CN101620865B - 光学拾取器和使用该光学拾取器的光盘设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及光学拾取器和使用该光学拾取器的光盘设备。该光学拾取器包括：光源，其发射光束；物镜，其将从光源发射的光束汇聚到光盘上；至少一个发散角转换透镜，其布置在光源与物镜之间，并使入射光束的发散角发生变化；驱动单元，其被配置为在光轴方向上驱动发散角转换透镜；光学检测装置，其对在光盘处反射的返回光束进行检测；以及环境变化检测单元，其被配置为检测环境温度变化，其中，物镜由折射器件制成，折射器件在其一个表面上具有呈阶梯形状或锯齿剖面形状的衍射结构，衍射结构产生衍射光，该衍射光提供适于执行令人满意的记录及/或再现的光点，物镜满足与环境温度变化对应的波前像差量、环境温度变化量、以及焦距之间的特定关系。

Description

光学拾取器和使用该光学拾取器的光盘设备
技术领域
本发明涉及用于对于光盘进行信息信号的记录及/或再现的光学拾取器，并涉及使用该光学拾取器的光盘设备。
背景技术
在对于光盘进行信息信号的记录及/或再现的光学拾取器中，近来已经提出了使用物镜作为光学拾取器的构件，其可以是塑料透镜及单透镜形式，以降低整体重量及制造成本。
此外，近来已经使用了一种光盘，其能够以比常规光盘(例如，CD(紧致盘)或DVD(数字多用途盘))更高的密度来记录信息信号。例如，存在BD(蓝光盘(注册商标))，通过使用从紫光半导体激光器发射并具有约405nm波长的光(光学)束，来记录及/或再现信号。
与在用于DVD及CD的光学拾取器中的情况类似，也希望在用于上述高密记录光盘(例如，BD)的光学拾取器中使用塑料透镜作为物镜。但是，因为相较于玻璃透镜，塑料透镜表现了基于温度的改变而在折射率方面产生更大变化的特性，所以由于温度改变会在塑料透镜中会产生更大的球面像差。具体而言，在用于BD的光学拾取器中，当透镜具有约0.85的较大数值孔径(NA)时，即使存在数度的微小温度变化，所产生的球面像差也会达到严重影响透镜的聚焦特性的程度。
用于校正因温度变化而产生的球面像差的一种常规方法是在物镜的表面上设置衍射结构，并产生与因温度变化而产生的球面像差极性相反的球面像差，由此消除因温度变化而产生的球面像差。但是，需要施加较大的衍射能力(diffraction power)以完全校正因温度变化而产生的球面像差。由此产生以下问题，即衍射结构过于精密，导致难以形成该衍射结构。另一个问题是，对加工精密结构的要求导致因对模具的不完全切割(产生未切割部分)而难以实现令人满意的光利用效率。
另一种用于校正因温度变化而产生的球面像差的可构思方法是在光轴方向上驱动准直透镜，以通过倍率球面像差来消除因温度变化而产生的球面像差(参见日本未审查专利申请公开号2008-4169)。但是，因准直透镜的驱动行程极大且光学拾取器的尺寸增大，故该方法不利于减轻光学拾取器的重量。
此外，可通过形成发散角转换透镜作为两件式透镜来减小准直透镜的驱动行程，由此增大随着在光轴方向上驱动透镜而产生球面像差时的灵敏度，并减小了准直透镜的驱动行程。但是，该方法增加了透镜的数量，不利于控制生产成本。
上述方法通常还额外采用监控温度并基于温度变化来驱动透镜的系统。但是，因为着眼于执行与产生的球面像差对应的校正，产生球面像差的灵敏度过高，所以这种系统难以执行精确的反馈系统控制。
此外，因温度变化而产生的较大球面像差包括五阶或更高阶的球面像差部分，其产生比率不同于包含在随着透镜驱动而产生的倍率球面像差中的更高阶部分。由此导致难以完全消除五阶或更高阶球面像差部分。
发明内容
需要一种光学拾取器和光盘设备，其可减小因环境温度变化而产生的像差，并可实现令人满意的记录及再现。
根据本发明的一个实施例，一种光学拾取器包括：光源，其发射光束；物镜，其将从所述光源发射的所述光束汇聚到光盘上；至少一个发散角转换透镜，其布置在所述光源与所述物镜之间，并改变入射光束的发散角；驱动装置，其用于在光轴方向上驱动所述发散角转换透镜；光学检测装置，其对在所述光盘处反射的返回光束进行检测；以及环境变化检测单元，其被配置为检测环境温度变化，其中，所述物镜由折射器件制成，所述折射器件在其一个表面上具有呈阶梯形状或锯齿剖面形状的衍射结构，所述衍射结构产生衍射光，所述衍射光提供适于执行令人满意的记录及/或再现的光点，当使用一阶光时，所述物镜满足2.5×10-3≤ΔWFA/(ΔT×f)≤2.6×10-3的关系，当使用二阶光时，所述物镜满足1.8×10-3≤ΔWFA/(ΔT×f)≤2.6×10-3的关系，当使用三阶光时，所述物镜满足1.1×10-3≤ΔWFA/(ΔT×f)≤2.6×10-3的关系，当使用四阶光时，所述物镜满足0.7×10-3≤ΔWFA/(ΔT×f)≤2.6×10-3的关系，当使用五阶光时，所述物镜满足0.2×10-3≤ΔWFA/(ΔT×f)≤2.6×10-3的关系，其中，ΔWFA表示所述物镜的与环境温度变化相对应的波前像差的量，ΔT表示环境温度变化的量，而f表示所述物镜的焦距，并且其中，所述发散角转换透镜根据所述环境变化检测单元的检测结果而被步进驱动。
根据本发明的另一实施例，光盘设备包括光学拾取器，该光学拾取器对于被驱动旋转的光盘进行信息信号的记录及/或再现，该光盘设备中的光学拾取器如上所述构造。
根据本发明的实施例，即使当环境温度变化时，通过形成在物镜的一个表面上的预定衍射结构与取决于环境改变检测单元的检测结果而对发散角转换透镜进行的驱动的协作，可以抑制球面像差的产生并保持光学特性。因此，根据本发明的实施例，物镜例如可由塑料制成，并且可减小角转换透镜的驱动行程。因此，可保持记录及再现特性，可实现设备尺寸及重量的减小，并可简化设备结构。此外，根据本发明的实施例，通过使因环境温度变化而产生的像差减小，可实现令人满意的记录及再现特性。
