专利名称：光学元件、光拾取装置和光信息记录再现装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及光学元件、光拾取装置和光信息记录再现装置。
背景技术：
现在知道有对不同记录密度的多种光盘能进行记录/再现的光拾取装置。例如有把DVD(数字多用盘)和CD(小型盘)使用一个光拾取装置来进行记录/再现。近年来，在不断要求对作为记录密度不同的光盘而使用兰紫色激光光源(例如兰紫色半导体激光器和兰紫色SHG激光器等)的高密度光盘(以下把作为记录/再现用激光光源而使用兰紫色激光光源的光盘总称叫做“高密度光盘”)与现有的DVD，进而与CD具有互换性的光拾取装置。
作为对高密度光盘与DVD具有互换性的光拾取装置，知道的有如下面专利文献1～3中所公开的那样利用形成由以光轴为中心的规定数量环带构成衍射结构的衍射光学元件的技术。
专利文献1特开2001-60336号公报专利文献2特开2002-298422号公报专利文献3特开2001-93179号公报所述专利文献中公开的技术是作为高密度光盘的记录/再现用光束是利用2级(或3级)衍射光、作为DVD的记录/再现用光束是利用1级(或2级)衍射光地，把比高密度光盘的记录/再现用光束衍射级数低的衍射级数光束作为DVD的记录/再现用光束来利用的技术。根据该技术在确保对各自光盘的记录/再现用光束有高的衍射效率的同时还能抑制对兰紫色波长区域微小波长变化的聚光位置的变动。
这样，为了确保对各自光盘的记录/再现用光束有高的衍射效率，在定为高密度光盘记录/再现用光束的波长是λ1、DVD记录/再现用光束的波长是λ2、把对λ1、λ2的衍射光学元件的折射率分别定为N1、N2时，为了使以下式
δφD＝{n1·λ1/(N1-1)}/{n2·λ2/(N2-1)}定义的通过衍射结构附加在λ1上的光程长与附加在λ2上的光程长的比δφD成为近似于1的值，需要选择高密度光盘记录/再现用光束的衍射级数n1与DVD记录/再现用光束的衍射级数n2的组合。
但把发生满足上述关系的衍射级数n1与衍射级数n2组合的衍射光的衍射结构为了实现高密度光盘与DVD间互换而利用时，衍射结构每单位波长的球差变化量大，所以就需要选择激光光源，就有招致激光光源的制造成本增大和光拾取装置的制造成本增大的课题。
该每单位波长变化的球差变化量是与物方光学系统数值口径(NA)的4级方成比例增大的，所以特别是对以高密度光盘的一规格蓝光光盘为代表的使用数值口径(NA)0.85的物方光学系统和0.1mm保护层规格(以下叫做0.1mm规格)的高密度光盘来说，上述问题更加明显。
发明内容
本发明的课题已经考虑了上述问题，其提供一种通过能抑制每单位波长变化的球差变化量来提高激光光源大量生产的合格品率并且能降低制造成本的光学元件、光拾取装置和光信息记录再现装置。
为了解决以上的课题，本发明项目1-1所述的光学元件是在使用从第一光源射出波长λ1(nm)的第一光束对具有厚度t1保护层的第一光盘进行信息再现和/或记录，使用从第二光源射出波长λ2(nm)(λ2＞λ1)的第二光束对具有厚度t2(t2≥t1)保护层的第二光盘进行信息再现和/或记录的光拾取装置中所使用的光学元件，其包括形成有第一相位结构的光学面，其具有校正由所述第一光盘与所述第二光盘的保护层厚度差所产生的球差的功能，或校正由所述第一光束与所述第二光束的波长差所产生的球差的功能；形成有第二相位结构的光学面，其在所述第一光束的波长发生变化时对由所述第一相位结构产生的球差产生逆方向的球差。
项目1-2所述的形态是在项目1-1所述的光学元件中，所述第一相位结构是衍射结构。
项目1-3所述的形态是在项目1-1所述的光学元件中，所述第一相位结构是在所述第一光束射入时作为最大衍射效率的衍射光产生n1级的衍射光，而在所述第二光束射入时作为最大衍射效率的衍射光产生n2(|n1|≥|n2|)级衍射光的衍射结构。
项目1-4所述的形态是在项目1-1或项目1-2所述的光学元件中，所述第二相位结构是由通过光轴方向的台级差分割的多个环带构成的光程差付与结构。
项目1-5所述的形态是在项目1-1所述的光学元件中，所述第二相位结构具有当所述第一光束的波长在λ1-5(nm)到λ1+5(nm)的范围内变化时对由所述第一相位结构产生的球差产生逆方向球差的功能。
根据项目1-1到项目1-4所述的发明，通过衍射结构的作用能进行由0.1mm规格高密度光盘与DVD的保护层厚度不同而引起的球差的校正，和由兰紫色波长区域与红色波长区域间物方光学系统的波长分散引起的球差的校正，和把对兰紫色波长区域微小波长变化的聚光位置的变动进行抑制而减小。但由于衍射结构其球差的波长依赖性大，所以对±5nm左右的射入光束波长变化其球差变化就大。该球差的变化量是按NA4的比例增大的，所以在使用NA0.85物方光学系统的0.1mm规格高密度光盘中，对兰紫色激光光源振荡波长的公差是严格的。本发明的光学元件是通过光程差付与结构把兰紫色波长区域对±5nm左右的射入光束波长变化的球差变化进行抑制而减小的结构，这样对兰紫色激光光源振荡波长的公差就缓和了。这样就能提高兰紫色激光光源批量生产的合格品率，降低兰紫色激光光源和光拾取装置的制造成本。
本说明书中，作为信息记录/再现用的光源，把使用兰紫色半导体激光器和兰紫色SHG激光器的光盘总称叫做“高密度光盘”，其除了用NA0.85的物方光学系统进行信息记录/再现、且保护层的厚度是0.1mm左右规格的光盘外，还包括用NA0.65的物方光学系统进行信息记录/再现、且保护层的厚度是0.6mm左右规格的光盘。除了在其信息记录面上具有这种保护层的光盘外还包括在信息记录面上具有几个～数十nm左右厚度保护层的光盘和这些保护层或保护层的厚度是0的光盘。本说明书中高密度光盘还包括作为信息记录/再现用的光源而使用兰紫色半导体激光器和兰紫色SHG激光器的光磁盘。
本说明书中把DVD-ROM、DVD-Video、DVD-Audio、DVD-RAM、DVD-R、DVD-RW、DVD+R、DVD+RW等DVD系列的光盘总称叫做“DVD”，把CD-ROM、CD-Audio、CD-Video、CD-R、CD-RW等CD系列的光盘总称叫做“CD”。
本说明书中所谓“衍射结构”是指在光拾取装置使用的光源波长中对至少一个波长的光束给予相位差的结构。例如包括产生衍射光的衍射结构和具有给予光程差的台级差的光程差付与结构，只要是产生相位差的结构便可，也可包括具有台级差的折射面。
本说明书中所谓“衍射结构产生n级衍射光”是与在波长λ的光束射入时产生的各种级数衍射光中，n级衍射光的衍射效率最大是相同意义的，所谓“产生n级衍射光的衍射结构”是与“为了波长λ的光束射入时n级衍射光以最大衍射效率产生而被炫耀化了的衍射结构”是相同意义的。因此所谓“作为光盘记录/再现用光束利用n级衍射光”是与通过在波长λ的光束射入时产生的各种级数衍射光中把具有最大衍射效率的n级衍射光向光盘的信息记录面上聚光，而对光盘进行信息的记录和/或把光盘记录的信息再现是相同意义的。
本说明书中所谓“球差的校正”是指与没有与第一相位结构和第二相位结构等相对应的结构时产生的球差相比较，通过具有该结构而球差向小的方向被校正。
项目1-6所述的形态是在项目1-3所述的光学元件中，把所述光学元件对所述波长λ1的第一光束和所述波长λ2的第二光束的折射率分别定为N1和N2、把INT(X)定为最接近X的整数时，在满足INT＝(δφD)-δφD＜0 (1)δφD＝{n1·λ1/(N1-1)}/{n2·λ2/(N2-1)}(2)的同时，所述第一相位结构具有在射入光束的波长向长波长侧移动时球差向校正过度方向变化的球差特性。
项目1-7所述的形态是在项目1-6所述的光学元件中，所述第一相位结构其制造波长满足λB＜λ1。
项目1-8所述的形态是在项目1-6或项目1-7所述的光学元件中，所述第二相位结构具有在λ1-5(nm)到λ1+5(nm)的范围内所述第一光束的波长向长波长侧移动时球差向校正不足方向变化的球差特性。
为了把由0.1mm规格高密度光盘与DVD的保护层厚度不同而引起的球差，和由兰紫色波长区域与红色波长区域间物方光学系统的波长分散引起的球差进行校正，利用由衍射结构产生的球差的波长依赖性。在此如项目1-3的形态那样在高密度光盘用的记录/再现用光束波长λ1、衍射级数n1、DVD用的记录/再现用光束波长λ2、衍射级数n2间，(1)式和(2)式的关系成立时，最好衍射结构具有在射入光束的波长向长波长侧移动时球差向校正过度方向变化的球差特性。
这时如项目1-7形态那样，最好衍射结构的制造波长(也叫做炫耀化波长)λB是比λ1短的规定波长，这样就能在各自的光盘波长区域内维持高的衍射效率。这与分别把衍射结构在光轴方向的台级差中最接近光轴的台级差定为ΔD(μm)、把光学元件对λB的折射率定为NB时满足下面的(3)式是相同意义的。
ΔD＝n1·λB×10-3/(NB-1)(3)最好通过如项目1-8形态那样第二相位结构，具有在λ1-5(nm)到λ1+5(nm)的范围内射入光束的波长向长波长侧移动时球差向校正不足方向变化的球差特性，而把衍射结构的球差特性抵消。这样就能缓和对兰紫色激光光源振荡波长的公差。
项目1-9所述的形态是在项目1-3所述的光学元件中，把所述光学元件对所述波长λ1的第一光束和所述波长λ2的第二光束的折射率分别定为N1和N2、把INT(X)定为最接近X的整数时，在满足INT＝(δφD)-δφD＞0 (4)δφD＝{n1·λ1/(N1-1)}/{n2·λ2/(N2-1)}(5)的同时，所述第一相位结构具有在射入光束的波长向长波长侧移动时球差向校正不足方向变化的球差特性。
项目1-10所述的形态是在项目1-6所述的光学元件中，所述第一相位结构其制造波长满足λ1＜λB＜λ2。
项目1-11所述的形态是在项目1-9或项目1-10所述的光学元件中，所述第二相位结构具有在λ1-5(nm)到λ1+5(nm)的范围内所述第一光束的波长向长波长侧移动时，球差向校正过度方向变化的球差特性。
为了把由0.1mm规格高密度光盘与DVD的保护层厚度不同而引起的球差，和由兰紫色波长区域与红色波长区域间物方光学系统的波长分散引起的球差进行校正，利用由衍射结构产生的球差的波长依赖性。在此如项目1-9的形态那样在高密度光盘用的记录/再现用光束波长λ1、衍射级数n1、DVD用的记录/再现用光束波长λ2、衍射级数n2间，(4)式和(5)式的关系成立时，最好衍射结构具有在射入光束的波长向长波长侧移动时球差向校正不足方向变化的球差特性。
这时如项目1-10形态那样，最好衍射结构的制造波长(也叫做炫耀化波长)λB是在所述λ1到λ2的范围内的规定波长，这样就能在各自的光盘波长区域内维持高的衍射效率。这与分别把衍射结构在光轴方向的台级差中最接近光轴的台级差定为ΔD(μm)、把光学元件对λB的折射率定为NB时满足下面的(6)式是相同意义的。
ΔD＝n1·λB×10-3/(NB-1)(6)最好通过如项目1-11形态那样第二相位结构具有在λ1-5(nm)到λ1+5(nm)的范围内射入光束的波长向长波长侧移动时球差向校正过度方向变化的球差特性而把衍射结构的球差特性抵消。这样就能缓和对兰紫色激光光源振荡波长的公差。
项目1-12所述的形态是在项目1-1到项目1-11任一项所述的光学元件中所述第一相位结构是在非球面上形成的，其形成为随着离开光轴而光程长度变长。
项目1-13所述的形态是在项目1-2、项目1-3和项目1-6到项目1-11任一项所述的光学元件中把由所述第一相位结构引起的光程长度附加量用光程差函数系数B2、B41、B6、B8、B10、...和衍射级数n以下面的数式(7)定义时φb＝n×(B2h2+B4h4+B6h6+B8h8+B1010+...)(7)B2与B4的符号相互不同。
项目1-13所述的结构是通过使衍射结构的环带不过于小而使模具加工容易，是用于由衍射结构形状误差引起的光束损失进行抑制而减小的条件。通过使2级光程差函数系数B2与4级光程差函数系数B4的符号相互不同，能把光程差函数φb的每单位变化量h的变化量增大。这相当于把衍射结构的环带宽度变大，能达到模具加工容易化和抑制光束损失等。为了更加达到这些作用效果，最好设定B2和B4的大小，以使光程差函数φb具有拐点。而且通过把B2与B4的符号设定为相互不同而能确保DVD的动作距离大。
项目1-14所述的形态是在项目1-1到项目1-13任一项所述的光学元件中，形成有所述第一相位结构的光学面是把所述第一相位结构形成至少在最大有效孔径从0％到70％的高度范围内，而不把所述第一相位结构形成至少在从最大有效孔径85％的高度到最大有效孔径100％的高度范围内。
根据项目1-14所述的形态，仅在对DVD进行记录/再现所需要的NA内把由0.1mm规格高密度光盘与DVD的保护层厚度不同而引起的球差通过衍射结构作用进行校正，所以DVD信息记录面上的点并没被超过需要地缩小，DVD由倾斜引起的慧差量不过大。通过DVD的NA外侧区域的第二光束有由高密度光盘与DVD的保护层厚度不同而引起的球差，其在DVD信息记录面上成为对点的形成不起作用的光斑成分。这与光学元件自身具有对DVD的口径限制功能是等价的，所以安装了本发明光学元件的光拾取装置不需要另外安装对应DVD的NA的光圈，能把该结构变简单。
项目1-15所述的形态是在项目1-1到项目1-14任一项所述的光学元件中，形成有所述第二相位结构的光学面是把所述第二相位结构形成在至少最大有效孔径从0％到70％的高度范围内，而不把所述第二相位结构形成在至少从最大有效孔径85％的高度到最大有效孔径100％的高度范围内。
是项目1-15所述的形态时，只要把衍射结构的球差波长依赖性的抵消在对DVD进行记录/再现所需要的NA内进行便可，所以最好如项目1-15所述的发明那样仅在DVD的NA内形成光程差付与结构。而且最好使通过DVD的NA外侧区域的第一光束与通过DVD的NA内区域的第一光束的波阵面相位至少在λ1-5(nm)到λ1+5(nm)的波长区域是一致地来决定光程差付与结构。
在此所说的“最大有效孔径”是指光学元件对波长λ1的第一光束的有效孔径。
