專利名稱：光拾波器光學(xué)系統(tǒng)及光拾波器用光學(xué)零件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光拾波器的光學(xué)系統(tǒng)及光拾波器用光學(xué)零件，光盤頭及光盤裝置、用于光拾波器的防反射膜和防反射膜的制造方法。
背景技術(shù)：
迄今為止，提出了能夠同時讀取CD(Compact Disc)和DVD(DigitalVersatile Disc)等種類不同的光盤的互換型光盤裝置的方案。CD和DVD等(以下把它們統(tǒng)稱為光盤)都是用透明的基板，在該透明基板的一個面上設(shè)有信息記錄面。并且，光盤把兩塊透明基板做成使它們的信息記錄面相互面對地貼合起來的結(jié)構(gòu)，或者，把該透明基板與透明的保護(hù)基板做成使透明基板的信息記錄面與保護(hù)基板相互面對地貼合起來的結(jié)構(gòu)。
在讀取存儲在這種結(jié)構(gòu)的光盤中的信息信號時，光盤裝置需要通過透明基板使來自光源的激光光束會聚到光盤的信息記錄面上。激光光束的波長如后所述，對于用于CD的場合和用于DVD的場合來說是不同的。為了會聚激光光束，在光盤裝置中通常使用物鏡。對此，根據(jù)光盤的種類(激光光束的波長不同)有時設(shè)置信息記錄面的透明基板的厚度不同。例如，用于CD的透明基板的厚度為1.2mm，相對于此，用于DVD的透明基板的厚度可以取0.6mm。
對于讀取種類不同的光盤的光盤裝置來說，即使根據(jù)光盤種類其透明基板的厚度不同，也需要將激光光束會聚到信息記錄面上。此外，在近年來提出的新的光盤裝置中，為了讀取信息提出了使用波長400nm左右的藍(lán)色激光的方案。因此，在光盤裝置中，除用于現(xiàn)行的DVD及下位兼容的CD外，還期待能夠同時利用于那種新的光盤。
作為這種互換型光盤裝置，可以考慮在拾波器中對每一種光盤設(shè)置物鏡，根據(jù)使用的光盤的種類更換物鏡?；蛘?，也可以考慮對每一種光盤設(shè)置拾波器，根據(jù)使用的光盤的種類更換拾波器。然而，為了降低成本及使裝置小型化，作為物鏡，希望對所有種類的光盤都能用同一個透鏡。
在專利文獻(xiàn)1-日本特開平9-145995號公報中公開了這種物鏡的一例。該專利文獻(xiàn)1所公開的物鏡在半徑方向上被劃分成3個以上的輪帶狀的透鏡面。這些輪帶狀的透鏡面之中，一個輪帶狀透鏡面的折射率與另一個輪帶狀透鏡面的折射率不同。并且，一個輪帶狀透鏡面，例如使激光光束會聚到薄的透明基板(0.6mm)的光盤(DVD)的信息記錄面上。另一個帶狀透鏡面，例如對于與該激光光束的波長相同波長的激光光束，使激光光束會聚到厚的透明基板(1.2mm)的光盤(CD)的信息記錄面上。
此外，在專利文獻(xiàn)2-日本特開2000-81566號公報中公開了另一個例子。在該專利文獻(xiàn)2所公開的光盤裝置中，對薄的透明基板的DVD使用短波長(635nm或650nm)的激光光束，對厚的透明基板的CD使用長波長(780nm)的激光光束。
專利文獻(xiàn)2所公開的光盤裝置具有對這些激光光束共同使用的物鏡。并且，在該物鏡上，在具有正焦度的折射透鏡的一個面上形成有很密地設(shè)置的輪帶狀的細(xì)小臺階差的衍射透鏡結(jié)構(gòu)。這種衍射透鏡結(jié)構(gòu)設(shè)計成對薄的透明基板的DVD使短波長的激光光束的衍射光會聚到信息記錄面上，對厚的透明基板的CD使長波長的激光光束的衍射光會聚到信息記錄面上。并且，設(shè)計成所有的衍射光的同一級數(shù)的衍射光都會聚在信息記錄面上。還有，對DVD使用短波長激光光束是因?yàn)榕cCD相比，DVD的記錄密度高，因而需要使光斑縮小。眾所周知，光斑的大小與波長成正比，與數(shù)值孔徑NA成反比。
在上述所有原有的光盤裝置中，能夠使用對DVD、CD都通用的物鏡。因此，不需要用于更換包含物鏡在內(nèi)的每個DVD、CD所使用的部件的機(jī)構(gòu)，從成本和結(jié)構(gòu)的簡化來說是有利的。
此外，在CD、DVD之后，作為光學(xué)記錄媒體又出現(xiàn)了藍(lán)光光盤(blue-rayDisc)和HD DVD(High Difinition DVD)，開發(fā)出了對應(yīng)于包括CD、DVD的3種光學(xué)記錄媒體的光拾波器裝置。對這種光拾波器裝置來說，要求將激光光源的輸出以高效率傳送到記錄媒體的光盤上，為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)在開發(fā)上的關(guān)鍵之一是包含在該裝置中的物鏡等光學(xué)零件上所形成防反射膜。
用于CD的光的波長為790nm左右，用于DVD的光的波長為635nm左右，用于藍(lán)光光盤及HD DVD的光的波長為405nm左右。因此，希望在上述光拾波器裝置所具備的物鏡上形成具有在這3個波長附近反射率低的光學(xué)特性的防反射膜。作為與多個波長對應(yīng)的防反射膜，在專利文獻(xiàn)3-日本特開2005-38581號公報中公開了與用于DVD及藍(lán)光光盤的光的波長對應(yīng)的防反射膜。
然而，在上述專利文獻(xiàn)1中，由于用于DVD、CD的物鏡的輪帶狀透鏡面不同，因而對入射激光光束無效的部分多，存在光利用效率顯著降低的問題。
此外，在專利文獻(xiàn)2中，由于使用衍射透鏡結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的衍射光，從而存在不能使對不同波長的衍射效率同時達(dá)到100％的問題。還有，在該衍射透鏡中，對DVD用的短波長(635nm或650nm)的激光光束和CD用的長波長(780nm)的激光光束，使它們的大致中間的波長的衍射效率為100％，以取得對所使用的激光光束的衍射效率的平衡。
此外，在專利文獻(xiàn)2中，由于在透鏡面上設(shè)置衍射透鏡結(jié)構(gòu)，微小的臺階差雖是必要的，但易于受到制造上誤差的影響，在衍射結(jié)構(gòu)偏離設(shè)計時，會導(dǎo)致衍射效率的降低。這樣，衍射效率的降低和衍射效率達(dá)不到100％意味著不能將入射光的全部會聚到設(shè)在光盤的透明基板的信息記錄面上，這導(dǎo)致光量損失。
此外，雖有最近提出的使用波長更短的藍(lán)色激光的藍(lán)光規(guī)格，但即使在該場合也同樣要求向下兼容。該場合，波長差比DVD-CD之間更大，并且，基于此的透鏡的折射率的差異也增大。因此，用如上所述的原來的方法要對所有的媒體確保良好的波面像差變得更加困難。
此外，專利文獻(xiàn)3所述的防反射膜注重于DVD用的光的波長和藍(lán)光光盤用的光的波長這兩種波長，來規(guī)定光透射率。該場合，在DVD及藍(lán)光光盤用的光的波長范圍內(nèi)可形成反射率低的防反射膜。然而，在專利文獻(xiàn)3公開的實(shí)施例中，由于CD用的光的波長范圍的反射率比形成防反射膜以前變得更高，因而在作為記錄媒體使用CD的場合有的可能產(chǎn)生問題。
例如，在提高刻錄速度的倍率把信息寫入CD時，當(dāng)使用CD用的光的波長范圍的反射率高的防反射膜時，發(fā)生刻錄錯誤的可能性高?，F(xiàn)在，由于CD-R驅(qū)動器的刻錄速度的倍率提高，52倍速以上的刻錄機(jī)也出現(xiàn)，所以，可以設(shè)想進(jìn)行高倍率的刻錄。
此外，在專利文獻(xiàn)3中，還設(shè)想了3層以上的防反射膜。由于在制造工序中防反射膜的成膜時間與防反射膜的層數(shù)成比例，因而優(yōu)選較少層數(shù)的防反射膜。然而，要在2種以上波長范圍形成反射率低的膜時，若設(shè)想的2種波長范圍是比較近的范圍的話，分光反射特性為V字形的被稱為V涂層的雙層防反射膜雖然也能對應(yīng)，但由于藍(lán)光光盤用的光的波長范圍和DVD及CD用的光的波長范圍不能說是比較近的范圍，因此以V涂層不可能達(dá)到目的。
并且，這種防反射膜主要設(shè)在光拾波器裝置內(nèi)的物鏡面，該物鏡因光學(xué)性能和成本的理由多使用塑料材料。塑料材料制的透鏡不耐熱，由于防反射膜以蒸鍍或?yàn)R射成膜，所以，此時成膜面的溫度也上升。如上所述，由于成膜時間與防反射膜的層數(shù)成比例，所以，為了減少成膜時間，降低成膜面因熱變形等的壞影響，防反射膜的層數(shù)最好較少。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明就是為了解決這些問題而提出來的，其目的在于提供一種光拾波器光學(xué)系統(tǒng)、光盤頭、光盤裝置，它可以對使用波長不同的幾種光記錄媒體，以可達(dá)到的波面像差降低了的狀態(tài)，并且以高的光利用效率將光束會聚到信息記錄面上。特別是，本發(fā)明將對3種光信息記錄媒體提供最合適的光拾波器光學(xué)系統(tǒng)作為第一目的。
此外，本發(fā)明將提供在3種波長區(qū)域中的反射率低、由2層形成的防反射膜及光拾波器用光學(xué)零件作為第二目的。
本發(fā)明的這種物鏡，是對至少3種以上光記錄媒體入射各自不同的波長λn(n≥3)的光束，并利用折射作用使該光束會聚到設(shè)在該光記錄媒體的該透明基板的信息記錄面上的具有正焦度的透鏡，其特征在于設(shè)各波長λn(n≥3)向物鏡的入射光束或入射光束的延長線與光軸相交的點(diǎn)Pn(n≥3)和物鏡的2個透鏡面之中離上述光記錄媒體遠(yuǎn)的一側(cè)的透鏡面與光軸相交的點(diǎn)Q之間的距離為Sn(n≥3)，設(shè)在上述點(diǎn)Pn的位置相對于上述點(diǎn)Q位于與光信息記錄媒體相反一側(cè)時距離Sn的符號為正，設(shè)在上述點(diǎn)Pn的位置相對于上述點(diǎn)Q位于與光信息記錄媒體相同一側(cè)時距離Sn的符號為負(fù)，在這樣定義上述距離Sn的符號的情況下，入射滿足下述(1)、(2)式的入射光束λ1＜λ3、并且、(1/S1)＜(1/S3) (1)λ2＜λ3(λ2＞λ1)、并且、(1/S2)＜(1/S3) (2)各光束以RMS波面像差0.035λRMS以下會聚在上述信息記錄面上。
在此，較好是上述物鏡至少透鏡的一個面在其半徑方向上劃分成有若干分區(qū)的每個區(qū)間。此外，可以使通過上述物鏡的上述各區(qū)間的光線的光程與通過其它區(qū)間的光程之差對于第一光束、第二光束及第三光束之中的任一光束大致為2mλ(m為整數(shù))，對于其它光束該差大致為mλ(m為整數(shù))。特別地，希望構(gòu)成上述差大致為2mλ(m為整數(shù))的波長為λ1。在合適的實(shí)施方式中，上述波長λ1在405nm附近，上述波長λ2在655nm附近，上述波長λ3在790nm附近。特別地，希望上述S1和S2滿足下式S1＜0、S3＞0。
本發(fā)明的光拾波器光學(xué)系統(tǒng)，入射具有對應(yīng)于第一光記錄媒體的波長λ1的第一光束，具有對應(yīng)于第二光記錄媒體的波長λ2的第二光束及具有對應(yīng)于第三光記錄媒體的波長λ3的第三光束；利用物鏡使第一光束會聚到上述第一光記錄媒體上，使第二光束會聚到上述第二光記錄媒體上，并使第三光束會聚到上述第三光記錄媒體上，從而可讀取存儲在第一光記錄媒體、第二光記錄媒體及第三光記錄媒體上的信息，其特征在于上述物鏡是利用折射作用使上述光束會聚在設(shè)于上述光記錄媒體的透明基板的信息記錄面上的具有正焦度的透鏡；設(shè)各波長λ1、λ2、λ3的光束到透鏡的入射光束或入射光束的延長線與光軸相交的點(diǎn)P1、P2、P3和物鏡的2個透鏡面之中離上述光記錄媒體遠(yuǎn)的一側(cè)的透鏡面與光軸相交的點(diǎn)Q之間的距離為S1、S2、S3；設(shè)在上述點(diǎn)P1、P2、P3的位置相對于上述點(diǎn)Q位于與光信息記錄媒體相反一側(cè)時上述距離S1、S2、S3的符號為正，上述點(diǎn)P1、P2、P3的位置相對于上述點(diǎn)Q位于與光信息記錄媒體相同一側(cè)時上述距離S1、S2、S3的符號為負(fù)，在這樣定義上述距離S1、S2、S3的符號的情況下，滿足下述(1)、(2)式λ1＜λ3、并且、(1/S1)＜(1/S3) (1)λ2＜λ3(λ2＞λ1)、并且、(1/S2)＜(1/S3) (2)。
在此，較好是上述第一、第二及第三各光束以RMS波面像差0.035λRMS以下會聚在上述信息記錄面上。此外，希望上述物鏡至少透鏡的一個面在其半徑方向上劃分成有若干分區(qū)的每個區(qū)間，通過該區(qū)間的光線的光程與通過其它區(qū)間的光程之差對于第一光束、第二光束及第三光束之中的任一光束大致為mλ(m為整數(shù))，對于其它光束該差大致為2mλ(m為整數(shù))。
此時，構(gòu)成上述差大致為2mλ(m為整數(shù))的波長為λ1較好。此外，希望上述波長λ1在405nm附近，上述波長λ2在655nm附近，上述波長λ3在790nm附近。
利用這種結(jié)構(gòu)的拾波器光學(xué)系統(tǒng)可構(gòu)成光盤頭，還可構(gòu)成光盤裝置。
此外，希望上述第一光束、上述第二光束及上述第三光束透過波長選擇性濾色片而會聚到上述光記錄媒體前；上述波長選擇性濾色片具有使上述第一光束和上述第二光束透過并截止上述第三光束的外側(cè)區(qū)域和使第一光束、第二光束及第三光束透過的內(nèi)側(cè)區(qū)域。
特別地，希望通過了上述物鏡后的光束的數(shù)值孔徑按上述第一光束、第二光束、第三光束的順序增大。此外，希望上述波長選擇性濾色片對第三光束的透射率在10％或其以下，希望對第一光束及第二光束的透射率在90％或其以上。
在此，上述S1和S3可滿足下式S1＜0、S3＞0此外，在設(shè)上述第一光束的倍率為m1、第三光束的倍率為m3時，滿足下式0＜m1≤1/10、-1/10≤m3＜0；進(jìn)而，希望滿足下式0＜m1≤1/20、-1/20≤m3＜0。
在此，希望上述波長選擇性濾色片形成于上述物鏡的表面。此外，上述波長選擇性濾色片的折射率相對于上述物鏡的折射率可在0.9到1.1的范圍內(nèi)。再有，希望上述物鏡由以折射率在1.49到1.70之間的玻璃為主要成分的材料制成。
本發(fā)明的其它物鏡，是對至少3種以上光記錄媒體入射各自不同的波長λn(n≥3)的光束，并利用折射作用使該光束會聚到設(shè)在該光記錄媒體的該透明基板的信息記錄面上的具有正焦度的透鏡，其特征在于設(shè)各波長λn(n≥3)向物鏡的入射光束或入射光束的延長線與光軸相交的點(diǎn)Pn(n≥3)和物鏡的2個透鏡面之中離上述光記錄媒體遠(yuǎn)的一側(cè)的透鏡面與光軸相交的點(diǎn)Q之間的距離為Sn(n≥3)，設(shè)在上述點(diǎn)Pn的位置相對于上述點(diǎn)Q位于與光信息記錄媒體相反一側(cè)時距離Sn的符號為正，設(shè)在上述點(diǎn)Pn的位置相對于上述點(diǎn)Q位于與光信息記錄媒體相同一側(cè)時距離Sn的符號為負(fù)，在這樣定義上述距離Sn的符號的情況下，入射滿足下述(1)、(2)式的入射光束λ1＜λ3、并且、(1/S1)＜(1/S3) (1)λ2＜λ3(λ2＞λ1)、并且、(1/S2)＜(1/S3) (2)各光束以RMS波面像差0.045λRMS以下會聚在上述信息記錄面上。
上述物鏡由折射率從1.49到1.70，并且熱變形溫度在300℃或其以下的玻璃為主要成分的材料制成。
本發(fā)明的防反射膜，是設(shè)在用于使用至少405nm附近和655nm附近及790nm附近的3個波長的光拾波器裝置的折射率為nS的光學(xué)零件的光透過面上的防反射膜，其特征在于由形成于上述光學(xué)零件上的折射率為nH、光學(xué)膜厚nHdH的高折射率層和形成于上述高折射率層上的折射率為nL、光學(xué)膜厚nLdL的低折射率層兩層構(gòu)成；反射率僅在405nm附近和655nm附近2處具有極小值，而在上述2個極小值之間的一處具有極大值。
還希望該防反射膜滿足以下條件0.9≤nH/A≤1.10.1≤nH-ns225nm≤nHdH≤275nm100nm≤nLdL≤150nm在此，A＝(1.21×ns+0.84×nL×nL)/2。
更希望滿足nH-ns0.4的條件。進(jìn)一步希望滿足1.30≤nL≤1.55的條件。在合適的實(shí)施方式中，上述低折射率層的材質(zhì)為氧化硅或氟化物。可使上述防反射膜形成于光拾波器用光學(xué)零件的表面。在此，希望上述光學(xué)零件的材質(zhì)是折射率ns從1.49到1.70并且熱變形溫度在300℃或其以下的玻璃為主要成分的材料。
本發(fā)明的物鏡的制造方法，是用于使用至少405nm附近和655nm附近及790nm附近的3個波長的光拾波器裝置，在表面形成有由高折射率層和低折射率層構(gòu)成的防反射膜的光拾波器用物鏡的制造方法，其特征在于，具有以下三個步驟在設(shè)上述物鏡的折射率為ns，上述高折射率層的折射率為nH，上述低折射率層的折射率為nL時，選擇滿足以下條件的高折射率層、低折射率層的材料的第一步驟；0.9≤nH/A≤1.10.1≤nH-ns在此，A＝(1.21×ns+0.84×nL×nL)/2；在上述物鏡上形成折射率為nH的高折射率層的第二步驟；在上述高折射率層上形成折射率為nL的低折射率層的第三步驟。
