光學(xué)信息記錄/再現(xiàn)裝置和用于該裝置的物鏡光學(xué)系統(tǒng)的制作方法
【專利說明】
[0001] 本申請是申請日為2011年3月18日、申請?zhí)枮?01110065911. 9、發(fā)明名稱為"光 學(xué)信息記錄/再現(xiàn)裝置和用于該裝置的物鏡光學(xué)系統(tǒng)"的專利申請的分案申請。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002] 本發(fā)明涉及一種將信息記錄在不同規(guī)格的多種光盤上并且/或者從該光盤再現(xiàn) 信息的光學(xué)信息記錄/再現(xiàn)裝置的物鏡光學(xué)系統(tǒng)，以及一種安裝有這種物鏡光學(xué)系統(tǒng)的光 學(xué)信息記錄/再現(xiàn)裝置。
【背景技術(shù)】
[0003]存在有例如DVD(DigitalVersatileDisc，數(shù)字通用光盤）和BD(Blu-rayDisc， 藍光盤）等各種規(guī)格的光盤，它們有不同的記錄密度、保護層厚度等。因此，在光學(xué)信息記 錄/再現(xiàn)裝置上安裝的物鏡光學(xué)系統(tǒng)需要具有與多種光盤的兼容性。這里，"兼容性"是指 即使當(dāng)所用的光盤改變時也不需要更換部件就能保證實現(xiàn)信息記錄和信息再現(xiàn)。另外，在 本說明書中，"光學(xué)信息記錄/再現(xiàn)裝置"包括既能再現(xiàn)信息也能記錄信息的裝置，專用于信 息再現(xiàn)的裝置，和專用于信息記錄的裝置。
[0004] 為了對不同規(guī)格的多種光盤有兼容性，需要校正不同光盤間的隨光盤保護層厚度 (即，光盤的記錄面與保護層表面之間的距離）的不同而變化的球面像差，并通過改變用于 信息記錄或信息再現(xiàn)的數(shù)值孔徑NA，隨光盤記錄密度的不同形成良好的束斑。通常光學(xué)信 息記錄/再現(xiàn)裝置根據(jù)所使用的光盤的記錄密度從波長不同的多種激光中選擇使用一種 激光。例如，光學(xué)信息記錄/再現(xiàn)裝置將波長大約為790nm的光（即，所謂近紅外激光）用 于CD的信息記錄或信息再現(xiàn)，將波長大約為660nm的光（即，所謂紅激光）用于DVD的信 息記錄或信息再現(xiàn)，將波長大約為405nm的光（即，所謂藍激光）用于BD的信息記錄或信 息再現(xiàn)。
[0005] 日本專利公開第2006-164498A號（下面，稱作JP2006-164498A)和公開號為 W02008/007552的國際專利申請公開了對三種光盤具有兼容性的光學(xué)信息記錄/再現(xiàn)裝置 的具體例子。
[0006]JP2006-164498A中公開的光學(xué)信息記錄/再現(xiàn)裝置具有物鏡光學(xué)系統(tǒng)，物鏡光學(xué) 系統(tǒng)的光學(xué)表面的各個區(qū)域上設(shè)有不同的衍射結(jié)構(gòu)，以提高對各激光束的光利用效率。衍 射結(jié)構(gòu)中靠內(nèi)區(qū)域的衍射效率低，靠外區(qū)域的衍射效率高。因此，在光盤的記錄面上形成的 束斑因超分辨率而減小到比期望值小得多的水平，并且副瓣變大。因此，有可能不能進行良 好的信息記錄或信息再現(xiàn)。
