專利名稱：具有折疊式反射鏡的復(fù)合物鏡的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及包括組合物鏡和折疊式反射鏡的光學(xué)系統(tǒng)，特別但不排他地涉及一種用于光學(xué)掃描設(shè)備中的透鏡，該光學(xué)掃描設(shè)備利用內(nèi)置輻射光源來掃描光學(xué)記錄載體。
為了將光學(xué)掃描設(shè)備用于諸如便攜設(shè)備中，需要減少光學(xué)掃描設(shè)備的尺寸。通過減少該光學(xué)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)高度，可以減小該設(shè)備的尺寸。光學(xué)掃描設(shè)備中的一種典型光學(xué)系統(tǒng)包括物鏡，其可以是單透鏡或者復(fù)合透鏡，即多個(gè)元件，透鏡，以及折疊式反射鏡。結(jié)構(gòu)高度是由物鏡的總高度和折疊式反射鏡的高度決定的。在典型的光學(xué)掃描設(shè)備中，折疊式反射鏡的高度大于入瞳直徑。
美國專利NO.5,432,763號(hào)描述了一種組合的單透鏡物鏡和折疊式反射鏡，其中減少了結(jié)構(gòu)高度。在DE-A-19654388中描述了另一種這樣的透鏡。
對于較高數(shù)值孔徑(NA)的系統(tǒng)，即NA＞0.65，需要兩個(gè)元件的物鏡以使制造公差降低到可接受的程度。
美國專利NO.6,058,095號(hào)描述了未使用組合折疊式反射鏡的兩元件高NA物鏡的設(shè)計(jì)方案。該設(shè)計(jì)方案的一個(gè)特征在于面向輻射光源的第一元件的焦距F1和整個(gè)系統(tǒng)的總焦距F滿足以下關(guān)系1.7<F1F<2.5---(1)]]>日本專利申請JP-A-08201698描述了一種組合的透鏡元件和折疊式反射鏡。該折疊式反射鏡是曲面的形式，并且該元件補(bǔ)償了場曲。該元件與NA＝0.55的物鏡結(jié)合使用。
依照本發(fā)明，提供了一種復(fù)合物鏡，其包括第一透鏡元件和第二透鏡元件，第一元件包括反射鏡表面，用于在內(nèi)部將通過第一元件的輻射光束重新定向，其中該物鏡的數(shù)值孔徑大于0.65，并且其中第一元件的焦距F1和該物鏡的焦距F具有以下關(guān)系
F1F>2.5---(2)]]>本發(fā)明提供了多元件物鏡，可以在一個(gè)元件內(nèi)包含折疊式反射鏡，從而減少了包含該物鏡的光學(xué)掃描設(shè)備的結(jié)構(gòu)高度，同時(shí)能夠容許第二元件的偏離中心并具有良好的像場性能。
通過以下對附圖所示的本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例更加詳細(xì)的描述，本發(fā)明的其它目的、優(yōu)點(diǎn)和特征將是顯而易見的，其中

圖1是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例設(shè)置的光學(xué)掃描設(shè)備的組件示意圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的物鏡系統(tǒng)的橫截面圖。
圖1表示了本發(fā)明實(shí)施例中的光學(xué)掃描設(shè)備的組件，其中將兩元件復(fù)合透鏡用于掃描光學(xué)記錄載體2的光頭中。
該記錄載體2是光盤的形式，其包括透明層，在該透明層的一側(cè)上設(shè)置了至少一個(gè)信息層。信息層背離透明層的側(cè)面受到保護(hù)層的保護(hù)從而免受環(huán)境影響。透明層面向該設(shè)備的側(cè)面稱作入射面。該透明層起到該記錄載體襯底的作用，為信息層提供機(jī)械支撐?？蛇x擇地，該透明層可以僅僅具有保護(hù)信息層的功能，而機(jī)械支撐可由信息層另一側(cè)上的層來提供，例如由保護(hù)層來提供。信息可以以光學(xué)可檢測標(biāo)記的形式存儲(chǔ)在記錄載體的信息層中，并以基本上平行、同心或螺旋的軌跡設(shè)置在其中。該標(biāo)記可以是光學(xué)可讀取的形式，例如信息坑，或者反射率或磁化方向不同于其周圍的區(qū)域，或者這些形式的組合。
