CN1136561C - 光学拾取装置的光学系统 - Google Patents

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Abstract

一种用于能够使用DVD和CD光盘的光学拾取装置的光学系统。该系统包括一光源部分，用于选择性地发出第一激光束(650nm)和第二激光束(780nm)；和一物镜，用于将来自光源部分的激光束会聚在光盘的记录层上。物镜在其外围区域内设有一控制透射率的相位光栅，具有波长依赖性，使得对第一激光束的透射率高于对第二激光束的透射率。该控制透射率的相位光栅被形成为多个同心凹槽。各所述凹槽在包含物镜光轴的平面内具有矩形截面。

Description

光学拾取装置的光学系统
发明的技术领域
本发明涉及一种用于能够使用两种不同记录密度光盘的光学拾取装置的光学系统。
发明背景
一般地说，形成在光盘记录层上的束斑直径与光盘的记录密度紧密相关。也就是说，束斑直径需要具有适宜的尺寸以在宽度上适当覆盖记录层上的信迹。具有较高记录密度的光盘其信迹宽度较窄，从而需要较小的束斑尺寸。相反地，具有较低记录密度的光盘其信迹宽度较宽，从而需要较大的束斑尺寸。
当束斑直径远大于信迹宽度时，再现信号会产生抖动，这是来自相邻信迹的反射光对再现信号的不利影响。另一方面，当束斑直径远小于信迹宽度时，特别是对于通过采用衍射光对光盘例如致密盘(CD)再现记录信号的光学系统，该系统会由于不充分衍射而错过再现信号。
由于束斑直径随着光波长的变短和数值孔径(NA)的变大而变小，所以用于高记录密度数字多用盘(DVD)的光学系统需要较短的波长和较高的NA，而用于低记录密度CD的光学系统需要较长的波长和较低的NA。
可兼容CD和DVD的传统光学拾取装置设有一对分别针对CD和DVD而设计的光学系统。然而，这种光学拾取装置增大了装置的整体尺寸并且增加了制造成本。
另一种传统光学拾取装置设有一对其发射波长彼此不同的半导体激光器、一含有为CD和DVD所共用之物镜的光学系统、以及一响应于光盘类型而改变NA的孔径机构。然而，当此孔径机构安装在为寻迹伺服而被驱动的可移动部分上时，可移动部分的重量增加，从而降低了寻迹响应。
另一方面，当此孔径机构安装在所述可移动部分之外，特别是当该孔径将束斑直径限制得较小时，物镜上的入射光量由于物镜的寻迹运动而变化，从而改变了再现信号的电平。也就是说，由于入射在物镜上的激光束直径一般大于物镜的直径，所以物镜在束斑直径之内的寻迹运动不会改变入射光量。然而，当入射激光束由该孔径加以限制时，一部分物镜会由于寻迹运动而离开激光束之外，从而改变了入射光量。
NL-A-1008739的图7公开了一种具有全息光栅的用于光学拾取装置的物镜。另外，EP-A-0747893的图30B公开了一种具有全息光栅的孔径限制元件。该孔径限制元件的光栅用于控制透射率，使得对于635nm激光束的透射率大于785nm激光束的透射率。然而，这些出版物没有讨论凹进表面宽度与相邻凸出表面宽度的占空比。
发明的简要描述
因此，本发明的目的在于提供一种用于光学拾取装置的光学系统，其能够根据光盘的记录密度调整束斑尺寸而无需采用孔径机构。
为了上述目的，根据本发明，提供一种改进的用于光学拾取装置的光学系统，其中的光学拾取装置能够使用至少两种类型的具有不同记录密度的光盘，该光学系统包括：一光源部分，用于选择性地发出第一激光束和波长长于所述第一激光束的第二激光束；和一物镜，用于将来自光源部分的激光束会聚在光盘的记录层上，其特征在于所述物镜在外围区域内设有一控制透射率的相位光栅，具有波长依赖性，使得对第一激光束的透射率高于对第二激光束的透射率，所述控制透射率的相位光栅被形成为多个同心凹槽，各所述凹槽在包含物镜光轴的平面内具有矩形截面。所述凹槽的侧壁基本上平行于所述光轴，凹槽的凹进表面和凹槽之间的凸出表面分别与透镜表面的宏观形状基本一致。光源部分满足下述条件(1)，控制透射率的相位光栅满足下述条件(2)和(3)之一；
0.81＜λ1λ2＜0.85  ...(1)
1.2＜R1/R2＜3.0     ...(2)
1.2＜R2/R1＜3.0    ...(3)
其中λ1为所述第一激光束的波长，λ2为所述第二激光束的波长，R1和R2分别为在所述物镜径向上所述凹进表面和相邻凸出表面的宽度。
所述外围区域位于具有为较低记录密度光盘所需之既定NA的激光束的透射区域之外。应当指出，“透射率”被定义为形成束斑的激光束和通过外围区域内侧中央区域的光束一起的光量与入射在外围区域上的激光束的光量之比。
当使用具有较高记录密度的光盘时，光源部分发出具有较短波长的第一激光束。由于控制透射率的相位光栅对于第一激光束具有较高的透射率，所以第一激光束不仅通过物镜的中央区域而且通过物镜的外围区域。其结果是，该物镜对于第一激光束的NA变得相对较高，从而减小了光盘上束斑的尺寸。
当使用具有较低记录密度的光盘时，光源部分发出具有较长波长的第二激光束。由于控制透射率的相位光栅对于第二激光束具有较低的透射率，所以其阻断第二激光束，而且第二激光束主要通过物镜的中央区域。其结果是，该物镜对于第二激光束的NA变得相对较低，从而放大了光盘上束斑的尺寸。
最好是使占空比R1/R2随着外围区域内沿径向位置而改变。例如，绝对差|R1-R2|可以在外围区域内从内侧向外侧逐渐减小。控制透射率的相位光栅可以在至少一对凹进表面和相邻凸出表面上满足R1＜R2。
