专利名称：光学系统、拾光装置、光记录再生装置和像差修正元件的制作方法
技术领域：
本发明涉及拾光装置用的物镜光学系统，拾光装置，光信息记录再生装置以及拾光装置用的像差修正元件。
背景技术：
伴随着近年来的光盘的高密度化，在对于光盘的记录/再生中使用的拾光装置的物镜，由于要求进一步减小聚光点，因此使用数值孔径(NA)高的物镜。
例如，在使用波长λ为405nm的蓝紫色半导体激光器光源的高密度光盘用的拾光装置中，为了达到高密度，提出使用数值孔径NA为0.85的物镜。
作为数值孔径为0.85的物镜，通过使对于入射光束的折射率分担到2个透镜中，缓和各个透镜的制造公差，达到了NA0.85的玻璃制的2组透镜记载在以下的专利文献1中。
但是，在玻璃制的非球面透镜的模塑成型时，由于需要把模具的温度采用550℃左右的高温，因此玻璃制的非球面透镜用的模具一般寿命短，存在着不适于大量生产的问题。
另外，在采用波长405nm的激光光束，NA0.85的物镜的高密度光盘中，由于采用0.1mm厚度的保护层，因此保护层表面的划痕对于信息的记录/再生特性产生的影响很大。为此，在物镜的设计中确保动作距离在防止物镜通过与光盘的干扰划伤保护层表面是非常重要的。
但是，在2组结构的物镜中，使入射光束由2个透镜的每一个折射，在光盘的信息记录面上聚光，因此从通过与光盘相对的光学面时的边界光线的光轴开始的高度小，从物镜到光盘的距离(动作距离)缩短，因此易于发生物镜与光盘的干扰。特别是，在记载于上述专利文献1中那样的玻璃制的2组物镜中，由于其重量大，物镜通过与光盘的干扰在保护层表面划伤的可能性非常高。因此，本申请发明者之一提出了与上述问题相对应的记载在以下专利文献2中的NA0.85的塑料制的单透镜。
塑料制的透镜与玻璃制的透镜相比较，由于能够进行低温(120℃左右)下的模塑成型，因此模具的寿命长，另外材料费也便宜，从而能够在低成本下维持稳定的品质的同时进行大量生产。进而，通过做成单透镜结构，能够确保加大动作距离，另外由于重量轻，因此还解决了由于物镜与光盘的干扰引起的保护层表面的破损问题。
NA0.85的塑料制的单透镜与玻璃制的2组透镜相比较，虽然具有以上的优点，但是另一方面，将产生通过伴随着温度变化引起的折射率变化发生的球面像差加大的问题。这是由于伴随着折射率变化，在塑料制的单透镜中发生的球面像差变化与NA4成比例增加。
另外，在以下的说明中，把温度变化时的光学元件的特性称为「温度特性」，把伴随着预定的温度变化的光学元件的波面像差变化修正成衍射界限以下称为「温度特性的修正」。
另外，在拾光装置中，由于一般记录时的激光功率比信息再生时的激光功率大，因此在从再生切换到记录时通过输出变化，激光光源的中心波长瞬时跳跃几nm，有时将引起波型跳变。通过这种波型跳变发生的聚焦位置偏移通过把物镜聚焦能够去除，但是在到达把物镜聚焦的数nsec的期间，将产生由聚焦位置偏移引起的记录不良等不理想状况。该聚焦位置偏移由于光波长越长越大，因此光波长越长，由波型跳变引起的波面像差恶化越大。根据以上理由，在把蓝紫色半导体激光器用于光源的高密度光盘用的拾光器装置中，要求进行聚光点对于波长变化的聚焦位置偏移的修正。
另外，在以下的说明中，对于入射光束的波长变化，把在光学元件中发生的轴上色像差以及/或者球面像差变化称为「色像差」，以这种色像差为原因，通过光学元件中的聚光点的聚焦位置偏移，波面像差恶化。另外，把光学元件对于入射光束的预定的波长变化的「色像差」修正成衍射界限以下称为「色像差的修正」。
由于限于在短波长区域中能够使用的塑料材料，因此选择阿贝数大的材料，不能够把这种色像差抑制为很小。进而，单物镜与2组透镜相比较，具有色像差对于入射光束的相同波长变化的发生量增大的倾向。
即，为了把NA0.85的塑料制的单透镜用于把蓝紫色半导体激光器使用为光源的拾光装置用的物镜，除去「温度特性的修正」以外还希望进行「色像差的修正」。
作为修正塑料制的单透镜的温度特性的技术，在以下的专利文献3中记载着在入射光束沿着加长的方向变化的情况下，在塑料制的单透镜的光学面上形成具有球面像差向修正不足方向变化那样的球面像差的波长依赖性的衍射构造的技术。
另外，在以下的专利文献4中记载着通过在塑料制的单透镜的光学面上设置衍射构造和沿着光轴方向延伸的多个台阶构造(NPS非周期相位结构)，进行色像差的修正和温度特性的修正的技术。
专利文献1特开平10-123410号公报专利文献2特开2001-324673号公报专利文献3特开平11-337818号公报专利文献4国际公开第02/41307号小册子然而，在上述专利文献3中记载的形成了衍射构造的塑料制的单透镜中，根据由温度上升时的入射光束变化引起的衍射构造向修正不足方向的球面像差变化，抵消了温度上升时的光学元件的折射率下降引起的向修正过剩方向的球面像差变化。
即，由于利用了伴随着温度上升，半导体激光器的振荡波长向长波长一侧偏移的特性的技术，因此在拾光装置的动作过程中，在只有配置在成为热源的致动器附近的物镜光学系统的温度上升，配置在离开致动器的位置的半导体激光器的温度几乎不发生变化的状况下，存在着不能够得到温度特性的修正效果等问题。
与此不同，在上述专利文献4中公开的技术由于是把衍射构造用于色像差的修正，把NPS用于温度特性的修正，因此具有在即使只有物镜光学系统的温度上升，半导体激光器的温度几乎不变化的状况下，也能够得到温度特性的修正效果的优点。但是，在需要大折射功率的物镜光学系统的光学面上形成衍射构造或者NPS那样具有光轴方向的微细台阶构造的情况下，入射到台阶侧面的光束其通路被遮断(光束被去除)，在聚光点的形成方面没有贡献，有时导致光量的降低。特别是，在NA0.85的塑料制的单透镜中，由于光学面的曲率半径非常小，因此希望改善衍射构造或者NPS的光轴方向台阶中的光束去除引起的光量下降。
另外，由于温度特性产生的球面像差变化与NA4成比例，因此在使用NA0.85的塑料制的单透镜那样非常高NA的透镜的情况下，有时难以单独使用上述NPS充分地进行温度特性的球面像差修正，因此需要进一步提高温度特性的修正效果。
发明内容
本发明的课题考虑到上述的问题，目的在于提供重量轻而且能够确保充分的动作距离，进而能够进行温度特性以及色像差的修正的拾光装置用的聚光光学系统，以及温度特性的修正特别良好的拾光装置用的聚光光学系统，使用了上述光学系统的拾光装置，光信息记录再生装置以及在上述光学系统中所使用的像差修正元件。
上述课题通过以下的样态实现。
本发明的第1样态是在由塑料制的像差修正元件，用于使从该像差修正元件出射的光束成像的聚光透镜构成的拾光装置用的光学系统中，特征是上述像差修正元件至少各具有1个形成了光路差提供构造的光学面和形成了衍射构造的光学面，上述聚光透镜是至少具有1个非球面的1组单片结构的塑料制折射单透镜。
如果依据上述第1样态，则通过把衍射构造用于色像差修正用，把光路差提供构造用于温度特性修正用，因此即使在通过环境温度的变化只有折射率发生变化，出射光束的波长不变化的情况下，也能够通过光路差提供构造进行温度特性的修正。
另外，由于用塑料形成像差修正元件以及聚光透镜，因此能够实现减轻在高密度光盘中所使用的高NA的物镜光学系统的重量，同时，通过使用了模具的出射成型，能够以低成本进行生产。
