CN101373607A - 物镜光学系统和具有该系统的光学信息记录/再现装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种物镜光学系统和具有该系统的光学信息记录/再现装置。物镜光学系统包括在至少一个表面上有环形区结构的光学元件。环形区结构包括配置有至少一个台阶的环形区，台阶形成在多个环形区的相邻区间的边界处并沿着物镜光学系统光轴方向延伸。提供该至少一个台阶以在穿过边界的外部的光束和穿过内部的光束间产生预定的光程差。由该至少一个台阶给予第一光束的预定光程差大约等于第一波长λa的奇数倍。光学元件材料的阿贝数满足条件15＜νd＜35。

Description

物镜光学系统和具有该系统的光学信息记录/再现装置

技术领域

本发明涉及一种物镜光学系统，其安装在采用具有不同波长的多种类型光束的装置上，例如用于在多种类型的不同记录密度的光盘中记录信息和/或再现信息的光学信息记录/再现装置。

背景技术

现存在多种光盘(CD、DVD等)标准，其记录密度，保护层厚度，等等各不相同。同时，近几年具有比DVD更高记录密度的新标准光盘(HD DVD(高清晰DVD)，BD(蓝光光盘)，等)已经投入使用，从而实现了更高的信息存储容量。这种新标准光盘的保护层厚度基本上等于或小于DVD的保护层厚度。考虑到这种光盘用户的使用方便，根据多个标准，近几年光学信息记录/再现装置(更具体地，安装在该装置上的物镜光学系统)都要求与上述提到的三种类型的光盘具有兼容性。顺带地，在本说明书中，“光学信息记录/再现装置”包括能用来信息记录和信息再现的装置，也包括只能用来信息再现以及只能用来信息记录的装置。上述“兼容性”意味着光学信息记录/再现装置即使在正在使用的光盘切换时，无需组件替换也能确保信息再现和/或信息记录。

为了提供与多种标准光盘具有兼容性的光学信息记录/再现装置，该装置必须被配置为通过改变用来信息再现/登记的物镜光学系统的NA(数值孔径)，能够形成适合正在使用的光盘的特殊记录密度的光束点，同时也纠正随着不同标准的光盘间切换所改变的保护层厚度而变化的球面像差。由于光束点的直径通常能够随着光束波长的变短而变小，因此根据正在使用的光盘的记录密度，光学信息记录/再现装置选择性地采用具有不同波长的多个激光束。例如，对于DVD，采用波长大约为660nm(所谓的红光激光束)的激光束。对于前面提到的新标准光盘，为了处理超高记录密度，激光束的波长比DVD的还要短(例如，所谓的“蓝色激光”大约为408nm)。

最近几年，通过为信息记录/再现装置的物镜光学系统提供带有环形区结构的光学元件而将光束适当地会聚到光盘的记录面上的技术已经被投入使用。更具体地，光学元件表面上形成的环形区结构有多个由微小台阶隔开的环形区。通过环形区结构的作用，具有不同波长的多种类型光束的每一光束都适当地会聚到每个不同标准的光盘的记录面上。

日本专利临时公开No.2006-185576A(以后，称之为JP2006-185576A)描述了与多种标准光盘具有兼容性的光学信息记录/再现装置的示例。

为了对具有高记录密度的光盘实现信息记录或信息再现，光学信息记录/再现装置要求形成具有比现有光盘的光束点强度更高的光束点。因为这个原因，设计环形区结构使得对具有高记录密度的光盘的信息记录/再现所使用的蓝色激光的利用效率达到一个高水平。光束的利用效率意味着光源发出的激光束数量对于信息记录/再现的贡献比例。光束的利用效率高意味着光学信息记录/再现装置中的每个光学组件的透射率高。

然而，当为了使光程差实际上等于蓝色激光波长的奇数倍并且得到高的利用效率而设计的环形区结构用在光学信息记录/再现装置的物镜光学系统中时，在CD的信息记录/再现中光的利用效率(例如，近红外激光束的利用效率)不可避免地降低。

为了解决这个问题，日本专利临时公开No.2006-12394(以后，称之为JP2006-12394)配置有一种由彼此不同材料构成的两种类型的光学组件胶结一起而形成的光学元件。在两种类型组件的胶结面上形成衍射结构，以便光学元件在将蓝色激光的衍射率保持在高水平的同时增强近红外激光的利用效率。

然而，JP206-123942A中描述的物镜光学系统有一个缺点，必须在物镜光学系统的制造工艺中额外地进行胶结两种类型的光学组件的工艺。此外，衍射结构必须以非常高的精度形成在胶结面上。因此，物镜光学系统的制造成本很高。

日本专利临时公开No.2007-122828A(以后，称之为JP2007-122828A)描述了一种带有衍射光栅的光学拾取装置，衍射光栅是通过将具有不同散射程度的至少两种类型的元件层压在一起而形成，从而保持蓝色激光和近红外激光的高衍射率。JP2007-122828A也描述了一种配置了具有单衍射面的光学元件的光学拾取装置，对于蓝色激光和近红外激光的每一种，单衍射面适当地选择衍射效率最大的衍射级次。

然而，为了制造带有上述光学拾取的光学拾取装置，必须以非常高的精度进行制造。因此，JP2007-122828A中的制造光学拾取装置的成本是非常高的。JP2007-122828A中公开的带有单衍射面的光学元件配置成对蓝色激光产生偶数级次衍射光。在这种情况下，很难纠正在要求蓝色激光光盘和要求近红外激光光盘间切换时引起的相对球面像差。

发明内容

本发明的优势在于，提供至少一种物镜光学系统和与多种类型的不同标准的光盘具有兼容性的光学信息记录/再现装置，在将高记录密度的光盘(比如，BD，HD或DVD)的光利用效率保持在高水平的同时增强了低记录密度的光盘(比如，CD)的光利用效率，并且可以方便地以低成本制造。

根据本发明的一方面，提供一种用在光学信息记录/再现装置中的物镜光学系统，光学信息记录/再现装置通过选择地使用包括具有第一波长λa(nm)的第一光束和具有第二波长λb(nm)的第二光束两种类型的光束中的一种，对至少两种类型的光盘记录信息和/或再现信息。至少两种类型的光盘，包括利用第一种光束来进行信息记录或信息再现的光盘Da和利用第二种光束来进行信息记录或信息再现的光盘Db。第一和第二波长λa和λb满足条件1.8<λa/λb<2.0。当光盘Da和Db的保护层厚度分别表示为t1(mm)和t2(mm)时，保护层厚度满足条件ta<tb。在光盘Da和Db上进行信息再现或信息记录所要求的数值孔径分别定义为NAa和NAb，数值孔径满足关系NAa>NAb。

在这种结构中，物镜光学系统包括在至少一个表面上配有环形区结构的光学元件。环形区结构包括多个配置有至少一个台阶的环形区，台阶形成在多个环形区的相邻区之间的边界处，并沿着物镜光学系统光轴方向延伸。提供该至少一个台阶用于在通过边界的外部光束和通过边界的内部光束间产生预定的光程差。由该至少一个台阶给予第一光束的预定的光程差大约等于第一波长λa的奇数倍。光学元件材料的阿贝数满足条件15<vd<35。

通过这种结构，能够提供一种在保持至少两种类型光盘的兼容性的同时能够提高具有不同波长的两种类型光束的光利用效率的光学信息记录/再现装置，而不需要复杂的制造工艺，例如，不需要将不同材料制成的光学组件胶结在一起。

在至少一个方面，由该至少一个台阶给予第一光束的预定的光程差可以大约是第一波长λa的三倍。在这种情况下，光学元件材料的阿贝数可以满足条件15<vd<30。

在至少一个方面，当由该至少一个台阶给予第一光束预定的光程差表示为ΔOPD(nm)时，光学元件应满足条件2.8≤ΔOPD/λa≤3.3。

在至少一个方面，由该至少一个台阶给予第一光束的预定的光程差可以大约是第一波长λa的五倍。在这种情况下，光学元件的阿贝数可以满足条件15<vd<30。

在至少一个方面，当由该至少一个台阶给予第一光束的预定的光程差表示为ΔOPD(nm)时，光学元件应满足条件4.8≤ΔOPD/λa≤5.3。

在至少一个方面，由该至少一个台阶给予第一光束的预定的光程差可以大约是第一波长λa的七倍。

在至少一个方面，当由该至少一个台阶给予第一光束预定的光程差表示为ΔOPD(nm)时，光学元件应满足条件6.8≤ΔOPD/λa≤7.3。

在至少一个方面，由该至少一个台阶给予第一光束的预定的光程差可以大约是第一波长λa大小的九倍。

在至少一个方面，当由该至少一个台阶给予第一光束预定的光程差表示为ΔOPD(nm)时，光学元件应满足条件8.8≤ΔOPD/λa≤9.3。

在至少一个方面，可以配置光学元件，使得光学元件相对于具有第一波长λa的第一光束的折射影响和环形区结构带来的影响互相抵消，以便相对于具有第一波长λa的第一光束具有实际为零的作用。

