CN100375170C - 光拾取设备和用于该光拾取设备的物镜 - Google Patents

光拾取设备和用于该光拾取设备的物镜 Download PDF

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Abstract

一种光拾取设备，有第一光源、第二光源、和包括物镜的光学系统。物镜的光学功能表面，分成中心在一光轴上的至少第一和第二同心光学功能区域。第二功能区域设有衍射结构，当该光学系统因工作温度变化而使光学单元的折射率及第一光源发射的波长变化时，该第二功能区域的衍射结构校正信息记录平面上会聚光点的球面像差，把球面像差限制在一定范围，使第一光信息记录媒体能进行信息的再现和/或记录。

Description

光拾取设备和用于该光拾取设备的物镜
技术领域
本发明涉及光拾取设备和用于该种光拾取设备的物镜，该种光拾取设备，能在多种彼此有不同厚度保护基板的光信息记录媒体上，进行再现或记录至少二者之一。
背景技术
利用近期已经投入实际使用的短波长类型红色半导体激光器，高密度DVD(数字通用盘)已经成为商品，它作为光信息记录媒体，与常规CD(激光唱盘)大小相同，但有更大的容量。当信息记录在该种DVD上或从该种DVD再现时，必须使用短波长类型的红色半导体激光器，其波长为650nm，并使用约0.6数值孔径(NA)的物镜。
还有，当信息记录在CD上或从CD再现时，与DVD使用的短波长半导体激光器不同，是用波长为780nm的半导体激光器，且物镜的数值孔径NA要求其值约为0.45。
此外，还要求光拾取设备对各种信息记录媒体具备可交换的特征，以便在一个设备上对CD和DVD两者进行信息的记录和/或再现。这些光信息记录媒体的信息记录表面，由透明的基板(或保护基板)保护，其厚度彼此不同，与每种光信息记录媒体的规格有关，且已分别规定，对DvD是0.6mm，对CD是1.2mm。为了在各有不同厚度透明基板的DVD与CD之间实现可交换性，必须校正不同厚度基板产生的球面像差，为此，有人建议用一种使用衍射光的物镜(例如见TOKKAI 2000-81566)。
球面像差可因光拾取设备的光学系统中温度的变化而变化。就是说，一般用于光学系统中塑料透镜的折射率变化，在很大程度上依赖于温度的变化，从而球面像差根据折射率的变化而变化。激光光源发射的波长也随温度而变化，导致球面像差的变化。对以使用短波长激光器光线和以高数值孔径物镜为特征的DVD，球面像差的变化对信息记录和再现的影响，很快变得过分地大。为了校正因温度变化引起物镜折射率变化而产生的球面像差，已经建议用具有依赖于波长的性质的物镜(见TOKKAI 2001-249273)。
但是，TOKKAI 2001-249273的建议，只对物镜采取防范措施，而没有考虑整个光学系统。因此，在各种光信息记录媒体之间，例如两种属于不同类型的CD和DVD之间，要使光拾取设备具有可交换性，则必须对采用短波长激光器光线和高数值孔径物镜的整个光学系统，设计一种防范措施，补救因温度变化而产生的整个光学系统的球面像差变化。
发明内容
在能在多种光信息记录媒体上进行再现或记录至少二者之一的光拾取设备中，有鉴于上述常规技术的缺点，本发明的目的是提供一种光拾取设备和用于该种光拾取设备的物镜，在该种光拾取设备中，当用短波长的光通量进行记录或再现时，能校正因光学系统的温度变化而产生的球面像差。
为达到上述目的，
一种能在有不同厚度保护基板的多种光信息记录媒体上，进行记录和/或再现的光拾取设备，该种光拾取设备使之
对保护基板厚度为t1的第一光信息记录媒体，信息的再现和/或记录，由波长为λ1的第一光源进行，和
对保护基板厚度为t2(t1＜t2)的第二光信息记录媒体，信息的再现和/或记录由波长为λ2(λ1＜λ2)的第二光源进行，其特征在于：
在该种光拾取设备具有的光学系统中，来自第一或第二光源的光线，通过含有物镜的光学单元，被会聚成信息记录表面的一个焦点，
其中，物镜的光学功能表面，被分成以一光轴为中心的至少两个同心的光学功能区域，于是，通过包含该光轴的第一区域的光线，用于第一光信息记录媒体和第二光信息记录媒体两种媒体的信息记录和/或再现，而通过围绕第一区域的第二区域的光线，主要用于第一光信息记录媒体的信息记录和/或再现，又
其中在该第二区域，装配一种衍射结构，在使用过程中，当光学系统温度变化而产生光学单元折射率的变化及第一光源发射波长的变化时，该衍射结构校正信息记录表面上光会聚点的球面像差，把球面像差限制在一定范围，使第一光信息记录媒体能最恰当地进行信息的再现和/或记录。
按照上述光拾取设备，当在以较厚保护基板为特征的第一光信息记录媒体上，进行记录和/或再现时，因光学系统使用过程中的温度变化，导致光学单元折射率的变化及第一光源发射波长的变化而产生的球面像差，能够用物镜第二区域中形成的衍射结构校正，从而把球面像差限制在能进行记录和/或再现的范围，因此可以校正整个光学系统中因温度变化而产生的球面像差。