项目1-16所述的形态是在项目1-8所述的光学元件中，所述第二相位结构对所述波长λ1的第一光束不给予光程差，而对波长λ1+5(nm)和波长λ1-5(nm)的第一光束附加光程差。
项目1-17所述的形态是在项目1-11所述的光学元件中，所述第二相位结构对所述波长λ1的第一光束不给予光程差，而对波长λ1+5(nm)和波长λ1-5(nm)的第一光束附加光程差。
光程差付与结构如项目1-16和项目1-17的形态那样，对光学元件设计波长的λ1实质上不给予光程差，而对λ1+5(nm)和λ1-5(nm)给予光程差的结构是理想的，这样就能把由衍射结构产生的球差波长依赖性的抵消良好进行。具体说就是最好把光程差付与结构最接近光轴的台级差Δp(μm)满足下式地来决定。
Δp＝m·λ1×10-3(N1-1)在此m是正整数，N1是光学元件对波长λ1光束折射率。
项目1-18所述的形态是在项目1-3、项目1-6到项目1-11、项目1-16、和项目1-17任一项所述的光学元件中，|λ2-λ1|比50nm大，且满足|n1|＞|n2|。
根据项目1-18所述的形态，λ2与λ1的差比50nm大时，作为DVD记录/再现用光束通过使用比高密度光盘记录/再现用光束低级数的衍射光而能维持在各自光盘的波长区域内高的衍射效率。这样把级数不同的衍射光作为各自光盘的记录/再现用光束来使用地决定的衍射结构与使用相同级数衍射光的情况相比，其球差的波长依赖性大，所以对兰紫色激光光源振荡波长的公差要求非常严格，但本发明的光学元件是通过光程差付与结构把对兰紫色波长区域±5nm左右的射入光束波长变化的球差变化进行抑制而减小的结构，所以能把对兰紫色激光光源振荡波长的公差进行缓和。
项目1-19所述的形态是在项目1-18所述的光学元件中，所述λ1在350nm到450nm的范围内，所述λ2在600nm到700nm的范围内，所述n1与n2的组合是(n1、n2)＝(2、1)、(3、2)、(5、3)、(8、5)、(10、6)的任一个。
如项目1-19所述的形态，λ1是兰紫色波长区域350nm到450nm范围内的波长，λ2是红色波长区域600nm到700nm范围内的波长时，作为具体的衍射级数n1与n2的组合最好是(n1、n2)＝(2、1)、(3、2)、(5、3)、(8、5)、(10、6)的任一个，通过选择该组合而能在各自光盘的波长区域内维持高的衍射效率。即使在衍射级数n1比10大的情况下虽然也存在在各自光盘的波长区域内能维持高的衍射效率的衍射级数的组合，但衍射级数n1比10小情况对从λ1有±5nm左右的波长变化而衍射效率变动不过大是理想的。
项目1-20所述的形态是在项目1-19所述的光学元件中，所述光学元件由对所述波长λ1的第一光束的折射率在1.5～1.6范围内，对d线(587.6nm)的阿贝数在50～60范围内的材料形成，所述衍射结构由通过光轴方向的台级差所分割的规定数量的环带构成，所述台级差中最接近光轴的台级差ΔD(μm)满足下面(8)到(12)式的任一个。
1、25＜ΔD＜1.65(8)2、05＜ΔD＜2.55(9)3、40＜ΔD＜4.10(10)5、70＜ΔD＜6.45(11)7、00＜ΔD＜8.00(12)项目1-20所述的形态是关于所述衍射级数组合的衍射结构更具体的结构，所述衍射结构最接近光轴的台级差ΔD(μm)满足(8)到(12)式是理想的。衍射级数的组合与(8)到(12)式对应如下。(n1、n2)＝(2、1)与(8)式对应、(n1、n2)＝(3、2)与(9)式对应、(n1、n2)＝(5、3)与(10)式对应、(n1、n2)＝(8、5)与(11)式对应、(n1、n2)＝(10、6)与(12)式对应。如本发明的光学元件那样，为了高精度制作具有衍射结构的光学元件其最好是复制性优良的塑料透镜。在兰紫色区域能使用的几乎所有的塑料材料对波长λ1的第一光束的折射率在1.5～1.6的范围内，对d线的阿贝数在50～60的范围内。
项目1-21所述的形态是在项目1-18到项目1-20任一项所述的光学元件中，所述第二相位结构是由通过光轴方向的台级差分割的多个环带构成的光程差付与结构，把所述第二相位结构的所述台级差中最接近光轴的台级差定为Δp(μm)，把所述光学元件对所述波长λ1的第一光束和所述波长λ2的第二光束的折射率分别定为N1和N2，把INT(X)定为最接近X的整数时，满足下面的(13)到(16)式。
0≤|INT(φ1P)-φ1P|≤0.4 (13)0≤|INT(φ2P)-φ2P|≤0.4 (14)φ1P＝Δp·(N1-1)/(λ1×10-3)(15)φ2P＝Δp·(N2-1)/(λ2×10-3)(16)在决定光程差付与结构最接近光轴的台级差Δp(μm)时，最好不仅对高密度光盘侧的设计波长λ1，而且对DVD侧的设计波长λ2不给予实质上的光程差。这样就能把对本发明光学元件的λ2的特性制作良好。具体说就是最好如项目1-21的形态那样满足(13)到(16)式地来决定Δp(μm)。
项目1-22所述的形态是在项目1-21所述的光学元件中，所述λ1在350nm到450nm的范围内，所述λ2在600nm到700nm的范围内，所述光学元件由对所述波长λ1的第一光束的折射率在1.5～1.6范围内，对d线(587.6nm)的阿贝数在50～60范围内的材料形成，把p定为正整数时，满足下面的(17)式和(18)式。
INT(φ1P)＝5p(17)INT(φ2P)＝3p(18)项目1-22所述的形态是把光程差付与结构不仅对高密度光盘侧的设计波长λ1，而且对DVD侧的设计波长λ2不给予实质上的光程差那样情况时的有关更具体的结构，Δp(μm)最好满足(17)和(18)式。如本发明的光学元件那样，为了高精度制作具有光程差付与结构的光学元件其最好是复制性优良的塑料透镜。在兰紫色区域能使用的几乎所有的塑料材料对波长λ1的第一光束的折射率在1.5～1.6的范围内，对d线的阿贝数在50～60的范围内。
项目1-23所述的形态是在项目1-3、项目1-6到项目1-11、项目1-13、项目1-16到项目1-22任一项所述的光学元件中，所述第一相位结构在波长λ3(nm)(λ3＞λ2)的第三光束射入时产生n3级(|n2|≥|n3|)衍射光。
根据项目1-23所述的形态，作为DVD记录/再现用光束通过使用比高密度光盘记录/再现用光束低级数的衍射光，且作为CD记录/再现用光束通过使用与DVD记录/再现用光束相同级数的或更低级数的衍射光，而能维持在各自光盘的波长区域内高的衍射效率。这样至少作为高密度光盘和DVD的各自光盘记录/再现用光束，使用级数不同的衍射光而决定的衍射结构与使用相同级数衍射光的情况相比，其球差的波长依赖性大，所以对兰紫色激光光源振荡波长的公差要求非常严格，但本发明的光学元件是通过光程差付与结构把对兰紫色波长区域±5nm左右射入光束波长变化的球差变化进行抑制而减小的结构，所以能把对兰紫色激光光源振荡波长的公差进行缓和。
项目1-24所述的形态是在项目1-23所述的光学元件中，所述λ1在350nm到450nm的范围内，所述λ2在600nm到700nm的范围内，所述λ3在700nm到850nm的范围内，所述n1与n2与n3的组合是(n1、n2、n3)＝(2、1、1)、(8、5、4)、(10、6、5)的任一个。
如项目1-24所述的形态，λ1是兰紫色波长区域350nm到450nm范围内的波长，λ2是红色波长区域600nm到700nm范围内的波长，λ3是红外波长区域700nm到850nm范围内的波长时，作为具体的衍射级数n1与n2与n3的组合最好是(n1、n2、n3)＝(2、1、1)、(8、5、4)、(10、6、5)的任一个，通过选择该组合而能在各自光盘的波长区域内维持高的衍射效率。即使在衍射级数n1比10大的情况下，虽然也存在在各自光盘的波长区域内能维持高的衍射效率的衍射级数的组合，但这种情况对从λ1的±5nm左右的波长变化而衍射效率变动过大，所以不理想。
项目1-25所述的形态是在项目1-24所述的光学元件中，所述光学元件由对所述波长λ1的第一光束的折射率在1.5～1.6范围内，对d线(587.6nm)的阿贝数在50～60范围内的材料形成，所述衍射结构由通过光轴方向的台级差所分割的规定数量的环带构成，所述台级差中最接近光轴的台级差ΔD(μm)满足下面(19)到(21)式的任一个。
1、25＜ΔD＜1.65(19)5、70＜ΔD＜6.45(20)7、00＜ΔD＜8.00(21)项目1-25所述的形态是关于所述衍射级数组合的衍射结构更具体的结构，所述衍射结构最接近光轴的台级差ΔD(μm)满足(19)到(21)式是理想的。衍射级数的组合与(19)到(21)式对应如下。(n1、n2、n3)＝(2、1、1)与(19)式对应、(n1、n2、n3)＝(8、5、4)与(20)式对应、(n1、n2、n3)＝(10、6、5)与(21)式对应。如本发明的光学元件那样，为了高精度制作具有衍射结构的光学元件其最好是复制性优良的塑料透镜。在兰紫色区域能使用的几乎所有的塑料材料对波长λ1的第一光束的折射率在1.5～1.6的范围内，对d线的阿贝数在50～60的范围内。
项目1-26所述的形态是在项目1-23到项目1-25任一项所述的光学元件中，所述第二相位结构是由通过光轴方向的台级差分割的多个环带构成的光程差付与结构，把所述第二相位结构的所述台级差中最接近光轴的台级差定为Δp(μm)，把所述光学元件对所述波长λ1的第一光束、所述波长λ2的第二光束和所述波长λ3的第三光束的折射率分别定为N1、N2和N3，把INT(X)定为最接近X的整数时，满足下面的(22)到(27)式。
0≤|INT(φ1P)-φ1P|≤0.4(22)0≤|INT(φ2P)-φ2P|≤0.4(23)0≤|INT(φ3P)-φ3P|≤0.4(24)
φ1P＝Δp·(N1-1)/(λ1×10-3)(25)φ2P＝Δp·(N2-1)/(λ2×10-3)(26)φ3P＝Δp·(N3-1)/(λ3×10-3)(27)在决定光程差付与结构最接近光轴的台级差Δp(μm)时，最好不仅对高密度光盘侧的设计波长λ1，而且对DVD侧的设计波长λ2和CD侧的设计波长λ3不给予实质上的光程差。这样就能把对本发明光学元件的波长λ2和λ3的第二和第三光束的特性制作良好。具体说就是最好如项目1-26的形态那样满足(22)到(27)式地来决定Δp(μm)。
项目1-27所述的形态是在项目1-26所述的光学元件中，所述λ1在350nm到450nm的范围内，所述λ2在600nm到700nm的范围内，所述λ3在700nm到850nm的范围内，所述光学元件由对所述波长λ1的第一光束的折射率在1.5～1.6范围内，对d线(587.6nm)的阿贝数在50～60范围内的材料形成，把p定为正整数时，满足下面的(28)式到(30)式。
INT(φ1P)＝10p(28)INT(φ2P)＝6p (29)INT(φ3P)＝5p (30)项目1-27所述的形态是把光程差付与结构不仅对高密度光盘侧的设计波长λ1，而且对DVD侧的设计波长λ2和CD侧的设计波长λ3不给予实质上的光程差那样情况时的有关更具体的结构，Δp(μm)最好满足(28)到(30)式。如本发明的光学元件那样，为了高精度制作具有光程差付与结构的光学元件，最好是复制性优良的塑料透镜。在兰紫色区域能使用的几乎所有的塑料材料对波长λ1的第一光束的折射率在1.5～1.6的范围内，对d线的阿贝数在50～60的范围内。
项目1-28所述的形态是项目1-1到项目1-27任一项所述的光学元件其是由形成所述第一相位结构的第一结构元件和形成所述第二相位结构的第二结构元件这至少两个结构元件所构成。
如项目1-28那样也可以把本发明的光学元件由形成衍射结构的第一结构元件和形成光程差付与结构的第二结构元件这至少两个结构元件所构成。通过把衍射结构和光程差付与结构形成各自的结构元件则在制作时容易控制各个结构的光学性能和形状误差，所以光学元件的制作容易。
项目1-29所述的形态是在项目1-1到项目1-28任一项所述的光学元件中，，所述光学元件是塑料透镜。
如项目1-29所述的形态，为了高精度制作具有衍射结构和光程差付与结构的光学元件，最好其是复制性优良的塑料透镜。通过其是塑料透镜而能以稳定的性能大量生产。
项目1-30所述的形态是项目1-1到项目1-29任一项所述的光学元件其是光拾取装置中使用的物方光学系统的结构元件。
根据项目1-30所述的形态，通过把项目1-1到项目1-29任一项所述的光学元件作为物方光学系统的结构元件使用而能提供对高密度光盘和DVD具有互换性的光拾取装置。
项目1-31所述的形态是在项目1-30所述的光学元件中，所述物方光学系统是由像差校正元件和把从该像差校正元件射出的光束向光盘的信息记录面上聚光用的聚光元件所构成，所述像差校正元件是所述光学元件。
如项目1-31的形态，把本发明的光学元件作为物方光学系统的结构元件使用时，最好将其配置在把来自激光光源的光束向光盘的信息记录面上聚光用的聚光元件与激光光源之间。NA0.85的聚光元件由于其非球面的法线与光轴所成的角大，所以当把衍射结构和光程差付与结构形成在聚光元件的光学面上时则由台级差对光线遮光的影响而光束损失大，但通过把本发明的光学元件制成大致没有光焦度而能把该光束损失进行抑制而减小。
项目1-32所述的形态是在项目1-30所述的光学元件中，所述物方光学系统是一组结构的聚光元件，所述聚光元件是所述光学元件。
根据项目1-32所述的形态能得到具有与项目1-31同样效果的光学元件。
项目1-33所述的形态是使用从第一光源射出波长λ1(nm)的第一光束对具有厚度t1保护层的第一光盘进行信息再现和/或记录，使用从第二光源射出波长λ2(nm)(λ2＞λ1)的第二光束对具有厚度t2(t2≥t1)保护层的第二光盘进行信息再现和/或记录的光拾取装置，其是具备项目1-1到项目1-32任一项所述光学元件的光拾取装置。
根据项目1-33所述的形态，能得到具有与项目1-1到项目1-32任一项同样效果的光拾取装置。
项目1-34所述的形态是在项目1-33所述的光拾取装置中所述光拾取装置还是使用从第三光源射出波长λ3(nm)(λ3＞λ2)的第三光束对具有厚度t3(t3＞t2)保护层的第三光盘进行信息再现和/或记录用的光拾取装置，所述第三光束是以发散光束的状态对所述光学元件射入的结构。