附图说明
图1是示出根据本发明的实施例的光盘设备的构造的电路框图；
图2是示出根据本发明的实施例的光学拾取器的光学系统的光路图；
图3A及图3B示出了物镜及其衍射结构，该物镜是根据本发明的实施例的光学拾取器的一个构件；具体而言，图3A是物镜的剖面图，而图3B是示出物镜的侧面的平面图，其包括衍射结构；
图4是记录及再现方法的流程图，说明了通过使用根据本发明的实施例的光盘设备而实施的记录及再现方法中所使用的温度检测系统；
图5A、图5B及图5C是说明确定衍射结构的栅距(pitch)的方式；具体而言，图5A是示出对于径向的各个位置，所要施加的设计相位量φ相对于设计波长λ0的图，图5B是示出基于图5A中绘出的φ，对于径向的各个位置、实际施加的相位量φ′的图，而图5C是概念性地示出应用了图5B所示的相位量φ′的衍射结构的形状的图；
图6是示出衍射结构中的区域数量与物镜中相位系数C2之间关系的图；
图7是示出因环境温度变化而产生的波前像差与衍射结构的最小栅距之间关系的图；
图8是模具及模具加工切入量的剖视图，该视图用于说明由于用于形成物镜的模具与对模具进行加工的模具加工切入量之间的结构关系导致的、未被加工的未切除部分的产生；
图9是示出衍射结构的栅距与光利用效率之间关系的图，该图用于说明衍射栅距与由于加工损耗引起的光利用效率的降低之间的关系；
图10是示出温度变化与残余像差之间关系的图，该图用于基于是否存在校正的情况说明因环境温度变化而产生的波前像差；
图11A、图11B及图11C是示出温度变化、准直透镜的相应位置、以及在准直透镜移动之后残余球面像差中相应变化之间的关系的视图；
图12是示出当环境温度产生变化时产生的球面像差部分的详细情况的图；而
图13是示出当倍率变化时球面像差部分的详细情况的图。
具体实施方式
将参考附图详细描述根据本发明的实施例的光学拾取器和光盘设备。
如图1所示，根据本发明的实施例的光盘设备1包括：用于对于光盘2(即，光学记录介质)进行信息的记录及/或再现的光学拾取器3，以及用作使光盘2旋转的驱动器的主轴电动机4。此外，光盘设备1包括用于在光盘2的径向上驱动光学拾取器3的进给电动机5作为用于光学拾取器3的驱动器。
在光盘设备1中使用的光盘2例如是适用于具有约785nm发光波长的半导体激光器的CD(紧致盘)，CD-R(可记录)或CD-RW(可重写)。此外，光盘2例如是适用于具有约655nm发光波长的半导体激光器的DVD(数字多用途盘)，DVD-R(可记录)，DVD-RW(可重写)，或DVD+RW(可重写)。此外，光盘2是高密记录光盘，例如BD(蓝光盘(注册商标))，其适用于具有约405nm发光波长(蓝紫光)的半导体激光器。
在光盘设备1中，主轴电动机4及进给电动机5取决于盘类型而受到伺服控制单元9的控制，根据来自与盘类型区分单元配合的系统控制器7的命令来对伺服控制单元9进行控制。以预定转数来驱动光盘2。
光学拾取器3向光盘2的记录表面照射光束并对所照射的光束在记录表面处的反射而产生的光束进行检测。此外，光学拾取器3向前置放大器14提供与在光盘2的记录表面处反射的光束对应的信号。
前置放大器14例如通过使用像散法来基于光学检测器的输出而产生聚焦误差信号，并例如通过使用3束法、DPD法或DPP法来产生寻轨误差信号。此外，前置放大器14产生RF信号并向信号调制器/解调器&ECC模块15输出RF信号。此外，前置放大器14还向伺服控制单元9输出聚焦误差信号及寻轨误差信号。
当在诸如BD的光盘2上记录数据时，信号调制器/解调器&ECC模块15对来自接口16或D/A&A/D转换器18的数字信号输入执行以下处理。更具体而言，信号调制器/解调器&ECC模块15根据一种误差校正技术(例如，LCD-ECC及BIS)来执行误差校正处理，然后通过使用1-7PP技术来执行调制处理。此外，当数据记录在诸如DVD的光盘上时，信号调制器/解调器&ECC模块15根据使用例如PC(乘积码)的误差校正技术来执行误差校正处理，然后执行诸如8-16调制处理之类的调制处理。此外，当在诸如CD的光盘上记录数据时，信号调制器/解调器&ECC模块15根据使用例如CIRC的误差校正技术来执行误差校正处理，然后执行诸如8-14调制处理之类的调制处理。信号调制器/解调器&ECC模块15向激光控制单元21输出调制数据。当从各个光盘再现数据时，信号调制器/解调器&ECC模块15基于从前置放大器14输入的RF信号来执行解调处理。此外，信号调制器/解调器&ECC模块15执行误差校正处理，并向接口16或D/A&A/D转换器18输出得到的数据。
当在压缩了数据之后记录数据时，压缩/解压单元可以布置在信号调制器/解调器&ECC模块15与接口16或D/A&A/D转换器18之间。在此情况下，根据诸如MPEG2或MPEG4的常规技术来压缩数据。
聚焦误差信号及寻轨误差信号从前置放大器14被输入至伺服控制单元9。伺服控制单元9产生聚集伺服信号及寻轨伺服信号，使得聚焦误差信号及寻轨误差信号变为0。根据这些伺服信号，伺服控制单元9驱动并控制物镜驱动器，例如，用于驱动物镜的双轴致动器。此外，伺服控制单元9从前置放大器14的输出检测同步信号等，并通过使用CLV(恒定线速度)或CAV(恒定角速度)技术或两种技术的组合来控制主轴电动机。
激光控制单元21控制光学拾取器3的激光光源。在本实施例中，具体而言，激光控制单元21执行控制，用于在记录模式与再现模式之间将激光光源的输出功率设定为不同水平。此外，激光控制单元21可执行控制，用于基于光盘2的类型来将激光光源的输出功率设定为不同水平。在此情况下，激光控制单元21基于光盘2的类型(其由盘类型区分单元22来检测)来将光学拾取器3的多个激光光源各自切换。
