专利名称：用于光学拾波器的物镜的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于需要不同NA(数值孔径，Numerical aperture)的至少两种类型光盘的光学拾波器的物镜。
由激光束形成的光束斑点的尺寸随着光学系统的NA变大而变小。如果盘是具有较高记录密度的DVD(数字通用盘)或MO(磁光盘)，则要求光学系统是高NA系统，而如果盘是其记录密度较低的CD，则要求光学系统是低NA系统。如果把普通物镜用于DVD(或MO)和CD，则当使用CD时必须限制光束的直径，从而NA不会变得太大。为此目的，已知有一种起约束用于CD的光束的作用具有衍射透镜结构的物镜。
如果在使用CD时使用衍射透镜结构约束光束，则形成一个光环(称作侧瓣)。如果侧瓣的密度较强，则复制信号的S/N比增大。
根据本发明的一个方面，提供有一种用于光学拾波器的物镜，光学拾波器能够分别把具有不同波长的至少两个光束在不同NA下会聚在至少两个不同光盘的数据记录表面上。
物镜带有一个具有正功率的衍射透镜，衍射透镜的至少一个表面划分成一个具有用来传输以较低NA会聚在光盘上的较低NA光束的必要尺寸的中央区域、和一个具有用来传输以较高NA会聚在光盘上的较高NA光束的尺寸的周缘区域。
这样配置物镜，从而当具有与要求较高NA的光盘相对应的波长的光束以较高NA会聚在要求较高NA的光盘上时，穿过周缘区域的光通量的相位与穿过中央区域的光通量的相位基本相同。而且，当具有与要求较低NA的光盘相对应的波长的光束以较低NA会聚在要求较低NA的光盘上时，穿过包括在周缘区域中的第一环形区域的光通量的相位与穿过中央区域的光通量的相位不同，而穿过包括在周缘区域中且在第一环形区域外的第二环形区域的光通量的相位与穿过中央区域的光通量的相位基本相同。
可选择的是，物镜满足条件1.15＜hS/hB＜1.28其中hS代表相对于物镜的光轴在第一环形区域与第二环形区域之间的边界的高度，而hB代表在中央区域与周缘区域之间的边界的高度。
进一步可选择的是，一个周缘区域借助于包括多个在其之间具有不同高度差的环形区的衍射透镜结构形成，第二环形区域包括多个环形区。
仍然可选择的是，包括在第二环形区域中的多个环形区彼此相邻，当使用用于需要较高NA的盘的光束时，在相邻环形区每一个的边界处的光程差是一个波长。
或者，形成在周缘区域中的多个环形区包括一个在其径向具有较宽宽度的宽环形区，当使用用于要求较高NA的盘的光束时，在穿过宽环形区侧端中央区域的光通量与穿过宽环形区侧端周缘区域的光通量之间的相位的相位差大于π。
仍然可选择的是，形成在第二区域中的多个环形区包括一个在其径向具有较宽宽度的宽环形区，当使用用于要求较高NA的盘的光束时，在穿过宽环形区侧端中央区域的光通量与穿过宽环形区侧端周缘区域的光通量之间的相位的相位差大于2π。
可选择的是，当使用用于要求较高NA的盘的光束时，在穿过第一环形区域的光通量的相位基本与穿过中央区域的光通量的相位相反。
根据本发明的另一个方面，可以这样配置物镜，从而当具有与要求较高NA的光盘相对应的波长的光束以较高NA会聚在要求较高NA的光盘上时，形成在周缘区域中的所有多个环形区起加强光束斑点的中央部分的强度的作用。而且，当具有与要求较低NA的光盘相对应的波长的光束以较低NA会聚在要求较低NA的光盘上时，包括在第一环形区域中的多个环形区不起加强光束斑点的中央部分的强度的作用，并且包括在限定在第一环形区域外的第二区域中的多个环形区具有加强光束斑点的中央部分的强度的作用。
可选择的是，物镜满足条件1.15＜hS/hB＜1.28其中hS代表相对于物镜的光轴在第一环形区域与第二环形区域之间的边界的高度，而hB代表在中央区域与周缘区域之间的边界的高度。
图8表示当使用根据第一比较例的物镜时在CD的记录表面上的光强度分布；图9表示当使用根据第二比较例的物镜时在CD的记录表面上的光强度分布；
