光学拾波器的光学系统的制作方法

专利名称：光学拾波器的光学系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于光盘设备的光学拾波器的光学系统，其中的光盘设备用来将数据记录到覆盖层厚度不同的多种光盘，或从覆盖层厚度不同的多种光盘复制数据。
背景技术：
记录有数字信息和在记录密度以及覆盖层厚度上均不相同的各种光盘已经得到广泛应用。例如，DVD(数字化多媒体盘)的记录密度要高于CD(光盘)和CD-R(可记录式光盘)，其覆盖层厚度要薄于CD或CD-R的覆盖层厚度。
由于CD(CD-R)与DVD的尺寸及厚度相同，因此最好使普通的光学拾波器能适用于CD(或CD-R)以及DVD。然而，在光学拾波器的光学系统中，球面像差会随着所用光盘覆盖层厚度的变化而变化。也就是说，球面像差与所用光盘的类型有关。因此，为了使光学拾波器的光学系统能够适用于CD(CD-R)以及DVD，需要对CD以及DVD的球面像差进行校正。
日本临时公开文献JP2000-81566中公开了一种光学拾波器，其在结构上能够校正由不同类光盘厚度不同所引起的球面像差。该文献中的光学拾波器包括一个物镜，其表面具有一个衍射结构，从而能够通过其衍射作用随波长变化的特性来校正不同覆盖层厚度所带来的球面像差的变化。
通常来讲，这种带有衍射结构的物镜制造困难，因此需要使用树脂来形成物镜。而树脂本身存在有光学特性随温度变化的缺点。也就是说，由树脂构成的物镜存在着光学特性随温度变化而变差的缺点。
日本预防公开HEI-11-337818公开了另一类光学拾波器的物镜。该文献中的物镜在结构上能够通过其上的衍射结构来校正温度变化所带来的光学性能的变化，以及由光盘覆盖层厚度变化所带来的球面像差的变化。由于该文献中的物镜具有上述优点，因此现在其已广泛使用。
然而，JP-11-337818中的物镜也存在着一个问题需要解决，也就是，当使用覆盖层相对较厚的CD或CD-R时，那么相对于覆盖层相对较簿的DVD，系统的工作距离(即，物镜和光盘表面之间的距离)会变短。显然，采用这种物镜的光盘尺寸无法缩微，因为DVD所需的工作距离要比CD(CD-R)所需的工作距离要长。
工作距离的问题特别在便携式设备如笔记本电脑的光盘设备中非常重要，这是因为便携式设备对缩微技术方面要求很高。
日本预防公开HEI9-43510公开了一种光学拾波器的光学系统，其在结构上能够解决上述工作距离的问题。该文献中公开的光学系统在结构上能够在使用DVD时，使一准直光束进入物镜从而校正整个光学系统的球面像差，而在使用CD(CD-R)时，则使一发散光束进入物镜。
当发散光束射到物镜上时(此时使用CD)，物镜所产生的球面像差会向欠校正的方向变化，而CD覆盖层所产生的球面像差则会向过校正的方向变化。此时，物镜所产生的球面像差就会与CD覆盖层所产生的球面像差相互抵消。因此，在CD和DVD的情况下均能使球面像差获得校正。
在使用CD时，工作距离会超过DVD时的工作距离，这是因为在CD的情况下是发散光束进入物镜。因此对于这种结构来说，上述的CD工作距离太短的问题就得以解决。
尽管在预防公开HEI-9-43510公开的光学拾波器中，均能对CD和DVD的球面像差进行校正，但由偏轴光线引起的慧形像差会比准直光束进入物镜的情况要大。准直光束特别是在物镜存在安装误差，或者是在物镜偏离原位在一个垂直于物镜光轴的平面内进行追踪操作时更大。下面，物镜进行追踪时进行的、和/或因定位错误而引起的“横向”位移通常由名词“物镜位移”来表示。
如果预防公开HEI-9-43510公开的光学拾波器用于一个单回播放设备中，那么该光学拾波器会具有很好的性能，因为复制操作所需的成像侧的数字孔径(numerical aperture----NA)(其还可表示成“成像侧NA”)相对较低，因此物镜所引起的慧形象差能保持在允许的水平之内。然而，该光学拾波器并不适于记录操作，因为在记录操作下，成像侧需要具有很高的NA，并且对像差的校正要求很严。
日本预防公开HEI2000-338395公开了一种用于记录/复制的光学系统。光学系统在使用CD时采用有限的物距。该光学系统具有耦合透镜，这些耦合透镜的结构会在内部区域消除像差，而在周围区域会产生像差。当相对于原位没有横向位移时(即，未发生物镜位移时)，穿过耦合透镜内部区域的光束(即没有像差的光束)会射到物镜上。当物镜产生位移时，穿过耦合透镜周围区域的光束会射到物镜上。
当物镜产生位移时，耦合透镜的球面像差可用来抵消物镜和光盘覆盖层所产生的部分慧形象差。
然而，在文献JP2000-338395所公开的光学系统中，绕一点对称分布的慧形象差中仅有一边抵消。因此，不能对慧形象差进行适当地校正。还有，光学系统中仍保留有高等位慧形象差。此外，该文献中公开的耦合透镜制造困难，并且很难对像差进行评估。

发明内容
本发明的优点在于所提供的光学拾波器的光学系统在结构上能够兼容多种光盘，能够为覆盖层较厚的光盘提供足够长的工作距离，并且能够对像差进行充分地校正。
本发明的一个方面是提供一种能够对多类光盘进行数据记录/复制的光学拾波器的光学系统，其中的光盘包括覆盖层相对较厚的第一光盘和覆盖层相对较簿的第二光盘。该光学系统包括多个光源，其用来兼容多种光盘；第一耦合透镜，其至少用于第一光盘；以及物镜，其用于多种光盘。
在上述结构中，第一耦合透镜位于物镜的光源侧。由多个光源之一发射出的、用于第一光盘的光束穿过第一耦合透镜，并作为发散光束入射到物镜上，该发散光束由耦合透镜给出球面像差。此外，用于第一光盘的发散光束的球面像差，以及物镜和第一光盘覆盖层所产生的球面像差彼此抵消。此外，当物镜在物镜光轴的垂直平面内移动时，由物镜移动而相对于物镜产生位移的发散光束的球面像差中的慧形象差分量被物镜和第一光盘覆盖层所产生的慧形象差抵消。
采用上述光学系统，发散光束会随着物镜位移而相对于物镜形成一个横向位移的球面像差。由于该横向位移的球面像差中的慧形象差在方向上与物镜和第一光盘覆盖层所产生的慧形象差相对，因此当物镜产生位移时，整个光学系统的慧形象差总量会充分得到压缩。
作为选择，用于第一光盘的发散光束的球面像差在波阵面延迟量上会随着其与耦合透镜中心轴的距离的增加而变大。
作为选择，射到物镜的、用于第一光盘的发散光束的发散度是光源发射出的所有光束在射到物镜时的所有发散度中最大的一个。
在特殊情况下，当使用第一光盘时，物镜的放大率可满足以下条件-0.15＜MOBL1＜-0.03 (1)如果MOBL1低于条件(1)中的下限，物镜所需用来保证第一光盘记录/复制操作所需图像侧NA的有效直径会太大。因此物镜的尺寸会过大。如果MOBL1大于条件(1)中的上限，DVD和CD之间工作距离差值变小的优点会减小。
作为选择，该光学系统可包括一个用于第二光盘的第二耦合透镜，该第二耦合透镜位于物镜的光源侧。
作为选择，第一耦合透镜也可同时用于第一光盘和第二光盘。
作为选择，由多个光源发射出来的用于第一光盘的光束和用于第二光盘的光束可具有不同的波长，第一耦合透镜至少可在其一个镜头表面上具有一个衍射结构，并且，当用于第二光盘的光束穿过第一耦合透镜时，用于第二光盘没有像差的光束可从耦合透镜出射。
在某一情况下，自第二耦合透镜出射的、用于第二光盘的光束可具有一个大致为平面的波阵面。
作为选择，当使用第二光盘时，物镜的放大率可满足以下条件
-0.01＜MOBL2＜0.01 (2)当条件(2)得到满足时，慧形象差和像散可大大降低。
在某一情况下，自第一耦合透镜出射的、用于第二光盘的光束可具有一个大致为平面的波阵面。
在某一特殊情况下，物镜在结构上在一光束相对于物镜光轴倾斜时不引起慧形象差，其中的光束入射在多种光盘中除第一光盘外的一特定类型光盘。
在某一特殊情况下，这种光盘要求图像侧数字孔径是所有光盘中最大的一种。
作为选择，该物镜满足以下条件|MOBL1|＞|MREF|其中的MOBL1表示用于第一光盘、具有第一耦合透镜所给球面像差的发散光束入射到物镜上时物镜的放大率。其中的MREF表示的是当一束假定的、等同于第一光盘发散光束但没有像差的发散光束射到物镜时，在由物镜和第一光盘覆盖层引起的球面像差值最接近于零处的物镜的放大率，其中该假定的发散光束所具有的波长适用于第一光盘。此外，用于第一光盘的发散光束的球面像差在波阵面延迟量上会随着其距离耦合透镜中心光轴的增长而增加。
作为选择，该第一耦合透镜在结构上可以是一种弯月形透镜，其凸面位于光盘侧并满足下面的条件1.0＜(Ra+Rb)/(Ra-Rb)＜15.0 (3)其中Ra表示第一耦合透镜光源侧的曲率半径，Rb表示第一耦合透镜光盘侧的曲率半径。此外，第一耦合透镜光源侧和光盘侧中的一个表面可以是非球表面，并且在最大有效半径处有正的最大非球量。
当采用满足条件(3)的这种耦合透镜时，可在耦合透镜发生位移，离轴光束入射到物镜上时，物镜产生的慧形象差来抵消耦合透镜位移所引起的慧形象差。当(Ra+Rb)/(Ra-Rb)大于条件(3)的上限时，尽管耦合透镜位移所产生的慧形象差有所减少，但像散会变大。当(Ra+Rb)/(Ra-Rb)小于条件(3)的下限时，耦合透镜位移所产生的慧形象差减少的优点就会消弱。
作为选择，该光学系统可满足下面的条件0.15＜(-Rb/f)×(MOBL1/MREF)4＜0.55 (4)其中的MOBL1表示的是用于第一光盘、具有第一耦合透镜所给球面像差的发散光束入射到物镜上时物镜的放大率。其中的MREF表示的是当一束假定的、等同于第一光盘发散光束但没有像差的发散光束射到物镜时，在由物镜和第一光盘覆盖层引起的球面像差值最接近于零处的物镜的放大率，其中的f表示的是第一耦合透镜的焦距，该假定的发散光束具有一个适于第一光盘的波长。
如果(-Rb/f)×(MOBL1/MREF)4大于条件(4)的上限时，耦合透镜位移所引起的慧形象差降低的优点就会减少。当(-Rb/f)×(MOBL1/MREF)4小于条件(4)的下限时，尽管耦合透镜位移所产生的慧形象差有所减少，但像散会变大。
作为选择，物镜可满足以下条件1.02＜MOBL1/MREF＜1.05 (5)如果MOBL1/MREF大于条件(5)的上限，那么耦合透镜位移所引起的慧形象差不能明显地降低，并且物镜位移产生的慧形象差会变大。如果MOBL1/MREF小于条件(5)的下限，那么耦合透镜位移时物镜所产生的慧形象差会太大。
在某一情况下，第一耦合透镜可满足以下条件-1.0＜(Ra+Rb)/(Ra-Rb)＜7.0 (6)其中Ra表示第一耦合透镜光源侧的曲率半径，Rb表示第一耦合透镜光盘侧的曲率半径。此外，第一耦合透镜光源侧和光盘侧的每一个表面均可是非球表面，并且在最大有效直径处的非球量为正值。
当耦合透镜的两个表面均为非球面时，耦合透镜位移时耦合透镜所产生的慧形象差，以及离轴光束入射到物镜上时物镜因耦合透镜位移而产生的慧形象差会彼此抵消。
