物镜、 光学拾取器以及光盘装置 相关申请的参考
本 申 请 包 含 于 2009 年 11 月 9 日 向 日 本 专 利 局 提 交 的 日 本 优 先 专 利 申 请 JP2009-256316 所涉及的主题， 其全部内容结合于此作为参考。
技术领域 本发明涉及物镜、 光学拾取器和光盘装置， 并且本发明可适当地应用于例如在光 盘上记录信息并从相应的光盘中再现信息的光盘装置。
背景技术 通常， 在诸如 CD( 光盘 ) 和 DVD( 数字化视频光盘 ) 的光盘上记录信息并从相应的 光盘读取相应信息的光盘装置已经被广泛使用。另外， 近年来， 蓝光光盘 ( 注册商标， 下文 中被称作 BD)( 其中， 在光盘上的记录信息的密度明显增加 ) 已开始得到广泛使用。
光盘装置被构造为通过物镜将光束聚焦在螺旋或同心 (concentrically) 地形成 于光盘的记录层上的轨道之上， 并被构造为跟踪焦点。
例如， 在 DVD 格式的情况下， 物镜以大约 0.6 以上的数值孔径 (NA) 将波长大约为 660nm 的光束聚焦在光盘中的记录层上， 该记录层形成在厚度大约为 0.6mm 的覆盖层的下 方。
相反， 在 BD 格式的情况下， 为了在光盘的信息记录表面上将光斑的直径最小化， 需要物镜以大约 0.8 以上的数值孔径 (NA) 将波长大约为 405nm 的光束聚焦在光盘中的记 录层上， 该记录层形成在厚度约为 0.1mm 的覆盖层的下方。
近年来， 已经开发了高度抗蓝色激光的树脂材料。因此， 从减少成本、 重量等的角 度来看， 甚至将由树脂材料而不是典型的玻璃材料制成的物镜引入到 BD 格式中。
然而， 与由玻璃材料制成的物镜的折射率相比， 由树脂材料制成的物镜的折射率 在很大程度上取决于温度， 从而其光学特性趋于根据温度变化而改变。另一方面， 鉴于 使用环境、 内部温度上升等， 安装在光盘装置中的物镜的保证操作温度范围 (guaranteed operation temperature range) 假定例如为 0℃～ 70℃的范围。
例如， 在使用由树脂材料制成的物镜的光盘装置中， 在被设定为 35℃ ( 基本为可 操作温度范围的中间值 ) 的参考温度下， 设计三阶球面像差量并将其调整为基本上等于 0mλrms。 在光盘装置中， 如由图 1 中的特性曲线 QTS 所表示的， 三阶球面像差在 0℃～ 70℃ 范围的高温侧和低温侧超过了 Marechal 标准的 70mλrms， 从而担心在信号质量上可能会 出现问题。
在光盘装置中， 已经提出了一种通过调节准直透镜的位置来校正球面像差的方 法， 该准直透镜沿着光轴来会聚或发散光束， 以改变入射至物镜的光束的入射放大倍率 (incident magnification)( 例如， 参考 JP-A-2005-327396， 图 2)。
另外， 定义了当发散光入射至物镜时的入射放大倍率的符号为正， 当会聚光入射 至物镜时的入射放大倍率的符号为负。
在光盘装置中， 例如， 如由图 2 中的特性曲线 QMS35 所表示的， 在 35℃的温度下， 当 入射放大倍率被设定为 0 时， 即， 当入射至物镜的光为平行光时， 三阶球面像差量被设计成 为 0mλrms。
另一方面， 如特性曲线 QMS0 所表示的， 在 0℃的温度下， 三阶球面像差在入射放大 倍率为 0 的状态下变为约 140mλrms。然而， 可以观察到， 在将物镜的入射放大倍率设定为 大约 -0.005 的会聚光的情况下， 三阶球面像差量可以被抑制为大约 0mλrms。
如上所述， 可以通过沿着光轴调整准直透镜的位置来矫正依赖温度改变的三阶球 面像差。 发明内容 实际上， 对于使用树脂材料制成的物镜的光盘装置， 发现存在这样的问题， 即， 甚 至在将依赖温度变化的三阶球面像差校正为 0 时， 在低温下相对于物镜的倾斜的彗形像差 的发生量也增大。在下面的描述中， 在插入折射率为 1.62 和厚度为 87.5μm 的覆盖层的状 态下， 物镜的每单位倾斜的三阶彗形像差的发生量被称作透镜倾斜灵敏度。
例如， 如图 3 的特性曲线 QTL 所表示的， 在由树脂材料制成的物镜中， 透镜倾斜灵 敏度随着温度的减小而增大。在作为物镜的可操作温度范围的 0℃～ 70℃的范围内， 透镜 倾斜灵敏度在 0℃达到最大值。因此， 可以看出， 相对较大的彗形像差由物镜的微小倾斜而 引起。
通过移动准直透镜以使得三阶球面相差 ( 由温度改变引起 ) 为 0 在很大程度上影 响低温处的透镜倾斜灵敏度的增加。
如图 4 中的特性曲线 QML35 和 QML0 所表示的， 透镜倾斜灵敏度通常在 0℃的温度 下而非在 35℃的温度下具有较大的值。例如， 如果物镜的入射放大倍率固定为 0， 则透镜倾 斜灵敏度在 35℃下约为 100mλrms/ 度， 而在 0℃下增至约 110mλrms/ 度。
此外， 例如， 当其温度从 35 ℃变为 0 ℃时， 考虑入射放大倍率从 0 变为约 -0.005 来 校 正 ( 消 除 ) 三 阶 球 面 像 差， 则 透 镜 倾 斜 灵 敏 度 在 0 ℃ 下 从 110mλrms/ 度 增 至 约 140mλrms/ 度。
这意味着， 通过设计光盘装置并执行位置调节等以最小化在 35℃下的各种像差， 甚至在入射放大倍率以三阶球面像差根据温度变化而改变时， 透镜的倾斜灵敏度在低温下 尤其增大。
鉴于以上所述， 在使用由树脂材料制成的物镜的 BD 格式的光学拾取器中， 已经研 究了一种相对于圆盘径向来调节物镜的倾斜的倾斜调节机构， 从而通过由物镜的倾斜引起 的彗形像差来消除由光盘的变形等引起的彗形像差。
在该倾斜调节机构中， 存在这样的问题， 即， 透镜倾斜灵敏度在高温处变低， 并且 甚至在物镜倾斜时仍难以消除彗形像差， 因此已研究了各种对策。 然而， 由于透镜倾斜灵敏 度在低温处的增大不干扰彗形像差的消除， 因此， 并未将这种增大作为问题。
顺便提及， 与在光学拾取器中调节物镜的倾斜的方法相反， 可以考虑基于组件的 精度来设计物镜以保证彗形像差的方法。
实际上， 在现有技术中， 关于低温下的透镜倾斜灵敏度的期望范围没有任何发现， 并且不清楚通过在现有技术中使用的方法所设计的物镜是否也可以应用于不执行倾斜调
节的情况。
至今， 还没有使低温 ( 例如 0℃ ) 下的透镜倾斜灵敏度等于或小于设计时的期望值 的确定设计方法。此外， 与基于设计的温度不同的温度下的透镜倾斜灵敏度包括非常复杂 的计算， 其中， 需要改变物镜的折射率、 透镜表面形状等。 因此， 在设计物镜时有效地检查灵 敏度是很困难的。
例如， 基于现有技术的设计的典型物镜 SP1 和 SP2 具有表 1 中所示的量纲值。物 镜 SP1 和 SP2 的光源侧透镜表面和圆盘侧透镜表面形成为非球面， 每个非球面是通过将表 1 的各系数 ( 非球面系数 ) 应用于表达式 (1) 来表达的， 该表达式 (1) 表示从光轴上的切 平面至与该光轴相距距离 R 的点的距离 ASP(R)。此外， 图 5 示出了物镜 SP1 的纵向像差示 图。
表1
典型物镜的量纲值
如表 1 所示， 基于现有技术的设计的物镜 SP1 和 SP2 共同地具有 1.412mm 的焦距 f。此外， 透镜由树脂材料构成， 树脂材料的折射率 n 为 1.560， 其温度折射率梯度 dn/dT 作为当温度和折射率之间的关系为线性近似时所获得的斜率为 -1.09×10-4。
另外， 表 1 示出了三阶轴外彗形像差灵敏度和五阶轴外彗形像差灵敏度 [mλrms/ 度 ]。这里， 轴外彗形像差灵敏度 [mλrms/ 度 ] 被定义为在插入折射率为 1.62、 厚度为 87.5μm 的覆盖层的状态下， 在 35℃下入射到各物镜的光束的每单位角度上的在光轴外部 引起的彗形像差的发生量。
此外， 表 1 还示出了各个三阶透镜厚度灵敏度 [mλrms/μm]。 这里， 透镜厚度灵敏 度 [mλrms/μm] 被定义为在 35℃下各物镜的透镜中心厚度每单位增加量上的球面像差的 发生量。
在过去， 已经考虑到轴外彗形像差灵敏度和透镜厚度灵敏度的值随着这些值变得 更小 ( 即， 值基本上接近于 0) 而几乎不会受到变化的影响。
如表 1 所示， 典型物镜 SP1 和 SP2 的所有三阶轴外彗形像差灵敏度和五阶轴外彗 形像差灵敏度等于或小于 ±1mλrms/ 度。此外， 它们的三阶透镜厚度灵敏度也等于或小于 1mλrms/μm。因此， 各个灵敏度看起来是符合要求的。
然而， 如表 1 所示， 在低温下， 物镜 SP1 的透镜倾斜灵敏度为 143.19mλrms/ 度， 物 镜 SP2 的透镜倾斜灵敏度为 144.39mλrms/ 度。它们所有的灵敏度都等于约 144mλrms/ 度的值。
这里， 在用在使用基于精度而不用物镜的倾斜灵敏度来保证彗形像差的方法的光 学拾取器中的物镜中， 低温下的透镜倾斜灵敏度较高。这意味着， 例如， 在组装光学拾取器 时形成的物镜的微小倾斜很可能具有在低温下引起大的彗形像差的效果。
即， 在用在这种光学拾取器所的物镜中， 优选地， 将低温下的透镜倾斜灵敏度最小 化。然而， 至此， 还没有详细阐明低温下的透镜倾斜灵敏度的可允许极限值。
此外， 即使详细阐明了可允许极限值， 但还未详细阐明实现低温下的透镜倾斜灵 敏度满足该可允许极限值的物镜的方法。
如上所述， 在低温下的透镜倾斜折射率很高的情况下的物镜中， 相对于入射角度 误差的彗形像差的发生量增大， 因此其光学特性恶化。 根据该情况， 在使用物镜的光学拾取 器和光盘装置中， 担心光盘的记录和再现的精度降低。
因此， 期望提供能够抑制由温度变化所引起的光学特性恶化的物镜、 光学拾取器 和光盘装置。
