CN1286407A - 用于光学拾取的物镜和光学拾取装置 - Google Patents

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Abstract

一种用在光学拾取装置中记录或再现光学信息记录介质上的信息的物镜,包括一个非球面,其特征在于满足下列状态方程:1.1≤dl/f≤3,此处,d1表示透镜的轴向厚度,f表示焦距。

Description

用于光学拾取的物镜和光学拾取装置
本发明涉及一种用于光学记录装置中光学拾取的物镜以及一种采用该物镜的光学拾取装置，其中光学记录装置在诸如光盘的信息记录介质上进行记录或再现。
在采用光盘介质的光学记录/再现装置的光学系统中，通常使用一个非球面的单物镜。为了实现记录信息信号的高密度，要求由物镜在记录介质上形成的斑点的尺寸较小，并要求物镜有很高的NA和采用短波长的光源。
虽然已开发出了振荡波长大约在400nm的GaN兰光半导体激光器，但波长随跳模或激光输出而变化，并且因使用高频叠加而使振荡波长的单色性很差。因此，在使用GaN兰光半导体激光器的用于高密度光盘的聚光光学系统中，认为轴向色差的校正是必须的。
在用于光盘的非球面单物镜中，通过非球形表面校正球差和慧差。但当数值孔径很大时，象的高度特性退化。当光盘做成高密度盘时，象高度特性的退化变成一个极其严重的问题，即使退化的值很小。特别是，当数值孔径为0.65或更大时，问题变得显著。另外，当数值孔径较大时，偏心灵敏度的退化也是一个严重的问题。
本发明实现了对上述问题的解决。即，关于光学拾取装置的物镜，本发明的目的是提供一种大数值孔径并且象的高度特性极佳的非球面单物镜。具体地，本发明的目的是提供一种适于用于高密度记录/再现装置的物镜，其数值孔径不小于0.65，不小于0.7更好，不小于0.75最好，并采用一种光源波长短至大约500nm的激光。
另外，提供一种使得偏心灵敏度最佳的物镜也是本发明的目的。此外，本发明的目的还在于提供一种使得球差和慧差性能均优良的物镜。
当信息记录介质的保护层(透明基板)厚度小于或等于0.2mm时，或当没有设置保护层时，工作距离可以很小。提供一种适于用在小工作距离的记录/再现装置中的物镜是本发明的一个目的。
本发明的还有一个目的在于提供一种光学拾取装置、光学信息记录介质记录/再现装置和一种采用上述物镜的光学信息记录介质记录/再现的方法。
另外，本发明的目的在于提供一种用在高密度光学记录/再现装置中的光学拾取装置，该装置中具有的光学系统轴向色差通过简单的结构得以校正。具体地，本发明的目的在于提供一种光学拾取装置，其中，在信息记录介质部分上的数值孔径不小于0.65，不小于0.7更好，不小于0.75最好，所采用的光源的最短波长短至500nm，或更短。
以上目的可以通过下列结构实现：
(1)一种用于在光学信息记录介质上记录或再现信息的光学拾取装置中的物镜，包括：
一个非球面；
其中，满足下列状态方程：
1.1≤d1/f≤3
此处，d1表示透镜的轴向厚度，f表示焦距。
(2)在(1)的物镜中，物镜的数值孔径不小于0.65。
(3)在(2)的物镜中，物镜的数值孔径不小于0.75。
(4)在(1)的物镜中，满足下列状态方程：
f/νd≤0.060
此处，νd表示阿贝数。
(5)在(1)的物镜中，满足下列状态方程：
1.40≤n
此处，n表示对使用波长的折射率。
(6)在(5)的物镜中，满足下列状态方程：
1.40≤n≤1.85
(7)在(1)的物镜中，满足下列状态方程：
0.40≤r1/(n·f)≤0.70
此处，r1表示物镜其中一个表面的近轴曲率半径。
(8)在(7)的物镜中，r1表示物镜在光源一侧的表面的近轴曲率半径。
(9)在(1)的物镜中，使用的波长不长于500nm。
(10)在(1)的物镜中，物镜是一种用在光学拾取装置中的物镜，在具有厚度不超过0.2mm的保护层的光学信息记录介质中记录或再现信息。
(11)在(10)的物镜中，数值孔径不小于0.7。
(12)在(7)的物镜中，满足下列状态方程：
1.50≤n
此处，n表示对使用波长的折射率。
(13)在(1)的物镜中，物镜是一种塑料透镜。
(14)在(1)的物镜中，物镜是一种玻璃透镜。
(15)在(1)的物镜中，满足下列状态方程：
1.85≤n
此处，n表示对使用波长的折射率。
(16)在(1)的物镜中，物镜还包括一个衍射区域。
(17)在(1)的物镜中，物镜在其外周边还包括一个凸缘区域。
(18)在(1)的物镜中，凸缘区域包括一个在垂直于光轴的方向上延伸的表面。
(19)在(1)的物镜中，透镜的两个表面都是非球面。
(20)一种在光学信息记录介质上记录或再现信息的光学拾取装置，包括：
一个发射光通量的光源；
一个会聚光源发出的光通量的聚光光学系统；和
一个探测从光学信息记录介质上反射的光的光探测器；
其特征在于聚光光学系统包括一个物镜，把光通量会聚到光学信息记录介质的信息记录表面，物镜包括一个非球面；其特征还在于满足下列状态方程：
1.1≤d1/f≤3
此处，d1表示透镜的轴向厚度，f表示焦距。
(21)在(20)的光学拾取装置中，物镜在光学信息记录介质一侧的数值孔径不小于0.65。
(22)在(29)的光学拾取装置中，物镜在光学信息记录介质一侧的数值孔径不小于0.75。
(23)在(20)的光学拾取装置中，满足下列状态方程：
f/νd≤0.060
此处，νd表示物镜材料的阿贝数。
(24)在(20)的光学拾取装置中，满足下列状态方程：
1.40≤n
此处，n表示物镜材料对使用波长的折射率。
(25)在(24)的光学拾取装置中，满足下列状态方程：
1.40≤n≤1.85
(26)在(20)的光学拾取装置中，满足下列状态方程：
0.40≤r1/(n·f)≤0.70
此处，r1表示物镜在光源一侧的表面的近轴曲率半径。
(27)在(20)的光学拾取装置中，光源发射波长不大于500nm的光通量。
(28)在(20)的光学拾取装置中，光学拾取装置用于在具有厚度不超过0.2mm的保护层的光学信息记录介质上记录或再现信息。
(29)在(28)的光学拾取装置中，物镜在光学信息记录介质一侧的数值孔径不小于0.7。
(30)在(20)的光学拾取装置中，满足下列状态方程：
1.85≤n
此处，n表示物镜的材料对光源发射的光通量的波长的折射率。
(31)在(20)的光学拾取装置中，聚光光学系统包括一个衍射区域。
(32)在(20)的光学拾取装置中，聚光光学系统包括一个用于改变光源发出的光通量之发散角的耦合透镜和校正物镜的色差的耦合透镜。
(33)在(32)的光学拾取装置中，耦合透镜是一个准直透镜，使光源发出的光通量成为平行光通量。
(34)在(32)的光学拾取装置中，物镜和耦合透镜的合成系统的色差满足下列状态方程：
δfb·NA2≤0.25μm(δfb＞0)
此处，δfb表示当波长从标准波长改变+1nm时合成系统焦点位置(μm)的改变，NA表示物镜在信息记录介质侧的数值孔径。
(35)在(34)的光学拾取装置中，物镜和耦合透镜的合成系统之色差满足下列状态方程：
0.02μm≤δfb·NA2≤0.15μm(δfb＞0)
(36)在(32)的光学拾取装置中，满足下列状态方程：
0.1≤｜m｜≤0.5(m＜0)
此处，m表示物镜和耦合透镜的合成系统之放大率。
(37)在(32)的光学拾取装置中，耦合透镜是一个有两个透镜的单透镜。
(38)在(32)的光学拾取装置中，耦合透镜是一个非球面镜。
(39)在(32)的光学拾取装置中，耦合透镜包括一个衍射区域。
(40)一种在光学信息记录介质上记录或再现信息的装置，包括：
一个光学拾取装置，包括
一个发射光通量的光源；
一个会聚光源发出的光通量的聚光光学系统；和
一个探测从光学信息记录介质上反射或透射的光的光探测器；
其特征在于聚光光学系统包括一个物镜，把光通量会聚到光学信息记录介质的信息记录表面，物镜包括一个非球面；其特征还在于满足下列状态方程：
1.1≤d1/f≤3
此处，d1表示透镜的轴向厚度，f表示焦距。
(41)一种在光学信息记录介质上记录或再现信息的方法，包括：
发射光通量的步骤；
把光源发射的光通量会聚到光学信息记录介质上的步骤；和
探测会聚到信息记录表面上的反射光或透射光的步骤；
其特征在于光通量通过物镜会聚到光学信息记录介质的信息记录表面上；和
其特征还在于物镜包括一个非球面，并满足下列状态方程：
1.1≤d1/f≤3
此处，d1表示透镜的轴向厚度，f表示焦距。
图1(a)表示物镜的截面图，图1(b)表示例1中物镜的象差曲线。
图2(a)表示物镜的截面图，图1(b)表示例1中物镜的象差曲线。
图3(a)表示物镜的截面图，图3(b)表示例1中物镜的象差曲线。
图4(a)表示物镜的截面图，图4(b)表示例1中物镜的象差曲线。
图5(a)表示物镜的截面图，图5(b)表示例1中物镜的象差曲线。
图6(a)表示物镜的截面图，图6(b)表示例1中物镜的象差曲线。
图7(a)表示物镜的截面图，图7(b)表示例1中物镜的象差曲线。
图8表示采用本发明物镜的光学拾取装置实施例示图。
图9表示例8中物镜的截面图。
图10表示例8中物镜的象差曲线。
图11表示例9中物镜的截面图。
图12表示例9中物镜的象差曲线。
图13表示例10中物镜的截面图。
图14表示例10中物镜的象差曲线。
图15表示例11中物镜的截面图。
图16表示例11中物镜的象差曲线。
图17表示例12中物镜的截面图。
图18表示例12中物镜的象差曲线。
图19表示例13中物镜的截面图。
图20表示例13中物镜的象差曲线。
图21表示例14中物镜的截面图。
图22表示例14中物镜的象差曲线。
图23表示例15中物镜的截面图。
图24表示例15中物镜的象差曲线。
图25表示例16中耦合透镜和物镜的截面图。
图26表示例16中耦合透镜和物镜的球差曲线。
图27表示例17中耦合透镜和物镜的截面图。
图28表示例17中耦合透镜和物镜的球差曲线。
图29表示例18中耦合透镜和物镜的截面图。
图30表示例18中耦合透镜和物镜的球差曲线。
图31表示例19中耦合透镜和物镜的截面图。
