專利名稱：透鏡和采用該透鏡的光學(xué)系統(tǒng)、光學(xué)頭以及光盤裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是利用多種單色光的多波長(zhǎng)用光學(xué)系統(tǒng)，涉及互換型記錄再生裝置上用的通用多波長(zhǎng)用透鏡、多波長(zhǎng)用光學(xué)系統(tǒng)、光學(xué)頭以及光盤裝置，互換型記錄重現(xiàn)裝置可對(duì)應(yīng)于例如CD(光盤還包括CD-R等的CD)、DVD(Digital Versatile Disc)、和藍(lán)色激光(blue laser)對(duì)應(yīng)的光盤(AOD)等種類不同的光記錄媒體。
背景技術(shù)：
至今，提出了可以對(duì)CD和DVD等種類不同的光盤都進(jìn)行再生的互換型光盤裝置。CD和DVD等(以下將這些總稱為光盤)都采用透明的基板，在該透明基板的一面上設(shè)有信息記錄面。這樣，光盤由兩個(gè)透明基板以信息記錄面相對(duì)而合并的方式貼合構(gòu)成，或者由這樣的透明基板以透明的保護(hù)基板、透明基板的信息記錄面與保護(hù)基板相對(duì)而合并的方式貼合構(gòu)成。再生如此構(gòu)成的光盤上存儲(chǔ)的信息信號(hào)時(shí)，必需通過(guò)光盤裝置使來(lái)自光源的激光束經(jīng)透明基板聚光到光盤的信息記錄面上。如下所述，激光束的波長(zhǎng)在用于CD的場(chǎng)合和用于DVD的場(chǎng)合下是不同的。為了使激光束聚光，在光盤裝置中使用物鏡。這里，用于CD的透明基板的厚度為1.2mm，與此相對(duì)，用于DVD的透明基板的厚度為0.6mm，相應(yīng)于光盤的種類(激光束波長(zhǎng)的差異)所設(shè)的信息記錄面的透明基板的厚度不同。在對(duì)種類不同的光盤進(jìn)行再生的光盤裝置中，即使對(duì)應(yīng)于光盤的種類，透明基板的厚度不同，也必需使激光束聚光在信息記錄面上。另外，有近年來(lái)提出的新光盤裝置采用波長(zhǎng)400nm左右的藍(lán)色激光來(lái)再生信息的方案。因此，在光盤裝置中，希望在用于下位互換CD以及現(xiàn)有的DVD之外，還可以同時(shí)使用這樣的新光盤。
作為這樣的互換型光盤裝置，考慮或者在讀取裝置上為每一種光盤設(shè)置物鏡，根據(jù)使用的光盤種類更換物鏡，或者為每一種光盤設(shè)置讀取裝置，根據(jù)使用的光盤種類更換讀取裝置。但是，為了使成本降低和裝置小型化，作為物鏡，希望可以對(duì)光盤的任一種類都用同樣的透鏡。
作為這樣物鏡的一個(gè)典型實(shí)例在專利文獻(xiàn)1中有記載。該文獻(xiàn)中所記載的物鏡在半徑方向上分成三個(gè)以上的環(huán)帶狀透鏡面，每一個(gè)環(huán)帶狀透鏡面和另一個(gè)環(huán)帶狀透鏡面折射能力不同。這樣，對(duì)于同樣波長(zhǎng)的激光束，每一個(gè)環(huán)帶狀透鏡面使激光束聚光在例如薄透明基板(0.6mm)的光盤(DVD)信息記錄面上，每另一個(gè)環(huán)帶狀透鏡面使激光束聚光在例如厚透明基板(1.2mm)的光盤(CD)信息記錄面上。
另外，作為其它的典型實(shí)例在專利文獻(xiàn)2中有記載。該文獻(xiàn)中公開(kāi)了一種光盤裝置，該光盤裝置對(duì)于薄透明基板的DVD使用短波長(zhǎng)(635nm或者650nm)激光束，對(duì)于厚透明基板的CD使用長(zhǎng)波長(zhǎng)(780nm)激光束。該光盤裝置具有這些激光束共用的物鏡。這樣，該物鏡形成衍射透鏡構(gòu)造，該衍射透鏡構(gòu)造在具有正的放大率的折射透鏡一面上密密地設(shè)置環(huán)帶狀細(xì)小級(jí)差。這樣的衍射透鏡構(gòu)造設(shè)計(jì)成這樣，即，對(duì)于薄透明基板的DVD，使短波長(zhǎng)激光束的衍射光聚光在信息記錄面上，而對(duì)于厚透明基板的CD，使長(zhǎng)波長(zhǎng)激光束的衍射光聚光在信息記錄面上。這樣，設(shè)計(jì)成將任何衍射光和同一級(jí)的衍射光都聚集在信息記錄面上。但是，對(duì)于DVD采用短波長(zhǎng)激光束的情況，由于與CD相比，DVD的記錄密度高，因此，射束點(diǎn)必需縮小。眾所周知，光斑的大小與波長(zhǎng)成正比，與數(shù)值孔徑NA成反比。
已經(jīng)提出一種在透鏡面上設(shè)置環(huán)帶狀相位移相器的環(huán)帶狀相位校正透鏡方式的物鏡(例如專利文獻(xiàn)3)。在該物鏡中，首先以一透鏡面為基準(zhǔn)，該透鏡面做成用于DVD的、沒(méi)有由波長(zhǎng)λ1為640nm的激光束形成的波面像差。另外，在該物鏡中，在半徑方向上分成多個(gè)環(huán)帶狀折射面，這些折射面分別具有從該基準(zhǔn)透鏡面的所定級(jí)差(距透鏡中心的第i個(gè)的級(jí)差為di)而形成。通過(guò)這樣的級(jí)差di，由各個(gè)折射面使DVD的激光束對(duì)于基準(zhǔn)透鏡面只移動(dòng)該波長(zhǎng)λ1的整數(shù)mi倍，由此縮小了CD系列的波面像差。
專利文獻(xiàn)1特開(kāi)平9-145995號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)2特開(kāi)2000-81566號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)3特開(kāi)2001-51192號(hào)公報(bào)在上述任一已有實(shí)例中，由于可以對(duì)DVD和CD使用共同的物鏡，所以包括物鏡、不需要為每一DVD、CD更換使用部件的裝置等，具有成本低且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單方面的優(yōu)點(diǎn)。但是，在上述專利文獻(xiàn)1中，由于在每一DVD、CD的物鏡上采用的環(huán)帶狀透鏡面不同，所以對(duì)于入射激光束成為無(wú)效的部分很多，存在光利用效率顯著降低的問(wèn)題。
另外，在上述專利文獻(xiàn)2中，由于利用了通過(guò)衍射透鏡構(gòu)造的衍射光，所以存在無(wú)法使各不同波長(zhǎng)的衍射效率同時(shí)達(dá)到100％的問(wèn)題。此外，在該衍射透鏡中，對(duì)于用于DVD的短波長(zhǎng)(635nm或者650nm)激光束和用于CD的長(zhǎng)波長(zhǎng)(780nm)激光束，在這些的幾乎中間的波長(zhǎng)下使衍射效率為100％，從而對(duì)應(yīng)于所使用的激光束，使衍射效率平衡。另外，為了在透鏡面上設(shè)置衍射透鏡構(gòu)造，必需有微小的級(jí)差，但是容易受到制造上誤差的影響，在衍射構(gòu)造由于設(shè)計(jì)偏移的情況下導(dǎo)致衍射效率劣化。這樣，衍射效率的劣化和最初衍射效率無(wú)法全部達(dá)到100％，就意味著全部入射光無(wú)法集光到設(shè)在光盤透明基板上的信息記錄面上，這就損失了光通量。
再有，在上述專利文獻(xiàn)3中所公開(kāi)的環(huán)帶狀相位校正透鏡方式中，以設(shè)計(jì)成對(duì)于DVD的激光束沒(méi)有波面像差的透鏡面作為基準(zhǔn)面，由此，使對(duì)于CD的激光束的波面像差縮小，而從該基準(zhǔn)面只凹陷DVD激光束的波長(zhǎng)λ1的整數(shù)mi倍的級(jí)差di，形成折射面。并且，這時(shí)，由于通過(guò)上述級(jí)差的形成而使各環(huán)帶區(qū)域上的聚光點(diǎn)位置因上述級(jí)差形成而移動(dòng)，所以要使得聚光點(diǎn)位置沒(méi)有移動(dòng)而設(shè)計(jì)的各環(huán)帶區(qū)域曲面形狀。但是，在上述專利文獻(xiàn)3的已有實(shí)例中，DVD的波面像差雖可以充分縮小，但是對(duì)于CD的激光束來(lái)說(shuō)，無(wú)法充分縮小波面像差。作為波面像差的值，如果作為RMS波面像差值為Marechal(マレシヤル)評(píng)價(jià)基準(zhǔn)的0.07λRMS以下就較好，這記載在許多已有的文獻(xiàn)(オプトロニクス社発行の光學(xué)入門第198頁(yè)，平成2年11月26日発行，等等)中，上述專利文獻(xiàn)3中也描述了值為0.07λRMS以下這樣的實(shí)施方式。但是，所謂0.07λRMS以下在光盤裝置的場(chǎng)合應(yīng)該是光盤裝置總的目標(biāo)值，作為單個(gè)物鏡的目標(biāo)值仍是不夠的。作為光盤裝置總體，由于激光的象散和準(zhǔn)直透鏡的像差、反射鏡和透射鏡的像差、光讀取裝置和光盤的傾斜錯(cuò)位等等使RMS波面像差變劣化的因素很多，所以，作為單個(gè)物鏡來(lái)說(shuō)，0.07λRMS以下并不夠，而是要求盡可能小的RMS波面像差值。具體地說(shuō)，對(duì)于單個(gè)物鏡，希望有0.035λRMS以下的RMS波面像差值，尤其希望有0.030λRMS以下的值，進(jìn)一步希望有0.025λRMS以下的RMS波面像差值，在上述專利文獻(xiàn)3中，實(shí)施方式1中DVD的為0.001λRMS、CD的為0.047λRMS，實(shí)施方式2中DVD的為0.019λRMS、CD的為0.037λRMS，DVD的波面像差有較好的值，而CD中卻只有在0.037λRMS以上的值，從而不能實(shí)現(xiàn)得到使DVD、CD都獲得良好的波面像差值。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種透鏡和使用該透鏡的光學(xué)系統(tǒng)、光學(xué)頭、光盤裝置，以解決上述問(wèn)題，對(duì)于各個(gè)多種光記錄媒體都可達(dá)到盡可能縮小波面像差的狀態(tài)，而且可以以較高的光利用效率使光束聚光在信息記錄面上。
在本發(fā)明中，這種多波長(zhǎng)用透鏡是在通過(guò)各折射作用對(duì)波長(zhǎng)為λi(i＝1，2，3，4……)的多種單色光聚光的多波長(zhǎng)用透鏡中，將在該透鏡的至少一側(cè)的透鏡面內(nèi)的所有單色光的共用區(qū)域分割成折射能力不同的多個(gè)非球面部，在與所分割的各非球面部各自鄰接的非球面部彼此的鄰接部中的透鏡光軸平行方向上的級(jí)差量按照接近透鏡光軸的順序?yàn)镈j(j＝1，2，3，4，……)時(shí)，在上述鄰接部的級(jí)差中至少一半以上的級(jí)差中，當(dāng)對(duì)應(yīng)于各波長(zhǎng)λi的下述Aij值中的最小值為MIN(Aij)、最大值為MAX(Aij)時(shí)，滿足下述公式MAX(Aij)/MIN(Aij)＜3其中，Aij＝絕對(duì)值(Bij-mij)Bij＝(絕對(duì)值(Dj))*(ni-1)/λi-C
