CN1392430A - 物镜、光拾取器装置和记录以及/或者再生装置 - Google Patents

物镜、光拾取器装置和记录以及/或者再生装置 Download PDF

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Abstract

提供光信息记录介质的信息的记录再生用、数值孔径大于0.85且像高特性良好的、可以适用于使用短波长光源的高密度光拾取器装置且可以足够地确保作用距离的、重量轻的非球面单片透镜，光拾取器装置以及记录·再生装置。该物镜是至少一个面做成非球面的单片透镜，且满足下面各式(其中：物镜的光信息记录介质侧的数值孔径为NA、光轴向的厚度为d(mm)、无限远物体的焦距为f(mm)、光源侧的面的有效口径为Φ1(mm)、垂直于光轴并与光源侧的面的顶点相接的平面和有效直径最外边的光源侧的面的光轴方向的差为X1(mm)、同样在光信息记录介质侧的光轴方向的差为X2(mm)、在光源波长处的折射率为n、成像倍率为m)。0.85＜NA＜0.98,0.80＜d/f＜3.00,0.5＜Φ1＜5.8,0.47＜(X1－X2)·(n－1)/（NA·f·）＜0.75。

Description

物镜、光拾取器装置和记录以及/或者再生装置
技术领域
本发明涉及光信息记录介质的信息的记录以及/或者再生用物镜、包含该物镜的光拾取器装置以及包含该光拾取器装置的记录·再生装置。
背景技术
近年来，使用激励波长400nm左右的兰紫色半导体激光器或兰紫色SHG半导体激光器等光源和数值孔径高达0.85的物镜的新的高密度记录光拾取器系统的研究·开发正在不断进展。众所周知，光盘或光磁盘等光学记录介质的记录密度与物镜会聚在信息记录面上的光点的面积((＝K·(λ/NA)2)，这里，K为比例常数，λ为光源的波长，NA为物镜的数值孔径)成反比例增大。要谋求光学记录介质的高密度化，除了提高物镜的数值孔径外，还有缩短光源波长之类的方法，但由于存在在波长短于350nm的区域透镜材料的光透过率急剧下降而无法获得实用上的光利用效率的问题。因而，可以想象在新的光拾取器系统中，将因更进一步的高密度化而要求物镜的更高的数值孔径。
在上述的高密度记录光拾取器系统中，搭载有2组构成的物镜，但在高NA的2组构成的物镜中，由于透镜之间的偏芯允许度小而导致组装第1透镜和第2透镜时的工时数增大、生产效率恶化以及成本上升。
此外，由于物镜的焦点深度d与数值孔径的平方成反比例，故数值孔径越大焦点深度越小，要求物镜聚焦用的调节器的响应速度或精度也就越高。由于2组构成的物镜比单片物镜的重量大，故还将导致调节器的大型化和成本的上升。
进而，较之单片物镜，高NA的2组构成物镜的动作距离常常较小，故在高NA物镜的设计中，确保足够的动作距离在防止光记录介质的破坏的意义上是非常重要的问题。
由上述情况可知，作为高NA物镜，不需要组装调整、重量轻且可足够地确保动作距离的单片透镜较为理想。
然而，在光学记录介质的记录以及/或者再生用的非球面单片透镜中，虽然可以通过非球面的像差校正来校正球差和慧差，但如果NA变大则作为波面像差的余量亦变大，故存在像高特性劣化之类的课题。
另外，如果物镜的焦点深度变小，则在光源产生了物镜的聚焦不能追随的瞬间的波长变动时，所产生的散焦成分变大。因而，数值孔径越大则必须更严格地校正物镜的色差。
发明内容
本发明以提供在光信息记录介质的信息的记录以及/或者再生用的物镜中，数值孔径大于0.85且像高特性良好的非球面单片物镜为目的。
此外，本发明还以提供适合于使用波长短达400nm的光源的高密度光拾取器装置的、数值孔径大于0.85的非球面单片物镜为目的。
另外，在数值孔径大于0.75的非球面单片透镜中，提供像高特性良好且可以足够地确保动作距离的、重量轻的物镜也是本发明的目的。
进而，本发明的目的还包括提供搭载了这些物镜的光拾取器装置以及记录·再生装置。
为达成上述目的，根据本发明的第1物镜是光信息记录介质的信息的记录以及/或者再生用的物镜，其特征如下：
上述物镜是至少一个面做成了非球面的单片透镜，且上述物镜的光信息记录介质侧的数值孔径NA、光轴向的厚度d(mm)、对无限远物体的焦距f(mm)、以及光源侧的面的有效直径Φ1(mm)的值分别满足下面的式(1)、(2)、(3)。
0.85＜NA＜0.98                    (1)
0.80＜d/f＜3.00                   (2)
0.5＜Φ1＜5.8                     (3)
利用该物镜，因为通过将对光信息记录介质进行记录以及/或者再生时所需的规定的物镜的像方数值孔径(NA)提高到0.85以上，可以减小会聚到信息记录面上的光点的尺寸，故可以对光信息记录介质进行更高密度的记录以及/或者再生以更高密度被记录的信息。此外，通过至少将一个面做成非球面，可以良好地校正球差或慧差。此时，最好将光源侧的面做成非球面，由此可以更好地校正各种像差。进而，通过做成单片透镜，因其不需要组装调整，故可以达成提高生产效率以及降低成本。
本发明的第1物镜满足(1)式较为理想，(1)式是在NA大于0.85的单片透镜中用于获得良好的像高特性时的、合适于透镜的光轴向的厚度d与焦距f的条件，如果是在下限以上，则用波面像差评价像高特性时的3次余量成分不至于变得过大，5次以上的高次慧差成分不至于变得过大。如果是(1)式的上限以下，则用波面像差评价像高特性时的3次球差成分不至于变得过大，5次余量成分不至于变得过大，3次慧差成分不至于变得过大，象散隔差不至于变得过大。
此外，如果是(2)式的上限以下，因为透镜的光轴向的厚度不至于变得过大，故可以将透镜做得重量较轻，可以进行利用更小型的调节器的驱动。进而，如果是(2)式的上限以下，因为透镜的光轴向的厚度不至于变得过大，故可以足够地确保动作距离。为达成上述作用，满足下面的(2’)式将更为理想。
1.10≤d/f≤1.90                    (2’)
