專利名稱：光學(xué)頭用物鏡和使用該物鏡的光學(xué)頭的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于在盤狀光記錄介質(zhì)即光盤的信號記錄面上會聚照射光束即激光的光學(xué)頭用物鏡及使用該物鏡的光學(xué)頭，并且與光盤裝置有關(guān)。
背景技術(shù)：
作為信息的記錄介質(zhì)，在使記錄再現(xiàn)用的讀寫頭與記錄介質(zhì)不接觸的情況下，對記錄介質(zhì)可進(jìn)行信息的記錄再現(xiàn)，并且以提高記錄密度為目的的記錄介質(zhì)的光盤被人們使用。記錄于此種光盤的信息，通過從作為光盤的記錄再現(xiàn)用的讀寫頭的光學(xué)頭發(fā)射的激光照射于光盤的信號記錄層，并由設(shè)置在光學(xué)頭的光檢測器檢測從該信號記錄層反射回來的激光，進(jìn)行讀取和再現(xiàn)。
作為可進(jìn)行信息的記錄再現(xiàn)的光學(xué)頭，例如，有一種由激光的照射使結(jié)晶化狀態(tài)和非結(jié)晶化狀態(tài)重復(fù)的相變化型記錄層。對此種光盤的信息記錄，通過將根據(jù)要記錄的信息信號調(diào)制的激光照射于信號記錄層來進(jìn)行。
作為采用可進(jìn)行信息的記錄再現(xiàn)的相變化型記錄層的光盤，例如有DVD(即Digital Video Disc或Digital Versatile Disc)。與被廣泛使用的CD光盤相比，DVD極大地提高了記錄密度。CD的記錄紋道的紋道間距為1.6μm，而DVD的記錄紋道的紋道間距為0.74μm，可實現(xiàn)高記錄密度化。
對于可寫入高記錄密度的信息的光盤，為了通過照射激光來進(jìn)行信息的記錄，必須在光盤的信號記錄層上形成更小的光點。而激光光點的直徑與激光的設(shè)計波長成正比例，與會聚激光的物鏡的數(shù)值孔徑(NA)成反比例，因此，為了實現(xiàn)光盤的高記錄密度化，必須采用數(shù)值孔徑大的物鏡，并選用短波長的激光。
為了進(jìn)一步提高光盤的記錄密度，用于信息的記錄再現(xiàn)的激光波長為405nm，不用超分辨率時物鏡的數(shù)值孔徑(NA)為0.85，用超分辨率的場合，有人提出采用數(shù)值孔徑約1.5的所謂Solid ImmersionLens(固體浸沒透鏡)(以下，簡稱為SIL)的光學(xué)頭。
為了實現(xiàn)光盤的高記錄密度化，作為使物鏡的數(shù)值孔徑變大的方法，迄今已有人提出采用SIL等雙透鏡組合結(jié)構(gòu)的物鏡。SIL是利用在具有1以上數(shù)值孔徑(NA)的物鏡中的光“滲出”的透鏡，從物鏡的前端到激光的會聚點即光盤信號記錄層的距離也就是工作距離(以下簡稱為WD)為數(shù)十nm。
對于不采用SIL而使數(shù)值孔徑(NA)變大的物鏡來說，提出的方案有如日本專利申請?zhí)亻_平10-104507號公報中記載的或如

圖1所示結(jié)構(gòu)的物鏡。在所述公報和圖1中所示的物鏡，采用與SIL同樣的雙透鏡組合結(jié)構(gòu)的物鏡結(jié)構(gòu)。其理由是，為了使兩枚透鏡之間分擔(dān)光焦度，減輕在各面的折射能力負(fù)擔(dān)，由于各面的曲率可以適度，也可使非球面系數(shù)變小，因此，有利于加工透鏡。
式中，在圖1中所示的物鏡200，由于使第一透鏡201和第二透鏡202在光軸P方向排列、各透鏡201和202分散折射率，因此，主點將進(jìn)入物鏡200的內(nèi)側(cè)，到光盤105的信號記錄面210a的WD變短。再有，圖1中所示的物鏡200的WD為0.15mm。
如圖1中所示結(jié)構(gòu)的物鏡200，其數(shù)值孔徑(NA)能夠設(shè)得較大，但由于WD小，因此，當(dāng)裝入光學(xué)頭對光盤進(jìn)行記錄再現(xiàn)時，物鏡與光盤產(chǎn)生沖突。也就是說，旋轉(zhuǎn)操作時光盤的端面擺動，以及對會聚到光盤的激光進(jìn)行焦距控制時物鏡在光軸方向上的位置變動等，使物鏡與光盤之間的沖突不可避免。
圖1中所示的物鏡，由于激光束剛從物鏡出射時直徑非常小，因此，縱然很小的灰塵等附著在物鏡的激光出射面上或是光盤的激光入射面上，也會造成不能以足夠的光量使激光準(zhǔn)確會聚到信號記錄層。
這樣由兩枚透鏡組合的物鏡，要求其前透鏡與后透鏡之間的距離維持高精度、組裝時不可以發(fā)生偏心和傾斜等，因此，使得制造和組裝非常困難。在圖1所示的物鏡200中，要求第一透鏡201與第二透鏡202之間的距離誤差控制在5μm以內(nèi)，兩個透鏡201、202之間的傾斜度控制在1mrad以下。
