物镜、光学拾取器和光学信息记录/再现设备

摘要

本发明涉及物镜、光学拾取器和光学信息记录/再现设备。物镜具有0.8或更大的数值孔径，并将450nm或更小的波长(λ)的光束聚焦在光学信息记录介质上。在该物镜中，作为像差劣化的累积值，波前像差劣化水平TOR满足式(1)：

说明书

技术领域

本发明涉及物镜、光学拾取器、光学信息记录/再现设备，例如优选地应用到光盘装置中的那些物镜、光学拾取器和光学信息记录/再现设备，在所述光盘装置中，信息被记录在作为信息记录介质的光盘上，并且信息被从光盘再现。

背景技术

光盘装置现已被广泛使用。这些装置中的任一种都被设计来在光盘上记录信息并从其读出信息，所述光盘例如紧致盘(CD)或数字多用盘(DVD)。近年来，除了这些光盘以外，蓝光盘(注册商标，下文中也称为“BD”)作为显著提高了信息记录密度的光盘，正变得越来越常用。

光盘装置使用物镜来将光束聚焦在轨道上并遵循光束的焦点，所述轨道以螺旋方式或同心方式形成于光盘的记录层上。

例如，为了适应DVD系统，物镜被设计成具有约0.6或更大的数值孔径(NA)，以将波长约为660nm的光束会聚在光盘中的记录层上，所述记录层位于厚度约为0.6mm的覆盖层下方。相比之下，为了适应BD系统，使光束的非常小的斑点处于光盘的信息记录表面上。这样，希望提供具有约0.8或更大的数值孔径(NA)的物镜来将波长约为405nm的光束会聚在光盘的记录层上。这样的记录层在光盘中被形成于厚度约为0.1mm的覆盖层下方。

满足数值孔径为0.8或更大的物镜系统功能的单一物镜对于生产公差的敏感程度是对于CD和DVD通常所用的任意其他物镜的几乎10倍，因为前者的NA比后者更大。

因此，即使这种物镜具有微米量级的生产公差，也可能由于被作为不满足光学镜头所需光学特性的缺陷产品而提供，而造成产品成品率下降。

这里，单一物镜例如是通过在某种制造装置中将所谓的玻璃材料(例如由玻璃或树脂制成的材料)填充到一对模子中而形成的。

此时，在该制造装置中，形成物镜相反两侧的模子(或模制部件)之间可能由于精度等问题而发生位置偏移。位置偏移的程度对应于被定义为物镜生产公差的水平。主要有两种生产公差，即偏心误差和厚度误差。

例如，在将用于模制多个零件的模子结构用在玻璃材料的注模中以提高生产率的时候，各个零件的加工精度等会累积。因此，用于在确保物镜成品率的同时生产物镜的临界值包括大约±2.5μm的偏心公差(代表偏心误差的容许范围)和大约±1.0μm的厚度公差(代表厚度误差的容许范围)。

为了确保这样的临界值，物镜实际上是用以高精度搭建的模子来制造的，并且这些临界值是根据物镜的像差反过来计算的。因而获得了大约±2.5μm的估计偏心公差和大约±1.0μm的估计厚度公差。

各个临界值的这些变动并不限于对玻璃材料执行注模的任何注模装置。在注入-压制模制机、压制模制机等中，也希望估计到同样水平的这种变动。

考虑到生产公差，只要物镜被设计成发挥了所需的光学特性，则即使其偏心误差和厚度误差在生产中处于它们的容许范围内，则该物镜就是可接受的。换言之，如果以这种方式设计物镜，则能够防止生产任何不合格的物镜，从而能够改善产品的成品率。

这里，术语“偏心敏感度”指的是当物镜的光侧透镜表面与盘侧透镜表面之间的波前像差为一微米时的波前像差水平。术语“厚度敏感度”指的是存在+1μm的厚度误差(即物镜在光轴上的透镜厚度比预定厚度高出+1μm)时产生的波前像差水平。当偏心误差为1μm时产生的k阶彗差(k为三或更大的奇数)称为k阶偏心敏感度(DCmk)。另外，当厚度误差为1μm时产生的k阶球差水平(k为三或更大的奇数)称为k阶厚度敏感度(TSAk)。这样，偏心敏感度可以由各阶偏心敏感度的平方和的平方根来表示，厚度敏感度可以由各阶厚度敏感度的平方和的平方根来表示。不过，向会聚球面波发展的波前像差是正的。

作为专注于因生产精度变动而产生像差的技术，已经提出了一种用于减小偏心敏感度的技术。该技术注意了由于物镜的偏心造成的像差劣化，并给透镜各个表面形状的微分值和二阶微分值设定了限制，从而使透镜的表面形状不太弯曲(例如参见专利No.4130938(尤其是其附图4))。

发明内容

另外，如果物镜有大体为零的偏心敏感度和大体为零的厚度敏感度，则该物镜不受生产精度变动的影响。因此能够提高物镜的产品成品率。但是根据经验已经知道，几乎不可能获得能够将偏心敏感度和厚度敏感度都减小到大体为零的设计方案。

例如，在图1所示的典型物镜81的情况下，由表1中的具体数据可见，三阶厚度敏感度TSA3(这是厚度敏感度的主要因素)被减小到零。因此，如果偏心误差为零，则即使厚度误差范围被减小到1μm，也只产生五阶或更高阶球差。因此，波前像差水平被维持在不高于0.01λrms的较小范围内。

表1

表1：典型物镜的具体数据(1)

但是，作为偏心敏感度的主要因素，物镜81具有高达0.032λrms/μm的三阶偏心敏感度(DCm3)。因此，如果物镜的偏心为2.5μm，那么只要厚度误差在0到+1μm范围内，全部波前像差水平都不低于0.08λrms。

换言之，物镜81具有更窄的偏心变动容许范围，因而产品成品率的减小可能是不可避免的。

图2是图示了典型物镜82的示意图。如表2中的具体数据列表所示，作为偏心敏感度主要因素的三阶偏心敏感度(DCm3)被减小到零。但是，即使厚度误差为零，当偏心误差达到2.5μm时，波前像差水平也大到0.08λrms或更高。这是因为即使三阶彗差为零，也会产生五阶或更高阶彗差。因此，在BD系统中，除了三阶像差的影响之外，至少还必须考虑五阶像差的影响。

表2

表2：典型透镜的具体数据(2)

在这种物镜82中，作为厚度敏感度主要因素的三阶偏心敏感度TSA3高达-0.019λrms/μm。因此，随着厚度误差的增大，波前像差劣化程度也显然发生增大。因此，即使偏心水平为2.0μm，当厚度误差达到+1μm时，全部波前像差水平也都达到0.07λrms或更高。这意味着不满足Marechel判据。

换言之，物镜82具有更窄的偏心公差和厚度公差容许范围，使得产品成品率的下降是不可避免的。

这样的物镜难以设计成使偏心敏感度和厚度敏感度都减小到零以提高物镜的产品成品率。

换言之，偏心敏感度和厚度敏感度不是彼此独立的。偏心敏感度与厚度敏感度之间存在折中关系。例如，厚度敏感度减小越多，偏心敏感度就增大越多。因此，发现难以对这些特性彼此独立地进行设计。

此外，物镜的偏心敏感度与厚度敏感度之间的关系是未知的。因此，合适的厚度敏感度和偏心敏感度尚未明了。而且，并没有意识到“厚度和偏心是物镜的生产中主要的变动因素，将注意力集中在物镜的厚度和偏心上，这样对厚度敏感度和偏心敏感度都进行选择以使根据各自的实际变动而产生的总的像差水平尽可能小，从而使产品成品率提高”。因此，希望提供物镜、光学拾取器以及光学信息记录/再现设备，它们能够通过使产品中的变动带来的不利影响尽可能小，而容易地发挥所需的光学特性(例如像差)。

根据本发明的实施例，提供了一种用于光学拾取器的物镜，其具有0.8或更大的数值孔径，并将450nm或更小的波长λ的光束聚焦在光学信息记录介质上。在该物镜中，作为像差劣化的累积值，波前像差劣化水平TOR满足下式(1)：

$\mathrm{TOR}=\sqrt{{2.5}^2(\mathrm{DCm}{3}^2+{\mathrm{DCm}5}^2)+({\mathrm{TSA}3}^2+{\mathrm{TSA}5}^2)}\le 0.07\left[\mathrm{\lambda rms}\right]···\left(1\right)$

在式(1)中，TSA3[λrms/μm]指三阶厚度敏感度水平，是当相对于预定厚度的厚度误差为+1μm时产生的三阶球差水平；TSA5[λrms/μm]指五阶厚度敏感度水平，是当相对于预定厚度的厚度误差为+1μm时产生的五阶球差水平；DCm3指三阶偏心敏感度水平，是当每个透镜表面的偏心误差为1μm时产生的三阶彗差水平；DCm5指五阶偏心敏感度水平，是当每个透镜表面的偏心误差为1μm时产生的五阶彗差水平。

