专利名称：能修正色差的物镜装置及其光学拾取器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种物镜装置，它具有大的数值孔径，更具体地，涉及一种在具有大的数值孔径以实现高密度的光会聚的同时，能修正因光源发射的光的波长的变化和/或波长线宽的增加而导致的色差的物镜装置，并涉及一种采用此装置的光学拾取器(optical pickup)。
背景技术：
光学记录/再现设备的记录容量由通过物镜形成在光盘上的光斑的大小决定。光斑的尺寸(S)与波长λ成正比，而与物镜的数值孔径(NA)成反比。
因此，用于正在开发的称之为HDDVD(以下，被称作高密度光学拾取装置)的下一代DVD的光学拾取器可以采用发射兰光的光源和具有超过0.6的NA的物镜，以通过减小形成在光盘上的光斑尺寸来获得比从传统CD或DVD基光盘得到的信息记录密度更高的记录密度。
在短于650nm的波长范围内，诸如玻璃和塑料的用作物镜材料的光学材料在折射率上显示出急剧的变化，如表1所示。
表1
如同表1中所看到的，相对于1nm的小波长变化，在兰光波长范围内，例如405nm，比在用于DVD的光学拾取器的650nm波长内，光学材料在折射率上显示了大四倍的变化。
相对于兰光，光学材料中折射率上的上述急剧变化是由可记录高密度光学记录/再现设备中的失焦导致的性能恶化的主要原因之一。通过使用兰波长光源所述设备能反复记录和再现。
即，在可记录光学记录/再现设备中，使用彼此不同的用于记录的光功率和用于再现的光功率。对于兰光源，相应于光输出功率变化的波长变化例如在0.5至1nm之间。通常，如果光源的输出增加，则光源发出的光波长变长。于是，在采用兰光源的高密度光学拾取器装置的情况中，色差产生，因而产生失焦，该色差因相对于参考波长而设计的物镜中在记录和再现之间的光输出转换中的波长变化导致。
例如，如可从图1至3看出的那样，相对于405nm的参考波长设计的具有0.65的NA的物镜装置相对于波长上约1nm的小变化显示了大的波前象差和失焦。图1是显示与由记录/再现过程中光输出功率的变化导致的失焦对应的在光盘上形成的光斑的强度的曲线图。图2和3分别是显示具有0.65的NA的物镜装置的相对于波长变化的波前象差(光程差OPD)和失焦的量的曲线图。
虽然由波长变化导致的失焦可以通过调节物镜装置而修正，但是，因为通过以传动装置驱动物镜装置来跟踪波长的变化耗费较长的时间，所以再现和记录信号的质量在上述过程中恶化。用于记录的输出增加的过程中的失焦导致记录用光功率的不足，而用于再现的输出减少的过程中的失焦增加抖动现象。
即，在光源的输出增加以在光盘上记录信息时，从光源发出的光的波长变长到例如406nm，于是失焦在形成在光盘上的光斑上产生。于是，直到传动装置跟踪到失焦，记录才正确进行。当光源的输出为了再现而减小时，光源的波长变短到例如405nm。在此情形中，因为传动装置处于适合于变长的波长的跟踪状态中，失焦再次产生。由于失焦，再现信号中抖动增加。
另外，当光源通过高频(HF)驱动以减小由于光从光盘上返回到光源中导致的光源的反馈噪声时，光源的波长线宽增加到例如约1nm，并且与之相应的色差使再现信号变差。
因而，可重复写入的高密度光学拾取器需要具有能限制或补偿色差产生的光学系统，即使当光源发出的光的波长根据记录和再现的输出中的变化而变化。
具有修正色差的功能的具有两个透镜的传统物镜装置已经在日本专利公开第10-123410号中提及。
参照图4，传统物镜装置包括由低色散玻璃制造的第一和第二透镜1和4，该玻璃具有超过40的色散系数(阿贝数Abbe number)以具有至少一个成形为非球面的表面，于是，对于具有635nm的波长的光，可以实现对色差的修正和大的NA。色差通过设置在碟6和用于聚光的第二透镜4之间的第一透镜1修正，且物镜装置具有超过0.7的NA。附图标记2表示用于限制光输入范围的光圈。
然而，因为传统物镜装置由两个组中的两块透镜形成并使用具有超过40的色散系数的低色散玻璃，所以色差的修正和高NA可以相对于具有635nm的波长的光实现。然而，相对于兰光则不可能实现对色差的修正和高NA。
发明内容
为了解决上述问题，本发明的一个目的是提供一种物镜装置，它能相对于兰光修正色差并实现高的数值孔径，以及一种采用此装置的光学拾取器。
因此，为了实现上述目的，提供一种包括三个透镜的物镜装置，该透镜中包含一个具有负放大倍率的且由具有在线d中为45或更小的色散系数的材料制造的透镜，其中，三个透镜的表面中至少一个为非球面的。