該掃描設(shè)備包括線偏振輻射光源，其是半導(dǎo)體激光器4的形式，發(fā)出輻射光束6。該輻射光束用于掃描光學(xué)記錄載體2的信息層。偏振分束鏡8將光路上的發(fā)散輻射光束6傳輸?shù)綔?zhǔn)直透鏡10，其將發(fā)散光束6轉(zhuǎn)變?yōu)闇?zhǔn)直光束12。光束12透過四分之一波延遲片14，該延遲片將輻射轉(zhuǎn)變形成圓偏振光束。孔徑光闌16確定了物鏡系統(tǒng)18，22的入瞳D1(參見圖2)。該物鏡系統(tǒng)可以包括兩個(gè)或更多個(gè)透鏡和/或光柵。在這個(gè)實(shí)例中，圖1的物鏡系統(tǒng)包括兩個(gè)元件第一透鏡18，以及設(shè)置在第一透鏡18和記錄載體2位置之間的第二透鏡22。第一透鏡元件利用內(nèi)部折疊式反射鏡28使光束以90°反射，并且將準(zhǔn)直光束12轉(zhuǎn)變?yōu)槿肷涞降诙哥R元件22上的會(huì)聚光束20，其中內(nèi)部折疊反射鏡具有反射鏡式的外表面，第二透鏡元件22將光束轉(zhuǎn)變?yōu)槿肷涞接涗涊d體2的入射面上的更加高度會(huì)聚的光束。該高度會(huì)聚的光束在當(dāng)前正被掃描的信息層上形成光點(diǎn)24。
由信息層反射的輻射形成發(fā)散的圓偏振光束，物鏡系統(tǒng)18，22將其轉(zhuǎn)變?yōu)榛旧蠝?zhǔn)直的光束。四分之一波延遲片14將該光束轉(zhuǎn)變形成線偏振光束，其偏振方向與原先發(fā)出的光束的偏振方向垂直。準(zhǔn)直透鏡使該光束折射從而形成會(huì)聚光束。分束鏡18通過將大部分會(huì)聚光束傳輸?shù)綑z測系統(tǒng)26而使正向的和反射的光束分開。該檢測系統(tǒng)捕獲輻射并將其轉(zhuǎn)變?yōu)殡娸敵鲂盘?hào)26，該信號(hào)由信號(hào)處理電路來處理。信號(hào)之一將形成信息信號(hào)、聚焦誤差信號(hào)以及徑向誤差信號(hào)，其中信息信號(hào)的值表示從信息層讀取的信息。
圖2表示了兩元件物鏡18，22的詳細(xì)橫截面圖。復(fù)合透鏡18，22具有較高的數(shù)值孔徑，即數(shù)值孔徑大于0.65。更為優(yōu)選的是，復(fù)合透鏡18，22的數(shù)值孔徑大于0.8。
第一透鏡元件18可以由整體模制的塑料材料構(gòu)成。該元件18包括第一透鏡表面30，其以光軸31為中心，以及第二透鏡表面32，其以第二光軸33為中心。第一和第二光軸設(shè)置為彼此垂直。平面反射鏡表面28設(shè)置為與第一和第二光軸中的每個(gè)光軸呈45°角，并且和兩條光軸的交叉點(diǎn)重合。第一透鏡元件18的折射率為n1，第一元件內(nèi)的光束的數(shù)值孔徑為NA1。
圖2中的入瞳表示為距離D1。從第一元件18的第二透鏡表面32出射的光束半徑在圖2中表示為距離D2。第一透鏡表面30的頂點(diǎn)和兩條光軸的交叉點(diǎn)之間的軸向距離在圖2中表示為距離d1。第二透鏡表面32的頂點(diǎn)和兩條光軸的交叉點(diǎn)之間的距離在圖2中表示為距離d2。平行于第一光軸31測得的，第一透鏡表面30和盤2位置的入射面之間的最短距離在圖2中表示為距離d3。平行于第二光軸33測得的，第二透鏡表面32和盤的入射面之間的最遠(yuǎn)距離在圖2中表示為d4。第一透鏡表面30圍繞第一光軸旋轉(zhuǎn)對稱，并且曲率半徑為R1。該第一透鏡表面30優(yōu)選包括一種限定透鏡18的入瞳D1的物理特征，例如橫截面的不連續(xù)性和/或用作孔徑光闌16的不透明環(huán)形遮蔽物。
第一透鏡表面在入瞳處的馳垂度(sag)為sag1，即在輻射光源發(fā)出的光線進(jìn)入該透鏡的方向上，從透鏡頂點(diǎn)測得的，第一透鏡表面30的頂點(diǎn)和該透鏡的入瞳之間的軸向距離，該馳垂度通常為正值，但可以是零或負(fù)值。
第二透鏡表面32圍繞第二光軸旋轉(zhuǎn)對稱，并且曲率半徑為R2。第二表面在出射光束半徑處的馳垂度為sag2，即在與輻射光源發(fā)出的通過該透鏡的光線相反的方向上，從透鏡的頂點(diǎn)測得的，該頂點(diǎn)到最遠(yuǎn)離中心的光線離開該透鏡元件18時(shí)所在的點(diǎn)的軸向距離，該光線與透鏡的入瞳相符，該馳垂度通常為正值，但可以是零或者負(fù)值。
第二透鏡元件22是平凸透鏡元件，其可以由模制塑料材料構(gòu)成。然而要注意，第二透鏡元件可以具有凸-凸或凸-凹設(shè)計(jì)。第二透鏡元件22的折射率為n2，該第二透鏡元件內(nèi)的第二透鏡內(nèi)的光束的數(shù)值孔徑為NA2。