图10示意表示根据第三实施方案的物镜和DVD的侧视图；图11A-11C是圆形曲线图，表示当具有789nm波长的光束入射在根据第三实施方案的物镜上时波前象差的变化；图12A-12C是圆形曲线图，表示当具有789nm波长的光束入射在根据第四实施方案的物镜上时波前象差的变化；图13A-13C是圆形曲线图，表示当具有789nm波长的光束入射在根据第五实施方案的物镜上时波前象差的变化；图14表示当使用根据第二比较例的物镜时在CD的记录表面上的光强度分布；图15表示当使用根据第三比较例的物镜时在CD的记录表面上的光强度分布；图16表示当使用根据第四比较例的物镜时在CD的记录表面上的光强度分布；图17表示当使用根据第五比较例的物镜时在CD的记录表面上的光强度分布；
根据实施方案的物镜用于光学数据记录/读出设备的光学拾波器，这种设备使用要求高NA光学系统的DVD和要求低NA光学系统的CD/CD-R。物镜把由半导体激光源(例如激光二极管)发射的激光束会聚到光盘上。
图1A-1C表示根据本发明一个实施方案的物镜10的主视、侧剖视、及部分放大侧剖视图。
物镜10是带有两个非球形凸面11和12的双凸塑料透镜。一个表面11划分成两个区域一个中央区域Rc，与对于具有较低记录密度的CD和CD-R必需的低NA光束相对应；和一个周缘区域Rh，在中央区域Rc外，与对于具有较高记录密度的DVD必需的高NA光束相对应。把中央区域Rc定义为其中入射其NA近似是0.5的光束的一部分内的区域。
在表面11上，在其包括中央和周缘区域Rc和Rh的整个区域上，形成具有绕物镜的光轴对中的多个环形区域的衍射透镜结构。如在图1C中指示的那样，衍射透镜结构在光轴OX的方向上在环形区的边界处具有高度差。
图2示意表示采用在图1A-1C中表示的物镜10的一种光学拾波器的光学系统100的结构。光学系统100包括一个DVD光源模块21、一个CD光源模块22、一个光束组合器23、一个准直透镜24及一个物镜10。DVD光源模块21和CD光源模块22的每一个是一个带有一体形成激光二极管和光电检测器的元件。
对于具有较高记录密度的DVD，为了形成较小光束斑点使用具有比较短的波长(称作较短波长)的光束。对于具有较低记录密度的CD和/或CD-R，为了形成较大光束斑点使用具有比较长的波长(称作较长波长)的光束。而且，至少对于CD-R，由于其频谱反射性，应该使用近红外光束。因此，在这个实施方案中，DVD光源模块21装有发射其波长是660nm或657nm的激光束的激光二极管，而CD光源模块22装有发射其波长是789nm或790nm的激光束的激光二极管。
当使用DVD时(由实线指示)，使用DVD光源模块21。由DVD光源模块21的激光二极管发射的激光束(其波长是660nm或657nm)会聚在DVD的数据记录表面上，如在图2中由实线指示的那样。当使用CD和/或CD-R时(由虚线指示)，使用CD光源模块22。由CD光源模块22的激光二极管发射的激光束(其波长是789nm或790nm)会聚在CD(或CD-R)的数据记录表面上，如在图2中由虚线指示的那样。
这样设计形成在物镜10的中央区域Rc中的衍射透镜结构，从而用于一阶衍射光的衍射效率相对于分别用于DVD和CD(或CD-R)的波长最大。而且，这样配置形成在中央区域Rc中的衍射透镜结构，从而归因于DVD(0.6mm)和CD或(CD-R)(1.2mm)的覆盖层差的球面象差的变化，通过切换使用的光束的波长来补偿。即，形成在中央区域Rc中的衍射透镜结构提供具波长依赖性的球面象差，从而当入射光束的波长增大时，球面象差在欠校正方向上变化。
当光盘的覆盖层厚度增大时，光学系统的球面象差一般在欠校正方向上变化。对于具有较薄覆盖层的DVD，使用较短波长的光，而对于具有较厚覆盖层的CD或CD-R，使用较长波长的光。因而，如上所述，如果衍射透镜结构提供当波长增大时在欠校正方向上变化的球面象差，则通过归因于波长变化的衍射透镜的球面象差的变化能抵消归因于覆盖层厚度变化的球面象差变化。
这样设计形成在周缘区域Rh中的衍射透镜结构，从而当使用与DVD相对应的短波长光束时，穿过周缘区域Rh的光通量的相位与穿过中央区域Rc的光通量的相位基本相同。而且，当使用与CD或CD-R相对应的长波长光时，所穿过周缘区域Rh的一个第一环形区域的光通量的相位与穿过中央区域Rc的光通量的相位不同，而穿过第一环形区域外的第二环形区域的光通量的相位与穿过中央区域Rc的光通量的相位基本相同。以后详细描述第一和第二环形区域。
通过按上述设计在周缘区域Rh中的环形区，变得有可能通过具有与CD或CD-R相对应的波长的光束的干涉降低侧瓣的强度。而且，也有可能防止过分减小斑点尺寸。