为了对第三光盘(CD)也具有互换性，最好如项目1-36的形态那样把第三光束作为发散光束向所述光学元件射入。这样就能充分确保对保护层厚的CD的动作距离。
项目1-35所述的形态是安装了项目1-33或项目1-34所述的光拾取装置对光盘进行信息的记录和把光盘记录的信息进行再现中至少能实行一种的光信息记录再现装置。
根据项目1-35所述的形态能得到具有与项目1-33或项目1-34同样效果的光信息记录再现装置。
项目1-36所述的形态是使用从第一光源射出波长λ1(nm)的第一光束对具有厚度t1保护层的第一光盘进行信息再现和/或记录，使用从第二光源射出波长λ2(nm)(λ2＞λ1)的第二光束对具有厚度t2(t2≥t1)保护层的第二光盘进行信息再现和/或记录的光拾取装置中所使用的光学元件，其至少具有下面两个光学面的各一个形成有在所述第一光束射入时作为最大衍射效率的衍射光产生n1级的衍射光、而在所述第二光束射入时作为最大衍射效率的衍射光产生n2级(|n1|≥|n2|)衍射光的衍射结构的光学面，和形成有由通过光轴方向的台级差分割的多个环带构成的光程差付与结构的光学面。
根据项目1-36所述的形态，能得到具有与项目1-1同样效果的光学元件。
项目1-37所述的形态是在项目1-36所述的光学元件中，所述光程差付与结构具有当所述第一光束的波长在λ1-5(nm)到λ1+5(nm)的范围内变化时对由所述衍射结构产生的球差产生逆方向球差的功能。
根据项目1-37所述的形态，能得到具有与项目1-5同样效果的光学元件。
项目1-38所述的形态是在项目1-37所述的光学元件中，把所述光学元件对所述波长λ1的第一光束和所述波长λ2的第二光束的折射率分别定为N1和N2、把INT(X)定为最接近X的整数时，在满足INT＝(δφD)-δφD＜0 (1)δφD＝{n1·λ1/(N1-1)}/{n2·λ2/(N2-1)}(2)
的同时，所述衍射结构具有在射入光束的波长向长波长侧移动时球差向校正过度方向变化的球差特性。
根据项目1-38所述的形态，能得到具有与项目1-6同样效果的光学元件。
项目1-39所述的形态是在项目1-38所述的光学元件中，所述衍射结构由通过光轴方向的台级差分割的多个环带构成，把所述台级差中最接近光轴的台级差定为ΔD(μm)、把制造波长定为λB(nm)(λB＜λ1)、把所述光学元件对所述制造波长λB的折射率定为NB时满足下面的(3)式。
ΔD＝n1·λB×10-3/(NB-1)(3)根据项目1-39所述的形态，能得到具有与项目1-7同样效果的光学元件。
项目1-40所述的形态是在项目1-38或项目1-39所述的光学元件中，所述第一衍射结构具有在λ1-5(nm)到λ1+5(nm)的范围内所述第一光束的波长向长波长侧移动时球差向校正不足方向变化的球差特性。
根据项目1-40所述的形态，能得到具有与项目1-8同样效果的光学元件。
项目1-41所述的形态是在项目1-37所述的光学元件中，把所述光学元件对所述波长λ1的第一光束和所述波长λ2的第二光束的折射率分别定为N1和N2、把INT(X)定为最接近X的整数时，在满足INT＝(δφD)-δφD＞0 (4)δφD＝{n1·λ1/(N1-1)}/{n2·λ2/(N2-1)} (5)的同时，所述衍射结构具有在射入光束的波长向长波长侧移动时球差向校正不足方向变化的球差特性。
根据项目1-41所述的形态，能得到具有与项目1-9同样效果的光学元件。
项目1-42所述的形态是在项目1-41所述的光学元件中，所述衍射结构由通过光轴方向的台级差分割的多个环带构成，把所述台级差中最接近光轴的台级差定为ΔD(μm)、把制造波长定为λB(nm)(λ1＜λB＜λ2把所述光学元件对所述λB的折射率定为NB时实质上满足下面的(6)式。
ΔD＝n1·λB×10-3/(NB-1) (6)根据项目1-42所述的形态，能得到具有与项目1-10同样效果的光学元件。
项目1-43所述的形态是在项目1-41或项目1-42所述的光学元件中，所述光程差付与结构具有在λ1-5(nm)到λ1+5(nm)的范围内所述第一光束的波长向长波长侧移动时球差向校正过度方向变化的球差特性。
根据项目1-43所述的形态，能得到具有与项目1-11同样效果的光学元件。
项目1-44所述的形态是在项目1-36到项目1-43任一项所述的光学元件中，所述光程差付与结构是在非球面上形成的，其形成为随着离开光轴而光程长度变长。
根据项目1-44所述的形态，能得到具有与项目1-12同样效果的光学元件。
项目1-45所述的形态是在项目1-36到项目1-44任一项所述的光学元件中，形成有所述衍射结构光学面是把所述衍射结构形成在最大有效孔径至少从0％到70％的高度范围内，而不把所述衍射结构形成在至少从最大有效孔径85％的高度到最大有效孔径100％的高度范围内。
根据项目1-45所述的形态，能得到具有与项目1-14同样效果的光学元件。
项目1-46所述的形态是在项目1-36所述的光学元件中，所述光学元件由对所述波长λ1的第一光束的折射率在1.5～1.6范围内，对d线(587.6nm)的阿贝数在50～60范围内的材料形成，所述衍射结构由通过光轴方向的台级差所分割的规定数量的环带构成，所述台级差中最接近光轴的台级差ΔD(μm)满足下面(8)到(12)式的任一个。
1、25＜ΔD＜1.65(8)2、05＜ΔD＜2.55(9)3、40＜ΔD＜4.10(10)5、70＜ΔD＜6.45(11)7、00＜ΔD＜8.00(12)根据项目1-46所述的形态，能得到具有与项目1-20同样效果的光学元件。
项目1-47所述的形态是在项目1-36到项目1-46任一项所述的光学元件中，所述λ1在350nm到450nm的范围内，所述λ2在600nm到700nm的范围内，所述光学元件由对所述波长λ1的第一光束的折射率在1.5～1.6范围内，对d线(587.6nm)的阿贝数在50～60范围内的材料形成，把所述光程差付与结构的所述台级差中最接近光轴的台级差定为Δp(μm)，把所述光学元件对所述波长λ1的第一光束和所述波长λ2的第二光束的折射率分别定为N1和N2，把INT(X)定为最接近X的整数，把p定为正整数时，满足下面的(15)式到(18)式。
φ1P＝Δp·(N1-1)/(λ1×10-3)(15)φ2P＝Δp·(N2-1)/(λ2×10-3)(16)INT(φ1P)＝5p (17)INT(φ2P)＝3p (18)根据项目1-47所述的形态，能得到具有与项目1-22同样效果的光学元件。
项目1-48所述的形态是在项目1-36到项目1-47任一项所述的光学元件中，所述衍射结构在波长λ3(nm)(λ3＞λ2)的第三光束射入时产生n3级(|n2|≥|n3|)衍射光。
根据项目1-48所述的形态，能得到具有与项目1-23同样效果的光学元件。
项目1-49所述的形态是在项目1-48所述的光学元件中，所述λ1在350nm到450nm的范围内，所述λ2在600nm到700nm的范围内，所述λ3在700nm到850nm的范围内，所述n1与n2与n3的组合是(n1、n2、n3)＝(2、1、1)、(8、5、4)、(10、6、5)的任一个。
根据项目1-49所述的形态，能得到具有与项目1-24同样效果的光学元件。
项目1-50所述的形态是在项目1-49所述的光学元件中，所述光学元件由对所述波长λ1的第一光束的折射率在1.5～1.6范围内，对d线(587.6nm)的阿贝数在50～60范围内的材料形成，所述衍射结构由通过光轴方向的台级差所分割的规定数量的环带构成，所述台级差中最接近光轴的台级差ΔD(μm)满足下面(19)到(21)式的任一个。
1、25＜ΔD＜1.65(19)5、70＜ΔD＜6.45(20)7、00＜ΔD＜8.00(21)
根据项目1-50所述的形态，能得到具有与项目1-25同样效果的光学元件。
项目1-51所述的形态是在项目1-48到项目1-50任一项所述的光学元件中，把所述光程差付与结构的所述台级差中最接近光轴的台级差定为Δp(μm)，把所述光学元件对所述波长λ1的第一光束、所述波长λ2的第二光束和所述波长λ3的第三光束的折射率分别定为N1、N2和N3，把INT(X)定为最接近X的整数时，满足下面的(22)到(27)式。
0≤|INT(φ1P)-φ1P|≤0.4 (22)0≤|INT(φ2P)-φ2P|≤0.4 (23)0≤|INT(φ3P)-φ3P|≤0.4 (24)φ1P＝Δp·(N1-1)/(λ1×10-3)(25)φ2P＝Δp·(N2-1)/(λ2×10-3)(26)φ3P＝Δp·(N3-1)/(λ3×10-3)(27)根据项目1-51所述的形态，能得到具有与项目1-26同样效果的光学元件。
项目1-52所述的形态是在项目1-51所述的光学元件中，所述λ1在350nm到450nm的范围内，所述λ2在600nm到700nm的范围内，所述λ3在700nm到850nm的范围内，所述光学元件由对所述波长λ1的第一光束的折射率在1.5～1.6范围内，对d线(587.6nm)的阿贝数在50～60范围内的材料形成，把p定为正整数时，满足下面的(28)式到(30)式。
INT(φ1P)＝10p(28)INT(φ2P)＝6p (29)INT(φ3P)＝5p (30)根据项目1-52所述的形态，能得到具有与项目1-27同样效果的光学元件。
项目1-53所述的形态是在项目1-36到项目1-52任一项所述的光学元件中，所述光学元件是塑料透镜。
根据项目1-53所述的形态，能得到具有与项目1-29同样效果的光学元件。
项目1-54所述的形态是使用从第一光源射出波长λ1(nm)的第一光束对具有厚度t1保护层的第一光盘进行信息再现和/或记录，使用从第二光源射出波长λ2(nm)(λ2＞λ1)的第二光束对具有厚度t2(t2≥t1)保护层的第二光盘进行信息再现和/或记录，使用从第三光源射出波长λ3(nm)(λ3＞λ2)的第三光束对具有厚度t3(t3＞t2)保护层的第三光盘进行信息再现和/或记录用的光拾取装置，其是具备项目1-35到项目1-52任一项所述光学元件的且所述第三光束以发散光束的状态对所述光学元件射入结构的光拾取装置。
根据项目1-54所述的形态，能得到具有与项目1-33同样效果的光拾取装置。
下面说明本发明其他的理想方式。
项目2-1所述的形态是最好具有下面两个光学面的至少各一个形成有在波长λ1(nm)的第一光束射入时产生n1级的衍射光、而在波长λ2(nm)(λ2＞λ1)的第二光束射入时产生n2(|n1|≥|n2|)级衍射光的衍射结构的光学面和形成有由通过光轴方向的台级差分割的多个环带构成的光程差付与结构的光学面。
项目2-2所述的形态是在项目2-1所述的光学元件中，所述光程差付与结构具有当所述第一光束的波长在λ1-5(nm)到λ1+5(nm)的范围内变化时把由所述衍射结构产生的球差变化进行抑制而减小的功能。
根据项目2-1和项目2所述的形态，通过衍射结构的作用能进行由0.1mm规格高密度光盘与DVD的保护层厚度不同而引起的球差的校正，和由兰紫色波长区域与红色波长区域间物方光学系统的波长分散引起的球差的校正，和把对兰紫色波长区域微小波长变化的聚光位置的变动进行抑制而减小。但由于衍射结构其球差的波长依赖性大，所以对±5nm左右的射入光束波长变化其球差变化就大。该球差的变化量是按NA4的比例增大的，所以在使用NA0.85物方光学系统的0.1mm规格高密度光盘中，对兰紫色激光光源振荡波长的公差是严格的。本发明的光学元件是通过光程差付与结构把兰紫色波长区域对±5nm左右的射入光束波长变化的球差变化进行抑制而减小的结构，这样对兰紫色激光光源振荡波长的公差就缓和了。这样就能提高兰紫色激光光源批量生产的合格品率，降低兰紫色激光光源和光拾取装置的制造成本。
项目2-3所述的形态是在项目2-1或项目2-2所述的光学元件中，把所述光学元件对所述波长λ1的第一光束和所述波长λ2的第二光束的折射率分别定为N1和N2、把INT(X)定为最接近X的整数时，在满足INT＝(δφD)-δφD＜0 (1)δφD＝{n1·λ1/(N1-1)}/{n2·λ2/(N2-1)}(2)的同时，所述衍射结构具有在射入光束的波长向长波长侧移动时球差向校正过度方向变化的球差特性。
项目2-4所述的形态是在项目2-3所述的光学元件中，所述衍射结构由通过光轴方向的台级差分割的多个环带构成，分别把所述台级差中最接近光轴的台级差定为ΔD(μm)、把光学元件对λB的折射率定为NB时满足下面的(3)式。
ΔD＝n1·λB×10-3/(NB-1)(3)。
项目2-5所述的形态是在项目2-3或项目2-4所述的光学元件中，所述光程差付与结构具有在λ1-5(nm)到λ1+5(nm)的范围内射入光束的波长向长波长侧移动时球差向校正不足方向变化的球差特性。
为了把由0.1mm规格高密度光盘与DVD的保护层厚度不同而引起的球差和由兰紫色波长区域与红色波长区域间物方光学系统的波长分散引起的球差进行校正，利用由衍射结构产生的球差的波长依赖性。在此如项目2-3的形态那样在高密度光盘用的记录/再现用光束波长λ1、衍射级数n1、DVD用的记录/再现用光束波长λ2、衍射级数n2间，(1)式和(2)式的关系成立时，最好衍射结构具有在射入光束的波长向长波长侧移动时球差向校正过度方向变化的球差特性。
这时如项目2-4形态那样，最好衍射结构的制造波长(也叫做炫耀化波长)λB是比λ1短的规定波长，这样就能在各自的光盘波长区域内维持高的衍射效率。具体说就是最接近光轴的台级差ΔD(μm)最好满足(3)式。
最好通过如项目2-5形态那样光程差付与结构具有在λ1-5(nm)到λ1+5(nm)的范围内射入光束的波长向长波长侧移动时球差向校正不足方向变化的球差特性，而把衍射结构的球差特性抵消。这样就能缓和对兰紫色激光光源振荡波长的公差。
项目2-6所述的形态是在项目2-1或项目2-2所述的光学元件中，把所述光学元件对所述波长λ1的第一光束和所述波长λ2的第二光束的折射率分别定为N1和N2、把INT(X)定为最接近X的整数时，在满足
INT＝(δφD)-δφD＞0 (4)δφD＝{n1·λ1/(N1-1)}/{n2·λ2/(N2-1)}(5)的同时，所述衍射结构具有在射入光束的波长向长波长侧移动时球差向校正不足方向变化的球差特性。
