CN101110235A - 物镜及光拾波器光学系统 - Google Patents

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CN101110235A CNA2007101360841A CN200710136084A CN101110235A CN 101110235 A CN101110235 A CN 101110235A CN A2007101360841 A CNA2007101360841 A CN A2007101360841A CN 200710136084 A CN200710136084 A CN 200710136084A CN 101110235 A CN101110235 A CN 101110235A
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Abstract

本发明提供一种对多种光记录媒体实现较高的光利用率且抑制了跟踪时的波像差的恶化的良好的记录再生的物镜及光拾波器光学系统。本发明的物镜使具有波长λ1的第一光束会聚在第一光记录媒体的信息记录面上，并使具有比波长λ1长的波长λ2的第二光束会聚在第二光记录媒体的信息记录面上，且使具有比波长λ2长的波长λ3的第三光束会聚在第三光记录媒体的信息记录面上，其特征在于，物镜的至少一方的透镜面被分割成以光轴为中心的同心圆状的多个区域，在将物镜上的第一光束的成像倍率设为m1、第二光束的成像倍率设为m2、第三光束的成像倍率设为m3时，m1＞m2＞0，－0.060≤m3≤－0.020。

Description

物镜及光拾波器光学系统
技术领域
本发明涉及物镜及光拾波器光学系统。尤其涉及使用多种类的单色光的多波长用光学系统并用在可对应各种光记录媒体的互换型记录再生装置的物镜及光拾波器光学系统。
背景技术
近年来，开始应用了使用蓝色激光的高密度光盘(Blu-ray、HD-DVD)。光盘的记录密度依赖于在信息记录面上聚光的光斑直径。在将λ作为从光源射出的光的波长，并将NA作为物镜的像侧数值孔径时，该光斑直径与λ/NA成比例。从而，光盘的高密度化可以通过光拾波器用激光的短波长化及物镜的高NA化来实现。
在这种使用蓝色激光的高密度光盘装置中，为了可以对CD或DVD等现有光盘进行记录、再生，最好是具有互换性的光盘装置。作为这种具有互换性的光盘，需要使用对应各光盘的光源。而且，在光拾波器中也考虑如下方案，即对每个种类的光盘设置物镜，并按照所使用的光盘的种类来更换物镜，或者对每个种类的光盘设置光拾波器装置，并按照所使用的光盘的种类来更换光拾波器装置。
然而，为了实现低成本或装置的小型化，最好是在任一种光盘中都使用相同的光拾波器透镜的光拾波器装置。作为这种互换型光盘装置的例子，可举出专利文献1(日本特开2000-348376号公报)等。
在专利文献1中，对于第一光盘，具备设计成减少像差的物镜，对于第二、第三光盘，通过做成对从各光源到物镜的光路长度进行各种变更的结构从而减少像差，或者使用全息元件并利用衍射效果来减少像差，从而可以用相同的物镜对全部光盘进行记录、再生。
然而，在专利文献1中具有以下问题。在对各光盘设定从各光源到物镜的光路长度差的场合，光检测器也需要对应各光盘的光检测器，从而需要多个光检测器。如专利文献1所记载，在考虑由光源、准直透镜以及物镜构成的光拾波器装置的场合，对于第一光盘、第二光盘，按照从光源到准直透镜的入射面的距离来设置光路长度差，因此光检测器必须分别分开准备。例如在考虑互换三种光盘的场合，光检测器需要3个。若从低成本化、小型化的观点考虑则希望光检测器的数量少，因此最好光检测器也使用通用的光检测器。
再有，存在跟踪时的物镜移动的问题。一般地，在对物镜入射平行光的场合，即使物镜通过跟踪而相对平行光垂直位移也几乎不发生像差。然而，根据从各光源到准直透镜的光路长度差，向物镜的入射光为发散光或会聚光，因此在通过跟踪而使物镜相对光轴垂直位移的场合，产生像差。在专利文献1中，由于是将与CD对应的光源向准直透镜入射的光以发散光为前提，因此由于跟踪时的物镜相对光轴的位移而产生像差。
另外，在通过使用全息元件而引起衍射效果的方法中，产生衍射效率下降的问题。尤其在HD-DVD、DVD以及CD的互换中，由于使用波段为宽波段(400nm～800nm左右)，因此难以确保各HD-DVD和DVD、CD各自的衍射效率。从而具有不能对HD-DVD、DVD、CD全部都得到较高的光利用率的问题。
发明内容
本发明为解决这种问题而作出，其目的在于提供一种对多种光记录媒体实现较高的光利用率且抑制了跟踪时的波像差的恶化的良好的记录再生的物镜、以及小型且低成本的光拾波器光学系统。
在本发明的第1方案的物镜中，使具有波长λ1的第一光束会聚在第一光记录媒体的信息记录面上，并使具有比上述波长λ1长的波长λ2的第二光束会聚在第二光记录媒体的信息记录面上，且使具有比上述波长λ2长的波长λ3的第三光束会聚在第三光记录媒体的信息记录面上，其特征在于，上述物镜的至少一方的透镜面被分割成以光轴为中心的同心圆状的多个区域，在将上述物镜的上述第一光束的成像倍率设为m1、上述第二光束的成像倍率设为m2、上述第三光束的成像倍率设为m3时，
m1＞m2＞0，-0.060≤m3≤-0.020。
通过这样，可以减少第一光束和第二光束的像差，并加长第三光束的物距。
本发明的第2方案的物镜是上述物镜，其特征在于，在上述区域的边界具有段差。通过该段差，可以将检测第一光束的光检测器和检测第二光束的光检测器采用同一光检测器。本发明的第3方案的物镜是上述物镜，其特征在于，上述物镜由色散系数vd为50以上的材料形成。通过使物镜的色散系数为50以上，可以减小色分散，可以减少用于减少第一光束及第二光束的像差的段差。
本发明的第4方案的物镜是根据第3方案的物镜，其特征在于，上述材料是塑料或玻璃。这可以容易制作物镜。本发明的第5方案的物镜是上述物镜，其特征在于，上述区域具有各自不同的非球面形状。本发明的第6方案的物镜中上述物镜，其特征在于，上述区域的数量为2以上10以下。
