的互换而能良好地进行必要的球面像差修正的物镜光学系统、使用该物镜光学系统的光拾取装置以及装载该光拾取装置的光学信息记录再生装置。
为解决上述问题，优选的第一形态是在光拾取装置中使用的物镜光学系统，所述光拾取装置对于具有厚度t1的保护层的第一光信息记录介质，使用从第一光源射出的第一波长λ1的第一光束进行信息的再生和/或记录，对于具有厚度t2(t1≤t2)的保护层的第二光信息记录介质，使用从第二光源射出的第二波长λ2(1.5×λ1＜λ2＜1.7×λ1)的第二光束进行信息的再生和/或记录，对于具有厚度t3(t2＜t3)的保护层的第三光信息记录介质，使用从第三光源射出的第二波长λ3(1.9×λ1＜λ3＜2.1×λ1)的第三光束进行信息的再生和/或记录，其特征在于，所述物镜光学系统具有第一衍射结构和第二衍射结构，所述第一衍射结构的衍射效率成为最大的衍射次数对于所述第一光束到所述第三光束中任何一个都是同一次数，所述第二衍射结构不使所述第一光束以及所述第三光束衍射，而使所述第二光束衍射。
第一衍射结构可以修正由于不同的光信息记录介质的保护层的厚度不同引起的球面像差。例如，作为用于修正由使用波长的比大体为1∶2的、第一光信息记录介质(例如高密度光信息记录介质)和第三光信息记录介质(例如CD)的保护层厚度不同引起的球面像差的第一衍射结构，如使用衍射效率成为最大的衍射次数对于第一光束到第三光束中任何一个都是同一次数的衍射结构，则第一光束(例如兰紫色激光光束)和第三光束(例如红外激光光束)的“衍射次数×波长”的比成为离1最远的值，能够使第一光束和第三光束的衍射角的差十分大。其结果，能够通过第一衍射结构的衍射作用修正由于第一光信息记录介质和第三光信息记录介质的保护层厚度不同引起的球面像差，因为使用第三光信息记录介质时的物镜光学系统的倍率变小，所以能够改善光道跟踪特性。另外，因为能够修正比较大的环带间距，所以能够形成精度优良的衍射结构。
再有，第二衍射结构能够修正由于不同的光信息记录介质的保护层厚度的不同引起的球面像差和/或由于使用波长的不同引起的球面像差。例如，作为用于修正由于第一光信息记录介质和第二光信息记录介质(例如DVD)的保护层厚度的不同引起的球面像差或者由于第一光信息记录介质和第二光信息记录介质的使用波长的不同引起的球面像差的第二衍射结构，如使用不衍射第一光束以及第三光束、而衍射第二光束(例如红色激光光束)的衍射结构，则因为第一光束的衍射次数为零，所以能够使第一光束和第二光束间的“衍射次数×波长”的值的差成为最大。其结果，能够使第二衍射结构的衍射间距十分大，能够改善球面差的波长依赖性。此外，这里所说的“不衍射”，指在通过衍射结构的光束中，0次光的光通量与任何其他次数的衍射光的光通量相比最大。
此外，作为本说明书中的高密度光信息记录介质(高密度光盘)，当然包括蓝光光盘(BD)或HD DVD(HD)，还包含光磁盘、在信息记录面上具有厚度为几到几十nm左右的保护膜的光盘、保护层或保护膜的厚度为零的光盘。另外，在本说明书中，所谓DVD，DVD-ROM、DVD-Video、DVD-Audio、DVD-RAM、DVD-R、DVD-RW、DVD+R、DVD+RW等DVD系列的光盘的总称，所谓CD，CD-ROM、CD-Audio、CD-Video、CD-R、CD-RW等CD系列的光盘的总称。
另外，在本说明书中，所谓“物镜光学系统”，指在光拾取装置中配置在面对光信息记录介质的位置、具有把从光源射出的光束聚光在光信息记录介质的信息记录面上的功能，通过传动装置至少在光轴方向可移动的光学系统。在本说明书中，所谓“物镜光学系统”，可以是单一透镜，或由一个透镜组构成，也可以由两个或者两个以上的多个透镜组构成。
优选的第二形态是第一形态所述的物镜光学系统，其特征在于，所述同一次数是1，所述第一衍射结构的耀光波长λB满足下式。
λ1＜λB＜λ3                 (1)
从衍射效率的观点来看，优选通过第一衍射结构发生的衍射光的衍射次数对于任何光束都为1，以第一波长λ1和第三波长λ3之间的波长进行最优化(也称被耀光化)。对应装载本发明的物镜光学系统的光拾取装置的规格，通过在满足(1)式的范围内变更第一衍射结构的耀光波长λB，从而能够适当改变各波长的衍射效率。例如，在与第三光束相比更重视对于第一光束的衍射效率的规格的情况下，优选把耀光波长λB设定的靠近第一波长λ1。另一方面，在与第一光束相比更重视对于第二光束或者第三光束的衍射效率的规格的情况下，优选把耀光波长λB设定的靠近第三波长λ3。在本说明书中，所谓“耀光波长λB”，指衍射效率的理论值成为100％的波长。
优选的第三形态是第二形态的物镜光学系统，其特征在于，在把对于所述第一光信息记录介质进行信息的再生和/或记录时的、所述物镜光学系统的数值孔径设为NA1、把对于所述第三光信息记录介质进行信息的再生和/或记录时的、所述物镜光学系统的数值孔径设为NA3(NA1＞NA3)时，所述第一衍射结构的耀光波长λB、所述数值孔径NA1和所述数值孔径NA3满足下面的(2)式及(3)式。
1.25×λ1＜λB＜0.95×λ2     (2)
NA3/NA1＜0.7                  (3)
在物镜光学系统的数值孔径NA3对于数值孔径NA1十分小的情况下(即数值孔径NA1和数值孔径NA3满足(3)式的情况下)，优选在相当于数值孔径NA3内的区域内形成第一衍射结构。由此，因为占据第一波长λ1的有效直径的、形成第一衍射结构的区域(相当于数值孔径NA3内的区域)的面积比例变小，所以即使在第三波长λ3的衍射效率很高的情况下(即耀光波长λB满足(2)式的情况下)，也能够十分高地确保第一波长λ1的衍射效率的有效直径内面积加权平均值。如果耀光波长λB比(2)式的下限大，则因为能够十分高地确保第二波长λ2以及第三波长λ3的衍射效率，所以能够使对第二光信息记录介质或者第三光信息记录介质的记录、再生特性更好。另一方面，如果耀光波长λB比(2)式的上限小，则因为能够使第一波长λ1的衍射效率的有效直径内面积加权平均十分高，所以能够使对第一光信息记录介质的记录、再生特性更好。
优选的第四形态是第一形态到第三形态中任何一个的物镜光学系统，其特征在于，所述第一衍射结构的衍射能力为负。
通过使第一衍射结构的衍射能力为负，从而能够充分确保保护层厚的第三光信息记录介质使用时的物镜光学系统和保护层的间隔(动作距离)。另外，如衍射能力为负，则在光程差函数(把由于衍射结构引起的光程差附加量作为距光轴的高度的函数表示的量)上能够具有弯曲点。如光程差函数具有弯曲点，则因为光程差函数的倾斜变小，所以能够扩宽环带间距，能够提高第一衍射结构的形状精度。此外，所谓衍射能力为负或正，指在把该衍射结构设置在平板光学元件上的情况下设置衍射结构的平板光学元件的衍射能力为负或正。
优选的第五形态是第一形态到第四形态中任何一个的物镜光学系统，其特征在于，所述第一衍射结构包含光轴的截面形状为阶梯状。
如果把第一衍射结构做成包含光轴的截面形状为阶梯状的结构，则容易进行模具加工，能够提高第一衍射结构的形状精度。
优选的第六形态是第一形态到第五形态中任何一个的物镜光学系统，其特征在于，所述第二衍射结构是把包含光轴的截面形状做成阶梯状的图形排列成同心圆状、针对每规定的阶级面数把阶仅移动与该阶级面数对应的阶数量的高度的结构，通过所述图形内的一个阶差，对于所述第一光束附加的光程差成为所述第一波长λ1的偶数倍。此外，本说明书中的所谓阶级面，指在形成阶梯状的形状的面中垂直于光轴的面，假定在计数阶级面数时包含最上阶的面和最下阶的面。例如，在如图13所示的形态的情况下，阶级面数是3。另外，所谓图形内的一个阶差，例如指图13中的dp。
作为用于得到仅衍射第二光束的波长选择型的衍射结构的一种结构，把第二衍射结构做成这样的结构，即把包含光轴的截面形状做成阶梯状的图形排列成同心圆状，针对每一规定的阶级面数，把阶仅移动与该阶级面数对应的阶数量的高度，而且也可以把图形内的一个阶差通过光程差换算做成第一波长λ1的偶数倍。