图32表示例19中耦合透镜和物镜的球差曲线。
图33表示例20中耦合透镜和物镜的截面图。
图34表示例20中耦合透镜和物镜的球差曲线。
图35表示例21中耦合透镜和物镜的截面图。
图36表示例21中耦合透镜和物镜的球差曲线。
图37表示例22中耦合透镜和物镜的截面图。
图38表示例22中耦合透镜和物镜的球差曲线。
图39表示例23中耦合透镜和物镜的截面图。
图40表示例23中耦合透镜和物镜的球差曲线。
图41表示例24中耦合透镜和物镜的截面图。
图42表示例24中耦合透镜和物镜的球差曲线。
图43表示例25中耦合透镜和物镜的截面图。
图44表示例25中耦合透镜和物镜的球差曲线。
图45表示例26中耦合透镜和物镜的截面图。
图46表示例26中耦合透镜和物镜的球差曲线。
图47表示例27中耦合透镜和物镜的截面图。
图48表示例27中耦合透镜和物镜的球差曲线。
图49表示例28中的物镜截面图；
图50表示例28中物镜的象差曲线。
图51表示例29中物镜的截面图。
图52表示例29中物镜的象差曲线。
图53表示例30中物镜的截面图。
图54表示例30中物镜的象差曲线。
图55表示例31中物镜的截面图。
图56表示例31中物镜的象差曲线。
图57表示采用本发明物镜的光学拾取装置另一实施例的示意图。
下面将解释本发明的实施例。
根据本发明第一方面的非球面单物镜是一个在信息记录介质上记录并从信息记录介质上再现的物镜，并且其特征在于满足下列表达式。
顺便说一下，本发明的物镜至少有一个非球面。虽然可以只有一侧是非球面，但最好物镜的两侧都表现出非球面。还希望物镜由一个而不是多个透镜组成。
1.1≤d1/f≤3(1)
此处，d1表示透镜的轴向厚度，f表示焦距。
上述表达式(1)表示得到优良的象高度特性的条件，并且当试图得到不小于0.65或最好不小于0.75的较大的数值孔径时的条件，具体地说，如果d1/f值不小于其下限，透镜的中心厚度就不会太小，象的高度特性不会衰减，并且移动敏感度不会变大。如果d1/f值不超过其上限，则中心厚度就不会太大，并且象的高度特性也不会衰减。顺便说一下，d1的范围最好在2mm-4mm之间。
另外，偏心敏感度变好。球差和慧差可以得到令人满意的校正。本发明在光学信息记录介质上再现或记录的光学拾取装置中有一个发射光通量的光源，一个会聚光源发射的光通量的聚光光学系统和一个探测来自光学信息记录介质的反射光或透射光的光探测装置。聚光光学系统有一个把光通量会聚到光学信息记录介质的信息记录表面上的物镜。该物镜就是上述本发明的那种。顺便说一下，聚光光学系统除物镜外还可以有一个耦合透镜。本发明的光学信息记录介质记录/再现装置具有本发明上述的那种光学拾取装置。另外，光学信息记录介质记录/再现装置还可以具有一个旋转光学信息记录介质的主轴电机和跟踪装置。顺便说一下，最好根据光源的波长、孔径的直径和物镜的直径得到光学拾取装置的数值孔径。顺便说一下，在光学拾取装置中，能够使预定波长的光通量在预定的光学信息记录介质上读取/记录信息的数值孔径可以作为光学拾取装置的数值孔径，或是通过光学拾取装置读取/记录的标准的光学信息记录介质建立的数值孔径作为光学拾取装置的数值孔径。另外，当仅由一个透镜决定数值孔径时，如果把透镜校正到在透镜孔径的一定半径范围内没有象差(例如，波前象差校正到0.07λ或更小)，数值孔径定义为此半径与焦距之比。
上述状态表达式(1)满足下列表达式更为理想：
1.2≤d1/f≤2.3
另外，上述状态表达式(1)满足下列表达式最为理想：
1.5≤d1/f≤1.8
另外，希望上述物镜满足下列状态表达式(2)：
f/νd≤0.060(2)
此处，νd表示阿贝数。
状态表达式(2)表示使轴向色差变小的条件。由此可以对付用于聚焦的伺服机构所不能随从的激光光源中的波长瞬态涨落，并处理光源中有多模振荡导致的波长扩展。上述表达式(2)满足下列状态表达式更好：
f/νd≤0.050
另外，上述表达式(2)满足下列状态表达式最好：
f/νd≤0.035
关于透镜的材料，最好使用阿贝数满足νd=50而非νd=35的材料。
物镜既可以是玻璃透镜也可以是塑料透镜。当物镜是塑料透镜时，最好透镜塑料的饱和水吸收不超过0.01％。另外，最好采用对350-500nm的波长透射率不小于85％的材料。还希望本发明的物镜直径为2.0mm至4.0mm。至于塑料透镜的材料，最好采用聚烯烃数值。具体地说是降冰片烯。
另外，上述物镜最好满足下列状态表达式(3)：
1.40≤n(3)
此处，n表示在使用波长处的折射率(物镜的材料对光源波长的折射率)。
状态表达式(3)表示折射率的条件，并当该条件满足并且不使折射率变小时，第一表面的弧度不变大，该表面上的移动敏感度和倾斜敏感度也不变大，并且象的高度特性不衰减。
另外，上述物镜最好满足下列状态表达式(4)：
1.40≤n＜1.85(4)
状态表达式(4)表示折射率的条件，并且在需要不仅与轴向光功率联系而且与偏振光功率相联系的光学拾取装置中，因校正产生的色散，轴向厚度倾向于更大。当n不超过其上限时，折射率不会太大，并且透镜的中心厚度不需要很大，这使得很容易获得很轻的重量并确保工作距离。当n不小于其下限时，折射率也不会变得太小，第一表面的弧度不会变大，并且象的高度特性不衰减。
希望上述状态表达式(4)满足下列状态表达式：
1.50≤n＜1.85
满足下列表达式更好：
1.70≤n＜1.85
另外，上述物镜最好满足下列状态表达式(5)：
0.40≤r1/(n·f)≤0.70(5)
此处，r1表示上述物镜一个表面的近轴曲率半径(最好是处于光源一侧的近轴曲率半径)。
上述状态表达式(5)主要涉及慧差的校正，并当r1/(n·f)值不小于其下限时，r1也不会太小，内向或外向慧差导致的闪烁变得很难发生，而当r1/(n·f)值不超过其上限时，r1也不会太大，外向慧差难于发生，并且也难于产生球差的暗闪烁(under flare)。
希望上述的状态表达式(5)满足下列表达式：
0.40≤r1/(n·f)≤0.65
由物镜会聚到记录介质上的光斑直径通常由Kλ/NA决定，当λ表示光源的波长时，NA表示物镜的数值孔径，k表示比例常数。因此，当使用波长等于或小于500nm的激光光源并且物镜的数值孔径做的等于或大于0.65时，可以使会聚的光斑直径很小。并且因此可以通过构成采用本发明透镜的光学拾取装置使得记录的信息信号密度很高。另外，可以通过使记录介质的保护层厚度等于或小于0.2mm而提供具有小工作距离的物镜，使得获得轻便、小巧的光学拾取装置成为可能。
换言之，当采用的波长(从光源发出的光通量的波长)不超过500nm或物镜在光学信息记录介质侧的数值孔径不小于0.65(优选不小于0.7，不小于0.75更好)时，或是用于具有厚度不超过0.2mm的保护层的光学信息记录介质时，本发明的物镜、光学拾取装置和光学信息记录介质记录/再现装置都非常适合。
当上述物镜由材料制成时，可以得到轻重量的光学拾取装置，并实现低成本的大量产品。
另一种优选的非球面单物镜是一种用于在信息记录介质上记录或再现的物镜，并且该物镜的特征在于采用的波长为500nm或更短，信息记录介质有一个厚度等于或小于0.2mm的保护层，物镜的数值孔径等于或大于0.65，优选等于或大于0.75。
最好前述的物镜满足下列状态表达式(6)，该式表示为获得优良的象高度特性所需的条件，其中的操作与条件表达式(1)的相同：
1.1≤d1/f≤3(6)
此处，d1表示透镜的轴向厚度，f表示焦距。
最好前述的物镜满足下列状态表达式(7)，该式表示为处理轴向色差所需的条件，其中的操作与条件表达式(2)的相同：
f/νd≤0.060(7)
此处，νd表示阿贝数。
最好前述的物镜满足下列状态表达式(8)，该式表示折射率应满足的条件，其中的操作与条件表达式(3)的相同：
1.40≤n(8)
此处，n表示对使用波长的折射率。
最好前述的物镜满足下列状态表达式(9)。该式表示折射率应满足的条件，其中的操作与条件表达式(4)的相同：
1.40≤n＜1.85(9)
最好前述的物镜满足下列状态表达式(10)，该式主要涉及慧差的校正，其中的操作与条件表达式(5)的相同：
0.40≤r1/(n·f)≤0.70(10)
此处，r1表示光源部分上的近轴曲率半径。
另一种优选的非球面单物镜是一种用于在信息记录介质上记录或再现的物镜，并且该物镜的特征在于物镜的数值孔径等于或大于0.75并由塑料材料制成。
最好前述的物镜满足下列状态表达式(11)，该式表示为获得优良的象高度特性所需的条件，其中的操作与条件表达式(1)的相同：
1.1≤d1/f≤3(11)
此处，d1表示透镜的轴向厚度，f表示焦距。
最好前述的物镜满足下列状态表达式(12)，该式表示为使轴向色差较小所需的条件，其中的操作与条件表达式(2)的相同：
f/νd≤0.060(12)
此处，νd表示阿贝数。
最好前述的物镜满足下列状态表达式(13)，该式表示折射率应满足的条件，其中的操作与条件表达式(3)的相同：
1.40≤n(13)
此处，n表示对使用波长的折射率。
最好前述的物镜满足下列状态表达式(14)。式(14)表示折射率应满足的条件，其中的操作与条件表达式(4)的相同：
1.40≤n＜1.85(14)
最好前述的物镜满足下列状态表达式(15)，该式主要涉及慧差的校正，其中的操作与条件表达式(5)的相同：
0.40≤r1/(n·f)≤0.70(15)
此处，r1表示光源部分上的近轴曲率半径。
另一种优选的非球面单物镜是一种用于在信息记录介质上记录或再现的物镜，并且该物镜的特征在于物镜的数值孔径等于或大于0.65，优选等于或大于0.75，并满足下式(16)：
n≥1.85(16)
此处，n表示对使用波长的折射率。
上述表达式(16)表示折射率的条件。通过使用高折射率的材料，可以使第一表面上的曲率半径增大，并因而能使远景角变小。因此，当通过熔融制备透镜时有一个易于处理金属熔融的优点。另外，在光学拾取的情形中，最重要的只是需要轴向光功率，高折射率材料的使用使得很容易校正高阶球差。
最好前述的物镜满足下列状态表达式(17)，该式表示为获得优良的象高度特性所需的条件，其中的操作与条件表达式(1)的相同：
