專利名稱：光學(xué)拾像裝置的物鏡的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及裝在光盤(pán)裝置(optical disc apparatus)的光學(xué)拾像裝置(optical pick up)上的高數(shù)值孔徑(NA)的物鏡，該物鏡可以錄制/復(fù)制其覆蓋層具有不同厚度的多種光盤(pán)。本發(fā)明具體涉及在折射透鏡表面上形成衍射透鏡結(jié)構(gòu)的物鏡。
即，覆蓋層越厚，束點(diǎn)離光學(xué)拾像裝置越遠(yuǎn)。例如，因?yàn)榫o密盤(pán)(CD)的覆蓋層或CD-R的覆蓋層其厚度為1.2mm，而數(shù)字通用盤(pán)(DVD)覆蓋層的厚度為0.6mm，所以當(dāng)用CD或CD-R取代DVD時(shí)，要求光學(xué)拾像裝置將束點(diǎn)移離光學(xué)拾像裝置0.6mm(0.4mm室氣)。
雖然移動(dòng)物鏡時(shí)近軸束點(diǎn)移點(diǎn)。但覆蓋層厚度的變化使球差發(fā)生變化。如果在替換光盤(pán)時(shí)光學(xué)拾像裝置只移動(dòng)物鏡，則激光束的波前像差變壞，因此增大了束點(diǎn)直徑，這樣便妨礙光盤(pán)裝置復(fù)制CD上記錄的信息。例如，在從DVD上復(fù)制記錄的信息時(shí)物鏡被設(shè)計(jì)成盡量減小球差，而在用這種物鏡復(fù)制CD上的信息時(shí)，球差變得太大而不能復(fù)制信息，即使移動(dòng)物鏡，使束點(diǎn)與信息層重合。
因此，作為現(xiàn)有技術(shù)已知一種光學(xué)拾像裝置，該裝置可根據(jù)覆蓋層的厚度調(diào)節(jié)激光束進(jìn)入物鏡的狀態(tài)。
例如，日本專利公告No.平7-98431公開(kāi)這樣一光學(xué)拾像裝置。此公告所示的光學(xué)系統(tǒng)在物鏡的激光光源側(cè)應(yīng)用了全息透鏡，將激光光源的激光束分成零級(jí)平行衍射光束和一級(jí)發(fā)散衍射光束。該零級(jí)衍射光束用于覆蓋層較薄的光盤(pán)(即DVD)，而一級(jí)衍射光束用于覆蓋層較厚的光盤(pán)(即CD和CD-R)。當(dāng)全息透鏡被設(shè)計(jì)成可根據(jù)覆蓋層的厚度獲得最合適的激光束時(shí)，該公告的光學(xué)拾像裝置能對(duì)相應(yīng)的光盤(pán)形成有眼衍射的束點(diǎn)。
然而，因?yàn)樵摴娴墓鈱W(xué)拾像裝置總是將激光光源的激光分成零級(jí)和一級(jí)衍射光束，并且只能用其中一種光束來(lái)錄制/復(fù)制信息，所以使用光量的最大效率不超過(guò)40％。
另外，當(dāng)用其中一種衍射光束來(lái)錄制/復(fù)制信息時(shí)，另一衍射光束是不需要的光束，此光束增大了噪聲。
再則，DVD的記錄密度高于CD的密度，這要求DVD的光學(xué)拾像裝置形成比專用于CD的光學(xué)拾像裝置(以后稱作CD專用拾像裝置)更小的束點(diǎn)。因?yàn)槭c(diǎn)的直徑與激光束的波長(zhǎng)正相關(guān)，所以DVD的光學(xué)拾像裝置要求激光光源的振蕩波長(zhǎng)為635～665nm，此波長(zhǎng)短于CD專用拾像裝置的振蕩波長(zhǎng)(即780～830nm)。另一方面，CD-R的反射特性要求激光光源的振蕩波長(zhǎng)約為780nm。
因此，如公告所述，具有單一激光源的光學(xué)拾像裝置在采用發(fā)射振蕩波長(zhǎng)較短的激光束的激光光源時(shí)，它不能從CD-R復(fù)制信息。
發(fā)明的簡(jiǎn)要說(shuō)明因此，本發(fā)明的目的是提供一種光學(xué)拾像裝置的物鏡，該物鏡能夠記錄/復(fù)制在覆蓋層厚度不同的許多種光盤(pán)(例如CD,CD-R和DVD)上的信息。另外，本發(fā)明的目的旨在提供這樣的物鏡，該物鏡的光量使用效率高于如上述公告中公開(kāi)的常規(guī)光學(xué)拾像裝置的效率。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供一種光學(xué)拾取裝置的改進(jìn)物鏡，該物鏡包括具有正折射能力的折射透鏡和具有許多同心環(huán)形階梯的衍射透鏡結(jié)構(gòu)，該環(huán)形階梯形成在折射透鏡的至少一個(gè)透鏡表面上。該衍射透鏡的波長(zhǎng)依從關(guān)系使得同一衍射級(jí)次的至少兩個(gè)波長(zhǎng)不同的光束形成適合于至少兩種光盤(pán)的波前，這兩種光盤(pán)的覆蓋層厚度是不相同的。
即，預(yù)定級(jí)次的衍射光束在預(yù)定波長(zhǎng)形成適合于具有預(yù)定覆蓋層厚度的光盤(pán)的波前，而在不同的波長(zhǎng)形成適合于具有不同覆蓋層厚度的光盤(pán)的波前。
采用這種結(jié)構(gòu)，對(duì)應(yīng)于光盤(pán)覆蓋層厚度改變激光束的波長(zhǎng)可使預(yù)定級(jí)次的衍射光會(huì)聚在各個(gè)信息層上，形成適當(dāng)?shù)狞c(diǎn)。
另外，衍射透鏡結(jié)構(gòu)最好具有一種波長(zhǎng)依賴關(guān)系，使得短波長(zhǎng)衍射光形成適合于較薄覆蓋層光盤(pán)的波前，而長(zhǎng)波長(zhǎng)衍射光形成適合于較厚覆蓋層光盤(pán)的波前。尤其是，當(dāng)入射光波長(zhǎng)增加時(shí)，衍射透鏡結(jié)構(gòu)可以改變欠校正方向的球差。
如上所述，當(dāng)覆蓋層厚度增加時(shí)，球差在過(guò)校正方向變化。因此在較長(zhǎng)波長(zhǎng)激光光源用于覆蓋層較厚光盤(pán)，而較短波長(zhǎng)激光光源用于覆蓋層較薄光盤(pán)時(shí)，因覆蓋層厚度變化造成的球差變化可由上述波長(zhǎng)與衍射透鏡結(jié)構(gòu)的依賴關(guān)系校正。
由衍射透鏡結(jié)構(gòu)增加的附加光程長(zhǎng)度由以下光程差函數(shù)φ(h)表示Φ(h)=(P2h2+P4h4+P6h6+…)×λ式中，P2、P4、P6是第二、第四和第六級(jí)衍射系數(shù)，h是距光軸的高度，而λ是入射光波長(zhǎng)。
本發(fā)明的物鏡滿足以下條件(1)(1)-15＜Φ(h45)/λ-P2×(h45)2＜-7式中，h45是一點(diǎn)距光軸的高度，在該點(diǎn)，NA為0.45的光線與衍射透鏡結(jié)構(gòu)相交。
另外，折射透鏡和衍射透鏡結(jié)構(gòu)其總的縱向色差最好使得入射光波長(zhǎng)增加時(shí)后焦距增大。在這種情況下，最好滿足以下條件(2)(2)-0.8＜ΔCA/ΔSA＜-0.2式中，ΔCA是隨波長(zhǎng)的改變近軸焦點(diǎn)的移動(dòng)量，而ΔSA是隨波長(zhǎng)的改變邊緣光線球差的變化。
本發(fā)明物鏡的衍射透鏡結(jié)構(gòu)具有小的近軸放大率(paraxialpower)，最好滿足以下條件(3)(3)-0.020＜f/fD＜0.020式中，fD是衍射透鏡結(jié)構(gòu)的焦距，該焦距定義如下
fD=1/(-P2×2λ).
