專(zhuān)利名稱(chēng)：光拾波裝置和光學(xué)元件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及將光束匯聚在光信息記錄媒體的信息記錄面上的光拾波裝置、以及光拾波裝置中使用的光學(xué)元件(透鏡)。
背景技術(shù)：
已開(kāi)發(fā)了對(duì)MO、CD、DVD等光盤(pán)(光信息記錄媒體)記錄數(shù)據(jù)或使其再生用的光拾波裝置，被用于各種用途中。
在這些光拾波裝置中，使用波陣面均勻一致的光束(激光光束)。
在以MO為首的光磁記錄方式的光盤(pán)、DVD-R等有機(jī)色素記錄方式的光盤(pán)、DVD-RW等相變記錄方式的光盤(pán)中，寫(xiě)入數(shù)據(jù)時(shí)，使流入激光振蕩器中的電流量增加，激光光束的能量密度(功率)上升，讀出時(shí)，使流入激光振蕩器中的電流量減少，激光光束的能量密度下降。
例如，將數(shù)據(jù)寫(xiě)入MO時(shí)，將激光光束照射在MO的磁性層上，使溫度上升到150℃～300℃的居里點(diǎn)，呈現(xiàn)能改寫(xiě)數(shù)據(jù)的狀態(tài)。如果用偏磁將磁力供給該部分，則能進(jìn)行數(shù)據(jù)的寫(xiě)入。
在使盤(pán)旋轉(zhuǎn)3周的過(guò)程中，對(duì)MO寫(xiě)入時(shí)的工作包括進(jìn)行擦除、寫(xiě)入、檢驗(yàn)(對(duì)照)三種工作。
首先在第一周中，使偏磁接近高速旋轉(zhuǎn)的MO盤(pán)的內(nèi)側(cè)，與此同時(shí)，對(duì)寫(xiě)入數(shù)據(jù)的扇區(qū)照射強(qiáng)激光光束，使溫度上升，使磁化方向一定。這是擦除工作，全部能寫(xiě)入0數(shù)據(jù)。
其次在第二周中，使偏磁方向相反，將強(qiáng)激光光束斷續(xù)地照射在寫(xiě)入一個(gè)數(shù)據(jù)的地方，使溫度上升，改變磁性體的磁化方向。
然后在第三周中，將弱激光光束照射在磁性層上，通過(guò)調(diào)節(jié)其反射光的偏向角，讀出所寫(xiě)入的數(shù)據(jù)，確認(rèn)寫(xiě)入是否正確。
將數(shù)據(jù)寫(xiě)入DVD-RW時(shí)，如果將強(qiáng)激光光束照射在其記錄層上，使溫度上升到400℃，則記錄層中的分子呈沿著同一方向排列的晶體狀態(tài)。另外，如果再照射強(qiáng)激光光束使溫度上升到600℃以上，記錄層溶解，分子呈分散狀態(tài)，然后如果使盤(pán)旋轉(zhuǎn)而不照射激光光束，溫度下降，則固定在非晶體狀態(tài)。在呈晶體狀態(tài)的部分和呈非晶體狀態(tài)的部分，光的反射率不同，所以通過(guò)將弱激光光束照射在盤(pán)上，調(diào)節(jié)反射光的強(qiáng)弱，進(jìn)行寫(xiě)入數(shù)據(jù)的讀出。
如上所述，在MO或DVD-RW等能寫(xiě)入數(shù)據(jù)的光盤(pán)上，能交替地反復(fù)進(jìn)行數(shù)據(jù)的讀出和寫(xiě)入。而且，從讀出狀態(tài)切換到寫(xiě)入狀態(tài)時(shí)，伴隨從激光振蕩器出射的激光光束的功率的上升，激光光束的波長(zhǎng)瞬間變長(zhǎng)(“模式跳躍”)。
如果激光光束的波長(zhǎng)變長(zhǎng)，則由于構(gòu)成透鏡的材料的分散特性，在光軸上形成的匯聚光點(diǎn)的位置向遠(yuǎn)離物鏡的方向移動(dòng)(“軸向色像差”)。即，匯聚光點(diǎn)的位置偏離光盤(pán)的記錄面，將信息寫(xiě)入光盤(pán)上時(shí)有可能發(fā)生錯(cuò)誤。
適用于MO的激光光束的波長(zhǎng)為600～700nm，由模式跳躍引起的波長(zhǎng)的變化為零點(diǎn)幾nm左右。這種程度的波長(zhǎng)變化，有必要進(jìn)行軸向色像差的修正。
另外，現(xiàn)在正在進(jìn)行其記錄密度比現(xiàn)在市場(chǎng)上提供的DVD的記錄密度大的高密度DVD(HD-DVD)及及光拾波裝置的開(kāi)發(fā)。適用于HD-DVD的激光光束的波長(zhǎng)為400～500nm，由模式跳躍引起的波長(zhǎng)的變化為數(shù)nm左右。另外，由于適用于HD-DVD的激光光束的波長(zhǎng)比適用于MO的激光光束的波長(zhǎng)短，所以軸向色像差變大。因此，與MO相比，進(jìn)行軸向色像差的修正的必要性大。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種光信息記錄媒體從讀出狀態(tài)轉(zhuǎn)移到寫(xiě)入狀態(tài)時(shí)，即使激光光束的波長(zhǎng)瞬間變化的模式跳躍的發(fā)生頻度高，也能抑制該模式跳躍引起的焦點(diǎn)偏移，能防止對(duì)光信息記錄媒體進(jìn)行數(shù)據(jù)寫(xiě)入時(shí)的錯(cuò)誤的光拾波裝置、以及適用于光拾波裝置的光學(xué)元件。
(1)發(fā)明的第一方面是，使光束匯聚在光信息記錄媒體的信息記錄面上的光拾波裝置，其特征在于備有第一光學(xué)元件，該第一光學(xué)元件配置在該光拾波裝置的光學(xué)系統(tǒng)的光軸上，被區(qū)分成以光軸為中心的呈同心圓的多個(gè)環(huán)形帶，這些環(huán)形帶形成得沿著光軸方向具有互不相同的厚度，同時(shí)使通過(guò)某一環(huán)形帶的光線(xiàn)的光路長(zhǎng)度與通過(guò)同該環(huán)形帶相鄰、而且比該環(huán)形帶靠近光軸的另一環(huán)形帶的光線(xiàn)的光路長(zhǎng)度相比，具有賦予能長(zhǎng)出大致為工作基準(zhǔn)波長(zhǎng)λ0的整數(shù)倍的光程差的功能，以及第二光學(xué)元件，該第二光學(xué)元件配置在該光學(xué)系統(tǒng)的光軸上，具有呈工作基準(zhǔn)波長(zhǎng)λ0的光束入射時(shí)，能使上述信息記錄面上形成的匯聚光點(diǎn)的球面像差為最佳的折射功能，且呈工作基準(zhǔn)波長(zhǎng)λ0的入射光束幾乎無(wú)像差地匯聚在上述信息記錄面上，與工作基準(zhǔn)波長(zhǎng)λ0不同的工作波長(zhǎng)λ(|λ-λ0|＜1[nm])的光束入射時(shí)，軸向色像差被修正。
這里，第一光學(xué)元件和第二光學(xué)元件是由塑料或玻璃等具有規(guī)定的折射率的材料形成的透鏡等。
另外，這里所說(shuō)的“最佳”，意味著幾乎沒(méi)有光線(xiàn)像差(縱向球面像差的變化幅度小于0.01mm左右)。
另外，假設(shè)光程差賦予量為ΔL，k為任意整數(shù)，則所謂工作基準(zhǔn)波長(zhǎng)λ0的大致整數(shù)倍表示以下的范圍(k-0.2)λ0≤ΔL≤(k+0.2)λ0。
另外，所謂在信息記錄面上匯聚得幾乎無(wú)像差(波像差)表示在0.030λrms以下。
如果采用第一方面所述的結(jié)構(gòu)，則呈工作基準(zhǔn)波長(zhǎng)λ0的入射光束在幾乎無(wú)像差地匯聚在信息記錄面上，與工作基準(zhǔn)波長(zhǎng)λ0不同的工作波長(zhǎng)λ(|λ-λ0|＜1[nm])的光束入射時(shí)，由于能修正軸向色像差，所以即使在從光信息記錄媒體的數(shù)據(jù)讀出狀態(tài)切換到數(shù)據(jù)寫(xiě)入狀態(tài)的瞬間由于所產(chǎn)生的模式跳躍等，致使入射光束的波長(zhǎng)從工作基準(zhǔn)波長(zhǎng)λ0變?yōu)榕c其不同的工作波長(zhǎng)λ(|λ-λ0|＜1[nm])，將數(shù)據(jù)寫(xiě)入光信息記錄媒體的信息記錄面上時(shí)也能防止發(fā)生錯(cuò)誤。
(2)本發(fā)明的第二方面是使光束匯聚在光信息記錄媒體的信息記錄面上的光拾波裝置，其特征在于備有第一光學(xué)元件，該第一光學(xué)元件配置在該光拾波裝置的光學(xué)系統(tǒng)的光軸上，被區(qū)分成以光軸為中心的呈同心圓的多個(gè)環(huán)形帶，這些環(huán)形帶形成得沿著光軸方向具有互不相同的厚度，同時(shí)使通過(guò)某一環(huán)形帶的光線(xiàn)的光路長(zhǎng)度與通過(guò)同該環(huán)形帶相鄰、而且比該環(huán)形帶靠近光軸的另一環(huán)形帶的光線(xiàn)的光路長(zhǎng)度相比，具有賦予能長(zhǎng)出大致為工作基準(zhǔn)波長(zhǎng)λ0的整數(shù)倍的光程差的功能，以及第二光學(xué)元件，該第二光學(xué)元件配置在該光學(xué)系統(tǒng)的光軸上，具有呈工作基準(zhǔn)波長(zhǎng)λ0的光束入射時(shí)，能使上述信息記錄面上形成的匯聚光點(diǎn)的球面像差為最佳的折射功能，且呈工作基準(zhǔn)波長(zhǎng)0的入射光束幾乎無(wú)像差地匯聚在上述信息記錄面上，假設(shè)由與工作基準(zhǔn)波長(zhǎng)不同的工作波長(zhǎng)λ(|λ-λ0|＜1[nm])的入射光束和呈工作基準(zhǔn)波長(zhǎng)λ0的入射光束形成的兩個(gè)匯聚光點(diǎn)之間在光軸方向上的距離為ΔfB，則滿(mǎn)足|ΔfB/(λ-λ0)|＜2000。
這里，第一光學(xué)元件和第二光學(xué)元件是由塑料或玻璃等具有規(guī)定的折射率的材料形成的透鏡等。
如果采用發(fā)明的第二方面所述的結(jié)構(gòu)，則在呈工作基準(zhǔn)波長(zhǎng)λ0的光束入射時(shí)，沒(méi)有由第一光學(xué)元件的光程差賦予功能賦予的相位差，第二光學(xué)元件的入射面和出射面能設(shè)計(jì)成沒(méi)有光線(xiàn)像差的非球面。因此，通過(guò)第一光學(xué)元件和第二光學(xué)元件的光束幾乎無(wú)像差地匯聚。
如果與工作基準(zhǔn)波長(zhǎng)λ0不同的工作波長(zhǎng)λ(|λ-λ0|＜1[nm])的光束入射，則由于受第二光學(xué)元件的分散的影響，由折射功能在工作基準(zhǔn)波長(zhǎng)λ0成為最佳的匯聚光點(diǎn)的位置產(chǎn)生波像差。
假設(shè)n(λ0)為折射率，k為整數(shù)，則由第一光學(xué)元件的光程差賦予功能賦予的相位差賦予量Ψ(λ0)和環(huán)形帶的厚度差d之間的關(guān)系能用下式表示。
Ψ(λ0)=-2π(n(λ0)-1)dλ0=2πk]]>如圖1所示，這里所說(shuō)的環(huán)形帶的厚度差d意味著某一環(huán)形帶的延長(zhǎng)部分和包含光軸的第一環(huán)形帶沿光軸方向的厚度差。用非球面式表示第一環(huán)形帶，按照該式延長(zhǎng)。