盘类型区分单元22可以例如基于光盘之间表面反射系数、形状及外形轮廓的差异，通过检测反射光量的变化来区分不同格式的光盘2。
构成光盘设备1的模块能够分别基于当时装入的光盘2的与盘类型区分单元22的检测结构对应的规格来执行信号处理。
系统控制器7对应于光盘2的类型(其已经由盘类型区分单元22进行了区分)来控制整个设备。此外，响应于来自使用者的操作输入，系统控制器7基于地址信息及TOC(内容表)  (它们例如以形成在光盘最内周的预制(premastered)的坑或槽的形式来记录)来执行控制。在此情况下，系统控制器7在要执行记录或再现的光盘上指定记录位置或再现位置，然后根据指定的位置控制各个部件。
在如此构造的光盘设备1中，由主轴电动机4使光盘2旋转，而进给电动机5根据来自伺服控制单元9的控制信号而被驱动并控制。此外，在光盘设备1中，光学拾取器3移动至与光盘2上希望的记录轨道对应的位置，在该位置对于光盘2进行信息的记录或再现。
具体而言，当光盘设备1记录或再现信息时，伺服控制单元9通过使用CAV或CLV技术或两种技术的组合来使光盘2旋转。光学拾取器3从光源照射光束，并通过光学检测器对从光盘2返回的光束进行检测，由此产生聚焦误差信号及寻轨误差信号。根据聚焦误差信号及寻轨误差信号，光学拾取器3通过物镜驱动机构来驱动物镜，以执行聚焦伺服控制及寻轨伺服控制。
当光盘设备1记录信息时，来自外部计算机17的信号通过接口16被输入到信号调制器/解调器&ECC模块15。信号调制器/解调器&ECC模块15将预定误差校正码(如上所述)和从接口16或A/D转换器18输入的数字数据相加，然后执行预定调制处理，由此产生记录信号。激光控制单元21根据由信号调制器/解调器&ECC模块15产生的记录信号来控制光学拾取器3中的激光光源，由此信息被记录在预定光盘上。
当光盘设备1对记录在光盘2上的信号进行再现时，信号调制器/解调器&ECC模块15对由光学检测器检测到的信号执行解调处理。当要将通过信号调制器/解调器&ECC模块15解调的记录信号储存在计算机的数字储存器中时，记录信号通过接口16输出至外部计算机17。由此，外部计算机17可根据在光盘2上记录的信号来工作。当由信号调制器/解调器&ECC模块15解调的记录信号将用于音频/视频用途时，记录信号在D/A转换器18中经过数模转换，并且获得的模拟信号被供应至音频/视频处理单元19。模拟信号在音频/视频处理单元19中经过音频/视频处理，然后通过音频/视频信号输入/输出单元20被输出至外部扬声器或监控器(两者均未示出)。
以下将参考图2详细描述在上述光盘设备1中使用的光学拾取器3。
如图2所示，在本发明的实施例中使用的光学拾取器3包括光源31(例如，发出具有预定波长的激光束的半导体激光装置)以及用于将从光源31发出的激光(光)束汇聚在光盘2上的物镜32。此外，光学拾取器3还在光源31与物镜32之间包括准直透镜34，其起用于转换入射光束的发散角的发散角转换透镜的作用。
此外，光学拾取器3还在光源3 1与准直透镜34之间包括用于检测寻轨误差的(衍射)光栅35。光学拾取器3还在光栅35与准直透镜34之间包括分束器36，其起用于将在光盘2处反射的返回光束与已经从光源31发出以通过前往光盘2的路径的光束的光路相分离的光路分离器的作用。
此外，光学拾取器3包括光学检测器38，其起光学检测装置的作用并具有光接收部分37，光接收部分37对通过分束器36而与前往光束分离的返回光束进行接收并检测。光学拾取器3在分束器36与光接收部分37之间包括多透镜39，该多透镜39用于将从分束器36进入多透镜39的光束汇聚在光接收部分37的光接收表面上，并用于使光束产生像散以对聚焦误差信号等进行检测。
光源31发出具有例如约405nm的波长的光束。注意，从光源31发出的光束的波长并不限于上述值，而且光源可发出具有例如约655nm或785nm的波长的光束。或者，可向相应的光盘选择性地发出具有不同波长的多个所述光束。此外，光学拾取器3可包括能够发出具有不同波长的各个光束的多个光源。
光栅35布置在光源31与准直透镜34之间，并将从光源31发出的光束分为三束(向准直透镜34输出)用于对寻轨误差信号等进行检测。
分束器36具有分离表面36a，用于使从光栅35引入以进入分束器36的前往光束穿过该分离表面36a以向准直透镜34输出，并用于使从准直透镜34引入以进入分束器36的返回光束在该位置被反射以向多透镜39输出。分离表面36a被形成为具有例如提供上述功能的偏振依赖特性。通过设置分离表面36a，分束器36起光路分离器的作用，用于将前往光束(通过光栅35进入分束器36)与返回光束(在光盘2处反射并通过物镜32及准直透镜34进入分束器36)分离。
准直透镜34布置在分束器36与物镜32之间的光路中，并可在光轴方向上移动，以基于准直透镜34在光轴方向上已经移动到的位置来将光束的发散角转换为预定发散角。例如，准直透镜34使得入射光束在大致平行光束状态下或在相对于大致平行光束汇聚或发散的状态下向物镜32输出。此外，光学拾取器3包括准直透镜驱动机构40，其起驱动器的作用，该驱动器用于驱动准直透镜34以在光轴方向上移动。准直透镜驱动机构40由伺服控制单元9控制，使得可基于环境温度的变化来调节准直透镜34的位置。如下所述，准直透镜驱动机构40以步进方式驱动准直透镜34。
物镜32使从准直透镜34入射的光束汇聚，由此汇聚在光盘2的信号记录表面上。物镜32由折射器件制成，该折射器件在其一个表面上具有阶梯形状或锯齿剖面形状的衍射结构，其产生衍射光以提供适于执行令人满意的记录及再现的光斑(spot)。具体而言，如图3所示，物镜32具有在其入射一侧的表面中形成具有同心区域形状的衍射结构33。物镜32的衍射结构33起衍射部分的作用，用于附加于由物镜32的曲面施加的折射性，还向穿过物镜32的光束施加衍射性。此外，如下所述，衍射结构33具有基于温度变化来施加衍射性并消除在光学部分(包括物镜32)中因温度变化而产生的像差的功能。
