CN100416677C

CN100416677C - 物镜和使用这种物镜的扫描装置

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Publication number: CN100416677C
Application number: CNB2003801050686A
Authority: CN
Inventors: B·亨德里克斯; T·图克
Original assignee: Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 2002-12-04
Filing date: 2003-11-24
Publication date: 2008-09-03
Anticipated expiration: 2023-11-24
Also published as: JP2006509312A; EP1570470A2; US20060067204A1; WO2004051636A3; CN1720575A; WO2004051636A2; KR20050085348A; AU2003280157A1

Abstract

本发明涉及一种用于扫描具有不同覆盖层厚度的不同信息载体的物镜和光学装置，该物镜具有不同的数值孔径。该物镜(10，20)至少包括具有第一数值孔径的环形部分(101，201)和具有第二数值孔径的中心部分(102，203)。第二数值孔径大于第一数值孔径。

Description

物镜和使用这种物镜的扫描装置

技术领域

本发明涉及一种用于扫描具有不同厚度的透明层的信息载体的物镜。

本发明还涉及一种用于扫描具有不同厚度的透明层的信息载体的扫描装置。

本发明尤其涉及一种用于从不同光盘读数据和/或向不同光盘记录数据的光盘装置，例如CD/DVD/BD播放器和/或记录器。

背景技术

在光学记录领域中，增大信息载体的容量是趋势。信息层的容量尤其取决于辐射光束聚焦在信息层上所形成的光点尺寸。辐射光束的数值孔径越大，则光点尺寸越小。因此，为了增大信息载体的容量，已经研制出或正在研制不同类型的信息载体。例如，已经研制出了容量为700兆并用数值孔径(NA)为0.45的辐射光束扫描的CD(压缩盘)。然后研制出了容量为4.7千兆并用NA为0.65的辐射光束扫描的DVD(数字视频盘)。马上，将要研制容量约为25千兆并用NA为0.85的辐射光束扫描的BD(蓝光盘)。

此外，当NA增大时，必须减小保护信息层的透明层的厚度，以便降低盘的倾斜对辐射光束质量的影响。例如，CD的透明层厚度为1.2mm，DVD的透明层厚度为0.6mm，BD的透明层厚度为0.1mm。

兼容的播放器和/或记录器应该能够扫描不同类型的信息载体。美国专利US 6,052,237描述了一种能够扫描两种不同类型的信息载体的扫描装置，这两种信息载体的透明层厚度不同。这种扫描装置包括辐射源和物镜，该物镜具有外部环形部分和在该外部环形部分之内的中心部分。该环形部分的数值孔径大于该中心部分的数值孔径。

这种扫描装置能够扫描具有第一厚度的第一透明层的第一信息载体和具有第二厚度的第二透明层的第二信息载体，第二厚度大于第一厚度。环形部分在辐射光束中引入了补偿经过第一透明层的辐射光束路径的第一球面像差，中心部分在辐射光束中引入了补偿经过第二透明层的辐射光束路径的第二球面像差。

当扫描第二信息载体时，辐射光束通过中心部分和第二透明层，并聚焦在第二信息层上。当扫描第一信息载体时，辐射光束通过环形部分和中心部分的混合区域且通过第一透明层，聚焦在第一信息层上。

在该扫描装置中，补偿了由第一透明层引入的球面像差，因为针对物镜中心部分的校正影响比较小，物镜中心部分的透明层厚度不同于被校正的环形部分的透明层厚度。

当环形部分的NA是0.6且中心部分的NA是0.33时，上面这种情况为真，如在所述专利中所述的。然而，当环形部分的NA增大到例如0.85时，上面这种情况不再为真。因此，这种扫描装置不能用于扫描例如蓝光盘和DVD。实际上，为了使用这种物镜来扫描BD和DVD，环形部分的NA应该是0.85。为了降低中心部分对NA为0.85的辐射光束的影响，中心部分应该尽可能小。不幸的是，不能使用小的中心部分，因为中心部分的自由工作距离太小，以致不能应付DVD的透明层厚度。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种用于扫描具有增大的数值孔径的不同类型信息载体的物镜和扫描装置。

