物镜及其制造方法

专利名称：物镜及其制造方法
技术领域：
本发明涉及所谓光盘等高密度光信息记录媒体的记录使用或者再现使用的至少一方面所使用的物镜，特别是适用于使用短波长光源的高密度记录、再现物镜以及所述物镜的制造方法。
背景技术：
目前作为广泛使用的光记录媒体CD(小型盘)主要在开口数NA为0.45～0.5范围内使用，而且DVD(数字视频盘)主要在开口数NA为0.6～0.65范围内使用，利用波长为650～780nm水平的光源进行光信息记录。
可是，伴随着大容量化的需求，需要能够以更高记录密度进行记录的高密度光信息记录媒体及用于记录、再现用的光学系统。因此，要求这种应用即用于高密度光信息记录媒体的记录、再现光学系统物镜的NA更高。
专利文件1特开2001-324673公报该专利文件1中记载了一种用于高密度光信息记录媒体的记录、再现光学系统中所使用的物镜，开口数NA为0.75以上，适用于光源波长为400nm水平的高密度记录、再现装置中。
而且，在所述专利文件1中，记载了如下内容，物镜为非球面单透镜，轴上透镜厚度为d1，焦距为f，满足如下条件1.1≤d1/f≤3阿贝数为νd，使用波长的折射率为n，光源一侧的近轴曲率半径为r1，满足1.2≤d1/f≤2.3 f/νd≤0.0601.40≤n1.40≤n/f≤1.85 0.40≤r1/(n·f)≤0.70
专利文件2特开2002-156579公报同时，该专利文件2中提出了同样适用于高密度化的物镜是开口数NA为0.7以上的双面非球面透镜，透镜的中心厚度比焦距长。
新一代大容量光盘为了提高记录密度，光源波长需要使用跟现有相比位于短波波段的400nm附近。在这种情况下，要求例如光源使用蓝紫色半导体激光器，而且物镜使用开口数NA为0.8以上的非球面透镜。
但是，在用于光盘的单透镜物镜中，轴外像差、偏心公差或者色差与透镜厚度有关。对于用于现有的CD或者DVD的物镜的开口数范围，根据要求的像差，允许的透镜厚度范围宽。因此，可以根据兼顾对工作距离、透镜重量等的物理限制设计透镜，决定透镜厚度。可是，对于大容量光盘使用的单透镜物镜，由于NA高，像差倾向于变大。为了获得充分的光学性能，即像差必须在规定范围内以下，限制了透镜的厚度。结果，用于高NA的单透镜物镜与用于现有的CD或者DVD的物镜比较，有效透镜厚度与焦距比较变大了。
如果如上所述透镜变厚，与此相伴透镜材质的体积增大。即，作为透镜材质使用的预成型光学材质例如球面状的预制件的半径r变大。如果半径r超过模具成型面的近轴曲率半径R(大致与成型的透镜的近轴曲率半径R相等)，存在难以获得所希望的透镜面精度的问题。
例如，在这样的透镜中，在通过模制成型具有凸面的部件的情况下，如果模具成型面的曲率半径R比成型之前预成型的成型材质即预制件(例如由玻璃构成的玻璃预制件)的曲率半径r小，在模制成型时，放置在模具凹面成型面上配置曲率半径比其大的预制件。如果在这种状态下按压成型，成型面与预制件之间封闭有空气或者规定气体的环境气体，如果不能把这样的气体排出而成型，成型后的透镜产生凹坑，不满足所希望的透镜面精度。

发明内容
本发明就是鉴于上述问题而作出发明，其目的是提供一种物镜及其制造方法，能够抑制由模制非球面单透镜构成的光信息记录、再现使用的物镜中的像差并提高透镜的制造性能，确保优良的光学性能，而且能够在伴随透镜制造的成型面加工和模制成型等中得到高的生产效率。
即，本发明第一方面的目的是提供一种物镜制造方法，特别是能有效地防止在预制件与成型面模具之间封闭有气体的情况，能够形成面精度高的透镜。
同时，本发明第二方面的目的是提供一种物镜制造方法，特别是能够进一步提高制造性能而且进一步改善轴外像差和色差。
本发明第三方面的目的是提供一种物镜制造方法，特别是适用于至少对于基准波长的无限系透镜使用的透镜。
本发明第四方面的目的是提供一种物镜制造方法，特别是确保工作距离，而且有效抑制轴外视场像差、色差以及透镜重量增加。
本发明第五方面的目的是提供一种物镜制造方法，特别是能够更容易组装使用该物镜的拾取头等。
本发明第六方面的目的是提供一种物镜制造方法，特别是透镜曲面的曲率不会特别大，能够获得高屈光度，而且模具的成型面能够比较容易地精密加工，能够有效降低色差，而且模具材质容易选择。
本发明第七方面的目的是提供一种面精度高的透镜，特别是有效地防止在预制件与成型面模具之间封闭有气体的情况。
