光碟用光學系統、光碟用光學頭裝置和光碟機動裝置的製作方法
2023-05-07 12:33:56 2
專利名稱：光碟用光學系統、光碟用光學頭裝置和光碟機動裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及將來自光源的光束聚光到數字視頻盤、數字音頻盤、計算機用的光存儲器盤等光碟的信息記錄面上的光碟用光學系統、具有該光學系統的光碟用光學頭裝置和光碟機動裝置。
下面參照附圖，對現有的光學頭裝置進行說明。
圖5是表示現有的光學頭裝置的概略構成圖。如圖5所示，從半導體雷射151射出的光束由分光鏡152改變光路的方向，由準直透鏡153變換為大致平行光。然後，所述雷射光由彎曲鏡154再次改變光路，由物鏡155聚光到光碟156的信息記錄面157上。這裡，物鏡155由調節器(actuator)160驅動。聚光到光碟156的信息記錄面157上的所述雷射光被信息記錄面157上形成的凹凸衍射。被光碟156的信息記錄面157反射、衍射的上述雷射光通過物鏡155，由彎曲鏡154改變光路的方向，透過準直透鏡153、分光鏡152、圓柱透鏡158聚光到光敏元件(受光元件)159上。然後用來自光敏元件159的電信號，檢測被光碟156的信息記錄面157調製的光量變化，從而讀取信息記錄面157上的數據。
這裡，由於製造時的製造誤差，在物鏡155中產生波象差。該波象差可分成3次球面象差、3次彗形象差、3次象散、高次象差各種象差成分。
如果各透鏡面為旋轉對稱面，則這些象差成分中的3次彗形象差在設計上不會發生。但是，在實際中，在製造上產生的、作為物鏡155的平行光束一側的面的第1面161和作為聚光一側的面的第2面162之間的偏離(光軸與垂直方向的偏差量)和物鏡155的第1面161或第2面162或這兩面的傾斜(光相對於垂直的面的傾斜)成為主導因素，產生3次彗形象差。
近年來，正在發展如DVD(數字視頻盤)、DVD-RAM等的記錄密度的高密度化。為了達到高密度化，如何在光碟上形成小的光點(spot)成為問題，但是已經知道，通過使透鏡的數值孔徑(NA)變大和使光的波長變短，可使該點的直徑變小。為了高密度化，透鏡的數值孔徑逐漸變大，DVD中NA為0.6、波長為660nm。現在，為了用高精密圖像(高清晰度圖像)，記錄2小時的假定電影等，每個盤(單面)必須具有25GB左右的記錄容量。這大約為DVD的5倍的記錄密度，必須使點面積為5分之1。即，點直徑必須為0.45倍。關於短波長化，市場上已開始出現405nm左右波長的雷射光源。由於已經知道點直徑與NA成正比，與波長成反比，因此要求透鏡的NA為0.82以上。
以前，在透鏡設計中，考慮製造透鏡時的製造誤差或組裝到光學頭時的組裝誤差進行設計，以使即使產生透鏡的第1面和第2面的偏離，象差也不變大，並且即使軸外的光入射，象差也不變大。儘管NA為0.82的高數值孔徑的需求很高，但仍未產品化的原因之一是在透鏡設計中，如果僅使軸上的象差較小比較容易，但是考慮製造公差和組裝公差進行設計時，用單透鏡設計具有足夠公差的透鏡非常困難。
因此，採用下列方法將2個或3個透鏡組合起來構成物鏡，以放寬每個透鏡的製造公差的方法，使物鏡的數值孔徑變大。
物鏡中存留的問題是，物鏡的數值孔徑越大，由於盤的傾斜產生的3次彗形象差就越大，而且，盤的透明基板(光碟信息記錄面的物鏡一側形成的透明基板。也稱為「光碟基板」)的厚度越厚，3次彗形象差就越大。
從上面觀點來看，盤的厚度較薄比較好。但是，薄的情況下，盤透明基板表面上的來自物鏡的光束變小，其結果，存在由盤透明基板表面上的垃圾或瑕疵導致記錄再現性能變差的問題。本發明的發明者們研究的結果可知為了在有數十μm的垃圾或瑕疵的情況下記錄再現性能也不變差，只要使盤上的光束直徑為130μm左右即可。為了滿足此條件，假設NA 0.82、盤的透明基板的折射率為1.5，則根據計算可知只要使透明基板厚為0.1mm即可。另外，由於在製造上過薄的盤透明基板批量生產性低，因此透明基板厚為0.1mm左右在當前比較合適。鑑於上述的原因，盤厚為0.1mm比較妥當。
現在，由於盤的翹曲，可能發生盤表面相對於光軸產生0.7度左右的傾斜。產生這種大小的傾斜時，在數值孔徑0.85、焦距1.8mm、透明基板厚0.1mm的光學系統中，產生79mλ左右的3次彗形象差。為了使信息記錄面上的點足夠小、為在DVD系統中可再現的點，要求3次彗形象差為70mλ以下。因此，一旦由於盤傾斜產生所述的3次彗形象差，該光學系統將不能進行數據的記錄和再現。
一般地，透鏡相對於光軸傾斜會產生3次彗形象差。因此，如果對應盤的傾斜使物鏡傾斜，則由於盤的傾斜產生的3次彗形象差被由於物鏡的傾斜產生的3次彗形象差抵消，可使3次彗形象差大致為0。
為了在盤產生傾斜的情況下也能進行良好的記錄再現，在特開平11-316963號公報中公開了具有使物鏡傾斜的機構(傾斜機構)的光學頭裝置。圖6A、圖6B中示出其概略構成。
