CN102054490A - 光学拾取头的光学系统和光学信息记录/再现装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种光学拾取头的光学系统和光学信息记录/再现装置，光学拾取头的光学系统包括树脂耦合透镜和NA大于0.8的树脂物镜，其中放大倍率β满足条件：-0.13＜β＜-0.08，物镜的焦距f满足条件：1.15＜f＜1.50，物镜在至少一个表面上具有环形区域结构，环形区域结构具有多个环形区域并具有台阶，光学拾取头的光学系统满足条件：其中

Description

光学拾取头的光学系统和光学信息记录/再现装置

技术领域

本发明涉及一种光学拾取头的光学系统以及一种将信息记录到符合预定标准的光盘和/或从符合预定标准的光盘再现信息的光学信息记录再现装置。更具体而言，本发明涉及一种具有由树脂制成的物镜(在下文中常被称为树脂透镜)的光学拾取头的光学系统以及装有光学拾取头的该光学系统的光学信息记录/再现装置，其中物镜的数值孔径大于0.8，适合于诸如BD(蓝光光盘)之类的高记录密度光盘的信息记录/再现，以及光学信息记录/再现装置，其上安装有光学拾取头的光学系统。

背景技术

目前存在不同标准的光盘，例如CD(压缩光盘)和DVD(数字通用光盘)，它们在记录密度、保护层厚度等方面有所不同。同时，为了实现更高的信息存储容量，近年来已将具有比DVD更高的记录密度的高记录密度光盘(例如BD)投入实际使用。附带说明，在本说明书中，“光学信息记录/再现装置”包括兼用于信息再现和信息记录的装置、仅用于信息再现的装置和仅用于信息记录的装置。

由于高记录密度光盘具有比DVD和CD更高的记录密度，因此高记录密度光盘的信息记录和再现需要具有较小的直径的束斑。也就是说，高记录密度光盘的信息记录/再现(即信息记录和/或信息再现)需要大NA。由于这个原因，通常使用具有较高折射率的玻璃透镜作为用于光学信息记录/再现装置的物镜。但是，玻璃透镜的缺点在于，由于玻璃透镜的重量较重，因此当用于驱动透镜的致动器在聚焦方向或循轨(tracking)方向中移动透镜时，玻璃透镜为致动器的驱动透镜的操作增加了负担。

因此，设计者可考虑用树脂作为材料代替玻璃来形成透镜，以便减轻透镜的重量。通过使用树脂作为透镜的材料来实现重量减轻，可以减小对用于驱动物镜的致动器造成的负担。此外，用树脂来形成用于高记录密度光盘的物镜在易于加工、大规模生产以及成本方面具有优点。但是，当使用树脂作为透镜的材料时，存在如下文所述的缺点。日本专利临时公开No.2008-176916A(在下文中被称为JP2008-176916A)和No.2009-117030A(在下文中被称为JP2009-117030A)以及日本专利公开No.4193914(在下文中被称为JP4193914)中的每一篇均公开了一种使用树脂物镜的光学信息记录/再现装置。上述每篇文献中公开的光学信息记录/再现装置具有防止树脂透镜的如下文所述的有关缺点引起光学性能变差的配置。

在温度变化所引起的折射率变化率方面，树脂的折射率变化率比玻璃的折射率变化率大十倍。因此，树脂透镜的缺点在于由折射率变化(即温度变化)引起的球面像差的变化量大大高于玻璃透镜。由于这个原因，JP2008-176916A中公开的光学信息记录/再现装置被配置成令耦合透镜能够移动，以便通过控制入射到物镜上的光束的会聚程度来消除由温度变化所引起的球面像差。但是，这种温度补偿机制缺点在于需要专用的部件，例如温度传感器，因此装置的配置变得复杂。

光盘的保护层厚度或中间层厚度的差异也会引起球面像差。通常也是使用被设置成能够移动的耦合透镜来校正这类球面像差。但是，为了同时校正由于温度变化所引起的球面像差和由于保护层厚度或中间层厚度的差异所引起的球面像差两者，耦合透镜需要具有较大的移动范围。在这种情况下，需要增大光学信息记录/再现装置的尺寸。此外，存在用于移动耦合透镜的致动器上的负荷变大的缺点。为此目的，为了省略温度补偿机制，JP2009-117030A中公开的光学信息记录/再现装置被配置成通过设定较小的物镜的焦距来抑制由于温度变化所引起的球面像差的变化。但是，在这种情况下，难以确保足够的工作距离(working distance)，即光盘的保护层表面与面对保护层表面的物镜表面之间的距离。

为了省略温度补偿机制，JP4193914中公开的光学信息记录/再现装置被配置成使物镜的透镜表面形状能够抑制第3阶球面像差的温度变化率。但是，在透镜表面上形成的衍射结构被配置为产生高级衍射光，因此每个环形区域具有很大的深度。在这种情况下，在物镜的模制过程中可能会造成转移失败(transferring failure)。当出现这种转移失败时，导致光学信息记录/再现装置中的光量下降。

发明内容

本发明的优点在于提供了一种用于高记录密度光盘的具有被配置为适合于抑制由于温度变化所引起的球面像差变化的树脂物镜的光学拾取头的光学系统以及一种安装有光学拾取头的所述光学系统的光学信息记录/再现装置。

根据本发明的一个方面，提供一种光学拾取头的光学系统，其设置有：耦合透镜，其由树脂制成，改变光源发射的光束的会聚程度；以及物镜，其由树脂制成，具有大于0.8的数值孔径NA，所述物镜将从所述耦合透镜出射的光束会聚到光盘的记录表面上。在该配置中，当β表示由所述耦合透镜和所述物镜构成的光学系统对于使用波长λ(单位：nm)的放大倍率时，所述放大倍率β满足条件：-0.13＜β＜-0.08…··(1)。当f(单位：mm)表示所述物镜对于使用波长λ的焦距时，所述焦距f满足条件：1.15＜f＜1.50…··(2)。所述物镜在所述物镜的至少一个表面上具有环形区域结构，所述环形区域结构具有多个环形区域并且具有台阶，每个台阶在所述物镜的光轴方向上延伸并且形成在所述多个环形区域中的相邻环形区域之间的边界处以便在通过所述边界内的光束和通过所述边界外的光束之间造成预定的光程差。当(∑φ_0.00-1.00)表示在有效光束直径内形成的环形区域结构的所有台阶的高度的绝对值之和，(∑φ_0.95-1.00)表示在关于光轴的有效光束半径的95％至100％的范围内形成的环形区域结构的所有台阶的高度的绝对值之和，n表示所述物镜在使用波长λ的折射率，d₀(单位：mm)表示在光轴上限定的所述物镜的厚度，P_ave表示在有效光束半径的95％至100％的范围内形成的台阶中的相邻台阶之间的平均距离，θ表示形成环形区域结构的至少一个表面的法线与光轴的平行线之间形成的角度在有效光束半径的95％至100％的范围内的最大角度，L表示在与所述最大角度相对应的位置处形成的台阶的高度的绝对值，L₀表示在与光轴相对应的位置处形成的台阶的高度的绝对值，m表示对入射到形成环形区域结构的至少一个表面上的具有使用波长λ的激光束的衍射效率最大处的衍射级时，光学拾取头的光学系统满足条件：

$0.065<\frac{(\frac{\left(\mathrm{\&Sigma;}{\mathrm{\&Phi;}}_{0.95-1.00}\right)}{\left(\mathrm{\&Sigma;}{\mathrm{\&Phi;}}_{0.00-1.00}\right)}\&times;\frac{d_0\&times;n}{f^2\&times;{(\mathrm{NA}/0.85)}^4})}{P_{\mathrm{ave}}+\frac{1}{L}}<0.100.....\left(3\right)$

其中

L＝L₀+(1-cosθ)

$L_0=\frac{\mathrm{m\&lambda;}}{n-1}.$

通过满足条件(1)至(3)，可以抑制由于温度变化所引起的球面像差的量的变化，同时确保足够的工作距离。此外，难以发生由于光学性能变差和转移失败所引起的光量下降。此外，由于不必移动耦合透镜以校正发生温度变化时的球面像差，耦合透镜的移动范围可以被设置成较小的值，这有利于减小光学拾取头的光学系统的尺寸。

