CN1606709A - 光学头用物镜和使用该物镜的光学头 - Google Patents

Abstract

本发明是一种光学头用物镜，由从光源侧依次配置的由正折射能力的非球面构成的第一面S₁和由负折射能力的非球面构成的第二面S₂形成的弯月型结构的单透镜构成，具有0.8以上的数值孔径(NA)。第一和第二非球面的非球面形状Z_i由以下式表示。其中h为从光轴的高度。

+A_ih⁴+B_ih⁶+C_ih⁸+D_ih¹⁰+E_ih¹²+F_ih¹⁴+G_ih¹⁶+H_ih¹⁸+J_ih²⁰(式中，I为非球面的从光源侧开始的面序号、r为非球面的曲率半径、k为圆锥系数且k＜0、A～J为非球面系数。＝光学头用物镜还满足以下条件。(r₁/r₂)≤(2N²－N－4)/{N(2N+1)}(式中，r₁为第一面的曲率半径、r₂为第二面的曲率半径、N为玻璃材料的折射率) 。

Description

光学头用物镜和使用该物镜的光学头

技术领域

本发明涉及用于在盘状光记录介质即光盘的信号记录面上会聚照射光束即激光的光学头用物镜及使用该物镜的光学头，并且与光盘装置有关。

背景技术

作为信息的记录介质，在使记录再现用的读写头与记录介质不接触的情况下，对记录介质可进行信息的记录再现，并且以提高记录密度为目的的记录介质的光盘被人们使用。记录于此种光盘的信息，通过从作为光盘的记录再现用的读写头的光学头发射的激光照射于光盘的信号记录层，并由设置在光学头的光检测器检测从该信号记录层反射回来的激光，进行读取和再现。

作为可进行信息的记录再现的光学头，例如，有一种由激光的照射使结晶化状态和非结晶化状态重复的相变化型记录层。对此种光盘的信息记录，通过将根据要记录的信息信号调制的激光照射于信号记录层来进行。

作为采用可进行信息的记录再现的相变化型记录层的光盘，例如有DVD(即Digital Video Disc或Digital Versatile Disc)。与被广泛使用的CD光盘相比，DVD极大地提高了记录密度。CD的记录纹道的纹道间距为1.6μm，而DVD的记录纹道的纹道间距为0.74μm，可实现高记录密度化。

对于可写入高记录密度的信息的光盘，为了通过照射激光来进行信息的记录，必须在光盘的信号记录层上形成更小的光点。而激光光点的直径与激光的设计波长成正比例，与会聚激光的物镜的数值孔径(NA)成反比例，因此，为了实现光盘的高记录密度化，必须采用数值孔径大的物镜，并选用短波长的激光。

为了进一步提高光盘的记录密度，用于信息的记录再现的激光波长为405nm，不用超分辨率时物镜的数值孔径(NA)为0.85，用超分辨率的场合，有人提出采用数值孔径约1.5的所谓Solid ImmersionLens(固体浸没透镜)(以下，简称为SIL)的光学头。

为了实现光盘的高记录密度化，作为使物镜的数值孔径变大的方法，迄今已有人提出采用SIL等双透镜组合结构的物镜。SIL是利用在具有1以上数值孔径(NA)的物镜中的光“渗出”的透镜，从物镜的前端到激光的会聚点即光盘信号记录层的距离也就是工作距离(以下简称为WD)为数十nm。

对于不采用SIL而使数值孔径(NA)变大的物镜来说，提出的方案有如日本专利申请特开平10-104507号公报中记载的或如图1所示结构的物镜。在所述公报和图1中所示的物镜，采用与SIL同样的双透镜组合结构的物镜结构。其理由是，为了使两枚透镜之间分担光焦度，减轻在各面的折射能力负担，由于各面的曲率可以适度，也可使非球面系数变小，因此，有利于加工透镜。

式中，在图1中所示的物镜200，由于使第一透镜201和第二透镜202在光轴P方向排列、各透镜201和202分散折射率，因此，主点将进入物镜200的内侧，到光盘105的信号记录面210a的WD变短。再有，图1中所示的物镜200的WD为0.15mm。

如图1中所示结构的物镜200，其数值孔径(NA)能够设得较大，但由于WD小，因此，当装入光学头对光盘进行记录再现时，物镜与光盘产生冲突。也就是说，旋转操作时光盘的端面摆动，以及对会聚到光盘的激光进行焦距控制时物镜在光轴方向上的位置变动等，使物镜与光盘之间的冲突不可避免。

图1中所示的物镜，由于激光束刚从物镜出射时直径非常小，因此，纵然很小的灰尘等附着在物镜的激光出射面上或是光盘的激光入射面上，也会造成不能以足够的光量使激光准确会聚到信号记录层。

