衍射光学元件、物镜模块、光拾取器及光信息记录再现装置

摘要

提供一种能够对对应波长不同的光盘或记录面进行记录再现的适合小型化的物镜模块。物镜模块由下述部分组成：聚光透镜，被与第1波长的第1激光的光路同轴配置；和透射型衍射光学元件，被同轴配置，将第1激光的衍射光入射到聚光透镜；其中，衍射光学元件具有：入射面及射出面；和第1、第2及第3区域，被设在入射面及射出面中的至少一方的光轴周围，而且由根据离光轴依次不同的半径距离划定的不同衍射角的衍射光栅组成；第1区域将第1激光的奇数级数的衍射光衍射到聚光透镜，第2区域将第1激光的偶数级数的衍射光衍射到聚光透镜，第3区域将第1激光的偶数级数或零级的衍射光衍射到聚光透镜，聚光透镜以规定数值孔径来会聚来自第1、第2及第3区域的衍射光。

说明书

技术领域

本发明涉及对对应波长不同的光盘记录再现信息的光信息记录再现装置中的光拾取器的光学系统，特别涉及能够兼容使用不同波长的激光源的多种光记录媒体的光信息记录再现装置、光拾取器、物镜模块、衍射光学元件。

背景技术

在光信息记录再现装置中，有能够从光记录媒体——例如DigitalVersatile Disc(数字多用盘)(以下称为DVD)、Compact Disc(紧致盘)(以下称为CD)等光盘上读取记录信息的光盘装置。

已知有能够从DVD和CD上读取记录信息的兼容光盘装置。DVD的基板厚度是0.6mm，对应波长是635nm～655nm，物镜的数值孔径(NA)是0.6左右。CD的基板厚度是1.2mm，对应波长是760nm～800nm，物镜的数值孔径是0.45左右。该兼容光盘装置有时搭载DVD用的波长为660nm附近的激光源和发出CD用的波长为780nm附近的λ_DVD的激光的激光源。

例如，提出了一种技术，它提供能够对DVD/CD的基板厚度不同的信息记录媒体记录再现信息的光拾取器装置及其所用的物镜以及光学元件(参照(日本)特开2001-235676号公报)。提出了一种光拾取器装置，通过将设有衍射环带的物镜用于光拾取器装置，而在使用数值孔径小的一侧的状态下将规定数值孔径的外侧的光束作为光斑(フレア)，对厚度不同的多种信息记录媒体记录再现信息。这种设有衍射环带的物镜的特征在于，具有带衍射环带的衍射面，在将衍射面的光路差函数设为Ф(h)时(h为离光轴的距离)，它是在规定距离h处dФ(h)/dh不连续或基本上不连续的函数。

另一方面，Blu-ray Disc(蓝光光盘)(以下称为BD)的透射保护层的厚度(相当于DVD等的透明基板厚度)是0.1mm，对应波长是408nm，物镜的数值孔径是0.85左右。因此，在BD、DVD、CD的兼容光盘装置上，除了上述兼容光盘装置的结构以外，还需要搭载发出波长为408nm附近的λ_BD的激光的激光源及其光学系统。此外，BD、DVD、CD的光盘厚度都不同，所以需要具有校正3种不同的球差的手段。再者，数值孔径也都不同，所以需要也具有与其对应的手段。然而在上述引用文献中，没有与这些手段有关的具体记载。即，难以用现有的单一物镜来兼容BD/DVD/CD这3种以上的不同光源波长、数值孔径(有效直径)、光盘厚度(透射保护层的厚度)的记录媒体。

因此，作为兼容装置用的光拾取器的实现方法，有使用BD专用物镜和DVD/CD兼容物镜、按波长来切换的方法，但是需要2枚物镜，所以需要复杂的透镜切换机构，成本增大，致动器变大，所以不利于小型化。此外，作为另一种方法，有组合物镜和准直透镜的方法，但是准直透镜相对于物镜是固定的，所以产生难以维持移动物镜时的性能等问题。

总之，如果为了确保BD、DVD及CD的兼容性，而使用多个光源，构成专用的棱镜、透镜等光学系统，则整个光拾取器倾向于变得复杂，变得大型。

发明内容

因此，本发明想要解决的课题的一例是，提供一种能够对对应波长不同的光盘或记录面进行记录再现的适合小型化的光信息记录再现装置、光拾取器、衍射光学元件。

本发明的物镜模块由下述部分组成：聚光透镜，被与第1波长的第1激光的光路同轴配置；和透射型衍射光学元件，被同轴配置，将第1激光的衍射光入射到上述聚光透镜；其特征在于，具有：

入射面及射出面；和

第1、第2及第3区域，被设在上述入射面及射出面中的至少一方的光轴周围，而且由根据离光轴依次不同的半径距离划定的不同衍射角的衍射光栅组成；

上述第1区域将上述第1激光的奇数级数的衍射光衍射到上述聚光透镜，上述第2区域将第1激光的偶数级数的衍射光衍射到上述聚光透镜，上述第3区域将第1激光的偶数级数或零级的衍射光衍射到上述聚光透镜，上述聚光透镜以规定数值孔径来会聚来自上述第1、第2及第3区域的衍射光。

本发明的衍射光学元件为了使与第1激光的波长不同的多种激光及与该多种激光分别对应的多种记录媒体共享用于将上述第1激光聚光到第1记录媒体上的物镜，而被设在上述第1激光及上述多种激光的光路上，其特征在于，

上述多种激光包含与第2记录媒体对应的第2激光和与第3记录媒体对应的第3激光；

具备：第1衍射透镜构造，被设在上述光轴周围，而且校正根据上述第1激光和上述第2及第3激光之间的波长的差异而产生的像差；和

第2衍射透镜构造，被设在上述第1衍射透镜构造周围，而且校正根据上述第1激光和上述第2激光之间的波长的差异而产生的像差。

在本发明的衍射光学元件上，上述第1记录媒体具有经第1厚度的透射保护层来受光的记录层，上述第2记录媒体具有经第1厚度以上的第2厚度的透射保护层来受光的记录层，上述第3记录媒体具有经比上述第2厚度大的第2厚度的透射保护层来受光的记录层。

在本发明的衍射光学元件上，上述第1衍射透镜构造校正除了根据上述第1激光和上述第2及第3激光之间的波长的差异以外、还根据上述透射保护层的第1厚度和透射保护层的第2及第3厚度之间的差分而产生的像差，并且上述第2衍射透镜构造校正除了根据上述第1激光和上述第2激光之间的波长的差异以外、还根据上述透射保护层的第1厚度和上述透射保护层的第2厚度之间的差分而产生的像差。

再者，在本发明的衍射光学元件上，具备第3衍射透镜构造，被设在上述衍射光学元件的入射或射出面上，而且校正由于第1激光的微小的波长变动而产生的色差。

本发明的光拾取器的特征在于，具备上述物镜模块或衍射光学元件。此外，本发明的光信息记录再现装置的特征在于，具备上述光拾取器。

在使用如上所述物镜模块或衍射光学元件的光拾取器的结构中，通过对衍射光学元件的精心设计，BD、DVD、CD都是按无限远系统设计的，所以能够简化光拾取器的光路，所以最好。

