专利名称：用于紫外线和/或深紫外线波长的光学扫描设备的物镜系统的制作方法
用于紫外线和/或深紫外线波长的 光学扫描设备的物镜系统
本发明涉及用于紫外线和/或深紫外线波长的光学扫描设备的物镜 系统以及这种光学扫描设备。
由于玻璃材料的高uv吸收率，用于紫外线和/或深紫外线波长射线
区域、尤其是用于物镜系统的光学部件通常是由熔融石英构成。在这个 波长区域中对光学材料的选择几乎排他地限于石英的事实具有各种缺 点，这对于具有高数值孔径的部件尤为如此。使用具有非球形或非球面 石英的选择并不具有吸引力，因为石英玻璃的玻璃注模需要非常高的温 度。这导致非球面注模部件的高价格。使用球面的替换选择仅仅会导致 光学部件或物镜系统具有大量的元件。因此，这样的光学部件或物镜系 统的尺寸和重量显著增加。如在母盘刻录和记录系统中用于紫外线和/ 或深紫外线波长的物镜系统或物镜那样的致动部件中，重量是必要的。
仅如果可以提:便宜的物镜的话:，紫外线光学记录领域中的:;才是可能的。
根据US 5,852,508而得知用于聚焦紫外线区域光束的透镜设备， 该设备包含至少一个由人造水晶构成的非球面透镜，其中通过在4皮抛光 成球面侧的球形部分上镀上荧光膜来形成非球面部分。
本发明的目的是提供一种用于紫外线和/或深紫外线波长的光学扫 描设备的物镜系统，并且这样的光学扫描设备在保持低制造成本的同时 包含减小的尺寸和重量。
在第一方面，本发明提供了用于紫外线和/或深紫外线波长的光学 扫描设备的物镜系统，该物镜系统包含至少一个具有非球面的玻璃部 件，其中该至少一个玻璃部件由具有低软化温度并对于紫外线和/或深 紫外线波长具有低吸收系数的玻璃材料构成。
这允许在注模软玻璃部件中使用非球面，同时通过限制玻璃部件的 厚度而使吸收率保持在可接受的水平。因此，光学部件或物镜系统具有 适用于紫外线和/或深紫外线波长的注模非球面，并具有较小尺寸和重
量以便具有较低成本。只要透镜足够小(例如1-2毫米)，就可以使 用单个非球面软玻璃部件。
在本发明的优选实施例中，物镜系统还包含至少一个具有球面的光 学部件。
这样的物镜系统提供了软玻璃部件和其他球形光学元件(即，具有 球面的光学部件)的组合。
在本发明的优选实施例中，玻璃材料的软化温度低于700"C，更优 选为低于600TC。因此，软玻璃部件可使用相对低的温度进行注模。
在本发明的进一步实施例中，对于沿玻璃部件光轴的1毫米厚度， 玻璃材料在257纳米(nm)波长处的吸收率低于25%，更优选为低于18%。
在本发明的优选实施例中，玻璃材料是高纯碳酸钠或钠钡玻璃和/ 或包含低浓度的杂质金属组分，如低于15毫克每公斤的三氧化二铁 (Fe302 )等效组分的浓度分布)。这样的玻璃材料如在257nm波长处 具有高透射率，并具有相对较的软化温度(如6701C)。特别是，高透 射率由杂质金属组分的低浓度，也就是玻璃材料的高纯度所导致。在这 个材料中，减少了 Fe (尤其是以三价Fe"形式)、Ti和Pb杂质的存在。 其熔点和软化点大大低于熔融石英。
在本发明的进一步实施例中，至少一个玻璃部件利用玻璃注模技术 制成。它可以用容易且便宜的方式制成，这是因为需要较低的温度。
在本发明的进一步实施例中，至少一个玻璃部件和至少一个具有球 面的光学部件要么集成到单个部件中，要么是分离的部件。
在本发明的进一步实施例中，至少一个具有球面的光学部件由熔融 石英构成。
在本发明的优选实施例中，该物镜系统包含具有球面的第一和第二 光学部件，以及一个具有非球面的玻璃部件，其中所述玻璃部件包含平 坦侧，而且其中所述玻璃部件的所述平坦侧安装到所述具有球面的第一
光学部件的平坦侧上。
在第二方面，本发明提供了用于紫外线和/或深紫外线波长的光学
扫描设备，其包含上述根据本发明的物镜系统。
在第三方面，本发明提供了用于紫外线和/或深紫外线波长的光学 扫描设备以用于扫描光学记录载体的信息层，该设备包含辐射源，用于
产生紫外线和/或深紫外线波长的辐射束；以及上述根据本发明的物镜 系统，用于将辐射束会聚到信息层上。
参考下文中进行描述并结合