优选的第七形态是第六形态的物镜光学系统，其特征在于，通过所述图形内的一个阶差(相邻的阶级面和阶级面间的阶差)对于所述第一光束附加的光程差是所述第一波长λ1的1.9～2.1倍，优选是2倍，所述规定的阶级面数是4、5、6中任何一个。
在第二衍射结构中，如把图形内的一个阶差以光程差换算做成第一波长λ1的2倍或约2倍、在一个图形内形成的规定的阶级面数作为4、5、6中的任何一个，则能够更高地确保第二光束的衍射效率。为使第二光束的衍射效率成为最大，最好使阶级面数为5。
优选的第八形态是第四形态的物镜光学系统，其特征在于，在把对于所述第一光信息记录介质进行信息的再生和/或记录时的、所述物镜光学系统的数值孔径设为NA1、把对于所述第三光信息记录介质进行信息的再生和/或记录时的、所述物镜光学系统的数值孔径设为NA3(NA1＞NA3)时，所述第一衍射结构形成在相当于所述数值孔径NA3内的区域内，同时所述物镜光学系统进而在相当于所述数值孔径NA3的外侧的区域内具有不衍射所述第一光束以及所述第二光束、而衍射所述第三光束的第三衍射结构。
第八形态，涉及对于第三光束的孔径限制。为确保第三光信息记录介质使用时的动作距离，如把第一衍射结构的衍射能力设为负、使其绝对值大，则通过相当于数值孔径NA3的内侧的区域的第三光束的聚光位置L1，如图1的纵球面像差图所示，位于通过相当于数值孔径NA3的外侧的区域的最内周E1的第三光束的聚光位置L2、和通过相当于数值孔径NA3的外侧的区域的最外周E2的第三光束的聚光位置L3之间。在该状态下，如图2概略所示，在第三光信息记录介质的信息记录面上，在通过相当于数值孔径NA3的内侧的区域的第三光束的聚光点上覆盖由通过相当于数值孔径NA3的外侧的区域的光斑分量，由此有可能对记录、再生特性施加影响。通过在相当于数值孔径NA3的外侧的区域内形成仅衍射第三光束的波长选择型的第三衍射结构，能够不对第一光束以及第二光束的聚光特性施加影响，分离第三光束的聚光点和光斑分量。其结果，能够使物镜光学系统具有对于第三光束的孔径限制功能，能够更加提高记录、再生特性。
优选的第九形态是第八形态的物镜光学系统，其特征在于，所述第三衍射结构是2值的二进制结构，通过该二进制结构的阶差对于所述第一光束附加的光程差为所述第一波长λ1的4.8～5.2倍，优选是5倍。
如把第三衍射结构做成2值的二进制结构、把一个阶差用光程差换算做成第一波长λ1的5倍或约5倍，则由于该阶差对于第二光束附加的光程差成为第二波长λ2的3倍或约3倍，所以第一光束和第三光束几乎不受到衍射作用，几乎原样不变透过。另一方面，由于该阶差对于第三光束附加的光程差成为第三波长λ3的2.5倍或约2.5倍，所以入射的第三光束向±1次衍射光分配大部分光通量，能够给第三衍射结构赋予仅衍射第三光束的波长选择型的特性。使用该第三衍射结构，说明使物镜光学系统具有对于第三光束的孔径限制功能的具体例。在该例中，通过在相当于数值孔径NA3的外侧的区域的一部分内形成第三衍射结构，最优化第三衍射结构的环带间距，如图3以及图4所示，可以分离第三光束的聚光点和光斑分量。
优选的第十形态是第一形态到第九形态中任何一个的物镜光学系统，其特征在于，在把对于所述第二光信息记录介质进行信息的再生和/或记录时的、所述物镜光学系统的数值孔径设为NA2、在把对于所述第三光信息记录介质进行信息的再生和/或记录时的、所述物镜光学系统的数值孔径设为NA3(NA2＞NA3)时，所述第一衍射结构形成在相当于所述数值孔径NA3内的区域内，所述第二衍射结构形成在相当于所述数值孔径NA2内和所述数值孔径NA3外的区域内。
优选的第十一形态是第一形态到第九形态中任何一个的物镜光学系统，其特征在于，在把对于所述第二光信息记录介质进行信息的再生和/或记录时的、所述物镜光学系统的数值孔径设为NA2、把对于所述第三光信息记录介质进行信息的再生和/或记录时的、所述物镜光学系统的数值孔径设为NA3(NA2＞NA3)时，所述第一衍射结构形成在相当于所述数值孔径NA3内的区域内，所述第二衍射结构形成在相当于所述数值孔径NA2内的区域内。
作为第二衍射结构的形成图形可以考虑两种。其一是，不在相当于数值孔径NA3内的区域内形成、而在相当于从数值孔径NA3到数值孔径NA2的区域内形成的情况。在这种情况，相当于数值孔径NA3内的区域中的球面像差需要对于第一光束、第二光束以及第三光束中任何一种光束进行修正，但是因为在第一衍射结构中同时修正波长不同的3个光束的球面像差十分困难，所以优选通过把对于三个光束中的一个光束的倍率做成与对于其他两个光束的倍率不同来修正球面像差。倍率理想的具体范围是以下的(4)式到(6)式。其中，假定第一光信息记录介质使用时的物镜光学系统的倍率为M1、焦点距离为f1；第二光信息记录介质使用时的物镜光学系统的倍率为M2、焦点距离为f2；第三光信息记录介质使用时的物镜光学系统的倍率为M3、焦点距离为f3。
-0.02＜M1×f1＜0.02           (4)
-0.02＜M2×f2＜0.02           (5)
-0.05＜M3×f3＜0.01           (6)
另外，因为可以在同一光学面上形成第一衍射结构和第二衍射结构，与在别的光学面上形成第一衍射结构和第二衍射结构的情况相比，能够减低由于环带间距的形状误差引起的衍射效率降低。
第二衍射结构的形成图形的第二个，是在相当于数值孔径NA2的区域的整个面上形成的情况。第二衍射结构具有仅衍射第二光束的波长选择性，所以不对第一光束或第三光束施加影响，而能够仅控制第二光束的聚光特性。因此，在设计第一衍射结构时，仅着眼第一光束和第三光束的像差即可，可以确定第一衍射结构的环带间距，使对于第一光束和第三光束的诸特性最优。其后，通过确定第二衍射结构的环带间距，使对于第二光束的诸特性最优，能够提供对于任何光束都具有良好的特性的物镜光学系统。
优选的第十二形态是第四形态的物镜光学系统，其特征在于，在把对于所述第二光信息记录介质进行信息的再生和/或记录时的、所述物镜光学系统的数值孔径设为NA2时，所述第二衍射结构形成在相当于所述数值孔径NA2内的区域的整个面上，同时所述第二衍射结构的衍射能力为正。
第十二形态涉及对于第二光束的孔径限制。在第八形态的作用效果上，和关于第三光束的情况说明的相同，如设第一衍射结构的衍射能力为负、使其绝对值大，则通过相当于数值孔径NA2的内侧的区域的第二光束的聚光位置L4，如图5的纵球面像差图所示那样，位于通过相当于数值孔径NA2的外侧的区域的最内周E4的第二光束的聚光位置L5、和通过相当于数值孔径NA2的外侧的区域的最外周E5的第二光束的聚光位置L6之间。在该状态下，在第二光信息记录介质的信息记录面上，在通过相当于数值孔径NA2的内侧的区域的第二光束的聚光点上，覆盖通过相当于数值孔径NA2的外侧的区域的光斑分量，有可能给记录、再生特性施加影响。
这里，为使物镜光学系统具有对于第二光束的孔径限制功能，和第九形态同样，在相当于数值孔径NA2的外侧的区域内，通过形成仅衍射第二光束的波长选择型衍射结构，可以考虑分离通过相当于数值孔径NA2的内侧的区域的第二光束的聚光点和光斑分量的设计。但是，因为仅衍射第二光束的波长选择型的衍射结构，因为在图形内形成的规定的阶级面数多，所以易受由于衍射结构的形状误差引起的效率降低、或者透过率降低的影响，优选减小形成这样的衍射结构的区域。因此，如图6的纵球面像差图所示，优选通过使第二衍射结构的衍射能力为正、使聚光位置L4向比通过相当于数值孔径NA2的外侧的区域的光斑分量的聚光位置更接近物镜光学系统的位置移动，分离第二光束的聚光点和光斑分量。
优选的第十三形态是第一形态到第十二形态中任何一个所述的物镜光学系统，其特征在于，所述物镜光学系统进而具有对于所述第一光束、所述第二光束以及所述第三光束具有附加相同量的光程差的相位结构。
