CN100445770C - 物镜及使用该物镜的光学记录/再现装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一物镜及采用该物镜的光学记录/再现装置，所述光学记录/再现装置包括：一光源，一准直透镜，所述物镜，一光路改变装置，一光电检测组件。其中，所述物镜采用透明陶瓷材料制成，且其折射率大于2.0。所述物镜由主要原材料包括晶格松散且堆积密度小的γ-Al2O3及在所述γ-Al2O3内掺入的高折射率材料TiO2或Ta2O5在经950℃～1500℃温度下处理后形成。由于透明陶瓷材料的折射率高，故以其制成之物镜可以提供较高之数值孔径。使用该物镜之光学记录/再现装置具有良好的光学性能。

Description

物镜及使用该物镜的光学记录/再现装置
【技术领域】
本发明涉及一物镜及采用该物镜之光学记录/再现装置。
【背景技术】
随着近几年光盘的高密度化，在对此类高密度光盘进行记录/再现操作时，需要很小的聚光点。为得到小聚光点，需要对光驱中光学读取头的物镜部分做出改进。
如图1所示，物镜1的聚光点直径D与激光波长λ及物镜1的数值孔径NA的关系为：
D∝λ/NA；
即，聚光点直径D正比于激光波长λ，且反比于物镜1的数值孔径NA。所以要减小D的大小，就需要减小λ或增大NA。
截止目前，光盘的光学存储容量的扩大主要依赖于对激光波长λ的减小。早期的CD光学存储容量为680MB，它采用的激光波长λ为780nm；而后的DVD光学存储容量为4.7GB，采用的激光波长λ为650nm；目前出现的HD-DVD或Blu-ray Disc两种DVD下一代规格的光学存储容量在20GB以上，采用的激光波长λ为405nm。
然而，以进一步减小激光波长λ来提高存储容量的方法的发展空间有限，应当在增大物镜的数值孔径NA方面作努力。
在图1中，物镜1的数值孔径NA与折射率n的关系为：
NA＝n×sin(θ/2)(θ为物镜孔径角)；
即，物镜1的数值孔径NA与物镜1的折射率及物镜1的孔径角θ都成正比。所以要提高NA的值，可以增大物镜1的孔径角θ或提高物镜1的折射率n。增大物镜孔径角θ可以通过改变物镜1的材料或物镜1的结构来完成，而提高物镜1的折射率只能通过改变物镜1的材料来实现。
如图2所示，美国专利第6,665,130号揭示了一物镜组2，该物镜组2由玻璃或塑料物镜2a及玻璃或塑料物镜2b组成，入射光束先经物镜2a作一次聚焦，然后经物镜2b作二次聚焦，因此该物镜组2的孔径角由原物镜2a的θ′增大为θ。该物镜组的数值孔径可达到0.85以上。
上述技术方案以改变物镜结构的方式来增大物镜的孔径角，然而，这会导致光学***中光学组件数量的增加，光学读取头体积就会增大，生产成本会提高。因此改变物镜的结构不能令人满意。
目前，应用于CD规格的物镜采用玻璃或塑料作为材料，数值孔径为0.45；应用于DVD规格的物镜也采用玻璃或塑料作为材料，数值孔径为0.6。而已出现的Blu-ray Disc及HD-DVD两种DVD下一代规格选用数值孔径为0.85的物镜，折射率n需达到2.0以上。若仍然使用玻璃或塑料作为物镜材料，则由于玻璃及塑料的折射率范围为1.45-1.85，故单个玻璃物镜或塑料物镜无法满足数值孔径达到0.85的要求。
【发明内容】
本发明的目的在于提供一种折射率大的物镜。
本发明进一步的目的在于提供一使用所述物镜的光学记录/再现装置。
本发明对应技术方案为：提供一物镜，该物镜以透明陶瓷材料制作而成，该陶瓷材料的光折射率大于2.0。
本发明的另一技术方案为：提供一光学记录/再现装置，所述光学记录/再现装置包括：一光源，一准直透镜，所述物镜，一光路改变装置，一光电检测组件。其中，所述物镜采用透明陶瓷材料制成，其折射率大于2.0。所述物镜由主要原材料包括晶格松散且堆积密度小的γ-Al2O3及在所述γ-Al2O3内掺入的高折射率材料TiO2或Ta2O5在经950℃～1500℃温度下处理后形成。
由于透明陶瓷材料的折射率高，用它制成的物镜可以提供较高的数值孔径，且折射率大于2.0。使用所述物镜的光学记录/再现装置具有良好的光学性能及精密的结构。
【附图说明】
图1为物镜聚光原理示意图。
图2为由双玻璃或塑料物镜组成的物镜组聚光原理示意图。
图3为本发明提供的物镜工作示意图。
图4为使用本发明的物镜的光学记录/再现装置结构示意图。
【具体实施方式】
图3所示为本发明的实施方式，其中物镜3为非球面镜，由透明陶瓷材料制成。该透明陶瓷材料组成成份中包括La2O3、Al2O3、CaO、TiO2等原材料。采用的Al2O3原材料为γ-Al2O3，其晶格松散且堆积密度小。在γ-Al2O3中掺入TiO2原材料，TiO2会渗入γ-Al2O3的缝隙间，与γ-Al2O3构成一整体。由于TiO2对光束具有较高的折射率，因此调整TiO2的掺入量就可以控制陶瓷材料的折射率，使折射率达到2.0以上。另外，由原材料La2O3带入陶瓷材料中的元素La的离子半径大，原子核场强度高，对电子云具有强烈的积聚作用，它的适量添加还有助于提高陶瓷材料的化学稳定性；γ-Al2O3在950℃～1500℃下会转变为十分稳定的α-Al2O3，α-Al2O3又名金刚玉，它具有高熔点(2040℃)、高硬度(莫氏9°)等特性；原材料CaO，在陶瓷材料的烧制过程中起助熔作用。因此，由该透明陶瓷材料制成的物镜不仅折射率达到2.0以上，且具有高硬度、高熔点及较高的化学稳定性。
而在上述实施方式中，还可使用具有高折射率的材料Ta2O5来替代材料TiO2。
图4所示为采用上述物镜3的一光学记录/再现装置4，包括：一光源41，一准直透镜42，一光路改变装置43，物镜3，一聚光镜44，一光电检测组件45。光源41发出405nm的蓝色激光束，该光束经准直透镜42准直，准直后的光束由光路改变装置43改向入射至物镜3，由物镜3将该光束聚焦在光盘(未标示)上，由光盘(未标示)反射回的光束经物镜3及光路改变装置43后入射至聚光镜44，该反射光束经聚光镜44聚焦后由光电检测组件45吸收。由于所述陶瓷物镜3良好的光学特性，使该光学记录/再现装置4的工作更精确、更稳定。