根据第一方面所述的本发明的物镜制造方法，为了实现上述目的，所述物镜是用于光信息记录、再现用的物镜，所述方法包括利用具有相对成型面的上下一对模具模制成型预先成型为规定形状、加热软化状态的成型材质，其特征在于上述物镜的第一面为凸非球面，而且开口数NA满足NA≥0.8包括转印工序，使用半径为r的球状成型材质，通过在上下一对模具之间压制所述成型材质转印成型面的形状，而且所述凸非球面的近轴曲率半径R满足如下条件r/R≤1.35。
根据第二方面所述的本发明的物镜制造方法，是在第一方面所述的制造方法中，上述r和上述凸非球面的近轴曲率半径R满足1.0≤r/R≤1.3。
根据第三方面所述的本发明的物镜制造方法，是在第一方面或者第二方面所述的制造方法中，上述物镜对于基准波长的光学倍率为零。
根据第四方面所述的本发明的物镜制造方法，是在第一方面或第二方面所述的物镜制造方法中，当上述物镜的焦距为f(mm)时满足0.5≤f≤2.1。
根据第五方面所述的根据本发明的的物镜制造方法，是在第一方面或第二方面所述的物镜制造方法中，上述物镜对于基准波长λ的轴上波前差为0.04λrms以下。
根据第六方面所述的根据本发明的的物镜制造方法，是第一方面或第二方面所述的物镜制造方法中，上述物镜由折射率n为1.65以上、阿贝数νd为4.0以上、屈伏点Ts为650℃以下的光学玻璃制成。
根据第七方面所述的本发明的物镜是为了达到上述目的，第一面为凸非球面，而且开口数NA满足NA≥0.8的用于光信息记录、再现用的物镜，其特征在于在所述物镜的体积为V时满足条件(4/3)πr3＝V的r与所述凸非球面的近轴曲率半径R之间满足如下条件1.0≤r/R≤1.35的模制物镜。
即，根据本发明第一方面所述的物镜制造方法，所述物镜是用于光信息记录、再现用的物镜，所述方法包括利用具有相对成型面的上下一对模具模制成型预先成型为规定形状、加热软化状态的成型材质，其特征在于上述物镜的第一面为凸非球面，而且开口数NA满足NA≥0.8包括转印工序，使用半径为r的球状成型材质，通过在上下一对模具之间压制所述成型材质转印成型面的形状，而且所述凸非球面的近轴曲率半径R满足如下条件r/R≤1.35。
通过上述结构，能够抑制由模制非球面单透镜构成的光信息记录和再现用的物镜中的像差并提高透镜的制造性能，确保优良的光学性能，而且能够在加工模具的成型面成型加工阶段和制造透镜压制成型阶段提高生产效率。特别是，能够有效防止在预制件与成型面模具之间封闭有气体的情况，能够形成面精度高的透镜。
而且，其中所谓光信息记录、再现用为用于记录或者再现至少一种情况。
而且，模具包括由金属、超硬合金、陶瓷等构成，它的材质不是特别限定的。
而且，根据本发明第二方面所述的物镜制造方法，是在第一方面所述的制造方法中，上述球形材质半径r和上述凸非球面的近轴曲率半径R满足1.0≤r/R≤1.3。
通过上述结构，特别是能够进一步提高制造性能，而且进一步改善轴外像差和色差。
即，批量生产时成型周期不会过长，能够以良好的合格率达到充分的光学性能。
根据本发明第三方面所述的物镜制造方法，是在第一方面或者2所述的制造方法中，上述物镜对于基准波长的光学倍率为零。
通过上述结构，特别是适用于至少对于基准波长的无限系透镜使用的透镜。
根据本发明第四方面所述的物镜制造方法，是在第一方面至第三方面中任何一项所述的物镜制造方法中，当上述物镜的焦距为f(mm)时满足0.5≤f≤2.1。
通过上述结构，特别是确保工作距离，而且有效抑制轴外视场像差、色差以及透镜重量增加。
根据本发明第五方面所述的物镜制造方法，是在第一方面至第四方面中任何一项所述的物镜制造方法中，上述物镜对于基准波长λ的轴上波前差为0.04λrms以下。
通过上述结构，特别是能够更简单组装使用该物镜的拾取头等。
根据本发明第六方面所述的物镜制造方法，是第一方面至第五方面中任何一项所述的物镜制造方法中，上述物镜由折射率n为1.65以上、阿贝数νd为4.0以上、屈伏点Ts为650℃以下的光学玻璃制成。
通过上述结构，特别是透镜曲面的曲率不会特别大，能够获得高屈光度，而且模具的成型面能够比较容易地精密加工，能够有效降低色差，而且容易选择模制成型条件和模具材质。
根据本发明第七方面所述的模制物镜，第一面为凸非球面，而且开口数NA满足NA≥0.8的用于光信息记录、再现用的物镜，其特征在于在所述物镜的体积为V时满足条件(4/3)πr3＝V的r与所述凸非球面的近轴曲率半径R之间满足如下条件1.0≤r/R≤1.35。
