CN1305053C - 光学头装置及光学头装置用物镜 - Google Patents

Abstract

本发明对于光学头装置的物镜(3)，是在中心侧折射面区域(33)和外周侧折射面区域(34)中，将构成中心侧衍射光栅(35)和外周侧衍射光栅(36)的剖面锯齿形的台阶(35a、36a)的剖面锯齿形方向形成相反的方向，使-1级衍射光和+1级衍射光分别从中心侧衍射光栅(35)和外周侧衍射光栅(36)射出。因此，即使发生温度变化，也能由中心侧衍射光栅(35)和外周侧衍射光栅(36)来补偿其影响。在具有对波长不同的第1和第2激光产生衍射作用的透镜和将该透镜作为物镜使用的光学头装置中，提供能使其温度特性提高的结构。

Description

光学头装置及光学头装置用物镜

技术领域

本发明涉及对不同波长的激光具有衍射作用的透镜和将该透镜用作物镜的光学头装置。

又，本发明涉及使用不同波长的激光对基板厚度不同的CD及DVD等的光记录介质进行重放、记录的光学头装置及适合于这样的光学头装置的物镜。

背景技术

作为光记录介质，已知有CD及DVD等那样对记录面进行保护的透明保护层的厚度及记录密度不同的光记录介质，在对CD-R进行重放记录时，使用射出波长785nm的第1激光的第1激光源，在对DVD进行重放时，使用射出波长655nm的第2激光的第2激光源。在对这样两种光记录介质进行信息的记录及重放的光学头装置中，为了其小型化，使得结构紧凑，提出了使用公用的物镜来将激光聚焦于CD和DVD记录面上的结构。

但是，CD的保护记录面的透明保护层的厚度为1.2mm，DVD的透明保护层的厚度比CD薄，为0.6mm，其记录密度比CD高。因此，作为物镜，使其在具有单一折射率的透镜面上形成由同心圆状的微细台阶构成的衍射光栅，利用该衍射光栅使入射光束进行衍射，使多个焦点聚焦在光轴上的不同的位置(例如，参照日本专利特开平9-120027号公报)。在这种情况下，由于使用相同波长的激光而在DVD和CD中使衍射级数不同，故光的利用效率低。因此，还提出过一种方案，就是使用两种波长的激光，通过使衍射级数相同来提高利用效率，并使焦点很好地聚焦在DVD、CD的记录面上(例如，参照日本专利特开2000-81566号公报)。

在这样的物镜中，例如如图11所示，在进行入射的入射侧折射面131和出射侧折射面132中，如将入射侧折射面131分割成形成中心侧衍射光栅135的中心侧折射面区域133和形成外周侧衍射光栅136的外周侧折射面区域134，则如图12所示，在用波长785nm的第1激光L1进行CD41的记录重放时，能使用通过中心侧折射面区域133所获得的衍射光束、在CD41的记录面41a上形成光束点B(41)，在用波长655nm的第2激光L2进行DVD42的记录重放时，能使用通过中心侧折射面区域133所获得的衍射光束和通过外周侧折射面区域134所获得的衍射光束，在DVD42的记录面42a上形成光束点B(42)。当将各区域这样进行分割时，由于能对每个区域改变非球面系数及光程差函数，故对CD41和DVD42的双方都能优化光学特性，作为整体来说使像差减小。

这里，中心侧衍射光栅135和外周侧衍射光栅136，一般都能用使中心侧高、使外周侧低的锯齿形的多个台阶135a、136a来构成，若采用这样的结构，从中心侧折射面区域133射出的衍射光束和从外周侧衍射光栅136射出的衍射光束，都是-1级衍射光。这样使台阶135a、136a的方向相同的理由，是由于若使方向一致，则容易对物镜130成形用的模具进行加工，是出于这样的制造方面的原因。

但是，在以往的物镜130中，在因温度变化而使构成物镜130的材料发生折射率变化及线膨胀时，以及在因温度变化而发生激光的波长变动时，由中心侧衍射光栅135引起的衍射光和由外周侧衍射光栅136引起的衍射光都发生同样的变化。因此，在使用中心侧衍射光栅135的衍射光和外周侧衍射光栅136的衍射光对DVD42进行记录重放中的3次球面像差随温度而变化的特性，如图13所示，它是考虑构成了物镜130的材料的折射率变化及线膨胀、激光的波长变动后的模拟结果，周围温度在-5℃的低温侧，变动约为10mλ，周围温度在55℃的高温侧，约为30mλ，也就是说存在的问题是，对于±30℃的周围温度变化，3次球面像差变动竟达到±20mλ。

又，构成衍射光栅的台阶的高度，需要形成激光的位相为2π，而对衍射光栅，将分别射入CD重放记录用的波长785nm的第1激光和DVD重放用的波长655nm的第2激光。因此，在将物镜的射入第1激光时的折射率、物镜的射入第2激光时的折射率、第1激光的波长和第2激光的波长分别设为n₁、n₂、λ₁和λ₂时，则衍射光栅的台阶的高度被设定成用下式所求得的h₁或h₂。

h₁＝λ₁/(n₁-1)

h₂＝λ₂/(n₂-1)

又，衍射光栅的台阶的高度，也有时被设定成(h₁+h₂)/2。

但是，在重视第2激光而将衍射光栅的台阶的高度形成h₂时，其S曲线特性(聚焦误差信号)就如图14(a)所示，对于DVD能获得良好的分辨率，而在CD中不能获得S曲线。又，关于表示重放性能的跳动对于DVD虽也得到较好的值，但在CD中即使能重放，也只达到要求规格的边界程度的值。

与上相反，在重视第1激光而将衍射光栅的台阶的高度形成h₁时，其S曲线特性就如图14(b)所示，对于CD能获得良好的分辨率，而在DVD中，S曲线的振幅较低。当DVD的S曲线振幅低时，则存在不能取得双层盘片在记录重放时的聚焦伺服信号的问题。又，对于附着指纹后的盘片(指纹污染盘片)等不良盘片，存在聚焦伺服失控的问题。又，关于跳动，对于CD虽也得到较好的值，但在DVD中将超出要求规格界限，达到不能进行重放的程度。

又，在将衍射光栅的台阶的高度设成(h₁+h₂)/2时，其S曲线特性成为图14(c)所示的那样，具有这样的S曲线，对于CD能获得与图14(b)同等水平的基本良好的重放性能，而对于与CD相比需要更高分辨率的DVD，则重放性能较差。

又，也有的情况下将物镜的折射面分成中心侧和外周侧，在中心侧形成使台阶的高度成为(h₁+h₂)/2的中心侧衍射光栅，在外周侧形成使台阶的高度成为h₂的外周侧衍射光栅，在使用第1激光对CD进行重放时，使用由中心侧衍射光栅产生的衍射光，在使用第2激光对DVD进行重放时，使用由中心侧衍射光栅和外周侧衍射光栅产生的衍射光。在这种情况下，关于外周侧衍射光栅的台阶的高度，以往是为了提高第2激光的效率而形成为h₂，这样，由于因中心侧衍射光栅和外周侧衍射光栅而使第2激光的衍射光的位相偏移，故可知波面像差变差，整个透镜的透射率就变差。

又，在这样的物镜中，由于是根据各激光的波长，将入射侧折射面和出射侧折射面的非球面形状进行优化而消除像差，故当入射侧折射面与出射侧折射面的中心偏移时，就不能使焦点很好地聚焦在光记录介质的记录面上。例如，入射侧折射面与出射侧折射面的平行偏心量与3次球面像差、彗形像差、像散、波面像差的关系，分别如图15(a)中的实线L11、虚线L12、点划线L13、双点划线L14所示的那样，平行偏心量的增大将导致彗形像差和波面像差的显著恶化。因此，在用模具成形制造这种透镜时，对于模具，存在难以大量生产且精度要求高的问题。

在利用倾斜控制等使物镜的倾斜进行变化时，就不能使焦点很好地聚焦在光记录介质的记录面上。例如，物镜的倾斜量与3次球面像差、彗形像差、像散、波面像差的关系，分别如图15(b)中的实线L11、虚线L12、点划线L13、双点划线L14所示的那样，当物镜倾斜时，存在彗形像差和波面像差显著恶化的问题。

发明内容

鉴于以上的问题，本发明的目的在于，在具有对波长不同的第1和第2激光产生衍射作用的透镜和将该透镜用作物镜的光学头装置中，提供能提高其温度特性的结构。

又，本发明的目的在于，即使在通过具有衍射透镜结构的物镜使波长不同的第1和第2激光在透明保护层的厚度不同的第1和第2光记录介质的记录面上进行聚焦时，提供也能获得良好的检测特性的光学头装置和光学头装置用物镜。