根据本发明的实施方式， 提供了一种物镜， 该物镜由树脂材料制成并以 0.8 以上 的数值孔径将从光源发射的 410nm 以下波长的入射光线聚焦在光盘上。当将在 0℃下的透 镜倾斜灵敏度定义为由每 1 度的透镜倾斜所引起的三阶彗形像差量时， 透镜倾斜灵敏度为 130mλrms/ 度以下， 所述透镜倾斜是物镜的光轴和包括物镜的光学系统的系统光轴之间形 成的角度。
物镜被用在 BD 格式中， 特别地， 其被用在光学拾取器中， 该物镜被构造为以 0.8 以 上的数值孔径将波长为 410nm 以下的入射光线聚焦在光盘上， 该光学拾取器使用基于其组 件的精度来保证物镜的倾斜角而无需调节物镜的倾斜角的方法。
具体地， 通过设计使得低温下 ( 例如， 0℃ ) 的透镜倾斜灵敏度处于预定的范围内， 透镜将低温下三阶彗形像差的恶化抑制在实际上不会出现问题的范围内。
通过这种构造， 即使当相应的物镜相对于光盘倾斜时， 通过将彗形像差的发生量最小化， 也能够防止记录和再现特性在 BD 格式中恶化。
根据本发明实施方式的物镜可以被构造为使得物镜的焦距 f 为 1.412mm、 树脂材 -4 料的折射率 n 为 1.560， 树脂材料相对于其温度的折射率梯度 dn/dT 为 -1.09×10 ， 并假设 当入射至物镜的光线的光轴在 35℃下相对于系统光轴倾斜 1 度时所引起的三阶彗形像差 和五阶彗形像差分别为三阶轴外彗形像差灵敏度 x[mλrms/ 度 ] 和五阶轴外彗形像差灵敏 度 y[mλrms/ 度 ]， 以及当作为物镜的两个表面的透镜中心之间的间隔的透镜厚度从设计 值增加 1μm 时所引起的三阶球面像差量为透镜厚度灵敏度 z[mλrms/μm]， 则三阶轴外彗 形像差灵敏度 x、 五阶轴外彗形像差灵敏度 y 和透镜厚度灵敏度 z 分别被确定为使得由下面 的表达式 (2) 所表示的函数 F(x， y， z) 为 130 以下。
F(x， y， z) ＝ -1.05x-0.27y+1.03z+144.0 ...(2)
在物镜中， 如表达式 (2) 所表示的， 使用了下面的事实 ： 在 0℃下的透镜倾斜灵敏 度与 35℃ ( 供物镜使用的温度范围的中间值并且其为透镜设计的基础 ) 下的三阶轴外彗形 像差灵敏度 x、 五阶轴外彗形像差灵敏度 y、 透镜厚度灵敏度 z 中的每一个之间均建立了线 性关系。
顺便提及， 在物镜的设计中， 三阶轴外彗形像差灵敏度 x、 五阶轴外彗形像差灵敏 度 y 和透镜厚度灵敏度 z 均为频繁使用的参数。 即， 在根据本发明实施方式的物镜中， 在大量的参数之中， 频繁使用的 35℃下的三 阶轴外彗形像差灵敏度 x、 五阶轴外彗形像差灵敏度 y 和透镜厚度灵敏度 z 均被适当地设定 为满足表达式 (2)。以这种方式， 能够将 0℃下的透镜倾斜灵敏度抑制为 130mλrms/ 度以 下。因此， 能够防止记录和再现特性在 BD 格式中的恶化。
如上所述， 在本发明的实施方式中， 可以显示出， 物镜在 0℃下的透镜倾斜灵敏度 可以基于表达式 (2) 以足够的精度来预测或近似， 该表达式 (2) 使用作为 35℃下的基本设 计参数的三阶轴外彗形像差灵敏度 x、 五阶轴外彗形像差灵敏度 y 和透镜厚度灵敏度 z 这三 个参数。
即， 通过使用表达式 (2)， 可以详细阐明能够将物镜在低温下的透镜倾斜灵敏度最 小化。
另外， 通过使用表达式 (2)， 物镜的三阶轴外彗形像差灵敏度 x、 五阶轴外彗形像 差灵敏度 y、 透镜厚度灵敏度 z 均可以被设定为接近于 0 的很小的值。在这种情况下， 看起 来很难使低温下的透镜倾斜灵敏度等于 130mλrms/ 度以下。
即， 在现有技术的分别减小像差灵敏度的方法中， 相反地， 低温下的透镜倾斜灵敏 度被恶化。为此， 优选的是进行良好平衡的设计， 在该设计中， 使各个像差灵敏度落在实际 上没有出现问题的范围内， 同时低温下的透镜倾斜灵敏度基于表达式 (2) 是符合要求的。
根据本发明实施方式的物镜还可以被构造为使物镜的焦距 f 为 1.412mm、 树脂材 -4 料的折射率 n 为 1.560、 树脂材料相对于其温度的折射率梯度 dn/dT 为 -1.09×10 ， 并且假 设当入射至物镜的光线的光轴在 35℃下相对于系统光轴倾斜 1 度时所引起的三阶彗形像 差和五阶彗形像差分别为三阶轴外彗形像差灵敏度 x[mλrms/ 度 ] 和五阶轴外彗形像差灵 敏度 y[mλrms/ 度 ]， 以及在光轴方向上从通过物镜的光源侧光学表面的表面顶点的切平 面至位于光源侧光学表面上以 1.20mm 的半径远离光源侧光学表面的相应表面的点的长度 为光源侧下垂量 w[mm]， 则三阶轴外彗形像差灵敏度 x、 五阶轴外彗形像差灵敏度 y 和光源
侧下垂量 w 分别被确定为使得由下面的表达式 (3) 所表示的函数 F(x， y， w) 等于 130 以下。
F(x， y， w) ＝ -1.10x-0.20y+150.13w-11.94 ...(3)
即， 在物镜中， 也可以在代替透镜厚度灵敏度 z 的光源侧下垂量 w 与 0℃下的透镜 倾斜灵敏度之间建立线性关系。通过使用该线性关系， 35℃下的三阶轴外彗形像差灵敏度 x、 三阶轴外彗形像差灵敏度 y 和相应的光源侧下垂量 w 被适当地设定为满足表达式 (3)。 以这种方式， 能够将 0℃下的透镜倾斜灵敏度最小化。结果， 能够防止记录和再现特性在 BD 格式中的恶化。
根据本发明的另一实施方式， 提供了一种光学拾取器， 其包括 ： 光源， 发射波长为 410nm 以下的光线 ； 物镜， 由树脂材料制成， 并以 0.8 以上的数值孔径将光线会聚在光盘上。 当将在 0℃下的物镜倾斜灵敏度定义为由每 1 度的透镜倾斜所引起的三阶彗形像差量时， 透镜倾斜灵敏度为 130mλrms/ 度以下， 所述透镜倾斜是物镜的光轴和包括该物镜的光学 系统的系统光轴之间形成的角度。
在根据本发明实施方式的光学拾取器中， 低温 (0℃ ) 下的透镜倾斜灵敏度的值被 设定为 130mλrms/ 度以下。因此， 即使当相应的物镜相对于光盘倾斜时， 通过最小化彗形 像差的发生量， 可以防止记录和再现特性在 BD 格式中的恶化。 根据本发明的又一实施方式， 提供了一种光盘装置， 其包括 ： 光源， 发射波长为 410nm 以下的光线 ； 准直透镜 ； 会聚或发散这些光线 ； 物镜， 由树脂材料制成， 并以 0.8 以 上的数值孔径将穿过该准直透镜而入射的光线聚焦在光盘上， 其中， 当将在 0℃下的透镜 倾斜灵敏度定义为由每 1 度的透镜倾斜所引起的三阶彗形像差量时， 透镜倾斜灵敏度为 130mλrms/ 度以下， 所述透镜倾斜是物镜的光轴和包括该物镜的光学系统的系统光轴之间 形成的角度 ； 准直透镜移动部， 使准直透镜在沿着系统光轴的方向上移动， 以改变入射至物 镜的光线的入射放大倍率 ； 以及控制部， 通过移动准直透镜来校正球面像差。
在根据本发明实施方式的光盘装置中， 物镜在低温 (0℃ ) 下的透镜倾斜灵敏度的 值被设定为 130mλrms/ 度以下。因此， 即使当相应的物镜相对于光盘倾斜时， 通过将彗形 像差的发生量最小化， 也能够防止记录和再现特性在 BD 格式中的恶化。
根据本发明的实施方式， 通过将物镜在低温 (0℃ ) 下的透镜倾斜灵敏度的值设定 为 130mλrms/ 度以下， 即使当相应的物镜相对于光盘倾斜时， 通过将彗形像差的发生量最 小化， 也能够防止记录和再现特性在 BD 格式中的恶化。以这种方式， 在本发明的实施方式 中， 可以实现能够抑制由温度变化所引起的光学特性的恶化的物镜、 光学拾取器和光盘装 置。
附图说明
图 1 是示出了物镜的三阶球面像差量和温度之间的关系的示意图 ；
图 2 是示出了物镜的三阶球面像差量和入射放大倍率之间的关系的示意图 ；
图 3 是示出了物镜的透镜倾斜灵敏度和温度之间的关系的示意图 ；
图 4 是示出了物镜的透镜倾斜灵敏度和入射放大倍率之间的关系的示意图 ；
图 5 是示出了典型物镜的纵向像差图的示意图 ；
图 6 是示出了光盘装置的整体构造的示意图 ；
图 7 是示出了光学拾取器的构造的示意图 ；图 8 是示出了在设计条件下系统光轴、 光束光轴、 透镜光轴和圆盘光轴之间的关 系的示意图 ；
图 9 是示出了在轴外条件下光束光轴相对于系统光轴的倾斜的示意图 ；
图 10 是示出了在圆盘倾斜条件下圆盘光轴相对于系统光轴的倾斜的示意图 ；
图 11 是示出了在透镜倾斜条件下透镜光轴相对于系统光轴的倾斜的示意图 ；
图 12 是示出了透镜中心厚度的变化的示意图 ；
图 13 是示出了三阶轴外彗形像差灵敏度和 0℃下的透镜倾斜灵敏度之间的关系 (1) 的示意图 ；
图 14 是示出了透镜厚度灵敏度和 0℃下的透镜倾斜灵敏度之间的关系的示意图 ；
图 15 是示出了三阶轴外彗形像差灵敏度和 0℃下的透镜倾斜灵敏度之间的关系 (2) 的示意图 ；
图 16 是示出了根据数值实例、 参考实例和现有技术实例的三阶轴外彗形像差灵 敏度、 五阶轴外彗形像差灵敏度和透镜厚度灵敏度之间的关系的示意图 ；
图 17 是示出了光源侧下垂量的定义的示意图 ；
图 18 是示出了下垂量和透镜厚度灵敏度之间的关系的示意图 ；
图 19 是示出了根据第一数值实例的物镜的纵向像差图的示意图 ； 图 20 是示出了根据第二数值实例的物镜的纵向像差图的示意图 ； 图 21 是示出了根据第三数值实例的物镜的纵向像差图的示意图 ； 图 22 是示出了根据第四数值实例的物镜的纵向像差图的示意图 ； 以及 图 23 是示出了根据第五数值实例的物镜的纵向像差图的示意图。具体实施方式
下文中， 将参考附图来描述执行本发明的模式 ( 下文中， 称作实施方式 )。 另外， 将 以下列顺序给出其描述。
1. 实施方式
2. 物镜的设计
3. 数值实例
4. 操作和优点
5. 其他实施方式
<1. 实施方式 >