在此说明书中，物镜被定义为至少具有会聚功能和透射率控制功能的透镜，而不管其透镜元件的数量。也就是说，该物镜可以是单透镜或者多个元件的组合。另外，透射率控制功能可以与会聚功能分离。该物镜可以是会聚透镜与具有控制透射率的相位光栅的平板的组合。
控制透射率的相位光栅最好给出等于第一激光束波长的“p”倍(p为整数)并且等于第二激光束波长的“q+0.5”倍(q为整数)的光程差。例如，p＝3且q＝2。
在外围区域内侧的中央区域可以是径向截面为单曲线的连续表面。在此情况下，光源部分选择性地发出第一和第二激光束，使得第一激光束作为平行光束入射在物镜上，第二激光束作为发散光束入射在物镜上。
另一方面，可以在中央区域内形成一衍射透镜结构。所述衍射透镜结构被形成为多个各具有楔形截面的同心环，以具有波长依赖性，使得球差在校正不足方向随着入射光波长的增大而改变。在此情况下，光源部分选择性地发出第一和第二激光束，使得第一和第二激光束作为平行光束入射在物镜上。
附图的简要说明
图1表示使用DVD时根据第一实施例的用于光学拾取装置的光学系统；
图2表示使用CD时根据第一实施例的用于光学拾取装置的光学系统；
图3A为根据第一实施例的光学系统中物镜的剖面图；
图3B为图3A中物镜的外围区域的放大图；
图4为根据第二实施例的光学系统中物镜的剖面图；
图5为根据第一数值例的物镜的透镜图和DVD；
图6A为图5中光学系统的球差曲线；
图6B为图5中光学系统的象散曲线；
图7为根据第一数值例的物镜的透镜图和CD；
图8A为表示图7中光学系统球差的曲线；
图8B为表示图7中光学系统象散的曲线；
图9为根据第二数值例的物镜的透镜图和DVD；
图10A为表示图9中光学系统球差的曲线；
图10B为表示图9中光学系统象散的曲线；
图11为根据第二数值例的物镜的透镜图和CD；
图12A为表示图11中光学系统球差的曲线；以及
图12B为表示图11中光学系统象散的曲线。
实施例的说明 第一实施例
图1和2表示根据第一实施例的用于光学拾取装置的光学系统。该光学拾取装置应用于能够记录/再现其记录密度较高的DVD以及其记录密度较低的CD的光盘装置。光学系统将信号记录进入DVD或由之再现信号，如图1所示，并且从CD再现信号，如图2所示。图3A为用在图1和2的光学系统中的物镜的剖面图。
如图1和2所示，该光学系统包括一光源部分10，一光束成形/分离棱镜20，一物镜30和一光接收部分40。光源部分10配备有一第一半导体激光器11，用于在使用DVD时发出具有较短波长的第一激光束；一第二半导体激光器12，用于在使用CD时发出具有较长波长的第二激光束；一偏振分束器13和一准直透镜14。光源部分10选择性地发出第一激光束和第二激光束。
第一半导体激光器11设置成使得第一激光束作为P偏振光入射在偏振分束器13上，第二半导体激光器12设置成使得第二激光束作为S偏振光入射在偏振分束器13上。
准直透镜14为具有折射光焦度的单片正透镜，用于将来自第一半导体激光器11的发散光束转换成平行光束。来自第一半导体激光器11的第一激光束作为平行光束入射在物镜30上，如图1所示。另一方面，来自第二半导体激光器12的第二激光束作为发散光束入射在物镜上，如图2所示。
光束成形/分离棱镜20由一对棱镜21和22构成，用于对激光束截面加以成形，并且将来自光盘DVD或CD的反射光束加以反射使之入射在光接收部分40上。
物镜30由塑料例如PMMA制成，为单片透镜，其第一和第二透镜表面30a和30b为非球面。物镜30将来自光源部分10的激光束会聚至光盘DVD或CD的记录层上。在第一表面30a的外围区域形成有控制透射率的相位光栅32，中央区域形成为其径向截面为单一曲线的连续表面31。
光接收部分40包括一用于会聚来自光束成形/分离棱镜20的反射光束的会聚透镜41，一偏振分束器42，一对柱面透镜43和45，和一对光电探测器44和46。从光盘反射的第一激光束透过偏振分束器42和柱面透镜43，入射在第一光电探测器44上。从光盘反射的第二激光束由偏振分束器42加以反射，透过柱面透镜45，入射在第二光电探测器46上。
下面参照图3A和3B对物镜30进行详细说明。图3A为物镜30的剖面图，图3B为其外围区域的放大图。在外围区域的控制透射率的相位光栅32形成为多个同心凹槽，并且具有波长依赖性使得对第一激光束的透射率高于对第二激光束的透射率。每个凹槽在含有物镜30的光轴Ax的平面内具有矩形截面。也就是说，凹槽的侧壁32a基本平行于光轴Ax，凹槽的凹进表面32b和凹槽之间的凸出表面32c分别与透镜表面的宏观形状基本一致。第一表面30a被限定为包含凸出表面32c的虚拟表面。另外，中间表面30c被限定为包含凹进表面32b的虚拟表面，如图3A中虚线所示。在第一实施例中，中央区域的连续表面31与第一表面30a一致。然而，该连续表面31可以与中间表面30c一致。应当指出，图3A与实际结构相比夸大了凹槽。在实际结构中形成有更大数量的更为精细的凹槽。
由于控制透射率的相位光栅32对第一激光束提供了更高的透射率，所以第一激光束不仅透过中央区域而且透过物镜30的外围区域。其结果是，物镜30对第一激光束的NA变得相对较高，从而形成适用于DVD的较小束斑。
