光学信息记录/再现装置和用于该装置的物镜光学系统的制作方法
光学信息记录/再现装置和用于该装置的物镜光学系统的制作方法
【专利说明】
[0001] 本申请是申请日为2011年3月18日、申请号为201110065911. 9、发明名称为"光 学信息记录/再现装置和用于该装置的物镜光学系统"的专利申请的分案申请。
技术领域
[0002] 本发明涉及一种将信息记录在不同规格的多种光盘上并且/或者从该光盘再现 信息的光学信息记录/再现装置的物镜光学系统，以及一种安装有这种物镜光学系统的光 学信息记录/再现装置。
【背景技术】
[0003]存在有例如DVD(DigitalVersatileDisc，数字通用光盘）和BD(Blu-rayDisc， 蓝光盘）等各种规格的光盘，它们有不同的记录密度、保护层厚度等。因此，在光学信息记 录/再现装置上安装的物镜光学系统需要具有与多种光盘的兼容性。这里，"兼容性"是指 即使当所用的光盘改变时也不需要更换部件就能保证实现信息记录和信息再现。另外，在 本说明书中，"光学信息记录/再现装置"包括既能再现信息也能记录信息的装置，专用于信 息再现的装置，和专用于信息记录的装置。
[0004] 为了对不同规格的多种光盘有兼容性，需要校正不同光盘间的随光盘保护层厚度 (即，光盘的记录面与保护层表面之间的距离）的不同而变化的球面像差，并通过改变用于 信息记录或信息再现的数值孔径NA，随光盘记录密度的不同形成良好的束斑。通常光学信 息记录/再现装置根据所使用的光盘的记录密度从波长不同的多种激光中选择使用一种 激光。例如，光学信息记录/再现装置将波长大约为790nm的光（即，所谓近红外激光）用 于CD的信息记录或信息再现，将波长大约为660nm的光（即，所谓红激光）用于DVD的信 息记录或信息再现，将波长大约为405nm的光（即，所谓蓝激光）用于BD的信息记录或信 息再现。
[0005] 日本专利公开第2006-164498A号（下面，称作JP2006-164498A)和公开号为 W02008/007552的国际专利申请公开了对三种光盘具有兼容性的光学信息记录/再现装置 的具体例子。
[0006]JP2006-164498A中公开的光学信息记录/再现装置具有物镜光学系统，物镜光学 系统的光学表面的各个区域上设有不同的衍射结构，以提高对各激光束的光利用效率。衍 射结构中靠内区域的衍射效率低，靠外区域的衍射效率高。因此，在光盘的记录面上形成的 束斑因超分辨率而减小到比期望值小得多的水平，并且副瓣变大。因此，有可能不能进行良 好的信息记录或信息再现。
[0007] 在W02008/007552公开的光学信息记录/再现装置中，使用蓝激光时的衍射效率 在靠内的区域低，在靠外的区域高。因此，与JP2006-164498A的情况相同，束斑过度减小， 并且副瓣变大。在这种情况下，无法对光盘进行良好的信息记录或信息再现。
【发明内容】
[0008] 本发明的目的在于提供一种将信息记录在诸如BD、DVD和⑶等不同规格的多种光 盘上并且/或者从该光盘再现信息的光学信息记录/再现装置的物镜光学系统，以及一种 安装有这种物镜光学系统的光学信息记录/再现装置。
[0009] 根据本发明的一方面，提供了一种用于光学信息记录/再现装置的物镜光学系 统，光学信息记录/再现装置通过选择使用分别具有第一波长、第二波长和第三波长的第 一光束、第二光束和第三光束这三种光束，将信息记录在记录密度不同的第一光盘、第二光 盘和第三光盘这三种光盘上，并且/或者从该三种光盘再现信息。当表示第一波长， 入2表不第二波长，A3表不第三波长时，第一波长、第二波长和第三波长满足如下条件： 入1〈A2〈A3,A1、A2和A3的单位为nm。当tl表示使用第一光束进行信息记录或信息再 现的第一光盘的保护层厚度，t2表示使用第二光束进行信息记录或信息再现的第二光盘的 保护层厚度，t3表示使用第三光束进行信息记录或信息再现的第三光盘的保护层厚度时， tl、t2和t3满足如下条件：tl〈t2〈t3,以及t3_tl多1. 0,tl、t2和t3的单位为mm。当NA1 表示第一光盘的信息记录或信息再现所需要的数值孔径，NA2表示第二光盘的信息记录或 信息再现所需要的数值孔径，NA3表示第三光盘的信息记录或信息再现所需要的数值孔径 时，NA1、NA2和NA3满足如下条件：NA1>NA2>NA3。
[0010] 在上述设置中，物镜光学系统包括物镜。物镜光学系统的至少一个光学表面包括 由如下光路差函数定义衍射结构的衍射表面：
[0011] (i)ik(h) = (Pik2Xh2+Pik4Xh4+Pik6Xh6+Pik8Xh8+Pikl0Xh10+Pikl2Xh12)mik 入
[0012] 其中，11表示距离光轴的高度，11的单位为11111141;241;4、？'"表示第1^区域的第1 光路差函数的二阶、四阶、六阶光路差系数，i、k为自然数，n^k表示使入射光束的衍射效率 关于第k区域的第i光路差函数最大化的衍射级，X表示入射光束的使用波长，X的单位 为nm。衍射表面包括第一区域，将第一光束、第二光束和第三光束分别聚集在第一光盘、第 二光盘和第三光盘的记录面上。第一区域包括由第一光路差函数定义的衍射结构，第一光 路差函数定义成使第一光束、第二光束和第三光束的衍射效率分别最大化的衍射级为第一 级。当ABik表示第k区域的第i光路差函数的闪耀波长时，第一区域的衍射结构满足如 下条件：0.03〈（ABn-Al)/Al〈0.40.....(1)。衍射表面包括位于第一区域外部的 第二区域，第二区域将第一光束和第二光束分别聚集在第一光盘和第二光盘的记录面上， 但不聚集第三光束。第二区域包括由第一光路差函数定义的衍射结构，第一光路差函数定 义成使第一光束和第二光束的衍射效率分别最大化的衍射级为第一级。第二区域的衍射结 构满足如下条件：_〇. 35〈（XB12-XBn)/X1〈〇. 35.....(2)。衍射表面包括位于第二 区域外部的第三区域，第三区域将第一光束聚集在第一光盘的记录面上，但对第二光束和 第三光束都不聚集。第三区域包括由第一光路差函数定义的衍射结构，第一光路差函数定 义成使第一光束的衍射效率最大化的衍射级为第一级。第三区域的衍射结构满足如下条 件：-0? 23〈m13X((入B13-入 1) / 入 1)〈0? 23.....(3)。
[0013] 通过满足上述条件（在各区域采用的衍射级以及条件（1)-(3))，光学信息记录/ 再现装置可以得到对第一光盘至第三光盘的每一个进行信息记录和信息再现的足够的衍 射效率，并且可以在第一光盘至第三光盘的每一个的记录面上形成良好的束斑。
[0014] 当条件（1)的中间项小于条件（1)的下限时，当使用波长为A3的第三光束时的 衍射效率变低。当条件（1)的中间项大于条件（1)的上限时，当使用波长为X1的第一光束 时的衍射效率变低。如果衍射效率这样下降，将难于进行高速记录或高速再现。为了补偿 衍射效率的下降，设计者可以考虑采用大功率输出性能的光源，这不利于降低成本。而且， 当衍射效率下降时，将出现诸如再现信号等信号的信噪比下降的问题。
[0015] 当条件（2)的中间项小于条件（2)的下限时，在第二光盘的记录面上形成的束斑 不能减小到适于对第二光盘进行信息记录或信息再现的大小。当条件（2)的中间项大于条 件（2)的上限时，在第二光盘的记录面上形成的束斑因超分辨率的影响而过度减小，并且 这时副瓣变大。
[0016]当条件（3)的中间项小于条件（3)的下限时，当使用波长为X1的第一光束时的 衍射效率变低，并且波长为A2的第二光束和波长为A3的第三光束的不必要衍射级的光 (例如，第〇级的衍射光）均增加，这将引起可能恶劣影响光束的聚集的担心。当条件（3) 的中间项大于条件（3)的上限时，当使用波长为XI的第一光束时的衍射效率变低，并且波 长为X2的第二光束和波长为A3的第三光束的不必要衍射级的光（例如，第一级的衍射 光）均增加，这将引起可能恶劣影响光束的聚集的担心。
[0017] 在本发明的至少一方面，衍射表面可以满足如下条件：
[0018] 0. 14<(ABn-A1)/A1<〇, 37.....(4)。
[0019] 在这种情况下，可以进一步提高波长为A3的第三光束的衍射效率，并且进一步 抑制波长为A1的第一光束的衍射效率的劣化。
[0020] 在本发明的至少一方面，衍射表面可以满足如下条件：
[0021] -0? 14〈m13X((入B13-入 1) / 入 1)〈0? 14.....(5) 〇
[0022] 在这种情况下，可以进一步提高波长为A1的第一光束的衍射效率。
[0023] 在本发明的至少一方面，衍射表面可以满足如下条件：
[0024] -0. 17<(AB12-ABn)/A1<〇, 17.....(6)。
[0025] 在这种情况下，可以得到波长为A2的第二光束的更理想的束斑特性。
[0026] 在本发明的至少一方面，衍射表面的第一区域还可以包括由第二光路差函数定义 的衍射结构，第二光路差函数定义成使第一光束、第二光束和第三光束的衍射效率最大化 的衍射级分别为第二级、第一级和第一级。在这种情况下，衍射表面满足以下条件：
[0027] -0. 12<(AB21-A1)/A1<〇, 12.....(7)。
[0028] 通过满足条件（7)，可以更有效地避免波长为X1的第一光束的衍射效率劣化。当 条件（7)的中间项小于条件（7)的下限时，波长为XI的第一光束的衍射效率变低。当条 件（7)的中间项大于条件（7)的上限时，波长为XI的第一光束和波长为X2的第二光束 的衍射效率均变低。
[0029] 为了便于制造和抑制由波长变动引起的衍射效率的波动，在本发明的至少一方 面，衍射表面可以设置成：在第三区域的由第一光路差函数定义的衍射结构中，使第一光束 的衍射效率最大化的衍射级为第一级。
[0030] 在本发明的至少一方面，衍射表面的第二区域还可以包括由第二光路差函数定义 的衍射结构，第二光路差函数定义成使第一光束的衍射效率最大化的衍射级为奇数级。在 这种情况下，衍射表面满足以下条件（8):
[0031] -0? 28〈m22 X ((入 B22-入 1) / 入 1)〈0? 28.....(8)。
[0032] 通过满足条件（8)，可以避免波长为A1的第一光束和波长为A2的第二光束的衍 射效率劣化。当条件（8)的中间项落在条件（8)限定的范围之外时，波长为XI的第一光 束的衍射效率变低，这是不希望的。
[0033] 为了便于制造和抑制由波长变动引起的衍射效率的波动，衍射表面可以设置成： 在第二区域的由第二光路差函数定义的衍射结构中，使第一光束的衍射效率最大化的衍 射级为第三级、第五级和第七级之一。当使第一光束的衍射效率最大化的衍射级为第三级 时通过满足条件（9)，当使第一光束的衍射效率最大化的衍射级为第五级时通过满足条件 (10)，或者当使第一光束的衍射效率最大化的衍射级为第七级时通过满足条件（11)，可以 得到足够的衍射效率和适用于第一光盘和第二光盘的束斑特性：
[0034]-0. 02<(AB22-A1)/A 1<〇, 08.....(9)，
[0035]-0? 05〈（入B22-入 1)/入 1〈0. 05.....(10)，
[0036] -0? 03〈（入B22-入 1)/入 1〈0. 02.....(11)。
[0037] 根据本发明的另一方面，提供了一种用于光学信息记录/再现装置的物镜光学系 统，光学信息记录/再现装置通过选择使用分别具有第一波长、第二波长和第三波长的第 一光束、第二光束和第三光束这三种光束，将信息记录在记录密度不同的第一光盘、第二光 盘和第三光盘这三种光盘上，并且/或者从该三种光盘再现信息。当表示第一波长， 入2表不第二波长，A3表不第三波长时，第一波长、第二波长和第三波长满足如下条件： 入1〈A2〈A3,A1、A2和A3的单位为nm。当tl表示使用第一光束进行信息记录或信息再 现的第一光盘的保护层厚度，t2表示使用第二光束进行信息记录或信息再现的第二光盘的 保护层厚度，t3表示使用第三光束进行信息记录或信息再现的第三光盘的保护层厚度时， tl、t2和t3满足如下条件：tl〈t2〈t3,以及t3_tl多1. 0,tl、t2和t3的单位为mm。当NA1 表示第一光盘的信息记录或信息再现所需要的数值孔径，NA2表示第二光盘的信息记录或 信息再现所需要的数值孔径，NA3表示第三光盘的信息记录或信息再现所需要的数值孔径 时，NA1、NA2和NA3满足如下条件：NA1>NA2>NA3。
[0038] 在上述设置中，物镜光学系统包括物镜。物镜光学系统的至少一个光学表面为具 有相移结构的相移表面，该相移表面具有多个同心划分的折射面区，并且在多个折射面区 中相邻的折射面区的边界处，对入射光束产生不同的光路差。相移表面包括第一区域，将第 一光束、第二光束和第三光束分别聚集在第一光盘、第二光盘和第三光盘的记录面上。第一 区域包括具有第一台阶的相移结构，满足如下条件：1. 〇3〈 |A〇PDn/A11〈1. 50.....(12)， 其中，八〇?〇11;表示由第k区域的第i台阶产生的光路差。相移结构包括位于第一区域 外部的第二区域，第二区域将第一光束和第二光束分别聚集在第一光盘和第二光盘的 记录面上，但不聚集第三光束。第二区域包括具有第一台阶的相移结构，满足如下条 件：-0? 38〈 |A〇PD12/M|-1A〇PDn/人11 <0?33.....(I3)。相移结构包括位于第二区域 外部的第三区域，第三区域将第一光束聚集在第一光盘的记录面上，但对第二光束和第三 光束都不聚集。第三区域包括具有第一台阶的相移结构，满足如下条件：2L+0. 75〈|A〇PD13/ 入11〈2L+1. 25.....(14)，其中L为整数。
[0039]通过满足条件（12)-(14)，光学信息记录/再现装置可以得到对第一光盘至第三 光盘的每一个进行信息记录和信息再现的足够的衍射效率，并且可以在第一光盘至第三光 盘的每一个的记录面上形成良好的束斑。
[0040] 当条件（12)的中间项小于条件（12)的下限时，波长为X3的第三光束的光使用 效率变低，这是不希望的。当条件（12)的中间项大于条件（12)的上限时，波长为X1的第 一光束的光使用效率变低，这是不希望的。具体讲，因为光使用效率低，所以，将难于进行高 速记录或高速再现。为了补偿光使用效率的下降，需要采用大功率输出性能的光源，这不利 于降低成本。而且，因为由光使用效率的下降引起不必要衍射级的光增加，所以，将出现诸 如再现信号等信号的信噪比下降的问题。
[0041] 当条件（13)的中间项小于条件（13)的下限时，在第二光盘的记录面上形成的束 斑不能减小到适于对第二光盘进行信息记录或信息再现的大小。当条件（13)的中间项大 于条件（13)的上限时，在第三光盘的记录面上形成的束斑因超分辨率的影响而过度减小， 并且副瓣变大。
[0042] 在本发明的至少一方面，相移表面可以满足如下条件（15):
[0043] 1. 16〈 |A〇PDn/ 入 11〈1. 40.....(15)。
[0044] 在这种情况下，可以更良好地抑制波长为A1的第一光束的光使用效率的降低， 并且可以更良好地保证波长为A3的第三光束的光使用效率。
[0045] 在本发明的至少一方面， 相移表面可以满足如下条件（16):
[0046] 2L+0. 82〈 |A〇PD13/ 入 11〈2L+1. 18.....(16)，
[0047] 其中L为整数。
[0048] 在这种情况下，可以更良好地保证波长为A1的第一光束的光使用效率。
[0049] 在本发明的至少一方面，相移表面可以满足如下条件（17):
[0050] -0? 19〈 |A〇PD12/ 入 11 -1A〇PDn/ 入 11〈0? 19.....(17)。
[0051] 在这种情况下，尤其可以得到波长为A2的第二光束的良好的束斑特性。
[0052] 在本发明的至少一方面，相移表面的第一区域还可以包括具有第二台阶的相移结 构。在这种情况下，相移表面满足如下条件：
[0053] 1. 75〈 |A〇PD21/ 入 11〈2. 25.....(18)。
[0054] 通过满足条件（18)，可以更有效地避免波长为A1的第一光束的光使用效率的降 低。当条件（18)的中间项落在条件（18)限定的范围之外时，波长为XI的第一光束的光 使用效率降低，这是不希望的。
[0055] 为了便于制造和抑制由波长变动引起的衍射效率的波动，在本发明的至少一方 面，相移表面可以满足如下条件（19):
[0056] 0? 83〈 |A〇PD13/ 入 11〈1. 17.....(19)。
[0057] 在本发明的至少一方面，相移表面的第二区域还可以包括具有第二台阶的相移结 构。在这种情况下，相移表面满足如下条件（20):
[0058] 2L+0. 68< |A〇PD22/A11 <2L+1. 32 .....(20)，
[0059] 其中L为整数。
[0060] 通过满足条件（20)，可以更有效地避免波长为X1的第一光束和波长为X2的第 二光束的光使用效率降低。当条件（20)的中间项落在条件（20)限定的范围之外时，波长 为的第一光束的光使用效率降低，这是不希望的。
[0061] 为了便于制造和抑制由波长变动引起的衍射效率的波动，进一步为了得到足够的 光使用效率和对第一光盘和第二光盘均得到足够的束斑特性，相移表面可以满足如下条件 (21)至（23)之一：
[0062]2. 94〈 | A〇PD22/入 11〈3. 27.....(21)，
[0063]4. 73〈 | A〇PD22/入 11〈5. 27 .....(22)，
[0064] 6. 75<| A〇PD22/A11 <7. 17.....(23)。
[0065] 物镜光学系统可以包括独立于物镜设置的光学部件，在这种情况下，光学部件的 至少一个表面具有衍射表面或相移表面。
[0066] 在物镜光学系统中，物镜的至少一个表面可以具有衍射表面或相移表面。
[0067] 物镜光学系统满足如下条件：
[0068]35 彡vd彡 80 .....(24)，
[0069] 其中vd表示物镜在d线的阿贝数。
[0070] 根据本发明的另一方面，提供了一种光学信息记录/再现装置，光学信息记录/再 现装置通过选择使用分别具有第一波长、第二波长和第三波长的第一光束、第二光束和第 三光束这三种光束，将信息记录在记录密度不同的第一光盘、第二光盘和第三光盘这三种 光盘上，并且/或者从该三种光盘再现信息。当A1表示第一波长，A2表示第二波长，入3 表不第三波长时，第一波长、第二波长和第三波长满足如下条件：入1〈入2〈A3，A1、A2和 入3的单位为nm。当tl表示使用第一光束进行信息记录或信息再现的第一光盘的保护层 厚度，t2表示使用第二光束进行信息记录或信息再现的第二光盘的保护层厚度，t3表示使 用第三光束进行信息记录或信息再现的第三光盘的保护层厚度时，tl、t2和t3满足如下条 件：tl大致为0? 1mm;t2大致为0? 6mm;以及t3大致为1. 2mm。当NA1表示第一光盘的信息 记录或信息再现所需要的数值孔径，NA2表示第二光盘的信息记录或信息再现所需要的数 值孔径，NA3表示第三光盘的信息记录或信息再现所需要的数值孔径时，NA1、NA2和NA3满 足如下条件：NA1>NA2>NA3。
[0071] 在上述设置中，光学信息记录/再现装置包括：光源，分别发射第一光束和第三光 束；至少一个耦合透镜，变换第一光束、第二光束和第三光束的发散程度或聚集程度；以及 具有物镜的物镜光学系统。当nl和n3分别表示物镜对第一波长和第三波长的折射率时， 光学信息记录/再现装置满足如下条件（25):
[0072] 0. 4< ( A 1/ (n3-l)) / ( A 3/ (nl-1)) <0. 6.....(25)。
【附图说明】
[0073] 图1是概括表示根据本发明的一个实施方式的光学信息记录/再现装置的结构的 丰吴块图。
[0074] 图2A和2B概括表示根据本发明的一个实施方式的物镜的结构。
[0075] 图3A和3C表示为不同规格的第一光盘至第三光盘（D1至D3)分别定义的物镜横 剖面。
[0076]图4是表示衍射效率与条件（1)或（3)的值之间的关系的曲线图。
[0077] 图5是表示当使用第二光盘时定义的条件⑵的值与一个实施方式中形成的束斑 相对于理想束斑的束斑直径比率之间的关系的曲线图。
[0078]图6是表示衍射效率与条件（7)的值之间的关系的曲线图。
[0079]图7是表示衍射效率与条件（9)的值之间的关系的曲线图。
[0080] 图8是表示衍射效率与条件（10)的值之间的关系的曲线图。
[0081] 图9是表示衍射效率与条件（11)的值之间的关系的曲线图。
[0082] 图10A至10C表示在根据第三实施例的光学信息记录/再现装置中为第一光盘至 第三光盘分别定义的展开光路。
[0083]图11是概括表示根据第四实施例的光学信息记录/再现装置的结构的模块图。
[0084] 图12A至12C表示在根据第四实施例的光学信息记录/再现装置中为第一光盘至 第三光盘分别定义的展开光路。
[0085] 图13是概括表示根据第五实施例的光学信息记录/再现装置的结构的模块图。
[0086] 图14A至14C表示在根据第五实施例的光学信息记录/再现装置中为第一光盘至 第三光盘分别定义的展开光路。
[0087] 图15A和15B是对理想束斑与第一实施例中形成的束斑进行比较的曲线图。
[0088] 图16A和16B是对理想束斑与比较例中形成的束斑进行比较的曲线图。
[0089] 图17A和17B是表示第二实施例中形成的束斑的光强分布的曲线图。
[0090] 图18A和18B是表不第三实施例中形成的束斑的光强分布的曲线图。
[0091] 图19A和19B是表示第四实施例中形成的束斑的光强分布的曲线图。
[0092] 图20A和20B是表不第五实施例中形成的束斑的光强分布的曲线图。
[0093] 图21A和21B是表示第六实施例中形成的束斑的光强分布的曲线图。
[0094] 图22A至22C是表示第一实施例或第二实施例中产生的球面像差图。
[0095] 图23A至23C是表示第三实施例中产生的球面像差图。
[0096] 图24A至24C是表示第四实施例中产生的球面像差图。
[0097] 图25A至25C是表示第五实施例或第六实施例中产生的球面像差图。
[0098] 图26表示光学信息记录/再现装置的变形例。
【具体实施方式】