如果(Ra+Rb)/(Ra-Rb)大于条件(6)的上限，尽管耦合透镜位移所产生的慧形象差有所减少，但像散会变大。此外，返回的光线(从镜头表面反射回来的光线)会在光源上产生不好的结果。如果(Ra+Rb)/(Ra-Rb)小于条件(6)的下限，那么使耦合透镜位移所产生的慧形象差减少的优点就会消弱，或者是，由耦合透镜表面位移所产生的慧形象差会变大。
作为选择，该光学系统可满足以下条件0.30＜(-Rb/f)×(MOBL1/MREF)4＜1.00 (7)其中的MOBL1表示的是用于第一光盘、具有第一耦合透镜所给球面像差的发散光束入射到物镜上时物镜的放大率。其中的MREF表示的是当一束假定的、等同于第一光盘发散光束但没有像差的发散光束射到物镜时，物镜和第一光盘覆盖层的球面像差最接近于零处的物镜的放大率，其中的f表示的是第一耦合透镜的焦距，其中该假定的发散光束具有一个适于第一光盘的波长。
当(-Rb/f)×(MOBL1/MREF)4大于条件(7)的上限时，耦合透镜位移所引起的慧形象差降低的优点就会减少，或者是，由耦合透镜表面位移所产生的慧形象差会变大。当(-Rb/f)×(MOBL1/MREF)4小于条件(7)的下限时，尽管耦合透镜位移所产生的慧形象差可以减少，但像散会变大。此外，返回的光线(来自镜头表面的反射光线)会在光源上产生不好的结果。


图1示意性地展示了根据本发明第一实施例的一个拾波器的光学系统；图2为来自于耦合透镜、图1所示第一光盘的光束的波阵面像差的曲线图；图3为耦合透镜所产生的球面像差的曲线图；图4为用于第一光盘的整个光学系统的球面像差的曲线图；
图5为带有横向位移波阵面像差的发散光束由于跟踪操作而入射到物镜时，一发散光束的像差的分布曲线图；图6为由第一光盘的整个光学系统所产生的像差量相对于物镜位移量的曲线图；图7为在比较例中的一个由光学拾波器中的光学系统相对于比较例中物镜位移量所产生的像差量比较例的曲线图；图8示意性地展示了本发明第二实施例的拾波器的光学系统；图9为图8中所示耦合透镜所产生的球面像差的曲线图；图10为根据第二实施例用于第一光盘的整个光学系统的球面像差的曲线图；图11为用于第一光盘的整个光学系统所产生的像差量相对于物镜位移量的曲线图；图12示意性地展示了根据本发明第三实施例的拾波器的光学系统；图13为图12中所示耦合透镜所产生的球面像差的曲线图；图14为整个光学系统的球面像差的曲线图；图15为整个光学系统所产生的像差量相对于第三实施例中物镜位移量的曲线图；图16示意性地展示了根据本发明第四实施例的拾波器的光学系统；图17为、对于图16所示第一光盘，来自于耦合透镜的光束的波阵面像差的曲线图；图18为用于第一光盘的整个光学系统所产生的像差量相对于第四实施例中耦合透镜位移量的曲线图；图19为用于第一光盘的、由耦合透镜所产生的球面像差的曲线图；图20为用于第一光盘的整个光学系统的球面像差的曲线图；图21为带有横向位移波阵面像差的发散光束由于跟踪操作而入射到物镜时，一发散光束的像差的分布曲线图；图22为用于第一光盘，由整个光学系统所产生的像差量相对于物镜位移量的曲线图；图23为在比较例中的一个由光学拾波器中的光学系统相对于比较例中物镜位移量所产生的像差量的曲线图；图24为第五实施例中对于第一光盘，由耦合透镜所产生的球面像差的曲线图；图25为对于第一光盘，相对于耦合透镜位移量在整个光学系统中所产生的像差量的曲线图；图26为用于第一光盘的光学系统中的总球面像差的曲线图；图27为对于第一光盘的整个光学系统所产生的像差量相对于物镜位移量的曲线图；
图28为根据第六实施例，用于第一光盘的耦合透镜所产生的球面像差的曲线图；图29为对于第一光盘的整个光学系统所产生的像差量相对于耦合透镜位移量的曲线图；图30为对于第一光盘的光学系统中的总球面像差的曲线图；图31为对于第一光盘的整个光学系统所产生的像差量相对于物镜位移量的曲线图；图32示意性地展示了一个根据本发明第七实施例的拾波器的光学系统；图33为图32中所示耦合透镜所产生的球面像差的曲线图；图34为第七实施例中整个光学系统所产生的像差量相对于耦合透镜位移量的曲线图；图35为光学系统中的总球面像差的曲线图；图36为整个光学系统所产生的像差量相对于第七实施例中物镜位移量的曲线图；图37示意性地展示了一个根据本发明第八实施例的拾波器的光学系统；图38为图37中所示用于第一光盘的耦合透镜所产生的球面像差的曲线图；图39为用于第一光盘的整个光学系统所产生的像差量相对于耦合透镜位移量的曲线图；图40为用于第一光盘的光学系统中总球面像差的曲线图；以及图41为第八实施例中用于第一光盘的整个光学系统所产生的像差量相对于物镜位移量的曲线图。
具体实施例方式
下面将参见附图来描述本发明的实施例。
下面所述的每一个系统均用于一个光学拾波器中以便对多种光盘进行数据记录或从多种光盘复制数据，其中的光盘包括覆盖层相对较厚的光盘如CD或CD-R以及覆盖层相对较簿的光盘如DVD或DVD-R。在本申请文件中，这种光学拾波器经常被表示为“一种对多种光盘进行数据记录或从多种光盘复制数据的光学拾波器”。
第一实施例图1示意性地展示了本发明第一实施例的拾波器的光学系统100。如图1所示，光学系统100包括一个光学系统OP1，其用来对覆盖层相对较厚的光盘D1(如，CD)进行数据记录/复制；以及一个光学系统OP2，其用来对覆盖层相对较簿的光盘D2(如，DVD)进行数据记录/复制。
光学系统OP1包括一个光源11、分支光学元件17、耦合透镜12、分光镜15、物镜16以及光接受体18。光学系统OP2包括光源13、分支光学元件19、耦合透镜14、分光镜15、物镜16以及光接受体20。光学系统OP1和光学系统OP2中均用到分光镜15和物镜16。
表1所示为第一实施例光学系统OP1的数据数据结构。在表1中，MALL1表示整个光学系统OP1的放大率，MOBL1表示光学系统OP1中物镜16的放大率。在光学系统OP1中，物镜16图像侧的设计NA为0.51，设计波长(即，对光盘D1进行数据记录/复制所需的波长)为780nm。
表1MALL1-0.1929MOBL1-0.0814设计波长 780nm设计NA 0.51表面号 rd n v#0 8.60#1104.0001.20 1.54455.7#2 -9.400 1.00#3 4.00 1.51664.2#4 5.18#5(h＜1.30) 1.464 1.40 1.54455.7#5(h≥1.30) 1.497 1.40 1.54455.7#6 -6.000 0.99#7 1.20 1.58529.9#8在表1中，“表面号”表示的是从光源11开始，分配给光学系统OP1中光学表面的表面号数。#0表示光源11。#1和#2分别是指耦合透镜12的前表面(光源侧)和后表面12a(光盘侧)。#3和#4分别是指分光镜15光源侧的表面和物镜侧的表面。
#4和#5分别是指物镜16的前表面(光源侧)和后表面(光盘侧)。#7和#8分别是指光盘D1覆盖层的表面和光盘D1数据记录层的表面。
“r”表示各镜头表面在其光轴处的曲率半径(单位mm)，“d”表示镜头厚度或者是一光学元件和下一个光学元件之间的间距，“n”表示各个透镜对d射线(588nm)的折射系数，“v”表示各个透镜对d射线的Abbe数(阿贝数)。这些字符的意思解释还可适用于下面各个实施例中用来表示光学系统数据结构的表格。
如表1所示，物镜16的前表面(#5)包括一个内部区域以及一个位于内部区域之外的外部区域，其中的内部区域在距离光轴高度小于1.30mm的区域内形成。内部区域和外部区域具有不同的结构。耦合透镜12的前表面(#1)是一个球状表面。
耦合透镜12的后表面12a(#2)、物镜16的前表面(#5)以及物镜16的后表面(#5)均为旋转对称的非球表面，该旋转对称的非球表面可由下式来表示x(h)=ch21+1-(1+K)c2h2+A4h4+A6h6+A8h8+A10h10+A12h12]]>其中的X(h)表示SAG量，即非球表面上距离光轴高度为h的一点与非球表面在光轴处相切表面之间的距离。符号c表示光轴处的曲率(1/r)，K为圆锥系数，A4、A6、A8、A10以及A12分别为第4、6、8、10、12阶非球面系数。
在本说明书中，当非球表面相对于原状在光盘侧移动时，非球面值为正值。非球表面的基本形式是指具有等于非球表面光轴上的非球表面曲率r的曲率的非球表面。
表2为耦合透镜12后表面12a(#2)、物镜16前表面(#5)以及物镜16后表面(#6)的圆锥系数和非球面系数。如表2所示，物镜16前表面内部区域的系数和外周区域的系数彼此独立确定。
表2表面号#2#5(h＜1.30) #5(h＞＝1.30) #6K 0.0000 -0.500-0.5000.0000A048.5000E-04 -6.4900E-041.1767E-02 3.4870E-02A066.6000E-049.6020E-04 -3.1890E-03-5.6500E-03A080.0000E+00 -8.3440E-043.0700E-04-4.9590E-03A100.0000E+005.9340E-04 -6.0900E-05 2.5000E-03A120.0000E+00 -2.9380E-04 -1.8560E-04-3.7200E-04在物镜16前表面#5的外周区域形成有一个衍射结构(即，衍射镜结构)。该衍射结构由以下这个光程差函数Φ(h)确定Φ(h)＝(P2h2+P4h4+P6h6+...)×m×λ其中P2P4P6分别是二阶、四阶以及六阶系数，h表示物镜衍射结构上一点到光轴的距离，m表示衍射的阶数，λ表示工作波长。光程差Φ(h)表示的是假定的、不穿过衍射结构的光线与衍射结构在距离光轴高度为h处所衍射的光线之间的光程差。换句话说，光程差Φ(h)表示由衍射结构衍射的每一束光线的附加光程。
表3示出了施加在物镜前表面(#5)的外周区域上的光程差Φ(h)的系数值。在该实施例及在下面的实施例中，衍射级数m为1。
表3
表面号#5(h＞＝1.30)(外周区域)P02 -6.2640E+00P04 9.4800E+00P06 -3.4100E+00P08 0.0000E+00表4所示为第一实施例光学系统OP2的数据结构。在表4中，MALL2表示整个光学系统OP2的放大率，MOBL2表示光学系统OP2中物镜16的放大率。在光学系统OP2中，物镜16图像侧的设计NA为0.65，设计波长(即，对光盘D2进行数据记录/复制所需的波长)为650nm。
表4MALL2-0.1456MOBL2-0.0000设计波长650nm设计NA 0.65表面号 r d nv#0 15.28#1 104.000 1.20 1.544 55.7#2 -9.400 1.00#3 4.00 1.516 64.2#4 5.00#5(h＜1.30) 1.464 1.40 1.544 55.7#5(h≥1.30) 1.497 1.40 1.544 55.7#6 -6.000 1.17#7 0.60 1.585 29.9#8 -在表4中，“表面号”表示的是从光源13开始，分配给光学系统OP2中各个光学表面的表面号数。#0表示光源13。#1和#2分别是指耦合透镜14的前表面(光源侧)和后表面14a(光盘侧)。#3和#4分别是指分光镜15光源侧的表面和物镜侧的表面。
