CN101493570B

CN101493570B - 物镜以及光学拾取装置

Info

Publication number: CN101493570B
Application number: CN2008101376401A
Authority: CN
Inventors: 富田高弘; 山形道弘; 金马庆明; 林克彦
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2008-01-23
Filing date: 2008-07-01
Publication date: 2012-01-04
Anticipated expiration: 2028-07-01
Also published as: CN101493570A; JP2009199708A

Abstract

为了即使在NA高的情况下也应该在物镜中实现厚度减小、重量减少以及大量生产率的改进，根据本发明的物镜是具有至少一个非球面的双凸单透镜，并且满足条件：(1)3.5＜D_H-S/D_H-H’＜4.3；(2)3.5＜D_H’-T2/D_T1-H＜50；(3)0.9＜d/f＜1.1(NA≥0.85)。这里，D_H-S是在所述光轴上从前主点H到光学信息记录介质侧的焦点S的距离；D_H-H’是在所述光轴上从所述前主点H到后主点H’的距离；D_H’-T2是在所述光轴上从所述后主点H’到所述物镜的所述光轴和光学信息记录介质侧的表面的交点T2的距离；D_T1-H是在所述光轴上从所述物镜的所述光轴和光源侧表面的交点T1到所述前主点H的距离；d是在所述光轴上的厚度；并且f是焦距。

Description

物镜以及光学拾取装置

技术领域

本发明涉及用于在光学信息记录介质上进行信息的记录、再现和删除的物镜，以及采用此物镜的光学拾取装置。

背景技术

在传统技术中，能够将信息写到例如CD介质和DVD介质的光盘上、并从光盘读取信息以及删除光盘上记录的信息的光盘单元被广泛地使用。在这样的光盘单元中，采用包括物镜的光学拾取装置(见，例如，日本公开专利公开号2003-91854)。

近年来，采用蓝激光的Blu-ray Disc(注册商标)已经被开发，并且已经使得需要具有非常高的数值孔径(NA＝0.85)的物镜。当将要实现这样的物镜时，物镜的厚度通常需要被显著地增加。这就造成用于驱动物镜的致动器的负载增加。进一步地，也出现高NA引起显著的轴外像差和由偏心产生的彗差的问题。进一步地，在这样的具有非常高NA的物镜中，透镜表面的倾斜角增加。这就造成用于物镜制造的模压模具的制作以及物镜的模压中的困难。

这样，本发明的目标是提供一种物镜，其中即使在非常高NA的情况下也可实现厚度减少和重量减少，同时获得满意的大量生产率。

发明内容

为了在光学信息记录介质上进行信息的记录、再现和删除中的至少一个，根据本发明的物镜是用于将光会聚到光学信息记录介质的记录表面上。所述物镜是具有至少一个非球面的双凸单透镜，并且满足下列条件：3.5＜D_H-S/D_H-H’＜4.3 (1)3.5＜D_H’-T2/D_T1-H＜50 (2)0.9＜d/f＜1.1 (3)(这里，所述物镜的所述光学信息记录介质侧上的数值孔径NA满足NA≥0.85)其中，D_H-S是在光轴上从所述物镜的前主点H到所述物镜的光学信息记录介质侧的焦点S的距离[mm]，D_H-H’是在所述光轴上从所述物镜的所述前主点H到所述物镜的后主点H’的距离[mm]，D_H’-T2是在所述光轴上从所述物镜的所述后主点H’到所述物镜的所述光轴和所述光学信息记录介质侧的表面的交点T2的距离[mm]，D_T1-H是在所述光轴上从所述物镜的所述光轴和光源侧的表面的交点T1到所述物镜的所述前主点H的距离[mm]，d是所述物镜在所述光轴上的厚度[mm]，以及f是所述物镜的焦距[mm]。

替代地，根据本发明的物镜是具有至少一个非球面的双凸单透镜，并且满足下列条件：0.8＜R1/r1＜0.85 (4)0.9＜d/f＜1.1 (3)(这里，所述物镜的所述光学信息记录介质侧的数值孔径NA满足NA≥0.85)其中，R1是所述物镜在光源侧的近轴曲率半径[mm]，r1是所述物镜在光源侧的有效半径[mm]，d是所述物镜在所述光轴上的厚度[mm]，以及f是所述物镜的焦距[mm]。

进一步地，根据本发明的光学拾取装置用于在光学信息记录介质上进行信息的记录、再现和删除中的至少一个，并且包括光源和会聚光学系统，该会聚光学系统包括用于将从光源发射的光束会聚到光学信息记录介质的记录表面上的上述物镜的任何一个。