另外，本发明的第1物镜满足(3)式也很理想。与NA较低的CD、DVD用的现有的光拾取器用的物镜相比，高NA的物镜的特点在于其动作距离常常较小，虽然加大物镜的口径可以确保动作距离，但此时由于物镜的重量变大将导致调节器的大型化或成本的上升。因此，如(3)式这样，限定了入射到本发明物镜光源侧的面的光束口径的上限。
根据本发明的第2物镜是光信息记录介质的信息的记录以及/或者再生用的物镜，其特征在于：上述物镜是至少一个面做成了非球面的单片透镜，且满足下面的式(4)、(5)、(6)。
0.80＜d/f＜3.00                                                (4) 0.47 < ( X 1 - X 2 ) &CenterDot; < ( n - 1 ) / ( NA &CenterDot; f &CenterDot; 1 + | m | ) < 0.80 - - - ( 5 )
0.5＜Φ1＜5.8                                                  (6)
式中：d为上述物镜光轴向的厚度(mm)；X1为垂直于光轴并与光源侧的面的顶点相接的平面和有效直径最外边(上述NA的边缘光线入射的光源侧的面上的位置)的光源侧的面的光轴方向的差(mm)，以上述相接平面为基准，在光信息记录介质的方向测量时为正，在光源的方向测量时为负；X2为垂直于光轴并与光源侧的面的顶点相接的平面和有效直径最外边(上述NA的边缘光线入射的光信息记录介质侧的面上的位置)的光信息记录介质侧的面的光轴方向的差(mm)，以上述相接平面为基准，在光信息记录介质的方向测量时为正，在光源的方向测量时为负；n为上述物镜的在光源的波长处的折射率；f为上述物镜的对无限远物体的焦距(mm)；m为上述物镜的成像倍率；Φ1为光源侧的面的有效直径(mm)。
在上述的第2物镜中，(5)式是有关NA大于0.85的单片透镜中用于良好地校正球差的光源侧的面和光信息记录介质侧的面的垂度量的条件关系式。由于X1为正且其绝对值越小、X2为负且其绝对值越小使边缘光线的球差成为校正过剩的效果越大，X1为正且其绝对值越大、X2为负且其绝对值越大使边缘光线的球差成为校正不足的效果越大，故为了校正球差，需要(X1-X2)限定在某一范围内。
由上，本发明的第2物镜最好满足(5)式，在(5)式的下限以上将不致于使边缘光线的球差成为过于校正过剩，在上限以下则不致于使边缘光线的球差成为过于校正不足。为达成上述作用，满足后述的(21)式将更为理想。其他，可以得到与上述的(1)、(3)式同样的效果。
此外，在上述的第2物镜中，上述物镜的光信息记录介质侧的数值孔径NA的值最好满足下面的(7)式。
0.70＜NA＜0.98                        (7)
根据本发明的第3物镜是光信息记录介质的信息的记录以及/或者再生用的物镜，其特征在于：上述物镜是具有波长为λ的光源的光拾取器装置用物镜，同时，上述物镜是至少一个面做成了非球面的单片透镜，且上述物镜的光信息记录介质侧的数值孔径NA以及上述的波长λ的值分别满足下面的式(8)、(9)。
0.85＜NA＜0.98                        (8)
350nm＜λ＜550nm                      (9)
如果在作为光源使用波长满足(9)式这样的单波长光源的光拾取器装置上搭载根据本发明的第3物镜，则可以对光信息记录介质更高密度地进行记录以及/或者再生以更高密度被记录的信息。作为这样的单波长光源，可以使用GaN等III-V族氮化物半导体激光器或SHG激光器。其他，可以得到与上述的(1)式同样的效果。
另外，在第3物镜中，上述物镜的光轴向的厚度d(mm)、对无限远物体的焦距f(mm)以及光源侧的面的有效直径Φ1(mm)的值最好分别满足下面的式(10)、(11)。
0.80＜d/f＜3.00                       (10)
0.5＜Φ1＜5.8                         (11)
根据本发明的第4物镜是光信息记录介质的信息的记录以及/或者再生用的物镜，其特征在于：上述物镜是至少一个面做成了非球面的、同时至少在一个面上形成有环带状的衍射构造的单片透镜，上述物镜的光信息记录介质侧的数值孔径NA、光轴向的厚度d(mm)以及对无限远物体的焦距f(mm)的值分别满足下面的式(12)、(13)。
0.85＜NA＜0.98                        (12)
0.95＜d/f＜3.00                       (13)
半导体激光器出射的激光一般认为是单波长(单模)且没有色差的，但实际上存在因温度变化或功率变化等引起中心波长产生瞬间跳跃数nm的模式跳变的情况。物镜的焦点深度d如众所周知的那样，可以用d∝λ/(NA)2(λ为光源的波长，NA为物镜的数值孔径)来表示。因而，NA越大则焦点深度越小，故在NA被做成大于0.85的物镜中，因半导体激光器的模式跳变引起产生的色差所导致的散焦将成为不能允许的问题，所以，需要校正物镜的色差校正。进而，在一般的光学材料中，因为波长越短因波长变化而引起的折射率变化越大，故在使用短波长半导体激光器时，将因模式跳变而在物镜中产生较大的色差。由于光源的波长越短物镜的焦点深度越小，连微小的散焦都不允许，故在使用短波长半导体激光器时，对物镜的色差进行校正的必要性越来越高。作为校正色差的方法，如有将阿贝数相对大的正透镜和阿贝数相对小的负透镜胶合耦合的方法，但因此时物镜的重量变大，故从增加对聚焦用的调节器的负担的角度上看并不理想。
因此，如第4物镜这样，如果在至少一个面上设置环带状的衍射构造，则可以不增加透镜片数地校正色差。其他，可以得到与上述的(1)、(2)式同样的效果。
此外，在第4物镜中，上述物镜是具有波长为λ的光源的光拾取器用物镜，上述波长λ以及光源侧的面的有效口径Φ1(mm)最好满足下面的式(14)、(15)。
350nm＜λ＜550nm                      (14)
0.5＜Φ1＜5.8                         (15)