#4和#7分别是指物镜16的前表面(光源侧)和后表面(光盘侧)。#7和#8分别是指光盘D2覆盖层的表面和光盘D2数据记录层的表面。耦合透镜14的前表面(#1)是球状表面。
耦合透镜14的后表面14a(#2)是非球面。表5所示为耦合透镜14的后表面14a(#2)的圆锥系数以及非球面系数。
表5表面号 #2K0.0000A04 1.0670E-04A06 9.5500E-07A08 0.0000E+00A10 0.0000E+00A12 0.0000E+00光源11和13的振荡频率分别等于设计波长780nm和650nm。
光源11发射出来的光束穿过耦合透镜12，然后入射到分光镜15上。耦合透镜12在结构上应使后表面12a出来的光束变成一束具有球面像差的发散光束，其中的波阵面延迟量会随着距离光轴(即中心轴)长度的增加而变大。
图2为来自于耦合透镜12的光束的波阵面像差的曲线图。尽管来自于耦合透镜12的光束的波阵面实际上具有的形状对应于球波分量和像差分量，但在图2中为了简化仅展示了像差分量。在图2中(以及类似展示有耦合透镜波阵面像差的示图中)，垂直轴表示瞳孔坐标，水平轴表示波阵面像差量。
如图2中粗点划线所示，来自耦合透镜的光束所给出波阵面像差，其像差相对于光束中心轴对称分布。当物镜位于原位时，位于瞳孔坐标为±1.0之内的光束均入射到物镜到16上。
来自耦合透镜12的光束由分光镜15反射并入射到物镜16上。当光束入射到处于原位的物镜16上时，物镜16会将光束在光盘D1的数据记录层上汇聚形成一个合适合适尺寸的聚束点。
在光学系统OP2中，光源13发射出来的光束经耦合透镜14转换成一准直光束，其穿过分光镜15后入射到物镜16上。在光学系统OP2中，耦合透镜14用作准直透镜。耦合透镜14不会给穿过其中的光束带来像差。
当没有像差的光束入射到处于原位的物镜16上时，物镜16会将光束在光盘D2的数据记录层上汇聚形成一个合适尺寸的聚束点合适尺寸。
如下所述，光学系统OP1在结构上应使耦合透镜12所引起的球面像差，与物镜16和光盘D1覆盖层所引起的球面像差能够彼此抵消。图3所示为耦合透镜12所形成的球面像差的曲线图。在图3中(以及下面用来表示耦合透镜球面像差的类似附图中)，垂直轴表示耦合透镜12后表面12a上到光轴的高度(单位mm)，水平轴表示的是发散光束虚像上的球面像差(单位mm)。如图3所示，耦合透镜12引起的球面像差处于过校正状态。
在图3(以及下面表示耦合透镜球面像差的类似附图)中，尽管耦合透镜12后表面12a的有效直径为0.90mm，但该曲线图展示的是后表面12a的最大直径的整个范围(1.80mm)。
物镜16在结构上，其放大系数MOBL1的绝对值要大于放大系数MREF，该放大系数MREF当假定的、等同于没有像差的发散光束入射到物镜16时使光盘D1数据记录层上的球面像差与零最接近(即，最小)。在本实施例中，该MREF为一0.0725，如表1所示，MOBL1为-0.0814。因此，通过将放大系数MOBL1的绝对值设定大于放大系数MREF的绝对值，物镜16以及光盘D1的覆盖层所引起的球面像差就会设定在欠校正状态下，并且从物镜16到物镜16所形成的图像的工作距离就能变长。
图4为整个光学系统OP1的球面像差的曲线图。如图4所示，图3中耦合透镜12所引起的球面像差能在整个光学系统OP1中得到充分校正。
在光学系统OP2中，当来自于耦合透镜14的、没有像差的准直光束入射到物镜16上时，处于原位的物镜16经球面像差校正后在光盘D2的数据记录层上形成了一个合适合适尺寸的聚束点。
下面来解释光学系统100所引起慧形象差的结构。这里可能存在这样一种情况，即当来自于耦合透镜14的准直光束入射到物镜上时，准直光束的中心轴会因光学系统OP1光路中折镜(图中未示出)的安装误差而相对于物镜16的光轴相倾斜。为此，当来自于耦合透镜14的准直光束相对于物镜16的光轴相倾斜时，物镜16的结构应能对所产生的慧形象差进行充分地校正。
与上述情况相似，这里还可能存在另一种情况，即当发散光束入射到物镜16上时，物镜16的中心轴会相对于物镜16的光轴相倾斜。为此，当入射到物镜16上的发散光束倾斜时，物镜16的结构应优选能对所产生的慧形象差进行充分地校正。
应该注意到和光学系统OP2的情况相比，在光学系统OP1的情况下，物镜16入射光束所允许的倾斜范围相对较大，这是因为物镜16在对光盘D1(如，CD)进行记录/复制时所需的图像侧NA要小于对光盘D2(如，DVD)进行记录/复制时所需的图像侧NA。
因此，物镜16所需的、对来自耦合透镜12的发散光束进行像差校正的精度可设定小于物镜16所需的、对来自耦合透镜14的准直光束进行像差校正的精度。
从光盘D1数据记录层反射回来的光束可沿着光源11到光盘D1的相同光路前进到分支光学元件17。分支光学元件17具有一个衍射结构以便将来自光盘D1的光束导向光接受体18。光接受体18根据入射到其上的光束而生成一个电信号从而将该电信号发送到一个信号处理单元(图中未示出)以便根据光接受体18所形成的电信号生成一个复制信号、一个聚焦误差信号、一个跟踪误差信号等。
从光盘D2数据记录层反射回来的光束可沿着光源13到光盘D2的相同光束的光路前进到分支光学元件19。分支光学元件19具有一个衍射结构以便将来自光盘D2的光束导向光接受体20。光接受体20的功能与光接受体18相同。
当物镜16为了跟踪操作从原位横向位移时(即当物镜出现位移时)，由耦合透镜12所形成的光源11的图像，从物镜16看去，会从物镜16的光轴发生位移。此时，由于来自耦合透镜12的发散光束变成了物镜16的离轴光线，物镜16以及光盘D1的覆盖层会形成的一个慧形象差。为此，本实施例的光学系统100在结构上应能校正物镜16跟踪操作所产生的慧形象差。
当物镜16为了跟踪操作而横向位移时，具有耦合透镜12之瞳孔坐标范围(其与瞳孔坐标范围相差±1.0)的光束入射到物镜16上。例如，当具有耦合透镜12之-0.8到+1.2瞳孔坐标范围的光束因跟踪操作入射物镜16上时，入射到物镜16上的发散光束的波阵面像差的分布即如图2中的细实线(SA位移线)所示。也就是说，当物镜16横向位移时，光束波阵面像差的分布也相对于物镜16横向位移。
图5为带有横向位移波阵面像差的发散光束因跟踪操作而入射到物镜16时，发散光束的像差的分布曲线图。更为特别的是，图5的曲线图仅是耦合透镜12的具有-0.8到+1.2瞳孔坐标范围的发散光束入射到物镜16上的一例情况。
如图5所示，横向位移的波像差可分成慧形象差分量(由点划线“CM”表示)和球面像差分量(由双点划线“SA”表示)。在图5中，粗点划线“总和”表示像差的总和，实线“SA偏移”与图2所示的相同。细点划线“DF”为散焦分量，这一点将在后面解释。这些符号也适用于其它表示横向位移波阵面像差的像差分布附图。
从图2可以看出，由耦合透镜12产生的球面像差在分布上其波阵面延迟会随着到光束中心轴距离的增加而变大。这就意味着图5所示的慧形象差分量和球面像差分量在方向上与物镜16以及光盘D1的覆盖层所引起的慧形象差和球面像差相反。
因此，即使物镜16因跟踪操作而横向位移，物镜16以及光盘D1的覆盖层所引起的慧形象差和球面像差也会被发散光束横向偏移了的球面像差所抵消。
图6为整个光学系统OP1所产生的像差量相对于物镜16位移量的曲线图。图6展示有像差总量(总和)、像散(AS3)、五阶慧形象差(CM5)以及三阶慧形象差(CM3)。这些符号也适用于其它表示像差量相对于物镜位移量的附图。
如图6所示，从低阶到高阶的慧形象差得到有效地抑制抑制。因此，即使在物镜位移时，光盘D1的数据记录层上也能形成合适合适尺寸的聚束点。
为了进行对比，图7展示了一比较例的光学拾波器中光学系统所引起的像差量相对于物镜位移量的关系。除了耦合透镜12的球面像差得以校正之外，该比较例的结构与第一实施例相同。也就是说，该比较例是一种光学拾波器的常规的光学系统。
从图6和图7间的比较可以看出，该实施例的总像差比压缩比较例的总像差经抑制后小于比较例的总像差。
应该注意的是，当物镜16因跟踪操作而在光学系统OP2中横向位移时，不会产生额外的像差，这是因为入射到物镜16上的光束是准直光束。
如上所述，在多种光盘具有恒定放大率的常规光学系统中，不同光盘的工作距离彼此不同。例如，当这种常规的光学系统中使用的是CD和DVD时，DVD的工作距离和CD的工作距离之间大约存在一个0.38mm的差值。DVD和CD之间存在的工作距离较大的差值使得光盘设备很难变小。
该实施例的光学系统100在结构上能够大大地减少DVD和CD之间的工作距离差，这将在下面解释。
在光学系统OP1中，物镜16的放大率MOBL1满足以下条件-0.15＜MOBL1＜-0.03 (1)在光学系统OP2中，物镜16的放大率MOBL2满足以下条件-0.01＜MOBL2＜0.01 (2)当满足条件(1)和(2)时，DVD和CD之间工作距离的差就能变到0.18mm，即常规光学系统中DVD和CD之间工作距离差的一半。
应该应该注意的是，只要满足条件(1)，发散光束就能在光学系统OP1中实现光盘D1的记录和复制操作而不需增加所用物镜的尺寸。只要满足条件(2)，准直光束就能实现光盘D2的记录/复制操作。
如上所述，在本发明的第一实施例中，多种光盘的像差得以有效抑制。即使物镜16因跟踪操作而发生横向位移时也就保持这种状态。此外，根据本发明的第一实施例，由于多种光盘工作距离之间的差得以大大降低，因此该实施例的光学系统能够安装到一台更小巧的光学拾波器上。
第二实施例下面来描述本发明的第二实施例。图8示意性地展示了本发明第二实施例的光学拾波器的光学系统200。在图8中，与图1中部件相类似的部件采用相同的附图标记，并且这些部件的说明也不再重复。在光学系统200中，耦合透镜21用来代替第一实施例中的耦合透镜12和耦合透镜14。耦合透镜21布置在光盘D1(如，CD)所用光学系统OP21和光盘D2(如，DVD)所用光学系统OP22的一条相同光路上。
如图8所示，光盘D1所用的光学系统OP21包括光源11、分支光学元件17、分光镜15、耦合透镜21、物镜16以及光接受体18。光盘D2所用的光学系统OP22包括光源13、分支光学元件19、分光镜15、耦合透镜21、物镜16以及光接受体20。
表6所示为第二实施例光学系统OP21的数据结构。在表6中，MALL1表示整个光学系统OP21的放大率，MOBL1表示光学系统OP21中物镜16的放大率。