通过在上述兼容BD/DVD/CD的球差校正用衍射光学元件上附加色差校正用衍射透镜构造，能够校正不连续的色差。

通过将球差校正用衍射透镜构造和色差校正用衍射透镜构造一体化，消除了组装调整误差或跟踪造成的透镜移动妨碍校正不连续的色差这一问题。

附图说明

图1是本发明的实施方式的光拾取器内部的概略结构图。

图2是本发明的另一实施方式的光拾取器内部的概略结构图。

图3是本发明的实施方式的衍射光学元件的从光轴上看到的主视图。

图4是本发明的实施方式的衍射光学元件的断面图。

图5是说明包含本发明的实施方式的衍射光学元件的物镜模块对CD的纵向球差的曲线图的线图。

图6是说明包含本发明的实施方式的衍射光学元件的物镜模块对CD的波像差的曲线图的线图。

图7是用于说明由本发明的实施方式的衍射光学元件和物镜组成的物镜模块的动作的物镜模块的概略断面图。

图8是由本发明的另一实施方式的衍射光学元件和物镜组成的物镜模块的概略断面图。

图9是本发明的另一实施方式的衍射光学元件的概略断面图。

图10是本发明的另一实施方式的衍射光学元件的概略断面图。

图11是用于说明本发明的另一实施方式的衍射光学元件上的衍射透镜构造的合成的线图。

图12是本发明的另一实施方式的衍射光学元件的概略断面图。

图13是具有本发明的另一实施方式的衍射光学元件构造的复合物镜的概略断面图。

图14是用于说明本发明的衍射光学元件的制造方法中包含的光学设计所用的相位函数法的线图。

图15是由本发明的实施例1的衍射光学元件和物镜组成的物镜模块的概略断面图。

图16是本发明的实施例1的衍射光学元件的概略断面图。

图17是本发明的实施例1的衍射光学元件的概略断面图。

图18是本发明的实施例1中所用的物镜对DVD及CD的球差的曲线图。

图19是用于说明构成本发明的实施例1的衍射光学元件的衍射透镜构造1的相位台阶和通过它的波阵面的光程差的线图。

图20是说明用相位函数法来计算组合了本发明的实施例1的衍射光学元件和BD用物镜时对CD的纵向球差的结果的曲线图的线图。

图21是说明用相位函数法来计算组合了本发明的实施例1的衍射光学元件和BD用物镜时对CD的波像差的结果的曲线图的线图。

图22是说明用相位函数法来计算组合了本发明的实施例1的衍射光学元件和BD用物镜时对DVD的波像差形状的结果的曲线图。

图23是说明用相位函数法来计算组合了本发明的实施例1的衍射光学元件和BD用物镜时对CD的波像差形状的结果的曲线图。

图24是本发明的实施例1的衍射光学元件上的衍射透镜构造1的关于离光轴的高度的衍射透镜函数的曲线图。

图25是本发明的实施例1的衍射光学元件上的衍射透镜构造1的从光轴上看到的主视图。

图26是将本发明的实施例1的衍射光学元件上的衍射透镜构造1制造得使得BD用激光的衍射效率为100％所得的衍射透镜构造的断面图。

图27是考虑本发明的实施例1的衍射光学元件上的衍射透镜构造1的BD用激光和CD用激光的衍射效率的均衡而制造出的另一实施例的衍射透镜构造的断面图。

图28是用于说明构成本发明的实施例1的衍射光学元件上的衍射透镜构造2的相位台阶和通过它的波阵面的光程差的线图。

图29是用相位函数法来计算使用本发明的实施例1的衍射光学元件的物镜模块的DVD的波像差的结果的曲线图。

图30是用暂定形状的数据来计算使用本发明的实施例1的衍射光学元件的物镜模块的BD的波像差的结果的曲线图。

图31是用暂定形状的数据来计算使用本发明的实施例1的衍射光学元件的物镜模块的DVD的波像差的结果的曲线图。

图32是用暂定形状的数据来计算使用本发明的实施例1的衍射光学元件的物镜模块的CD的波像差的结果的曲线图。

图33是用暂定形状的数据来计算使用本发明的实施例1的衍射光学元件的物镜模块的BD的波像差的结果的曲线图。

图34是用本发明的实施例1的衍射光学元件的区域的边界的相位台阶量来调整相位偏移的情况下的衍射透镜构造的断面图。

图35是用本发明的实施例1的衍射光学元件的区域的边界的相位台阶量来调整相位偏移的情况下的物镜模块的BD的波像差的曲线图。

图36是用本发明的实施例1的衍射光学元件的衍射透镜函数的常数项d0的值来调整相位偏移的情况下的关于离光轴的高度的衍射透镜构造1的衍射透镜函数的曲线图。

图37是用本发明的实施例1的衍射光学元件的衍射透镜构造1的衍射透镜函数的常数项d0的值来调整相位偏移的情况下的物镜模块的BD的波像差的曲线图。

图38是由本发明的实施例1的衍射光学元件和物镜组成的物镜模块的概略断面图。

图39是用于说明本发明的衍射光学元件的制造方法中包含的光学设计中所用的非球面形状的线图。

图40是用于说明表示本发明的衍射光学元件的设计结果时的台阶及环带面号的线图。

图41是用于说明表示本发明的衍射光学元件的设计结果时的台阶量的台阶符号的线图。

图42是本发明的实施例1的衍射光学元件上形成的衍射透镜构造的断面的示意性曲线图。

图43是说明本发明的实施例1的衍射光学元件上形成的衍射透镜构造的断面的下垂(サグ)量的曲线图。

图44是用实际形状的数据来计算使用本发明的实施例1的衍射光学元件的物镜模块的BD的波像差的结果的曲线图。

图45是用实际形状的数据来计算使用本发明的实施例1的衍射光学元件的物镜模块的DVD的波像差的结果的曲线图。

图46是用实际形状的数据来计算使用本发明的实施例1的衍射光学元件的物镜模块的CD的波像差的结果的曲线图。

图47是根据本发明的实施例1的衍射光学元件的衍射透镜构造的实际面形状数据来计算物镜模块的波像差、用该波像差计算出的BD上的光点形状的曲线图。

图48是根据本发明的实施例1的衍射光学元件的衍射透镜构造的实际面形状数据来计算物镜模块的波像差、用该波像差计算出的DVD上的光点形状的曲线图。

图49是根据本发明的实施例1的衍射光学元件的衍射透镜构造的实际面形状数据来计算物镜模块的波像差、用该波像差计算出的CD上的光点形状的曲线图。

图50是根据本发明的实施例1的衍射光学元件的衍射透镜构造的实际面形状数据来计算物镜模块的波像差、用该波像差计算出的BD上的光点旁瓣形状的曲线图。

图51是根据本发明的实施例1的衍射光学元件的衍射透镜构造的实际面形状数据来计算物镜模块的波像差、用该波像差计算出的DVD上的光点旁瓣形状的曲线图。

图52是根据本发明的实施例1的衍射光学元件的衍射透镜构造的实际面形状数据来计算物镜模块的波像差、用该波像差计算出的CD上的光点旁瓣形状的曲线图。

图53是表示光点形状的值——半值宽度和旁瓣强度的曲线图。

图54是使用本发明的实施例1的物镜模块的情况下的DVD的倾斜时的光点半值宽度值和盘倾斜角度之间的关系的曲线图。

图55是使用本发明的实施例1的物镜模块的情况下的CD的倾斜时的光点半值宽度值和盘倾斜角度之间的关系的曲线图。

图56是使用本发明的实施例1的物镜模块的情况下的DVD的倾斜时的光点旁瓣强度和盘倾斜角度之间的关系的曲线图。

图57是使用本发明的实施例1的物镜模块的情况下的CD的倾斜时的光点旁瓣强度和盘倾斜角度之间的关系的曲线图。

图58是由本发明的实施例2的衍射光学元件和物镜组成的物镜模块的概略断面图。

图59是本发明的实施例2的衍射光学元件的概略断面图。

图60是本发明的实施例2的衍射光学元件上形成的衍射透镜构造的断面的示意性曲线图。

图61是本发明的实施例2的衍射光学元件上的衍射透镜构造的关于离光轴的高度的衍射透镜函数的曲线图。

图62是本发明的实施例2的衍射光学元件上的衍射透镜构造1的从光轴上看到的主视图。

图63是将本发明的实施例2的衍射光学元件的BD用激光的衍射效率制造为100％的衍射透镜构造的断面图。

图64是本发明的实施例2的衍射光学元件上形成的衍射透镜构造B的断面的示意性曲线图。

图65是用实际形状的数据来计算使用本发明的实施例2的衍射光学元件的物镜模块的BD的波像差的结果的曲线图。

图66是用实际形状的数据来计算使用本发明的实施例2的衍射光学元件的物镜模块的DVD的波像差的结果的曲线图。

图67是用实际形状的数据来计算使用本发明的实施例2的衍射光学元件的物镜模块的CD的波像差的结果的曲线图。

图68是根据本发明的实施例2的衍射光学元件的衍射透镜构造的实际面形状数据来计算物镜模块的波像差、用该波像差计算出的BD上的光点形状的曲线图。

图69是根据本发明的实施例2的衍射光学元件的衍射透镜构造的实际面形状数据来计算物镜模块的波像差、用该波像差计算出的DVD上的光点形状的曲线图。

图70是根据本发明的实施例2的衍射光学元件的衍射透镜构造的实际面形状数据来计算物镜模块的波像差、用该波像差计算出的CD上的光点形状的曲线图。

图71是根据本发明的实施例2的衍射光学元件的衍射透镜构造的实际面形状数据来计算物镜模块的波像差、用该波像差计算出的BD上的光点旁瓣形状的曲线图。

图72是根据本发明的实施例2的衍射光学元件的衍射透镜构造的实际面形状数据来计算物镜模块的波像差、用该波像差计算出的DVD上的光点旁瓣形状的曲线图。

图73是根据本发明的实施例2的衍射光学元件的衍射透镜构造的实际面形状数据来计算物镜模块的波像差、用该波像差计算出的CD上的光点旁瓣形状的曲线图。

图74是使用本发明的实施例2的物镜模块的情况下的DVD的倾斜时的光点半值宽度值和盘倾斜角度之间的关系的曲线图。