而且，由于在像差修正元件的光学面上形成衍射构造或者在每个光路差提供构造中具有微细台阶的构造，因此能够抑制入射到衍射构造或者光路差提供构造中的光束中其路径被遮档，对聚光点的形成没有贡献的光束的比例，能够防止光量的降低。
本发明的第2样态是在由塑料制的像差修正元件，用于使从该像差修正元件出射的光束成像的聚光透镜构成的拾光装置用的光学系统中，特征是上述像差修正元件至少具有1个形成了光路差提供构造的光学面，上述聚光透镜是至少具有1个非球面的1组单片结构的单透镜，上述像差修正元件的近轴中的工艺P1(mm-1)满足以下的(1)式。
P1＞0(1)如果依据上述第2样态，则由于像差修正元件的近轴中的功率P1(mm-1)大于0，因此从像差修正元件出射的光束成为收敛光束，而这一点与聚光透镜的倍率m成为m＞0等价。一般换算为对于数值孔径NA的有限共轭型(m≠0)的聚光透镜的无限光束入射的数值孔径NA∞(以下，称为换算N)，能够用NA∞＝NA(1-m)表示。从而，在倍率m是m＞0的聚光透镜中，由于能够减小换算NA，因此能够减小与NA4成比例增加的聚光透镜的温度特性中的球面像差变化。
本发明的第3样态是在配置于激光光源和配置在与光盘相对的位置上使从上述激光光源出射的光束在光盘的信息记录面上聚光的聚光透镜之间的光路中的塑料制的拾光装置用的像差修正元件中，特征是在一方的光学面上形成光路差提供构造，在另一方的光学面上形成衍射构造。
如果依据上述第3样态，则通过把衍射构造用于色像差修正用，把光路差提供构造用于温度特性修正用，则即使在由于环境温度的变化只有折射率发生变化，出射光束的波长不变化的情况下，也能够通过光路差提供构造进行温度特性的修正。
另外，由于用塑料成型像差修正元件以及聚光物镜，因此能够实现减轻在高密度光盘中使用的高NA的物镜光学系统的重量，同时，通过使用了模具的注射模塑成型能够以低成本进行生产。
另外，通过使专门配置在光盘一侧的聚光透镜具有对于入射光束的折射率，能够确保加大动作距离，能够防止物镜与光盘的干扰。而且，由于在像差修正元素的光学面上，在衍射构造或者光路差提供构造的每一个中形成具有微细台阶的构造，因此能够抑制入射到衍射构造或者光路差提供构造的光束中被遮挡了其路径而对于聚光点的形成没有贡献的光束的比例，能够防止光量的降低。
作为本发明的第4样态是第1或者第2样态所述的光学系统的拾光装置，其特征为具有激光光源，使从上述蓝紫色激光器光源出射的光束在光盘的信息记录面上聚光。
作为本发明的第5样态是光信息记录以及/或者再生装置，其特征为具有上述的实施样态4中记术的拾光装置以及支撑上述拾光装置和光盘的支撑构件，至少能够执行信息对于上述光盘的记录以及记录在光盘中的信息的再生中的一种动作。
如果依据本发明，则能够得到在很轻的重量下确保充分的动作距离，进而能够进行温度特性以及色像差的修正的拾光装置用的聚光光学系统，进而，能够得到温度特性的修正特别良好的拾光装置用的聚光光学系统，使用了上述光学系统的拾光装置，光信息记录再生装置以及在上述光学系统中使用的像差修正元件。
图1是示出拾光装置的结构的主要部分剖面图。
图2是示出物镜光学系统的结构的主要部分剖面图。
图3是示出本发明中的理想的光路差提供构造的主要部分剖面图。
图4是示出本发明中的理想的衍射构造的主要部分剖面图(a)以及放大图(b)。
图5是示出实施例中的波面像差与距光轴的高度的关系的曲线图。
图6是比较例的曲线图。
图7是示出实施例中的波面像差与距光轴的高度的关系的曲线图。
图8是比较例的曲线图。
具体实施例方式
另外，在本说明书中，把作为信息的记录/再生用的光源使用蓝紫色半导体激光器的光盘统称为「高密度光盘」，除去通过NA0.85的物镜光学系统进行信息的记录/再生，保护层的厚度是0.1mm左右的标准的光盘以外，还包括通过NA0.65物镜光学系统进行信息的记录/再生，保护层的厚度是0.6mm左右的标准的光盘。另外，除去在其信息记录面上具有这种保护层的光盘以外，还包括在信息记录面上具有数nm～数十nm厚度的保护膜的光盘，或者保护层或保护膜的厚度为0的光盘。另外，在本说明书中，在高密度光盘中，还包括作为信息记录/再生用的光源使用蓝紫色半导体激光器的光磁盘。本发明适于使用在这种高密度光盘的记录以及/或者再生中所使用的拾光装置，但是并不限于该装置。
另外，在本说明书中，所谓「像差修正元件」指的是具有抑制伴随着环境温度的变化或者入射光束的波长变化，以其它的光学元件的温度特性以及/或者色像差为原因发生的波面像差变化的功能的光学元件，所谓「聚光透镜」指的是具有能够使从「像差修正元件」出射的光束聚光成像的功能的光学元件。即，「像差修正元件」伴随着环境温度的变化或者入射光束的波长变化，抑制以「聚光透镜」的温度特性以及/或者色像差为原因发生的波面像差变化。
而且，在把由「像差修正元件」和「聚光透镜」构成的光学元件在拾光装置中用于物镜的情况下，「像差修正元件」配置在接近激光光源的位置，「聚光透镜」配置在接近光盘的位置。
另外，在本说明书中，「光路差提供构造」是由包括光轴的中心区和在该中心区的外侧以微细台阶分割了的多个环状区构成的构造，指的是具有在预定的温度下，在透过邻接的环状区的波面之间发生入射光束波长的整数倍的光路差，在温度从上述预定温度发生变化的情况下，伴随着折射率的变化，在通过邻接的环状区的波面之间发生的光路差从入射光束波长的整数倍偏移这种特性的构造。
如果依据这样的构造，则通过把光路差提供构造用于温度特性修正，例如，即使在由于环境温度的变化只有折射率发生变化，入射光束的波长不变化的情况下，也能够有效地修正温度特性。
这种「光路差提供构造」的理想构造是沿着光轴方向位移形成在中心区的外侧邻接的环状区，使得对于该中心区的光路长度缩短，而且沿着光轴方向位移形成最大有效直径位置中的环状区，使得对于在其内侧邻接的环状区，光路长度加长，而且，沿着光轴方向位移形成最大有效直径位置的75％位置中的环状区，使得对于在其内侧邻接的环状区和在其外侧邻接的环状区，光路长度缩短的构造。
这里，所谓「中心区」指的是包括光轴，以从光轴最近位置的台阶包围的光学区。
另外，在本说明书中，「衍射构造」是由包括光轴的中心区和在该中心区的外侧以微细的台阶分割了的多个环状区构成的构造，指的是具有在入射光束为预定波长的情况下，通过衍射作用在透过邻接的环状区的波面之间发生入射光束波长的整数倍的光路差，在入射光束的波长在从上述预定的波长变化的情况下，在透过邻接的环状区的波面之间发生的光路差从入射光束波长的整数倍偏移这种特性的构造。
这种「衍射构造」的理想构造是包括光轴的剖面形状是随着离开光轴，沿着光轴方向位移时的光路长度加长的阶梯形的构造，或者包括光轴的剖面形状是锯齿形的构造。
在上述第1样态中记述的拾光装置用的光学系统中，上述光路差提供构造形成在上述像差修正元件的一方光学面上，上述衍射构造形成在上述像差修正元件的另一方光学面上是理想的样态之一。
另外，在上述第1样态中记述的拾光装置用的光学系统中，上述光路差提供构造和上述衍射构造形成在上述像差修正元件的同一个光学面上也是理想的样态之一。
在上述第1样态中记述的拾光装置用的光学系统中，上述衍射构造最好形成在上述像差修正元件的上述聚光透镜一侧的光学面上。
