專利名稱：光學拾波器透鏡及光學拾波器裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及在光盤的記錄和讀取裝置中所使用的光學拾波器透鏡及光學拾波器裝置，更詳細說，涉及使用多種單色光的多波長用光學系統(tǒng)，例如能夠處理CD(compact Disc包括CD-R等的CD)、DVD(Digital Versatile Disc)、藍光光盤、HD-DVD(High-Definition DVD)等不同種類的光盤的互換型光盤裝置中所使用的光學拾波器透鏡及光學拾波器裝置。
背景技術：
迄今為止，提出了用一個裝置可以記錄或讀取CD或DVD等多種光盤的互換型光盤裝置的方案。
在這種互換型光盤裝置中，為了記錄或讀取分別儲存在CD或DVD等(以下把它們統(tǒng)稱為光盤)上的信息信號，需要使來自光源的激光光束通過透明襯底匯聚到各光盤的信息記錄面上。然而，(i)記錄或讀取CD時所使用的激光光束的波長與記錄或讀取DVD時所使用的激光光束的波長不同；(ii)CD的透明襯底的厚度為1.2mm，而DVD的透明襯底的厚度為0.6mm，透明襯底的厚度也不同。因此，迄今為止，不加改變地在互換型光盤裝置中對CD和DVD共用為使激光光束通過透明襯底匯聚到光盤的信息記錄面上而使用的光學拾波器透鏡的話，因上述(i)以及(ii)而導致的色散，直到衍射極限附近不能將分別在CD和DVD中所使用的激光光束匯聚在各光盤的信息記錄面上。
此外，近年來，提出了與適用于超高密度記錄的光盤(藍光光盤、HD-DVD)相應的光盤裝置的方案。并且，還期待開發(fā)出不僅能記錄或讀取CD或DVD，還能夠記錄或讀取適用于超高密度記錄的光盤的互換型光盤裝置。在原來的互換型光盤裝置中，雖然只要適用于兩種光源波長和兩種厚度不同的透明襯底即可，但在期待開發(fā)的互換型光盤裝置中，需要適用于最多三種光源波長和最多三種厚度不同的透明襯底。
為了適用于最多三種光源波長和最多三種厚度不同的透明襯底，考慮了在光學拾波器裝置中，設置對每種光盤不產(chǎn)生色散的多個光學拾波器透鏡，根據(jù)所使用的光盤的種類更換光學拾波器透鏡。此外，還考慮了對每種光盤設置光學拾波器裝置，根據(jù)所使用的光盤的種類更換光學拾波器裝置。然而，為了降低成本，使裝置小型化，作為光學拾波器透鏡，希望使用對哪種光盤都通用的透鏡。
專利文獻1(日本特開平11-287948號公報)中公開了可適用于多種光盤的光學拾波器透鏡的例子。專利文獻1所公開的光學拾波器透鏡通過形成多段環(huán)帶狀凹部或凸部而完全不犧牲讀取DVD時的讀取特性，就能抑制讀取CD時的色散，可以用一個匯聚透鏡適應DVD和CD兩種光盤。在專利文獻1多公開的光學拾波器透鏡中，該環(huán)帶狀凹部或凸部的深度或高度(以下簡稱為階梯差量)h，被設定成沒有環(huán)帶狀凹部或凸部的部分與環(huán)帶狀凹部或凸部的部分的光程差大致為DVD用波長的整數(shù)倍。即，該環(huán)帶狀凹部或凸部的單位階梯差量h用hm×λ1/(n1-1)表示。在此，m是自然數(shù)，λ1是DVD用的光源波長，n1是光學拾波器透鏡的折射率。
上述專利文獻1所公開的光學拾波器透鏡由于能夠記錄或讀取多種光盤，從而不需要用于對每個光盤更換光學拾波器透鏡或光學拾波器裝置的裝置，有利于降低成本并簡化結構。
然而，在該專利文獻1中作為實施例具體地公開的光學拾波器透鏡有兩個問題。第一，在專利文獻1的光學拾波器透鏡中，為了減小對DVD和CD的波面像差而在光學拾波器透鏡表面設置多段環(huán)帶狀凹部或凸部，對于DVD波面像差雖變得足夠小，但對于CD則不一定能得到實用上足夠的降低波面像差的效果。
第二，在專利文獻1中，只考慮了DVD和CD，而沒有考慮近年來提出的適用于超高密度記錄的光盤(藍光光盤、HD-DVD)。對于期待開發(fā)的互換型光盤裝置，不僅能夠記錄或讀取DVD或CD，還能夠記錄或讀取適用于超高密度記錄的光盤(藍光光盤、HD-DVD)這一點，如上所述是今后的重要課題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于解決上述問題，提供對至少三種光盤實用的，可發(fā)揮足夠的減少波面像差效果的光學拾波器透鏡及光學拾波器裝置。更詳細地說，本發(fā)明的目的在于，提供對例如DVD和CD都實用的、有充分的減少波面像差效果的，并且能適應藍光光盤、HD-DVD之類適用于超高密度記錄的光盤的光學拾波器透鏡及使用了它的光學拾波器裝置。
本發(fā)明的光學拾波器透鏡，是用于使具有相互不同的波長λ1、λ2、λ3的激光光束對至少三種光盤進行匯聚的光學拾波器透鏡，其特征是，在該光學拾波器透鏡的至少一個面上形成有用于對以波長λ1的激光光束在襯底厚度t1的光盤上進行記錄和讀取時產(chǎn)生的波面像差和以波長λ2的激光光束在襯底厚度t2的光盤上進行記錄和讀取時產(chǎn)生的波面像差進行補償?shù)耐膱A狀的環(huán)帶結構，在以波長λ3的激光光束在襯底厚度t3的光盤上進行記錄和讀取時，由該同心圓狀的各環(huán)帶結構給與波長λ3的激光光束的相位差大致在0.15λ以下。采用這種結構，對三種光盤可發(fā)揮實用上足夠的降低波面像差效果。
在此，優(yōu)選以波長λ1的激光光束在襯底厚度t1的光盤上進行記錄和讀取時產(chǎn)生的波面像差和以波長λ2的激光光束在襯底厚度t2的光盤上進行記錄和讀取時產(chǎn)生的波面像差的絕對值大致相等，正負符號相反。
另外，上述激光光束的波長λ1、λ2、λ3依次增加。
再有，優(yōu)選在對上述光學拾波器透鏡入射的激光光束之中，波長λ1的激光光束及波長λ2的激光光束是無限系統(tǒng)、波長λ3是有限系統(tǒng)。
在最佳實施例中，波長λ1約為405nm，波長λ2約為650nm，波長λ3約為790nm，襯底厚度t1約為0.1mm，襯底厚度t2約為0.6mm，襯底厚度t3約為1.2mm?；蛘?，波長λ1約為405nm，波長λ2約為650nm，波長λ3約為790nm，襯底厚度t1約為0.6mm，襯底厚度t2約為0.6mm，襯底厚度t3約為1.2mm。
另外，優(yōu)選在由透過上述同心圓狀的環(huán)帶結構的λ1的激光光束產(chǎn)生的波面像差和由λ2的激光光束產(chǎn)生的波面像差之中，設最大的波面像差為Wmax，最小的波面像差為Wmin時，在1≤Wmax/Wmin＜1.8條件下分別對襯底厚度tl的光盤和襯底厚度t2的光盤匯聚λ1的激光光束和λ2的激光光束。