又，本发明的目的在于，提供在具有衍射透镜结构的入射侧折射面和出射侧折射面的中心光轴、对于垂直于光轴的方向稍微有些偏移时、或在该两个光轴构成角度时，提供也能获得良好的检测特性的光学头装置和光学头装置用物镜。

为了解决上述问题，本发明的一种透镜，是将折射面至少分割成包围透镜光轴的内周侧折射面区域和包围该内周侧折射面区域的外侧的外周侧折射面区域，被分割后的每个区域为互相不同的非球面，且遍及所述内周侧折射面区域和所述外周侧折射面区域的整个区域形成由同心圆状的多个微细的台阶构成的内周侧衍射光栅和外周侧衍射光栅，被分割后的每个区域具有互相不同的光程差函数，其特点在于，所述内周侧衍射光栅和所述外周侧衍射光栅的至少一部分是这样构成，使得从各自射出的衍射光束的衍射级数的极性不同。

在本发明中，在使从所述内周侧衍射光栅和所述外周侧衍射光栅的至少一部分的各个部分射出的衍射光束的衍射级数的极性不同时，可以使构成所述内周侧衍射光栅的内周侧台阶和构成所述外周侧衍射光栅的外周侧台阶都具有锯齿形的剖面，且所述内周侧台阶形成向着光轴侧的锯齿形，而所述外周侧台阶的至少一部分形成向着外周侧的锯齿形。

在本发明中，由于从所述内周侧衍射光栅和所述外周侧衍射光栅的至少一部分的各个部分射出的衍射光束的衍射级数的极性不同，故即使因温度变化而构成透镜的材料发生折射率变化及线膨胀，又，即使激光发生因温度变化而引起的波长变动，也可用内周侧衍射光栅和外周侧衍射光栅将因这样的温度变化而引起的球面像差的变化互相进行弥补。因此，在光学头装置中将本发明中的物镜用作为公用的物镜的情况下，在使用内周侧衍射光栅的衍射光和外周侧衍射光栅的衍射光进行的光记录介质的记录重放时，由于能抑制因周围温度的变化而引起的球面像差的变动，因此能获得对于温度变化而伺服信号的变化及跳动的恶化非常少的良好的检测特性。

在本发明中，所述折射面，例如对于两种波长的激光，在与第1光记录介质的数值孔径(NA)相当的位置，被分割成以光轴为中心(包含光轴)的中心侧折射面区域和所述外周侧折射面区域。又，所述折射面，对于n个波长的激光被分割成n个区域。采用这样的结构，能将规定NA的内侧的光在记录面上形成良好的光点，并容易使外侧的光形成闪耀光，且结构最简单，设计容易。

在本发明中，最好是从所述中心侧衍射光栅射出的衍射光束和从所述外周侧衍射光栅的至少一部分射出的衍射光束中的一方是+1级衍射光，另一方是-1级衍射光。也就是说，最好是使用效率最高、台阶高度低的±1级衍射光。

本发明的物镜，例如在光学头装置中，用作为将第1激光对第1光记录介质的记录面进行聚焦、且将比所述第1激光波长短的第2激光对覆盖记录面的透明保护层的厚度比所述第1光记录介质薄的第2光记录介质的记录面进行聚焦的公用的物镜。在这样的光学头装置中，在使用所述第1激光源进行的所述第1光记录介质的记录重放中，使用通过作为所述内周侧折射面区域的将光轴作为中心的中心侧折射面区域所获得的衍射光束，在使用所述第2激光源进行的所述第2光记录介质的记录重放中，使用通过所述中心侧折射面区域所获得的衍射光束和通过所述外周侧折射面区域所获得的衍射光束，所述中心侧折射面区域和所述外周侧折射面区域以所述第1光记录介质的记录或重放所需的数值孔径进行区域分割。

又，本发明的物镜，例如在光学头装置中，用作为将第1激光对第1光记录介质的记录面进行聚焦、并将比所述第1激光波长短的第2激光对覆盖记录面的透明保护层的厚度比所述第1光记录介质薄的第2光记录介质的记录面进行聚焦、且将比所述第2激光波长短的第3激光对覆盖记录面的透明保护层的厚度比所述第2光记录介质薄的第3光记录介质的记录面进行聚焦的公用的物镜。在这样的光学头装置中，在使用所述第1激光源进行的所述第1光记录介质的记录重放中，使用通过作为所述内周侧折射面区域的将光轴作为中心的中心侧折射面区域所获得的衍射光束，在使用所述第2激光源进行的所述第2光记录介质的记录重放中，使用通过所述中心侧折射面区域所获得的衍射光束和通过将所述外周侧折射面区域分割成2个区域后的内周侧的中间部分所获得的衍射光束，在使用所述第3激光源进行的所述第3光记录介质的记录重放中，使用通过所述中心侧折射面区域所获得的衍射光束、通过所述中间部分所获得的衍射光束和通过包围所述外周侧折射面区域中的所述中间部分的外周部分所获得的衍射光束，所述中心侧折射面区域和所述外周侧折射面区域以所述第1光记录介质的记录或重放所需的数值孔径进行区域分割，所述外周侧折射面区域中的所述中间部分和所述外周部分以所述第2光记录介质的记录重放所需的数值孔径进行区域分割。

在本发明中，最好是外周侧折射面区域的至少一部分是使中心侧低而外周侧高的台阶。这是由于，如果该台阶的方向相反地形成为使中心侧高而外周侧低时，则由于透镜面的倾斜增大，故台阶的方向相对于光的入射的方向就具有较大的角度，就成为产生不需要的光的原因。

在本发明中，最好是在使用所述第2激光源进行的所述第2光记录介质的记录重放中，使用通过所述中心侧衍射光栅和外周侧衍射光栅的至少一部分所获得的极性不同的级数的衍射光束，例如，一方是-1级衍射光，另一方是+1级衍射光。

又，为了解决上述问题，本发明的一种光学头装置，是通过物镜将从第1激光源射出的第1激光对第1光记录介质的记录面进行聚焦，且通过所述物镜将从第2激光源射出的、比所述第1激光波长短的第2激光对透明保护层比所述第1光记录介质的透明保护层薄的第2光记录介质的记录面进行聚焦，其特点在于，将所述物镜的折射面分割成以其光轴为中心的中心侧折射面区域和包围该中心侧折射面区域的外侧的外周侧折射面区域，且遍及所述中心侧折射面区域的整个区域形成由同心圆状的多个微细的台阶构成的中心侧衍射光栅，在使用所述第1激光源进行的所述第1光记录介质的记录重放中，使用通过所述中心侧折射面区域所获得的衍射光束，在使用所述第2激光源进行的所述第2光记录介质的记录重放中，使用通过所述外周侧折射面区域的光束和通过所述中心侧折射面区域所获得的衍射光束，将所述中心侧衍射光栅的所述台阶的高度、波长为λ₁的所述第1激光入射时的所述中心侧折射面区域的折射率和波长为λ₂的所述第2激光入射时的所述中心侧折射面区域的折射率分别设为H、n₁和n₂时，所述中心侧衍射光栅的所述台阶的高度H，被设定成满足下式：

      h₂＜H＜(h₁+h₂)/2

式中，h₁＝λ₁/(n₁-1)

      h₂＝λ₂/(n₂-1)

在本发明中，着眼于第2光记录介质和第2激光是用于高密度记录的，将中心侧衍射光栅的台阶的高度设定成比与第1激光对应的尺寸h₁和与第2激光对应的尺寸h₂的中间值更接近于与第2激光对应的尺寸h₂的值。也就是说，从光记录介质的凹坑尺寸的大小及光束点的大小来看，与重放记录动作的难易度对应进行加权，并对台阶的高度进行设定。因此，对于第2光记录介质，能获得足够大的S曲线振幅，对第1和第2光记录介质的双方都能获得良好的检测特性，并即使对于附着指纹的盘片(指纹污染盘片)等那样不良的盘片，聚焦伺服也不会失控，能获得良好的记录重放性能。又，由于将中心侧衍射光栅的台阶的高度设定成比尺寸h₁和尺寸h₂的中间值更接近于与波长短的第2激光对应的尺寸h₂的值，故即使因温度上升而第2激光的波长稍微有些增加，由于使中心温度的台阶高度H与接近于第2激光的波长相对应，故对第2光记录介质也能获得良好的检测特性。

在本发明中，最好是在将利用所述第1激光对所述第1光记录介质的记录面进行记录或重放的凹坑的面积和利用所述第2激光对所述第2光记录介质的记录面进行记录或重放的凹坑的面积分别设成S₁和S₂时，所述中心侧衍射光栅的所述台阶的高度H，被设定成满足下式：

