CN1551156A - 光学拾取器，光学单元和信息再现装置 - Google Patents

光学拾取器，光学单元和信息再现装置 Download PDF

Info

Publication number
CN1551156A
CN1551156A CNA2004100422546A CN200410042254A CN1551156A CN 1551156 A CN1551156 A CN 1551156A CN A2004100422546 A CNA2004100422546 A CN A2004100422546A CN 200410042254 A CN200410042254 A CN 200410042254A CN 1551156 A CN1551156 A CN 1551156A
Authority
CN
China
Prior art keywords
lens
header structure
diffactive
laser beam
optical
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CNA2004100422546A
Other languages
English (en)
Other versions
CN1312684C (zh
Inventor
С
小池克宏
����һ
丸山晃一
竹内修一
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Pioneer Corp
Original Assignee
Pentax Corp
Pioneer Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Pentax Corp, Pioneer Corp filed Critical Pentax Corp
Publication of CN1551156A publication Critical patent/CN1551156A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN1312684C publication Critical patent/CN1312684C/zh
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G11—INFORMATION STORAGE
    • G11B—INFORMATION STORAGE BASED ON RELATIVE MOVEMENT BETWEEN RECORD CARRIER AND TRANSDUCER
    • G11B7/00—Recording or reproducing by optical means, e.g. recording using a thermal beam of optical radiation by modifying optical properties or the physical structure, reproducing using an optical beam at lower power by sensing optical properties; Record carriers therefor
    • G11B7/12—Heads, e.g. forming of the optical beam spot or modulation of the optical beam
    • G11B7/125—Optical beam sources therefor, e.g. laser control circuitry specially adapted for optical storage devices; Modulators, e.g. means for controlling the size or intensity of optical spots or optical traces
    • G11B7/127—Lasers; Multiple laser arrays
    • G11B7/1275—Two or more lasers having different wavelengths
    • G—PHYSICS
    • G11—INFORMATION STORAGE
    • G11B—INFORMATION STORAGE BASED ON RELATIVE MOVEMENT BETWEEN RECORD CARRIER AND TRANSDUCER
    • G11B7/00—Recording or reproducing by optical means, e.g. recording using a thermal beam of optical radiation by modifying optical properties or the physical structure, reproducing using an optical beam at lower power by sensing optical properties; Record carriers therefor
    • G11B7/12—Heads, e.g. forming of the optical beam spot or modulation of the optical beam
    • G11B7/135—Means for guiding the beam from the source to the record carrier or from the record carrier to the detector
    • G11B7/1372—Lenses
    • G11B7/1378—Separate aberration correction lenses; Cylindrical lenses to generate astigmatism; Beam expanders
    • G—PHYSICS
    • G11—INFORMATION STORAGE
    • G11B—INFORMATION STORAGE BASED ON RELATIVE MOVEMENT BETWEEN RECORD CARRIER AND TRANSDUCER
    • G11B7/00—Recording or reproducing by optical means, e.g. recording using a thermal beam of optical radiation by modifying optical properties or the physical structure, reproducing using an optical beam at lower power by sensing optical properties; Record carriers therefor
    • G11B7/12—Heads, e.g. forming of the optical beam spot or modulation of the optical beam
    • G11B7/135—Means for guiding the beam from the source to the record carrier or from the record carrier to the detector
    • G11B7/1392—Means for controlling the beam wavefront, e.g. for correction of aberration
    • G11B7/13922—Means for controlling the beam wavefront, e.g. for correction of aberration passive
    • G—PHYSICS
    • G11—INFORMATION STORAGE
    • G11B—INFORMATION STORAGE BASED ON RELATIVE MOVEMENT BETWEEN RECORD CARRIER AND TRANSDUCER
    • G11B7/00—Recording or reproducing by optical means, e.g. recording using a thermal beam of optical radiation by modifying optical properties or the physical structure, reproducing using an optical beam at lower power by sensing optical properties; Record carriers therefor
    • G11B2007/0003—Recording, reproducing or erasing systems characterised by the structure or type of the carrier
    • G11B2007/0006—Recording, reproducing or erasing systems characterised by the structure or type of the carrier adapted for scanning different types of carrier, e.g. CD & DVD

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Optical Head (AREA)
  • Lenses (AREA)

Abstract

光学拾取器(3，3A，3B)具有光源(31，32)以发出有不同波长的多种激光束；物镜(36，36a)以将光源发出的激光束聚焦到多种类型信息记录媒体的记录表面上。在激光束的光路上提供了衍射镜头结构，其结构包括被多个相位跳跃分隔开的环行区域以校正激光束的波阵面像差，衍射镜头结构的最外面的相位跳跃的直径小于为再现多种类型信息记录媒体所需的有效直径中第二大有效直径。