為了解決此種雙透鏡組合型物鏡所存在的問題，有人提出用單透鏡結(jié)構(gòu)的物鏡作為光學(xué)頭用的物鏡，可以使WD變大、且不必組合多個透鏡。
而以外人們提出或采用的單透鏡結(jié)構(gòu)的物鏡，如增大數(shù)值孔徑(NA)，則由于激光入射側(cè)的面即第一面的深度(弛垂度)相對基本曲率增大，因此，使用成形用金屬模的加工將變得困難。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是鑒于如上所述的以往的實際情況而提出，其目的在于，提供一種有用的新型物鏡，該物鏡用于對通過使記錄紋道的紋道間距變小來提高記錄密度的光記錄介質(zhì)進(jìn)行記錄信息，以及使記錄于光記錄介質(zhì)的信息再現(xiàn)的光學(xué)頭，更具體地說提供一種能達(dá)到衍射界限地會聚激光的光學(xué)頭用物鏡。
另外，本發(fā)明以提供使用能達(dá)到衍射界限地會聚激光的物鏡的光學(xué)頭以及使用該光學(xué)頭的光盤裝置作為目的。
更進(jìn)一步地，本發(fā)明以提供使用成形用金屬模加工、并可容易制造的光學(xué)頭用物鏡作為目的。
為了達(dá)成如上所述的目的而提出的本發(fā)明，是一種由從光源側(cè)依次配置的由正折射能力的非球面構(gòu)成的第一面和由負(fù)折射能力的非球面構(gòu)成的第二面形成的彎月型結(jié)構(gòu)的單透鏡構(gòu)成，同時具有0.8以上的數(shù)值孔徑(NA)的光學(xué)頭用物鏡，其第一和第二非球面的非球面形狀Zi由以下式表示，其中h為從光軸開始的高度Zi=ri-1h21+1-(1+ki)ri-2h2+]]>Aih4+Bih6+Cih8+Dih10+Eih12+Fih14+Gih16+Hih18+Jih20]]>(式中，i表示從光源側(cè)開始數(shù)的非球面的面序號、r表示非球面的曲率半徑、k表示圓錐系數(shù)且k＜0、A～J表示非球面系數(shù))，而且，滿足以下條件(r1/r2)≤(2N2-N-4)/{N(2N+1)}(式中，r1表示第一面的曲率半徑、r2表示第二面的曲率半徑、N表示玻璃材料的折射率)。
另外，本發(fā)明的光學(xué)頭用物鏡，還滿足以下條件r1＜f·NA(式中，r1表示第一面的曲率半徑、f表示焦距、NA表示數(shù)值孔徑)。
并且，本發(fā)明是一種由從光源側(cè)依次通過由具正折射能力的非球面構(gòu)成的第一面和由負(fù)折射能力的非球面構(gòu)成的第二面形成的彎月型結(jié)構(gòu)的單透鏡構(gòu)成，同時具有0.8以上的數(shù)值孔徑(NA)的光學(xué)頭用物鏡，其第一和第二非球面的非球面形狀Zi由以下式表示，其中h為從光軸開始的高度Zi=ri-1h21+1-(1+ki)ri-2h2+]]>Aih4+Bih6+Cih8+Dih10+Eih12+Fih14+Gih16+Hih18+Jih20]]>(式中，i表示從光源側(cè)開始數(shù)的非球面的面序號、r表示非球面的曲率半徑、k表示圓錐系數(shù)且k＜0、A～J表示非球面系數(shù))，而且，滿足以下條件r1＜f·NA(式中，r1表示第一面的曲率半徑、f表示焦距、NA表示數(shù)值孔徑)。
本發(fā)明的光學(xué)頭用物鏡，是由折射率為1.7以上的玻璃材料形成。
本發(fā)明的光學(xué)頭中設(shè)有發(fā)射激光的光源，光束分離器，使激光會聚到盤狀光記錄介質(zhì)的信號記錄面的物鏡，以及接受從所述盤狀光記錄介質(zhì)的信號記錄面反射回來的激光的感光元件。該光學(xué)頭的物鏡是由從光源側(cè)依次通過由正折射能力的非球面構(gòu)成的第一面和由負(fù)折射能力的非球面構(gòu)成的第二面形成的彎月型結(jié)構(gòu)的單透鏡構(gòu)成，具有0.8以上的數(shù)值孔徑(NA)，第一和第二非球面的非球面形狀Zi由以下式表示，其中h為從光軸開始的高度Zi=ri-1h21+1-(1+ki)ri-2h2+]]>Aih4+Bih6+Cih8+Dih10+Eih12+Fih14+Gih16+Hih18+Jih20]]>(式中，i表示從光源側(cè)開始數(shù)的非球面的面序號、r表示非球面的曲率半徑、k表示圓錐系數(shù)且k＜0、A～J表示非球面系數(shù))，而且，該物鏡滿足以下條件形成(r1/r2)≤(2N2-N-4)/{N(2N+1)}(式中，r1表示第一面的曲率半徑、r2表示第二面的曲率半徑、N表示玻璃材料的折射率)。
此處，物鏡還滿足以下條件r1＜f·NA(式中，r1表示第一面的曲率半徑、f表示焦距、NA表示數(shù)值孔徑)。
