物镜、光学拾取器和光盘装置的制作方法

专利名称：物镜、光学拾取器和光盘装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于光学拾取器中的物镜，所述光学拾取器用于向三种不同类型 的光盘记录信息信号和/或从三种不同类型的光盘再现信息信号。本发明还涉及一种包括 光学拾取器的光盘装置。
背景技术：
近年来，提出了下一代光盘格式的光盘，所述下一代光盘格式允许使用从蓝紫光 半导体激光器发出的具有大约405nm波长的光束来高密度记录和再现信号(以下称为“高 密度记录光盘”)。所述高密度记录光盘具有用于保护信号记录层的薄覆盖层。覆盖层具有 例如0. Imm的厚度。当为所述高密度记录光盘生产光学拾取器时，最好光学拾取器能兼容现有光盘。 也就是说，最好光学拾取器能兼容不同格式的现有光盘，例如使用大约785nm波长的光盘 (compact disc，CD)格式和使用大约655nm波长的数字通用光盘(digital versatile disc, DVD)格式。因此，最好光学拾取器和光盘装置包括能兼容具有不同光盘结构的不同 格式的光盘的并且适应不同激光器技术条件的光学拾取器。用于向三种不同格式的光盘记录信号和从三种不同格式的光盘再现信号的现有 方法使用两种类型的物镜。具体来说，使用上述方法的光学拾取器具有两种类型的物镜和 光学系统，一种用于DVD和CD，另一种用于高密度记录光盘。光学拾取器根据所使用的波长 在两种物镜之间转换。但是，因为光学拾取器具有两个物镜，每个物镜都不可以以合适的角度安装在致 动器的透镜架上。因此，物镜和光盘之间的角度可能不是最佳的，使得再现的信号的质量可 能会降低。因为需要向两个光学系统的光路提供光学元件，所以光学拾取器具有很多元件。 因此，光学拾取器的生产成本和尺寸增大了。此外，因为需要将两个物镜安装到用于驱动物 镜的致动器，所以致动器的质量增加了。因此，光学拾取器的灵敏度降低了。为了解决上述问题并精简光学元件，正在开发具有适合多种类型的光盘和三种所 使用的波长的单一物镜的光学拾取器。用于三种波长的单一物镜背后的基本思想是在光路 上设置衍射部分，并且在发散方向或收敛方向上用所述衍射部分使光发生衍射，从而根据 波长和介质的结合校正所产生的球面像差。但是，上述已开发的使用单一物镜实现三种波长的兼容性的光学拾取器没有考 虑由衍射结构所产生的不需要的衍射光的增加，这会导致温度和波长的变化。问题在于， 因为不需要的光以与正常光相同的方式在光接收单元上形成图像，来自另一层的信号进 入聚焦伺服信号，从而聚焦伺服控制不稳定，特别是当从双层光盘再现信号时(公开号为 2004-265573的日本未审查专利申请)。

发明内容
优选提供一种物镜、一种包括物镜的光学拾取器和一种包括光学拾取器的光盘装
9置，通过将光束聚焦在光盘上，所述物镜能以简单的结构执行向使用不同波长的三种类型 的光盘记录信息信号和/或从使用不同波长的三种类型的光盘再现信息信号，从而实现优 异的记录和再现特性，而无需考虑温度变化和波长变化。根据本发明的实施例，提供了一种物镜，其选择性的使具有三种波长λ 1、λ 2和 λ 3的各条光束聚焦在相应的光盘的信号记录表面上，所述波长λ 1、λ 2和λ 3至少满足 关系式λ 1 < λ 2 < λ 3 ；所述物镜包括衍射部分，所述衍射部分设置在所述物镜的入射 侧表面上，所述衍射部分包括预定的衍射结构，所述衍射部分包括第一区域，其用于使光束 发生衍射，所述第一区域设置在最内侧半径部分，所述第一区域包括衍射结构，所述衍射结 构是具有(N1-I)级阶梯和N1个平面的阶梯状结构，第二区域，其用于使光束发生衍射，所 述第二区域设置在所述第一区域的外侧，和第三区域，所述第三区域设置在第二区域的外 侧；其中，形成所述第一到第三区域，使得具有波长λ 1的光束的孔径限于与所述第一到 第三区域相对应的直径，具有波长λ2的光束的孔径限于与所述第一和第二区域相对应的 直径，和具有波长λ 3的光束的孔径限于与所述第一区域相对应的直径；和其中所述物镜 当 klim-klis > 0 时满足 I Φ 2| < I Φ i (x2) I 或 I Φ·| > I Φ i (χΝ1) |，当 klim-klis < 0 时满足 I Φ 2| > I Φ i (X2) I 或 I Φ Ν1| < I Φ (χΝ1) |，并且满足关系表达式 ndl| (1/Plm)-(1/ Pls) I 彡 27ym、ndl|(l/Plm)-(l/Pls)| 彡 18 μ m、nd21 (1/P2m) - (1/P2s) | 彡 61μπκ 和 nd2|(l/ P2ffl)-(1/P2s) I中的一个；其中，假设正衍射级表示入射光束朝着光轴发生衍射， klim、k2im和k3im分别是对于波长λ 、λ2和λ 3对于所述第一区域具有最高衍射效率 的级别，klis、k2is和k3is分别是邻近klim、k2im和k3im并且在邻近klim、k2im和k3im 的级别之间具有更高衍射效率的不需要的衍射光的级别，Plm、P2m、Pls和P2s分别是用所述透 镜的衍射部分的衍射能力和入射侧表面及出射侧表面的折射能力应用于klim、k2im、klis 和k2is级光束的总透镜光学能，ndl和nd2分别是光盘对于波长λ 1禾Π λ 2的折射率；其中， Φ i (X) = C1XiC2X^C3XhC4XhC5Xw是代表对于径向位置X的光程差相位数的近似关系表达 式，通过将所述阶梯状结构的多个周期中的每一个的相位的整数倍加回到由于所述第一区 域中的衍射结构而产生的对于波长λ 1的光程差相位数，并通过连接各个周期中除第二平 面和第N1平面之外的平面的起始点的估计相位数，计算所述近似关系表达式；和其中Φ 2 和Φ iN1分别是对于第二平面和第N1平面的起始点位置的光程差相位数，对于第二平面的起 始点的径向位置X2和第N1平面的起始点的径向位置xN1，利用所述近似关系表达式，分别计 算 φ , (χ2)和 φ , (χΝ1)。根据本发明的实施例，提供一种物镜，其选择性的使具有三种波长λ 1、λ 2和λ 3 的各条光束聚焦在相应的光盘的信号记录表面上，所述波长λ 、λ2和λ 3至少满足关 系式λ 1 < λ 2 < λ 3 ；所述物镜包括衍射部分，所述衍射部分设置在所述物镜的入射侧 表面上，所述衍射部分包括预定的衍射结构，所述衍射部分包括第一区域，其用于使光束发 生衍射，所述第一区域设置在最内侧半径部分，所述第一区域包括衍射结构，所述衍射结 构是具有(N1-I)级阶梯和N1个平面的阶梯状结构，第二区域，其用于使光束发生衍射，所 述第二区域设置在所述第一区域的外侧，和第三区域，所述第三区域设置在第二区域的外 侧；其中，形成所述第一到第三区域，使得具有波长λ 1的光束的孔径限于与所述第一到第 三区域相对应的直径，具有波长λ2的光束的孔径限于与所述第一和第二区域相对应的直 径，和具有波长λ 3的光束的孔径限于与所述第一区域相对应的直径；和其中所述物镜当klim-klis > 0 时满足 I Φ i21 < I Φ i (X2) I 或 I Φ iN11 > I Φ i (xN1) I，当 klim-klis < 0 时满 足I φ 2| > I Cj5i(X2) I或I ΦΜ| < I Φ,(ΧΝ1)；其中，假设正衍射级表示入射光束朝着光轴 发生衍射，klim、k2im和k3im分别是对于波长λ 1、λ 2和λ 3对于所述第一区域具有最 高衍射效率的级别，klis、k2is和k3is分别是邻近klim、k2im和k3im并且在邻近klim、 k2im和k3im的级别之间具有更高衍射效率的不需要的衍射光的级别；其中，(^i(X)= cy+cy+cy+cy+Qf是代表对于径向位置X的光程差相位数的近似关系表达式，通过将 所述阶梯状结构的多个周期中的每一个的相位的整数倍加回到由于所述第一区域中的衍 射结构而产生的对于波长λ 1的光程差相位数，并通过连接各个周期中除第二平面和第N1 平面之外的平面的起始点的估计相位数，计算所述近似关系表达式；和其中Φ 2和Φ Ν1分 别是对于第二平面和第N1平面的起始点位置的光程差相位数，对于第二平面的起始点的径 向位置X2和第N1平面的起始点的径向位置xN1，利用所述近似关系表达式，分别计算Φ i (x2) 和 Φ i (XN1) °根据本发明的实施例，提供一种物镜，其选择性的使具有三种波长λ 1、λ 2和λ 3 的各条光束聚焦在相应的光盘的信号记录表面上，所述波长入1、入2和λ 3至少满足关系 式λ 1 < λ 2 < λ 3 ；所述物镜包括衍射部分，所述衍射部分设置在所述物镜的入射侧表 面上，所述衍射部分包括预定的衍射结构，所述衍射部分包括第一区域，其用于使光束发生 衍射，所述第一区域设置在最内侧半径部分，第二区域，其用于使光束发生衍射，所述第二 区域设置在所述第一区域的外侧，和第三区域，所述第三区域设置在第二区域的外侧；其 中，形成所述第一到第三区域，使得具有波长λ 1的光束的孔径限于与所述第一到第三区 域相对应的直径，具有波长λ 2的光束的孔径限于与所述第一和第二区域相对应的直径， 和具有波长λ 3的光束的孔径限于与所述第一区域相对应的直径；和其中所述物镜满足关 系表达式 ndl I (1/Plm) _ (1/Pls) I > 27 μ m、ndl | (1/Plm) _ (1/Pls) | ^ 18 μ m, nd21 (1/P2m) - (1/ P2s) I彡61 μ m、和1^| (1/P2ffl) - (1/P2s) |彡35 μ m中的一个；其中，假设正衍射级表示入射光 束朝着光轴发生衍射，klim、k2im和k3im分别是对于波长λ1、λ2和λ 3对于所述第一区 域具有最高衍射效率的级别，klis、k2is和k3is分别是邻近klim、k2im和k3im并且在邻 近klim、k2im和k3im的级别之间具有更高衍射效率的不需要的衍射光的级别，Plm、P2m、Pls 和P2s分别是用所述透镜的衍射部分的衍射能力和入射侧表面及出射侧表面的折射能力应 用于klim、k2im、klis和k2is级光束的总透镜光学能，ndl和nd2分别是光盘对于波长λ 1 和λ 2的折射率。根据本发明的实施例，提供一种光学拾取器，其包括物镜，光束进入所述物镜，所 述光束具有至少满足关系式λ 1 < λ 2 < λ 3的三种波长；和衍射部分，所述衍射部分设 置光学元件的表面上或所述物镜的表面上，所述光学元件设置在具有三种波长λ 、λ2和 λ 3的光束的光束上，所述衍射部分利用所述物镜选择性的使具有三种波长λ 1、λ 2和λ 3 的各条光束聚焦在相应的光盘的信号记录表面上；所述衍射部分包括第一区域，其用于使 光束发生衍射，所述第一区域设置在最内侧半径部分，所述第一区域包括衍射结构，所述衍 射结构是具有(N1-I)级阶梯和N1个平面的阶梯状结构，第二区域，其用于使光束发生衍射， 所述第二区域设置在所述第一区域的外侧，和第三区域，所述第三区域设置在第二区域的 外侧；其中，形成所述第一到第三区域，使得具有波长λ 1的光束的孔径限于与所述第一到 第三区域相对应的直径，具有波长λ2的光束的孔径限于与所述第一和第二区域相对应的直径，和具有波长λ 3的光束的孔径限于与所述第一区域相对应的直径；和其中所述物镜 当 klim-klis > 0 时满足 I Φ 2| < I Φ i (x2) I 或 I Φ·| > I Φ i (χΝ1) |，当 klim-klis < 0 时满足 I φ 2| > I Φ i (X2) I 或 I Φ Ν1| < I Φ (χΝ1) I，并且满足关系表达式 ndl| (1/Plm)-(1/ Pls) I 彡 27ym、ndl|(l/Plm)-(l/Pls)| 彡 18 μ m、nd21 (1/P2m) - (1/P2s) | 彡 61μπκ 和 nd2|(l/ P2ffl)-(1/P2s) I中的一个；其中，假设正衍射级表示入射光束朝着光轴发生衍射，
klim、k2im和k3im分别是对于波长λ 、λ2和λ 3对于所述第一区域具有最高衍射效率 的级别，klis、k2is和k3is分别是邻近klim、k2im和k3im并且在邻近klim、k2im和k3im 的级别之间具有更高衍射效率的不需要的衍射光的级别，Plm、P2m、Pls和P2s分别是用所述透 镜的衍射部分的衍射能力和入射侧表面及出射侧表面的折射能力应用于klim、k2im、klis 和k2is级光束的总透镜光学能，ndl和nd2分别是光盘对于波长λ 1禾Π λ 2的折射率；其中， Φ i (X) = C1XiC2X^C3XhC4XhC5Xw是代表对于径向位置X的光程差相位数的近似关系表达 式，通过将所述阶梯状结构的多个周期中的每一个的相位的整数倍加回到由于所述第一区 域中的衍射结构而产生的对于波长λ 1的光程差相位数，并通过连接各个周期中除第二平 面和第N1平面之外的平面的起始点的估计相位数，计算所述近似关系表达式；和其中Φ 2 和Φ iN1分别是对于第二平面和第N1平面的起始点位置的光程差相位数，对于第二平面的起 始点的径向位置X2和第N1平面的起始点的径向位置xN1，利用所述近似关系表达式，分别计 算 φ , (χ2)和 φ , (χΝ1)。 根据本发明的实施例，提供一种光学拾取器，其包括物镜，光束进入所述物镜，所 述光束具有至少满足关系式λ 1 < λ 2 < λ 3的三种波长；和衍射部分，所述衍射部分设 置光学元件的表面上或所述物镜的表面上，所述光学元件设置在具有三种波长λ 、λ2和 λ 3的光束的光束上，所述衍射部分利用所述物镜选择性的使具有三种波长λ 1、λ 2和λ 3 的各条光束聚焦在相应的光盘的信号记录表面上；所述衍射部分包括第一区域，其用于使 光束发生衍射，所述第一区域设置在最内侧半径部分，所述第一区域包括衍射结构，所述衍 射结构是具有(N1-I)级阶梯和N1个平面的阶梯状结构，第二区域，其用于使光束发生衍射， 所述第二区域设置在所述第一区域的外侧，和第三区域，所述第三区域设置在第二区域的 外侧；其中，形成所述第一到第三区域，使得具有波长λ 1的光束的孔径限于与所述第一到 第三区域相对应的直径，具有波长λ2的光束的孔径限于与所述第一和第二区域相对应的 直径，和具有波长λ 3的光束的孔径限于与所述第一区域相对应的直径；和其中所述物镜 当 klim-klis > 0 时满足 I Φ i21 < I Φ i (x2) I 或 I Φ iN11 > I Φ i (xN1) I，当 klim-klis < 0 时 满足I φ 2| > I Φ ^x2) I或I Φ Ν1| < I Φ ^Xni) I ；其中，假设正衍射级表示入射光束朝着光 轴发生衍射，klim、k2im和k3im分别是对于波长λ1、λ2和λ 3对于所述第一区域具有最 高衍射效率的级别，klis、k2is和k3is分别是邻近klim、k2im和k3im并且在邻近klim、 k2im和k3im的级别之间具有更高衍射效率的不需要的衍射光的级别；其中，(^i(X)= cy+cy+cy+cy+Qf是代表对于径向位置X的光程差相位数的近似关系表达式，通过将 所述阶梯状结构的多个周期中的每一个的相位的整数倍加回到由于所述第一区域中的衍 射结构而产生的对于波长λ 1的光程差相位数，并通过连接各个周期中除第二平面和第N1 平面之外的平面的起始点的估计相位数，计算所述近似关系表达式；和其中Φ 2和Φ Ν1分 别是对于第二平面和第N1平面的起始点位置的光程差相位数，对于第二平面的起始点的径 向位置X2和第N1平面的起始点的径向位置xN1，利用所述近似关系表达式，分别计算Φ i (x2)和 Φ (xN1) ο根据本发明的实施例，提供一种光学拾取器，其包括物镜，光束进入所述物镜，所 述光束具有至少满足关系式λ 1 < λ 2 < λ 3的三种波长；和衍射部分，所述衍射部分设 置光学元件的表面上或所述物镜的表面上，所述光学元件设置在具有三种波长λ 、λ2和 λ 3的光束的光束上，所述衍射部分利用所述物镜选择性的使具有三种波长λ 1、λ 2和 λ 3的各条光束聚焦在相应的光盘的信号记录表面上；所述衍射部分包括第一区域，其用 于使光束发生衍射，所述第一区域设置在最内侧半径部分，第二区域，其用于使光束发生衍 射，所述第二区域设置在所述第一区域的外侧，和第三区域，所述第三区域设置在第二区域 的外侧；其中，形成所述第一到第三区域，使得具有波长λ 1的光束的孔径限于与所述第一 到第三区域相对应的直径，具有波长λ2的光束的孔径限于与所述第一和第二区域相对应 的直径，和具有波长λ 3的光束的孔径限于与所述第一区域相对应的直径；和其中所述物 镜满足关系表达式 ndl I (1/Plm)-(1/Pls) I 彡 27μπι、ndl | (1/Plm) - (1/Pls) | ^ 18ym, nd2 (1/ P2m)-(1/P2s) I 彡 61 PmdPnd2I (1/P2ffl) - (1/P2s) | ( 35 μ m 中的一个；其中，假设正衍射级表 示入射光束朝着光轴发生衍射，klim、k2im和k3im分别是对于波长λ 1、λ 2和λ 3对于所 述第一区域具有最高衍射效率的级别，klis、k2is和k3is分别是邻近klim、k2im和k3im并 且在邻近klim、k2im和k3im的级别之间具有更高衍射效率的不需要的衍射光的级别，Plm、 P2m、Pls和P2s分别是用所述透镜的衍射部分的衍射能力和入射侧表面及出射侧表面的折射 能力应用于klim、k2im、klis和k2is级光束的总透镜光学能，ndl和nd2分别是光盘对于波 长λ 1和λ 2的折射率。根据本发明的实施例，提供了一种光盘装置，其光学拾取器，通过用相应的具有不 同波长的多条光束中的一条选择性的照射光盘，所述光学拾取器向多种类型光盘中的一种 光盘记录信息信号和/或从多种类型光盘中的一种光盘再现信息信号，所述光盘时旋转 的。对于本发明的实施例，衍射部分使得单物镜能够适当的将相应的光束聚焦在三种 类型的光盘的信号记录表面上。此外，防止伺服控制变得不稳定，所述不稳定是由于温度和 波长的变化而引起的由衍射部分产生的不需要的光的增加而引起的。因此，防止记录和再 现特性恶化，从而可以实现优异的记录和再现特性。


图1是根据本发明的实施例的光盘装置的方框图；图2是示出了根据本发明的实施例的光学拾取器的光学系统中的光路示图；图3Α到3C是利用衍射部分设置在不同于物镜的衍射光学元件上的示例，示出了 包含在图2中所示光学拾取器中的衍射部分的功能、衍射光学元件的功能和具有折射功能 的物镜的功能的示图，其中图3Α例如示出了朝向第一光盘所产生的具有第一波长的光束 的+1级衍射光，图3Β例如示出了朝向第二光盘所产生的具有第二波长的光束的_2级衍射 光，图3C示出了朝向第三光盘所产生的具有第三波长的光束的_3级衍射光；图4Α和4Β示出了物镜的示例，图2中所示的光学拾取器中包括所述物镜，并且所 述物镜在其外环形区中具有连续非球形表面，其中图4Α是物镜的主视图，图4Β是物镜的剖 视图5A和5B示出了物镜的另一示例，图2中所示的光学拾取器中包括所述物镜，并 且所述物镜在其外环形区中具有衍射区域，其中图5A是物镜的主视图，图5B是物镜的剖视 图；图6A和6B示出了聚焦光学装置的示例，图2中所示的光学拾取器中包括所述聚 焦光学装置，所述聚焦光学装置是与图4A和4B相对应的修改，其中图6A是聚焦光学装置 的侧视图，其包括具有集成了衍射部分的入射侧表面的物镜，图6B是聚焦光学装置的侧视 图，其包括物镜和在其入射侧表面上具有衍射部分的衍射光学元件；图7A和7B示出了聚焦光学装置的示例，图2中所示的光学拾取器中包括所述聚 焦光学装置，所述聚焦光学装置是与图5A和5B相对应的修改，其中图7A是聚焦光学装置 的侧视图，其包括具有集成了衍射部分的入射侧表面的物镜，图7B是聚焦光学装置的侧视 图，其包括物镜和在其入射侧表面上具有衍射部分的衍射光学元件；图8A和8B示出了衍射部分的结构，所述衍射结构形成于图4A到5B中所示的物 镜表面上，其中图8A是示出了第一区域相对于基准面的形状的剖视图，所述第一区域是形 成于衍射部分的内环形区中的衍射区域，图8B是与图8A中所示的内环形区对比的衍射结 构的示例的剖视图；图9A到9C用于计算对于内环形区的衍射结构示例的衍射效率的示图，示出了当S =6而(kli，k2i，k3i) = (+1，-2，-3)时，具有第一到第三波长的各条光束的衍射效率相 对于衍射结构的槽深度d的变化；图IOA和IOB示出了形成于图4A到5B中所示的物镜表面上的衍射部分的结构， 其中图IOA是示出了第二区域相对于基准面的形状的剖视图，所述第二区域是形成于衍射 部分的中环形区中的衍射区域，图IOBshi示出了第三区域相对于基准面的形状的剖视图， 所述第三区域是形成于图5B所示的衍射部分的外环形区中衍射区域；图IlA到IlC是用于计算对于中环形区的衍射结构示例的衍射效率的示图，示出 了当S = 2而(klm，k2m，k3m，k3m' ) = (0,-1,+1,-1)时，具有第一到第三波长的光束的 衍射效率相对于衍射结构的槽深度d的变化；图12 是示出了当(klm，k2m，k3m，k3m' ) = (0，-1，+1，-1)时，在中环形区的衍
射结构的示例中校正球面像差和向外展开的可能性的示图，其中所绘制点代表(波长X衍 射级)和保护层厚度之间的关系，和实线代表物镜的设计线；图13是示出了对于非球面形状的表面之间沿着光轴的距离的示图，所述表面用 作物镜的衍射部分的内环形区、中环形区和外环形区的基准面；图14A到14C是用于计算对于外环形区的衍射结构示例的衍射效率的示图，示出 了当S = C 而(kl0，k2o, k3o) = (+4，+2，+2)时，具有第一到第三波长的光束的衍射效率 相对于槽深度d的变化；图15是示出了用于第一光盘(BD)的光束的效率相对于环境条件变化的示图，其 中对于各个预定的波长，示出了正常光和不需要的光的效率相对于温度的变化的变化；图16是示出了用于第二光盘(DVD)的光束的效率相对于环境条件变化的示图，其 中对于各个预定的波长，示出了正常光和不需要的光的效率相对于温度的变化的变化；图17是示出了用于第三光盘(CD)的光束的效率相对于环境条件变化的示图，其 中对于各个预定的波长，示出了正常光和不需要的光的效率相对于温度的变化的变化；