具有衍射结构33的物镜32被形成为使得ΔWFA/(ΔT×f)落入预定范围。在这里，ΔWFA表示物镜32的与环境温度变化对应的波前像差量，ΔT表示环境温度变化的量，而f表示物镜32的焦距。此外，当使用一至五阶衍射光时，ΔWFA/(ΔT×f)对于各阶衍射具有不同的范围。具体而言，当使用一阶光时，ΔWFA/(ΔT×f)满足关系式2.5×10-3≤ΔWFA/(ΔT×f)≤2.6×10-3。当使用二阶光时，ΔWFA/(ΔT×f)满足关系式1.8×10-3≤ΔWFA/(ΔT×f)≤2.6×10-3。当使用三阶光时，ΔWFA/(ΔT×f)满足关系式1.1×10-3≤ΔWFA/(ΔT×f)≤2.6×10-3。当使用四阶光时，ΔWFA/(ΔT×f)满足关系式0.7×10-3≤ΔWFA/(ΔT×f)≤2.6×10-3。当使用五阶光时，ΔWFA/(ΔT×f)满足关系式0.2×10-3≤ΔWFA/(ΔT×f)≤2.6×10-3。物镜32的焦距满足关系式1.4mm≤f≤2.6mm。原因在于，如果焦距f小于下限值，则因为因温度变化而产生的球面像差较小，故减小了通过驱动准直透镜进行校正的必要性。此外，如果焦距f大于上限值，因温度变化而产生的球面像差被增大，使得通过驱动准直透镜而获得的校正间隔过小。
通过设置衍射结构33，物镜32可通过物镜32的衍射性改变作用来校正因环境温度变化而产生的波前像差的一部分。因此，相较于仅通过驱动准直透镜等来减小因温度变化而产生的波前像差的现有技术，具有衍射结构33的物镜32可减小准直透镜被驱动的移动量。换言之，具有衍射结构33的物镜32可通过减小将被驱动的准直透镜的移动量来减小整个设备的尺寸及重量。此外，因为物镜32可通过衍射结构33的衍射性改变作用来校正因环境温度变化而产生的波前像差的一部分，故具有衍射结构33的物镜32可简化用于驱动准直透镜的系统，并可减小通过移动准直透镜等来校正的量。
此外，物镜32形成为使得因温度变化而产生的球面像差满足关系式|ΔSA5T-(ΔSA3T/ΔSA3m)×ΔSA5m|≤0.020λrms以及关系式|ΔSA7T-(ΔSA3T/ΔSA3m)×ΔSA7m|≤0.020λrms。在这里，ΔSA3T表示因温度变化而产生的三阶球面像差，ΔSA5T表示因温度变化而产生的五阶球面像差，而ΔSA7T表示因温度变化而产生的七阶球面像差。此外，ΔSA3m表示因物方入射倍率的变化而产生的三阶球面像差，ΔSA5m表示因物方入射倍率的变化而产生的五阶球面像差，而ΔSA7m表示因物方入射倍率的变化而产生的七阶球面像差。在这里，术语“物方入射倍率的变化”指入射在物镜32上的光束的倍率因温度变化而引起的变化。
因为上述物镜32可在消除高阶像差(即，五阶及七阶球面像差)之后减小遗留的残余分量的量，故可与准直透镜34的移动配合进一步减小因环境温度变化而产生的波前像差。
光学拾取器3包括双轴致动器41作为用于在聚焦方向(即，物镜32的光轴方向)上和在寻轨方向(即，与聚焦方向垂直的光盘2的径向)驱动物镜32的物镜驱动机构。双轴致动器41由伺服控制单元9控制。物镜32以可移动的方式被双轴致动器41保持。根据寻轨误差信号及聚焦误差信号由双轴致动器41移动物镜32，基于从光盘2返回并被光学检测器38检测的光束而产生寻轨误差信号及聚焦误差信号。因此，物镜32在双轴方向(即，朝向或远离光盘2的方向及光盘2的径向)上移动。因此，物镜32汇聚来自光源31的光束以可靠地聚焦至光盘2的信号记录表面，并使得转换的光束遵循形成在光盘2的信号记录表面上的记录轨迹。此外，作为光学拾取器3的部件的物镜32由塑料(例如，合成树脂)制成，并形成为单一透镜以减小重量及制造成本。
多透镜39布置在分束器36与光接收部分37之间，并向在穿过物镜32及准直透镜34之后已经在光盘2的信号记录表面处被反射然后被分束器36反射的返回光束施加预定程度的折射性。多透镜39将返回光束聚焦至光学检测器38的光接收部分37(例如，光电检测器)的光接收表面。此时，多透镜39向返回光束施加用于检测聚焦误差信号等的像散。
光学检测器38具有由诸如光电检测器的光接收装置形成的光接收部分37。光学检测器38接收由多透镜39聚焦至光接收部分37处的光束，并且不仅检测信息信号，还检测诸如聚焦误差信号及寻轨误差信号之类的各种检测信号。
除了上述具有衍射结构33的物镜32之外，光学拾取器3还包括用于减小因环境温度变化而产生的波前像差的设备。换言之，光学拾取器3包括用于检测构成光学拾取器3的光学部件在光学拾取器3附近的环境中的变化的检测单元。具体而言，在实施例中，温度传感器42作为环境变化检测单元被布置在由塑料制成并因温度变化而产生较大波前像差的物镜32附近的位置处。温度传感器42例如安装至双轴致动器41以检测物镜32附近的环境温度变化。用于检测物镜32附近的环境温度变化的温度传感器42对构成光学拾取器3的光学部件的环境中的变化进行检测，并将检测结构供应至伺服控制单元9。由此，温度传感器42通过伺服控制单元9控制准直透镜驱动机构40。由此，准直透镜34通过伺服控制单元9及准直透镜驱动机构40移动至与检测到的温度变化对应的位置处。以此方式，准直透镜34被步进驱动，来对在通过物镜32的取决于温度变化的衍射性改变作用而校正了因环境温度变化而产生的波前像差之后遗留的残余分量进行校正。
如上构造的光学拾取器3根据从光学检测器38获得的聚焦误差信号及寻轨误差信号来驱动物镜32以产生位移。因此，在光学拾取器3中，物镜32相对于光盘2的信号记录表面运动至合焦位置(in-focusposition)，由此光束被聚焦至光盘2的信号记录表面。在此状态下，对于光盘2进行信息的记录及再现。