在圖6A、圖6B中，155是物鏡、610是支撐物鏡155的透鏡架、612a，612b是透鏡架610上設的貫穿孔，615a，615b分別是以包圍貫穿孔612a，612b的方式設在透鏡架610上的大致為環狀的線圈，620a，620b是貫穿貫穿孔612a，612b的一對永久磁鐵。一對永久磁鐵620a，620b具有相同方向的極性，被設置在光學頭基座上。透鏡架610通過圖中未示出的彈性材料被支撐在光學頭基座上。調節器)160作為用於物鏡155的調焦和跟蹤的調節器使用。通過在一對線圈615a，615b中流過相同方向的電流，如圖6A所示，使物鏡155沿紙面上下方向移動來進行調焦。另一方面，如果使一對線圈615a，615b中流過相反方向的電流(或，如果僅使一對線圈615a，615b中的一個中流過電流)，如圖6B所示，能使物鏡155傾斜。
由於用這種傾斜機構對應盤的傾斜使物鏡傾斜，因此在盤傾斜的情況下也能良好地校正3次彗形象差。
但是，如上所述，在通過傾斜物鏡來校正盤傾斜導致的3次彗形象差時，由於物鏡相對於光軸傾斜，產生3次彗形象差以外的象差。其結果，存在不能大幅改善再現性能的問題。
此外，例如通過相變方式向盤上記錄信息時，正如現在的DVD-RAM那樣，使光源的功率變動的同時進行透鏡的聚焦控制。在該功率變動時產生的波長變化會產生焦點位置的偏差，但是NA較大的透鏡中由於焦點深度變小，存在不能進行焦距追蹤的問題。
發明內容
本發明用於解決現有技術中的上述課題，為了達到NA 0.82以上的高數值孔徑的透鏡而提出新的設計思想，目的是提供具有高數值孔徑的物鏡、能校正由於盤傾斜而產生的性能變差的光碟用光學系統、光碟用光學頭裝置、和光碟機動裝置。
為了達到上述目的，本發明的構成如下。
本發明的第1光碟用光學系統，用於對光碟進行信息的記錄和/或再現，其特徵在於，具有光源、將來自上述光源的光束變換為平行光的準直光學系統、和將上述平行光聚光到上述光碟的信息記錄面上的物鏡，上述物鏡的數值孔徑(NA)為0.82以上，上述物鏡由2個或3個透鏡構成，上述物鏡相對於光軸傾斜0.7度時發生的3次象散為10mλ以下。
根據該第1光碟用光學系統，由於物鏡的數值孔徑(NA)為0.82以上，可進行高密度記錄。
而且，由於使物鏡傾斜0.7度時產生的3次象散較小，因此可抑制通過傾斜物鏡來校正由於光碟翹曲等而傾斜時產生的3次彗形象差時的剩餘象差量。其結果，即使光碟產生傾斜也能進行良好的記錄和/或再現。
在上述第1光碟用光學系統中，最好上述光碟在上述信息記錄面的上述物鏡一側的面上具有厚度約為0.1mm的透明基板，通過使上述物鏡傾斜來校正上述光碟傾斜0.7度時產生的3次彗形象差時產生的3次象散為10mλ以下。
根據該優選構成，由於在使上述物鏡傾斜來校正由於光碟翹曲等導致的3次彗形象差時，3次象散的發生量為10mλ以下，因此能良好地校正由光碟產生的3次彗形象差，此時，由於對記錄再現性能影響較大的剩餘象散也在10mλ以下，所以可進行良好的記錄和/或再現。
本發明的第2光碟用光學系統，用於對光碟進行信息的記錄和/或再現，其特徵在於，具有光源、將來自上述光源的光束變換為平行光的準直光學系統、和將上述平行光聚光到上述光碟的信息記錄面上的物鏡，上述物鏡的數值孔徑(NA)為0.82以上，上述物鏡由2個或3個透鏡構成，上述光碟在上述信息記錄面的上述物鏡一側的面上具有厚度約為0.1mm的透明基板，通過使上述物鏡傾斜來校正上述光碟傾斜0.7度時產生的3次彗形象差時產生的3次象散為10mλ以下。
根據該第2光碟用光學系統，上述物鏡的數值孔徑(NA)為0.82以上，所以可進行高密度的記錄。
而且，由於在使上述物鏡傾斜來校正由於光碟翹曲等導致的3次彗形象差時，3次象散的發生量為10mλ以下，因此能良好地校正由光碟產生的3次彗形象差，此時，由於對記錄再現性能影響較大的剩餘象散也在10mλ以下，所以可進行良好的記錄和/或再現。
在上述第1和第2光碟用光學系統中，最好使上述光束通過厚度約為0.1mm的透明基板聚光時的3次球面象差為70mλ以下。
由於校正物鏡使通過所使用的光碟的透明基板和具有相同光學特性的厚度為0.1mm的透明基板的來自光源的光束在上述基板的背面上聚光時的3次球面象差為70mλ以下，因此可對基板厚為0.1mm的光碟使用。光碟的基板變厚，則光碟傾斜時的3次彗形象差的發生量變大。特別地，在使用NA為0.82以上的物鏡的高密度記錄中，其發生量是致命的。例如，物鏡的NA為0.85、焦距為1.8mm，光碟傾斜0.7度時，盤基板厚為0.6mm時產生的3次彗形象差為480mλ左右，盤基板厚為0.1mm時為79mλ左右。因此，為了將產生的3次彗形象差量抑制到可校正的程度，盤基板的厚度越薄越好，考慮當前的盤製造技術、操作簡易性、和盤對指紋、灰塵等的耐髒持久性，盤基板厚為0.1mm比較適當。上述優選構成的光學系統，對於基板厚為0.1mm的光碟，即使該光碟產生傾斜，也能進行良好的記錄和/或再現。
而且，在上述第1和笫2光碟用光學系統中，最好上述光源的波長中的上述物鏡的色象差為0.1μm/nm以下。
根據該優選構成，由於對使用的光源的波長進行良好的消色差(色象差的校正)，因此在波長接近使用波長的光源的光具有光譜寬度的情況下也能保持良好的聚光狀態。此外，在記錄再現切換時等雷射功率變化時，通常，波長變化數nm。在這種情況下，如果不進行消色差處理，則物鏡形成的點位置變化很大，因此自動調焦裝置可能不能良好地工作。但是，上述優選光學系統由於實施消色差處理，能使自動調焦裝置良好地工作。