ni波長(zhǎng)λi下的透鏡的折射率mij最接近Bij值的整數(shù)C校正項(xiàng)。
在優(yōu)選的實(shí)施方式中，校正項(xiàng)C是基于上述鄰接部的波長(zhǎng)λi時(shí)的NA而算出的。
更優(yōu)選的是，本發(fā)明的多波長(zhǎng)用透鏡在通過(guò)各折射作用對(duì)波長(zhǎng)為λi(i＝1，2，3，4……)的多種單色光聚光的多波長(zhǎng)用透鏡中，將在該透鏡的至少一側(cè)的透鏡面內(nèi)的所有單色光的共用區(qū)域分割成折射能力不同的多個(gè)非球面部，在與所分割的各非球面部各自鄰接的非球面部彼此的鄰接部中的透鏡光軸平行方向上的級(jí)差量為Dj(j＝1，2，3，4，……按接近透鏡光軸的順序)、波長(zhǎng)λi的光入射時(shí)的第j個(gè)鄰接部之間的NA為NAij時(shí)，在上述鄰接部的級(jí)差中至少一半以上的級(jí)差中，對(duì)應(yīng)于各波長(zhǎng)λi的下述Aij的值中最小值為MIN(Aij)、最大值為MAX(Aij)時(shí)，滿足下式。更進(jìn)一步，最好所有的鄰接級(jí)差都滿足該式。
MAX(Aij)/MIN(Aij)＜3其中，Aij＝絕對(duì)值(Bij-mij)Bij＝(絕對(duì)值(Dj))*(ni-1)/λi-(NAij2)*K/λini波長(zhǎng)λi下的透鏡的折射率mij最接近Bij的整數(shù)K＝0.0004毫米(NAij＜0.55時(shí))K＝0.0005毫米(NAij＞＝0.55時(shí))。
更好的是滿足下式。更進(jìn)一步，最好所有的鄰接級(jí)差都滿足該式。
MAX(Aij)/MIN(Aij)＜2。
本發(fā)明的另外一種多波長(zhǎng)用透鏡是通過(guò)各折射作用對(duì)波長(zhǎng)為λi(i＝1，2，3，4……)的多種單色光聚光的多波長(zhǎng)用透鏡，將在該透鏡的至少一側(cè)的透鏡面內(nèi)的所有單色光的共用區(qū)域分割成折射能力不同的多個(gè)非球面部，上述分割的各非球面部具有在非球面部彼此的鄰接部中微小范圍與上述非球面不同的形狀，當(dāng)上述分割的各非球面部延長(zhǎng)到上述鄰接部時(shí)的透鏡光軸平行方向上的上述鄰接部中的上述延長(zhǎng)的非球面部彼此的級(jí)差量按照接近光軸的順序?yàn)闉镈j(j＝1，2，3，4，……為接近透鏡光軸的順序)、波長(zhǎng)λi的光入射時(shí)的第j個(gè)鄰接部之間的NA為NAij時(shí)，在上述鄰接部的級(jí)差中至少一半以上的級(jí)差中，對(duì)應(yīng)于各波長(zhǎng)λi的下述Aij的值中最小值為MIN(Aij)、最大值為MAX(Aij)時(shí)，滿足下式MAX(Aij)/MIN(Aij)＜3其中，Aij＝絕對(duì)值(Bij-mij)Bij＝(絕對(duì)值(Dj))*(ni-1)/λi-(NAij2)*K/λini波長(zhǎng)λi下的透鏡的折射率mij最接近Bij的整數(shù)K＝0.0004毫米(NAij＜0.55時(shí))K＝0.0005毫米(NAij＞＝0.55時(shí))。
上述任一種多波長(zhǎng)用透鏡中，希望在微小范圍與上述非球面不同的形狀具有金屬鑄模撥模方向的撥模斜度。另外，上述任一種多波長(zhǎng)用透鏡中，更希望在微小范圍與上述非球面不同的形狀為微小的R形狀。
上述的透鏡用于光學(xué)系統(tǒng)、光學(xué)頭、光盤裝置中。
另外，本發(fā)明的其他方案是具有正的放大率、在對(duì)來(lái)自光源的光聚光的聚焦面上形成光斑的透鏡，其特征在于，在上述透鏡的一側(cè)或者兩側(cè)的透鏡面上設(shè)置使用區(qū)域和位于其外側(cè)的非使用區(qū)域，在來(lái)自上述光源的光也入射到該非使用區(qū)域時(shí)，使來(lái)自上述光源的光入射到上述使用區(qū)域以及非使用區(qū)域二者上時(shí)所得的光斑直徑比使來(lái)自上述光源的光只入射到上述使用區(qū)域本身上時(shí)得到的光斑直徑小。
在這種透鏡中，較好的是上述透鏡是對(duì)多種波長(zhǎng)的單色光聚光的多波長(zhǎng)用透鏡，對(duì)于第一波長(zhǎng)的非使用區(qū)域成為與上述第一波長(zhǎng)不同的第二波長(zhǎng)的使用區(qū)域。更進(jìn)一步，在這種多波長(zhǎng)用透鏡中，希望是在對(duì)于上述第一波長(zhǎng)的非使用區(qū)域、成為對(duì)于上述第二波長(zhǎng)的使用區(qū)域的區(qū)域中，分割透鏡面的一側(cè)或者兩側(cè)的面，基于通過(guò)有上述第二波長(zhǎng)的光透過(guò)各個(gè)上述分割的面而生成的波面像差的相位差幾乎是整數(shù)倍。
根據(jù)本發(fā)明，對(duì)于透明基板厚度不同的兩種以上光盤，不采用衍射透鏡構(gòu)造，而是用通過(guò)折射作用以記錄或者再生的必要孔徑(NA)可使所有光束以盡可能小的像差聚光在希望的位置上，可以使光利用效率更高。另外，本發(fā)明在采用多個(gè)單色光的多波長(zhǎng)用光學(xué)系統(tǒng)中，被分割的任一非球面也具有對(duì)應(yīng)于各單色光固有波長(zhǎng)單一焦點(diǎn)，同時(shí)，對(duì)應(yīng)于上述各單色光固有波長(zhǎng)的焦點(diǎn)可位于各個(gè)不同的位置，在光通信等中的光學(xué)系統(tǒng)中該利用也成為可能。


圖1是表示本發(fā)明物鏡的第一實(shí)施方式的圖。
圖2是表示圖1所示第一實(shí)施方式的透鏡面形狀的一個(gè)具體實(shí)例圖。
圖3是用來(lái)說(shuō)明物鏡和光盤的透明基板構(gòu)成的光學(xué)系統(tǒng)中的光程長(zhǎng)的圖。
圖4是表示圖1所示第一實(shí)施方式的第一實(shí)施方式波面像差測(cè)量結(jié)果的一個(gè)具體實(shí)例的曲線圖。
圖5是表示對(duì)于使用圖1所示第一實(shí)施方式的光盤裝置中種類不同的光盤光斑的計(jì)算結(jié)果的圖。
圖6是表示根據(jù)本發(fā)明物鏡的第二實(shí)施方式波面像差測(cè)量結(jié)果的一個(gè)具體實(shí)例的曲線圖。
圖7是表示對(duì)于使用根據(jù)本發(fā)明物鏡的第二實(shí)施方式的光盤裝置中種類不同的光盤光斑的計(jì)算結(jié)果的圖。
圖8是表示根據(jù)本發(fā)明光學(xué)頭的一個(gè)實(shí)施方式的圖。
圖9是表示根據(jù)本發(fā)明光盤裝置的一個(gè)實(shí)施方式的圖。
圖10是表示對(duì)于光線高度各波長(zhǎng)的波面像差的示意圖。
圖11是表示對(duì)于第二實(shí)施方式中光線高度各波長(zhǎng)的波面像差的圖。
圖12是對(duì)于使用特開(kāi)2001-51192號(hào)中記載的透鏡場(chǎng)合下光線高度各波長(zhǎng)的波面像差的圖。
圖13是用來(lái)說(shuō)明第二實(shí)施方式中數(shù)學(xué)表達(dá)式的圖。
圖14是表示第二實(shí)施方式中各非球面部分的鄰接部分具有級(jí)差量D1-D7情況下的構(gòu)造的圖。
圖15是表示具有考慮了金屬鑄模制造和成形的形狀的透鏡圖。
圖16是表示具有考慮了金屬鑄模制造和成形的形狀的透鏡圖。
圖17是第三實(shí)施方式中的透鏡的波面像差圖。
圖18是第四實(shí)施方式中的透鏡的波面像差圖。
圖19是比較例中的透鏡的波面像差圖。
圖20是第五實(shí)施方式中的透鏡的波面像差圖。
圖21是第五實(shí)施方式中的透鏡的光斑圖。
圖22是CD用透鏡的光斑圖。
圖23是第二實(shí)施方式中設(shè)定了透鏡光闌直徑的場(chǎng)合下的光斑圖。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)在，對(duì)于采用厚度為t1的透明基板的第一光盤來(lái)說(shuō)，使用它的光盤裝置上的物鏡得到較好的像差校正，激光束良好地聚光在該基板上所設(shè)的信息記錄面上。在這種光盤裝置中，在使用采用與該透明基板厚度不同的厚度為t2的透明基板的第二光盤的情況下，由于該透鏡基板的厚度t2與厚度t1不同，所以由該物鏡和厚度為t2的透明基板產(chǎn)生球面像差，在該厚度為t2的透明基板上所設(shè)的信息記錄面上不能較好地聚光激光束。
另一方面，由這種物鏡和透明基板構(gòu)成的光學(xué)系統(tǒng)中如果采用不同波長(zhǎng)的激光束，就會(huì)產(chǎn)生色像差。這里，所謂色像差，是指在波長(zhǎng)不同的激光束照射到物鏡上時(shí)，對(duì)應(yīng)于各個(gè)激光束所產(chǎn)生的球面像差之差。例如，在波長(zhǎng)655nm的激光束和波長(zhǎng)790nm的激光束照射到物鏡上時(shí)，色像差是波長(zhǎng)655nm的激光束照射到物鏡上時(shí)產(chǎn)生的球面像差與波長(zhǎng)790nm的激光束照射到物鏡上時(shí)產(chǎn)生的球面像差之差。
換句話說(shuō)，假定厚度為t1的場(chǎng)合的球面像差為SA(t1)，厚度為t2的情況下的球面像差為SA(t2)，另外，假定對(duì)于波長(zhǎng)為λ1的激光束所產(chǎn)生的球面像差為SA(λ1)，對(duì)于波長(zhǎng)為λ2的激光束所產(chǎn)生的球面像差為SA(λ2)，那么因波長(zhǎng)不同而產(chǎn)生的色像差用上述球面像差之差(SA(λ2)-SA(λ1))表示。此時(shí)，最好盡可能設(shè)計(jì)透鏡面使得下面的公式成立。
SA(t2)-SA(t1)＝-(SA(λ2)-SA(λ1))也就是說(shuō)，即使對(duì)于基板厚度不同的任一光盤，在使用對(duì)應(yīng)于該基板厚度的波長(zhǎng)的激光束的情況下，也能實(shí)現(xiàn)使通過(guò)該激光束的物鏡與基板的所有光線經(jīng)過(guò)可較好地聚光在該基板信息記錄面上的光程長(zhǎng)。但是，此時(shí)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式的透鏡如在后面的實(shí)施方式中具體說(shuō)明的那樣，該透鏡面被分割成多個(gè)非球面，所分割的任一非球面也具有對(duì)應(yīng)于各單色光固有的波長(zhǎng)的單一焦點(diǎn)的同時(shí)，還設(shè)計(jì)成對(duì)應(yīng)于上述各單色光固有的波長(zhǎng)的焦點(diǎn)配置在各自不同的位置上。