如果依据这样的样态，则上述衍射构造形成在像差修正元件的聚光透镜一侧，即像差修正元件的出射端面一侧。这里，对于像差修正元件的入射光束由于在衍射构造中通过受到衍射作用，把其路径变更到更接近于光轴的方向行进，因此如果把在像差修正元件的入射面中受到衍射作用的光束与在出射面中受到衍射作用的光束的出射面中的出射位置进行比较，则在出射面中受到衍射作用的光束从进一步离开光轴(远)的位置出射，进而，在从聚光透镜的出射面出射时，在像差修正元件的出射面中受到了衍射作用的光束从进一步离开光轴的位置出射。由此，能够加长从聚光透镜的出射面到光盘表面的距离(动作距离)，能够预先防止在拾光装置的驱动时光盘的表面干扰物镜的出射面的事态。
在上述第1样态所述的拾光装置用的光学系统中，上述光路差提供构造最好形成在上述像差修正元件的近轴中的折射功率为0的光学面上。
如果依据这样的样态，则由于在平面上形成光路差提供构造，因此与在球面上形成光路差提供构造的情况相比较，能够抑制入射到光路差提供构造的光束中的被遮挡了其路径对于聚光点的形成没有贡献的光束的比例，能够防止光量的降低。
在上述第1样态所述的拾光装置用的光学系统中，上述衍射构造最好形成在上述像差修正元件的近轴中的折射功率为0的光学面上。
如果依据这样的样态，则由于在平面上形成衍射构造，与在球面上形成衍射构造的情况相比较，能够抑制入射到衍射构造的光束中的被遮挡了其路径的对于聚光点的形成没有贡献的光束的比例，能够防止光量的降低。
在上述第2样态中所述的拾光装置用的光学系统中，上述像差修正元件的近轴中的折射功率PR(mm-1)最好满足以下的(2)式。
PR＞0(2)如果依据这样的样态，则由于像差修正元件的近轴中的折射功率大于0，因此接受折射功率的光束作为收敛光从像差修正元件出射。
而且，在伴随着环境温度的上升，像差修正元件的折射率下降的情况下，由于像差修正元件的折射功率减小，因此从像差修正元件出射的光束的收敛程度与折射率下降之前相比较也减小。由于这一点与伴随着环境温度的上升，聚光透镜的倍率沿着减小的方向变化相等价，因此通过该倍率变化在激光透镜中球面像差沿着修正不足方向变化。从而，通过伴随着环境温度的上升，聚光透镜的折射率下降，能够抵消沿着修正过剩方向变化的球面像差。
如以上说明那样，由于根据这样的样态，能够降低光路差提供构造中的聚光透镜的温度特性的修正量，因此可以得到能够减少环状区数，加大环状区在垂直于光轴方向的宽度，缩短模具加工所需要的时间，或者提高模塑成型中的光路差提供构造对于塑料材料等的复制性这样的效果。
在上述第2样态所述的拾光装置用的光学系统中，上述像差修正光学元件最好至少具有一个形成了衍射构造的光学面。
在本发明所述的拾光装置用的光学系统中，上述衍射构造最好至少伴随着入射光束的波长变化修正在上述聚光透镜中发生的轴上色像差。
进而，在用b＝b2·h2+b4·h4+b6·h6+......定义的光路差函数b(mm)表示加入在透过上述衍射构造的波面中的光路差的情况下，以PD＝-2·b2定义的近轴中的衍射功率PD(mm-1)与把上述像差修正元件和上述聚光透镜组合起来得到的近轴中的合成功率PT(mm-1)最好满足以下的(3)式。
0.03≤PD/PT≤0.15 (3)其中，h是距离光轴的高度(mm)，b2、b4、b6、......分别是2次、4次、6次、......的光路差函数系数。
在本发明所述的拾光装置用的光学系统中，上述衍射构造最好至少伴随着入射光束的波长变化修正在上述聚光透镜中发生的球面像差变化。
进而，在用b＝b2·h2+b4·h4+b6·h6+......定义的光路差函数b(mm)表示加入在透过上述衍射构造的波面中的光路差的情况下，最好在2次以外的至少一个光路差函数系数中具有不是0的值。
其中，h是距离光轴的高度(mm)，b2、b4、b6、......分别是2次、4次、6次、......的光路差函数系数。
进而，上述衍射构造由包括光轴的中心区和在该中心区的外侧以微细的台阶分割的多个环状区构成，最大有效直径位置中的环状区的垂直于光轴方向的宽度Pf(mm)与最大有效直径的50％位置中的环状区的垂直于光轴方向的宽度Ph(mm)最好满足以下的(4)式。
0＜|Ph/Pf-2|＜5 (4)在本发明的拾光装置用的光学系统中，上述衍射构造由包括光轴的中心区和在该中心区的外侧以微细的台阶分割了的多个环状区构成，包括光轴的剖面形状为阶梯形是理想的样态之一。
在本发明的拾光装置用的光学系统中，上述衍射构造由包括光轴的中心区和在该中心区的外侧以微细的台阶分割了的多个环状区构成，包括光轴的剖面形状为锯齿形也是理想的样态之一。
在本发明的拾光装置用的光学系统中，当把搭载上述物镜光学系统的拾光装置用的激光光源的波长记为λ(nm)，把上述像差修正元件和上述聚光透镜组合起来得到的数值孔径记为NA时，最好满足以下的(5)以及(6)式。
λ≤450nm (5)0.60≤NA≤0.95 (6)在本发明的拾光装置用的光学系统中，最好把上述像差修正元件和上述聚光透镜设计成能够分别单独地进行像差的评价。
在本发明的拾光装置用的光学系统中，上述像差修正元件和上述聚光透镜分别具有在其光学功能单元周边形成的凸缘部分，上述聚光透镜的凸缘部分的一部分最好与上述像差修正元件的凸缘部分的一部分接合。
在本发明的拾光装置用的光学系统中，特征是上述像差修正元件与上述聚光透镜经过接合构件接合。
在上述第3样态所述的拾光装置用的像差修正元件中，上述聚光透镜是塑料制的1组单片结构的单透镜，上述光路差提供构造由包括光轴的中心区和在该中心区的外侧以微细的台阶分割了的多个环状区构成，在环境温度上升了的情况下，最好通过在邻接的上述环状区之间发生透射波面的球面像差向修正不足方向变化那样的光路差，修正在上述聚光透镜中发生向修正过剩方向的球面像差变化。
如果依据这样的样态，则通过把光路差提供构造用于温度特性修正，例如，即使在通过环境温度的变化只有折射率发生变化，入射光束的波长不发生变化的情况下，也能够有效地修正温度特性。
在上述第3样态所述的像差修正元件中，在上述光路差提供构造中，最好沿着光轴方向位移形成在中心区的外侧邻接的上述环状区，使得对于上述中心区，光路长度缩短，沿着光轴方向位移形成最大有效直径位置中的上述环状区，使得对于在其内侧邻接的上述环状区，光路长度加长，沿着光轴方向位移形成最大有效直径位置的75％位置中的上述环状区，使得对于在其内侧邻接的上述环状区和在其外侧邻接的上述环状区，光路长度缩短。
在上述第3样态所述的拾光装置用的像差修正元件中，上述衍射构造最好至少伴随着入射光束的波长变化修正在上述聚光透镜中发生的轴上色像差。
进而，对于450nm以下的预定波长的上述像差修正元件的近轴中的功率PM(mm-1)，对于比上述预定波长还长10nm的波长的上述像差修正元件的近轴中的功率PL(mm-1)，对于比上述预定波长还短10nm的波长的上述像差修正元件的近轴中的功率PS(mm-1)最好满足以下的(7)式。
PS＜PM＜PL(7)在上述第3样态所述的拾光装置用的光学系统中，上述衍射构造最好至少伴随着入射光束的波长变化修正在上述聚光透镜中发生的球面像差。
进而，在用b＝b2·h2+b4·h4+b6·h6+......定义的光路差函数b(mm)表示加在透过上述衍射构造的波面中的光路差的情况下，最好在2次以外的至少一个光路差函数系数中具有不是0的值。