项目2-7所述的形态是在项目2-6所述的光学元件中，所述衍射结构由通过光轴方向的台级差分割的多个环带构成，分别把所述台级差中最接近光轴的台级差定为ΔD(μm)、把λB定为是在所述λ1到λ2的范围内的规定波长，把所述光学元件对所述λB的折射率定为NB时满足下面的(6)式。
ΔD＝n1·λB×10-3/(NB-1)(6)项目2-8所述的形态是在项目2-6或项目2-7所述的光学元件中，所述光程差付与结构具有在λ1-5(nm)到λ1+5(nm)的范围内射入光束的波长向长波长侧移动时球差向校正过度方向变化的球差特性。
为了把由0.1mm规格高密度光盘与DVD的保护层厚度不同而引起的球差，和由兰紫色波长区域与红色波长区域间物方光学系统的波长分散引起的球差进行校正，利用由衍射结构产生的球差的波长依赖性。在此如项目2-6的形态那样在高密度光盘用的记录/再现用光束波长λ1、衍射级数n1、DVD用的记录/再现用光束波长λ2、衍射级数n2间，(4)式和(5)式的关系成立时，最好衍射结构具有在射入光束的波长向长波长侧移动时球差向校正不足方向变化的球差特性。
这时如项目2-7形态那样，最好衍射结构的制造波长(也叫做炫耀化波长)λB是在所述λ1到λ2的范围内的规定波长，这样就能在各自的光盘波长区域内维持高的衍射效率。具体说就是最接近光轴的台级差ΔD(μm)最好满足(6)式。
ΔD＝n1·λB×10-3/(NB-1) (6)最好通过如项目2-8形态那样光程差付与结构具有在λ1-5(nm)到λ1+5(nm)的范围内射入光束的波长向长波长侧移动时球差向校正过度方向变化的球差特性而把衍射结构的球差特性抵消。这样就能缓和对兰紫色激光光源振荡波长的公差。
项目2-9所述的形态是在项目2-1到项目2-8任一项所述的光学元件中，所述光学元件至少在最大有效孔径的0％到75％高度的范围内具有非球面。
项目2-10所述的形态是在项目2-9所述的光学元件中，所述衍射结构形成在所述非球面上。
如项目2-9所述的形态，形成有衍射结构的光学元件最好至少在最大有效孔径的0％到75％高度的范围内具有随着离开光轴而光程长度变长的非球面。这样组合非球面的作用和衍射结构的作用而能把由0.1mm规格高密度光盘与DVD的保护层厚度不同而引起的球差，和由兰紫色波长区域与红色波长区域间物方光学系统的波长分散引起的球差良好地进行校正。
而且为了最大限度地发挥球差的校正效果，最好如项目2-10所述的形态那样在该非球面上形成衍射结构。
在此所说的“最大有效孔径”是指光学元件对波长λ1的第一光束的有效孔径。
项目2-11所述的形态是在项目2-1到项目2-10任一项所述的光学元件中，把由所述衍射结构的光程长度附加量用光程差函数系数B2、B4、B6、B8、B10、...和衍射级数n以下面的数式(7)定义时φb＝n×(B2h2+B4h4+B6h6+B8h8+B1010+...) (7)B2与B4、的符号相互不同。
项目2-11所述的结构是通过使衍射结构的环带不过于小而使模具加工容易，是用于把由衍射结构形状误差引起的光束损失进行抑制而减小的条件。通过使2级光程差函数系数B2与4级光程差函数系数B4的符号相互不同，能把光程差函数φb的每单位变化量h的变化量增大。这相当于把衍射结构的环带宽度变大，能达到模具加工容易化和抑制光束损失等。为了更加达到这些作用效果，最好设定B2和B4的大小，以使光程差函数φb具有拐点。而且通过把B2与B4的符号设定为相互不同而能确保DVD的动作距离大。
项目2-12所述的形态是在项目2-1到项目2-11任一项所述的光学元件中，形成有所述衍射结构的光学面是把所述衍射结构形成在至少最大有效孔径从0％到70％的高度范围内，而不把所述衍射结构形成在至少从最大有效孔径85％的高度到最大有效孔径100％的高度范围内。
根据项目2-12所述的形态，仅在对DVD进行记录/再现所需要的NA内把由0.1mm规格高密度光盘与DVD的保护层厚度不同而引起的球差通过衍射结构作用进行校正，所以DVD信息记录面上的点并没被超过需要地缩小，DVD由倾斜引起的慧差量不过大。通过DVD的NA外侧区域的第二光束有由高密度光盘与DVD的保护层厚度不同而引起的球差，其在DVD信息记录面上成为对点的形成不起作用的光斑成分。这与光学元件自身具有对DVD的口径限制功能是等价的，所以安装了本发明光学元件的光拾取装置不需要另外安装对应DVD的NA的光圈，能把该结构变简单。
项目2-13所述的形态是在项目2-12所述的光学元件中，形成有所述光程差付与结构的光学面是把所述光程差付与结构形成在至少最大有效孔径的0％到70％的高度范围内，而不把所述光程差付与结构形成在至少从最大有效孔径85％的高度到最大有效孔径100％的高度范围内。
是项目2-12所述的形态时，只要把衍射结构的球差波长依赖性的抵消在对DVD进行记录/再现所需要的NA内进行便可，所以最好如项目2-13所述的形态那样仅在DVD的NA内形成光程差付与结构。而且最好使通过DVD的NA外侧区域的第一光束与通过DVD的NA内区域的第一光束的波阵面相位至少在λ1-5(nm)到λ1+5(nm)的波长区域是一致地来决定光程差付与结构。
在此所说的“最大有效孔径”是指光学元件对波长λ1的第一光束的有效孔径。
项目2-14所述的形态是在项目2-5或项目2-8所述的光学元件中，所述光程差付与结构对所述波长λ1的第一光束不给予光程差，而对波长λ1+5(nm)和波长λ1-5(nm)的第一光束附加光程差。
光程差付与结构如项目2-14的形态那样，对光学元件设计波长的λ1实质上不给予光程差，而对λ1+5(nm)和λ1-5(nm)给予光程差的结构是理想的，这样就能把由衍射结构产生的球差波长依赖性的抵消良好进行。具体说就是最好把光程差付与结构最接近光轴的台级差Δp(μm)满足下式地来决定。
Δp＝m·λ1×10-3(N1-1)在此m是正整数，N1是光学元件对波长λ1光束折射率。
项目2-15所述的形态是在项目2-1到项目2-14任一项所述的光学元件中，所述光程差付与结构的所述环带其宽度非周期地变化。该“非周期地变化”在此是指其宽度不能用距离光轴高度h的函数来表示。
项目2-16所述的形态是在项目2-1到项目2-15任一项所述的光学元件中，所述光程差付与结构的所述台级差其方向在有效孔径内替换。
项目2-17所述的形态是在项目2-1到项目2-15任一项所述的光学元件中，所述光程差付与结构的所述台级差其方向在有效孔径内全部相同。
在光程差付与结构的设计中各环带的宽度和台级差方向在光程差付与结构中依赖于应校正的波阵面形状。作为光程差付与结构的具体结构也可以如项目2-15的形态那样是各环带的宽度是非周期地变化的结构。也可以如项目2-16的形态那样是台级差的方向在有效孔径内替换的结构，或是如项目2-17的形态那样是台级差的方向在有效孔径内全部相同的结构。
在此所说的“有效孔径”是指光学元件对波长λ1的第一光束的有效孔径。
项目2-18所述的形态是在项目2-1到项目2-17任一项所述的光学元件中，|λ2-λ1|比50nm大，且满足|n1|＞|n2|。
根据项目2-18所述的形态，λ2与λ1的差比50nm大时，作为DVD记录/再现用光束通过使用比高密度光盘记录/再现用光束低级数的衍射光，而能维持在各自光盘的波长区域内高的衍射效率。这样把级数不同的衍射光作为各自光盘的记录/再现用光束来使用地决定的衍射结构，与使用相同级数衍射光的情况相比，其球差的波长依赖性大，所以对兰紫色激光光源振荡波长的公差要求非常严格，但本发明的光学元件是通过光程差付与结构把对兰紫色波长区域±5nm左右射入光束波长变化的球差变化进行抑制而减小的结构，所以能把对兰紫色激光光源振荡波长的公差进行缓和。
项目2-19所述的形态是在项目2-18所述的光学元件中，所述λ1在350nm到450nm的范围内，所述λ2在600nm到700nm的范围内，所述n1与n2的组合是(n1、n2)＝(2、1)、(3、2)、(5、3)、(8、5)、(10、6)的任一个。
如项目2-19所述的形态，λ1是兰紫色波长区域350nm到450nm范围内的波长，λ2是红色波长区域600nm到700nm范围内的波长时，作为具体的衍射级数n1与n2的组合最好是(n1、n2)＝(2、1)、(3、2)、(5、3)、(8、5)、(10、6)的任一个，通过选择该组合而能在各自光盘的波长区域内维持高的衍射效率。即使在衍射级数n1比10大的情况下虽然也存在在各自光盘的波长区域内能维持高的衍射效率的衍射级数的组合，但衍射级数n1比10小的其对从λ1有±5nm左右的波长变化而衍射效率变动不过大是理想的。
项目2-20所述的形态是在项目2-19所述的光学元件中，所述光学元件由对所述波长λ1的第一光束的折射率在1.5～1.6范围内，对d线(587.6nm)的阿贝数在50～60范围内的材料形成，所述衍射结构由通过光轴方向的台级差所分割的规定数量的环带构成，所述台级差中最接近光轴的台级差ΔD(μm)满足下面(8)到(12)式的任一个。
1、25＜ΔD＜1.65(8)2、05＜ΔD＜2.55(9)3、40＜ΔD＜4.10(10)5、70＜ΔD＜6.45(11)7、00＜ΔD＜8.00(12)项目2-20所述的形态是关于所述衍射级数组合的衍射结构更具体的结构，所述衍射结构最接近光轴的台级差ΔD(μm)满足(8)到(12)式是理想的。衍射级数的组合与(8)到(12)式对应如下。(n1、n2)＝(2、1)与(8)式对应、(n1、n2)＝(3、2)与(9)式对应、(n1、n2)＝(5、3)与(10)式对应、(n1、n2)＝(8、5)与(11)式对应、(n1、n2)＝(10、6)与(12)式对应。如本发明的光学元件那样，为了高精度制作具有衍射结构的光学元件其最好是复制性优良的塑料透镜。在兰紫色区域能使用的几乎所有的塑料材料对波长λ1的第一光束的折射率在1.5～1.6的范围内，对d线的阿贝数在50～60的范围内。
项目2-21所述的形态是在项目2-18到项目2-20任一项所述的光学元件中，把所述光程差付与结构的所述台级差中最接近光轴的台级差定为Δp(μm)，把所述光学元件对所述波长λ1的第一光束和所述波长λ2的第二光束的折射率分别定为N1和N2，把INT(X)定为最接近X的整数时，满足下面的(13)到(16)式。
0≤|INT(φ1P)-φ1P|≤0.4 (13)0≤|INT(φ2P)-φ2P|≤0.4 (14)φ1P＝Δp·(N1-1)/(λ1×10-3)(15)φ2P＝Δp·(N2-1)/(λ2×10-3)(16)在决定光程差付与结构最接近光轴的台级差Δp(μm)时，最好不仅对高密度光盘侧的设计波长λ1，而且对DVD侧的设计波长λ2不给予实质上的光程差。这样就能把对本发明光学元件的λ2的特性制作良好。具体说就是最好如项目2-21的形态那样满足(13)到(16)式地来决定Δp(μm)。
项目2-22所述的形态是在项目2-21所述的光学元件中，所述λ1在350nm到450nm的范围内，所述λ2在600nm到700nm的范围内，所述光学元件由对所述波长λ1的第一光束的折射率在1.5～1.6范围内，对d线(587.6nm)的阿贝数在50～60范围内的材料形成，把p定为正整数时，满足下面的(17)式和(18)式。
INT(φ1P)＝5p(17)INT(φ2P)＝3p(18)项目2-22所述的形态是把光程差付与结构不仅对高密度光盘侧的设计波长λ1，而且对DVD侧的设计波长λ2不给予实质上的光程差那样情况时的有关更具体的结构，Δp(μm)最好满足(17)和(18)式。如本发明的光学元件那样，为了高精度制作具有光程差付与结构的光学元件其最好是复制性优良的塑料透镜。在兰紫色区域能使用的几乎所有的塑料材料对波长λ1的第一光束的折射率在1.5～1.6的范围内，对d线的阿贝数在50～60的范围内。
项目2-23所述的形态是在项目2-1到项目2-22任一项所述的光学元件中，所述衍射结构在波长λ3(nm)(λ3＞λ2)的第三光束射入时产生n3级(|n2|≥|n3|)衍射光。
项目2-24所述的形态是在项目2-23所述的光学元件中，，|λ2-λ1|、|λ3-λ2|、|λ3-λ1|的各个比50nm大，且满足|n1|＞|n2|≥|n3|。
根据项目2-23和项目2-24所述的形态，在λ2与λ1的差、λ3与λ2的差、λ3与λ1的差分别比50nm大时，作为DVD记录/再现用光束通过使用比高密度光盘记录/再现用光束低级数的衍射光，且作为CD记录/再现用光束通过使用与DVD记录/再现用光束相同级数的或更低级数的衍射光，而能维持在各自光盘的波长区域内高的衍射效率。这样至少作为高密度光盘和DVD的各自光盘记录/再现用光束，使用级数不同的衍射光而决定的衍射结构与使用相同级数衍射光的情况相比，其球差的波长依赖性大，所以对兰紫色激光光源振荡波长的公差要求非常严格，但本发明的光学元件是通过光程差付与结构把对兰紫色波长区域±5nm左右射入光束波长变化的球差变化进行抑制而减小的结构，所以能把对兰紫色激光光源振荡波长的公差进行缓和。
项目2-25所述的形态是在项目2-24所述的光学元件中，所述λ1在350nm到450nm的范围内，所述λ2在600nm到700nm的范围内，所述λ3在700nm到850nm的范围内，所述n1与n2与n3的组合是(n1、n2、n3)＝(2、1、1)、(8、5、4)、(10、6、5)的任一个。
如项目2-25所述的形态，λ1是兰紫色波长区域350nm到450nm范围内的波长，λ2是红色波长区域600nm到700nm范围内的波长，λ3是红外波长区域700nm到850nm范围内的波长时，作为具体的衍射级数n1与n2与n3的组合最好是(n1、n2、n3)＝(2、1、1)、(8、5、4)、(10、6、5)的任一个，通过选择该组合而能在各自光盘的波长区域内维持高的衍射效率。即使在衍射级数n1比10大的情况下虽然也存在在各自光盘的波长区域内能维持高的衍射效率的衍射级数的组合，但这种情况对从λ1的±5nm左右的波长变化而衍射效率变动过大，所以不理想。