本发明的第7方案的物镜是上述物镜，其特征在于，在将上述第一光记录媒体的透明基板的厚度设为t1、上述第二光记录媒体的透明基板的厚度设为t2、上述第三光记录媒体的透明基板的厚度设为t3时，t1＝t2＜t3。本发明的第8方案的物镜是上述物镜，其特征在于，上述λ1为380nm以上430nm以下，上述λ2为630nm以上690nm以下，上述λ3为760nm以上810nm以下。
本发明的第9方案的光拾波器装置是一种光拾波器光学系统，具备：射出具有波长λ1的第一光束的第一光源；射出具有比波长λ1长的波长λ2的第二光束的第二光源；射出具有比波长λ2长的波长λ3的第三光束的第三光源；以及使上述第一光束会聚在第一光记录媒体的信息记录面上、并使上述第二光束会聚在第二光记录媒体的信息记录面上、且使上述第三光束会聚在第三光记录媒体的信息记录面上的物镜，该光拾波器光学系统的特征在于，上述物镜的至少一方的透镜面被分割成以光轴为中心的同心圆状的多个区域，在将上述物镜的上述第一光束的成像倍率设为m1、上述第二光束的成像倍率设为m2、上述第三光束的成像倍率设为m3时，
m1＞m2＞0，-0.060≤m3≤-0.020。
本发明的第10方案的光拾波器光学系统是上述光拾波器光学系统，其特征在于，上述第一光源和上述物镜的距离与上述第二光源和上述物镜的距离大致相等。由此，能够容易减少来自第一光源的第一光束与来自第二光源的第二光束的像差。本发明的第11方案的光拾波器光学系统是上述光拾波器光学系统，其特征在于，在上述区域的边界具有段差。本发明的第12方案的光拾波器光学系统是上述光拾波器光学系统，其特征在于，上述物镜由色散系数vd为50以上的材料形成。本发明的第13方案的光拾波器光学系统是根据第12方案的光拾波器光学系统，其特征在于，上述材料是塑料或玻璃。
本发明的第14方案的光拾波器光学系统是上述光拾波器光学系统，其特征在于，上述区域具有各自不同的非球面形状。上述第15方案的光拾波器光学系统上述光拾波器光学系统，其特征在于，上述区域的数量为2以上10以下。
本发明的第16方案的光拾波器光学系统是上述光拾波器光学系统，其特征在于，在将上述第一光记录媒体的透明基板的厚度设为t1、上述第二光记录媒体的透明基板的厚度设为t2、上述第三光记录媒体的透明基板的厚度设为t3时，t1＝t2＜t3。本发明的第17方案的光拾波器光学系统是上述光拾波器光学系统，其特征在于，上述λ1为380nm以上430nm以下，上述λ2为630nm以上690nm以下，上述λ3为760nm以上810nm以下。
在本发明的第18方案的光学头中，具有根据第1至第8方案的物镜或根据第9至第17方案的光拾波器光学系统。在本发明的第19方案的光盘装置中，具有根据第1至第8方案的物镜或根据第9至第17方案的光拾波器光学系统。
本发明具有以下效果。
根据本发明的物镜及使用该物镜的光拾波器光学系统，可以提供一种对多种光记录媒体实现较高的光利用率且抑制了跟踪时的波像差的恶化的良好的记录再生的物镜、以及小型且低成本的光拾波器装置。
附图说明
图1是实施方式1中的光拾波器光学系统的概略结构图。
图2是实施方式1中的物镜的概略结构图。
图3是在使用实施例1的物镜的场合的HD-DVD、DVD、CD的波像差图。
图4是搭载了实施例的物镜的HD-DVD、DVD光拾波器光学系统的概略结构图。
图5是实施例1的光拾波器光学系统中的HD-DVD、DVD的波像差图。
图6是在使用实施例2的物镜的场合的HD-DVD、DVD、CD的波像差图。
图7是实施例2的光拾波器光学系统中的HD-DVD、DVD的波像差图。
图中：
1-光拾波器光学系统；11-HD-DVD用光源；12-DVD用光源；13-CD用光源；14-第一分光器；15-第二分光器；16-第三分光器；17-发散角转换透镜；18-孔径限制元件；19-物镜；20-光盘；20a-HD-DVD盘；20b-DVD盘；20c-CD盘；21-检测透镜；22-第二光检测器。
具体实施方式
以下，参照附图详细说明应用本发明的具体实施方式。该实施方式将本发明应用于物镜及光拾波器光学系统。在本实施方式的物镜中，在第一波长λ1的激光、比λ1长的第二波长 λ2的激光、比λ2长的第三波长λ3的激光中，将各λ1、λ2、λ3的成像倍率设为m1、m2、m3，并且设为m1＞m2＞0以及-0.060≤m3≤-0.020。
通过这样，将波长λ1和波长λ2的激光作为会聚光，并将波长λ3的激光作为发散光入射到物镜。由此，可以加长波长λ3的物距。而且，通过加长波长λ3的物距，可以减少在有限系统的跟踪伺服等时产生的由斜入射引起的像差。再有，由于m1＞m2，因此可以减少波长λ1的激光和波长λ2的激光在光记录媒体的记录面上的像差。
即，在本实施方式的物镜中，通过控制成像倍率而减少像差，通过使各波长的光束的成像倍率在上述范围内，可以减少在跟踪伺服等时产生的由斜入射引起的像差。而且，通过物镜的至少一方的透镜面被分割成以光轴为中心的同心圆状的多个区域，并在各区域的边界设置段差，从而可以使波长λ1和波长λ2的光束的光检测器为同样的光检测器。以下，以三种光盘，即HD-DVD、DVD以及CD为例进行说明。
图1是本实施方式的光拾波器光学系统1的概略结构图。图1所示的光拾波器光学系统1包括HD-DVD用光源11、DVD用光源12、具有第一光检测器的CD用光源13、第一分光器14、第二分光器15、第三分光器16、发散角转换透镜17、孔径限制元件18、物镜19、HD-DVD盘20a、DVD盘20b、CD盘20c、检测透镜21以及第二光检测器22。
HD-DVD用光源11产生波长380nm以上430nm以下的光束。另外，DVD用光源12产生波长630nm以上690nm以下的光束。再有，CD用光源13产生波长760nm以上810nm以下的光束。而且，本发明并不限定于该波长。另外，CD用光源13具有检测从CD用光源13起振的激光反射到CD盘20c而来的光的第一光检测器。
第一分光器14为了将来自HD-DVD用光源11和DVD用光源12的光导向共同的光路而设置。即，如图1所示，来自HD-DVD用光源11的光束透射第一分光器14，来自DVD用光源12的光束反射第一分光器14，被导向共同的光路。