在至少一个方面，物镜光学系统可以包括在光学元件和正在使用的光盘之间的物镜。物镜将第一和第二光光束的每个光束会聚到光盘Da和Db中对应的一个的记录面上。

在至少一个方面，光学元件可以是用于将第一和第二光光束的每个光束会聚到光盘Da和Db中对应的一个的记录面上的物镜。

在至少一个方面，环形区结构可以形成在光学元件的至少一个表面上的确保对光盘Db信息记录或信息再现所要求的数值孔径NAb的区域中。

在至少一个方面，第一和第二光束的每个光束可以作为实际的准直光束入射在物镜光学系统。

根据本发明的另一方面，提供一种光学信息记录/再现装置，通过选择地使用具有第一波长λa(nm)的第一光束和具有第二波长λb(nm)的第二光束的两种类型光束中的一种，对至少两种类型的光盘记录信息和/或再现信息。光学信息记录/再现装置具有分别发射第一和第二光束的光源，以及上述的物镜光学系统。

根据本发明的另一方面，提供一种用在光学信息记录/再现装置中的物镜光学系统，光学信息记录/再现装置通过选择地使用具有第一波长λ1(nm)的第一光束，具有第二波长为λ2(nm)的第二光束和具有第三波长λ3(nm)的第三光束的三种类型的光束的一种，对至少三种类型的光盘记录信息和/或再现信息。至少三种类型的光盘包括采用第一光束来执行信息记录或信息再现的第一光盘，采用第二光束来执行信息记录或信息再现的第二光盘，以及采用第三光束来执行信息记录或信息再现的第三光盘。第一，第二和第三波长λ1，λ2，λ3满足条件λ1<λ2<λ3，以及1.8<λ3/λ1<2.0。第一，第二以及第三光盘的保护层厚度分别表示为t1(mm)，t2(mm)，t3(mm)，保护层厚度满足关系t1≤t2<t3。当第一，第二以及第三光盘上信息再现或信息记录所要求的数值孔径分别定义为NA1，NA2，NA3时，数值孔径满足下列关系：(NA1>NA3)；以及(NA2>NA3)。

在这种结构中，物镜光学系统包括在至少一个表面上配有环形区结构的光学元件。环形区结构包括多个配置有至少一个台阶的环形区，台阶形成在多个环形区的相邻区间的边界处，并沿着物镜光学系统光轴方向延伸。提供该至少一个台阶用于在通过边界的外部光束和通过边界的内部光束间产生预定的光程差。由该至少一个台阶给予第一光束的预定的光程差大约等于第一波长λ1的奇数倍。光学元件材料的阿贝数满足条件15<vd<35。

通过这种结构，能够提供一种在保持对至少三种类型的光盘具有兼容性的同时能够提高具有不同波长的三种类型光束的利用效率的光学信息记录/再现装置，而不需要复杂的制造工艺，例如，不需要将不同材料制成的光学组件胶结在一起。

在至少一个方面，由该至少一个台阶给予第一光束的预定的光程差可以大约是第一波长λ1大小的三倍。在这种情况下，光学元件材料的阿贝数可以满足条件15<vd<30。

在至少一个方面，当由该至少一个台阶给予第一光束的预定的光程差表示为ΔOPD(nm)时，光学元件应满足条件2.8≤ΔOPD/λ1≤3.3。

在至少一个方面，由该至少一个台阶给予第一光束的预定的光程差可以大约是第一波长λ1的五倍。在这种情况下，光学元件材料的阿贝数可以满足条件15<vd<30。

在至少一个方面，当由该至少一个台阶给予第一光束的预定的光程差表示为ΔOPD(nm)时，光学元件应满足条件4.8≤ΔOPD/λ1≤5.3。

在至少一个方面，由该至少一个台阶给予第一光束的预定的光程差可以大约是第一波长λ1的七倍。

在至少一个方面，当由该至少一个台阶给予第一光束的预定的光程差表示为ΔOPD(nm)时，光学元件应满足条件6.8≤ΔOPD/λ1≤7.3。

在至少一个方面，由该至少一个台阶给予第一光束的预定的光程差可以大约是第一波长λ1的九倍。

在至少一个方面，当由该至少一个台阶第一光束的预定的光程差表示为ΔOPD(nm)时，光学元件应满足条件8.8≤ΔOPD/λ1≤9.3。

在至少一个方面，第一，第二和第三波长λ1，λ2和λ3可以满足条件：1.6<λ2/λ1<1.8；以及1.8<λ3/λ1<2.0。在这种情况下，保护层厚度t1，t2和t3可以满足条件：5<t2/t1<7；以及11<t3/t1<15。甚至，第一，第二和第三光束的每个光束作为实际的准直光束入射到物镜光学系统。

在至少一个方面，可以配置光学元件使得光学元件相对于具有第一波长λ1的第一光束的折射影响和环形区结构带来的影响相互抵消，以便相对于具有第一波长λ1的第一光束具有实际为零的作用。

在至少一个方面，物镜光学系统可以包括在光学元件和正在使用的光盘之间的物镜。物镜将第一，第二和第三光束的每个光束会聚到第一，第二和第三光盘中对应的一个的记录面上。

在至少一个方面，光学元件可以是用于将第一，第二和第三光束的每个光束会聚到第一，第二和第三光盘中对应的一个的记录面上的物镜。

在至少一个方面，环形区结构形成在光学元件的至少一个表面上的确保对第三光盘信息记录或信息再现所要求的数值孔径NA3的区域内。

在至少一个方面，第一，第二和第三光束的每个光束可以作为准直光束入射到物镜光学系统。

根据本发明的另一方面，提供一种光学信息记录/再现装置，通过选择地使用具有第一波长λ1(nm)的第一光束，具有第二波长λ2(nm)的第二光束以及具有第三波长λ3(nm)的第三光束的三种类型光束中的一种，对至少三种类型的光盘记录信息和/或再现信息。光学信息记录/再现包括分别发射第一，第二和第三光束的光源，以及上述的物镜光学系统。

在至少一个方面，上述光学元件材料包括树脂。

附图说明

图1是描述按照实施例的光学信息记录/再现装置的总的结构框图。

图2A是光学信息记录/再现装置中设置的物镜光学系统的放大图。

图2B和图2C是光学元件的第一表面上形成的环形区结构概念示意图。

图3A是描述与第一激光束(λ1＝408nm)穿过有由低散射程度材料构成的光学元件的物镜光学系统相关的球面像差示意图。

图3B是描述与第一激光束(λ1＝408nm)穿过有由高散射程度材料构成的光学元件的物镜光学系统相关的球面像差示意图。

图4-7是描述通过示例物镜光学系统中设置的光学元件的第一产品示例得到的波长和光利用效率之间关系的示意图。

图8-11是描述通过示例物镜光学系统中设置的光学元件的第二产品示例得到的波长和光利用效率之间关系的示意图。

图12-15是描述通过示例物镜光学系统中设置的光学元件的第三产品示例得到的波长和光利用效率之间关系的示意图。

图16-19是描述通过第一比较例的光学元件得到的波长和光利用效率之间关系的示意图。

图20-23是描述通过第二比较例的光学元件得到的波长和光利用效率之间关系的示意图。

具体实施方式

在下文中，参考附图描述了本发明的实施例。

随后，描述了根据本实施例的物镜光学系统30，以及物镜光学系统30固定在其上的光学信息记录/再现装置100(如图1所示)。

在随后的说明中，将具有最高记录密度类型(三种类型中的一种)的光盘(例如，一种新标准的光盘，例如HD DVD或BD)称为“光盘D1”，将相对于光盘D1具有相对低记录密度类型的光盘(DVD，DVD-R等)称为“光盘D2”，为了说明的方便，将具有最低记录密度类型的光盘(CD，CD-R等)称为“光盘D3”。

如果光盘D1-D3的保护层厚度分别定义为t1，t2，t3，则保护层厚度定义如下：

t1≤t2<t3

为了对光盘D1-D3的每个执行信息再现/记录，信息再现/记录要求的NA(数值孔径)必须适当地改变，以便能够形成适合每个光盘的特殊记录密度的光束点。当对三种类型光盘D1，D2，D3的信息再现/记录所要求的最优设计数值孔径分别定义为NA1，NA2，NA3时，数值孔径(NA1，NA2，NA3)满足下列关系：

(NA1>NA3)和(NA2>NA3)