通过上述结构，能够抑制由模制非球面单透镜构成的光信息记录和再现用的物镜的像差并提高透镜的制造性能，确保优良的光学性能，而且能够提高伴随着透镜制造的成型加工和压制成型等中的生产效率。特别是，能够有效防止在预制件与成型面模具之间封闭有气体的情况，能够制造面精度高的透镜。


图1模拟示出本发明实施方式的光信息记录、再现用的物镜光学系统结构的图。
图2是详细说明图1的物镜形状的截面图。
图3模拟示出作为形成图1的物镜的成型材质的预制件的形状的图。
图4模拟示出本发明第一实施例的物镜光学系统的结构及该光学系统的光路的模拟图。
图5示出图4所示物镜的球面像差和像散。
图6模拟示出本发明第二实施例的物镜光学系统的结构及该光学系统的光路的图。
图7示出图6的物镜的球面像差和像散的图。
图8模拟示出本发明第三实施例的物镜光学系统的结构及该光学系统的光路的图。
图9示出图8的物镜的球面像差和像散的图。
图10模拟示出本发明第四实施例的物镜光学系统结构及该光学系统的光路。
图11示出图10的物镜的球面像差和像散的图。
图12模拟示出本发明第五实施例的物镜光学系统结构及该光学系统的光路的图。
图13示出图12的物镜的球面像差和像散的图。
图14模拟示出第六实施例的物镜光学系统结构及该光学系统的光路的图。
图15示出图14的物镜的球面像差和像散的图。
图16模拟示出本发明第七实施例的物镜光学系统结构及该光学系统的光路的图。
图17示出图16的物镜的球面像差和像散的图。
图18模拟示出本发明第八实施例的物镜光学系统结构及该光学系统的光路的图。
图19示出图18的物镜的球面像差和像散的图。
图20模拟示出本发明第九实施例的物镜光学系统结构及该光学系统的光路的图。
图21示出图20的物镜的球面像差和像散的图。
图22模拟示出本发明第十实施例的物镜光学系统结构及该光学系统的光路的图。
图23示出图22的物镜的球面像差和像散的图。
图24示出压制速度与r/R之间的关系。
符号说明1物镜；2盖板玻璃(CG)；3光束；PF预制件；Rc物镜的倒角半径；Ro外径半径；RE第一面的有效半径；r预制件(球状材质)的半径。
具体实施例方式
下面参照附图，根据本发明的实施方式，详细说明本发明的物镜及其制造方法。
图1～图3是用于说明本发明实施例的光信息记录、再现用的物镜结构的图。图1是模拟示出光信息记录、再现用的物镜光学系统结构的图，图2是详细说明图1的物镜形状的截面图，图3是模拟示出形成图1所示物镜的成型材质即预制件的形状的图。
图1所示的物镜光学系统具有物镜1和盖板玻璃(CG)2。其中，物镜1示出相当于后面叙述的第一实施例的透镜形状，图1中也示出入射到物镜1的光束3。盖板玻璃2是保护光盘等光信息记录媒体的表面的保护层，即是盖板玻璃。
本发明一个实施例的光信息记录、再现用的物镜1的第一面形成为凸非球面，而且开口数NA满足NA≥0.8虽然优选为该物镜1的第二面也形成为非球面，但是第二面形成为凸非球面或者凹非球面都可以。
而且，在使用球形预制件PF成型时，其半径r与上述凸非球面的近轴曲率半径R之间满足r/R≤1.35通过上述条件，防止在预制件PF与模具之间密闭有气体的状态下成型，能够形成面精度高的透镜(对应于本发明第一方面)。
而且，通过使所述半径比r/R在1.3以下，能够进一步提高制造性能。而且，更为理想的是，如果使半径比r/R在1.0以上，能够进一步改善轴外像差和色差(对应于本发明第二方面)。更为理想的是在1.2以下，1.0以上。
虽然希望本发明的物镜的光学倍率为零，作为无限系透镜使用，但是根据使用的光学系统，作为入射散射光的有限系透镜使用也可以(对应于本发明第三方面)。特别是，在使用单一光学系统的物镜通过多个波长进行记录、再现的情况等，也可以在一个波长中使用无限系，在其他波长使用有限系。
而且，当焦距为f时，希望在确保工作距离的基础上，满足0.5≤f，而且，f＞2.1(mm)，轴外视场像差和色差增大，而且透镜重量也增大，因此优选为f≤2.1(mm)(对应于本发明第四方面)。更为理想的是f≤1.8(mm)。
更为理想的是f≤1.2(mm)。
本发明的物镜1在基准波长λ、视场角0.5°的轴外波前差为0.15νrms以下是理想的，更为理想的是在0.07λrms以下，更为理想的是在0.05λrms以下。如果是这样，光学拾取组件的组装容易。而且，理想的是设计成轴上波前差优选为例如在0.01λrms以下接近为零的数值，希望成型透镜的实测值在0.04λrms以下。
而且，希望色差在0.6μm/nm以下。其中，基准波长λ是适用本发明物镜1的光学拾取组件的使用波长，例如可以是450nm以下规定波长等。作为具体例子，可以是400～450nm，例如可以适用407.50nm的蓝紫色半导体激光器等。