这样由两枚透镜组合的物镜，要求其前透镜与后透镜之间的距离维持高精度、组装时不可以发生偏心和倾斜等，因此，使得制造和组装非常困难。在图1所示的物镜200中，要求第一透镜201与第二透镜202之间的距离误差控制在5μm以内，两个透镜201、202之间的倾斜度控制在1mrad以下。

为了解决此种双透镜组合型物镜所存在的问题，有人提出用单透镜结构的物镜作为光学头用的物镜，可以使WD变大、且不必组合多个透镜。

而以外人们提出或采用的单透镜结构的物镜，如增大数值孔径(NA)，则由于激光入射侧的面即第一面的深度(弛垂度)相对基本曲率增大，因此，使用成形用金属模的加工将变得困难。

发明内容

本发明是鉴于如上所述的以往的实际情况而提出，其目的在于，提供一种有用的新型物镜，该物镜用于对通过使记录纹道的纹道间距变小来提高记录密度的光记录介质进行记录信息，以及使记录于光记录介质的信息再现的光学头，更具体地说提供一种能达到衍射界限地会聚激光的光学头用物镜。

另外，本发明以提供使用能达到衍射界限地会聚激光的物镜的光学头以及使用该光学头的光盘装置作为目的。

更进一步地，本发明以提供使用成形用金属模加工、并可容易制造的光学头用物镜作为目的。

为了达成如上所述的目的而提出的本发明，是一种由从光源侧依次配置的由正折射能力的非球面构成的第一面和由负折射能力的非球面构成的第二面形成的弯月型结构的单透镜构成，同时具有0.8以上的数值孔径(NA)的光学头用物镜，其第一和第二非球面的非球面形状Z_i由以下式表示，其中h为从光轴开始的高度：

$Z_i=\frac{{r_i}^{-1}{h}^2}{1+\sqrt{1-(1+k_i){r_i}^{-2}{h}^2}}+$

$A_i{h}^4+B_i{h}^6+C_i{h}^8+D_i{h}^{10}+E_i{h}^{12}+F_i{h}^{14}+G_i{h}^{16}+H_i{h}^{18}+J_i{h}^{20}$

(式中，i表示从光源侧开始数的非球面的面序号、r表示非球面的曲率半径、k表示圆锥系数且k＜0、A～J表示非球面系数)，

而且，满足以下条件：

(r₁/r₂)≤(2N²-N-4)/{N(2N+1)}

(式中，r₁表示第一面的曲率半径、r₂表示第二面的曲率半径、N表示玻璃材料的折射率)。

另外，本发明的光学头用物镜，还满足以下条件：

r₁＜f·NA

(式中，r₁表示第一面的曲率半径、f表示焦距、NA表示数值孔径)。

并且，本发明是一种由从光源侧依次通过由具正折射能力的非球面构成的第一面和由负折射能力的非球面构成的第二面形成的弯月型结构的单透镜构成，同时具有0.8以上的数值孔径(NA)的光学头用物镜，其第一和第二非球面的非球面形状Z_i由以下式表示，其中h为从光轴开始的高度：

$Z_i=\frac{{r_i}^{-1}{h}^2}{1+\sqrt{1-(1+k_i){r_i}^{-2}{h}^2}}+$

$A_i{h}^4+B_i{h}^6+C_i{h}^8+D_i{h}^{10}+E_i{h}^{12}+F_i{h}^{14}+G_i{h}^{16}+H_i{h}^{18}+J_i{h}^{20}$

(式中，i表示从光源侧开始数的非球面的面序号、r表示非球面的曲率半径、k表示圆锥系数且k＜0、A～J表示非球面系数)，

而且，满足以下条件：

r₁＜f·NA

(式中，r₁表示第一面的曲率半径、f表示焦距、NA表示数值孔径)。

本发明的光学头用物镜，是由折射率为1.7以上的玻璃材料形成。

本发明的光学头中设有：发射激光的光源，光束分离器，使激光会聚到盘状光记录介质的信号记录面的物镜，以及接受从所述盘状光记录介质的信号记录面反射回来的激光的感光元件。该光学头的物镜是由从光源侧依次通过由正折射能力的非球面构成的第一面和由负折射能力的非球面构成的第二面形成的弯月型结构的单透镜构成，具有0.8以上的数值孔径(NA)，第一和第二非球面的非球面形状Z_i由以下式表示，其中h为从光轴开始的高度：

$Z_i=\frac{{r_i}^{-1}{h}^2}{1+\sqrt{1-(1+k_i){r_i}^{-2}{h}^2}}+$

$A_i{h}^4+B_i{h}^6+C_i{h}^8+D_i{h}^{10}+E_i{h}^{12}+F_i{h}^{14}+G_i{h}^{16}+H_i{h}^{18}+J_i{h}^{20}$