图75是使用本发明的实施例2的物镜模块的情况下的CD的倾斜时的光点半值宽度值和盘倾斜角度之间的关系的曲线图。

图76是使用本发明的实施例2的物镜模块的情况下的DVD的倾斜时的光点旁瓣强度和盘倾斜角度之间的关系的曲线图。

图77是使用本发明的实施例2的物镜模块的情况下的CD的倾斜时的光点旁瓣强度和盘倾斜角度之间的关系的曲线图。

图78是本发明的实施例2的物镜模块造成的最佳像面上的BD的波像差形状的曲线图。

图79是本发明的实施例2的物镜模块造成的光源的波长变动到403nm的情况下的最佳像面上的BD的波像差形状的曲线图。

图80是本发明的实施例2的物镜模块造成的光源的波长变动到413nm的情况下的最佳像面上的BD的波像差形状的曲线图。

图81是本发明的实施例2的物镜模块的BD的波长403nm上的整个光点形状的曲线图。

图82是本发明的实施例2的物镜模块的BD的波长413nm上的整个光点形状的曲线图。

图83是本发明的实施例2的物镜模块的BD的波长403nm上的光点的旁瓣的曲线图。

图84是本发明的实施例2的物镜模块的BD的波长413nm上的光点的旁瓣的曲线图。

图85是使用本发明的实施例2的衍射光学元件的透镜的与波长变动对应的最佳像面(聚光点)的移动量的曲线图。

图86是本发明的实施例2的变形例的衍射光学元件的概略断面图。

图87是由本发明的实施例3的衍射光学元件和物镜组成的物镜模块的概略断面图。

图88是衍射光学元件的台阶的制造误差的部分断面图。

图89是本发明的实施例3的衍射光学元件上形成的衍射透镜构造B的断面的示意性曲线图。

图90是本发明的实施例3的衍射光学元件上形成的衍射透镜构造A的断面的示意性曲线图。

图91是本发明的实施例3的衍射光学元件上形成的合成了衍射透镜构造A及衍射透镜构造B的情况下的断面的示意性曲线图。

图92是用实际形状的数据来计算使用本发明的实施例3的衍射光学元件的物镜模块的BD的波像差的结果的曲线图。

图93是用实际形状的数据来计算使用本发明的实施例3的衍射光学元件的物镜模块的DVD的波像差的结果的曲线图。

图94是用实际形状的数据来计算使用本发明的实施例3的衍射光学元件的物镜模块的CD的波像差的结果的曲线图。

图95是根据本发明的实施例3的衍射光学元件的衍射透镜构造的实际面形状数据来计算物镜模块的波像差、用该波像差计算出的BD上的光点形状的曲线图。

图96是根据本发明的实施例3的衍射光学元件的衍射透镜构造的实际面形状数据来计算物镜模块的波像差、用该波像差计算出的DVD上的光点形状的曲线图。

图97是根据本发明的实施例3的衍射光学元件的衍射透镜构造的实际面形状数据来计算物镜模块的波像差、用该波像差计算出的CD上的光点形状的曲线图。

图98是根据本发明的实施例3的衍射光学元件的衍射透镜构造的实际面形状数据来计算物镜模块的波像差、用该波像差计算出的BD上的光点旁瓣形状的曲线图。

图99是根据本发明的实施例3的衍射光学元件的衍射透镜构造的实际面形状数据来计算物镜模块的波像差、用该波像差计算出的DVD上的光点旁瓣形状的曲线图。

图100是根据本发明的实施例3的衍射光学元件的衍射透镜构造的实际面形状数据来计算物镜模块的波像差、用该波像差计算出的CD上的光点旁瓣形状的曲线图。

图101是使用本发明的实施例3的物镜模块的情况下的DVD的倾斜时的光点半值宽度值和盘倾斜角度之间的关系的曲线图。

图102是使用本发明的实施例3的物镜模块的情况下的CD的倾斜时的光点半值宽度值和盘倾斜角度之间的关系的曲线图。

图103是使用本发明的实施例3的物镜模块的情况下的DVD的倾斜时的光点旁瓣强度和盘倾斜角度之间的关系的曲线图。

图104是使用本发明的实施例3的物镜模块的情况下的CD的倾斜时的光点旁瓣强度和盘倾斜角度之间的关系的曲线图。

图105是本发明的实施例3的物镜模块造成的最佳像面上的BD的波像差形状的曲线图。

图106是本发明的实施例3的物镜模块造成的光源的波长变动到403nm的情况下的最佳像面上的BD的波像差形状的曲线图。

图107是本发明的实施例3的物镜模块造成的光源的波长变动到413nm的情况下的最佳像面上的BD的波像差形状的曲线图。

图108是本发明的实施例3的物镜模块的BD的波长403nm上的整个光点形状的曲线图。

图109是本发明的实施例3的物镜模块的BD的波长413nm上的整个光点形状的曲线图。

图110是本发明的实施例3的物镜模块的BD的波长403nm上的光点的旁瓣的曲线图。

图111是本发明的实施例3的物镜模块的BD的波长413nm上的光点的旁瓣的曲线图。

图112是使用本发明的实施例3的衍射光学元件的透镜的与波长变动对应的最佳像面(聚光点)的移动量的曲线图。

图113是本发明的实施例4的衍射透镜构造A1的衍射透镜函数的曲线图。

图114是本发明的实施例4的衍射透镜构造A2的衍射透镜函数的曲线图。

图115是本发明的实施例4的衍射光学元件上形成的衍射透镜构造B的断面的示意性曲线图。

图116是本发明的实施例4的衍射光学元件上形成的衍射透镜构造A的断面的示意性曲线图。

图117是本发明的实施例4的衍射光学元件上形成的合成了衍射透镜构造A及衍射透镜构造B的情况下的断面的示意性曲线图。

图118是用实际形状的数据来计算使用本发明的实施例4的衍射光学元件的物镜模块的BD的波像差的结果的曲线图。

图119是用实际形状的数据来计算使用本发明的实施例4的衍射光学元件的物镜模块的DVD的波像差的结果的曲线图。

图120是用实际形状的数据来计算使用本发明的实施例4的衍射光学元件的物镜模块的CD的波像差的结果的曲线图。

图121是根据本发明的实施例4的衍射光学元件的衍射透镜构造的实际面形状数据来计算物镜模块的波像差、用该波像差计算出的BD上的光点形状的曲线图。

图122是根据本发明的实施例4的衍射光学元件的衍射透镜构造的实际面形状数据来计算物镜模块的波像差、用该波像差计算出的DVD上的光点形状的曲线图。

图123是根据本发明的实施例4的衍射光学元件的衍射透镜构造的实际面形状数据来计算物镜模块的波像差、用该波像差计算出的CD上的光点形状的曲线图。

图124是根据本发明的实施例4的衍射光学元件的衍射透镜构造的实际面形状数据来计算物镜模块的波像差、用该波像差计算出的BD上的光点旁瓣形状的曲线图。

图125是根据本发明的实施例4的衍射光学元件的衍射透镜构造的实际面形状数据来计算物镜模块的波像差、用该波像差计算出的DVD上的光点旁瓣形状的曲线图。

图126是根据本发明的实施例4的衍射光学元件的衍射透镜构造的实际面形状数据来计算物镜模块的波像差、用该波像差计算出的CD上的光点旁瓣形状的曲线图。

图127是使用本发明的实施例4的物镜模块的情况下的DVD的倾斜时的光点半值宽度值和盘倾斜角度之间的关系的曲线图。

图128是使用本发明的实施例4的物镜模块的情况下的CD的倾斜时的光点半值宽度值和盘倾斜角度之间的关系的曲线图。

图129是使用本发明的实施例4的物镜模块的情况下的DVD的倾斜时的光点旁瓣强度和盘倾斜角度之间的关系的曲线图。

图130是使用本发明的实施例4的物镜模块的情况下的CD的倾斜时的光点旁瓣强度和盘倾斜角度之间的关系的曲线图。

图131是本发明的实施例4的物镜模块造成的最佳像面上的BD的波像差形状的曲线图。

图132是本发明的实施例4的物镜模块造成的光源的波长变动到403nm的情况下的最佳像面上的BD的波像差形状的曲线图。

图133是本发明的实施例4的物镜模块造成的光源的波长变动到413nm的情况下的最佳像面上的BD的波像差形状的曲线图。

图134是本发明的实施例4的物镜模块的BD的波长403nm上的整个光点形状的曲线图。

图135是本发明的实施例4的物镜模块的BD的波长413nm上的整个光点形状的曲线图。

图136是本发明的实施例4的物镜模块的BD的波长403nm上的光点的旁瓣的曲线图。

图137是本发明的实施例4的物镜模块的BD的波长413nm上的光点的旁瓣的曲线图。

图138是使用本发明的实施例4的衍射光学元件的透镜的与波长变动对应的的最佳像面(聚光点)的移动量的曲线图。

图139是由本发明的实施例5的衍射光学元件和物镜组成的物镜模块的概略断面图。

图140是本发明的实施例5的衍射光学元件的概略断面图。

图141是说明用相位函数法来计算组合了本发明的实施例5的衍射光学元件和BD用物镜时对DVD的纵向球差的结果的曲线图的线图。

图142是本发明的实施例5的衍射光学元件上的衍射透镜构造2的关于离光轴的高度的衍射透镜函数的曲线图。

图143是本发明的实施例5的衍射光学元件上的衍射透镜构造3的关于离光轴的高度的衍射透镜函数的曲线图。

图144是本发明的实施例5的衍射光学元件上形成的衍射透镜构造的断面的示意性曲线图。

图145是用实际形状的数据来计算使用本发明的实施例5的衍射光学元件的物镜模块的BD的波像差的结果的曲线图。

图146是用实际形状的数据来计算使用本发明的实施例5的衍射光学元件的物镜模块的DVD的波像差的结果的曲线图。

图147是用实际形状的数据来计算使用本发明的实施例5的衍射光学元件的物镜模块的CD的波像差的结果的曲线图。

图148是根据本发明的实施例5的衍射光学元件的衍射透镜构造的实际面形状数据来计算物镜模块的波像差、用该波像差计算出的BD上的光点形状的曲线图。