由于控制透射率的相位光栅32阻断了第二激光束，所以第二激光束仅透过中央区域。其结果是，物镜对第二激光束的NA变得相对较低，从而形成适用于CD的较大束斑。
外围区域在具有为较低记录密度光盘所需之既定NA的激光束透射区域之外。由于CD所需之NA为大约0.45，所以外围区域限定在具有例如NA＝0.45的激光束透射区域之外。
控制透射率的相位光栅32给出的光程差等于第一激光束波长的“p”倍(p为整数)，并且等于第二激光束波长的“q+0.5”倍(q为整数)。当光程差为波长的整数倍时，相位光栅32的光学作用与没有凹槽的平表面相同，激光束以高透射率通过。另一方面，当光程差为波长的“整数+0.5”倍时，通过凹进表面32b的激光束与通过凸出表面32c的激光束相互抵消，从而降低了透射率。
对控制透射率的相位光栅32的要求给出如下：
(a)使作为零级衍射光(无衍射光)的第一激光束的透射率最大；
(b)使作为零级衍射光的第二激光束的透射率最小；并且
(c)使由控制透射率的相位光栅32衍射并入射在光电探测器44和46上的第二激光束的入射光量最小。
考虑控制透射率的相位光栅32的衍射，当入射在光盘上的第二激光束的衍射级为从光盘反射向光电探测器的第二激光束的衍射级的相反数(符号相反而绝对值相同的数)时，衍射激光束沿着与无衍射激光束相同的光路传播，然后到达光电探测器。例如，当入射激光束在第-1级衍射并且反射激光束在第+1级衍射时，衍射激光束沿着与无衍射激光束相同的光路传播。由于衍射激光束分散在光盘上的面积太大而不能再现记录信号，所以反射光束的强度对应于许多记录信号之间的平均强度，并且几乎是恒定的。该恒定成分为再现信号给出一DC偏移，并且降低了S/N比。因此，不仅满足要求(a)和(b)而且满足要求(c)是很重要的。
凹进表面32b与凸出表面32c之间沿光轴方向的较大位置差会由于增大衍射损耗而降低透射率，即使在光程差为波长整数倍的情况下。因此，凹进表面与凸出表面之差应当尽可能小以满足要求(a)并易于制造。也就是说，“p”和“q”的值最好尽可能小。为了使“p”和“q”的值达到最小，必须使第一激光束的波长λ1相对于第二激光束的波长λ2偏离一定量。优选地是使波长λ1和λ2满足如下条件(1)：
0.81＜λ1λ2＜0.85  ...(1)。
考虑到半导体激光器的实际选择，当第一波长λ1为650nm而第二波长λ2为780nm时，条件(1)得以满足(λ1/λ2＝0.833)，并且在p＝3和q＝2时其光程差为1.95μm。在此情况下，当折射率为1.5的透镜用在空气中时，凹进表面与凸出表面之间沿光轴方向的位置差为3.90μm。
凹进表面的宽度R1与相邻凸出表面的宽度R2之比最好接近于1∶1以满足要求(b)。比值R1/R2被定义为占空比。
另一方面，占空比R1∶R2最好不为1∶1以满足要求(c)。因此，在彼此不相容的要求(b)和(c)之间必须找到一个折衷点。下表1表示当光程差等于半波长时占空比R1∶R2的变化与第二激光束的衍射效率之间的关系。衍射效率为衍射光量与入射光量之比，以百分比表示。
表1
    衍射级                               占               空             比
  0.5∶0.5    0.45∶0.55     0.4∶0.6     0.35∶0.65     0.3∶0.7     0.25∶0.75
    0±1±2±3±4±5   0.0％40.5％0.0％4.5％0.0％1.6％    1.039.51.03.60.90.8     4.036.73.51.62.30.0     9.032.26.60.12.30.8     16.026.59.20.40.91.6     25.020.310.12.20.00.8
当占空比为0.5∶0.5时，零级衍射光(无衍射光)为0.0％，束斑对于CD不会变得太小。然而，81％的入射在控制透射率的相位光栅32上的第二激光束成为±1级衍射光，在一个直径约100μm的圆上传播。在朝向光盘的+1级和朝向光电探测器的-1级衍射的噪声激光束的通量，以及在朝向光盘的-1级和朝向光电探测器的+1级上衍射的噪声激光束的通量之和，等于入射光量幅值的大约33％。
另一方面，当占空比为0.25∶0.75或者0.75∶0.25时，零级衍射光的衍射效率变为25％。在此情况下，入射在控制透射率的相位光栅32上的第二激光束的50％(幅值)被会聚在光盘上而形成束斑，由第二激光束形成的束斑对于CD变得太小。在朝向光盘的既定级上衍射以及在朝向光电探测器的相反数级上衍射的噪声激光束的通量变为大约10％。
因此，控制透射率的相位光栅32被设计成使得在至少一对凹进表面和相邻凸出表面上满足下述条件(2)和(3)之一，以折衷要求(b)和(c)。在外围区域的内半区域最好满足条件(2)或(3)。
1.2＜R1/R2＜3.0    ...(2)
1.2＜R2/R1＜3.0    ...(3)
当占空比R1/R2或其倒数R2/R1小于1.2时，噪声激光束的光量变得太大，违反了要求(c)。相反，当该比值大于3.0时，第二激光束的零级衍射光幅值超过50％，违反了要求(b)。也就是说，束斑对于CD变得太小。
