CN1211791C - 光学拾波装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种光学拾波装置，即使物镜和其他光学系统的光轴偏移，也能抑制像差。本发明的光学拾波装置，沿着旋转的光盘的轨道照射光线，进行信息信号的记录或重放，具有：光源；光束扩展器，改变从光源射出的光的平行度；以及物镜(33)，使从光束扩展器射出的光沿上述光盘的轨道汇聚而照射。光束扩展器由凹透镜(31)和菲涅耳透镜(32)构成，设设计下限波长和设计上限波长分别为λ1、λ2，物镜(33)的焦距和部分色散分别为f0和v0，与波长λ1、λ2对应的焦距差为Δ，则上述菲涅耳透镜(32)的焦距fn在满足下式f1＜fn＜f2的范围，并且f1＝((λ2/λ1)-1)f0v0f2＝(1-(λ2/λ1))bb＝-f0(f0+Δ)/Δ。

Description

光学拾波装置
技术领域
本发明涉及一种光学拾波装置，向光盘上照射光，进行信息信号的记录和重放。
背景技术
迄今为止，作为光学记录介质的光盘用于保存动画、声音、计算机用的数据等信息信号(数据)。此外，这种光盘具有良好的批量生产性和低成本性，所以十分普及。对于这种光盘，强烈要求其所记录的信息信号高密度化、大容量化，近年来这种要求更加强烈。
为了提高在光盘上记录的信息信号的记录密度，以下两种方法是有效的，即把用于读出该信息信号的光束短波长化，以及使用大数值孔径(NA)的透镜作为使光束在光盘上汇聚的物镜。
因此，在从CD(Compact Disc)到DVD(Digital Versatile Disc，DigitalVideo Disc)的发展过程中，波长从780nm缩短到650nm，物镜的NA从0.45提高到0.60，记录密度从650MB到4.7GB(单面)提高了约7倍。
此外，记录型的光盘系统有光磁方式、相变方式等各种方式，但波长和NA的数值大致与上述数值接近。
在这些系统中，现在使用玻璃或树脂成形的、单片型的物镜。该透镜是由两个表面为非球面形状，可以进行像差的补偿透镜经成形而制成，成本和批量生产性优良，所以更加普及开来。
为了更加提高光盘的记录密度，实现更大容量的存储系统，期待将波长更短即蓝色激光器和NA更大的物镜进行组合的系统。
例如，在光源的波长为450nm以下时，在使用数值孔径为0.7以上的物镜的光学拾波装置中，必须同时对轴上色差、球面像差的色差进行补偿。其中，轴上色差是指由于波长变化造成的焦点位置变化，球面像差的色差是指由于波长变化造成的球面像差。在本说明书中，对于球面像差的色差，称为波长误差造成的球面像差。
以下，说明当光源波长为450nm以下时，在数值孔径为0.7以上的物镜的情况下，必须对轴上色差和球面像差的色差进行补偿的理由。
第一，当波长为450nm以下时，构成物镜材料的玻璃等光学材料的色散变大。因此，在产生较大的轴上像差的同时，也产生较大的球面像差。
第二，当物镜的数值孔径变大时，由于物镜周边的折射角变大，所以对于较小的波长变化，也发生较大的折射角变化。因此，发生较大的球面像差。
轴上色差和波长误差造成的球面像差在色差这一点上是共通的，但由于下述不同的理由，而各有其特点。
轴上色差的产生原因是，在光学拾波装置中，激光二极管的高频重叠造成的波长变长、伴随着向光盘记录时激光二极管急剧的功率变化的急剧波长变化、以及激光二极管的个体差异造成的波长误差。
功率变化造成的轴上色差与功率变化同时发生，其变化急剧，所以无法通过向焦点方向驱动物镜的聚焦伺服装置(focus servo)进行跟随。对应的波长范围和变化幅度缩小为±1～±2nm左右。此外，在激光二极管高频重叠的情况下，具有一定波长宽度的光束同时入射到透镜上，所以对于特定波长以外的成分，总是发生焦点误差。
在光学拾波装置中，波长宽度较大时和波长急剧变化时，产生轴上色差造成的焦点误差，而造成特性恶化。该散焦(焦点误差)造成的像差恶化很大，所以必须要进行补偿。
另一方面，波长误差造成的色差的产生原因，是个体的激光二极管的特性偏差造成的波长偏差，和激光二极管的温度变化造成的波长变化。
