光学拾取设备的物镜、光学拾取设备和光学信息记录/再现设备制造技术

用于光学拾取设备的物镜，该光学拾取设备包括：光源；以及会聚光学系统，该系统包括物镜，用于将从光源发出的光束会聚到光学信息记录介质的信息记录表面，该光学拾取设备能够通过用会聚光学系统将从光源发出的光束会聚到光学信息记录介质的信息记录表面来记录和／或再现信息，该物镜是塑料单透镜，当ＮＡ是将信息记录和／或再现到光学信息记录介质所需的图像侧数值孔径，ｆ（ｍｍ）是物镜的焦距时，满足下列公式。甚至在具有高ＮＡ的塑料单透镜的情况下热像差也不会过度增大，且在折射类型的塑料单透镜中也可以将光学拾取设备实际应用温度范围内的热像差抑制在容许范围内。ＮＡ≥０．８（１）；１．０＞ｆ＞０．２（２）。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及光学拾取设备、光学信息记录/再现设备和它们所使用的物镜，具体来说，涉及能够进行高密度光学信息记录或再现的光学拾取设备、光学信息记录/再现设备，以及它们所使用的物镜。
技术介绍
迄今为止，通常使用塑料单透镜作为在用于记录或再现诸如CD、MD和DVD之类的光学信息记录介质的光学拾取设备或光学信息记录/再现设备中所使用的物镜。由于与玻璃透镜相比较比密度较低，塑料透镜具有一个优点可以降低驱动物镜以便聚焦和跟踪的致动器的负担，并在这方面以高速度执行物镜的跟踪。此外，通过以较高的准确性制造所希望的模子，可以大量生产通过注模法生产的塑料透镜。因此，虽然可以稳定地发挥透镜的高性能，但是，也可以计划降低成本。顺便提一下，近年来，新的高密度光盘系统的研究/开发已经取得了很大的进步，在这种系统中，使用波长大致为400nm的蓝色-紫色激光二极管光源和数值孔径(NA)增强到大致0.85的物镜。作为示例，对于NA为0.85并且光源波长为405nm的执行信息记录/再现的光盘(下面，这样的光盘被称为“高密度DVD”)，在和DVD一样大小的直径为12cm的光盘上，每一面可以记录20到30GB的信息(NA为0.6，光源波长为650nm，存储容量为4.7GB)。这里，在用于这种高密度DVD的光学拾取设备中，在NA比较高的物镜是塑料透镜的情况下，伴随温度变化的折射率变化所产生的球面像差(下面，这样的球面像差被称为“热像差”)会成为问题。由于在折射率的变化方面塑料透镜比玻璃透镜大两个数量级，因此，会发生这样的问题。在用于高密度DVD的NA为0.85的物镜是塑料透镜的情况下，可使用的温度范围变得非常窄，因为热像差与NA的四次幂成比例，相应地，这在实际应用中会成为问题。在JP Tokukaihei-11-337818A中，描述了通过使用在其光学面上形成的环状相结构的衍射效应来校正塑料单透镜的这样的热像差的技术。为了采用此技术校正NA为0.85的塑料透镜的热像差，必须使在波长的变化中的球面像差曲线的倾角(下面，这样的球面像差曲线的倾角被称为“彩色球面像差”)为大。因此，不可能使用具有由于制造误差而偏离标准波长的发射波长的激光二极管，从而需要选择激光二极管，这又使得成本变高。下面显示了具有数值的特定示例。其透镜数据在表1中显示出的物镜是这样的塑料单透镜入射光束直径为3mm，焦距为2.5mm，NA为0.6，设计波长为650nm，设计温度为25℃，并通过在第一表面(光源例子的光学面)上形成的环状相结构的衍射效应来校正热像差。