CN101793984A - 非球面透镜及包括非球面透镜的光拾取装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种非球面透镜及包括非球面透镜的光拾取装置，其中非球面透镜具有至少一个非球面透镜表面，并且该非球面透镜表面的倾斜角小于或等于65°。该非球面透镜表面由以下方程给出

其中L≠0，c是曲率，r²＝x²+y²，K是二次常数，而L和A至J是非球面系数。

Description

非球面透镜及包括非球面透镜的光拾取装置

技术领域

本发明涉及在向/从信息存储介质记录/再现信息的光学信息存储媒体系统中用作物镜的非球面透镜，并涉及包括作为物镜的非球面透镜的光拾取装置。

背景技术

单个非球面物镜通常被用于将光聚焦到在光学信息存储媒体系统中的信息存储介质上。

光斑尺寸是影响光信息存储介质(如光盘)的存储能力的最重要因素。光斑尺寸越小，能被记录/再现的标记或凹坑的尺寸就越小。因此，光盘的存储密度可被增加。

为减小光斑尺寸，通常使用发射短波长光(如，蓝光)的光源和高数值孔径(NA)的物镜。例如，根据蓝光光盘(BD)标准，采用波长约为405nm的蓝光和数值孔径为0.85的物镜。

但是，当光的波长越短且物镜的数值孔径越高时，光学系统更易受到各种像差的影响。

因此，当具有高数值孔径的单个非球面物镜被用于高密度信息存储介质时，通过非球面透镜表面补偿这样的像差。

通常用于设计非球面透镜的非球面表面方程如下：

[方程1]

$Z\left(r\right)=\frac{{\mathrm{cr}}^2}{1+\sqrt{1-(1+K)c^2{r}^2}}+{\mathrm{Ar}}^4+{\mathrm{Br}}^6+{\mathrm{Cr}}^8+{\mathrm{Dr}}^{10}+{\mathrm{Er}}^{12}+{\mathrm{Fr}}^{14}+{\mathrm{Gr}}^{16}+{\mathrm{Hr}}^{18}+{\mathrm{Jr}}^{20}$

方程1中，

表示诸如球面或椭圆面的二次曲面，而从r⁴到r²⁰的高次(较高阶)项用于校正像差。如方程1所示，从r⁴到r²⁰的一般高次项用于非球面透镜的情况中。

如果是用于BD的物镜，则NA高达0.85。因此，还必需校正透镜边缘中的像差，这是设计非球面透镜形状时使用高次项的原因。

但是，当高次项被用于设计透镜时，非球面表面的变化较大。尽管这种大的变化对校正像差有显著贡献，但透镜表面上的倾斜角也变得较大。在这种情况下，透镜表面的可容许轴向偏离变得较小。

发明内容

本发明提供非球面透镜，其具有平缓倾斜的透镜表面并允许增加可容许轴向偏离，并提供使用该非球面透镜作为物镜的光拾取装置。

本发明的附加方面和效用将部分地在下面的说明书中阐明，以及部分地从说明书将是显而易见的，或可以通过本发明的实践习得。

本发明的前述和/或其他的方面和效用可以通过提供包括至少一个非球面透镜表面的非球面透镜获得，其中非球面透镜表面上的倾斜角小于或等于65°。

非球面透镜表面由下述方程给出：

$Z\left(r\right)=\frac{{\mathrm{cr}}^2}{1+\sqrt{1-(1+K)c^2{r}^2}}+{\mathrm{Lr}}^2+{\mathrm{Ar}}^4+{\mathrm{Br}}^6+{\mathrm{Cr}}^8+{\mathrm{Dr}}^{10}+{\mathrm{Er}}^{12}+{\mathrm{Fr}}^{14}+{\mathrm{Gr}}^{16}+{\mathrm{Hr}}^{18}+{\mathrm{Jr}}^{20}$

