CN1287366C - 准直光学系统和光学信息存储设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种意于改进对温度变化和光源输出变化的稳定性的准直光学系统，并且其设置有由玻璃粘接结构构成的消色差透镜或者用于抵消焦距变化的安装衍射光栅的塑料透镜，其中玻璃消色差透镜是与光源相反的一侧被粘接，而安装衍射光栅的塑料透镜是面对光源一侧被粘接。

Description

准直光学系统和光学信息存储设备

技术领域

本发明涉及将散射光束转换成平行光束的准直光学系统和通过光从信息记录介质读取信息的光学信息存储设备。

背景技术

传统上，使用例如CD、CD-ROM、CD-R、DVD、PD、MO或MD的光盘作为信息记录介质来通过光读取和记录信息的光盘设备，众所周知是一种光信息存储设备。这种光盘设备很重要，因为光盘具有可更换、大容量、小尺寸和轻量的特征。一种小的低成本激光二极管一般用作由这种光盘设备所代表的光信息存储设备的光源。因为激光二极管发射散射光束，有许多情况下为了将散射光束转换成平行光束，光信息存储设备都内置有准直光学系统。

当前，作为用于将来的数字视频和宽带网络的高可靠性的个人记录设备，大容量的光信息存储设备正在快速发展。使光信息存储设备的光源波长更短并使得在信息记录介质上形成聚焦光斑的物镜具有更高的NA(numerical aperture，数字光圈)，对于减小用于记录和复制的聚焦光斑的直径以实现更大容量是有帮助的解决方案。然而，如果使得波长更短和NA更高，则伴随环境温度变化和激光器输出切换的误差变得更大，从而降低了光学稳定性。

传统上，提出了一些光学系统，其针对环境温度的变化改进了光学稳定性(参考以下作为例子给出的专利文献1、2、3和4)。

(专利文献1)日本专利早期公开No.59-15204

(专利文献2)日本专利早期公开No.8-43702

(专利文献3)日本专利早期公开No.11-194289

(专利文献4)日本专利早期公开No.2002-14269

然而，对于由光盘设备所代表的光信息记录设备和内置到该光信息记录设备中的准直光学系统，必须将光源波长的变化和透镜焦距的变化考虑为与温度变化共同的变化。此外，必须处理当没有温度变化时，由激光器输出切换所引起的光源波长的变化。另外，使光盘设备的准直光学系统变得更小是很关键的，因此还必须考虑简化结构和容易装配。

发明内容

考虑到这些情况，本发明的一个目的是提供一种结构简单并对温度变化和光源输出变化两者都光学稳定的准直光学系统，和一种其性能对温度变化和光源输出变化两者都稳定的光信息存储设备。

实现该目的的本发明的第一种准直光学系统的特征在于包括：

基底；

固定在所述基底上并发射散射光束的光源；

在其边上具有突起并具有复合玻璃结构的消色差透镜，所述透镜将所述光源发射的散射光束转换成平行光束；和

透镜支架，固定在所述基底上并粘接到所述消色差透镜的所述突起与所述光源相反的一侧以夹持所述消色差透镜。

本发明的第一准直光学系统包括消色差透镜，由此不管是否有温度变化都保证对光源波长变化的光学稳定性。另外，为了以简单的结构获得对温度变化的光学稳定性，其采用了将透镜支架粘接到消色差透镜的突起与光源相反一侧的结构。这种结构使得与温度变化相关的各种误差因素和光源波长的变化彼此抵消，这些误差因素包括消色差透镜的焦距的变化、基底的膨胀收缩。由于基底的热收缩是使用由玻璃制成的消色差透镜的第一准直光学系统中所要抵消的主要误差因素，所以消色差透镜的突起将与光源相反的一侧连接到透镜支架。