项目2-26所述的形态是在项目2-25所述的光学元件中，所述光学元件由对所述波长λ1的第一光束的折射率在1.5～1.6范围内，对d线(587.6nm)的阿贝数在50～60范围内的材料形成，所述衍射结构由通过光轴方向的台级差所分割的规定数量的环带构成，所述台级差中最接近光轴的台级差ΔD(μm)满足下面(19)到(21)式的任一个。
1、25＜ΔD＜1.65(19)5、70＜ΔD＜6.45(20)7、00＜ΔD＜8.00(21)项目2-26所述的形态是关于所述衍射级数组合的衍射结构更具体的结构，所述衍射结构最接近光轴的台级差ΔD(μm)满足(19)到(21)式是理想的。衍射级数的组合与(19)到(21)式对应如下。(n1、n2、n3)＝(2、1、1)与(19)式对应、(n1、n2、n3)＝(8、5、4)与(20)式对应、(n1、n2、n3)＝(10、6、5)与(21)式对应。如本发明的光学元件那样，为了高精度制作具有衍射结构的光学元件其最好是复制性优良的塑料透镜。在兰紫色区域能使用的几乎所有的塑料材料对波长λ1的第一光束的折射率在1.5～1.6的范围内，对d线的阿贝数在50～60的范围内。
项目2-27所述的形态是在项目2-23到项目2-26任一项所述的光学元件中，把所述光程差付与结构的所述台级差中最接近光轴的台级差定为Δp(μm)，把所述光学元件对所述波长λ1的第一光束、所述波长λ2的第二光束和所述波长λ3的第三光束的折射率分别定为N1、N2和N3，把INT(X)定为最接近X的整数时，满足下面的(22)到(27)式。
0≤|INT(φ1P)-φ1P|≤0.4 (22)0≤|INT(φ2P)-φ2P|≤0.4 (23)0≤|INT(φ3P)-φ3P|≤0.4 (24)φ1P＝Δp·(N1-1)/(λ1×10-3)(25)φ2P＝Δp·(N2-1)/(λ2×10-3)(26)φ3P＝Δp·(N3-1)/(λ3×10-3)(27)在决定光程差付与结构最接近光轴的台级差Δp(μm)时，最好不仅对高密度光盘侧的设计波长λ1，而且对DVD侧的设计波长λ2和CD侧的设计波长λ3不给予实质上的光程差。这样就能把对本发明光学元件的波长λ2和λ3的第二和第三光束的特性制作良好。具体说就是最好如项目2-27的形态那样满足(22)到(27)式地来决定Δp(μm)。
项目2-28所述的形态是在项目2-27所述的光学元件中，所述λ1在350nm到450nm的范围内，所述λ2在600nm到700nm的范围内，所述λ3在700nm到850nm的范围内，所述光学元件由对所述波长λ1的第一光束的折射率在1.5～1.6范围内，对d线(587.6nm)的阿贝数在50～60范围内的材料形成，把p定为正整数时，满足下面的(28)式到(30)式。
INT(φ1P)＝10p(28)INT(φ2P)＝6p (29)INT(φ3P)＝5p (30)项目2-28所述的形态是把光程差付与结构不仅对高密度光盘侧的设计波长λ1，而且对DVD侧的设计波长λ2和CD侧的设计波长λ3不给予实质上的光程差那样情况时的有关更具体的结构，Δp(μm)最好满足(28)到(30)式。如本发明的光学元件那样，为了高精度制作具有光程差付与结构的光学元件其最好是复制性优良的塑料透镜。在兰紫色区域能使用的几乎所有的塑料材料对波长λ1的第一光束的折射率在1.5～1.6的范围内，对d线的阿贝数在50～60的范围内。
项目2-29所述的形态是项目2-1到项目2-28任一项所述的光学元件其是由形成所述衍射结构的第一结构元件和形成所述光程差付与结构的第二结构元件这至少两个结构元件所构成。
如项目2-29那样也可以把本发明的光学元件由形成衍射结构的第一结构元件和形成光程差付与结构的第二结构元件这至少两个结构元件所构成。通过把衍射结构和光程差付与结构形成各自的结构元件则在制作时容易控制各个结构的光学性能和形状误差，所以光学元件的制作容易。
项目2-30所述的形态是在项目2-1到项目2-29任一项所述的光学元件中，所述光学元件是塑料透镜。
如项目2-30所述的形态，为了高精度制作具有衍射结构和光程差付与结构的光学元件，最好其是复制性优良的塑料透镜。通过其是塑料透镜而能以稳定的性能批量生产。
项目2-31所述的形态是在项目2-1到项目2-30任一项所述的光学元件中，是使用从第一光源射出波长λ1(nm)的第一光束对具有厚度t1保护层的第一光盘进行信息再现和/或记录、使用从第二光源射出波长λ2(nm)(λ2＞λ1)的第二光束对具有厚度t2(t2≥t1)保护层的第二光盘进行信息再现和/或记录的光拾取装置中使用的物方光学系统的结构元件。
根据项目2-31所述的形态，通过把项目2-1到项目2-30任一项所述的光学元件作为物方光学系统的结构元件使用而能提供对高密度光盘和DVD具有互换性的光拾取装置。
项目2-32所述的形态是在项目2-31所述的光学元件中，所述物方光学系统是由像差校正元件和把从该像差校正元件射出的光束向光盘的信息记录面上聚光用的聚光元件所构成，所述像差校正元件是所述光学元件。
项目2-33所述的形态是在项目2-32所述的光学元件中，所述像差校正元件和所述聚光元件分别具备光学功能部和在其周边形成的凸缘部，所述像差校正元件的凸缘部和所述聚光元件的凸缘部形成得能把所述像差校正元件和所述聚光元件固定在规定的相对位置上。
项目2-34所述的形态是在项目2-32所述的光学元件中，所述像差校正元件和所述聚光元件形成的能通过保持部件而规定的相对位置上。
如项目2-32的形态，把本发明的光学元件作为物方光学系统的结构元件使用时最好将其配置在把来自激光光源的光束向光盘的信息记录面上聚光用的聚光元件与激光光源之间。NA0.85的聚光元件由于其非球面的法线与光轴所成的角大，所以当把衍射结构和光程差付与结构形成在聚光元件的光学面上时，则由台级差对光线遮光的影响而光束损失大，但通过把本发明的光学元件制成大致没有光焦度而能把该光束损失进行抑制而减小。
这时最好如项目2-33或项目2-34的形态那样，把光学元件和聚光元件通过凸缘部之间的接触或其他部件的保持部件而形成一体。这样即使聚光元件被跟踪驱动时也与光学元件不产生光轴偏离，所以能得到良好的跟踪特性。而且最好使光学元件与聚光元件在光轴上的间隔ds与光学元件激光光源侧光学面与聚光元件光盘侧光学面在光轴上的间隔∑d的比ds/∑d比0.15小地设定ds。这样能减小凸缘部和保持部件的重量，能减轻驱动物方光学系统用的传动机构的负担。
项目2-35所述的形态是使用从第一光源射出波长λ1(nm)的第一光束对具有厚度t1保护层的第一光盘进行信息再现和/或记录、使用从第二光源射出波长λ2(nm)(λ2＞λ1)的第二光束对具有厚度t2(t2≥t1)保护层的第二光盘进行信息再现和/或记录的光拾取装置，其具备项目2-1到项目2-34任一项所述的光学元件。
根据项目2-35所述的形态，能得到具有与项目2-1到项目2-34任一项同样效果的光拾取装置。
项目2-36所述的形态在项目2-35所述的光拾取装置中，是使用从第三光源射出波长λ3(nm)(λ3＞λ2)的第三光束对具有厚度t3(t3＞t2)保护层的第三光盘进行信息再现和/或记录用的光拾取装置，是所述第三光束以发散光束的状态对所述光学元件射入的结构。
为了对第三光盘(CD)也具有互换性，最好如项目2-36的形态那样把第三光束作为发散光束向所述光学元件射入。这样就能充分确保对保护层厚的CD的动作距离。
项目2-37所述的形态安装了项目2-35或项目2-36所述的光拾取装置，至少能实行对光盘进行信息的记录和把光盘记录的信息进行再现中的一种。
根据项目2-37所述的形态，能得到具有与项目2-35或项目2-36同样效果的光信息记录再现装置。
根据本发明，通过能抑制每单位波长变化的球差的变化量而提高激光光源批量生产的合格品率，可得到能降低制造成本的光学元件、光拾取装置和光信息记录再现装置。
图1是表示光拾取装置结构的主要部分平面图；图2是表示物方光学系统结构的图；图3是表示物方光学系统波长变动时波像差的图；图4是表示光拾取装置结构的主要部分平面图；图5是表示物方光学系统结构的图；图6是表示像差校正元件结构的图(a)～(c)；图7是表示物方光学系统波长变动时波像差的图；图8是物方光学系统的光程图；图9是表示没形成光程差付与结构时的波长变动时波像差的图；图10是表示实施例的波长变动时波像差的图；图11是物方光学系统的光程图；图12是表示没形成光程差付与结构时的波长变动时波像差的图；图13是表示实施例的波长变动时波像差的图；图14是物方光学系统的光程图；图15是表示物方光学系统结构的图；图16是表示没形成光程差付与结构时的波长变动时波像差的图；图17是表示实施例的波长变动时波像差的图。
具体实施例方式
下面参照附图详细说明本发明的实施例。
图1是概略表示对高密度光盘HD(第一光盘)和DVD(第二光盘)和CD(第三光盘)能适当进行信息记录/再现的第一光拾取装置PU1结构的图。高密度光盘HD的光学规格是波长λ1＝405nm、保护层PL1的厚度t1＝0.1mm、数值口径NA1＝0.85，DVD的光学规格是波长λ2＝655nm、保护层PL2的厚度t2＝0.6mm、数值口径NA2＝0.65，CD的光学规格是波长λ3＝785nm、保护层PL3的厚度t3＝1.2mm、数值口径NA3＝0.45。但波长、保护层的厚度和数值口径的组合并不限定于此。
如图1所示，光拾取装置PU1包括高密度光盘用组件MD1，其把射出第一光束的兰紫色半导体激光器LD1(第一光源)与光检测器PD1形成一体；DVD用组件MD2，其把射出第二光束的红色半导体激光器LD2(第二光源)与光检测器PD2形成一体；CD用组件MD3，其把射出第三光束的红外半导体激光器LD3(第三光源)与光检测器PD3形成一体；光束整形元件BSH，其用于把从兰紫色半导体激光器LD1射出的激光光束的断面形状从椭圆形整形为圆形；准直光学系统COL；单轴传动装置UAC；物方光学系统OBJ1；双轴传动装置AC；第一光束组合器BC1；第二光束组合器BC2；光圈STO等。
光拾取装置PU1对高密度光盘HD进行信息的记录/再现时，如图1中实线所描绘的其光线路径那样，首先使兰紫色半导体激光器LD1发光。从兰紫色半导体激光器LD1射出的发散光束在通过光束整形元件BSH时，其断面形状从椭圆形被整形为圆形，通过第一光束组合器BC1，由透射准直光学系统COL而被变换成平行光束后，顺级通过第二光束组合器BC2，由物方光学系统OBJ1通过高密度光盘HD的保护层PL1而在信息记录面RL1上形成点。
对物方光学系统OBJ1的详细说明在后面叙述。
物方光学系统OBJ1通过在其周边配置的双轴传动装置AC进行聚光和跟踪。在信息记录面RL1上由信息位调制的反射光束再级顺级通过物方光学系统OBJ1、第二光束组合器BC2、准直光学系统COL、第一光束组合器BC1、光束整形元件BSH而收敛在光检测器PD1的受光面上。使用光检测器PD1的输出信号就能读出高密度光盘HD上记录的信息。
对DVD进行信息的记录/再现时，如图1中虚线所描绘的其光线路径那样，首先使红色半导体激光器LD2发光。从红色半导体激光器LD2射出的发散光束在第一光束组合器BC1被反射，由透射准直光学系统COL而被变换成平行光束后，通过第二光束组合器BC2，由物方光学系统OBJ1通过DVD的保护层PL2而在信息记录面RL2上形成点。
物方光学系统OBJ1通过在其周边配置的双轴传动装置AC进行聚光和跟踪。在信息记录面RL2上由信息位调制的反射光束再级通过物方光学系统OBJ1、第二光束组合器BC2、准直光学系统COL，在第一光束组合器BC1被分光而收敛在光检测器PD2的受光面上。使用光检测器PD2的输出信号就能读出DVD上记录的信息。
对CD进行信息的记录/再现时，如图1中双点划线所描绘的其光线路径那样，使CD用组件MD3动作而使红外半导体激光器LD3发光。从红外半导体激光器LD3射出的发散光束在第二光束组合器BC2被反射后，由物方光学系统OBJ1通过CD的保护层PL3而在信息记录面RL3上形成点。物方光学系统OBJ1通过在其周边配置的双轴传动装置AC进行聚光和跟踪。在信息记录面RL3上由信息位调制的反射光束再级透射物方光学系统OBJ1后，由第二光束组合器BC2反射而收敛在CD用组件MD3的光检测器PD3的受光面上。使用光检测器PD3的输出信号就能读出CD上记录的信息。
下面说明物方光学系统OBJ1的结构。
用图2表示其侧面图的物方光学系统OBJ1把本发明的光学元件作为结构元件。物方光学系统OBJ1包括像差校正元件L1，其是塑料透镜；聚光元件L2，其是NA0.85的非球面玻璃透镜，具有使透射该像差校正元件L1的激光光束聚光在光盘信息记录面上的功能。
像差校正元件L1激光光源侧的光学面S1上形成有由多个环带构成的衍射结构DOE(参照图2的放大图)。
像差校正元件L1光盘侧的光学面S2上形成有由多个环带构成的光程差付与结构PST。像差校正元件L1和聚光元件L2通过保持部件B而形成一体。
衍射结构DOE是用于校正由0.1mm规格的高密度光盘与DVD的保护层厚度不同而引起的球差的结构，为了良好校正该球差而衍射结构DOE是形成在非球面上。而且通过作为高密度光盘的记录/再现用光束使用2级衍射光，作为DVD的记录/再现用光束使用1级衍射光，作为CD的记录/再现用光束使用1级衍射光，而确保在各自光盘的波长区域内有高的衍射效率。
光拾取装置PU1为了校正由高密度光盘HD与CD的保护层厚度不同而引起的球差，其是把第三光束以发散光束的状态对物方光学系统OBJ1射入的结构。这样还能确保对CD进行信息的记录/再现时动作距离大。
衍射结构DOE由于满足(1)式和(2)式，所以如图3的双点划线A1所示，向衍射结构DOE射入的光束的波长在从高密度光盘的设计波长λ1向长波长侧仅移动Δλ时，其球差具有向过校正方向变化的球差特性。
光程差付与结构PST的各环带直到最大有效孔径(相当于NA1)70％的高度是随着从光轴离开光程长比内侧的环带变短地在变化移动，而周边的位置是随着从光轴离开而光程长比内侧的环带变长地在变化移动，如图3的虚线A2所示，光程差付与结构PST具有通过射入光束的向长波长侧移动而使球差向校正不足方向变化的球差特性。