其中，h是距离光轴的高度(mm)，b2、b4、b6、......分别是2次、4次、6次、......的光路差函数系数。
另外，上述衍射构造由包括光轴的中心区和在该中心区的外侧以微细的台阶分割了的多个环状区构成，最大有效直径位置中的上述环状区的垂直于光轴方向的宽度Pf(mm)与最大有效直径的50％位置中的上述环状区的垂直于光轴方向的宽度Ph(mm)最好满足以下的(8)式。
0＜|Ph/Pf-2|＜5 (8)在上述第3样态所述的拾光装置用的像差修正元件中，形成了上述光路差提供构造的光学面最好是激光光源一侧的光学面，形成上述衍射构造的光学面最好是上述聚光透镜一侧的光学面。
在上述第3样态所述的拾光装置用的光学系统中，上述光路差提供构造最好形成在上述像差修正元件的近轴中的折射功率为0的光学面上。
如果依据这样的样态，则由于在平面上形成光路差提供构造，因此与在球面上形成光路差提供构造的情况相比较，能够抑制入射到光路差提供构造的光束中的被遮挡了其路径而对于聚光点的形成没有贡献的光束的比例，能够防止光量的降低。
在上述第3样态所述的拾光装置用的光学系统中，特征是上述衍射构造形成在上述像差修正元件的近轴中的折射功率为0的光学面上。
如果依据这样的样态，则由于在平面上形成衍射构造，与在球面上形成衍射构造的情况相比较，能够抑制入射到衍射构造的光束中的被遮挡了其路径而对于聚光点的形成没有贡献的光束的比例，能够防止光量的降低。
在上述第3样态所述的拾光装置用的光学系统中，上述衍射构造由包括光轴的中心区和在该中心区的外侧以微细的台阶分割了的多个环状区构成，包括光轴的剖面形状为阶梯形是理想的样态之一。
在上述第3样态所述的拾光装置用的光学系统中，上述衍射构造由包括光轴的中心区和在该中心区的外侧以微细的台阶分割了的多个环状区构成，包括光轴的剖面形状为锯齿形也是理想的样态之一。
作为本发明的其它样态，在由塑料制的像差修正元件和用于使从该像差修正元件出射的光束成像的聚光透镜构成的拾光装置用的光学元件中，特征是上述像差修正元件至少具有1个形成了衍射构造的光学面，上述聚光透镜是至少各具有1个形成了光路差提供构造的光学面和非球面的1组单片结构的单透镜。
在该样态中，在像差修正元件中形成使入射光束衍射的衍射构造，在聚光透镜中形成光路差提供构造。
这里，由于环境温度的变化，在通过光路差提供构造的光束中产生球面像差，而在发生了轴偏的状态下把像差修正元件和聚光透镜组合起来的情况下，在发生了球面像差的状态下入射到聚光透镜中，从聚光透镜出射的光束在聚光点中产生彗形像差。因此，通过在聚光透镜中形成光路差提供构造，即使是在发生了轴偏的状态下把像差修正元件和聚光透镜组合起来的情况，也能够防止发生上述彗形像差。
作为在本发明中使用的聚光透镜，是用于使从由激光光源出射的光束变换为收敛光束的收敛光束生成单元出射的收敛光束在光盘的信息记录面上聚光的塑料制的聚光透镜，当把衍射界限内的波面像差为最小时的倍率记为m，光轴上的透镜厚度记为d(mm)，焦距记为f(mm)，数值孔径记为NA时，最好是满足以下的(9)至(11)式，具有至少1个非球面的1组单片结构的单透镜。
0＜m＜1 (9)0.75＜d/f＜1.5 (10)0.75≤NA≤0.95 (11)在该聚光透镜中，上述收敛光束生成单元最好是上述第3样态所述的像差修正元件。
参照
本发明的实施形态。
图1是本实施形态的拾光装置10的概略图，拾光装置10由作为光源的蓝紫色半导体激光器11，偏置光束分裂器12，1/4波长板16，准直透镜13，光圈18，物镜(也称为物镜光学系统)30，聚焦/跟踪用的双轴致动器19，圆柱透镜17，凹透镜14以及光检测器15构成。
从蓝紫色半导体激光器11出射的发散光束透过偏振光分裂器12，经由1/4波长板16以及准直透镜13成为圆偏振光的平行光束以后，由光圈18限制光束直径，由物镜30经过高密度光盘20的保护层22成为形成在信息记录面21上的光点。
在信息记录面21上由信息坑调制了的反射光束再次经过物镜30，光圈18以及准直透镜13成为收敛光束以后，通过经由1/4波长板16成为线偏振光，由偏振光束分裂器12反射，经由圆柱透镜17，凹透镜14提供像散，收敛到光检测器15。而且，使用光检测器15的输出信号能够读取记录在高密度光盘20中的信息。
在本实施形态中，物镜30成为使来自准直透镜13的平行光束在高密度光盘20的信息记录面21上聚光的无限共轭型，而也可以是使来自蓝紫色半导体激光器11的发散光束在高密度光盘20的信息记录面21上聚光的有限共轭型。
物镜30具有使从蓝紫色半导体激光器11发出的激光经过高密度光盘20(例如，蓝光光盘)的保护层22在信息记录面21上聚光的功能，由配置在蓝紫色半导体激光器11一侧的塑料制的像差修正元件40和配置在高密度光盘20一侧的塑料制的聚光透镜50构成。把像差修正元件40和聚光透镜50组合起来得到的NA是0.85。
进而，像差修正元件40和聚光透镜50在其光学功能单元(透过来自蓝紫色半导体激光器11的光束的区域)的周边一侧的部分中，具有分别与光学功能单元形成为一体的凸缘部分43和凸缘部分53，通过把凸缘部分43、53的一部分之间接合，像差修正元件40与聚光透镜50成为一体，进行聚焦或者跟踪。
如图2所示，物镜光学系统30由从物体一侧开始顺序配置的塑料制的像差修正元件40和塑料制的聚光透镜50构成。
聚光透镜50是至少具有1个非球面(在本实施形态中有入射面51和出射面52的2个面)的1组单片结构的折射单透镜。
像差修正元件40如图3所示，是其光学面(入射面以及出射面)的光轴附近的形状做成平面形的所谓平行平板的光学元件，在入射面41中形成光路差提供构造60，在出射面42中形成衍射构造70。
如图3所示，光路差提供构造60由包括光轴L的同时与光轴L正交的平面构成的中心区61和形成在该中心区61外侧的多个环状区62构成。
各个环状区62形成为以光轴L为中心的同心圆形，由沿着光轴L方向延伸的微细的台阶63分割其内周缘部分和外周缘部分。
多个环状区62中，沿着光轴L方向位移到光盘20一侧形成与中心区61的外侧邻接的环状区(环状区62a)，使得对于中心区61，光路长度缩短，沿着光轴L方向位移到光源11一侧形成相当于光学面的最大有效直径D的位置的环状区(环状区62b)，使得对于与其内侧面邻接的环状区62，光路长度加长，沿着光轴L方向位移到光盘20一侧形成相当于最大有效直径D的75％的位置的环状区(环状区62c)，使得对于与其内侧邻接的环状区62和与其外侧邻接的环状区62，光路长度缩短。
而且，来自光源11的出射光束在像差修正元件40的入射面41中，通过各个环状区62时，提供与环状区62的位移量(台阶63在光轴L方向的长度)相对应的光路差，在各光束中产生相位差。
而且，在环境温度没有变化的状态下，对于各个光束提供光路差，使得通过了各个环状区62的光束的相位在信息记录面21上几乎一致，在环境温度上升了的情况下，通过在邻接的上述环状区之间发生透射波面的球面像差沿着修正不足方向变化那样的光路差，修正在聚光透镜50中发生的对于修正过剩方向的球面像差的变化。