假設(shè)與波長(zhǎng)的變化相伴隨的第二光學(xué)元件的折射率的變化為δ，則入射光束的波長(zhǎng)從工作基準(zhǔn)波長(zhǎng)λ0變化成工作波長(zhǎng)λ所引起的相位差賦予量的變化量ΔΨ(λ)能用下式表示。
ΔΨ(λ)=Ψ(λ0)(-1λ0+δ(n(λ0)-1))×(λ-λ0)]]>=k(-1λ0+δ(n(λ0)-1))Δλ]]>(Δλ=λ-λ0,δ=dndλ)]]>它是由于入射波長(zhǎng)的變化，而由環(huán)形帶的厚度差d和由第一光學(xué)元件的折射率的色散引起的相位差變化量?jī)烧弋a(chǎn)生的。
如果沿著與該相位差賦予量的變化量ΔΨ(λ)和由于第二光學(xué)元件的分散的影響而由折射功能產(chǎn)生的波像差消除相一致的方向形成環(huán)形帶的厚度，則光線(xiàn)的光程差隨著遠(yuǎn)離光軸而變長(zhǎng)。另外，由作為對(duì)象的光學(xué)系統(tǒng)的工作基準(zhǔn)波長(zhǎng)λ0、構(gòu)成光學(xué)元件的原料、數(shù)值孔徑?jīng)Q定環(huán)形帶的厚度差d、各環(huán)形帶沿著垂直于光軸方向的內(nèi)徑及外徑。
另外，波長(zhǎng)從工作基準(zhǔn)波長(zhǎng)λ0變?yōu)楣ぷ鞑ㄩL(zhǎng)λ時(shí)，為了在光軸的同一位置幾乎無(wú)波像差，未必一定要修正，如果在光軸上形成的匯聚光點(diǎn)的位置的變化量ΔfB在以下范圍內(nèi)，
|ΔfB/(λ-λ0)|＜2000 …(3)則在MO中模式跳躍時(shí)也能防止寫(xiě)入錯(cuò)誤。
將幾何光學(xué)中的匯聚光點(diǎn)的直徑為(λ0/2NA)以下的匯聚光點(diǎn)的位置在光軸方向上的幅度稱(chēng)為焦深(λ0/2NA2)。如果匯聚光點(diǎn)的直徑在(λ0/2NA)以下，則能獲得讀取光盤(pán)所必要的匯聚光點(diǎn)的強(qiáng)度。
在MO的光拾波裝置中，由于工作基準(zhǔn)波長(zhǎng)λ0為600～700nm左右，數(shù)值孔徑NA為0.5～0.6左右，所以該光學(xué)系統(tǒng)的焦深(λ0/2NA2)為1.4～2.0λ0左右。另外，在MO的光拾波裝置中發(fā)生的模式跳躍時(shí)的波長(zhǎng)的變化量|λ-λ0|為零點(diǎn)幾nm左右。因此，滿(mǎn)足(3)式，匯聚光點(diǎn)的位置的變化量ΔfB在焦深的二分之一范圍內(nèi)。
(3)本發(fā)明的第三方面是在第二方面所述的光拾波裝置中，其特征在于上述工作基準(zhǔn)波長(zhǎng)λ0為600nm＜λ0＜700nm。
如果采用發(fā)明的第三方面所述的結(jié)構(gòu)，則由于工作基準(zhǔn)波長(zhǎng)λ0為600nm＜λ0＜700nm，所以關(guān)于對(duì)MO讀寫(xiě)數(shù)據(jù)用的波長(zhǎng)為600～700nm的激光光束，能獲得與第一方面所述的結(jié)構(gòu)同樣的效果。
(4)本發(fā)明的第四方面是在第三方面所述的光拾波裝置中，其特征在于上述第一光學(xué)元件中形成的環(huán)形帶的數(shù)量為3～30中的任意數(shù)量。
在發(fā)明的第四方面所述的結(jié)構(gòu)中，入射了呈工作基準(zhǔn)波長(zhǎng)λ0的光束時(shí)，在波像差最小的匯聚光點(diǎn)的位置，波長(zhǎng)變化時(shí)由折射功能產(chǎn)生的波陣面誤差隨著數(shù)值孔徑的增大而增大。這里所說(shuō)的“波陣面誤差”是近軸光線(xiàn)的波陣面的偏移和相當(dāng)于特定的數(shù)值孔徑的光線(xiàn)的波陣面的偏移之差。
如果數(shù)值孔徑小，則修正波陣面誤差所必要的環(huán)形帶的數(shù)量大致等于波陣面誤差的最大值除以相位差賦予量的變化量ΔΨ(λ)所得的值。
入射了呈工作基準(zhǔn)波長(zhǎng)λ0的光束時(shí)，波像差為最小的匯聚光點(diǎn)的位置的波長(zhǎng)變化時(shí)的波像差如果在對(duì)光信息記錄媒體讀寫(xiě)數(shù)據(jù)所必要的范圍內(nèi)，則即使環(huán)形帶的數(shù)量比波陣面誤差的最大值除以相位差賦予量的變化量ΔΨ(λ)所得的值小，模式跳躍時(shí)也不會(huì)產(chǎn)生讀取錯(cuò)誤。為了對(duì)MO讀寫(xiě)數(shù)據(jù)，環(huán)形帶的數(shù)量最好為3～30。如果采用第四方面所述的結(jié)構(gòu)，則關(guān)于該環(huán)形帶的數(shù)量，能獲得與第三方面所述的結(jié)構(gòu)同樣的效果。
另外，一般說(shuō)來(lái)，環(huán)形帶數(shù)量越少，波像差越大，具有容易加工光學(xué)元件的優(yōu)點(diǎn)。
(5)本發(fā)明的第五方面是第三或第四方面所述的光拾波裝置，其特征在于上述光學(xué)系統(tǒng)的數(shù)值孔徑NA在0.65以下。
如果采用發(fā)明的第五方面所述的結(jié)構(gòu)，則由于光學(xué)系統(tǒng)的數(shù)值孔徑NA在0.65以下，所以關(guān)于對(duì)MO讀寫(xiě)數(shù)據(jù)所必要的數(shù)值孔徑0.5～0.6，能獲得與第二或第三方面所述的結(jié)構(gòu)同樣的效果。
由于該光學(xué)系統(tǒng)的焦深(λ0/2NA2)變成1.2λ0以上，所以由光學(xué)系統(tǒng)的入射光束的模式跳躍引起的波長(zhǎng)的變化率|(λ-λ0)/λ0|為|(λ-λ0)/λ0|＜5.9×10-4…(4)時(shí)，滿(mǎn)足(3)式，匯聚光點(diǎn)的位置的變化量ΔfB在焦深的二分之一范圍內(nèi)。
在MO的情況下，工作基準(zhǔn)波長(zhǎng)λ0為600～700nm左右，由模式跳躍產(chǎn)生的波長(zhǎng)的變化量|λ-λ0|為零點(diǎn)幾nm左右，所以基本上滿(mǎn)足(4)式，能防止由模式跳躍引起的MO的寫(xiě)入時(shí)的錯(cuò)誤。
(6)本發(fā)明的第六方面是使從光源出射的光束匯聚在光信息記錄媒體的信息記錄面上的光拾波裝置，其特征在于備有第一光學(xué)元件，該第一光學(xué)元件配置在該光學(xué)系統(tǒng)的光軸上，具有呈工作基準(zhǔn)波長(zhǎng)λ0的光束入射時(shí)，能使上述信息記錄面上形成的匯聚光點(diǎn)的球面像差為最佳的折射功能，以及第二光學(xué)元件，該第二光學(xué)元件配置在該光學(xué)系統(tǒng)的光軸上，被區(qū)分成以光軸為中心的呈同心圓的多個(gè)環(huán)形帶，這些環(huán)形帶形成得沿著光軸方向具有互不相同的厚度，同時(shí)使通過(guò)某一環(huán)形帶的光線(xiàn)的光路長(zhǎng)度與通過(guò)同該環(huán)形帶相鄰、而且比該環(huán)形帶靠近光軸的另一環(huán)形帶的光線(xiàn)的光路長(zhǎng)度相比，具有賦予能長(zhǎng)出大致為工作基準(zhǔn)波長(zhǎng)λ0的整數(shù)倍的光程差的功能，且呈工作基準(zhǔn)波長(zhǎng)0的入射光束幾乎無(wú)像差地匯聚在上述信息記錄面上，假設(shè)由與工作基準(zhǔn)波長(zhǎng)λ0不同的工作波長(zhǎng)λ(|λ-λ0|＜2[nm])的入射光束和工作基準(zhǔn)波長(zhǎng)λ0的入射光束形成的兩個(gè)匯聚光點(diǎn)之間在光軸方向上的距離為ΔfB，則滿(mǎn)足|ΔfB/(λ-λ0)|＜150。
如果采用發(fā)明的第六方面所述的結(jié)構(gòu)，則在呈工作基準(zhǔn)波長(zhǎng)λ0的光束入射時(shí)，沒(méi)有由第一光學(xué)元件的光程差賦予功能賦予的相位差，第二光學(xué)元件的入射面和出射面能設(shè)計(jì)成沒(méi)有光線(xiàn)像差的非球面。因此，通過(guò)第一光學(xué)元件和第二光學(xué)元件的光束幾乎無(wú)像差地匯聚。
如果與工作基準(zhǔn)波長(zhǎng)λ0不同的工作波長(zhǎng)λ(|λ-λ0|＜2[nm])的光束入射，則由于受第二光學(xué)元件的分散的影響，由折射功能在工作基準(zhǔn)波長(zhǎng)λ0成為最佳的匯聚光點(diǎn)的位置產(chǎn)生波像差。
假設(shè)n(λ0)為折射率，k為整數(shù)，則由第一光學(xué)元件的光程差賦予功能賦予的相位差賦予量Ψ(λ0)和環(huán)形帶的厚度差d之間的關(guān)系能用前面的(數(shù)學(xué)式1)表示。
假設(shè)與波長(zhǎng)的變化相伴隨的第二光學(xué)元件的折射率的變化為δ，則入射光束的波長(zhǎng)從工作基準(zhǔn)波長(zhǎng)λ0變化成工作波長(zhǎng)λ所引起的相位差賦予量的變化量ΔΨ(λ)能用前面的(數(shù)學(xué)式2)表示。它是由于入射波長(zhǎng)的變化，而由環(huán)形帶的厚度差d和由第一光學(xué)元件的折射率的色散引起的相位差變化量?jī)烧弋a(chǎn)生的。
如果沿著與該相位差賦予量的變化量ΔΨ(λ)和由于第二光學(xué)元件的分散的影響而由折射功能產(chǎn)生的波像差消除相一致的方向形成環(huán)形帶的厚度，則光線(xiàn)的光程差隨著遠(yuǎn)離光軸而變長(zhǎng)。另外，由作為對(duì)象的光學(xué)系統(tǒng)的工作基準(zhǔn)波長(zhǎng)λ0、構(gòu)成光學(xué)元件的原料、數(shù)值孔徑?jīng)Q定環(huán)形帶的厚度差d、各環(huán)形帶沿著垂直于光軸方向的內(nèi)徑及外徑。
另外，波長(zhǎng)從工作基準(zhǔn)波長(zhǎng)λ0變?yōu)楣ぷ鞑ㄩL(zhǎng)λ時(shí)，為了在光軸的同一位置幾乎無(wú)波像差，未必一定要修正，如果在光軸上形成的匯聚光點(diǎn)的位置的變化量ΔfB在以下范圍內(nèi)，|ΔfB/(λ-λ0)|＜150…(5)則在HD-DVD中模式跳躍時(shí)也能防止寫(xiě)入錯(cuò)誤。
將幾何光學(xué)中的匯聚光點(diǎn)的直徑為(λ0/2NA)以下的匯聚光點(diǎn)的位置在光軸方向上的幅度稱(chēng)為焦深(λ0/2NA2)。如果匯聚光點(diǎn)的直徑在(λ0/2NA)以下，則能獲得讀取光盤(pán)所必要的匯聚光點(diǎn)的強(qiáng)度。
在HD-DVD的光拾波裝置中，由于工作基準(zhǔn)波長(zhǎng)λ0為400～500nm左右，數(shù)值孔徑NA為0.65～0.85左右，所以該光學(xué)系統(tǒng)的焦深(λ0/2NA2)為0.69λ0～1.2λ0左右。另外，在HD-DVD的光拾波裝置中發(fā)生的模式跳躍時(shí)的波長(zhǎng)的變化量|λ-λ0|為數(shù)nm左右。因此，滿(mǎn)足(5)式，匯聚光點(diǎn)的位置的變化量ΔfB在焦深的二分之一范圍內(nèi)。
(7)本發(fā)明的第七方面是在第六方面所述的光拾波裝置中，其特征在于上述工作基準(zhǔn)波長(zhǎng)λ0為400nm＜λ0＜500nm。