另一方面，其透镜数据在表2中显示出的物镜是这样的塑料单透镜入射光束直径为3mm，焦距为1.76mm，NA为0.85，设计波长为405nm，设计温度为25℃，并通过在第一表面上形成的环状相结构的衍射效应来校正热像差，和表1的物镜的方式一样。请注意，10的乘方(例如，2.5×10-3)下面将通过使用E来表示(例如，2.5×E-3)(包括表中的透镜数据)。表1 非球面系数 衍射表面系数 表2 非球面表面系数 衍射表面系数 当光轴方向是x轴，垂直于光轴的方向的高度为h，光学面的曲率半径为r时，这样的物镜中的非球面表面由下列公式1来表示。请注意，k是圆锥常数，A2i是非球面表面系数。公式1X=h2/r1+1-(1+K)h2/r2+Σi=2A2ih2i]]>此外，在这样的物镜中，作为在光学表面上形成的衍射结构的环状的相结构由通过衍射结构添加到发射波正面的光程差来表达。当垂直于光轴的方向的高度是h，而b2i是衍射表面系数(也被称为光程差函数系数)时，光程差由下列公式2定义的光程差函数Φb(mm)来表达。公式2Φb=Σi=1b2ih2i]]>当基于光程差函数Φb(mm)的值在物镜的光学面上形成衍射结构时，每次光程差函数Φb(mm)的值被改变预先确定的波长λB的n倍(n只是自然数)时，形成环面。在本说明书中，“衍射结构在波长λB和衍射阶n被优化”表示衍射结构以这种方法确定，并且波长称为优化波长或生产波长。表3显示了当两个物镜的周围温度提高30℃时热像差的RMS值，以及当入射波长比设计波长要长5nm时彩色球面像差的RMS值。表3 从表2中可以看出，甚至在热像差被校正到0.010λrms的情况下，NA为0.6的物镜将彩色球面像差控制在0.003λrms，相应地，可以使用波长偏离5 nm的激光二极管。同时，至于NA为0.85的物镜，当热像差被校正到0.014λrms，与NA为0.6的物镜差不多时，彩色球面像差变成0.057λrms，相应地，不能使用波长偏离5nm的激光二极管。在光学拾取设备中用作光源的激光二极管在其发射波长中具有大约±5nm的偏差，相应地，需要选择激光二极管，并且在使用NA为0.85的物镜的情况下，光学拾取设备的生产成本就会上升。请注意，在表1和2的物镜中，使伴随温度上升的折射率的变化率都为-9.0×10-5，并使伴随温度上升的入射光的波长的变化率分别为+0.2nm/℃和+0.05nm/℃。此外，在表1的透镜数据中，r(mm)表示曲率半径，d(mm)表示表面距离，N650表示波长为650nm时的折射率，vd表示d行中的阿贝数，在表2的透镜数据中，r(mm)表示曲率半径，d(mm)表示表面距离，N405表示波长为405nm时的折射率，vd表示d行中的阿贝数。此外，在使用蓝色-紫色激光二极管产生波长大约为400nm的短波长光作为光源(如在高密度DVD的光学拾取设备)的情况下，物镜中产生的纵向色像差会成为问题。在光学拾取设备中，物镜的色像差不视为问题，因为从激光二极管发出的激光具有单一波长(单模式)。然而，实际上，由于温度变化、输出变化等等，会产生被称为“模式跳越”的现象中心波长会立刻改变几个纳米。由于模式跳越是立刻引起的波长变化，聚焦装置是不能跟踪的，因此，会产生一个问题当校正物镜的纵向色像差时，添加对应于图像形成位置的移动的散焦部件，且物镜的聚焦能力降低。由于用作物镜的通用透镜的耗散在600nm到800nm的范围内(这是红外激光二极管和红光激光二极管的波长范围)不是那么大，因此，由于模式跳跃而导致的物镜的聚焦能力的下降在CD和DVD中不会成为问题。然而，由于透镜材料的耗散在400nm的范围内(这是蓝色-天鹅绒激光二极管的波长范围)变得非常大，因此，甚至稍微几个纳米的波长变化都会导致物镜的图像形成位置大大地偏离。