当β小于条件(1)的下限时，与耦合透镜的安装误差有关的像差的量变大。此外，在这种情况下，由于耦合透镜的入射侧NA变大，所以耦合透镜的有效光束直径的外周部分的光量变小，因此边缘强度(通过物镜外周部分的光强与通过靠近物镜光轴的中心部分的光强之比)下降。由于边缘强度下降，在光盘的记录表面上形成的束斑的直径变大，这对于光盘的信息记录和再现是不利的。当β大于条件(1)的上限时，必须使光源和耦合透镜互相远离，这对于减小光学拾取头的光学系统的尺寸以及确保足够的光量而言是不利的。另外，在这种情况下耦合透镜为了校正由于例如光盘的保护层厚度差异所引起的球面像差所需的驱动量增加，这也导致光学信息记录/再现装置的尺寸增大。

当f小于条件(2)的下限时，难以确保足够的工作距离，也难以确保耦合透镜的足够的移动量。当f大于条件(2)的上限时，出现难以减小光学拾取头的光学系统的尺寸以及由于温度变化所引起的球面像差的量变大的问题。

当条件(3)的中间项小于条件(3)的下限时，由衍射级与台阶数量之间的关系所限定的衍射作用变得太弱，因此不能充分校正由温度变化所引起的球面像差。当条件(3)的中间项大于条件(3)的上限时，衍射作用变得太强，因此对由于温度变化所引起的球面像差的校正变得过度。此外，在这种情况下，与物镜的外周部分中的环形区域结构的台阶有关的量增大。因此，由于模制误差所造成的光量损失变大。作为结果，难以确保足够的光量。此外，在这种情况下，在有效光束半径的外周部分中，环形区域宽度变得过窄。因此，通过有效光束直径的外周部分的光束被阻挡，造成光量损失。因此难以确保足够的光量。

在至少一个方面中，当D(单位：mm)表示所述耦合透镜为了校正由用于记录或再现的光盘的保护层表面与记录表面之间的光学距离的差异所引起的球面像差所必需的移动量，Δt(单位：mm)表示所述光学距离的变化量时，光学拾取头的光学系统可以满足条件：

$-60<\frac{D}{f\&times;(1-\mathrm{\&beta;})\&times;\mathrm{\&Delta;t}}<-20.....\left(4\right)$

其中，当所述耦合透镜在远离光源的方向上移动时，所述移动量D为负，当耦合透镜在接近光源的方向上移动时，所述移动量D为正，当所述光学距离变短时，所述变化量Δt为负，当所述光学距离变长时，所述变化量Δt为正。

通过满足条件(4)，可以适当地校正由上述光学距离的差异所引起的球面像差。当条件(4)的中间项小于条件(4)的下限时，对球面像差的校正会变得不足。当条件(4)的中间项大于条件(4)的上限时，对球面像差的校正会变得过度。在这种情况下，由于耦合透镜的移动量变大，难以实现光学信息记录/再现装置尺寸的减小。

在至少一个方面中，所述耦合透镜的移动可以仅仅是为了校正由所述光学距离的差异、光束关于光源的波长偏移、以及物镜的制造误差所引起的球面像差。

通过该配置，耦合透镜的移动范围可以被设置得较小。

在至少一个方面中，当M表示在有效光束直径内形成的环形区域结构的台阶数量，h表示树脂物镜的有效光束半径时，光学拾取头的光学系统可以满足下面的条件(5)：

$2.0<\frac{\mathrm{mM}}{f\&times;h^4}<5.8.....\left(5\right).$

通过满足条件(5)，可以更适当地抑制由温度变化所引起的球面像差，同时确保足够的光量。当条件(5)的中间项小于条件(5)的下限时，对由于温度变化所引起的球面像差的校正变得不足。当条件(5)的中间项大于条件(5)的上限时，对由于温度变化所引起的球面像差的校正变得过度。在这种情况下，衍射作用变得过强，因此光量损失变大。

在至少一个方面中，所述衍射级m为第一级。

在这种情况下，每个台阶的深度不会太深，因此在模制过程中的转移失败很难发生。这有利于确保足够的光量。

在至少一个方面中，当d(单位：mm)表示所述耦合透镜与所述物镜之间的距离时，光学拾取头的光学系统可以满足条件

8＜d＜25…··(6)。

当d小于条件(6)的下限时，难以确保足够的空间以允许耦合透镜移动。当d大于条件(6)的上限时，用于容纳光学拾取头的光学系统的空间变大，因此光学信息记录/再现装置的尺寸变大。此外，在这种情况下，由于温度变化所引起的球面像差变大。

根据本发明的另一方面，提供一种用于向基于预定标准的光盘记录信息和/或从基于预定标准的光盘再现信息的光学信息记录/再现装置，其设置有：光源，其发射具有波长λ的光束；光学拾取头的如上文所述的光学系统的其中之一；以及信号处理单元，其被配置为检测从所述光盘的记录表面返回的返回光束并且对所述返回光束执行预定的信号处理。

通过满足条件(1)至(3)，可以抑制由于温度变化所引起的球面像差的变化，同时确保足够的工作距离。此外，很难出现光学性能变差和转移失败所引起的光量下降。此外，由于不必移动耦合透镜以校正发生温度变化时的球面像差，可将耦合透镜的移动范围设定成较小的值，这有利于减小光学拾取头的光学系统的尺寸。

附图说明

图1是装有根据本发明的实施例的光学拾取头的光学系统的光学信息记录/再现装置的方块图。

图2A是显示当在设计参考温度条件下对根据第一示例的光学信息记录/再现装置中的光盘D执行信息记录/再现时所引起的球面像差的曲线图，以及图2B是显示当在温度比设计参考温度高30℃的条件下对根据第一示例的光学信息记录/再现装置中的光盘D执行信息记录/再现时所引起的球面像差的曲线图。

图3A是显示当在设计参考温度条件下对根据第二示例的光学信息记录/再现装置中的光盘D执行信息记录/再现时所引起的球面像差的曲线图，以及图3B是显示当在温度比设计参考温度高30℃的条件下对根据第二示例的光学信息记录/再现装置中的光盘D执行信息记录/再现时所引起的球面像差的曲线图。

图4A是显示当在设计参考温度条件下对根据第三示例的光学信息记录/再现装置中的光盘D执行信息记录/再现时所引起的球面像差的曲线图，以及图4B是显示当在温度比设计参考温度高30℃的条件下对根据第三示例的光学信息记录/再现装置中的光盘D执行信息记录/再现时所引起的球面像差的曲线图。

图5A是显示当在设计参考温度条件下对根据第四示例的光学信息记录/再现装置中的光盘D执行信息记录/再现时所引起的球面像差的曲线图，以及图5B是显示当在温度比设计参考温度高30℃的条件下对根据第四示例的光学信息记录/再现装置中的光盘D执行信息记录/再现时所引起的球面像差的曲线图。

图6A是显示当在设计参考温度条件下对根据第五示例的光学信息记录/再现装置中的光盘D执行信息记录/再现时所引起的球面像差的曲线图，以及图6B是显示当在温度比设计参考温度高30℃的条件下对根据第五示例的光学信息记录/再现装置中的光盘D执行信息记录/再现时所引起的球面像差的曲线图。

图7A是显示当在设计参考温度条件下对根据第六示例的光学信息记录/再现装置中的光盘D执行信息记录/再现时所引起的球面像差的曲线图，以及图7B是显示当在温度比设计参考温度高30℃的条件下对根据第六示例的光学信息记录/再现装置中的光盘D执行信息记录/再现时所引起的球面像差的曲线图。

图8A是显示当在设计参考温度条件下对根据第七示例的光学信息记录/再现装置中的光盘D执行信息记录/再现时所引起的球面像差的曲线图，以及图8B是显示当在温度比设计参考温度高30℃的条件下对根据第七示例的光学信息记录/再现装置中的光盘D执行信息记录/再现时所引起的球面像差的曲线图。

图9A是显示当在设计参考温度条件下对根据第八示例的光学信息记录/再现装置中的光盘D执行信息记录/再现时所引起的球面像差的曲线图，以及图9B是显示当在温度为高于设计参考温度的30℃的条件下对根据第八示例的光学信息记录/再现装置中的光盘D执行信息记录/再现时所引起的球面像差的曲线图。

图10A是显示当在设计参考温度条件下对根据第九示例的光学信息记录/再现装置中的光盘D执行信息记录/再现时所引起的球面像差的曲线图，以及图10B是显示当在温度为高于设计参考温度的30℃的条件下对根据第九示例的光学信息记录/再现装置中的光盘D执行信息记录/再现时所引起的球面像差的曲线图。

图11A是显示当在设计参考温度条件下对根据第十示例的光学信息记录/再现装置中的光盘D执行信息记录/再现时所引起的球面像差的曲线图，以及图11B是显示当在温度为高于设计参考温度的30℃的条件下对根据第十示例的光学信息记录/再现装置中的光盘D执行信息记录/再现时所引起的球面像差的曲线图。