如果采用發(fā)明的第七方面所述的結(jié)構(gòu)，則由于工作基準(zhǔn)波長(zhǎng)λ0為400nm＜λ0＜500nm，所以關(guān)于對(duì)HD-DVD讀寫(xiě)數(shù)據(jù)用的波長(zhǎng)為400～500nm的激光光束，能獲得與第六方面所述的結(jié)構(gòu)同樣的效果。
(8)本發(fā)明的第八方面是在第七方面所述的光拾波裝置中，其特征在于上述第一光學(xué)元件中形成的環(huán)形帶的數(shù)量為20～60中的任意數(shù)量。
在發(fā)明的第八方面所述的結(jié)構(gòu)中，入射了呈工作基準(zhǔn)波長(zhǎng)λ0的光束時(shí)，在波像差最小的匯聚光點(diǎn)的位置，波長(zhǎng)變化時(shí)由折射功能產(chǎn)生的波陣面誤差隨著數(shù)值孔徑的增大而增大。這里所說(shuō)的“波陣面誤差”是近軸光線(xiàn)的波陣面的偏移和相當(dāng)于特定的數(shù)值孔徑的光線(xiàn)的波陣面的偏移之差。
如果數(shù)值孔徑小，則修正波陣面誤差所必要的環(huán)形帶的數(shù)量大致等于波陣面誤差的最大值除以相位差賦予量的變化量ΔΨ(λ)所得的值。
入射了呈工作基準(zhǔn)波長(zhǎng)λ0的光束時(shí)，波像差為最小的匯聚光點(diǎn)的位置的波長(zhǎng)變化時(shí)的波像差如果在對(duì)光信息記錄媒體讀寫(xiě)數(shù)據(jù)所必要的最低范圍內(nèi)，則即使環(huán)形帶的數(shù)量比波陣面誤差的最大值除以相位差賦予量的變化量ΔΨ(λ)所得的值小，模式跳躍時(shí)也不會(huì)產(chǎn)生讀取錯(cuò)誤。為了對(duì)HD-DVD讀寫(xiě)數(shù)據(jù)，環(huán)形帶的數(shù)量最好為20～60。如果采用第八方面所述的結(jié)構(gòu)，則關(guān)于該環(huán)形帶的數(shù)量，能獲得與第七方面所述的結(jié)構(gòu)同樣的效果。
另外，一般說(shuō)來(lái)，環(huán)形帶數(shù)量越少，波像差越大，具有容易加工光學(xué)元件的優(yōu)點(diǎn)。
(9)本發(fā)明的第九方面是在第七或第八方面所述的光拾波裝置中，其特征在于上述光學(xué)系統(tǒng)的數(shù)值孔徑NA在0.9以下。
如果采用發(fā)明的第九方面所述的結(jié)構(gòu)，則由于光學(xué)系統(tǒng)的數(shù)值孔徑NA在0.9以下，所以關(guān)于對(duì)HD-DVD讀寫(xiě)數(shù)據(jù)所必要的數(shù)值孔徑0.65～0.85，能獲得與第七或第八方面所述的結(jié)構(gòu)同樣的效果。
由于該光學(xué)系統(tǒng)的焦深(λ0/2NA2)變成0.62λ0以上，所以由光學(xué)系統(tǒng)的入射光束的模式跳躍引起的波長(zhǎng)的變化率|(λ-λ0)/λ0|為|(λ-λ0)/λ0|＜4.1×10-3…(6)時(shí)，滿(mǎn)足(5)式，匯聚光點(diǎn)的位置的變化量ΔfB在焦深的二分之一范圍內(nèi)。
在HD-DVD的情況下，工作基準(zhǔn)波長(zhǎng)λ0為400～500nm左右，由模式跳躍產(chǎn)生的波長(zhǎng)的變化量|λ-λ0|為數(shù)nm左右，所以基本上滿(mǎn)足(6)式，能防止由模式跳躍引起的HD-DVD的數(shù)據(jù)寫(xiě)入時(shí)的錯(cuò)誤。
(10)本發(fā)明的第十方面是使光束匯聚在光信息記錄媒體的信息記錄面上的光拾波裝置中使用的光學(xué)元件，其特征在于備有配置在該光拾波裝置的光學(xué)系統(tǒng)的光軸上，被區(qū)分成以光軸為中心的呈同心圓的多個(gè)環(huán)形帶，這些環(huán)形帶形成得沿著光軸方向具有互不相同的厚度，同時(shí)使通過(guò)某一環(huán)形帶的光線(xiàn)的光路長(zhǎng)度與通過(guò)同該環(huán)形帶相鄰、而且比該環(huán)形帶靠近光軸的另一環(huán)形帶的光線(xiàn)的光路長(zhǎng)度相比，能長(zhǎng)出大致為工作基準(zhǔn)波長(zhǎng)λ0的整數(shù)倍的光程差賦予功能，以及配置在該光學(xué)系統(tǒng)的光軸上，呈工作基準(zhǔn)波長(zhǎng)λ0的光束入射時(shí)，能使上述信息記錄面上形成的匯聚光點(diǎn)的球面像差為最佳的折射功能，且呈工作基準(zhǔn)波長(zhǎng)0的入射光束幾乎無(wú)像差地匯聚在上述信息記錄面上，假設(shè)由與工作基準(zhǔn)波長(zhǎng)λ0不同的工作波長(zhǎng)λ(|λ-λ0|＜1[nm])的入射光束和工作基準(zhǔn)波長(zhǎng)λ0的入射光束形成的兩個(gè)匯聚光點(diǎn)之間在光軸方向上的距離為ΔfB，則滿(mǎn)足|ΔfB/(λ-λ0)|＜2000。
在發(fā)明的第十方面所述的結(jié)構(gòu)中，呈工作基準(zhǔn)波長(zhǎng)λ0的光束入射時(shí)，該光學(xué)元件的折射功能產(chǎn)生的球面像差被設(shè)計(jì)得過(guò)大。可是，該光學(xué)元件由于有折射功能和光程差賦予功能兩者，所以對(duì)入射光線(xiàn)產(chǎn)生與實(shí)際上光學(xué)元件增厚時(shí)同樣的效果。如圖1所示，與通過(guò)只備有折射功能的光學(xué)元件的光線(xiàn)相比，通過(guò)光學(xué)元件備有折射功能和光程差賦予功能的光學(xué)元件的光線(xiàn)在光學(xué)元件內(nèi)的光路長(zhǎng)度變長(zhǎng)，其結(jié)果，由于光學(xué)元件的折射功能的作用，過(guò)大的球面像差受到降低的作用，變得幾乎無(wú)像差。
這里所說(shuō)的“降低”，是過(guò)大的反面，意味著隨著入射光線(xiàn)偏離光軸，入射光線(xiàn)與光軸相交的位置靠近光學(xué)元件。但是，在局部或在數(shù)值孔徑大的一部分區(qū)域中，在遠(yuǎn)離光學(xué)元件一側(cè)包含與光軸相交的情況。
第十方面所述的光學(xué)元件，由于其表面形狀基本上使具有折射功能的非球面的表面形狀只沿光軸方向移動(dòng)光程差大小，所以成為兼?zhèn)湔凵涔δ芎凸獬滩钯x予功能的光學(xué)元件。
可是，如果數(shù)值孔徑變大，光學(xué)元件的表面曲率半徑變小，嚴(yán)格地說(shuō)有必要考慮光路長(zhǎng)度，所以使具有折射功能的非球面的表面形狀只沿光軸方向移動(dòng)光程差大小，有時(shí)不能實(shí)現(xiàn)上述的功能。在這樣的情況下，也會(huì)使具有折射功能的折射面的形狀變化，成為兼?zhèn)湔凵涔δ芎凸獬滩钯x予功能的光學(xué)元件。
這樣，如果采用第十方面所述的結(jié)構(gòu)，則能獲得與第二方面所述的結(jié)構(gòu)同樣的效果。
(11)本發(fā)明的第十一方面是在第十方面所述的光學(xué)元件中，其特征在于上述工作基準(zhǔn)波長(zhǎng)λ0為600nm＜λ0＜700nm。
如果采用發(fā)明的第十一方面所述的結(jié)構(gòu)，則能獲得與第三方面所述的結(jié)構(gòu)同樣的效果。
(12)本發(fā)明的第十二方面是在第十一方面所述的光學(xué)元件中，其特征在于上述光學(xué)元件中形成的環(huán)形帶的數(shù)量為3～30中的任意數(shù)量。
在發(fā)明的第十二方面所述的結(jié)構(gòu)中，入射了呈工作基準(zhǔn)波長(zhǎng)λ0的光束時(shí)，在波像差最小的匯聚光點(diǎn)的位置，波長(zhǎng)變化時(shí)由折射功能產(chǎn)生的波陣面誤差隨著數(shù)值孔徑的增大而增大。這里所說(shuō)的“波陣面誤差”是近軸光線(xiàn)的波陣面的偏移和相當(dāng)于特定的數(shù)值孔徑的光線(xiàn)的波陣面的偏移之差。
如果數(shù)值孔徑小，則修正波陣面誤差所必要的環(huán)形帶的數(shù)量大致等于波陣面誤差的最大值除以相位差賦予量的變化量ΔΨ(λ)所得的值?？墒?，在光學(xué)元件兼?zhèn)涔獬滩钯x予功能和折射功能的情況下，尤其是隨著數(shù)值孔徑的增大，從該值偏離得也大。
入射了呈工作基準(zhǔn)波長(zhǎng)λ0的光束時(shí)，波像差為最小的匯聚光點(diǎn)的位置的波長(zhǎng)變化時(shí)的波像差如果在對(duì)光信息記錄媒體讀寫(xiě)數(shù)據(jù)所必要的范圍內(nèi)，則即使環(huán)形帶的數(shù)量比波陣面誤差的最大值除以相位差賦予量的變化量ΔΨ(λ)所得的值小，模式跳躍時(shí)也不會(huì)產(chǎn)生讀取錯(cuò)誤。為了對(duì)MO讀寫(xiě)數(shù)據(jù)，環(huán)形帶的數(shù)量最好為3～30。如果采用第十二方面所述的結(jié)構(gòu)，則關(guān)于該環(huán)形帶的數(shù)量，能獲得與第十一方面所述的發(fā)明同樣的效果。
另外，一般說(shuō)來(lái)，環(huán)形帶數(shù)量越少，波像差越大，具有容易加工光學(xué)元件的優(yōu)點(diǎn)。
(13)本發(fā)明的第十三方面是在第十一或第十二方面所述的光學(xué)元件中，其特征在于上述光學(xué)元件的數(shù)值孔徑0.65以下。
如果采用第十三方面所述的結(jié)構(gòu)，能獲得與第五方面所述的結(jié)構(gòu)同樣的效果。
(14)本發(fā)明的第十四方面是第十一至第十三中的任意一方面所述的光學(xué)元件，其特征在于上述光束中，在距離光軸最遠(yuǎn)的位置通過(guò)上述光學(xué)元件的光線(xiàn)由于上述折射功能而與光軸相交的位置和近軸光線(xiàn)由于上述折射功能而與光軸相交的位置的距離為0.02mm以下。
這里所說(shuō)的“在距離光軸最遠(yuǎn)的位置通過(guò)上述光學(xué)元件的光線(xiàn)”表示相當(dāng)于光學(xué)元件的數(shù)值孔徑的光線(xiàn)。
如果采用第十四方面所述的結(jié)構(gòu)，則能獲得與第十一至第十三中的任意一方面所述的結(jié)構(gòu)同樣的效果，同時(shí)入射光束中，由于在距離光軸最遠(yuǎn)的位置通過(guò)該光學(xué)元件的光線(xiàn)由于折射功能而與光軸相交的位置和近軸光線(xiàn)由于折射功能而與光軸相交的位置的距離為0.02mm以下，所以由于折射功能和光程差賦予功能，呈工作基準(zhǔn)波長(zhǎng)λ0的光束幾乎無(wú)像差。
(15)本發(fā)明的第十五方面是使光束匯聚在光信息記錄媒體的信息記錄面上的光拾波裝置中使用的光學(xué)元件，其特征在于備有