另外，第二分光器15透射来自HD-DVD用光源11的光束和来自DVD用光源12的光束，并将来自HD-DVD用光源11的光束反射HD-DVD盘20a的光束或来自DVD用光源12的光束反射DVD盘20b的光束向检测透镜21侧反射。反射该第二分光器15的光束透射检测透镜21并被第二光检测器22检测。
另外，发散角转换透镜17使透射第二分光器15的来自HD-DVD用光源11的光束和来自DVD用光源12的光束为会聚光。所谓会聚光是指随着光束的传播光束的宽度缩小的光束。再有，第三分光器16反射来自CD用光源13的光束并使其入射到物镜19。这时，来自CD用光源13的光束作为发散光入射到物镜19。所谓发散光是指随着光束的传播光束的宽度变宽的光束。并且，该第三分光器16反射来自CD用光源13的光束反射CD盘20c而返回的光束，并使其入射到CD用光源13内的第一光检测器。
孔径限制元件18是限制入射到物镜19的光束的有效数值孔径NA的元件。该孔径限制元件18通过入射的光束的波长来限制有效数值孔径NA。在此，有效数值孔径NA用有效直径/(2×焦距)来表示。作为孔径限制元件18的例子，可例举使用光学过滤膜或衍射光栅来调整数值孔径的波长选择过滤器。
用图2表示本实施方式的物镜19的概略结构图。图2(a)是物镜19的主视图，图2(b)是物镜19的剖视图。在物镜19中，至少一方的透镜面被分割成以光轴为中心的同心圆上的多个区域。而且，在将来自HD-DVD用光源11的光束的成像倍率设为m1、将来自DVD用光源12的光束的成像倍率设为m2、将来自CD用光源13的光束的成像倍率设为m3时，
m1＞m2＞0，-0.060≤m3≤-0.020。
在此，成像倍率的符号以会聚有限系统的情况为正，以发散有限系统的情况为负。即，来自HD-DVD用光源11的光束和来自DVD用光源12的光束，由于m1及m2为正数而使会聚光入射到物镜19，从而会聚在HD-DVD盘20a或DVD盘20b的记录面上。另外，来自CD用光源13的光束由于m3为负数而使发散光入射到物镜19，从而会聚在CD盘20c的记录面上。
这样，由于来自HD-DVD用光源11的光束和来自DVD用光源12的光束以会聚光入射到物镜19，因此可以加长来自CD用光源的光束的物距。若来自CD用光源13的光束的物距变长，则接近平行光，因此可以减少在因跟踪机构等产生的斜入射时所产生的像差。这里所说的减少像差是指，RMS波像差值为Marechal评价基准(Marechal criterion)0.070λrms以下，最好是0.040λrms以下。
另外，在本实施方式的物镜19中，通过控制来自HD-DVD用光源11的光束的成像倍率和来自DVD用光源12的光束的成像倍率来减少像差。即，由于m1＞m2，使像差减少。这里所说的减少像差是指，RMS波像差值为Marechal评价基准0.070λrms以下，最好是0.040λrms以下。
再有，在物镜19中，至少一方的透镜面被分割成以光轴为中心的同心圆状的多个区域，在该各区域的边界设有段差。通过该段差，可以将检测来自HD-DVD用光源11的光束反射HD-DVD盘20a而来的光束的光检测器和检测来自DVD用光源12的光束反射DVD盘20b而来的光束的光检测器作成同样的光检测器。
另外，各区域最好具有各自不同的曲率半径、非球面系数。由此，可以设计成能进一步减少来自HD-DVD用光源11的光束、来自DVD用光源12的光束以及来自CD用光源13的光束的像差。在后叙述该实施例。
再有，在本实施方式的物镜中，最好使用色散系数vd为50以上的玻璃或塑料制作。这是因为若色散系数vd为比50小的值，则在波长不同的激光入射到物镜时，由波长差引起的像差变大。
为了减少像差，必须增加设在物镜上的同心圆状的区域数，由于物镜的面形状变得复杂，所以制造变得困难。而且，若增加设在物镜上的同心圆状的区域数，则在各区域的边界上的光量损失增大而导致光利用率下降。即，在本实施方式的物镜19中，通过使色散系数vd为50以上，可以减少设在物镜19上的区域的数量。而且，通过使用玻璃或塑料，可以容易成形为所希望的形状。
再有，设在物镜19上的同心圆状的区域数最好是2以上10以下。这是因为通过将区域数设定在该范围内，可以做成光利用率高的物镜。另外，在将HD-DVD盘20a的厚度设为t1、DVD盘20b的厚度设为t2、CD盘20c的厚度设为t3时，最好是t1＝t2＜t3。
另外，在使用本实施方式的物镜的光拾波器光学系统中，使从HD-DVD用光源11到物镜19的距离和从DVD用光源12到物镜19的距离大致相同。由此，可容易将检测来自HD-DVD用光源11的光反射HD-DVD盘20a而来的光的光检测器和检测来自DVD用光源12的激光反射DVD盘20b而来的光的光检测器作成相同。由此，可以使光检测器的数量为HD-DVD用及DVD用的光检测器即第一检测器22和CD用的检测器即第二检测器这两个。这基于成本方面及用于光检测的对准容易性等的理由而具有优点。
接着，使用图1说明从各光源起振的激光的动作。从HD-DVD用光源11照射的光束通过第一分光器14入射到第二分光器15。另外，从DVD用光源12照射的光束反射第一分光器14并入射到第二分光器15。这时的来自HD-DVD用光源11的光束和来自DVD用光源12的光束被导向共同的光路。
而且，该来自HD-DVD用光源11的光束和来自DVD用光源12的光束透射第二分光器15并入射到发散角转换透镜17。这时，来自HD-DVD用光源11的光束和来自DVD用光源12的光束通过发散角转换透镜17转换为会聚光。这些光束通过孔径限制元件18而被控制有效数值孔径NA，并入射到物镜19。入射到物镜19的光束通过物镜19会聚，在HD-DVD盘20a或DVD盘20b的信息记录面上聚光，形成光斑。
在HD-DVD盘20a、DVD盘20b的信息记录面反射后的光束再次通过物镜19、孔径限制元件18、第三分光器16以及发散角转换透镜17。透射发散角转换透镜17后的光束用第二分光器15向检测透镜21侧反射。这些光束透射检测透镜21，用第二光检测器22检测，通过光电转换而生成聚焦伺服信号、跟踪伺服信号以及再生信号等。