该物镜是通过将注意力集中在球差和彗差的三阶或五阶成分来设计的，这些成分在BD系统中占主导地位，在所述BD系统中，具有0.8或更大的数值孔径(NA)的物镜对波长约为405nm的光束进行会聚。

式(1)是在考虑了约1.0μm的厚度误差变动(厚度公差)和约2.5μm的偏心误差变动(偏心公差)而准备的。另外，即使厚度误差和偏心误差分别在厚度公差和偏心公差范围内达到最大水平，式(1)也限定了低于Marechel判据值的总波前像差劣化水平范围。

因此，根据本实施例的物镜构造实现了满足式(1)的三阶和五阶厚度敏感度水平以及三阶和五阶偏心敏感度水平。因此，所会聚的光束的波前像差劣化水平被降低到不高于Marechel判据值，同时能够显著提高物镜的产品成品率。

在上述实施例的物镜中，波前像差劣化水平TOR可以满足下式(2)：

$\mathrm{TOR}=\sqrt{{2.5}^2·\Sigma {\mathrm{DCmk}}^2+\Sigma {\mathrm{TSAk}}^2}\le 0.07\left[\mathrm{\lambda rms}\right]···\left(2\right)$

在式(2)中，TSAk[λrms/μm]指k阶厚度敏感度水平，是当厚度误差为+1μm时造成的k阶球差水平(其中k为3或更大的奇数)；DCmk[λrms/μm]指k阶偏心敏感度水平，是当偏心误差为+1μm时造成的k阶彗差水平(其中k为3或更大的奇数)。

该物镜是通过将注意力集中于在BD系统中占主导地位的球差和彗差的三阶或更高阶成分来设计的。与式(1)类似，即使厚度误差和偏心误差分别在厚度公差和偏心公差范围内达到最大水平，式(2)也限定了低于Marechel判据值的总波前像差劣化水平范围。

因此，该物镜构造实现了满足式(2)的厚度敏感度水平和偏心敏感度水平，从而能够进一步提高物镜的产品成品率。

在上述实施例的物镜中，当物镜的结构材料的折射率n为1.5≤n≤1.7，并且焦距f为0.90≤f≤2.2时，三阶厚度敏感度TSA3满足下式(3)：

-0.014≤TSA3≤-0.005                    …(3)。

可以在光束的波长为405nm并且光学信息记录介质的保护层厚度为0.0875[mm]的BD系统条件下设计该物镜。在这样的情况下，在物镜具有良好的轴上球差和轴外特性时，三阶厚度敏感度TSA3与三阶偏心敏感度DCm3之间存在线性关系，能够在折射率n和焦距f的上述宽范围中通过式(4)来相互近似。

DCm3＝1.660×TSA3+0.032                …(4)

只要处于上述折射率n和焦距f的范围内，则相对于式(4)的任何偏离都能够基本上忽略。另外，在三阶厚度敏感度TSA3与五阶厚度敏感度TSA5或五阶偏心敏感度DCm5之间的关系中，只要折射率n和焦距f处于如上所述限定的范围内，则也能够在这些参数之间建立大体上线性的关系。因此，相对于该关系的任何偏离都基本上处于可忽略的范围内。

本实施例用上式(4)阐明了现有技术中并未了解的、厚度敏感度与偏心敏感度之间的关系。此外，上式(3)还能够通过将三阶偏心敏感度DCm3、五阶厚度敏感度TSA5和五阶偏心敏感度DCm5相对于三阶厚度敏感度TSA3的线性关系式各自代替式(1)而获得。换言之，通过将三阶厚度敏感度TSA3调节到由式(3)限定的范围内，能够防止由于产品变动造成的产品成品率下降。

根据本发明的另一实施例，提供了一种包括光源和物镜的光学拾取器。该光源发射具有450nm或更小的波长λ的光束。该物镜具有0.8或更大的数值孔径，并将光束聚焦在光学信息记录介质上。在该物镜中，作为像差劣化的累积值，波前像差劣化水平TOR满足上式(1)。在该式中，如上所述，TSA3[λrms/μm]指三阶厚度敏感度水平，是当相对于预定厚度的厚度误差为+1μm时产生的三阶球差水平；TSA5[λrms/μm]指五阶厚度敏感度水平，是当相对于预定厚度的厚度误差为+1μm时产生的五阶球差水平；DCm3指三阶偏心敏感度水平，是当每个透镜表面的偏心误差为1μm时产生的三阶彗差水平；DCm5指五阶偏心敏感度水平，是当每个透镜表面的偏心误差为1μm时产生的五阶彗差水平。

本实施例的光学拾取器上安装的物镜的构造与上述实施例的其中之一相同。因此，该物镜的构造实现了满足式(1)的三阶和五阶厚度敏感度水平以及三阶和五阶偏心敏感度水平。因此，能够进一步提高物镜的产品成品率。在本实施例的光学拾取器中，在光学信息记录介质上会聚的光束的波前像差劣化水平能够容易地降低到不高于Marechel判据值。

根据本发明的另一实施例，提供了一种包括光源、物镜和位置控制单元的光学信息记录/再现设备。该光源发射具有450nm或更小的波长λ的光束。该物镜具有0.8或更大的数值孔径，并将光束聚焦在光学信息记录介质上。在该物镜中，作为像差劣化的累积值，波前像差劣化水平TOR满足下式(7)：

DCm5＝A_DCm5×TSA3+B_DCm5                        …(7)

在式(7)中，TSA3[λrms/μm]指三阶厚度敏感度水平，是当相对于预定厚度的厚度误差为+1μm时产生的三阶球差水平；TSA5[λrms/μm]指五阶厚度敏感度水平，是当相对于预定厚度的厚度误差为+1μm时产生的五阶球差水平；DCm3指三阶偏心敏感度水平，是当每个透镜表面的偏心误差为1μm时产生的三阶彗差水平；DCm5指五阶偏心敏感度水平，是当每个透镜表面的偏心误差为1μm时产生的五阶彗差水平。位置控制单元控制物镜的位置，使物镜的焦点位于光学记录介质上所需的点处。

在本实施例的光学信息记录/再现设备上安装的物镜中，与上述实施例的物镜类似，物镜的构造实现了满足式(1)的三阶和五阶厚度敏感度水平以及三阶和五阶偏心敏感度水平。因此，能够进一步提高物镜的产品成品率。在本实施例的光学信息记录/再现设备中，在光学信息记录介质上会聚的光束的波前像差劣化水平能够容易地降低到不高于Marechel判据值。

根据本发明的任一实施例，物镜的构造都实现了满足式(1)的三阶和五阶厚度敏感度水平以及三阶和五阶偏心敏感度水平。因此，能够容易地将由于产品变动造成的波前像差劣化水平降低到不高于Marechel判据值，并能够进一步提高物镜的产品成品率。因此，本发明的这些实施例能够提供物镜、光学拾取器和光学信息记录/再现设备，它们分别能够通过使产品中的变动带来的不利影响尽可能小，而容易地发挥所需的光学特性(例如像差)。

附图说明

图1A-C是图示了典型物镜的构造和特性(1)的示意图；

图2A-C是图示了典型物镜的构造和特性(2)的示意图；

图3是图示了光盘设备整体构造的示意图；

图4是图示了光学拾取器构造的示意图；

图5A-B是图示了物镜构造和物镜的纵向像差曲线图的示意图；

图6是图示了厚度误差与波前像差水平之间关系的示意图；

图7是图示了偏心误差与波前像差水平之间关系的示意图；

图8A-D的示意图图示了三阶厚度敏感度及其纵向像差曲线图变化的物镜示例性设计；

图9是图示了三阶厚度敏感度与三阶偏心敏感度之间关系的示意图；

图10是图示了三阶厚度敏感度与五阶偏心敏感度之间关系的示意图；

图11是图示了三阶厚度敏感度与五阶厚度敏感度之间关系的示意图；

图12是图示了三阶厚度敏感度与波前像差劣化水平之间关系的示意图；

图13是图示了在改变条件值时三阶厚度敏感度与三阶偏心敏感度之间关系的示意图；

图14是图示了在不同公差条件下，三阶厚度敏感度与波前像差劣化水平之间关系的示意图；

图15A-C是图示了第一数值示例的物镜构造和特性的示意图；

图16A-C是图示了第二数值示例的物镜构造和特性的示意图；

图17A-C是图示了第三数值示例的物镜构造和特性的示意图；

图18A-C是图示了第四数值示例的物镜构造和特性的示意图；

图19A-C是图示了第五数值示例的物镜构造和特性的示意图；

图20A-C是图示了第六数值示例的物镜构造和特性的示意图；

图21A-C是图示了第七数值示例的物镜构造和特性的示意图；

图22A-C是图示了第八数值示例的物镜构造和特性的示意图；

图23A-C是图示了第九数值示例的物镜构造和特性的示意图；

图24A-C是图示了第十数值示例的物镜构造和特性的示意图；

图25A-C是图示了第十一数值示例的物镜构造和特性的示意图；

图26是图示了当使准直器透镜运动时，三阶厚度敏感度与波前像差劣化水平之间关系的示意图。

具体实施方式

下文将参考附图对实施本发明的模式(下文中也称为“实施例”)进行说明。这些实施例将以下述顺序来说明：

1.实施例

2.物镜的设计

3.数值示例

4.操作和效果

5.其他实施例

<1.实施例>

[1-1.光盘装置的构造]