并且，本發(fā)明的光學(xué)頭中設(shè)有發(fā)射激光的光源，光束分離器，使激光會聚到盤狀光記錄介質(zhì)的信號記錄面的物鏡，以及接受從所述盤狀光記錄介質(zhì)的信號記錄面反射回來的激光的感光元件。該光學(xué)頭采用的物鏡由從光源側(cè)依次配置的由正折射能力的非球面構(gòu)成的第一面和由負(fù)折射能力的非球面構(gòu)成的第二面形成的彎月型結(jié)構(gòu)的單透鏡構(gòu)成，同時具有0.8以上的數(shù)值孔徑(NA)，第一和第二非球面的非球面形狀Zi由下式表示，其中h為從光軸開始的高度
Zi=ri-1h21+1-(1+ki)ri-2h2+]]>Aih4+Bih6+Cih8+Dih10+Eih12+Fih14+Gih16+Hih18+Jih20]]>(式中，i表示從光源側(cè)開始數(shù)的非球面的面序號、r表示非球面的曲率半徑、k表示圓錐系數(shù)且k＜0、A～J表示非球面系數(shù))，而且，該物鏡滿足以下條件r1＜f·NA(式中，r1表示第一面的曲率半徑、f表示焦距、NA表示數(shù)值孔徑)。
本發(fā)明的光盤裝置中設(shè)有使盤狀光記錄介質(zhì)旋轉(zhuǎn)驅(qū)動的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動機(jī)構(gòu)，以及在由所述旋轉(zhuǎn)驅(qū)動機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)的盤狀光記錄介質(zhì)的半徑方向上移動并通過從光源發(fā)射的激光掃描所述盤狀光記錄介質(zhì)的信號記錄區(qū)域進(jìn)行信息記錄或再現(xiàn)的光學(xué)頭；采用上述的光學(xué)頭中的任意一種作為該裝置的光學(xué)頭。
以下，參照附圖并通過實施例的說明，進(jìn)一步明確說明本發(fā)明的其他目的及本發(fā)明的具體優(yōu)點。
附圖的簡要說明圖1是表示傳統(tǒng)物鏡的透鏡結(jié)構(gòu)的縱向截面圖。
圖2是概略表示本發(fā)明適用的光盤裝置外觀的透視圖。
圖3是表示光盤裝置內(nèi)部結(jié)構(gòu)的分解透視圖。
圖4是表示本發(fā)明的光學(xué)頭的側(cè)視圖。
圖5是表示本發(fā)明的物鏡的縱向截面圖。
圖6是表示球面像差與玻璃材料的折射率之間關(guān)系的曲線圖。
圖7是表示物鏡的第一面和第二面的曲率半徑與玻璃材料的折射率之間的關(guān)系的曲線圖。
圖8是表示物鏡的第一面與第二面之間的曲率半徑比與玻璃材料的折射率之間的關(guān)系曲線圖。
圖9是概略表示物鏡的光學(xué)有效半徑外的面形狀的一個示例的放大橫截面圖。
圖10A是表示本發(fā)明的實施例1的物鏡的球面像差的圖、圖10B是表示像散像差的圖、圖10C是表示畸變像差的圖。
圖11A是表示本發(fā)明的實施例2的物鏡的球面像差的圖、圖11B是表示像散像差的圖、圖11C是表示畸變像差的圖。
本發(fā)明的最佳實施例以下，參照附圖就本發(fā)明的光學(xué)頭用物鏡、使用該物鏡的光學(xué)頭和光盤裝置進(jìn)行說明。
以下所示的本發(fā)明實施例適用于這樣的光盤裝置，該光盤裝置對具有比設(shè)置在作為盤狀光記錄介質(zhì)的CD(Compact Disc)上的記錄紋道的紋道間距還窄的大約0.6μm紋道間距的盤狀光記錄介質(zhì)，例如DVD(Digital Video Disc/Digital Versatile Disc)等通過使記錄紋道的紋道間距變窄提高了信息記錄密度的盤狀光記錄介質(zhì)進(jìn)行信息的記錄，并再現(xiàn)記錄于該記錄介質(zhì)的信息。
首先，就本發(fā)明的使用光學(xué)頭的光盤裝置進(jìn)行說明，該光學(xué)頭使用本發(fā)明的物鏡。
本發(fā)明所適用的光盤裝置1，是通過提高轉(zhuǎn)速使讀出已記錄的記錄信號和寫入信息信號達(dá)到高速化的裝置，是使用紋道間距達(dá)到非常小而提高了記錄容量的、例如DVD(Digital Video/Versatile Disc)等的光記錄介質(zhì)的裝置，可作為個人電腦等信息處理裝置的外部存儲裝置使用。
如圖2和圖3所示，光盤驅(qū)動裝置1設(shè)有配置各種機(jī)構(gòu)的機(jī)械框架2，在機(jī)械框架2的上方、左右和前后通過螺絲固定等適當(dāng)方法固定的上蓋3和前面板4覆蓋。
上蓋3由頂部3a和從該頂部3a的兩側(cè)邊分別垂直設(shè)置的側(cè)部3b、3b和圖中未示的后部一體形成。面板4上形成有橫向的長開口4a，開閉該開口4a的門5以其上端部作為支點在面板4上自由轉(zhuǎn)動地設(shè)置。面板4上設(shè)有進(jìn)行各種操作的多個操作按鈕6。
