CN101308242B

CN101308242B - 物镜及光拾取装置

Info

Publication number: CN101308242B
Application number: CN2008100971096A
Authority: CN
Inventors: 高国彦
Original assignee: Konica Minolta Opto Inc
Current assignee: Konica Minolta Opto Inc
Priority date: 2007-05-14
Filing date: 2008-05-14
Publication date: 2012-01-04
Anticipated expiration: 2028-05-14
Also published as: JP2008282507A; JP5223236B2; US20080285422A1; CN101308242A

Abstract

公开了一种物镜，用于利用从光源发出的光束记录和/或再现信息的光拾取装置，包括：基底；及抗反射涂层，包括至少一层，在该光源的一侧形成在该基底的表面上，其中有效光束的外缘所透射的外围部分处的该抗反射涂层的折射率小于光轴上的光束所透射的中央部分处的该抗反射涂层的折射率。

Description

物镜及光拾取装置

技术领域

本发明涉及一种用来通过从光源发射的光束记录和/或再现信息的光拾取装置，以及用于该光拾取装置的物镜。

背景技术

近来，光拾取装置的记录密度已经变得越来越高，于是诸如物镜的光学元件的数值孔径已经变得更大，激光的波长变得更短。更大的数值孔径引起物镜的曲率更大，这导致激光束在物镜的外围部分的入射角更大。例如，使用405nm波长的激光的光拾取装置具有的物镜的数值孔径的大小可达0.6到0.9，该激光到物镜的最大入射角为50到70度。

由于更大的入射角引起激光在物镜的外围部分的更大的反射，外围部分处透射光的量就减少了，由此信号再现过程中的信噪比(S/N比)就减小了。为了解决这个问题，近来的物镜被提供有抗反射涂层来扩大低反射带，以便降低物镜外围部分的透射的减小量(例如参见日本专利申请公开号No.H10-160906)。

但是，为了获得更有效的低反射带扩展的多层抗反射涂层会导致更高的制造成本。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一种具有改善的整体透射率的物镜，同时保持制造成本较低，以及提供一种带有该物镜的光拾取装置。

为了解决上述问题，根据本发明的第一方面，用于通过从光源发射的光束记录和/或再现信息的光拾取装置的物镜包括：基底；抗反射涂层，该抗反射涂层包括至少一个层，在光源的一侧形成在该基底的表面上，其中有效光束的外缘所透射的外围部分处的该抗反射涂层的折射率小于光轴上光束所透射的中央部分的抗反射涂层的折射率。

通过以上特征，就有可能抑止具有大曲率的物镜的外围部分的反射同时抗反射涂层的层数和所导致的制造成本与以前一样低。

根据本发明的第二方面，用于利用从光源发射的光束记录和/或再现信息的光拾取装置的物镜包括：基底；以及包括至少一层的抗反射涂层，该抗反射涂层在该光源的一侧形成在该基底的表面上，其中有效光束的外缘所透射的外围部分处的该抗反射涂层的填充密度(packing density)小于光轴上光束所透射的中央部分的抗反射涂层的填充密度。