该波长误差造成的色差的特征是一定的，或者即使变化，也是比较平缓的。此外，对应的波长范围为±5～±10nm左右，与上述轴上色差的情况相比狭窄。
发明内容
迄今为止，使用具有与折射透镜相反极性的色差特性的衍射透镜来进行色差补偿是公知的。最简单的情况是，如果在物镜前面放置透镜系统，该透镜系统将作为凸透镜的衍射透镜和焦距的绝对值与该衍射透镜相等的折射型凹透镜进行组合，使透镜光学能力(lens power)为零，则毫无疑问可以进行像差的补偿。
其中，衍射透镜在平板上形成刻痕(blaze)结构，该衍射透镜当为设计波长时，在设计基准焦距上，轴上光线被无像差地汇聚，并且当为设计波长时，具有较高的衍射效率。
但是，该现有技术存在以下问题，即当例如数值孔径为0.7以上、波长为450nm以下时，在将单透镜的物镜应用于数值孔径大、波长短的光源中的情况下，波长偏离设计基准波长时发生的波长误差造成的球面像差变大，依靠单纯的衍射透镜无法进行充分的补偿。
另一方面，特开平6-82725号公报公开了完全补偿物镜产生的色差的衍射透镜的设计方法。该内容在上述公报的发明者所著的“衍射光学元件入门(光电子学公司)”第94页中有详细的描述。
但是，该方法存在以下问题，即在将能补偿波长误差造成的球面像差的补偿透镜固定在光学系统的固定部的情况下，由于物镜的跟踪动作产生的透镜偏移(lens shift)，产生较大的像差。即，由跟踪动作驱动的物镜和固定部的其他光学系统的光轴偏差，由此产生以彗形像差为主要成分的像差，对光盘的记录重放产生显著的不良影响。
如果使补偿透镜和物镜一体运动，则可以避免上述问题，但这样会产生以下问题，即驱动上述物镜和补偿透镜的执行机构的可动部件变重，执行机构的频率特性下降，无法确保必要的频带。
本发明就是鉴于上述问题提出的，其目的是提供一种光学拾波装置，即使物镜和其他光学系统的光轴偏差，也可以抑制像差。
为了解决上述问题，本发明的光学拾波装置，沿着旋转的光盘的轨道照射光线，进行信息信号的记录或重放，其特征在于，具有：光源；光束扩展器，改变从上述光源射出的光的平行度；以及物镜，使从上述光束扩展器射出的光沿上述光盘的轨道汇聚而照射。上述光束扩展器由凹透镜和衍射透镜构成，设
f1＝((λ2/λ1)-1)f0v0
f2＝(1-(λ2/λ1))b
则上述衍射透镜的焦距fn在满足下式
f1＜fn＜f2
的范围，设设计基准波长、设计下限波长和设计上限波长分别为λ0、λ1、λ2(其中λ0-λ1＝λ2-λ0)，与上述波长对应的上述物镜的折射率分别为n0、n1、n2，与波长λ1、λ2对应的焦距差为Δ，则
v0＝(n0-1)/(n1-n2)
b＝-f0(f0+Δ)/Δ
其中，f0为物镜的焦距，v0为物镜的光学材料的部分色散。
优选在上述光盘的径向上对上述物镜进行移动控制，使得汇聚光线沿上述光盘的轨道照射，上述光束扩展器被固定。因此，随着物镜的移动，物镜和包含光束扩展器的其他光学系统的光轴偏移。
优选上述光源的波长小于450nm，上述物镜是数值孔径(NA)为0.7以上的单透镜。
优选上述衍射透镜在平板的一侧或两侧形成衍射面。优选在平板两侧形成衍射面的衍射透镜满足正弦条件。
其中，将在平板一侧形成衍射面的衍射透镜称为菲涅耳透镜。在菲涅耳透镜中，有利用一次衍射光条件进行补偿的，和利用高次衍射光进行补偿的。有时将后者的菲涅耳透镜称为高次菲涅耳透镜。
构成光束扩展器的衍射透镜是利用特定次数的衍射光、在平板一侧或两侧形成的衍射透镜。该衍射透镜被设计为，对于特定次数的衍射光无像差且衍射效率高，同时被设计为衍射透镜的焦距可以大致补偿由于物镜的色差所产生的焦点误差成分即轴上误差。
另一方面，由于光源的波长与物镜的设计基准波长的误差、物镜的制造误差或者光盘透光层的厚度误差而产生球面像差，但是由于光束扩展器改变光束的平行度，由此可以补偿该球面像差。光束扩展器的凹透镜也多少具有补偿轴向色差的效果。
当衍射透镜的波长大于基准波长时，透过光的收敛度增大。由此，通过增大波长，可以抵消物镜的焦距变长的影响，使焦点在与基准波长大致相同的焦点平面上汇聚。
当存在波长误差时，通过了衍射透镜的光的波阵面成为接近于向收敛光的近轴焦点位置收敛的球面形状。这是因为在物镜进行透镜位移的情况下，像差增大被抑制的缘故。