另外，来自CD用光源13的光束由第三分光器16反射，并入射到孔径限制元件18。来自CD用光源13的光束利用孔径限制元件18控制有效数值孔径NA，并入射到物镜19。这时，导向与来自HD-DVD用光源11的光束和来自DVD用光源12的光束共同的光路。这时，入射到物镜19的光束成为发散光。入射到物镜19的光束通过物镜19会聚，在CD盘20c的信息记录面上聚光，形成光斑。
在CD盘20c的信息记录面反射的光束再次通过物镜19及孔径限制元件18。通过孔径限制元件18的光束利用第三分光器16向CD用光源13侧反射。该光束利用CD用光源13内的第一光检测器检测，通过光电转换生成聚焦伺服信号、跟踪伺服信号以及再生信号等。
以下，基于上述实施方式，对本发明的物镜及光拾波器光学系统的实施例进行说明。对实施例1进行说明。
表1
HD DVD
(波长λ1 405nm、NA1 0.65、焦距f1＝2.00mm、倍率m1＝0.0427)
(a)
面号码 注释 曲率半径(mm) 面间距离(mm) 与下一个面之间的材料 折射率
    1 光源 ∞ -45.00 AlR 1.00000
    2 光阑面 ∞ 0.00 AlR 1.00000
    3 物镜光源侧面 非球面 1.28 树脂 1.52475
    4 物镜光盘侧面 非球面 0.8236 AlR 1.00000
    5 光盘光源侧面 ∞ 0.60 树脂 1.62000
    6 光盘记录面 ∞ - - -
HD DVD
(波长λ2 658nm、NA2 0.63、焦距f2＝2.07mm、倍率m2＝0.0380)
(b)
面号码 注释 曲率半径(mm) 面间距离(mm) 与下一个面之间的材料   折射率
    1 光源 ∞     -52.54     AlR   1.00000
    2 光阑面 ∞     0.00     AlR   1.00000
    3 物镜光源侧面 非球面     1.28     树脂   1.50673
    4 物镜光盘侧面 非球面     0.8839     AlR   1.00000
    5 光盘光源侧面 ∞     0.60     树脂   1.58000
    6 光盘记录面 ∞     -     -   -
HD DVD
(波长λ3 785nm、NA2 0.51、焦距f3＝2.08mm、倍率m3＝-0.0446)
(c)
面号码 注释 曲率半径(mm) 面间距离(mm) 与下一个面之间的材料   折射率
  1 光源     ∞     48.41     AlR   1.00000
  2 光阑面     ∞     0.00     AlR   1.00000
  3 物镜光源侧面     非球面     1.28     树脂   1.50339
  4 物镜光盘侧面     非球面     0.6820     AlR   1.00000
  5 光盘光源侧面     ∞     1.20     树脂   1.57300
  6 光盘记录面     ∞     -     -   -
首先，表1表示本实施例的物镜的透镜数据。表1(a)是HD-DVD的情况。表1(b)是DVD的情况。表1(c)是CD的情况。而且，在本实施例中，用色散系数vd＝57的塑料制作了物镜19。光阑面相当于设有孔径限制元件18的面。再有，光盘光源侧面相当于光盘20的表面，光盘记录面是光盘20内的记录信息的面。在表1中，对各个面记载了曲率半径、面间距离、与下一个面之间的材质以及折射率。
在HD-DVD、DVD以及CD的成像倍率m1、m2、m3分别为m1＝0.0427、m2＝0.0380、m3＝-0.0446，满足作为上述实施方式中的物镜的条件即m1＞m2＞0、-0.060＜m3＜-0.020。在此，倍率的符号从光源到光阑面的面间隔为负，所谓会聚有限系统的情况为正，从光源到光阑面的面间隔为正，所谓发散有限系统的情况为负。
另外，将表1所示的基于透镜数据设计的物镜19的透镜面的非球面形状用下式来表示。
[公式1]
Z j = C h 2 1 + 1 - ( K + 1 ) C 2 · h 2 + A 4 h 4 + A 6 h 6 + A 8 h 8 + A 10 h 10 + A 12 h 12 + A 14 h 14 + A 16 h 16 + B
在公式(1)中，将距光轴的高度为h的非球面上的坐标点的非球面的光轴上的距节平面的距离(下垂量)设为Zj(h)，将非球面的光轴上的曲率(1/曲率半径)设为C，圆锥系数设为K，将从4次到16次的非球面系数设为A4、A6、A8、A10、A12、A14、A16。而且，B表示光轴上的下垂量。
表2
  透镜面光源侧 透镜面光盘侧
  1   2   3
R(＝1/C)   1.224110   1.224666   1.224109 -4.71023
K   -2.116399   -2.078114   -2.123511 -83.344007
A4   0.114712   0.111969   0.115196 -0.011763
A6   -0.022866   -0.020988   -0.023224 0.056339
A8   0.012160   0.011039   0.012398 -0.056534
A10   0.000431   0.000945   0.000292 0.023725
A12   -0.002730   -0.002894   -0.002669 -0.003738
A14   0.001670    0.001699   0.001653 -0.000217
A16   -0.000486   -0.000487   -0.000484 0.000068
B   0.00000   -0.00146   0.00000 0.000000
位置(内周侧   0.0000   0.6719   1.1422 0.0000