H＝(S₁×h₂+S₂×h₁)/(S₁+S₂)

在本发明中，最好是在将利用所述第1激光对所述第1光记录介质的记录面所形成的光束点的直径和利用所述第2激光对所述第2光记录介质的记录面所形成的光束点的直径分别设成φ₁和φ₂时，所述中心侧衍射光栅的所述台阶的高度H，被设定成满足下式：

H＝(φ₁ ²×h₂+φ₂ ²×h₁)/(φ₁ ²+φ₂ ²)

在本发明中，最好是在将从2.6至4.0的值的常数设为k时，所述中心侧衍射光栅的所述台阶的高度H，被设定成满足下式：

H＝(k×h₂+1×h₁)/(k+1)

在本发明中，最好是所述外周侧折射面区域是这样形成，使其具有近似适合于所述第2激光束在所述第2光记录介质的记录面上形成所述第2光束点的折射率。如要在外周侧折射面区域形成衍射光栅，则需要以窄距形成微细的台阶，而若以折射率将第2激光在第2光记录介质的记录面上进行聚焦，就不需要在外周侧折射面区域以窄间距形成微细的台阶。又，能消除因台阶部分引起的效率损耗。

又，在本发明中，最好是遍及所述外周侧折射面区域的整个区域形成由同心圆状的多个微细的台阶构成的外周侧衍射光栅，在使用所述第2激光源进行的所述第2光记录介质的记录重放时，也可以采用使用通过所述中心侧折射面区域所获得的衍射光束和通过所述外周侧折射面区域所获得的衍射光束的结构，但在这样的情况下，将构成该外周侧衍射光栅的所述台阶的高度设定成与所述中心侧衍射光栅的台阶高度相同的高度H。在将中心侧衍射光栅的台阶的高度设成H、将外周侧衍射光栅的台阶的高度设成h₂的结构中，由于中心侧衍射光栅和外周侧衍射光栅的位相偏移，故波面像差变差，而在将中心侧衍射光栅及外周侧衍射光栅的台阶的高度都设成H的结构中，没有位相偏移，波面像差变好，将提高整个透镜的透射率。

接着，本发明是涉及用于光学头装置中的物镜的发明，本发明的物镜的特征在于，具有上述结构的折射面。

又，为了解决上述问题，本发明的光学头装置，是通过物镜将从第1激光源射出的第1激光对第1光记录介质的记录面进行聚焦，且通过所述物镜将从第2激光源射出的、比所述第1激光波长短的第2激光对透明保护层比所述第1光记录介质的透明保护层薄的第2光记录介质的记录面进行聚焦，其特点在于，将所述物镜的形成为规定的非球面形状的入射侧折射面和出射侧折射面中的一个折射面，分割成以其光轴为中心的内周侧折射面区域和外周侧折射面区域，并至少遍及所述内周侧折射面区域的整个区域形成由同心圆状的多个微细的台阶构成的内周侧衍射光栅，对于另一个折射面，在NA≥0.5的区域(对于作为第2光记录介质的DVD盘片的有效区域)中，将非球面倾斜角设成0°以上，且在10°以下，在使用所述第1激光源进行的所述第1光记录介质的记录重放中，使用通过所述内周侧折射面区域所获得的衍射光束，在使用所述第2激光源进行的所述第2光记录介质的记录重放中，使用通过所述外周侧折射面区域的光束和通过所述内周侧折射面区域所获得的衍射光束。

本说明书中的所谓非球面倾斜角，是指光轴与离开光轴的某地点的透镜面法线所构成的角度θ。所谓某地点，是DVD盘片重放时的有效区域NA≥0.5的区域。

在本发明中，由于在入射侧折射面和出射侧折射面中，将与形成衍射光栅一侧相反侧的折射面形状作为非球面倾斜角规定成0°以上，且在10°以下，故即使入射侧折射面与出射侧折射面的中心偏移，但由于对像差的影响小，故能使焦点很好地聚焦在光记录介质的记录面上。又，由于将与形成衍射光栅的一侧相反侧的折射面形状作为非球面倾斜角规定成0°以上，且在10°以下，故即使在利用倾斜控制等使物镜的倾斜发生变化时，由于对像差的影响小，故能使焦点很好地聚焦在光记录介质的记录面上。

在本发明中，遍及所述外周侧折射面区域的整个区域形成由同心圆状的多个微细的台阶构成的外周侧衍射光栅，在使用所述第2激光源进行的所述第2光记录介质的记录重放时，也可以采用使用通过所述内周侧折射面区域所获得的衍射光束和通过所述外周侧折射面区域所获得的衍射光束的结构。

在本发明中，所述物镜的数值孔径NA，要满足下式：

0.55≤NA≤0.65

本发明最好是应用于所述物镜的光轴中心的透镜厚度d和相对于第2激光的焦距f满足下式：d/f≥0.665的光学头装置。即使是偏离用上式规定的条件时，虽然入射侧折射面与出射侧折射面的中心偏移及物镜的倾斜对像差有影响，但该影响较小。因此，对于入射侧折射面与出射侧折射面的中心偏移及物镜的倾斜对像差造成较大影响的结构的物镜，若应用本发明，则其效果是显著的。

附图说明

图1是以应用本发明的光学头装置的光学***为中心表示的概略结构图。

图2(a)、(b)、(c)、(d)分别是图1所示的物镜的结构例1的俯视图、剖视图、将光轴作为中心的中心侧折射面区域的部分放大剖视图和包围中心侧折射面区域的外周侧区域的部分放大剖视图。

图3是表示图2所示的结构例1的物镜的第1和第2激光的聚焦状态的说明图。

图4是表示使用图2所示的结构例1的物镜时对DVD的3次球面像差进行模拟结果的曲线图。

图5(a)、(b)、(c)、(d)分别是图1所示的物镜的结构例2的俯视图、剖视图、将光轴作为中心的中心侧折射面区域的部分放大剖视图和表示在该中心侧折射面区域所形成的台阶的部分放大剖视图。

图6是表示利用图5所示的结构例2的物镜对第1和第2激光进行聚焦状态的说明图。

图7是表示物镜的结构例3的结构图，(a)是其俯视图、(b)是其剖视图、(c)和(d)分别是其部分放大剖视图。

图8(a)、(b)、(c)、(d)分别是图1所示的物镜的结构例4的俯视图、剖视图、入射侧折射面的内周侧折射面区域的部分放大剖视图和出射侧折射面的部分放大剖视图。

图9是表示利用图8所示的结构例4的物镜对第1和第2激光进行聚焦状态的说明图。

图10(a)、(b)是分别表示在图8的结构例4中的物镜的平行偏心量与3次球面像差、彗形像差、像散、波面像差的关系的曲线图和物镜的倾斜与3次球面像差、彗形像差、像散、波面像差的关系的曲线图。

图11(a)、(b)、(c)、(d)分别是以往的物镜的俯视图、剖视图、将光轴作为中心的中心侧折射面区域的部分放大剖视图和包围中心侧折射面区域的外周侧区域的部分放大剖视图。

图12是表示利用以往的物镜对第1和第2激光进行聚焦状态的说明图。

图13是表示使用以往的物镜时的DVD的3次球面像差进行模拟结果的曲线图。

图14(a)、(b)、(c)是分别表示使用以往的物镜时的S曲线特性的曲线图。

图15(a)、(b)是分别表示以往的物镜的平行偏心量与3次球面像差、彗形像差、像散、波面像差的关系的曲线图和以往的物镜的倾斜与3次球面像差、彗形像差、像散、波面像差的关系的曲线图。

[标号说明]

1—光学头装置；3—物镜；4—光记录介质；11—第1激光源；12—第2激光源；21—第1光束分离器；22—第2光束分离器；23—准直透镜；25—公用受光元件；31—入射侧折射面；31A—入射侧折射面；32—出射侧折射面；32A—出射侧折射面；33—中心侧折射面区域；33A—中心侧折射面区域；34—外周侧折射面区域；34A—外周侧折射面区域；35—中心侧衍射光栅；35A—中心侧衍射光栅；35a—台阶；36—外周侧衍射光栅；36A—外周侧衍射光栅；36a—台阶；41—CD(第1光记录介质)；41a—记录面；42—DVD(第2光记录介质)；42a—记录面；50—同心圆状的微细台阶；51—入射侧折射面；52—出射侧折射面；53—中心侧折射面区域；54—外周侧折射面区域；55—中心侧衍射光栅；60—同心圆状的微细台阶；61—入射侧折射面；62—出射侧折射面；63—中心侧折射面区域；64—外周侧折射面区域；65—中心侧衍射光栅；B(41)—光束点；B(42)—光束点；L—物镜的光轴(***光轴)；Lo—聚焦光学***；L1—第1激光束；L2—第2激光束