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图18是示出了不需要的光的效率的变化对聚焦误差信号的影响的示图，所述变 化由环境条件的变化所引起的，其中示出了聚焦搜索波形(用于单层)；图19是示出了示出了不需要的光的效率的变化对聚焦误差信号的影响的示图， 所述变化由环境条件的变化所引起的，其中示出了聚焦搜索波形(用于双层)；图20A和20B是示出了距离Areal和值Δ calc之间的关系的示图，距离Areal 是正常光的聚焦位置和不需要的光的聚焦位置之间的距离，值Acalc是通过模拟上述距 离所获得的，其中图20A是示出了对于第一波长λ 1和BD格式的层间厚度的范围的Areal 和Acalc的示图，图20Β是示出了对于第二波长λ 2和DVD格式的层间厚度的范围的 Areal禾口 Acalc的示图；图21Α和21Β是示出了造成距离Areal和值Δ calc之间的差的原因的示图， Areal是正常光的聚焦位置和不需要的光的聚焦位置之间的距离，值AcaIc是通过模拟 上述距离所获得的，其中图21A示出了当考虑用于估计Δ calc的系数Cl时的纵向像差，图 21B示出了当考虑对Areal有影响的系数Cl和C2时的纵向像差；图22是示出了对于第一光盘(BD)不需要的信号/正常信号比的变化相对于具有 相等阶梯宽度的阶梯状形状的衍射结构的槽深度的变化的示图；图23是示出了对于第二光盘(DVD)不需要的信号/正常信号比的变化相对于具 有相等阶梯宽度的阶梯状形状的衍射结构的槽深度的变化的示图；图24A到24H是示出了用于减小不需要的信号的数量的技术的示图，所述技术利 用当(kli，k2i，k3i) = (1,-2,-3)时的示例，通过改变衍射结构的形状而实现，其中，图24A 示出了对于衍射结构的一个周期的径向位置和网格高度之间的关系，所述衍射结构具有包 括六级阶梯和七个平面的相等阶梯宽度的阶梯状形状，是修改之前的正常结构，图24B到 24D分别示出了由正常结构(图24A中所示)应用到对于第一到第三波长λ 1、λ 2禾Π λ 3 的选定级别的衍射光的相位数，图24Ε示出了对于衍射结构的一个周期的径向位置和网格 高度之间的关系，所述衍射结构具有根据图24Α中所示的正常结构修改的改进结构，图24F 到24Η分别示出了由改进结构(图24Ε中所示)应用到对于第一到第三波长λ 、λ2和 λ3的选定级别的衍射光的相位数。图25是示出了对于第一光盘(BD)不需要的信号/正常信号比的变化相对于具有 改进结构的衍射结构的槽深度的变化的示图；图26是示出了对于第二光盘(DVD)不需要的信号/正常信号比的变化相对于具 有改进结构的衍射结构的槽深度的变化的示图；图27是示出了对于第三光盘(⑶)不需要的信号/正常信号比的变化相对于具有 改进结构的衍射结构的槽深度的变化的示图；图28Α到28Η是示出了用于减小不需要的信号的数量的技术的示图，所述技术利 用当(kli，k2i，k3i) = (1,-1,-2)时的示例，通过改变衍射结构的形状而实现，其中，图28A 示出了对于衍射结构的一个周期的径向位置和网格高度之间的关系，所述衍射结构具有包 括四级阶梯和五个平面的相等阶梯宽度的阶梯状形状，是修改之前的正常结构，图28B到 28D分别示出了由正常结构(图28A中所示)应用到对于第一到第三波长λ 1、λ 2和λ 3 的选定级别的衍射光的相位数，图28Ε示出了对于衍射结构的一个周期的径向位置和网格 高度之间的关系，所述衍射结构具有根据图28Α中所示的正常结构修改的改进结构，图28F到28H分别示出了由改进结构(图28E中所示)应用到对于第一到第三波长λ 、λ2和 λ3的选定级别的衍射光的相位数；图29Α到29Η是示出了用于减小不需要的信号的数量的技术的示图，所述技术利 用当(kli，k2i，k3i) = (0,-1,-2)时的示例，通过改变衍射结构的形状而实现，其中，图29A 示出了对于衍射结构的一个周期的径向位置和网格高度之间的关系，所述衍射结构具有包 括三级阶梯和四个平面的相等阶梯宽度的阶梯状形状，是修改之前的正常结构，图29B到 29D分别示出了由正常结构(图29A中所示)应用到对于第一到第三波长λ 1、λ 2和λ 3 的选定级别的衍射光的相位数，图29Ε示出了对于衍射结构的一个周期的径向位置和网格 高度之间的关系，所述衍射结构具有根据图29Α中所示的正常结构修改的改进结构，图29F 到29Η分别示出了由改进结构(图29Ε中所示)应用到对于第一到第三波长λ 、λ2和 λ3的选定级别的衍射光的相位数；图30Α到30Η是示出了用于减小不需要的信号的数量的技术的示图，所述技术利 用当(kli，k2i，k3i) = (0,-2,-3)时的示例，通过改变衍射结构的形状而实现，其中，图30A 示出了对于衍射结构的一个周期的径向位置和网格高度之间的关系，所述衍射结构具有包 括五级阶梯和六个平面的相等阶梯宽度的阶梯状形状，是修改之前的正常结构，图30B到 30D分别示出了由正常结构(图30A中所示)应用到对于第一到第三波长λ 1、λ 2和λ 3 的选定级别的衍射光的相位数，图30Ε示出了对于衍射结构的一个周期的径向位置和网格 高度之间的关系，所述衍射结构具有根据图30Α中所示的正常结构修改的改进结构，图30F 到30Η分别示出了由改进结构(图30Ε中所示)应用到对于第一到第三波长λ 、λ2和 λ3的选定级别的衍射光的相位数；图31Α到31Η是示出了用于减小不需要的信号的数量的技术的示图，所述技术利 用当(kli，k2i，k3i) = (2,-1,-2)时的示例，通过改变衍射结构的形状而实现，其中，图31A 示出了对于衍射结构的一个周期的径向位置和网格高度之间的关系，所述衍射结构具有包 括五级阶梯和六个平面的相等阶梯宽度的阶梯状形状，是修改之前的正常结构，图31B到 31D分别示出了由正常结构(图31A中所示)应用到对于第一到第三波长λ 1、λ 2和λ 3 的选定级别的衍射光的相位数，图31Ε示出了对于衍射结构的一个周期的径向位置和网格 高度之间的关系，所述衍射结构具有根据图31Α中所示的正常结构修改的改进结构，图31F 到31Η分别示出了由改进结构(图31Ε中所示)应用到对于第一到第三波长λ 1、λ 2禾口 λ3的选定级别的衍射光的相位数；图32Α到32C是示出了在具有正常结构的衍射结构中，用于确定阶梯边界的径向 位置和阶梯深度的技术的示图；图33Α到33C是示出了在具有改进结构的衍射结构中，用于确定阶梯边界的径向 位置和阶梯深度的技术的示图；图34Α到34Ε是示出了用于根据透镜形状估计相位的技术和用于检测改进结构的 技术的示图；图35是用于比较改进结构与正常结构的平面的起始点的相位点的示图；图36Α到36F是示出了用于在中环形区中减小不需要的信号的数量的技术的示 图，所述技术利用当(klm，k2m) = (0，-1)时的示例，通过改变衍射结构的形状而实现，其 中，图36A示出了对于衍射结构的一个周期的径向位置和网格高度之间的关系，所述衍射
16结构具有包括两级阶梯和三个个平面的相等阶梯宽度的阶梯状形状，是修改之前的正常结 构，图36B和36C分别示出了由正常结构(图36A中所示)应用到对于第一和第二波长 λ 1和λ 2的选定级别的衍射光的相位数，图36D示出了对于衍射结构的一个周期的径向 位置和网格高度之间的关系，所述衍射结构具有根据图36Α中所示的正常结构修改的改进 结构，图36Ε和36F分别示出了由改进结构(图36D中所示)应用到对于第一和第二波长 λ 1和λ 2的选定级别的衍射光的相位数；图37Α到37F是示出了用于在中环形区中减小不需要的信号的数量的技术的示 图，所述技术利用当(klm，k2m) = (1,0)时的示例，通过改变衍射结构的形状而实现，其中， 图37A示出了对于衍射结构的一个周期的径向位置和网格高度之间的关系，所述衍射结构 具有包括两级阶梯和三个个平面的相等阶梯宽度的阶梯状形状，是修改之前的正常结构， 图37B和37C分别示出了由正常结构(图37A中所示)应用到对于第一和第二波长λ 和 λ 2的选定级别的衍射光的相位数，图37D示出了对于衍射结构的一个周期的径向位置和 网格高度之间的关系，所述衍射结构具有根据图37Α中所示的正常结构修改的改进结构， 图37Ε和37F分别示出了由改进结构(图37D中所示)应用到对于第一和第二波长λ 和 λ2的选定级别的衍射光的相位数；图38是示出了根据本发明的另一实施例的光学拾取器的光学系统中的光路的示 图。
具体实施例方式下文中，将按照下面所列的章节的顺序描述本发明的最佳实施方式。1.光盘装置的整体结构2.光学拾取器的整体结构3.根据本发明的实施例的物镜4.根据本发明的另一实施例的物镜5.用于防止由于温度和波长的变化而引起的不需要的衍射光的增加的技术6.根据本发明的实施例的光学拾取器所使用的衍射部分的示例(3的修改)7.根据本发明的实施例的光学拾取器所使用的衍射部分的另一示例(4的修改)8.根据本发明的实施例的光学拾取器9.根据本发明的另一实施例的光学拾取器1.光盘装置的整体结构下文中，将参考附图描述根据本发明的实施例的具有光学拾取器的光盘装置。如图1所示，根据本发明的实施例的光盘装置1包括光学拾取器3，所述光学拾取 器向光盘2记录信息和从光盘2再现信息，和主轴电机4，所述主轴电机用作使光盘2旋转 的驱动机构。光盘装置1还包括进给电机5，所述进给电机使光学拾取器3沿着光盘2的半 径移动。光盘装置1具有三种格式兼容性，由于光盘装置1可以向三种不同格式的光盘和 具有记录层的光盘记录信息和/或从三种不同格式的光盘和具有记录层的光盘再现信息。这里所用的光盘的示例包括使用具有大约785nm发射波长的半导体激光的光盘， 例如光盘(⑶)、⑶_R(可记录)或⑶_RW(可擦写)。这里所用的光盘的示例包括使用具 有大约655nm发射波长的半导体激光的光盘，例如数字通用光盘(DVD)、DVD-R(可记录)、DVD-RW(可擦写)或DVD+RW(可擦写)。这里所用的光盘的示例包括使用具有大约405nm 的更短发射波长的半导体激光(蓝紫光)的高密度记录光盘，例如蓝光光盘(注册商标) (BD)。在下面的描述中，将三种格式的第一到第三光盘11、12和13用作光盘2，通过光盘 装置1向所述光盘2记录信息和从所述光盘2再现信息。第一光盘11是例如BD的高密度 记录光盘，其包括具有大约0. Imm的第一厚度的保护层并使用具有大约405nm的波长的光 束用于记录和再现。第一光盘11可具有单记录层(覆盖层厚度IOOym)、双记录层(双层 光盘)、或多层记录层。在双层光盘中，用于记录层LO的覆盖层具有大约100 μ m的厚度，用 于记录层Ll的覆盖层具有大约75 μ m的厚度。第二光盘12是例如DVD的光盘，其包括具 有大约0. 6mm的第二厚度的保护层并使用具有大约655nm的波长的光束用于记录和再现。 第二光盘12可具有多层记录层。第三光盘13是例如⑶的光盘，其包括具有大约1. Imm的 第三厚度的保护层并使用具有大约785nm的波长的光束用于记录和再现。在光盘装置1中，根据光盘的格式通过伺服控制器9控制主轴电机4和进给电机 5，根据来自系统控制器7的指令控制伺服控制器9，所述系统控制器也用作光盘格式确定 单元。主轴电机4和进给电机5相对于第一光盘11、第二光盘12或第三光盘13以预定旋 转次数旋转。具有三种波长兼容性的光学拾取器3从保护层一侧朝着不同格式的光盘的记录 层发射具有不同波长的光束，并且检测从记录层反射的光束。光学拾取器3输出与所检测 到的反射光束相对应的信号。光盘装置1包括前置放大器14，其根据从光学拾取器3输出的信号产生聚焦误差 信号、循迹误差信号、射频信号等类似信号。光盘装置1包括信号调制器/解调器和纠错码 块(下文称为“信号调制器/解调器和ECC块”)15，其解调来自前置放大器14的信号或调 制来自外部计算机17的信号。光盘装置1包括接口 16、D/A和A/D转换器18、视听处理器 19和视听信号输入/输出单元20。前置放大器14根据光电检测单元的输出通过使用像散法等方法产生聚焦误差信 号，通过使用三束法、DPD法、DPP法等方法产生循迹误差信号。前置放大器14产生RF信 号，并输出RF信号到信号调制器/解调器和ECC块15。前置放大器14输出聚焦误差信号 和循迹误差信号到伺服控制器9。当将数据记录到第一光盘11时，信号调制器/解调器和ECC块15对从接口 16或 D/A和A/D转换器18输出的数字信号进行如下处理。即，当将数据记录到第一光盘11时， 信号调制器/解调器和ECC块15通过使用诸如LDC-ECC和BIS的纠错方法对输入数字信号 执行纠错。然后，信号调制器/解调器和ECC块15执行调制，例如1-7PP调制。当在光盘 12上记录数据时，信号调制器/解调器和ECC块15通过使用诸如乘积码(Product Code, PC)方法的纠错方法执行纠错，并执行调制，例如8-16调制。当在第三光盘13上记录数据 时，信号调制器/解调器和ECC块15通过诸如CIRC的纠错方法执行纠错，并执行调制，例 如8-14调制。信号调制器/解调器和ECC块15将调制数据输出到激光控制器21。当从光 盘再现数据时，信号调制器/解调器和ECC块15根据从前置放大器14输入的RF信号相对 于记录数据所使用的调制方法执行解调。信号调制器/解调器和ECC块15对数据执行纠 错，并将数据输出到接口 16或D/A和A/D转换器18。
为了压缩待记录数据，可以在信号调制器/解调器和ECC块15和接口 16之间，或 信号调制器/解调器和ECC块15与D/A和A/D转换器18之间设置压缩/解压单元。在这 种情况下，通过使用诸如MPEG2或MPEG4的方法压缩数据。将来自前置放大器14的聚焦误差信号和循迹误差信号输入到伺服控制器9。伺 服控制器9产生用于消除聚焦误差信号和循迹误差信号的聚焦伺服信号和循迹伺服信号， 并根据聚焦伺服信号和循迹伺服信号控制诸如两轴致动器的物镜驱动机构。伺服控制 器9从前置放大器14的输出信号中检测同步信号和类似信号，通过使用诸如恒定线速度 (Constant LinearVelocity, CLV)力夕去、'H胃:^MiS (Constant Angular Velocity, CAV) 方法或这两种方法的结合的方法来伺服控制主轴电机。激光控制器21控制光学拾取器3的激光光源。具体来说，在本实施例中，激光控制 器21控制激光光源，使得激光光源在记录模式和再现模式中发射不同功率的激光。激光控 制器21控制激光光源，使得激光光源根据光盘2的类型发射不同功率的激光。激光控制器 21根据光盘类型确定单元22所检测到的光盘2的类型切换光学拾取器3中的激光光源。光盘类型确定单元22检测反射光数量的变化，从而检测光盘2的格式，所述变化 是由表面反射率的不同和第一到第三光盘11、12和13的形状引起的。安排构成光盘装置1的模块，从而根据光盘类型确定单元22所获得的检测结果， 执行与安放的光盘2的具体情况相对应的信号处理过程。根据由光盘类型确定单元22所检测的光盘2的类型，系统控制器7控制整个装 置。根据用户的输入，系统控制器7根据在光盘的最内侧半径区域中形成的预先蚀刻的凹 坑和凹槽中所记录的地址信息和目录(Table of Contents, T0C)信息来控制上述模块。艮口， 根据上述信息，系统控制器7指定将要执行记录和再现的记录位置和再现位置，根据已指 定的位置控制模块。 光盘装置1使光盘2随着主轴电机4旋转。光盘装置1根据来自伺服控制器9的 控制信号控制进给电机5，从而使光学拾取器3移动到光盘2的所需的记录磁道，并且将向 光盘2记录信息和从光盘2再现信息。具体来说，当光盘装置1执行记录和再现时，伺服控制器9通过使用诸如CAV方 法、CLV方法或这两种方法的组合的方法使光盘2旋转。光学拾取器3从光源发射光束并 用光电检测单元接收从光盘2反射的光束，并产生聚焦误差信号和循迹误差信号。光学拾 取器3根据聚焦误差信号和循迹误差信号利用物镜驱动机构移动物镜，从而执行聚焦伺服 和循迹伺服。当光盘装置1执行记录时，将来自外部计算机17的信号通过接口 16输出到信号 调制器/解调器和ECC块15。信号调制器/解调器和ECC块15将预定的纠错码加到从接 口 16或D/A和A/D转换器18输入的数字信号，对数据执行预定的调制，并产生记录信号。 激光控制器21根据由信号调制器/解调器和ECC块15所产生的记录信号控制光学拾取器 3的激光光源，并在预定的光盘上执行记录。当光盘装置1再现记录在光盘2上的信息时，信号调制器/解调器和ECC块15解 调通过光电检测单元所检测到的信号。如果由信号调制器/解调器和ECC块15所解调的 记录信号将存储入计算机，将数据通过接口 16输出到外部计算机17。因此，外部计算机17 可以根据记录在光盘2上的数据来操作。如果由信号调制器/解调器和ECC块15所解调的记录信号是视听信号，记录信号通过D/A和A/D转换器18进行数字_模拟转换，并提供 给视听处理器19。然后，记录信号通过视听处理器19进行视听处理，并通过视听信号输入 /输出单元20输出到外部扬声器和监视器(未示出)。下面将详细描述光盘装置1中所包含的光学拾取器3。2.光学拾取器的整体结构将描述根据本发明的实施例的光学拾取器3，其包含在光盘装置1中。如上所述， 光学拾取器3选择性的将具有不同波长的光束中的一条光束发射到光盘，所述光盘从具有 不同格式(例如保护层的厚度)的第一到第三光盘11、12和13之中选择。由于光学拾取 器可以向三种类型的光盘记录信号和/或从三种类型的光盘再现信号，所以光学拾取器3 具有三种波长兼容性。此外，光学拾取器3实现了光利用率的提高、不需要的光的进入的减 少、合适的工作距离和合适的焦距、以及生产力的优势。如图2所示，根据本发明的实施例的光学拾取器3包括第一光源31，其具有用于发 射具有第一波长的光束的第一发射器。光学拾取器3包括第二发射器，其具有用于发射具 有第二波长的光束的第二光源32，所述第二波长比第一波长长。光学拾取器3包括第三发 射器，其具有发射具有第三波长的光束的第三光源33，所述第三波长比第二波长长。光学拾 取器3包括物镜34，其用作在光盘2的记录表面上聚焦从第一到第三发射器所发射的光束 的聚焦光学器件。光学拾取器3包括设置在第二和第三发射器和物镜34之间的第一分束器36。第 一分束器36用作光路组合单元，其组合从第二发射器所发射的具有第二波长的光束的光 路和从第三发射器所发射的具有第三波长的光束的光路。光学拾取器3包括设置在第一分 束器36和物镜34之间的第二分束器37。第二分束器37用作光路组合单元，其组合具有第 二和第三波长的光束的光路(已通过第一分束器36组合)和从第一发射器所发射的具有 第一波长的光束的光路。光学拾取器3包括设置在第二分束器37和物镜34之间的第三分 束器38。第三分束器38用作光路分离单元，从由光盘所反射的具有第一到第三波长的光束 的光路(下文也称为“返回路径”)中分离前面的具有第一到第三波长的光束的光路(已通 过第二分束器37组合)。光学拾取器3包括设置在第一光源31的第一发射器与第二分束器37之间的第一 光栅39。第一光栅39使三束中的从第一发射器所发射的具有第一波长的光束发生衍射，从 而可以检测循迹误差信号和类似信号。光学拾取器3包括设置在第二光源32的第二发射 器与第一分束器36之间的第二光栅40。第二光栅40使三束中的从第二发射器所发射的具 有第二波长的光束发生衍射，从而可以检测循迹误差信号和类似信号。光学拾取器3包括 设置在第三光源33的第三发射器与第一分束器36之间的第三光栅41。第三光栅41使三 束中的从第三发射器所发射的具有第三波长的光束发生衍射，从而可以检测循迹误差信号 和类似信号。光学拾取器3包括设置在第三分束器38和物镜34之间的准直透镜42。准直透 镜42用作发散角转换单元，其用于改变具有第一到第三波长的光束(其光路已由第三分束 器38组合)的发散角。准直透镜42调整发散角，使得光束处于基本准直状态或相对于基 本准直状态扩散或收敛的状态，并输出光束。光学拾取器3包括设置在准直透镜42和物镜 34之间的四分之一波长板43。四分之一波长板43向具有第一到第三波长的光束(其发散角已通过准直透镜42调整)提供四分之一波长的相位差。光学拾取器3包括设置在物镜 34和四分之一波长板43之间的上升镜44。上升镜44将穿过上述光学元件的的光束反射 到基本垂直于物镜34的光轴的平面，从而将光束的方向改变到平行于物镜34的光轴的方 向上。光学拾取器3包括光电检测单元45，其用于接收和检测返回路径上的具有第一到 第三波长的光束，所述光束已通过第三分束器38在前向路径上从具有第一到第三波长的 光束中分离出来。光学拾取器3包括设置在第三分束器38和光电检测单元45之间的多物 镜46。多物镜46使具有第一到第三波长的光束(已通过第三分束器38分离)在返回路径 上在光电检测单元45的光电检测器等的光接收表面上聚焦，并提供具有像散的光束用于 检测聚焦误差信号和类似信号。第一光源31包括第一发射器，其用于向第一光盘11发射具有大约405nm的第一 波长的光束。第二光源32包括第二发射器，其用于向第二光盘12发射具有大约655nm的 第二波长的光束。第三光源33包括第三发射器，其用于向第三光盘13发射具有785nm的 第三波长的光束。在此示例中，第一到第三发射器分别设置在光源31、32和33中。但是， 所述结构不限于此。例如，包括第一到第三发射器中的两个发射器的光源和包括第一到第 三发射器中剩余的一个发射器的光源可以设置在不同位置。或者例如，第一到第三发射器 可以设置在光源中基本相同的位置。物镜34使具有第一到第三波长的光束在光盘2的信号记录表面上聚焦。物镜34 由物镜驱动机构(例如两轴致动器(未示出))可移动的固定。物镜34根据由返回光束的 RF信号所产生的循迹误差信号和聚焦误差信号通过两轴致动器等移动，所述返回光束是从 光盘2所反射并由光电检测单元45所检测的。因此，物镜34在两个轴向(包括靠近或远 离光盘2的方向)上和光盘2的径向上移动。因此，物镜34使从第一到第三发射器所发射 的光束聚焦，使得光束的焦点位于光盘2的信号记录表面上，并使得聚焦光束追踪光盘2的 信号记录表面上形成的记录磁道。如上所述，衍射部分50可形成于不同于物镜的光学元件 (衍射光学元件35B)(参见图6B)中。在这种情况下，固定物镜34B的物镜驱动机构的透 镜架将下述衍射光学元件35B与物镜34B固定在一起。对于这种结构，即使当物镜34B在 追踪方向上移动时，设置在衍射光学元件35B中的衍射部分50也可以产生相应的操作效果 (下面将描述)。在物镜34的其中一个表面(例如，入射面)上，形成包括多个衍射区的衍射部分 50。物镜34的衍射部分50使穿过多个衍射区的具有第一到第三波长的各个光束发生衍射， 使得光束以预定的衍射级发生衍射。物镜34的衍射部分50可以产生与具有预定发散角的 处于发散状态或收敛状态的光束进入物镜34的状态相同的状态。即，衍射部分50使得单 个物镜34相应的将具有第一到第三波长的各个光束聚焦到三种格式的光盘中相应的一个 光盘的信号记录表面上，使得不会产生球面像差。物镜34的衍射部分50具有用于产生衍 射能力的衍射结构，在产生折射能力的物镜的透镜表面形成所述衍射结构。对于这种结构， 将包括衍射部分50的物镜34用作聚焦光学装置，其相应的使具有不同波长的三束光中的 每一束聚焦在相应的光盘的信号记录表面上，使得不会产生球面像差。物镜34用作折射元 件和衍射元件。即，物镜具有由弧形透镜表面得到的折射功能和由其中一个表面上形成的 衍射部分50得到的衍射功能。
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为了概念性描述衍射部分50的衍射功能，将作为一个示例描述衍射部分50设置 在不同于具有折射能力的物镜34B的衍射光学元件35B中的情况(参见图6)。例如，如图 3A所示，衍射光学元件35B与仅具有折射功能的物镜34B —起使用，所述衍射光学元件35B 使穿过衍射部分50的具有第一波长的光束BB0发生衍射，使得光束BB0成为+1级衍射光 束BB1并进入物镜34B。即，具有衍射部分50的衍射光学元件35B使得具有预定发散角的 光束进入物镜34B，使得所述光束相应的聚焦在第一光盘11的信号记录表面上。如图3B所 述，衍射光学元件35B使穿过衍射部分50的具有第二波长的光束BD0发生衍射，使得光束 BD0成为-2级衍射光束BD1并进入物镜34B。即，具有衍射部分50的衍射光学元件35B使 得具有预定发散角的光束进入物镜34B，使得所述光束相应的聚焦在第二光盘12的信号记 录表面上。如图3C所示，衍射光学元件35B使得穿过衍射部分50的具有第二波长的光束 BC0发生衍射，使得光束BC0成为-3级衍射光束BC1并进入物镜34B。即，具有衍射部分50 的衍射光学元件35B使得光束BC0作为具有预警发散角的光束进入物镜34B，使得所述光 束相应的聚焦在第三光盘13的信号记录表面上。因此，衍射光学元件35B的衍射部分50 使得单一物镜34B能够使光束相应的聚焦在三种类型的光盘的信号记录表面上，使得不会 产生球面像差。在参考图3A至3B描述的示例中，衍射部分50的多个衍射区使得具有相同 波长的光束发生衍射，使得所述光束成为具有相同衍射级的衍射光。但是，所述结构不限于 此。如下所述，对于根据本发明的实施例的光学拾取器3的衍射部分50，可以为各个区域各 个波长设定衍射级，使得可以相应的限制孔径并可以减少球面像差。在如上所述的示例中， 为了便于描述，在不同于物镜的光学元件中形成衍射部分50。但是，当衍射部分50集成在 物镜34的一个表面上时，衍射部分50由于衍射结构的衍射能力而具有相同的功能。由于 衍射部分50的衍射能力和从物镜34的弧形透镜表面得到的折射能力，具有第一到第三波 长的各条光束可以相应的聚焦在相应的光盘的信号记录表面上，使得不会产生球面像差。对于衍射级，正极表示使入射光束向着光轴的衍射级，负极表示使入射光束远离 光轴的衍射级。也就是说，正极是衍射级相对于入射光向着光轴的衍射级。根据本发明的实施例的设置在光学拾取器3上的物镜和衍射部分不限于如图4A 和4B所示的物镜34和衍射部分50。其他结构在图5A到7B中说明。将下面的[3]到[7] 章中详细描述这些结构。准直透镜42设置在物镜34和第三分束器38之间，所述准直透镜改变具有第一到 第三波长的光束的发散角，所述光束的光路已通过第二分束器37组合的并已穿过第三分 束器38。准直透镜42改变具有第一到第三波长的各条光束的发散角，并以例如基本平行的 状态向着四分之一波长板43和物镜34输出光束。例如，准直透镜42改变具有第一波长的 光束的发散角，并使得所述光束以基本平行的状态进入物镜34。同时，准直透镜42使得具 有第二和第三波长的光束以相对于平行光稍有偏离的发散角进入物镜34 (在下文中，所述 发散状态和收敛状态也可以被称为“有限系统状态”)。对于这种结构，当具有第二或第三波 长的光束通过物镜34聚焦在第二或第三光盘的信号记录表面上时，准直透镜42减少了球 面像差，使得实现了像差进一步降低的三种波长兼容性。这将利用图9和图10在下面描述。 由于第二光源32和准直透镜42之间的位置关系和/或第三光源33和准直透镜42之间的 位置关系，可以使得光束以预定的发散角进入物镜34。或者例如，如果在通常的光源中设置 多个发射器，可以设置用于改变具有第二和/或第三波长的光束的发散角的元件，从而产