[0099] 下面，参照【附图说明】本发明的【具体实施方式】。根据本实施方式的光学信息记录/ 再现装置100(参见图1)与三种光盘有兼容性，该三种光盘有不同的保护层厚度、记录密度 等。下面，在这三种光盘当中，高记录密度光盘（例如，BD)称作光盘D1，记录密度比BD低 的光盘（例如，DVD和DVD-R)称作光盘D2,记录密度比DVD低的光盘（例如，CD)称作光盘 D3〇
[0100] 当光盘Dl、D2和D3的保护层厚度分别被定义为tl、t2和t3(单位：mm)时，以下 关系成立：
[0101]tl〈t2〈t3，
[0102] t3_tl彡 1.0，
[0103]tl大致为 0.1，
[0104]t2 大致为 0.6，
[0105]t3 大致为 1.2。
[0106] 当对光盘D1、D2和D3进行信息记录和信息再现时，需要改变数值孔径NA，以便随 光盘D1至D3之间记录密度的不同能够形成良好的束斑。当对光盘Dl、D2和D3进行信息 记录或信息再现所需要的光学设计数值孔径分别被定义为NA1、NA2和NA3时，以下关系成 立：
[0107] NAl>NA2>NA3〇
[0108] 即，当使用最高记录密度的光盘D1时，需要形成比使用光盘D2和D3时小的束斑， 因此，对光盘D1需要最大的NA。另一方面，当使用最低记录密度的光盘D3时，需要形成比 使用光盘D1和D2时大的束斑，因此，对光盘D3需要最小的NA。
[0109] 当对记录密度不同的光盘D1至D3进行信息记录或信息再现时，在光学信息记录 /再现装置1〇〇中使用波长不同的激光束，以便随光盘D1至D3的记录密度的不同能够分 别得到良好的束斑。具体地，当使用光盘D1时，从光源发射波长为X1 (单位：nm)的激光 束（第一激光束），以在光盘D1的记录面上形成较小的束斑。当使用光盘D2时，从光源发 射波长为比A1长的A2 (单位：nm)的激光束（第二激光束），以在光盘D2的记录面上形 成比光盘D1上的束斑大的束斑。当使用光盘D3时，从光源发射波长为比A2长的A3(单 位：nm)的激光束（第三激光束），以在光盘D3的记录面上形成比光盘D2上的束斑大的束 斑。SP，关于波长Al、A2和A3,以下关系成立：
[0110]入1〈入2〈入3〇
[0111] 图1是概括表示根据本发明的一个实施方式的光学信息记录/再现装置1〇〇的结 构的模块图。光学信息记录/再现装置100包括：发射波长为A1的激光束的光源1A，发射 波长为X2的激光束的光源1B，发射波长为A3的激光束的光源1C，衍射光栅2A至2C，耦 合透镜3A至3C，分束器41和42,半透镜5A至5C，感光器6A至6C和物镜10。在图1中， 点划线表示光学信息记录/再现装置100的基准轴AX。实线、短划线和点线分别表示波长 为入1、A2和A3的激光束。在正常状态下，物镜10的光轴与基准轴AX-致。然而，当物 镜10在所使用的光盘的径向上被跟踪机构移动时，物镜10的光轴会偏离基准轴AX。
[0112] 如上所述，在光学信息记录/再现装置100中，光盘D1至D3的NA互不相同。因 此，光学信息记录/再现装置100可以设有分别限制波长为M、A2和X3的激光束的直 径的孔径光阑（未示出）。
[0113] 当使用光盘D1时，从光源1A发射波长为A1的激光束。当使用光盘D2时，从光 源1B发射波长为A2的激光束。当使用光盘D3时，从光源1C发射波长为A3的激光束。 波长为M、人2和人3的激光束分别通过衍射光栅2A、2B和2C，然后，波长为M、人2和 入3的激光束的光路分别被半透镜5A、5B和5C弯曲。然后，波长为A1、A2和A3的激光 束分别入射在耦合透镜3A、3B和3C上。耦合透镜3A至3C分别将入射在其上的激光束转 换成准直光束。波长为A1和A2的激光束（准直光束）经由分束器41和42入射在物镜 10上，波长为A3的激光束（准直光束）经由分束器42入射在物镜10上。物镜10将波长 为A1、A2和A3的准直激光束分别聚集在光盘D1至D3的记录面附近的位置。经聚集的 激光束分别在光盘D1至D3的记录面上形成束斑。分别被光盘D1至D3反射的激光束，沿 与激光束分别向光盘D1至D3行进时相同的光路返回，并且在分别通过半透镜5A至5C后 分别被感光器6A至6C检测。感光器6A至6C分别向信号处理电路（未不出）输出检测信 号。信号处理电路处理感光器6A至6C的输出，以检测聚焦误差信号、跟踪误差信号和各光 盘上记录的再现信号。
[0114] 如上所述，从耦合透镜3A至3C形成的激光束均是准直激光束。即，耦合透镜3A 至3C均起准直透镜的作用。因此，在光学信息记录/再现装置100中，准直光束入射在物 镜10上，即使当物镜10因跟踪操作而被移动时也不会产生轴外像差（例如，彗差）。例如， 可以采用将发散程度低的发散光束入射在光盘D3上的结构（即，finiteopticalsystem， 有限光学系统）。通过采用这种有限光学系统，在对使用光盘D3时残留的球面像差进行校 正的同时，易于保证足够的动作距离。
[0115] 另外，当对光盘D1至D3分别使用波长互不相同的激光束时，因物镜10的折射率 不同或光盘D1至D3的保护层厚度互不相同而产生相对球面像差。为了使光学信息记录/ 再现装置100具有对光盘D1至D3的兼容性，需要校正这种球面像差。还需要在抑制副瓣 的同时形成与各种光盘的记录密度（凹坑大小）相对应的大小的束斑，以便提高再现信号 的信噪比。为了满足这种要求，本实施方式的物镜10结构如下。
[0116] 图2A是物镜10的主视图，图2B是物镜10的侧剖面图。图3A表示在使用光盘D1 的情况下物镜10的横剖面，图3B表示在使用光盘D2的情况下物镜10的横剖面，图3C表 示在使用光盘D3的情况下物镜10的横剖面。如上所述，物镜10安装在与不同规格的多种 光盘（即，光盘D1至D3)兼容的光学信息记录/再现装置100的光学头上，物镜10具有将 半导体激光器（光源1A至1C)发射的不同波长的各激光束聚集在各光盘的记录面上的功 能。
[0117] 物镜10是由树脂制成的双凸面单片透镜，具有朝向分束器42的第一表面10a和 朝向光盘的第二表面l〇b。物镜10的第一表面10a和第二表面10b均为非球面。非球面的 形状用下式表示：
[0119] 其中，SAG(sagamount，垂度）为非球面上距光轴高度为h(单位：mm)的点与非球 面在光轴处的切面之间的距离，r为非球面在光轴上的曲率半径（单位：mm)，即，1/r表示非 球面在光轴上的曲率，k为锥度系数（conicalcoefficient)，A4、A6、…表示高于或等于 四阶的非球面系数。由于物镜10的各个表面均为非球面，可以控制各种像差，例如球面像 差和彗差。
[0120] 如图2A所示，物镜10的第一表面10a具有以光轴的位置为中心的圆形的第一区 域R1，位于第一区域R1外部的环形的第二区域R2,和位于第二区域R2外部的环形的第三 区域R3。第一区域R1、第二区域R2和第三区域R3的有效半径分别取决于NA3、NA2和NA1。 在包括第一区域R1、第二区域R2和第三区域R3在内的整个区域内，形成有环状区结构。如 图2A以及图2B中的圆形放大视图所示，环状区结构具有以光轴为中心形成的同心圆状的 多个折射面区（环状区），并具有在多个折射面区中各相邻折射面区之间形成并在与物镜 10的光轴平行的方向上延伸的微台阶。在本实施方式中，环状区结构形成在物镜10的第一 表面l〇a上。然而，在其他实施方式中，环状区结构可以仅设置在物镜10的第二表面10b 上，或者相互独立地设置在物镜10的第一表面l〇a和第二表面10b上。
[0121] 由于在第一表面10a上（而不在第二表面10b上 ）设置环状区结构，可以得到如 下效果。例如，可以增加环状区结构的最小环状区的宽度。在这种情况下，可以抑制由相邻 的环状区之间形成的各个台阶部引起的光量损失。而且，即使当用镜头清洁器刷拭物镜10 时，也不会使物镜10磨损。
[0122] 环状区结构可以设置在与物镜10相互独立的其他光学部件上（参见图26中的光 学部件91，图26表示装置100的变形例）。如图26所示，具有环状区结构的光学部件91 可以布置在物镜10与分束器42之间。在这种情况下，环状区结构可以设置在独立的光学 部件91的至少一个表面上，或者可以相互独立地设置在光学部件91的两个表面上。然而， 考虑到当光学部件91的光轴与物镜10的光轴被相对移动时产生像差，所以优选将光学部 件91设置成与物镜10 -起被移动。
[0123] 环状区结构的各个台阶在通过相邻环状区的边界（台阶）以内的光束与通过该边 界以外的光束之间产生规定的光路差。通常，这种环状区结构可认为是衍射结构。规定的 光路差为特定波长a的n倍（n:整数）的环状区结构可被认为是闪耀波长为a的1!阶衍 射结构。当具有特定波长X0的光束通过衍射结构时，使衍射效率最大化的衍射光的衍射 级，可以取作波长为M3的光束的光路差除以波长M3得到的值最接近的整数m。
[0124] 另外，通过相邻环状区（折射面区）的边界以内的光束与通过边界以外的光束之 间产生光路差，可以认为是在环状区结构的各个台阶的作用下光束相互之间相位发生偏移 的现象。因此，可以认为环状区结构是移动入射光束的相位的结构（即，相移结构）。
[0125] 环状区结构可以由第k区域的第i光路差函数（i)ik(h)表示。这里，k和i为自 然数。光路差函数巾ik(h)表示在距物镜10的光轴的高度为h处的附加光路长度，以此表 示物镜1〇(衍射透镜）的功能。光路差函数巾ik(h)可由下式表示：
[0126] (i)ik(h) = (Pik2Xh2+Pik4Xh4+Pik6Xh6+Pik8Xh8+Pikl0Xh10+Pikl2Xh12)mik 入
[0127] 其中，？@七1;4七1;6-(1:自然数）表示第1^区域的第1光路差函数的二阶、四阶、 六阶系数，h(单位：mm)表示距离光轴的高度，mik表示使入射激光束的衍射效率关于第k区 域的第i光路差函数最大化的衍射级，A(单位：nm)表示所使用的激光束的设计波长。
[0128] 除了用一种光路差函数定义环状区结构的形状之外，还可以用多种光路差函数 (例如，包括第一光路差函数和第二光路差函数的两种光路差函数）的组合来定义环状区 结构的形状。通过组合多种光路差函数，可以使环状区结构对入射光束产生不同的光路差。 这样，可以对入射光束产生多种光学影响。下面，由第一光路差函数、第二光路差函数等定 义的衍射结构分别称作第一衍射结构、第二衍射结构等。
[0129] 就实现本发明的效果而言，将每个区域中的环状区结构设为由单光路差函数定义 的衍射结构就足够了，不必将每个区域中的环状区结构设为由多种光路差函数定义的衍射 结构。然而，组合的光路差函数的数目越多，衍射结构就能实现越复杂的光学功能。因此， 通过组合多种光路差函数，可以更好地实现本发明的效果。例如，在用一种光路差函数限定 区域R1中的环状区结构的情况下，如果在使用光盘D3期间大致准直的光束入射到物镜10 上，球面像差将有残留。为了校正这种残留的球面像差，一般将光学系统设计成，在使用光 盘D3期间将发散程度低的发散光束入射在物镜10上。然而，在这种情况下，当物镜10因 跟踪操作而被移动时可能产生轴外像差。鉴于此，根据本实施方式的区域R1中的衍射结构 具有由多种光路差函数限定的形状。因此，在使用光盘D3期间将大致准直的光束入射到物 镜10上的同时，可以校正球面像差。
[0130] 区域R1中的环状区结构有助于聚集波长为A1、A2和A3的激光束。即，区域R1 中的环状区结构将波长为A1的激光束聚集在光盘D1的记录面上，将波长为X2的激光束 聚集在光盘D2的记录面上，将波长为A3的激光束聚集在光盘D3的记录面上。下面，使波 长为A1、A2和A3的激光束的衍射效率最大化的衍射级，分别称为"BD用衍射级"、"DVD用衍射级"和"CD用衍射级"。
[0131]若将BD用衍射级设定为偶数级（例如，第二级），则CD用衍射级为奇数级（例如， 第一级）。在这种情况下，与波长为A1的激光束相对应的环状区结构的幂次，等于与波长 为入3的激光束相对应的环状区结构的幂次，这里，波长A3大致为波长A1的两倍。因此， 在这种情况下，难以校正在光盘D1与光盘D3之间产生的相对球面像差。这是因为环状区 结构的幂次正比于波长和衍射级。因此，在区域R1中，有必要将用于至少一种衍射结构的 BD用衍射级设定为奇数级。
[0132] 衍射级越低，由波长变动引起的衍射效率的变化就越小，并且金属铸模的处理和 模铸就越简单。因此，将区域R1中的第一衍射结构设置成，BD用衍射级、DVD用衍射级和 CD用衍射级为第一级。而且，区域R1中的第一衍射结构满足以下条件（1):
[0133] 0? 03〈（入Bn_ 入1)/入 1〈0. 40.....(1)，
[0134] 其中，XBik表示所述第k区域中的第i光路差函数的闪耀波长。
[0135] 区域R2中的环状区结构仅有助于聚集波长为XI和X2的激光束。即，区域R2 中的环状区结构将波长为A1的激光束聚集在光盘D1的记录面上，将波长为X2的激光束 聚集在光盘D2的记录面上，但不将波长为A3的激光束聚集在光盘D1至D3的任一记录面 上。为了便于制造和抑制由波长变动引起的衍射效率的波动，区域R2中的第一衍射结构被 设计成BD用衍射级和DVD用衍射级均为第一级。而且，区域R2中的第一衍射结构满足以 下条件（2):
[0136] -0? 35〈（入B12-入Bn)/入 1〈0. 35.....(2)。
[0137] 区域R3中的环状区结构仅有助于聚集波长为XI的激光束。即，区域R3中的环 状区结构将波长为A1的激光束聚集在光盘D1的记录面上，但不将波长为X2的激光束和 波长为A3的激光束聚集在光盘D1至D3的任一记录面上。区域R3中的第一衍射结构被 设计成BD用衍射级为奇数级。为了便于制造和抑制由波长变动引起的衍射效率的波动，BD 用衍射级优选为第一级。而且，区域R3中的第一衍射结构满足以下条件（3):
[0138] -0? 23〈m13X((入B13-入 1) / 入 1)〈0? 23.....(3)。
[0139] 通过满足上述条件（即，在各区域中采用的衍射级以及条件（1)_(3))，物镜10可 以得到对第一光盘D1至第三光盘D3中的每一个进行信息记录和/或信息再现的足够的衍 射效率，并且可以在各光盘的记录面上形成良好的束斑。
[0140]图4是表示衍射效率（单位：％ )与条件⑴或（3)的值之间的关系的曲线图。 在图4中，纵轴表示衍射效率，横轴表示条件（1)和条件（3)的值。在图4中，实线代表使 用波长为X1的激光束时的衍射效率，虚线代表使用波长为X2的激光束时的衍射效率，点 划线代表使用波长为X3的激光束时的衍射效率。在图4中，波长A1、A2和A3分别为 405nm、660nm和790nm。图4中对线型和使用波长的定义，也适用于下面类似的附图。
[0141] 如图4所示，当闪耀波长ABn为波长A1时，尽管在这种情况下波长为A1的激 光束的衍射效率高，但波长为X3的激光束的衍射效率低。因此，根据本实施方式，将闪耀 波长ABn设为大于波长XI，以便保证波长为X3的激光束有足够的衍射效率（参见图 4)。而且，通过提高波长为X3的激光束的衍射效率，不必要的衍射级的光减少，因此，聚焦 功能的劣化得到抑制。
[0142]当条件（1)的中间项小于条件（1)的下限时，使用波长为X3的第三光束时的衍 射效率过低，这不利于对光盘D3进行良好的信息记录和信息再现。当条件（1)的中间项大 于条件（1)的上限时，当使用波长为A1的第一光束时的衍射效率过低，这不利于对光盘D1 进行良好的信息记录和信息再现。具体讲，在这种情况下，因为衍射效率低，所以难于进行 高速记录（或高速再现）。为了补偿衍射效率的下降，需要采用大功率输出性能的光源，但 这不利于降低成本。而且，因衍射效率下降，不必要衍射级的光增加，因此，将出现诸如再现 信号等信号的信噪比下降的问题。
[0143] 因为区域R3是光盘D1的专用区域，所以，最好是通过将闪耀波长XB13S得接近 波长M(参照图4)，将使用波长为X1的激光束时的衍射效率设高（参见图4)。当条件 (3)的中间项小于条件（3)的下限时，使用波长为A1的第一光束时的衍射效率过低，这是 不希望的。而且，在这种情况下，波长为A2的第二光束和波长为X3的第三光束的不必要 衍射级的光（例如，第〇级的衍射光）增加。当条件（3)的中间项大于条件（3)的上限时， 使用波长为A1的第一光束时的衍射效率过低，这是不希望的。而且，在这种情况下，波长 为A2的第二光束和波长为A3的第三光束的不必要衍射级的光（例如，第一级的衍射光） 均增加。
[0144] 图5是表示束斑质量参数（S卩，与理想束斑的比率）与使用第二光盘D2时的条件 (2)的值之间的关系的曲线图。在图5中，纵轴表示束斑质量参数，横轴表示条件（2)的值。 具体讲，在图5中，实线代表束斑直径（实际束斑直径与理想束斑直径的比率），虚线代表副 瓣强度（副瓣强度与理想束斑强度的比率）。
[0145] 当条件（2)的中间项取-0.40附近的值时，相对于区域R1中波长为X2的激光束 的光传输量而言，区域R2中波长为X2的激光束的光传输量过低。这样，如图5所示，束斑 不能减小到适于进行信息记录或信息再现的大小。因此，在本实施方式中，将物镜10设计 得使得条件（2)的中间项大于条件（2)的下限。
[0146] 然而，条件（2)的中间项越大，区域R2中波长为A2的激光束的衍射效率越高。结 果，区域R2中波长为X2的激光束的光传输量变得比区域R1中波长为X2的激光束的光 传输量大。在这种情况下，超分辨率的影响变大，如图5所示，束斑减小，副瓣变大。为了抑 制这种束斑特性的劣化，有必要如图5所示降低条件（2)的值。因此，在本实施方式中，将 物镜10设计得使得条件（2)的中间项小于条件（2)的上限。即，将物镜10设计得满足条 件（2)，以便在抑制使用波长为A2的激光束时引起的束斑特性的劣化的同时，对光盘D1至 D3均进行良好的信息记录和信息再现。
[0147] 为了在进一步抑制波长为X1的激光束的衍射效率劣化的同时进一步提高波长 为A3的激光束的衍射效率，区域R1中的第一衍射结构可以满足如下条件（4):
[0148] 0. 14<( ABn-A 1)/A 1<〇, 37.....(4)。
[0149] 为了进一步提高波长为A1的激光束的衍射效率，区域R3中的第一衍射结构可以 设计得满足如下条件（5):
[0150] -0? 14〈m13X((入B13-入 1) / 入 1)〈0? 14.....(5) 〇
[0151] 为了得到波长为A2的激光束的更良好的束斑特性，区域R2中的第一衍射结构可 以设计得满足如下条件（6):
[0152] -0? 17〈（入B12-入Bn) /入1〈0. 17.....(6)。
[0153] 如上所述，在区域R1中，除第一衍射结构之外，还有与定义第一衍射结构的光路 差函数不同的光路差函数定义的第二衍射结构。为了得到波长为XI、X2和X3的激光束 的（尤其是波长为M的激光束）高衍射效率，最好通过将区域R1中的第二衍射结构的BD 用衍射级设为偶数级。为了便于制造和抑制由波长变动引起的衍射效率的波动，优选将BD 用衍射级、DVD用衍射级和CD用衍射级均设定为低衍射级。因此，区域R1中的第二衍射结 构满足BD用衍射级、DVD用衍射级和CD用衍射级分别为第二级、第一级和第一级，并且满 足如下条件（7):
[0154] -0? 12〈（入B2「入 1) / 入 1〈0. 12.....(7)。
[0155]图6是表示衍射效率（单位：％ )与条件（7)的值之间的关系的曲线图。在图6 中，纵轴表示衍射效率，横轴表示条件（7)的值。如图6所示，由于满足条件（7)，在具有第 一衍射结构和第二衍射结构的区域R1中，可以避免波长为X1的第一光束的衍射效率劣 化。如果条件（7)的中间项落在条件（7)限定的范围之外，波长为XI的第一光束的衍射 效率变低，这不利于对光盘D1进行良好的信息记录和信息再现。
[0156] 如上所述，在区域R2中，除第一衍射结构之外，还设有与定义第一衍射结构的光 路差函数不同的光路差函数定义的第二衍射结构。区域R2中的第二衍射结构的BD用衍射 级为奇数级，并且满足如下条件（8):
[0157] -0? 28〈m22X((入B22-入1) /入1)〈0? 28.....(8)。
[0158]由于满足条件（8)，在具有第一衍射结构和第二衍射结构的区域R2中，可以避免 波长为A1和A2的激光束的衍射效率劣化。如果条件（8)的中间项落在条件（8)限定的 范围之外，波长为A1的激光束的衍射效率降低，这不利于对光盘D1进行良好的信息记录 和信息再现。
[0159] 为了便于制造和抑制由波长变动引起的衍射效率的波动，区域R2中的第二衍射 结构的BD用衍射级最好是，例如，第三级、第五级和第七级之一。当BD用衍射级为第三级 时，当满足下列条件（9)时，对光盘D1和D2可以得到良好的衍射效率和束斑特性；当BD用 衍射级为第五级时，当满足下列条件（10)时，对光盘D1和D2可以得到良好的衍射效率和 束斑特性；当BD用衍射级为第七级时，当满足下列条件（11)时，对光盘D1和D2可以得到 良好的衍射效率和束斑特性：
[0160]-0? 02〈（入B22-入1)/ 入 1〈0. 08.....(9)，
[0161]-0? 05〈（入B22-入1)/ 入 1〈0. 05.....(10)，
[0162] -0? 03〈（入B22-入1)/ 入 1〈0. 02.....(11)。
[0163]图7是表示衍射效率（单位：％ )与条件（9)的值之间的关系的曲线图。图8是 表示衍射效率（单位：％ )与条件（10)的值之间的关系的曲线图。图9是表示衍射效率 (单位：与条件（11)的值之间的关系的曲线图。图7-图9的纵轴表示衍射效率，图 7_图9的横轴表示条件（9)-(11)的值。在图7中，BD用衍射级、DVD用衍射级和CD用衍 射级分别为第三级、第二级和第一级。在图8中，BD用衍射级、DVD用衍射级和CD用衍射级 分别为第五级、第三级和第二级。在图9中，BD用衍射级、DVD用衍射级和CD用衍射级分别 为第七级、第四级和第三级。