(式中，i表示从光源侧开始数的非球面的面序号、r表示非球面的曲率半径、k表示圆锥系数且k＜0、A～J表示非球面系数)，

而且，该物镜满足以下条件形成：

(r₁/r₂)≤(2N²-N-4)/{N(2N+1)}

(式中，r₁表示第一面的曲率半径、r₂表示第二面的曲率半径、N表示玻璃材料的折射率)。

此处，物镜还满足以下条件：

r₁＜f·NA

(式中，r₁表示第一面的曲率半径、f表示焦距、NA表示数值孔径)。

并且，本发明的光学头中设有：发射激光的光源，光束分离器，使激光会聚到盘状光记录介质的信号记录面的物镜，以及接受从所述盘状光记录介质的信号记录面反射回来的激光的感光元件。该光学头采用的物镜由从光源侧依次配置的由正折射能力的非球面构成的第一面和由负折射能力的非球面构成的第二面形成的弯月型结构的单透镜构成，同时具有0.8以上的数值孔径(NA)，第一和第二非球面的非球面形状Z_i由下式表示，其中h为从光轴开始的高度：

$Z_i=\frac{{r_i}^{-1}{h}^2}{1+\sqrt{1-(1+k_i){r_i}^{-2}{h}^2}}+$

$A_i{h}^4+B_i{h}^6+C_i{h}^8+D_i{h}^{10}+E_i{h}^{12}+F_i{h}^{14}+G_i{h}^{16}+H_i{h}^{18}+J_i{h}^{20}$

(式中，i表示从光源侧开始数的非球面的面序号、r表示非球面的曲率半径、k表示圆锥系数且k＜0、A～J表示非球面系数)，

而且，该物镜满足以下条件：

r₁＜f·NA

(式中，r₁表示第一面的曲率半径、f表示焦距、NA表示数值孔径)。

本发明的光盘装置中设有：使盘状光记录介质旋转驱动的旋转驱动机构，以及在由所述旋转驱动机构旋转的盘状光记录介质的半径方向上移动并通过从光源发射的激光扫描所述盘状光记录介质的信号记录区域进行信息记录或再现的光学头；采用上述的光学头中的任意一种作为该装置的光学头。

以下，参照附图并通过实施例的说明，进一步明确说明本发明的其他目的及本发明的具体优点。

附图的简要说明

图1是表示传统物镜的透镜结构的纵向截面图。

图2是概略表示本发明适用的光盘装置外观的透视图。

图3是表示光盘装置内部结构的分解透视图。

图4是表示本发明的光学头的侧视图。

图5是表示本发明的物镜的纵向截面图。

图6是表示球面像差与玻璃材料的折射率之间关系的曲线图。

图7是表示物镜的第一面和第二面的曲率半径与玻璃材料的折射率之间的关系的曲线图。

图8是表示物镜的第一面与第二面之间的曲率半径比与玻璃材料的折射率之间的关系曲线图。

图9是概略表示物镜的光学有效半径外的面形状的一个示例的放大横截面图。

图10A是表示本发明的实施例1的物镜的球面像差的图、图10B是表示像散像差的图、图10C是表示畸变像差的图。

图11A是表示本发明的实施例2的物镜的球面像差的图、图11B是表示像散像差的图、图11C是表示畸变像差的图。

本发明的最佳实施例

以下，参照附图就本发明的光学头用物镜、使用该物镜的光学头和光盘装置进行说明。

以下所示的本发明实施例适用于这样的光盘装置，该光盘装置对具有比设置在作为盘状光记录介质的CD(Compact Disc)上的记录纹道的纹道间距还窄的大约0.6μm纹道间距的盘状光记录介质，例如DVD(Digital Video Disc/Digital Versatile Disc)等通过使记录纹道的纹道间距变窄提高了信息记录密度的盘状光记录介质进行信息的记录，并再现记录于该记录介质的信息。

首先，就本发明的使用光学头的光盘装置进行说明，该光学头使用本发明的物镜。

本发明所适用的光盘装置1，是通过提高转速使读出已记录的记录信号和写入信息信号达到高速化的装置，是使用纹道间距达到非常小而提高了记录容量的、例如DVD(Digital Video/Versatile Disc)等的光记录介质的装置，可作为个人电脑等信息处理装置的外部存储装置使用。