當(dāng)光盤(pán)包括至少兩種其覆蓋層厚度為1.2mm和0.6mm的光盤(pán)時(shí)，最好滿足以下條件(4)(4)0.75＜λ1/λ2＜0.87式中，λ1是覆蓋層厚度為0.6mm光盤(pán)的光波長(zhǎng)，而λ2是覆蓋層厚度為1.2mm光盤(pán)的光波長(zhǎng)。
再則，該衍射透鏡結(jié)構(gòu)在光軸附近的中心區(qū)域的閃耀波長(zhǎng)λB滿足條件λ1＜λB＜λ2，而且滿足以下條件(5)和(6)(5)0.87＜λB/λ2，(6)λB/λ1＜1.13.
衍射透鏡結(jié)構(gòu)在外周內(nèi)域的閃耀波長(zhǎng)比衍射透鏡結(jié)構(gòu)在中心區(qū)域的閃耀波長(zhǎng)λB短?；蛘邠Q一種方式說(shuō)，其上形成衍射透鏡結(jié)構(gòu)的透鏡表面的外周區(qū)域可以是沒(méi)有階梯的連續(xù)表面。外周區(qū)域被定義為一個(gè)區(qū)域，在此區(qū)域中距光軸的高度位于折射透鏡有效半徑的約85％～100％的范圍內(nèi)。應(yīng)當(dāng)注意到，可以在外周區(qū)域內(nèi)形成閃耀較短波長(zhǎng)的衍射透鏡結(jié)構(gòu)或形成對(duì)較短波長(zhǎng)區(qū)域補(bǔ)償球差的連續(xù)表面。
圖7是本發(fā)明第二實(shí)施例物鏡的透鏡示意圖，示出薄覆蓋層光盤(pán)的覆蓋層；圖8A、8B和8C是曲線圖，示出應(yīng)用薄覆蓋層光盤(pán)時(shí)第二實(shí)施例物鏡的各種像差；圖9是第二實(shí)施例物鏡的透鏡示意圖，示出厚覆蓋層光盤(pán)的覆蓋層；

圖10A、10B和10C是曲線圖，示出應(yīng)用厚覆蓋層光盤(pán)時(shí)第二實(shí)施例物鏡的各種像差；圖11是第三實(shí)施例物鏡的透鏡示意圖，示出薄覆蓋層光盤(pán)的覆蓋層；圖12A、12B和12C是曲線圖，示出應(yīng)用薄覆蓋層光盤(pán)時(shí)第三實(shí)施例物鏡的各種像差；圖13是第三實(shí)施例物鏡的透鏡示意圖，示出厚覆蓋層光盤(pán)的覆蓋層；圖14A、14B和14C是曲線圖，示出應(yīng)用厚覆蓋層光盤(pán)時(shí)第三實(shí)施例物鏡的各種像差；圖15是第四實(shí)施例物鏡的透鏡示意圖，示出薄覆蓋層光盤(pán)的覆蓋層；圖16A、16B和16C是曲線圖，示出應(yīng)用薄覆蓋層光盤(pán)時(shí)第四實(shí)施例物鏡的各種像差；圖17是第四實(shí)施例物鏡的透鏡示意圖，示出厚覆蓋層光盤(pán)的覆蓋層；圖18A、18B和18C是曲線圖，示出應(yīng)用厚覆蓋層光盤(pán)時(shí)第四實(shí)施例物鏡的各種像差；圖19是第五實(shí)施例物鏡的透鏡示意圖，示出薄覆蓋層光盤(pán)的覆蓋層；圖20A、20B和20C是曲線圖，示出應(yīng)用薄覆蓋層光盤(pán)時(shí)第五實(shí)施例物鏡的各種像差；圖21是第五實(shí)施例物鏡的透鏡示意圖，示出厚覆蓋層光盤(pán)的覆蓋層；圖22A、22B和22C是曲線圖，示出應(yīng)用厚覆蓋層光盤(pán)時(shí)第五實(shí)施例物鏡的各種像差；圖23是第六實(shí)施例物鏡的透鏡示意圖，示出薄覆蓋層光盤(pán)的覆蓋層；圖24A、24B和24C是曲線圖，示出應(yīng)用薄覆蓋層光盤(pán)時(shí)第五實(shí)施例物鏡的各種像差；圖25是第六實(shí)施例物鏡的透鏡示意圖，示出厚覆蓋層光盤(pán)的覆蓋層；圖26A、26B和26C是曲線圖，示出應(yīng)用厚覆蓋層光盤(pán)時(shí)第六實(shí)施例物鏡的各種像差。
圖27是曲線圖，示出衍射效率和波長(zhǎng)之間的關(guān)系。
物鏡10是雙凸塑料透鏡，具有第一和第二球面11和12。在物鏡10的第一球面上形成衍射透鏡結(jié)構(gòu)。該衍射透鏡結(jié)構(gòu)形成為極大數(shù)目的同心環(huán)，各個(gè)環(huán)具有楔形截面形狀，很類似于菲涅爾透鏡。相鄰環(huán)之間的邊界形成為階梯，產(chǎn)生預(yù)定光程差。
圖2示出其上裝有物鏡10的光學(xué)拾像裝置的光學(xué)系統(tǒng)。該光學(xué)系統(tǒng)包括DVD模件、CD模件、光束聯(lián)合器23、準(zhǔn)直透鏡24和物鏡10。各個(gè)模件21和22具有裝在共同基片上的半導(dǎo)體激光器和傳感器。物鏡10裝在焦點(diǎn)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)上，從而可調(diào)節(jié)對(duì)應(yīng)于光盤(pán)信息層位置的透鏡位置。
DVD是薄覆蓋層光盤(pán)。DVD覆蓋層的厚度為0.6mm。為在DVD上形成極細(xì)的束點(diǎn)，需要其波長(zhǎng)在635～665nm范圍內(nèi)的激光束。另一方面，CD-R和CD是厚覆蓋層光盤(pán)。CD～R或CD覆蓋層的厚度是1.2mm。CD-R由于其光譜反射率而要求約780nm的激光束。
因此DVD模件21的半導(dǎo)體激光器發(fā)射波長(zhǎng)為635nm或650nm的激光光束，而CD模件22的半導(dǎo)體激光器的發(fā)射波長(zhǎng)為780nm的激光光束。