另外，占空比R1/R2可以在外围区域的整个区域为常数，但是占空比R1/R2最好随在外围区域内的径向位置而变化，以便在要求(b)和(c)之间找到一个更好的折衷点。通过外围区域外部的激光束对于减小束斑尺寸作出贡献，而不是对通过外围区域内部的激光束。在外围区域之外部应特别满足要求(b)，以避免束斑尺寸的过度减小。因此，在外围区域内绝对差|R1-R2|最好从内侧向外侧逐渐减小。
占空比R1∶R2等于x∶y的控制透射率的相位光栅与占空比R1∶R2等于y∶x的控制透射率的相位光栅具有相同的光学性能。另外，当通过精密机床制造模具并且利用该模具复制制作物镜时，模具凹陷的越宽，则模具的制造越容易。模具凹陷的宽度对应于透镜凸出表面的宽度R2。因此，最好在外围区域，特别是在其外部满足条件R1＜R2，以利于制造模具。
DVD与CD不仅在记录密度上而且在涂覆层的厚度上彼此不同。CD的涂覆层厚度为1.2mm，而DVD的涂覆层厚度为0.6mm。由于涂覆层的差别所导致的记录层错位可以通过设在光学拾取装置中的自动调焦机构加以补偿。
尽管傍轴束斑随着物镜的移动而移动，但是涂覆层厚度的变化改变了球差。如果在光盘替换时光学拾取装置仅仅移动物镜，则恶化了激光束的波前象差。由于物镜30被设计成使其对于DVD的球差为最小，所以当物镜30在相同条件下用于CD时会过度校正球差。因此，第一实施例的光学拾取装置改变了入射在物镜30上的激光束的会聚度。也就是说，第一激光束作为平行光束入射在物镜30上，而第二激光束作为发散光束入射在物镜30上。光的发散度越大，则在校正不足方向上的球差越大。因此，由于激光束发散引起的校正不足球差抵消了由CD的涂覆层所引起的过度校正球差。第二实施例
图4表示根据第二实施例的物镜50。为校正球差的目的，可以在其中央区域形成衍射透镜结构。该衍射透镜结构具有波长依赖性，使得球差在校正不足方向上随着入射光波长的增大而变化。物镜50在其外围区域设有一个控制透射率的相位光栅52，如同物镜30，并且设有所述衍射透镜结构51，其形成为多个同心环，每个同心环在包含光轴的平面内具有一楔形截面。当光学拾取装置采用物镜50时，光源部分10选择性地发出第一和第二激光束，使得第一和第二激光束作为平行光束入射在物镜50上。
后面将说明图3和4中所示的对应于物镜30和50的数值例。第一例
第一例的物镜对应于图3。控制透射率的相位光栅形成在第一表面的外围区域内，外围区域内侧的中央区域形成为没有凹槽的连续折射表面。图5为根据第一例的物镜30的透镜图和DVD。图7表示物镜30和CD。应当指出，在该透镜图中没有画出相位光栅。
表2中说明其数字结构。表面#1和#2代表物镜30，表面#3和#4代表光盘的涂覆层。表面M代表中间表面(见图3A)。
在表2中，λ1(单位：nm)表示用于DVD的第一激光束的波长，λ2(单位：nm)表示用于CD的第二激光束的波长，f1(单位：mm)表示使用DVD时的总焦距，f2(单位：mm)表示使用CD时的总焦距，M1表示使用DVD时的放大率，M2表示使用CD时的放大率，r(单位：mm)表示透镜表面的曲率半径(对于非球面表面顶点处的值)，d(单位：mm)表示沿光轴的表面之间的距离，nλ示在波长λnm时的折射率，以及νd表示阿贝数。对于d2和d3，使用DVD时左边值有效，使用CD时右边值有效。
当使用DVD时，第一激光束作为平行光束入射在物镜30上，物点位于距离物镜30的第一表面的无穷远处。另一方面，当使用CD时，第二激光束作为发散光束入射在物镜30上，从第一表面至物点的物距为-84.0mm。
物镜的所有第一表面30a(表面#1)、中间表面30c(表面M)和第二表面30b(表面#2)都是旋转对称的非球面表面。旋转对称的非球面由下式表示： X ( h ) = h 2 c 1 + 1 - ( 1 + K ) h 2 c 2 + A 4 b 4 + A 6 h 6 + A 8 h 8 + A 10 h 10 + A 12 h 12 + Δ
X(h)为SAG，也即在该表面上距离光轴高度为h的点处曲线至切平面的距离。符号c为该表面顶点的曲率(1/r)，K为圆锥常数，A4、A6、A8、A10、A12和Δ分别为第四级、第六级、第八级、第十级、第十二级和第零级的非球面系数。常数K和系数A4至A12及Δ表示在下面表3中。表2λ1＝650nm  f1＝4.00mm  M1＝0.0λ2＝780nm  f2＝4.03mm  M2＝-0.050
表面数字     r     d   n650  n780  ν
  #1M#2#3#4     2.496262.49500-10.78900∞∞     3.003612.400002.270/2.1150.600/1.200 4.540821.58030 1.536771.57346 55.629.9
表3
    表面#1     表面M     表面#2
    rkA4A6A8A10A12Δ     5.49626-0.440-5.865×10-4-2.887×10-5-2.274×10-53.393×10-6-8.400×10-70.000     2.49500-0.440-5.867×10-4-2.837×10-5-2.274×10-53.393×10-6-8.365×10-70.000     -10.789002.0007.378×10-3-9.690×10-42.830×10-53.500×10-61.0000.000