再有，優(yōu)選由透過上述同心圓狀的環(huán)帶結構的λ1的激光光束產(chǎn)生的RMS波面像差和由λ2的激光光束產(chǎn)生的RMS波面像差都在0.040λ以下。
本發(fā)明的其它光學拾波器透鏡，是用于使具有相互不同的波長λ1、λ2、λ3的激光光束對至少三種光盤進行匯聚的光學拾波器透鏡，其特征是，在該光學拾波器透鏡的至少一個面上形成有同心圓狀的環(huán)帶結構，通過設置該同心圓狀的環(huán)帶結構，在由透過上述同心圓狀的環(huán)帶結構的λ1的激光光束產(chǎn)生的波面像差和由λ2的激光光束產(chǎn)生的波面像差之中，設最大的波面像差為Wmax，最小的波面像差為Wmin時，在1≤Wmax/Wmin＜1.8條件下分別對襯底厚度t1的光盤和襯底厚度t2的光盤匯聚λ1的激光光束和λ2的激光光束，并且，Wmin以及Wmax都在0.040λ以下，在以波長λ3的激光光束在襯底厚度t3的光盤上進行記錄和讀取時，由該同心圓狀的各環(huán)帶結構給與波長λ3的激光光束的相位差大致在0.15λ以下。采用這種結構，對三種光盤可發(fā)揮實用上足夠的降低波面像差效果。
在此，優(yōu)選在以上述波長λ3的激光光束在襯底厚度t3的光盤上進行記錄和讀取時，由該同心圓狀的各環(huán)帶結構給與波長λ3的激光光束的相位差大致在0.10λ以下。
再有，優(yōu)選以波長λ1的激光光束在襯底厚度t1的光盤上進行記錄和讀取時產(chǎn)生的波面像差和以波長λ2的激光光束在襯底厚度t2的光盤上進行記錄和讀取時產(chǎn)生的波面像差的絕對值大致相等，正負符號相反。
另外，優(yōu)選上述激光光束的波長λ1、λ2、λ3具有λ1＜λ2＜λ3的關系。并且，優(yōu)選在對上述光學拾波器透鏡入射的激光光束之中，波長λ1的激光光束及波長λ2的激光光束是無限系統(tǒng)、波長λ3是有限系統(tǒng)。
在最佳實施例中，波長λ1約為405nm，波長λ2約為650nm，波長λ3約為790nm，襯底厚度t1約為0.1mm，襯底厚度t2約為0.6mm，襯底厚度t3約為1.2mm。或者，波長λ1約為405nm，波長λ2約為650nm，波長λ3約為790nm，襯底厚度t1約為0.6mm，襯底厚度t2約為0.6mm，襯底厚度t3約為1.2mm。
再有，優(yōu)選使透過上述同心圓狀的環(huán)帶結構的λ1的激光光束和λ2的激光光束分別對襯底厚度t1的光盤和襯底厚度t2的光盤進行匯聚，使其RMS波面像差為{(W12+W22)/2}1/2≤0.028(其中，對λ1的激光光束的波面像差為W1、對λ2的激光光束的波面像差為W2)。
本發(fā)明的光學拾波器裝置，是用具有互不相同的波長λ1、λ2、λ3的激光光束對分別具有不同厚度t1、t2、t3的襯底的光盤進行信息的記錄和讀取的光學拾波器裝置，其特征在于，具備發(fā)出波長λ1、λ2、λ3的激光光束的光源；使從上述光源出射的波長λ1及λ2的激光光束成為平行光束入射，使波長λ3的激光光束成為發(fā)散光束入射，并且把各激光光束匯聚到上述光盤上的光學拾波器透鏡；在上述光學拾波器透鏡的至少一個面上形成有用于對以波長λ1的激光光束在襯底厚度t1的光盤上記錄和讀取時產(chǎn)生的波面像差，和以波長λ2的激光光束在襯底厚度t2的光盤上記錄和讀取時產(chǎn)生的波面像差進行補償?shù)耐膱A狀的環(huán)帶結構，當以波長λ3的激光光束在襯底厚度t3的光盤上記錄和讀取時，由該同心圓狀的各環(huán)帶結構給與波長λ3的激光光束的相位差大致在0.15λ以下。采用這種結構，對三種光盤可發(fā)揮實用上足夠的降低波面像差效果。
本發(fā)明的其它光學拾波器裝置，是用具有互不相同的波長λ1、λ2、λ3的激光光束對分別具有不同厚度t1、t2、t3的襯底的光盤進行信息的記錄和讀取的光學拾波器裝置，其特征在于，具備發(fā)出波長λ1、λ2、λ3的激光光束的光源；使從上述光源出射的波長λ1、λ2、λ3的激光光束成為平行光束入射，使入射的激光光束匯聚到上述光盤上的光學拾波器透鏡；在該拾波器透鏡的至少一個面上形成有同心圓狀的環(huán)帶結構；通過設置該同心圓狀的環(huán)帶結構，在由透過上述同心圓狀的環(huán)帶結構的λ1的激光光束產(chǎn)生的波面像差和由λ2的激光光束產(chǎn)生的波面像差之中，設最大的波面像差為Wmax，最小的波面像差為Wmin時，在1≤Wmax/Wmin＜1.8的條件下分別將λ1的激光光束和λ2的激光光束匯聚到襯底厚度t1的光盤和襯底厚度t2的光盤上；并且，Wmin及Wmax都在0.040λ以下；在以波長λ3的激光光束在襯底厚度t3的光盤上進行記錄和讀取時，由該同心圓狀的各環(huán)帶結構給與波長λ3的激光光束的相位差大致在0.15λ以下。采用這種結構，對三種光盤可發(fā)揮實用上足夠的降低波面像差效果。
本發(fā)明的其它光學拾波器裝置，是用具有互不相同的波長λ1、λ2、λ3的激光光束對分別具有不同厚度t1、t2、t3的襯底的光盤進行信息的記錄和讀取的光學拾波器裝置，其特征在于，具備發(fā)出波長λ1、λ2、λ3的激光光束的光源；使從上述光源出射的波長λ1、λ2、λ3的激光光束成為平行光束入射，使入射的激光光束匯聚到上述光盤上的光學拾波器透鏡；在上述光學拾波器透鏡的至少一個面上形成有用于對以波長λ1的激光光束在襯底厚度t1的光盤上記錄和讀取時產(chǎn)生的波面像差，和以波長λ2的激光光束在襯底厚度t2的光盤上記錄和讀取時產(chǎn)生的波面像差進行補償?shù)耐膱A狀的環(huán)帶結構；在波長λ3的光路上設置用于對波長λ3的激光光束附加具有預定的空間分布的相位差的相位補償元件；當以波長λ3的激光光束在襯底厚度t3的光盤上進行記錄和讀取時，由該相位補償元件的空間分布給與波長λ3的激光光束的相位差大致在0.15λ以下。采用這種結構，對三種光盤可發(fā)揮實用上足夠的降低波面像差效果。
在此，優(yōu)選以波長λ1的激光光束在襯底厚度t1的光盤上進行記錄和讀取時產(chǎn)生的波面像差和以波長λ2的激光光束在襯底厚度t2的光盤上進行記錄和讀取時產(chǎn)生的波面像差的絕對值大致相等，正負符號相反。
另外，優(yōu)選上述相位補償元件由在平面板上設置同心圓狀的環(huán)帶結構形成。