优选地，从该光源发射的光束的波长λ的范围为350nm≤λ≤450nm。

优选地，该物镜的数值孔径的范围为0.6到0.9，包括0.6和0.9。

优选地，该物镜的数值孔径的范围为0.8到0.9，包括0.8和0.9。

优选地，外围部分的表面的法线和光轴之间的夹角的范围为48到72度，包括48度和72度。

优选地，外围部分的表面的法线和光轴之间的夹角的范围为60到72度，包括60度和72度。

优选地，该抗反射涂层由一到三层构成。

优选地，该抗反射涂层的至少一层是由具有对于波长500nm的光来说折射率n为1.3≤n≤1.5的低折射率材料构成。

优选地，该低折射率材料是基于二氧化硅的材料。

优选地，外围部分的折射率是中央部分的折射率的0.8到0.98倍，包括0.8和0.98倍。

优选地，外围部分的折射率是中央部分的折射率的0.85到0.92倍，包括0.85和0.92倍。

优选地，外围部分的填充密度是中央部分的填充密度的0.38到0.94倍，包括0.38和0.94倍。

优选地，外围部分的填充密度是中央部分的填充密度的0.53到0.75倍，包括0.53和0.75倍。

优选地，该基底由塑料材料形成。

根据本发明的第三方面，光拾取装置包括上述第一或第二方面的物镜。

附图说明

本发明的以上及其它目的、优点和特征将从下面仅以举例方式给出的详细说明和附图中更全面地理解，这些说明和附图不用于限定本发明的范围。其中：

图1是显示本发明的光拾取装置的示意性结构的概念图；

图2是显示本发明的物镜的侧视图；

图3是显示真空蒸汽沉积装置的示意性结构的概念图；

图4显示了在真空蒸汽沉积装置中固定物镜基底的方法；

图5显示了相关技术的反射率特征；及

图6显示了本发明实施例的反射率特征。

具体实施方式

下面将参照附图说明本发明的实施例。

图1是显示本发明的光拾取装置1的示意性结构的概念图。

如图所示，该光拾取装置1包括激光二极管11，并用来记录信息到信息记录介质R的信息记录表面A上，并读取和再现记录在信息记录表面A上的信息。作为信息记录介质R，可以是BD(蓝光盘)、HD-DVD或类似物。在本实施例中，信息记录介质R是BD。此外，信息记录介质R具有0.1mm厚度的保护层。

激光二极管11是本实施例的激光源，在利用信息记录介质R记录/再现信息时发出波长为λ1(350nm≤λ1≤450nm)的激光。在本实施例中，波长λ1是405nm。

准直透镜12、偏振分光镜13、四分之一波长片(quarterwavelength plate)14、物镜15在图1中从下到上的方向排列，该方向即从激光二极管11发射的激光束的光轴L。为物镜15提供一个二维的致动器(actuator)(未示出)，以在图1的垂直方向移位物镜15。信息记录介质R待安装在与物镜15相对的位置。

伴随偏振分光器13，在图1的右侧对准安装凸透镜16和光检测器17。

下面简要说明光拾取装置1的操作和动作。

当将信息记录到信息记录介质R上和再现信息记录介质R上的信息时，激光二极管11发射波长为λ1的激光。该激光首先由准直透镜12转换成平行光，之后偏振分光器13仅使得该光的P偏振分量透射以便将该光转换成线性偏振光(P偏振光)。

然后，此P偏振激光由四分之一波长片14转换成右手循环偏振光，之后由物镜15聚焦，以各种入射角度进入到信息记录介质R的信息记录表面A上，形成一个聚焦点。物镜15还通过放置在物镜周围的二维的致动器执行聚焦和跟踪。

然后，作为被循环偏振的光并形成聚焦点的该激光被反射到信息记录介质R的信息记录表面A上由此转换成左手循环的偏振光。所反射的激光然后再次经过该物镜15，并转换成仅由S偏振分量(S偏振光)构成的线性偏振光。接下来，此S偏振激光被偏振分光器13全部反射，并由凸透镜16聚焦到光检测器17。信息记录介质R中的信息利用光检测器17的输出信号来再现。

接下来将说明物镜15的结构。

物镜15是本发明的光学元件，如图2所示，在本实施例中，它是具有一个基底150的单个物镜。物镜15具有大曲率并且也具有大数值孔径(NA)。在本实施例中，NA是0.55≤NA≤0.9。

本实施例的基底150的两个光学表面都是非球面的。光学表面可以具有本领域公知的衍射结构。

基底150由具有对短波长蓝紫色激光的优越的耐光性并具有优越的耐热性的塑料材料形成。对于这样的塑料材料，可以使用包括α烯烃和环状烯烃和光阻稳定剂的共聚物树脂的树脂合成物或类似物。

