200401118 (1) 玖、發明說明 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於物鏡、光學攝像裝置以及記錄及再生裝 置，以上皆是用來實施光學資訊記錄媒體的資訊的記錄及 再生的至少一者。 【先前技術】 近年來，在一嶄新的高密度光碟系統的硏究及發展上 已有所進步，其利用發射具有約400nm的波長的光之紫 色半導體雷射的光源及其數値孔徑（NA)已增強至0.85 之物鏡。作爲一實例，於具有0.85的數値孔徑及405nm 的光源波長之光碟的例子中（以下稱爲”高密度 DVD”），每一表面20至30GB的資訊可被記錄在具有 12cm的直徑之光碟上，此直徑相同於DVD的直徑（數値 孔徑0.6，光源波長654nm及儲存容量4.7GB) 當發射約400nm的短波長的光之紫色半導體雷射係 使用作爲光源時，於此例中，在物鏡上造成之色差係一問 題。於一光學攝像裝置中，物鏡的色差被認爲不是問題， 因爲發射自半導體雷射的雷射光束通常爲單一波長（單模 式）。實際上，然而，造成中央波長的模式跳躍係由於溫 度變化及輸出變化而瞬間地改變數毫微米。因爲模式跳躍 係瞬間地發生的波長變化，此波長變化不可能隨著物鏡的 聚焦機構，如果物鏡的色差未校正，符合影像形成位置的 移動量之偏心分量被加入，因此，物鏡的聚光力被劣化。 (2) (2)200401118 因爲使用於物鏡之一般透鏡材料的色散於代表紅外線 半導體雷射及紅色半導體雷射的波長區域之600nm至 8 OOnm中不是很好，由模式跳躍造成之物鏡的光會聚力的 劣化不是C D及D V D的問題。 然而，透鏡材料的色散於代表紫色半導體雷射的波長 區域之400nm的附近係明顯地大，因此，物鏡的影像形 成位置甚至於一波長變化中僅移位數毫微米。於高密度 DVD中，因此，當模式跳躍發生在紫色半導體雷射的光 源上時，物鏡的光會聚力係大量地劣化，導致記錄及再生 無法穩定地實施之疑慮。 附帶地，於光學攝像裝置的例子中，因爲塑膠透鏡有 利於大量生產，塑膠透鏡通常使用作爲物鏡。然而，眾所 周知，塑膠透鏡的折射率大於玻璃透鏡的折射率達約兩位 數。 當由塑膠材料製成的物鏡之周圍溫度升高且此物鏡的 折射率改變時，物鏡的球面像差被劣化。因爲由折射率的 變化造成之球面像差的劣化量係與物鏡的數値孔徑的四次 方成比例，當使用於高密度DVD之具有0.85的數値孔徑 的物鏡係塑膠透鏡時，可使用溫度的範圍明顯地變小而在 實際使用上成爲問題。 而後，由物鏡的色差以及由反射率變化造成之球面像 差的劣化係與物鏡的焦距成比例而產生的。因此，如果物 鏡的焦距爲了上述的問題而變短，甚至當具有短波長的紫 色半導體雷射與具有高數値孔徑的塑膠物鏡被使用時，物 (3) (3)200401118 鏡的色差及由反射率變化造成之球面像差的劣化可被控制 變小的。 附帶地，雙組物鏡係較佳地用來實現具有〇·85的數 値孔徑之物鏡，其中用於光射線的光學表面的折射力分成 四個表面，每一透鏡的製造誤差之靈敏度係小且製造係容 易。具有高數値孔徑且由兩組合架構之透鏡係揭示於特開 平 10-123410、特開平 11-190818 及特開 2000-20640。再 者，使焦距更短的實例亦被揭示。然而，對熟習此項技藝 者而言有以下問題。 如上述狀態，物鏡的焦距越小，由折射率變化造成之 球面像差的劣化被控制的越小，然而，如果焦距變小於雙 組物鏡中，有以下問題之疑慮； (1) 物鏡的有限表面與光碟間的距離（所謂的作用距 離）變成太小’以致不能增加在光碟與物鏡間接觸的可能 性，及 (2) 尤其，構成配置更接近光碟的透鏡的雙組物鏡之 每一透鏡的外徑變成太小’而使每一透鏡難以操作於結合 每一透鏡的過程中’且增加每一加工處理的工時。 也就是說’以固定作用距離及結合每一透鏡的觀點來 看，雙組物鏡之焦距變得太小不是理想的。 再者’於光學攝像裝置中，使物鏡的焦距變小係不利 於影像高度特性。以上所述的理由在於，當試著獲得相同 於其焦距係相當大的物鏡之影像高度時，對其焦距係相當 小的物鏡之入射角變大。