带相位补偿板的激光头物镜及使用它的激光头装置

具体实施方式

第一实施例

下面，详细说明本发明的第一实施例。图1表示本发明的激光头的一个实例。简而言之，三波长激光器100配备有HD-DVD用光源(波长λ＝405nm)、DVD用光源(波长λ＝655nm)、CD用光源(波长λ＝790nm)。从三波长激光器100射出的激光101分别为具有一定发散角的发散光，且通过偏振光分光器102，并由准直透镜103转换成大体平行光。将该平行光供给作为本发明的特征的透镜模块104，并直到衍射极限附近聚光到光盘109的信息记录面上。由光盘109的信息记录面所反射的激光束再通过透镜模块104供给偏振光分光器102，被偏振光分光器102反射后，通过检测器110进行光电变换。光盘装置根据通过该光电变换得到的电信号来生成对焦伺服信号、循迹伺服信号及读取信号等。再有，HD-DVD用、DVD用、CD用光盘的透明基板厚度分别为0.6mm、0.6mm、1.2mm。

其次，详细说明作为本发明的特征的透镜模块104。本实施例中所示的透镜模块104由限制孔径105、相位补偿板106、1/4波长片107及聚光透镜108构成。在对焦伺服及循迹伺服时，透镜模块104成为一体由未图示的驱动机构操纵。

限制孔径105是一直以来使用的元件，用于决定透镜模块104的有效数值孔径。即，在光盘109是HD-DVD的情况下，操纵限制孔径105以使透镜模块104的有效数值孔径约为0.65，在光盘109是DVD的情况下，操纵限制孔径105以使透镜模块104的有效数值孔径约为0.60，在光盘109是CD的情况下，操纵限制孔径105以使透镜模块104的有效数值孔径约为0.44。作为限制孔径105，可使用例如日本特开平9-54977号公报所公开的波长选择滤光器。

相位补偿板106是用来进行补偿以降低不能用聚光透镜108完全降低的波面像差成分的元件，在本实施例中，它是只在光盘为CD的情况下进行工作的元件。其详述构造将于后述。

1/4波长片107是用于将激光的线性偏振光转变为圆偏振光的元件。聚光透镜108是起到将激光束聚光到光盘109的信息记录面上的作用的元件，如图2所示，其单面具有不连续的非球面形状。确定这种不连续的非球面形状以尽量抑制HD-DVD和DVD的记录或读取时的波面像差。关于其具体确定方法，已在先前提出的日本特开2004-127510号公报中公开。

图8、图9、图10是图1中所示的透镜模块104和光盘109的透镜数据，图8相当于HD-DVD的情况，图9相当于DVD的情况，图10相当于CD的情况。作为本实施例的相位补偿板106由于使用如后述的液晶像差修正元件，因而其材质为玻璃类。再有，聚光透镜108的材质为塑料类，光盘109的透明基板为聚碳酸酯(PC)。这些材质的每个波长的折射率如图8、图9、图10所示。此外，“空气”是指面与面之间充满空气。

如图1所示，虽然透镜模块104中包含1/4波长片107，但是1/4波长片107是只具有操作光的偏振光面的功能的平板元件，由于在确定构成透镜模块104的其它光学元件的面形状时不产生影响，所以在图8、图9、图10的各透镜数据中，为了简便而省略了其记载。

图11、图12、图13是以数表表现了聚光透镜108的非球面形状的图。通常，在图29所表示的坐标系中，将透镜的非球面形状用所谓垂度z表示为下面的式(1)。其中，c＝1/R。

$>>Z>=>>>cr>2>>>!>+>>>(>1>->>(>1>+>k>)>>>c>2>>>r>2>>)>\; >\; >+>>\Sigma >>i>=>2>>8>{}_{}>>r>>2>i>>>+>B>>>式(1)$

如果用该式(1)的参数来标明聚光透镜108的物体侧的面，则如图11、图12、图13所示。即，如图2所示，由于聚光透镜108的物体侧的面具有不连续的非球面形状，所以在构成这种不连续非球面形状的每个区域中标明该非球面形状。图11、图12、图13中的“区域范围”表示在各区域中用式(1)表示的非球面形状有效的透镜半径(单位为mm)。而且，图11、图12、图13中的“B”表示光轴上的下垂量(单位为mm)。由连续的非球面形状构成的像侧的面由图13表示。再有，图11、图12、图13中表示的各参数的值是为了将HD-DVD和DVD的记录和读取时的波面像差抑制得尽量小而确定的结果。

如图11、图12、图13所示，聚光透镜108的物体侧的面由10个环带状区域构成，由于从含光轴的区域向透镜外侧方向数到第七区域是在HD-DVD和DVD的记录读取时共用的区域，所以下面称为HD-DVD/DVD共用区域，而从第八到第十区域有于是仅在HD-DVD时使用的区域，所以以下称为HD-DVD专用区域。

图14表示的是，在图11、图12、图13所示的各非球面部分中，当以第一区间的大概光程为基准时，相当于HD-DVD/DVD共用区域和HD-DVD专用区域的第二到第十区间的大概光程分别偏移了波长λ的大致多少倍。