在此，希望在上述第一步驟中選擇各種材料還要滿足nH-ns≤0.4的條件。進(jìn)而，可以在上述第一步驟中選擇各種材料還滿足1.3≤nL≤1.55的條件。
本發(fā)明的防反射膜是設(shè)在用于使用至少405nm附近和655nm附近及790nm附近的3個波長的光拾波器裝置的折射率為ns的光學(xué)零件的光透過面上的防反射膜，其特征在于，具有形成于上述光學(xué)零件上的折射率為nH的高折射率層和形成于上述高折射率層上的折射率為nL的低折射率層兩層，并滿足以下條件0.9≤nH/A≤1.10.1≤nH-ns在此，A＝(1.21×ns+0.84×nL×nL)/2。
本發(fā)明的其它物鏡由折射率ns從1.49到1.70，并且熱變形溫度在300℃或其以下的玻璃為主要成分的材料制成，在其上形成有防反射膜，上述防反射膜由折射率為nH、光學(xué)膜厚為nHdH的高折射率層和形成于上述高折射率層上的折射率為nL、光學(xué)膜厚為nLdL的低折射率層兩層構(gòu)成，反射率僅在405nm附近和655nm附近2處具有極小值，在上述2個極小值之間的一處具有極大值。
采用本發(fā)明，能夠提供做成對于使用波長不同的多種光記錄媒體，能以可達(dá)到的降低波面像差的狀態(tài)，并且，以高的利用效率將光束會聚到信息記錄面上的光拾波器光學(xué)系統(tǒng)、光盤頭、光盤裝置。
采用本發(fā)明，能夠提供在3種波長范圍中反射率低的、由2層形成的防反射膜及光拾波器用光學(xué)零件。


圖1是用于說明在由物鏡和光盤的透明基板組成的光學(xué)系統(tǒng)中的光程的示意圖。
圖2是表示第一實(shí)施方式的HD DVD、DVD和CD的波面像差的曲線圖。
圖3是表示本發(fā)明的物鏡的實(shí)施方式的示意圖。
圖4是表示波長選擇性濾色片的一個結(jié)構(gòu)例子的示意圖。
圖5是表示波長選擇性濾色片的CD光截止區(qū)域的分光透射率特性的曲線圖。
圖6是表示本發(fā)明的實(shí)施方式的透鏡面形狀的一個具體例子的示意圖。
圖7是表示用于計算距離ZA的各系數(shù)的表。
圖8是表示用于計算距離ZB的各系數(shù)的表。
圖9是表示第一實(shí)施方式的光學(xué)系統(tǒng)的光學(xué)要素之間的距離和配置表。
圖10是表示對第一實(shí)施方式的種類不同的光盤的光斑的計算結(jié)果的曲線圖。
圖11是表示第二～九區(qū)間的大致光程和第一區(qū)間的大致光程之差的表。
圖12是表示距離ZA與光線高度h的關(guān)系表。
圖13是表示距離ZA與光線高度h的關(guān)系表。
圖14是表示距離ZA與光線高度h的關(guān)系表。
圖15是表示距離ZA與光線高度h的關(guān)系表。
圖16是表示距離ZB與光線高度h的關(guān)系表。
圖17是表示第二實(shí)施方式的光學(xué)系統(tǒng)的光學(xué)要素之間的距離和配置表。
圖18是表示第二～二十二區(qū)間的大致光程和第一區(qū)間的大致光程之差的表。
圖19是表示第二實(shí)施方式的藍(lán)光、DVD和CD的波面像差的曲線圖。
圖20是表示第二實(shí)施方式的藍(lán)光和DVD的波面像差之差及其比值的表。
圖21是表示對第二實(shí)施方式的種類不同的光盤的光斑的計算結(jié)果的曲線圖。
圖22表示距離ZA與光線高度h的關(guān)系表。
圖23是表示第三實(shí)施方式的光學(xué)系統(tǒng)的配置表。
圖24是表示第三實(shí)施方式的波長選擇性濾色片的結(jié)構(gòu)圖。
圖25是第三實(shí)施方式的物鏡的波面像差圖。
圖26是表示在第一實(shí)施方式及第三實(shí)施方式的物鏡中的彗差的發(fā)生量的表。
圖27是表示第二～七區(qū)間的大致光程和第一區(qū)間的大致光程之差的表。
圖28是第三實(shí)施方式的光斑圖。
圖29是表示距離ZA與光線高度h的關(guān)系表。
圖30是表示距離ZA與光線高度h的關(guān)系表。
圖31是表示距離ZA與光線高度h的關(guān)系表。
圖32是表示距離ZA與光線高度h的關(guān)系表。
圖33是表示距離ZA與光線高度h的關(guān)系表。
圖34是表示距離ZA與光線高度h的關(guān)系表。
圖35是表示距離ZA與光線高度h的關(guān)系表。
圖36是表示第三實(shí)施方式的光學(xué)系統(tǒng)的配置表。
圖37是表示第二～三十一區(qū)間的大致光程和第一區(qū)間的大致光程之差的表。
圖38是第四實(shí)施方式的物鏡的波面像差圖。
圖39是表示第五實(shí)施方式的波長選擇性濾色片的膜結(jié)構(gòu)的表。
圖40是表示第五實(shí)施方式的波長選擇性濾色片的分光特性圖。
圖41是表示第五實(shí)施方式的波長選擇性濾色片的膜結(jié)構(gòu)的表。
圖42是表示第五實(shí)施方式的波長選擇性濾色片的分光特性圖。
圖43是說明第六實(shí)施方式的防反射膜的原理的剖面圖。
圖44是表示第六實(shí)施方式的模擬結(jié)果表。
圖45是表示第六實(shí)施方式的模擬結(jié)果的反射率隨波長的變化的曲線圖。
圖46是表示第六實(shí)施方式的模擬結(jié)果的反射率隨波長的變化的曲線圖。
圖47是表示第六實(shí)施方式的模擬結(jié)果的反射率隨波長的變化的曲線圖。
圖48是表示AR涂層的設(shè)計例子表。
圖49是表示AR涂層導(dǎo)致的透鏡面一個面的分光反射特性的曲線圖。
圖50是表示本發(fā)明的實(shí)施例4的曲線圖。
圖51是表示本發(fā)明的實(shí)施例5的曲線圖。
圖52是表示本發(fā)明的實(shí)施例6的曲線圖。
圖53是表示本發(fā)明的實(shí)施例7的曲線圖。
圖54是表示本發(fā)明的實(shí)施例8的曲線圖。
圖55是表示本發(fā)明的比較例1的曲線圖。
圖56是表示本發(fā)明的比較例2的曲線圖。
圖57是表示本發(fā)明的比較例3的曲線圖。
圖58是表示第五實(shí)施方式的分析結(jié)果表。
圖59是表示本發(fā)明的光盤頭的一個結(jié)構(gòu)例子的示意圖。
圖60是表示本發(fā)明的光盤頭的一個結(jié)構(gòu)例子的示意圖。
圖61是表示本發(fā)明的光盤頭的一個結(jié)構(gòu)例子的示意圖。
圖62是表示本發(fā)明的光盤裝置的一個結(jié)構(gòu)例子的示意圖。
圖63是表示本發(fā)明的物鏡的外形的俯視圖和側(cè)視圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的透鏡是使用幾種單色光的多波長用透鏡，是可用于能對應(yīng)于例如CD(也包括CD-R等的CD)、DVD、藍(lán)光光盤及先進(jìn)光盤(AOD-AdvancedOptical Disc)等種類不同的光記錄媒體的互換型記錄讀取裝置的通用的多波長用透鏡。此外，本發(fā)明的多波長用光學(xué)系統(tǒng)、光盤頭、及光盤裝置使用了這種多波長用透鏡。
首先，對本發(fā)明進(jìn)行概要說明。
現(xiàn)在，對于用了厚度t1的透明基板的第一光盤，對使用了這種光盤的光盤裝置中的物鏡的像差進(jìn)行了良好的補(bǔ)償，從而使波長λ1的激光光束良好地會聚到設(shè)于該基板的信息記錄面上。使波長為λ2的與λ1不同的激光光束會聚到在該光盤裝置中使用了厚度t2的透明基板的第二光盤上。
此時，該激光光束的波長λ1和λ2的不同、透明基板的厚度t2和厚度t1的不同，或厚度t2和t1相同時波長λ1和λ2也不同。因此，會產(chǎn)生因這些透明基板厚度的不同導(dǎo)致的球面像差和因激光光束的波長的不同導(dǎo)致的物鏡的折射率不同所產(chǎn)生的色差，或僅產(chǎn)生色差，使激光光束不能很好地會聚到信息記錄面上。
本發(fā)明對于不同波長不同種類的光盤的全部場合，設(shè)定物鏡的非球面形狀及向物鏡的入射光線的發(fā)散程度使得通過各任意的光線高度的光程不產(chǎn)生像差，或?yàn)橄癫钌俚臓顟B(tài)。這樣，能夠成為對所有的各光盤充分地降低像差的狀態(tài)。并且，在本發(fā)明中，由于沒有使用衍射作用，只以折射光線實(shí)現(xiàn)本發(fā)明，從而不會因衍射效率而產(chǎn)生光量損失。
還有，本發(fā)明的一個實(shí)施方式的透鏡，如在后面的實(shí)施方式中具體說明的那樣，其透鏡面被分割成幾個非球面構(gòu)成。
首先，在圖1中，對用物鏡1將激光光束會聚到基板2的信息記錄面2a上的情況進(jìn)行說明。在此，物鏡1的面A為光入射面，面B為光出射面，基板2的信息記錄面2a為與物鏡1的相反一側(cè)。
圖1示意地表示物鏡1的光路。圖1中，入射到物鏡1的激光光束為平行光。因此，圖1所示的光學(xué)系統(tǒng)為所謂的無限遠(yuǎn)光學(xué)系統(tǒng)。圖1還示意地表示從物鏡1的光軸OA通過與光軸OA垂直方向的距離(光線高度)h的位置P1的光線直到橫切光軸OA的點(diǎn)(聚光點(diǎn))P5的光路。
在此，設(shè)在該光路中對物鏡1的入射點(diǎn)為P2，從物鏡1的出射點(diǎn)為P3，到透明基板2的入射點(diǎn)為P4，設(shè)各點(diǎn)間的空間距離、折射率為點(diǎn)P1～入射點(diǎn)P2空間距離＝S1h，折射率＝n1；入射點(diǎn)P2～入射點(diǎn)P3空間距離＝S2h，折射率＝n2；入射點(diǎn)P3～入射點(diǎn)P4空間距離＝S3h，折射率＝n3；入射點(diǎn)P4～聚光點(diǎn)P5空間距離＝S4h，折射率＝n4。
此時，從點(diǎn)P1到聚光點(diǎn)P5的光程Lh表示為Lh＝n1×S1h+n2×S2h+n3×S3h+n4×S4h(3)還有，在光軸OA上的光程Lh是在該式(3)中h＝0的情況。
該式(3)相當(dāng)于任意的光線高度h，在進(jìn)行了像差補(bǔ)償時，對任意的光線高度h的聚光點(diǎn)P5在各自的容許范圍內(nèi)是在信息記錄面2a上。即，本發(fā)明通過對例如厚度不同的多個基板的每個使用各自不同的波長的激光光束，從而使色差與球面像差相互抵消，對任意光線高度h的聚光點(diǎn)P5在各自的容許范圍內(nèi)是在信息記錄面2a上。
此外，對平行光入射、即所謂的無限遠(yuǎn)光學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行了說明，但向物鏡1的入射光也可以是發(fā)散光，即有限遠(yuǎn)光學(xué)系統(tǒng)。再有，對每種不同的光記錄媒體、波長也可以分別使用無限遠(yuǎn)系統(tǒng)和有限遠(yuǎn)系統(tǒng)?；蛘撸瑢γ糠N不同的光記錄媒體，即使在相同的有限遠(yuǎn)系統(tǒng)中也可以改變?nèi)肷涔饩€的發(fā)散程度。此外，對物鏡的入射光也可以是會聚光。
例如，對HD DVD(AOD)使用405nm的單色光(λ1)、對DVD使用655nm的單色光(λ2)、對CD使用790nm的單色光(λ3)。這種場合，可以將這些波長共同使用的區(qū)域做成分割成幾個非球面部分的透鏡面。以該方法，其任意的非球面部分的光程與其它非球面部分的光程僅相差相應(yīng)的各單色光的波長λi的整數(shù)倍，并且，使各非球面部分的各單色光的波面像差的最大值和最小值之差為ΔVd(λ1)和ΔVd(λ2)(d為1，2，...的整數(shù)，指各非球面部分)。
此時，對各非球面部分來說，通過使各單色光的波面像差的最大值和最小值之差的比在0.4以上2.5以下，較好是在0.5以上2.0以下，從而在所有的波長內(nèi)作為透鏡整體能確保容許范圍的均方根(RMS-Root Mean Square)波面像差。再有，為了使對CD的RMS波面像差較好，只要將入射光線設(shè)定為發(fā)散光，或者設(shè)定成與HDDVD和DVD相比發(fā)散程度強(qiáng)的入射光線即可。這樣，因基板厚度增加導(dǎo)致的球面像差和因入射光線的發(fā)散程度增強(qiáng)導(dǎo)致的球面像差相互抵消，從而可以補(bǔ)償CD中產(chǎn)生的球面像差。
還有，這里所謂的波面像差在設(shè)光線高度(h)為h＝0時的光程為L0，在設(shè)各光線高度的光程為Lh時，波面像差Vh以下式(4)表示。
Vh＝(Lh-L0)/λi(4)圖2中對比表示HD DVD和DVD及CD的波面像差。在該圖2中，橫軸為光線高度，縱軸為波面像差。圖2(a)表示用上式求得的HD DVD的各非球面部分的波面像差，圖2(b)表示用上式求得的DVD的各非球面部分的波面像差，圖2(c)表示用上式求得的CD的各非球面部分的波面像差。
例如，以ΔV1(λ1)、ΔV1(λ2)來定義非球面部分的第一區(qū)域的其非球面部分內(nèi)的波面像差的最大值和最小值之差。在本發(fā)明中，如在后述的發(fā)明的實(shí)施方式中所知的那樣，在任一個非球面部分中各波長的波面像差的最大值和最小值之差之比在0.4以上2.5以下。即，本發(fā)明對任意波長在各非球面部分的波面像差有一定的分布。本發(fā)明在這一方面與原來的以一個波長為基準(zhǔn)構(gòu)成透鏡面，僅利用在另一個波長中的位相偏移來補(bǔ)償波面像差的方式不同。
此外，對于本發(fā)明的多波長用透鏡，在任一個非球面部分的各區(qū)域中，也能使各波長的波面像差的最大值和最小值之差在0.14λi以下，優(yōu)選在0.12λi以下，更優(yōu)選在0.10λi以下。例如，作為這些最大值和最小值之差在0.14λi以下時的一個例子，可以設(shè)定為，在波長為790nm時為110.6nm以下，在波長為655nm時為91.7nm以下，在波長為405nm時為56.7nm以下。這樣，本發(fā)明的多波長用透鏡能夠?qū)Ω鞑ㄩL進(jìn)一步確保良好的光學(xué)特性。
再有，在本發(fā)明中，在雙波長用光學(xué)系統(tǒng)的場合，通過采用將各波長的波面像差做成基本對稱形狀的多波長用透鏡，則能達(dá)到雙波長的平衡，進(jìn)一步降低RMS波面像差。
該結(jié)果，RMS波面像差對HD DVD為0.03152λ1RMS，對DVD為0.03237λ2RMS，HD DVD的RMS波面像差與DVD的RMD波面像差也為基本相等的值。還有，對CD的RMS波面像差為0.01764λ3RMS，則比HD DVD和DVD的值更小。
對790nm的CD的記錄讀取來說，可以改變?nèi)肷涞轿镧R的入射光的發(fā)散程度和按幾何光學(xué)的意義的所謂對物鏡來說的物體距離。這是因?yàn)橐蛉肷涔饩€的發(fā)散程度不同而產(chǎn)生的球面像差發(fā)生變化，作為球面像差的補(bǔ)償手段是有效的。這一點(diǎn)在以下通過發(fā)明實(shí)的施方式進(jìn)行說明。
此外，在以下說明的本發(fā)明的實(shí)施方式中，使波長405nm和655nm的入射光線為無限遠(yuǎn)系統(tǒng)，而使波長790nm的入射光線為有限遠(yuǎn)系統(tǒng)。即，使波長405nm和655nm的入射光線的發(fā)散程度相同，而改變波長790nm的入射光線的發(fā)散程度。在此，通過使用波長及基板厚度，改變某個波長的入射光線的發(fā)散程度，或不改變而預(yù)先做得相同，可每次根據(jù)要減少的像差決定。此外，既可以使全部波長的光線以發(fā)散光線入射，反過來也可以以會聚光線入射。
通過以下說明的本發(fā)明的實(shí)施方式，即使對于例如基板厚度不同的任一個光盤，也可以在信息記錄面上形成良好的光斑。還有，這對于光盤基板的厚度沒有不同，即厚度相同而波長不同的場合，通過使圖1所示的聚光點(diǎn)P5在各容許范圍內(nèi)，也可以應(yīng)用。此外，本發(fā)明不限于光記錄媒體，還可以應(yīng)用于在光通信等中使不同波長的激光光束通過同一透鏡或光學(xué)系統(tǒng)這樣的的場合。
以下，對用于實(shí)施本發(fā)明的最佳方式進(jìn)行具體說明。
發(fā)明的實(shí)施方式1在發(fā)明的實(shí)施方式1(第一實(shí)施方式)中，以3種光盤，即HD DVD(λ1＝405nm)和DVD(λ2＝655nm)及CD(λ3＝790nm)為例，用附圖來進(jìn)行說明。第一實(shí)施方式的透鏡雖是相當(dāng)于塑料樹脂的折射率的透鏡，但只要在想以玻璃為透鏡材料的場合用玻璃的折射率來設(shè)計即可。
圖3是表示本發(fā)明的物鏡的作用的一個例子的示意圖，圖3(a)是對HD DVD的，圖3(b)是對DVD的，圖3(c)是對CD的。圖3中，標(biāo)號1是第一實(shí)施方式的物鏡，標(biāo)號2是HD DVD的透明基板，標(biāo)號3是DVD的透明基板，標(biāo)號4是CD的透明基板，標(biāo)號5是光闌，標(biāo)號6是波長選擇性光闌。