球面波入射时的透镜位移与光线斜射入物镜的情况等效，并且像高特性与其相当。其中，由于用于补偿色差的球面波的半径非常大，所以透镜位移造成的像高非常小，像差的增加很小。
但是，如上所述，在基准波长以外，由于射入物镜的光束不是平行光，所以产生由倍率误差引起的球面像差。该倍率误差引起的球面像差与物镜单体的波长误差引起的球面像差具有相同的极性，所以基准波长以外的像差比用物镜单体汇聚该基准波长以外的光束的情况稍大。
其中，调整光束扩展器，改变射入物镜的光束的平行度，使物镜上产生倍率误差引起的球面像差，来抵消上述球面像差。此时，平行度发生变化的光束成为近似球面波。因此，与上述理由相同，可以抑制透镜位移引起的像差。
上述球面像差的补偿在物镜上完成，与其他部分无关。因此，在本发明中，即使物镜的光轴与其他光学系统的光轴偏移，也可以抑制像差。
在本发明中，光束扩展器的设定如下所述。首先，设定光束的收敛度，使像差在中心波长下最小。这里所述的中心波长，是指在光源的波长离散时，例如是离散的波长的平均值。此外，收敛度被设定为使将色差补偿元件和物镜两者组合的光学系统的球面像差最小。
然后，对于从中心波长稍偏移的波长，通过光束扩展器，使光束的收敛度变化，将聚焦误差抑制到最小，由此抑制像差的发生。
当波长从基准波长开始变化时，波阵面的曲率半径的变化在轴上色差的补偿和球面像差的补偿中方向相反。例如，对于长波长侧的波长，为了补偿轴上色差，需要收敛光束，为了补偿球面像差，需要扩散光。
在该偏移的波长的条件下，波长的偏移和上述球面像差的补偿方向使收敛度变化相反，从而增大了球面像差。但是，该球面像差远小于不补偿轴上色差时发生的、由散焦引起的像差，所以在实际应用中不会有问题。
附图说明
图1是表示光学拾波装置的简要构成的图。
图2是表示菲涅耳透镜的图。
图3是光学拾波装置的光学系统的光路图。
图4是表示该光学系统的像差与波长依赖性的图。
图5是变形例的光学系统的光路图。
具体实施方式
以下参照附图，对本发明的光学拾波装置的实施方式进行详细说明。
图1是表示光学拾波装置构成的简图。
光学拾波装置10沿着旋转的光盘101的轨道(track)照射光，进行信息信号的记录或重放，具有作为光源的激光二极管11；光束扩展器(beam expander)18，使从激光二极管11射出的光的平行度变化；物镜19使从光束扩展器18射出的光沿上述光盘101的轨道汇聚而照射。光束扩展器18由凹透镜16和在平板的一个表面上形成衍射面的菲涅耳透镜(Fresnel lens)17构成，设
f1＝((λ2/λ1)-1)f0v0
f2＝(1-(λ2/λ1))b
则菲涅耳透镜17的焦距在fn满足
f1＜fn＜f2
的范围。
设该光学拾波装置10的设计基准波长、设计下限波长和设计上限波长分别为λ0、λ1、λ2(其中λ0-λ1＝λ2-λ0)，与上述波长对应的物镜19的折射率分别为n0、n1、n2，与波长λ1、λ2对应的焦距差为Δ，则
v0＝(n0-1)/(n1-n2)
b＝-f0(f0+Δ)/Δ
其中f0为物镜19的焦距，v0为物镜19的光学材料的部分色散。此外，设计基准波长是指在设计该光学拾波装置10时，作为基准的波长。光学拾波装置10被设计为在以设计基准波长为中心的一定波长范围内，能得到所期望的性能。该范围的下限和上限为设计下限波长和设计上限波长。设计下限波长和设计上限波长相对于设计基准波长处于对称位置。
即光学拾波装置10具有：作为光源的、基准波长为405nm的激光二极管11；光栅(grating)12；准直透镜(collimator lens)13；光束成形及消色差棱镜14；偏转光束分离器15；凹透镜16；菲涅耳透镜17；和数值孔径为0.7以上的物镜19。
此外，光学拾波装置10具有：聚光透镜20；前监控二极管；检测透镜筒22；和光电二极管23。
物镜19是数值孔径(NA)为0.7以上的非球面透镜构成的单透镜，设置在未图示的执行机构的可动部件上。由执行机构在光盘101的径向上对光盘101进行跟踪控制，使得汇聚的光沿着光盘101的轨道照射。将物镜19由于跟踪控制所引起的移动称为透镜位移。