的实施例，本发明的这些及其 他方面是显而易见的，并且并将以示例形式进行阐述。在附图中 图1示出了根据本发明的物镜系统的第一实施例的示意说明； 图2示出了根据本发明的物镜系统的第二实施例的示意说明； 图3示出了根据本发明的物镜系统的第三实施例的示意说明； 图4示出了按照本发明的光学扫描设备的示意说明。
图1示出了根据本发明、具有相对低数值孔径(M-O. 6)的物镜系 统或透镜1。物镜系统1适合于用于紫外线和/或深紫外线波长的光学 扫描设备。物镜系统1包含球形部件2 (即，具有球面的光学部件)和 具有非球面的玻璃部件3。厚玻璃部件3由这样的玻璃材料构成，其具 有相对低的软化温度670"C并具有对紫外线和/或深紫外线波长的低吸 收系数，也就是说，(在257纳米(nm)波长处)对于沿玻璃部件3 光轴的1毫米厚度，吸收系数低于18%。玻璃部件3的玻璃材料为高纯 钠钡玻璃。在本发明的另一个实施例中，它还可以是高纯碳酸钠玻璃。 这种玻璃材料包含低浓度的杂质金属组分，例如低于15毫克每公斤的 Fe302等效组分的浓度分布。特别地，由杂质金属组分的低浓度、即由 玻璃材料的纯度导致高透射率。在这个材料中减少了铁(Fe)(尤其 是以三价铁离子(Fe3+)的形式)、钛和铅杂质的存在。玻璃部件3利 用玻璃注模技术制成。这可以容易和便宜的方式来进行，这是因为仅仅 需要较低的温度。玻璃部件3和球形部件2是分离的部件。球形部件2 由熔融石英构成。在进一步实施例中，也可以使用其他材料(如CaF2)。 在图1至3中，参考符号4， 4，， 4"指示用于扫描的各个辐射束。
图2示出了根据本发明的物镜系统l，的第二实施例，它具有相对 较高的数值孔径，并包含两个熔融石英的球形部件2，作为双合透镜 (doublet)和作为校正板的注模软玻璃部件3，。
图3示出了作为深度紫外线水浸物镜的物镜系统l，，的第三实施 例。物镜系统l，，包含折射率为1.504的、由熔融石英构成的第一和第 二截顶光学部件2a"，2b"，以及折射率为1.565的、具有非球面的玻
璃部件3"。平-球形光学部件2a"沿光轴的厚度为1. 527毫米且半径为 2.431毫米，而平-球形光学部件2b，，沿光轴的厚度为1.285毫米且半 径为1. 044亳米。具有非球面的玻璃部件3"沿光轴的厚度为0. 2毫米， 其中所述玻璃部件3"包含平坦侧5，而且其中所述厚玻璃部件3，，的所 述平坦侧5安装到所述具有球面的第一截顶光学部件2a，，的平坦侧，也 就是说，部件2a"， 3"集成到单个部件中。部件3"和2b"之间的空隙 沿光轴的厚度为0. 128毫米。玻璃部件3"为板状，其允许材料相当薄， 这使得仅仅有小的功率损耗。玻璃部件3"的旋转对称非球面由下列等 式给出
其中，z为以毫米为单位沿光轴方向的表面位置，r为以毫米为单 位到光轴的距离，Bk为r的k次幂的系数。系数B2至B6的值分别为 -0.06960321， 0.025506074， -0.0051217592， 0.0045984153，-0.004201516， 0.0024679092， —0. 00076736507，和0. 000099049314。 基于水浸，物镜系统l"的数值孔径为NA-l.l。在当前实施例中，入口 光瞳为3.6毫米，而且所使用的波长为257.2纳米(nm)。水层7的 厚度为0.45毫米，且折射系数为1.394。导致彗形像差的非球面玻璃 部件3"的偏轴容差是受限的。在物镜系统l"的组装期间，通过相对于 第一截顶球面光学部件2a，，倾斜第二截顶球面光学部件2b"，可以容易 地对此进行补偿。
图4示出了能够扫描光学记录载体11的光学扫描设备IO。光学扫 描设备10包含以半导体激光器(未详细示出)形式的辐射源12，其发 射出与要被读取的光学记录载体ll相对应的、紫外线(即，小于350nm) 和/或深紫外线波长(即，在lSOmn到300mn之间)的辐射束13。该辐 射束13用于扫描光学记录载体11的信息层14。由辐射源l2发射的辐 射束13进入准直透镜15 。准直透镜15将光束13转换为准直光束13，，该 光束通过分光器16。分光器16将光束传播向根据本发明的物镜系统1， 1，， 1"，这些物镜系统将光束13，聚焦在光学记录载体11上。通过物 镜系统1， 1，， l"的会聚光束13，撞击在记录载体11的进入面上并在 信息层14上形成光点。由信息层14反射回来的辐射形成发散束，其 由物镜系统l， 1，， l，，转换成基本准直束并且进入分光器16。分光器16