于是，本发明的第一准直光学系统对温度变化和光源输出变化两者都是光学稳定的。

在本发明的第一准直光学系统中，优选的是所述光源发射蓝光。

由于玻璃的折射率对于波长为450nm或更小的蓝光表现出明显的波长依赖性(色散)，所以用消色差透镜来减小波长依赖性尤其有效。

在本发明的第一准直光学系统中，优选的是当靠近所述光源的一侧是前侧时，所述透镜支架在比所述消色差透镜的所述突起粘接到所述透镜支架的位置更靠后的位置处固定在所述基底上。

由于透镜支架这样固定，所以围绕透镜支架的透镜有自由端，其在没有增加任何东西来固定它的情况下可以对温度变化自由地延长。基底的热收缩是在第一准直光学系统中所要抵消的主要误差因素，并因此在靠近光源的“前侧”上设置自由端。因此，可以通过选择合适的材料用于透镜支架并设计成合适的尺寸，来抵消无法仅仅通过将消色差透镜粘接到透镜支架的结构所抵消的误差因素，从而改进对于温度变化的光学稳定性的精度。

这里，理想的是所述透镜支架的线性膨胀系数等于或大于所述基底的线性膨胀系数。并且进一步理想的是所述基底是金属的，所述透镜支架是塑料的。

构件的线性膨胀量由线性膨胀系数和长度确定，并且透镜支架的自由端的长度等于或小于基底从光源的固定位置到透镜支架的固定位置的长度。因此，为了抵消基底的线性膨胀，理想的是选择一种线性膨胀系数等于或大于所述基底的线性膨胀系数的材料来作为透镜支架的材料。

一般而言，对光信息存储设备要求小型化，提供给准直光学系统的空间很小，因此提供给自由端的空间也很小。虽然塑料的线性膨胀系数依赖于材料而不同，但其一般要比金属的大，有时大一位。因此，可以通过使用塑料作为透镜支架的材料来在小空间下抵消误差因素。

实现所述目的的第二准直光学系统的特征在于包括：

基底；

固定在所述基底上并发射散射光束的光源；

塑料透镜，在其边上具有突起并具有抵消由于光的波长变化所导致的焦距变化的衍射光栅，所述透镜将所述光源发射的散射光束转换成平行光束；和

透镜支架，固定在所述基底上并粘接到所述塑料透镜的所述突起的所述光源一侧以夹持所述塑料透镜。

本发明的第二准直光学系统包括设有衍射光栅的塑料透镜，由此不管是否有温度变化都保证对光源波长变化的光学稳定性。另外，为了以简单的结构获得对温度变化的光学稳定性，其采用了将透镜支架粘接到塑料透镜的突起光源一侧的结构。这种结构使得与温度变化相关的各种误差因素和光源波长的变化彼此抵消，这些误差因素包括塑料透镜的焦距变化、基底的膨胀收缩。由于塑料透镜和玻璃透镜使焦距沿相互相反的方向膨胀和收缩，并且塑料透镜的焦距变化在大小上比玻璃透镜的大大约10倍，所以必须具有这样的构造，其中进一步将相同方向上的透镜运动增加到塑料透镜与基底的膨胀和收缩相关的运动。因此，在第二准直光学系统中透镜支架粘接到塑料透镜的突起的光源一侧。

于是，本发明的第二准直光学系统对温度变化和光源输出变化两者都是光学稳定的。

在本发明的第二准直光学系统中，同样优选的是所述光源发射蓝光。

由于塑料的折射率对于波长为450nm或更小的蓝光表现出明显的波长依赖性(色散)，所以通过衍射光栅来减小波长依赖性尤其有效。

在本发明的第二准直光学系统中，优选的是当靠近所述光源的一侧是前侧时，所述透镜支架在比所述塑料透镜的所述突起粘接到所述透镜支架的位置更靠前的位置处固定在所述基底上。

在第二准直光学系统中，与温度变化相关的焦距变化是要抵消的主要误差因素，并因此在与光源相反的“后侧”上设置自由端。因此，可以通过选择合适的材料用于透镜支架并设计成合适的尺寸，来抵消无法仅仅通过将塑料透镜粘接到透镜支架的结构所抵消的误差因素，从而改进对于温度变化的光学稳定性的精度。