22生相同的效果。可以设置用于驱动准直透镜42的单元，从而使得光束以预定的发散角进入 物镜34。根据这种情况，可以使得具有第二和第三波长的其中一条光束以有限系统状态进 入物镜34，使得像差进一步减小。可以使得具有第二和第三波长的光束以有限系统状态和 发散状态进入物镜34，从而可以调整返回放大率。在这种情况下，还获得了这样的效果，即 通过调整返回放大率可以将聚焦捕捉范围等调整到适合格式的理想状态，使得光学系统具 有更好的兼容性。多物镜46例如是波长选择多物镜。在返回路径中，具有第一到第三波长的返回光 束被光盘的信号记录表面反射，穿过物镜34和准直透镜42，通过由第三分束器38反射而 从前向路径上的光束中分离，进入多物镜46。多物镜46相应的将光束聚焦在光电检测单 元45的光电检测器等的光接收表面上。同时，多物镜46向返回光束提供像散用于检测聚 焦误差信号和类似信号。光电检测单元45接收由多物镜46聚焦的返回光束，并检测信息信号和检测信号， 例如聚焦误差信号和循迹误差信号。在具有上述结构的光学拾取器3中，根据由光电检测单元45所获得的聚焦误差信 号和循迹误差信号移动物镜34。在光学拾取器3中，物镜34移动到相对于光盘2的信号记 录表面的焦距对准位置，使得光束聚焦在光盘2的信号记录表面上，从而向光盘2记录信息 或从光盘2再现信息。3.根据本发明的实施例的物镜然后，将详细描述包含在光学拾取器3中的根据本发明的实施例的物镜34和物镜 34的衍射部分50。具体来说，如图4A和4B所示，在物镜34的入射表面上形成衍射部分50。衍射部 分50包括形成于其最内侧半径部分中的第一区域51，所述第一区域是基本圆形的衍射区 域(下文中也被称为“内环形区”或“第一衍射区”)。衍射部分50包括形成于第一区域51 外侧的第二区域52，所述第二区域是环形衍射区(下文中也被称为“中环形区”和“第二衍 射区”)。衍射部分50包括形成于第二区域52外侧的第三区域53，所述第三区域具有环形 形状(在下文中也被称为“外环形区”)。在第一区域51 (内环形区)中，形成具有环形形状和预定深度的第一衍射结构。第 一区域51使从其中穿过的具有第一波长的光束发生衍射，使得由物镜34聚焦而在第一光 盘的信号记录表面上形成相应的斑的一定级别的衍射光成为占主导的。即，第一区域51相 比其他级别的衍射光以更高的衍射效率产生这个级别的衍射光。第一区域51的第一衍射结构使得从其中穿过的具有第二波长的光束发生衍射， 使得由物镜34聚焦而在第二光盘的信号记录表面上形成相应的斑的一定级别的衍射光成 为占主导的。即，第一区域51相比其他级别的衍射光以更高的衍射效率产生这个级别的衍 射光。第一区域51的第一衍射结构使得从其中穿过的具有第三波长的光束发生衍射， 使得由物镜34聚焦而在第三光盘的信号记录表面上形成相应的斑的一定级别的衍射光成 为占主导的。即，第一区域51相比其他级别的衍射光以更高的衍射效率产生这个级别的衍 射光。因此，第一区域51具有相应的设置成使具有上述波长的各条光束发生衍射的衍射结构，使得预定级别的衍射光成为占主导的。对于这种结构，可以校正和减少球面像差， 所述球面像差是在当穿过第一区域51并成为预定级别的衍射光的具有第一到第三波长的 各条光束通过物镜34聚焦在相应的光盘的信号记录表面上时产生的。在上面和下面的描 述中，假定预定级别的衍射光包括透射光(即，0级光)，所述预定级别的衍射光是用第一区 域51、第二区域52和第三区域52和73 (下面详细描述)对于具有第一到第三波长的各条 光束选择性的产生以成为占主导的。具体来说，如图4A、4B和8A所示，第一区域51包括形成于基准面上并以光轴为中 心的环形区形状的衍射结构。即，在剖视图中，所述环形区形状结构具有在径向上连续的形 成于基准面上的阶梯状部分(下文中也被称为“多阶形”)。阶梯状部分中的每一部分具有 s级阶梯(其中s是正整数)和预定的深度d(在下文中也被称为“槽深度d”)。如下面将 描述的，形成于第一区域51中的衍射结构具有阶梯宽度不等的阶梯状部分，以获得不受温 度和波长变化(下文中也被称为“环境条件变化”)的影响的优点。沿着包含环形区半径的 平面(即，沿着垂直于环形区切线方向的平面)获取环形区形状衍射结构的剖视图。基准面指的是作为折射元件的物镜34的入射侧的表面。实际上，如图4A所示，衍 射结构形成于基准面的第一区域51中，所述基准面是作为折射元件的物镜34的入射侧表 面。即，具有衍射功能及具有如图8A所示的环形区状和阶梯状部分的衍射结构形成于基准 面的第一区域51中。但是，图8A、10A和10B示出了相对于基准面的衍射结构的形状，在下 面的描述中将仅详细说明相对于基准面的形状。如果衍射部分50形成于不同于物镜的光 学元件(下面描述的衍射光学元件35B)中，则衍射光学元件35B具有如图8A、10A和10B 所示的剖面形状。实际上，如下面将描述的，如图4A和4B及其他附图所示的衍射结构具有 非常小的尺寸。图8A和图8B及其他附图是放大截面图。具有预定数量阶梯S的阶梯形状的衍射结构是在径向上连续形成具有基本相同 深度的阶梯状部分的结构，阶梯状部分中的每一部分具有从相等深度和相等宽度改变的深 度和宽度的第一到第S级阶梯。即，所述结构包括沿着光轴相互之间以基本相同的距离设 置的第一到第S+1衍射表面。衍射结构的预定深度d是设置在阶梯状部分的前面一侧(最 高阶梯，浅的位置)上的第S+1衍射表面与设置在阶梯状部分的元件一侧(最低阶梯，深的 位置)上的第一衍射表面之间沿着光轴的距离。在图8A中，在径向上向内形成阶梯状部分 的各个阶梯。即，在径向上越向内形成的阶梯朝向正面更加突出。这是由于在内环形区中， 下面所描述的衍射级被选为衍射效率最高的级别。在如图10A和10B所示的中环形区和外 环形区中，与内环形区一样，形成锯齿形斜面或阶梯，使得在径向上更向内形成的阶梯状部 分的锯齿形和阶梯的斜面朝向正面更加突出。但是，所述结构不限于此。即，根据将选择的 衍射级，在相应的方向上可以形成火焰形状或阶梯形状。在图8A、10A和10B中，方向R0表 示在径向上向外的方向，即远离光轴的方向。第一区域51包括具有在环形区的径向上在基准面上连续形成的阶梯状部分的衍 射结构，阶梯状部分中的每一部分具有S级阶梯。上述衍射结构报刊架下面的变体。即，除 了一个周期中以相等阶梯高度和相等阶梯宽度形成阶梯的基本结构之外，阶梯状部分中的 每一部分可以包括小阶梯，所述小阶梯具有大约一半的阶梯高度和一半的阶梯宽度。通过 增加具有基本阶梯高度和基本阶梯宽度的大约一半的阶梯高度和阶梯宽度的小阶梯，可以 少量改变预定级别衍射光的衍射效率而不会影响整体特性。也就是说，可以只用如下所述所确定的阶梯数量S和槽深度d实现衍射部分和物镜的功能，即使增加所述小阶梯也可以 实现相似的功能。阶梯数量S是阶梯状部分中一个周期中阶梯的数量，不包括具有等于或 小于平均阶梯高度一半的高度的阶梯的数量。当阶梯数量S = 0时，所述结构是平的。槽 深度d是一个周期中最深的表面与最浅的表面之间的距离，即一个周期中阶梯状部分的表 面之间沿着光轴的的最大距离。在此描述的情况也应用于下面所描述的第二区域52。对于形成于第一区域51中的第一衍射结构和下面所描述的第二和第三衍射结 构，根据衍射主级和衍射效率确定槽深度d和阶梯数量S。如图8A所示，从相等宽度改变阶 梯宽度(阶梯在径向上的尺寸)，使得衍射结构能够抵抗如下所述环境条件的变化。当相互 比较在径向上连续形成的阶梯状部分时，阶梯的宽度随着离光轴的距离的增加而减小。除 了上述结构，可以在径向上连续形成的阶梯状部分之间形成阶梯，使得阶梯的宽度可以随 着离光轴的距离的增加而减小。同样的结构可应用于图10A和图10B。根据在衍射区中给 予光束的相位差确定阶梯的宽度，使得可以在光盘的信号记录表面上形成最理想的光斑。例如如图8A所示，第一区域51的衍射结构具有6级(S = 6)阶梯。S卩，在径向 上连续形成阶梯状部分，所述阶梯状部分中的每个部分包括第一到第六级阶梯51sl、51s2、 51s3、51s4、51s5和51s6，各个阶梯具有基本相同的深度(d/6)。阶梯状部分中的每个部分 具有第一到第七衍射表面51fl、51f2、51f3、51f4、51f5、51f6和51f7，所述衍射表面沿着光 轴以基本相同的距离分开并具有从相同宽度改变的预定宽度。在下文中，第一到第七衍射 表面51fl到51f7也可以分别被称为第一到第七平面。各级的起始点51L1S、51L2S、51L3S、 51L4S、51L5S、51L6S和51L7S如图所示。S = 6的衍射结构也可以被称为具有六级阶梯和 七个平面的衍射结构。在此描述的示例中，从相等宽度改变宽度，从而提供能抵抗环境条件 变化的衍射结构。但是，可以从相等深度改变深度。将利用图8B中所示的对比示例的衍射结构151来描述如何从相等宽度改变图8A 中所示的阶梯宽度，所述衍射结构151是具有六级阶梯和七个平面的相等阶梯宽度衍射结 构。如图8B所示，衍射结构151包括在径向上连续形成的阶梯状部分，所述阶梯状部分中的 每个部分具有宽度基本相同(d/6)的第一到第六级阶梯151sl到151s6。阶梯状部分中的 每个部分包括第一到第七衍射表面151fl到151f7，所述衍射表面沿着光轴以基本相同的 距离(d/6)设置并具有基本相同的宽度。在图8A所示的第一区域51中的衍射结构中，考虑 到下面在第[5]章中描述的情况，从图8B中所示的基本形状(相等阶梯宽度形状)的相应 的起始点151L2S和151L7S向外移动第二平面的起始点和第七平面的起始点。即，将起始 点改变至图8A中所示的起始点51L2S和51L7S。除了第二和第七平面的起始点，可以移动 第三和第六平面的起始点，或者可以改变第二、第三、第六和第七平面的起始点的位置。在 此示例中，对于六级阶梯(S = 6)的情况，改变起始点的位置，以提供对于环境条件变化的 抵抗。但是，阶梯数量不限于此。如果阶梯数量S = Ni-l，内环形区中的衍射结构可以设置 成使得第二平面的起始点的位置和第K平面起始点的位置从相等宽度状态改变，并且改变 第一平面和第K平面的宽度(具体将在下面描述)。对于这种结构，衍射结构可以具有对 环境条件变化的抵抗。假设第一区域51使得具有第一波长的光束发生衍射，使得kli级衍射光成为占主 导的，即kli级衍射光的衍射效率成为最高的。假设第一区域51使得具有第二波长的光束 发生衍射，使得k2i级衍射光成为占主导的，即k2i级衍射光的衍射效率成为最高的。假设
25第一区域51使得具有第三波长的光束发生衍射，使得k3i级衍射光成为占主导的。在这种 情况下，第一区域51设置成使得关系式(kli，k2i，k3i) = (1，-2，3)、或(kli，k2i，k3i)= (1，-1，-2)、或(kli，k2i，k3i) = (0，-1，-2)、或(kli，k2i，k3i) = (0，-2，-3)、或(kli， k2i，k3i) = (2,-1,-2)成立。对于衍射级符号，正衍射级表示光相对于光的传播方向朝着 光轴发生衍射的衍射级。对于第一区域51，根据尺寸减小、衍射效率、像差减小和制造效率 来选择衍射级的组合。根据公开号为2009-018706的日本未审查专利申请中描述的因素选 择用于第一区域51 (和下面描述的用于第二和第三区域52和53)的衍射级的组合。图9A到9C示出了对于具有六级阶梯(S = 6)并且(kli，k2i，k3i) = (+1,-2,-3) 的衍射结构的衍射效率相对于槽深度d的变化，所述结构是内环形区的结构的具体示例。 在图9A中，曲线LS代表具有第一波长的光束的+1级衍射光的衍射效率的变化，曲线LF(0) 和LF(2)代表相邻级别的0级光和+2级衍射光的衍射效率的变化。在图9B中，曲线LS代 表具有第二波长的光束的_2级衍射光的衍射效率的变化，曲线LF(-l)和LF(-3)代表相邻 级别的-1级衍射光和_3级衍射光的衍射效率的变化。在图9B中，曲线LS代表具有第三 波长的光束的_3级衍射光的衍射效率的变化，曲线LF(-2)和LF(-4)代表相邻级别的_2 级衍射光和-4级衍射光的衍射效率的变化。在图9A到图9C中，横轴代表槽深度(nm)， 纵轴代表衍射效率(光强)。当横轴上的槽深度d = 5400 (nm)时，分别由eff 1、eff2和 eff3表示的kli、k2i和k3i的衍射效率非常高。具体来说，当槽深度d = 5400 (nm)时，如 图9A所示effl = 0. 86，如图9B所示eff2 = 0. 70，如图9C所示eff3 = 0. 52，都是非常 高的衍射效率。由于衍射效率和槽深度之间的关系根据阶梯数量而变化，将选择合适的阶 梯数量。在图9A到图9C中所示的示例中，如上所述阶梯数量S = 6。通过额外形成小阶 梯，可以少量改变特性，而不会对整体特性有负面影响。即，小阶梯可以额外的形成于包括 预定阶梯数量S和具有预定深度的衍射结构中，以提高具有第一到第三波长的各条光束的 所选择的衍射级的衍射效率。作为指导原则，如果所增加的阶梯的深度大于平均阶梯高度 的一半，可以影响整体特性。可以有效地减小球面像差，由于所选择的衍射级组合满足表达 式 u lXkli-A 2Xk2i)/(tl-t2) ^ (A 1 X kli-A 3 X k3i) / (tl-t3)，其中 X 1 是第一波 长(nm)，A 2是第二波长(nm)，A 3是第三波长(nm)，tl是第一光盘的第一保护层的厚度 (mm)，t2是第二光盘的第二保护层的厚度(mm)，t3是第三光盘的第三保护层的厚度(mm)。在第二区域52 (中环形区)中，形成具有环形形状和预定深度的第二衍射结构。第 二衍射结构具有不同于第一衍射结构的结构。第二区域52使从其中穿过的具有第一波长 的光束发生衍射，使得由物镜34聚焦而在第一光盘的信号记录表面上形成相应的斑的一 定级别的衍射光成为占主导的。即，第二区域52相比其他级别的衍射光以更高的衍射效率 产生这个级别的衍射光。第二区域52的第二衍射结构使得从其中穿过的具有第二波长的光束发生衍射， 使得由物镜34聚焦而在第二光盘的信号记录表面上形成相应的斑的一定级别的衍射光成 为占主导的。即，第二区域52相比其他级别的衍射光以更高的衍射效率产生这个级别的衍 射光。第二区域52的第二衍射结构使得从其中穿过的具有第三波长的光束发生衍射， 使得不同于由物镜34聚焦而在第三光盘的信号记录表面上形成相应的斑的级别的一定级 别的衍射光成为占主导的。即，第二区域52相比其他级别的衍射光以更高的衍射效率产生
26这个级别的衍射光。也就是说，第二区域52的第二衍射结构使得具有第三波长的光束发 生衍射，使得物镜34没有将具有第三波长的光束聚焦在第三光盘的信号记录表面上形成 相应的斑的这一级别的衍射光成为占主导的。第二衍射结构是考虑到向外展开效果而形成 的。第二衍射结构在第二区域52中使得具有第三波长的光束发生衍射，从而有效地减小了 物镜34将具有第三波长的光束聚焦在第三光盘的信号记录表面上形成相应的斑的一定级 别的衍射光的衍射效率。术语“向外展开”指的是减少具有特定波长的光束的强度的技术， 通过移动所述光束从信号记录表面通过物镜34形成图像的位置，所述光束实际聚焦在相 应的光盘的信号记录表面上。因此，第二区域52具有相应的设置成使具有第一到第三波长的各条光束发生衍 射的衍射结构，使得预定级别的衍射光成为占主导的。对于这种结构，可以校正和减少球面 像差，所述球面像差是在当穿过第二区域52并成为预定级别的衍射光的第一光束和第二 光束通过物镜34聚焦在光盘的信号记录表面上时产生的。如上所述，第二区域52对具有第一和第二波长的光束起作用。此外，考虑到向外 展开效果，第二区域52设置成使具有第三波长的光束发生衍射，使得没有由物镜34聚焦在 第三光盘的信号记录表面上的这一级别的衍射光成为占主导的。对于这种结构，当具有第 三波长的光束穿过第二区域52并进入物镜34时，对第三光盘的信号记录表面的影响可以 忽略。也就是说，第二区域52可以对具有第三波长的光束起作用，从而减小穿过第二区域 52并由物镜34聚焦在信号记录表面上的光束的强度到基本为零并限制光束的孔径。第一区域51具有使得从其中穿过而进入物镜34的具有第三波长的光束与孔径被 限制到大约NA = 0. 45的光束具有相同的状态的尺寸。形成于第一区域51外侧的第二区 域52不能使从其中穿过的具有第三波长的光束通过物镜34聚焦在第三光盘上。包括第一 和第二区域51和52的衍射部分50对具有第三波长的光束起作用，以将光束的孔径限制到 大约NA = 0. 45。在本示例中，衍射部分50将具有第三波长的光束的孔径限制到数值孔径 NA为大约0. 45。但是，本结构要限制的数值孔径不限于此。具体来说，如图4A、4B和10A所示，第二区域52包括以光轴为中心的环形区形状 结构。在剖视图中，环形区形状结构具有在径向上连续的形成于基准面上的阶梯状部分。阶 梯状部分中的每一部分具有S级阶梯和预定的深度d(在下文中也被称为“槽深度d”)。第 二区域52与第一区域51的d和/或S的值不同。即，形成于第二区域52中的第二衍射结 构不同于形成于第一衍射区域51中的衍射结构。例如，图10中所示的第二衍射区中的衍 射结构具有两级阶梯(S = 2)，衍射结构包括在径向上连续形成的阶梯状部分，阶梯状部分 中的每一部分具有第一和第二级阶梯52sl到52s2，各个阶梯具有基本相同的深度(d/2)。 阶梯状部分中的每一部分包括第一到第三衍射表面52fl到52f3，所述衍射表面沿着光轴 以基本相同的距离(d/3)设置并具有基本相同的宽度。在第二区域(中环形区)中，可以 形成非周期性衍射结构，所述结构包括设置在径向上的用于产生所希望得到的相位差的非 周期性部分。假设第二区域52使得具有第一波长的光束发生衍射，使得klm级衍射光成为占 主导的，即klm级衍射光的衍射效率成为最高的。假设第二区域52使得具有第二波长的 光束发生衍射，使得k2m级衍射光成为占主导的，即k2m级衍射光的衍射效率成为最高的。 假设第二区域52使得具有第三波长的光束发生衍射，使得k3m级衍射光成为占主导的，即k3m级衍射光的衍射效率成为最高的。在这种情况下，第二区域52例如设置成使得关系式 (klm, k2m) = (0,-1)成立。对于第二区域52，根据相对于第三波长的孔径的限制、向外展 开、与内环形区的衍射级的兼容性、和制造效率来选择衍射级的组合。衍射级的组合不限于 此，例如可以是(klm，k2m) = (0，-2)、(1，0)、(1、-1)。图11A到11C示出了对于具有两级阶梯(S = 2)并且(klm，k2m，k3m，k3m')= (0，-1、+1，-1)的衍射结构的衍射效率相对于槽深度d的变化，所述结构是中环形区的结 构的具体示例。衍射级k3m是衍射结构使得具有第三波长的光束以最高衍射效率发生衍射 的级别，衍射级k3m'是衍射结构使得具有第三波长的光束以第二高衍射效率衍射成为所 谓的不需要的光的级别。图11A示出了具有第一波长的光束的0级衍射光的衍射效率的变 化。图11B示出了具有第二波长的光束的-1级衍射光的衍射效率的变化。在图11C中，曲 线LF1代表具有第三波长的光束的+1级衍射光的衍射效率，所述衍射光是不需要的光，而 曲线LF2代表-2级衍射光的衍射效率的变化，所述衍射光是其他不需要的光。在图11A到 11C中，横轴代表槽深度(nm)，纵轴代表衍射效率(光强)。当在横轴上槽深度d为1600nm 时，如图11A所示effl为0. 99，如图11B所示eff2为0. 63。在这个位置，如图11C所示， efT3为大约0.28，eff3'为大约0. 28。但是，光斑是向外展开的。参考图12，具体描述了向外展开。图12是绘出了分别对应衍射级(klm，k2m，k3m， k3m' ) = (0，-1，+1，-1)的点P入1、P入2、P入3和P入3'的示图。横轴代表(波长X衍 射级)(nm)，纵轴代表保护层的厚度(mm)。LM1代表设计线。在图12中，由于用于第一波 长的设计点P A 1和用于第二波长的设计点P A 2在设计线LM1上，衍射级为klm和k2m的 衍射光束像差基本为零。设计线LM1的斜率大体上通过连接P入1和P入2的直线的斜率 来估计，所述直线的斜率例如利用表达式(tl-t2)/U lXklm-入2Xk2m)来计算。与此相 反，与第三波长对应的标绘点P入3和PX 3'明显偏离了像差为零的设计线，这表明具有 第三波长的光束是向外展开的。具体来说，绘制点P入3与球面像差校正线的偏差A是大 约-1.62(mm)，绘制点PX3'与球面像差校正线的偏差A，是大约-0. 40 (mm)。结果，在具 有第三波长的光束中像差没有校正，使得穿过中环形区的具有第三波长的光束不能在信号 记录表面上形成图像，抑制了入射到第三光盘上的具有第三波长的光束的强度。结果，尽管 具有第三波长的光束以图11C中所示的衍射效率发生衍射，但是光束不会促成形成图像， 从而相应的限制了孔径(NA = 0. 45)。即，对于这种结构，一定衍射级的具有第三波长的光 束的衍射光可以从光束聚焦在第三光盘的信号记录表面上的状态移动，从而可以减小聚焦 在第三光盘的信号记录表面上的具有第三波长的光束的强度。因此如上所述，可以可靠而 有利的限制具有第三波长的光束的孔径。第三区域53 (外环形区)作为具有环形区形状和预定折射能力的连续非球形表面 而成型。第三区域53使具有第一波长的光束发生折射，使得光束聚焦，以在第一光盘的信 号记录表面上形成相应的光斑。第三区域53中的连续非球形表面使得具有第二波长的光束发生折射，使得光束 不会在第二光盘的信号记录表面上形成相应的光盘。即，第三区域53防止具有第二波长的 光束聚焦在第二光盘的信号记录表面上。也就是说，第三区域53使得具有第二波长的光束 发生折射，使得光束从第二光盘的信号记录表面上离焦(即聚焦在与信号记录表面分开的 位置上)或使得光束发射并未聚焦。
第三区域53的连续非球形表面使得具有第三波长的光束发生衍射，使得光束不 会在第三光盘的信号记录表面上形成相应的光斑。即，第三区域53防止具有第三波长的光 束聚焦在第三光盘的信号记录表面上。也就是说，第三区域53使得具有第三波长的光束发 生衍射，使得光束聚焦在与第三光盘的信号记录表面分开的位置上(离焦状态)或使得光 束发生并未聚焦。包括具有上述功能的连续非球形表面的第三区域53可以校正和减少球面像差， 所述球面像差是在当穿过第三区域53的具有第一波长的光束聚焦在第一光盘的信号记录 表面上时产生的。第三区域53防止具有第二波长的光束聚焦在第二光盘的信号记录表面 上，从而限制具有第二波长的光束的孔径。第三区域53防止具有第三波长的光束聚焦在第 三光盘的信号记录表面上，从而与第二区域52 —样限制具有第三波长的光束的孔径。第二区域52具有使得从其中穿过而进入物镜34的具有第二波长的光束与孔径被 限制到大约NA = 0. 6的光束具有相同的状态的尺寸。形成于第二区域52外侧的第三区域 53不能使从其中穿过的具有第二波长的光束通过物镜34聚焦在第二光盘上。因此，包含 在第二和第三区域52和53中的衍射部分50将具有第二波长的光束的孔径限制到大约NA =0.6。在本示例中，衍射部分50将具有第二波长的光束的孔径限制到数值孔径NA为大约 0.6。但是，上述结构要限制的数值孔径不限于此。第三区域53具有使得从其中穿过而进入物镜34的具有第一波长的光束与孔径被 限制到大约NA = 0. 85的光束具有相同的状态的尺寸。通过形成用于遮挡光束的挡光部分 来限制第三区域53外侧的区域的孔径。或者，可以通过提供使光束发生衍射的衍射区来限 制孔径，使得一定级别(不同于衍射光通过物镜34聚焦在第一光盘上的级别)的衍射光成 为占主导的。作为另一可选方案，可以通过提供使具有第一波长的光束发生折射的折射表 面来限制孔径，使得光束不聚焦在第一光盘的信号记录表面上。上述结构要限制的数值孔 径不限于此。具体来说，第三区域53具有由下面的表达式(1)表示的非球面形状。其上形成衍 射结构的第一和第二区域51和52的基准面具有由下面的表达式(1)表示的非球面形状。 上述衍射结构形成于非球面基准面上。第三区域73是上述衍射部分70的衍射区，所述第 三区域具有形成衍射结构的基准面，所述基准面具有由下面的表达式(1)表示的非球面形 状。上述衍射结构形成于非球面基准面上。在表达式(1)中，h是距光轴的高度(即径向上 的位置)，z是在高度h处平行于光轴的方向上的垂度(即在高度h处表面顶点与切面之间 的距离)。在没有衍射结构的第三区域53中，垂度z代表透镜表面的形状。在表达式(1) 中，c是曲率(即曲率半径的倒数)，k是圆锥系数(非球面系数)，而A4、A6、A8、A10…… 是非球面系数。
z = Az + ——,ch+ A,h4 + A6h6 + Agh8 + Auhl(>
