專利名稱：物鏡的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種物鏡，更具體地，涉及一種用于光學信息記錄介質且像差被修正 的物鏡。
背景技術：
在采用光盤介質的光學記錄/再現裝置的光學系統中，通常采用非球面的單個物 鏡。通過物鏡形成在記錄介質上的光斑的尺寸需要較小，從而實現高密度的記錄信息信號， 且已經開展了對如何增加物鏡的數值孔徑(NA)及如何利用短波長光源的研究。在設計非球面的單個物鏡時，利用非球面公式。通常，即使利用現有的非球面公 式，物鏡的最大傾斜角也在70°以上。然而，物鏡的最大傾斜角較大使得難以估計透鏡表面 的幾何精度。這是因為利用非球面幾何形狀鑒別器(evaluator)可測量的最大傾斜角約為 65°。而且，物鏡的最大傾斜角較大使得難以形成用于減反射涂覆層的膜且劣化偏振特性。 特別地，如果NA在0. 85以上，則這些問題變得更加嚴重。而且，如果利用現有的非球面公式設計物鏡，則會產生透鏡表面的彎曲的問題。透 鏡表面的彎曲會降低當機械加工透鏡的模子時的加工精度，并且會增加球差彎曲。
發明內容
本發明總的發明構思的示范性實施例提供一種具有高的NA且具有小的透鏡表面 彎曲或像差的透鏡。將在接下來的說明書中部分闡述本發明總的發明構思的附加的示范性實施例，且 根據說明書本發明總的發明構思的附加示范性實施例將部分明顯，或者可以通過對本發明 總的發明構思的實踐而知悉。本發明總的發明構思可以通過提供一種包括非球面透鏡表面的物鏡而實現，其中 用于形成非球面透鏡表面的非球面公式包括兩個2次函數項。非球面公式可以包括次數高于2次的函數項。次數高于2次的函數項可以包括以下公式1 [公式1]Z^h) = Ah4+Bh6+Ch8+Dh10其中‘Zjh)，表示從垂直于光軸的通過物鏡頂點的表面到面對光源的透鏡表面的 距離，‘h’表示從物鏡的軸到垂直于該軸的特定點的距離，‘A，、‘B，、‘C，和‘D’表示非球面系數。次數高于2次的函數項可以包括以下公式2 [公式2]Z2(h) = Ah4+Bh6+Ch8+Dh10+Eh12+Fh14+Gh16其中‘Z2(h)，表示從垂直于光軸的通過物鏡頂點的表面到面對光源的透鏡表面的 距離，‘h’表示從物鏡的軸到垂直于該軸的特定點的距離，‘A’、‘B’、‘C’、‘D’、‘E’、‘F’和‘G’表示非球面系數。16次函數項的系數‘G’可以是負數。16次函數項的系數‘G’可以滿足以下公式3 [公式3] 其中‘f’表示焦距。兩個2次函數項的第一 2次函數項可以表示球面、雙曲面、橢球面、拋物面以及除 了圓錐面的二次曲面中的一個。第一 2次函數項可以包括以下公式4 [公式4] 其中‘Z3(h)，表示從垂直于光軸的通過物鏡頂點的表面到面對光源的透鏡表面的 距離，‘h’表示從物鏡的軸到垂直于該軸的特定點的距離，‘c’表示作為基準的用于確定非 球面幾何形狀的曲率，‘K’表示二次曲面常數。兩個2次函數項的第二 2次函數項可以是拋物面。第二 2次函數項可以包括以下公式5 [公式5]Z4(h) = Lh2其中‘Z4(h)，表示從垂直于光軸的通過物鏡頂點的表面到面對光源的透鏡表面的 距離，‘h’表示從物鏡的軸到垂直于該軸的特定點的距離，‘L’表示非球面系數。第二 2次函數項的系數‘L’可以與第一 2次函數項的‘c’的符號相反。第二 2次函數項的系數‘L’可以是負數。第二 2次函數項的系數‘L’可以滿足以下公式6 [公式6]1 . r r其中‘R’表示物鏡的基本曲率，‘! ’表示‘c，的倒數。第二 2次函數項的系數‘L’可以滿足以下公式7 [公式7] 其中‘f’表示物鏡的焦距，‘n’表示用于光盤的物鏡的折射率，以及‘r’表示‘c’ 的倒數。通過物鏡內部的最外情況的光束與光軸之間的角可以滿足以下公式8 [公式8]