如图2和图3所示，光盘驱动装置1设有：配置各种机构的机械框架2，在机械框架2的上方、左右和前后通过螺丝固定等适当方法固定的上盖3和前面板4覆盖。

上盖3由顶部3a和从该顶部3a的两侧边分别垂直设置的侧部3b、3b和图中未示的后部一体形成。面板4上形成有横向的长开口4a，开闭该开口4a的门5以其上端部作为支点在面板4上自由转动地设置。面板4上设有进行各种操作的多个操作按钮6。

机械框架2上，设有配置各种机构的机构配置面板7a和从该机构配置面板7a的两侧边竖立设置的侧板7b、7b，在该机构配置面板7a的前端部设有包括凸轮板和各种齿轮的装载机构8。

如图3所示，机械框架2中设有可在图3中的箭头A₁方向和箭头A₂方向的前后方向上移动的光盘托架9。光盘托架9上形成有前后方向上长的插入通孔9a和承载盘状光记录介质(以下简称为光盘)100的光盘承载凹部9b。在光盘承载凹部9b承载光盘100时，光盘托架9由装载机构8移动，从面板4的开口4a突出装置本体的外部，在对光盘100进行信息的记录或再现时，以光盘承载凹部9b承载光盘100的状态进入装置本体的内部。

在机械框架2的机构配置面板7a上，如图3所示，移动框架10以其后端部为转动支点以可自由转动的状态被支承。

在移动框架10中，设有旋转光盘100的马达组件11。该马达组件11包括光盘转台11a和驱动马达11b。在移动框架10上，光学头12以通过导引轴和导螺杆(图中未示出)支承，可在装于光盘转台11a上的光盘100的半径方向上移动。

移动框架10上，设有使导螺杆旋转的进给马达13。因此，由进给马达13旋转导螺杆时，光学头12在基于其旋转方向的方向上被导引轴引导并移动。

本发明的光盘驱动装置1中，光盘100以被光盘托架9的光盘凹部9b承载的状态进入装置的内部，由适当的方式保持在光盘转台11a上，并通过马达组件11的驱动马达11b的驱动与光盘转台11a一起旋转，这时，光学头12一边在光盘100的半径方向上移动，一边对光盘100进行信息的记录或再现。

接着，就对光盘100进行信息的记录或再现的光学头12的结构进行说明。

如图4所示，光学头12在光盘100的半径方向移动自如地被支承，例如，固定在外壳16上的图中未示出的二轴致动器上。在外壳16内，设置产生激光的激光发光元件17和使从该激光发光元件17发射的激光18变成平行光束的准直透镜19等，而且，在图中未示出的二轴致动器上还设置把激光18会聚到光盘100记录层的应用本发明的物镜20。

光盘100，是其规格与具有约0.3μm的窄纹道间距的薄基片的高密度记录对应的光盘，光学头12是适用于对此类光盘100进行信息记录和再现的光学头。并且，激光发光元件17产生比传统的CD规格的激光波长780nm短的、约400nm至410nm波长的激光18，为减少激光噪声，将高频电流叠加在驱动电流上，使激光18的波长在较短周期内改变。

当在光盘100的记录层中进行记录时，从激光发光元件17发射出高能量的激光18。激光18由准直透镜19变成平行光束，通过物镜20会聚到光盘100的记录层上，并由相变化等形成记录信息的凹痕。

另一方面，当对已记录的信息进行读取时，以其能量比进行信息记录时低的激光18照射到光盘100的记录层，并且，从光盘100反射的激光18由光学头12内的图中未示出的包含分束器等的感光系统检测而完成。

其次，就应用本发明的物镜20进行详细的说明。

如图5所示，本发明的物镜20由从光源侧依次通过由正折射能力的非球面构成的第一面S₁和由负折射能力的非球面构成的第二面S₂形成的弯月型结构的单透镜构成。

对于DVD等通过使纹道间距变窄来提高信息的记录密度的光盘，为了照射激光来进行信息信号的记录和再现，必须在其记录面上形成比使用纹道间距大的光盘时更小的光点。

由物镜会聚的激光束的光点的直径与激光的设计波长成正比，与物镜的数值孔径(NA)成反比。因此，为了使照射于光盘的光点直径变小必须采用数值孔径大的物镜，并选用短波长的激光。

作为使物镜的数值孔径变大的方法，如上所述的，SIL所代表的双透镜组合结构的物镜被人们采用。此类物镜，具有两枚透镜组合的结构，而且非常难维持高精度的组装精度和高精度地制造，不能确保足够的工作距离(WD)。本发明的物镜，不需要多个透镜的组合工序而由单透镜构成，因此使WD变大，并且能使用成形用金属模加工。

为了满足如上所述的要求而被提出的本发明的物镜20，如图4和图5所示，是由从光源侧依次通过由正折射能力的非球面构成的第一面S₁和由负折射能力的非球面构成的第二面S₂形成的弯月型结构的单透镜构成。