[0164] 如图7和图8所示，当条件（9)和条件（10)的中间项分别小于条件（9)和条件 (10)的下限时，波长为和A2的激光束的衍射效率降低，这不利于对光盘D1和D2进行 良好的信息记录和信息再现。当条件（9)和条件（10)的中间项分别大于条件（9)和条件 (10) 的上限时，波长为A1的激光束的衍射效率降低，这不利于对光盘D1进行良好的信息 记录和信息再现。如图9所示，当条件（11)的中间项小于条件（11)的下限时，波长为入1 的激光束的衍射效率降低，这不利于对光盘D1进行良好的信息记录和信息再现。当条件 (11) 的中间项大于条件（11)的上限时，波长为M和X2的激光束的衍射效率降低，这不 利于对光盘D1和D2进行良好的信息记录和信息再现。 [0165] 区域R1至区域R3的环状区结构可以被看作相移结构。下面，将上述环状区结构 看作相移结构，以另一种表达方式说明物镜10。
[0166] 区域R1中的环状区结构可以被定义为相移结构，该相移结构在多个折射面区中 相邻的折射面区之间的边界处具有对入射光束产生光路差的至少一种台阶（第一台阶）。 应当注意，当相移结构具有多种台阶时，该多种台阶对入射光束产生不同的光路差。当第 k区域的第i台阶产生的光路差被表示为A OPDdt，区域R1中的相移结构满足如下条件 (12) ：
[0167]L03〈|A〇PDn/入 1|〈1.50.....(12)。
[0168] 区域R2中的环状区结构也被定义为具有至少一种台阶（第一台阶）的相移结构。 区域R2中的相移结构满足如下条件（13):
[0169] -0? 38〈| A〇PD12/入11 -1 A〇PDn/入11〈0? 33.....(13)。
[0170] 区域R3中的环状区结构也定义为具有至少一种台阶（第一台阶）的相移结构。区 域R3中的相移结构满足如下条件（14):
[0171] 2L+0. 75〈| A〇PD13/人11〈2L+1. 25.....(14)，
[0172] 其中L为整数。
[0173] 当满足条件（12)-(14)时，物镜10具有足够的衍射效率以对光盘D1至D3进行信 息记录和信息再现，并且可以在光盘D1至D3的记录面上形成良好的束斑。
[0174]当条件（12)的中间项小于条件（12)的下限时，波长为X3的激光束的光使用效 率过低，这是不希望的。当条件（12)的中间项大于条件（12)的上限时，波长为X1的激光 束的光使用效率过低，这是不希望的。
[0175] 当条件（13)的中间项小于条件（13)的下限时，相对于区域R1中波长为X2的激 光束的光传输量而言，区域R2中波长为X2的激光束的光传输量过小。在这种情况下，波 长为A2的激光束的束斑不能减小到适于进行信息记录或信息再现的大小。当条件（13) 的中间项大于条件（13)的上限时，相对于区域R1中波长为X2的激光束的光传输量而言， 区域R2中波长为X2的激光束的光传输量过大。在这种情况下，束斑受超分辨率影响而过 度减小，并且副瓣变大。
[0176]当条件（14)的中间项小于条件（14)的下限时，波长为X1的激光束的光使用效 率过低，这是不希望的。而且，在这种情况下，会产生波长为A2和X3的激光束的不必要 衍射级的光（例如，第〇级的衍射光）增加的问题。当条件（14)的中间项大于条件（14) 的上限时，波长为A1的激光束的光使用效率过低，这是不希望的。而且，在这种情况下，会 产生波长为A2和X3的激光束的不必要衍射级的光（例如，第1级的衍射光）增加的问 题。
[0177] 为了更良好地抑制波长为X1的激光束的光使用效率的降低，并且更良好地保证 波长为A3的激光束的光使用效率，在区域R1中具有第一台阶的相移结构可以满足如下条 件（15):
[0178] 1. 16〈 |A〇PDn/ 入 11〈1. 40.....(15)。
[0179] 为了更良好地保证波长为X1的激光束的光使用效率，区域R3中的相移结构可以 满足如下条件（16):
[0180] 2L+0. 82〈 |A〇PD13/ 入 11〈2L+1. 18.....(16)，
[0181] 其中L为整数。
[0182] 为了得到波长为A2的激光束的良好的束斑特性，区域R2中的相移结构可以满足 如下条件（17):
[0183] -0? 19〈 |A〇PD12/ 入 11 -1A〇PDn/ 入 11〈0? 19.....(17)。
[0184] 除第一台阶之外，在区域R1中还可以设置具有与第一台阶不同的第二台阶的相 移结构，区域R1中的具有第二台阶的相移结构满足如下条件（18):
[0185] 1. 75〈 |A〇PD21/ 入 11〈2. 25.....(18)。
[0186] 当满足条件（18)时，在设置有具有第一台阶和第二台阶的相移结构的区域R1中， 可以更有效地避免波长为A1的激光束的光使用效率的降低。当条件（18)的中间项落在 条件（18)限定的范围之外时，波长为XI的激光束的光使用效率降低，这不利于对光盘D1 进行良好的信息记录和信息再现。
[0187] 为了便于制造和抑制由波长变动引起的衍射效率的波动，区域R3中的相移结构 可以满足如下条件（19):
[0188] 0.83〈|A〇PD13/入 1|〈1. 17.....(19)。
[0189] 除第一台阶之外，在区域R2中还可以设置具有与第一台阶不同的第二台阶的相 移结构，区域R2中的具有第二台阶的相移结构满足如下条件（20):
[0190] 2L+0. 68< |A〇PD22/A11 <2L+1. 32 .....(20)，
[0191] 其中L为整数。
[0192] 当满足条件（20)时，在设置有具有第一台阶和第二台阶的相移结构的区域R2中， 可以更有效地避免波长为A1和A2的激光束的光使用效率的降低。当条件（20)的中间 项落在条件（20)限定的范围之外时，波长为X2的激光束的光使用效率降低，这不利于对 光盘D2进行良好的信息记录和信息再现。
[0193] 为了在使用光盘D1或D2时得到足够的光使用效率和良好的束斑特性，区域R2中 的具有第二台阶的相移结构可以满足如下条件（21)至（23):
[0194] 2. 94< | A〇PD22/A11 <3. 27.....(21)，
[0195] 4. 73〈 | A〇PD22/ 入 11〈5. 27 .....(22)，
[0196] 6. 75<| A〇PD22/A11 <7. 17.....(23)。
[0197] 当条件（21)和（22)的中间项分别小于条件（21)和（22)的下限时，波长为A1 和A2的激光束的光使用效率降低，这不利于对光盘D1和D2进行良好的信息记录和信息 再现。当条件（21)和（22)的中间项分别大于条件（21)和（22)的上限时，波长为XI的 激光束的光使用效率降低，这不利于对光盘D1进行良好的信息记录和信息再现。当条件 (23)的中间项小于条件（23)的下限时，波长为M的激光束的光使用效率降低，这不利于 对光盘D1进行良好的信息记录和信息再现。当条件（23)的中间项大于条件（23)的上限 时，波长为A1和A2的激光束的光使用效率降低，这不利于对光盘D1和D2进行良好的信 息记录和信息再现。
[0198] 为了良好地校正使用光盘D1时产生的色差，物镜10可以满足如下条件（24):
[0199]35 彡vd彡 80 .....(24)，
[0200] 其中vd表示物镜10在d线的阿贝数。
[0201] 为了关于BD用衍射级、DVD用衍射级和CD用衍射级均得到更高的衍射效率，物镜 10可以满足如下条件（25):
[0202] 0. 4< (A1/ (n3-l)) / (A3/ (nl-1)) <0. 6.....(25)，
[0203] 其中，nl和n3分别表示A1和A3的折射率。当在图26所示的光学部件91上 设置环状区结构时，使光学部件91满足条件（25)。
[0204] 下面，说明安装有物镜10的光学信息记录/再现装置100的六个具体实施例（第 一实施例至第六实施例）。第一实施例至第六实施例的光学信息记录/再现装置1〇〇具有 如图1所示的总体结构。第一实施例至第六实施例的物镜10具有如图2A和图2B的总体 结构。第一实施例至第六实施例的光学部件的形状差异极小，在附图的比例尺下无法表现 出来。所以，参照图1说明第一实施例至第三实施例的光学信息记录/再现装置100的总 体结构，参照图2A和图2B说明第一实施例至第六实施例的物镜10的结构。
[0205] 第一实施例
[0206] 下面，说明光学信息记录/再现装置100的第一实施例。下列表1表示第一实施 例的光学信息记录/再现装置100上安装的物镜10的规格。具体讲，表1表示物镜10的 使用波长、焦距、NA和放大倍率。对第一实施例中表格的各种定义也适用于其他实施例中 的表格。
[0207]表1 :
[0209] 如表1中的放大倍率所示，在光学信息记录/再现装置100中，用于光盘D1、D2和 D3的激光束分别作为准直光束入射到物镜10上。因此，可以防止当物镜10因跟踪操作而 被移动时产生轴外像差。
[0210] 下列表2至表4表示对光学信息记录/再现装置100中的物镜10以及位于物镜 10下游的光学部件的参数值。具体讲，表2表示使用光盘D1时的参数值。表3表示使用光 盘D2时的参数值。表4表示使用光盘D3时的参数值。
[0211] 表2:
[0212]
[0217] 在表2至表4中，表面编号" 1 (第一区域）"表示物镜10的第一表面10a上的区 域R1，表面编号" 1 (第二区域）"表示物镜10的第一表面l〇a上的区域R2,表面编号" 1 (第 三区域）"表示物镜10的第一表面l〇a上的区域R3,表面编号"2"表示物镜10的第二表面 l〇b，表面编号"3"表示所使用的光盘的保护层表面，表面编号"4"表示所使用的光盘的记 录面。在表2至表4中，"r"表示各个光学表面的曲率半径（单位：mm)，"d"表示光学部件 的厚度或者从各个光学表面到下一个光学表面之间的距离（单位：mm)，"n(XXnm) "表示波 长为括号内的值时的折射率。对于非球面，"r"表示光轴上的曲率半径。
[0218] 物镜10的第一表面10a(即，编号为" 1 (第一区域）"的表面、编号为" 1 (第二区 域）"的表面或编号为" 1 (第三区域）"的表面）和第二表面l〇b均为非球面。各个非球面 均被优化设计为对光盘D1至D2均进行信息记录和信息再现。下列表5表示每个非球面的 锥度系数k和非球面系数A4、A6、…。在表5中，符号"E"表示10的幂具有E右边的数字 表示的次数（例如，"E-04"表示"X1(T4"）。
[0219]表 5 :
[0220]
[0221] 在第一实施例的物镜10的第一表面10a上，在距离光轴的高度不超过h(即有效 半径）的范围内形成区域Rl、R2和R3,h的取值如下：
[0222] 区域 R1 :0? 000 彡h彡 1. 135 ;
[0223]区域 R2 :1. 135〈h彡 1. 415 ;
[0224]区域 R3 :1. 415〈h彡 1. 870。
[0225] 区域R1是有助于对波长为M、A2和A3的激光束均进行聚集的公共区域。区 域R2有助于聚集波长为A1和A2的激光束，而不聚集波长为A3的激光束。换言之，区 域R2用作波长为X3的激光束的孔径光阑。光盘D1需要最大的数值孔径，区域R3是保证 光盘D1所需要的数值孔径的区域。即，区域R3有助于聚集波长为XI的激光束，而对波长 为A2和A3的激光束均不进行聚集。换言之，区域R3用作波长为A2和A3的激光束的 孔径光阑。
[0226] 如上所述，因为区域R1至R3具有互不相同的功能，所以，区域R1至R3分别具有 独特的衍射结构（即，独特的相移结构）。下列表6表示对物镜10的第一表面10a上的区 域Rl、R2和R3中的衍射结构分别进行定义的光路差函数的系数。下列表7表示BD用衍 射级、DVD用衍射级、CD用衍射级和闪耀波长。在表6和表7中，符号"1 (第一区域）（1) "、 " 1 (第一区域）（2) "、" 1 (第二区域）（1) "、" 1 (第二区域）（2) "和" 1 (第三区域）"分别表示 区域R1中的第一衍射结构的系数、区域R1中的第二衍射结构的系数、区域R2中的第一衍 射结构的系数、区域R2中的第二衍射结构的系数和区域R3中的第一衍射结构的系数。符 号"1(第一区域）（1)"、"1(第一区域）（2)"、"1(第二区域）（1)"、"1(第二区域）⑵"和 "1 (第三区域）"分别对应于区域R1中第一台阶、区域R1中的第二台阶、区域R2中的第一 台阶、区域R2中的第二台阶和区域R3中的第一台阶。
[0227]表 6 :
[0228]
[0229]表 7 :
[0231] 下列表8至表10表示区域R1至R3中形成的环状区结构的具体数值。在表8至 表10中，环状区编号从光轴侧开始依序分配给各环状区。各环状区的宽度用距离光轴的高 度hmin(最小高度）和hmax(最大高度）表示。在表8至表10中，还表示了在相邻的环 状区之间定义的光路差A〇PDn/M、A〇PD21/M、A〇PD12/M、A〇PD22/M、A〇PD32/入 1、 A〇PD13/ 人 1 和A〇PD23/ 入 1。
[0232] 如表8至表10所示，区域R1具有两种台阶，区域R2具有三种台阶，区域R3具有 两种台阶。区域R2中的第三台阶对应于区域R1与区域R2之间的边界位置处的台阶，区域 R3中的第二台阶对应于区域R2与区域R3之间的边界位置处的台阶。在各区域之间的边界 处形成的上述台阶（即，区域R2中的第三台阶或区域R3中的第二台阶）不同于相应区域 中的其他台阶这一事实，对衍射效率的变化没有影响。因此，在表6和表7中没有示出作为 衍射结构的区域R2中的第三台阶和区域R3中的第二台阶的参数值。
[0233]表 8 :
[0234]第一区域（R1):
[0235]
[0236]
[0237]表9 :
[0238]第二区域（R2):
[0239]
[0241]表10 :
[0242] 第三区域（R3):
[0243]
[0244]
[0245]
[0246] 第二实施例
[0247] 下面，说明光学信息记录/再现装置100的第二实施例。除了闪耀波长之外，第二 实施例的物镜10与第一实施例的物镜10具有相同的参数值。因此，关于第二实施例的物 镜10的规格，比如，第二实施例中分别使用光盘D1至D3时的光学信息记录/再现装置100 的参数值，各个非球面的形状，以及光路差函数的系数，可参照第一实施例的表1至表6。
[0248] 下列表11表示BD用衍射级、DVD用衍射级、⑶用衍射级和闪耀波长。
[0249] 表 11:
[0250]
[0251] 下列表12至表14表示区域R1至R3中形成的环状区结构的具体数值。
[0252]表12 :
[0253] 第一区域（R1):
[0256]表 13 :
[0257]第二区域（R2):
[0258]
[0260]表 14 :
[0261] 第三区域（R3):
[0262]
[0263]
[0264]
[0265] 第三实施例
[0266] 下面，说明光学信息记录/再现装置100的第三实施例。下列表15表示第三实施 例的光学信息记录/再现装置100上安装的物镜10的规格。
[0267]表15 :
[0269]在第三实施例中，示出了各激光束从光源朝光盘前行的光路上布置的光学部件的 参数值。图10A表示当使用光盘D1时定义的展开光路，图10B表示当使用光盘D2时定义的 展 开光路，图10C表示当使用光盘D3时定义的展开光路。下列表16至表18表示各个光路 上布置的光学部件的参数值。具体讲，表16表示当使用光盘D1时的参数值，表17表示当 使用光盘D2时的参数值，表18表示当使用光盘D3时的参数值。在各个表17至表19中， 表面编号对应于最右边的列中表不的光学部件的光学表面。应当注意，物镜的第一表面l〇a 和第二表面l〇b在表16以及表17中被分别定义为编号为"9"的表面和编号为"10"的表 面，在表18中分别被定义为编号为"7"的表面和编号为"8"的表面。这是因为在使用光盘 D1或光盘D2的情形与使用光盘D3的情形之间，光学表面的编号不同。
[0270]表 16 :
[0277] 耦合透镜（3A、3B、3C)的第二表面（表面编号为4)、物镜10的第一表面10a和物 镜10的第二表面l〇b均为非球面。下列表19至表21表示每个非球面的锥度系数k和非 球面系数~、怂、…。具体讲，表19表示当使用光盘D1时的系数，表20表示当使用光盘D2 时的系数，表21表示当使用光盘D3时的系数。因为物镜10的数值在表19至表21中相同， 所以，表19中表示的第一表面10a和第二表面10b的系数在表20和表21中省略。
[0278] 表 19 :
[0280]表 20 :
[0284] 在第三实施例的物镜10的第一表面10a上，在距离光轴的高度不超过h(即有效 半径）的范围内形成区域Rl、R2和R3,h的取值如下：
[0285]区域R1 :0? 000 彡h彡 1. 330 ;
[0286]区域R2 :1. 330〈h彡 1. 670 ;
[0287]区域R3 :1. 670〈h彡 2. 210。
[0288] 区域R1至区域R3的功能实质上与第一实施例中的相同。下列表22表示定义物 镜10的第一表面l〇a上的区域R1、R2和R3中的衍射结构的光路差函数的系数。下列表23 表示BD用衍射级、DVD用衍射级、CD用衍射级和闪耀波长。
[0289]表 22 :
[0291]表 23:
[0292]
[0294] 下列表24至表26表示区域R1至R3中形成的环状区结构的具体数值。在第三实 施例中，区域R1具有三种台阶，区域R2具有四种台阶，区域R3具有两种台阶。在区域R1和 区域R2中，因为第一台阶和第二台阶在第三台阶的位置处极度靠近，所以通过将第一台阶 和第二台阶叠加在一起形成第三台阶。区域R2中的第四台阶对应于区域R1与区域R2之 间的边界位置处的台阶，区域R3中的第二台阶对应于区域R2与区域R3之间的边界位置处 的台阶。区域R1中的第三台阶、区域R2中的第三台阶和第四台阶以及区域R3中的第二台 阶不同于相应区域中的其他台阶这一事实，对衍射效率的变化没有影响。因此，在表22和 表23中没有示出作为衍射结构的区域R1中的第三台阶、区域R2中的第三台阶和第四台阶 以及区域R3中的第二台阶的数值。
[0295]表 24 :
[0296] 第一区域（R1):
[0297]
[0298]
[0300]表 25 :
[0301]第二区域（R2):
[0303]表 26 :
[0304] 第三区域（R3):
[0306]
[0307]
[0308]
[0309] 第四实施例
[0310] 下面，说明光学信息记录/再现装置的第四实施例。图11是概括表示根据第四实 施例的光学信息记录/再现装置200的结构的模块图。光学信息记录/再现装置200包括： 发射波长为A1的激光束的光源1D，发射波长为A2和A3的激光束的光源1E，衍射格栅 2D和2E，耦合透镜3D和3E，分束器43,以及物镜10。在图11中，点划线表示光学信息记录 /再现装置200的基准轴AX。在图11中，实线表示的激光束是波长为A1的激光束，虚线 表示的激光束是波长为A2的激光束，点线表示的激光束是波长为A3的激光束。
[0311] 图12A至12C表示第四实施例的光学信息记录/再现装置200中的展开光路。具 体讲，图12A表示当使用光盘D1时定义的展开光路，图12B表示当使用光盘D2时定义的展 开光路，图12C表示当使用光盘D3时定义的展开光路。如图12A所示，光源1D发射的波长 为A1的激光束通过耦合透镜3D、分束器43和物镜10,并聚集在光盘D1的记录面附近。如 图12B和12C所示，由光源1E发射的波长分别为X2和X3的激光束通过耦合透镜3E、分 束器43和物镜10,并分别聚集在光盘D2和D3的记录面附近。在各个激光束在相应光盘的 记录面上形成束斑之后，各个激光束沿与其朝光盘行进的光路相同的光路返回，并经由半 透镜（未示出）被感光器检测。如上所述，通过使波长为A2和X3的激光束共用光路，第 四实施例的光学信息记录/再现装置200尺寸紧凑且成本低。
[0312] 如上所述，光盘D1至D3需要的物镜10的数值孔径各不相同，因此，光学信息记录 /再现装置200可以设有孔径光阑（未示出），用于分别限制波长为XI、X2和X3的激光 束的光束直径。
[0313] 下列表27表示第四实施例的光学信息记录/再现装置200上安装的物镜10的规 格。
[0314]表 27:
[0316] 如表27中的放大倍率M的值所示，在光学信息记录/再现装置200中，各个激光 束作为准直光束或发散程度低的发散光束入射到光盘上。采用这种设置，当物镜10因跟踪 操作而被移动时产生的轴外像差可以被抑制在较低水平。下列表28至表30表示光学信息 记录/再现装置200的参数值。具体讲，表28表示使用光盘D1时的参数值，表29表示使 用光盘D2时的参数值，表30表示使用光盘D3时的参数值。
[0317] 表 28:
[0319] 表 29:
[0320]
[0323] 親合透镜的第二表面（表面编号为4)、物镜10的第一表面10a和物镜10的第二 表面10b均为非球面。下列表31和表32表示每个非球面的锥度系数k和非球面系数A4、 A6、…。具体讲，表31表示当使用光盘D1时的系数，表32表示当使用光盘D2或D3时的 系数。因为物镜10的数值在表31和表32中相同，所以，表31中表示的第一表面10a和第 二表面10b的系数在表32中省略。
[0324]表 31:
[0325]
[0329] 在第四实施例的物镜10的第一表面10a上，在距离光轴的高度不超过h(即有效 半径）的范围内形成区域Rl、R2和R3,h的取值如下：
[0330]区域R1 :0? 000 彡h彡 1. 130 ;
[0331]区域R2 :1. 130〈h彡 1. 405 ;
[0332]区域R3 :1. 405〈h彡 1. 870。
[0333] 区域R1至区域R3的功能实质上与第一实施例中的相同。下列表33表示对物镜 10的第一表面l〇a上的区域R1、R2和R3中的衍射结构分别进行定义的光路差函数的系数。 下列表34表示BD用衍射级、DVD用衍射级、CD用衍射级和闪耀波长。
[0334]表 33 :
[0335]
[0339] 下列表35至表37表示区域R1至R3中形成的环状区结构的具体数值。在第四实 施例中，区域R1具有两种台阶，区域R2具有三种台阶，区域R3具有两种台阶。鉴于与第一 实施例中说明的相同的原因，表33和表34省略了作为衍射结构的区域R2中的第三台阶和 区域R3中的第二台阶的数值。
[0340]表 35 :
[0341]第一区域（R1):
[0342]
[0343]
[0344]表36 :
[0345]第二区域（R2):
[0347]表37 :