…⑴ 在表达式(1)中，Az是相对于2-1表面沿着光轴的表面之间的距离，所述2-1表 面是内环形区的基准面。即，假设内环形区的基准面是2-1表面，中环形区的基准面是2-2 表面，外环形区的基准面是2-3表面，内环形区的基准面(2-1表面)的顶点位置是原点，则 △z具有下面的含义中环形区的基准面(2-2表面)和外环形区的基准面(2-3表面)形成为以距离Az从原点偏置。对于“外环形区的基准面”，外环形区53的基准面本身就是外 环形区53的表面。但是，在下面描述的外环形区73的情况中，在外环形区73的基准面上 形成衍射结构。例如，相对于2-2表面，表面之间沿着光轴的距离Az如图13所示。在图 13中，Su2-1是2-1表面，所述2-1表面是内环形区51的基准面，Su2-2是2-2表面，所述 2-2表面是是中环形区52的基准面。横轴代表沿着光轴的垂度z，h是径向上的位置，z(h) 代表与关系式(1)的z相对应的径向位置的垂度。在图13中，实线代表由Su2-1和Su2-2 形成的基准面，虚线代表Su2-1和Su2-2的延伸。在图13中，Az代表2_1表面的顶点与 2-2表面的顶点之间沿着光轴的距离。在本示例中，2-1表面和2-2表面交叉位置是内环形 区与中环形区的边界。但是，边界不限于此，可以根据像差和衍射效率形成使得光束相应的 聚焦在光盘的信号记录表面上的边界。也就是说，由径向上的位置h确定内环形区和中环 形区之间的边界的临界值。如果2-1表面和2-2表面在位置h确定的边界处没有交叉，则 内环形区和中环形区的基准面由其中的小阶梯组成。外环形区与内环形区之间的关系和外 环形区和中环形区之间的关系与上述内环形区与中环形区之间的关系相似。以与上述相同 的方式根据内环形区的表面顶点确定外环形区的Az。衍射部分50包括具有上述结构的第一和第二区域51和52和具有非球面形状的 第三区域53，所述衍射部分以预定的方式对穿过其中的具有第一到第三波长的各个光束起 作用。衍射部分50使得穿过第一区域51的具有第一到第三波长的各条光束发生衍射，而 处于具有适当的发散角从而不会由三种波长所共用的物镜34的折射能力在相应的光盘的 记录表面上产生像差的状态。利用物镜34的折射能力，衍射部分50可以在相应的光盘的 信号记录表面上聚焦出适当的光斑。衍射部分50使得穿过第二区域52的具有第一和第二 波长的各条光束发生衍射，而处于具有适当的发散角从而不会由三种波长所共用的物镜34 的折射能力在相应的光盘的记录表面上产生像差的状态。利用物镜34的折射能力，衍射部 分50可以在相应的光盘的信号记录表面上聚焦出适当的光斑。衍射部分50使得穿过第三 区域53的具有第一波长的光束发生衍射，而处于具有适当的发散角从而不会由其折射能 力在相应的光盘的记录表面上产生像差的状态。这里，“具有适当的发散角从而不会产生像 差的状态”指的是用弧形透镜表面的折射能力校正球面像差的状态，包括发散状态、收敛状 态和准直状态。S卩，衍射部分50形成于第一到第三发射器和信号记录表面之间的设置在光学拾 取器3的光学系统中的光路上的物镜34的表面上，所述衍射部分产生下列效果。衍射部分 50可以向穿过相应的区域(第一到第三区域51、52和53)的具有第一到第三波长的各条光 束提供衍射能力和折射能力，从而减少信号记录表面上产生的球面像差。因此，当通过光学 拾取器3的通用物镜34将具有第一到第三波长的各条光束聚焦在相应的光盘的信号记录 表面上时，衍射部分50可以最大限度减少信号记录表面上产生的球面像差。S卩，衍射部分 50实现了光学拾取器3(所述光学拾取器包括对三种波长和三种类型光盘通用的物镜34) 对三种波长的兼容性，使得可以适当的在光盘上记录信息信号和/或从光盘上再现信息信 号。在包括具有第一到第三区域51、52和53的衍射部分50的物镜34中，第一区域51 的衍射级(kli，k2i，k3i)是(1，_2，-3)，所述第一区域是内环形区。因此，物镜34可以减 少球面像差，优化工作距离和焦距，使得生产率提高。即，通过使可以相应的减少球面像差的一定级别的衍射光成为占主导的，物镜34可以使具有第一到第三波长的各条光束发生 衍射，使得光束聚焦，从而在相应的光盘的信号记录表面上形成相应的光斑。对于物镜34， 可以防止尺寸增大，可以简化生产过程，可以有效提高所选级别的衍射效率。因此，物镜34 实现了光学拾取器(所述光学拾取器包括对三种波长和三种类型光盘通用的物镜34)对三 种波长的兼容性，使得以适当的在光盘上记录信息信号和/或从光盘上再现信息信号。当 物镜 34 设置成使得(kli，k2i，k3i)为(1，-1，-2)、(0，-1，-2)、(0，-2，-3)、(2，-1，-2)时， 可以产生类似于当(kli，k2i，k3i)为(1,-2,-3)的效果。如将在第[5]章所描述的，由于物镜34的第一区域51 (内环形区)具有从如图8A 所示的相等阶梯宽度类型的衍射结构修改的衍射结构，可以实现优异的记录和再现特性， 而不用考虑温度和波长的变化。这是因为形成于第一区域51中的衍射结构抑制了由于环 境条件的变化而造成的不需要的衍射光的产生，从而防止伺服变得不稳定。这将在下面的 第[5]章中描述。在具有衍射部分50的物镜34中，第二区域52 (中环形区)满足关系式(klm，k2m) =(0，-1)。对于这种结构，对于第一和第二波长可以减少球面像差，对于第三波长可以相 应的限制孔径。对于物镜34，生产率提高了，可以获得高衍射效率，可以获得与内环形区结 合的有利特性。具有衍射部分50的物镜34包括具有环形形状并形成于第二区域52外侧的第三 区域53 (作为外环形区)。第三区域53具有有预定折射功能的连续非球形表面。如上所述 对于这种结构，可以有效利用光，可以聚焦成相应的光斑，可以以预定的方式限制孔径。对 于物镜34，由于外环形区没有衍射结构，所以简化了外环形区的生产过程，并且增加了光的 利用率。包括第一到第三区域51、52和53的衍射部分50可以限制穿过第二和第三区域52 和53的具有第三波长的光束的孔径。第二区域52可以使具有最高衍射效率的衍射光和具 有预定衍射效率的衍射光向外展开，从而从信号记录表面移动其成像位置，从而减小其他 级别的衍射光的衍射效率。第三区域53使具有第三波长的光束发生折射，使得光束不在第 三光盘的信号记录表面上形成相应的光斑。对于这种结构，只有一部分穿过第一区域51的 具有第三波长的光束通过物镜34聚焦在光盘的信号记录表面上。因为第一区域51具有用 于将穿过其中的具有第三波长的光束的孔径限制到预定的NA的尺寸，可以将具有第三波 长的光束的孔径限制到例如NA为大约0. 45。衍射部分50可以限制穿过第三区域53的具有第二波长的光束的孔径。第三区域 53使具有第二波长的光束发生折射，使得光束不在第二光盘的信号记录表面上形成相应的 光斑。对于这种结构，只有一部分穿过第一和第二区域51和52的具有第二波长的光束通 过物镜34聚焦在光盘的信号记录表面上。因为第一和第二区域51和52具有用于将穿过 其中的具有第二波长的光束的孔径限制到预定的NA的尺寸，可以将光束的孔径限制到例 如NA为大约0. 60。通过防止光束通过物镜34相应的聚焦在相应的光盘的信号记录表面上，或者通 过遮挡光束，衍射部分50可以限制穿过第三区域53外侧的区域的具有第一波长的光束的 孔径。对于衍射部分50，只有一部分穿过第一到第三区域51、52和53的具有第一波长的光 束通过物镜34聚焦在光盘的信号记录表面上。因为第一到第三区域51、52和53具有用于将穿过其中的具有第一波长的光束的孔径限制到预定的NA的尺寸，可以将具有第三波长 的光束的孔径限制到例如NA为大约0. 85。衍射部分50形成于设置在上述光路上的物镜34的表面上，所述衍射部分实现了 三种波长的兼容性，并执行孔径限制功能。即，衍射部分50使得具有与三种类型光盘中的 一种相对应的第一到第三波长的各条光束以适当的数值孔径进入通用物镜34。即，衍射部 分50具有兼容三种波长的像差校正功能和孔径限制功能。可以通过适当结合上述衍射部分的示例形成衍射区域。即，可以根据上述因素适 当的选择穿过衍射区域的具有第一到第三波长的各条光束的衍射级。当改变穿过衍射区域 的各条光束的衍射级时，物镜34可以具有与穿过所述区域的具有第一到第三波长的各条 光束的衍射级相对应的弧形透镜表面。作为第一到第三区域51、52和53的变体，第三衍射区域53可以具有预定的衍射 结构。即，第三区域53除了具有连续非球形表面，第三区域53可以包括预定的衍射结构， 所述衍射结构用于使具有第一波长的光束发生衍射，从而产生聚焦于光盘上的衍射光，并 且相应的限制具有第二和第三波长的光束的孔径。也就是说，衍射部分可以包括具有预定 衍射结构的第一和第二区域51和52，和包括具有与第一光盘相对应的数值孔径的衍射结 构的第三区域。4.根据本发明另一实施例的物镜参考图5A和图5B，将描述包含在光学拾取器3中的根据本发明的另一实施例的 物镜。代替衍射部分50的第三区域53，物镜包括其外环形区中的衍射区域。S卩，参考图5A 和图5B，将描述除了第一和第二区域51和52之外还包括形成于第二区域52外侧的第三区 域73的衍射部分70。也将描述包括衍射部分70的物镜34C。除了衍射部分70在与衍射 部分50的第三区域53相对应的位置包括第三区域73之外，衍射部分70与衍射部分50 — 样。相同的元件将用相同的标记表示，并省略了对其的详细描述。与物镜34的衍射部分50 —样，物镜34C的衍射部分70使得穿过第一和第二区域 51和52的具有第一到第三波长的光束发生衍射，使得光束以预定的衍射级发生衍射。物镜 34C的衍射部分70形成与光束以具有预定发散角的发散状态或收敛状态进入物镜34C的状 态相同的状态，并通过下述第三区域73以一定方式对光束起作用。对于这种结构，衍射部 分70使得单物镜34C能够使具有第一到第三波长的各条光束聚焦在相应的三种格式的光 盘中的一种的信号记录表面上，使得球面像差不会产生。物镜34C的衍射部分70具有用于 产生衍射能力的衍射结构，在产生折射能力的物镜的表面上形成所述衍射结构。对于这种 结构，物镜34C用作聚焦光学装置，其相应的使具有不同波长的三束光中的每一束聚焦在 相应的光盘的信号记录表面上，使得不会产生球面像差。包括衍射部分70的物镜34C用作 折射元件和衍射元件。即，物镜具有由弧形透镜表面得到的折射功能和由其中一个表面上 形成的衍射部分70得到的衍射功能。具体来说，如图5A和5B所示，衍射部分70形成于物镜34C的入射侧表面。衍射 部分70包括形成在其最内侧半径部分中的第一区域(内环形区)51，所述第一区域是基本 环形的衍射区域。衍射部分70包括形成于第一区域51外侧的第二区域(中环形区)52，所 述第二区域是环形衍射区域。衍射部分70包括形成于第二区域52外侧的第三区域(外环 形区)73，所述第三区域具有环形形状。
在第三区域73 (外环形区)中，形成具有环形形状和预定深度的第三衍射结构。第 三衍射结构具有不同于所述第一和第二衍射结构的结构。第三区域73使得从中穿过的具 有第一波长的光束发生衍射，使得由物镜34C聚焦而在第一光盘的信号记录表面上形成适 当的光斑的一定级别的衍射光成为占主导的。即，第三区域73相比其他级别的衍射光以更 高的衍射效率产生这个级别的衍射光。也就是说，第三区域73(外环形区)使得从中穿过 的具有第一波长的光束发生衍射，使得光束通过物镜34C聚焦在第一光盘的信号记录表面 上。第三区域73的第三衍射结构使得穿过其中的具有第二波长的光束发生衍射，使 得由物镜34C聚焦而在第二光盘的信号记录表面上形成适当的光斑的一定级别的衍射光 成为占主导的。即，第三区域73相比其他级别的衍射光以更高的衍射效率产生这个级别的 衍射光。也就是说，第三区域73使得从中穿过的具有第二波长的光束发生衍射，使得物镜 34C没有将具有第二波长的光束聚焦在第二光盘的信号记录表面上而形成适当的光斑的这 一级别的衍射光成为占主导的。第三衍射结构是考虑到向外展开的效果而形成的。第三区 域73的第三衍射结构使得具有第二波长的光束发生衍射，使得物镜34C将具有第二波长的 光束聚焦而在第二光盘的信号记录表面上形成适当的光斑的这一级别的衍射光的衍射效 率明显减小。也就是说，第三区域73(外环形区)防止穿过其中的具有第二波长的光束通 过物镜34C聚焦在第二光盘的信号记录表面上。第三区域73的第三衍射结构使得穿过其中的具有第三波长的光束发生衍射，使 得不同于由物镜34C聚焦而在第三光盘的信号记录表面上形成相应的斑的级别的一定级 别的衍射光成为占主导的。即，第三区域73相比其他级别的衍射光以更高的衍射效率产生 这个级别的衍射光。也就是说，第三区域73的第三衍射结构使得具有第三波长的光束发生 衍射，使得没有由物镜34C将具有第三波长的光束聚焦而在第三光盘的信号记录表面上形 成相应的斑的这一级别的衍射光成为占主导的。第三衍射结构是考虑到向外展开的效果而 形成的。第三区域73的第三衍射结构使得具有第三波长的光束发生衍射，使得物镜34C将 具有第三波长的光束聚焦而在第三光盘的信号记录表面上形成适当的光斑的这一级别的 衍射光的衍射效率明显减小。也就是说，第三区域73 (外环形区)防止穿过其中的具有第 三波长的光束通过物镜34C聚焦在第三光盘的信号记录表面上。因此，第三区域73具有相应的设置成使具有第一到第三波长的各条光束发生衍 射的衍射结构，使得预定级别的衍射光成为占主导的。对于这种结构，可以校正和减少球面 像差，所述球面像差是在当穿过第三区域73并成为预定级别的衍射光的具有第一波长的 光束通过物镜34C聚焦在光盘的信号记录表面上时产生的。如上所述，第三区域73对具有第一波长的光束起作用。此外，考虑到向外展开的 效果，第三区域73设置成使具有第二和第三波长的光束发生衍射，使得没有由物镜34C聚 焦在第二和第三光盘的信号记录表面上的这一级别的衍射光成为占主导的。第三区域73 是考虑到向外展开的效果而设置的。对于这种结构，当具有第二和第三波长的光束穿过第 三区域73并进入物镜34C时，对第二和第三光盘的信号记录表面的影响可以忽略。也就是 说，第三区域73可以对具有第二和第三波长的光束起作用，从而减小穿过第三区域73并由 物镜34C聚焦在信号记录表面上的光束的强度到基本为零并限制光束的孔径。与第二区域 52 一样，第三区域73可以限制具有第三波长的光束的孔径。
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第三区域73形成于第二区域52的外侧，所述第三区域设置成江具有第二波长的 光束的孔径限制到数值孔径NA大约为0.6。第三区域具有用于限制穿过其中的具有第一波 长的光束的孔径到数值孔径NA为大约0. 85的尺寸。因为第三区域73的外侧的区域中没 有形成衍射结构，所以穿过该区域的具有第一波长的光束没有通过物镜34C聚焦在第一光 盘上。因此，包括第二区域73的衍射部分70用作限制具有第一波长的光束的孔径到数值 孔径NA为大约0.85。因为穿过第三区域73的具有第一波长的光束发生衍射，使得第一到 第四级衍射光束成为占主导的，大多数穿过第三区域73的外侧的区域的0级光没有通过物 镜34C聚焦在第一光盘上。当通过物镜34C将0级光聚焦在第一光盘上时，可以在第三区 域73的外侧的区域在设置用于遮挡光束的挡光部分，以限制光束的孔径。可以通过提供具 有使穿过其中的光束发生衍射的衍射结构来限制光束的孔径，使得没有通过物镜34C聚焦 在第一光盘上的这一级别的衍射光束成为占主导的。在本示例中，衍射部分70将具有第一 波长的光束的孔径限制到数值孔径NA为大约0. 85。但是，上述结构要限制的数值孔径不限 于此。具体来说，如图5和10B所示，第三区域73包括以光轴为中心的环形区形状结构， 所述结构具有锯齿形和预定深度d的横截面。如上所述，第三区域73 (外环形区)具有锯齿结构。这是由于在最外侧位置的外 环形区的弧形透镜表面具有最陡的斜率，所以形成除了锯齿结构以外的结构从生产率的角 度来说非常困难。因为不需要考虑与上述不需要的光和效率有关的问题，可以用锯齿结构 获得足够的性能。尽管第三区域73可以具有阶梯状形状，但是考虑到上述优点锯齿形状是 有利的。假设第三区域73使得具有第一波长的光束发生衍射，使得klo级衍射光成为占主 导的，即klo级衍射光的衍射效率成为最高的。假设第三区域73使得具有第二波长的光束 发生衍射，使得k2o级衍射光成为占主导的，即k2o级衍射光的衍射效率成为最高的。假设 第三区域73使得具有第三波长的光束发生衍射，使得k3o级衍射光成为占主导的，即k3o 级衍射光的衍射效率成为最高的。在这种情况下，当选择衍射级klo、k2o和k3o时，将只考 虑对于第一波长的衍射级和衍射效率。这是因为，当以向外展开的状态形成图像时，具有预 定水平的衍射效率的第二和第三波长的光束的焦点可以移动。具体来说，当(klo、k2o、k3o) =(+4，+2，+2)时，可以实现预定的效率和向外展开的优点。图14A到14C示出了衍射效率相对于具有锯齿形状(S =⑴)并且(klo、k2o、k3o) =(+4，+2，+2)的衍射结构的槽深度d的变化，所述衍射结构是外环形区的结构的具体示 例。图14A示出了当阶梯数量S =⑴的锯齿形状的槽深度d改变时，具有第一波长的光束 的+4级衍射光的衍射效率的变化。图14B示出了当阶梯数量S =⑴的锯齿形状的槽深度d 改变时，具有第二波长的光束的+2级衍射光的衍射效率的变化。图14C示出了当阶梯数量 S =⑴的锯齿形状的槽深度d改变时，具有第三波长的光束的+2级衍射光的衍射效率的变 化。在图14A到图14C中，横轴代表槽深度(nm)，纵轴代表衍射效率(光强)。如图14A所 示，当槽深度d是3100nm时，effl是1. 0。对于相同的槽深度d，如图14B所示，eff2是大 约0.6，并且光斑是向往扩张的；如图14C所示，eff3是大约1.0，并且光斑是向往扩张的。 向外展开的点与上述中环形区的向外展开的点一样。因为很明显设计线只穿过点PX 1，所 以自由度相当高。通过使用向外展开，即使存在如图14B所示的具有第二波长的光束的衍射效率，该光束也没有促成形成图像。因此，可以将具有第二波长的光束的孔径限制到适当 的水平(NA = 0. 6)。即使存在如图14C所示的具有第三波长的光束的衍射效率，该光束也 没有促成形成图像，使得可以指向适当的孔径限制(NA = 0. 45)。衍射部分70包括具有上述衍射结构的第一到第三区域51、52和73，所诉衍射部分 以预定的方式对穿过其中的具有第一到第三波长的各条光束起作用。衍射部分70使得穿 过第一区域51的具有第一到第三波长的光束发生衍射，而处于具有适当的发散角从而不 会由三种波长所共用的物镜34C的折射能力在相应的光盘的记录表面上产生像差的状态。 利用物镜34C的折射能力，衍射部分70可以在相应的光盘的信号记录表面上聚焦出适当的 光斑。衍射部分70使得穿过第二区域52的具有第一和第二波长的各条光束发生衍射，而 处于具有适当的发散角从而不会由三种波长所共用的物镜34C的折射能力在相应的光盘 的记录表面上产生像差的状态。利用物镜34C的折射能力，衍射部分70可以在相应的光盘 的信号记录表面上聚焦出适当的光斑。衍射部分70使得穿过第三区域73的具有第一波长 的光束发生衍射，而处于具有适当的发散角从而不会由物镜34C的折射能力在相应的光盘 的记录表面上产生像差的状态。此外，衍射部分70可以用物镜34C的折射能力在相应的光 盘的信号记录表面上聚焦成适当的光斑。S卩，衍射部分70形成于第一到第三发射器和信号记录表面之间的设置在光学拾 取器3的光学系统中的光路上的物镜34C的表面上，所述衍射部分产生下列效果。衍射部分70可以向穿过相应的区域(第一到第三区域51、52和73)的具有第一 到第三波长的各条光束提供衍射能力和折射能力，从而减少信号记录表面上产生的球面像 差。因此，当通过光学拾取器3的通用物镜34C将具有第一到第三波长的各条光束聚焦在 相应的光盘的信号记录表面上时，衍射部分70可以最大限度减少信号记录表面上产生的 球面像差。即，衍射部分70实现了光学拾取器(所述光学拾取器包括对三种波长和三种类 型光盘通用的物镜34C)对三种波长的兼容性，使得可以适当的在光盘上记录信息信号和/ 或从光盘上再现信息信号。由于第一和第二区域51和52的功能和第三区域73的功能，形成于物镜34C的表 面上的衍射部分70和包括衍射部分70的物镜具有与上述衍射部分50和包括衍射部分50 的物镜34相同的功能和优点。即，如将在下面的第[5]章中描述的，因为第一区域51 (内 环形区)包括从如图8A所示的相等阶梯宽度结构修改的衍射结构，可以实现优异的记录和 再现特性，而无需考虑温度和波长的变化。这是因为形成于第一区域51中的衍射结构抑制 了由于环境条件变化而造成的不需要的衍射光的产生，并防止伺服变得不稳定。5.用于防止由于温度和波长的变化而引起的不需要的衍射光的增加的技术〈问题〉通过将入射侧表面上的衍射区域分成两个或多个区域并适当的设定内环形区和 中环形区的衍射级，实现了各个物镜34和34C的三种波长的兼容性。当衍射结构具有如图 8B中所示的相等阶梯宽度的阶梯状形状时，具有例如选择(kli，k2i，k3i) = (1，-2，-3) 的衍射结构的内环形区具有良好的特性。在室温下，内环形区可以完全展现上述特性。但 是，发明人已发现存在这样的问题，即当温度变化并且激光发射波长变化时，光的不需要的 级别的衍射效率增加了。因为不需要的光影响聚焦信号，特别是对于双层光盘，所以不需要 的衍射光的增加引起伺服不稳定。当伺服变得不稳定时，输出信号中产生的抖动会增加。
〈不需要的衍射级〉将利用当(kli，k2i，k3i) = (1，-2，-3)时的示例详细描述不需要的衍射级。如 上所述，当在内环形区中形成(kli，k2i，k3i) = (1,-2,-3)的衍射结构并且假定某一折射 率时，可以使用具有六级阶梯和七个平面并且具有大约5. 4pm的相等阶梯宽度的阶梯状 衍射结构。图9A到9C中示出了这种情况下深度和效率之间的关系。图9A到9C不仅示出 了被选为正常光的一定级别的衍射光束的衍射效率，而且示出了相邻级别的相邻不需要的 光的衍射效率。作为环境条件变化的示例，将要考虑由于温度增加引起折射率的减小的情况。当 折射率减小时，空气和物镜之间的光程差减小，这相当于图9A到9C中的槽深度的减小。结 果如图9B所示，对于与第二光盘(DVD)相对应的第二波长\ 2，-2级光(正常光)的效率 减小，而-3级光(不需要的光)的效率增加。具体来说在图9B中，槽深度从5400nm略有 减小。与此相反，当温度降低时，折射率增大，这相当于槽深度增加。结果，对于第一光盘 (BD)，+1级光(正常光)的效率减小，而_2级光(不需要的光)的效率增加。当波长变化时，发生相似的现象。即，当波长增大时，用于所述波长的槽深度减小， 用于第二光盘(DVD)的正常光数量减少而不需要的光数量增多。与此相反，当波长减小时， 用于第一光盘(BD)的正常光的效率减小，而不需要的光的效率增加。当如图9A到9C中所 示选择级别和槽深度时，根据槽深度_衍射效率曲线的峰值位置发生这种现象。如图9C中所示，对于第三光盘(CD)，与槽深度-衍射效率曲线的顶点相对应的深 度d = 5400nm。因此，第三光盘基本上能抵抗波长和温度的变化，其变化率与第一和第二光 盘(BD，DVD)的变化率相比可以忽略。图15到17示出了当波长和温度变化时计算效率变化的示例。图15示出了由于 用于第一光盘(BD)的环境条件的变化而引起的效率的变化(也被称为“环境效率变化”)。 图16示出了用于第二光盘(DVD)的环境效率变化。图17示出了用于第三光盘(⑶)的环
境效率变化。在图15中，线LX1SC代表通过改变温度所引起的具有405nm波长的光束的效率的 变化，所述波长是与第一光盘相对应的第一波长XI的正常光的中间波长。术语“正常光” 指的是当形成衍射结构时所选择的级别(例如kli)的衍射光。线LX1SM代表通过改变温 度所引起的具有400nm波长的光束的效率的变化，所述波长小于第一波长\ 1的正常光的 中间波长。线LX1SP代表通过改变温度所引起的具有410nm波长的光束的效率的变化，所 述波长大于第一波长XI的正常光的中间波长。线LX1Fe代表通过改变温度所引起的具有 405nm波长的光束的效率的变化，所述光束是第一波长入1的不需要的光。线L入1FM和L入1FP 代表通过改变温度所引起的具有400nm和410nm波长的光束的效率的变化，所述光束是第 一波长XI的不需要的光。假定温度轴还代表由于温度变化所引起的激光波长变化。在图16中，线LX2SC代表通过改变温度所引起的具有655nm波长的光束的效率 的变化，所述波长是与第二光盘相对应的第二波长入2的正常光的中间波长。线LX2SM和 L入2SP代表通过改变温度所引起的具有650nm和660nm波长的光束的效率的变化，所述波长 分别小于和大于第二波长X2的正常光的中间波长。线LX2Fe、LX2FM和LX2FP分别代表通 过改变温度所引起的具有655nm、650nm和660nm波长的光束的效率的变化，所述光束是第二波长X2的不需要的光。在图17中，线LX3SC代表通过改变温度所引起的具有785nm波长的光束的效率 的变化，所述波长是与第三光盘相对应的第三波长入3的正常光的中间波长。线LX2SM和 L入2SP代表通过改变温度所引起的具有780nm和790nm波长的光束的效率的变化，所述波长 分别小于和大于第三波长X3的正常光的中间波长。线LX3rc、LX3FM和LX3FP分别代表通 过改变温度所引起的具有785nm、780nm和790nm波长的光束的效率的变化，所述光束是第 三波长入3的不需要的光。根据图15到图17，根据激光的初始波长和温度，邻近正常光级别的衍射级的光 (在下文中也被称为“不需要的光”)的效率急剧增加。具体来说，术语“不需要的光”指的 是极可能引起负面影响(即比其他邻近级别有更高的衍射效率)的邻近级别的衍射光。〈聚焦误差信号〉接下来，将描述由于环境条件变化所引起的不需要的衍射光的效率的变化对聚焦 误差信号的影响。当执行使用包含物镜的光学拾取器的用于光盘的聚焦伺服控制时，产生 聚焦误差信号，所述聚焦误差信号用图18中所示的曲线示意性的表示。图18示出了正常 信号和不需要的信号的聚焦搜索波形。在图18中，曲线Lras代表从正常光所获得的聚焦误 差信号的正常信号，曲线LraF代表从不需要的衍射光所产生的聚焦误差信号的不需要的信 号。距离ArasF是正常信号的中心与不需要的信号的中心之间的距离。由图18中曲线Lras所表示的正常信号是从用于内、中和外环形区的正常衍射级的 前向和返回光束的总和所获得的。不需要的信号是从用于内环形区的正常衍射级和不需要 的衍射级的光束的组合所产生的。表1示出了当相应的选择中环形区和外环形区时，正常 光和不需要的光以及正常信号和不需要的信号之间的关系。表1中所示出的聚焦误差信号 对双层光盘会引起问题。表 1 将另外说明表1。表1中所用的术语“正常光(总和)”指的是从用于内环形区、 中环形区和外环形区的正常光束的总和所获得的正常信号。用于内环形区的正常光束是穿 过内环形区的前向路径上的正常光束的+1级光和穿过内环形区的返回路径上的正常光束 的+1级光的组合。上述情况同样适用于中环形区和外环形区。表1中所用的术语“不需要的光”指的是从前向路径上的正常光束的+1级光和返 回路径上的不需要的光的+2级光的组合所获得的信号，和从前向路径上的不需要的光的 +2级光和返回路径上的光束的+1级光的组合所获得的信号。如果不需要的信号大于正常信号，并且正常信号和不需要的信号之间的分隔距离
A等于双层光盘的两层之间的光程，则如图19中所示第一层的不需要的信号与第二层的
不需要的信号重叠。在图19中，线Lrasi和Lras2分别代表从双层光盘的第一层和第二层的
正常光所获得的聚焦误差信号的正常信号。线LraF1和LraF2分别代表从双层光盘的第一层
