CN1287185C - 用于光学头的物镜、光学头以及光盘驱动器 - Google Patents

用于光学头的物镜、光学头以及光盘驱动器 Download PDF

Info

Publication number
CN1287185C
CN1287185C CNB011353694A CN01135369A CN1287185C CN 1287185 C CN1287185 C CN 1287185C CN B011353694 A CNB011353694 A CN B011353694A CN 01135369 A CN01135369 A CN 01135369A CN 1287185 C CN1287185 C CN 1287185C
Authority
CN
China
Prior art keywords
object lens
laser beam
lens
laser
astigmatism
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
CNB011353694A
Other languages
English (en)
Other versions
CN1365013A (zh
Inventor
山野内隆
丸山晃一
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Konica Minolta Opto Inc
Original Assignee
Pentax Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Pentax Corp filed Critical Pentax Corp
Publication of CN1365013A publication Critical patent/CN1365013A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN1287185C publication Critical patent/CN1287185C/zh
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B13/00—Optical objectives specially designed for the purposes specified below
    • G—PHYSICS
    • G11—INFORMATION STORAGE
    • G11B—INFORMATION STORAGE BASED ON RELATIVE MOVEMENT BETWEEN RECORD CARRIER AND TRANSDUCER
    • G11B7/00—Recording or reproducing by optical means, e.g. recording using a thermal beam of optical radiation by modifying optical properties or the physical structure, reproducing using an optical beam at lower power by sensing optical properties; Record carriers therefor
    • G11B7/12—Heads, e.g. forming of the optical beam spot or modulation of the optical beam
    • G11B7/135—Means for guiding the beam from the source to the record carrier or from the record carrier to the detector
    • G11B7/1353—Diffractive elements, e.g. holograms or gratings
    • G—PHYSICS
    • G11—INFORMATION STORAGE
    • G11B—INFORMATION STORAGE BASED ON RELATIVE MOVEMENT BETWEEN RECORD CARRIER AND TRANSDUCER
    • G11B7/00—Recording or reproducing by optical means, e.g. recording using a thermal beam of optical radiation by modifying optical properties or the physical structure, reproducing using an optical beam at lower power by sensing optical properties; Record carriers therefor
    • G11B7/12—Heads, e.g. forming of the optical beam spot or modulation of the optical beam
    • G11B7/135—Means for guiding the beam from the source to the record carrier or from the record carrier to the detector
    • G11B7/1372—Lenses
    • G11B7/1374—Objective lenses
    • G—PHYSICS
    • G11—INFORMATION STORAGE
    • G11B—INFORMATION STORAGE BASED ON RELATIVE MOVEMENT BETWEEN RECORD CARRIER AND TRANSDUCER
    • G11B7/00—Recording or reproducing by optical means, e.g. recording using a thermal beam of optical radiation by modifying optical properties or the physical structure, reproducing using an optical beam at lower power by sensing optical properties; Record carriers therefor
    • G11B7/12—Heads, e.g. forming of the optical beam spot or modulation of the optical beam
    • G11B7/135—Means for guiding the beam from the source to the record carrier or from the record carrier to the detector
    • G11B7/1392—Means for controlling the beam wavefront, e.g. for correction of aberration
    • G11B7/13922—Means for controlling the beam wavefront, e.g. for correction of aberration passive
    • G—PHYSICS
    • G11—INFORMATION STORAGE
    • G11B—INFORMATION STORAGE BASED ON RELATIVE MOVEMENT BETWEEN RECORD CARRIER AND TRANSDUCER
    • G11B7/00—Recording or reproducing by optical means, e.g. recording using a thermal beam of optical radiation by modifying optical properties or the physical structure, reproducing using an optical beam at lower power by sensing optical properties; Record carriers therefor
    • G11B2007/0003—Recording, reproducing or erasing systems characterised by the structure or type of the carrier
    • G11B2007/0006—Recording, reproducing or erasing systems characterised by the structure or type of the carrier adapted for scanning different types of carrier, e.g. CD & DVD
    • G—PHYSICS
    • G11—INFORMATION STORAGE
    • G11B—INFORMATION STORAGE BASED ON RELATIVE MOVEMENT BETWEEN RECORD CARRIER AND TRANSDUCER
    • G11B7/00—Recording or reproducing by optical means, e.g. recording using a thermal beam of optical radiation by modifying optical properties or the physical structure, reproducing using an optical beam at lower power by sensing optical properties; Record carriers therefor
    • G11B7/12—Heads, e.g. forming of the optical beam spot or modulation of the optical beam
    • G11B7/135—Means for guiding the beam from the source to the record carrier or from the record carrier to the detector
    • G11B7/1372—Lenses
    • G11B2007/13727—Compound lenses, i.e. two or more lenses co-operating to perform a function, e.g. compound objective lens including a solid immersion lens, positive and negative lenses either bonded together or with adjustable spacing

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optical Head (AREA)
  • Lenses (AREA)

Abstract

一种用于光学头的物镜，其将具有较短波长的第一激光束和具有较长波长的第二激光束分别会聚到第一光盘(DVD)和第二光盘(CD)上。第一光盘的保护层比第二光盘的保护层厚。该物镜通过提供相当于大于或等于0.01λ(rms)波前像差的同轴像散补偿关于以一预定入射角作为离轴光束入射到所述物镜上的第一光束的像散，所述物镜被设计为使得与第二激光束被会聚到第二光盘上的情形相比，在第一激光束被会聚到第一光盘的情形中彗差被更好地补偿。