[0348] 第三区域（R3):
[0350]
[0351]
[0352]
[0353] 第五实施例
[0354] 下面，说明光学信息记录/再现装置的第五实施例。图13是概括表示根据第五实 施例的光学信息记录/再现装置300的结构的模块图。光学信息记录/再现装置300包括： 发射波长为A1、A2和A3的激光束的光源1F，衍射格栅2F，耦合透镜3F，以及物镜10。 在图13中，点划线表示光学信息记录/再现装置300的基准轴AX。在图13中，实线表示的 激光束是波长为A1的激光束，短划线表示的激光束是波长为A2的激光束，点线表示的激 光束是波长为A3的激光束。
[0355] 图14A至14C表示第五实施例的光学信息记录/再现装置300中的展开光路。具 体讲，图14A表示当使用光盘D1时定义的展开光路，图14B表示当使用光盘D2时定义的展 开光路，图14C表示当使用光盘D3时定义的展开光路。如图14A至14C所示，光源1F发射 的波长为X1、X2和A3的激光束通过耦合透镜3F和物镜10,并聚集在光盘D1至D3中 相应光盘的记录面附近。在各个激光束在相应光盘的记录面上形成束斑之后，各个激光束 沿与其朝光盘行进的光路相同的光路返回，并经由半透镜（未示出）被感光器检测。如上 所述，通过使波长为M、A2和X3的激光束共用光路，第五实施例的光学信息记录/再现 装置300尺寸紧凑且成本低。
[0356] 如上所述，光盘D1至D3需要的物镜10的数值孔径各不相同，因此，光学信息记录 /再现装置300可以设有孔径光阑（未示出），用于分别限制波长为XI、X2和X3的激光 束的光束直径。
[0357] 下列表38表示第五实施例的光学信息记录/再现装置300上安装的物镜10的规 格。
[0358]表 38:
[0360] 如表38中的放大倍率M的值所示，在光学信息记录/再现装置300中，各个激光 束作为准直光束或发散程度低的发散光束入射到光盘上。采用这种设置，当物镜10因跟踪 操作而被移动时产生的轴外像差可以被抑制在较低水平。下列表39至表41表示光学信息 记录/再现装置300的参数值。具体讲，表39表示使用光盘D1时的参数值，表40表示使 用光盘D2时的参数值，表41表示使用光盘D3时的参数值。
[0361]表 39 :
[0367]
[0368] 親合透镜的第二表面（表面编号为4)、物镜10的第一表面10a和物镜10的第二 表面10b均为非球面。下列表42表示每个非球面的锥度系数k和非球面系数A4、A6、…。
[0369]表 42:
[0371] 在第五实施例的物镜10的第一表面10a上，在距离光轴的高度不超过h(即有效 半径）的范围内形成区域Rl、R2和R3,h的取值如下：
[0372]区域R1 :0? 000 彡h彡 1. 200;
[0373]区域R2 :1. 200〈h彡 1. 495 ;
[0374]区域R3 :1. 495〈h彡 1. 870。
[0375] 区域R1至区域R3的功能实质上与第一实施例中的相同。下列表43表示对物镜 10的第一表面l〇a上的区域R1、R2和R3中的衍射结构分别进行定义的光路差函数的系数。 下列表44表示BD用衍射级、DVD用衍射级、CD用衍射级和闪耀波长。
[0376]表 43 :
[0378]
[0381] 下列表45至表47表示区域R1至R3中形成的环状区结构的具体数值。在第五实 施例中，区域R1具有三种台阶，区域R2具有四种台阶，区域R3具有两种台阶。鉴于与第三 实施例中说明的相同的原因，表43和表44省略了作为衍射结构的区域R1中的第三台阶、 区域R2中的第三台阶和第四台阶、以及区域R3中的第二台阶的数值。
[0382]表 45 :
[0383] 第一区域（R1):
[0384]
[0385]
[0386]
[0387]表46 :
[0388]第二区域（R2):
[0389]
[0390]
[0391]表 47:
[0392] 第三区域（R3):
[0393]
[0394]
[0395]
[0396] 第六实施例
[0397] 下面，说明光学信息记录/再现装置的第六实施例。除了闪耀波长之外，第六实施 例的物镜10与第五实施例的物镜10具有相同的参数值。因此，关于第六实施例的物镜10 的规格，比如在第六实施例中使用光盘D1至D3时的光学信息记录/再现装置100的参数 值，各个非球面的形状，以及光路差函数的系数，可参照第五实施例的表38至表43。
[0398] 下列表48表示BD用衍射级、DVD用衍射级、⑶用衍射级和闪耀波长。
[0399]表 48 :
[0401] 下列表49至表51表示区域R1至R3中形成的环状区结构的具体数值。
[0402]表 49 :
[0403] 第一区域（R1):
[0404]
[0405]
[0406]
[0407]表50 :
[0408]第二区域（R2):
[0409]
[0410]
[0411]表 51 :
[0412] 第三区域（R3):
[0413]
[0414]
[0415]
[0416] 下面，将第一实施例至第六实施例与比较例进行比较，以评价第一实施例至第六 实施例的光学信息记录/再现装置进行信息记录和信息再现时的光学性能。除了区域R1 中的第一光路差函数的闪耀波长之外，比较例的物镜与第一实施例的物镜10具有实质上 相同的参数值。
[0417] 下列表52表示第一实施例至第六实施例以及比较例的条件⑴至（25)的值、第 一实施例至第六实施例以及比较例的光盘D1至D3上分别形成的束斑的半径、以及第一实 施例至第六实施例和比较例中的光使用效率。
[0418]表 52 :
[0420]
[0421] 图15A和15B是对理想束斑与第一实施例中形成的束斑进行比较的曲线图。图 16A和16B是对理想束斑与比较例中形成的束斑进行比较的曲线图。在图15A、图15B、图 16A和图16B中，实线代表第一实施例和比较例中形成的束斑的半径之内的光强分布，点划 线表示理想束斑的半径之内的光强分布。图17A和17B是表示第二实施例中形成的束斑的 光强分布的曲线图，图18A和18B是表示第三实施例中形成的束斑的光强分布的曲线图，图 19A和19B是表不第四实施例中形成的束斑的光强分布的曲线图，图20A和20B是表不第五 实施例中形成的束斑的光强分布的曲线图，图21A和21B是表不第六实施例中形成的束斑 的光强分布的曲线图。在图15A至图21B的每幅图中，纵轴表示光强，横轴表示距束斑中央 的距离（单位：臟）。图154、164、174、184、19八、2(^和2认表示光盘01的记录面上形成的 束斑的半径之内的光强分布。图15B、16B、17B、18B、19B、20B和21B表示光盘D2的记录面 上形成的束斑的半径之内的光强分布。应当注意，每个束斑实际上具有绕距离为〇处（束 斑中央）的轴旋转每一幅曲线图所得到的光强分布。
[0422] 如表52所示，第一实施例至第六实施例满足条件（1)-(3)或条件（12)-(14)。因 此，可以得到对每个光盘进行信息记录或信息再现的足够的衍射效率，并且在每个光盘的 记录面上可以形成接近理想束斑 大小的束斑。而且，如图15A和15B(或者图17A至21B) 所示，在光盘D1和光盘D2上分别形成的束斑相对于理想束斑不会过度减小，并且充分抑制 了副辦。
[0423] 相反，比较例不满足条件⑴和（2)，也不满足条件（12)和（13)。因此，不可能保 证波长为A1的激光束有足够的衍射效率，并且光盘D1的记录面上形成的束斑的特性的劣 化加剧。而且，如图16A和16B所不，在光盘D1和光盘D2的记录面上分别形成的束斑相对 于理想束斑过度减小，并且副瓣变大。尤其是，当使用光盘D1时由超分辨率引起的束斑特 性的劣化加剧。
[0424] 图22A至22C是表示第一实施例或第二实施例中产生的球面像差图。具体讲，图 22A表示NA1 ( = 0. 85)时在光盘D1的记录面上产生的球面像差，图22B表示NA2 ( = 0. 60) 时在光盘D2的记录面上产生的球面像差，图22C表示NA3 ( = 0. 47)时在光盘D3的记录面 上产生的球面像差。
[0425] 图23A至23C是表示第三实施例中产生的球面像差图。具体讲，图23A表示NA1 (= 0. 85)时在光盘D1的记录面上产生的球面像差，图23B表示NA2 ( = 0. 60)时在光盘D2的 记录面上产生的球面像差，图23C表示NA3 ( = 0. 47)时在光盘D3的记录面上产生的球面 像差。
[0426] 图24A至24C是表示第四实施例中产生的球面像差图。具体讲，图24A表示NA1 (= 0. 85)时在光盘D1的记录面上产生的球面像差，图24B表示NA2 ( = 0. 60)时在光盘D2的 记录面上产生的球面像差，图24C表示NA3 ( = 0. 47)时在光盘D3的记录面上产生的球面 像差。
[0427] 图25A至25C是表示第五实施例或第六实施例中产生的球面像差图。具体讲，图 25A表示NA1 ( = 0. 85)时在光盘D1的记录面上产生的球面像差，图25B表示NA2 ( = 0. 60) 时在光盘D2的记录面上产生的球面像差，图25C表示NA3 ( = 0. 47)时在光盘D3的记录面 上产生的球面像差。
[0428] 在图22A至25B中，纵轴表不光瞳坐标，横轴表不球面像差的量（单位：mm)。在图 22A至25B中，实线代表波长为设计波长时的球面像差，点线表示的曲线代表当波长偏离设 计波长+5nm时引起的球面像差。在球面像差图中未考虑闪耀波长。因此，由于第一实施例 与第二实施例（或者第五实施例与第六实施例）除闪耀波长之外的参数值均相同，第一实 施例与第二实施例（或者第五实施例与第六实施例）使用相同的球面像差图。
[0429] 如图22A至25C以及表52所示，在对光盘D1至D3分别校正球面像差的同时，第 一实施例至第六实施例均能得到对光盘D1至D3分别进行信息记录或信息再现的足够的衍 射效率以及良好的束斑特性。应当注意，如表52所示，第一实施例至第六实施例还满足除 条件⑴至⑶或条件（12)至（14)之外的条件。因此，通过满足除条件⑴至（3)或条 件（12)至（14)之外的条件，第一实施例至第六实施例还可以达到进一步的效果。
[0430] 尽管参照一些【具体实施方式】相当详细地说明了本发明，但也可以有其他实施方 式。
【主权项】
1. 一种用于光学信息记录/再现装置的物镜光学系统，所述光学信息记录/再现装置 通过选择使用分别具有第一波长、第二波长和第三波长的第一光束、第二光束和第三光束 这三种光束，将信息分别记录在记录密度不同的第一光盘、第二光盘和第三光盘这三种光 盘上，或者分别从该三种光盘再现信息， 当Al表示所述第一波长，X2表示所述第二波长，X3表示所述第三波长时，所述第一 波长、第二波长和第三波长满足如下条件： 入1〈入2〈入3， 入1、入2和入3的单位为nm， 当tl表示使用所述第一光束进行信息记录或信息再现的所述第一光盘的保护层厚 度，t2表示使用所述第二光束进行信息记录或信息再现的所述第二光盘的保护层厚度，t3 表示使用所述第三光束进行信息记录或信息再现的所述第三光盘的保护层厚度时，tl、t2 和t3满足如下条件： tl〈t2〈t3,以及 t3_tl^ 1. 0， tl、t2和t3的单位为mm， 当NAl表示所述第一光盘的信息记录或信息再现所需要的数值孔径，NA2表示所述第 二光盘的信息记录或信息再现所需要的数值孔径，NA3表示所述第三光盘的信息记录或信 息再现所需要的数值孔径时，NA1、NA2和NA3满足如下条件： NA1>NA2>NA3， 所述物镜光学系统包括物镜， 其中： 所述物镜光学系统的至少一个光学表面包括由如下光路差函数定义的衍射结构的衍 射表面： 巾ik(h) = (Pik2Xh2+Pik4Xh4+Pik6Xh6+Pik8Xh8+Pikl0Xh10+Pikl2Xh12)mik入其中，h表示距离光轴的高度，h的单位为mm，Pik2、Pik4、Pik6…表示第k区域的第i光路 差函数的二阶、四阶、六阶光路差系数，i、k为自然数，mu表示使入射光束的衍射效率关于 第k区域的第i光路差函数最大化的衍射级，X表示所述入射光束的使用波长，X的单位 为nm; 所述衍射表面包括第一区域，其将所述第一光束、第二光束和第三光束分别聚集在所 述第一光盘、第二光盘和第三光盘的记录面； 所述第一区域包括由第一光路差函数定义的衍射结构，第一光路差函数定义成分别使 所述第一光束、第二光束和第三光束的衍射效率分别最大化的衍射级为第一级； 当XBik表示所述第k区域的第i光路差函数的闪耀波长时，所述第一区域的所述衍射 结构满足如下条件： 0? 03〈（入Bn-入1) /入1〈0. 40 .....(1)， 所述衍射表面包括位于所述第一区域外部的第二区域，所述第二区域将所述第一光束 和第二光束分别聚集在所述第一光盘和第二光盘的所述记录面，但不聚集所述第三光束； 所述第二区域包括由第一光路差函数定义的衍射结构，第一光路差函数定义成使所述 第一光束和第二光束的衍射效率分别最大化的衍射级为第一级； 所述第二区域的所述衍射结构满足如下条件： -0? 35〈（入B12-入B11) / 入 1〈0. 35 .....(2)， 所述衍射表面包括位于所述第二区域外部的第三区域，所述第三区域将所述第一光束 聚集在所述第一光盘的所述记录面，但不聚集所述第二光束和第三光束； 所述第三区域包括由第一光路差函数定义的衍射结构； 所述第三区域中的所述衍射结构满足如下条件： -0? 23〈m13X((入B13-入 1) / 入 1)〈0? 23 .....(3)。2. 根据权利要求1所述的物镜光学系统，其中， 所述衍射表面的所述第一区域满足如下条件： 0? 14〈（入 Bn-入 1) / 入 1〈0. 37 .....(4) 〇3. 根据权利要求1所述的物镜光学系统，其中， 所述衍射表面的所述第三区域满足如下条件： -0? 14〈m13X((入B13-入1) /入1)〈0? 14 .....(5)〇4. 根据权利要求1所述的物镜光学系统，其中， 所述衍射表面的所述第二区域满足如下条件： -0? 17〈（入 B12-入B11) / 入 1〈0. 17 .....(6) 〇5. 根据权利要求1-4中任一项所述的物镜光学系统， 其中： 所述衍射表面的所述第一区域还包括由第二光路差函数定义的衍射结构，第二光路差 函数定义成使所述第一光束、第二光束和第三光束的衍射效率最大化的衍射级分别为第二 级、第一级和第一级；以及 所述衍射表面满足以下条件： -0? 12〈（入B2「入 1) / 入 1〈0. 12 .....(7)。6. 根据权利要求1所述的物镜光学系统， 其中： 所述衍射表面的所述第二区域还包括由第二光路差函数定义的衍射结构，第二光路差 函数定义成使所述第一光束的衍射效率最大化的衍射级为奇数级；以及 所述衍射表面满足以下条件： -0? 28〈m22X((入B22-入 1) / 入 1)〈0? 28 .....(8)。7. 根据权利要求1所述的物镜光学系统，包括独立于所述物镜设置的光学部件， 其中，所述光学部件的至少一个表面具有所述衍射表面。8. 根据权利要求1所述的物镜光学系统， 其中，所述物镜的至少一个表面具有所述衍射表面。9. 根据权利要求1所述的物镜光学系统， 其中，所述物镜光学系统满足如下条件： 35 彡Vd彡 80 .....(24)， 其中vd表示所述物镜在d线的阿贝数。10. -种光学信息记录/再现装置，所述光学信息记录/再现装置通过选择使用分别具 有第一波长、第二波长和第三波长的第一光束、第二光束和第三光束这三种光束，将信息分 别记录在记录密度不同的第一光盘、第二光盘和第三光盘这三种光盘上，或者分别从该三 种光盘再现信息， 当Al表示所述第一波长，X2表示所述第二波长，X3表示所述第三波长时，所述第一 波长、第二波长和第三波长满足如下条件： 入1〈入2〈入3， 入1、入2和入3的单位为nm， 当tl表示使用所述第一光束进行信息记录或信息再现的所述第一光盘的保护层厚 度，t2表示使用所述第二光束进行信息记录或信息再现的所述第二光盘的保护层厚度，t3 表示使用所述第三光束进行信息记录或信息再现的所述第三光盘的保护层厚度时，tl、t2 和t3满足如下条件： tl^ 0. 1 ； t2 ~ 0. 6 ;以及 t3 ~ 1. 2， tl、t2和t3的单位为mm， 当NAl表示所述第一光盘的信息记录或信息再现所需要的数值孔径，NA2表示所述第 二光盘的信息记录或信息再现所需要的数值孔径，NA3表示所述第三光盘的信息记录或信 息再现所需要的数值孔径时，NA1、NA2和NA3满足如下条件： NA1>NA2>NA3， 所述光学信息记录/再现装置包括： 光源，其分别发射所述第一光束和第三光束； 至少一个耦合透镜，其变换所述第一光束、第二光束和第三光束的发散程度或聚集程 度；以及 具有物镜的物镜光学系统， 其中： 所述物镜光学系统的至少一个光学表面包括由如下光路差函数定义的衍射结构的衍 射表面： 巾ik(h) = (Pik2Xh2+Pik4Xh4+Pik6Xh6+Pik8Xh8+Pikl0Xh10+Pikl2Xh12)mik入其中，h表示距离光轴的高度，h的单位为mm，Pik2、Pik4、Pik6…表示第k区域的第i光路 差函数的二阶、四阶、六阶光路差系数，i、k为自然数，mu表示使入射光束的衍射效率关于 第k区域的第i光路差函数最大化的衍射级，X表示所述入射光束的使用波长，X的单位 为nm; 所述衍射表面包括第一区域，其将所述第一光束、第二光束和第三光束分别聚集在所 述第一光盘、第二光盘和第三光盘的记录面； 所述第一区域包括由第一光路差函数定义的衍射结构，第一光路差函数定义成分别使 所述第一光束、第二光束和第三光束的衍射效率最大化的衍射级为第一级； 当XBik表示所述第k区域的第i光路差函数的闪耀波长时，所述第一区域的所述衍射 结构满足如下条件： 0? 03〈（入Bn-入1) /入1〈0. 40 .....(1)， 所述衍射表面包括位于所述第一区域外部的第二区域，所述第二区域将所述第一光束 和第二光束分别聚集在所述第一光盘和第二光盘的所述记录面，但不聚集所述第三光束； 所述第二区域包括由第一光路差函数定义的衍射结构，第一光路差函数定义成使所述 第一光束和第二光束的衍射效率分别最大化的衍射级为第一级； 所述第二区域的所述衍射结构满足如下条件： -0? 35〈（入B12-入B11) / 入 1〈0. 35 .....(2)， 所述衍射表面包括位于所述第二区域外部的第三区域，所述第三区域将所述第一光束 聚集在所述第一光盘的所述记录面，但不聚集所述第二光束和第三光束； 所述第三区域包括由第一光路差函数定义的衍射结构； 所述第三区域的所述衍射结构满足如下条件： -0? 23〈m13X((入B13-入 1) / 入 1)〈0? 23 .....(3)。11. 根据权利要求10所述的光学信息记录/再现装置， 其中，当nl和n3分别表不所述物镜对所述第一波长和第三波长的折射率时，所述光学 信息记录/再现装置满足如下条件： 0. 4< (AI/ (n3-l)) / (A3/ (nl-1)) <0. 6 .....(25) 〇12. 根据权利要求10所述的光学信息记录/再现装置， 其中，所述衍射表面的所述第一区域满足如下条件： 0? 14〈（入 Bn-入 1) / 入 1〈0. 37 .....(4) 〇13. 根据权利要求10所述的光学信息记录/再现装置， 其中，所述衍射表面的所述第三区域满足如下条件： -0? 14〈m13X((入B13-入1) /入1)〈0? 14 .....(5)〇14. 根据权利要求10所述的光学信息记录/再现装置， 其中，所述衍射表面的所述第二区域满足如下条件： -0? 17〈（入 B12-入B11) / 入 1〈0. 17 .....(6) 〇15. 根据权利要求10至14中任意一项所述的光学信息记录/再现装置， 其中： 所述衍射表面的所述第一区域还包括由第二光路差函数定义的衍射结构，第二光路差 函数定义成使所述第一光束、第二光束和第三光束的衍射效率最大化的衍射级分别为第二 级、第一级和第一级；并且 所述衍射表面满足以下条件： -0? 12〈（入B2「入 1) / 入 1〈0. 12 .....(7)。16. 根据权利要求10所述的光学信息记录/再现装置， 其中： 所述衍射表面的所述第二区域还包括由第二光路差函数定义的衍射结构，第二光路差 函数定义成使所述第一光束的衍射效率最大化的衍射级为奇数级；并且 所述衍射表面满足以下条件： -0? 28〈m22X((入B22-入 1) / 入 1)〈0? 28 .....(8)。17. 根据权利要求10所述的光学信息记录/再现装置， 其中： 所述物镜光学系统包括独立于所述物镜设置的光学部件；并且 所述光学部件的至少一个表面具有所述衍射表面。18. 根据权利要求10所述的光学信息记录/再现装置， 其中，所述物镜的至少一个表面具有所述衍射表面。19. 根据权利要求10所述的光学信息记录/再现装置， 其中，所述物镜光学系统满足如下条件： 35 彡Vd彡 80 .....(24)， 其中vd表示所述物镜在d线的阿贝数。
【专利摘要】一种用于光学信息记录/再现装置的物镜光学系统，物镜光学系统的至少一个光学表面包括衍射表面，衍射表面包括第一区域、第二区域和第三区域；第一区域有助于聚集第一光束、第二光束和第三光束，并且包括使第一光束、第二光束和第三光束的使用衍射级为第一级并且满足条件0.03<(λB11-λ1)/λ1<0.40的衍射结构；第二区域有助于仅聚集第一光束和第二光束，并且包括使用衍射级为第一级并且满足条件-0.35<(λB12-λB11)/λ1<0.35的衍射结构；第三区域仅有助于聚集第一光束，并且包括使第一光束的使用衍射级为奇数级并且满足条件-0.23<m13×((λB13-λ1)/λ1)<0.23的衍射结构。
【IPC分类】G02B5/18, G11B7/1392, G11B7/1353, G11B7/1374
【公开号】CN104900247
【申请号】CN201510254678
【发明人】是枝大辅, 竹内修一
【申请人】Hoya株式会社
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2011年3月18日
【公告号】CN102194486A, CN102194486B, US8514686, US8699312, US20110228664, US20130315047