Description

光学拾取器，光学单元和信息再现装置
技术领域
本发明涉及到光学拾取器(pick up)，及在其内部用到的光学单元，及包含它们的信息再现装置。
背景技术
现有技术中已知一种兼容的信息再现(记录)装置能够用不同的标准，例如CD，DVD，来再现(记录)光盘。这种兼容信息再现(记录)装置按每种标准再现光盘时都需要通过将特定波长的激光束聚焦到光盘记录表面必需的光点直径上。
光盘的保护层按每种标准都有不同的厚度。对于不同厚度的保护层，移动物镜来调节激光束的焦点是不足以校正球面像差的，而且也不能将激光束聚焦到特定的光点直径，从而使得再现(记录)信息变得困难。
为纠正球面像差，传统的兼容信息再现(记录)装置包含衍射镜结构，形成在比为再现多种类型的信息媒体所必需的光学拾取器内所含物镜的有效直径小一些的有效直径的整个区域上(参见，例如，公开的日本申请专利No.2000-81566)。
所述的现有技术有如下问题。
模具材料一般比镜头材料有更高的热膨胀系数。模具在浇铸后的冷却中将比镜头产生更强的收缩，结果使得镜头很难取出(release)。由树脂制成的镜头在取出时将破坏镜头表面精细的结构或造成镜头变形，结果增加了像差。由玻璃制成的镜头会损坏模具。
镜头上提供的衍射结构使得镜头的外围处相位跳跃(phase step)间的距离变得更窄。这会由于跳跃的边缘阴影而降低镜头外围处衍射的有效性。特别地，在提供了衍射镜头结构的内部公共区域，所用的波长的轻微变化将改变像差及像点的位置。要用于再现高密度光盘的外部区域也需要衍射结构，以防止内部区域与外部区域间的波阵面的不连续性。这显著的降低了对高密度光盘使用光束的功效。
本发明要解决的问题包括作为例子的所述问题。
发明内容
因此本发明的目标是提供光学拾取器，光学单元和信息再现装置，能提供轻松从模具中取出的衍射镜头外形，防止在外围的相位跳跃间的距离减小，甚至在用于高密度光盘的区域没有衍射结构的条件下，提供了内部区域与外部区域间的不连续波阵面。
本发明的所述目标能够被光学拾取器完成，对其提供：光源，放射出不同波长的多种激光束；物镜，用于将光源发出的激光束聚焦到多种信息记录媒体的记录表面上，其中衍射镜头结构提供在激光束的光路上，该结构包括被多个相位跳跃分隔成的环形区域以校正激光束的波阵面像差，衍射镜头结构的最外面相位跳跃的直径小于为再现多种类型信息记录媒体所需的有效直径中的第二大有效直径。
根据本发明，衍射镜头结构的最外面相位跳跃的直径小于为再现多种信息记录媒体所必需的有效直径中的第二大有效直径。这将防止物镜在冷却时不被固定在模具上，结果方便了取出。
本发明的光学拾取器的一方面，在再现所述不同于那种为再现需要最大有效直径的信息记录媒体的多种类型中的至少一种信息记录媒体的过程中，通过所述衍射镜头结构的再现激光束的焦点，位于位置(i)和位置(ii)之间，该位置(i)是光轴遇到所述通过相应于为再现所述信息记录媒体所需的有效直径高度的激光束的位置，该位置(ii)是光轴遇到通过位于所述最外面相位跳跃的外部区域最里面部分的激光束的位置。
本发明的光学拾取器的另一方面，非衍射区域即位于最外面的相位跳跃之外与多个有效直径中的第二大有效直径之内，其宽度宽于在衍射镜头结构中包括的多个相位跳跃间的距离。
本发明的光学拾取器的另外的方面，衍射镜头结构包括多个相位跳跃，它们之间的距离随距光轴附近的高度增加先减小再增大。
本发明的光学拾取器的另外的方面，波阵面像差的均方根(rms，均方根)值W在再现至少一种信息记录媒体的过程中达到，0.05λrms＜W＜0.13λrms。
本发明的光学拾取器的另外的方面，衍射镜头结构包括在多个环形区域间相位跳跃边缘的钝角。
本发明的光学拾取器的另外的方面，衍射镜头结构形成于物镜的镜头表面。
本发明的光学拾取器的另外的方面，衍射镜头结构形成于不同于物镜的镜头表面。
本发明的光学拾取器的另外的方面，光源发出激光束的波长至少在407nm附近。
本发明的光学拾取器的另外的方面，光源进一步发出激光束的波长在650nm附近。
本发明的所述目标能够通过光学单元校正在将多种不同波长的激光束聚焦通过物镜到多种类型信息记录媒体的记录表面过程中产生的波阵面像差来实现，该单元拥有包括被多个相位跳跃分隔成的环形区域的衍射镜头结构，其中衍射镜头结构的最外面的相位跳跃的直径小于为再现多种类型信息记录媒体所需的有效直径中的第二大有效直径。
本发明的光学单元的一个方面，在再现所述不同于那种为再现需要最大有效直径的信息记录媒体的多种类型中的至少一种信息记录媒体的过程中，通过所述衍射镜头结构的再现激光束的焦点，位于位置(i)和位置(ii)之间，该位置(i)是光轴遇到所述通过相应于为再现所述信息记录媒体所需的有效直径高度的激光束的位置，该位置(ii)是光轴遇到通过位于所述最外面相位跳跃的外部区域最里面部分的激光束的位置。
本发明的光学单元的另一方面，非衍射区域即位于最外面的相位跳跃之外与多个有效直径中的第二大有效直径之内，其宽度宽于在衍射镜头结构中包括的多个相位跳跃的距离。
本发明的光学单元的另外的方面，衍射镜头结构包括多个相位跳跃，它们之间的距离随距光轴附近的高度增加先减小再增大。
本发明的光学单元的另外的方面，波阵面像差的rms值W在再现至少一种信息记录媒体的过程中达到，0.05λrms＜W＜0.13λrms。
本发明的光学单元的另外的方面，衍射镜头结构包括在多个环形区域间相位跳跃边缘的钝角。
本发明的光学单元的另外的方面，光学单元包括整合物镜单元。
本发明的光学单元的另外的方面，衍射镜头结构形成在平面镜头的底层(plate lens substrate)。
本发明的光学单元的另外的方面，光学单元校正关于波长至少在407nm附近的激光束的波阵面像差。
本发明的光学单元的另外的方面，光学单元进一步校正关于波长至少在650nm附近的激光束的波阵面像差。。
本发明的所述目标能够通过信息再现装置实现，该装置用于再现被不同波长的多种激光束再现的多种信息记录媒体，其装备有所述的光学拾取器。
附图说明
在附图中：
图1展示了根据实施例的信息再现(记录)装置结构示意图；
图2展示了根据实施例的第一光学拾取器的结构示意图；
图3展示了根据实施例的第二光学拾取器的结构示意图；
图4展示了根据实施例的有衍射镜头结构的物镜平面图；
图5展示了根据实施例的具有衍射镜头结构的物镜剖视图；
图6A展示了第一光盘的有效直径的示意图；
图6B展示了第二光盘的有效直径的示意图；
图7展示了根据实施例的将被衍射镜头结构校正的波阵面像差曲线；
图8展示了根据实施例的第二光盘的物镜的纵向球面像差曲线；
图9展示了根据实施例的第二光盘的物镜波阵面像差曲线；
图10展示了根据实施例的衍射镜头结构所需的相位方程曲线；
图11A展示了根据实施例的衍射镜头结构形成在其上的物镜剖视图；
图11B展示了衍射镜头结构的放大的剖视图；
图12展示了传统物镜的衍射镜头结构的示意图；
图13展示了根据实施例的有衍射镜头结构的光学镜头的平面图；
图14展示了根据实施例的有衍射镜头结构的光学镜头的剖视图；
图15A至C展示了根据实施例改进的实例的衍射镜头结构区域的示意图；
图16A展示了根据第一个实施例的物镜平面图；
图16B展示了根据第一个实施例的物镜的剖视图；
图17展示了非球面方程中变量的示意图；
图18A展示了根据第一个例子的物镜，对DVD通过相位方程方法计算的纵向球面像差曲线；
图18B展示了根据同一物镜，对CD通过相位方程方法计算的纵向球面像差曲线；
图18C展示了根据同一物镜，对DVD通过相位方程方法计算的波阵面像差曲线；
图18D展示了根据同一物镜，对CD通过相位方程方法计算的波阵面像差曲线；
图18E展示了对DVD使根据同一物镜，的实际波阵面像差曲线；
图18F展示了对CD使用同一物镜的实际波阵面像差曲线；
图18G展示了用同一物镜聚焦的CD光点的形状；
图18H展示了同一光点形状的旁波瓣的放大图；
图19A展示了根据第二个例子的物镜的平面图；
图19B展示了根据第二个例子的物镜的剖视图；
图20A展示了根据第二个例子的物镜，对DVD通过相位方程方法计算的纵向球面像差曲线；
图20B展示了根据同一物镜，对CD通过相位方程方法计算的纵向球面像差曲线；
图20C展示了根据同一物镜，对DVD通过相位方程方法计算的波阵面像差曲线；
图20D展示了根据同一物镜，对CD通过相位方程方法计算的波阵面像差曲线；
图20E展示了对DVD使用同一物镜的实际波阵面像差曲线；
图20F展示了对CD使用同一物镜的实际波阵面像差曲线；
图20G展示了被同一物镜聚焦的CD光点的形状；
图20H展示了同一光点形状的旁波瓣的放大图；
图21A展示了根据第三个例子的物镜的平面图；
图21B展示了根据第三个例子的物镜的剖视图；
图22A展示了根据第三种例子的物镜，对蓝线(Blu-ray)光盘通过相位方程方法计算的纵向球面像差曲线；
图22B展示了根据同一物镜，对DVD通过相位方程方法计算的纵向球面像差曲线；
图22C展示了根据同一物镜，对蓝线光盘通过相位方程方法计算的波阵面像差曲线；
图22D展示了根据同一物镜，对DVD通过相位方程方法计算的波阵面像差曲线；
图22E展示了对蓝线使用同一物镜的光盘实际波阵面像差曲线；
图22F展示了对DVD使用同一物镜的实际波阵面像差曲线；
图22G展示了被同一物镜聚焦的DVD光点的形状；
图22H展示了同一光点形状的旁波瓣的放大图；
图23A展示了根据第三个例子的物镜其镜头表面的倾斜角度与相位跳跃间的距离的关系；
图23B展示了镜头表面倾斜角度定义的示意图；
图23C展示了相位跳跃间距离的定义的示意图；
图24A展示了将在相位跳跃处生成的相差量修改为518nm时，具有第三种例子物镜的蓝线光盘物镜的实际波阵面像差，。
图24B展示了有同一物镜的DVD的实际波阵面像差；
图25A展示了蓝线光盘物镜的实际波阵面像差，该镜头设计为对蓝线光盘的衍射阶为2，而对DVD衍射阶为1；
图25B展示了具有同一物镜的DVD实际波阵面像差；和
图26展示了物镜的衍射镜头结构所需的相位方程曲线，该镜头设计为对蓝线光盘的衍射阶为2，而对DVD的衍射阶为1。
具体实施方式
该实施例是将本发明应用到兼容信息再现(记录)装置的实施例，该装置能够再现(记录)两种类型的光盘，即一种光盘(以后提到时为第一光盘)和另一种其再现所需的有效直径小于所述光盘的光盘(以后提到时为第二光盘)。
信息再现(记录)装置、在该装置内所用的光学拾取器，及光学单元将在下面详细描述。
(1)信息再现(记录)装置
信息再现(记录)装置将首先参照图1进行描述。
(1-1)信息再现(记录)装置的结构
图1展示了信息再现(记录)装置结构示意图。