从图14可知，第二到第十区间对于波长405nm的HD-DVD而言其差为2mλ，对于波长655nm的DVD及波长790nm的CD而言其差为mλ(m为整数)。这是因为，由于短波长λ1在380-430nm之间，长波长λ2在630-680之间，λ3在波长790nm附近，所以易于满足上述大概光程差的关系。

图3表示进行不连续的非球面形状的最优化时的HD-DVD的波面像差分布的计算结果，图4表示DVD的波面像差分布的计算结果。图3和图4都是将在信息记录面上产生的波面像差通过光线追踪换算成在聚光透镜108的瞳面上的波面像差的结果，横轴是表示以聚光透镜的半径进行了标准化的聚光透镜的标准化半径。HD-DVD的波面像差的rms值为0.034，DVD的波面像差的rms值为0.035，在任何情况下直到衍射极限附近都可将激光束聚光到光盘的信息记录面上。

另一方面，CD的波面像差分布的同样的计算结果则如图5的实线所示。该波面像差的rms值为0.177，与HD-DVD和DVD的情况比较非常大，在CD的情况下直到衍射极限附近不能将激光束聚光到光盘的信息记录面上。这是因为，聚光透镜108的不连续非球面形状的确定始终对CD的波面像差没有做任何考虑，而只不过是为了尽量抑制HD-DVD和DVD的记录或读取时的波面像差。但是，通过聚光透镜108的面形状可以控制波面像差的波长的数量最大为两个，对于两种以上的波长，为了降低波面像差还需要采用其它手段。再有，图5的实线所示的波面像差分布含有不连续点是由于为了尽可能抑制在聚光透镜108的单面上进行HD-DVD和DVD的记录或读取时的波面像差而存在不连续的非球面形状。

相位补偿板106起到了降低CD在记录或读取时利用聚光透镜108没有完全降低的、由图5的实线所示的波面像差成分的作用。即，相位补偿板106对其通过的激光束加上与图5中的虚线所示的相位差符号相反的相位差，作为结果进行达到如图7所示的波面像差那样的操作。下面，详细说明相位补偿板106的动作。

图2表示相位补偿板106的实例。相位补偿板106由多个同心圆状的相位修正要素构成，由各相位修正要素激光束分别形成的相位差量不同。如图2所示，当将同心圆状的相位修正要素从相位补偿板106的中心方向设为p1、p2、…、pn，并将其各外延设为b1、b2、…、bn时，则在本实施例中，在使由各相位修正要素所形成的相位差为p1＝0λ、p2＝-0.12λ、p3＝一0.24λ、p4＝-0.36λ、p5＝-0.48λ、p6＝-0.36λ、p7＝-0.24λ、p8＝-0.12λ、p9＝0λ的情况下，各相位修正要素的外延如果以CD在记录或读取时的限制孔径105的半径进行了标准化的标准化半径来说为b1＝0.204、b2＝0.262、b3＝0.363、b4＝0.507、b5＝0.549、b6＝0.601、b7＝0.651、b8＝0.674、b9＝1(参照图5、图6)。

图7表示使用相位补偿板106来降低CD在记录或读取时利用聚光透镜108没有完全降低的以图5的实线所示的波面像差成分的情况的波面像差的计算结果。相对于补偿前的波面像差的rms值为0.177，补偿后的波面像差的rms值为0.040，可见有大幅度地改善。这次，虽然使由各相位修正要素所形成的相位差设为-0.12λ的倍数，但是，如果取例如-0.10λ的倍数，则可进一步降低波面像差的rms值。但是，必须用更多的各相位修正要素来构成相位补偿板106。再有，这次，虽将由各相位修正要素所形成的相位差取某个值的倍数，但并不是必须将各相位修正要素所形成的相位差取某个值的倍数。例如，也有如下设定的方法，即将各相位修正要素的外延b1、b2、…、bn设定成与聚光透镜108的不连续点a1、a2、…、am(参照图2)极不一致。这种情况下，即使对于相位补偿板106和聚光透镜108的位置偏移也有利于增加容许度。

此外，相位补偿板106必须只在光盘为CD的情况下产生上述相位差。对于HD-DVD和DVD，由于设计成由聚光透镜108的不连续的非球面形状减小波面像差，所以这种情况下，相位补偿板106反而增大波面像差。因此，相位补偿板106必须是能以机械方法插入到光路中，或者能以电学方法控制其运转或停止。作为后者的实例，可使用日本特开平10-269611号公报所公开的液晶像差修正元件。

再有，也可以考虑如下的方法，即，使聚光透镜108只对一个波长具有降低波面像差的作用，而对于对其它两个波长不能降低的波面像差则使用两个最优化的上述相位补偿板106分别对两个波长补偿波面像差的方法。但是，由于相位补偿板具有有限的透射率，所以在使用两个的情况下，与使用一个的情况相比在透射率方面是不利的。