为此，本发明提出一种物镜，至少包括具有第一数值孔径的环形部分，和具有第二数值孔径的中心部分，其中第二数值孔径大于第一数值孔径。

通过包括依照本发明的物镜的扫描装置至少可以扫描包含具有第一厚度的第一透明层的第一信息载体和包含具有第二厚度的第二透明层的第二信息载体，第二厚度大于第一厚度。当扫描第一信息载体时，通过物镜的中心部分将第一辐射光束聚焦在第一信息层上。作为将要由扫描装置所扫描的信息载体的功能，第一NA应该被提高到希望的值。例如，为了扫描BD盘，该第一NA可以是0.85。当扫描第二信息载体时，通过物镜的环形部分和中心部分的混合区域将第二辐射光束聚焦在第二信息层上。通过该物镜的环形部分仅仅有部分辐射光束聚焦在第二信息层上。然而，当扫描具有第二数值孔径的第二信息层时，可以省略第二辐射光束的中心部分而不会影响扫描质量，因为第二数值孔径与第一数值孔径相比相对较小。例如，该第二数值孔径为0.65。

如在现有技术中，如果第一数值孔径小于第二数值孔径，那么当通过物镜的环形部分和中心部分的混合区域扫描具有相对较高NA的信息层时，将会影响扫描的质量。实际上，具有如0.85的高NA的辐射光束非常敏感，缺少这种光束的中心部分会导致相对差的扫描质量。

有利的是，该物镜包括光轴和围绕所述光轴定位的空腔，所述空腔基本上呈圆柱形，所述空腔的底部形成物镜的中心部分。

当这种物镜相对较小时其非常有利。实际上，如果环形部分的半径相对较小，那么中心部分的半径甚至会更小。因此，中心部分的自由工作距离很小，并且小于物镜在其光轴方向上的宽度。然而，在这种具有空腔的物镜中，可以将该物镜的中心部分置于该物镜的出射面附近。因此，即使中心部分的自由工作距离很小，也可以扫描透明层厚度相对较小的信息载体。

而且，由于可以模塑成形这种物镜，所以其制造相对容易。制造具有适合于生产物镜的轮廓的模具时，将如玻璃或塑料的光学材料引入该模具中。因此，通过同一个模具能够以高精度制造大量物镜。

本发明还涉及一种透镜组，包括具有第一数值孔径的环形部分和中心部分的第一透镜，和第二透镜，该第二透镜和第一透镜的中心部分形成具有第二数值孔径的双元件物镜，其中第二数值孔径大于第一数值孔径。

这种透镜组有利地代替了如上文中所描述的物镜。使用双元件物镜来代替物镜的中心部分。当该透镜组用具有低折射率的塑料制成时，这是特别有利的。实际上，在如上文所述的物镜中，当中心部分的NA高时，该中心部分的曲率很大。这需要制造过程中相对较高的精度，而当使用双元件物镜时不需要这样。

本发明还涉及一种光学扫描装置，用于至少扫描具有第一信息层和第一厚度的第一透明层的第一种类型的信息载体，和具有第二信息层和第二厚度的第二透明层的第二种类型的信息载体，第二厚度大于第一厚度，所述光学扫描装置包括用于至少产生第一和第二辐射光束的装置，和至少包括具有第一数值孔径的环形部分和具有第二数值孔径的中心部分的物镜，第二数值孔径大于第一数值孔径，其中，利用通过物镜的中心部分和第一透明层的第一辐射光束来扫描第一信息层，利用通过物镜的环形部分和第二透明层的第二辐射光束来扫描第二信息层。

