專利名稱：光學拾取設備的物鏡、光學拾取設備和光學信息記錄/再現設備的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及光學拾取設備、光學信息記錄/再現設備和它們所使用的物鏡，具體來說，涉及能夠進行高密度光學信息記錄或再現的光學拾取設備、光學信息記錄/再現設備，以及它們所使用的物鏡。
背景技術：
迄今為止，通常使用塑料單透鏡作為在用于記錄或再現諸如CD、MD和DVD之類的光學信息記錄介質的光學拾取設備或光學信息記錄/再現設備中所使用的物鏡。
由于與玻璃透鏡相比較比密度較低，塑料透鏡具有一個優(yōu)點可以降低驅動物鏡以便聚焦和跟蹤的致動器的負擔，并在這方面以高速度執(zhí)行物鏡的跟蹤。
此外，通過以較高的準確性制造所希望的模子，可以大量生產通過注模法生產的塑料透鏡。因此，雖然可以穩(wěn)定地發(fā)揮透鏡的高性能，但是，也可以計劃降低成本。
順便提一下，近年來，新的高密度光盤系統的研究/開發(fā)已經取得了很大的進步，在這種系統中，使用波長大致為400nm的藍色-紫色激光二極管光源和數值孔徑(NA)增強到大致0.85的物鏡。作為示例，對于NA為0.85 并且光源波長為405nm的執(zhí)行信息記錄/再現的光盤(下面，這樣的光盤被稱為“高密度DVD”)，在和DVD一樣大小的直徑為12cm的光盤上，每一面可以記錄20到30GB的信息(NA為0.6，光源波長為650nm，存儲容量為4.7GB)。
這里，在用于這種高密度DVD的光學拾取設備中，在NA比較高的物鏡是塑料透鏡的情況下，伴隨溫度變化的折射率變化所產生的球面像差(下面，這樣的球面像差被稱為“熱像差”)會成為問題。由于在折射率的變化方面塑料透鏡比玻璃透鏡大兩個數量級，因此，會發(fā)生這樣的問題。在用于高密度DVD的NA為0.85的物鏡是塑料透鏡的情況下，可使用的溫度范圍變得非常窄，因為熱像差與NA的四次冪成比例，相應地，這在實際應用中會成為問題。
在JP Tokukaihei-11-337818A中，描述了通過使用在其光學面上形成的環(huán)狀相結構的衍射效應來校正塑料單透鏡的這樣的熱像差的技術。
為了采用此技術校正NA為0.85的塑料透鏡的熱像差，必須使在波長的變化中的球面像差曲線的傾角(下面，這樣的球面像差曲線的傾角被稱為“彩色球面像差”)為大。因此，不可能使用具有由于制造誤差而偏離標準波長的發(fā)射波長的激光二極管，從而需要選擇激光二極管，這又使得成本變高。
下面顯示了具有數值的特定示例。其透鏡數據在表1中顯示出的物鏡是這樣的塑料單透鏡入射光束直徑為3mm，焦距為2.5mm，NA為0.6，設計波長為650nm，設計溫度為25℃，并通過在第一表面(光源例子的光學面)上形成的環(huán)狀相結構的衍射效應來校正熱像差。另一方面，其透鏡數據在表2中顯示出的物鏡是這樣的塑料單透鏡入射光束直徑為3mm，焦距為1.76mm，NA為0.85，設計波長為405nm，設計溫度為25℃，并通過在第一表面上形成的環(huán)狀相結構的衍射效應來校正熱像差，和表1的物鏡的方式一樣。請注意，10的乘方(例如，2.5×10-3)下面將通過使用E來表示(例如，2.5×E-3)(包括表中的透鏡數據)。
表1
非球面系數
衍射表面系數
表2
非球面表面系數
衍射表面系數
當光軸方向是x軸，垂直于光軸的方向的高度為h，光學面的曲率半徑為r時，這樣的物鏡中的非球面表面由下列公式1來表示。請注意，k是圓錐常數，A2i是非球面表面系數。
公式1
此外，在這樣的物鏡中，作為在光學表面上形成的衍射結構的環(huán)狀的相結構由通過衍射結構添加到發(fā)射波正面的光程差來表達。當垂直于光軸的方向的高度是h，而b2i是衍射表面系數(也被稱為光程差函數系數)時，光程差由下列公式2定義的光程差函數Φb(mm)來表達。
公式2Φb=Σi=1b2ih2i]]>當基于光程差函數Φb(mm)的值在物鏡的光學面上形成衍射結構時，每次光程差函數Φb(mm)的值被改變預先確定的波長λB的n倍(n只是自然數)時，形成環(huán)面。在本說明書中，“衍射結構在波長λB和衍射階n被優(yōu)化”表示衍射結構以這種方法確定，并且波長稱為優(yōu)化波長或生產波長。
表3顯示了當兩個物鏡的周圍溫度提高30℃時熱像差的RMS值，以及當入射波長比設計波長要長5nm時彩色球面像差的RMS值。
表3
從表2中可以看出，甚至在熱像差被校正到0.010λrms的情況下，NA為0.6的物鏡將彩色球面像差控制在0.003λrms，相應地，可以使用波長偏離5nm的激光二極管。同時，至于NA為0.85的物鏡，當熱像差被校正到0.014λrms，與NA為0.6的物鏡差不多時，彩色球面像差變成0.057λrms，相應地，不能使用波長偏離5nm的激光二極管。在光學拾取設備中用作光源的激光二極管在其發(fā)射波長中具有大約±5nm的偏差，相應地，需要選擇激光二極管，并且在使用NA為0.85的物鏡的情況下，光學拾取設備的生產成本就會上升。
請注意，在表1和2的物鏡中，使伴隨溫度上升的折射率的變化率都為-9.0×10-5，并使伴隨溫度上升的入射光的波長的變化率分別為+0.2nm/℃和+0.05nm/℃。
此外，在表1的透鏡數據中，r(mm)表示曲率半徑，d(mm)表示表面距離，N650表示波長為650nm時的折射率，vd表示d行中的阿貝數，在表2的透鏡數據中，r(mm)表示曲率半徑，d(mm)表示表面距離，N405表示波長為405nm時的折射率，vd表示d行中的阿貝數。
此外，在使用藍色-紫色激光二極管產生波長大約為400nm的短波長光作為光源(如在高密度DVD的光學拾取設備)的情況下，物鏡中產生的縱向色像差會成為問題。在光學拾取設備中，物鏡的色像差不視為問題，因為從激光二極管發(fā)出的激光具有單一波長(單模式)。然而，實際上，由于溫度變化、輸出變化等等，會產生被稱為“模式跳越”的現象中心波長會立刻改變幾個納米。由于模式跳越是立刻引起的波長變化，聚焦裝置是不能跟蹤的，因此，會產生一個問題當校正物鏡的縱向色像差時，添加對應于圖像形成位置的移動的散焦部件，且物鏡的聚焦能力降低。
由于用作物鏡的通用透鏡的耗散在600nm到800nm的范圍內(這是紅外激光二極管和紅光激光二極管的波長范圍)不是那么大，因此，由于模式跳躍而導致的物鏡的聚焦能力的下降在CD和DVD中不會成為問題。
然而，由于透鏡材料的耗散在400nm的范圍內(這是藍色-天鵝絨激光二極管的波長范圍)變得非常大，因此，甚至稍微幾個納米的波長變化都會導致物鏡的圖像形成位置大大地偏離。
因此，在高密度DVD中，當激光二極管光源導致模式跳越時，物鏡的聚焦能力大大地降低，穩(wěn)定的記錄和再現不可能實現。
發(fā)明內容
本發(fā)明是在考慮到上文所描述的情況下作出的，其目的在于提供一種塑料單透鏡，該塑料單透鏡適合作為使用具有高NA的物鏡的光學拾取設備的物鏡，具有足夠寬的可用溫度范圍，并且由于光源的模式跳越而導致的聚焦能力下降輕微。
此外，本發(fā)明的目的還在于提供一種塑料單透鏡，該塑料單透鏡適合作為使用具有高NA的物鏡的光學拾取設備的物鏡，其中，可以使得選擇激光二極管光源在光學拾取設備的生產步驟中不必要進行而不會造成彩色球面像差的過度增大，甚至在已經校正熱像差以便擴大可用溫度范圍的情況下。
此外，本發(fā)明的目的還在于提供一種其中安裝了這種塑料單透鏡的光學拾取設備，以及其中安裝了該光學拾取設備的光學信息記錄/再現設備。
根據第1項所述的光學拾取設備的物鏡是用于光學拾取設備的物鏡，其中，光學拾取設備包括光源；以及會聚光學系統，該系統包括物鏡，用于將從光源發(fā)出的光束會聚到光學信息記錄介質的信息記錄表面，并且光學拾取設備能夠通過用該會聚光學系統將從光源發(fā)出的光束會聚到光學信息記錄介質的信息記錄表面來記錄和/或再現信息，以及其中，該物鏡是塑料單透鏡，并滿足下列公式
NA≥0.8(1)1.0＞f＞0.2(2)其中，NA是將信息記錄和/或再現到光學信息記錄介質所需的物鏡的圖像側的數值孔徑，f(mm)是物鏡的焦距。
由于伴隨溫度上升而產生的塑料單透鏡的折射率的變化所帶來的球面像差的偏差(熱像差)與焦距和NA的四次冪成比例地增大。相應地，甚至在增大NA以便增加光學信息記錄介質的密度的情況下，也可以通過相應地縮小焦距來相對地抑制熱像差。因此，對于根據第1項的物鏡，通過根據公式(2)設置焦距的上限，甚至在具有滿足公式(1)的高NA的塑料單透鏡的情況下，也可以阻止熱像差過度地增大。此外，對于折射類型的塑料單透鏡，不可能使熱像差完全變?yōu)榱?。然而，可以通過使焦距不超過公式(2)的上限，將光學拾取設備的實際應用的溫度范圍內的熱像差抑制在容許范圍內。
另一方面，盡管從抑制熱像差的產生量的觀點來看，縮小焦距是有利的，但是，從工作距離和圖像高度特征的觀點來看，過度縮小焦距是不利的。
對于具有高NA的物鏡的設計，將焦距固定對于防止和光學信息記錄介質發(fā)生沖突是非常重要的問題。當焦距過度縮小時，工作距離也損失該量，這是不利的。當試圖獲得與具有相對長的焦距的物鏡相同的圖像高度時，由于到具有相對短的焦距的物鏡的入射角增大，像散像差和彗形像差也會降低。相應地，也從圖像高度特征的觀點來看，縮小物鏡的焦距是不利的。因此，根據第1項所述的物鏡通過根據公式(2)設置焦距的上限，取得了必要而足夠的工作距離和圖像高度特征。
根據第2項所述的光學拾取設備的物鏡，其中，在根據第1項所述的發(fā)明中，當具有波長λ0(nm)(這是其設計波長)的光在環(huán)境溫度(這是第一周圍溫度T0＝25℃)下入射到物鏡時，W(λ0，T0)是物鏡的殘余像差的RMS值，當具有波長λ0(nm)(這是其設計波長)的光在環(huán)境溫度(這是第二周圍溫度T1＝55℃)下入射到物鏡時，W(λ0，T1)是物鏡的殘余像差的RMS值，則由下列公式定義的ΔW