因此，在高密度DVD中，当激光二极管光源导致模式跳越时，物镜的聚焦能力大大地降低，稳定的记录和再现不可能实现。本专利技术是在考虑到上文所描述的情况下作出的，其目的在于提供一种塑料单透镜，该塑料单透镜适合作为使用具有高NA的物镜的光学拾取设备的物镜，具有足够宽的可用温度范围，并且由于光源的模式跳越而导致的聚焦能力下降轻微。此外，本专利技术的目的还在于提供一种塑料单透镜，该塑料单透镜适合作为使用具有高NA的物镜的光学拾取设备的物镜，其中，可以使得选择激光二极管光源在光学拾取设备的生产步骤中不必要进行而不会造成彩色球面像差的过度增大，甚至在已经校正热像差以便扩大可用温度范本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于光学拾取设备的物镜，其中，该光学拾取设备包括：光源；以及会聚光学系统，该系统包括物镜，用于将从光源发出的光束会聚到光学信息记录介质的信息记录表面，并且该光学拾取设备能够通过用会聚光学系统将从光源发出的光束会聚到光学信 息记录介质的信息记录表面来记录和／或再现信息，以及其中，物镜是塑料单透镜，并满足下列公式：ＮＡ≥０．８（１）１．０＞ｆ＞０．２（２）其中，ＮＡ是将信息记录和／或再现到光学信息记录介质所需的物镜的图像侧 数值孔径，ｆ（ｍｍ）是物镜的焦距。

【技术特征摘要】
JP 2002-8-28 248207/2002;JP 2002-12-27 379657/20021.一种用于光学拾取设备的物镜，其中，该光学拾取设备包括光源；以及会聚光学系统，该系统包括物镜，用于将从光源发出的光束会聚到光学信息记录介质的信息记录表面，并且该光学拾取设备能够通过用会聚光学系统将从光源发出的光束会聚到光学信息记录介质的信息记录表面来记录和/或再现信息，以及其中，物镜是塑料单透镜，并满足下列公式NA≥0.8 (1)1.0＞f＞0.2 (2)其中，NA是将信息记录和/或再现到光学信息记录介质所需的物镜的图像侧数值孔径，f(mm)是物镜的焦距。2.根据权利要求1所述的光学拾取设备的物镜，其中，在下列情况下当具有其设计波长λ0(nm)的光在第一周围温度T0＝25℃的环境温度下入射到物镜时，W(λ0，T0)是物镜的残余像差的RMS值，以及，当具有其设计波长λ0(nm)的光在第二周围温度T1＝55℃的环境温度下入射到物镜时，W(λ0，T1)是物镜的残余像差的RMS值，则由下列公式定义的ΔWΔW＝|W(λ0，T1)-W(λ0，T0)|(3)满足下列公式ΔW＜0.035λrms (4)3.根据权利要求1或2所述的光学拾取设备的物镜，其中，光学物镜的设计波长λ0不超过500nm，以及在下列情况下当波长为λ0(nm)的光在第一周围温度T0＝25℃的环境温度下入射到物镜时，fB(λ0，T0)是物镜的后焦距，以及当波长为比波长λ0长5nm的λ1(nm)的光在第一周围温度T0＝25℃的环境温度下入射到物镜时，fB(λ1，T0)是物镜的后焦距，则由下列公式定义的ΔfBΔfB＝|fB(λ1，T0)-fB(λ0，T0)| (5)满足下列公式ΔfB＜0.001mm (6)4.根据权利要求1到3中的任何一个权利要求所述的光学拾取设备的物镜，其中，物镜是有限共轭类型的物镜，用于将从光源发出的发散光束聚焦到光学信息记录介质的信息记录表面，并满足下列公式0.8＞f＞0.2(6A)5.