[1-1. 光盘装置的构造 ]
如图 6 所示， 光盘装置 10 被构造为在例如作为光学信息记录介质的 BD 格式的光 盘 100 上记录信息， 并从相应的光盘 100 中再现该信息。光盘 100 具有其上形成螺旋状轨 道的记录层。
光盘装置 10 被构造为允许控制部 12 控制整个装置。控制部 12 包括未示出的 CPU( 中央处理单元 ) 作为其主要部件。控制部从未示出的 ROM( 只读存储器 ) 中读取各种 程序， 并将这些程序展开至未示出的 RAM( 随机存取存储器 ) 中。通过这种构造， 控制部 12 被构造为执行诸如信息记录处理和信息再现处理的各种处理。
例如， 当在光盘 100 上记录信息时， 控制部 12 从外部设备等 ( 未示出 ) 中接收信息记录命令、 记录信息和记录地址信息， 将记录地址信息和驱动命令提供给驱动控制部 13， 并将记录信息提供给信号处理部 14。另外， 记录地址信息是表示其中记录该记录信息的地 址的信息。
驱动控制部 13 响应于驱动命令来控制主轴马达 (spindle motor)15 的驱动， 从而 以预定的旋转速度使安装在转盘 15T 上的光盘 100 旋转。另外， 驱动控制部 13 还控制驱动 螺纹马达 (thread motor)16 的驱动， 从而使光学拾取器 17 沿着移动轴 G 而在光盘 100 的 径向上 ( 即， 内圆周方向或外圆周方向 ) 移动至对应于记录地址信息的位置。
信号处理记录部 14 通过对所提供的记录信息执行诸如预定编码处理和调制处理 的各种信号处理来生成记录信号， 并将该信号提供给光学拾取器 17。
光学拾取器 17 通过执行后文将描述的聚焦控制和跟踪控制而将光束 L 的焦点 F 调节至光盘 100 的记录层。另外， 光学拾取器 17 被构造为响应于从信号处理部 14 传输的 记录信号通过调节光束 L 的光强度而在光盘 100 的记录层上记录信息。
此外， 当从光盘 100 再现信息时， 例如， 控制部 12 可以从外部设备 ( 图中未示出 ) 接收信息再现命令等。 在这种情况下， 控制部将驱动命令提供给驱动控制部 13， 并将再现处 理命令提供给信号处理部 14。
与记录信息的情况相类似， 驱动控制部 13 以预定的旋转速度使光盘 100 旋转， 从 而使光学拾取器 17 移动至与信息再现命令相对应的位置。
光学拾取器 17 通过执行后文将描述的聚焦控制和跟踪控制而将光束 L 的焦点 F 调节至光盘 100 的记录层， 并将光束 L 的光强度调节至用于再现的光强度。
光束 L 通过记录层被反射， 并变成反射光束 LR。光学拾取器 17 检测该反射光束 LR， 并将对应于其光量的光接收信号提供给光信号处理部 14。
信号处理部 14 通过对所提供的光接收信号执行诸如预定的解调处理和解码处理 的各种信号处理以生成再现信息， 并将再现信号提供给控制部 12。 控制部 12 被构造为将再 现信息传输至外部设备 ( 图中未示出 )。
另外， 假定用在光盘装置 10 中的物镜 18 在 0℃～ 70℃的温度范围内是可用的。
如上所述， 光盘设备 10 被构造为通过允许控制部 12 控制光学拾取器 17 而在光盘 100 上记录信息并从相应的光盘 100 中再现信息。
[1-2. 光学拾取器的构造 ]
接下来， 将描述光学拾取器 17 的构造。如图 7 所示， 光学拾取器 17 包括多个光学 元件。
激 光 二 极 管 21 基 于 控 制 部 12 和 信 号 处 理 部 14 的 控 制 ( 图 6) 而 发 射 波 长 大约为 405nm 的光束 L， 并引导该光束使其入射至偏振光束分光器 (polarizing beam splitter)22。此外， 激光二极管 21 调节安装角度 (installation angle) 以将光束 L 转换 为 S 偏振光。
偏振光束分光器 22 被构造为通过偏光表面 22S 以与光束的偏振方向相对应的比 例来反射或传输相应的光束。实际上， 偏振光束分光器 22 反射入射光束 L 中的 S 偏振光的 分量， 即， 基本上为其全部的光束， 并引导该光束使其入射至 1/4 波长板 23。
1/4 波长板被构造为在线偏振状态和圆偏振状态之间双向地转换光束。因此， 该 1/4 波长板将为 S 偏振的光束 L 转换为例如左圆偏振光， 并引导该光束使其入射至准直透镜24。 准直透镜 24 将光束 L 从发散光转换为平行光， 并引导该光束， 使其入射至物镜 18。 此外， 准直透镜 24 被构造为通过调节器 (actuator)25 沿着光束 L 的光轴来执行位置调节。
通过使用模型等由预定的树脂材料来形成物镜 18。 此外， 物镜 18 具有光束 L 从激 光二极管 21 出发而入射在其上的光源侧透镜表面 18A， 和面向光盘 100 并发射相应光束 L 的圆盘侧透镜表面 18B。
基于驱动控制部 13 的控制， 物镜 18 被构造为通过调节器 26 而在聚焦方向和跟踪 方向上移动， 即， 进行聚焦控制和跟踪控制。
此外， 聚焦方向表示与光盘 100 接近或离开的方向 ( 即， 图 7 的垂直方向 )。另外， 跟踪方向表示移动至光盘 100 的内圆周侧或外圆周侧的方向 ( 即， 图 7 的水平方向 )。
物镜 18 聚焦光束 L， 并将焦点 F 调节至光盘 100 的记录层。此时， 光束 L 在光盘 100 的记录层上被反射并变为反射光束 LR。另外， 由于圆偏振光的旋转方向在反射时反转， 因此反射光束 LR 变为右圆偏振光。
反射光束 LR 通过物镜 18 从发散光被转换为平行光， 并通过准直透镜 24 被转换为 会聚光。然后， 光束通过 1/4 波长板 23 而被转换为 p 偏振光 ( 线偏振光 )， 并入射至偏振光 束分光器 22。
偏振光束分光器 22 通过偏振表面 22S 传输 p 偏振的反射光束 LR， 并将该光束照射 在光电检测器 (photodetector)27 上。
光电检测器 27 通过多个感光区域接收照射来的反射光束 LR， 生成对应于每个光 接收量的光接收信号， 并将该信号提供给信号处理部 14。
信号处理部 14 被构造为基于光接收信号通过执行预定的计算处理， 来生成聚焦 误差信号 (focus error signal)、 跟踪误差信号和再现 RF 信号。
此外， 当由温度变化而引起球面像差时， 光学拾取器 17 控制调节器 25， 从而使准 直透镜 24 移动。
以这种方式， 光学拾取器 17 被构造为通过准直透镜 24 来校正三阶球面像差， 该三 阶球面像差是当光束 L 被照射到光盘 100 上时根据物镜 18 的附近温度而引起的。
如上所述， 光学拾取器 17 被构造为通过物镜 18 将光束 L 聚焦在光盘 100 的记录 层上， 并被构造为接收反射光束 LR。
<2. 物镜的设计 >
[2-1. 术语的定义 ]
同时， 在光学拾取器 17 中， 如图 8 所示， 定义了光学系统中的光轴 ( 下文中， 称作 系统光轴 XS)， 然后， 设计各种光学元件的布置等。换言之， 系统光轴 XS 对应于连接光学拾 取器 17 中的各光学元件的所有光学中心的直线。
通常， 光学拾取器 17 被设计为使得系统光轴 XS 与入射至物镜 18 的光束 L( 下文 中， 称作入射光束 L1) 的光轴 ( 下文中， 称作光束光轴 XB) 相重合。
此外， 光学拾取器 17 被设计为使得系统光轴 XS 也与连接物镜 18 的光源侧透镜表 面 18A 的曲率中心和光盘侧透镜表面 18B 的曲率中心的光轴 ( 下文中， 称作透镜光轴 XL) 相重合。
此外， 光学拾取器 17 被设计为使得系统光轴 XS 也与光盘 100 上的其上照射有光
束 L 的位置的法线 ( 下文中， 被称作圆盘光轴 XD) 相重合。
下文中， 如图 8 所示， 在标准光学拾取器 17 中， 系统光轴 XS 与所有的光束光轴 XB、 透镜光轴 XL 和圆盘光轴 XD 相重合的条件被称作设计条件。 此外， 此时的入射光束 L1、 物镜 18 和光盘 100 的每个条件均被称作设计条件。
实际上， 在实际的光学拾取器 17 中， 例如， 如图 9 所示， 光束光轴 XB 可能相对于系 统光轴 XS 而倾斜。此外， 在光学拾取器 17 中， 例如， 如图 10 所示， 圆盘光轴 XD 可能相对于 系统光轴 XS 而倾斜。此外， 在光学拾取器 17 中， 例如， 如图 11 所示， 透镜光轴 XL 可能相对 于系统光轴 XS 而倾斜。
下文中， 将以优先顺序来描述图 9 ～图 11 中所示的各个条件。
[2-1-1. 轴外条件和轴外彗形像差灵敏度 ]
如图 9 所示， 在物镜 18 和光盘 100 的设计条件中， 仅入射光束 L1 是倾斜的， 即， 透 镜光轴 XL 和圆盘光轴 XD 与系统光轴 XS 相重合。因此， 将只有光束光轴 XB 相对于系统光 轴 XS 倾斜的条件称作轴外条件。此外， 这时， 入射角 θB 被定义为光束光轴 XB 和系统光轴 XS 之间形成的角度。
这里， 当物镜的操作温度为 35℃时， 三阶轴外彗形像差灵敏度 x[mλrms/ 度 ] 和五 阶轴外彗形像差灵敏度 y[mλrms/ 度 ] 分别被定义为由每 1 度的入射角 θB 所引起的三阶 彗形像差和五阶彗形像差的发生量。轴外条件中的像差特性还被称作轴外特性。
通常， 随着三阶轴外彗形像差灵敏度 x 和五阶轴外彗形像差灵敏度 y 的所有值更 接近于零， 入射光束 L1 相对于系统光轴 XS 倾斜时所引起的彗形像差量变得更小。因此， 可 以推断， 原则上， 分别将三阶轴外彗形像差灵敏度 x 和五阶轴外彗形像差灵敏度 y 设定为接 近于零的值是优选的。
[2-1-2. 圆盘倾斜条件 ]