本发明还涉及一种光学扫描装置，用于至少扫描具有第一信息层和第一厚度的第一透明层的第一种类型的信息载体，以及具有第二信息层和第二厚度的第二透明层的第二种类型的信息载体，第二厚度大于第一厚度，所述光学扫描装置包括用于至少产生第一和第二辐射光束的装置，和透镜组，该透镜组包括第一透镜和第二透镜，第一透镜具有第一数值孔径的环形部分和中心部分，第二透镜和第一透镜的中心部分形成具有第二数值孔径的双元件物镜，该第二数值孔径大于第一数值孔径，其中，利用通过双元件物镜和第一透明层的第一辐射光束来扫描该第一信息层，而利用通过第一透镜的环形部分和第二透明层的第二辐射光束来扫描第二信息层。

本发明的这些和其他方面将从参考下文中描述的实施例中显而易见，并得以解释说明。

附图说明

现在以实例的方式参照附图更详细地描述本发明，其中：

图1a和1b示出依照本发明的物镜；

图2示出依照本发明的另一种物镜；

图3a和3b示出依照本发明的透镜组；以及

图4示出依照本发明的扫描装置。

具体实施方式

图1a和1b中描绘出依照本发明的物镜。这种物镜10包括环形部分101和中心部分102。在图1b中，使用物镜10来扫描第一信息载体11，该第一信息载体包括信息层111和透明层112。在图1a中，使用物镜10来扫描第二信息载体12，该第二信息载体包括信息层121和透明层122。

在下面描述的实例中，第一信息载体11是由第一辐射光束13扫描的BD，第二信息载体12是由第二辐射光束14扫描的DVD。第一辐射光束13具有405nm的第一波长。第二辐射光束14具有650nm的第二波长。第一透明层112的厚度是0.1mm，第二透明层122的厚度是0.6mm。环形部分101的半径是1.8mm，中心部分102的半径是0.5mm。环形部分101的NA是0.65，中心部分102的NA是0.85。环形部分101的焦距是2.75mm，中心部分102的焦距是0.58mm。

当扫描第一信息层111时，第一辐射光束13通过中心部分102，并通过第一透明层112聚焦在第一信息层111上，该第一辐射光束是平行光束，其直径基本上等于中心部分102的直径。为了获得准确的焦点，物镜10可沿其光轴移动。当该中心部分具有相对较小的半径和相对较大的NA时，中心部分102的自由工作距离相对较小，该自由工作距离代表中心部分102的出射面和透明层112的表面之间的最大可能距离。在该例子中，中心部分102的自由工作距离约为0.4mm。但是，根据本发明，这不是问题，因为已经使用了物镜10的中心部分102来扫描透明层厚度较小的信息载体。因此，中心部分102的NA可以较大，例如大于0.7或者甚至大于0.8。

当扫描第二信息层121时，第二辐射光束14通过环形部分101和中心部分102的混合区域，该第二辐射光束是平行光束，其直径基本上等于环形部分101的直径。与扫描第一信息层111相比，当扫描第二信息层时，物镜10沿其光轴在远离第一信息层111的方向上移动。当环形部分101的半径较大而环形部分101的NA较小时，这是可能的，因为物镜10的环形部分101的自由工作距离相对较大。环形部分101的NA优选在0.35和0.7之间，但是如果中心部分102的NA更大时，该环形部分101的NA也可以更大。例如，中心部分102的NA可以大于0.9、1、1.1或1.2。在这些情况下，环形部分101的NA例如可以分别是0.7、0.8、0.9或1。优选的是，环形部分101的NA小于中心部分102的NA的90％。

当扫描第二信息层121时，第二辐射光束14的外部聚焦在第二信息层121上，该第二辐射光束的外部对应于通过环形部分101的那部分第二辐射光束14。第二辐射光束14的中心部分没有聚焦在第二信息层121上，该第二辐射光束的中心部分对应于通过中心部分102的那部分第二辐射光束14。因此，不用第二辐射光束14的所述中心部分来扫描第二信息层121。然而这样不会影响扫描，因为第二辐射光束14的NA相对较小，因此，缺少第二辐射光束14的中心部分也不会影响从第二信息层121读出的信号或者写到第二信息层121的信号。

