專利名稱：物鏡、光學(xué)拾取器以及光盤裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及物鏡、光學(xué)拾取器和光盤裝置，并且本發(fā)明可適當(dāng)?shù)貞?yīng)用于例如在光 盤上記錄信息并從相應(yīng)的光盤中再現(xiàn)信息的光盤裝置。
背景技術(shù)：
通常，在諸如⑶(光盤)和DVD (數(shù)字化視頻光盤)的光盤上記錄信息并從相應(yīng)的 光盤讀取相應(yīng)信息的光盤裝置已經(jīng)被廣泛使用。另外，近年來，藍(lán)光光盤(注冊(cè)商標(biāo)，下文 中被稱作BD)(其中，在光盤上的記錄信息的密度明顯增加)已開始得到廣泛使用。光盤裝置被構(gòu)造為通過物鏡將光束聚焦在螺旋或同心(concentrically)地形成 于光盤的記錄層上的軌道之上，并被構(gòu)造為跟蹤焦點(diǎn)。例如，在DVD格式的情況下，物鏡以大約0.6以上的數(shù)值孔徑(NA)將波長大約為 660nm的光束聚焦在光盤中的記錄層上，該記錄層形成在厚度大約為0. 6mm的覆蓋層的下方。相反，在BD格式的情況下，為了在光盤的信息記錄表面上將光斑的直徑最小化， 需要物鏡以大約0. 8以上的數(shù)值孔徑(NA)將波長大約為405nm的光束聚焦在光盤中的記 錄層上，該記錄層形成在厚度約為0. Imm的覆蓋層的下方。近年來，已經(jīng)開發(fā)了高度抗藍(lán)色激光的樹脂材料。因此，從減少成本、重量等的角 度來看，甚至將由樹脂材料而不是典型的玻璃材料制成的物鏡引入到BD格式中。然而，與由玻璃材料制成的物鏡的折射率相比，由樹脂材料制成的物鏡的折射率 在很大程度上取決于溫度，從而其光學(xué)特性趨于根據(jù)溫度變化而改變。另一方面，鑒于 使用環(huán)境、內(nèi)部溫度上升等，安裝在光盤裝置中的物鏡的保證操作溫度范圍(guaranteed operation temperature range)假定例如為 0°C 70°C的范圍。例如，在使用由樹脂材料制成的物鏡的光盤裝置中，在被設(shè)定為35°C (基本為可 操作溫度范圍的中間值)的參考溫度下，設(shè)計(jì)三階球面像差量并將其調(diào)整為基本上等于 Om λ rms。在光盤裝置中，如由

圖1中的特性曲線QTS所表示的，三階球面像差在0°C 70°C 范圍的高溫側(cè)和低溫側(cè)超過了 Marechal標(biāo)準(zhǔn)的70mλ rms，從而擔(dān)心在信號(hào)質(zhì)量上可能會(huì) 出現(xiàn)問題。在光盤裝置中，已經(jīng)提出了一種通過調(diào)節(jié)準(zhǔn)直透鏡的位置來校正球面像差的方 法，該準(zhǔn)直透鏡沿著光軸來會(huì)聚或發(fā)散光束，以改變?nèi)肷渲廖镧R的光束的入射放大倍率 (incident magnification)(例如，參考 JP-A-2005-327396，圖 2)。另外，定義了當(dāng)發(fā)散光入射至物鏡時(shí)的入射放大倍率的符號(hào)為正，當(dāng)會(huì)聚光入射 至物鏡時(shí)的入射放大倍率的符號(hào)為負(fù)。
在光盤裝置中，例如，如由圖2中的特性曲線QMS35所表示的，在35°C的溫度下，當(dāng) 入射放大倍率被設(shè)定為0時(shí)，即，當(dāng)入射至物鏡的光為平行光時(shí)，三階球面像差量被設(shè)計(jì)成 為 Om λ rms。另一方面，如特性曲線QMSO所表示的，在0°C的溫度下，三階球面像差在入射放大 倍率為ο的狀態(tài)下變?yōu)榧si40narms。然而，可以觀察到，在將物鏡的入射放大倍率設(shè)定為 大約-0. 005的會(huì)聚光的情況下，三階球面像差量可以被抑制為大約Omλ rms。如上所述，可以通過沿著光軸調(diào)整準(zhǔn)直透鏡的位置來矯正依賴溫度改變的三階球面像差。