Claims (6)

1.一物镜，所述物镜由透明陶瓷材料制成，所述透明陶瓷材料的折射率大于2.0，其特征在于：所述物镜由主要原材料包括晶格松散且堆积密度小的γ-Al2O3及在所述γ-Al2O3内掺入的高折射率材料TiO2或Ta2O5在经950℃～1500℃温度下处理后形成。
2.如权利要求1所述的物镜，其特征在于：所述主要原材料中进一步包括可提高所述物镜化学稳定性的La2O3。
3.如权利要求1所述的物镜，其特征在于：所述主要原材料还包括起助熔作用的CaO。
4.一光学记录/再现装置，所述装置包括：一光源，一准直透镜，一光路改变装置，一物镜，一聚光镜，一光电检测组件，其中，光源发出的光束经准直透镜准直后由光路改变装置改向入射至物镜，再由物镜聚焦在光盘上，而由光盘反射回的光束经物镜及光路改变装置后入射至聚光镜，该反射光束经聚光镜聚焦后由光电检测组件吸收，所述物镜以透明陶瓷材料制成，其折射率大于2.0，其特征在于：所述物镜由主要原材料包括晶格松散且堆积密度小的γ-Al2O3及在所述γ-Al2O3内掺入的高折射率材料TiO2或Ta2O5在经950℃～1500℃温度下处理后形成。
5.如权利要求4所述的光学记录/再现装置，其特征在于：所述主要原材料中进一步包括可提高所述物镜化学稳定性的La2O3。
6.如权利要求4所述的光学记录/再现装置，其特征在于：所述主要原材料还包括起助熔作用的CaO。
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