和第二层的不需要的光所获得的聚焦误差信号的不需要的信号。如上所述，当从第二层读取图19中由Lras2所表示的信号时，用于第一层的不需要的信号进入了用于第二层的正常的 信号。如果光盘的层间厚度是常数，则可以在一定程度上抑制对聚焦的影响。但是实际上， 例如，层间厚度根据光盘的位置以v所表示的距离变化。结果，不需要的信号和正常信号的 交叉位置随着光盘旋转而变化，使得聚焦伺服变得极其不稳定。在本示例中，像散法用于聚 焦伺服。但是，通过使用其他技术没有结果上述问题，除非减小不需要的信号否则聚焦伺服 不会变稳定。如果在相对的位置产生不需要的信号，则读取第一层变得不稳定。在上面的 “不需要的衍射级”这一章中，假定邻近级别和正常光束的组合在最靠近正常信号的不需要 的信号并且基本等于双层光盘的层间距的位置。其他级别的组合的不需要的信号基本比双 层光盘的层间距要厚，并且不会影响正常信号。〈解决方案〉存在两种用于解决上述问题的技术。第一种技术是改变焦距，从而将不需要的信 号的位置与正常信号的位置分开，并且使分隔距离△处于双层光盘格式之外的位置。第二 种技术将不需要的光的效率减小到不会对环境条件的任何变化引起问题的水平。〈不需要的信号的分隔〉将描述用于分开不需要的光的位置与正常光的位置的第一种技术。总的来说，衍 射结构的表面折光度Pdif由下面的表达式(2)来表示，其中k是衍射级，q是衍射结构的相 位差功能的第二级系数，、是波长，X。是生产波长。Pdif = 2kCx—...(2)入射侧表面的总折光度Pi由下面的表达式(4)表示，所示表达式(4)使用下面的 表达式(3)所表示的球面&的表面折光度，其中^是响应波长的折射率，是入射侧表面 的曲率半径。
n； — 1A、、Pr=」—— (3)
hP1 = Pdif+Pr…(4)根据几何光学，总透镜折光度Pall由下面的表达式(7)表示，所述表达式(7)使用 由下面的表达式(5)所表示的发射面折光度&和下面的表达式(6)所表示的值e，其中r2 是发射面的曲率半径(如果透镜是双凸的，A > 0而r2 < 0)，d是透镜沿着光轴的厚度。
1 - n；P2 = ~^■■ (5)e = —...(6)
"iPall = Pi+P^Pi P2 e... (7)从这些表达式中可见，因为表达式(2)中的衍射级k对于正常衍射光和不需要的 衍射光是不同的，所以利用表达式(7)所计算的值Pall根据衍射级而不同。使P—表示正常光的总透镜折光度，Palltake表示不需要的光的总透镜折光度， A。al。表示由物镜聚焦的光束的聚焦位置的差。然后，由下面的表达式(8)所表示的关系成 立。在表达式(8)中，1^是光盘的折射率，所述折射率用于在光盘中转换成距离。聚焦位置 差A。al。与基本正常光和不需要的光之间的分隔距离。
图20A和20B示出了 A。al。和A 之间的关系模拟结果，其中Areal是光盘中正 常信号和不需要的信号之间的实际距离(也被称为“正常信号-不要的信号距离”)。在图 20A中，LA、是连接对于第一波长、的模拟结果的线。在图20B中，LA、是连接对于 第二波长X 2的模拟结果的线。在所述模拟中，透镜从光学上具体设计，组成信号的一定级 别的光束的纵向像差是平均的，从而近似计算了不需要的信号的位置。在所述模拟中，利用 表达式⑵至⑶计算表2中所示的参数。A。al。和Areal的负值表明不需要的光在光盘的 信号表面前面形成了图像。
如果可以只考虑透镜折光率来设计透镜，则值A。al。和Areal将是相等的。但是，在 实际的透镜中上述值不相等。图21A和21B示意性的示出了这种情况。即，为了校正球面像差，除了系数C1之外还考虑系数C2来设计实际的透镜。同时考虑系数C1和系数C2的 纵向像差的曲率大于支考虑系数C1的纵向像差的曲率。因此平均来说，焦点接近正常光的 焦点。结果，由图21B中的LAac2表示的AMal大于由图21A中的LAC1表示的A。al。。因 为系数C2的分布与波长成比例，对于与DVD等相对应的第二波长、的A。al。/Areal大于对 于与BD等相对应的第一波长X 的A。al。/ A Mal。通常，DVD格式的双层光盘的层间厚度在40 ii m到70 y m的范围内(由ALMEDI0 INC.制造的测试光盘)。通常，BD格式的双层光盘的层间厚度在20 iim到30 iim的范围内 (由 Horoshi Ogawa 禾口 Shin—ichi Tanaka Bflii^((Zukai Blu-ray Disc Dokuhon》)。BD 的范围由图20A中的ABD表示，DVD的范围由图20B中的ADVD表示。在图20A和20B中，纵 轴上的正值表示在光盘的所产生的不需要的信号，纵轴上的负值表示在光盘的所产生的不 需要的信号。从图20A中可见，为了避开BD格式的双层光盘的层间厚度，将满足下面的表 达式(9)或(10)。A calcBD ^ -27 u m(9)ArealBD ^ -18um(10)因为利用下面描述的“改变衍射结构深度”的技术或“非周期性结构”技术，在牺 牲对于BD的不需要的信号的情况下，可以减小对于DVD的不需要的信号，所以不需要消除 对于DVD的不需要的信号。但是，通过避免对于DVD的不需要的信号，更圆满的解决了上述 问题。为了消除对于DVD的不需要的信号，将满足下面的表达式(11)或(12)。A calcDVD ^ 35 u m (11)ArealDVD ^ 61um (12)S卩，当满足表达式(9)到(12)的其中之一时，满足了消除不需要的光的最低要求。 在表达式(9)到(12)当中，表达式(10)和(11)代表向较短的一侧消除不需要的光。因此， 如果满足表达式(10)或(11)，尽管可以消除邻近不需要的级别的光，但是没有消除下一级 不需要的光的影响，即第二和第三不需要的衍射光的影响。因此，最好满足表达式(9)或表 达式(12)。如果满足了表达式(9)和(12)，可以充分减小不需要的光的影响，而不需要使 用上述的“改变衍射结构深度”的技术或“非周期性结构”技术。总之，当形成兼容三种波长的物镜以满足下面的表达式(13)到(16)时，可以分开 不需要的光，并且消除不需要的光的影响。在表达式(13)到(16)中，ndl代表光盘对于第 一波长、！的折射率(在光盘中形成光路的材料的折射率)，nd2代表光盘对于第二波长入2 的折射率。klim、k2im和k3im与上述kli、k2i和k3i相同，分别代表在第一区域51中形 成的衍射结构中对于第一到第三波长入”^和入3具有最高衍射效率的级别。klis代表 邻近具有更高衍射效率的klim的其中一个级别，k2is代表靠近具有更高衍射效率的k2im 的其中一个级别，k3is代表靠近具有更高衍射效率的k3im的其中一个级别。Plm代表适用 于klim级光束的总透镜折光率，所述光束衍射部分的衍射能力和在物镜的入射侧和出射 侧上的曲面的折射能力所产生。P2m代表适用于k2im级光束的总透镜折光率，所述光束衍射 部分的衍射能力和在物镜的入射侧和出射侧上的曲面的折射能力所产生。Pls代表适用于 klis级光束的总透镜折光率，所述光束衍射部分的衍射能力和在物镜的入射侧和出射侧上 的曲面的折射能力所产生。P2s代表适用于k2is级光束的总透镜折光率，所述光束衍射部 分的衍射能力和在物镜的入射侧和出射侧上的曲面的折射能力所产生。因为这里描述的光束是由内环形区所衍射的一定衍射级的光束，衍射部分的衍射能力是由形成于第一区域51 中的衍射结构所产生的衍射能力。具体来说，Plm、P2m、Pls和P2s由表达式⑵到⑵计算。 /Irfl /Irfl ndl
P\m Λ 3
pIm Pli
> 27/oti,
< 18//m,
> β μη ,
< 35/ΛΜ
'(13) .(14) (15) (16)
PZm P2i确切的说，上述不需要的信号的分隔数量由于波长和温度的变化而略有变化。因 为邻近的不需要的信号的影响在几个百分比的范围内，当根据图20A到21B和上述表达式 形成物镜时，可以获得预定的效果。<减小不需要的信号——改变衍射结构的深度和改变焦距>然后，将描述用于减小不需要的信号的数量的技术。存在两个类型的用于减小不 需要的信号的数量的技术。一种技术是通过从相等阶梯宽度的阶梯状形状(参考设计)改变内环形区中的衍 射结构的深度，改变第一、第二和第三光盘(BD、DVD和⑶)的效率与温度和波长的变化的比 率。从图9A到9C可见，上述技术基于在衍射结构的深度和不需要的光的效率之间存在一 定的关系。图22和23示出了对于具有为BD设计的焦距f = 2. 2mm的透镜的正常聚焦误 差信号和不需要的聚焦误差信号的比率。在图22和23中，横轴代表社问下的槽深度(nm)， 纵轴代表不需要的信号与正常信号的比率(在下文中也被称为“不需要的信号/正常信号 比”或“不需要的信号/正常信号”)。在图22中，线Lhaiti代表当第一波长λ 为405nm并 且温度是35°C时的不需要的信号/正常信号比相对于槽深度的变化。线Lhaito代表当波长 是(更长的)400nm并且温度是(更低的)0°C时的不需要的信号/正常信号比相对于槽深 度的变化。在图23中，线Lha2ti代表当第二波长入2是65511!11并且温度是351时的不需要 的信号/正常信号比相对于槽深度的变化。线Lha2t2代表当波长是(更长的)665nm并且温 度是(更高的)70°C时的不需要的信号/正常信号比相对于槽深度的变化。图22和23可 与下面描述的图25到27相比，示出了对于具有图24A中所示的相等阶梯宽度的阶梯状形 状(正常结构)的衍射结构的不需要的信号/正常信号比。图22和23示出了从组成信号的一定级别的衍射光束的效率总和估计的值。具体 来说，使Efflim、Efflmm和Efflom分别表示用于与BD相对应的第一波长λ 1对于内环形 区、中环形区和外环形区的正常级别的光束的效率。使EfT2im和EfT2mm分别表示用于与 DVD相对应的第二波长λ 2对于内环形区和中环形区的正常级别的光束的效率。使Efflis 表示用于与BD相对应的第一波长λ 1对于内环形区的不需要的级别的光束的效率，Efflis 表示用于DVD的第二波长λ 2的效率。利用下面的表达式(17)和(18)计算不需要的信号 与正常信号的比率EFFrl和EFFr2。这里，RpR2和R3分别是在透镜入射侧表面上的内环形
43区、中环形区和外环形区的半径。尽管与从实际信号的水平略有偏差，利用表达式(17)和 (18)所计算的值基本与实际信号水平成比例，从而根据这些表达式描述了本技术。
图22和23中所示的温度条件和波长条件是使用光学拾取器的最差条件。如上所 述，对于BD，当波长较短而温度较低时，不需要的信号较大。对于DVD，当波长较长而温度较 高时，不需要的信号较大。根据图22和23，当槽深度是大约5400nm时(参考设计位置)，抑 制了对于BD的不需要的信号。与此相反，当温度较高而波长较长时，对于DVD的不需要的信 号的水平大致更高。根据《Zukai Blu-ray Disc Dokuhon》(由 Horoshi Ogawa和 Shin-ichi Tanaka所编写，第237页)，对于BD的聚焦伺服的误差在士0. 045 μ m的范围内。当对于BD 的焦点的深度λ 1 = 405nm时，λ IM12 = 0. 56 μ m。因此，假设不需要的信号和正常信号 具有基本相同的形状，不需要的信号与正常信号的比率小于0. 045/0. 56 8. 0%。然后，根据《Zukai DVD Dokuhon》(由 Haruki Tokumaru、FumihikoYokokawa 和Mitsuru Irie所编写，第58页)，对于DVD的聚焦伺服的误差在士0. 23 μ m的范 围内。当λ 2 = 655ηπι时，λ 2/ΝΑ22 = 1. 82 μ m，不需要的信号与正常信号的比率小于 0. 23/1. 82 ^ 12. 6%。因此，当衍射结构的深度是5470nm时，可以消除不需要的信号。通过将该结构与 满足上述表达式(13)的结构结合，可以将对于BD的不需要的信号移动到双层光盘的层间 厚度之外的区域，从而执行更稳健的消除并增强抗干扰能力。即，当满足表达式(13)时，即 使对于BD的不需要的信号较大也不会产生问题。因此，存在进一步减小对于DVD的不需要 的信号的方案。同时，不需要的信号不在双层厚度的范围内，或者不需要的信号的效率等于或小 于临界值。总之，当温度在O到70°C的范围内时，将满足下面的各对表达式(19)和(21)、 (20)和(21)、(19)和(22)、和(20)和(22)中的一对。在这些表达式中，当执行对于BD的 聚焦误差搜索时，EfTlm代表正常信号的水平，Effls代表不需要的信号的水平。当执行对 于DVD的聚焦误差搜索时，Eff2m代表正常信号的水平，Eff2s代表不需要的信号的水平。EFFls/EFFlm < 0. 080... (19) EFF2s/EFF2m < 0. 126... (21) tldi 如上所述，当在0到70°C的温度范围内满足表达式(19)或(20)并且满足表达式 (21)或(22)时，可以分隔不需要的信号，或者可以将不需要的信号的效率减小到等于或小 于临界值的水平。也就是说，对于包括衍射部分50的光学拾取器，当满足表达式(19)或 (20)并且满足表达式(21)或(22)时，减小了不需要的信号。<减小不需要的信号——改变衍射结构的形状>如图9A到9C所示，尽管利用上述技术减小不需要的光有一定的效果，但是当槽深 度改变时，正常级别的衍射光的效率会降低。此外，在物镜的衍射结构中形成深槽很困难。 因为利用本技术的减小效果设计成有一定限制，当例如光电电测元件的效率由于温度变化 而变化时，减小的效果很容易超过限制。即，因为本技术使用了光学拾取器的系统余量，其 他元件需要高精度，使得余量不充分。因此，将考虑其他用于解决不需的信号的技术。本技 术从公开号为2009-76163的日本未审查专利申请中描述的技术所用的基本相等阶梯宽度 的形状改进了内环形区的阶梯状形状，从而提高了相位特性，并提高了对于BD和DVD的效 率。将参考公开号为2009-76163的日本未审查专利申请在下面的“用于提高相位特性的技 术”这一小节中描述本技术的细节。对于这种结构，首先假定原始衍射结构，然后改变对各个波长的相位数的设计，使 得效率、波长特性和温度特性得以提高。参考图24A到图24H，将描述当(kli、k2i、k3i)= (1，-2，-3)时的典型示例。如上所述，图24A示出了衍射结构的一个周期，根据衍射效率、 槽深度和阶梯数量之间的关系，所述衍射结构可以首先假定为相等阶梯宽度的阶梯状形 状。S卩，图24A与图8B相对应。图24B到24D示出了用于正常级别的衍射光的相位数(相 位数-kx，其中k是级别)。在下文中，该相等阶梯宽度的阶梯状形状将被称为“正常结构”。 从图24B到24D可以看出，在用于与BD相对应的第一波长λ 1的相位平均值和与DVD相对 应的第二波长λ 2的相位平均值中存在相移。具体来说，如图24C所示，对于与DVD相对应 的第二波长λ 2，从χ = 0到χ = 1相位处在减小趋势中。如图24Β所示，对于与BD相对应 的第一波长λ 1，从χ = 0到χ = 1相位处在减小趋势中。基本上在相位图中，相位围绕某 一相位的分布范围越窄，则效率越高。相位的一般移动大致平坦，抵抗波长的变化的能力越 高。公开号为2009-76163的日本未审查专利申请中描述了更平坦的相位具有更高的抵抗 波长的变化的能力，并且将在下面的小节“用于提高相位特性的技术”中描述。但是，为了 减小由于环境条件的变化所引起的不需要的光，将校正对于BD的相位增加趋势和对于DVD 减小趋势。图24Ε示出了改进了衍射结构的结构(在下文中也被称为“改进结构”)。对于具 有正常结构(相等阶梯宽度的阶梯状形状)的衍射结构的相位分布在χ = 0. 4到0. 6的 范围内基本平坦。因此，在该范围内的衍射结构的阶梯的宽度没有从相等宽度改变。在图 24Β到24D中示出了这种情况。对于图24Ε中所示的衍射结构，通过将第一和第七平面的宽 度变窄，使相位分布更平坦，从而改变对于BD和DVD围绕χ = 0和χ = 1的相位分布。具 体来说，第一和第七平面的宽度是正常结构的宽度的0. 75倍，其他边界点与初始状态中一 致。此外，第二和第六平面的宽度是正常结构的宽度的1.25倍。图24F到24Η示出了由具 有图24Ε中所示的改进结构的衍射结构所产生的正常级别衍射光的相位数。由于图24Ε中所示的改进，如图24F到24Η所示显著提高了相位的平坦性。图25 到27示出了当具有改进结构的衍射结构形成于内环形区中时不需要的信号和正常信号之间的关系。图25到27示出了估计的不需要的聚焦误差信号和正常聚焦误差信号的比率， 可以与图22和23相对比。在图25到27中，横轴代表室温下的槽深度(nm)，纵轴代表不需 要的信号与正常信号的比率(在下文中也被称为“不需要的信号/正常信号比”)。在图25 中，线、m代表当第一波长λ 1是405nm并且温度是35°C时的不需要的信号/正常信号比 相对于槽深度的变化。线Ltaito代表当波长是(更短的)400nm并且温度是(更低的)0°C 时的不需要的信号/正常信号比相对于槽深度的变化。在图26中，线Lpm代表当第二波 长λ2是655nm并且温度是35°C时的不需要的信号/正常信号比相对于槽深度的变化。线 、2T2代表当波长是(更长的)665nm并且温度是(更高的)70°C时的不需要的信号/正常 信号比相对于槽深度的变化。在图27中，线、3T1代表当第三波长λ3是785nm并且温度 是35°C时的不需要的信号/正常信号比相对于槽深度的变化。线Lp3TO代表当波长是(更 短的)770nm并且温度是(更低的)0°C时的不需要的信号/正常信号比相对于槽深度的变 化。如图25到27所示，对于具有图24E中所示的改进结构的衍射结构，可以显著地抑 制由于环境条件的变化而引起的对于与BD相对应的第一波长λ 1和与DVD相对应的第二 波长λ 2的不需要的信号的变化。即，根据图25到27，因为将相位数减小到没有影响的水 平，即没有影响的平坦水平，所以防止了不需要的信号进入聚焦误差信号。也就是说，图24Α 中所示的改进结构在抵抗环境条件的变化方面表现优异。如图27所示，对于与CD相对应 的第三波长λ3的不需要的信号较大。但是，因为CD格式没有双层介质，所以不需要的信 号不会引起问题。即使要考虑任何其他影响，通过降低宽度的减小比例可以产生正常设计 和改进设置之间的中间设计，从而可以获得优化状态。作为本技术的应用，可以通过改变所有阶梯的宽度产生更好的结构。如图24Η所 示，当阶梯状形状改变时，对于CD的相位状态向外散开，使得效率有望减小。在这种情况 下，在设计中心处对于CD的效率是大约45%，低于改变结构之前的情况中的51%。当所 述阶梯的宽度都改变了，当基本保持对于BD和DVD的相位平坦时，可以抑制对于CD的像 散。例如，当阶梯的宽度分别是相等阶梯宽度的(0.875 1.05 1.05 1. 05 1.05 0.87 5)倍时，当将对于CD的效率保持在大约48%时，可以将对于BD和DVD的不需要的信号的 比率设置成与图25和26中所示的水平大约相同的水平。实际上，这种结构更优选的。当改变所有阶梯的宽度时，需要考虑第二个不需要的信号的影响。这是因为所有 阶梯宽度变化比两端阶梯宽度变化有更大的影响，在图9Α中所示的波形的变化增大，而且 LF(O)和LF⑵的作用的关系颠倒了。因此，最好在图25和26中绘出第二个不需要的信号 的比率，并选择两者都理想的深度。对于这个深度，第一和第二不需要的信号相互平衡。因 此，当绘出与图9Α相同的图式，深度位于BD的有效顶点处。如下确定阶梯的宽度。第一，当执行上述操作时，对于BD的第一不需要的信号与 第二不需要的信号比的最佳值不改变。因此，根据对于DVD的不需要的信号比和对于CD的 效率确定阶梯的最佳宽度。中间部分的阶梯宽度越大，由此对于DVD的不需要的信号减小， 而对于CD的效率减小。当保持对于CD的效率时，减小不需要的效率很重要。在本示例中， 阶梯的宽度是大约(0.825 1.07 1.07 1.07 1.07 1.07 0.825)，槽深度为大 约5470nm，所述阶梯宽度和槽深度提供了减小不需要的信号比并确保信号效率的方案。假 设ZE0NEX340R用作物镜的材料。槽深度取决于折射率、折射率由于温度的变化和偏差。如果使用APEL5014DP，5020nm的槽深度是最佳的。即使使用不同的材料，当折射率、折射率由 于温度的变化和偏差分别基本相同时，最优宽度也大约相同。对于阶梯宽度，相等阶梯看度 是最优的，而不需要考虑材料。在上述示例中，级别(kli，k2i，k3i) = (1，-2，_3)。但是，对于不同的级别，根据 级别可以实现优化。如上所述，级别组合的其他示例包括当(kli，k2i，k3i)是(1,-1,-2), (0，-1，-2)、(0，-2，-3)、(2，-1，-2)的情况。对于分别的级别组合，图28A到28H、29A到 29H、30A到30H、和31A到31H示出了改进的技术和改进的结构，其中进行与图24A到24H 中所示的情况相似的改进。具体来说，各个图28A、29A、30A和31A示出了衍射结构的一个周期，所述衍射结构 根据衍射效率、槽深度和阶梯数量之间的关系首先假设为相等阶梯宽度的形状。各个图28B 到28D、29B到29D、30B到30D、和31B到31D示出了相应情况下的正常级别衍射光的相位 数。在下文中，该相等阶梯宽度的阶梯状的形状将被称为“正常结构”。从这些图中可以看 出，在用于与BD相对应的第一波长\ 1的相位平均值和与DVD相对应的第二波长\ 2的相 位平均值中存在相移。各个图28E、29E、30E和31E示出了改进了衍射结构的结构(在下文中也被称为 “改进结构”)。对于具有正常结构(相等阶梯宽度的阶梯状形状)的衍射结构的相位分布 在x = 0.4到0.6的范围内基本平坦。因此，在该范围内的衍射结构的阶梯的宽度没有从 相等宽度改变。在图28B到28D、29B到29D、30B到30D、和31B到31D示出了这种情况。对 于各个图28E、29E、30E和31E中所示的衍射结构，通过将第一和第七平面的宽度变窄，使相 位分布更平坦，从而改变对于BD和DVD围绕x = 0和x = 1的相位分布。当衍射结构具有 (Nrl)级阶梯和&个平面时，术语“最后的平面”指的是第&平面。具体来说，在图28E所 示的情况下，第一和第七平面的宽度是正常结构的宽度的0. 625倍，其他边界点与初始状 态中一致。此外，第二和第四平面的宽度是正常结构的宽度的1. 375倍。在图29E所示的情 况下，第一和第四平面的宽度是正常结构的宽度的1.2倍，其他边界点与初始状态中一致。 此外，第二和第三平面的宽度是正常结构的宽度的0.8倍。在图30E所示的情况下，第一和 第四平面的宽度是正常结构的宽度的0.75倍，其他边界点与初始状态中一致。此外，第二 和第五平面的宽度是正常结构的宽度的1. 25倍。在图31E所示的情况下，第一和第六平面 的宽度是正常结构的宽度的0. 75倍，其他边界点与初始状态中一致。此外，第二和第五平 面的宽度是正常结构的宽度的1. 25倍。各个图28F到28H、29F到29H、30F到30H、和31F 到31H示出了对于具有图28E、29E、30E和31E所示的改进结构的衍射结构的正常级别衍射 光的相位数。表3示出了优化前后的不需要的信号/正常信号比。在表3中，具有最高衍射效 率的klim、k2im、k3im级别的组合由“各个级别”表示，邻近上述级别并具有第二高衍射效 率的klis和k2is级别被列为“邻近的不需要的各个级别”。对于不同波长和温度条件用于 级别组合的不需要的信号与正常信号的比率由“不需要的信号/正常信号”表示。不管第 一和最后的平面的宽度对于级别组合是增加还是减小，都被列为“改进的极性”。也就是说， “改进的极性”是当改进衍射结构时宽度增加的极性。极性“_”表示通过使第一和最后的平 面的宽度小于正常结构的宽度来改进衍射结构。极性“ + ”表示通过使第一和最后的平面的 宽度大于正常结构的宽度来改进衍射结构。“改进效率”表示第一和最后的平面的宽度正常结构的平面宽度的比率。在中环形区中，对于与BD等相对应的第一波长\ 1的具有最大衍 射效率的衍射级是0级，对于与DVD等相对应的第二波长\ 2的具有最大衍射效率的衍射 级是-1级。在外环形器中，对于与BD等相对应的第一波长\ 1的具有最大衍射效率的衍 射级是+2级。即使在中环形区和外环形区中使用其他级别，内环形区的改进以相似的方式 对于整个结构的改进起作用。如上所述，对于图28A到31H所示的情况中的级别的组合，通 过改变第一和最后的平面的宽度改进了衍射结构。这是因为在设计用来实现更高效率的衍 射结构中，相位平均值是大体均勻的，从而中间部分的相位是大体均勻的。即，相位偏差通 常产生周边部分。