發(fā)明內(nèi)容
實(shí)際上，對(duì)于使用樹脂材料制成的物鏡的光盤裝置，發(fā)現(xiàn)存在這樣的問題，S卩，甚 至在將依賴溫度變化的三階球面像差校正為0時(shí)，在低溫下相對(duì)于物鏡的傾斜的彗形像差 的發(fā)生量也增大。在下面的描述中，在插入折射率為1. 62和厚度為87. 5 μ m的覆蓋層的狀 態(tài)下，物鏡的每單位傾斜的三階彗形像差的發(fā)生量被稱作透鏡傾斜靈敏度。例如，如圖3的特性曲線QTL所表示的，在由樹脂材料制成的物鏡中，透鏡傾斜靈 敏度隨著溫度的減小而增大。在作為物鏡的可操作溫度范圍的0°c 70°C的范圍內(nèi)，透鏡 傾斜靈敏度在0°C達(dá)到最大值。因此，可以看出，相對(duì)較大的彗形像差由物鏡的微小傾斜而 引起。通過移動(dòng)準(zhǔn)直透鏡以使得三階球面相差(由溫度改變引起)為0在很大程度上影 響低溫處的透鏡傾斜靈敏度的增加。如圖4中的特性曲線QML35和QMLO所表示的，透鏡傾斜靈敏度通常在0°C的溫度 下而非在35°C的溫度下具有較大的值。例如，如果物鏡的入射放大倍率固定為0，則透鏡傾 斜靈敏度在35°C下約為IOOmλ rms/度，而在0°C下增至約IlOnarms/度。此外，例如，當(dāng)其溫度從35°C變?yōu)?°C時(shí)，考慮入射放大倍率從0變?yōu)榧s-0. 005 來校正(消除)三階球面像差，則透鏡傾斜靈敏度在0°c下從IlOmXrms/度增至約 140m λ rms/ 度。這意味著，通過設(shè)計(jì)光盤裝置并執(zhí)行位置調(diào)節(jié)等以最小化在35°C下的各種像差， 甚至在入射放大倍率以三階球面像差根據(jù)溫度變化而改變時(shí)，透鏡的傾斜靈敏度在低溫下 尤其增大。鑒于以上所述，在使用由樹脂材料制成的物鏡的BD格式的光學(xué)拾取器中，已經(jīng)研 究了一種相對(duì)于圓盤徑向來調(diào)節(jié)物鏡的傾斜的傾斜調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，從而通過由物鏡的傾斜引起 的彗形像差來消除由光盤的變形等引起的彗形像差。在該傾斜調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)中，存在這樣的問題，S卩，透鏡傾斜靈敏度在高溫處變低，并且 甚至在物鏡傾斜時(shí)仍難以消除彗形像差，因此已研究了各種對(duì)策。然而，由于透鏡傾斜靈敏 度在低溫處的增大不干擾彗形像差的消除，因此，并未將這種增大作為問題。順便提及，與在光學(xué)拾取器中調(diào)節(jié)物鏡的傾斜的方法相反，可以考慮基于組件的 精度來設(shè)計(jì)物鏡以保證彗形像差的方法。實(shí)際上，在現(xiàn)有技術(shù)中，關(guān)于低溫下的透鏡傾斜靈敏度的期望范圍沒有任何發(fā)現(xiàn)， 并且不清楚通過在現(xiàn)有技術(shù)中使用的方法所設(shè)計(jì)的物鏡是否也可以應(yīng)用于不執(zhí)行傾斜調(diào)節(jié)的情況。至今，還沒有使低溫(例如0°C )下的透鏡傾斜靈敏度等于或小于設(shè)計(jì)時(shí)的期望值 的確定設(shè)計(jì)方法。此外，與基于設(shè)計(jì)的溫度不同的溫度下的透鏡傾斜靈敏度包括非常復(fù)雜 的計(jì)算，其中，需要改變物鏡的折射率、透鏡表面形狀等。因此，在設(shè)計(jì)物鏡時(shí)有效地檢查靈 敏度是很困難的。例如，基于現(xiàn)有技術(shù)的設(shè)計(jì)的典型物鏡SPl和SP2具有表1中所示的量綱值。物 鏡SPl和SP2的光源側(cè)透鏡表面和圓盤側(cè)透鏡表面形成為非球面，每個(gè)非球面是通過將表 1的各系數(shù)(非球面系數(shù))應(yīng)用于表達(dá)式(1)來表達(dá)的，該表達(dá)式(1)表示從光軸上的切 平面至與該光軸相距距離R的點(diǎn)的距離ASP(R)。此外，圖5示出了物鏡SPl的縱向像差示 圖。表 1典型物鏡的量綱值