表6MALL1-0.2104MOBL1-0.0802设计波长 780nm设计NA0.51表面号r d n v#0 3.27#1 3.00 1.51664.2#2 4.00#3 104.0001.20 1.54455.7#4 -9.400 5.17#5(h＜1.30) 1.464 1.40 1.54455.7#5(h≥1.30) 1.497 1.40 1.54455.7#6 -6.000 0.99#7 1.20 1.58529.9#8 -在表6中，#0表示光源11。#1和#2分别是指分光镜15的光源侧的表面和物镜侧的表面。#3和#4分别是指耦合透镜21前表面(光源侧)和后表面21a(光盘侧)。
#5和#6分别是指物镜16的前表面(光源侧)和后表面(光盘侧)。#7和#8分别是指光盘D1覆盖层的表面和光盘D1数据记录层的表面。表6中的其它符号与表1中符号的意思相同。
表7所示为第二实施例光学系统OP22的数据结构。在表7中，MALL2表示整个光学系统OP22的放大率，MOBL2表示光学系统OP22中物镜16的放大率。
表7MALL2-0.1456MOBL20.0000设计波长 650nm设计NA 0.65表面号rd n v#09.30#13.00 1.51664.2#24.00#3 104.000 1.20 1.54455.7
#4 -9.4005.00#5(h＜1.30) 1.4641.40 1.544 55.7#5(h≥1.30) 1.4971.40 1.544 55.7#6 -6.0001.17#70.60 1.585 29.9#8-在表7中，#0表示光源13。#1和#2分别是指分光镜15光源侧的表面和物镜侧的表面。#3和#4分别是指耦合透镜21前表面(光源侧)和后表面21a(光盘侧)。
#5和#6分别是指物镜16的前表面(光源侧)和后表面(光盘侧)。#7和#8分别是指光盘D2覆盖层的表面和光盘D2数据记录层的表面。表7中的其它符号与表1中符号的意思相同。
耦合透镜21的后表面21a(#4)是一个具有衍射结构的非球表面。耦合透镜21的衍射结构有能够给光源11的光束带来球面像差的功能，其中，如图2所示，波阵面的延迟量会随着到光轴距离的增加而变大。此外，耦合透镜21的衍射结构有能够校正来自光源13的光束的球面像差的功能。第二实施例中的物镜16与第一实施例具有相同的结构。耦合透镜21的前表面(#3)为一球面。
表8为耦合透镜21的后表面21a(#4)、物镜16的前表面(#5)以及物镜16的后表面(#6)的圆锥系数和非球面系数。
表8表面号 #4 #5(h≤1.30) #5(h≥1.30) #6K 0.0000 -0.500-0.5000.0000A04 -1.7100E-03 -6.4900E-04 1.1767E-023.4870E-02A064.6700E-04 9.6020E-04 -3.1890E-03 -5.6500E-03A08 -2.4700E-04 -8.3440E-04 3.0700E-04 -4.9590E-03A100.0000E+00 5.9340E-04 -6.0900E-052.5000E-03A120.0000E+00 -2.9380E-04 -1.8560E-04 -3.7200E-04表9所示为用于耦合透镜21后表面21 a(#4)以及物镜16前表面(#5)的外周区域的光程差函数Φ(h)的系数值。
表9表面号#4 #5(h≥1.30)(外周区域P02 0.0000E+00 -6.2640E+00P04 1.5000E+00 9.4800E+00P06 4.0000E-01 -3.4100E+00P08 2.0000E-01 0.0000E+00
在光学系统OP21中，光源11相对于耦合透镜21的前焦点位于耦合透镜21的侧边。因此，来自成光源11的光束在穿过耦合透镜21之后就变成发散光束。光源13位于耦合透镜21的前焦点处。因此，来自光源13的光束在穿过耦合透镜21之后变成准直光束。也就是说，在光学系统OP22中，耦合透镜21用作准直透镜。
在光学系统OP21中，由耦合透镜21给定球面像差的发散光束被处于原位的物镜16汇聚从而在光盘D1的数据记录层上形成一个合适尺寸的聚束点。
在光学系统OP22中，耦合透镜21没有形成球面像差的准直光束被处于原位的物镜16汇聚从而在光盘D2的数据记录层上形成一个合适尺寸的聚束点。
如下详细所述，光学系统OP21在结构上能使耦合透镜21所引起的球面像差与物镜16和光盘D1覆盖层所引起的球面像差彼此抵消。
图9为耦合透镜21所产生的球面像差的曲线图。如图9所示，耦合透镜21后表面21a的有效直径为1.06。光学系统OP21中的物镜16的放大率MOBL1为-0.0802(参见表6)，因此，放大率MOBL1的绝对值大于放大率MREF的绝对值。在这种结构下，耦合透镜21所引起的球面像差会处于过校正的状态下，并且确保用于光盘D1的工作距离较长。
图10为整个光学系统OP21球面像差的曲线图。如图10所示，图9中耦合透镜21所引起的球面像差在光学系统OP21中得到充分地校正。
在光学系统OP22中，当来自于耦合透镜21并且没有像差的准直光束入射到物镜16上时，处于原位的物镜16经球面像差校正在光盘D2的数据记录层上形成一个合适尺寸的聚束点。
与第一实施例相似，物镜16在结构上能够对位于光源11(或光源13)和物镜16之间路径上的光学元件(图中未示出)的安装误差所引起的慧形象差进行充分地校正。
当物镜16因跟踪操作而从原位横向位移时，来自耦合透镜21的发散光束会变成物镜16的离轴光线。此时，物镜16和光盘D1的覆盖层会引起慧形象差。为此，第二实施例的光学系统200在结构上能通过与第一实施例相同的结构来校正物镜16跟踪操作所引起的慧形象差。
也就是说，通过应用耦合透镜21的光束中的横向位移的球面像差中的每一个像差分量能使整个光学系统OP21的总像差被抵消。
图11所示为整个光学系统OP21所产生的像差量相对于物镜16位移量的曲线图。如图11所示，从低阶到高阶的慧形象差得到有效地抑制抑制。因此，即使在物镜位移时，光盘D1的数据记录层上也能形成合适尺寸的聚束点。
从图11和7的比较可以看出，第二实施例的总像差可以减少为常规光学拾波器的光学系统中的总像差的一半。
应该注意的是，当物镜16因跟踪操作而在光学系统OP22中横向位移时，不会产生额外的像差，这是因为入射到物镜16上的光束是准直光束。
如上所述，根据本发明的第二实施例，即使物镜16因跟踪操作而横向位移时，也能对各种光盘的像差进行有效地抑制抑制。
此外，在第二实施例中，光学系统OP21中物镜16的MOBL1满足条件(1)并且光学系统OP22中物镜16的MOBL2满足条件(2)。因此，各种光盘之间的工作距离差就得以大大降低。还有，第二实施例还能够确保覆盖层相对较厚的光盘有足够的工作距离。因此，第二实施例的光学系统能安装在更为小巧的光学拾波器上。
此外，根据第二实施例，只用了一个耦合透镜21，因此能够降低制造成本以及光学元件位置调整所需的工时。
第三实施例下面来描述本发明的第三实施例。如图5所示，横向偏移的波阵面像差实际包括图5中细点划线DF所示的散焦分量以及慧形象差分量和球面像差分量。因此，当在物镜16横向位移的条件下对光盘D1进行记录/复制操作时，系统会因来自耦合透镜12的光束的波阵面像差的散焦分量而出现像散。
图12示意性地展示了本发明第三实施例的光学拾波器的光学系统300。在图12中，与图8第二实施例中部件相类似的部件采用相同的附图标记，并且这些部件的说明也不再重复。光学系统300与第二实施例的光学系统在部件布置上基本相同。
如下所述，第三实施例的光学系统800在结构上能减少用来光盘D1记录/复制操作中所用光学系统OP31所引起的像散。
如图12所示，用于光盘D1的光学系统OP31包括光源11、分支光学元件17、分光镜15、耦合透镜31、物镜16以及光接受体18。用于光盘D2的光学系统OP32包括光源13、分支光学元件19、分光镜15、耦合透镜31、物镜16以及光接受体20。
表10所示为第三实施例光学系统OP31的数据结构。在表10中，MALL1表示整个光学系统OP31的放大率，MOBL1表示光学系统OP31中物镜16的放大率。
表10MALL1-0.2090MOBL1-0.0785设计波长 780nm设计NA 0.51表面号rdn v#03.36
#1 3.001.516 64.2#2 4.00#3104.0001.201.544 55.7#4 -9.400 5.18#5(h＜1.30) 1.464 1.401.544 55.7#5(h≥1.30) 1.497 1.401.544 55.7#6 -6.000 0.98#7 1.201.585 29.9#8 -在表10中，#3和#4分别是指耦合透镜31前表面(光源侧)和后表面31a(光盘侧)。表10中的其它符号与第二实施例中的表6所示符号的意思相同。
表11所示为第三实施例光学系统OP32的数据结构。在表11中，MALL2表示整个光学系统OP32的放大率，MOBL2表示光学系统OP32中物镜16的放大率。
表11MALL2-0.1456MOBL20.0000设计波长 650nm设计NA 0.65表面号r d n v#0 9.30#1 3.00 1.516 64.2#2 4.00#3 104.000 1.20 1.544 55.7#4 -9.400 5.00#5(h＜1.30) 1.464 1.40 1.544 55.7#5(h≥1.30) 1.497 1.40 1.544 55.7#6 -6.000 1.17#7 0.60 1.585 29.9#8 -在表11中，#3和#4分别是指耦合透镜31前表面(光源侧)和后表面31a(光盘侧)。表11中的其它符号与第二实施例中的表7所示符号的意思相同。
耦合透镜31的后表面31a(#4)是一个具有一衍射结构的非球表面。第三实施例中的物镜16在结构上与第一实施例的相同。耦合透镜31的前表面(#3)是一球面。
表12为耦合透镜31后表面31a(#4)、物镜16前表面(#5)以及物镜16后表面(#6)的圆锥系数和非球面系数。
表12表面号 #4 #5(h＜1.30) #5(h≥1.30)#6K 0.0000 -0.500-0.500 0.0000A04-1.2320E-03 -6.4900E-041.1767E-02 3.4870E-02A06-3.6400E-04 9.6020E-04 -3.1890E-03-5.6500E-03A08-1.8900E-04 -8.3440E-043.0700E-04-4.9590E-03A10 0.0000E+00 5.9340E-04 -6.0900E-05 2.5000E-03A12 0.0000E+00 -2.9380E-04 -1.8560E-04-3.7200E-04表13所示为应用于耦合透镜31后表面31a(#4)以及物镜16前表面(#5)的外周区域的光程差函数Φ(h)的系数值。
表13表面号#4 #5(h≥1-30)(外周区域)P020.0000E+00 -6.2640E+00P041.1000E+00 9.4800E+00P063.2000E-01 -3.4100E+00P081.5000E-01 0.0000E+00在光学系统OP31中，耦合透镜31在结构上所引起的球面像差相比耦合透镜21图9所引起的球面像差相对要小。