在高密度光信息记录介质用的物镜光学系统中，由于温度变化或者入射波长变化等的摄动引起的像差发生量变大。例如，伴随温度变化的材料的折射率变化引起的球面像差、由于入射波长变化引起的球面像差、由于瞬间的入射波长变化引起的散焦等。因此，如进一步设计具有抑制在物镜光学系统上发生这样的像差的功能的相位结构，则可以提高高密度光信息记录介质使用时的记录、再生特性。在这种场合，优选对于第一光束、第二光束以及第三光束中任何一种光束都使用附加大体相同量的光程差的相位结构，由此，即使在形成相位结构的情况下，也能够不变化基准状态中的对于第一衍射结构以及第二衍射结构的各光束的聚光特性。此外这里所述的“基准状态”指不发生上述摄动的状态，具体说，温度是设计温度，而且，对于物镜光学系统指设计波长的光束入射的状态。
优选的第十四形态是第十三形态的物镜光学系统，其特征在于，所述相同量的光程差，对于所述第一光束是所述第一波长λ1的9.5～10.5倍，优选为10倍，对于所述第二光束是所述第二波长λ2的5.7～6.3倍，优选为6倍，对于所述第三光束是所述第三波长λ3的4.8～5.2倍，优选为5倍。
通过相位结构对于各波长附加的光程差，优选对于第一光束为第一波长λ1的10倍或约10倍，对于第二光束是第二波长λ2的6倍或约6倍，对于第三光束是第三波长λ3的5倍或约5倍。例如在取第一波长λ1为405nm、第二波长λ2为655nm、第三波长λ3为785nm的情况下，如对各光束计算附加的光程差，则对于第一光束为405×10＝4050nm、对于第二光束为655×6＝3930nm、对于第三光束为785×6＝3925nm，光程差在各波长之间几乎一致。
优选的第十五形态是第十三形态或者第十四形态的物镜光学系统，其特征在于，在同一光学面上形成所述第一衍射结构和所述相位结构，在所述相位结构的一个环带内，形成所述第一衍射结构的规定个数的环带。
通过在相位结构的一个环带内形成第一衍射结构的规定个数的环带那样设计，可以不损害第一衍射结构以及相位结构的功能，在同一光学面上形成两结构。由此，因为形成衍射结构和相位结构的光学面变少，所以能够使难于受到由于形状误差引起的衍射效率降低或透过率降低的影响。
优选的第十六形态是第十五形态的物镜光学系统，其特征在于，在把m作为整数时，通过所述第一衍射结构对于所述第一光束附加的光程差da、在所述第一衍射结构中对于所述第一光束的衍射效率成为最大的衍射次数p、通过所述相位结构对于所述第一光束附加的光程差dl、和在所述相位结构中对于所述第一光束的衍射效率成为最大的衍射次数s满足以下的(7)式。
|(da/p)/(dl/s)|＝m            (7)
如使(7)式的值成为整数那样设计第一衍射结构和相位结构，则在相位结构的一个环带内能够形成第一衍射结构的规定个数的环带。
优选的第十七形态是第十三形态到第十六形态中的任何一个物镜光学系统，其特征在于，所述相位结构包含光轴的截面形状是阶梯状。如把相位结构做成包含光轴的截面形状是阶梯状，则模具加工容易，能够提高相位结构的形状精度。
优选的第十八形态的特征是，在光拾取装置中装载第一形态到第十七形态的任何一个物镜光学系统。根据第十八形态，可以得到具有与第一形态到第十七形态的任何一个同样效果的光拾取装置。
优选的第十九形态的特征是，在光学信息记录再生装置中装载第一形态到第十七形态的任何一个物镜光学系统。根据第十九形态，可以得到具有与第一形态到第十七形态的任何一个同样效果的光学信息记录再生装置。
下面叙述优选的第二十形态。一种在光拾取装置中使用的物镜光学系统，所述光拾取装置对于具有厚度t1的保护层的第一光信息记录介质，使用从第一光源射出的第一波长λ1的第一光束进行信息的再生和/或记录，对于具有厚度t2(t1≤t2)的保护层的第二光信息记录介质，使用从第二光源射出的第二波长λ2(1.5×λ1＜λ2＜1.7×λ1)的第二光束进行信息的再生和/或记录，对于具有厚度t3(t2＜t3)的保护层的第三光信息记录介质，使用从第三光源射出的第三波长λ3(1.9×λ1＜λ3＜2.1×λ1)的第三光束进行信息的再生和/或记录，其特征在于，所述物镜光学系统具有第一衍射结构和第二衍射结构，所述第一衍射结构使第一光束的p次(p是0以外的整数)的衍射光通量大于其他任何次数的衍射光通量，使第二光束的p次的衍射光通量大于其他任何次数的衍射光通量，使第三光束的p次的衍射光通量大于其他任何次数的衍射光通量，同时，所述第二衍射结构使第一光束的0次的衍射光的光通量大于其他任何次数的衍射光的光通量，使第二光束的q次(q是和p相同或者不同的0以外的整数)的衍射光的光通量大于其他任何次数的衍射光的光通量，使第三光束的0次的衍射光的光通量大于其他任何次数的衍射光的光通量。此外，优选p为1。另外，优选q为1。
第一衍射结构和第二衍射结构，优选包含光轴的截面形状是阶梯状，但是也可以是耀光型结构(锯齿形结构)。另外，第一衍射结构也可以构成为，把包含光轴的截面形状做成阶梯状的图形排列成同心圆状，针对每一规定的阶级面数把阶仅移动与该阶级面数对应的阶数量的高度。
另外，第一衍射结构和第二衍射结构，可以在物镜光学系统不同的光学面上设置，也可以在同一光学面上设置。第一衍射结构和第二衍射结构可以在同一光学面上重叠，也可以在同一光学面上设置但不重叠。
此外，第一衍射结构和第二衍射结构，也可以设置在面对在物镜光学系统所包含的相同的光学元件的不同的光学面上。再有，在光轴方向看物镜光学系统时，设置第一衍射结构的区域和设置第二衍射结构的区域也可以至少一部分(或全部)重叠。在光轴方向看物镜光学系统时，设置第一衍射结构的区域和设置第二衍射结构的区域也可以全部不重叠。
另外，物镜光学系统也可以有多个光学元件。多个光学元件中的至少一个也可以是包含第一衍射结构和/或第二衍射结构的平板光学元件。多个光学元件中的至少一个可以是凸透镜也可以是凹透镜，但是优选是凸透镜。另外，优选平板光学元件具有第一衍射结构以及第二衍射结构。进而，优选平板光学元件具有第三衍射结构和/或相位结构。
下面叙述优选的第二十一形态。在第一形态或者第二十形态中，设NA2是用第二光束进行第二光信息记录介质的记录再生时所需要的像侧的物镜光学系统的数值孔径、NA3是用第三光束进行第三光信息记录介质的记录再生时所需要的像侧的物镜光学系统的数值孔径，则其特征在于，NA2大于NA3，第一衍射结构形成在相当于NA3内的区域内，第二衍射结构形成在相当于NA2内的区域内。第二衍射结构也可以形成在NA2内且是NA3内的区域内。在这种情况下，通过在相当于NA3内的区域内形成第一衍射结构，从而在光轴方向看物镜光学系统时，设置第一衍射结构的区域和设置第二衍射结构的区域重叠。另外，第二衍射结构也可以在是NA2内但NA3外的区域内形成。在这种情况下，通过在相当于NA3内的区域内形成第一衍射结构，在光轴方向看物镜光学系统时，设置第一衍射结构的区域和设置第二衍射结构的区域不重叠。另外，第二衍射结构也可以在相当于NA2内的区域整个面上形成。在第二衍射结构在相当于NA2内的区域整个面上形成的情况下，优选第二衍射结构的衍射能力为正。
作为优选的第二十二形态，是在第一形态或者第二十形态中，第二衍射结构构成为，把包含光轴的截面形状做成阶梯状的图形排列成同心圆状，针对每规定的阶级面数把阶仅移动与该阶级面数对应的阶数量的高度，满足下面的式(8)。
y×0.95×λ1≤db≤y×1.05×λ1  (8)
在式(8)中，y表示任意的偶数，db表示由于阶梯状的图形内相邻的阶级面间的阶差对于第一光束附加的光程差。优选阶级面数为4、5、6中任何一个。另外，优选y为2。更优选满足下面的式(8)’。
db＝y×λ1  (8)’
作为优选的第二十三形态，是在第一形态或者第二十形态中，物镜光学系统具有第三衍射结构。此外，第三衍射结构的特征在于，使第一光束的0次衍射光的光通量大于其他任何次数的衍射光的光通量，使第二光束的0次衍射光的光通量大于其他任何次数的衍射光的光通量，使第三光束的r次(r是和p相同或不同的0以外的整数)衍射光的光通量大于其他任何次数的衍射光的光通量。另外，优选r为1。
另外，也可以在物镜光学系统的同一光学面内设置第一衍射结构和第三衍射结构。在这种情况下，也可以在同一光学面上使第一衍射结构和第三衍射结构重叠那样设置。另一方面，也可以在同一光学面内设置第二衍射结构和第三衍射结构。在这种情况下，也可以在同一光学面上使第二衍射结构和第三衍射结构重叠那样设置。另外，第三衍射结构也可以设置在和第一衍射结构和第二衍射结构不同的光学面内。