如图1所示，信息再现(记录)装置1配置为包括主轴电动机2，光学拾取器3，支撑架4，RF(射频)放大器5，解码器6，编码-解码器7，激光驱动电路8，A/D转换器9，D/A转换器10，伺服控制电路11，系统控制器12，输入端口13，显示端口14。光学拾取器3的结构将在以后详细描述。
(1-2)信息再现(记录)装置的操作
信息再现(记录)装置1的操作将在下面详细描述。
首先，主轴电动机2旋转光盘D。支撑架4将光学拾取器3径向地移动到光盘D的预先确定要读出的位置。
光学拾取器3然后发射激光束到光盘D，并接收从光盘D反射的激光束所形成的反射激光束，以产生对应于接收强度的RF(射频)信号。RF放大器5放大该RF信号到预先确定的电平。
解码器6然后从放大的RF信号中检测摆动频率以检测激光束发射到光盘2的位置。同样从放大的RF信号中，编码-解码器7析取和解调对应于记录在光盘D上的信息的调制信号。编码-解码器，也输出外部输入的相应于要记录的信息的经调制的信号。
基于该调制信号，激光驱动电路8然后输出控制信号来控制如下所述的激光二极管的激光束的强度。
A/D转换器9将模拟信息信号转化为数字数据，而该模拟数字信号为在记录信息过程中外部输入的要记录的信息。D/A转换器10将在再现信息时被编码-解码器7解调的数字数据转换为模拟信息信号。
伺服控制器电路11在记录或再现信息过程中，伺服控制主轴电动机2的执行结构，支撑架4，光学拾取器3。系统控制器12控制整个光盘播放器1。为完成此任务，输入端口13从外部提供给系统控制器12预先确定的操作指令，显示端口14显示必要的信息，比如再现状态信息。
所述的信息再现(记录)装置1能够精确的再现(记录)信息，因为该装置包含了具有衍射镜头结构以形成光学拾取器3的光学单元，并且光学单元能够能够为第二光盘和第一光盘形成优良的激光束波阵面。
(2)光学拾取器
对于用在信息再现(记录)装置1内的光学拾取器3现参照图2和3进行描述。
(2-1)第一光学拾取器
(2-1-1)第一光学拾取器的结构
图2展示了第一光学拾取器3A的结构示意图。
如图2所示，第一光学拾取器3A配置包括第一激光二极管31，其发射激光束(以后提到时为第一激光束)用于再现第一光盘，第二激光二极管32，其发射激光束(以后提到时为第二激光束)用于再现第二光盘，分束器33，其透射从第一激光二极管31发出的第一激光束而反射第二激光二极管32发出的第二激光束，光线分离器34，其透射第一激光二极管31和第二激光二极管32发出的激光束，并反射从光盘反射回来的激光束，准直仪镜头35，具有衍射镜头结构的物镜36，传感器镜头37，探测器38。
(2-1-2)光学拾取器的操作
现对于光学拾取器3A的操作进行描述。
取决于插入在信息再现(记录)装置1中的光盘，第一激光二极管31或第二激光二极管32发射出激光束。特别地，插入的第一光盘允许第一激光二极管31发射第一激光束。插入的第二光盘允许第二激光二极管32发射第二激光束。
当第一激光二极管31发射激光束时，光线分离器33和光线分离器34透射激光束，并将其传到准直仪镜头35。当第二激光二极管32发射激光束时，光线分离器33反射激光束然后光线分离器34透射激光束并将其传到准直仪镜头35。
然后，准直仪镜头35在把激光束提供给物镜36之前将其转化为平行光束。物镜36然后调节激光束的波阵面，并在具很好波阵面的条件下，将经波阵面调节过的激光束聚焦到光盘的记录表面上。
物镜36和准直仪镜头35然后透射反射回的激光束，其在光盘记录表面被信息位调制并反射。分束器34然后反射被反射的激光束并通过传感器镜头37将其传到探测器38。
探测器38然后接收反射的激光束，并相应于接收的光线强度而产生信号。
(2-2)第二光学拾取器
(2-2-1)第二光学拾取器的结构
图3展示了第二光学拾取器3B的结构示意图。
如图3所示，如在第一光学拾取器3A一样，第二光学拾取器3B配置包括：第一激光二极管31，第二激光二极管32，光线分离器33，光线分离器34，准直仪镜头35，物镜36a，传感器镜头37，探测器38。第二光学拾取器3B还包括有衍射镜头结构的光学镜头39。物镜36a不同于第一光学拾取器3A的物镜36，不含衍射镜头结构。
(2-2-2)光学拾取器的操作
光学拾取器3B的操作现进行描述。
光学拾取器3B操作几乎与所述光学拾取器3A的操作相同。因此省略掉相同部分的描述，下面只给出不同部分的描述。
如上面所描述的，光学拾取器3B包括位于准直仪镜头35与物镜36a间的光学镜头39。准直仪镜头35然后提供给光学镜头39转化为平行光的激光束。然后，光学镜头39在将光束提供给物镜36a之前调节激光束的波阵面。在具有很好波阵面的条件下，物镜36a将经波阵面调节过的激光束聚焦到光盘的记录表面上。
物镜36a和准直仪镜头35然后透射反射的激光束，其被光盘记录表面的信息位调制和反射。光线分离器34然后反射被反射的激光束并通过传感器镜头37将其传到探测器38。
探测器38然后接收反射的激光束，并相应于收到的光线强度而产生信号。
上面描述的光学拾取器3A和3B用物镜36或具有衍射镜头结构的光学镜头39调节激光束的波阵面。第一激光束和第二激光束因此能够在具较好波阵面的条件下聚焦到光盘的记录表面上。
(3)具有衍射镜头结构的光学单元
用于光学拾取器3内的、具有衍射镜头结构的光学单元将参考图进行描述。本实施例将描述具有衍射镜头结构的物镜36，以及具有衍射镜头结构的光学镜头39。
(3-1)具有衍射镜头结构的物镜
具有衍射镜头结构的物镜36将首先被描述。
图4展示了具有衍射镜头结构的物镜36的平面图。图5展示了同一物镜36的剖视图。
如图4和5所示，物镜36以非球面镜头为基础形成的，为在具有很好波阵面的条件下将激光束聚焦到第一光盘上。物镜36包含衍射镜头结构，该结构形成于非球面镜头上第二光盘的有效直径内的区域。该衍射镜头结构形成为一种外形，以在具有很好波阵面的条件下将激光束聚焦到第一光盘和第二光盘上。
如上面所述，物镜36包括第一光盘有效区域，在其内是第二光盘的有效区域，而在其内是衍射镜头结构区域。特别地，物镜36内的第二光盘区域包括内部的衍射镜头区域与在衍射镜头区域外部的非衍射镜头区域。
这里所提到的有效直径是光盘的信息再现(记录)所需的一束光束从距离光轴最远处通过的高度。例如，如图6所示，再现第一光盘需要光束在对第一光盘的有效直径E1内(参照图6A)。再现第二光盘需要光束在对第二光盘的有效直径E2内(参照图6B)。再现第二光盘不必需要位于第二光盘的有效直径之外的光束，因此光束不一定聚焦在焦点上，如图6B虚线所示。
在下面的描述中，用于第一光盘的有效直径称为第一光盘有效直径，位于此第一有效直径内的区域为第一光盘有效区域，相似的，用于第二光盘的有效直径称为第二光盘的有效直径，且位于此第二有效直径内的区域为第二光盘有效区域。衍射镜头结构的区域称为衍射镜头区域。衍射镜头区域的有效直径定义为形成衍射镜头结构的多个相位跳跃中的最外面的相位跳跃的直径。最外面的相位跳跃之外的区域，没有衍射镜头结构，称为非衍射镜头区域。位于第二光盘有效区域内的非衍射镜头区域称为第二光盘非衍射镜头区域。
衍射镜头结构将详细描述如下。
(3-1-1)将被衍射镜头结构校正的波阵面像差
在描述衍射镜头结构之前，先描述将被衍射镜头结构校正的波阵面像差。
众所周知的形成为非球面镜头的物镜，用于将激光束有较好波阵面的聚焦到第一光盘上(特别地，无任何衍射镜头结构的物镜)，可能会在将激光束聚焦到第二光盘时因为两种光盘的保护层的厚度不同而产生波阵面像差。此波阵面像差的模型是作为主要项的距光轴的高度的四次方加上作为一项的由像表面位置(image-surface position)得到的高度平方。假定由像表面位置得到的高度平方项与高度四次方项符号相反，且像表面被设定为提供高度平方项的预先确定量，则代表波阵面像差的曲线(波阵面像差曲线)是这样一条曲线，其在有效区域内有极值(最大值)，如图7所示。极值发生处的距光轴的高度H值依赖于像表面位置。特别地，像表面位置的变化能够调节极值发生处的高度H。
本实施例在物镜36上形成衍射镜头结构以校正所述的波阵面像差。衍射镜头结构的结构将在下面描述。
(3-1-2)像表面位置
像表面位置将首先参照图8进行描述。
图8展示了第二光盘的纵向球面像差曲线。纵向球面像差曲线绘制了相对于距光轴的高度(纵轴)，光线束通过该高度聚焦的光点位置(横轴)。在图8中，实线代表了经衍射镜头结构修正后的纵向球面像差曲线。虚线代表了衍射镜头结构修正之前的纵向球面像差曲线。
如图8所示，第二光盘的像表面位置L设置在L2和Lc之间：L2是通过第二光盘有效直径E2的光束的焦点，Lc是通过第二光盘非衍射镜头区域的最里面部分Ec的光束的焦点。像表面位置L通常是通过第二光盘衍射镜头区域的光束的焦点。
所述像表面位置设定的操作及效果将参照图9描述如下。
图9展示了第二光盘的波阵面像差曲线，其像表面位置设定如上面所述。波阵面像差曲线绘制了相对于距光轴高度(纵轴)，通过该高度的光束的波阵面像差(横轴)。在图9中，实线代表了经衍射镜头结构修正后的波阵面像差曲线。虚线代表了衍射镜头结构修正之前的波阵面像差曲线。
如图9所示，所述的像表面位置设定能够允许波阵面像差在某高度H有极值(最大值)，此高度位于第二光盘有效直径E2和第二光盘非衍射镜头区域的最里面部分Ec之间。特别地，波阵面像差能够在位于第二光盘非衍射镜头区域内高度H有极值(最大值)。
波阵面像差曲线的极值周围的区域是有较小斜率的区域，在那里波阵面像差几乎不发生改变。由此，波阵面像差几乎不发生改变的该区域能够位于第二光盘非衍射镜头区域内，以聚焦不经衍射镜头结构任何修正而具较好波阵面的、通过非衍射镜头区域的激光束。
(3-1-3)衍射镜头结构
衍射镜头结构将被描述如下。
衍射镜头结构形成一种外形，以将具较好波阵面的激光束聚焦到两种具不同标准类型的光盘上：第一光盘再现时需要较大的有效直径，第二光盘再现时需要小一些的有效直径。
衍射镜头结构的设计技术之一是相位方程方法(phase function method)。相位方程方法通过假定在形成衍射镜头结构的表面上有无限细(thin)的相位物体(phase object)与最优化相位物体的相位分布来校正像差。特别地，此方法是设计衍射镜头结构形状的技术，通过调节相位系数dn来最优化下面方程定义的相位方程Φ(其中，λ0：设计波长，dn：相位系数，h：衍射光栅高度)。
[方程(1)]
φ ( h ) = 1 λ 0 Σ i = 1 d 2 i · h 2 i
为分析光束通过衍射镜头结构，相位方程方法将光程dorxλxφ(dor是光束被衍射镜头结构衍射的衍射阶(diffraction order)，λ是通过相位物体的光线波长)加到通过由上面的相位方程Φ代表的相位物体的光束。
在实际设计衍射镜头结构的过程中，相位系数dn首先被调节以确定相位方程Φ，以将具有较好波阵面的激光束聚焦到有不同标准的两种光盘上。