如图3所示，光盘装置1在光盘100上记录信息并从光盘100重现信息，所述光盘100例如是蓝光盘(BD)类型的光盘。光盘100包括带有螺旋轨道的记录层。

控制单元2对整个光盘装置1执行总体控制。控制单元2包括中央处理单元(CPU)(未示出)作为其主要部件。它从只读存储器(ROM)(未示出)读出各种程序，然后将这些程序在随机存取存储器(RAM)(未示出)中展开。因此，控制单元2能够执行各种处理，例如信息记录处理和信息再现处理。

当在光盘100上记录信息时，例如，控制单元2从图中未示出的外部设备等接收信息记录命令、记录信息和记录地址信息，并将记录地址信息和驱动命令供给驱动控制单元3，将记录信息供给信号处理单元4。这里，术语“记录地址信息”指的是与要记录信息的目标地址有关的信息。

通过响应于该驱动命令驱动控制单元3通过对主轴电动机5进行驱动，使安装在转台5T上的光盘100以预定转速旋转。另外，驱动控制单元3对丝杠电动机6的驱动进行控制，以沿着行进轴G将光学拾取器7移动到光盘100径向(即内周或外周的方向)上与记录地址信息对应的位置。

信号处理单元4通过使所供给的记录信息受到各种信号处理(例如预定的用来产生记录信号的编码处理和调制处理)来产生记录信号，随后将记录信号供给光学拾取器7。

光学拾取器7通过执行下文所述的聚焦控制和循轨控制，在光盘100的记录层上调节光束L的焦点F。另外，光学拾取器7还响应于来自信号处理单元4的记录信号，调节光束L的光强度，以将信息记录在光盘100的记录层上。

为了从光盘100重现信息，例如，控制单元2响应于来自外部设备(未示出)等的信息再现命令等，将驱动命令供给驱动控制单元3并将重现处理命令供给信号处理单元4。

以与记录信息类似的方式，驱动控制单元3使光盘100以预定转速旋转，并将光学拾取器7移动到与信息重现命令对应的位置。

光学拾取器7通过执行下文所述的聚焦控制和循轨控制，在光盘100的记录层上调节光束L的焦点F。另外，光学拾取器7还对光束L的光强度进行调节以进行再现。

光束L由记录层反射，成为反射光束LR。光学拾取器7对反射光束LR进行检测，然后取决于反射光束LR的光强度而供给光接收信号。

信号处理单元4对所供给的光接收信号执行预定的解调处理、解码处理等，以产生再现信息，将该再现信息供给控制单元2。控制单元2能够向外部设备(未示出)发送该再现信息。

这样，光盘装置1由控制单元2对光学拾取器7进行控制，以在光盘100上记录信息和从光盘100再现信息。

[1-2.光学拾取器的构造]

下面将说明光学拾取器7的构造。如图4所示，光学拾取器7包括多个光学部件。

激光二极管11在控制单元2和信号处理单元4(图3)各自的控制下发射波长约为405nm的光束L。然后，光束L进入偏振分束器12。这里激光二极管11的安装角度等受到调节，使得光束L可以是S偏振的。

偏振分束器12被布置成使得光束能够以取决于光束偏振方向的预定比例而由偏振分束器12的偏振面12S反射或穿过偏振分束器12。实际上，偏振分束器12对入射光束L的S偏振成分(或大体上全部该成分)进行反射，并入射到1/4波片13上。1/4波片13被设置成使得光束能够在线偏振光束与圆偏振光束之间执行相互转换。例如，p偏振的光束L被转换成左旋圆偏振光并入射到准直器透镜14上。准直器透镜14将光束L从发散光束转换成平行光束，然后将该光束引入物镜8中。

物镜8是通过在模子等中对某种玻璃材料(例如树脂材料或玻璃材料)进行模制而制造的。另外，如图5所示，物镜8在光那侧具有透镜表面8A并在盘那侧具有透镜表面8B。来自激光二极管11的光束L入射到光侧透镜表面8A上，然后从面对光盘100的盘侧透镜表面8B离开。

光盘100具有覆盖层，覆盖层是与从光盘100的表面到记录层的部分对应的光学部件。在图5中，用与覆盖层在光学上等效的等效覆盖材料CV来表现光路。

此外，在驱动控制单元3的控制下，能够由致动器15使物镜8(图4)在聚焦方向上和循轨方向上移动。换言之，物镜8受到聚焦控制和循轨控制。

这里，术语“聚焦方向”指的是物镜8靠近或远离光盘时所沿的方向(即图4中的垂直方向)，而术语“循轨方向”指的是物镜8向光盘100的内周侧或外周侧运动时所沿的方向(即图4中的水平方向)。

物镜8对光束L进行会聚并使光束L的焦点F处于光盘100的记录层上。此时，光束L在光盘100的记录层上反射，并成为反射光束LR。这里，反射光束LR是右旋圆偏振光，因为圆偏振光的旋转方向在反射时发生了反转。

反射光束L由物镜8从发散光束转换成平行光束，然后由准直器透镜14转换成会聚光。随后，该会聚光由1/4波片13转换成P偏振(线偏振)光，然后入射到偏振分束器12上。

偏振分束器12使反射光束LR(P偏振光)经过偏振面12S发射到光电检测器16上。

光电检测器16由多个光接收区域接收所照射的反射光束LR，根据由各个光接收区域所接收的光量产生光接收信号，并将光接收信号供给信号处理单元4。

信号处理单元4响应于光接收信号执行预定的算术处理，以产生各个聚焦误差信号、循轨误差信号和重现RF信号。

这样，光学拾取器7将光束L发射到光盘100的记录层上，并接收从其反射的光束LR。

<2.物镜的设计>

[2-1.物镜的制造]

大体上，物镜8是由预定的物镜制造设备用模子制造的。

由于物镜制造设备中模子的加工精度或定位精度的问题，物镜8可能造成偏心误差DER和厚度误差TER。这里，偏心误差DER指的是光侧表面8A的中心轴线与盘侧表面8B(图5)的中心轴线之间的失准。厚度误差TER指的是光侧表面8A与盘侧表面8B之间的间距误差。

在制造物镜时，例如，树脂(塑料)被用作玻璃材料，并受到由所谓的多腔模具进行的注模。在此情况下，各个零件的加工精度会累积，使得经过模制的物镜的变动可能比较大。因此，作为容许极限，偏心误差约为2.5μm，而厚度误差约为1.0μm。

换言之，物镜8可能造成如下生产公差：偏心误差最大约为2.5μm，而厚度误差最大约为1.0μm。

这里，预期的生产公差可以是：偏心误差最大约为2.5μm，而厚度误差最大约为1.0μm，这与物镜的玻璃材料种类无关，与制造方法(例如注模还是压制模制)也无关。

[2-2.物镜的设计]

在这种实施例中将说明物镜8的波前像差，注意球差和彗差。

大体上，透镜的波前像差可以分别由三阶或更高的奇数阶成分来表示。

[2-2-1.厚度误差和偏心误差与波前像差水平的关系]

首先将说明改变各个厚度误差TER和偏心误差DER时的波前像差水平。

图6是改变示例性物镜8的厚度误差TER[μm]时，波前像差水平[λrms]的改变情况的曲线图，其中，QTOR表示作为所有阶像差之和的总的像差特性，QSA3表示三阶球差特性，QSA5表示五阶球差特性。

在这个图6中，三阶球差特性QSA3表明，当厚度误差TER为“0(零)”(即经过该线)时，波前像差的水平为“0(零)”。另外，三阶球差特性QSA3整体上是具有正斜率的直线。下文中，对于每+1μm的厚度误差TER，该斜率的波前像差水平的倾斜量被称为三阶厚度敏感度TSA3[λrms/μm]。

与三阶球差特性QSA3类似，五阶球差特性QSA5表明，当厚度误差TER为“0(零)”时，波前像差的水平为“0(零)”。另外，五阶球差特性QSA5整体上是具有负斜率的直线，倾斜程度也相对较小。下文中，对于每+1μm的厚度误差TER，该斜率的波前像差水平的倾斜量被称为五阶厚度敏感度TSA5[λrms/μm]。