而且，物镜10应该配置成满足下面的条件(1)1.15＜hS/hB＜1.28 …(1)其中hS是相对于光轴在第一环形区域与第二环形区域之间的边界的高度，hB是相对于光轴在中央区域Rc与周缘区域Rh之间的边界的高度。
当满足条件(1)时，光束斑点的中心的强度被增大，并且特别是能良好地抑制第一侧瓣。
在第二环形区域中的多个环形区彼此相邻排列，并且这样配置，从而在环形区的每个边界处的光程差等于用于DVD的光束的一个波长(即较短波长)。应该注意，在每个边界处的光程差可以是一个波长的整数倍。然而，为了改进抑制侧瓣强度的效果，希望把光程差设置为一个波长，从而使用一阶衍射光。如果使用高阶衍射光，则环形区的宽度变得较长。在这样一种情况下，尽管穿过第二区域和中央区域Rc的光通量，其整体作为用于与CD相对应的波长，具有相同相位，但穿过第二区域的光通量可以包括与穿过中央区域Rc的光通量不具有相同相位的分量。如果使用一阶衍射光，则当波长是用于DVD时，每个环形区的宽度较小。因此，对于与CD相对应的波长，使用仅提供与穿过中央区域Rc的光的相位相同的相位的环形区。因而，当使用一阶衍射光时，能改进抑制侧瓣强度的效果。
而且，在周缘区域Rh中形成的多个环形区包括这样设计的一或多个环形区，从而对于与CD相对应的波长，在穿过环形区的光轴侧端的光通量的相位与穿过相同环形区的周缘侧端的光通量的相位之间的相位差大于π。通过包括这样的环形区，能扩散在图像上在光束斑点的周缘部分处的光斑，而不影响中央部分或侧瓣的强度。
可替换或可选择的是，在第二环形区域中包括的多个环形区可以配置成包括这样设计的宽环形区，从而对于与CD相对应的波长，在穿过宽环形区的光轴侧端的光通量的相位与穿过相同宽环形区的周缘侧端的光通量的相位之间的相位差大于2π。在这种情况下，借助于抑制侧瓣，能扩散在图像上在光束斑点的周缘部分处的光斑。
下面，将描述物镜的五个实施方案。
实施方案1图3示意表示根据第一实施方案的物镜10和DVD的侧视图。透镜10的一个第一表面11划分成一个中央区域Rc和一个周缘区域Rh。在中央区域Rc中的任何点满足0≤h＜1.557(mm)，h是从光轴OX到该点的距离，并且在周缘区域Rh中的任何点满足1.557≤h≤2.045(mm)。中央区域Rc的基本曲线(不包括衍射透结构的表面形状)和周缘区域Rh的基本曲线是旋转对称的非球形表面，它们由不同系数定义。在中央区域Rc中形成的衍射透镜结构和在周缘区域Rh中的结构由不同的光程差函数定义。一个第二表面12是不借助于衍射透镜结构形成的旋转对称非球形表面。
一般地，旋转对称非球面形状由如下函数表示X(h)=Ch21+1-(1+K)C2h2+A4h4+A6h6+A8h8+A10h10+A12h12]]>其中，X(h)代表一个SAG量(在其离开光轴的高度是h的非球形表面上的一个点与同在光轴处的非球形表面相切的平面之间的距离)，C代表在光轴上的非球形表面的曲率(＝1/r，r是半径)，K是锥形系数，及A4、A6、A8、A10及A12分别是第4、第6、第8、第10及第12非球形系数。
通过衍射透镜结构的辅助光程长度由一个光程差函数按如下表示。
φ(h)＝(P2h2+P4h4+P6h6+…)×m×λ其中Pn(n是偶数)代表n阶光程差函数系数，m代表衍射阶，及λ代表一个波长。光程差函数φ(h)是通过在离光轴的高度h处的光程附加量的衍射透镜的函数的表达，当衍射透镜具有光发散函数时，光程差的值为正。
衍射透镜结构的实际精细配置通过从由以上光程差函数代表的光程长度删除与波长的整数倍相对应的分量而确定。具体地说，当使用一阶衍射分量时，这样设置每个环形区的宽度，从而在环形区内径处的光程差函数与在外径处的相差一个波长，并且这样设置在相邻环形区之间的高度差，从而把一个波长的光程差给入射光。
根据第一实施方案的物镜10的数值结构指示在表1和2中。在表1中，指示物镜10和DVD的基本结构，而在表2中，指示定义基本曲线和第一表面11的衍射透镜结构的系数、和定义第二表面12的非球形形状的系数。在表1和2中，NA1、f1和λ1指示包括衍射透镜结构的物镜10的数值孔径、焦距(mm)、及当使用DVD时的波长(nm)，而NA2、f2和λ2指示包括衍射透镜结构的物镜10的数值孔径、焦距(mm)、及当使用CD时的波长(nm)。而且，r指示每个表面的傍轴曲率半径(mm)，d指示在各表面之间的间隔，及nλ指示当波长是λ时的衍射率。