由半導(dǎo)體激光器發(fā)射的激光光束經(jīng)覆蓋層D1(實(shí)線)或D2(虛線)會(huì)聚在信息層上。
當(dāng)應(yīng)用具有薄覆蓋層D1的薄覆蓋層光盤(pán)時(shí)，使DVD模件操作，發(fā)射激光束L1(實(shí)線)。該激光束經(jīng)薄覆蓋層D1會(huì)聚在薄覆蓋層光盤(pán)的信息層上。在使用具有厚覆蓋層D2的厚覆蓋層光盤(pán)時(shí)，使CD模件22操作，發(fā)射激光束L2(虛線)。該激光束L2經(jīng)厚覆蓋層D2會(huì)聚在厚覆蓋層光盤(pán)的信息層上。
衍射透鏡結(jié)構(gòu)具有這樣的波長(zhǎng)依賴關(guān)系，使得預(yù)定級(jí)次的衍射光(在實(shí)施例中為第一級(jí)衍射光)在波長(zhǎng)635nm或650nm處形成適合于薄覆蓋層光盤(pán)的波前，而在波長(zhǎng)780nm處形成適合于厚覆蓋層光盤(pán)的波前。在實(shí)施例中，衍射透鏡結(jié)構(gòu)所具有一種波長(zhǎng)依賴關(guān)系，使得當(dāng)入射光的波長(zhǎng)增加時(shí)球差在欠校正方向發(fā)生變化。
球差在過(guò)校正方向隨覆蓋層厚度的增加而變化。另外，衍射透鏡結(jié)構(gòu)使得在欠校正方向的球差隨入射激光束波長(zhǎng)的增加而變化。因?yàn)檩^長(zhǎng)波長(zhǎng)激光束用于厚覆蓋層光盤(pán)，而較短波長(zhǎng)激光束用薄覆蓋層光盤(pán)，所以由覆蓋層變化引起的球差變化可由因衍射透鏡結(jié)構(gòu)的波長(zhǎng)依從關(guān)系引起的球差變化補(bǔ)償。
由衍射透鏡結(jié)構(gòu)增加的附加光程長(zhǎng)度由以下光程差函數(shù)φ(h)表示Φ(h)=(P2h2+P4h4+P6h6+…)×λ式中，P2、P4和P6是第二、第四和第六級(jí)的系數(shù)，h是離光軸的高度，λ是入射光波長(zhǎng)。函數(shù)φ(h)代表一根未由光柵衍射的想像光線和一根由光柵衍射的經(jīng)衍射透鏡結(jié)構(gòu)上一個(gè)點(diǎn)的光線之間的光程差，該點(diǎn)距光軸的高度為h。在這一表達(dá)式中，二級(jí)系數(shù)P2的負(fù)值代表衍射透鏡結(jié)構(gòu)的正的近軸放大率(positive paraxial power)。當(dāng)?shù)谒募?jí)系數(shù)大于零時(shí)負(fù)放大率(negative power)隨離光軸距離的增加而增加。
衍射透鏡結(jié)構(gòu)的真實(shí)宏觀形狀像菲涅爾透鏡，具有許多同心環(huán)。真實(shí)的形狀由φ(h)減去λ×m(m是整數(shù))確定Φ′(h)=(MOD(P2h2+P4h4+…+C,1)-C)×λ3符號(hào)λB是閃耀波長(zhǎng)，在該波長(zhǎng)，光柵階梯給出一個(gè)波長(zhǎng)的光程差，衍射效率在閃耀波長(zhǎng)λB達(dá)到最大。符號(hào)C是常數(shù)，確定相鄰環(huán)(0≤C＜1)之間邊界的相位。函數(shù)MOD(x,y)代表x由y除得到的余數(shù)。
MOD(p2h2+P4h4+…+C,1)在邊界等于零。衍射透鏡結(jié)構(gòu)形成在構(gòu)成折射透鏡的透鏡表面的底曲面上。環(huán)區(qū)域的傾斜和階梯被設(shè)計(jì)成光程差由φ’(h)確定。
物鏡10滿足以下條件(1)(1)-15＜Φ(h45)/λ-P2×(h45)2＜-7式中,h45是NA為0.45的光線相交于衍射透鏡結(jié)構(gòu)的點(diǎn)距離光軸的高度。
滿足條件(1)時(shí)，由于覆蓋層厚度變化造成的球差變化可以有效地由波長(zhǎng)變化形成的衍射透鏡結(jié)構(gòu)的球差變化抵消。如果條件(1)的中間項(xiàng)小于-15，則由波長(zhǎng)改變?cè)斐傻那虿钭兓蟆Ｒ驗(yàn)橛砂雽?dǎo)體激光器發(fā)射的激光束波長(zhǎng)因個(gè)性差別而有約±5nm的允許差，所以如果球差的變化相對(duì)于波長(zhǎng)的變化相當(dāng)大，則不能應(yīng)用其發(fā)射的激光束波長(zhǎng)不同于標(biāo)準(zhǔn)波長(zhǎng)的半導(dǎo)體激光器。這要求選擇半導(dǎo)體激光器，從而降低了生產(chǎn)效率。為避免上述情況，要求由衍射透鏡結(jié)構(gòu)補(bǔ)償球差的補(bǔ)償效果稍欠充分。
另一方面，當(dāng)條件(1)的中間項(xiàng)超過(guò)-7時(shí)，則波長(zhǎng)變化引起的球差變化太小，不能補(bǔ)償由覆蓋層厚度的變化引起的球差變化。另外，當(dāng)對(duì)于薄覆蓋層光盤(pán)應(yīng)用635～665nm波長(zhǎng)的激光束，而對(duì)于厚覆蓋層光盤(pán)應(yīng)用780nm波長(zhǎng)的激光束時(shí)，條件(1)的中間項(xiàng)的最合適值約為-11。
由于溫度變化引起的激光波長(zhǎng)的改變使物鏡的后焦距發(fā)生變化，這造成聚焦誤差。因?yàn)橛蓽囟茸兓斐傻暮蠼咕嘧兓呛苈模钥刹捎霉鈱W(xué)拾像裝置上的焦點(diǎn)調(diào)節(jié)裝置來(lái)校正聚焦誤差。