權(quán)利要求
1.一種包括樹脂材料并以0.8以上的數(shù)值孔徑將入射光線聚焦在光盤上的物鏡，所述 入射光線具有410nm以下的波長并且從光源發(fā)射，其中，當(dāng)將在0°C下的透鏡傾斜靈敏度定義為由每1度的透鏡傾斜所引起的三階彗形 像差量時(shí)，所述透鏡傾斜靈敏度為130narms/度以下，所述透鏡傾斜是所述物鏡的光軸和 包括所述物鏡的光學(xué)系統(tǒng)的系統(tǒng)光軸之間形成的角度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的物鏡，其中，所述樹脂材料的折射率η在405nm的波長下滿足 1. 50彡η彡1. 60，所述樹脂材料相對(duì)于其溫度的折射率梯度dn/dT滿足-1. 3 X10-4 ( dn/ dT ( -1. 0X10—4。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的物鏡，其中， 所述物鏡的焦距f為1. 412mm，所述樹脂材料的折射率η為1. 560，所述樹脂材料相對(duì)于其溫度的折射率梯度dn/dT為-1. 09 X ΙΟ"4,以及， 假設(shè)當(dāng)入射至所述物鏡的所述光線的光軸在35°C下相對(duì)于所述系統(tǒng)光軸傾斜1度時(shí) 所引起的三階彗形像差和五階彗形像差分別為三階軸外彗形像差靈敏度χ[πιλ rms/度] 和五階軸外彗形像差靈敏度y[mA rms/度]，以及當(dāng)作為所述物鏡的兩個(gè)表面的透鏡中心 之間的間隔的透鏡厚度從設(shè)計(jì)值增加1 μ m時(shí)所引起的三階球面像差量為透鏡厚度靈敏度 z [m 入 rms/ μ m]，所述三階軸外彗形像差靈敏度X、所述五階軸外彗形像差靈敏度1和所述透鏡厚度靈 敏度Z分別確定為使得由以下表達(dá)式(1)所表示的函數(shù)F(x，y，z)等于130以下， F (x, y, ζ) = -1· 05χ-0· 27y+l. 03z+144. 00 · · ·⑴。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的物鏡，其中，所述三階軸外彗形像差靈敏度χ滿 足-25. 00 ^x^ +25. 00，所述五階軸外彗形像差靈敏度y滿足-25. 00 ^ y ^ +25. 00,并 且所述透鏡厚度靈敏度ζ滿足-25. 00 ^ ζ ^ +25. 00。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的物鏡，其中， 所述物鏡的焦距f為1. 412mm，所述樹脂材料的折射率η為1. 560，所述樹脂材料相對(duì)于其溫度的折射率梯度dn/dT為-1. 09 X ΙΟ"4,以及， 假設(shè)當(dāng)入射至所述物鏡的所述光線的光軸在35°C下相對(duì)于所述系統(tǒng)光軸傾斜1度時(shí) 所引起的三階彗形像差和五階彗形像差分別為三階軸外彗形像差靈敏度χ [m λ rms/度]和 五階軸外彗形像差靈敏度y[m λ rms/度]，以及在光軸方向上從通過所述物鏡的光源側(cè)光 學(xué)表面的表面頂點(diǎn)的切平面至位于所述光源側(cè)光學(xué)表面上以1. 