表1
表2
表3表示在第一表面11上形成的衍射透镜的精细配置。在表3中，h_min和h_max代表离开每个环形区的内(光轴侧)边界和外边界的光轴的高度(mm)，θh_min和θh_max分别代表在每个环形区的内和外边界处的波前象差，Aθ代表对于每个区的波前象差的差θh_max-θh_min。在表中，波前象差的差以一个相位为单位指示(例如2π)。
在表中，环形区这样指示，从而包括物镜的光轴OX的圆形区是No.0环形区，并且把号码依次给外部环形区。在该实施方案中，有27个区(即No.0至26环形区)。具体地说，环形区0至16包括在中央区域Rc中，而环形区17至26包括在周缘区域Rh中。
表3
这样设计环形区21，从而当波长是660nm(对于DVD)时，在边界处相对于相邻环形区的光程差是一个波长。
下面，对于在根据第一实施方案的物镜10上形成的每个环形区，描述当使用与CD相对应的波长时的波前象差。在如下描述中，使用圆形曲线表示波前象差(见图4)。如图4中所示，圆的右手侧(三点钟方向)代表相位2nπ(n是自然数)。把顺时针方向定义为负方向而把逆时针方向定义为正方向，并且相位每90°改变0.5π。由于认为2π的相位差没有差别，所以一个整圆代表2π。
如在表3中指示的那样，在中央区域Rc中形成的环形区这样设计，从而在光轴侧与其周缘侧之间的每个区中的波前象差的变化近似在0.1π至0.2π的范围内变化。而且，在中央区域Rc中的环形区的每个中的波前象差的量从某一正值到具有该正值绝对值的负值分布。在中央区域Rc中环形区的波前象差的方向对齐成2nπ。
相反，在周缘区域Rh中形成的环形区的每一个中，波前象差大大地变化。而且，在环形区中的波前象差的变化范围彼此不同。如果波前象差的变化范围在环形区中小于π，则波前象差的方向性清楚地显现。相反，如果波前象差的变化范围在环形区中接近2π，则波前象差的方向性不会显现。图5A至5E是在物镜10的周缘区域Rh中形成的某些环形区中的波前象差变化的圆形曲线表示。由于环形区No.18、19和23-25的每一个的波长象差的差接近2π，所以省略其圆形曲线图。
如表3中表示的那样，这样配置No.17环形区，从而在光轴侧边界处的波前象差是0.333π，而在周缘侧边界处是-2.823π。这个条件指示在图5A中。如由箭头指示的那样，波前象差具有定向到图5A中的右下方向的方向性。
顺便说明，如上所述，穿过在中央区域Rc中形成的每个环形区的光通量的波前象差指向在图4中表示的圆形曲线的右手侧方向上。因此，如果箭头指向在图5A至5E中表示的曲线中的右手侧，则穿过环形区的光通量具有基本上与穿过在中央区域Rc中的环形区的光通量相同的相位。
如图5A中所示，与CD相对应的(即789nm)和穿过环形区No.17的光通量的相位与穿过中央区域Rc的光通量的相位不同。环形区No.17称作第一环形区域。
类似地，由环形区No.20、21、22和26提供的波前象差指示在图5B、5C、5D和5E中。已知由环形区No.20和21提供的相位基本上与由在中央区域Rc中的环形区提供的相同。即，这样设计环形区No.20和21，从而与CD相对应的(即789nm)穿过环形区No.20和21的光通量的相位基本上与穿过中央区域Rc的光通量的相位相同。这些环形区(即环形区No.20和21)称作第二环形区域。
比值hS/hB等于1.18，这满足上述条件(1)。
实施方案2根据第二实施方案的物镜是一个单元件塑料透镜，类似于表示在图3中的透镜，在两侧带有非球形表面。一个透镜表面划分成中央区域Rc和周缘区域Rh，并且在两个区域中形成衍射透镜结构。第一表面(11)的基本曲线、定义衍射透镜结构的光程差函数系数、第二表面(12)的形状与实施方案1的类似，并因而与指示在表1和2中的相同。在第二实施方案中在周缘区域Rh中形成的衍射透镜结构的精细配置与第一实施方案中的不同。
表4表示在根据第二实施方案的物镜的第一表面11上形成的衍射透镜结构的精细配置。
