專利名稱：物鏡、光拾取器裝置以及記錄再現(xiàn)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于至少對(duì)光信息記錄介質(zhì)進(jìn)行信息的記錄或者再現(xiàn)之一的物鏡、光拾取器裝置以及記錄再現(xiàn)裝置。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，使用了波長(zhǎng)400nm左右的蘭紫色半導(dǎo)體激光器光源和數(shù)值孔徑(NA)高達(dá)0.85左右的物鏡的高密度光盤系統(tǒng)的研究·開發(fā)取得了進(jìn)展。作為例子，有在數(shù)值孔徑為0.85、光源波長(zhǎng)為405nm的光盤(下面，在本說(shuō)明書中稱為“高密度DVD”)中，相對(duì)于與DVD(數(shù)值孔徑0.65、光源波長(zhǎng)650nm、存儲(chǔ)容量4.7GB)同樣大小的直徑12cm的光盤，每一面可以記錄20～30GB的信息。
這里，在將產(chǎn)生400nm左右的短波長(zhǎng)光的蘭紫色半導(dǎo)體激光器作為光源使用時(shí)，物鏡所產(chǎn)生的色差將成為問(wèn)題。在光拾取器裝置中，由于從半導(dǎo)體激光器射出的激光一般地是單一波長(zhǎng)(單模)的光，故可以認(rèn)為物鏡的色差構(gòu)不成問(wèn)題，但是，在實(shí)際中因溫度變化或功率變化等，中心波長(zhǎng)會(huì)瞬時(shí)地產(chǎn)生數(shù)nm變化的模式跳變。因?yàn)槟Ｊ教兪鞘刮镧R的聚焦機(jī)構(gòu)不能進(jìn)行跟蹤這樣的瞬時(shí)地產(chǎn)生的波長(zhǎng)變化，故如果不校正物鏡的色差則將附加對(duì)應(yīng)于成像位置的移動(dòng)量的散焦成分，從而劣化物鏡的聚光性能。
由于物鏡中使用的一般的透鏡材料的色散在作為紅外半導(dǎo)體激光器或紅色半導(dǎo)體激光器的波長(zhǎng)區(qū)域的600nm乃至800nm中不是很大，故在CD或DVD中，模式跳變?cè)斐傻奈镧R的聚光性能的劣化并不是什么問(wèn)題。
但是，由于在作為蘭紫色半導(dǎo)體激光器的波長(zhǎng)區(qū)域的400nm附近透鏡材料的色散變得非常的大，故即便是只有數(shù)nm的波長(zhǎng)變化也會(huì)導(dǎo)致物鏡的成像位置產(chǎn)生較大的偏差。因此，在高密度DVD中，當(dāng)半導(dǎo)體激光器光源產(chǎn)生了模式跳變時(shí)，物鏡的聚光性能將產(chǎn)生較大的劣化，從而存在不能進(jìn)行穩(wěn)定的記錄的可能性。
此外，在光拾取器裝置中，從有利于大量生產(chǎn)的角度出發(fā)，物鏡多采用塑料透鏡。對(duì)此，眾所周知，其折射率隨溫度的變化塑料透鏡要比玻璃透鏡大2位數(shù)左右。
如果由塑料材料形成的物鏡的環(huán)境溫度上升，且其物鏡的折射率變化，則將劣化物鏡的球差。因該折射率變化導(dǎo)致的球差的劣化量與物鏡的數(shù)值孔徑的4次方成比例，故在高密度DVD中使用的數(shù)值孔徑0.85的物鏡采用了塑料透鏡時(shí)，可以使用的溫度范圍將變得非常的狹窄，在實(shí)際使用中將成為問(wèn)題。
這里，物鏡的色差或因折射率變化導(dǎo)致的球差的劣化比例于物鏡的焦距而產(chǎn)生。因而，對(duì)于上述的問(wèn)題，如果能夠減小物鏡的焦距，則即便是使用短波長(zhǎng)的蘭紫色半導(dǎo)體激光器或高數(shù)值孔徑的塑料物鏡，也可以將物鏡的色差或者因折射率變化導(dǎo)致的球差的劣化抑制在很小。
因此，為了實(shí)現(xiàn)0.85的數(shù)值孔徑，通過(guò)將相對(duì)光線的光學(xué)表面的折射能力分割成4個(gè)面，可以減小每個(gè)透鏡的制造誤差敏感度，適合于制造容易的2群構(gòu)成的物鏡。有關(guān)高數(shù)值孔徑的2群構(gòu)成的物鏡，特開平10-123410、特開平11-190818、特開平2000-20640中公開了。其中也記載有縮短焦距的例子。但是，其存在下面這樣的問(wèn)題。
即，如上述這樣，雖然物鏡的焦距做得越小越可以抑制色差或者因折射率變化導(dǎo)致的球差的劣化較小，但在2群構(gòu)成的物鏡中，焦距如果變小則下面這樣的問(wèn)題將產(chǎn)生影響，即(1)由于物鏡的最終面與光盤的距離(所謂的動(dòng)作距離)變得過(guò)于小，故光盤與物鏡沖突的可能性變大；(2)由于構(gòu)成2群構(gòu)成的物鏡的每一個(gè)透鏡，特別是配置在靠近光盤側(cè)的透鏡的外徑變得過(guò)于小，故在裝配每一個(gè)透鏡的工序中，每一個(gè)透鏡的使用將變得困難，增大了該工序的工作量。