入射角越大，像散現象及彗形像 (4) (4)200401118 差劣化越大。因此’以影像高度特性的觀點來看’物鏡的 焦距太小係不佳的。 【發明內容】 鑑於上述的狀況’本發明已被完成’且’其目的在於 提供一種雙組物鏡，其具有0.8的數値孔徑’且能夠應用 至利用具有約400nm的短波長的光源之光學攝像裝置， 其中甚至當焦距變小來控制小的色差時’一足夠的作用距 離可被確定，且，製造誤差的靈敏度變低而使製造容易， 以及，影像高度特性係優質的。 再者，本發明的目的在於提供一種具有上述物鏡的光 學攝像裝置，且提供一種設有此光學攝像裝置的記錄及再 生裝置。 本發明的物鏡係使用於一種光學攝像裝置，其藉著將 發射自一光源的光會聚在光學資訊記錄媒體的資訊記錄表 面上及/或再生記錄在一光學資訊記錄媒體上的資訊而記 錄資訊在一光學資訊記錄媒體上，其中設有兩個正透鏡， 其包括配置在光源側上之第一透鏡及配置在光學資訊記錄 媒體側上之第二透鏡，及，至少兩個光學表面製成一非球 开多面’其包括代表第一透鏡的光源側上的光學表面之第一 $面及代表第二透鏡的光源側上的光學表面之第三表面， 且以下公式被滿足； NA^ 0.8 (5) (5)200401118 1.2 mm > f > 0.3 mm -0.06 > Δ SAG > -0.24 Δ SAG = (XI，-X3，）/ ( να4 • f * (l + |m|) ) (4) X 1 ! =X 1 · (Ν 1 -1 ) 3/f丨 (5 ) X3’ = X3 · (Ν2-1 ) 3/f2 (6) 在以下的條件下； ΝΑ :指定的物鏡的影像側上的數値孔徑，其用來實 施光學資訊記錄媒體的記錄及/或再生裝置， f :物鏡的焦距（㈣）’ XI:垂直至光學軸且與第一表面的頂點接觸的平面 與最外面的有效直徑上的第一表面間之光學軸方向的距離 (mm)，（第一表面上具有ΝΑ的邊緣光進入的位置）’ 且，當自參考的正弦平面朝向第二透鏡而量測時，其爲正 號，而，當以相反方式而量測時’其爲負號’ Χ3:垂直至光學軸且與第三表面的頂點接觸的平面 與最外面的有效直徑上的第三表面間之光學軸方向的距離 (mm)，（第三表面上具有ΝΑ的邊緣光進入的位置）’ 且，當自參考的正弦平面朝向第二透鏡而量測時’其爲正 號，而，當以相反方式而量測時，其爲負號， m :物鏡的影像形成放大倍率， N 1 :將被使用的波長之第一透鏡的折射率’ N2:將被使用的波長之第二透鏡的折射率’ f 1 :第一透鏡的焦距（mm ) ’及 (6) (6)200401118 f2 :第二透鏡的焦距（mm )。 於解決以上問題的過程中，一設計檢查被實施，其中 雙組物鏡之焦距的參數具有〇 . 8 5的數値孔徑’然而考慮 到（A )每一透鏡中光學表面間的偏心公差’ （B )各別 透鏡間的偏移公差，（C )入射光通量的入射角的公差及 (D )—作用距離可分別地確定（A) ±0.〇〇5 mm、 ±〇.1°、 （B) ±0.030 mm、 ±0.1°、 （C) ±1° 及（D) 0 · 0 5 咖。 附帶地，以上（A )公差於經由利用一金屬模的模製 形成而製造每一透鏡的例子中係依據準確度的標準而定， 且，符合此公差的値（±0.005 ram、±0.1° )係藉由現今 的金屬模處理技術或藉由模成形技術而足夠地獲得。 於進入物鏡的光的波長變化的例子中，包括物鏡的散 焦分量的波前像差的變化相對於已受到設計檢驗的雙組物 鏡係繪示於圖1中如焦距的函數。雖然考慮到波長係藉由 紫色半導體雷射上的模式跳躍而改變約i nm，圖1顯示當 焦距小於1.2匪時，包括散焦分量的波前像差於1 nm的波 長的變化例子中變成代表Marechal’s的判定準則的〇_〇7 λ rms或更小。 另一方面，爲了控制包括散焦分量的波前像差於波長 爲小之變化的例子中，較小的焦距係更有利的。然而，如 果焦距作得太小，這變得難以固定（A ) - ( C )的誤差的 足夠公差’然而固定如上述之足夠作用距離。