本发明的物镜1如图2所示外径的半径Ro(mm)与第一面的有效面径(与图1所述光束3的半径相同)的半径RE(mm)之间希望满足0.2≤(Ro-RE)≤0.6。
这是因为，在透镜的光学有效径外侧部分设计有透镜安装部(边缘部分)等平面部时，如果该部分的面积过度大，成型所使用的成型材质的体积变大，引起如上所述的面精度恶化的问题。
本发明的物镜1的体积优选是为0.3～25mm3，更为优选为0.5～15mm3。如果在该范围内，不会对透镜驱动造成过度负载，能够维持正常操作，另外根据本发明的制造方法，能够形成高精度透镜。
本发明的物镜1由玻璃或者树脂等光学材料形成，所使用的光学材料例如优选是预先成型的具有规定形状和重量的球状玻璃预制件PF。在这种情况下，使用的预制件PF的光学特性在基准波长λ的折射率n为1.65以上，希望为在1.7以上。通过选择这样的折射率，透镜曲面的曲率不会过大，由于能够获得折射能力，因此在通过磨削或者研磨加工等精密加工形成模具成形时比较容易加工，比较有利。阿贝数νd希望为在40以上，更希望为在50以上，降低透镜的色差。而且，根据本发明的物镜1希望使用比重为2.20～4.70g/cm3的光学玻璃。这是因为，通过减小比重能够减小光学拾取组件的驱动电力。而且，如果波长的屈伏点Ts过高，成型温度高，难以选择能够进行精密镜面加工而且具有充分刚性的模具材料。因此，希望屈服点Ts在650℃以下(对应于本发明第六方面)。而且，如果玻璃的液相温度LT在适当范围内，能够通过热加工成型具有所希望体积的球形玻璃预制件，因此，希望液相温度LT不到1000℃。而且，玻璃预制件通过冷加工也可以，但是若热加工成型，能够缩短生产过程，是有利的。因此，热加工成型是指通过使熔融玻璃滴下或者流下形成的方法、冷加工是指研磨切割的玻璃成型的方法。
关于本发明的物镜1的材料，下面举出特别理想的光学玻璃材料。
即，必要成分包括三氧化二硼即B2O3、氧化镧即La2O3、氧化钇即Y2O3、二氧化硅即SiO2、氧化锂即Li2O、氧化钙即CaO、氧化锌即ZnO，希望是折射率nd在1.675以上，阿贝数νd在50以上，屈服点Ts在650℃以下的光学玻璃，光学常数除了具有上述优点之外，由于屈服点Ts的温度降低了，适合于模制。而且，这样的玻璃的比重为3.55g/cm3以下，因此对于轻量化这一点更为有利。
而且，上述光学玻璃的玻璃成分为含有如下重量百分比的各种成分的光学玻璃B2O3为25～42％、La2O3为14～0％、Y2O3为2～13％、SiO2为2～20％、Li2O为2％以上9％以下、CaO为0.5～20％、ZnO为2～20％、Gd2O3(氧化轧)为0～8％、ZrO2(氧化锆)为0～8％、Gd2O3+ZrO2为0.5～12％，而且这些成分的合计含量为90％以上，而且根据情况，可为含有如下重量比的成分Na2O(氧化纳)为0～5％、K2O(氧化钾)为0～5％、MgO(氧化镁)为0～5％、SrO(氧化锶)为0～5％、BaO(氧化钡)为0～10％、Ta2O5(氧化钽)为0～5％、Al2O3(氧化铝)为0～5％、Yb2O3(氧化镱)为0～5％、Nb2O5(氧化铌)0～5％、As2O3(三氧化二砷)为0～2％、Sb2O3(三氧化二锑)为0～2％。
其中，氧化硼(三氧化二硼)具有形成玻璃成分的作用，氧化硼的含量不足25％的重量比，容易引起玻璃的耐失透性降低，如果超过42％的重量比则难以获得高折射率的光学玻璃。而且，氧化镧和氧化钇是获得高折射率和低色散光学玻璃的有效成分。氧化硅(二氧化硅)为在B2O3～La2O3系的玻璃中含量适当情况下具有提高该玻璃的耐失透性的效果的成分。氧化锂是降低玻璃屈服点Ts的有效成分。氧化钙是具有维持B2O3～La2O3系玻璃高折射率特性和低色散特性并提高所述玻璃的耐失透性效果的成分。氧化锌是与氧化钙同样具有维持B2O3～La2O3系玻璃高折射率特性和低色散特性并提高所述玻璃的耐失透性效果的成分，而且是降低玻璃的屈伏点Ts的有效成分。而且，氧化钆和氧化锆在分别含有适当含有的情况下是提高玻璃耐失透性的成分。
通过把上述成分在上述含量范围内混合，而且根据需要含有其他成分(任意成分)，能够容易地获得物体特性为折射率在1.675以上，阿贝数在50以上，屈服点Ts在650℃以下、液相温度LT不到1000℃的光学玻璃。