即，從確保動(dòng)作距離或每個(gè)透鏡的裝配的觀點(diǎn)看，可以說(shuō)2群構(gòu)成的物鏡的焦距做得過(guò)小并不理想。
此外，在光拾取器裝置中，如果物鏡的焦距做得過(guò)小還將不利于像高特性。這是因?yàn)槿绻胍玫脚c焦距相對(duì)大的物鏡同樣的像高，則對(duì)焦距相對(duì)小的物鏡的入射角度將變大。而入射角度越大則將越加劣化像散或慧差。因而，從像高特性的觀點(diǎn)看，物鏡的焦距做得過(guò)小也不理想。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是為解決上述的問(wèn)題而進(jìn)行的工作，目的是作為可以適用于使用400nm左右波長(zhǎng)的短波長(zhǎng)光源的光拾取器裝置的、數(shù)值孔徑做到0.8以上的2群構(gòu)成的物鏡，提供為了把色差抑制得較小而較小地做成了焦距時(shí)，也可以充分確保動(dòng)作距離的、制造誤差敏感度小且制造容易并進(jìn)而具有良好的像高特性的物鏡。
此外，提供搭載了該物鏡的光拾取器裝置以及搭載了該光拾取器裝置的記錄再現(xiàn)裝置也是本發(fā)明的目的之一。
為達(dá)成上述目的，根據(jù)本發(fā)明的物鏡的特征在于在用于通過(guò)將來(lái)自光源的光會(huì)聚在光信息記錄介質(zhì)的信息記錄面上對(duì)光信息記錄介質(zhì)進(jìn)行信息記錄以及/或者再現(xiàn)記錄在光信息記錄介質(zhì)上的信息的光拾取器裝置中使用的物鏡中，物鏡由配置在光源側(cè)的第1透鏡和配置在光信息記錄介質(zhì)側(cè)的第2透鏡的兩片正透鏡構(gòu)成，其包含作為上述第1透鏡的光源側(cè)的光學(xué)表面的第1表面和作為上述第2透鏡的光源側(cè)的光學(xué)表面的第3表面的至少兩個(gè)光學(xué)表面被做成為非球面，且滿足下式。
NA≥0.81.2mm＞f＞0.3mm-0.06＞ΔSAG＞-0.24ΔSAG＝(X1’-X3’)/(NA4·f·(1+|m|))
X1’＝X1·(N1-1)3/f1X3’＝X3·(N2-1)3/f2式中，NA在上述光信息記錄介質(zhì)上進(jìn)行記錄以及/或者再現(xiàn)所需要的上述物鏡的預(yù)定的像方數(shù)值孔徑；f上述物鏡的焦距(mm)；X1垂直于光軸且與上述第1表面的頂點(diǎn)接觸的平面和上述第1表面的有效直徑內(nèi)最外周的部分(上述NA的邊緣光線入射的上述第1表面上的位置)在光軸方向上的位置差(mm)，以上述平面為基準(zhǔn)，在從上述平面向上述第2透鏡的方向上進(jìn)行測(cè)量時(shí)取為正，在其相反方向上進(jìn)行測(cè)量時(shí)取為負(fù)；X3垂直于光軸且與上述第3表面的頂點(diǎn)接觸的平面和上述第3表面的有效直徑內(nèi)最外周的部分(上述NA的邊緣光線入射的上述第3表面上的位置)在光軸方向上的位置差(mm)，以上述平面為基準(zhǔn)，在從上述平面向上述第1透鏡的方向上進(jìn)行測(cè)量時(shí)取為負(fù)，在其相反方向上進(jìn)行測(cè)量時(shí)取為正；m上述物鏡的成像倍率；N1上述第1透鏡的設(shè)計(jì)波長(zhǎng)處的折射率；N2上述第2透鏡的設(shè)計(jì)波長(zhǎng)處的折射率；f1上述第1透鏡的焦距(mm)；f2上述第2透鏡的焦距(mm)。
在解決上述課題過(guò)程中，我們?cè)诳紤]能夠分別確保(A)對(duì)每個(gè)透鏡的光學(xué)表面彼此的偏心的公差為±0.005mm、±0.1度，(B)對(duì)每個(gè)透鏡彼此的偏心的公差為±0.030mm、±0.1度，(C)對(duì)入射光束的入射角度的公差為±1度，(D)動(dòng)作距離為0.05mm以上的前提下，以焦距為參數(shù)，對(duì)數(shù)值孔徑0.85的2群構(gòu)成的物鏡進(jìn)行了設(shè)計(jì)討論。
這里，對(duì)上述(A)的公差，我們以采用使用了金屬模具的模壓成形制造每個(gè)透鏡時(shí)的精度為基準(zhǔn)，相對(duì)于該公差的值(±0.005mm、±0.1度)是在現(xiàn)在的金屬模具加工技術(shù)中可以充分進(jìn)行對(duì)應(yīng)的值。
關(guān)于進(jìn)行了設(shè)計(jì)討論的2群構(gòu)成的物鏡，圖1所示是入射到物鏡的光的波長(zhǎng)自設(shè)計(jì)基準(zhǔn)波長(zhǎng)開始產(chǎn)生了變化時(shí)的、以物鏡的含散焦成分的波面像差的變化作為焦距的函數(shù)繪出的圖。從圖1中可以看到，在取焦距小于1.2mm時(shí)，如果考慮了蘭紫色半導(dǎo)體激光器因模式跳變而波長(zhǎng)變化1nm左右，則波長(zhǎng)變化了1nm時(shí)的含散焦成分的波面像差將達(dá)到作為(マレシャル)界限的0.07λrms以下。