現(xiàn)在，對(duì)圖3中使用物鏡1將激光束聚光在基板2的信息記錄面2a上的情況進(jìn)行說(shuō)明。這里，物鏡1的面A是光入射面，面B是光出射面，基板2的信息記錄面2a在與物鏡1側(cè)相反的一側(cè)。
圖3示意地表示出入射到物鏡1上的激光束為平行光(因此，圖3所示的光學(xué)系統(tǒng)是所謂的無(wú)限光學(xué)系統(tǒng))、通過(guò)距物鏡1的光軸OA與其垂直方向的距離(光線高度)h的位置P1的光線到達(dá)與光軸OA交叉的點(diǎn)(聚光點(diǎn))P5的光程。這里，假定該光程中向物鏡1的入射點(diǎn)為P2、從物鏡1出來(lái)的出射點(diǎn)為P3、向透明基板2的入射點(diǎn)為P4，點(diǎn)P1～入射點(diǎn)P2空間距離＝S1h，折射率＝n1入射點(diǎn)P2～出射點(diǎn)P3空間距離＝S2h，折射率＝n2出射點(diǎn)P3～入射點(diǎn)P4空間距離＝S3h，折射率＝n3入射點(diǎn)P4～聚光點(diǎn)P5空間距離＝S4h，折射率＝n4這時(shí)，從點(diǎn)P1到聚光點(diǎn)P5的光程長(zhǎng)Lh表示為L(zhǎng)h＝n1×S1h+n2×S2h+n3×S3h+n4×S4h。
另外，在該公式中，光軸OA上的光程長(zhǎng)Lh為h＝0。
該公式適于任意光線高度h，在像差校正的情況下，對(duì)應(yīng)于各光線高度h的聚光點(diǎn)P5在各自允許的范圍內(nèi)位于信息記錄面2a上。換句話說(shuō)，希望通過(guò)例如對(duì)各個(gè)厚度不同的多個(gè)基板中的每一個(gè)采用不同波長(zhǎng)的激光束，使得色像差與球面像差相互抵消而使對(duì)應(yīng)于各光線高度h的聚光點(diǎn)P5在各自允許的范圍內(nèi)位于信息記錄面2a上。
例如，在對(duì)CD采用790nm單色光(λ1)而對(duì)DVD采用655nm單色光(λ2)的場(chǎng)合，在將這兩個(gè)波長(zhǎng)共用的區(qū)域分割成多個(gè)非球面部的透鏡制作手法中，使任意的上述非球面部的光程長(zhǎng)與另外的非球面部的光程長(zhǎng)相差幾乎各單色光波長(zhǎng)λi的整數(shù)倍，而且假定上述各非球面部中上述各單色光的波面像差最大值與最小值之差為ΔVd(λ1)與ΔVd(λ2)(d用1，2......整數(shù)代表各非球面部)時(shí)，在任意非球面部中，各單色光的上述差之比都為0.4以上2.5以下，最好為0.5以上2.0以下，由此可以確保在兩波長(zhǎng)下作為透鏡整體允許范圍的RMS波面像差。還有，假定這里所說(shuō)的波面像差在光線高度(h)為h＝0的情況下的光程長(zhǎng)為L(zhǎng)0，各光線高度的光程為L(zhǎng)h，那么波面像差Vh用下式表示。
Vh＝(Lh-L0)/λi圖10表示對(duì)比CD和DVD波長(zhǎng)下的透鏡的波面像差的示意圖，橫軸是光線高度，縱軸是波面像差，上側(cè)表示CD各非球面部的波面像差，下側(cè)表示用上述公式求出的DVD各非球面部的波面像差。例如，在非球面部的第一區(qū)域中的該非球面部?jī)?nèi)波面像差的最大值與最小值之差用ΔV1(λ1)、ΔV1(λ2)定義。在本發(fā)明的實(shí)施方式中，如在后面的實(shí)施方式中表明的那樣，在任何一個(gè)非球面部中，各波長(zhǎng)的波面像差最大值與最小值之差之比都在0.4以上2.5以下。換句話說(shuō)，本發(fā)明的實(shí)施方式無(wú)論在任何一個(gè)波長(zhǎng)下的各非球面部中波面像差有一定的分布這一點(diǎn)上，與以前的以一波長(zhǎng)為基準(zhǔn)構(gòu)成透鏡面而在另一波長(zhǎng)中只利用相位偏移校正波面像差的方式不同。另外，作為上述整數(shù)倍，雖與分割的非球面數(shù)有關(guān)，優(yōu)選為0倍～±10倍，更好為0倍～±5倍。
另外，本發(fā)明的實(shí)施方式中，這種多波長(zhǎng)用透鏡在任意一個(gè)非球面的各個(gè)區(qū)域中，各波長(zhǎng)的上述波面像差最大值與最小值之差為0.14λi以下(例如，在波長(zhǎng)為790nm時(shí)為±110.6nm以下，在波長(zhǎng)為655nm時(shí)為±91.7nm以下)，最好為0.12λi以下，更好為0.10λi以下，由此可以在各波長(zhǎng)下確保更良好的光學(xué)特性。
再有，在本發(fā)明的實(shí)施方式中，對(duì)于雙波長(zhǎng)用光學(xué)系統(tǒng)的情況，采用各波長(zhǎng)的波面像差都幾乎為對(duì)稱形式的多波長(zhǎng)用透鏡，由此可以獲得雙波長(zhǎng)的平衡，還進(jìn)一步縮小了RMS波面像差。
另外，當(dāng)考慮到縮小RMS波面像差時(shí)，在CD的場(chǎng)合，只是由圖10的光線高度達(dá)到1.58mm時(shí)的DVD與CD共用區(qū)域中的波面像差決定RMS波面像差，在DVD的場(chǎng)合，上述共用區(qū)域之外還有DVD專用區(qū)域(圖10中光線高度為1.58～2.02mm的范圍)，由上述共用區(qū)域與上述專用區(qū)域兩方的波面像差求出RMS(均方根(Root Mean Square))波面像差值。因此在DVD的場(chǎng)合，即使上述共用區(qū)域的波面像差在一定程度上較差，而對(duì)于DVD專用區(qū)域的波面像差來(lái)說(shuō)，與CD完全無(wú)關(guān)，只使得DVD的良好的話，那么也可以將DVD的RMS波面像差充分縮小到允許值內(nèi)。例如，圖10的示意圖中，在DVD和CD共用區(qū)域中，DVD的波面像差為0～-0.106λ，CD的波面像差為0～+0.088λ，CD的波面像差小于DVD的波面像差。另外，DVD專用區(qū)域的波面像差為-0.052λ。結(jié)果是，作為RMS波面像差，DVD的為0.0212λRMS、CD的為0.0222λRMS時(shí)，DVD和CD的RMS波面像差幾乎相等。這樣，作為RMS波面像差，在DVD和DC的值都為同一個(gè)值的情況下，DVD和CD共用區(qū)域中使CD的波面像差比DVD的波面像差好，對(duì)于DVD的RMS波面像差，在DVD專用區(qū)域中校正在共用區(qū)域中變差的部分的方式是有效的。同樣，在要改變DVD和CD的RMS波面像差之比的情況下，對(duì)于DVD來(lái)說(shuō)考慮即使共用區(qū)域的波面像差有一定程度變差在專用區(qū)域中進(jìn)行校正的方式較好。
另外，對(duì)于基板厚度沒(méi)有不同的光盤，例如AOD(波長(zhǎng)405nm、基板厚0.6mm)和DVD(波長(zhǎng)655nm、基板厚0.6mm)這樣的情況來(lái)說(shuō)，本發(fā)明也是有效的。
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式，例如對(duì)于基板厚度不同的任何光盤來(lái)說(shuō)，可以在信息記錄面上形成良好的光斑。另外，即使光盤基板厚度沒(méi)有不同，即厚度相同而波長(zhǎng)不同的情況下，通過(guò)使上述聚光點(diǎn)P5在各自的允許范圍內(nèi)而可以適用。再有，本發(fā)明并不限于光記錄媒體，還可適用于光通信等領(lǐng)域中不同波長(zhǎng)激光束透過(guò)同一透鏡或者光學(xué)系統(tǒng)的場(chǎng)合。
以下，以透明基板厚度不同的兩種光盤即DVD和CD為例，用附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行說(shuō)明。還有，從本發(fā)明的第一實(shí)施方式的透鏡制造容易程度的角度，通過(guò)對(duì)由非晶體聚烯烴形成的樹(shù)脂注模成型而制成該透鏡。第二實(shí)施方式的透鏡有玻璃的折射率，但在透鏡材質(zhì)為塑膠樹(shù)脂的情況下，最好以塑膠樹(shù)脂的折射率進(jìn)行設(shè)計(jì)。
圖1是表示根據(jù)本發(fā)明物鏡的第一實(shí)施方式的作用的圖，圖1中(a)是關(guān)于DVD的，(b)是關(guān)于CD的。圖中，1是本實(shí)施方式的物鏡，2是DVD的透明基板(以下，稱為DVD基板)，3是CD的透明基板(以下，稱為CD基板)，4、5是激光束。
首先，在圖1(a)中，物鏡1設(shè)置在圖中未示出的光盤裝置的光學(xué)頭上。并且，DVD裝在該光盤裝置上，作為平行光的入射激光束4通過(guò)物鏡1聚光，由此進(jìn)行記錄再生。這里，DVD基板2的厚度t1為0.6mm，此時(shí)的激光束4采用波長(zhǎng)λ1＝655nm的激光束作為數(shù)值孔徑為NA＝0.63的光束。在這種條件下，該激光束在與DVD基板2的物鏡1側(cè)相反的一側(cè)的面的信息記錄面2a上聚光。
圖1(b)表示CD裝在與上述相同的光盤裝置中、用同一物鏡1進(jìn)行記錄再生的情況。這里，CD基板3的厚度t2為1.2mm，作為此時(shí)的激光束5，采用波長(zhǎng)λ2＝790nm的激光束作為數(shù)值孔徑幾乎為NA＝0.63的光束，實(shí)際上，數(shù)值孔徑NA＝0.47的光束聚光在CD基板3的信息記錄面3a上，用陰影線表示的幾乎NA＝0.47～0.63的、通過(guò)從物鏡1的光軸OA離開(kāi)部分的光束沒(méi)有聚光在信息記錄面3a上。這樣，該數(shù)值孔徑NA幾乎到0.47的上述透鏡區(qū)域成為DVD、CD的共用區(qū)域。
這樣，該第一實(shí)施方式良好地縮小了DVD、CD兩者的像差，在信息記錄面2a、3a上獲得了良好的光斑，由此，在DVD、CD兩方對(duì)應(yīng)于任意光線高度h設(shè)定物鏡1的透鏡面形狀，使上述光程長(zhǎng)Lh縮小像差成為允許值內(nèi)的值。以下，用圖2說(shuō)明該透鏡面形狀的一個(gè)具體實(shí)例。
在圖2中，就物鏡1的光出射側(cè)面B來(lái)說(shuō)，假定光線高度h的點(diǎn)為c，從該點(diǎn)沿著與光軸OA平行的方向上的光出射側(cè)面B上的點(diǎn)為d，那么該光出射側(cè)面B的面形狀由對(duì)應(yīng)于任意光線高度h的點(diǎn)c、d之間距離ZB表示。
ZB=Ch21+1-(K+1)C2·h2+A4·h4+A6·h6+A8·h8+A10·h10]]>(公式1)