这里，理想的是所述透镜支架的线性膨胀系数等于或大于所述基底的线性膨胀系数。并且进一步理想的是所述基底是金属的，所述透镜支架是塑料的。

构件的线性膨胀量由线性膨胀系数和长度确定，并且透镜支架的自由端的长度被近似限制为从光源到透镜的距离。因此，为了使线性膨胀大于单由基底所引起的线性膨胀，理想的是选择一种线性膨胀系数等于或大于所述基底的线性膨胀系数的材料来作为透镜支架的材料。

一般而言，对光信息存储设备要求小型化，提供给准直光学系统的空间很小，因此提供给自由端的空间也很小。虽然塑料的线性膨胀系数依赖于材料而不同，但其一般要比金属的大，有时大一位。因此，可以通过使用塑料作为透镜支架的材料来在小空间下抵消误差因素。

实现所述目的的本发明的第一光信息存储设备的特征在于包括：

准直光学系统，包括：基底；固定在所述基底上并发射散射光束的光源；在其边上具有突起并具有复合玻璃结构的消色差透镜，所述透镜将所述光源发射的散射光束转换成平行光束；和透镜支架，固定在所述基底上并粘接到所述消色差透镜的所述突起与所述光源相反的一侧；

聚焦光学系统，其引导由所述准直光学系统所获得的所述平行光束，并将这些光束集中到上面记录有信息的信息记录介质上；和

复制部分，其通过使用由所述聚焦光学系统集中在所述信息记录介质上并由所述信息记录介质所反射的反射光，来复制记录在所述信息记录介质上的所述信息。

实现所述目的的本发明的第二光信息存储设备的特征在于包括：

准直光学系统，包括：基底；固定在所述基底上并发射散射光束的光源；塑料透镜，在其边上具有突起并具有抵消由于光的波长变化所导致的焦距变化的衍射光栅，所述透镜将所述光源发射的散射光束转换成平行光束；和透镜支架，固定在所述基底上并粘接到所述塑料透镜的所述突起的所述光源一侧以夹持所述塑料透镜；

聚焦光学系统，其引导由所述准直光学系统所获得的所述平行光束，并将这些光束集中到上面记录有信息的信息记录介质上；和

复制部分，其通过使用由所述聚焦光学系统集中在所述信息记录介质上并由所述信息记录介质所反射的反射光，来复制记录在所述信息记录介质上的所述信息。

对于根据本发明的光信息存储设备，这里仅仅给出了其基本形式。这是为了避免重复的目的，并且根据本发明的光信息存储设备除了基本形式之外还包括与前述形式的准直光学系统相对应的各种形式。

在本发明的第一和第二光信息存储设备中，准直光学系统对温度变化和光源输出变化两者都光学稳定，并且即使聚焦光学系统是高NA的，使光集中在信息记录介质上的聚焦光斑也是稳定的。因此，本发明的第一和第二光信息存储设备对温度变化和光源输出变化两者都是性能光学稳定的，并且能够在光盘上进行高质量的记录和复制。

附图说明

图1是示出光信息存储设备的外部立体图，本发明的准直光学系统的实施例内置到该设备中；

图2是光信息存储设备的分解立体图；

图3是示出固定光学组件和移动光学组件之间的位置关系的立体图，其中未示出驱动基底；

图4是示出固定光学组件的内部结构的立体图；

图5是表示准直光学系统的对比示例的图；

图6是表示折射率对波长变化的曲线图；

图7是表示本发明的准直光学系统的第一实施例的图；和

图8是表示本发明的准直光学系统的第二实施例的图。

具体实施方式

下面将描述本发明的实施例。

图1是示出光信息存储设备示例的外部立体图，本发明的准直光学系统的实施例内置到该设备中。

这里举例示出的光信息存储设备中内置有下面说明的本发明的准直光学系统的实施例，以获得本发明的光信息存储设备的实施例。

这里举例示出的光信息存储设备100是使用磁光(MO)盘作为记录介质的MO设备。该光信息存储设备100包括由铝合金制成的驱动基底110来作为其基底，并且驱动基底110经由四块防震橡胶120安装到框架130上(参考图2)。驱动基底110上分别具有用螺钉闭合的顶盖140和底盖150(参考图2)。