根据本发明的第5物镜是光信息记录介质的信息的记录以及/或者再生用的物镜，其特征在于：上述物镜是具有波长为λ的光源的光拾取器装置用物镜，且是至少一个面做成了非球面的、同时至少在一个面上形成有环带状的衍射构造的单片透镜，上述物镜的光信息记录介质侧的数值孔径NA以及上述波长λ的值分别满足下面的式(16)、(17)。
0.85＜NA＜0.98                        (16)
350nm＜λ＜550nm                      (17)
利用第5物镜，可以如上述那样地，通过至少在一个面上设置环带状的衍射构造，可以不增加透镜片数地校正色差。其他可以得到与上述的(1)、(9)式同样的效果。
此外，在第5物镜中，上述物镜的光轴向的厚度d(mm)、对无限远物体的焦距f(mm)以及光源侧的面的有效直径Φ1(mm)的值最好分别满足下面的式(18)、(19)。
0.80＜d/f＜3.00                              (18)
0.5＜Φ1＜5.8                                (19)
另外，第1、第3、第4、第5物镜最好还满足下面的(20)式。 0.40 < ( X 1 - X 2 ) &CenterDot; ( n - 1 ) / ( NA &CenterDot; f &CenterDot; 1 + | m | ) < 0.80 - - - ( 20 )
式中：X1为垂直于光轴并与光源侧的面的顶点相接的平面和有效直径最外边(上述NA的边缘光线入射的光源侧的面上的位置)的光源侧的面的光轴方向的差(mm)，以上述相接平面为基准，在光信息记录介质的方向测量时为正，在光源的方向测量时为负；X2为垂直于光轴与光源侧的面的顶点相接的平面和有效直径最外边(上述NA的边缘光线入射的光信息记录介质侧的面上的位置)的光信息记录介质侧的面的光轴方向的差(mm)，以上述相接平面为基准，在光信息记录介质的方向测量时为正，在光源的方向测量时为负；n为上述物镜的在光源的波长处的折射率；f为上述物镜对无限远物体的焦距(mm)；m为上述物镜的成像倍率。
第1～第5物镜满足下面的(21)式更好。 0.47 < ( X 1 - X 2 ) &CenterDot; ( n - 1 ) / ( NA &CenterDot; f &CenterDot; ( 1 + | m | ) ) < 0.75 - - - ( 21 )
根据本发明的第6物镜是光信息记录介质的信息的记录以及/或者再生用的物镜，其特征在于：上述物镜是至少一个面做成了非球面的单片透镜，上述物镜的光信息记录介质侧的数值孔径NA、光轴向的厚度d(mm)以及对无限远物体的焦距f(mm)的值分别满足下面的式(22)、(23)。
0.70＜NA＜0.98                        (22)
0.80＜d/f＜1.35                       (23)
根据第6物镜，(23)式是在NA值满足(22)式的高NA单片物镜中用于获得像高特性良好且可以确保足够的作用距离的重量轻的物镜的条件，如果是(23)式的下限以上，则用波面像差评价像高特性时的3次余量成分不至于变得过大，5次以上的高次慧差成分不至于变得过大。如果是(23)式的上限以下，则用波面像差评价像高特性时的3次球差成分不至于变得过大，5次余量成分不至于变得过大，3次慧差成分不至于变得过大，象散隔差不至于变得过大。进而，因为可以在确保足够的作用距离的同时不使透镜的体积过大，故可以减轻对调节器的负担。
此外，第6物镜最好满足下面的(24)式。 0.35 < ( X 1 - X 2 ) &CenterDot; ( n - 1 ) / ( NA &CenterDot; f &CenterDot; ( 1 + | m | ) ) < 0.70 - - - - ( 24 )
式中：X1为垂直于光轴并与光源侧的面的顶点相接的平面和有效直径最外边(上述NA的边缘光线入射的光源侧的面上的位置)的光源侧的面的光轴方向的差(mm)，以上述相接平面为基准，在光信息记录介质的方向测量时为正，在光源的方向测量时为负；X2为垂直于光轴并与光源侧的面的顶点相接的平面和有效直径最外边(上述NA的边缘光线入射的光信息记录介质侧的面上的位置)的光信息记录介质侧的面的光轴方向的差(mm)，以上述相接平面为基准，在光信息记录介质的方向测量时为正，在光源的方向测量时为负；n为上述物镜的在光源的波长处的折射率；f为对无限远物体的焦距(mm)；m为上述物镜的成像倍率。
第6物镜满足下面的(25)式更好。 0.40 < ( X 1 - X 2 ) &CenterDot; ( n - 1 ) / ( NA &CenterDot; f &CenterDot; ( 1 + | m | ) ) < 0.65 - - - ( 25 )
上述的第6物镜中的(24)式是在NA值满足(22)式的高NA单片透镜中有关用于良好地校正球差的光源侧的面和光信息记录介质侧的面的垂度量的条件式。由于X1为正且其绝对值越小、X2为负且其绝对值越小使边缘光线的球差成为校正过剩的效果越大，X1为正且其绝对值越大、X2为负且其绝对值越大使边缘光线的球差成为校正不足的效果越大，故为了校正球差，需要(X1-X2)限定在某一范围内。
由上，本发明的第6物镜最好满足(24)式，在下限以上不致于使边缘光线的球差成为过于校正过剩，在上限以下不致于使边缘光线的球差成为过于校正不足。为达成上述作用，满足(25)式将更为理想。
此外，第6物镜是具有波长为λ的光源的光拾取器装置用物镜，上述波长λ最好满足下面的式(26)。
350nm＜λ＜550nm                      (26)
第1～第6物镜最好是两面都做成非球面的单片透镜，为了更为精细地校正球差以及慧差，这样将两面都做成非球面更为理想。
此外，第1～第6物镜的光源侧的面的近轴曲率半径r1(mm)的值最好满足下面的(27)式。
0.25＜r1/(n·f·(1-|m|))＜0.65(27)
(27)式是用于良好地校正像高特性的慧差成分的条件式，如果是(27)式的下限以上，则正弦条件的高次区域不至于过于为负，如果是上限以下，则正弦条件的高次区域不至于过于为正。为达成上述的作用，满足下面的(27’)式更为理想。