另一方面，在較小地抑制波長(zhǎng)變化了時(shí)的含散焦成分的波面像差的基礎(chǔ)上，越減小焦距將越有利。但是，如果焦距減小得過(guò)小，則如前述的那樣，要同時(shí)確保足夠的動(dòng)作距離和對(duì)應(yīng)(A)乃至(C)的誤差的足夠的公差將變得困難。此外，如果焦距減小得過(guò)小，因?yàn)槊總€(gè)透鏡的外徑變小，故在裝配每個(gè)透鏡的工序中，每個(gè)透鏡的處理將變得困難。
因此，取在確保0.03mm這樣的足夠的動(dòng)作距離的同時(shí)，可以確保對(duì)應(yīng)(A)乃至(C)的誤差的足夠的公差的焦距的下限值為0.3mm，并使數(shù)值孔徑滿足表達(dá)式(1)的、2群構(gòu)成的物鏡的焦距的理想范圍滿足下面的條件1.2mm＞f＞0.3mm …(2)因而，在2群構(gòu)成的高數(shù)值孔徑的物鏡中，將包含第1表面和第3表面的至少兩個(gè)光學(xué)表面做成非球面是在良好地校正像差的方面很有效。并且，在透鏡設(shè)計(jì)中，為了降低對(duì)應(yīng)上述的(A)乃至(C)的誤差的敏感度、構(gòu)成制造容易的透鏡乃至于容易進(jìn)行搭載了該物鏡的光拾取器裝置的制造，必須確定非球面的形狀，以便使對(duì)應(yīng)各個(gè)入射高度的光線的第1表面和第3表面的光程差達(dá)到適當(dāng)?shù)闹怠＞唧w地就是控制各個(gè)非球面系數(shù)，以便使利用各個(gè)透鏡的折射率和焦距標(biāo)準(zhǔn)化了的、作為第1表面的非球面形狀X1’和第3表面的非球面形狀X3’之差的ΔSAG的值進(jìn)入適當(dāng)?shù)姆秶?br> 圖2所示是關(guān)于進(jìn)行了設(shè)計(jì)討論的2群構(gòu)成的物鏡，將ΔSAG作為物鏡的焦距的函數(shù)繪制出的圖。
從圖2可知，在焦距滿足(2)式的2群構(gòu)成的物鏡中，作為用于確保足夠的制造公差的條件，規(guī)定其需要達(dá)到下面的條件-0.06＞ΔSAG＞-0.24…(3)如果ΔSAG的值大于(3)式的下限，由于動(dòng)作距離不至于過(guò)小，故可以降低物鏡與光信息記錄介質(zhì)沖突的可能性。此外，由于因第1透鏡和第2透鏡的偏離光軸所產(chǎn)生的像散不至于過(guò)大，故可以提高裝配第1透鏡和第2透鏡的效率。另外，因?yàn)榈?透鏡的彎月?tīng)畹某潭炔恢劣谶^(guò)大，故可以降低因第2透鏡的光學(xué)表面偏離光軸而產(chǎn)生的慧差，可以提高第2透鏡的生產(chǎn)效率。進(jìn)而，由于第1表面的曲率不至于過(guò)小，故也可以降低因第1透鏡的光學(xué)表面的偏離光軸所產(chǎn)生的慧差，提高第1透鏡的生產(chǎn)效率。
另一方面，如果ΔSAG的值小于(3)式的上限，由于第1透鏡的光軸上的透鏡厚度不至于變得過(guò)大，故可以形成緊湊的物鏡，從光拾取器裝置的小型化的觀點(diǎn)看是有利的。進(jìn)而，由于第3表面的曲率不至于變得過(guò)小，故作為周邊的非球面的法線與光軸所成的角度的加工角度不至于過(guò)大，可以準(zhǔn)確地進(jìn)行金屬模具加工。
為了進(jìn)一步達(dá)成上述的作用，希望ΔSAG的值最好滿足下面的條件-0.07＞ΔSAG＞-0.20…(3’)根據(jù)本發(fā)明的物鏡最好進(jìn)一步滿足WD≥0.03mm …(7)0.17＞W(wǎng)D/f＞0.03 …(8)(式中，WD上述第2透鏡的上述光信息記錄介質(zhì)側(cè)的第4面與上述光信息記錄介質(zhì)表面在光軸上的距離(動(dòng)作距離))。
即使是焦距做得較小的物鏡，由于其滿足(7)式，故可以防止物鏡和光信息記錄介質(zhì)的沖突，進(jìn)而，通過(guò)使其對(duì)應(yīng)動(dòng)作距離的焦距的比滿足(8)式，因這樣可以降低因第1透鏡的光學(xué)表面偏離光軸而產(chǎn)生的慧差和因第2透鏡的光學(xué)表面偏離光軸而產(chǎn)生的慧差，故可以提高第1透鏡和第2透鏡的生產(chǎn)效率。
根據(jù)本發(fā)明的物鏡最好是設(shè)計(jì)基準(zhǔn)波長(zhǎng)為短于450nm的波長(zhǎng)。在短于450nm的波長(zhǎng)區(qū)域中，雖然對(duì)應(yīng)波長(zhǎng)變化的透鏡材料的色散變大，但因?yàn)楦鶕?jù)本發(fā)明的物鏡其焦距滿足(2)式，故可以抑制較小地產(chǎn)生因透鏡材料的色散所導(dǎo)致的軸上色差。作為結(jié)果，通過(guò)在以蘭紫色半導(dǎo)體激光器為光源的光拾取器裝置中搭載根據(jù)本發(fā)明的物鏡，可以在激光光源產(chǎn)生了模式跳變時(shí)也能夠維持良好的聚光性能。