衍射构造70由包括光轴L的中心区71和在中心区71的外侧以光轴L方向的微细的台阶72a分割了的多个环状区(衍射环状区72)构成，各个衍射环状区72包括光轴L的剖面形状形成锯齿形。
而且，在用b＝b2·h2+b4·h4+b6·h6+......定义的光路差函数b(mm)表示加入在透过上述衍射构造70的波面中的光路差的情况下，通过以PD＝-2·b2定义的近轴中的衍射功率PD(mm-1)与把上述像差修正元件40和上述聚光透镜50组合起来得到的近轴中的合成功率PT(mm-1)满足以下的(3)式，衍射构造70修正伴随着入射光束的波长变化在聚光透镜50中发生的轴上色像差。
0.03≤PD/PT≤0.15 (3)其中，h是距离光轴的高度(mm)，b2、b4、b6、......分别是2次、4次、6次、......的光路差函数系数。
另外，通过在2次以外的至少1个光路差函数系数中具有不是0的值，衍射构造70修正伴随着入射光束的波长变化在聚光透镜50中发生的球面像差变化。
另外，设计衍射构造70使得最大有效直径D的位置中的环状区62的垂直于光轴L方向的宽度Pf(mm)与最大有效直径D的50％位置中的环状区62的垂直于光轴L方向的宽度Ph(mm)满足(4)式。
0＜|Ph/Pf-2|＜5(4)另外，设计像差修正元件40使得像差修正元件40的近轴中的功率P1(mm-1)满足(1)式，像差修正元件40的近轴中的折射功率PR(mm-1)满足(2)式。
P1＞0 (1)PR＞0 (2)由于像差修正元件的近轴中的功率P1(mm-1)大于0，因此从像差修正元件出射的光束成为收敛光束，而这一点与聚光透镜的倍率m成为m＞0等价。一般换算为对于数值孔径NA的有限共轭型(m≠0)的聚光透镜的无限光束入射的数值孔径NA∞(以下，称为换算NA)能够用NA∞＝NA·(1-m)表示。从而，在倍率m为m＞0的聚光透镜中，由于能够减小换算NA，因此能够减小与NA4成比例增加的聚光透镜的温度特性引起的球面像差变化。
另外，由于像差修正元件的近轴中的折射功率PR(mm-1)大于0，因此接受了折射功率的光束作为收敛光从像差修正元件出射。
而且，在伴随着环境温度的上升像差修正元件的折射率降低了的情况下，由于像差修正元件的折射功率减小，因此从像差修正元件出射的光束的收敛程度与折射率下降之前相比较减小。这一点由于与伴随着环境温度的上升，聚光透镜的倍率沿着减小的方向发生变化相等价，因此根据该倍率变化在聚光透镜中球面像差沿着修正不足方向变化。从而，通过伴随着环境温度的上升聚光透镜的折射率下降，能够抵消沿着修正过剩方向变化的球面像差。
如上所述，由于降低光路差提供构造的聚光透镜的温度特性的修正量，因此能够减少环状区数，加大环状区在垂直于光轴方向的宽度，可以得到缩短模具加工所需要的时间，或者提高模塑成型时光路差提供构造对于塑料材料的复制性这样的效果。
如以上所述，如果依据本实施形态所示的物镜光学系统30，则通过把衍射构造70用于色像差修正，把光路差提供构造60用于温度特性修正，因此，即使在由于环境温度的变化只有折射率发生变化，出射光束的波长没有变化的情况下，也能够由光路差提供构造60进行温度特性的修正。
另外，由于用塑料成形构成物镜光学系统30的像差修正元件40以及聚光透镜50，因此能够实现减轻在高密度光盘20中使用的高NA的物镜光学系统30的重量，同时，通过使用了模具的注射模塑成型能够以低成本进行生产。另外，通过使专门配置在光盘一侧的聚光透镜具有对于入射光束的折射力，能够确保加大动作距离，能够防止物镜与光盘的干扰。而且，由于在相当修正元件的光学面上形成每个衍射构造或者光路差提供构造都具有微细台阶的构造，因此能够抑制入射到衍射构造或者光路差提供构造的光束中被遮挡了其路径而对于聚光点的形成没有贡献的光束的比例，能够防止光量的降低。
另外，由于光路差提供构造60以及衍射构造70在平面上形成(像差修正元件40的入射面41以及出射面42)，因此与在球面上形成光路差提供构造60以及衍射构造70的情况相比较，能够抑制入射到光路差提供构造60以及衍射构造70的像素中被遮挡了其路径而对于聚光点的形成没有贡献的光束的比例，能够防止光量的降低。
另外，虽然省略了图示，但是也可以不设置凸缘部分43、53而使用能够把像差修正元件40与聚光透镜50连接成一体的构件(接合构件)。
另外，虽然省略了图示，但是通过在上述的拾光装置10中，把旋转自由地保持光盘20的旋转驱动装置或者控制这些各种装置的驱动的控制装置等组合起来，能够得到可以执行信息对于光盘20的记录以及再生被记录在光盘20中的信息的至少一种动作的光信息记录再生装置。
另外，在本实施形态中，拾光装置10具备1个激光光源11，对于1种标准(或者记录密度)的光盘(在本实施形态中是高密度光盘20)进行使用，但并不限于这种结构，也可以成为使用2种以上的光源，具有在2种以上标准的光盘之间的互换性的拾光装置的结构。
以下，说明在使用2个以上的光源，具有在2种以上标准的光盘之间的互换性的拾光装置的结构的情况下，作为像差修正元件40的衍射构造70的理想形态的两种衍射构造。一种是设计衍射构造70的光轴方向的台阶深度，使得对于波长λ1的入射光束和波长λ2(λ2＞λ3)的入射光束所发生的衍射光的衍射次数相互不同。由此，能够对于各波长区域进行最佳的色像差修正的同时，对于各波长区域可以得到充分的衍射效率。
另一种是把衍射构造70做成在波长λ1的入射光束和波长λ2(λ2＞λ3)的入射光束中的一方提供光路差，在另一方实质上不提供光路差那样的衍射作用方面具有波长选择性的构造。
具体地讲，如图4(a)、(b)所示，由以光轴L为中心的多个环状区81和形成在这些环状区81的光学面上的沿着光轴L方向的阶梯形的不连续面82构成。另外，图4表示在像差修正元件40的入射面41上形成衍射构造80的情况。环状区81是对于光轴L呈旋转对称的预定形状的光学面S具有实质斜率的锯齿形的不连续面，进而，在各个环状区81的光学面上，形成沿着对于通过这些环状区81的光束提供预定光路差的光轴L的阶梯形的不连续面82。这里，预定形状的光学面S既可以是球面，也可以是非球面。另外，既可以是近轴中的折射功率为0的光学面，也可以是近轴中的折射功率不是0的光学面。
各个不连续面82的深度d1(光轴L方向的长度)设计成在把对于预定波长λ的光束的折射率记为n的情况下，成为与用j×λ/(n-1)表示的值几乎相等(这里，j是正的整数)，在通过了一个不连续面82的波长λ的光束与通过了其相邻的不连续面82的波长λ的光束之间，发生几乎相当于一个波长(λ)的光路差而且不发生波面偏移的长度。
另外，各个不连续面82的形状成为近似于把在图4中用双点划线表示的锯齿形的环状区81的表面形状分割到与各个不连续面82相对应的区间中，沿着光轴L方向平行移动了的形状。
如果把衍射构造做成这样的结构，则由于在波长λ1的入射光束和波长λ2(λ2＞λ3)的入射光束中，只有一方的光束提供光路差，能够进行因标准不同的光盘的保护层的厚度差发生的球面像差变化的修正，蓝紫色区域中的色像差的修正，蓝紫色区域中的温度特性的修正等。