ΔW＝|W(λ0，T1)-W(λ0，T0)|(3)滿足下列公式ΔW＜0.035λrms (4)為了使塑料單透鏡能夠在光學拾取設備的實際應用的溫度范圍內使用，優(yōu)選情況下提供這樣的溫度特性使焦距不超過公式(2)的上限，因此滿足公式(4)。因此，通過在光學拾取設備的實際應用的溫度范圍內使用塑料單透鏡，對于光學信息記錄介質可以執(zhí)行良好的信息記錄/再現。
根據第3項所述的光學拾取設備的物鏡，其中，在根據第1或2項所述的光學拾取設備的物鏡中，光學物鏡的設計波長λ0不超過500nm，在下列情況下，當波長為λ0(nm)的光在環(huán)境溫度(這是第一周圍溫度T0＝25℃)下入射到物鏡時，fB(λ0，T0)是物鏡的后焦距，當波長為λ1(nm)(這比波長λ0長5nm)的光在環(huán)境溫度(這是第一周圍溫度T0＝25℃)下入射到物鏡時，fB(λ1，T0)是物鏡的后焦距，則由下列公式定義的ΔfBΔfB＝|fB(λ1，T0)-fB(λ0，T0)|(5)滿足下列公式ΔfB＜0.001mm(6)由于激光二極管的模式跳越造成的縱向色像差與焦距成比例地增大。相應地，例如，甚至在使用藍色-紫色激光二極管作為光源的情況下，也可以在焦距相應縮小時相對地抑制縱向色像差。至于折射類型的單透鏡，不可能使色像差完全為零。然而，當在物鏡中使得在將入射波長增大5nm時后焦距的偏差小于0.001mm(公式(6))時，如根據第3項所述的物鏡，其中，焦距被這樣設置，以便滿足公式(2)，并且使用藍色-紫色激光二極管作為光源，對于由于藍色-紫色激光二極管的模式跳越造成的波長的偏差，可以使包括散焦分量的波陣面像差的偏差被抑制為小于0.035λrms。因此，甚至在從再現條件切換到記錄條件時產生了模式跳越的情況下，聚焦能力也不會顯著降低。
根據第4項所述的光學拾取設備的物鏡，其中，在根據第1-3項中的任何一項所述的發(fā)明中，物鏡是有限共軛類型的物鏡，用于將從光源發(fā)出的發(fā)散光束聚焦到光學信息記錄介質的信息記錄表面，并滿足下列公式0.8＞f＞0.2(6A)根據第4項所述的物鏡，在優(yōu)選情況下作為要求小型化的光學拾取設備的物鏡，例如，可以用作安裝在便攜式光盤播放器中的光學拾取設備的物鏡。為了獲得圖像形成放大率為m并且亮度與無限類型的物鏡差不多的有限共軛類型的物鏡，必須設計亮度為無限類型的物鏡的圖像側數值孔徑的(1-m)倍的透鏡。在物鏡是有限共軛類型，該物鏡將從光源發(fā)出的發(fā)散光束聚焦到光學信息記錄介質的信息記錄表面的情況下，m的符號為負，且圖像側的基本數值孔徑變得大于無限類型的物鏡的圖像側的數值孔徑。相應地，當使用有限共軛類型的物鏡作為塑料單透鏡時，使熱像差大于無限類型的物鏡。在根據第4項所述的物鏡中，通過使焦距的上限遠比公式(2)小，并如公式(6A)那樣進行設置，甚至在具有高NA并且NA滿足公式(1)的有限共軛類型的塑料單透鏡的情況下，也可以將熱像差抑制在實際應用的容許范圍內。在用于聚焦發(fā)散光束的有限共軛類型的物鏡中，與具有相同焦距的無限類型的物鏡相比，工作距離變得更大。相應地，作為根據第4項所述的物鏡，也是在使焦距的上限遠比公式(2)小的情況下，從獲得工作距離的觀點來看是不利的。
根據第5項所述的光學拾取設備的物鏡，其中，在根據第4項所述的發(fā)明中，當m是物鏡的圖像形成放大率時，m滿足下列公式0.2＞|m|＞0.02(6B)當圖像形成放大率m大于上文所描述的公式(6B)的下限時，甚至滿足上文所描述的公式(6A)的具有短焦距的物鏡也可以獲得足夠的工作距離。另一方面，當圖像形成放大率m小于公式(6B)的上限時，也可以將熱像差抑制在實際應用的容許范圍內，因為圖像側的基本數值孔徑不會過度地增大。
根據第6項所述的用于光學拾取設備的物鏡是用于光學拾取設備的物鏡，其中，光學拾取設備包括光源；以及會聚光學系統，該系統包括用于將從光源發(fā)出的光束會聚到光學信息記錄介質的信息記錄表面的物鏡，并且該光學拾取設備能夠通過用該會聚光學系統將從光源發(fā)出的光束會聚到光學信息記錄介質的信息記錄表面來記錄和/或再現信息，其中，物鏡是在至少一個光學表面上包括環(huán)狀相結構的塑料單透鏡，該環(huán)狀相結構包括多個環(huán)面，并形成為以便相鄰的環(huán)面對入射光產生預先確定的光程差，并滿足下列公式NA≥0.8(7)1.3＞f＞0.2(8)其中，NA是物鏡的圖像側的數值孔徑，這是對于光學信息記錄介質進行信息記錄和/或再現所需的，f(mm)是物鏡的焦距。
在其中數值孔徑NA滿足公式(7)的塑料物鏡中，在通過在光學表面上形成的環(huán)狀相結構的效應來校正由伴隨溫度上升導致的折射率變化所產生的球面像差(熱像差)的情況下，波長的變化中的球面像差曲線的傾角(彩色球面像差)過度地變大。相應地，不可能使用具有由于制造誤差而偏離標準波長的發(fā)射波長的激光二極管，從而需要選擇激光二極管。
如上所述，由于塑料物鏡的折射率的變化所帶來的球面像差的偏差與焦距和NA的四次冪成比例地增大。相應地，甚至在增大NA以便增加光學信息記錄介質的密度的情況下，也可以通過相應地縮小焦距來相對地抑制由于物鏡的折射率變化所產生的球面像差。
對于根據第6項所述的物鏡，可以阻止彩色球面像差在校正熱像差之后過度地增大，因為通過根據公式(8)設置焦距的上限，使由于環(huán)狀相結構的效應所帶來的熱像差的校正量被抑制為低。結果，對于其中安裝了本發(fā)明的物鏡的光學拾取設備，可以降低生產成本，因為在生產步驟中不必選擇激光二極管。同時，盡管從抑制熱像差的產生量的觀點來看，縮小焦距是有利的，但是，從工作距離和圖像高度特征的觀點來看，過度的縮小焦距是不利的。因此，本發(fā)明的物鏡通過根據公式(8)設置焦距的上限，獲得了必要而足夠的工作距離和圖像高度特征。
在本說明書中，從狹義上來講，物鏡表示具有聚焦能力的透鏡，其位于與光學信息記錄介質最近的位置，并在光記錄介質裝入光學拾取設備的狀態(tài)下與光學信息記錄介質面相對，從廣義上來講，物鏡是至少在光軸方向上能夠被致動器驅動的透鏡。相應地，在本說明書中，光學信息記錄介質側(圖像側)上的物鏡的數值孔徑表示位于與光學信息記錄介質最近的物鏡的透鏡表面的數值孔徑。還是在本說明書中，需要的(預先確定的)數值孔徑表示通過相應的光學信息記錄介質的標準調節(jié)的數值孔徑，或具有衍射限制能力的物鏡的數值孔徑，能夠根據相應的光學信息記錄介質所使用的光源的波長，獲得記錄或再現信息所需的光點尺寸。
還是在本說明書中，信息的記錄表示在類似于上文所描述的光學信息記錄介質的信息記錄表面上記錄信息。在本說明書中，信息的再現表示再現在類似于上文所描述的光學信息記錄介質的信息記錄表面上記錄的信息。本發(fā)明的物鏡可以用于只進行記錄或只進行再現，也可以用于既進行記錄又進行再現?？梢杂糜趯τ谀骋还鈱W信息記錄介質進行記錄并對于另一光學信息記錄介質進行再現，或者，可以用于對于某一光學信息記錄介質進行記錄或再現，而對于另一光學信息記錄介質進行記錄和再現。這里的術語“再現”只包括讀取信息。
對于根據第7項所述的光學拾取設備的物鏡，在根據第6項所述的發(fā)明中，環(huán)狀相結構是具有衍射預先確定的入射光的功能的衍射結構，且物鏡構成了會聚波陣面，該波陣面由于通過組合衍射效應和折射效應而獲得的效應聚焦于信息記錄表面上，并且有效地執(zhí)行上文所描述的操作，因此是優(yōu)選的。
根據第8項所述的光學拾取設備的物鏡具有這樣的球面像差特征，當入射光的波長變?yōu)楦鶕?項所述的發(fā)明中的比較長的波長時，球面像差在校正不足的方向變化。
因為塑料單透鏡的折射率通常由于溫度上升而降低，因此，球面像差在過度校正的方向變化。同時，激光二極管的發(fā)射波長通常具有隨著溫度上升而在增大方向中變化的傾向。相應地，通過提供由于衍射結構的效應而具有上文所描述的球面像差特征的物鏡，通過伴隨溫度上升的折射率變化被過度校正的球面像差變化，可以借助于通過由于溫度上升導致的激光二極管的發(fā)射波長的變化被校正不足的球面像差的變化來加以平衡。甚至對于高NA塑料單透鏡，由于本發(fā)明的物鏡具有滿足公式(8)的焦距，因為衍射結構的效應而導致的熱像差的校正量小，且在校正熱像差之后的彩色球面像差不會變得過大。
在本說明書中，在其上面形成了衍射結構的光學表面(衍射表面)是這樣的表面，通過為光學元件的表面(例如，透鏡的表面)提供凸紋而獲得衍射入射光束的效應，并且在同一個光學表面上有用于產生衍射的區(qū)域和不用于產生衍射的區(qū)域的情況下，是用于產生衍射的區(qū)域。衍射結構或衍射圖形是用于產生衍射的區(qū)域。作為凸紋的形狀，例如，作為以光軸為中心的基本上同心的環(huán)表面在光學元件上形成形狀，當看到包括光軸的平面的部分時，對于相應的環(huán)表面，已知有鋸齒或階梯式形狀，同時也包括了這些形狀。
此外，從在其上形成衍射結構的光學表面(衍射表面)產生了數不清的衍射光第0階衍射光、±1階衍射光、±2階衍射光......。例如，在具有凸紋(其子午線部分是如上所述的鋸齒形)的衍射表面的情況下，凸紋的形狀可以設置成使特定階的衍射效率高于其他階的衍射效率，而在某些情況下，使一個特定階(例如，+1階的衍射光)的衍射效率幾乎為100％。在本發(fā)明中，“衍射結構在波長λB和衍射階n被優(yōu)化”表示設置衍射結構(凸紋)的形狀，以便當使波長為λB的光為入射光時，衍射階n的衍射光的衍射效率從理論上來講變?yōu)?00％。
根據第9項所述的光學拾取設備的物鏡，其中，在根據第7或8項所述的發(fā)明中，當添加到通過衍射結構的波陣面的光程差通過由下列公式定義的光程差函數Φb來表示時Φb＝b2·h2+b4·h4+b6·h6+...