在上述光拾取设备中，由于光学系统的温度变化ΔT，在信息记录表面光会聚点产生的球面像差变化量，最好满足如下公式(1)。
公式(1)：
-0.003[λrms/℃]＜ΔSA3[λrms]/ΔT[℃]＜+0.003[λrms/℃]
这里，ΔSA3是第3阶球面像差成分的变化量。
当公式(1)中因温度变化ΔT产生的球面像差变化量的绝对值，满足公式(1)时，抖动值不会变得过大。
此外，由于光学系统的温度变化ΔT，在信息记录表面光会聚点产生的球面像差变化量，最好满足如下公式(2)。
公式(2)：
-0.003[λrms/℃]＜ΔSA5 [λrms]/ΔT [℃]＜+0.003 [λrms/℃]
这里，ΔSA5是第5阶球面像差成分的变化量。
当因温度变化ΔT产生的球面像差变化量ΔSA5的绝对值变得过大时，在信息记录表面光会聚点的高次侧向漂移(high dimensionalside-rove)变得过大，从而来自信息记录表面的信号光线，被包括在来自邻近光轨的漂移(roving)光线内，使抖动值变得过大。当该球面像差变化量满足公式(2)的条件时，该抖动值仍然是可以使用的。
此外，当第二区域衍射结构形成的光程长度的增加量，由下面表达式(1)的光程差函数(h)定义时，满足表达式(2)所示条件是可取的，表达式(1)以h(mm)表示离开光轴的高度，以b2i表示2i阶(偶数阶)光程差系数，和以λ(mm)表示光通量的波长，再进一步，满足表达式(3)所示条件更为可取，表达式(3)以hL(mm)表示通过与第一区域1紧邻的第二区域2衍射结构表面的光线高度，和以hH(mm)表示通过衍射结构所在表面的有效光束最靠外的光线高度，这些参量示于图1。
表达式(1)：
Figure C0310842700091
表达式(2)：
{ &phi; &prime; ( h H ) - &phi; &prime; ( h L ) h H - h L } &lambda; < - 40
表达式(3)：
- 190 < { &phi; &prime; ( h H ) - &phi; &prime; ( h L ) h H - h L } &lambda; < - 70
如果满足表达式(2)的条件，温度变化产生的球面像差的恶化，能够通过衍射结构的波长依赖关系满意地校正。
顺便指出，在本发明中，至少在第二区域设置衍射结构。但是，在第一区域也可以设置衍射结构，如图1所示。此外，在图1所示实施例中，衍射结构设在物镜的光源一侧。然而，衍射结构也可以设在物镜的光信息媒体一侧。
还有，因光学系统温度变化ΔT [℃]，使信息记录表面的光会聚点产生球面像差变化，当把球面像差变化量中第3阶球面像差成分与第5阶球面像差成分的平方和的平方根，设为ΔSA3，5[λrms]，又把因温度变化ΔT，使球面像差变化量中更高阶，即高于5阶的球面像差成分，设为ΔSAh[λrms]时，满足下面的公式(3)是可取的，满足下面的公式(4)更为可取。
公式(3)：|ΔSA3，5/ΔSAh|＜3
公式(4)：|ΔSA3，5/ΔSAh|＜1.1
这里，
&Delta;S A 3,5 = ( &Delta;SA 3 ) 2 + ( &Delta;SA 5 ) 2
ΔSA3是因温度变化ΔT产生的第3阶球面像差变化量(λrms/℃)，和
ΔSA5是因温度变化ΔT产生的第5阶球面像差变化量(λrms/℃)。
如果满足公式(3)，则更高阶球面像差成分对抖动值的影响是如此地小，以致因温度变化产生的抖动值很难观测到，满足公式(4)将更为有效。
当在信息记录表面的光会聚点上，把因温度变化ΔT[℃]产生的球面像差变化量设为ΔWFE [λrms]时，满足下面公式(5)是可取的，但满足下面公式(6)更为可取。
公式(5)：|ΔSA3，5/ΔWFE|＜0.9
公式(6)：|ΔSA3，5/ΔWFE|＜0.75
这里，
&Delta;S A 3,5 = ( &Delta;SA 3 ) 2 + ( &Delta;SA 5 ) 2
&Delta;WFE = ( &Delta;SA 3 ) 2 + ( &Delta;SA 5 ) 2 + ( &Delta;S A h ) 2
ΔSA3是因温度变化ΔT产生的第3阶球面像差变化量(λrms/℃)，和
ΔSA5是因温度变化ΔT产生的第5阶球面像差变化量(λrms/℃)。
如果满足公式(5)，则更高阶球面像差成分对抖动值的影响是如此地小，以致因温度变化产生的抖动值可以忽略，满足公式(6)将更为有效。
此外，本发明的物镜，是用于光拾取设备的物镜，能对多种有不同厚度保护基板的光信息记录媒体，进行记录和/或再现，记录和/或再现的进行如下
对保护基板厚度为t1的第一光信息记录媒体，信息的再现和/或记录，由波长为λ1的第一光源进行，和
对保护基板厚度为t2(t1＜t2)的第二光信息记录媒体，信息的再现和/或记录由波长为λ2(λ1＜λ2)的第二光源进行，其中