在表中，环形区这样指示，从而包括物镜的光轴OX的圆形区是No.0环形区，并且把号码依次给外部环形区。在诸实施方案中，有29个区(即No.0至28环形区)。具体地说，环形区0至16包括在中央区域Rc中，而环形区17至28包括在周缘区域Rh中。
表4
这样设计环形区21至23的每一个，从而当波长是660nm(对于DVD)时，在边界处相对于相邻环形区的光程差是一个波长。
下面，对于在根据第二实施方案的物镜10上形成的每个环形区，描述当使用与CD相对应的波长时的波前象差。在中央区域Rc中形成的每个环形区与第一实施方案的相同，并且每个环形区的波前象差的方向是2π。
相反，在周缘区域Rh中形成的环形区的每一个中，波前象差大大地变化。而且，在周缘区域Rh中的环形区中的波前象差的变化范围彼此不同。
图6A-6G是在物镜10的周缘区域Rh中形成的某些环形区中的波前象差变化的圆形曲线表示。由于环形区No.18、19和25-27的每一个的波长象差的差接近2π，所以省略其圆形曲线图。
如由箭头指示的那样，由环形区No.17提供的波前象差具有定向到图6A中的右下方向的方向性。与CD相对应的(即789nm)和穿过环形区No.17的光通量的相位与穿过中央区域Rc的光通量的相位不同。环形区No.17称作第一环形区域。
类似地，由环形区No.20至24和28提供的波前象差指示在图6B至6G中。由图可知，由环形区No.20、21和22提供的相位基本上与由在中央区域Rc中的环形区提供的相同。即，这样设计环形区No.20、21和22，从而与CD相对应的(即789nm)穿过环形区No.20、21和22的光通量的相位基本上与穿过中央区域Rc的光通量的相位相同。这些环形区(即环形区No.20、21和22)称作第二环形区域。
如果使用在第一环形区域与第二环形区域之间的边界hS和在中央区域Rc与周缘区域Rh之间的边界hB，则比值hS/hB等于1.18，这满足上述条件(1)。
与不装有第二环形区域的第一比较例相比，描述当使用具有相同基本设计的、根据第一或第二实施方案的物镜时在CD记录表面上的光强度分布。
图7是曲线图，表示当使用根据第一比较例的物镜时在CD的记录表面上的光强度分布。竖轴代表强度，而水平轴代表相对于光轴的半径(单位mm)。第一比较例具有与第一和第二实施方案相同的基本设计。然而，如上所述，第一比较例在周缘区域Rh中没有第二环形区域，并且这样设计在周缘区域Rh中的所有环形区，从而对于具有789nm波长的光通量，波前象差变化范围大于π。
图8和9是曲线图，分别表示当使用根据第一和第二实施方案的物镜时在CD的记录表面上的光强度分布。由于光束斑点(即主光束)具有显著大的强度，所以其波峰在每个曲线图中没有表示。应该注意，把主光束半径定义为从中心到第一暗环的一部分(是其中当离中心的距离增大时强度首先基本上成为零的部分)。
第一或第二实施方案的主光束半径小于第一比较例1.1％，这不表示任何意义。然而，关于第一侧瓣的强度，变化在第一实施方案中是-16.8％，而在第二实施方案中是-22.5％。在第二区域中包括的环形区的数量在第一实施方案中是两个，而在第二实施方案中是三个。因此，要理解，当在第二区域中包括的环形区的数量增大时，抑制侧瓣的效果较大。
实施方案3图10示意表示根据第三实施方案的物镜和DVD的侧视图。物镜10的一个第一表面11划分成一个中央区域Rc和一个周缘区域Rh。在中央区域Rc中的任何点满足0≤h＜1.567(mm)，h是从光轴OX到该点的距离，并且在周缘区域Rh中的任何点满足1.567≤h≤2.086(mm)。中央区域Rc的基本曲线和周缘区域Rh的基本曲线是旋转对称的非球形表面，它们由不同系数定义。在中央区域Rc中形成的衍射透镜结构和在周缘区域Rh中的结构由不同的光程差函数定义。一个第二表面12是不借助于衍射透镜结构形成的旋转对称非球形表面。
根据第三实施方案的物镜10的数值结构指示在表5和6中。而且，表7表示在第一表面11上形成的衍射透镜的精细配置。在该表中，这样指示环形区，从而包括物镜的光轴OX的圆形区是No.0环形区，并且把号码依次给外部环形区。在诸实施方案中，有18个区(即No.0至17环形区)。具体地说，环形区0至11包括在中央区域Rc中，而环形区12至17包括在周缘区域Rh中。
表5
表6
表7