第二实施例

下面，详细说明本发明的第二实施例。在第一实施例中，作为相位补偿板，需要能以机械方法插入到光路中，或者能以电学方法控制其运转或停止的元件，作为其实例可使用液晶补偿板作为相位补偿板。另一方面，第二实施例的特征是，不必将相位补偿板以机械方法插入到光路中，或以电学方法控制其动作，而且，与第一实施例比较，本发明的透镜模块的结构变得非常简单。

图15表示本发明的激光头的一个实例。简而言之，三波长激光器100配备有HD-DVD用光源(波长λ＝405nm)、DVD用光源(波长λ＝655nm)、CD用光源(波长λ＝790nm)。从三波长激光器100射出的激光101分别为具有一定发散角的发散光，且通过偏振光分光器102，并由准直透镜103转换成大体平行光。该平行光由1/4波长片125将激光101的线性偏振光转变成圆偏振光后，供给到作为本发明的特征的透镜模块120，并直到衍射极限附近聚光到光盘109的信息记录面上。由光盘109的信息记录面所反射的激光束再次通过透镜模块120，并由1/4波长片125使光的偏振光从圆偏振光变换成相对于入射光的偏光面旋转90度的线性偏振光。其后，将其供给偏振光分光器102，由偏振光分光器102反射后，通过检测器110进行光电变换。光盘装置根据经该光电变换所得到的电信号来生成对焦伺服信号、循迹伺服信号及读取信号等。再有，HD-DVD用、DVD用、CD用光盘的透明基板厚度分别为0.6mm、0.6mm、1.2mm。

其次，详细说明作为本发明的特征的透镜模块120。本实施例中所示的透镜模块120由限制孔径121、相位补偿板122、聚光透镜123构成。在对焦伺服及循迹伺服时，透镜模块120成为一体由未图示的驱动机构操纵。

再有，与第一实施例不同，透镜模块120不包含1/4波长片125。这是因为第一实施例中作为相位补偿板106使用的液晶像差修正元件具有偏光特性，与需要将1/4波长片107配置于相位补偿板106的后段相反，第二实施例中作为相位补偿板122使用的元件没有偏光特性，1/4波长片125在光路上的配置位置不受相位补偿板122的限制。另一方面，由于透镜模块120成为一体由未图示的驱动机构操纵，所以透镜模块120因体积小重量轻量而提高了对焦伺服及循迹伺服的特性。因此，在第二实施例中，将1/4波长片125配置于透镜模块120之外且比透镜模块120更靠前，与第一实施例比较，还可简化透镜模块120的结构。

限制孔径121确定了透镜模块104的有效数值孔径NA。但是，与第一实施例不同，限制孔径121的孔径所使用的物体不是活动的而是固定的，其孔径直径确定为，在光盘109为HD-DVD的情况下其有效数值孔径NA＝约0.65。具体地，根据孔径直径＝2×NA×透镜焦距的关系，由于透镜焦距＝3.102mm，因而限制孔径121的孔径直径＝4.032mm。

另一方面，在光盘109为DVD或CD的情况下，如第一实施例中所述，由于通常需要变为各预定孔径直径，所以其孔径控制方法成为问题。为解决该问题，首先在光盘109为DVD的情况下，将透镜模块120的有效数值孔径NA设计成约为0.629。这样，通过与透镜焦距＝3.205mm的关系，则与HD-DVD所必须的限制孔径121的孔径直径＝4.032mm相同。因此，由于可将孔径直径＝4.032mm的固定孔径的限制孔径121共用于HD-DVD和DVD，所以在DVD的情况下孔径控制不成问题。另一方面，在光盘109为CD的情况下，使后面详述的相位补偿板122也同时具有CD用孔径限制功能，从而解决了该孔径控制问题。对于CD情况下的孔径控制将在相位补偿板122的说明中详述。

相位补偿板122进行补偿以降低利用聚光透镜123没有完全降低的CD的波面像差成分，在本实施例中，与第一实施例不同，不需要将相位补偿板122以机械方法插入到光路中或以电学方法进行动作控制，即使光盘109为HD-DVD、DVD、CD中任一种，也可在光路中固定放置并使用。这里只是描述了概要，其详情将在后面与CD情况下的孔径控制一起叙述。

聚光透镜123是起将激光束聚光到光盘109的信息记录面上的作用的元件，如图28所示，在其单面上具有不连续的非球面形状。确定该不连续非球面形状以尽量抑制HD-DVD和DVD在记录或读取时的波面像差。

图20、图21、图22是图15中所示的透镜模块120和光盘109的透镜数据，图20相当于HD-DVD的情况，图21相当于DVD的情况，图22相当于CD的情况。本实施例的相位补偿板122的材质为塑料类，聚光透镜123的材质为塑料类，光盘109的透明基板为聚弹酸酯(PC)。这些材质的每个波长的折射率如图20、图21、图22所示。此外，“空气”是指面与面之间充满空气。