接下来， 如图 10 所示， 在入射光束 L1 和物镜 18 的设计条件下， 只有光盘 100 是倾 斜的， 即， 光束光轴 XB 和透镜光轴 XL 与系统光轴 XS 相重合。因此， 将只有圆盘光轴 XD 相 对于系统光轴 XS 倾斜的条件称作圆盘倾斜条件。
在光学拾取器 17 中， 光盘 100 的倾斜也引起了三阶轴外彗形像差和五阶轴外彗形 像差。在圆盘倾斜条件中的像差特性被称作圆盘倾斜特性。
[2-1-3. 透镜倾斜条件和透镜倾斜灵敏度 ]
接下来， 如图 11 所示， 在入射光束 L1 和光盘 100 的设计条件下， 只有物镜 18 是倾 斜的， 即， 光束光轴 XB 和圆盘光轴 XD 与系统光轴 XS 相重合。因此， 将只有透镜光轴 XL 相 对于系统光轴 XS 倾斜的条件称作透镜倾斜条件。另外， 此时， 透镜倾斜 θL 被定义为透镜 光轴 XL 和系统光轴 XS 之间所形成的角度。
此外， 透镜倾斜灵敏度 LT[mλrms/ 度 ] 被定义为在物镜 18 中由每 1 度的透镜倾 斜 θL 所引起的三阶彗形像差量。此外， 在透镜倾斜条件中的像差特性也被称作透镜倾斜 特性。
另外， 透镜倾斜灵敏度 LT 是在通过准直透镜 24 来校正由温度变化等引起的三阶 球面像差的条件下所计算出的值。
另外， 在上述轴外条件中引起的彗形像差基本上等于分别在透镜倾斜条件和光盘 倾斜条件中引起的彗形像差的和。[2-1-4. 透镜厚度灵敏度 ]
顺便提及， 制造误差等可能引起物镜 18 的厚度和其设计值之间的差异。例如， 如 图 12 所示， 在物镜 18 的透镜表面上的中心之间的间隔由透镜中心厚度 d[mm] 来表示。当 透镜中心厚度 d 改变为 d mm+1 μm 时， 中心厚度差引起了球面像差。
这里， 透镜厚度灵敏度 z[mλrms/μm] 被定义为， 在 35℃下， 当透镜中心厚度 d 增 加 1μm 时所引起的三阶球面像差的发生量。
通常， 随着透镜厚度灵敏度 z 的值更接近于 0， 在透镜厚度不同于设计值时所引起 的球面像差量变得更小。因此， 可以推断出， 原则上， 透镜厚度灵敏度 z 的值设定为接近于 零也是优选的。
[2-2. 计算透镜倾斜灵敏度的表达式的推导 ]
下文中， 假定焦距 f 为 1.412mm， 树脂材料在波长 405nm 处的折射率为 1.560， 并且 -4 其相对于温度的折射率梯度 dn/dT 为 -1.09×10 。在假定下的物镜的情况下， 将描述推导 计算透镜倾斜灵敏度 LT 的表达式的步骤。
首 先， 将 透 镜 厚 度 灵 敏 度 z 固 定 为 0， 将五阶轴外彗形像差灵敏度 y 设定 为 -10mλrms/ 度、 0mλrms/ 度和 +10mλrms/ 度中的每一个， 并且三阶轴外彗形像差灵敏度 x 在 -25mλrms/ 度～ +25mλrms/ 度的范围内改变。以这种方式， 设计了多个物镜。 关于每个物镜， 计算出 0℃下的每个透镜倾斜灵敏度 LT， 绘制出三阶轴外彗形像 差灵敏度 x 和相应的透镜倾斜灵敏度 LT 之间的关系。以这种方式， 获得了图 13 中所示的 分布特性。此外， 在图 13 中， 分别被设定为 -10mλrms/ 度、 0mλrms/ 度和 +10mλrms/ 度的 五阶轴外彗形像差灵敏度 y 分别且清楚地由黑三角、 黑圆、 黑正方形来表示。
从图 13 的分布特性可以看出， 在三阶轴外彗形像差灵敏度 x 和对于五阶轴外彗形 像差灵敏度 y 的每个值的透镜倾斜灵敏度 LT 之间建立了基本的线性依赖关系 ( 依赖性 )。 因此， 基于图 13 的分布特性， 透镜倾斜灵敏度 LT 被近似为三阶轴外彗形像差灵敏度 x 和五 阶轴外彗形像差灵敏度 y 的函数 F(x， y)， 然后其可以由下面的表达式 (4) 来表示。
F(x， y) ＝ -1.05x-0.27y+144.0 ...(4)
接下来， 将三阶轴外彗形像差灵敏度 x 固定为 0mλrms/ 度的值， 将五阶轴外彗形 像差灵敏度 y 设定为 -10mλrms/ 度、 0mλrms/ 度和 10mλrms/ 度中的每一个， 透镜厚度灵 敏度 z 在 -6mλrms/μm ～ +6mλrms/μm 的范围内改变。以这种方式， 设计了多个物镜。
关于每个物镜， 计算出在 0℃下的每个透镜倾斜灵敏度 LT， 绘制出透镜厚度灵敏 度 z 和相应的透镜倾斜灵敏度 LT 之间的关系。以这种方式， 获得了图 14 中所示的分布特 性。另外， 在图 14 中， 与图 13 中的情况相类似， 分别被设定为 -10mλrms/ 度、 0mλrms/ 度 和 +10mλrms/ 度的五阶轴外彗形像差灵敏度 y 分别且清楚地由黑三角、 黑圆和黑正方形来 表示。
从图 14 的分布特性可以看出， 与三阶轴外彗形像差灵敏度 x 的情况相类似， 在透 镜厚度灵敏度 z 和对于五阶轴外彗形像差灵敏度 y 的每个值的透镜倾斜灵敏度 LT 之间建 立了基本的线性依赖关系 ( 依赖性 )。因此， 基于表达式 (4) 和图 14 的分布， 透镜倾斜灵敏 度 LT 被近似为三阶轴外彗形像差灵敏度 x、 五阶轴外彗形像差灵敏度 y 和透镜厚度灵敏度 z 的函数 F(x， y， z)， 然后其可由下面的表达式 (5) 来表示。
F(x， y， z) ＝ -1.05x-0.27y+1.03z+144.0 ...(5)
表达式 (5) 表明了以下事实 ： 透镜倾斜灵敏度 LT 由三阶轴外彗形像差灵敏度 x、 五阶轴外彗形像差灵敏度 y 和透镜厚度灵敏度 z 的组合来定义， 并且其为一阶表达式并且 对每个值均为线性关系。
这里， 五阶轴外彗形像差灵敏度 y 被固定为 0mλrms/ 度的值， 透镜厚度灵敏 度 z 被 固 定 为 -5mλrms/μm 或 +5mλrms/μm 的 值， 三阶轴外彗形像差灵敏度 x 大约 在 -25mλrms/ 度～ +25mλrms/ 度的范围内改变。以这种方式， 设计了多个物镜。
关于每个物镜， 绘制出 0℃下三阶轴外彗形像差灵敏度 x 和相应的透镜倾斜灵敏 度 LT 之间的关系。以这种方式， 获得了图 15 中所示的分布特性。此外， 在图 15 中， 分别被 设定为 +5.0mλrms/μm 和 -5.0mλrms/μm 的透镜厚度灵敏度 z 分别且清楚地由白正方形 和白三角形来表示。
从图 15 的分布特性可以看出， 透镜倾斜灵敏度 LT 通过表达式 (5) 以很小的误差 被近似。
如上所述， 可以发现， 物镜 18 的透镜倾斜灵敏度 LT 基于三阶轴外彗形像差灵敏度 x、 五阶轴外彗形像差灵敏度 y 和透镜厚度灵敏度 z 而由表达式 (5) 的函数 F(x， y， z) 很好 地近似。
此外， 仍假定焦距 f 在 1.35 ≤ f ≤ 1.48 的范围内、 折射率 n 在 1.54 ≤ n ≤ 1.58 -4 的范围内、 折射率梯度 dn/dT 在 -1.10×10 ≤ dn/dT ≤ -1.00×10-4 的范围内。 甚至在物镜 该假定下的情况中， 其透镜倾斜灵敏度 LT 也可以由上述表达式 (5) 以很小的误差被近似。
[2-3. 偏斜余量 (Skew Margin)]
同时， 在光盘装置 10 中， 作为理想条件 ( 设计条件， 图 8)， 假定光束 L 的光束光轴 XB 相对于光盘 100 的圆盘光轴 XD 不倾斜， 并且相应的光束 L 被照射至相应的光盘 100 上。
实际上， 在实际的光盘装置 10 中， 在系统光轴 XS 和光盘 100 的圆盘光轴 XD 之间 形成了微小的角度 ( 被称作所谓的偏斜或倾斜 )。
为此， 在 BD 格式中， 从保证兼容性等的角度来看， 偏斜余量， 即， 光盘 100 的圆盘光 轴 XD 相对于系统光轴 XS 的倾斜角的公差， 基于其标准 ( 蓝光光盘格式白纸 (Blu-ray Disc Format White paper)) 而被定义为 0.75 度。也就是说， BD 格式中的偏斜余量就圆盘倾斜 换算 (disc tilt conversion) 而言被定义为 0.75 度。
这里， 光盘装置 10 中的偏斜的发生因子可以大致分为光盘 100 引起的 “圆盘因 子” 、 光学拾取器 17 引起的 “拾取器因子” 以及不同于上述因子的 “调节和控制之后的剩余 因子” 。
在光盘装置 10 中， 通过设定偏斜的每个发生因子的公差， 甚至在积累了由各个发 生因子所引起的偏斜时， 就圆盘倾斜换算而言， 仍使总偏斜的公差等于或小于 0.75。
下文中， 将以优先顺序来描述被分为三项的各个项。
首先， 作为第一项的圆盘因子由光盘 100 本身 ( 诸如光盘 100 的翘曲或变形 ) 引 起。
在光盘装置 10 中， 圆盘因子的偏斜的公差在蓝光光盘只读格式中的 “突变” 测试 条件下被设定为 0.4 度。
作为第二项的拾取器因子进一步包括多个因子。这里， 作为其典型实例， 特别地， 将描述作为与本发明的透镜倾斜灵敏度直接相关联的项的 “D- 偏斜因子” 。在光盘装置 10 中， 当物镜 18 在光学拾取器 17 中沿着聚焦方向移动时， 由于诸如 支持线 ( 可摇摆地支持相应物镜 18) 的结构 ( 图中未示出 )， 相应的物镜 18 可能不转移 或倾斜。物镜 18 的倾斜角被称作 D 偏斜。然而， 其值由机电误差因子 (electrical and mechanical error factor) 来定义， 并且在大多数典型实例中被设定为 0.10 度。
这里， 为了研究由圆盘倾斜换算值所定义的偏斜余量， 期望执行引起彗形像差的 圆盘倾斜角的换算。 当设定透镜倾斜灵敏度的值时， 通过对其执行预定的换算处理， 可以获 得换算的圆盘倾斜角。
例如， 当透镜倾斜灵敏度的值被设定为 130mλrms/ 度时， 关于圆盘倾斜角所换算 的 D 偏斜因子约等于 0.10 度。