而且，其他适合的光学玻璃可为含有作为必要成分的B2O3、SiO2、La2O3、Gd2O3、ZnO、Li2O、ZrO2，而且折射率nd在1.75～1.85范围内，阿贝数在40～55范围内。而且，这样的光学玻璃的密度优选为在4.70g/cm3以下。而且，作为上述光学玻璃含有的玻璃成分摩尔百分比为B2O3为25～45％、SiO2为2～20％、La2O3为5～22％、Gd2O3为2～20％、ZnO为15～29％、Li2O为1～10％以及ZrO2为0.5～8％，而且，B2O3/SiO2的摩尔比为2～5.5，La2O3与Gd2O3的合计含量摩尔百分比为12～24％、ZnO与Li2O的合计含量摩尔百分比为25～30％，这样的光学玻璃也可以。在这种情况下各种成分的作用与前面叙述的玻璃情况相同。
而且，作为其他适合的光学玻璃优选为含有SiO2、B2O3、Li2O、ZnO、La2O3、ZrO2、Nb2O5、Ta2O5，而且折射率nd在1.75～1.85范围内，阿贝数νd在40～48范围内。而且，这样的光学玻璃的比重优选为在4.60g/cm3以下。其中，Nb2O5、Ta2O5作为用于获得高折射率的成分是有效的。
下面，说明本发明实施例的光信息记录、再现用物镜的制造方法。
本发明实施例的物镜制造方法，所述方法包括利用具有相对成型面的上下一对模具模制成型预先成型为规定形状、加热软化状态的成型材质，制造光信息记录、再现用物镜的方法。上述物镜的第一面为凸非球面，而且开口数NA满足NA≥0.8包括转印工序，使用半径为r的球状成型材质，通过在上下一对模具之间压制所述成型材质转印成型面的形状，而且所述凸非球面的近轴曲率半径R满足如下条件r/R≤1.35。
这样，利用本发明的制造方法制造的物镜与前面关于本发明的物镜的叙述相当。
以如下方式通过模制形成玻璃透镜。
把作为球状玻璃材质的预制件放置在上下模型上，通过加热装置给上模型和下模型加热。
上模型和下模型达到规定温度，通过驱动装置以规定速度驱动下侧主轴上升，使上模型和下模型接近，互相紧密接触压制上述预制件。
上模型和下模型在它们相对的面上具有成型面，成型面根据所希望的透镜形状进行精密的形状加工。
使下模型移动的速度(该速度称为压制速度)至少在上下模型接触预制件、预制件变形的初期阶段不要过大，能够防止气体封入在预制件与成型面之间的现像。
例如，如果r/R的数值超过1，在预制件与模具的成型面接触时，在预制件与成型面之间产生空间。该空间的最大高度为h时，优选为使相当于h的距离部分上下模型接近过程(从下模型开始移动直到只移动距离h为止期间)的压制速度不要过大。
此时的压制速度例如可以在1mm/sec以下。而且，在下模型达到规定位置时，可以在下模型移动距离h之后变化压制速度。当然，相反如果下模型固定，通过驱动装置以规定的速度驱动上模型主轴下降也可以。
后面说明压制初期的压制速度。
压制时的玻璃温度可以是玻璃黏度至少玻璃表面相当于106.5～108.5泊。只是，理想的是相当于107～108泊。模具的温度也是这样。
在压制预制件之后，开始冷却上模型和下模型。冷却可以通过切断加热装置的电源、吹气等方式进行。冷却速度为30～100℃/min就可以。变成Tg以下温度时，开始放开压制压力，直到进一步冷却到可以取出的温度位置，打开模型，取出透镜。在连续成型时，通过反复进行上述工序，能够大批量生产透镜。
在上述工序中，在压制时在没有排除密闭在成型面与预制件之间的气体成型情况下，发生成型后的透镜上产生凹坑等面精度不良的问题。发明者研究了不发生这样不良压制成型即压制时一边排除密闭气体一边使玻璃变形的条件。
图24是求出能够排出密闭环境气体的压制初期压制速度的最大值，外插曲线获得的图。压制速度变成零点的r/R大约为1.36。
因此，可以看出，在r/R为1.36以上情况下，压制速度必然为零或者无限小，如果r/R为1.35以下，能够制造面形十分精确的透镜。
这里使用的预制件是光学玻璃A(含有B2O3、SiO2、La2O3、Gd2O3、ZnO、Li2O、ZrO2，折射率nd为1.773，νd为47.3，Ts为615℃)。
压制成型时适用以下条件压制温度632～645℃压力500～600N压制环境气体 氮气环境气体1.01～1.5×105Pa而且，上述结果通过其他光学玻璃(例如光学玻璃B含有B2O3、SiO2、La2O3、ZnO、Li2O、ZrO2、Nb2O5、Ta2O5，折射率nd为1.804，νd为40.8，Ts为600℃)也能够确认。
为了缩短成型的周期，以更高生产率生产透镜，优选为r/R比值在1.3以下。