1.1≤d1/f≤3(17)
此处，d1表示透镜的轴向厚度，f表示焦距。
最好前述的物镜满足下列状态表达式(18)，该式主要涉及慧差的校正，其中的操作与条件表达式(5)的相同：
0.40≤r1/(n·f)≤0.70(18)
此处，r1表示光源部分上的近轴曲率半径。
另一种优选的非球面单物镜是一种用于在信息记录介质上记录或再现的物镜，并且该物镜的特征在于物镜的数值孔径为0.65，优选等于或大于0.75，并满足下式(19)：
1.40≤n＜1.85(19)
此处，n表示对使用波长的折射率。
前述状态表达式表示折射率的条件。关于它的操作，与表达式(4)的相同。
最好在本发明光学拾取装置中的聚光光学系统上设置一个衍射区域。虽然优选在聚光光学系统的物镜上设置一个衍射区域，也可以在聚光光学系统中组合进一个仅有衍射区域的光学元件或在另一个光学元件上设置一个衍射区域，构成一个聚光光学系统，如耦合透镜。顺便说一下，也可以只在单耦合透镜的一侧上设置一个衍射表面。由于这种结构，可以避免表面偏心度导致的波前象差的衰减。
当只通过一个球形表面或只通过一个非球形表面对折射系统中的单物镜校正标准波长的球差时，通常对短于标准波长的波长产生轴下色差，并对长于标准波长的波长产生轴上色差。但在具有衍射表面的物镜的情况下，当对标准波长校正球差时，可能产生与折射系统中物镜相反的机械，即对短于标准波长的波长产生轴上的色差，并对长于标准波长的波长产生轴上色差。因此，在上述物镜的情形中，甚至对于瞬态波长涨落如跳模，也可以通过合并衍射功率和作为衍射透镜的相位函数系数，并因此通过对球差校正色差而实现显示出性能优良的物镜，其中衍射功率通过适当选择非球面系数作为非球面透镜。
上述物镜的数值孔径为等于或大于0.65，优选等于或大于0.75，当采用500nm或更短的波长，并且使用保护层厚度等于或小于0.2mm的信息记录介质时，可以使用波长不超过500nm的短波长的激光光源，使物镜的数值孔径等于或大于0.65，并使会聚光束的光斑直径较小。由此可以通过构造带有本发明透镜的光学拾取装置实现高密度地记录信息信号。另外，可以通过使记录介质的保护层厚度薄于或等于0.2mm而提供具有小的工作距离的物镜，使得得到轻质、小巧的光学拾取装置成为可能。
另外，在上述的每种物镜中，最好在外围上设置凸缘部分，并且设置在外围上的凸缘最好有一个在垂直于光轴的方向上延伸的面。由于设置在外围上的凸缘，物镜可以很容易地连结到光学拾取装置，并且可以通过在凸缘部分上设置一个沿几乎垂直于光轴的方向延伸的面而更精确地连结物镜。
另外，本发明的每种光学拾取装置都是一种在其中具有光源和物镜的装置，物镜把光源发出的光通量会聚到信息记录介质的信息记录表面上，并通过探测从信息记录介质发出的光而在信息记录介质上进行信息的记录和/或再现，其中非球面单物镜设置为上述的物镜。
另外，本发明的每种光学拾取装置都是一种在其中具有光源、耦合透镜和物镜的装置，耦合透镜改变光源发出的发散光的发散角，物镜把光通量经耦合透镜会聚到信息记录介质的信息记录表面，并通过探测从信息记录介质发出的光而在信息记录介质上进行信息的记录和/或再现，其中耦合透镜具有校正物镜色差的功能，非球面单物镜设置为上述的物镜。
当非球面单物镜用作物镜时，可以得适用于高密度记录/再现装置的物镜，但因为折射系统中的单物镜，也导致处于短波长部分以下的轴向色差。不过，轴向色差可以通过前述光学拾取装置中的耦合透镜校正。即如果耦合透镜的轴向色差处于短波长以上，则物镜的轴向色差可以减小。由此，连同上述的物镜一起可以得到一种具有一光学系统的光学拾取装置，其中光学系统的轴向色差通过简单的结构校正。
在这种情况下，耦合透镜可以把从光源发出的光通量准直成大部分准直的光通量。此结构使得光学拾取系统的组装和调节更简单。即耦合透镜也可以是一种准直透镜。
还可以布置成使物镜和耦合透镜的合成系统的色差满足下列表达式(20)：
δfb·NA2≤0.25μm(δfb＞0)(20)
此处，δfb表示当波长从标准波长改变+1nm时合成系统焦点位置(μm)的改变，NA表示物镜在盘侧的数值孔径。
优选满足下列表达式(20)’：
0.02μm≤δfb·NA2≤0.15μm(δfb＞0)(20)’
上述的每一种结构涉及通过耦合透镜进行色差的校正。当用大约400nm的振荡波长操作短波长激光半导体时，由波长的显微移动在物镜上导致的轴向色差是一个不能容许的严重问题。问题的原因解释如下。当操作短波长时，对于普通的透镜材料波长的微小涨落折射率变化很大。结果是聚焦的散焦量很大。但关于物镜的焦深，采用的波长(λ)越短，焦深越小，可以按kλ/NA2推知(k是比例常数)，甚至非常小的散焦量也不允许。在ISOM/ODS’99PostdeadlinePoster Papersde Session WD26中，对于GaN兰光半导体激光器显示0.7mm谱宽的高频叠加。理想的是对高频叠加把光学拾取系统的波前象差控制到大约0.02λrms。假设对于颜色的球差已得以校正，则获得对于前述所必须的轴向色差校正水平。因此，当标准波长为400nm并且NA表示盘部分上的数值孔径时，对于1nm的波长涨动需要把合成系统的轴向色差控制在大约0.15μm/NA2，用于对0.7nm谱宽的高频叠加(FWMH)把波前象差控制到0.02λrms。另一方面，合成系统的轴向色差并不总是需要弯曲的校正，波前象差可以保持在一个允许的范围内。当在本发明中物镜是一个折射系统中的单透镜时，可以以简单的方式通过使对于长波长的轴向色差为正值来构成一个耦合透镜，即使在合成系统中也是如此，因为物镜对于长波长的轴向色差是正值。例如，当耦合透镜由一个一组和两元件的胶合透镜组成时，与合成系统的完全的颜色校正相比，耦合透镜每个透镜元件的放大率可以很小，这产生一种关于象差方面性能优良的耦合透镜并易于制造。甚至在对于耦合透镜如同衍射透镜校正颜色的情况下，衍射面的放大率可以很小，衍射环带的间隔由此很大，并且可以很容易地制造高衍射效率的衍射透镜。为此，设立前述状态表达式的下限。
另外，最好满足下列关于合成系统的放大率m的表达式：
0.1≤｜m｜≤0.5(m＜0)
此处，m表示物镜和耦合透镜的合成系统之放大率。
当放大率不小于上述状态表达式的下限时，合成系统是紧凑的，而当放大率不高于上限时，耦合透镜在象差方面较好。
耦合透镜既可以由单个组件构成，也可以由多个组件构成，并且耦合透镜最好是一组及两元件结构之一。由于上述耦合透镜的一组及两元件结构，所以耦合透镜的结构简单并致使耦合透镜易于制造。当使用一组及两元件结构时，在短波长部分以上和长波长部分以下产生明显的轴向色差并保持轴向放大率。其结果是可以有利地校正物镜对于短波长部分以下和长波长部分以上的轴向色差，同时保持合成系统的轴向放大率，这对于瞬态波长涨落如跳模有利。当对于短波长部分以上和长波长部分以下产生此轴向色差时，具有发散作用的耦合透镜胶合面的曲率趋于变大。因此，如果标准波长的球差得以控制，则大量产生短波长部分以上和长波长部分以下的球差。结果是物镜上产生的短波长部分和长波长部分的象差被消除，并且可以在波长涨落的情况下把合成系统的球差控制得很小。
顺便说一下，耦合透镜最好有一个非球面。非球面既可以设置在一侧，也可以设置在两侧。
因为上述的耦合透镜是具有一个非球面的一组及两元件结构，所以可以通过非球面的象差校正功能使耦合透镜的数值孔径较大，并获得总长度较短的紧凑的合成系统。
因为上述的耦合透镜有一个衍射面，所以可以通过给塑料非球面透镜加入一个衍射面，以一个结构简单的单透镜得到高效的耦合透镜。顺便说一下，也可以通过在光轴方向上移动耦合透镜来校正在光学系统的每个光学面上产生的球差涨落。例如，可以移动耦合透镜，同时跟踪再现信号的RF幅度，使得在光学系统中产生的球差可以以最佳的方式校正。当光学系统的每个光学面上产生的球差涨落时，会有基于光源的振荡波长微小变化的涨落，基于稳定变化的涨落，基于湿度变化的涨落，基于信息记录介质保护层厚度的微小变化的涨落和基于前述所述的综合的涨落。最好耦合透镜在光轴方向移动，使得当光学系统的球差涨动到较大的一侧时，距离物镜的距离能增大，并且耦合透镜在光轴方向上移动，使得当光学系统的球差涨动到较小的一侧时，距离物镜的距离能减小。顺便说一下，至于耦合透镜在光轴方向上的移动，最好光学拾取装置有一个移动耦合透镜的移动装置。作为移动装置，可以采用(voice-oil-shaped)致动器和压电致动器。
顺便说一下，上述的每种光学拾取装置把从光源发出的光通量经物镜会聚到信息记录介质的信息记录表面，并能够在信息记录介质上记录信息和/或从信息记录介质上再现信息。
上述的光学信息记录介质例如包括各种CDs，如CD，CD-R，CD-RW，视频CD和CD-ROM，各种DVD，如DVD，DVD-ROM，DVD-RAM，DVD-R和DVD-RW，和盘状信息记录介质，如MD，并且还包括已就记录密度有所提高的新颖的高密度信息记录介质。
下面将参照附图对本发明的实施例做一解释。图8是本发明实施例的光学拾取装置结构简图。
图8中的光学拾取装置是一种采用本发明的双非球面单物镜作为物镜的装置，其中设置了代表光源的半导体激光器3，把来自耦合透镜2的光通量会聚到信息记录介质的信息记录表面5上的物镜2，接收从信息记录介质的信息记录表面5反射的光的光探测器4。
图8中的光学拾取装置还配置有把从信息记录表面5反射的光分解到光探测器4的分束器6，位于耦合透镜2和物镜1之间的1／4波片7，位于物镜8之前的光阑8，用于焦点跟踪的柱面透镜9和致动器10。换言之，在本实施例中，聚光光学系统中有一个分束器，一个耦合透镜，一个1/4波片，一个物镜和一个光阑。顺便说一下，在本发明中，可认为分束器不包括在聚光光学系统中。
物镜1在其外围还有一个凸缘部分1a，该部分有一个沿垂直于光轴方向延伸的表面。因为此凸缘部分1a，物镜1可以精确地连结到光学拾取装置上。
耦合透镜2还可以是一种准直透镜，把入射的发散光通量准直成几乎平行于光轴的光通量。在这种情况下，最好把光源3或准直透镜2布置成可在准直透镜光轴的方向上移动调节，使得从准直透镜2发出的光通量可以近乎准直。