Description

用于光学头的物镜、光学头以及光盘驱动器
技术领域
本发明涉及一种用于光盘驱动器中光学头的物镜，能够在具有不同数据密度和/或保护层厚度的不同类型光盘上记录或从中读出数据。
背景技术
光盘具有多种标准。根据不同标准的光盘可能具有不同的数据密度，不同的保护层厚度等等。例如，CD(致密盘)或CD-R(可记录的致密盘)具有相当低的数据密度，其保护层厚度为1.2mm。DVD(数字视频盘)具有相当高的数据密度，其保护层厚度为0.6mm。
对于DVD的数据记录/读出，需要使用波长为635-660nm的激光束。对于CD-R，鉴于其反射特性而使用波长大约为780nm的激光束。
这两种类型光盘均被广泛使用着，因而，最好是光盘驱动器能够使用两种光盘。如前所述，对于CD和DVD这种光盘驱动器应该具有可发射不同波长的激光束的两个激光二极管。鉴于光盘驱动器尺寸的减小，最好是用于光盘驱动器的光学***尽可能紧凑。为了减小光学***的尺寸，可以将这两个激光二极管合并为一个单元(即一个激光源单元)，另外，可以将光学头的物镜设计成对不同波长的激光束均起作用。
不过，当使用上述激光源单元时，产生了下述问题。
通常，可以将两个激光二极管的两个发光点对准在与物镜光轴垂直的方向。从而，入射到物镜上的光束之间存在角度差。也就是说，至少两个发光点所发射的其中一个激光束作为离轴光束入射到物镜上。
该光学***最好补偿对于不同波长的两个不同激光束的像差。不过，由于两种光盘的保护层厚度不同，不能完全补偿彗差。例如，如果对于一激光束彗差没有被完全补偿，该光束用于一种光盘并作为离轴光束入射到物镜上，该光束在盘面上不能形成足够小的束斑，从而，不能实现光盘上数据记录/读出。
另外，随着所要求的输出的增大激光发射装置的结构增大。如果结构增大，激发光点之间的距离也应该更长。从而，如果为了改善数据记录/读出速度上述类型光学头中要求相当高的强度，发光点之间的距离加长。在这种情形下，激光束相对于物镜的入射角之间的差别增大。因而，至少作为离轴光束入射在物镜上的一个激光束，以比较大的入射角入射在物镜上。于是导致比较大的像差，不可能实现数据记录/读出操作。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种用于采用具有可发射不同波长激光束的两个激光二极管的激光源单元的光盘驱动器的改进的物镜。该物镜被设计成可以抑制像差的产生，且在基于不同标准的多个光盘上形成适当的束斑。本发明还提供一种具有该改进物镜的改进的光学头，以及采用这种光学头的光盘驱动器。
为了实现上述目的，根据本发明提供一种用于光学头的物镜，所述物镜分别将第一和第二激光束会聚到第一和第二光盘上，第一激光束的波长小于第二激光束的波长，第一光盘的保护层比第二光盘的保护层薄，其中，所述物镜为单个元件物镜，所述物镜的一个折射表面具有衍射透镜结构，并且所述物镜的另一个折射表面是复曲面，其中，通过提供与大于或等于0.01λrms的波前像差相应的同轴像散，针对以一预定入射角作为离轴光束入射到所述物镜上的第一激光束的像散补偿所述物镜的像散，而且其中所述物镜被设计为使得与第二激光束被会聚到第二光盘上的情形相比，在第一激光束被会聚到第一光盘上的情形中彗差被更好地补偿。
由于这种结构，当使用第一光盘且光束平行于光轴入射时，该物镜的波前像差表现为最大值，当该光束以预定入射角入射时为最小值(具有正/负符号，绝对值相同)。从而，通过调节像散的幅值使得当光束平行于光轴入射时波前像差不超过可允许的范围，可以扩展波前像差不超过允许范围的入射角范围。
另外，对于第二光盘，不必要形成如用于第一光盘那样小的束斑。即NA可以比较小。在这种情况下，离轴光束所产生的彗差和像散对波前像差的影响比较小。因而，即使彗差没有被完全补偿，也可能增加波前像差不超过允许范围的入射角范围。
当使用上述物镜时，如果较短波长的激光束以对于第一光盘来说像散为最小值的入射角入射到物镜上，就可能将波前像差压缩在允许范围之内，对于第二光盘来说，甚至当光束不平行于物镜光轴入射时也是如此。
供选择地是，该物镜可以是一种无限共轭***，其作为平行光通量接收第一和第二激光束，并分别将所接收的平行光通量会聚在第一和第二光盘上。
另外，还可以在该物镜的折射表面之一上形成一衍射透镜结构，该衍射透镜结构被设计成随着通过其中的光束波长的增加，在欠校正方向上球差被改变。
根据本发明的另一方面，提供一种用于光盘驱动器的光学头，包括：一发射第一激光束的第一激光二极管；一发射第二激光束的第二激光二极管，所述第一激光束的波长小于所述第二激光束的波长；以及一将所述第一和第二激光束分别会聚在第一和第二光盘上的物镜，第一光盘的保护层比第二光盘的保护层薄，其中，所述物镜为单个元件物镜，所述物镜的一个折射表面具有衍射透镜结构，并且所述物镜的另一个折射表面是复曲面，其中，通过提供与大于或等于0.01λrms的波前像差相应的同轴像散，针对以一预定入射角作为离轴光束入射到所述物镜上的第一激光束的像散补偿所述物镜的像散，其中所述物镜被设计为使得与第二激光束被会聚到第二光盘上的情形相比，在第一激光束被会聚到第一光盘上的情形中彗差被更好地补偿，并且其中所述第一激光二极管和所述第二激光二极管被设置为：所述物镜会聚所述第一激光束和所述第二激光束而成的会聚点沿一个方向对准，平行于物镜光轴的光通量入射在所述物镜上时形成的两焦线中的更靠近该物镜的一个在该方向上延伸。