根据权利要求4所述的光学拾取设备的物镜，其中，当m是物镜的图像形成放大率时，m满足下列公式0.2＞|m|＞0.02 (6B)6.一种用于光学拾取设备的物镜，其中，该光学拾取设备包括光源；以及会聚光学系统，该系统包括物镜，用于将从光源发出的光束会聚到光学信息记录介质的信息记录表面，以及该光学拾取设备能够通过用会聚光学系统将从光源发出的光束会聚到光学信息记录介质的信息记录表面来记录和/或再现信息，其中，该物镜是在至少一个光学表面上包括环状相结构的塑料单透镜，该环状相结构包括多个环面，并形成为使得相邻的环面对于入射光产生预先确定的光程差，并满足下列公式NA≥0.8(7)1.3＞f＞0.2(8)其中，NA是物镜的图像侧数值孔径，这是对于光学信息记录介质进行信息记录和/或再现所需的，f(mm)是物镜的焦距。7.根据权利要求6所述的光学拾取设备的物镜，其中，环状相结构是具有衍射预先确定的入射光的功能的衍射结构，并且物镜构成了会聚波阵面，该波阵面由于通过组合衍射效应和折射效应所获得的效应而聚焦于信息记录表面上。8.根据权利要求7所述的光学拾取设备的物镜，其中，物镜具有这样的球面像差特征当入射光的波长变为比较长的波长时，球面像差在校正不足的方向变化。9.根据权利要求7或8所述的光学拾取设备的物镜，其中，当添加到透射通过衍射结构的波阵面的光程差通过由下列公式定义的光程差函数Φb来表示时Φb＝b2·h2+b4·h4+b6·h6+...满足下列公式-70＜(b4·hMAX4)/(f·λ0·10-6·(NA·(1-m))4)＜-20(8A)其中，b2，b4，b6...分别是第2阶、第4阶、第6阶...光程差函数系数，以及其中，λ0(nm)是物镜的设计波长，hMAX是在其上面形成了衍射结构的光学表面的有效直径最大高度(mm)，m是物镜的图像形成放大率。10.根据权利要求6所述的光学拾取设备的物镜，其中，环状相结构通过构成相邻的环面以便在光轴方向彼此移位，从而对入射光产生预先确定的光程差，以及，物镜构成了会聚波阵面，该波阵面由于折射效应而会聚于信息记录表面上。11.根据权利要求10所述的光学拾取设备的物镜，其中，当包括光轴的环面叫做中心环面时，邻近中心环面的外面的环面形成为沿光轴方向移动，以便具有比中心环面更短的光程长度，在最大有效直径位置处的环面形成为沿光轴方向移动，以便具有比邻近其内侧的环面更长的光程长度，以及，在最大有效直径的75％的位置处的环面形成为被移动，以便具有比邻近其内侧的环面和邻近其外侧的环面更短的光程长度。12.根据权利要求10或11所述的光学拾取设备的物镜，其中，环面的总数从3到20。13.根据权利要求10-12中的任何一个权利要求所述的光学拾取设备的物镜，其中，当Δj(μm)是在其上面形成了环状相结构的光学表面的有效直径最大高度的75％的高度到100％的高度的区域中形成的环状相结构中相互邻近的环面的边界处沿光轴方向的步长中任意步长的步长量，并且n是设计波长λ0(nm)时物镜的折射率时，由下列公式代表的mjmj＝INT(X) (8B)是不小于2的整数，其中，X＝Δj·(n-1)/(λ0·10-3)，INT(X)是通过对X进行四舍五入所获得的整数。14.