下面叙述优选的第二十四形态。在第二十三形态中，在把NA1设为使用第一光束进行第一光信息记录介质的记录再生时需要的像侧的物镜光学系统的数值孔径、把NA3设为使用第三光束进行第三光信息记录介质的记录再生时需要的像侧的物镜光学系统的数值孔径时，NA1比NA3大，第一衍射结构形成在相当于NA3内的区域内，第三衍射结构形成在相当于NA3外的区域内。
下面叙述优选的第二十五形态。在第二十三形态中，第三衍射结构是2值的二进制结构，通过二进制结构的一个阶差对于第一光束附加的光程差dc满足下面的式(9)。
4.8×λ1≤dc≤5.2×λ1   (9)
下面叙述优选的第二十六形态。在第一形态或第二十形态中，物镜光学系统具有相位结构，满足下面的式(10)、(11)、(12)、(13)、(14)。
a×0.95×λ1≤d1≤a×1.05×λ1   (10)
b×0.95×λ2≤d2≤b×1.05×λ2   (11)
c×0.95×λ3≤d3≤c×1.05×λ3   (12)
0.9×d1≤d2≤1.1×d1          (13)
0.9×d1≤d3≤1.1×d1          (14)
a表示任意的正整数，b表示比a小的任意的正整数，c表示比b小的任意的正整数。d1表示通过相位结构的一个阶差产生的第一光束的光程差，d2表示通过相位结构的一个阶差产生的第二光束的光程差，d3表示通过相位结构的一个阶差产生的第三光束的光程差。此外，在λ1为大于等于350nm而小于等于440nm、λ2为大于等于570nm而小于等于670nm、λ3为大于等于750nm而小于等于880nm的情况下，(更优选在λ1为大于等于390nm而小于等于415nm、λ2为大于等于630nm而小于等于670nm、λ3为大于等于750nm而小于等于820nm的情况下)，优选a为10、b为6、c为5。另外，优选使相位结构的一个阶差的光轴方向的深度大于等于3800nm而小于等于4200nm。另外，优选使相位结构的一个阶差的光轴方向的深度为λ1、λ2、λ3的最小公倍数的整数倍或者大体整数倍。
另外，在式(13)、(14)中，更优选是满足下面的式(13)’、(14)’。
0.95×d1≤d2≤1.05×d1        (13)’
0.95×d1≤d3≤1.05×d1        (14)’
另外，相位结构优选包含光轴的截面为阶梯状，也可以是耀光型结构(锯齿形结构)。此外，也可以使第一衍射结构和相位结构在同一光学面上重叠，或也可以使第二衍射结构和相位结构在同一光学面上重叠。另外，也可以使第三衍射结构和相位结构在同一光学面上重叠。
另外，在使第一光束的s次(s是0以外的整数)的衍射光通量大于其他任何次数的衍射光通量、使第二光束的t次(t是0以外的整数，和s不同)的衍射光通量大于其他任何次数的衍射光通量、使第三光束的u次(u是0以外的整数，和s、t不同)的衍射光通量大于其他任何次数的衍射光通量的情况下，优选相位结构满足下面式(15)。
|(da/p)/(dl/s)|＝m            (15)
m表示正的整数，da表示通过第一衍射结构对于第一光束附加的光程差、dl表示通过相位结构对于第一光束附加的光程差。
下面叙述优选的第二十七形态。在第二十六形态中，在物镜光学系统的同一光学面内设置第一衍射结构和相位结构，在相位结构的一个环带内，形成第一衍射结构的规定个数的环带。亦即，在该形态中，相位结构和第一衍射结构都有多个环带，但是相位结构的一个环带，比第一衍射结构的一个环带大，在相位结构的一个环带中包含多个第一衍射结构的环带。
下面叙述优选的第二十八形态。物镜光学系统的特征在于，包含重合把包含光轴的截面形状做成阶梯状的图形排列成同心圆状的形状、和在所述阶梯状的图形的一个阶内把包含光轴的截面形状做成小阶梯状的图形排列成同心圆状的形状的结构。进而，如图13所示，也可以由多个较大的阶(a larger step)组成的大的阶梯状的图形是，随着在与光轴垂直的方向上接近光轴、在光轴方向在朝向物镜光学系统内部的方向向下延伸的结构。由多个较小的阶(a smaller step)组成的小的阶梯状的图形是，在一个较大的阶的范围内，随着在与光轴垂直的方向上接近光轴、在光轴方向在朝向物镜光学系统外部的方向向上延伸的结构。大的阶梯状图形也好，小的阶梯状图形也好，阶的个数是任意的。另外，大的阶梯状图形也好，小的阶梯状图形也好，可以是周期性的，也可以是非周期性的。
进而，如图(13)所示，在大的阶梯状图形和小的阶梯状图形重合的情况下，优选满足下面的式(16)、(17)。
0.9＜dp×(n-1)/λ1＜1.5       (16)
9.8＜DP×(n-1)/λ1＜10.2      (17)
dp表示图13所示的小的阶梯状图形的阶差的光轴方向的深度。DP表示图13所示的大的阶梯状图形的阶差的光轴方向的深度。n表示设置阶梯状的图形的物镜光学系统的光学材料的在第一光束下的折射率。
进而，优选第二衍射结构满足下面的式(18)。
1.9＜dp2×(nx-1)/λ1＜2.1     (18)
dp2表示第二衍射结构的一个阶差的光轴方向的深度。nx表示设置第二衍射结构的光学材料的在第一光束下的折射率。
优选的第二十九形态是光拾取装置，其特征在于，具有：射出用于进行具有厚度为t1的保护层的第一光信息记录介质的记录和/或再生的波长λ1的第一光束的第一光源，射出用于进行具有厚度为t2(t1≤t2)的保护层的第二光信息记录介质的记录和/或再生的波长λ2(1.5×λ1＜λ2＜1.7×λ1)的第二光束的第二光源，射出用于进行具有厚度为t3(t2＜t3)的保护层的第三光信息记录介质的记录和/或再生的波长λ3(1.9×λ1＜λ3＜2.1×λ1)的第三光束的第三光源，进而，装载第二十形态到第二十八形态的任何一个物镜光学系统。
优选的第三十形态是光学信息记录再生装置，其特征在于，装载第二十九形态的光拾取装置。
根据本发明，能够提供能够不牺牲球面像差的波长依赖性或光道跟踪特性等诸特性、良好地进行实现高密度光盘、DVD以及CD之间的互换所需要的球面像差修正的物镜光学系统，使用该物镜光学系统的光拾取装置以及装载光拾取装置的光学信息记录再生装置。
附图说明
图1是第三波长λ3的纵球面像差图。
图2是第三光信息记录介质的信息记录面上的光点图。
图3是第三波长λ3的纵球面像差图。
图4是第三光信息记录介质的信息记录面上的光点图。
图5是第二波长λ2的纵球面像差图。
图6是第二波长λ2的纵球面像差图。
图7是表示光拾取装置的结构的主要部分平面图。
图8是表示物镜光学系统的结构的图。
图9是表示光拾取装置的结构的主要部分平面图。
图10是表示物镜光学系统的结构的图。
图11是表示红色激光光束的纵球面像差图。
图12是表示红外激光光束的纵球面像差图。
图13是表示物镜光学系统的结构的一部分的图。
符号说明
PU、PU2  光拾取装置
OL、OL2  物镜光学系统
CL   准直光学系统
BE   扩展光学系统
BE1  第一透镜
SE   传感光学系统
PD   光检测器
AC1  双轴传动装置
AC2  单轴传动装置
P1   第一棱镜
P2   第二棱镜
P3   第三棱镜
ML   上扬镜
L1   像差修正元件
L2   聚光元件
HL   镜筒(保持部件)
STO  光圈
DOE1 第一衍射结构
DOE2 第二衍射结构
DOE3 第三衍射结构
DOE4 相位结构
LD1  兰紫色半导体激光器(第一光源)
LD2  红色半导体激光器(第二光源)
LD3  红外半导体激光器(第三光源)
BD   第一光信息记录介质(高密度光信息记录介质。高密度光盘)
DVD  第二光信息记录介质
CD   第三光信息记录介质
PL1、PL2、PL3  保护层
RL1、RL2、RL3  信息记录面
具体实施方式
[第一实施形态]
