CN1503244A - 物镜系统和光拾波装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种物镜系统，它通过使用具有实际尺寸的光学部件，缩小光拾波装置的尺寸，同时防止由于照射到光盘上的蓝色激光的波长变化而带来的影响，而没有缩小该物镜系统的光学部件。这种物镜系统放置在光盘对面、用于聚光并把光照射到光盘上且包括方向改变元件和固体透镜。方向改变元件用于把入射光的移动方向改变至其垂直方向并照射到光盘上，且在其一个侧面上带有全息图。固体透镜放在方向改变元件的入射面前面。

Description

物镜系统和光拾波装置 相关申请的交叉引用
本申请要求于2002年11月27日提交至日本专利局且申请号为2002-00344032的日本专利申请的权益，该申请公开的内容结合在本说明书中作为参考之用。
技术领域
本发明涉及一种物镜系统和光拾波装置。
背景技术
需要减小光盘驱动器的光拾波装置以满足光盘驱动器小型化的趋势。但是，在使用蓝色激光的驱动器(下一代光盘驱动器)中，当出现该驱动器所使用的波长短于现有通用光盘驱动器的波长时，物镜系统的数值孔径(NA)必须很高。因此，应该使用层叠有两个拥有不同直径的透镜的透镜，从而使物镜系统的光学部件的尺寸在其光轴方向上变得很大，因而很难实现光拾波装置的小型化。
此外，考虑通过缩小这两个透镜的方法来构造薄物镜系统。但是，在这种情况中，很容易损坏透镜，因此，对透镜的处理很困难。同时，排列透镜使其光轴互相对准也相当困难。因此，需要使用具有合理尺寸的光学部件来缩小该物镜系统。
同时，可以根据对其光学属性的了解通过使用一个透镜来构造物镜系统。但是，在这种情况中，物镜系统不能应付由于蓝色激光的波长变化所带来的影响。即，半导体激光二极管在光拾波装置中用作光源，而从该半导体激光二极管中发出的蓝色激光的波长随该半导体激光二极管的温度变化而发生变化。根据这种波长变化，该物镜系统的波前像差(wave front aberration)被改变了，因此该物镜系统不能具有稳定的性能。
此外，在下面的文件中详细描述了一种用于光盘的光拾波装置。
(专利文件1)
公开号为10-208278且已审查过的日本专利申请
发明内容
因此，为了解决现有技术中存在的上述问题，提出了本发明，且本发明的目标是提供一种物镜系统和光拾波装置，它使用具有合理尺寸的光学部件，可以防止由于照射到光盘上的蓝色激光的波长变化而带来的影响并可以缩小该装置的尺寸。
为了实现上述目标，本发明提供了一种放置在光盘对面、用于聚光并把光照射到光盘上的物镜系统，其包括：用于把入射光的移动方向改变至其垂直方向并发射到光盘上的方向改变元件、放在方向改变元件和光盘之间的全息图以及放在方向改变元件前面的固体(solid)透镜。
方向改变元件是形成在三棱镜的斜面上的反射面，而全息图形成在三棱镜的发射面上。
三棱镜在其入射面带有第二凹面，使入射光以垂直于光盘的方向发散。三棱镜在其发射面带有第一凹面，使发散的入射光会聚。三棱镜在其第一凹面上带有全息图。
固体透镜是放在方向改变元件的入射面前面的凹透镜。
全息图由透光材料形成。
为了实现上述目标，本发明提供了一种放置在光盘对面、用于聚光并把光照射到光盘上的物镜系统，其包括：用于把入射光的移动方向改变至其垂直方向并发射到光盘上的方向改变元件、放在方向改变元件前面并带有全息图的全息图单元，以及放在方向改变元件和光盘之间的固体透镜。
方向改变元件是光束分束器(beam splitter)。
全息图由透光材料形成。
为了实现上述目标，本发明提供了一种带有上面所描述的任何一种物镜系统的光拾波装置，其把光发射到该物镜系统上并检测出光盘所获得的反射光的光强。
附图说明
结合附图，下面详细的描述将使本发明的上述和其它目标、特性和其它优点更加易于理解。在附图中：