另一方面，激光波長(zhǎng)在錄制期間隨激光輸出在高、低量之間的切換而快速改變。波長(zhǎng)的快速改變也造成聚焦誤差，這種誤差不能由焦點(diǎn)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)完全校正。因此要求物鏡10被作成可以減小焦點(diǎn)的移動(dòng)。
通過(guò)校正總的縱向色差可以減小焦點(diǎn)的移動(dòng)。但是因?yàn)閷?shí)施例的物鏡具有球差方面的波長(zhǎng)依從關(guān)系，所以縱向色差的完全校正則正好相反增加了最佳焦點(diǎn)位置的移動(dòng)。因此應(yīng)當(dāng)使色差的校正與由于波長(zhǎng)改變引起的球差變化相平衡。
為此，實(shí)施例的折射透鏡和衍射透鏡結(jié)構(gòu)所具有的總的縱向色差應(yīng)使得入射光波長(zhǎng)增加時(shí)后焦距增大，并滿足以下條件(2)(2)-0.8＜ΔCA/△SA＜-0.2式中，ΔCA是隨波長(zhǎng)的改變近軸焦點(diǎn)的移動(dòng)，而ΔSA是外周光線隨波長(zhǎng)改變其球差的變化。
當(dāng)滿足條件(2)時(shí)，波長(zhǎng)的增加使近軸焦點(diǎn)移離透鏡，并使外周光線的焦點(diǎn)移近透鏡。如果在標(biāo)準(zhǔn)波長(zhǎng)λ0幾乎校正球差，則增大的波長(zhǎng)λ3(＞λ0)的近軸焦點(diǎn)距透鏡的距離大于標(biāo)準(zhǔn)波長(zhǎng)λ0的近軸焦點(diǎn)的距離，并且增大波長(zhǎng)λ3外周光線的焦點(diǎn)比標(biāo)準(zhǔn)波長(zhǎng)λ0的近軸焦點(diǎn)更靠近透鏡。因此可以減小最佳焦點(diǎn)位置的移動(dòng)，該最佳焦點(diǎn)位置是從近軸焦點(diǎn)到外周光線焦點(diǎn)的平均焦點(diǎn)位置。
另外，使物鏡10滿足以下條件(3)可以減小因波長(zhǎng)快速變化引起的最佳焦點(diǎn)位置的移動(dòng)(3)-0.020＜f/fD＜0.020式中，fD是衍射透鏡結(jié)構(gòu)的焦距，它被定義為下式fD=1/(-P2×2λ).
條件(3)確定縱向色差的補(bǔ)償效果。眾所周知，對(duì)應(yīng)于衍射透鏡Abbe數(shù)的值等于-3.453。與折射透鏡的值的比較，該值的負(fù)號(hào)表示色散的相反方向(opposite sense of dispersion)，其低的數(shù)值表示大色散。因此應(yīng)用放大率小的衍射透鏡結(jié)構(gòu)，使其與折射透鏡結(jié)合，便可以補(bǔ)償色差。
當(dāng)滿足條件(3)時(shí)，可以在保持補(bǔ)償覆蓋層厚度變化引起的球差的補(bǔ)償效果的同時(shí)減小因快速波長(zhǎng)變化引起的最佳焦點(diǎn)位置的移動(dòng)。
選擇激光波長(zhǎng)，使得滿足以下條件(4)(4)0.75＜λ1/λ2＜0.87式中，λ1是薄覆蓋層光盤(pán)的激光束波長(zhǎng)，而λ2是厚覆蓋層光盤(pán)的激光束波長(zhǎng)。
在滿足條件(4)時(shí)，衍射透鏡結(jié)構(gòu)可以充分地改變由波長(zhǎng)變化引起的球差。波長(zhǎng)λ1和λ2之比代表由衍射透鏡結(jié)構(gòu)一個(gè)階梯引起的波前緣差量。例如，當(dāng)λ1為650nm,λ2為780nm，并將波長(zhǎng)650nm的波前緣差量定作為標(biāo)準(zhǔn)值時(shí)，則在波長(zhǎng)780nm處，在每一個(gè)階梯的標(biāo)準(zhǔn)值上加上波前像差(780-650)/780=0.1666λ。如果條件(4)的比大于0.87，則增加衍射透鏡結(jié)構(gòu)階梯的數(shù)目，以獲得預(yù)定的波前差，但在邊緣階梯損失光量，另外，由波長(zhǎng)變化引起的球差變化太大，這樣便不能使用其波長(zhǎng)不同于標(biāo)準(zhǔn)波長(zhǎng)的半導(dǎo)體激光器。
在另一方面，如果比λ1/λ2小于0.75，則這些波長(zhǎng)之差變得太大，平均衍射效率則太小。
在設(shè)計(jì)衍射透鏡結(jié)構(gòu)的微觀結(jié)構(gòu)時(shí)可以選擇獲得最大衍射效率的閃耀波長(zhǎng)λB。衍射透鏡結(jié)構(gòu)的閃耀波長(zhǎng)λB在光軸附近的中心區(qū)域滿足λ1＜λB＜λ2，以保持較高的衍射效率。按照這種條件，例如當(dāng)λ1是635nm，λ2是780nm時(shí)，可將衍射的閃耀波長(zhǎng)設(shè)定在λ1和λ2之間的任何波長(zhǎng)。
圖27是曲線圖，示出將閃耀波長(zhǎng)設(shè)定在635nm、690nm或710nm時(shí)的衍射效率。在任何情況下，在635nm和780nm的衍射效率均大于90％。這與日本專利申請(qǐng)No.平7-98431所公開(kāi)的光學(xué)系統(tǒng)的40％相比是相當(dāng)大的值。
實(shí)施例的物鏡10還滿足以下條件(5)和(6)，以進(jìn)一步增加衍射效率 (5)0.87＜λ1/λ2.
(6)λ3/λ1＜1.13.