根据本发明，即使当NA等于或高于0.85，也可在物镜中实现厚度减小和重量减少，并且也改善其大量生产率。

本发明的这些和其它的目的、特征、方面和效果将参考附图从下列具体实施方式中变得更清楚。

附图说明

图1是显示根据本发明的实施例1的光学拾取装置的示意结构图；图2是图1所示的物镜的光路图；图3是显示根据本发明的实施例2的计算机系统的示意结构图；图4是显示图3所示的光盘驱动器的示意结构的框图；图5是根据数值实例1的物镜的纵向像差图；图6是根据数值实例1的物镜的横向像差图；图7根据数值实例2的物镜的纵向像差图；图8是根据数值实例2的物镜的横向像差图；图9是根据数值实例3的物镜的纵向像差图；图10是根据数值实例3的物镜的横向像差图；图11是根据数值实例4的物镜的纵向像差图；以及图12是根据数值实例4的物镜的横向像差图。

具体实施方式

(实施例1)图1是显示根据本发明的实施例1的光学拾取装置的示意结构图。

根据实施例1的光学拾取装置包括光源1，准直透镜3，棱镜4，物镜5，以及致动器7。

光源1例如由半导体激光组成，并且发出具有390nm到420nm的范围内的波长的光束2。光源1发出的光束2被准直透镜3转变为近似地平行光束。准直透镜3发出的光被在垂直于光源1的光轴的方向上的棱镜4折射，然后通过物镜5被会聚到光学信息记录介质6上。

物镜5被连接到致动器7，以使其中心轴近似地与由棱镜4折射的光的光轴一致。进一步地，物镜5通过致动器7在垂直于入射光的光轴的方向上是可移动的。这样，即使当激光的波长变化并且因此光束变得发散或会聚时，在光学信息记录介质6上的追迹方向的光斑的位置偏差也可以被修正，也就是说，可以进行跟踪控制。

图2是图1所示的物镜5的光路图。如下定义图2中的符号。S是在平行光束从光源侧进入的情况下光学信息记录介质侧的焦点位置，T1是物镜的光源侧的表面和光轴的交点，T2是物镜的光学信息记录介质侧的表面和光轴的交点，H是物镜的前主点，H’是物镜的后主点，d是物镜在光轴上的厚度，f是物镜的焦距，R1是物镜在光源侧的近轴曲率半径，r1是物镜在光源侧的有效半径，r2是物镜在光学信息记录介质侧的有效半径，以及α是在入射光和经过物镜的光源侧表面上的点的法线之间形成的最大角，从光轴到光源表面侧上的点的高度等于或小于光源侧的有效半径(最大倾斜角)。有效半径指满足光学拾取装置需要的NA的光束的横截面的半径(在Blu-ray Disc(注册商标)的情况下是0.85)。

以下，说明更好的满足根据本实施例的物镜的条件。在下面说明中，提出多个条件。最好的是形成物镜以尽可能多的满足条件。然而，可以获得满足下列条件的任何一个并且实现对应于该条件的效果的物镜。

更好的是，根据本实施例的物镜同时地满足下列条件。3.5＜D_H-S/D_H-H’＜4.3 (1)3.5＜D_H’T2/D_T1-H＜50 (2)0.9＜d/f＜1.1 (3)(这里，物镜的光学信息记录介质侧上的数值孔径NA满足NA≥0.85)其中，D_H-S是在光轴上从物镜的前主点H到物镜的光学信息记录介质侧上的焦点S的距离[mm]，D_H-H’是在光轴上从物镜的前主点H到物镜的后主点H’的距离[mm]，D_H’-T2是在光轴上从物镜的后主点H’到物镜的光轴和光学信息记录介质侧的表面的交点T2的距离[mm]，以及D_T1-H是在光轴上从物镜的光轴和光源侧的表面的交点T1到物镜的前主点H的距离[mm]。

当满足条件(1)到(3)时，即使在物镜具有高NA的情况下，也可以将物镜制造地薄并确保需要的工作距离。进一步地，可以抑制由偏心等等产生的轴外像差和彗差的发生。相反，当各值落在条件(1)到(3)的范围以外时，很难同时地实现物镜的厚度和重量的减少以及像差的抑制。