<实际透镜上的衍射结构>将要描述用于实际改变衍射结构的技术，例如如图24E中所示的衍射结构，所述结构是通过利用改变基本衍射结构的形状的技术而设计的。具有衍射部分的透镜(在下文 中也被称为“衍射透镜”)的相位差函数 由衍射部分确定。相位 由下面的利用相位差 函数系数Cn的表达式(23)表示。 J r.r2i^ = (23)在该表达式中，入^代表产品波长，k代表衍射级，r代表透镜中的径向位置。因为 小是相对于设计波长X。的相位，相位 与(K相同， ‘由下面的表达式(24)表示，其 中1是整数。(j5 ‘=小-1(24)当例如图24A和8B中所示的正常结构具有(N^l)级阶梯和R个平面时，阶梯边 界是根据满足下面的表达式(25)的所形成的部分，其中1'是整数。小“=小‘1' /N:(25)当形成根据上述表达式的阶梯时，初始高度是0，每个阶梯边界处的高度以d/N增 加。图32A到32C示出了当N=3时的正常设计。具体来说，图32A示出了利用表达式(23) 计算的对于径向位置x(沿着横轴)的相位 (沿着纵轴)。图32B示出了(K (沿着纵 轴)，是通过执行由表达式(24)所表示的所谓的按模计算的余数而得到的，所述余数 是小除以X。的余数。相位数(K用于确定衍射结构的宽度等。衍射图32B的纵轴的值 “1/4，，、“2/4，，、“3/4”、“1”是根据由表达式(25)所表示的小"所获得的。与图32B的纵轴 上的位置相对应的x的值时阶梯状形状的阶梯的边界值。图32C中所示的衍射结构是通过 将图32B中所示的形状改变成阶梯状形状而获得的。然后，参考图32A到33C，将描述用于形成改进结构的技术。如图32A中所示的过 程与用于改进结构的过程是一样的，从而省略了对这一过程的说明。即，图33A与图32B — 样。图33A到33C中所示的改进结构与用于图32A到32C中所示的正常结构的技术的不同 之处在于，当如图33B中所示根据表达式(25)利用(K获得x的阶梯边界时，按比例转换 表达式(25)中的。例如，当根据占空比n改变第一平面和第二平面直角的阶梯边界 时，用下面的表达式(26)进行转换。n由下面的表达式(27)表示，其中a和0分别是 第一平面和第二平面的宽度。因为a =0.75而0 = 1.25，所以n =0.75。上述情况也 适用于移动其他阶梯的边界的情况。设定之后的相位宽度比成为非周期阶梯的阶梯比。同 时，只有阶梯边界是根据相位改变的。各个阶梯的高度保持d/N。小广‘=f n(26)TJ= ^…(27)
a + ^通常，当在实际透镜在形成衍射结构时，还校正了衍射结构的深度。这是用于根据 入射光束的角度调整衍射结构的深度的技术。对于具有三种波长兼容性的物镜，根据具有 与BD相对应的第一波长X 1的入射光束的角度校正深度。S卩，如果通常的衍射透镜的衍射 结构的深度是d，则校正之后的深度d'由下面的表达式(28)表示，其中0是用于BD的光 束在入射平面上的入射角，nl是折射率。d'二 d ~“1 “1 , ... (28)
n^cosff-l
<实际透镜和相位之间的关系>利用当(kli，k2i，k3i) = (1,-2,-3)时的示例描述实际透镜和相位之间的关系。 除了由表达式(28)所表示的深度校正之外，可以通过连接第一平面、第四平面和第五平面 的起始点位置并按照每个周期的相位的整数倍来估计上述衍射结构的相位数。这是因为， 从如图24A到24H所示的相位可以看出，最好不移动第四平面的端部和第一平面的起始点 位置。即使移动了第四平米的两端，由于移动量很小所以不影响估计。此外通常，上述表达 式(23)可以在大约j = 5时得到充分的近似。因此，如图34A到34E中所示，如果衍射结 构具有至少大约三个周期，则可以通过使用在大约j = 5时的近似来估计相位数，使得可以 检查出是否使用了本技术。参考图34A到34E，将如下描述上述检查的方法。第一，因为衍射结构已经由表达 式(28)校正，所以估计光束的发射角并执行表达式(28)的逆运算。同时，如图34B中所示， 深度变成相等深度。然后，如图34B中所示，根据第一、第四和第五平面的起始点位置Rus、
确定x方向上的位置。例如，如图348所示，计算\、&、&、\,、x4,和 。然后，如图34C中所示，确定相位数，使得最大相位数为1，第N平面的起始点处的 相位数是(N-l)/7。即，第一平面的起始点处的相位数是0，第四平面的起始点处的相位数 是3/7，第五平面的起始点处的相位数是4/7。在图34C中，这些点用黑圆圈表示。然后，如图34D所示，因为在第m周期中将m-1的相位数加到相位差函数，所以重 新加回相位数。也就是说，执行如图32A和32B中所示的按模计算的逆运算，如图34C和 34D中所示加上对于各个周期的相位的整数倍。在图34D中，可以通过连接已确定的相位
点办 LIS、办 L4S、办 L5S、办 LIS'、办 L4S'、和办 L5S 来估计相位差函数6(X)。如上所述，6^是0，
小L4S是3/7，小^是4/7。通过执行加回运算所得到的(K1S,是7/7，(K4S,是10/7，^lss' 是11/7。执行加回运算之后的相位数(K1S、^L4S> ^L5S> ^LIS'、^L4S'、和也可被称为 “估计相位数”。与表达式(10) 一样，相位差函数MX) = c^+c.t+c.t+c.f+c^0"'.系 数Ci到C5是根据横轴方向(X方向)上的位置Xl、x4、x5、Xl,、x4,和x5,和纵轴方向上的位 置(估计相位数)6US、cK4S、CK5S、CK1S,、CK4s,、和而具体确定的，计算近似关系表达 式小(X)。如上所述，当存在六个或多个空白点时，可以在大约j = 5时执行该估计。因为 一个周期中有三个点(第一、第四和第五平面的起始点)，所以如果有至少两个周期时，可 以执行该估计。在上述示例中，利用邻近的两个周期执行估计。周期数越大，估计约准确。最后，如图34E中所示，可以通过观察第二、第三和第六平面的起始点处距离小的 偏差，以检查是否使用了本技术。也就是说，与利用图34B中空白点所示的第一、第四和第 五平面的起始点获得Xl、X4、X5、……一样的方式，利用第二、第三、第六、第七平面的起始点 获得x方向上的位置x2、x3、x6、x7、……。在图34E中，将由小(x2)、小(x3)、小(x6)、和小(x7) 表示在表示小⑴的曲线与横轴方向(x方向)上穿过位置x2、x3、x6和x7的垂直线的交叉 点在纵轴方向上的相位数。由图34B中的实心点表示的第一、第三、第六和第七平面的起始 点处的在纵轴方向上位置表示光程差相位数，所述光程差相位数将被称为62、63、66和 小7。所述相位数在第二平面的起始点处1/7，在第三平面的起始点处ct3 = 2/7，在第 六平面的起始点处小6 = 5/7，在第七平面的起始点处小7 = 6/7。这是当图34B中所示的平 面的高度相等时的情况。当高度不相等时，相位数与高度成比例。利用光程差相位数小2、 小3、小6禾口小7和利用关系表达式小(x)所获得的值小(x2)、小(x3)、小(x6)和小(x7)之间的关系检查是否使用了本技术。即，如在上面的利用图24E的小节“减小不需要的信号-改 变衍射结构的形状”中所述的，在第一和第七平面的宽度变窄的情况下，下面的关系成立。 即在此情况下，管事表达式| > | (x2) |与| < | (x7) |成立。当通过向着第七 平面的起始点移动第六平面的起始点而使相位变平坦时，关系表达式I < I (x6) |成 立。也就是说，当满足关系表达式|小2| > |小(x2) |、| > I ^ (x3) |、|小6| < I小(x6) 和| < | (x7) |中的至少一个时，可以使相位更平坦。因此，当满足上述表达式中的至 少一个时，可以获得优异的信号，而不要考虑环境条件的变化(例如温度和波长的变化)， 从而可以实现优异的记录和再现特性。图35示出了在改进结构中的各个起始点的相位和用于正常结构所获得的估计相 位小。如图35中所示，第二平面Pa2S的起始点的相位大于估计相位 。第七平面Pa7S的 起始点的相位小于估计相位 。图35与图24E相对应。如上所述，如图24E所示通过向_x 一侧移动第三平面的起始点和向+x —侧移动第七平面的起始点，可以执行改进技术。因 此，通过使第三平面的起始点处的相位Pa3S大于估计相位 或者使第六平面的起始点处的 相位小于估计相位 ，可以执行改进技术。对于代表径向上的位置与相位差的数量之 间的关系的关系表达式 (X)，使用除了第二、第三、第六和第七平面之外的平面的起始点。 但是，所使用的起始点不限于此。即，如果先声明在改进结构中不使用第三和第六平面，则 利用除了第二和第七平面起始点之外的起始点可以计算关系表达式 (X)。在上述示例中，描述了当(kli，k2i，k3i) = (1，-2，-3)的情况。对于其他级别， 根据与上述改进极性+或-相对应的方向改变宽度。其他级别的示例包括组合(kli，k2i， k3i) = (1，-1，-2)、(0，-1，-2)、(0，-2，-3)、(2，-1，-2)。当改进极性是 “_” 时，极性与 (1,-2,-3)的一样。因此，如果衍射结构具有包括n-1个平面和n级阶梯的阶梯状形状，可 以通过增加第二平面或第三平面的起始点的相位数或减少第n或n-1平面的起始点的相位 数改进衍射结构。与此相反，当改进极性是“ + ”时，可以通过减少第二平面或第三平面的起 始点的相位数或增加第n或n-1平面的起始点的相位数改进衍射结构。根据邻近的不需要的衍射级相对于正常衍射光级别是正还是负，确定极性。S卩，对 于与BD相对应的第一波长\ 1，如果(正常衍射级)_(不需要的邻近衍射级)是负的，则极 性是负的。相反，如果(正常衍射级)_(不需要的邻近衍射级)是正的，则极性是正的。例 如在表3中的第一示例中，因为1-2 = -1，所以改进极性是负的。在表3中的第三示例中， 因为0-(_1) = 1，所以改进极性是正的。可以通过参考具有相等宽度阶梯状形状的正常结 构的相位状态来得出该趋势。即，在图24A到24H和28A到31H中，当相位图对于与DVD相 对应的第二波长XI呈下降趋势时，可以通过减小两端的宽度使整个相位基本平坦。在图 24到24H、28A到28H、30A到30H禾口 31A到31H中示出了这种情况。另一方面，当相位图呈 增长趋势时，可以通过减小两端的宽度使整个相位基本平坦。在图29A到29H中示出了这 种情况。术语“增长趋势”指的是当x从x = 0到x = 1变化时相位增大，术语“下降趋势” 指的是当x从x = 0到x = 1变化时相位减小。相位图中的倾斜方向代表效率相对于正常 光的深度的倾斜(dEff/dD)。如图9A到9C所示，当槽深度的值使得对于正常光dEff/dD = 0时，邻近的不需要的光的效率是0。当槽深度为不同的值时，具有更高效率的邻近的衍射 光的级别根据对于正常光的dEff/dD的标记变化。因此，根据邻近的不需要的光的级别是 否大于正常衍射光的级别，确定对于改进是增大还是减小宽度。
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总之，当三种波长兼容性物镜满足下面的表达式(29)和(30)或(31)或者满足下 面的表达式(32)和(33)或(34)时，可以消除不需要的光的影响。形成于三种波长兼容性 物镜的第一区域51 (内环形区)中的衍射结构包括每一部分都具有饵-1)级阶梯和&个 平面的多个阶梯状部分。在这些表达式中，klim、k2im和k3im与上述的kli、k2i和k3i — 样，klim、k2im和k3im分别代表在形成于第一区域51中的衍射结构中对于第一到第三波 长入1、X 2和X 3的具有最高衍射效率的级别。klis代表邻近具有更高衍射效率的klim 的一个级别，k2is代表邻近具有更高衍射效率的k2im的一个级别，k3is代表邻近具有更 高衍射效率的k3im的一个级别。如下计算这些表达式中的t(X2)和c^(Xni)。通过将阶 梯状结构的各个周期的相位的整数倍加回到由于第一区域51中的衍射结构而产生的第一 波长、1的光程差相位数小工，可以获得估计相位数。通过连接在各个周期的除了第二平面 和第&平面之外的平面的起始点处的估计相位数，计算用于近似径向位置X处的光程差相 位数c^(X)的关系表达式c^(X) =利用该关系表达式获得了对 于径向位置巧和細的Mx2)和MxN1)。具体来说，MX2)是通过在关系表达式MX) 的右侧用径向位置x2替换X而计算的，所述径向位置&是第二平面的起始点。是 通过在关系表达式c^(X)的右侧用径向位置xN1替换X而计算的，所述径向位置xN1是第& 平面的起始点。比较和，是第二平面的启示位置处的光程差相位数。比较
和6iN1，是第&平面的启示位置处的光程差相位数。klim-klis > 0(29)| 小 i21 < | 小 i (x2) |(30)| 小iN1| > | t(xN1) |(31)klim-klis < 0(32)| (j5 i21 > | (j5 i (x2) |(33)| 小 iN11 < | 小 i (xN1) |(34)<中环形区的结构>上面利用内环形区(第一区域51)描述了用于改变衍射结构的形状的技术。但是， 该技术可以类似的应用于中环形区(第二区域52)。通过使用对于中环形区的改进技术，可 以使得衍射结构更不受环境条件变化的影响。图36A到36F示出了当(klm，k2m) = (0,-1) 时用于中环形区的改进技术的示例。与利用图24A到24H所描述的用于内环形区的改进技 术的情况一样，将一和第三平面的宽度缩小到相等宽度的0. 75倍。通过使第一和第三平面 变窄，可以朝着中心移动与DVD相对应的第二波长\ 2的相位分散，从而可以抑制由于环境 条件的变化而引起的效率分散。结果，消除了由于环境条件的变化而引起的主效率的变化， 从而可以减小不需要的信号与正常信号的比率。图36A与图24A—样，示出了具有相等阶 梯宽度的阶梯状形状的中环形区中的衍射结构的一个周期。图36B和36C与图24B和24C 相对应，分别示出了对于波长X 1和X 2的正常衍射级的相位数。图36D示出了如上所述 第一和第三平面被变窄的中环形区的改进结构。图36E和36F分别示出了在图36D中所示 的改进结构中对于波长X 1和X 2的正常衍射级的相位数。如图36E和36F中所示，平坦 并改进了相位分布，所述相位分布优选对于图36B和36C中的第二波长\ 2呈下降趋势。参考图37A到37F，将描述当(klm，k2m) = (1,0)时的中环形区的级别组合的另 一示例。与利用图24A到24H所描述的对于内环形区的改进技术的情况一样，第一和第四
53平面的宽度缩小到相等宽度的0.4倍。通过使第一和第四平面变窄，可以朝着中心移动与 BD相对应的第1波长X 1的相位分散，从而可以抑制由于环境条件的变化而引起的效率分 散。结果，消除了由于环境条件的变化而引起的主效率的变化，从而可以减小不需要的信号 与正常信号的比率。图37A示出了具有相等阶梯宽度的阶梯状形状的中环形区中的衍射 结构的一个周期，所述周期具有三级阶梯和四个平面。图37B和37C与图36B和36C相对 应。图37D示出了如上所述第一和第四平面被变窄的中环形区的改进结构。图37E和37F 分别示出了在图37D中所示的改进结构中对于波长X 1和X 2的正常衍射级的相位数。如 图37E和37F中所示，平坦并改进了相位分布，所述相位分布优选对于图37B和37C中的第 一波长XI呈下降趋势。因此，用于中环形区的改进技术与用于内环形区的改进技术本质 上相同。即，对于与BD相对应的第一波长入1当(正常衍射级)_(不需要的邻近衍射级) 为负时，可以通过减小两端的宽度改进衍射结构。另一方面，对于与DVD相对应的第二波长 入2当(正常衍射级)-(不需要的邻近衍射级)为正时，可以通过增大两端的宽度改进衍射 结构。也就是说，与内环形区一样，当中环形区中的衍射结构满足一定关系时，可以消除不 需要的光的影响。总之，当三种波长兼容性物镜满足下面的表达式(35)和(36)或(37)或者满足下 面的表达式(38)和(39)或(40)时，可以消除不需要的光的影响。当满足表达式(29)到 (34)时，可以消除穿过内环形区的光束中的不需要的光的影响。当满足表达式(35)到(40) 时，可以消除穿过中环形区的光束中的不需要的光的影响。形成于三种波长兼容性物镜的 第二区域52 (中环形区)中的衍射结构包括每一部分都具有(N2-l)级阶梯和队个平面的多 个阶梯状部分。在这些表达式中，klmm、k2mm和k3mm与上述的klm、k2m和k3m—样，klmm、 k2mm和k3mm分别代表在形成于第二区域52中的衍射结构中对于第一到第三波长X 1、入2 和入3的具有最高衍射效率的级别。klms代表邻近具有更高衍射效率的klmm的一个级别， k2ms代表邻近具有更高衍射效率的k2mm的一个级别，k3ms代表邻近具有更高衍射效率的 k3mm的一个级别。如下计算这些表达式中的和c^(xN2)。通过将阶梯状结构的各 个周期的相位的整数倍加回到由于第二区域52中的衍射结构而产生的第一波长\ 1的光 程差相位数6m，可以获得估计相位数。通过连接在各个周期的除了第二平面和第N2平面之 外的平面的起始点处的估计相位数，计算用于近似径向位置X处的光程差相位数(^00的 关系表达式c^OO = Ci^+QXVQf+QXS+Cyr。利用该关系表达式获得了对于径向位置x2 和xN2W ctffl(x2)和(UxN2)。具体来说，小九)是通过在关系表达式KX)的右侧用径 向位置％2替换X而计算的，所述径向位置xN2是第N2平面的起始点。比较和小m2， 小m2是第二平面的起始位置处的光程差相位数。比较4m(xN2)和$_2，是第N2平面的 起始位置处的光程差相位数。klmm-klms > 0(35)^ffl2| < | ^ffl(x2)(36)| 小> I t(xN2) | (37)klmm-klms < 0(38)^ffl2| > | ^ffl(x2) (39)| 小< | t(xN2) | (40)〈用于改进相位特性的技术〉
然后，将描述用于改进在上面的小节“减小不需要的信号——改变衍射结构的形 状”中所使用的相位特性的技术。作为示例，将使用非周期性的凸出/凹下形状，从而提高 对环境条件变化的抵抗能力。将考虑所述衍射结构的衍射效率n。假设衍射结构由具有预定折射率的金属制 造，并且包括深度为d并且具有由g(x)所表示的形状的槽。将考虑当具有波长X的光束 发生衍射时所产生的第m级衍射光。通过下面的表达式(41)表示在位置x处具有波源的 m级衍射光的元件的相位小(x，d，An, X，m)。在表达式(41)中，An是衍射结构的界面 前面的介质折射率与界面后面的介质的折射率的差。小(x，d，An,入，m) = {dX An/入 Xg(x)_mXx} X2 Ji ... (41)通过利用标量衍射理论，利用表达式(41)中的 所获得的衍射效率n可以由下 面的表达式(42)表示。
1Tj{dfAn,X,m) = \exp{i<f>(x,d,An,X,m))dx-.(42)
o考虑到可以被作为 的累积和的n代表衍射效率，下面的描述同样适用。如果 在槽形状的任意位置处相位 相对于波源的分布限制在一定的范围内，n增大而dn/cU 减小，即衍射效率增大而衍射效率相对于波长的变化的变化减小。最好 分布在X的整个 范围(o<x< 1)内的一定范围内。在这种情况下，衍射结构更能抵抗波长的变化。基于 上述考虑，即使 的分布超出了对于x的任何范围部分的一定范围，只要 的分布处于X 的基本整个范围内的一定范围中，则可以获得高衍射效率和对波长变化的高抵抗能力。因此，当且仅当图24B到24D和24F到24H中所示的相位具有平坦分布时，小的 分布处于一定范围。通过形成使得相位具有平坦分布的衍射结构，可以提高对波长和温度 变化的抵抗能力。因为形成如图24E中所示的上述衍射结构以使相位平坦，所以可以防止 由于环境条件的变化而引起的不需要的光的增加。<对于用于防止由于温度的波长的变化而引起的不需要的光增加的技术的总结>在三种波长兼容性物镜中，利用上述技术形成预定衍射结构的第一区域51可以 减小由于环境条件的变化而引起的不需要的衍射信号的负面影响，而这是现有技术难以实 现的。因此，包括第一区域51的衍射部分50和包括衍射部分50的物镜34实现了一种光 学拾取器，所述光学拾取器可以利用单物镜执行向多种类型的光盘记录信号和从多种类型 的光盘再现信号，所述光盘包括双层光盘。S卩，根据本发明的实施例的物镜34包括第一到第三区域51到53。具有波长入1 的光束光束有与第一到第三区域相对应的孔径直径，具有波长X2的光束光束有与第一到 第二区域相对应的孔径直径，具有波长X3的光束光束有与第一区域相对应的孔径直径。 第一区域 51 满足(kli，k2i，k3i) = (+1，-2，-3)、(1，-1，-2)、(0，-1，-2)、(0，-2，-3)和 (2,-1,-2) 0第一区域51是具有(Nfl)级阶梯和&个宽度不等的平面的阶梯状衍射结构。 当 klim_klis>0 时，满足关系 | (ti2| < | (t i (x2) | 或 | 小 iN1| > | (t i (xN1) I。当 klim-klis <0时，满足关系| (ti2| > | c^(X2) |或| U < |I。物镜34实现了三种波长的 兼容性，即物镜可以用单物镜适当的使相应的光束聚焦在在信号记录表面上。物镜34能抵 抗环境条件的变化，使得当由于温度和波长的变化而引起由衍射部分50所产生的不需要 的衍射光增加时，物镜34防止伺服变得不稳定。因此，防止包含物镜34的光学拾取器3的记录和再现特性恶化，从而可以实现优异的记录和再现特性。根据本发明的实施例的物镜34具有包括下列特征的中环形区。即，第二区域52满 足(klm，k2m) = (0，-1)、(1，0)、(0，-2)、(1，-1)等。第二区域 52 是具有(N2_l)级阶梯和 队个宽度不等的平面的阶梯状衍射结构。当klmm-klms>0时，满足关系| 1 < I ^ffl(x2) 或I小J > H(xN2)|。当klmm-klms<0时，满足关系|小帕I > ^ffl(x2)或|小J < I小m(xN2)|。物镜34可以减小穿过中环形区的光束中的不需要的光的影响。因此，物镜 34能抵抗环境条件的变化，使得当由于温度和波长的变化而引起由衍射部分50所产生的 不需要的衍射光增加时，物镜34防止伺服变得不稳定。因此，防止包含物镜34的光学拾取 器3的记录和再现特性恶化，从而可以实现优异的记录和再现特性。当(kli，k2i，k3i) = (+1，-2，-3)时，物镜具有下列特征。即，物镜34包括第一 到第三区域51、52和53。具有波长X 1的光束光束有与第一到第三区域相对应的孔径直 径，具有波长、2的光束光束有与第一到第二区域相对应的孔径直径，具有波长\ 3的光束 光束有与第一区域相对应的孔径直径。第一区域51满足(kli，k2i，k3i) = (+1,-2,-3), 并且第一区域51是具有6级阶梯和7个宽度不等的平面的阶梯状衍射结构。至少满足关 系表达式|小2 > 小(x2)、小3 > |小(x3) |、小6 < |小(x6) |和|小7 < 小(x7) 中的一个。物镜34实现了三种波长的兼容性，即物镜可以用单物镜适当的使相应的光束聚 焦在在信号记录表面上。因此，物镜34能抵抗环境条件的变化，使得当由于温度和波长的 变化而引起由衍射部分50所产生的不需要的衍射光增加时，物镜34防止伺服变得不稳定。 因此，防止包含物镜34的光学拾取器3的记录和再现特性恶化，从而可以实现优异的记录 和再现特性。根据本发明的实施例的物镜34具有除了衍射结构的配置之外的下列特征。即通 过将焦距限制到一定范围来防止不需要的光的影响。物镜34中所包含的第一到第三区域 51、52和53也在这方面起作用。具有波长\ 1的光束光束有与第一到第三区域相对应的 孔径直径，具有波长X 2的光束光束有与第一到第二区域相对应的孔径直径，具有波长入3 的光束光束有与第一区域相对应的孔径直径。第一区域51满足下面的第一到第七关系表 达式中的一个。第一表达式是关系表达式ndl| (1/Plm)-(1/Pls) |第二表达式是 关系表达式ndl| (1/PJ-(1/P1S) | ^ 18um0第三关系表达式是关系表达式nd21 (1/Pj_(l/ P2s) 第四关系表达式是关系表达式nd2| (1/PJ_(1/P2S) ^ 35um0物镜34实 现了三种波长的兼容性，即物镜可以用单物镜适当的使相应的光束聚焦在在信号记录表面 上。因此，物镜34能抵抗环境条件的变化，使得当由于温度和波长的变化而引起由衍射部 分50所产生的不需要的衍射光增加时，物镜34防止伺服变得不稳定。因此，防止包含物 镜34的光学拾取器3的记录和再现特性恶化，从而可以实现优异的记录和再现特性。具 体来说，因为物镜34满足关系表达式ndl| (1/Plm)-(1/Pls) |彡27 y m和nd21 (1/P2m)-(1/ P2s)彡61 ym中的至少一个，可以更有效的消除不需要的光的影响。因为物镜34满足关 系表达式 ndl| (1/Plm)-(1/Pls) | 彡 27iimfPnd2| (1/P2m)-(1/P2s) | 彡 61 ym 中的至少一 个，可以进一步减小不需要的光的影响。6.根据本发明的实施例的光学拾取器所使用的衍射部分的示例(3的变体)参考图6A和6B，将描述根据本发明的实施例的光学拾取器3中所使用的衍射部分 50的示例。
在第3章中，如图6A所示，在物镜34的入射侧表面上形成包括三个区域51、52和 53的衍射部分50。但是，衍射部分50的位置不限于此，可以在物镜34的出射侧表面上形 成衍射部分50。作为另一可选形式，可以在不同于物镜的光学元件的入射侧表面或出射侧 表面上形成包括第一至第三区域51、52和53的衍射部分50。在这种情况下，向物镜一侧提 供第三区域53的折射功能，向光学元件提供第一和第二区域51和52的衍射功能。例如，如图6B所示，物镜34B具有与去掉衍射部分50的物镜34 —样的弯曲表面， 衍射光学元件35B包括形成于其中一个表面上并设置在光路上的衍射部分50，所述物镜 34B和光学元件35B是三种波长共用的。物镜34B和衍射光学元件35B可以组成聚焦光学