但是，C＝-0.12301，K＝3.312138，A4＝0.01628151，A6＝-0.004311717，A8＝0.000682316，A10＝-0.00004157469。
另外，在公式1中，將上述系數(shù)C、K、A4、A6、A8、A10的值代入，求出對(duì)應(yīng)于任意光線高度h(≠0)的距離ZB，雖然該值為負(fù)值，但這表示光出射側(cè)面B上的點(diǎn)d位于比點(diǎn)c，因此，也比該光出射面B的光軸OA通過(guò)的面頂點(diǎn)e更靠近出射面一側(cè)(圖2中的左側(cè))。在距離ZB為正值的情況下，表示位于相反的右側(cè)。
然后，就物鏡1的光入射面A來(lái)說(shuō)，假定光線高度h的點(diǎn)為a，從該點(diǎn)a沿著與光軸OA平行的方向上的光入射側(cè)面A上的點(diǎn)為b，那么該光入射側(cè)面A的面形狀設(shè)定為光線高度h(mm)和對(duì)于該光線高度h的點(diǎn)a、b之間距離ZA關(guān)系為下面的表1所示的關(guān)系的透鏡面形狀。
表1h(mm)ZA(mm) h(mm) ZA(mm) h(mm) ZA(mm) h(mm)ZA(mm)0.00 0.0000000.54 0.0707251.080.2877331.62 0.6709340.02 0.0000950.56 0.0760081.100.2887871.64 0.6889690.04 0.0003780.58 0.0814901.120.3100761.66 0.7072930.06 0.0008510.60 0.0871721.140.3216011.68 0.7259080.08 0.0015130.62 0.0930561.160.3333641.70 0.7448160.10 0.0023650.64 0.0991411.180.3453671.72 0.7640200.12 0.0034050.66 0.1054291.200.3576111.74 0.7835210.14 0.0046350.68 0.1119211.220.3700981.76 0.8033220.16 0.0060550.70 0.1186191.240.3828301.78 0.8234240.18 0.0076640.72 0.1255221.260.3958091.80 0.8438300.20 0.0094620.74 0.1326341.280.4090371.82 0.8645400.22 0.0114510.76 0.1399541.300.4225151.84 0.8855590.24 0.0136290.78 0.1488551.320.4382451.86 0.9088860.26 0.0159980.80 0.1565971.340.4502291.88 0.9285250.28 0.0185570.82 0.1645501.360.4830241.90 0.9504770.30 0.0213080.84 0.1727141.380.4775311.92 0.9727440.32 0.0242490.86 0.1810921.400.4922991.94 0.9953290.34 0.0273820.88 0.1896841.420.5073301.96 1.0182330.38 0.0307070.90 0.1984921.440.5226251.98 1.0414590.38 0.0342240.92 0.2075171.460.5381862.00 1.0650090.40 0.0379340.94 0.2167801.480.5525592.02 1.0888970.42 0.0418380.96 0.2262251.500.5886672.04 1.1130940.44 0.0459360.98 0.2359111.520.5850502.06 1.1376350.46 0.0502291.00 0.2458211.540.6002342.08 1.1625120.48 0.0547181.02 0.2559561.560.6171732.10 1.1877320.50 0.0594031.04 0.2663191.580.6343952.12 1.2132980.52 0.0656401.06 0.2769101.600.653186另外，物鏡1的上述公式1中表示的光出射側(cè)面B和上述表1的點(diǎn)列數(shù)據(jù)表示的光入射側(cè)面A都形成連續(xù)的非球面。還有，物鏡1光軸上的面頂點(diǎn)f、e之間的距離，即中心厚度t0為2.2mm，波長(zhǎng)λ1＝655nm(DVD)時(shí)的折射率n為1.54014，波長(zhǎng)λ2＝790nm(CD)時(shí)的折射率n為1.5365。
(i)這里，在入射到物鏡1的入射激光束的入射角為0°(即，與光軸OA平行的平行光)的情況下，作為用于評(píng)價(jià)像差的上述像差允許值，對(duì)于DVD(波長(zhǎng)λ1＝655nm)、CD(波長(zhǎng)λ2＝790nm)，RMS波面像差都為0.035λ，最好為0.033λ，更好為0.030λ。該第一實(shí)施方式中，為了使DVD、CD的波面像差為該允許值以下，將光出射面B與光入射面A設(shè)定成為上述的面形狀。
在該第一實(shí)施方式中，雖表示出采用了兩種不同波長(zhǎng)λ1、λ2的情況，但一般地，采用n種(但是，n是2以上的整數(shù))不同波長(zhǎng)λi(但是，i＝1，2，......，n)的情況也一樣。
(ii)另外，對(duì)于這樣采用n種波長(zhǎng)λi的情況下，假定這些波長(zhǎng)λi的入射激光束入射角為0°情況下的各RMS波面像差為Wi·λi，那么這些像差滿足以下公式(ΣWi2)/i≤W0]]>(公式2)(但是，假定第i個(gè)該光束的波長(zhǎng)為λi(i＝1，2，......)，全部波長(zhǎng)下所包括的各個(gè)RMS波面像差的平方之和為∑Wi2，波長(zhǎng)λi的光束的RMS波面像差為Wi·λi)。這時(shí)的允許值W0為0.028，最好為0.026，更好為0.025，更最好為0.023。上述第一實(shí)施方式中，由于DVD的RMS波面像差為W1，CD的RMS波面像差為W2，同時(shí)i＝1，2，所以上述公式2為(W12+W22)/2≤W0]]>(公式3)(iii)或者是，采用不同的n種波長(zhǎng)λi的激光束的情況下，假定各波長(zhǎng)λi之內(nèi)最大的RMS波面像差為Wmax，最小的RMS波面像差為Wmin時(shí)，1＜Wmax/Wmin＜Wth。
作為這種情況下的允許值Wth為1.8最好為1.6，更好為1.4。在上述第一實(shí)施方式的情況下，DVD的RMS波面像差W1和CD的RMS波面像差W2中任何一個(gè)如果為最大的RMS波面像差Wmax，那么另一個(gè)就是最小的RMS波面像差Wmin。
圖4表示該第一實(shí)施方式中的RMS波面像差的計(jì)算結(jié)果，橫軸上取像高(mm)，縱軸取RMS波面像差。
圖4(a)表示對(duì)應(yīng)于DVD(波長(zhǎng)λ1＝655nm)的RMS波面像差，在像高＝0mm時(shí)，RMS波面像差＝0.02130λ1。另外，圖4(b)表示對(duì)應(yīng)于CD(波長(zhǎng)λ2＝790nm)的RMS波面像差，在像高＝0mm時(shí)，RMS波面像差＝0.02410λ2。
為了評(píng)價(jià)該數(shù)值，在插入上述各條件式中時(shí)，(i)首先，關(guān)于DVD、CD，RMS波面像差為0.02130λ、0.02410λ時(shí)上述的允許值為0.035λ，最好為0.033λ，更好為比0.030λ還要小。
(ii) 關(guān)于DVD、CD，根據(jù)上述公式3，有(W12+W22)/2=(0.021302+0.024102)/2=0.0227]]>(公式4)由此，上述允許值為0.028，最好為0.026，更好為0.025，更最好為0.023以下的值。
(iii)關(guān)于DVD、CD，Wmax/Wmin為Wmax/Wmin＝0.02410/0.02130＝1.1315由此，上述允許值為1.8，最好為1.6，更好為1.4以下。
圖5表示通過(guò)采用物鏡1的DVD、CD信息記錄面上光斑的計(jì)算結(jié)果，物鏡1具有用上述公式1表示的面形狀的光出射側(cè)面B和用上述表1表示的面形狀的入射側(cè)面A，橫軸用距離(mm)表示與將信息記錄面的光軸作為基準(zhǔn)點(diǎn)的光軸垂直方向上的位置，縱軸表示將該基準(zhǔn)點(diǎn)(＝0mm)的光強(qiáng)度作為1時(shí)各位置的相對(duì)光強(qiáng)度。
圖5(a)表示對(duì)應(yīng)于DVD的光斑，相對(duì)光強(qiáng)度為1/e2(＝13.5％)的光斑直徑φD為0.85μm。另外，圖5(b)表示對(duì)應(yīng)于CD的光斑，相對(duì)光強(qiáng)度為1/e2的光斑直徑φC為1.37μm。這樣，DVD和CD都能在信息記錄面上獲得良好的光斑。
下面，對(duì)根據(jù)本發(fā)明的物鏡第二實(shí)施方式進(jìn)行說(shuō)明。
該第二實(shí)施方式的基本構(gòu)成與上述第一實(shí)施方式相同，但光入射面A從光軸沿著半徑方向分成多個(gè)區(qū)間，使DVD、CD像差較好地縮小到允許值內(nèi)而設(shè)定各區(qū)間的面形狀。
用圖2說(shuō)明該第二實(shí)施方式的光入射面A的面形狀?，F(xiàn)在，距該光入射面A的光線高度h方向(半徑方向)上的光軸OA一側(cè)第j個(gè)區(qū)間中的點(diǎn)a、b之間的距離用下面的函數(shù)ZAj表示，即，ZAj=B+Ch21+1-(K+1)C2·h2+A4·h4+A6·h6+A8·h8+]]>A10·h10+A12·h12+A14·h14+A16·h16]]>(公式5)再有，公式5中的光源高度h在第j個(gè)區(qū)間里。
于是，在用于使對(duì)于DVD、CD像差者較好地縮小到允許值內(nèi)的公式5的每一個(gè)區(qū)間內(nèi)，當(dāng)表示出該范圍(h范圍)和各個(gè)常數(shù)B、C、K、A4、A6、A8、A10、A12、A14、A16時(shí)，如下面的表2所示。
表2


另外，用下面的公式6表示該第二實(shí)施方式中光出射面B的面形狀ZB。
ZB=Ch21+1-(K+1)C2·h2+A4·h4+A6·h6+A8·h8+A10·h10]]>(公式6)
但是，C＝-0.0747792、K＝15.7398、A4＝0.012308、A6＝-0.0037652、A8＝0.00068571、A10＝-0.000048284。