0.35＜r1/(n·f·(1-|m|))＜0.55(27’)
另外，第1～第6物镜可以进行对应于保护光信息记录介质的信息记录面的保护层的厚度的球差校正，上述保护层的厚度t(mm)的值最好满足下面的(28)式。
0.0≤t＜0.15                          (28)
(28)式是关于用于由抑制光信息记录介质的弯翘引起的慧差的、光信息记录介质的保护层的最佳厚度的条件式。当物镜的数值孔径做得大于0.85时，通过使光信息记录介质的保护层的厚度小于0.15mm，可以确保与CD或DVD等现有的光信息记录介质相同程度的、或者相同程度以上的弯翘余量。如果保护层的厚度是零，因为不产生由光盘弯翘引起的慧差，故根据本发明的各物镜可以只进行对应保护层的厚度为零的球差校正，即只对物镜校正球差即可。
再有，通过用光学塑料材料形成第1～第6物镜，由于既是高NA的物镜，且又重量轻、惯性小，故可以减轻对聚焦用的调节器的负担，进而，可以进行利用调节器的物镜的更为精细的位置控制。作为结果，可以达成聚焦误差的降低、调节器的小型化、调节器的省电化等。此外，还可以在与光信息记录介质相接触时防止光信息记录介质的破损。进而，利用使用了金属模具的注塑成型法，还可以廉价地大量生产。作为塑料材料，最好使用在使用波长区域厚度3mm处的光透过率为85％以上且饱和吸水率为0.5％以下的材料。作为这样的塑料材料，希望是聚烯烃系列树脂，聚烯烃系列中的降冰片烷系列树脂最好。
通过用光学塑料材料形成第1～第6物镜，因为与光学塑料相比光学玻璃的折射率高，故可以缓和光源侧的面的非球面的加工角度，正确地进行金属模具加工。另外，因为与光学塑料相比光学玻璃的耐环境性高，故可以减少发生了因温度·湿度变化等环境变化时的物镜的成像性能的劣化。
根据上述的本发明的各物镜并非限定于物点为无限远的所谓的无限系列的物镜，也可以作为物点为有限距离的有限系列的物镜。在相对于来自无限远物体的平行光束使像差达到最小地进行校正像差时，由于为了降低道跟踪误差/聚焦误差，即使物镜移动对物镜的入射条件的变化也较少，故像差变化少。此外，在相对于来自位于有限距离的物体的发散光束使该物镜的像差达到最小地进行校正像差时，由于可以更大地确保工作距离，故可以防止物镜和光信息记录介质的冲突。再有，在相对于朝向像方物体侧的收敛光束使像差达到最小地进行该物镜的校正像差时，由于对物镜的光线的入射角变小，故可以抑制由制造时的偏芯误差引起的像差劣化，可以做成易于制造的物镜。
此外，根据本发明的光拾取器装置，具有光源和包含用于使上述光源出射的光束会聚到光信息记录介质的信息记录面上的物镜的聚光系统，它是通过用于接收来自上述信息记录面的反射光的检测来进行对上述光信息记录介质的信息的记录以及/或者再生的光拾取器装置，其特征是，上述物镜具有上述的第1～第6透镜中的任一物镜。
利用该光拾取器装置，通过使用数值孔径更大，像高特性良好的非球面单片透镜，可以使用波长短达400nm左右的光源进行高密度的记录·再生，此外，还可以足够地确保动作距离。
另外，根据本发明的记录·再生装置，它搭载有上述的光拾取器装置，且是可以进行声音以及/或者图像的记录、以及/或者、声音以及/或者图像的再生的装置。利用该记录·再生装置可以进行高密度的记录·再生。
附图说明
图1所示是本实施形态的光拾取器装置的概略图。
图2所示是本实施形态的另外的光拾取器装置的概略图。
图3是关于实施例1的光路图。
图4是关于实施例1的球差图。
图5是关于实施例2的光路图。
图6是关于实施例2的球差图。
图7是关于实施例3的光路图。
图8是关于实施例3的球差图。
图9是关于实施例4的光路图。
图10是关于实施例4的球差图。
图11是关于实施例5的光路图。
图12是关于实施例5的球差图。
图13是关于实施例6的光路图。
图14是关于实施例6的球差图。
图15是关于实施例7的光路图。
图16是关于实施例7的球差图。
图17是关于实施例8的光路图。
图18是关于实施例8的球差图。
图19是关于实施例9的光路图。
图20是关于实施例9的球差图。
具体实施方式
下面利用附图对根据本发明的实施形态的光拾取器装置进行说明。图1是本实施形态的光拾取器装置的概略图。
在图1所示的光拾取器装置中，来自波长λ为400nm左右的短波长光源的光束，其通过偏向光束棱镜4、1/4波长片6、耦合透镜2以及光阑7，并根据物镜8经由光信息记录介质的保护层9会聚在信息记录面9’上。来自信息记录面9’的反射光通过物镜8以及耦合透镜2等后，被偏向光束棱镜4反射并通过柱面透镜12朝向光检测器14。
此外，作为球差校正装置的耦合透镜2由作为球差校正装置的驱动装置的、1轴调节器11可沿图1的光轴方向移动地构成。另外，物镜8由2轴调节器10在聚焦方向以及道跟踪方向上驱动。这里，1轴调节器11可以使用动圈型调节器或压电调节器等。
在图1的光拾取器装置中，在因光源的个体间的波长的偏差、温度变化或湿度变化等环境变化、光信息记录介质的保护层的厚度误差、物镜的制造误差等导致在聚光光学系统中产生球差变动时，可以由1轴调节器11在光轴方向上使耦合透镜2变移，通过使耦合透镜2出射的光束的边缘光线的倾角变化来校正球差。
图1中，由于作为物镜8使用根据本发明的数值孔径NA更大、像高特性良好的非球面单片物镜，光源1使用波长λ短达400nm左右的光源，故可以进行高密度的记录·再生，可以足够地确保物镜8和光信息记录介质的保护层9之间的动作距离。
下面根据图2对另外的光拾取器装置进行说明。在图2所示的光拾取器装置中，来自波长λ为400nm左右的短波长光源1的光束，其通过耦合透镜2、光束整形棱镜对3、偏向光束棱镜4、光束扩束器5、1/4波长片6以及光阑7，并根据物镜8经由光信息记录介质的保护层9会聚在信息记录面9’上。来自信息记录面9’的反射光通过物镜8以及光束扩束器5等后，被偏向光束棱镜4反射并通过柱面透镜12、聚焦透镜13朝向光检测器14。
此外，作为球差校正装置的光束扩束器5具有负透镜5a和正透镜5b，且负透镜5a由作为球差校正装置的驱动装置的1轴调节器11可沿图2的光轴方向变移地构成。在图2的光拾取器装置中，因与上述同样的原因导致在聚光光学系统中球差发生了变动时，可以通过1轴调节器11沿光轴方向变移配置在耦合透镜2和物镜8之间的光束扩束器5的负透镜5a校正球差。这里，也可以让正透镜5b在光轴方向变移。