當(dāng)閃耀波長(zhǎng)λB接近波長(zhǎng)λ1和λ2之一時(shí)，離閃耀波長(zhǎng)λB更遠(yuǎn)的波長(zhǎng)其衍射效率降低。當(dāng)滿足條件(5)和(6)時(shí)，在兩個(gè)波長(zhǎng)λ1和λ2的衍射效率在約95％以上。
在外周區(qū)域的衍射透鏡結(jié)構(gòu)其閃耀波長(zhǎng)短于在中心區(qū)的衍射透鏡結(jié)構(gòu)的閃耀波長(zhǎng)λB。換言之，可使其上形成衍射透鏡結(jié)構(gòu)的透鏡表面的外周區(qū)域形成為沒(méi)有階梯的連續(xù)表面。外周區(qū)域被定義為一個(gè)區(qū)域，該區(qū)域距光軸的高度位于折射透鏡有效半徑的85％～100％的范圍內(nèi)。
DVD要求0.60的NA，而對(duì)于CD或CD-R,0.5的NA已足夠。0.5NA以外的激光束對(duì)復(fù)制CD或CD-R產(chǎn)生壞的影響。NA為0.6的激光束對(duì)CD或CD-R形成太小的束點(diǎn)。因此要求外周區(qū)域?qū)Ｓ糜贒VD。當(dāng)外周區(qū)域的閃耀波長(zhǎng)短于中心區(qū)域時(shí)，CD或CD-R的衍射效率降低，而DVD的衍射效率增加。當(dāng)外周區(qū)域是對(duì)DVD校正像差的連續(xù)表面時(shí)，該外周區(qū)域可起會(huì)聚DVD激光束的作用。
另外，折射凸透鏡在過(guò)校正方向的球差隨溫度的升高而改變，因?yàn)闇囟壬哒凵渎氏陆?，而且半?dǎo)體激光器具有一種溫度依賴關(guān)系，使得發(fā)射激光的波長(zhǎng)隨溫度上升而增加。當(dāng)溫度上升時(shí)，折射透鏡改變過(guò)校正方向的球差，而衍射透鏡結(jié)構(gòu)改變欠校正方向的球差，因?yàn)榘雽?dǎo)體激光器發(fā)射的光波長(zhǎng)增加。因此由折射透鏡和衍射透鏡結(jié)構(gòu)引起的球差變化可以彼此抵消。
因此，當(dāng)用其折射率隨溫度上升而減小的樹(shù)脂制作物鏡10時(shí)，需要在外周區(qū)域以及中心區(qū)域上形成衍射透鏡結(jié)構(gòu)。在這種情況下，要求外周區(qū)域的衍射透鏡結(jié)構(gòu)其閃耀波長(zhǎng)短于中心區(qū)域的閃耀波長(zhǎng)，以便增加DVD所用激光束的衍射效率。
下面說(shuō)明上述結(jié)構(gòu)的六個(gè)實(shí)施例。為兼容的光學(xué)拾像裝置設(shè)計(jì)實(shí)施例的物鏡10，使物鏡10既可用于薄覆蓋層光盤(pán)又可用于厚覆蓋層光盤(pán)，前者例如為DVD，其覆蓋層厚度為0.6mm，而后者例如為CD或CD-R，其覆蓋層厚度為1.2mm。衍射透鏡結(jié)構(gòu)在第一、第二、第三和第四實(shí)施例中形成在第一表面上，而在第五和第六實(shí)施例中形成在第二表面上。實(shí)施例1圖3示出第一實(shí)施例的物鏡10以及薄覆蓋層光盤(pán)的覆蓋層D1。圖5示出物鏡10以及厚覆蓋層光盤(pán)的覆蓋層D2。第一實(shí)施例的設(shè)計(jì)數(shù)值示于表1。表面#1和#2表示物鏡10，表面#3和#4表示光盤(pán)的覆蓋層。
在表1中，NA表示數(shù)值孔徑；f表示總的焦距(單位mm)；fD表示衍射透鏡結(jié)構(gòu)的焦距(單位mm)；ω表示半視角(單位為度)；λ1表示用于薄覆蓋層光盤(pán)的波長(zhǎng)(單位nm)；λ2表示用于厚覆蓋層光盤(pán)的波長(zhǎng)(單位nm)；λB表示閃耀波長(zhǎng)(單位nm)；h45表示一個(gè)點(diǎn)距光軸的高度(單位mm)，在該點(diǎn)數(shù)值孔徑為0.45的光線相交于衍射透鏡結(jié)構(gòu)；r表示表面的曲率半徑(單位mm)(消球差面(asphericalsurface)頂點(diǎn)的值)；d1表示薄覆蓋層光盤(pán)沿光軸的表面之間的距離(單位mm)；d2表示厚覆蓋層光盤(pán)的距離(單位mm)；nλ表示波長(zhǎng)λnm的折射率；Vd表示Abbe數(shù)。
第一表面11(表面#1)的底曲面是消球差的。該底曲面被定義為不包括衍射透鏡結(jié)構(gòu)的折射透鏡的形狀。第二表面12(表面#2)也是消球差的。消球差表面由以下方程表示X(h)=h2c1+1-(1+K)h2c2+A4h4+A6h6+A8h8+A10h10+A12h12]]>X(h)是SAG(下陷值)，即一個(gè)曲線離表面上一個(gè)點(diǎn)的切平面的距離，該點(diǎn)距光軸的高度為h。符號(hào)C代表表面頂點(diǎn)的曲率(1/r)，K是二次曲線常數(shù)，A4、A6、A8、A10和A12是第四、第六、第八、第十和第十二級(jí)的消球差表面系數(shù)。常數(shù)K及物鏡10的第一和第二表面的系數(shù)A4～A12示于下面的表2。
另外，表2還示出確定衍射透鏡結(jié)構(gòu)的光程差函數(shù)φ(h)的第二、第四、第六、第八和第十級(jí)的系數(shù)P2、P4、P6、P8和P10。表1λ1=650nm NA 0.60 f=3.30mm fD=330.53mm ω=1.0°h45=l.49mm(#1)λ2=780mm NA 0.45 f=3.32mm ω=1.0°λ3=710nm
表面號(hào)r d1 d2 n650 n780 νd#1 2.1172.4002.4001.54082 1.5367755.6#2 -7.254 1.5921.222#3 ∞ 0.6001.200#4 ∞表2表面#1 表面#2K -0.44000.0000A4-0.2560×10-20.1882×10-1A6-0.8470×10-3-0.5235×10-2A90.8800×10-40.3275×10-3A10-0.7500×10-50.3235×10-4A12-0.6200×10-50.0000P2-2.3272P4-1.5289P6-5.5184×10-1P81.5292×10-1P10-1.6178×10-2圖4A～4C示出用薄覆蓋層光盤(pán)及波長(zhǎng)650nm時(shí)第一實(shí)施例物鏡的第三級(jí)像差。圖4A示出波長(zhǎng)650nm的球差SA和正弦條件SC；圖4B示出用波長(zhǎng)650nm、645nm和655nm的球差表示的色差；圖4C示出像散(S為徑向像散(Sagittal)，M為子午線像散(Meridional))。
圖4A和4B的垂直軸代表數(shù)值孔徑NA，圖4C的垂直軸代表像高度Y。在圖4A～4C的各個(gè)圖中，水平軸的單位是“mm”。圖6A、6B和6C是應(yīng)用厚覆蓋層光盤(pán)及波長(zhǎng)780nm時(shí)類似于圖4A、4B和4C的曲線圖。