图23、图24、图25以数表表现了聚光透镜123的非球面形状。如果用该式(1)的参数来标明聚光透镜123的物体侧的面，则如图23、图24、图25所示。即，如图28所示，由于聚光透镜123的物体侧的面具有不连续的非球面形状，所以在构成这种不连续的非球面形状的每个区域中都标明该非球面形状。图23、图24、图25中的“区域范围”表示在各区域中用式(1)表示的非球面形状有效的透镜半径(单位为mm)。而且，图23、图24、图25中的“B”表示光轴上的下垂量(单位为mm)。由连续的非球面形状构成的像侧的面由图25表示。再有，图23、图24、图25中表示的各参数的值是为了将HD-DVD和DVD在记录和读取时的波面像差抑制得尽量小而确定的结果。

如图23、图24、图25所示，聚光透镜123的物体侧的面由9个环带状区域构成，在第二实施例中，由于全部区域都是在HD-DVD和DVD的记录读取时一起使用的区域，所以全部都为HD-DVD/DVD的共用区域，。

图26表示的是，在图23、图24、图25所示的各非球面部分中，当以第一区间的大概光程为基准时，相当于HD-DVD/DVD共用区域的第二到第九区间的大概光程分别偏移了波长λ的大概多少倍。

从图26可知，第二到第九区间相对于波长405nm的HD-DVD的差为2mλ，相对于波长655nm的DVD及波长790nm的CD的差为mλ(m为整数)。这是因为，由于短的波长λ1在380-430nm之间，长波长λ2在630-680之间，λ3在波长790nm附近，所以易于满足上述大概光程差的关系。

相位补偿板122的特征如图28所示，具有以光轴为中心的环带构造，且由各环带对光形成的相位差不同。该效果通过在相位补偿板122上设置台阶状的环带构造，且对每个环带在光轴方向上具有各不相同的深度D来实现。但是，以λ1＝405nm的波长的光为基准光，并根据与对应于该基准光的相位补偿板122的材料的折射率n1的关系来确定环带深度D以满足D＝α×λ1/(n1-1)式。上式中的α为整数。这就是将环带深带度D设定为，无论在λ1＝405nm的基准光通过和不通过某个环带的情况下，实质上波面的相位都不偏移。即，满足该式的相位补偿板122对HD-DVD的波长的光变得不灵敏。再有，由深度D所产生的DVD的波长λ2中的相位差为Φ2＝D/λ2、Φ2’＝n2.D/λ2时，可由下式表示。

＝(n2-1)D/λ2

＝α(λ1/λ2)(n2-1)/(n1-1)

$>>\Delta \Phi >2>=>\Phi >2>->\Phi >>2>\prime >>>>$

$>>=>>(>n>2>->1>)>>D>/>\lambda >2>>>$

$>>=>a>>(>\lambda >1>/>\lambda >2>)>>>(>n>2>->1>)>>/>>(>n>1>->1>)>>>>$

如果选择α以使该的值接近整数，则相位补偿板122处于对DVD的波长的光接近于不灵敏的状态。

而且，由深度D所产生的CD的波长λ3中的相位差可由下式表示。

$>>\Delta \Phi >3>=>\Phi >3>->\Phi >>3>\prime >>>>$

$>>=>>(>n>3>->1>)>>D>/>\lambda >3>>>$

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这时，对于CD的波长的光，由于相位差可以用相位补偿板122进行补偿，所以不必接近于整数，要求经验上满足下式。

$>>\Delta \Phi >3>\le >0.20>>>$

为了分别满足这些条件地，改变参数值反复计算以求出最佳值。在本实施例中，整数α被确认为10的倍数，即10、20、30…满足这些条件。

再有，根据λ2＝655nm的波长和其对应的相位补偿板122的材料的折射率n2的关系，将深度D设定为，无论λ2＝655nm的波长的光通过和不通过某个环带的情况下，波面的相位都尽可能没有偏移。

上述条件下，在本实施例中，将整数α设定为10的倍数。再有，由于整数α是由上述λ1、n1、λ2、n2的关系确定的值，所以根据使用的光源的波长和透镜材料等而不必限定于10的倍数，此外，即使在本实施例中，除10的倍数以外也可以取例如20的倍数。再有，深度D也可将λ2＝655nm的波长作为基准光来进行设定。

在本实施例中，整数α虽从10的倍数中选择，但各环带的具体的整数α的值，在满足上述条件的范围内最终可设定为，将CD中所用的波长λ3＝790nm的激光以平行光入射到上述聚光透镜123的情况下，将CD在记录或读取时的波面像差抑制得尽可能小。

再有，在上述实例中，在D＝α×λ1/(n1-1)式中，虽然将α取为整数，但并不限于此。图47、图48是在α分别为10和20的情况下，当以α＝10、20为中心取其左右的值时列表表示相位偏移的值。如图47所示，在α＝10的情况下，当以相位偏移(Errorλn)的值小于0.1为条件时，则可知α的值为9.9-10.1满足该条件。此外，如图48所示，在α＝20的情况下，当以相位偏移(Errorλn)的值以小于0.1为条件时，则可知α的值为19.94-20.1满足该条件。只要α的值大约为整数值±10％，则可将相位偏移控制在期望的范围内。