光学拾取器3及光盘设备1意在克服在对于高密光盘进行信息的记录及/或再现时、在包括由塑料制成的物镜的光学系统中产生的问题。换言之，光学拾取器3及光盘设备1可以在保持期望光学特性的同时以不会不利地影响系统的方式来对因环境温度变化而产生的球面像差中的变化进行校正。
以下将描述光盘设备1中的校正系统的操作流程。当在光盘设备1中进行信息的记录及/或再现时，在执行了聚焦伺服控制及寻轨伺服控制之后，准直透镜34被驱动以主动校正因环境温度变化而在光学系统中产生的球面像差。在光学系统中产生的球面像差中，对在由塑料制成的物镜32中产生的球面像差特别关注。代替直接检测并校正像差，由温度传感器42监视物镜32周围的温度，以校正与温度变化相应而产生的球面像差。此外，在本实施例中使用的系统中，取决于温度传感器的检测结果，并非以反馈方式来实时驱动准直透镜，而是通过对于各个预定温度范围使准直透镜34逐步移动预定量，来校正球面像差。利用步进驱动可实现系统的简化。
具体而言，包括光学拾取器3的光盘设备1执行根据图4所示的流程图的记录及再现方法。
在步骤S1，光盘2被装载到光盘设备1的盘装载部分中。在步骤S2，激光控制单元21控制光源31以发出光束，并且伺服控制单元9驱动主轴电动机4，以使装载在盘装载部分中的光盘2旋转。在步骤S3，光学拾取器3与盘类型区分单元22配合以检测光盘2。
在步骤S4，在系统控制器7的控制下，伺服控制单元9控制准直透镜驱动机构40使得准直透镜34运动到预定位置。此时，准直透镜34运动到与光盘2的类型(已经由盘类型区分单元22检测出)对应的基准位置。基准位置是在合适温度范围内使得像差减小的准直透镜34的位置(如下所述)。
在步骤S5，伺服控制单元9根据聚焦误差信号来驱动双轴致动器41以使物镜32在聚焦方向上移动，由此执行聚焦控制。在步骤S6，伺服控制单元9根据寻轨误差信号来驱动双轴致动器41以使物镜32在寻轨方向上移动，由此执行寻轨控制。
在步骤S7，光学拾取器3开始对于光盘2进行信息的记录或再现。在步骤S8，温度传感器42检测物镜32周围的环境温度。
在步骤S9，伺服控制单元9判定由温度传感器42检测到的环境温度是否处于合适的温度范围。如果在步骤S9判定由温度传感器42检测到的环境温度并未处于合适的温度范围内，则处理进行至步骤S10。另一方面，如果在步骤S9判定由温度传感器42检测到的环境温度处于合适的温度范围内，则处理进行至步骤S11。
在步骤S10，伺服控制单元9使准直透镜34移动与由温度传感器42检测到的环境温度相对应地预先设定的距离。随后，处理返回至步骤S8。具体而言，根据从温度传感器42提供的信号，在系统控制器7的控制下伺服控制单元9对准直透镜驱动机构40进行控制，由此使准直透镜34移动至预定位置。此时，准直透镜34对应于由温度传感器42检测到的温度而被步进驱动。
在步骤S11，系统控制器7判定记录或再现操作是否要结束。如果系统控制器7在步骤11判定记录或再现操作要结束，则处理进行至步骤S12。另一方面，如果系统控制器7在步骤S11判定记录或再现操作并非要结束，则处理返回至步骤S8。
在步骤S12，激光控制单元21停止从光源31发出光束，并且伺服控制单元9停止驱动主轴电动机4。
以下将描述在上述光盘设备1及光学拾取器3中使用的物镜32所需的特性。
首先对在设计物镜32时需要考虑的波前像差的下限进行描述。
如图3A及3B所示，物镜32在其整个入射表面上具有在基本折射形状之外还形成为同心锯齿形状的衍射结构33。通过使入射光束在具有折射形状的透镜表面处折射，并还通过衍射结构33使入射光束在与由下述等式(1)表示的相位Φ对应的方向上衍射，具有衍射结构33的物镜32在光盘的信号记录表面上形成令人满意的聚焦光斑。在下述等式(1)中，k表示设计衍射阶，λ0表示衍射结构的设计波长，Cn表示相位差函数的系数，而r表示物镜的径向位置。此外，Φ表示校正的相位量。
Φ = κ Σ n = 1 C n r 2 n λ 0 . . . ( 1 )
可基于等式(1)中的Φ来计算衍射结构33的栅距。确定并设置衍射结构33的实际栅距，以遵循由Φ表示的形状。因为等式(1)中的Φ表示在设计波长λ0处的相位，故由Φ表示的相位提供了与由通过关系式Φ′＝Φ-nλ0表示的Φ′所提供的相同的影响。换言之，由上述关系式表示的Φ′是通过使由图5A所示的Φ除以λ0并获得图5B所示的余数而获得的值，即通过所谓余数算法而获得的值。因此，可将Φ′称为在确定衍射结构的实际栅距时应用的相位量。根据Φ′来确定衍射结构的实际栅距。如图5C所示，具体而言，确定衍射结构的实际栅距以遵循由Φ′表示的形状。在各个图5A至5C中的横轴表示光盘的径向位置。图5A中的纵轴表示各个径向位置处所需的相位量Φ。图5B中的纵轴表示要应用的相位量Φ′，其是在各个径向位置通过余数算法而获得的。图5C中的纵轴表示槽深d。
以下将描述衍射结构中的区域数量与相位系数C2之间的关系。图6是示出相位系数C2相对于衍射结构中的区域数量和波前像差量WFA的关系的图。相位系数C2是通常用于校正温度-像差特性的系数。当将相位系数C2设定为等于或大于特定水平的值时，因环境温度变化而产生的球面像差会严重影响温度-像差特性。在图6中，横轴表示相位系数C2，而纵轴表示波前像差量WFA及衍射结构中区域的数量。此外，图6中的L11表示区域数量因相位系数C2的变化而产生的变化。L12表示波前像差量WFA因相位系数C2的变化而产生的变化。
如图6的关系所示，当相位系数C2在负数一侧增大时，衍射结构33中的区域数量增大并且因环境温度变化而产生的波前像差中的劣化程度减小。
此外，更大的区域数量对于在衍射表面上形成的每个区域意味着衍射结构33的更小栅距。图7示出了因环境温度变化而产生的残余波前像差与衍射结构的最小栅距之间的关系。