再者，如果 焦距作得太小，每一透鏡的操作於每—透鏡組合的過程中 (7) (7)200401118 係困難的，因爲每一透鏡的外徑變小。 因此，在固定〇_〇3 min的足夠作用距離時，焦距的下 限的値設在〇. 3 mm ’ （ A ) · ( C )的誤差的足夠公差可以 此値而固定，且，式（2) 1.2 mm > f > 0.3 mm的條件被決定 來作爲其數値孔徑滿足公式（1 )之雙組物鏡的焦距的較 佳範圍。 附帶地，於具有一高數値孔徑且由兩組合架構之物鏡 中’這是有效的用來適當地校正像差，以使包括第一及第 三表面的至少兩個光學表面成爲一非球形面。於透鏡的設 計中，這是需要決定非球形面的形狀，以使具有入射高度 的每一光束的第一及第三表面的光學路徑的差可採用一適 當値，用來降低針對（A) - (C)的誤差之靈敏度，因此 使物鏡容易製造，且更者，使具有物鏡的光學攝像裝置容 易製造。具體而言，非球形面的每一係數被控制，使得代 表第一表面與第三表面的非球形面X3’間的差之△ SAG的 値，折射率及每一透鏡的焦距可在一適當範圍內而標準化 第一及第三表面的每一者。 於圖2中，每一 △ SAG係繪示作爲物鏡的焦距相對於 已受到設計檢驗的雙組物鏡的函數。 基於圖2，以下條件被決定用來固定足夠製造公差於 其焦距滿足公式（2 )之雙組物鏡。 -0.06 > Δ SAG > -0.24 (8) (8)200401118 當Δ SAG的値大於公式（3)的下限時，物鏡與光學 資訊記錄媒體間之接觸的可能性被降低’因爲作用距離沒 有變得太小。這是更加可能改善結合第一透鏡及第二透鏡 之效率，因爲由第一透鏡及第二透鏡的光學軸的偏移造成 之象散性沒有變成太大。再者，這是可能降低由第二透鏡 的光學表面的光學軸的偏移所造成之彗形像差，因爲第二 透鏡的彎月形的程度並未變太大，且，這是可能改善第二 透鏡的生產效率。再者，這是可能降低由第一透鏡的光學 表面的光學軸的偏移所造成之彗形像差，因爲第一表面的 曲率並未變太小，且，這是可能改善第一透鏡的生產效 率。 另一方面，當△ SAG的値小於公式（3 )的上限時， 第一透鏡的光學軸上的透鏡厚度並未變太大，這使物鏡變 細密，以光學攝像裝置的縮小觀點來看係有利的。再者， 第三表面的曲率並未變太小，因此，代表由圓周上的非球 形表面的法線及光學軸所形成的角之視角並未變太大，這 致使金屬模製處理準確地實施。 爲了更加地獲得上述功能，較佳地，△ SAG的値滿足 以下條件。 -0.07 > Δ SAG > -0.20 ( 3，） 較佳地，本發明的物鏡更加地滿足以下條件： (9) 200401118 W D ^ 0.03 mm 〇. 1 7 > WD/f > 0.03 (其中，WD係物鏡與光學資訊記錄媒體（作用距 離）間的距離，或，第四表面間的光學軸上的距離係第二 透鏡的光學資訊記錄媒體側表面及光學資訊記錄媒體的表 面）° 甚至於小的焦距的物鏡的例子中，這是可能藉由滿足 公式（7 )防止物鏡與光學資訊記錄媒體間的接觸，且， 這是可能降低由第一透鏡的光學表面的光學軸偏移所造成 之彗形像差，且，藉由滿足作用距離對焦距的比之公式 (8)而降低由第二的光學表面的光學軸偏移所造成之彗 形像差，因此，這是可能改善第一及第二透鏡的生產效 率。 較佳地’本發明中的物鏡的設計波長係短於45 Onm。 於波長短450nm的波長區域中，本發明的物鏡可控制由 透鏡材料的色散所造成的縱向色差的發生變小，因爲焦距 滿足公式（2) ’雖然用於波長變化的透鏡材料的色散變 大。結果’藉由使本發明的物鏡容納於具有紫色半導體雷 射作爲光源之光學攝像裝置中，甚至當雷射光源所造成之 模式跳躍時’優良的聚光力可被保持。 較佳地，本發明的物鏡滿足以下公式··