此外，在上述第1和第2光碟用光學系統中，最好上述物鏡由3個透鏡構成，從光源一側開始，按照球面透鏡第1透鏡、球面透鏡第2透鏡、和非球面透鏡第3透鏡的順序排列而構成。上述第1透鏡和第2透鏡粘合在一起構成粘合透鏡。
如該優選構成那樣，通過從光源一側開始向光碟一側，配置2個球面粘合的透鏡和1個非球面透鏡構成2個群，能使透鏡位置對準處為1處，使組裝容易。此外，通過使粘合面為球面，可進行透鏡面的單體評價，因此粘合精度的確認比較容易。
這時，最好上述第3透鏡的光碟一側的面為平面。由此，容易確保透鏡成形用金屬模的加工精度。而且，由於無需用磨具等進行研磨加工，因此沒有工具痕等導致面精度降低的因素，容易確保面精度。這對於光線有效直徑最小的第3透鏡的光碟一側的面來說尤其重要。
此外，最好上述第1透鏡的光源一側的面和光碟一側的面是同一曲率半徑。由此，由於不用判別面的正反面，因此適於大量生產。
此外，最好上述第3透鏡的光源一側的面為非球面。由此，能良好地校正3次球面象差，並使上述2個球面粘合的透鏡和上述第3透鏡的位置對準公差較大。
此外，最好上述第1透鏡的光源一側的面和光碟一側的面是同一曲率半徑，假設該曲率半徑為R，上述第3透鏡的厚度為d，上述物鏡的焦距為f時，滿足-20＜53d+16R-69f＜20的關係。由此，能使在通過傾斜物鏡來校正由於光碟傾斜產生的3次彗形象差時產生的3次象散較小。
上述第1和第2光碟用光學系統中的第1優選物鏡的構成如下。
上述物鏡由3個透鏡構成，從光源一側開始，按照球面透鏡第1透鏡、球面透鏡第2透鏡、和非球面透鏡第3透鏡的順序排列而構成，上述第1透鏡和上述第2透鏡粘合構成粘合透鏡，上述第1透鏡折射率為1.54以下，曲率半徑為3.3mm以下，光源一側的面和光碟一側的面具有同一曲率半徑，上述第2透鏡折射率為1.7以上，上述第3透鏡折射率為1.68以上，厚度為1.85mm以上，光源一側的面為非球面，光碟一側的面為平面。
上述第1和第2光碟用光學系統中的第2優選物鏡的構成如下。
上述物鏡由3個透鏡構成，從光源一側開始，按照球面透鏡第1透鏡、球面透鏡第2透鏡、和非球面透鏡第3透鏡的順序排列而構成，上述第1透鏡和上述第2透鏡粘合構成粘合透鏡，上述第1透鏡折射率為1.54以下，曲率半徑為3.1mm以下，光源一側的面和光碟一側的面具有同一曲率半徑，上述第2透鏡折射率為1.7以上，上述第3透鏡折射率為1.75以上，厚度為1.85mm以上，光源一側的面為非球面，光碟一側的面為平面。
上述第1和第2光碟用光學系統中的第3優選物鏡的構成如下。
上述物鏡由3個透鏡構成，從光源一側開始，按照球面透鏡第1透鏡、球面透鏡第2透鏡、和非球面透鏡第3透鏡的順序排列而構成，上述第1透鏡和上述第2透鏡粘合構成粘合透鏡，上述第1透鏡折射率為1.5以下，曲率半徑為2.6mm以下，光源一側的面和光碟一側的面具有同一曲率半徑，上述第2透鏡折射率為1.74以上，光碟一側的面的曲率半徑為2.6mm以上，上述第3透鏡折射率為1.77以上，厚度為1.45mm以上，光源一側的面為非球面，其中心曲率半徑為0.9mm以上1.4mm以下，光碟一側的面為平面。
上述第1和第2光碟用光學系統中的第4優選物鏡的構成如下。
上述物鏡由3個透鏡構成，從光源一側開始，按照球面透鏡笫1透鏡、球面透鏡第2透鏡、和非球面透鏡第3透鏡的順序排列而構成，上述第1透鏡和上述第2透鏡粘合構成粘合透鏡，上述第1透鏡折射率為1.4以上1.5以下，曲率半徑為2.3mm以上2.6mm以下，光源一側的面和光碟一側的面具有同一曲率半徑，上述第2透鏡折射率為1.74以上1.85以下，光碟一側的面的曲率半徑為2.6mm以上，上述第3透鏡折射率為1.77以上1.85以下，厚度為1.45mm以上1.8mm以下，光源一側的面為非球面，其中心曲率半徑為0.9mm以上1.4mm以下，光碟一側的面為平面。
上述第1-第4優選物鏡的構成，作為焦距為2.5mm以下的物鏡規定合適的構成，特別地，上述第1，第2優選透鏡的構成作為焦距為2.0mm的物鏡，上述第3，第4優選透鏡的構成作為焦距為1.8mm的物鏡，分別規定合適的構成。
正如上述第1-第4優選物鏡的構成那樣，通過從光源一側開始向光碟一側，配置2個球面粘合的透鏡和1個非球面透鏡構成2個群，能使透鏡位置對準處為1處，使組裝容易。此外，通過使粘合面為球面，可進行透鏡面的單體評價，因此粘合精度的確認比較容易。
正如上述第1-第4優選物鏡的構成那樣，通過使構成粘合透鏡的第1透鏡具有上述範圍的折射率和曲率半徑，第1透鏡的光源一側的面和光碟一側的面具有同一曲率半徑，第2透鏡具有上述範圍的折射率，在構成焦距為2.5mm以下的光學系統時，可得到足夠的聚光功率。此外，粘合透鏡中，雖然通過粘合面的曲率和被粘合的硝材的分散能調節色象差的校正程度，但現存的硝材中的折射率和分散之間的相關關係已得到公認。根據上述粘合面的曲率半徑和第1和第2透鏡的折射率組合，可良好地校正色象差。通過將第1透鏡的曲率半徑設定為更小，能更強地校正色象差，因此優選。另外，假設焦距為2.5mm以下時，例如假定數值孔徑為0.85的光學系統，由於孔徑為4.25mm以下，因此可實現小型化。此外，通過使第1透鏡的光源一側的面和光碟一側的面具有同一曲率半徑，不必判別面的正反，因此適合大量生產。