另外，物鏡1的光軸上的面頂點(diǎn)f、e之間的距離，即，中心厚度t0為2.2mm，波長(zhǎng)λ1＝655nm(DVD)的折射率n為1.604194，波長(zhǎng)λ2＝790nm(CD)的折射率n為1.599906。
此外，透明基板的厚度和折射率是在波長(zhǎng)λ1＝655nm(DVD)下，厚度為0.6mm，折射率為1.57995；在波長(zhǎng)λ1＝790nm(CD)下，厚度為1.2mm，折射率為1.573071。還有，DVD時(shí)NA為0.60，而CD時(shí)NA為0.47。再有，DVD時(shí)焦距為3.360mm，而CD時(shí)焦距為3.383mm。關(guān)于入射平行光束的光闌，只是DVD用的光闌(圖中未示)，該光闌直徑＝2×NA×焦距，該值為φ4.032。CD時(shí)光闌直徑仍為φ4.032。因此，雖然因?yàn)镃D光入射面中的使用區(qū)域是DVD/CD共用區(qū)域的第一～第6區(qū)間而采用φ3.178732，但是φ4.032的光也入射。所以，盡管φ3.178732～φ4.032的區(qū)域是DVD專用區(qū)域，但是由于在CD時(shí)也有光線入射，所以有必要使這部分光在CD時(shí)作為有害光不起作用，這種不起有害作用的情況由圖7(b)所示的光斑圖表明。
在此，作為用來(lái)評(píng)價(jià)像差的上述像差的允許值，與上述第一實(shí)施方式相同。
圖6表示該第二實(shí)施方式中的RMS波面像差的計(jì)算結(jié)果，橫軸、縱軸與圖4一樣。
圖6(a)表示對(duì)應(yīng)于DVD(波長(zhǎng)λ1＝655nm)的RMS波面像差，在像高＝0mm時(shí)，RMS波面像差＝0.01945λ1。另外，圖6(b)表示對(duì)應(yīng)于CD(波長(zhǎng)λ2＝790nm)的RMS波面像差，在像高＝0mm時(shí)，RMS波面像差＝0.02525λ2。
在表3中以各非球面部的波面像差之差及其之比表示計(jì)算圖11中上述透鏡的共用區(qū)域波面像差的結(jié)果。
表3

如表3所示，790nm與655nm的共用區(qū)域中各波面像差之差的比ΔVd(λ790)/ΔVd(λ655)在1.00～1.04之間。另外，比值ΔVd(λ655)/ΔVd(λ790)在0.96～1.00之間。由此，該各區(qū)域的波面像差本身在兩波長(zhǎng)下也為0.14λ以下。另外，在該透鏡中波面像差在790nm的波長(zhǎng)下出現(xiàn)+側(cè)、在655nm的波長(zhǎng)出現(xiàn)在一側(cè)，這樣，兩波面像差幾乎對(duì)稱。
再有，如果在以光軸為中心分割的各個(gè)鄰接非球面部中產(chǎn)生光程差，那么將該光程差設(shè)計(jì)成為對(duì)應(yīng)于各波長(zhǎng)基本是整數(shù)倍，而且在該實(shí)施方式中，具有偶數(shù)分割的非球面部。
為了評(píng)價(jià)這樣的數(shù)值，與第一實(shí)施方式相同，在插入上述各條件式中時(shí)，(i)首先，關(guān)于DVD、CD，RMS波面像差為0.01945λ1、0.02525λ2時(shí)上述的允許值為0.035λ，最好為0.033λ，更好為比0.030λ還要小。
(ii)關(guān)于DVD、CD，根據(jù)上述公式6，有(W12+W22)/2=(0.019452+0.025252)/2=0.02254]]>(公式7)由此，上述允許值為0.028，最好為0.026，更好為0.025，更最好為0.023以下的值。
(iii)關(guān)于DVD、CD，Wmax/Wmin為Wmax/Wmin＝0.02525/0.01945＝1.298由此，上述允許值為1.8，最好為1.6，更好為1.4以下。
圖7表示通過(guò)采用物鏡1的DVD、CD信息記錄面上的光斑的計(jì)算結(jié)果，物鏡1具有用上述公式6表示的面形狀的光出射側(cè)面B和用上述公式5和表2表示的面形狀的入射側(cè)面A，橫軸、縱軸與圖5相同。
圖7(a)表示對(duì)應(yīng)于DVD的光斑，相對(duì)光強(qiáng)度為1/e2(＝13.5％)的光斑直徑φD為0.89μm。另外，圖7(b)表示對(duì)應(yīng)于CD的光斑，相對(duì)光強(qiáng)度為1/e2的光斑直徑φC為1.30μm。這時(shí)，DVD和CD兩者都入射相同光闌的光，該光闌設(shè)定在對(duì)于透鏡的DVD/CD共用區(qū)域以及DVD專用區(qū)域兩者入射的范圍內(nèi)。這樣，DVD、CD都能在信息記錄面上獲得良好的光斑。另外，就該光斑來(lái)說(shuō)，波面像差試著與接近于0.0000λrms的幾乎理想的透鏡的CD用透鏡中同一NA的NA0.47的情況作比較。上述CD用透鏡中的光斑圖如圖22所示。圖22中相對(duì)光強(qiáng)度為1/e2(＝13.5％)的光斑直徑為1.3804μm。即，第二實(shí)施方式中CD的光斑與接近于理想透鏡的通常的CD用透鏡相比，雖然NA相同但是光斑小。換句話說(shuō)，關(guān)于本第二實(shí)施方式著眼于CD考慮時(shí)，原來(lái)的CD區(qū)域不只是第1～第6區(qū)間，通過(guò)增加具有波面像差的相位差的第7區(qū)間和第8區(qū)間的DVD專用區(qū)域，認(rèn)為可以實(shí)現(xiàn)更小的CD光斑。上述所謂波面像差的相位差是在DVD專用區(qū)域的第7區(qū)間和第8區(qū)間DVD655nm的波長(zhǎng)下有2λ1的波面像差。為了證明這種現(xiàn)象，在本第二實(shí)施方式中，遮住第7、第8區(qū)間，即，將光闌直徑設(shè)定在φ3.178，試著計(jì)算只在第1～第6區(qū)間內(nèi)的CD光斑。其結(jié)果示于圖23中。該圖23中的1/e2的相對(duì)光強(qiáng)度的光斑直徑為1.3924μm，比圖22中所示CD用透鏡還大0.01μm左右，比圖7(b)中所示第二實(shí)施方式的CD的還大0.09μm左右。以上的情況即為，在波長(zhǎng)λ2用透鏡的外側(cè)上設(shè)有光通過(guò)的另外波長(zhǎng)λ1用的使用區(qū)域，最好是在上述外側(cè)區(qū)域內(nèi)保持上述另外波長(zhǎng)λ1的波面像差的相位差，由此波長(zhǎng)λ2的光斑直徑比沒(méi)有設(shè)上述外側(cè)區(qū)域時(shí)更小。
另外，在本實(shí)施方式2中，上述表3中上述比為0.96～1.04，作為RMS波面像差，DVD的為0.01945λ1，CD的為0.02525λ2，如圖10的說(shuō)明所述，共用區(qū)域中的DVD的波面像差稍微劣化，如果CD的波面像差好的話，那么作為RMS波面像差，可以使DVD、CD都都為0.022～0.023λ范圍的等值的RMS波面像差。
此外，作為一個(gè)實(shí)例，見(jiàn)前面的特開(kāi)2001-51192號(hào)公報(bào)中記載的DVD和CD的RMS波面像差，雖例舉了兩個(gè)例子，例1)DVD0.001λ1CD0.047λ2例2)DVD0.019λ1CD0.037λ2但是，λ1＝640nm，λ2＝780nm但在這兩個(gè)例子中，對(duì)于CD，都超出了上述允許值0.035λ。
另外，根據(jù)用公報(bào)記載的透鏡數(shù)據(jù)計(jì)算求出該例2)的透鏡各波長(zhǎng)的波面像差時(shí)，如下表4以及圖12中所示，該比為0.03～33.44時(shí)在本發(fā)明的范圍外，因此二者的平衡偏差。再有，DVD的波面像差雖在0.14以下，但CD的波面像差變大，透鏡全部的RMS波面像差也變大。
表4

(W12+W22)/2]]>(公式8)公式8在上述例1、例2中分別為0.0332、0.0294，它們都超出了所有上述的允許值0.028、0.026、0.025、0.023，另外，這些的Wmax/Wmin在例1、例2中分別為47、1.847，它們也都超出了所有上述的允許值1.8、1.6、1.4。
象這樣，上述第一實(shí)施方式和第二實(shí)施方式都可以將像差限制在上述允許值內(nèi)，這便是使得像差落在該允許值內(nèi)，做成由于基板厚度之差產(chǎn)生的球面像差和色像差相互抵消的透鏡面形狀。與此相對(duì)，在前面的特開(kāi)2001-51192號(hào)公報(bào)中，只對(duì)入射激光束進(jìn)行DVD激光束的波長(zhǎng)整數(shù)倍的相位偏移，由此，由于要實(shí)現(xiàn)CD的像差縮小，所以對(duì)于任意一個(gè)波長(zhǎng)來(lái)說(shuō)，即使可以將像差限制得足夠小，而對(duì)于所有的波長(zhǎng)來(lái)說(shuō)，不能同時(shí)地將像差收于上述那么小的值的允許值內(nèi)。
在以上的實(shí)施方式中，DVD和CD的基板厚度分別為0.6mm和1.2mm而產(chǎn)生的球面像差，由655nm和790nm的波長(zhǎng)差所產(chǎn)生的色像差抵消，從而總像差縮小，這一點(diǎn)由圖5和圖7中所示光斑以及圖4、圖6中所示波面像差的曲線表明。另外，在以上的實(shí)施方式中，物鏡1的光入射側(cè)面A的面形狀是由上述表1中表示的點(diǎn)列數(shù)據(jù)、公式5和表2給出，光出射側(cè)面B的面形狀通過(guò)上述公式1、公式6中表示的非球面的公式給出，因此，不采用前面的例子那樣的衍射透鏡構(gòu)造，另外，由于對(duì)應(yīng)于記錄或者再生所必要的孔隙(NA)將幾乎所有的光束聚光，所以會(huì)獲得較高的光利用效率。
另外，在以上的實(shí)施方式中，如圖1所示，從幾乎數(shù)值孔徑NA＝0.47至數(shù)值孔徑NA＝0.63或NA＝0.60的的物鏡1的外側(cè)區(qū)域只在DVD中使用，而不在CD中使用，因此，在該外側(cè)區(qū)域中的光入射側(cè)面A、光出射側(cè)面B中任意一方或者兩者上都進(jìn)行在DVD時(shí)透過(guò)波長(zhǎng)655nm的光、而在CD時(shí)不透過(guò)波長(zhǎng)790nm的光的薄膜處理，，或者是該外側(cè)區(qū)域中的光入射面A、光出射面B中任意一方或者兩者都對(duì)雙波長(zhǎng)655nm不起作用，但形成對(duì)波長(zhǎng)790nm起作用的衍射光柵，從而波長(zhǎng)655nm的光利用效率沒(méi)有降低，而使雙波長(zhǎng)790nm的光利用效率降低也可以。