如圖4A和6A所示，在650nm和780nm兩個(gè)波長(zhǎng)球差已得到充分校正。
當(dāng)入射光波長(zhǎng)增加時(shí)，近軸焦點(diǎn)移動(dòng)，使得后焦距增加。波長(zhǎng)改變+5nm造成的后焦點(diǎn)的移動(dòng)量ΔCA由圖4B中650nm和655nm的兩條曲線的下端點(diǎn)之間的寬度表示。波長(zhǎng)改變+5nm造成的邊界光線球差的變化量△SA由650nm曲線上端點(diǎn)和655nm曲線的平移曲線的上端點(diǎn)之間的寬度表示，將655nm曲線的下端點(diǎn)平移到650nm曲線的下端點(diǎn)上便形成該平移曲線。因?yàn)檫@些值的比滿足條件2，所以圖4B中650nm和655nm的兩條曲線相交于垂直軸，這表示，由波長(zhǎng)快速改變引起的最佳焦點(diǎn)位置的移動(dòng)量相當(dāng)小。
在上述第一實(shí)施例的數(shù)值設(shè)計(jì)中，在第一表面的有效半徑整個(gè)區(qū)域內(nèi)形成在710nm閃耀的衍射透鏡結(jié)構(gòu)。另一方面，對(duì)于薄覆蓋層光盤(pán)優(yōu)化外周區(qū)域。第一實(shí)施例物鏡的有效半徑為1.98nm,NA為0.6時(shí)的焦距為3.3mm。厚覆蓋層光盤(pán)要求的半徑為1.49mm,NA為0.45時(shí)的焦距為3.32mm。因此外周區(qū)域定義為這樣一個(gè)區(qū)域，在此區(qū)域中距光軸的高度位于第一實(shí)施例有效半徑的75.5％～100％的范圍內(nèi)。
為對(duì)薄覆蓋層光盤(pán)優(yōu)化外圍區(qū)域，外圍區(qū)域可形成為在650nm閃耀的衍射透鏡結(jié)構(gòu)，或形成為補(bǔ)償650nm像差的連續(xù)表面。當(dāng)外圍區(qū)域形成為連續(xù)表面時(shí)，可以在中心區(qū)域形成在710nm閃耀的衍射透鏡結(jié)構(gòu)。中心區(qū)域包括中央的圓形部分以及第一至第十五環(huán)形階梯。第16環(huán)覆蓋外周區(qū)域，該外周區(qū)域是由下面表3中的系數(shù)確定的轉(zhuǎn)動(dòng)對(duì)稱的消球差表面。符號(hào)D是光軸上的透鏡表面和沿光軸方向的外圍區(qū)域表面之間的位移量。
表3 r=2.09903K=-0.44A4=-8.73_10-4A6=-1.26_10-4A8=-6.17_10-5A10=6.67_10-6A12=-6.20_10-6△=-0.01923
圖8A～8C示出應(yīng)用薄覆蓋層光盤(pán)及635nm波長(zhǎng)時(shí)第二實(shí)施例物鏡的各種像差。圖10A～10C示出應(yīng)用厚覆蓋層光盤(pán)及波長(zhǎng)780nm時(shí)的各種像差。
表4λ1=635nm NA 0.60 f=3.50mm fD=350.00mm ω=1.0°h45=1.58mm(#1)λ2=780nmNA 0.50 f=3.52mm ω=1.0°λB=690nm表面號(hào) r d1 d2 n650 n780νd#1 2.278 2.928 2.928 1.54142 1.53677 55.6#2 -6.508 1.521 1.153#3∞0.600 1.200#4∞表5 表面#1表面#2K -0.4400 0.0000A4-0.1890×10-20.2349×10-1A6-0.3510×10-3-0.7437×10-2A80.8300×10-50.8432×10-3A10-0.1250×10-50.1949×10-4A12-0.3860×10-50.0000P2-2.2497P4-1.1709P6-3.3665×10-1P81.1948×10-1P10-1.9838×10-2在第二實(shí)施例的上述數(shù)值設(shè)計(jì)中，在第一表面的整個(gè)有效半徑區(qū)域內(nèi)形成在690nm閃耀的衍射透鏡結(jié)構(gòu)。另一方面，對(duì)薄覆蓋層光盤(pán)優(yōu)化外圍區(qū)域。第二實(shí)施例的有效半徑為2.1mm，而NA為0.6的焦距為3.5mm。厚覆蓋層光盤(pán)要求的半徑為1.76mm，NA為0.50的焦距為3.52mm。因此外圍區(qū)域被定義為一個(gè)區(qū)域，在此區(qū)域中，距光軸的高度落在第二實(shí)施例有效半徑的83.8％～100％的范圍內(nèi)。
為對(duì)薄覆蓋層光盤(pán)優(yōu)化外圍區(qū)域，該外圍區(qū)域可形成為在635nm閃耀的衍射透鏡結(jié)構(gòu)或形成為補(bǔ)償635nm像差的連續(xù)表面。
圖12A～12C示出應(yīng)用薄覆蓋層光盤(pán)及波長(zhǎng)635nm時(shí)第三實(shí)施例物鏡的各種像差。圖14A～14C示出應(yīng)用厚覆蓋層光盤(pán)及780nm波長(zhǎng)時(shí)的各種像差。
表6λ1=635nm NA 0.60f=3.50mmfD=∞ω=1.0°h45=1.58mm(#1)λ2=780nm NA 0.50f=3.53mm ω=1.0°λB=690nm表面號(hào) r d1 d2 n650 n780νd#12.203 2.400 2.400 1.54142 1.53677 55.6#2-8.367 1.781 1.423#3∞ 0.600 1.200#4∞表7 表面#1 表面#2K -0.4400 0.0000A4-0.1800×10-20.1746×10-1A6-0.1500×10-3-0.4844×10-2A6-0.9100×10-40.5863×10-3A100.1150×10-4-0.2529×10-4A12-0.3860×10-50.0000p20.0P4-1.2621P5-1.4187×10-1
P82.7738×10-2P10-5.6149×10-3在上述第三實(shí)施例的數(shù)值設(shè)計(jì)中。在第一表面的整個(gè)有效半徑區(qū)域內(nèi)形成在波長(zhǎng)690nm閃耀的衍射透鏡結(jié)構(gòu)。另一方面，對(duì)薄覆蓋層光盤(pán)優(yōu)化外圍區(qū)域。第三實(shí)施例物鏡的有效半徑為2.1mm，NA為0.6的焦距為3.5mm。厚覆蓋層光盤(pán)要求的半徑為1.765mm，NA為0.50的焦距為3.55mm。因此外圍區(qū)域被定義為這樣一個(gè)區(qū)域，在此區(qū)域中，距光軸的高度落在第三實(shí)施例有效半徑的84.0％～100％的范圍內(nèi)。