此外， 当拾取器因子中不同于 D 偏斜因子的项被统称为 “其他因子” 时， 它们的值 被定义为 0.29 度。另外， 在这里包括的多个因子中， 还具有取决于透镜倾斜灵敏度的项。
最后， “调节和控制之后的剩余因子” 由在光盘装置 10 中的组件调节处理中的调 节之后以及在光学拾取器 17 的控制之后的其他因素等引起。 另外， 其典型值被定义为 0.15 度。
在表 2 示出的设计条件 C1 下的每个发生因子的圆盘倾斜角的公差共同地由表 3 的设计条件 C1 列来配置和示出。
表2
透镜倾斜灵敏度和 D 偏斜的值
表3 每个偏斜发生因子的公差至于由光盘装置 10 产生的偏斜， 即， 至于属于拾取器因子和在调节和控制之后的 剩余因子的各种因子的偏斜， 大量元件独立地分布在相应的光盘装置 10 中。因此， 所有的 偏斜同时变为最大值的可能性极低。
因此， 至于属于拾取器因子和调节和控制之后的剩余因子的各种因子的偏斜， 根 据统计方法， 通过查找各偏斜的公差的平方值的和的平方根所获得的值被视为由光盘装置 10 引起的偏斜的公差。
由于该处理， 在表 3 的设计条件 C1 中， 偏斜落入作为偏斜余量的公差的 0.75 度内。相反， 在 D 偏斜的公差被定义为 0.10 度的情况下， 会出现， 当物镜 18 的透镜倾斜灵敏 度被设计为 130mλrms/ 度以下时， 可以保证偏斜余量。
这里， 如表达式 (5) 所示， 可以通过使用 35℃下的三阶轴外彗形像差灵敏度 x、 五 阶轴外彗形像差灵敏度 y 和透镜厚度灵敏度 z 作为变量的表达式 F(x， y， z) 来很好地近似 在 0℃下物镜 18 的透镜倾斜灵敏度 LT。
即， 在物镜 18 的 D 偏斜的值被设定为 0.10 度的情况下， 通过使用三阶轴外彗形像 差灵敏度 x、 五阶轴外彗形像差灵敏度 y 和透镜厚度灵敏度 z 的组合以满足下面的表达式 (6)， 可以使总偏斜落入 0.75 度以下的可允许范围内。
F(x， y， z) ＝ -1.05x-0.27y+1.03z+144.0 ≤ 130.00 ...(6)
此外， 在设计条件 C1 中， D 偏斜因子的公差的典型值被定义为 0.10 度。这里， 从 0.10 度进一步放宽 (relax)D 偏斜因子的值意味着支持线机构 (support wire mechanism) ( 调节器 ) 的次品百分比下降， 并因此可以推断出， 这种放宽大大地有助于减少成本。
表 2 中的设计条件 C2 和 C3 用于研究基于减少成本的未来需求的预测而将 D 偏斜 公差放宽至 0.15 度和 0.20 度的情况。
在该情况中， 在表 3 的设计条件 C2 和 C3 中示出了各个发生因子的值。因此， 可以 观察到， 当对这些值执行上述统计处理时， 使设计条件中的偏斜落入 0.75 度内来作为偏斜 余量的公差。
相反地， 在 D 偏斜公差被定义为 0.15 度的情况下， 看起来会是， 当物镜 18 的透镜 倾斜灵敏度被设计为 115mλrms/ 度以下时可以保证偏斜余量。 在 D 偏斜公差被定义为 0.20 度的情况下， 看起来会是， 当物镜的透镜倾斜灵敏度被设计为 100mλrms/ 度以下时可以保 证偏斜余量。
此外， 在设计条件 C2 和 C3 的情况下， 通过由表达式 (5 所表示的函数 F(x， y， z) 来 获得在 0℃下物镜 18 的透镜倾斜灵敏度 LT。
即， 在物镜 18 的 D 偏斜的值被设定为 0.15 度的情况下， 通过使用三阶轴外彗形像 差灵敏度 x、 五阶轴外彗形像差灵敏度 y 和透镜厚度灵敏度 z 的组合以满足下面的表达式 (7)， 可以使总偏斜落入 0.75 度以下的可允许范围内。
F(x， y， z) ＝ -1.05x-0.27y+1.03z+144.0 ≤ 115.00 ...(7)
在物镜 18 的 D 偏斜的值被设定为 0.20 度的情况下， 通过使用三阶轴外彗形像 差灵敏度 x、 五阶轴外彗形像差灵敏度 y 和透镜厚度灵敏度 z 的组合以满足下面的表达式 (8)， 可以使总偏斜落入 0.75 度以下的可允许范围内。
F(x， y， z) ＝ -1.05x-0.27y+1.03z+144.0 ≤ 100.00 ...(8)
同时， 通常在光盘装置 10 中， 作为由当组装在光学拾取器 17 中的激光二极管 21 的光轴相对于设计的光轴 ( 即， 系统光轴 XS) 倾斜时而引起的彗形像差的可允许范围， 例 如， 使在 0.2 度的倾斜角处引起的三阶和五阶轴外彗形像差灵敏度等于或小于 5mλrms。
另一方面， 如上所述， 三阶轴外彗形像差灵敏度 x 和五阶轴外彗形像差灵敏度 y 分 别为在 1 度的入射角 θB 上引起的三阶彗形像差和五阶彗形像差的发生量。因此， 优选的 是， 三阶轴外彗形像差灵敏度 x 和五阶轴外彗形像差灵敏度 y 应设定在由下面的表达式 (9) 和表达式 (10) 所表示的范围内。
-25.00 ≤ x ≤ +25.00 ...(9)-25.00 ≤ y ≤ +25.00 ...(10)
此外， 优选的是， 将透镜厚度灵敏度 z 设定在下面的表达式 (11) 的范围内作为在 制造时几乎对各种测量没有影响的范围。
-25.00 ≤ z ≤ +25.00 ...(11)
此外， 也可以考虑设计三阶彗形像差和五阶彗形像差 ( 由当组装在光学拾取器 17 中的激光二极管 21 的光轴以 0.2 度从光轴 ( 系统光轴 XS) 倾斜时引起 ) 以将其抑制为较 小值， 即， 3mλrms 以下。
这意味着三阶轴外彗形像差灵敏度 x 和五阶轴外彗形像差灵敏度 y 落入由下面的 表达式 (12) 和 (13) 分别表示的范围内。
-15.00 ≤ x ≤ +15.00 ...(12)
-15.00 ≤ y ≤ +15.00 ...(13)
据此， 优选的是， 与表达式 (11) 的范围相比较， 透镜厚度灵敏度 z 被进一步限定为 落入由下面的表达式 (14) 所表示的范围内。
-15.00 ≤ z ≤ +15.00 ...(14)
如上所述， 在物镜 18 中， 三阶轴外彗形像差灵敏度 x、 五阶轴外彗形像差灵敏度 y 和透镜厚度灵敏度 z 选择为满足表达式 (6)、 表达式 (7) 和表达式 (8)。因此， 可以发现， 使 得 0℃下的透镜倾斜灵敏度 LT 等于或小于 130mλrms/ 度、 115mλrms/ 度或 100mλrms/ 度 的公差。
以这种方式， 光盘装置 10 能够通过使 D 偏斜等于或小于 0.10 度、 0.15 度或 0.20 度而将偏斜余量抑制为定义值以下。
顺便提及， 通过修改表达式 (6)， 如以下表达式 (15) 所示， 透镜厚度灵敏度 z 可以 被表示为三阶轴外彗形像差灵敏度 x 和五阶轴外彗形像差灵敏度 y 的函数。
z(x， y) ≤ 1.02x+(0.26y-12.62) ...(15)
此外， 通过修改表达式 (7)， 如以下表达式 (16) 所示， 透镜厚度灵敏度 z 可被表示 为三阶轴外彗形像差灵敏度 x 和五阶轴外彗形像差灵敏度 y 的函数。
z(x， y) ≤ 1.02x+(0.26y-28.16) ...(16)
即， 三阶轴外彗形像差灵敏度 x、 五阶轴外彗形像差灵敏度 y 和透镜厚度灵敏度 z 实际上均被限制在满足表达式 (15) 和 (16) 的范围内。
这里， 在表达式 (15) 和 (16) 中， 假设五阶轴外彗形像差灵敏度 y 的值是固定的。 在该假设下， 如图 16 所示， 三阶轴外彗形像差灵敏度 x 和透镜厚度灵敏度 z 之间的关系可 以由对于五阶轴外彗形像差灵敏度 y 的每个值的直线来表示。
在图 16 中， 直线 N130， 0 表示 F(x， y， z) ＝ 130 和五阶轴外彗形像差灵敏度 y ＝ 0 的情况。此时， 满足函数 F(x， y， z) ≤ 130 的三阶轴外彗形像差灵敏度 x 和透镜厚度灵敏度 z 的组合的范围由阴影来表示。
此外， 在图 16 中， 直线 N130， +25 表示 F(x， y， z) ＝ 130 和 y ＝ +25 的情况， 直线 N130， -25 表示 F(x， y， z) ＝ 130 和 y ＝ -25 的情况， 直线 N115， 0 表示 F(x， y， z) ＝ 115 和 y ＝ 0 的情况。
此外， 在图 16 中， 基于根据以下将描述的第一数值实例至第五数值实例的物镜 SE1 ～ SE5 的三阶轴外彗形像差灵敏度 x 和透镜厚度灵敏度 z， 计算点 RE1 ～ RE5 由黑圆来标出。 尽管以下将给出其详细的描述， 但所有的物镜 SE1 ～ SE5 均被设计为满足表达式 (6)。因此， 可以看出， 计算点 RE1 ～ RE5 大部分都分布在图中的阴影范围内或其附近。
此外， 在图 16 中， 基于上述典型物镜 SP1 和 SP2 的三阶轴外彗形像差灵敏度 x 和 透镜厚度灵敏度 z， 计算点 RP1 和 RP2 由黑三角标出。
如上所述， 典型物镜 SP1 和 SP2 被设计为将三阶轴外彗形像差灵敏度 x、 五阶轴外 彗形像差灵敏度 y 和透镜厚度灵敏度 z 设定为接近于 0 的值。因此， 计算点 RP1 和 RP2 均 分布在原点附近， 并分布在阴影范围之外。
即， 从图 16 可以看出， 即使只将各个像差灵敏度设计为接近于 0， 也难以将 0℃下 的物镜的透镜倾斜灵敏度 LT 抑制为 130mλrms/ 度以下。
此外， 作为参考实例， 基于三阶轴外彗形像差灵敏度 x、 五阶轴外彗形像差灵敏度 y 和透镜厚度灵敏度 z 的组合设计了物镜 SR1 ～ SR9， 其中， 由于函数 F(x， y， z) ＞ 130， 所 以这些组合不满足表达式 (6)。在下面的表 4 ～表 6 中示出了物镜 SR1 ～ SR9 的量纲值。
