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
【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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