【专利说明】
[0001] 本申请是申请日为2011年3月18日、申请号为201110065911. 9、发明名称为"光 学信息记录/再现装置和用于该装置的物镜光学系统"的专利申请的分案申请。
技术领域
[0002] 本发明涉及一种将信息记录在不同规格的多种光盘上并且/或者从该光盘再现 信息的光学信息记录/再现装置的物镜光学系统，以及一种安装有这种物镜光学系统的光 学信息记录/再现装置。
【背景技术】
[0003]存在有例如DVD(DigitalVersatileDisc，数字通用光盘）和BD(Blu-rayDisc， 蓝光盘）等各种规格的光盘，它们有不同的记录密度、保护层厚度等。因此，在光学信息记 录/再现装置上安装的物镜光学系统需要具有与多种光盘的兼容性。这里，"兼容性"是指 即使当所用的光盘改变时也不需要更换部件就能保证实现信息记录和信息再现。另外，在 本说明书中，"光学信息记录/再现装置"包括既能再现信息也能记录信息的装置，专用于信 息再现的装置，和专用于信息记录的装置。
[0004] 为了对不同规格的多种光盘有兼容性，需要校正不同光盘间的随光盘保护层厚度 (即，光盘的记录面与保护层表面之间的距离）的不同而变化的球面像差，并通过改变用于 信息记录或信息再现的数值孔径NA，随光盘记录密度的不同形成良好的束斑。通常光学信 息记录/再现装置根据所使用的光盘的记录密度从波长不同的多种激光中选择使用一种 激光。例如，光学信息记录/再现装置将波长大约为790nm的光（即，所谓近红外激光）用 于CD的信息记录或信息再现，将波长大约为660nm的光（即，所谓红激光）用于DVD的信 息记录或信息再现，将波长大约为405nm的光（即，所谓蓝激光）用于BD的信息记录或信 息再现。
[0005] 日本专利公开第2006-164498A号（下面，称作JP2006-164498A)和公开号为 W02008/007552的国际专利申请公开了对三种光盘具有兼容性的光学信息记录/再现装置 的具体例子。
[0006]JP2006-164498A中公开的光学信息记录/再现装置具有物镜光学系统，物镜光学 系统的光学表面的各个区域上设有不同的衍射结构，以提高对各激光束的光利用效率。衍 射结构中靠内区域的衍射效率低，靠外区域的衍射效率高。因此，在光盘的记录面上形成的 束斑因超分辨率而减小到比期望值小得多的水平，并且副瓣变大。因此，有可能不能进行良 好的信息记录或信息再现。
[0007] 在W02008/007552公开的光学信息记录/再现装置中，使用蓝激光时的衍射效率 在靠内的区域低，在靠外的区域高。因此，与JP2006-164498A的情况相同，束斑过度减小， 并且副瓣变大。在这种情况下，无法对光盘进行良好的信息记录或信息再现。
【发明内容】
[0008] 本发明的目的在于提供一种将信息记录在诸如BD、DVD和⑶等不同规格的多种光 盘上并且/或者从该光盘再现信息的光学信息记录/再现装置的物镜光学系统，以及一种 安装有这种物镜光学系统的光学信息记录/再现装置。
[0009] 根据本发明的一方面，提供了一种用于光学信息记录/再现装置的物镜光学系 统，光学信息记录/再现装置通过选择使用分别具有第一波长、第二波长和第三波长的第 一光束、第二光束和第三光束这三种光束，将信息记录在记录密度不同的第一光盘、第二光 盘和第三光盘这三种光盘上，并且/或者从该三种光盘再现信息。当表示第一波长， 入2表不第二波长，A3表不第三波长时，第一波长、第二波长和第三波长满足如下条件： 入1〈A2〈A3,A1、A2和A3的单位为nm。当tl表示使用第一光束进行信息记录或信息再 现的第一光盘的保护层厚度，t2表示使用第二光束进行信息记录或信息再现的第二光盘的 保护层厚度，t3表示使用第三光束进行信息记录或信息再现的第三光盘的保护层厚度时， tl、t2和t3满足如下条件：tl〈t2〈t3,以及t3_tl多1. 0,tl、t2和t3的单位为mm。当NA1 表示第一光盘的信息记录或信息再现所需要的数值孔径，NA2表示第二光盘的信息记录或 信息再现所需要的数值孔径，NA3表示第三光盘的信息记录或信息再现所需要的数值孔径 时，NA1、NA2和NA3满足如下条件：NA1>NA2>NA3。
[0010] 在上述设置中，物镜光学系统包括物镜。物镜光学系统的至少一个光学表面包括 由如下光路差函数定义衍射结构的衍射表面：
[0011] (i)ik(h) = (Pik2Xh2+Pik4Xh4+Pik6Xh6+Pik8Xh8+Pikl0Xh10+Pikl2Xh12)mik 入
[0012] 其中，11表示距离光轴的高度，11的单位为11111141;241;4、？'"表示第1^区域的第1 光路差函数的二阶、四阶、六阶光路差系数，i、k为自然数，n^k表示使入射光束的衍射效率 关于第k区域的第i光路差函数最大化的衍射级，X表示入射光束的使用波长，X的单位 为nm。衍射表面包括第一区域，将第一光束、第二光束和第三光束分别聚集在第一光盘、第 二光盘和第三光盘的记录面上。第一区域包括由第一光路差函数定义的衍射结构，第一光 路差函数定义成使第一光束、第二光束和第三光束的衍射效率分别最大化的衍射级为第一 级。当ABik表示第k区域的第i光路差函数的闪耀波长时，第一区域的衍射结构满足如 下条件：0.03〈（ABn-Al)/Al〈0.40.....(1)。衍射表面包括位于第一区域外部的 第二区域，第二区域将第一光束和第二光束分别聚集在第一光盘和第二光盘的记录面上， 但不聚集第三光束。第二区域包括由第一光路差函数定义的衍射结构，第一光路差函数定 义成使第一光束和第二光束的衍射效率分别最大化的衍射级为第一级。第二区域的衍射结 构满足如下条件：_〇. 35〈（XB12-XBn)/X1〈〇. 35.....(2)。衍射表面包括位于第二 区域外部的第三区域，第三区域将第一光束聚集在第一光盘的记录面上，但对第二光束和 第三光束都不聚集。第三区域包括由第一光路差函数定义的衍射结构，第一光路差函数定 义成使第一光束的衍射效率最大化的衍射级为第一级。第三区域的衍射结构满足如下条 件：-0? 23〈m13X((入B13-入 1) / 入 1)〈0? 23.....(3)。
[0013] 通过满足上述条件（在各区域采用的衍射级以及条件（1)-(3))，光学信息记录/ 再现装置可以得到对第一光盘至第三光盘的每一个进行信息记录和信息再现的足够的衍 射效率，并且可以在第一光盘至第三光盘的每一个的记录面上形成良好的束斑。
[0014] 当条件（1)的中间项小于条件（1)的下限时，当使用波长为A3的第三光束时的 衍射效率变低。当条件（1)的中间项大于条件（1)的上限时，当使用波长为X1的第一光束 时的衍射效率变低。如果衍射效率这样下降，将难于进行高速记录或高速再现。为了补偿 衍射效率的下降，设计者可以考虑采用大功率输出性能的光源，这不利于降低成本。而且， 当衍射效率下降时，将出现诸如再现信号等信号的信噪比下降的问题。
[0015] 当条件（2)的中间项小于条件（2)的下限时，在第二光盘的记录面上形成的束斑 不能减小到适于对第二光盘进行信息记录或信息再现的大小。当条件（2)的中间项大于条 件（2)的上限时，在第二光盘的记录面上形成的束斑因超分辨率的影响而过度减小，并且 这时副瓣变大。
[0016]当条件（3)的中间项小于条件（3)的下限时，当使用波长为X1的第一光束时的 衍射效率变低，并且波长为A2的第二光束和波长为A3的第三光束的不必要衍射级的光 (例如，第〇级的衍射光）均增加，这将引起可能恶劣影响光束的聚集的担心。当条件（3) 的中间项大于条件（3)的上限时，当使用波长为XI的第一光束时的衍射效率变低，并且波 长为X2的第二光束和波长为A3的第三光束的不必要衍射级的光（例如，第一级的衍射 光）均增加，这将引起可能恶劣影响光束的聚集的担心。
[0017] 在本发明的至少一方面，衍射表面可以满足如下条件：
[0018] 0. 14<(ABn-A1)/A1<〇, 37.....(4)。
[0019] 在这种情况下，可以进一步提高波长为A3的第三光束的衍射效率，并且进一步 抑制波长为A1的第一光束的衍射效率的劣化。
[0020] 在本发明的至少一方面，衍射表面可以满足如下条件：
[0021] -0? 14〈m13X((入B13-入 1) / 入 1)〈0? 14.....(5) 〇
[0022] 在这种情况下，可以进一步提高波长为A1的第一光束的衍射效率。
[0023] 在本发明的至少一方面，衍射表面可以满足如下条件：
[0024] -0. 17<(AB12-ABn)/A1<〇, 17.....(6)。
[0025] 在这种情况下，可以得到波长为A2的第二光束的更理想的束斑特性。
[0026] 在本发明的至少一方面，衍射表面的第一区域还可以包括由第二光路差函数定义 的衍射结构，第二光路差函数定义成使第一光束、第二光束和第三光束的衍射效率最大化 的衍射级分别为第二级、第一级和第一级。在这种情况下，衍射表面满足以下条件：
[0027] -0. 12<(AB21-A1)/A1<〇, 12.....(7)。
[0028] 通过满足条件（7)，可以更有效地避免波长为X1的第一光束的衍射效率劣化。当 条件（7)的中间项小于条件（7)的下限时，波长为XI的第一光束的衍射效率变低。当条 件（7)的中间项大于条件（7)的上限时，波长为XI的第一光束和波长为X2的第二光束 的衍射效率均变低。
[0029] 为了便于制造和抑制由波长变动引起的衍射效率的波动，在本发明的至少一方 面，衍射表面可以设置成：在第三区域的由第一光路差函数定义的衍射结构中，使第一光束 的衍射效率最大化的衍射级为第一级。
[0030] 在本发明的至少一方面，衍射表面的第二区域还可以包括由第二光路差函数定义 的衍射结构，第二光路差函数定义成使第一光束的衍射效率最大化的衍射级为奇数级。在 这种情况下，衍射表面满足以下条件（8):
[0031] -0? 28〈m22 X ((入 B22-入 1) / 入 1)〈0? 28.....(8)。
[0032] 通过满足条件（8)，可以避免波长为A1的第一光束和波长为A2的第二光束的衍 射效率劣化。当条件（8)的中间项落在条件（8)限定的范围之外时，波长为XI的第一光 束的衍射效率变低，这是不希望的。
[0033] 为了便于制造和抑制由波长变动引起的衍射效率的波动，衍射表面可以设置成： 在第二区域的由第二光路差函数定义的衍射结构中，使第一光束的衍射效率最大化的衍 射级为第三级、第五级和第七级之一。当使第一光束的衍射效率最大化的衍射级为第三级 时通过满足条件（9)，当使第一光束的衍射效率最大化的衍射级为第五级时通过满足条件 (10)，或者当使第一光束的衍射效率最大化的衍射级为第七级时通过满足条件（11)，可以 得到足够的衍射效率和适用于第一光盘和第二光盘的束斑特性：
[0034]-0. 02<(AB22-A1)/A 1<〇, 08.....(9)，
[0035]-0? 05〈（入B22-入 1)/入 1〈0. 05.....(10)，
[0036] -0? 03〈（入B22-入 1)/入 1〈0. 02.....(11)。
[0037] 根据本发明的另一方面，提供了一种用于光学信息记录/再现装置的物镜光学系 统，光学信息记录/再现装置通过选择使用分别具有第一波长、第二波长和第三波长的第 一光束、第二光束和第三光束这三种光束，将信息记录在记录密度不同的第一光盘、第二光 盘和第三光盘这三种光盘上，并且/或者从该三种光盘再现信息。当表示第一波长， 入2表不第二波长，A3表不第三波长时，第一波长、第二波长和第三波长满足如下条件： 入1〈A2〈A3,A1、A2和A3的单位为nm。当tl表示使用第一光束进行信息记录或信息再 现的第一光盘的保护层厚度，t2表示使用第二光束进行信息记录或信息再现的第二光盘的 保护层厚度，t3表示使用第三光束进行信息记录或信息再现的第三光盘的保护层厚度时， tl、t2和t3满足如下条件：tl〈t2〈t3,以及t3_tl多1. 0,tl、t2和t3的单位为mm。当NA1 表示第一光盘的信息记录或信息再现所需要的数值孔径，NA2表示第二光盘的信息记录或 信息再现所需要的数值孔径，NA3表示第三光盘的信息记录或信息再现所需要的数值孔径 时，NA1、NA2和NA3满足如下条件：NA1>NA2>NA3。
[0038] 在上述设置中，物镜光学系统包括物镜。物镜光学系统的至少一个光学表面为具 有相移结构的相移表面，该相移表面具有多个同心划分的折射面区，并且在多个折射面区 中相邻的折射面区的边界处，对入射光束产生不同的光路差。相移表面包括第一区域，将第 一光束、第二光束和第三光束分别聚集在第一光盘、第二光盘和第三光盘的记录面上。第一 区域包括具有第一台阶的相移结构，满足如下条件：1. 〇3〈 |A〇PDn/A11〈1. 50.....(12)， 其中，八〇?〇11;表示由第k区域的第i台阶产生的光路差。相移结构包括位于第一区域 外部的第二区域，第二区域将第一光束和第二光束分别聚集在第一光盘和第二光盘的 记录面上，但不聚集第三光束。第二区域包括具有第一台阶的相移结构，满足如下条 件：-0? 38〈 |A〇PD12/M|-1A〇PDn/人11 <0?33.....(I3)。相移结构包括位于第二区域 外部的第三区域，第三区域将第一光束聚集在第一光盘的记录面上，但对第二光束和第三 光束都不聚集。第三区域包括具有第一台阶的相移结构，满足如下条件：2L+0. 75〈|A〇PD13/ 入11〈2L+1. 25.....(14)，其中L为整数。
[0039]通过满足条件（12)-(14)，光学信息记录/再现装置可以得到对第一光盘至第三 光盘的每一个进行信息记录和信息再现的足够的衍射效率，并且可以在第一光盘至第三光 盘的每一个的记录面上形成良好的束斑。
[0040] 当条件（12)的中间项小于条件（12)的下限时，波长为X3的第三光束的光使用 效率变低，这是不希望的。当条件（12)的中间项大于条件（12)的上限时，波长为X1的第 一光束的光使用效率变低，这是不希望的。具体讲，因为光使用效率低，所以，将难于进行高 速记录或高速再现。为了补偿光使用效率的下降，需要采用大功率输出性能的光源，这不利 于降低成本。而且，因为由光使用效率的下降引起不必要衍射级的光增加，所以，将出现诸 如再现信号等信号的信噪比下降的问题。
[0041] 当条件（13)的中间项小于条件（13)的下限时，在第二光盘的记录面上形成的束 斑不能减小到适于对第二光盘进行信息记录或信息再现的大小。当条件（13)的中间项大 于条件（13)的上限时，在第三光盘的记录面上形成的束斑因超分辨率的影响而过度减小， 并且副瓣变大。
[0042] 在本发明的至少一方面，相移表面可以满足如下条件（15):
[0043] 1. 16〈 |A〇PDn/ 入 11〈1. 40.....(15)。
[0044] 在这种情况下，可以更良好地抑制波长为A1的第一光束的光使用效率的降低， 并且可以更良好地保证波长为A3的第三光束的光使用效率。
[0045] 在本发明的至少一方面， 相移表面可以满足如下条件（16):
[0046] 2L+0. 82〈 |A〇PD13/ 入 11〈2L+1. 18.....(16)，
[0047] 其中L为整数。
[0048] 在这种情况下，可以更良好地保证波长为A1的第一光束的光使用效率。
[0049] 在本发明的至少一方面，相移表面可以满足如下条件（17):
[0050] -0? 19〈 |A〇PD12/ 入 11 -1A〇PDn/ 入 11〈0? 19.....(17)。
[0051] 在这种情况下，尤其可以得到波长为A2的第二光束的良好的束斑特性。
[0052] 在本发明的至少一方面，相移表面的第一区域还可以包括具有第二台阶的相移结 构。在这种情况下，相移表面满足如下条件：
[0053] 1. 75〈 |A〇PD21/ 入 11〈2. 25.....(18)。
[0054] 通过满足条件（18)，可以更有效地避免波长为A1的第一光束的光使用效率的降 低。当条件（18)的中间项落在条件（18)限定的范围之外时，波长为XI的第一光束的光 使用效率降低，这是不希望的。
[0055] 为了便于制造和抑制由波长变动引起的衍射效率的波动，在本发明的至少一方 面，相移表面可以满足如下条件（19):
[0056] 0? 83〈 |A〇PD13/ 入 11〈1. 17.....(19)。
[0057] 在本发明的至少一方面，相移表面的第二区域还可以包括具有第二台阶的相移结 构。在这种情况下，相移表面满足如下条件（20):
[0058] 2L+0. 68< |A〇PD22/A11 <2L+1. 32 .....(20)，
[0059] 其中L为整数。
[0060] 通过满足条件（20)，可以更有效地避免波长为X1的第一光束和波长为X2的第 二光束的光使用效率降低。当条件（20)的中间项落在条件（20)限定的范围之外时，波长 为的第一光束的光使用效率降低，这是不希望的。
[0061] 为了便于制造和抑制由波长变动引起的衍射效率的波动，进一步为了得到足够的 光使用效率和对第一光盘和第二光盘均得到足够的束斑特性，相移表面可以满足如下条件 (21)至（23)之一：
[0062]2. 94〈 | A〇PD22/入 11〈3. 27.....(21)，
[0063]4. 73〈 | A〇PD22/入 11〈5. 27 .....(22)，
[0064] 6. 75<| A〇PD22/A11 <7. 17.....(23)。
[0065] 物镜光学系统可以包括独立于物镜设置的光学部件，在这种情况下，光学部件的 至少一个表面具有衍射表面或相移表面。
[0066] 在物镜光学系统中，物镜的至少一个表面可以具有衍射表面或相移表面。
[0067] 物镜光学系统满足如下条件：
[0068]35 彡vd彡 80 .....(24)，
[0069] 其中vd表示物镜在d线的阿贝数。
[0070] 根据本发明的另一方面，提供了一种光学信息记录/再现装置，光学信息记录/再 现装置通过选择使用分别具有第一波长、第二波长和第三波长的第一光束、第二光束和第 三光束这三种光束，将信息记录在记录密度不同的第一光盘、第二光盘和第三光盘这三种 光盘上，并且/或者从该三种光盘再现信息。当A1表示第一波长，A2表示第二波长，入3 表不第三波长时，第一波长、第二波长和第三波长满足如下条件：入1〈入2〈A3，A1、A2和 入3的单位为nm。当tl表示使用第一光束进行信息记录或信息再现的第一光盘的保护层 厚度，t2表示使用第二光束进行信息记录或信息再现的第二光盘的保护层厚度，t3表示使 用第三光束进行信息记录或信息再现的第三光盘的保护层厚度时，tl、t2和t3满足如下条 件：tl大致为0? 1mm;t2大致为0? 6mm;以及t3大致为1. 2mm。当NA1表示第一光盘的信息 记录或信息再现所需要的数值孔径，NA2表示第二光盘的信息记录或信息再现所需要的数 值孔径，NA3表示第三光盘的信息记录或信息再现所需要的数值孔径时，NA1、NA2和NA3满 足如下条件：NA1>NA2>NA3。
[0071] 在上述设置中，光学信息记录/再现装置包括：光源，分别发射第一光束和第三光 束；至少一个耦合透镜，变换第一光束、第二光束和第三光束的发散程度或聚集程度；以及 具有物镜的物镜光学系统。当nl和n3分别表示物镜对第一波长和第三波长的折射率时， 光学信息记录/再现装置满足如下条件（25):
[0072] 0. 4< ( A 1/ (n3-l)) / ( A 3/ (nl-1)) <0. 6.....(25)。
【附图说明】
[0073] 图1是概括表示根据本发明的一个实施方式的光学信息记录/再现装置的结构的 丰吴块图。
[0074] 图2A和2B概括表示根据本发明的一个实施方式的物镜的结构。
[0075] 图3A和3C表示为不同规格的第一光盘至第三光盘（D1至D3)分别定义的物镜横 剖面。
[0076]图4是表示衍射效率与条件（1)或（3)的值之间的关系的曲线图。
[0077] 图5是表示当使用第二光盘时定义的条件⑵的值与一个实施方式中形成的束斑 相对于理想束斑的束斑直径比率之间的关系的曲线图。
[0078]图6是表示衍射效率与条件（7)的值之间的关系的曲线图。
[0079]图7是表示衍射效率与条件（9)的值之间的关系的曲线图。
[0080] 图8是表示衍射效率与条件（10)的值之间的关系的曲线图。
[0081] 图9是表示衍射效率与条件（11)的值之间的关系的曲线图。
[0082] 图10A至10C表示在根据第三实施例的光学信息记录/再现装置中为第一光盘至 第三光盘分别定义的展开光路。
[0083]图11是概括表示根据第四实施例的光学信息记录/再现装置的结构的模块图。
[0084] 图12A至12C表示在根据第四实施例的光学信息记录/再现装置中为第一光盘至 第三光盘分别定义的展开光路。
[0085] 图13是概括表示根据第五实施例的光学信息记录/再现装置的结构的模块图。
[0086] 图14A至14C表示在根据第五实施例的光学信息记录/再现装置中为第一光盘至 第三光盘分别定义的展开光路。
[0087] 图15A和15B是对理想束斑与第一实施例中形成的束斑进行比较的曲线图。
[0088] 图16A和16B是对理想束斑与比较例中形成的束斑进行比较的曲线图。
[0089] 图17A和17B是表示第二实施例中形成的束斑的光强分布的曲线图。
[0090] 图18A和18B是表不第三实施例中形成的束斑的光强分布的曲线图。
[0091] 图19A和19B是表示第四实施例中形成的束斑的光强分布的曲线图。
[0092] 图20A和20B是表不第五实施例中形成的束斑的光强分布的曲线图。
[0093] 图21A和21B是表示第六实施例中形成的束斑的光强分布的曲线图。
[0094] 图22A至22C是表示第一实施例或第二实施例中产生的球面像差图。
[0095] 图23A至23C是表示第三实施例中产生的球面像差图。
[0096] 图24A至24C是表示第四实施例中产生的球面像差图。
[0097] 图25A至25C是表示第五实施例或第六实施例中产生的球面像差图。
[0098] 图26表示光学信息记录/再现装置的变形例。
【具体实施方式】