首先，在圖3(a)中，物鏡1設(shè)在未圖示的光盤裝置的光盤頭上，HD DVD安裝在該光盤裝置上。作為平行光入射的激光光束通過該物鏡1會聚，這樣來進(jìn)行記錄讀取。在此，HD DVD的基板2的厚度t1為0.6mm，此時的激光光束5是把波長λ1＝405nm的激光光束用做數(shù)值孔徑NA＝0.650的光束。在此條件基礎(chǔ)之上，這種激光光束會聚在HD DVD的基板2的與物鏡1側(cè)相反一側(cè)的面的信息記錄面2a上。
圖3(b)表示將DVD安裝在與上述相的未圖示的光盤裝置上，使用相同的物鏡1進(jìn)行記錄讀取的場合。在此，DVD基板3的厚度t2為0.6mm，此時的激光光束5是把波長λ2＝655nm的激光光束用做數(shù)值孔徑NA＝0.628的光束。還有，對HD DVD和DVD來說，光闌5的直徑對HD DVD和DVD相同，而NA不同，分別為0.650和0.628。這是因?yàn)?，由于波長不同，分別為405nm和655nm，則物鏡1的折射率不同，因此焦距也不同。
圖3(c)表示把CD安裝在與上述相同的未圖示的光盤裝置上，用同樣的物鏡1進(jìn)行記錄讀取的場合。在此，CD基板4的厚度t3為1.2mm，此時的激光光束是把波長λ3＝790nm的激光光束以發(fā)散光的狀態(tài)入射到物鏡1，用做數(shù)值孔徑NA＝0.470的光束。
還有，對圖3(a)(b)(c)所示的波長選擇性濾色片6來說，如圖4所示，劃分為內(nèi)側(cè)的全光透射區(qū)域和外側(cè)的CD(790nm)光截止區(qū)域具體地說，只要施以對內(nèi)側(cè)進(jìn)行掩蓋反射750nm以上的光的二色涂層即可。
更具體地說，例如，只要在CD光截止區(qū)域施以表示圖5所示的分光透射率特性的二色涂層即可。這樣，例如，對外側(cè)的CD光截止區(qū)域，能夠得到具有圖5所示的分光透過特性的波長選擇性濾色片6。這樣，就能夠達(dá)到僅在外側(cè)區(qū)域僅阻擋CD光，而透射DVD和HD DVD光這樣的目的。結(jié)果，能夠使HD DVD的NA(數(shù)值孔徑)為0.650，DVD的NA為0.628，CD的NA為0.470。
此外，圖5所示的分光透射率特性，相對于在波長750nm以下為100％的透射率，在波長750nm以上為0％的透射率的這種理想狀態(tài)，分別為99％和0.2％是接近理想狀態(tài)的。如果這以現(xiàn)有的濾色片特性不可能實(shí)現(xiàn)的話，則可以將波長700nm以下的透射率設(shè)定在90％以上，將波長770nm以上的透射率設(shè)定在5％以下。即使在該場合，雖然也會產(chǎn)生光盤裝置的信號電平稍稍下降或CD跳動特性變差一些的副作用，但并非不能使用的水準(zhǔn)，而是可以使用。
在這種第一實(shí)施方式中，設(shè)定物鏡1的透鏡面形狀從而使HD DVD、DVD、CD的雙方都相對于任意的光線高度h以上述式(3)所示的光程Lh的值可降低像差使其在容許值內(nèi)。這樣，HD DVD、DVD、CD的像差都能很好地降低，從而在各自的信息記錄面上可得到良好的光斑。
在第一實(shí)施方式中，把光入射面A從光軸開始在半徑方向劃分為幾個區(qū)間，把各區(qū)間的面形狀設(shè)定成HD DVD、DVD、CD的像差都能很好地降低到容許值內(nèi)。
用圖6來說明第一實(shí)施方式的光入射面A的面形狀。這里，用下面的函數(shù)ZAj，即數(shù)學(xué)式1來表示從該光入射面A的光線高度h方向(半徑方向)的光軸OA一側(cè)在第j個區(qū)間中的點(diǎn)a、b之間的距離。還有，在式(5)中的光源高度h是在第j個區(qū)間的高度。
數(shù)學(xué)式1ZAj=B+Ch21+1-(K+1)C2·h2+A4·h4+A6·h6+A8·h8+A10·h10+A12·h12+A14·h14+A16·h16]]>--------------------------(5)在圖6中，在物鏡1的光出射側(cè)面B中，設(shè)光線高度h的點(diǎn)為c，從該點(diǎn)c在與光軸OA平行的方向的光出射一側(cè)的面B上的點(diǎn)為d。此時，該光出射一側(cè)的面B的面形狀利用相對于任意光線高度h的點(diǎn)c、d之間的距離ZB設(shè)定成以下面的數(shù)學(xué)式2表示。
數(shù)學(xué)式2ZBj=Ch21+1-(K+1)C2·h2+A4·h4+A6·h6+A8·h8+A10·h10]]>--------------------------(6)并且，在為了將HD DVD、DVD、CD的像差都很好地降低到容許值內(nèi)的式(5)的每個區(qū)間計算出其范圍(h的范圍)和其各常數(shù)B、C、K、A4、A6、A8、A10、A12、A14、A16的值。該計算結(jié)果表示在圖7的表中。再有，還計算出式(6)的各系數(shù)的值，該計算結(jié)果表示在圖8的表中。
此外，圖9的表中表示了HD DVD、DVD、CD中以物鏡為基準(zhǔn)的相當(dāng)于圖3的光學(xué)系統(tǒng)的各光學(xué)要素之間的距離和配置。
物鏡1的光軸上的面頂點(diǎn)f、e之間的距離，即中心厚度t0為1.94mm。再有，對波長λ1＝405nm(藍(lán)光光盤)的折射率n為1.54972，對波長λ2＝655nm(DVD)的折射率n為1.53，對波長λ3＝790nm(CD)的折射率n為1.5263653。
透明基板的厚度和折射率，對波長λ1＝405nm(藍(lán)光光盤)厚度為0.6mm的折射率為1.6235，對波長λ2＝655nm(DVD)厚度為0.6mm的折射率為1.58，對波長λ3＝790nm(CD)厚度為1.2mm的折射率為1.57163。
此外，在波長為405nm的HD DVD的場合，NA為0.650，焦距為3.1015mm，在波長為655nm的DVD的場合，NA為0.628，焦距為3.2116mm。入射平行光束有效直徑對HD DVD和DVD都為4.032。此外，4.032的A面?zhèn)韧哥R的整個面為HD DVD/DVD的共用區(qū)域。在波長790nm的CD的場合，NA為0.470，焦距為3.2327mm。
圖9表示有關(guān)光闌、物鏡、光盤，及對物鏡來說的物體面。如圖9所示，例如，對HD DVD和DVD，入射物到鏡的入射光為平行光，即對物鏡來說的物體面和物鏡的距離為∞。在現(xiàn)實(shí)的光學(xué)系統(tǒng)的場合，把HD DVD激光器、DVD激光器配置在準(zhǔn)直透鏡的焦點(diǎn)位置，使準(zhǔn)直透鏡出射光為平行光而入射到物鏡上。
在CD的場合，從物體面到物鏡的距離為49.4mm，使發(fā)散光入射到物鏡。對該CD，在現(xiàn)實(shí)的光學(xué)系統(tǒng)的場合，可以將從CD激光器的發(fā)光點(diǎn)到物鏡的光源側(cè)的面頂點(diǎn)的距離做到49.4mm。在該場合，會擔(dān)心光拾波器大型化。
在這種場合，只要把準(zhǔn)直透鏡配置在CD激光光源和物鏡之間，把CD激光器的發(fā)光點(diǎn)的位置配置在比準(zhǔn)直透鏡的焦點(diǎn)位置更靠近準(zhǔn)直透鏡的地方即可。這樣，發(fā)出CD激光并通過準(zhǔn)直透鏡的光為發(fā)散光，入射到物鏡。此時，只要配置準(zhǔn)直透鏡和CD激光器使得向物鏡的入射光與在沒有準(zhǔn)直透鏡的狀態(tài)從49.4的距離發(fā)出的光線入射狀態(tài)相同即可。
此外，在圖9中，雖表示了光闌面的有效直徑，但使用的是上述圖4所示的那種波長選擇性濾色片。即，在圖4中，使全光透射區(qū)域的外徑＝CD光截止區(qū)域的內(nèi)徑并均為3.15，使CD光截止區(qū)域的外徑在HD DVD和DVD的有效直徑以上的4.032以上。具體地說，還考慮到利用鏡框來保持所必要的尺寸，使光闌面的有效直徑為例如4.8。
至于波長選擇性濾色片的厚度，入射光線以0度入射是基本的。該入射光線，在考慮到激光器和各種反射鏡等零部件的安裝位置、精度誤差、雙波長激光器和3波長激光器的發(fā)光點(diǎn)在與光軸垂直方向的位置偏離等時，還會成為傾斜入射。因此，波長選擇性濾色片的厚度雖希望較薄，但在第一實(shí)施方式中取為0.5mm。
對圖9所示的第一實(shí)施方式，從式(1)、(2)所示的S1、S2、S3的關(guān)系看來，由于HD DVDλ1＝405nm，S1＝∞，DVD λ2＝655nm，S2＝∞，CDλ3＝790nm，S3＝49.4mm，所以，405nm(λ1)＜790nm(λ3)，由于(1/S1)＝(1/∞)＝0，(1/S3)＝(1/49.4)＝0.0202429，所以，0＜0.0202429，即(1/S1)＜(1/S3)。
即，在HD DVD和DVD中，λ1＜λ3，并且，(1/S1)＜(1/S3)成立。
此外，655nm(λ2)＜790nm(λ3)，由于(1/S2)＝(1/∞)＝0，(1/S3)＝(1/49.4)＝0.0202429，所以，0＜0.0202429，即(1/S2)＜(1/S3)。
即，在DVD和CD中，λ2＜λ3，并且，(1/S2)＜(1/S3)成立。
即，上述物鏡的折射率的值接近塑料樹脂的折射率。例如，在應(yīng)用聚烯烴樹脂或丙烯酸系樹脂等的場合，用該樹脂的折射率的值設(shè)計物鏡來只要設(shè)定各非球面形狀及透鏡的中心厚度即可。特別地，由于聚烯烴系樹脂即使在高濕環(huán)境中也完全不吸水，所以從折射率沒有變化這點(diǎn)看來是有利的。丙烯酸系樹脂在藍(lán)光的透射率好和藍(lán)光(405nm)附近的透射率隨時間的變化小這些點(diǎn)看來是有利的。
此外，作為物鏡的材料，選取雙折射少的材料，在以注射成型或鑄型等制作透鏡時易于得到較好的波面像差的值，從而有利。再有，在使用如上所述的丙烯酸系材料時，在高濕環(huán)境下的吸水率的變化有時會成問題。因此，在使用丙烯酸系材料時，考慮預(yù)先進(jìn)行調(diào)濕使之吸水達(dá)到某種程度，然后再放置在近乎絕對干燥的環(huán)境下或接近高濕的環(huán)境下的場合等是有效的。在該場合，只要使用進(jìn)行調(diào)濕后的、達(dá)到某種程度吸水的狀態(tài)的樹脂的折射率的值進(jìn)行設(shè)計即可。
還有，在式(6)中，代入上述系數(shù)C、K、A4、A6、A8、A10的值，求出對于任意光線高度h(≠0)的距離ZB的值時，則該值為負(fù)值。這表示光出射一側(cè)的面B上的點(diǎn)d為點(diǎn)c，因此，位于比該光出射側(cè)面B的光軸OA通過的面頂點(diǎn)e相比更靠出射面?zhèn)?圖6中的左側(cè))的位置。反過來，在距離ZB為正值的場合，表示位于相反的右側(cè)。
(i)在此，作為用于評價像差的上述像差的容許值，對于向物鏡1的入射激光光束的入射角為0°的情況(即，與光軸OA平行的平行光)，使HD DVD(波長λ1＝405nm)，DVD(波長λ2＝655nm)，CD(波長λ3＝790nm)的RMS波面像差都為0.035λ，優(yōu)選為0.033λ。在第一實(shí)施方式中，將光出射面B和光入射面A設(shè)定成上述的面形狀，則可使HD DVD、DVD、CD的波面像差在該容許值以下。
在第一實(shí)施方式中，雖表示使用3種不同波長λ1、λ2、λ3的場合，但是一般地，在使用n種(這里，n為2以上的整數(shù))不同的波長λi(這里，i＝1，2，...，n)的場合也相同。
(ii)此外，對這樣用n種不同波長λi的情況，使這些波長λi的入射激光光束的入射角為0°時的各RMS波面像差為Wi·λi的話，這些像差滿足以下的數(shù)學(xué)式3。作為這時的容許值W0為0.035，優(yōu)選為0.033以下。
數(shù)學(xué)式3ΣWi2i≤W0]]>
----------------(7)但是，在式(7)中，將第i種該光束的波長設(shè)為λi(i＝1，2，…，n)，所有的波長的各RMS波面像差的平方的總和設(shè)為∑Wi2，波長λi的光束的RMS波面像差則為Wi·λi。
(iii)或者，在使用不同的n種波長λi的激光光束的場合，將各波長λi之中最大的RMS波面像差設(shè)為Wmax，最小的RMS波面像差設(shè)為Wmin時，則1≤Wmax/Wmin＜Wth。
作為此時的容許值Wth為1.8，優(yōu)選為1.6，更優(yōu)選1.4。在第一實(shí)施方式的場合，DVD的RMS波面像差W1和CD的RMS波面像差W2的某一個為最大的RMS波面像差Wmax，另一個為最小的RMS波面像差Wmin。
圖2表示第一實(shí)施方式的波面像差圖。HD DVD的RMS波面像差為0.03152λRMS，DVD的RMS波面像差為0.03237λRMS，CD的RMS波面像差為0.01764λRMS。這些HD DVD、DVD、CD都在0.035λRMS以下，還在0.033λRMS以下。
至于式(7)的值，根據(jù)數(shù)學(xué)式4是在0.035以下，優(yōu)選在0.033以下。
數(shù)學(xué)式4Wi2i=0.031522+0.032372+0.0176423=0.028003]]>此外，圖10表示第一實(shí)施方式的光斑圖。相對強(qiáng)度為1/e2(＝0.135)的光斑直徑對405nm的藍(lán)光為0.5149μm，對655nm的DVD為0.8606μm，對790nm的CD為1.3979μm。
還有，上述光斑的直徑，在無像差的理想光學(xué)系統(tǒng)中，大致為0.82×波長/NA，在現(xiàn)實(shí)的透鏡中，一般希望比較小。此外，該光斑直徑由于考慮到過小也會有其它副作用，因而希望為0.82×波長/NA的值的0.9倍～1.03倍。進(jìn)而還考慮到，當(dāng)光斑直徑過小時，會擔(dān)心出現(xiàn)超分辨等副作用，過大時光斑的會聚特性變差，結(jié)果不能聚光，會對跳動特性等有壞影響。
換句話說，對第一實(shí)施方式進(jìn)行評價的話，結(jié)果如下。
對HD DVD(波長405nm，NA0.650)來說，0.82×波長/NA＝0.5109μm?，F(xiàn)實(shí)的光斑直徑為0.5149μm，是0.82×波長/NA所算得的光斑直徑的1.0078倍，在0.9～1.02倍之間。
對DVD(波長655nm，NA0.628)來說，0.82×波長/NA＝0.8553μm。現(xiàn)實(shí)的光斑直徑為0.8606μm，是0.82×波長/NA所算得的光斑直徑的1.0062倍，在0.9～1.02倍之間。
對CD(波長790nm，NA0.470)來說，0.82×波長/NA＝1.3783μm?，F(xiàn)實(shí)的光斑直徑為1.3979μm，是0.82×波長/NA所算得的光斑直徑的1.0142倍，在0.9～1.02倍之間。
此外，對此透鏡來說，設(shè)定成波面像差對DVD655nm的波長出現(xiàn)在+側(cè)，對HD DVD405nm的波長出現(xiàn)在-側(cè)，兩個波面像差大致為對稱形狀。
還有，在中心分割光軸的相鄰的各非球面部分雖產(chǎn)生光程差，但該差值設(shè)計成與DVD和CD的波長對應(yīng)大致成整數(shù)倍，與HD DVD(藍(lán)光、405nm)波長對應(yīng)大致成整數(shù)的2倍。
圖11的表中表示第一區(qū)間的大致光程和第二～第九區(qū)間的大致光程之差。第二～第八區(qū)間的大致光程和第一區(qū)間的大致光程之差對波長655nm的DVD及波長790nm的CD分別為mλ(m為整數(shù))，對波長405nm的HD DVD為2mλ(m為整數(shù))。
這樣，第一實(shí)施方式能夠把像差抑制在上述容許值內(nèi)。這是因?yàn)?，考慮到各波長和各基板厚度，設(shè)定透鏡面形狀及向物鏡的入射光線的發(fā)散程度，從而使像差限制在該容許值內(nèi)。
在第一實(shí)施方式中，綜合的像差被降低這一點(diǎn)從圖10所示的光斑及圖2所示的波面像差的曲線圖已經(jīng)很清楚。此外，在第一實(shí)施方式中，物鏡1的光入射面A的面形狀是由式(5)及圖7給出的，光出射面B的面形狀是由式(6)及圖8所示的非球面的公式給出的。因此，不采用前面說明過的原有的透鏡(例如，專利文獻(xiàn)1、2的透鏡)那種衍射透鏡結(jié)構(gòu)。此外，在第一實(shí)施方式中，由于能夠?qū)τ涗浕蜃x取必須的開口(NA)會聚幾乎所有的光束，從而得到高的光利用效率。
此外，在第一實(shí)施方式中，雖是以HD DVD、DVD和CD這三種光盤為例，但本發(fā)明不限于此，也可是除它們以外的種類不同的光盤。此外，第一實(shí)施方式相對于基板厚度相同和不同的光盤也能夠應(yīng)用，各自所使用的激光光束的波長不同，只要根據(jù)它們設(shè)定透鏡面的形狀使得綜合像差降低即可。
發(fā)明的實(shí)施方式2在發(fā)明的實(shí)施方式2(第二實(shí)施方式)中，對基板厚度不同、波長為405nm、655nm、790nm不同的場合進(jìn)行說明。詳細(xì)地說，第二實(shí)施方式涉及所謂的藍(lán)光、藍(lán)光激光器使用的波長為405nm基板厚度0為.1mm的場合、所謂DVD、波長為655nm基板厚度為0.6mm的場合、所謂CD、波長為790nm基板厚度為1.2mm的場合。