图13为耦合透镜31所产生的球面像差的曲线图。如图13所示，耦合透镜31后表面31a的有效直径h为1.07。光学系统OP31中的物镜16的放大率MOBL1为-0.0785(参见表10)，因此，放大率MOBL1的绝对值大于放大率MREF的绝对值。在这种结构下，耦合透镜31所引起的球面像差会处于过校正的状态下，并且能确保用于光盘D1的长工作距离较长。
图14为整个光学系统OP31球面像差的曲线图。如图14所示，图13中耦合透镜31所引起的球面像差在光学系统OP31中得到充分地校正。
图15所示为整个光学系统OP31所产生的像差量相对于物镜16位移量的曲线图。如图15所示，尽管第三实施例中光学系统OP31所引起的慧形象差没有减少到第二实施例中慧形象差的相应水平，但光学系统31中的慧形象差仍在允许的范围内。还有，像散也在允许的范围内。
从图15和7对比可以看出，第三实施例的总像差大约为常规光学拾波器光学系统总像差的一半。因此第三实施例中的光学系统300基本上与第二实施例中的光学系统200具有相同的优点。
此外，在第三实施例中，由于耦合透镜31所引起的球面像差量得以降低，因此耦合透镜的安装误差增加。此外，在第三实施例中，所设定的慧形象差目标值设成实际所允许的水平，而不是零水平。因此能够大大地减少像散。
第四实施例下面来描述本发明的第四实施例。图16示意性地展示了本发明第四实施例的拾波器的光学系统400。在图16中，与图1中部件相类似的部件采用相同的附图标记，并且这些部件的说明也不再重复。
如图16所示，光学系统400包括一个光学系统OP41，其用来对/从光盘D1(如，CD)进行数据记录/复制；以及一个光学系统OP42，其用来/从光盘D2(如，DVD)进行数据记录/复制。
光学系统OP41包括一个光源11、分支光学元件17、耦合透镜412、分光镜15、物镜16以及光接受体18。光学系统OP42包括光源13、分支光学元件19、耦合透镜414、分光镜15、物镜16以及光接受体20。光学系统OP41和光学系统OP42中均用到分光镜15和物镜16。
表14所示为根据第四实施例光学系统OP41的数据结构。在表14中，MALL1表示整个光学系统OP41的放大率，MOBL1表示光学系统OP41中物镜16的放大率。MREF表示的是当一束假定的、等同于没有像差的发散光束的发散光束射到物镜16上时，使光盘D1覆盖层数据纪录层上的球面像差最接近于零的物镜16的放大率，在光学系统OP41中，物镜16图像侧的设计NA为0.51，设计波长为780nm。耦合透镜412的焦距f为16.14mm。
表14MALL1-0.1929f 16.14mmMREF-0.0725MOBL1-0.0814设计波长780nm设计NA 0.51表面号 rd nv#0 7.35#1 -4.530 1.20 1.544 55.7#2 -3.250 2.37#3 4.00 1.516 64.2#4 5.20#5(h＜1.30) 1.464 1.40 1.544 55.7
#5(h≥1.30) 1.497 1.40 1.544 55.7#6 -6.000 0.99#7 1.20 1.585 29.9#8 -在表14中，#1和#2分别是指耦合透镜412的前表面412a(光源侧)和后表面412b(光盘侧)。表14中的其它符号与表1中的符号意思相同。
如表14所示，物镜16的前表面(#5)包括有形成在光轴高度小于1.3mm范围内的内部区域以及形成于内部区域外的外周区域。内部区域和外周区域在结构上具有不同的结构。
物镜16前表面(#5)的内部区域是一个不带衍射结构的连续表面。物镜16前表面(#5)的外周区域则具有一个衍射结构。耦合透镜412的前表面412a(1)是一个球面。
耦合透镜412的后表面412b(#2)、物镜16的前表面(#5)以及物镜16的后表面(#6)为旋转对称的非球表面。
表15为耦合透镜412后表面412b(#2)、物镜16前表面(#5)以及物镜16后表面(#6)的圆锥系数和非球面系数。
表15表面号 #2 #5(h≤1.30) #5(h≥1.30) #6K 0.0000-0.500 -0.5000.0000A04 1.6000E-03 -6.4900E-04 1.1767E-023.4870E-02A06 5.0000E-049.6020E-04 -3.1890E-03 -5.6500E-03A08 3.5000E-04 -8.3440E-04 3.0700E-04 -4.9590E-03A10 0.0000E+005.9340E-04 -6.0900E-052.5000E-03A12 0.0000E+00 -2.9380E-04 -1.8560E-04 -3.7200E-04在光学系统OP41中，耦合透镜412在后表面412b的最大有效直径处，其后表面412b(#2)的非球量为1.08μm。
表16所示为物镜16前表面(#5)外周区域所用光程差函数Φ(h)的系数值。在本实施例中(以及下面的实施例中)，衍射级数m为1。
表16表面号#1(h≥1.30)(外周区域)P02 -6.2640E+00P04 9.4800E+00P06 -3.4100E+00表17所示为根据第四实施例光学系统OP42的数据结构。在表17中，MALL1表示整个光学系统OP42的放大率，MOBL2表示光学系统OP42中物镜16的放大率。在光学系统OP42中，物镜16图像侧的设计NA为0.65，设计波长为650nm。耦合透镜414的焦距f为16.00mm。
表17MALL2-0.1456f 16.00mmMOBL20.0000设计波长 650nm设计NA 0.65表面号rd n v#0 13.93#1 -4.530 1.20 1.544 55.7#2 -3.250 1.00#3 4.00 1.516 64.2#4 5.00#5(h＜1.30) 1.464 1.40 1.544 55.7#5(h≥1.30) 1.497 1.40 1.544 55.7#6 -6.000 1.17#7 0.60 1.585 29.9#8 -耦合透镜414的前表面414a(#1)为一个球面。耦合透镜414的后表面414b(#2)为一个非球面。表18为耦合透镜414后表面414b(#2)的圆锥系数和非球面系数。
表18表面号 #2K 0.0000A04 1.5080E-03A06 1.1360E-04A08 7.2840E-06A10 9.5820E-07A12 0.0000E+00图17为来自于耦合透镜412的光束的波阵面像差的曲线图。尽管来自于耦合透镜412的光束的波阵面实际上在形状上对应于球波分量和像差分量之和，但在图17中为了简化起见仅显示像差分量。
如图17粗点划线“SA”所示，来自于耦合透镜412的光束在波阵面像差上相对于光束的中心轴呈对称分布。当物镜17处于原位时，瞳孔坐标范围±1.0之内的光束入射到物镜16上。
耦合透镜412为弯月形透镜，其凸面位于光盘侧，并具有正光焦度。耦合透镜412在结构上满足下式1.0＜(Ra+Rb)/(Ra-Rb)＜15.0 (3)其中Ra表示耦合透镜412前表面412a的曲率半径，Rb表示耦合透镜412后表面412b的曲率半径。
只要满足条件(3)，耦合透镜412位移(即，耦合透镜在其基本上垂直于耦合透镜光轴的平面内偏心)所引起的慧形象差，就能在由于耦合透镜发生位移，并且当离轴光束入射到物镜上时被物镜16所产生的慧形象差所抵消。如表14所示，该耦合透镜412的(Ra+Rb)/(Ra-Rb)在本实施例中为6.078，因此该耦合透镜412满足条件条件(3)。
在光学系统OP41中，放大率MOBL1的绝对值设定大于放大率MREF的绝对值，这样物镜16以及光盘D1覆盖层所引起的球面像差就设定在欠校正状态下，同时保证一个相对较长的工作距离。
如果放大率MOBL1的绝对值相设定远远大于放大率MREF的绝对值，那么物镜16所引起的球面像差就会变得过大。这意味着耦合透镜412位移时物镜16所引起的慧形象差也会变得过大。此时，耦合透镜412需具有一个较大的曲率半径从而抑制该慧形象差。
出于上述的原因，耦合透镜412和物镜16在结构上要满足以下条件0.15＜(-Rb/f)×(MOBL1/MREF)4＜0.55 (4)1.02＜MOBL1/MREF＜1.05 (5)只要满足条件(4)和(5)，即使放大率MOBL1的绝对值设定得比放大率MREF的绝对值大，耦合透镜412位移所引起的慧形象差也能得到有效抑制。
根据表14，在光学系统OP41中，(-Rb/f)×(MOBL1/MREF)4为0.301。因此，光学系统400满足条件(4)。
图18为整个光学系统OP41所产生的像差量相对于耦合透镜412位移量的曲线图。图18(以及其它表示像差量相对于耦合透镜位移量的像差量附图)展示像差总量(总和)、像散(AS3)、五阶慧形象差(CM5)以及三阶慧形象差(CM3)。
如图18所示，从低阶到高阶的慧形象差得到有效地抑制。例如，即使耦合透镜412位移了0.10mm，慧形象差仍保持在0.10λrms之内。也就是说，满足条件(3)和(4)的光学系统OP41能够校正耦合透镜412位移以及物镜16位移所引起的慧形象差。
来自耦合透镜412并且具有图17所示球面像差的发散光束被处于原位上的物镜16汇聚到光盘D1的数据记录面上。此外，光学系统OP41在结构上使来自耦合透镜412的发散光束的球面像差以及物镜16和光盘D1覆盖层所引起的球面像差能够彼此抵消。此外，由耦合透镜412位移所引起的慧形象差被充分校正。因此，光学系统OP41能够将一个合适的聚束点形成到光盘D1的数据记录层上。
图19为耦合透镜412所产生的球面像差的曲线图。从图19可以看出，耦合透镜412所引起的球面像差处于过校正状态。耦合透镜412后表面412b的有效直径为1.07mm。
图20为整个光学系统OP41的球面像差的曲线图。根据表14，MOBL1/MREF＝1.11(即，MOBL1大于MREF)。此时，物镜16和光盘D1覆盖层所引起的球面像差处于欠校正状态。因此，如图20所示，耦合透镜412所引起的球面像差能被物镜16和光盘D1覆盖层所引起的球面像差抵消。
在光学系统OP42中，光源13发射出来的光束经耦合透镜414转换成一准直光束，其在穿过分光镜15后入射到物镜16上。在光学系统OP42中，耦合透镜414用作准直透镜。耦合透镜414不会给穿过其中的光束带入像差。
当没有像差的光束入射到处于原位的物镜16上时，该光束会经物镜16汇聚在光盘D2的数据记录层上形成一个合适尺寸的聚束点。
在光学系统OP42中，当来自于耦合透镜414并且没有像差的准直光束入射到物镜16上时，处于原位的物镜16经球面像差的校正而在光盘D2的数据记录层上形成一个合适尺寸的聚束点。