在图7中，横轴表示在使用由ΔWFA/(ΔT×f)(λrms)表示的参数的情况下因环境温度变化而产生的波前像差，而纵轴表示衍射结构的最小栅距(μm)。在这里，ΔWFA表示上述WFA的变化量，ΔT表示温度变化量，而f表示焦距。在图7中，L21表示第一阶光(即，当k＝1时)的波前像差与最小栅距之间的关系。L22表示第二阶光(即，当k＝2时)的波前像差与最小栅距之间的关系。L24表示第四阶光(即，当k＝4时)的波前像差与最小栅距之间的关系。L28表示第八阶光(即，当k＝8时)的波前像差与最小栅距之间的关系。
着眼于使因环境温度变化而产生的波前像差最小化，如上所述，希望缩窄衍射结构33的栅距并对于其施加更多相位。但是，缩窄衍射结构33的栅距意味着增大形成衍射结构33的难度。制造希望的衍射结构的难度的增大会因实际结构并非所希望的结构而导致衍射效率降低。此外，受到加工损耗的面积会增大，由此降低作为重要透镜特性的光利用效率。因此，当实际形成衍射结构时，栅距存在下限，需要进行规定。
当模制塑料透镜，对具有原始透镜形状的模具进行机械加工。此时使用的加工刀具的末端通常具有约1至2μm的平坦部分以增大切割表面的表面精度(光洁度)。因此，特别是当对模具进行机械加工，以在曲面上提供锯齿形衍射结构33时，如图8所示，因加工刀具的形状带来的限制而产生未加工区域，由此导致偏离希望的衍射结构的形状。
在图8中，由虚线表示的B1表示金属加工刀具，箭头DB表示金属加工刀具的加工方向，而x表示刀具平坦部分长度，即，刀具末端平坦部分的长度。此外，图8中的实线K1表示用于形成衍射结构的模具的理想形状，而D表示理想深度。点划线K2表示通过金属加工刀具实际加工并形成的形状，而阴影区域AK2表示未切割量，即，因刀具末端的上述形状在切割之后留下的部分。此外，d表示未切割部分的深度。注意，因刀具末端的形状而产生的未切割部分也被称为“加工损耗”。此外，在图8中，P表示衍射结构的栅距，而θ表示光在透镜表面上的入射角。
例如假定x＝1μm，理想深度＝3100nm，并且衍射光为第四阶，图9示出了当衍射结构的实际形状不同于理想锯齿结构时衍射效率与栅距之间的关系。换言之，图9是用于说明衍射结构的栅距与因加工损耗而导致光利用效率的下降之间的关系的图。图9中的曲线表示与栅距的变化相对应的光利用效率的变化。图9中的横轴表示栅距P(μm)，而纵轴表示光利用效率(％)。
如图9所示，形成的栅距越窄，光利用效率就越低。虽然基于由上述公式(1)表示的相位函数来确定衍射结构，但光利用效率通常在衍射透镜的外周部分处降低，这是因为衍射结构的栅距随着透镜上的径向位置接近外周部分而持续缩窄。假定栅距相对较大并且不会在透镜中心部分处发生切割损耗(加工损耗)，则在中心部分与外周部分之间会产生效率差异，由此降低由透镜在光盘上形成的聚焦光斑的性能。为此，根据图9的关系，在外周部分中效率降低的极限值为60％，并且衍射栅距的最小值为10μm。
再参考ΔWFA/(ΔT×f)与图7所示的衍射结构的最小栅距之间的关系，在衍射栅距为10μm时ΔWFA/(ΔT×f)的值根据衍射阶(即，k＝1，2，4及8)而不同。当通过使用更高的衍射阶来设计衍射结构时，甚至在相同的栅距的情况下也可施加更强的衍射性，并且可对更大的球面像差进行补偿。换言之，可将衍射栅距设定得相对较大。但是，当通过使用更高的衍射阶来设计衍射结构时，不得不增大衍射结构的槽深，由此增大了形成衍射结构的难度。这种难度的增大会降低效率并增大效率随温度变化而产生的变动，由此使光学特性劣化。因此，衍射阶的上限约为五阶。
可从图7确定ΔWFA/(ΔT×f)的下限值，其中当使用各个衍射阶时衍射栅距变为10μm。具体而言，在K＝1的情况下ΔWFA/(ΔT×f)的下限值为2.5×10-3。在k＝2的情况下其下限值为1.8×10-3，并且在k＝3的情况下其下限值为1.1×10-3。此外，在k＝4的情况下其下限值为0.7×10-3，而在k＝5的情况下其下限值为0.2×10-3。
将在以下描述在形成物镜32时需要考虑的波前像差的上限。
在这里假定存在一种透镜，其利用衍射对温度特性的校正影响较小。因环境温度变化而产生的波前像差主要包括相对于光轴对称的像差成分，例如三阶、五阶及七阶球面像差。可例如利用用于在光轴方向上移动准直透镜34的单元，通过反向偏振生成三阶、五阶及七阶的倍率球面像差，来消除因环境温度变化而产生的这些轴对称像差成分。着眼于光学特性，希望一直监控因环境温度变化而产生的波前像差，并且对准直透镜的驱动进行反馈控制使得波前像差被完全消除。但是，在实践中，上述反馈控制对系统造成很大负担。为此，如图10所示，本实施例为各个单元温度范围执行步进校正，作为降低系统负担同时保持光学特性的方法。
图10是取决于是否进行校正说明因环境温度变化而产生的波前像差的图。具体而言，图10示出了取决于是否执行对SA(球面像差)的主动校正的、环境温度变化与残余像差之间的关系。在图10的图中，横轴表示温度(℃)，而纵轴表示残余像差(λrms)。L31表示在未校正SA(球面像差)的情况下因温度变化而产生的残余像差，而L32表示在校正了SA(球面像差)的情况下因温度变化而产生的残余像差。
通常，当在保持约为0.020λrms的三阶球面像差成分的情况下产生扰动(例如，盘旋转、环境变化以及干扰)时，光学拾取器的伺服控制状态会受到不利影响。因此，执行校正步骤使得残余三阶球面像差被限制在±0.020λrms内。基于例如具有f＝2.2mm并且ΔWFA/(ΔT×f)＝2.6×10-3的透镜来进行以下描述，即，其相对较大程度地显示出波前像差因环境温度变化而劣化。
此外，假定将35℃设定为设计温度中心并且在0℃ to 70℃的范围上执行校正(即，极限变化为±35℃)，校正温度间隔为7℃并且校正次数为12。相较于基于反馈控制的校正，校正次数减少并且便于系统控制。