在第二實(shí)施方式中，基本的透鏡結(jié)構(gòu)與圖6所示的第一實(shí)施方式相同。即，對于藍(lán)光和DVD，是平行光從A面?zhèn)热肷洌贐面?zhèn)鹊墓獗P基板(未圖示)的記錄面上形成良好的光斑。對于CD，是發(fā)散光從A面?zhèn)热肷?，在B面?zhèn)鹊墓獗P基板(未圖示)的記錄面上形成良好的光斑。
光源側(cè)的A面由式(5)表示ZA和h的關(guān)系。其具體的數(shù)值在圖12至圖15的表中對區(qū)間1～22的每一個予以表示。此外，與光源相反一側(cè)，光盤側(cè)的B面由式(6)表示ZB和h的關(guān)系。其具體的數(shù)值如圖16所示。還有，在圖12至圖16中，R為曲率半徑，[小]表示光軸側(cè)，[大]表示離開光軸側(cè)。
并且，第二實(shí)施方式的物鏡的折射率為接近高折射率的玻璃、例如VC89的折射率的值。
此外，物鏡的光軸上的面頂點(diǎn)f、e之間的距離，即中心厚度t0為2.076mm。再有，對波長λ1＝405nm(藍(lán)光光盤)的折射率n為1.8316，對波長λ2＝655nm(DVD)的折射率n為1.7911，對波長λ3＝790nm(CD)的折射率n為1.783555。
透明基板的厚度和折射率，對波長λ1＝405nm(藍(lán)光光盤)厚度為0.6mm折射率為1.6235。再有，對波長λ2＝655nm(DVD)厚度為0.6mm折射率為1.58，對波長λ3＝790nm(CD)厚度為1.2mm折射率為1.573。因此，波長λ1＝405nm(藍(lán)光光盤)和波長λ2＝655nm(DVD)的折射率之差在0.03以上，波長λ1＝405nm(藍(lán)光光盤)和波長λ3＝790nm(CD)的折射率之差也在0.03以上。
此外，在波長405nm的藍(lán)光光盤的場合，NA為0.850，焦距為1.765mm，在波長655nm的DVD的場合，NA為0.600，焦距為1.8564mm，在波長790nm的CD的場合，NA為0.469，焦距為1.8745mm。此外，對于各光闌的直徑，如圖17所示，對于光闌，與第一實(shí)施方式一樣使用波長選擇性濾色片。
圖17的表中表示在藍(lán)光光盤、DVD、CD中，相當(dāng)于以物鏡為基準(zhǔn)的圖12至圖16的光學(xué)系統(tǒng)的各光學(xué)要素間的距離、配置。圖17表示有關(guān)光闌、物鏡、光盤，或?qū)ξ镧R來說的物體面。如圖17所示，例如，對藍(lán)光光盤和DVD，向物鏡的入射光為平行光，即對物鏡來說的物體面與物鏡的距離為∞。在現(xiàn)實(shí)的光學(xué)系統(tǒng)的場合，在準(zhǔn)直透鏡的焦點(diǎn)位置配置藍(lán)光激光器和DVD激光器，使準(zhǔn)直透鏡的出射光為平行光，而入射到物鏡上。
在CD的場合，作為物鏡，從物體面到物鏡的距離為15.5mm，使發(fā)散光入射到物鏡。對于該CD，在現(xiàn)實(shí)的光學(xué)系統(tǒng)的場合，也可以使從CD激光器的發(fā)光點(diǎn)到物鏡的光源側(cè)的面頂點(diǎn)的距離為15.5mm。在該場合，會擔(dān)心光拾波器大型化。
在這種場合，只要把準(zhǔn)直透鏡配置在CD激光光源和物鏡之間，把CD激光器的發(fā)光點(diǎn)的位置配置在比準(zhǔn)直透鏡的焦點(diǎn)位置更接近準(zhǔn)直透鏡的地方即可。這樣，發(fā)出CD激光并通過準(zhǔn)直透鏡的光成為發(fā)散光，入射到物鏡。此時，只要配置準(zhǔn)直透鏡和CD激光，從而使向物鏡的入射光與在沒有準(zhǔn)直透鏡的狀態(tài)從15.5mm的距離發(fā)出的光線入射狀態(tài)相同。
對圖17所示的第二實(shí)施方式，從式(1)、(2)所示的S1、S2、S3的關(guān)系看來，由于藍(lán)光λ1＝405nm，S1＝∞，DVD λ2＝655nm，S2＝∞，CD λ3＝790nm，S3＝15.5mm，所以，405nm(λ1)＜790nm(λ3)，由于(1/S1)＝(1/∞)＝0，(1/S3)＝(1/15.5)＝0.064516129，
所以，0＜0.064516129，即(1/S1)＜(1/S3)。
即，在藍(lán)光和CD中，λ1＜λ3，并且，(1/S1)＜(1/S3)成立。
此外，655nm(λ2)＜790nm(λ3)，由于(1/S2)＝(1/∞)＝0，(1/S3)＝(1/15.5)＝0.064516129，所以，0＜0.064516129，即(1/S2)＜(1/S3)。
即，在DVD和CD中，λ2＜λ3，并且，(1/S2)＜(1/S3)成立。
從圖18可知，直到A面?zhèn)鹊挠行е睆将?.228，即直到h的范圍0～1.114，亦即直到圖18所示的區(qū)間1～21是DVD、藍(lán)光都可使用的共用區(qū)域。相對于此，比2.228更外側(cè)的區(qū)間，即在h的范圍比1.114更大的區(qū)間，亦即圖18所示的區(qū)間22是藍(lán)光專用的區(qū)域。
但是，在該藍(lán)光專用的區(qū)域中，在DVD的場合，對波長選擇性濾色片來說DVD的655nm光是透過的。因此，入射激光光束入射，該入射的光在DVD的信息記錄面上像差非常大，成為所謂的耀斑，不給與有害的影響。
這從后述的圖21的光斑圖也加以說明。
圖19表示第二實(shí)施方式的波面像差圖。
還有，作為RMS波面相差值，藍(lán)光的RMS波面像差為0.02410λRMS，DVD的RMS波面像差為0.02753λRMS，CD的RMS波面像差為0.02127λRMS。該藍(lán)光光盤和DVD及CD，它們的RMS波面像差均在0.035λRMS以下，進(jìn)一步在0.033λRMS以下。
至于式(7)的值，為數(shù)學(xué)式5，其在0.035以下，優(yōu)選在0.033以下。
數(shù)學(xué)式5

Wi2i=0.024102+0.027532+0.0212723=0.02443]]>此外，在圖18中，對圖17所示的各非球面部分，在以第一區(qū)間的大致光程為基準(zhǔn)時，藍(lán)光/DVD共用區(qū)域第二～二十一區(qū)間的大致光程顯示出分別大致偏離波長λ的若干倍。
從圖18可知，第二～二十一區(qū)間對于波長405nm的藍(lán)光其差為2mλ，對于波長655nm的DVD及波長790nm的CD其差為mλ(m為整數(shù))。這是因?yàn)?，短的波長λ1在380～430nm之間，長的波長λ2在630～680nm之間，λ3在波長790nm附近，所以，易于滿足上述大致光程差的關(guān)系，并且易于得到圖19所示的良好的波面像差。
此外，從透鏡的折射率為上述所示的值也易于得到大致光程差和良好的波面像差。具體地說，405nm時的折射率和655nm時的折射率之差為0.04054，405nm時的折射率和790nm時的折射率之差為0.048085。由于這兩個值大于0.03，從而易于得到大致光程差和良好的波面像差。
圖20表示圖17所示的各非球面部分的405nm的藍(lán)光和655nm的DVD的波面像差之差及其比值。
如圖20所示，在655nm和405nm的共用區(qū)域中，各波面像差之差的比ΔVd(λ655)/ΔVd(λ405)在0.90～1.65之間。此外，比值ΔVd(λ405)/ΔVd(λ655)在0.60～1.11之間。并且，各區(qū)域的波面像差本身對兩個波長都在0.14λ以下。
圖21表示第二實(shí)施方式的光斑圖。如圖21所示，相對光強(qiáng)度為1/e2(＝0.135)的光斑直徑對405nm的藍(lán)光為0.3836μm，對655nm的DVD為0.8570μm，對790nm的CD為1.4112μm，是沒問題的光斑形狀。
把該光斑的直徑與在第一實(shí)施方式所示的0.82×波長/NA之值進(jìn)行比較評價后，結(jié)果如下。
對藍(lán)光(波長405nm，NA0.850)來說，為0.82×波長/NA＝0.3907μm。由于現(xiàn)實(shí)的光斑直徑為0.3836μm，是0.82×波長/NA算出的直徑的0.9818倍，在0.9～1.02倍之間。
對DVD(波長655nm，NA0.600)來說，為0.82×波長/NA＝0.8952μm。由于現(xiàn)實(shí)的光斑直徑為0.8570μm，是0.82×波長/NA算出的直徑的0.9574倍，在0.9～1.02倍之間。還有，對該DVD來說，與理想透鏡相比光斑直徑小約4％(0.04倍)。這是因?yàn)?，DVD光也通過藍(lán)光專用區(qū)域，受其影響光斑直徑變小。
對CD(波長790nm，NA0.469)來說，為0.82×波長/NA＝1.3812μm。由于現(xiàn)實(shí)的光斑直徑為1.4084μm，是0.82×波長/NA算出的直徑的1.0197倍，在0.9～1.02倍之間。
還有，在第二實(shí)施方式中，雖然一個單色光的波長為405nm，另一個為655nm、790nm，但也可以是一個為380～430nm，另一個為630～680nm、770～820nm。在該場合，折射率雖為不同的值，但只要根據(jù)該值進(jìn)行設(shè)計即可。
發(fā)明的實(shí)施方式3在發(fā)明的實(shí)施方式3(第三實(shí)施方式)中，以三種光盤，即HD DVD(λ1＝408nm)和DVD(λ2＝658nm)及CD(λ3＝785nm)為例，用附圖進(jìn)行說明。在第一實(shí)施方式中，入射到物鏡的入射光線對HD DVD和DVD是平行光，對CD是發(fā)散光。在第三實(shí)施方式中，就入射到物鏡的入射光線對HDDVD是會聚光，對DVD是平行光，對CD是發(fā)散光的場合進(jìn)行說明。還有，第三實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)(HD DVD會聚光入射)與第一實(shí)施方式(HD DVD平行光入射)相比，能夠使對CD的物體距離變長。使發(fā)散光入射到物鏡使用的場合與使平行光入射使用的場合相比，在軸外產(chǎn)生的彗差變大。因此，為了追蹤，在使物鏡與光軸大致正交的面內(nèi)有橫向偏移(以下稱為物鏡移位)的場合，會產(chǎn)生彗差的產(chǎn)生量增大的問題。該彗差的產(chǎn)生量受光線的發(fā)散度很大的影響。發(fā)散度小，即物體距離長，能夠抑制物鏡移位時的彗差的產(chǎn)生量。因此，第三實(shí)施方式的這種光學(xué)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，與第一實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)相比，對CD的物鏡移位有利。但是，由于是作為使會聚光對HD DVD入射的結(jié)構(gòu)，因而對HD DVD在物鏡移位時也會產(chǎn)生彗差。因此，最好考慮對HDDVD、CD的物體距離(倍率)的平衡。在設(shè)HD DVD的倍率為m1、CD的倍率為m3時，以滿足0＜m1≤1/10，-1/10≤m3＜0為好。
若超出上述范圍，物鏡移位時的彗差產(chǎn)生量增大。更好是在以下范圍0＜m1≤1/20，-1/20≤m3＜0。
還有，第三實(shí)施方式的透鏡雖具有相當(dāng)于塑料樹脂的折射率，但在想以玻璃為透鏡材料時只要以玻璃的折射率進(jìn)行設(shè)計即可。
用在第一實(shí)施方式中所示的圖6對第三實(shí)施方式的基本的透鏡結(jié)構(gòu)進(jìn)行說明。在第三實(shí)施方式中，HD DVD從A面?zhèn)仁箷酃馊肷?，而在B面?zhèn)鹊墓獗P基板(未圖示)的記錄面上形成良好的光斑。對DVD來說，從A面?zhèn)仁蛊叫泄馊肷洌贐面?zhèn)鹊墓獗P基板(未圖示)的記錄面上形成良好的光斑。對CD來說，從A面?zhèn)仁拱l(fā)散光入射，在B面?zhèn)鹊墓獗P基板(未圖示)的記錄面上形成良好的光斑。
光源側(cè)的A面通過式(5)表示ZA和h的關(guān)系。其具體的數(shù)值在圖22的表中表示為區(qū)間1～7。
此外，物鏡的光軸上的面頂點(diǎn)f、e之間的距離，即中心厚度t0為1.92mm。再有，對波長λ1＝408nm(HD DVD)的折射率n為1.5229，對波長λ2＝658nm(DVD)的折射率n為1.5048，對波長λ3＝785nm(CD)的折射率n為1.5018。
透明基板的厚度和折射率對波長λ1＝408nm(HD DVD)厚度為0.6mm折射率為1.622。再有，對波長λ2＝658nm(DVD)厚度為0.6mm折射率為1.577，對波長λ3＝785nm(CD)厚度為1.2mm折射率為1.5720。
此外，在波長408nm的HD DVD的場合，NA為0.650，焦距為3.101mm，在波長658nm的DVD的場合，NA為0.650，焦距為3.2059mm，在波長785nm的CD的場合，NA為0.470，焦距為3.2246mm。此外，對各光闌的孔徑，如圖23所示，對各光闌來說，使用與第一實(shí)施方式同樣的波長選擇性濾色片。
在圖23的表中，表示了對HD DVD、DVD、CD，在以物鏡為基準(zhǔn)的相當(dāng)于圖1的光學(xué)系統(tǒng)的各光學(xué)要素間的距離、配置。圖23表示有關(guān)光闌、物鏡、光盤，及對物鏡來說的物體面。如圖23所示，例如，對HD DVD，向物鏡的入射光為會聚光。因此，對物鏡來說的物體面和物鏡的距離表示為負(fù)，為-93.9mm。在現(xiàn)實(shí)的光學(xué)系統(tǒng)中，只要把準(zhǔn)直透鏡配置在HD DVD激光光源和物鏡之間，把HD DVD激光的發(fā)光點(diǎn)位置配置在比準(zhǔn)直透鏡的焦點(diǎn)位置離準(zhǔn)直透鏡更遠(yuǎn)的位置即可。這樣，發(fā)出HD DVD激光并通過準(zhǔn)直透鏡的光就成為會聚光，入射到物鏡。對DVD來說，向物鏡的入射光為平行光，即對物鏡來說的物體面和物鏡的距離為∞。在現(xiàn)實(shí)的光學(xué)系統(tǒng)的場合，將DVD激光器配置在準(zhǔn)直透鏡的焦點(diǎn)位置，使準(zhǔn)直透鏡的出射光為平行光，而入射到物鏡上。
在CD的場合，從物體面到物鏡的距離為98.9mm，采用發(fā)散光入射到物鏡的透鏡結(jié)構(gòu)。在現(xiàn)實(shí)的光學(xué)系統(tǒng)的場合，使從CD激光器的發(fā)光點(diǎn)到物鏡的光源側(cè)的面頂點(diǎn)的距離為98.9mm會使光拾波器大型化。因此，可以把準(zhǔn)直透鏡配置在CD激光光源和物鏡之間，把CD激光器的發(fā)光點(diǎn)的位置配置在比準(zhǔn)直透鏡的焦點(diǎn)位置更接近準(zhǔn)直透鏡的地方。這樣，發(fā)出CD激光并通過準(zhǔn)直透鏡的光成為發(fā)散光，入射到物鏡。此時，只要配置準(zhǔn)直透鏡和CD激光器，從而使向物鏡的入射光與在沒有準(zhǔn)直透鏡的狀態(tài)從98.9mm的距離發(fā)出的光線入射狀態(tài)相同。
對于圖23所示的第三實(shí)施方式，從式(1)、(2)所示的S1、S2、S3的關(guān)系看來，由于HD DVDλ1＝408nm，S1＝-93.9mm，DVD λ2＝658nm，S2＝∞，CDλ3＝785nm，S3＝113.0mm，所以，408nm(λ1)＜785nm(λ3)，由于(1/S1)＝(1/(-93.9))＝-0.010649627，(1/S3)＝(1/113.0)＝0.008849557，所以，-0.010649627＜0.008849557，即(1/S1)＜(1/S3)。
即，在HD DVD和DVD中，λ1＜λ3，并且，(1/S1)＜(1/S3)成立。
此外，HD DVD的倍率m1為1/31.2，CD的倍率m3為-1/34.1，滿足0＜m1≤1/20，-1/20≤m3＜0。
此外，658nm(λ2)＜785nm(λ3)，
由于(1/S2)＝(1/∞)＝0，(1/S3)＝(1/113.0)＝0.008849557，所以，0＜0.008849557，即(1/S2)＜(1/S3)。
即，在DVD和CD中，λ2＜λ3，并且，(1/S2)＜(1/S3)成立。
從圖22可知，直到A面?zhèn)鹊挠行е睆将?.8932mm，即在h的范圍直到0～1.94658，即直到圖22所示的區(qū)間1～6是DVD和HD DVD都可以使用的共用區(qū)域。與此相對，比3.8932更外側(cè)的區(qū)間，即在h的區(qū)間比1.94658更大的區(qū)間，即圖22所示的區(qū)間7是DVD專用區(qū)域。
但是，在該DVD專用區(qū)域和HD DVD的場合，對波長選擇性濾色片來說HD DVD的408nm光都能透過。由此，在HD DVD的場合，從激光器出射的激光光束經(jīng)過物鏡雖入射到HD DVD，但入射的光在HD DVD的信息記錄面上像差非常大，不會由于成為所謂的耀斑而造成壞影響。
或者，也可以使用圖24所示的波長選擇性濾色片。如圖24所示，波長選擇性濾色片被劃分為內(nèi)側(cè)的全光透射區(qū)域61和中間的CD(785nm)光截止區(qū)域62，及外側(cè)的HD DVD(408nm)和CD(785nm)光截止區(qū)域63。例如，可以在中間的CD光截止區(qū)域62施以反射750nm以上的光的雙色涂層，在外側(cè)的HD DVD、CD光截止區(qū)域63施以只有600～700nm的光線透過的雙色涂層。