进一步地，更好的是，根据本实施例的物镜同时地满足下列条件，代替上述条件(1)到(3)，或除了上述条件(1)到(3)之外。0.8＜R1/r1＜0.85 (4)0.9＜d/f＜1.1 (3)(这里，物镜的光学信息记录介质侧上的数值孔径NA满足NA≥0.85)

当满足条件(3)和(4)时，即使在物镜具有高NA的情况下，也可以减少物镜的厚度和重量，并且可以抑制由偏心造成的轴外像差和彗差的发生所引起的会聚特性退化。当R1/r1小于0.8时，最大倾斜角α变得非常大，从而造成在模压模具的制作和透镜模压中明显的困难。进一步地，当R1/r1大于0.85时，由偏心产生的彗差的发生增加。

进一步地，更好的是，根据本实施例的物镜满足下列条件。0.75＜r2/r1＜0.8 (5)

当r2/r1被设置为大于0.75时，可以减少物镜的介质侧的表面上的光能集中。因此，即使当具有高能的光进入物镜，升温也可以最小化，从而减少由升温所引起的光学特性的退化。

作为用于形成物镜的材料，使用塑料树脂或玻璃。上述可以减少光能的集中的优点在采用塑料的情况下是特别地有利的。具体地说，当使用具有大约400nm波长的光时，例如，在Blu-ray Disc(注册商标)的情况下，由于光能集中到物镜上，所以可以分解塑料材料。然而，当r2/r1按照条件(5)被设置为大于0.75时，可以减少光能的集中从而可以改善物镜的可靠性和持久性。

当光能高度集中时，物镜的升温变得更大而与物镜的材料无关，从而导致焦点位置偏差的问题。然而，根据条件(5)，可以减少光能的集中，借此可以确保光会聚性能的稳定性。

这里，当r2/r1等于或小于0.75时，不能令人满意地获得减少光能集中的效果。相反，当r2/r1等于或大于0.8时，相对于模压时的偏心的彗差的出现增加。

进一步地，更好的是，根据本实施例的物镜满足下列条件。60°＜α＜65° (6)

当满足条件(6)时，可以实际地进行物镜的实用设计、模压模具的制作以及使用模压模具进行模压，从而改善大量生产率。相反，当最大倾斜角α落入条件(6)的范围以外时，在模压模具的制作和模压中发生困难。

进一步地，更好的是，根据本实施例的物镜满足下列条件。WD/(d+2×r1)≥0.12 (7)其中，WD是物镜的工作距离(也就是说，从物镜的光学信息记录介质侧的表面到光学信息记录介质的表面的距离)。

如图1所示，为了应该减少光学拾取装置的高度(图1中的水平尺寸)，通过使用棱镜4以直角弯曲光路。在这种情况下，光学拾取装置的高度由物镜5的厚度及为折射入射在物镜5上的光束(其直径等于物镜光源侧的有效直径)所必需的棱镜表面的高度的和所限制，也就是说，由厚度d及光源侧上的有效直径(2×r1)的和(d+2×r1)所限制。当对不同标准的光盘要求兼容性(例如，CD/DVD之间的兼容性)时，需要增加工作距离WD，即物镜5和光盘表面之间的间距。然而，当WD增加时，光学信息记录介质侧上的有效半径r2增加。当r2增加时，r1也增加，从而引起光学拾取装置的高度增加。

因此，利用采用WD/(d+2×r1)作为指数，当以指数的数值应该变得更大的方式形成物镜时，可以为光学拾取装置的高度减小作出贡献。具体地说，如条件(7)所示，更好的是，值WD/(d+2×r1)等于或大于0.12。此外，为了进一步地减少光学拾取装置的高度，更好的是，WD/(d+2×r1)等于或大于0.14。相反，当值WD/(d+2×r1)小于0.12时，仅仅可以为光学拾取装置的高度减少作出小贡献。

(实施例2)图3是显示根据本发明的实施例2的计算机系统的示意结构图。

计算机系统10包括主体11，作为输出装置的液晶显示器12，以及作为输入装置的键盘13。此外，主体11包括CPU 11a和光盘驱动器11b。

图4是显示图3所示的光盘驱动器11b的示意结构的框图。

光盘驱动器11b包括根据实施例1的光学拾取装置111、接口112、马达114、转台116和夹持器115。在图4中，光盘113被放在转台116上。光盘驱动器11b的接口112通过信号线11c被连接到CPU 11a。