直o图6A中所示的物镜34具有包括入射侧上的基准面和形成于基准面上衍射表面的 表面形状，所述基准面具有作为物镜的折射功能，所述衍射表面具有衍射功能。另一方面， 当使用图6B中所示的衍射光学元件35B时，物镜34B包括具有衍射功能的表面形状。此外， 具有衍射功能的衍射结构形成于衍射光学元件35B的其中一个表面上。图6B中所示的物镜34B和衍射光学元件35B以与物镜34 —样的方式用作聚焦光 学装置。当用于光学拾取器3中时，物镜34B和衍射光学元件35B减小了像差等，并实现了 光学拾取器对三种波长的兼容性。此外，通过使用物镜34B和衍射光学元件35B，可以减少 元件数量，可以简化光学拾取器的结构，可以实现尺寸减小、高生产率和成本降低。此外，与 当衍射结构集成于物镜34上的情况相比，可以形成复杂衍射结构。另一方面，在图6A的情 况中，单个元件(物镜34)用作聚焦光学装置，所述聚焦光学装置适当的使具有不同波长的 三条光束中的每一条聚焦在相应的光盘的信号记录表面上，从而不会产生球面像差。因此， 通过在物镜34上集成衍射部分50，可以进一步减小光学元件的数量和结构的尺寸。因为只 能在物镜34的其中一个表面上通过形成用于校正像差的三种波长兼容性衍射结构来制造 衍射部分50，这是现有技术难以实现的，所以衍射结构可以与物镜34集成。因此，可以直接 在塑料透镜上形成衍射表面。通过用塑料材料制作包括衍射部分50的物镜34，可以实现 高生产率和成本降低。也可以在具有衍射部分70的物镜34C上制造利用图6B所描述的变 体。7.根据本发明的实施例的包含在光学拾取器中的衍射部分的另一示例(4的变 体)参考图7A和7B，将描述根据本发明的实施例的光学拾取器3中所使用的衍射部分 70的示例。在上面的第4章中，如图7A所示，在物镜34C的入射侧表面上形成包括三个区域 51、52和73的衍射部分70。但是，结构并不限于此，可以在物镜34C的出射侧表面上形成 衍射部分70。作为另一可选形式，可以在不同于物镜的光学元件的入射侧表面或出射侧表 面上形成包括第一到第三区域51、52和73的衍射部分70。例如，如图7B所示，物镜34D具有与去掉衍射部分70的物镜34C —样的弯曲表 面，衍射光学元件35D包括形成于其中一个表面上并设置在三种波长共用的光路上的衍射 部分70。物镜34D和衍射光学元件35D可以组成聚焦光学装置。图7A中所示的物镜34C具有包括入射侧上的基准面和形成于基准面上衍射表面 的表面形状，所述基准面具有作为物镜的折射功能，所述衍射表面具有衍射功能。另一方面，当使用图7B中所示的衍射光学元件35D时，物镜34D包括具有衍射功能的表面形状。此 外，衍射光学元件35D的其中一个表面包括具有衍射功能的衍射结构。图7B中所示的物镜34D和衍射光学元件35D以与物镜34C —样的方式用作聚焦 光学装置。当用于光学拾取器3中时，物镜34D和衍射光学元件35D减小了像差等，并实 现了光学拾取器对三种波长的兼容性。此外，通过使用物镜34D和衍射光学元件35D，可以 减少元件数量，可以简化光学拾取器的结构，可以实现尺寸减小、高生产率和成本降低。此 外，与当衍射结构集成于物镜34C上的情况相比，可以形成复杂衍射结构。另一方面，在图 7A的情况中，单个元件(物镜34C)用作聚焦光学装置，所述聚焦光学装置适当的使具有不 同波长的三条光束中的每一条聚焦在相应的光盘的信号记录表面上，从而不会产生球面像 差。因此，通过在物镜34C上集成衍射部分70，可以进一步减小光学元件的数量和结构的 尺寸。因为只能在物镜34C的其中一个表面上通过形成用于校正像差的三种波长兼容性衍 射结构来制造衍射部分70，这是现有技术难以实现的，所以衍射结构可以与物镜34C集成。 因此，可以直接在塑料透镜上形成衍射表面。通过用塑料材料制作包括衍射部分70的物镜 34C，可以实现高生产率和成本降低。8.根据本发明的实施例的光学拾取器根据本发明的实施例的包括衍射部分50的光学拾取器3形成于物镜34等的表面 上并包括第一到第三区域51、52和53，所述光学拾取器可以向穿过各个区域的具有第一到 第三波长的各条光束提供适当的衍射效率和适当的衍射角度。包括衍射部分70的光学拾 取器3形成于物镜34C等的表面上并包括第一到第三区域51、52和73，所述光学拾取器可 以向穿过各个区域的具有第一到第三波长的各条光束提供适当的衍射效率和适当的衍射 角度。因此，光学拾取器3可以充分减小三种不同格式(例如保护层厚度)的第一到第三 光盘11、12和13中的每个光盘的信号记录表面上所产生的球面像差。因此，光学拾取器3 可以使用具有三种不同波长的光束向不同类型的光盘11、12和13记录信号和从不同类型 的光盘11、12和13再现信号。光学拾取器3所包括的物镜34和34C中的每一个分别具有图6A和7A中所示的 衍射部分50和70，所述物镜34和34C可以用作在预定位置使入射光束聚焦的聚焦光学装 置。同样，各对物镜34B和34D和衍射光学元件35B和35D中每一对分别具有图6B和7B 中所示的衍射部分50和70，并可用作聚焦光学装置。聚焦光学装置包括具有形成于其中一 个表面上的衍射部分50或70的物镜34或34C和衍射光学元件35B或35D，所述聚焦光学 装置适用于光学拾取器，所述光学拾取器用于通过用光束照射光盘向三种不同类型的光盘 中的每一种记录信息信号和/或从三种不同类型的光盘中的每一种再现信息信号。包括聚 焦光学装置的光学拾取器可以适当的使相应的光束在球面像差充分减少的情况下聚焦在 三种类型的光盘中的每一种的信号记录表面上。即，聚焦光学装置实现了的三种波长兼容 性光学拾取器，所述光学拾取器使用三种波长共用的物镜34、34B、34C或34D。如图6B或7B所示的物镜34B或34D和具有衍射部分50或70的衍射光学元件 35B或35D可以整体连接到致动器。当将衍射光学元件和物镜连接到致动器的透镜架时，为 了提高精度和方便安装，衍射光学元件和透镜可以整体构成聚焦光学单元。例如，当利用垫 片等调整位置、之间的距离和光轴时，可以通过将衍射光学元件35B和物镜34B整体连接到 支架来制成聚焦光学单元。例如，即使当在跟踪方向上移动透镜时，所述将衍射光学元件和
58透镜整体连接到驱动机构的结构可以适当的使具有第一到第三波长的各条光束在球面像 差减小的情况下聚焦在相应的光盘的信号记录表面上。参考图2，将描述在光学拾取器3中从第一到第三光源31、32和33发射的光束的 光路。尽管将在此描述使用物镜34的情况，但是可以以相似的方式使用物镜34C。第一，将 描述当通过向第一光盘11发射具有第一波长的光束而执行记录和再现信息的情况下的光 路。当光盘类型确定单元22确定光盘2是第一光盘11时，光盘类型确定单元22使得 第一光源31的第一发射器发射具有第一波长的光束。通过第一光栅39将由第一发射器发射的具有第一波长的光束分成三束进入第二 分束器37，从而可以检测到循迹误差信号等。进入第二分束器37的具有第一波长的光束由 第二分束器37的镜面37a反射，射向第三分束器38。进入第三分束器38的具有第一波长的光束穿过第三分束器38的镜面38a，射向准 直透镜42，由准直透镜42改变其发散角，成为基本平行的光。然后，通过四分之一波长板 43向具有第一波长的光束提供预定的相位差，经由上升镜44反射，射向物镜34。当具有第一波长的光束进入物镜34时，形成于物镜34的入射侧表面上的衍射部 分50的第一和第二区域51和52使得穿过其中的光束发生衍射，使得预定衍射级成为占主 导的。同时，利用物镜34的弧形透镜表面的折射能力，将光束聚焦到第一光盘11的信号记 录表面上。同时，因为光束已经衍射和折射而处于可以减小球面像差的状态中，所以适当的 使穿过第一到第三区域51、52和53的具有第一波长的光束聚焦。物镜34出射的具有第一 波长的光束不仅以预定的方式发生衍射，而且限制了光束的孔径。聚焦在第一光盘11上并且由第一光盘11的信号记录表面所反射的光束穿过物镜 34，经由上升镜44反射，穿过四分之一波长板43和准直透镜42，由第三分束器38的镜面 38a所反射，射向光电检测单元45。由第三分束器38从前向路径上的光束光学分离出光束，通过多物镜46聚焦在光 电检测单元45的光接收表面上，并且由光电检测单元45检测。然后，将描述射向第二光盘12以执行信息记录和再现的具有第二波长的光束的 光路。当光盘类型确定单元22确定光盘2是第二光盘12时，光盘类型确定单元22使得 第二光源32的第二发射器发射具有第二波长的光束。通过第二光栅40将由第二发射器发射的具有第二波长的光束分成三束进入第一 分束器36，从而可以检测到循迹误差信号等。进入第一分束器36的具有第二波长的光束穿 过第一分束器36的镜面36a以及第二分束器37的镜面37a，射向第三分束器38。进入第三分束器38的具有第二波长的光束穿过第三分束器38的镜面38a，射向准 直透镜42，由准直透镜42改变其发散角，成为基本平行的光。然后，通过四分之一波长板 43向具有第二波长的光束提供预定的相位差，经由上升镜44反射，射向物镜34。当具有第二波长的光束进入物镜34时，形成于物镜34的入射侧表面上的衍射部 分50的第一和第二区域51和52使得穿过其中的光束发生衍射，使得预定衍射级成为占主 导的。同时，利用物镜34的弧形透镜表面的折射能力，将光束聚焦到第二光盘12的信号记 录表面上。同时，因为光束已经衍射和折射而处于可以减小球面像差的状态中，所以适当的使穿过第一和第二区域51和52的具有第二波长的光束聚焦。由于上述效果(即，适当的 限制光束的孔径的状态)，穿过第三区域53的具有第二波长的光束处于光束没有聚焦在第 二光盘12的信号记录表面上的状态中。因为返回路径与上述具有第一波长的光束的返回路径一样，所以省略了由第二光 盘12的信号记录表面所反射的光束的返回路径。然后，将描述射向第三光盘13以执行信息记录和再现的具有第三波长的光束的 光路。当光盘类型确定单元22确定光盘2是第三光盘13时，光盘类型确定单元22使得 第三光源33的第第三发射器发射具有第三波长的光束。通过第三光栅41将由第三发射器发射的具有第三波长的光束分成三束进入第一 分束器36，从而可以检测到循迹误差信号等。进入第一分束器36的具有第二波长的光束由 第一分束器36的镜面36a反射，穿过第二分束器37的镜面37a，射向第三分束器38。进入第三分束器38的具有第三波长的光束穿过第三分束器38的镜面38a，射向准 直透镜42，由准直透镜42改变其发散角，成为基本平行的光。然后，通过四分之一波长板 43向具有第三波长的光束提供预定的相位差，经由上升镜44反射，射向物镜34。当具有第三波长的光束进入物镜34时，形成于物镜34的入射侧表面上的衍射部 分50的第一区域51使得穿过其中的光束发生衍射，使得预定衍射级成为占主导的。同时， 利用物镜34的弧形透镜表面的折射能力，将光束聚焦到第三光盘13的信号记录表面上。同 时，因为光束已经衍射和折射而处于可以减小球面像差的状态中，所以适当的使穿过第一 区域51的具有第三波长的光束聚焦。由于上述向外展开的效果，具有第三波长的光束穿过 第二区域52时所产生的衍射光束处于衍射光束没有聚焦在第三光盘13的信号记录表面上 的状态，即适当的限制了光束的孔径的状态。由于上述的连续球形表面的效果，穿过第三区 域53的具有第三波长的光束处于光束没有聚焦在第三光盘13的信号记录表面上的状态， 即适当的限制光束的孔径的状态。因为返回路径与上述具有第一波长的光束的返回路径一样，所以省略了由第三光 盘13的信号记录表面所反射的光束的返回路径。在这里描述的示例中，通过准直透镜42改变具有第二和第三波长的光束的发散 角，从而通过调整第二和第三发射器的位置使得光束相对于基本平行的状态发散。但是，所 述结构不限于此。即，通过提供根据波长改变发散角的元件或提供用于使准直透镜42衍射 光轴移动的驱动单元，可以使具有第二和第三波长的光束以发散状态或收敛状态进入物镜 34。在这里所描述的示例中，具有第一波长的光束以基本平行的状态进入物镜34，具 有第二和第三波长的光束以发散状态进入物镜34。但是，所述结构不限于此。例如，所有具 有第一到第三波长的光束可以平行状态进入物镜34，或者部分或全部具有第一到第三波长 的光束可以发散或收敛状态进入物镜34。根据本发明的实施例的光学拾取器3包括用于发射具有第一到第三波长的光束 的第一到第三发射器、物镜34、和形成于物镜34的表面上的衍射部分50，衍射部分50是设 置在前向光路上的光学元件。衍射部分50等具有第一到第三区域51、52、53和73，所述区 域周围第一和第二区域51和52是各自具有环形形状和预定深度的不同衍射光栅。第一和
60第二区域51和52分别具有第一和第二衍射结构，所述衍射结构使得具有第一到第三波长 的光束发生衍射，使得预定级别(kli，k2i，k3i，klm，k2m)的衍射光成为占主导的。第三区 域53和73具有上述的预定的折射功能、衍射功能和孔径限制功能。对于所述特征结构，光 学拾取器3可以使用不同波长适当的使相应的光束聚焦在三种类型的光盘中的每一种的 信号记录表面上。因此，光学拾取器3利用简单结构实现了三种波长兼容性，所述简单结构 使用三种类型光盘共用的物镜34等，并且实现了优异的向光盘记录信息信号和/或从光盘 再现信息信号。S卩，用设置在具有第一到第三波长的光束的光路上的衍射部分50和70，通过获取 最佳衍射效率和最佳衍射角度，利用具有不同波长的光束，根据本发明的实施例的光学拾 取器3可以执行信号记录和再现。即，光学拾取器3实现了对于不同类型的光盘11、12和 13的三种波长兼容性，增强了光学元件(例如物镜34)的通用性。因此，光学拾取器3使得 能够减少元件数量，简化结构并缩小尺寸，从而实现高生产率和成本降低。对于根据本发明的实施例的光学拾取器3，对于第一区域51(内环形区)的级别 (kli，k2i，k3i)是(1，-2，-3)、(1，-1，-2)、(0，-1，-2)、(0，-2，-3)、(2，-1，-2)。因此，光 学拾取器3可以减小球面像差，优化工作距离和焦距，提高生产率。即，通过使光束衍射从 而使得球面像差适当减小的衍射光成为占主导的，光学拾取器3可以使得具有第一到第三 波长的各条光束在相应的光盘的信号记录表面上形成适当的光斑。对于光学拾取器3，可以 防止尺寸增大，可以简化生产过程，可以使得所选衍射级的衍射效率充分高。因此，对于包 括对三种波长和三种类型光盘通用的物镜34的光学拾取器，光学拾取器3实现了三种波长 兼容性，从而可以相应的向光盘记录信息信号和/或从光盘再现信息信号。对于光学拾取器3，如图8A所示，因为第一区域51 (内环形区)具有从相等阶梯宽 度类型的衍射结构修改的衍射结构，从而使相位平坦。因此，如第5章中所述，对于光学拾 取器3，形成于第一区域51或第二区域52中的衍射结构抑制了由于环境条件的变化而引起 的不需要的衍射光的产生，从而防止伺服变得不稳定。光学拾取器3实现了优异的记录和 再现特性，而不需要考虑温度和波长的变化。即，根据本发明的实施例的光学拾取器3包括物镜34和第一到第三区域51到 53。具有波长λ 1的光束有与第一到第三区域相对应的孔径直径，具有波长λ 2的光束有 与第一和第二区域相对应的孔径直径，具有波长λ 3的光束有与第一区域相对应的孔径 直径。第一区域51是具有(N1-I)级阶梯和N1个宽度不等的平面的阶梯状衍射结构。当 klim-klis > 0 时，满足关系式 I Φ 2 < I Φ i (x2) I 或 I Φ Ν1 > I Φ i (χΝ1)。当 klim-klis <0时，满足关系式I Φ 2| > I Φ ^X2) ι或ι Φ皿ι < ι Φ (χΝ1) |。第二区域52是具有(N2-I) 级阶梯和N2个宽度不等的平面的阶梯状衍射结构。当klmm-klms > 0时，满足关系| Φω2 < Φπ(χ2)或 |ΦΛ2Ι > |Φω(χΝ2)Ι。当 klmm-klms <0，满足关系式 |φω2| > Φω(χ2) 或 I Φ_2 < I Φω(χΝ2) I。当第一区域 51 满足(kli，k2i，k3i) = (+1,-2,-3)时，第一区域 51是具有6级阶梯和7个宽度不等的平面的阶梯状衍射结构。这种情况下，至少满足关系 表达式 I Φ 2 I > I Φ (χ2) I、Φ 3 I > I Φ (x3) I、I Φ 6 I < I Φ (x6) | 和 | Φ 7 | < Φ (x7) | 中 的一个。第一区域51可以满足下面的四个关系表达式其中之一。第一表达式是关系表达 式 ndl I (1/Plm) _ (1/Pls) I 彡 27 μ m。第二表达式是关系表达式 ndl | (1/Plm) _ (1/Pls) | 彡 18 μ m。 第三关系表达式是关系表达式nd21 (1/P2ffl)-(1/P2s) I ^eium0第四关系表达式是关系表达式nd2| (1/P2ffl)-(1/P2s) I <35ym。具有上述其中一个特性的光学拾取器3实现了三种波长 兼容性，即通过对三种波长通用的物镜34和衍射部分50，光学拾取器可以适当的使相应的 光束聚焦在信号记录表面上。光学拾取器3能抵抗环境条件的变化，使得当由于温度和波 长的变化而引起由衍射部分50所产生的不需要的衍射光增加时，光学拾取器3防止伺服变 得不稳定。因此，防止光学拾取器3的记录和再现特性恶化，从而可以实现优异的记录和再 现特性。根据本发明的实施例的光学拾取器3包括具有所谓的联系非球形表面的第三区 域53或具有第三衍射机构的第三区域73，作为衍射部分50或70的外环形区。光学拾取器 3实现了高光利用效率和三种波长兼容性，以预定方式限制了孔径。在光学拾取器3中，根 据内环形区和中环形区的结构，外环形区可以具有连续球形表面或衍射结构，从而简化了 衍射部分的外环形区的结构，简化了包括衍射部分的元件的生产过程。根据本发明的实施例的光学拾取器3包括形成于光学元件表面上的衍射部分50 或70，所述光学元件例如设置在用于发射光束的发射器和光盘的信号记录表面之间的光路 上的物镜34或34C或衍射光学元件35Β或35D。利用衍射部分50或70，光学拾取器3可 以利用单物镜适当的使相应的光束聚焦在使用不同的波长的三种类型光盘中的每一种的 信号记录表面上。利用简单结构，光学拾取器3实现了利用单物镜的三种波长兼容性，和优 异的向每个光盘记录信号和/或从每个光盘再现信号。因为物镜34等对三种波长通用，根据本发明的实施例的光学拾取器3可以避免由 于移动部件质量增加而引起的灵敏度下降的问题。光学拾取器3可以避免物镜等以不合适 的安装角度连接到致动器的问题。光学拾取器3仅包括形成于其一个表面上的衍射部分50 或70。因此，与在多个表面上形成用于减小球面像差的衍射部分的现有拾取器不同，由于存 在多个衍射部分而引起衍射部分的相对位置和衍射效率降低的问题。即，光学拾取器3简 化了生产过程，提高了光的利用率。光学拾取器3实现了在光学元件的一个表面上形成衍 射部分的结构。通过将衍射部分和物镜集成在一起，进一步简化了结构，减小了致动器的重 量，提高了光的利用率。现有的普通光学拾取器有这样的问题，即因为像差的方向根据光盘 的格式而不同，所以校正方法复杂。当使用能在弧度方向倾斜的致动器时，需要使在弧度方 向校正之后的残余像差等于或小于大约0. 030 λ rms。在包括两个物镜的现有光学拾取器 中，执行复杂的校正以满足上述范围。相反，对于根据本发明的实施例的光学拾取器3，因为 只使用一个物镜，所以产生像差的方向对于三种格式可以是基本相同的，从而满足了上述 范围，并可以便于执行校正。对于根据本发明的实施例的单物镜，像差的大小与三种格式之 间存在相互关系。因此，通过抑制与一种格式相对应的波长的第三或更高级别的像差，可以 控制其他波长的相差数量，从而可以便于控制像差。如上所述，在光学拾取器3中，第一到第三发射器分别设置在光源31、32和33中。 但是，所述结构不限于此。例如，可以在不同位置设置包括第一到第三发射器中的两个发射 器的光源和包括第一到第三发射器中剩余的发射器的光源。9.根据本发明另一实施例的光学拾取器然后，将描述图38中所示的光学拾取器60，所述光学拾取器60是根据本发明另一 实施例的光学拾取器。光学拾取器60包括具有第一发射器的光源和具有第二和第三发射 器的光源。在下面的描述中，用相同的标记表示与光学拾取器3中相同的元件，并省略详细
62描述。如图38所示，光学拾取器60包括具有第一发射器的第一光源61，所述第一发射 器用于发射具有第一波长的光束。光学拾取器60还包括具有第二发射器和第三发射器的 光源62，所述第二发射器用于发射具有第二波长的光束，所述第三发射器用于发射具有第 三波长的光束。光学拾取器60包括物镜34，所述物镜用作聚焦光学装置，用于将由第一到 第三发射器发射的光束聚焦到光盘2的信号记录表面上。假设光学拾取器60还包括具有 衍射结构50的物镜34，作为聚焦光学装置。但是，光学拾取器的结构不限于此。除了上述 结构，如图6B中所示，聚焦光学装置可以包括物镜34B和衍射光学元件35B。或者，如图5A 和5B中所示，聚焦光学装置可以包括具有衍射部分70的物镜34C。作为另一可选形式，如 图7B中所示，聚焦光学系统可以包括物镜34D和衍射光学元件35D。不论在光学拾取器60 中使用上述哪个聚焦光学装置，都可以获得下面描述的优点，并且可以产生上述物镜和衍 射部分的操作效果。光学拾取器60包括分束器63，所述分束器是光路组合单元。分束器63组合从第 一光源61的第一发射器发射的具有第一波长的光束的光路和从第二光源62的第二和第三 发射器发射的具有第二和第三波长的光束的光路。光学拾取器60包括具有与第三分束器 38类似的功能的分束器64。光学拾取器60包括第一光栅39和设置在第二光源62和分束器63之间的光栅 65。光栅65具有波长依赖性，从而为了检测循迹误差信号等，光栅65使从第二和第三发射 器发射的具有第二和第三波长的光束衍射成为三束。光学拾取器60包括准直透镜42、四分之一波长板43、上升镜44、光电检测单元 45、多物镜46和用于沿着光轴驱动准直透镜42的准直透镜驱动单元66。如上所述，准直透 镜驱动单元66沿着光轴驱动准直透镜42，从而调整穿过准直透镜42的光束的发散角。因 此，准直透镜驱动单元66使得进入物镜34的各条光束处于最佳状态，从而减小了球面像差 并可以执行上述向外展开。如果光盘时具有多个信号记录表面的多层光盘，准直透镜驱动 单元66使得光学拾取器60能执行向任一信号记录表面记录和/或从任一信号记录表面再 现。在具有上述结构的光学拾取器60中，除了上面提到的方面之外，光学元件的功能 与光学拾取器3的功能相同。在光学拾取器60中，除了上面提到的方面之外，从第一到第 三发射器发射的具有第一到第三波长的光束的光路与光学拾取器3中的光路相同。S卩，在 具有第一到第三波长的光束的光路由分束器64组合之后，光学拾取器60以与光学拾取器 3相同的方式起作用。因此，将省略细节描述。光学拾取器60包括用于发射具有第一到第三波长的光束的第一到第三发射器、 设置在前向路径上的光学元件物镜34、和形成于物镜34的表面上的衍射部分50，衍射部 分50是设置在前向光路上的光学元件。衍射部分50等具有第一到第三区域51、52、53和 73，第一和第二区域51和52具有环形区形状和预定深度。第一区域51是具有(N1-I)级 阶梯和N1个宽度不等的平面的阶梯状衍射结构。当klim-klis>0时，满足关系式|φ 2 < I Φ i (x2) I 或 I Φ Ν1| > I Φ i (xN1) I ο 当 klim_klis<0 时，满足关系式 I Φ 2| > I Φ i (χ2) 或I φωι1 < I Φ (χΝ1) I。第二区域52是具有(N2-I)级阶梯和N2个宽度不等的平面的阶梯 状衍射结构。当klmm-klms > 0时，满足关系| Φ」< | (^m(X2) |或| Φ J > | Φ^χ^) |。当 klmm-klms < 0，满足关系式 | Φω2| > | Φω(χ2) | 或 | ΦωΝ2| < | Φω(χΝ2) |。例如，当第一 区域51满足(kli，k2i，k3i) = (+1，-2，-3)时，第一区域51是具有6级阶梯和7个宽 度不等的平面的阶梯状衍射结构。这种情况下，至少满足关系表达式I Φ2| > I Φ (χ2) |、 Φ3| > I Φ (χ3) |、I Φ6| < I Φ (χ6) I 禾P I Φ7| < I Φ (χ7) | 中的一个。第一区域 51 可以 满足下面的第一到第四关系表达式其中之一。第一表达式是关系表达式ndl| (1/Plm)-(1/ Pls) I彡27μπι。第二表达式是关系表达式ndl| (1/Plm)-(1/Pls) | < 18 μ m。第三关系表达式是 关系表达式nd2| (1/P2m)_(l/P2s) I ^eium0第四关系表达式是关系表达式nd21 (1/P2m)_(l/ P2s) I <35μπι。具有上述其中一个特性的光学拾取器60实现了三种波长兼容性，即光学拾 取器可以利用单一物镜适当的使相应的光束聚焦在使用不同波长的三种不同类型光盘中 的每一个的信号记录表面上。因此，光学拾取器60利用简单结构实现了三种波长兼容性并 实现了优异的向光盘记录信号和/或从光盘再现信号，所述简单结构利用对三种类型光盘 通用的物镜34等。光学拾取器60实现了三种波长兼容性，即物镜34可以利用单物镜适当 的使相应的光束聚焦在信号记录表面上。光学拾取器60能抵抗环境条件的变化，使得当由 于温度和波长的变化而引起由衍射部分50所产生的不需要的衍射光增加时，光学拾取器 60防止伺服变得不稳定。因此，防止光学拾取器60的记录和再现特性恶化，从而可以实现 优异的记录和再现特性。光学拾取器60还具有与上述光学拾取器3相同的优点。