通过提供相应于大于或等于0.01λ(rms)的波前像差的同轴像散，该物镜对于相对于作为离轴光束以一预定入射角入射在该物镜上的第一光束的像散进行补偿。
另外，该物镜被设计成与第二激光束被会聚在第二光盘上的情形相比，在第一激光束被会聚在第一光盘上的情形中更好地补偿彗差。
此外，第一激光二极管和第二激光二极管被如此设置，以使通过该物镜将第一激光束和第二激光束会聚的会聚点沿两条焦线之一的方向对齐，该焦线为当平行于物镜光轴的光通量入射在物镜上时靠近该物镜形成及延伸。
供选择地是，第一激光二极管和第二激光二极管结合在一个单一单元中。
另外，最好是使第一和第二激光二极管的发光点对准在相对于物镜光轴的离轴位置。
根据本发明的另一方面，提供一种光盘驱动器，包括：一主轴电动机，能够旋转第一光盘和第二光盘中的任一个；一光学头，其包括：一发射第一激光束的第一激光二极管；一发射第二激光束的第二激光二极管，所述第一激光束的波长小于所述第二激光束的波长；以及一将所述第一和第二激光束分别会聚在第一和第二光盘上的物镜，第一光盘的保护层比第二光盘的保护层薄，其中，所述物镜为单个元件物镜，所述物镜的一个折射表面具有衍射透镜结构，并且所述物镜的另一个折射表面是复曲面，其中，通过提供与大于或等于0.01λrms的波前像差相应的同轴像散，针对以一预定入射角作为离轴光束入射到所述物镜上的第一激光束的像散补偿所述物镜的像散，其中所述物镜被设计为使得与第二激光束被会聚到第二光盘上的情形相比，在第一激光束被会聚到第一光盘上的情形中彗差被更好地补偿，并且其中所述第一激光二极管和所述第二激光二极管被设置为：所述物镜会聚所述第一激光束和所述第二激光束而成的会聚点沿一个方向对准，平行于物镜光轴的光通量入射在所述物镜上时形成的两焦线中的更靠近该物镜的一个在该方向上延伸；一光学头驱动机构，沿所述第一和第二光盘中的所述一个的径向驱动至少一部分所述光学头，其中更靠近所述物镜的所述焦线的延伸方向与到所述第一和第二光盘中的所述一个的切线一致。
附图说明
图1示意性地表示根据本发明一实施例的光盘驱动器一部分的透视图；
图2表示其光路被拟定的光学头的光学***；
图3A表示一物镜的前视图；
图3B为图3A所示物镜的侧视剖面图；
图3C为图3A所示物镜的局部放大的侧视剖面图；
图4为表示根据该实施例的物镜所产生的像散的透视图；
图5表示根据该实施例的物镜和光盘的剖面图；
图6A为表示使用具有第一波长的光束时该物镜的球差和正弦条件的曲线；
图6B为表示使用具有第一波长的光束时该物镜的像散曲线；
图7表示使用第一光盘时光束相对于该物镜的入射角与波前像差之间的关系；
图8表示与图7相似的关系，不过同轴像散被去掉了；
图9A为表示使用具有第二波长的光束时该物镜的球差和正弦条件的曲线；
图9B为表示使用具有第二波长的光束时该物镜的像散曲线；
图10表示使用第二光盘时光束相对于该物镜的入射角与波前像差之间的关系；
图11表示与图10相似的关系，不过同轴像散被去掉了。
具体实施方式
在下文中，将参照附图描述一种光盘驱动器，一种用于光盘驱动器的光学头和一种用于光学头的物镜。
图1示意性地表示根据本发明一实施例的光盘驱动器1一部分的透视图，图2表示其光路被拟定的光学头10的光学***。
在下面的说明中，将引用两种类型的光盘：第一光盘D1和第二光盘D2。第一光盘D1具有相当高的数据密度，具有厚度为0.6mm的保护层。第一光盘D1的一个例子为DVD(数字视频盘)。第二光盘D2具有相当低的数据密度，具有厚度为1.2mm的保护层。第二光盘D2的一个例子为CD(致密盘)或CD-R(可记录致密盘)。
光盘驱动器1能够对第一和第二光盘D1和D2执行数据记录/读出。
如图1所示，该光盘驱动器1包括一用于旋转光盘D1或D2的主轴电动机2和一光学头10。该光学头10被设计成在图中没有示出的驱动机构作用下可沿径向运动(用箭头R表示)。
该光学头10包括一激光器组件11，一准直透镜12，一光束成形/分束棱镜13，一探测器14，一反射镜15和一物镜20。
该激光器组件11具有分别发射具有不同波长激光束的第一和第二激光二极管11a和11b。准直透镜12对激光二极管11a和11b所发射的激光束进行准直。光束成形/分束棱镜13调节激光二极管11a和11b所发射光束的横截面形状。该光束成形/分束棱镜13还具有将所接收光束分束成分别射向光盘和探测器14的分量，用于控制所发射光束的强度。反射镜15通过物镜20将通过棱镜13的光分量朝着光盘D1或D2反射，物镜20将棱镜13所发射的激光束会聚到光盘D1或D2上。
激光二极管11a和11b包括在激光器组件中，彼此几乎对齐。激光二极管11a和11b的发光点相对于物镜20的光轴Ax相对设置。因而，第一和第二激光二极管11a和11b所发射的第一和第二激光束均作为离轴光束入射在物镜上。应该注意，第一和第二激光二极管11a和11b被设置为使由第一和第二激光二极管11a和11b发射的激光束形成的束斑对准在与光盘D1或D2的切线平行的方向上。
当使用第一光盘D1时，第一激光二极管11a发射波长为657nm的第一激光束L1(在图2中用实线表示)。当使用第二光盘D2时，第二激光二极管11b发射波长为790nm的第二激光束L2(在图2中用虚线表示)。第一和第二激光二极管11a和11b分别作为发散光通量发射的激光束L1和L2，由准直透镜12准直并转换为平行光通量。物镜20对通过光束成形/分束棱镜13和反射镜15的该准直激光束L1或L2进行会聚，并在光盘D1或D2的数据记录表面上形成束斑。