另外，優(yōu)選在由透過上述同心圓狀的環(huán)帶結構的λ1的激光光束產(chǎn)生的波面像差和由λ2的激光光束產(chǎn)生的波面像差之中，設最大的波面像差為Wmax，最小的波面像差為Wmin時，在1≤Wmax/Wmin＜1.8的條件下將λ1的激光光束和λ2的激光光束分別匯聚到襯底厚度t1的光盤和襯底厚度t2的光盤上。再有，優(yōu)選由透過上述同心圓狀的環(huán)帶結構的λ1的激光光束產(chǎn)生的RMS波面像差和由λ2的激光光束產(chǎn)生的RMS波面像差都在0.040λ以下。并且，優(yōu)選使透過上述同心圓狀的環(huán)帶結構的λ1的激光光束和λ2的激光光束分別對襯底厚度t1的光盤和襯底厚度t2的光盤進行匯聚，使其RMS波面像差為{(W12+W22)/2}1/2≤0.028(其中，對λ1的激光光束的波面像差為W1、對λ2的激光光束的波面像差為W2)。
采用本發(fā)明的話，即使用一個光學拾波器，對于使用波長不同的多種光盤，也能夠確保盡可能減少波面像差的狀態(tài)。


圖1是本發(fā)明的實施例1的光學拾波器裝置的示意圖。
圖2是本發(fā)明的光學拾波器透鏡及相位補償元件的示意圖。
圖3是表示現(xiàn)有例子的光學拾波器透鏡的HD-DVD和DVD的波面像差的圖。
圖4是表示本發(fā)明的光學拾波器透鏡的HD-DVD和DVD的波面像差的圖。
圖5是說明本發(fā)明的光學拾波器透鏡的環(huán)帶結構的圖。
圖6是表示本發(fā)明的光學拾波器透鏡的設計方法的流程圖。
圖7是表示本發(fā)明的光學拾波器透鏡的HD-DVD和DVD及CD的波面像差的圖。
圖8是表示本發(fā)明的光學拾波器透鏡的HD-DVD和DVD及CD的波面像差的圖。
圖9是表示本發(fā)明的光學拾波器透鏡的HD-DVD和DVD及CD的波面像差的圖。
圖10是本發(fā)明的實施例2的光學拾波器裝置的示意圖。
圖11是表示沒有使用本發(fā)明的相位補償元件來記錄或讀取CD時的波面像差的圖。
圖12是本發(fā)明的相位補償元件的示意圖。
圖13是表示構成本發(fā)明的相位補償元件的各相位補償元件得到的相位差的圖。
圖14是使用了本發(fā)明的相位補償元件和光學拾波器透鏡時的HD-DVD和DVD及CD的波面像差的圖。
圖15是本發(fā)明的光學拾波器透鏡的透鏡數(shù)據(jù)。
圖16是本發(fā)明的光學拾波器透鏡的透鏡數(shù)據(jù)。
圖17是本發(fā)明的光學拾波器透鏡的透鏡數(shù)據(jù)。
圖18是表示以數(shù)學式表現(xiàn)的本發(fā)明的光學拾波器透鏡的非球面形狀的數(shù)據(jù)表。
圖19是表示以數(shù)學式表現(xiàn)的本發(fā)明的光學拾波器透鏡的非球面形狀的數(shù)據(jù)表。
圖20是表示以數(shù)學式表現(xiàn)的本發(fā)明的光學拾波器透鏡的非球面形狀的數(shù)據(jù)表。
圖21是表示本發(fā)明的光學拾波器透鏡的通用區(qū)域和專用區(qū)域的光程差的表。
圖22是表示本發(fā)明的光學拾波器透鏡的坐標系的圖。
圖23是表示本發(fā)明的光學拾波器透鏡的透鏡數(shù)據(jù)。
圖24是表示以數(shù)學式表現(xiàn)的本發(fā)明的光學拾波器透鏡的非球面形狀的數(shù)據(jù)表。
圖25是表示以數(shù)學式表現(xiàn)的本發(fā)明的光學拾波器透鏡的非球面形狀的數(shù)據(jù)表。
圖26是表示以數(shù)學式表現(xiàn)的本發(fā)明的光學拾波器透鏡的非球面形狀的數(shù)據(jù)表。
圖27是表示以數(shù)學式表現(xiàn)的本發(fā)明的光學拾波器透鏡的非球面形狀的數(shù)據(jù)表。
圖28是表示以數(shù)學式表現(xiàn)的本發(fā)明的光學拾波器透鏡的非球面形狀的數(shù)據(jù)表。
圖29是表示以數(shù)學式表現(xiàn)的本發(fā)明的光學拾波器透鏡的非球面形狀的數(shù)據(jù)表。
圖30是表示以數(shù)學式表現(xiàn)的本發(fā)明的光學拾波器透鏡的非球面形狀的數(shù)據(jù)表。
圖31是表示本發(fā)明的光學拾波器透鏡的通用區(qū)域和專用區(qū)域的光程差的表。
圖32是表示本發(fā)明的光學拾波器透鏡的HD-DVD和DVD及CD的波面像差的圖。
具體實施例方式
實施例1圖1表示本發(fā)明的實施例1的光學拾波器裝置的一例。該光學拾波器裝置具備HD-DVD用光源100、DVD用光源101、CD用光源102。光源100發(fā)出波長λ1＝405nm的激光光束，光源101發(fā)出波長λ2＝655nm的激光光束，光源102發(fā)出波長λ3＝790nm的激光光束。
在分別從光源100和光源101出射的激光光束的光路上設有分束器107。分束107使從光源100出射的激光光束透過，并且反射從光源101出射的激光光束，把兩束光都導向光盤側。
在從分束器107出射的激光光束和從光源102出射的激光光束的光路上設有分束器108。分束器108使從分束器107出射的激光光束透過，并且反射從光源102出射的激光光束，把兩束光都導向光盤側。
在從分束器108出射的激光光束的光路上設有準直透鏡103。從各光源101、102、103出射的激光光束在入射到準直透鏡103的階段都是發(fā)散光。準直透鏡103把從光源100出射的激光光束和從光源101出射的激光光束從發(fā)散光轉換成大致平行的光。此外，準直透鏡103轉換從光源102出射的激光光束使其發(fā)散角變小并輸出。但是，從光源102出射的激光光束被準直透鏡103轉換了發(fā)散角后，仍維持發(fā)散光的狀態(tài)。
在透過了準直透鏡103的激光光束的光路上設有光闌105。光闌105是決定光學拾波器透鏡104的有效數(shù)值孔徑的元件。具體地說，在光盤106為HD-DVD時，光闌105動作使得光學拾波器透鏡104的有效數(shù)值孔徑約為0.65。此外，在光盤106為DVD時，光闌105動作使得光學拾波器透鏡104的有效數(shù)值孔徑約為0.60。再有，在光盤106為CD時，光闌105動作使得光學拾波器透鏡104的有效數(shù)值孔徑約為0.47。作為光闌105，能夠使用例如日本特開平9-54977號公報所述的波長選擇濾波器。
在透過了光闌105的激光光束的光路上設有光學拾波器透鏡104。光學拾波器透鏡104具有使入射的光在光盤106的信息記錄面上匯聚直到接近衍射極限。光學拾波器透鏡104還具有把在光盤106的信息記錄面反射的激光光束導入檢測系統(tǒng)(未圖示)的作用。對于該光學拾波器透鏡104將在后述。
在聚焦伺服時及尋跡伺服時，光學拾波器透鏡104和光闌105成為一體，利用未圖示的傳動裝置動作。
還有，在本實施例中，HD-DVD用、DVD用、CD用光盤106的透明襯底為聚碳酸脂，HD-DVD用、DVD用、CD用光盤106的透明襯底的厚度分別為0.6mm、0.6mm、1.2mm。在圖1中，光盤106a為HD-DVD用、DVD用光盤，光盤106b為CD用光盤。