(其中，b2，b4，b6...分別是第2階、第4階、第6階...光程差函數系數)，滿足下列公式-70＜(b4·hMAX4)/(f·λ0·10-6·(NA·(1-m))4)＜-20 (8A)其中，λ0(nm)是物鏡的設計波長，hMAX是在其上面形成了衍射結構的光學表面的有效直徑最大高度(mm)，m是物鏡的圖像形成放大率。
本發(fā)明的光學拾取設備的物鏡優(yōu)選情況下這樣設計以便第四階光程差函數系數b4、在其上面形成了衍射結構的光學表面的有效直徑最大高度hMAX、圖像形成放大率m、焦距f和圖像側數值孔徑NA滿足上文所描述的公式(8A)的條件。此條件是用于改善其中形成了衍射結構的塑料透鏡中的熱像差的校正和彩色球面像差的產生量的平衡的條件。在超過上面的公式的下限的情況下，彩色球面像差的產生量不會過度地增大，因為熱像差不會被過度校正，相應地，甚至可以使用具有由于制造誤差而偏離標準波長的發(fā)射波長的激光二極管，并可以減輕激光二極管的選擇條件，從而降低成本。同時，在低于上面的公式的上限的情況下，可以提供寬的溫度范圍，在該范圍內，可以使用具有高NA的塑料透鏡，因為由具有高NA的塑料透鏡的折射率變化所產生球面像差可以用由激光二極管的波長變化所產生的球面像差加以平衡。
對于根據第10項所述的光學拾取設備的物鏡，在根據第6項所述的發(fā)明中，環(huán)狀相結構通過構成相鄰的環(huán)面以便在光軸方向彼此移位，對于入射光產生預先確定的光程差，并且物鏡構成了會聚波陣面，該波陣面由于折射效應而聚焦于信息記錄表面上，并且有效地執(zhí)行上文所描述的操作，因此這是優(yōu)選的。
根據第11項所述的光學拾取設備的物鏡，在根據第6項所述的發(fā)明中，至少包括一個環(huán)面，該環(huán)面這樣形成，以便與更靠近光軸一側附近的環(huán)面相比，其向內側移動，以及至少包括一個環(huán)面，該環(huán)面這樣形成，以便在與更靠近光軸一側附近的環(huán)面相比，其向外側移動，以及，被形成為與更靠近光軸一側附近的環(huán)面相比向內側移動的環(huán)面，要比被形成為與更靠近光軸一側附近的環(huán)面相比向外側移動的環(huán)面更靠近光軸，并且熱像差可以通過以這種方法配置環(huán)狀相結構來很好地校正，因此，它是優(yōu)選的。
根據第12項所述的光學拾取設備的物鏡，其中，在根據第10或11項所述的發(fā)明中，環(huán)面的總數從3到20。
根據第13項所述的光學拾取設備的物鏡，其中，在根據第10-12項中的任何一項所述的發(fā)明中，當Δj(μm)是在其上面形成了環(huán)狀相結構的光學表面的有效直徑最大高度的75％的高度到100％的高度的區(qū)域中形成的環(huán)狀相結構中的相互鄰近的環(huán)面的邊界處沿光軸方向的步長中的任意步長的步長量，n是設計波長λ0(nm)時的物鏡的折射率時，由下列公式代表的mjmj＝INT(X)(8B)(其中X＝Δj·(n-1)/(λ0·10-3)和INT(X)是通過對X進行四舍五入所獲得的整數)是不小于2的整數。
根據第10和11項所述的物鏡中，環(huán)面的總數從3到20，另外，當Δj(μm)是在其上面形成了環(huán)狀相結構的光學表面的有效直徑最大高度的75％的高度到100％的高度的區(qū)域中形成的環(huán)狀相結構中的相互鄰近的環(huán)面邊界處沿光軸方向的步長中的任意步長的步長量，并且n是設計波長λ0(nm)時的物鏡的折射率時，由上文所描述的(8B)代表的mj是不小于2的整數，模壓物鏡的模壓過程變得很容易，為模壓過程所花費的時間可以縮短，因為可以在垂直于光軸的方向獲得環(huán)面的較大寬度。
這里，在于第一表面(光源側的光學表面)形成了環(huán)狀相結構的情況下，形成為“與更靠近光軸一側附近的環(huán)面相比，向內側移動”表示形成為“與更靠近光軸一側附近的環(huán)面相比，沿第二表面(光學信息記錄介質側的光學表面)的方向移動”，以及，形成為“與更靠近光軸一側附近的環(huán)面相比，向外側移動”表示形成為“與更靠近光軸一側附近的環(huán)面相比，沿與第二表面(光學信息記錄介質側的光學表面)的方向相反的方向移動”。此外，在于第二表面(光學信息記錄介質側的光學表面)形成了環(huán)狀相結構的情況下，形成為“與更靠近光軸一側附近的環(huán)面相比，向內側移動”表示形成為“與更靠近光軸一側附近的環(huán)面相比，沿第一表面(光源側的光學表面)的方向移動”，以及，形成為“與更靠近光軸一側附近的環(huán)面相比，向外側移動”表示形成為“與更靠近光軸一側附近的環(huán)面相比，沿與第一表面(光源側的光學表面)的方向相反的方向移動”。
根據第14項所述的光學拾取設備的物鏡，其中，在第6-13項中的任何一項所述的發(fā)明中，當具有波長λ0(nm)(這是其設計波長)的光在環(huán)境溫度(這是第一周圍溫度T0＝25℃)下入射到物鏡時W(λ0，T0)是物鏡的殘余像差的RMS值，當具有波長λ1(nm)(這比波長λ0長5nm)的光在環(huán)境溫度(這是第一周圍溫度T0＝25℃)下入射到物鏡時W(λ1，T0)是物鏡的殘余像差的RMS值，以及當具有波長λ2(nm)的光在環(huán)境溫度(這是第二周圍溫度T1＝55℃)下入射到物鏡時W(λ2，T1)是物鏡的殘余像差的RMS值，則由下列公式定義的ΔW1和ΔW2ΔW1＝|W(λ2，T1)-W(λ0，T0)|(9)ΔW2＝|W(λ1，T0)-W(λ0，T0)|(10)滿足下列公式ΔW1＜0.035λrms(11)ΔW2＜0.035λrms(12)其中當λ0＜600nm時，λ2＝λ0+1.5(nm)以及當λ0≥600nm時，λ2＝λ0+6(nm)。
在具有高NA的塑料透鏡中，當通過在光學表面上形成的環(huán)狀相結構的效應來完全校正熱像差時，甚至在焦距滿足公式(8)的情況下彩色球面像差也會過度增大，并且不可能使用具有偏離標準波長的發(fā)射波長的激光二極管，相應地，在透鏡的設計中，必須將熱像差的校正和彩色球面像差的產生量加以平衡。這里，公式(9)是對應于在溫度上升30℃的情況下的熱像差的公式，公式(10)是對應于在入射光的波長變化5nm的情況下的彩色球面像差的公式。對于本發(fā)明的物鏡，優(yōu)選情況下，熱像差、彩色球面像差以及彩色球面像差和熱像差的總的像差滿足公式(11)和(12)以及稍后描述的公式(13)。
作為根據第14項所述的物鏡，λ0＜600nm，λ2＝λ0+1.5(nm)的條件對應于由于藍色-紫色激光二極管的溫度上升而導致的發(fā)射波長的變化(+0.05nm/℃)，以及λ0≥600nm，λ2＝λ0+6(nm)的條件對應于由于紅光激光二極管的溫度上升而導致的發(fā)射波長的變化(+0.2nm/℃)。
在本說明書中，物鏡的設計波長是在使各種波長的光在相同條件(圖像形成放大率、溫度、入射光束直徑等等)下入射到物鏡的情況下使物鏡的殘余像差最小的波長。此外，在本說明書中，物鏡的設計溫度是在測量相同條件(圖像形成放大率、波長、入射光束直徑等等)下各種環(huán)境溫度中的物鏡的殘余像差的情況下使物鏡的殘余像差最小的溫度。
根據第15項所述的光學拾取設備的物鏡，其中，根據第14項所述的發(fā)明中的物鏡滿足下列公式，因此，它是優(yōu)選的。
((ΔW1)2+(ΔW2)2<0.05λrms---(13)]]>根據第16項所述的光學拾取設備的物鏡，其中，在第6-15項中的任何一項所述的發(fā)明中，物鏡是有限共軛類型的物鏡，用于將從光源發(fā)出的發(fā)散光束聚焦到信息記錄表面，并滿足下列公式1.1＞f＞0.2(13A)本發(fā)明的操作和效果與第4項所述的發(fā)明的操作和效果相同。
根據第17項所述的光學拾取設備的物鏡，其中，在第16項所述的發(fā)明中，當m是物鏡的圖像形成放大率時，物鏡滿足下列公式0.2＞|m|＞0.02(13B)本發(fā)明的操作和效果與第5項所述的發(fā)明的操作和效果相同。
根據第18項所述的光學拾取設備的物鏡，其中，在第1-17項中的任何一項所述的發(fā)明中，物鏡滿足下列公式0.8＜d/f＜1.8(14)其中，d(mm)是沿物鏡的光軸的透鏡厚度，f(mm)是焦距。