配置在該光拾波裝置的光學(xué)系統(tǒng)的光軸上，被區(qū)分成以光軸為中心的呈同心圓的多個(gè)環(huán)形帶，這些環(huán)形帶形成得沿著光軸方向具有互不相同的厚度，同時(shí)使通過(guò)某一環(huán)形帶的光線(xiàn)的光路長(zhǎng)度與通過(guò)同該環(huán)形帶相鄰、而且比該環(huán)形帶靠近光軸的另一環(huán)形帶的光線(xiàn)的光路長(zhǎng)度相比，能長(zhǎng)出大致為工作基準(zhǔn)波長(zhǎng)λ0的整數(shù)倍的光程差賦予功能，以及配置在該光學(xué)系統(tǒng)的光軸上，呈工作基準(zhǔn)波長(zhǎng)λ0的光束入射時(shí)，能使上述信息記錄面上形成的匯聚光點(diǎn)的球面像差為最佳的折射功能，且呈工作基準(zhǔn)波長(zhǎng)0的入射光束幾乎無(wú)像差地匯聚在上述信息記錄面上，假設(shè)由與工作基準(zhǔn)波長(zhǎng)λ0不同的工作波長(zhǎng)λ(|λ-λ0|＜2[nm])的入射光束和工作基準(zhǔn)波長(zhǎng)λ0的入射光束形成的兩個(gè)匯聚光點(diǎn)之間在光軸方向上的距離為ΔfB，則滿(mǎn)足|ΔfB/(λ-λ0)|＜150。
在發(fā)明的第十五方面所述的結(jié)構(gòu)中，呈工作基準(zhǔn)波長(zhǎng)λ0的光束入射時(shí)，該光學(xué)元件的折射功能產(chǎn)生的球面像差被設(shè)計(jì)得過(guò)大?？墒牵摴鈱W(xué)元件由于有折射功能和光程差賦予功能兩者，所以對(duì)入射光線(xiàn)產(chǎn)生與實(shí)際上光學(xué)元件增厚時(shí)同樣的效果。如圖1所示，與通過(guò)只備有折射功能的光學(xué)元件的光線(xiàn)相比，通過(guò)光學(xué)元件備有折射功能和光程差賦予功能的光學(xué)元件的光線(xiàn)在透鏡物質(zhì)內(nèi)的光路長(zhǎng)度變長(zhǎng)，其結(jié)果，由于光學(xué)元件的折射功能的作用，過(guò)大的球面像差受到降低的作用，變得幾乎無(wú)像差。
這里所說(shuō)的“降低”，是過(guò)大的反面，意味著隨著入射光線(xiàn)偏離光軸，入射光線(xiàn)與光軸相交的位置靠近光學(xué)元件。但是，在局部或在數(shù)值孔徑大的一部分區(qū)域中，在遠(yuǎn)離光學(xué)元件一側(cè)包含與光軸相交的情況。
第十五方面所述的光學(xué)元件，由于其表面形狀基本上使具有折射功能的非球面的表面形狀只沿光軸方向移動(dòng)光程差大小，所以成為兼?zhèn)湔凵涔δ芎凸獬滩钯x予功能的光學(xué)元件。
可是，如果數(shù)值孔徑變大，光學(xué)元件的表面曲率半徑變小，嚴(yán)格地說(shuō)有必要考慮光路長(zhǎng)度，所以使具有折射功能的非球面的表面形狀只沿光軸方向移動(dòng)光程差大小，有時(shí)不能實(shí)現(xiàn)上述的功能。在這樣的情況下，也會(huì)使具有折射功能的折射面的形狀變化，成為兼?zhèn)湔凵涔δ芎凸獬滩钯x予功能的光學(xué)元件。
這樣，如果采用第十五方面所述的結(jié)構(gòu)，則能獲得與第六方面所述的結(jié)構(gòu)同樣的效果。
(16)本發(fā)明的第十六方面是第十五方面所述的光學(xué)元件，其特征在于上述工作基準(zhǔn)波長(zhǎng)λ0為400nm＜λ0＜500nm。
如果采用發(fā)明的第十六方面所述的結(jié)構(gòu)，則能獲得與第七方面所述的結(jié)構(gòu)同樣的效果。
(17)本發(fā)明的第十七方面是在第十六方面所述的光學(xué)元件中，其特征在于上述光學(xué)元件中形成的環(huán)形帶的數(shù)量為20～60中的任意數(shù)量。
在第十七方面所述的結(jié)構(gòu)中，入射了呈工作基準(zhǔn)波長(zhǎng)λ0的光束時(shí)，在波像差最小的匯聚光點(diǎn)的位置，波長(zhǎng)變化時(shí)由折射功能產(chǎn)生的波陣面誤差隨著數(shù)值孔徑的增大而增大。這里所說(shuō)的“波陣面誤差”是近軸光線(xiàn)的波陣面的偏移和相當(dāng)于特定的數(shù)值孔徑的光線(xiàn)的波陣面的偏移之差。
如果數(shù)值孔徑小，則修正波陣面誤差所必要的環(huán)形帶的數(shù)量大致等于波陣面誤差的最大值除以相位差賦予量的變化量ΔΨ(λ)所得的值?？墒?，在光學(xué)元件兼?zhèn)涔獬滩钯x予功能和折射功能的情況下，尤其是隨著數(shù)值孔徑的增大，從該值偏離得也大。
入射了呈工作基準(zhǔn)波長(zhǎng)λ0的光束時(shí)，波像差為最小的匯聚光點(diǎn)的位置的波長(zhǎng)變化時(shí)的波像差如果在對(duì)光信息記錄媒體讀寫(xiě)數(shù)據(jù)所必要的范圍內(nèi)，則即使環(huán)形帶的數(shù)量比波陣面誤差的最大值除以相位差賦予量的變化量ΔΨ(λ)所得的值小，模式跳躍時(shí)也不會(huì)產(chǎn)生讀取錯(cuò)誤。為了對(duì)HD-DVD讀寫(xiě)數(shù)據(jù)，環(huán)形帶的數(shù)量最好為20～60。如果采用第十七方面所述的結(jié)構(gòu)，則關(guān)于該環(huán)形帶的數(shù)量，能獲得與第十六方面所述的結(jié)構(gòu)同樣的效果。
另外，一般說(shuō)來(lái)，環(huán)形帶數(shù)量越少，波像差越大，具有容易加工光學(xué)元件的優(yōu)點(diǎn)。
(18)本發(fā)明的第十八方面是在第十六或第十七方面所述的光學(xué)元件中，其特征在于上述光學(xué)元件的數(shù)值孔徑0.9以下。
如果采用第十八方面所述的結(jié)構(gòu)，能獲得與第九方面所述的結(jié)構(gòu)同樣的效果。
(19)本發(fā)明的第十九方面是在第十六至第十八中的任意一方面所述的光學(xué)元件中，其特征在于上述光束中，在距離光軸最遠(yuǎn)的位置通過(guò)該光學(xué)元件的光線(xiàn)由于上述折射功能而與光軸相交的位置和近軸光線(xiàn)由于上述折射功能而與光軸相交的位置的距離為0.03mm以下。
如果采用第十九方面所述的結(jié)構(gòu)，則能獲得與第十六至第十八中的任意一方面所述的結(jié)構(gòu)同樣的效果，同時(shí)入射光束中，由于在距離光軸最遠(yuǎn)的位置通過(guò)該光學(xué)元件的光線(xiàn)由于折射功能而與光軸相交的位置和近軸光線(xiàn)由于折射功能而與光軸相交的位置的距離為0.03mm以下，所以由于折射功能和光程差賦予功能，呈工作基準(zhǔn)波長(zhǎng)λ0的光束幾乎無(wú)像差。
圖1是本發(fā)明的光拾波裝置中的第一光學(xué)元件和第二光學(xué)元件或本發(fā)明的光學(xué)元件的由折射功能導(dǎo)致的光線(xiàn)的光路(虛線(xiàn))、以及由折射功能和光程差賦予功能導(dǎo)致的光路(實(shí)線(xiàn))的略圖。
圖2是本發(fā)明的光拾波裝置的一例的總體結(jié)構(gòu)的略圖。
圖3是表示本發(fā)明的光拾波裝置中的第一光學(xué)元件和第二光學(xué)元件或本發(fā)明的光學(xué)元件的一例的多環(huán)形帶相位差透鏡的概略的側(cè)視圖。
圖4是表示本發(fā)明的光拾波裝置中的第一光學(xué)元件和第二光學(xué)元件或本發(fā)明的光學(xué)元件的一例的多環(huán)形帶相位差透鏡的概略的正視圖。
圖5是呈工作基準(zhǔn)波長(zhǎng)λ0的光束入射到本發(fā)明的光拾波裝置中的第一光學(xué)元件和第二光學(xué)元件或本發(fā)明的光學(xué)元件的一例的多環(huán)形帶相位差透鏡中時(shí)的縱球面像差圖。
圖6是表示入射到本發(fā)明的光拾波裝置中的第一光學(xué)元件和第二光學(xué)元件或本發(fā)明的光學(xué)元件的另一例的多環(huán)形帶相位差透鏡中的光束的波長(zhǎng)在工作基準(zhǔn)波長(zhǎng)λ0前后變化時(shí)在光軸上形成的匯聚光點(diǎn)的位置沿光軸方向變動(dòng)的情況的圖。其中，帶三角實(shí)線(xiàn)表示母非球面透鏡，帶圈虛線(xiàn)表示多環(huán)形帶相位差透鏡。
圖7是與工作基準(zhǔn)波長(zhǎng)λ0不同的波長(zhǎng)λ的光束入射到本發(fā)明的光拾波裝置中的第一光學(xué)元件和第二光學(xué)元件或本發(fā)明的光學(xué)元件的一例的多環(huán)形帶相位差透鏡中時(shí)的波面誤差的略圖。其中，虛線(xiàn)表示對(duì)于工作基準(zhǔn)波長(zhǎng)為λ0的入射光束幾乎無(wú)像差的透鏡，實(shí)線(xiàn)表示多環(huán)形帶相位差透鏡。ΔΨk(λ)是第k環(huán)形帶相對(duì)于第1環(huán)形帶的相位差賦予量的變化量。
圖8是表示入射到本發(fā)明的光拾波裝置中的第一光學(xué)元件和第二光學(xué)元件或本發(fā)明的光學(xué)元件的另一例的多環(huán)形帶相位差透鏡中的光束的波長(zhǎng)在工作基準(zhǔn)波長(zhǎng)λ0前后變化時(shí)在光軸上形成的匯聚光點(diǎn)的位置沿光軸方向變動(dòng)的情況的圖。其中，帶三角實(shí)線(xiàn)表示母非球面透鏡，帶圈虛線(xiàn)表示多環(huán)形帶相位差透鏡。
圖9是表示由兩個(gè)光學(xué)元件構(gòu)成的實(shí)施例的圖。
圖10是DVD/CD互換用的有限光/無(wú)限光用的物鏡的剖面圖。
圖11是安裝了圖10中的物鏡、使用無(wú)限光的光拾波裝置的略圖。
圖12是安裝了圖10中的物鏡、使用無(wú)限光的光拾波裝置的略圖。
具體實(shí)施例方式
參照
本發(fā)明的光拾波裝置及光學(xué)元件的實(shí)施形態(tài)。
圖2是后面所述的第一及第二實(shí)施形態(tài)的光拾波裝置1、2的總體結(jié)構(gòu)的略圖。
第一及第二實(shí)施形態(tài)的光拾波裝置1、2使分別從激光振蕩器L1出射的工作基準(zhǔn)波長(zhǎng)λ0為685nm或405nm的激光光束(光束)通過(guò)準(zhǔn)直透鏡12、22、后面所述的多環(huán)形帶相位差透鏡11、21，沿光軸6匯聚在MO8或HD-DVD9(光信息記錄媒體)的信息記錄面8a、9a上，形成匯聚光點(diǎn)，用偏振光分光鏡13取入來(lái)自MO的信息記錄面8a或HD-DVD的反射面9b的反射光，再在檢測(cè)器L2的受光面上形成光點(diǎn)。
圖3、圖4是表示第一及第二實(shí)施形態(tài)的多環(huán)形帶相位差透鏡11、21的概略的側(cè)視圖、正視圖。
第一及第二實(shí)施形態(tài)的多環(huán)形帶相位差透鏡是呈一體地形成本發(fā)明的第二光學(xué)元件(物鏡)和第一光學(xué)元件(光學(xué)元件)的實(shí)施形態(tài)。