表4
参考实例 (1) 中的物镜的量纲值
表5 参考实例 (2) 中的物镜的量纲值
表6 参考实例 (3) 中的物镜的量纲值
此外， 基于物镜 SR1 ～ SR9 的三阶轴外彗形像差灵敏度 x、 五阶轴外彗形像差灵敏 度 y 和透镜厚度灵敏度 z， 计算点 RR1 ～ RR9 在图 16 中由黑正方形标出。
即， 从图 16 的计算点 RR1 ～ RR9 可以看出， 当三阶轴外彗形像差灵敏度 x、 五阶轴 外彗形像差灵敏度 y 和透镜厚度灵敏度 z 不满足表达式 (6) 时， 计算点大部分都在阴影范 围之外。
[2-4. 基于下垂量的透镜倾斜灵敏度的规定 ]
同时， 如图 17 所示， 在光学拾取器 17 的物镜 18 中， 在光轴方向上从通过光源侧光 学表面的表面顶点 18AC 的切平面至位于光源侧光学表面上以 1.20mm 的半径远离其相应的 表面顶点 18AC 的点的长度被称作 35℃下的光源侧下垂量 w。
这里， 通过不同地修改三阶轴外彗形像差灵敏度 x、 五阶轴外彗形像差灵敏度 y、 透镜厚度灵敏度 z 以及光源侧下垂量 w 来设计多个物镜。
具体地， 可以将五阶轴外彗形像差灵敏度 y 和和透镜厚度灵敏度 z 的组合固定为 (0， 0)、 (10， 0) 或 (-10， 0)， 适当地改变三阶轴外彗形像差灵敏度 x， 从而设计出各种物镜。 此外， 将三阶轴外彗形像差灵敏度 x 和五阶轴外彗形像差灵敏度 y 的组合固定为 (0， 0)、 (0， 10) 或 (0， -10)， 适当地改变透镜厚度灵敏度 z， 从而设计出各种物镜。
关于如上所述而设计的物镜， 统一设置了透镜厚度灵敏度 z 和光源侧下垂量 w 之 间的关系， 从而能够获得图 18 中所示的分布特性。
此外， 在图 18 中， 透镜厚度灵敏度 z 被固定在 0mλrms/μm 的值的周围， 三阶轴外 彗形像差灵敏度 x 的范围被自由地设定在 -20mλrms/ 度至 -20mλrms/ 度的范围中， 五阶 轴外彗形像差灵敏度 y 分别被设定为 0mλrms/ 度、 10mλrms/ 度和 -10mλrms/ 度。在这种 情况下， 灵敏度由黑圆、 黑正方形和黑三角来不同地表示。此外， 在图 18 中， 三阶轴外彗形 像差灵敏度 x 被固定在 0mλrms/ 度的值的周围， 五阶轴外彗形像差灵敏度 y 分别被设定为 0mλrms/ 度、 10mλrms/ 度和 -10mλrms/ 度。在这种情况下， 灵敏度由白正方形和白三角 来不同地表示。
基于图 18 的分布特性， 如下面的表达式 (17) 所示， 透镜厚度灵敏度 z 可以被表示 为三阶轴外彗形像差灵敏度 x、 五阶轴外彗形像差灵敏度 y 和光源侧下垂量 w 的函数 G(x， y， w)。
z ＝ G(x， y， w) ＝ -0.050x-0.068y+145.76w-151.40 ...(17)
通过使用表达式 (17)， 由表达式 (5) 所表示的 0℃下的透镜倾斜灵敏度 LT 可被表 示为由下面的表达式 (18) 所表示的函数 F(x， y， w)。
F(x， y， w) ＝ F(x， y， G(x， y， w))
＝ -1.05x-0.27y+1.03{G(x， y， w)}+144.0
＝ -1.05x-0.27y+1.03(-0.050x-0.068y+145.76w-151.40)+14
4.0
＝ -1.10x-0.20y+150.13w-11.94 ...(18)
此外， 同样在表达式 (18) 的函数 F(x， y， w) 中， 类似于表达式 (6)、 (7)、 (8)， 透镜 倾斜灵敏度 LT 的公差被设定为 130mλrms/ 度、 115mλrms/ 度或 100mλrms/ 度， 并从而可 被表示为下面的表达式 (19)、 (20)、 (21)。
F(x， y， w) ＝ -1.10x-0.20y+150.13w-11.94 ≤ 130.00 ...(19)
F(x， y， w) ＝ -1.10x-0.20y+150.13w-11.94 ≤ 115.00 ...(20)
F(x， y， w) ＝ -1.10x-0.20y+150.13w-11.94 ≤ 100.00 ...(21)
此外， 基于表达式 (17) 和由表达式 (9) ～ (11) 所表示的三阶轴外彗形像差灵敏 度 x、 五阶轴外彗形像差灵敏度 y 和透镜厚度灵敏度 z 的范围， 光源侧下垂量 w 的优选范围 可以被表示为下面的表达式 (22)。
0.85 ≤ w ≤ 1.23 ...(22)另外， 通过分别代入透镜厚度灵敏度 z 的最小值、 三阶轴外彗形像差灵敏度 x 的最 小值和五阶轴外彗形像差灵敏度 y 的最小值来获得光源侧下垂量 w 的最小值。此外， 通过 分别代入透镜厚度灵敏度 z 的最大值、 三阶轴外彗形像差灵敏度 x 的最大值和五阶轴外彗 形像差灵敏度 y 的最大值来获得光源侧下垂量 w 的最大值。
如上所述， 在物镜 18 中， 除使用三阶轴外彗形像差灵敏度 x 和五阶轴外彗形像差 灵敏度 y 之外， 通过使用光源侧下垂量 w 来代替透镜厚度灵敏度 z 而满足表达式 (19)、 (20) 或 (21)， 可以使 0℃下的透镜倾斜灵敏度 LT 等于或小于 130mλrms/ 度、 115mλrms/ 度或 100mλrms/ 度的公差。
<3. 数值实例 >
下文中， 通过分别改变三阶轴外彗形像差灵敏度 x、 五阶轴外彗形像差灵敏度 y、 透镜厚度灵敏度 z 和光源侧下垂量 w 以满足上述表达式 (6)、 (7)、 (19) 或 (20)， 分别将物 镜 SE1 ～ SE5 设计为数值实例。
另外， 物镜 SE1 ～ SE5 中的每一个均被设计为单个物镜， 其中， 当波长为 405nm 的 光束 L 作为平行光入射时， 物镜的焦距 f 为 1.412mm， 树脂材料的折射率 n 为 1.560， 并且数 值孔径 (NA) 为 0.85。另外， 每个物镜 SE1 ～ SE5 均被设计为使得其温度折射率梯度 dn/dT -4 为 -1.09×10 。此外， 光盘 100 的覆盖层被设计为使得其厚度为 0.0875mm 并且其折射率 为 1.62。
[3-1. 第一数值实例 ]
在第一数值实例中， 如表 7 的量纲值所示， 物镜 SE1 被设计为使得， 三阶轴外彗形 像差灵敏度 x 为 10.1mλrms/ 度， 五阶轴外彗形像差灵敏度 y 为 31.1mλrms/ 度， 透镜厚度 灵敏度 z 为 -0.5mλrms/μm 以及光源侧下垂量 w 为 1.030mm。
表7
第一数值实例的量纲值
物镜 SE1 的每个表面的形状均形成为非球面， 该非球面是通过将表 7 的各系数 ( 非球面系数 ) 应用于在表达式 (1) 中所表示的距离 ASP(R) 来表示的。此外， 关于物镜 SE1， 能够获得图 19 的纵向像差图表中所示的光学特性。
物镜 SE1 的 0℃下的透镜倾斜灵敏度 LT 的值被设定为 127.31mλrms/ 度， 并被设 定为等于或小于 130mλrms/ 度的公差。
此 外， 可 以 观 察 到， 由 函 数 F(x， y， z) 和 F(x， y， w) 计 算 出 的 值 分 别 为 124.48mλrms/ 度和 125.33mλrms/ 度， 0℃下的透镜倾斜灵敏度的所有值被适当地近似。
这意味着在配备有物镜 SE1 的光盘装置 10 中， 能够将 0℃下的透镜倾斜灵敏度 LT 抑制到 130mλrms/ 度以下， 并因此在使 D 偏斜等于或小于 0.10 度 ( 其为在表 2 的设计条 件 C1 中示出的公差 ) 时， 可以保证偏斜余量。
因此， 物镜 SE1 能够在 0℃～ 70℃的范围中的任一温度下充分地将彗形像差的发 生量最小化。据此， 配备有物镜 SE1 的光盘装置 10 甚至在例如 0℃的低温下也能够将光束 L 适当地聚焦在期望区域处的光盘 100 上， 并因此能够可靠地记录和再现信息。
[3-2. 第二数值实例 ]
在第二数值实例中， 如表 8 的量纲值所示， 物镜 SE2 被设计为使得， 三阶轴外彗形 像差灵敏度 x 为 19.0mλrms/ 度， 五阶轴外彗形像差灵敏度 y 为 0.6mλrms/ 度， 透镜厚度
灵敏度 z 为 -0.2mλrms/μm 以及光源侧下垂量 w 为 1.045mm。
表8
第二数值实例的量纲值
物镜 SE2 的每个表面的形状均形成为非球面， 该球面是通过将表 8 的各系数 ( 非 球面系数 ) 应用于在表达式 (1) 中所表示的距离 ASP(R) 来表示的。此外， 关于物镜 SE2， 可 以获得图 20 的纵向像差图表中所示的光学特性。物镜 SE2 的 0℃下的透镜倾斜灵敏度 LT 的值被设定为 123.31mλrms/ 度， 并被设 定为等于或小于 130mλrms/ 度的公差。
此 外， 可 以 观 察 出， 由 函 数 F(x， y， z) 和 F(x， y， w) 计 算 出 的 值 分 别 为 123.68mλrms/ 度和 123.94mλrms/ 度， 0 ℃下的透镜倾斜灵敏度的所有值均被适当地近 似。
这意味着， 在配备有物镜 SE2 的光盘装置 10 中， 能够将 0℃下的透镜倾斜灵敏度 LT 抑制到 130mλrms/ 度以下， 并因此在使 D 偏斜等于或小于 0.10 度 ( 其为在表 2 的设计 条件 C1 中示出的公差 ) 时， 能够保证偏斜余量。
此外， 在物镜 SE2 中， 三阶轴外彗形像差灵敏度 x、 五阶轴外彗形像差灵敏度 y 和透
镜厚度灵敏度 z 分别满足表达式 (9)、 (10) 和 (11)。