公式(14)是在具有小直徑的高NA物鏡(其中，焦距滿足公式(2)、(6A)、(8)和(13A))中獲得良好的圖像高度特征、足夠的生產容差和足夠的工作距離的條件，并有一個優(yōu)點當d/f的值大于公式(14)的下限時，在通過波陣面像差評估圖像高度特征時第三階像散差分量不會過度地增大，并且等于或大于第五階的高階彗形像差分量不會過度地增大。同時，有一個優(yōu)點在通過波陣面像差評估圖像高度特征時第三階球面像差分量、第五階像散差分量、第三階彗形像差分量和象散差不會過度地增大。此外，由于光源側的光學表面的齒輪半徑不會過度地縮小，因此，可以抑制由于光學表面的光軸偏差而產生的彗形像差并獲得足夠的生產容差。當d/f的值大于公式(14)的下限時，可以抑制由于模壓而產生的雙折射，因為獲得了足夠的邊緣厚度，且不均勻的厚度比不會過度地變小，同時，當d/f的值大于公式(14)的上限時，可以使透鏡變輕而由較小的致動器進行驅動，并且可以獲得足夠的工作距離，因為透鏡厚度不會過度地增大。
對于根據第19項所述的光學拾取設備的物鏡，在第1-18項中的任何一項所述的發(fā)明中，物鏡的設計波長λ0(nm)滿足下列公式，并可以將它用于配備有諸如藍色-紫色激光二極管之類的短波長光源的光學拾取設備。
500≥λ0≥350(15)根據第20項所述的光學拾取設備的物鏡，其中，在第1-19項中的任何一項所述的發(fā)明中，物鏡滿足下列公式0.40≤(X1-X2)·(N-1)/(NA·f·(1+|m|))≤0.63---(16)]]>其中X1垂直于光軸并與光源側的光學表面的頂端相切的平面以及有效直徑的最外圍部分中的光源側的光學表面(在邊緣光束入射到其中的光源側的表面上NA的位置)之間的光軸方向的距離(mm)，其中，在參考正切面沿光學信息記錄介質的方向測量X1的情況下X1為正，在沿光源的方向測量X1的情況下X1為負，X2垂直于光軸并與光學信息記錄介質側的光學表面的頂端相切的平面以及有效直徑的最外圍部分中的光學信息記錄介質側的光學表面(在邊緣光束入射到其中的光學信息記錄介質側的表面上NA的位置)之間的光軸方向的距離(mm)，其中，在參考正切面沿光學信息記錄介質的方向測量X2的情況下X2為正，在沿光源的方向測量X2的情況下X2為負，N在設計波長λ0時物鏡的折射率，f物鏡的焦距(mm)，以及m物鏡的圖像形成放大率。
第20項調節(jié)了與光源側的光學表面和光學信息記錄介質側的光學表面的下垂相關的條件公式，以便較好地校正球面像差。當按如上文所描述的方式定義的X1是正值并且其絕對值較小時，或當按如上文所描述的方式定義的X2是負值并且其絕對值較小時，過度校正邊緣光束的球面像差的效果變高，以及，當按如上文所描述的方式定義的X1是正值并且其絕對值較大時，或當按如上文所描述的方式定義的X2是負值并且其絕對值較大時，對邊緣光束的球面像差校正不足的效果變高，因此，必須將(X1-X2)限制在某一范圍內，以便校正球面像差。從上文可以看出，優(yōu)選情況下滿足公式(16)，當大于下限時，邊緣光束不會過度地過校正，當小于上限時，邊緣光束不會過度地校正不足。具體來說，在采用無限類型的物鏡(其中，在設計波長為λ0時圖像形成放大率為零)的情況下，優(yōu)選地滿足下列公式0.40≤(X1-X2)·(N-1)/(NA·f·(1+|m|))≤0.55---(16′)]]>此外，在采用有限共軛類型的用于將從光源發(fā)出的發(fā)散光束聚焦到信息記錄表面上的物鏡的情況下，優(yōu)選地滿足下列公式0.48≤(X1-X2)·(N-1)/(NA·f·(1+|m|))≤0.63---(16′′)]]>根據第21項所述的光學拾取設備包括光源；以及會聚光學系統，該系統包括物鏡，用于將從光源發(fā)出的光束會聚到光學信息記錄介質的信息記錄表面，并且該光學拾取設備能夠通過用會聚光學系統將從光源發(fā)出的光束會聚到光學信息記錄介質的信息記錄表面來記錄和/或再現信息，其中，物鏡是塑料單透鏡，并滿足下列公式NA≥0.8(1)1.0＞f＞0.2(2)其中，NA是將信息記錄和/或再現到光學信息記錄介質所需的物鏡的圖像側數值孔徑，f(mm)是物鏡的焦距。
本發(fā)明的操作和效果與第1項所述的發(fā)明的操作和效果相同。
根據第22項所述的光學拾取設備，其中，在根據第21項所述的發(fā)明中，當具有波長λ0(nm)(這是其設計波長)的光在環(huán)境溫度(這是第一周圍溫度T0＝25℃)下入射到物鏡時W(λ0，T0)是物鏡的殘余像差的RMS值，以及當具有波長λ0(nm)(這是其設計波長)的光在環(huán)境溫度(這是第二周圍溫度T1＝55℃)下入射到物鏡時W(λ0，T1)是物鏡的殘余像差的RMS值，則由下列公式定義的ΔWΔW＝|W(λ0，T1)-W(λ0，T0)|(3)滿足下列公式ΔW＜0.035λrms(4)本發(fā)明的操作和效果與第2項所述的發(fā)明的操作和效果相同。
根據第23項所述的光學拾取設備，其中，在根據第21或22項所述的發(fā)明中，光學物鏡的設計波長λ0不超過500nm，在下列情況下，當波長為λ0(nm)的光在環(huán)境溫度(這是第一周圍溫度T0＝25℃)下入射到物鏡時fB(λ0，T0)是物鏡的后焦距，以及當波長為λ1(nm)(這比波長λ0長5nm)的光在環(huán)境溫度(這是第一周圍溫度T0＝25℃)下入射到物鏡時fB(λ1，T0)是物鏡的后焦距，由下列公式定義的ΔfBΔfB＝|fB(λ1，T0)-fB(λ0，T0)|(5)滿足下列公式ΔfB＜0.001mm(6)
本發(fā)明的操作和效果與第3項所述的發(fā)明的操作和效果相同。
根據第24項所述的光學拾取設備，其中，在第21-23項中的任何一項所述的發(fā)明中，物鏡是有限共軛類型的物鏡，用于將從光源發(fā)出的發(fā)散光束聚焦到光學信息記錄介質的信息記錄表面，并滿足下列公式0.8＞f＞0.2(6A)本發(fā)明的操作和效果與第4項所述的發(fā)明的操作和效果相同。
根據第25項所述的光學拾取設備，其中，在根據第24項所述的發(fā)明中，當m是物鏡的圖像形成放大率時，m滿足下列公式0.2＞|m|＞0.02(6B)本發(fā)明的操作和效果與第5項所述的發(fā)明的操作和效果相同。
根據第26項所述的光學拾取設備，其中，在根據第24或25項所述的發(fā)明中，物鏡和光源被致動器結合起來，至少被驅動，以便進行跟蹤。
在向其入射了發(fā)散光束的有限共軛類型的物鏡中，由跟蹤誤差所產生的彗形像差是一個問題。理由是，當物鏡由于跟蹤誤差從光源的發(fā)射點偏心時，發(fā)出點變成物鏡的離軸物點。盡管在普通光學拾取設備中由于跟蹤誤差而導致的物鏡的偏心大約為0.2到0.3mm，但是，本發(fā)明的物鏡是滿足上文所描述的公式(6A)的具有短焦距的透鏡，相應地，會顯著產生彗形像差和像散差，并且當物鏡由于跟蹤誤差而偏心大約0.2到0.3mm時，不可能對光學信息記錄介質執(zhí)行良好的記錄/再現。因此，根據第22項所述的光學拾取設備被配置為使物鏡和光源被致動器結合起來，至少被驅動，以便進行跟蹤。因此，可以解決由于跟蹤誤差所產生的彗形像差和像散差的問題。
根據第27項所述的光學拾取設備包括光源；以及會聚光學系統，該系統包括物鏡，用于將從光源發(fā)出的光束會聚到光學信息記錄介質的信息記錄表面，并且該光學拾取設備能夠通過用會聚光學系統將從光源發(fā)出的光束會聚到光學信息記錄介質的信息記錄表面來記錄和/或再現信息，
其中，物鏡是至少在一個光學表面上包括環(huán)狀相結構的塑料單透鏡，環(huán)狀相結構包括多個環(huán)面，并形成為使相鄰的環(huán)面對于入射光產生預先確定的光程差，并滿足下列公式NA≥0.8(7)1.3＞f＞0.2(8)其中，NA是物鏡的圖像側數值孔徑，這是對于光學信息記錄介質進行信息記錄和/或再現所需的，f(mm)是物鏡的焦距。
本發(fā)明的操作和效果與第6項的操作和效果相同。
根據第28項所述的光學拾取設備，其中，在根據第27項所述的發(fā)明中，環(huán)狀相結構是具有衍射預先確定的入射光的功能的衍射結構，并且物鏡構成了會聚波陣面，該波陣面由于通過組合衍射效應和折射效應所獲得的效應而被聚焦于信息記錄表面上。本發(fā)明的操作和效果與第7項的操作和效果相同。
根據第29項所述的光學拾取設備，其中，在根據第28項所述的發(fā)明中，物鏡具有這樣的球面像差特征當入射光的波長變?yōu)楸容^長的波長時，球面像差在校正不足的方向變化。本發(fā)明的操作和效果與第8項的操作和效果相同。
根據第30項所述的光學拾取設備，其中，在根據第28或29項所述的發(fā)明中，當添加到通過衍射結構的波陣面的光程差通過由下列公式定義的光程差函數Φb來表示時Φb＝b2·h2+b4·h4+b6·h6+...