如上所述，本发明的光学拾取装置既可以由一个把从光源发出的发散的光通量转变成主要为准直光的准直透镜和把准直光会聚到信息记录表面的物镜组成，也可以由一个代表会聚透镜的改变光源发出的发散光之角度并转变成发散光或会聚光的耦合透镜和把耦合透镜发出的光通量会聚到信息记录表面的物镜组成。光学拾取装置还可以只由一个物镜(无限共轭物镜)组成，物镜把光源发出的发散光会聚到信息记录表面。
然后，可以通过利用一个本发明的非球面单物镜获得一种能够对光盘进行高密度记录和再现的光学拾取装置。
例
接下来，对关于本发明的物镜和光学拾取装置的例1-15以及关于耦合透镜和光学拾取装置的例16-27进行解释。顺便说一下，光学拾取装置的结构实例类似于图8中所示的实施例。本发明的光学拾取装置通过对半导体激光器进行标准波长的选择(设置光源)、建立例如应用或删除耦合透镜或把准直透镜用作耦合透镜、建立一个孔径光阑8和布置各个部件的位置并安置物镜和耦合透镜而获得，使得在以下每个实例中所述的结构和条件都得以满足。
首先解释物镜的实例。例1-15的数据列于下表1。顺便说一下，在例1-15中，例6、9和15是针对塑料透镜，其余的针对玻璃透镜。例5中的光学信息记录介质没有透明基底。在其它实例中的光学信息记录介质有0.1mm厚的透明基底。表1
Figure 0012644500261
*：非球面
表3
非球面系数
第一表面 第二表面
K=-0.319957A4=-0.897201*10-3A6=-0.132966*10-2A8=0.567005*10-3A10=-0.488314*10-3A12=0.337127*10-4A14=0.426690*10-4A16=-0.200712*10-4 K=-126.71803A4=0.446627*1A6=-0.374370*10A8=0.128630*10A10=-0.176551*10A12=0.252229*10-3
(例2)
透镜数据列于表4，非球面系数列于表5。例2的透镜示于图2，其中图2(a)是截面图，图2(b)是象差曲线。
λ(波长)400nm
f=1.765mm
NA=0.75
放大率=0
表4r(mm)      d(mm)        n       νd1*    1.72793     3.037     1.85614    37.02*   -2.27646     0.2723        ∞        0.100     1.62158    30.04        ∞        0.000*：非球面
表1(续)
Figure 0012644500271
Figure 0012644500272
例1-4、例6和例7中的物镜对于400nm的标准波长是无限物镜，例8-15、例6和例7中的物镜对于405nm的标准波长是无限物镜。在实例6和9的每个当中，假设放置一个厚度为0.1mm的信息记录介质保护层并且在物镜和信息记录介质的象面之间设置不小于0.1mm的工作距离，并且物镜用塑料材料制作。例5中的物镜对于660nm的标准波长是无限物镜。
例15中设置有一个衍射区域。顺便说一下，表1中表述为“离轴”、“波前象差”的词表示象的高度特性。表1显示例1-例15中象的高度特性有利。在例8中，偏心1μm的第一表面导致的波前象差是0.021λ，这使得偏心敏感度非常出色，因为它小于0.035λ。甚至在其它的实施例中偏振敏感度也非常好。
关于本实例中的非球面，当用x轴表示光轴的方向时可用下式表示，在垂直于光轴方向上的高度由h表示，表面的曲率半径由r表示，假设k表示圆锥常数，A2i表示非球面系数： X = h 2 / r 1 + 1 - ( 1 + K ) h 2 / r 2 + Σ i = 2 A 2 i h 2 i
例1
透镜数据适于表2，非球面系数适于表3。例1的透镜示于图1，图1(a)是截面图，图1(b)是象差曲线。
λ(波长)=400nm
f=1.765mm
NA=0.85
放大率=0
表2r(mm)    d(mm)       n       νd1*    1.72078    3.150    1.85614    37.02*   -1.92753    0.2133       ∞        0.100    1.62158    30.04       ∞        0.000
表5
非球面系数
第一表面 第二表面
K=-0.332121A4=-0.142338*10-2A6=-0.145971*10-2A8=0.480431*10-3A10=-0.506544*10-3A12=0.213333*10-4A14=0.180460*10-4A16=-0.104472*10-4 K=-87.525272A4=0.378863*1A6=-0.330567*10A8=0.125735*102A10=-0.193685*102A12=-0.252229*10-3
(例3)
透镜数据列于表6，非球面系数列于表7。例3的透镜示于图3，其中图3(a)是截面图，图3(b)是象差曲线。
λ(波长)=400nm
f=1.765mm
NA=0.85
放大率=0
表6r(mm)     d(mm)      n       νd1*    1.51143    2.946    1.71667    53.22*   -1.44415    0.2673        ∞       0.100    1.62158    30.04        ∞       0.000*：非球面
表7
非球面系数
第一表面 第二表面
K=-0.435901A4=0.227660*10-2A6=-0.331034*10-2A8=0.363944*10-2A10=-0.258170*10-2A12=0.676932*10-3A14=0.153229*10-4A16=-0.463776*10-4 K=-59.503252A4=0.330895*1A6=-0.173954*10A8=0.376531*10A10=-0.327613*10A12=0.252229*10-3
(例4)
透镜数据列于表8，非球面系数列于表9。例4的透镜示于图4，其中图4(a)是截面图，图4(b)是象差曲线。
λ(波长)=400nm
f=1.765mm
NA=0.75
放大率=0
表8r(mm)     d(mm)       n       νd1*    1.51629    2.801    1.71667    53.22*   -1.74496    0.3423        ∞       0.100    1.62158    30.04        ∞       0.000*：非球面
表9
非球面系数
第一表面                        第二表面
K=-0.448813              K=-46.578777
A4=0.580310*10-3     A4=0.219283*1
A6=-0.158678*10-2    A6=-0.124381*10
A8=0.136862*10-2     A8=0.291780*10
A10=-0.198562*10-2   A10=-0.280227*10
A12=0.114053*10-2    A12=-0.252229*10-3
A14=0.438727*10-3
A16=-0.508367*10-4
(例5)
透镜数据列于表10，非球面系数列于表11。例5的透镜示于图5，其中图5(a)是截面图，图5(b)是象差曲线。
λ(波长)=660nm
f=0.131mm
NA=0.83
放大率=-0.1456
表10r(mm)    d(mm)      n        νd1*    0.115    0.226    1.79998    40.92*    -1.47    0.000*：非球面
表11
非球面系数
第一表面                        第二表面
K=-0.3946              K=-77.181
A4=-0.78479*10      A4=0.24008*102
A6=-0.23519*104    A6=-0.10585*105
A8=0.56266*105     A8=0.93242*106
A10=-0.27400*107   A12=-0.10004*1010
A12=-0.20657*109
A14=0.75407*107
A16=-0.35744*10-4
(例6)
透镜数据列于表12，非球面系数列于表13。例6的透镜示于图6，其中图6(a)是截面图，图6(b)是象差曲线。
λ(波长)=400nm
f=2.647mm
NA=0.85
放大率=0
表12r(mm)    d(mm)       n     νd1*    1.97771   4.748    1.56119  56.02*    -0.81768  0.3003        ∞      0.100    1.62158  30.04        ∞      0.000*：非球面
表13
非球面系数
第一表面                      第二表面
K=-0.576418             K=-19.183803
A4=0.26528*10-2     A4=0.335865*1
A6=-0.41375*10-3    A6=-0.922525*1
A8=0.317393*10-3    A8=0.116730*10
A10=-0.591851*10-4  A10=-0.591738*1
A12=0.442060*10-5   A12=-0.291540*10-5
A14=0.362723*10-5
A16=-0.412233*10-6
(例7)
透镜数据列于表14，非球面系数列于表15。例7的透镜示于图7，其中图7(a)是截面图，图7(b)是象差曲线。
λ(波长)=400nm
f=1.765mm
NA=0.85
放大率=0