图27是表示利用上述方法最优化的相位补偿板122的构造的图。环带数为18个，各环带的深度D如图27所示。但是，如图27所示，相位补偿板122的面形状和深度D如下确定：在从含光轴的环带数起直到第十七个的环带(b17＝1.5162mm)中，都将CD在记录或读取时的波面像差抑制得尽量小，在其外侧的第十八个环带中，则敢于增大CD在记录或读取时的波面像差。第十八个环带用于使CD在记录或读取时具有孔径限制功能。在本实施例中，使第十八个环带的D为0。再有，构成相位补偿板122的各环带的面做成与光轴垂直的平面。

在如上最优化的图15的光学系统中，图16表示HD-DVD的波面像差分布的计算结果，图17表示DVD的波面像差分布的计算结果。图16和图17都通过光线追踪将在信息记录面上产生的波面像差换算成聚光透镜123的瞳面上的波面像差，其横轴表示以聚光透镜的半径经标准化的聚光透镜的标准化半径。HD-DVD的波面像差的rms值为0.036，DVD的波面像差的rms值为0.034，任何情况下直到衍射极限附近都能将激光束聚光到光盘的信息记录面上。

图19表示CD的瞳面上的波面像差分布的计算结果。另一方面，图18表示将直到相当于第十七个环带的部分挑出的、CD的瞳面上的波面像差分布的计算结果。由图18和图19可知，虽然在相当于相位补偿板122的第十七个环带的范围内显示出大体良好的波面像差特性，但在相当于最外侧的第十八个环带的范围内的波面像差则增大。这是因为，如图27所示，如上所述的相位补偿板122的面形状和深度D如下确定：从含光轴的环带数起直到第十七个环带中都设计成将CD在记录或读取时的波面像差抑制得尽量小，与之相反，在设计其外侧的第十八个环带时，则将CD在记录或读取时的波面像差增大。这时，在通过了相当于波面像差增大的第十八个环带的区域的CD中所使用的波长λ3＝790nm的激光，由于因其像差大而成为所谓杂散光(フレア光)而漫射，所以直到衍射极限附近都不能聚光到光盘109的信息记录面上。另一方面，在通过了从含光轴的环带数起直到第十七个环带的CD中所使用的波长λ3＝790nm的激光，由于其像差非常小，所以直到衍射极限附近都能聚光到光盘109的信息记录面上。

具体地，根据图18，当计算直到与有利于在光盘109上形成光斑的第十七个环带(b17＝1.5162mm，参照图28)相当的部分的波面像差时，其rms值为0.031。即在CD中，相位补偿板122的最外侧的第十八个环带起到了孔径限制的作用，并可利用通过了从第一到第十七个环带的光直到衍射极限附近将激光束聚光到光盘的信息记录面上。这种情况下，根据CD有效孔径直径＝2×b17＝3.032mm和透镜焦距＝3.226mm的关系，CD的NA则为0.47。

这样便可知，相位补偿板122的最外侧的第十八个环带在CD时起到了孔径限制的作用。

另一方面，如上所述，相位补偿板122的环带构造，也包含第十八个环带的最佳设计是，对于波长λ1＝405nm的光，做成不由相位补偿板122的环带构造产生相位差，而对于波长λ2＝655nm的光，做成尽可能不由相位补偿板122的环带构造产生相位差。因此，对于波长λ1＝405nm的光和波长λ2＝655nm的光，即使原样地使用相位补偿板122，也不会显著增大HD-DVD和CD在记录或读取时的波面像差。

具体地，虽然图16表示HD-DVD的波面像差分布的计算结果，图17表示DVD的波面像差分布的计算结果，但这些结果是也包含相位补偿板122的结果，显示出在聚光透镜123的瞳面的整个面上可得到非常小的波面像差值。

即，最外侧的第十八个环带也包含在内的相位补偿板122的全部环带对波长λ1＝405nm的光和波长λ2＝655nm的光没有孔径限制之类的作用，而相位补偿板122的最外侧环带仅在CD时起到了孔径限制的作用。

再有，对于只在CD时具有孔径限制功能的相位补偿板122的最外侧环带，为了提高其杂散光特性，也可由多个环带构成。

这样，根据第二实施例，其具有以下三点优点：(1)不必使用对应于各光盘的可变孔径，(2)即使就相位补偿板而言，也不需要将其以机械方法插入到光路中或以电学方法进行动作控制，(3)由于可将1/4波长片配置在静态的相位板的靠前位置，因而无需与透镜模块做成一体，所以与第一实施例相比，本发明的透镜模块的结构变得非常简单。