在本发明中，优选的是，三个透镜中至少一个具有正的放大倍率，且具有负放大倍率的透镜与具有正放大倍率的一个透镜组合成一双合透镜，于是形成两组三个透镜的结构。
在本发明中，优选的是，三个透镜从光输入的一侧开始依次是具有正放大倍率的第一透镜、具有负放大倍率的第二透镜和具有正放大倍率的第三透镜。
在本发明中，优选的是，假设具有负放大倍率的透镜的焦距为fn且物镜装置的总焦距为f，则物镜装置满足等式-2.4<fnf<-1.4]]>为了实现上述目的，提供一种光学拾取器，它包括用于产生和发射光的光源、用于将光源发射的光会聚成记录媒质上形成的光斑的物镜装置、设置在光源和物镜装置之间的光路上用于改变入射光的行进路径的光路改变器、以及接收被记录媒质反射并经由物镜装置和光路改变器而输入到其上的光的光电检测器，其中物镜装置包括三个透镜，这三个透镜包括一个具有负放大倍率且由具有在线d中为45或更小的色散系数的材料制造的透镜，且三个透镜的表面中至少一个为非球面。
在本发明中，优选的是，光源反射具有大致在400-420nm之间的波长的光，并且物镜装置具有0.7或更大的数值孔径。
通过结合附图的对优选实施例的详细描述，本发明的上述目的和优点将变得更明显，其中图1是显示与记录和再现之间光输出功率的变化导致的失焦相应的在记录媒质上形成的光斑的强度的曲线；图2和3分别是显示与波长变化相应的具有0.65的NA的物镜装置的波前象差和失焦量的曲线图；图4是显示传统物镜装置的例子的图；图5是示意性显示根据本发明一实施例的物镜装置的图；图6是示意性显示采用根据本发明优选实施例的物镜装置的光学拾取器的图；图7是显示根据表2所示的本发明第一光学设计的物镜装置的结构的图；图8是显示根据表2的光学数据设计的本发明的物镜装置的象差的图；图9是显示根据表3所示的本发明第二光学设计的物镜装置的结构的图；图10是显示根据表3的光学数据设计的本发明的物镜装置的象差的图；图11是显示根据表4所示的本发明第三光学设计的物镜装置的结构的图；图12是显示根据表4的光学数据设计的本发明的物镜装置的象差的图；图13是显示根据表5所示的本发明第四光学设计的物镜装置的结构的图；以及图14是显示根据表5的光学数据设计的本发明的物镜装置的象差的图；具体实施方式
参照图5，根据本发明的物镜装置10由从输入光的一侧开始的第一至第三透镜11、13和15构成。第一至第三透镜11、13和15中的至少一个由具有在线d上为45或更小的色散系数的玻璃或塑料材料制造，并具有负的放大倍率，所述色散系数优选地为35或更小。第一至第三透镜11、13和15的表面中的至少一个，例如光入射到其上的第三透镜15的表面15a，由非球面表面形成。
另外，例如，假设具有负放大倍率的第二透镜13的焦距为fn，且物镜装置10的总焦距为f，则物镜装置10满足以下等式1。 在图5中本发明的物镜装置10由两个单元三个透镜组成，其中，第二透镜1具有负的放大倍率，而第一和第三透镜11和15具有正的放大倍率，同时第一透镜11和第二透镜13组合而形成双合透镜结构。此处，附图标记30表示例如下一代DVD系列的记录媒质。
根据本发明的具有上述结构的物镜装置10可以实现0.7或更大的大数值孔径，并能修正兰光波长范围内的色差，这可从后面将要描述的实际光学设计的例子看出。
图6显示采用根据本发明优选实施例的物镜装置的光学拾取器。
参照图示，根据本发明优选实施例的光学拾取器包括光源51、用于改变入射光行进路径的光路改变器、用于在记录媒质30上通过聚焦光源51发射的光而形成光斑的本发明的物镜装置10、以及用于接收被记录媒质30反射并穿过光路改变器的光的光电检测器73。
发射具有约400nm至420nm波长的光的兰光半导体激光器用于光源51，该波长优选地约450nm。作为半导体激光器，有一种边发射激光器(edgeemitting laser)和一种垂直谐振腔表面发射激光器(vertical cavity surfaceemitting laser)。
光路改变器安排在光源51和物镜装置10之间的光路上，并改变入射光的行进路径。光路改变器优选地包括用于根据极化而选择性透射或反射入射光的极化束分离器57，以及用于改变入射光的相位的1/4波片59，如图6所示。此处，以预定比率投射和反射入射光的束分离器(未示出)可以被包括作光路改变器。