本實(shí)施形態(tài)的光拾波裝置1是為了進(jìn)行MO的讀寫(xiě)而設(shè)計(jì)的，被設(shè)計(jì)成工作基準(zhǔn)波長(zhǎng)λ0＝685nm，光學(xué)系統(tǒng)的數(shù)值孔徑NA＝0.55，焦距為2.7mm。
該光拾波裝置1中使用的多環(huán)形帶相位差透鏡11的折射面(第一面11A、第二面11B)的形狀、折射率如下設(shè)定。
將多環(huán)形帶相位差透鏡11的透鏡數(shù)據(jù)示于表1。
在表1中，面編號(hào)1、2分別是多環(huán)形帶相位差透鏡11的第一面11A、第二面11B。面編號(hào)3、4分別是MO的盤(pán)表面、記錄層。
以下給出多環(huán)形帶相位差透鏡11的第一面11A和第二面11B的形狀。
這樣形成第一面11A將圖3中用虛線(xiàn)表示的母非球面(圖3中用虛線(xiàn)表示)11a沿光軸方向分割成以光軸6為中心的呈同心圓的環(huán)形帶101～119，厚度隨著遠(yuǎn)離光軸6而增加。相鄰的兩個(gè)環(huán)形帶之間的臺(tái)階使通過(guò)一個(gè)環(huán)形帶的光線(xiàn)和通過(guò)其相鄰的環(huán)形帶的光線(xiàn)之間產(chǎn)生大致為工作基準(zhǔn)波長(zhǎng)λ0的整數(shù)倍的光程差，而且呈不產(chǎn)生波陣面的偏移的長(zhǎng)度。
多環(huán)形帶相位差透鏡11的第一面11A的母非球面和第二面11B分別形成為用將表2中所示的系數(shù)代入下式后的數(shù)學(xué)式規(guī)定的在光軸6的周?chē)瘦S對(duì)稱(chēng)的非球面。
X=(h2/R)1+1-(1+K)(h/R)2+Σi=116Aihi]]>[表2]
在多環(huán)形帶相位差透鏡11的第一面11A上形成的各環(huán)形帶101～119的母非球面11a所對(duì)應(yīng)的沿光軸方向的位移量示于表3。在表3中，光軸6方向的位移量將從多環(huán)形帶相位差透鏡11的第一面11A朝向第二面11B的方向作為正方向。
這樣，多環(huán)形帶相位差透鏡11是通過(guò)將一個(gè)用非球面式表示的光學(xué)面形狀(母非球面)按照以光軸為中心的同心圓分割成多個(gè)環(huán)形帶，為了使通過(guò)相鄰的環(huán)形帶的光線(xiàn)產(chǎn)生大致為工作基準(zhǔn)波長(zhǎng)λ0的整數(shù)倍的光程差，而使各環(huán)形帶的面沿光軸方向位移而獲得的一種形狀的透鏡。
如表6所示，將對(duì)呈工作基準(zhǔn)波長(zhǎng)λ0的入射光束成為幾乎無(wú)像差的透鏡按照前面第5頁(yè)關(guān)于式(3)所述的方法，決定各環(huán)形帶的內(nèi)徑及外徑，使各環(huán)形帶的面沿光軸方向平行移動(dòng)。通過(guò)形成環(huán)形帶使光束的光路長(zhǎng)度變化，但為了對(duì)呈工作基準(zhǔn)波長(zhǎng)λ0、工作波長(zhǎng)λ的光束來(lái)說(shuō)，使波像差達(dá)到最小，而調(diào)整各環(huán)形帶的位移量、表面形狀(再設(shè)計(jì)透鏡)。通過(guò)反復(fù)進(jìn)行這樣的工作，對(duì)呈工作基準(zhǔn)波長(zhǎng)λ0、工作波長(zhǎng)λ的光束確定最合適的各環(huán)形帶的位移量、內(nèi)徑、外徑、以及母非球面的形狀。
圖5中示出了呈工作基準(zhǔn)波長(zhǎng)λ0(685nm)的激光光束入射到該多環(huán)形帶相位差透鏡11上時(shí)的縱球面像差圖。
另外，設(shè)想MO的數(shù)據(jù)寫(xiě)入時(shí)的模式跳躍，將激光光束的波長(zhǎng)在工作基準(zhǔn)波長(zhǎng)λ0(685nm)的前后1nm的范圍內(nèi)變化時(shí)在光軸6上形成的匯聚光點(diǎn)沿光軸方向的變化與在多環(huán)形帶相位差透鏡11上不設(shè)置環(huán)形帶的“母非球面透鏡”的情況比較，示于圖6。
該光學(xué)系統(tǒng)的焦深(λ0/2NA2)為1132nm左右，在幾何光學(xué)中，如果波像差為最小的匯聚光點(diǎn)沿光軸方向的變化量ΔfB在該焦深的二分之一的范圍內(nèi)，則匯聚光點(diǎn)的直徑成為適合于對(duì)MO讀寫(xiě)數(shù)據(jù)的直徑(λ0/2NA以下)。如圖6所示，入射的激光光束的波長(zhǎng)的變化幅度在工作基準(zhǔn)波長(zhǎng)λ0前后0.5nm的范圍時(shí)的匯聚光點(diǎn)沿光軸方向的變化量ΔfB，對(duì)于“母非球面透鏡”來(lái)說(shuō)，最大為50nm左右，而對(duì)于多環(huán)形帶相位差透鏡11來(lái)說(shuō)，為數(shù)nm左右。
本實(shí)施形態(tài)的光拾波裝置2是為了進(jìn)行HD-DVD的讀寫(xiě)而設(shè)計(jì)的，被設(shè)計(jì)成工作基準(zhǔn)波長(zhǎng)λ0＝405nm，光學(xué)系統(tǒng)的數(shù)值孔徑NA＝0.85，焦距為1.76mm。
該光拾波裝置2中使用的多環(huán)形帶相位差透鏡21的折射面(第一面21A、第二面21B)的形狀、折射率如下設(shè)定。
將多環(huán)形帶相位差透鏡21的透鏡數(shù)據(jù)示于表4。
在表4中，面編號(hào)1、2分別是多環(huán)形帶相位差透鏡21的第一面21A、第二面21B。面編號(hào)3、4分別是HD-DVD的盤(pán)表面、記錄層。
以下給出多環(huán)形帶相位差透鏡21的第一面21A和第二面21B的形狀。
這樣形成第一面21A將圖3中用虛線(xiàn)表示的母非球面(圖3中用虛線(xiàn)表示)21a沿光軸方向分割成以光軸6為中心的呈同心圓的環(huán)形帶201～230，厚度隨著遠(yuǎn)離光軸6而增加。相鄰的兩個(gè)環(huán)形帶之間的臺(tái)階使通過(guò)一個(gè)環(huán)形帶的光線(xiàn)和通過(guò)其相鄰的環(huán)形帶的光線(xiàn)之間產(chǎn)生大致為工作基準(zhǔn)波長(zhǎng)λ0的整數(shù)倍的光程差，而且呈不產(chǎn)生波陣面的偏移的長(zhǎng)度。
多環(huán)形帶相位差透鏡21的第一面21A的母非球面和第二面21B分別形成為用將表5中所示的系數(shù)代入前面的(數(shù)學(xué)式3)后規(guī)定的在光軸6的周?chē)瘦S對(duì)稱(chēng)的非球面。[表5]
在多環(huán)形帶相位差透鏡21的第一面21A上形成的各環(huán)形帶201～230的母非球面21a所對(duì)應(yīng)的沿光軸方向的位移量示于表6。在表6中，光軸6方向的位移量將從多環(huán)形帶相位差透鏡21的第一面21A朝向第二面21B的方向作為正方向。[表6]
這樣，與第一實(shí)施形態(tài)中所述的多環(huán)形帶相位差透鏡11相同，多環(huán)形帶相位差透鏡21也是通過(guò)將一個(gè)用非球面式表示的光學(xué)面形狀(母非球面)按照以光軸為中心的同心圓分割成多個(gè)環(huán)形帶，為了使通過(guò)相鄰的環(huán)形帶的光線(xiàn)產(chǎn)生大致為工作基準(zhǔn)波長(zhǎng)λ0的整數(shù)倍的光程差，而使各環(huán)形帶的面沿光軸方向位移而獲得的一種形狀的透鏡。
如表7所示，將對(duì)呈工作基準(zhǔn)波長(zhǎng)λ0的入射光束成為幾乎無(wú)像差的透鏡按照前面第5頁(yè)關(guān)于數(shù)學(xué)式(3)所述的方法，決定各環(huán)形帶的內(nèi)徑及外徑，使各環(huán)形帶的面沿光軸方向平行移動(dòng)。通過(guò)形成環(huán)形帶使光束的光路長(zhǎng)度變化，但為了對(duì)呈工作基準(zhǔn)波長(zhǎng)λ0、工作波長(zhǎng)λ的光束來(lái)說(shuō)，使波像差達(dá)到最小，而調(diào)整各環(huán)形帶的位移量、表面形狀(再設(shè)計(jì)透鏡)。通過(guò)反復(fù)進(jìn)行這樣的工作，對(duì)呈工作基準(zhǔn)波長(zhǎng)λ0、工作波長(zhǎng)λ的光束確定最合適的各環(huán)形帶的位移量、內(nèi)徑、外徑、以及母非球面的形狀。
另外，設(shè)想HD-DVD的數(shù)據(jù)寫(xiě)入時(shí)的模式跳躍，將激光光束的波長(zhǎng)在工作基準(zhǔn)波長(zhǎng)λ0(405nm)的前后2nm的范圍內(nèi)變化時(shí)在光軸6上形成的匯聚光點(diǎn)沿光軸方向的變化與在多環(huán)形帶相位差透鏡21上不設(shè)置環(huán)形帶的“母非球面透鏡”的情況比較，示于圖8。
該光學(xué)系統(tǒng)的焦深(λ0/2NA2)為280nm左右，在幾何光學(xué)中，如果波像差為最小的匯聚光點(diǎn)沿光軸方向的變化量ΔfB在該焦深的二分之一的范圍內(nèi)，則匯聚光點(diǎn)的直徑成為適合于對(duì)HD-DVD讀寫(xiě)數(shù)據(jù)的直徑(λ0/2NA以下)。如圖8所示，入射的激光光束的波長(zhǎng)的變化幅度在工作基準(zhǔn)波長(zhǎng)λ0前后2nm的范圍時(shí)的匯聚光點(diǎn)沿光軸方向的變化量ΔfB，對(duì)于“母非球面透鏡”來(lái)說(shuō)，最大為750nm左右，而對(duì)于多環(huán)形帶相位差透鏡21來(lái)說(shuō)，為數(shù)十nm左右。
另外，如圖9所示，也可以單個(gè)地構(gòu)成有光程差賦予功能的第一光學(xué)元件31、以及有折射功能的第二光學(xué)元件41。如果這樣構(gòu)成，則由于能進(jìn)行分別獨(dú)立地考慮光學(xué)賦予功能和折射功能的光學(xué)元件設(shè)計(jì)，所以設(shè)計(jì)的自由度大。
另外，用圖10所示的本發(fā)明的物鏡構(gòu)成圖11所示的光拾波裝置。在本結(jié)構(gòu)中，通過(guò)將出射波長(zhǎng)為780nm的激光的光源用作一個(gè)光源，將出射波長(zhǎng)為650nm的激光的光源用作另一個(gè)光源，能進(jìn)行對(duì)CD和DVD的記錄或再生。
另外，能用圖10所示的本發(fā)明的物鏡還能構(gòu)成圖12所示的光拾波裝置。各光源使用與圖11所示的各光源同樣的結(jié)構(gòu)，能進(jìn)行對(duì)CD和DVD的記錄或再生。與圖11中的光拾波裝置不同的地方在于有限光入射到物鏡中。利用本結(jié)構(gòu)，圖12中的光拾波裝置不需要使用準(zhǔn)直透鏡，所以能使光拾波裝置總體小型化。