图149是根据本发明的实施例5的衍射光学元件的衍射透镜构造的实际面形状数据来计算物镜模块的波像差、用该波像差计算出的DVD上的光点形状的曲线图。

图150是根据本发明的实施例5的衍射光学元件的衍射透镜构造的实际面形状数据来计算物镜模块的波像差、用该波像差计算出的CD上的光点形状的曲线图。

图151是根据本发明的实施例5的衍射光学元件的衍射透镜构造的实际面形状数据来计算物镜模块的波像差、用该波像差计算出的BD上的光点旁瓣形状的曲线图。

图152是根据本发明的实施例5的衍射光学元件的衍射透镜构造的实际面形状数据来计算物镜模块的波像差、用该波像差计算出的DVD上的光点旁瓣形状的曲线图。

图153是根据本发明的实施例5的衍射光学元件的衍射透镜构造的实际面形状数据来计算物镜模块的波像差、用该波像差计算出的CD上的光点旁瓣形状的曲线图。

图154是使用本发明的实施例5的物镜模块的情况下的DVD的倾斜时的光点半值宽度值和盘倾斜角度之间的关系的曲线图。

图155是使用本发明的实施例5的物镜模块的情况下的CD的倾斜时的光点半值宽度值和盘倾斜角度之间的关系的曲线图。

图156是使用本发明的实施例5的物镜模块的情况下的DVD的倾斜时的光点旁瓣强度和盘倾斜角度之间的关系的曲线图。

图157是使用本发明的实施例5的物镜模块的情况下的CD的倾斜时的光点旁瓣强度和盘倾斜角度之间的关系的曲线图。

图158是本发明的实施方式的衍射光学元件的断面图。

图159是用于说明由本发明的实施方式的衍射光学元件和物镜组成的物镜模块的动作的物镜模块的概略断面图。

图160是本发明的实施方式的衍射光学元件的断面图。

图161是用于说明由本发明的实施方式的衍射光学元件和物镜组成的物镜模块的动作的物镜模块的概略断面图。

图162是本发明的实施方式的衍射光学元件的断面图。

图163是用于说明由本发明的实施方式的衍射光学元件和物镜组成的物镜模块的动作的物镜模块的概略断面图。

图164是由本发明的实施例6的衍射光学元件和物镜组成的物镜模块的概略断面图。

图165是本发明的实施例6的衍射光学元件的概略断面图。

图166是本发明的实施例6的衍射光学元件上形成的衍射透镜构造的断面的示意性曲线图。

图167是用实际形状的数据来计算使用本发明的实施例6的衍射光学元件的物镜模块的HD-DVD的波像差的结果的曲线图。

图168是用实际形状的数据来计算使用本发明的实施例6的衍射光学元件的物镜模块的DVD的波像差的结果的曲线图。

图169是用实际形状的数据来计算使用本发明的实施例6的衍射光学元件的物镜模块的CD的波像差的结果的曲线图。

图170是根据本发明的实施例6的衍射光学元件的衍射透镜构造的实际面形状数据来计算物镜模块的波像差、用该波像差计算出的HD-DVD上的光点形状的曲线图。

图171是根据本发明的实施例6的衍射光学元件的衍射透镜构造的实际面形状数据来计算物镜模块的波像差、用该波像差计算出的DVD上的光点形状的曲线图。

图172是根据本发明的实施例6的衍射光学元件的衍射透镜构造的实际面形状数据来计算物镜模块的波像差、用该波像差计算出的CD上的光点形状的曲线图。

图173是根据本发明的实施例6的衍射光学元件的衍射透镜构造的实际面形状数据来计算物镜模块的波像差、用该波像差计算出的HD-DVD上的光点旁瓣形状的曲线图。

图174是根据本发明的实施例6的衍射光学元件的衍射透镜构造的实际面形状数据来计算物镜模块的波像差、用该波像差计算出的DVD上的光点旁瓣形状的曲线图。

图175是根据本发明的实施例6的衍射光学元件的衍射透镜构造的实际面形状数据来计算物镜模块的波像差、用该波像差计算出的CD上的光点旁瓣形状的曲线图。

图176是使用本发明的实施例6的物镜模块的情况下的DVD的倾斜时的光点半值宽度值和盘倾斜角度之间的关系的曲线图。

图177是使用本发明的实施例6的物镜模块的情况下的CD的倾斜时的光点半值宽度值和盘倾斜角度之间的关系的曲线图。

图178是使用本发明的实施例6的物镜模块的情况下的DVD的倾斜时的光点旁瓣强度和盘倾斜角度之间的关系的曲线图。

图179是使用本发明的实施例6的物镜模块的情况下的CD的倾斜时的光点旁瓣强度和盘倾斜角度之间的关系的曲线图。

图180是由本发明的实施例7的衍射光学元件和物镜组成的物镜模块的概略断面图。

图181是本发明的实施例7的衍射光学元件的概略断面图。

图182是本发明的实施例7的衍射光学元件上形成的衍射透镜构造的断面的示意性曲线图。

图183是用实际形状的数据来计算使用本发明的实施例7的衍射光学元件的物镜模块的HD-DVD的波像差的结果的曲线图。

图184是用实际形状的数据来计算使用本发明的实施例7的衍射光学元件的物镜模块的DVD的波像差的结果的曲线图。

图185是用实际形状的数据来计算使用本发明的实施例7的衍射光学元件的物镜模块的CD的波像差的结果的曲线图。

图186是根据本发明的实施例7的衍射光学元件的衍射透镜构造的实际面形状数据来计算物镜模块的波像差、用该波像差计算出的HD-DVD上的光点形状的曲线图。

图187是根据本发明的实施例7的衍射光学元件的衍射透镜构造的实际面形状数据来计算物镜模块的波像差、用该波像差计算出的DVD上的光点形状的曲线图。

图188是根据本发明的实施例7的衍射光学元件的衍射透镜构造的实际面形状数据来计算物镜模块的波像差、用该波像差计算出的CD上的光点形状的曲线图。

图189是根据本发明的实施例7的衍射光学元件的衍射透镜构造的实际面形状数据来计算物镜模块的波像差、用该波像差计算出的HD-DVD上的光点旁瓣形状的曲线图。

图190是根据本发明的实施例7的衍射光学元件的衍射透镜构造的实际面形状数据来计算物镜模块的波像差、用该波像差计算出的DVD上的光点旁瓣形状的曲线图。

图191是根据本发明的实施例7的衍射光学元件的衍射透镜构造的实际面形状数据来计算物镜模块的波像差、用该波像差计算出的CD上的光点旁瓣形状的曲线图。

图192是本发明的实施例7的使用物镜模块的情况下的HD-DVD的倾斜时的光点半值宽度值和盘倾斜角度之间的关系的曲线图。

图193是使用本发明的实施例7的物镜模块的情况下的CD的倾斜时的光点半值宽度值和盘倾斜角度之间的关系的曲线图。

图194是使用本发明的实施例7的物镜模块的情况下的HD-DVD的倾斜时的光点旁瓣强度和盘倾斜角度之间的关系的曲线图。

图195是使用本发明的实施例7的物镜模块的情况下的CD的倾斜时的光点旁瓣强度和盘倾斜角度之间的关系的曲线图。

图196是施以本发明的实施例8的衍射透镜构造的物镜的概略断面图。

图197是施以本发明的实施例8的衍射透镜构造的物镜的概略断面图。

图198是用实际形状的数据来计算施以本发明的实施例8的衍射透镜构造的物镜的HD-DVD的波像差的结果的曲线图。

图199是用实际形状的数据来计算施以本发明的实施例8的衍射透镜构造的物镜的DVD的波像差的结果的曲线图。

图200是用实际形状的数据来计算施以本发明的实施例8的衍射透镜构造的物镜的CD的波像差的结果的曲线图。

图201是根据施以本发明的实施例8的衍射透镜构造的物镜的实际面形状数据来计算物镜模块的波像差、用该波像差计算出的HD-DVD上的光点形状的曲线图。

图202是根据施以本发明的实施例8的衍射透镜构造的物镜的实际面形状数据来计算物镜模块的波像差、用该波像差计算出的DVD上的光点形状的曲线图。

图203是根据施以本发明的实施例8的衍射透镜构造的物镜的实际面形状数据来计算物镜模块的波像差、用该波像差计算出的CD上的光点形状的曲线图。

图204是根据施以本发明的实施例8的衍射透镜构造的物镜的实际面形状数据来计算物镜模块的波像差、用该波像差计算出的HD-DVD上的光点旁瓣形状的曲线图。

图205是根据施以本发明的实施例8的衍射透镜构造的物镜的实际面形状数据来计算物镜模块的波像差、用该波像差计算出的DVD上的光点旁瓣形状的曲线图。

图206是根据施以本发明的实施例8的衍射透镜构造的物镜的实际面形状数据来计算物镜模块的波像差、用该波像差计算出的CD上的光点旁瓣形状的曲线图。

图207是使用施以本发明的实施例8的衍射透镜构造的物镜模块的情况下的HD-DVD的倾斜时的光点半值宽度值和盘倾斜角度之间的关系的曲线图。

图208是使用施以本发明的实施例8的衍射透镜构造的物镜模块的情况下的CD的倾斜时的光点半值宽度值和盘倾斜角度之间的关系的曲线图。

图209是使用施以本发明的实施例8的衍射透镜构造的物镜模块的情况下的HD-DVD的倾斜时的光点旁瓣强度和盘倾斜角度之间的关系的曲线图。

图210是使用施以本发明的实施例8的衍射透镜构造的物镜模块的情况下的CD的倾斜时的光点旁瓣强度和盘倾斜角度之间的关系的曲线图。

具体实施方式

以下参照附图来说明本发明的实施方式。

(光拾取器)

图1示出实施方式的光拾取器的概略。光拾取器包括：BD用半导体激光器LD1，射出第1波长为400nm～410nm例如408nm附近的短波长的λ_BD；DVD用半导体激光器LD2，射出比第1波长长的第2波长即630nm～670nm例如660nm附近的DVD用的长波长的λ_DVD；以及CD用半导体激光器LD3，射出比第2波长长的第3波长760nm～800nm例如780nm附近的CD用的更长波长的λ_CD。半导体激光器LD1、LD2及LD3被择一地切换点亮作为BD用、DVD用及CD用。