在该种光拾取设备具有的光学系统中，来自第一或第二光源的光线，通过包含物镜的光学单元，被会聚成信息记录表面的一个焦点，
物镜的光学功能表面，被分成以一光轴为中心的至少两个同心光学功能区域，于是，通过包含该光轴的第一区域的光线，用于第一光信息记录媒体和第二光信息记录媒体两种媒体的信息记录和/或再现，而通过围绕第一区域的第二区域的光通量，主要用于第一光信息记录媒体的信息记录和/或再现，又
在第二区域上形成一种衍射结构，在使用过程中，当光学系统温度变化而产生光学单元折射率的变化及第一光源发射波长的变化时，该衍射结构校正信息记录表面上光会聚点的球面像差，把球面像差限制在一定范围，使第一光信息记录媒体能最恰当地进行信息的再现和/或记录。
按照上述物镜，当在以较厚保护基板为特征的第一光信息记录媒体上，进行记录和/或再现时，
使用过程中光学系统的温度变化，导致光学单元折射率的变化及第一光源发射波长的变化而产生的球面像差，能够用物镜第二区域中形成的衍射结构校正，从而，把球面像差限制在能进行记录和/或再现的范围，因此，可以校正光拾取设备整个光学系统中温度变化而产生的球面像差。
在上述物镜中，物镜和第一光源发射波长因温度变化ΔT，在信息记录表面光会聚点产生的球面像差变化量，最好满足如下公式(7)。
公式(7)：
0.000[λrms/℃]＜ΔSA3[λrms]/ΔT[℃]＜+0.004[λrms/℃]
这里，ΔSA3是第3阶球面像差成分的变化量。
此外，物镜和第一光源发射波长因温度变化ΔT，在信息记录表面光会聚点产生的球面像差变化量，最好满足如下公式(8)。
公式(8)：
-0.003[λrms/℃]＜ΔSA5[λrms]/ΔT[℃]＜+0.003[λrms/℃]
这里，ΔSA5是第5阶球面像差成分的变化量。
此外，当第二区域衍射结构形成的光程长度的增加量，由下面表达式(1)的光程差函数φ(h)定义时，满足上述表达式(2)所示条件是可取的，表达式(1)以h(mm)表示离开光轴的高度，以b2i表示2i阶(偶数阶)光程差系数，和以λ(mm)表示光通量的波长，再进一步，满足上述表达式(3)所示条件更为可取，表达式(3)以hL(mm)表示通过与第一区域紧邻的第二区域衍射结构表面的光线高度，和以hH(mm)表示通过衍射结构所在表面的有效光束最靠外的光线高度。
还有，物镜和第一光源发射波长因温度变化ΔT[℃]，使信息记录表面的光会聚点产生球面像差变化，当球面像差变化量中第3阶球面像差成分与第5阶球面像差成分的平方和的平方根，设为ΔSA3，5[λrms]，而因温度变化ΔT，使球面像差变化量中更高阶，即高于5阶的球面像差成分设为ΔSAh[λrms]时，最好满足下面的公式(9)。
公式(9)：|ΔSA3，5/ΔSAh|＜3
这里，
&Delta;S A 3,5 = ( &Delta;SA 3 ) 2 + ( &Delta;SA 5 ) 2
ΔSA3是因温度变化ΔT产生的第3阶球面像差变化量(λrms/℃)，和
ΔSA5是因温度变化ΔT产生的第5阶球面像差变化量(λrms/℃)。
再有，在信息记录表面的光会聚点上，当把物镜和第一光源发射波长因温度变化ΔT[℃]产生的球面像差变化量，设为ΔWFE[λrms]时，最好满足下面公式(10)。
公式(10)：|ΔSA3，5/ΔWFE|＜0.9
这更，
&Delta;S A 3,5 = ( &Delta;SA 3 ) 2 + ( &Delta;SA 5 ) 2
&Delta;WFE = ( &Delta;SA 3 ) 2 + ( &Delta;SA 5 ) 2 + ( &Delta;S A h ) 2
ΔSA3是因温度变化ΔT产生的第3阶球面像差变化量(λrms/℃)，和
ΔSA5是因温度变化ΔT产生的第5阶球面像差变化量(λrms/℃)。
附图说明
图1是本发明的物镜的剖面图。
图2是示意图，画出本发明的光拾取设备的结构。
图3(a)画出例1和例2中使用DVD时的光路。
图3(b)画出使用CD时的光路。
具体实施方式
下面将参照附图说明本发明的实施例。图2画出本发明实施例的光拾取设备的示意结构。
图2所示光拾取设备的结构如下：
涉及的是有1.2mm保护基板32b的CD(第二光盘32)和有0.6mm保护基板31b的DVD(第一光盘31)，
分别用第一光源和第二光源的655nm和785nm波长的光通量，在第一光盘31和第二光盘32信息记录表面31b和32b上进行信息的记录和/或再现。
如图2所示，该种光拾取设备是装在光学系统内的，该种光拾取设备包括：
耦合透镜16，它使来自第一半导体激光器(第一光源)11的光线折射，该激光器发射用于DVD的655nm波长的光通量，还使来自第二半导体激光器(第二光源)12的光线折射，该激光器发射用于CD的785nm波长的光通量，两种光线经耦合透镜16的折射后，产生无限远点光线的近似平行的通量，和
物镜18，它使来自透镜16的无限远点光线，分别会聚成光盘31和32的信息记录表面31a和32a上的焦点。
此外，在每一光源11、12与耦合透镜16之间，还装配有：