而且，在上述工序中，由于预制件的半径r与成型面的半径R之间的关系，如同前面所述，即使在预制件与成型面之间产生密闭空间情况下也能够制造高精度透镜。例如，降低压制室的压力，降低到10Torr以下水平，可以使密闭空间中不残留气体。
因此，根据本发明即使不降低压制室压力，换句话说，在大气环境下作业，通过选择压制时的温度条件或者压制速度，也能够伴随着压制操作适当排出密闭的环境气体，可以形成形状良好的光学元件。
因此，不需要庞大的降压设备，成型时不需要排气时间等，就能够生产高附加值的透镜。
例如，当压制温度为上述温度时，适用的压制速度为0.5mm/sec以下是有效的，更为理想的是在0.1mm/sec以下。
这样的压制速度适用于直到把密闭空间的环境气体排出为止的时间段。即，在密闭空间高度进行压制，在玻璃材质与模具的成型面中心附近紧密接触时，可以增大压制速度。这样在缩短成型周期方面是理想的。
而且，在把预制件放置在下模型上之前，加热到规定温度也可以。放置后，立即开始压制也可以，进一步从加热模具内的预制件然后开始进行压制也可以。而且，在上述中，虽然说明了玻璃的精密模制制造工序，但是树脂压制成型也大致同样适用本发明。
如上所述，本发明的透镜，开口数NA为0.8以上的高密度记录媒体用的物镜满足充分记录和再现性能，同时在通过模制成型进行成型时即使成型材质与模具成型面之间产生密闭空间，也能够从压制中排出密闭的环境气体，可以形成面精度高的透镜。而且，本发明的透镜由于形成的透镜的非球面R不会极端小，而且非球面的周边角度不会极端大，因此在加工模具成型面阶段的加工容易进行。
本发明的物镜优选为是在压制成型之后不用取芯，即优选为不取芯透镜。在这种情况下，确定压制成型时透镜的外径，即预制件的体积等于透镜体积，适用于本发明。
下面，说明根据上述本发明的实施方式的光信息记录、再现用物镜的第一～第十实施例。
说明下面各个实施例中，x是从光轴开始到与非球面上高度为y的点对应的从与非球面顶点相切的平面开始的光轴方向的距离，R是曲面径，K是圆锥系数，A2i是第2·i次非球面系数，非球面公式如下所述[式1]X=y2/R1+1-(1+K)(y/R2)+Σi=2A2iy2i]]>图4示出第一实施例的物镜光学系统的结构和光路。图5示出第一实施例中的球面像差和像散。图6示出第二实施例的物镜光学系统的结构和光路。图7示出第一实施例的球面像差和像散。
在图4和图6中，为了容易理解，各个参照符号与图1中相同，在下面的第三～第十实施例中，也使用相同的参照符号，但是物镜1的形状如表1～表5所示，每个实施例都不相同。而且，下面的第一～第十各个实施例中，1是物镜，2是盖板玻璃，3表示光束。
表1中示出第一和第二实施例的数据。在所述第一和第二实施例中，如下参数是相同的，波长λ＝407.5nm开口数NA＝0.85玻璃盖板2(CG)的折射率n＝1.62玻璃盖板2(CG)的阿贝数νd＝31
表1

在图4所示第一实施例中，物镜1是正弯月透镜，在光源或者光接收侧的第一面上形成凸非球面，而且光信息记录媒体侧的第二面上形成凹球面。如同表1和图5所示，很好地补偿了波前差，色差，球面像差，获得良好的透镜性能。
而且，在图6所示第二实施例中，物镜1是双凸透镜，在光源或者光接收侧的第一面上形成凸非球面，而且光信息记录媒体侧的第二面上也形成凸面朝向光信息记录媒体侧的凸非球面。在这种情况下，也如同表1和图7所示，很好地补偿了像差获得良好的透镜性能。
图8示出第三实施例的物镜光学系统结构及其光路，图9示出图8的第三实施例中的球面像差和像散图。图10示出第四实施例的物镜光学系统结构及其光路，图11示出图10的第四实施例的球面像差和像散的图。如同已述的一样，即使在图8和图10中，为了容易理解，各个参照符号与图1中的相同，虽然使用共同的参照符号，但是每个实施例的物镜1的形状都不相同。
表2中示出第三和第四实施例的数据。在所述第三和第四实施例中，如下参数是相同的，波长λ＝407.5nm开口数NA＝0.85玻璃盖板2(CG)的折射率n＝1.62玻璃盖板2(CG)的阿贝数νd＝31
表2

在图8所示第三实施例中，物镜1是双凸透镜，在光源或者光接收侧的第一面上形成凸非球面，而且光信息记录媒体侧的第二面上也形成凸面朝向光信息记录媒体侧的凸非球面。如同表2和图9所示，很好地补偿了各个波像差、色差、球面像差和像散等像差，获得良好的透镜性能。