具有如图5所示的结构的物镜装置10具有0.7的数值孔径，优选地为0.85，于是可以形成光斑以用于诸如下一代DVD系列的记录媒质的高密度记录媒质30的记录/再现。此处，记录媒质30优选地是下一代DVD系列的记录媒质。这种记录媒质可以有0.1mm的厚度。
光电检测器73接收从记录媒质30反射的光，并检测信息信号和误差信号。
优选地，在光源51和光路改变器之间还设置准直透镜53，准直透镜53会聚光源51发射的发散光，以使光成为平行束。如图7所示，当准直透镜53布置在光源51和光路改变器之间的光路上时，在光路改变器和光电检测器73之间进一步提供会聚透镜71。
当将边缘发射激光器用作光源51时，在准直透镜53和光路改变器之间的光路上再设置一光束成形棱镜55，于是可以以较低的输出记录信息。光束成形棱镜55将边缘发射激光器发射的椭圆光束成形为圆光束，光束成形棱镜55可以设置在光源51和准直透镜53之间。此处，当将用于发射近圆形光束的垂直空腔表面发射激光器用作光源51时，光束成形棱镜55被从图7的光学系统中去掉。
此处，附图标记73表示传感透镜。当焦点误差信号用像散方法检测时，例如，可以将像散透镜用作传感透镜73以对入射光产生像散。
因为，本发明的光学拾取器包括能相对于兰光实现大的数值孔径并修正色差的物镜装置10，所以信息可以记录在下一代DVD系列的记录媒质上并从其上再现。
于是，因为与在再现模式和记录模式的切换过程中光输出的改变相应的光源51发射的光波长的改变导致产生的色差，和当光源51被HF驱动时波长线宽的增加被物镜装置10修正，所以根据本发明的采用物镜装置10和兰光光源的光学拾取器可以相对于下一代DVD系列的记录媒质进行记录和/或再现。
此处，图6显示采用根据本发明优选实施例的物镜装置10的光学拾取器。然而，根据本发明的光学拾取器并不受限于图6的上述光学结构。
为了验证根据本发明的物镜装置10的相对于兰光的色差效果，根据本发明的物镜装置10的第一到第四光学设计实施例将在下面得以描述。在第一到第四光学设计实施例中，根据本发明的物镜装置10由具有正放大倍率的第一透镜11、具有负放大倍率的第二透镜13和具有正放大倍率的第三透镜15构成。光入射到其上的第三透镜15的表面15a形成为非球面形。参考波长为405nm，且相对于具有0.1mm厚度的记录媒质总焦距为1.765mm。另外，输入具有3.0mm入射光瞳的直径的平行光束，且数值孔径为0.70或更大。
表2和图7显示根据本发明的物镜装置10的第一光学设计实施例。图8显示具有表2的光学数据的根据本发明的物镜装置10的象差。表3和图9显示根据本发明的物镜装置10的第二光学设计实施例。图10显示具有表3的光学数据的根据本发明的物镜装置10的象差。表4和图11显示根据本发明的物镜装置10的第三光学设计实施例。图12显示具有表4的光学数据的根据本发明的物镜装置10的象差。
如表2至4所示，在根据本发明的物镜装置10的第一至第三光学设计实施例中，每个具有负放大倍率的第二透镜13均由具有27.5的色散系数的玻璃制成，且实施例的第二透镜13的焦距分别设计为-3.725mm、-3.402mm和-2.713mm。
如同从显示具有表2至4的光学数据的物镜装置10的象差的图8、10和12可以看到的那样，对于物镜装置10象差几乎没有产生，即使当光源51发射的光的波长变到超出405nm的参考波长的406nm时。
表5和图13显示根据本发明的物镜装置10的第四光学设计实施例。图14显示具有表5的光学数据的根据本发明的物镜装置10的色差。
如表5所示，在根据本发明的物镜装置10的第四光学设计实施例中，具有负放大倍率的第二透镜13由具有31.2的色散系数的玻璃制成，且第二透镜13的焦距设计为-3.933mm。
如从图14可以看到的那样，在具有表5的光学数据的本发明的物镜装置10中，象差几乎不发生，即使当光源51发射的光的波长变到超出405nm的参考波长的406nm时。
假设距离非球面表面的顶点的深度为Z，则非球面表面S14、S24、S34和S44的等式可以由等式2表达。
z=ch21+1-(1+K)c2h2+Ah4+Bh6+Ch8+Dh10+Eh12+Fh14+Gh16+Hh18+Jh20]]>在表2至5和等式2中，K为第三透镜15的非球面表面S14、S24、S34和S44的双曲线常数(conic constant)，而A到J是非球面表面系数。另外，h表示距离光轴的高度，c表示曲率。
如同从上述光学设计实施例可以看到的那样，根据本发明的物镜装置10具有相对于兰光修正色差的功能。