另外，也可以在像差修正元件40的出射面42一侧形成光路差提供构造60，在像差修正元件40的入射面41一侧形成衍射构造70。这种情况下，由于在出射面42中受到了衍射作用的光束在出射面42中从离开光轴L(远)的位置出射，进而，在聚光透镜50的出射面52中也从离开光轴L的位置出射，因此能够加长从聚光透镜50的出射面52到光磁盘20表面的距离(动作距离)，能够预先防止在拾光装置10的驱动时光盘20的表面干扰聚光透镜50的出射面52的事态。
另外，也可以在修正像差修正元件40的同一个光学面上形成光路差提供构造60和衍射构造70。
或者，也可以在像差修正元件40中形成衍射构造70，在聚光透镜50中形成光路差提供构造60。这里，通常在由于环境温度的变化在通过光路差提供构造60的光束中发生了球面像差，像差修正元件40与聚光透镜50发生轴偏的状态下进行组装时，在发生了球面像差的状态下入射到聚光透镜50，从聚光透镜50出射的光束在聚光点中发生彗形像差，而通过在聚光透镜50中形成光路差提供构造60，即使在像差修正元件40与聚光透镜50发生了轴偏的状态下组装时，也能够防止发生上述彗形像差。
其次，说明上述的物镜光学系统的实施例。
本实施例中的物镜光学系统设定为焦距f＝1.76mm，近轴功率PT＝0.569mm-1，数值孔径NA＝0.85，设计波长λ＝405nm，设计基准温度T＝25℃。
另外，像差修正元件是2个面都是平面的塑料透镜，在第1个面(入射面)形成光路差提供构造，在第2个面(出射面)形成衍射构造(衍射环状区是锯齿形)。另外，设定为近轴功率(使折射功率PR与衍射功率PD一致)P1＝0.05mm-1，近轴折射功率PR＝0mm-1，近轴衍射功率PD＝0.05mm-1，最大有效直径位置中的环状区宽度Pf＝5.4μm，最大有效直径的50％位置中的环状区宽度Ph＝10.8μm，像差修正元件单体中的波面像差(405nm，25℃)＝0.014λrms，对于λ＝405nm的光束的近轴功率PM0.05mm-1，对于λ＝410nm的光束的近轴功率PL0.0507mm-1，对于λ＝400nm的光束的近轴功率PS0.0494mm-1，伴随着温度变化的折射率的变化率＝-9.0×E-5。
另外，聚光透镜是2个面(第3面以及第4面)都是非球面的塑料透镜，设定为焦距＝1.89mm，倍率m＝0.088，数值孔径NA＝0.85，聚光透镜单体中的波面像差(405nm，25℃)＝0.000λrms，伴随着温度变化的折射率的变化率＝-10.8×E-5。
另外，表1表示像差修正元件以及聚光透镜的曲率半径r，从第i面到第i+1面的光轴L方向的位置d，对于用脚注表示的波长的光束的折射率N。
表1近轴数据
另外，当把聚光透镜的非球面离开与该面的顶点连接的平面的变形量记为X(mm)，垂直于光轴的方向的高度记为h(mm)，曲率半径记为r(mm)时，用在下面的公式1中代入了表2中的系数的公式表示。其中，κ是圆锥系数，A2i是非球面系数。
公式1X=h2/ri1+1-(1+κ)h2/r2+Σi=2A2ih2i]]>表2非球面系数
另外，像差修正元件的衍射构造用通过该衍射构造加入到透射波面上的光路差表示。这种光路差如果把垂直于光轴的方向的高度记为h(mm)，把b2j作为光路差函数系数，则用在以下面的公式2定义的光路差函数b(mm)中代入了表3中的系数的公式表示。
公式2φb=Σj=0b2jh2j]]>表3光路差函数系数
另外，光路差提供构造的各环状区的形状用表4表示。
表4光路差提供构造
表4中的i表示光路差提供构造的中心区以及各环状区的号码，把包括光轴的中心区记为i＝1，把在中心区的外侧(从光轴离开的方向)邻接的环状区记为i＝2，进而在外侧邻接的环状区记为i＝3，......。即，在本实施例的物镜光学系统的像差修正元件中，在中心区的外侧形成9个环状区。而且，hi-1和hi分别表示中心区以及各环状区的起点高度、终点高度。mid表示各环状区对于中心区的光轴方向的距离(从光源向光盘方向位移时为正)。例如，在中心区的外侧邻接的环状区(i＝2)对于中心区在光盘一侧位移3.86μm，最外侧的环状区(i＝10)对于中心区向光源一侧位移3.86μm。另外，mi表示在设计基准温度T＝25℃下，对于透过中心区的光束，提供给透过各环状区的光束的光路差，例如，透过在中心区的外侧邻接的环状区(i＝2，m＝5)的光束由于对于透过中心区的光束提供5λ(其中，λ＝405nm)的光路差，因此换算成相位差，成为延迟2π×5(rad)的相位，透过最外侧的环状区(i＝10，m＝-5)的光束由于对于透过中心区的光束提供-5λ(其中，λ＝405nm)的光路差，因此换算相位差，成为超前2π×5(rad)的相位。
图5示出由于环境温度的变化，本实施例中的物镜的温度从作为设计基准温度的25℃上升到55℃时的波面像差，横轴表示光瞳坐标h，纵轴表示波面像差(单位λ)。图6表示仅用聚光透镜评价时的波面像差。
在55℃下，对于仅用聚光透镜波面像差的rms值为0.075λrms，在聚光透镜中组装了像差修正元件的情况下成为0.010λrms。图5以及图6中还考虑了伴随着温度变化的蓝紫色半导体激光器的波长变化，把其变化率假定为+0.05nm/℃。
另外，在没有考虑伴随着温度变化的蓝紫色半导体激光器的波长变化的情况下，即，仅考虑了聚光透镜与像差修正元件的折射率变化的情况下，在55℃下，对于仅用聚光透镜波面像差的rms值成为0.070λrms，在聚光透镜中组装了像差修正元件的情况下成为0.022λrms。由此可知，本发明的物镜尽管具有NA0.85的塑料制的单透镜，但成为温度特性出色的光学元件，特别是由于在温度特性的修正中利用光路差提供构造，因此无论是否有伴随着温度上升的蓝紫色半导体激光器的波长变化，都能够得到良好的温度特性的修正效果。
图7表示通过蓝紫色激光器的波型跳变，对于本实施例中的物镜的入射光束的波长从设计波长的405nm加长1nm时的波面像差，横轴表示光瞳坐标h，纵轴表示波面像差(单位λ)。图8表示仅用聚光透镜评价时的波面像差。
在波长406nm下，对于仅用聚光透镜波面像差的rms值成为0.112λrms，在聚光透镜中组装了像差修正元件的情况下成为0.022λrms。另外，在图7以及图8中，物镜光学系统以及聚光透镜的焦点位置固定在405nm下的焦点位置。
如此可知，在本发明的物镜中，通过衍射构造的作用，良好地修正了色像差。
权利要求
1.一种拾光装置用的光学系统，包括塑料制的像差修正元件，该像差修正元件包括具有光路差提供构造的第1光学面和具有衍射构造的第2光学面；塑料制的聚光透镜，该聚光透镜把从像差修正元件出射的光束聚光，该聚光透镜是至少具有1个非球面的单折射透镜。
2.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于第1光学面与第2光学面是同一光学面。
3.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于第1光学面与第2光学面是不同的光学面。
4.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于第2光学面配置在像差修正元件的聚光透镜一侧。
5.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于像差修正元件的第1光学面的近轴折射功率是0。