其次，對從各光源100、101、102出射的激光光束在光盤106的信息記錄面反射直到被檢測系統(tǒng)檢測出的工作過程進行說明。
從光源100出射的激光光束透過分束器107及分束器108入射到準直透鏡103。從光源101出射的激光光束在分束器107被反射，透過分束器108后入射到準直透鏡103。從光源102出射的激光光束在分束器108被反射并入射到準直透鏡103。
準直透鏡103把從光源100出射的激光光束和從光源101出射的激光光束從發(fā)散光變換成大致平行的光。此外，準直透鏡103轉換從光源102出射的激光光束使其發(fā)散角變小并輸出。
透過了準直透鏡103的激光光束被光闌105限制其實際的數(shù)值孔徑。通過了光闌105的激光光束入射到光學拾波器透鏡104。光學拾波器透鏡104使入射的激光光束在光盤106的信息記錄面上匯聚直到衍射極限附近。由光盤106的信息記錄面反射的激光光束通過光學拾波器透鏡104入射到檢測系統(tǒng)(未圖示)，并被檢測出。檢測系統(tǒng)(未圖示)檢測該激光光束，通過光電轉換，產(chǎn)生聚焦伺服信號、尋跡伺服信號、讀取信號等。
其次，對在本發(fā)明實施例1的光學拾波器裝置中所使用的光學拾波器透鏡104進行詳細的說明。
光學拾波器透鏡104如上所述是起使激光光束匯聚到光盤106的信息記錄面上的作用的元件。圖2表示該光學拾波器透鏡104的正視圖及側視圖。本實施例1的光學拾波器透鏡104如圖2所示，其一個面具有不連續(xù)的非球面形狀。即，在激光光束的入射面，產(chǎn)生相位差的多個環(huán)帶狀凹部或凸部相對于相鄰的環(huán)帶狀凹部或凸部具有預定的階梯差量h并形成同心圓狀。在此，將構成該環(huán)帶狀凹部或凸部的各非球面最優(yōu)化，使其形狀的HD-DVD用的波長λ1和DVD用的波長λ2的波面像差很小。
該場合，環(huán)帶狀凹部或凸部的單位階梯差h以hm×λ1/(n1-1)表示。此處，m是自然數(shù)，λ1是HD-DVD用光源的波長、n1是匯聚透鏡的折射率。
在本發(fā)明實施例1的光學拾波器中，特別地，根據(jù)上述單位階梯差h在環(huán)帶狀凹部或凸部形成階梯差后，使構成各環(huán)帶的非球面的形狀最優(yōu)化，從而使HD-DVD用的波長λ1和DVD用的波長λ2的波面像差都很小。
在此，對專利文獻1中所述的光學拾波器透鏡中產(chǎn)生的波面像差作為比較例進行說明。圖3表示計算在基于該專利文獻1所記載的數(shù)據(jù)設計光學拾波器透鏡的場合、在信息記錄面上產(chǎn)生的波面像差的結果。圖3中，橫軸是光學拾波器透鏡的標準化半徑，“0”表示光學拾波器透鏡的中心軸，“1”表示光學拾波器透鏡的邊緣。該圖的縱軸表示波面像差。由于光學拾波器透鏡的環(huán)帶結構的形狀定為相對于其中心軸(光軸)成同心圓狀，從而實際的波面像差分布相當于使圖3的分布以該曲線圖的縱軸為中心旋轉。圖3中的虛線表示相對于具有HD-DVD用的波長λ1的激光光束的波面像差，實線表示相對于具有DVD用的波長λ2的激光光束的波面像差。
根據(jù)圖3的曲線圖可知，HD-DVD用的波長λ1的波面像差雖幾乎為0，但DVD用的波長λ2的波面像差卻約為60mλrms。這小于能將激光光束縮小到衍射極限附近的極限的波面像差值，即Marshall評估的基準值70mλrms。但是，還考慮到基于制造透鏡時透鏡面的偏心的產(chǎn)生和組裝到光學讀取頭時的安裝誤差導致的透鏡傾斜的產(chǎn)生而在制造階段產(chǎn)生的波面像差不會帶來妨礙的話，約60mλrms之類的波面像差的值不一定在實用上是足夠的值。
對于專利文獻1所公開的光學拾波器透鏡，可以推測，它是根據(jù)波面像差的計算結果進行設計的，以減小對于在DVD和CD使用的光源波長的波面像差。與此相應，對于本發(fā)明的實施例1的光學拾波器透鏡，它是考慮適用于藍光光盤、HD-DVD之類應用超高密度記錄的光盤來設計光學拾波器透鏡的，從而首先減小對HD-DVD和DVD所使用的光源波長的波面像差。還有，為了便于理解，利用光線追蹤換算成在光學拾波器透鏡的光瞳面的波面像差。
圖4表示本發(fā)明的實施例1的光學拾波器透鏡的HD-DVD和DVD的波面像差。在該光學拾波器透鏡中，同心圓狀的環(huán)帶結構形成于光學拾波器透鏡的激光光束入射面?zhèn)?，如前所述的以hm×λ1/(n1-1)表示的環(huán)帶狀凹部或凸部的單位階梯差h是以m＝2得到的值。此外，圖5表示與環(huán)帶邊緣位置和其環(huán)帶深度相關的數(shù)據(jù)。圖5中所謂的環(huán)帶邊緣位置表示各環(huán)帶的邊緣相對于光學拾波器透鏡的標準化半徑位于哪里(參照圖2)。此外，圖5中所謂的階梯差，表示以各環(huán)帶的透鏡的激光光束入射面中心位置為基準，各環(huán)帶向光軸方向具有多少階梯差量，并以上述h的倍數(shù)表示。階梯差為正時，形成向透鏡厚度增加的方向的環(huán)帶，階梯差為負時，形成向透鏡厚度減小的方向的環(huán)帶。
對于本發(fā)明的實施例1的光學拾波器透鏡，按照圖6所示的流程圖進行設計。最初，決定階梯差量h，對環(huán)帶狀凹部或凸部給與階梯差量h(S101)。在該步驟S101，預先準備不僅是以一個波長，而是以兩個波長λ1、λ2、透鏡對波長λ1的激光光束的折射率n1、透鏡對波長λ2的激光光束的折射率n2、以變量為因子的計數(shù)學式。并且，將變量設定在預定的范圍內(nèi)，基于該數(shù)學式?jīng)Q定階梯差量。
其次，對構成各環(huán)帶的非球面的形狀進行最優(yōu)化，使HD-DVD用的波長λ1和DVD用的波長λ2的波面像差都很小(S102)。
具體地說，例如，最好是如同一申請人的日本特開2003-270528號(美國專利6,678,096)所公開的那樣，在由透過同心圓狀的環(huán)帶結構的λ1的激光光束產(chǎn)生的波面像差和由λ2的激光光束產(chǎn)生的波面像差之中，當設最大的波面像差為Wmax、最小的波面像差為Wmin時，分別以1≤Wmax/Wmin＜1.8將λ1的激光光束和λ2的激光光束匯聚到襯底厚度t1的光盤和襯底厚度t2的光盤上。優(yōu)選的范圍是1≤Wmax/Wmin＜1.6，更優(yōu)選的范圍是1≤Wmax/Wmin＜1.4。此外，希望由透過上述同心圓狀的環(huán)帶結構的λ1的激光光束產(chǎn)生的RMS波面像差和由λ2的激光光束產(chǎn)生的RMS波面像差都在0.040λ以下。優(yōu)選的范圍是在0.035λ以下?；蛘?，最好是將透過上述同心圓狀的環(huán)帶結構的λ1的激光光束和λ2的激光光束匯聚到各襯底厚度t1的光盤和襯底厚度t2的光盤上，從而使RMS波面像差為{(W12+W22)/2}1/2≤0.028(其中，相對于λ1的激光光束的波面像差為W1、相對于λ2的激光光束的波面像差為W2)。優(yōu)選該RMS波面像差為0.026，更優(yōu)選0.025或0.023。