也就是說(shuō)，象以上的實(shí)施方式那樣，在不同數(shù)值孔徑的系統(tǒng)中共用時(shí)，在不能設(shè)定對(duì)應(yīng)的光闌的數(shù)值孔徑情況下，在數(shù)值孔徑小的光學(xué)系統(tǒng)中，由于還接收過(guò)剩的光束，所以，最好要考慮使得通過(guò)符合數(shù)值孔徑大的光學(xué)系統(tǒng)而設(shè)計(jì)的透鏡外側(cè)區(qū)域部分的光對(duì)數(shù)值孔徑小的光學(xué)系統(tǒng)沒(méi)有不好的影響。例如，最好是使得通過(guò)透鏡外側(cè)區(qū)域的光不聚光在光盤面上，使橫向像差量為0.015mm以上。
另外，在以上的實(shí)施方式中，雖是以DVD和CD這兩種光盤為例，但是本發(fā)明并不限于此，也可以是這些以外的種類不同的光盤，另外，即使對(duì)于基板厚度為不同的三種以上的光盤也可適用，可使各每種光盤使用的激光束波長(zhǎng)不同，與此對(duì)應(yīng)，為了使得色像差抵消波面像差，最好設(shè)定透鏡面形狀。再有，由于即使基板厚度相同，使用的波長(zhǎng)也不同，因此，對(duì)于已有的通常的透鏡中產(chǎn)生較大像差的場(chǎng)合，通過(guò)采用本發(fā)明可以實(shí)現(xiàn)像差縮小。
圖8是表示使用根據(jù)本發(fā)明的物鏡的光學(xué)頭的一個(gè)實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)圖，11是DVD激光器，12是CD激光器，13、14是半棱鏡，15是準(zhǔn)直透鏡，16是檢波透鏡，17是光檢波器，18是衍射光柵，19是執(zhí)行元件，與圖1對(duì)應(yīng)的部分使用同一符號(hào)。
在該圖中，在對(duì)DVD盤2記錄或者再生時(shí)，驅(qū)動(dòng)DVD激光器11。由DVD激光器11產(chǎn)生的波長(zhǎng)655nm的激光束被半棱鏡13反射，透過(guò)半棱鏡(ハ一フプリズム)14，入射到準(zhǔn)直透鏡15上。透過(guò)準(zhǔn)直透鏡15而變成平行光的激光束入射到物鏡1上而被聚光，在DVD盤2的信息記錄面上形成光斑。這樣，DVD盤2所反射的反射光通過(guò)物鏡1變成平行光，入射到準(zhǔn)直透鏡15上。準(zhǔn)直透鏡15將該平行光變成會(huì)聚光，該會(huì)聚光透過(guò)半棱鏡14、13，通過(guò)檢波透鏡16，到達(dá)光檢波器17。光檢波器17的檢波輸出信號(hào)被供給信號(hào)處理電路(圖中未示)，得到信息記錄再生信號(hào)和聚焦誤差信號(hào)、跟隨誤差信號(hào)。圖中未示的系統(tǒng)控制電路基于得到的聚焦誤差信號(hào)和跟隨誤差信號(hào)，控制執(zhí)行元件驅(qū)動(dòng)電路(圖中未示)以驅(qū)動(dòng)執(zhí)行元件，使得物鏡1位于適當(dāng)?shù)木劢刮恢煤透S位置上。
在對(duì)CD盤3記錄或者再生時(shí)，驅(qū)動(dòng)CD激光器12。由CD激光器12產(chǎn)生的波長(zhǎng)790nm的激光束通過(guò)衍射光柵18，被半棱鏡14反射，入射到準(zhǔn)直透鏡15上。透過(guò)準(zhǔn)直透鏡15而變成平行光的激光束入射到物鏡1上而被聚光，在CD盤3的信息記錄面上形成光斑。于是，DVD盤3所反射的反射光通過(guò)物鏡1變成平行光，入射到準(zhǔn)直透鏡15上。準(zhǔn)直透鏡15將該平行光變成會(huì)聚光，該會(huì)聚光透過(guò)半棱鏡14、13，通過(guò)檢波透鏡16，到達(dá)光檢波器17。光檢波器17的檢波輸出信號(hào)被供給圖中未示的信號(hào)處理電路，得到信息記錄再生信號(hào)和聚焦誤差信號(hào)、跟隨誤差信號(hào)。
另外，CD盤3的跟隨誤差信號(hào)是通過(guò)衍射柵格18將來(lái)自CD激光器12的激光束分成0次光和±1次光三束，根據(jù)該±1次光得到的跟隨誤差信號(hào)。
根據(jù)如此得到的跟隨誤差信號(hào)和聚焦信號(hào)，與DVD盤2同樣，驅(qū)動(dòng)執(zhí)行元件19，使得物鏡1位于適當(dāng)?shù)木劢刮恢煤透S位置。
再有，在本發(fā)明中，代替物鏡1，在準(zhǔn)直透鏡15或者半棱鏡14等兩種光盤共用的光學(xué)系統(tǒng)中，也可以實(shí)現(xiàn)具有與本發(fā)明物鏡有同樣功能的光學(xué)設(shè)計(jì)。另外，雖然圖中未示，但也可以將與本發(fā)明物鏡具有同樣功能的其他光學(xué)元件配置在從半棱鏡14到光盤2或者光盤3的光程中。
另外，準(zhǔn)直透鏡15也不是必需的，所謂有限系統(tǒng)的光學(xué)系統(tǒng)中本發(fā)明也可適用。
圖9是表示采用根據(jù)本發(fā)明的物鏡的光盤裝置一個(gè)實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)圖，20是執(zhí)行元件驅(qū)動(dòng)電路，21是信號(hào)處理電路，22是激光器驅(qū)動(dòng)電路，23是系統(tǒng)控制電路，24是盤判斷裝置，與圖8對(duì)應(yīng)的部分使用同一符號(hào)。
在該圖中，關(guān)于光讀取裝置部分與圖8所示的結(jié)構(gòu)相同。
首先，用盤判定裝置24對(duì)所裝的盤的種類進(jìn)行判斷。作為該盤判斷方法是用光學(xué)或者機(jī)械的方法檢測(cè)盤的基板的厚度的方法，也可以是考慮檢測(cè)預(yù)先記錄在光盤或者光盤匣(カ一トリツジ)上的識(shí)別標(biāo)記的方法等。或者也可以是這樣的方法，即，假定光盤的厚度、種類而再生光盤的信號(hào)，如果沒(méi)有得到正常的信號(hào)，就可判斷是其他厚度、種類的光盤。光盤判斷的結(jié)果由光盤判斷裝置24傳送給系統(tǒng)控制電路23。
在判斷為是DVD盤的場(chǎng)合，由系統(tǒng)控制電路23對(duì)于激光器驅(qū)動(dòng)電路22傳送啟動(dòng)DVD激光器的信號(hào)，通過(guò)激光器驅(qū)動(dòng)電路22啟動(dòng)DVD激光器11。由此，在光學(xué)頭中，與圖8所示實(shí)施方式同樣雙波長(zhǎng)655nm的激光束到達(dá)光檢波器17。來(lái)自該光檢波器17的檢波信號(hào)被傳送給信號(hào)處理電路21，產(chǎn)生信息記錄再生信號(hào)、聚焦誤差信號(hào)和跟隨誤差信號(hào)，并將它們送到系統(tǒng)控制電路23。系統(tǒng)控制電路23基于這些聚焦誤差信號(hào)和跟隨誤差信號(hào)，控制執(zhí)行元件驅(qū)動(dòng)電路20，基于該控制執(zhí)行元件驅(qū)動(dòng)電路20驅(qū)動(dòng)執(zhí)行元件19，使物鏡1向聚焦方向及跟隨方向移動(dòng)，通過(guò)所謂伺服電路的動(dòng)作，正常地進(jìn)行聚焦控制及跟隨控制，使物鏡1位于對(duì)于DVD盤2的正確的位置上，上述各電路和執(zhí)行元件動(dòng)作，結(jié)果較好地得到信息記錄再生信號(hào)。
在判斷為是CD盤的場(chǎng)合，由系統(tǒng)控制電路23對(duì)于激光器驅(qū)動(dòng)電路22傳送啟動(dòng)CD激光器12的信號(hào)。由此，由CD激光器12產(chǎn)生790nm的激光束。此后的動(dòng)作與圖8中光學(xué)頭的情況相同，該激光束到達(dá)光檢波器17，與上述DVD盤2的情況相同，各電路和執(zhí)行元件19動(dòng)作以執(zhí)行伺服動(dòng)作，較好地得到信息記錄再生信號(hào)。
在第二實(shí)施方式中，另外可以發(fā)現(xiàn)以下點(diǎn)。即，作為用于得到上述波面像差的透鏡面形狀，將在通過(guò)各折射作用對(duì)波長(zhǎng)λi(i＝1，2，3，4，……)的多種單色光聚光的多波長(zhǎng)用透鏡中至少一側(cè)的透鏡面中的全部單色光的共用區(qū)域分割成折射能力不同的多個(gè)非球面部，與所分割的各個(gè)非球面部各相鄰的非球面部彼此的鄰接部的透鏡光軸平行方向上的級(jí)差量按照接近光軸的順序?yàn)镈j(j＝1，2，3，4，……為接近透鏡光軸的順序)，波長(zhǎng)λi的光入射時(shí)第j個(gè)鄰接部之間的數(shù)值孔徑NA為NAij時(shí)，在鄰接部的級(jí)差中至少一半以上的級(jí)差中，對(duì)于各波長(zhǎng)λi的下述Aij的值中最小值為MIN(Aij)、最大值為MAX(Aij)時(shí)，應(yīng)滿足下式(1)。
MAX(Aij)/MIN(Aij)＜3……(1)其中，Aij＝絕對(duì)值(Bij-mij)Bij＝(絕對(duì)值(Dj))*(ni-1)/λi-(Naij2)*K/λini波長(zhǎng)λi下的透鏡的折射率mij最接近Bij的整數(shù)K＝0.0004毫米(Naij＜0.55時(shí))K＝0.0005毫米(Naij＞＝0.55時(shí))或者希望上式(1)中Aij在0.15以下。另外，希望MAX(Aij)/MIN(Aij)＜2.5，進(jìn)一步地，MAX(Aij)/MIN(Aij)＜2(以下，為式(2))為好。
在上式(1)中，絕對(duì)值(Dj)*(ni-1)表示鄰接級(jí)差量Di產(chǎn)生的光程長(zhǎng)的偏移量。K*(NAij2)是光程長(zhǎng)的校正項(xiàng)，為了縮小球面像差，必需在鄰接級(jí)差部校正光程長(zhǎng)，在NA不到0.55的區(qū)域中只為0.0004×NA2(mm)光程長(zhǎng)，在NA0.55以上的區(qū)域中只為0.0005×NA2(mm)光程長(zhǎng)。于是，Bij從最接近的整數(shù)偏移多少用Aij表示。各Aij的值越小波面像差值就有變小的傾向，對(duì)應(yīng)于各波長(zhǎng)λi使平衡良好，Aij值變小為好。
上述第二實(shí)施方式中具體的數(shù)值表示在表5中。
表5第2實(shí)施方式


Bij＝(絕對(duì)值(Dij*(ni-1(ni-1)/λ1))-((k/λ1)+(NAij*2))