图12A是显示当在设计参考温度条件下对根据对比示例的光学信息记录/再现装置中的光盘D执行信息记录/再现时所引起的球面像差的曲线图，以及图12B是显示当在温度为高于设计参考温度的30℃的条件下对根据对比示例的光学信息记录/再现装置中的光盘D执行信息记录/再现时所引起的球面像差的曲线图。

具体实施方式

在下文中，参考附图描述根据本发明的实施例。

根据本发明的实施例的光学信息记录/再现装置100被配置成向基于预定标准的高记录密度光盘记录信息或者从基于预定标准的高记录密度光盘再现信息。在该实施例中，预定标准为BD，在下文中将基于BD的高记录密度光盘称为光盘D。

图1是装有根据本发明的实施例的光学拾取头的光学系统的光学信息记录/再现装置100的方块图。如图1所示，光学信息记录/再现装置100包括光源1、半透半反镜2、耦合透镜3、感光器(photoreceptor)4和物镜10。图1中显示的点划线表示光学信息记录/再现装置100的基准轴AX。在图1中，实线表示向光盘D前进的激光束或者从光盘D返回的返回光束(returning light beam)。在正常状态下，物镜10的光轴与基准轴AX重合。但是，也存在物镜10的光轴偏离基准轴AX的情况，对于例如通过透镜致动器(未示出)来驱动的循轨操作而言即是如此。例如，物镜10所需的数值孔径NA大于0.8。

光源1是发射具有波长λ(单位：nm)的蓝色激光的半导体激光器。如图1所示，光源1发射的激光束被半透半反镜2偏转，然后入射到耦合透镜3的第一表面3a上。

光盘D具有多层结构，例如，具有多层记录表面M1至M3。记录表面M1至M3与保护层的表面之间具有不同的光学距离(optical distance)。在下文中，从保护层的表面到用于记录或再现的每个记录表面的光学距离被称为“光盘厚度”。

也就是说，对于记录表面M1至M3而言分别限定了不同的光盘厚度。由于光盘厚度的差异(即取决于使用记录表面M1至M3中的哪一个来进行记录或再现)，球面像差变化。由于这个原因，在该实施例中，耦合透镜3被设置成能够通过驱动机构(未显示)在基准轴AX的方向上移动。对用于记录或再现的每个记录表面M1至M3预先确定耦合透镜3的移动量。根据耦合透镜3在基准轴AX的方向上的移动量，耦合透镜3改变从耦合透镜3的第二表面3b出射的激光束的会聚角。通过改变激光束的会聚角，可以消除根据光盘厚度差异而变化的球面像差的量。控制耦合透镜3移动以消除由光盘厚度的差异、光源1发射的激光束的波长偏移、以及物镜10的制造误差所引起的球面像差。但是，耦合透镜3的移动不用来校正温度变化所引起的球面像差。

然后，从耦合透镜3的第二表面3b出射的激光束入射到物镜10的第一表面10a上。通过第一表面10a进入物镜10的激光束从物镜10的第二表面10b出射，且被物镜10会聚到光盘D的记录表面附近，以使激光束在光盘D的记录表面上形成像差被校正的合适的束斑。从光盘D的记录表面反射的激光束(返回激光束)沿着从光源1发出的激光束前进到光盘D所沿的同一光路前进，并在通过半透半反镜2后被感光器4接收。

感光器4对接收到的光进行光电转换并向信号处理电路15输出模拟信号。信号处理电路15将模拟信号转换成比特流并对输入的信号执行误差校正过程。然后，信号处理电路15将已进行了误差校正的比特流分成各种类型的流(包括音频流和视频流)，并对每个分出的流译码。信号处理电路15将通过译码所述流获得的音频信号和视频信号转换成模拟信号，并将模拟信号分别输出到扬声器和显示器(未显示)。因此，光盘D上记录的音频和视频分别通过扬声器和显示器进行了再现。

由于物镜10是用树脂模制而成的，因此物镜10与玻璃透镜相比在包括用于透镜的驱动致动器上的负荷、批量生产以及制造成本的不同方面具有优势。但是，由于物镜是具有高NA的树脂，因此物镜10在球面像差方面具有缺点。尽管物镜10具有这样的缺点，但在该实施例中物镜10被配置为适当地抑制由于温度变化所引起球面像差的变化量。由于这个原因，根据该实施例，可以省略将耦合透镜设置成能够移动的温度补偿机制。也就是说，根据该实施例的光学信息记录/再现装置100的配置在简化配置、缩短耦合透镜3的移动范围、以及缩小光学信息记录/再现装置100的方面具有优点。应注意的是，在该实施例中，耦合透镜3也是树脂透镜，因此耦合透镜3与玻璃透镜相比在上述各个方面具有优点。

物镜10的第一表面10a和第二表面10b均为非球面。用下式表示非球面的形状：

$\mathrm{SAG}=\frac{\frac{h^2}{r}}{1+\sqrt{1-(1+\mathrm{\&kappa;}){\left(\frac{h}{r}\right)}^2}}+A_4{h}^4+A_6{h}^6+A_8{h}^8+...$

其中，SAG(凹陷量，sag amount)是非球面上距光轴的高度为h(单位：mm)的点与非球面在光轴处的切面之间的距离，r是非球面在光轴处的曲率半径(即，1/r表示非球面在光轴上的曲率)(单位：mm)，κ是圆锥系数(conical coefficient)，以及A₄，A₆，...表示大于或等于第四阶的非球面系数。

通过将物镜10的第一表面10a和第二表面10b中的每一个配置成球面表面，可以适当地控制包括球面像差和彗形像差的像差。在该实施例中，耦合透镜3的第一表面3a和第二表面3b中的每一个被形成为非球面，从而可以校正像差。

当f(单位：mm)表示物镜10在使用波长λ下的焦距，f’(单位：mm)表示耦合透镜3在使用波长λ下的焦距，β表示包括耦合透镜3和物镜10的光学拾取头的光学系统对于使用波长λ的放大倍率时，β可被表示为-f/f’(即(物镜10的物方焦距)/(耦合透镜3的像方焦距))。在这种情况下，满足下面的条件(1)和(2)。

-0.13＜β＜-0.08    …··(1)

1.15＜f＜1.50        …··(2)

焦距在物方取负号，在像方取正号。

条件(1)限定了光学拾取头的光学系统的放大倍率。当β小于条件(1)的下限时，与耦合透镜3的安装误差有关的像差的量变大。此外，在这种情况下，由于耦合透镜3的入射侧NA变大，所以耦合透镜3的有效光束直径的外周部分的光量变小，因此边缘强度(通过物镜外周部分的光强与通过靠近物镜光轴的中心部分的光强之比)下降。由于边缘强度下降，在光盘D的记录表面上形成的束斑的直径变大，这对于光盘D的信息记录和再现是不利的。当β大于条件(1)的上限时，必须使光源1和耦合透镜3远离彼此，这对于缩小光学拾取头的光学系统以及确保足够的光量是不利的。另外，在这种情况下耦合透镜3为了校正由于例如光盘的保护层厚度差异所引起的球面像差所需的驱动量增加，这也导致光学信息记录/再现装置100的尺寸增大。

条件(2)限定了物镜10的焦距。当f低于条件(2)的下限时，难以确保光盘D的保护层表面与物镜10的第二表面10b之间的足够的工作距离WD，也难以确保耦合透镜3的足够的移动量。当f大于条件(2)的上限时，出现难以减小光学拾取头的光学系统的尺寸以及由于温度变化所引起的球面像差的量变大的问题。

如图1所示，在物镜4的第一表面10a上形成环形区域结构。环形区域结构具有围绕物镜10的光轴同心形成的多个折射表面区域(环形区域)。平行于物镜10的光轴延伸的微小的台阶划分出多个环形区域。可以只在物镜10的第二表面10b上形成环形区域结构，或者也可以在物镜10的第一表面10a和第二表面10b两者上都形成环形区域结构。

通过在物镜10的第一表面10a上(不在第二表面10b上)提供环形区域结构，可以获得下列优点。例如，可以增大环形区域结构的最小环形区域宽度。在这种情况下，可以抑制形成在相邻的环形区域之间的每个台阶部分关于有效光束宽度的光量损失。此外，形成环形区域结构的光学表面(第一表面10a)不面对旋转的光盘D，可以减少灰尘附着到形成环形区域结构的光学表面(即第一表面10a)上的可能性。此外，也可以防止用清洁碟(lens cleaner)刷洗时磨损透镜的可能。