根據(jù)圖4所示的計算結果，HD-DVD用的波長λ1的波面像差的rms值約為34mλrms，DVD用的波長λ2的波面像差的rms值約為35mλrms。如圖4所示可知，對波長λ1的波面像差的曲線圖和對波長λ2的波面像差的曲線圖以波面像差值為0的軸為中心基本上呈線對稱。即，設計成波長λ1的波面像差和波長λ2的波面像差其絕對值相等，而正負符號相反。對于任何一個光盤，即使考慮到制造時產(chǎn)生的波面像差，也能將激光光束匯聚直到光盤的信息記錄面上直到衍射極限附近。
這樣，對于在決定階梯差量h，對環(huán)帶狀凹部或凸部給與決定的臺階量h后，對于構成各環(huán)帶的非球面的形狀進行最優(yōu)化的本發(fā)明的光學拾波器透鏡，使用兩種光盤所使用的兩種波長能夠把各波面像差降低到實用上足夠小的水準。這對于上述專利文獻1中所公開的光學拾波器透鏡來說是得不到的效果。
采用以上的方法，可以用一個光學拾波器透鏡記錄和讀取HD-DVD和DVD。下面，對用一個光學拾波器透鏡不僅可記錄和讀取HD-DVD和DVD，還可記錄和讀取CD的方法進行說明。
圖7表示把CD的激光光束準直成平行光束并入射到采用上述方法設計成同時減小HD-DVD用的波長λ1和DVD用的波長λ2的波面像差的光學拾波器透鏡104的情況下的波面像差。圖7中的虛線表示HD-DVD用的波長λ1的波面像差，實線表示DVD用的波長λ2的波面像差。另外，粗線表示CD用的波長λ3的波面像差。由于對CD的波面像差沒有作任何補償，所以，CD用的波長λ3的波面像差很大，約為261mλrms。還有，CD的數(shù)值孔徑為0.47，此時的標準化半徑約為0.72。
相對于此，圖8表示對CD為有限系統(tǒng)時的波面像差。所謂有限系統(tǒng)是指，不是把CD用的波長λ3的激光光束準直為平行光束入射到光學拾波器透鏡(以下，稱為無限系統(tǒng))，而是作為發(fā)散光入射，利用球面色散通過改變該入射光的發(fā)散程度，即幾何光學上所謂的光學拾波器透鏡的物像間距離而變化的性質(zhì)，補償如圖7所示的CD的波面像差。
圖8的CD用的波長λ3的波面像差約為27mλrms，即使考慮到光學拾波器透鏡制造時產(chǎn)生的波面像差，也能將激光光束匯聚到光盤的信息記錄面上直到衍射極限附近。還有，這種場合的物體間距離約為49.8mm。
這樣，本發(fā)明實施例1的光學拾波器裝置相對于設計成同時減小HD-DVD用的波長λ1和DVD用的波長λ2的波面像差的光學拾波器透鏡104，由于HD-DVD用的波長λ1和DVD用的波長λ2的激光光束以無限系統(tǒng)入射，CD用的波長λ3的激光光束以預定的有限系統(tǒng)入射，所以，用一個光學拾波器透鏡104就能夠確保HD-DVD、DVD以及CD的互換。
但是，在設計構筑于光學拾波器透鏡104上的同心圓狀的環(huán)帶結構，以同時減小HD-DVD用的波長λ1和DVD用的波長λ2的波面像差時，希望做成CD用的波長λ3的激光光束難以因其環(huán)帶結構而給與相位差的那樣的同心圓狀的環(huán)帶結構。具體地說，因環(huán)帶結構給與CD光源的光的相位差盡可能接近于CD波長的整數(shù)倍即可。
圖9是計算了上述的以hm×λ1/(n1-1)表示的單位階梯差h中，m＝3時的HD-DVD用的波長λ1和DVD用的波長λ2及CD用的波長λ3的波面像差的結果。HD-DVD用的波長λ1和DVD用的波長λ2的波面像差，相對于為了獲得與以m＝2得到的圖8所示的波面像差幾乎相等的結果，對于CD用的波長λ3的激光光束，即使采用有限系統(tǒng)也不能充分地減小波面像差。這是由于，雖然在CD用的波長λ3的激光光束的波面像差中呈現(xiàn)幾個地方的大的不連續(xù)點，但在其半徑位置形成有環(huán)帶的階梯差，因環(huán)帶的階梯差而對CD用的波長λ3的激光光束給與大的相位差。在該CD用的波長λ3的激光光束中源于所產(chǎn)生的環(huán)帶的階梯差的波面像差，即使采用有限系統(tǒng)也難以充分地減小。另一方面，在圖8所示的CD用的波長λ3的激光光束的波面像差中，雖然也與圖9所示同樣地呈現(xiàn)幾個地方的不連續(xù)點，但都小到0.1λ以下。這是因為，對CD用的波長λ3的激光光束形成難以附加大的相位差的單位階梯差h。
難以對CD用的波長λ3的激光光束附加大的相位差的單位階梯差h，在本實施例中雖在例如m＝2的情況下得到，但這是因為，單位階梯差h是由hm×λ1/(n1-1)所規(guī)定，是由λ1的值和n1的值所決定的，在所有的情況下，并不限于m＝2是最佳的。在本實施例中，由于使λ1＝405nm，作為透鏡材料使用了塑料系列材料，所以n1＝1.52。還有，與m＝2的情況完全相同，即使在m＝8、m＝10的情況下，也能得到同時減小HD-DVD用的波長λ1和DVD用的波長λ2的波面像差，并對CD用的波長λ3的激光光束難以附加大的相位差的效果。此外，對CD用的波長λ3的激光光束難以附加大的相位差的的階梯差量，從得到CD的實用的波面像差的觀點來看，希望選擇CD用的波長λ3的激光光束的波面像差的不連續(xù)點的相位差使其大致在0.15λ以下，進而，優(yōu)選在0.10λ以下。但是，由于即使局部地超過0.15λ總體上對波面像差的影響很小，因而即使在該點應當注意的是選擇階梯差量。
圖15～圖17是上述最優(yōu)化的結果得到的、圖1中所示的光學拾波器透鏡104和光盤106的透鏡數(shù)據(jù)，圖15對應于HD-DVD，圖16對應于DVD，圖17對應于CD。光學拾波器透鏡104的材質(zhì)為塑料類，光盤109的透明襯底為聚碳酸酯(PC)。這些材質(zhì)對每種波長的折射率如圖15～圖17所示。此外，“空氣”是指面與面之間充滿了空氣。
圖18～圖20是以數(shù)學式表現(xiàn)的光學拾波器透鏡104的非球面形狀的數(shù)據(jù)。一般來說，在圖22表示的坐標系中，透鏡的非球面的形狀以所謂的垂度z的形式表示成下述(1)式。其中，c＝1/R。