機(jī)械框架2上，設(shè)有配置各種機(jī)構(gòu)的機(jī)構(gòu)配置面板7a和從該機(jī)構(gòu)配置面板7a的兩側(cè)邊豎立設(shè)置的側(cè)板7b、7b，在該機(jī)構(gòu)配置面板7a的前端部設(shè)有包括凸輪板和各種齒輪的裝載機(jī)構(gòu)8。
如圖3所示，機(jī)械框架2中設(shè)有可在圖3中的箭頭A1方向和箭頭A2方向的前后方向上移動的光盤托架9。光盤托架9上形成有前后方向上長的插入通孔9a和承載盤狀光記錄介質(zhì)(以下簡稱為光盤)100的光盤承載凹部9b。在光盤承載凹部9b承載光盤100時，光盤托架9由裝載機(jī)構(gòu)8移動，從面板4的開口4a突出裝置本體的外部，在對光盤100進(jìn)行信息的記錄或再現(xiàn)時，以光盤承載凹部9b承載光盤100的狀態(tài)進(jìn)入裝置本體的內(nèi)部。
在機(jī)械框架2的機(jī)構(gòu)配置面板7a上，如圖3所示，移動框架10以其后端部為轉(zhuǎn)動支點以可自由轉(zhuǎn)動的狀態(tài)被支承。
在移動框架10中，設(shè)有旋轉(zhuǎn)光盤100的馬達(dá)組件11。該馬達(dá)組件11包括光盤轉(zhuǎn)臺11a和驅(qū)動馬達(dá)11b。在移動框架10上，光學(xué)頭12以通過導(dǎo)引軸和導(dǎo)螺桿(圖中未示出)支承，可在裝于光盤轉(zhuǎn)臺11a上的光盤100的半徑方向上移動。
移動框架10上，設(shè)有使導(dǎo)螺桿旋轉(zhuǎn)的進(jìn)給馬達(dá)13。因此，由進(jìn)給馬達(dá)13旋轉(zhuǎn)導(dǎo)螺桿時，光學(xué)頭12在基于其旋轉(zhuǎn)方向的方向上被導(dǎo)引軸引導(dǎo)并移動。
本發(fā)明的光盤驅(qū)動裝置1中，光盤100以被光盤托架9的光盤凹部9b承載的狀態(tài)進(jìn)入裝置的內(nèi)部，由適當(dāng)?shù)姆绞奖３衷诠獗P轉(zhuǎn)臺11a上，并通過馬達(dá)組件11的驅(qū)動馬達(dá)11b的驅(qū)動與光盤轉(zhuǎn)臺11a一起旋轉(zhuǎn)，這時，光學(xué)頭12一邊在光盤100的半徑方向上移動，一邊對光盤100進(jìn)行信息的記錄或再現(xiàn)。
接著，就對光盤100進(jìn)行信息的記錄或再現(xiàn)的光學(xué)頭12的結(jié)構(gòu)進(jìn)行說明。
如圖4所示，光學(xué)頭12在光盤100的半徑方向移動自如地被支承，例如，固定在外殼16上的圖中未示出的二軸致動器上。在外殼16內(nèi)，設(shè)置產(chǎn)生激光的激光發(fā)光元件17和使從該激光發(fā)光元件17發(fā)射的激光18變成平行光束的準(zhǔn)直透鏡19等，而且，在圖中未示出的二軸致動器上還設(shè)置把激光18會聚到光盤100記錄層的應(yīng)用本發(fā)明的物鏡20。
光盤100，是其規(guī)格與具有約0.3μm的窄紋道間距的薄基片的高密度記錄對應(yīng)的光盤，光學(xué)頭12是適用于對此類光盤100進(jìn)行信息記錄和再現(xiàn)的光學(xué)頭。并且，激光發(fā)光元件17產(chǎn)生比傳統(tǒng)的CD規(guī)格的激光波長780nm短的、約400nm至410nm波長的激光18，為減少激光噪聲，將高頻電流疊加在驅(qū)動電流上，使激光18的波長在較短周期內(nèi)改變。
當(dāng)在光盤100的記錄層中進(jìn)行記錄時，從激光發(fā)光元件17發(fā)射出高能量的激光18。激光18由準(zhǔn)直透鏡19變成平行光束，通過物鏡20會聚到光盤100的記錄層上，并由相變化等形成記錄信息的凹痕。
另一方面，當(dāng)對已記錄的信息進(jìn)行讀取時，以其能量比進(jìn)行信息記錄時低的激光18照射到光盤100的記錄層，并且，從光盤100反射的激光18由光學(xué)頭12內(nèi)的圖中未示出的包含分束器等的感光系統(tǒng)檢測而完成。
其次，就應(yīng)用本發(fā)明的物鏡20進(jìn)行詳細(xì)的說明。
如圖5所示，本發(fā)明的物鏡20由從光源側(cè)依次通過由正折射能力的非球面構(gòu)成的第一面S1和由負(fù)折射能力的非球面構(gòu)成的第二面S2形成的彎月型結(jié)構(gòu)的單透鏡構(gòu)成。
對于DVD等通過使紋道間距變窄來提高信息的記錄密度的光盤，為了照射激光來進(jìn)行信息信號的記錄和再現(xiàn)，必須在其記錄面上形成比使用紋道間距大的光盤時更小的光點。