下面使用附图说明本发明的第一实施形态。首先，使用图7说明使用本发明的一例的物镜光学系统的光拾取装置。
图7是概略表示无论对于高密度光信息记录介质BD(第一光信息记录介质)和DVD(第二光信息记录介质)和CD(第三光信息记录介质)中任何一个都能进行适当的信息的记录、再生的光拾取装置PU的结构的图。BD的规格是，第一波长λ1＝405nm、保护层PL1的厚度t1＝0.1mm、数值孔径NA1＝0.85；DVD的规格是，第二波长λ2＝655nm、保护层PL2的厚度t2＝0.6mm、数值孔径NA2＝0.65；CD的规格是，第三波长λ3＝785nm、保护层PL3的厚度t3＝1.2mm、数值孔径NA3＝0.51。其中，波长、保护层的厚度、以及数值孔径的组合不限于此。
光拾取装置PU包括：BD用的兰紫色半导体激光器LD1(第一光源)、DVD用的红色半导体激光器LD2(第二光源)、CD用的红外半导体激光器LD3(第三光源)、BD/DVD/CD共用的光检测器PD、物镜光学系统OL、准直光学系统CL、双轴传动装置AC1，单轴传动装置AC2、第一棱镜P1、第二棱镜P2、第三棱镜P3、上扬镜ML、用于对于来自各光信息记录介质的信息记录面的反射光束附加像散的传感光学系统SE。此外，作为BD用的光源，也可以使用兰紫色SHG激光器。
在光拾取装置PU中，在对于BD进行信息的记录/再生的情况下，通过单轴传动装置AC2在光轴方向上调整准直光学系统CL的位置，以便从准直光学系统CL以平行光束的状态射出兰紫色激光光束后，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，如图7中用实线描绘其光线路径那样，通过第一棱镜P1反射后，顺序通过第二棱镜P2、以及第三棱镜P3，通过准直光学系统CL变换为平行光束。其后，通过上扬镜ML反射后，通过光圈STO限制光束直径，通过物镜光学系统OL成为经由BD的保护层PL1在信息记录面RL1上形成的光点。物镜光学系统OL通过在其周围配置的双轴传动装置AC1进行聚焦或光道跟踪。此外，关于物镜光学系统OL，后面详细说明。
在信息记录面RL1上通过信息凹坑调制的反射光束再次透过物镜光学系统OL后，通过上扬镜ML反射，在通过准直光学系统CL时成为收敛光束。其后，顺序透过第三棱镜P3、第二棱镜P2、第一棱镜P1后，由传感光学系统SE附加像散，在光检测器PD的感光面上收敛。使用光检测器PD的输出信号能够读取在BD上记录的信息。
另外，在光拾取装置PU中，在对于DVD进行信息的记录/再生的情况下，通过单轴传动装置AC2在光轴方向上调整准直光学系统CL的位置，以便从准直光学系统CL以平行光束的状态射出红色激光光束后，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，如图7中用虚线描绘其光线路径那样，通过第二棱镜P2反射后，透过第三棱镜P3，由准直光学系统CL变换为平行光束。其后，通过上扬镜ML反射后，通过物镜光学系统OL成为经由DVD的保护层PL2在信息记录面RL2上形成的光点。物镜光学系统OL通过在其周围配置的双轴传动装置AC1进行聚焦或光道跟踪。
在信息记录面RL2上由信息凹坑调制的反射光束再次透过物镜光学系统OL后，由上扬镜ML反射，在通过准直光学系统CL时成为收敛光束。其后，顺序透过第三棱镜P3、第二棱镜P2、第一棱镜P1后，由传感光学系统SE附加像散，在光检测器PD的感光面上收敛。使用光检测器PD的输出信号能够读取在DVD上记录的信息。
另外，在光拾取装置PU中，在对于CD进行信息的记录/再生的情况下，通过单轴传动装置AC2在光轴方向上调整准直光学系统CL的位置，以便从准直光学系统CL以平行光束的状态射出红外激光光束后，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，如图7中用单点划线描绘其光线路径那样，由第三棱镜P3反射后，由准直光学系统CL变换为平行光束。其后，通过上扬镜ML反射后，通过物镜光学系统OL成为经由CD的保护层PL3在信息记录面RL3上形成的光点。物镜光学系统OL通过在其周围配置的双轴传动装置AC1进行聚焦或光道跟踪。
在信息记录面RL2上由信息凹坑调制的反射光束再次透过物镜光学系统OL后，由上扬镜ML反射，在通过准直光学系统CL时成为收敛光束。其后，顺序透过第三棱镜P3、第二棱镜P2、第一棱镜P1后，由传感光学系统SE附加像散，在光检测器PD的感光面上收敛。使用光检测器PD的输出信号能够读取在CD上记录的信息。
在光拾取装置PU中，通过由单轴传动装置AC2在光轴方向上驱动准直光学系统CL，能够修正BD使用时的球面像差。通过这样的球面像差修正机构，能够修正由于兰紫色半导体激光器LD1的制造误差引起的波长分散、伴随温度变化的物镜光学系统的折射率变化或折射率分布、多层盘的信息记录层间的跳焦、由于保护层PL1的制造误差引起的厚度分散或者厚度分布等引起的球面像差。此外，通过该球面像差修正机构，也可以修正DVD使用时或CD使用时的球面像差。
下面说明物镜光学系统OL的结构。图8概略表示根据本发明的物镜光学系统OL的结构。物镜光学系统OL具有：从激光光源侧顺序配置的像差修正元件L1和聚光元件L2通过镜筒(保持部件)HL保持为以光轴X为中心的同轴的结构。
像差修正元件L1是在平板状光学元件上设置阶梯状的衍射结构以及相位结构的塑料透镜，该塑料透镜的光信息记录介质侧的光学面被分割为相当于数值孔径NA3内的中央区域C1、和相当于大于等于数值孔径NA3、数值孔径NA1内的周围区域C2，该塑料透镜的激光光源侧的光学面被分割为相当于数值孔径NA2内的中央区域C3、和相当于大于等于数值孔径NA2、数值孔径NA1内的周围区域C4。
在光信息记录介质侧的光学面的中央区域C1内，形成有用于修正由于保护层PL1和保护层PL3的厚度不同引起的球面像差的第一衍射结构DOE1，在周围区域C2的一部分上，形成有用于在信息记录面RL3上分离基于第一衍射结构DOE1的第三光束的聚光点和通过从数值孔径NA3外侧的区域的第三光束的光斑分量的第三衍射结构DOE3。另外，在光信息记录介质侧的光学面整个面上，形成有相位结构DOE4，用于抑制在BD使用时在兰紫色激光光源瞬间发生波长变化时发生的散焦误差。因此，在本实施例中，成为相位结构和第一衍射结构重叠的结构，而且成为相位结构和第三衍射结构重叠的结构。
另外，在激光光源侧的光学面的中央区域C3上，形成有用于修正由于保护层PL1和保护层PL2的厚度不同引起的球面像差的第二衍射结构DOE2，周围区域C4成为不形成衍射结构或相位结构等微细结构的平面。因此，在本实施例中，在从光轴方向看物镜光学系统的情况下，成为第一衍射结构和第二衍射结构重叠的结构。
包含第一衍射结构DOE1的光轴在内的截面形状做成阶梯形状，阶梯的光轴方向的深度d取为1.096μm。此外，第一衍射结构DOE1的耀光波长λB是550nm。该第一衍射结构DOE1，衍射效率成为最大的衍射次数对于任何光束都为1次，对于各光束的1次衍射光的衍射效率，对于兰紫色激光光束为58.2％，对于红色激光光束为91.0％，对于红外激光光束为72.0％。第一衍射结构DOE1的环带间距最优化为良好修正由于保护层PL1和保护层PL3的厚度的不同引起的球面像差。
另外，第二衍射结构DOE2，是把包含光轴的截面形状做成阶梯状的图形排列成同心圆状、针对每5个阶级面把阶仅移动4阶量高度的结构，图形内的一个阶差设定为通过光程差换算成为第一波长λ1的2倍，取光轴方向的深度d为1.571μm。该第二衍射结构DOE2是只把第二光束作为1次衍射光而衍射的波长选择型的衍射结构，兰紫色激光光束的透过率(0次衍射光的衍射效率)为100％，红色激光光束的1次衍射光的衍射效率为87.2％，红外激光光束的透过率为99.0％。第二衍射结构DOE2的环带间距最优化为良好修正由于保护层PL1和保护层PL2的厚度的不同引起的球面像差。另外，第二衍射结构DOE2的衍射能力设定为正，其绝对值确定成：在信息记录面RL2上，为使通过第一衍射结构DOE1以及第二衍射结构DOE2的红色激光光束聚光在从通过数值孔径NA2外侧的区域的光斑分量的聚光位置充分离开的位置(参照图6)上，所以对于入射到物镜光学系统OL的红色激光光束，能够自动进行对应数值孔径NA2的孔径限制。