应该注意，在图2中为简化起见没有给出光束成形/分束棱镜13和反射镜15。
另外，在图2中以重叠方式表示出两个光束L1和L2以及两个光盘D1和D2。不过在实际使用中，每次仅使用光盘D1和D2中的一个，并根据所使用光盘使用激光束L1和L2其中之一。即当使用第一光盘D1时，激励第一激光二极管11a发射波长为657nm的激光束L1，当使用第二光盘D2时，激励第二激光二极管11b发射波长为790nm的第二激光束L2。
激光束L1或L2被光盘D1或D2反射，并入射到物镜20上。所反射的光束被物镜20转变为平行光通量，进入准直透镜12并被会聚，通过一复合光学元件射向激光器组件11。图1中没有示出的复合光学元件被设置在光束成形/分束棱镜13与物镜20之间，对所反射的光束进行分束，并将被分束的光分量射向设置在激光器组件11中的多个光接收装置，用于接收被分束的光束，并探测调焦误差信号、跟踪误差信号和再现信号。
特别是，采用所谓的双刀口方法进行调焦误差信号的检测，采用所谓的相差方法或差动方法探测跟踪误差信号。由于具有这种结构，可以使用DVD，CD和CD-R中的任一种。上述信号探测方法是众所周知的，日本专利临时公开HEI11-53759中描述了这种方法的一个例子。
在光学头10中提供一用于驱动物镜20以便基于调焦误差信号和跟踪误差信号将束斑精确定位在光盘的数据轨道上的激励器(图中没有给出)。
图3A-3C表示物镜20的结构。图3A表示前视图，图3B表示其侧视剖面图，图3C表示物镜20的部分放大的侧视剖面图。
如图3A-3C所示，物镜20为一双凸单透镜。准直透镜一侧的第一表面21为形成有衍射透镜结构的旋转对称非球面。处于光盘一侧的第二表面22为经过修正的复曲面，其光焦度取决于位置和方向而不同。特别是，该修正的复曲面为相对于光轴非对称的弯曲表面，且其沿主子午线(aprincipal meridian)的剖面不是弧形。
在物镜20的第一表面21上形成该衍射物镜结构。该衍射物镜结构包括多个相对物镜20的光轴为同心的环形带，如图3A所示。在环形带的边界处，形成沿与光轴平行方向延伸的阶跃部分，如同众所周知的菲涅尔透镜结构一样。
物镜20的第一表面21被分成一公共区域RC和围绕该公共区域RC周围的高NA(数值孔径)专用区域RE。该公共区域RC是在第二光盘D2上形成束斑的光束所通过的区域。由于第二光盘D2的数据密度比较小，故对第二光盘D2来说相当低的NA(数值孔径)就足够了。高NA的专用区域RE是在第一光盘D1上形成束斑的光束通过的区域。由于第一光盘D1的数据密度比较大，故对于第一光盘D1来说要求相当高的NA。在这个实施例中，在第一表面21的整个面积上形成该衍射透镜结构，其包括公共区域RC和高NA的专用区域RE。
形成在第一表面21上的衍射透镜结构的特点在于，随着通过该衍射透镜结构的光束波长的增加，球差被改变到一欠校正的方向。通常当光盘的保护层厚度增加时，光学头的球差沿过校正的方向发生改变。另外，对于具有相当薄保护层的第一光盘D1来说，使用波长较短的激光束；对于具有相当厚保护层的第二光盘D2，使用波长较长的激光束。
在该实施例中，该衍射透镜结构校正相对于第一激光束L1的球差。由于当波长增加时由衍射透镜结构提供的球差沿欠校正的方向改变，故该衍射透镜结构提供的球差能够抵消当光盘由第二光盘D2变为第一光盘D1时沿过校正方向的球差的改变。
另外，由于第二表面22被加工为修正的复曲面，故物镜20可相对于垂直(即平行于光轴Ax)入射其上的光提供一预定大小的像散。特别是，当第一激光二极管11a所发射的第一激光束L1会聚到第一光盘D1上时，物镜20可提供相当于0.01λ(rms)或更多的波前像差的色散，从而补偿了关于以预定入射角入射到物镜20上的离轴光束的像散。
最好是使物镜20提供的像散等于或小于相当于0.05λ[rms]波前像差的大小。像散的改变与光束入射角的平方成正比。当像散超过上限时，如果在激光二极管与准直透镜之间存在位置误差，并且如果光束相对于物镜的入射角与设计值不同，则像散可能变化很大。从而，如果物镜20所提供的像散超过了上限，则必须要抑制装配误差，因而每个光学元件必需高度精确地设置。
另外，物镜20被设计成为第二光束L2的离轴光线提供彗差。因而，不能将第二激光束的入射角设置得很大，而且第二激光二极管11b基本上设置在物镜20的光轴上。在这种情况下，波前像差与波长成反比，与NA的平方成正比。在这种条件下，如果激光束L1的同轴像散超过了相当于0.05λ[rms]波前像差的大小，则激光束L2的像散超过相当于0.027λ[rms]波前像差的大小。最好是使该像散不是特别大，因而，最好是使该像散不超过上限。
图4中给出像散的方向与激光二极管11a和11b以及光盘D1和D2的配置有关。
如图4中所示，在同一平面上的Y-轴和Z-轴相互垂直，并与光轴Ax垂直。物镜20被设计为沿Z-轴方向的正光焦度大于沿Y-轴方向的正光焦度。因而，光通量沿平行于光轴Ax的方向入射到物镜20上，形成靠近物镜20并沿Y-轴方向延伸的第一焦线F1，以及与第一焦线F1相比离物镜20距离较远并沿Z-轴方向延伸的第二焦线F2。
第一和第二激光二极管11a和11b被设置为，使第一和第二激光二极管11a和11b分别发射的光束的光会聚点沿第一焦线F1的方向即Y-轴方向对准。另外，该光学头10被设置为使第一焦线F1沿与光盘D1或D2的切线平行的方向延伸。