图6A和6B表示在650nm波长下使用DVD时根据第一例的物镜30的三级象差。图6A表示球差SA和正弦条件SC，图6B表示象散(S：弧矢，M：子午)。在图6A和6B中，垂直轴表示数值孔径NA，水平轴表示象差大小。轴的单位为“mm”。图8A和8B表示在780nm波长下使用CD时物镜30的球差和象散。
表4表示在占空比R1∶R2等于0.5∶0.5时控制透射率的相位光栅32的结构。表4中的数值表示离光轴的距离h。在表4中，距离h表示作为凹进表面32b与凸出表面32c之间边界的圆的半径。凹进表面32b和凸出表面32c的每个同心环由内交界圆的半径与外交界圆的半径加以限定。表4给出了对于凹进表面32b与凸出表面32c其内交界圆和外交界圆的半径的范围。
表4
    凸出表面     空表面
1.872-1.9011.930-1.9581.986-2.0132.039-2.0662.091-2.1172.142-2.1662.191-2.2142.238-2.2612.284-2.3072.329-2.3512.373-2.400     (0.000-1.872)1.901-1.9301.958-1.9862.013-2.0392.066-2.0912.117-2.1422.166-2.1912.214-2.2382.261-2.2842.307-2.3292.351-2.373
中间表面30c包含凹进表面32b，第一表面30a包含凸出表面32c。例如，连续折射表面31(0.00≤h≤1.872)包含在中间表面30c中，且下一个环(1.872≤h≤1.901)变为凸出表面，其与第一表面30a一致。在此方面，第一例的透镜不同于图3A中所示透镜。
当占空比为0.5∶0.5时，第二激光束(780nm)不会如前所述作为零级衍射光通过控制透射率的相位光栅32。在此情况下，控制透射率的相位光栅32可以以较窄宽度减小第二激光束的光量。这样，控制透射率的相位光栅32形成在半径为大约1.9mm的圆之外的外围区域内。该圆对应于NA为0.45的激光束通过的中央区域。
当占空比R1∶R2等于0.7∶0.3时，控制透射率的相位光栅32的结构可以如下面表5设计。在此情况下，作为零级衍射光的第二激光束(780nm)的透射率为16％，控制透射率的相位光栅32需要更宽的宽度以充分减小第二激光束的光量。这样，控制透射率的相位光栅32形成在半径为大约1.6mm的圆之外的外围区域内。
表5
    凸出表面     空表面
    (0.000-1.616)1.637-1.6841.704-1.7521.769-1.8121.831-1.8721.890-1.9301.947-1.9862.002-2.0392.055-2.0912.107-2.1422.156-2.1912.205-2.2382.252-2.2842.298-2.3292.343-2.3732.386-2.400     1.616-1.6371.684-1.7041.752-1.7691.812-1.8311.872-1.8901.930-1.9471.986-2.0022.039-2.0552.091-2.1072.142-2.1562.191-2.2052.238-2.2522.284-2.2982.329-2.3432.373-2.386
在表4和5所示例子中，占空比在整个外围区域内都是恒定的。另一方面，在表6所示例子中，绝对差|R1-R2|在外围区域内从内侧向外侧逐渐减小。在最内侧的占空比为0.7∶0.3，逐渐变化直至0.5∶0.5。
表6
    凸出表面     空表面
2.013-2.0522.066-2.1042.117-2.1522.166-2.1982.214-2.2432.261-2.2872.307-2.3292.351-2.373     (0.000-2.013)2.052-2.0662.104-2.1172.152-2.1662.198-2.2142.243-2.2612.287-2.3072.329-2.3512.373-2.400
第二例
第二例的物镜对应于图4。控制透射率的相位光栅52形成在第一表面的外围区域内，用于补偿球差的衍射透镜结构51形成在外围区域内侧的中央区域内。图9为根据第二例的物镜50的透镜图和DVD。图11表示物镜50和CD。其数字结构在表7中给出。
多个同心环形成在物镜50的第一表面50a上。对于每个同心环标有标号N。包含光轴Ax的区域标号为“0”，并且该标号向着外侧增大。标号为0至16的各环形成为衍射透镜结构，每个在包含光轴Ax的平面内具有楔形截面。标号大于17的环形成为控制透射率的相位光栅52。
因为衍射透镜结构51补偿了由于涂覆层厚度改变而引起的球差变化，所以第一和第二激光束作为平行光束入射在物镜50上。最好在使用第二例的物镜50时补偿准直透镜的色差。
表8表示标号为0至16的环的范围。表9表示第一表面50a(表面#1)在第16环之内以及第二表面50b(表面#2)的本底曲线的常数K和系数A4至A12和Δ。本底曲线为无衍射结构的表面宏观形状。
表7
λ1＝650nm  f1＝3.30mm
λ2＝780nn  f2＝3.32mm
  表面数字     r     d   n650   n780   ν
  #1#2#3#4     2.11706-7.254∞∞     2.400001.592/1.2220.600/1.200   1.540821.58030   1.536771.57346   55.629.9