如上所述，对波长差大的两个波长产生相互不同衍射级数光束的衍射结构DOE，其虽然每单位波长变化的球差变化量大，但为了抵消衍射结构DOE的球差波长依赖性，通过使光程差付与结构PST具有与衍射结构DOE相反的球差特性则能如图3中的实线A3所示把球差的波长依赖性抵消。
衍射结构DOE在比波长λ1短的规定波长λB被炫耀化，衍射结构DOE距离光轴最近的台级差ΔD(μm)满足(3)式。
光程差付与结构PST距离光轴最近的台级差ΔP(μm)满足(28)到(30)式，设定成对高密度光盘的设计波长λ1和DVD的设计波长λ2和CD的设计波长λ3没给予实质上光程差的深度。
光拾取装置PU1具备对DVD和CD进行记录/再现时进行口径限制用的二向性滤光器DFL，该二向性滤光器DFL通过保持部件B与物方光学系统OBJ1成为一体，且在与光轴垂直的方向上由双轴传动装置AC驱动。
也可以通过对在比DVD的数值口径NA2更靠周边的区域上形成的衍射结构DOE和光程差付与结构PST通过付加使第二光束光斑化的功能，而对DVD进行记录/再现时进行口径限制，也可以通过对在比CD的数值口径NA3更靠周边的区域上形成的衍射结构DOE和光程差付与结构PST上通过付加使第三光束光斑化的功能，而对CD进行记录/再现时进行口径限制。或者也可以把具有上述口径限制功能的衍射结构和光程差付与结构与衍射结构DOE和光程差付与结构PST另外地形成在物方光学系统OBJ1的光学面上。
准直光学系统COL是通过单轴传动装置UAC能使其位置在光轴方向上变化移动的结构。这样就能校正在高密度光盘HD的信息记录面RL1上形成的点的球差，所以对高密度光盘HD能经常维持良好的记录/再现特性。
通过准直光学系统COL的位置调整而校正的球差的产生原因是例如由兰紫色半导体激光器LD1的制造误差而引起的波长偏差，伴随温度变化的物方光学系统OBJ1的折射率变化和折射率分布，对双层盘片、四层盘片等多层盘片进行记录/再现时层间的焦距跳变，由保护层PL1的制造误差而引起的厚度偏差和厚度分布，等。
而且也可以通过准直光学系统COL的位置调整而对DVD信息记录面RL2上形成的点的球差进行校正，这样能提高对DVD的记录/再现特性。
下面说明本发明的第二实施例，对与所述第一实施例相同的结构付与同一符号而省略其说明。
图4所示的第二光拾取装置PU2是对高密度光盘HD(第一光盘)和DVD(第二光盘)能适当进行信息记录/再现的光拾取装置。光拾取装置PU2包括兰紫色半导体激光器LD1(第一光源)，其在对高密度光盘HD进行信息记录/再现时发光，射出405nm的第一光束；红色半导体激光器LD2(第二光源)，其在对DVD进行信息记录/再现时发光，射出655nm的第二光束；第一光束和第二光束共同的光检测器PD1；光束整形元件BSH，其用于把从兰紫色半导体激光器LD1射出的激光光束的断面形状从椭圆形整形成圆形；物方光学系统OBJ2，其具有把各光束向信息记录面RL1和RL2上聚光的功能；双轴传动装置AC；第一光束组合器BC1；第二光束组合器BC2；第一准直光学系统COL1；第二准直光学系统COL2；光圈STO；传感器透镜SEN；液晶元件LCD等。
光拾取装置PU2对高密度光盘HD进行信息的记录/再现时，如图4中实线所描绘的其光线路径那样，首先使兰紫色半导体激光器LD1发光。从兰紫色半导体激光器LD1射出的发散光束在通过光束整形元件BSH时其断面形状从椭圆形被整形成圆形，由透射第一准直光学系统COL1而被变换成平行光束后，顺级通过第一光束组合器BC1、第二光束组合器BC2、液晶元件LCD，由物方光学系统OBJ2通过高密度光盘HD的保护层PL1而在信息记录面RL1上形成点。
对物方光学系统OBJ2的详细说明在后面叙述。
物方光学系统OBJ2通过在其周边配置的双轴传动装置AC进行聚光和跟踪。在信息记录面RL1上由信息位调制的反射光束再级通过物方光学系统OBJ2、液晶元件LCD，在第二光束组合器BC2被分光，通过传感器透镜SEN时被给予像散并收敛在光检测器PD12的受光面上。使用光检测器PD12的输出信号就能读出高密度光盘HD上记录的信息。
对DVD进行信息的记录/再现时，如图4中虚线所描绘的其光线路径那样，首先使红色半导体激光器LD2发光。从红色半导体激光器LD2射出的发散光束由透射第一准直光学系统COL1而被变换成平行光束后，在第一光束组合器BC1被反射，顺级通过第二光束组合器BC2、液晶元件LCD，由物方光学系统OBJ2通过DVD的保护层PL2而在信息记录面RL2上形成点。
物方光学系统OBJ2通过在其周边配置的双轴传动装置AC进行聚光和跟踪。在信息记录面RL2上由信息位调制的反射光束再级通过物方光学系统OBJ2、液晶元件LCD，在第二光束组合器BC2被分光，通过传感器透镜SEN时被给予像散并收敛在光检测器PD12的受光面上。使用光检测器PD12的输出信号就能读出DVD上记录的信息。
下面说明物方光学系统OBJ2的结构。
用图5表示其侧面图的物方光学系统OBJ2把本发明的光学元件作为结构元件。物方光学系统OBJ2包括像差校正元件L1，其是塑料透镜；聚光元件L2，其是NA0.85的非球面玻璃透镜，具有使透射该像差校正元件L1的激光光束聚光在光盘信息记录面上的功能。像差校正元件L1的激光光源侧的光学面S1，如图6(a)所示被分割成包括光轴的第一区域AREA1和包围在第一区域AREA1周围的第二区域AREA2，在第一区域AREA1形成有由多个环带构成的衍射结构DOE(参照图5的放大图)。
而且像差校正元件L1光盘侧的光学面S2，如图6(c)所示被分割成包括光轴的第三区域AREA3和包围在第三区域AREA3周围的第四区域AREA4，在第三区域AREA3形成有由多个环带构成的光程差付与结构PST。第一区域AREA1和第三区域AREA3相当于是DVD的NA内区域，像差校正元件L1和聚光元件L2分别在其光学功能部(来自兰紫色激光光源的光束通过的区域)的周边部具有与光学功能区域形成一体的凸缘部FL1、FL2，通过把该凸缘部FL1、FL2之间相互配合而被形成一体。
衍射结构DOE是用于校正由0.1mm规格的高密度光盘与DVD的保护层厚度不同而引起的球差的结构，为了良好校正该球差而衍射结构DOE是形成在非球面上。而且通过作为高密度光盘的记录/再现用光束使用6级衍射光，作为DVD的记录/再现用光束使用4级衍射光而确保在双方光盘的波长区域内有高的衍射效率。由于对衍射结构DOE射入785nm附近的激光光束时3级衍射光以80％以上的高的衍射效率产生，所以物方光学系统OBJ2除了可安装在对如本实施例那样的高密度光盘HD和DVD具有互换性的光拾取装置之外，还可以安装在对高密度光盘HD、DVD和CD具有互换性的光拾取装置上。
衍射结构DOE由于满足(4)式和(5)式，所以如图7的双点划线A1所示，向衍射结构DOE射入的光束的波长在从高密度光盘的设计波长λ1向长波长侧仅移动Δλ时，其具有球差向校正不足方向变化的球差特性。
光程差付与结构PST的各环带直到第一区域AREA1内的70％的高度是随着从光轴离开而光程长比内侧的环带变长地在变化移动，而周边的位置是随着从光轴离开而光程长比内侧的环带变短地在变化移动，如图7的虚线A2所示，光程差付与结构PST具有通过射入光束向长波长侧移动而使球差向过校正方向变化的球差特性。
如上所述，对波长差大的两个波长产生相互不同衍射级数光束的衍射结构DOE虽然每单位波长变化的球差变化量大，但为了抵消衍射结构DOE的球差波长依赖性，通过使光程差付与结构PST具有与衍射结构DOE相反的球差特性则能如图7中的实线A3所示把球差的波长依赖性抵消。
衍射结构DOE在λ1到λ2范围内的规定波长λB被炫耀化，最接近衍射结构DOE光轴的台级差ΔD(μm)满足(6)式。
最接近光程差付与结构PST光轴的台级差ΔP(μm)满足(17)和(18)式，设定成对高密度光盘的设计波长λ1和DVD的设计波长λ2和CD的设计波长λ3没有给予实质上光程差的深度。
由于衍射结构DOE仅形成在第一区域AREA1上，所以通过第二区域AREA2的第二光束具有由高密度光盘HD与DVD的保护层厚度不同而引起的球差，成为对在DVD的信息记录面RL2上成为对点的形成不起作用的光斑成分。这由于与物方光学系统OBJ自身具有对DVD的口径限制功能是等效的，所以光拾取装置PU2不需要另外安装对应NA2的光圈，能把其结构简单化。
物方光学系统OBJ2通过连接部件C(参照图4)与液晶元件LCD形成一体，物方光学系统OBJ2与液晶元件LCD一体地进行聚光和跟踪。这时虽然省略了图示，但通过向把液晶元件LCD的液晶分子层夹住而配置的电极施加电压，则在液晶分子层内产生折射率分布。在透射了形成有折射率分布的液晶分子层的波阵面上被附加了球差，但这时，为了与在高密度光盘HD的信息记录面RL1上的点的球差变化相反符号的球差付加在其透过波面上，通过控制液晶分子层内的折射率分布，由于在高密度光盘HD的信息记录面RL1上的点能够维持经常校正的球差的状态，所以能得到对高密度光盘HD的良好记录/再现特性。
通过这种液晶元件LCD校正球差变化的技术例如在特开2001-43549号公报中被公开，所以在此不详细叙述。
用液晶元件LCD校正的球差的产生原因与光拾取装置PU1相同，是由兰紫色半导体激光器LD1的制造误差而引起的波长偏差，伴随温度变化的物方光学系统OBJ的折射率变化和折射率分布，对双层盘、四层盘等多层盘进行记录/再现时层间的焦距跳变，由保护层PL1的制造误差而引起的厚度偏差和厚度分布，等。
也可以利用液晶元件LCD对在DVD的信息记录面RL2上形成的点的球差进行校正，这样能提高对DVD的记录/再现特性。
虽然省略了图示，但通过安装所述第一或第二实施例所示的光拾取装置PU1或PU2、保持光盘能自由旋转的旋转驱动装置、控制这些各种装置驱动用的控制装置，能得到对光盘进行光信息的记录和把光盘上记录的信息进行再现中至少可实行一个的光信息记录再现装置。
下面作为所述物方光学系统OBJ1说明适当的光学元件的实施例。
表1是光学元件的透镜数据，图8是光程图。本实施例包括由衍射结构DOE与光程差付与结构PST形成的像差校正元件L1和聚光元件L2。像差校正元件L1是塑料透镜，聚光元件L2是玻璃透镜。
[光学规格]HD NA1＝0.85，f1＝1.765mm，λ1＝405nm，m1＝0，t1＝0.1mmDVDNA2＝0.65，f2＝1.823mm，λ2＝655nm，m2＝0，t2＝0.6mmCD NA3＝0.45，f3＝1.824mm，λ3＝785nm，m3＝-0.157，t3＝1.2mm[近轴数据]
[光路差付与结构]
高密度光盘用途(NA1＝0.85)λ1(nm) 0.004λRMSλ1+5(nm) 0.033λRMSλ1-5(nm) 0.033λRMSDVD用途(NA2＝0.65)λ2(nm) 0.005λRMSλ2+5(nm) 0.025λPMSλ2-5(nm) 0.020λRMSCD用途(NA3＝0.45)λ3(nm) 0.028λRMSλ3+5(nm) 0.032λRMSλ3-5(nm) 0.025λRMS使用高密度光盘时的光学规格是波长λ1＝405nm、保护层PL1的厚度t1＝0.1mm、数值口径NA1＝0.85、焦距f1＝1.765mm、倍率m1＝0，使用DVD时的光学规格是波长λ2＝655nm、保护层PL2的厚度t2＝0.6mm、数值口径NA2＝0.65、焦距f2＝1.823mm、倍率m2＝0，使用CD时的光学规格是波长λ3＝785nm、保护层PL3的厚度t3＝1.2mm、数值口径NA3＝0.45、焦距f3＝1.824mm、倍率m3＝-0.157。
光学面的非球面在把距离与其面的顶点相切平面的变形量定为X(mm)、把与光轴垂直方向的高度定为h(mm)、把曲率半径定为r(mm)时，其用把表1(实施例2是表3)中的系数带入下面数1的数式表示。其中k是圆锥系数，A2j是非球面系数。
数1x=h2/r1+1+(1+k)(h/r)2+Σj=2A2jh2j]]>表1中(在以后实施例的透镜数据中也是同样)表示的NA1、NA2、NA3分别是高密度光盘HD、DVD、CD的数值口径，f1、f2、f3分别是高密度光盘HD、DVD、CD的焦距(mm)，λ1、λ2、λ3分别是高密度光盘HD、DVD、CD的设计波长(nm)，m1、m2、m3分别是高密度光盘HD、DVD、CD的倍率，t1、t2、t3、分别是高密度光盘HD、DVD、CD的保护层厚度(mm)，OBJ是物点(半导体激光光源的发光点)，STO是光圈，r是曲率半径(mm)，d1、d2、d3分别是高密度光盘HD、DVD、CD的面间隔，Nλ1、Nλ2、Nλ3分别是对高密度光盘HD、DVD、CD设计波长的折射率，νd是对d线(587.6nm)的阿贝数，n1、n2、n3、分别是高密度光盘HD、DVD、CD进行记录/再现用光束的衍射级数，λB是衍射结构DOE的炫耀化波长(nm)。
各实施例的衍射结构用根据其结构附加在透射波阵面上的光程差表示，该光程差在把λ定为射入光束的波长、把与光轴垂直方向的高度定为h(mm)、把B2j定为光程差函数系数、把n定为衍射级数、把λB定为制造波长(也叫做炫耀化波长)，其用由下面的数2定义的光程差函数φb(mm)表示。
数2φb=n×λ/λB×Σj=15B2jh2j]]>在像差校正元件L1的激光光源侧光学面S1上形成的衍射结构DOE是对波长λ1产生2级衍射光、对波长λ2产生1级衍射光、对波长λ3产生1级衍射光的结构。对λ1、λ2和λ3的衍射效率分别是97.7％、93.4％、99.1％，对任一个波长都具有高的衍射效率。
在像差校正元件L1的光盘侧的光学面S2上形成的光程差付与结构PST设定成其各台级差DΔP是满足ΔP＝m11·λ1×10-3/(N1-1)(其中m11＝20)的深度(本实施例中由于N1＝1.524694，所以ΔP＝0.015438mm)。通过各台级差ΔP附加在λ2上的光程差φ2P是φ2P＝ΔP·(N2-1)/(λ2×10-3)＝20·λ1×10-3/(N1-1)·(N2-1)/(λ2×10-3)＝20·(λ1/λ2)·[(N2-1)/(N1-1)]＝20·(405/655)·[(1.506513-1)/(1.524694-1)]＝11.93≈12通过各台级差ΔP附加在λ3上的光程差φ3P是φ3P＝ΔP·(N3-1)/(λ3×10-3)＝[20·λ1×10-3/(N1-1)]·[(N3-1)/(λ3×10-3)]＝20·(λ1/λ3)·[(N3-1)/(N1-1)]＝20·(405/785)·[(1.503235-1)/(1.524694-1)]＝9.9≈10即，光程差付与结构PST的各台级差ΔP是对λ1、λ2和λ3的各波长没给予实质上相位差的深度。