虽然没有图示，但图1以及图2的光拾取器装置具有通过检测来自息记录面9’的反射光来检测在聚光光学系统中产生的球差的变动、并基于该检测结果生成球差误差信号的球差检测装置。进而，驱动作为球差校正装置的耦合透镜2或者光束扩束器5的负透镜5a，以使球差误差信号为零。作为这样的球差检测装置以及用于球差检测装置的球差检测方法，例如，可以使用本专利申请人申请的专利2001-108378号所记载的装置和方法。这里，上述的球差检测装置配置在球差校正装置和光源之间的光路中。
此外，在图1以及图2的光拾取器装置中，作为球差校正装置，除了上述的耦合透镜2和光束扩束器5以外，也可以使用电气地变化垂直于光轴方向的折射率分布的元件。此时，由于不需要可动部，故可以达成光拾取器装置的轻量化、低成本。作为这样的折射率分布可变元件，例如，可以使用把在垂直于光轴的面内使液晶分子集中在任意的X方向并排列的液晶元件1和在垂直于光轴的面内使液晶分子集中在与任意的X方向垂直的Y方向并排列的液晶元件2夹持在1/2波长片和玻璃基板并交互地积层的液晶元件。通过分别对液晶元件1和液晶元件2外加电压，可以通过独立地控制来自作为折射率分布可变元件的液晶元件的出射波面的相位的X方向成分以及Y方向成分，校正在聚光光学系统中产生的球差的变动。这里，折射率分布可变元件只要是可以关于光轴形成大致对称的折射率分布的元件即可，并非限定于上述的形态。
图2中，由于作为物镜8与图1同样地使用根据本发明的数值孔径NA更大、像高特性良好的的非球面单片透镜，光源1使用波长λ短达400nm程度的光源，故可以进行高密度的记录·再生，可以足够地确保物镜8和光信息记录介质的保护层9之间的动作距离。
实施例
下面对可适用于图1、图2的光拾取器装置的非球面单片透镜的实施例1～9进行说明。各实施例的数据的一览表示于表1。
表1
实施例一览表
Figure A0212324200211
本实施例的透镜的非球面在设光轴方向为X轴，垂直于光轴方向的高为h，折射面的曲率半径为r时用下面的公式1表示。这里，k为圆锥系数；A2i为非球面系数。
公式1 X = h 2 / r 1 + 1 - ( 1 + k ) h 2 / r 2 + &Sigma; i = 2 10 A 2 i h 2 i
此外，设置在本实施例的透镜中的环带状的衍射面作为光程差函数Φb可以用下面的公式2表示。这里，h为垂直于光轴的高度；b2i为光程差函数的系数。
公式2 &Phi; b = &Sigma; i = 1 5 b 2 i h 2 i
实施例1是f＝1.70mm、NA为0.88、t＝0.05mm、λ＝405nm、m＝0的双面非球面单片透镜。实施例1的透镜数据示于表2。透镜材料取的是光学玻璃(HOYA公司制：M-LaC130)。图3所示是关于实施例1的光路图，图4所示是关于实施例1的球差图。这里，在图4的球差图中，SA(Spherical Aberration)是设计基准波长处的球差，SC(Sine Condition)是正弦条件。在后述的各球差图中均同样。
表2
实施例1
 面序号      r(mm)     d(mm)     Nλ      vd    备注
   0    光源
   12     1.394-1.815     2.7200.291    1.71558     53.2 物镜
   34     ∞∞     0.050    1.61949     30.0 保护层
非球面系数
     第1面       第2面
kA4A6A8A10A12A14A16  -5.1175E-017.4390E-03-4.9328E-037.4288E-03-4.3000E-032.9744E-046.9121E-04-2.2358E-04   -1.2353E+023.6611E-01-1.5077E+002.4137E+00-1.4868E+00-2.5223E-04
实施例2是f＝1.67mm、NA为0.90、t＝0.05mm、λ＝405nm、m＝0的双面非球面单片透镜。实施例2的透镜数据示于表3。透镜材料取的是光学玻璃(HOYA公司制：M-LaC130)。图5所示是关于实施例2的光路图，图6所示是关于实施例2的球差图。
表3
实施例2
 面序号     r(mm)    d(mm)     Nλ     vd   备注
   0     ∞   光源
   12    1.341-2.060    2.6000.288    1.71558     53.2   物镜
   34     ∞∞    0.050    1.61949     30.0 保护层
非球面系数
    第1面     第2面
 kA4A6A8A10A12A14A16A18A20  -5.2782E-018.7032E-03-1.5549E-032.5660E-03-9.0072E-043.2581E-04-1.8182E-04-1.6988E-042.0934E-04-5.8326E-05   -1.9521E+023.4553E-01-1.1842E+001.5280E+00-7.5384E-01-2.5223E-04
实施例3是f＝1.67mm、NA为0.90、t＝0.10mm、 λ＝405nm、m＝0的双面非球面单片透镜。实施例3的透镜数据示于表4。透镜材料取的是光学玻璃(HOYA公司制：TAFD30)。图7所示是关于实施例3的光路图，图8所示是关于实施例3的球差图。
 表4
实施例3
 面序号     r(mm)    d(mm)       Nλ      vd   备注
   0     ∞   光源
   12     1.3123.928    1.5500.659    1.92068     40.8   物镜
   34     ∞∞    0.100    1.61949     30.0 保护层
非球面系数
    第1面     第2面