其中L≠0，c是曲率，r²＝x²+y²，K是二次常数，而L和A至J是非球面系数。

非球面透镜可由塑料构成。

非球面透镜可用作用于BD的光拾取装置的物镜。

非球面透镜的NA(数值孔径)可为0.85。

本发明的前述和/或其他的方面和效用也可以通过提供可用作光学信息存储媒体系统的物镜的非球面透镜获得，该非球面透镜包括至少一个由下述方程确定的非球面透镜表面，该方程具有对应于椭圆表面特性的第一项、对应于抛物面特性的第二项、以及对应于非球面透镜表面坡度(slope)特性的更高阶项。

由上述等式的项形成的非球面透镜表面上的倾斜角可以小于或等于65°。

该第一项可以包括

而该第二项可以包括Lr²，其中L≠0，c是曲率，r²＝x²+y²，K是二次常数。

该第二项可以包括Lr²；而该第三项可以包括

Ar²+Br²+Cr²+Dr²+Er²+Fr²+Gr²+Hr²+Jr²，其中L≠0，c是曲率，r²＝x²+y²，而L和A至J是非球面系数。

该第一项可以包括

该第二项可以包括Lr²，而该更高阶项可以包括Ar⁴+Br⁶+Cr⁸+Dr¹⁰+Er¹²+Fr¹⁴+Gr¹⁶+Hr¹⁸+Jr²⁰，其中L≠0，c是曲率，r²＝x²+y²，K是二次常数，而L和A至J是非球面系数。

根据上述等式中的项形成的非球面透镜的NA(数值孔径)可为0.85。

本发明的前述和/或其他方面和效用可以通过提供光拾取装置来获得，该光拾取装置包括发射光的光源和透过光并接收从光盘反射的光的物镜，其中物镜包括具有由下述方程确定的非球面透镜表面的非球面透镜，该方程具有对应于椭圆表面特性的第一项、对应于抛物面特性的第二项、以及对应于非球面透镜表面坡度特性的更高阶项。

本发明的前述和/或其他的方面和效用可以通过提供包括光学拾取器和用于控制光拾取装置利用光对信息进行写和读的控制单元的光学信息存储媒体系统来获得，该光拾取装置包括发射光的光源和透过光并接收从光盘反射的光的物镜，其中物镜包括具有由下述方程确定的非球面透镜表面的非球面透镜，该方程具有对应于椭圆表面特性的第一项、对应于抛物面特性的第二项、以及对应于非球面透镜表面坡度特性的更高阶项。

附图说明

通过参照附图具体地描述示范性实施例，本发明的上述和其他特征及优点将变得更加明显，其中：

图1是示出根据本发明一个实施例的光拾取装置的图；

图2是示出使用图1的光拾取装置的光学信息存储媒体系统的图；以及

图3A和3B是示出图1的光拾取装置的非球面透镜的图。

具体实施方式

现将参考本发明总发明构思的实施方式进行详细描述，本发明总发明构思的实例在附图中示出，其中，相似附图标记通篇指代相似元件。下面描述实施例，以通过参照附图解释本发明。

图1示出根据本发明实施例的光拾取装置50的光学配置。图2示出使用图1所示的光拾取装置50的光学信息存储媒体系统。

参照图1，光拾取装置50包括用以发射光的光源11(例如，激光二极管)、用于收集入射光并将收集到的光会聚到信息存储介质(即，光盘10)的物镜17、以及用于接收照射到光盘10并由此被反射的光的光探测器19。物镜17为非球面透镜。此外，光拾取装置50可包括用于改变或引导入射光流经路径的光路改变器15(如偏振分束器)、用于改变入射光的偏振的波片13(例如，1/4波片)、以及用于生成入射到物镜17的平行光的准直透镜12。图1中，附图标记18指代收集入射光并在光探测器19上形成适当尺寸光斑的探测透镜。探测透镜18可以是根据像散方法探测聚焦误差信号的像散透镜。