图10展示了上面确定的相位方程Φ。如上面所述，波阵面像差曲线能够有位于第二光盘非衍射镜头区域内的最大值。由此，相位方程曲线同样也能够在第二光盘非衍射镜头区域内有最大值并能够单调增加到最大值。
根据相位方程Φ，相位是整数倍处的高度可以被确定，且在要设计衍射镜头结构的高度处相位结构被提供。即，如图10所示，相位跳跃将在高度h1，h2，h3，h4，h5和h6处形成，而在那些高度处相位方程Φ被划分为每个相位的整数倍。从这样的衍射镜头结构的相位跳跃的确定来理解，有越陡的斜率的相位方程，则提供在相位跳跃间的距离越窄。如图10所示的相位方程，其斜率随距光轴的距离越远越增加，并在中间到达最大倾斜，然后减小，并在高度H达到零倾斜。换句话说，按图10中相位方程确定的衍射镜头结构的相位跳跃间的距离，随光轴附近的高度的增加而减小，然后在中途重新增大。图10所示的相位方程也在从高度H逐渐减少到高度E2时通过相位量为6λ。相位跳跃在此高度依然按照惯例形成。本发明将充分地和有意地校正邻近相位方程最大值的区域所需的相位跳跃。这能够提供第二光盘非衍射区域更宽的宽度，及更窄的衍射镜头区域，尽管仍然残留有像差。所述充分校正相位方程最大值附近所需的相位跳跃能够提供第二光盘非衍射区域扩大的宽度，其宽于衍射结构的相位跳跃任何的间距。
对于衍射阶来讲，相位跳跃量能够被优化以增加在衍射阶的衍射效果。例如，对于设计衍射阶为1，相位跳跃将被设定在相应于一个波长的相位跳跃处提供光程差(1ight path difference)。对于第一光盘和第二光盘都为1的设计衍射阶，相位跳跃将被设定提供相应于任一激光束的波长的光程差。或者，相位跳跃将被设定提供相应于两种激光束波长的平均值的光程差。
当衍射镜头用于多种波长时，它将可能无法对每种波长提供恰好是波长的整数倍的相位跳跃量。相位方程方法能够计算仅含设计衍射阶项的波阵面像差。实际波阵面像差，当相位跳跃量偏离波长的整数倍时，将包括由相位方程方法分析的镜头波阵面像差加上由于偏离相位跳跃量而产生的锯齿波形波阵面像差。用在多种波长的衍射镜头的传统的设计按这样的方式：选择设计衍射阶，即对每种波长，光程差靠近波长的整数倍，因此对每种波长提供了充分小的锯齿波形残留像差。然而，这样对设计衍射阶的设定，将需要很多相位跳跃。由于相位跳跃量的偏离形成的锯齿波形像差，将产生额外的衍射光束，其可能导致光强度的损失。然而，波阵面像差，不同于通常的球面像差，对光点的形状几乎没有影响。即，根据波长的集合或要校正的像差，锯齿波形波阵面像差能够有意地被接受以减少相位跳跃的数目，进而为生产提供了满意的衍射结构。传统的镜头设计试图对单个镜头提供0.05λ或更小的像差。但是，依照本发明的镜头，其含有锯齿波形波阵面像差，甚至能够在像差大于0.05λ时提供好的光点。
然而，增加的锯齿波形波阵面像差，尽管不会导致光点形状的恶化，将减少strehl比。大于0.13λrms的锯齿波形波阵面像差将提供50％或更少的strehl比。Strehl比是由等光程镜头聚焦的光点强度的最高值与实际镜头聚焦的光点强度的最高值的比率。特别地，strehl比的降低意味着光束使用效率的降低。为确保50％或更高的光束使用效率，并减小非含设计衍射阶的衍射光束的影响，锯齿波形残留像差最好小于0.13λrms。
最外部的相位跳跃，即，在衍射镜头区域与非衍射镜头区域的分界处的相位跳跃，将如所述被形成以提供一般是一个波长整数倍的光程差。特别地，最外部的相位跳跃，将被形成以提供相应于一个波长的光程差或相应于两个波长的光程差。
图11A展示了物镜36的剖视图，在该物镜上，衍射镜头结构的形成如上文所述确定，即对第一光盘和第二光盘来说，设计衍射阶为1。图11B展示了物镜36上的衍射镜头结构的放大的剖视图。相位方程曲线如所述在衍射镜头区域内单调增加。结果，如图11A和11B所示，衍射镜头结构形成的方式为：被相位跳跃分隔的环行区域被打磨(blaze)以使其厚度在镜头上而不是非球面表面上沿径向向外部增加，就该非球面表面而言形成衍射结构的表面内为肉眼可视的。形成衍射镜头结构以使相位跳跃的方式为物镜36的厚度在h1至h6(即相位方程被每个整数倍相位划分处)的高度处减小。图11B中的虚线代表了表面上的肉眼可见非球面表面，在其上形成了衍射结构。
如上面形成的衍射镜头结构的操作和效果将描述如下。
物镜36可以通过向模具中填入热的树脂或玻璃，冷却模具，从模具中取出成型树脂或玻璃制品(物镜36)而制造。
为了比较，传统的具有衍射镜头结构的物镜首先描述如下。传统的物镜包括了至少形成在第二光盘全部有效区域的衍射镜头结构。传统物镜也含有在环行区域间的相位跳跃，其方式为被相邻相位跳跃分隔的环行区域的外面那个能够按照镜头厚度方向位于外部(见图12)。传统的镜头因此包括环行区域间相位跳跃边缘上的锐角。传统物镜镜头在镜头的外围包含许多环行区域。所述在镜头制成过程中模具与镜头间热膨胀系数的差异使得成型的产品(物镜)被固定在模具上。这使取出产品变得困难，结果降低了生产力。也在取出过程中剥落镜头边缘，从而降低了镜头的品质。剥落的边缘残留在模具中，降低了模具的寿命。玻璃制成的镜头破坏模具，结果进一步降低了模具的寿命。
相反，根据本实施例的物镜36包含了形成在位于第二光盘有效区域内的内部区域的衍射镜头结构。物镜36也在环行区域间含有相位跳跃，其方式为被相邻相位跳跃分割的环行区域的外面一个能够按照镜头厚度方向位于内部。物镜36因此包含环行区域间的相位跳跃边缘上的钝角。物镜36在镜头的外围包含较少的相位跳跃。这将防止物镜36在冷却时不被固定在模具上，结构方便了取出。镜头边缘在取出过程中很少剥落，结果提高了镜头的品质，并延长了模具的寿命。玻璃制成的镜头将不会破坏模具，从而进一步延长了模具的寿命。镜头外围较少的相位跳跃将由于跳跃的边缘阴影效应而能够防止衍射效果的下降。也能解决由于所使用波长的轻微改变而引起的衍射区域与非衍射区域间的波阵面不连续的问题。
对于第二光盘来说，具有所述衍射镜头结构的物镜36，利用衍射镜头结构，能够校正通过衍射镜头结构的激光束的波阵面像差。物镜36不能校正但是能够可接受的减小通过非衍射镜头区域的激光束的波阵面像差。总体上，激光束能够具有好的波阵面的聚焦。对第一光盘来说，物镜36也能利用衍射镜头结构，校正通过衍射镜头结构的激光束的波阵面像差。物镜36也能够利用非球面镜头外形校正通过非衍射镜头区域的激光束的波阵面像差。总体上，激光束能够具有好的波阵面的聚焦。也就是，物镜36关于第二光盘和第一光盘都能够在具好的波阵面的条件下对激光束聚焦。
(3-2)具有衍射镜头结构的光学镜头
具有衍射镜头结构的光学镜头39将描述如下。光学镜头39是不同于具有所述衍射镜头结构的物镜36的镜头。
图13展示了具有衍射镜头结构的光学镜头39的平面图。图14展示了同一光学镜头39的剖视图。
如图13和14所示，光学镜头39包含位于光学镜头39的第二光盘有效区域的内部区域上的衍射镜头结构。该衍射镜头结构的形成是为了在具好的波阵面的条件下聚焦相应的激光束到第一光盘和第二光盘的记录表面。
光学镜头39和物镜36的组合装置将有如上面对物镜36所述的相同的像表面位置和相同的衍射镜头结构的外形。因此详细的描述在此省略。
(4)改进的实例
上面描述的实施例描述了物体镜头36或光学镜头39包含形成于其第一表面的衍射镜头结构。然而，物镜36或光学镜头39，也可能包含形成于其第二表面的衍射镜头结构。
所述实施例也描述了能够再现(记录)第一光盘和第二光盘两种类型光盘的信息再现(记录)装置，用于该装置的光学拾取器、和光学单元。然而本发明，也能够适用于再现(记录)两种以上类型光盘的信息再现(记录)装置，用于装置内的光学拾取器、及光学单元。
在这种情况下，光学单元中的衍射镜头结构形成于对于每个光盘所需的有效直径中的第二大有效直径之内的区域。例如，相应于三种类型光盘的光学单元，将包括下面的情形：(i)衍射镜头结构按照如下方式形成：衍射镜头结构的最外面部分位于对应于需要第二大有效直径的第二光盘的有效区域(第二盘有效区域)与对应于需要第三大有效直径的第三种光盘的有效区域(第三种盘有效区域)之间(图15A)；(ii)衍射镜头结构形成于等同与第三种光盘的有效区域的区域上(图15B)；(iii)衍射镜头结构形成在第三种光盘有效区域内部(图15C)。
在这种情形下，像表面位置和衍射镜头结构可以通过满足所述实施例中第一光盘和第二光盘的条件来确定。
本发明不局限于所述的实施例，能够进行各种改变或修改而不偏离所附权利要求中定义的发明范围。
(实例)
(1)实例1
实例1涉及到用于DVD/CD兼容再现(记录)装置的具有衍射镜头结构的物镜。
表1概括了对DVD和CD的设计条件(焦点长度，镜头数值孔径，激光束波长，设计衍射阶)。
根据所述设计条件，相位方程被确定以校正用于DVD和CD的激光束的波阵面像差。表2概括了由所述方程(1)定义的相位方程中的相位系数dn。
在相位方程被每个整数倍相位划分处，高度h被确定。然后相位跳跃被设定，以为在每个高度处提供对应于一个波长(650nm)的光程差，来设计衍射镜头结构。表3概括了衍射镜头结构的设计值(跳跃直径和光程差)。
然后形成具所述设计值的衍射镜头结构的物镜。图16A展示了物镜的平面图。图16B展示了同一物镜的剖视图。如图16A和16B所示，衍射镜头结构形成于距光轴1.110mm的区域内，其位于由对应于高度1.5mm的CD有效直径所定义的区域内。衍射镜头结构在环行区域间有六个相位跳跃。衍射镜头区域的有效直径是CD有效直径的74.0％。包含在衍射镜头中的多个相位跳跃间的距离随距光轴的高度增加而减小，并在从里面数第三个相位跳跃与第四个相位跳跃间达到最窄距离，从那里随高度增加而增大。
CD有效直径内的非衍射区域宽度为0.390mm，如表3所示，它大于衍射镜头结构中包含的多个相位跳跃间的任意距离。
表4概括了其它设计结果之一，物镜的近轴数据。表5展示了非球面系数。
在表4所示表面序号中，数字1(in)代表了物镜的第一表面上的衍射镜头区域的肉眼可见的非球面表面。数字1(out)代表了包含在物镜第一表面上的非衍射区域的表面。数字2代表物镜的第二表面。数字3代表了光盘(DVD，CD)的第一表面。数字4代表了光盘的第二表面。
表5中所示的非球面系数是在下面方程(方程(2))定义的非球面方程里的系数。非球面方程里的r是近轴曲率半径(在h＝0处的曲率半径)，特别地，是近轴数据中的每个表面的曲率半径，其展示在表4中。如图17所示，非球面方程里的h代表了高度，x是垂度量(sag amount)代表了按光轴方向，从非球表面顶点的切线到镜头表面的距离。
[方程(2)]
x = h 2 / r 1 + 1 - ( 1 + cc ) · h 2 / r 2 + Σ i = 2 A 2 i · h 2 i