根據(jù)本發(fā)明的物鏡最好進(jìn)一步滿足0.4＞βL2＞0.2 …(9)(式中，βL2為上述第2透鏡的成像倍率)。(9)式是，在焦距滿足(2)式的2群構(gòu)成的物鏡中，在確保了對(duì)應(yīng)上述的(A)乃至(C)的誤差的足夠的公差時(shí)的、有關(guān)第2透鏡的成像倍率的理想的范圍。這里，第2透鏡的成像倍率βL2在取上方邊緣光線的對(duì)第2透鏡的光源側(cè)的光學(xué)表面的入射角為θS3、上方邊緣光線的自第2透鏡的光信息記錄介質(zhì)側(cè)的光學(xué)表面的出射角為θS4時(shí)，由下面的(11)式定義。
βL2＝θS3/θS4…(11)式中，θS3以及θS4以光軸為基準(zhǔn)進(jìn)行測(cè)量，其符號(hào)以順時(shí)針旋轉(zhuǎn)方向?yàn)檎?，以逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)方向?yàn)樨?fù)。
如果βL2的值大于(9)式的下限，由于第1透鏡的光軸上的透鏡厚度不至于變得過(guò)大，故可以形成緊湊的物鏡，從光拾取器裝置的小型化的觀點(diǎn)看是有利的。進(jìn)而，由于第3光學(xué)表面的曲率不至于變得過(guò)小，故作為周邊的非球面的法線與光軸所成的角度的加工角度不至于變得過(guò)大，可以準(zhǔn)確地進(jìn)行金屬模具加工。
另一方面，如果βL2的值小于(9)式的上限，由于動(dòng)作距離不至于變得過(guò)小而比較理想，故可以進(jìn)一步降低物鏡與光信息記錄介質(zhì)沖突的可能性。此外，由于因第1透鏡和第2透鏡偏離光軸而產(chǎn)生的像散不至于變得過(guò)大，故可以提高裝配第1透鏡和第2透鏡的效率。另外，因?yàn)榈?透鏡的彎月?tīng)畹某潭炔恢劣谧兊眠^(guò)大，故可以降低因第2透鏡的光學(xué)表面偏離光軸所產(chǎn)生的慧差，可以提高第2透鏡的生產(chǎn)效率。進(jìn)而，由于第1表面的曲率不至于變得過(guò)小，故也可以降低因第1透鏡的光學(xué)表面偏離光軸所產(chǎn)生的慧差，提高第1透鏡的生產(chǎn)效率。
根據(jù)本發(fā)明的物鏡最好進(jìn)一步滿足4.0＞f1/f2＞2.0…(10)(10)式是適當(dāng)?shù)剡M(jìn)行第1透鏡和第2透鏡的光焦度分配以用于確保對(duì)應(yīng)上述的(A)乃至(C)的足夠的公差的條件。由于通過(guò)不超過(guò)(10)式的上限地確定第1透鏡和第2透鏡的光焦度分配，可以使第3光學(xué)表面的曲率不至于變得過(guò)小，故作為周邊的非球面的法線與光軸所成的角度的加工角度不至于變得過(guò)大，可以準(zhǔn)確地進(jìn)行金屬模具加工，進(jìn)而，因?yàn)橛傻?透鏡和第2透鏡的偏離光軸所產(chǎn)生的像差不至于變得過(guò)大，故可以提高裝配第1透鏡和第2透鏡的效率。
另一方面，由于通過(guò)不超過(guò)(10)式的下限地確定第1透鏡和第2透鏡的光焦度分配，可以抑制光束對(duì)物鏡傾斜入射時(shí)產(chǎn)生的像散或慧差較小，故可以緩和對(duì)光源的安裝精度以及棱鏡或偏光光束分離器等光學(xué)元件的安裝精度的公差。
根據(jù)本發(fā)明的物鏡最好第1透鏡以及第2透鏡進(jìn)一步都是塑料透鏡。由于塑料透鏡容易進(jìn)行注塑成形，故可以進(jìn)行穩(wěn)定質(zhì)量下的物鏡的大量生產(chǎn)。此外，由于可以與各個(gè)物鏡一起整體地成形用于相互保持第1透鏡和第2透鏡的保持部件，故還可以減少物鏡的部件的個(gè)數(shù)。
進(jìn)而，雖然塑料透鏡受環(huán)境溫度變化的影響其折射率較大地產(chǎn)生變化，但由于焦距滿足(2)式，故即使是高數(shù)值孔徑的塑料透鏡也可以抑制因折射率變化所導(dǎo)致的球差的劣化使之較小。作為結(jié)果，通過(guò)在光拾取器裝置上搭載根據(jù)本發(fā)明的物鏡，即便在環(huán)境溫度產(chǎn)生了變化時(shí)也可以維持良好的聚光性能。
此外，由于根據(jù)本發(fā)明的物鏡是焦距滿足(2)式的小孔徑的透鏡，入射到光學(xué)表面的單位面積上的激光光的能量與焦距相對(duì)大的物鏡相比變大。因而，通過(guò)將根據(jù)本發(fā)明的物鏡做成對(duì)短波長(zhǎng)的光具有高的耐光性的玻璃透鏡，可以作為使用如蘭紫色半導(dǎo)體激光器這樣的短波長(zhǎng)光源的光拾取器裝置用的物鏡提供高可靠性的物鏡。另外，雖然玻璃透鏡與塑料透鏡相比比重較大，但即使在根據(jù)本發(fā)明的物鏡采用了玻璃透鏡時(shí)，因?yàn)槠浣咕嘈?，故體積也小，不會(huì)對(duì)聚焦用的調(diào)節(jié)器增加負(fù)擔(dān)。