〇.4> /3L2>0.2 -12- (10) (10)200401118 (其中Θ L2係第二透鏡的影像成形放大倍率）。當 (A) -(C)的誤差之足夠公差係固定於此些焦距滿足公 式（2 )的兩組物鏡時’公式（9 )係有關於第二透鏡的影 像成形放大倍率的較佳範圍。於此例中，當光源側上的第 二透鏡的光學表面上之上邊緣光的入射角係β S3所代表 時’及’光學資訊記錄媒體側的第二透鏡的光學表面上之 上邊緣光的出射角係由θδ4所代表時，第二透鏡的影像成 形放大倍率/5 L 2係由以下公式（1 1 )所界定的： (Μ) 其中’ 0 S3及0 S4係量測在由光學軸所代表的基線 上’且，當其方向係順時針方向時，其符號爲正，而，當 其方向係逆時針方向時，其符號爲負。 當/5 L2的値大於公式（9 )的下限時，光學軸上的第 一透鏡的透鏡厚度並未變太大，且，這是可能使物鏡變細 密，以光學攝像裝置的縮小的觀點來看係有利地。再者， 因爲第三表面的曲率並未變太小，代表由圓周上的非球形 表面的法線及光學軸所形成的角之視角並未變太大，這致 使金屬模製處理準確地實施。 另一方面，當Θ L2的値小於公式（9 )的上限時，因 爲作用距離並未變太小，這是較佳地且可能更加地減少物 鏡及光學資訊記錄媒體的接觸的可能性。再者，組裝第一 -13- (11) (11)200401118 透鏡及第二透鏡的功效可被改善，因爲由第一透鏡及第二 透鏡間的光學軸的偏移所產生之象散性並未變太大。再 者，這是可能降低由第二透鏡的光學軸偏移所產生之彗形 像差的量，因此改善第二透鏡的生產效率，因爲第二透鏡 的彎月形的程度並未變太大。再者，這是可能降低由第一 透鏡的光學軸偏移所產生之彗形像差的量，因此改善第一 透鏡的生產效率，因爲第一表面的曲率並未變太小。 更佳地，本發明的物鏡滿足以下公式。 4.0 > fi/f2 >2.0 (10) 公式（ίο)代表使第一及第二透鏡的功率分佈適當並 固定上述（A ) - ( C )的誤差的足夠公差之條件。藉由決 定第一及第二透鏡的功率分佈以使公式（1 0 )的上限不可 被超過，第三表面的曲率並未變太小，因此，估算及代表 由圓周上的非球形表面的法線及光學軸所形成的角之視角 並未變太大，這致使金屬模製處理準確地實施，且，這是 更加可能改善組裝第一及第二透鏡的功效，因爲由第一及 第二透鏡間的光學軸偏移所產生之像差並未變太大。 另一方面，藉由決定第一及第二透鏡的功率分佈以使 公式（1 〇 )的下限不可被超過，這是可能控制當光通量傾 斜地進入物鏡時所產生之象散性及彗形像差。這因此可能 易化光源的安裝的準確性及諸如稜鏡與偏振光束分裂器的 光學元件的安裝的準確性。 -14- (12) (12)200401118 較佳地，本發明的物鏡的第一及第二透鏡的每一者更 係塑膠透鏡。因爲塑膠透鏡的注入模製係容易，具有穩定 品質的物鏡的大量生產係可能的。再者，這是可能減少物 鏡的部件數量，因爲固持第一及第二透鏡的每一者之固持 構件可與每一透鏡堅固而形成的。 雖然塑膠透鏡的折射率受到環境改變的影響而改變很 大，甚至當物鏡係具有高數値孔徑的塑膠透鏡時，這是可 能使本發明的物鏡控制由折射率的改變所造成的球形像差 的劣化變小，因爲本發明的物鏡的焦距滿足公式（2 )。 結果，藉由使本發明的物鏡容納於光學攝像裝置中，甚至 當環境改變時，優良的聚光力可被保持。 因爲本發明的物鏡係具有此些焦距滿足公式（2)的 小直徑之透鏡，進入光學表面的單位面積之雷射光束的能 量係相對地比具有大焦距的物鏡更大。因此，藉由使本發 明的物鏡成爲具有對短波長的光的高固光性之玻璃透鏡， 這是可能提供高信賴度的物鏡，作爲用於利用諸如紫色半 導體雷射的短波長的光源的光學攝像裝置之物鏡。雖然玻 璃透鏡的比重比塑膠透鏡更大，本發明的物鏡具有短焦距 且因此具有小體積，甚至係玻璃透鏡，導致沒有負載在聚 焦的致動器上。 本發明的光學攝像裝置係用來以將發射自短 450ηηι 的波長的光源產生光的光會聚在光學資訊記錄媒體的資訊 記錄表面上而記錄資訊在光學資訊記錄媒體上’及/或用 來再生記錄在光學資訊記錄媒體上之資訊’其中本發明的 -15- (13) (13)200401118 物鏡係容納如前述的物鏡。 