还有，在以下的说明中，“r_i”表示从激光发光元件17侧开始数第i个面S_i的曲率半径。

非球面的定义，物镜20的各面S_i的弛垂量Z由以下式1表示，其中h为从光轴P₁开始的高度。再有，i表示面序号，即从光源侧开始数的第i个面，r_i表示第i面S_i的曲率半径，k表示圆锥系数，A_i至J_i表示第i面S_i的4次项至20次项的非球面系数。

$Z_i=\frac{{r_i}^{-1}{h}^2}{1+\sqrt{1-(1+k_i){r_i}^{-2}{h}^2}}+$

$A_i{h}^4+B_i{h}^6+C_i{h}^8+D_i{h}^{10}+E_i{h}^{12}+F_i{h}^{14}+G_i{h}^{16}+H_i{h}^{18}+J_i{h}^{20}\·\·\·\left(1\right)$

并且，若设r₁为第一面的曲率半径、f为焦距、NA为数值孔径，则物镜20的结构满足以下式2所示条件。

r₁＜f·NA               …(2)

另外，若设r₁为第一面的曲率半径、r₂为第二面的曲率半径、N为玻璃材料的折射率，则物镜20的结构满足以下式3所示条件。

(r₁/r₂)≤(2N²-N-4)/{N(2N+1)}    …(3)

上述的式2和式3中规定的条件，是在尽量抑制非球面系数的值的同时而又可使球面像差达到最小的条件。

也就是说，式2的条件是数值孔径(NA)设为NA＞0.8时，将轴上波前像差设于衍射界限的必要条件；而式3的条件是为了使在式1的非球面定义式中将非球面系数一直使用到光束高的20次项，使权重分散于各系数，从而使非球面系数的整个大小达到最小的条件。

本发明的物镜20，具有0.8以上的数值孔径(NA)，同时通过具有1.7以上折射率的玻璃材料形成。通过设置高的折射率，可加大物镜20的曲率半径，抑制球面像差。

图6是表示在只由球面构成的透镜中理论上发生的球面像差SA的最小值与玻璃材料的折射率之间关系的曲线图，图7和图8是表示为了使球面像差达到最小的第一面S₁的曲率半径r₁与第二面S₂的曲率半径r₂之间的关系曲线图。

从图6中可知，折射率N越大球面像差就能够越小。并且，从图7中可知，折射率N越大第一面S₁的曲率半径r₁越小。从图6和图7中可知，如折射率N＞1.7，球面像差的最小值将大体收敛，第一面S₁的曲率半径r₁也大致为定值。根据该条件，如图8所示，第二面S₂的曲率半径r₂也变成正数，物镜20将变成所谓弯月形状结构的透镜。

本发明的物镜20，由于其数值孔径(NA)大，非球面系数是从光轴开始的高度的高次幂函数，通过上述各条件第一面S₁的弛垂量将变大，在有效直径附近变成0.8mm至1.0mm。而且，在第二面S₂上，有效直径为透镜外径的1/3程度，因此，就第一面S₁和第二面S₂而言，如果不使有效直径内和有效直径外的面构成方式不相同，则不能制造用以成形该物镜20的金属模。

在本发明所适用的物镜20中，虽然由非球面形成的第一面S₁和第二面S₂是通过如上所述的条件形成，但为了可以用金属模成形，，如图9所示，以本申请人在先前申请的日本专利特开2000-249812号公报中所述的光学元件形状为基准确定光学有效直径外的面的形状。光学有效直径外的面，根据该公报所记载的条件形成，因此，可采用如上所述公报所记载的成形用金属模的加工方法，可以使用成形金属模成形。另外，关于该使用成形用金属模的加工方法，可参见日本专利申请特开2000-249812号公报所述内容，详细说明从略。

也就是，如图9所概略表示，所形成的本发明的物镜20的第一面S₁和第二面S₂包括：由箭头A所示的光学有效区域即光学有效直径内由规定的非球面r₁形成的内圆周部20a；以及与内圆周部20a连接的以箭头B所示的光学有效直径外的、比光学有效直径内的非球面曲率平滑的非球面r_1b形成的外圆周部20b。

换句话说，第一面S₁不是通过使整个的曲面以固定的非球面形式形成，而是，内圆周部20a是由非球面r₁形成，外圆周部20b是由比非球面r₁曲率还平滑的非球面r_1b形成，并使内圆周部20a和外圆周部20b平滑地连续形成。此时，内圆周部20a和外圆周部20b的边界部分最好更平滑地连接。