根據(jù)本發(fā)明的光拾取器裝置是在通過(guò)利用物鏡將來(lái)自產(chǎn)生短于450nm的波長(zhǎng)的光的光源的光會(huì)聚在光信息記錄介質(zhì)的信息記錄面上從而對(duì)光信息記錄介質(zhì)記錄信息以及/或者再現(xiàn)記錄在光信息記錄介質(zhì)上的信息的光拾取器裝置中，作為上述的物鏡搭載了根據(jù)本發(fā)明的物鏡的光拾取器裝置。
利用該光拾取器裝置，由于物鏡的焦距滿足上述的(2)式，故即使在作為光源使用了蘭紫色半導(dǎo)體激光器時(shí)，也可以抑制較小地產(chǎn)生軸上的色差，進(jìn)而，即使在物鏡采用了塑料透鏡時(shí)，也可以抑制因溫度變化的影響所導(dǎo)致的球面像差的劣化較小。因而，可以在光拾取器裝置中經(jīng)常地維持良好的聚光性能。
此外，由于在光拾取器裝置中物鏡滿足上述的(7)式，故不但焦距小，而且還可以防止與光信息記錄介質(zhì)的沖突。
另外，由于物鏡具有良好的像高特性，故如果能包含所涉及的物鏡地構(gòu)成光拾取器裝置，則其緩和對(duì)光源的安裝精度以及棱鏡或偏光光束分離器等光學(xué)元件的安裝精度的公差的結(jié)果將可以抑制光拾取器裝置的制造成本較小。
再有，根據(jù)本發(fā)明的記錄再現(xiàn)裝置的構(gòu)成是搭載了上述的光拾取器裝置，且可以記錄聲音以及/或者圖像，以及/或者再現(xiàn)聲音以及/或者圖像。
這里，在本說(shuō)明書中，所謂的物鏡，狹義地講是指在光拾取器裝置中裝填了光記錄介質(zhì)的狀態(tài)下，在最靠近光信息記錄介質(zhì)側(cè)的位置與之對(duì)峙配置的具有聚光作用的透鏡，廣義地講是指與其透鏡一起通過(guò)調(diào)節(jié)器至少可以在其光軸方向動(dòng)作的透鏡。因而，在本說(shuō)明書中，所謂的物鏡的光信息記錄介質(zhì)側(cè)(像側(cè))的數(shù)值孔徑，指的是位于物鏡的最靠近光信息記錄介質(zhì)側(cè)的透鏡面的數(shù)值孔徑。另外，在本說(shuō)明書中，需要(預(yù)定)的數(shù)值孔徑是指分別由光信息記錄介質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了的數(shù)值孔徑，或者對(duì)應(yīng)于所使用的光源的波長(zhǎng)，可以得到用于相對(duì)于各種光信息記錄介質(zhì)進(jìn)行信息的記錄或者再現(xiàn)所需要的光點(diǎn)直徑的、具有衍射限界性能的物鏡的數(shù)值孔徑。
再有，在本說(shuō)明書中，所謂的物鏡的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)波長(zhǎng)，說(shuō)的是在以同樣的條件(成像倍率、溫度、入射光束直徑等)使各種各樣波長(zhǎng)的光入射到物鏡時(shí)，物鏡的剩余像差達(dá)到最小的波長(zhǎng)。
本說(shuō)明書中的所謂的信息的記錄，說(shuō)的是在上述這樣的光信息記錄介質(zhì)的信息記錄面上記錄信息。
本說(shuō)明書中的所謂的信息的再現(xiàn)，說(shuō)的是再現(xiàn)記錄在上述這樣的光信息記錄介質(zhì)的信息記錄面上的信息。
根據(jù)本發(fā)明的物鏡既可以是用于只進(jìn)行記錄或者用于只進(jìn)行再現(xiàn)而使用的物鏡，也可以是用于進(jìn)行記錄以及再現(xiàn)兩者而使用的物鏡。此外，既可以是用于對(duì)某光信息記錄介質(zhì)進(jìn)行記錄而對(duì)其他的光信息記錄介質(zhì)進(jìn)行再現(xiàn)所使用的物鏡，也可以是對(duì)某光信息記錄介質(zhì)進(jìn)行記錄或者再現(xiàn)而對(duì)其他的光信息記錄介質(zhì)進(jìn)行記錄以及再現(xiàn)所使用的物鏡。另外，這里所說(shuō)的所謂的再現(xiàn)包括單純地讀取信息的情況。


圖1所示是在本發(fā)明中關(guān)于進(jìn)行了設(shè)計(jì)討論的2群構(gòu)成的物鏡所入射的光的波長(zhǎng)自設(shè)計(jì)基準(zhǔn)波長(zhǎng)開始產(chǎn)生了變化時(shí)，以物鏡的含散焦成分的波面像差的變化作為焦距的函數(shù)繪出的圖。
圖2所示是關(guān)于圖1的2群構(gòu)成的物鏡將非球面形狀的像差(ΔSAG)作為物鏡的焦距的函數(shù)繪制出的圖。
圖3所示是概略地給出的涉及本實(shí)施形態(tài)的光拾取器裝置的構(gòu)成圖；圖4所示是對(duì)應(yīng)關(guān)于實(shí)施例1乃至3的物鏡的溫度變化的波面像差變化圖；圖5所示是實(shí)施例1乃至4的物鏡的像高特性的圖。