由物鏡會聚的激光束的光點的直徑與激光的設(shè)計波長成正比，與物鏡的數(shù)值孔徑(NA)成反比。因此，為了使照射于光盤的光點直徑變小必須采用數(shù)值孔徑大的物鏡，并選用短波長的激光。
作為使物鏡的數(shù)值孔徑變大的方法，如上所述的，SIL所代表的雙透鏡組合結(jié)構(gòu)的物鏡被人們采用。此類物鏡，具有兩枚透鏡組合的結(jié)構(gòu)，而且非常難維持高精度的組裝精度和高精度地制造，不能確保足夠的工作距離(WD)。本發(fā)明的物鏡，不需要多個透鏡的組合工序而由單透鏡構(gòu)成，因此使WD變大，并且能使用成形用金屬模加工。
為了滿足如上所述的要求而被提出的本發(fā)明的物鏡20，如圖4和圖5所示，是由從光源側(cè)依次通過由正折射能力的非球面構(gòu)成的第一面S1和由負(fù)折射能力的非球面構(gòu)成的第二面S2形成的彎月型結(jié)構(gòu)的單透鏡構(gòu)成。
還有，在以下的說明中，“ri”表示從激光發(fā)光元件17側(cè)開始數(shù)第i個面Si的曲率半徑。
非球面的定義，物鏡20的各面Si的弛垂量Z由以下式1表示，其中h為從光軸P1開始的高度。再有，i表示面序號，即從光源側(cè)開始數(shù)的第i個面，ri表示第i面Si的曲率半徑，k表示圓錐系數(shù)，Ai至Ji表示第i面Si的4次項至20次項的非球面系數(shù)。
Zi=ri-1h21+1-(1+ki)ri-2h2+]]>Aih4+Bih6+Cih8+Dih10+Eih12+Fih14+Gih16+Hih18+Jih20···(1)]]>并且，若設(shè)r1為第一面的曲率半徑、f為焦距、NA為數(shù)值孔徑，則物鏡20的結(jié)構(gòu)滿足以下式2所示條件。
r1＜f·NA …(2)另外，若設(shè)r1為第一面的曲率半徑、r2為第二面的曲率半徑、N為玻璃材料的折射率，則物鏡20的結(jié)構(gòu)滿足以下式3所示條件。
(r1/r2)≤(2N2-N-4)/{N(2N+1)}…(3)
上述的式2和式3中規(guī)定的條件，是在盡量抑制非球面系數(shù)的值的同時而又可使球面像差達(dá)到最小的條件。
也就是說，式2的條件是數(shù)值孔徑(NA)設(shè)為NA＞0.8時，將軸上波前像差設(shè)于衍射界限的必要條件；而式3的條件是為了使在式1的非球面定義式中將非球面系數(shù)一直使用到光束高的20次項，使權(quán)重分散于各系數(shù)，從而使非球面系數(shù)的整個大小達(dá)到最小的條件。
本發(fā)明的物鏡20，具有0.8以上的數(shù)值孔徑(NA)，同時通過具有1.7以上折射率的玻璃材料形成。通過設(shè)置高的折射率，可加大物鏡20的曲率半徑，抑制球面像差。
圖6是表示在只由球面構(gòu)成的透鏡中理論上發(fā)生的球面像差SA的最小值與玻璃材料的折射率之間關(guān)系的曲線圖，圖7和圖8是表示為了使球面像差達(dá)到最小的第一面S1的曲率半徑r1與第二面S2的曲率半徑r2之間的關(guān)系曲線圖。
從圖6中可知，折射率N越大球面像差就能夠越小。并且，從圖7中可知，折射率N越大第一面S1的曲率半徑r1越小。從圖6和圖7中可知，如折射率N＞1.7，球面像差的最小值將大體收斂，第一面S1的曲率半徑r1也大致為定值。根據(jù)該條件，如圖8所示，第二面S2的曲率半徑r2也變成正數(shù)，物鏡20將變成所謂彎月形狀結(jié)構(gòu)的透鏡。
本發(fā)明的物鏡20，由于其數(shù)值孔徑(NA)大，非球面系數(shù)是從光軸開始的高度的高次冪函數(shù)，通過上述各條件第一面S1的弛垂量將變大，在有效直徑附近變成0.8mm至1.0mm。而且，在第二面S2上，有效直徑為透鏡外徑的1/3程度，因此，就第一面S1和第二面S2而言，如果不使有效直徑內(nèi)和有效直徑外的面構(gòu)成方式不相同，則不能制造用以成形該物鏡20的金屬模。
在本發(fā)明所適用的物鏡20中，雖然由非球面形成的第一面S1和第二面S2是通過如上所述的條件形成，但為了可以用金屬模成形，，如圖9所示，以本申請人在先前申請的日本專利特開2000-249812號公報中所述的光學(xué)元件形狀為基準(zhǔn)確定光學(xué)有效直徑外的面的形狀。光學(xué)有效直徑外的面，根據(jù)該公報所記載的條件形成，因此，可采用如上所述公報所記載的成形用金屬模的加工方法，可以使用成形金屬模成形。另外，關(guān)于該使用成形用金屬模的加工方法，可參見日本專利申請?zhí)亻_2000-249812號公報所述內(nèi)容，詳細(xì)說明從略。