光束分束器13，它使来自第一光源11的光通量通过，而使来自第二光源12的光通量反射，
光束分束器14，它使来自两个光源11和12的光通量通过，和
四分之一波片15。
此外，光通量被每一光盘31和32的信息记录表面31a和32a反射，然后，光通量的光路被光束分束器14改变，最后，光通量被传输至光检测器21。
物镜18在其最外侧有凸缘部分18a，通过该凸缘部分，可以把物镜18固定在光拾取设备上。凸缘部分18a有一表面，垂直于物镜18的光轴伸出，所以可以进行精密安装。通过双轴致动器22，驱动物镜18沿聚焦方向和跟踪方向运动。
还有，校正球面像差的环形衍射结构，是为了校正每一光盘31和32的保护基板31a和32a之间厚度差产生的球面像差而构造的，物镜18光学表面的中央区域，用于在第一光盘31和第二光盘32两个光盘上记录和/或再现信息。
该环形衍射结构，是为了在使用过程中，当光拾取设备温度变化，使耦合透镜16和物镜18的折射率发生变化，及使第一光源11发射的波长发生变化时，补偿信息记录表面31a上光会聚点的球面像差，把球面像差限制在第一光盘31能有效地进行记录和/或再现的范围。
上述形成在物镜18周边区域的环形衍射结构，主要用于第一光盘31的信息记录或再现。
物镜18的中央区域，包括透镜的光轴，且是DVD和CD使用的公共区域，而围绕中央区域的周边区域，则专供DVD使用。
在从第一光盘(DVD)31再现信息时，从第一半导体激光器11发射的光束，通过光束分束器13和14、四分之一波片15、及耦合透镜16，成为平行光束。
该平行光束通过光阑17，并被物镜18会聚，通过第一光盘31的保护基板31b，落在信息记录表面31a。
然后，光束被信息记录表面31a的信息坑调制，并被反射，返回通过物镜18、光阑17、耦合透镜16、和四分之一波片15，之后，光束被光束分束器14反射，经柱面透镜19的像散作用后，光束通过凹透镜20，进入光检测器21。
之后，记录在第一光盘31上的信息被读出，并产生信息读出信号。
还有，聚焦的检测和跟踪的检测，是通过检测位置变化和光检测器21上特定光斑形状变化所产生的光量变化来进行的，然后，根据上述检测，双轴致动器22沿聚焦方向移动物镜18，把第一半导体激光器11的光束会聚成第一光盘31信息记录表面31a上的焦点，且双轴致动器22还沿跟踪方向移动物镜18，把第一半导体激光器11的光束会聚成预定光轨上的焦点。在第一光盘31上的信息记录，按上述相同方式进行。
下面是信息从第二光盘(CD)32再现的情形，从第一半导体激光器12发射的光束，经光束分束器13反射，通过光束分束器14、四分之一波片15、和耦合透镜16，成为平行光束。
该平行光束通过光阑17，并经物镜18会聚，通过第二光盘32的保护基板32b，落在信息记录表面32a上。
光束被信息记录表面32a的信息坑调制，并被反射，返回通过物镜18、光阑17、耦合透镜16、和四分之一波片15，之后，光束被光束分束器14反射，经柱面透镜19的像散作用后，光束通过凹透镜20，进入光检测器21。
之后，记录在第二光盘32上的信息被读出，并产生信息读出信号。聚焦的检测和跟踪的检测，是通过检测位置变化和光检测器21上特定光斑形状变化所产生的光量变化来进行的，然后，根据上述检测，双轴致动器22沿聚焦方向移动物镜18，把第二半导体激光器12的光束会聚成第二光盘32信息记录表面32a上的焦点，且双轴致动器22还沿跟踪方向移动物镜18，把第一半导体激光器12的光束会聚成预定光轨上的焦点。在第二光盘32上的信息记录，按上述相同方式进行。
在上述第一光盘31上再现和/或记录的情形下，当因光拾取设备的温度变化，使耦合透镜16和物镜18的折射率与第一光源11的发射波长变化时，信息记录表面31a上的焦点发生改变，如此出现的每种大的球面像差，在使用DVD时比使用CD更严重。每种球面像差都被物镜18周边区域的衍射结构校正，把球面像差限制在第一光盘31能最恰当地进行再现和/或记录的范围。据此，当用较短波长的激光器光线和高数值孔径的物镜时，例如使用DVD时，可以降低由温度变化产生的球面像差的有害影响，从而，可以实现高可靠性的光拾取设备。
[例]
接着，将在下面以光学系统的例1和例2，详细说明本发明，虽然，在这些例子中，物镜与耦合透镜是配成对的，但是，本发明不受这些例子的限制。在本例中，第一光信息记录媒体是DVD(设计的基本波长：655nm)，而第二光信息记录媒体是CD(设计的基本波长：785nm)。例1和例2的光学系统，能够用于图2所示光拾取设备。
本例的物镜和耦合透镜的光学表面的结构，属非球面表面，每一非球面表面具有表达式4所示非球面形状，其中“z”平行于光轴，“h”垂直于光轴，“r”是近轴曲率半径，“κ”是圆锥系数，“A”是非球面系数。
表达式(4)
z = h 2 / r 1 + 1 - ( 1 + &kappa; ) ( h / r ) 2 + &Sigma; i = 0 &infin; A 2 i h 2 i