特别地，对具有高记录密度的光盘D1和D2的信息记录/再现，由于必须要形成相对小的光束点，所以要求相对大的NA。另一方面，对具有最低记录密度的光盘D3的信息记录/再现，要求的NA相对较小。顺便地，当执行信息记录/再现的时候，每个光盘放置在转盘(没有显示)上并高速旋转。

在如上所述应用三种类型的光盘D1-D3(有不同的记录密度)的情况下，光学信息记录/再现装置选择地使用具有不同波长的多种激光束，使得能够在正在使用的光盘的记录面上形成适合每个记录密度的光束点。

特别地，对光盘D1的信息记录/再现，为了在光盘D1的记录面上形成最小的光束点，光源发射具有最短波长的“第一激光束”。另一方面，对光盘D3的信息记录/再现，为了在光盘D3的记录面上形成最大的光束点，光源发射具有最长波长的“第三激光束”。对光盘D2的信息记录/再现，为了在光盘D2的记录面上形成相对较小的光束点，光源发射波长比第一激光束的波长长而且比第三激光束的波长短的“第二激光束”。

如果分别将第一，第二和第三激光束的波长定义为λ1，λ2，λ3，则波长满足下列关系。

λ1<λ2<λ3

此外，波长λ1和λ3满足下列关系。

1.8<λ3/λ1<2.0

图1描述了其上安装了物镜光学系统30的光学信息记录/再现装置100的总的结构图。如图1所示，光学信息记录/再现装置100包括用来发射第一激光束的光源1A，用来发射第二激光束的光源1B，用来发射第三激光束的光源1C，衍射光栅2A、2B和2C，耦合透镜3A、3B和3C，分束镜41和42，半反镜5A、5B和5C，光接收器6A、6B和6C，以及物镜光学系统30。

在图1中，光学信息记录/再现装置100的参考轴AX表示为点划线。在正常情况下，物镜光学系统30的光轴与光学信息记录/再现装置100的参考轴AX重合。然而，物镜光学系统30的光轴或者物镜10的光轴为了跟踪操作可以偏移参考轴AX。

如上所述，要求的NA随着正在使用的光盘的类型而改变。因此，光学信息记录/再现装置100可以具有一个或更多的孔径光阑用来调整第一至第三激光束的光束直径。

每个光盘有保护层和记录面(没有显示)。实际上，记录面夹在保护层和衬底层或标记层之间。

如图1所示，光源1A、1B和1C发出的第一、第二和第三激光束在经过衍射光栅2A、2B和2C，耦合透镜3A、3B和3C以及分束镜41和42后被引至共用光路。接着，每个第一、第二和第三激光束都进入物镜光学系统30。光源1A、1B和1C发出的第一、第二和第三激光束分别通过耦合透镜3A、3B和3C变为准直光束。也就是，在这个实施例中，每个耦合透镜3A、3B和3C都起到准直镜的作用。因此，每个第一、第二和第三激光束都以准直光束进入物镜光学系统30。

通过这样配置光学信息记录/再现装置100，能够抑制离轴像差，例如彗差，即使物镜光学系统30(即、物镜10)为了跟踪操作在沿着垂直于物镜光学系统30的光轴方向移动了一小段距离。

每个经过物镜光学系统30的第一、第二和第三激光束都会聚到相应的光盘的记录面52(图2A所示)上。从每个光盘D1、D2和D3的记录面52上反射的激光束沿着相同的光路向物镜光学系统30返回，并且在最终被光接收器6A、6B和6C中相应的一个探测到之前经过半反镜5A、5B和5C中相应的一个。

由于在光学信息记录/再现装置100中对光盘D1-D3使用了具有不同波长的第一至第三激光束，因此球面像差随着物镜10的折射率的改变和光盘D1-D3间保护层厚度的区别而改变。为了给光学信息记录/再现装置100提供与三种类型光盘D1-D3的兼容性，有必要针对光盘D1-D3的每一个适当地修正球面像差。为了以高精度同时保持高的S/N水平对每个光盘D1-D3执行信息记录/再现，有必要提高光的利用效率以便在正在应用的光盘的记录面上形成具有预定直径的光束点。因为这个原因，本实施例的物镜光学系统30配置如下。

如图1所示，物镜光学系统30包括沿着光路按照顺序从光源侧开始排列的光学元件20和物镜10。图2A是物镜系统30的放大图。

如图2A所示，物镜10具有从光源侧开始按顺序排列的第一表面11和第二表面12。物镜10是其第一表面11和第二表面12都是非球面的，两面凸的单透镜。

非球面的形状可以由下列公式表示：

$X\left(h\right)=\frac{{\mathrm{ch}}^2}{1+\sqrt{1-(1+K)c^2{h}^2}}+\underset{i=2}{\mathrm{\&Sigma;}}{A}_{2i}{h}^{2i}$

这里，X(h)表示SAG量，代表在距光轴高度为h处的非球面上的一点和在光轴处与非球面相切的平面间的距离，符号c代表光轴上的曲率(1/r)，K是椭圆系数，并且A_2i代表大于或等于第四阶的偶数阶的非球面系数。

通过将物镜10的第一和第二表面11和12的每个形成为非球面，能够适当地修正球面像差。

光学元件20由单一材料构成。为了确保制造的简单和有效性，光学元件20由树脂构成。选择光学元件20的材料使得阿贝数vd满足下列条件(1)。

15<vd<35        …(1)

通过选择有高散射程度的材料，在将第一激光束的利用效率保持在高水平的同时能够提高第三激光束的利用效率。

光学元件20的第一表面21和第二表面22的至少一个具有环形区结构，环形区结构带有多个围绕参考轴AX共心形成的折射表面区(环形区)。多个环形区由在多个环形区的相邻的环形区之间形成的微小台阶分开。在这个实施例中，环形区结构形成在光学元件20的第一表面21上。

图2B和图2C是在光学元件的第一表面21上形成的环形区结构的概念示意图。图2B是描述光学元件20的第一表面21上形成的环形区结构前视图，和图2C描述光学元件20的第一表面21上形成的环形区结构的光学元件20的截面视图。

如上所述，环形区结构具有台阶，每个台阶在相邻的一些环形区之间的边界处沿着光轴方向延伸。设计每个台阶使得在通过边界内侧的激光束和通过边界外侧的激光束间给出预定的光程差。应注意的是这种环形区结构可以称为衍射结构。

如果设计这种环形区结构使得预定的光程差为特定的波长α的n倍值(n为整数)，环形区结构可以表示为具有闪耀波长α的第n级衍射结构。如果具有特定波长β的激光束经过该衍射结构，则具有最高衍射效率的衍射级等于最接近由光程差除以波长β得到的值的整数“m”。

如果环形区结构被认为是衍射结构，则环形区结构可以通过下列光程差函数φ(h)表示。光程差函数φ(h)以在距离光轴高度为h处的额外光程差的形式表示为衍射透镜的函数。也就是，光程差函数φ(h)是定义了环形区结构中每个台阶的位置和高度的函数。

更具体地，光程差函数φ(h)可以表示为一个方程：

$\mathrm{\&phi;}\left(h\right)=\mathrm{m\&lambda;}\underset{i=1}{\mathrm{\&Sigma;}}{P}_{2i}{h}^{2i}$

在这里P_2i代表第2i级系数(i:整数)，h代表离光轴的高度，m代表衍射效率最大处的衍射级，以及λ代表正在采用的激光束的设计波长。

配置光学元件20的环形区结构使得至少一个台阶对于第一激光束给出大约等于第一激光束波长的奇数倍的光程差。当环形区结构由上述公式表示时，波长λ1被指定为变量λ，并且指定变量m为大于或等于3的奇数。通过相对于第一激光束的波长λ1这样定义环形区结构，可以高精度地进行要求较高光利用效率并具有低的像差容限的光盘D1的信息记录/再现。

通过指定衍射级m为光利用效率(衍射效率)最大时的奇数，环形区结构能够分别为第一激光束和第三激光束提供不同的衍射功能。因此，能够获得对不同标准的光盘D1和D3的每一个修正像差的适当的修正函数。

光学元件20材料的阿贝数的选择取决于环形区结构的配置，该结构的设计与环形区结构中至少一个台阶引起的光程差相关。

更具体地，当环形区结构配置成通过至少一个台阶给予第一激光束的光程差ΔOPD大约等于波长λ1的三倍(即，如果环形区结构满足下列条件(2))时，光学元件20配置成光学元件20材料的阿贝数vd满足上述条件(1)。在这种情况下，光学元件20可配置成光学元件20的材料的阿贝数满足下列条件(3)。

2.8≤ΔOPD/λ1≤3.3   …(2)

15≤vd≤30          …(3)