在光源的一侧，即图2中的入射侧，抗反射涂层提供在基底150的表面上来形成光学功能的表面。抗反射涂层的层数是不限定的，但最好是一到三层。

形成抗反射涂层151使得比值Rn＝n_D/n_C满足Rn＜1.0，其中n_D是有效光束的外缘所透射的外围部分D处的折射率，n_C是光轴上的光束所透射的中央部分C处的折射率。外围部分D位于对应于定义NA的光束和光轴的打开角(open angle)的位置。

形成抗反射涂侧151使得比值R_P＝P_D/P_C满足R_P＜1.0，其中P_D是外围部分D处的填充密度，P_C是中央部分C处的填充密度。

填充密度是涂层的实质体积除以涂层的实质体积与孔隙体积的和，例如通过利用在波长2.97μm下蒸汽的吸收从下面公式计算，如Li Zhang zhong所著的“光学涂层和涂层技术”(Ulvac Inc.翻译并由Agne Gijutsu Co.Ltd.发行)中记载的，此文结合在此作参考。

P = 1 - \frac{\ln (T_{o} / T)}{α_{w} d_{f}}

其中，P是填充密度；T₀是蒸汽在真空中被完全被吸收时的透射率；T是蒸汽在空气中被完全吸收时的透射率；α_W是水的吸收系数(＝1.27×10^-4cm^-1)；d_f是涂层的厚度(cm)。

抗反射涂层151的至少一层是由具有对于波长为500nm的光来说折射率n为1.3≤n≤1.55的低折射率材料形成。

特别优选的是该低折射率材料是基于SiO₂的材料。

这样的抗反射涂层151可以通过蒸汽沉积、喷溅、CVD涂敷或类似方法形成。在本实施例中，使用了真空蒸汽沉积法。将概述所使用的蒸汽沉积法。本发明的物镜15不限于下述方法所制造的物镜。

图3显示了真空蒸汽沉积装置的示意性结构。图中真空蒸汽沉积装置2包括真空室21、可旋转地置于真空室顶壁上的旋转轴22、安装在旋转轴22上的旋转片23、置于旋转片23下面的略微从真空室21的中心向侧壁偏移的坩埚24。多个基底150待经保持部件25(见图4)置于旋转片23的背面上。

图4显示了连接到保持部件25上的基底150的示意图(图3中的部分E的放大图)。保持部件25包括片状部件25A和25B，基底150通过片状部件25A和25B在轴方向上在外围突缘部分的整个圆周上被固定。片状部件25A和25B可拆卸地安装到旋转片23上，以便基底150连接到旋转片23上。

在蒸汽沉积时，多个基底150以要被沉积的表面朝下的方式被连接到旋转片23上。当基底150由旋转轴22经旋转片23转动时，蒸汽沉积材料从坩埚24被蒸发出来沉积到基底150的沉积面上。

根据上述的真空蒸汽沉积装置2，要形成的抗反射涂层151的外围部分D处的折射率n可以通过改变基底150的外围部分G和片状部件25A的顶点F之间的线相对于平行光的光轴的角度θ1来可控地改变，该外围部分G对应于抗反射涂层151的外围部分D(见图4)。取代θ1，抗反射涂层151的外围部分D处的折射率n可以通过改变基底150的外围部分G和片状部件25A之间的距离t或者片状部件25A的厚度h被类似地改变。

表1显示了SiO₂单层情况下相对于三个θ1值中每一个的在中央部分C处和外围部分D处的折射率n和外围部分D与中央部分C之间的比率。根据该表，外围部分D处的折射率n可以通过增加θ1的值来加大，同时保持中央部分C处的折射率n不变。

表1

θ1	(1)中央部分的n	(2)外围部分(NA＝0.6)	(3)外围部分(NA＝0.85)	(2)/(1)	(3)/(1)
						30	1.46	1.36	1.28	0.93	0.87
45	1.46	1.40	1.36	0.97	0.92
						60	1.46	1.44	1.40	0.99	0.96