在物镜上形成的衍射结构，由下面的表达式5表示，表达式使用φB作为光程差函数，并用弧度作单位。
表达式(5)
&phi; B = &Sigma; i = 0 &infin; B 2 i h 2 i
[例1]
例1的光学系统的特征在于，在DVD及CD两种情形下，系统中平行于光轴的光线，都从耦合透镜进入物镜。图3(a)画出DVD使用的光路，而图3(b)画出CD使用的光路。表1列出例1的透镜数据。
[表1]
f1＝2.33mm    f2＝2.35mm
NA1：0.65    NA2：0.51
  第i表面 ri   di(660nm)   ni(660nm)   di(788nm)   ni(788nm)
  0   11.2473   11.2473
  1   76.33199   1.26000   1.54076   1.26000   1.53709
  2   -7.05094   5.00000   1.0   5.37084   1.0
  3   1.42047   1.29000   1.53956   1.29000   1.53589
  3′   1.51385   1.29002   1.53956   1.29002   1.53589
  4   -7.45516   1.20912   1.0   0.83828   1.0
  5   ∞   0.6   1.57718   1.2   1.57051
  6   ∞
非球面表面数据
第2表面
非球面系数
κ    -1.0000×E-1
A1    +2.1479×E-4    P1  4.0
A2    +3.4212×E-6    P2  6.0
第3表面(0＜h＜1.200mm：DVD/CD共用区域)
非球面系数
κ  -2.7863×E-0
A1  +7.8158×E-2    P1  4.0
A2  -1.7319×E-2    P2  6.0
A3  +6.6991×E-3    P3  8.0
A4  -7.7846×E-3    P4  10.0
A5  +4.7234×E-3    P5  12.0
A6  -8.1378×E-4    P6  14.0
光程差函数(光程差函数系数：设计的基本波长690nm)
C4  -1.4668×E+1
C6  +1.2614×E+1
C8  -1.1416×E+1
C10 +3.2829×E-0
第3′表面(1.200mm＜h：DVD专用区域)
非球面系数
κ    -4.2018×E-0
A1    +1.2229×E-1    P1  4.0
A2    -2.5710×E-2    P2  6.0
A3    +2.4481×E-3    P3  8.0
A4    -3.1138×E-3    P4  10.0
A5    +2.3763×E-3    P5  12.0
A6    -4.6444×E-4    P6  14.0
光程差函数(光程差函数系数：设计的基本波长660nm)
C2   -1.9444×E+1
C4   +1.1987×E+1
C6   -2.2400×E-0
C8   -3.3620×E-0
C10  +9.3305×E-1
第4表面
非球面系数
κ    +1.0149×E+1
A1    +1.9952×E-2    P1  4.0
A2    +1.3978×E-3    P2  6.0
A3    +4.8040×E-3    P3  8.0
A4    -6.1139×E-3    P4  10.0
A5    +2.2855×E-3    P5  12.0
A6    -3.0928×E-4    P6  14.0
[例2]
例2的光学系统在DVD及CD两种情形下，系统中平行于光轴的光线，都从耦合透镜进入物镜。用于DVD的光路与图3(a)的光路相同，而用于CD的光路与图3(b)的光路相同。表2列出例2的透镜参数。
[表2]
f1＝2.50mm    f2＝2.52mm
NA1：0.60    NA2：0.47
  第i表面   ri   di(655nm)   ni(655nm)   di(785nm)   ni(785nm)
  0   14.9412   14.9412
  1   96.95215   1.78000   1.54094   1.78000   1.53716
  2   -9.44222   5.00000   1.0   5.36597   1.0
  3   1.56572   1.21000   1.54094   1.21000   1.53716
  3′   1.63695   1.21000   1.54094   1.21000   1.53716
  4   -7.23168   1.44192   1.0   1.07595   1.0