第四实施例的光学系统400在结构上能够抑制光学元件如耦合透镜414准直光束光路上一折镜安装误差所引起的慧形象差。由于用来抑制该慧形象差的结构基本上与第一实施例的相同，因此其说明不再重复。
还有，当物镜16因跟踪操作而横向位移时，光学系统400在结构上能够抑制其中所引起的慧形象差。由于用来抑制物镜位移所引起的慧形象差的结构基本上与第一实施例的相同，因此其说明不再重复。
与第一实施例的图5类似，图21为带有横向位移波阵面像差的发散光束因跟踪操作而入射到物镜16上时，该发散光束像差的分布曲线图。更为具体地说，图21的曲线图所展示的是具有耦合透镜412之-0.8到+1.2瞳孔坐标范围的发散光束入射到物镜16上的一例情况。
与第一实施例的图6类似，图22为整个光学系统OP41所产生的像差量相对于物镜16位移量的曲线图。与第一实施例的图7类似，图23为一光学拾波器中光学系统中的一个比较例所产生的像差量相对于比较例中物镜位移量的曲线图。
从图22和图23的对比可以看出，本实施例的总像差量经抑制后比常规光学拾波器光学系统中的总像差少。
应该注意的是，当物镜16因光学系统OP42中的跟踪操作而横向位移时，不会产生额外的像差，这是因为入射到物镜16上的光束是准直光束。
此外，与第一实施例类似，在光学系统OP41中，物镜16的放大率MOBL1满足上述条件-0.15＜MOBL1＜-0.03 (1)并且在光学系统OP42中，物镜16的放大率MOBL2满足上述条件-0.01＜MOBL2＜0.01 (2)当满足条件(1)和(2)时，DVD和CD之间工作距离的差就能变为0.18mm其大约是常规光学系统中DVD和CD之间工作距离差的一半。也就是说，可确保覆盖层相对较厚的光盘以及覆盖层相对较簿的光盘都具有充足的工作距离。
如上所述，在本发明的第四实施例中，多种光盘的像差都能得以有效抑制。即使物镜16因跟踪操作而发生横向位移时和/或耦合透镜横向位移时也能保持这种状态。此外，在本发明的第四实施例中，由于多种光盘所需工作距离的差值得以大大降低，因此该实施例的光学系统能够安装到一台小巧的光学拾波器上。
第五实施例下面来描述本发明的第五实施例。由于第五实施例光学系统中光学元件的布置基本上与第四实施例相同，因此参照图16所示的布置(即附图标记)来说明本实施例光学系统，并且下面将仅具体描述第五实施例的数据结构。
表19和20分别为第五实施例光学系统OP41和光学系统OP42的数据结构。表19和20中的符号分别与表14和17中的意思相同。
表19MALL1-0.1929F 16.12mmMREF-0.0725MOBL1-0.0749设计波长780nm设计NA 0.51表面号 r dnv#08.79#1 -21.120 1.201.544 55.7#2 -6.260 0.55#34.001.516 64.2#45.20#5(h＜1.30) 1.464 1.401.544 55.7#5(h≥1.30) 1.497 1.401.544 55.7
#6 -6.0000.98#71.201.585 29.9#8-表20MALL2-0.1456f 16.00mmMOBL20.0000设计波长 650nm设计NA 0.65表面号 r dnv#014.92#1-21.120 1.20 1.544 55.7#2-6.260 1.00#34.00 1.516 64.2#45.00#5(h＜1.30)1.464 1.40 1.544 55.7#5(h≥1.30)1.497 1.40 1.544 55.7#6 -6.000 1.17#70.60 1.585 29.9#8-耦合透镜412的后表面412b以及耦合透镜414的后表面414b为非球面。表21和22分别为耦合透镜412的后表面412b以及耦合透镜414后表面414b的圆锥系数和非球面系数。
表21表面号 #2K 0.0000A04 3.0000E-04A06 1.2000E-05A08 8.2400E-06A10 0.0000E+00A12 0.0000E+00表22表面号 #2K0.0000
A04 2.1650E-04A06 4.3700E-06A08 8.6000E-08A10 0.0000E+00A12 0.0000E+00在光学系统OP41中，耦合透镜412在后表面412b的最大有效直径处，其后表面412b(#2)的非球量值为1.93um。
第五实施例的物镜16在结构上与第四实施例的相同，因此不再重复其说明。
第五实施例的光学系统OP41在结构上应使耦合透镜412带给入射物镜16上的发散光束的球面像差以及物镜16和光盘D1覆盖层所引起的球面像差能够彼此抵消。图24为耦合透镜412所引起的球面像差的曲线图。
根据表19所示耦合透镜412的数据结构，(Ra+Rb)/(Ra-Rb)＝1.843，(-Rb/f)×(MOBL1/MREF)4为0.441并且MOBL1/MREF＝1.03。因此第五实施例的光学系统400也满足条件(3)-(5)。
图25为整个光学系统0P41所产生的像差量相对于耦合透镜412位移量的曲线图.如图25所示，从低阶到高阶的慧形象差得到有效地抑制。例如，即使耦合透镜412位移了0.10mm，慧形象差仍保持在0.06λrms之内。也就是说，满足条件(3)、(4)和(5)的光学系统OP41能够校正当耦合透镜412位移时由耦合透镜412以及物镜16所引起的慧形象差只要满足条件(5)，物镜16和光盘D1覆盖层所引起的球面像差就会设定在欠校正状态。图26所示为光学系统OP41中总球面像差的曲线图。如上所述，由于是耦合透镜412引起了图24所示的球面像差，因此如图26所示光学系统OP41中的总球面像差能大大降低。
根据表19和20所示的数据，由于第五实施例中的光学系统400能够满足条件(1)和(2)以及(5)，因此DVD和CD之间工作距离的差也得以大大降低。可确保覆盖层相对较厚的光盘以及覆盖层相对较簿的光盘都具有充足的工作距离。
当物镜16因跟踪操作而横向位移时，第五实施例的光学系统400在结构上能够抑制所引起的慧形象差。由于这种用来抑制因物镜16横向位移所引起慧形象差的结构基本上与第一实施例的相同，因此其说明不再重复。
与第四实施例的图22类似，图27为整个光学系统OP41所引起的像差量相对于物镜16位移量的曲线图。从图27和23间的比较可以看出，第五实施例的总像差被抑制成小于常规光学拾波器光学系统的总像差。在图27中，当物镜16的位移量为0.4mm时，慧形象差被抑制小于0.08λrms。也就是说，第五实施例中光学系统400所引起的慧形象差比常规光学拾波器光学系统的慧形象差大约小20％。
应该注意的是，当物镜16因跟踪操作而在光学系统OP42中横向位移时，不会产生额外的像差，这是因为入射到物镜16上的光束是准直光束。
第六实施例下面来描述本发明的第六实施例。由于第六实施例光学系统中光学元件的布置基本上与第四实施例相同，因此本实施例光学系统的说明请参照图16所示的布置(即附图标记)，并且下面将仅具体描述第六实施例的数据结构。
表23和24分别为第六实施例光学系统OP41和光学系统OP42的数据结构。
表23MALL1-0.1929f 16.09mmMREF-0.0725MOBL1-0.0749设计波长780nm设计NA 0.51表面号r dnv#0 7.39#1 -3.420 1.201.544 55.7#2 -2.750 2.26#3 4.001.516 64.2#4 5.20#5(h＜1.30) 1.464 1.401.544 55.7#5(h≥1.30) 1.497 1.401.544 55.7#6 -6.000 0.98#7 1.201.585 29.9#8 -表24MALL2-0.1462f 15.94mmMOBL20.0000设计波长650nm设计NA 0.65表面号 rd nv#0 13.50#1-3.4201.201.54455.7
#2 -2.750 1.00#3 4.00 1.516 64.2#4 5.00#5(h＜1.30) 1.464 1.40 1.544 55.7#5(h≥1.30) 1.497 1.40 1.544 55.7#6 -6.000 1.17#7 0.60 1.585 29.9#8 -耦合透镜412的后表面412b(#2)以及耦合透镜414的后表面414b为非球面。表25和26分别为耦合透镜412的后表面412b以及耦合透镜414后表面414b的圆锥系数和非球面系数。
表25表面号 #2K0.0000A041.7000E-03A062.2000E-04A083.5000E-05A100.0000E+00A120.0000E+00表26表面号 #2K 0.0000A04 2.3960E-03A06 2.5710E-04A08 1.9130E-05A10 5.2410E-06A12 0.0000E+00在光学系统OP41中，耦合透镜412在后表面412b的最大有效直径处，其后表面412b(#2)的非球量为1.16μm。
第六实施例的物镜16在结构上与第四实施例的相同，因此其说明不再重复。
第六实施例的光学系统OP41在结构上应使耦合透镜412带给入射物镜16发散光束的球面像差以及物镜16和光盘D1覆盖层所引起的球面像差能够彼此抵消。图28为第六实施例耦合透镜412所引起的球面像差的曲线图。
根据表23所示耦合透镜412的数据结构，(Ra+Rb)/(Ra-Rb)＝9.209，(-Rb/f)×(MOBL1/MREF)4为0.194并且MOBL1/MREF＝1.03。因此第六实施例的光学系统400也满足条件(3)-(5)。
图29为整个光学系统OP41所引起的像差量相对于耦合透镜412位移量的曲线图。从图29可以看出，从低阶到高阶的慧形象差得以有效的抑制。例如，尽管耦合透镜412位移了0.10mm，慧形象差仍保持在0.04λrms之内。也就是说，满足条件(3)、(4)和(5)的光学系统OP41能够校正耦合透镜412位移时耦合透镜412和物镜16所引起的慧形象差。
只要满足条件(5)，物镜16和光盘D1覆盖层所引起的球面像差就会设定在欠校正状态。图30所示为光学系统OP41中总球面像差的曲线图。如上所述，由于耦合透镜412引起图28所示的球面像差，因此如图30所示光学系统OP41中的总球面像差能大大降低。
根据表23和24所示的数据，由于第六实施例能够满足条件(1)和(2)以及(5)，因此DVD和CD之间工作距离的差值也得以大大降低。可确保覆盖层相对较厚的光盘以及覆盖层相对较簿的光盘都具有充足的工作距离。
当物镜16因跟踪操作而横向位移时，第六实施例的光学系统400在结构上能够抑制所引起的慧形象差。由于这种用来抑制因物镜16横向位移所引起慧形象差的结构基本上与第一实施例的相同，因此其说明不再重复。
