专利名称：物镜及光拾取装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及能够对不同种类的光盘互换可能地进行信息记录及/或再生的光拾 取装置以及用于其中的物镜。
背景技术：
近年来，光拾取装置中，作为用来再生光盘上记录的信息以及向光盘记录信息的 光源，使用的激光光源的短波长化有所进展，例如，蓝紫色半导体激光及利用二次谐波进行 红外半导体激光波长变换的蓝色SHG激光等波长400 420nm的激光光源越来越实用化。 使用这些蓝紫色激光光源的话，在使用与DVD (数码通用盘)相同数值孔径(NA)的物镜时， 对直径12cm的光盘能够记录约15GB信息，将物镜的NA提高到0. 85时，对直径12cm的光盘 能够记录约25GB信息。本说明书中，将使用蓝紫色激光光源的光盘以及光磁盘总称为“高 密度光盘”。使用ΝΑΟ. 85物镜的高密度光盘时，由于起因于光盘倾斜(skew)而产生的彗形像 差增大，所以有的保护层设计得比DVD的还要薄(相对于DVD的0. 6mm来说只有0. Imm)， 以此降低倾斜引起的彗形像差量。但是，单是能够对这种类型的高密度光盘确切地记录/ 再生信息的话，作为光盘播放/录音机(光信息记录再生装置)产品来说价值还不够充分。 现在，考虑到有记录着各种各样信息的DVD和CD (小型盘)出售之现况，单是能够对高密度 光盘记录/再生信息还不够，对例如用户持有的DVD和CD都同样能够确切地进行信息记录 /再生，是提高作为高密度光盘用的光盘播放/录音机的商品价值的必经之路。出于这种 背景，希望搭载在高密度光盘用光盘播放/录音机中的光拾取装置具有既对高密度光盘、 DVD,⑶的任何一种都维持互换性又能够确切地进行信息记录/再生的性能。作为实现能够对高密度光盘、DVD、且⑶的任何一种既维持互换性又确切地记录/ 再生信息的方法，可以考虑相应信息记录/再生光盘的记录密度切换高密度光盘用光学系 统和DVD、CD用光学系统的方法，但这样需要多个光学系统，所以不利于小型化，另外成本 上升。因此，为了简化光拾取装置实现低成本化，在具有互换性的光拾取装置中，也优选 使高密度光盘用光学系统和DVD、CD用光学系统通用，尽量减少构成光拾取装置的光学部 件个数。然而，使对着光盘配置的物镜通用化，是最有利于光拾取装置结构简化和低成本 的。为了得到能够通用于记录/再生波长互不相同的多种光盘的物镜，必须在物镜光学元 件上形成具有球面像差的波长依存性的光程差付与构造，由此降低由于波长不同及保护层 厚度不同而引起的球面像差。专利文献1中记载了一种光拾取装置，其中搭载的物镜备有有4个梯级的阶梯型 光程差付与构造，能够通用于高密度光盘和以往的光盘。先行技术专利文献 专利文献1 特开2005-129227号公报
发明内容
发明欲解决的课题但是，专利文献1的物镜上，因为光程差付与构造是周期性反复具有4个梯级且光 轴方向的小台阶高度都相等的阶梯单位而形成的阶梯型的，是采用各梯级的宽度略相等的 构造，所以，高密度光盘用的蓝紫色激光和⑶用的红外激光的衍射效率高，但是DVD用的 红色激光的衍射效率会有些降低，存在问题。对此，作为提高DVD用衍射效率的手段，可以 考虑改变阶梯型光程差付与构造的梯级数、做成5个梯级的方法。但是做成5个梯级的话， 台阶变高，略微的波长变动就会引起较大的衍射效率变动，出现问题。加上对各光束的衍射 效率的变化也大，因此还存在难以微调整衍射效率之课题。所以，以往的阶梯型光程差付与 构造中，难以实现使高密度光盘的衍射效率、DVD的衍射效率、CD的衍射效率保持良好的平 衡都能够得到高的效率。