其中，b2，b4，b6...分別是第2階、第4階、第6階...光程差函數系數)，滿足下列公式-70＜(b4·hMAX4)/(f·λ0·10-6·(NA·(1-m))4)＜-20(8A)其中，λ0(nm)是物鏡的設計波長，hMAX是在其上面形成了衍射結構的光學表面的有效直徑最大高度(mm)，m是物鏡的圖像形成放大率。本發(fā)明的操作和效果與第9項的操作和效果相同。
根據第31項所述的光學拾取設備，其中，在根據第27項所述的發(fā)明中，環(huán)狀相結構通過構成相鄰的環(huán)面以便在光軸方向彼此移位，從而對于入射光產生預先確定的光程差，物鏡構成了會聚波陣面，該波陣面由于折射效應而聚焦于信息記錄表面上。本發(fā)明的操作和效果與第10項的操作和效果相同。
根據第32項所述的光學拾取設備，其中，在根據第31項所述的發(fā)明中，當包括光軸的環(huán)面叫做中心環(huán)面時，鄰近中心環(huán)面外面的環(huán)面形成為沿光軸方向移動，以便具有比中心環(huán)面更短的光程長度，在最大有效直徑位置處的環(huán)面形成為沿光軸方向移動，以便具有比鄰近其內側的環(huán)面更長的光程長度，在最大有效直徑的75％的位置處的環(huán)面被形成為移動，以便具有比鄰近其內側的環(huán)面和鄰近其外側的環(huán)面更短的光程長度。本發(fā)明的操作和效果與第11項的操作和效果相同。
根據第33項所述的光學拾取設備，其中，在根據第21或22項所述的發(fā)明中，環(huán)面的總數從3到20。本發(fā)明的操作和效果與第12項的操作和效果相同。
根據第34項所述的光學拾取設備，其中，在根據第21-23項中的任何一項所述的發(fā)明中，當Δj(μm)是在其上面形成了環(huán)狀相結構的光學表面的有效直徑最大高度的75％的高度到100％的高度的區(qū)域中形成的環(huán)狀相結構中相互鄰近的環(huán)面的邊界處沿光軸方向的步長中的任意步長的步長量，n是設計波長λ0(nm)時的物鏡的折射率時，由下列公式代表的mjmj＝INT(X)(8B)(其中X＝Δj·(n-1)/(λ0·10-3)和INT(X)是通過對X進行四舍五入所獲得的整數)是不小于2的整數。本發(fā)明的操作和效果與第13項的操作和效果相同。
根據第35項所述的光學拾取設備，其中，在根據第27-37項中的任何一項所述的發(fā)明中，當具有波長λ0(nm)(這是其設計波長)的光在環(huán)境溫度(這是第一周圍溫度T0＝25℃)下入射到物鏡時W(λ0，T0)是物鏡的殘余像差的RMS值，當具有波長λ1(nm)(這比波長λ0長5nm)的光在環(huán)境溫度(這是第一周圍溫度T0＝25℃)下入射到物鏡時W(λ1，T0)是物鏡的殘余像差的RMS值，以及當具有波長λ2(nm)的光在環(huán)境溫度(這是第二周圍溫度T1＝55℃)下入射到物鏡時W(λ2，T1)是物鏡的殘余像差的RMS值，由下列公式定義的ΔW1和ΔW2ΔW1＝|W(λ2，T1)-W(λ0，T0)|(9)ΔW2＝|W(λ1，T0)-W(λ0，T0)|(10)滿足下列公式ΔW1＜0.035λrms(11)ΔW2＜0.035λrms(12)其中當λ0＜600nm時，λ2＝λ0+1.5(nm)以及當λ0≥600nm時，λ2＝λ0+6(nm)。
本發(fā)明的操作和效果與第14項的操作和效果相同。
優(yōu)選情況下，根據第36項所述的光學拾取設備滿足根據第35項所述的發(fā)明中的下列公式(ΔW1)2+(ΔW2)2<0.05λrms---(13)]]>本發(fā)明的操作和效果與第15項的操作和效果相同。
在根據第37項所述的光學拾取設備中，在根據第27-36項中的任何一項所述的本發(fā)明中，物鏡是有限共軛類型的物鏡，用于將從光源發(fā)出的發(fā)散光束聚焦到信息記錄表面，并滿足下列公式1.1＞f＞0.2(13A)本發(fā)明的操作和效果與第16項的操作和效果相同。
根據第38項所述的光學拾取設備，當m是根據第37項所述的發(fā)明中的物鏡的圖像形成放大率時，滿足下列公式0.2＞|m|＞0.02(13B)本發(fā)明的操作和效果與第17項的操作和效果相同。
根據第39項所述的光學拾取設備，其中，在根據第37或38項所述的發(fā)明中，物鏡和光源被致動器結合起來，至少被驅動，以便進行跟蹤。本發(fā)明的操作和效果與第26項的操作和效果相同。
根據第40項所述的光學拾取設備，滿足第21-39項中的任何一項所述的發(fā)明中的下列公式0.8＜d/f＜1.8(14)其中，d(mm)是沿物鏡的光軸的透鏡厚度，f(mm)是焦距。
本發(fā)明的操作和效果與第18項的操作和效果相同。
根據第41項所述的光學拾取設備，其中，在第21-40項中的任何一項所述的發(fā)明中，物鏡的設計波長λ0(nm)滿足下列公式500≥λ0≥350(15)本發(fā)明的操作和效果與第19項的操作和效果相同。
根據第42項所述的光學拾取設備滿足第21-41項中的任何一項所述的發(fā)明中的下列公式0.40≤(X1-X2)·(N-1)/(NA·f·(1+|m|))≤0.63---(16)]]>其中X1垂直于光軸并與光源側光學表面的頂端相切的平面以及有效直徑的最外圍部分中的光源側的光學表面(邊緣光束入射到其中的光源側的表面上NA的位置)之間沿光軸方向的距離(mm)，其中，在參考正切面沿光學信息記錄介質的方向測量X1的情況下其為正，在沿光源的方向測量X1的情況下其為負，X2垂直于光軸并與光學信息記錄介質側光學表面的頂端相切的平面以及有效直徑的最外圍部分中的光學信息記錄介質側的光學表面(邊緣光束入射到其中的光學信息記錄介質側的表面上NA的位置)之間沿光軸方向的距離(mm)，其中，在參考正切面在光學信息記錄介質的方向測量X2的情況下其為正，在光源的方向測量X2的情況下其為負，N在設計波長λ0時的物鏡的折射率，f物鏡的焦距(mm)，以及m物鏡的圖像形成放大率。
本發(fā)明的操作和效果與第20項的操作和效果相同。
根據第43項所述的光學信息記錄/再現設備包括光學拾取設備，該光學拾取設備包括光源；以及會聚光學系統，該系統包括物鏡，用于將從光源發(fā)出的光束會聚到光學信息記錄介質的信息記錄表面，并且該光學拾取設備能夠通過用會聚光學系統將從光源發(fā)出的光束會聚到光學信息記錄介質的信息記錄表面來記錄和/或再現信息，其中，物鏡是塑料單透鏡，并滿足下列公式NA≥0.8(1)1.0＞f＞0.2(2)其中，NA是將信息記錄和/或再現到光學信息記錄介質所需的物鏡的圖像側的數值孔徑，f(mm)是物鏡的焦距。
本發(fā)明的操作和效果與第1項的操作和效果相同。
根據第44項所述的光學信息記錄/再現設備，其中，在根據第43項所述的發(fā)明中，當具有波長λ0(nm)(這是其設計波長)的光在環(huán)境溫度(這是第一周圍溫度T0＝25℃)下入射到物鏡時W(λ0，T0)是物鏡的殘余像差的RMS值，以及當具有波長λ0(nm)(這是其設計波長)的光在環(huán)境溫度(這是第二周圍溫度T1＝55℃)下入射到物鏡時W(λ0，T1)是物鏡的殘余像差的RMS值，則由下列公式定義的ΔWΔW＝|W(λ0，T1)-W(λ0，T0)|(3)滿足下列公式ΔW＜0.035λrms(4)本發(fā)明的操作和效果與第2項的操作和效果相同。
根據第45項所述的光學拾取設備，其中，在根據第43或44項所述的發(fā)明中，光學物鏡的設計波長λ0不超過500nm，在下列情況下當波長為λ0(nm)的光在環(huán)境溫度(這是第一周圍溫度T0＝25℃)下入射到物鏡時fB(λ0，T0)是物鏡的后焦距，當波長為λ1(nm)(這比波長λ0長5nm)的光在環(huán)境溫度(這是第一周圍溫度T0＝25℃)下入射到物鏡時fB(λ1，T0)是物鏡的后焦距，則由下列公式定義的ΔfB
ΔfB＝|fB(λ1，T0)-fB(λ0，T0)|(5)滿足下列公式ΔfB＜0.001mm(6)本發(fā)明的操作和效果與第3項的操作和效果相同。
根據第46項所述的光學信息記錄/再現設備，其中，在根據第43-45項中的任何一項所述的發(fā)明中，物鏡是有限共軛類型的物鏡，用于將從光源發(fā)出的發(fā)散光束聚焦到光學信息記錄介質的信息記錄表面，并滿足下列公式0.8＞f＞0.2(6A)本發(fā)明的操作和效果與第4項的操作和效果相同。
根據第47項所述的光學信息記錄/再現設備，其中，在根據第46項所述的發(fā)明中，當m是物鏡的圖像形成放大率時，m滿足下列公式0.2＞|m|＞0.02(6B)本發(fā)明的操作和效果與第5項的操作和效果相同。
根據第48項所述的光學信息記錄/再現設備，其中，在根據第46或47項所述的發(fā)明中，物鏡和光源被致動器結合起來，至少被驅動用于進行跟蹤。本發(fā)明的操作和效果與第26項的操作和效果相同。
根據第49項所述的光學信息記錄/再現設備，包括光學拾取設備，該光學拾取設備包括光源；以及會聚光學系統，該系統包括物鏡，用于將從光源發(fā)出的光束會聚到光學信息記錄介質的信息記錄表面，并且該光學拾取設備能夠通過用會聚光學系統將從光源發(fā)出的光束會聚到光學信息記錄介質的信息記錄表面來記錄和/或再現信息，其中，物鏡是在至少一個光學表面上包括環(huán)狀相結構的塑料單透鏡，環(huán)狀相結構包括多個環(huán)面，并形成為使得相鄰的環(huán)面對于入射光產生預先確定的光程差，并滿足下列公式NA≥0.8(7)1.3＞f＞0.2(8)其中，NA是物鏡的圖像側的數值孔徑，這是對于光學信息記錄介質進行信息記錄和/或再現所需的，f(mm)是物鏡的焦距。
本發(fā)明的操作和效果與第6項的操作和效果相同。
根據第50項所述的光學信息記錄/再現設備，其中，在根據第49項所述的發(fā)明中，環(huán)狀相結構是具有衍射預先確定的入射光的功能的衍射結構，物鏡構成了會聚波陣面，該波陣面由于通過組合衍射效應和折射效應所獲得的效應而聚焦于信息記錄表面上。本發(fā)明的操作和效果與第7項的操作和效果相同。
根據第51項所述的光學信息記錄/再現設備，其中，在根據第50項所述的發(fā)明中，物鏡具有這樣的球面像差特征當入射光的波長變?yōu)檩^長的波長時，球面像差在校正不足的方向變化。本發(fā)明的操作和效果與第8項的操作和效果相同。
根據第52項所述的光學信息記錄/再現設備，其中，在根據第50或51項所述的發(fā)明中，當添加到透射通過衍射結構的波陣面的光程差通過由下列公式定義的光程差函數Φb來表示時Φb＝b2·h2+b4·h4+b6·h6+...