再有，上述第一实施例和上述第二实施例虽考虑了作为与超高密度记录对应的光盘的HD-DVD，但即使在考虑蓝光盘的情况下，也可通过同样的设计来实现。但是，在这种情况下，根据必要的有效数值孔径的关系，由于在聚光透镜上必须存在蓝光盘专用区域，所以使蓝光盘专用区域具有DVD孔径限制功能是有效的。这是因为，如第二实施例所述，通过使相位补偿板具有CD的孔径限制功能，从而不需要使用可变的限制孔径。再有，关于在专用区域中设置DVD的孔径限制功能的方法，可以按照已有的设计方法，设计成具有只将DVD的波长作为杂散光并使之漫射的作用的结构等来实现。

第三实施例

下面，详细说明本发明的第三实施例。在上述第一和第二实施例中，聚光透镜的物体侧的面具有不连续的非球面形状。如上所述，这是以将HD-DVD和DVD在记录或读取时的波面像差抑制得尽可能小为目的而设计的形状。另一方面，在本第三实施例的聚光透镜的物体侧和像侧的面具有连续的非球面形状；在相位补偿板的一个面上为将HD-DVD和DVD在记录或读取时的波面像差抑制得尽量小而设计成不连续的非球面形状，而在另一个面上为将CD在记录或读取时的波面像差抑制得尽量小而设计成以光轴为中心的环带构造，并由各环带形成的相位差不同。

本第三实施例在聚光透镜的面上难以形成不连续的非球面形状的情况下特别有效。例如，在蓝光盘的记录或读取中，由相位补偿板和聚光透镜构成的透镜模块的有效数值孔径必须为约0.85左右的值时。这种情况下，从透镜曲率的观点等出发，理想的是聚光透镜的材质使用折射率尽可能大的材料，玻璃类材料是合适的。但是，玻璃类的材料的折射率虽大，但由于其熔点通常高达600度以上，作为能耐该温度的透镜成型的金属模具，必须使用在金属模具表面上难以刻上细微构造的硬质合金的金属模具。

于是，本第三实施例说明的是在蓝光盘的记录或读取中，使用难以形成不连续的非球面形状的玻璃透镜的情况。

图15表示本发明的激光头的一个实例。简而言之，三波长激光器100配备有蓝光盘用光源(波长λ＝405nm)、DVD用光源(波长λ＝655nm)、CD用光源(波长λ＝790nm)。从三波长激光器100射出的激光101分别为具有一定发散角的发散光，并通过偏振光分光器102后由准直透镜103转换成大体平行光。该平行光由1/4波长片125将激光101的线性偏振光转变成圆偏振光后，供给到作为本发明的特征的透镜模块120，直到衍射极限附近聚光到光盘109的信息记录面上。由光盘109的信息记录面所反射的激光束再通过透镜模块120，并由1/4波长片125使光的偏振光从圆偏振光转换成为相对入射光的偏光面旋转90度的线性偏振光。其后，将其供给到偏振光分光器102，并由偏振光分光器102反射后，通过检测器110进行光电变换。光盘装置根据由该光电变换所得的电信号生成对焦伺服信号、循迹伺服信号及读取信号等。再有，蓝光盘用、DVD用、CD用光盘的透明基板厚度分别为0.1mm、0.6mm、1.2mm。

其次，详细说明作为本发明的特征的透镜模块120。本实施例中所示的透镜模块120由限制孔径121、相位补偿板122和聚光透镜123构成。在对焦伺服及循迹伺服时，透镜模块120成为一体并由未图示的驱动机构操纵。

再有，与第一实施例不同，透镜模块120不包含1/4波长片125，这与第二实施例相同。这是因为，第三实施例中作为相位补偿板122使用的元件与第二实施例同样没有偏光特性，1/4波长片125在光路上的配置位置不受相位补偿板122的限制。这样，与第一实施例比较，也可简化透镜模块120的结构。

限制孔径121确定了透镜模块104的有效数值孔径NA。但是，与第一实施例不同，限制孔径121的孔径使用的不是可动的而是固定的物体，其孔径直径确定为在光盘109为蓝光盘的情况下其有效数值孔径NA＝约0.85。具体地，根据孔径直径＝2×NA×透镜焦距的关系，由于透镜焦距＝2.06mm，因而限制孔径121的孔径直径＝3.5mm。

另一方面，在光盘109为DVD或CD的情况下，如第一实施例中所述，由于通常需要分别改变为各预定孔径，所以其孔径控制方法成为问题。为解决该问题，可使相位补偿板122同时具有DVD用孔径限制功能和CD用孔径限制功能以解决该孔径控制问题。对于孔径控制将在相位补偿板122的说明中详述。

相位补偿板122进行补偿以降低蓝光盘、DVD、CD的波面像差成分，在本实施例中，与第一实施例不同，不需要将相位补偿板122以机械方法插入到光路中或以电学方法进行动作控制，即使光盘109为蓝光盘、DVD、CD中任一种，也可在光路中固定放置并使用。这里只是描述了概要，其详细情况将在后面与DVD和CD场合的孔径控制一起详述。