与第四实施例的图22类似，图31为整个光学系统OP41所引起的像差量相对于物镜16位移量的曲线图。从图31和23间的比较可以看出，第六实施例的总像差被抑制成小于常规光学拾波器光学系统的总像差。在图31中，当物镜16的位移量为0.4mm时，慧形象差被抑制成小于0.08λrms。也就是说，第六实施例中光学系统400所引起的慧形象差比常规光学拾波器光学系统的慧形象差大约小20％。
应该注意的是，当物镜16因跟踪操作而在光学系统OP42中横向位移时，不会产生额外的像差，这是因为入射到物镜16上的光束是准直光束。
第七实施例下面来描述本发明的第七实施例。图32示意性地展示了本发明第七实施例的拾波器的光学系统700。在图32中，与图16第四实施例中部件相类似的部件采用相同的附图标记，并且这些部件的说明也不再重复。
在光学系统700中，来自光源11的光路和来自光源13的光路所共用耦合透镜721代替了第四实施例光学系统400中的耦合透镜412和耦合透镜414。
表27和28分别为第七实施例光学系统OP71和光学系统OP72的数据结构。
表27MALL1-0.1929F 16.12mmMREF-0.0725
MOBL1-0.0749设计波长 780nm设计NA 0.51表面号r d n v#0 4.02#1 4.00 1.51664.2#2 1.50#3 -6.660 1.20 1.54455.7#4 -4.000 9.10#5(h＜1.30) 1.464 1.40 1.54455.7#5(h≥1.30) 1.497 1.40 1.54455.7#6 -6.000 0.98#7 1.20 1.58529.9#8 -在表27中，#0表示光源11。#1和#2分别是指分光镜15的光源侧表面和物镜侧表面。#3和#4分别表示耦合透镜721的前表面(光源侧)和后表面721a(光盘侧)。#5和#6分别表示物镜16的前表面(光源侧)和后表面(光盘侧)。#7和#8分别表示光盘D1覆盖层和数据记录层的表面。
表28MALL2-0.1457f 15.99mmMOBL20.0000设计波长 650nm设计NA 0.65表面号 r d n v#0 10.16#1 4.001.516 64.2#2 1.50#3-6.660 1.201.544 55.7#4-4.000 8.90#5(h＜1.30)1.464 1.401.544 55.7#5(h≥1.30)1.497 1.401.544 55.7#6-6.000 1.17#7 0.601.585 29.9#8 -
在表28中，#0表示光源13。#1和#2分别是指分光镜15的光源侧表面和物镜侧表面。#3和#4分别表示耦合透镜721的前表面(光源侧)和后表面721a(光盘侧)。#5和#6分别表示物镜16的前表面(光源侧)和后表面(光盘侧)。#7和#8分别表示光盘D2覆盖层和数据记录层的表面。
耦合透镜712的前表面(#3)为一个球面。耦合透镜721的后表面721a(#4)是一个具有衍射结构的非球面。耦合透镜721的衍射结构能给光源11的光束带入球面像差，如图17所示，其中波阵面延迟量会随着其到光轴距离的增加而增大。此外，耦合透镜721的衍射结构能够对来自光源13的光束的球面像差进行校正。
表29为耦合透镜721后表面721a(#4)的圆锥系数和非球面系数。
表29表面号 #4K0.0000A041.8700E-03A067.9100E-05A083.7700E-06A100.0000E+00A120.0000E+00在光学系统OP71中，耦合透镜721在后表面721a的最大有效直径处，其后表面721a(#4)的非球量为1.40μm。
表30为耦合透镜721的后表面721a(#4)光程差函数Φ(h)的系数值。
表30表面号#4P020.0000E+00P04 -8.6000E-01A06 -2.6000E-02在光学系统700中，光源11相对于耦合透镜721的前焦点位于耦合透镜721的侧边。因此，来自光源11的光束在穿过耦合透镜721之后就变成发散光束。光源13位于耦合透镜721的前焦点处。因此，来自光源13的光束在穿过耦合透镜721之后就变成准直光束。也就是说，在光学系统OP72中，耦合透镜721用作准直透镜。
在光学系统OP71中，由耦合透镜721给定球面像差的发散光束，被处于原位的物镜16汇聚从而在光盘D1的数据记录层上形成一个合适尺寸的聚束点。带给发散光束的像差基本上与图17所示的波阵面像差相同。也就是说，光学系统OP71在结构上能使耦合透镜721所引起的球面像差与物镜16和光盘D1覆盖层所引起的球面像差彼此抵消。
在光学系统OP72中，耦合透镜721没有形成球面像差的准直光束，被处于原位的物镜16汇聚从而在光盘D2的数据记录层上形成一个合适尺寸的聚束点。经耦合透镜721校准的准直光束的球面像差由后表面721a上的衍射结构进行校正。
图33为耦合透镜721所形成的球面像差的曲线图。如图33所示，耦合透镜721后表面721a的有效直径h为1.19。
根据表27所示耦合透镜721的数据结构，(Ra+Rb)/(Ra-Rb)＝4.008，(-Rb/f)×(MOBL1/MREF)4＝0.282并且MOBL1/MREF＝1.03。因此第七实施例的光学系统700也满足条件(3)-(5)。
图34为整个光学系统OP71所引起的像差量相对于耦合透镜721位移量的曲线图。从图34可以看出，从低阶到高阶的慧形象差得以有效抑制。例如，例如即使耦合透镜721位移了0.10mm，慧形象差仍保持在0.06λrms之内。也就是说，满足条件(3)、(4)和(5)的光学系统OP71能够校正耦合透镜721位移时耦合透镜721和物镜16所引起的慧形象差。
只要满足条件(5)，物镜16和光盘D1覆盖层所引起的球面像差就会设定在欠校正状态。图35所示为光学系统OP71中总球面像差的曲线图。如上所述，由于是耦合透镜721引起了图33所示的球面像差，因此如图35所示光学系统OP71中的总球面像差能大大降低。
根据表27和28所示的数据，由于第七实施例中的光学系统700能够满足条件(1)和(2)以及(5)，因此DVD和CD之间工作距离的差也得以大大降低。可确保覆盖层相对较厚的光盘以及覆盖层相对较簿的光盘都具有充足的工作距离。
当物镜16因跟踪操作而横向位移时，第七实施例的光学系统700在结构上能够抑制所引起的慧形象差。由于这种用来抑制因物镜16横向位移所引起慧形象差的结构基本上与第一实施例的相同，因此其说明不再重复。
与第四实施例的图22类似，图36为整个光学系统OP71所引起的像差量相对于物镜16位移量的曲线图。从图36和23间的比较可以看出，第七实施例的总像差被抑制成小于常规光学拾波器光学系统的总像差。在图36中，当物镜16的位移量为0.4mm时，慧形象差小于0.08λrm。也就是说，第七实施例中光学系统700所引起的慧形象差比常规光学拾波器光学系统的慧形象差大约小20％。
由于光学系统OP71和光学系统OP72共用耦合透镜721，因此该光学系统的制造成本和尺寸都能有所降低从而能用来制造小巧的光学拾波器。
第八实施例下面来描述本发明的第八实施例。图37示意性地展示了根据本发明第八实施例的拾波器的一个光学系统800。在图37中，与图1中部件相类似的部件采用相同的附图标记，并且这些部件的说明也不再重复。
如图37所示，光学系统800包括一个光学系统OP81，其用来对/从光盘D1(如，CD)进行数据记录/复制；以及一个光学系统OP82，其用来对/从光盘D2(如，DVD)进行数据记录/复制。
光学系统OP81包括一个光源11、分支光学元件17、耦合透镜812、分光镜15、物镜16以及光接受体18。光学系统OP82包括光源13、分支光学元件19、耦合透镜814、分光镜15、物镜16以及光接受体20。光学系统OP81和光学系统OP82中均用到分光镜15和物镜16。
表31所示为第八实施例光学系统OP81的一个数据结构。在表31中，MALL1表示整个光学系统OP81的放大率，MOBL1表示光学系统OP81中物镜16的放大率。MREF表示的是当一束假定的、等同于没有像差发散光束的发散光束射到物镜16上时，使光盘D1覆盖层上的球面像差最接近于零的物镜的放大率，在光学系统OP81中，物镜16图像侧的设计NA为0.51，设计波长为780nm。耦合透镜812的焦距f为16.14mm。
表31MALL1-0.1929f 16.12mmMREF-0.0725MOBL1-0.0749设计波长 780nm设计NA 0.51表面号 r d nv#09.28#1 33.670 1.20 1.544 55.7#2-11.500 1.03#34.00 1.516 64.2#44.20#5(h＜1.30)1.464 1.40 1.544 55.7#5(h≥1.30)1.497 1.40 1.544 55.7#6-6.000 0.98#71.20 1.585 29.9#8-在表31中，#1和#2分别是指耦合透镜812的前表面812a(光源侧)和后表面812b(光盘侧)。表31中的其它符号与表1中的意思相同。
物镜16前表面(#5)的内部区域是一个不带衍射结构的连续表面。物镜16前表面(#5)的外周区域则具有一个衍射结构。
耦合透镜812的前表面812a(#1)、耦合透镜812的后表面812b(#2)、物镜16的前表面(#5)以及物镜16的后表面(#6)为旋转对称的非球表面。
表15为耦合透镜812的前表面812a(#1)、耦合透镜812的后表面812b(#2)、物镜16的前表面(#5)以及物镜16的后表面(#6)的圆锥系数和非球面系数。
表32表面号 #1#2 #5(h≤1.30) #5(h≥1.30) #6K 0.00000.0000 -0.500-0.5000.0000A04 6.0000E-03 5.2000E-03 -6.4900E-04 1.1767E-023.4870E-02A06 0.0000E+00 2.3000E-04 9.6020E-04-3.1890E-03 -5.6500E-03A08 0.0000E+00 -1.0000E-04 -8.3440E-04 3.0700E-04 -4.9590E-03A10 0.0000E+00 0.0000E+00 5.9340E-04-6.0900E-052.5000E-03A12 0.0000E+00 0.0000E+00 -2.9380E-04-1.8560E-04 -3.7200E-04在光学系统OP81中，耦合透镜812在前表面812a的最大有效直径处，其前表面812a(#1)的非球量为4.79μm；并且在后表面812b的最大有效直径处，其后表面812b(#2)的非球量为4.78μm。
表33所示为物镜16前表面(#5)外周区域所用光程差函数Φ(h)的系数值。
表33表面号 #5(h≥1.30)(外周区域)P02 -6.2640E+00P049.4800E+00P06 -3.4100E+00表34所示为第八实施例光学系统OP82的数据结构。在表34中，MALL2表示整个光学系统OP82的放大率，MOBL2表示光学系统OP82中物镜16的放大率。在光学系统OP82中，物镜16图像侧的设计NA为0.65，设计波长为650nm。耦合透镜814的焦距f为15.94mm。