 kA4A6A8A10A12A14A16A18A20   -3.2219E-01-7.4226E-037.7862E-03-2.4945E+03-1.1288E-037.0977E-04-1.1302E-04-2.6556E-041.6403E-04-5.5177E-05  -2.6834E+023.1801E-01-4.8550E-013.8360E-01-1.7071E-013.3719E-02
实施例4是f＝1.61mm、NA为0.93、t＝0.03mm、λ＝405nm、m＝0的双面非球面单片透镜。实施例4的透镜数据示于表5。透镜材料取的是光学玻璃(HOYA公司制：NBFD13)。图9所示是关于实施例4的光路图，图10所示是关于实施例4的球差图。
 表5
 实施例4
 面序号    r(mm)    d(mm)      Nλ      vd   备注
    0     ∞   光源
    12     1.3138.471    2.2900.311     1.84069      40.7 物镜
    34     ∞∞    0.030     1.61949      30.0 保护层
非球面系数
  第1面     第2面
 kA4A6A8A10A12A14A16A18A20  -5.8169E-011.0422E-029.7940E-03-7.2250E-034.4219E-031.0776E-03-1.2949E-03-3.2710E-045.4088E-04-1.3027E-04  -2.0475E+027.3380E-01-2.3259E+003.1121E+00-1.6309E+00-2.5223E-04
实施例5是f＝1.58mm、NA为0.95、t＝0.03mm、λ＝405nm、m＝0的双面非球面单片透镜。实施例5的透镜数据示于表6。透镜材料取的是光学玻璃(HOYA公司制：M-LaC130)。图11所示是关于实施例5的光路图，图12所示是关于实施例5的球差图。
表6
实施例5
 面序号     r(mm)     d(mm)      Nλ      vd   备注
    0      ∞   光源
    12     1.199-3.501    2.3600.266    1.71558      53.2 物镜
    34     ∞∞    0.030    1.61949      30.0 保护层
非球面系数
   第1面    第2面
kA4A6A8A10A12A14A16A18A20  -5.9191E-011.4790E-021.0457E-02-7.8362E-035.7585E-031.3185E-03-1.5245E-03-3.9077E-046.3012E-04-1.3137E-04  -1.5546E+039.4609E-01-2.5954E+003.3480E+00-1.7069E+00-2.5223E-04
实施例6是f＝1.67mm、NA为0.90、t＝0.05mm、λ＝405nm、m＝0的双面非球面单片透镜。实施例6的透镜数据示于表7。透镜材料是聚烯烃系列的降冰片烷系列树脂，是在使用波长区域的厚度3mm处的光透过率为95％以上、饱和吸水率为0.01％以下、比重约为1.0的光学塑料。图13所示是关于实施例6的光路图，图14所示是关于实施例6的球差图。
表7
实施例6
 面序号      r(mm)    d(mm)     Nλ     vd   备注
    0     ∞   光源
    12     1.116-0.789    2.6100.295    1.52491     56.5   物镜
    34     ∞∞    0.050    1.61949     30.0 保护层
非球面系数
    第1面     第2面
 kA4A6A8A10A12A14A16A18A20  -6.8226E-011.9655E-029.2702E-03-5.5977E-036.0887E-03-6.9381E-04-8.2462E-041.7662E-042.0662E-04-5.5685E-05   -2.7986E+015.1704E-01-1.0183E+009.6225E-01-3.6251E-01-2.5227E-04
实施例7是f＝1.67mm、NA为0.90、t＝0.05mm、λ＝405nm、m＝0的双面非球面单片透镜。实施例7的透镜数据示于表8。由于透镜材料使用的是与实施例6同样的光学塑料，故这里省略其说明。此外，因为通过将光源侧的面做成衍射面校正了轴向色差，故可以抑制发生了+1nm的模式跳变时的波面像差的散焦成分小到0.006λrms(计算值)。此时，设计的表示利用衍射构造附加在透过波面的光程差的光程差函数的系数可以使1次衍射光具有最大的衍射光能量。图15所示是关于实施例7的光路图，图16所示是关于实施例7的球差图。
表8
实施例7
 面序号      r(mm)     d(mm)     Nλ     vd   备注
    0      ∞   光源
    12     1.155-0.970     2.4800.307    1.52491     56.5   物镜
    34     ∞∞     0.050    1.61949     30.0 保护层
非球面系数
    第1面     第2面
 kA4A6A8A10A12A14A16A18A20  -6.7685E-011.7745E-021.0276E-02-5.9520E-035.8384E-03-7.0069E-04-8.1833E-041.6712E-041.9714E-04-5.5891E-05   -3.8605E+015.2372E-01-1.0528E+001.0235E+00-4.0062E-01-2.5227E-04
衍射面系数
   第1面
b2b4b6b8b10   -1.8000E-02-2.7896E-03-1.7532E-046.0732E-05-2.4525E-04
在以上的实施例1～7的物镜中，通过满足上述的(2)式、(21)式、(27)式地进行设计，良好地校正了像高特性。