20mm的半徑遠(yuǎn)離所述光源 側(cè)光學(xué)表面的相應(yīng)表面頂點(diǎn)的點(diǎn)的長度為光源側(cè)下垂量w[mm]，所述三階軸外彗形像差靈敏度χ、所述五階軸外彗形像差靈敏度y以及所述光源側(cè)下 垂量w分別確定為使得由以下表達(dá)式⑵所表示的函數(shù)F(x，y，w)等于130以下， F(x, y, w) = -1. lOx-O. 20y+150. 13w-ll. 94 ··· (2)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的物鏡，其中，所述三階軸外彗形像差靈敏度χ滿 足-25. 00 ^x^ +25. 00，所述五階軸外彗形像差靈敏度y滿足-25. 00 ^ y ^ +25. 00以及 所述光源側(cè)下垂量w滿足0. 85 < w < 1. 23。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的物鏡，其中，0°C下的所述透鏡傾斜靈敏度為115narms/度以下。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的物鏡，其中，所述樹脂材料的折射率η在405nm的波長下滿足 1. 50彡η彡1. 60，以及所述樹脂材料相對(duì)于其溫度的折射率梯度dn/dT滿足-1. 3 X ΙΟ"4彡dn/ dT ( -1. 0X10—4。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的物鏡，其中， 所述物鏡的焦距f為1. 412mm，所述樹脂材料的折射率η為1. 560，所述樹脂材料相對(duì)于與其溫度的折射率梯度dn/dT為-1. 09 X ΙΟ"4,以及， 假設(shè)當(dāng)入射至所述物鏡的所述光線的光軸在35°C下相對(duì)于所述系統(tǒng)光軸傾斜1度時(shí) 引起的三階彗形像差和五階彗形像差分別為三階軸外彗形像差靈敏度χ[πιλ rms/度]和 五階軸外彗形像差靈敏度y[m λ rms/度]，以及當(dāng)作為所述物鏡的兩個(gè)表面的透鏡中心之 間的間隔的透鏡厚度從設(shè)計(jì)值增加1 μ m時(shí)所引起的三階球面像差量為透鏡厚度靈敏度 z [m 入 rms/ μ m]，所述三階軸外彗形像差靈敏度X、所述五階軸外彗形像差靈敏度1和所述透鏡厚度靈 敏度Z分別確定為使得由以下表達(dá)式⑶所表示的函數(shù)F (X，y，ζ)等于115以下， F (χ, y, z) = -1. 05x-0. 27y+l. 03z+144. 00 · · · (3)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的物鏡，其中，所述三階軸外彗形像差靈敏度X滿 足-25. 00 ^ x^ +25. 00,所述五階軸外彗形像差靈敏度y滿足-25. 00 ^ y ^ +25. 00,所 述透鏡厚度靈敏度ζ滿足-25. 00 ^ ζ ^ +25. 00。
11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的物鏡，其中， 所述物鏡的焦距f為1. 412mm，所述樹脂材料的折射率η為1. 560，所述樹脂材料的相對(duì)于其溫度的折射率梯度dn/dT為-1. 09 X ΙΟ"4,以及 所述透鏡傾斜靈敏度被表示為使得，假設(shè)當(dāng)入射至所述物鏡的所述光線的光軸在35°C下相對(duì)于所述系統(tǒng)光軸傾斜1度時(shí)所引 起的三階彗形像差和五階彗形像差分別為三階軸外彗形像差靈敏度x[m λ rms/度]和五階 軸外彗形像差靈敏度y[m λ rms/度]，以及在光軸方向上從通過所述物鏡的光源側(cè)光學(xué)表 面的表面頂點(diǎn)的切平面至位于所述光源側(cè)光學(xué)表面上以1. 