这里，说明基于第二衍射结构DOE2的衍射原理。因为取图形内的一个阶差的光轴方向的深度d为1.571μm，所以通过该阶差对于兰紫色激光光束附加的光程差成为第一波长λ1的2倍，对于红外激光光束附加的光程差成为第三波长λ3的1倍，兰紫色激光光束和红外激光光束两者都不受衍射作用而透过。另一方面，通过该阶差对于红色激光光束附加的光程差成为第二波长λ2的约1.2倍。因为减去相等相位的1波长量的光程差后的实质的光程差是第二波长λ2的约0.2倍，所以通过相邻的阶级面的红色激光光束的波面偏离约0.2波长量。由5个阶级面构成的图形整体中的光程差为第二波长λ2的约1倍(0.2×5)，所以通过相邻的图形的波面偏离1波长量后重合，成为在1次方向上衍射的衍射光。
第三衍射结构DOE3是2值的二进制结构，取一个阶差的光轴方向的深度d为3.928μm。该深度用光程差换算是相当于第一波长λ1的5倍的深度，同时也是相当于第二波长λ2的3倍。因此，兰紫色激光光束和红色激光光束两者都不受衍射作用而透过。另一方面，通过该阶差对于红外激光光束附加的光程差成为第三波长λ3的约2.5倍，所以入射的第三光束作为±1次衍射光而衍射。第三衍射结构的环带间距确定成：在信息记录面RL3上良好地分离基于第一衍射结构DOE1的红外激光光束的聚光点和通过周围区域C2以及周围区域C4的第三光束的光斑分量(参照图3以及图4)，所以对于入射到物镜光学系统OL的红外激光光束自动进行对应数值孔径NA3的孔径限制。
包含相位结构DOE4的光轴在内的截面形状做成阶梯形状，取阶梯的光轴方向的深度d为7.857μm。此外，相位结构DOE4的耀光波长λB为405nm。该相位结构DOE4构成为，衍射效率成为最大的衍射次数对于兰紫色激光光束为10次、对于红色激光光束为6次、对于红外激光光束为5次。该相位结构DOE4对于任何光束都附加大体相同量的相位差，所以衍射效率对于任何光束都几乎为100％。相位结构DOE4是用于抑制物镜光学系统OL的色像差的结构，即使在兰紫色激光光源LD1引起跳模时，因为能够把信息记录面RL1上的散焦误差抑制得很小，所以能够对于BD得到稳定的记录、再生特性。
此外，中央区域C1对于激光侧的光学面整个面的面积比例为{(0.51/0.85)2}×100＝36％。因此，如求在激光侧的光学面中的、兰紫色激光光束的衍射效率，则成为{0.582×0.36+1×(1-0.36)}×100＝85.0％。这样，即使针对红外激光光束重视第一衍射结构DOE1的衍射效率的情况下，因为对于兰紫色激光光束的有效直径的中央区域C1的面积比例十分小，所以能足够高地确保兰紫色激光光束的有效直径内的效率平均值。
[第二实施形态]
下面使用附图说明本发明的第二实施形态。首先，使用图9说明使用本发明的别的例子的物镜光学系统的光拾取装置。
图9中概略表示的光拾取装置PU2具有下述几点特征：对于物镜光学系统OL2红外激光光束以发散光束的状态入射这点，作为球面像差修正机构使用具有通过单轴传动装置AC2在光轴方向上驱动激光光源侧的第一透镜BE1的结构的扩展光学系统这点，和在对于CD进行信息的记录/再生时弱发散光束入射物镜光学系统OL2这点。
光拾取装置PU2包括：BD用的兰紫色半导体激光器LD1(第一光源)、DVD用的红色半导体激光器LD2(第二光源)、CD用的红外半导体激光器LD3(第三光源)、BD/DVD/CD共用的光检测器PD、物镜光学系统OL2、准直光学系统CL、扩展光学系统BE、双轴传动装置AC1、单轴传动装置AC2、第一棱镜P1、第二棱镜P2、第三棱镜P3、上扬镜ML、用于对于来自各光信息记录介质的信息记录面的反射光束附加像散的传感光学系统SE。此外，作为BD用的光源，也可以使用兰紫色SHG激光器。
在光拾取装置PU2中，在对于BD进行信息的记录/再生的情况下，通过单轴传动装置AC2在光轴方向上调整第一透镜BE1的位置，以便从扩展光学系统BE以平行光束的状态射出兰紫色激光光束后，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，如图9中用实线描绘其光线路径那样，通过第一棱镜P1反射后，顺序透过第二棱镜P2、以及第三棱镜P3，由准直光学系统CL变换为平行光束。其后，由于扩展光学系统BE成为直径扩大的平行光束，由上扬镜ML反射后，通过光圈STO限制光束直径，通过物镜光学系统OL2成为经由BD的保护层PL1在信息记录面RL1上形成的光点。物镜光学系统OL2通过在其周围配置的双轴传动装置AC1进行聚焦或光道跟踪。此外，关于物镜光学系统OL2，后面详细说明。
在信息记录面RL1上通过信息凹坑调制的反射光束再次透过物镜光学系统OL2后，由上扬镜ML反射，由扩展光学系统BE缩小直径，在通过准直光学系统CL时成为收敛光束。其后，顺序透过第三棱镜P3、第二棱镜P2以及第一棱镜P1后，由传感光学系统SE附加像散，在光检测器PD的感光面上收敛。使用光检测器PD的输出信号能够读取在BD上记录的信息。
另外，在光拾取装置PU2中，在对于DVD进行信息的记录/再生的情况下，通过单轴传动装置AC2在光轴方向上调整第一透镜BE1的位置，以便从扩展光学系统BE以平行光束的状态射出红色激光光束后，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，如图9中用虚线描绘其光线路径那样，由第二棱镜P2反射后，透过第三棱镜P3，由准直光学系统CL变换为大体平行的光束。其后，在由扩展光学系统BE扩大直径的同时变换为平行光束，通过上扬镜ML反射后，通过物镜光学系统OL2成为经由DVD的保护层PL2在信息记录面RL2上形成的光点。物镜光学系统OL2通过在其周围配置的双轴传动装置AC1进行聚焦或光道跟踪。
在信息记录面RL2上由信息凹坑调制的反射光束再次透过物镜光学系统OL2后，由上扬镜ML反射，由扩展光学系统BE缩小直径，在通过准直光学系统CL时成为收敛光束。其后，顺序透过第三棱镜P3、第二棱镜P2以及第一棱镜P1后，由传感光学系统SE附加像散，在光检测器PD的感光面上收敛。使用光检测器PD的输出信号能够读取在DVD上记录的信息。
另外，在光拾取装置PU2中，在对于CD进行信息的记录/再生的情况下，通过单轴传动装置AC2在光轴方向上调整第一透镜BE1的位置，以便从扩展光学系统BE以弱发散光束的状态射出红外激光光束后，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，如图9中用单点划线描绘其光线路径那样，由第三棱镜P3反射后，由准直光学系统CL变换为大体平行的光束。其后，由扩展光学系统BE扩大直径的同时变换为弱发散光束，通过上扬镜ML反射后，通过物镜光学系统OL2成为经由CD的保护层PL3在信息记录面RL3上形成的光点。物镜光学系统OL2通过在其周围配置的双轴传动装置AC1进行聚焦或光道跟踪。
在信息记录面RL2上由信息凹坑调制的反射光束再次透过物镜光学系统OL2后，由上扬镜ML反射，由扩展光学系统BE缩小直径，在通过准直光学系统CL时成为收敛光束。其后，顺序透过第三棱镜P3、第二棱镜P2以及第一棱镜P1后，由传感光学系统SE附加像散，在光检测器PD的感光面上收敛。使用光检测器PD的输出信号能够读取在CD上记录的信息。
在光拾取装置PU2中，通过由单轴传动装置AC2在光轴方向上驱动扩展光学系统BE的第一透镜BE1，从而能够修正BD使用时的球面像差。通过这样的球面像差修正机构，能够修正由于兰紫色半导体激光器LD1的制造误差引起的波长分散、伴随温度变化的物镜光学系统的折射率变化或折射率分布、多层盘的信息记录层间的跳焦、由于保护层PL1的制造误差引起的厚度分散或者厚度分布等引起的球面像差。此外，通过该球面像差修正机构，也可以修正DVD使用时或CD使用时的球面像差。