為對(duì)薄覆蓋層光盤(pán)優(yōu)化外圍區(qū)域，該外圍區(qū)域可形成為對(duì)635nm閃耀的衍射透鏡結(jié)構(gòu)，或形成對(duì)635nm補(bǔ)償像差的連續(xù)表面。
圖16A～16C示出應(yīng)用薄覆蓋層光盤(pán)及波長(zhǎng)650nm時(shí)第四實(shí)施例物鏡的各種像差。圖18A～18C示出應(yīng)用厚覆蓋層光盤(pán)及波長(zhǎng)780nm時(shí)的各種像差。
表8 λ1=650nm NA 0.60 f=3.50mm fd=∞ ω=1.0°h45=1.58mm(#1)λ2=780nm NA 0.50 f=3.53mmω=1.0°λB=710nm表面號(hào)r d1 d2 n650 n780νd#1 2.193 2.300 2.300 1.54082 1.53677 55.6#2 -8.740 1.831 1.471#3∞ 0.600 1.200#4∞表9 表面#1 表面#2K -0.4400 0.0000
A4-0.2530×10-20.1316×10-1A60.2110×10-30.3070×10-2A8-0.6630×10-4-0.3534×10-2A100.8400×10-50.9045×10-3A12-0.5800×10-50.0000P20.0P4-1.3766P6-2.0032×10-1P83.7560×10-2P10 -1.0539×10-3在上述第四實(shí)施例的數(shù)值設(shè)計(jì)中，可以在第一表面的整個(gè)有效半徑區(qū)域內(nèi)形成在710nm閃耀的衍射透鏡結(jié)構(gòu)。另一方面，對(duì)薄覆蓋層光盤(pán)優(yōu)化外圍區(qū)域。外圍區(qū)域被定義為一個(gè)區(qū)域，在該區(qū)域內(nèi)，距光軸的高度落在與第三實(shí)施例一樣的第四實(shí)施例的有效半徑的84.0％～100％的范圍內(nèi)。
為對(duì)薄覆蓋層光盤(pán)優(yōu)化外圍區(qū)域，該外圍區(qū)域可以形成為對(duì)650nm閃耀的衍射透鏡結(jié)構(gòu)，或形成為可補(bǔ)償650nm像差的連續(xù)表面。
圖20A～20C示出應(yīng)用薄覆蓋層光盤(pán)及波長(zhǎng)635nm時(shí)第五實(shí)施例物鏡的各種像差。圖21A～21C示出應(yīng)用厚覆蓋層光盤(pán)及波長(zhǎng)780nm時(shí)的各種像差。
表10 λ1=635nm NA0.60 f=3.50mmfD=∞ω=1.0°h45=1.23mm(#2)λ2=780nm NA0.50 f=3.53mm ω=1.0°λB=690nm
表面號(hào)r d1 d2 n650n780νd#1 2.199 1.930 1.930 1.54142 1.53677 55.6#2-9.484 2.042 1.685#3 ∞ 0.600 1.200#4 ∞表11 表面#1表面#2K -0.4400 0.0000A4-0.9330×10-30.1600×10-1A6-0.3370×10-4-0.2886×10-2A8-0.5210×10-40.1721×10-3A100.7400×10-50.2300×10-6A12-0.3100×10-50.0000P20.0P4-5.2894P69.3630×10-1P8-5.9940×10-2P101.8211×10-4在上述第五實(shí)施例的數(shù)值設(shè)計(jì)中，在第二表面的整個(gè)有效半徑區(qū)域內(nèi)形成在690nm閃耀的衍射透鏡結(jié)構(gòu)。另一方面，對(duì)薄覆蓋層光盤(pán)優(yōu)化外圍區(qū)域。該外圍區(qū)域被定義為一個(gè)區(qū)域，在該區(qū)域中，距光軸的高度落在第五實(shí)施例的和第三實(shí)施例一樣的有效半徑的84.0％～100％的范圍內(nèi)。
為對(duì)薄覆蓋層光盤(pán)優(yōu)化外圍區(qū)域，該外圍區(qū)域可以形成為在635nm閃耀的衍射透鏡結(jié)構(gòu)或形成為可補(bǔ)償635nm像差的連續(xù)表面。
圖24A～24C示出應(yīng)用薄覆蓋層光盤(pán)及波長(zhǎng)650nm時(shí)第六實(shí)施例的各種像差。圖25A～25C示出應(yīng)用厚覆蓋層光盤(pán)及波長(zhǎng)780nm時(shí)的各種像差。表12λ1=650nm NA 0.60 f=3.50mm fD=202.10mm ω=1.0°h45=1.23mm(#2)λ2=780nm NA 0.50 f=3.53mm ω=1.0°λB=710nm表面號(hào) r d1 d2 n650 n780 νd#1 2.207 1.930 1.930 1.54082 1.53677 55.6#2 -10.066 2.042 1.685#3 ∞0.600 1.200#4 ∞表13表面#1表面#2K -0.4400 0.0000A4-0.8170×10-30.1600×10-1A6-0.3070×10-4-0.2930×10-2A8-0.4850×10-40.1875×10-3A100.6320×10-5-0.1225×10-5A12-0.2820×10-50.0000P2-3.8063P4-5.3042P69.2234×10-1P8-5.7284×10-2P10-3.4616×10-4在上述第六實(shí)施例的數(shù)值設(shè)計(jì)中，在第二表面的整個(gè)有效半徑區(qū)域內(nèi)形成在710nm閃耀的衍射透鏡結(jié)構(gòu)。另一方面，對(duì)薄覆蓋層光盤(pán)優(yōu)化外圍區(qū)域。該外圍區(qū)域被定義為一個(gè)區(qū)域，在該區(qū)域中，距光軸的高度落在第六實(shí)施例的與第三實(shí)施例一樣的有效半徑的84.0％～100％的范圍內(nèi)。
為對(duì)薄覆蓋層光盤(pán)優(yōu)化外圍區(qū)域，該外圍區(qū)域可形成為在650nm閃耀的衍射透鏡結(jié)構(gòu)，或形成為可補(bǔ)償650nm像差的連續(xù)表面。
以下的表14示出第一到第六實(shí)施例的條件(1)、(2)、(3)、(4)、(5)和(6)的值。因?yàn)樗袑?shí)施例滿足條件(1)，所以可以減小由覆蓋層厚度變化引起的波前差的變壞。所有實(shí)施例滿足條件(2)和(3)，這減小了因波長(zhǎng)快速改變?cè)斐傻淖罴呀裹c(diǎn)位置的移動(dòng)。因?yàn)樗袑?shí)施例滿足條件(4)、(5)和(6)，所以可以很好地平衡因波長(zhǎng)改變引起的縱向色差和球差的變化，這些實(shí)施例的物鏡還可減少最佳焦點(diǎn)位置的移動(dòng)。