上述第二實(shí)施方式中各非球面部的鄰接部有級(jí)差量D1～D7的結(jié)構(gòu)表示在圖14中。另外，在該第二實(shí)施方式中，表2的區(qū)間1～6為DVD/CD共用區(qū)域，區(qū)間7～8為DVD專用區(qū)域。因此，作為式(1)、(2)的計(jì)算對(duì)象，由于只是關(guān)于DVD/CD共用區(qū)域的級(jí)差，所以D1～D5是計(jì)算對(duì)象，D6和D7為式(1)、(2)的計(jì)算對(duì)象之外。另外關(guān)于級(jí)差量D1～D7，假定級(jí)差部中與透鏡光軸接近一側(cè)的非球面在圖左側(cè)的情況為正符號(hào)，在右側(cè)的情況為負(fù)符號(hào)。也就是說(shuō)，該第二實(shí)施方式在圖14、表5的場(chǎng)合，D1、D2、D3為正號(hào)的級(jí)差量，D4、D5、D6、D7為負(fù)號(hào)的級(jí)差量。作為第二實(shí)施方式的級(jí)差部形狀示于圖14中，而實(shí)際制作透鏡的時(shí)要考慮在透鏡是塑料制作的場(chǎng)合為注模成型透鏡、在透鏡是玻璃制作的情況下為玻璃成型透鏡。即使在任何場(chǎng)合都要制作金屬鑄模來(lái)復(fù)制該形狀，從而得到產(chǎn)品，考慮了這種金屬鑄模制作和成型的形狀示于圖15、圖16中。
圖15是圖14中級(jí)差量D1部分的放大圖，其中根據(jù)圖14中所示形狀，做成撥模斜度θ度和為R的左側(cè)的角的形狀(用實(shí)線表示)。上述的R是在金屬鑄模制作時(shí)考慮了滾距(バイト)R，撥模斜度θ度使在注模成型或者玻璃成型時(shí)成形容易。這種情況下，在該鄰接部中、如何定義第1區(qū)間的非球面與第二區(qū)間的非球面的級(jí)差量D1用圖中的虛線表示。第1區(qū)間的非球面和第二區(qū)間的非球面延伸到所定的半徑，與上述所定的半徑的透鏡光軸平行方向上的第1區(qū)間非球面與第二區(qū)間非球面的距離為級(jí)差量D1。另外，在所定的半徑不明確時(shí)，從圖中所示的ΦE1到ΦE2的任意直徑部分作為所定的半徑也是可以的。
另外，在圖15中，尺寸E3的部分是在光學(xué)成像方面不起作用的無(wú)效區(qū)域，即使是圖15中所示的為0.0005～0.001mm左右，，與DVD有效區(qū)域Φ4.032mm、CD的有效區(qū)域Φ3.179mm比較是微小量，不是成為問(wèn)題的水平。為使上述無(wú)效區(qū)域更小，使撥模斜度的角度變小，或者使?jié)L距R變小或減至零也是有效的。另外，相反地，使上述無(wú)效區(qū)域比圖15所示的區(qū)域更大，則要再增大撥模斜度，或者再增大滾距R也是有效的。
圖16是圖14中級(jí)差量D4部分的放大圖，其中根據(jù)圖14所示形狀，做成撥模斜度θ度和為R的左側(cè)的角的形狀(用實(shí)線表示)。以下，關(guān)于級(jí)差量D4的定義和撥模斜度以及滾距R與圖15中說(shuō)明的內(nèi)容相同。
另外，上述第二實(shí)施方式中，雖然說(shuō)明了可以得到圖11所示的波面像差，但是要考慮縮小某部分波面像差較好的情況。例如，在第1區(qū)間的CD的波面像差比圖11所示的像差要進(jìn)一步縮小的場(chǎng)合，例如是下述表6中所示的第三實(shí)施方式較好。
表6第3實(shí)施方式 本第三實(shí)施方式是由表2所示第二實(shí)施方式改變第1區(qū)間的A4值而得到的。本第三實(shí)施方式的波面像差圖示于圖17中，關(guān)于式(1)、(2)的計(jì)算結(jié)果示于表7中。
表7第3實(shí)施方式
由圖17來(lái)表明縮小第1區(qū)間中的CD波面像差。表明的是，就RMS波面像差而言，對(duì)于第二實(shí)施方式在第1區(qū)間中的CD波面像差在圖11的第二實(shí)施方式為0～0.095λ的值，在圖17所示的第三實(shí)施方式為0～0.03λ的值從而得到改善。但是，雖然第1區(qū)間中的DVD的波面像差在圖11的第二實(shí)施方式中為0～-0.1λ的值，但在圖17的第三實(shí)施方式中為0～-0.2λ的劣化的值。作為RMS波面像差為，DVD CD第二實(shí)施方式 0.01945λrms 0.02525λrms第三實(shí)施方式 0.02495λrms 0.02574λrmsDVD在第三實(shí)施方式中劣化，不過(guò)仍可保持為0.025λRMS以下的值。關(guān)于表7所示的式(1)、(2)的值，與級(jí)差量D1相當(dāng)?shù)牟糠种?，MAX(Aij)/MIN(Aij)的值在第三實(shí)施方式中為18.1324比3大，也比2大。與D2、D3、D4、D5相當(dāng)?shù)牟糠种惺遣坏?的值，關(guān)于MAX(Aij)/MIN(Aij)，5個(gè)中有4個(gè)滿足不到2，1個(gè)不滿足。如果5個(gè)中有4個(gè)滿足，雖然DVD、CD兩者RMS波面像差可以滿足在0.025λRMS以下，不過(guò)與5個(gè)都滿足的情況比較，是認(rèn)為DVD的波面像差的劣化的例子。另外，雖然描述了第三實(shí)施方式中第一區(qū)間的CD波面像差縮小的例子，不過(guò)同樣地也可以使第一區(qū)間的DVD波面像差縮小，這種情況下對(duì)于RMS波面像差，CD會(huì)劣化。
還有，在要縮小第二區(qū)間的CD的波面像差的情況下，表8所示的第四實(shí)施方式較好。
表8第4實(shí)施例 該第四實(shí)施方式是由表6所示第三實(shí)施方式改變第二區(qū)間的A16值而得到的。該第四實(shí)施方式的波面像差圖示于圖18中，關(guān)于式(1)、(2)的計(jì)算結(jié)果示于表9中。
表9第4實(shí)施方式 1環(huán)帶-A4+0.0278 2環(huán)帶-A16-0.2 DVD 0.0263 λrmsCD 0.024888 λrms
由圖18表明比第三實(shí)施方式進(jìn)一步縮小第二區(qū)間的CD波面像差。表明的是，就RMS波面像差而言，第四實(shí)施方式與第二、第三實(shí)施方式相比，對(duì)于在第二區(qū)間中CD的波面像差在圖11的第二實(shí)施方式、在圖17的第三實(shí)施方式為0～0.098λ的值，圖18的第四實(shí)施方式為0～0.05λ的值從而得到改善。但是，雖然關(guān)于第二區(qū)間中的DVD的波面像差在圖11的第二實(shí)施方式、圖17的第三實(shí)施方式中為0～-0.1λ的值，但是在圖18的第四實(shí)施方式中為0～-0.2λ的劣化的值。作為RMS波面像差為，DVD CD第二實(shí)施方式0.01945λrms 0.02525λrms第三實(shí)施方式0.02495λrms 0.02574λrms第四實(shí)施方式0.02926λrms 0.02489λrms第四實(shí)施方式中DVD的RMS波面像差比在第三實(shí)施方式中更加劣化，不過(guò)仍可保持為0.03λRMS以下的值。關(guān)于表9所示的式(1)、(2)的值，與級(jí)差量D1、D2相當(dāng)?shù)牟糠种?，MAX(Aij)/MIN(Aij)的值在第四實(shí)施方式中為17.8242、31.8655比3大，也比2大。與D3、D4、D5相當(dāng)?shù)牟糠种?，是不?的值，關(guān)于MAX(Aij)/MIN(Aij)，5個(gè)中有3個(gè)滿足不到2，2個(gè)不滿足。如果5個(gè)中有3個(gè)滿足，雖然DVD、CD兩者RMS波面像差可以滿足在0.030λRMS以下，不過(guò)與5個(gè)都滿足以及5個(gè)中有4個(gè)滿足的情況比較，是被認(rèn)為DVD的波面像差的劣化的例子。另外，雖然描述了第四實(shí)施方式中第一、第二區(qū)間的CD波面像差縮小的例子，不過(guò)同樣地也可以使第一、第二區(qū)間的DVD波面像差縮小，這種情況下關(guān)于RMS波面像差，CD會(huì)劣化。
另外還有，在要縮小第三區(qū)間的CD波面像差的情況下，表10所示的比較例較好。
表10比較例 該比較例是由表8所示第四實(shí)施方式改變第三區(qū)間的A16值而得到的。該比較例的波面像差圖示于圖19中，關(guān)于式(1)、(2)的計(jì)算結(jié)果示于表11中。
表112-4 比較例 1環(huán)帶-A4+0.0275 2環(huán)帶-A16-0.233環(huán)帶-A16-0.00335
用圖19來(lái)表明比第四實(shí)施方式進(jìn)一步縮小第三區(qū)間的CD波面像差的情況。表明的是，就RMS波面像差而言，比較例與第二、第三、第四實(shí)施方式相比，對(duì)于第三區(qū)間CD的波面像差在圖11的第二實(shí)施方式、圖17的第三實(shí)施方式、圖18的第四實(shí)施方式為0～0.098λ的值，圖19的比較例中為-0.01～0.04λ的值從而得到改善。但是，雖然關(guān)于第三區(qū)間中的DVD波面像差在圖11的第二實(shí)施方式、圖17的第三實(shí)施方式為0～-0.1λ的值，但是在圖18的第四實(shí)施方式中為0～-0.2λ的劣化的值。作為RMS波面像差為，DVDCD第二實(shí)施方式 0.01945λrms 0.02525λrms第三實(shí)施方式 0.02495λrms 0.02574λrms第四實(shí)施方式 0.02926λrms 0.02489λrms比較例 0.03503λrms 0.02477λrms比較例中DVD的RMS波面像差比在第四實(shí)施方式中更加劣化，為0.035λRMS以上。關(guān)于表11所示的式(1)、(2)的值中，與級(jí)差量D1、D2、D3相當(dāng)?shù)牟糠种?，MAX(Aij)/MIN(Aij)的值在比較例中為17.8242、24.6772、6.6199比3大，也比2大。與D4、D5相當(dāng)?shù)牟糠种校遣坏?的值，關(guān)于MAX(Aij)/MIN(Aij)，5個(gè)中有2個(gè)滿足不到2，3個(gè)不滿足。由于5個(gè)內(nèi)只有兩個(gè)滿足，所以說(shuō)本比較例是DVD、CD兩者RMS波面像差不能滿足0.035λRMS以下。
另外，至此雖然描述了DVD和CD的情況，不過(guò)即使對(duì)于例如基板厚度相同、波長(zhǎng)不同的情況本發(fā)明也有效。例如，所謂的藍(lán)色激光、波長(zhǎng)405nm基板厚度為0.6mm，和DVD、波長(zhǎng)655nm、基板厚度為0.6mm的場(chǎng)合等。關(guān)于這些場(chǎng)合，以下作為第五實(shí)施方式進(jìn)行描述。
在第五實(shí)施方式中，基本的透鏡構(gòu)成與圖2所示的第二實(shí)施方式相同，從A面一側(cè)使平行光入射，在B面?zhèn)鹊墓獗P基板(圖中未示)的記錄面上形成良好的光斑。光源一側(cè)的A面用公式4表示ZA與h的關(guān)系。這些具體的數(shù)值示于表12上側(cè)欄的區(qū)間1～9中。另外，與光源相反的一側(cè)，光盤側(cè)的B面用公式6表示ZB與h的關(guān)系。這些具體的數(shù)值示于表12的下側(cè)欄中。
表12A面