兩元件物鏡18，22，可以在第一元件中包括折疊式反射鏡，其容許該面對盤的物鏡的第二元件偏心，并具有良好的像場性能，其特征在于面對輻射光源的第一元件的焦距F1和整個(gè)系統(tǒng)的焦距F滿足關(guān)系F1F>2.5---(3)]]>優(yōu)選的是，為了利用第一元件來提供改善制造公差的優(yōu)點(diǎn)，以下關(guān)系同樣適用F1F>4---(4)]]>對于改善的性能，第一元件18的厚度d1和d2符合以下關(guān)系d1＞sag1+D1≡Q1(5)d2>D1+sag2-NA1n12-NA12[d1-D2-sag1]≡Q2---(6)]]>此外，對于改進(jìn)的構(gòu)造高度的下降，與第一元件18有關(guān)的距離d3和d4符合以下關(guān)系
d3＜d4(7)第一透鏡元件的焦距F1與第一和第二透鏡表面30，32的曲率半徑R1，R2具有以下關(guān)系-1F1=(n1-1)[1R1-1R2+(n1-1)(d1+d2)n1R1R2]---(8)]]>所選擇的符號(hào)規(guī)則是這樣的，即當(dāng)兩個(gè)表面是凸面時(shí)(按照圖2所示的每一實(shí)施例)，第一表面30的半徑R1是正的，而第二表面32的半徑R2是負(fù)的。
整個(gè)系統(tǒng)的焦距F由以下關(guān)系給出F＝D1/NA(9)其中NA是整個(gè)物鏡18，22的數(shù)值孔徑。
以下的表1列出了依照本發(fā)明的第一透鏡元件的9種不同實(shí)施例的特性。這些實(shí)例的數(shù)值孔徑是0.85，輻射光束的波長為405nm。盤的覆蓋層的厚度為0.1mm，其是由聚碳酸酯(折射率1.622)制成的。同時(shí)，以下的表2列出了與這些實(shí)例有關(guān)的其它詳細(xì)特性。
在方案1到8中，第一元件18由PMMA(折射率1.506)制成，第二元件22由聚碳酸酯(折射率1.622)制成。在方案9中，兩個(gè)元件都是由COC制成的(折射率1.550)。第二元件22的入射面是非球面，而在所有實(shí)例中出射面是平面。在所有實(shí)例中，這個(gè)平面前表面和盤之間的距離是0.075mm。對于所有實(shí)例來講，第一元件18具有非球面的第一透鏡表面30。對于實(shí)例1到3，第一元件的第二透鏡表面32是平面，而對于其它實(shí)例來講，該表面是非球面。
表1所有距離規(guī)定為[mm]
表2所有厚度規(guī)定為[mm]
根據(jù)上面的表，關(guān)于本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的上述實(shí)例，以下的其它關(guān)系適用1mm＜F1＜2.5mm (10)F＜1mm (11)在上述實(shí)施例中，出于說明使用本發(fā)明實(shí)施例中其它特征的目的，將更加詳細(xì)地說明實(shí)例4。第一元件18上的兩個(gè)非球面表面30，32以及第二元件22入射面上的非球面表面的旋轉(zhuǎn)對稱形狀，可以由以下等式進(jìn)行描述z(r)=r2/R1+(1-r2/R2)1/2]]>(12)···+B4r4r04+B6r6r06+B8r8r08+B10r10r010+B12r12r012+B14r14r014+B16r16r016]]>
z是該表面在光軸方向上的位置以毫米記，r是到光軸的距離以毫米記，R是該表面的半徑，r0是歸一化半徑，Bk是r的k次方的系數(shù)。
對于第一透鏡表面30，R的值為1.077mm，同時(shí)歸一化半徑r0為1.0mm。對于這個(gè)表面，B4到B16的值分別是-1.2272049，25.404755，-322.03916，2344.2049，-9920.327，22580.5，-21393.565。
對于第二透鏡表面32，R的值為-2.452mm，同時(shí)歸一化半徑r0為0.8mm。對于這個(gè)表面，B4到B16的值分別是0.30668874，-5.3977186，46.80716，-102.58899，-645.43643，3792.223，-5471.5526。第一元件18和第二元件22之間的軸上距離為0.05mm。第二元件22的軸上厚度是0.342mm。