式1Z=cr21+(1-(1+k)c2r2)+Σi=28A2ir2i+B---(1)]]>用該(1)式的參數(shù)表示光學拾波器透鏡104的物側的面的話，則如圖18、圖19所示。即，如圖2所示，由于光學拾波器透鏡104的物側的面具有不連續(xù)的非球面形狀，因而在構成其不連續(xù)的非球面形狀的每個區(qū)域都表示該非球面形狀。由連續(xù)的非球面形狀組成的像側的面以圖20表示。圖18～圖20中的所謂的“區(qū)域的范圍”表示在各區(qū)域中以(1)式表示的非球面形狀為有效的透鏡半徑(單位為mm)。此外，圖18～圖20中的“B”表示光軸上的垂度量(單位為mm)。還有，在圖18～圖20中表示的各參數(shù)的值是在記錄或讀取HD-DVD和DVD時將波面像差抑制得盡可能小來決定的結果。
如圖18、圖19所示，光學拾波器透鏡104的物側的面由9個環(huán)帶狀的區(qū)域組成，由于從含有光軸的區(qū)域向透鏡外側方向數(shù)直到第7個環(huán)帶狀的區(qū)域，是在記錄和讀取HD-DVD和DVD時共同使用的區(qū)域，所以，以下稱之為HD-DVD/DVD通用區(qū)域。同樣地，由于第8個和第9個環(huán)帶狀的區(qū)域是僅在記錄和讀取HD-DVD時使用，在記錄和讀取DVD時不使用的區(qū)域，因而稱之為HD-DVD專用區(qū)域。
圖21表示在圖18～圖20所示的各非球面部，以第一區(qū)間的大致的光程差為基準時，相當于HD-DVD/DVD通用區(qū)域和HD-DVD專用區(qū)域的第二～第九區(qū)間的大致光程差分別大致是波長λ的多少倍。
如圖21所表明的，第二～第九區(qū)間相對于波長405nm的HD-DVD是2mλ的差，相對于波長655nm的DVD及波長790nm的CD為mλ之差(m為整數(shù))。這是因為，由于短的波長λ1在380～430nm之間，長的波長λ2在630～680nm之間，λ3在波長790nm附近，因而易于滿足上述大致光程差的關系。
實施例2圖10是表示本發(fā)明的實施例2的光學拾波器裝置的結構例子。該光學拾波器裝置的基本結構與圖1所示的本發(fā)明的實施例1的光學拾波器裝置相同，作為特征的結構要素的光學拾波器透鏡104也可以使用相同的透鏡。相對于在本發(fā)明的實施例1中，通過使CD用的波長λ3的激光光束以預定的有限系統(tǒng)相對于光學拾波器透鏡104入射，以便減小對CD用的激光光束的波面像差，在本發(fā)明的實施例2中，則是通過將相位補償元件110插入到CD用光源102和偏光分束器108的光路中來降低對CD用的激光光束的波面像差。
在本發(fā)明的實施例2中，所有的光源100、101、102的激光光束都被準直透鏡103轉換成大致平行的光，并相對于光學拾波器透鏡104入射。在這種狀態(tài)下，對CD用的激光光束的波面像差則如圖7所示那樣變大，已如本發(fā)明的實施例1中所述。
因此，在本發(fā)明的實施例2中，將相位補償元件110插入到CD用光源102和偏光分數(shù)器108的光路中，用以代替對CD不使用有限系統(tǒng)，來降低對CD用的激光光束的波面像差。以下，對相位補償元件110進行說明。
圖11表示CD也采用了無限系統(tǒng)時的波面像差的計算結果。如圖11所示，該場合的波面像差最大為0.5λ以上。圖12表示的是用于減小這種波面像差的相位補償元件110的例子。圖12的上側表示該相位補償元件110的正視圖，該圖下側表示該相位補償元件110的側視圖。如圖12所示，相位補償元件110由多個同心圓狀的相位補償要素組成，各相位補償要素對各激光光束給與的相位差量不同。當從相位補償元件110的中心起設同心圓狀的相位補償要素為p1、p2、...、pn，設其各相位補償要素的外延為b1、b2、...、bn時，在本實施例2中，當將由各相位補償要素給與的相位差為p1＝0λ、p2＝-0.12λ、p3＝-0.24λ、p4＝-0.36λ、p5＝-0.48λ、p6＝-0.36λ、p7＝-0.24λ、p8＝-0.12λ、p9＝0λ時，各相位補償要素的外延為從光學拾波器透鏡的HD-DVD或DVD的最大的有效半徑以逆算得到的相位補償元件110的插入位置的最大有效半徑標準化了的值，其值為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(參照圖11、圖13)。
圖14表示使用相位補償元件110將在記錄或讀取CD時用光拾波器透鏡104不能減小的圖11的以實線表示的波面像差成分減小了的情況的波面像差的計算結果。從圖可知，補償后的波面像差約為40mλrms，得到大幅地改善。這里，雖將由各相位補償元件給與的相位差取為-0.12λ的倍數(shù)，但若取為例如-0.10λ的倍數(shù)的話，還可以進一步減小波面像差的rms值。但是，必須用更多的相位補償要素構成相位補償元件110。再有，這里，雖將由各相位補償要素給與的相位差取為某個值的倍數(shù)，但并不是必須將由各相位補償要素給與的相位差取為某個值的倍數(shù)。例如，也有將各相位補償要素的外延b1、b2、...、bn與光學拾波器透鏡104的不連續(xù)點a1、a2、...、am(參照圖2)盡可能設定為不一致的方法。在這種情況下，還有利于增加對相位補償元件110與光學拾波器透鏡104的位置偏離的容許度。
此外，相位補償元件110能夠通過例如在光透過特性優(yōu)良的平面板上設置同心圓狀的環(huán)帶結構來實現(xiàn)。例如，對于本實施例2，只要設計環(huán)帶結構，使得相鄰的環(huán)帶之間的單位階梯差產(chǎn)生的相位差大致在-0.2λ以內(nèi)，優(yōu)選為-0.12λ的相位差即可。
還有，圖10中的光學拾波器透鏡104和光盤106的透鏡數(shù)據(jù)與圖15～圖17及圖18～圖20所示的相同。
實施例3上述實施例1和實施例2作為適用于超高密度記錄的光盤雖考慮了HD-DVD，但即使在考慮了藍光光盤的情況下，通過同樣的設計也能夠實現(xiàn)。本實施例3就是考慮了藍光光盤的例子。
圖23是上述最優(yōu)化的結果得到的、圖1中所示的光學拾波器透鏡104和光盤106的透鏡數(shù)據(jù)，圖23(a)對應于藍光光盤，圖23(b)對應于DVD，圖23(c)對應于CD的場合。光學拾波器透鏡104的材質(zhì)為玻璃類，光盤109的透明襯底為聚碳酸酯(PC)。這些材質(zhì)對每種波長的折射率如圖23(a)～圖23(c)所示。此外，“空氣”是指面與面之間充滿了空氣。
圖24～圖29是以數(shù)學式表現(xiàn)的光學拾波器透鏡104的非球面形狀的數(shù)據(jù)。一般來說，在圖22表示的坐標系中，透鏡的非球面的形狀以所謂的垂度z的形式表示成上述的(1)式。其中，c＝1/R。