在光学拾取器60中，第二和第三发射器设置在单个光源62中，从而进一步简化了 结构，并且进一步减小了尺寸。在根据本发明的光学拾取器中，第一到第三发射器可以设置 在光源中基本相同的位置。在这种情况下，光学拾取器的结构进一步简化，尺寸进一步减根据本发明的实施例的光盘装置1包括用于支撑和旋转从第一到第三光盘中任 意选择的光盘的驱动机构，和用于向被驱动结构旋转的光盘记录信息信号和/或从被驱动 结构旋转的光盘再现信息信号的光学拾取器。光盘装置1包括光学拾取器3或60，所述光 学拾取器通过选择性的向被旋转的光盘发射多条具有不同波长的光束，向光盘记录信息信 号和/或从光盘再现信息信号。光盘装置1包括形成于光学元件的表面上的衍射结构，所 述光学元件设置在具有第一到第三波长的光束的各条光束的光路上，所述光盘装置可以用 单物镜适当的使相应的光束聚焦在使用不同波长的三种类型光盘中的每一种的信号记录 表面上。因此，光盘装置1用简单结构实现了利用单物镜的三种波长兼容性，并实现了优异 的记录和再现特性，而不需要考虑温度变化和波长变化。因此，光盘装置1实现了简化的结 构、尺寸减小、和优异的记录和再现特性。本发明包含2009年6月18日向日本特许厅递交的日本在先专利申请 JP2009-145725和2009年8月25日向日本特许厅递交的日本在先专利申请JP2009-194748 中公开的主题，其全部内容通过引用结合于此。本领域技术人员应当理解，在所附权利要求或其等价物的范围内，根据设计需要 和其他因素可以产生各种修改、组合、变形和替换。
6权利要求
一种物镜，其选择性的使具有三种波长λ1、λ2和λ3的各条光束聚焦在相应的光盘的信号记录表面上，所述波长λ1、λ2和λ3至少满足关系式λ1＜λ2＜λ3，所述物镜包括衍射部分，所述衍射部分设置在所述物镜的入射侧表面上，所述衍射部分包括预定的衍射结构，所述衍射部分包括第一区域，其用于使光束发生衍射，所述第一区域设置在最内侧半径部分，所述第一区域包括衍射结构，所述衍射结构是具有(N1 1)级阶梯和N1个平面的阶梯状结构，第二区域，其用于使光束发生衍射，所述第二区域设置在所述第一区域的外侧，和第三区域，所述第三区域设置在第二区域的外侧，其中，形成所述第一到第三区域，使得具有波长λ1的光束的孔径限于与所述第一到第三区域相对应的直径，具有波长λ2的光束的孔径限于与所述第一和第二区域相对应的直径，和具有波长λ3的光束的孔径限于与所述第一区域相对应的直径，和其中所述物镜当k1im k1is＞0时满足|φi2|＜|φi(x2)|或|φiN1|＞|φi(xN1)|，当k1im k1is＜0时满足|φi2|＞|φi(x2)|或|φiN1|＜|φi(xN1)|，并且满足关系表达式nd1|(1/P1m) (1/P1s)|≥27μm、nd1|(1/P1m) (1/P1s)|≤18μm、nd2|(1/P2m) (1/P2s)|≥61μm、和nd2|(1/P2m) (1/P2s)|≤35μm中的一个，其中，假设正衍射级表示入射光束朝着光轴发生衍射，k1im、k2im和k3im分别是对于波长λ1、λ2和λ3对于所述第一区域具有最高衍射效率的级别，k1is、k2is和k3is分别是邻近k1im、k2im和k3im并且在邻近k1im、k2im和k3im的级别之间具有更高衍射效率的不需要的衍射光的级别，P1m、P2m、P1s和P2s分别是用所述透镜的衍射部分的衍射能力和入射侧表面及出射侧表面的折射能力应用于k1im、k2im、k1is和k2is级光束的总透镜光学能，nd1和nd2分别是光盘对于波长λ1和λ2的折射率，其中，φi(X)＝C1X2+C2X4+C3X6+C4X8+C5X10是代表对于径向位置X的光程差相位数的近似关系表达式，通过将所述阶梯状结构的多个周期中的每一个的相位的整数倍加回到由于所述第一区域中的衍射结构而产生的对于波长λ1的光程差相位数，并通过连接各个周期中除第二平面和第N1平面之外的平面的起始点的估计相位数，计算所述近似关系表达式，和其中φi2和φiN1分别是对于第二平面和第N1平面的起始点位置的光程差相位数，对于第二平面的起始点的径向位置x2和第N1平面的起始点的径向位置xN1，利用所述近似关系表达式，分别计算φi(x2)和φi(xN1)。
2.一种物镜，其选择性的使具有三种波长X 1、X 2和X 3的各条光束聚焦在相应的光 盘的信号记录表面上，所述波长入1、入2和入3至少满足关系式入1 <入2 <入3，所述物 镜包括衍射部分，所述衍射部分设置在所述物镜的入射侧表面上，所述衍射部分包括预定的 衍射结构，所述衍射部分包括第一区域，其用于使光束发生衍射，所述第一区域设置在最内侧半径部分，所述第一区 域包括衍射结构，所述衍射结构是具有饵-1)级阶梯和&个平面的阶梯状结构， 第二区域，其用于使光束发生衍射，所述第二区域设置在所述第一区域的外侧，和 第三区域，所述第三区域设置在第二区域的外侧，其中，形成所述第一到第三区域，使得具有波长、1的光束的孔径限于与所述第一到第三区域相对应的直径，具有波长X2的光束的孔径限于与所述第一和第二区域相对应的 直径，和具有波长X 3的光束的孔径限于与所述第一区域相对应的直径，和其中所述物镜当 klim-klis>0 时满足 | < | c^(X2) | 或 | 小 iN1| > | (^(Xni) |，当 klim-klis < 0 时满足 | 小 i21 > | 小 i (x2) | 或 | 小 iN11 < | 小 i (xN1) |，其中，假设正衍射级表示入射光束朝着光轴发生衍射，klim、k2im和k3im分别是对于 波长X 1、X 2和X 3对于所述第一区域具有最高衍射效率的级别，klis、k2is和k3is分别 是邻近klim、k2im和k3im并且在邻近klim、k2im和k3im的级别之间具有更高衍射效率的 不需要的衍射光的级别，其中，KX) 二^炉+以乂込乂乂+^"1是代表对于径向位置X的光程差相位数的近似 关系表达式，通过将所述阶梯状结构的多个周期中的每一个的相位的整数倍加回到由于所 述第一区域中的衍射结构而产生的对于波长X 1的光程差相位数，并通过连接各个周期中 除第二平面和第K平面之外的平面的起始点的估计相位数，计算所述近似关系表达式，和 其中cj5i2和ctiN1分别是对于第二平面和第&平面的起始点位置的光程差相位数，对于 第二平面的起始点的径向位置x2和第K平面的起始点的径向位置xN1，利用所述近似关系 表达式，分别计算Mx2)和MxN1)。
3.根据权利要求2的所述物镜，其中所述第二区域包括衍射结构，所述衍射结构是具有(N2_l)级阶梯和队个平面的阶 梯状结构，和其中所述物镜当klmm-klms>0时，满足| 1 < I乜(x2) I或|小_2| > lt(xN2)|， 当 klmm-klms <0 时，满足 | 小帕 I > I ^ffl(x2) | 或 | 小_2| < I ^ffl(xN2)其中，假设正衍射级表示入射光束朝着光轴发生衍射，klmm、k2mm和k3mm分别是对于 波长X 1、X 2和X 3对于所述第一区域具有最高衍射效率的级别，klms、k2ms和k3ms分别 是邻近klmm、k2mm和k3mm并且在邻近klmm、k2mm和k3mm的级别之间具有更高衍射效率的 不需要的衍射光的级别，其中，t(X) 二^炉+以乂込乂乂+^"1是代表对于径向位置X的光程差相位数的近似 关系表达式，通过将所述阶梯状结构的多个周期中的每一个的相位的整数倍加回到由于所 述第一区域中的衍射结构而产生的对于波长X 1的光程差相位数，并通过连接各个周期中 除第二平面和第N2平面之外的平面的起始点的估计相位数，计算所述近似关系表达式，和 其中^^2和6mN2分别是对于第二平面和第N2平面的起始点位置的光程差相位数，对于 第二平面的起始点的径向位置x2和第N2平面的起始点的径向位置xN2，利用所述近似关系 表达式，分别计算小m(x2)和t(xN2)。
4.一种物镜，其选择性的使具有三种波长X 1、X 2和X 3的各条光束聚焦在相应的光 盘的信号记录表面上，所述波长入1、入2和入3至少满足关系式入1 <入2 <入3，所述物 镜包括衍射部分，所述衍射部分设置在所述物镜的入射侧表面上，所述衍射部分包括预定的 衍射结构，所述衍射部分包括第一区域，其用于使光束发生衍射，所述第一区域设置在最内侧半径部分， 第二区域，其用于使光束发生衍射，所述第二区域设置在所述第一区域的外侧，和 第三区域，所述第三区域设置在第二区域的外侧，其中，形成所述第一到第三区域，使得具有波长、1的光束的孔径限于与所述第一到 第三区域相对应的直径，具有波长X2的光束的孔径限于与所述第一和第二区域相对应的 直径，和具有波长X3的光束的孔径限于与所述第一区域相对应的直径，和其中所述物镜满足关系表达式ndl | (1/Plffl)-(1/Pls) |彡27 y m、ndl | (1/Plffl)-(1/ Pls) | 彡 18iim、nd2| (1/P2m)-(1/P2s) | 彡 61iim、和 nd2| (1/P2m)-(1/P2s) | 彡 35 ym 中的一个，其中，假设正衍射级表示入射光束朝着光轴发生衍射，klim、k2im和k3im分别是对于 波长X 1、X 2和X 3对于所述第一区域具有最高衍射效率的级别，klis、k2is和k3is分别 是邻近klim、k2im和k3im并且在邻近klim、k2im和k3im的级别之间具有更高衍射效率的 不需要的衍射光的级别，Plm、P2m、Pls和P2s分别是用所述透镜的衍射部分的衍射能力和入射 侧表面及出射侧表面的折射能力应用于klim、k2im、klis和k2is级光束的总透镜光学能， ndl和nd2分别是光盘对于波长X 1和X 2的折射率。
5.根据权利要求4的所述物镜其中，所述物镜满足关系表达式 ndl| (1/Plm)-(1/Pls) | 彡 27i!n^nnd2| (1/P2ffl)-(1/ P2s) |彡61iim中的一个。
6.根据权利要求4的所述物镜其中，所述物镜满足两个关系表达式ndl| (1/Plffl)-(1/Pls) |彡27i!n^nnd2| (1/P2ffl)-(1/ P2s) | 彡 61iim。
7.一种光学拾取器，包括物镜，光束进入所述物镜，所述光束具有至少满足关系式X 1 < X 2 < X 3的三种波 长；和衍射部分，所述衍射部分设置光学元件的表面上或所述物镜的表面上，所述光学元件 设置在具有三种波长XI、X2和X 3的光束的光束上，所述衍射部分利用所述物镜选择性 的使具有三种波长X 1、X 2和X 3的各条光束聚焦在相应的光盘的信号记录表面上，所述 衍射部分包括第一区域，其用于使光束发生衍射，所述第一区域设置在最内侧半径部分，所述第一区 域包括衍射结构，所述衍射结构是具有(Nfl)级阶梯和&个平面的阶梯状结构，第二区域，其用于使光束发生衍射，所述第二区域设置在所述第一区域的外侧，和第三区域，所述第三区域设置在第二区域的外侧，其中，形成所述第一到第三区域，使得具有波长、1的光束的孔径限于与所述第一到 第三区域相对应的直径，具有波长X2的光束的孔径限于与所述第一和第二区域相对应的 直径，和具有波长X 3的光束的孔径限于与所述第一区域相对应的直径，和其中所述物镜当 klim_klis>0 时满足 |(ti2| < ct i (x2)或 | 小 iN1| > ct i (xN1) |, 当klim-klis < 0时满足|小i21 > H (x2) |或|小iN11 < |小i (xN1) |，并且满足关系 表达式 ndl| (1/Plm)-(1/Pls) | 彡 27iim、ndl| (1/Plm)-(1/Pls) | 彡 18 y m、nd21 (1/P2m) - (1/ P2s) | 彡 61iim、和 nd2| (1/P2m)-(1/P2s) | 彡 35iim 中的一个，其中，假设正衍射级表示入射光束朝着光轴发生衍射，klim、k2im和k3im分别是对于 波长X 1、X 2和X 3对于所述第一区域具有最高衍射效率的级别，klis、k2is和k3is分别 是邻近klim、k2im和k3im并且在邻近klim、k2im和k3im的级别之间具有更高衍射效率的 不需要的衍射光的级别，Plm、P2m、Pls和P2s分别是用所述透镜的衍射部分的衍射能力和入射侧表面及出射侧表面的折射能力应用于klim、k2im、klis和k2is级光束的总透镜光学能， ndl和nd2分别是光盘对于波长X 1和X 2的折射率，其中，KX) 二^炉+以乂込乂乂+^"1是代表对于径向位置X的光程差相位数的近似 关系表达式，通过将所述阶梯状结构的多个周期中的每一个的相位的整数倍加回到由于所 述第一区域中的衍射结构而产生的对于波长X 1的光程差相位数，并通过连接各个周期中 除第二平面和第K平面之外的平面的起始点的估计相位数，计算所述近似关系表达式，和 其中cj5i2和ctiN1分别是对于第二平面和第&平面的起始点位置的光程差相位数，对于 第二平面的起始点的径向位置x2和第K平面的起始点的径向位置xN1，利用所述近似关系 表达式，分别计算Mx2)和MxN1)。
8.一种光学拾取器，包括物镜，光束进入所述物镜，所述光束具有至少满足关系式X 1 < X 2 < X 3的三种波 长；和衍射部分，所述衍射部分设置光学元件的表面上或所述物镜的表面上，所述光学元件 设置在具有三种波长X 1、X 2和X 3的光束的光束上，所述衍射部分利用所述物镜选择性 的使具有三种波长X 1、X 2和X 3的各条光束聚焦在相应的光盘的信号记录表面上，所述 衍射部分包括第一区域，其用于使光束发生衍射，所述第一区域设置在最内侧半径部分，所述第一区 域包括衍射结构，所述衍射结构是具有饵-1)级阶梯和&个平面的阶梯状结构， 第二区域，其用于使光束发生衍射，所述第二区域设置在所述第一区域的外侧，和 第三区域，所述第三区域设置在第二区域的外侧，其中，形成所述第一到第三区域，使得具有波长、1的光束的孔径限于与所述第一到 第三区域相对应的直径，具有波长X2的光束的孔径限于与所述第一和第二区域相对应的 直径，和具有波长X 3的光束的孔径限于与所述第一区域相对应的直径，和其中所述物镜当 klim-klis>0 时满足 | < | c^(X2) | 或 | 小 iN1| > | (^(Xni) |，当 klim-klis < 0 时满足 | 小 i21 > | 小 i (x2) | 或 | 小 iN11 < | 小 i (xN1) |，其中，假设正衍射级表示入射光束朝着光轴发生衍射，klim、k2im和k3im分别是对于 波长X 1、X 2和X 3对于所述第一区域具有最高衍射效率的级别，klis、k2is和k3is分别 是邻近klim、k2im和k3im并且在邻近klim、k2im和k3im的级别之间具有更高衍射效率的 不需要的衍射光的级别，其中，KX) 二^炉+以乂込乂乂+^"1是代表对于径向位置X的光程差相位数的近似 关系表达式，通过将所述阶梯状结构的多个周期中的每一个的相位的整数倍加回到由于所 述第一区域中的衍射结构而产生的对于波长X 1的光程差相位数，并通过连接各个周期中 除第二平面和第K平面之外的平面的起始点的估计相位数，计算所述近似关系表达式，和 其中cj5i2和ctiN1分别是对于第二平面和第&平面的起始点位置的光程差相位数，对于 第二平面的起始点的径向位置x2和第K平面的起始点的径向位置xN1，利用所述近似关系 表达式，分别计算Mx2)和MxN1)。
9.一种光学拾取器，包括物镜，光束进入所述物镜，所述光束具有至少满足关系式X 1 < X 2 < X 3的三种波 长；和衍射部分，所述衍射部分设置光学元件的表面上或所述物镜的表面上，所述光学元件 设置在具有三种波长X 1、X 2和X 3的光束的光束上，所述衍射部分利用所述物镜选择性 的使具有三种波长X 1、X 2和X 3的各条光束聚焦在相应的光盘的信号记录表面上，所述 衍射部分包括第一区域，其用于使光束发生衍射，所述第一区域设置在最内侧半径部分， 第二区域，其用于使光束发生衍射，所述第二区域设置在所述第一区域的外侧，和 第三区域，所述第三区域设置在第二区域的外侧，其中，形成所述第一到第三区域，使得具有波长、1的光束的孔径限于与所述第一到 第三区域相对应的直径，具有波长X2的光束的孔径限于与所述第一和第二区域相对应的 直径，和具有波长X 3的光束的孔径限于与所述第一区域相对应的直径，和其中所述物镜满足关系表达式ndl | (1/PJ - (1/Pls) |彡27 y m、ndl | (1/Plffl) - (1/ Pls) | 彡 18iim、nd2| (1/P2m)-(1/P2s) | 彡 61iim、和 nd2| (1/P2m)-(1/P2s) | 彡 35 ym 中的一个， 其中，假设正衍射级表示入射光束朝着光轴发生衍射，klim、k2im和k3im分别是对于 波长X 1、X 2和X 3对于所述第一区域具有最高衍射效率的级别，klis、k2is和k3is分别 是邻近klim、k2im和k3im并且在邻近klim、k2im和k3im的级别之间具有更高衍射效率的 不需要的衍射光的级别，Plm、P2m、Pls和P2s分别是用所述透镜的衍射部分的衍射能力和入射 侧表面及出射侧表面的折射能力应用于klim、k2im、klis和k2is级光束的总透镜光学能， ndl和nd2分别是光盘对于波长X 1和X 2的折射率。
10. 一种光盘装置，包括光学拾取器，通过用相应的具有不同波长的多条光束中的一条选择性的照射光盘，所 述光学拾取器向多种类型光盘中的一种光盘记录信息信号和/或从多种类型光盘中的一 种光盘再现信息信号，所述光盘时旋转的，所述光学拾取器包括物镜，光束进入所述物镜，所述光束具有至少满足关系式X 1 < X 2 < X 3的三种波 长；和衍射部分，所述衍射部分设置光学元件的表面上或所述物镜的表面上，所述光学元件 设置在具有三种波长XI、X2和X 3的光束的光束上，所述衍射部分利用所述物镜选择性 的使具有三种波长XI、X2和X 3的各条光束聚焦在相应的光盘的信号记录表面上，所述 衍射部分包括第一区域，其用于使光束发生衍射，所述第一区域设置在最内侧半径部分，所述第一区 域包括衍射结构，所述衍射结构是具有饵-1)级阶梯和&个平面的阶梯状结构， 第二区域，其用于使光束发生衍射，所述第二区域设置在所述第一区域的外侧，和 第三区域，所述第三区域设置在第二区域的外侧，其中，形成所述第一到第三区域，使得具有波长、1的光束的孔径限于与所述第一到 第三区域相对应的直径，具有波长X2的光束的孔径限于与所述第一和第二区域相对应的 直径，和具有波长X 3的光束的孔径限于与所述第一区域相对应的直径，和其中所述物镜当 klim-klis >0 时满足 | (ti2| < | ct i (x2) | 或 | 小 iN1| > | ct i (xN1) |, 当klim-klis < 0时满足|小i21 > H (x2) |或|小iN11 < |小i (xN1) |，并且满足关系 表达式 ndl| (1/Plm)-(1/Pls) | 彡 27iim、ndl| (1/Plm)-(1/Pls) | 彡 18 y m、nd21 (1/P2m) - (1/ P2s) | 彡 61iim、和 nd2| (1/P2m)-(1/P2s) | 彡 35iim 中的一个，其中，假设正衍射级表示入射光束朝着光轴发生衍射，klim、k2im和k3im分别是对于 波长X 1、X 2和X 3对于所述第一区域具有最高衍射效率的级别，klis、k2is和k3is分别 是邻近klim、k2im和k3im并且在邻近klim、k2im和k3im的级别之间具有更高衍射效率的 不需要的衍射光的级别，Plm、P2m、Pls和P2s分别是用所述透镜的衍射部分的衍射能力和入射 侧表面及出射侧表面的折射能力应用于klim、k2im、klis和k2is级光束的总透镜光学能， ndl和nd2分别是光盘对于波长X 1和X 2的折射率，其中，KX) 二^炉+以乂込乂乂+^"1是代表对于径向位置X的光程差相位数的近似 关系表达式，通过将所述阶梯状结构的多个周期中的每一个的相位的整数倍加回到由于所 述第一区域中的衍射结构而产生的对于波长X 1的光程差相位数，并通过连接各个周期中 除第二平面和第K平面之外的平面的起始点的估计相位数，计算所述近似关系表达式，和 其中cj5i2和ctiN1分别是对于第二平面和第&平面的起始点位置的光程差相位数，对于 第二平面的起始点的径向位置x2和第K平面的起始点的径向位置xN1，利用所述近似关系 表达式，分别计算Mx2)和MxN1)。
11. 一种光盘装置，包括光学拾取器，通过用相应的具有不同波长的多条光束中的一条选择性的照射光盘，所 述光学拾取器向多种类型光盘中的一种光盘记录信息信号和/或从多种类型光盘中的一 种光盘再现信息信号，所述光盘时旋转的，所述光学拾取器包括物镜，光束进入所述物镜，所述光束具有至少满足关系式X 1 < X 2 < X 3的三种波 长；和衍射部分，所述衍射部分设置光学元件的表面上或所述物镜的表面上，所述光学元件 设置在具有三种波长XI、X2和X 3的光束的光束上，所述衍射部分利用所述物镜选择性 的使具有三种波长XI、X2和X 3的各条光束聚焦在相应的光盘的信号记录表面上，所述 衍射部分包括第一区域，其用于使光束发生衍射，所述第一区域设置在最内侧半径部分，所述第一区 域包括衍射结构，所述衍射结构是具有(Nfl)级阶梯和&个平面的阶梯状结构， 第二区域，其用于使光束发生衍射，所述第二区域设置在所述第一区域的外侧，和 第三区域，所述第三区域设置在第二区域的外侧，其中，形成所述第一到第三区域，使得具有波长、1的光束的孔径限于与所述第一到 第三区域相对应的直径，具有波长X2的光束的孔径限于与所述第一和第二区域相对应的 直径，和具有波长X 3的光束的孔径限于与所述第一区域相对应的直径，和其中所述物镜当 klim-klis>0 时满足 | < | c^(X2) | 或 | 小 iN1| > | (^(Xni) |，当 klim-klis < 0 时满足 | 小 i21 > | 小 i (x2) | 或 | 小 iN11 < | 小 i (xN1) |，其中，假设正衍射级表示入射光束朝着光轴发生衍射，klim、k2im和k3im分别是对于 波长X 1、X 2和X 3对于所述第一区域具有最高衍射效率的级别，klis、k2is和k3is分别 是邻近klim、k2im和k3im并且在邻近klim、k2im和k3im的级别之间具有更高衍射效率的 不需要的衍射光的级别，其中，KX) 二^炉+以乂込乂乂+^"1是代表对于径向位置X的光程差相位数的近似 关系表达式，通过将所述阶梯状结构的多个周期中的每一个的相位的整数倍加回到由于所 述第一区域中的衍射结构而产生的对于波长X 1的光程差相位数，并通过连接各个周期中除第二平面和第K平面之外的平面的起始点的估计相位数，计算所述近似关系表达式，和 其中(j5i2和分别是对于第二平面和第Ni平面的起始点位置的光程差相位数，对于 第二平面的起始点的径向位置x2和第K平面的起始点的径向位置xN1，利用所述近似关系 表达式，分别计算Mx2)和MxN1)。
12. 一种光盘装置，包括光学拾取器，通过用相应的具有不同波长的多条光束中的一条选择性的照射光盘，所 述光学拾取器向多种类型光盘中的一种光盘记录信息信号和/或从多种类型光盘中的一 种光盘再现信息信号，所述光盘时旋转的，所述光学拾取器包括物镜，光束进入所述物镜，所述光束具有至少满足关系式X 1 < X 2 < X 3的三种波 长；和衍射部分，所述衍射部分设置光学元件的表面上或所述物镜的表面上，所述光学元件 设置在具有三种波长XI、X2和X 3的光束的光束上，所述衍射部分利用所述物镜选择性 的使具有三种波长X 1、X 2和X 3的各条光束聚焦在相应的光盘的信号记录表面上，所述 衍射部分包括第一区域，其用于使光束发生衍射，所述第一区域设置在最内侧半径部分， 第二区域，其用于使光束发生衍射，所述第二区域设置在所述第一区域的外侧，和 第三区域，所述第三区域设置在第二区域的外侧，其中，形成所述第一到第三区域，使得具有波长、1的光束的孔径限于与所述第一到 第三区域相对应的直径，具有波长X2的光束的孔径限于与所述第一和第二区域相对应的 直径，和具有波长X 3的光束的孔径限于与所述第一区域相对应的直径，和其中所述物镜满足关系表达式ndl | (1/Plffl)-(1/Pls) |≥27 y m、ndl | (1/Plffl)-(1/ Pls) | ≤ 18iim、nd2| (1/P2m)-(1/P2s) | ≥ 61iim、和 nd2| (1/P2m)-(1/P2s) | ≤ 35 ym 中的一个， 其中，假设正衍射级表示入射光束朝着光轴发生衍射，klim、k2im和k3im分别是对于 波长X 1、X 2和X 3对于所述第一区域具有最高衍射效率的级别，klis、k2is和k3is分别 是邻近klim、k2im和k3im并且在邻近klim、k2im和k3im的级别之间具有更高衍射效率的 不需要的衍射光的级别，Plm、P2m、Pls和P2s分别是用所述透镜的衍射部分的衍射能力和入射 侧表面及出射侧表面的折射能力应用于klim、k2im、klis和k2is级光束的总透镜光学能， ndl和nd2分别是光盘对于波长X 1和X 2的折射率。
全文摘要
本发明涉及物镜、光学拾取器和光盘装置，该物镜用于选择性的使具有三种波长λ1、λ2和λ3的各条光束聚焦在相应的光盘的信号记录表面上，所述波长λ1、λ2和λ3至少满足关系式λ1＜λ2＜λ3，所述物镜包括设置在其入射侧表面上的衍射部分，所述衍射部分包括设置在最内侧半径部分的第一区域、设置在第一区域外侧的第二区域和设置在第二区域外侧的第三区域，形成所述第一到第三区域，使得光束的孔径受到相应的限制，所述第一区域包括具有一定数量的平面的阶梯状衍射结构，使得预定级别的衍射光具有最大衍射效率，并且衍射结构的平面的光程差相位数具有一定关系。
文档编号G11B7/09GK101930763SQ20101020327
公开日2010年12月29日 申请日期2010年6月11日 优先权日2009年6月18日
发明者安井利文 申请人:索尼公司