6.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于像差修正元件的第2光学面的近轴折射功率是0。
7.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于光路差提供构造具有包括像差修正元件的光轴的中心区，以及在中心区外侧的通过台阶分割为多个环状区的周边区，在与从中心区的外侧到像差修正元件距光轴的最大有效直径的大约75％位置的区域相对应的周边区的第1区域中，从光轴一侧算起的第(i+1)个环状区沿着平行于光轴方向位移使得第(i+1)个环状区的光路长度比第i个环状区的光路长度短，其中，i是整数；在与从最大有效直径的大约75％位置到最大有效直径的区域相对应的周边区的第2区域中，从光轴一侧的第(j+1)个环状区沿着平行于光轴方向位移使得第(j+1)个环状区的光路长度比第j个环状区的光路长度长，其中，j是整数；距光轴的最大有效直径的大约75％位置中的环状区的光路长度比与距光轴的最大有效直径的大约75％位置中的环状区邻接的环状区的各光路长度短。
8.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于衍射构造修正由于入射光束的波长中的波动在聚光透镜中产生的轴上色像差。
9.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于在用b＝b2·h2+b4·h4+b6·h6+......定义的光路差函数b(mm)表示加入在透过衍射构造的波面中的光路差的情况下，以PD＝-2·b2定义的近轴中的衍射功率PD(mm-1)与把像差修正元件和聚光透镜组合起来得到的近轴中的合成功率PT(mm-1)满足以下的(3)式；0.03≤PD/PT≤0.15 (3)其中，h是距离光轴的高度(mm)，b2、b4、b6、......分别是2次、4次、6次、......的光路差函数系数。
10.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于衍射构造修正由于入射波束的波长中的波动在聚光透镜中产生的球面像差的变化。
11.根据权利要求10所述的光学系统，其特征在于在用b＝b2·h2+b4·h4+b6·h6+......定义的光路差函数b(mm)表示加入在透过衍射构造的波面中的光路差的情况下，在除2次以外的至少一个光路差函数系数中具有不是0的值。
12.根据权利要求10所述的光学系统，其特征在于衍射构造具有包括像差修正元件的光轴的中心区，以及中心区外侧的通过台阶分割为多个环状区的周边区，像差修正元件的最大有效直径位置中的环状区的垂直于光轴方向的宽度Pf(mm)与最大有效直径的50％位置中的环状区的垂直于光轴方向的宽度Ph(mm)满足以下的(4)式。0＜|Ph/Pf-2|＜5 (4)
13.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于衍射构造具有包括像差修正元件的光轴的中心区，以及中心区外侧的通过台阶分割为多个环状区的周边区，包括光轴的衍射构造的剖面形状是阶梯形。
14.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于衍射构造具有包括像差修正元件的光轴的中心区，以及中心区外侧的通过台阶分割为多个环状区的周边区，包括光轴的衍射构造的剖面形状是锯齿形。
15.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于当把利用光学系统的拾光装置的激光光源的波长记为λ(nm)，把像差修正元件和聚光透镜组合起来得到的像侧数值孔径记为NA时，满足以下的(5)以及(6)式。λ≤450nm (5)0.60≤NA≤0.95(6)
16.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于像差修正元件和聚光透镜设计成能够分别独立地评价各自的像差。
17.根据权利要求1所述的光学系统、其特征在于像差修正元件和聚光透镜的每一个包括光学功能单元和在光学功能单元外侧周围构成的凸缘部分，像差修正元件的凸缘部分的一部分与聚光透镜的凸缘部分的一部分相互接合。
18.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于像差修正元件和聚光透镜用接合构件接合。
19.一种拾光装置，包括激光光源；权利要求1中所述的光学系统，该光学系统把从激光光源出射的光束聚焦到光盘的信息记录面上；检测由光盘的信息记录面反射的光束的光检测器。
20.一种光信息记录和/或再生装置，包括权利要求19所述的拾光装置；支撑光盘使得把光盘定位到预定位置的支撑构件，该光信息记录和/或再生装置至少能够执行向光盘记录信息以及从光盘再生信息中的一种动作。
21.一种拾光装置用的光学系统，包括塑料制的像差修正元件，该像差修正元件包括在其上面具有光路差提供构造的光学面；塑料制的聚光透镜，该聚光透镜把从像差修正元件出射的光束聚光，该聚光透镜是至少具有1个非球面的单折射透镜其中，像差修正元件的近轴功率P1(mm-1)满足下面的公式(1)。P1＞0 (1)
22.根据权利要求21所述的光学系统，其特征在于像差修正元件的近轴折射功率PR(mm-1)满足以下的(2)式。PR＞0 (2)
23.根据权利要求21所述的光学系统，其特征在于像差修正元件至少还包括一个在其上面具有衍射构造的光学面。
24.根据权利要求21所述的光学系统，其特征在于光路差提供构造具有包括像差修正元件的光轴的中心区，以及在中心区外侧的通过台阶分割为多个环状区的周边区，在与从中心区的外侧到像差修正元件距光轴的最大有效直径的大约75％位置的区域相对应的周边区的第1区域中，从光轴一侧的第(i+1)个环状区沿着平行于光轴方向位移使得第(i+1)个环状区的光路长度比第i个环状区的光路长度短，其中，i是整数；在与从最大有效直径的大约75％位置到最大有效直径的区域相对应的周边区的第2区域中，从光轴一侧的第(j+1)个环状区沿着平行于光轴方向位移使得第(j+1)个环状区的光路长度比第j个环状区的光路长度长，其中，j是整数；距光轴的最大有效直径的大约75％位置中的环状区的光路长度比与距光轴的最大有效直径的大约75％位置中的环状区邻接的环状区的各光路长度短。
25.根据权利要求23所述的光学系统，其特征在于衍射构造修正由于入射波束的波长中的波动在聚光透镜中产生的轴上色像差。
26.根据权利要求25所述的光学系统，其特征在于在用b＝b2·h2+b4·h4+b6·h6+......定义的光路差函数b(mm)表示加入在透过上述衍射构造的波面中的光路差的情况下，以PD＝-2·b2定义的近轴衍射功率PD(mm-1)与把上述像差修正元件和上述聚光透镜组合起来得到的近轴合成功率PT(mm-1)满足以下的(3)式；0.03≤PD/PT≤0.15 (3)其中，h是距离光轴的高度(mm)，b2、b4、b6、......分别是2次、4次、6次、......的光路差函数系数。
27.根据权利要求23所述的光学系统，其特征在于衍射构造修正由于入射波束的波长中的波动在聚光透镜中产生的球面像差的变化。