另外，该物镜20被设计成使得与第二激光二极管11b发射的激光束被会聚在第二光盘D2上的情形相比，当第一激光二极管11a所发射的激光束被会聚在第一光盘D1上时的彗差正好被补偿
如果使用上述衍射透镜结构相对于第一和第二光盘D1和D2补偿了球差，则对于两光盘D1和D2来说彗差不能被同时补偿-因此，在本实施例中，仅仅对于要求较大NA的第一光盘D1补偿了彗差。
如果就第一光盘D1而言彗差被补偿，则由于入射角改变导致的波前像差的变化基本上取决于像散。因而，如果对于以预定入射角入射在物镜20上的离轴光束补偿了像散，便可以将以该预定入射角入射的离轴光束的波前像差抑制在很小的量。不过，只有在沿第一焦线F1的方向即Y-轴方向的像散能够被补偿，如果入射光束的入射角具有Z-轴分量，则像散增加。因此，两个光会聚点应该沿Y-轴方向对准，从而第一和第二激光二极管也应该沿Y-轴方向对准。
对于第二光盘D2来说，不必要将束斑尺寸减小到如同第一光盘D1那样，因而NA可以比较小。因此，即使彗差没有被补偿，也可以设置相当宽范围的光束入射角而不超出允许波前像差。因此，如果将第一激光二极管11a设置为使其激光束以一像散具有最小值的入射角入射在物镜20上，即使第二激光二极管11b发射的激光束以一定角度入射在物镜20上(即不垂直)，波前像差也可以处于允许范围之内。如上所述，对于两种光盘来说，波前像差均被抑制在允许范围以内。
当两个光会聚点所对准的方向(即第一焦线F1的方向)与光盘D1和D2的切线一致时，可以相互分开地设置接收第一激光二极管11a发射并被光盘D1反射的光束的光接收元件和另一个接收第二激光二极管11b发射并被光盘D2反射的光束的光接收元件。
为了探测跟踪误差信号，至少应该沿相应于彼此分开的光盘中每个光盘的半径方向设置一对光接收元件。从而，如果沿半径方向排列激光二极管11a和11b，至少应该将四个光接收元件排列在沿相应于一光盘的半径方向延伸的直线上。由于四个光接收元件之间可能相互干扰，故这种设置是难于实现的。如果激光二极管11a和11b排列在与光盘的切线相平行的方向上，就可以克服这种缺陷。
仅仅在沿第一焦线F1(即Y-轴方向)的方向上像散被补偿。从而，如果该光学头为一种有限远***，并且当物镜为了跟踪而沿半径方向(Z-轴方向)运动时入射角发生改变，便可能产生比较大的像散，波前像差可能超出允许范围。在这种***中，不能满足眼踪所必需的可运动范围。
在该实施例中，平行光通量入射在物镜20上，物镜20被设计为无限远共轭***。因而，即使为了跟踪物镜20沿半径方向运动，也不改变光束的入射角，从而不会产生像散。因此，为了跟踪可以在不超出波前像差允许范围的条件下得到物镜20足够大的可运动范围。
下面将描述物镜20的数字实施例。图5表示物镜20和第一与第二光盘D1和D2。表1中给出了数值。
在这个实施例中，物镜20的第一表面21被分为公共区域RC和高NA专用区域RE。该公共区域RC被限定为0≤h＜1.69(mm)的区域，高NA专用区域RE被限定为1.69≤h的区域，其中h表示相对于物镜20的光轴的高度。在公共区域RC和高NA专用区域RE中，形成由不同光程差函数所限定的衍射透镜结构。另外，公共区域RC和高NA专用区域RE的基础曲线(不包括衍射透镜结构的透镜表面的形状)为由不同系数所限定的不同的非球面。物镜20的第二表面22为修正的复曲面，其上没有形成衍射透镜结构。
特别是，由下式限定形成第一表面21的基础曲线的旋转对称非球面的形状：
X ( h ) = Ch 2 1 + 1 - ( 1 + K ) C 2 h 2 + A 4 h 4 + A 6 h 6 + A 8 h 8 + A 10 h 10 + A 12 h 12
其中，X(h)为SAG，即表面上距离光轴高度为h的一点相对于光轴处切平面的距离；
C表示光轴上非球面的曲率(1/r)；
K为锥形常数；以及
A4，A6，A8，A10和A12分别为第四，第六，第八，第十和第十二级非球面系数。
下式限定了第二表面22的形状(即修正的复曲面)：
X ( Y , Z ) = CyY 2 + CzZ 2 1 + 1 - ( 1 + K ) ( Cy 2 Y 2 + CzZ 2 ) + A 4 h 4 + A 6 h 6 + A 8 h 8 + A 10 h 10 + A 12 h 12
其中X(Y，Z)为SAG，即表面上Y和Z坐标为(Y，Z)的一点相对于光轴处相切平面的距离；
Cy和Cz分别表示光轴上沿Y-轴和Z-轴方向该表面的曲率；
K为锥形常数；
A4，A6，A8，A10和A12分别为第四，第六，第八，第十和第十二级非球面系数；
h为
Figure C0113536900153
该衍射透镜结构所附加的光程长度Φ(h)由下面的光程差函数表示：
φ(h)＝(P2h2+P4h4+P6h6+…)×m×λ
其中P2，P4和P6为第二，第四和第六级系数；h表示到光轴的高度；m表示衍射级；λ表示工作波长。光程差φ(h)表示距离光轴高度为h处不通过衍射透镜结构的假想光线的光程长度与被衍射透镜结构所衍射的光线的光程长度的差。换句话说，光程差φ(h)表示被衍射透镜结构所衍射的每束光线的附加光程长度。所附加的长度为正表示光轴上的光程差被延长。
衍射透镜结构的实际微观形状通过从光程差φ(h)中去除掉整数倍的波长λ来确定。即，确定每个环形带的宽度使得当使用第一级衍射光时，该环形带的内侧与外侧之间具有一个波长的光程差，相邻环形带之间的阶跃提供了对于入射光为一个波长的光程差。