36° ≤θ≤ 40°物鏡可以是用于光盤的物鏡。應用非球面公式的透鏡表面可以是面對光源的透鏡表面。本發明總的發明構思的實施例還提供了非球面公式，該非球面公式用于形成物鏡 上的表面，其中非球面公式包括兩個2次函數項且被實現用以增加數值孔徑和最小化透鏡 彎曲。
根據以下結合附圖對示范性實施例的描述，本發明總的發明構思的這些和/或其 他示范性實施例將變得更加明顯且更容易理解，附圖中圖1是示出根據本發明總的發明構思的示范性實施例的物鏡的圖；圖2是示出根據本發明總的發明構思的示范性實施例如果非球面公式采用10次 以下項而應用于該非球面公式的系數的圖；圖3是示出根據圖2的非球面系數的最大傾斜角的結果值的圖；圖4A和4B是示出根據本發明總的發明構思的示范性實施例而設計的物鏡的像差 改變的圖；圖5是示出根據本發明總的發明構思的其他示范性實施例應用于包括16次以下 函數項的非球面公式的非球面系數的圖；圖6是示出如果采用圖5的非球面系數關于物鏡的性能數據和最大傾斜角的模擬 結果的圖；圖7A到7D是示出通過應用圖5的非球面系數而設計的物鏡的像差改變的圖；圖8是示出當根據本發明總的發明構思的其他示范性實施例而設計物鏡時非球 面系數的示例的圖；圖9是示出基于圖8的‘c’和2次函數項系數‘L’而計算的基本曲率半徑‘R’的 圖；圖10是示出根據本發明總的發明構思的其他示范性實施例就制造或裝配容限而 計算的像差的圖；以及圖11是示出根據最外情況的光束的傾斜度關于偏心特性和圖像高度的模擬結果 的圖。
具體實施例方式現將詳細描述本發明總的發明構思的示范性實施例，示范性實施例的示例示出在 附圖中，附圖中相同的附圖標記通篇表示相同的元件。下面通過參考附圖描述示范性實施 例，從而解釋本發明總的發明構思。圖1示出根據本發明總的發明構思的物鏡。如圖1所示，物鏡100可以包括面對 光源的第一表面110和與第一表面110相對布置的第二表面120。如果非球面公式用于配 置物鏡100，則不需要額外的像差校正。下面的公式9是用于形成根據本發明總的發明構思示范性實施例的物鏡的非球 面表面的非球面公式。
[公式9] 其中‘Z(h)，表示從垂直于光軸的通過物鏡頂點的表面到面對光源的透鏡表面的 距離，‘h’表示從物鏡的軸到垂直于該軸的特定點的距離，‘c’表示作為基準的用于確定非 球面幾何形狀的曲率，‘K’表示二次曲面常數，‘A’、‘B’、‘C’、‘D’、‘E’、‘G’、‘H’、‘ J’和‘L’
表示非球面系數。上述非球面公式可以用于實現物鏡的第一表面和第二表面。通過詳細解釋非球面公式的第一項，物鏡的透鏡表面根據二次曲面常數‘K’而大 致被確定。更具體地，如果‘K’是0，則透鏡表面是球面，如果‘K’大于-1而小于0，則透鏡 表面是橢球面，如果‘K’是-1，則透鏡表面是拋物面，如果‘K’小于-1，則透鏡表面是雙曲 面。如果‘K’大于1，則透鏡表面是除了上述曲面之外的其他曲面。公式9的第一項被稱為 “第一 2次函數項”。非球面公式的第二項可以貢獻于物鏡的拋物面透鏡表面的形成，更具體地，其可 以使利用第一 2次函數項形成的物鏡的透鏡表面更平緩或者更陡峭。因此，對物鏡的有效 半徑的像差校正可以簡單地通過低次項而實現。非球面公式的第二項被稱為“第二 2次函 數項”。非球面公式的第二 2次函數項的系數‘L’與曲率‘c’的符號相反。應用于具有大 的曲率的物鏡的第一表面的第二 2次函數項的系數‘L’可以是負數。