光盘10可以是在一侧上具有单个信息存储层或多个信息存储层的光盘。光盘10可以是蓝光光盘(BD)。

光源11输出具有适用于向/从光盘10记录/再现信息的波长的光。例如，光源11可以根据BD标准的要求输出蓝光，即波长为405nm或接近405nm的蓝光。

通过执行机构16在聚焦和/或循轨方向上驱动物镜17。根据BD标准所要求的，物镜17可以被形成为具有0.85的有效数值孔径(NA)。此外，为了确保与BD和HD DVD标准相兼容，即BD DVD和HD DVD标准之间的兼容性，物镜17还可以具有HD DVD标准所要求的0.65的有效NA。执行机构16可以不仅在聚焦方向上也可以在循轨方向上驱动物镜17。此外，执行结构16还可以在倾斜方向上驱动物镜17。

根据本发明的一个实施例，非球面透镜能够用作物镜17，并可以具有其上的倾斜角小于或等于65°的至少一个非球面透镜表面。物镜17可由塑料材料或玻璃材料构成。

如图3A和3B所示，非球面透镜17可以具有非球面透镜表面Sb。附图标记R为光轴顶点处的半径，而附图标记r为从光轴处的参考表面到非球面透镜表面Sb的一个点的半径(或距离)。附图标记h为距光轴的距离，其与半径r成比例。以上描述的附图标记用于确定稍后将描述的非球面透镜17。

附图标记A表示倾斜角，其可由光轴和与非球面透镜表面Sb的一个点相切的直线(表面或平面)St确定。

图1示出了光拾取装置50的光学配置的示例。图1的光拾取装置50为具有相互分离的光源11和光探测器19的分离式光学系统，其包括单个的光源11和单个的光探测器19。光源11可以输出单个波长的光。可替代地，光源11可以是能输出多波长光的多类型光源，以确保与多种格式光盘的兼容性；例如BD和/或HD DVD以及传统DVD。光拾取装置50可进一步包括全息光学模式(未示出)，以确保与使用不同波长的光的多种格式光盘的兼容性。此外，光拾取装置50的光学配置可以从图1所示结构作多种改变。

如图2所示，光学信息存储媒体系统可以具有用于旋转光盘10的主轴电机312、在光盘10上移动以向/从光盘10记录/再现信息的光拾取装置50、用于根据光拾取装置50探测到的信号来探测聚焦误差信号的信号处理单元100、用于驱动主轴电机312和光拾取装置50的驱动单元307、以及用于控制光拾取装置50的聚焦伺服和循轨伺服(tracking servo)的控制单元309。附图标记352表示转盘，而附图标记353表示用于夹持光盘10的夹具。

被光盘10反射的光由布置在光拾取装置50中的光探测器19探测，并被光电转换器转换为电信号。信号处理单元100接收该电信号并产生聚焦误差信号(FES)。通过驱动单元307将FES输入到控制单元309。信号处理单元100可以基于来自光探测器19的电信号探测循轨误差信号和/或倾斜信号。

驱动单元307控制主轴电机312的旋转速度、放大输入信号、并且驱动光拾取装置50。控制单元309将根据驱动单元307输入的信号所调整的聚焦伺服命令、循轨伺服命令和/或倾斜伺服命令发送回驱动单元307，用于光拾取装置50以执行聚焦、循轨和/或倾斜操作。此外，控制单元309控制光源11以根据再现/记录模式输出适当功率的光，并控制驱动单元307用以将用于驱动物镜17使其离焦的信号施加到执行机构16，以使在将当前模式改变为记录模式之前，对物镜17施加聚焦偏移。就此，根据输出光功率调整施加的聚焦偏移量。在施加该聚焦偏移一预定时间段之后，可以移除该聚焦偏移量。

根据本发明的一个实施例的非球面透镜可作为物镜17来应用，该非球面透镜至少包括一个非球面透镜表面Sb。因此，非球面透镜的两个表面都可以是非球面透镜表面Sb。

根据本发明的一个实施例的非球面透镜中，当设计非球面透镜表面时，可以使用由下面方程2给出的非球面方程：

[方程2]