当波前像差随着温度变化而以更高的灵敏度产生时，校正温度间隔被缩窄并且校正次数相应增加。在此情况下，因为温度监视器的性能限制以及致动器附近的温度变化的原因，不能确保能够将残余像差保持在0.020λrms以下的控制，由此光学性能受到严重影响。因此，即使当采用了通过利用透镜驱动产生的倍率球面像差来消除产生的波前像差的机理，还希望物镜自身对于环境温度变化的波前像差变化灵敏度ΔWFA/(ΔT×f)的上限为2.6×10-3。
通过使用具有衍射结构33的物镜32构造的系统(其被设定为满足上述范围)，可减少对因环境温度变化而产生的球面像差进行校正的次数，并可以在用高精度进行校正的同时保持光利用效率。图11A、图11B及图11C示出了用于通过以步进方式驱动准直透镜34来校正球面像差的过程。
具体而言，图11A、图11B及图11C是示出温度变化、被驱动的准直透镜34的相应位置、以及在驱动准直透镜34之后残余球面像差中的相应变化之间关系的图。在图11A中，L41表示随着时间经过的温度变化。横轴表示时间(秒)，而纵轴表示温度(℃)。RT1至RT8分别表示第一至第八温度范围。第一至第八温度范围分别是当以上述步进方式驱动准直透镜34时与准直透镜34的移动量对应的范围。这里，第三温度范围RT3是包含设计温度(即，准直透镜34位于基准位置时的温度)的范围。在图11B中，L42表示准直透镜34随着时间经过的位置变化。横轴表示时间(秒)，而纵轴表示准直透镜位置(mm)。PT4至PT8分别表示适于第四至第八温度范围RT4 to RT8的准直透镜位置。在图11C中，L43表示残余球面像差随着时间经过产生的变化。横轴表示时间(秒)，而纵轴表示残余球面像差的量(λrms)。如图11A、图11B及图11C所示，本实施例不仅可减小因环境温度变化而产生的球面像差，并且还可减少驱动准直透镜的次数以及准直透镜的移动量。
以下将讨论在形成物镜32时需要考虑的高阶球面像差的影响。
与以上描述类似，结合例如具有f＝2.2mm并且ΔWFA/(ΔT×f)＜2.6×10-3的透镜(即，满足其上限)来进行以下描述。图12示出了当环境温度变化时产生的球面(波前)像差分量的详细情况，而图13是示出当物镜的入射倍率变化时球面(波前)像差分量的详细情况的图。在图12中，LSA3T表示因环境温度变化而产生的三阶球面像差ΔSA3T，LSA5T表示因环境温度变化而产生的五阶球面像差ΔSA5T，而LSA7T表示因环境温度变化而产生的七阶球面像差ΔSA7T。在图12中，横轴表示温度变化ΔT(℃)，而纵轴表示球面像差(λrms)。在图13中，LSA3m表示因物方入射倍率的变化而产生的三阶球面像差ΔSA3m，LSA5m表示因物方入射倍率的变化而产生的五阶球面像差ΔSA5m，而LSA7m表示因物方入射倍率的变化而产生的七阶球面像差ΔSA7m。在图13中，横轴表示倍率，而纵轴表示产生的像差(λrms)。
如图12及图13所示，当产生各种扰动情况时(即，在温度变化时与倍变化时之间)，以不同的比率产生第三、第五及第七阶球面像差。具体而言，第三、第五及第七阶球面像差满足以下公式(2)及(3)：
ΔSA3T∶ΔSA5T∶ΔSA7T＝1∶0.24∶0.06...(2)
ΔSA3m∶ΔSA5m∶ΔSA7m＝1∶0.13∶0.03...(3)
从这些关系可以理解，即使采用了沿光轴驱动准直透镜的校正方法，也不能完全校正因温度变化而产生的波前像差。为了通过倍率球面像差来完全校正因温度变化而产生的三阶球面像差，需要满足以下公式(4)及(5)：
ΔSA3T-a×ΔSA3m＝0...(4)
a＝ΔSA3T/ΔSA3m...(5)
在此情况下被校正的五阶球面像差的量由以下公式(6)表示：
Z5(T，m)＝ΔSA5T-ΔSA5m×a...(6)
因此，对于作为因环境温度变化而产生的高阶球面像差的未校正残余量之一的五阶球面像差的未校正残余量而言，必需满足以下公式(7)以抵抗发生的扰动而保持光学性能：
|Z5(T，m)|＝|ΔSA5T-(ΔSA3T/ΔSA3m)×ΔSA5m|≤0.020λrms...(7)
类似的，对于作为高阶球面像差的未校正残余量中另一者的七阶球面像差的未校正残余量而言，必需满足以下公式(8)：
|Z7(T，m)|＝|ΔSA7T-(ΔSA3T/ΔSA3m)×ΔSA7m|≤0.020λrms...(8)
如上所述，光学拾取器3及光盘设备1的特征在于包括上述系统，其通过物镜32的衍射性改变作用以特定比例来校正因环境温度变化而产生的波前像差，并通过对应于各个温度变化范围通过步进驱动准直透镜34来校正波前像差的残余分量，由此来保持记录及再现特性。构成光学拾取器3的物镜32是在考虑了波前像差的上下限以及对高阶球面像差的影响的情况下形成的，并可与准直透镜34的步进驱动配合来使因温度变化而产生的像差减小。具体而言，物镜32能够通过利用物镜32的衍射结构33实现的衍射性改变作用来消除或补偿因环境温度变化而产生的波前像差的一部分。另一方面，通过将准直透镜34驱动至与环境温度对应的位置，准直透镜驱动机构40以及温度传感器42使波前像差的残余分量(其是在由物镜32消除了波前像差之后残留的)减小至记录及再现特性不会受到影响的范围。此外，因为物镜32通过其上述衍射度改变作用消除了因温度变化而产生的像差的一部分，故能以步进方式而非直线方式来驱动准直透镜34。因此，可防止对光盘设备1的控制单元等造成多余的负担。