於光學攝像裝置中，甚至當紫色半導體雷射使用作爲 光源時，這是可能控制縱向色差的發生變小，因爲物鏡的 焦距滿足公式（2 ) ’且，甚至當物鏡係塑膠透鏡時，更 可能控制由溫度改變的影響所造成之球形像差的劣化變 小。這因此可能固定地保持優良聚光力於光學攝像裝置 中〇 再者，甚至當焦距係短時，這是可能防止與光學資訊 記錄媒體之接觸，因爲光學攝像裝置中的物鏡滿足以上的 公式（7 )。 再者，因爲物鏡具有優良影像高特性，如果光學攝像 裝置架構有此物鏡，這是可能控制光學攝像裝置的製造成 本變低，因爲光源的安裝的準確性及諸如稜鏡及偏振光束 分裂器的光學元件的安裝的準確性之公差被減輕。 再者，本發明的記錄與再生裝置可被架構以使其容納 前述光學攝像裝置來記錄聲音及/或影像，及/或再生聲音 及/或影像。 附帶地，於本說明中，狹義上，物鏡意指具有聚光力 的透鏡，其在光學資訊記錄媒體載入光學攝像裝置之條件 下配置來面向位在最接近光學資訊記錄媒體的位置之光學 資訊記錄媒體，且，廣義上，意指可藉由致動器與前述透 鏡一起移動至少於光學軸的方向。因此，於本說明中，光 學資訊記錄媒體側（影像側）上的物鏡的數値孔徑意指物 鏡上最接近光學資訊記錄媒體之透鏡表面的數値孔徑。再 -16- (14) (14)200401118 者，於本說明中，一需要（且指定）數値孔徑係由各光學 資訊記錄媒體的標準所規定之數値孔徑，或，具有繞射限 制功能之物鏡的數値孔徑，此物鏡可獲得依據使用於每一 光學資訊記錄媒體的光源的波長來記錄或再生資訊所需之 焦點。 再者，本發明說明中的物鏡的設計波長意指，當各具 有一繞射波長的光射線在相同條件下（影像成形放大倍 率、溫度、入射光通量的直徑等）進入物鏡時，物鏡的剩 餘像差係小的。 於本說明中，資訊的記錄意指記錄資訊在上述狀態之 光學資訊記錄媒體的資訊記錄表面上。 於本說明中，資訊的再生意指再生記錄在上述狀態的 光學資訊記錄媒體的資訊記錄表面上之資訊。 本發明的物鏡可以是僅使用於記錄或再生的物鏡，或 使用於記錄或再生兩者的物鏡。或者，物鏡可以是使用來 實施一特定光學資訊記錄媒體的記錄及實施另一光學資訊 記錄媒體的再生之物鏡，或者，用來實施一特定光學資訊 記錄媒體的記錄或再生及實施另一光學資訊記錄媒體的記 錄或再生之物鏡。附帶地，在此所述的再生僅包括讀取資 訊。 【實施方式】 以下將參考附圖解說本發明的實施例。圖3係簡要地 顯示關於本實施例之光學攝像裝置的結構之示意圖。 -17- (15) (15)200401118 圖3所示的光學攝像裝置1包括作爲一光源之半導體 雷射2及能夠藉由一雷射光束實施代表高密度DVD的光 碟4的記錄及複製之物鏡3。 半導體雷射2係發射具有約400nm的波長的光之 GaN紫色雷射。再者，作爲發射具有約4〇〇nm的波長的 光之光源’除了 GaN紫色半導體雷射之外，亦可以是 S H G紫色雷射。 物鏡3係將發射自半導體雷射2的光通量會聚在光碟 4的資訊記錄表面4a上透鏡，且由包括第一透鏡3a及第 一 3b的兩個正透鏡構成’以及包括第—透鏡3a接近 半導體雷射的光學表面及第二透鏡3b接近半導體雷射的 光學表面係製作成非球形面。 物鏡3具有以下結構，其中第一透鏡3a及第二透鏡 3 b係藉由透鏡框3 c而間固地整合。物鏡3具有凸緣部 3d’其具有延伸於垂直至光軸的方向之表面，且，此凸緣 部3 d使物鏡3準確地安裝在光學攝像裝置1上。物鏡3 在光碟4側上的數値孔徑製作成〇 . 8 0或更大。 物鏡的第一透鏡3 a的光源側表面係第一表面，第一 透鏡的光學資訊記錄媒體側表面係第二表面，物鏡的第二 透鏡3 b的光源側表面係第三表面，及，第二透鏡的光學 資訊記錄媒體側表面係第四表面。 發射自半導體雷射2之發散光通量係經由偏振光束分 裂器5而傳輸，以通過光軸儀透鏡6及1/4波長板7，而 變成一圓形偏振的平行光通量，然後，藉由光闌8而予以 -18- (16) (16)200401118 千擾，且，經由代表高密度DVD之光碟4的保護層4b而 藉由物鏡3形成在資訊記錄表面4a上，變成一光點。