图18A至18H展示了纵向球面像差曲线，波阵面像差曲线，对用由上面形成的物镜聚焦的激光束来讲的CD光点形状。图18A展示了对DVD由相位方程方法计算得到的纵向球面像差曲线。图18B展示了对CD由相位方程方法计算得到的纵向球面像差曲线。图18C展示了对DVD由相位方程方法计算得到的波阵面像差曲线。图18D展示了对CD由相位方程方法计算得到的波阵面像差曲线。图18E展示了对DVD考虑到平均相位跳跃偏差的实际波阵面像差曲线。图18F展示了对CD考虑到平均相位跳跃偏差的实际波阵面像差曲线。应当指出，由相位跳跃造成的相移，其为波长的整数倍，从这些波阵面像差中扣除。图18G和18H展示了对CD来说，由这种物镜聚焦的光点形状。
如图18A至18H所示，DVD仅有很少纵向球面像差或波阵面像差，且有好的波阵面像差量为0.0006λrms。CD在非衍射镜头区域有一些纵向球面像差和波阵面像差，但是有好的波阵面像差量为0.0425λrms，它充分低于由于衍射而受限的品质的标准值0.07λrms。由相位跳跃导致的相差设定在650nm，其低于CD的再现波长780nm。CD的实际波阵面像差因此在衍射区域存在锯齿波形像差。实际波阵面像差为0.0434λrms，其小于由于衍射而受限的品质的标准值。由实际波阵面像差形状计算得到的CD光点形状，不考虑一些残差，展示了与专用于CD的普通物镜聚焦形成的光点几乎一样的光点尺寸与旁波瓣。由于响应像差而使strehl比减小，使光束的使用效率有些下降。然而，根据本例的镜头，在再现CD过程时strehl比为92.8％，这几乎不是问题。位于CD有效直径外的任意光束将因为像差而产生眩光漫射(flarediffusion)，因此不影响CD的再现。
(2)实例2
实例2涉及到用于DVD/CD兼容再现(记录)装置内具有衍射镜头结构的物镜。
实例2中的物镜包括衍射镜头结构，其基于实例1中衍射镜头结构的设计结果除去最外面的环行区域形成。在衍射镜头区域与非衍射镜头区域间的相位匹配可以通过形成相位跳跃来得到，该相位跳跃一般对应于两个波长相差的最外面。
DVD和CD的设计条件，和相位方程中用于校正波阵面像差的相位系数dn，与实例1中的是一样的。表6概括了对除去了最外面环行区域的衍射镜头结构的设计值。表7和8分别概括了物镜的近轴数据和非球面系数。
图19A展示了如上面所设计的具有衍射镜头结构的物镜的平面图。图19B展示了同一物镜的剖视图。如图19A和19B所示，衍射镜头结构形成位于具光轴0.955mm的区域内部，其位于对应于高度1.5mm的CD有效直径所定义的区域内部。衍射镜头结构在环行区域间有五个相位跳跃。衍射镜头区域的有效直径是CD有效直径的63.7％。包含在衍射镜头中的多个相位跳跃间的距离随距光轴的高度增加而减小，并在从里面数第三个相位跳跃与第四个相位跳跃间达到最窄距离，从那里随高度增加而增大。
位于CD有效直径内的非衍射区域宽度为0.545mm，如表6所示，它大于衍射镜头结构中包含的多个相位跳跃间的任意距离。
图20A至20H展示了纵向球面像差曲线，波阵面像差曲线，对激光束用由上面形成的物镜聚焦的CD光点形状。图20A展示了对DVD由相位方程方法计算得到的纵向球面像差曲线。图20B展示了对CD由相位方程方法计算得到的纵向球面像差曲线。图20C展示了对DVD由相位方程方法计算得到的波阵面像差曲线。图20D展示了对CD由相位方程方法计算得到的波阵面像差曲线。图20E展示了对DVD考虑到平均相位跳跃偏差的实际波阵面像差曲线。图20F展示了对CD考虑到平均相位跳跃偏差的实际波阵面像差曲线。应当指出，由相位跳跃造成的相移，其为波长的整数倍，从这些波阵面像差中扣除。图20G和20H展示了对CD来说，由这种物镜聚焦的光点形状。
如图20A至20H所示，DVD仅有很少纵向球面像差或波阵面像差，且有好的波阵面像差量为0.0005λrms。CD在非衍射镜头区域有一些纵向球面像差和波阵面像差，但仅有有限的波阵面像差量为0.0603λrms，它充分低于由于衍射而受限的品质的标准值0.07λrms。由相位跳跃导致的相差设定在650nm，其低于CD的再现波长780nm。CD的实际波阵面像差因此在衍射区域存在锯齿波形像差。实际波阵面像差为0.0704λrms，其稍微高于由于衍射而受限的品质的标准值。然而这样的锯齿波形像差，几乎不影响光点形状。由实际波阵面像差形状计算得到的CD光点形状，不考虑大的残差，展示了与专用于CD的普通物镜聚焦形成的光点几乎一样的光点形状。由于响应像差而使strehl比减小，使光束的使用效率有些下降。然而，根据本例的镜头，在再现CD过程时strehl比为82.5％，这几乎不是问题。位于CD有效直径外的任意光束将因为像差而产生眩光漫射(flare diffusion)，因此不影响CD的再现。
实例2校正了实例1中所需的第6个相位跳跃，得到的结果是对CD计算出了更多的像差。但是，实例2能够与专用于CD的普通物镜聚集几乎一样的光点形状。可接受的残留像差允许更少的相位跳跃，这能够提供更加优选的衍射镜头结构。
(3)实例3
实例3涉及到用于蓝线(Blu-ray)光盘/DVD兼容再现(记录)装置的具有衍射镜头结构的物镜。
表9概括了蓝线光盘与DVD的设计条件。
根据所述的设计条件，相位方程被确定以校正用于蓝线光盘与DVD的激光束的波阵面像差。表10概括了由所述方程(1)定义的相位方程中的相位系数dn。
在相位方程被每个整数倍相位标出处的高度h被确定。相位跳跃被设定以在每个高度处提供对应于一个波长(407nm)的光程差来设计衍射镜头结构。表11概括了衍射镜头结构的设计值(跳跃直径和光程差)。
然后形成具所述设计值的衍射镜头结构的物镜。图21A展示了物镜的平面图。图21B展示了同一物镜的剖视图。如图16A和16B所示，衍射镜头结构形成于距光轴0.953mm的区域内，其位于由对应于高度1.13mm的DVD有效直径所定义的区域内部。衍射镜头结构在环行区域间有14个相位跳跃。衍射镜头区域的有效直径是DVD有效直径的84.3％。包含在衍射镜头中的多个相位跳跃间的距离随距光轴的高度增加而减小，并在从里面数第八个相位跳跃与第九个相位跳跃间达到最窄距离，从那里随高度增加而增大。
在DVD有效直径内的非衍射区域宽度为0.177mm，如表9所示，它大于衍射镜头结构中包含的多个相位跳跃间的任意距离。
表12概括了其它设计结果之一，物镜的近轴数据。表13展示了非球面系数。近轴数据和非球面系数能够与例1内的同样方式看待。
图22A至22H展示了纵向球面像差曲线，波阵面像差曲线，对激光束用由上面形成的物镜聚焦的DVD光点形状。图22A展示了对蓝线光盘由相位方程方法计算得到的纵向球面像差曲线。图22B展示了对DVD由相位方程方法计算得到的纵向球面像差曲线。图22C展示了对蓝线光盘由相位方程方法计算得到的波阵面像差曲线。图22D展示了对DVD由相位方程方法计算得到的波阵面像差曲线。图22E展示了对蓝线光盘考虑到平均相位跳跃偏差的实际波阵面像差曲线。图22F展示了对DVD考虑到平均相位跳跃偏差的实际波阵面像差曲线。应当指出，由相位跳跃造成的相移，其为波长的整数倍，从这些波阵面像差中扣除。图22G和22H展示了对DVD由这种物镜聚焦的光点形状。
如图22A至22H所示，蓝线光盘仅有很少纵向球面像差或波阵面像差，且有较好的波阵面像差量为0.0057λrms。DVD在非衍射镜头区域有一些纵向球面像差和波阵面像差，且波阵面像差量为0.0780λrms，高于由于衍射而受限的品质的标准值0.07λrms。由相位跳跃导致的相差设定在407nm，其低于DVD的再现波长650nm。DVD的实际波阵面像差因此在衍射区域存在锯齿波形像差。实际波阵面像差为0.109λrms，其大大高于由于衍射而受限的品质的标准值。但是这样的锯齿波形像差，几乎不会影响光点形状。由实际波阵面像差形状计算得到的DVD光点形状，不考虑大的残差，展示了与专用于DVD的普通物镜聚焦形成的光点几乎一样的光点尺寸与旁波瓣。由于响应像差而使strehl比减小，使光束的使用效率有些下降。然而，根据本例的镜头，在再现DVD过程时strehl比为61.5％，这几乎不是问题。位于DVD有效直径外的任意光束将因为像差而产生眩光漫射，因此不影响DVD的再现。
如图21A和21B所示，物镜横截面的所有镜头边缘角都是大于90度的钝角，因此不会将物镜固定在模具上。
如表9中所示，用波长为407nm的激光束再现光盘(蓝线光盘)需要用于再现(记录)的数值孔径为0.85。为与DVD兼容，光盘需要使用单个镜头的物镜，其提供更长的工作距离(镜头与光盘间的空间)。物镜不应用树脂制成，因其随温度的变化而显著的改变镜头特征。镜头通常用玻璃制成，因其的随温度的变化只轻微的改变镜头特征。本例因此采用玻璃制成的物镜。玻璃浇铸的模具一般硬度更高，也更难使用。而且当模具有锐边缘角和精细结构时，镜头将由于模具与玻璃之间的热膨胀系数差异而损坏模具。如上所述，按照衍射镜头结构有少数环行区域和每个环行区域的相位跳跃边缘都是钝角这种设计形成物镜，可以得到很大的效果。
换句话说，本发明能够应用于兼容信息再现(记录)装置，这些装置能够再现需要高数值孔径的光盘(蓝线光盘)，因此提供了更多有益的操作优点。
从图23A至23C，根据镜头表面倾角与相位跳跃间距离的关系，优点也是显而易见的。
特别地，如图23A所示，衍射镜头结构不是位于有较大镜头倾斜角的区域(其在具光轴1mm的以外)，并且相位跳跃间的距离是相对粗略的形成的并至少有0.05mm。模具因此能够相对容易的分离。图23B展示了镜头倾角的定义。图23C展示了相位跳跃间的距离定义。
实例3中的镜头设计为对蓝线光盘和DVD都是衍射阶为1。这导致对DVD有较大残留锯齿波形像差，大小为0.109λ。通过设定相位跳跃处的相差在407nm和650nm之间以平衡蓝线光盘与DVD残余锯齿波形像差，能够得到更少的光强度损失。
图24A和24B展示了基于第三个例子中的镜头的实际波阵面像差，并且修改在相位跳跃处产生的相差量为一个波长518nm。图24A展示了对蓝线光盘的实际波阵面像差。图24B展示了对DVD的实际波阵面像差。这样设定相差量能够对蓝线光盘或DVD都提供残余像差为0.07λ或更少。但是，无法对两者都提供像差值为0.05λ或更少。
锯齿波形像差能够通过设定对蓝线光盘的设计衍射阶为2及对DVD的设计衍射阶为1而减少。图25A和25B展示了对蓝线光盘的设计衍射阶为2和对DVD的设计衍射阶为1及在相位跳跃处产生的相差设定为两个波长(2×407nm)的镜头的实际波阵面像差。图25A展示了对蓝线光盘的实际波阵面像差。图25B展示了对DVD的实际波阵面像差。相位跳跃处产生的相差恰好是蓝线光盘的再现波长的整数倍。对蓝线光盘的实际波阵面相差因此能够达到充分小的值0.0039λrms。对于DVD的再现波长，相位跳跃处产生的稍微大于650nm的相差导致锯齿波形像差残留在DVD的实际波阵面像差内。然而，相位跳跃的偏移量小于实例3的值，因此使得提供残留像差为0.0513λrms或更小成为可能。相位跳跃量也能够调节以平衡蓝线光盘和DVD的残留像差，以对二者提供0.05λrms或更小的波阵面像差。