其中，b2，b4，b6...分別是第2階、第4階、第6階...光程差函數系數)，滿足下列公式-70＜(b4·hMAX4)/(f·λ0·10-6·(NA·(1-m))4)＜-20(8A)其中，λ0(nm)是物鏡的設計波長，hMAX是在其上面形成了衍射結構的光學表面的有效直徑最大高度(mm)，m是物鏡的圖像形成放大率。本發(fā)明的操作和效果與第9項的操作和效果相同。
根據第53項所述的光學信息記錄/再現設備，其中，在根據第49項所述的發(fā)明中，環(huán)狀相結構通過構成相鄰的環(huán)面以便在光軸方向彼此移位，從而對于入射光產生預先確定的光程差，物鏡構成了會聚波陣面，該波陣面由于折射效應而聚焦于信息記錄表面上。本發(fā)明的操作和效果與第10項的操作和效果相同。
根據第54項所述的光學信息記錄/再現設備，其中，在根據第53項所述的發(fā)明中，當包括光軸的環(huán)面叫做中心環(huán)面時，鄰近中心環(huán)面外面的環(huán)面形成為沿光軸方向移動，以便具有比中心環(huán)面更短的光程長度，在最大有效直徑位置處的環(huán)面形成為沿光軸方向移動，以便具有比鄰近其內側的環(huán)面更長的光程長度，在最大有效直徑的75％的位置的環(huán)面被形成為移動，以便具有比鄰近其內側的環(huán)面和鄰近其外側的環(huán)面更短的光程長度。本發(fā)明的操作和效果與第11項的操作和效果相同。
根據第55項所述的光學信息記錄/再現設備，其中，在根據第53或54項所述的發(fā)明中，環(huán)面的總數從3到20。本發(fā)明的操作和效果與第12項的操作和效果相同。
根據第56項所述的光學拾取設備的物鏡，其中，在根據第53-55項中的任何一項所述的發(fā)明中，當Δj(μm)是在其上面形成了環(huán)狀相結構的光學表面的有效直徑最大高度的75％的高度到100％的高度的區(qū)域中形成的環(huán)狀相結構中相互鄰近的環(huán)面的邊界處沿光軸方向的步長中的任意步長的步長量，以及n是設計波長λ0(nm)時物鏡的折射率時，由下列公式代表的mjmj＝INT(X)(8B)(其中X＝Δj·(n-1)/(λ0·10-3)和INT(X)是通過對X進行四舍五入所獲得的整數)是不小于2的整數。本發(fā)明的操作和效果與第13項的操作和效果相同。
根據第57項所述的光學信息記錄/再現設備，其中，在第49-56項中的任何一項所述的發(fā)明中，在下列情況下，當具有波長λ0(nm)(這是其設計波長)的光在環(huán)境溫度(這是第一周圍溫度T0＝25℃)下入射到物鏡時W(λ0，T0)是物鏡的殘余像差的RMS值，當具有波長λ1(nm)(這比波長λ0長5nm)的光在環(huán)境溫度(這是第一周圍溫度T0＝25℃)下入射到物鏡時W(λ1，T0)是物鏡的殘余像差的RMS值，以及當具有波長λ2(nm)的光在環(huán)境溫度(這是第二周圍溫度T1＝55℃)下入射到物鏡時W(λ2，T1)是物鏡的殘余像差的RMS值，則由下列公式定義的ΔW1和ΔW2ΔW1＝|W(λ2，T1)-W(λ0，T0)|(9)
ΔW2＝|W(λ1，T0)-W(λ0，T0)|(10)滿足下列公式ΔW1＜0.035λrms(11)ΔW2＜0.035λrms(12)其中當λ0＜600nm時，λ2＝λ0+1.5(nm)以及當λ0≥600nm時，λ2＝λ0+6(nm)。
本發(fā)明的操作和效果與第14項的操作和效果相同。
優(yōu)選情況下，根據第58項所述的光學信息記錄/再現設備滿足第47項所述的發(fā)明中的下列公式(ΔW1)2+(ΔW2)2<0.05λrms---(13)]]>本發(fā)明的操作和效果與第15項的操作和效果相同。
根據第59項所述的光學信息記錄/再現設備，其中，在根據第49-58項中的任何一項所述的發(fā)明中，物鏡是有限共軛類型的物鏡，用于將從光源發(fā)出的發(fā)散光束聚焦到信息記錄表面，并滿足下列公式。本發(fā)明的操作和效果與第16項的操作和效果相同。
1.1＞f＞0.2(13A)根據第60項所述的光學信息記錄/再現設備，當m是根據第59項所述的發(fā)明中的物鏡的圖像形成放大率時滿足下列公式本發(fā)明的操作和效果與第17項的操作和效果相同。
0.2＞|m|＞0.02(13B)根據第61項所述的光學信息記錄/再現設備，其中，在根據第59或60項所述的發(fā)明中，物鏡和光源被致動器結合起來，至少被驅動用于進行跟蹤。本發(fā)明的操作和效果與第26項的操作和效果相同。
根據第62項所述的光學信息記錄/再現設備滿足第43-61項中的任何一項所述的發(fā)明中的下列公式0.8＜d/f＜1.8(14)其中，d(mm)是沿物鏡的光軸方向的透鏡厚度，f(mm)是焦距。
本發(fā)明的操作和效果與第18項的操作和效果相同。
根據第63項所述的光學信息記錄/再現設備，其中，在第43-62項中的任何一項所述的發(fā)明中，物鏡的設計波長λ0(nm)滿足下列公式500≥λ0≥350(15)本發(fā)明的操作和效果與第19項的操作和效果相同。
根據第64項所述的光學信息記錄/再現設備滿足第43-63項中的任何一項所述的發(fā)明中的下列公式0.40≤(X1-X2)·(N-1)/(NA·f·(1+|m|))≤0.63---(16)]]>其中X1垂直于光軸并與光源側的光學表面的頂端相切的平面以及有效直徑的最外圍部分中的光源側的光學表面(邊緣光束入射到其中的光源側的表面上NA的位置)之間沿光軸方向的距離(mm)，其中，在參考正切面沿光學信息記錄介質的方向測量X1的情況下X1為正，在沿光源的方向測量X1的情況下X1為負，X2垂直于光軸并與光學信息記錄介質側的光學表面的頂端相切的平面以及有效直徑的最外圍部分中的光學信息記錄介質側的光學表面(邊緣光束入射到其中的光學信息記錄介質側的表面上NA的位置)之間沿光軸方向的距離(mm)，其中，在參考正切面沿光學信息記錄介質的方向測量X2的情況下X2為正，在沿光源的方向測量X2的情況下X2為負，N在設計波長λ0時的物鏡的折射率，f物鏡的焦距(mm)，以及m物鏡的圖像形成放大率。
本發(fā)明的操作和效果與第20項的操作和效果相同。
圖1是顯示本實施例的物鏡1的簡要視圖；圖2是顯示本實施例的物鏡4的簡要視圖；圖3是顯示溫度比設計溫度上升30℃的情況下，具有兩個光學表面(非球面)的雙凸面塑料單透鏡的波陣面的情況的視圖；圖4是概要顯示第一實施例的光學拾取設備(光學信息記錄/再現設備)的配置的視圖；圖5是說明后焦距fB的視圖；以及圖6是概要顯示第二實施例的光學拾取設備(光學信息記錄/再現設備)的配置的視圖；具體實施方式
下面將參考附圖描述根據本發(fā)明的實施例。圖1是顯示本實施例的物鏡1的簡要視圖，(A)是正面圖，(B)是側視圖，(C)是擴展側面的視圖。物鏡1例如應用于使用諸如藍色-紫色激光二極管之類的短波長光源的用于記錄/再現高密度DVD、MO等等的光學拾取設備，并具有用于將從光源發(fā)出的激光聚焦到光盤的信息記錄表面上的功能。
物鏡1是具有兩個非球面光學表面2和3的雙凸面塑料單透鏡。如圖1(A)所示，作為其中光軸為中心的同心衍射結構的環(huán)狀相結構在光學表面2上形成。如圖1(C)所示，環(huán)狀相結構在每一個環(huán)面的邊界處沿光軸方向具有步長Δ作為菲涅耳透鏡。入射到環(huán)狀相結構的任何環(huán)面的激光被衍射到由垂直于光軸的方向中的環(huán)面的寬度所確定的方向(在本說明書中，這樣的沿垂直于光軸的方向的環(huán)面的寬度被稱為“環(huán)面間距”)。
環(huán)狀相結構具有這樣的球面像差特征隨著入射光的波長加長，球面像差在校正不足的方向變化。因為塑料單透鏡的折射率由于溫度上升而降低，因此，球面像差沿過度校正的方向變化。另一方面，激光二極管的發(fā)射波長由于溫度上升而在變長的方向變化。例如，因為藍色-紫色激光二極管由于溫度上升而使發(fā)射波長變化+0.05nm/℃，因此，當溫度上升+30℃時，波長會加長1.5nm。相應地，由于提供的物鏡具有隨著入射光的波長加長而球面像差在校正不足的方向變化的球面像差特征，所以，由伴隨溫度上升導致的折射率變化所造成的過度校正的球面像差變化，可以通過由于溫度上升導致的激光二極管的發(fā)射波長的變化所造成的校正不足的球面像差的變化來加以平衡。
為了以這種方法通過環(huán)狀相結構的衍射效應來校正球面像差，必須特意地產生彩色球面像差。然而，當嘗試完全校正具有高NA的塑料單透鏡的熱像差時，必須將彩色球面像差的產生量配置得大一些，相應地，不可能使用具有由于制造誤差而偏離標準波長的發(fā)射波長的激光二極管。對于物鏡1，為了縮小熱像差的校正量，焦距被設置成滿足公式(8)或(13A)，另外，熱像差的校正和彩色球面像差的產生量匹配，以便分別滿足公式(11)到(13)。相應地，物鏡1是具有高NA的塑料單透鏡，還是具有良好的熱像差和彩色球面像差的透鏡。
圖2是顯示另一個實施例的物鏡4的簡要視圖，(A)是正面圖，(B)是側面圖。光學表面2，和物鏡1一樣，應用于使用諸如藍色-紫色激光二極管之類的短波長光源的用于記錄/再現高密度DVD、MO等等的光學拾取設備，并具有用于將從光源發(fā)出的激光聚焦到光盤的信息記錄表面上的功能。
物鏡4是具有兩個非球面光學表面5和6的雙凸面塑料單透鏡。如圖2(A)所示，作為其中光軸為中心的同心衍射結構的環(huán)狀相結構形成在光學表面5上。環(huán)狀相結構在每一個環(huán)面的邊界處沿光軸方向具有步長Δ，每一個步長Δ是以這樣的方式確定的，以便使得透射通過相鄰環(huán)面的激光具有25℃(這是設計溫度)時的波長的整數倍的波長的光程差。