這樣，能夠使HD DVD的NA(數(shù)值孔徑)為0.650，DVD的NA為0.650，CD的NA為0.470。
圖25表示第三實(shí)施方式的波面像差圖。
還有，作為RMS的波面像差值，HD DVD的RMS波面像差值為0.03253λRMS，DVD的RMS波面像差值為0.03178λRMS，CD的RMS波面像差值為0.02091λRMS。這些藍(lán)光光盤和DVD及CD，它們的RMS波面像差都在0.035λRMS以下，進(jìn)而在0.033λRMS以下。
至于式(7)的值，為數(shù)學(xué)式6，在0.035以下，優(yōu)選在0.033以下。
數(shù)學(xué)式6Wi2i=0.032532+0.032782+0.0209123=0.02890]]>圖26表示在第一實(shí)施方式的物鏡和第三實(shí)施方式的物鏡的CD(NA0.470)物鏡移位為0.3mm時的彗差(3級)的發(fā)生量。在第一實(shí)施方式中向物鏡的入射光線對HD DVD和DVD為平行光，對CD為發(fā)散光的結(jié)構(gòu)，CD的物體距離為49.4mm。在第三實(shí)施例中，采用向物鏡的入射光線對HD DVD是會聚光，對DVD是平行光，對CD是發(fā)散光的結(jié)構(gòu)，CD的物體距離為113.0mm，與第一實(shí)施方式相比增長。結(jié)果，如圖26所示，在第一實(shí)施方式的物鏡中有0.0469λRMS的CD的物鏡移位時的彗差產(chǎn)生量在第三實(shí)施方式的物鏡中降低到0.0177λRMS。
此外，圖27中表示在圖22所示的各非球面部分中，在以第一區(qū)間的大致光程為基準(zhǔn)時，HD DVD/DVD共用區(qū)域第二～六區(qū)間的大致光程各自偏移大致波長λ的若干倍。
從圖27可知，第二～六區(qū)間對波長408nm的HD DVD的光程差為2mλ，對波長658nm的DVD及波長785nm的CD的光程差為mλ(m為整數(shù))。這是由于短的波長λ1在380～430nm之間，長的波長λ2在波長630～680nm之間，λ3在波長785nm附近，從而易于滿足上述大致光程差的關(guān)系，并易于得到圖25所示的良好的波面像差。
圖28表示第三實(shí)施方式的光斑圖。如圖28所示，相對強(qiáng)度為1/e2(＝0.135)的光斑直徑對于408nm的HD DVD時為0.5029μm，對658nm的DVD為0.8236μm，對785nm的CD為1.3811μm，是沒有問題的光斑形狀。
將該光斑直徑與第一實(shí)施方式所示的0.82×波長/NA的值進(jìn)行比較評價的話，結(jié)果如下。
對于HD DVD(波長408nm，NA0.650)為0.82×波長/NA＝0.5147μm?，F(xiàn)實(shí)的光斑直徑為0.5029μm，是由0.82×波長/NA計算所得光斑直徑的0.9771倍，在0.9～1.02倍之間。還有，對該HD DVD來說，與理想透鏡相比光斑直徑約小2.3％(0.023倍)。這是由于HD DVD光還通過DVD專用區(qū)域，受其影響光斑直徑變小。
對于DVD(波長658nm，NA0.65)為0.82×波長/NA＝0.8301μm?，F(xiàn)實(shí)的光斑直徑為0.8236μm，是由0.82×波長/NA計算所得光斑直徑的0.9922倍，在0.9～1.02倍之間。
對于CD(波長785nm，NA0.470)為0.82×波長/NA＝1.3696μm?，F(xiàn)實(shí)的光斑直徑為1.3811μm，是由0.82×波長/NA計算所得光斑直徑的1.0084倍，在0.9～1.02倍之間。
還有，在第三實(shí)施方式中，單色光的波長雖然分別為408nm、658nm、785nm，但也可以在380～430nm、630～680nm、770～820nm。在此場合，折射率雖為不同的值，但只要根據(jù)該值設(shè)計即可。此外，雖然在第一實(shí)施方式中采用的結(jié)構(gòu)是，向物鏡的入射光線對HD DVD、DVD為平行光，對CD為發(fā)散光，在第三實(shí)施方式中采用的結(jié)構(gòu)是，向物鏡的入射光線對HD DVD為會聚光，對DVD為平行光，對CD為發(fā)散光，但并不限于該結(jié)構(gòu)的組合。例如，也可以采用HD DVD為會聚光，DVD為會聚光，CD為發(fā)散光的結(jié)構(gòu)。在此，若預(yù)先使HD DVD、DVD的物體距離相同，則可以在HD DVD、DVD中使用同一個光檢測器。
發(fā)明的實(shí)施方式4發(fā)明的實(shí)施方式4(第四實(shí)施方式)，是與第二實(shí)施方式相同，但基板厚度不同，波長為不同的408nm、655nm和790nm的例子，對使用與第二實(shí)施方式所示的物鏡的材質(zhì)不同材質(zhì)的透鏡來實(shí)施物鏡的場合進(jìn)行說明。
在第二實(shí)施方式中，作為物鏡的材質(zhì)，想用的是例如VC89那種熔點(diǎn)和熱變形溫度(Tg＝528℃)高的玻璃。與此相對，在第四實(shí)施方式中，作為物鏡的材質(zhì)，想用的是例如住田光學(xué)玻璃公司制的K-PG325那種熔點(diǎn)和熱變形溫度(Tg＝288℃)低的玻璃。以下對這種第二實(shí)施方式和第四實(shí)施方式的物鏡的材質(zhì)的不同進(jìn)行比較說明。
VC89那種高折射率的玻璃由于其材質(zhì)的熔點(diǎn)高至600℃以上，因此，作為可耐受該溫度的透鏡成型的模具，需要采用在模具表面難以刻上微細(xì)結(jié)構(gòu)的硬質(zhì)合金模具。此外，透鏡成型后，由于降溫直到常溫需要相當(dāng)長的時間，從而也存在單位時間的生產(chǎn)效率低的問題。另一方面，K-PG325那種折射率低的玻璃由于其材質(zhì)的熔點(diǎn)低至300℃左右，作為透鏡成型的模具能夠借用與用塑料系的材質(zhì)所用的模具相同的模具，容易在模具上刻上輪帶那種微細(xì)結(jié)構(gòu)。此外，由于降溫直至常溫所要的時間短，所有具有單位時間的生產(chǎn)效率高的優(yōu)點(diǎn)。以下，把以K-PG325那種折射率從1.49到1.70并且熱變形溫度在300℃或其以下的玻璃為主要成分的材料稱為低熔點(diǎn)玻璃。
然而，低熔點(diǎn)玻璃的折射率例如對408nm的光線為1.49～1.70，若與一般的VC89那種玻璃相比，其困難在于折射率低這一點(diǎn)。因此，低熔點(diǎn)玻璃由于其折射率小，因而難以對高NA的透鏡進(jìn)行光學(xué)設(shè)計。在本實(shí)施方式中，通過使透鏡中心厚度為2.642mm，比通常更大，從而可確保把低熔點(diǎn)玻璃用作物鏡的材質(zhì)時的特性。還有，低熔點(diǎn)玻璃的折射率雖與塑料系的材質(zhì)幾乎相同，但低熔點(diǎn)玻璃特別是與塑料系的材質(zhì)相比具有高的溫度濕度特性這一點(diǎn)上，作為物鏡的材質(zhì)與塑料系的材質(zhì)相比是有利的。
詳細(xì)地說，第四實(shí)施方式涉及所謂的藍(lán)光、藍(lán)光激光器使用的波長為405nm基板厚度為0.0875mm的場合、所謂DVD、波長為655nm基板厚度為0.6mm的場合、所謂CD、波長為790nm基板厚度為1.2mm的場合，其特征在于作為透鏡的材質(zhì)使用上述低熔點(diǎn)玻璃。
在第四實(shí)施方式中，基本的透鏡結(jié)構(gòu)與圖6所示的第一實(shí)施方式相同。即，對于藍(lán)光和DVD，使平行光從A面?zhèn)热肷洌贐面?zhèn)鹊墓獗P基板(未圖示)的記錄面上形成良好的光斑。對于CD，使發(fā)散光從A面?zhèn)热肷?，在B面?zhèn)鹊墓獗P基板(未圖示)的記錄面上形成良好的光斑。
光源側(cè)的A面由式(5)表示ZA和h的關(guān)系。其具體的數(shù)值在圖29、圖30、圖31、圖32、圖33、圖34的表中表示在每個區(qū)間。此外，與光源相反一側(cè)、光盤側(cè)的B面由式(6)表示ZB和h的關(guān)系。其具體的數(shù)值表示在圖35中。還有，在圖29至圖35中，R表示曲率半徑，[小]表示光軸側(cè)，[大]表示離開光軸的側(cè)。
此外，物鏡的光軸上的面頂點(diǎn)f、e之間的距離，即中心厚度t0為2.642mm。再有，對波長λ1＝408nm(藍(lán)光光盤)的折射率n為1.5126，對波長λ2＝655nm(DVD)的折射率n為1.4987，對波長λ3＝790nm(CD)的折射率n為1.4958。
透明基板的厚度和折射率，對波長λ1＝408nm(藍(lán)光光盤)厚度為0.0875mm折射率為1.6205。進(jìn)而，對波長λ2＝655nm(DVD)厚度為0.6mm折射率為1.5794，對波長λ3＝790nm(CD)厚度為1.2mm折射率為1.5725。因此，波長λ1＝408nm(藍(lán)光光盤)和波長λ2＝655nm(DVD)的折射率之差在0.03以上，波長λ1＝408nm(藍(lán)光光盤)和波長λ3＝790nm(CD)的折射率之差也在0.03以上。
此外，在波長408nm的藍(lán)光光盤的場合，NA為0.850，焦距為2.3721mm，在波長655nm的DVD的場合，NA為0.650，焦距為2.4262mm，在波長790nm的CD的場合，NA為0.510，焦距為2.4378mm。此外，對于各光闌的直徑，如圖36所示，對光闌使用與第一實(shí)施方式同樣的波長選擇性濾色片。
圖36的表中表示對藍(lán)光光盤、DVD、CD，在相當(dāng)于以物鏡為基準(zhǔn)的圖29至圖35的光學(xué)系統(tǒng)的各光學(xué)要素間的距離、配置。圖47表示對光闌、物鏡、光盤，及對物鏡來說的物體面。如圖36所示，例如，對藍(lán)光光盤和DVD，向物鏡的入射光為平行光，即對物鏡來說的物體面和物鏡的距離為∞。在現(xiàn)實(shí)的光學(xué)系統(tǒng)的場合，在準(zhǔn)直透鏡的焦點(diǎn)位置配置藍(lán)光激光器和DVD激光器，使準(zhǔn)直透鏡的出射光為平行光，而入射到物鏡上。
在CD的場合，作為物鏡，從物體面到物鏡的距離為19.35mm，使發(fā)散光入射到物鏡。對于該CD，在現(xiàn)實(shí)的光學(xué)系統(tǒng)的場合，也可以將從CD激光器的發(fā)光點(diǎn)到物鏡的光源側(cè)的面頂點(diǎn)的距離做成19.35mm。在該場合，會擔(dān)心光拾波器的大型化。
在這種場合，只要把準(zhǔn)直透鏡配置在CD激光光源和物鏡之間，把CD激光器的發(fā)光點(diǎn)的位置配置在比準(zhǔn)直透鏡的焦點(diǎn)位置更接近準(zhǔn)直透鏡的地方即可。這樣，發(fā)出CD激光并通過準(zhǔn)直透鏡的光成為發(fā)散光，入射到物鏡。此時，只要配置準(zhǔn)直透鏡和CD激光器，從而使向物鏡的入射光與在沒有準(zhǔn)直透鏡的狀態(tài)下從19.35mm的距離發(fā)出的光線入射狀態(tài)相同。
對圖36所示的第四實(shí)施方式，從式(1)、(2)所示的S1、S2、S3的關(guān)系看來，由于藍(lán)光λ1＝408nm，S1＝∞，DVD λ2＝655nm，S2＝∞，CD λ3＝790nm，S3＝19.35mm，
所以，408nm(λ1)＜790nm(λ3)，由于(1/S1)＝(1/∞)＝0，(1/S3)＝(1/19.35)＝0.05168，所以，0＜0.05168，即(1/S1)＜(1/S3)。
即，在藍(lán)光和CD中，λ1＜λ3，并且，(1/S1)＜(1/S3)成立。
此外，655nm(λ2)＜790nm(λ3)，由于(1/S2)＝(1/∞)＝0，(1/S3)＝(1/19.35)＝0.05168，所以，0＜0.05168，即(1/S2)＜(1/S3)。
即，在DVD和CD中，λ2＜λ3，并且，(1/S2)＜(1/S3)成立。
從圖37可知，直到A面?zhèn)鹊挠行е睆将?.153mm，即在h的范圍直到0～1.5765，即直到圖37所示的區(qū)間1～29是DVD和藍(lán)光都可以使用的共用區(qū)域。與此相對，比3.153更外側(cè)的區(qū)間，即在h的范圍比1.5765更大的區(qū)間，即圖37所示的區(qū)間30及區(qū)間31是藍(lán)光專用區(qū)域。
但是，在該藍(lán)光專用區(qū)域和DVD的場合，對波長選擇性濾色片來說DVD的655nm光都能透過。由此，入射激光光束光入射，盡管該入射的光在DVD的信息記錄面上像差非常大，但不會由于成為所謂的耀斑而造成壞影響。
圖38表示第二實(shí)施方式的波面像差圖。
還有，作為RMS波面相差值，藍(lán)光的RMS波面像差為0.03210λRMS，DVD的RMS波面像差為0.03740λRMS，CD的RMS波面像差為0.04320λRMS。該藍(lán)光光盤和DVD及CD，它們的RMS波面像差均在0.035λRMS以下。
此外，在圖37中，對圖36所示的各非球面部分，在以第一區(qū)間的大致光程為基準(zhǔn)時，藍(lán)光/DVD共用區(qū)域第二～二十九區(qū)間的大致光程顯示出分別大致偏離波長λ的若干倍。
從圖37可知，第二～二十一區(qū)間對于波長408nm的藍(lán)光其光程差為2mλ，對波長655nm的DVD及波長790nm的CD其光程差為mλ(m是整數(shù))。這由于短的波長λ1在380～430nm之間，長的波長λ2在波長630～680nm之間，λ3在波長790nm附近，從而易于滿足上述大致光程差的關(guān)系，并易于得到圖38所示的良好的波面像差。
還有，在第四實(shí)施方式中，單色光的波長雖為408nm、655nm、790nm，但也可以是380～430nm、630～680nm、770～820nm。在該場合，折射率雖為不同的值，但只要根據(jù)該值進(jìn)行設(shè)計即可。
如上所述，在第四實(shí)施方式中，具有利用以對408nm的光線的折射率從1.49到1.70的玻璃為主要成分的材料形成NA＝0.85的物鏡這一點(diǎn)特征。作為這種低折射率的材料，由于能夠使用例如300℃左右的低熔點(diǎn)材料，所以能夠使用通常的模具制造，能夠提高生產(chǎn)效率。
發(fā)明的實(shí)施方式5圖39是表示利用16層涂層制成的波長選擇性濾色片(銳截止濾色片)的膜結(jié)構(gòu)圖。如圖所示，該波長選擇性濾色片是把SiO2層和Ta2O5層交互沉積到由BK7做成的玻璃基板上構(gòu)成的。圖39所示的折射率是對780nm的光線的值。圖40表示具有圖39所示的結(jié)構(gòu)的波長選擇性濾色片的分光特性。如圖所示，CD波長的780nm～790nm的透射率被抑制到1％左右，具有良好的特性。還有，對于圖40所示的分光特性，圖39所示的膜結(jié)構(gòu)的折射率和膜厚即使因制造誤差等而偏離0.5～1％左右，也可以得到同樣的分光透射率特性。
另一方面，在16層涂層的場合，因涂層數(shù)多而成本增加。圖41是表示利用10層涂層做成的波長選擇性濾色片的膜結(jié)構(gòu)圖。圖41所示的折射率是對810nm的光線的值。圖42表示具有圖41所示的結(jié)構(gòu)的波長選擇性濾色片的分光特性。如圖所示，由于CD波長的780nm～790nm的透射率為7～8％，與16層涂層的波長選擇性濾色片相比，其特性雖變差，但不會對CD的記錄讀取特性有壞的影響，是可以使用的水準(zhǔn)。10層涂層做成的波長選擇性濾色片與16層涂層做成的波長選擇性濾色片相比能夠降低成本。還有，對于圖42所示的分光特性，圖41所示的膜結(jié)構(gòu)的折射率和膜厚即使因制造誤差等偏離0.5～1％左右，也可以得到同樣的分光透射率特性。
這樣，作為波長選擇性濾色片，對CD的波長(770nm～800nm)，透射率較好是10％以下。優(yōu)選范圍是5％以下，最佳范圍是2％以下。
另外，作為波長選擇性濾色片，對藍(lán)光及DVD的波長(380nm～700nm)，透射率較好是85％以上。優(yōu)選范圍是90％以上，95％以上為更好，最佳的范圍是97％以上。
還有，圖39～圖42所示的波長選擇性濾色片雖是形成于與物鏡不同的、另外的玻璃基板上，但也可以通過在物鏡的一個面上進(jìn)行涂層而形成。該場合，在物鏡的面之中，較好的是涂敷在接近平面的光盤側(cè)的面上。這樣，能夠容易形成均勻的膜。此外，這時，通過使波長選擇性濾色片的折射率和進(jìn)行了涂敷的物鏡的折射率大致相等，就可以實(shí)現(xiàn)與圖39～圖42所示的實(shí)施方式的涂層設(shè)計相同的設(shè)計，制作就變得容易。在本實(shí)施例方式中，相對于塑料等的物鏡的折射率為1.54～1.55，BK7的折射率為1.51，兩者的折射率基本相等。波長選擇性濾色片的折射率相對于物鏡的折射率，較好是在從0.9到1.1的范圍。