大体上，总的像差可以由厚度误差造成的三阶或更高阶球差的和的平方根(RSS)来表示。因此，总的像差特性QTOR整体上是折线。在图6所示的示例中，在厚度误差TER的正区域中，总的像差特性QTOR比三阶球差特性QSA3略大。在厚度误差TER的负区域中，总的像差特性QTOR被表示为将厚度误差TER的正区域中总的像差特性QTOR相对于厚度误差TER为零(0)的轴线翻转所得的特性。换言之，在总的像差特性QTOR的情况下，厚度误差TER离值“0(零)”越远，波前像差水平就增加越多，从而与厚度误差TER的程度成比例。

在图6中，图示了三阶厚度敏感度TSA3取正值的示例。或者，例如，如果三阶厚度敏感度TSA3取负值，则三阶球差特性QSA3具有负斜率的线性。

这样，三阶球差特性QSA3、五阶球差特性QSA5等任一者都与厚度误差TER线性相关。因此，即使不通过复杂的计算，也能够由三阶厚度敏感度TSA3、五阶厚度敏感度TSA5等(它们分别对应于三阶球差特性QSA3、五阶球差特性QSA5等的斜率)来表示总的像差特性QTOR。

图7是改变示例性物镜8的偏心误差DER时，波前像差水平[λrms]的改变情况的曲线图，其中，QTOR表示作为所有阶像差之和的总的像差特性，QCm3表示三阶彗差特性，QCm5表示五阶彗差特性。

在这个图7中，与三阶球差特性QSA3类似，三阶彗差特性QCm3表明，当偏心误差DER为“0(零)”时，波前像差的水平为“0(零)”。另外，三阶彗差特性QCm3整体上是具有正斜率的直线。下文中，对于每1μm的偏心误差DER，该斜率的波前像差水平的倾斜量被称为三阶偏心敏感度DCm3[λrms/μm]。

与三阶彗差特性QCm3类似，五阶彗差特性QCm5表明，当偏心误差DER为“0(零)”时，波前像差的水平为“0(零)”。另外，五阶彗差特性QCm5整体上几乎是直线，而该线的斜率大体上为“0(零)”。下文中，对于每1μm的偏心误差DER，该斜率的波前像差水平的倾斜量被称为五阶偏心敏感度DCm5[λrms/μm]。

因此，与图6所示情况类似，总的像差特性QTOR整体上是折线。在图7所示的示例中，在偏心误差DER的正区域中，总的像差特性QTOR与三阶彗差特性QCm3大体上相同。在偏心误差DER的负区域中，总的像差特性QTOR被表示为将偏心误差DER的正区域中总的像差特性QTOR相对于偏心误差DER为零(0)的轴线翻转所得的特性。换言之，在总的像差特性QTOR的情况下，偏心误差DER离值“0(零)”越远，波前像差水平就增加越多，从而与偏心误差TER的程度成比例。

尽管该图中未示出，但是七阶或更高阶球差特性和彗差特性可以分别是经过原点的直线。

即，三阶彗差特性QCm3、五阶彗差特性QCm5等各自都与偏心误差DER线性相关。因此，即使不通过复杂的计算，也能够由三阶偏心敏感度DCm3、五阶偏心敏感度DCm5等(它们分别对应于三阶彗差特性QCm3、五阶彗差特性QCm5等的斜率)来表示总的像差特性QTOR。

发现了物镜8在厚度误差TER与各不同阶球差之间有比例关系，并在偏心误差DER与各不同阶彗差之间有比例关系。

[2-2-2.三阶敏感度与其他像差敏感度之间的关系]

下面，如图8A至图8D所示，设计了物镜31至34，它们具有的三阶厚度敏感度TSA3的变动不同。

物镜31至34各自的每个表面的形状被表示为：离光轴的距离为R的点与光轴处的切平面的距离ASP(R)。距离ASP(R)可以由下面的式(5)表示：

$\mathrm{ASP}\left(R\right)=\frac{\frac{R^2}{\mathrm{RDY}}}{1+\sqrt{1-(1+K){\left(\frac{R}{\mathrm{RDY}}\right)}^2}}$

+AR⁴+BR⁶+CR⁸+DR¹⁰+ER¹²+FR¹⁴+GR¹⁶+HR¹⁸+JR²⁰

                                    …(5)

在这样的条件下获得的物镜的具体数据列在表3中。

表3

表3：具有不同的三阶厚度敏感度的物镜的设计示例

设计条件如下：物镜的焦距f为1.41mm，光束L的波长λ为405nm，玻璃材料的折射率n为1.52，物镜的厚度d为1.80mm，光盘100的覆盖层的厚度为0.875mm。在这些设计条件下，轴上特性和轴外特性良好地得到关联。

对于这些物镜31至34中的每一者，绘制了三阶厚度敏感度TSA3与三阶偏心敏感度DCm3之间的关系。结果，如图9所示获得了各个计算出的点P31至P34。在该图中，白色圆圈表示各个计算出的点。这种关系造成了形状的变化并同时在高NA区域中使整个透镜系统几乎保持消球差，并对应于在各个面的外周边处作用于光的屈光度的分布改变。

此外，在同样的设计条件下，还设计了多个透镜，它们具有的三阶厚度敏感度TSA3的变动不同。绘制了每个物镜的三阶厚度敏感度TSA3与三阶偏心敏感度DCm3之间的关系。结果，获得了分别与图9所示类似的计算出的点。

由图9所示各个计算出的点可见，发现了三阶厚度敏感度TSA3与三阶偏心敏感度DCm3之间的关系几乎是随着三阶厚度敏感度TSA3线性地改变。下文中，这条直线称为特性曲线QC3。换言之，三阶厚度敏感度TSA3与三阶偏心敏感度DCm3之间的关系可以用系数A_DCm3和B_DCm3由下式(6)表示。

DCm3＝A_DCm3×TSA3+B_DCm3                        …(6)

对于所设计的每个物镜，还以与上述类似的方式绘制了三阶厚度敏感度TSA3与五阶偏心敏感度DCm5之间的关系。结果，分别如图10所示那样获得了计算出的点。

由图10所示各个计算出的点可见，发现了三阶厚度敏感度TSA3与五阶偏心敏感度DCm5之间的关系随着三阶厚度敏感度TSA3而几乎线性地改变，就像三阶偏心敏感度DCm3的情况(图9)一样。换言之，三阶厚度敏感度TSA3与五阶偏心敏感度DCm5之间的关系可以用系数A_DCm5和B_DCm5由下式(7)表示。

DCm5＝A_DCm5×TSA3+B_DCm5                                …(7)

此外，对于每个所设计的透镜，还以与上述类似的方式绘制了三阶厚度敏感度TSA3与五阶厚度敏感度TSA5之间的关系。结果，分别如图11所示那样获得了计算出的点。

由图11所示各个计算出的点可见，发现了三阶厚度敏感度TSA3与五阶厚度敏感度TSA5之间的关系随着三阶厚度敏感度TSA3而几乎线性地改变，就像三阶偏心敏感度DCm3的情况(图9)一样。换言之，三阶厚度敏感度TSA3与五阶厚度敏感度TSA5之间的关系可以用系数A_TSA5和B_TSA5由下式(8)表示。

TSA5＝A_TSA5×TSA3+B_TSA5                            …(8)

这里，为方便起见，式(6)至(8)中除了三阶厚度敏感度TSA3之外的各个变量(具体而言，五阶厚度敏感度TSA5、三阶偏心敏感度DCm3或五阶偏心敏感度DCm5)由变量z表示。这样，具体计算了各个系数Az和Bz，并获得了表4中列出的各个值。

表4

表4：近似直线的系数

这里，表4还分别示出了表示三阶厚度敏感度TSA3与七阶厚度敏感度TSA7之间关系以及三阶厚度敏感度TSA3与九阶厚度敏感度TSA9之间关系的变量A和B。此外，表4还分别示出了表示三阶厚度敏感度TSA3与七阶偏心敏感度DCm7之间关系以及三阶厚度敏感度TSA3与九阶偏心敏感度DCm9之间关系的变量A和B。在下面的说明中，为了便于描述，k阶厚度敏感度由TSAk表示，而k阶偏心敏感度由DCmk表示。这里，变量k是3或更大的奇数。

此外，对于每个物镜，发现了三阶厚度敏感度TSA3与三阶偏心敏感度DCm3、五阶偏心敏感度DCm5和五阶厚度敏感度TSA5各自之间存在线性关系，这可以由线性函数表示，所述线性函数例如公式(6)至(8)中任一者所表示的函数。