框架130上安装有前面板160。前面板160上设有装载槽161，以将包含根据本发明作为信息记录介质示例的碟形光盘的光盘盒插入光信息存储设备100中。

光信息存储设备100具有将光信息存储设备100电连接到这样的装备的连接器170，所述装备例如是安装在其与安装前面板160的前端相反的后端上的计算机。

图2是图1所示的光信息存储设备的分解立体图。

驱动基底110上安装有主轴电机180，用于夹持并旋转光盘。

驱动基底110上还安装有光度头，该光度头具有能够在光盘上沿径向行进的移动光学组件190和固定在驱动基底110上的固定光学组件200，其中固定光学组件200固定在驱动基底110的后侧上。固定光学组件200具有电连接到后述的印刷电路板210的连接器201。

图2示出了偏置磁组件221和具有关闭臂222的光盘盒装载组件220，偏置磁组件221通过滑动永磁体来打开和关闭施加到光盘上的偏置磁场，关闭臂222打开和关闭光盘盒的挡门。光盘盒装载组件220被螺钉闭合并固定在驱动基底110的表面侧上。绝缘片230安装在光盘盒装载组件220的表面侧上，并且通过改进密封性能来防止灰尘粘附到光盘的密封构件231安装到绝缘片230的周界上。

图2还示出了印刷电路板210的后侧，其上安装有连接到固定光学组件200的连接器201的连接器211和电连接到外部装备的连接器170，并包括控制光度头驱动的驱动控制电路。印刷电路板210经由其上的绝缘片230而安装到驱动基底110上，以使得印刷电路板210的连接器211和固定光学组件200的连接器201相互连接，并且印刷电路板210被螺钉闭合并固定到驱动基底110上。

另外，驱动基底110具有经由其上的印刷电路板210而被螺钉闭合并固定到其上的顶盖140，并且具有被螺钉闭合并固定到其后侧上的底盖150。最后，驱动基底经由防震橡胶120固定在框架130上。

图3是示出固定光学组件和移动光学组件之间的位置关系的立体图，其中未示出驱动基底。

固定光学组件200具有：作为根据本发明的光源的示例的激光二极管12，其产生用于读写信息的激光束；光检测器203，其检测由光盘240反射的光中所包括的取决于存储在光盘240上信息的信号；光检测器204，其检测聚焦光斑对设置在光盘上作为存储信息的地方的同心轨道的偏离；和光检测器205，其检测聚焦光斑的焦点的偏离。

移动光学组件190由一对磁路250驱动，并沿着一对导轨260在光盘240的径向方向上行进。移动光学组件190内置有致动器，该致动器细调物镜300的位置，并且由此调节聚焦光斑的焦点并将聚焦光斑定位在轨道上。移动光学组件190还设有方形横截面的管口192，并且由固定光学组件200的激光二极管12所发射并如后所述成为平行光的激光束从管口192入射到移动光学组件190上。由光盘240反射的光从管口192返回到固定光学组件200。另外，移动光学组件190还具有直立镜，其使得来自管口192的激光束入射到内置的物镜300上。

图4是示出固定光学组件的内部结构的立体图。

固定光学组件200设有与图3所示移动光学组件190的管口192相对应的管口206，并且偏振分束器280被置于管口206的深度方向上。

由激光二极管12所发射的激光束是散射光，其被如后所述安装在孔中的准直透镜转换成平行光，所述孔制造在固定光学组件200的基底11上。激光束的通量具有椭圆横截面。因此，激光二极管12被布置得对激光束入射到偏振分束器280上的方向倾斜。并且由激光二极管12所发射并被准直透镜转换成平行光的激光束被未示出的棱镜折射，以使得其变形成具有圆形横截面的光通量并在之后入射到偏振分束器280上。