發(fā)明的實(shí)施方式6以下，使用附圖詳細(xì)說明發(fā)明的實(shí)施方式6(第六實(shí)施方式)。在本實(shí)施方式中，作為包含在光拾波器裝置中的光學(xué)零件，以例子說明把激光會聚到光記錄媒體上的物鏡。此外，該光拾波器裝置對應(yīng)于CD、DVD及藍(lán)光光盤。作為光學(xué)零件，并不限定于物鏡，只要是3種波長范圍的光通過的光學(xué)零件，就能夠起到本發(fā)明的效果。
本發(fā)明所使用的防反射膜由依次將高折射率膜和低折射率膜疊層在光學(xué)零件上的結(jié)構(gòu)構(gòu)成。作為高折射率膜的材料，可以從以下材料及它們的混合材料中選取至少一種氧化鋁、氧化鋯、氧化鈦、氧化鉭、氧化鈮、氧化銻、氧化鈰、氧化釔、氧化鉿、氧化鎂等氧化物，氮化硅、氮化鍺等氮化物，碳化硅等碳化物，硫化鋅等硫化物；作為低折射率的材料，可以從以下材料及它們的混合材料中選取至少一種氧化硅及氟化鎂、氟化鋁、氟化鋇、氟化鈣、氟化鋰、氟化鈉、氟化鍶、氟化釔、錐冰晶石、冰晶石等氟化物。此外，為了提高在高溫高濕環(huán)境下的保存特性，希望使用氧化物、氮化物、碳化物、氟化物。
本發(fā)明的防反射膜用例如真空成膜法制作。對真空成膜法來說，可以使用真空蒸鍍法、濺射法、化學(xué)氣相沉積法、激光沉積法等各種成膜法。在用真空蒸鍍法的場合，為了改善薄膜質(zhì)量而采用使蒸汽流的一部分離子化的同時，在基板側(cè)施加偏壓的離子蒸鍍法、離子束法、用別的離子槍把離子照射到基板上的離子輔助蒸鍍法是有效的。作為濺射法，有直流反應(yīng)性濺射法、射頻濺射法、離子束濺射法等。此外，作為化學(xué)氣相法，有等離子體聚合法、光輔助氣相法、熱分解法、有機(jī)金屬化學(xué)氣相法等。還有，各折射率膜的膜厚通過改變成膜時的蒸鍍時間等，能夠做成所要求的膜厚。
此外，對于光學(xué)零件，除使用聚烯烴系樹脂、環(huán)烯烴系樹脂、甲基丙烯酸樹脂、聚碳酸酯樹脂等塑料以外，還可以使用石英玻璃、硼硅酸玻璃等光學(xué)玻璃，Al2O3、MgO等氧化物單晶、多晶基板，CaF2、MgF2、BaF2、LiF等氟化物單晶、多晶基板，NaCl、KBr、KCl、等氯化物、溴化物單晶、其它單晶基板等，只要在使用頻帶是透明的材料，都可以采用。用圖28對這種防反射膜的效果的原理進(jìn)行說明。圖28是示意地表示上述那種在表面設(shè)置由2層組成的防反射膜的物鏡1的剖面圖。防反射膜具有高折射率層7及低折射率層8。
對將光束O入射到這種物鏡1上時的反射光R進(jìn)行說明。在此，圖43中，為了方便雖對光束O給與角度來表示，但光束O相對于物鏡1的光軸平行入射。光束O首先入射到低折射率層8。在低折射率層8的表面光束O被分成透射光P和反射光R1。然后，透射光P從低折射率層8入射到高折射率層7。在低折射率層8和高折射率層7的邊界，透射光P被分成透射光Q和反射光R2。然后，透射光Q從高折射率層7到達(dá)物鏡1，在高折射率層7和物鏡1的邊界反射，成為反射光R3。
在此，在高折射率層7和物鏡1的邊界，雖還存在沒成為反射光R3的入射到物鏡1的光束，但由于不需要討論反射光R而省略其說明。此外，雖然反射光R2在低折射率層8的上下界面具有以反射率5％左右的多重反射的成分及反射光R3在高折射率層7的上下界面具有以反射率5％左右的多重反射的成分，但由于這些成分的光反射2次以上時，光的強(qiáng)度變得微弱至0.25％以下，從而在此省略。
反射光R成為圖43所示的反射光R1～R3的合成波。因此，反射光R的狀態(tài)因反射光R1～R3的位相差而變化。反射光R1～R2的位相差由物鏡1、高折射率層7的折射率nH及低折射率層8的折射率nL，和高折射率層7及低折射率層8的光學(xué)膜厚及光束O的波長的關(guān)系規(guī)定。
對基本的原理進(jìn)行說明的話，例如使低折射率層8的光學(xué)膜厚為光束O的波長的1/4。該場合，由于反射光R1和反射光R2的位相差為光束O的1/2波長，所以反射光R1和反射光R2相互抵消。結(jié)果，僅反射光R3成為反射光R。因此，在該波長范圍內(nèi)，反射光R3相對于光束O的光強(qiáng)度的比例為反射率。另一方面，物鏡1、高折射率層7及低折射率層8的條件不變，使光束O的波長變化的話，有時反射光R1～R3正好相互抵消。在該波長范圍內(nèi)反射率低。
利用這種原理，若在物鏡1表面形成至少在對應(yīng)于藍(lán)光光盤所用的光的波長(405nm左右)的波長區(qū)域附近和對應(yīng)于DVD所用的光的波長(655nm左右)的波長區(qū)域附近的反射率有極小值，在對應(yīng)于CD所用的光的波長(790nm左右)的波長區(qū)域也顯示低的反射率的防反射膜的話，作為對應(yīng)上述3種光記錄媒體的光拾波器裝置就能夠期待具有良好的性能。
以下，表示基于上述原理，設(shè)定高折射率層7及低折射率層8的條件來模擬的例子。在以下說明的模擬例子及實(shí)施例中，高折射率層7的膜厚dH及低折射率層8的膜厚dL以既定波長的1/4波長(QW)為基準(zhǔn)來確定。這里所謂的既定波長相當(dāng)于圖43所示的光束O的波長，在本實(shí)施方式中為500nm。在本實(shí)施方式中，與圖43的說明同樣為nHdH(高折射率層7的光學(xué)膜厚)＝1QW左右，nLdL(低折射率層8的光學(xué)膜厚)＝2QW左右。即，225nm≤nHdH≤275nm，100nm≤nLdL≤150nm。
圖44是模擬對于物鏡1、低折射率層8，伴隨著高折射率層7的折射率的變化的上述3種波長區(qū)域的反射率變化。在各波長區(qū)域的反射率的值表示波長405±5nm(以下作為λ1)的反射率的最大值，波長655±20nm(以下作為λ2)的反射率的最大值及波長790±20nm(以下作為λ3)的反射率的最小值。此外，ns表示物鏡的折射率，nL表示低折射率層的折射率，nH表示高折射率層的折射率。
圖44(a)是物鏡使用三井化學(xué)株式會社制的APEL(注冊商標(biāo))，作為低折射率層使用了SiO2的場合的例子。圖中，以粗線包圍的數(shù)據(jù)表示最好的模擬結(jié)果。圖45表示對圖44(a)的條件的nH＝1.75、1.85、1.95及低折射率層為單層時的波長的反射率的值的曲線圖。如圖52所示，相對于波長的反射率的值是在λ1附近及λ2附近具有極小值的雙節(jié)點(diǎn)曲線，對λ3也顯示低的值。由于對阿貝爾單體的反射率為4.5％，通過設(shè)置防反射膜，可以實(shí)現(xiàn)在所要求的波長區(qū)域降低反射率。此外，以低折射率層單層的曲線圖為比較例，在上述3種波長區(qū)域都能實(shí)現(xiàn)降低反射率。
圖44(b)是ns＝1.70，此外的條件與圖44(a)相同的場合的模擬結(jié)果。圖44(c)也同樣，是ns＝1.85時的模擬結(jié)果。由于nH必須比ns更大，所以，與ns＝1.54的場合相比，可使用的nH的下限值提高，數(shù)據(jù)量減少。
圖46表示對圖44(c)的條件的nH＝1.95、2.05、2.15及低折射率層為單層時的波長的反射率的值的曲線圖。如圖46所示，對于波長的反射率的值在λ1附近及λ2附近有極小值。然而，與圖45所示的曲線相比，從λ2到λ3及其以上的波長區(qū)域的反射率的變化很陡峭，對于λ3，反射率呈現(xiàn)相當(dāng)高的值。但是，由于圖46的物鏡1的反射率為8.9％，所以，通過設(shè)置防反射膜，可實(shí)現(xiàn)降低反射率。
此外，圖44(d)～(f)是在低折射率層使用MgF2，使nL＝1.38的情況。在圖44(d)～(f)中，也進(jìn)行了ns＝1.54、1.70、1.85的各種情況的模擬。圖47表示對圖44(d)的場合的nH＝1.65、1.75、1.85及低折射率層為單層時的波長的反射率的值的曲線圖。與圖45同樣，對于波長的反射率的值在λ1附近及λ2附近表示出極小值。然而，與圖45所示的曲線相比，在nH＝1.85的場合從λ2到λ3及其以上的波長區(qū)域的反射率的變化很陡峭，對于λ3，反射率呈現(xiàn)相當(dāng)高的值。但是，由于圖47的物鏡1的反射率為4.5％，所以，通過設(shè)置防反射膜，可實(shí)現(xiàn)降低反射率。
在此，在圖44(a)～(f)中，反射率的值大于低折射率層為單層時的數(shù)據(jù)用灰色來表示單元。并且，反射率的值大于物鏡單體的反射率的數(shù)據(jù)使單元反轉(zhuǎn)。即，包括以灰色表示的單元和反轉(zhuǎn)表示的單元的nH可以說在光學(xué)特性上并不好。在圖44(a)～(c)中，在nH＝2.15出現(xiàn)灰色的單元，在圖44(d)～(f)，在nH＝1.95出現(xiàn)灰色的單元。
本發(fā)明者通過分析圖44所示的表中出現(xiàn)灰色單元的nH和最佳的nH，發(fā)現(xiàn)ns、nH及nL的值的相關(guān)性。由于出現(xiàn)灰色單元的nH的值是接近nL的值的平方的值，因而可以認(rèn)為最佳的nH的值的上限至少滿足nH≤nL×nL的條件。此外，由于nH的值必須是比ns更大的值，所以可以認(rèn)為至少滿足ns＜nH的條件。
因此，作為最佳的nH的值的最低條件，能夠?qū)С鰊s＜nH≤nL×nL的條件，在該范圍存在的最佳nH的值當(dāng)設(shè)a、b為任意的常數(shù)時，可以由(a×ns+b×nL×nL)/2導(dǎo)出。如圖44所示的模擬解析的結(jié)果，a、b的值可在以下范圍內(nèi)，即1.00≤a≤1.4，0.65≤b≤1.00，作為最佳組合的例子為a＝1.21、b＝0.84。由此，可將對于ns、nL的值的最佳的nH的值定為參數(shù)A、取A＝(1.21×ns+0.84×nL×nL)/2。
此外，如圖51的表所示，ns的值變大的話，nH的有效范圍變窄，如圖53所示，波長790nm附近的反射率則增高。此外，ns的值變小的話，可實(shí)現(xiàn)的物質(zhì)就受到限制。因此，ns的值較好是滿足1.46≤ns≤1.65的條件。同樣地，nL的值變大的話，因存在于λ1·λ2之間的反射率的極大值變高，反射率低的帶寬變窄，當(dāng)nL的值小于1.3時，則難以得到穩(wěn)定的成膜材料。因此，nL的值較好是滿足1.3≤nL≤1.55的條件。
考慮到這些條件，表示具體的實(shí)施例。通過實(shí)施以下的實(shí)施例1、 2、3所示那樣3種之中的任一種AR涂層，對上述3個波長，能夠得到比較高的透射率特性。此外，由于層數(shù)少至2層，從而能以比較低的成本制作AR涂層。這些AR涂層的設(shè)計例子表示在圖48的表中。
實(shí)施例1在折射率1.53的透鏡上，涂敷135.1nm厚的(相當(dāng)于光學(xué)膜厚λ/2)折射率為1.85的Al2O3(n＝1.68)和ZrO2(n＝2.07)的混合材料及85.5nm(相當(dāng)于光學(xué)膜厚λ/4)的折射率1.46的SiO2的涂層。AR涂層光學(xué)膜厚的基準(zhǔn)波長為500nm。
實(shí)施例2在折射率1.53的透鏡上涂敷139nm厚的(相當(dāng)于光學(xué)膜厚λ/2)折射率為1.80的Y2O3及85.5nm厚的(相當(dāng)于光學(xué)膜厚λ/4)折射率1.46的SiO2的涂層。AR涂層光學(xué)膜厚的基準(zhǔn)波長為500nm。
實(shí)施例3在折射率1.53的透鏡上涂敷122.5nm厚的(相當(dāng)于光學(xué)膜厚λ/2)折射率為2.04的SiN及85.5nm厚的(相當(dāng)于光學(xué)膜厚λ/4)折射率1.46的SiO2的涂層。AR涂層光學(xué)膜厚的基準(zhǔn)波長為500nm。
圖49表示了這些實(shí)施例1～3的AR涂層導(dǎo)致的透鏡面的一個面的分光反射率特性。圖49(a)、(b)、(c)分別對應(yīng)上述實(shí)施例1、2、3。如圖49所示表明，在圖49(a)、(b)、(c)的任一個中，在405nm附近和650nm～790nm的波長區(qū)域，反射率下降。
此外，圖48(a)及圖48(b)所示的實(shí)施例也滿足0.9≤nH/A≤1.1、0.1≤nH-ns的條件，nH-ns0.4的條件。具體地說，在圖48(a)中，nL為1.46，nH為1.85，ns為1.53、A為1.82、nLdL為125nm、nHdH為250nm、nH/A為1.0、nH-ns為0.32。此外，在圖48(b)中，nL為1.46，nH為1.80，ns為1.53、A為1.821、nLdL為125nm、nHdH為250nm、nH/A為1.0、nH-ns為0.27。在圖48(c)中，nL為1.46，nH為2.04，ns為1.53、A為1.82、nLdL為125nm、nHdH為250nm、nH/A為1.1、nH-ns為0.51。
圖50是對物鏡1使用日本ZEON株式會社制的ZEONEX(注冊商標(biāo))、對高折射率層7使用Al2O3和ZrO2的混合膜，對低折射率層8使用SiO2的實(shí)施例4。該場合，ns＝1.525、nH＝1.83、nL＝1.46、A＝1.818。此外，nHdH＝256.3nm，nLdL＝129.3nm。如圖50所示，對波長的反射率的值在λ1附近及λ2附近有極小值。并且，對λ3也顯示出3％以下的低值。因此，本實(shí)施例可以說是合適的防反射膜。
圖51是對物鏡1使用APEL、對高折射率層7使用MgO，對低折射率層8使用MgF2的實(shí)施例5。該場合，ns＝1.54、nH＝1.74、nL＝1.38、A＝1.732。此外，nHdH＝260.1nm，nLdL＝126.3nm。如圖51所示，對波長的反射率的值在λ1附近及λ2附近有極小值。并且，對λ3也顯示出3％以下的低值。因此，本實(shí)施例可以說是合適的防反射膜。
圖52是對物鏡1使用PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯樹脂)、對高折射率層7使用Y2O3，對低折射率層8使用MgF2的實(shí)施例6。該場合，ns＝1.49、nH＝1.78、nL＝1.38、A＝1.701。此外，nHdH＝253.8nm，nLdL＝129.8nm。如圖52所示，對波長的反射率的值在λ1附近及λ2附近有極小值。并且，對λ3也顯示出3％以下的低值。因此，本實(shí)施例可以說是合適的防反射膜。
圖53是對物鏡1使用JSR株式會社制的ARTON(注冊商標(biāo))、對高折射率層7使用Y2O3，對低折射率層8使用SiO2的實(shí)施例7。該場合，ns＝1.51、nH＝1.78、nL＝1.46、A＝1.809。此外，nHdH＝258.1nm，nLdL＝123.9nm。如圖53所示，對波長的反射率的值在λ1附近及λ2附近有極小值。并且，對λ3也顯示出3％以下的低值。因此，本實(shí)施例可以說是合適的防反射膜。在本實(shí)施例中，參數(shù)A的值比nH的值更大。與此同時，在λ1、λ2附近的反射率的極小值也增大，能夠確認(rèn)nH的值與參數(shù)A的值差距變大所導(dǎo)致的變化。
圖54是對物鏡1使用PMMA、對高折射率層7使用Al2O3和ZrO2的混合膜，對低折射率層8使用MgF2的實(shí)施例8。該場合，ns＝1.49、nH＝1.83、nL＝1.38、A＝1.756。此外，nHdH＝250.3nm，nLdL＝132.6nm。如圖54所示，對波長的反射率的值在λ1附近及λ2附近有極小值。并且，對λ3也顯示出3％以下的低值。因此，本實(shí)施例可以說是合適的防反射膜。在本實(shí)施例中，參數(shù)A的值比nH的值變小。nH的值和參數(shù)A的值的差距雖比上述實(shí)施例4～7更大，但能夠確認(rèn)若有這種程度的差距仍能形成合適的防反射膜。
其次，作為比較例，表示在專利文獻(xiàn)3中作為雙層的防反射膜所規(guī)定的范圍內(nèi)，只要是使用本實(shí)施方式的參數(shù)A規(guī)定nH的就應(yīng)該除外的例子。圖55是對物鏡1使用PC、對高折射率層7使用ZrO2，對低折射率層8使用SiO2的比較例1。該場合，ns＝1.58、nH＝2.05、nL＝1.46、A＝1.851。此外，nHdH＝248.8nm，nLdL＝132.8nm。如圖55所示，對波長的反射率的值在λ1附近及λ2附近有極小值。但是，由于對λ3反射率的值增高，顯示出在3％以上，因此可以說不適合用做防反射膜。
圖56是對物鏡1使用ZEONEX、對高折射率層7使用Ta2O5，對低折射率層8使用SiO2的比較例2。該場合，ns＝1.525、nH＝2.14、nL＝1.46、A＝1.818。此外，nHdH＝242.0nm，nLdL＝137.0nm。如圖56所示，對波長的反射率的值在λ1附近及λ2附近有極小值。但是，由于對λ3反射率的值增高，顯示出在5％以上，λ3的光學(xué)特性變差，因此可以說不適合用作對應(yīng)3波長的防反射膜。
圖57是對物鏡1使用BK7、對高折射率層7使用TiO2，對低折射率層8使用SiO2的比較例3。該場合，ns＝1.52、nH＝2.3、nL＝1.46、A＝1.815。此外，nHdH＝226.0nm，nLdL＝136.0nm。如圖57所示，對波長的反射率的值在λ1附近及λ2附近有極小值。但是，λ2附近的極小值在2.5％以上。與λ2對應(yīng)的值為3％以上。并且，直至λ3反射率超過10％，不用說作為對應(yīng)3波長的防反射膜，可以說即使作為對應(yīng)2波長的防反射膜也不宜。