[0007] 在W02008/007552公開的光學(xué)信息記錄/再現(xiàn)裝置中，使用藍激光時的衍射效率 在靠內(nèi)的區(qū)域低，在靠外的區(qū)域高。因此，與JP2006-164498A的情況相同，束斑過度減小， 并且副瓣變大。在這種情況下，無法對光盤進行良好的信息記錄或信息再現(xiàn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 本發(fā)明的目的在于提供一種將信息記錄在諸如BD、DVD和⑶等不同規(guī)格的多種光 盤上并且/或者從該光盤再現(xiàn)信息的光學(xué)信息記錄/再現(xiàn)裝置的物鏡光學(xué)系統(tǒng)，以及一種 安裝有這種物鏡光學(xué)系統(tǒng)的光學(xué)信息記錄/再現(xiàn)裝置。
[0009] 根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供了一種用于光學(xué)信息記錄/再現(xiàn)裝置的物鏡光學(xué)系 統(tǒng)，光學(xué)信息記錄/再現(xiàn)裝置通過選擇使用分別具有第一波長、第二波長和第三波長的第 一光束、第二光束和第三光束這三種光束，將信息記錄在記錄密度不同的第一光盤、第二光 盤和第三光盤這三種光盤上，并且/或者從該三種光盤再現(xiàn)信息。當(dāng)表示第一波長， 入2表不第二波長，A3表不第三波長時，第一波長、第二波長和第三波長滿足如下條件： 入1〈A2〈A3,A1、A2和A3的單位為nm。當(dāng)tl表示使用第一光束進行信息記錄或信息再 現(xiàn)的第一光盤的保護層厚度，t2表示使用第二光束進行信息記錄或信息再現(xiàn)的第二光盤的 保護層厚度，t3表示使用第三光束進行信息記錄或信息再現(xiàn)的第三光盤的保護層厚度時， tl、t2和t3滿足如下條件：tl〈t2〈t3,以及t3_tl多1. 0,tl、t2和t3的單位為mm。當(dāng)NA1 表示第一光盤的信息記錄或信息再現(xiàn)所需要的數(shù)值孔徑，NA2表示第二光盤的信息記錄或 信息再現(xiàn)所需要的數(shù)值孔徑，NA3表示第三光盤的信息記錄或信息再現(xiàn)所需要的數(shù)值孔徑 時，NA1、NA2和NA3滿足如下條件：NA1>NA2>NA3。
[0010] 在上述設(shè)置中，物鏡光學(xué)系統(tǒng)包括物鏡。物鏡光學(xué)系統(tǒng)的至少一個光學(xué)表面包括 由如下光路差函數(shù)定義衍射結(jié)構(gòu)的衍射表面：
[0011] (i)ik(h) = (Pik2Xh2+Pik4Xh4+Pik6Xh6+Pik8Xh8+Pikl0Xh10+Pikl2Xh12)mik 入
[0012] 其中，11表示距離光軸的高度，11的單位為11111141;241;4、？'"表示第1^區(qū)域的第1 光路差函數(shù)的二階、四階、六階光路差系數(shù)，i、k為自然數(shù)，n^k表示使入射光束的衍射效率 關(guān)于第k區(qū)域的第i光路差函數(shù)最大化的衍射級，X表示入射光束的使用波長，X的單位 為nm。衍射表面包括第一區(qū)域，將第一光束、第二光束和第三光束分別聚集在第一光盤、第 二光盤和第三光盤的記錄面上。第一區(qū)域包括由第一光路差函數(shù)定義的衍射結(jié)構(gòu)，第一光 路差函數(shù)定義成使第一光束、第二光束和第三光束的衍射效率分別最大化的衍射級為第一 級。當(dāng)ABik表示第k區(qū)域的第i光路差函數(shù)的閃耀波長時，第一區(qū)域的衍射結(jié)構(gòu)滿足如 下條件：0.03〈（ABn-Al)/Al〈0.40.....(1)。衍射表面包括位于第一區(qū)域外部的 第二區(qū)域，第二區(qū)域?qū)⒌谝还馐偷诙馐謩e聚集在第一光盤和第二光盤的記錄面上， 但不聚集第三光束。