與第1透鏡的曲率半徑為3.3mm以下的第1優選物鏡的構成相比較，如第2優選物鏡的構成那樣通過使該曲率半徑為3.1mm以下，可更強地校正色象差。
此外，如果如第3優選透鏡的構成那樣，第1透鏡折射率為1.5以下，曲率半徑為2.6mm以下，光源一側的面和光碟一側的面具有同一曲率半徑，第2透鏡折射率為1.74以上，光碟一側的面的曲率半徑為2.6mm以上，則不僅可更強地校正色象差，還可實現透鏡的短焦點化。
此外，如果如第4優選透鏡的構成那樣，第1透鏡折射率為1.4以上1.5以下，曲率半徑為2.3mm以上2.6mm以下，光源一側的面和光碟一側的面具有同一曲率半徑，第2透鏡折射率為1.74以上1.85以下，光碟一側的面的曲率半徑為2.6mm以上，則不僅可更強地校正色象差、實現可短焦點化透鏡的系統的小型化，還成為更可行的構成。如果第1透鏡的折射率不足1.4，則聚光功率不足，而且，硝材非常昂貴。第1透鏡的曲率半徑越小越可良好地校正色象差，但是如果不足2.3mm，則由於曲率半徑小，透鏡厚度變得非常大、重量變大，不能用調節器正確地控制。此外，精度高的球面加工困難，不適於大量生產。如果第2透鏡的折射率超過1.85，則藍色光源透過率非常低，不能進行信息的記錄和/或再現。
如上述第1優選物鏡的構成那樣，通過使第3透鏡的折射率為1.68以上，光源一側的面為非球面，由於光源一側的非球面的最外周部分中的接平面與光軸所成角度為60度以下，因此能確保加工精度。
此外，如果如上述第2優選物鏡的構成那樣，使第3透鏡的折射率為1.75以上，光源一側的面為非球面，則由於可使光源一側的非球面的最外周部分中的接平面與光軸所成角度為55度左右，因此能使加工精度更高。
此外，如果如上述第3優選物鏡的構成那樣，使第3透鏡的折射率為1.77以上，光源一側的面為非球面，則由於可使光源一側的非球面的最外周部分中的接平面與光軸所成角度為52度左右，因此能使加工精度更高。
此外，上述第4優選物鏡的構成中，第3透鏡的折射率為1.77以上1.85以下，光源一側的面為非球面，通過使折射率為1.77以上，可使光源一側的非球面的最外周部分中的接平面與光軸所成角度為52度以下，可進一步提高加工精度。但是，如果折射率超過1.85，則藍色光源透過率非常低，不能進行信息的記錄和/或再現。
此外，如上述第1-第4優選物鏡的構成那樣，通過使第3透鏡的盤一側的面為平面，由於可進行平面研磨，因此能確保面精度。此外，整個光學系統中非球面只有一面，因此能將非球面加工引起的高次象差抑制到最小限度。
如果如第3，第4優選物鏡的構成那樣，第3透鏡的厚度為1.45mm以上，則能取較大的組裝公差。並且，如第1，第2優選物鏡的構成那樣，通過使第3透鏡的厚度為1.85mm以上，對於焦距為2mm以上的透鏡，能取更大的組裝公差。
此外，如第3，第4優選物鏡的構成那樣，通過使第3透鏡的非球面中心曲率半徑為0.9mm以上1.4mm以下，由於可用磨具加工，能容易地得到精度高的非球面。
上述第1和第2光碟用光學系統中的第5優選物鏡的構成如下。
上述物鏡由2個透鏡構成，從光源一側開始，按照光源一側為凸的半月形狀的第1透鏡、和光碟一側為平面、光源一側為凸的平凸形狀的第2透鏡的順序排列而構成，上述第1透鏡和上述第2透鏡都由樹脂形成。
根據該第5優選物鏡的構成，通過由樹脂形成2個透鏡的構成，可使物鏡重量變輕。
此外，在第1和第2光碟用光學系統中，最好在構成上述物鏡的透鏡中的至少一個透鏡的至少一個面上形成衍射柵。
根據該優選構成，不必增加透鏡的個數，而使之成為具有例如消色差的效果和2波長互換性的物鏡。
此外，在第1和第2光碟用光學系統中，最好通過傾斜上述物鏡來校正由於光碟傾斜0.7度時產生的3次彗形象差時的產生的3次象散為5.0mλ以下。
根據該優選構成，通過傾斜物鏡來校正由於光碟翹曲等引起的的3次彗形象差時，能將剩餘象散抑制到更小，能進行良好的記錄和/或再現。
本發明的光碟用光學頭裝置，用於對光碟進行信息的記錄和/或再現，其特徵在於，具有上述第1或第2光碟用光學系統、和使上述物鏡相對於光軸傾斜以便校正由於上述光碟的傾斜產生的3次彗形象差的機構。
根據該構成，由於通過傾斜物鏡來校正由於光碟翹曲等引起的的3次彗形象差時，能將剩餘象散抑制為小，因此能進行良好的記錄和/或再現。
此外，通過具有使上述物鏡傾斜的機構，能校正記錄或再現時由於盤的傾斜產生的3次彗形象差，能實現穩定的動作。
上述的本發明的光碟用光學頭裝置中，最好還具有分離用上述光碟的信息記錄面調製的光束的光束分離光學系統、和受光用上述光碟的信息記錄面調製的光束的受光元件。
本發明的光碟機動裝置，用於對光碟進行信息的記錄和/或再現，其特徵在於，具有上述本發明的光碟用光學頭裝置。
根據該構成，由於通過傾斜物鏡來校正由於光碟翹曲等引起的的3次彗形象差時，能將剩餘象散抑制為小，因此能進行良好的記錄和/或再現。
此外，通過具有使上述物鏡傾斜的機構，能校正記錄或再現時由於盤的傾斜產生的3次彗形象差，能實現穩定的動作。
圖1是表示本發明的實施方式1的3個構成的物鏡的構成圖。