  5   ∞   0.6   1.57752   1.2   1.57063
  6   ∞
非球面表面数据
第2表面
非球面系数
κ    -1.0000×E-1
A1    +9.0687×E-1  P14.0
A2    +7.6544×E-7  P26.0
第3表面(0＜h＜1.180mm：DVD/CD共用区域)
非球面系数
κ    -1.4132×E-0
A1    +2.0442×E-2    P1  4.0
A2    +6.4295×E-3    P2  6.0
A3    -4.6904×E-3    P3  8.0
A4    +3.4762×E-3    P4  10.0
A5    -1.8483×E-3    P5  12.0
A6    +3.4186×E-4    P6  14.0
光程差函数(光程差函数系数：设计的基本波长720nm)
C4  -6.6989×E-0
C6  +1.2273×E-0
C8  -1.1807×E-0
C10 +2.1733×E-1
第3′表面(1.180mm＜h：DVD专用区域)
非球面系数
κ  -1.3055×E-0
A1  +4.7718×E-2    P1  4.0
A2  -2.2815×E-2    P2  6.0
A3  +1.3503×E-2    P3  8.0
A4  -4.0679×E-3    P4  10.0
A5  +3.9292×E-4    P5  12.0
光程差函数(光程差函数系数：设计的基本波长655nm)
C2  -6.9324×E-0
C4  +5.9831×E-0
C6  -5.5991×E-0
C8  +7.1254×E-1
C10 +9.8328×E-2
第4表面
非球面系数
κ  -6.6037×E-0
A1  +2.0092×E-2    P1  4.0
A2  +1.3618×E-2    P2  6.0
A3  -1.9554×E-2    P3  8.0
A4  +8.5016×E-3    P4  10.0
A5  -1.7678×E-3    P5  12.0
A6  +1.4752×E-4    P6  14.0
在例1和例2中，由于保护基板之间的厚度差产生的球面像差，被物镜中形成于DVD和CD公共区域内的环形衍射结构校正，而因温度变化产生的球面像差，被形成于DVD专用区域的环形衍射结构校正。
此外，例1中的物镜温度特性和整个光学系统的温度特性，示于下面的表3中。
[表3]
例1
  物镜的温度特性(λ＝660nm附近，NA 0.65)
  ΔSA<sub>3</sub>/ΔT   ΔSA<sub>5</sub>/ΔT   |ΔSA<sub>3，5</sub>/ΔSA<sub>h</sub> |   |ΔSA<sub>3，5</sub>/ΔWFE |   表达式6的值
  常规例   4.30E-04   5.30E-04   5.80   0.99   -2.8
  本例   3.00E-04   1.66E-04   0.93   0.68   -172.6
  光学系统的温度特性(λ＝660nm附近，NA 0.65)
  ΔSA<sub>3</sub>/ΔT   ΔSA<sub>5</sub>/ΔT   |ΔSA<sub>3，5</sub>/ΔSA<sub>h</sub> |   |ΔSA<sub>3，5</sub>/ΔWFE |   表达式6的值
  常规例   1.30E-04   5.00E-04   4.44   0.98   -2.8
  本例   0.00E+00   1.66E-04   0.50   0.47   -172.6
此外，例2中的物镜温度特性和整个光学系统的温度特性，示于下面的表4中。
[表4]
例2
  物镜的温度特性(λ＝655nm附近，NA 0.60)
  ΔSA<sub>3</sub>/ΔT   ΔSA<sub>5</sub>/ΔT   |ΔSA<sub>3，5</sub>/ΔSA<sub>h</sub> |   |ΔSA<sub>3，5</sub>/ΔWFE |   表达式6的值
  常规例   6.67E-04   3.67E-04   6.97   0.99   -31.5
  本例   2.67E-04   3.33E-05   1.53   0.84   -89.3
  光学系统的温度特性(λ＝655nm附近，NA 0.60)
  ΔSA<sub>3</sub>/ΔT   ΔSA<sub>5</sub>/ΔT   |ΔSA<sub>3，5</sub>/ΔSA<sub>h</sub>|   |ΔSA<sub>3，5</sub>/ΔWFE|   表达式6的值
  常规例   4.66E-04   3.67E-04   5.61   0.98   -31.5
  本例   6.67E-05   3.33E-05   0.46   0.42   -89.3