20mm的半徑遠(yuǎn)離所述光源側(cè)光 學(xué)表面的相應(yīng)表面的點(diǎn)的長度為光源側(cè)下垂量w[mm]，所述三階軸外彗形像差靈敏度χ、所述五階軸外彗形像差靈敏度y和所述光源側(cè)下垂 量w分別確定為使得由以下表達(dá)式⑷所表示的函數(shù)F(x，y，w)等于115以下， F(x, y, w) = -1. lOx-O. 20y+150. 13w_ll. 94 ... (4)
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的物鏡，其中，所述三階軸外彗形像差靈敏度χ滿 足-25. 00 ^ x^ +25. 00,所述五階軸外彗形像差靈敏度y滿足-25. 00 ^ y ^ +25. 00,所 述光源側(cè)下垂量w滿足0. 85 < w < 1. 23。
13.一種光學(xué)拾取器，包括光源，發(fā)射波長為410nm以下的光線；物鏡，由樹脂材料制成，并以0. 8以上的數(shù)值孔徑將所述光線聚焦在光盤上；其中，當(dāng)將在0°C下的透鏡傾斜靈敏度定義為由每1度的透鏡傾斜所引起的三階彗形 像差量時(shí)，所述透鏡傾斜靈敏度為I30narms/度以下，所述透鏡傾斜是所述物鏡的光軸和 包括所述物鏡的光學(xué)系統(tǒng)的系統(tǒng)光軸之間形成的角度。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的光學(xué)拾取器，進(jìn)一步包括準(zhǔn)直透鏡，會(huì)聚或發(fā)散從所述光源發(fā)射的光線，以使所述光線入射至所述物鏡；以及準(zhǔn)直透鏡移動(dòng)部，使所述準(zhǔn)直透鏡在沿著所述系統(tǒng)光軸的方向上移動(dòng)，以改變?nèi)肷渲?所述物鏡的所述光線的入射放大倍率。
15.一種光盤裝置，包括光源，發(fā)射波長為410nm以下的光線；準(zhǔn)直透鏡，會(huì)聚或發(fā)散所述光線；物鏡，由樹脂材料制成，并以0. 8以上的數(shù)值孔徑將通過所述準(zhǔn)直透鏡而入射的所述 光線聚焦在光盤上，其中，當(dāng)將在0°C下的透鏡傾斜靈敏度定義為由每1度的透鏡傾斜所引 起的三階彗形像差量時(shí)，所述透鏡傾斜靈敏度為130narms/度以下，所述透鏡傾斜是所述 物鏡的光軸和包括所述物鏡的光學(xué)系統(tǒng)的系統(tǒng)光軸之間形成的角度；準(zhǔn)直透鏡移動(dòng)部，使所述準(zhǔn)直透鏡在沿所述系統(tǒng)光軸的方向上移動(dòng)，以改變?nèi)肷渲了?述物鏡的所述光線的入射放大倍率；以及控制部，通過移動(dòng)所述準(zhǔn)直透鏡來校正球面像差。
全文摘要
本發(fā)明公開了物鏡、光學(xué)拾取器以及光盤裝置，物鏡由樹脂材料制成并以0.8以上的數(shù)值孔徑將從光源發(fā)出的波長為410nm以下的入射光線聚焦在光盤上，其中，當(dāng)將在0℃下的透鏡傾斜靈敏度定義為由每1度的透鏡傾斜所引起的三階彗形像差量時(shí)，透鏡傾斜靈敏度為130mλrms/度以下，所述透鏡傾斜是物鏡的光軸和包括物鏡的光學(xué)系統(tǒng)的系統(tǒng)光軸之間形成的角度。
文檔編號(hào)G02B13/00GK102054491SQ20101053015
公開日2011年5月11日 申請(qǐng)日期2010年11月2日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月9日
發(fā)明者安住航平, 相葉基夫 申請(qǐng)人:索尼公司