CPU 11a通过接口112各种控制信号传送到光学拾取装置111和马达114。按照该控制信号，马达114驱动并且旋转提高夹持器115固定在转台116上的光盘113。另一方面，按照来自CPU 11a的各种控制信号，光学拾取装置111在光盘113的记录层上进行数据的读、写和删除。

构成根据实施例2的计算机系统10的光盘驱动器11b采用在实施例1中说明的光学拾取装置111。因此，与传统的光盘驱动器相比，在物镜的光轴方向上在光盘驱动器11b中的尺寸被减少。相应地，可以紧密地构造计算机系统10。

这里，实施例2已经说明了包括在计算机系统内的光盘驱动器的示范性的情况，。然而，根据实施例1的物镜和光学拾取装置可应用到存储信息的任意的信息系统，例如光盘播放器、光盘记录器、汽车导航系统、写作系统、数据服务器、AV组件以及车辆。

(数值实例)其中根据实施例1的物镜被实际地实施的数值实例描述如下。在所述数值实例中，在各表中与透镜尺寸有关的长度单位都是“mm”。此外，在那些数值实例中，非球面形状是由下列公式限定的。

X = \frac{C_{j} h^{2}}{1 + \sqrt{1 - (1 + K_{j}) C_{j}^{2} h^{2}}} + Σ A_{j, n} h^{n}

这里，各符号的意义如下。h是从光轴开始的高度，X是从非球面上的点到在非球面顶点的切面的距离，非球面从光轴开始的高度是h，C是在物镜的第j个表面的非球面顶点的曲率(当在物镜的第j个表面的非球面顶点的曲率半径由R表示时C＝1/R)，K是物镜的第j个表面的圆锥常数，以及A是物镜的第j个表面的第n个非球面系数。

表1显示根据数值实例1到4的物镜的透镜数据以及对应于单个条件的值。在表1中，λ表示设计波长，而n表示透镜材料相对于具有该设计波长λ的光的折射率。

表1(透镜数据和对应于单个条件的值)

表2到5显示根据数值实例1到4的物镜的非球面数据。

表2(数值实例1)

	光源侧表面(第一表面)	光学信息记录介质侧表面(第二表面)
			R	0.976456	-3.453415
K	-0.9759662	-142.4346
			A4	0072677311	0.23396804
A6	0.019913925	-0.60371079
			A8	-0.003280565	1.3104318
A10	0.037635639	-2.3369295
			A12	-0.07947901	2.6070762
A14	0.11397914	-1.5876507
			A16	-0.10277546	0.40283933
A18	0.05421167	-
			A20	-0.013127114	-

表3(数值实例2)

	光源侧表面(第一表面)	光学信息记录介质侧表面(第二表面)
			R	1.267711	-44.8376
K	-0.9781575	-26795.78
			A4	0.035822796	0.1082869
A6	0.0055122	-0.18078275
			A8	-8.89971E-05	0.27333919
A10	0.004397701	-0.3028286
			A12	-0.006375722	0.19845835
A14	0.005824615	-0.069928387
			A16	-0.003192219	0.010235832
A18	0.001020656	-
			A20	-0.00015437	-

表4(数值实例3)

	光源侧表面(第一表面)	光学信息记录介质侧表面(第二表面)
			R	1.802685	-47.52278
K	-0.9563194	-14670.65
			A4	0.011955319	0.04105487
A6	0.00084973	-0035017292
			A8	0.00013211	0.02486749
A10	6.95402E-05	-0.013311584
			A12	-8.33011E-05	0.004353366
A14	4.90683E-05	-0.000781434
			A16	-1.57705E-05	5.90785E-05
A18	2.75935E-06	-
			A20	-2.13751E-07	-

表5(数值实例4)

	光源侧表面(第一表面)	光学信息记录介质侧表面(第二表面)
			R	0.966362	-4.095634
K	-0.97261	-155.7852
			A4	0.074242747	0.23736105
A6	0.023283506	-0.63818663
			A8	-0.009256113	1.4606853
A10	0.051302282	-2.4381089
			A12	-0.09490531	2.4382605
A14	0.12268312	-1.1315584
			A16	-0.10387775	0.29465413
A18	0.05455745	-
			A20	-0.013600226	-

图5，7，9和11分别是根据数值实例1，2，3和4的物镜的纵向像差图。此外，图6，8，10和12分别是根据数值实例1，2，3和4的物镜的横向像差图。

如上所述，根据数值实例1到4的各物镜被设计为能够满足以上条件式。因此，根据本发明，即使在NA非常高的情况下，也可以减少物镜的厚度和重量并且可以改善大量生产率。此外，根据本发明，可以抑制由偏心产生的轴外像差和彗差的出现。