实施例8是f＝1.88mm、NA为0.80、t＝0.10mm、λ＝405nm、m＝0的双面非球面单片透镜。实施例8的透镜数据示于表9。由于透镜材料使用的是与实施例6同样的光学塑料，故这里省略其说明。图17所示是关于实施例8的光路图，图18所示是关于实施例8的球差图。
表9
实施例8
 面序号     r(mm)    d(mm)     Nλ      vd   备注
    0    ∞   光源
    12     1.174-2.698    1.9000.769    1.52491      56.5 物镜
    34     ∞∞    0.100    1.61949      30.0 保护层
非球面系数
     第1面      第2面
 kA4A6A8A10A12A14A16A18A20  -6.7347E-011.1602E-028.6896E-03-2.8397E-031.7406E-035.0916E-04-2.6429E-04-1.1894E-04-2.3848E-053.2543E-05   -3.4605E+002.6641E-01-3.0252E-011.9603E-01-6.4570E-028.5516E-03
实施例9是f＝1.76mm、NA为0.85、t＝0.10mm、λ＝405nm、m＝0的双面非球面单片透镜。实施例9的透镜数据示于表10。透镜材料取的是光学玻璃(HOYA公司制：TAFD30)。图19所示是关于实施例9的光路图，图20所示是关于实施例9的球差图。
表10
实施例9
  面序号     r(mm)     d(mm)     Nλ      vd   备注
    0     ∞   光源
    12     1.4164.807     1.6700.705    1.92068      40.8 物镜
    34     ∞∞     0.100    1.61949      30.0 保护层
非球面系数
      第1面      第2面
 kA4A6A8A10A12A14A16A18A20   -3.6110E-01-2.1001E-034.2810E-03-1.7174E-03-1.9645E-044.1616E-04-1.4791E-04-1.3566E-047.0222E-05-1.3656E-05   -2.6410E+022.3514E-01-3.3757E-012.2984E-01-7.9308E-021.0113E-02
在以上的实施例8、9的物镜中，通过满足上述的(23)式、(25)式、(27)式地进行设计，良好地校正了像高特性，且在作为入射到光源侧的面的光束口径为3mm的小口径高NA物镜的同时确保了0.7mm以上的动作距离。
这里，在上述的表或者图中，使用E(或者e)表示10的乘幂，例如，是E-02(＝10-2)这样地进行表示的情况。
根据本发明，可以提供在光信息记录介质的信息的记录以及/或者再生用的物镜中，数值孔径大于0.85且像高特性良好的非球面单片透镜，此外，可以提供可适用于使用波长短达400nm程度的光源的高密度光拾取器装置的、数值孔径大于0.85的非球面单片透镜。进而，还可以提供在数值孔径大于0.70的非球面单片透镜中像高特性良好且可以足够地确保作用距离的、重量轻的非球面单片透镜。
此外，本发明还可以提供搭载上述的物镜且可进行高密度的记录·再生的光拾取器装置以及记录·再生装置。

Claims (22)

1.一种用于记录以及/或者再生光信息记录介质的信息的物镜，其特征在于：该物镜包括
至少一个非球面表面；
且该物镜是一个单片透镜并满足如下公式：
0.85＜NA＜0.98
0.80＜d/f＜3.00
0.5＜Φ1＜5.8
其中
NA是光信息记录介质侧的数值孔径，
d是在光轴向的厚度(mm)，
f是对于位于无限远距离的物体的焦距(mm)，以及
Φ1是光源侧表面的有效直径(mm)。
2.一种用于记录以及/或者再生光信息记录介质的信息的物镜，其特征在于：该物镜包括
至少一个非球面表面；
且该物镜是一个单片透镜并满足如下公式：
0.80＜d/f＜3.00 0.47 < ( X 1 - X 2 ) &CenterDot; ( n - 1 ) / ( NA &CenterDot; f &CenterDot; ( 1 + | m | ) ) < 0.80
0.5＜Φ1＜5.8
其中
d是在上述物镜光轴向上的厚度(mm)，
X1是垂直于光轴并与光源侧表面的顶点相接的平面和有效直径上最外周边即位于光源侧表面上并边缘光线采用上述NA入射的位置的、光源侧表面之间的差(mm)，假设在从作为参考点的相接平面趋向光信息记录介质的方向进行测量时，X1取正号，沿趋向光源的方向测量时取负号；
X2是垂直于光轴并与光信息记录介质侧表面的顶点相接的平面和有效直径上最外周边即位于光信息记录介质侧表面上并边缘光线采用上述NA入射的位置的、光信息记录介质侧表面之间的差(mm)，假设在从作为参考点的相接平面趋向光信息记录介质的方向进行测量时，X2取正号，沿趋向光源方向的测量时取负号，
n是对于所使用的波长的物镜的折射率，
f是物镜对于位于无限远距离的物体的焦距(mm)，
m是物镜的倍率，以及
Φ1是光源侧表面的有效直径(mm)。
3.根据权利要求2所述的物镜，其特征在于：光信息记录介质侧的数值孔径NA满足如下公式
0.70＜NA＜0.98
4.一种用于记录以及/或者再生光信息记录介质的信息的物镜，其特征在于：它用于具有波长为λ的光源的光学拾取器装置中，该物镜包括
至少一个非球面表面；
且该物镜是一个单片透镜并满足如下公式：
0.85＜NA＜0.98
350nm＜λ＜550nm
其中
NA是光信息记录介质侧的数值孔径。
5.根据权利要求4所述的物镜，其特征在于：满足如下公式
0.80＜d/f＜3.00
0.5＜Φ1＜5.8
其中
d是在光轴向的厚度(mm)，
f是对于位于无限远距离的物体的焦距(mm)，以及
Φ1是光源侧表面的有效直径(mm)。
6.一种用于记录以及/或者再生光信息记录介质的信息的物镜，其特征在于：该物镜包括
至少一个非球面表面；以及