圖2是表示本發明的實施方式2的3個構成的物鏡的構成圖。
圖3是表示本發明的實施方式3的2個構成的物鏡的構成圖。
圖4是表示本發明的實施方式4的光碟用光學系統和光學頭裝置的構成圖；圖5是表示現有的光學頭裝置的構成圖。
圖6A是用於說明物鏡調節器的調焦動作的剖面圖，圖6B是用於說明物鏡調節器的傾斜調整的動作的剖面圖。
本實施方式的物鏡，從光源一側開始順序地按照第1透鏡2、第2透鏡3、第3透鏡4的順序排列，笫1透鏡2和第2透鏡3在接合面8處粘合。第1透鏡2和第2透鏡3都是球面透鏡，第3透鏡4是光源一側的面10為非球面，光碟一側的面11為平面的非球面透鏡。
如圖1所示平行光束1從作為第1透鏡2的光源一側的面的第1面7入射，通過與第2透鏡的接合面8，入射到第2透鏡3，從作為信息記錄面一側的面的第2透鏡的第2面9射出之後，從作為第3透鏡4的第1透鏡一側的面的第1面10入射，從作為信息記錄面一側的面的第2面11射出。然後，在光碟5上的信息記錄面6上聚光。
在此示出本發明的實施方式1的物鏡的具體的數值例。其中，假設構成物鏡的透鏡從光源一側開始順序地計數為第1、第2、第3，而且各透鏡中光源一側的面為第1面，光碟一側的面為第2面。假設光碟為平行平板。另外，在實施方式1~3中所示的各數值例中，下面所示的記號是共同的。
W使用波長(nm)f物鏡的焦距(mm)R11第1透鏡的第1面的曲率半徑(mm)
R12第1透鏡的第2面的曲率半徑(mm)R21第2透鏡的第1面的曲率半徑(mm)R22第2透鏡的第2面的曲率半徑(mm)R31第3透鏡的第1面的曲率半徑(mm)R32第3透鏡的第2面的曲率半徑(mm)E1第1透鏡和第2透鏡的間隔(mm)E2第2透鏡和第3透鏡的間隔(mm)d1第1透鏡的厚度(mm)d2第2透鏡的厚度(mm)d3第3透鏡的厚度(mm)n1對第1透鏡的使用波長的折射率n2對第2透鏡的使用波長的折射率n3對第3透鏡的使用波長的折射率nd對光碟基板的使用波長的折射率t信息記錄面上的光碟基板的厚度(mm)WD工作距離(mm)NA透鏡數值孔徑AB對使用波長的3次球面象差(mλ)CA使用波長±10nm範圍中的色象差(μm/nm)AS通過傾斜物鏡來校正以使光碟傾斜0.7度時產生的3次彗形象差為10mλ時產生的3次象散(mλ)LA物鏡傾斜0.7度時產生的3次象散此外，透鏡的非球面形狀可用下式(1)表示。cjh21+{1-(1+kj)cj2h2}+l=1nAj,ihi---(1)]]>其中，h距離光軸的高度(=x2+y2)]]>cj第j面的透鏡面頂點的曲率(＝1/Rj，Rj曲率半徑)kj第j面的圓錐常數Aj，i第j面的i次非球面係數下面示出本發明的實施方式1的具體數值例。第3透鏡4的第1面10是由上述式(1)表示的非球面。
W＝405f＝2.0R11＝3.06R12＝-3.06R21＝-3.06R22＝-29.00R31＝1.402969R32＝平面E1＝0E2＝1.0d1＝1.62d2＝0.4d3＝1.931n1＝1.53017n2＝1.72949n3＝1.77855nd＝1.61736t＝0.1WD＝0.150NA＝0.85k1＝-1.043332×10-0A1，4＝3.917135×10-2A1，6＝8.884507×10-3A1，8＝-3.43969×10-3A1，10＝6.070736×10-3A1，12＝-3.002026×10-3
(上述非球面係數的第1面指第3透鏡的第1面)AB＝1.1CA＝0.05AS＝2.4LA＝2.4使用本實施方式的物鏡，在通過例如調節器傾斜物鏡來校正由於光碟翹曲等而傾斜0.7度時發生的3次彗形象差時，校正之後剩餘的3次象散為2.4mλ，小到在實用上沒有問題。因此，通過使用本發明的物鏡，能進行良好的記錄、再現。
此外，因為由於第1透鏡和第2透鏡在405nm±10nm的範圍中的色象差為0.05μm/nm，所以即使使用光譜寬度大的半導體雷射光源也不易產生象差。
此外，由於將第1透鏡和第2透鏡的間隔設為0，將它們粘合使用，因此透鏡調整隻要調整一處即可，使調整容易。
此外，第3透鏡的第2面雖然是光束有效直徑小的面，加工中要求精度，但是由於本實施方式中為平面，因此可進行高精度的加工。
此外，由於為53d+16R-69f＝+13、滿足-20＜53d+16R-69f＜20，因此能使通過傾斜物鏡來校正由於光碟傾斜產生的3次彗形象差時產生的3次象散小。
另外，因為第1透鏡的折射率為1.54以下，第2透鏡的折射率為1.7以上，第1透鏡的曲率半徑為3.3mm以下，所以可有效地減低色象差。
此外，由於第3透鏡的折射率為1.68以上，因此第3透鏡的第1面的中心曲率半徑可取為較大，加工較容易。此外，由於第3透鏡的透鏡厚為1.85mm以上，因此可使通過傾斜物鏡來校正由於光碟傾斜產生的3次彗形象差時產生的3次象散較小。同時，可放寬第1，第2透鏡和第3透鏡的橫向偏差公差，使組裝變得容易。(實施方式2)圖2是構成本發明的光碟用光學系統的實施方式2的物鏡的光路圖。
本實施方式的物鏡，從光源一側開始順序地按照第1透鏡22、第2透鏡23、第3透鏡24的順序排列，第1透鏡22和第2透鏡23在接合面28處粘合。第1透鏡22和第2透鏡23都是球面透鏡，第3透鏡24是光源一側的面30為非球面，光碟一側的面31為平面的非球面透鏡。