具体实施方式

以下，参照附图对应用本发明的具有物镜的光学头装置进行说明。

[整体结构]

图1是以本例的光学头装置的光学***为中心表示的概略结构图。

图1中，本形态的光学头装置1，是对CD、CD-R、DVD等的基板厚度及记录密度不同的多种光记录介质4进行信息重放、记录的装置。因此，具有：射出用于CD等记录重放的波长为785nm的第1激光L1的第1激光源11和射出用于DVD重放等的波长为655nm的第2激光L2的第2激光源12。各激光通过公用的聚焦光学***Lo被引导至光记录介质4，同时由该光记录介质4所反射的各激光束的返回光被引导至公用受光元件25。

在聚焦光学***Lo中，具有：使第1激光L1直线前进、使第2激光L2反射、并使双方的光都与***光轴L(物镜的光轴)一致的第1光束分离器21；使沿***光轴L前进的激光L1、L2通过的第2光束分离器22；使通过该第2光束分离器22的激光L1、L2形成平行光的准直透镜23；以及使从准直透镜23射出的激光L1、L2的光束点形成在光记录介质4的记录面上用的物镜3。

在这样构成的光学头装置1中，对于作为第1光记录介质4的CD41的记录面41a，利用物镜3形成第1激光L1的光束点。又，对于作为第2光记录介质4的DVD42的记录面42a，利用物镜3形成第2激光L2的光束点。

这样，向光记录介质4(CD41、DVD42)进行聚焦的第1和第2的激光L1、L2，在分别由光记录介质4进行反射后，作为返回光反方向沿着公用的聚焦光学***Lo的路径，在第2光束分离器22上进行反射，并向公用受光元件25聚焦。并且，利用由公用受光元件25检测出的信号进行光记录介质4(CD41、DVD42)的信息重放等。

[物镜3的结构例1]

参照图2和图3对本例的物镜3的结构例1进行详细的说明。图2(a)、(b)、(c)、(d)分别是表示物镜3的结构例1的俯视图、剖视图、将光轴作为中心的中心侧折射面区域的部分放大剖视图和包围中心侧折射面区域的外周侧区域的部分放大剖视图。图3是表示该结构例1的各波长激光的聚焦状态的说明图。图4是表示使用物镜3的结构例1时对DVD42的3次球面像差进行模拟结果的曲线图。

在图2(a)、(b)、(c)、(d)中，本结构例1的物镜3是一种凸透镜，该凸透镜具有：从第1激光源11和第2激光源12射出的激光L1、L2入射的有正光焦度的入射侧折射面31；以及向光记录介质4射出激光束的出射侧折射面32。

入射侧折射面31，被分割成将光轴L作为中心以同心圆形状包含光轴L的圆形的中心侧折射面区域33和包围该中心侧折射面区域33的外周呈圆环状的外周侧折射面区域34的两个区域，中心侧折射面区域33与外周侧折射面区域34的边界部分，是与CD41(第1激光L1)的数值孔径NA＝0.45~0.55相当的位置。

在本形态中，由于使用波长不同的两种激光，对两个光记录介质进行记录重放，故将入射侧折射面分割成2部分。

遍及中心侧折射面区域33的整个区域，利用同心圆状的多个微细的台阶35a来形成中心侧衍射光栅35。又，在外周侧折射面区域34，沿该整个区域也形成由同心圆状的微细的台阶36a构成的外周侧衍射光栅36。

在中心侧折射面区域33所形成的中心侧衍射光栅35，具有使通过该区域的第1激光L1的衍射光所产生的光束点形成于CD41的记录面上的衍射特性。

此外，在中心侧折射面区域33所形成的中心侧衍射光栅35，具有使通过该区域的第2激光L2的衍射光所产生的光束点形成于DVD42的记录面上的衍射特性。

又，在外周侧折射面区域34所形成的外周侧衍射光栅36，具有使通过该区域的第2激光L2的衍射光所产生的光束点形成于DVD42的记录面上的衍射特性。

这里，在第1激光L1中，通过外周侧折射面区域34的光束分量是对于记录或重放没有作用的不需要的光分量，在本例中，受到在该外周侧折射面区域34上所形成的外周侧衍射光栅36产生的衍射作用进行衍射，使得不向CD41的记录面上的光束点形成位置进行聚焦。

[衍射光栅的结构]

在本结构例1的物镜3中，构成中心侧衍射光栅35的台阶35a和构成外周侧衍射光栅36的台阶36a，都具有锯齿形状的剖面形状。

但是，在本形态中，构成中心侧衍射光栅35的台阶35a，是从中心侧向外周侧降低，即、使中心侧高而外周侧低的朝向光轴侧的锯齿形台阶，而与上相反，构成外周侧衍射光栅36的台阶36a如图2(d)所示，是从中心侧向外周侧增高的、朝向外周侧的锯齿形台阶。也就是说，构成中心侧衍射光栅35的台阶35a与构成外周侧衍射光栅36的台阶36a，它们的锯齿形的方向相反。

外周侧衍射光栅36的台阶36a，可以不仅是整个区域从中心侧向外周侧增高的形状，也可以是外周侧衍射光栅36的一部分是从中心侧向外周侧增高的形状。例如，也可以是将外周侧折射面区域34分成3个区域，是在内侧和外侧是从外周侧向中心侧降低、而在其中间是从中心侧向外周侧降低的台阶36a的形状。但是，对外周侧衍射光栅36进行定义的光程差函数是1个，与对内周侧衍射光栅35进行定义的光程差函数不同。

又，构成中心侧衍射光栅35的台阶35a和构成外周侧衍射光栅36的台阶36a，也可以分别形成为与本形态相反的方向，通过这样使锯齿形的方向相反。

因此，在本形态中，从中心侧折射面区域33射出的衍射光的衍射级数与从外周侧折射面区域34射出的衍射光的衍射级数，它们的极性相反，在本形态中，从中心侧折射面区域33射出的衍射光是-1级衍射光分量，从外周侧折射面区域34射出的衍射光是+1级衍射光分量。因此，第2激光L2，利用通过中心侧衍射光栅35产生衍射的-1级衍射光分量和通过外周侧衍射光栅36产生衍射的+1级衍射光分量，在DVD42的记录面上就形成光束点B(42)。

又，由外周侧衍射光栅36产生的衍射级数，其绝对值也可以比中心侧衍射光栅35产生的衍射级数要大。例如，相对于中心侧衍射光栅35产生的衍射级数为1级来说，由外周侧衍射光栅36产生的衍射级数也可以为2级及以上。又，外周侧衍射光栅36的衍射级数，例如若一部分为+3级，则使其它部分为-3级，在外周侧衍射光栅36内的衍射级数的绝对值一定为一致。

[本结构的作用、效果]

在这样构成的光学头装置1中，在进行CD41的信息重放时，仅驱动第1激光源11，射出第1激光L1。其结果，如图3中虚线所示，第1激光L1通过物镜3的中心侧折射面区域33，由形成于该处的中心侧衍射光栅35所生成的-1级衍射光分量，在CD41的记录面上形成光束点B(41)。

与此相反，在进行DVD42的信息重放时，仅驱动第2激光源12，而射出第2激光L2。其结果，如图3中实线所示，在第激光L2中，利用在通过物镜3的中心侧折射面区域33时、由形成于该处的中心侧衍射光栅35进行衍射而产生的-1级衍射光分量和在通过物镜3的外周侧折射面区域34时、由形成于该处的外周侧衍射光栅36进行衍射而产生的+1级衍射光分量，在DVD42的记录面上形成光束点B(42)。

这里，物镜3由于构成中心侧衍射光栅35的台阶35a和构成外周侧衍射光栅36的台阶36a的锯齿形的方向相反，故从中心侧折射面区域33射出的衍射光的衍射级数与从外周侧折射面区域34射出的衍射光的衍射级数的极性相反。因此，随温度变化，即使构成物镜3的材料发生折射率变化及线膨胀，另外即使从第2激光源12射出的第2激光L2因温度变化而发生波长变动，但利用中心侧衍射光栅35和外周侧衍射光栅36，将对由这样的温度变化引起的球面像差的变化进行补偿。因此，对于在记录密度低的CD41中所用的第1激光L1的温度特性，与以往相同，而对于在记录密度高的DVD42中所用的第2激光L2，其温度特性则提高。因此，在使用中心侧衍射光栅35的衍射光和外周侧衍射光栅36的衍射光对DVD42进行记录重放时，由于能抑制由周围温度的球面变化而引起的像差的变化，故对于温度变化，几乎没有伺服信号的变化及跳动的恶化情况，能获得良好的检测特性。