利用非球面公式設計的物鏡的基本曲率半徑‘R’滿足以下公式10 [公式10] 其中‘r’表示曲率‘c，的倒數。物鏡可以利用公式10而容易地設計。而且，應用于物鏡的第一表面的系數和應用于物鏡的第二表面的系數可以滿足正 弦條件。正弦條件是指如下的最佳條件，在該最佳條件下，自工作距離的透鏡的中心厚度可 以基于透鏡給定的NA和焦距而確定以減小透鏡的像差或者增加制造或裝配容限，而且透 鏡的第二表面的基本曲率半徑可以基于透鏡的第一表面的基本曲率半徑而確定。如果應用于物鏡的第一表面的曲率‘c’利用透鏡的焦距‘f’和折射率‘n’被歸一 化，則透鏡可以被設計為如以下公式11的范圍[公式11] 其中‘f’表示物鏡的焦距，‘n’表示物鏡的折射率。
如果小于0. 4，則用以滿足正弦條件的校正可能不夠，而如果冗
大于0.45，則用以滿足正弦條件的校正可能是過度的。因此，如果‘f’、‘n’、‘r’和‘L’不 滿足公式11，則彗差或其他像差在透鏡的中心附近較大。非球面公式的余下項被稱為‘4次以上函數項’且可以貢獻于物鏡的像差校正。具 體地，4次以上且10次以下的函數項可以貢獻于有效半徑范圍內物鏡的形成和像差校正， 而12次以上函數項可以貢獻于有效半徑范圍之外物鏡的形成和像差校正。應用本發明總的發明構思的物鏡的中心厚度‘d’是1.75mm，折射率‘n’為 1. 52322，設計波長‘ X，為405nm，焦距‘f，為1. 41mm。此外，有效半徑為1. 20mm, NA為 0. 85。圖2是示出如果非球面公式采用10次以下項而應用于該非球面公式的系數的圖。 圖3是示出根據圖2的非球面系數的最大傾斜角的結果值的圖。圖2示出的非球面系數滿足正弦條件，并且第二 2次函數項的系數‘L’滿足公式 10 和 11。如圖3所示，即使僅采用非球面公式的10次以下函數項，在應用本發明總的發明 構思的物鏡的最大傾斜角與現有物鏡的最大傾斜角之間也不會發現差異。如果采用現有非 球面公式的20次以下項，則物鏡的最大傾斜角可以約為72°。然而，即使僅采用根據本發 明總的發明構思的非球面公式的10次以下函數項，物鏡的最大傾斜角也可以約為71°。因 此，因為如果采用本發明總的發明構思的非球面公式則僅利用10次以下函數項便可以獲 得足夠的最大傾斜角，所以容易設計物鏡。這里所述的最大傾斜角是指透鏡表面的切線與 光軸之間的最大角。圖4A和4B示出根據本發明總的發明構思的示范性實施例而設計的物鏡的像差改 變。如圖4A和4B所示，可以僅利用具有10次以下項的非球面公式來校正物鏡的像差。更 具體地，即使像差產生在透鏡的中心附近，則像差的程度也是非常小的，而且，可以看到甚 至在透鏡的有效半徑之外的像差也可以被校正。如果非球面公式進一步包括10次以上項，則物鏡的最大傾斜角會變得更小而有 效半徑會變得更大。圖5是示出根據本發明總的發明構思的其他示范性實施例應用于包括16次以下 函數項的非球面公式的非球面系數的圖。圖5中，非球面系數可以貢獻于物鏡的形成，具體地，10次以下項的非球面系數可 以貢獻于有效半徑內的物鏡的形成，10次項以上的較高次項的非球面系數可以貢獻于有效 半徑外的物鏡的形成。此外，對形成透鏡表面上有效半徑附近的部分貢獻最大的函數項的系數可以是正 數。因為在該實施例中有效半徑為1. 2mm，所以對形成有效半徑貢獻最大的函數項的系數可 以是10次函數項的系數‘D’。因此，可以采用其中D被設置為正數的非球面公式。為了將物鏡的最大傾斜角設計為小的，非球面公式的最高次函數項可以是負數。在此示范性實施例中，作為最高次函數項的16次函數項的系數‘G’滿足以下公式 12 [公式12]