位置(内周侧)   0.6719   1.1422   1.2282 1.0183
用表2表示将本实施例中的物镜19的光源11～13侧的透镜面和光盘20侧的透镜面的非球面形状用上述公式表示的系数表。物镜19的光源11～13侧的透镜面被分割成三个区域。该三个区域设置成波带状，还记载了各区域的波带的位置。而且，各区域的曲率半径R(1/C)、非球面系数不同，并设定成在HD-DVD、DVD上都能减少波像差。通过这样，做成尽可能抑制在各区域的边界上的光利用率的下降的结构。
图3表示使用本实施例的物镜的场合的HD-DVD、DVD、CD的波像差图。图3(a)是HD-DVD的波像差分布的计算结果。图3(b)是DVD的波像差分布的计算结果。图3(c)是CD的波像差分布的计算结果。在图3中，横轴是有效数值孔径NA，纵轴是上述波像差。如图3所示，HD-DVD上的RMS波像差值为0.0304λrms，DVD的RMS波像差值为0.0320λrms，CD的RMS波像差值为0.0135λrms。从而可知，低于Marechal评价基准值0.070λrms，低于更优选的0.040λrms，任一个都充分减少了波像差。
跟踪时的物镜位移0.3mm的RMS波像差值(()内是COMA3)在HD-DVD时为0.0312(0.0017)λrms，在DVD时为0.0348(0.0130)λrms，在CD时为0.0451(0.0441)λrms，任一个都低于Marechal评价基准值0.070λrms。
接着，在本实施例的物镜中，着眼于来自HD-DVD用光源11的光和来自DVD用光源12的光，计算将光拾波器光学系统中的检测器作成相同的检测器时的波像差图。在HD-DVD和DVD中，为了将检测器作成相同，将从光源到发散角转换透镜面的距离做成相同。在本实施例中，HD-DVD用光源11和DVD用光源12分开设置，但也可以使用两光源形成于同一组件上的双波长激光器单元而使上述距离相等。图4是搭载本实施例的物镜的HD-DVD、DVD光拾波器光学系统的概要图。该光学系统包括HD-DVD用光源11、DVD用光源12、第一分光器14、发散角转换透镜17、孔径限制元件18、物镜19、HD-DVD盘20a以及DVD盘20b。
表3是表示该HD-DVD、DVD光拾波器光学系统的结构的表，表4是发散角转换透镜17的非球面数据。在表3中记载了在各个面的曲率半径、到下一个面的面间距离、与下一个面之间的材质以及该材质的折射率。另外，在表4中记载了在发散角转换透镜17的光源11、12侧和光盘20a、20b侧的上述公式(1)中的非球面系数、圆锥系数K、曲率半径R。
表3
面号码 注释 曲率半径(mm) 面间距离(mm) 与下一个面之间的材质 折射率
    1 光源 ∞ 11.00 AlR 1.00000
2 分光器 ∞ 5.00 玻璃 HD：1.53017DVD：1.51427
    3 AIR面 ∞ 2.00 AlR 1.00000
4 发散角转换透镜光源侧面 非球面 1.00 树脂 HD：1.52475DVD：1.50673
    5 发散角转换透镜光盘侧面 非球面 5.00 树脂 1.00000
    6 光阑面 ∞ 0.00 AlR 1.00000
7 物镜光源侧面 非球面 1.28 树脂 HD：1.52475DVD：1.50673
    8 物镜光盘侧面 非球面 HD：0.8236DVD：0.8839 AlR 1.00000
9 光盘光源侧面 ∞ 0.60 树脂 HD：1.62000DVD：1.58000
    10 光盘记录面 ∞ - - -
表4
透镜面光源侧 透镜面光盘侧
R(1/C) ∞ -6.63513
K -9.05048E+34 4.16125E+00
A4 8.29535E-03 9.27734E-03
A6 -1.49590E-02 -1.18250E-02
A8 8.78046E-03 6.50826E-03
A10 -1.88912E-03 -1.29637E-03
如表4所示，从光源到发散角转换透镜面的距离在HD-DVD、DVD中是相同的。由此，可以实现HD-DVD和DVD的检测器的通用化。图5表示该拾波器光学系统中的HD-DVD、DVD的波像差图。图5(a)是HD-DVD的波像差分布的计算结果。图5(b)是DVD的波像差分布的计算结果。HD-DVD上的RMS波像差值为0.0305λrms，DVD的RMS波像差值为0.0316λrms。从而可知，该RMS波像差值低于Marechal评价基准值0.070λrms，低于更优选的0.040λrms，任一个都充分减少了波像差。
对实施例2进行说明。
首先，表5表示本实施例的物镜的透镜数据。表5(a)是HD-DVD的情况。表5(b)是DVD的情况。表5(c)是CD的情况。而且，在本实施例中，用色散系数vd＝57的塑料制作了物镜19。光阑面相当于设有孔径限制元件18的面。再有，光盘光源侧面相当于光盘20的表面，光盘记录面是光盘20内的记录信息的面。在表1中，对各个面记载了曲率半径、面间距离、与下一个面之间的材质以及折射率。
表5
HD DVD
(波长λ1 405nm NA1 0.65、焦距f1＝1.96mm、倍率m1＝0.0469)
(a)
面号码 注释 曲率半径(mm) 面间距离(mm) 与下一个面之间的材料   折射率
    1 光源 ∞ -40.00     AlR   1.00000
    2 光阑面 ∞ 0.00     AlR   1.00000
    3 物镜光源侧面 非球面 1.26     树脂   1.52475
    4 物镜光盘侧面 非球面 0.7871     AlR   1.00000
    5 光盘光源侧面 ∞ 0.60     树脂   1.62000
    6 光盘记录面 ∞ -     -   -
HD DVD
(波长λ2 658nm NA2 0.65、焦距f2＝2.03mm、倍率m2＝0.418)
(b)
面号码 注释 曲率半径(mm) 面间距离(mm) 与下一个面之间的材料 折射率
    1 光源 ∞ -46.60 AlR 1.00000