第二區(qū)域包括由第一光路差函數(shù)定義的衍射結(jié)構(gòu)，第一光路差函數(shù)定 義成使第一光束和第二光束的衍射效率分別最大化的衍射級為第一級。第二區(qū)域的衍射結(jié) 構(gòu)滿足如下條件：_〇. 35〈（XB12-XBn)/X1〈〇. 35.....(2)。衍射表面包括位于第二 區(qū)域外部的第三區(qū)域，第三區(qū)域?qū)⒌谝还馐奂诘谝还獗P的記錄面上，但對第二光束和 第三光束都不聚集。第三區(qū)域包括由第一光路差函數(shù)定義的衍射結(jié)構(gòu)，第一光路差函數(shù)定 義成使第一光束的衍射效率最大化的衍射級為第一級。第三區(qū)域的衍射結(jié)構(gòu)滿足如下條 件：-0? 23〈m13X((入B13-入 1) / 入 1)〈0? 23.....(3)。
[0013] 通過滿足上述條件（在各區(qū)域采用的衍射級以及條件（1)-(3))，光學(xué)信息記錄/ 再現(xiàn)裝置可以得到對第一光盤至第三光盤的每一個進行信息記錄和信息再現(xiàn)的足夠的衍 射效率，并且可以在第一光盤至第三光盤的每一個的記錄面上形成良好的束斑。
[0014] 當(dāng)條件（1)的中間項小于條件（1)的下限時，當(dāng)使用波長為A3的第三光束時的 衍射效率變低。當(dāng)條件（1)的中間項大于條件（1)的上限時，當(dāng)使用波長為X1的第一光束 時的衍射效率變低。如果衍射效率這樣下降，將難于進行高速記錄或高速再現(xiàn)。為了補償 衍射效率的下降，設(shè)計者可以考慮采用大功率輸出性能的光源，這不利于降低成本。而且， 當(dāng)衍射效率下降時，將出現(xiàn)諸如再現(xiàn)信號等信號的信噪比下降的問題。
[0015] 當(dāng)條件（2)的中間項小于條件（2)的下限時，在第二光盤的記錄面上形成的束斑 不能減小到適于對第二光盤進行信息記錄或信息再現(xiàn)的大小。當(dāng)條件（2)的中間項大于條 件（2)的上限時，在第二光盤的記錄面上形成的束斑因超分辨率的影響而過度減小，并且 這時副瓣變大。
[0016]當(dāng)條件（3)的中間項小于條件（3)的下限時，當(dāng)使用波長為X1的第一光束時的 衍射效率變低，并且波長為A2的第二光束和波長為A3的第三光束的不必要衍射級的光 (例如，第〇級的衍射光）均增加，這將引起可能惡劣影響光束的聚集的擔(dān)心。當(dāng)條件（3) 的中間項大于條件（3)的上限時，當(dāng)使用波長為XI的第一光束時的衍射效率變低，并且波 長為X2的第二光束和波長為A3的第三光束的不必要衍射級的光（例如，第一級的衍射 光）均增加，這將引起可能惡劣影響光束的聚集的擔(dān)心。
[0017] 在本發(fā)明的至少一方面，衍射表面可以滿足如下條件：
[0018] 0. 14<(ABn-A1)/A1<〇, 37.....(4)。
[0019] 在這種情況下，可以進一步提高波長為A3的第三光束的衍射效率，并且進一步 抑制波長為A1的第一光束的衍射效率的劣化。
[0020] 在本發(fā)明的至少一方面，衍射表面可以滿足如下條件：
[0021] -0? 14〈m13X((入B13-入 1) / 入 1)〈0? 14.....(5) 〇
[0022] 在這種情況下，可以進一步提高波長為A1的第一光束的衍射效率。
[0023] 在本發(fā)明的至少一方面，衍射表面可以滿足如下條件：
[0024] -0. 17<(AB12-ABn)/A1<〇, 17.....(6)。
[0025] 在這種情況下，可以得到波長為A2的第二光束的更理想的束斑特性。