例如，关于应用本发明的物镜3，它的作为DVD42的记录重放中的3次球面像差的随温度而变化的特性，考虑到构成物镜3的材料的折射率变化及线膨胀、和激光的波长变动后的模拟结果，如图4所示，其结果为周围温度在-5℃的低温侧几乎没有变动，周围温度在55℃的高温侧变动也在10mλ以下，具有优异的温度特性。

又，在本形态中，在物镜3的入射侧折射面31中，由于中心侧折射面区域33与外周侧折射面区域34的边界位置，是与CD41(第1激光L1)的数值孔径NA＝0.45~0.55相当的位置，故对于中心侧折射面区域33，构成第1激光L1和第2激光L2两者的像差减小，而对于外周侧折射面区域34，构成第2激光L2的像差减小的状态，即使第1激光L1通过外周侧折射面区域34，也能构成使第1激光L1不聚焦在利用中心侧折射面区域33聚焦的焦点位置。因此，若与在中心侧折射面区域33或外周侧折射面区域34中包含与CD41(第1激光L1)的数值孔径相当的位置的情况相比，能够使所需的数值孔径内的像差较小，而数值孔径的外面不完全成为噪声的状态，进而，中心侧衍射光栅35和外周侧衍射光栅36的设计较容易。

又，对于CD41和DVD42的重放记录，由于使用物镜3中的中心侧衍射光栅35和外周侧衍射光栅36产生的±1级衍射光，故与使用衍射级数为2级及以上的衍射光的情况相比，具有效率高的优点。

又，在利用刀尖为平头的刻刀进行挤压方式的切削加工中，若是形成台阶35a、36a而形成刻槽的方法，则由于在刀尖的两侧有角，故能容易加工形成本形态的物镜3用的模具。又，也可以对透光性材料，直接利用刀尖为平头的刻刀进行挤压方式的切削加工，来形成具有台阶35a、36a的槽。

又，在上述形态中，是将从中心侧折射面区域33射出的衍射光形成-1级衍射光分量，将从外周侧折射面区域34射出的衍射光形成+1级衍射光分量，但也可以相反，将从中心侧折射面区域33射出的衍射光形成+1级衍射光分量，将从外周侧折射面区域34射出的衍射光形成-1级衍射光分量。

又，为了使用3种波长的激光来对3种光记录介质进行记录重放，只要将物镜的折射面分成3个区域就可以。这时，至少1个区域，使台阶的方向相反。最外周区域的台阶，如图2(d)所示的外周侧衍射光栅36的台阶36a那样，只要使从中心侧向外周侧增高就可以。

在使用这样的3种波长的激光的光学头装置中，在使第1激光对第1光记录介质的记录面进行聚焦、并使比所述第1激光的波长短的第2激光对覆盖记录面的透明保护层的厚度比所述第1光记录介质薄的第2光记录介质的记录面进行聚焦、且使比所述第2激光的波长短的第3激光对覆盖记录面的透明保护层的厚度比所述第2光记录介质薄的第3光记录介质的记录面进行聚焦的情况下，为了使用第1激光源对第1光记录介质进行记录重放，要使用通过作为内周侧折射面区域将光轴作为中心的中心侧折射面区域所获得的衍射光束，为了使用第2激光源对第2光记录介质进行记录重放，要使用通过中心侧折射面区域所获得的衍射光束和通过将外周侧折射面区域2分割后的内周侧的中间部分所获得的衍射光束，为了使用第3激光源对第3光记录介质进行记录重放，要使用通过中心侧折射面区域所获得的衍射光束、通过中间部分所获得的衍射光束和通过***周侧折射面区域的所述中间部分的外周部分所获得的衍射光束。

这里，所谓中心侧折射面区域和外周侧折射面区域，是以在第1光记录介质的记录或重放中所需的数值孔径进行区域分割，所谓外周侧折射面区域的中间部分和外周部分，是以在第2光记录介质的记录或重放中所需的数值孔径进行区域分割。

又，在上述形态中，是对于光学头装置1的物镜3应用本发明的例子，也可以对于通过不同波长的激光光束的透镜、例如对于准直透镜23等应用本发明。

[物镜3的结构例2]

参照图5和图6对物镜3的结构例2进行详细的说明。图5(a)、(b)、(c)、(d)分别表示物镜3的结构例2的俯视图、剖视图、将光轴作为中心的中心侧折射面区域的部分放大剖视图和表示在该中心侧折射面区域所形成的台阶的部分放大剖视图。图6是表示利用结构例2的物镜3对各波长的激光进行聚焦状态的说明图。

在图5(a)、(b)、(c)中，本例的物镜3的结构例2是一种凸透镜，该凸透镜具有：从第1激光源11和第2激光源12射出的激光L1、L2入射的有正光焦度的入射侧折射面51；以及向光记录介质4射出激光束的出射侧折射面52。

入射侧折射面51，被分割成将光轴L作为中心以同心形圆状包含光轴L的圆形的中心侧折射面区域53和包围该中心侧折射面区域53的外周呈圆环状的外周侧折射面区域54的两个区域，中心侧折射面区域53与外周侧折射面区域54的边界部分，是与NA＝0.45~0.55相当的位置。

遍及中心侧折射面区域53的整个区域，利用同心圆状的多个微细的台阶50来形成中心侧衍射光栅55。

结构例2的物镜3的中心侧折射面区域53，是具有与外周侧折射面区域54不同的折射率的折射面区域。在该中心侧折射面区域53所形成的中心侧衍射光栅55，具有使通过该区域的第1激光L1的衍射光束的光束点形成在CD41的记录面上的衍射特性。此外，还具有使通过该区域的第2激光L2的衍射光束的光束点形成在DVD42的记录面上的衍射特性。

在本例中，由中心侧衍射光栅55产生的第1激光L1的衍射光束和第2激光L2的衍射光束都使用1级衍射光。

与此不同的是，结构例2的物镜3的外周侧折射面区域54，具有将使第2激光L2的通过该区域的光束部分的光束点形成在DVD42的记录面上的折射率。也就是说，在外周侧折射面区域54上，未形成构成衍射光栅的窄间距的槽。因此，容易制成将物镜3成形用的模具。又，由于没有台阶部分，故通过外周侧折射面区域54的光没有损耗，透射率高。

在具有这样的结构例2的物镜3的光学头装置1中，在CD41的信息重放时，仅对第1激光源11进行驱动，而射出第1激光L1。在该第1激光L1的通过物镜3的中心侧折射面区域53的光束分量中，利用在该处所形成的中心侧衍射光栅55产生的衍射所生成的衍射光束分量的光束点B(41)，如图6中用虚线所示，形成在CD41的记录面上。通过物镜3的外周侧折射面区域54的第1激光L1的光束分量，是对于重放所不需要的无用光，作为光束点不在CD41的记录面上聚焦。

与此相反，在DVD42的信息重放时，仅对第2激光源12进行驱动，而射出第2激光L2。如图6中用实线所示，利用第2激光L2的通过物镜3的中心侧折射面区域53的光束分量中、在该处所形成的中心侧衍射光栅55进行衍射而产生的衍射光分量和在第2激光L2的通过物镜3的外周侧折射面区域54的光束分量，能在DVD42的记录面上形成光束点B(42)。

[中心侧衍射光栅55的结构例]

在图5(a)、(b)、(c)、(d)中，对于本形态的光学头装置1中所用的物镜3，在将构成中心侧衍射光栅55的多个台阶50的高度、波长为λ₁的第1激光L1入射时的中心侧折射面区域53的折射率和波长为λ₂的第2激光L2入射时的中心侧折射面区域53的折射率分别设为H、n₁和n₂时，中心侧衍射光栅55的台阶50的高度H，被设定成满足下式：

      h₂＜H＜(h₁+h₂)/2

其中，h₁＝λ₁/(n₁-1)

      h₂＝λ₂/(n₂-1)

这里，在将中心侧折射面区域53的折射率n(设成n₁＝n₂＝n)、第1激光L1的波长λ₁和第2激光L2的波长λ₂分别设成例如1.54、785nm和655nm时，由于h₁和h₂分别成为1.45μm和1.21μm，故中心侧衍射光栅55的台阶50的高度H，被设定成满足下式：。

1.21μm＜H(μm)＜1.33μm

又，在本形态中，对于中心侧衍射光栅55的台阶50的高度H，在上述范围中，在将对CD41的记录面41a利用第1激光L1所形成的凹坑(日文：ピット)的面积和对DVD42的记录面42a利用第2激光L2所形成的凹坑的面积分别设成S₁和S₂时，被设定成满足下式：