聚光透镜123是起将激光束聚光到光盘109的信息记录面上的作用的元件，如图46所示，其两面具有连续的非球面形状。

图34、图35、图36是图15中所示的透镜模块120和光盘109的透镜数据，图34相当于蓝光盘的情况，图35相当于DVD的情况，图36相当于CD的情况。本实施例的相位补偿板122的材质为塑料类，聚光透镜108的材质为玻璃类，光盘109的透明基板为聚弹酸酯(PC)。这些材质的每个波长的折射率如图34、图35、图36所示。此外，“空气”是指面与面之间充满空气。再有，蓝光盘用的光盘的透明基板厚度考虑到两层记录媒体取为0.0875mm。

图37、图38、图39、图40、图41、图42以数表表现了相位补偿板122的非球面形状。当用式(1)的参数来标明聚光透镜123的物体侧的面时，则如图37、图38、图39、图40、图41、图42所示。相位补偿板122的物体侧的面由三十一个环带状区域构成，在第三实施例中，只有图42所表示的最外周的环带区域为蓝光盘专用区域，其内侧的由图37、图38、图39、图40、图41表示的区域是蓝光盘和DVD在记录读取时共同使用的区域，所以成为蓝光盘/DVD共用区域。如图46所示，由于相位补偿板122的物体侧的面具有不连续的非球面形状，所以在构成该不连续的非球面形状的每个区域中标明其非球面形状。图37、图38、图39、图40、图41、图42中的“区域范围”表示在各区域中用式(1)表示的非球面形状的有效透镜半径(单位为mm)。而且，图37、图38、图39、图40、图41、图42中的“B”表示光轴上的下垂量(单位为mm)。

图37、图38、图39、图40、图41中表示的蓝光盘/DVD共用区域的各参数的值是为了将蓝光盘和DVD在记录和读取时的波面像差抑制得尽量小而确定的结果。另一方面，图42中表示的蓝光盘专用区域的各参数的值是为了将蓝光盘在记录和读取时的波面像差抑制得尽量小而确定的结果，并且设计成敢于使DVD和CD在记录和读取时的波面像差增大。蓝光盘专用区域的环带用于使DVD在记录或读取时具有孔径限制的功能。

图43表示在图37、图38、图39、图40、图41、图42所示的各非球面部分中，当以第一区间的大概光程为基准时，相当于蓝光盘/DVD共用区域和蓝光盘专用区域的第二到第三十一区间的大概光程分别偏移波长λ的大致多少倍。

从图43可知，第二到第三十一区间相对于波长405nm的蓝光盘之差为2mλ，相对于波长655nm的DVD及波长790nm的CD之差为mλ(m为整数)。这是因为，由于短波长λ1在380-430nm之间，长波长λ2在630-680之间，λ3在波长790nm附近，所以易于满足上述大概光程差的关系。

相位补偿板122的特征是其另一个面具有如图46所示的以光轴为中心的环带构造，由各环带对光形成的相位差不同。该效果可通过在相位补偿板122上设置台阶状的环带构造，并使每个环带在光轴方向上具有各不相同的深度D来实现。但是，以λ1＝405nm的波长的光为基准光，根据与对应于该基准光的相位补偿板122的材料的折射率n1的关系来确定环带深度D以满足D＝α×λ1/(n1-1)式。上式中的α为整数。这样设定环带深度D，使得λ1＝405nm的基准光在通过和不通过某个环带的情况下，实质上波面的相位都不偏移。

深度D还设定成，根据λ2＝655nm的波长和与其对应的相位补偿板122的材料的折射率n2的关系，λ2＝655nm的波长的光在通过和不通过某个环带的情况下，波面相位尽可能没有偏移。

上述条件下，在本实施例中，将整数α设定为10的倍数。再有，整数α由于是由上述λ1、n1、λ2、n2的关系确定的值，所以根据使用的光源的波长和透镜材料等可不必限定于10的倍数，此外，即使在本实施例中，除10的倍数以外也可以取例如20的倍数。再有，深度D也可将λ2＝655nm的波长作为基准光来进行设定。

在本实施例中，整数α虽从10的倍数中选择，但各环带的具体整数α的值的确定，使得在满足上述条件的范围内，最终将CD中所用的波长λ3＝790nm的激光以平行光入射到上述聚光透镜123的情况下，将CD在记录或读取时的波面像差抑制得尽可能小。

再有，对于整数α的确定，可与本发明的第二实施例中所说明的同样地进行，所以省略其说明。此外，α与本发明的第二实施例中所说明的同样，并不限定于整数。

图44是表示由上述方法最优化的相位补偿板122的结构图。环带数为24，各环带的深度D如图44所示。但是，如图44所示，相位补偿板122的面形状和环带的深度如下确定：在从含光轴的环带数起直到第二十三个环带(b23＝1.118119mm)中都做成将CD在记录或读取时的波面像差抑制得尽量小，而在其外侧的第二十四个环带中，则敢于将CD在记录或读取时的波面像差增大。第二十四个环带用于使CD在记录或读取时具有孔径限制功能。在本实施例中，将第二十四个环带的D取为0。再有，构成相位补偿板122的各环带的面相对于光轴做成垂直的平面。