如果G/f小于-0. 022，則圖像高度特性會產生問題，如果G/f大于-0. 009，則16 次函數項的效果會減弱，使得透鏡表面的傾斜角不會改變很多。圖6是示出如果采用圖5的非球面系數關于物鏡的性能數據和最大傾斜角的模擬 結果的圖。如圖6所示，即使采用16次以下項的非球面公式，物鏡的性能仍會是有效的且物 鏡的最大傾斜角會變得小于68°。可以看到在透鏡表面的特定點處存在污染點(infection point)使得透鏡表面平緩。透鏡的平緩的傾斜角使得容易形成透鏡，而增加了產品的成品率。此外，因為像差 校正在有效半徑外是有效的，所以裝配容限可以被設定為較大，并且還因為利用一般的非 球面幾何形狀鑒別器可測量的最大傾斜角約為65°，所以可以利用一般的非球面幾何形狀 鑒別器測量透鏡的傾斜角。此外，因為形成用于減反射涂覆層的膜的要求放寬，所以增加了 減反射涂覆層的成品率。此外，16次函數項的系數‘L’滿足公式12。圖7A到7D是示出可以通過應用圖5的非球面系數而設計的物鏡的像差改變的 圖。如圖7A到7D所示，如果采用具有16次以下項的非球面公式，則可以校正有效半徑外
的像差。在以上描述的圖7A到7D中，利用非球面公式的16次以下函數項可以校正像差且 可以降低最大傾斜角。然而，這不應該被認為是限制。可以利用非球面公式的18次函數項 或者20次函數項或者利用16次函數項和18次函數項的結合或者更高次函數項的結合確 定透鏡附近的幾何形狀。但是，即使在該情況中，如果最高次函數項被設置為是負函數，則 透鏡附近的部分的傾斜角也會變得平緩。此外，為了設計具有良好的圖像高度特性和偏心特性的透鏡，通過物鏡內部的最 外情況的光束(the beam of an outmost circumstance)與光軸之間的角0可以滿足以 下公式13 [公式13]36° ^ 0 ^ 40°如果0小于36°或者大于40°，則透鏡附近的彗差或者其他像差會較大。圖8是示出根據本發明總的發明構思的其他示范性實施例的物鏡的非球面系數 的示例的圖。如圖8所示，在第八示范性實施例中，可以應用包括16次以下項的非球面公式， 在第九示范性示例中，可以應用包括10次以下項的非球面公式，以及在第十示范性實施例 中，可以應用包括20次以下項的非球面公式到透鏡的第一表面，而包括14次以下項的非球 面公式可以應用到透鏡的第二表面。圖9是示出基于‘c’和圖8的2次函數項的系數‘L’而計算的基本曲率半徑R的圖。如圖9所示，即使‘c’ ( ‘r’的倒數)或2次函數項的系數‘L’存在偏差，利用公 式10獲得的基本曲率半徑‘R’也保持不變。此外，焦距‘f’利用下面的公式14而獲得。
[公式14] 利用公式14獲得的焦距‘f’為1.41mm，其可以應用于藍光光盤。此外，最外情況的光束的傾斜度0可以是37°到38°，其均勻地分布。圖10是示出根據本發明總的發明構思的其他示范性實施例就制造或裝配容限而 計算的像差的圖。如圖10所示，即使采用本發明總的發明構思的非球面公式，根據每個偏差的總像 差也落在可容許范圍內。圖11是示出根據最外情況的光束的傾斜度關于偏心特性和圖像高度的模擬結果 的圖。如果最外情況的光束的傾斜度9是37°到38°，則可以獲得良好的偏心特性和圖
像高度像差。結果，如果在設計非球面透鏡時應用包括兩個2次函數項的非球面公式，則制造 或裝配容限會變得較大。因此，產品成品率會增加，并且對透鏡注塑成形裝置的要求會放 寬，且模子的加工精度會增加。盡管已經示出和描述了本發明總的發明構思的各種示范性實施例，但是本領域的 技術人員應該理解的是，可以在不脫離本發明總的發明構思的原則和精神的前提下對這些 示范性實施例進行改變，本發明的范圍由所附權利要求和其等同物所限定。本申請要求于2009年4月7日提交到韓國知識產權局的韓國專利申請 No. 10-2009-29954的優先權，其全部內容以參考方式整體合并在此。