光束扩展器18由凹透镜16和菲涅耳透镜17构成，通过调整这两片透镜的间距，可以改变光的平行度。光束扩展器18固定在光学拾波装置10上。因此，通过透镜位移，物镜19和其他光学孔径的光轴可以偏移。
菲涅耳透镜17在光束扩展器18中，相对于凹透镜16，具有凸透镜的功能，其焦距被设计为，可以补偿由物镜的色差产生的焦点误差成分。
菲涅耳透镜17可以被设计为，相对于设计中所使用的次数的衍射光无像差并且衍射效率高。在本实施方式中，菲涅耳透镜在平板单侧上形成衍射面。
在本实施方式中，设定设计基准波长λ0、设计下限波长λ1和设计上限波长λ2分别为405nm、400nm、410nm。物镜19的焦距为2.2m，与波长λ0、λ1和λ2对应的物镜19的折射率n0、n1、n2分别为1.76898、1.77027和1.76776。
此时b＝0.0045mm，f1＝16.9mm，f2＝26.9mm。因此，菲涅耳透镜17的焦距fn应设定在满足下式
16.9mm＜fn＜26.9mm
的范围。具体地讲，在本实施方式中，在上述范围中，设定焦距为fn＝22mm。
图2是表示菲涅耳透镜17的图。图中的A是菲涅耳透镜17的正视图，图中的B是菲涅耳透镜17的剖视图，图中的C是另一个菲涅耳透镜的放大剖视图。
在图中B的剖视图所示的菲涅耳透镜17上，在平板的一侧形成形状类似的刻痕(blaze)。这样的形状在衍射效率方面是有利的。从像差性能方面看，通过具有图中C所示的台阶状的刻痕即多级刻痕的其他菲涅耳透镜，也能获得与上述类似的刻痕同样的特性。
其中，通常所说的菲涅耳透镜，大多使用一次衍射光，但也可以是使用二次以上的高次衍射光的高次透镜。在这种情况下，由于波带的间距变大，所以容易制造。即使在使用高次衍射光的情况下，菲涅耳透镜对该高次光的焦距与使用一次衍射光时的焦距相同，所以可以补偿色差。
此外，菲涅耳透镜17的焦距被设定为，可以大致补偿由物镜19的色差产生的焦点误差成分，但是如果光束扩展器18的凹透镜16选择色散大的光学材料，则该凹透镜16也具有一定的色差补偿作用。因此，如果考虑这一点来设定菲涅耳透镜17的焦距，则能得到更好的结果。但是实际上，凹透镜16对色差的补偿效果是有限的，而菲涅耳透镜17承担了大部分的色差补偿作用。
此外，在菲涅耳透镜17中，当光束直径一定时，焦距越短，波带的间距越小。如果间距变小，则考虑到制造困难，可以将色差的补偿效果设定得稍小，将菲涅耳透镜17的焦距设定得比可以最佳补偿色差的焦距稍大。
图3是光学拾波装置10的光学系统的光路图。
图中的凹透镜31、菲涅耳透镜32和物镜33分别对应图1的凹透镜16、菲涅耳透镜17和物镜19。以下，将凹透镜31、菲涅耳透镜32和物镜33称为光学系统。凹透镜31和菲涅耳透镜32构成光束扩展器(相当于图1的18)。该光学系统的设计基准波长为405nm。
凹透镜31具有第一表面1和第二表面2，菲涅耳透镜32具有第三表面3和第四表面4，物镜33具有第五表面5和第六表面6。在菲涅耳透镜32的第三表面3上形成衍射面。
入射到光学系统中的光线L经过凹透镜31、菲涅耳透镜32和凸透镜33，入射到光盘101上。
表1示出了物镜33的规格。
物镜规格
    透镜规格     405nm
    NA     0.85
    焦距     2.20mm
    入射光瞳直径     3.74mm
    倍率     0倍
表2示出了菲涅耳透镜32的规格。
衍射透镜规格
    设计波长     405nm
    焦距     22mm
表3示出了包含光束扩展器的光学系统整体的设计值。
透镜的设计值
    表面编号   表面形状   半径   厚度   玻璃   圆锥常数
    1   非球面   -11.55408   2   SF8   -0.525285
    2   球面   -126.0047
    3   衍射面   无限大   1.5   石英玻璃
    4   平面   无限大   10.0
    5   非球面   1.81217   3.104   NBF1   -0.337179
    6   非球面   -6.50758   0.501   -845.651557