物 鏡3受到由配置在此周圍上的致動器9所實施之聚焦控制 及追蹤控制。 由資訊記錄表面4 a上的資訊位元所調變之反射光通 量係再次經由物鏡3 '光闌8、1 /4波長板7及光軸儀透鏡 6傳輸而成爲一會聚光通量，然後，藉由偏振光束分裂器 5而反射，以及，通過柱面透鏡1 〇而被給定象散性’且 會聚於光學檢測器1 1。然後，這是可能藉由光檢測器1 1 的輸出信號的使用來讀取記錄在光碟4上的資訊。 於圖3所示的光學攝像裝置1中，物鏡3係製作成一 無限共軛型，其中放大率是零。然而，物鏡3亦可製作成 所謂的有限共軛型，其中一物點係位於距物鏡的一有限位 置。作爲有限共轭型的物鏡，如同後述的實例3之物鏡可 被使用。於此例中，發射自半導體雷射2之發散光通量係 藉由物鏡所會聚在光碟4的資訊記錄表面4a上，而不會 通過光軸儀透鏡6，因此，光軸儀透鏡6係不需要的，這 是有利於光學攝像裝置1的光學部件的數量減少及光學攝 像裝置1的縮小尺寸。就作用距離的觀點而言可被加長， 有限共軛型係更佳地。 於本實施例中，這是可能控制由透鏡材料的色散造成 之縱向色差的發生，因爲物鏡3的焦距滿足公式（2 )。 因此，甚至當模式跳躍被造成在半導體雷射2上時，優質 聚光性能可被保持。 -19- (17) 200401118 因爲物鏡3滿足上述的公式（7 )，甚至當焦距係小 時，與光碟4接觸可被防止。 因爲物鏡3具有優良影像高度特性，半導體雷射2的 安裝準確度及光軸儀透鏡6與偏振光束分裂器5的安裝準 確度之公差被消除’結果，光學攝像裝置〗的製造成本可 被控制低廉。
(實例） 以下將參考實例1 -4以一具體形式說明本發明，然 而’本發明未受限於此。附帶地，在X代表光學軸的方 向、h代表垂直於光軸的方向的高度以及r代表折射界面 的曲率半徑之假設下，本實例中每一透鏡的非球形面係由 數字1表示’其中’ /C代表圓錐係數及A2|代表非球形面 係數。 (編號1 )
X h2 h
l + )l-(l + s:)A2 /r2 表1顯示有關實例1 -4的資料表，將說明如下。實例 1 -3代表塑膠透鏡，而實例4代表玻璃透鏡。雖然通常透 鏡材料係使用於所有實例中，於進入物鏡的波長自設計波 長改變1 nm的例子中，包括散焦組件的波前像差係於 0-040 λ rms內，因爲焦距滿足以上的公式（2 )。 -20- 200401118 實例 1 2 3 4 透鏡材料 塑膠 塑膠 塑膠 玻璃 數値孔徑να 0.85 0.85 0.85 0.85 設計波長λ(ηιη) 405 405 405 405 焦距f(mm) 0.882 0.471 0.588 0.882 放大倍率m 0 0 -0.09 0 作用距離WD(mm) 0.109 0.050 0.099 0.075 △SAG -0.08 -0.18 -0.13 -0.10 WD/f 0.12 0.11 0.17 0.09 fl/Ω 3.00 2.90 2.63 3.00 第二透鏡的放大倍率/3 L2 0.30 0.26 0.26 0.29 包括散焦分量的波前像差(λ rms/nm) 0.040 0.021 0.036 0.033 (18) 表1 附帶地，圖1及表1中包括散焦分量之波前像差（λ rms/nm )顯示在物鏡的聚焦位置固定在40 5nm的設計波 長以下的最佳影像點位置且波長改變至4〇6nm之條件下 之波前像差的計算結果。 (實例I ) 本實例的物鏡係以兩塑膠透鏡而組成的。表2顯示關 於本實例中的物鏡之資料。 (19)200401118 表2 表面編號 r (m m) d (m m) N v d 備註 0 〇〇 光源 1 1.1130 1.2000 1.56013 56.Ί 2 3.6173 0.0500 物鏡 3 0.4578 0.5500 1.56013 56.7 4 〇〇 0.1089 5 CO 0.1000 1.61950 30.0 保護層 6 〇〇 非球形面係數 -sir 弟一表面 第二表面 第三表面 K 3.30027E-01 3.36012E+01 - 1.0 1 5 07E + 00 Α4 -9.99307E-02 -4.19206E-02 1.3 2466E + 00 Α6 1 .871OOE-O1 3 . 