表14r(mm)    d(mm)        n     νd1*     1.53773   2.500    1.85614  37.02*    -21.60833  0.3803        ∞       0.100    1.62158  30.04        ∞       0.000*：非球面
表9
非球面系数
第一表面                         第二表面
K=-0.329489               K=199.72542
A4=-0.168113*10-2     A4=0.344557*1
A6=-0.913997*10-5     A6=-0.119299*10
A8=-0.127668*10-2     A8=0.181507*10
A10=-0.319026*10-3    A10=-0.110457*10
A12=0.691773*10-4     A12=-0.252229*10-3
A14=-0.241646*10-4
A16=-0.187683*10-4
(例8)
透镜数据和非球面系数列于表16。例8的物镜截面示于图9，象差曲线示于图10。
表16
例8
λ(波长)=405nm
f=1.765mm
NA=0.85
放大率=0r(mm)     d(mm)       n     νd1*    1.43376    2.750    1.71558 53.22*    -2.11753   0.2903        ∞       0.100    1.61950 30.04        ∞       0.000*：非球面
非球面系数
 第一表面               第二表面
K=-0.452646           K=-185.75159
A4=0.571669E-02     A4=0.281279E+00
A6=-0.591147E-02    A6=-0.742134E+00
A8=0.721339E-02     A8=0.667680E+00
A10=-0.398819E-02   A10=-0.195290E+00
A12=0.390519E-03    A12=-0.252228E-03
A14=0.446956E-03
A16=-0.135385E-03
(例9)
透镜数据和非球面系数列于表17。例9的物镜截面示于图11，象差曲线示于图12。
表17
例9
λ(波长)=405nm
f=1.765mm
NA=0.85
放大率=0r(mm)     d(mm)       n    νd1*    1.17503    2.602    1.52523 59.22*   -1.04152    0.3573       ∞        0.100    1.61950 30.04       ∞        0.000*：非球面
非球面系数
   第一表面             第二表面
K=-0.682004           K=-29.373780
A4=0.180213E-01     A4=0.297543E+00
A6=-0.368416E-02    A6=-0.423018E+00
A8=0.140365E-02     A8=0.295535E+00
A10=0.342876E-03     A10=-0.829290E-01
A12=-0.311534E-04    A12=-0.252257E-03
A14=0.103341E-03
A16=0.141728E-04
(例10)
透镜数据和非球面系数列于表18。例10的物镜截面示于图13，象差曲线示于图14。
表18
例10
λ(波长)=405nm
f=1.765mm
NA=0.85
放大率=0r(mm)      d(mm)       n       νd1*    1.07547    2.657    1.44260    95.02*   -0.69088    0.3663        ∞       0.100    1.61950    30.04        ∞       0.000*：非球面
非球面系数
  第一表面            第二表面
K=-0.700141         K=-12.891107
A4=0.190496E-01    A4=0262567E+00
A6=0.502475E-02    A6=-0.355053E+00
A8=0.115240E-02    A8=0.236709E+00
A10=0.134395E-03   A10=-0.631951E-01
A12=0.369702E-04    A12=-0.253345E-03
A14=0.315362E-03
A16=-0.398175E-04
(例11)
透镜数据和非球面系数列于表19。例11的物镜截面示于图15，象差曲线示于图16。
λ(波长)=405nm
f=1.765mm
NA=0.85
放大率=0
表19
例11r(mm)      d(mm)      n       νd1*    1.15821    2.647    1.50716    81.62*   -0.90947    0.3463       ∞        0.100    1.61950    30.04       ∞        0.000*：非球面
非球面系数
   第一表面            第二表面
K=-0.661186           K=-24.300945
A4=0.159215E-01     A4=0.296712E+00
A6=0.483822E-02     A6=-0.416550E+00
A8=-0.630221E-03    A8=0.289015E+00
A10=0.130734E-02    A10=-0.807695E-01
A12=-0.585454E-04    A12=-0.252243E-03
A14=-0.503797E-04
A16=0.569157E-04
(例12)
透镜数据和非球面系数列于表20。例12的物镜截面示于图17，象差曲线示于图18。
表20
例12
λ(波长)=405nm
f=1.765mm
NA=0.85
放大率=0r(mm)     d(mm)       n       νd1*    1.69377    2.400    2.15857    21.22*    2.36431    0.3613        ∞       0.100    1.61950    30.04        ∞       0.000*：非球面
非球面系数
第一表面 第二表面
K=-0.413733A4=0.330545E-02A6=-0.226795E-03A8=0.133470E-02A10=-0.133780E-02A12=0.654514E-03 K=-9.944350A4=0.834366E-01A6=-0.534921E+00A8=0.647444E+00A10=-0.195829E+00A12=-0.252217E-03
A14=-0.152871E-03
A16=0.488831E-05
(例13)
透镜数据和非球面系数列于表21。例13的物镜截面示于图19，象差曲线示于图20。
表21
例13
λ(波长)=405nm
f=1.765mm
NA=0.85
放大率=0r(mm)      d(mm)       n       νd1*    2.30000     3.650    2.15857    21.22*   -2.73024     0.2003        ∞        0.100    1.61950    30.04        ∞        0.000*：非球面
非球面系数
第一表面 第二表面
K=-0.456357A4=0.712833E-03A6=-0.604365E-03A8=0.898662E-03A10=-0.133726E-02A12=0.785181E-02A14=-0.223083E-03 K=-219.93144A4=-0.962060E-01A6=-0.200434E+00A8=0.741851E+00A10=-0.292121E+00A12=-0.252226E-03
A16=0.199958E-04
(例14)
透镜数据和非球面系数列于表22。例14的物镜截面示于图21，象差曲线示于图22。
表22
例14
λ(波长)=405nm
f=1.765mm
NA=0.85
放大率=0
    r(mm)      d(mm)       n       νd1*    2.64228    3.919    2.34860    16.62*    -3.55612   0.2003        ∞       0.100    1.61950    30.04        ∞       0.000*：非球面
非球面系数
第一表面 第二表面
K=-0.467576A4=0.555792E-03A6=-0.149475E-02A8=0.178501E-02A10=-0.157718E-02A12=0.651169E-03 K=-321.19491A4=-0.195720E+00A6=0.310925E+00A8=-0.244958E+00A10=0.486778E+00A12=-0.252220E-03
A14=-0.127250E-03
A16=0.484981E-05
(例15)
透镜数据和非球面系数列于表23。例15的物镜截面示于图23，象差曲线示于图24。表23
例15
λ(波长)=405nm
f=1.765mm
NA=0.85
放大率=0r(mm)   d(mm)      n     νd1(非球面1，衍射面1) 1.23647  2.532   1.52523  59.52(非球面2)     -1.118419 0.3363               ∞     0.100   1.161950 30.04               ∞     0.000