这样设计环形区15，从而当波长是657nm(对于DVD)时，在边界处相对于相邻环形区的光程差是一个波长。
下面，对于在根据第三实施方案的物镜10上形成的每个环形区，使用圆形曲线描述当使用与CD相对应的波长时的波前象差。在如下描述中，使用圆形曲线表示波前象差。如在表7中表示的那样，在中央区域Rc中形成的环形区这样设计，从而在光轴侧与其周缘侧之间的每个区中的波前象差的变化近似在0.1π至0.2π的范围内。而且，在中央区域Rc中的环形区的每个中的波前象差的量从某一正值到具有该正值绝对值的负值分布。在中央区域Rc中环形区的波前象差的方向对齐成2nπ。
相反，在周缘区域Rh中形成的环形区的每一个中，波前象差大大地变化。而且，在周缘区域Rh的环形区中的波前象差的变化范围彼此不同。
图11A至11C是在物镜10的周缘区域Rh中形成的No.12、15和17环形区中的波前象差变化的圆形曲线表示。由于环形区No.13、14和16的每一个的波长象差的差接近2π，所以省略其圆形曲线图。
如由箭头指示的那样，由环形区No.12提供的波前象差具有定向到图11A中的向下方向的方向性。应该注意，如果箭头指向右手方向，则光通量的相位基本上与穿过中央区域Rc的光通量的相位的方向相同。如图11A中所示，与CD相对应的(即790nm)和穿过环形区No.12的光通量与穿过中央区域Rc的光通量的相位不同。环形区No.12称作第一环形区域。
类似地，由环形区No.15和17提供的波前象差指示在图11B和11C中。由图11B知道，由环形区No.15提供的相位基本上与由在中央区域Rc中的环形区提供的相同。即，这样设计环形区No.15，从而与CD相对应的(即789nm)穿过环形区No.15的光通量的相位基本上与穿过中央区域Rc的光通量的相位相同。环形区No.15称作第二环形区域。
如果使用在第一环形区域与第二环形区域之间的边界hS和在中央区域Rc与周缘区域Rh之间的边界hB，则比值hS/hB等于1.21，这满足上述条件(1)。
实施方案4根据第四实施方案的物镜是一个单元件塑料透镜，类似于表示在图10中的透镜，在两侧带有非球形表面。一个透镜表面划分成中央区域Rc和周缘区域Rh，并且在两个区域中形成衍射透镜结构。第一表面(11)的基本曲线、定义衍射透镜结构的光程差函数系数、第二表面(12)的形状与实施方案3的类似，并因而与指示在表5和6中的相同。在第四实施方案中在周缘区域Rh中形成的衍射透镜结构的精细配置与第三实施方案中的不同。
表8表示在根据第四实施方案的物镜的第一表面11上形成的衍射透镜结构的精细配置。
在表中，环形区这样指示，从而包括物镜的光轴OX的圆形区是No.0环形区，并且把号码依次给外部环形区。在第四实施方案中，有17个区(即No.0至16环形区)。具体地说，环形区0至11包括在中央区域Rc中，而环形区12至16包括在周缘区域Rh中。
表8
这样设计环形区15，从而当波长是790nm(对于CD)时，波前象差的变化是2π。
下面，对于在根据第四实施方案的物镜10上形成的每个环形区，描述当使用与CD相对应的波长时的波前象差。在中央区域Rc中形成的每个环形区与第三实施方案的相同，并且每个环形区的波前象差的方向是2nπ。
相反，在周缘区域Rh中形成的环形区的每一个中，波前象差大大地变化。而且，在周缘区域Rh中的环形区中的波前象差的变化范围彼此不同。
图12A-12C是在物镜10的周缘区域Rh中形成的某些环形区中的波前象差变化的圆形曲线表示。由于环形区No.13和14的每一个的波长象差的差接近2π，所以省略其圆形曲线图。
如由箭头指示的那样，由环形区No.12提供的波前象差具有定向到图12A中的向下方向的方向性。与CD相对应的(即790nm)和穿过环形区No.12的光通量的相位与穿过中央区域Rc的光通量的相位不同。环形区No.12称作第一环形区域。
类似地，由环形区No.15和16提供的波前象差指示在图12B至12C中。由图可知，由环形区No.15提供的相位基本上与由在中央区域Rc中的环形区提供的相同。即，这样设计环形区No.15，从而与CD相对应的(即790nm)穿过环形区No.15的光通量的相位基本上与穿过中央区域Rc的光通量的相位相同。环形区No.15称作第二环形区域。