注意到，可以使用图1a和1b的物镜来扫描多于两种不同类型的信息载体，这是很重要的。例如，可以使用该物镜来扫描CD。为了扫描CD，可以将物镜10的环形部分101分为NA等于0.45的第一环形区域和NA等于0.6的第二环形区域。第一环形区域位于物镜10的光轴附近。可以利用如US 6,052,237中所说明的环形部分101来扫描CD和DVD，该方案没有使用分为两个环形区域的环形部分，但是使用分为两个区域的透镜。因此，可以使用这种物镜来扫描CD、DVD或BD。图2中描绘了根据本发明的另一种物镜，该物镜可用于扫描CD、DVD或BD。

图2示出了依照本发明的另一种物镜。这种物镜20包括第一环形部分201、第二环形部分202和中心部分203。

第一环形部分201的半径r3是1.8mm，第二环形部分202的半径r2是1.2mm，中心部分203的半径r1是0.5mm。第一环形部分201的NA是0.45，第二环形部分202的NA是0.65，中心部分203的NA是0.85。

当通过物镜20扫描CD时，波长为785nm、半径基本上等于r3的第三辐射光束通过第一环形部分201、第二环形部分202和中心部分203的混合区域。只有通过第一环形部分201的那部分第三辐射光束聚焦在CD的信息层上。但是如上文中所解释的，这不会影响扫描，因为第三辐射光束的NA很小。

当通过物镜20扫描DVD时，波长为650nm、半径基本上等于r2的第二辐射光束通过第二环形部分202和中心部分203的混合区域。如参考图1a和1b所解释的，只使用通过第二环形部分202的那部分第二辐射光束进行扫描，不会影响该扫描。

当通过物镜20扫描BD时，波长为405nm、半径基本上等于r1的第一辐射光束通过中心部分203，并聚焦在BD的信息层上。

图3a和3b示出依照本发明的透镜组。这种透镜组包括第一透镜30和第二透镜31，第一透镜30包括环形部分301和中心部分302。第一透镜30的中心部分302和第二透镜31组合，以形成双元件物镜。这种双元件物镜的数值孔径为0.85。第一透镜30的环形部分301的数值孔径为0.65。

当扫描第一信息层111时，第一辐射光束13通过该双元件物镜，并通过第一透明层112聚焦在第一信息层111上。当扫描第二信息层121时，第二辐射光束14通过环形部分301和该双元件物镜的混合区域。

如图1a和1b的描述中所说明的，使用图3a和3b的透镜组来扫描多于两种不同类型的信息载体。

与图1a和1b的物镜相比，该透镜组更易于制造。实际上，在制造过程中制造具有高NA的单元件物镜需要高精度，而双元件物镜不需要这样，因为两个元件的曲率小于单个元件的曲率。

图4示出依照本发明的扫描装置。这种光学扫描装置包括用于产生第一辐射光束403的第一辐射源401、用于产生第二辐射光束404的第二辐射源402、第一分束器405、准直透镜406、第二分束器407、物镜408、伺服透镜409和检测装置410。该光学装置意在用于扫描包括信息层412和透明层413的信息载体411。

在图4示出的实例中，信息载体411是DVD。由第二辐射源402产生的第二辐射光束404扫描信息层412。该第二辐射光束404具有等于650nm的第二波长。准直透镜406和物镜408将第二辐射光束404通过厚度为0.6mm的透明层413聚焦在信息层412上。物镜408是图1a和1b中的物镜10。可以使用图3a和3b中的透镜组来代替图1a和1b中的物镜10作为物镜408。

当扫描不同的信息层，如BD盘时，由第一辐射源401产生的第一辐射光束403来扫描该信息层。第一辐射光束403具有等于405nm的第一波长。为了实现对BD盘的扫描，通过图4中未示出的致动器来在信息载体411的方向上移动该物镜。将该扫描装置设计为第二辐射光束404的直径基本上等于物镜408的环形部分的直径，第一辐射光束403的直径基本上等于物镜408的中心部分的直径。