H＝(S₁×h₂+S₂×h₁)/(S₁+S₂)

这里，在CD41的记录面41a上所形成的最小凹坑长度(凹坑在道方向上的宽度尺寸)为约0.8μm，而在DVD42的记录面42a上所形成的最小凹坑长度(凹坑在道方向上的宽度尺寸)为约0.4μm，又，CD41的道间距为约1.6μm，而DVD42的道间距为约0.74μm。因此，在CD41的记录面41a上所形成的凹坑的面积S₁与在DVD42的记录面42a上所形成的凹坑的面积S₂之比为约4∶1。

因此，在本形态中，中心侧衍射光栅55的台阶50的高度H，可用下式求出，并被设定成1.26μm。

H＝(4×h₂+1×h₁)/5

若使用在中心侧折射面区域53形成有这样的高度H的台阶50的物镜3，则由于将中心侧衍射光栅55的台阶50的高度H设定成：比与第1激光L1对应的尺寸h₁和与第2激光L2对应的尺寸h₂的中间值更接近于与第2激光L2对应的尺寸h₂的值，故使用该物镜3时的S曲线特性可以用图14(a)所示的S曲线特性和图14(c)所示的S曲线特性的中间特性来表示。因此，对于CD41和DVD42这两者，都能获得足够的S曲线振幅，尤其在DVD42中，对于指纹污染盘片也能获得良好的聚焦伺服，能获得良好的检测特性。

而且，由于根据凹坑的面积之比，设定接近与第2激光L2对应的尺寸h₂的程度，与重放记录动作的难易度对应进行适当的加权，这样对台阶50的高度H进行设定，故对于DVD42能获得良好的波面像差和透射率，而对于CD41也能获得容许范围内的波长像差和透射率。由此，对于CD41和DVD42这两者都能获得良好的检测特性。

又，由于将中心侧衍射光栅55的台阶50的高度H设定成比尺寸h₁和尺寸h₂的中间值更接近于与波长短的第2激光L2对应的尺寸h₂的值，因此即使因温度上升、而使第2激光L2的波长多少有些增加，但由于使中心温度的台阶高度H与接近于第2激光L2的波长相对应，故对于DVD42能获得良好的检测特性。

[中心侧衍射光栅55的结构例2]

在图5(a)、(b)、(c)、(d)中，对于本形态的光学头装置1中所用的结构例2的物镜3，与结构例1同样，在将构成中心侧衍射光栅55的多个台阶50的高度、波长为λ₁的第1激光L1入射时的中心侧折射面区域53的折射率和波长为λ₂的第2激光L2入射时的中心侧折射面区域53的折射率分别设为H、n₁和n₂时，中心侧衍射光栅55的台阶50的高度H，被设定成满足下式：

      h₂＜H＜(h₁+h₂)/2

式中，h₁＝λ₁/(n₁-1)

      h₂＝λ₂/(n₂-1)

这里，在将中心侧折射面区域53的折射率n(设成n₁＝n₂＝n)、第1激光L1的波长λ₁和第2激光L2的波长λ₂分别设成例如1.54、785nm和655nm时，由于h₁和h₂分别成为1.45μm和1.21μm，故中心侧衍射光栅55的台阶50的高度H，被设定成满足下式：

1.21μm＜H(μm)＜1.33μm

又，在本形态中，对于中心侧衍射光栅55的台阶50的高度H，在上述范围中，在将对CD41的记录面41a利用第1激光L1所形成的光束点的直径和对DVD42的记录面42a利用第2激光L2所形成的光束点的直径分别设成φ₁和φ₂时，中心侧衍射光栅55的台阶50的高度H，被设定成满足下式：

H＝(φ₁ ²×h₂+φ₂ ²×h₁)/(φ₁ ²+φ₂ ²)

这里，由于光束点的直径用常数×波长÷透镜的数值孔径(NA)来表示，故例如将对于第1激光L1的数值孔径设成0.45，将对于第2激光L2的数值孔径设成0.60，则由于φ₁与φ₂之比为1.6∶1，故φ₁ ²与φ₂ ²之比成为约2.6∶1

因此，在本形态中，中心侧衍射光栅55的台阶50的高度H，可用下式求出，并被设定成1.28μm。

H＝(2.6×h₂+1×h₁)/3.6

若使用在中心侧折射面区域53形成有这样的高度H的台阶50的物镜3，则由于将中心侧衍射光栅55的台阶50的高度H设定成：比与第1激光L1对应的尺寸h₁和与第2激光L2对应的尺寸h₂的中间值更接近于与第2激光L2对应的尺寸h₂的值，故使用该物镜3时的S曲线特性可以用图14(a)所示的S曲线特性和图14(c)所示的S曲线特性的中间特性来表示。因此，对于CD41和DVD42这两者，都能获得足够的S曲线振幅，能获得良好的检测特性。

而且，由于根据光束点的面积之比，设定接近与第2激光L2对应的尺寸h₂的程度，与重放记录动作的难易度对应进行适当的加权，这样对台阶50的高度H进行设定，故对于CD41和DVD42这两者都能获得良好的检测特性。

又，由于将中心侧衍射光栅55的台阶50的高度H设定成比尺寸h₁和尺寸h₂的中间值更接近于与波长短的第2激光L2对应的尺寸h₂的值，因此即使因温度上升、而使第2激光L2的波长多少有些增加，但由于使中心温度的台阶高度H与接近于第2激光L2的波长相对应，故对于DVD42能获得良好的检测特性。

[中心侧衍射光栅55的结构例3]

在图5(a)、(b)、(c)、(d)中，对于本形态的光学头装置1中所用的物镜3，与结构例1、2同样，在将构成中心侧衍射光栅55的多个台阶50的高度、波长为λ₁的第1激光L1入射时的中心侧折射面区域53的折射率和波长为λ₂的第2激光L2入射时的中心侧折射面区域53的折射率分别设为H、n₁和n₂时，中心侧衍射光栅55的台阶50的高度H，被设定成满足下式：

      h₂＜H＜(h₁+h₂)/2

式中，h₁＝λ₁/(n₁-1)

      h₂＝λ₂/(n₂-1)

这里，在将中心侧折射面区域53的折射率n(设成n₁＝n₂＝n)、第1激光L1的波长λ₁和第2激光L2的波长λ₂分别设成例如1.54、785nm和655nm时，由于h₁和h₂分别成为1.45μm和1.21μm，故中心侧衍射光栅55的台阶50的高度H，被设定成满足下式：

1.21μm＜H(μm)＜1.33μm

又，在本形态中，对于中心侧衍射光栅55的台阶50的高度H，考虑到所述的结构例1和结构例2的两种情况，被设定成满足下式：

H＝(k×h₂+1×h₁)/(k+1)

其中，常数k＝2.6~4.0

这里，若设k＝3，则中心侧衍射光栅35的台阶30的高度H就被设定成1.27μm。

在使用将这样的高度H的台阶50形成于中心侧折射面区域53上的物镜3时，与结构例1、2同样，对于CD41和DVD42这两者也都能获得足够的S曲线振幅，能获得良好的检测特性。

[物镜3的结构例3]

在上述的物镜3中，是通过设定外周侧折射面区域54的折射率，将由通过该区域的第2激光束的光束分量产生的光束点形成于DVD42的记录面上。然而，在该外周侧折射面区域54也可以形成衍射光栅，也能将由该衍射光栅产生的第2激光L2的衍射光束分量的光束点形成于DVD42的记录面上。

图7(a)是表示在外周侧折射面区域中也形成衍射光栅的物镜3的结构例3的俯视图，图7(b)是其剖视图，图7(c)和(d)分别是其部分放大剖视图。

如这些图所示，本例的物镜30是一种凸透镜，该凸透镜具有：从第1激光源11和第2激光源12射出的激光L1、L2入射的具有正光焦度的入射侧折射面31A；以及向光记录介质射出激光束的出射侧折射面32A。

入射侧折射面31A，被分成包含光轴L的圆形的中心侧折射面区域33A和同心包围该中心侧折射面区域33A的圆环状的外周侧折射面区域34A。又，在中心侧折射面区域33A中，遍及整个该区域形成由同心圆状的微细的台阶30A构成的中心侧衍射光栅35A。又，在外周侧折射面区域34A中，遍及整个该区域也形成由同心圆状的微细的台阶30A构成的外周侧衍射光栅36A。

本例的物镜3，在CD41的记录或重放时，利用所射出的第1激光L1中的通过中心侧折射面区域33A的光束分量，将光束点形成于CD41的记录面41a上。详细地说，是利用该光束分量中的受到在中心侧折射面区域33A所形成的中心侧衍射光栅35A产生的衍射作用而生成的衍射光束分量，使光束点B(41)形成于CD41的记录面上。