在表1中给出了限定公共区RC的基础曲线和公共区RC中衍射透镜结构，和高NA专用区RE的基础曲线和高NA专用区RE中衍射透镜结构的系数，表面之间的距离，对于所使用波长的折射率，限定表面22的系数。
在表1中，NA1，f1和λ1分别为使用第一光盘D1时的数值孔径、物镜20的焦距(单位：mm)和波长。另外，NA2，f2和λ2分别为使用第二光盘D2时的数值孔径、物镜20的焦距(单位：mm)和波长。
表1
  NA1＝0.65  f1＝3.360  λ1＝657NA2＝0.50  f2＝3.384  λ2＝790
                   第一表面   第二表面
  公共区域(0≤h＜1.69)   高NA专用区域(1.69≤h＜2.18)
r 2.101 2.129   ry：-8.450rZ：-8.446
  κ   -0.500   -0.500   0.00
  A4   -1.81100×10-3   -6.72000×10-4   1.60200×1-2
  A6   -2.44900×10-4   -1.46200×10-5   -3.26800×10-3
  A8   -1.75000×10-5   -8.69200×10-5   1.29900×10-4
  A10   -3.51400×10-6   2.19000×10-5   3.20300×10-5
  A12   -2.56000×10-6   -5.36100×10-6   -3.74500×10-6
  P2   0.0   -2.56044   ---
  P4   -1.65300   -0.80000   ---
  P6   -0.15050   -0.09000   ---
  P8   0.0   0.00   ---
  P10   0.0   0.00   ---
  P12   0.0   0.00   ---
  d(第一和第二表面之间的距离)   2.210
  n657(波长为657nm时的折射率)   1.54059
  n790(波长为790nm时的折射率)   1.53653
图6A表示根据本实施例的对于第一光盘D1波长为657nm时物镜的球差SA和正弦条件SC。图6B表示使用第一光盘D1时的像散(DS：弧矢；DM：子午)，横轴表示像差大小(单位：mm)，图6A的纵轴表示NA，图6B的纵轴表示Y-轴方向图像高度Y。
图7给出了给出了使用第一光盘D1时第一激光二极管11a所发出的光束相对物镜20入射的角度与波前像差(rms值)之间的关系。对于第一光盘D1，对于具有预定入射角的离轴光束像散被补偿，另外彗差也被补偿。从而，当光束垂直入射时(入射角：0°)波前像差具有最大值0.022λ，当入射角为±0.58°时具有最小值0.016λ。当入射角为±0.88°时波前像差达到0.030λ，在该±0.88°范围内，波前像差被抑制在允许范围以内。
如果将物镜20设计成不具有像散，则图8表示为对于第一光盘D1的波前像差。在这种情况下，当入射角为±0.73°时波前像差达到了上限0.030λ。
通过比较图7与图8可以可知，通过给物镜20提供同轴像散可以扩展波前像差被抑制在允许范围的入射角的范围。
图9A给出了根据本实施例的对于第二光盘D2波长为790nm时物镜的球差SA和正弦条件SC。图9B给出了使用第二光盘D2时的像散(DS：弧矢；DM：子午)。
图10给出了使用第二光盘D2时第二激光二极管11b所发出的光束相对物镜20入射的角度与波前像差(rms值)之间的关系。对于第二光盘D2，彗差没有被补偿。从而，随着入射角绝对值的增加波前像差增加。在±0.67°的入射角处波前像差达到0.030λ[rms]的上限。从而，如果入射角在上述范围内则波前像差被抑制在允许范围以内。
如果物镜20被设计为不具有像散，图11给出了对于第二光盘D2的波前像差。在这种情形下，当入射角为±0.68°时波前像差达到上限0.030λ。从而，当使用第二光盘D2时，物镜具有像散的情形与物镜不具有像散的情形相比差别很小。
如果不具有同轴像散，对于所使用的光盘D1和D2，将波前像差保持在小于0.030λ的入射角的上限为0.73°+0.68°＝1.41°。即，如果第一激光束与第二激光束的入射角之间的差大于1.41°，对于第一和第二光盘其中至少一个不能使束斑足够小。
如果如本实施例提供了同轴像散，对于所使用的光盘D1和D2，将波前像差保持在小于0.030λ的入射角的上限为0.88°+0.67°＝1.55°。从而，第一和第二激光束的入射角之间的允许差别增大。当为了增加激光二极管的输出强度而将两个激光二极管彼此分开设置时可以应用这种结构。
当发光点之间的距离为400μm，准直透镜的焦距为23mm时，两个激光束的入射角的差为0.75°。在这种情况下，不必要提供像散。
不过，当不提供像散时，入射角的范围比较小，从而要求相当高的位置精度。另外，如果由0.030λ的允许波前像差范围确定激光二极管的排列，由于光学元件的制造/装配误差，所得到的波前像差可能超出该允许范围。
如果物镜20具有像散，对于每种光盘可能将波前像差抑制在小于0.020λ，对于其它光学元件来说增加了允许制造/装配误差。
在上述实施例中，通过将物镜的第二表面形成为修正的复曲面而产生了像散。不过，本发明并不限于这种结构。例如，如果使用注入模制方法制造物镜，则可以将第二表面设计为旋转对称表面，但通过调节模制过程的不同条件来产生像散，诸如模具的温度分布，所注入的树脂材料的温度调节等等。