图1是示出根据本发明的第一实施例的光拾波装置的主部件(物镜系统)的结构的前视图；
图2a-2c是根据本发明的第一实施例的全息图的前视图和剖面图；
图3是示出根据本发明的第二实施例的光拾波装置的主部件(物镜系统)的结构的前视图；
图4是示出根据本发明的第二实施例的物镜系统的前波像差的波长关系的特性要素图(模拟结果)；以及
图5是示出根据本发明的第三实施例的光拾波装置的主部件(物镜系统)的结构的前视图。
具体实施方式
下面将参考附图描述物镜系统和光拾波装置的实施例。
现在将为附图提供参考，其中，在所有不同附图中的相同的参考数字表示相同或类似的组件。
第一实施例
图1是示出根据本发明的第一实施例的光拾波装置的主部件(物镜系统)的结构的前视图。在图1中，参考字符“X”和“A”分别表示光盘和物镜系统，参考数字“1”和“2”分别表示三棱镜和固体透镜。在第一实施例中，物镜系统A包含三棱镜1和固体透镜2。
光盘X是光记录介质。信息通过使用蓝色激光从记录表面x1读取并记录到记录表面x1上。三棱镜1是通过把玻璃整形成三角柱的形状而制成的，其横截面设置成等腰直角三角形。根据上述方式所构造的三棱镜1的放置方式为：两个侧面1a和1b(构成三棱镜1的两个等边且互相垂直)的一个侧面1a面向光盘X而另一个侧面1b面向固体透镜2。
此外，全息图1d形成在三棱镜1的一个侧面1a上，反射面1e形成在三棱镜1的斜面1c(方向改变元件)上。图2a-2c是全息图1d的详细视图，其中，图2a是全息图1d的前视图而图2b和2c是全息图1d的剖面图。如图2a的前视图所示，多个同心圆的图形排列在全息图1d内。如图2b的剖面图所示，全息图1d是通过蚀刻一个侧面1a而形成的。另外，在图2c的剖面图中示出了通过使用诸如透明塑料等透光材料1f来形成全息图1d的方法。
同时，反射面1e是通过在斜面1c上淀积金属而形成的，因此它反射了几乎100％的照射光(蓝色激光)。固体透镜2是由玻璃制成的凸透镜且面向三棱镜1的前端，即，其光轴互相对准的蓝色激光的入射端。带有三棱镜1和固体透镜2的物镜系统A具有高数值孔径(NA)，例如0.85。此外，通过在斜面1c上淀积介电膜来形成反射面1e。
下面将详细描述通过上述方式所构造的物镜系统A和光拾波装置的光学原理。
在本发明的物镜系统A中，以与光盘X平行的方向平行入射的蓝色激光穿过固体透镜2，且入射到三棱镜1的另一侧面1b(入射面)上。此后，蓝色激光的移动方向通过反射面1e被改变成其垂直方向，且该激光在穿过三棱镜1的一个侧面1a(发射面)后照射到光盘X上。在光的路径中，作为平行光的蓝色激光部分由固体透镜2会聚一定量，且更多地由全息图1d会聚，从而聚焦在光盘X的记录表面x1上。即，物镜系统A被组装在可以使激光的光路径在通过反射面1e后其移动方向被改变成其垂直方向的位置上，从而会聚了该蓝色激光，因此实现了通用物镜系统所需的会聚功能。
通过物镜系统A的结构，三棱镜1和固体透镜2能够以与光盘X平行的方向放置，从而降低了三棱镜1与光盘X垂直的方向上的高度D，即，缩小了光拾波装置。此外，三棱镜1和固体透镜2能够以与光盘X平行的方向放置，因此无需为了降低高度D而把三棱镜1和固体透镜2的尺寸做得太小，且高度D可以通过使用具有合理尺寸的三棱镜1和固体透镜2得到降低。在使用两个层叠在一起的透镜而构造的传统物镜系统中，两个透镜以和光盘X垂直的方向层叠，因此传统系统并不是切实可行的，因为为了降低高度D必须缩小两个透镜的尺寸。
此外，在本发明的物镜系统A中，蓝色激光由全息图1d和固体透镜2会聚(其焦点根据蓝色激光的波长变化而以不同的方向移动)，从而防止了由于蓝色激光的波长变化而带来的影响。因此，根据本发明的物镜系统A，可以通过使用具有合理尺寸且作为光学部件的三棱镜1和固体透镜2来缩小光拾波装置，同时还防止了由于照射到光盘X上的蓝色激光的波长变化而带来的影响。