$Z\left(r\right)=\frac{{\mathrm{cr}}^2}{1+\sqrt{1-(1+K)c^2{r}^2}}+{\mathrm{Lr}}^2+{\mathrm{Ar}}^4+{\mathrm{Br}}^6+{\mathrm{Cr}}^8+{\mathrm{Dr}}^{10}+{\mathrm{Er}}^{12}+{\mathrm{Fr}}^{14}+{\mathrm{Gr}}^{16}+{\mathrm{Hr}}^{18}+{\mathrm{Jr}}^{20}$

L≠0

其中c是曲率，r²＝x²+y²，K是二次常数，以及L和A至J是非球面系数。

这里，x和y是距光轴的半径或距离，并被用于形成非球面透镜表面Sb的点处相对于参考表面的半径r。

换句话说，根据本发明的一个实施例的非球面透镜17具有非球面校正特性并能够通过表示抛物面的第二项(Lr²)来校正非球面透镜表面(例如，椭圆表面)的弯曲表面，该椭圆表面根据

项得到。

因而，当使用表示抛物面的第二项(以下简称第二项)执行非球面校正时，相比于例如仅椭圆表面的情况，像差能被更好地校正。从而，缓解较高项上的负担(即，r⁴到r²⁰项的负担)，并因此还可能在物镜17表面上形成平缓斜度。

根据本发明的一个实施例的非球面透镜可具有小于或等于65°的倾斜角，并可由塑料材料构成。可替代地，该非球面透镜可由玻璃材料构成。如上所述，非球面透镜可以用作用于BD的光拾取装置的物镜。这种情况下，非球面透镜的NA可为0.85。

表1示出根据本发明的一个实施例的设计物镜17的示例。表1中的数据在非球面透镜的NA为0.85时获得，非球面透镜17的有效直径为3.4mm，非球面透镜对应于光轴的中心厚度为1.76mm，构成非球面透镜的材料的折射率为1.98，非球面透镜的焦距为1.98mm，以及非球面透镜的工作距离为0.73mm。

表1

	第一非球面透镜表面	第二非球面透镜表面
			R(＝1/c)	1.6	4.136693
K	-0.8379427	-20.26923
			L	1.44098E-02	-5.45116E-02
A	1.80243E-02	8.66518E-02
			B	2.86512E-03	-9.40997E-02
C	1.91222E-05	5.44710E-02
			D	2.12686E-04	-1.67841E-02
E	-0.922324E-05	2.12539E-03
			F	0	0
G	0	0
			H	0	0
J	0	0

如上所述，当通过该第二项校正非球面透镜表面时，该非球面透镜表面的倾斜角可以平缓。结果，能够增加可容许轴向偏离，并因此还能够增加制造公差。

尽管已经示出和描述了本发明的一些实施例，但本领域的技术人员将知晓的是，可以在这些实施例中作出变化而不脱离本发明的原则和精神，本发明的范围由权利要求及其等价体限定。

相关文件的交叉引用

本申请根据35 U.S.C.§119要求2008年12月26日向韩国知识产权局提交的、申请号为10-2008-0134953的韩国专利申请的优先权，该申请所公开的全部内容通过引用全部合并于此。

Claims (16)

1.一种具有至少一个非球面透镜表面的非球面透镜，其中该非球面透镜表面的倾斜角小于或等于65°。

2.如权利要求1所述的非球面透镜，其中，该非球面透镜表面由以下方程给出

$Z\left(r\right)=\frac{{\mathrm{cr}}^2}{1+\sqrt{1-(1+K)c^2{r}^2}}+{\mathrm{Lr}}^2+{\mathrm{Ar}}^4+{\mathrm{Br}}^6+{\mathrm{Cr}}^8+{\mathrm{Dr}}^{10}+{\mathrm{Er}}^{12}+{\mathrm{Fr}}^{14}+{\mathrm{Gr}}^{16}+{\mathrm{Hr}}^{18}+{\mathrm{Jr}}^{20}$