已穿过偏振分束器280的激光束通过管口206到达移动光学组件190。并且从移动光学组件190返回的一部分光被偏振分束器280反射到图4中的左上部。

固定光学组件200具有分束器310、340和布置在其中心的分析器320。由偏振分束器280反射到图4中的左上部的光穿过分束器310、340和分析器320，并穿过在固定光学组件200的框架上制造的孔207、208和209，而到达光检测器。

这里将描述准直光学系统的一个对比示例及其问题，随后将描述本发明的准直光学系统的实施例。

图5的部分(A)是表示准直光学系统的对比示例的立体图，部分(B)是其前视图，部分(C)是其剖视图。

准直光学系统具有：由铝制成的基底1；发射散射光束的激光二极管2；作为由单种材料BK7(一种含氮材料)制成的玻璃铸模透镜的准直透镜3；使用线性膨胀系数比铝更小的黄铜材料的透镜支架4；和片簧5。然而，图5的部分(A)中的立体图和部分(B)中的前视图示出了已去掉激光二极管2的状态。下面的说明将使用激光二极管2作为构件方向的参照，使得靠近激光二极管2的一侧将被称为前侧，远离激光二极管2的一侧将被称为后侧。准直透镜3具有设置在其边上的突起(边缘部分)，并且该边缘部分的前侧接合到透镜支架4，以使得准直透镜3被透镜支架4夹持。透镜支架4通过被片簧5压靠基底1而固定在基底1上，即被压成几乎在从透镜支架4的最前面部分到最后面部分的整体中作直线接触，除了用于位置调节的凹入部分。因此，最高压力是围绕片簧5的中心线施加的。因为采用了这样一种固定方法，所以最小化了准直透镜3与温度变化相关联的行进距离。然而，准直透镜3自身就是通过这种结构装载的。

这里，假定这样一种情况，即将图5所示结构的准直光学系统应用到物镜的NA是0.55并且激光二极管2的波长是685nm的光信息存储设备(以下该情况被称为“红色低NA”)，考虑由于准直透镜的折射率和准直光学系统的热延展的波长依赖性而导致的物镜光焦点上出现的波象差(wave aberration)。这里，所假定的波象差是当环境温度从室温20摄氏度变到高温60摄氏度时出现的温度变化的波象差，以及在从信息复制操作切换到信息记录操作时发光量从5mW变到50mW所引起的光源波长变化一起出现的过渡响应的波象差。这里“过渡响应”表示由切换到信息记录操作、增加激光二极管2的发光功率以及扩展光源波长所引起的散焦时刻。

假定物镜是理想透镜并且准直透镜3是焦距5mm的双面非球面透镜，在物镜的光焦点上出现的色差为0.03μm/nm。对于基底1的热膨胀和收缩，在图4所示的固定光学组件的结构假定上计算膨胀和收缩量。综上所述，作为温度变化时的波象差而出现13mλrms的波象差(在此情况下光源波长的变化是8nm)，并且作为过渡响应时的波象差而出现9mλrms的波象差(在此情况下光源波长的变化是3nm)。

在“红色低NA”的情况下，即使图5所示结构的准直光学系统，在温度变化和过渡响应两者时也都具有小于15mλrms的波象差。因此，由于物镜所导致的光斑峰值强度减小量小于1％，使得可以获得足够的性能来作为准直光学系统和光信息存储设备所要求的性能。与“红色低NA”的情况相反，考虑在为了更大容量而使用405nm光源波长的蓝色激光二极管作为激光二极管2的“蓝色低NA”的情况下的波象差。在此情况下，即使在准直透镜的焦距相同的假定下优化设计透镜表面形状和厚度，在物镜的光焦点上出现的色差也为0.132μm/nm，这约比“红色低NA”的情况下大四倍。因此，作为温度变化时的波象差而出现6mλrms的波象差(在此情况下光源波长的变化是3nm)，并且作为过渡响应时的波象差而出现22mλrms的波象差(在此情况下光源波长的变化是1nm)。