再者，光拾取器包括使这些第1、第2及第3激光λ_BD、λ_DVD及λ_CD共用光路的光轴耦合元件——光轴耦合棱镜(合色棱镜)10。该光学系统的光轴耦合棱镜10如图1所示，被设计得将半导体激光器LD1、LD2及LD3的发散激光变为共同的光路，具有使3个光束的光轴大致一致的功能。光轴耦合棱镜10中的各个分色镜由多层介质薄膜形成，具有透射或反射期望波长的激光的特性，而且具有入射角依赖性。此外，合成光轴的光轴耦合元件不限于光轴耦合棱镜，可以取代分色镜，将使用衍射角的波长差的衍射光栅、液晶胆甾醇型层等用于光轴耦合元件。

此外，光拾取器在光轴耦合棱镜10的光轴的下流包括分束器13、准直透镜14、及物镜模块16。通过以上光照射光学系统，来自第1半导体激光器LD1及第2半导体激光器LD2中的至少一方的激光经光轴耦合棱镜10及分束器13，由准直透镜14变为平行激光，透过，由物镜模块16聚光到放置在其焦点附近的光盘5上，在光盘5的信息记录面的凹坑串上形成光点。

除了以上光照射光学系统以外，光拾取器还有检测透镜17等光检测光学系统，物镜模块16及分束器13也被用于光检测光学系统。来自CD、BD或DVD的光盘5的反射光由物镜模块16集中，经准直透镜14由分束器13引向检测用聚光透镜17。由检测透镜17聚光的会聚光例如通过柱面透镜、多透镜等像散产生元件(未图示)，例如在具有由正交的2个线段四分而成的4个受光面的四分光检测器的受光面20中心附近形成光点。

此外，光检测器的受光面20被连接在解调电路30及误差检测电路31上。误差检测电路31被连接在驱动电路33上，该驱动电路33驱动包含物镜模块的跟踪控制及聚焦控制用的致动器26的机构。

四分光检测器将与其受光面20中心附近成像的光点像相应的电信号供给到解调电路30及误差检测电路31。解调电路30根据该电信号来生成记录信号。误差检测电路31根据该电信号来生成聚焦误差信号、跟踪误差信号、和其他伺服信号，经致动器的驱动电路33将各驱动信号供给到各致动器，它们按照各驱动信号来伺服控制驱动物镜模块16等。

(物镜模块)

如图1所示，来自BD用、DVD用及CD用的激光源LD2的激光通过光轴耦合棱镜10来共用1条光路，由物镜模块16聚光到BD、DVD或CD的光盘记录面上。

该物镜模块16是组合了下述部分所得的复合物镜的组装体：聚光透镜(基准透镜)16a，将激光聚光到记录面上；和衍射光学元件16b(DOE：diffractive optical element)，在透光性的平板上具有由多个相位台阶组成的衍射环带(以光轴为中心的旋转对称体)即衍射光栅。聚光透镜16a及衍射光学元件16b由支架16c与光轴同轴配置，具有衍射光栅的衍射光学元件16b位于从光源侧即光轴耦合棱镜10到聚光透镜16a的光路中。

聚光透镜16a使用具有对λ_BD的波长范围400nm～410nm、透射保护层的厚度0.1mm校正了像差的数值孔径0.85的非球面透镜(BD用物镜)。

图2示出另一实施方式的光拾取器的概略。通过使用发第1、第2及第3波长的三波长激光器LD123来取代上述半导体激光器LD1、LD2及LD3作为光源，能够省略光轴耦合棱镜等，光拾取器的光路被进一步简化，所以最好。

(衍射光学元件)

本实施方式的衍射光学元件16b能够与BD用物镜组合来记录再现DVD和CD。

衍射光学元件16b如图3所示，由玻璃、塑料等组成的基板的入射侧或射出侧中的至少一方的表面上形成的衍射光栅即衍射环带16e组成。衍射环带16e是以光轴为中心被切削或通过光刻层叠成多个同心圆的环状槽或凸的环带。其中，除了上述物理台阶构造以外，具有同心圆状不连续的折射率分布的构造也能得到同样的效果。即，衍射环带只要通过物理台阶构造、或同心圆状的不连续的折射率分布，或者通过其他某种手段，使透过它的光的波阵面的相位产生台阶即可。将这样使光的波阵面的相位产生台阶的构造统称为相位台阶、或相位台阶构造。此外，对于相位台阶量的表记方法，可以用物理台阶构造的尺寸来表记，或者用折射率不连续的点上的折射率差来表记，或者用那里产生的光程差或相位差量等来表记。一般，各衍射环带16e的断面形状多被做成闪耀(ブレ一ズ)形状即锯齿状、或台阶形状。例如，锯齿状断面的衍射光栅的衍射效率比其他高，所以有利。作为衍射光栅断面形状的制作方法，有应用光刻技术的方法、和用金刚石车刀(ダイヤモンドバイト)等进行精密切削的方法，通过它们，能够做出模拟地形成了闪耀的多级闪耀或闪耀形状的衍射光栅，哪一种方法都可以。或者，预先在金属型上形成这种多级闪耀或闪耀形状的雏形，用注塑成形或所谓的2P法用透明材料来复制多个衍射光学元件。

衍射光学元件的衍射环带16e构成衍射透镜构造。衍射透镜是在非球面透镜的面上形成了衍射面的透镜，衍射透镜构造例如由宏观非球面形状上形成的同心圆状的相位台阶构成。衍射透镜构造如图4a所示，至少被设在基板的单面上，由按照物镜的与记录媒体对应的有效直径在不同半径位置上划定的多个区域来划分。衍射透镜构造被形成得能校正透射保护层的厚度的差异或波长的差异造成的球差。衍射透镜构造的具体构造如下所述。

在最内周的区域1上，形成了第1衍射透镜构造(第1像差校正部件)，使得能够利用可实现对第1激光(BD用激光，波长408nm)没有球差校正效果、而对第2激光(DVD用激光，波长660nm)及第3激光(CD用激光，波长780nm)有球差校正效果的衍射透镜构造的衍射光的组合{例如(BD：1级光、DVD：1级光、CD：1级光)、(BD：3级光、DVD：2级光、CD：2级光)、(BD：7级光、DVD：4级光、CD：3级光)、(BD：9级光、DVD：5级光、CD：4级光)}。其中，(BD：5级光、DVD：3级光、CD：2或3级光)的组由于在BD用激光及DVD用激光时构成衍射透镜构造的相位台阶产生的相位差一致，所以也可以除外。因此，设计得使得第1激光通过第1衍射透镜构造的情况下产生的衍射光中的衍射效率最大的衍射级数为除5的倍数外的奇数。衍射透镜构造产生的衍射光的衍射效率可以用构成它的同心圆状的相位台阶的台阶量来调节。特别是在区域1上如果决定相位台阶量，使得BD用激光的衍射效率最大，则不能在CD用激光的期望的衍射级数上得到足够的衍射效率，同时产生无用的衍射光，所以最好考虑BD用激光的衍射效率和CD用激光的衍射效率的均衡来设计。其中，在这样考虑衍射效率的均衡来设计的情况下，随着相位台阶产生的光程差偏离波长的整数倍，锯齿状的波阵面像差部分地产生，但是几乎没有由此造成的光点形状的恶化，所以没有问题。通过设计构成衍射透镜构造的多个相位台阶的深度，使得产生的光程差在所有台阶上相同，但是将最外周的相位台阶产生的光程设计得与其他相位台阶不同，能够与通过其他区域的波阵面的相位更精确地一致，得到更好的聚光性能，所以最好。

在区域1外侧的中周部的区域2上，形成了第2衍射透镜构造(第2像差校正部件)，使得能够利用可实现对BD用激光及CD用激光没有球差校正效果、而只对DVD用激光有球差校正效果的衍射透镜构造的衍射光的组合{例如(BD：2级光、DVD：1级光、CD：1级光)、(BD：4级光、DVD：2级光、CD：2级光)、(BD：6级光、DVD：4级光、CD：3级光)、(BD：8级光、DVD：5级光、CD：4级光)}。对BD在10级衍射光的情况下，对支持记录及再现所有媒体的激光构成衍射透镜构造的相位台阶产生的相位差大致一致，只对DVD用激光选择性地不施加像差校正结果，所以设计得使得BD用激光通过第2衍射透镜构造的情况下产生的衍射光中的衍射效率最大的衍射级数为除10的倍数外的偶数。对于构成衍射透镜构造的相位台阶的深度，可以按照要求规格设定得产生BD用激光的衍射效率最大的光程差，也可以考虑取BD用激光的衍射效率和DVD用激光的衍射效率之间的均衡。此外，在产生锯齿状的波像差的情况下，如果与区域1的情况同样，设计得只有最外周的相位台阶产生的光程差不同，则能得到更好的聚光性能，所以最好。

在区域2外侧的外周部的区域3上，形成了第3衍射透镜构造(第3像差校正部件)，使得能够利用可实现对所有波长没有球差校正效果的衍射透镜构造的衍射光的组合(例如BD：10级光、DVD：6级光、CD：5级光)。此外，区域3不形成衍射透镜构造也可以(只透射零级光)。因此，实现了规定的BD用数值孔径0.85。