[2-2-3.波前像差劣化水平的计算]

另外，k阶厚度敏感度TSAk和k阶偏心敏感度DCmk各自是像差相对于产品公差的劣化敏感度。因此，如果使用上述2.5μm的偏心公差和上述1.0μm的厚度公差，则各阶像差劣化的累积值(下文中称为波前像差劣化)TOR可以由下式(9)表示：

$\mathrm{TOR}=\sqrt{{2.5}^2·\Sigma {\mathrm{DCmk}}^2+\Sigma {\mathrm{TSAk}}^2}···\left(9\right)$

在式子(9)中，偏心敏感度DCmk那项的系数2.5²是由偏心公差水平的平方获得的。另外，厚度敏感度TSAk那项没有明写的系数，而是“1(一)”，这是厚度公差水平的平方。

在式子(9)中，七阶或更高阶的厚度敏感度TSA和偏心敏感度DCm的影响可能相对较小。这样，如果从式子(9)中略去七阶或更高阶的厚度敏感度TSA和偏心敏感度DCm，则可以由下式(10)表示：

$\mathrm{TOR}=\sqrt{{2.5}^2({\mathrm{DCm}3}^2+{\mathrm{DCm}5}^2)+({\mathrm{TSA}3}^2+{\mathrm{TSA}5}^2)}···\left(10\right)$

这里，如果将式子(6)至(7)代入式子(10)，则波前像差劣化水平TOR是仅有三阶厚度敏感度TSA3这一个变量的函数。因此，三阶厚度敏感度TSA3和波前像差劣化水平TOR之间的关系被以图像的形式表示。结果，获得了如图12所示的特性曲线QTOR。

另一方面，已知由下式(11)表示的Marechel判据值是像差水平的上限。

TOR≤0.07[λrms]                        …(11)

此外，式子(10)和式子(11)相结合获得了下式(12)：

$\mathrm{TOR}=\sqrt{{2.5}^2({\mathrm{DCm}3}^2+{\mathrm{DCm}5}^2)+({\mathrm{TSA}3}^2+{\mathrm{TSA}5}^2)}\le 0.07\left[\mathrm{\lambda rms}\right]···\left(12\right)$

即，如果偏心公差为2.5μm而厚度公差为1.0μm，则只要满足式子(12)，就能在这些约束下给物镜8提供所需的光学特性。

另外，由图12所示的特性曲线QTOR，满足Marechel判据的三阶厚度敏感度TSA3在由下式(13)所限定的范围中：

-0.014≤TSA3≤-0.005                        …(13)

换言之，如果物镜8被设计成使得三阶厚度敏感度TSA3满足式子(13)，则即使偏心误差DER和厚度误差TER都在偏心公差和厚度公差的容许范围内变化，也能够降低要产生的波前像差水平。

换言之，如上所述设计的物镜8使得提高了所谓的制造成品率，或者在产品中把不能发挥其所需光学特性的不良产品的发生率保持得很低。

下面的说明将讨论像差水平的上限相对于Marechel判据几乎下降了百分之5。在此情况下，参考图12所示特性曲线QTOR，三阶厚度敏感度TSA3处于由下式(14)限定的容许范围中：

-0.012≤TSA3≤-0.007                        …(14)

在这样的条件下，与式子(13)所限定的范围内的情况相比，物镜8扩大了能够满足所需光学特性的偏心公差和厚度公差的容许范围。换言之，即使物镜8的偏心误差DER和厚度误差TER在某种程度上超过了2.5μm的偏心公差和1.0μm的厚度公差，所生产的物镜8也提高了其发挥所需光学特性的可能性。结果，能够进一步降低不良产品的概率。

在下面的说明中，将讨论相对于Marechel判据进一步减小像差水平上限的情况。由图12所示特性曲线QTOR，例如，三阶厚度敏感度TSA3可以被约束在由下式(15)所限定的容许范围内：

-0.011≤TSA3≤-0.009                    …(15)

在这样的条件下，与式子(13)或(14)所限定的范围内的情况相比，物镜8进一步扩大了能够满足所需光学特性的偏心公差和厚度公差的容许范围。换言之，即使物镜8的偏心误差DER和厚度误差TER在某种程度上超过了2.5μm的偏心公差和1.0μm的厚度公差，所生产的物镜8也提高了其发挥所需光学特性的可能性。结果，能够显著降低不良产品的发生概率。

这里，物镜的三阶厚度敏感度TSA3变小的水平越大，物镜8就能够将盘侧透镜表面8B与光盘100之间的工作距离延长越多。同样，物镜的三阶厚度敏感度TSA3变小的水平越大，物镜8就能够越多地发挥减小光侧透镜表面8A的下陷(sag)量和最大倾斜角度的额外效果。

因此，如果物镜8被设计成使三阶厚度敏感度TSA3满足式子(13)，则只要偏心公差和厚度公差在相应的容许范围内，波前像差劣化水平TOR就不会大于Marechel判据。结果，能够确定地降低产品中不良产品的发生概率。

此外，如果物镜8被设计成使得三阶厚度敏感度TSA3满足式子(14)或(15)，则偏心误差DER和厚度误差TER的容许范围都能够扩大。结果，可以进一步降低产品中不良产品的发生概率。

[2-2-4.设计条件的改变]

下面将通过在由下文所述式子(16)至(18)所限定的容许范围内改变这些物镜各自的焦距f、折射率n和厚度d，来设计具有良好的轴上特性和轴外特性的各种物镜。但是，光束L的波长λ被固定在405nm，光盘100的覆盖层的厚度被固定在0.0875mm。

0.90＜f＜2.20                        …(16)

1.50＜n＜1.70                        …(17)

1.00＜d＜2.90                        …(18)

对于这些透镜中的每一者，绘制了三阶厚度敏感度TSA3与三阶偏心敏感度DCm3之间的关系。结果，获得了如图13所示的各个计算出的点。在图13中，特性曲线QC3被叠加在计算出的点上，以对应于图9，来像图9的情况一样表示三阶厚度敏感度TSA3与三阶偏心敏感度DCm3之间的关系。

这里，离特性曲线QC3的偏移量(即，在沿三阶偏心敏感度DCm3的坐标轴方向上的波动范围)被定义为“Y”，发现各个计算出的点处于由图中虚线所示将偏移量Y保持在-0.004＜Y＜0.003的很小范围内。

换言之，在物镜的焦距f、玻璃材料的折射率n和物镜的厚度d恒定的情况下，根据三阶偏心敏感度DCm3与三阶厚度敏感度TSA3之间的关系，上式(6)成立。但即使在各个参数的很宽范围内(例如0.9至2.2mm的焦距f、1.50至1.70的玻璃材料折射率n以及1.00至2.90mm的物镜厚度)，上式(6)也成立。发现了相对于该线性关系的偏离处于大体上可忽略的范围内。

即使略去这些细节，作为五阶偏心敏感度DCm5与三阶厚度敏感度TSA3之间的关系而获得的式子(7)也以足够的精度成立，即使焦距f、折射率n和物镜厚度d处于它们的式子(16)至(18)的相应范围内。类似地，作为五阶厚度敏感度TAS5与三阶厚度敏感度TSA3之间的关系而获得的式子(8)也以足够的精度成立，即使焦距f、折射率n和物镜厚度d处于它们的式子(16)至(18)的相应范围内。对于各种七阶或更高阶像差以及各种七阶或更高阶敏感度，也几乎一样。

即，如果物镜满足式子(16)至(18)的条件以及式子(13)、(14)、(15)中任一者的条件，则意味着即使偏心误差DER和厚度误差TER在偏心公差和厚度公差的容许范围内变化，相对而言也能够降低所要产生的波前像差水平。

此外，式子(17)的条件还可以针对折射率n进行进一步的约束。使用下式(19)所表示的范围，塑料材料也可以被选择。在此情况下，偏移量Y的范围被进一步约束，使得各个计算出的点能够接近特性曲线QC3。对于偏心误差DER和厚度误差TER各自的变化，波前误差水平能够被降低，而不像式(17)的情况那样。

1.50＜n＜1.60                                …(19)

此外，物镜8还可以由具有下式(20)限定的范围内的阿贝数v_d的材料来制造，以使波长变化所产生的球差保持较小。因此，例如尤其是在光盘100上记录信息的情况下，即使光束L的波长取决于激光二极管11(图4)的温度等变化而改变，物镜8也能够发挥稳定的光学特性。

50≤v_d≤60                                    …(20)

大体上，作为使用折射率n、焦距f[mm]和近轴半径r1[mm]的夫琅和费关系式，本领域已知下式(21)。

$\mathrm{fc}=\frac{n^2}{n^2-1}\frac{r_1}{f},$1.05＜fc＜1.25                                …(21)