环形区域结构的每个台阶被形成为在通过相邻的环形区域之间的边界内的光束与通过边界外的光束产生预定的光程差。通常，这种环形区域结构可被表示成衍射结构。环形区域结构被形成为预定的光程差是特定波长α的n倍(n：整数)，可被表示为具有闪耀波长α的第n级衍射结构。当具有特定波长γ的光束通过衍射结构时衍射效率最大的衍射光的衍射级是与赋予具有波长γ的光束的光程差除以波长γ所得的值最接近的整数m。

另外，在通过相邻的环形(折射)区域之间的边界内的光束和通过边界外的光束之间产生光程差这一事实可被认为是光束的相位在环形区域结构的每个台阶的作用下相互偏移的现象。因此，环形区域结构可被表示为用于改变入射光束的相位的结构(即移相结构)。

可通过光程差函数φ(h)来表示环形区域结构。光程差函数φ(h)是以距物镜10的光轴的高度h处的附加光程的形式表示物镜10(衍射透镜)的功能能力(functional capability)的函数。光程差函数φ(h)可用下式表示：

φi(h)＝(P₂×h²+P₄×h⁴+P₆×h⁶+P₈×h⁸+P₁₀×h¹⁰+P₁₂×h¹²)mλ

其中P₂，P₄，P₆……表示第2阶、第4阶、第6阶的系数，h表示距光轴的高度，m表示入射激光束的衍射效率最大处的衍射级，λ表示所采用的激光束的设计波长。

当(∑φ_0.00-1.00)表示在第一表面10a上的有效光束直径内形成的环形区域结构的所有台阶的高度的绝对值之和，(∑φ_0.95-1.00)表示在关于光轴的有效光束半径的95％至100％的范围内形成的环形区域结构的所有台阶的高度的绝对值之和，n表示物镜10在使用波长λ的折射率，d₀(单位：mm)表示在光轴上限定的物镜10的厚度，P_ave表示在有效光束半径的95％至100％的范围内形成的台阶中的相邻台阶之间的平均距离，θ表示第一表面10a的法线与光轴的平行线之间形成的角度在有效光束半径的95％至100％的范围内的最大角度，L表示在与最大角度相对应的位置处形成的台阶的高度的绝对值，L₀表示在与光轴相对应的位置处形成的台阶的高度的绝对值，m表示对入射到第一表面10a上的具有使用波长λ的激光束的衍射效率最大处的衍射级时，满足下面的条件(3)。

$0.065<\frac{(\frac{\left(\mathrm{\&Sigma;}{\mathrm{\&Phi;}}_{0.95-1.00}\right)}{\left(\mathrm{\&Sigma;}{\mathrm{\&Phi;}}_{0.00-1.00}\right)}\&times;\frac{d_0\&times;n}{f^2\&times;{(\mathrm{NA}/0.85)}^4})}{P_{\mathrm{ave}}+\frac{1}{L}}<0.100.....\left(3\right)$

其中

L＝L₀+(1-cosθ)

$L_0=\frac{\mathrm{m\&lambda;}}{n-1}$

条件(3)限定了与物镜10的外周部分中的环形区域结构的台阶(即，反映台阶高度和台阶数量两者的量)有关的量。当条件(3)的中间项小于条件(3)的下限时，由衍射级与台阶数量之间的关系所限定的衍射作用变得太弱，因此不能充分校正由温度变化所引起的球面像差。当条件(3)的中间项大于条件(3)的上限时，衍射作用变得太强，因此对由于温度变化所引起的球面像差的校正变得过度。此外，在这种情况下，与物镜10的外周部分中的台阶有关的量增大。因此，由于模制误差所造成的光量损失变大。作为结果，难以确保足够的光量。此外，在这种情况下，在有效光束半径的外周部分中，环形区域宽度变得过窄。因此，通过有效光束直径的外周部分的光束被阻挡，造成光量损失。因此难以确保足够的光量。

通过满足条件(1)至(3)，可以抑制由于温度变化所引起的球面像差的量的变化，同时确保足够的工作距离WD。此外，难以发生由于光学性能变差和环形区域结构的转移失败所引起的光量下降。另外，由于可以在有效光束直径的外周部分确保足够的环形区域宽度，因此可以有效地防止环形区域结构本身阻挡光束。此外，由于不必移动耦合透镜3以校正发生温度变化时的球面像差，耦合透镜3的移动范围变小。这有利于减小光学信息记录/再现装置100的尺寸。此外，通过为物镜10提供环形区域结构，可以降低球面像差对折射率的依赖性，从而可以抑制由批数不同以及模制条件的变化所引起的产品个体差异。

包括耦合透镜3和物镜10的光学拾取头的光学系统被配置为满足条件：

$-60<\frac{D}{f\&times;(1-\mathrm{\&beta;})\&times;\mathrm{\&Delta;t}}<-20.....\left(4\right)$

其中D(单位：mm)表示耦合透镜3为了校正由光盘厚度差异所引起的球面像差所需的移动量，Δt(单位：mm)表示光盘厚度的变化量。在这种情况下，当耦合透镜3在远离光源1的方向上移动时，移动量D为负，当耦合透镜3在接近光源1的方向上移动时，移动量D为正。当光学距离变短时，变化量Δt为负，当光学距离变长时，变化量Δt为正。

条件(4)限定了耦合透镜3用于校正由于光盘厚度差异所引起的球面像差的移动量。通过满足条件(4)，可以适当地校正由光盘厚度差异所引起的球面像差。当条件(4)的中间项小于条件(4)的下限时，对球面像差的校正会变得不足。当条件(4)的中间项大于条件(4)的上限时，对球面像差的校正会变得过度。在这种情况下，由于耦合透镜3的移动量变大，难以实现光学信息记录/再现装置100尺寸的减小。

当M表示在有效光束直径内形成在第一表面10a上的环形区域结构的台阶数量，h表示有效光束半径时，满足下面的条件(5)。

$2.0<\frac{\mathrm{mM}}{f\&times;h^4}<5.8.....\left(5\right)$

条件(5)涉及由衍射级和环形区域结构的台阶数量之间的关系限定的衍射作用。通过满足条件(5)，可以更适当地抑制由温度变化所引起的球面像差，同时确保足够的光量。当条件(5)的中间项小于条件(5)的下限时，对由于温度变化所引起的球面像差的校正变得不足。当条件(5)的中间项大于条件(5)的上限时，对由于温度变化所引起的球面像差的校正变得过度。在这种情况下，衍射作用变得过强，因此光量损失变大。

为了更适当地获得本发明的实施例的优点，优选将衍射级m设定为第一级。通过将衍射级m设定为第一级，每个台阶的深度不会太深，因此模制过程中难以发生转移失败。这有利于确保足够的光量。

耦合透镜3与物镜10之间的距离d(单位：mm)满足下面的条件(6)。

8＜d＜25…··        (6)

当d小于条件(6)的下限时，难以确保足够的空间以允许耦合透镜3移动。当d大于条件(6)的上限时，用于容纳光学拾取头的光学系统的空间变大，因此光学信息记录/再现装置100的尺寸变大。此外，在这种情况下，由于温度变化所引起的球面像差变大。

接下来解释根据实施例的光学信息记录/再现装置100的十个具体示例。由于十个示例之间的形状差异极小且在图中难以表示出来，因此使用图1中显示的光学信息记录/再现装置100的配置作为十个示例中的每一个的代表性配置。

第一示例

下面描述光学信息记录/再现装置100的第一示例。根据第一示例的包括耦合透镜3和物镜10的光学拾取头的光学系统的规格如下显示。具体而言，规格包括表示耦合透镜3的焦距的f’、表示物镜10的焦距的f、NA、光源1发射的激光束的波长λ、光学拾取头的光学系统的放大倍率β以及衍射级m。

f’：12.00

f：1.41

NA：0.85

λ：405

β：-0.118

m：1

表1显示了当使用光盘D时限定的根据第一示例的光学信息记录/再现装置100的具体数值配置。

表1

在表1中(以及在下面类似的表中)，第0号表面表示光源1的出射表面，第1号表面和第2号表面共同表示设置在光源1和耦合透镜3之间的光学部件(例如玻璃盖片、分光镜和光栅(在图1中只显示了半透半反镜2))，第3号表面和第4号表面分别表示耦合透镜3的第一表面3a和第二表面3b，第5号表面和第6号表面分别表示物镜10的第一表面10a和第二表面10b，第7号表面和第8号表面分别表示光盘D的保护层的表面和记录表面M1。在表1中(以及在下面类似的表中)，“r”表示每个光学表面的曲率半径(单位：mm)，“d₀”表示光学元件的厚度或者从每个光学表面到下一个光学表面的距离(单位：mm)，“n₀”表示在使用波长λ的折射率，“vd”表示d线处的阿贝数，“n_T+30℃”表示当环境温度比设计参考温度(室温)高30℃时每个光学元件在波长λ的折射率。对于非球面光学元件而言，“r”表示光轴上的曲率半径。在波长λ处取决于温度变化的波长波动为0.06nm/℃。