發(fā)明的效果如果采用本發(fā)明的第一方面所述的結(jié)構(gòu)，則由于呈工作基準(zhǔn)波長(zhǎng)λ0的入射光束幾乎無(wú)像差地匯聚在信息記錄面上，即使與工作基準(zhǔn)波長(zhǎng)λ0不同的工作波長(zhǎng)λ(|λ-λ0|＜1[nm])的光束入射時(shí)，軸向色像差也能被修正，所以即使由于從光信息記錄媒體的數(shù)據(jù)讀出狀態(tài)切換到數(shù)據(jù)寫(xiě)入狀態(tài)的瞬間產(chǎn)生的模式跳躍等，致使入射光束的波長(zhǎng)從工作基準(zhǔn)波長(zhǎng)λ0變化到與其不同的工作波長(zhǎng)λ(|λ-λ0|＜1[nm])，將數(shù)據(jù)寫(xiě)入光信息記錄媒體的信息記錄面上時(shí)也能防止發(fā)生錯(cuò)誤。
如果采用本發(fā)明的第二方面所述的結(jié)構(gòu)，則在呈工作基準(zhǔn)波長(zhǎng)λ0的光束入射時(shí)，沒(méi)有由第一光學(xué)元件的光程差賦予功能賦予的相位差，第二光學(xué)元件的入射面和出射面能設(shè)計(jì)成沒(méi)有光線(xiàn)像差的非球面。因此，通過(guò)第一光學(xué)元件和第二光學(xué)元件的光束幾乎無(wú)像差地匯聚。
如果與工作基準(zhǔn)波長(zhǎng)λ0不同的工作波長(zhǎng)λ(|λ-λ0|＜1[nm])的光束入射，則由于受第二光學(xué)元件的分散的影響，由折射功能在工作基準(zhǔn)波長(zhǎng)λ0成為最佳的匯聚光點(diǎn)的位置產(chǎn)生波像差。
假設(shè)n(λ0)為折射率，k為整數(shù)，則由第一光學(xué)元件的光程差賦予功能賦予的相位差賦予量Ψ(λ0)和環(huán)形帶的厚度差d之間的關(guān)系能用(數(shù)學(xué)式1)表示。
如圖1所示，這里所說(shuō)的環(huán)形帶的厚度差d意味著某一環(huán)形帶和包含光軸的第一環(huán)形帶的延長(zhǎng)部分沿光軸方向的厚度差。用非球面式表示第一環(huán)形帶，按照該式延長(zhǎng)。
假設(shè)與波長(zhǎng)的變化相伴隨的第二光學(xué)元件的折射率的變化為δ，則入射光束的波長(zhǎng)從工作基準(zhǔn)波長(zhǎng)λ0變化成工作波長(zhǎng)λ所引起的相位差賦予量的變化量ΔΨ(λ)能用(數(shù)學(xué)式2)表示。它是由于入射波長(zhǎng)的變化，而由環(huán)形帶的厚度差d和由第一光學(xué)元件的折射率的色散引起的相位差變化量?jī)烧弋a(chǎn)生的。
如果沿著與該相位差賦予量的變化量ΔΨ(λ)和由于第二光學(xué)元件的分散的影響而由折射功能產(chǎn)生的波像差消除相一致的方向形成環(huán)形帶的厚度，則光線(xiàn)的光程差隨著遠(yuǎn)離光軸而變長(zhǎng)。另外，由作為對(duì)象的光學(xué)系統(tǒng)的工作基準(zhǔn)波長(zhǎng)λ0、構(gòu)成光學(xué)元件的原料、數(shù)值孔徑?jīng)Q定環(huán)形帶的厚度差d、各環(huán)形帶沿著垂直于光軸方向的內(nèi)徑及外徑。
另外，波長(zhǎng)從工作基準(zhǔn)波長(zhǎng)λ0變?yōu)楣ぷ鞑ㄩL(zhǎng)λ時(shí)，為了在光軸的同一位置幾乎無(wú)波像差，未必一定要修正，如果在光軸上形成的匯聚光點(diǎn)的位置的變化量ΔfB在以下范圍內(nèi)，|ΔfB/(λ-λ0)|＜2000 …(3)則在MO中模式跳躍時(shí)也能防止寫(xiě)入錯(cuò)誤。
將幾何光學(xué)中的匯聚光點(diǎn)的直徑為(λ0/2NA)以下的匯聚光點(diǎn)的位置在光軸方向上的幅度稱(chēng)為焦深(λ0/2NA2)。如果匯聚光點(diǎn)的直徑在(λ0/2NA)以下，則能獲得讀取光盤(pán)所必要的匯聚光點(diǎn)的強(qiáng)度。
在MO的光拾波裝置中，由于工作基準(zhǔn)波長(zhǎng)λ0為600～700nm左右，數(shù)值孔徑NA為0.5～0.6左右，所以該光學(xué)系統(tǒng)的焦深(λ0/2NA2)為1.4～2.0λ0左右。另外，在MO的光拾波裝置中發(fā)生的模式跳躍時(shí)的波長(zhǎng)的變化量|λ-λ0|為零點(diǎn)幾nm左右。因此，滿(mǎn)足(3)式，匯聚光點(diǎn)的位置的變化量ΔfB在焦深的二分之一范圍內(nèi)。
如果采用本發(fā)明的第三方面所述的結(jié)構(gòu)，則由于工作基準(zhǔn)波長(zhǎng)λ0為600nm＜λ0＜700nm，所以關(guān)于對(duì)MO讀寫(xiě)數(shù)據(jù)用的波長(zhǎng)為600～700nm的激光光束，能獲得與第一方面所述的結(jié)構(gòu)同樣的效果。
在本發(fā)明的第四方面所述的結(jié)構(gòu)中，入射了呈工作基準(zhǔn)波長(zhǎng)λ0的光束時(shí)，在波像差最小的匯聚光點(diǎn)的位置，波長(zhǎng)變化時(shí)由折射功能產(chǎn)生的波陣面誤差隨著數(shù)值孔徑的增大而增大。這里所說(shuō)的“波陣面誤差”是近軸光線(xiàn)的波陣面的偏移和相當(dāng)于特定的數(shù)值孔徑的光線(xiàn)的波陣面的偏移之差。
如果數(shù)值孔徑小，則修正波陣面誤差所必要的環(huán)形帶的數(shù)量大致等于波陣面誤差的最大值除以相位差賦予量的變化量ΔΨ(λ)所得的值。
入射了呈工作基準(zhǔn)波長(zhǎng)λ0的光束時(shí)，波像差為最小的匯聚光點(diǎn)的位置的波長(zhǎng)變化時(shí)的波像差如果在對(duì)光信息記錄媒體讀寫(xiě)數(shù)據(jù)所必要的范圍內(nèi)，則即使環(huán)形帶的數(shù)量比波陣面誤差的最大值除以相位差賦予量的變化量ΔΨ(λ)所得的值小，模式跳躍時(shí)也不會(huì)產(chǎn)生讀取錯(cuò)誤。為了對(duì)MO讀寫(xiě)數(shù)據(jù)，環(huán)形帶的數(shù)量最好為3～30。如果采用第四方面所述的結(jié)構(gòu)，則關(guān)于該環(huán)形帶的數(shù)量，能獲得與第三方面所述的結(jié)構(gòu)同樣的效果。
另外，一般說(shuō)來(lái)，環(huán)形帶數(shù)量越少，波像差越大，具有容易加工光學(xué)元件的優(yōu)點(diǎn)。
如果采用本發(fā)明的第五方面所述的結(jié)構(gòu)，則由于光學(xué)系統(tǒng)的數(shù)值孔徑NA在0.65以下，所以關(guān)于對(duì)MO讀寫(xiě)數(shù)據(jù)所必要的數(shù)值孔徑0.5～0.6，能獲得與第二或第三方面所述的結(jié)構(gòu)同樣的效果。
由于該光學(xué)系統(tǒng)的焦深(λ0/2NA2)變成1.2λ0以上，所以由光學(xué)系統(tǒng)的入射光束的模式跳躍引起的波長(zhǎng)的變化率|(λ-λ0)/λ0|為|(λ-λ0)/λ0|＜5.9×10-4…(4)時(shí)，滿(mǎn)足(3)式，匯聚光點(diǎn)的位置的變化量ΔfB在焦深的二分之一范圍內(nèi)。
在MO的情況下，工作基準(zhǔn)波長(zhǎng)λ0為600～700nm左右，由模式跳躍產(chǎn)生的波長(zhǎng)的變化量|λ-λ0|為零點(diǎn)幾nm左右，所以基本上滿(mǎn)足(4)式，能防止由模式跳躍引起的MO的寫(xiě)入時(shí)的錯(cuò)誤。
如果采用本發(fā)明的第六方面所述的結(jié)構(gòu)，則在呈工作基準(zhǔn)波長(zhǎng)λ0的光束入射時(shí)，沒(méi)有由第一光學(xué)元件的光程差賦予功能賦予的相位差，第二光學(xué)元件的入射面和出射面能設(shè)計(jì)成沒(méi)有光線(xiàn)像差的非球面。因此，通過(guò)第一光學(xué)元件和第二光學(xué)元件的光束幾乎無(wú)像差地匯聚。
如果與工作基準(zhǔn)波長(zhǎng)λ0不同的工作波長(zhǎng)λ(|λ-λ0|＜2[nm])的光束入射，則由于受第二光學(xué)元件的分散的影響，由折射功能在工作基準(zhǔn)波長(zhǎng)λ0成為最佳的匯聚光點(diǎn)的位置產(chǎn)生波像差。
假設(shè)n(λ0)為折射率，k為整數(shù)，則由第一光學(xué)元件的光程差賦予功能賦予的相位差賦予量Ψ(λ0)和環(huán)形帶的厚度差d之間的關(guān)系能用前面的(數(shù)學(xué)式1)表示。
假設(shè)與波長(zhǎng)的變化相伴隨的第二光學(xué)元件的折射率的變化為δ，則入射光束的波長(zhǎng)從工作基準(zhǔn)波長(zhǎng)λ0變化成工作波長(zhǎng)λ所引起的相位差賦予量的變化量ΔΨ(λ)能用前面的(數(shù)學(xué)式2)表示。它是由于入射波長(zhǎng)的變化，而由環(huán)形帶的厚度差d和由第一光學(xué)元件的折射率的色散引起的相位差變化量?jī)烧弋a(chǎn)生的。
如果沿著與該相位差賦予量的變化量ΔΨ(λ)和由于第二光學(xué)元件的分散的影響而由折射功能產(chǎn)生的波像差消除相一致的方向形成環(huán)形帶的厚度，則光線(xiàn)的光程差隨著遠(yuǎn)離光軸而變長(zhǎng)。另外，由作為對(duì)象的光學(xué)系統(tǒng)的工作基準(zhǔn)波長(zhǎng)λ0、構(gòu)成光學(xué)元件的原料、數(shù)值孔徑?jīng)Q定環(huán)形帶的厚度差d、各環(huán)形帶沿著垂直于光軸方向的內(nèi)徑及外徑。
另外，波長(zhǎng)從工作基準(zhǔn)波長(zhǎng)λ0變?yōu)楣ぷ鞑ㄩL(zhǎng)λ時(shí)，為了在光軸的同一位置幾乎無(wú)波像差，未必一定要修正，如果在光軸上形成的匯聚光點(diǎn)的位置的變化量ΔfB在以下范圍內(nèi)，|ΔfB/(λ-λ0)|＜150 …(5)則在HD-DVD中模式跳躍時(shí)也能防止寫(xiě)入錯(cuò)誤。
將幾何光學(xué)中的匯聚光點(diǎn)的直徑為(λ0/2NA)以下的匯聚光點(diǎn)的位置在光軸方向上的幅度稱(chēng)為焦深(λ0/2NA2)。如果匯聚光點(diǎn)的直徑在(λ0/2NA)以下，則能獲得讀取光盤(pán)所必要的匯聚光點(diǎn)的強(qiáng)度。
在HD-DVD的光拾波裝置中，由于工作基準(zhǔn)波長(zhǎng)λ0為400～500nm左右，數(shù)值孔徑NA為0.65～0.85左右，所以該光學(xué)系統(tǒng)的焦深(λ0/2NA2)為0.69λ0～1.2λ0左右。另外，在HD-DVD的光拾波裝置中發(fā)生的模式跳躍時(shí)的波長(zhǎng)的變化量|λ-λ0|為數(shù)nm左右。因此，滿(mǎn)足(5)式，匯聚光點(diǎn)的位置的變化量ΔfB在焦深的二分之一范圍內(nèi)。
如果采用本發(fā)明的第七方面所述的結(jié)構(gòu)，則由于工作基準(zhǔn)波長(zhǎng)λ0為400nm＜λ0＜500nm，所以關(guān)于對(duì)HD-DVD讀寫(xiě)數(shù)據(jù)用的波長(zhǎng)為400～500nm的激光光束，能獲得與第六方面所述的結(jié)構(gòu)同樣的效果。