于是，在“蓝色低NA”的情况下，过渡响应时的波象差超过20mλrms，并因此不满足准直光学系统和光信息存储设备所要求的性能。这是因为在400nm波带内构成准直透镜的BK7的折射率的光源波长变化大大地大于660nm波带的。

图6是表示折射率对波长变化的曲线图。

在图6中，横轴表示波长，纵轴表示折射率。虽然该图的曲线L在660nm的波带中几乎水平，但是在400nm波带中显示出明显的倾斜。因此，在400nm波带中光源波长的微小变化导致很大的波象差。如图6所示的这样一种波长变化趋势并不限于BK7，而是对许多化学材料都是共同的趋势。

如上所述，由于折射率的这样一种波长变化使得在“蓝色低NA”的情况下过渡响应时的波象差超过20mλrms。然而，对于温度变化时的波象差，该波象差小于“红色低NA”情况下的，因为波长变化的增加与温度变化时光源波象差的降低之间的平衡。

另外，在使用NA为0.85的物镜的“蓝色高NA”的情况下，波象差进一步恶化，因为在物镜的光焦点上出现的色差是0.046μm/nm。结果，温度变化时的波象差是6mλrms，而过渡响应时的波象差是26mλrms。

这里，为了抑制通过使用蓝色激光二极管作为准直光学系统的光源的激光二极管2而导致的如上所述过渡响应时的很大的波象差，可以想到不使用准直透镜3，而使用将多块玻璃装配起来抑制色差的消色差透镜，例如用于商业上可得到的显微镜透镜的一种消色差透镜。然而在此情况下，温度变化时的波象差变成大到36mλrms的值，使得准直光学系统和光信息存储设备的性能进一步降低。

为了抑制过渡响应时的波象差，还可以想到使用具有衍射光栅的塑料透镜，其中通过形成其光栅节距在入射侧或者在发射侧上恰当设计的衍射光栅来抑制色差。对于这样一种具有衍射光栅的塑料透镜，理论上可以使得色差无限接近于零。然而由于其透镜材料是塑料，热膨胀系数和折射率的温度系数如此之大，使得如果温度从20摄氏度变化到60摄氏度，则与玻璃透镜相比焦距延长了10μm或更多。结果，温度变化时的波象差变大到59mλrms的值，该值甚至大于使用消色差透镜的情况下的值。

综上所述，如果为了更大容量而采用蓝色激光二极管和高NA的物镜，则有由于系统的色差而导致记录(功率变化)时波象差的恶化问题。并且如果通过消色差透镜来减小准直光学系统的色差，则有对于环境温度的变化缺少特征边界的问题。因为功率变化时波象差的恶化是在短到10纳秒的时间间隔内高速发生的现象，所以不可能通过对物镜的动态控制来处理这个问题。

下面将对本发明解决在对比示例中出现的这些问题的具体实施例给出说明。

图7的部分(A)是表示本发明的准直光学系统的第一实施例的立体图，部分(B)是其剖视图。

图7中所示的第一实施例具有：固定光学组件的由铝制成的基底11；固定在基底11上并发射405nm的蓝色散射光的激光二极管12；作为准直透镜的消色差透镜13，其将由激光二极管12发射的散射光束转换成平行光束；由铝制成来夹持消色差透镜13的透镜支架14；和将透镜支架14固定在基底11上的片簧15。

对第一实施例的说明还将使用激光二极管12作为构件方向的参照，使得靠近激光二极管12的一侧将被称为前侧，远离激光二极管2的一侧将被称为后侧。

消色差透镜13具有两组透镜的结构，其中接合了折射率1.71482的凸透镜和折射率1.74173的凹透镜，以使得为具有5mm的焦距，等效折射率色散在400nm波带中几乎为0。作为准直透镜的消色差透镜13的工作距离是3.373364mm，从激光二极管12的发光点到消色差透镜13的前侧表面的距离是3.623364mm。消色差透镜13具有设置在其边上的突起(边缘部分)13a，并且与对比示例相反，在第一实施例中该边缘部分13a的后侧接合到透镜支架14，以使得消色差透镜13被透镜支架14夹持。透镜支架14比消色差透镜13接合的部分更靠后地固定在基底11上，并且设有其自由地热延展的1.85mm的自由端14a。