在至少一个表面上包含一个环形衍射结构，
且该物镜是一个单片透镜并满足如下公式：
0.85＜NA＜0.98
0.95＜d/f＜3.00
其中
NA是光信息记录介质侧的数值孔径，
d是在光轴向的厚度(mm)，以及
f是对于位于无限远距离的物体的焦距(mm)。
7.根据权利要求6所述的物镜，其特征在于：该物镜用于波长为λ的光学拾取器装置并满足如下公式
350nm＜λ＜550nm
0.5＜Φ1＜5.8
其中Φ1是光源侧表面的有效直径(mm)。
8.一种用于记录以及/或者再生光信息记录介质的信息的物镜，其特征在于：它用于具有波长为λ的光源的光学拾取器装置中，该物镜包括
至少一个非球面表面；以及
在至少一个表面上包括一个环形衍射结构，
且该物镜是一个单片透镜并满足如下公式：
0.85＜NA＜0.98
350nm＜λ＜550nm
其中NA是光信息记录介质侧的数值孔径，
9.根据权利要求8的物镜，其特征在于满足如下公式：
0.80＜d/f＜3.00
0.5＜Φ1＜5.8
其中
d是在光轴向的厚度(mm)，
f是对于位于无限远距离的物体的焦距(mm)，以及
Φ1是光源侧表面的有效直径(mm)。
10.根据权利要求1、4、6或8中任何一项所述的物镜，其特征在于：满足如下公式 0.40 < ( X 1 - X 2 ) &CenterDot; < ( n - 1 ) / ( NA &CenterDot; f &CenterDot; ( 1 + | m | ) ) < 0.80
其中
X1是垂直于光轴并与光源侧表面的顶点相接的平面和有效直径上最外周边即位于光源侧表面上并边缘光线采用上述NA入射的位置的、光源侧表面之间的差(mm)，假设在从作为参考点的相接平面趋向光信息记录介质的方向进行测量时，X1取正号，沿趋向光源的方向测量时取负号；
X2是垂直于光轴垂直并与光信息记录介质侧表面的顶点相接的平面和有效直径上最外周边即位于光信息记录介质侧表面上并边缘光线采用上述NA入射的位置的、光信息记录介质侧表面之间的差(mm)，假设在从作为参考点的相接平面趋向光信息记录介质的方向进行测量时，X2取正号，沿趋向光源方向的测量时取负号，
n是对于所使用的波长的物镜的折射率，
f是物镜对于位于无限远距离的物体的焦距(mm)，以及
m是物镜的倍率。
11.根据权利要求10所述的物镜，其特征在于满足如下公式： 0.47 < ( X 1 - X 2 ) &CenterDot; ( n - 1 ) / ( NA &CenterDot; f &CenterDot; ( 1 + | m | ) ) < 0.75
12.一种用于记录以及/或者再生光信息记录介质的信息的物镜，其特征在于：该物镜包括
至少一个非球面表面；
且该物镜是一个单片透镜并满足如下公式：
0.70＜NA＜0.98
0.80＜d/f＜1.35
其中
NA是光信息记录介质侧的数值孔径，
d是在光轴向的厚度(mm)，以及
f是对于位于无限远距离的物体的焦距(mm)。
13.根据权利要求12的物镜，其特征在于满足如下公式： 0.35 < ( X 1 - X 2 ) &CenterDot; < ( n - 1 ) / ( NA &CenterDot; f &CenterDot; ( 1 + | m | ) ) < 0.70
其中
X1是垂直于光轴并与光源侧表面的顶点相接的平面和有效直径上最外周边即位于光源侧表面上并边缘光线采用上述NA入射的位置的、光源侧表面之间的差(mm)，假设在从作为参考点的相接平面趋向光信息记录介质的方向进行测量时，X1取正号，沿趋向光源的方向测量时取负号；
X2是垂直于光轴并与光信息记录介质侧表面的顶点相接的平面和有效直径上最外周边即位于光信息记录介质侧表面上并边缘光线采用上述NA入射的位置的、光信息记录介质侧表面之间的差(mm)，假设在从作为参考点的相接平面趋向光信息记录介质的方向进行测量时，X2取正号，沿趋向光源方向的测量时取负号，
n是对于所使用的波长的物镜的折射率，
f是物镜对于位于无限远距离的物体的焦距(mm)，以及
m是物镜的倍率。
14.根据权利要求13的物镜，其特征在于：满足如下公式： 0.40 < ( X 1 - X 2 ) &CenterDot; ( n - 1 ) / ( NA &CenterDot; f &CenterDot; ( 1 + | m | ) ) < 0.65
15.根据权利要求12所述的物镜，其特征在于：该物镜用于一个波长为λ的光学拾取器装置中并满足如下公式
350nm＜λ＜550nm
16.根据权利要求1、4、6、8或12中任何一项所述的物镜，其特征在于：该物镜是一个双非球面单片透镜。
17.根据权利要求1、4、6、8或12中任何一项所述的物镜，其特征在于：满足如下公式
0.25＜r1/(n·f·(1-|m|))＜0.65
其中
r1是物镜的光源侧表面的近轴曲率半径(mm)，
n是对于所使用的波长的物镜的折射率，
f是物镜对于位于无限远距离的物体的焦距(mm)，以及
m是物镜的倍率。
18.根据权利要求1、4、6、8或12中任何一项所述的物镜，其特征在于：该物镜进行对应于保护光信息记录介质的信息记录面的保护层的厚度的非球差校正并满足如下公式
0.0≤t＜0.15
其中t是保护层的厚度。
19.根据权利要求1、4、6、8或12中任何一项所述的物镜，其特征在于：该物镜是一个塑料透镜。
20.根据权利要求1、4、6、8或12中任何一项所述的物镜，其特征在于：该物镜是一个玻璃透镜。
21.一种光学拾取器装置，用于记录以及/或者再生光信息记录介质的信息，其特征在于：包括
一个光源；以及
一个聚光光学系统，它包括一个物镜，用以将来自该光源的分散的光束会聚到光信息记录介质的信息记录面上；
光学拾取器装置通过检测从信息记录面反射的光束来记录以及/或者再生光信息记录介质的信息，以及
而作为物镜，该聚光光学系统包括一个如权利要求1、4、6、8或12所述的物镜。
22.一个声音以及/或者图像记录、以及/或者、声音以及/或者图像再生装置，其特征在于：包括
权利要求21所述的光学拾取器装置。
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