[0026] 在本發(fā)明的至少一方面，衍射表面的第一區(qū)域還可以包括由第二光路差函數(shù)定義 的衍射結(jié)構(gòu)，第二光路差函數(shù)定義成使第一光束、第二光束和第三光束的衍射效率最大化 的衍射級分別為第二級、第一級和第一級。在這種情況下，衍射表面滿足以下條件：
[0027] -0. 12<(AB21-A1)/A1<〇, 12.....(7)。
[0028] 通過滿足條件（7)，可以更有效地避免波長為X1的第一光束的衍射效率劣化。當(dāng) 條件（7)的中間項小于條件（7)的下限時，波長為XI的第一光束的衍射效率變低。當(dāng)條 件（7)的中間項大于條件（7)的上限時，波長為XI的第一光束和波長為X2的第二光束 的衍射效率均變低。
[0029] 為了便于制造和抑制由波長變動引起的衍射效率的波動，在本發(fā)明的至少一方 面，衍射表面可以設(shè)置成：在第三區(qū)域的由第一光路差函數(shù)定義的衍射結(jié)構(gòu)中，使第一光束 的衍射效率最大化的衍射級為第一級。
[0030] 在本發(fā)明的至少一方面，衍射表面的第二區(qū)域還可以包括由第二光路差函數(shù)定義 的衍射結(jié)構(gòu)，第二光路差函數(shù)定義成使第一光束的衍射效率最大化的衍射級為奇數(shù)級。在 這種情況下，衍射表面滿足以下條件（8):
[0031] -0? 28〈m22 X ((入 B22-入 1) / 入 1)〈0? 28.....(8)。
[0032] 通過滿足條件（8)，可以避免波長為A1的第一光束和波長為A2的第二光束的衍 射效率劣化。當(dāng)條件（8)的中間項落在條件（8)限定的范圍之外時，波長為XI的第一光 束的衍射效率變低，這是不希望的。
[0033] 為了便于制造和抑制由波長變動引起的衍射效率的波動，衍射表面可以設(shè)置成： 在第二區(qū)域的由第二光路差函數(shù)定義的衍射結(jié)構(gòu)中，使第一光束的衍射效率最大化的衍 射級為第三級、第五級和第七級之一。當(dāng)使第一光束的衍射效率最大化的衍射級為第三級 時通過滿足條件（9)，當(dāng)使第一光束的衍射效率最大化的衍射級為第五級時通過滿足條件 (10)，或者當(dāng)使第一光束的衍射效率最大化的衍射級為第七級時通過滿足條件（11)，可以 得到足夠的衍射效率和適用于第一光盤和第二光盤的束斑特性：
[0034]-0. 02<(AB22-A1)/A 1<〇, 08.....(9)，
[0035]-0? 05〈（入B22-入 1)/入 1〈0. 05.....(10)，
[0036] -0? 03〈（入B22-入 1)/入 1〈0. 02.....(11)。
[0037] 根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種用于光學(xué)信息記錄/再現(xiàn)裝置的物鏡光學(xué)系 統(tǒng)，光學(xué)信息記錄/再現(xiàn)裝置通過選擇使用分別具有第一波長、第二波長和第三波長的第 一光束、第二光束和第三光束這三種光束，將信息記錄在記錄密度不同的第一光盤、第二光 盤和第三光盤這三種光盤上，并且/或者從該三種光盤再現(xiàn)信息。當(dāng)表示第一波長， 入2表不第二波長，A3表不第三波長時，第一波長、第二波長和第三波長滿足如下條件： 入1〈A2〈A3,A1、A2和A3的單位為nm。當(dāng)tl表示使用第一光束進行信息記錄或信息再 現(xiàn)的第一光盤的保護層厚度，t2表示使用第二光束進行信息記錄或信息再現(xiàn)的第二光盤的 保護層厚度，t3表示使用第三光束進行信息記錄或信息再現(xiàn)的第三光盤的保護層厚度時， tl、t2和t3滿足如下條件：tl〈t2〈t3,以及t3_tl多1. 0,tl、t2和t3的單位為mm。當(dāng)NA1 表示第一光盤的信息記錄或信息再現(xiàn)所需要的數(shù)值孔徑，NA2表示第二光盤的信息記錄或 信息再現(xiàn)所需要的數(shù)值孔徑，NA3表示第三光盤的信息記錄或信息再現(xiàn)所需要的數(shù)值孔徑 時，NA1、NA2和NA3滿足如下條件：NA1>NA2>NA3。