也就是，如圖9所概略表示，所形成的本發(fā)明的物鏡20的第一面S1和第二面S2包括由箭頭A所示的光學(xué)有效區(qū)域即光學(xué)有效直徑內(nèi)由規(guī)定的非球面r1形成的內(nèi)圓周部20a；以及與內(nèi)圓周部20a連接的以箭頭B所示的光學(xué)有效直徑外的、比光學(xué)有效直徑內(nèi)的非球面曲率平滑的非球面r1b形成的外圓周部20b。
換句話說，第一面S1不是通過使整個的曲面以固定的非球面形式形成，而是，內(nèi)圓周部20a是由非球面r1形成，外圓周部20b是由比非球面r1曲率還平滑的非球面r1b形成，并使內(nèi)圓周部20a和外圓周部20b平滑地連續(xù)形成。此時，內(nèi)圓周部20a和外圓周部20b的邊界部分最好更平滑地連接。
并且，第二面S2也與第一面S1同樣地，不是通過使整個的曲面以固定的非球面形式形成，而是，內(nèi)圓周部20a是由非球面r2形成，外圓周部20b是由比非球面r2曲率還平滑的非球面r2b形成，并使內(nèi)圓周部20a和外圓周部20b平滑地連續(xù)形成。此時，內(nèi)圓周部20a和外圓周部20b的邊界部最好更平滑地連續(xù)。
如上所述地形成物鏡20的第一面S1和第二面S2，特別是，即使是由于數(shù)值孔徑(NA)變大而使第一面S1的弛垂量變大，當(dāng)使用模成形用成形金屬模成形時可防止發(fā)生不能成形部分，并在成形時容易從金屬模脫模。
接著，就本發(fā)明的物鏡20的具體的設(shè)計例，通過實施例1和實施例2進(jìn)行說明。
相應(yīng)于本發(fā)明實施例1和2的物鏡20，具有如上圖5中所示的結(jié)構(gòu)。
實施例1和實施例2中的物鏡20，均由玻璃材料形成，并使用了與LAH53(商品名)相當(dāng)?shù)牟牧?折射率為1.8程度)的玻璃材料。實施例1和實施例2中的物鏡20的軸上波前像差的設(shè)計值是0.002λrms。
再有，本發(fā)明的物鏡20裝于光學(xué)頭內(nèi)，該光學(xué)頭又裝在光盤裝置中，當(dāng)設(shè)于對光盤100進(jìn)行信息的記錄再現(xiàn)狀態(tài)時，在物鏡20與激光的成像面即光盤100的信號記錄層之間，光盤100的激光入射側(cè)設(shè)置有保護(hù)層100a。設(shè)置于光盤100的保護(hù)層100a，覆蓋設(shè)于光盤100的信號記錄層而形成，它是為了保護(hù)信號記錄層而設(shè)置的。保護(hù)層100a，是通過在形成有信號記錄層的光盤100的面上涂紫外線硬化樹脂，并經(jīng)紫外線照射而硬化形成，或在信號記錄面上粘合一層丙烯酸樹脂形成。
本發(fā)明實施例1的物鏡20的第一面S1和第二面S2的曲率和4次項至20次項的非球面系數(shù)A至J由表1給出。
表1

本發(fā)明實施例1的物鏡20的第一面S1和第二面S2的曲率和4次項至20次項的非球面系數(shù)A至J由表2給出。
表2

表3給出本發(fā)明的物鏡20的實施例1和2的激光發(fā)光元件17的激光18的波長λ、焦距f、數(shù)值孔徑(NA)、光盤100的保護(hù)層即保護(hù)層100a的厚度、工作距離WD、構(gòu)成物鏡20的玻璃材料折射率N以及有關(guān)所述式2和式3的各數(shù)值。
表3 有關(guān)本發(fā)明的物鏡20的實施例1的球面像差、像散像差和畸變像差由圖10A至圖10C分別表示，而實施例2的球面像差、像散像差和畸變像差是由圖11A至圖11C分別表示。
顯然，由圖10A至圖10C、圖11A至圖11C分別表示的球面像差、像散像差和畸變像差特性圖可知，各像差得到了修正。其結(jié)果，本發(fā)明的物鏡可使入射的激光會聚，直到衍射界限。
如上所述，本發(fā)明的數(shù)值孔徑(NA)為0.8以上的物鏡可由單透鏡構(gòu)成。本發(fā)明的物鏡20，相對于設(shè)置在光盤100上的0.1mm的光盤遮蓋層即保護(hù)層100a的厚度，能確保0.5mm以上的工作距離(WD)，因此，安裝在光學(xué)頭并裝入光盤裝置時，可防止物鏡20與光盤100的接觸。
并且，本發(fā)明的物鏡20，通過使由非球面形成的第一面S1和第二面S2的非球面系數(shù)一直使用到光束高的20次項，使權(quán)重分散于各系數(shù)，從而使非球面系數(shù)的整體大小達(dá)到最小。
另外，由非球面形成的第一面S1和第二面S2，是通過光學(xué)有效直徑內(nèi)由規(guī)定的非球面形成的內(nèi)圓周部和與內(nèi)圓周部連接的、由光學(xué)有效直徑外的面比光學(xué)有效直徑內(nèi)的非球面曲率還平滑的非球面形成的外圓周部構(gòu)成，因此，即使是在弛垂量變大時，也容易用成形金屬模進(jìn)行成形加工。