如圖2所示平行光束21從作為第1透鏡22的光源一側的面的第1面27入射，通過與第2透鏡的接合面28，入射到第2透鏡23，從作為信息記錄面一側的面的第2透鏡的第2面29射出之後，從作為第3透鏡24上的第1透鏡一側的面的第1面30入射，從作為信息記錄面一側的面的第2面31射出。然後，在光碟25上的信息記錄面26上聚光。
在此示出本發明的實施方式2的物鏡的具體的數值例。其中，假設構成物鏡的透鏡從光源一側開始順序地計數為第1、第2、第3，而且各透鏡中光源一側的面為第1面，光碟一側的面為笫2面。假設光碟為平行平板。另外，在下面的數值例中使用的記號與實施方式1所說明的相同。第3透鏡24的第1面30是由上述式(1)表示的非球面。
W＝405f＝1.8R11＝2.5R12＝-2.5R21＝-2.5R22＝-40.0R31＝1.1430334R32＝平面E1＝0E2＝0.68d1＝2.0d2＝0.4d3＝1.5699
n1＝1.49892n2＝1.74188n3＝1.77855nd＝1.61736t＝0.1WD＝0.150NA＝0.85k1＝-9.242255×10-1A1，4＝5.904687×10-2A1，6＝2.003212×10-2A1，8＝-8.180677×10-3A1，10＝2.240878×10-2A1，12＝-1.725607×10-2(上述非球面係數的第1面指第3透鏡的第1面)AB＝0.8CA＝0.02AS＝0.2LA＝6.1使用本實施方式的物鏡，在通過例如調節器傾斜物鏡來校正由於光碟翹曲等而傾斜0.7度時發生的3次彗形象差時，校正之後剩餘的3次象散為0.2mλ，小到在實用上沒有問題。因此，通過使用本發明的物鏡，能進行良好的記錄、再現。
此外，因為由於第1透鏡和第2透鏡在405nm±10nm的範圍中的色象差為0.02μm/nm，所以即使使用光譜寬度大的半導體雷射光源也不易產生象差。
此外，由於將第1透鏡和第2透鏡的間隔設為0，將它們粘合使用，因此透鏡調整隻要調整一處即可，調整容易。
此外，第3透鏡的第2面雖然是光束有效直徑小的面，加工中要求精度，但是由於本實施方式中為平面，因此可進行高精度的加工。
此外，由於為53d+16R-69f＝-1、滿足-20＜53d+16R-69f＜20，因此能使通過傾斜物鏡來校正由於光碟傾斜產生的3次彗形象差時產生的3次象散較小。
另外，因為第1透鏡的折射率為1.5以下，第2透鏡的折射率為1.74以上，第1透鏡的曲率半徑為2.6mm以下，所以可有效地減低色象差。
此外，由於第3透鏡的折射率為1.77以上，因此第3透鏡的第1面的中心曲率半徑可取較大，加工比較容易。此外，由於第3透鏡的透鏡厚為1.45mm以上，因此可使通過傾斜物鏡來校正由於光碟傾斜產生的3次彗形象差時產生的3次象散較小。同時，可放寬第1，第2透鏡和第3透鏡的橫向偏差公差，使組裝變得容易。(實施方式3)圖3是構成本發明的光碟用光學系統的實施方式3的物鏡的光路圖。
本實施方式的物鏡，從光源一側開始順序地按照第1透鏡42、第2透鏡43的順序排列，第1透鏡42具有在光源一側為凸的半月形狀，第2透鏡43在光碟一側為平面，具有在光源一側為凸的平凸形狀。
如圖3所示平行光束41從作為第1透鏡42的光源一側的面的第1面46入射，從作為第2透鏡一側的第2面47射出之後，從作為第2透鏡43的第1透鏡一側的面的第1面48入射，從作為信息記錄面一側的面的第2面49射出。然後，在光碟44上的信息記錄面45上聚光。
在此示出本發明的實施方式3的物鏡的具體的數值例。其中，假設構成物鏡的透鏡從光源一側開始順序地計數為第1、第2，而且各透鏡中光源一側的面為第1面，光碟一側的面為第2面。假設光碟為平行平板。另外，在下面的數值例中使用的記號與實施方式1所說明的相同。第1透鏡42的第1面46和第2透鏡43的第1面48是由上述式(1)表示的非球面。此外，第1透鏡42和第2透鏡43都由樹脂材料形成。
W＝405f＝2.0R11＝2.140R12＝13.800R21＝1.0490944R22＝平面E1＝1.200d1＝1.3d2＝1.2484n1＝1.55990n2＝1.55990nd＝1.61736t＝0.1WD＝0.150NA＝0.85k1＝-5.657290×10-1A1，4＝1.506741×10-3A1，6＝1.851765×10-4A1，8＝-2.137199×10-4A1，10＝8.255417×10-5A1，12＝-1.889478×10-5k3＝-8.425991×10-1A3，4＝7.116095×10-2A3，6＝4.013898×10-2A3，8＝-2.772649×10-2A3，10＝7.731887×10-2A3，12＝-3.480660×10-2(上述非球面係數的第1面是指第1透鏡的第1面，第3面是指第2透鏡的第1面)AB＝3.6CA＝0.3LA＝2.6使用本實施方式的物鏡，在通過例如調節器傾斜物鏡來校正由於光碟翹曲等而傾斜0.7度時發生的3次彗形象差時，校正之後剩餘的3次象散為0.3mλ，小到在實用上沒有問題。因此，通過使用本發明的物鏡，能進行良好的記錄、再現。