通过反射至少一部分准直束到伺服透镜17来分离前进光束和反射光 束。然后光束穿过圆柱透镜18进入检测系统19。检测系统19获取该 辐射并将其转换为电子输出信号，该信号由位于光学扫描设备10内并 与光学头分离的信号处理电路进行处理。信号处理器将这些输出信号转 换成各种其他信号(未示出)。
尽管基于用于扫描光学记录载体的信息层的光学扫描设备描述了本
紫外线波长的光学系统，如用于';学:录的设备，光学母盘刻录机i和 光学扫描显微镜(扫描荧光显微镜或共焦显微镜)。
权利要求
1.一种用于紫外线和/或深紫外线波长的光学扫描设备(10)的物镜系统(1，1’，1”)，该物镜系统(1，1’，1”)包含至少一个具有非球面的玻璃部件(3，3’，3”)，其中所述至少一个玻璃部件(3，3’，3”)由具有低软化温度并对紫外线和/或深紫外线波长具有低吸收系数的玻璃材料构成。
2. 如权利要求1所述的物镜系统，还包含至少一个具有球面的光 学部件(2，2，，2a"，2b")。
3. 如权利要求1或2所述的物镜系统，其中所述玻璃材料的软化 温度《氐于700。C。
4. 如权利要求l、 2或3所述的物镜系统，其中所述玻璃材料的软 化温度低于6 00。C。
5. 如权利要求1至4任一个所述的物镜系统，其中对于沿所述玻 璃部件(3， 3，， 3")光轴1毫米的厚度，所述玻璃材料在257纳米波长处 的吸收率低于25%。
6. 如权利要求1至5任一个所述的物镜系统，其中对于沿所述玻 璃部件(3， 3，， 3")光轴1毫米的厚度，所述玻璃材料在257纳米波长处 的吸收率低于18%。
7. 如权利要求1至6任一个所述的物镜系统，其中所述玻璃材料 是高纯碳酸纳或者钡钠玻璃。
8. 如权利要求1至7任一个所述的物镜系统，其中所述玻璃材料具有低浓度的金属杂质组分。
9. 如权利要求8所述的物镜系统，其中？6302等效组分的浓度低于15毫克每公斤。
10. 如权利要求1至9任一个所述的物镜系统，其中所述至少一个 玻璃部件(3， 3，， 3")利用玻璃注模技术制造而成。
11. 如权利要求2至10任一个所述的物镜系统，其中所述至少一 个玻璃部件(3")和至少一个具有球面的玻璃部件(2a，，)集成到单个部件中。
12. 如权利要求2至11任一个所述的物镜系统，其中所述至少一 个具有球面的玻璃部件(3， 3 ， 3 )由熔融石英构成。
13. 如权利要求2至12任一个所述的物镜系统，包含具有球面的 第一 (2a")和第二 (2b")光学部件和一个具有非球面的玻璃部件(3，，)。
14. 如权利要求13中所述的物镜系统，其中所述玻璃部件(3")包 含平坦侧(5)，而且其中所述玻璃部件(3")的平坦侧("安装到所述具 有球面的第一光学部件(2a，，)的平坦侧(6)上。
15. —种用于紫外线和/或深紫外线波长的光学扫描设备(10),包 含由权利要求1至14任一个所述的物镜系统(1， l，， 1")。
全文摘要
提供了用于紫外线和/或深紫外线波长的光学扫描设备的物镜系统(1”)。物镜系统(1”)包含至少一个具有非球面的玻璃部件(3”)。该至少一个玻璃部件(3”)由具有低软化温度并对紫外线和/或深紫外线波长具有低吸收系数的玻璃材料构成。
文档编号G11B7/135GK101171632SQ200680015853
公开日2008年4月30日 申请日期2006年4月28日 优先权日2005年5月11日
发明者B·H·W·亨德里克斯, H·范桑滕, J·H·M·内詹 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司