图45用数表表现了聚光透镜123的非球面形状。如上所述，构成聚光透镜123的面由连续的非球面形状构成。

就如上的最优化的图15的光学系统而言，图30表示蓝光盘的波面像差分布的计算结果，图31表示DVD的波面像差分布的计算结果。图30和图31都将在信息记录面上产生的波面像差通过光线追踪换算成在聚光透镜123的瞳面上的波面像差，横轴表示以聚光透镜的半径已标准化的聚光透镜的标准化半径。蓝光盘的波面像差的rms值为0.034，DVD的波面像差的rms值为0.036，任一情况下直到衍射极限附近都能将激光束聚光到光盘的信息记录面上。再有，在DVD的情况下，在相当于最外侧的蓝光盘专用区域的范围中则增大波面像差。这是因为，如上所述，蓝光盘/DVD共用区域的确定的结果是为了将蓝光盘和DVD在记录和读取时的波面像差抑制得尽量小，与之相反，蓝光盘专用区域的参数值则设计成虽然将蓝光盘在记录和读取时的波面像差抑制得尽量小，但却敢于将DVD和CD在记录和读取时的波面像差增大。蓝光盘专用区域的环带用于使DVD在记录或读取时具有孔径限制的功能。

图33表示CD的瞳面上的波面像差分布的计算结果。另一方面，图32表示直到将相当于第二十三个环带的部分挑出的、CD的瞳面上的波面像差分布的计算结果。从图32和图33可知，在相当于相位补偿板122的第二十三个环带的范围内虽显示出大体良好的波面像差特性，但相当于最外侧的第二十四个环带的范围内的波面像差则增大。这是因为，如图44所示，如上所述的相位补偿板122的面形状和深度D的确定是，从含光轴的环带数起直到第二十三个环带中设计成将CD在记录或读取时的波面像差抑制得尽量小，与之相反，在设计其外侧的第二十四个环带时，则增大CD在记录或读取时的波面像差。这时，在通过了相当于波面像差增大的第二十四个环带的区域的CD中使用的波长λ3＝790nm的激光由于因其像差大而成为所谓杂散光并漫射，所以直到衍射极限附近不能聚光到光盘109的信息记录面上。另一方面，通过了从含光轴的环带数起直到第二十三个环带的CD中使用的波长λ3＝790nm的激光由于其像差非常小，所以直到衍射极限附近可聚光到光盘109的信息记录面上。

具体地，根据图32，当计算直到相当于有助于在光盘109上形成光斑的第二十三个环带(b23＝1.118119mm，参照图44)的部分的波面像差时，则其rms值为0.041。即在CD中，相位补偿板122的最外侧的第二十四个环带起到了孔径限制的作用，利用通过了从第一到第二十三个环带的光直到衍射极限附近可将激光束聚光到光盘109的信息记录面上。这种情况下，由CD有效孔径直径＝2b23＝2.236mm和透镜焦距＝2.29283mm的关系，CD的NA为0.51。

这样，可知相位补偿板122的最外侧的第二十四个环带在CD时起到了孔径限制的作用。

另一方面，如上所述，相位补偿板122的环带构造，也包含第二十四个环带的最佳方案是，对于波长λ1＝405nm的光，不因相位补偿板122的环带构造产生相位差，而对于波长λ2＝655nm的光，尽可能地不因相位补偿板122的环带构造产生相位差。因此，在波长λ1＝405nm的光和波长λ2＝655nm的光中，即使原样使用了相位补偿板122，也不会显著增大蓝光盘和CD在记录或读取时的波面像差。

具体地，虽然图30表示蓝光盘的波面像差分布的计算结果，图31表示DVD的波面像差分布的计算结果，但是这些结果是也包含相位补偿板122的结果，显示出在聚光透镜123的瞳面的整个面上可得到非常小的波面像差值。

即，最外侧的第二十四个环带也包含在内的相位补偿板122的全部环带对波长λ1＝405nm的光和波长λ2＝655nm的光不起孔径限制之类的作用，而相位补偿板122的最外侧环带则只在CD时起孔径限制的作用。

再有，对于只在CD时起孔径限制功能的相位补偿板122的最外侧环带，为了提高其杂散光特性，也可由多个环带构成。

这样，根据第三实施例，其具有以下三个优点：(1)不必使用对应于各光盘的可变孔径，(2)即使就相位补偿板而言，不需要将其以机械方法插入到光路中或以电学方法进行动作控制，(3)由于可将1/4波长片配置在静态相位板的靠前位置，因而不必与透镜模块做成一体，所以与第一实施例相比，本发明的透镜模块的结构变得非常简单；并且，由于在聚光透镜上不无需形成不连续的形状，所以在作为聚光透镜的材质可使用具有高折射率的玻璃类材料这点上具有特点。

再有，就图46所示的相位补偿板122而言，虽做成在一个相位补偿板的两面分别设有不连续的非球面形状和环带构造，但也可做成在两个相位补偿板中的一个相位补偿板上设置不连续的非球面形状，且在另一个相位补偿板上设置环带构造。