如表3和表4所示，关于例1和例2中每个物镜，在因温度变化ΔT使信息记录表面上光会聚点产生的球面像差变化量中，第3阶球面像差变化量ΔSA3[λrms]/ΔT[℃]与第5阶球面像差变化量ΔSA5[λrms]/ΔT[℃]，分别满足上述公式(7)和(8)所示条件。而且，它们分别满足上述公式(9)和(10)所示条件。
此外，关于例1和例2中每个光学系统，在因温度变化ΔT使信息记录表面上光会聚点产生的球面像差变化量中，第3阶球面像差变化量ΔSA3[λrms]/ΔT[℃]与第5阶球面像差变化量ΔSA5[λrms]/ΔT[℃]，分别满足上述公式(1)和(2)所示条件。而且，它们还分别满足上述公式(4)和(6)所示条件。
当光线通过物镜上紧邻公共区域的DVD专用区域衍射结构时，把该光线的高度设为hL(mm)，当光线通过DVD专用的已有衍射结构上的表面时，把有效光束最靠外部分的光线高度设为hH(mm)，并设波长为λ(mm)，则用表达式1所示上述光程差函数(h)的表达式值(单位：1/mm2)，分别满足上述用于物镜和光学系统的表达式2和3的条件。满足表达式2所示条件，可以利用衍射结构对波长的依赖性，满意地校正由于温度变化而使球面像差的恶化。
表达式(6)
{ &phi; &prime; ( h H ) - &phi; &prime; ( h L ) h H - h L } &lambda; , ( 1 / mm 2 )
在表1和表2中，f1是物镜用于DVD时在信息记录表面上的焦距(mm)，f2是物镜用于CD时在信息记录表面上的焦距(mm)，NA1是用于DVD时物镜像侧的数值孔径，而NA2是用于CD时物镜像侧的数值孔径。
此外，在上述的表和图中，“ E”(或“e”)表示10的幂，就是说，E-02或E-2表示10-2。
按照本发明，在不同类型的多个信息记录媒体上进行记录或再现至少二者之一的光拾取设备中，可以提供一种拾取设备和用于该种拾取设备的一种物镜，当用较短波长的光束进行记录或再现时，能校正因该光学系统温度变化而产生的球面像差。

Claims (9)

1.一种光拾取设备，用于在具有不同厚度的相应保护基板的多种光信息记录媒体上进行信息记录和/或再现，包括：
第一光源，波长为λ1，用于在保护基板厚度为t1的第一光信息记录媒体上进行信息的再现和/或记录；
第二光源，波长为λ2，λ1＜λ2，用于在保护基板厚度为t2，t1＜t2的第二光信息记录媒体上进行信息的再现和/或记录；
光学系统，通过含有物镜的光学单元，把来自第一和第二光源的光通量，会聚在信息记录表面上；
其中，物镜的光学功能表面被分成中心在一光轴上的至少两个同心的光学功能区域，从而已经通过包含该光轴的第一区域的光通量被用于第一和第二两种光信息记录媒体的信息记录和/或再现，而已经通过围绕第一区域定位的第二区域的光通量主要用于第一光信息记录媒体的信息记录和/或再现；
其中，在该第二区域设有一种衍射结构，当因该光学系统的工作温度变化而使光学单元的折射率及第一光源的波长变化时，该衍射结构校正信息记录表面上会聚光点的球面像差从而把球面像差调整在一定范围内，使第一光信息记录媒体能进行信息的再现和/或记录；以及
其中，当由第二区域的衍射结构增加的光程长度的附加长度，由下面的光程差函数φ(h)表示时：
&phi; ( h ) = &Sigma; i = 1 &infin; b 2 i h 2 i &lambda;
这里h[mm]表示离开光轴的高度，b2i表示光程差函数的2i阶系数，而λ[mm]表示光通量的波长，
则该衍射结构满足下面的条件式：
{ &phi; &prime; ( h H ) - &phi; &prime; ( h L ) h H - h L } &lambda; < - 40
这里hL[mm]表示从光轴到第二区域的衍射结构的一个平面的光线高度，该光线通过该平面并且第二区域开始与第一区域相接触，而hH[mm]表示从光轴到光线通过的衍射结构的一个平面的有效光通量的最靠外部分的光线的高度。
2.按照权利要求1的光拾取设备，其中，所述衍射结构校正由于光学系统的工作温度变化ΔT引起的信息记录表面上会聚光点的球面像差，从而满足如下公式：
-0.003 [λrms/℃]＜ΔSA3[λrms]/ΔT[℃]＜+0.003[λrms/℃]，其中ΔSA3表示3阶球面像差分量的变化量。
3.按照权利要求1的光拾取设备，其中，所述衍射结构校正由于光学系统的工作温度变化ΔT引起的信息记录表面上会聚光点的球面像差，从而满足如下公式：
-0.003[λrms/℃]＜ΔSA5 [λrms]/ΔT[℃]＜+0.003[λrms/℃ ]，其中ΔSA5表示5阶球面像差分量的变化量。
4.按照权利要求1的光拾取设备，其中，所述衍射结构满足下面的条件式：
- 190 < { &phi; &prime; ( h H ) - &phi; &prime; ( h L ) h H - h L } &lambda; < - 70 .