因此， 物镜 SE2 能够在 0℃～ 70℃的范围内的任一温度下充分地将彗形像差的发 生量最小化。据此， 配备有物镜 SE2 的光盘装置 10 甚至在例如 0℃的低温下能够适当地将 光束 L 适当地聚焦在期望区域处的光盘 100 上， 并因此能够可靠地记录和再现信息。
[3-3. 第三数值实例 ]
在第三数值实例中， 如表 9 的量纲值所示， 物镜 SE3 被设计为使得， 三阶轴外彗形 像差灵敏度 x 为 24.3mλrms/ 度， 五阶轴外彗形像差灵敏度 y 为 0.4mλrms/ 度， 透镜厚度 灵敏度 z 为 -5.5mλrms/μm 以及光源侧下垂量 w 为 1.010mm。
表9
第三数值实例的量纲值
物镜 SE3 的每个表面的形状均形成为非球面， 该非球面是通过将表 9 的各系数 ( 非球面系数 ) 应用于在表达式 (1) 中所表示的距离 ASP(R) 来表示的。此外， 关于物镜 SE3， 能够获得图 21 的纵向像差图表中所示的光学特性。
物镜 SE3 的 0℃下的透镜倾斜灵敏度 LT 的值被设定为 112.96mλrms/ 度， 并被设 定为等于或小于 115mλrms/ 度的公差。
此 外， 可 以 观 察 到， 通 过 函 数 F(x， y， z) 和 F(x， y， w) 计 算 出 的 值 分 别 为
112.67mλrms/ 度和 112.90mλrms/ 度， 并且在 0℃下的透镜倾斜灵敏度的所有值被适当地 近似。
这意味着， 在配备有物镜 SE3 的光盘装置 10 中， 能够将 0℃下的透镜倾斜灵敏度 LT 抑制到 115mλrms/ 度以下， 并因此即使在 D 偏斜的上限公差扩展至 0.15 度 ( 其为在表 2 的设计条件 C2 中示出的值 ) 时， 也能够保证偏斜余量。
即， 在物镜 SE3 中， 与以往的公知常识无关， 通过有意地将三阶轴外彗形像差灵 敏度 x 设定为远离 0 的 24.3mλrms/ 度， 可以使 0 ℃下的透镜倾斜灵敏度 LT 等于或小于 115mλrms/ 度来作为小值。
此外， 在物镜 SE3 中， 三阶轴外彗形像差灵敏度 x、 五阶轴外彗形像差灵敏度 y 和透 镜厚度灵敏度 z 分别满足表达式 (9)、 (10) 和 (11)。
因此， 物镜 SE3 在 0℃～ 70℃的范围内的任一温度下能够充分地将彗形像差的发 生量最小化。据此， 配备有物镜 SE3 的光盘装置 10 甚至在例如 0℃的低温下也能够将光束 L 适当地聚焦在期望区域处的光盘 100 上， 并因此能够可靠地记录和再现信息。
[3-4. 第四数值实例 ]
在第四数值实例中， 如表 10 的量纲值所示， 物镜 SE4 被设计为使得， 三阶轴外彗形 像差灵敏度 x 为 18.5mλrms/ 度， 五阶轴外彗形像差灵敏度 y 为 0.4mλrms/ 度， 透镜厚度 灵敏度 z 为 -19.0mλrms/μm 以及光源侧下垂量 w 为 0.922mm。
表 10
第四数值实例的量纲值
物镜 SE4 的每个表面的形状均形成为非球面， 该非球面是通过将表 10 的各系数 ( 非球面系数 ) 应用于在表达式 (1) 中所表示的距离 ASP(R) 来表示的。此外， 关于物镜 SE4， 能够获得在图 22 的纵向像差图表中所示的光学特性。
物镜 SE4 的 0℃下的透镜倾斜灵敏度 LT 的值被设定为 115.10mλrms/ 度， 并且其 被设定为等于或小于 130mλrms/ 度的公差， 且接近于 115mλrms/ 度的公差。
此外， 如从上文可以看出的， 由函数 F(x， y， z) 和 F(x， y， w) 计算出的值分别为 105.20mλrms/ 度和 106.30mλrms/ 度， 尽管存在小的误差度， 但在 0℃下的透镜倾斜灵敏 度的所有值均被适当地近似。
这意味着， 在配备有物镜 SE4 的光盘装置 10 中， 能够将 0℃下的透镜倾斜灵敏度 LT 抑制到 130mλrms/ 度以下， 并因此在使 D 偏斜等于或小于 0.10 度 ( 其为在表 2 的设计 条件 C1 中示出的公差 ) 时， 可以保证偏斜余量。
即， 在 物 镜 SE4 中， 通过将三阶轴外彗形像差灵敏度 x 设定为远离 0 的 18.5mλrms/ 度， 并且还通过将透镜厚度灵敏度 z 设定为远离 0 的 -19.0mλrms/ 度， 能够使 0℃下的透镜倾斜灵敏度 LT 接近于 115mλrms/ 度作为小值。
此外， 在物镜 SE4 中， 三阶轴外彗形像差灵敏度 x、 五阶轴外彗形像差灵敏度 y、 透
镜厚度灵敏度 z 分别满足表达式 (9)、 (10) 和 (11)。
因此， 物镜 SE4 在 0℃～ 70℃范围内的任一温度下能够充分地将彗形像差的发生 量最小化。据此， 配备有物镜 SE4 的光盘装置 10 甚至在例如 0℃的低温下能够将光束 L 适 当地聚焦在期望区域处的光盘 100 上， 并因此能够可靠地记录和再现信息。
[3-5. 第五数值实例 ]
在第五数值实例中， 如表 11 的量纲值所示， 物镜 SE5 被设计为使得， 三阶轴外彗形 像差灵敏度 x 为 1.5mλrms/ 度， 五阶轴外彗形像差灵敏度 y 为 6.9mλrms/ 度， 透镜厚度灵 敏度 z 为 -18.8mλrms/μm 以及光源侧下垂量 w 为 0.917mm。
表 11
第五数值实例的量纲值
物镜 SE5 的每个表面的形状均形成为非球面， 该非球面是通过将表 11 的各系数 ( 非球面系数 ) 应用于在表达式 (1) 中所表示的距离 ASP(R) 来表示的。此外， 关于物镜 SE5， 能够获得在图 23 的纵向像差图表中所示的光学特性。
物镜 SE5 的 0℃下的透镜倾斜灵敏度 LT 的值被设定为 127.34mλrms/ 度， 并被设 定为等于或小于 130mλrms/ 度的公差。
此外， 如从上文可以看到的， 由函数 F(x， y， z) 和 F(x， y， w) 计算出的值分别为 121.20mλrms/ 度和 122.41mλrms/ 度， 尽管存在小的误差度， 但 0℃下透镜倾斜灵敏度的 值均相对适当地近似为等于或小于 130mλrms/ 度的公差。
这意味着， 在配备有物镜 SE5 的光盘装置 10 中， 能够将 0℃下的透镜倾斜灵敏度 LT 基本上抑制到大约 130mλrms/ 度， 并因此在实际上使 D 偏斜等于或小于 0.10 度 ( 其为 在表 2 的设计条件 C1 中示出的公差 ) 时， 可以保证偏斜余量。
即， 在物镜 SE5 中， 通过有意地将透镜厚度灵敏度 z 设定为远离 0 的 -18.8mλrms/ 度， 能够使 0℃下的透镜倾斜灵敏度 LT 等于或小于 130mλrms/ 度来作为小值。
此外， 在物镜 SE5 中， 三阶轴外彗形像差灵敏度 x、 五阶轴外彗形像差灵敏度 y 和透 镜厚度灵敏度 z 分别满足表达式 (9)、 (10) 和 (11)。
因此， 物镜 SE5 能够在 0℃～ 70℃的范围内的任一温度下充分地将彗形像差的发 生量最小化。据此， 配备有物镜 SE5 的光盘装置 10 甚至能够在例如 0℃的低温下将光束 L 适当地聚焦在期望区域处的光盘 100 上， 并因此能够可靠地记录和再现信息。
<4. 操作和优点 >
在具有上述构造的安装在光盘装置 10 的光学拾取器 17 中的物镜 18 中， 0℃下的 透镜倾斜灵敏度 LT 被近似为基于 35℃下的三阶轴外彗形像差灵敏度 x、 五阶轴外彗形像差 灵敏度 y 和透镜厚度灵敏度 z 的函数 F(x， y， z)。 此外， 物镜 18 被设计为使得， 35℃下的三阶轴外彗形像差灵敏度 x、 五阶轴外彗形 像差灵敏度 y 和透镜厚度灵敏度 z 在代入函数 F(x， y， z) 时等于或小于 130mλrms/ 度的公 差。
因此， 在配备有透镜 18 的光盘装置 10 中， 能够使 0℃下的透镜倾斜灵敏度 LT 等于 或小于 130mλrms/ 度。因此在使 D 偏斜等于或小于 0.10 度 ( 其为在表 3 的设计条件 C1 中示出的公差 ) 时， 可以保证在 0℃下的偏斜余量。
即， 在光盘装置 10 中， 由于可以将关于圆盘倾斜换算的总偏斜余量抑制为等于或 小于 0.75 度的公差， 因此能够在可操作温度范围内将彗形像差的发生量大大地最小化。结 果， 光盘装置 10 能够防止光盘装置 100 的记录和再现的精度恶化。
具体地， 如由表达式 (5) 所表示的， 表示 0℃下的透镜倾斜灵敏度 LT 的函数 F(x， y， z) 被近似为 35℃下的三阶轴外彗形像差灵敏度 x、 五阶轴外彗形像差灵敏度 y 和透镜厚 度灵敏度 z 的各一阶项的和。因此， 在物镜 18 的设计中， 当透镜倾斜灵敏度 LT 被抑制为等 于或小于期望公差 ( 例如， 130mλrms/ 度 ) 时， 三阶轴外彗形像差灵敏度 x、 五阶轴外彗形 像差灵敏度 y 和透镜厚度灵敏度 z 的值可以被视为彼此独立的变量。
光盘装置 10 中的光学拾取器 17 具有的前提是采用了以下方法， 即， 基于物镜 18 的精度来保证该物镜的倾斜角， 而无需调节其倾斜角。 在这种情况下， 期望将倾斜灵敏度很 大程度地最小化。 在由树脂材料制成的物镜 18 的情况下， 考虑到与例如 35℃的正常温度相 比， 透镜倾斜灵敏度 LT 在例如 0℃的低温下增加更多， 设计该物镜使得将 0℃下的透镜倾斜 灵敏度抑制为等于或小于 130mλrms/ 度的公差。
实际上， 到目前为止， 人们没有将注意力集中在例如 0℃的低温下的透镜倾斜灵敏 度 LT 上， 甚至在期望将透镜倾斜灵敏度的值抑制为 130mλrms/ 度以下时， 也没有建立抑制 该值的方法。