在本發(fā)明的第八方面所述的結(jié)構(gòu)中，入射了呈工作基準(zhǔn)波長(zhǎng)λ0的光束時(shí)，在波像差最小的匯聚光點(diǎn)的位置，波長(zhǎng)變化時(shí)由折射功能產(chǎn)生的波陣面誤差隨著數(shù)值孔徑的增大而增大。這里所說(shuō)的“波陣面誤差”是近軸光線(xiàn)的波陣面的偏移和相當(dāng)于特定的數(shù)值孔徑的光線(xiàn)的波陣面的偏移之差。
如果數(shù)值孔徑小，則修正波陣面誤差所必要的環(huán)形帶的數(shù)量大致等于波陣面誤差的最大值除以相位差賦予量的變化量ΔΨ(λ)所得的值。
入射了呈工作基準(zhǔn)波長(zhǎng)λ0的光束時(shí)，波像差為最小的匯聚光點(diǎn)的位置的波長(zhǎng)變化時(shí)的波像差如果在對(duì)光信息記錄媒體讀寫(xiě)數(shù)據(jù)所必要的最低范圍內(nèi)，則即使環(huán)形帶的數(shù)量比波陣面誤差的最大值除以相位差賦予量的變化量ΔΨ(λ)所得的值小，模式跳躍時(shí)也不會(huì)產(chǎn)生讀取錯(cuò)誤。為了對(duì)HD-DVD讀寫(xiě)數(shù)據(jù)，環(huán)形帶的數(shù)量最好為20～60。如果采用第八方面所述的結(jié)構(gòu)，則關(guān)于該環(huán)形帶的數(shù)量，能獲得與第七方面所述的結(jié)構(gòu)同樣的效果。
另外，一般說(shuō)來(lái)，環(huán)形帶數(shù)量越少，波像差越大，具有容易加工光學(xué)元件的優(yōu)點(diǎn)。
如果采用本發(fā)明的第九方面所述的結(jié)構(gòu)，則由于光學(xué)系統(tǒng)的數(shù)值孔徑NA在0.9以下，所以關(guān)于對(duì)HD-DVD讀寫(xiě)數(shù)據(jù)所必要的數(shù)值孔徑0.65～0.85，能獲得與第七或第八方面所述的結(jié)構(gòu)同樣的效果。
由于該光學(xué)系統(tǒng)的焦深(λ0/2NA2)變成0.62λ0以上，所以由光學(xué)系統(tǒng)的入射光束的模式跳躍引起的波長(zhǎng)的變化率|(λ-λ0)/λ0|為|(λ-λ0)/λ0|＜4.1×10-3…(6)時(shí)，滿(mǎn)足(5)式，匯聚光點(diǎn)的位置的變化量ΔfB在焦深的二分之一范圍內(nèi)。
在HD-DVD的情況下，工作基準(zhǔn)波長(zhǎng)λ0為400～500nm左右，由模式跳躍產(chǎn)生的波長(zhǎng)的變化量|λ-λ0|為數(shù)nm左右，所以基本上滿(mǎn)足(6)式，能防止由模式跳躍引起的HD-DVD的數(shù)據(jù)寫(xiě)入時(shí)的錯(cuò)誤。
在本發(fā)明的第十方面所述的結(jié)構(gòu)中，呈工作基準(zhǔn)波長(zhǎng)λ0的光束入射時(shí)，該光學(xué)元件的折射功能產(chǎn)生的球面像差被設(shè)計(jì)得過(guò)大。可是，該光學(xué)元件由于有折射功能和光程差賦予功能兩者，所以對(duì)入射光線(xiàn)產(chǎn)生與實(shí)際上光學(xué)元件增厚時(shí)同樣的效果。如圖1所示，與通過(guò)只備有折射功能的光學(xué)元件的光線(xiàn)相比，通過(guò)光學(xué)元件備有折射功能和光程差賦予功能的光學(xué)元件的光線(xiàn)在光學(xué)元件內(nèi)的光路長(zhǎng)度變長(zhǎng)，其結(jié)果，由于光學(xué)元件的折射功能的作用，過(guò)大的球面像差受到降低的作用，變得幾乎無(wú)像差。
這里所說(shuō)的“降低”，是過(guò)大的反面，意味著隨著入射光線(xiàn)偏離光軸，入射光線(xiàn)與光軸相交的位置靠近光學(xué)元件。但是，在局部或在數(shù)值孔徑大的一部分區(qū)域中，在遠(yuǎn)離光學(xué)元件一側(cè)包含與光軸相交的情況。
第十方面所述的光學(xué)元件，由于其表面形狀基本上使具有折射功能的非球面的表面形狀只沿光軸方向移動(dòng)光程差大小，所以成為兼?zhèn)湔凵涔δ芎凸獬滩钯x予功能的光學(xué)元件。
可是，如果數(shù)值孔徑變大，光學(xué)元件的表面曲率半徑變小，嚴(yán)格地說(shuō)有必要考慮光路長(zhǎng)度，所以使具有折射功能的非球面的表面形狀只沿光軸方向移動(dòng)光程差大小，有時(shí)不能實(shí)現(xiàn)上述的功能。在這樣的情況下，也會(huì)使具有折射功能的折射面的形狀變化，成為兼?zhèn)湔凵涔δ芎凸獬滩钯x予功能的光學(xué)元件。
這樣，如果采用第十方面所述的結(jié)構(gòu)，則能獲得與第二方面所述的結(jié)構(gòu)同樣的效果。
如果采用本發(fā)明的第十一方面所述的結(jié)構(gòu)，則能獲得與第三方面所述的結(jié)構(gòu)同樣的效果。
在本發(fā)明的第十二方面所述的結(jié)構(gòu)中，入射了呈工作基準(zhǔn)波長(zhǎng)λ0的光束時(shí)，在波像差最小的匯聚光點(diǎn)的位置，波長(zhǎng)變化時(shí)由折射功能產(chǎn)生的波陣面誤差隨著數(shù)值孔徑的增大而增大。這里所說(shuō)的“波陣面誤差”是近軸光線(xiàn)的波陣面的偏移和相當(dāng)于特定的數(shù)值孔徑的光線(xiàn)的波陣面的偏移之差。
如果數(shù)值孔徑小，則修正波陣面誤差所必要的環(huán)形帶的數(shù)量大致等于波陣面誤差的最大值除以相位差賦予量的變化量ΔΨ(λ)所得的值?？墒牵诠鈱W(xué)元件兼?zhèn)涔獬滩钯x予功能和折射功能的情況下，尤其是隨著數(shù)值孔徑的增大，從該值偏離得也大。
入射了呈工作基準(zhǔn)波長(zhǎng)λ0的光束時(shí)，波像差為最小的匯聚光點(diǎn)的位置的波長(zhǎng)變化時(shí)的波像差如果在對(duì)光信息記錄媒體讀寫(xiě)數(shù)據(jù)所必要的范圍內(nèi)，則即使環(huán)形帶的數(shù)量比波陣面誤差的最大值除以相位差賦予量的變化量ΔΨ(λ)所得的值小，模式跳躍時(shí)也不會(huì)產(chǎn)生讀取錯(cuò)誤。為了對(duì)MO讀寫(xiě)數(shù)據(jù)，環(huán)形帶的數(shù)量最好為3～30。如果采用第十二方面所述的結(jié)構(gòu)，則關(guān)于該環(huán)形帶的數(shù)量，能獲得與第十一方面所述的發(fā)明同樣的效果。
另外，一般說(shuō)來(lái)，環(huán)形帶數(shù)量越少，波像差越大，具有容易加工光學(xué)元件的優(yōu)點(diǎn)。
如果采用第十三方面所述的結(jié)構(gòu)，能獲得與第五方面所述的結(jié)構(gòu)同樣的效果。
如果采用第十四方面所述的結(jié)構(gòu)，則能獲得與第十一至第十三中的任意一方面所述的結(jié)構(gòu)同樣的效果，同時(shí)入射光束中，由于在距離光軸最遠(yuǎn)的位置通過(guò)該光學(xué)元件的光線(xiàn)由于折射功能而與光軸相交的位置和近軸光線(xiàn)由于折射功能而與光軸相交的位置的距離為0.02mm以下，所以由于折射功能和光程差賦予功能，呈工作基準(zhǔn)波長(zhǎng)λ0的光束幾乎無(wú)像差。
在本發(fā)明的第十五方面所述的結(jié)構(gòu)中，呈工作基準(zhǔn)波長(zhǎng)λ0的光束入射時(shí)，該光學(xué)元件的折射功能產(chǎn)生的球面像差被設(shè)計(jì)得過(guò)大?？墒牵摴鈱W(xué)元件由于有折射功能和光程差賦予功能兩者，所以對(duì)入射光線(xiàn)產(chǎn)生與實(shí)際上光學(xué)元件增厚時(shí)同樣的效果。如圖1所示，與通過(guò)只備有折射功能的光學(xué)元件的光線(xiàn)相比，通過(guò)光學(xué)元件備有折射功能和光程差賦予功能的光學(xué)元件的光線(xiàn)在透鏡物質(zhì)內(nèi)的光路長(zhǎng)度變長(zhǎng)，其結(jié)果，由于光學(xué)元件的折射功能的作用，過(guò)大的球面像差受到降低的作用，變得幾乎無(wú)像差。
這里所說(shuō)的“降低”，是過(guò)大的反面，意味著隨著入射光線(xiàn)偏離光軸，入射光線(xiàn)與光軸相交的位置靠近光學(xué)元件。但是，在局部或在數(shù)值孔徑大的一部分區(qū)域中，在遠(yuǎn)離光學(xué)元件一側(cè)包含與光軸相交的情況。
第十五方面所述的光學(xué)元件，由于其表面形狀基本上使具有折射功能的非球面的表面形狀只沿光軸方向移動(dòng)光程差大小，所以成為兼?zhèn)湔凵涔δ芎凸獬滩钯x予功能的光學(xué)元件。
可是，如果數(shù)值孔徑變大，光學(xué)元件的表面曲率半徑變小，嚴(yán)格地說(shuō)有必要考慮光路長(zhǎng)度，所以使具有折射功能的非球面的表面形狀只沿光軸方向移動(dòng)光程差大小，有時(shí)不能實(shí)現(xiàn)上述的功能。在這樣的情況下，也會(huì)使具有折射功能的折射面的形狀變化，成為兼?zhèn)湔凵涔δ芎凸獬滩钯x予功能的光學(xué)元件。
這樣，如果采用第十五方面所述的結(jié)構(gòu)，則能獲得與第六方面所述的結(jié)構(gòu)同樣的效果。
如果采用發(fā)明的第十六方面所述的結(jié)構(gòu)，則能獲得與第七方面所述的結(jié)構(gòu)同樣的效果。
在本發(fā)明的第十七方面所述的結(jié)構(gòu)中，入射了呈工作基準(zhǔn)波長(zhǎng)λ0的光束時(shí)，在波像差最小的匯聚光點(diǎn)的位置，波長(zhǎng)變化時(shí)由折射功能產(chǎn)生的波陣面誤差隨著數(shù)值孔徑的增大而增大。這里所說(shuō)的“波陣面誤差”是近軸光線(xiàn)的波陣面的偏移和相當(dāng)于特定的數(shù)值孔徑的光線(xiàn)的波陣面的偏移之差。
如果數(shù)值孔徑小，則修正波陣面誤差所必要的環(huán)形帶的數(shù)量大致等于波陣面誤差的最大值除以相位差賦予量的變化量ΔΨ(λ)所得的值。可是，在光學(xué)元件兼?zhèn)涔獬滩钯x予功能和折射功能的情況下，尤其是隨著數(shù)值孔徑的增大，從該值偏離得也大。
入射了呈工作基準(zhǔn)波長(zhǎng)λ0的光束時(shí)，波像差為最小的匯聚光點(diǎn)的位置的波長(zhǎng)變化時(shí)的波像差如果在對(duì)光信息記錄媒體讀寫(xiě)數(shù)據(jù)所必要的范圍內(nèi)，則即使環(huán)形帶的數(shù)量比波陣面誤差的最大值除以相位差賦予量的變化量ΔΨ(λ)所得的值小，模式跳躍時(shí)也不會(huì)產(chǎn)生讀取錯(cuò)誤。為了對(duì)HD-DVD讀寫(xiě)數(shù)據(jù)，環(huán)形帶的數(shù)量最好為20～60。如果采用第十七方面所述的結(jié)構(gòu)，則關(guān)于該環(huán)形帶的數(shù)量，能獲得與第十六方面所述的結(jié)構(gòu)同樣的效果。