此外，如圖2(B)所示，該環(huán)狀相結構包括至少一個環(huán)面，該環(huán)面形成為在光軸方向移動，以便具有比位于其內側附近的環(huán)面短的光程長度，以及包括至少一個環(huán)面，該環(huán)面形成為在光軸方向移動，以便具有比位于其內側附近的環(huán)面長的光程長度，其中，被形成為在光軸方向移動以便具有比位于其內側附近的環(huán)面短的光程長度的環(huán)面，與被形成為在光軸方向移動以便具有比位于其內側附近的環(huán)面長的光程長度的環(huán)面相比，在距離光軸較近的一側形成。下面，將描述以這種方法確定的環(huán)狀相結構對塑料單透鏡的熱像差的校正的原理。
圖3是顯示在溫度比設計溫度上升30℃的情況下具有兩個光學表面(非球面)的雙凸面塑料單透鏡的波陣面的情況的視圖，橫軸表示光學表面的有效半徑，縱軸表示光程差。在塑料單透鏡中，由伴隨溫度上升而導致的折射率的變化的影響產生球面像差，波陣面隨著圖3中的線條Ag而變化。圖3中的線條Bg顯示了通過按上文所描述的方式確定的環(huán)狀相結構添加到透射的波陣面的光程差，線條Cg顯示了在比設計溫度上升30℃的情況下透射通過環(huán)狀相結構的波陣面的情況。從線條Bg和Cg可以理解，在溫度比設計溫度上升30℃的情況下，由于透射通過塑料環(huán)狀相結構的波陣面和塑料單透鏡的波陣面的平衡，聚焦于光盤的信息記錄表面的激光的波陣面變成從寬的視圖來看沒有光程差的良好的波陣面，且塑料單透鏡的熱像差被環(huán)狀相結構校正。
和通過環(huán)狀相結構作為衍射結構的衍射效應來校正熱像差的情況一樣，在通過按上文的方式確定的環(huán)狀相結構的效應來校正具有高NA的塑料單透鏡的熱像差的情況下，不可能使用具有由于制造誤差而偏離標準波長的發(fā)射波長的激光二極管，因為嘗試完全校正熱像差會導致彩色球面像差的產生量變得太大。
對于物鏡4，為了縮小熱像差的校正量，焦距被設置成滿足公式(8)或(13A)，另外，熱像差的校正和彩色球面像差的產生量匹配，以便分別滿足公式(11)到(13)。相應地，物鏡4是具有高NA的塑料單透鏡，并且還是具有良好的熱像差和彩色球面像差的透鏡，和物鏡1一樣。
圖4是概要顯示配備有本發(fā)明的物鏡的光學拾取設備(光學信息記錄/再現設備)的配置的視圖。光學拾取設備7包括作為光源的激光二極管8和物鏡9。
激光二極管8是產生波長大約為400nm的光的基于GaN的藍色-紫色激光二極管。除了上文所描述的基于GaN的藍色-紫色激光二極管外，產生波長大約為400nm的光的光源可以使用SHG藍色-紫色激光二極管。
物鏡9是其焦距滿足公式(2)的塑料單透鏡、圖1的物鏡1和圖2的物鏡4中的任何一個。物鏡9包括垂直于光軸延伸的法蘭部分9A。物鏡9可以通過法蘭部分9A準確地連接到光學拾取設備7。光盤10一側的物鏡9的數值孔徑不少于0.80。
從激光二極管8發(fā)出的發(fā)散光束透射通過偏振光束分離器11并通過準直透鏡12和四分之一波片13，以變成圓偏振平行光束，隨后，光束直徑被光闌14調節(jié)，并被物鏡9變成一個通過高密度DVD的光盤10的保護層10A并在信息記錄表面10B上形成的光點。對于物鏡9，由位于它周圍的致動器15執(zhí)行聚焦控制和跟蹤控制。
被信息記錄表面10B中的信息位調制的反射光束再次透射通過物鏡9、光闌14、四分之一波片13和準直透鏡12，隨后，被偏振光束分離器11變成聚焦光束并被反射，借助于通過柱面透鏡16和凹透鏡17獲得了像散差，并聚焦于光檢測器18上。隨后，可以通過使用光檢測器18的輸出信號，讀取光盤10上記錄的信息。
圖6是概要顯示配備有本發(fā)明的物鏡的另一個光學拾取設備(光學信息記錄/再現設備)的配置的視圖。光學拾取設備7′包括作為光源的激光二極管8和物鏡9。
激光二極管8是產生波長大約為400nm的光的基于GaN的藍色-紫色激光二極管。除了上文所描述的的基于GaN的藍色-紫色激光二極管外，產生波長大約為400nm的光的光源可以使用SHG藍色-紫色激光二極管。
物鏡9是其焦距滿足公式(6A)的塑料單透鏡、上文所描述的圖1的物鏡1和圖2的物鏡4中的任何一個。物鏡9是有限共軛類型的物鏡，用于通過高密度DVD的光盤10的保護層10A將從激光二極管8發(fā)出的發(fā)散光束聚焦到信息記錄表面10B。物鏡9包括垂直于光軸延伸的法蘭部分9A。物鏡9可以通過法蘭部分9A準確地連接到光學拾取設備7′。光盤10一側的物鏡9的數值孔徑不少于0.80。
從激光二極管8發(fā)出的發(fā)散光束透射通過偏振光束分離器11并通過四分之一波片13，以變成圓偏振光，隨后，光束直徑被光闌14調節(jié)，并被物鏡9變成一個通過高密度DVD的光盤10的保護層10A并在信息記錄表面10B上形成的光點。被信息記錄表面10B中的信息位調制的反射光束再次透射通過物鏡9、光闌14和四分之一波片13，隨后，被偏振光束分離器11反射，借助于通過柱面透鏡16和凹透鏡17獲得了像散差，并聚焦于光檢測器18上。隨后，可以通過使用光檢測器18的輸出信號，讀取光盤10上記錄的信息。
在光學拾取設備7′中，激光二極管8、物鏡9、偏振光束分離器11、四分之一波片13、柱面透鏡16、凹透鏡17和光檢測器18都作為模塊集成到襯底上。在跟蹤控制中，這些組件被致動器19作為整體來進行驅動。
接下來，將介紹上文所描述的實施例的六個優(yōu)選示例。示例1到6是應用于高密度DVD的光學拾取設備的物鏡，其中，用于記錄/再現信息的波長為405nm，保護層的厚度為0.1mm。示例1是這樣的塑料單透鏡，其中，通過設置焦距以便滿足公式(2)，可以抑制熱像差和縱向色像差的產生量為低，示例2和3兩者都是這樣的塑料單透鏡，其中，通過在第一表面(光源一側的光學表面)上形成的環(huán)狀相結構的效應來校正熱像差。示例4是有限共軛類型的塑料單透鏡，其中，通過設置焦距以便滿足公式(6A)，可以抑制熱像差和縱向色像差的產生量為低，示例5和6兩者都是有限共軛類型的塑料單透鏡，其中，通過在第一表面(光源一側的光學表面)上形成的環(huán)狀相結構的效應來校正熱像差。
表4顯示了示例1的物鏡的透鏡數據，表5顯示了示例2的物鏡的透鏡數據，表6顯示了示例3的物鏡的透鏡數據。在表4、5和6的透鏡數據中，r(mm)表示曲率半徑，d(mm)表示表面距離，N405表示波長為405nm時的折射率，Vd表示d行中的阿貝數。
表4
非球面表面系數
表5
非球面表面系數
衍射表面系數
表6
非球面表面系數
示例1是這樣的塑料單透鏡入射光束直徑為0.8mm，焦距f＝0.47mm，NA為0.85，設計波長為405nm，設計溫度為25℃。由于焦距被設置為滿足公式(2)，因此它是具有高NA的塑料單透鏡，并且還是在產生熱像差和模式跳越時的球面像差都比較好的鏡頭，如表7所示。
表7
在表7中，為了計算熱像差，塑料透鏡的伴隨溫度上升導致的折射率的變化率為-9.0×10-5，并且伴隨溫度上升導致的入射光的波長的變化率為+0.05nm/℃。為了計算產生模式跳越時的球面像差，假設由于模式跳越而產生的藍色-紫色激光二極管的波長的偏差為+1nm，物鏡的焦點位置被固定在405nm的最佳圖像表面位置。
對于示例1的物鏡，ΔW的值(公式(3))是ΔW＝0.019λrms，因為W(λ0，T0)＝0.001λrms(λ0＝405nm，T0＝25℃)，W(λ0，T1)＝0.020λrms(λ0＝405nm，T1＝55℃)。ΔfB的值(公式(5))是ΔfB＝0.0004mm，因為fB(λ0，T0)＝0.0762mm(λ0＝405nm，T0＝25℃)，fB(λ1，T0)＝0.0766mm(λ1＝410nm，T0＝25℃)。如圖5所示，本說明書中的后焦距fB表示在光學信息記錄介質一側物鏡的光學表面S2以及光學信息記錄介質的光束入射表面SIN之間沿著光軸的距離。
示例2是這樣的塑料單透鏡入射光束直徑為1.5mm，焦距f＝0.88mm，NA為0.85，設計波長為405nm，設計溫度為25℃，是作為如上文所描述的實施例中的物鏡1的合適物鏡。如表8所示，在示例2的物鏡的第一表面上的有效直徑內形成了其邊界包括沿光軸方向的大約0.7μm到1.2μm的步長Δ的80段環(huán)狀相結構作為衍射結構。當使從藍色-紫色激光二極管發(fā)出的激光入射到環(huán)狀相結構時，產生第1階衍射光以便具有最大衍射光量(即，環(huán)狀相結構在波長為405nm并且衍射階為1時被優(yōu)化)。通過環(huán)狀相結構的衍射效應，熱像差得到很好的校正。
表8
對于示例2的物鏡，ΔW1的值(公式(9))是ΔW1＝0.019λrms，因為W(λ0，T0)＝0.001λrms(λ0＝405nm，T0＝25℃)，W(λ2，T1)＝0.020λrms(λ2＝406.5nm，T1＝55℃)。ΔW2的值(公式(10))是ΔW2＝0.021λrms，因為W(λ0，T0)＝0.001λrms(λ0＝405nm，T0＝25℃)，W(λ1，T0)＝0.022λrms(λ1＝410nm，T0＝25℃)。示例2中的公式(8A)的值為-42。
示例3是這樣的塑料單透鏡入射光束直徑為1.0mm，焦距f＝0.59mm，NA為0.85，設計波長為405nm，設計溫度為25℃，是作為如上文所描述的實施例中的物鏡4的合適物鏡。如表6所示，在示例3的物鏡的第一表面上的有效直徑內，形成了其邊界包括沿光軸方向的大約1.3μm到2.3μm的步長Δ的6段環(huán)狀相結構作為衍射結構。當使從藍色-紫色激光二極管發(fā)出的激光入射環(huán)狀相結構時，產生第1階衍射光以便具有最大衍射光量(即，環(huán)狀相結構在波長為405nm并且衍射階為1時被優(yōu)化)。通過環(huán)狀相結構的效應，熱像差得到很好的校正。
對于示例3的物鏡，ΔW1的值(公式(9))是ΔW1＝0.013λrms，因為W(λ0，T0)＝0.002λrms(λ0＝405nm，T0＝25℃)，W(λ2，T1)＝0.015λrms(λ2＝406.5nm，T1＝55℃)。ΔW2的值(公式(10))是ΔW2＝0.013λrms，因為W(λ0，T0)＝0.002λrms(λ0＝405nm，T0＝25℃)，W(λ1，T1)＝0.015λrms(λ1＝410nm，T0＝25℃)。對于示例3中的公式(8B)的值，第5環(huán)表面是mj＝3，第6環(huán)表面是mj＝3。