[0099] 下面，参照【附图说明】本发明的【具体实施方式】。根据本实施方式的光学信息记录/ 再现装置100(参见图1)与三种光盘有兼容性，该三种光盘有不同的保护层厚度、记录密度 等。下面，在这三种光盘当中，高记录密度光盘（例如，BD)称作光盘D1，记录密度比BD低 的光盘（例如，DVD和DVD-R)称作光盘D2,记录密度比DVD低的光盘（例如，CD)称作光盘 D3〇
[0100] 当光盘Dl、D2和D3的保护层厚度分别被定义为tl、t2和t3(单位：mm)时，以下 关系成立：
[0101]tl〈t2〈t3，
[0102] t3_tl彡 1.0，
[0103]tl大致为 0.1，
[0104]t2 大致为 0.6，
[0105]t3 大致为 1.2。
[0106] 当对光盘D1、D2和D3进行信息记录和信息再现时，需要改变数值孔径NA，以便随 光盘D1至D3之间记录密度的不同能够形成良好的束斑。当对光盘Dl、D2和D3进行信息 记录或信息再现所需要的光学设计数值孔径分别被定义为NA1、NA2和NA3时，以下关系成 立：
[0107] NAl>NA2>NA3〇
[0108] 即，当使用最高记录密度的光盘D1时，需要形成比使用光盘D2和D3时小的束斑， 因此，对光盘D1需要最大的NA。另一方面，当使用最低记录密度的光盘D3时，需要形成比 使用光盘D1和D2时大的束斑，因此，对光盘D3需要最小的NA。
[0109] 当对记录密度不同的光盘D1至D3进行信息记录或信息再现时，在光学信息记录 /再现装置1〇〇中使用波长不同的激光束，以便随光盘D1至D3的记录密度的不同能够分 别得到良好的束斑。具体地，当使用光盘D1时，从光源发射波长为X1 (单位：nm)的激光 束（第一激光束），以在光盘D1的记录面上形成较小的束斑。当使用光盘D2时，从光源发 射波长为比A1长的A2 (单位：nm)的激光束（第二激光束），以在光盘D2的记录面上形 成比光盘D1上的束斑大的束斑。当使用光盘D3时，从光源发射波长为比A2长的A3(单 位：nm)的激光束（第三激光束），以在光盘D3的记录面上形成比光盘D2上的束斑大的束 斑。SP，关于波长Al、A2和A3,以下关系成立：
[0110]入1〈入2〈入3〇
[0111] 图1是概括表示根据本发明的一个实施方式的光学信息记录/再现装置1〇〇的结 构的模块图。光学信息记录/再现装置100包括：发射波长为A1的激光束的光源1A，发射 波长为X2的激光束的光源1B，发射波长为A3的激光束的光源1C，衍射光栅2A至2C，耦 合透镜3A至3C，分束器41和42,半透镜5A至5C，感光器6A至6C和物镜10。在图1中， 点划线表示光学信息记录/再现装置100的基准轴AX。实线、短划线和点线分别表示波长 为入1、A2和A3的激光束。在正常状态下，物镜10的光轴与基准轴AX-致。然而，当物 镜10在所使用的光盘的径向上被跟踪机构移动时，物镜10的光轴会偏离基准轴AX。
[0112] 如上所述，在光学信息记录/再现装置100中，光盘D1至D3的NA互不相同。因 此，光学信息记录/再现装置100可以设有分别限制波长为M、A2和X3的激光束的直 径的孔径光阑（未示出）。
[0113] 当使用光盘D1时，从光源1A发射波长为A1的激光束。当使用光盘D2时，从光 源1B发射波长为A2的激光束。当使用光盘D3时，从光源1C发射波长为A3的激光束。 波长为M、人2和人3的激光束分别通过衍射光栅2A、2B和2C，然后，波长为M、人2和 入3的激光束的光路分别被半透镜5A、5B和5C弯曲。然后，波长为A1、A2和A3的激光 束分别入射在耦合透镜3A、3B和3C上。耦合透镜3A至3C分别将入射在其上的激光束转 换成准直光束。波长为A1和A2的激光束（准直光束）经由分束器41和42入射在物镜 10上，波长为A3的激光束（准直光束）经由分束器42入射在物镜10上。物镜10将波长 为A1、A2和A3的准直激光束分别聚集在光盘D1至D3的记录面附近的位置。经聚集的 激光束分别在光盘D1至D3的记录面上形成束斑。分别被光盘D1至D3反射的激光束，沿 与激光束分别向光盘D1至D3行进时相同的光路返回，并且在分别通过半透镜5A至5C后 分别被感光器6A至6C检测。感光器6A至6C分别向信号处理电路（未不出）输出检测信 号。信号处理电路处理感光器6A至6C的输出，以检测聚焦误差信号、跟踪误差信号和各光 盘上记录的再现信号。
[0114] 如上所述，从耦合透镜3A至3C形成的激光束均是准直激光束。即，耦合透镜3A 至3C均起准直透镜的作用。因此，在光学信息记录/再现装置100中，准直光束入射在物 镜10上，即使当物镜10因跟踪操作而被移动时也不会产生轴外像差（例如，彗差）。例如， 可以采用将发散程度低的发散光束入射在光盘D3上的结构（即，finiteopticalsystem， 有限光学系统）。通过采用这种有限光学系统，在对使用光盘D3时残留的球面像差进行校 正的同时，易于保证足够的动作距离。
[0115] 另外，当对光盘D1至D3分别使用波长互不相同的激光束时，因物镜10的折射率 不同或光盘D1至D3的保护层厚度互不相同而产生相对球面像差。为了使光学信息记录/ 再现装置100具有对光盘D1至D3的兼容性，需要校正这种球面像差。还需要在抑制副瓣 的同时形成与各种光盘的记录密度（凹坑大小）相对应的大小的束斑，以便提高再现信号 的信噪比。为了满足这种要求，本实施方式的物镜10结构如下。
[0116] 图2A是物镜10的主视图，图2B是物镜10的侧剖面图。图3A表示在使用光盘D1 的情况下物镜10的横剖面，图3B表示在使用光盘D2的情况下物镜10的横剖面，图3C表 示在使用光盘D3的情况下物镜10的横剖面。如上所述，物镜10安装在与不同规格的多种 光盘（即，光盘D1至D3)兼容的光学信息记录/再现装置100的光学头上，物镜10具有将 半导体激光器（光源1A至1C)发射的不同波长的各激光束聚集在各光盘的记录面上的功 能。
[0117] 物镜10是由树脂制成的双凸面单片透镜，具有朝向分束器42的第一表面10a和 朝向光盘的第二表面l〇b。物镜10的第一表面10a和第二表面10b均为非球面。非球面的 形状用下式表示：
[0119] 其中，SAG(sagamount，垂度）为非球面上距光轴高度为h(单位：mm)的点与非球 面在光轴处的切面之间的距离，r为非球面在光轴上的曲率半径（单位：mm)，即，1/r表示非 球面在光轴上的曲率，k为锥度系数（conicalcoefficient)，A4、A6、…表示高于或等于 四阶的非球面系数。由于物镜10的各个表面均为非球面，可以控制各种像差，例如球面像 差和彗差。
[0120] 如图2A所示，物镜10的第一表面10a具有以光轴的位置为中心的圆形的第一区 域R1，位于第一区域R1外部的环形的第二区域R2,和位于第二区域R2外部的环形的第三 区域R3。第一区域R1、第二区域R2和第三区域R3的有效半径分别取决于NA3、NA2和NA1。 在包括第一区域R1、第二区域R2和第三区域R3在内的整个区域内，形成有环状区结构。如 图2A以及图2B中的圆形放大视图所示，环状区结构具有以光轴为中心形成的同心圆状的 多个折射面区（环状区），并具有在多个折射面区中各相邻折射面区之间形成并在与物镜 10的光轴平行的方向上延伸的微台阶。在本实施方式中，环状区结构形成在物镜10的第一 表面l〇a上。然而，在其他实施方式中，环状区结构可以仅设置在物镜10的第二表面10b 上，或者相互独立地设置在物镜10的第一表面l〇a和第二表面10b上。
[0121] 由于在第一表面10a上（而不在第二表面10b上 ）设置环状区结构，可以得到如 下效果。例如，可以增加环状区结构的最小环状区的宽度。在这种情况下，可以抑制由相邻 的环状区之间形成的各个台阶部引起的光量损失。而且，即使当用镜头清洁器刷拭物镜10 时，也不会使物镜10磨损。
[0122] 环状区结构可以设置在与物镜10相互独立的其他光学部件上（参见图26中的光 学部件91，图26表示装置100的变形例）。如图26所示，具有环状区结构的光学部件91 可以布置在物镜10与分束器42之间。在这种情况下，环状区结构可以设置在独立的光学 部件91的至少一个表面上，或者可以相互独立地设置在光学部件91的两个表面上。然而， 考虑到当光学部件91的光轴与物镜10的光轴被相对移动时产生像差，所以优选将光学部 件91设置成与物镜10 -起被移动。
[0123] 环状区结构的各个台阶在通过相邻环状区的边界（台阶）以内的光束与通过该边 界以外的光束之间产生规定的光路差。通常，这种环状区结构可认为是衍射结构。规定的 光路差为特定波长a的n倍（n:整数）的环状区结构可被认为是闪耀波长为a的1!阶衍 射结构。当具有特定波长X0的光束通过衍射结构时，使衍射效率最大化的衍射光的衍射 级，可以取作波长为M3的光束的光路差除以波长M3得到的值最接近的整数m。
[0124] 另外，通过相邻环状区（折射面区）的边界以内的光束与通过边界以外的光束之 间产生光路差，可以认为是在环状区结构的各个台阶的作用下光束相互之间相位发生偏移 的现象。因此，可以认为环状区结构是移动入射光束的相位的结构（即，相移结构）。
[0125] 环状区结构可以由第k区域的第i光路差函数（i)ik(h)表示。这里，k和i为自 然数。光路差函数巾ik(h)表示在距物镜10的光轴的高度为h处的附加光路长度，以此表 示物镜1〇(衍射透镜）的功能。光路差函数巾ik(h)可由下式表示：
[0126] (i)ik(h) = (Pik2Xh2+Pik4Xh4+Pik6Xh6+Pik8Xh8+Pikl0Xh10+Pikl2Xh12)mik 入
[0127] 其中，？@七1;4七1;6-(1:自然数）表示第1^区域的第1光路差函数的二阶、四阶、 六阶系数，h(单位：mm)表示距离光轴的高度，mik表示使入射激光束的衍射效率关于第k区 域的第i光路差函数最大化的衍射级，A(单位：nm)表示所使用的激光束的设计波长。
[0128] 除了用一种光路差函数定义环状区结构的形状之外，还可以用多种光路差函数 (例如，包括第一光路差函数和第二光路差函数的两种光路差函数）的组合来定义环状区 结构的形状。通过组合多种光路差函数，可以使环状区结构对入射光束产生不同的光路差。 这样，可以对入射光束产生多种光学影响。下面，由第一光路差函数、第二光路差函数等定 义的衍射结构分别称作第一衍射结构、第二衍射结构等。
[0129] 就实现本发明的效果而言，将每个区域中的环状区结构设为由单光路差函数定义 的衍射结构就足够了，不必将每个区域中的环状区结构设为由多种光路差函数定义的衍射 结构。然而，组合的光路差函数的数目越多，衍射结构就能实现越复杂的光学功能。因此， 通过组合多种光路差函数，可以更好地实现本发明的效果。例如，在用一种光路差函数限定 区域R1中的环状区结构的情况下，如果在使用光盘D3期间大致准直的光束入射到物镜10 上，球面像差将有残留。为了校正这种残留的球面像差，一般将光学系统设计成，在使用光 盘D3期间将发散程度低的发散光束入射在物镜10上。然而，在这种情况下，当物镜10因 跟踪操作而被移动时可能产生轴外像差。鉴于此，根据本实施方式的区域R1中的衍射结构 具有由多种光路差函数限定的形状。因此，在使用光盘D3期间将大致准直的光束入射到物 镜10上的同时，可以校正球面像差。
[0130] 区域R1中的环状区结构有助于聚集波长为A1、A2和A3的激光束。即，区域R1 中的环状区结构将波长为A1的激光束聚集在光盘D1的记录面上，将波长为X2的激光束 聚集在光盘D2的记录面上，将波长为A3的激光束聚集在光盘D3的记录面上。下面，使波 长为A1、A2和A3的激光束的衍射效率最大化的衍射级，分别称为"BD用衍射级"、"DVD用衍射级"和"CD用衍射级"。
[0131]若将BD用衍射级设定为偶数级（例如，第二级），则CD用衍射级为奇数级（例如， 第一级）。在这种情况下，与波长为A1的激光束相对应的环状区结构的幂次，等于与波长 为入3的激光束相对应的环状区结构的幂次，这里，波长A3大致为波长A1的两倍。因此， 在这种情况下，难以校正在光盘D1与光盘D3之间产生的相对球面像差。这是因为环状区 结构的幂次正比于波长和衍射级。因此，在区域R1中，有必要将用于至少一种衍射结构的 BD用衍射级设定为奇数级。
[0132] 衍射级越低，由波长变动引起的衍射效率的变化就越小，并且金属铸模的处理和 模铸就越简单。因此，将区域R1中的第一衍射结构设置成，BD用衍射级、DVD用衍射级和 CD用衍射级为第一级。而且，区域R1中的第一衍射结构满足以下条件（1):
[0133] 0? 03〈（入Bn_ 入1)/入 1〈0. 40.....(1)，
[0134] 其中，XBik表示所述第k区域中的第i光路差函数的闪耀波长。
[0135] 区域R2中的环状区结构仅有助于聚集波长为XI和X2的激光束。即，区域R2 中的环状区结构将波长为A1的激光束聚集在光盘D1的记录面上，将波长为X2的激光束 聚集在光盘D2的记录面上，但不将波长为A3的激光束聚集在光盘D1至D3的任一记录面 上。为了便于制造和抑制由波长变动引起的衍射效率的波动，区域R2中的第一衍射结构被 设计成BD用衍射级和DVD用衍射级均为第一级。而且，区域R2中的第一衍射结构满足以 下条件（2):
[0136] -0? 35〈（入B12-入Bn)/入 1〈0. 35.....(2)。
[0137] 区域R3中的环状区结构仅有助于聚集波长为XI的激光束。即，区域R3中的环 状区结构将波长为A1的激光束聚集在光盘D1的记录面上，但不将波长为X2的激光束和 波长为A3的激光束聚集在光盘D1至D3的任一记录面上。区域R3中的第一衍射结构被 设计成BD用衍射级为奇数级。为了便于制造和抑制由波长变动引起的衍射效率的波动，BD 用衍射级优选为第一级。而且，区域R3中的第一衍射结构满足以下条件（3):
[0138] -0? 23〈m13X((入B13-入 1) / 入 1)〈0? 23.....(3)。
[0139] 通过满足上述条件（即，在各区域中采用的衍射级以及条件（1)_(3))，物镜10可 以得到对第一光盘D1至第三光盘D3中的每一个进行信息记录和/或信息再现的足够的衍 射效率，并且可以在各光盘的记录面上形成良好的束斑。
[0140]图4是表示衍射效率（单位：％ )与条件⑴或（3)的值之间的关系的曲线图。 在图4中，纵轴表示衍射效率，横轴表示条件（1)和条件（3)的值。在图4中，实线代表使 用波长为X1的激光束时的衍射效率，虚线代表使用波长为X2的激光束时的衍射效率，点 划线代表使用波长为X3的激光束时的衍射效率。在图4中，波长A1、A2和A3分别为 405nm、660nm和790nm。图4中对线型和使用波长的定义，也适用于下面类似的附图。
[0141] 如图4所示，当闪耀波长ABn为波长A1时，尽管在这种情况下波长为A1的激 光束的衍射效率高，但波长为X3的激光束的衍射效率低。因此，根据本实施方式，将闪耀 波长ABn设为大于波长XI，以便保证波长为X3的激光束有足够的衍射效率（参见图 4)。而且，通过提高波长为X3的激光束的衍射效率，不必要的衍射级的光减少，因此，聚焦 功能的劣化得到抑制。
[0142]当条件（1)的中间项小于条件（1)的下限时，使用波长为X3的第三光束时的衍 射效率过低，这不利于对光盘D3进行良好的信息记录和信息再现。当条件（1)的中间项大 于条件（1)的上限时，当使用波长为A1的第一光束时的衍射效率过低，这不利于对光盘D1 进行良好的信息记录和信息再现。具体讲，在这种情况下，因为衍射效率低，所以难于进行 高速记录（或高速再现）。为了补偿衍射效率的下降，需要采用大功率输出性能的光源，但 这不利于降低成本。而且，因衍射效率下降，不必要衍射级的光增加，因此，将出现诸如再现 信号等信号的信噪比下降的问题。
[0143] 因为区域R3是光盘D1的专用区域，所以，最好是通过将闪耀波长XB13S得接近 波长M(参照图4)，将使用波长为X1的激光束时的衍射效率设高（参见图4)。当条件 (3)的中间项小于条件（3)的下限时，使用波长为A1的第一光束时的衍射效率过低，这是 不希望的。而且，在这种情况下，波长为A2的第二光束和波长为X3的第三光束的不必要 衍射级的光（例如，第〇级的衍射光）增加。当条件（3)的中间项大于条件（3)的上限时， 使用波长为A1的第一光束时的衍射效率过低，这是不希望的。而且，在这种情况下，波长 为A2的第二光束和波长为A3的第三光束的不必要衍射级的光（例如，第一级的衍射光） 均增加。
[0144] 图5是表示束斑质量参数（S卩，与理想束斑的比率）与使用第二光盘D2时的条件 (2)的值之间的关系的曲线图。在图5中，纵轴表示束斑质量参数，横轴表示条件（2)的值。 具体讲，在图5中，实线代表束斑直径（实际束斑直径与理想束斑直径的比率），虚线代表副 瓣强度（副瓣强度与理想束斑强度的比率）。
[0145] 当条件（2)的中间项取-0.40附近的值时，相对于区域R1中波长为X2的激光束 的光传输量而言，区域R2中波长为X2的激光束的光传输量过低。这样，如图5所示，束斑 不能减小到适于进行信息记录或信息再现的大小。因此，在本实施方式中，将物镜10设计 得使得条件（2)的中间项大于条件（2)的下限。
[0146] 然而，条件（2)的中间项越大，区域R2中波长为A2的激光束的衍射效率越高。结 果，区域R2中波长为X2的激光束的光传输量变得比区域R1中波长为X2的激光束的光 传输量大。在这种情况下，超分辨率的影响变大，如图5所示，束斑减小，副瓣变大。为了抑 制这种束斑特性的劣化，有必要如图5所示降低条件（2)的值。因此，在本实施方式中，将 物镜10设计得使得条件（2)的中间项小于条件（2)的上限。即，将物镜10设计得满足条 件（2)，以便在抑制使用波长为A2的激光束时引起的束斑特性的劣化的同时，对光盘D1至 D3均进行良好的信息记录和信息再现。
[0147] 为了在进一步抑制波长为X1的激光束的衍射效率劣化的同时进一步提高波长 为A3的激光束的衍射效率，区域R1中的第一衍射结构可以满足如下条件（4):
[0148] 0. 14<( ABn-A 1)/A 1<〇, 37.....(4)。
[0149] 为了进一步提高波长为A1的激光束的衍射效率，区域R3中的第一衍射结构可以 设计得满足如下条件（5):
[0150] -0? 14〈m13X((入B13-入 1) / 入 1)〈0? 14.....(5) 〇
[0151] 为了得到波长为A2的激光束的更良好的束斑特性，区域R2中的第一衍射结构可 以设计得满足如下条件（6):
[0152] -0? 17〈（入B12-入Bn) /入1〈0. 17.....(6)。
[0153] 如上所述，在区域R1中，除第一衍射结构之外，还有与定义第一衍射结构的光路 差函数不同的光路差函数定义的第二衍射结构。为了得到波长为XI、X2和X3的激光束 的（尤其是波长为M的激光束）高衍射效率，最好通过将区域R1中的第二衍射结构的BD 用衍射级设为偶数级。为了便于制造和抑制由波长变动引起的衍射效率的波动，优选将BD 用衍射级、DVD用衍射级和CD用衍射级均设定为低衍射级。因此，区域R1中的第二衍射结 构满足BD用衍射级、DVD用衍射级和CD用衍射级分别为第二级、第一级和第一级，并且满 足如下条件（7):
[0154] -0? 12〈（入B2「入 1) / 入 1〈0. 12.....(7)。
[0155]图6是表示衍射效率（单位：％ )与条件（7)的值之间的关系的曲线图。在图6 中，纵轴表示衍射效率，横轴表示条件（7)的值。如图6所示，由于满足条件（7)，在具有第 一衍射结构和第二衍射结构的区域R1中，可以避免波长为X1的第一光束的衍射效率劣 化。如果条件（7)的中间项落在条件（7)限定的范围之外，波长为XI的第一光束的衍射 效率变低，这不利于对光盘D1进行良好的信息记录和信息再现。
[0156] 如上所述，在区域R2中，除第一衍射结构之外，还设有与定义第一衍射结构的光 路差函数不同的光路差函数定义的第二衍射结构。区域R2中的第二衍射结构的BD用衍射 级为奇数级，并且满足如下条件（8):
[0157] -0? 28〈m22X((入B22-入1) /入1)〈0? 28.....(8)。
[0158]由于满足条件（8)，在具有第一衍射结构和第二衍射结构的区域R2中，可以避免 波长为A1和A2的激光束的衍射效率劣化。如果条件（8)的中间项落在条件（8)限定的 范围之外，波长为A1的激光束的衍射效率降低，这不利于对光盘D1进行良好的信息记录 和信息再现。
[0159] 为了便于制造和抑制由波长变动引起的衍射效率的波动，区域R2中的第二衍射 结构的BD用衍射级最好是，例如，第三级、第五级和第七级之一。当BD用衍射级为第三级 时，当满足下列条件（9)时，对光盘D1和D2可以得到良好的衍射效率和束斑特性；当BD用 衍射级为第五级时，当满足下列条件（10)时，对光盘D1和D2可以得到良好的衍射效率和 束斑特性；当BD用衍射级为第七级时，当满足下列条件（11)时，对光盘D1和D2可以得到 良好的衍射效率和束斑特性：
[0160]-0? 02〈（入B22-入1)/ 入 1〈0. 08.....(9)，
[0161]-0? 05〈（入B22-入1)/ 入 1〈0. 05.....(10)，
[0162] -0? 03〈（入B22-入1)/ 入 1〈0. 02.....(11)。
[0163]图7是表示衍射效率（单位：％ )与条件（9)的值之间的关系的曲线图。图8是 表示衍射效率（单位：％ )与条件（10)的值之间的关系的曲线图。图9是表示衍射效率 (单位：与条件（11)的值之间的关系的曲线图。图7-图9的纵轴表示衍射效率，图 7_图9的横轴表示条件（9)-(11)的值。在图7中，BD用衍射级、DVD用衍射级和CD用衍 射级分别为第三级、第二级和第一级。在图8中，BD用衍射级、DVD用衍射级和CD用衍射级 分别为第五级、第三级和第二级。在图9中，BD用衍射级、DVD用衍射级和CD用衍射级分别 为第七级、第四级和第三级。
[0164] 如图7和图8所示，当条件（9)和条件（10)的中间项分别小于条件（9)和条件 (10)的下限时，波长为和A2的激光束的衍射效率降低，这不利于对光盘D1和D2进行 良好的信息记录和信息再现。当条件（9)和条件（10)的中间项分别大于条件（9)和条件 (10) 的上限时，波长为A1的激光束的衍射效率降低，这不利于对光盘D1进行良好的信息 记录和信息再现。如图9所示，当条件（11)的中间项小于条件（11)的下限时，波长为入1 的激光束的衍射效率降低，这不利于对光盘D1进行良好的信息记录和信息再现。当条件 (11) 的中间项大于条件（11)的上限时，波长为M和X2的激光束的衍射效率降低，这不 利于对光盘D1和D2进行良好的信息记录和信息再现。 [0165] 区域R1至区域R3的环状区结构可以被看作相移结构。下面，将上述环状区结构 看作相移结构，以另一种表达方式说明物镜10。