[0038] 在上述設(shè)置中，物鏡光學(xué)系統(tǒng)包括物鏡。物鏡光學(xué)系統(tǒng)的至少一個光學(xué)表面為具 有相移結(jié)構(gòu)的相移表面，該相移表面具有多個同心劃分的折射面區(qū)，并且在多個折射面區(qū) 中相鄰的折射面區(qū)的邊界處，對入射光束產(chǎn)生不同的光路差。相移表面包括第一區(qū)域，將第 一光束、第二光束和第三光束分別聚集在第一光盤、第二光盤和第三光盤的記錄面上。第一 區(qū)域包括具有第一臺階的相移結(jié)構(gòu)，滿足如下條件：1. 〇3〈 |A〇PDn/A11〈1. 50.....(12)， 其中，八〇?〇11;表示由第k區(qū)域的第i臺階產(chǎn)生的光路差。相移結(jié)構(gòu)包括位于第一區(qū)域 外部的第二區(qū)域，第二區(qū)域?qū)⒌谝还馐偷诙馐謩e聚集在第一光盤和第二光盤的 記錄面上，但不聚集第三光束。第二區(qū)域包括具有第一臺階的相移結(jié)構(gòu)，滿足如下條 件：-0? 38〈 |A〇PD12/M|-1A〇PDn/人11 <0?33.....(I3)。相移結(jié)構(gòu)包括位于第二區(qū)域 外部的第三區(qū)域，第三區(qū)域?qū)⒌谝还馐奂诘谝还獗P的記錄面上，但對第二光束和第三 光束都不聚集。第三區(qū)域包括具有第一臺階的相移結(jié)構(gòu)，滿足如下條件：2L+0. 75〈|A〇PD13/ 入11〈2L+1. 25.....(14)，其中L為整數(shù)。
[0039]通過滿足條件（12)-(14)，光學(xué)信息記錄/再現(xiàn)裝置可以得到對第一光盤至第三 光盤的每一個進行信息記錄和信息再現(xiàn)的足夠的衍射效率，并且可以在第一光盤至第三光 盤的每一個的記錄面上形成良好的束斑。
[0040] 當(dāng)條件（12)的中間項小于條件（12)的下限時，波長為X3的第三光束的光使用 效率變低，這是不希望的。當(dāng)條件（12)的中間項大于條件（12)的上限時，波長為X1的第 一光束的光使用效率變低，這是不希望的。具體講，因為光使用效率低，所以，將難于進行高 速記錄或高速再現(xiàn)。為了補償光使用效率的下降，需要采用大功率輸出性能的光源，這不利 于降低成本。而且，因為由光使用效率的下降引起不必要衍射級的光增加，所以，將出現(xiàn)諸 如再現(xiàn)信號等信號的信噪比下降的問題。
[0041] 當(dāng)條件（13)的中間項小于條件（13)的下限時，在第二光盤的記錄面上形成的束 斑不能減小到適于對第二光盤進行信息記錄或信息再現(xiàn)的大小。當(dāng)條件（13)的中間項大 于條件（13)的上限時，在第三光盤的記錄面上形成的束斑因超分辨率的影響而過度減小， 并且副瓣變大。
[0042] 在本發(fā)明的至少一方面，相移表面可以滿足如下條件（15):
[0043] 1. 16〈 |A〇PDn/ 入 11〈1. 40.....(15)。
[0044] 在這種情況下，可以更良好地抑制波長為A1的第一光束的光使用效率的降低， 并且可以更良好地保證波長為A3的第三光束的光使用效率。
[0045] 在本發(fā)明的至少一方面，