根据权利要求6到13中的任何一个权利要求所述的光学拾取设备的物镜，其中，在下列情况下当具有其设计波长λ0(nm)的光在第一周围温度T0＝25℃的环境温度下入射到物镜时，W(λ0，T0)是物镜的残余像差的RMS值，当具有比波长λ0长5nm的波长λ1(nm)的光在第一周围温度T0＝25℃的环境温度下入射到物镜时，W(λ1，T0)是物镜的残余像差的RMS值，以及当具有波长λ2(nm)的光在第二周围温度T1＝55℃的环境温度下入射到物镜时，W(λ2，T1)是物镜的残余像差的RMS值，则由下列公式定义的ΔW1和ΔW2ΔW1＝|W(λ2，T1)-W(λ0，T0)| (9)ΔW2＝|W(λ1，T0)-W(λ0，T0)| (10)满足下列公式ΔW1＜0.035λrms (11)ΔW2＜0.035λrms (12)其中当λ0＜600nm时，λ2＝λ0+1.5(nm)以及当λ0≥600nm时，λ2＝λ0+6(nm)。15.根据权利要求14所述的光学拾取设备的物镜，其中，物镜满足下列公式(ΔW1)2+(ΔW2)2<0.05λrms---(13)]]>16.根据权利要求6到15中的任何一个权利要求所述的光学拾取设备的物镜，其中，物镜是有限共轭类型的物镜，用于将从光源发出的发散光束会聚到信息记录表面，并满足下列公式1.1＞f＞0.2 (13A)17.根据权利要求16所述的光学拾取设备的物镜，其中，当m是物镜的图像形成放大率时，m满足下列公式0.2＞|m|＞0.02 (13B)18.根据权利要求1到17中的任何一个权利要求所述的光学拾取设备的物镜，其中，物镜满足下列公式0.8＜d/f＜1.8(14)其中，d(mm)是物镜的光轴中的透镜厚度，f(mm)是焦距。19.根据权利要求1到18中的任何一个权利要求所述的光学拾取设备的物镜，其中，物镜的设计波长λ0(nm)满足下列公式500≥λ0≥350 (15)20.根据权利要求1到19中的任何一个权利要求所述的光学拾取设备的物镜，其中，物镜满足下列公式0.40≤(X1-X2)·(N-1)/(NA·f·(1+|m|)≤0.63---(16)]]>其中X1垂直于光轴并与光源侧的光学表面的顶端相切的平面以及有效直径的最外围部分中光源侧的光学表面(边缘光束入射到其中的光源侧的表面上NA的位置)之间沿光轴方向的距离(mm)，其中，在参考正切面沿光学信息记录介质的方向测量X1的情况下X1为正，在沿光源的方向测量X1的情况下X1为负，X2垂直于光轴并与光学信息记录介质侧的光学表面的顶端相切的平面以及有效直径的最外围部分中光学信息记录介质侧的光学表面(边缘光束入射到其中的光学信息记录介质侧的表面上NA的位置)之间沿光轴方向的距离(mm)，其中，在参考正切面沿光学信息记录介质的方向测量X2的情况下X2为正，在沿光源的方向测量X2的情况下X2为负，N在设计波长λ0时物镜的折射率，f物镜的焦距(mm)，以及m物镜的图像形成放大率。21.一种光学拾取设备，包括光源；以及会聚光学系统，该系统包括物镜，用于将从光源发出的光束会聚到光学信息记录介质的信息记录表面，以及其中，该光学拾取设备能够通过用会聚光学系统将从光源发出的光束会聚到光学信息记录介质的信息记录表面来记录和/或再现信息，其中，物镜是塑料单透镜，并满足下列公式NA≥0.8 (1)1.0＞f＞0.2 (2)其中，NA是将信息记录和/或再现到光学信息记录介质所需的物镜的图像侧数值孔径，f(mm)是物镜的焦距。22.根据权利要求21所述的光学拾取设备，其中，在下列情况下当具有其设计波长λ0(nm)的光在第一周围温度T0＝25℃的环境温度下入射到物镜时，W(λ0，T0)是物镜的残余像差的RMS值，以及当具有其设计波长λ0(nm)的光在第二周围温度T1＝55℃的环境温度下入射到物镜时，W(λ0，T1)是物镜的残余像差的RMS值，则由下列公式定义的ΔWΔW＝| W(λ0，T1)-W(λ0，T0)|(3)满足下列公式ΔW＜0.035λrms (4)23.