于是，当使用兰光光源的用于下一代DVD系列的记录媒质的光学拾取器采用根据本发明的物镜装置10时，可以获得优质的记录和/或再现信号。
如上所述，因为根据本发明的物镜装置由包括一个具有负放大倍率的且由具有在线d上为45或更小的色散系数的材料制造的透镜的三个透镜组成，并且这三个透镜的表面中的至少一个由非球面表面形成，所以可以实现大的数值孔径，并且可以修正相对于兰光的色差。于是，通过使用采用根据本发明的物镜装置的光学拾取器，优质的记录和/或再现是可能的。
权利要求
1.一种物镜装置，其特征在于，包括三个透镜，这三个透镜中包含一个具有负放大倍率且由具有在线d上为45或更小的色散系数的材料制造的透镜，其中，三个透镜的表面中至少一个为非球面。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，三个透镜中的至少一个具有正放大倍率，且具有负放大倍率的透镜与一个具有正放大倍率的透镜组合成双合透镜，于是形成两组三个透镜的结构。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，该装置的数值孔径为0.70或更大。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，具有负放大倍率的透镜由具有在线d上为45或更小的色散系数的玻璃或塑料制造。
5.根据权利要求1至4中的任何一个所述的装置，其特征在于，从光入射的一侧开始，三个透镜依次为具有正放大倍率的第一透镜、具有负放大倍率的第二透镜和具有正放大倍率的第三透镜。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，假设具有负放大倍率的第二透镜的焦距为fn且物镜装置的总焦距为f，则物镜装置满足以下等式-2.4<fnf<-1.4.]]>
7.根据权利要求1至4中的任何一个所述的装置，其特征在于，假设具有负放大倍率的透镜的焦距为fn且物镜装置的总焦距为f，则物镜装置满足以下等式-2.4<fnf<-1.4.]]>
8.一种光学拾取器，包括用于产生和发射光的光源、用于将光源发射的光会聚成记录媒质上形成的光斑的物镜装置、设置在光源和物镜装置之间的光路上用于改变入射光的行进路径的光路改变器、以及接收被记录媒质反射并经由物镜装置和光路改变器而输入到其上的光的光电检测器，该光学拾取器的特征在于，物镜装置包括三个透镜，这三个透镜包含一个具有负放大倍率且由具有在线d中为45或更小的色散系数的材料制造的透镜，且三个透镜的表面中至少一个为非球面。
9.根据权利要求8所述的光学拾取器，其特征在于，三个透镜中的至少一个具有正放大倍率，且具有负放大倍率的透镜与一个具有正放大倍率的透镜组合成双合透镜。
10.根据权利要求8所述的光学拾取器，其特征在于，光源发射具有大致在400-420nm之间的波长的光，并且物镜装置具有0.7或更大的数值孔径。
11.根据权利要求8所述的光学拾取器，其特征在于，具有负放大倍率的透镜由具有在线d上为45或更小的色散系数的玻璃或塑料制造。
12.根据权利要求8至11中的任何一个所述的光学拾取器，其特征在于，从光入射的一侧开始，该物镜装置由具有正放大倍率的第一透镜、具有负放大倍率的第二透镜和具有正放大倍率的第三透镜依次组成。
13.根据权利要求12所述的光学拾取器，其特征在于，假设具有负放大倍率的第二透镜的焦距为fn且物镜装置的总焦距为f，则物镜装置满足以下等式-2.4<fnf<-1.4.]]>
14.根据权利要求8至11中的任何一个所述的光学拾取器，其特征在于，假设具有负放大倍率的透镜的焦距为fn且物镜装置的总焦距f，为则物镜装置满足以下等式-2.4<fnf<-1.4.]]>
全文摘要
本发明提供一种物镜装置,它由包括一个具有负放大倍率的且由具有在线d上为45或更小的色散系数的材料制造的透镜的三个透镜组成。三个透镜的表面中的至少一个由非球面表面形成。于是,在该物镜装置中,可以实现0.70或更大的大数值孔径,并且可以相对于蓝光修正色差。另外,采用该物镜装置并使用蓝光的光学拾取器可以进行优质的记录和/或再现。
文档编号G02B13/00GK1356572SQ0113781
公开日2002年7月3日 申请日期2001年11月8日 优先权日2000年12月7日
发明者金泰敬, 安荣万, 徐偕贞, 郑钟三 申请人:三星电子株式会社