表1中的i表示光程差付与结构的各环带号码，把包含光轴的环带定为i＝1、把与其外侧(从光轴离开的方向)邻接的环带定为i＝2、再把与其外侧邻接的环带定为i＝3、...。即，在本实施例的像差校正元件L1上形成有10个环带。his和hiL分别表示各环带的始点高度和终点高度。miLd表示各环带在光轴方向上的变化位移量，其符号是把对第一环带(i＝1)向激光光源侧变化位移时定为“-”，把对第一环带(i＝1)向光盘侧变化移动时定为“+”。例如第二环带(i＝2)是对第一环带向激光光源侧变化移动了0.015438mm，第十环带(i＝10)是对第一环带向光盘侧变化移动了0.015438mm。
图9是表示本实施例中没形成光程差付与结构PST时对波长λ1+5(nm)(＝410nm)的波像差的图，图10表示本实施例对波长λ1+5(nm)(＝410nm)的波像差的图。本实施例的衍射结构DOE具有把射入光束的波长向长波长一侧移动和向过校正方向变化的球差特性，图9所示波像差的3级球差成分是0.385λRMS(λ＝410nm)。与此相对图10所示波像差的3级球差成分是0.030λRMS(λ＝410nm)，了解到通过在射入光束的波长向长波长一侧移动时具有向校正不足方向变化的球差特性的光程差付与结构PST，而使衍射结构DOE的球差特性被很好抵消。
表2表示本实施例对λ1(nm)、λ1±5(nm)、λ2(nm)、λ2±5(nm)、λ3(nm)、λ3±5(nm)各波长的波像差的RMS值(9级以下球差成分的平方和的平方根)。从该表了解到本实施例的光学元件对各个高密度光盘HD、DVD和CD具有良好的性能。
附在最后[实施例2]下面把本发明实施例2的透镜数据表示在表3，把光程图表示在图11。本实施例包括由衍射结构DOE形成的第一像差校正元件L1和由光程差付与结构PST形成的第二像差校正元件L2和聚光元件L3。第一像差校正元件L1和第二像差校正元件L2是塑料透镜，聚光元件L3是玻璃透镜。
[光学规格]HD NA1＝0.85，f1＝1.765mm，λ1＝405nm，m1＝0，t1＝0.1mmDVDNA2＝0.65，f2＝1.807mm，λ2＝655nm，m2＝0，t2＝0.6mm[近轴数据]
[光学规格]
使用高密度光盘时的光学规格是波长λ1＝405nm、保护层PL1的厚度t1＝0.1mm、数值口径NA1＝0.85、焦距f1＝1.765mm、倍率m1＝0，使用DVD时的光学规格是波长λ2＝655nm、保护层PL2的厚度t2＝0.6mm、数值口径NA2＝0.65、焦距f2＝1.807mm、倍率m2＝0。
在第一像差校正元件L1的激光光源侧光学面S1上形成的衍射结构DOE是对波长λ1和波长λ2双方产生1级衍射光的结构，其炫耀化波长λB是490nm。对λ1和λ2的衍射效率分别是83.5％、79.0％，对任一个波长都具有高的衍射效率。
在第二像差校正元件L2的光盘侧光学面S4上形成的光程差付与结构PST设定成其各台级差ΔP是满足ΔP＝m1·λ1×10-3/(N1-1)(其中m11＝5)的深度(本实施例中由于N1＝1.524694，所以ΔP＝0.003859mm)。通过各台级差ΔP附加在λ2上的光程差φ2P是φ2P＝ΔP·(N2-1)/(λ2×10-3)＝[5·λ1×10-3/(N1-1)]·[(N2-1)/(λ2×10-3)]＝5·(λ1/λ2)·[(N2-1)/(N1-1)]＝5·(405/655)·[(1.506513-1)/(1.524694-1)]＝2.98≈3即光程差付与结构PST的各台级差ΔP是对λ1和λ2双方没给予实质上相位差的深度。
表3中的i表示光程差付与结构的各环带号码，把包含光轴的环带定为i＝1、把与其外侧(从光轴离开的方向)邻接的环带定为i＝2、再把与其外侧邻接的环带定为i＝3、...。即在本实施例的像差校正元件L1上形成有8个环带。his和hiL分别表示各环带的始点高度和终点高度。mi1表示各环带在光轴方向上的变化移动量，其符号是把对第一环带(i＝1)向激光光源侧变化移动时定为“-”，把对第一环带(i＝1)向光盘侧变化移动时定为“+”。例如第二环带(i＝2)是对第一环带向激光光源侧变化移动了0.003859mm，第八环带(i＝8)是对第一环带向光盘侧变化移动了0.003859mm。
图12是表示在本实施例中没形成光程差付与结构PST时对波长λ1+5(nm)(＝410nm)的波像差的图，图13表示本实施例对波长λ1+5(nm)(＝410nm)的波像差的图。本实施例的衍射结构DOE具有把射入光束的波长向长波长一侧移动和向校正不足方向变化的球差特性，图12所示的波像差的3级球差成分是0.063λRMS(λ＝410nm)。与此相对图13所示波像差的3级球差成分是0.013λRMS(λ＝410nm)，了解到通过在射入光束的波长向长波长一侧移动时具有向过校正方向变化的球差特性的光程差付与结构PST，而使衍射结构DOE的球差特性被很好抵消。
表示本实施例对λ1(nm)、λ1±5(nm)、λ2(nm)、λ2±5(nm)各波长的波像差的RMS值(9级以下球差成分平方和的平方根)。从该表了解到本实施例的光学元件对高密度光盘HD和DVD这双方具有良好的性能。
高密度光盘用途(NA1＝0.85)λ1(nm)0.000λRMSλ1+5(nm) 0.015λRMSλ1-5(nm) 0.019λRMSDVD用途(NA2＝0.65)λ2(nm)0.001λRMSλ2+5(nm) 0.007λRMSλ2-5(nm) 0.007λRMS[实施例3]下面把本发明实施例3的透镜数据表示在表5，把光程图表示在图14。本实施例是在构成一组的聚光元件上具有本发明光学元件功能的物方光学系统，是在激光光源侧的光学面S1上形成衍射结构DOE、在光盘侧的光学面S2上形成光程差付与结构PST的塑料透镜。
[光学规格]HD NA1＝0.67，f1＝2.986mm，λ1＝405nm，m1＝0，t1＝0.6mmDVDNA2＝0.655，f2＝3.070mm，λ2＝655nm，m2＝0，t2＝0.6mm[近轴数据]
[光学规格]
使用高密度光盘时的光学规格是波长λ1＝405nm、保护层PL1的厚度t1＝0.6mm、数值口径NA1＝0.67、焦距f1＝2.986mm、倍率m1＝0，使用DVD时的光学规格是波长λ2＝655nm、保护层PL2的厚度t2＝0.6mm、数值口径NA2＝0.656、焦距f2＝3.070mm、倍率m2＝0。
衍射结构DOE是对波长λ1产生3级衍射光、对波长λ2产生2级衍射光的结构，其炫耀化波长λB是420nm。对λ1和λ2和的衍射效率分别是95.0％、94.0％，对任一个波长都具有高的衍射效率。
光程差付与结构PST设定成其各台级差ΔP是满足ΔP＝mi1·λ1×10-3/(N1-1)(其中mi1＝5)的深度(本实施例中由于N1＝1.567015，所以ΔP＝0.003571mm)。通过各台级差ΔP附加在λ2上的光程差φ2P是φ2P＝ΔP·(N2-1)/(λ2×10-3)＝[5·λ1×10-3/(N1-1)]·[(N2-1)/(λ2×10-3)]＝5·(λ1/λ2)·[(N2-1)/(N1-1)]＝5·(405/655)·[(1.547023-1)/(1.567015-1)]＝2.98≈3即光程差付与结构PST的各台级差ΔP是对λ1和λ2双方没给予实质上相位差的深度。
表5中的i表示光程差付与结构的各环带号码，把包含光轴的环带定为i＝1、把与其外侧(从光轴离开的方向)邻接的环带定为i＝2、再把与其外侧邻接的环带定为i＝3、...。即在本实施例的物方光学系统上形成有4个环带。his和hi1分别表示各环带的始点高度和终点高度。mi1d表示各环带在光轴方向上的变化移动量，其符号是把对第一环带(i＝1)向激光光源侧变化移动时定为“-”，把对第一环带(i＝1)向光盘侧变化移动时定为“+”。例如第二环带(i＝2)是对第一环带向激光光源侧变化移动了0.003571mm，第四环带(i＝4)是对第一环带向光盘侧变化移动了0.003571mm。
图16是表示在本实施例中没形成光程差付与结构PST时对波长λ1+5(nm)(＝410nm)的波像差的图，图17表示本实施例对波长λ1+5(nm)(＝410nm)的波像差的图。本实施例的衍射结构DOE具有把射入光束的波长向长波长一侧移动和向校正不足方向变化的球差特性，图16所示波像差的3级球差成分是0.025λRMS(λ＝410nm)。与此相对图17所示波像差的3级球差成分是0.005λRMS(λ＝410nm)，了解到通过在射入光束的波长向长波长一侧移动时具有向过校正方向变化的球差特性的光程差付与结构PST使衍射结构DOE的球差特性被很好抵消。
表6表示本实施例对λ1(nm)、λ1±5(nm)、λ2(nm)、λ2±5(nm)各波长的波像差的RMS值(9级以下球差成分的平方和的平方根)。从该表了解到本实施例的光学元件对高密度光盘HD和DVD这双方具有良好的性能。
高密度光盘用途 (NA1＝0.67)λ1(nm) 0.003λRMSλ1+5(nm)0.006λRMSλ1-5(nm)0.012λRMSDVD用途(NA2＝0.655)λ2(nm) 0.009λRMSλ2+5(nm)0.007λRMSλ2-5(nm)0.012λRMS
权利要求
1.一种光学元件，该光学元件用于光拾取装置内，以利用从第一光源发出的波长为λ1(nm)的第一光束对包括厚度为t1的保护层的第一盘片进行再现和/或记录信息，并利用从第一光源发出的波长为λ2(λ2＞λ1)(nm)的第二光束对包括厚度为t2(t2≥t1)的保护层的第二盘片进行再现和/或记录信息，该光学元件包括光学表面，在该光学表面上形成有第一相位结构，以具有校正由第一光盘和第二光盘之间的保护层厚度差所造成的球差的功能，或者具有校正由第一光束和第二光束之间的波长差所造成的球差的功能；光学表面，在该光学表面上形成有第二相位结构，以便在第一光束的波长变化时，第二相位结构在与第一相位结构所产生的球差的方向相反的方向上产生一球差。
2.如权利要求1所述的光学元件，其中，第一相位结构是衍射结构。
3.如权利要求1所述的光学元件，其中，第一相位结构是衍射结构，在第一光束入射时，该衍射结构产生第n1级衍射光线作为具有最大衍射效率的衍射光线，而在第二光束入射时，该衍射结构产生第n2级衍射光线(|n1|≥|n2|)作为具有最大衍射效率的衍射光线。
4.如权利要求1所述的光学元件，其中，第二相位结构是光程差付与结构，其包括多个环带区，这些环带区由分别在光轴方向上形成的台级部分所分割。
5.如权利要求1所述的光学元件，其中，当第一光束的波长在(λ1-5)(nm)到(λ1+5)(nm)范围内变化时，第二相位结构具有在与第一相位结构所产生的球差的方向相反的方向上产生球差的功能。
6.如权利要求3所述的光学元件，其中，当N1和N2分别是光学元件对于波长为λ1的第一光束的折射率和对于波长为λ2的第二光束的折射率，且INT(X)是最接近X的整数时，满足以下方程INT(δφD)-δφD＜0 (1)δφD＝{n1×λ1/(N1-1)}/{n2×λ2/(N2-1)} (2)，并且其中，第一相位结构具有球差特性，使得当入射光束的波长向较长波长一侧偏移时，球差变化成过度校正。
7.如权利要求6所述的光学元件，其中，第一相位结构的制造波长λB满足以下方程λB＜λ1。
8.如权利要求6所述的光学元件，其中，第二相位结构具有球差特性，使得当第一光束的波长在(λ1-5)(nm)到(λ1+5)(nm)范围内向较长波长一侧偏移时，球差变化成校正不足。
9.如权利要求3所述的光学元件，其中，当N1和N2分别是光学元件对于波长为λ1的第一光束的折射率和对于波长为λ2的第二光束的折射率，且INT(X)是最接近X的整数时，满足以下方程INT(δφD)-δφD＞0 (4)δφD＝{n1×λ1/(N1-1)}/{n2×λ2/(N2-1)}(5)，并且其中，第一相位结构具有球差特性，使得当入射光束的波长向较长波长一侧偏移时，球差变化成校正不足。
10.如权利要求6所述的光学元件，其中，第一相位结构的制造波长λB满足以下方程λ1＜λB＜λ2。
11.如权利要求9所述的光学元件，其中，第二相位结构具有球差特性，使得在第一光束的波长在(λ1-5)(nm)到(λ1+5)(nm)范围内向较长波长一侧偏移时，球差变化成过度校正。
12.如权利要求1所述的光学元件，其中，第一相位结构形成在非球面上，使得随着非球面上的光程位置越远离光轴，则光程长度变得越长。
13.如权利要求2所述的光学元件，其中，当光程长度被第一相位结构的增加量由以下方程用光程差函数系数B2、B4、B6、B8、B10......以及衍射级数n限定时φb＝n×(B2h2+B4h4+B6h6+B8h8+b10h10+......) (7)B2和B4彼此具有不同的符号。
14.如权利要求1所述的光学元件，其中，在形成有第一相位结构的光学表面上，第一相位结构形成在光学表面最大有效直径的至少0％到70％的范围内，且第一相位结构不形成在最大有效直径的至少85％到100％的范围内。
15.如权利要求1所述的光学元件，其中，在形成有第二相位结构的光学表面上，第二相位结构形成在光学表面的最大有效直径的至少0％到70％的范围内，且第二相位结构不形成在最大有效直径的至少85％到100％的范围内。
16.如权利要求8所述的光学元件，其中，第二相位结构不为波长为λ1的第一光束提供光程差，而为波长为(λ1+5)(nm)的第一光束和波长为(λ1-5)(nm)的第一光束提供光程差。
17.如权利要求11所述的光学元件，其中，第二相位结构不为波长为λ1的第一光束提供光程差，而为波长为(λ1+5)(nm)的第一光束和波长为(λ1-5)(nm)的第一光束提供光程差。