当环形区结构配置成通过至少一个台阶给予第一激光束的光程差ΔOPD大约等于波长λ1的五倍(即，如果环形区结构满足下列条件(4))时，光学元件20配置成光学元件20材料的阿贝数vd满足上述条件(1)。在这种情况下，光学元件20可配置成光学元件20的材料的阿贝数满足下列条件(3)。

4.8≤ΔOPD/λ1≤5.3   …(4)

15≤vd≤30          …(3)

能够设置环形区结构使得通过至少一个台阶给予第一激光束的光程差ΔOPD大约等于波长λ1的七倍。也就是说，环形区结构可配置成满足下列条件(5)。也能够设置环形区结构使得通过至少一个台阶给予第一激光束的光程差ΔOPD大约等于波长λ1的九倍。也就是说，环形区结构可配置成满足下列条件(6)。

6.8≤ΔOPD/λ1≤7.3   …(5)

8.8≤ΔOPD/λ1≤9.3   …(6)

通过定义由环形区结构给予第一激光束的光程差和通过适当地选择光学元件20的阿贝数(即，通过设计环形区结构和光学元件20满足上述条件)，能够将第一激光束的利用效率保持在高水平。在本实施例中，第一激光束可以得到70％的利用效率或更高。此外，通过使用有高度散射的光学元件20，也能够提高第三激光束的利用效率。

如上所述，光学元件20由具有相对较低阿贝数的材料构成(即，高度散射的材料)。总的来说，光学信息记录/再现装置的物镜光学系统的设计者倾向于避免使用高度散射的材料，因为高度散射的材料产生相对较大的像差。通过对比，根据本实施例，配置光学元件20使得对于第一激光束，折射影响被环形区结构提供的影响抵消。换句话说，光学元件20相对于第一激光束几乎没有作用。因此，可以抑制色差的大小。

为了对比，图3A提供了描述与经过具有由低度散射材料构成的光学元件(对应着光学元件20)的物镜光学系统的第一激光束(λ1＝408nm)相关的球面像差示意图。在图3A中，低度散射被定义为nd＝1.509和vd＝56.4。在这种情况下，nd代表d线(588nm)的折射率，和vd代表d线的阿贝数。

图3B提供了描述与经过具有由高度散射材料构成的光学元件20的物镜光学系统的第一激光束(λ1＝408nm)相关的球面像差示意图。图3B中，高度散射被定义为nd＝1.585和vd＝29.9。

在每个图3A和3B中，由实线表示的曲线对应着第一激光束波长为408nm时的球面像差，由虚线表示的曲线对应着第一激光束波长改变微小数值，从408nm到410nm时的球面像差。从图3A和3B可以看出，根据本实施例的包括光学元件20的物镜光学系统30引起的色差基本上与包括由低度散射材料构成的光学元件(对应着光学元件20)的物镜光学系统引起的色差处于同一水平上。

如上所述，根据本实施例的物镜光学系统30，在将光盘D1上的光利用效率保持在高水平的同时，有利于提高光盘D3上的光利用效率。在这点上，在后面，根据本实施例的光学信息记录/再现装置100的结构被具体解释为光盘D1和光盘D3之间的关系。也就是，在后面，解释集中在对高记录密度的光盘Da和低记录密度的光盘Db有兼容性的光学信息记录/再现装置(以后，称为特殊用途的光学信息记录/再现装置)上。可以得到这种光学信息记录/再现装置，例如，通过省略光学信息记录/再现装置100中用于对光盘D2信息记录/再现的光学组件。

在这种情况下，光盘Da对应着光盘D1，光盘Db对应着光盘D3。与根据本实施例的光学信息记录/再现装置100的情况一样，特殊目的的光学信息记录/再现装置满足下列条件。

ta<tb

NAa>NAb

λa<λb

1.8<λb/λa<2.0

在上面所述的条件中，ta代表着光盘Da的保护层厚度(对应着保护层厚度t1)，NAa代表对光盘Da信息记录/再现所要求的优化设计的数值孔径(对应着数值孔径NA1)，NAb代表对光盘Db信息记录/再现所要求的优化设计的数值孔径(对应着数值孔径NA3)，λa代表着对光盘Da信息记录/再现所使用的激光束波长(对应着第一激光束的波长λ1)，λb代表着对光盘Db信息记录/再现所使用的激光束波长(对应着第二激光束的波长λ3)。

用在特殊用途的光学信息记录/再现装置中的光学元件20满足条件(1)至(6)。有了这种结构，在将对具有高记录密度的光盘Da的光利用效率保持为高水平的同时，能够提高低对具有记录密度的光盘Db的光利用效率，而不需要应用昂贵的和高精度的光学组件。

关于特殊用途的光学信息记录/再现装置，条件(2)，(4)，(5)和(6)分别被写成下面的(2’)，(3’)，(5’)和(6’)。

2.8≤ΔOPD/λa≤3.3   …(2′)

4.8≤ΔOPD/λa≤5.3   …(4′)

6.8≤ΔOPD/λa≤7.3   …(5′)

8.8≤ΔOPD/λa≤9.3   …(6′)

此后，描述了三个光学元件20的产品示例(第一至第三产品示例)。更具体地，针对第一至第三产品示例的每一个解释光利用效率和波长之间的关系。在后面的产品示例中，波长为λ1＝408nm，λ2＝660nm和λ3＝790nm。

图4至7是表示通过第一产品示例的光学元件20得到的波长和光利用效率之间的关系的示意图。更具体地，图4是表示由满足条件(2)或(2’)的光学元件20得到的波长和光利用效率之间的关系的示意图，图5是表示由满足条件(4)或(4’)的光学元件20得到的波长和光利用效率之间的关系的示意图，图6是表示由满足条件(5)或(5’)的光学元件20得到的波长和光利用效率之间的关系的示意图，图7是表示由满足条件(6)或(6’)的光学元件20得到的波长和光利用效率之间的关系的示意图。

第一产品示例的光学元件20由nd＝1.585和vd＝29.9的材料构成。在光学元件20的一个表面上，形成环形区结构。关于第一产品示例，在光学元件20的第一表面21上形成在波长为408nm(即，λ1)时闪耀的环形区结构。

图8至11是表示通过第二产品示例的光学元件得到的波长和光利用效率之间的关系的示意图。更具体地，图8是表示由满足条件(2)或(2’)的光学元件20得到的波长和光利用效率之间的关系的示意图，图9是表示由满足条件(4)或(4’)的光学元件20得到的波长和光利用效率之间的关系的示意图，图10是表示由满足条件(5)或(5’)的光学元件20得到的波长和光利用效率之间的关系的示意图，图11是表示由满足条件(6)或(6’)的光学元件20得到的波长和光利用效率之间关系的示意图。

第二产品示例的光学元件20由nd＝2.144和vd＝17.8的材料构成。在光学元件20的一个表面上，形成环形区结构。关于第二产品示例治理，在光学元件20的第一表面21上形成在波长为408nm(即，λ1)时闪耀的环形区结构。

图12至15是表示第三产品示例的光学元件20得到的波长和光利用效率之间的关系的示意图。更具体地，图12是表示由满足条件(2)或(2’)的光学元件20得到的波长和光利用效率之间的关系的示意图，图13是表示由满足条件(4)或(4’)的光学元件20得到的波长和光利用效率之间的关系的示意图，图14是表示由满足条件(5)或(5’)的光学元件20得到的波长和光利用效率之间的关系的示意图，图15是表示由满足条件(6)或(6’)的光学元件20得到的波长和光利用效率之间的关系的示意图。

与第一产品示例的情况一样，第三产品示例的光学元件20由nd＝1.585和vd＝29.9的材料构成。在光学元件20的一个表面上，形成环形区结构。关于第三产品示例，环形区结构形成在光学元件20的第一表面21上，环形区结构的闪耀取决于光学元件20满足条件(2)(或(2’))，(4)(或(4’))，(5)(或(5’))和(6)(或(6’))中哪一个条件。更具体地，当满足条件(2)或(2’)时，在光学元件20上形成在波长为379nm时闪耀的环形区结构。当满足条件(4)或(4’)时，在光学元件20上形成在波长为390nm时闪耀的环形区结构。当满足条件(5)或(5’)时，在光学元件20上形成在波长为395nm时闪耀的环形区结构。当满足条件(6)或(6’)时，在光学元件20上形成在波长为398nm时闪耀的环形区结构。

从图4，8和12可以看到，采用满足条件(2)或(2’)的光学元件20，对于第三激光束(或波长为λb的激光束)的第一级衍射光，可以得到大于或者等于50％的高的光利用效率，波长在λ1(或λa)附近可以得到大于或等于70％的高的光利用效率。也就是说，通过采用第一到第三产品示例的每一个的光学元件20，即使波长在小范围内波动也能将第一激光束的利用效率保持在高水平。