尤其是在例如只有阶梯型的光程差付与构造，且穿过光程差付与 构造时发生的光量最多的衍射光的衍射次数在高密度光盘时为1次衍射光、DVD时为-1次 衍射光、CD时为-2次衍射光的物镜等、欲采用特殊次数的衍射光对不同光盘进行互换使用 时，DVD或CD使用时的衍射效率明显降低，存在不能互换使用的担忧。另外，专利文献1的 以往技术中也记载了别的形状的阶梯型栅格，但是阶梯型栅格的形状复杂，尤其是被高的 台阶夹着的细小区域中树脂等难以进入，难以制造精度良好的复合物镜，存在问题。本发明考虑上述问题，目的在于提供一种光拾取装置以及物镜，是能够对高密度 光盘(尤其是Blu-ray Disc,以下又称BD)、DVD、⑶等记录密度不同的3种光盘确切地进 行信息记录及/或再生的光拾取装置及物镜，其中，既简单结构、提高向模具的转印性，又 能够用设计微调整光的利用效率，实现BD、DVD、CD的光利用效率的良好的平衡性。用来解决课题的手段为了解决以上的课题，第1项记载的发明，是一种备有物镜的光拾取装置的物镜， 该物镜用第1光源射出的波长λ 1的第1光束对具有厚度tl之保护层的第1光盘的信息 记录面进行聚光斑点形成、用第2光源射出的波长λ2(λ1< λ2)的第2光束对具有厚度 t2(tl ^ t2)之保护层的第2光盘的信息记录面进行聚光斑点形成、用第3光源射出的波 长λ3(λ2< λ3)的第3光束对具有厚度t3(t2<t3)之保护层的第3光盘的信息记录 面进行聚光斑点形成，物镜的特征在于，所述物镜的光学面上形成了第1光程差付与构造，所述第1光程差付与构造是阶梯型构造，其中以光轴为中心同心圆状地排列多个 具有相同梯级数的环带状的阶梯单位，所述阶梯形构造中的至少1个所述阶梯单位的最高位梯级或最低位梯级的光轴 垂直方向上的宽度《1，与在光轴垂直方向上夹着所述最高位梯级或所述最低位梯级的2个 梯级的平均值≤2，满足以下关系式0. 2w2 ≤ wl ≤ 0. 8w2(1)。 参照附图，对本发明的原理作说明。
图1(a)是以往技术的阶梯型第1光程差付与 构造的沿光轴所在面截断的截面图，图1 (b)是本发明一例的阶梯型第1光程差付与构造的 沿光轴所在面截断的截面图。图2是各波长的衍射效率示意图，纵轴表示衍射效率，横轴表 示波长。以下以高密度光盘为第1光盘、DVD为第2光盘、CD为第3光盘进行说明，但本发明并不局限于此。一部分如图1所示的第1光程差付与构造是阶梯型构造，其中周期性反复具有相 同梯级数的阶梯单位SU(以光轴为中心形成为同心圆状的)。图1例中，梯级Sl S5的梯 级数为5，最高位梯级是 S5，最低位梯级是Si，相邻的梯级与梯级之间通过延伸在光轴方向 上的等高低台阶连结。图2是用于各光盘光束的衍射效率示意图，纵轴表示衍射效率，横轴 表示波长。为了方便理解和说明，这里以在平面上形成了第1光程差付与构造的情况作说 明。以往技术的阶梯型第1光程差付与构造中，如图1(a)所示，是使阶梯单位中的梯 级的光轴垂直方向的宽度相等，所以如图2(a)所示，DVD使用时(虚线的655nm)衍射效率 小于50%，难以移动其峰值位置调整衍射效率。改变各梯级的光轴方向的台阶高低的话虽 然能够改变衍射效率的特性，但使梯级的台阶高低改变的话则变化量太大，存在调整困难 和不能付与所望的光程差之问题。对此，本发明者通过锐意研究结果发现，在阶梯单位中，不改变光轴方向的台阶高 低，而是使梯级的光轴垂直方向的宽度改变，由此能够调整衍射效率的特性。具体如下，如 图1(b)所示，加长最高位梯级S5之外的其他梯级S1、S2、S3、S4的光轴垂直方向的宽度，缩 短最高位梯级S5的光轴垂直方向的宽度wl，使之满足式(1)，这样，因为能够改变阶梯单位 的宏观高度(图中倾斜的虚线在图中右侧与纵轴相交的位置)，所以能够任意地改变衍射 效率的特性，能够微调整衍射效率。