下面说明物镜光学系统OL2的结构。图10概略表示的物镜光学系统OL2具有这样的特征，即在光信息记录介质侧的光学面上，仅在相当于大于等于数值孔径NA3、数值孔径NA2内的区域形成第二衍射结构DOE2。
作为平板状光学元件的像差修正元件L1的激光光源侧的光学面，被分割为相当于数值孔径NA3内的中央区域C5、和相当于大于等于数值孔径NA3、数值孔径NA1内的周围区域C6，光信息记录介质侧的光学面，被分割为相当于数值孔径NA3内的中央区域C7、相当于大于等于数值孔径NA3、数值孔径NA2内的周围区域C8、和相当于大于等于数值孔径NA2、数值孔径NA1内的周围区域C9。
在激光光源侧的光学面的中央区域C5内，形成有用于修正由于保护层PL1和保护层PL2和保护层PL3的厚度不同引起的球面像差的第一衍射结构DOE1，在激光光源侧的光学面全部面上，形成有用于抑制在BD使用时兰紫色激光光源瞬间发生波长变化时发生的散焦误差的相位结构DOE4。另外，在光信息记录介质的光学面的周围区域C8上，形成有用于修正由于保护层PL1和保护层PL2的厚度不同引起的球面像差的第二衍射结构DOE2。
第一衍射结构DOE1的环带间距最优化为良好修正由于保护层PL1和保护层PL2的厚度不同引起的球面像差。这样，第一衍射结构DOE1最优化为良好修正由于保护层PL1和保护层PL2的厚度不同引起的球面像差，所以对于第一衍射结构DOE1以平行光束的状态入射红外激光光束时，红外激光光束的球面像差变得修正不充分，在信息记录面RL3上残留着由于保护层PL1和保护层PL3的厚度不同引起的球面像差。因此，在对于CD进行信息的记录、再生时，通过对于物镜光学系统OL2以弱发散光束的状态入射红外激光光束，完全修正由于保护层PL1和保护层PL3的厚度不同引起的球面像差。
另外，第二衍射结构DOE2的环带间距最优化为对于通过激光光源侧的光学面的周围区域C8的红色激光光束修正由于保护层PL1和保护层PL2的厚度不同引起的球面像差。
关于相位结构DOE4，因为和第一实施形态中的物镜光学系统OL的相位结构DOE4在功能和结构上都相同，所以这里省略详细说明。
此外，如第一衍射结构DOE1的衍射能力为负、但使其绝对值太大，则如图1或图5的纵球面像差图所示，通过红色激光光束或红外激光光束的有效直径外侧的区域的光斑分量与聚光点重合，有不能得到良好的记录、再生特性的担忧。因此，在本物镜光学系统OL2中，以不使聚光点与通过有效直径外侧的区域的光斑分量重合的方式确定衍射能力的绝对值(参照图11以及图12)。由此，对于入射到物镜光学系统OL2的红色激光光束或红外激光光束，能够自动进行对应各自的数值孔径的孔径限制。
此外，在上述第一实施形态以及第二实施形态中，采用分别独立配置3个激光光源的结构，但是，也可以使用在一个框架内放入3个激光光源的激光光源、或者在同一芯片上形成3个激光发光点的激光光源。另外，在所述光拾取装置PU、PU2中，采用分别独立配置激光光源和光检测器的结构，但是也可以使用把激光光源和光检测器做成一体的元件。另外，在光拾取装置PU、PU2中，也可以把使用液晶的相位控制元件作为球面像差修正机构使用。因为由这样的相位控制元件进行球面像差修正的方法公知，所以这里省略其详细说明。
在以上的实施形态中，举例说明了能够对于高密度光信息记录介质BD、DVD、以及CD这3种光盘进行记录/再生的物镜光学系统以及光拾取装置，但本发明也能够适用于能够对于高密度光信息记录介质BD以及DVD这两种光盘、或者高密度光信息记录介质BD以及CD这两种光盘进行记录/再生的物镜光学系统、光拾取装置以及光学信息记录再生装置这一点是容易理解的。
例如，可以保留两种光盘的记录/再生所需要的光学系统要素而去除其他的光学要素构成，由此，进而能够实现小型、重量轻、低成本、结构简单的光学拾取光学系统以及光拾取装置。
另外，代替BD也可以使用HD或其他高密度光盘。
此外，本发明不限于说明书中记载的实施例，对于本技术领域的技术人员来说，从说明书中记载的实施例或思想可以明了包括其他的实施例、变形例。说明书的记载以及实施例，仅用于示范的目的，本发明的范围通过权利要求表示。

Claims (36)

1.一种光拾取装置中使用的物镜光学系统，所述光拾取装置对于具有厚度t1的保护层的第一光信息记录介质，使用从第一光源射出的第一波长λ1的第一光束进行信息的再生和/或记录，对于具有厚度t2的保护层的第二光信息记录介质，使用从第二光源射出的第二波长λ2的第二光束进行信息的再生和/或记录，对于具有厚度t3的保护层的第三光信息记录介质，使用从第三光源射出的第三波长λ3的第三光束进行信息的再生和/或记录，其中，t1≤t2，1.5×λ1＜λ2＜1.7×λ1，t2＜t3，1.9×λ1＜λ3＜2.1×λ1，其特征在于，
所述物镜光学系统具有第一衍射结构和第二衍射结构，
所述第一衍射结构使所述第一光束的p次的衍射光通量比其他任何次数的衍射光通量都大，使所述第二光束的p次的衍射光通量比其他任何次数的衍射光通量都大，使所述第三光束的p次的衍射光通量比其他任何次数的衍射光通量都大，其中p为0以外的整数，
所述第二衍射结构使所述第一光束的0次的衍射光的光通量比其他任何次数的衍射光的光通量都大，使所述第二光束的q次的衍射光的光通量比其他任何次数的衍射光的光通量都大，使所述第三光束的0次的衍射光的光通量比其他任何次数的衍射光的光通量都大，其中q是和p相同或者不同的0以外的整数。
2.根据权利要求1所述的物镜光学系统，其特征在于，所述p是1。
3.根据权利要求1所述的物镜光学系统，其特征在于，所述q是1。
4.根据权利要求2所述的物镜光学系统，其特征在于，所述第一衍射结构的耀光波长λB满足下式：
λ1＜λB＜λ3。
5.根据权利要求4所述的物镜光学系统，其特征在于，在把对于所述第一光信息记录介质进行信息的再生和/或记录时的所述物镜光学系统的数值孔径设为NA1、把对于所述第三光信息记录介质进行信息的再生和/或记录时的所述物镜光学系统的数值孔径设为NA3时，满足下面的条件式：
1.25×λ1＜λB＜0.95×λ2
NA1＞NA3
NA3/NA1＜0.7。
6.根据权利要求1所述的物镜光学系统，其特征在于，所述第一衍射结构的衍射能力为负。
7.根据权利要求1所述的物镜光学系统，其特征在于，所述第一衍射结构包含光轴的截面形状为阶梯状。
8.根据权利要求1所述的物镜光学系统，其特征在于，所述第二衍射结构是把包含光轴的截面形状做成阶梯状的图形排列成同心圆状、针对每规定的阶级面数把阶仅移动与该阶级面数对应的阶数量的高度的结构，在把y取为任意的偶数、把db设为通过一个所述图形内的相邻的所述阶级面之间的阶差来对于所述第一光束附加的光程差时，满足下式：
y×0.95×λ1≤db≤y×1.05×λ1。
9.根据权利要求8所述的物镜光学系统，其特征在于，所述阶级面数是4、5、6中任何一个，y是2。
10.根据权利要求1所述的物镜光学系统，其特征在于，具有第三衍射结构，该第三衍射结构使所述第一光束的0次的衍射光的光通量比其他任何次数的衍射光的光通量都大，使所述第二光束的0次的衍射光的光通量比其他任何次数的衍射光的光通量都大，使所述第三光束的r次的衍射光的光通量比其他任何次数的衍射光的光通量都大，其中r是和p相同或不同的0以外的整数。
11.根据权利要求10所述的物镜光学系统，其特征在于，在把对于所述第一光信息记录介质进行信息的再生和/或记录时的、所述物镜光学系统的数值孔径设为NA1、把对于所述第三光信息记录介质进行信息的再生和/或记录时的、所述物镜光学系统的数值孔径设为NA3时，NA1比NA3大，所述第一衍射结构形成在相当于NA3内的区域内，所述第三衍射结构形成在相当于NA3外的区域内。
12.根据权利要求10所述的物镜光学系统，其特征在于，所述第三衍射结构是2值的二进制结构，在把dc设为通过所述二进制结构的一个阶差对于所述第一光束附加的光程差时，满足下式：
4.8×λ1≤dc≤5.2×λ1。