从图5-7，图9-11和图13-15中可以看到，第一激光束的光利用效率最大时的衍射级次变得越高，第三激光束的某个特定衍射级次的光利用效率变得越大。此外，第一激光束的光利用效率最大时的衍射级次变得越高，第二激光束的光利用效率变得越大。因此，光学元件20的第一到第三所有的产品示例都能对光盘D1-D3的每个以高精度执行信息记录和信息再现。

接下来，描述光学元件的两个比较示例(第一和第二相比较示例)用来确认光学元件20的第一到第三产品示例的有效性。

第一比较示例的光学元件由低度散射(nd＝1.509和vd＝56.4)的材料构成，并具有在波长为408nm时闪耀的环形区结构。也就是说，根据第一比较示例的光学元件不满足条件(1)。图16-19表示由第一比较示例的光学元件得到的波长和光利用效率之间的关系的示意图。

更具体地，图16表示的是环形区结构被设计成第一激光束的光利用效率最大处的衍射级次是第三级的情况。图17表示的是环形区结构被设计成第一激光束的光利用效率最大处的衍射级次是第五级的情况。图18表示的是环形区结构被设计成第一激光束的光利用效率最大处的衍射级次是第七级的情况。图19表示的是环形区结构被设计成第一激光束的光利用效率最大处的衍射级次是第九级的情况。

第二比较示例的光学元件由低度散射(nd＝1.509和vd＝56.4)的材料构成。也就是说，第一比较示例的光学元件不满足条件(1)。图20-23表示由第二比较示例的光学元件得到的波长和光利用效率之间的关系的示意图。

更具体地，图20表示的是环形区结构被设计成第一激光束的光利用效率最大处的衍射级次是第三级的情况。图21表示的是环形区结构被设计成第一激光束的光利用效率最大处的衍射级次是第五级的情况。图22表示的是环形区结构被设计成第一激光束的光利用效率最大处的衍射级次是第七级的情况。图23表示的是环形区结构被设计成第一激光束的光利用效率最大处的衍射级次是第九级的情况。

第一激光束的光利用效率最大处的衍射级次是第三级的环形区结构在波长为349nm时闪耀。第一激光束的光利用效率最大处的衍射级次是第五级的环形区结构在波长为372nm时闪耀。第一激光束的光利用效率最大处的衍射级次是第七级的环形区结构在波长为382nm时闪耀。第一激光束的光利用效率最大处的衍射级次是第九级的环形区结构在波长为388nm时闪耀。也就是说，根据第二比较示例的光学元件除了不满足条件(1)还不满足条件(2)。

如图16-19所示，关于第一比较示例的光学元件的所有如上所述的环形区结构配置，第三激光束的光利用效率低于由如上所述的第一或第二产品示例的光学元件20所获得的光利用效率。

如图20-23所示，通过相对较大范围内改变闪耀波长，根据第二比较示例的光学元件显示出第三激光束的光利用效率大于根据第一比较示例的光学元件的光利用效率。然而，要求最高的第一激光束的光利用效率低于50％。

显然地，应用满足上述提到条件的光学元件20的物镜光学系统30显示出光学性能优于应用根据每个第一和第二比较示例的光学元件的物镜光学系统所获得的光学性能。

此后，说明了能够获得光学元件20的第一到第三产品示例的上述优点的16个光学元件20的具体数字示例。光学元件20的每个数字示例都具有通过结合两种或三种类型的光程差函数形成的环形区结构。

更具体地，三种类型的光程差函数中的一个显示了大约等于第一激光束波长的奇数倍的值(ΔOPD/λ1)。也就是说，三种类型光程差函数中的一个提供了满足条件(2)(或(2’))，条件(4)(或(4’))，条件(5)(或(5’))，或条件(6)(或(6’))的台阶。

光学元件20的数字示例分成六组A-F。分类为A组的第一到第三数字示例(表1至表3)的每一个都提供了满足条件(2)(或(2’))的台阶。根据如表1至表3所示的每个第一到第三数字示例的环形区结构通过结合两种类型的光程差函数形成。

分类为B组的第四到第六数字示例(表4至表6)的每一个都提供了满足条件(4)(或(4’))的台阶。根据如表4至表6所示的每个第四到第六数字示例的环形区结构通过结合两种类型的光程差函数形成。

分类为C组的第七到第九数字示例(表7至表9)的每一个都提供了满足条件(5)(或(5’))的台阶。根据如表7至表9所示的每个第七到第九数字示例的环形区结构通过结合两种类型的光程差函数形成。

分类为D组的第十到第十二数字示例(表10至表12)的每一个都提供了满足条件(6)(或(6’))的台阶。根据如表10至表12所示的每个第十到第十二数字示例的环形区结构通过结合两种类型的光程差函数形成。

分类为E组的第十三到第十四数字示例(表13至表14)的每一个都提供了满足条件(5)(或(5’))的台阶。根据如表13至表14所示的每个第十三到第十四数字示例的环形区结构通过结合三种类型的光程差函数形成。

分类为F组的第十五到第十六数字示例(表15至表16)的每一个都提供了满足条件(6)(或(6’))的台阶。根据如表15至表16所示的每个第十五到第十六数字示例的环形区结构通过结合三种类型的光程差函数形成。

在A至F每组中，最后一个数字示例(数字示例3，6，9，12，14或16)配置成(ΔOPD/λ1)被调节为采用不同于第一激光束波长(或波长λa)的整数倍的值。在表1至16中，“OPDF”表示光程差函数。

表1

表2

表3

表4

表5

表6

表7

表8

表9

表10

表11

表12

表13

表14

表15

表16

此后，说明采用根据实施例的光学元件20的光学信息记录/再现装置100的四个数字结构(第一到第四数字结构)。图1描述了根据每个第一到第四数字结构的光学信息记录/再现装置100的总的结构图。在后面，为了简单起见，说明集中在光学信息记录/再现装置100的物镜光学系统30的数字结构上。

第一数字结构

下表17表示根据第一数字结构的物镜光学系统30的具体参数。

表17

 

	第一激光束	第二激光束	第三激光束
				波长(nm)	408	660	790
焦距(mm)	2.353	2.415	2.426
				NA	0.850	0.650	0.510
放大倍数M	0.000	0.000	0.000

如表17中表示为“放大倍数M”，当使用每个光盘D1-D3时，入射到物镜10上的激光束作为准直光束。通过这种结构，能够在跟踪操作期间防止离轴像差的发生。

表18表示当在具有如表17所示的物镜光学系统30的光学信息记录/再现装置100中使用光盘D1时定义的特别数字结构。随后的表19表示当在具有如表17所示的物镜光学系统30的光学信息记录/再现装置100中使用光盘D2时定义的特别数字结构。随后的表20表示当在具有如表17所示的物镜光学系统30的光学信息记录/再现装置100中使用光盘D3时定义的特别数字结构。

表18

 

表面号	r	d	nd	vd
					0		∞
1	∞	1.000	1.606	27.2
					2	∞	0.500
3	1.521	2.985	1.509	56.4
					4	-2.121	0.703
5	∞	0.100	1.585	29.9
					6	∞	-

表19

 

表面号	r	d	nd	vd
					0		∞
1	∞	1.000	1.606	27.2
					2	∞	0.500
3	1.521	2.985	1.509	56.4

 

4	-2.121	0.442
					5	∞	0.600	1.585	29.9
6	∞	-

表20

 

表面号	r	d	nd	vd
					0		∞
1	∞	1.000	1.606	27.2
					2	∞	0.500
3	1.521	2.985	1.509	56.4
					4	-2.121	0.070
5	∞	1.200	1.585	29.9
					6	∞	-

在表18-20中，表面#0代表光源，表面#1和#2分别代表光学元件20的第一和第二表面21和22，表面#3和#4代表物镜10的第一和第二表面11和12，表面#5和#6代表对应光盘的保护层和记录面。

在表18-20中(和随后类似的表中)，“r”代表每个光学面的曲率半径(mm)，“d”代表光学元件的厚度或者在信息再现/记录时从每个光学面到相邻光学面的距离(mm)。

光学元件20的第一表面21(表面#1)和物镜10的第一和第二表面11和12(表面#3和#4)的每一个是一个非球面。随后的表格21表示描述光学元件20的第一表面21(表面#1)和物镜10的第一和第二表面11和12(表面#3和#4)的每一个形状的锥形常数k和非球面系数A_2i。在表格21中(和随后类似的表中)，符号“E”意味着10的“E”右边数字作为指数的幂(例如，“E-04”意味着“×10^-4”)。