    7   平面   无限大   0.1   聚碳酸酯
    像面
表4示出了第五表面5的非球面系数。
非球面系数  第五表面
    r的4次方的系数     -0.00092006967
    r的6次方的系数     -0.00025706693
    r的8次方的系数     -0.00057872391
    r的10次方的系数     0.0002222827
    r的12次方的系数     -5.6787923×10-5
表5示出了第六表面6的非球面系数。
非球面系数  第六表面
    r的4次方的系数     0.061448774
    r的6次方的系数     -0.13995629
    r的8次方的系数     0.12867014
    r的10次方的系数     -0.043733069
表6示出了光学材料的折射率和阿贝数(色散系数)。
折射率和阿贝数
    折射率     阿贝数
    SF8     1.72912789     31.18
    石英玻璃     1.46958102     67.82
    NBF1     1.76898499     49.22
    聚碳酸酯     1.62230752     29.91
本实施方式的光学系统的设计基准波长为405nm。凹透镜31和菲涅耳透镜32构成光束扩展器，其中凹透镜31为单侧非球面透镜，基准波长时的焦距为-17.6mm。凹透镜31当然也可以是两侧非球面透镜，但本实施方式的单侧非球面透镜也可以得到充分优良的特性。
由第三表面3和第四表面4构成的、在第三表面上形成衍射面的菲涅耳透镜32被设计为，基准波长时的焦距为22mm，在轴上无像差。
对于一次衍射光可以设计为22mm，对于二次衍射光也可以设计为22mm。对一次衍射光进行设计的情况下，二次衍射光的焦距变为11mm，但此时不产生像差。
将菲涅耳透镜32与凹透镜31进行组合的光束扩展器使光束的扩大率为1.25倍。在该光学系统中，菲涅耳透镜32的第一个目的是将通过凹透镜31而变为扩散光的光束变换为平行光。
当在凹透镜31和菲涅耳透镜32之间存在盖片(cover glass)时，或者将菲涅耳透镜32的第四表面4作为衍射面，而实质上在光路中存在盖片时，为了补偿由于盖片而产生的球面像差，可以改变衍射面的设计。
图4是表示该光学系统的像差对波长依存性的图。
连接符号△的曲线a是在基准波长即405nm时，在由凹透镜31、菲涅耳透镜32和物镜33构成的光学系统的405nm的最佳成像面上的各波长的RMS波阵面像差。射入光学系统的光束为平行入射。因此，在±2nm的波长范围内，可以获得很小的像差。
此外，对于透镜位移，从由凹透镜31和菲涅耳透镜32构成的光束扩展器射出的光束大致为平行光，所以射入物镜33的入射光的状态不会因为透镜位移而变化，从而不会增大像差。
接下来，考虑光学拾波装置10的周围温度发生较大变化，光源的激光波长超过上述范围而变化的情况，和由于光源的激光二极管11的个体差异，波长与基准波长405nm相比变化较大的情况。在上述情况下，像差增大。例如，波长为409nm时，像差变为0.074λ。
为此，调整凹透镜31和菲涅耳透镜32的间距，使光束的平行度变化。具体地讲，使凹透镜31的第二表面2和菲涅耳透镜32的第三表面3之间的距离的初始值即3.12mm间距变为2.76mm，使光束稍变为扩散光束而入射，可以得到较好的结果。
连接符号×的曲线b表示此时的RMS波阵面像差的情况。当波长为409nm，像差为0.01λ，在其前后±2nm左右的波长范围内，可以获得很小的像差。
在这种状态下，即使使物镜33相对于其他光学系统(凹透镜31和菲涅耳透镜32)的光轴位移0.3mm，像差增大也很小，性能上完全没有问题。
这里，作为参考，示出了没有光束扩展器的物镜33单体的特性。
连接符号◆的曲线c是将物镜33用于各波长的最佳成像面上时的RMS波阵面像差。与此相对，连接符号□的曲线d是在405nm波长的最佳成像面上的各波长的RMS波阵面像差。与曲线c相比，曲线d的像差极大。表示本实施方式的各波长下的像差量的曲线b与该曲线d相比，像差被抑制得较小。