并且，第二面S₂也与第一面S₁同样地，不是通过使整个的曲面以固定的非球面形式形成，而是，内圆周部20a是由非球面r₂形成，外圆周部20b是由比非球面r₂曲率还平滑的非球面r_2b形成，并使内圆周部20a和外圆周部20b平滑地连续形成。此时，内圆周部20a和外圆周部20b的边界部最好更平滑地连续。

如上所述地形成物镜20的第一面S₁和第二面S₂，特别是，即使是由于数值孔径(NA)变大而使第一面S₁的弛垂量变大，当使用模成形用成形金属模成形时可防止发生不能成形部分，并在成形时容易从金属模脱模。

接着，就本发明的物镜20的具体的设计例，通过实施例1和实施例2进行说明。

相应于本发明实施例1和2的物镜20，具有如上图5中所示的结构。

实施例1和实施例2中的物镜20，均由玻璃材料形成，并使用了与LAH53(商品名)相当的材料(折射率为1.8程度)的玻璃材料。实施例1和实施例2中的物镜20的轴上波前像差的设计值是0.002λrms。

再有，本发明的物镜20装于光学头内，该光学头又装在光盘装置中，当设于对光盘100进行信息的记录再现状态时，在物镜20与激光的成像面即光盘100的信号记录层之间，光盘100的激光入射侧设置有保护层100a。设置于光盘100的保护层100a，覆盖设于光盘100的信号记录层而形成，它是为了保护信号记录层而设置的。保护层100a，是通过在形成有信号记录层的光盘100的面上涂紫外线硬化树脂，并经紫外线照射而硬化形成，或在信号记录面上粘合一层丙烯酸树脂形成。

本发明实施例1的物镜20的第一面S₁和第二面S₂的曲率和4次项至20次项的非球面系数A至J由表1给出。

              表1

	S1	S1
			r1	1.73266	34.17572
k	-1.34255	-367.1533
			A	1.9992E-02	2.4360E-04
B	9.2511E-04	-2.3770E-03
			C	-5.8671E-04	1.9795E-03
D	2.1415E-04	-7.9236E-04
			E	-4.9627E-05	1.3427E-04
F	-3.5541E-06	-8.2123E-07
			G	1.3662E-07	-1.2283E-07
H	-7.3660E-10	-3.4123E-07
			J	-1.0877E-09	-2.4693E-08

本发明实施例1的物镜20的第一面S₁和第二面S₂的曲率和4次项至20次项的非球面系数A至J由表2给出。

                表2

	S1	S1
			r1	1.46867	79.82815
k	-0.7949	6539.909
			A	1.3419E-02	9.2304E-03
B	1.1966E-03	-9.7019E-03
			C	4.2220E-05	-3.4465E-03
D	-7.6906E-05	-2.0214E-03
			E	-2.2611E-05	8.6477E-04
F	-9.0727E-06	3.1034E-03
			G	-4.0424E-06	3.5934E-03
H	-5.7415E-07	4.9101E-04
			J	5.5544E-07	-6.4353E-03

表3给出本发明的物镜20的实施例1和2的激光发光元件17的激光18的波长λ、焦距f、数值孔径(NA)、光盘100的保护层即保护层100a的厚度、工作距离WD、构成物镜20的玻璃材料折射率N以及有关所述式2和式3的各数值。

                      表3

有关本发明的物镜20的实施例1的球面像差、像散像差和畸变像差由图10A至图10C分别表示，而实施例2的球面像差、像散像差和畸变像差是由图11A至图11C分别表示。

显然，由图10A至图10C、图11A至图11C分别表示的球面像差、像散像差和畸变像差特性图可知，各像差得到了修正。其结果，本发明的物镜可使入射的激光会聚，直到衍射界限。

如上所述，本发明的数值孔径(NA)为0.8以上的物镜可由单透镜构成。本发明的物镜20，相对于设置在光盘100上的0.1mm的光盘遮盖层即保护层100a的厚度，能确保0.5mm以上的工作距离(WD)，因此，安装在光学头并装入光盘装置时，可防止物镜20与光盘100的接触。

并且，本发明的物镜20，通过使由非球面形成的第一面S₁和第二面S₂的非球面系数一直使用到光束高的20次项，使权重分散于各系数，从而使非球面系数的整体大小达到最小。

另外，由非球面形成的第一面S₁和第二面S₂，是通过光学有效直径内由规定的非球面形成的内圆周部和与内圆周部连接的、由光学有效直径外的面比光学有效直径内的非球面曲率还平滑的非球面形成的外圆周部构成，因此，即使是在弛垂量变大时，也容易用成形金属模进行成形加工。