根据权利要求21或22所述的光学拾取设备，其中，光学物镜的设计波长λ0不超过500nm，以及在下列情况下当波长为λ0(nm)的光在第一周围温度T0＝25℃的环境温度下入射到物镜时，fB(λ0，T0)是物镜的后焦距，以及当波长为比波长λ0长5nm的λ1(nm)的光在第一周围温度T0＝25℃的环境温度下入射到物镜时，fB(λ1，T0)是物镜的后焦距，则由下列公式定义的ΔfBΔfB＝|fB(λ1，T0)-fB(λ0，T0)| (5)满足下列公式ΔfB＜0.001mm (6)24.根据权利要求21到23中的任何一个权利要求所述的光学拾取设备，其中，物镜是有限共轭类型的物镜，用于将从光源发出的发散光束会聚到光学信息记录介质的信息记录表面，并满足下列公式0.8＞f＞0.2 (6A)25.根据权利要求24所述的光学拾取设备，其中，当m是物镜的图像形成放大率时，m满足下列公式0.2＞|m|＞0.02(6B)26.根据权利要求24或25所述的光学拾取设备，其中，物镜和光源被致动器结合起来，至少被驱动用于进行跟踪。27.一种光学拾取设备，包括光源；以及会聚光学系统，该系统包括物镜，用于将从光源发出的光束会聚到光学信息记录介质的信息记录表面，其中，该光学拾取设备能够通过用会聚光学系统将从光源发出的光束会聚到光学信息记录介质的信息记录表面来记录和/或再现信息，其中，物镜是在至少一个光学表面上包括环状相结构的塑料单透镜，该环状相结构包括多个环面，并形成为使得相邻的环面对入射光产生预先确定的光程差，并满足下列公式NA≥0.8 (7)1.3＞f＞0.2 (8)其中，NA是物镜的图像侧数值孔径，这是对光学信息记录介质进行信息记录和/或再现所需的，f(mm)是物镜的焦距。28.根据权利要求27所述的光学拾取设备，其中，环状相结构是具有衍射预先确定的入射光的功能的衍射结构，以及，物镜构成了会聚波阵面，该波阵面由于通过组合衍射效应和折射效应所获得的效应而会聚于信息记录表面上。29.根据权利要求28所述的光学拾取设备，其中，物镜具有这样的球面像差特征当入射光的波长变为比较长的波长时，球面像差在校正不足的方向变化。30.根据权利要求28或29所述的光学拾取设备，其中，当添加到透射通过衍射结构的波阵面的光程差通过由下列公式定义的光程差函数Φb来表示时Φb＝b2·h2+b4·h4+b6·h6+...满足下列公式-70＜(b4·hMAX4)/(f·λ0·10-6·(NA·(1-m))4)＜-20(8A)其中，b2，b4，b6...分别是第2阶、第4阶、第6阶...光程差函数系数，其中，λ0(nm)是物镜的设计波长，hMAX是在其上面形成了衍射结构的光学表面的有效直径最大高度(mm)，m是物镜的图像形成放大率。31.根据权利要求27所述的光学拾取设备，其中，环状相结构通过构成相邻的环面以便在光轴方向彼此移位，从而对于入射光产生预先确定的光程差，以及，物镜构成了会聚波阵面，该波阵面由于折射效应而会聚于信息记录表面上。32.根据权利要求31所述的光学拾取设备的物镜，其中，当包括光轴的环面叫做中心环面时，邻近中心环面的外面的环面形成为沿光轴方向移动，以便具有比中心环面更短的光程长度，在最大有效直径位置处的环面形成为沿光轴方向移动，以便具有比邻近...

【专利技术属性】
技术研发人员：木村彻，
申请(专利权)人：柯尼卡美能达控股株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]