如果使用在第一环形区域与第二环形区域之间的边界hS和在中央区域Rc与周缘区域Rh之间的边界hB，则比值hS/hB等于1.23，这满足上述条件(1)。
实施方案5根据第五实施方案的物镜是一个单元件塑料透镜，类似于表示在图10中的透镜，在两侧带有非球形表面。一个透镜表面划分成中央区域Rc和周缘区域Rh，并且在两个区域中形成衍射透镜结构。第一表面(11)的基本曲线、定义衍射透镜结构的光程差函数系数、第二表面(12)的形状与实施方案3的类似，并因而与指示在表5和6中的相同。在第五实施方案中在周缘区域Rh中形成的衍射透镜结构的精细配置与第三实施方案中的不同。
表9表示在根据第五实施方案的物镜的第一表面11上形成的衍射透镜结构的精细配置。
在表中，环形区这样指示，从而包括物镜的光轴OX的圆形区是No.0环形区，并且把号码依次给外部环形区。在诸实施方案中，有18个区(即No.0至17环形区)。具体地说，环形区0至11包括在中央区域Rc中，而环形区12至17包括在周缘区域Rh中。
表9
这样设计环形区15，从而当波长是660nm(对于DVD)时，在边界处相对于相邻环形区的光程差是一个波长。
下面，对于在根据第五实施方案的物镜10上形成的每个环形区，描述当使用与CD相对应的波长时的波前象差。在中央区域Rc中形成的每个环形区与第三实施方案的相同，并且每个环形区的波前象差的方向是2nπ。
相反，在周缘区域Rh中形成的环形区的每一个中，波前象差大大地变化。而且，在周缘区域Rh中的环形区中的波前象差的变化范围彼此不同。
图13A-13C是在物镜10的周缘区域Rh中形成的某些环形区中的波前象差变化的圆形曲线表示。由于环形区No.13、14和16的每一个的波长象差的差接近2π，所以省略其圆形曲线图。
如由箭头指示的那样，由环形区No.12提供的波前象差具有定向到图13A中的左手方向的方向性。与CD相对应的(即790nm)和穿过环形区No.12的光通量的相位与穿过中央区域Rc的光通量的相位(即相反相位)不同(即反相)。环形区No.12称作第一环形区域。
类似地，由环形区No.15和17提供的波前象差指示在图13B至13C中。由图可知，由环形区No.15提供的相位基本上与由在中央区域Rc中的环形区提供的相同。即，这样设计环形区No.15，从而与CD相对应的(即790nm)穿过环形区No.15的光通量的相位基本上与穿过中央区域Rc的光通量的相位相同。环形区No.15称作第二环形区域。
如果使用在第一环形区域与第二环形区域之间的边界hS和在中央区域Rc与周缘区域Rh之间的边界hB，则比值hS/hB等于1.21，这满足上述条件(1)。
与不装有第二环形区域的第二比较例相比，描述当使用具有相同基本设计的、根据第三、第四和第五实施方案的物镜时在CD记录表面上的光强度分布。
图14是曲线图，表示当使用根据第二比较例的物镜时在CD的记录表面上的光强度分布。竖轴代表强度，而水平轴代表相对于光轴的半径(单位mm)。第二比较例具有与第三至第五实施方案相同的基本设计。然而，如上所述，第二比较例在周缘区域Rh中没有第二环形区域，并且这样设计在周缘区域Rh中的所有环形区，从而对于具有790nm波长的光通量，波前象差变化范围大于π。
图15、16和17是曲线图，分别表示当使用根据第三、第四和第五实施方案的物镜时在CD的记录表面上的光强度分布。由于光束斑点(即主光束)具有显著大的强度，所以其波峰在每个曲线图中没有表不。
第三、第四和第五实施方案的主光束半径相对于第二比较例的变化分别是-0.9％、0.0％和0.9％，这不表示任何意义。然而，关于第一侧瓣的强度，该变化在第三实施方案中是-15.9％，在第四实施方案中是-12.1％，及在第五实施方案中是-17.3％。
在第四实施方案中，把第二环形区域配置成借助于其波前象差的变化大于2π的环形区。即使采用这样一种较宽环形区，也能像在第三实施方案那样良好地抑制侧瓣。
在第五实施方案中，这样配置构成第一环形区域的No.12环形区，从而由此提供的光通量的相位相对于由在中央区域Rc中的环形区提供的相位相反。借助于这种配置，防止主光束的半径变得太小。
权利要求