其中L≠0，c是曲率，r²＝x²+y²，K是二次常数，而L和A至J是非球面系数。

3.如权利要求1所述的非球面透镜，其中，该非球面透镜由塑料材料构成。

4.如权利要求1所述的非球面透镜，其中，该非球面透镜用作用于蓝光光盘的光学拾取器的物镜。

5.如权利要求4所述的非球面透镜，其中，该非球面透镜的数值孔径为0.85。

6.一种具有至少一个非球面透镜表面的非球面透镜，该非球面透镜表面由以下方程确定：

$Z\left(r\right)=\frac{{\mathrm{cr}}^2}{1+\sqrt{1-(1+K)c^2{r}^2}}+{\mathrm{Lr}}^2+{\mathrm{Ar}}^4+{\mathrm{Br}}^6+{\mathrm{Cr}}^8+{\mathrm{Dr}}^{10}+{\mathrm{Er}}^{12}+{\mathrm{Fr}}^{14}+{\mathrm{Gr}}^{16}+{\mathrm{Hr}}^{18}+{\mathrm{Jr}}^{20}$

其中L≠0，c是曲率，r²＝x²+y²，K是二次常数，而L和A至J是非球面系数。

7.一种可用作光学信息存储媒体系统的物镜的非球面透镜，该非球面透镜具有至少一个由方程确定的非球面透镜表面，该方程包括：

对应于椭圆表面特性的第一项；

对应于抛物面特性的第二项；以及

对应于非球面透镜表面坡度特性的更高阶项。

8.如权利要求7所述的非球面透镜，其中，该非球面透镜表面的倾斜角小于或等于65°。

9.如权利要求7所述的非球面透镜，其中：

该第一项包括

以及

该第二项包括Lr²，

其中L≠0，c是曲率，r²＝x²+y²，而K是二次常数。

10.如权利要求7所述的非球面透镜，其中：

该第二项包括Lr²；以及

该更高阶项包括Ar⁴+Br⁶+Cr⁸+Dr¹⁰+Er¹²+Fr¹⁴+Gr¹⁶+Hr¹⁸+Jr²⁰，

其中L≠0，c是曲率，r²＝x²+y²，而L和A至J是非球面系数。

11.如权利要求7所述的非球面透镜，其中：

该第一项包括

该第二项包括Lr2；以及

该更高阶项包括Ar⁴+Br⁶+Cr⁸+Dr¹⁰+Er¹²+Fr¹⁴+Gr¹⁶+Hr¹⁸+Jr²⁰，

其中L≠0，c是曲率，r²＝x²+y²，K是二次常数，而L和A至J是非球面系数。

12.如权利要求7所述的非球面透镜，其中，该非球面透镜的数值孔径为0.85。

13.一种光拾取装置，包括：

发射光的光源；以及

透过光并接收从光盘反射的光的物镜，

其中物镜包括如权利要求1到12中任一项所述的非球面透镜。

14.一种光学信息存储媒体系统，包括：

如权利要求13所述的光拾取装置；以及

用于控制光拾取装置以利用光束写信息和读信息的控制单元。

15.一种光学拾取装置，包括：

发射光的光源；以及

透过光并接收从光盘反射的光的物镜，

其中物镜包括非球面透镜，该非球面透镜具有由方程确定的非球面透镜表面，该方程包括：

对应于椭圆表面特性的第一项；

对应于抛物面特性的第二项；以及

对应于非球面透镜表面坡度特性的更高阶项。

16.一种光学信息存储媒体系统，包括：

光学拾取装置，其具有：

发射光的光源，以及

透过光并接收从光盘反射的光的物镜，

其中该物镜包括非球面透镜，该非球面透镜具有由方程确定的非球面透镜表面，该方程包括对应于椭圆表面特性的第一项、对应于抛物面特性的第二项、以及对应于非球面透镜表面坡度特性的更高阶项；以及用于控制光拾取装置以利用光写信息和读信息的控制单元。

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