表14 實(shí)施例1 2 34 5 6條件(1)-10.6 -0.36 0.010 0.833 0.910 1.092Φ(h45)/λ-P2×(h45)2條件(2)-9.7-0.26 0.010 0.814 0.885 1.087ΔCA/ΔSA條件(3)-9.4-0.50 0.000 0.814 0.885 1.087f/fD條件(4)-10.2 -0.43 0.000 0.833 0.910 1.092λ1/λ2條件(5)-9.2-0.78 0.000 0.814 0.885 1.087條件(6)-9.3-0.47 0.017 0.833 0.910 1.092雖然已參考實(shí)施例說(shuō)明本發(fā)明，但這些實(shí)施例不能解釋為對(duì)本發(fā)明范圍的限制。本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求書(shū)規(guī)定。
權(quán)利要求
1．一種光盤(pán)頭的物鏡，包括具有正折射能力的折散透鏡；具有許多同心環(huán)形階梯的衍射透鏡結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)形成在上述折散透鏡的至少一個(gè)透鏡表面上；其特征在于，上述衍射透鏡結(jié)構(gòu)所具有一種波長(zhǎng)依從關(guān)系，使得同一衍射級(jí)次的不同波長(zhǎng)的至少兩束光線可以形成適合于至少兩種光盤(pán)的波前，這些光盤(pán)分別具有厚度不同的覆蓋層。
2．如權(quán)利要求2所述的物鏡，其特征在于，上述衍射透鏡結(jié)構(gòu)所具有的波長(zhǎng)依從關(guān)系使得第一波長(zhǎng)衍射光可形成適合于較薄覆蓋層光盤(pán)的波長(zhǎng)，而第二波長(zhǎng)衍射光可形成適合于較厚覆蓋層光盤(pán)的波前，上述第一波長(zhǎng)短于上述第二波長(zhǎng)。
3．如權(quán)利要求1所述的物鏡，其特征在于，上述衍射透鏡結(jié)構(gòu)所具有的上述波長(zhǎng)依從關(guān)系使得在欠校正方向的球差隨入射光波長(zhǎng)的增加而變化。
4．如權(quán)利要求1所述的物鏡，其特征在于，滿足以下條件(1)(1)-15＜Φ(h45)/λ-P2×(h45)2＜-7式中，h45是一個(gè)點(diǎn)距光軸的高度，在該點(diǎn)，NA為0.45的光線相交于上述衍射透鏡結(jié)構(gòu)；λ是上述光的波長(zhǎng)；P2是在上述衍射透鏡結(jié)構(gòu)增加的附加光程長(zhǎng)度由以下光程差函數(shù)φ(h)表示時(shí)的第二級(jí)系數(shù)φ(h)=(P2h2+P4h4+P6h6+…)×λ上式中，P4和P6是第四和第六級(jí)系數(shù)，h是離光軸的高度。
5．如權(quán)利要求1所述的物鏡，其特征在于，上述折射透鏡和衍射透鏡結(jié)構(gòu)所具有的總的縱向色差使得入射光波長(zhǎng)增加時(shí)焦距增加；并滿足以下條件(2)(2)-0.8＜ΔCA/ΔSA＜-0.2式中ΔCA是隨波長(zhǎng)的改變近軸焦點(diǎn)的移動(dòng)量，而ΔSA是邊界光線的球差隨波長(zhǎng)的上述改變而發(fā)生的變化。
6．如權(quán)利要求1所述的物鏡，其特征在于，上述衍射透鏡結(jié)構(gòu)具有小的近軸放大率；而且滿足以下條件(3)(3)-0.020＜f/fD＜0.020式中，f是在上述較短波長(zhǎng)時(shí)上述物鏡的總的焦距，而fD是在上述較短波長(zhǎng)時(shí)上述衍射透鏡結(jié)構(gòu)的焦距，該焦距由下式確定fD=1/(-P2×2λ)式中，P2是在上述衍射透鏡結(jié)構(gòu)增加的附加光程長(zhǎng)度由以下光程差函數(shù)φ(h)表示時(shí)的第二級(jí)系數(shù)Φ(h)=(P2h2+P4h4+P6h6+…)×λ式中，P4和P6是第四和第六級(jí)系數(shù)，h是離光軸的高度，而λ是入射光的波長(zhǎng)。
7．如權(quán)利要求1所述的物鏡，其特征在于，上述衍射透鏡結(jié)構(gòu)被設(shè)計(jì)成滿足以下條件(4)(4)0.75＜λ1/λ2＜0.87式中，λ1是用于其覆蓋層厚度為0.6mm的上述光盤(pán)的上述光波長(zhǎng)，而λ2是用于其覆蓋層厚度為1.2mm的光盤(pán)的上述光波長(zhǎng)。
8．如權(quán)利要求7所述的物鏡，其特征在于，上述衍射透鏡結(jié)構(gòu)在光軸附近中心區(qū)的閃耀波長(zhǎng)λB滿足條件λ1＜λB＜λ2。
9．如權(quán)利要求8所述的物鏡，其特征在于，上述衍射透鏡結(jié)構(gòu)在上述中心區(qū)域的閃耀波長(zhǎng)λB滿足以下條件(5)和(6)(5)0.87＜λB/λ2，(6)λB/λ1＜1.13.
10．如權(quán)利要求8所述的物鏡，其特征在于，上述衍射透鏡結(jié)構(gòu)在外圍區(qū)域的閃耀波長(zhǎng)短于上述衍射透鏡結(jié)構(gòu)在上述中心區(qū)域的閃耀波長(zhǎng)λB。
11．如權(quán)利要求1所述的物鏡，其特征在于，其上形成上述衍射透鏡結(jié)構(gòu)的透鏡表面外周區(qū)域是無(wú)階梯的連續(xù)表面，上述外周區(qū)域被定義為一個(gè)區(qū)域，在該區(qū)域內(nèi)，離光軸的高度位于上述折射透鏡有效半徑的85％～100％的范圍內(nèi)。
全文摘要
物鏡包括具有正折射能力的折射透鏡和在折射透鏡的至少一個(gè)透鏡表面上形成的具有許多同心環(huán)形階梯的衍射透鏡結(jié)構(gòu)。該物鏡是雙凸塑料透鏡,具有第一和第二消球差表面。衍射透鏡結(jié)構(gòu)形成在物鏡的第一表面上。該衍射透鏡結(jié)構(gòu)類似于菲涅爾透鏡,它被形成為許多同心環(huán),各個(gè)環(huán)具有楔形截面形狀。相鄰環(huán)的邊界形成為得到預(yù)定光程差的階梯。衍射透鏡結(jié)構(gòu)的波長(zhǎng)依從關(guān)系使得同一衍射級(jí)次的具有不同波長(zhǎng)的至少兩個(gè)光束可以形成適合于至少兩種光盤(pán)的波前,這兩種光盤(pán)的覆差層分別具有不同厚度。
文檔編號(hào)G11B7/135GK1305630SQ99807398
公開(kāi)日2001年7月25日 申請(qǐng)日期1999年6月25日 優(yōu)先權(quán)日1998年6月26日
發(fā)明者丸山晃一 申請(qǐng)人:旭光學(xué)工業(yè)株式會(huì)社