然而，第1激光L1中，通过外周侧折射面区域34A的光束分量是对于记录或重放没有作用的不需要的光分量，在本例中，受到在该外周侧折射面区域34A所形成的外周侧衍射光栅36产生的衍射作用进行衍射，使得不向CD41的记录面上的光束点形成位置进行聚焦。

又，本例的物镜3，在DVD42的重放时，将所射出的第2激光L2产生的光束点形成于DVD42的记录面上42a上。也就是说，利用通过中心侧折射面区域33A的第2激光束的光束分量中的、受到在中心侧折射面区域33A所形成的中心侧衍射光栅35A产生的衍射作用而生成的衍射光分量，使光束点形成于DVD42的记录面上。与此同时，还利用该第2激光L2的通过外周侧折射面区域34A的光束分量中的、受到在该区域所形成的外周侧衍射光栅36A产生的衍射作用而生成的衍射光束分量，使光束点形成于DVD42的记录面上的同一位置。

在本例中，在CD41的记录或重放时、以及在DVD42的重放时，都利用第1激光L1或第2激光L2的1级衍射光。

在这样的结构例3的物镜3中，对于中心侧衍射光栅35A的台阶30A的高度H，也如在前述的结构例中说明的那样，例如被设定成1.28μm。

又，在本结构例3的物镜3中，在其外周侧折射面区域34A也形成有外周侧衍射光栅36A，而对于该外周侧衍射光栅36A，为了不将第1激光L1的外周侧部分的不需要的光分量聚焦在CD41的记录面上的光束点形成位置，使外周侧衍射光栅36A的台阶30A的高度也设定为与中心侧折射面区域33A相同的高度尺寸H，例如被设定成1.28μm。因此，在第2激光L2中，由于能使中心侧与外周侧的位相一致，故能获得良好的波面像差，能提高透射率。因此，与通过外周侧的光束分量不进行衍射的情况相比，能获得良好的重放性能。

[物镜3的结构例4]

参照图8和图9对结构例4的物镜3的结构进行详细的说明。图8(a)、(b)、(c)、(d)分别是表示结构例4的物镜3的俯视图、剖视图、入射侧折射面的内周侧折射面区域的部分放大剖视图和出射侧折射面的部分放大剖视图。图9是表示利用物镜3对各波长激光进行聚焦状态说明图。

在图8(a)、(b)、(c)中，本结构例4的物镜3是一种凸透镜，该凸透镜具有：从第1激光源11和第2激光源12射出的激光L1、L2入射的正光焦度的入射侧折射面61；以及向光记录介质4射出激光束的出射侧折射面62，入射侧折射面61和出射侧折射面62都具有规定的非球面形状。

入射侧折射面61，被分割成将光轴L作为中心以同心圆形状包含光轴L的圆形的内周侧折射面区域63和包围该内周侧折射面区域63的外周呈圆环状的外周侧折射面区域64的两个区域，内周侧折射面区域63与外周侧折射面区域64的边界部分，是与NA＝0.45~0.55相当的位置。

遍及内周侧折射面区域63的整个区域，利用同心圆状的多个微细的台阶60来形成内周侧衍射光栅65。

物镜3的内周侧折射面区域63，是具有与外周侧折射面区域64不同的折射率的折射面区域。在该内周侧折射面区域63所形成的内周侧衍射光栅65，具有使通过该区域的第1激光L1的衍射光束的光束点形成于CD41的记录面上的衍射特性。此外，还具有使通过该区域的第2激光L2的衍射光束的光束点形成于DVD42的记录面上的衍射特性。

在本例中，利用内周侧衍射光栅65产生的第1激光L1的衍射光束和第2激光L2的衍射光束都使用1级衍射光。

与此不同的是，物镜3的外周侧折射面区域64，具有使第2激光L2的通过该区域的光束部分的光束点形成于DVD42的记录面上的折射率。也就是说，在外周侧折射面区域64未形成构成衍射光栅的窄间矩的槽。因此，就容易制成将物镜3成形用的模具。又，由于没有台阶部分，故通过外周侧折射面区域64的光没有损耗，透射率高。

在具有这样的结构例4的物镜3的光学头装置1中，在CD41的信息重放时，仅对第1激光源11进行驱动，而射出第1激光L1。在该第1激光L1的通过物镜3的内周侧折射面区域63的光束分量中，利用在该处所形成的内周侧衍射光栅65产生的衍射所生成的衍射光束分量的光束点B(41)，如图9中用虚线所示，形成在CD41的记录面上。通过物镜3的外周侧折射面区域64的第1激光L1的光束分量，是对于重放所不需要的无用光，作为光束点不在CD41的记录面上聚焦。

与此相反，在DVD42的信息重放时，仅对第2激光源12进行驱动，而射出第2激光L2。如图9中用实线所示，利用第2激光L2的通过物镜3的内周侧折射面区域63的光束分量中、在该处所形成的内周侧衍射光栅65进行衍射而产生的衍射光分量和第2激光L2的通过物镜3的外周侧折射面区域64的光束分量，能在DVD42的记录面上形成光束点B(42)。

又，物镜3的由外周侧折射面区域64所规定的数值孔径NA，要满足下式：

0.55≤NA≤0.65

在本形态中，与DVD42对应，数值孔径NA被设定成0.6。

又，物镜3的光轴中心的透镜厚度d和相对于DVD用的第2激光的焦点距离f，要满足下式：

d/f≥0.665

因此存在一个倾向，就是入射侧折射面61与出射侧折射面62的中心的偏移(平行偏心量)及物镜3的倾斜量容易对检测特性产生较大影响。

因此，在本形态中，对于物镜3的出射侧折射面62，如图8(d)所示，在NA≥0.5的区域中，将非球面倾斜角θ设成0°以上，且在10°以下。这里，所谓非球面倾斜角θ，是指由光轴与离开光轴的某地点的透镜面法线所构成的角度θ。所谓某地点，在本形态中，是DVD42重放时的有效区域NA≥0.5的区域。

在这样结构的物镜3中，是根据各激光L1、L2的波长来优化入射侧折射面61和出射侧折射面62的非球面形状，而即使入射侧折射面61和出射侧折射面62的中心稍微有些偏移，也不使像差增大，使焦点很好地聚焦在光记录介质4的记录面41a、42a。

例如，在本结构例4的物镜3中，研究了入射侧折射面61和出射侧折射面62的平行偏心量与3次球面像差、彗形像差、像散、波面像差的关系，如图10(a)中用实线L1、虚线L2、点划线L3、双点划线L4所示，即使平行偏心量增大，彗形像差和波面像差的恶化也较少。因此，在用模具成形来制造物镜3时，能放宽对模具所要求的精度。

又，即使在利用倾斜控制等使物镜3的倾斜变化时，也能使焦点很好地聚焦在光记录介质4的记录面41a、42a上。

又，在本结构例4的物镜3中，物镜3的倾斜量与3次球面像差、彗形像差、像散、波面像差的关系，分别如图10(b)中用实线L1、虚线L2、点划线L3、双点划线L4所示，彗形像差和波面像差的恶化较少。

[物镜3的结构例5]

在上述结构例4的物镜3中，通过设定外周侧折射面区域64的折射率，将通过该区域的第2激光束的光束分量所产生的光束点形成在DVD42的记录面上。然而，与图7所示的实施例相同，也能在该外周侧折射面区域64形成衍射光栅，将由该衍射光栅产生的第2激光L2的衍射光束分量的光束点形成在DVD42的记录面上。

在这样构成的物镜3中，物镜3的数值孔径NA，也要满足下式：

0.55≤NA≤0.65

在本形态中，与DVD42对应，数值孔径NA被设定成0.6。

又，物镜3的光轴中心的透镜厚度d和相对于DVD用的第2激光的焦距f，要满足下式：

d/f≥0.665

因此，入射侧折射面61与出射侧折射面62的中心偏移(平行偏心量)及物镜3的倾斜量，将对检测特性产生较大影响。

因此，在本形态中，对于物镜3的出射侧折射面62，也与图8的实施形态相同，在NA≥0.5的区域中，将非球面倾斜角θ(参照图8(d))设成0°以上，且在10°以下。因此，对于物镜3，即使入射侧折射面61和出射侧折射面62的中心稍微有些偏移，或在物镜3的倾斜变化时，也能使焦点很好地聚焦在光记录介质4的记录面41a、42a上。

又，本发明也能应用于光学头装置1中的除物镜3以外的不同的波长激光光束通过的透镜、例如准直透镜23等。

[发明的效果]