1 2442E-01 -1.07495E + 00 Α8 -8.02387E-01 -2.1 0974E + 00 2.71684E+01 A 1 0 1.10451E+00 -1.04536E + 00 -5.95 5 52E + 01 A 1 2 -6.82472E-01 A 1 4 -3.06111 E-0 1 A 1 6 1.06640E-0 1 於表2的透鏡資料中，r(nini)代表曲率的半徑，d (nim )代表表面間的距離，n代表在40 5nm的波長之折射 率’以及，代表在d線的阿貝（Abbe，s)數，其亦應 -22- (20) (20)200401118 用至以下的透鏡資料。再者，於表1中的透鏡資料，1 〇 的指數（例如，2.5 X 1 (Γ3 )係利用E (例如，2.5 E-03 )來 表示，其亦應用至以下的透鏡資料中。 (實例2 ) 本實例的物鏡係以兩塑膠透鏡而組成的。表3顯示關 於本實例中的物鏡之資料。 表3 表面編號 r (m m) d (m m) N υ d 供三十 備δ土 0 oo 光源 1 0.7282 0.4900 1.56013 56.7 2 4.3347 0.0250 物鏡 3 0.2 8 5 7 0.3 700 1.56013 56.7 4 CO 0.0500 5 oo 0.1000 1.61950 30.0 資訊記錄 6 DO 表面 -23- (21) 200401118 非球形面係數 第一表面 A-Ar —— -=tr 7777 弟一表面 /rA- -· -+- ,/ Γ 弟二表面 K 5.17599E-01 1.12 1 1 7E + 02 -1 .2 5920Ε + 00 A4 -6.58773E-01 -3.50370E-01 6.98 3 80Ε + 00 A6 8.5 5 1 9 7E + 00 1.5 5274E + 01 -1.8345 0Ε + 01 A8 -7.47658E+01 -1 .3 7650E + 02 7.3 5 68 3 Ε + 02 A 1 0 2.76780E+02 2.0 12 1 5E + 02 -2.50691Ε + 03 A 1 2 -4.76986E+02 A 1 4 4.47487E+02 A 1 6 -3.97197E+03
(實例3 ) 本實例的物鏡係以兩個有限共鈮型的塑膠透鏡而組成 的。表4顯示關於本實例中的物鏡之資料。 -24- 200401118 (22) 表4 表面編號 r (m m ) d(mm) N v d 備註 0 6.500 光源 1 0.7669 0.8500 1.56013 5 6.7 2 6.8648 0.0500 物鏡 3 0.3 123 0.4500 1.56013 5β.Ί 4 〇〇 0.0989 5 〇〇 保護層 非球形面係數 第一表面 第二表面 第三表面 κ -1 .2054 1 E-01 O.OOOOOE+OO -8.20915E-01 Α4 -2.64263E-01 -9.09843E-02 2.83409E+00 Α6 2.0 1 670E + 00 8.91 1 98E + 00 -1 .78 1 87E + 00 Α8 -1.29895E + 0 1 -7.1711 8E + 01 2.38808E+02 A 1 0 3.260 1 7E + 0 1 1.61550E+02 -1 .00629E + 03 A 1 2 7.1 2607E + 00 A 1 4 -2.65340E+02 A1 6 4.16584E+02 (實例4 ) 本實例的物鏡係以兩個玻璃透鏡而組成的（BACD 5 : 由HOYA公司製造）。表5顯示關於本實例中的物鏡之資 料。 -25- (23)200401118 表5 表面編號 r (m m) d ( m m ) N υ d 備註 0 oo 光源 1 1.2081 1.0000 1.60525 6 1.3 2 3.6094 0.1000 物鏡 3 0.5256 0.7000 1.60525 6 1.3 4 oo 0.0750 5 oo 0.1000 1.61950 30.0 保護層 6 oo
