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，