而且，在图10所示第四实施例中，物镜1是双凸透镜，在光源或者光接收侧的第一面上形成凸非球面，而且光信息记录媒体侧的第二面上也形成凸面朝向光信息记录媒体侧的凸非球面。在这种情况下，如同表2和图11所示，很好地补偿了各个波像差，获得良好的透镜性能。
图12示出第五实施例的物镜光学系统结构及其光路，图13示出图12的第五实施例的球面像差和像散的图。图14示出第六实施例的物镜光学系统结构及其光路，图15示出图14的第四实施例的球面像差和像散的图。如同已经叙述的一样，即使在图12和图14中，为了容易理解，各个参照符号与图1中的相同，虽然使用共同的参照符号，但是每个实施例的物镜1的形状都不相同。
表3中示出第五和第六实施例的数据。在所述第五和第六实施例中，如下参数是相同的，波长λ＝407.5nm开口数NA＝0.85玻璃盖板2(CG)的折射率n＝1.62玻璃盖板2(CG)的阿贝数νd＝31
表3

在图12所示第五实施例中，物镜1是双凸透镜，在光源或者光接收侧的第一面上形成凸非球面，而且光信息记录媒体侧的第二面上也形成凸面朝向光信息记录媒体侧的凸非球面。如同表3和图13所示，很好地补偿了像差获得良好的透镜性能。
而且，在图14所示第六实施例中，物镜1是正弯月透镜，在光源或者光接收侧的第一面上形成凸非球面，而且光信息记录媒体侧的第二面上形成凹面朝向光信息记录媒体侧的凹非球面。在这种情况下，如同表3和图15所示，很好地补偿了像差，获得良好的透镜性能。
图16示出第七实施例的物镜光学系统结构及其光路，图17示出图16的第七实施例的球面像差和像散的图。图18示出第八实施例的物镜光学系统结构及其光路，图19示出图18的第八实施例的球面像差和像散的图。如同已经叙述的一样，即使在图16和图18中，为了容易理解，各个参照符号与图1中的相同，虽然使用共同的参照符号，但是每个实施例的物镜1的形状都不相同。
表4中示出第七和第八实施例的数据。在所述第七和第八实施例中，如下参数是相同的，波长λ＝407.5nm开口数NA＝0.85玻璃盖板2(CG)的折射率n＝1.62玻璃盖板2(CG)的阿贝数νd＝31
表4

在图16所示第七实施例中，物镜1是双凸透镜，在光源或者光接收侧的第一面上形成凸非球面，而且光信息记录媒体侧的第二面上也形成凸面朝向光信息记录媒体侧的凸非球面。如同表4和图17所示，很好地补偿了像差获得良好的透镜性能。
而且，在图18所示第八实施例中，物镜1是双凸透镜，在光源或者光接收侧的第一面上形成凸非球面，而且光信息记录媒体侧的第二面上也形成凸面朝向光信息记录媒体侧的凸非球面。在这种情况下，也如同表4和图19所示，很好地补偿了像差获得良好的透镜性能。
在图20所示第九实施例中，物镜1是双凸透镜，在光源或者光接收侧的第一面上形成凸非球面，而且光信息记录媒体侧的第二面上也形成凸面朝向光信息记录媒体侧的凸非球面。在这种情况下，也如同表5和图21所示，很好地补偿了像差获得良好的透镜性能。
在图22所示第十实施例中，物镜1是双凸透镜，在光源或者光接收侧的第一面上形成凸非球面，而且光信息记录媒体侧的第二面上也形成凸面朝向光信息记录媒体侧的凸非球面。在这种情况下，也如同表5和图23所示，很好地补偿了像差获得良好的透镜性能。
表5中示出第九和第十实施例的数据。在所述第九和第十实施例中，如下参数是相同的，波长λ＝407.5nm开口数NA＝0.85玻璃盖板2(CG)的折射率n＝1.62玻璃盖板2(CG)的阿贝数νd＝31
表5

而且，当然并不限定于上述实施例中。例如，如果设计增大面平行偏心2μm时的轴上波前差(λrms)，即减小面平行偏心公差能够改善轴外像差。
如上所述，根据本发明，提供一种物镜及其制造方法，该物镜能够抑制由模制非球面单透镜构成的光信息记录和再现用的物镜中的像差并提高透镜的制造性能，确保优良的光学性能，而且能够在伴随透镜制造的成型面加工和模制成型等中得到高的生产效率。
即，根据本发明第一方面所述的物镜制造方法，所述方法包括利用具有相对成型面的上下一对模具模制成型预先成型为规定形状、加热软化状态的成型材质，制造用于光信息记录、再现用的物镜的方法，上述物镜的第一面为凸非球面，而且开口数NA满足NA≥0.8包括转印工序，使用半径为r的球状成型材质，通过在上下一对模具之间压制所述成型材质转印成型面的形状，而且所述凸非球面的近轴曲率半径R满足如下条件r/R≤1.35。