權利要求
一種物鏡，包括非球面透鏡表面，其中用于形成所述非球面透鏡表面的非球面公式包括兩個2次函數項。
2.根據權利要求1所述的物鏡，其中所述非球面公式包括次數高于2次的函數項。
3.根據權利要求2所述的物鏡，其中所述次數高于2次的函數項包括以下公式 (h) = Ah4+Bh6+Ch8+Dh10其中‘Zjh)’表示從垂直于光軸的通過所述物鏡頂點的表面到面對光源的透鏡表面的 距離，‘h’表示從所述物鏡的軸到垂直于所述軸的特定點的距離，‘A’、‘B’、‘C’和‘D’表示 非球面系數。
4.根據權利要求2所述的物鏡，其中所述次數高于2次的函數項包括以下公式 Z2 (h) = Ah4+Bh6+Ch8+Dh10+Eh12+Fh14+Gh16其中‘Z2(h)’表示從垂直于光軸的通過所述物鏡頂點的表面到面對光源的透鏡表面的 距離，‘h’表示從所述物鏡的軸到垂直于所述軸的特定點的距離，‘A，、‘B，、‘C’、‘D’、‘E’、 ‘F’和‘G’表示非球面系數。
5.根據權利要求4所述的物鏡，其中16次函數項的系數‘G’是負數。
6.根據權利要求4所述的物鏡，其中16次函數項的系數‘G’滿足以下公式 其中‘f’表示焦距。
7.根據權利要求4所述的物鏡，其中所述物鏡的最大傾斜角小于或等于68°。
8.根據權利要求1所述的物鏡，其中所述兩個2次函數項的第一2次函數項表示球面、 雙曲面、橢球面、拋物面以及除了圓錐面的二次曲面中的一個。
9.根據權利要求8所述的物鏡，其中所述第一2次函數項包括以下公式 其中‘Z3(h)’表示從垂直于光軸的通過所述物鏡頂點的表面到面對光源的透鏡表面的 距離，‘h’表示從所述物鏡的軸到垂直于所述軸的特定點的距離，‘c’表示作為基準的用于 確定非球面幾何形狀的曲率，‘K’表示二次曲面常數。
10.根據權利要求9所述的物鏡，其中所述兩個2次函數項的第二2次函數項是拋物
11.根據權利要求10所述的物鏡，其中所述第二2次函數項包括以下公式 Z4(h) = Lh2其中‘Z4(h)’表示從垂直于光軸的通過所述物鏡頂點的表面到面對光源的透鏡表面的 距離，‘h’表示從所述物鏡的軸到垂直于所述軸的特定點的距離，'V表示非球面系數。
12.根據權利要求11所述的物鏡，其中所述第二2次函數項的系數‘L’與所述第一 2 次函數項的‘c’的符號相反。
13.根據權利要求11所述的物鏡，其中所述第二2次函數項的系數‘L’是負數。
14.根據權利要求11所述的物鏡，其中所述第二2次函數項的系數‘L’滿足以下公式 其中‘R’表示所述物鏡的基本曲率，‘r’表示‘C’的倒數。
15.根據權利要求1所述的物鏡，其中通過所述物鏡內部的最外情況的光束與光軸之 間的角滿足以下公式 36° ^ e ^ 40° 。
全文摘要
本發明提供一種用于光盤的物鏡，該物鏡可以包括非球面透鏡表面，而用于形成該非球面透鏡表面的非球面公式可以包括兩個2次函數項。從而，提供了具有高數值孔徑(NA)且也具有小的透鏡表面彎曲或像差的透鏡。
文檔編號G11B7/135GK101859017SQ201010157589
公開日2010年10月13日 申請日期2010年4月1日 優先權日2009年4月7日
發明者安榮萬, 樸城秀, 樸壽韓, 柳炳賢, 森下一郎, 洪政佑, 金洙賢, 金鐘一 申請人:三星電子株式會社