如果物镜8被设计成满足式(21)，则由光通量的轴外入射所造成的彗差能够被保持得非常小。同时，由于光学拾取器7的制造公差等，即使物镜8的光轴相对于入射光束L的光轴倾斜(当所谓的光通量下降时)，物镜8也能够使波前像差水平保持较小。

此外，还研究了偏心公差和厚度公差各自不同于前述公差的情况。具体而言，如下表5所示，偏心公差和厚度公差的组合被表示为共同公差条件CT(偏心公差[μm]，厚度公差[μm])：CT1(1.0，1.0)；CT2(2.0，1.0)；CT3(3.0，1.0)；CT4(1.0，2.0)；CT5(1.0，3.0)。

表5

表5：共同公差改变时，三阶厚度敏感度的范围

利用这些共同公差条件CT1至CT5，计算了随三阶厚度敏感度TSA3而变化的波前像差劣化水平TOR。结果，获得了如图14所示的特性曲线QCT1至QCT5。在图14中，还图示了与图12的情况一样的比较特性曲线QTOR，该比较特性曲线采用了偏心公差为2.5μm、厚度公差为1.0μm的共同公差条件CT0。

对于每一特性曲线QCT1至QCT5，在阈值相对于Marechel判据值(0.07λrms)合适地变化的同时，查找了使波前像差劣化水平TOR变得较小的三阶厚度敏感度TSA3的范围。结果，分别获得了如表5所示的三阶厚度敏感度TSA3的上限和下限。

如果偏心公差和厚度公差彼此不同，则波前像差劣化水平TOR的特性曲线也变化。这样，满足Marechel判据值的三阶厚度敏感度TSA3的范围合适地改变。在此情况下，能够通过改变波前像差劣化水平TOR的可用范围，来进一步改变三阶厚度敏感度TSA3的范围。

换言之，取决于物镜制造设备中物镜的偏心公差和厚度公差，只要三阶厚度敏感度TSA3处于上限和下限的范围中，波前像差劣化水平TOR的降低就能够不多于所需的阈值。

因此在物镜8的情况下，通过取决于偏心公差和厚度公差而合适地限定三阶厚度敏感度TSA3的可用范围，波前像差劣化水平TOR的降低就能够不多于所需的阈值。结果，能够进一步降低产品中不良产品的出现概率。

<3.数值示例>

下文中通过分别改变焦距f、玻璃材料的折射率n和物镜的厚度d的条件以满足上式(12)而设计了物镜41至51。

这里，每个物镜41至51是具有0.85的数值孔径(NA)的单一物镜，波长为405nm的光束L以平行光束的形式入射于其上。另外，光盘100的覆盖层具有0.0875mm的厚度。

[3-1.第一数值示例]

第一数值示例的物镜41被设计成具有1.41mm的焦距f、1.52的玻璃材料折射率n以及1.80mm的透镜厚度d的物镜，如表6中的具体数据所列举的那样。

表6

表6：第一数值示例的具体数据

物镜41的每个表面形状是通过将表6所列的每个系数应用于式(5)所示的距离ASP(R)而表示的非球面。另外，物镜41被形成为图15A所示的形状。获得了图15B所示的纵向像差曲线图。

物镜41具有-0.014λrms/μm的三阶厚度敏感度TSA3，并满足式(13)。因此如图15C所示，只要厚度误差TER在0至1μm范围内并且偏心误差DER在0至2.5μm范围内，物镜41就一直具有0.070λrms或更小的波前像差劣化水平TOR。

换言之，由于一直满足Marechel判据值，只要生产时偏心公差为2.5μm或更小、厚度公差为1.0μm或更小，物镜41就能够确定地获得所需的光学特性。

[3-2.第二数值示例]

第二数值示例的物镜42被设计成具有1.41mm的焦距f、1.52的玻璃材料折射率n以及1.80mm的透镜厚度d的物镜，如表7中的具体数据所列举的那样。

表7

表7：第二数值示例的具体数据

物镜42的每个表面形状是通过将表7所列的每个系数应用于式(5)所示的距离ASP(R)而表示的非球面。另外，物镜42被形成为图16A所示的形状。获得了图16B所示的纵向像差曲线图。

物镜42具有-0.010λrms/μm的三阶厚度敏感度TSA3，并满足式(13)。因此如图16C所示，只要厚度误差TER在0至1μm范围内并且偏心误差DER在0至2.5μm范围内，物镜42就一直具有0.070λrms或更小的波前像差劣化水平TOR。

换言之，由于一直满足Marechel判据值，只要生产时偏心公差为2.5μm或更小、厚度公差为1.0μm或更小，物镜42就能够确定地获得所需的光学特性。

尤其是，物镜42不仅满足式(13)，而且满足式(14)和(15)。换言之，由图16C可见，只要厚度误差TER在0至1μm范围内并且偏心误差DER在0至2.5μm范围内，物镜42就一直具有比Marechel判据值小得多的波前像差劣化水平TOR。因此，物镜42被设计得能够在厚度误差TER和偏心误差DER变化时容易地发挥所需的光学特性，或对于生产误差而言非常可靠。

[3-3.第三数值示例]

第三数值示例的物镜43被设计成具有1.41mm的焦距f、1.52的玻璃材料折射率n以及1.80mm的透镜厚度d的物镜，如表8中的具体数据所列举的那样。

表8

表8：第三数值示例的具体数据

物镜43的每个表面形状是通过将表8所列的每个系数应用于式(5)所示的距离ASP(R)而表示的非球面。另外，物镜43被形成为图17A所示的形状。获得了图17B所示的纵向像差曲线图。

物镜43具有-0.005λrms/μm的三阶厚度敏感度TSA3，并满足式(13)。因此如图17C所示，只要厚度误差TER在0至1μm范围内并且偏心误差DER在0至2.5μm范围内，物镜43就一直具有0.070λrms或更小的波前像差劣化水平TOR。

换言之，由于一直满足Marechel判据值，只要生产时偏心公差为2.5μm或更小、厚度公差为1.0μm或更小，物镜43就能够确定地获得所需的光学特性。

[3-4.第四数值示例]

第四数值示例的物镜44被设计成具有1.41mm的焦距f、1.70的玻璃材料折射率n以及1.80mm的透镜厚度d的物镜，如表9中的具体数据所列举的那样。

表9

表9：第四数值示例的具体数据

物镜44的每个表面形状是通过将表9所列的每个系数应用于式(5)所示的距离ASP(R)而表示的非球面。另外，物镜44被形成为图18A所示的形状。获得了图18B所示的纵向像差曲线图。

物镜44具有-0.010λrms/μm的三阶厚度敏感度TSA3，并满足式(13)。因此如图18C所示，只要厚度误差TER在0至1μm范围内并且偏心误差DER在0至2.5μm范围内，物镜44就一直具有0.070λrms或更小的波前像差劣化水平TOR。

换言之，由于一直满足Marechel判据值，只要生产时偏心公差为2.5μm或更小、厚度公差为1.0μm或更小，物镜44就能够确定地获得所需的光学特性。

尤其是，像第二数值示例的物镜42的情况一样，物镜44不仅满足式(13)，而且满足式(14)和(15)。换言之，由图18C可见，只要厚度误差TER在0至1μm范围内并且偏心误差DER在0至2.5μm范围内，物镜44就一直具有比0.05λrms小得多的波前像差劣化水平TOR。因此，物镜44被设计得能够在厚度误差TER和偏心误差DER变化时容易地发挥所需的光学特性，或对于生产误差而言非常可靠。

[3-5.第五数值示例]

第五数值示例的物镜45被设计成具有1.41mm的焦距f、1.52的玻璃材料折射率n以及1.60mm的透镜厚度d的物镜，如表10中的具体数据所列举的那样。

表10

表10：第五数值示例的具体数据

物镜45的每个表面形状是通过将表10所列的每个系数应用于式(5)所示的距离ASP(R)而表示的非球面。另外，物镜45被形成为图19A所示的形状。获得了图19B所示的纵向像差曲线图。

物镜45具有-0.010λrms/μm的三阶厚度敏感度TSA3，并满足式(13)。因此如图19C所示，只要厚度误差TER在0至1μm范围内并且偏心误差DER在0至2.5μm范围内，物镜45就一直具有0.070λrms或更小的波前像差劣化水平TOR。

换言之，由于一直满足Marechel判据值，只要生产时偏心公差为2.5μm或更小、厚度公差为1.0μm或更小，物镜45就能够确定地获得所需的光学特性。

尤其是，像第二数值示例的物镜42的情况一样，物镜45不仅满足式(13)，而且满足式(14)和(15)。换言之，由图19C可见，只要厚度误差TER在0至1μm范围内并且偏心误差DER在0至2.5μm范围内，物镜45就一直具有比0.06λrms小得多的波前像差劣化水平TOR。因此，物镜45被设计得能够在厚度误差TER和偏心误差DER变化时容易地发挥所需的光学特性，或对于生产误差而言非常可靠。