具體實(shí)施例方式
下面，使用附圖對(duì)根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施形態(tài)進(jìn)行說(shuō)明。圖3所示是概略地給出的涉及本實(shí)施形態(tài)的光拾取器裝置的構(gòu)成圖。
圖3所示的光拾取器裝置1的構(gòu)成具有作為光源的半導(dǎo)體激光器2和物鏡3，可以通過(guò)來(lái)自半導(dǎo)體激光器2的激光對(duì)作為高密度DVD的光盤進(jìn)行信息的記錄以及再現(xiàn)。
半導(dǎo)體激光器2是產(chǎn)生波長(zhǎng)400nm左右的波長(zhǎng)的光的GaN蘭紫色半導(dǎo)體激光器。此外，作為產(chǎn)生波長(zhǎng)400nm左右的波長(zhǎng)的光的光源，除了上述的GaN蘭紫色半導(dǎo)體激光器外，也可以使用SHG蘭紫色激光器。
物鏡3是在衍射限界內(nèi)將來(lái)自半導(dǎo)體激光器2的光束會(huì)聚在光盤4的信息記錄面4a上的透鏡，由第1透鏡3a和第2透鏡3b兩片正透鏡構(gòu)成，包含第1透鏡3a的半導(dǎo)體激光器側(cè)的光學(xué)表面和第2透鏡3b的半導(dǎo)體激光器側(cè)的光學(xué)表面的至少兩個(gè)光學(xué)表面被做成了非球面。這里，作為物鏡之一的第1透鏡3a的光源2側(cè)為第1表面，同透鏡的光信息記錄介質(zhì)4側(cè)為第2面，作為物鏡之一的第2透鏡3b的光源2側(cè)為第3表面，同透鏡的光信息記錄介質(zhì)4側(cè)為第4面。
此外，物鏡3是利用鏡框3c一體化了第1透鏡3a和第2透鏡3b的構(gòu)造。另外，物鏡3具有相對(duì)于光軸帶有垂直地延伸了的面的凸緣部3d，利用該凸緣部3d，可以精度良好地將物鏡3安裝在光拾取器裝置1上。物鏡3的光盤4側(cè)的數(shù)值孔徑被做成達(dá)0.80以上。
從半導(dǎo)體激光器2出射的發(fā)散光束透過(guò)偏光光束分離器5，經(jīng)由平行光透鏡6以及1/4波長(zhǎng)板7而成為圓偏振光的平行光束，在經(jīng)光闌8進(jìn)行了遮擋后，通過(guò)物鏡3經(jīng)由作為高密度DVD的光盤4的保護(hù)層4b成為形成在信息記錄面4a上的光點(diǎn)。物鏡3通過(guò)配置在其周邊的調(diào)節(jié)器9進(jìn)行聚焦控制以及道跟蹤控制。
在信息記錄面4a受到信息槽調(diào)制了的反射光束在再次透過(guò)了物鏡3、光闌8、1/4波長(zhǎng)板7以及平行光透鏡6后，成為了會(huì)聚光束，被偏光光束分離器5反射，通過(guò)經(jīng)由柱面透鏡10賦予像散，會(huì)聚在光檢測(cè)器11上。進(jìn)而，可以使用光檢測(cè)器11上的輸出信號(hào)讀取記錄在光盤4上的信息。
在圖3的光拾取器裝置中，物鏡3采用的是成像倍率為0的無(wú)限共軛型，但也可以采用物點(diǎn)位置位于離物鏡有限的位置的、所謂的有限共軛型。作為有限共軛型的物鏡，可以使用后述的實(shí)施例3那樣的物鏡。此時(shí)，由于從半導(dǎo)體激光器2出射的發(fā)散光束不經(jīng)由平行光透鏡6地通過(guò)物鏡會(huì)聚在光盤4的信息記錄面4a上，故不需要平行光透鏡6，有利于光拾取器裝置1的光學(xué)部件數(shù)目的減少或光拾取器裝置1的緊湊化。關(guān)于有限共軛型，在可以縮短動(dòng)作距離這一點(diǎn)上更為理想。
在本實(shí)施形態(tài)中，由于物鏡3的焦距滿足上述的(2)式，故可以較小地抑制因透鏡材料的色散導(dǎo)致的軸上色差的產(chǎn)生。因而，即使在半導(dǎo)體激光器2產(chǎn)生了模式跳變時(shí)也可以維持良好的聚光性能。
此外，由于物鏡3滿足上述的(7)式，故不但焦距小，而且還可以防止與光盤4的沖突。
另外，由于物鏡3具有良好的像高特性，故作為其緩和對(duì)半導(dǎo)體激光器2的安裝精度以及平行光透鏡6或偏光光束分離器5等的安裝精度的公差的結(jié)果，將可以抑制光拾取器裝置1的制造成本較小。
實(shí)施例下面，通過(guò)實(shí)施例1乃至4進(jìn)一步具體地說(shuō)明本發(fā)明，但本發(fā)明并非僅限于這些實(shí)施例。這里，本實(shí)施例的各透鏡的非球面在取光軸方向?yàn)閄、垂直于光軸的方向的高度為h、折射面的曲率半徑為r時(shí)可由關(guān)系式1表示。式中，k為圓錐系數(shù)，A2i為非球面系數(shù)。
關(guān)系式1