这样，该物镜能够抑制由模制非球面单透镜构成的光信息记录和再现用的物镜的像差并提高透镜的制造性能，确保优良的光学性能，特别是，成型透镜的非球面的近轴曲率半径R不会极端小，或者非球面的周边角度不会极端大，因此模具成型面加工阶段能够容易地进行加工，而且模制成型阶段，伴随着透镜制造的成型加工和模制成型等能够提高生产效率，特别是有效防止在预制件与模具之间密闭气体而成型，可以形成面精度高的透镜。
而且，根据本发明第二方面所述的物镜制造方法，是在第一方面所述的制造方法中，上述球形材质半径r和上述凸非球面的近轴曲率半径R满足1.0≤r/R≤1.3。
特别是能够进一步提高制造性能，而且进一步改善轴外像差和色差。
根据本发明第三方面所述的物镜制造方法，是在本发明第一方面或者第二方面所述的制造方法中，上述物镜对于基准波长的光学倍率为零。特别是适用于至少对于基准波长的无限系透镜使用的透镜。
根据本发明第四方面所述的物镜制造方法，是在本发明第一方面或第二方面所述的物镜制造方法中，当上述物镜的焦距为f(mm)时满足0.5≤f≤2.1。特别是确保工作距离，而且有效抑制轴外视场像差、色差以及透镜重量增加。
根据本发明第五方面所述的物镜制造方法，是在第一方面或第二方面所述的物镜制造方法中，上述物镜对于基准波长λ的轴上波像差为0.04λrms以下。特别是能够更简单组装使用该物镜的拾取头等。
根据本发明第六方面所述的物镜制造方法，是第一方面或第二方面所述的物镜制造方法中，上述物镜由折射率n为1.65以上、阿贝数νd为4.0以上、屈伏点Ts为650℃以下的光学玻璃制成。特别是透镜曲面的曲率不会特别大，能够获得高折射能力，而且模具的成型面能够比较容易地精密加工，能够有效降低色差，而且容易选择模具材质。
根据本发明第七方面所述的模制物镜，第一面为凸非球面，而且开孔径NA满足NA≥0.8的用于光信息记录、再现用的物镜，其特征在于在所述物镜的体积为V时满足条件(4/3)πr3＝V的r与所述凸非球面的近轴曲率半径R之间满足如下条件1.0≤r/R≤1.35。
这样，能够抑制由模制非球面单透镜构成的光信息记录和再现用的物镜的像差并提高透镜的制造性能，确保优良的光学性能，而且伴随着透镜制造能够提高模具加工和压制成型生产效率。特别是，能够有效防止在预制件与成型面模具之间封闭有气体的情况下成型的效果，能够制造面精度高的透镜。
权利要求
1.一种物镜制造方法，所述物镜是用于光信息记录、再现用的物镜，所述方法包括利用具有相对成型面的上下一对模具压制成型预先成型为规定形状、加热软化状态的成型材质，其特征在于上述物镜的第一面为凸非球面，而且开口数NA满足NA≥0.8包括复印工序，使用半径为r的球状成型材质，通过在上下一对模具之间压制所述成型材质复印成型面的形状，而且所述凸非球面的近轴曲率半径R满足如下条件r/R≤1.35。
2.根据权利要求1所述的物镜制造方法，其特征在于上述r和上述凸非球面的近轴曲率半径R满足1.0≤r/R≤1.3。
3.根据权利要求1或2所述的物镜制造方法，其特征在于上述物镜对于基准波长的光学倍率为零。
4.根据权利要求1或2所述的物镜制造方法，其特征在于当上述物镜的焦距为f(mm)时满足0.5≤f≤2.1。
5.根据权利要求1或2所述的物镜制造方法，其特征在于上述物镜对于基准波长λ的轴上波象差为0.04λrms以下。
6.根据权利要求1或2所述的物镜制造方法，其特征在于当上述物镜由折射率n为1.65以上、阿贝数vd为4.0以上、屈伏点Ts为650℃以下的光学玻璃制成。
7.一种模压物镜，第一面为凸非球面，而且开口数NA满足NA≥0.8的用于光信息记录、再现用的物镜，其特征在于在所述物镜的体积为V时满足条件(4/3)πr3＝V的r与所述凸非球面的近轴曲率半径R之间满足如下条件1.0≤r/R≤1.35。
全文摘要
本发明目的是提供一种物镜及其制造方法，物镜1的第一面形成为凸非球面，而且开口数NA满足NA≥0.8。希望该物镜1的第二面也形成非球面，利用具有相对成型面的上下一对模具制成型预先成型为规定形状、加热软化状态下的成型材质，同时进行转印，使用半径为(r)的球状成型材质，通过在上下一对模具之间压制所述成型材质转印成型面的形状，而且所述凸非球面的近轴曲率半径R满足如下条件(r)/R≤1.35。该物镜光学系统具有物镜(1)和盖板玻璃(CG)(2)。所述玻璃盖板(2)保护光盘等的光信息记录媒体表面。
文档编号C03C3/076GK1550814SQ20041003381
公开日2004年12月1日 申请日期2004年4月14日 优先权日2003年4月14日
发明者寺嶋保貴, 米田靖弘, 山下照夫, 小柳秀昭, 夫, 寺 保 , 弘, 昭 申请人:保谷株式会社