13.根据权利要求1所述的物镜光学系统，其特征在于，在把对于所述第二光信息记录介质进行信息的再生和/或记录时的、所述物镜光学系统的数值孔径设为NA2、在把对于所述第三光信息记录介质进行信息的再生和/或记录时的、所述物镜光学系统的数值孔径设为NA3时，NA2比NA3大，所述第一衍射结构形成在相当于NA3内的区域内，所述第二衍射结构形成在相当于NA2内的区域内。
14.根据权利要求13所述的物镜光学系统，其特征在于，所述第二衍射结构形成在相当于NA3外的区域内。
15.根据权利要求1所述的物镜光学系统，其特征在于，在把对于所述第二光信息记录介质进行信息的再生和/或记录时的、所述物镜光学系统的数值孔径设为NA2时，所述第二衍射结构形成在相当于NA2内的区域的整个面上，所述第二衍射结构的衍射能力为正。
16.根据权利要求1所述的物镜光学系统，其特征在于，所述物镜光学系统具有相位结构，在把a取作正整数，b取作比a小的任意的正整数，c取作比b小的任意的正整数，d1取作通过所述相位结构的一个阶差产生的所述第一光束的光程差，d2取作通过所述相位结构的一个阶差产生的所述第二光束的光程差，d3取作通过所述相位结构的一个阶差产生的所述第三光束的光程差时，满足以下各式：
a×0.95×λ1≤d1≤a×1.05×λ1
b×0.95×λ2≤d2≤b×1.05×λ2
c×0.95×λ3≤d3≤c×1.05×λ3
0.9×d1≤d2≤1.1×d1
0.9×d1≤d3≤1.1×d1。
17.根据权利要求16所述的物镜光学系统，其特征在于，满足以下各式：
a＝10
b＝6
c＝5
350nm≤λ1≤440nm
570nm≤λ2≤670nm
750nm≤λ3≤880nm。
18.根据权利要求16所述的物镜光学系统，其特征在于，所述第一衍射结构和所述相位结构设置在物镜光学系统的同一光学面内，在所述相位结构的一个环带内形成有第一衍射结构的规定个数的环带。
19.根据权利要求18所述的物镜光学系统，其特征在于，所述相位结构在使所述第一光束的s次的衍射光通量比其他任何次数的衍射光通量都大、使所述第二光束的t次的衍射光通量比其他任何次数的衍射光通量都大、使所述第三光束的u次的衍射光通量比其他任何次数的衍射光通量都大、取m为正整数、取da为通过所述第一衍射结构对于所述第一光束附加的光程差时，满足下式：
|(da/p)/(dl/s)|＝m，
其中，s是0以外的整数，t是0以外的整数、但和s不同，u是0以外的整数、但和s、t不同。
20.根据权利要求16所述的物镜光学系统，其特征在于，所述相位结构包含光轴的截面形状是阶梯状。
21.根据权利要求10所述的物镜光学系统，其特征在于，所述第一衍射结构和所述第三衍射结构设置在所述物镜光学系统的同一光学面内。
22.根据权利要求21所述的物镜光学系统，其特征在于，所述第一衍射结构和所述第三衍射结构重叠。
23.根据权利要求10所述的物镜光学系统，其特征在于，所述第二衍射结构和所述第三衍射结构设置在所述物镜光学系统的同一光学面内。
24.根据权利要求23所述的物镜光学系统，其特征在于，所述第二衍射结构和所述第三衍射结构重叠。
25.根据权利要求1所述的物镜光学系统，其特征在于，所述第一衍射结构和所述第二衍射结构设置在所述物镜光学系统的不同的光学面内。
26.根据权利要求25所述的物镜光学系统，其特征在于，在从光轴方向看所述物镜光学系统时，所述第一衍射结构和所述第二衍射结构重合。
27.根据权利要求25所述的物镜光学系统，其特征在于，在从光轴方向看所述物镜光学系统时，所述第一衍射结构和所述第二衍射结构不重合。
28.根据权利要求1所述的物镜光学系统，其特征在于，所述物镜光学系统具有透镜和平板光学元件，所述平板光学元件具有所述第一衍射结构和所述第二衍射结构。
29.根据权利要求10所述的物镜光学系统，其特征在于，所述物镜光学系统具有透镜和平板光学元件，所述平板光学元件具有所述第一衍射结构、所述第二衍射结构以及所述第三衍射结构。
30.根据权利要求16所述的物镜光学系统，其特征在于，所述物镜光学系统具有透镜和平板光学元件，所述平板光学元件具有所述第一衍射结构、所述第二衍射结构以及所述相位结构。
31.根据权利要求1所述的物镜光学系统，其特征在于，具有把包含光轴的截面形状做成阶梯状的图形排列成同心圆状的形状、和在所述阶梯状的图形的一个阶内把包含光轴的截面形状做成小阶梯状的图形排列成同心圆状的形状重合的结构。
32.根据权利要求31所述的物镜光学系统，其特征在于，所述阶梯状的图形是随着在垂直于光轴的方向上接近光轴、在光轴方向在朝向所述物镜光学系统内部的方向向下延伸的结构，所述小阶梯状的图形是随着在垂直于光轴的方向上接近光轴、在光轴方向在朝向所述物镜光学系统外部的方向向上延伸的结构。
33.根据权利要求31所述的物镜光学系统，其特征在于，在把dp设为所述小阶梯状的图形的阶差、把DP设为所述阶梯状的图形的阶差、把n设为设置有所述阶梯状以及所述小阶梯状的图形的所述物镜光学系统的光学材料的在第一光束下的折射率时，满足下面各式：
0.9＜dp×(n-1)/λ1＜1.5
9.8＜DP×(n-1)/λ1＜10.2。
34.根据权利要求33所述的物镜光学系统，其特征在于，在把dp2设为所述第二衍射结构的阶差、把nx设为设置有所述第二衍射结构的所述物镜光学系统的光学材料的在第一光束下的折射率时，满足下式：
1.9＜dp2×(nx-1)/λ1＜2.1。
35.一种光拾取装置，用于进行光信息记录介质的记录和/或再生，具有：射出用于进行具有厚度为t1的保护层的第一光信息记录介质的记录和/或再生的第一波长λ1的第一光束的第一光源、射出用于进行具有厚度为t2的保护层的第二光信息记录介质的记录和/或再生的第二波长λ2的第二光束的第二光源、射出用于进行具有厚度为t3的保护层的第三光信息记录介质的记录和/或再生的第三波长λ3的第三光束的第三光源、和物镜光学系统，其中，t1≤t2，1.5×λ1＜λ2＜1.7×λ1，t2＜t3，1.9×λ1＜λ3＜2.1×λ1，
所述物镜光学系统具有第一衍射结构和第二衍射结构，
所述第一衍射结构使所述第一光束的p次的衍射光通量比其他任何次数的衍射光通量都大，使所述第二光束的p次的衍射光通量比其他任何次数的衍射光通量都大，使所述第三光束的p次的衍射光通量比其他任何次数的衍射光通量都大，其中p为0以外的整数，
所述第二衍射结构使所述第一光束的0次的衍射光的光通量比其他任何次数的衍射光的光通量都大，使所述第二光束的q次的衍射光的光通量比其他任何次数的衍射光的光通量都大，使所述第三光束的0次的衍射光的光通量比其他任何次数的衍射光的光通量都大，其中q是和p相同或者不同的0以外的整数。
36.一种光学信息记录再生装置，具有光拾取装置，该光拾取装置具有：射出用于进行具有厚度为t1的保护层的第一光信息记录介质的记录和/或再生的第一波长λ1的第一光束的第一光源，射出用于进行具有厚度为t2的保护层的第二光信息记录介质的记录和/或再生的第二波长λ2的第二光束的第二光源，射出用于进行具有厚度为t3的保护层的第三光信息记录介质的记录和/或再生的第三波长λ3的第三光束的第三光源、和物镜光学系统，其中，t1≤t2，1.5×λ1＜λ2＜1.7×λ1，t2＜t3，1.9×λ1＜λ3＜2.1×λ1，其特征在于，
所述物镜光学系统具有第一衍射结构和第二衍射结构，
所述第一衍射结构使所述第一光束的p次的衍射光通量比其他任何次数的衍射光通量都大，使所述第二光束的p次的衍射光通量比其他任何次数的衍射光通量都大，使所述第三光束的p次的衍射光通量比其他任何次数的衍射光通量都大，其中p为0以外的整数，
所述第二衍射结构使所述第一光束的0次的衍射光的光通量比其他任何次数的衍射光的光通量都大，使所述第二光束的q次的衍射光的光通量比其他任何次数的衍射光的光通量都大，使所述第三光束的0次的衍射光的光通量比其他任何次数的衍射光的光通量都大，其中q是和p相同或者不同的0以外的整数。
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