耦合透镜3的第一表面3a(第3号表面)和第二表面3b(第4号表面)以及物镜10的第一表面10a(第5号表面)和第二表面10b(第6号表面)中的每一个都是非球面，并且为了光盘D的信息记录和信息再现进行了优化设计。下面的表2显示了每个非球面的圆锥系数κ和非球面系数A₄，A₆··…。在表2中(以及在下面类似的表中)，符号“E”表示意为10的幂，其指数由E右侧的数字指定(例如“E-04”意为“×10^-4”)。

表2

表面	3	4	5	6
					κ	0.00000	0.00000	-0.64000	0.00000
A4	-2.47000E-05	2.00000E-04	2.07430E-02	1.84720E+00
					A6		2.65000E-06	2.64080E-04	-8.24370E+00
A8		4.00000E-08	3.81320E-02	2.93920E+01
					A10			-1.27580E-01	-7.20910E+01

A12			2.32190E-01	1.13910E+02
					A14			-2.42410E-01	-1.09730E+02
A16			1.34740E-01	5.79300E+01
					A18			-3.05300E-02	-1.25960E+01

在物镜10的第一表面10a(第5号表面)上设置环形区域结构。下面的表3显示了限定环形区域结构的光程差函数φ(h)的系数。

表3

表面	5
		P2	3.50000E+01
P4	-5.00000E+00
		P6	-1.00000E+01
P8	-8.50000E+00

图2A是显示当在设计参考温度条件(即室温)下对根据第一示例的光学信息记录/再现装置100中的光盘D执行信息记录或信息再现时所引起的球面像差的曲线图。图2B是显示当在温度比设计参考温度(室温)高30℃的条件下对根据第一示例的光学信息记录/再现装置100中的光盘D执行信息记录或信息再现时所引起的球面像差的曲线图。在图2A或图2B的每一个中(以及在下面类似的表中)，纵轴代表光瞳坐标(pupil coordinate)，横轴代表球面像差的量(单位：mm)。

第二示例

下面描述光学信息记录/再现装置100的第二示例。根据第二示例的包括耦合透镜3和物镜10的光学拾取头的光学系统的规格如下显示。具体而言，如下所示为表示耦合透镜3的焦距的f’、表示物镜10的焦距的f、NA、光源1发射的激光束的波长λ、光学拾取头的光学系统的放大倍率β以及衍射级m。

f’：17.00

f：1.41

NA：0.85

λ：405

β：-0.083

m：1

表4显示了当使用光盘D时限定的根据第二示例的光学信息记录/再现装置100的具体数值配置。

表4

耦合透镜3的第一表面3a(第3号表面)和第二表面3b(第4号表面)以及物镜10的第一表面10a(第5号表面)和第二表面10b(第6号表面)中的每一个都是非球面，并且为了光盘D的信息记录和信息再现进行了优化设计。下面的表5显示了每个非球面的圆锥系数κ和非球面系数A₄，A₆…··。

表5

表面	3	4	5	6
					κ	0.00000	0.00000	-0.64000	0.00000
A4	-6.91000E-06	7.32000E-05	2.07430E-02	1.84720E+00
					A6		5.20000E-07	2.64080E-04	-8.24370E+00
A8		4.00000E-08	3.81320E-02	2.93920E+01
					A10			-1.27580E-01	-7.20910E+01
A12			2.32190E-01	1.13910E+02
					A14			-2.42410E-01	-1.09730E+02
A16			1.34740E-01	5.79300E+01
					A18			-3.05300E-02	-1.25960E+01

在物镜10的第一表面10a(第5号表面)上设置环形区域结构。下面的表3显示了限定环形区域结构的光程差函数φ(h)的系数。

表6

表面	5
		P2	3.50000E+01
P4	-5.00000E+00
		P6	-1.00000E+01
P8	-8.50000E+00

图3A是显示当在设计参考温度条件(即室温)下对根据第二示例的光学信息记录/再现装置100中的光盘D执行信息记录或信息再现时所引起的球面像差的曲线图。图3B是显示当在温度比设计参考温度(室温)高30℃的条件下对根据第二示例的光学信息记录/再现装置100中的光盘D执行信息记录或信息再现时所引起的球面像差的曲线图。

第三示例

下面描述光学信息记录/再现装置100的第三示例。根据第三示例的包括耦合透镜3和物镜10的光学拾取头的光学系统的规格如下显示。具体而言，如下所示为表示耦合透镜3的焦距的f’、表示物镜10的焦距的f、NA、光源1发射的激光束的波长λ、光学拾取头的光学系统的放大倍率β以及衍射级m。

f’：12.00

f：1.18

NA：0.85

λ：405

β：-0.098

m：1

表7显示了当使用光盘D时限定的根据第三示例的光学信息记录/再现装置100的具体数值配置。

表7

耦合透镜3的第一表面3a(第3号表面)和第二表面3b(第4号表面)以及物镜10的第一表面10a(第5号表面)和第二表面10b(第6号表面)中的每一个都是非球面，并且为了光盘D的信息记录和信息再现进行了优化设计。下面的表8显示了每个非球面的圆锥系数κ和非球面系数A₄，A₆…··。

表8

表面	3	4	5	6
					κ	0.00000	0.00000	-0.64000	0.00000
A4	-2.47000E-05	2.00000E-04	3.25650E-02	3.43580E+00
					A6		2.65000E-06	3.26900E-02	-1.91150E+01
A8		4.00000E-08	-5.01250E-02	7.83860E+01
					A10			1.87950E-01	-2.20110E+02
A12			-3.18350E-01	3.98720E+02
					A14			2.79260E-01	-4.16870E+02
A16			-1.06300E-01	1.90350E+02

在物镜10的第一表面10a(第5号表面)上设置环形区域结构。下面的表9显示了限定环形区域结构的光程差函数φ(h)的系数。

表9

表面	5
		P2	4.50000E+01
P4	-5.00000E+00

P6	-1.00000E+01
		P8	-2.50000E+01

图4A是显示当在设计参考温度条件(即室温)下对根据第三示例的光学信息记录/再现装置100中的光盘D执行信息记录或信息再现时所引起的球面像差的曲线图。图4B是显示当在温度比设计参考温度(室温)高30℃的条件下对根据第三示例的光学信息记录/再现装置100中的光盘D执行信息记录或信息再现时所引起的球面像差的曲线图。

第四示例

下面描述光学信息记录/再现装置100的第四示例。根据第四示例的包括耦合透镜3和物镜10的光学拾取头的光学系统的规格如下显示。具体而言，如下所示为表示耦合透镜3的焦距的f’、表示物镜10的焦距的f、NA、光源1发射的激光束的波长λ、光学拾取头的光学系统的放大倍率β以及衍射级m。

f’：11.00

f：1.18

NA：0.85

λ：405

β：-0.107

m：1

表10显示了当使用光盘D时限定的根据第四示例的光学信息记录/再现装置100的具体数值配置。

表10

耦合透镜3的第一表面3a(第3号表面)和第二表面3b(第4号表面)以及物镜10的第一表面10a(第5号表面)和第二表面10b(第6号表面)中的每一个都是非球面，并且为了光盘D的信息记录和信息再现进行了优化设计。下面的表11显示了每个非球面的圆锥系数κ和非球面系数A₄，A₆…··。

表11

表面	3	4	5	6
					κ	0.00000	0.00000	-0.64000	0.00000
A4	-3.90000E-05	2.52000E-04	3.25650E-02	3.43580E+00
					A6		4.10000E-06	3.26900E-02	-1.91150E+01
A8		3.00000E-08	-5.01250E-02	7.83860E+01
					A10			1.87950E-01	-2.20110E+02
A12			-3.18350E-01	3.98720E+02
					A14			2.79260E-01	-4.16870E+02
A16			-1.06300E-01	1.90350E+02