表21

如表21中所示，光学元件20的第一表面21(表面#1)包括包含光轴在内的第一区域，排列在第一区域外面的第二区域，和排列在第二区域外的第三区域。更具体地，第一区域是用来会聚每个第一、第二和第三激光束的公共区域。第二区域用来会聚每个第一和第二激光束，但是不用来会聚第三激光束。换句话说，第二区域对第三激光束起到孔径光阑作用。

第三区域为要求最大数值孔径(NA)的光盘(例如，光盘D1)提供要求的数值孔径。第三区域用来会聚第一激光束，但不用来会聚每个第二和第三激光束。换句话说，第三区域对每个第二和第三激光束起到孔径光阑作用。

第一到第三区域的每个区域都具有抑制由正在使用的激光束的波长与最佳波长有微小的改变所引起球面像差的波动的作用。

为了分别给第一和第二区域提供如上所述的不同类型的光学效果，每个第一和第二区域被独立设计成具有由至少两种类型的光程差函数定义的独特的环形区结构。

表22表示在光学元件20的第一表面21上定义每个第一到第三区域的环形区结构的光程差函数的系数P_2i。表23表示每个第一到第三区域的衍射级次m和有效半径(距离光轴的高度)。在表22和23(和随后类似的表格)中，“OPDF”表示光程差函数。

表22

表23

如同表22和23所示，光学元件20的第一表面21的第一区域的环形区结构具有通过组合彼此不同的三种类型的光程差函数(即，第一，第二和第三光程差函数)定义的形状。第一表面21的第二区域的环形区结构具有通过组合彼此不同的两种类型的光程差函数(即，第四和第五光程差函数)定义的形状，第一表面21的第三区域的环形区结构具有通过第六光程差函数定义形状。

第二数字结构

下表24表示根据第二数字结构的物镜光学系统30的具体参数。

表24

 

	第一激光束	第二激光束	第二激光束
				波长(nm)	408	660	790
焦距(mm)	2.353	2.415	2.426
				NA	0.850	0.650	0.510
放大倍数M	0.000	0.000	0.000

如表24中由“放大倍数M”所示，当使用每个光盘D1-D3时，入射到物镜10上的激光束作为准直光束。通过这种结构，能够在跟踪操作期间防止离轴像差的发生。

表25表示当在具有如表24所示的物镜光学系统30的光学信息记录/再现装置100中使用光盘D1时定义的特别数字结构。随后的表26表示当在具有如表24所示的物镜光学系统30的光学信息记录/再现装置100中使用光盘D2时定义的特别数字结构。随后的表27表示当在具有如表24所示的物镜光学系统30的光学信息记录/再现装置100中使用光盘D3时定义的特别数字结构。

表25

 

表面号	r	d	nd	vd
					0		∞
1	∞	1.000	1.606	27.2
					2	∞	0.500
3	1.521	2.985	1.509	56.4
					4	-2.121	0.703
5	∞	0.100	1.585	29.9
					6	∞	-

表26

 

表面号	r	d	nd	vd
					0		∞
1	∞	1.000	1.606	27.2
					2	∞	0.500
3	1.521	2.985	1.509	56.4
					4	-2.121	0.442
5	∞	0.600	1.585	29.9
					6	∞	-

表27

 

表面号	r	d	nd	vd
					0		∞
1	∞	1.000	1.606	27.2
					2	∞	0.500
3	1.521	2.985	1.509	56.4
					4	-2.121	0.070
5	∞	1.200	1.585	29.9
					6	∞	-

在表25-27中，表面#0代表光源，表面#1和#2分别代表光学元件20的第一和第二表面21和22，表面#3和#4代表物镜10的第一和第二表面11和12，表面#5和#6代表对应光盘的保护层和记录面。

光学元件20的第一表面21(表面#1)和物镜10的第一和第二表面11和12(表面#3和#4)的每一个都是非球面。随后的表格28表示描述光学元件20的第一表面21(表面#1)和物镜10的第一和第二表面11和12(表面#3和#4)的每一个形状的锥形常数k和非球面系数A_2i。

表28

如表28中所示，光学元件20的第一表面21(表面#1)包括包含光轴在内的第一区域，排列在第一区域外面的第二区域，和排列在第二区域外的第三区域。更具体地，第一区域是用来会聚每个第一，第二和第三激光束的公共区域。第二区域用来会聚每个第一和第二激光束，但是不用来会聚第三激光束。换句话说，第二区域对第三激光束起到孔径光阑作用。

第三区域为要求最大数值孔径(NA)的光盘(例如，光盘D1)提供要求的数值孔径。第三区域用来会聚第一激光束，但不用来会聚每个第二和第三激光束。换句话说，第三区域对每个第二和第三激光束起到孔径光阑作用。

每个第一，第二和第三区域被独立设计成具有由至少一个光程差函数定义的独特的环形区结构。

表29表示在光学元件20的第一表面21上定义每个第一到第三区域的环形区结构的光程差函数的系数P_2i。表30表示每个第一到第三区域的衍射级次m和有效半径(距离光轴的高度)。

表29

表30

如同表29和30所示，光学元件20的第一表面21的第一区域的环形区结构具有通过第一光程差函数定义的形状，第一表面21的第二区域的环形区结构具有通过第二光程差函数定义的形状，第一表面21的第三区域的环形区结构具有通过第三光程差函数定义的形状。

第三数字结构

下表31表示根据第三数字结构的物镜光学系统30的具体参数。

表31

 

	第一激光束	第二激光束	第三激光束
				波长(nm)	408	660	790
焦距(mm)	2.353	2.415	2.426
				NA	0.850	0.650	0.510
放大倍数M	0.000	0.000	-0.205

如表31中由“放大倍数M”所示，用在光盘D1和D2上的第一激光束和第二激光束的每一个都作为准直光入射到物镜10上，然而用在光盘D3上的第三激光束作为发散光束入射到物镜10上。通过这种结构，当光盘D1和D2用到每个第一和第二激光束时，能够在跟踪操作期间防止离轴像差的发生。换句话说，当用到第三激光束时，对于光盘D3可以确保足够的工作距离。

表32表示当在具有如表31所示的物镜光学系统30的光学信息记录/再现装置100中使用光盘D1时定义的特别数字结构。随后的表33表示当在具有如表31所示的物镜光学系统30的光学信息记录/再现装置100中使用光盘D2时定义的特别数字结构。随后的表34表示当在具有如表31所示的物镜光学系统30的光学信息记录/再现装置100中使用光盘D3时定义的特别数字结构。

表32

 

表面号	r	d	nd	vd
					0		∞
1	∞	1.000	1.606	27.2
					2	∞	0.500
3	1.521	2.985	1.509	56.4
					4	-2.121	0.703
5	∞	0.100	1.585	29.9
					6	∞	-

表33

 

表面号	r	d	nd	vd
					0		∞
1	∞	1.000	1.606	27.2
					2	∞	0.500
3	1.521	2.985	1.509	56.4
					4	-2.121	0.442
5	∞	0.600	1.585	29.9
					6	∞	-

表34

 

表面号	r	d	nd	vd
					0		-12.000
1	∞	1.000	1.606	27.2
					2	∞	0.500
3	1.521	2.985	1.509	56.4
					4	-2.121	0.567
5	∞	1.200	1.585	29.9
					6	∞	-

在表32-34中，表面#0代表光源，表面#1和#2分别代表光学元件20的第一和第二表面21和22，表面#3和#4代表物镜10的第一和第二表面11和12，表面#5和#6代表对应光盘的保护层和记录面。

光学元件20的第一表面21(表面#1)和物镜10的第一和第二表面11和12(表面#3和#4)的每一个都是非球面。随后的表格35表示描述每个光学元件20的第一表面21(表面#1)和物镜10的第一和第二表面11和12(表面#3和#4)形状的锥形常数k和非球面系数A_2i。

表35

如表35中所示，光学元件20的第一表面21(表面#1)包括包含光轴在内的第一区域，排列在第一区域外面的第二区域，和排列在第二区域外的第三区域。更具体地，第一区域是用来会聚每个第一，第二和第三激光束的公共区域。第二区域用来会聚每个第一和第二激光束，但是不用来会聚第三激光束。换句话说，第二区域对第三激光束起到孔径光阑作用。

第三区域为要求最大数值孔径(NA)的光盘(例如，光盘D1)提供要求的数值孔径。第三区域用来会聚第一激光束，但不用来会聚每个第二和第三激光束。换句话说，第三区域对每个第二和第三激光束起到孔径光阑作用。

第一到第三区域的每个区域都具有抑制由正在使用的激光束的波长与最佳波长有微小的改变所引起的球面像差的波动的作用。

为了给第一区域提供如上所述的光学效果，第一区域被设计成具有由至少两种类型的光程差函数定义的独特的环形区结构。

表36表示在光学元件20的第一表面21上定义每个第一到第三区域的环形区结构的光程差函数的系数P_2i。表37表示每个第一到第三区域的衍射级次m和有效半径(距离光轴的高度)。