對于第二元件22的入射表面，R的值為0.338mm，同時(shí)歸一化半徑r0為0.35mm。對于這個(gè)表面，B4到B16的值分別是-0.09902575，0.90152635，-4.0445013，10.373491，-14.93898，11.348149和-3.465529。
盡管以上參數(shù)都是涉及實(shí)例4的實(shí)施例的具體透鏡設(shè)計(jì)的結(jié)果，應(yīng)當(dāng)注意，也可以將近似的處理方法用于其它實(shí)例。
還應(yīng)當(dāng)注意，本發(fā)明不限于以上所述的本發(fā)明實(shí)施例；可以設(shè)想本發(fā)明的其它實(shí)施例，并且這些均落在如權(quán)利要求中所述的本發(fā)明范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種復(fù)合物鏡，包括第一透鏡元件和第二透鏡元件，該第一元件包括反射鏡表面，用于在內(nèi)部將通過第一元件的輻射光束重新定向，其中該物鏡的數(shù)值孔徑大于0.65，并且其中第一元件的焦距F1和該物鏡的焦距F具有以下關(guān)系F1F>2.5]]>
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合物鏡，其中該反射鏡表面是平面反射鏡表面。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的復(fù)合物鏡，其中物鏡的焦距F小于1mm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1到3任一項(xiàng)所述的復(fù)合物鏡，其中F1F<4]]>
5.根據(jù)前述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的復(fù)合物鏡，其中第一元件包括沿第一光軸設(shè)置的第一透鏡表面，和沿第二光軸設(shè)置的第二透鏡表面，第二光軸基本上與第一光軸垂直，并且其中第一和第二光軸重合在沿反射鏡表面的一點(diǎn)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的復(fù)合物鏡，其中d1＞sag1+D1其中d1是第一透鏡表面的頂點(diǎn)和兩條光軸重合點(diǎn)之間的距離，且sag1是第一透鏡表面在入瞳D1處的馳垂度。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的復(fù)合物鏡，其中d2>D1+sag2-NA14n12-NA12[d1-D2-sag1]]]>其中d2是第二透鏡表面的頂點(diǎn)和兩條光軸重合點(diǎn)之間的距離，sag1是第一透鏡表面在入瞳D1處的馳垂度，NA1是第一元件中光束的數(shù)值孔徑，n1是第一元件的折射率，D2是對應(yīng)于在入瞳D1處入射到第一表面上的準(zhǔn)直光線在第二表面上的出射點(diǎn)的第二表面半徑，sag2是第二表面在半徑D2處的對應(yīng)馳垂度。
8.一種包括權(quán)利要求1到7任一項(xiàng)所述的包括物鏡的光學(xué)掃描設(shè)備，該掃描設(shè)備包括用于生成輻射光束的輻射光源，該輻射光束通過物鏡來掃描光學(xué)記錄載體。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的以及包括權(quán)利要求5到7任一項(xiàng)所述的復(fù)合物鏡的光學(xué)掃描設(shè)備，其中d3＜d4其中d3是平行于第一光軸測得的，第一透鏡表面的最近點(diǎn)和記錄載體位置之間的最短距離，且d4是平行于第二光軸測得的，第二透鏡表面與記錄載體位置之間的最遠(yuǎn)距離。
全文摘要
一種復(fù)合透鏡包括第一透鏡元件和第二透鏡元件，第一元件包括反射鏡表面，用于在內(nèi)部將通過第一元件的輻射光束重新定向，且其中該物鏡的數(shù)值孔徑大于0.65，其中第一元件的焦距F
文檔編號(hào)G11B7/135GK1647170SQ03807761
公開日2005年7月27日 申請日期2003年3月20日 優(yōu)先權(quán)日2002年4月9日
發(fā)明者B·H·W·亨德里克斯 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司