再有，本发明不由上述的实施例特定，在不改变本发明的要旨的范围内可以做适当的变更。

工业上的利用可能性

如上所述，本发明的物镜、使用单透镜确保高数值孔径(NA)，并使从光源发射的会聚到光记录介质上的激光，一直会聚到衍射界限。使用该物镜的光学头和光盘装置，能以良好的记录再现特性在通过使记录纹道的纹道间距变窄来提高记录密度的光记录介质上记录或再现信息。

Claims (11)

1.一种光学头用物镜，由从光源侧依次配置的由正折射能力的非球面构成的第一面和由负折射能力的非球面构成的第二面形成的弯月型结构的单透镜构成，具有0.8以上的数值孔径(NA)；其特征在于：

所述第一和第二非球面的非球面形状Z_i由下式表示，其中h为从光轴开始的高度：

$Z_i=\frac{{r_i}^{-1}{h}^2}{1+\sqrt{1-(1+k_i){r_i}^{-2}{h}^2}}+$

$A_i{h}^4+B_i{h}^6+C_i{h}^8+D_i{h}^{10}+E_i{h}^{12}+F_i{h}^{14}+G_i{h}^{16}+H_i{h}^{18}+J_i{h}^{20}$

(式中，i表示非球面的从光源侧开始的面序号、r表示非球面的曲率半径、k表示圆锥系数且k＜0、A～J表示非球面系数)，

而且，所述光学头用物镜是满足以下条件而形成的物镜：(r₁/r₂)≤(2N²-N-4)/{N(2N+1)}

(式中，r₁表示第一面的曲率半径、r₂表示第二面的曲率半径、N表示玻璃材料的折射率)。

2.如权利要求1所述的光学头用物镜，其特征在于所述物镜还满足以下条件：

r₁＜f·NA

(式中，r₁表示第一面的曲率半径、f表示焦距、NA表示数值孔径)。

3.如权利要求1所述的光学头用物镜，其特征在于所述玻璃材料的折射率为1.7以上。

4.一种光学头用物镜，由从光源侧依次配置的由正折射能力的非球面构成的第一面和由负折射能力的非球面构成的第二面形成的弯月型结构的单透镜构成，具有0.8以上的数值孔径(NA)；其特征在于：

所述第一和第二非球面的非球面形状Z_i由下式表示，其中h为从光轴开始的高度：

$Z_i=\frac{{r_i}^{-1}{h}^2}{1+\sqrt{1-(1+k_i){r_i}^{-2}{h}^2}}+$

$A_i{h}^4+B_i{h}^6+C_i{h}^8+D_i{h}^{10}+E_i{h}^{12}+F_i{h}^{14}+G_i{h}^{16}+H_i{h}^{18}+J_i{h}^{20}$

(式中，i表示非球面的从光源侧开始的面序号、r表示非球面的曲率半径、k表示圆锥系数且k＜0、A～J表示非球面系数)，

而且，所述光学头用物镜是满足以下条件而形成的物镜：

r₁＜f·NA

(式中，r₁表示第一面的曲率半径、f表示焦距、NA表示数值孔径)。

5.如权利要求4所述的光学头用物镜，其特征在于所述玻璃材料的折射率为1.7以上。

6.一种光学头，其中设有发射激光的光源、分束器、使激光会聚到盘状光记录介质的信号记录面的物镜和接受从所述盘状光记录介质的信号记录面反射回来的激光的感光元件；其特征在于：

所述物镜由从光源侧依次配置的由正折射能力的非球面构成的第一面和由负折射能力的非球面构成的第二面形成的弯月型结构的单透镜构成，具有0.8以上的数值孔径(NA)，所述第一和第二非球面的非球面形状Z_i由下式表示，其中h为从光轴开始的高度：

$Z_i=\frac{{r_i}^{-1}{h}^2}{1+\sqrt{1-(1+k_i){r_i}^{-2}{h}^2}}+$

$A_i{h}^4+B_i{h}^6+C_i{h}^8+D_i{h}^{10}+E_i{h}^{12}+F_i{h}^{14}+G_i{h}^{16}+H_i{h}^{18}+J_i{h}^{20}$

(式中，i表示非球面的从光源侧开始数的面序号、r表示非球面的曲率半径、k表示圆锥系数且k＜0、A～J表示非球面系数)；

而且，所述光学头是满足以下条件而形成的光学头：(r₁/r₂)≤(2N²-N-4)/{N(2N+1)}

(式中，r₁表示第一面的曲率半径、r₂表示第二面的曲率半径、N表示玻璃材料的折射率)。

7.如权利要求6所述的光学头，其特征在于所述物镜还满足以下条件：

r₁＜f·NA

(式中，r₁表示第一面的曲率半径、f表示焦距、NA表示数值孔径)。

8.一种光学头，其中设有发射激光的光源、分束器、使激光会聚到盘状光记录介质的信号记录面的物镜和接受从所述盘状光记录介质的信号记录面反射回来的激光的感光元件；其特征在于：