Claims (9)

1.一种用于光学头的物镜，所述物镜分别将第一和第二激光束会聚到第一和第二光盘上，第一激光束的波长小于第二激光束的波长，第一光盘的保护层比第二光盘的保护层薄，
其中，所述物镜为单个元件物镜，所述物镜的一个折射表面具有衍射透镜结构，并且所述物镜的另一个折射表面是复曲面，
其中，通过提供与大于或等于0.01λrms的波前像差相应的同轴像散，针对以一预定入射角作为离轴光束入射到所述物镜上的第一激光束的像散补偿所述物镜的像散，而且
其中所述物镜被设计为使得与第二激光束被会聚到第二光盘上的情形相比，在第一激光束被会聚到第一光盘上的情形中彗差被更好地补偿。
2.根据权利要求1的物镜，该物镜为一无限远共轭***，其接收作为平行光通量的第一和第二激光束，并将所接收的平行光通量分别会聚到第一和第二光盘上。
3.根据权利要求1或2的物镜，所述衍射透镜结构被设计为：随着通过其中的光束波长的增加，球差在有待校正方向上改变。
4.一种用于光盘驱动器的光学头，包括：
一发射第一激光束的第一激光二极管；
一发射第二激光束的第二激光二极管，所述第一激光束的波长小于所述第二激光束的波长；以及
一将所述第一和第二激光束分别会聚在第一和第二光盘上的物镜，第一光盘的保护层比第二光盘的保护层薄，
其中，所述物镜为单个元件物镜，所述物镜的一个折射表面具有衍射透镜结构，并且所述物镜的另一个折射表面是复曲面，
其中，通过提供与大于或等于0.01λrms的波前像差相应的同轴像散，针对以一预定入射角作为离轴光束入射到所述物镜上的第一激光束的像散补偿所述物镜的像散，
其中所述物镜被设计为使得与第二激光束被会聚到第二光盘上的情形相比，在第一激光束被会聚到第一光盘上的情形中彗差被更好地补偿，并且
其中所述第一激光二极管和所述第二激光二极管被设置为：所述物镜会聚所述第一激光束和所述第二激光束而成的会聚点沿一个方向对准，平行于物镜光轴的光通量入射在所述物镜上时形成的两焦线中的更靠近该物镜的一个在该方向上延伸。
5.根据权利要求4的光学头，该光学头为一种无限远共轭***，其接收作为平行光通量的第一和第二激光束，并将所接收的平行光通量分别会聚到第一和第二光盘上。
6.根据权利要求4的光学头，所述物镜的所述衍射透镜结构被设计为：随着通过其中的光束波长的增加，球差在有待校正方向上改变。
7.根据权利要求4的光学头，其中所述第一激光二极管和所述第二激光二极管合并在一个单一的单元中。
8.根据权利要求4至7中任一权利要求的光学头，其中所述第一和第二激光二极管的发光点相对于所述物镜的光轴排列在离轴位置处。
9.一种光盘驱动器，包括：
一主轴电动机，能够旋转第一光盘和第二光盘中的任一个；
一光学头，其包括：
一发射第一激光束的第一激光二极管；
一发射第二激光束的第二激光二极管，所述第一激光束的波长小于所述第二激光束的波长；以及
一将所述第一和第二激光束分别会聚在第一和第二光盘上的物镜，第一光盘的保护层比第二光盘的保护层薄，
其中，所述物镜为单个元件物镜，所述物镜的一个折射表面具有衍射透镜结构，并且所述物镜的另一个折射表面是复曲面，
其中，通过提供与大于或等于0.01λrms的波前像差相应的同轴像散，针对以一预定入射角作为离轴光束入射到所述物镜上的第一激光束的像散补偿所述物镜的像散，
其中所述物镜被设计为使得与第二激光束被会聚到第二光盘上的情形相比，在第一激光束被会聚到第一光盘上的情形中彗差被更好地补偿，并且
其中所述第一激光二极管和所述第二激光二极管被设置为：所述物镜会聚所述第一激光束和所述第二激光束而成的会聚点沿一个方向对准，平行于物镜光轴的光通量入射在所述物镜上时形成的两焦线中的更靠近该物镜的一个在该方向上延伸；
一光学头驱动机构，沿所述第一和第二光盘中的所述一个的径向驱动至少一部分所述光学头，
其中更靠近所述物镜的所述焦线的延伸方向与到所述第一和第二光盘中的所述一个的切线一致。
CNB011353694A 2000-10-06 2001-09-30 用于光学头的物镜、光学头以及光盘驱动器 Expired - Lifetime CN1287185C (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP306983/2000 2000-10-06
JP2000306983 2000-10-06