再有，本發(fā)明不由上述的實施例特定，在不改變本發(fā)明的要旨的范圍內(nèi)可以做適當(dāng)?shù)淖兏?br> 工業(yè)上的利用可能性如上所述，本發(fā)明的物鏡、使用單透鏡確保高數(shù)值孔徑(NA)，并使從光源發(fā)射的會聚到光記錄介質(zhì)上的激光，一直會聚到衍射界限。使用該物鏡的光學(xué)頭和光盤裝置，能以良好的記錄再現(xiàn)特性在通過使記錄紋道的紋道間距變窄來提高記錄密度的光記錄介質(zhì)上記錄或再現(xiàn)信息。
權(quán)利要求
1.一種光學(xué)頭用物鏡，由從光源側(cè)依次配置的由正折射能力的非球面構(gòu)成的第一面和由負(fù)折射能力的非球面構(gòu)成的第二面形成的彎月型結(jié)構(gòu)的單透鏡構(gòu)成，具有0.8以上的數(shù)值孔徑(NA)；其特征在于所述第一和第二非球面的非球面形狀Zi由下式表示，其中h為從光軸開始的高度Zi=ri-1h21+1-(1+ki)ri-2h2+]]>Aih4+Bih6+Cih8+Dih10+Eih12+Fih14+Gih16+Hih18+Jih20]]>(式中，i表示非球面的從光源側(cè)開始的面序號、r表示非球面的曲率半徑、k表示圓錐系數(shù)且k＜0、A～J表示非球面系數(shù))，而且，所述光學(xué)頭用物鏡是滿足以下條件而形成的物鏡(r1/r2)≤(2N2-N-4)/{N(2N+1)}(式中，r1表示第一面的曲率半徑、r2表示第二面的曲率半徑、N表示玻璃材料的折射率)。
2.如權(quán)利要求1所述的光學(xué)頭用物鏡，其特征在于所述物鏡還滿足以下條件r1＜f·NA(式中，r1表示第一面的曲率半徑、f表示焦距、NA表示數(shù)值孔徑)。
3.如權(quán)利要求1所述的光學(xué)頭用物鏡，其特征在于所述玻璃材料的折射率為1.7以上。
4.一種光學(xué)頭用物鏡，由從光源側(cè)依次配置的由正折射能力的非球面構(gòu)成的第一面和由負(fù)折射能力的非球面構(gòu)成的第二面形成的彎月型結(jié)構(gòu)的單透鏡構(gòu)成，具有0.8以上的數(shù)值孔徑(NA)；其特征在于所述第一和第二非球面的非球面形狀Zi由下式表示，其中h為從光軸開始的高度Zi=ri-1h21+1-(1+ki)ri-2h2+]]>Aih4+Bih6+Cih8+Dih10+Eih12+Fih14+Gih16+Hih18+Jih20]]>(式中，i表示非球面的從光源側(cè)開始的面序號、r表示非球面的曲率半徑、k表示圓錐系數(shù)且k＜0、A～J表示非球面系數(shù))，而且，所述光學(xué)頭用物鏡是滿足以下條件而形成的物鏡r1＜f·NA(式中，r1表示第一面的曲率半徑、f表示焦距、NA表示數(shù)值孔徑)。
5.如權(quán)利要求4所述的光學(xué)頭用物鏡，其特征在于所述玻璃材料的折射率為1.7以上。
6.一種光學(xué)頭，其中設(shè)有發(fā)射激光的光源、分束器、使激光會聚到盤狀光記錄介質(zhì)的信號記錄面的物鏡和接受從所述盤狀光記錄介質(zhì)的信號記錄面反射回來的激光的感光元件；其特征在于所述物鏡由從光源側(cè)依次配置的由正折射能力的非球面構(gòu)成的第一面和由負(fù)折射能力的非球面構(gòu)成的第二面形成的彎月型結(jié)構(gòu)的單透鏡構(gòu)成，具有0.8以上的數(shù)值孔徑(NA)，所述第一和第二非球面的非球面形狀Zi由下式表示，其中h為從光軸開始的高度Zi=ri-1h21+1-(1+ki)ri-2h2+]]>Aih4+Bih6+Cih8+Dih10+Eih12+Fih14+Gih16+Hih18+Jih20]]>(式中，i表示非球面的從光源側(cè)開始數(shù)的面序號、r表示非球面的曲率半徑、k表示圓錐系數(shù)且k＜0、A～J表示非球面系數(shù))；而且，所述光學(xué)頭是滿足以下條件而形成的光學(xué)頭(r1/r2)≤(2N2-N-4)/{N(2N+1)}(式中，r1表示第一面的曲率半徑、r2表示第二面的曲率半徑、N表示玻璃材料的折射率)。
7.如權(quán)利要求6所述的光學(xué)頭，其特征在于所述物鏡還滿足以下條件r1＜f·NA(式中，r1表示第一面的曲率半徑、f表示焦距、NA表示數(shù)值孔徑)。