此外，第2透鏡的第2面雖然是光束有效直徑小的面，加工中要求精度，但是由於本實施方式中為平面，因此可進行高精度的加工。
另外，由於透鏡材料都是樹脂，並且是2個構成，因此能實現輕量化，能減輕調節器的負擔。
此外，因為是樹脂材料，容易在透鏡表面上附加衍射柵，可通過附加衍射柵使色象差更小。(實施方式4)圖4是構成本發明的光碟用光學系統的實施方式4的光碟用光學系統和光學頭裝置的構成圖。
在圖4中，從半導體雷射模塊61射出的發散光束62由準直透鏡63變換為大致平行光束64。平行光束64由彎曲(上升)鏡65改變光路的方向，順序透過構成物鏡66的第1透鏡67、第2透鏡68、第3透鏡69，通過光碟70的基板在信息記錄面71上聚光。由於信息記錄面71上形成的反射率不同的信號，聚光點的反射光強度被調製。由信息記錄面71反射的雷射光，沿著原先的光路返回半導體模塊61。這裡，半導體模決61具有光源、受光元件、分離去路光和迴路光的光束分離光學系統統。此外，物鏡66是實施方式1中說明的物鏡，第1透鏡67、第2透鏡68、第3透鏡69由透鏡鏡筒72固定、使鏡筒72移動的調節器73不僅沿跟蹤(tracking)方向和焦點方向驅動鏡筒72，將物鏡66調節到最佳位置，而且還根據光碟70表面的傾斜，沿相對於光軸傾斜的方向驅動鏡筒72。
如果光碟70翹曲或傾斜則產生3次彗星象差。此時，搭載有物鏡66的鏡筒72的調節器73，根據光碟70的傾斜量或由此產生的3次彗星象差，來傾斜物鏡66。由此，能校正3次彗星象差。光碟70的傾斜量或由此產生的3次彗星象差的檢測方法和傾斜物鏡66的調節器73的具體構成沒有特別的限定，可以採用公知的構成。
傾斜物鏡66的調節器73的具體構成可以採用例如與圖6A，圖6B中所示構成相同的構成。如果如圖6A，圖6B所示，在光碟的接線方向和半徑方向分別設置一對永久磁鐵和線圈，則可將物鏡傾斜到相對於光碟的任意方向上。另外，由於光碟的傾斜導致的有害的3次彗形象差大多是由於通常接線方向的光碟傾斜而產生的，因此即使只在接線方向設置一對永久磁鐵和線圈，也可校正由於光碟的傾斜產生的大部分3次彗形象差。當然，使物鏡66傾斜的調節器73的構成不限於圖6A，圖6B所示的構成。
另外，本實施方式中使用了實施方式1中說明的3個構成的物鏡作為物鏡66，但是也可以是實施方式2中說明的3個構成的物鏡，或實施方式3中說明的2個構成的物鏡。
此外，本實施方式中使用半導體模塊作為光源，但也可以分離雷射光源、光束分離光學系統、受光元件。此外，本實施方式中物鏡的第1透鏡67、第2透鏡68和第3透鏡69通過鏡筒72被固定，但是不一定要固定。
此外，本實施方式中，對光學頭裝置用於對光碟進行直接記錄和/或再現的光碟裝置中的例子進行了說明，但也可以用於其他的例如DVD等用於記錄原盤的雷射束記錄機。
本發明的光碟機動裝置由具有上述實施方式4的光學頭裝置並可使光碟旋轉的機構、使光學頭裝置沿光碟的半徑方向移動的機構、以及驅動並控制這些機構的電路等構成。光碟機動裝置中除光學頭裝置以外的構成沒有特別限定，可採用公知的構成。
如上所述，根據本發明，在2個構成或3個構成的物鏡中，在使物鏡相對於光軸傾斜時，由於可將3次象散的產生量抑制到較小，或者，在通過傾斜物鏡來抵消光碟傾斜時產生的3次彗形象差時，由於可將3次象散的產生量抑制到較小，因此即使在記錄和/或再現時產生光碟傾斜，也能進行良好地記錄和/或再現。
以上說明的實施方式，都只是用於說明本發明的技術內容，而不應解釋為本發明僅限於這樣的具體例，可在本發明的精神和權利要求書中記載的範圍內，進行各種修改實施，應廣義地解釋本發明。
權利要求
1.一種光碟用光學系統，用於對光碟進行信息的記錄和/或再現，特徵在於，具有光源、將來自所述光源的光束變換為平行光的準直光學系統、和將所述平行光聚光到所述光碟的信息記錄面上的物鏡，所述物鏡的數值孔徑(NA)為0.82以上，所述物鏡由2個或3個透鏡構成，所述物鏡相對於光軸傾斜0.7度時發生的3次象散為10mλ以下。
2.根據權利要求1所述的光碟用光學系統，其特徵在於，所述光碟在所述信息記錄面的所述物鏡一側的面上具有厚度約為0.1mm的透明基板，通過使所述物鏡傾斜來校正所述光碟傾斜0.7度時產生的3次彗形象差時產生的3次象散為10mλ以下。
3.一種光碟用光學系統，用於對光碟進行信息的記錄和/或再現，其特徵在於，具有光源、將來自所述光源的光束變換為平行光的準直光學系統、和將所述平行光聚光到所述光碟的信息記錄面上的物鏡，所述物鏡的數值孔徑NA為0.82以上，所述物鏡由2個或3個透鏡構成，所述光碟在所述信息記錄面的所述物鏡一側的面上具有厚度約為0.1mm的透明基板，通過使所述物鏡傾斜來校正所述光碟傾斜0.7度時產生的3次彗形象差時產生的3次象散為10mλ以下。
4.根據權利要求1或3所述的光碟用光學系統，其特徵在於，使所述光束通過厚度約為0.1mm的透明基板聚光時的3次球面象差為70mλ以下。
5.根據權利要求1或3所述的光碟用光學系統，其特徵在於，所述光源的波長中的所述物鏡的色象差為0.1μm/nm以下。