    2 光阑面 ∞ 0.00 A1R 1.00000
    3 物镜光源侧面 非球面 1.28 树脂 1.50673
    4 物镜光盘侧面 非球面 0.8462 AlR 1.00000
    5 光盘光源侧面 ∞ 0.60 树脂 1.58000
    6 光盘记录面 ∞ - - -
HD DVD
(波长λ3 785nm NA2 0.51、焦距f3＝2.04mm、倍率m3＝-0.0429)
(c)
面号码 注释 曲率半径(mm) 面间距离(mm) 与下一个面之间的材料   折射率
  1 光源   ∞ 49.35     AlR   1.00000
  2 光阑面   ∞ 0.00     AlR   1.00000
  3 物镜光源侧面   非球面 1.28     树脂   1.50339
  4 物镜光盘侧面   非球面 0.6444     AlR   1.00000
  5 光盘光源侧面   ∞ 1.20     树脂   1.57900
  6 光盘记录面   ∞ -     -   -
本实施例的物镜HD-DVD和DVD的NA都是0.65，做成在HD-DVD的有效区域外设置只对DVD减少像差的区域的结构。即，本实施例的物镜被分成四个波带，将来自HD-DVD用光源的光束的有效区域为从内开始三个波带，来自DVD用光源的光束的专用区域使用最外部的波带。
HD-DVD、DVD、CD的成像倍率m1、m2、m3分别为m1＝-0.0469、m2＝-0.0418、m3＝0.0429，满足作为上述实施方式中的物镜的条件即m1＞m2＞0及-0.060＜m3＜-0.020。
用表6表示将本实施例中的物镜19的光源11～13侧的透镜面和光盘20侧的透镜面的非球面形状用上述公式表示的系数表。物镜19的光源11～13侧的透镜面被分割成四个区域。该四个区域设置成波带状，还记录了各区域中的波带的位置。而且，各区域的曲率半径R(1/C)、非球面系数不同，并设定成在HD-DVD、DVD中都能减少波像差。再有，在本实施例中，第1～3区域在HD-DVD、DVD中都能减少波像差，第4区域如上所述设定成只对DVD减少波像差。实施例2的物镜的区域数为4，做成尽可能抑制在各区域的边界的光利用率的下降的结构。
表6
透镜面光源侧 透镜面光盘侧
1 2 3 4
R(1/C) 1.19742 1.19798 1.19742 1.21230 -4.65110
K -2.199158 -2.180365 -2.171589 -2.101097 -85.787088
A4 0.129445 0.127907 0.127446 0.722468 -0.009984
A6 -0.031118 -0.029955 -0.029516 -1.223043 0.056727
A8 0.019854 0.019057 0.018761 0.816323 -0.056462
A10 -0.004711 -0.004300 -0.004111 -0.179390 0.023740
A12 0.000020 -0.000127 -0.000214 -0.001821 -0.003886
A14 0.001001 0.001029 0.001057 0.000384 -0.000095
A16 -0.000438 -0.000439 -0.000444 0.000045 0.000042
B 0.00000 -0.00145 0.00001 0.00261 0.000000
位置(内周侧) 0.0000 0.6911 1.1255 1.2078 0.0000
位置(内周侧) 0.6911 1.1255 1.2078 1.2355 1.0467
图6表示使用本实施例的物镜的场合的HD-DVD、DVD、CD的波像差图。图6(a)是HD-DVD上的波像差分布的计算结果。图6(b)是DVD上的波像差分布的计算结果。图6(c)是CD上的波像差分布的计算结果。在图6中，横轴是有效数值孔径NA，纵轴是上述波像差。如图6所示，HD-DVD的RMS波像差值为0.0324λrms，DVD的RMS波像差值为0.0276λrms，CD的RMS波像差值为0.0145λrms。从而可知，低于Marechal评价基准值0.070λrms，低于更优选的0.040λrms，任一个都充分减少了波像差。
跟踪时的物镜位移0.3mm的RMS波像差值(()内是COMA3)在HD-DVD时为0.0331(0.0008)λrms，在DVD时为0.0382(0.0169)λrms，在CD时为0.0416(0.0385)λrms，任一个都低于Marechal评价基准值0.070λrms。
接着，在本实施例的物镜中，着眼于来自HD-DVD用光源11的光和来自DVD用光源12的光，计算将光拾波器光学系统中的检测器作成相同时的波像差图。在HD-DVD和DVD中，为了将检测器作成相同，将从光源到发散角转换透镜面的距离作成相同。这时的光拾波器光学系统的概要图是与实施例1相同的图4。
表7是表示该HD-DVD、DVD光拾波器光学系统的结构的表，表8是发散角转换透镜17的非球面数据。在表7中，记载了在各个面的曲率半径、到下一个面的面间距离、与下一个面之间的材质以及该材质的折射率。另外，在表8中，记载了在发散角转换透镜17的光源11、12侧和光盘20a、20b侧的上述公式(1)中的非球面系数、圆锥系数K、曲率半径R。
表7
面号码 注释 曲率半径(mm) 面间距离(mm) 与下一个面之间的材质 折射率
  1 光源 ∞ 11.00     AlR 1.00000
2 分光器 ∞ 5.00 玻璃 HD：1.53017DVD：1.51427
  3 AIR面 ∞ 2.00     AlR 1.00000
  4 发散角转换透镜光源侧面 非球面 1.00     树脂 HD：1.52476DVD：1.50673
  6 发散角转换透镜光盘侧面 非球面 5.00     树脂 1.00000
  6 光阑面 ∞ 0.00     AlR 1.00000
7 物镜光源侧面 非球面 1.26 树脂 HD：1.52475DVD：1.50673