[3-6.第六数值示例]

第六数值示例的物镜46被设计成具有1.00mm的焦距f、1.52的玻璃材料折射率n以及1.28mm的透镜厚度d的物镜，如表11中的具体数据所列举的那样。

表11

表11：第六数值示例的具体数据

物镜46的每个表面形状是通过将表11所列的每个系数应用于式(5)所示的距离ASP(R)而表示的非球面。另外，物镜46被形成为图20A所示的形状。获得了图20B所示的纵向像差曲线图。

物镜46具有-0.009λrms/μm的三阶厚度敏感度TSA3，并满足式(13)。因此如图20C所示，只要厚度误差TER在0至1μm范围内并且偏心误差DER在0至2.5μm范围内，物镜46就一直具有0.070λrms或更小的波前像差劣化水平TOR。

换言之，由于一直满足Marechel判据值，只要生产时偏心公差为2.5μm或更小、厚度公差为1.0μm或更小，物镜46就能够确定地获得所需的光学特性。

尤其是，像第五数值示例的物镜45的情况一样，物镜46不仅满足式(13)，而且满足式(14)和(15)。换言之，由图20C可见，只要厚度误差TER在0至1μm范围内并且偏心误差DER在0至2.5μm范围内，物镜46就一直具有比0.06λrms小得多的波前像差劣化水平TOR。因此，物镜46被设计得能够在厚度误差TER和偏心误差DER变化时容易地发挥所需的光学特性，或对于生产误差而言非常可靠。

[3-7.第七数值示例]

第七数值示例的物镜47被设计成具有1.41mm的焦距f、1.52的玻璃材料折射率n以及1.93mm的透镜厚度d的物镜，如表12中的具体数据所列举的那样。

表12

表12：第七数值示例的具体数据

物镜47的每个表面形状是通过将表12所列的每个系数应用于式(5)所示的距离ASP(R)而表示的非球面。另外，物镜47被形成为图21A所示的形状。获得了图21B所示的纵向像差曲线图。

物镜47具有-0.009λrms/μm的三阶厚度敏感度TSA3，并满足式(13)。因此如图21C所示，只要厚度误差TER在0至1μm范围内并且偏心误差DER在0至2.5μm范围内，物镜47就一直具有0.070λrms或更小的波前像差劣化水平TOR。

换言之，由于一直满足Marechel判据值，只要生产时偏心公差为2.5μm或更小、厚度公差为1.0μm或更小，物镜47就能够确定地获得所需的光学特性。

尤其是，像第六数值示例的物镜46的情况一样，物镜47不仅满足式(13)，而且满足式(14)和(15)。换言之，由图21C可见，只要厚度误差TER在0至1μm范围内并且偏心误差DER在0至2.5μm范围内，物镜47就一直具有比0.06λrms小得多的波前像差劣化水平TOR。因此，物镜47被设计得能够在厚度误差TER和偏心误差DER变化时容易地发挥所需的光学特性，或对于生产误差而言非常可靠。

[3-8.第八数值示例]

第八数值示例的物镜48被设计成具有0.90mm的焦距f、1.50的玻璃材料折射率n以及1.11mm的透镜厚度d的物镜，如表13中的具体数据所列举的那样。

表13

表13：第八数值示例的具体数据

物镜48的每个表面形状是通过将表13所列的每个系数应用于式(5)所示的距离ASP(R)而表示的非球面。另外，物镜48被形成为图22A所示的形状。获得了图22B所示的纵向像差曲线图。

物镜48具有-0.010λrms/μm的三阶厚度敏感度TSA3，并满足式(13)。因此如图22C所示，只要厚度误差TER在0至1μm范围内并且偏心误差DER在0至2.5μm范围内，物镜48就一直具有0.070λrms或更小的波前像差劣化水平TOR。

换言之，由于一直满足Marechel判据值，只要生产时偏心公差为2.5μm或更小、厚度公差为1.0μm或更小，物镜48就能够确定地获得所需的光学特性。

[3-9.第九数值示例]

第九数值示例的物镜49被设计成具有0.90mm的焦距f、1.70的玻璃材料折射率n以及1.09mm的透镜厚度d的物镜，如表14中的具体数据所列举的那样。

表14

表14：第九数值示例的具体数据

物镜49的每个表面形状是通过将表14所列的每个系数应用于式(5)所示的距离ASP(R)而表示的非球面。另外，物镜49被形成为图23A所示的形状。获得了图23B所示的纵向像差曲线图。

物镜49具有-0.009λrms/μm的三阶厚度敏感度TSA3，并满足式(13)。因此如图23C所示，只要厚度误差TER在0至1μm范围内并且偏心误差DER在0至2.5μm范围内，物镜49就一直具有0.070λrms或更小的波前像差劣化水平TOR。

换言之，由于一直满足Marechel判据值，只要生产时偏心公差为2.5μm或更小、厚度公差为1.0μm或更小，物镜49就能够确定地获得所需的光学特性。

[3-10.第十数值示例]

第十数值示例的物镜50被设计成具有2.20mm的焦距f、1.50的玻璃材料折射率n以及2.82mm的透镜厚度d的物镜，如表15中的具体数据所列举的那样。

表15

表15：第十数值示例的具体数据

物镜50的每个表面形状是通过将表15所列的每个系数应用于式(5)所示的距离ASP(R)而表示的非球面。另外，物镜50被形成为图24A所示的形状。获得了图24B所示的纵向像差曲线图。

物镜50具有-0.010λrms/μm的三阶厚度敏感度TSA3，并满足式(13)。因此如图24C所示，只要厚度误差TER在0至1μm范围内并且偏心误差DER在0至2.5μm范围内，物镜50就一直具有0.070λrms或更小的波前像差劣化水平TOR。

换言之，由于一直满足Marechel判据值，只要生产时偏心公差为2.5μm或更小、厚度公差为1.0μm或更小，物镜50就能够确定地获得所需的光学特性。

[3-11.第十一数值示例]

第十一数值示例的物镜51被设计成具有2.20mm的焦距f、1.70的玻璃材料折射率n以及2.82mm的透镜厚度d的物镜，如表16中的具体数据所列举的那样。

表16

表16：第十一数值示例的具体数据

物镜51的每个表面形状是通过将表16所列的每个系数应用于式(5)所示的距离ASP(R)而表示的非球面。另外，物镜51被形成为图25A所示的形状。获得了图25B所示的纵向像差曲线图。

物镜51具有-0.009λrms/μm的三阶厚度敏感度TSA3，并满足式(13)。因此如图25C所示，只要厚度误差TER在0至1μm范围内并且偏心误差DER在0至2.5μm范围内，物镜51就一直具有0.070λrms或更小的波前像差劣化水平TOR。

换言之，由于一直满足Marechel判据值，只要生产时偏心公差为2.5μm或更小、厚度公差为1.0μm或更小，物镜51就能够确定地获得所需的光学特性。

<4.操作和效果>

如上所述，光盘设备1的光学拾取器7上要安装的物镜8被设计成通过将三阶厚度敏感度TSA3调节到式(13)的范围内，使波前像差劣化水平TOR满足由式(12)所示的Marechel判据。

因此，只要偏心公差为2.5μm或更小、厚度公差为1.0μm或更小，波前像差水平就能够相比而言降低。结果，物镜8能够发挥所需的光学特性。

换言之，物镜8能够被设计成使得三阶厚度敏感度TSA3的范围被约束在式(13)的范围内。这样，三阶偏心敏感度DCm3、五阶偏心敏感度DCm5和五阶厚度敏感度TSA5可以是分别由式(6)至(8)所限定的值，从而满足式(12)。

换言之，在物镜8的情况下，只要偏心误差DER和厚度误差TER分别在2.5μm的偏心公差和1.0μm的厚度公差范围内，就能够降低波前像差劣化水平。

因此，物镜8不会造成“由于将偏心敏感度或厚度敏感度中的一者调节到零，即使偏心误差DER和厚度误差TER最终在生产公差的范围内，但这些敏感度中的一者增大，并且波前像差劣化水平超过Marechel判据值”的问题。

结果，在物镜8的情况下，只要偏心误差DER和厚度误差TER处于偏心公差和厚度公差的范围内，就能够获得所需的光学特性。这样，可以将不良产品的发生率抑制得很低。结果，能够显著降低不良产品的发生概率。

更具体而言，本实施例已经注意到这样的事实：对于用多腔模具形成物镜8而言，偏心公差和厚度公差是生产中的主要变动因素。在此情况下，厚度公差约为1μm，偏心公差约为2.5μm。