在上述实施方式中，菲涅耳透镜32在平板的一侧形成衍射面。以下，说明使用在平面的两侧形成衍射面的衍射透镜的变形例。
在变形例中，除了使用在平板的两侧形成衍射面的衍射透镜之外，光学系统的基本构成与上述实施方式相同。
图5是变形例的光学系统的光路图。
在变形例中，除了在平板两侧形成衍射面的衍射透镜中，与上述实施方式相同，所以对相应的部件标以相同的标号。该变形例的光学系统的设计基准波长也是405nm。
凹透镜31具有第一表面1和第二表面2，衍射透镜42具有第三表面3和第四表面4，物镜33具有第五表面5和第六表面6。在衍射透镜42的第三表面3和第四表面4上形成衍射面。
入射到光学系统的光线L经过凹透镜31、衍射透镜42和凸透镜33，入射到光盘101上。
在变形例中，将设计基准波长λ0、设计下限波长λ1和设计上限波长λ2分别设定为405nm、400nm和410nm。物镜33的焦距为2.2m，分别与波长λ0、λ1和λ2对应的物镜的19的折射率n0、n1、n2分别为1.76898、1.77027和1.76776。
此时，b＝0.0045mm，f1＝16.9mm，f2＝26.9mm。因此，衍射透镜42的焦距fn应被设定在满足下式
16.9mm＜fn＜26.9mm的范围。具体地讲，在变形例中，在该范围内，设定焦距fn＝22mm。
表7示出了光学系统整体的设计值。
〔表7〕
透镜的设计值
    表面编号   表面形状     半径   厚度   玻璃     圆锥常数
    1   非球面     -11.55408   2   SF8     -0.525285
    2   球面     -126.0047   2.43
    3   衍射面     无限大   2   石英玻璃
    4   衍射面     无限大   10.0
    5   非球面     1.81217   3.104   NBF1     -0.337179
    6   非球面     -6.50758   0.501     -845.651557
    7   平面     无限大   0.1   聚碳酸酯
    像面
表8示出了第五表面的非球面系数。
〔表8〕
非球面系数  第五表面
    r的4次方的系数     -0.00092006967
    r的6次方的系数     -0.00025706693
    r的8次方的系数     -0.00057872391
    r的10次方的系数     0.0002222827
    r的12次方的系数     -5.6787923×10-5
表9示出了第六表面的非球面系数。
〔表9〕
非球面系数第六表面
    r的4次方的系数     0.061448774
    r的6次方的系数     -0.13995629
    r的8次方的系数     0.12867014
    r的10次方的系数     -0.043733069
由第三表面3和第四表面4构成的衍射透镜42的焦距，在基准波长下为22mm。在该设计中，对于一次衍射光，在焦距为22mm情况下，不产生轴上像差。
进而，其被设计为满足正弦条件。能满足正弦条件是在平板两侧形成衍射面的衍射透镜42的有利方面，具有可以抑制该衍射透镜42从光轴偏心时的像差增大的特点。
衍射透镜42的衍射面的相位函数被定义为下式。
Φ＝A2i×r2i
其中，Φ是衍射面的波阵面的相位变化量，单位是弧度。A是表示相位的系数。例如，当i＝2时，其为4次方的系数。r是半径，单位是mm。
表10示出了表示第三表面3的衍射面相位的系数。
〔表10〕
表示衍射面相位的系数第三表面
    r的2次方的系数     -179.23501
    r的4次方的系数     -3.0515157
    r的6次方的系数     0.0041734327
    r的8次方的系数     -2.2873515×10-5
表11示出了表示第四表面4的衍射面相位的系数。
〔表11〕
表示衍射面相位的系数  第四表面
    r的2次方的系数     -178.98511