如上所述，在应用本发明的透镜和将其用作物镜的光学头装置中，由于内周侧衍射光栅和外周侧衍射光栅是这样构成的，使得从各自射出的衍射光束的衍射级数的极性不同，故即使因温度变化而构成物镜的材料发生折射率变化及线膨胀率变化，或即使激光因温度变化而引起波长变动，也可用内周侧衍射光栅和外周侧衍射光栅来弥补因这样的温度变化而产生的影响。因此，在使用内周侧衍射光栅的衍射光和外周侧衍射光栅的衍射光进行光记录介质的记录重放时，由于能抑制因周围温度的变化而引起的像差等的变动，故能获得良好的检测特性。

又，若采用另一个本发明，则着眼于第2光记录介质和第2激光是用于高密度记录的，因此将中心侧衍射光栅的台阶的高度设定成比与第1激光对应的尺寸和与第2激光对应的尺寸的中间值更接近于与第2激光对应的尺寸的值。也就是说，从光记录介质的凹坑尺寸的大小及光束点的大小来看，与重放记录动作的难易度对应进行加权，并对台阶的高度进行设定。因此，由于第2光记录介质的S曲线振幅足够大，故即使是指纹污染盘片，聚焦伺服也不失控。又，即使是双层盘片，也能进行良好的聚焦伺服，对第1和第2光记录介质的双方都能获得良好的检测特性。又，由于将中心侧衍射光栅的台阶的高度设定成与第2激光对应的尺寸接近的值，故即使因温度上升而第2激光的波长稍微有些增加，也能对第2光记录介质获得良好的检测特性。

若采用又一个本发明，则由于在入射侧折射面和出射侧折射面中，将与形成衍射光栅一侧相反侧的折射面(NA≥0.5的区域)的形状作为非球面倾斜角规定成0°以上，且在10°以下，故即使入射侧折射面与出射侧折射面的中心偏移，但由于对像差的影响小，故能使焦点很好地聚焦在光记录介质的记录面上。又，由于将与形成衍射光栅的一侧相反侧的折射面的形状作为非球面倾斜角规定成0°以上，且在10°以下，故即使在利用倾斜控制等使物镜的倾斜发生变化时，由于对像差的影响小，故能使焦点很好地聚焦在光记录介质的记录面。

Claims (12)

1、一种光学头装置，所述光学头装置通过物镜将从第1激光源射出的第1激光对第1光记录介质的记录面进行聚焦，且通过所述物镜将从第2激光源射出的比所述第1激光波长短的第2激光对透明保护层比所述第1光记录介质的透明保护层薄的第2光记录介质的记录面进行聚焦，其特征在于，

将所述物镜的折射面分割成以其光轴为中心的中心侧折射面区域和包围该中心侧折射面区域的外侧的外周侧折射面区域，且遍及所述中心侧折射面区域的整个区域形成由同心圆状的多个微细的台阶构成的中心侧衍射光栅，

在使用所述第1激光源进行的所述第1光记录介质的记录重放中，使用通过所述中心侧折射面区域所获得的衍射光束，在使用所述第2激光源进行的所述第2光记录介质的记录重放中，使用通过所述外周侧折射面区域的光束和通过所述中心侧折射面区域所获得的衍射光束，

将所述中心侧衍射光栅的所述台阶的高度、波长为λ₁的所述第1激光入射时的所述中心侧折射面区域的折射率和波长为λ₂的所述第2激光入射时的所述中心侧折射面区域的折射率分别设为H、n₁和n₂时，所述中心侧衍射光栅的所述台阶的高度H，被设定成满足下式：

      h₂＜H＜(h₁+h₂)/2

式中，h₁＝λ₁/(n₁-1)

      h₂＝λ₂/(n₂-1)。

2、如权利要求1所述的光学头装置，其特征在于，

在将利用所述第1激光对所述第1光记录介质的记录面进行记录或重放的凹坑的面积和利用所述第2激光对所述第2光记录介质的记录面进行记录或重放的凹坑的面积分别设成S₁和S₂时，所述中心侧衍射光栅的所述台阶的高度H，被设定成满足下式：

H＝(S₁×h₂+S₂×h₁)/(S₁+S₂)。

3、如权利要求1所述的光学头装置，其特征在于，

在将利用所述第1激光对所述第1光记录介质的记录面所形成的光束点的直径和利用所述第2激光对所述第2光记录介质的记录面所形成的光束点的直径分别设成φ₁和φ₂时，所述中心侧衍射光栅的所述台阶的高度H，被设定成满足下式：

H＝(φ₁ ²×h₂+φ₂ ²×h₁)/(φ₁ ²+φ₂ ²)。

4、如权利要求1所述的光学头装置，其特征在于，

在将从2.6至4.0的值的常数设为k时，所述中心侧衍射光栅的所述台阶的高度H，被设定成满足下式：

H＝(k×h₂+1×h₁)/(k+1)。

5、如权利要求1所述的光学头装置，其特征在于，

所述外周侧折射面区域是这样形成，使其具有近似适合于所述第2激光束在所述第2光记录介质的记录面上的折射率。

6、如权利要求1所述的光学头装置，其特征在于，

遍及所述外周侧折射面区域的整个区域形成由同心圆状的多个微细的台阶构成的外周侧衍射光栅，

在使用所述第2激光源进行的所述第2光记录介质的记录重放时，使用通过所述中心侧折射面区域所获得的衍射光束和通过所述外周侧折射面区域所获得的衍射光束，

将构成该外周侧衍射光栅的所述台阶的高度设定成与所述中心侧衍射光栅的台阶高度相同的高度H。

7、一种光学头装置用物镜，其特征在于，

将所述物镜的折射面分割成以其光轴为中心的中心侧折射面区域和包围该中心侧折射面区域的外侧的外周侧折射面区域，且遍及所述中心侧折射面区域的整个区域形成由同心圆状的多个微细的台阶构成的中心侧衍射光栅，

将所述中心侧衍射光栅的所述台阶的高度、波长为λ₁的第1激光入射时的所述中心侧折射面区域的折射率和波长为λ₂的第2激光入射时的所述中心侧折射面区域的折射率分别设为H、n₁和n₂时，所述中心侧衍射光栅的所述台阶的高度H，被设定成满足下式：

      h₂＜H＜(h₁+h₂)/2

式中，h₁＝λ₁/(n₁-1)

      h₂＝λ₂/(n₂-1)

在使用所述第1激光进行的所述第1光记录介质的记录重放时，使用通过所述中心侧折射面区域所获得的衍射光束，在使用所述第2激光进行的所述第2光记录介质的记录重放时，使用通过所述外周侧折射面区域的光束和通过所述中心侧折射面区域所获得的衍射光束。

8、如权利要求7所述的光学头装置用物镜，其特征在于，

在将利用所述第1激光对所述第1光记录介质的记录面进行记录或重放的凹坑的面积和利用所述第2激光对所述第2光记录介质的记录面进行记录或重放的凹坑的面积分别设成S₁和SX时，所述中心侧衍射光栅的所述台阶的高度H，被设定成满足下式：

H＝(S₁×h₂+S₂×h₁)/(S₁+S₂)。

9、如权利要求7所述的光学头装置用物镜，其特征在于，

在将利用所述第1激光对所述第1光记录介质的记录面所形成的光束点的直径和利用所述第2激光对所述第2光记录介质的记录面所形成的光束点的直径分别设成φ₁和φ₂时，所述中心侧衍射光栅的所述台阶的高度H，被设定成满足下式：

H＝(φ₁ ²×h₂+φ₂ ²×h₁)/(φ₁ ²+φ₂ ²)。

10、如权利要求7所述的光学头装置用物镜，其特征在于，

在将从2.6至4.0的值的常数设为k时，所述中心侧衍射光栅的所述台阶的高度H，被设定成满足下式：

H＝(k×h₂+1×h₁)/(k+1)。

11、如权利要求7所述的光学头装置用物镜，其特征在于，

所述外周侧折射面区域是这样形成，使其具有近似适合于所述第2激光束在所述第2光记录介质的记录面上形成第2光束点的折射率。

12、如权利要求7所述的光学头装置用物镜，其特征在于，

遍及所述外周侧折射面区域的整个区域形成由同心圆状的多个微细的台阶构成的外周侧衍射光栅，

在使用所述第2激光源进行的所述第2光记录介质的记录重放时，使用通过所述中心侧折射面区域所获得的衍射光束和通过所述外周侧折射面区域所获得的衍射光束，

将构成该外周侧衍射光栅的所述台阶的高度设定成与所述中心侧衍射光栅的台阶高度相同的高度H。

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