因此，利用根据本发明的实施例的光学拾取器3及光盘设备1，即使当环境温度发生变化时，也可通过形成在物镜32的一个表面上的预定衍射结构33、与取决于温度传感器42的检测结果对准直透镜34进行驱动的协作，来抑制球面像差的产生，并保持光学特性。因此，在光学拾取器3中，物镜32例如可由塑料制成，并可减小准直透镜34的驱动行程。因此，可保持记录及再现特性，可实现设备尺寸及重量的减小，并且可简化设备结构。此外，根据本发明的实施例的光学拾取器3及光盘设备1可通过减小因环境温度变化而产生的像差来实现令人满意的记录及再现特性。此外，当对于需要严格的像差管理的高密光盘(例如，BD)进行信息的记录及/或再现时，根据本发明的实施例的光学拾取器3及光盘设备1在包括由塑料制成的物镜的光学系统中特别有效。
利用根据本发明的实施例的光学拾取器3及光盘设备1，因为在一定程度上通过物镜32校正了因温度特性变化而产生的球面像差，故可减小准直透镜34被驱动用于额外校正的行程量，由此可减小光学系统的尺寸。此外，利用光学拾取器3及光盘设备1，可将利用对准直透镜34的主动驱动而进行校正的温度间隔保持得较小，由此便于进行控制。此外，利用光学拾取器3及光盘设备1，因为一定程度上通过对准直透镜34的驱动来校正因温度特性变化而产生的球面像差，所以物镜32的衍射结构无需十分精密，并可使因加工衍射结构产生的损耗而导致的效率降低保持为较小。因此，可增加物镜32的光利用效率并且也可增加整体设备的光利用效率。此外，利用光学拾取器3及光盘设备1，因为准直透镜34被用作用于转换倍率的发散角转换透镜而并非使用了多个透镜，故可简化光学系统的结构并可降低制造成本。因此，利用光学拾取器3及光盘设备1，通过使用两种方法对因温度特性变化而产生的球面像差进行了校正，并且这两种方法能够以抑制其缺陷使得缺陷不明显的方式被适当地彼此结合。由此，光学拾取器3及光盘设备1可实现令人满意的记录及再现特性。
本发明包含了与于2008年7月4日向日本专利局递交的日本在先专利申请JP 2008-176049中揭示的内容相关的主题，通过引用将其全部内容包含在本说明书中。
本领域的技术人员应当理解，取决于设计要求及其他因素，在落入所附权利要求或其等同方案的范围的前提下，可进行各种改变、组合、子组合及替换。

Claims (4)

1.一种光学拾取器，包括：
光源，其发射光束；
物镜，其将从所述光源发射的所述光束汇聚到光盘上；
至少一个发散角转换透镜，其布置在所述光源与所述物镜之间，并改变入射光束的发散角；
驱动装置，其用于在光轴方向上驱动所述发散角转换透镜；
光学检测装置，其对在所述光盘处反射的返回光束进行检测；以及
环境变化检测单元，其被配置为检测环境温度变化，
其中，所述物镜由折射器件制成，所述折射器件在其一个表面上具有呈阶梯形状或锯齿剖面形状的衍射结构，所述衍射结构产生衍射光，所述衍射光提供适于执行记录及/或再现的光点，当使用一阶光时，所述物镜满足2.5×10-3≤ΔWFA/(ΔT×f)≤2.6×10-3的关系，当使用二阶光时，所述物镜满足1.8×10-3≤ΔWFA/(ΔT×f)≤2.6×10-3的关系，当使用三阶光时，所述物镜满足1.1×10-3≤ΔWFA/(ΔT×f)≤2.6×10-3的关系，当使用四阶光时，所述物镜满足0.7×10-3≤ΔWFA/(ΔT×f)≤2.6×10-3的关系，当使用五阶光时，所述物镜满足0.2×10-3≤ΔWFA/(ΔT×f)≤2.6×10-3的关系，其中，ΔWFA表示所述物镜的与环境温度变化相对应的波前像差的量，ΔT表示环境温度变化的量，而f表示所述物镜的焦距，并且
其中，所述发散角转换透镜根据所述环境变化检测单元的检测结果而被步进驱动。
2.根据权利要求1所述的光学拾取器，其中
因温度变化而在所述物镜中产生的所述波前像差满足关系式|ΔSA5T-(ΔSA3T/ΔSA3m)×ΔSA5m|≤0.020λrms以及关系式|ΔSA7T-(ΔSA3T/ΔSA3m)×ΔSA7m|≤0.020λrms，其中，ΔSA3T表示因温度变化而产生的三阶球面像差，ΔSA5T表示因温度变化而产生的五阶球面像差，ΔSA7T表示因温度变化而产生的七阶球面像差，ΔSA3m表示因物方入射放大率的变化而产生的三阶球面像差，ΔSA5m表示因物方入射放大率的变化而产生的五阶球面像差，而ΔSA7m表示因物方入射放大率的变化而产生的七阶球面像差。
3.根据权利要求1或2所述的光学拾取器，其中
所述物镜的所述焦距f满足关系式1.4mm≤f≤2.6mm。
4.一种光盘设备，包括：
光学拾取器，其对于被驱动旋转的光盘进行信息信号的记录及/或再现，
所述光学拾取器包括：
光源，其发射光束；
物镜，其将从所述光源发射的所述光束汇聚到光盘上；
至少一个发散角转换透镜，其布置在所述光源与所述物镜之间，并改变入射光束的发散角；
驱动装置，其用于在光轴方向上驱动所述发散角转换透镜；
光学检测装置，其对在所述光盘处反射的返回光束进行检测；以及
环境变化检测单元，其被配置为检测环境温度变化，
其中，所述物镜由折射器件制成，所述折射器件在其一个表面上具有呈阶梯形状或锯齿剖面形状的衍射结构，所述衍射结构产生衍射光，所述衍射光提供适于执行记录及/或再现的光点，当使用一阶光时，所述物镜满足2.5×10-3≤ΔWFA/(ΔT×f)≤2.6×10-3的关系，当使用二阶光时，所述物镜满足1.8×10-3≤ΔWFA/(ΔT×f)≤2.6×10-3的关系，当使用三阶光时，所述物镜满足1.1×10-3≤ΔWFA/(ΔT×f)≤2.6×10-3的关系，当使用四阶光时，所述物镜满足0.7×10-3≤ΔWFA/(ΔT×f)≤2.6×10-3的关系，当使用五阶光时，所述物镜满足0.2×10-3≤ΔWFA/(ΔT×f)≤2.6×10-3的关系，其中，ΔWFA表示所述物镜的与环境温度变化相对应的波前像差的量，ΔT表示环境温度变化的量，而f表示所述物镜的焦距，并且
其中，所述发散角转换透镜根据所述环境变化检测单元的检测结果而被步进驱动。
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