所述物镜由从光源侧依次设置的由正折射能力的非球面构成的第一面和由负折射能力的非球面构成的第二面形成的弯月型结构的单透镜构成，具有0.8以上的数值孔径(NA)，所述第一和第二非球面的非球面形状Z_i由下式表示，其中h为从光轴开始的高度：

$Z_i=\frac{{r_i}^{-1}{h}^2}{1+\sqrt{1-(1+k_i){r_i}^{-2}{h}^2}}+$

$A_i{h}^4+B_i{h}^6+C_i{h}^8+D_i{h}^{10}+E_i{h}^{12}+F_i{h}^{14}+G_i{h}^{16}+H_i{h}^{18}+J_i{h}^{20}$

(式中，i表示非球面的从光源侧开始的面序号、r表示非球面的曲率半径、k表示圆锥系数且k＜0、A～J表示非球面系数)，

而且，所述光学头是满足以下条件而形成的光学头：

r₁＜f·NA

(式中，r₁表示第一面的曲率半径、f表示焦距、NA表示数值孔径)。

9.一种光盘装置，其中设有使盘状光记录介质旋转驱动的旋转驱动机构，以及在由所述旋转驱动机构旋转的盘状光记录介质的半径方向上移动，并通过用从光源发射的激光扫描所述盘状光记录介质的信号记录区域进行信息的记录或再现的光学头；其特征在于：

所述光学头中，设有发射所述激光的光源、分束器、使激光会聚到盘状光记录介质的信号记录面的物镜和接受从所述盘状光记录介质的信号记录面反射回来的激光的感光元件；

所述物镜由从光源侧依次配置的由正折射能力的非球面构成的第一面和由负折射能力的非球面构成的第二面形成的弯月型结构的单透镜构成，具有0.8以上的数值孔径(NA)，所述第一和第二非球面的非球面形状Z_i由下式表示，其中h为从光轴开始的高度：

$Z_i=\frac{{r_i}^{-1}{h}^2}{1+\sqrt{1-(1+k_i){r_i}^{-2}{h}^2}}+$

$A_i{h}^4+B_i{h}^6+C_i{h}^8+D_i{h}^{10}+E_i{h}^{12}+F_i{h}^{14}+G_i{h}^{16}+H_i{h}^{18}+J_i{h}^{20}$

(式中，i表示非球面的从光源侧开始的面序号、r表示非球面的曲率半径、k表示圆锥系数且k＜0、A～J表示非球面系数)，

而且，所述光盘装置满足以下条件而形成：

(r₁/r₂)≤(2 N²-N-4)/{N(2 N+1)}

(式中，r₁表示第一面的曲率半径、r₂表示第二面的曲率半径、N表示玻璃材料的折射率)。

10.如权利要求9所述的光盘装置，其特征在于所述物镜还满足以下条件：

r₁＜f·NA

(式中，r₁表示第一面的曲率半径、f表示焦距、NA表示数值孔径)。

11.一种光盘装置，其中设有驱动盘状光记录介质旋转的旋转驱动机构；以及在由所述旋转驱动机构旋转的盘状光记录介质的半径方向上移动，并通过用从光源发射的激光扫描所述盘状光记录介质的信号记录区域进行信息的记录或再现的光学头；其特征在于：

所述光学头中，设有发射所述激光的光源、分束器、使激光会聚到盘状光记录介质的信号记录面的物镜和接受从所述盘状光记录介质的信号记录面反射回来的激光的感光元件；

所述物镜是由从光源侧依次设置的由正折射能力的非球面构成的第一面和由负折射能力的非球面构成的第二面形成的弯月型结构的单透镜构成，具有0.8以上的数值孔径(NA)，所述第一和第二非球面的非球面形状Z_i由下式表示，其中h为从光轴开始的高度：

$Z_i=\frac{{r_i}^{-1}{h}^2}{1+\sqrt{1-(1+k_i){r_i}^{-2}{h}^2}}+$

$A_i{h}^4+B_i{h}^6+C_i{h}^8+D_i{h}^{10}+E_i{h}^{12}+F_i{h}^{14}+G_i{h}^{16}+H_i{h}^{18}+J_i{h}^{20}$

(式中，i表示非球面的从光源侧开始的面序号、r表示非球面的曲率半径、k表示圆锥系数且k＜0、A～J表示非球面系数)，

而且，所述光盘装置是满足以下条件的光盘装置：

r₁＜f·NA

(式中，r₁表示第一面的曲率半径、f表示焦距、NA表示数值孔径)。

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