[0166] 区域R1中的环状区结构可以被定义为相移结构，该相移结构在多个折射面区中 相邻的折射面区之间的边界处具有对入射光束产生光路差的至少一种台阶（第一台阶）。 应当注意，当相移结构具有多种台阶时，该多种台阶对入射光束产生不同的光路差。当第 k区域的第i台阶产生的光路差被表示为A OPDdt，区域R1中的相移结构满足如下条件 (12) ：
[0167]L03〈|A〇PDn/入 1|〈1.50.....(12)。
[0168] 区域R2中的环状区结构也被定义为具有至少一种台阶（第一台阶）的相移结构。 区域R2中的相移结构满足如下条件（13):
[0169] -0? 38〈| A〇PD12/入11 -1 A〇PDn/入11〈0? 33.....(13)。
[0170] 区域R3中的环状区结构也定义为具有至少一种台阶（第一台阶）的相移结构。区 域R3中的相移结构满足如下条件（14):
[0171] 2L+0. 75〈| A〇PD13/人11〈2L+1. 25.....(14)，
[0172] 其中L为整数。
[0173] 当满足条件（12)-(14)时，物镜10具有足够的衍射效率以对光盘D1至D3进行信 息记录和信息再现，并且可以在光盘D1至D3的记录面上形成良好的束斑。
[0174]当条件（12)的中间项小于条件（12)的下限时，波长为X3的激光束的光使用效 率过低，这是不希望的。当条件（12)的中间项大于条件（12)的上限时，波长为X1的激光 束的光使用效率过低，这是不希望的。
[0175] 当条件（13)的中间项小于条件（13)的下限时，相对于区域R1中波长为X2的激 光束的光传输量而言，区域R2中波长为X2的激光束的光传输量过小。在这种情况下，波 长为A2的激光束的束斑不能减小到适于进行信息记录或信息再现的大小。当条件（13) 的中间项大于条件（13)的上限时，相对于区域R1中波长为X2的激光束的光传输量而言， 区域R2中波长为X2的激光束的光传输量过大。在这种情况下，束斑受超分辨率影响而过 度减小，并且副瓣变大。
[0176]当条件（14)的中间项小于条件（14)的下限时，波长为X1的激光束的光使用效 率过低，这是不希望的。而且，在这种情况下，会产生波长为A2和X3的激光束的不必要 衍射级的光（例如，第〇级的衍射光）增加的问题。当条件（14)的中间项大于条件（14) 的上限时，波长为A1的激光束的光使用效率过低，这是不希望的。而且，在这种情况下，会 产生波长为A2和X3的激光束的不必要衍射级的光（例如，第1级的衍射光）增加的问 题。
[0177] 为了更良好地抑制波长为X1的激光束的光使用效率的降低，并且更良好地保证 波长为A3的激光束的光使用效率，在区域R1中具有第一台阶的相移结构可以满足如下条 件（15):
[0178] 1. 16〈 |A〇PDn/ 入 11〈1. 40.....(15)。
[0179] 为了更良好地保证波长为X1的激光束的光使用效率，区域R3中的相移结构可以 满足如下条件（16):
[0180] 2L+0. 82〈 |A〇PD13/ 入 11〈2L+1. 18.....(16)，
[0181] 其中L为整数。
[0182] 为了得到波长为A2的激光束的良好的束斑特性，区域R2中的相移结构可以满足 如下条件（17):
[0183] -0? 19〈 |A〇PD12/ 入 11 -1A〇PDn/ 入 11〈0? 19.....(17)。
[0184] 除第一台阶之外，在区域R1中还可以设置具有与第一台阶不同的第二台阶的相 移结构，区域R1中的具有第二台阶的相移结构满足如下条件（18):
[0185] 1. 75〈 |A〇PD21/ 入 11〈2. 25.....(18)。
[0186] 当满足条件（18)时，在设置有具有第一台阶和第二台阶的相移结构的区域R1中， 可以更有效地避免波长为A1的激光束的光使用效率的降低。当条件（18)的中间项落在 条件（18)限定的范围之外时，波长为XI的激光束的光使用效率降低，这不利于对光盘D1 进行良好的信息记录和信息再现。
[0187] 为了便于制造和抑制由波长变动引起的衍射效率的波动，区域R3中的相移结构 可以满足如下条件（19):
[0188] 0.83〈|A〇PD13/入 1|〈1. 17.....(19)。
[0189] 除第一台阶之外，在区域R2中还可以设置具有与第一台阶不同的第二台阶的相 移结构，区域R2中的具有第二台阶的相移结构满足如下条件（20):
[0190] 2L+0. 68< |A〇PD22/A11 <2L+1. 32 .....(20)，
[0191] 其中L为整数。
[0192] 当满足条件（20)时，在设置有具有第一台阶和第二台阶的相移结构的区域R2中， 可以更有效地避免波长为A1和A2的激光束的光使用效率的降低。当条件（20)的中间 项落在条件（20)限定的范围之外时，波长为X2的激光束的光使用效率降低，这不利于对 光盘D2进行良好的信息记录和信息再现。
[0193] 为了在使用光盘D1或D2时得到足够的光使用效率和良好的束斑特性，区域R2中 的具有第二台阶的相移结构可以满足如下条件（21)至（23):
[0194] 2. 94< | A〇PD22/A11 <3. 27.....(21)，
[0195] 4. 73〈 | A〇PD22/ 入 11〈5. 27 .....(22)，
[0196] 6. 75<| A〇PD22/A11 <7. 17.....(23)。
[0197] 当条件（21)和（22)的中间项分别小于条件（21)和（22)的下限时，波长为A1 和A2的激光束的光使用效率降低，这不利于对光盘D1和D2进行良好的信息记录和信息 再现。当条件（21)和（22)的中间项分别大于条件（21)和（22)的上限时，波长为XI的 激光束的光使用效率降低，这不利于对光盘D1进行良好的信息记录和信息再现。当条件 (23)的中间项小于条件（23)的下限时，波长为M的激光束的光使用效率降低，这不利于 对光盘D1进行良好的信息记录和信息再现。当条件（23)的中间项大于条件（23)的上限 时，波长为A1和A2的激光束的光使用效率降低，这不利于对光盘D1和D2进行良好的信 息记录和信息再现。
[0198] 为了良好地校正使用光盘D1时产生的色差，物镜10可以满足如下条件（24):
[0199]35 彡vd彡 80 .....(24)，
[0200] 其中vd表示物镜10在d线的阿贝数。
[0201] 为了关于BD用衍射级、DVD用衍射级和CD用衍射级均得到更高的衍射效率，物镜 10可以满足如下条件（25):
[0202] 0. 4< (A1/ (n3-l)) / (A3/ (nl-1)) <0. 6.....(25)，
[0203] 其中，nl和n3分别表示A1和A3的折射率。当在图26所示的光学部件91上 设置环状区结构时，使光学部件91满足条件（25)。
[0204] 下面，说明安装有物镜10的光学信息记录/再现装置100的六个具体实施例（第 一实施例至第六实施例）。第一实施例至第六实施例的光学信息记录/再现装置1〇〇具有 如图1所示的总体结构。第一实施例至第六实施例的物镜10具有如图2A和图2B的总体 结构。第一实施例至第六实施例的光学部件的形状差异极小，在附图的比例尺下无法表现 出来。所以，参照图1说明第一实施例至第三实施例的光学信息记录/再现装置100的总 体结构，参照图2A和图2B说明第一实施例至第六实施例的物镜10的结构。
[0205] 第一实施例
[0206] 下面，说明光学信息记录/再现装置100的第一实施例。下列表1表示第一实施 例的光学信息记录/再现装置100上安装的物镜10的规格。具体讲，表1表示物镜10的 使用波长、焦距、NA和放大倍率。对第一实施例中表格的各种定义也适用于其他实施例中 的表格。
[0207]表1 :
[0209] 如表1中的放大倍率所示，在光学信息记录/再现装置100中，用于光盘D1、D2和 D3的激光束分别作为准直光束入射到物镜10上。因此，可以防止当物镜10因跟踪操作而 被移动时产生轴外像差。
[0210] 下列表2至表4表示对光学信息记录/再现装置100中的物镜10以及位于物镜 10下游的光学部件的参数值。具体讲，表2表示使用光盘D1时的参数值。表3表示使用光 盘D2时的参数值。表4表示使用光盘D3时的参数值。
[0211] 表2:
[0212]
[0217] 在表2至表4中，表面编号" 1 (第一区域）"表示物镜10的第一表面10a上的区 域R1，表面编号" 1 (第二区域）"表示物镜10的第一表面l〇a上的区域R2,表面编号" 1 (第 三区域）"表示物镜10的第一表面l〇a上的区域R3,表面编号"2"表示物镜10的第二表面 l〇b，表面编号"3"表示所使用的光盘的保护层表面，表面编号"4"表示所使用的光盘的记 录面。在表2至表4中，"r"表示各个光学表面的曲率半径（单位：mm)，"d"表示光学部件 的厚度或者从各个光学表面到下一个光学表面之间的距离（单位：mm)，"n(XXnm) "表示波 长为括号内的值时的折射率。对于非球面，"r"表示光轴上的曲率半径。
[0218] 物镜10的第一表面10a(即，编号为" 1 (第一区域）"的表面、编号为" 1 (第二区 域）"的表面或编号为" 1 (第三区域）"的表面）和第二表面l〇b均为非球面。各个非球面 均被优化设计为对光盘D1至D2均进行信息记录和信息再现。下列表5表示每个非球面的 锥度系数k和非球面系数A4、A6、…。在表5中，符号"E"表示10的幂具有E右边的数字 表示的次数（例如，"E-04"表示"X1(T4"）。
[0219]表 5 :
[0220]
[0221] 在第一实施例的物镜10的第一表面10a上，在距离光轴的高度不超过h(即有效 半径）的范围内形成区域Rl、R2和R3,h的取值如下：
[0222] 区域 R1 :0? 000 彡h彡 1. 135 ;
[0223]区域 R2 :1. 135〈h彡 1. 415 ;
[0224]区域 R3 :1. 415〈h彡 1. 870。
[0225] 区域R1是有助于对波长为M、A2和A3的激光束均进行聚集的公共区域。区 域R2有助于聚集波长为A1和A2的激光束，而不聚集波长为A3的激光束。换言之，区 域R2用作波长为X3的激光束的孔径光阑。光盘D1需要最大的数值孔径，区域R3是保证 光盘D1所需要的数值孔径的区域。即，区域R3有助于聚集波长为XI的激光束，而对波长 为A2和A3的激光束均不进行聚集。换言之，区域R3用作波长为A2和A3的激光束的 孔径光阑。
[0226] 如上所述，因为区域R1至R3具有互不相同的功能，所以，区域R1至R3分别具有 独特的衍射结构（即，独特的相移结构）。下列表6表示对物镜10的第一表面10a上的区 域Rl、R2和R3中的衍射结构分别进行定义的光路差函数的系数。下列表7表示BD用衍 射级、DVD用衍射级、CD用衍射级和闪耀波长。在表6和表7中，符号"1 (第一区域）（1) "、 " 1 (第一区域）（2) "、" 1 (第二区域）（1) "、" 1 (第二区域）（2) "和" 1 (第三区域）"分别表示 区域R1中的第一衍射结构的系数、区域R1中的第二衍射结构的系数、区域R2中的第一衍 射结构的系数、区域R2中的第二衍射结构的系数和区域R3中的第一衍射结构的系数。符 号"1(第一区域）（1)"、"1(第一区域）（2)"、"1(第二区域）（1)"、"1(第二区域）⑵"和 "1 (第三区域）"分别对应于区域R1中第一台阶、区域R1中的第二台阶、区域R2中的第一 台阶、区域R2中的第二台阶和区域R3中的第一台阶。
[0227]表 6 :
[0228]
[0229]表 7 :
[0231] 下列表8至表10表示区域R1至R3中形成的环状区结构的具体数值。在表8至 表10中，环状区编号从光轴侧开始依序分配给各环状区。各环状区的宽度用距离光轴的高 度hmin(最小高度）和hmax(最大高度）表示。在表8至表10中，还表示了在相邻的环 状区之间定义的光路差A〇PDn/M、A〇PD21/M、A〇PD12/M、A〇PD22/M、A〇PD32/入 1、 A〇PD13/ 人 1 和A〇PD23/ 入 1。
[0232] 如表8至表10所示，区域R1具有两种台阶，区域R2具有三种台阶，区域R3具有 两种台阶。区域R2中的第三台阶对应于区域R1与区域R2之间的边界位置处的台阶，区域 R3中的第二台阶对应于区域R2与区域R3之间的边界位置处的台阶。在各区域之间的边界 处形成的上述台阶（即，区域R2中的第三台阶或区域R3中的第二台阶）不同于相应区域 中的其他台阶这一事实，对衍射效率的变化没有影响。因此，在表6和表7中没有示出作为 衍射结构的区域R2中的第三台阶和区域R3中的第二台阶的参数值。
[0233]表 8 :
[0234]第一区域（R1):
[0235]
[0236]
[0237]表9 :
[0238]第二区域（R2):
[0239]
[0241]表10 :
[0242] 第三区域（R3):
[0243]
[0244]
[0245]
[0246] 第二实施例
[0247] 下面，说明光学信息记录/再现装置100的第二实施例。除了闪耀波长之外，第二 实施例的物镜10与第一实施例的物镜10具有相同的参数值。因此，关于第二实施例的物 镜10的规格，比如，第二实施例中分别使用光盘D1至D3时的光学信息记录/再现装置100 的参数值，各个非球面的形状，以及光路差函数的系数，可参照第一实施例的表1至表6。
[0248] 下列表11表示BD用衍射级、DVD用衍射级、⑶用衍射级和闪耀波长。
[0249] 表 11:
[0250]
[0251] 下列表12至表14表示区域R1至R3中形成的环状区结构的具体数值。
[0252]表12 :
[0253] 第一区域（R1):
[0256]表 13 :
[0257]第二区域（R2):
[0258]
[0260]表 14 :
[0261] 第三区域（R3):
[0262]
[0263]
[0264]
[0265] 第三实施例
[0266] 下面，说明光学信息记录/再现装置100的第三实施例。下列表15表示第三实施 例的光学信息记录/再现装置100上安装的物镜10的规格。
[0267]表15 :
[0269]在第三实施例中，示出了各激光束从光源朝光盘前行的光路上布置的光学部件的 参数值。图10A表示当使用光盘D1时定义的展开光路，图10B表示当使用光盘D2时定义的 展 开光路，图10C表示当使用光盘D3时定义的展开光路。下列表16至表18表示各个光路 上布置的光学部件的参数值。具体讲，表16表示当使用光盘D1时的参数值，表17表示当 使用光盘D2时的参数值，表18表示当使用光盘D3时的参数值。在各个表17至表19中， 表面编号对应于最右边的列中表不的光学部件的光学表面。应当注意，物镜的第一表面l〇a 和第二表面l〇b在表16以及表17中被分别定义为编号为"9"的表面和编号为"10"的表 面，在表18中分别被定义为编号为"7"的表面和编号为"8"的表面。这是因为在使用光盘 D1或光盘D2的情形与使用光盘D3的情形之间，光学表面的编号不同。
[0270]表 16 :
[0277] 耦合透镜（3A、3B、3C)的第二表面（表面编号为4)、物镜10的第一表面10a和物 镜10的第二表面l〇b均为非球面。下列表19至表21表示每个非球面的锥度系数k和非 球面系数~、怂、…。具体讲，表19表示当使用光盘D1时的系数，表20表示当使用光盘D2 时的系数，表21表示当使用光盘D3时的系数。因为物镜10的数值在表19至表21中相同， 所以，表19中表示的第一表面10a和第二表面10b的系数在表20和表21中省略。
[0278] 表 19 :
[0280]表 20 :
[0284] 在第三实施例的物镜10的第一表面10a上，在距离光轴的高度不超过h(即有效 半径）的范围内形成区域Rl、R2和R3,h的取值如下：
[0285]区域R1 :0? 000 彡h彡 1. 330 ;
[0286]区域R2 :1. 330〈h彡 1. 670 ;
[0287]区域R3 :1. 670〈h彡 2. 210。
[0288] 区域R1至区域R3的功能实质上与第一实施例中的相同。下列表22表示定义物 镜10的第一表面l〇a上的区域R1、R2和R3中的衍射结构的光路差函数的系数。下列表23 表示BD用衍射级、DVD用衍射级、CD用衍射级和闪耀波长。
[0289]表 22 :
[0291]表 23:
[0292]
[0294] 下列表24至表26表示区域R1至R3中形成的环状区结构的具体数值。在第三实 施例中，区域R1具有三种台阶，区域R2具有四种台阶，区域R3具有两种台阶。在区域R1和 区域R2中，因为第一台阶和第二台阶在第三台阶的位置处极度靠近，所以通过将第一台阶 和第二台阶叠加在一起形成第三台阶。区域R2中的第四台阶对应于区域R1与区域R2之 间的边界位置处的台阶，区域R3中的第二台阶对应于区域R2与区域R3之间的边界位置处 的台阶。区域R1中的第三台阶、区域R2中的第三台阶和第四台阶以及区域R3中的第二台 阶不同于相应区域中的其他台阶这一事实，对衍射效率的变化没有影响。因此，在表22和 表23中没有示出作为衍射结构的区域R1中的第三台阶、区域R2中的第三台阶和第四台阶 以及区域R3中的第二台阶的数值。
[0295]表 24 :
[0296] 第一区域（R1):
[0297]
[0298]
[0300]表 25 :
[0301]第二区域（R2):
[0303]表 26 :
[0304] 第三区域（R3):
[0306]
[0307]
[0308]
[0309] 第四实施例
[0310] 下面，说明光学信息记录/再现装置的第四实施例。图11是概括表示根据第四实 施例的光学信息记录/再现装置200的结构的模块图。光学信息记录/再现装置200包括： 发射波长为A1的激光束的光源1D，发射波长为A2和A3的激光束的光源1E，衍射格栅 2D和2E，耦合透镜3D和3E，分束器43,以及物镜10。在图11中，点划线表示光学信息记录 /再现装置200的基准轴AX。在图11中，实线表示的激光束是波长为A1的激光束，虚线 表示的激光束是波长为A2的激光束，点线表示的激光束是波长为A3的激光束。
[0311] 图12A至12C表示第四实施例的光学信息记录/再现装置200中的展开光路。具 体讲，图12A表示当使用光盘D1时定义的展开光路，图12B表示当使用光盘D2时定义的展 开光路，图12C表示当使用光盘D3时定义的展开光路。如图12A所示，光源1D发射的波长 为A1的激光束通过耦合透镜3D、分束器43和物镜10,并聚集在光盘D1的记录面附近。如 图12B和12C所示，由光源1E发射的波长分别为X2和X3的激光束通过耦合透镜3E、分 束器43和物镜10,并分别聚集在光盘D2和D3的记录面附近。在各个激光束在相应光盘的 记录面上形成束斑之后，各个激光束沿与其朝光盘行进的光路相同的光路返回，并经由半 透镜（未示出）被感光器检测。如上所述，通过使波长为A2和X3的激光束共用光路，第 四实施例的光学信息记录/再现装置200尺寸紧凑且成本低。
[0312] 如上所述，光盘D1至D3需要的物镜10的数值孔径各不相同，因此，光学信息记录 /再现装置200可以设有孔径光阑（未示出），用于分别限制波长为XI、X2和X3的激光 束的光束直径。
[0313] 下列表27表示第四实施例的光学信息记录/再现装置200上安装的物镜10的规 格。
[0314]表 27:
[0316] 如表27中的放大倍率M的值所示，在光学信息记录/再现装置200中，各个激光 束作为准直光束或发散程度低的发散光束入射到光盘上。采用这种设置，当物镜10因跟踪 操作而被移动时产生的轴外像差可以被抑制在较低水平。下列表28至表30表示光学信息 记录/再现装置200的参数值。具体讲，表28表示使用光盘D1时的参数值，表29表示使 用光盘D2时的参数值，表30表示使用光盘D3时的参数值。
[0317] 表 28:
[0319] 表 29:
[0320]
[0323] 親合透镜的第二表面（表面编号为4)、物镜10的第一表面10a和物镜10的第二 表面10b均为非球面。下列表31和表32表示每个非球面的锥度系数k和非球面系数A4、 A6、…。具体讲，表31表示当使用光盘D1时的系数，表32表示当使用光盘D2或D3时的 系数。因为物镜10的数值在表31和表32中相同，所以，表31中表示的第一表面10a和第 二表面10b的系数在表32中省略。
[0324]表 31:
[0325]
[0329] 在第四实施例的物镜10的第一表面10a上，在距离光轴的高度不超过h(即有效 半径）的范围内形成区域Rl、R2和R3,h的取值如下：
[0330]区域R1 :0? 000 彡h彡 1. 130 ;
[0331]区域R2 :1. 130〈h彡 1. 405 ;
[0332]区域R3 :1. 405〈h彡 1. 870。
[0333] 区域R1至区域R3的功能实质上与第一实施例中的相同。下列表33表示对物镜 10的第一表面l〇a上的区域R1、R2和R3中的衍射结构分别进行定义的光路差函数的系数。 下列表34表示BD用衍射级、DVD用衍射级、CD用衍射级和闪耀波长。
[0334]表 33 :
[0335]
[0339] 下列表35至表37表示区域R1至R3中形成的环状区结构的具体数值。在第四实 施例中，区域R1具有两种台阶，区域R2具有三种台阶，区域R3具有两种台阶。鉴于与第一 实施例中说明的相同的原因，表33和表34省略了作为衍射结构的区域R2中的第三台阶和 区域R3中的第二台阶的数值。
[0340]表 35 :
[0341]第一区域（R1):
[0342]
[0343]
[0344]表36 :
[0345]第二区域（R2):
[0347]表37 :
[0348] 第三区域（R3):
[0350]
[0351]
[0352]
[0353] 第五实施例