表36

表37

如同表36和37所示，光学元件20的第一表面21的第一区域的环形区结构具有通过组合彼此不同的两种类型的光程差函数(第一和第二光程差函数)定义的形状，第一表面21的第二区域的环形区结构具有通过第三光程差函数定义的形状，第一表面21的第三区域的环形区结构具有通过第四光程差函数定义的形状。

第四数字结构

下表38表示根据第四数字结构的物镜光学系统30的具体参数。

表38

 

	第一激光束	第二激光束	第三激光束
				波长(nm)	408	660	790
焦距(mm)	2.353	2.415	2.426
				NA	0.850	0.650	0.510
放大倍数M	0.000	0.000	-0.205

如表38中由“放大倍数M”所示，用在光盘D1和D2上的第一激光束和第二激光束的每一个都作为准直光入射到物镜10上，然而用在光盘D3上的第三激光束作为发散光束入射到物镜10上。通过这种结构，对于光盘D1和D2用到每个第一和第二激光束时，能够在跟踪操作期间防止离轴像差的发生。另一方面，当用到第三激光束时，对于光盘D3可以确保足够的工作距离。

表39表示当在具有如表38所示的物镜光学系统30的光学信息记录/再现装置100中使用光盘D1时定义的特别数字结构。随后的表40表示当在具有如表31所示的物镜光学系统30的光学信息记录/再现装置100中使用光盘D2时定义的特别数字结构。随后的表41表示当在具有如表38所示的物镜光学系统30的光学信息记录/再现装置100中使用光盘D3时定义的特别数字结构。

表39

 

表面号	r	d	nd	vd
					0		∞
1	∞	1.000	1.606	27.2
					2	∞	0.500
3	1.521	2.985	1.509	56.4
					4	-2.121	0.703
5	∞	0.100	1.585	29.9
					6	∞	-

表40

 

表面号	r	d	nd	vd
					0		∞
1	∞	1.000	1.606	27.2
					2	∞	0.500
3	1.521	2.985	1.509	56.4
					4	-2.121	0.442
5	∞	0.600	1.585	29.9
					6	∞	-

表41

 

表面号	r	d	nd	vd
					0		-12.000
1	∞	1.000	1.606	27.2
					2	∞	0.500
3	1.521	2.985	1.509	56.4
					4	-2.121	0.567

 

5	∞	1.200	1.585	29.9
					6	∞	-

在表39-41中，表面#0代表光源，表面#1和#2分别代表光学元件20的第一和第二表面21和22，表面#3和#4代表物镜10的第一和第二表面11和12，表面#5和#6代表对应光盘的保护层和记录面。

光学元件20的第一表面21(表面#1)和物镜10的第一和第二表面11和12(表面#3和#4)的每一个都是非球面。随后的表格42表示描述每个光学元件20的第一表面21(表面#1)和物镜10的第一和第二表面11和12(表面#3和#4)形状的锥形常数k和非球面系数A_2i。

表42

如表42中所示，光学元件20的第一表面21(表面#1)包括包含光轴在内的第一区域，排列在第一区域外面的第二区域，和排列在第二区域外的第三区域。更具体地，第一区域是用来会聚每个第一，第二和第三激光束的公共区域。第二区域用来会聚每个第一和第二激光束，但是不用来会聚第三激光束。换句话说，第二区域对第三激光束起到孔径光阑作用。

第三区域为要求最大数值孔径(NA)的光盘(例如，光盘D1)提供要求的数值孔径。第三区域用来会聚第一激光束，但不用来会聚每个第二和第三激光束。换句话说，第三区域对每个第二和第三激光束起到孔径光阑作用。

第一到第三区域的每个区域都具有抑制由正在使用的激光束的波长与最佳波长有微小的改变所引起的球面像差的波动的作用。

为了给第一区域提供如上所述的光学效果，第一区域被设计成具有由至少两种类型的光程差函数定义的独特的环形区结构。

表43表示在光学元件20的第一表面21上定义每个第一到第三区域的环形区结构的光程差函数的系数P_2i。表44表示每个第一到第三区域的衍射级次m和有效半径(距离光轴的高度)。

表43

表44

如同表43和44所示，光学元件20的第一表面21的第一区域的环形区结构具有通过组合彼此不同的两种类型的光程差函数(第一和第二光程差函数)定义的形状。第一表面21的第二区域的环形区结构具有通过第三光程差函数定义的形状，第一表面21的第三区域的环形区结构具有通过第四光程差函数定义的形状。

通过至少在光学元件20的第一表面上形成满足上述条件的上述的环形区结构(如表22，23，29，30，36，37，43和44所示)，光学元件20能够获得用于提供上述实施例的优点的足够的光学性能。

关于光学信息记录/再现装置100的上述四个数字结构，第一、第二和第三波长λ1、λ2和λ3满足条件1.6<λ2/λ1<1.8和1.8<λ3/λ1<2.0。保护层厚度t1、t2和t3满足条件5<t2/t1<7和11<t3/t1<15。

尽管已经参照某个优选实施例相当详细的描述了本发明，但是其它的实施例也是可能的。

在上述的实施例中，物镜光学系统30被设计成对于光学元件20使用高度散射的材料。然而，物镜30可以由高度发散的材料构成。在这种情况下，设计光学信息记录/再现装置，使得采用高度散射材料构成的物镜30引起的色差可以被适当地修正。例如，可以通过采用专门用来修正色差的光学元件来适当修正色差，例如通过胶结一对由具有不同发散程度的材料构成的正透镜和负透镜形成的元件。在特殊情况下，环形区结构可以设置在具有作为会聚每个第一到第三激光束到对应的光盘D1到D3之一的记录面上的物镜功能的光学元件上。

Claims (33)

1.一种用在光学信息记录/再现装置上的物镜光学系统，光学信息记录/再现装置通过选择地使用包括具有第一波长λa(nm)的第一光束和具有第二波长λb(nm)的第二光束的两种类型光束中的一个，用来对至少两种类型的光盘记录信息和/或再现信息，

至少两种类型的光盘包括利用第一光束执行信息记录或信息再现的光盘Da和利用第二光束来执行信息记录或信息再现的光盘Db，

第一和第二波长λa和λb满足一条件：

1.8<λb/λa<2.0，

当光盘Da和Db的保护层厚度分别表示为t1(mm)和t2(mm)时，保护层厚度满足条件ta<tb，

当在光盘Da和Db上信息再现或信息记录要求的数值孔径分别定义为NAa和NAb时，数值孔径满足关系NAa>NAb，

该物镜光学系统包括：

在至少一个表面上配有环形区结构的光学元件，

环形区结构包括多个配置有至少一个台阶的环形区，台阶形成在多个环形区的相邻区之间的边界处，沿着物镜光学系统的光轴方向延伸，

提供该至少一个台阶用于在通过边界外部的光束和通过边界内部的光束之间产生预定的光程差，

由至少一个台阶给予第一光束的预定的光程差大约等于第一波长λa的奇数倍，

光学元件材料的阿贝数满足条件15<vd<35。

2.如权利要求1所述的物镜光学系统，其中：

由至少一个台阶给予第一光束的预定的光程差大约等于第一波长λa的三倍；和

光学元件材料的阿贝数满足条件15<vd<30。

3.如权利要求2所述的物镜光学系统，其中当由至少一个台阶给予第一光束的预定光程差表示为ΔOPD(nm)时，光学元件满足条件2.8≤ΔOPD/λa≤3.3。

4.如权利要求1所述的物镜光学系统，其中：

由至少一个台阶给予第一光束的预定的光程差大约等于第一波长λa的五倍；和

光学元件材料的阿贝数满足条件15<vd<30。

5.如权利要求4所述的物镜光学系统，其中当由至少一个台阶给予第一光束的预定的光程差表示为ΔOPD(nm)时，光学元件满足条件4.8≤ΔOPD/λa≤5.3。

6.如权利要求1所述的物镜光学系统，其中由至少一个台阶给予第一光束的预定的光程差大约等于第一波长λa的七倍。

7.如权利要求6所述的物镜光学系统，其中当由至少一个台阶给予第一光束的预定的光程差表示为ΔOPD(nm)时，光学元件满足条件6.8≤ΔOPD/λa≤7.3。

8.如权利要求1所述的物镜光学系统，其中由至少一个台阶给予第一光束的预定的光程差大约等于第一波长λa的九倍。

9.如权利要求8所述的物镜光学系统，其中由至少一个台阶给予第一光束的预定的光程差表示为ΔOPD(nm)时，光学元件满足条件8.8≤ΔOPD/λa≤9.3。

10.如权利要求1所述的物镜光学系统，其中光学元件的材料包括树脂。

11.如权利要求1所述的物镜光学系统，其中配置光学元件，使得光学元件相对于具有第一波长λa的第一光束的折射影响和环形区结构带来的影响互相抵消，以便相对于具有第一波长λa的第一光束具有实际为零的作用。