此外，第一实施例的目的是减少光学部件的数量，且第一实施例采用了三棱镜1在其一侧面1a上提供有全息图1d和在其斜面1c上提供有反射面(作为方向改变元件)的结构。但是，全息图1d和反射面1e可以作为独立的光学部件而形成。此外，可以在三棱镜1的另一侧面1b上形成凸透镜，因此可以移去固体透镜2，从而减少了光学部件的数量。
第二实施例
下面将参考图3描述本发明的第二实施例。此外，在下面的描述中，第一实施例中所描述的相同的组件将使用相同的参考数字，因此在此略去对它们的附加描述。
图3是示出根据本发明的第二实施例的光拾波装置的主部件(物镜系统)的结构的前视图。在图3中，参考字符“B”表示物镜系统，参考数字“3”、“4”和“5”分别表示全息图单元、扁平光束分束器(方向改变元件)和薄固体透镜。在第二实施例中，物镜系统B包含单全息图单元3、扁平光束分束器4和薄固体透镜5。
全息图单元3在其盘状玻璃的一侧面3a上带有类似于全息图1d的全息图3b，其中，其光轴被放置成与光盘X平行。扁平光束分束器4完全反射从全息图单元3入射的蓝色激光，且放置在全息图单元3的后面，与全息图单元3的光轴倾斜角度45°，即，与光盘X倾斜角度45°。薄固体透镜5是一个由玻璃制成的薄凸透镜且放在扁平光束分束器4和光盘X之间。
在如上述所构造的的物镜系统B中，以与光盘X平行的方向平行入射的蓝色激光穿过全息图单元3，且入射到扁平光束分束器4上。此后，蓝色激光的移动方向通过扁平光束分束器4被改变成其垂直方向，且该激光在入射到并穿过薄固体棱镜5后照射到光盘X上。
在光的路径中，作为平行光的蓝色激光部分由全息图单元3的全息图3b会聚一定量，且更多地由薄固体透镜5会聚，从而聚焦在光盘X的记录表面x1上。
即，在与第一实施例中的物镜系统A类似的方式中，物镜系统B被构建在可以使激光的光路径在通过扁平光束分束器4后其移动方向被改变成垂直方向的位置上，从而会聚了蓝色激光，因此实现了通用物镜系统所需的会聚功能。此外，由于蓝色激光的光路径通过扁平光束分束器4被改变成其垂直方向，全息图单元3和扁平光束分束器4能够以与光盘X平行的方向放置。因此，能够降低以与光盘X垂直的方向放置的光学部件的高度D，即，缩小了光拾波装置。
在这种情况中，由于在物镜系统B中的薄固体透镜5放在扁平光束分束器4和光盘X之间，高度D大于第一实施例的物镜系统A的高度。但是，由于没有使用物镜系统A中的三棱镜1(如图3所示)，薄固体透镜可以放在靠近扁平光束分束器4的位置上，因此，薄固体透镜5的厚度不会造成高度D的增加。因此，相对于使用两个层叠在一起的透镜而构造的传统物镜系统，根据物镜系统B，缩小了光拾波装置。
此外，相对于使用单个透镜的情况，根据本发明的物镜系统B，防止了由于波长变化而导致的波前像差。图4是示出根据物镜系统B的前波像差的波长关系的特性要素图(模拟结果)。如图4所示，在400nm-415nm的蓝色激光范围的波段上获得远小于衍射极限的波前像差。
第三实施例
下面将参考图5描述本发明的第三实施例。此外，在下面的描述中，第一实施例中所描述的相同的组件将使用相同的参考数字，因此在此略去对它们的附加描述。
图5是示出根据本发明的第三实施例的光拾波装置的主部件(物镜系统)的结构的前视图。在图5中，参考字符“C”、“1C”和“2C”分别表示物镜系统、三棱镜和小型固体透镜。在第三实施例中，物镜系统C包含三棱镜1C和小型固体透镜2C。即，三棱镜1C通过在第一实施例的三棱镜1上形成第一和第二凹面1i和1h的方式而制成。即，第一凹面1i形成在物镜系统C的一个侧面1a上，而第二凹面1f形成在物镜系统C的另一侧面1b上。