  8 物镜光盘侧面 非球面 HD：0.7871DVD：0.8462     AlR 1.00000
  9 光盘光源侧面 ∞ 0.60     树脂 HD：1.62000DVD：1.58000
  10 光盘记录面 ∞ -     - -
表8
透镜面光源侧 透镜面光盘侧
R(1/C) ∞ -6.45355
K -7.74728E+39 -7.71775E-01
A4 3.62901E-06 2.17056E-05
A6 -1.52012E-08 1.22162E-07
A8 0.00000E+00 -3.53074E-08
A10 0.00000E+00 0.00000E+00
如表7所示，从光源到发散角转换透镜面的距离在HD-DVD、DVD上是相同的。由此，可以实现HD-DVD和DVD的检测器的共用化。图7表示该拾波器光学系统中的HD-DVD、DVD的波像差图。图7(a)是HD-DVD上的波像差分布的计算结果。图7(b)是DVD上的波像差分布的计算结果。HD-DVD的RMS波像差值为0.0324λrms，DVD的RMS波像差值为0.0346λrms。从而可知，该RMS波像差值低于Marechal评价基准值0.070λrms，低于更优选的0.040λrms，任一个都充分减少了波像差。
表9
HD DVD
(波长λ1 405nm、NA1 0.65、焦距f1＝2.00mm、倍率m1＝0.000)
面号码 注释 曲率半径(mm) 面间距离(mm) 与下一个面之间的材料   折射率
    1 光源 ∞ ∞     AlR     1.00000
    2 光阑面 ∞ 0.00     AlR     1.00000
    3 物镜光源侧面 1.2568 1.28     树脂     1.52475
    4 物镜光盘侧面 -4.1324 0.8288     AlR     1.00000
    5 光盘光源侧面 ∞ 0.60     树脂     1.62000
    6 光盘记录面 ∞ -     -     -
HD DVD
(波长λ2 685nm、NA2 0.63、焦距f2＝2.07mm、倍率m2＝-0.0224)
面号码 注释 曲率半径(mm)   面间距离(mm) 与下一个面之间的材料   折射率
    1 光源 ∞   94.24     AlR   1.00000
    2 光阑面 ∞   0.00     AlR   1.00000
    3 物镜光源侧面   1.28     树脂   1.50673
    4 物镜光盘侧面   1.0254     AlR   1.00000
    5 光盘光源侧面 ∞   0.60     树脂   1.58000
    6 光盘记录面 ∞   -     -   -
HD DVD
(波长λ3 785nm、NA2 0.51、焦距f3＝2.08mm、倍率m1＝-0.0936)
面号码 注释 曲率半径(mm) 面间距离(mm) 与下一个面之间的材料   折射率
    1 光源 ∞     24.09     AlR   1.00000
    2 光阑面 ∞     0.00     AlR   1.00000
    3 物镜光源侧面 非球面     1.28     树脂   1.50339
    4 物镜光盘侧面 非球面     0.8031     AlR   1.00000
    5 光盘光源侧面 ∞     0.60     树脂   1.57300
    6 光盘记录面 ∞     -     -   -
在此，表示使用现有的物镜的场合的比较例。表9表示比较例的物镜的透镜数据。表9(a)是HD-DVD的情况。表9(b)是DVD的情况。表9(c)是CD的情况。表10表示比较例中的物镜的非球面数据。
表10
透镜面光源侧 透镜面光盘侧
R(1/C) 1.25681 -4.13239
K -2.917296 -58.335308
A4 0.153218 -0.018421
A6 -0.069185 0.055813
A8 0.049448 -0.054029
A10 -0.026480 0.024373
A12 0.011007 -0.002330
A14 -0.003056 -0.002061
A16 0.000411 0.000584
本比较例的物镜将透镜面光源侧及透镜面光盘侧都作成单一非球面，将倍率设定为在各HD-DVD、DVD、CD中波像差为最小。HD-DVD、DVD、CD的倍率m1、m2、m3分别为m1＝0.000、m2＝-0.0224、m3＝-0.0936，满足作为上述实施方式中的物镜的条件即m1＞m2＞0及-0.060＜m3＜-0.020。
若求出RMS波像差值，则HD-DVD上的RMS波像差值为0.0008λrms，DVD上的RMS波像差值为0.0042λrms，CD上的RMS波像差值为0.0016λrms，任一个都在Marechal评价基准值0.070λrms以下。
但是，跟踪时的物镜位移0.3mm波像差值在CD上为0.0898λrms，超过了Marechal评价基准值0.070λrms。即，在跟踪时若物镜位移，则由透镜引起的像差变大。
接着，表11表示搭载了本比较例的物镜的HD-DVD、DVD光拾波器光学系统的结构，表12表示发散角转换透镜的非球面数据。如表12所示，从光源到准直透镜面的距离作成在HD-DVD、DVD上相同。由此，在HD-DVD、DVD上可以实现检测器的共用化。但是，该拾波器光学系统上的RMS波像差值在HD-DVD的场合为0.0009λrms，在DVD的场合为0.1185λrms。在该DVD上超过了Marechal评价基准值0.070λrms。
表11
面号码 注释 曲率半径(mm) 面间距离(mm) 与下一个面之间的材质 折射率
1 光源 ∞ 11.00 AlR 1.00000
  2 分光器 ∞ 5.00 玻璃 HD：1.53017DVD：1.51427
  3 AIR面 ∞ 2.00 AlR 1.00000