在图4a所示的例子中，第1衍射透镜构造、第2衍射透镜构造及第3衍射透镜构造都被形成在同一个面上。通过这样将所有衍射透镜构造形成在一个面上，无需多个具有用于相位台阶的成形的微细构造的金属型，所以制造容易，同时在成本方面也最好。此外，通过适当设定各个衍射透镜构造上的BD用激光的衍射级数或DVD及CD的像面位置，能够如图4a所示使所有相位台阶的方向相同。这里，所谓相位台阶的方向，用以台阶的内周侧的面为基准的外周侧的面的移动方向来表示。通过这样使相位台阶的方向都为同一方向，面形状成为没有微小的环带状的凹陷或突起的、单纯的阶梯形状，所以金属型制作容易，最好，而且抑制了起模性的恶化，从而能够延长金属型的寿命，并且降低成形次品率，所以最好。

这样，本实施方式的衍射光学元件校正由于BD/DVD/CD的透射保护层的厚度差异而产生的球差，所以在其至少单面上形成了由微细的同心圆状的相位台阶组成的衍射透镜构造。由此，能够将BD、DVD、CD都作为无限远系统来校正球差，同时对记录再现各个光盘所需的数值孔径进行孔径限制。

接着，详细说明通过选择衍射级数来限制因DVD/CD而异的数值孔径(有效直径)的衍射透镜构造的作用。

衍射透镜构造在光学材料的表面上由多个微小的相位台阶形成。如果波长为λ的激光通过折射率为N的光学材料上形成的深度为d的相位台阶，则在台阶的部分上波阵面产生{(N-1)d/λ}×λ的光程差。在构成衍射透镜构造的相位台阶产生的光程差是{(N-1)d/λ}×λ的情况下，对波长为λ的光，在衍射透镜构造上，round[(N-1)d/λ]级光的衍射效率最大。其中，round[]是对[]内的数值进行四舍五入而得到的整数。此外，能够用构成衍射透镜构造的一个相位台阶校正的像差量是[round[(N-1)d/λ]-{(N-1)d/λ}]λ。即，在(N-1)d/λ是整数的情况下，即，在相位台阶产生的光程差是波长的整数倍的情况下，能够用相位台阶校正的像差量为零，但是衍射效率大致为100％。相反，(N-1)d/λ越偏离整数，即相位台阶产生的光程差越偏离波长的整数倍，则能够用一个相位台阶校正的像差量越大，但是衍射效率越低。

光学材料的折射率N一般因波长而异，波长越短，则折射率越高。BD用激光的波长λ_BD是408nm左右，CD用激光的波长λ_CD是780nm左右，如上所述折射率因波长而异，所以比较这些激光通过同一相位台阶的情况下的(N-1)d/λ的值，则大致为2∶1。

由此，对BD用激光产生2mλ_BD(m为整数)的光程差的相位台阶，对CD用激光产生的光程差大约为mλ_CD。因此，在设计衍射透镜构造、使得BD用激光的2m级光的衍射效率最大、对其不具有球差校正效果的情况下，在CD用激光时，m级光的衍射效率最大，衍射透镜构造对其也几乎不具有球差校正效果，所以不能对CD校正球差。

另一方面，如果设定衍射透镜构造的相位台阶量，使得对BD用激光产生(2m+1)λ_BD的光程差，则在衍射透镜构造上，(2m+1)级的奇数级衍射光的衍射效率最大。在此情况下，在CD用激光时，相位台阶产生的光程差大致为(m+1/2)λ_CD。即，在BD用激光和CD用激光时，相位台阶产生的光程差偏离波长的整数倍的量不同，所以能够实现对BD用激光不具有像差校正效果、而对CD用激光具有像差校正效果的衍射透镜构造。

进而，利用这种现象，如图4b所示，对于与CD有效直径对应的第3衍射有效直径的区域1，通过做成在BD用激光时利用奇数级的衍射光的第1衍射透镜构造，能够用设计得在BD时不产生球差、而校正DVD的球差的第1衍射透镜构造在某种程度上校正CD的像差。此外，对于第3衍射有效直径外的区域2，通过做成利用BD用激光的偶数级的衍射光的第2衍射透镜构造，能够用设计得在BD时不产生球差、而校正DVD的球差的第2衍射透镜构造不校正CD的像差而使其残留。

其中，在设计得使得构成这些衍射透镜的相位台阶产生的光程差为5λ_BD的情况下，在DVD用激光时，相位台阶产生的光程差大约为3λ_DVD，所以不能在BD时不产生球差而在DVD时校正球差。即，将第1衍射透镜构造做成利用BD用激光的除5的倍数外的奇数级的衍射光的衍射透镜构造，将第2衍射透镜构造做成利用BD用激光的除10的倍数外的偶数级的衍射光的衍射透镜构造即可。

对于与DVD有效直径对应的第2衍射有效直径外的区域3，如果对DVD及CD两者不校正球差，则能够对BD不产生像差、而对DVD及CD两者使光作为光斑来扩散。再者，在第2衍射有效直径内且第3有效直径外的区域2上，只对CD存在球差，所以能够只对CD使光作为光斑来扩散。

通过这样使入射了使用的多个光源波长中的最短波长的激光的情况下产生的衍射光中的、衍射效率最大的衍射级数在区域1上形成的衍射透镜构造上为奇数(除5的倍数外)、在最外周和最内周的区域之间的区域2上形成的衍射透镜构造上为偶数(除10的倍数外)，只对与3个不同的数值孔径对应的有效直径内的光校正球差，而有效直径外的光则不校正球差，从而能够使其作为光斑来扩散。

因此，用以光轴为中心的2个圆分割为3个区域，在它们中的至少2个区域上由同心圆状的微细的相位台阶构成的衍射透镜构造能够对数值孔径不同的BD/DVD/CD各自的光赋予最佳的数值孔径。

其中，作为不利用这种结构而对BD/DVD/CD各自的光赋予最佳的数值孔径的方法，也有施以同心圆状具有波长选择性的透射率特性的膜的方法，但是在此情况下，难以部分地施以膜，制造工序复杂化，所以不好。

接着，详述校正因DVD/CD而异的量的球差的手段。

DVD的透射保护层(基板)厚度是0.6mm，CD的透射保护层(基板)厚度是1.2mm，所以应校正的球差量不同。即，为兼容BD/DVD而设计的衍射透镜构造不能对CD完全校正球差。同样，为兼容BD/CD而设计的衍射透镜构造不能对DVD完全校正球差。这是因为，不能使得用构成衍射透镜构造的一个相位台阶能够校正的像差量[round[(N-1)×d/λ]-{(N-1)×d/λ}]λ的值的比率成为与DVD和CD的应校正的球差量的比率相同的值。在这种情况下，通过使DVD或CD中的某一个的入射光成为发散光或会聚光，能够校正用衍射透镜构造未校正完的球差。然而，例如在将BD/DVD设为平行光入射、只将CD设为发散光或会聚光的情况下，有光拾取器的结构变得复杂的问题，从这种观点来看，最好BD/DVD/CD都是平行光入射。

作为实现它的方法，有以下所示的3种方法。

作为第1方法，有下述方法：在图4b所示的结构中的DVD/CD共享的区域1上形成的第1衍射透镜构造的设计中，设计得校正DVD时应校正的球差量和CD时应校正的球差量的中间的量的球差，取DVD和CD时残留的球差量的均衡。用这种方法，能够得到在DVD和CD两者时像差为0.07λrms以下的设计。

作为第2方法，有下述方法：如图4c所示在区域1上混合第1衍射透镜构造和对BD用激光产生除10外的偶数级的衍射光的第4衍射透镜构造。在该方法中，首先将第1衍射透镜构造设计为兼容BD/CD。第1衍射透镜构造对DVD用激光也具有球差校正效果，但是其校正量与应校正的球差量不同，所以残留与它们的差分相当的球差。为了校正该DVD时的残留球差，添加与第2衍射透镜构造同样对BD用激光产生偶数级的衍射光的第4衍射透镜构造来校正残留像差。第4衍射透镜构造被设计得对BD用激光不具有像差校正效果，而且产生偶数级的衍射光，所以对CD用激光也不具有像差校正效果。即，通过添加第4衍射透镜构造，对CD的波阵面没有不良影响。用该方法，能够得到在DVD/CD两者时将区域1上的像差抑制到足够小的值的设计。其中，对有些设计结果，构成第1衍射透镜构造的相位台阶和构成第4衍射透镜构造的相位台阶的间隔非常小，但是在此情况下通过合成这2个相位台阶而作为1个相位台阶，能够减少相位台阶的总数。即，将2个相邻的相位台阶的台阶量相加所得的台阶量的台阶配置在这些相位台阶本来所在的某一个位置或其间的某处即可。在这样合成相位台阶的情况下，各个相位台阶略微偏离本来的设计值，所以产生少许的性能恶化，但是在要合成的2个相位台阶接近的情况下，该偏离很小，所以性能恶化不成问题。通过这样合成2个相位台阶，能够将本需2个的相位台阶的数目减少到一个，所以金属型制造容易，最好，成形时的起模性提高，所以金属型寿命延长，而且成形次品率也降低了，所以最好。