本领域公知的下涂层(undercoat layer)可以夹在基底150和抗反射涂层151之间，来改善抗反射涂层151到基底150的黏着度。此外，可以在其表面侧为抗反射涂层151提供防污层、防水层和抗静电层，来防止由于静电引起的灰尘等的黏着。

(例1)

下面将通过举例和对比性范例来更详细地说明本发明。

<物镜结构>

对于本发明的物镜15的例子，准备了5种类型的透镜基底150，每个基底都具有如下表2所示的不同的NA，并且由表3所示的三层构成的抗反射涂层151形成在每个基底的入射表面上。对于基底150的形状，使用该技术领域已知的一种。

对于抗反射涂层151，可以形成具有范围在0.8到0.98的外围部分D处的折射率n与中央部分C处的折射率n之比R_n的5种类型的范例，加上本领域已知的R_n＝1的对比范例共6种类型(见表4)。

表2中的“平面角”表示图2中的光的有效光束的外缘透射过的外围部分D处的抗反射涂层151的平面的法线与光轴之间的角θ。表3中，具有较小层号的层(较薄厚度)更接近于基底150。也在表3中所示，只使用ZrO₂作为与低折射率材料的SiO₂混合的材料。但是具有折射率为1.8≤n≤2.5的其它高折射率的材料也可以使用，例如氧化铪、氧化钇、氧化镧、氧化钽等等。

该涂层通过真空蒸汽沉积形成。在本例中，由Shincron公司制造的精密真空薄膜沉积装置ACE-1350用作真空蒸汽沉积装置2。

表2

基底号	NA	平面角
			基底(1)	0.9	72
基底(2)	0.85	68
			基底(3)	0.8	60
基底(4)	0.6	48
			基底(5)	0.55	45

表3

层号	材料	透镜中心处的物理厚度(nm)
			(1)	SiO₂	16
(2)	ZrO₂	30
			(3)	SiO₂	106

<透射率估计>

表2所示的透镜基底150在其入射表面涂覆有表3中所示的抗反射涂层151，测量每个这样的物镜15范例的整体透镜透射率。测量结果显示在表4中的粗实线框出的区域。该表中，结果与外围部分D处的折射率n与中央部分C处的折射率n之比R_n以及相应的填充密度P的比率R_P有关。

表4

根据表4所示的测量结果，带有本发明的涂层的基底(1)到(4)(NA＝0.6到0.9)具有大于带有对比涂层的基底的透射率。特别地，基底(1)到(3)(NA＝0.8到0.9)显示更大的透射率。NA的这些范围分别对应于48到72度和60到72度的平面角范围。

此外，基底(1)到(4)(NA＝0.6到0.9)在R_n＝0.8到0.98的范围内(R_P＝0.38到0.94)相对于R_n＝1.0的对比范例来说示出相等或更大的透射率。特别地，具有R_n＝0.85到0.92的范例(R_P＝0.53到0.75)示出大得多的透射率。

(例2)

<物镜结构>

对于本发明的物镜15的范例，准备了每个具有表2所示的不同NA的5种类型的物镜基底150，并且由表5所示的2层构成的抗反射涂层151形成在每个基底的入射表面上。

其它条件与例1中相同。

表5

层号	材料	透镜中央处的物理厚度(nm)
			(1)	ZrO₂	30
(2)	SiO₂	106

<透射率估计>

表2所示的透镜基底150在其入射表面涂覆有表5中所示的抗反射涂层151，测量每个这样的物镜15范例的整体透镜透射率。测量结果显示在表6中的粗实线框出的区域。该表中，结果与外围部分D处的折射率n与中央部分C处的折射率n之比R_n以及相应的填充密度P的比率R_P有关。

表6

根据表6所示的测量结果，带有本发明的涂层的基底(1)到(4)(NA＝0.6到0.9)具有几乎大于带有对比涂层的基底的透射率。特别地，基底(1)到(3)(NA＝0.8到0.9)示出大得多的透射率。NA的这些范围分别对应于48到72度和60到72度的平面角范围。