在物镜10的第一表面10a(第5号表面)上设置环形区域结构。下面的表12显示了限定环形区域结构的光程差函数φ(h)的系数。

表12

表面	5
		P2	4.50000E+01
P4	-5.00000E+00
		P6	-1.00000E+01
P8	-2.50000E+01

图5A是显示当在设计参考温度条件(即室温)下对根据第四示例的光学信息记录/再现装置100中的光盘D执行信息记录或信息再现时所引起的球面像差的曲线图。图5B是显示当在温度比设计参考温度(室温)高30℃的条件下对根据第四示例的光学信息记录/再现装置100中的光盘D执行信息记录或信息再现时所引起的球面像差的曲线图。

第五示例

下面描述光学信息记录/再现装置100的第五示例。根据第五示例的包括耦合透镜3和物镜10的光学拾取头的光学系统的规格如下显示。具体而言，如下所示为表示耦合透镜3的焦距的f’、表示物镜10的焦距的f、NA、光源1发射的激光束的波长λ、光学拾取头的光学系统的放大倍率β以及衍射级m。

f’：14.10

f：1.18

NA：0.85

λ：405

β：-0.0834

m：1

表13显示了当使用光盘D时限定的根据第五示例的光学信息记录/再现装置100的具体数值配置。

表13

耦合透镜3的第一表面3a(第3号表面)和第二表面3b(第4号表面)以及物镜10的第一表面10a(第5号表面)和第二表面10b(第6号表面)中的每一个都是非球面，并且为了光盘D的信息记录和信息再现进行了优化设计。下面的表14显示了每个非球面的圆锥系数κ和非球面系数A₄，A₆··…。

表14

表面	3	4	5	6
					κ	0.00000	0.00000	-0.64000	0.00000
A4	-1.68000E-05	1.23000E-04	3.25650E-02	3.43580E+00
					A6		1.24000E-06	3.26900E-02	-1.91150E+01
A8			-5.01250E-02	7.83860E+01

A10			1.87950E-01	-2.20110E+02
					A12			-3.18350E-01	3.98720E+02
A14			2.79260E-01	-4.16870E+02
					A16			-1.06300E-01	1.90350E+02

在物镜10的第一表面10a(第5号表面)上设置环形区域结构。下面的表15显示了限定环形区域结构的光程差函数φ(h)的系数。

表15

表面	5
		P2	4.50000E+01
P4	-5.00000E+00
		P6	-1.00000E+01
P8	-2.50000E+01

图6A是显示当在设计参考温度条件(即室温)下对根据第五示例的光学信息记录/再现装置100中的光盘D执行信息记录或信息再现时所引起的球面像差的曲线图。图6B是显示当在温度比设计参考温度(室温)高30℃的条件下对根据第五示例的光学信息记录/再现装置100中的光盘D执行信息记录或信息再现时所引起的球面像差的曲线图。

第六示例

下面描述光学信息记录/再现装置100的第六示例。根据第六示例的包括耦合透镜3和物镜10的光学拾取头的光学系统的规格如下显示。具体而言，如下所示为表示耦合透镜3的焦距的f’、表示物镜10的焦距的f、NA、光源1发射的激光束的波长λ、光学拾取头的光学系统的放大倍率β以及衍射级m。

f’：14.10

f：1.18

NA：0.85

λ：405

β：-0.083

m：1

表16显示了当使用光盘D时限定的根据第六示例的光学信息记录/再现装置100的具体数值配置。

表16

耦合透镜3的第一表面3a(第3号表面)和第二表面3b(第4号表面)以及物镜10的第一表面10a(第5号表面)和第二表面10b(第6号表面)中的每一个都是非球面，并且为了光盘D的信息记录和信息再现进行了优化设计。下面的表17显示了每个非球面的圆锥系数κ和非球面系数A₄，A₆…··。

表17

	3	4	5	6
					κ	0.00000	0.00000	-1.40000	-25.00000
A4	-1.68000E-05	1.46600E-04	2.76540E-01	8.85970E-01
					A6		1.60000E-06	-2.84950E-02	-4.44020E+00
A8		4.00000E-08	4.29040E-02	2.06900E+01
					A10			4.50950E-02	-8.22800E+01
A12			-2.21680E-01	2.19520E+02
					A14			5.19820E-01	-3.58370E+02
A16			-4.85420E-01	3.24520E+02
					A18			-6.81900E-02	-1.26050E+02
			4.75720E-01	1.30000E+00

-2.66990E-01

在物镜10的第一表面10a(第5号表面)上设置环形区域结构。下面的表18显示了限定环形区域结构的光程差函数φ(h)的系数。

表18

表面	5
		P2	8.20000E+01
P4	-3.00000E+01
		P6	-3.70000E+01
P8	-9.00000E+00

图7A是显示当在设计参考温度条件(即室温)下对根据第六示例的光学信息记录/再现装置100中的光盘D执行信息记录或信息再现时所引起的球面像差的曲线图。图7B是显示当在温度比设计参考温度(室温)高30℃的条件下对根据第六示例的光学信息记录/再现装置100中的光盘D执行信息记录或信息再现时所引起的球面像差的曲线图。

第七示例

下面描述光学信息记录/再现装置100的第七示例。根据第七示例的包括耦合透镜3和物镜10的光学拾取头的光学系统的规格如下显示。具体而言，如下所示为表示耦合透镜3的焦距的f’、表示物镜10的焦距的f、NA、光源1发射的激光束的波长λ、光学拾取头的光学系统的放大倍率β以及衍射级m。

f’：12.00

f：1.41

NA：0.85

λ：405

β：-0.118

m：1

表19显示了当使用光盘D时限定的根据第七示例的光学信息记录/再现装置100的具体数值配置。

表19

耦合透镜3的第一表面3a(第3号表面)和第二表面3b(第4号表面)以及物镜10的第一表面10a(第5号表面)和第二表面10b(第6号表面)中的每一个都是非球面，并且为了光盘D的信息记录和信息再现进行了优化设计。下面的表20显示了每个非球面的圆锥系数κ和非球面系数A₄，A₆…··。

表20

表面	3	4	5	6
					κ	0.00000	0.00000	-0.64000	0.00000
A4	-2.47000E-05	2.00000E-04	2.07140E-02	1.50510E+00
					A6		2.65000E-06	-5.15370E-03	-5.47110E+00
A8		4.00000E-08	7.22060E-02	1.46430E+01
					A10			-2.23980E-01	-2.36470E+01
A12			3.95900E-01	1.72430E+01
					A14			-3.98580E-01	4.45900E+00
A16			2.12040E-01	-1.54090E+01
					A18			-4.58020E-02	7.08200E+00

在物镜10的第一表面10a(第5号表面)上设置环形区域结构。下面的表21显示了限定环形区域结构的光程差函数φ(h)的系数。

表21

表面	5
		P2	3.50000E+01
P4	-4.00000E+00
		P6	-1.00000E+01
P8	-6.00000E+00

图8A是显示当在设计参考温度条件(即室温)下对根据第七示例的光学信息记录/再现装置100中的光盘D执行信息记录或信息再现时所引起的球面像差的曲线图。图8B是显示当在温度比设计参考温度(室温)高30℃的条件下对根据第七示例的光学信息记录/再现装置100中的光盘D执行信息记录或信息再现时所引起的球面像差的曲线图。

第八示例

下面描述光学信息记录/再现装置100的第八示例。根据第八示例的包括耦合透镜3和物镜10的光学拾取头的光学系统的规格如下显示。具体而言，如下所示为表示耦合透镜3的焦距的f’、表示物镜10的焦距的f、NA、光源1发射的激光束的波长λ、光学拾取头的光学系统的放大倍率β以及衍射级m。

f’：15.00

f：1.41

NA：0.85

λ：405

β：-0.118

m：1

表22显示了当使用光盘D时限定的根据第八示例的光学信息记录/再现装置100的具体数值配置。

表22

耦合透镜3的第一表面3a(第3号表面)和第二表面3b(第4号表面)以及物镜10的第一表面10a(第5号表面)和第二表面10b(第6号表面)中的每一个都是非球面，并且为了光盘D的信息记录和信息再现进行了优化设计。下面的表23显示了每个非球面的圆锥系数κ和非球面系数A₄，A₆··…。

表23

表面	3	4	5	6
					κ	0.00000	0.00000	-0.64000	0.00000
A4	-8.06000E-05	-1.40000E-07	2.07140E-02	1.50510E+00
					A6		2.65000E-06	-5.15370E-03	-5.47110E+00
A8		4.00000E-08	7.22060E-02	1.46430E+01
					A10			-2.23980E-01	-2.36470E+01
A12			3.95900E-01	1.72430E+01
					A14			-3.98580E-01	4.45900E+00
A16			2.12040E-01	-1.54090E+01
					A18			-4.58020E-02	7.08200E+00