另外，一般說(shuō)來(lái)，環(huán)形帶數(shù)量越少，波像差越大，具有容易加工光學(xué)元件的優(yōu)點(diǎn)。
如果采用第十八方面所述的結(jié)構(gòu)，能獲得與第九方面所述的結(jié)構(gòu)同樣的效果。
如果采用第十九方面所述的結(jié)構(gòu)，則能獲得與第十六至第十八中的任意一方面所述的結(jié)構(gòu)同樣的效果，同時(shí)入射光束中，由于在距離光軸最遠(yuǎn)的位置通過(guò)該光學(xué)元件的光線(xiàn)由于折射功能而與光軸相交的位置和近軸光線(xiàn)由于折射功能而與光軸相交的位置的距離為0.03mm以下，所以由于折射功能和光程差賦予功能，呈工作基準(zhǔn)波長(zhǎng)λ0的光束幾乎無(wú)像差。
權(quán)利要求
1.一種光學(xué)元件，用在使光束匯聚在光信息記錄媒體的信息記錄面上的光拾波裝置中，備有具有光程差賦予功能的光程差賦予部分，該光程差賦予部分被區(qū)分成以光軸為中心的呈同心圓的多個(gè)環(huán)形帶，這些環(huán)形帶沿著光軸方向具有互不相同的厚度，該光程差賦予部分使通過(guò)某一環(huán)形帶的光線(xiàn)的光路長(zhǎng)度與通過(guò)同該環(huán)形帶相鄰、且比該環(huán)形帶靠近光軸的另一環(huán)形帶的光線(xiàn)的光路長(zhǎng)度相比，長(zhǎng)出工作基準(zhǔn)波長(zhǎng)λ0的整數(shù)倍，以及折射部分，其具有使呈工作基準(zhǔn)波長(zhǎng)λ0的光束在上述信息記錄面上形成的匯聚光點(diǎn)的球面像差為最佳的折射功能，其特征在于該光學(xué)部件使呈工作基準(zhǔn)波長(zhǎng)λ0的入射光束幾乎無(wú)像差地匯聚在上述信息記錄面上，且滿(mǎn)足|ΔfB/(λ-λ0)|＜2000，式中，ΔfB為由與工作基準(zhǔn)波長(zhǎng)λ0不同的工作波長(zhǎng)λ的入射光束和工作基準(zhǔn)波長(zhǎng)λ0的入射光束形成的兩個(gè)匯聚光點(diǎn)之間在光軸方向上的距離，|λ-λ0|＜1[nm]。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)元件，其特征在于上述工作基準(zhǔn)波長(zhǎng)λ0滿(mǎn)足600nm＜λ0＜700nm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)元件，其特征在于上述光學(xué)元件中形成的環(huán)形帶的數(shù)量為3～30。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)元件，其特征在于上述光學(xué)元件的數(shù)值孔徑為0.65以下。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)元件，其特征在于上述光束中，在通過(guò)距離光軸最遠(yuǎn)的位置的光線(xiàn)由于上述折射功能而與光軸相交的位置、和近軸光線(xiàn)由于上述折射功能而與光軸相交的位置之間的距離為0.02mm以下。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)元件，其特征在于上述光學(xué)元件構(gòu)造成使發(fā)散光束入射到上述光學(xué)元件中。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)元件，其特征在于上述光學(xué)元件具有調(diào)和結(jié)構(gòu)，把呈工作基準(zhǔn)波長(zhǎng)λ0的、已經(jīng)在可以記錄或再生第一光信息記錄媒體的條件下通過(guò)上述調(diào)和結(jié)構(gòu)的光束匯聚，并把呈工作基準(zhǔn)波長(zhǎng)λ1的、已經(jīng)在可以記錄或再生第二光信息記錄媒體的條件下通過(guò)上述調(diào)和結(jié)構(gòu)的光束匯聚，λ0＜λ1。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)元件，其特征在于上述調(diào)和結(jié)構(gòu)是衍射結(jié)構(gòu)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)元件，其特征在于上述調(diào)和結(jié)構(gòu)構(gòu)造成，光束的行進(jìn)方向與上述多個(gè)環(huán)形帶中的每一個(gè)的折射方向相同，且在匯聚光點(diǎn)的波前像差最小的位置，已經(jīng)通過(guò)上述多個(gè)環(huán)形帶中的每一個(gè)的波前的相位Φ滿(mǎn)足-0.5π≤Φ≤≤0.5π
10.一種光學(xué)元件，用在使光束匯聚在光信息記錄媒體的信息記錄面上的光拾波裝置中，備有具有光程差賦予功能的光程差賦予部分，該光程差賦予部分被區(qū)分成以光軸為中心的呈同心圓的多個(gè)環(huán)形帶，這些環(huán)形帶沿著光軸方向具有互不相同的厚度，該光程差賦予部分使通過(guò)某一環(huán)形帶的光線(xiàn)的光路長(zhǎng)度與通過(guò)同該環(huán)形帶相鄰、且比該環(huán)形帶靠近光軸的另一環(huán)形帶的光線(xiàn)的光路長(zhǎng)度相比，長(zhǎng)出工作基準(zhǔn)波長(zhǎng)λ0的整數(shù)倍，以及折射部分，其具有使呈工作基準(zhǔn)波長(zhǎng)λ0的光束在上述信息記錄面上形成的匯聚光點(diǎn)的球面像差為最佳的折射功能，其特征在于該光學(xué)部件使呈工作基準(zhǔn)波長(zhǎng)λ0的入射光束幾乎無(wú)像差地匯聚在上述信息記錄面上，且滿(mǎn)足|ΔfB/(λ-λ0)|＜150，式中，ΔfB為由與工作基準(zhǔn)波長(zhǎng)λ0不同的工作波長(zhǎng)λ的入射光束和工作基準(zhǔn)波長(zhǎng)λ0的入射光束形成的兩個(gè)匯聚光點(diǎn)之間在光軸方向上的距離，|λ-λ0|＜2[nm]。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的光學(xué)元件，其特征在于上述工作基準(zhǔn)波長(zhǎng)λ0滿(mǎn)足400nm＜λ0＜500nm。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的光學(xué)元件，其特征在于上述光學(xué)元件中形成的環(huán)形帶的數(shù)量為20～60。
13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的光學(xué)元件，其特征在于上述光學(xué)元件的數(shù)值孔徑為0.9以下。
14.根據(jù)權(quán)利要求10所述的光學(xué)元件，其特征在于上述光束中，在通過(guò)距離光軸最遠(yuǎn)的位置的光線(xiàn)由于上述折射功能而與光軸相交的位置、和近軸光線(xiàn)由于上述折射功能而與光軸相交的位置之間的距離為0.03mm以下。
15根據(jù)權(quán)利要求10所述的光學(xué)元件，其特征在于上述光學(xué)元件構(gòu)造成使發(fā)散光束入射到上述光學(xué)元件中。
16.根據(jù)權(quán)利要求10所述的光學(xué)元件，其特征在于上述光學(xué)元件具有調(diào)和結(jié)構(gòu)，把呈工作基準(zhǔn)波長(zhǎng)λ0的、已經(jīng)在可以記錄或再生第一光信息記錄媒體的條件下通過(guò)上述調(diào)和結(jié)構(gòu)的光束匯聚，并把呈工作基準(zhǔn)波長(zhǎng)λ1的、已經(jīng)在可以記錄或再生第二光信息記錄媒體的條件下通過(guò)上述調(diào)和結(jié)構(gòu)的光束匯聚，λ0＜λ1。
17.根據(jù)權(quán)利要求10所述的光學(xué)元件，其特征在于上述調(diào)和結(jié)構(gòu)是衍射結(jié)構(gòu)。
18.根據(jù)權(quán)利要求10所述的光學(xué)元件，其特征在于上述調(diào)和結(jié)構(gòu)構(gòu)造成，光束的行進(jìn)方向與上述多個(gè)環(huán)形帶中的每一個(gè)的折射方向相同，且在匯聚光點(diǎn)的波前像差最小的位置，已經(jīng)通過(guò)上述多個(gè)環(huán)形帶中的每一個(gè)的波前的相位Φ滿(mǎn)足-0.5π≤Φ≤≤0.5π
19.一種光拾波裝置，用于把光束匯聚在光信息記錄媒體的信息記錄面上，備有第一光學(xué)元件，該第一光學(xué)元件配置在光學(xué)系統(tǒng)的光軸上，且具有光程差賦予功能，該第一光學(xué)元件被區(qū)分成以光軸為中心的呈同心圓的多個(gè)環(huán)形帶，這些環(huán)形帶沿著光軸方向具有互不相同的厚度，該光程差賦予部分使通過(guò)某一環(huán)形帶的光線(xiàn)的光路長(zhǎng)度與通過(guò)同該環(huán)形帶相鄰、且比該環(huán)形帶靠近光軸的另一環(huán)形帶的光線(xiàn)的光路長(zhǎng)度相比，長(zhǎng)出工作基準(zhǔn)波長(zhǎng)λ0的整數(shù)倍，以及第二光學(xué)元件，其具有使呈工作基準(zhǔn)波長(zhǎng)λ0的光束在上述信息記錄面上形成的匯聚光點(diǎn)的球面像差為最佳的折射功能，其特征在于該光拾波裝置使呈工作基準(zhǔn)波長(zhǎng)λ0的入射光束幾乎無(wú)像差地匯聚在上述信息記錄面上，且在與工作基準(zhǔn)波長(zhǎng)λ0不同的工作波長(zhǎng)λ的光束入射時(shí)，修正軸向色像差，|λ-λ0|＜1[nm]。
20.一種光拾波裝置，用于把光束匯聚在光信息記錄媒體的信息記錄面上，備有根據(jù)權(quán)利要求1-18中任一項(xiàng)所述的光學(xué)元件。
全文摘要
提供一種用在使光束匯聚在光信息記錄媒體的信息記錄面上的光拾波裝置中的光學(xué)元件和光拾波裝置。該光學(xué)部件備有具有光程差賦予功能的光程差賦予部分，其被區(qū)分成以光軸為中心的呈同心圓的多個(gè)環(huán)形帶，以及具有使呈工作基準(zhǔn)波長(zhǎng)λ
文檔編號(hào)G11B7/135GK1428623SQ0215701
公開(kāi)日2003年7月9日 申請(qǐng)日期2002年12月18日 優(yōu)先權(quán)日2001年12月21日
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