作为第3方法，发明人通过与上述2种方法不同的设计手法找到了使BD/DVD/CD都为平行光入射的设计。以下示出其细节。

球差与透镜的数值孔径的4次方成正比。因此，通过如图4d所示使DVD/CD的共享设计区域——区域1比与CD的有效直径对应的第3衍射有效直径小，减小数值孔径，能够减少未校正完而残留的球差量。例如，在使DVD/CD共享设计区域变为80％左右的情况下，残留的球差量被降低到41％左右。然而，如果单单减少共享设计区域，则对CD的数值孔径减小，所以妨碍CD的记录及再现。因此，发明人着眼于通过区域1的CD用激光的聚光位置。图5是对CD的纵向球差的图，纵轴表示以光轴为基准的与光轴垂直的方向的距离、即离光轴的高度，横轴表示光轴方向的位置。在这里示出的例子中，区域1的衍射透镜构造被设计得对CD校正像差。如图5所示，提出了下述方案：通过在校正前的纵向球差在区域2内且CD有效直径内侧的某一点上为零的位置上，设定CD用激光的期望的衍射光的聚光位置，将区域1限制得比CD有效直径窄，来降低DVD时区域1上残留的球差。即，如图4d所示，通过考虑区域2内且与CD的有效直径相当的第3衍射有效直径中的区域4，而将区域1限制得比CD有效直径窄。此外，图6是对CD的波像差的图，横轴表示离光轴的高度，纵轴表示像差量。如这里所示，在纵向球差为零的离光轴的高度h上波阵面的倾斜率为零，在其周边，波阵面的倾斜也比较缓，所以如果只取出该区域来考虑，则像差不那么大。即，h近旁的区域4的波阵面由于与通过区域1的波阵面的相位一致，所以尽管未校正球差，也能够用于再现CD。如上所述，在设计第1衍射透镜构造时，通过设定CD时在第4区域的某处纵向球差为零的像面位置，能够使区域1狭小化。在使用这样设计出的衍射光学元件的情况下，在DVD时在区域1上残留少许的像差，但是其像差量很小，基本上不成问题。此外，在该设计方法中，在区域1上不混合构成多个衍射透镜构造的相位台阶，所以能够进行不伴随相位台阶数的增加的设计，所以最好。再者，如前所述，特别是在区域1上需要考虑与CD用激光的衍射效率的均衡，但是区域1的面积被狭小化，所以即使考虑CD用激光的衍射效率而降低了BD的衍射效率，也能够将其影响抑制得比不狭小化的情况小，所以最好。

如上所述，如果考虑BD/DVD/CD的衍射效率最大的衍射级数和球差校正及孔径限制效果，则可以如表1所示来归纳各区域上利用的BD用激光的衍射级数的组合。

表1

 波长区域1区域2区域3 408nm奇数，或奇数+偶数级数偶数级数偶数级数或无

(物镜模块的动作)

图7示出物镜模块的动作。

如图7(A)所示，在λ_BD的第1激光作为大致平行光入射到衍射光学元件16b时，通过所有区域的光仍旧作为大致平行光被导向物镜16a。由物镜16a聚光的光通过BD用保护层，聚光到信号记录面上。

此外，如图7(B)所示，在λ_DVD的第2激光作为大致平行光入射时，通过衍射光学元件的与DVD的有效直径对应的第2衍射有效直径内的区域1、区域2的光由物镜16a聚光，通过DVD用保护层，聚光到信号记录面上。另一方面，通过衍射光学元件的第2衍射有效直径外的光由物镜16a聚光，通过DVD用保护层，但是不校正球差，而成为光斑，所以对再现没有贡献。

再者，如图7(C)所示，在λ_CD的第3激光作为大致平行光入射时，通过与CD的有效直径相当的第3衍射有效直径内的区域1及区域4的光由物镜16a聚光，通过CD用透射保护层，聚光到信号记录面上。另一方面，通过第3衍射有效直径外的光由物镜16a聚光，通过CD用透射保护层，但是不校正球差，而成为光斑，所以对再现没有贡献。

(色差校正)

在使衍射光学元件具有色差校正功能的情况下，能够校正由于添加了球差校正用衍射透镜构造而变得不连续的色差，在激光的波长变动时也实现稳定的动作。

在BD时，对应的物镜的数值孔径为0.85，非常大，而且使用的光源的波长短，所以焦深浅。因此，最好校正色差。通常，为了校正色差，组合使用折射率不同的玻璃的透镜，使它们的色差抵销来进行校正，或者另外用衍射光学元件与由其产生的色差抵销来进行校正。

在本实施方式的情况下，为了同时进行DVD和CD的球差校正和孔径限制，采用了由部分地不同的特性的衍射透镜构造组成的衍射光学元件，所以色差的特性因区域而异。在这种情况下，用组合了使用波长色散不同的材料的2枚球面透镜的一般的透镜组来校正像差很麻烦。发明人为了校正这种不连续的色差，用衍射透镜构造来进行校正，即，设计上述球差校正用衍射透镜构造，使得区域1及区域2上的色差不要不连续，对此，进而在区域3上形成色差校正用的衍射透镜构造，使得区域3的色差也不要不连续。

在本实施方式中，用已经说明过的用于兼容BD、DVD、CD的衍射透镜构造校正了球差，所以对BD、DVD、CD都不能产生色差校正以外的多余的像差。本实施方式的第3衍射透镜构造作为色差校正用衍射透镜构造，可以以对它们都不产生色差校正以外的多余的像差的、例如BD：10级光、DVD：6级光、CD：5级光的衍射级数的组合来利用。在此情况下，设计得使得第1激光通过第3衍射透镜构造的情况下产生的衍射光中的衍射效率最大的衍射级数为10的倍数。

在校正区域1及区域2上形成的第1及第2衍射透镜构造(球差校正用)造成的不连续的色差、并且校正物镜自身具有的色差的情况下，需要在整个BD有效直径(包含DVD、CD有效直径)上形成第3衍射透镜构造(色差校正用部件)。在此情况下，不希望在球差校正用衍射透镜构造和色差校正用衍射透镜构造上产生光轴偏移，所以球差校正用衍射透镜构造和色差校正用衍射透镜最好在1个衍射光学元件上构成。如图8所示，通过在与球差校正用的第1及第2衍射透镜构造不同的面上形成并在一个衍射光学元件上构成色差校正用的第3衍射透镜构造，与以往那样另外使用色差校正用光学元件的情况相比，零件个数减少，所以给光拾取器的小型化和成本降低带来很大的效果。

此外，第1衍射透镜构造也可以被形成在与第2衍射透镜构造及第3衍射透镜构造不同的面上。此外，第2衍射透镜构造也可以被形成在与第1衍射透镜构造及第3衍射透镜构造不同的面上。最好第1衍射透镜构造、第2衍射透镜构造及第3衍射透镜构造被形成在某一个面上，各个面上形成的相位台阶的方向(深度方向)都相同。

在一个衍射光学元件上构成这些衍射透镜构造的情况下，如图9所示，通过将衍射透镜构造分为两面，在各个面上使衍射透镜构造的相位台阶的方向一致，衍射透镜构造的断面形状成为单纯的阶梯形状，所以金属型加工容易，并且降低成形不良，金属型寿命延长，所以给维持衍射光学元件的高品质及成本降低带来很大的效果。

其中，最好构成第3衍射透镜构造的相位台阶和构成第1及第2衍射透镜构造中的任一个的相位台阶的台阶产生的光程差不同。此外，为了使构成第3衍射透镜构造的相位台阶中的、区域间的相位一致，有时最好进行设定，使得在第1、第2及第4衍射有效直径近旁的相位台阶中的某一个或它们全部上产生与其他相位台阶不同的光程差。

再者，在具有多个衍射透镜构造的衍射光学元件上，如图10所示，通过将这些衍射透镜构造都集中在单面上，无需双面制造具有难以制造的微细台阶的金属型，所以给衍射光学元件的成本降低带来很大的效果。即，也可以在衍射光学元件的入射或射出面上的第3衍射有效直径内的区域上，混合构成第1衍射透镜构造的所有相位台阶、构成第2衍射透镜构造的相位台阶的一部分以及构成第3衍射透镜构造的相位台阶的一部分。再者，也可以在衍射光学元件的入射或射出面上的第4衍射有效直径至第2衍射有效直径之间的区域上，混合第2衍射透镜构造的一部分和第3衍射透镜构造的相位台阶的一部分。

在为了将衍射透镜构造集中在单面上、而在同一面同一区域上形成多个衍射透镜构造时、相邻的2个相位台阶接近的情况下，通过将这2个相位台阶合成为一个相位台阶，减少台阶数，而使金属型的制造变得容易，并且起模性提高，从而能够削减成形不良。这也给维持衍射光学元件的高品位及成本降低带来很大的效果。此外，台阶的边缘的圆钝或台阶壁面的塌边等制造误差造成的光量损耗按照台阶的数目来增加，所以减少台阶数对减少光量损耗更好。

通过在要合成的相位台阶上，如图11所示，组合方向不同的相位台阶，能够减少深台阶的数目。在此情况下，特别是台阶不垂直的壁面的塌边那样的制造误差的光量损耗降低，所以最好。再者，如图所示没有微细的突起形状或凹陷(虚线)，所以金属型加工容易，成形时的起模性提高，从而能够削减成形不良，能够防止由于材料残留在金属型的微细的凹陷中而使金属型的寿命缩短，所以给维持衍射光学元件的高品位及成本降低带来很大的效果。在此情况下，在衍射光学元件的第4衍射有效直径内至少存在一个以上的构成第1衍射透镜构造的相位台阶的台阶量和构成第3衍射透镜构造的相位台阶的台阶量相加所得的深度的相位台阶。此外，在衍射光学元件的第4衍射有效直径至第2衍射有效直径之间的区域上，至少存在一个以上的构成第2衍射透镜构造的相位台阶的台阶量和构成第3衍射透镜构造的相位台阶的台阶量相加所得的深度的相位台阶。