表8
    N     h     N     h
    012345678     0.000-0.4360.436-0.6890.689-0.8330.833-0.9360.936-1.0171.017-1.0851.085-1.1431.143-1.1951.195-1.241     910111213141516     1.241-1.2831.283-1.3221.322-1.3581.358-1.3911.391-1.4221.422-1.4521.452-1.4801.480-1.500
表9
  表面#1     表面#2
  KA4A6A8A10A12   -0.4400-0.2560×10-2-0.8470×10-30.8800×10-4-0.7500×10-5-0.6200×10-5     0.00000.1882×10-1-0.5235×10-20.3275×10-30.3235×10-40.0000
衍射透镜结构51为闪耀波长715nm的衍射透镜。由相位光栅结构增加的附加光程长度由下述光程差函数Φ(h)表示：
Φ(h)＝(P2h2+P4h4+P6h6+...)×λ
其中P2、P4和P6为第二级、第四级和第六级系数，h为离光轴的高度，以及λ为设计波长。
函数Φ(h)表示在相位光栅结构离光轴的高度为h的点处，假定未经光栅衍射的假想光线与经光栅衍射的光线之间的光程差。
相位光栅结构的实际微观形状被限定为类似于具有大量同心环的菲涅尔透镜。实际形状Φ′(h)由Φ(h)减去λ×m(m：整数)而限定如下。
Φ′(h)＝[MOD(P2h2+P4h4+...+C，1)-C]×λ
符号C为常数，限定相邻环之间交界处的相位(0＜1)。函数MOD(x，y)表示x除以y的余数。MOD(P2h2+P4h4+...+C，1)在交界处等于0。该相位光栅结构形成在折射透镜之透镜表面的本底曲线上。环形区域的斜线和阶形被设计成使得光程差由Φ′(h)限定。
表10表示光程差函数Φ(h)的相应第二级、第四级、第六级、第八级和第十级系数P2、P4、P6、P8和P10，用以限定衍射透镜结构51。
表10
P2   -2.3272
P4   -1.5269
P6   -5.5184×10-1
P8   1.5292×10-1
P10  -1.6178×10-1
另外，标号为0至16的环的入射表面通过在下述非球面方程中代入表11中所示的曲率CN、圆锥常数KN和系数A4N至A12N和ΔN而限定。 X ( h ) = h 2 c N 1 + 1 - ( 1 + K N ) h 2 c N 2 + A 4 N h 4 + A 6 N h 6 + A 8 N h 8 + A 10 N h 10 + A 12 N h 12 + Δ N
表11
rN   ＝2.08970+0.00467×N
kN   ＝-0.4400
A4N  ＝-7.000×10-4+1.5625×10-6×N
A6N  ＝1.000×10-5
A8N  ＝-1.700×10-4
A10N ＝5.100×10-5
A12N＝-1.280×10-5+1.8750×10-8×N
ΔN＝-0.001328×N
由标号N大于17的环所构成的控制透射率的相位光栅52的占空比，可以以与第一例中相同的方式加以设计。环的最小宽度应当大于10μm。凹进表面和凸出表面包含在表12中所限定的相应非球面中。
表12
    凸出表面     空表面
    rKA4A6A8A10A12Δ     2.09778-0.440-8.750×10-4-1.260×10-4-6.230×10-56.700×10-6-6.230×10-6-0.015624     2.09903-0.440-8.730×10-4-1.260×10-4-6.170×10-56.670×10-6-6.200×10-6-0.019230
控制透射率的相位光栅不仅可以形成在物镜上，如上述例子，也可以形成在与物镜相邻设置的一个分离元件例如平板上。在此情况下，相位光栅可以通过平版印刷制作，从而易于形成凹槽的尖锐边缘。另外，当控制透射率的相位光栅制作在平板上时，衍射级不是零级的衍射光被物镜等的光瞳所阻断，从而减少了返回光电探测器的噪声激光束。

Claims (8)

1.一种用于光学拾取装置的光学系统，其中的光学拾取装置能够使用至少两种类型(DVD、CD)的具有不同记录密度的光盘，该光学系统包括：一光源部分(10)，用于选择性地发出第一激光束和波长长于所述第一激光束的第二激光束；和一物镜(30)，用于将来自所述光源部分(10)的所述激光束会聚在所述光盘的记录层上，其特征在于所述物镜(30)设有一控制透射率的相位光栅(32)，位于在具有为较低记录密度光盘(CD)所需之既定NA的激光束透射区域(31)之外的外围区域内，
其中所述控制透射率的相位光栅(32)被形成为多个同心环状凹槽，以具有波长依赖性，使得对所述第一激光束的透射率高于对所述第二激光束的透射率，
其中各所述凹槽在包含所述物镜(30)光轴(Ax)的平面内具有矩形截面，所述凹槽的侧壁(32a)平行于所述光轴(Ax)，所述凹槽的凹进表面(32b)和所述凹槽之间的凸出表面(32c)分别与所述透镜表面的宏观形状一致，