示例2和3的物鏡都設置了滿足公式(8)的焦距，從而降低熱像差的校正量，另外，還具有這樣的配置，其中，熱像差的校正和彩色球面像差的產生量匹配，以便分別滿足公式(11)到(13)。因此，它們是具有高NA的塑料單透鏡，還是具有良好的熱像差和彩色球面像差的透鏡，如表9所示。
表9
在表9中，為了計算熱像差，塑料透鏡的伴隨溫度上升導致的折射率的變化率為-9.0×10-5，伴隨溫度上升導致的入射光的波長的變化率為+0.05nm/℃。
表11顯示了示例5的物鏡的透鏡數據，表15顯示了示例6的物鏡的透鏡數據。在表10、11和15的透鏡數據中，r(mm)表示曲率半徑，d(mm)表示表面距離，N405表示波長為405nm時的折射率，Vd表示d行中的阿貝數。
表10[示例4]
非球面表面系數
表11[示例5]
非球面表面系數
衍射表面系數
表15
示例4是這樣的塑料單透鏡焦距為0.30mm，NA為0.85，設計波長為405nm，圖像形成放大率f為-0.084，設計溫度為25℃。在將調節(jié)光束的光闌放置在示例4的物鏡中的第一表面的表面頂端位置的情況下，其光闌直徑變成0.532mm。由于焦距被設置為滿足公式(6A)，因此它是有限共軛類型的具有高NA的塑料單透鏡，還是在產生熱像差和模式跳越時的球面像差都比較好的鏡頭，如表12所示。
表12
非球面表面系數
在表12中，為了計算熱像差，塑料透鏡的伴隨溫度上升導致的折射率的變化率為-9.0×10-5，伴隨溫度上升導致的入射光的波長的變化率為+0.05nm/℃。為了計算產生模式跳越時的球面像差，假設由于模式跳越而產生的藍色-紫色激光二極管的波長的偏差為+1nm，且物鏡的焦點位置被固定在405nm的最佳圖像表面位置。
對于示例4的物鏡，ΔW的值(公式(3))是ΔW＝0.028λrms，因為W(λ0，T0)＝0.000λrms(λ0＝405nm，T0＝25℃)，W(λ0，T1)＝0.028λrms(λ0＝405nm，T1＝55℃)。ΔfB的值(公式(5))是ΔfB＝0.0004mm，因為fB(λ0，T0)＝0.0742mm(λ0＝405nm，T0＝25℃)，fB(λ1，T0)＝0.0746mm(λ1＝410nm，T0＝25℃)。
示例5是這樣的塑料單透鏡焦距f＝0.40mm，NA為0.85，設計波長為405nm，圖像形成放大率f為-0.083，設計溫度為25℃，是作為如上文所描述的實施例中的物鏡1的合適物鏡。在將調節(jié)光束的光闌放置在示例5的物鏡中的第一表面的表面頂端位置的情況下，其光闌直徑變成0.708mm。如表13所示，在示例5的物鏡的第一表面上的有效直徑內，形成了其邊界包括沿光軸方向的大約0.7μm到1.1μm的步長Δ的27段環(huán)狀相結構作為衍射結構。當使從藍色-紫色激光二極管發(fā)出的激光入射環(huán)狀相結構時，產生第1階衍射光以便具有最大衍射光量(即，環(huán)狀相結構在波長為405nm并且衍射階為1時被優(yōu)化(衍射效率最高))。通過環(huán)狀相結構的衍射效應，熱像差得到很好的校正。
表13
對于示例5的物鏡，ΔW1的值(公式(9))是ΔW1＝0.018λrms，因為W(λ0，T0)＝0.000λrms(λ0＝405nm，T0＝25℃)，W(λ2，T1)＝0.018λrms(λ2＝406.5nm，T1＝55℃)。ΔW2的值(公式(10))是ΔW2＝0.019λrms，因為W(λ0，T0)＝0.000λrms(λ0＝405nm，T0＝25℃)，W(λ1，T0)＝0.019λrms(λ1＝410nm，T0＝25℃)。
示例5的物鏡設置焦距以便滿足公式(13A)，從而降低熱像差的校正量，另外，還具有這樣的配置，其中，熱像差的校正和彩色球面像差的產生量匹配，以便分別滿足公式(9)到(11)。因此，它是有限共軛類型的具有高NA的塑料單透鏡，還是具有良好的熱像差和彩色球面像差的透鏡，如表14所示。
表14
在表14中，為了計算熱像差，塑料透鏡的伴隨溫度上升導致的折射率的變化率為-9.0×10-5，伴隨溫度上升導致的入射光的波長的變化率為+0.05nm/℃。示例5中的公式(8A)的值為-45。
示例6是這樣的塑料單透鏡焦距f＝0.40mm，NA為0.85，設計波長為405nm，圖像形成放大率f為-0.083，設計溫度為25℃，是作為如上文所描述的實施例中的物鏡4的合適物鏡。在將調節(jié)光束的光闌放置在示例6的物鏡中的第一表面的表面頂端位置的情況下，其光闌直徑變成0.702mm。如表15所示，在示例6的物鏡的第一表面上的有效直徑內，形成了其邊界包括沿光軸方向的大約1.5μm到4.0μm的步長Δ的7段環(huán)狀相結構作為衍射結構。通過環(huán)狀相結構的衍射效應，熱像差得到很好的校正。
對于示例6的物鏡，ΔW1的值(公式(9))是ΔW1＝0.018λrms，因為W(λ0，T0)＝0.002λrms(λ0＝405nm，T0＝25℃)，W(λ2，T1)＝0.020λrms(λ2＝406.5nm，T1＝55℃)。ΔW2的值(公式(10))是ΔW2＝0.030λrms，因為W(λ0，T0)＝0.002λrms(λ0＝405nm，T0＝25℃)，W(λ1，T1)＝0.032λrms(λ1＝410nm，T0＝25℃)。對于示例6中的公式(8B)的值，第6環(huán)表面是mj＝5，第7環(huán)表面是mj＝7。
示例6的物鏡設置了焦距以便滿足公式(6A)，從而降低熱像差的校正量，另外，還具有這樣的配置，其中，熱像差的校正和彩色球面像差的產生量匹配，以便分別滿足公式(11)到(13)。相應地，它是有限共軛類型的具有高NA的塑料單透鏡，還是具有良好的熱像差和彩色球面像差的透鏡，如表16所示。
表16
在表16中，為了計算熱像差，塑料透鏡的伴隨溫度上升導致的折射率的變化率為-9.0×10-5，伴隨溫度上升導致的入射光的波長的變化率為+0.05nm/℃。
每一個示例中的上文所描述的公式(16)的值(是{(X1-X2)·(N-1)/NA·f·(1+|m|)}]]>如下示例10.471示例20.454示例30.490
示例40.576示例50.538示例60.558根據本發(fā)明，可以提供一種塑料單透鏡，該塑料單透鏡適合作為使用具有高NA的塑料單透鏡的光學拾取設備的物鏡，其中，可用溫度范圍足夠寬，由于光源的模式跳越而導致的聚焦能力的下降輕微，因此，可以提供一種具有高性能的光學拾取設備和光學信息記錄/再現設備。
權利要求
1.一種用于光學拾取設備的物鏡，其中，該光學拾取設備包括光源；以及物鏡，用于將從光源發(fā)出的光束會聚到光學信息記錄介質的信息記錄表面，并且該光學拾取設備能夠通過用物鏡將從光源發(fā)出的光束會聚到光學信息記錄介質的信息記錄表面來記錄和/或再現信息，其中，物鏡是塑料單透鏡，該塑料單透鏡在至少一個光學表面上包括環(huán)狀相結構，該環(huán)狀相結構包括多個環(huán)面，并形成為使得相鄰的環(huán)面對于入射光產生預先確定的光程差，其中，當包括光軸的環(huán)面叫做中心環(huán)面時，鄰近中心環(huán)面的外面的環(huán)面形成為沿光軸方向移動，以便具有比中心環(huán)面短的光程長度，在最大有效直徑位置處的環(huán)面形成為沿光軸方向移動，以便具有比鄰近其內側的環(huán)面長的光程長度，以及其中，物鏡滿足下列公式NA≥0.8其中，NA是將信息記錄和/或再現到光學信息記錄介質所需的物鏡的圖像側數值孔徑。
2.根據權利要求1所述的光學拾取設備的物鏡，其中，在最大有效直徑的75％的位置處的環(huán)面形成為被移動，以便具有比鄰近其內側的環(huán)面和鄰近其外側的環(huán)面短的光程長度。
3.根據權利要求1所述的光學拾取設備的物鏡，其中，環(huán)面的總數從3到20。
4.根據權利要求1所述的光學拾取設備的物鏡，其中，物鏡具有這樣的球面像差特征當入射光的波長變長時，球面像差在校正更不足的方向變化。
5.根據權利要求1所述的光學拾取設備的物鏡，其中，當單位為μm的Δj是在其上面形成了環(huán)狀相結構的光學表面的有效直徑最大高度的75％的高度到100％的高度的區(qū)域中形成的環(huán)狀相結構中相互鄰近的環(huán)面的邊界處沿光軸方向的步長中任意步長的步長量，以及n是單位為μm的設計波長λ0時物鏡的折射率時，由下列公式代表的mjmj＝INT(X)是不小于2的整數，其中X＝Δj·(n-1)/(λ0·10-3)，并且INT(X)是通過對X進行四舍五入所獲得的整數。
6.根據權利要求1所述的光學拾取設備的物鏡，其中，物鏡滿足下列公式0.8＜d/f＜1.8(14)其中，d是沿物鏡的光軸的透鏡厚度，其單位為mm，f是用于光源的物鏡的焦距，其單位為mm。
7.根據權利要求5所述的光學拾取設備的物鏡，其中，物鏡的單位為nm的設計波長λ0滿足下列公式500≥λ0≥350。
全文摘要
用于光學拾取設備的物鏡，該光學拾取設備包括光源；以及會聚光學系統，該系統包括物鏡，用于將從光源發(fā)出的光束會聚到光學信息記錄介質的信息記錄表面，該光學拾取設備能夠通過用會聚光學系統將從光源發(fā)出的光束會聚到光學信息記錄介質的信息記錄表面來記錄和/或再現信息，該物鏡是塑料單透鏡，當NA是將信息記錄和/或再現到光學信息記錄介質所需的圖像側數值孔徑，f(mm)是物鏡的焦距時，滿足下列公式。甚至在具有高NA的塑料單透鏡的情況下熱像差也不會過度增大，且在折射類型的塑料單透鏡中也可以將光學拾取設備實際應用溫度范圍內的熱像差抑制在容許范圍內。NA≥0.8 (1)；1.0＞f＞0.2 (2)。
文檔編號G11B7/1374GK101093692SQ20071013739
公開日2007年12月26日 申請日期2003年8月28日 優(yōu)先權日2002年8月28日
發(fā)明者木村徹 申請人:柯尼卡美能達控股株式會社