用(1)式的參數(shù)表示光學拾波器透鏡104的物側的面時，成為圖24～圖29所示那樣。即，如圖2所示，由于光學拾波器透鏡104的物側的面具有不連續(xù)的非球面形狀，因而在構成其不連續(xù)的非球面形狀的每個區(qū)域表示其非球面形狀。由連續(xù)的非球面形狀組成的像側面以圖30表示。圖24～圖30中的所謂的“h的范圍”表示在各區(qū)域中以(1)式表示的非球面形狀為有效的透鏡半徑(單位為mm)。此外，圖24～圖30中的“B”表示光軸上的垂度量(單位為mm)。還有，在圖24～圖30中表示的各參數(shù)的值，是將記錄或讀取藍光光盤和DVD時的波面像差抑制得盡可能小所決定的結果。
如圖24～圖29所示，光學拾波器透鏡104的物側的面由31個環(huán)帶狀的區(qū)域組成，由于從含有光軸的區(qū)域向透鏡外側方向數(shù)直到第29個的區(qū)域都是在記錄和讀取藍光光盤和DVD的時共同使用的區(qū)域，所以，以下稱之為藍光光盤/DVD通用區(qū)域。同樣地，由于第30個和第31個區(qū)域僅在記錄和讀取藍光光盤時使用，在記錄和讀取DVD時不使用的區(qū)域，因而稱之為藍光光盤專用區(qū)域。
圖31表示在圖24～圖29中所示的各非球面部中，以第一區(qū)間的大致的光程差為基準時，相當于藍光光盤/DVD通用區(qū)域和藍光光盤專用區(qū)域的第2～31區(qū)間的大致光程差分別大致是波長λ的多少倍。
如圖31所表明的，第2～29區(qū)間相對于波長405nm的藍光光盤是2mλ的差，相對于波長655nm的DVD及波長790nm的CD為mλ之差(m為整數(shù))。這是因為，由于短的波長λ1在380～430nm之間，長的波長λ2在630～680nm之間，λ3在波長790nm附近，因而易于滿足上述大致光程差的關系。此外，圖32是表示藍光光盤、DVD以及CD的波面像差圖。
權利要求
1.一種光學拾波器透鏡，是用于使具有相互不同的波長λ1、λ2、λ3的激光光束對至少三種光盤進行匯聚的光學拾波器透鏡，其特征在于在該光學拾波器透鏡的至少一個面上形成有用于對以波長λ1的激光光束在襯底厚度t1的光盤上進行記錄和讀取時產(chǎn)生的波面像差和以波長λ2的激光光束在襯底厚度t2的光盤上進行記錄和讀取時產(chǎn)生的波面像差進行補償?shù)耐膱A狀的環(huán)帶結構，在以波長λ3的激光光束在襯底厚度t3的光盤上進行記錄和讀取時，由該同心圓狀的各環(huán)帶結構給與波長λ3的激光光束的相位差大致在0.15λ以下。
2.根據(jù)權利要求1所述的光學拾波器透鏡，其特征在于以波長λ1的激光光束在襯底厚度t1的光盤上進行記錄和讀取時產(chǎn)生的波面像差和以波長λ2的激光光束在襯底厚度t2的光盤上進行記錄和讀取時產(chǎn)生的波面像差的絕對值大致相等，正負符號相反。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的光學拾波器透鏡，其特征在于上述激光光束的波長λ1、λ2、λ3依次增加。
4.根據(jù)權利要求1～3中任何一項所述的光學拾波器透鏡，其特征在于對上述光學拾波器透鏡入射的激光光束之中，波長λ1的激光光束及波長λ2的激光光束是無限系統(tǒng)、波長λ3是有限系統(tǒng)。
5.根據(jù)權利要求1～4中任何一項所述的光學拾波器透鏡，其特征在于波長λ1約為405nm，波長λ2約為650nm，波長λ3約為790nm，襯底厚度t1約為0.1mm，襯底厚度t2約為0.6mm，襯底厚度t3約為1.2mm。
6.根據(jù)權利要求1～4中任何一項所述的光學拾波器透鏡，其特征在于波長λ1約為405nm，波長λ2約為650nm，波長λ3約為790nm，襯底厚度t1約為0.6mm，襯底厚度t2約為0.6mm，襯底厚度t3約為1.2mm。
7.根據(jù)權利要求1～4中任何一項所述的光學拾波器透鏡，其特征在于在由透過上述同心圓狀的環(huán)帶結構的λ1的激光光束產(chǎn)生的波面像差和由λ2的激光光束產(chǎn)生的波面像差之中，設最大的波面像差為Wmax，最小的波面像差為Wmin時，在1≤Wmax/Wmin＜1.8條件下分別對襯底厚度t1的光盤和襯底厚度t2的光盤匯聚λ1的激光光束和λ2的激光光束。
8.根據(jù)權利要求1～4中任何一項所述的光學拾波器透鏡，其特征在于由透過上述同心圓狀的環(huán)帶結構的λ1的激光光束產(chǎn)生的RMS波面像差和由λ2的激光光束產(chǎn)生的RMS波面像差都在0.040λ以下。
9.一種光學拾波器透鏡，是用于使具有相互不同的波長λ1、λ2、λ3的激光光束對至少三種光盤進行匯聚的光學拾波器透鏡，其特征在于在該光學拾波器透鏡的至少一個面上形成有同心圓狀的環(huán)帶結構，通過設置該同心圓狀的環(huán)帶結構，在由透過上述同心圓狀的環(huán)帶結構的λ1的激光光束產(chǎn)生的波面像差和由λ2的激光光束產(chǎn)生的波面像差之中，設最大的波面像差為Wmax，最小的波面像差為Wmin時，在1≤Wmax/Wmin＜1.8條件下分別對襯底厚度t1的光盤和襯底厚度t2的光盤匯聚λ1的激光光束和λ2的激光光束，并且，Wmin以及Wmax都在0.040λ以下，在以波長λ3的激光光束在襯底厚度t3的光盤上進行記錄和讀取時，由該同心圓狀的各環(huán)帶結構給與波長λ3的激光光束的相位差大致在0.15λ以下。
10.根據(jù)權利要求9所述的光學拾波器透鏡，其特征在于在以上述波長λ3的激光光束在襯底厚度t3的光盤上進行記錄和讀取時，由該同心圓狀的各環(huán)帶結構給與波長λ3的激光光束的相位差大致在0.10λ以下。
11.根據(jù)權利要求9或10所述的光學拾波器透鏡，其特征在于以波長λ1的激光光束在襯底厚度t1的光盤上進行記錄和讀取時產(chǎn)生的波面像差和以波長λ2的激光光束在襯底厚度t2的光盤上進行記錄和讀取時產(chǎn)生的波面像差的絕對值大致相等，正負符號相反。
12.根據(jù)權利要求9～11中任何一項所述的光學拾波器透鏡，其特征在于上述激光光束的波長λ1、λ2、λ3具有λ1＜λ2＜λ3的關系。
13.根據(jù)權利要求9～12中任何一項所述的光學拾波器透鏡，其特征在于對上述光學拾波器透鏡入射的激光光束之中，波長λ1的激光光束及波長λ2的激光光束是無限系統(tǒng)、波長λ3是有限系統(tǒng)。