    r的4次方的系数     2.8626536
    r的6次方的系数     0.0022603716
    r的8次方的系数     1.6701881×10-5
在由凹透镜31和衍射透镜42构成的光束扩展器中，光束的扩大率为1.25倍。
变形例光学系统在405nm的成像面上的RMS波阵面像差为0.004λ。在同一成像面上，波长为404nm时，像差为0.017λ，波长为406nm时，像差为0.019nm，这表示可以得到充分优良的色差的补偿特性。对于透镜位移，由于从色差补偿元件射出的光束基本上是平行光，所以入射到物镜33的入射光的状态不随透镜位移而变化，从而不会增大像差。
接下来，考虑光学拾波装置的周围温度发生较大变化，光源的激光波长超过上述范围而变化的情况，以及由于光源的激光二极管的个体差异，相对于波长与405nm变化较大的情况。此时，像差增大，例如在409nm时，像差变为0.058入。
为此，调整凹透镜31和衍射透镜42的间距，改变光束的平行度。具体地讲，如果使凹透镜31的第二表面2和衍射透镜42的第三表面3之间的距离从初始状态即2.43mm间距变为2.08mm，使光束稍变为扩散光束而入射，则可将像差抑制为较小的值0.009λ。进而，在该状态下，即使使物镜33从光轴位移0.3mm，像差变为0.01λ，其增大非常小，所以其性能不会有问题。
该衍射透镜42可以被设计为，对于设计中所用的次数的衍射光，无像差并且衍射效率高。此外，即使平板两侧的衍射面上的衍射光的次数变化，其作用也不变。
该变形例的衍射透镜42，由于作为透镜的焦距与在单面上形成衍射面的上述实施方式的菲涅耳透镜32的焦距相同，所以也可以补偿色差。
衍射透镜42的焦距被设计为，可以大致补偿由于物镜33的色差产生的焦点误差成分，但是如果构成光束扩展器的凹透镜31选择色散较大的光学材料，则该凹透镜31也具有一定的色差补偿作用。因此，如果考虑这一点而设定衍射透镜42的焦距，可以进一步得到优良的结果。但是，实际上凹透镜31对色差的补偿效果是有限的，所以衍射透镜42承担大半的色差补偿作用。
此外，在衍射透镜42的情况下，当光束直径一定时，焦距越短，波带的间距越小。当间距变小时，考虑到制造困难，可以将色差的补偿效果设定得稍小，将衍射透镜42的焦距设定得比能最佳补偿色差的焦距稍大。
以上着重论述了色差，但利用上述光学系统补偿的球面像差不限于由波长误差产生的球面像差，当然也可以同时对物镜19自身的残余球面像差、光盘101的厚度误差组成的球面像差进行补偿。
即，本实施方式的光学拾波装置具有良好的像差补偿特性，同时也可以对由光源的激光二极管11的波长和物镜19的设计基准波长的误差、物镜19的制造误差或光盘101的透光层的厚度误差等产生的球面像差进行补偿。
如上所述，根据本发明，可以提供一种光学拾波装置，即使物镜和其他光学系统的光轴偏移，也可以抑制像差。

Claims (3)

1.一种光学拾波装置，沿着旋转的光盘的轨道照射光线，进行信息信号的记录或重放，其特征在于，具有：
光源；
光束扩展器，改变从上述光源射出的光的平行度；以及
物镜，使从上述光束扩展器射出的光沿上述光盘的轨道汇聚而照射，
上述光束扩展器由凹透镜和衍射透镜构成，设
f1＝((λ2/λ1)-1)f0v0
f2＝(1-(λ2/λ1))b
则上述衍射透镜的焦距fn在满足下式
f1＜fn＜f2
的范围，
设设计基准波长、设计下限波长和设计上限波长分别为λ0、λ1、λ2(其中λ0-λ1＝λ2-λ0)，与上述波长对应的上述物镜的折射率分别为n0、n1、n2，与波长λ1、λ2对应的焦距差为Δ，则
v0＝(n0-1)/(n1-n2)
b＝-f0(f0+Δ)/Δ
其中，f0为物镜的焦距，v0为物镜的光学材料的部分色散。
2.根据权利要求1所述的光学拾波装置，其特征在于，上述光源的波长小于450nm，上述物镜是数值孔径(NA)为0.7以上的单透镜。
3.根据权利要求1或2所述的光学拾波装置，其特征在于，上述衍射透镜在平板的一侧或两侧形成衍射面。
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