在物镜10的第一表面10a(第5号表面)上设置环形区域结构。下面的表24显示了限定环形区域结构的光程差函数φ(h)的系数。

表24

表面	5
		P2	3.50000E+01
P4	-4.00000E+00
		P6	-1.00000E+01
P8	-6.00000E+00

图9A是显示当在设计参考温度条件(即室温)下对根据第八示例的光学信息记录/再现装置100中的光盘D执行信息记录或信息再现时所引起的球面像差的曲线图。图9B是显示当在温度比设计参考温度(室温)高30℃的条件下对根据第八示例的光学信息记录/再现装置100中的光盘D执行信息记录或信息再现时所引起的球面像差的曲线图。

第九示例

下面描述光学信息记录/再现装置100的第九示例。根据第九示例的包括耦合透镜3和物镜10的光学拾取头的光学系统的规格如下显示。具体而言，如下所示为表示耦合透镜3的焦距的f’、表示物镜10的焦距的f、NA、光源1发射的激光束的波长λ、光学拾取头的光学系统的放大倍率β以及衍射级m。

f’：14.10

f：1.41

NA：0.85

λ：405

β：-0.100

m：1

表25显示了当使用光盘D时限定的根据第九示例的光学信息记录/再现装置100的具体数值配置。

表25

耦合透镜3的第一表面3a(第3号表面)和第二表面3b(第4号表面)以及物镜10的第一表面10a(第5号表面)和第二表面10b(第6号表面)中的每一个都是非球面，并且为了光盘D的信息记录和信息再现进行了优化设计。下面的表26显示了每个非球面的圆锥系数κ和非球面系数A₄，A₆…··。

表26

表面	3	4	5	6
					κ	0.00000	0.00000	-0.67000	0.00000
A4	-1.68000E-05	1.46600E-04	2.03700E-02	1.99590E+00
					A6		1.60000E-06	-6.94780E-03	-8.57060E+00
A8		4.00000E-08	8.22160E-02	2.89590E+01
					A10			-2.64170E-01	-6.56550E+01
A12			4.72940E-01	9.52290E+01
					A14			-4.86180E-01	-8.42170E+01
A16			2.62620E-01	4.05110E+01
					A18			-5.47650E-02	-7.17410E+00
A20			-1.63460E-03	-6.82150E-01

在物镜10的第一表面10a(第5号表面)上设置环形区域结构。下面的表27显示了限定环形区域结构的光程差函数φ(h)的系数。

表27

表面	5
		P2	4.50000E+01
P4	-1.00000E+01
		P6	-1.25000E+01
P8	-7.50000E+00

图10A是显示当在设计参考温度条件(即室温)下对根据第九示例的光学信息记录/再现装置100中的光盘D执行信息记录或信息再现时所引起的球面像差的曲线图。图10B是显示当在温度比设计参考温度(室温)高30℃的条件下对根据第九示例的光学信息记录/再现装置100中的光盘D执行信息记录或信息再现时所引起的球面像差的曲线图。

第十示例

下面描述光学信息记录/再现装置100的第十示例。根据第十示例的包括耦合透镜3和物镜10的光学拾取头的光学系统的规格如下显示。具体而言，如下所示为表示耦合透镜3的焦距的f’、表示物镜10的焦距的f、NA、光源1发射的激光束的波长λ、光学拾取头的光学系统的放大倍率β以及衍射级m。

f’：14.10

f：1.41

NA：0.85

λ：405

β：-0.100

m：2

表28显示了当使用光盘D时限定的根据第十示例的光学信息记录/再现装置100的具体数值配置。

表28

耦合透镜3的第一表面3a(第3号表面)和第二表面3b(第4号表面)以及物镜10的第一表面10a(第5号表面)和第二表面10b(第6号表面)中的每一个都是非球面，并且为了光盘D的信息记录和信息再现进行了优化设计。下面的表29显示了每个非球面的圆锥系数κ和非球面系数A₄，A₆…··。

表29

表面	3	4	5	6
					κ	0.00000	0.00000	-0.64000	0.00000
A4	-1.68000E-05	1.23000E-04	2.06420E-02	1.52750E+00
					A6		1.24000E-06	4.45910E-06	-5.91900E+00
A8			3.99920E-02	1.84110E+01
					A10			-1.25500E-01	-4.01390E+01
A12			2.25850E-01	5.75740E+01
					A14			-2.32010E-01	-5.15080E+01
A16			1.27020E-01	2.59890E+01
					A18			-2.84220E-02	-5.63230E+00

在物镜10的第一表面10a(第5号表面)上设置环形区域结构。下面的表30显示了限定环形区域结构的光程差函数φ(h)的系数。

表30

表面	5
		P2	1.80000E+01
P4	-2.00000E+00
		P6	-5.00000E+00
P8	-3.00000E+00

图11A是显示当在设计参考温度条件(即室温)下对根据第十示例的光学信息记录/再现装置100中的光盘D执行信息记录或信息再现时所引起的球面像差的曲线图，以及图11B是显示当在温度比设计参考温度(室温)高30℃的条件下对根据第十示例的光学信息记录/再现装置100中的光盘D执行信息记录或信息再现时所引起的球面像差的曲线图。

下面的表31对第一示例至第十示例(以及稍后解释的对比示例)中的每一个显示与全部台阶的高度的绝对值有关的总和(∑φ_0.00-1.00)以及(∑φ_0.95-1.00)、有效光束直径中的台阶数量M、在设计参考温度以及比设计参考温度高30°的温度下的第三阶球面像差(SA)、以及光学信息记录/再现装置100中的工作距离WD。

表31

下面的表32对第一示例至第十示例(以及稍后描述的对比示例)中的每一个显示了上述条件(1)至(6)的值。

表32

下面的表33对第一示例至第十示例(以及稍后描述的对比示例)中的每一个显示了在物镜10的第一表面10a上的有效光束半径的95％至100％的范围内形成的台阶数量、与有效光束半径的95％至100％的范围相对应的宽度(即，与有效光束半径的95％相对应的光瞳高度和与有效光束半径的100％相对应的光瞳高度之间的距离(单位：μm))、环形区域宽度P_ave(单位：μm)，95％至100％的范围内的最大角度θ(单位：度)，最大角度位置处的台阶高度L的绝对值(单位：μm)，光轴处的台阶高度L₀的绝对值(单位：μm)。

表33

如表32所示，第一示例至第十示例全部满足条件(1)至(6)。特别地，通过满足条件(1)至(3)，可以抑制由于温度变化所引起的球面像差的变化并且维持适合于信息记录和信息再现的光学性能，同时确保足够的工作距离WD。此外，很难出现由于环形区域结构的转移失败所引起的光量下降。此外，由于不必移动耦合透镜3以校正由温度变化所引起的球面像差，可将耦合透镜3的移动范围设定得较小，这有利于减小光学信息记录/再现装置100的尺寸。此外，如表33所示，由于确保了足够的环形区域宽度P_ave，可以有效防止环形区域本身阻挡光束。

接下来解释对比示例。除了对比示例中的物镜的第一表面和第二表面中的每一个都不具有环形区域结构之外，根据对比示例的光学信息记录/再现装置与第一示例的配置基本相同。图12A是显示当在设计参考温度条件(即室温)下对根据对比示例的光学信息记录/再现装置100中的光盘D执行信息记录或信息再现时所引起的球面像差的曲线图。图12B是显示当在温度比设计参考温度(室温)高30℃的条件下对根据对比示例的光学信息记录/再现装置100中的光盘D执行信息记录或信息再现时所引起的球面像差的曲线图。由于对比示例不满足条件(3)，因此在对比示例中由温度变化所引起的球面像差较大。因此，在对比示例中，当发生温度变化时，对光盘D的记录性能或再现性能发生很大程度的恶化。

从第一示例至第十示例与对比示例的对比可以看出，根据第一示例至第十示例中的每一个的光学信息记录/再现装置能够维持足以对光盘D进行信息记录和信息再现的光学性能。因此，可以提供一种光学拾取头的光学系统，其由树脂制成，在确保足够的光量和足够的工作距离WD方面具有优点。

虽然已参考本发明的某些优选实施例相当详细地描述了本发明，其他实施例也是可能的。

Claims (12)