28.根据权利要求27所述的光学系统，其特征在于在用b＝b2·h2+b4·h4+b6·h6+......定义的光路差函数b(mm)表示加入在透过衍射构造的波面中的光路差的情况下，在除2次以外的至少一个光路差函数系数中具有不是0的值。
29.根据权利要求27所述的光学系统，其特征在于衍射构造具有包括像差修正元件的光轴的中心区，以及中心区外侧的包括通过台阶分割为多个环状区的周边区，像差修正元件的最大有效直径位置中的环状区的垂直于光轴方向的宽度Pf(mm)与最大有效直径的50％位置中的环状区的垂直于光轴方向的宽度Ph(mm)满足以下的(4)式。0＜|Ph/Pf-2|＜5 (4)
30.根据权利要求23所述的光学系统，其特征在于衍射构造具有包括像差修正元件的光轴的中心区，以及中心区外侧的包括通过台阶分割为多个环状区的周边区，包括光轴的衍射构造的剖面形状是阶梯形。
31.根据权利要求23所述的光学系统，其特征在于衍射构造具有包括像差修正元件的光轴的中心区，以及中心区外侧的包括通过台阶分割为多个环状区的周边区，包括光轴的衍射构造的剖面形状是锯齿形。
32.根据权利要求21所述的光学系统，其特征在于当把利用光学系统的拾光装置的激光光源的波长记为λ(nm)，把像差修正元件和聚光透镜组合起来得到的像侧数值孔径记为NA时，满足以下的(5)以及(6)式。λ≤450nm (5)0.60≤NA≤0.95 (6)
33.根据权利要求21所述的光学系统，其特征在于像差修正元件和聚光透镜设计成能够分别独立地评价各自的像差。
34.根据权利要求21所述的光学系统、其特征在于像差修正元件和聚光透镜的每一个包括光学功能单元和在光学功能单元外侧周围构成的凸缘部分，像差修正元件的凸缘部分的一部分与聚光透镜的凸缘部分的一部分相互接合。
35.根据权利要求21所述的光学系统，其特征在于像差修正元件和聚光透镜用接合构件接合。
36.一种拾光装置，包括激光光源；权利要求21中所述的光学系统，该光学系统把从激光光源出射的光束聚光到光盘的信息记录面上；检测由光盘的信息记录面反射的光束的光检测器。
37.一种光信息记录和/或再生装置，包括权利要求36所述的拾光装置；支撑光盘使得把光盘定位到预定位置的支撑构件，该光信息记录和/或再生装置至少能够执行向光盘记录信息以及从光盘再生信息中的一种动作。
38.一种拾光装置用的像差修正元件，其特征在于塑料制的像差修正元件，该像差修正元件包括具有光路差提供构造的第1光学面和具有衍射构造的第2光学面，第1光学面与第2光学面是不同的光学面。
39.根据权利要求38所述的像差修正元件，其特征在于像差修正元件定位在激光光源与聚光透镜之间的光路上，聚光透镜把由光源出射的光束聚光到光盘的光信息记录面上，而且聚光透镜与光盘相对。
40.根据权利要求38所述的像差修正元件，其特征在于光路差提供构造具有包括像差修正元件的光轴的中心区，以及中心区外侧的包括通过台阶分割为多个环状区的周边区，在与从中心区的外侧到像差修正元件距光轴的最大有效直径的大约75％位置的区域相对应的周边区的第1区域中，从光轴一侧的第(i+1)个环状区沿着平行于光轴方向位移使得第(i+1)个环状区的光路长度比第i个环状区的光路长度短，其中，i是整数；在与从最大有效直径的大约75％位置到最大有效直径的区域相对应的周边区的第2区域中，从光轴一侧的第(j+1)个环状区沿着平行于光轴方向位移使得第(j+1)个环状区的光路长度比第j个环状区的光路长度长，其中，j是整数；距光轴的最大有效直径的大约75％位置中的环状区的光路长度比与距光轴的最大有效直径的大约75％位置中的环状区邻接的环状区的各光路长度短。
41.根据权利要求38所述的像差修正元件，其特征在于衍射构造至少修正由于入射波束的波长中的波动在聚光透镜中产生的轴上色像差。
42.根据权利要求41所述的像差修正元件，其特征在于在用b＝b2·h2+b4·h4+b6·h6+......定义的光路差函数b(mm)表示加入在透过上述衍射构造的波面中的光路差的情况下，以PD＝-2·b2定义的近轴中的衍射功率PD(mm-1)与把上述像差修正元件和上述聚光透镜组合起来得到的近轴中的合成功率PT(mm-1)满足以下的(3)式。0.03≤PD/PT≤0.15 (3)其中，h是距离光轴的高度(mm)，b2、b4、b6、......分别是2次、4次、6次、......的光路差函数系数。
43.根据权利要求38所述的像差修正元件，其特征在于衍射构造修正由于入射波束的波长中的波动在聚光透镜中产生的球面像差的变化。
44.根据权利要求43所述的像差修正元件，其特征在于在用b＝b2·h2+b4·h4+b6·h6+......定义的光路差函数b(mm)表示加入在透过衍射构造的波面中的光路差的情况下，在除2次以外的至少一个光路差函数系数中具有不是0的值。
45.根据权利要求43所述的像差修正元件，其特征在于衍射构造具有包括像差修正元件的光轴的中心区，以及中心区外侧的包括通过台阶分割为多个环状区的周边区，像差修正元件的最大有效直径位置中的环状区的垂直于光轴方向的宽度Pf(mm)与最大有效直径的50％位置中的环状区的垂直于光轴方向的宽度Ph(mm)满足以下的(4)式。0＜|Ph/Pf-2|＜5 (4)
46.根据权利要求38所述的像差修正元件，其特征在于第2光学面配置在像差修正元件的聚光透镜一侧。
47.根据权利要求38所述的像差修正元件，其特征在于像差修正元件的第1光学面中的近轴折射功率是0。
48.根据权利要求38所述的像差修正元件，其特征在于像差修正元件的第2光学面的近轴折射功率是0。
49.根据权利要求38所述的像差修正元件，其特征在于衍射构造具有包括像差修正元件的光轴的中心区，以及中心区外侧的包括通过台阶分割为多个环状区的周边区，包括光轴的衍射构造的剖面形状是阶梯形。
50.根据权利要求38所述的像差修正元件，其特征在于衍射构造具有包括像差修正元件的光轴的中心区，以及中心区外侧的包括通过台阶分割为多个环状区的周边区，包括光轴的衍射构造的剖面形状是锯齿形。
51.根据权利要求15所述的光学系统，其特征在于当把像差修正元件和聚光透镜组合起来得到的像侧数值孔径记为NA，把光学系统的焦距记为f时，满足以下的(9)和(10)式。0.75≤NA≤0.90 (9)0.7＜f＜2.5(10)
52.根据权利要求32所述的光学系统，其特征在于当把像差修正元件和聚光透镜组合起来得到的像侧数值孔径记为NA，把光学系统的焦距记为f时，满足以下的(9)和(10)式。0.75≤NA≤0.90 (9)0.7＜f＜2.5(10)
全文摘要
本发明提供在拾光装置中使用的光学系统，该拾光装置包括塑料制的像差修正元件；把从像差修正元件出射的光束聚光的聚光透镜，由塑料制成，其中，像差修正元件具有包括光路差提供构造的第1光学面以及包括衍射构造的第2光学面，聚光透镜是至少具有1个非球面的单折射透镜。
文档编号G11B7/135GK1573403SQ200410048029
公开日2005年2月2日 申请日期2004年6月4日 优先权日2003年6月9日
发明者木村彻, 森伸芳, 野村英司 申请人:柯尼卡美能达精密光学株式会社