X=h2/r1+1-(1+k)h2/r2+Σi=2A2ih21]]>表1所示是有關(guān)下面所述的實(shí)施例1乃至4的數(shù)據(jù)的一覽表。實(shí)施例14使用了普通的透鏡材料，但因?yàn)榻咕酀M足上述的(2)式，故入射到物鏡的波長(zhǎng)自設(shè)計(jì)基準(zhǔn)波長(zhǎng)變化1nm左右時(shí)的含散焦成分的波面像差將收縮到的0.040λrms以下。
表1


這里，圖1以及表1的含散焦成分的波面像差(λrms/nm)是將物鏡的聚焦位置固定在作為其設(shè)計(jì)基準(zhǔn)波長(zhǎng)的405nm的最佳像點(diǎn)位置，并使波長(zhǎng)變化到406nm后計(jì)算了波面像差的結(jié)果。
<實(shí)施例1>
本實(shí)施例的物鏡由兩片塑料透鏡構(gòu)成。表2給出了有關(guān)本實(shí)施例的物鏡的數(shù)據(jù)。
表2


非球面系數(shù)

在表2的透鏡數(shù)據(jù)中，r(mm)表示曲率半徑，d(mm)表示表面間隔，N表示波長(zhǎng)405nm處的折射率，υd表示d線處的阿貝數(shù)，這些內(nèi)容在此后的透鏡數(shù)據(jù)中也是同樣的。此外，在表1的透鏡數(shù)據(jù)中，使用E(例如2.5E-3)表示10的乘冪(例如2.5×10-3)，這些內(nèi)容在此后的透鏡數(shù)據(jù)中也是同樣的。
<實(shí)施例2>
本實(shí)施例的物鏡由兩片塑料透鏡構(gòu)成。表3給出了有關(guān)本實(shí)施例的物鏡的數(shù)據(jù)。
表3


非球面系數(shù)

<實(shí)施例3>
本實(shí)施例的物鏡由兩片塑料透鏡構(gòu)成，是有限共軛型的物鏡。表4給出了有關(guān)本實(shí)施例的物鏡的數(shù)據(jù)。
表4


非球面系數(shù)

<實(shí)施例4>
本實(shí)施例的物鏡由兩片玻璃透鏡(BACD5HOYA公司制造)構(gòu)成。表5給出了有關(guān)本實(shí)施例的物鏡的數(shù)據(jù)。
表5


非球面系數(shù)

在上述的實(shí)施例1乃至4中，通過(guò)設(shè)計(jì)使之滿足上述的各式，從而可以確保對(duì)每個(gè)透鏡的光學(xué)表面彼此的偏心的公差為±0.005mm、±0.1度，進(jìn)而對(duì)每個(gè)透鏡彼此的偏心的公差為±0.030mm，是焦距小的高數(shù)值孔徑的物鏡，而且是還緩解了制造公差、容易制造的物鏡。
]此外，在上述的實(shí)施例1以及2、4中，對(duì)保護(hù)層的厚度進(jìn)行了對(duì)應(yīng)于0.1mm的球面像差校正，在實(shí)施例3中，保護(hù)層的厚度進(jìn)行了對(duì)應(yīng)于0的球面像差校正，但是，在具有與此不同的厚度的保護(hù)層的光盤情況，也可以在使之滿足上述各式的同時(shí)，對(duì)應(yīng)于保護(hù)層的厚度進(jìn)行物鏡的球面像差校正。
另外，圖4給出了實(shí)施例1乃至3的物鏡中的對(duì)應(yīng)溫度變化的波面像差變化的情況。如可以由圖4理解的那樣，盡管實(shí)施例1乃至3的物鏡是高數(shù)值孔徑的塑料透鏡，但因?yàn)闇p小了焦距，故可以抑制由溫度變化所導(dǎo)致的波面像差的變化較小，形成可使用的溫度范圍寬的物鏡。這里，圖4中，在計(jì)算溫度變化了的情況的波面像差時(shí)，考慮了因溫度變化所導(dǎo)致的塑料透鏡的折射率變化(-10×10-5/度)和激光器光源的波長(zhǎng)變化(+0.05nm/度)。
再有，圖5給出了實(shí)施例1乃至4的物鏡的像高特性。如可以由圖5所理解的那樣，盡管實(shí)施例1乃至4的物鏡是焦距小的物鏡，但由于其具有良好的像高特性，故可以緩和對(duì)應(yīng)半導(dǎo)體激光器的安裝精度以及平行光透鏡或偏光光束分離器等光學(xué)元件的安裝精度的公差，抑制光拾取器裝置的制造成本較小。
根據(jù)本發(fā)明，作為適用于使用波長(zhǎng)為400nm左右的短波長(zhǎng)光源的光拾取器裝置的、數(shù)值孔徑被做成0.8以上的2群構(gòu)成的物鏡，可以提供為了抑制色差較小而較小地做成了焦距時(shí)，也可以充分確保動(dòng)作距離的、制造誤差敏感度小且制造容易、進(jìn)而具有良好的像高特性的物鏡。此外，還可以提供搭載了所涉及的物鏡的光拾取器裝置以及搭載了所涉及的光拾取器裝置的記錄再現(xiàn)裝置。
權(quán)利要求