18.如权利要求3所述的光学元件，其中，满足以下方程|λ2-λ1|＞50nm且|n1|＞|n2|。
19.如权利要求18所述的光学元件，其中，λ1在350nm到450nm的范围内，λ2在600nm到700nm的范围内，而n1和n2的组合(n1，n2)满足以下方程(n1，n2)＝(2，1)，(3，2)，(5，3)，(8，5)或(10，6)。
20.如权利要求19所述的光学元件，其中，光学元件由如下材料制成，该材料对于波长为λ1的第一光束的折射率在1.5到1.6的范围内，且对d-线(587.6nm)的阿贝常数在50到60的范围内，衍射结构包括预定数量的环带区，这些环带区由分别在光轴方向上形成的台级部分分割，而在这些台级部分中最靠近光轴的台级部分ΔD(μm)满足以下方程中的一个1.25＜ΔD＜1.65 (8)2.05＜ΔD＜2.55 (9)3.40＜ΔD＜4.10 (10)5.70＜ΔD＜6.45 (11)7.00＜ΔD＜8.00 (12)。
21.如权利要求18所述的光学元件，其中，第二相位结构是光程差付与结构，该结构包括多个环带区，这些环带区由分别在光轴方向上形成的台级部分形成，当ΔP(μm)是第二相位结构的这些台级部分中最靠近光轴的台级部分，N1和N2分别是光学元件对于波长为λ1的第一光束和波长为λ2的第二光束的折射率，且INT(X)是最接近X的整数时，满足以下方程0≤|INT(φ1P)-φ1P|≤0.4 (13)0≤|INT(φ2P)-φ2P|≤0.4 (14)φ1P＝ΔP·(N1-1)/(λ1×10-3) (15)φ2P＝ΔP·(N2-1)/(λ2×10-3) (16)。
22.如权利要求21所述的光学元件，其中，当λ1是在350nm到450nm范围之内、λ2是在600nm到700nm的范围之内，光学元件由如下的材料制成，该材料对于波长为λ1的第一光束的折射率在1.5到1.6的范围内，对于d-线(587.6nm)的阿贝常数在50到60范围内，且p是正整数时，满足以下方程INT(φ1P)＝5p(17)INT(φ2P)＝3p(18)。
23.如权利要求3所述的光学元件，其中，当第三光束入射时，第一相位结构产生第n3级衍射光线(|n2|≥|n3|)。
24.如权利要求23所述的光学元件，其中，λ1在350nm到450nm的范围内，λ2在600nm到700nm的范围内，λ3在700nm到850nm的范围内，而n1、n2和n3的组合(n1，n2，n3)满足以下方程(n1，n2，n3)＝(2，1，1)，(8，5，4)或(10，6，5)。
25.如权利要求24所述的光学元件，其中，光学元件由如下材料制成，该材料对于波长为λ1的第一光束的折射率在1.5到1.6的范围内，且对d-线(587.6nm)的阿贝常数在50到60的范围内，衍射结构包括预定数量的环带区，这些环带区由分别在光轴方向上形成的台级部分分割，而在这些台级部分中最靠近光轴的台级部分ΔD(μm)满足以下方程中的一个1.25＜ΔD＜1.65 (19)5.70＜ΔD＜6.45 (20)7.00＜ΔD＜8.00 (21)。
26.如权利要求23所述的光学元件，其中，第二相位结构是光程差付与结构，该结构包括多个环带区，这些环带区由分别在光轴方向上形成的台级部分形成，当ΔP(μm)是第二相位结构的这些台级部分中最靠近光轴的台级部分，N1、N2和N3分别是光学元件对于波长为λ1的第一光束、波长为λ2的第二光束和波长为λ3的第三光束的折射率，且INT(X)是最接近X的整数时，满足以下方程0≤|INT(φ1P)-φ1P|≤0.4 (22)0≤|INT(φ2P)-φ2P|≤0.4 (23)0≤|INT(φ3P)-φ3P|≤0.4 (24)φ1P＝ΔP×(N1-1)/(λ1×10-3)(25)φ2P＝ΔP×(N2-1)/(λ2×10-3)(26)φ3P＝ΔP×(N3-1)/(λ3×10-3)(27)。
27.如权利要求26所述的光学元件，其中，当λ1是在350nm到450nm范围之内、λ2是在600nm到700nm的范围之内，λ3是在700nm到850nm的范围之内，光学元件由如下的材料制成，该材料对于波长为λ1的第一光束的折射率在1.5到1.6的范围内，对于d-线(587.6nm)的阿贝常数在50到60范围内，且p是正整数时，满足以下方程INT(φ1P)＝10p(28)INT(φ2P)＝6p (29)INT(φ3P)＝5p (30)。
28.如权利要求1所述的光学元件，其中，光学元件包括其上形成第一相位结构的第一结构元件，以及其上形成第二相位结构的第二结构元件。
29.如权利要求1所述的光学元件，其中，光学元件是塑料透镜。
30.如权利要求1所述的光学元件，其中，光学元件是用于光拾取装置中的物方光学系统的结构元件。
31.如权利要求30所述的光学元件，其中，物方光学系统包括像差校正元件和聚光元件，聚光元件将像差校正元件发出的光束会聚到光盘的信息记录表面上。
32.如权利要求30所述的光学元件，其中，物方光学系统是一组结构的聚光元件，而聚光元件为所述光学元件。
33.一种光拾取装置，利用第一光源发出的波长为λ1(nm)的第一光束对包括厚度为t1的保护层的第一盘片进行再现和/或记录信息，并利用从第一光源发出的波长为λ2(λ2＞λ1)(nm)的第二光束对包括厚度为t2(t2≥t1)的保护层的第二盘片进行再现和/或记录信息，所述光拾取装置包括如权利要求1所述的光学元件。
34.如权利要求33所述的光拾取装置，其中，光拾取装置还利用从第一光源发出的波长为λ3(λ3＞λ2)(nm)的第二光束对包括厚度为t3(t3≥t2)的保护层的第二盘片进行再现和/或记录信息，且第三光束在发散光束的状态下入射到光学元件中。
35.一种光学信息记录再现设备，包括如权利要求33所述的光拾取装置，以便至少进行对光盘记录信息和对光盘再现信息。
36.一种光学元件，用于光拾取装置内，以利用从第一光源发出的波长为λ1(nm)的第一光束对包括厚度为t1的保护层的第一盘片进行再现和/或记录信息，并利用从第一光源发出的波长为λ2(λ2＞λ1)(nm)的第二光束对包括厚度为t2(t2≥t1)的保护层的第二盘片进行再现和/或记录信息，该光学元件包括光学表面，在该光学表面上形成衍射结构，以便在第一光束入射时产生第n1级衍射光线作为具有最大衍射效率的衍射光线，并在第二光束入射时产生第n2级衍射光线(|n1|≥|n2|)作为具有最大衍射效率的衍射光线；以及光学表面，在该光学表面上形成光程差付与结构，该结构包括多个环带区，这些环带区由分别在光轴方向上形成的台级部分分割。
37.如权利要求36所述的光学元件，其中，当第一光束的波长在(λ1-5)(nm)到(λ1+5)(nm)范围内变化时，光程差付与结构具有在与衍射结构所产生的球差的方向相反的方向上产生球差的功能。
38.如权利要求37所述的光学元件，其中，当N1和N2分别是光学元件对于波长为λ1的第一光束的折射率和对于波长为λ2的第二光束的折射率，且INT(X)是最接近X的整数时，满足以下方程INT(δφD)-δφD＜0 (1)δφD＝{n1×λ1/(N1-1)}/{n2×λ2/(N2-1)}(2)，并且其中，衍射结构具有球差特性，使得当入射光束的波长向较长波长一侧偏移时，球差变化成过度校正。
39.如权利要求38所述的光学元件，其中，衍射结构包括多个环带区，这些环带区由分别在光轴方向上形成的台级部分所分割，并且当ΔD(μm)是这些台级部分中最靠近光轴的台级部分，制造波长是λB(nm)(λB＜λ1)，NB是光学元件对于制造波长λB的折射率时，满足以下方程ΔD＝n1·λB×10-3/(NB-1) (3)
40.如权利要求38所述的光学元件，其中，衍射结构具有球差特性，使得当第一光束的波长在(λ1-5)(nm)到(λ1+5)(nm)范围内向较长波长一侧偏移时，球差变化成校正不足。
41.如权利要求37所述的光学元件，，当N1和N2分别是光学元件对于波长为λ1的第一光束的折射率和对于波长为λ2的第二光束的折射率，且INT(X)是最接近X的整数时，满足以下方程INT(δφD)-δφD＜0 (4)δφD＝{n1×λ1/(N1-1)}/{n2×λ2/(N2-1)}(5)，并且其中，衍射结构具有球差特性，使得当入射光束的波长向较长波长一侧偏移时，球差变化成校正不足。
42.如权利要求41所述的光学元件，其中，衍射结构包括多个环带区，这些环带区由分别在光轴方向上形成的台级部分所分割，并且当ΔD(μm)是这些台级部分中最靠近光轴的台级部分，制造波长是λB(nm)(λ1＜λB＜λ2)，NB是光学元件对于制造波长λB的折射率时，满足以下方程ΔD＝n1·λB×10-3/(NB-1) (6)。
43.如权利要求41所述的光学元件，其中，光程差付与结构具有球差特性，使得当第一光束的波长在(λ1-5)(nm)到(λ1+5)(nm)范围内相较长波长一侧偏移时，球差变化成过度校正。
44.如权利要求36所述的光学元件，其中，光程差付与结构形成在非球面上，使得随着非球面上的光程位置越远离光轴，则光程的长度变得越长。
45.如权利要求36所述的光学元件，其中，在形成有光程差付与结构的光学表面上，衍射结构形成在光学表面最大有效直径的至少0％到70％的范围内，且衍射结构不形成在最大有效直径的至少85％到100％的范围内。
46.如权利要求36所述的光学元件，其中，光学元件由如下材料制成，该材料对于波长为λ1的第一光束的折射率在1.5到1.6的范围内，且对d-线(587.6nm)的阿贝常数在50到60的范围内，衍射结构包括预定数量的环带区，这些环带区由分别在光轴方向上形成的台级部分分割，而在这些台级部分中最靠近光轴的台级部分ΔD(μm)满足以下方程中的一个1.25＜ΔD＜1.65 (8)2.05＜ΔD＜2.55 (9)3.40＜ΔD＜4.10 (10)5.70＜ΔD＜6.45 (11)7.00＜ΔD＜8.00 (12)。
47.如权利要求36所述的光学元件，其中，当λ1是在350nm到450nm范围之内、λ2是在600nm到700nm的范围之内，光学元件由如下的材料制成，该材料对于波长为λ1的第一光束的折射率在1.5到1.6的范围内，对于d-线(587.6nm)的阿贝常数在50到60范围内，ΔP(μm)是光程差付与结构的这些台级部分中最靠近光轴的台级部分，N1和N2分别是光学元件对于波长为λ1的第一光束和波长为λ2的第二光束的折射率，且INT(X)是最接近X的整数，P是正整数时，满足以下方程φ1P＝ΔP×(N1-1)/(λ1×10-3) (15)φ2P＝ΔP×(N2-1)/(λ2×10-3) (16)INT(φ1P)＝5p (17)INT(φ2P)＝3p (18)。
48.如权利要求36所述的光学元件，其中，当第三光束入射时，衍射结构产生第n3级衍射光线(|n2|≥|n3|)。
49.如权利要求48所述的光学元件，其中，λ1在350nm到450nm的范围内，λ2在600nm到700nm的范围内，λ3在700nm到850nm的范围内，而n1、n2和n3的组合(n1，n2，n3)满足以下方程(n1，n2，n3)＝(2，1，1)，(8，5，4)或(10，6，5)。
50.如权利要求49所述的光学元件，其中，光学元件由如下材料制成，该材料对于波长为λ1的第一光束的折射率在1.5到1.6的范围内，且对d-线(587.6nm)的阿贝常数在50到60的范围内，衍射结构包括预定数量的环带区，这些环带区由分别在光轴方向上形成的台级部分分割，而在这些台级部分中最靠近光轴的台级部分ΔD(μm)满足以下方程中的一个1.25＜ΔD＜1.65 (19)5.70＜ΔD＜6.45 (20)7.00＜ΔD＜8.00 (21)。
51.如权利要求48所述的光学元件，其中，当ΔP(μm)是光程差付与结构的台级部分中最靠近光轴的台级部分，N1、N2和N3分别是光学元件对于波长为λ1的第一光束、波长为λ2的第二光束和波长为λ3的第三光束的折射率，且INT(X)是最接近X的整数时，满足以下方程0≤|INT(φ1P)-φ1P|≤0.4 (22)0≤|INT(φ2P)-φ2P|≤0.4 (23)0≤|INT(φ3P)-φ3P|≤0.4 (24)φ1P＝ΔP×(N1-1)/(λ1×10-3)(25)φ2P＝ΔP×(N2-1)/(λ2×10-3)(26)φ3P＝ΔP×(N3-1)/(λ3×10-3)(27)。
52.如权利要求5 1所述的光学元件，其中，当λ1是在350nm到450nm范围之内、λ2是在600nm到700nm的范围之内，λ3是在700nm到850nm的范围之内，光学元件由如下的材料制成，该材料对于波长为λ1的第一光束的折射率在1.5到1.6的范围内，对于d-线(587.6nm)的阿贝常数在50到60范围内，且p是正整数时，满足以下方程INT(φ1P)＝10p (28)INT(φ2P)＝6p (29)INT(φ3P)＝5p (30)。
53.如权利要求36所述的光学元件，其中，所述光学元件为塑料透镜。
54.一种光拾取装置，利用第一光源发出的波长为λ1(nm)的第一光束对包括厚度为t1的保护层的第一盘片进行再现和/或记录信息，并利用从第一光源发出的波长为λ2(λ2＞λ1)(nm)的第二光束对包括厚度为t2(t2≥t1)的保护层的第二盘片进行再现和/或记录信息，所述光拾取装置包括如权利要求36所述的光学元件，且第三光束在发散光束的状态下入射到光学元件中。
全文摘要
一种光学元件，该光学元件用于光拾取装置内，以利用从第一光源发出的第一光束对包括保护层的第一盘片进行再现和/或记录信息，并利用从第一光源发出的第二光束对包括保护层的第二盘片进行再现和/或记录信息，该光学元件包括光学表面，在该光学表面上形成有第一相位结构，以具有校正球差的功能；光学表面，在该光学表面上形成有第二相位结构，以便在第一光束的波长变化时，第二相位结构在与第一相位结构所产生的球差的方向相反的方向上产生球差。
文档编号G11B7/125GK1611981SQ20041008960
公开日2005年5月4日 申请日期2004年10月28日 优先权日2003年10月31日
发明者木村彻 申请人:柯尼卡美能达精密光学株式会社