图26展示了所述镜头的相位方程曲线，该镜头设计为对蓝线光盘的设计衍射阶为2及对DVD的设计衍射阶为1。该相位方程在衍射镜头区域内单调递减。衍射镜头结构因此按这种方式形成，即每个环行区域被打磨(blaze)以使其在镜头上而不是肉眼可视的非球面表面上向外径向地减小厚度。衍射镜头结构也被形成，以使相位跳跃的方式为：物镜的厚度在相位方程Φ被每个整数倍相位划分的高度处增大。这样形成的衍射镜头结构在环行区域间的相位跳跃的边缘有锐角，如同图12中的放大图所示的传统实例。相位方程将有更陡的斜面并且衍射镜头结构需要32个相位跳跃。换句话说，对蓝线光盘的设计衍射阶为2和对DVD的设计衍射阶为1能够减小锯齿波形像差，但是会在环行区域间的相位跳跃边缘产生锐角，并且需要更多的环行区域，因此存在与传统衍射镜头结构一样的缺点。对蓝线光盘和DVD的兼容再现(记录)装置因此能够通过有意的接受实例3中所述的0.05λrms到0.13λrms的残留像差而得到，以显著的改善传统衍射镜头结构的缺点。
应当理解，这里描述的发明的实施例的各种选择在实践本发明时可能会用到。因此，下面的权利声明试图定义发明的范围，在这些权利声明范围内的方法和结构，及代替的等价物。
表1
    DVD     CD
焦点长度(mm)     3.30     3.34
镜头数值孔径     0.60     0.45
激光束波长(nm)     650     780
设计衍射阶段     1     1
表2
    系数名称     第一表面的内部区域
    d2     4.599480E-03
    d4     -1.042190E-03
    d6     -1.106420E-04
    d6     1.248550E-05
    d10     -4.116700E-06
设计波长为650nm
表3
    跳跃直径     跳跃距离     光程差
    0.382     1λ
    0.552     0.170     1λ
    0.692     0.140     1λ
    0.822     0.130     1λ
    0.955     0.133     1λ
    1.110     0.155     1λ
λ＝650nm
表4
表面序号 曲率直径     中间厚度(DVD)     中间厚度(CD)     折射指数(DVD)     折射指数(CD) 范围
    1(in)     1.9421500     2.2000000     ←     1.5232450     1.5197300     0≤h≤1.110
    1(out)     2.0082000     2.1925480     ←     1.5232450     1.5197300     1.110＜h≤2.000
    2     -7.6289000     1.6801200     1.3372030     1.0000000     ←
    3     ∞     0.6000000     1.2000000     1.5803220     1.5740810
    4     ∞     0.0000000     ←     1.0000000     ←
表5
    系数名称   第一表面内部区域   第一表面外部区域   第二表面
    CC   -3.178780E-01   -2.488700E-01   -4.217600E+01
    A4   -5.289300E-03   -3.586500E-03   7.582100E-03
    A6   -8.226690E-04   -6.067000E-04   -1.589600E-04
    A8   -2.147930E-06   -7.845500E-06   -3.090400E-04
    A10   -3.552780E-05   -3.037700E-05   1.469600E-04
表6
    跳跃直径     跳跃距离     光程差
    0.382     1λ
    0.552     0.170     1λ
    0.692     0.140     1λ
    0.822     0.130     1λ
    0.955     0.133     2λ
λ＝650nm
表7
表面序号 曲率半径 中间厚度(DVD) 中间厚度(CD) 折射指数(DVD) 折射指数(CD) 范围
    1(in)     1.9421500     2.2000000     ←     1.5232450     1.5197300     0≤h≤0.955
    1(out)     2.0082000     2.1925480     ←     1.5232450     1.5197300     0.955＜h≤2.000
    2     -7.6289000     1.6801200     1.3372030     1.0000000     ←
    3     ∞     0.6000000     1.2000000     1.5803220     1.5740810
    4     ∞     0.0000000     ←     1.0000000     ←
表8
    系数名称   第一表面内部区域   第一表面外部区域     第二表面
    CC   -3.178780E-01   -2.488700E-01     -4.217600E+01
    A4   -5.289300E-03   -3.586500E-03     7.582100E-03
    A6   -8.226690E-04   -6.067000E-04     -1.589600E-04
    A8   -2.147930E-06   -7.845500E-06     -3.090400E-04
    A10   -3.552780E-05   -3.037700E-05     1.469600E-04
表9
    Blu-ray     DVD
    焦点长度[mm]     1.76     1.92
镜头数值孔径     0.85     0.60
    激光束波长[nm]     407     650
设计衍射阶     1     1
表10
    系数名称     第一表面内部
    d2     9.310120E-03
    d4     -2.507680E-03
    d6     -1.035090E-03
    d8     3.799510E-04
    d10     -2.811260E-04
设计波长是407nm
表11
No. 跳跃直径 跳跃距离 光程差
    1     0.210     1λ
    2     0.299     0.089     1λ
    3     0.369     0.070     1λ
    4     0.430     0.061     1λ
    5     0.484     0.054     1λ
    6     0.536     0.052     1λ
    7     0.584     0.048     1λ
    8     0.632     0.048     1λ
    9     0.678     0.046     1λ
    10     0.725     0.047     1λ
    11     0.773     0.048     1λ
    12     0.824     0.051     1λ
    13     0.881     0.057     1λ
    14     0.953     0.072     1λ
λ＝407nm
表12
  表面序号     曲率半径   中间厚度(Blu-ray)     中间厚度(DVD)   反射指数(Blu-ray)     反射指数(DVD)     范围
  1(in)     1.2445000   1.9000000     ←   1.7097600     1.6670840     0≤h≤0.953
  1(out)     1.2831700   1.8919780     ←   1.7097600     1.6670840     0.953＜h≤2.000
  2     -18.3470000   0.6210030     0.4311430   1.0000000     ←
  3     ∞   0.1000000     0.6000000   1.6183860     1.5803220
  4     ∞   0.0000000     ←   1.0000000     ←
表13
    系数名称     第一表面内部区域     第一表面外部区域     第二表面
    CC     -7.491330E-01     -7.909760E-01     1.423400E+00
    A4     1.677610E-02     2.275960E-02     1.940200E-01
    A6     2.098220E-03     4.562020E-03     -2.397400E-01
    A8     6.838670E-03     5.554710E-03     2.935300E-02
    A10     -1.142260E-02     -9.369080E-03     5.754100E-01
    A12     1.435640E-02     1.252750E-02     -1.283000E+00
    A14     -1.119060E-02     -9.712710E-03     1.437300E+00
    A16     5.158720E-03     4.419760E-03     -9.190200E-01
    A18     -1.281800E-03     -1.063630E-03     3.190200E-01
    A20     1.289280E-04     1.016190E-04     -4.678800E-02