[0354] 下面，说明光学信息记录/再现装置的第五实施例。图13是概括表示根据第五实 施例的光学信息记录/再现装置300的结构的模块图。光学信息记录/再现装置300包括： 发射波长为A1、A2和A3的激光束的光源1F，衍射格栅2F，耦合透镜3F，以及物镜10。 在图13中，点划线表示光学信息记录/再现装置300的基准轴AX。在图13中，实线表示的 激光束是波长为A1的激光束，短划线表示的激光束是波长为A2的激光束，点线表示的激 光束是波长为A3的激光束。
[0355] 图14A至14C表示第五实施例的光学信息记录/再现装置300中的展开光路。具 体讲，图14A表示当使用光盘D1时定义的展开光路，图14B表示当使用光盘D2时定义的展 开光路，图14C表示当使用光盘D3时定义的展开光路。如图14A至14C所示，光源1F发射 的波长为X1、X2和A3的激光束通过耦合透镜3F和物镜10,并聚集在光盘D1至D3中 相应光盘的记录面附近。在各个激光束在相应光盘的记录面上形成束斑之后，各个激光束 沿与其朝光盘行进的光路相同的光路返回，并经由半透镜（未示出）被感光器检测。如上 所述，通过使波长为M、A2和X3的激光束共用光路，第五实施例的光学信息记录/再现 装置300尺寸紧凑且成本低。
[0356] 如上所述，光盘D1至D3需要的物镜10的数值孔径各不相同，因此，光学信息记录 /再现装置300可以设有孔径光阑（未示出），用于分别限制波长为XI、X2和X3的激光 束的光束直径。
[0357] 下列表38表示第五实施例的光学信息记录/再现装置300上安装的物镜10的规 格。
[0358]表 38:
[0360] 如表38中的放大倍率M的值所示，在光学信息记录/再现装置300中，各个激光 束作为准直光束或发散程度低的发散光束入射到光盘上。采用这种设置，当物镜10因跟踪 操作而被移动时产生的轴外像差可以被抑制在较低水平。下列表39至表41表示光学信息 记录/再现装置300的参数值。具体讲，表39表示使用光盘D1时的参数值，表40表示使 用光盘D2时的参数值，表41表示使用光盘D3时的参数值。
[0361]表 39 :
[0367]
[0368] 親合透镜的第二表面（表面编号为4)、物镜10的第一表面10a和物镜10的第二 表面10b均为非球面。下列表42表示每个非球面的锥度系数k和非球面系数A4、A6、…。
[0369]表 42:
[0371] 在第五实施例的物镜10的第一表面10a上，在距离光轴的高度不超过h(即有效 半径）的范围内形成区域Rl、R2和R3,h的取值如下：
[0372]区域R1 :0? 000 彡h彡 1. 200;
[0373]区域R2 :1. 200〈h彡 1. 495 ;
[0374]区域R3 :1. 495〈h彡 1. 870。
[0375] 区域R1至区域R3的功能实质上与第一实施例中的相同。下列表43表示对物镜 10的第一表面l〇a上的区域R1、R2和R3中的衍射结构分别进行定义的光路差函数的系数。 下列表44表示BD用衍射级、DVD用衍射级、CD用衍射级和闪耀波长。
[0376]表 43 :
[0378]
[0381] 下列表45至表47表示区域R1至R3中形成的环状区结构的具体数值。在第五实 施例中，区域R1具有三种台阶，区域R2具有四种台阶，区域R3具有两种台阶。鉴于与第三 实施例中说明的相同的原因，表43和表44省略了作为衍射结构的区域R1中的第三台阶、 区域R2中的第三台阶和第四台阶、以及区域R3中的第二台阶的数值。
[0382]表 45 :
[0383] 第一区域（R1):
[0384]
[0385]
[0386]
[0387]表46 :
[0388]第二区域（R2):
[0389]
[0390]
[0391]表 47:
[0392] 第三区域（R3):
[0393]
[0394]
[0395]
[0396] 第六实施例
[0397] 下面，说明光学信息记录/再现装置的第六实施例。除了闪耀波长之外，第六实施 例的物镜10与第五实施例的物镜10具有相同的参数值。因此，关于第六实施例的物镜10 的规格，比如在第六实施例中使用光盘D1至D3时的光学信息记录/再现装置100的参数 值，各个非球面的形状，以及光路差函数的系数，可参照第五实施例的表38至表43。
[0398] 下列表48表示BD用衍射级、DVD用衍射级、⑶用衍射级和闪耀波长。
[0399]表 48 :
[0401] 下列表49至表51表示区域R1至R3中形成的环状区结构的具体数值。
[0402]表 49 :
[0403] 第一区域（R1):
[0404]
[0405]
[0406]
[0407]表50 :
[0408]第二区域（R2):
[0409]
[0410]
[0411]表 51 :
[0412] 第三区域（R3):
[0413]
[0414]
[0415]
[0416] 下面，将第一实施例至第六实施例与比较例进行比较，以评价第一实施例至第六 实施例的光学信息记录/再现装置进行信息记录和信息再现时的光学性能。除了区域R1 中的第一光路差函数的闪耀波长之外，比较例的物镜与第一实施例的物镜10具有实质上 相同的参数值。
[0417] 下列表52表示第一实施例至第六实施例以及比较例的条件⑴至（25)的值、第 一实施例至第六实施例以及比较例的光盘D1至D3上分别形成的束斑的半径、以及第一实 施例至第六实施例和比较例中的光使用效率。
[0418]表 52 :
[0420]
[0421] 图15A和15B是对理想束斑与第一实施例中形成的束斑进行比较的曲线图。图 16A和16B是对理想束斑与比较例中形成的束斑进行比较的曲线图。在图15A、图15B、图 16A和图16B中，实线代表第一实施例和比较例中形成的束斑的半径之内的光强分布，点划 线表示理想束斑的半径之内的光强分布。图17A和17B是表示第二实施例中形成的束斑的 光强分布的曲线图，图18A和18B是表示第三实施例中形成的束斑的光强分布的曲线图，图 19A和19B是表不第四实施例中形成的束斑的光强分布的曲线图，图20A和20B是表不第五 实施例中形成的束斑的光强分布的曲线图，图21A和21B是表不第六实施例中形成的束斑 的光强分布的曲线图。在图15A至图21B的每幅图中，纵轴表示光强，横轴表示距束斑中央 的距离（单位：臟）。图154、164、174、184、19八、2(^和2认表示光盘01的记录面上形成的 束斑的半径之内的光强分布。图15B、16B、17B、18B、19B、20B和21B表示光盘D2的记录面 上形成的束斑的半径之内的光强分布。应当注意，每个束斑实际上具有绕距离为〇处（束 斑中央）的轴旋转每一幅曲线图所得到的光强分布。
[0422] 如表52所示，第一实施例至第六实施例满足条件（1)-(3)或条件（12)-(14)。因 此，可以得到对每个光盘进行信息记录或信息再现的足够的衍射效率，并且在每个光盘的 记录面上可以形成接近理想束斑 大小的束斑。而且，如图15A和15B(或者图17A至21B) 所示，在光盘D1和光盘D2上分别形成的束斑相对于理想束斑不会过度减小，并且充分抑制 了副辦。
[0423] 相反，比较例不满足条件⑴和（2)，也不满足条件（12)和（13)。因此，不可能保 证波长为A1的激光束有足够的衍射效率，并且光盘D1的记录面上形成的束斑的特性的劣 化加剧。而且，如图16A和16B所不，在光盘D1和光盘D2的记录面上分别形成的束斑相对 于理想束斑过度减小，并且副瓣变大。尤其是，当使用光盘D1时由超分辨率引起的束斑特 性的劣化加剧。
[0424] 图22A至22C是表示第一实施例或第二实施例中产生的球面像差图。具体讲，图 22A表示NA1 ( = 0. 85)时在光盘D1的记录面上产生的球面像差，图22B表示NA2 ( = 0. 60) 时在光盘D2的记录面上产生的球面像差，图22C表示NA3 ( = 0. 47)时在光盘D3的记录面 上产生的球面像差。
[0425] 图23A至23C是表示第三实施例中产生的球面像差图。具体讲，图23A表示NA1 (= 0. 85)时在光盘D1的记录面上产生的球面像差，图23B表示NA2 ( = 0. 60)时在光盘D2的 记录面上产生的球面像差，图23C表示NA3 ( = 0. 47)时在光盘D3的记录面上产生的球面 像差。
[0426] 图24A至24C是表示第四实施例中产生的球面像差图。具体讲，图24A表示NA1 (= 0. 85)时在光盘D1的记录面上产生的球面像差，图24B表示NA2 ( = 0. 60)时在光盘D2的 记录面上产生的球面像差，图24C表示NA3 ( = 0. 47)时在光盘D3的记录面上产生的球面 像差。
[0427] 图25A至25C是表示第五实施例或第六实施例中产生的球面像差图。具体讲，图 25A表示NA1 ( = 0. 85)时在光盘D1的记录面上产生的球面像差，图25B表示NA2 ( = 0. 60) 时在光盘D2的记录面上产生的球面像差，图25C表示NA3 ( = 0. 47)时在光盘D3的记录面 上产生的球面像差。
[0428] 在图22A至25B中，纵轴表不光瞳坐标，横轴表不球面像差的量（单位：mm)。在图 22A至25B中，实线代表波长为设计波长时的球面像差，点线表示的曲线代表当波长偏离设 计波长+5nm时引起的球面像差。在球面像差图中未考虑闪耀波长。因此，由于第一实施例 与第二实施例（或者第五实施例与第六实施例）除闪耀波长之外的参数值均相同，第一实 施例与第二实施例（或者第五实施例与第六实施例）使用相同的球面像差图。
[0429] 如图22A至25C以及表52所示，在对光盘D1至D3分别校正球面像差的同时，第 一实施例至第六实施例均能得到对光盘D1至D3分别进行信息记录或信息再现的足够的衍 射效率以及良好的束斑特性。应当注意，如表52所示，第一实施例至第六实施例还满足除 条件⑴至⑶或条件（12)至（14)之外的条件。因此，通过满足除条件⑴至（3)或条 件（12)至（14)之外的条件，第一实施例至第六实施例还可以达到进一步的效果。
[0430] 尽管参照一些【具体实施方式】相当详细地说明了本发明，但也可以有其他实施方 式。
【主权项】
1. 一种用于光学信息记录/再现装置的物镜光学系统，所述光学信息记录/再现装置 通过选择使用分别具有第一波长、第二波长和第三波长的第一光束、第二光束和第三光束 这三种光束，将信息分别记录在记录密度不同的第一光盘、第二光盘和第三光盘这三种光 盘上，或者分别从该三种光盘再现信息， 当Al表示所述第一波长，X2表示所述第二波长，X3表示所述第三波长时，所述第一 波长、第二波长和第三波长满足如下条件： 入1〈入2〈入3， 入1、入2和入3的单位为nm， 当tl表示使用所述第一光束进行信息记录或信息再现的所述第一光盘的保护层厚 度，t2表示使用所述第二光束进行信息记录或信息再现的所述第二光盘的保护层厚度，t3 表示使用所述第三光束进行信息记录或信息再现的所述第三光盘的保护层厚度时，tl、t2 和t3满足如下条件： tl〈t2〈t3,以及 t3_tl^ 1. 0， tl、t2和t3的单位为mm， 当NAl表示所述第一光盘的信息记录或信息再现所需要的数值孔径，NA2表示所述第 二光盘的信息记录或信息再现所需要的数值孔径，NA3表示所述第三光盘的信息记录或信 息再现所需要的数值孔径时，NA1、NA2和NA3满足如下条件： NA1>NA2>NA3， 所述物镜光学系统包括物镜， 其中： 所述物镜光学系统的至少一个光学表面包括由如下光路差函数定义的衍射结构的衍 射表面： 巾ik(h) = (Pik2Xh2+Pik4Xh4+Pik6Xh6+Pik8Xh8+Pikl0Xh10+Pikl2Xh12)mik入其中，h表示距离光轴的高度，h的单位为mm，Pik2、Pik4、Pik6…表示第k区域的第i光路 差函数的二阶、四阶、六阶光路差系数，i、k为自然数，mu表示使入射光束的衍射效率关于 第k区域的第i光路差函数最大化的衍射级，X表示所述入射光束的使用波长，X的单位 为nm; 所述衍射表面包括第一区域，其将所述第一光束、第二光束和第三光束分别聚集在所 述第一光盘、第二光盘和第三光盘的记录面； 所述第一区域包括由第一光路差函数定义的衍射结构，第一光路差函数定义成分别使 所述第一光束、第二光束和第三光束的衍射效率分别最大化的衍射级为第一级； 当XBik表示所述第k区域的第i光路差函数的闪耀波长时，所述第一区域的所述衍射 结构满足如下条件： 0? 03〈（入Bn-入1) /入1〈0. 40 .....(1)， 所述衍射表面包括位于所述第一区域外部的第二区域，所述第二区域将所述第一光束 和第二光束分别聚集在所述第一光盘和第二光盘的所述记录面，但不聚集所述第三光束； 所述第二区域包括由第一光路差函数定义的衍射结构，第一光路差函数定义成使所述 第一光束和第二光束的衍射效率分别最大化的衍射级为第一级； 所述第二区域的所述衍射结构满足如下条件： -0? 35〈（入B12-入B11) / 入 1〈0. 35 .....(2)， 所述衍射表面包括位于所述第二区域外部的第三区域，所述第三区域将所述第一光束 聚集在所述第一光盘的所述记录面，但不聚集所述第二光束和第三光束； 所述第三区域包括由第一光路差函数定义的衍射结构； 所述第三区域中的所述衍射结构满足如下条件： -0? 23〈m13X((入B13-入 1) / 入 1)〈0? 23 .....(3)。2. 根据权利要求1所述的物镜光学系统，其中， 所述衍射表面的所述第一区域满足如下条件： 0? 14〈（入 Bn-入 1) / 入 1〈0. 37 .....(4) 〇3. 根据权利要求1所述的物镜光学系统，其中， 所述衍射表面的所述第三区域满足如下条件： -0? 14〈m13X((入B13-入1) /入1)〈0? 14 .....(5)〇4. 根据权利要求1所述的物镜光学系统，其中， 所述衍射表面的所述第二区域满足如下条件： -0? 17〈（入 B12-入B11) / 入 1〈0. 17 .....(6) 〇5. 根据权利要求1-4中任一项所述的物镜光学系统， 其中： 所述衍射表面的所述第一区域还包括由第二光路差函数定义的衍射结构，第二光路差 函数定义成使所述第一光束、第二光束和第三光束的衍射效率最大化的衍射级分别为第二 级、第一级和第一级；以及 所述衍射表面满足以下条件： -0? 12〈（入B2「入 1) / 入 1〈0. 12 .....(7)。6. 根据权利要求1所述的物镜光学系统， 其中： 所述衍射表面的所述第二区域还包括由第二光路差函数定义的衍射结构，第二光路差 函数定义成使所述第一光束的衍射效率最大化的衍射级为奇数级；以及 所述衍射表面满足以下条件： -0? 28〈m22X((入B22-入 1) / 入 1)〈0? 28 .....(8)。7. 根据权利要求1所述的物镜光学系统，包括独立于所述物镜设置的光学部件， 其中，所述光学部件的至少一个表面具有所述衍射表面。8. 根据权利要求1所述的物镜光学系统， 其中，所述物镜的至少一个表面具有所述衍射表面。9. 根据权利要求1所述的物镜光学系统， 其中，所述物镜光学系统满足如下条件： 35 彡Vd彡 80 .....(24)， 其中vd表示所述物镜在d线的阿贝数。10. -种光学信息记录/再现装置，所述光学信息记录/再现装置通过选择使用分别具 有第一波长、第二波长和第三波长的第一光束、第二光束和第三光束这三种光束，将信息分 别记录在记录密度不同的第一光盘、第二光盘和第三光盘这三种光盘上，或者分别从该三 种光盘再现信息， 当Al表示所述第一波长，X2表示所述第二波长，X3表示所述第三波长时，所述第一 波长、第二波长和第三波长满足如下条件： 入1〈入2〈入3， 入1、入2和入3的单位为nm， 当tl表示使用所述第一光束进行信息记录或信息再现的所述第一光盘的保护层厚 度，t2表示使用所述第二光束进行信息记录或信息再现的所述第二光盘的保护层厚度，t3 表示使用所述第三光束进行信息记录或信息再现的所述第三光盘的保护层厚度时，tl、t2 和t3满足如下条件： tl^ 0. 1 ； t2 ~ 0. 6 ;以及 t3 ~ 1. 2， tl、t2和t3的单位为mm， 当NAl表示所述第一光盘的信息记录或信息再现所需要的数值孔径，NA2表示所述第 二光盘的信息记录或信息再现所需要的数值孔径，NA3表示所述第三光盘的信息记录或信 息再现所需要的数值孔径时，NA1、NA2和NA3满足如下条件： NA1>NA2>NA3， 所述光学信息记录/再现装置包括： 光源，其分别发射所述第一光束和第三光束； 至少一个耦合透镜，其变换所述第一光束、第二光束和第三光束的发散程度或聚集程 度；以及 具有物镜的物镜光学系统， 其中： 所述物镜光学系统的至少一个光学表面包括由如下光路差函数定义的衍射结构的衍 射表面： 巾ik(h) = (Pik2Xh2+Pik4Xh4+Pik6Xh6+Pik8Xh8+Pikl0Xh10+Pikl2Xh12)mik入其中，h表示距离光轴的高度，h的单位为mm，Pik2、Pik4、Pik6…表示第k区域的第i光路 差函数的二阶、四阶、六阶光路差系数，i、k为自然数，mu表示使入射光束的衍射效率关于 第k区域的第i光路差函数最大化的衍射级，X表示所述入射光束的使用波长，X的单位 为nm; 所述衍射表面包括第一区域，其将所述第一光束、第二光束和第三光束分别聚集在所 述第一光盘、第二光盘和第三光盘的记录面； 所述第一区域包括由第一光路差函数定义的衍射结构，第一光路差函数定义成分别使 所述第一光束、第二光束和第三光束的衍射效率最大化的衍射级为第一级； 当XBik表示所述第k区域的第i光路差函数的闪耀波长时，所述第一区域的所述衍射 结构满足如下条件： 0? 03〈（入Bn-入1) /入1〈0. 40 .....(1)， 所述衍射表面包括位于所述第一区域外部的第二区域，所述第二区域将所述第一光束 和第二光束分别聚集在所述第一光盘和第二光盘的所述记录面，但不聚集所述第三光束； 所述第二区域包括由第一光路差函数定义的衍射结构，第一光路差函数定义成使所述 第一光束和第二光束的衍射效率分别最大化的衍射级为第一级； 所述第二区域的所述衍射结构满足如下条件： -0? 35〈（入B12-入B11) / 入 1〈0. 35 .....(2)， 所述衍射表面包括位于所述第二区域外部的第三区域，所述第三区域将所述第一光束 聚集在所述第一光盘的所述记录面，但不聚集所述第二光束和第三光束； 所述第三区域包括由第一光路差函数定义的衍射结构； 所述第三区域的所述衍射结构满足如下条件： -0? 23〈m13X((入B13-入 1) / 入 1)〈0? 23 .....(3)。11. 根据权利要求10所述的光学信息记录/再现装置， 其中，当nl和n3分别表不所述物镜对所述第一波长和第三波长的折射率时，所述光学 信息记录/再现装置满足如下条件： 0. 4< (AI/ (n3-l)) / (A3/ (nl-1)) <0. 6 .....(25) 〇12. 根据权利要求10所述的光学信息记录/再现装置， 其中，所述衍射表面的所述第一区域满足如下条件： 0? 14〈（入 Bn-入 1) / 入 1〈0. 37 .....(4) 〇13. 根据权利要求10所述的光学信息记录/再现装置， 其中，所述衍射表面的所述第三区域满足如下条件： -0? 14〈m13X((入B13-入1) /入1)〈0? 14 .....(5)〇14. 根据权利要求10所述的光学信息记录/再现装置， 其中，所述衍射表面的所述第二区域满足如下条件： -0? 17〈（入 B12-入B11) / 入 1〈0. 17 .....(6) 〇15. 根据权利要求10至14中任意一项所述的光学信息记录/再现装置， 其中： 所述衍射表面的所述第一区域还包括由第二光路差函数定义的衍射结构，第二光路差 函数定义成使所述第一光束、第二光束和第三光束的衍射效率最大化的衍射级分别为第二 级、第一级和第一级；并且 所述衍射表面满足以下条件： -0? 12〈（入B2「入 1) / 入 1〈0. 12 .....(7)。16. 根据权利要求10所述的光学信息记录/再现装置， 其中： 所述衍射表面的所述第二区域还包括由第二光路差函数定义的衍射结构，第二光路差 函数定义成使所述第一光束的衍射效率最大化的衍射级为奇数级；并且 所述衍射表面满足以下条件： -0? 28〈m22X((入B22-入 1) / 入 1)〈0? 28 .....(8)。17. 根据权利要求10所述的光学信息记录/再现装置， 其中： 所述物镜光学系统包括独立于所述物镜设置的光学部件；并且 所述光学部件的至少一个表面具有所述衍射表面。18. 根据权利要求10所述的光学信息记录/再现装置， 其中，所述物镜的至少一个表面具有所述衍射表面。19. 根据权利要求10所述的光学信息记录/再现装置， 其中，所述物镜光学系统满足如下条件： 35 彡Vd彡 80 .....(24)， 其中vd表示所述物镜在d线的阿贝数。
【专利摘要】一种用于光学信息记录/再现装置的物镜光学系统，物镜光学系统的至少一个光学表面包括衍射表面，衍射表面包括第一区域、第二区域和第三区域；第一区域有助于聚集第一光束、第二光束和第三光束，并且包括使第一光束、第二光束和第三光束的使用衍射级为第一级并且满足条件0.03<(λB11-λ1)/λ1<0.40的衍射结构；第二区域有助于仅聚集第一光束和第二光束，并且包括使用衍射级为第一级并且满足条件-0.35<(λB12-λB11)/λ1<0.35的衍射结构；第三区域仅有助于聚集第一光束，并且包括使第一光束的使用衍射级为奇数级并且满足条件-0.23<m13×((λB13-λ1)/λ1)<0.23的衍射结构。
【IPC分类】G02B5/18, G11B7/1392, G11B7/1353, G11B7/1374
【公开号】CN104900247
【申请号】CN201510254678
【发明人】是枝大辅, 竹内修一
【申请人】Hoya株式会社
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2011年3月18日
【公告号】CN102194486A, CN102194486B, US8514686, US8699312, US20110228664, US20130315047
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