非球面1 衍射面1
K=-0.68816A4=0.17621E-01A6=0.32160E-02A8=0.17762E-02A10=0.28747E-03A12=-0.17669E-03A14=0.94949E-04A16=0.17955E-04 b2=-0.20985E-01b4=-0.26478E-02b6=-0.31346E-03b8=-0.63327E-04b10=-0.45002E-04b12=-0.20458E-04b14=-0.10510E-04b12=0.36615E-05
非球面2
K=-41.704463
A4=0.362699E+00
A6=-0.534069E+00
A8=0.354745E+00
A10=-0.793612E-01
A12=-0.252257E-03
顺便说一下，衍射面可以由下式表示成光路差函数φb(也运用到后面解释的例26)。在这种情况下，h表示在垂直于光轴方向上的高度，b表示光路差函数的系数： φ b = Σ i = 1 ∞ b 2 i h 2 i
如上所述，在例1-15中，可以获得一种作为光学拾取装置的物镜的非球面单物镜，具有大的数值孔径和优良的象高度特性。例如，可以获得一种单物镜，其中数值孔径对于400nm的波长为0.85，对于视角为1°时象高度的波前象差rms为0.07λ(λ为波长)，如例1所示。即可以获得一种用于光学拾取装的非球面单物镜，其中，数值孔径等于或大于0.65并具有优良的相高度特性，适用于高密度记录和再现装置。
另外，在例1-15中，可以达到优良的偏心敏感度，并能令人满意地校正球差和慧差。
接下来将对耦合透镜的实例界限描述。下表24列出例16-27的数据。顺便说一下，例16、17、20、21和22中的物镜与例8中的一样，例18、19、23、24、25和26中的物镜与例9中的一样，例27中的物镜与例13中的一样。
表24例子    16    17    18    19    20    21
表24(续)
Figure 0012644500442
(m＜0)δfb·NA2≤    0.0031    0.10    0.060    0.031    0.12     0.060.25μm0.02μm≤δfb·NA2≤0.15
μm(δfb)          0.0043     0.14   0.083    0.043    0.17     0.08
(例16)
透镜数据和非球面系数列于表25。例16中一组及两元件结构的耦合透镜和物镜的截面图示于图25，球差曲线示于图26。
表25
Figure 0012644500451
  非球面1                  非球面2
 K=-0.452646         K=-185.751580
A4=0.571669E-2       A4=0.281279
A6=-0.591147E-2      A6=-0.742134
A8=0.721339E-2      A8=0.667680
A10=-0.398819E-2    A10=-0.195290
A12=0.390519E-3     A12=-0.252228E-3
A14=0.446956E-3
A16=-0.135385E-3
(例17)
透镜数据和非球面系数列于表26。例17中一组及两元件结构的耦合透镜和物镜的截面图示于图27，球差曲线示于图28。
表26
Figure 0012644500461
非球面1 非球面2
K=-0.452646A4=0.571669E-2A6=-0.591147E-2A8=0.721339E-2A10=-0.398819E-2A12=0.390519E-3 K=-185.751580A4=0.281279A6=-0.742134A8=0.667680A10=-0.195290A12=-0.252228E-3
A14=0.446956E-3
A16=-0.135385E-3
(例18)
透镜数据和非球面系数列于表27。例18中一组及两元件结构的耦合透镜和物镜的截面图示于图29，球差曲线示于图30。
表27
非球面1 非球面2
K=-0.682004A4=0.180213E-1A6=-0.368416E-2A8=0.140365E-2A10=0.342876E-3A12=-0.311534E-4A14=0.103341E-3A16=0.141728E-4 K=-29.373780A4=0.297543A6=-0.423018A8=0.295535A10=-0.829290E-1A12=-0.252257E-3
(例19)
透镜数据和非球面系数列于表28。例19中一组及两元件结构的耦合透镜和物镜的截面图示于图31，球差曲线示于图32。
表28
Figure 0012644500481
非球面1 非球面2
K=-0.682004A4=0.180213E-2A6=0.368416E-2A8=0.140365E-2A10=0.342876E-3A12=-0.311534E-4A14=0.103341E-3A16=0.141728E-4 K=-29.373780A4=0.297543A6=-0.423018A8=0.295535A10=-0.829290E-1A12=-0.252257E-3
(例20)
透镜数据和非球面系数列于表29。例20中一组及两元件结构的耦合透镜和物镜的截面图示于图33，球差曲线示于图34。
表29表面序号    r(mm)    d(mm)    n    νd光源               3.342
Figure 0012644500491
非球面1 非球面2 非球面3
K=0.270078A4=0.425585E-3A6=-0.968014E-3A8=0.315494E-3A10=-0.970417E-4 K=-0.452646A4=0.571669E-2A6=-0.591147E-2A8=0.721339E-2A10=-0.398819E-2A12=0.390519E-3A14=0.446956E-3A16=-135385E-3 K=-185.751580A4=0.281279A6=-0.742134A8=0.667680A10=-0.195290A12=-0.252228E-3
(例21)
透镜数据和非球面系数列于表30。例16中一组及两元件结构的耦合透镜和物镜的截面图示于图35，球差曲线示于图36。
表30表面序号                r(mm)    d(mm)      n       νd光源                           7.2301      耦合透镜    13.531   1.000    1.91409    23.82                  2.551    2.100    1.75148    53.23(非球面1)            -5.765    5.000隔膜                   ∞        04(非球面2)    物镜     1.434    2.750    1.71558    53.25(非球面3)             -2.118   0.2906       透明基板     ∞     0.100    1.61950    30.07                    ∞
非球面1 非球面2 非球面3
K=0.699858A4=-0.53797E-3A6=-0.352488E-3A8=0.595790E-4A10=-0.152115E-4 K=-0.452646A4=0.571669E-2A6=-0.591147E-2A8=0.721339E-2A10=-0.398819E-2A12=0.390519E-3A14=0.446956E-3A16=-0.135385E-3 K=-185.751580A4=0.281279A6=-0.742134A8=0.667680A10=-0.195290A12=-0.252228E-3
(例22)
透镜数据和非球面系数列于表31。例22中一组及两元件结构的耦合透镜和物镜的截面图示于图37，球差曲线示于图38。
表31
Figure 0012644500502
非球面1 非球面2 非球面3
K=0.980965A4=-0.719068E-3A6=-0.177543E-3A8=0.364218E-4A10=-0.120077E-4 K=-0.452646A4=0.571669E-2A6=-0.591147E-2A8=0.721339E-2A10=-0.398819E-2A12=0.390519E-3A14=0.446956E-3A16=-0.135385E-3 K=-185.751580A4=0.281279A6=-0.742134A8=0.667680A10=-0.195290A12=-0.25228E-3
(例23)
透镜数据和非球面系数列于表32。例23中一组及两元件结构的耦合透镜和物镜的截面图示于图39，球差曲线示于图40。
表32
Figure 0012644500512
非球面1            非球面2            非球面3K=0.270078         K=-0.682004         K=-29.373780A4=-0.425585E-3   A4=0.180213E-1      A4=0.297543A6=-0.968014E-3   A6=-0.368416E-2     A6=-0.423018 A8=0.315494E-4       A8=0.140365E-2     A8=0.295535A10=-0.970417E-4     A10=0.342876E-3    A10=-0.829290E-1A12=-0.311534E-4     A12=-0.252257E-3A14=0.103341E-3A16=0.141728E-4