Claims (21)

1.一种光学拾取器(3，3A，3B)包括：
光源(31，32)，用于发出有不同波长的多种激光束；和
物镜(36，36a)，用于聚焦所述光源发出的激光束到多种类型信息记录媒体的记录表面，其特征在于
在所述的激光束的光路上所提供的衍射镜头结构，所述结构包括被多个相位跳跃分隔开的环行区域以校正所述激光束的球面像差，
所述衍射镜头结构最外面相位跳跃的直径小于为再现所述多种类型信息记录媒体而必需的有效直径中的第二大有效直径。
2.如权利要求1所述的光学拾取器(3，3A，3B)，其中
在再现所述不同于那种为再现需要最大有效直径的信息记录媒体的多种类型中的至少一种信息记录媒体的过程中，通过所述衍射镜头结构的再现激光束的焦点，位于位置(i)和位置(ii)之间，该位置(i)是光轴遇到所述通过相应于为再现所述信息记录媒体所需的有效直径高度的激光束的位置，该位置(ii)是光轴遇到通过位于所述最外面相位跳跃的外部区域最里面部分的激光束的位置。
3.如权利要求1或2所述的光学拾取器(3，3A，3B)，其中
位于所述最外面相位跳跃的外部及所述多个有效直径的第二大有效直径之内的非衍射区域的宽度，宽于包括在所述衍射镜头结构中的多个相位跳跃间的距离。
4.如权利要求1或2所述的光学拾取器(3，3A，3B)，其中
所述衍射镜头结构包括多个相位跳跃，它们之间的距离随距光轴附近的高度增加先减小再增大。
5.如权利要求1或2所述的光学拾取器(3，3A，3B)，其中
在再现至少一种信息记录媒体的过程中，波阵面像差的rms值W达到
0.05λrms＜W＜0.13λrms。
6.如权利要求1或2所述的光学拾取器(3，3A，3B)，其中
所述衍射镜头结构包括在多个环行区域间的相位跳跃的边缘上的钝角。
7.如权利要求1或2所述的光学拾取器(3，3A，3B)，其中
所述衍射镜头结构形成在所述物镜(36，36a)的镜头表面上。
8.如权利要求1或2所述的光学拾取器(3，3A，3B)，其中
所述衍射镜头结构形成在不同于所述物镜(36，36a)的镜头表面上。
9.如权利要求1或2所述的光学拾取器(3，3A，3B)，其中
所述光源(31，32)发出至少在407nm附近波长的激光束。
10.如权利要求1或2所述的光学拾取器(3，3A，3B)，其中
所述光源(31，32)进一步发出波长在650nm附近的激光束。
11.一种光学单元，用于校正将多种含不同波长的激光束通过物镜(36，36a)，聚焦到多种类型的信息记录媒体的记录表面过程中产生的波阵面像差，包括
包含被多个相位跳跃分隔开的环行区域的衍射镜头结构，
其特征在于
所述衍射镜头结构的最外面相位跳跃的直径小于再现所述多种类型信息记录媒体所需的有效直径中的第二大有效直径。
12.如权利要求11所述的光学单元，其中
在再现所述不同于那种为再现需要最大有效直径的信息记录媒体的多种类型中的至少一种信息记录媒体的过程中，通过所述衍射镜头结构的再现激光束的焦点，位于位置(i)和位置(ii)之间，该位置(i)是光轴遇到所述通过相应于为再现所述信息记录媒体所需的有效直径高度的激光束的位置，该位置(ii)是光轴遇到通过位于所述最外面相位跳跃的外部区域最里面部分的激光束的位置。
13.如权利要求11或12所述的光学单元，其中
位于所述最外面相位跳跃的外部及所述多个有效直径的第二大有效直径之内的非衍射区域的宽度，宽于包括在所述衍射镜头结构中的多个相位跳跃间的距离。
14.如权利要求11或12所述的光学单元，其中
所述衍射镜头结构包括多个相位跳跃，它们之间的距离随距光轴附近的高度增加先减小再增大。
15.如权利要求11或12所述的光学单元，其中
在再现至少一种信息记录媒体的过程中，波阵面像差的rms值W达到
0.05λrms＜W＜0.13λrms。
16.如权利要求11或12所述的光学单元，其中
所述衍射镜头结构包括在多个环行区域间的相位跳跃的边缘上的钝角。
17.如权利要求11或12所述的光学单元，其中所述光学单元包括整合的物镜(36，36a)单元。
18.如权利要求11或12所述的光学单元，其中
所述衍射镜头结构形成在平面镜头的底层。
19.如权利要求11或12所述的光学单元，其中所述光学单元校正关于波长至少在407nm附近的激光束的所述波阵面像差。
20.如权利要求19所述的光学单元，其中
所述光学单元进一步校正关于波长在650nm附近的激光束的所述波阵面像差。
21.一种信息再现装置(1)，用于再现用具不同波长的多种激光束再现的多种信息记录媒体，包括
如权利要求1至10任意一项所述的光学拾取器(3，3A，3B)。
CNB2004100422546A 2003-05-09 2004-05-09 光学拾取器，光学单元和信息再现装置 Expired - Fee Related CN1312684C (zh)