表34MALL2-0.1462f 15.94mmMOBL20.0000设计波长650nm设计NA 0.65
表面号 r d nv#0 15.41#133.670 1.20 1.544 55.7#2 -11.500 1.00#3 4.00 1.516 64.2#4 4.00#5(h＜1.30) 1.4641.40 1.544 55.7#5(h≥1.30) 1.4971.40 1.544 55.7#6 -6.0001.17#7 0.60 1.585 29.9#8 -耦合透镜814的前表面814a(#1)为球面。耦合透镜814的后表面814b(#2)为非球面。表35为耦合透镜814后表面814b(#2)的圆锥系数和非球面系数。
表35表面号 #2K0.0000A041.1350E-04A066.2670E-07A081.5430E-09A100.0000E+00A120.0000E+00耦合透镜812在结构上满足下式-1.0＜(Ra+Rb)/(Ra-Rb)＜7.0 --- (6)其中Ra表示耦合透镜812前表面812a的曲率半径，Rb表示耦合透镜812后表面812b的曲率半径。
只要满足条件(6)，耦合透镜812位移所引起的慧形象差就能在耦合透镜812发生位移而离轴光束入射到物镜16上时被物镜16所产生的慧形象差所抵消。
此外，耦合透镜812和物镜16在结构上还满足上述的条件(5)以及条件(7)0.15＜(-Rb/f)×(MOBL1/MREF)4＜0.55 (7)只要满足条件(5)和(7)，即使放大率MOBL1的绝对值设定比放大率MREF的绝对值还大，耦合透镜812位移所引起的慧形象差也能得到有效抑制。
在本实施例中，由于(Ra+Rb)/(Ra-Rb)＝0.491，(-Rb/f)×(MOBL1/MREF)4＝0.811并且MOBL1/MREF＝1.03，因此，满足条件(5)-(7)。
与上述的实施例类似，光学系统OP81在结构上应使耦合透镜812带给入射到物镜16上的发散光束的球面像差与物镜16和光盘D1覆盖层所引起的球面像差能够彼此抵消。图38为耦合透镜812所产生的球面像差的曲线图。
图39为整个光学系统OP81所引起的像差量相对于耦合透镜812位移量的曲线图。从图39可以看出，从低阶到高阶的慧形象差得以有效抑制。例如，耦合透镜位移0.10时，三阶慧形象差取一个0.044的值。也就是说，该三阶慧形象差量已减少到图25所示第五实施例的三阶慧形象差量的85％。
只要满足条件(5)，物镜16和光盘D1覆盖层所引起的球面像差就会设定在欠校正状态。图40所示为光学系统OP81中总球面像差的曲线图。如上所述，由于耦合透镜812引起图38所示的球面像差，因此如图40所示光学系统OP81中的总球面像差能大大降低。
根据表32和34所示的数据，由于第八实施例能够满足条件(1)和(2)以及(5)，因此DVD和CD之间工作距离的差也得以大大降低。可确保覆盖层相对较厚的光盘以及覆盖层相对较簿的光盘都具有充足的工作距离。
当物镜16因跟踪操作而横向位移时，光学系统800在结构上能够抑制所引起的慧形象差。由于这种用来抑制物镜16横向位移所引起慧形象差的结构基本上与第一实施例的相同，因此其说明不再重复。
与第四实施例的图22类似，图41为整个光学系统OP81所引起的像差量相对于物镜16位移量的曲线图。从图41和图23的对比可以看出，第八实施例的总像差被抑制成小于常规光学拾波器光学系统的总像差。
例如，物镜位移0.40时，三阶慧形象差为0.084。也就是说，该三阶慧形象差量已减少到图23所示常规光学系统三阶慧形象差量的85％。
应该注意的是，当物镜16因跟踪操作而在光学系统OP82中横向位移时，不会产生额外的像差，这是因为入射到物镜16上的光束是准直光束。
尽管本发明是参照优选实施例来描述的，但其它的实施例也可能存在。
例如，通过降低第一实施例中耦合透镜12所给出的球面像差，第一实施例还能像第三实施例一样使慧形象差和像散减少到实际所允许的水平。
在上述第四到第七实施例中，光学系统的结构能够满足条件(3)-(5)从而减少耦合透镜位移所引起的慧形象差。然而，只要满足条件(3)，光学系统有这样的优点，能够像第四到第七实施例一样校正耦合透镜位移所引起的慧形象差。
权利要求
1.一种光学拾波器的光学系统，用于将数据记录到多种光盘或多种光盘复制数据，其中的光盘包括覆盖层相对较厚的第一光盘和覆盖层相对较簿的第二光盘，该光学系统包括对应所述多种光盘的多个光源；第一耦合透镜，其至少用于所述第一光盘；以及物镜，其用于所述的多种光盘，其中所述的第一耦合透镜位于所述物镜的光源侧，其中由所述多个光源之一发射出的、用于所述第一光盘的光束穿过所述第一耦合透镜，并作为发散光束入射到所述的物镜上，所述的耦合透镜使所述发散光束具有球面像差，其中用于所述第一光盘的发散光束的球面像差与所述物镜和所述第一光盘覆盖层所产生的球面像差彼此抵消，其中当所述物镜在基本垂直于所述物镜光轴的平面内移动时，与发散光束的球面像差相关的慧形象差被所述物镜和所述第一光盘覆盖层所产生的慧形象差抵消，该发散光束被相对于所述物镜位移。
2.如权利要求1的光学系统，其中的用于第一光盘的发散光束的球面像差在波阵面延迟量上会随着其与所述耦合透镜中心轴的距离的增加而变大。
3.如权利要求1的光学系统，其中射到所述物镜的、用于第一光盘的发散光束的发散度是所述多种光源发射出的光束在射到所述物镜时的所有发散度中最大的一个。
4.如权利要求1的光学系统，其中当使用所述第一光盘时，所述物镜的放大率MOBL1满足以下条件-0.15＜MOBL1＜-0.03--- (1)。
5.如权利要求1的光学系统，其进一步包括一个用于所述第二光盘的第二耦合透镜，所述第二耦合透镜位于所述物镜的光源侧。
6.如权利要求1的光学系统，其中所述第一耦合透镜用于所述第一光盘和所述第二光盘。
7.如权利要求6的光学系统，其中由多个光源发射出来的用于所述第一光盘的光束和用于所述第二光盘的光束具有不同的波长，其中所述第一耦合透镜至少在其一个镜头表面上具有一个衍射结构，其中当用于第二光盘的光束穿过所述第一耦合透镜时，用于第二光盘没有像差的光束从所述第一耦合透镜出射。
8.如权利要求5的光学系统，其中自所述第二耦合透镜出来的、用于所述第二光盘的光束具有一个大致为平面形式的波阵面。
9.如权利要求8的光学系统，其中，当使用所述第二光盘时，所述物镜的放大率MOBL2满足以下条件-0.01＜MOBL2＜0.01 --- (2)。
10.如权利要求6的光学系统，其中，自所述第一耦合透镜出射的、用于所述第二光盘的光束可具有一个大致为平面形式的波阵面。
11.如权利要求10的光学系统，其中，当使用所述第二光盘时，所述物镜的放大率MOBL2满足以下条件-0.01＜MOBL2＜0.01---(2)。
12.如权利要求1的光学系统，其中所述物镜在结构上在一光束相对于所述物镜光轴倾斜时不引起慧形象差，其中的光束入射在多种光盘中除第一光盘外的一特定类型光盘。
13.如权利要求12的光学系统，其中所述该种光盘要求图像侧数字孔径是所有光盘中最大的。
14.如权利要求1的光学系统，其中所述的物镜满足以下条件|MOBL1|＞|MREF|其中的MOBL1表示当用于所述第一光盘、具有所述第一耦合透镜所产生球面像差的发散光束入射到物镜上时物镜的放大率，其中的MREF表示的是当一束假定的、等同于第一光盘发散光束但没有像差的发散光束入射到所述物镜时，在由所述物镜和所述第一光盘覆盖层引起的球面像差值最接近于零处的所述物镜的放大率，该假定的发散光束具有适用于所述第一光盘的波长，其中用于第一光盘的发散光束的球面像差在波阵面延迟量上会随着其距离耦合透镜中心光轴的增长而增加。
15.如权利要求1的光学系统，其中所述的第一耦合透镜在结构上是一种弯月形透镜，其凸面位于光盘侧并满足下面的条件1.0＜(Ra+Rb)/(Ra-Rb)＜15.0 --- (3)其中Ra表示所述第一耦合透镜光源侧表面的曲率半径，Rb表示所述第一耦合透镜光盘侧表面的曲率半径，其中所述第一耦合透镜光源侧表面和光盘侧表面中的一个表面是非球表面，并且在其最大有效直径处的非球量为正值。
16.如权利要求15的光学系统，其中所述光学系统满足下面的条件0.15＜(-Rb/F)×(MOBL1/MREF)4＜0.55--- (4)其中的MOBL1表示的是当用于所述第一光盘、具有所述第一耦合透镜所产生球面像差的发散光束入射到所述物镜上时所述物镜的放大率；其中的MREF表示的是当一束假定的、等同于所述第一光盘发散光束但没有像差的发散光束入射到所述物镜时，在由所述物镜和所述第一光盘覆盖层一起的球面像差值最接近于零处的所述物镜的放大率，其中的f表示的是所述第一耦合透镜的焦距，该假定的发散光束具有一个适于所述第一光盘的波长。
17.如权利要求14的光学系统，其中所述物镜进一步满足以下条件1.02＜MOBL1/MREF＜1.05(5)。
18.如权利要求1的光学系统，其中所述第一耦合透镜满足以下条件-1.0＜(Ra+Rb)/(Ra-Rb)＜7.0 --- (6)其中Ra表示所述第一耦合透镜光源侧表面的曲率半径，Rb表示所述第一耦合透镜光盘侧表面的曲率半径，其中所述第一耦合透镜光源侧和光盘侧的每一个表面均是非球表面，并且在最大有效直径处的非球量为正值。
19.如权利要求18的光学系统，其中所述光学系统满足以下条件0.30＜(-Rb/f)×(MOBL1/MREF)4＜1.00 (7)其中的MOBL1表示的是当用于所述第一光盘、具有所述第一耦合透镜所产生球面像差的发散光束入射到所述物镜上时，所述物镜的放大率；其中的MREF表示的是当一束假定的、等同于第一光盘发散光束但没有像差的发散光束入射到所述物镜时，在由所述物镜和所述第一光盘覆盖层引起的球面像差值最接近于零处的所述物镜的放大率，其中的f表示的是所述第一耦合透镜的焦距，该假定的发散光束具有一个适于所述第一光盘的波长。
全文摘要
本发明提供一种能够用于对多种光盘的光学拾波器的光学系统，该光学系统包括多个光源，其用来兼容所述的多种光盘；第一耦合透镜，其至少用于第一光盘；以及物镜，其用于所述的多种光盘，其中由所述多个光源发射出的、用于所述第一光盘的光束穿过所述第一耦合透镜，并作为发散光束入射到所述的物镜上，该发散光束由所述的耦合透镜给出球面像差。当所述物镜位移时，与发散光束相对于所述物镜位移所产生的球面像差相关的慧形象差分量被所述物镜和所述第一光盘覆盖层所产生的慧形象差抵消。
文档编号G11B7/135GK1525463SQ20041003932
公开日2004年9月1日 申请日期2004年1月19日 优先权日2003年1月22日
发明者竹内修一, 丸山晃一, 是枝大辅, 一, 辅 申请人:宾得株式会社