(例24)
透镜数据和非球面系数列于表33。例24中一组及两元件结构的耦合透镜和物镜的截面图示于图41，球差曲线示于图42。
表33
Figure 0012644500521
非球面1 非球面2 非球面3
K=0.699858A4=-0.53797E-3A6=-0.352488E-3A8=0.595790E-4A10=-0.152115E-4 K=-0.682004A4=0.180213E-1A6=-0.368416E-2A8=0.140365E-2A10=-0.342876E-3A12=-0.311534E-4A14=0.103341E-3 K=-29.373780A4=0.297543A6=-0.423018A8=0.295535A10=-0.829290E-1A12=-0.252257E-3
A16=0.141728E-4
(例25)
透镜数据和非球面系数列于表34。例25中一组及两元件结构的耦合透镜和物镜的截面图示于图43，球差曲线示于图44。
表34
非球面1 非球面2 非球面3
K=0.980965A4=-0.719068E-3A6=-0.177543E-3A8=0.364218E-4A10=-0.120077E-4 K=-0.682004A4=0.180213E-1A6=0.368416E-2A8=0.140365E-2A10=0.342876E-3A12=-0.311534E-4A14=0.103341E-3A16=0.141728E-4 K=-29.373780A4=0.297543A6=-0.423018A8=0.295535A10=-0.829290E-1A12=-0.252257E-3
(例26)
透镜数据和非球面系数列于表35。例26中一组及两元件结构的耦合透镜和物镜的截面图示于图45，球差曲线示于图46。
表35
Figure 0012644500541
非球面1            非球面2             非球面3
  K=0               K=0               b2=-0.18000E-1A4=-0.418319E-1    A4=-0.22293E-2      b4=-0.80593E-2A6=-0.416634E-1    A6=-0.44722E-3      b6=0.62172E-2A8=0.159039E-1     A8=0.25384E-3       b8=-0.26442E-2A10=-0.134507E-2   A10=-0.46638E-3      b10=0.35943E-3
非球面3 非球面4
K=-0.682004A4=0.180213E-1A6=-0.368416E-2A8=0.140365E-2A10=0.342876E-3A12=-0.311534E-4A14=0.103341E-3 K=-29.373780A4=0.297543A6=-0.423018A8=0.295535A10=-0.829290E-1A12=-0.252257E-3
A16=0.141728E-4
(例27)
透镜数据和非球面系数列于表36。例27中一组及两元件结构的耦合透镜和物镜的截面图示于图47，球差曲线示于图48。
表36
Figure 0012644500551
非球面1 非球面2 非球面3
K=0.53298A4=0.342156E-2A6=0.133722E-2A8=-0.414740E-3A10=0.257160E-3 K=-0.456357A4=0.712833E-3A6=-0.604365E-3A8=0.898662E-3A10=-0.133726E-2A12=0.785181E-3A14=-0.223083E-3A16=0.199958E-4 K=219.931A4=-0.962060E-1A6=-0.200434A8=0.741851A10=-0.292121A12=-0.252226E-3
因为本发明的物镜是一种如上所述的折射系统的单物镜，所以在短波长以下产生轴向色差。但是，在例16-27中可以通过物镜和耦合透镜的合成系统中的耦合透镜校正轴向色差。可以通过使耦合透镜的轴向色差在短波长部分以上来减小物镜的轴向色差。
另外，在例16-27中，象高度特性也非常出色。另外，偏心敏感度也可以很好，并且可以令人满意地校正球差和慧差。
(例28)
下面将示出物镜的另一个实例。透镜数据和非球面系数示于表37。例28中物镜的截面图示于图49，象差曲线示于图50。
表37
γ=405nm
f=1.765mm
NA=0.85
放大率=0r(mm)    d(mm)       n       νd1*    1.19392    2.650    1.52491    56.52*    -0.97515   0.3553          ∞     0.100    1.61950    30.04          ∞     0.000*：非球面
非球面系数第一表面K=-0.683354A4=0.162029E-01A6=0.154908E-02A8=0.289288E-02A10=-0.367711E-03A12=-0.358222E-03A14=0.148419E-03A16=0.119603E-03A18=-0.302302E-04A20=-0.110520E-04第二表面K=-21.704418A4=0.308021E+00A6=-0.639499E+00A8=0.585364E+00A10=-0.215623E+00A12=-0.252265E-03表38表示各种值。
表38
Figure 0012644500571
在例28中，因为第一表面偏心1μm导致的波前象差为0.026λ(最好为0.035λ或更小)，所以偏心敏感度得以很好地校正。
在下列的例29-32中，示出了球差涨落的实例。用在例29-32中的光学拾取装置有一个示于图57中的单轴致动器11并在光轴方向上移动耦合透镜。在例29-32中的每个物镜与例28中的一样。
(例29)
透镜数据和非球面系数列于表39。光学系统的截面图示于图51，象差曲线示于图52。表39
Figure 0012644500581
非球面1K=-2.4335E-01A4=2.7143E-03A6=-5.6745E-05A8=7.0168E-05A10=-1.5659E-05衍射表面1b2=2.0000E-02b4=-1.3821E-03非球面2K=-0.68335A4=0.162029E-01A6=0.154908E-02A8=0.289288E-2A10=-0.367711E-03A12=-0.358222E-03A14=0.148419E-03A16=0.119603E-04A18=-0.302302E-04A20=-0.110520E-04非球面3K=-21.704418A4=0.308021E+00A6=-0.639499E+00A8=0.585364E+00A10=-0.215623E+00A12=-0.252265E-03
表40
球差涨落的原因 校正之后的WFE-rms d0(mm) d2(mm)
标准条件(λc=405nm,Tc=25℃,tc=0.1mm) 0.007λ 6.000 5.000
LD的波长涨落 Δλ=+10nm 0.008λ 5.941 5.059
Δλ=-10nm 0.022λ 6.054 4.946
温度变化 △T=+30℃   0.011λ    5.927    5.073△T=-30℃   0.031λ    6.071    4.929透明基板    △       0.004λ    5.853    5.147厚度的误 t=+0.02mm差       △t=-       0.015λ    6.152    4.8480.02mm
在本例中，物镜和耦合透镜制成塑料透镜。另外，耦合透镜制成单衍射透镜，轴向色差通过简单的结构很好地校正。
表40表示由激光波长涨落、温度变化以及由透明基板厚度的误差导致的球差被很好地校正。
(例30)
透镜数据和非球面系数列于表41。光学系统的截面图示于图53，象差曲线示于图54。
表41   非球面1              衍射面1K=0.0             b2=-2.2967E-02A4=1.0245E-02       b4=2.1037E-03A6=9.6650E-04A8=-5.9104E-04A10=8.9735E-05非球面2                衍射面2K=-4.3181            b2=-1.7113E-02A4=1.5848E-03        b4=8.2815E-04A6=8.6137E-04A8=-2.0117E-04A10=1.3168E-05非球面3K=-0.683354A4=0.162029E-01A6=0.154908E-02A8=0.289288E-2A10=-0.367711E-03A12=-0.358222E-03A14=0.148419E-03A16=0.119603E-04A18=-0.302302E-04A20=-0.110520E-04非球面4K=-21.704418A4=0.308021E+00A6=-0.639499E+00A8=0.585364E+00A10=-0.215623E+00A12=-0.252265E-03
表42
在本例中，物镜和耦合透镜制成塑料透镜。另外，耦合透镜制成单双侧衍射透镜，跳模导致的波前象差衰减可以避免。
表42表示由激光波长涨落、温度变化以及由透明基板厚度的误差导致的球差被很好地校正。
(例31)
透镜数据和非球面系数列于表43。光学系统的截面图示于图55，象差曲线示于图56。