本实施例使偏心公差和厚度公差造成的总的像差水平尽可能小，以提高所生产的物镜8的成品率。

对于物镜8，本实施例已经发现并利用了这样的事实：在由厚度公差造成的球差劣化水平与由偏心公差造成的彗差劣化水平之间的关系中，存在由式(6)至(8)所表示的独特的线性折中关系。

更具体而言，本实施例利用了这样的事实：三阶偏心敏感度DCm3、五阶偏心敏感度DCm5和五阶厚度敏感度TSA5各自都能够通过式(6)至(8)的线性关系而被转换到三阶厚度敏感度TSA3中。

因此，能够通过在非常简单的设计条件下将波前像差水平调节到所需范围(不超过Marechel判据值)内，来设计物镜8，在所述设计条件中，用2.5μm的偏心公差和1.0μm的厚度公差来求解式(10)并用式(13)、(14)或(15)来限定三阶厚度敏感度TSA3。

换言之，如式(13)、(14)和(15)所表示的，通过将三阶厚度敏感度TSA3调节到并非大体为零的负值(尤其是大约-0.009λrms的值)，能使物镜8具有尽可能小的总像差值。

在物镜8的设计中，焦距f、玻璃材料的折射率n和物镜8的厚度d可以在由式(16)至(18)限定的相应范围内变化。在此情况下，例如，相对于特性曲线QC3(图13)的任何偏离都非常小，-0.004＜Y＜0.003。因此，可以获得与式(6)相同的线性度。

类似地，在物镜8的设计中，焦距f、玻璃材料的折射率n和物镜8的厚度d可以在由式(16)至(18)限定的相应范围内变化。在此情况下，通过用式(10)计算波前像差劣化水平TOR来限定三阶厚度敏感度TSA3的范围，能够将波前像差水平调节到所需范围内。

根据上述实施例，在生产光盘设备1的光学拾取器7上要安装的物镜8时，三阶偏心敏感度DCm3、五阶偏心敏感度DCm5和五阶厚度敏感度TSA3各自被转换到三阶厚度敏感度TSA3中。物镜8被设计成使得通过限定厚度公差和偏心公差并将三阶厚度敏感度TSA3调节到由式(13)限定的范围内，根据式(10)计算的波前像差劣化水平TOR满足Marechel判据值。因此，在生产时，只要偏心误差DER和厚度误差TER分别处于偏心公差和厚度公差的范围内，就能够相对而言降低波前像差水平。结果，物镜8能够发挥所需的光学特性。

<5.其他实施例>

上述实施例是针对下述情况来说明的：根据式(6)至(8)的关系，式(10)中的三阶偏心敏感度DCm3、五阶偏心敏感度DCm5和五阶厚度敏感度TSA5被转换到三阶厚度敏感度TSA3，以定义由式(13)表示的三阶厚度敏感度TSA3的范围。

但是，本发明不限于这种实施例。或者，式(9)中的七阶或更高阶厚度敏感度以及七阶或更高阶偏心敏感度各自也能够用表4中列出的线性函数的系数转换到三阶厚度敏感度TSA3中，以限定如式(12)所示的三阶厚度敏感度范围。在此情况下，能够比使用式(10)的情况更多地提高波前像差劣化水平TOR的精度。因而也能够以高精度限定三阶厚度敏感度TSA3的范围。

此外，如式(6)至(8)所示，各个厚度敏感度水平和各个偏心敏感度水平可以以线性函数的形式彼此替换。因此，除了用三阶厚度敏感度TSA3来替换各个厚度敏感度水平和偏心敏感度水平外，还可以用任何厚度敏感度水平或偏心敏感度水平(例如三阶偏心敏感度DCm3)来进行替换。要点是用一个敏感度水平来表示波前像差劣化水平TOR并限定这个敏感度的范围。

在上述实施例中，已经描述了将光学拾取器7的准直器透镜14固定并用式(10)来计算波前像差劣化水平TOR。

但是，本发明不限于这种实施例。可替换地，例如，准直器透镜14可以在光束L的光轴方向上移动，以对入射到物镜8上的光束L的入射比例因子进行调节。

在此情况下，可以通过对准直器透镜14的运动距离进行调节，来校正三阶球差。这样，可以用式(22)来计算波前像差劣化水平TOR，式(22)是通过从式(10)中除去三阶厚度敏感度TSA3那项而得到的。

$\mathrm{TOR}=\sqrt{{2.5}^2({\mathrm{DCm}3}^2+{\mathrm{DCm}5}^2)+\left({\mathrm{TSA}5}^2\right)}···\left(22\right)$

另外，如果将式(6)至(8)各自代入式(22)，则波前像差劣化水平TOR被表示为只有三阶厚度敏感度TSA3这一个变量的函数。根据该函数，三阶厚度敏感度TSA3与波前像差劣化水平TOR之间的关系如图26中以图形方式所示，得到与图12的特性曲线QTOR对应的特性曲线QTOR2。

根据特性曲线QTOR2，由与式(13)对应的下式(23)表示的范围用作满足Marechel判据的三阶厚度敏感度TSA3的条件。

-0.020≤TSA3≤-0.004                              …(23)

另外，就像式(14)和(15)中的情况一样，在考虑将关于Marechel判据的上限进一步降低时，三阶厚度敏感度TSA3的条件可以降低成由下式(24)表示，或进一步降低成由下式(25)表示。

-0.018≤TSA3≤-0.006                    …(24)

-0.016≤TSA3≤-0.008                    …(25)

三阶厚度敏感度TSA3的范围从式(23)的范围降低到式(24)的范围，并进一步降低到式(25)的范围，以扩大偏心公差的范围和厚度公差的范围，这使得物镜8能够获得所需的光学特性。结果，能够显著降低不良产品的发生概率。

在上述实施例中，物镜8具有1.41mm的焦距f、1.52的玻璃材料折射率n、1.80mm的厚度d以及0.85的数值孔径。另外，光束L具有405nm的波长。光盘的覆盖层具有0.0875mm的厚度。

但是本发明不限于这种实施例。可替换地，焦距f、玻璃材料的折射率n和物镜8的厚度d可以在由式(14)至(16)限定的范围内变化。可替换地，光盘的覆盖层可以具有0.075mm至0.100mm范围内的厚度，物镜8的数值孔径(NA)可以是约0.8或更大的任意值，光束L的波长λ可以是约450nm或更小。在这种替换情形下，可以根据各个改变了的值来计算各不同阶的球差和彗差。这样，可以计算式(10)的波前像差劣化水平TOR。

在上述实施例中，在将三阶厚度敏感度TSA3设计成限制在由式(13)限定的范围内时，物镜8由玻璃材料(例如玻璃或塑料)制成，而玻璃材料的折射率n在1.50至1.70的范围内。

但是，本发明不限于这种实施例，例如，玻璃材料的折射率n可以在1.50至1.60的范围内，玻璃材料可以由塑料制成。在此情况下，可以用多腔模具来制造物镜18，从而能够提高其生产率。

已经针对物镜8的光侧透镜表面8A和盘侧透镜表面8B(图5A)是球状表面的情况描述了上述实施例。但是本发明不限于这种实施例。可替换地，例如，透镜表面8A和8B中的至少一者可以设有衍射机构。

此外，已经针对将式(12)应用于由偏心公差约为2.5μm、厚度公差约为1.0μm的物镜制造设备制造的物镜8的情况描述了上述实施例。

但是本发明不限于这种实施例。可替换地，物镜8可以用具有任意偏心公差和任意厚度公差的物镜制造设备来制造。在此情况下，只需在式(12)中分别使用偏心公差水平和厚度公差水平。

此外，已经针对下述情况描述了本发明：信息记录处理或信息再现处理是通过由物镜8将光束L会聚在作为光学信息记录介质的光盘100上来执行的。

但是本发明不限于这种实施例。可替换地，可以通过由物镜8会聚光束，来使各种不同结构的光学信息记录介质中的任一种受到信息记录处理或信息再现处理。

上述实施例被描述为应用于在光盘100上记录信息并从光盘100再现信息的光盘装置1。但是本发明不限于这种实施例。例如，本发明的任一实施例可以应用于从光盘100再现信息的任何种类的光盘再现装置。

上述实施例被描述为提供这样的光盘装置1：其包括激光二极管11作为光源、本发明实施例的物镜8作为物镜、驱动控制单元3作为位置控制单元、主轴电动机5以及致动器15。但是本发明不限于这种实施例。可替换地，光盘装置也可以包括各种光源、物镜和位置控制单元的任意组合。

本申请包含与2009年9月18日向日本特许厅提交的日本在先专利申请JP 2009-217552中公开的内容有关的主题，该申请的全部内容通过引用方式结合于此。

本领域技术人员应当明白，在所附权利要求及其等同含义的范围内，取决于设计要求和其他因素，可以产生各种变更、组合、子组合和替换形式。