另外，物鏡光軸上的面頂點(diǎn)f、e之間的距離，即中心厚度t0為1.94mm，波長(zhǎng)λ1＝405nm(藍(lán)光)的折射率n為1.54972，波長(zhǎng)λ2＝655nm(DVD)下的折射率n為1.53。透明基板的厚度和折射率在波長(zhǎng)λ1＝405nm(藍(lán)光)、厚度為0.6mm下折射率為1.6235，在波長(zhǎng)λ2＝655nm(DVD)、厚度為0.6mm下折射率為1.58。另外，波長(zhǎng)為405nm的藍(lán)光時(shí)的NA為0.65，焦距為3.1015mm，而波長(zhǎng)為655nm的DVD時(shí)的NA為0.6277，焦距為3.2116mm。入射平行光束有效直徑在藍(lán)光與DVD時(shí)都為φ4.032。再有，該第五實(shí)施例中，沒(méi)有相當(dāng)于第一～第四實(shí)施例時(shí)的DVD專用區(qū)域的部分，φ4.032的A面一側(cè)的整個(gè)透鏡都是藍(lán)光/DVD共用區(qū)域。
圖20示出該第五實(shí)施方式的波面像差圖。藍(lán)光的RMS波面像差為0.03152λrms，DVD的RMS波面像差為0.03237λrms，藍(lán)光和DVD都在0.035λrms以下。關(guān)于式(1)、(2)的值，示于表13中。
表13第5實(shí)施方式
關(guān)于式(1)、(2)的值，在D1～D8的所有的鄰接級(jí)差部中為1.23以下，在所有級(jí)差部都滿足式(1)、(2)。
另外，該第五實(shí)施方式的光斑圖示于圖21中。為1/e2(＝0.135)的相對(duì)光強(qiáng)度的光斑直徑在405nm的藍(lán)光時(shí)為0.5149μm，而在655nm的DVD時(shí)為0.8606μm。
還有，由于本第五實(shí)施方式中的上述Wmax/Wmin為Wmax/Wmin＝0.03237/0.03152＝1.026967，所以，上述允許值為1.8，最好為1.6，更好為1.4以下。再有，作為本第五實(shí)施方式與上述表3相當(dāng)?shù)闹?，在第一～第四、第六～第九區(qū)域中為ΔVd(λ405)＝0.11～0.12λ、ΔVd(λ655)＝0.11～0.12λ，各波面像差的差之比ΔVd(λ405)/ΔVd(λ655)以及ΔVd(λ655)/ΔVd(λ405)都在0.9～1.1之間。另外，關(guān)于第五區(qū)域?yàn)棣d(λ405)＝0.075λ、ΔVd(λ655)＝0.078λ。還有，在圖20中的波面像差圖中，雖然為在相對(duì)瞳坐標(biāo)0～1的范圍內(nèi)相對(duì)瞳每0.01的計(jì)算結(jié)果，不過(guò)如果更細(xì)地計(jì)算的話，各波面像差為上述值。
權(quán)利要求
1.一種多波長(zhǎng)用透鏡，其特征在于將在通過(guò)各折射作用對(duì)波長(zhǎng)為λi(i＝1，2，3，4……)的多種單色光聚光的多波長(zhǎng)用透鏡的至少一側(cè)的透鏡面中的所有單色光的共用區(qū)域分割成折射能力不同的多個(gè)非球面部，與所分割的各非球面部的各自鄰接的非球面部彼此的鄰接部的透鏡光軸平行方向上的級(jí)差量按照接近透鏡光軸的順序?yàn)镈j(j＝1，2，3，4，……)時(shí)，在上述鄰接部的級(jí)差中至少一半以上的級(jí)差中，對(duì)應(yīng)于各波長(zhǎng)λi的下述Aij值中的最小值為MIN(Aij)、最大值為MAX(Aij)時(shí)，滿足下述公式MAX(Aij)/MIN(Aij)＜3其中，Aij＝絕對(duì)值(Bij-mij)Bij＝(絕對(duì)值(Dj))*(ni-1)/λi-Cni波長(zhǎng)λi下的透鏡的折射率mij最接近Bij的整數(shù)C校正項(xiàng)。
2.如權(quán)利要求1所述的多波長(zhǎng)用透鏡，其特征在于，上述校正項(xiàng)C是基于上述鄰接部的波長(zhǎng)λi時(shí)的NA而算出的。
3.一種多波長(zhǎng)用透鏡，其特征在于，將在通過(guò)各折射作用對(duì)波長(zhǎng)為λi(i＝1，2，3，4……)的多種單色光聚光的多波長(zhǎng)用透鏡的至少一側(cè)的透鏡面內(nèi)中的所有單色光的共用區(qū)域分割成折射能力不同的多個(gè)非球面部，與所分割的各非球面部的各自鄰接的非球面部彼此的鄰接部的透鏡光軸平行方向上的級(jí)差量按照接近光軸的順序?yàn)镈j(j＝1，2，3，4，……為接近透鏡光軸的順序)，波長(zhǎng)λi的光入射時(shí)的第j個(gè)鄰接部間的NA為NAij時(shí)，在上述鄰接部的級(jí)差中至少一半以上的級(jí)差中，對(duì)應(yīng)于各波長(zhǎng)λi的下述Aij的值中最小值為MIN(Aij)、最大值為MAX(Aij)時(shí)，滿足下式MAX(Aij)/MIN(Aij)＜3其中，Aij＝絕對(duì)值(Bij-mij)Bij＝(絕對(duì)值(Dj))*(ni-1)/λi-(NAij2)*K/λini波長(zhǎng)λi下的透鏡的折射率mij最接近Bij的整數(shù)K＝0.0004毫米(NAij＜0.55時(shí))K＝0.0005毫米(NAij＞＝0.55時(shí))。
4.如權(quán)利要求3所述的多波長(zhǎng)用透鏡，其特征在于，滿足下式MAX(Aij)/MIN(Aij)＜2。
5.如權(quán)利要求3所述的多波長(zhǎng)用透鏡，其特征在于，在所有的鄰接級(jí)差中都滿足權(quán)利要求3中規(guī)定的公式。
6.如權(quán)利要求4所述的多波長(zhǎng)用透鏡，其特征在于，在所有的鄰接級(jí)差中都滿足權(quán)利要求4中規(guī)定的公式。
7.一種多波長(zhǎng)用透鏡，其特征在于，將在通過(guò)各折射作用對(duì)波長(zhǎng)為λi(i＝1，2，3，4……)的多種單色光聚光的多波長(zhǎng)用透鏡的至少一側(cè)的透鏡面中的所有單色光的共用區(qū)域分割成折射能力不同的多個(gè)非球面部，上述分割的各非球面部在非球面部彼此的鄰接部中具有微小范圍與上述非球面不同的形狀，將上述分割的各非球面部延長(zhǎng)到上述鄰接部時(shí)的透鏡光軸平行方向上的上述鄰接部的上述延長(zhǎng)的非球面部彼此的級(jí)差量按照接近光軸的順序?yàn)镈j(j＝1，2，3，4，……為接近透鏡光軸的順序)，波長(zhǎng)λi的光入射時(shí)的第j個(gè)鄰接部之間的NA為NAij時(shí)，上述鄰接部的級(jí)差中至少一半以上的級(jí)差中，對(duì)應(yīng)于各波長(zhǎng)λi的下述Aij的值中最小值為MIN(Aij)、最大值為MAX(Aij)時(shí)，滿足下式MAX(Aij)/MIN(Aij)＜3其中，Aij＝絕對(duì)值(Bij-mij)Bij＝(絕對(duì)值(Dj))*(ni-1)/λi-(NAij2)*K/λini波長(zhǎng)λi下的透鏡的折射率mij最接近Bij的整數(shù)K＝0.0004毫米(NAij＜0.55時(shí))K＝0.0005毫米(NAij＞＝0.55時(shí))。
8.如權(quán)利要求1至7中任一項(xiàng)所述的多波長(zhǎng)用透鏡，其特征在于，上述微小范圍中與上述非球面不同的形狀具有金屬鑄模撥模方向的撥模斜度。
9.如權(quán)利要求1至8中任一項(xiàng)所述的多波長(zhǎng)用透鏡，其特征在于，上述微小范圍中與上述非球面不同的形狀為微小的R形狀。
10.一種采用如權(quán)利要求1至9中任一項(xiàng)所述透鏡的光學(xué)系統(tǒng)。
11.一種采用如權(quán)利要求1至9中任一項(xiàng)所述透鏡的光學(xué)頭。
12.一種采用如權(quán)利要求1至9中任一項(xiàng)所述透鏡的光盤裝置。
13.一種透鏡，具有正的放大率、在對(duì)來(lái)自光源的光聚光的聚焦面上形成光斑，其特征在于，在上述透鏡一側(cè)或者兩側(cè)的透鏡面上設(shè)有使用區(qū)域和位于其外側(cè)的非使用區(qū)域，在來(lái)自上述光源的光也入射到該非使用區(qū)域的情況下，使來(lái)自上述光源的光入射到上述使用區(qū)域以及非使用區(qū)域二者上時(shí)的光斑直徑比使來(lái)自上述光源的光只入射到上述使用區(qū)域時(shí)得到的光斑直徑小。
14.如權(quán)利要求13所述的多波長(zhǎng)用透鏡，其特征在于，上述透鏡是對(duì)多種波長(zhǎng)的單色光聚光的多波長(zhǎng)用透鏡，對(duì)應(yīng)于第一波長(zhǎng)的非使用區(qū)域成為與上述第一波長(zhǎng)不同的第二波長(zhǎng)下的使用區(qū)域。
15.如權(quán)利要求14所述的多波長(zhǎng)用透鏡，其特征在于，在是對(duì)應(yīng)于上述第一波長(zhǎng)的非使用區(qū)域、且為對(duì)應(yīng)于上述第二波長(zhǎng)的使用區(qū)域的區(qū)域中，對(duì)透鏡面的一側(cè)或者兩側(cè)的面進(jìn)行分割，基于由具有上述第二波長(zhǎng)的光通過(guò)各上述分割的面而生成的波面像差的相位差幾乎是整數(shù)倍。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種透鏡和采用該透鏡的光學(xué)系統(tǒng)、光學(xué)頭以及光盤裝置?？梢砸暂^高的光利用效率將光束聚集到信息記錄面上。該透鏡是將在對(duì)波長(zhǎng)為λi的多種單色光聚光的多波長(zhǎng)用透鏡的一側(cè)的透鏡面中的所有單色光的共用區(qū)域分割成折射能力不同的多個(gè)非球面部。與各非球面部的各鄰接的非球面部彼此的鄰接部的透鏡光軸平行方向上的級(jí)差量按照接近透鏡光軸的順序?yàn)镈j時(shí)，在鄰接部的級(jí)差中一半以上的級(jí)差中，對(duì)應(yīng)于各波長(zhǎng)λi的下述Aij值中的最小值為MIN(Aij)、最大值為MAX(Aij)時(shí)，滿足下述公式MAX(Aij)/MIN(Aij)＜3，其中，Aij＝絕對(duì)值(Bij－mij)，Bij＝(絕對(duì)值(Dj))＊(ni－1)/λi－C，ni是波長(zhǎng)λi的透鏡的折射率，mij是最接近Bij的整數(shù)，C是校正項(xiàng)。
文檔編號(hào)G02B3/04GK1576938SQ200410069730
公開(kāi)日2005年2月9日 申請(qǐng)日期2004年7月9日 優(yōu)先權(quán)日2003年7月10日
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