计算对于物镜NA为0.85的情况下第一实施例的波象差，在物镜的光焦点上出现的色差是0.008的非常小的误差，并且过渡响应时的波象差也被抑制到5mλrms的小的误差，因为设置了准直透镜13。

考虑环境温度从20摄氏度变到60摄氏度的情况，由铝制成的基底11的热膨胀延长了激光二极管12和消色差透镜13之间的距离。与此相反，消色差透镜13将边缘部分13a的后侧接合到透镜支架14，以使得消色差透镜13自身的热膨胀减小激光二极管12和消色差透镜13之间的距离。另外，具有两组透镜结构的消色差透镜13比单种材料的透镜具有更小的焦距的温度变化。通过将这些作用结合起来，可以抑制当环境温度从20摄氏度变到60摄氏度时的波象差，使其小于在仅仅将对比示例的准直透镜用消色差透镜替换时出现的36mλrms的温度变化时的波象差。而且，根据第一实施例，自由端14a被设置到透镜支架14，以抑制温度变化时的波象差使其更小。

根据第一实施例，基底11和透镜支架14两者都由铝制成。虽然基底11的热膨胀和收缩由外围结构等等所限制，但是自由端14a可以自由地进行热膨胀和收缩。因此，当环境温度从20摄氏度变化到60摄氏度时，基底11延长约2.15μm，而长1.85mm的自由端14a由于铝的一般线性膨胀系数24×10^-6/摄氏度而充分延长，并将消色差透镜13向前移动1.85×(60-20)×24×10^-6＝1.776μm。温度变化时的波象差被减小到小于15mλ，如果自由端14a的这种作用被增加到以上作用中的话。

于是，根据图7所示的第一实施例，通过简单紧凑的结构将过渡响应和温度变化两者时的波象差抑制到小于15mλ。因此，可以获得具有高可靠性的大容量光信息存储设备，其即使在使用其光源波长为450nm或更小的光并且透镜材料的折射率色散很大的情况下，也可以在20摄氏度到60摄氏度的温度范围和50mW或更小的输出范围中得到几乎最高的性能。

图8的部分(A)是表示本发明的准直光学系统的第二实施例的立体图，部分(B)是其剖视图。

图8所示第二实施例包括塑料透镜23和透镜支架24来代替第一实施例的消色差透镜13和透镜支架14，并且还和第一实施例一样包括基底11、激光二极管12和片簧15。

对第二实施例的说明也将使用激光二极管12作为构件方向的参照，使得靠近激光二极管12的一侧将被称为前侧，远离激光二极管2的一侧将被称为后侧。

塑料透镜23具有设置在其边上的突起(边缘部分)23a，并且在第二实施例中该边缘部分23a的前侧接合到透镜支架24，以使得塑料透镜23被透镜支架24夹持。塑料透镜23在入射表面和发射表面两者上都设有衍射光栅23b来抵消由于光的波长变化导致的焦距变化，使得不管光的波长变化如何，在400nm波带中焦距都几乎不变地是5mm。从激光二极管12的发光点到塑料透镜23的前侧表面的距离是3.668mm。

透镜支架24由线性膨胀系数6×10^-5的塑料树脂制成，并比塑料透镜23接合的部分更靠前地固定在基底11上，并且设有其自由地热膨胀和收缩的1.65mm的自由端24a。