为此， 在物镜 18 中， 已将注意力集中在频繁用在物镜的设计中并包括三阶轴外彗 形像差灵敏度 x、 五阶轴外彗形像差灵敏度 y 和透镜厚度灵敏度 z 的参数上。此外， 如由表 达式 (5) 所表示的， 详细阐明了参数和 0℃下的透镜倾斜灵敏度 LT 之间的基本线性关系的 建立， 然后如表达式 (9) ～ (11) 所表示的那样分别适当地限制参数的范围。
此外， 表达式 (5) 为近似值， 如图 13 ～图 16、 表 7 ～表 11 等所示， 0℃下的透镜倾 斜灵敏度 LT 以足够高的精确度而被近似。
到现在为止， 从抑制彗形像差和球面像差的角度来看， 至此已认为将诸如 35℃下 的三阶轴外彗形像差灵敏度 x、 五阶轴外彗形像差灵敏度 y 和透镜厚度灵敏度 z 的每个参数 独立地接近于零是优选的。
然而， 在根据本发明实施方式的透镜 18 中， 如第一数值实例至第五数值实例所 示， 通过设计以有意将参数设置为除 0 以外的值， 即， 满足表达式 (6)、 (7) 或 (8) 的值， 可以 将 0℃下的透镜倾斜灵敏度 LT 抑制为等于或小于其公差。
此外， 在物镜 18 中， 如表达式 (15) 所示， 透镜厚度灵敏度 z 通过基于三阶轴外彗 形像差灵敏度 x、 五阶轴外彗形像差灵敏度 y 以及光源侧下垂量 w 的函数 G(x， y， w) 而被近 似。基于此， 在 0℃下物镜 18 的透镜倾斜灵敏度 LT 通过使用光源侧下垂量 w 由在表达式 (16) 中表示的函数 F(x， y， w) 来表达。
因此， 在物镜 18 中， 甚至当使用光源侧下垂量 w 来代替透镜厚度灵敏度 z 时， 也可 以容易地计算透镜倾斜灵敏度 LT。
此外， 在光盘装置 10 中， 如表 2 和表 3 的设计条件 C2 或 C3 所示， 物镜 18 被设计 为使得， 函数 F(x， y， z) 等于或者小于 115mλrms/ 度或 100mλrms/ 度， 并从而在将彗形像 差的发生量最小化的同时， 能够将 D 偏斜的公差放宽至 0.15 度或 0.20 度。
以这种方式， 尽管 D 偏斜在 0.10 度～ 0.15 或 0.20 度的范围内的光学拾取器 17 和使用该光学拾取器 17 的光盘装置 10 在设计条件 C1 下被认为是次品， 但它们可以作为满 足在 BD 格式中限定的偏斜余量的非次品。因此， 能够提高其产量。
此外， 在光盘装置 10 中， 物镜 18 被设计为使得， 三阶轴外彗形像差灵敏度 x、 五阶 轴外彗形像差灵敏度 y 和透镜厚度灵敏度 z 分别落入表达式 (9)、 (10) 和 (11) 的范围内。 因此， 可以将彗形像差的发生量显著地最小化至在无问题的范围内， 从而在制造物镜时对 各种测量没有太大的影响。
此外， 在光盘装置 10 中， 物镜 18 被设计为使得， 三阶轴外彗形像差灵敏度 x、 五阶 轴外彗形像差灵敏度 y 和透镜厚度灵敏度 z 分别落入表达式 (12)、 (13) 和 (14) 的范围内。 因此， 可以进一步将彗形像差等的发生量最小化。
通过这种构造， 安装在光盘装置 10 的光学拾取器 17 中的物镜 18 被设计为使得， 函数 F(x， y， z) 等于或小于 130mλrms/ 度的公差。这里， 函数是通过 35℃下的三阶轴外彗 形像差灵敏度 x、 五阶轴外彗形像差灵敏度 y 和透镜厚度灵敏度 z 来近似 0℃下的透镜倾斜 灵敏度 LT 得出的。因此， 在配备有物镜 18 的光盘装置 10 中， 可以使 0℃下的透镜倾斜灵敏 度 LT 等于或小于 130mλrms/ 度。结果， 甚至在 D 偏斜为 0.10 度 ( 其为在表 2 的设计条件 C1 中示出的公差 )， 也可以保证偏斜余量。
<5. 其他实施方式 >
此 外， 上 述 实 施 方 式 描 述 了 通 过 选 择 使 透 镜 倾 斜 灵 敏 度 LT 等 于 或 小 于130mλrms/ 度、 115mλrms/ 度或 100mλrms/ 度的三阶轴外彗形像差灵敏度 x、 五阶轴外彗 形像差灵敏度 y 和透镜厚度灵敏度 z 来设计物镜 18 的情况。
然而， 本发明不限于此。例如， 可以通过选择使在 0℃的低温下的透镜倾斜灵敏度 LT 等于或小于其他各种公差的三阶轴外彗形像差灵敏度 x、 五阶轴外彗形像差灵敏度 y 和 透镜厚度灵敏度 z 来设计物镜 18。在这种情况中， 根据透镜倾斜灵敏度 LT， 可以适当地放 宽 D 偏斜的公差。因此， 能够进一步提高配备有物镜 18 的光学拾取器 17 和配备有该光学 拾取器的光盘装置 10 的产量。
即， 透镜倾斜灵敏度 LT 的公差可被设定为满足以下条件 ： 当通过使用透镜倾斜灵 敏度的值将表示为物镜 18 的倾斜角的 D 偏斜的公差 ( 表 2 的 D 偏斜的每个值 ) 转换成表 示为光盘 100 的倾斜角的 D 偏斜的公差 ( 表 3 的 D 偏斜因子的每个值 ) 时， 转换值和由其 他各种偏斜发生因子引起的偏斜的总和等于或小于 0.75 度的偏斜余量。
此外， 上述实施方式描述了以下情况， 其中， 当 D 偏斜的公差根据 BD 格式的标准被 设定为 0.10 度时， 则透镜倾斜灵敏度被设定为使得由各种因子引起的偏斜的和等于或小 于作为偏斜余量的公差的 0.75 度。
然而， 本发明不限于此。例如， D 偏斜的公差可从 0.10 度开始放宽。在这种情况 下， 透镜倾斜灵敏度可以被再次设定为使得， 由各种因子引起的偏斜的和等于或小于作为 偏斜余量的公差的 0.75 度。
此外， 上述实施方式描述了一种情况， 即， 当在 0℃～ 70℃范围 ( 作为光盘装置 10 的可操作温度范围 ) 内的透镜倾斜灵敏度 LT 的值在 0℃下达到最大值时 ( 图 3)， 来设定 0℃下的透镜倾斜灵敏度 LT 的公差。
然而， 本发明不限于此。例如， 透镜倾斜灵敏度 LT 的公差可以被设定为对应于将 光盘装置 10 的可操作温度范围内的透镜倾斜灵敏度 LT 的值最大化的各种温度。
另外， 上述实施方式还描述了一种情况， 其中， 假设安装在光盘装置 10 中的物镜 18 的操作保证温度范围为 0℃～ 70℃。
然而， 本发明不限于此。例如， 可以根据供光盘装置 10 使用的条件而假定另一相 应的操作保证温度范围。例如， 当光盘装置 10 限于室内使用时， 则可以假定 5℃～ 70℃的 范围作为物镜 18 的操作保证温度范围。在这种情况下， 5℃ ( 其为操作保证温度范围中的 最低温度 ) 下的透镜倾斜灵敏度 LT 等于或小于 130mλrms/ 度是优选的。
此外， 上述实施方式还描述了基于作为参数的 35℃下的三阶轴外彗形像差灵敏度 x、 五阶轴外彗形像差灵敏度 y 和透镜厚度灵敏度 z 来获得表达式 (5) 的函数 F(x， y， z) 的 线性关系的情况。
然而， 本发明不限于此。例如， F(x， y， z) 可以基于在例如 25℃等的可选温度下的 三阶轴外彗形像差灵敏度、 五阶轴外彗形像差灵敏度和透镜厚度灵敏度而获得。即使在这 种情况中， 也建立了如同表达式 (5) 的线性关系。
此外， 上述实施方式和第一数值实例～第五数值实例描述了物镜 18 由树脂材料 制成的情况， 该树脂材料的折射率 n 在波长为 405nm 的光的情况下为 1.560。
然而， 本发明不限于此。例如， 物镜 18 可以由在具有可选波长 λ 的光的情况下折 射率 n 是可选的可选组分材料制成。在这种情况下， 优选的是， 通过使用根据折射率 n 的值 的模拟等来适当地改变表达式 (5) 的系数。此外， 能够通过将波长设定为至少 410nm 以下使波长 λ 与 BD 格式的光盘 100 兼容。此外， 可以推断出， 当折射率 n 被设定为至少 1.50 以上且 1.60 以下时， 表达式 (5) 的各系数可以通过上述方法来确定。
此外， 上述实施方式和第一数值实例至第五数值实例还描述了焦距 f 被设定为 1.412mm 的情况。
然而， 本发明不限于此， 焦距 f 可设定为任选值。 可以推断出， 当焦距 f 至少为 3mm 以下时， 表达式 (5) 的各系数可以通过上述方法来确定。
此外， 上述第一数值实例至第五数值实例还描述了每个物镜的组成材料的温度折 射率梯度 dn/dT 被设定为 -1.09×10-4 的情况。
然而， 本发明不限于此， 物镜的组成材料的温度折射率梯度 dn/dT 可以被设定 -4 -4 为 -1.3×10 以上且 -1.0×10 以下。
此外， 上述实施方式还描述了通过移动准直透镜 24 来校正当光束 L 聚焦在光盘 100 时所引起的三阶球面像差的情况。
然而， 本发明不限于此。例如， 在设置了温度传感器之后， 根据光学拾取器 17 内部 的温度或基于反射光束 L2 的光接收结果， 驱动控制部 13 可以控制调节器 25。 可选地， 当检 测到三阶球面像差相对较小时， 可以固定准直透镜 24。
此外， 上述实施方式还描述了将本发明的实施方式应用于在光盘 100 上记录信息 并从相应的光盘 100 中再现信息的光盘装置 10 的情况。然而， 本发明不限于此， 例如， 其也 可以应用于从光盘 100 再现信息的光盘再现装置。
另外， 上述实施方式还描述了一种情况， 即， 作为光盘装置的光盘装置 10 包括 ： 作 为光源的激光二极管 21 ； 作为准直透镜的准直透镜 24 ； 作为调节器的调节器 25 ； 作为物镜 的物镜 18 ； 以及作为驱动控制部的驱动控制部 13。
然而， 本发明不限于此， 光盘装置可以包括由各种其他构造形成的光源、 准直透 镜、 调节器、 物镜和驱动控制部。
本发明的实施方式可应用于在各种光盘上记录诸如视频、 音频或各种数据的信息 并从相应的光盘再现相应信息的光盘装置。
本领域的技术人员应当理解的是， 根据设计需求和其他因素， 可以进行各种修改、 组合、 子组合和变形， 只要它们在所附权利要求或其等同替换的范围内。