u -26- (24) 200401118 非球形面係數 第一表面 第+表面 第三表面 K -3.33933E-01 6.420 72E + 00 -6.86551E-01 A4 7.75567E-04 1.78622E-02 5.07181E-01 A6 4.95755E-02 3.27677E-01 2.76998E-01 A8 -1 .1 23 73 E-01 -1 .1 7645E + 00 7.56928E+00 A 1 0 6.21645E-02 4.40036E-01 -1.36569E + 0 1 A1 2 -1 . 1 8 3 97E-01 A 1 4 3.62117E-01 A 1 6 -4.44038E-0 1 於上述的實例1 -4中，每一透鏡的光學表面間的偏心 及傾斜之公差係固定於± 0 . 〇 〇 5腦及〇 . 1。，及，各別透鏡 間的偏心之公差係固定至± 〇 . 〇 3 〇 IM，以使各別公式可被 滿足，導致製造公差大及製造容易之物鏡，不管此物鏡的 短焦距及高數値孔徑。 於上述的實例1、2及4，球面像差已依據0 ·〗mm的保 護層厚度而予以校正，而，實例3中的球面像差已依據零 的保護層厚度而予以校正，以及，於具有其厚度不同於上 述厚度的保護層之光碟的例子中，球面像差可依據滿足上 述的各別公式之保護層厚度而予以校正。 圖4係顯示波前像差如何隨著實例1 - 3的每一者中的 物鏡的溫度變化而改變之示意圖。顯而易見如圖4所示， 實例1 _ 3的每一者中的物鏡的焦距不管塑膠透鏡具有高數 -27- (25) (25)200401118 値孔徑而變小的，因此，由溫度改變所造成的波前像差的 改變可被控制變小，導致透鏡具有可使用溫度的廣大範 圍。附帶地，當於溫度改變的例子中而計算波前像差時， 於圖4中，由雷射光源的溫度變化及波長變化（+〇. 5nm/ 度）所造成之塑膠透鏡的折射率變化（-10X1CT5/度）被 考慮到。 再者，實例〗-4中的物鏡的影像高度特性係顯示於圖 5中。如圖5中所示，實例1-4的每一者中的物鏡不管其 短焦距而具有優質特性。因此，半導體雷射的安裝的準確 度及諸如光軸儀透鏡及偏振光束分裂器的光學元件的安裝 準確度之公差被消除，且，光學攝像裝置的製造成本可被 控制低廉的。 本發明可能地提供一種具有兩組結構的物鏡，以及， 能夠應用至利用具有約400nm的短波長的光源之光學攝 像裝置且具有〇. 8或更大的數値孔徑，其中甚至當焦距係 短時，作用距離可充份地固定而保持小的色差，以及，製 造誤差的靈敏度變低而實施容易的製造及優質的影像高度 特性。更可能地，提供一種容納物鏡於其中的光學攝像裝 置，以及，提供一種容納此物鏡於其中的記錄及再生裝 置。 【圖式簡單說明】 圖1係當進入物鏡之光的波長被改變時，關於已受到 設計檢驗的兩組物鏡，包括一散焦分量的波前像差的變化 28- (26) (26)200401118 描繪成焦距的函數之示意圖。 圖2係關於圖1所示的兩組物鏡，一非球形面形式的 差（ASAG)描繪成物鏡的焦距的函數之示意圖。 圖3係簡要地顯示關於本實施例之光學攝像裝置的結 構之示意圖。 圖4係顯示關於實例1 - 3中的物鏡之溫度改變的波前 像差變化之示意圖。 圖5係顯示實例1 - 4中的物鏡的影像筒度特徵之不意 圖。 主要元件對照表 1 光學攝像裝置 2 半導體雷射 3 物鏡 3 a 第一透鏡 3 b 第二透鏡 3 c 透鏡框 3d 凸緣部 4 光碟 4a 資訊記錄表面 4 b 保護層 5 偏振光束分裂器 6 光軸儀透鏡 7 1/4波長板 -29- 200401118 (27) 8 光闌 9 致動器 10 柱面透鏡 11 光檢測器