通过物镜408将由信息层412所反射的第二辐射光束404转变为平行光束，然后经第二分束器407到达伺服透镜409。然后该所反射的光束到达检测装置410，该检测装置例如能够检测聚焦误差信号。当扫描BD盘时，上述过程也适用于第一辐射光束403。

注意到，可以使用图4的扫描装置来扫描多于两种不同类型的扫描载体，这是很重要的。例如，在该光学扫描装置中可提供第三辐射源，所述第三辐射源能够产生具有等于785nm的第三波长的第三辐射光束。该第三辐射光束可用于扫描CD。在这种情况下，可以使用图2的物镜20作为物镜408。

下面权利要求中的任何附图标记不应当解释为对该权利要求的限制。显而易见，所用的动词“包括”及其动词变化不排除存在除了任一权利要求中限定的元件之外的任何其他元件。在元件前面的量词“一个”或“一种”不排除存在多个这种元件。

Claims

1. 一种光学扫描装置，用于至少扫描具有第一信息层(111)和第一厚度的第一透明层(112)的第一种类型的信息载体(11)，以及具有第二信息层(121，412)和第二厚度的第二透明层(122，413)的第二种类型的信息载体(12，411)，第二厚度大于第一厚度，所述光学扫描装置包括用于至少产生第一和第二辐射光束(403，404)的装置(401，402)，和至少包括具有第一数值孔径的环形部分(101，201)和具有第二数值孔径的中心部分(102，203)的物镜(10，20，408)，第二数值孔径大于第一数值孔径，其中，利用通过物镜的中心部分和第一透明层的第一辐射光束来扫描该第一信息层，并利用通过物镜的环形部分和第二透明层的第二辐射光束来扫描第二信息层。

2. 如权利要求1的光学扫描装置，其中所述物镜包括光轴和围绕所述光轴定位的空腔，所述空腔呈圆柱形，所述空腔的底部形成物镜的中心部分。

3. 如权利要求1的光学扫描装置，其中第二数值孔径大于0.7，第一数值孔径小于该第二数值孔径的90％。

4. 一种光学扫描装置，用于至少扫描具有第一信息层和第一厚度的第一透明层的第一种类型的信息载体，以及具有第二信息层和第二厚度的第二透明层的第二种类型的信息载体，第二厚度大于第一厚度，所述光学扫描装置包括用于至少产生第一和第二辐射光束的装置，以及透镜组，该透镜组包括第一透镜(30)和第二透镜(31)，该第一透镜包含具有第一数值孔径的环形部分(301)和中心部分(302)，该第二透镜和第一透镜的中心部分被设置成形成具有第二数值孔径的双元件物镜，第二数值孔径大于第一数值孔径，其中，利用通过双元件物镜和第一透明层的第一辐射光束来扫描该第一信息层，利用通过第一透镜的环形部分和第二透明层的第二辐射光束来扫描第二信息层。

5. 一种物镜(10，20)，至少包括具有第一数值孔径的环形部分(101，201)和具有第二数值孔径的中心部分(102，203)，其中第二数值孔径大于第一数值孔径。

6. 如权利要求5的物镜，所述物镜包括光轴和围绕所述光轴定位的空腔，所述空腔呈圆柱形，所述空腔的底部形成物镜的中心部分。

7. 如权利要求5的物镜，其中第二数值孔径大于0.7，第一数值孔径小于该第二数值孔径的90％。

8. 如权利要求5的物镜，其中第一数值孔径在0.35和0.7之间，第二数值孔径大于0.7。

9. 如权利要求5的物镜，其中第一数值孔径在0.35和0.7之间，第二数值孔径大于0.8。

10. 一种透镜组，包括第一透镜(30)和第二透镜(31)，所述第一透镜(30)包含具有第一数值孔径的环形部分(301)和中心部分(302)，第二透镜和第一透镜的中心部分被设置成形成具有第二数值孔径的双元件物镜，其中第二数值孔径大于第一数值孔径。