6.根據權利要求1或3所述的光碟用光學系統，其特徵在於，所述物鏡由3個透鏡構成，從光源一側開始，按照球面透鏡第1透鏡、球面透鏡第2透鏡、和非球面透鏡第3透鏡的順序排列而構成，所述第1透鏡和第2透鏡粘合在一起構成粘合透鏡。
7.根據權利要求6所述的光碟用光學系統，其特徵在於，所述第3透鏡的光碟一側的面為平面。
8.根據權利要求6所述的光碟用光學系統，其特徵在於，所述第1透鏡的光源一側的面和光碟一側的面都是同一曲率半徑。
9.根據權利要求6所述的光碟用光學系統，其特徵在於，所述第3透鏡的光源一側的面為非球面。
10.根據權利要求6所述的光碟用光學系統，其特徵在於，所述第1透鏡的光源一側的面和光碟一側的面都是同一曲率半徑，假設該曲率半徑為R，所述第3透鏡的厚度為d，所述物鏡的焦距為f時，滿足以下的關係-20＜53d+16R-69f＜20。
11.根據權利要求1或3所述的光碟用光學系統，其特徵在於，所述物鏡由3個透鏡構成，從光源一側開始，按照球面透鏡第1透鏡、球面透鏡第2透鏡、和非球面透鏡第3透鏡的順序排列而構成，所述第1透鏡和第2透鏡粘合在一起構成粘合透鏡，所述第1透鏡折射率為1.54以下，曲率半徑為3.3mm以下，光源一側的面和光碟一側的面具有同一曲率半徑，所述第2透鏡折射率為1.7以上，所述第3透鏡折射率為1.68以上，厚度為1.85mm以上，光源一側的面為非球面，光碟一側的面為平面。
12.根據權利要求1或3所述的光碟用光學系統，其特徵在於，所述物鏡由3個透鏡構成，從光源一側開始，按照球面透鏡第1透鏡、球面透鏡第2透鏡、和非球面透鏡第3透鏡的順序排列而構成，所述第1透鏡和所述第2透鏡粘合構成粘合透鏡，所述第1透鏡折射率為1.54以下，曲率半徑為3.1mm以下，光源一側的面和光碟一側的面具有同一曲率半徑，所述第2透鏡折射率為1.7以上，所述第3透鏡折射率為1.75以上，厚度為1.85mm以上，光源一側的面為非球面，光碟一側的面為平面。
13.根據權利要求1或3所述的光碟用光學系統，其特徵在於，所述物鏡由3個透鏡構成，從光源一側開始，按照球面透鏡第1透鏡、球面透鏡第2透鏡、和非球面透鏡第3透鏡的順序排列而構成，所述第1透鏡和所述第2透鏡粘合構成粘合透鏡，所述第1透鏡折射率為1.5以下，曲率半徑為2.6mm以下，光源一側的面和光碟一側的面具有同一曲率半徑，所述第2透鏡折射率為1.74以上，光碟一側的面的曲率半徑為2.6mm以上，所述第3透鏡折射率為1.77以上，厚度為1.45mm以上，光源一側的面為非球面，其中心曲率半徑為0.9mm以上1.4mm以下，光碟一側的面為平面。
14.根據權利要求1或3所述的光碟用光學系統，其特徵在於，所述物鏡由3個透鏡構成，從光源一側開始，按照球面透鏡第1透鏡、球面透鏡第2透鏡、和非球面透鏡第3透鏡的順序排列而構成，所述第1透鏡和所述第2透鏡粘合構成粘合透鏡，所述第1透鏡折射率為1.4以上1.5以下，曲率半徑為2.3mm以上2.6mm以下，光源一側的面和光碟一側的面具有同一曲率半徑，所述第2透鏡折射率為1.74以上1.85以下，光碟一側的面的曲率半徑為2.6mm以上，所述第3透鏡折射率為1.77以上1.85以下，厚度為1.45mm以上1.8mm以下，光源一側的面為非球面，其中心曲率半徑為0.9mm以上1.4mm以下，光碟一側的面為平面。
15.根據權利要求1或3所述的光碟用光學系統，其特徵在於，所述物鏡由2個透鏡構成，從光源一側開始，按照光源一側為凸的半月形狀的第1透鏡、和光碟一側為平面、光源一側為凸的平凸形狀的第2透鏡的順序排列而構成，所述第1透鏡和所述第2透鏡都由樹脂形成。
16.根據權利要求1或3所述的光碟用光學系統，其特徵在於，在構成所述物鏡的透鏡中的至少一個透鏡的至少一個面上形成衍射柵。
17.根據權利要求2或3所述的光碟用光學系統，其特徵在於，通過傾斜所述物鏡來校正光碟傾斜0.7度時發生的3次彗形象差時的產生的3次象散為5.0mλ以下。
18.一種光碟用光學頭裝置，用於對光碟進行信息的記錄和/或再現，其特徵在於，具有權利要求1或3所述的光碟用光學系統；和使所述物鏡相對於光軸傾斜以便校正由於所述光碟的傾斜產生的3次彗形象差的機構。
19.根據權利要求18所述的光碟用光學頭裝置，其特徵在於，還具有分離用所述光碟的信息記錄面調製的光束的光束分離光學系統、和受光用所述光碟的信息記錄面調製的光束的受光元件。
20.一種光碟機動裝置，用於對光碟進行信息的記錄和/或再現，其特徵在於，具有權利要求18所述的光碟用光學頭裝置。
全文摘要
具有光源(61)、將來自光源的光束變換為平行光的準直光學系統(63)、將平行光聚光到光碟信息記錄面(71)上的物鏡的光碟用光學系統。物鏡由2個或3個透鏡構成，數值孔徑(NA)為0.82以上，使高密度記錄成為可能。而且，由於物鏡相對於光軸傾斜0.7度時發生的3次象散小到10mλ以下，因此可抑制通過傾斜物鏡來校正由於光碟翹曲等而傾斜時發生的3次彗形象差時的剩餘象差量。其結果，即使光碟產生傾斜也能進行良好的記錄和/或再現。
文檔編號G11B7/135GK1393014SQ01802886
公開日2003年1月22日 申請日期2001年9月25日 優先權日2000年9月26日
發明者笹埜智彥, 田中康弘, 山形道弘 申請人:松下電器產業株式會社