5.按照权利要求2的光拾取设备，其中，当由于光学系统的温度变化ΔT[℃]引起的信息记录表面上会聚光点的球面像差的变化量中，第3阶球面像差成分的平方与第5阶球面像差成分的平方之和的平方根为ΔSA3，5 [λrms]，并且由于因温度变化ΔT[℃]引起的球面像差的变化量中高于5阶的高阶球面像差分量为ΔSAh[λrms ]时，所述衍射结构校正由于光学系统的工作温度变化ΔT引起的信息记录表面上会聚光点的球面像差，从而满足下面的公式：
|ΔSA3，5/ΔSAh|＜3，
这里，
&Delta; SA 3,5 = ( &Delta; SA 3 ) 2 + ( &Delta; SA 5 ) 2
ΔSA3[λrms/℃]是因温度变化ΔT产生的第3阶球面像差分量的变化量，和
ΔSA5[λrms/℃]是因温度变化ΔT产生的第5阶球面像差分量的变化量。
6.按照权利要求5的光拾取设备，其中，所述衍射结构校正由于光学系统的工作温度变化ΔT引起的信息记录表面上会聚光点的球面像差，从而满足下面的公式：
|ΔSA3，5/ΔSAh|＜1.1。
7.按照权利要求2的光拾取设备，其中，当因光学系统的温度变化ΔT[℃]引起的信息记录表面上会聚光点的球面像差的变化量为ΔWFE[λrms]时，所述衍射结构校正由于光学系统的温度变化引起的信息记录表面上会聚光点的球面像差，从而满足下面的条件：
|ΔSA3，5/ΔWFE|＜0.9，
这里
&Delta; SA 3,5 = ( &Delta; SA 3 ) 2 + ( &Delta; SA 5 ) 2
&Delta;WFE = ( &Delta; SA 3 ) 2 + ( &Delta; SA 5 ) 2 + ( &Delta; SA h ) 2
ΔSA3[λrms/℃]是因温度变化ΔT产生的第3阶球面像差分量的变化量，和
ΔSA5[λrms/℃]是因温度变化ΔT产生的第5阶球面像差分量的变化量。
8.按照权利要求7的光拾取设备，其中，所述衍射结构校正由于光学系统的温度变化引起的信息记录表面上会聚光点的球面像差，从而满足下面的条件：
|ΔSA3，5/ΔWFE|＜0.75。
9.一种用于光拾取设备的物镜，该光拾取设备用于在具有不同厚度的相应保护基板的多种光信息记录媒体上进行信息记录和/或再现，其中，该光拾取设备设有波长为λ1的第一光源，用于对保护基板厚度为t1的第一光信息记录媒体进行信息再现和/或记录；波长为λ2，λ1＜λ2的第二光源，用于对保护基板厚度为t2，t1＜t2的第二光信息记录媒体进行信息再现和/或记录；还设有光学系统，用于通过包含物镜的光学单元，把来自第一和第二光源的光通量会聚到信息记录表面上，该物镜包括：
光学功能表面，被分成中心在一光轴上的至少两个同心的光学功能区域，从而已经通过包含该光轴的第一区域的光通量被用于第一和第二两种光信息记录媒体的信息记录和/或再现，而已经通过围绕第一区域定位的第二区域的光通量则主要用于第一光信息记录媒体的信息记录和/或再现，和
在第二区域上提供的衍射结构，当由于该光学系统的工作温度变化而使光学单元的折射率及第一光源的波长变化时，该衍射结构校正信息记录表面上会聚光点的球面像差，从而把球面像差调整在一定范围内，使第一光信息记录媒体能进行信息的再现和/或记录，以及
其中，当由第二区域的衍射结构增加的光程长度的附加长度由下面光程差函数φ(h)表示时：
&phi; ( h ) = &Sigma; i = 1 &infin; b 2 i h 2 i &lambda;
这里h[mm]表示离开光轴的高度，b2i表示光程差函数的2i阶系数，而λ[mm]表示光通量的波长，
满足下面的条件式：
{ &phi; &prime; ( h H ) - &phi; &prime; ( h L ) h H - h L } &lambda; < - 40 ,
这里hL[mm]表示从光轴到第二区域的衍射结构平面的光线高度，该光线通过该平面并且第二区域开始与第一区域相接触，而hH[mm]表示从光轴到光线通过的衍射结构平面有效光通量的最靠外部分的光线高度。
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