此外，基底(1)到(4)(NA＝0.6到0.9)在R_n＝0.8到0.98的几乎整个范围内(R_P＝0.38到0.94)相对于R_n＝1.0的对比范例来说示出相等或更大的透射率。特别地，具有R_n＝0.85到0.92的范例(R_P＝0.53到0.75)显示完全更大的透射率。

比较例1与例2的测量结果，例1示出其样本的透射率大于R_n＝1.0的对比范例的更广的NA、R_n或R_P范围。此外，例1示出了比R_n＝1.0的对比范例来说更大的折射率差。因此，在更高透射率方面，由三层构成的例1的抗反射涂层151比由两层构成的例2的抗反射涂层151更优越。

如上所述，根据本发明的物镜15，抗反射涂层的比率R_n，即外围部分D处的折射率n与中央部分C处的折射率n的比率小于1.0。因此，有可能有效地抑止外围部分D处光束的反射度的增加，以便改善透射率。这个优点可以由下面的原因来解释。

常用的抗反射涂层具有图5所示的反射特性，即随着NA变得更大，曲线漂移到更低波长同时保持其形状。在传统的抗反射涂层中，一个完整的物镜的透射率已经基于此特征通过调整获得最小透射率处的波长得到了改善。

另一方面，如图6所示，本发明的抗反射涂层151具有外围部分D处的折射率n与中央部分C处的折射率n的比率R_n＜1.0(图中显示的例子中为0.9)的反射特征，以便NA较大的外围部分D处的折射率被抑止得较低同时涂层的层数被保持为与已有技术同样多。因此，有可能改善物镜15的整体透射率而保持其造价与先前同样低。图5和6显示了用于BD的抗反射涂层151的图。

Claims

1.一种物镜，用于利用从光源发出的光束记录和/或再现信息的光拾取装置，该物镜包括：

基底；和

包括至少一层的抗反射涂层，在该光源的一侧形成在该基底的表面上，

其中有效光束的外缘所透射的外围部分处的该抗反射涂层的折射率是光轴上的光束所透射的中央部分处的该抗反射涂层的折射率的0.8到0.98倍，包括0.8和0.98倍。

2.一种物镜，用于利用从光源发出的光束记录和/或再现信息的光拾取装置，该物镜包括：

基底；和

其中有效光束的外缘所透射的外围部分处的该抗反射涂层的填充密度是光轴上的光束所透射的中央部分处的该抗反射涂层的填充密度的0.38到0.94倍，包括0.38和0.94倍。

3.根据权利要求1或2的物镜，其中从该光源发出的该光束的波长λ的范围为350nm≤λ≤450nm。

4.根据权利要求1或2的物镜，具有0.6到0.9范围的数值孔径。

5.根据权利要求1或2的物镜，具有0.8到0.9范围的数值孔径。

6.根据权利要求1或2的物镜，其中该外围部分处的表面的法线与该光轴之间的夹角是48度到72度。

7.根据权利要求6的物镜，其中该外围部分处的表面的该法线与该光轴之间的夹角是60度到72度。

8.根据权利要求1或2的物镜，其中该抗反射涂层的层数为一、二或三。

9.根据权利要求1或2的物镜，其中该抗反射涂层的至少一层由对于500nm波长的光来说折射率n为1.3≤n≤1.5的低折射率材料形成。

10.根据权利要求9的物镜，其中该低折射率材料是基于SiO₂的材料。

11.根据权利要求1或2的物镜，其中该外围部分处的折射率是中央部分处的折射率的0.85到0.92倍。

12.根据权利要求1或2的物镜，其中外围部分处的填充密度是中央部分处的填充密度的0.53到0.75倍。

13.根据权利要求1或2的物镜，其中该基底由塑料材料形成。

14.一种包括权利要求1或2的物镜的光拾取装置。