计算对于同第一实施例相同的物镜NA为0.85的情况下的波象差，过渡响应时的波象差被抑制到5mλrms的小的误差，因为使用了具有衍射光栅23b的塑料透镜23。

考虑环境温度从20摄氏度变到60摄氏度的情况，塑料透镜23的线性膨胀系数是6×10^-5/摄氏度，这是第一实施例中的玻璃的100倍，于是由于塑料透镜23的热膨胀而使焦距延长了10μm或更多。因此，在第二实施例中塑料透镜23的边缘部分23a的前侧接合到透镜支架24，以使得塑料透镜23自身通过热膨胀而在抵消焦距变化的方向上移动。通过此作用将温度变化时的波象差抑制成小于仅仅将对比示例的准直透镜用具有衍射光栅的塑料透镜替换时所出现的59mλrms的温度变化时的波象差。根据第二实施例，自由端24a还被设置到透镜支架24，以抑制温度变化时的波象差使其更小。

与第一实施例相反，自由端24a通过热膨胀增大了激光二极管12和塑料透镜23之间的距离。因为透镜支架24由线性膨胀系数为6×10^-5的塑料树脂制成，所以短到1.65mm的自由端24a在充分进行热膨胀和收缩的情况下，对于从20摄氏度到60摄氏度的温度变化表现出1.65×(60-20)×6×10^-5＝3.96μm的大的延长，使得温度变化时的波象差变得小于15mλrms。

于是，根据第二实施例，通过与第一实施例一样简单紧凑的结构将过渡响应和温度变化两者时的波象差抑制到小于15mλ。因此，可以获得具有高可靠性的大容量光信息存储设备，其即使在使用其光源波长为450nm或更小的光并且透镜材料的折射率色散很大的情况下，也可以在20摄氏度到60摄氏度的温度范围和50mW或更小的输出范围中得到几乎最高的性能。

说明给出了两组透镜结构的消色差透镜来作为根据本发明的消色差透镜的示例。但是，根据本发明的消色差透镜可以具有三组或更多组透镜的复合结构。

说明给出了在入射面和发射面两者上设有衍射光栅的塑料透镜来作为根据本发明的塑料透镜的示例。但是，根据本发明的塑料透镜可以仅仅在入射面和发射面中之一上设有衍射光栅。

说明给出了圆柱形的透镜支架来作为根据本发明的透镜支架的示例。但是，根据本发明的透镜支架并不限于圆柱形的透镜支架，而可以是任何接合突起以夹持透镜的透镜支架。

说明给出了由铝制成的基底来作为根据本发明的基底的示例。但是，根据本发明的基底可以由除铝之外的其他金属或者例如陶瓷的非金属制成。

Claims (6)

1.一种准直光学系统，包括：

基底；

固定在所述基底上并发射散射光束的光源；

塑料透镜，在其边上具有突起并具有抵消由于光的波长变化所导致的焦距变化的衍射光栅，所述透镜将所述光源发射的散射光束转换成平行光束；和

透镜支架，固定在所述基底上并粘接到所述塑料透镜的所述突起的所述光源一侧以夹持所述塑料透镜。

2.如权利要求1所述的准直光学系统，其中所述光源发射蓝光。

3.如权利要求1所述的准直光学系统，其中当靠近所述光源的一侧是前侧时，所述透镜支架在比所述塑料透镜的所述突起粘接到所述透镜支架的位置更靠前的位置处固定在所述基底上。

4.如权利要求3所述的准直光学系统，其中所述透镜支架的线性膨胀系数等于或大于所述基底的线性膨胀系数。

5.如权利要求3所述的准直光学系统，其中所述基底是金属的，所述透镜支架是塑料的。

6.一种光信息存储设备，包括：

准直光学系统，包括：基底；固定在所述基底上并发射散射光束的光源；塑料透镜，在其边上具有突起并具有抵消由于光的波长变化所导致的焦距变化的衍射光栅，所述透镜将所述光源发射的散射光束转换成平行光束；和透镜支架，固定在所述基底上并粘接到所述塑料透镜的所述突起的所述光源一侧以夹持所述塑料透镜；

聚焦光学系统，其引导由所述准直光学系统所获得的所述平行光束，并将这些光束集中到上面记录有信息的信息记录介质上；和

复制部分，其通过使用由所述聚焦光学系统集中在所述信息记录介质上并由所述信息记录介质所反射的反射光，来复制记录在所述信息记录介质上的所述信息。

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