其中所述第一和第二激光束满足下述条件(1)，所述控制透射率的相位光栅(32)在至少一对所述凹进表面(32b)和相邻凸出表面(32c)上满足下述条件(2)和(3)之一；
0.81＜λ1/λ2＜0.85  ...(1)
1.2＜R1/R2＜3.0      ...(2)
1.2＜R2/R1＜3.0      ...(3)
其中λ1为所述第一激光束的波长，λ2为所述第二激光束的波长，R1和R2分别为在所述物镜(30)径向上所述凹进表面和相邻凸出表面的宽度。
2.如权利要求1所述的光学系统，其中所述控制透射率的相位光栅给出等于所述第一激光束波长的“p”倍(p为整数)并且等于所述第二激光束波长的“q+0.5”倍(q为整数)的光程差。
3.如权利要求2所述的光学系统，其中所述倍率“p”和“q”满足p＝3和q＝2。
4.如权利要求1至3之一所述的光学系统，其中比值R1/R2随着在所述外围区域内的径向位置而改变，其中R1为在所述物镜径向上所述凹进表面的宽度，R2为在所述物镜径向上相邻凸出表面的宽度。
5.如权利要求4所述的光学系统，其中绝对差|R1-R2|在所述外围区域内从内侧向外侧逐渐减小。
6.如权利要求4所述的光学系统，其中所述控制透射率的相位光栅在至少一对所述凹进表面和相邻凸出表面上满足R1＜R2。
7.如权利要求1所述的光学系统，其中在所述外围区域内侧的中央区域为径向截面是单曲线的连续表面，其中所述光源部分选择性地发出所述第一和第二激光束，使得所述第一激光束作为平行光束入射在所述物镜上，所述第二激光束作为发散光束入射在所述物镜上。
8.如权利要求1所述的光学系统，其中在所述外围区域内侧的中央区域内形成一衍射透镜结构，所述衍射透镜结构被形成为多个各具有楔形截面的同心环，所述衍射透镜结构具有波长依赖性，使得球差在校正不足方向上随着入射光波长的增大而改变，并且其中所述光源部分选择性地发出第一和第二激光束，使得所述第一和第二激光束作为平行光束入射在所述物镜上。
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Families Citing this family (26)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6650612B1 (en) * 1999-03-31 2003-11-18 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Optical head and recording reproduction method
JP3920001B2 (ja) * 2000-03-24 2007-05-30 フジノン株式会社 回折型レンズおよびこれを用いた光ピックアップ装置
US20020105892A1 (en) * 2000-06-06 2002-08-08 Seiji Onishi Optical pickup device
JP4562327B2 (ja) * 2000-09-27 2010-10-13 Ｈｏｙａ株式会社 光ヘッドの光学系および光ヘッド用対物レンズ
JP3827278B2 (ja) * 2000-10-10 2006-09-27 フジノン株式会社 光記録媒体用対物レンズおよびこれを用いた光ピックアップ装置
TW556178B (en) * 2000-10-26 2003-10-01 Konishiroku Photo Ind Optical pickup apparatus and objective lens
JP4775612B2 (ja) * 2001-03-26 2011-09-21 コニカミノルタホールディングス株式会社 光ピックアップ装置用の対物レンズ及び光ピックアップ装置
JP4716239B2 (ja) * 2000-11-14 2011-07-06 コニカミノルタホールディングス株式会社 光ピックアップ装置用の対物レンズ及び光ピックアップ装置
JP3619145B2 (ja) * 2000-11-17 2005-02-09 キヤノン株式会社 光学系及びそれを用いた光学機器
US6873590B2 (en) * 2001-03-09 2005-03-29 Pentax Corporation Objective lens for optical pick-up
JP4610118B2 (ja) 2001-03-30 2011-01-12 Ｈｏｙａ株式会社 光ヘッド用対物レンズ
US6807139B2 (en) * 2001-04-12 2004-10-19 Konica Corporation Objective lens and optical pickup apparatus
US7006411B2 (en) * 2001-06-13 2006-02-28 Ricoh Company, Ltd. Optical pickup unit having electro-optical element and information recording and reproduction apparatus
TW535001B (en) 2001-06-13 2003-06-01 Pentax Corp Objective lens for optical pick-up