第二凹面1h是在与光盘X平行方向上带有预先设定的弯曲部分的表面。第一凹面1i是在与光盘X垂直方向上带有预先设定的弯曲部分的表面。如上述所构造的第二凹面1h致使从小型固体透镜2C入射的蓝色激光以与光盘X垂直的方向发散。第一凹面1i会聚在被第二凹面1h发散并被反射面1e反射后入射到其上面的蓝色激光，并在蓝色激光入射到第二凹面1h上之前把其重构成其原来的形式。
如上述所构造的三棱镜1C被放置成其一个侧面1a面向光盘X而另一侧面1b面向小型固体透镜2C。小型固体透镜2C是其直径小于第一实施例中的固体透镜2的凸透镜。
在如上述所构造的物镜系统C中，以与光盘X平行的方向平行入射的蓝色激光穿过小型固体透镜2C，且入射到三棱镜1C的第二凹面1h上。此后，蓝色激光的移动方向通过反射面1e被改变成其垂直方向，且该激光在穿过三棱镜1C的第一凹面1i后照射到光盘X上。在光的路径中，作为平行光的蓝色激光部分由小型固体透镜2C会聚一定量且更多地由全息图1d会聚，从而提供了通用物镜系统所需的会聚功能。
此外，三棱镜1C和小型固体透镜2C能够以与光盘X平行的方向放置，因此可以降低三棱镜D与光盘X垂直的方向上的高度D，即，缩小了光拾波装置。
此外，通过第二凹面1h致使蓝色激光以与光盘X垂直的方向发散，然后通过第一凹面1i把其重构成原来的形式。因此，入射到小型固体透镜2C上的蓝色激光可以是椭圆形光束(在与光盘X垂直的方向上变形)而不是圆形光束，因此，相对于第一实施例的物镜系统A的高度，根据第三实施例的物镜系统C的高度D通过蓝色激光的变形程度(变形量)得到降低了。
如上所述，本发明提供了一种放置在光盘对面、用于聚光并把光照射到光盘上的物镜系统，其包括：用于把入射光的移动方向改变至其垂直方向并照射到光盘上的方向改变元件、放在方向改变元件和光盘之间的全息图或固体透镜以及放在方向改变元件前面的固体透镜或全息图。因此，通过使用具有合理尺寸的光学部件，能够缩小光拾波装置，同时防止由于照射到光盘上的蓝色激光的波长变化而带来的影响，而没有缩小物镜系统的光学部件。
虽然为了示例性目的公开了本发明的优选实施例，但是本领域的普通技术人员应该理解，在不背离所附权利要求书所公开的本发明的范围和精神的情况下可以作出各种修改、添加和替换。

Claims (9)

1.一种放置在光盘对面、用于聚光并把光照射到光盘上的物镜系统，包括：
方向改变元件，用于把入射光的移动方向改变至其垂直方向并将其发射到光盘上，方向改变元件在其一个侧面上提供有全息图；以及
固体透镜，放在方向改变元件的入射面的前面。
2.如权利要求1所述的物镜系统，其中：
方向改变元件是带有入射面、反射面和发射面的三棱镜；以及
全息图形成在三棱镜的发射面上。
3.如权利要求2所述的物镜系统，其中：
三棱镜在其入射面带有第二凹面，使入射光以垂直于光盘的方向发散；
三棱镜在其发射面带有第一凹面，使发散的入射光会聚；以及
三棱镜在其第一凹面上带有全息图。
4.如权利要求1所述的物镜系统，其中所述固体透镜是放在方向改变元件的入射面前面的凸透镜。
5.如权利要求1所述的物镜系统，其中所述全息图由透光材料形成。
6.一种放置在光盘对面、用于聚光并把光照射到光盘上的物镜系统，包括：
方向改变元件，用于把入射光的移动方向改变至其垂直方向并将其发射到光盘上；
全息图单元，放在方向改变元件前面并带有全息图；以及
固体透镜，放在方向改变元件和光盘之间。
7.如权利要求6所述的物镜系统，其中所述方向改变元件是光束分束器。
8.如权利要求6所述的物镜系统，其中所述全息图由透光材料形成。
9.一种带有如权利要求1-8的任一项所述的物镜系统的光拾波装置，其把光发射到所述物镜系统上并检测出光盘所获得的反射光的光强。
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