本发明已经详细地如上所述。然而，上面给于的说明仅仅是根据所有的观点的本发明的说明例子，并且不限制本发明的范围。不能被过份强调的是在没有脱离本发明的范围的情况下可以作出各种改进和变化例。

Claims

1.一种物镜，用于将光会聚到光学信息记录介质的记录表面上，以在所述光学信息记录介质上进行信息的记录、再现和删除中的至少一个，其特征在于，

所述物镜是具有至少一个非球面的双凸单透镜，并且满足下列条件：

3.5＜D_H-S/D_H-H’＜4.3 (1)

3.5＜D_H’-T2/D_T1-H＜50 (2)

0.9＜d/f＜1.1 (3)

这里，所述物镜的所述光学信息记录介质侧上的数值孔径NA满足NA≥0.85，

其中，

D_H-S是在光轴上从所述物镜的前主点H到所述物镜的光学信息记录介质侧的焦点S的距离，其单位为mm，

D_H-H’是在所述光轴上从所述物镜的所述前主点H到所述物镜的后主点H’的距离，其单位为mm，

D_H’-T2是在所述光轴上从所述物镜的所述后主点H’到所述物镜的所述光轴和所述光学信息记录介质侧的表面的交点T2的距离，其单位为mm，

D_T1-H是在所述光轴上从所述物镜的所述光轴和光源侧的表面的交点T1到所述物镜的所述前主点H的距离，其单位为mm，

d是所述物镜在所述光轴上的厚度，其单位为mm，以及

f是所述物镜的焦距，其单位为mm。

2.如权利要求1所述的物镜，其特征在于，满足下列条件：

0.75＜r2/r1＜0.8 (5)

其中，

r1是所述物镜在光源侧的有效半径，其单位为mm，以及

r2是所述物镜在光学信息记录介质侧的有效半径，其单位为mm。

3.如权利要求2所述的物镜，其特征在于，所述物镜由塑料材料组成。

4.如权利要求1所述的物镜，其特征在于，所述物镜由玻璃材料组成。

5.如权利要求1所述的物镜，其特征在于，满足下列条件：

60°＜α＜65° (6)

其中，

α是在入射光和经过所述物镜的所述光源侧表面上的点的法线之间形成的最大角度，从所述光轴到所述光源侧表面上的所述点的高度等于或小于所述光源侧的有效半径。

6.一种光学拾取装置，用于在光学信息记录介质上进行信息的记录、再现以及删除中的至少一个，其特征在于，包含：

光源；和

会聚光学系统，其包括用于将所述光源发出的光束会聚到所述光学信息记录介质的记录表面上的物镜，其中

3.5＜D_H-S/D_H-H’＜4.3 (1)

3.5＜D_H’-T2/D_T1-H＜50 (2)

0.9＜d/f＜1.1 (3)

这里，所述物镜的所述光学信息记录介质侧的数值孔径NA满足NA≥0.85，

这里，

D_H-S是在光轴上从所述物镜的前主点H到所述物镜的所述光学信息记录介质侧的焦点S的距离，其单位为mm，

d是所述物镜在所述光轴上的厚度，其单位为mm，以及

f是所述物镜的焦距，其单位为mm。

7.如权利要求6所述的光学拾取装置，其特征在于，所述物镜满足下列条件：

0.75＜r2/r1＜0.8 (5)

其中，

r1是所述物镜在光源侧的有效半径，其单位为mm，以及

8.如权利要求7所述的光学拾取装置，其特征在于，所述物镜由塑料材料组成。

9.如权利要求6所述的光学拾取装置，其特征在于，所述物镜由玻璃材料组成。

10.如权利要求6所述的光学拾取装置，其特征在于，所述物镜满足下列条件：

60°＜α＜65° (6)

其中，

α是在入射光和经过所述物镜的所述光源侧表面上的点的法线之间形成的最大角，从所述光轴到所述光源侧表面上的所述点的高度等于或小于所述光源侧的所述有效半径。

11.如权利要求6所述的光学拾取装置，其特征在于，满足下列条件：

WD/(d+2×r1)≥0.12 (7)

其中，

WD是从所述物镜的所述光学信息记录介质侧的表面到所述光学信息记录介质的表面的距离，其单位为mm，

d是所述物镜在所述光轴上的厚度，其单位为mm，以及

r1是所述物镜在光源侧的有效半径，其单位为mm。