TW535009B (en) 2001-06-13 2003-06-01 Pentax Corp Diffraction optical element
JP2004281026A (ja) * 2002-08-23 2004-10-07 Matsushita Electric Ind Co Ltd 光ピックアップヘッド装置及び光情報装置及び光情報再生方法
TWM249027U (en) * 2003-06-06 2004-11-01 Hon Hai Prec Ind Co Ltd An aspherical lens
JP2005158089A (ja) * 2003-11-20 2005-06-16 Matsushita Electric Ind Co Ltd 光ディスク用の対物レンズとそれを用いた光ヘッド装置
US7843777B2 (en) * 2004-07-21 2010-11-30 Konica Minolta Opto, Inc. Assembly method of optical pickup and optical pickup apparatus
TWI267070B (en) * 2004-12-23 2006-11-21 Ind Tech Res Inst Objective lens optical part for optical pickup device and focusing method using the same
JP4856947B2 (ja) * 2005-12-26 2012-01-18 株式会社エンプラス 固体撮像素子用広角光学系
JP2007309964A (ja) * 2006-05-16 2007-11-29 Matsushita Electric Ind Co Ltd 複合光学素子及びその製造方法
TWI408485B (zh) * 2006-06-09 2013-09-11 Hon Hai Prec Ind Co Ltd 鏡頭模組之組裝方法
TWI403816B (zh) * 2006-06-30 2013-08-01 Hon Hai Prec Ind Co Ltd 鏡筒內紅外濾光片之組裝方法
TWI385469B (zh) * 2006-11-10 2013-02-11 Hon Hai Prec Ind Co Ltd 鏡頭模組及其組裝方法
CN104880753B (zh) * 2015-05-05 2018-07-20 清华大学深圳研究生院 用于制作菲涅尔光栅的优化设计方法

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0747893B1 (en) * 1995-06-05 2003-05-02 Nec Corporation Optical head apparatus for different types of disks
US6061324A (en) 1996-10-23 2000-05-09 Konica Corporation Method for recording/reproducing optical information recording medium, optical pickup apparatus, objective lens and design method of objective lens
KR100209918B1 (ko) * 1997-03-28 1999-07-15 윤종용 홀로그램형링렌즈를 사용하여 cd-r과 호환하는 dvd용 광픽업
JP3827860B2 (ja) * 1998-03-31 2006-09-27 パイオニア株式会社 対物レンズ及び光ピックアップ装置
US6088322A (en) * 1998-05-07 2000-07-11 Broome; Barry G. Single objective lens for use with CD or DVD optical disks

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Publication number Publication date
CN1343354A (zh) 2002-04-03
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DE10084813B4 (de) 2004-04-15
ID30302A (id) 2001-11-22
KR100457300B1 (ko) 2004-11-16
JP2000260049A (ja) 2000-09-22
DE10084813T1 (de) 2002-10-10
KR20010112295A (ko) 2001-12-20
MY117210A (en) 2004-05-31
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TW571115B (en) 2004-01-11

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