14.根據(jù)權利要求9～13中任何一項所述的光學拾波器透鏡，其特征在于波長λ1約為405nm，波長λ2約為650nm，波長λ3約為790nm，襯底厚度t1約為0.1mm，襯底厚度t2約為0.6mm，襯底厚度t3約為1.2mm。
15.根據(jù)權利要求9～13中任何一項所述的光學拾波器透鏡，其特征在于波長λ1約為405nm，波長λ2約為650nm，波長λ3約為790nm，襯底厚度t1約為0.6mm，襯底厚度t2約為0.6mm，襯底厚度t3約為1.2mm。
16.根據(jù)權利要求9～13中任何一項所述的光學拾波器透鏡，其特征在于使透過上述同心圓狀的環(huán)帶結構的λ1的激光光束和λ2的激光光束分別對襯底厚度t1的光盤和襯底厚度t2的光盤進行匯聚，使其RMS波面像差為{(W12+W221/2}1/2≤0.028(其中，對λ1的激光光束的波面像差為W1、對λ2的激光光束的波面像差為W2)。
17.一種光學拾波器裝置，是用具有互不相同的波長λ1、λ2、λ3的激光光束對分別具有不同厚度t1、t2、t3的襯底的光盤進行信息的記錄和讀取的光學拾波器裝置，其特征在于，具備發(fā)出波長λ1、λ2、λ3的激光光束的光源；使從上述光源出射的波長λ1及λ2的激光光束成為平行光束入射，使波長λ3的激光光束成為發(fā)散光束入射，并且把各激光光束匯聚到上述光盤上的光學拾波器透鏡；在上述光學拾波器透鏡的至少一個面上形成有用于對以波長λ1的激光光束在襯底厚度t1的光盤上記錄和讀取時產(chǎn)生的波面像差，和以波長λ2的激光光束在襯底厚度t2的光盤上記錄和讀取時產(chǎn)生的波面像差進行補償?shù)耐膱A狀的環(huán)帶結構，當以波長λ3的激光光束在襯底厚度t3的光盤上記錄和讀取時，由該同心圓狀的各環(huán)帶結構給與波長λ3的激光光束的相位差大致在0.15λ以下。
18.一種光學拾波器裝置，是用具有互不相同的波長λ1、λ2、λ3的激光光束對分別具有不同厚度t1、t2、t3的襯底的光盤進行信息的記錄和讀取的光學拾波器裝置，其特征在于，具備發(fā)出波長λ1、λ2、λ3的激光光束的光源；使從上述光源出射的波長λ1、λ2、λ3的激光光束成為平行光束入射，使入射的激光光束匯聚到上述光盤上的光學拾波器透鏡；在該拾波器透鏡的至少一個面上形成有同心圓狀的環(huán)帶結構；通過設置該同心圓狀的環(huán)帶結構，在由透過上述同心圓狀的環(huán)帶結構的λ1的激光光束產(chǎn)生的波面像差和由λ2的激光光束產(chǎn)生的波面像差之中，設最大的波面像差為Wmax，最小的波面像差為Wmin時，在1≤Wmax/Wmin＜1.8的條件下分別將λ1的激光光束和λ2的激光光束匯聚到襯底厚度t1的光盤和襯底厚度t2的光盤上；并且，Wmin及Wmax都在0.040λ以下；在以波長λ3的激光光束在襯底厚度t3的光盤上進行記錄和讀取時，由該同心圓狀的各環(huán)帶結構給與波長λ3的激光光束的相位差大致在0.15λ以下。
19.一種光學拾波器裝置，是用具有互不相同的波長λ1、λ2、λ3的激光光束對分別具有不同厚度t1、t2、t3的襯底的光盤進行信息的記錄和讀取的光學拾波器裝置，其特征在于，具備發(fā)出波長λ1、λ2、λ3的激光光束的光源；使從上述光源出射的波長λ1、λ2、λ3的激光光束成為平行光束入射，使入射的激光光束匯聚到上述光盤上的光學拾波器透鏡；在上述光學拾波器透鏡的至少一個面上形成有用于對以波長λ1的激光光束在襯底厚度t1的光盤上記錄和讀取時產(chǎn)生的波面像差，和以波長λ2的激光光束在襯底厚度t2的光盤上記錄和讀取時產(chǎn)生的波面像差進行補償?shù)耐膱A狀的環(huán)帶結構；在波長λ3的光路上設置用于對波長λ3的激光光束附加具有預定的空間分布的相位差的相位補償元件；當以波長λ3的激光光束在襯底厚度t3的光盤上進行記錄和讀取時，由該相位補償元件的空間分布給與波長λ3的激光光束的相位差大致在0.15λ以下。
20.根據(jù)權利要求17～19中任何一項所述的光學拾波器裝置，其特征在于以波長λ1的激光光束在襯底厚度t1的光盤上進行記錄和讀取時產(chǎn)生的波面像差和以波長λ2的激光光束在襯底厚度t2的光盤上進行記錄和讀取時產(chǎn)生的波面像差的絕對值大致相等，正負符號相反。
21.根據(jù)權利要求19所述的光學拾波器裝置，其特征在于上述相位補償元件由在平面板上設置同心圓狀的環(huán)帶結構形成。
22.根據(jù)權利要求17～20中任何一項所述的光學拾波器裝置，其特征在于在由透過上述同心圓狀的環(huán)帶結構的λ1的激光光束產(chǎn)生的波面像差和由λ2的激光光束產(chǎn)生的波面像差之中，設最大的波面像差為Wmax，最小的波面像差為Wmin時，在1≤Wmax/Wmin＜1.8的條件下將λ1的激光光束和λ2的激光光束分別匯聚到襯底厚度t1的光盤和襯底厚度t2的光盤上。
23.根據(jù)權利要求17～20中任何一項所述的光學拾波器裝置，其特征在于由透過上述同心圓狀的環(huán)帶結構的λ1的激光光束產(chǎn)生的RMS波面像差和由λ2的激光光束產(chǎn)生的RMS波面像差都在0.040λ以下。
24.根據(jù)權利要求17～20中任何一項所述的光學拾波器裝置，其特征在于使透過上述同心圓狀的環(huán)帶結構的λ1的激光光束和λ2的激光光束分別對襯底厚度t1的光盤和襯底厚度t2的光盤進行匯聚，使其RMS波面像差為{(W12+W22)/2}1/2≤0.028(其中，對λ1的激光光束的波面像差為W1、對λ2的激光光束的波面像差為W2)。
全文摘要
本發(fā)明提供對至少三種光盤可發(fā)揮實用上足夠的降低波面像差效果的光學拾波器透鏡及光學拾波器裝置。本發(fā)明的光學拾波器透鏡(104)用于使具有相互不同的波長λ1、λ2、λ3的激光光束對至少三種光盤進行匯聚。并且，在光學拾波器透鏡(104)的至少一個面上形成有用于對以波長λ1的激光光束在襯底厚度t1的光盤上進行記錄和讀取時產(chǎn)生的波面像差和以波長λ2的激光光束在襯底厚度t2的光盤上進行記錄和讀取時產(chǎn)生的波面像差進行補償?shù)耐膱A狀的環(huán)帶結構。并且，當以波長λ3的激光光束在襯底厚度t3的光盤上進行記錄和讀取時，由該同心圓狀的各環(huán)帶結構給與波長λ3的激光光束的相位差大致在0.15λ以下。
文檔編號G02B13/18GK1855260SQ200610076389
公開日2006年11月1日 申請日期2006年4月20日 優(yōu)先權日2005年4月21日
發(fā)明者若林康一郎, 宮內(nèi)充佑, 牧野由多可, 杉靖幸 申請人:日立麥克賽爾株式會社