12.如权利要求11所述的物镜光学系统，还包括位于光学元件和正在使用的光盘间的物镜，

其中物镜将第一和第二光束的每个光束会聚到光盘Da和Db中相应的一个的记录面上。

13.如权利要求1所述的物镜光学系统，其中光学元件是用于将第一和第二光束的每个光束会聚到光盘Da和Db中相应的一个的记录面上的物镜。

14.如权利要求1所述的物镜光学系统，其中环形区结构形成在光学元件至少一个表面上的确保对光盘Db信息记录或信息再现所要求的数值孔径NAb的区域中。

15.如前面任一个权利要求所述的物镜光学系统，其中第一和第二光束的每个光束作为实际的准直光束入射到物镜光学系统。

16.一种光学信息记录/再现装置，用于通过选择地使用包括具有第一波长λa(nm)的第一光束和具有第二波长λb(nm)的第二光束的两种类型光束中的一个，对至少两种类型的光盘记录信息和/或再现信息，

至少两种类型的光盘包括利用第一光束执行信息记录或信息再现的光盘Da和利用第二光束执行信息记录或信息再现的光盘Db，

第一和第二波长λa和λb满足一条件：

1.8<λb/λa<2.0，

当光盘Da和Db的保护层厚度分别表示为t1(mm)和t2(mm)时，保护层厚度满足条件ta<tb，

当在光盘Da和Db上信息再现或信息记录所要求的数值孔径分别定义为NAa和NAb时，数值孔径满足关系NAa>NAb，

该光学信息记录/再现装置包括：

分别发射第一和第二光束的光源；和

物镜光学系统，

其中物镜光学系统包括在至少一个表面上配有环形区结构的光学元件，

环形区结构包括多个配置有至少一个台阶的环形区，台阶形成在多个环形区的相邻区之间的边界，沿着物镜光学系统的光轴方向延伸，

提供该至少一个台阶用于在通过边界外部的光束和通过边界内部的光束之间产生预定的光程差，

由该至少一个台阶给予第一光束的预定的光程差大约等于第一波长λa的奇数倍，

光学元件材料的阿贝数满足条件15<vd<35。

17.一种用在光学信息记录/再现装置上的物镜光学系统，光学信息记录/再现装置通过选择地使用包括具有第一波长λ1(nm)的第一光束、具有第二波长λ2(nm)的第二光束和具有第三波长λ3(nm)的第三光束的三种类型光束中的一个，用来对至少三种类型的光盘记录信息和/或再现信息，

至少三种类型的光盘包括利用第一光束执行信息记录或信息再现的第一光盘，利用第二光束执行信息记录或信息再现的第二光盘，和利用第三光束执行信息记录或信息再现的第三光盘，

第一，第二和第三波长λ1，λ2和λ3满足条件：

λ1<λ2<λ3；和

1.8<λ3/λ1<2.0，

当第一，第二和第三光盘的保护层厚度分别表示为t1(mm)，t2(mm)和t3(mm)，保护层厚度满足条件t1≤t2<t3，

当在第一，第二和第三光盘上信息再现或信息记录所要求的数值孔径分别定义为NA1，NA2和NA3时，数值孔径满足关系：

(NA1>NA3)；和

(NA2>NA3)，

该物镜光学系统包括：

在至少一个表面上配有环形区结构的光学元件，

环形区结构包括多个配置有至少一个台阶环形区，台阶形成在多个环形区的相邻区之间的边界，沿着物镜光学系统的光轴方向延伸，

提供该至少一个台阶用于在通过边界外部的光束和通过边界内部的光束之间产生预定的光程差，

由该至少一个台阶给予第一光束的预定的光程差大约等于第一波长λ1的奇数倍，

光学元件材料的阿贝数满足条件15<vd<35。

18.如权利要求17所述的物镜光学系统，

其中：

由该至少一个台阶给予第一光束的预定的光程差大约等于第一波长λ1的三倍；和

光学元件材料的阿贝数满足条件15<vd<30。

19.如权利要求18所述的物镜光学系统，其中由该至少一个台阶给予第一光束的预定的光程差表示为ΔOPD(nm)时，光学元件满足条件2.8≤ΔOPD/λ1≤3.3。

20.如权利要求17所述的物镜光学系统，

其中：

由该至少一个台阶给予第一光束的预定的光程差大约等于第一波长λ1的五倍；和

光学元件材料的阿贝数满足条件15<vd<30。

21.如权利要求20所述的物镜光学系统，其中由该至少一个台阶给予第一光束的预定的光程差表示为ΔOPD(nm)时，光学元件满足条件4.8≤ΔOPD/λ1≤5.3。

22.如权利要求17所述的物镜光学系统，其中由该至少一个台阶给予第一光束的预定的光程差大约等于第一波长λ1的七倍。

23.如权利要求22所述的物镜光学系统，其中由该至少一个台阶给予第一光束的预定的光程差表示为ΔOPD(nm)时，光学元件满足条件6.8≤ΔOPD/λ1≤7.3。

24.如权利要求17所述的物镜光学系统，其中由该至少一个台阶给予第一光束的预定的光程差大约等于第一波长λ1的九倍。

25.如权利要求24所述的物镜光学系统，其中由该至少一个台阶给予第一光束的预定的光程差表示为ΔOPD(nm)时，光学元件满足条件8.8≤ΔOPD/λ1≤9.3。

26.如权利要求25所述的物镜光学系统，

其中第一，第二和第三波长λ1，λ2和λ3满足条件：

1.6<λ2/λ1<1.8；和

1.8<λ3/λ1<2.0，

其中保护层厚度t1，t2和t3满足条件：

5<t2/t1<7；和

11<t3/t1<15，

其中第一，第二和第三光束的每个光束作为准直光束入射到物镜光学系统。

27.如权利要求17所述的物镜光学系统，其中光学元件材料包括树脂。

28.如权利要求17所述的物镜光学系统，其中配置光学元件使得光学元件相对于具有第一波长λ1的第一光束的折射影响和环形区结构带来的影响互相抵消，以便相对于具有第一波长λ1的第一光束具有实际为零的作用。

29.如权利要求28所述的物镜光学系统，还包括位于光学元件和正在使用的光盘间的物镜，

其中物镜将第一，第二和第三光束的每个光束会聚到第一，第二和第三光盘中相应的一个的记录面上。

30.如权利要求17所述的物镜光学系统，其中光学元件是用于将第一，第二和第三光束的每个光束会聚到第一，第二和第三光盘中相应的一个的记录面上的物镜。

31.如权利要求17所述的物镜光学系统，其中环形区结构形成在光学元件至少一个表面上的确保对第三光盘信息记录或信息再现所要求的数值孔径NA3的区域中。

32.如权利要求17-25和权利要求27-31中任一个所述的物镜光学系统，其中第一，第二和第三光束的每个光束作为准直光束入射到物镜光学系统。

33.一种光学信息记录/再现装置，通过选择地使用包括具有第一波长λ1(nm)的第一光束，具有第二波长λ2(nm)的第二光束和具有第三波长λ3(nm)的第三光束的三种类型光束中的一种，对至少三种类型的光盘记录信息和/或再现信息，

至少三种类型的光盘包括利用第一光束执行信息记录或信息再现的第一光盘，利用第二光束执行信息记录或信息再现的第二光盘，和利用第三光束执行信息记录或信息再现的第三光盘，

第一，第二和第三波长λ1，λ2和λ3满足条件：

λ1<λ2<λ3；和

1.8<λ3/λ1<2.0，

当第一，第二和第三光盘的保护层厚度分别表示为t1(mm)，t2(mm)和t3(mm)，保护层厚度满足条件t1≤t2<t3，

当在第一，第二和第三光盘上信息再现或信息记录所要求的数值孔径分别定义为NA1，NA2和NA3时，数值孔径满足关系：

(NA1>NA3)；和

(NA2>NA3)，

该光学信息记录/再现装置包括：

分别发射第一，第二和第三光束的光源；和

物镜光学系统，

其中物镜光学系统包括在至少一个表面上配有环形区结构的光学元件，

环形区结构包括多个配置有至少一个台阶环形区，台阶形成在多个环形区的相邻区之间的边界，沿着物镜光学系统的光轴方向延伸，

提供该至少一个台阶用于在通过边界外部的光束和通过边界内部的光束之间产生预定的光程差，

由至少一个台阶给予第一光束的预定的光程差大约等于第一波长λ1的奇数倍，

光学元件材料的阿贝数满足条件15<vd<35。

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