8.一種光學(xué)頭，其中設(shè)有發(fā)射激光的光源、分束器、使激光會聚到盤狀光記錄介質(zhì)的信號記錄面的物鏡和接受從所述盤狀光記錄介質(zhì)的信號記錄面反射回來的激光的感光元件；其特征在于所述物鏡由從光源側(cè)依次設(shè)置的由正折射能力的非球面構(gòu)成的第一面和由負(fù)折射能力的非球面構(gòu)成的第二面形成的彎月型結(jié)構(gòu)的單透鏡構(gòu)成，具有0.8以上的數(shù)值孔徑(NA)，所述第一和第二非球面的非球面形狀Zi由下式表示，其中h為從光軸開始的高度Zi=ri-1h21+1-(1+ki)ri-2h2+]]>Aih4+Bih6+Cih8+Dih10+Eih12+Fih14+Gih16+Hih18+Jih20]]>(式中，i表示非球面的從光源側(cè)開始的面序號、r表示非球面的曲率半徑、k表示圓錐系數(shù)且k＜0、A～J表示非球面系數(shù))，而且，所述光學(xué)頭是滿足以下條件而形成的光學(xué)頭r1＜f·NA(式中，r1表示第一面的曲率半徑、f表示焦距、NA表示數(shù)值孔徑)。
9.一種光盤裝置，其中設(shè)有使盤狀光記錄介質(zhì)旋轉(zhuǎn)驅(qū)動的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動機(jī)構(gòu)，以及在由所述旋轉(zhuǎn)驅(qū)動機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)的盤狀光記錄介質(zhì)的半徑方向上移動，并通過用從光源發(fā)射的激光掃描所述盤狀光記錄介質(zhì)的信號記錄區(qū)域進(jìn)行信息的記錄或再現(xiàn)的光學(xué)頭；其特征在于所述光學(xué)頭中，設(shè)有發(fā)射所述激光的光源、分束器、使激光會聚到盤狀光記錄介質(zhì)的信號記錄面的物鏡和接受從所述盤狀光記錄介質(zhì)的信號記錄面反射回來的激光的感光元件；所述物鏡由從光源側(cè)依次配置的由正折射能力的非球面構(gòu)成的第一面和由負(fù)折射能力的非球面構(gòu)成的第二面形成的彎月型結(jié)構(gòu)的單透鏡構(gòu)成，具有0.8以上的數(shù)值孔徑(NA)，所述第一和第二非球面的非球面形狀Zi由下式表示，其中h為從光軸開始的高度Zi=ri-1h21+1-(1+ki)ri-2h2+]]>Aih4+Bih6+Cih8+Dih10+Eih12+Fih14+Gih16+Hih18+Jih20]]>(式中，i表示非球面的從光源側(cè)開始的面序號、r表示非球面的曲率半徑、k表示圓錐系數(shù)且k＜0、A～J表示非球面系數(shù))，而且，所述光盤裝置滿足以下條件而形成(r1/r2)≤(2 N2-N-4)/{N(2 N+1)}(式中，r1表示第一面的曲率半徑、r2表示第二面的曲率半徑、N表示玻璃材料的折射率)。
10.如權(quán)利要求9所述的光盤裝置，其特征在于所述物鏡還滿足以下條件r1＜f·NA(式中，r1表示第一面的曲率半徑、f表示焦距、NA表示數(shù)值孔徑)。
11.一種光盤裝置，其中設(shè)有驅(qū)動盤狀光記錄介質(zhì)旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動機(jī)構(gòu)；以及在由所述旋轉(zhuǎn)驅(qū)動機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)的盤狀光記錄介質(zhì)的半徑方向上移動，并通過用從光源發(fā)射的激光掃描所述盤狀光記錄介質(zhì)的信號記錄區(qū)域進(jìn)行信息的記錄或再現(xiàn)的光學(xué)頭；其特征在于所述光學(xué)頭中，設(shè)有發(fā)射所述激光的光源、分束器、使激光會聚到盤狀光記錄介質(zhì)的信號記錄面的物鏡和接受從所述盤狀光記錄介質(zhì)的信號記錄面反射回來的激光的感光元件；所述物鏡是由從光源側(cè)依次設(shè)置的由正折射能力的非球面構(gòu)成的第一面和由負(fù)折射能力的非球面構(gòu)成的第二面形成的彎月型結(jié)構(gòu)的單透鏡構(gòu)成，具有0.8以上的數(shù)值孔徑(NA)，所述第一和第二非球面的非球面形狀Zi由下式表示，其中h為從光軸開始的高度Zi=ri-1h21+1-(1+ki)ri-2h2+]]>Aih4+Bih6+Cih8+Dih10+Eih12+Fih14+Gih16+Hih18+Jih20]]>(式中，i表示非球面的從光源側(cè)開始的面序號、r表示非球面的曲率半徑、k表示圓錐系數(shù)且k＜0、A～J表示非球面系數(shù))，而且，所述光盤裝置是滿足以下條件的光盤裝置r1＜f·NA(式中，r1表示第一面的曲率半徑、f表示焦距、NA表示數(shù)值孔徑)。
全文摘要
本發(fā)明是一種光學(xué)頭用物鏡，由從光源側(cè)依次配置的由正折射能力的非球面構(gòu)成的第一面S
文檔編號G02B21/02GK1606709SQ0280248
公開日2005年4月13日 申請日期2002年6月21日 優(yōu)先權(quán)日2001年6月25日
發(fā)明者日根野哲 申請人:索尼公司