于是，如图2(b)所示，能够向长波长方向移动DVD用光 束时的衍射效率的波形峰值位置，所以能够提高DVD用光束时的效率，同时，能够使DVD用 的衍射效率的波形整体变得平稳，且使DVD用波长时的波形斜率也小，所以，能够提供效率 不随波长变化而变化的第1光程差付与构造。与此相应，CD用光束时的衍射效率的波形的 峰值位置也向长波长方向移动，但CD的波形整体原来就平稳，几乎没有衍射效率的降低。 这样，相比以往5梯级阶梯型光程差付与构造中DVD使用时的衍射效率降低和4梯级阶梯 型光程差付与构造中CD使用时的衍射效率降低来说，能够实现几乎不降低高密度光盘使 用时的衍射效率地维持DVD及CD使用时的高衍射效率。另外，在一个阶梯单位中，因为最 高位梯级或最低位梯级之外的其他梯级的宽度增宽，所以可以容易模具制作，良好转印性， 出于该点也优选。第2项记载的物镜，是第1项中记载的发明，其特征在于，所述阶梯型构造中的所 有所述阶梯单位的所述最高位梯级或所述最低位梯级满足(1)式，所以，DVD时能够进一步 增加可用于记录再生的光量，另外，能够提供相对波长变化的光量变动较小的第1光程差 付与构造。第3项记载的物镜，是第1项或第2项中记载的发明，其特征在于，所述物镜的光 学面至少具有含光轴的中央区域、形成在所述中央区域周围的环带状周边区域、形成在所 述周边区域周围的环带状最周边区域，穿过所述中央区域和所述周边区域及所述最周边区 域的所述第1光束被能够信息记录及/或再生地聚光于所述第1光盘的信息记录面上，穿 过所述中央区域和所述周边区域的所述第2光束被能够信息记录及/或再生地聚光于所述 第2光盘的信息记录面上，穿过所述最周边区域的所述第2光束不被能够信息记录及/或 再生地聚光于所述第2光盘的信息记录面上，穿过所述中央区域的所述第3光束被能够信 息记录及/或再生地聚光于所述第3光盘的信息记录面上，穿过所述周边区域和所述最周边区域的第3光束不被能够信息记录及/或再生地聚光于所述第3光盘的信息记录面上， 所述第1光程差付与构造被形成在所述中央区域上。第4项记载的物镜，是第1项至第3项的任何一项中记载的发明，其特征在于，只 有所述最低位梯级满足(1)式，所以，例如从模具成型物镜时，因为所述最高位梯级放宽， 所以透镜素材容易进入模具深处，所以能够提高转印性，降低制造误差，结果能够降低光量 损失，提高光的利用效率，所以优选。第5项记载的物镜，是第1项至第4项的任何一项中记载的发明，其特征在于，所 述第1光程差付与构造是下述光程差付与构造使穿过所述第1光程差付与构造的所述第 1光束的1次衍射光量大于其他任何次数(包括0次)的衍射光量；使穿过所述第1光程 差付与构造的所述第2光束的-1次衍射光量大于其他任何次数(包括0次)的衍射光量； 使穿过所述第1光程差付与构造的所述第3光束的-2次衍射光量大于其他任何次数(包 括0次)的衍射光量。参照附图，对本发明的原理作说明。图3是产生第5项中所述衍射光的阶梯型第1 光程差付与构造的沿光轴所在面截断的截面图。图4是各波长的衍射效率示意图，纵轴表 示衍射效率，横轴表示波长。为了方便理解和说明，这里以在平面上形成了第1光程差 付与 构造的情况作说明。图3中，第1光程差付与构造是周期性反复具有相同梯级数的阶梯单位SU的(以 光轴为中心形成为同心圆状的)阶梯型构造。图3(a)、(c)例子中，梯级Sl S5的梯级数 为5，最高位梯级是S5，最低位梯级是Si，相邻的梯级与梯级之间通过延伸在光轴方向上的 台阶连结。