通过适当选择要合成的多个衍射透镜构造上利用的衍射级数，如图12所示，能够在单面侧使所有相位台阶为同一方向。由此，金属型形状变得单纯，所以加工容易，成形时的起模性提高，从而能够削减成形不良，能够防止由于材料残留在金属型的微细的凹陷中而使金属型的寿命缩短。因此给维持衍射光学元件的高品位及成本降低带来很大的效果。

此外，在上述说明中假设具有衍射透镜构造的衍射光学元件和物镜为相互分离的光学元件进行了说明，但是也可以如图13所示，在物镜上直接形成衍射透镜构造，在此情况下，零件个数可进一步减少，最好。

如上所述，如表2所示，可以具体归纳各区域上利用的衍射级数的组合。

表2示出与BD时利用的衍射透镜构造的衍射级数相对的DVD及CD的衍射级数、一个相位台阶的像差校正量(从利用的衍射级数中减去台阶产生的光程差所得的值)及衍射效率。其中，表2所示的衍射效率是将衍射透镜构造闪耀化、使得对BD用光源的衍射效率为1的情况下的一例，在实际设计中，通过改变相位台阶量，能够考虑BD、DVD及CD时的衍射效率的均衡来进行设计。因此，实际衍射透镜构造上的BD、DVD及CD的衍射效率的组合A～D并不限于表2的数值。

表2

^*A：能够对CD和DVD两者校正球差(区域1上利用)。

B：能够只对DVD校正球差(区域2上利用)。

C：只能够校正色差(区域3上利用)。

D：能够只对CD校正球差。

一般，折射率N的材料上形成的台阶产生的光程差Δ为Δ＝(N-1)d。其中，d是台阶即相邻台阶面间的距离。因此，对BD、DVD及CD用激光的波长λ_BD、λ_DVD及λ_CD的折射率分别是N_BD、N_DVD及N_CD的材料上形成的衍射透镜构造的台阶d产生的光程差Δ_BD、Δ_DVD及Δ_CD分别为

Δ_BD＝(N_BD-1)d                 (1)

Δ_DVD＝(N_DVD-1)d               (2)

Δ_CD＝(N_CD-1)d                 (3)。

在(1)式、(2)式及(3)式中，d是构成衍射透镜构造的相位台阶的物理尺寸，是共同的值，所以从(1)式及(2)式导出

d＝Δ_BD/(N_BD-1)＝Δ_DVD/(N_DVD-1)

的关系，将该式进一步变形，则光程差Δ_DVD为

Δ_DVD＝(N_DVD-1)/(N_BD-1)×Δ_BD  (4)。

这里，在构成衍射透镜构造的相位台阶产生的光程差对BD用激光是F_BD×λ_BD(F_BD是整数，是BD用激光的衍射光的衍射级数)的情况下，即，在

Δ_BD＝F_BD×λ_BD                (5)

的情况下，对BD用激光，F_BD级光的衍射效率在理论上为100％。此时，相位台阶对DVD用光源产生的光程差Δ_DVD从(4)式及(5)式可得

Δ_DVD＝(N_DVD-1)/(N_BD-1)×F_BD×λ_BD，

将其变形，则为

Δ_DVD＝{λ_BD/(N_BD-1)×(N_DVD-1)/λ_DVD×F_BD}×λ_DVD    (6)。

因此，这种衍射透镜构造产生的DVD用激光的衍射光中的、衍射效率最高的衍射级数F_DVD是

F_DVD＝ROUND[λ_BD/(N_BD-1)×(N_DVD-1)/λ_DVD×F_BD]       (7)。

其中，ROUND[]是对[]内的值在小数点以下进行四舍五入来得到整数的、用于所谓的舍入的函数。因此，在设计衍射透镜构造时，在利用BD用激光的F_BD级光的情况下，最好利用满足上式的DVD用激光的F_DVD级光。因此，为了记录再现DVD，利用F_DVD级光比较妥当。

另一方面，对CD用光源，从(1)式及(3)式导出

d＝Δ_BD/(N_BD-1)＝Δ_CD/(N_CD-1)

的关系，光程差Δ_CD为

Δ_CD＝(N_CD-1)/(N_BD-1)×Δ_BD                         (8)。

向其中代入上述(5)式，则相位台阶对CD用光源产生的光程差为

Δ_CD＝(N_CD-1)/(N_BD-1)×F_BD×λ_BD

即，

Δ_CD＝{λ_BD/(N_BD-1)×(N_CD-1)/λ_CD×F_BD}×λ_CD       (9)。

BD用光源的波长及CD用光源的波长分别是408nm、780nm，波长越短，则光学材料的折射率一般越大，所以在一般使用的光学材料中，以下所示的关系成立。

Δ_CD1/2×F_BD×λ_CD                               (10)

即，BD用光源和CD用光源的、相位台阶产生的光程差之比大致为2∶1。因此，在BD的衍射级数F_BD为偶数的情况下，对CD用光源产生的光程差也大致为整数，所以能够设计对CD用光源不具有像差校正效果的衍射透镜构造。在此情况下，CD的衍射级数F_CD由下式

F_CD＝ROUND[λ_BD/(N_BD-1)×(N_CD-1)/λ_CD×F_BD]＝F_BD/2    (11)

来决定。

在BD的衍射级数F_BD为奇数的情况下，对CD用光源产生的光程差不是整数，所以能够设计对CD也具有像差校正效果的衍射透镜构造。DVD和CD都比BD的激光透射层厚，所以应对BD用物镜校正的球差的符号相同。因此，在想要使衍射透镜构造对DVD和CD两者具有像差校正效果的情况下，需要使相位台阶具有的球差校正效果为相同符号。即，在按上述条件求出的DVD时利用的衍射级数F_DVD是

F_DVD＞λ_BD/(N_BD-1)×(N_DVD-1)/λ_DVD×F_BD               (12)

的情况下，

F_DVD＝ROUND[λ_BD/(N_BD-1)×(N_DVD-1)/λ_DVD×F_BD]

        ＝CEIL[λ_BD/(N_BD-1)×(N_DVD-1)/λ_DVD×F_BD]         (13)，

对DVD用激光，相位台阶的像差校正量为正，所以为了使得对CD用激光，相位台阶的像差校正量为正，利用由

F_CD＝CEIL[λ_BD/(N_BD-1)×(N_CD-1)/λ_CD×F_BD]            (14)

求出的F_CD级光。其中，CEIL[]是对[]内的值的小数点以下进行上舍入来得到整数的函数。

此外，在

F_DVD＜λ_BD/(N_BD-1)×(N_DVD-1)/λ_DVD×F_BD               (15)

的情况下，

F_DVD＝ROUND[λ_BD/(N_BD-1)×(N_DVD-1)/λ_DVD×F_BD]

        ＝FLOOR[λ_BD/(N_BD-1)×(N_DVD-1)/λ_DVD×F_BD]        (16)，

相位台阶对DVD用激光的像差校正量为负，所以为了使得对CD用激光，相位台阶的像差校正量也为负，利用由

F_CD＝FLOOR[λ_BD/(N_BD-1)×(N_CD-1)/λ_CD×F_BD]           (17)

求出的F_CD级光。其中，FLOOR[]是对[]内的值的小数点以下进行下舍入来得到整数的函数。在此情况下，也有时

F_CD＝ROUND[λ_BD/(N_BD-1)×(N_CD-1)/λ_CD×F_BD]    (18)

的关系不成立。即，在F_BD为奇数的情况下，CD用激光的F_CD级光在有与DVD的情况同符号的球差校正效果的衍射光中，衍射效率最高，但是在产生的所有衍射光中，衍射效率不一定最高。

这样，能够得到表2所示的BD、DVD及CD用的衍射级数的组合。对于BD的11级以上的衍射级数，重复该表2的组合。

其中，为了能够直观地理解最佳的衍射级数的组合和一个相位台阶的像差校正量，表2是针对对BD用激光在理论上具有100％的衍射效率这一特定的设计条件描述的，但是实际衍射透镜构造上的像差校正量只由构成衍射透镜构造的多个相位台阶的分布和宏观非球面形状来决定，所以实际上即使在将相位台阶量设计得使得BD用激光的衍射效率不为100％的情况下，如果是设计得对BD不具有像差校正效果的衍射透镜构造，则构成它的相位台阶对DVD用激光及CD用激光也具有表2所示的像差校正量。即，在只改变相位台阶量的情况下表2中变化的值只有BD/DVD/CD的衍射效率。此外，表2中记载的像差校正量和衍射效率充其量只是作为决定要利用的衍射级数时参考的例子而举出的概略值。构成实际衍射透镜构造的相位台阶的分布、即各个相位台阶离光轴的高度利用相位函数法等设计手法来设计。此外，BD/DVD/CD的衍射效率也因使用的材料的折射率和波长的关系而微妙地不同，所以为了预计精确的衍射效率，需要考虑实际使用的材料的折射率特性。

(实施例1)

通常，光盘所用的衍射透镜构造由同心圆上的多个微细的相位台阶构成，利用该相位台阶对光的衍射来控制光的波阵面。作为设计这种衍射透镜构造的手法之一，使用相位函数法。在相位函数法中，在形成衍射透镜构造的面上设想无限薄的相位物体，对通过离光轴的距离(高度)h的光线，附加由下式所示的相位函数Ψ(h)给出的相位来计算像差。其中，dor是衍射级数，λ₀是设计波长。