表43非球面1K=0.699858A4=-0.53797E-3A6=-0.352488E-3A8=0.595790E-4A10=-0.152115E-4非球面2K=-0.683354A4=0.162029E-01A6=0.154908E-02A8=0.289288E-2A10=-0.367711E-03A12=-0.358222E-03A14=0.148419E-03A16=0.119603E-03A18=-0.302302E-04A20=-0.110520E-04非球面3K=-21.704418A4=0.308021E+00A6=-0.639499E+00A8=0.585364E+00A10=-0.215623E+00A12=-0.252265E-03
表44
塑料透镜用作物镜。耦合透镜做成一种一组及两元件型的双透镜。另外，透镜接近光学信息记录介质的表面制成一个非球面。由此可以达到紧凑性和高NA值。
表44表示由激光波长涨落、温度变化以及由透明基板厚度的误差导致的球差被很好地校正。
例27-31中的各种参数示于表45。
表45
Figure 0012644500651
(例32)
下面将示出只在单耦合透镜的一侧上设置衍射面的实例。透镜数据和非球面系数示于表46。
表46表面序号      r(mm)      d(mm)      n      νd光源                    dO(可变)
Figure 0012644500661
衍射面1b2=-2.6023E-02b4=-2.1722E-04非球面1K=17.997115A4=0.759036E-03A6=0.311883E-03A8=-0.123894E-03A10=0.196179E-04非球面2K=-0.683354A4=0.162029E-01A6=0.154908E-02A8=0.289288E-02A10=-0.367711E-03A12=-0.358222E-03A14=0.148419E-03A16=0.119603E-03A18=-0.302302E-04A20=-0.110520E-04非球面3K=-21.704418A4=0.308021E+00A6=-0.639499E+00A8=0.585364E+00A10=-0.215623E+00A12=-0.252265E-03
表47
Figure 0012644500671
在本例中，塑料透镜用作物镜和耦合透镜。波长移动导致的最佳记录位置的涨动可以控制到很小，并且避免跳模导致的波前象差的衰减。另外，可以通过只在耦合透镜的一侧设置衍射表面来避免耦合透镜的表面偏心度导致的波前象差的衰减。另外，通过在耦合透镜接近光源的表面设置衍射表面，并在耦合透镜接近物镜的表面设置非球面来防止由耦合透镜的偏心度及跟踪误差导致的波前象差，其中在非球面上一个离光轴较远的位置处产生的折射率较小。表47表示由激光波长涨落、温度变化以及由透明基板厚度的误差导致的球差被很好地校正。轴向色差也可以被很好地校正。例32中的各个参数示于表48。
表48
Figure 0012644500681
本发明使得提供具有大的数值孔径和良好的相高度特性的非球面单物镜成为可能，使得该物镜可用作光学拾取装置的一个物镜。具体地说是可以提供一种数值孔径等于或大于0.75的物镜，该物镜适于用于采用光源波长短至约400nm的激光的高密度记录和再现装置。
另外，偏心敏感度可以很好，球差和慧差可得到令人满意地校正。
还可以提供一种适于用于记录和再现装置的物镜，该记录和再现装置可在信息记录介质的保护层厚度薄至约0.1mm且工作距离很短的条件下工作。
还可以提供一种采用上述物镜的光学拾取装置。
另外，在高密度的光学记录和再现装置中，可以提供一种有一光学系统的光学拾取装置，光学系统的轴向色差通过简单的结构校正。具体地说，可以提供一种光学拾取装置，装置中信息记录介质的部分上的数值孔径为0.65或更大，采用的光源的最短波长为500nm或更短。
本领域的技术人员在不背离本发明实质和范围的前提下可以对所公开的实施例进行改动。

Claims (41)

1．一种用于在光学信息记录介质上记录或再现信息的光学拾取装置中的物镜，包括：
一个非球面；
其特征在于满足下列状态方程：1.1≤d1/f≤3
此处，d1表示透镜的轴向厚度，f表示焦距。
2．如权利要求1所述的物镜，其特征在于物镜的数值孔径不小于0.65。
3．如权利要求2所述的物镜，其特征在于物镜的数值孔径不小于0.75。
4．如权利要求1所述的物镜，其特征在于满足下列状态方程：
f/νd≤0.060
此处，νd表示阿贝数。
5．如权利要求1所述的物镜，其特征在于满足下列状态方程：
1.40≤n
此处，n表示对使用波长的折射率。
6．如权利要求5所述的物镜，其特征在于满足下列状态方程：
1.40≤n≤1.85
7．如权利要求1所述的物镜，其特征在于满足下列状态方程：
0.40≤r1/(n·f)≤0.70
此处，r1表示物镜其中一个表面的近轴曲率半径。
8．如权利要求7所述的物镜，其特征在于r1表示物镜在光源一侧的表面的近轴曲率半径。
9．如权利要求1所述的物镜，其特征在于使用的波长不长于500nm。
10．如权利要求1所述的物镜，其特征在于物镜是一种用在光学拾取装置中的物镜，在具有厚度不超过0.2mm的保护层的光学信息记录介质中记录或再现信息。
11．如权利要求10所述的物镜，其特征在于数值孔径不小于0.7。
12．如权利要求7所述的物镜，其特征在于满足下列状态方程：1.50≤n
此处，n表示对使用波长的折射率。
13．如权利要求1所述的物镜，其特征在于物镜是一种塑料透镜。
14．如权利要求1所述的物镜，其特征在于物镜是一种玻璃透镜。
15．如权利要求1所述的物镜，其特征在于满足下列状态方程：1.85≤n
此处，n表示对使用波长的折射率。
16．如权利要求1所述的物镜，还包括一个衍射区域。
17．如权利要求1所述的物镜，在其外周边还包括一个凸缘区域。
18．如权利要求17所述的物镜，其特征在于凸缘区域包括一个在垂直于光轴的方向上延伸的表面。
19．如权利要求1所述的物镜，其特征在于透镜的两个表面都是非球面。
20．一种在光学信息记录介质上记录或再现信息的光学拾取装置，包括：
一个发射光通量的光源；
一个会聚光源发出的光通量的聚光光学系统；和
一个探测从光学信息记录介质上反射的光的光探测器；
其特征在于聚光光学系统包括一个物镜，把光通量会聚到光学信息记录介质的信息记录表面，物镜包括一个非球面；其特征还在于满足下列状态方程：
1.1≤d1/f≤3
此处，d1表示透镜的轴向厚度，f表示焦距。
21．如权利要求1所述的光学拾取装置，其特征在于物镜在光学信息记录介质一侧的数值孔径不小于0.65。
22．如权利要求20所述的光学拾取装置，其特征在于物镜在光学信息记录介质一侧的数值孔径不小于0.75。
23．如权利要求20所述的光学拾取装置，其特征在于满足下列状态方程：
f/νd≤0.060
此处，νd表示物镜材料的阿贝数。
24．如权利要求20所述的光学拾取装置，其特征在于满足下列状态方程：
1.40≤n
此处，n表示物镜材料对使用波长的折射率。
25．如权利要求24所述的光学拾取装置，其特征在于满足下列状态方程：
1.40≤n≤1.85
26．如权利要求20所述的光学拾取装置，其特征在于满足下列状态方程：
0.40≤r1/(n·f)≤0.70
此处，r1表示物镜在光源一侧的表面的近轴曲率半径。
27．如权利要求20所述的光学拾取装置，其特征在于光源发射波长不大于500nm的光通量。
28．如权利要求20所述的光学拾取装置，其特征在于光学拾取装置用于在具有厚度不超过0.2mm的保护层的光学信息记录介质上记录或再现信息。
29．如权利要求28所述的光学拾取装置，其特征在于物镜在光学信息记录介质一侧的数值孔径不小于0.7。
30．如权利要求20所述的光学拾取装置，其特征在于满足下列状态方程：
1.85≤n
此处，n表示物镜的材料对光源发射的光通量的波长的折射率。
31．如权利要求20所述的光学拾取装置，其特征在于聚光光学系统包括一个衍射区域。
32．如权利要求20所述的光学拾取装置，其特征在于聚光光学系统包括一个用于改变光源发出的光通量之发散角的耦合透镜和校正物镜的色差的耦合透镜。
33．如权利要求32所述的光学拾取装置，其特征在于耦合透镜是一个准直透镜，使光源发出的光通量成为平行光通量。
34．如权利要求32所述的光学拾取装置，其特征在于物镜和耦合透镜的合成系统的色差满足下列状态方程：
δfb·NA2≤0.25μm(δfb＞0)
此处，δfb表示当波长从标准波长改变+1nm时合成系统焦点位置(μm)的改变，NA表示物镜在信息记录介质侧的数值孔径。
35．如权利要求34所述的光学拾取装置，其特征在于物镜和耦合透镜的合成系统之色差满足下列状态方程：
0.02μm≤δfb·NA2≤0.15μm(δfb＞0)
36．如权利要求32所述的光学拾取装置，其特征在于满足下列状态方程：
0.1≤｜m｜≤0.5(m＜0)
此处，m表示物镜和耦合透镜的合成系统之放大率。
37．如权利要求32所述的光学拾取装置，其特征在于耦合透镜是一个有两个透镜的单透镜组。
38．如权利要求32所述的光学拾取装置，其特征在于耦合透镜包括一个非球面。
39．如权利要求32所述的光学拾取装置，其特征在于耦合透镜包括一个衍射区域。
40．一种在光学信息记录介质上记录或再现信息的装置，包括：
一个光学拾取装置，包括
一个发射光通量的光源；
一个会聚光源发出的光通量的聚光光学系统；和
一个探测从光学信息记录介质上反射或透射的光的光探测器；
其特征在于聚光光学系统包括一个物镜，把光通量会聚到光学信息记录介质的信息记录表面，物镜包括一个非球面；其特征还在于满足下列状态方程：1.1≤d1/f≤3
此处，d1表示透镜的轴向厚度，f表示焦距。
41．一种在光学信息记录介质上记录或再现信息的方法，包括：
发射光通量的步骤；
把光源发射的光通量会聚到光学信息记录介质上的步骤；和
探测会聚到信息记录表面上的反射光或透射光的步骤；
其特征在于光通量通过物镜会聚到光学信息记录介质的信息记录表面上；和
其特征还在于物镜包括一个非球面，并满足下列状态方程：1.1≤d1/f≤3
此处，d1表示透镜的轴向厚度，f表示焦距。
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