而图3(b)的例子中，梯级Sl S4的梯级数为4，最高位梯级是S4，最低位梯级 是Si，相邻的梯级与梯级之间通过延伸在光轴方向上的等高低台阶连结。首先，图3(a)中所示的比较例1的第1光程差付与构造的场合，持有图4 (a)所示 的衍射特性。具体如下，第1波长的1次衍射光在405nm附近持峰值，第2波长的-1次衍 射光在580nm附近持峰值，第3波长的-2次衍射光在770nm附近持峰值。因此，在作为第1 光束采用405nm附近波长的光束时以及作为第3光束采用785nm附近波长的光束时，能够 得到接近波形峰值的衍射效率，但在作为第2光束采用655nm附近波长的光束时，波形峰值 大大偏离，不能得到高的衍射效率。也就是说，在采用1次、-1次、_2次衍射光进行互换使 用的光拾取装置中，具备使梯级宽度均等的5梯级第光程差付与构造的物镜，不适合于实 际使用。接下去，图3(b)中所示的比较例2的第1光程差付与构造的场合，持有图4(b)所 示的衍射特性。具体如下，第1波长的1次衍射光在405nm附近持峰值，第2波长的-1次衍 射光在650nm附近持峰值，第3波长的-2次衍射光在远远超过SOOnm的高波长持峰值。因 此，在作为第1光束采用405nm附近波长的光束时以及作为第2光束采用655nm附近波长 的光束时，能够得到接近波形峰值的衍射效率，但在作为第3光束采用785nm附近波长的光 束时，波形峰值大大偏离，不能得到高的衍射效率。并且CD时，虽然-1次衍射光的衍射效 率(31%左右)比_2次衍射光的衍射效率(19%左右)高，但都不是足够的衍射效率。也 就是说，在采用1次、-1次、-2次(或-1次)衍射光进行互换使用的光拾取装置中，具备4 梯级第光程差付与构造的物镜，也不适合于实际使用。对此，图3(c)中所示的本发明的第1光程差付与构造的场合，持有图4(c)所示的衍射特性。具体如下，第1波长的1次衍射光在405nm附近持峰值，第2波长的-1次衍射 光在600nm附近持峰值，第3波长的-2次衍射光在SOOnm附近的持峰值。因此，在作为第 1光束采用405nm附近波长的光束时当然、在作为第2光束采用655nm附近波长的光束时 以及作为第3光束采用785nm附近波长的光束时，能够平衡性良好地都得到高的衍射效率。 也就是说，在采用1次、-1次、_2次衍射光进行互换使用的光拾取装置中，尤其能够平衡性 良好地得到高的衍射效率，具有本发明第1光程差付与构造的物镜，尤其适合于实际使用。在表1中归纳出示上述结果。表1
权利要求
1.一种备有物镜的光拾取装置的物镜，该物镜用第1光源射出的波长λ 1的第1光束 对具有厚度tl之保护层的第1光盘的信息记录面进行聚光斑点形成、用第2光源射出的波 长λ2(λ 1< λ》的第2光束对具有厚度之保护层的第2光盘的信息记录面 进行聚光斑点形成、用第3光源射出的波长λ3(λ2< λ;3)的第3光束对具有厚度t3(t2 < t3)之保护层的第3光盘的信息记录面进行聚光斑点形成，物镜的特征在于，所述物镜的光学面上形成了第1光程差付与构造，所述第1光程差付与构造是阶梯型构造，其中以光轴为中心同心圆状地排列多个具有 相同梯级数的环带状的阶梯单位，所述阶梯形构造中的至少1个所述阶梯单位的最高位梯级或最低位梯级的光轴垂直 方向上的宽度《1，与在光轴垂直方向上夹着所述最高位梯级或所述最低位梯级的2个梯级 的平均值w2，满足以下关系式0. 2w2 ^ wl ^ 0. 8w2(1)。
2.如权利要求1中记载的物镜，其特征在于，所述阶梯型构造中的所有所述阶梯单位 的所述最高位梯级或所述最低位梯级满足(1)式。