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP131262/2003 2003-05-09
JP2003131262 2003-05-09
JP2004012270A JP4338534B2 (ja) 2003-05-09 2004-01-20 光ピックアップ、光学部材及び情報再生装置
JP12270/2004 2004-01-20

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN1551156A true CN1551156A (zh) 2004-12-01
CN1312684C CN1312684C (zh) 2007-04-25

Family

ID=33422119

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CNB2004100422546A Expired - Fee Related CN1312684C (zh) 2003-05-09 2004-05-09 光学拾取器，光学单元和信息再现装置

Country Status (3)

Country Link
US (1) US7468942B2 (zh)
JP (1) JP4338534B2 (zh)
CN (1) CN1312684C (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102034504A (zh) * 2009-10-07 2011-04-27 三洋电机株式会社 物镜和光拾取装置

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005071424A (ja) * 2003-08-28 2005-03-17 Pioneer Electronic Corp 収差補正装置および光学式記録媒体再生装置
JP2005293765A (ja) * 2004-04-02 2005-10-20 Konica Minolta Opto Inc 光ピックアップ装置
TWI394152B (zh) * 2007-07-30 2013-04-21 Sony Corp Objective lens, optical read / write head and optical disc device
WO2011033785A1 (ja) * 2009-09-17 2011-03-24 パナソニック株式会社 光学素子及びそれを用いた光ピックアップ装置
WO2011033789A1 (ja) * 2009-09-17 2011-03-24 パナソニック株式会社 対物レンズ素子
JP2013033576A (ja) * 2010-09-29 2013-02-14 Panasonic Corp 対物レンズ素子、光ピックアップ装置
WO2013077071A1 (ja) * 2011-11-21 2013-05-30 コニカミノルタ株式会社 光ピックアップ装置用の対物レンズ、光ピックアップ装置及び光情報記録再生装置

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH117652A (ja) * 1997-06-17 1999-01-12 Sony Corp 光学記録媒体のドライブ装置
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
JP3689266B2 (ja) 1998-06-26 2005-08-31 ペンタックス株式会社 光ヘッド用対物レンズ
MY117429A (en) 1998-06-26 2004-06-30 Hoya Corp Objective lens for optical pick-up
JP2000163787A (ja) * 1998-10-23 2000-06-16 Samsung Electronics Co Ltd 互換型光ピックアップ装置
JP2000260056A (ja) 1999-01-08 2000-09-22 Asahi Optical Co Ltd 複合対物レンズ，球面収差補正素子及び光情報記録再生装置
JP3794229B2 (ja) 1999-01-22 2006-07-05 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、この光ピックアップ装置を備えた記録再生装置、情報の記録再生方法、及び光ピックアップ装置用対物レンズ
ATE441183T1 (de) 1999-01-22 2009-09-15 Konica Minolta Opto Inc Optische abtastvorrichtung, mit der optischen abtastvorrichtung versehenes aufnahme/wiedergabegerät, optisches element und verfahren zur datenaufnahme/wiedergabe
JP2001093179A (ja) * 1999-09-21 2001-04-06 Pioneer Electronic Corp 光ピックアップ
CN1221956C (zh) * 1999-11-18 2005-10-05 柯尼卡株式会社 光拾取装置及物镜
JP4070941B2 (ja) * 2000-08-04 2008-04-02 ペンタックス株式会社 光ヘッド用対物レンズ
JP4587418B2 (ja) * 2000-09-27 2010-11-24 キヤノン株式会社 回折光学素子及び該回折光学素子を有する光学系
JP4595184B2 (ja) * 2000-10-02 2010-12-08 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及び対物レンズ
TWI239520B (en) * 2001-10-12 2005-09-11 Konica Corp Objective lens, optical element, optical pick-up apparatus and optical information recording and/or reproducing apparatus equipped therewith
TW200502670A (en) * 2002-11-21 2005-01-16 Konica Minolta Holdings Inc Objective lens, optical system and optical pickup apparatus

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102034504A (zh) * 2009-10-07 2011-04-27 三洋电机株式会社 物镜和光拾取装置

Also Published As

Publication number Publication date
JP2004362732A (ja) 2004-12-24
JP4338534B2 (ja) 2009-10-07
US20040223442A1 (en) 2004-11-11
US7468942B2 (en) 2008-12-23
CN1312684C (zh) 2007-04-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN1136562C (zh) 光学拾取装置的光学系统
CN1259659C (zh) 记录再生用光学系统、物镜和拾光装置
CN100337278C (zh) 光学元件、透镜、光头、光学信息装置及采用其的系统
CN1209763C (zh) 光学拾取装置、复合物镜和球差矫正元件
CN1961365A (zh) 多焦点物镜、光拾取装置以及光信息记录再生装置
CN1942947A (zh) 物镜光学系统、光拾取装置以及光学信息记录再生装置
CN1906679A (zh) 物镜光学系统、光拾取装置以及光信息记录再生装置
CN1380565A (zh) 物镜、光拾取器装置及信息记录再生方法
CN1252703C (zh) 光学读出装置和物镜
CN1183527C (zh) 光学头装置
CN1942946A (zh) 物镜、光拾取装置及光信息记录再生装置
CN1434440A (zh) 用于对光信息记录媒体记录和再生的聚光系统、拾光装置
CN1551156A (zh) 光学拾取器，光学单元和信息再现装置
CN1697046A (zh) 波长选择元件、物镜光学系统、光拾取和光盘驱动装置
CN1910671A (zh) 光拾取装置用对物光学系统、光拾取装置以及光信息记录再生装置
CN1782747A (zh) 带相位补偿板的激光头物镜及使用它的激光头装置
CN1189878C (zh) 物镜及光拾取器装置
CN1910670A (zh) 对物光学元件以及光拾取装置
CN1606076A (zh) 激光功率控制装置和方法、光盘装置和记录方法
CN1581320A (zh) 光拾取装置
CN1147845C (zh) 光学拾取装置、记录/再现装置以及聚光系统和耦合透镜
CN1420377A (zh) 物镜及拾光装置
CN1428623A (zh) 光拾波装置和光学元件
CN1501113A (zh) 用于光拾取装置的光学系统
CN1619347A (zh) 用于光盘的物镜单元及结合该单元的光头器件

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
C56 Change in the name or address of the patentee
CP01 Change in the name or title of a patent holder

Address after: Tokyo, Japan, Japan

Co-patentee after: HOYA Corporation

Patentee after: Nippon Pioneer Co., Ltd.

Address before: Tokyo, Japan, Japan

Co-patentee before: Pentax Co., Ltd.

Patentee before: Nippon Pioneer Co., Ltd.

ASS Succession or assignment of patent right

Free format text: FORMER OWNER: HOYA CORP.

C41 Transfer of patent application or patent right or utility model
TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20110623

Address after: Tokyo, Japan, Japan

Patentee after: Nippon Pioneer Co., Ltd.

Address before: Tokyo, Japan, Japan

Co-patentee before: HOYA Corporation

Patentee before: Nippon Pioneer Co., Ltd.

C17 Cessation of patent right
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20070425

Termination date: 20140509