  4 发散角转换透镜光源侧面 -177.40473 1.00 树脂 HD：1.52475DVD：1.50673
5 发散角转换透镜光盘侧面 -8.488495 5.00 树脂 1.00000
  6 光阑面 ∞ 0.00 AlR 1.00000
7 物镜光源侧面 1.256814 1.28 树脂 HD：1.52475DVD：1.50673
8 物镜光盘侧面 -4.132388 HD：0.9288DVD：0.9914 AlR 1.00000
9 光盘光源侧面 ∞ 0.60 树脂 HD：1.62000DVD：1.58000
  10 光盘记录面 ∞ - - -
表12
透镜面光源侧  透镜面光盘侧
R(1/C) -177.4047 -8.48850
K -5.76889E+03 -1.79782E+00
A4 -2.60891E-04 -3.71379E-04
A6 1.95756E-05 -1.68009E-06
A8 -1.06033E-05 -1.95303E-06
A10 8.66430E-06 4.67915E-06
从以上内容可知，通过物镜的至少一方的透镜面被分割成以光轴为中心的同心圆状的多个区域，在将物镜的在HD-DVD、DVD、CD上的成像倍率设为m1、m2、m3时，m1＞m2＞0，-0.060≤m3≤-0.020，从而可抑制跟踪时的波像差的恶化。而且，通过使倍率在上述范围内，可以提供一种对多种光记录媒体能以较高的光利用率且抑制像差而使用的物镜。
另外，本发明并不只限定于上述实施方式，不言而喻在不脱离本发明的主要内容的范围内可进行各种变更。

Claims (18)

1.一种光拾波器光学系统，具备射出具有波长λ1的第一光束的第一光源，射出具有比波长λ1长的波长λ2的第二光束的第二光源，射出具有比波长λ2长的波长λ3的第三光束的第三光源；以及
使上述第一光束会聚在第一光记录媒体的信息记录面上，并使上述第二光束会聚在第二光记录媒体的信息记录面上，且使上述第三光束会聚在第三光记录媒体的信息记录面上的物镜；其特征在于，
上述物镜的至少一方的透镜面借助于段差被分割成以光轴为中心的同心圆状的多个区域，在各区域的边界设有段差，上述区域具有各自不同的非球面形状，
在将上述物镜上的上述第一光束的成像倍率设为m1、上述第二光束的成像倍率设为m2、上述第三光束的成像倍率设为m3时，m1＞m2＞0，-0.060≤m3≤-0.020。
2.根据权利要求1所述的光拾波器光学系统，其特征在于，
设在上述物镜的至少一方的透镜面上的上述段差和上述非球面形状设定为，可减少相对第一光记录媒体和第二光记录媒体的双方的球面像差。
3.根据权利要求2所述的光拾波器光学系统，其特征在于，
上述第一光源和上述发散角转换透镜的光学距离与上述第二光源和上述发散角转换透镜的光学距离相等。
4.根据权利要求3所述的光拾波器光学系统，其特征在于，
上述第一光源及第二光源形成于同一组件上。
5.根据权利要求1所述的光拾波器光学系统，其特征在于，
上述物镜由色散系数vd为50以上的材料形成。
6.根据权利要求5所述的光拾波器光学系统，其特征在于，
上述物镜的材料是塑料。
7.根据权利要求1～6中任一项所述的光拾波器光学系统，其特征在于，
上述区域的数量为2以上10以下。
8.根据权利要求1～7中任一项所述的光拾波器光学系统，其特征在于，
在将上述第一光记录媒体的透明基板的厚度设为t1，上述第二光记录媒体的透明基板的厚度设为t2，上述第三光记录媒体的透明基板的厚度设为t3时，t1＝t2＜t3。
9.根据权利要求1～8中任一项所述的光拾波器光学系统，其特征在于，
上述λ1为380nm以上430nm以下，上述λ2为630nm以上690nm以下，上述λ3为760nm以上810nm以下。
10.一种物镜，使从第一光源射出的波长λ1的光束会聚在第一光记录媒体的信息记录面上，并使从第二光源射出的比上述波长λ1长的波长λ2的光束会聚在第二光记录媒体的信息记录面上，且使从第三光源射出的比上述波长λ2长的波长λ3的光束会聚在第三光记录媒体的信息记录面上，并用在进行信息的再生及/或记录的光拾波器装置中，其特征在于，
上述物镜的至少一方的透镜面通过段差被分割成以光轴为中心的同心圆状的多个区域，在各区域的边界设有段差，上述区域分别具有不同的非球面形状，
在将上述物镜上的上述波长λ1的光束的成像倍率设为m1、上述波长λ2的光束的成像倍率设为m2、上述波长λ3的光束的成像倍率设为m3时，m1＞m2＞0，-0.060≤m3≤-0.020。
11.根据权利要求10所述的物镜，其特征在于，
设在上述物镜的至少一方的透镜面上的上述段差和上述非球面形状设定为，可减少相对第一光记录媒体和第二光记录媒体的双方的球面像差。
12.根据权利要求11所述的物镜，其特征在于，
上述物镜由色散系数vd为50以上的材料形成。
13.根据权利要求12所述的物镜，其特征在于，
上述材料是塑料。
14.根据权利要求10～13中任一项所述的物镜，其特征在于，
上述区域的数量为2以上10以下。
15.根据权利要求10～14中任一项所述的物镜，其特征在于，
在将上述第一光记录媒体的透明基板的厚度设为t1，上述第二光记录媒体的透明基板的厚度设t2，上述第三光记录媒体的透明基板的厚度设为t3时，t1＝t2＜t3。
16.根据权利要求10～15中任一项所述的物镜，其特征在于，
上述λ1为380nm以上430nm以下，上述λ2为630nm以上690nm以下，上述λ3为760nm以上810nm以下。
17.一种光学头，具有根据权利要求10～16所述的物镜或根据权利要求1～9所述的光拾波器光学系统。
18.一种光盘装置，具有根据权利要求1～9所述的光拾波器光学系统。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN102640218A (zh) * 2009-11-30 2012-08-15 柯尼卡美能达先进多层薄膜株式会社 光拾取装置用的物镜以及光拾取装置

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