3.如权利要求1或2中记载的物镜，其特征在于，所述物镜的光学面至少具有含光轴的中央区域、形成在所述中央区域周围的环带状周 边区域、形成在所述周边区域周围的环带状最周边区域，穿过所述中央区域和所述周边区域及所述最周边区域的所述第1光束被能够信息记 录及/或再生地聚光于所述第1光盘的信息记录面上，穿过所述中央区域和所述周边区域的所述第2光束被能够信息记录及/或再生地聚光 于所述第2光盘的信息记录面上，穿过所述最周边区域的所述第2光束不被能够信息记录 及/或再生地聚光于所述第2光盘的信息记录面上，穿过所述中央区域的所述第3光束被能够信息记录及/或再生地聚光于所述第3光盘 的信息记录面上，穿过所述周边区域和所述最周边区域的第3光束不被能够信息记录及/ 或再生地聚光于所述第3光盘的信息记录面上，所述第1光程差付与构造被形成在所述中央区域上。
4.如权利要求1至3的任何一项中记载的物镜，其特征在于，只有所述最低位梯级满足 ⑴式。
5.如权利要求1至4的任何一项中记载的物镜，其特征在于，所述第1光程差付与构 造是下述光程差付与构造使穿过所述第1光程差付与构造的所述第1光束的1次衍射光 量大于其他任何次数(包括0次)的衍射光量；使穿过所述第1光程差付与构造的所述第 2光束的-1次衍射光量大于其他任何次数(包括0次)的衍射光量；使穿过所述第1光程 差付与构造的所述第3光束的-2次衍射光量大于其他任何次数(包括0次)的衍射光量。
6.如权利要求1至4的任何一项中记载的物镜，其特征在于，所述第1光程差付与构 造是下述光程差付与构造使穿过所述第1光程差付与构造的所述第1光束的1次衍射光 量大于其他任何次数(包括0次)的衍射光量；使穿过所述第1光程差付与构造的所述第 2光束的-2次衍射光量大于其他任何次数(包括0次)的衍射光量；使穿过所述第1光程 差付与构造的所述第3光束的-3次衍射光量大于其他任何次数(包括0次)的衍射光量。
7.如权利要求1至6的任何一项中记载的物镜，其特征在于，所述最高位梯级或所述最低位梯级满足以下关系式0. 4w2 ^ wl ^ 0. 6w2(2)。
8.如权利要求1至7的任何一项中记载的物镜，其特征在于，在所述阶梯单位中，相邻 梯级间的光轴方向的台阶高低略相等。
9.如权利要求1至8的任何一项中记载的物镜，其特征在于，满足(1)式的所述最高位 梯级或所述最低位梯级之外的其他梯级的光轴垂直方向的宽度是函数性均等的。
10.如权利要求1至8的任何一项中记载的物镜，其特征在于，在一个所述阶梯单位中， 满足(1)式的所述最高位梯级或所述最低位梯级之外的其他梯级的光轴垂直方向的宽度 略相等。
11.一种光拾取装置，备有物镜，该物镜用第1光源射出的波长λ 1的第1光束对具 有厚度tl之保护层的第1光盘的信息记录面进行聚光斑点形成、用第2光源射出的波长 λ2(λ1< λ 2)的第2光束对具有厚度t2(tl<t2)之保护层的第2光盘的信息记录面 进行聚光斑点形成、用第3光源射出的波长λ3(λ2< λ3)的第3光束对具有厚度t3(t2 < t3)之保护层的第3光盘的信息记录面进行聚光斑点形成，光拾取装置的特征在于，所述物镜的光学面上形成了第1光程差付与构造，所述第1光程差付与构造是阶梯型构造，其中以光轴为中心同心圆状地排列多个具有 相同梯级数的环带状的阶梯单位，所述阶梯形构造中的至少1个所述阶梯单位的最高位梯级或最低位梯级的光轴垂直 方向上的宽度《1，与在光轴垂直方向上夹着所述最高位梯级或所述最低位梯级的2个梯级 的平均值w2，满足以下关系式0. 2w2 ^ wl ^ 0. 8w2(1)。