圖58表示把這些實(shí)施例及比較例的特性匯總起來的表。圖58表示實(shí)施例4～8及比較例1～3的ns、nH、nL的值，從它們計算出的參數(shù)A的值，nH的值和參數(shù)A的值之比，λ1～λ3的反射率的值及光學(xué)性能的各種解析值。在此，各λ的反射率的值表示各λ區(qū)域的反射率的值的平均。此外，在反射射率超過3％的場合，以灰色表示該單元。
如圖58(a)所示可知，在實(shí)施例4～8中，各λ的反射率的值高但都在2.5％以下，是大致良好的值。另一方面，在比較例1～3中，對λ3主要出現(xiàn)用灰色的單元表示的數(shù)據(jù)，考慮作為對應(yīng)3波長的防反射膜的場合，表示光學(xué)特性不好。
更詳細(xì)地分析實(shí)施例及比較例的光學(xué)特性。圖58(b)表示從各實(shí)施例及比較例的ns、nH、nL的值計算得到的解析值。在實(shí)施例4～8中，nH/A的值收斂在1±0.1的范圍內(nèi)，與此相對，比較例1～3的nH/A的值在1.1以上。因此，能夠?qū)С?.9≤nH/A≤1.1的條件。此外，對于nH-ns的值，比較例1～3的值表現(xiàn)出比實(shí)施例4～8更高的值。從這些值可以認(rèn)為，對于nH和ns的關(guān)系，較好是滿足0.1≤nH-ns≤0.4，更好是滿足0.1≤nH-ns≤0.35的條件。
再有，在各實(shí)施例及比較例中，表示了λ1～λ3的反射率的平均值及標(biāo)準(zhǔn)偏差值。這些值顯示平均值越低，各λ的反射率越低。標(biāo)準(zhǔn)偏差值越低，各λ的反射率的波動越小。因此，平均值及標(biāo)準(zhǔn)偏差值兩者都低表示各λ的反射率為低的值并且穩(wěn)定，表示為更好的實(shí)施例。再有，在各實(shí)施例及比較例中，把λ1～λ3的反射率的平方和的平均值表示為判斷值。如圖所示，在實(shí)施例4～8中，判斷值顯示都高達(dá)2.11，低在3.0以下的值；在比較例1～3中，是4.5以上的高值。因此，判斷值的值能夠規(guī)定為3.0以下，更好是在2.5以下。
對標(biāo)準(zhǔn)偏差值給與影響的主要是λ3的反射率。如實(shí)施例4～8及比較例1～3的與波長對應(yīng)的反射率的曲線圖所示，λ1及λ2的反射率在比較例1、2中也表現(xiàn)出比較低的值，在作為雙波長防反射膜使用的場合這些也沒問題。然而，在比較例1～3中，從λ2到λ3的波長范圍的反射率的變化陡峭，λ3的反射率增高。因此，在設(shè)計3波長防反射膜時，只要分析λ1～λ3的反射率的標(biāo)準(zhǔn)偏差值，就能檢驗(yàn)它們的良好性。此外，對于判斷值，通過取平方和，就能使上述λ3的影響敏感地反映在判斷值中。
從圖58(b)所示的解析結(jié)果，在以高折射率層7和低折射率層8組成的雙層形成在物鏡1上所形成的3波長防反射膜時，定義參數(shù)A＝(1.21×ns+0.84×nL×nL)/2，通過選定各部件使其滿足0.9≤nH/A≤1.1的條件，并且滿足0.1nH-ns≤0.4的條件，就能夠形成合適的3波長防反射膜。
如上所述，采用本發(fā)明，能夠提供在3種波長區(qū)域反射率低，由雙層形成的防反射膜及光拾波器用光學(xué)零件。
此外，本發(fā)明的防反射膜由于是這種雙層結(jié)構(gòu)，與三層結(jié)構(gòu)以上的相比，能夠降低成膜時間，能夠減少成膜面的熱變形等的不利影響。
特別地，本發(fā)明的防反射膜，在應(yīng)用本發(fā)明的實(shí)施方式4中說明過的住田光學(xué)玻璃公司制的K-PG325那種熔點(diǎn)·熱變形溫度(Tg＝288℃)低的玻璃即低熔點(diǎn)玻璃時，從防止成膜時透鏡表面的變形的觀點(diǎn)來看是有效的。
另外，在使用本實(shí)施方式中說明過的參數(shù)A，能夠構(gòu)成由雙層形成的3波長防反射膜的各部件的選定系統(tǒng)。這種系統(tǒng)至少具有條件輸入部、計算部、結(jié)果顯示部、原材料存儲部及控制部。如果在條件輸入部輸入ns、nH及nL之中的一個或2個的話，計算部就基于參數(shù)A及nH-ns的條件計算剩下的參數(shù)的適合的值，基于計算結(jié)果從儲存在原材料存儲部中的原材料之中選定合適的原材料。這些處理由控制部進(jìn)行。
通常，通過僅指定3個變數(shù)之中的一個對剩下的變數(shù)雖難以計算合適的值，但通過加上從儲存在原材料存儲部的原材料之中選定之類的條件，通過在3個變量之中指定一個，就能夠選定剩下的2個變數(shù)的合適的值。
如上所述，采用本發(fā)明的話，對于以不同的波長進(jìn)行記錄或讀取的3種以上的光盤，不使用衍射結(jié)構(gòu)的透鏡，能夠通過折射作用對記錄或讀取所必要的開口(NA)使所有的光束以可達(dá)到的小像差會聚到所要求的位置，能夠更加提高光利用效率。
此外，從上述說明可知，本發(fā)明的透鏡對于使用多個單色光的多波長用光學(xué)系統(tǒng)及光通信等的使用不同波長的光學(xué)系統(tǒng)中都可以利用。
光盤頭的結(jié)構(gòu)1在圖59的結(jié)構(gòu)圖中，表示使用了上述本發(fā)明的物鏡的光盤頭的一個結(jié)構(gòu)例子。該圖59對應(yīng)于第一實(shí)施方式所示的HD DVD(405nm)光盤用的光學(xué)系統(tǒng)。如圖59所示，本實(shí)施方式的光盤頭10具有藍(lán)光激光器11、DVD激光器12、CD激光器13、3光斑用直線衍射光柵14、半棱鏡15、準(zhǔn)直透鏡16、半棱鏡17、致動器181、182。在圖59中，對與圖3對應(yīng)的部分標(biāo)上相同的標(biāo)號。
在圖59中，在記錄或讀取DVD光盤3的場合，驅(qū)動DVD激光器12。從DVD激光器12發(fā)出的波長655nm的激光光束被半棱鏡15反射而入射到準(zhǔn)直透鏡16上。通過準(zhǔn)直透鏡16而成為平行光的激光光束透過半棱鏡17，再透過波長選擇性濾色片6。該透射光入射到物鏡1而以NA0.63會聚，在DVD光盤3的信息記錄面上形成光斑。然后，被DVD光盤3反射的反射光通過物鏡1變成平行光，入射到準(zhǔn)直透鏡16上。
準(zhǔn)直透鏡16使該平行光變成會聚光，到達(dá)光檢測器(未圖示)。光檢測器的檢測輸出信號供給給信號處理電路(未圖示)，得到信息記錄讀取信號、聚焦誤差信號及追蹤誤差信號。未圖示的系統(tǒng)控制電路以所得到的聚焦誤差信號和追蹤誤差信號為基礎(chǔ)，控制致動器驅(qū)動電路(未圖示)來驅(qū)動致動器181、182，從而使物鏡1位于適當(dāng)?shù)木劢刮恢煤妥粉櫸恢谩?br> 在安裝了HD DVD光盤2的場合，驅(qū)動藍(lán)光激光器11，從藍(lán)光激光器11發(fā)出的波長405nm的激光光束透過半棱鏡15。該透過的激光光束入射到準(zhǔn)直透鏡16上，在通過準(zhǔn)直透鏡后成為平行光。該平行光與上述的DVD一樣，以NA0.65會聚在HD DVD光盤2的信息記錄面上而形成光斑。
然后，會聚的光與上述的DVD一樣，到達(dá)未圖示的光檢測器。光檢測器的檢測輸出信號供給給信號處理電路(未圖示)，得到信息記錄讀取信號、聚焦誤差信號及追蹤誤差信號。未圖示的系統(tǒng)控制電路以所得到的聚焦誤差信號和追蹤誤差信號為基礎(chǔ)，控制致動器驅(qū)動電路(未圖示)來驅(qū)動致動器181、182，從而使物鏡1位于適當(dāng)?shù)木劢刮恢煤妥粉櫸恢谩?br> 其次，在安裝CD光盤4的場合，驅(qū)動CD激光器13。從CD激光器13發(fā)出的波長790nm的激光光束透過直線衍射光柵14，被半棱鏡17反射并入射到波長選擇性濾色片6上。由于波長選擇性濾色片6的內(nèi)側(cè)是全光透射區(qū)域，所以，如圖4所示，外側(cè)僅透過通過790nm光截止區(qū)域62內(nèi)側(cè)的光。該透射光入射到物鏡1上，以NA0.47會聚，在CD光盤4的信息記錄面上形成光斑。
被CD光盤4反射的反射光被物鏡1會聚成會聚光，到達(dá)光檢測器(未圖示)。光檢測器的檢測輸出信號供給給未圖示的信號處理電路，得到信息記錄讀取信號、聚焦誤差信號及追蹤誤差信號。此外，CD光盤4的場合的追蹤誤差信號使來自CD激光器12的激光光束通過衍射光柵18分成0級光和±1級光三束光，并利用這些±1級光得到追蹤誤差信號。
通過這樣得到的追蹤誤差信號和聚焦誤差信號，與DVD光盤3同樣，驅(qū)動致動器19，從而使物鏡1位于適當(dāng)?shù)木劢刮恢煤妥粉櫸恢谩?br> 還有，在以上的說明中，光檢測器在圖59中雖未圖示，但也可以把激光器和光檢測器配置在例如，各激光器的同一封裝中。或者，也可以配置新的半棱鏡等，使來自光盤的反射光入射到配置在與激光器不同的位置的光檢測器上。此外，由于HD DVD(405nm)和DVD(655nm)是平行光、以所謂的無限遠(yuǎn)系統(tǒng)將光入射到物鏡上，并使來自光盤的反射光都變成平行光，所以，例如可以采用同一個光檢測器。
此外，由于對于CD來說是有限遠(yuǎn)系統(tǒng)，要與HD DVD和DVD使用同一個檢測器對于通常的光學(xué)系統(tǒng)配置是困難的，從而需要另外的CD用的光檢測器。因此，例如，設(shè)置僅對790nm附近的波長起衍射光柵作用的衍射光柵，對來自CD光盤的反射光，也可以使CD光入射到與HD DVD和DVD相同的光檢測器。
再有，并非一定需要準(zhǔn)直透鏡16，即使對于所謂的有限遠(yuǎn)系統(tǒng)的光學(xué)系統(tǒng)，也能夠應(yīng)用本發(fā)明。此外，把激光器配置在比準(zhǔn)直透鏡16的平行光的焦點(diǎn)位置更遠(yuǎn)的位置，也可以將向物鏡的入射光做成會聚光。
光盤頭的結(jié)構(gòu)2在圖60的結(jié)構(gòu)圖中，表示使用了上述本發(fā)明的物鏡的光盤頭的一個結(jié)構(gòu)例子。用該圖60，相當(dāng)于采用藍(lán)光時，亦即第二實(shí)施方式所示的光拾波器光學(xué)系統(tǒng)。圖60所示的光盤頭的結(jié)構(gòu)成為與HD DVD的圖59的場合同樣的光學(xué)系統(tǒng)配置。
在圖60中，在記錄或讀取DVD光盤3的場合，驅(qū)動DVD激光器12。從DVD激光器12發(fā)出的波長655nm的激光光束被半棱鏡15反射而入射到準(zhǔn)直透鏡16上。通過準(zhǔn)直透鏡16而成為平行光的激光光束透過半棱鏡17，再透過波長選擇性濾色片6。該透射光入射到物鏡1上而以NA0.60會聚，在DVD光盤3的信息記錄面上形成光斑。
此時，作為入射到物鏡1的平行光束，雖入射NA0.8以上的光線，但如第二實(shí)施方式那樣，在物鏡1的光源側(cè)的面的外側(cè)區(qū)域存在藍(lán)光專用區(qū)域。因此，在入射DVD的655nm光時，通過藍(lán)光專用區(qū)域的光線成為DVD耀斑，不依賴于在DVD光盤上的成像、光斑形成。因此，與NA0.6大致同等的光斑形成于DVD光盤3上。
然后，被DVD光盤3反射的反射光通過物鏡1變成平行光，入射到準(zhǔn)直透鏡16上。準(zhǔn)直透鏡16使該平行光變成會聚光，到達(dá)光檢測器(未圖示)。光檢測器的檢測輸出信號供給給信號處理電路(未圖示)，得到信息記錄讀取信號、聚焦誤差信號及追蹤誤差信號。未圖示的系統(tǒng)控制電路以所得到的聚焦誤差信號和追蹤誤差信號為基礎(chǔ)，控制致動器驅(qū)動電路(未圖示)來驅(qū)動致動器181、182，從而使物鏡1位于適當(dāng)?shù)木劢刮恢煤妥粉櫸恢谩?br> 在安裝藍(lán)光光盤2的場合，驅(qū)動藍(lán)光激光器11，從藍(lán)光激光器11發(fā)出的波長405nm的激光光束透過半棱鏡15。該透過的激光光束入射到準(zhǔn)直透鏡16上，在通過準(zhǔn)直透鏡后成為平行光。然后，與上述的DVD一樣，在藍(lán)光光盤2的信息記錄面上以NA0.65會聚而形成光斑。
然后，會聚的光與上述的DVD一樣，到達(dá)光檢測器(未圖示)。光檢測器的檢測輸出信號供給給信號處理電路(未圖示)，得到信息記錄讀取信號、聚焦誤差信號及追蹤誤差信號。未圖示的系統(tǒng)控制電路以所得到的聚焦誤差信號和追蹤誤差信號為基礎(chǔ)，控制致動器驅(qū)動電路(未圖示)來驅(qū)動致動器181、182，從而使物鏡1位于適當(dāng)?shù)木劢刮恢煤妥粉櫸恢谩?br> 其次，在安裝CD光盤4的場合，驅(qū)動CD激光器13，從CD激光器13發(fā)出的波長790nm的激光光束透過直線衍射光柵14，被半棱鏡17反射并入射到波長選擇性濾色片6上。由于波長選擇性濾色片6的內(nèi)側(cè)是全光透射區(qū)域62，所以，如圖4所示，在外側(cè)為790nm光截止區(qū)域61，僅透過通過內(nèi)側(cè)部分的光。該透射光入射到物鏡1上，以NA0.47會聚，在CD光盤4的信息記錄面上形成光斑。
被CD光盤4反射的反射光被物鏡1會聚成會聚光，到達(dá)光檢測器(未圖示)。光檢測器的檢測輸出信號供給給未圖示的信號處理電路，得到信息記錄讀取信號、聚焦誤差信號及追蹤誤差信號。CD光盤4的場合的追蹤誤差信號使來自CD激光器12的激光光束利用衍射光柵18分成0級光和±1級光三束光，利用這些±1級光得到追蹤誤差信號。
通過這樣所得到的追蹤誤差信號和聚焦誤差信號，與DVD光盤3同樣，驅(qū)動致動器19，從而使物鏡1位于適當(dāng)?shù)木劢刮恢煤妥粉櫸恢谩?br> 還有，在以上的說明中，光檢測器在圖60中雖未圖示，但例如，也可以把激光器和光檢測器配置在各激光器的同一封裝中?；蛘?，也可以配置新的半棱鏡等，使來自光盤的反射光入射到配置在與激光器不同的位置的光檢測器上。此外，由于藍(lán)光(405nm)和DVD(655nm)是平行光，以所謂的無限遠(yuǎn)系統(tǒng)對物鏡入射光，并將來自光盤的反射光都變成平行光，所以，例如也可以采用同一個光檢測器。
此外，由于對于CD來說是有限遠(yuǎn)系統(tǒng)，要與HD DVD和DVD使用同一個檢測器，以通常的光學(xué)系統(tǒng)配置是困難的，從而需要另外的CD用的光檢測器。因此，例如，僅對790nm附近的波長設(shè)置起衍射光柵作用的衍射光柵，對來自CD光盤的反射光，也可以使CD光入射到與HD DVD和DVD相同的光檢測器上。
再有，并非一定需要準(zhǔn)直透鏡16，即使對于所謂的有限遠(yuǎn)系統(tǒng)的光學(xué)系統(tǒng)，也能夠應(yīng)用本發(fā)明。此外，把激光器配置在比準(zhǔn)直透鏡16的平行光的焦點(diǎn)位置更遠(yuǎn)的位置，也可以將向物鏡的入射光做成會聚光。
光盤頭的結(jié)構(gòu)3在圖61的結(jié)構(gòu)圖中，表示使用了上述本發(fā)明的物鏡的光盤頭的一個結(jié)構(gòu)例子。圖61相當(dāng)于第三實(shí)施方式所示的光拾波器光學(xué)系統(tǒng)。
在圖61中，在記錄或讀取HD DVD光盤2的場合，驅(qū)動HD DVD激光器11。從HD DVD激光器11發(fā)出的波長408nm的激光光束被半棱鏡15反射而入射到準(zhǔn)直透鏡16上。通過準(zhǔn)直透鏡16而成為會聚光的激光光束透過半棱鏡17，再透過波長選擇性濾色片6。該透射光入射到物鏡1而以NA0.65會聚，在HD DVD光盤2的信息記錄面上形成光斑。
此時，作為入射到物鏡1的光線，雖入射NA0.65以上的光線，如第三實(shí)施方式那樣，在物鏡1的光源側(cè)的面的外側(cè)區(qū)域存在DVD專用區(qū)域。因此，在入射HD DVD的408nm光時，通過DVD專用區(qū)域的光線成為耀斑，不依賴于在HD DVD光盤上的成像、光斑形成。因此，與NA0.65大致同等的光斑形成于HD DVD光盤2上。
然后，被HD DVD光盤2反射的反射光通過物鏡1變成發(fā)散光，入射到準(zhǔn)直透鏡16上。準(zhǔn)直透鏡16使該發(fā)散光變成會聚光，出射到光檢測器(未圖示)。光檢測器的檢測輸出信號供給給信號處理電路(未圖示)，得到信息記錄讀取信號、聚焦誤差信號及追蹤誤差信號。未圖示的系統(tǒng)控制電路以所得到的聚焦誤差信號和追蹤誤差信號為基礎(chǔ)，控制致動器驅(qū)動電路(未圖示)來驅(qū)動致動器181、182，從而使物鏡1位于適當(dāng)?shù)木劢刮恢煤妥粉櫸恢谩?br> 在安裝DVD光盤3的場合，驅(qū)動DVD激光器12，從DVD激光器12發(fā)出的波長658nm的激光光束透過半棱鏡15。該透過的激光光束入射到準(zhǔn)直透鏡16上，在通過準(zhǔn)直透鏡后成為平行光。然后，與上述的HD DVD一樣，以NA0.65會聚在DVD光盤3的信息記錄面上而形成光斑。