1.一种用于光学拾波器的物镜，其特征在于所述光学拾波器能够分别把具有不同波长的至少两个光束在不同NA下会聚在至少两个不同光盘的数据记录表面上，所述物镜包括一个具有正功率的衍射透镜，所述衍射透镜的至少一个表面划分成一个具有用来传输以较低NA会聚在光盘上的较低NA光束的必要尺寸的中央区域、和一个具有用来传输以较高NA会聚在光盘上的较高NA光束的尺寸的周缘区域，其中，当具有与要求较高NA的光盘相对应的波长的光束以较高NA会聚在要求较高NA的光盘上时，穿过所述周缘区域的光通量的相位与穿过中央区域的光通量的相位基本相同，其中，当具有与要求较低NA的光盘相对应的波长的光束以较低NA会聚在要求较低NA的光盘上时，穿过包括在所述周缘区域中的第一环形区域的光通量的相位与穿过所述中央区域的光通量的相位不同，而穿过包括在所述周缘区域中且在所述第一环形区域外的第二环形区域的光通量的相位与穿过所述中央区域的光通量的相位基本相同。
2.如权利要求1所述的物镜，其特征在于，满足条件1.15＜hS/hB＜1.28其中hS代表相对于所述物镜的光轴在所述第一环形区域与所述第二环形区域之间的边界的高度，而hB代表在所述中央区域与所述周缘区域之间的边界的高度。
3.如权利要求1所述的物镜，其特征在于其中所述周缘区域处形成有包括多个在其之间具有不同高度差的环形区的衍射透镜结构，所述第二环形区域包括所述多个环形区。
4.如权利要求3所述的物镜，其特征在于其中包括在所述第二环形区域中的所述多个环形区彼此相邻，当使用用于需要较高NA的盘的光束时，在相邻环形区每一个的边界处的光程差是一个波长。
5.如权利要求3所述的物镜，其特征在于其中形成在所述周缘区域中的所述多个环形区包括一个在其径向具有较宽宽度的宽环形区，当使用用于要求较高NA的盘的光束时，在穿过所述中央区域的光通量与穿过所述周缘区域的光通量之间的相位的相位差大于π。
6.如权利要求3所述的物镜，其特征在于其中形成在所述第二区域中的所述多个环形区包括一个在其径向具有较宽宽度的宽环形区，当使用用于要求较高NA的盘的光束时，在穿过所述中央区域的光通量与穿过所述周缘区域的光通量之间的相位的相位差大于2π。
7.如权利要求1所述的物镜，其特征在于其中当使用用于要求较高NA的盘的光束时，在穿过所述第一环形区域的光通量的相位基本上相对于穿过所述中央区域的光通量的相位相反。
8.一种用于光学拾波器的物镜，其特征在于所述光学拾波器能够分别把具有不同波长的至少两个光束在不同NA下会聚在至少两个不同光盘的数据记录表面上，所述物镜包括一个具有正功率的衍射透镜，所述衍射透镜的至少一个表面划分成一个具有用来传输以较低NA会聚在光盘上的较低NA光束的必要尺寸的中央区域、和一个具有用来传输以较高NA会聚在光盘上的较高NA光束的尺寸的周缘区域，所述周缘区域形成有一种衍射透镜结构，这种结构形成有在其之间有高度差的多个环形区，其中，当具有与要求较高NA的光盘相对应的波长的光束以较高NA会聚在要求较高NA的光盘上时，形成在所述周缘区域中的所有所述多个环形区起加强光束斑点的中央部分的强度的作用，其中，当具有与要求较低NA的光盘相对应的波长的光束以较低NA会聚在要求较低NA的光盘上时，包括在所述第一环形区域中的多个环形区不起加强光束斑点的中央部分的强度的作用，及包括在限定在所述第一环形区域外的第二环形区域中的多个环形区具有加强光束斑点的中央部分的强度的作用。
9.如权利要求8所述的物镜，其特征在于，满足条件1.15＜hS/hB＜1.28其中hS代表相对于所述物镜的光轴在所述第一环形区域与所述第二环形区域之间的边界的高度，而hB代表在所述中央区域与所述周缘区域之间的边界的高度。
全文摘要
一种用于光学拾波器的物镜，其配置使当具有与要求较高NA的光盘相对应的波长的光束以较高NA会聚在要求较高NA的光盘上时，穿过周缘区域的光通量的相位与穿过中央区域的光通量的相位基本相同。当具有与要求较低NA的光盘相对应的波长的光束以较低NA会聚在要求较低NA的光盘上时，穿过包括在周缘区域中的第一环形区域的光通量的相位与穿过中央区域的不同，而穿过在第一环形区域外的第二环形区域的光通量的相位与穿过中央区域的基本相同。
文档编号G11B7/135GK1456917SQ0313099
公开日2003年11月19日 申请日期2003年5月8日 优先权日2002年5月8日
发明者竹内修一, 丸山晃一, 是枝大辅 申请人:宾得株式会社