12.如权利要求11中记载的光拾取装置，其特征在于，所述阶梯型构造中的所有所述 阶梯单位的所述最高位梯级或所述最低位梯级满足(1)式。
13.如权利要求11或12中记载的光拾取装置，其特征在于，所述物镜的光学面至少具有含光轴的中央区域、形成在所述中央区域周围的环带状周 边区域、形成在所述周边区域周围的环带状最周边区域，穿过所述中央区域和所述周边区域及所述最周边区域的所述第1光束被能够信息记 录及/或再生地聚光于所述第1光盘的信息记录面上，穿过所述中央区域和所述周边区域的所述第2光束被能够信息记录及/或再生地聚光 于所述第2光盘的信息记录面上，穿过所述最周边区域的所述第2光束不被能够信息记录 及/或再生地聚光于所述第2光盘的信息记录面上，穿过所述中央区域的所述第3光束被能够信息记录及/或再生地聚光于所述第3光盘 的信息记录面上，穿过所述周边区域和所述最周边区域的第3光束不被能够信息记录及/ 或再生地聚光于所述第3光盘的信息记录面上，所述第1光程差付与构造被形成在所述中央区域上。
14.如权利要求11至13的任何一项中记载的光拾取装置，其特征在于，只有所述最低 位梯级满足(1)式。
15.如权利要求11至14的任何一项中记载的光拾取装置，其特征在于，所述第1光程 差付与构造是下述光程差付与构造使穿过所述第1光程差付与构造的所述第1光束的1次衍射光量大于其他任何次数(包括O次)的衍射光量；使穿过所述第1光程差付与构造 的所述第2光束的-1次衍射光量大于其他任何次数(包括O次)的衍射光量；使穿过所述 第1光程差付与构造的所述第3光束的-2次衍射光量大于其他任何次数(包括O次)的 衍射光量。
16.如权利要求11至14的任何一项中记载的光拾取装置，其特征在于，所述第1光程 差付与构造是下述光程差付与构造使穿过所述第1光程差付与构造的所述第1光束的1 次衍射光量大于其他任何次数(包括O次)的衍射光量；使穿过所述第1光程差付与构造 的所述第2光束的-2次衍射光量大于其他任何次数(包括O次)的衍射光量；使穿过所述 第1光程差付与构造的所述第3光束的-3次衍射光量大于其他任何次数(包括O次)的 衍射光量。
17.如权利要求11至16的任何一项中记载的光拾取装置，其特征在于，所述最高位梯 级或所述最低位梯级满足以下关系式0. 4w2 ≤ wl ≤ 0. 6w2(2)。
18.如权利要求11至17的任何一项中记载的光拾取装置，其特征在于，在所述阶梯单 位中，相邻梯级间的光轴方向的台阶高低略相等。
19.如权利要求11至18的任何一项中记载的光拾取装置，其特征在于，满足(1)式的 所述最高位梯级或所述最低位梯级之外的其他梯级的光轴垂直方向的宽度是函数性均等 的。
20.如权利要求11至18的任何一项中记载的光拾取装置，其特征在于，在一个所述阶 梯单位中，满足(1)式的所述最高位梯级或所述最低位梯级之外的其他梯级的光轴垂直方 向的宽度略相等。
全文摘要
为了提供一种能够对记录密度不同的3种光盘确切地进行信息记录及/或再生的既结构简单又能够提高光的利用效率的光拾取装置及物镜，在物镜的光学面上形成了第1光程差付与构造，第1光程差付与构造是阶梯型构造，其中以光轴为中心同心圆状地排列多个具有相同梯级数的环带状的阶梯单位，所述阶梯形构造中的至少1个所述阶梯单位的最高位梯级或最低位梯级的光轴垂直方向上的宽度w1，是在光轴垂直方向上夹着所述最高位梯级或所述最低位梯级的2个梯级的平均值w2的约一半。
文档编号G02B13/00GK102037512SQ20098011885
公开日2011年4月27日 申请日期2009年5月21日 优先权日2008年5月27日
发明者三森满 申请人:柯尼卡美能达精密光学株式会社