然后，被DVD光盤3反射的反射光通過物鏡1變成平行光，入射到準(zhǔn)直透鏡16。準(zhǔn)直透鏡16使該平行光成為會聚光，出射到光檢測器(未圖示)。光檢測器的檢測輸出信號供給給信號處理電路(未圖示)，得到信息記錄讀取信號、聚焦誤差信號及追蹤誤差信號。未圖示的系統(tǒng)控制電路以所得到的聚焦誤差信號和追蹤誤差信號為基礎(chǔ)，控制致動器驅(qū)動電路(未圖示)來驅(qū)動致動器181、182，從而使物鏡1位于適當(dāng)?shù)木劢刮恢煤妥粉櫸恢谩?br> 其次，在安裝CD光盤4的場合，驅(qū)動CD激光器13。從CD激光器13發(fā)出的波長785nm的激光光束透過直線衍射光柵14，被半棱鏡17反射并入射到波長選擇性濾色片6上。由于波長選擇性濾色片6的內(nèi)側(cè)是全光透射區(qū)域62，所以，如圖4所示那樣，在外側(cè)為785nm光截止區(qū)域61，僅透過通過內(nèi)側(cè)部分的光。該透射光入射到物鏡1上，以NA0.47會聚，在CD光盤4的信息記錄面上形成光斑。
被CD光盤4反射的反射光被物鏡1會聚成會聚光，到達(dá)光檢測器(未圖示)。光檢測器的檢測輸出信號供給給未圖示的信號處理電路，得到信息記錄讀取信號、聚焦誤差信號及追蹤誤差信號。此外，CD光盤4的場合的追蹤誤差信號使來自CD激光器12的激光光束利用衍射光柵18分成0級光和±1級光三束光，利用這些±1級光得到追蹤誤差信號。
通過這樣所得到的追蹤誤差信號和聚焦誤差信號，與DVD光盤3同樣，驅(qū)動致動器19從而使物鏡1位于適當(dāng)?shù)木劢刮恢煤妥粉櫸恢谩?br> 還有，在以上的說明中，光檢測器在圖61中雖未圖示，但例如，也可以把激光器和光檢測器配置在各激光器的同一封裝中?；蛘?，也可以配置新的半棱鏡等，使來自光盤的反射光入射到配置在與激光器不同的位置的光檢測器上。
此外，本發(fā)明還可以應(yīng)用于入射以下光的透鏡結(jié)構(gòu)HD DVD的場合入射會聚光、DVD的場合入射會聚光、CD的場合入射發(fā)散光。在此，如果預(yù)先使HD DVD和DVD的物體距離相同，則可以對HD DVD和DVD使用同一個光檢測器。
光盤裝置的結(jié)構(gòu)圖62是表示使用了本發(fā)明的物鏡的光盤裝置的一個實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)圖，標(biāo)號20是致動器驅(qū)動電路、標(biāo)號21是信號處理電路、標(biāo)號22是激光器驅(qū)動電路、標(biāo)號23是系統(tǒng)控制電路標(biāo)號、24是光盤判斷機(jī)構(gòu)，與圖59及圖60對應(yīng)的部分的詳細(xì)情況因相同而加以省略。
首先，利用光盤判斷機(jī)構(gòu)24判斷所安裝的光盤的種類。作為該光盤的判斷方法，可以考慮以光學(xué)的或機(jī)械的方法檢測光盤基板的厚度的方法、檢測預(yù)先記錄在光盤或光盤的托盤上的識別標(biāo)志的方法等?；蛘?，也可以采用假定光盤的厚度、種類來讀取光盤的信號，如果沒有得到正常的信號的話，則判斷為是別的厚度、種類的光盤的方法。光盤判斷的結(jié)果從光盤判斷機(jī)構(gòu)24傳送給系統(tǒng)控制電路23。
在判斷為DVD光盤時，由系統(tǒng)控制電路23對激光驅(qū)動電路22傳送開啟DVD激光器的信號，利用激光器驅(qū)動電路22使DVD激光器11開啟。這樣，對光盤頭而言，與圖59所示的實(shí)施方式同樣，655nm的激光光束到達(dá)光檢測器。來自該光檢測器的檢測信號被送至信號處理電路21，產(chǎn)生信息記錄讀取信號、聚焦誤差信號及追蹤誤差信號，送至系統(tǒng)控制電路23。
由系統(tǒng)控制電路23，基于這些聚焦誤差信號和追蹤誤差信號來控制致動器驅(qū)動電路20。致動器驅(qū)動電路20基于該控制驅(qū)動致動器19，使物鏡1向聚焦方向及追蹤方向移動。通過這種所謂的伺服電路的動作，正規(guī)地進(jìn)行聚焦控制及追蹤控制，上述各電路及致動器181、182工作。這樣，物鏡1相對于DVD光盤位于正確的位置，結(jié)果，可良好地得到信息記錄讀取信號。
在所安裝的光盤判斷為CD光盤4時，由系統(tǒng)控制電路23對激光驅(qū)動電路22傳送開啟CD激光器13的信號。這樣，從CD激光器13產(chǎn)生波長790nm的激光光束。此后的動作與圖59及圖60的光盤頭的場合相同，各電路和致動器19動作，進(jìn)行伺服動作，可良好地得到信息記錄讀取信號。
在所安裝的光盤判斷為藍(lán)光光盤或HD DVD光盤時，由系統(tǒng)控制電路23對激光驅(qū)動電路22傳送開啟藍(lán)光激光器11的信號。這樣，從藍(lán)光激光器11產(chǎn)生波長405nm的激光光束。此后的動作與圖59及圖60的光盤頭的場合相同，該激光光束到達(dá)光檢測器，與上述DVD光盤3的場合相同，各電路和致動器19動作，進(jìn)行伺服動作，可良好地得到信息記錄讀取信號。
圖63(a)是工業(yè)制造本發(fā)明的物鏡時的俯視圖。圖63(b)是該透鏡的側(cè)視圖，左半部分表示剖面。如圖所示，在物鏡1的外周形成有凸緣部101。該凸緣部101，在把物鏡1安裝在光盤裝置上、從光學(xué)記錄媒體讀取信息的狀態(tài)下，凸緣面102設(shè)置在光學(xué)記錄媒體一側(cè)。以下，為了說明起見，以光學(xué)記錄媒體側(cè)為上側(cè)102，以其相反一側(cè)為下側(cè)103來進(jìn)行說明。凸緣部101位于物鏡1的光學(xué)功能部的外周，沿整個周邊形成帶狀。還有，凸緣部101不必在外周連續(xù)，也可以是在外周的局部具有缺口部的形狀。
如圖63(b)所示，從光軸方向看去，凸緣面102形成有比光學(xué)功能部的上面更高的部分。因此，在作業(yè)時，即使使凸緣面102側(cè)朝下而把物鏡1放置在桌子等上時，凸緣面102也不會碰到桌子，光學(xué)功能部不會碰到桌子。因此，能夠避免光學(xué)功能部因碰到桌子等而引起的損傷。此外，還能夠避免在把物鏡1安裝在光盤裝置上后，光學(xué)記錄媒體因直接接觸光學(xué)功能部而產(chǎn)生損傷。
權(quán)利要求
1.一種物鏡，是對至少3種以上光記錄媒體入射各自不同的波長λn(n≥3)的光束，并利用折射作用使該光束會聚到設(shè)在該光記錄媒體的該透明基板的信息記錄面上的具有正焦度的透鏡上，其特征在于設(shè)各波長λn(n≥3)向物鏡的入射光束或入射光束的延長線與光軸相交的點(diǎn)Pn(n≥3)和物鏡的2個透鏡面之中離上述光記錄媒體遠(yuǎn)的一側(cè)的透鏡面與光軸相交的點(diǎn)Q之間的距離為Sn(n≥3)，設(shè)在上述點(diǎn)Pn的位置相對于上述點(diǎn)Q位于與光信息記錄媒體相反一側(cè)時距離Sn的符號為正，設(shè)在上述點(diǎn)Pn的位置相對于上述點(diǎn)Q位于與光信息記錄媒體相同一側(cè)時距離Sn的符號為負(fù)，在這樣定義上述距離Sn的符號的情況下，入射滿足下述(1)、(2)式的入射光束λ1＜λ3、并且、(1/S1)＜(1/S3) (1)λ2＜λ3(λ2＞λ1)、并且、(1/S2)＜(1/S3)(2)各光束以RMS波面像差0.035λRMS以下會聚在上述信息記錄面上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的物鏡，其特征在于，上述物鏡至少透鏡的一個面在其半徑方向上劃分成有若干分區(qū)的每各個區(qū)間。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的物鏡，其特征在于，通過上述物鏡的上述各區(qū)間的光線的光程與通過其它區(qū)間的光程之差對于第一光束、第二光束及第三光束之中的任一光束大致為2mλ(m為整數(shù))，對于其它光束該差大致為mλ(m為整數(shù))。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的物鏡，其特征在于，構(gòu)成上述差大致為2mλ(m為整數(shù))的波長為λ1。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的物鏡，其特征在于，上述波長λ1在405nm附近，上述波長λ2在655nm附近，上述波長λ3在790nm附近。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的物鏡，其特征在于，上述S1和S2滿足下式S1＜0、S3＞0。
7.一種光拾波器光學(xué)系統(tǒng)，入射具有對應(yīng)于第一光記錄媒體的波長λ1的第一光束，具有對應(yīng)于第二光記錄媒體的波長λ2的第二光束及具有對應(yīng)于第三光記錄媒體的波長λ3的第三光束；利用物鏡使第一光束會聚到上述第一光記錄媒體上，使第二光束會聚到上述第二光記錄媒體上，并使第三光束會聚到上述第三光記錄媒體上，從而可讀取存儲在第一光記錄媒體、第二光記錄媒體及第三光記錄媒體上的信息，其特征在于上述物鏡是利用折射作用使上述光束會聚在設(shè)于上述光記錄媒體的透明基板的信息記錄面上的具有正焦度的透鏡；設(shè)各波長λ1、λ2、λ3的光束到透鏡的入射光束或入射光束的延長線與光軸相交的點(diǎn)P1、P2、P3和物鏡的2個透鏡面之中離上述光記錄媒體遠(yuǎn)的一側(cè)的透鏡面與光軸相交的點(diǎn)Q之間的距離為S1、S2、S3；設(shè)在上述點(diǎn)P1、P2、P3的位置相對于上述點(diǎn)Q位于與光信息記錄媒體相反一側(cè)時上述距離S1、S2、S3的符號為正，上述點(diǎn)P1、P2、P3的位置相對于上述點(diǎn)Q位于與光信息記錄媒體相同一側(cè)時上述距離S1、S2、S3的符號為負(fù)，在這樣定義上述距離S1、S2、S3的符號的情況下，滿足下述(1)、(2)式λ1＜λ3、并且、(1/S1)＜(1/S3) (1)λ2＜λ3(λ2＞λ1)、并且、(1/S2)＜(1/S3)(2)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的光拾波器光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，上述第一、第二及第三各光束以RMS波面像差0.035λRMS以下會聚在上述信息記錄面上。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的光拾波器光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，上述物鏡至少透鏡的一個面在其半徑方向上劃分成有若干分區(qū)的各個區(qū)間，通過該區(qū)間的光線的光程與通過其它區(qū)間的光程之差對于第一光束、第二光束及第三光束之中的任一光束大致為mλ(m為整數(shù))，對于其它光束該差大致為2mλ(m為整數(shù))。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的光拾波器光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，構(gòu)成上述差大致為2mλ(m為整數(shù))的波長為λ1。
11.一種光盤頭，其特征在于，具有權(quán)利要求7所述的光拾波器光學(xué)系統(tǒng)。
12.一種光盤裝置，其特征在于，采用了權(quán)利要求7所述的光拾波器光學(xué)系統(tǒng)。
13.根據(jù)權(quán)利要求7所述的光拾波器光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，上述波長λ1在405nm附近，上述波長λ2在655nm附近，上述波長λ3在790nm附近。
14.根據(jù)權(quán)利要求7所述的光拾波器光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，上述第一光束、上述第二光束及上述第三光束透過波長選擇性濾色片而會聚到上述光記錄媒體前，上述波長選擇性濾色片具有使上述第一光束和上述第二光束透過、而使上述第三光束截止的外側(cè)區(qū)域和使第一光束、第二光束及第三光束透過的內(nèi)側(cè)區(qū)域。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的光拾波器光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，通過了上述物鏡后的光束的數(shù)值孔徑按上述第一光束、第二光束、第三光束的順序增大。
16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的光拾波器光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，上述波長選擇性濾色片對第三光束的透射率在10％或其以下。
17.根據(jù)權(quán)利要求14所述的光拾波器光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，上述波長選擇性濾色片對第一光束及第二光束的透射率在90％或其以上。
18.根據(jù)權(quán)利要求14所述的光拾波器光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，上述S1和S3滿足下式S1＜0、S3＞0。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的光拾波器光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，在設(shè)上述第一光束的倍率為m1、第三光束的倍率為m3時，滿足下式
0＜m1≤1/10、-1/10≤m3＜0。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的光拾波器光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，滿足下式0＜m1≤1/20、-1/20≤m3＜0。
21.根據(jù)權(quán)利要求14所述的光拾波器光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，上述波長選擇性濾色片形成于上述物鏡的表面。
22.根據(jù)權(quán)利要求14所述的光拾波器光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，上述波長選擇性濾色片的折射率相對于上述物鏡的折射率在0.9到1.1的范圍內(nèi)。
23.根據(jù)權(quán)利要求7所述的光拾波器光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，上述物鏡由以折射率在1.49到1.70之間的玻璃為主要成分的材料制成。
24.一種物鏡，是對至少3種以上光記錄媒體入射各自不同的波長λn(n≥3)的光束，并利用折射作用使該光束會聚到設(shè)在該光記錄媒體的該透明基板的信息記錄面上的具有正焦度的透鏡上，其特征在于設(shè)各波長λn(n≥3)向物鏡的入射光束或入射光束的延長線與光軸相交的點(diǎn)Pn(n≥3)和物鏡的2個透鏡面之中離上述光記錄媒體遠(yuǎn)的一側(cè)的透鏡面與光軸相交的點(diǎn)Q之間的距離為Sn(n≥3)，設(shè)在上述點(diǎn)Pn的位置相對于上述點(diǎn)Q位于與光信息記錄媒體相反一側(cè)時距離Sn的符號為正，設(shè)在上述點(diǎn)Pn的位置相對于上述點(diǎn)Q位于與光信息記錄媒體相同一側(cè)時距離Sn的符號為負(fù)，在這樣定義上述距離Sn的符號的情況下，入射滿足下述(1)、(2)式的入射光束λ1＜λ3、并且、(1/S1)＜(1/S3) (1)λ2＜λ3(λ2＞λ1)、并且、(1/S2)＜(1/S3) (2)各光束以RMS波面像差0.045λRMS以下會聚在上述信息記錄面上，上述物鏡由折射率從1.49到1.70，并且熱變形溫度在300℃或其以下的玻璃為主要成分的材料制成。
全文摘要
本發(fā)明提供光拾波器的光學(xué)系統(tǒng)、光盤頭、光盤裝置、防反射膜及光拾波器用光學(xué)零件和防反射膜的制造方法。其目的在于對透明基板的厚度不同的多種光記錄媒體能夠以高的光利用效率使光束會聚在信息記錄面上。所采用的方法是，本發(fā)明的光拾波器光學(xué)系統(tǒng)用于讀取3種光記錄媒體的信息。為此，具備波長選擇性濾色片(6)。該波長選擇性濾色片(6)具有，在分別具有3種波長的光束之中僅截止一種光束的外側(cè)區(qū)域和使所有的光束通過的內(nèi)側(cè)區(qū)域。此外，具備使透過了波長選擇性濾色片(6)的各光束會聚到各光記錄媒體上的物鏡(1)。并且，本發(fā)明的光盤頭及光盤裝置具備這種光拾波器光學(xué)系統(tǒng)。
文檔編號G11B7/1374GK1725052SQ200510085159
公開日2006年1月25日 申請日期2005年7月21日 優(yōu)先權(quán)日2004年7月22日
發(fā)明者杉靖幸, 皆川良明, 宮內(nèi)充佑, 若林康一郎 申請人:日立麥克賽爾株式會社