1.一種物鏡，用于光拾取器裝置中，該光拾取器裝置將來(lái)自光源的光會(huì)聚在光信息記錄介質(zhì)的信息記錄面上從而對(duì)光信息記錄介質(zhì)進(jìn)行信息記錄以及/或者再現(xiàn)記錄在光信息記錄介質(zhì)上的信息，其特征在于，包括配置在光源側(cè)的第1透鏡和配置在光信息記錄介質(zhì)側(cè)的第2透鏡這兩片正透鏡，該物鏡包含作為上述第1透鏡的光源側(cè)的光學(xué)表面的第1表面和作為上述第2透鏡的光源側(cè)的光學(xué)表面的第3表面，包含上述第1表面和上述第3表面的至少兩個(gè)光學(xué)表面分別被做成為非球面，且滿足下面公式NA≥0.81.2mm＞f＞0.3mm-0.06＞ΔSAG＞-0.24ΔSAG＝(X1′-X3′)/(NA4·f·(1+|m|))X1′＝X1·(N1-1)3/f1X3′＝X3·(N2-1)3/f2式中，NA在上述光信息記錄介質(zhì)上進(jìn)行記錄以及/或者再現(xiàn)所需要的上述物鏡的預(yù)定的像側(cè)數(shù)值孔徑；f上述物鏡的焦距(mm)；X1垂直于光軸且與上述第1表面的頂點(diǎn)接觸的平面和上述第1表面的有效直徑內(nèi)最外周的部分在光軸方向上的位置差(mm)，上述最外周的部分指上述NA的邊緣光線入射的上述第1表面上的位置，對(duì)上述位置差從上述平面向光信息記錄介質(zhì)側(cè)進(jìn)行測(cè)量時(shí)取為正，對(duì)上述位置差從上述平面向上述光源側(cè)進(jìn)行測(cè)量時(shí)取為負(fù)；X3垂直于光軸且與上述第3表面的頂點(diǎn)接觸的平面和上述第3表面的有效直徑內(nèi)最外周的部分在光軸方向上的位置差(mm)，上述最外周的部分指上述NA的邊緣光線入射的上述第3表面上的位置，對(duì)上述位置差從上述平面向光信息記錄介質(zhì)側(cè)進(jìn)行測(cè)量時(shí)取為正，對(duì)上述位置差從上述平面向上述光源側(cè)進(jìn)行測(cè)量時(shí)取為負(fù)；m上述物鏡的成像倍率；N1上述第1透鏡的設(shè)計(jì)波長(zhǎng)處的折射率；N2上述第2透鏡的設(shè)計(jì)波長(zhǎng)處的折射率；f1上述第1透鏡的焦距(mm)；f2上述第2透鏡的焦距(mm)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的物鏡，其特征在于，滿足下面的公式WD≥0.03mm0.17＞W(wǎng)D/f＞0.03式中，WD上述第2透鏡的上述光信息記錄介質(zhì)側(cè)的第4面與上述光信息記錄介質(zhì)表面在光軸上的距離，即動(dòng)作距離。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的物鏡，其特征在于，上述設(shè)計(jì)基準(zhǔn)波長(zhǎng)為短于450nm的波長(zhǎng)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的物鏡，其特征在于，滿足下面的公式0.4＞βL2＞0.2式中，βL2為上述第2透鏡的成像倍率。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的物鏡，其特征在于，滿足下面的公式4.0＞f1/f2＞2.0。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的物鏡，其特征在于，上述第1透鏡以及上述第2透鏡都是塑料透鏡。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的物鏡，其特征在于，上述第1透鏡以及上述第2透鏡都是玻璃透鏡。
8.一種光拾取器裝置，將來(lái)自光源的具有短于450nm的波長(zhǎng)的光會(huì)聚在光信息記錄介質(zhì)的信息記錄面上從而對(duì)光信息記錄介質(zhì)進(jìn)行信息記錄以及/或者再現(xiàn)記錄在光信息記錄介質(zhì)上的信息，其特征在于，包括權(quán)利要求1所述的物鏡。
9.一種記錄聲音以及/或者圖像、以及/或者再現(xiàn)聲音以及/或者圖像的裝置，其特征在于，包括權(quán)利要求8所述的光拾取器裝置。
全文摘要
一種物鏡，用于光拾取器裝置中，其特征在于，包括配置在光源側(cè)的第1透鏡和配置在光信息記錄介質(zhì)側(cè)的第2透鏡這兩片正透鏡，包含作為上述第1透鏡的光源側(cè)的光學(xué)表面的第1表面和作為上述第2透鏡的光源側(cè)的光學(xué)表面的第3表面的至少兩個(gè)光學(xué)表面分別被做成為非球面，且滿足下面的(1)乃至(6)式。(1)NA≥0.8；(2)1.2mm＞f＞0.3mm；(3)－0.06＞ΔSAG＞－0.24；(4)ΔSAG＝(X1’－X3’)/(NA
文檔編號(hào)G02B13/00GK1487325SQ0314940
公開日2004年4月7日 申請(qǐng)日期2003年6月20日 優(yōu)先權(quán)日2002年6月25日
發(fā)明者木村徹 申請(qǐng)人:柯尼卡株式會(huì)社