1.一种光学拾取头的光学系统，包括：

耦合透镜，其由树脂制成，改变光源发射的光束的会聚程度；以及

物镜，其由树脂制成，具有大于0.8的数值孔径NA，所述物镜将从所述耦合透镜出射的光束会聚到光盘的记录表面上，

其中：

当β表示由所述耦合透镜和所述物镜构成的光学系统对于使用单位为nm的波长λ的放大倍率时，所述放大倍率β满足条件：

-0.13＜β＜-0.08…··(1)；

当单位为mm的f表示所述物镜对于使用波长λ的焦距时，所述焦距f满足条件：

1.15＜f＜1.50…··(2)；

所述物镜在所述物镜的至少一个表面上具有环形区域结构，所述环形区域结构具有多个环形区域并且具有台阶，每个台阶在所述物镜的光轴方向上延伸并且形成在所述多个环形区域中的相邻环形区域之间的边界处以便在通过所述边界内的光束和通过所述边界外的光束之间造成预定的光程差；以及

当∑φ_0.00-1.00表示在有效光束直径内形成的环形区域结构的所有台阶的高度的绝对值之和，∑φ_0.95-1.00表示在关于光轴的有效光束半径的95％至100％的范围内形成的环形区域结构的所有台阶的高度的绝对值之和，n表示所述物镜在使用波长λ的折射率，单位为mm的d₀表示在光轴上限定的所述物镜的厚度，P_ave表示在有效光束半径的95％至100％的范围内形成的台阶中的相邻台阶之间的平均距离，θ表示形成环形区域结构的至少一个表面的法线与光轴的平行线之间形成的角度在有效光束半径的95％至100％的范围内的最大角度，L表示在与所述最大角度相对应的位置处形成的台阶的高度的绝对值，L₀表示在与光轴相对应的位置处形成的台阶的高度的绝对值，m表示对入射到形成环形区域结构的至少一个表面上的具有使用波长λ的激光束的衍射效率最大处的衍射级时，光学拾取头的光学系统满足条件：

$0.065<\frac{(\frac{\left(\mathrm{\&Sigma;}{\mathrm{\&Phi;}}_{0.95-1.00}\right)}{\left(\mathrm{\&Sigma;}{\mathrm{\&Phi;}}_{0.00-1.00}\right)}\&times;\frac{d_0\&times;n}{f^2\&times;{(\mathrm{NA}/0.85)}^4})}{P_{\mathrm{ave}}+\frac{1}{L}}<0.100.....\left(3\right)$

其中

L＝L₀+(1-cosθ)

$L_0=\frac{\mathrm{m\&lambda;}}{n-1}..$

2.根据权利要求1所述的光学拾取头的光学系统，

其中：

当单位为mm的D表示所述耦合透镜为了校正由用于记录或再现的光盘的保护层表面与记录表面之间的光学距离的差异所引起的球面像差所需的移动量，单位为mm的Δt表示所述光学距离的变化量时，光学拾取头的光学系统满足条件：

$-60<\frac{D}{f\&times;(1-\mathrm{\&beta;})\&times;\mathrm{\&Delta;t}}<-20.....\left(4\right)$

其中，当所述耦合透镜在远离光源的方向上移动时，所述移动量D为负，当耦合透镜在接近光源的方向上移动时，所述移动量D为正，当所述光学距离变短时，所述变化量Δt为负，当所述光学距离变长时，所述变化量Δt为正。

3.根据权利要求1所述的光学拾取头的光学系统，其中所述耦合透镜移动仅仅是为了校正由所述光学距离的差异、光束关于光源的波长偏移、以及物镜的制造误差所引起的球面像差。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的光学拾取头的光学系统，

其中当M表示在有效光束直径内形成的环形区域结构的台阶数量，h表示树脂物镜的有效光束半径时，光学拾取头的光学系统满足下面的条件(5)：

$2.0<\frac{\mathrm{mM}}{f\&times;h^4}<5.8.....\left(5\right).$

5.根据权利要求4所述的光学拾取头的光学系统，其中所述衍射级m为第一级。

6.根据权利要求1所述的光学拾取头的光学系统，其中当单位为mm的d表示所述耦合透镜与所述物镜之间的距离时，光学拾取头的光学系统满足条件

8＜d＜25                  …··(6)。

7.一种用于向基于预定标准的光盘记录信息和/或从基于预定标准的光盘再现信息的光学信息记录/再现装置，包括：

光源，其发射具有波长λ的光束；

光学拾取头的光学系统；以及

信号处理单元，其被配置为检测从所述光盘的记录表面返回的返回光束并且对所述返回光束执行预定的信号处理，

光学拾取头的光学系统包括：

耦合透镜，其由树脂制成，改变光源发射的光束的会聚程度；以及

物镜，其由树脂制成，具有大于0.8的数值孔径NA，所述物镜将从所述耦合透镜出射的光束会聚到光盘的记录表面上，

其中：

当β表示由所述耦合透镜和所述物镜构成的光学系统对于使用单位为nm的波长λ的放大倍率时，所述放大倍率β满足条件：

-0.13＜β＜-0.08               …··(1)；

当单位为mm的f表示所述物镜对于使用波长λ的焦距时，所述焦距f满足条件：

1.15＜f＜1.50                  …··(2)；

所述物镜在所述物镜的至少一个表面上具有环形区域结构，所述环形区域结构具有多个环形区域并且具有台阶，每个台阶在所述物镜的光轴方向上延伸并且形成在所述多个环形区域中的相邻环形区域之间的边界处以便在通过所述边界内的光束和通过所述边界外的光束之间造成预定的光程差；以及

当∑φ_0.00-1.00表示在有效光束直径内形成的环形区域结构的所有台阶的高度的绝对值之和，∑φ_0.95-1.00表示在关于光轴的有效光束半径的95％至100％的范围内形成的环形区域结构的所有台阶的高度的绝对值之和，n表示所述物镜在使用波长λ的折射率，单位为mm的d₀表示在光轴上限定的所述物镜的厚度，P_ave表示在有效光束半径的95％至100％的范围内形成的台阶中的相邻台阶之间的平均距离，θ表示形成环形区域结构的至少一个表面的法线与光轴的平行线之间形成的角度在有效光束半径的95％至100％的范围内的最大角度，L表示在与所述最大角度相对应的位置处形成的台阶的高度的绝对值，L₀表示在与光轴相对应的位置处形成的台阶的高度的绝对值，m表示对入射到形成环形区域结构的至少一个表面上的具有使用波长λ的激光束的衍射效率最大处的衍射级时，光学拾取头的光学系统满足条件：

$0.065<\frac{(\frac{\left(\mathrm{\&Sigma;}{\mathrm{\&Phi;}}_{0.95-1.00}\right)}{\left(\mathrm{\&Sigma;}{\mathrm{\&Phi;}}_{0.00-1.00}\right)}\&times;\frac{d_0\&times;n}{f^2\&times;{(\mathrm{NA}/0.85)}^4})}{P_{\mathrm{ave}}+\frac{1}{L}}<0.100.....\left(3\right)$

其中

L＝L₀+(1-cosθ)

$L_0=\frac{\mathrm{m\&lambda;}}{n-1}..$

8.根据权利要求7所述的光学信息记录/再现装置，

其中：

当单位为mm的D表示所述耦合透镜为了校正由用于记录或再现的光盘的保护层表面与记录表面之间的光学距离的差异所引起的球面像差所需的移动量，单位为mm的Δt表示所述光学距离的变化量时，光学拾取头的光学系统满足条件：

$-60<\frac{D}{f\&times;(1-\mathrm{\&beta;})\&times;\mathrm{\&Delta;t}}<-20.....\left(4\right)$

其中，当耦合透镜在远离光源的方向上移动时，所述移动量D为负，当耦合透镜在接近光源的方向上移动时，所述移动量D为正，当所述光学距离变短时，所述变化量Δt为负，当所述光学距离变长时，所述变化量Δt为正。

9.根据权利要求7所述的光学信息记录/再现装置，其中所述耦合透镜移动仅仅是为了校正由所述光学距离的差异、光束关于光源的波长偏移、以及物镜的制造误差所引起的球面像差。

10.根据权利要求7至9中任一项所述的光学信息记录/再现装置，

其中当M表示在有效光束直径内形成的环形区域结构的台阶数量，h表示树脂物镜的有效光束半径时，光学拾取头的光学系统满足下面的条件(5)：

$2.0<\frac{\mathrm{mM}}{f\&times;h^4}<5.8.....\left(5\right).$

11.根据权利要求10所述的光学信息记录/再现装置，其中所述衍射级m为第一级。

12.根据权利要求7所述的光学信息记录/再现装置，其中当单位为mm的d表示所述耦合透镜与所述物镜之间的距离时，光学拾取头的光学系统满足条件

8＜d＜25                …··(6)。

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