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN1365013A CN1365013A (zh) 2002-08-21
CN1287185C true CN1287185C (zh) 2006-11-29

Family

ID=18787563

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CNB011353694A Expired - Lifetime CN1287185C (zh) 2000-10-06 2001-09-30 用于光学头的物镜、光学头以及光盘驱动器

Country Status (4)

Country Link
US (1) US6785215B2 (zh)
KR (1) KR20020027261A (zh)
CN (1) CN1287185C (zh)
TW (1) TW544529B (zh)

Families Citing this family (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7266704B2 (en) * 2000-12-18 2007-09-04 Digimarc Corporation User-friendly rights management systems and methods
JP4279485B2 (ja) * 2001-10-09 2009-06-17 コニカミノルタホールディングス株式会社 対物レンズおよび光ピックアップ装置
JP3518684B2 (ja) 2002-01-11 2004-04-12 日立マクセル株式会社 対物レンズの設計方法、対物レンズ、対物レンズの製造方法、多波長用光学系、光ヘッド及び光デイスク装置
CN100432707C (zh) * 2002-01-11 2008-11-12 日立麦克赛尔株式会社 物镜
JP4259067B2 (ja) * 2002-02-22 2009-04-30 コニカミノルタホールディングス株式会社 光ピックアップ装置の対物光学素子、光ピックアップ装置及び光情報記録再生装置
JP2004005944A (ja) * 2002-04-30 2004-01-08 Samsung Electronics Co Ltd 光ピックアップ及びくさび型ビームスプリッタ
JP2003337281A (ja) * 2002-05-17 2003-11-28 Minolta Co Ltd 光ピックアップ用の対物レンズ
JP3546877B2 (ja) 2002-05-28 2004-07-28 三菱電機株式会社 半導体レーザ装置及び光ヘッド装置
US7212485B2 (en) * 2003-04-14 2007-05-01 Hoya Corporation Objective lens and method for manufacture thereof
CN101789243B (zh) * 2005-02-10 2012-08-22 柯尼卡美能达精密光学株式会社 物镜、光拾取装置及光信息记录再生装置
EP1975931A1 (en) * 2005-12-28 2008-10-01 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Objective lens, optical head and optical disc device
JP2008071385A (ja) * 2006-09-12 2008-03-27 Nidec Sankyo Corp 光ヘッド装置
JP4989302B2 (ja) * 2007-05-10 2012-08-01 Ｈｏｙａ株式会社 光ピックアップ光学系組付方法
US10663700B2 (en) * 2018-01-30 2020-05-26 Coherent, Inc. Achromatic astigmatic anamorphic objective

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3191200B2 (ja) 1994-11-10 2001-07-23 コニカ株式会社 光情報記録媒体の記録再生装置
JP3653923B2 (ja) * 1997-03-19 2005-06-02 ソニー株式会社 記録再生装置および方法
JPH1153759A (ja) 1997-06-05 1999-02-26 Hitachi Ltd 光学ヘッドおよびそれを用いた光ディスク装置
US6366542B1 (en) * 1999-11-17 2002-04-02 Konica Corporation Optical pickup apparatus and objective lens
JP2001184698A (ja) * 1999-12-22 2001-07-06 Pioneer Electronic Corp 光ピックアップ装置
JP2002025096A (ja) * 2000-07-07 2002-01-25 Matsushita Electric Ind Co Ltd 半導体光源、光ピックアップヘッド装置及び情報記録再生装置

Also Published As

Publication number Publication date
TW544529B (en) 2003-08-01
US6785215B2 (en) 2004-08-31
US20020060973A1 (en) 2002-05-23
KR20020027261A (ko) 2002-04-13
CN1365013A (zh) 2002-08-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN1305050C (zh) 光学头
CN1104716C (zh) 光学传感装置
CN1287185C (zh) 用于光学头的物镜、光学头以及光盘驱动器
CN1112706A (zh) 光拾取装置，光盘记录和/或重放装置及补偿彗形象差的方法
CN1343354A (zh) 光学拾取装置的光学***
CN1347555A (zh) 光学拾取装置的光学***
CN1641766A (zh) 用于光盘的物镜
CN1354875A (zh) 光学拾取装置
CN1277140C (zh) 物镜设计方法、透镜及使用该透镜的光学***、光传感头和光盘装置
CN1249699C (zh) 用于信息记录介质重放的光学拾波器
CN1255791C (zh) 光学扫描装置
CN1071471C (zh) 光信息记录媒体的记录再生装置
CN100337139C (zh) 光学拾取器的物镜
CN1230701C (zh) 用于光学头的物镜
CN1420377A (zh) 物镜及拾光装置
CN1299283C (zh) 光学扫描设备、用于该设备的透镜***及其制造方法
CN1211791C (zh) 光学拾波装置
CN1448750A (zh) 光学读取设备的物镜
CN1828745A (zh) 衍射光栅、光拾取器和光盘装置
CN1605100A (zh) 光学扫描装置
CN1217218C (zh) 用于光学头的光学***
CN1624783A (zh) 半导体激光器单元和光学头装置
CN100340889C (zh) 用于光学拾波器的物镜
CN1472564A (zh) 光学元件、光头、用于校正球面象差的方法，以及光学记录/再现装置
CN1153197C (zh) 光学拾波器和其所用的校正透镜

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
C41 Transfer of patent application or patent right or utility model
TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20151104

Address after: Tokyo, Japan

Patentee after: HOYA Corporation

Address before: Tokyo, Japan

Patentee before: Pentax Co., Ltd.

C41 Transfer of patent application or patent right or utility model
TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20160127

Address after: Tokyo, Japan, Japan

Patentee after: Konica Minolta Opto, Inc.

Address before: Tokyo, Japan

Patentee before: HOYA Corporation

CX01 Expiry of patent term
CX01 Expiry of patent term

Granted publication date: 20061129