TW571116B

TW571116B - Optical pickup-use object lens, optical pickup and optical disk unit

Info

Publication number: TW571116B
Application number: TW091103886A
Authority: TW
Inventors: Toyokazu Takahashi; Satoshi Hineno
Original assignee: Sony Corp
Priority date: 2001-02-28
Filing date: 2002-02-27
Publication date: 2004-01-11
Also published as: CN1531666A; WO2002069014A1; US20040114245A1; US7050379B2; CN1295536C; KR20030087002A; JPWO2002069014A1; WO2002069014A8

Description

571116 A7 B7 五、發明説明（1 ) 技術領域本發明係有關對光記錄媒體照射雷射光等光束，用於記錄資訊、及重現記錄在光記錄媒體上資訊之光學拾取裝置上使用的對物透鏡、使用該對物透鏡之光學拾取裝置、及光碟裝置。進一步詳細而言，係有關可使光束於繞射範圍内會聚在光記錄媒體之記錄面上之對物透鏡、使用該對物透鏡之光學拾取裝置、及光碟裝置。背景技術資訊記錄媒體係使用非接觸型，且記錄密度亦高的光記錄媒體。光記錄媒體係藉由照射光束，如雷射光在記錄面上以記錄資訊，並重現所記錄的資訊。此種光記錄媒體因所記錄之資訊檢索容易等，所形成之碟狀光記錄媒體的光碟被廣泛應用。光碟包含形成螺旋狀或同心圓狀之記錄磁軌，彼此相鄰之記錄磁軌各中心線的間隔，亦即軌距，如光碟（CD ; Compact Disc) 約為1·6 μτη，而多樣化數位光碟（DVD ; Digital Video Disc/Digital Versatile Disc)縮小至0.74 μιη，大幅提高資訊的記錄密度。為求對縮小DVD等記錄磁軌之軌距，使資訊記錄密度提高的光碟照射雷射光來記錄及重現資訊，需要在其記錄面上形成比軌距大之光碟更小的光點。藉由對物透鏡聚光之雷射光的射束點徑與雷射光的設計波長成正比，與對物透鏡之數值孔徑（N A)成反比。因此，為求縮小射束點徑，須使對物透鏡高數值孔徑化與雷射光的短波長化。另因，為求以相變化方式或其他方式在光碟上記錄資訊，需要 -4 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X 297公釐） 571116

呵叱里的雷射光’並減少被反射之雷射光造成的雷射雜訊，須藉 =在半導體雷射〈驅動電流及電壓上重疊高頻等方法使驅動能改又’並以短周期改變雷射光的波長。因此，照射可千擾性 (Coherent)雷射光在光碟上之光學拾取裝置中，發生因約數nm 之波長改變造成色差，光碟上之射束點變大的問題。因而光學拾取裝置包含用於使雷射光2〇〇聚光在光碟之記錄面上的對物透氣。如圖i所示，先前採用之對物透鏡2〇1包含以玻璃开/成模組之-片透鏡所構成之聚光性高的非球面2〇la。如圖2A表tf之球面像差特性圖、圖表示之像散像差特性圖、及圖2C表示之畸變像差特性圖所示，可知該對物透鏡201即使採用非球面20 la，對±2 nm波長的變動仍會產生約土0.6 μΐΏ/ηΐη的色差。而圖2A、圖2B及圖2C表示之各像差圖中，實線表不405 nm之值，虛線表示403 nm之值，單點線表示407 nm 足值，表不像散像差之圖2B*，粗線表示徑向像面之值，細線表示切向像面之值。如上所述’欲在藉由縮小記錄磁軌的軌距以求高記錄密度化之光碟上記錄資訊，宜藉由對物透鏡，在繞射範圍内會聚雷射光，以形成更小的射束點。先前採用之包含非球面2〇la之將玻璃形成模組足一片構造的對物透鏡201則因上述色差的產生，很難會聚繞射範圍内的雷射光。發明之揭示本發明係針對上述之先前實況所提出的解決方案，其目的在提供一種用於對藉由縮小記錄磁軌之軌距而高記錄密度化之光記錄媒體記錄資訊及重現記錄在光記錄媒體上之資訊之光學拾取裝置 -5- 本紙張尺歧财的公董) 571116 A7 B7 五、發明説明（3 ) 上使用之新型有效的對物透鏡，更具體而言，其目的在提供一種小型，可有效校正色差，在繞射範圍内會聚光束的對物透鏡。再者，本發明之目的在提供一種採用可有效校正色差，在繞射範圍内會聚光束之對物透鏡的光學拾取裝置、及採用該光學拾取裝置的光碟。為達成上述目的而提出之本發明之光學拾取裝置用對物透鏡，係對包含0.8以上數值孔徑，將420 nm以下做為基準之數nm以内波長範圍的光，進行光軸上像點的色差校正，上述第一透鏡群的複合面係藉由在包含負折射力之非球面的折射面上附加包含正折射力的繞射面構成，第一透鏡群之包含負折射力之非球面的弛垂度，以非球面係數之圓錐係數（k)為-1，對半徑之偶數次的多項式表示，第一透鏡群之繞射面的弛垂度，以對半徑之偶數次多項式表示，非球面之多項式與繞射面之多項式的次數一致，非球面與繞射面之弛垂度的多項式之間，構成滿足下述關係公式，使相同次數之各係數恒等操作，構成上述第二群透鏡之透鏡以至少包含一個非球面的單透鏡構成。 k = -1

Ci -(N-l)c/2 c2 = (n-i)a c3 = (n，i)b

C4 = (N-1)C c5 = (n-i)d 其中，Cl、c2、c3、c4、c5為上述非球面多項式之各次數的係數，c/2為上述繞射面多項式的2次係數，A, B，C，D為上述 -6- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐） 571116 A7 B7 五、發明説明繞射面多項式之各次數的係數。該對物透鏡藉由對將420 nm以下做為基準之數nm以内波長範圍有效校正色差，可在繞射範圍内會聚雷射光的點徑。採用該對物透鏡之光學拾取裝置及採用該光學拾取裝置之光碟，藉由縮小記錄磁軌的軌距，對應於可高密度記錄資訊之光記錄媒體，可在該光記錄媒體上1¾密度記錄資訊’並可自高密度記錄有資訊之光記錄媒體正確的重現資訊。由於本發明之對物透鏡之第一透鏡群之繞射面的非球面係數與包含附加有繞射面之負折射力之非球面的非球面係數以相同次數柢銷，因此，可形成可排除繞射面在剖面形狀成型時無法加工部分等之繞射效率降低因素及拉孔等穿透率降低因素的階梯形狀。由於對物透鏡將第一透鏡群之繞射面的剖面形狀採用具有賦予設計波長整數倍之相位差之階差的階梯形狀，因此可排除繞射面成蜇時無法加工部分等之繞射效率降低因素及拉孔等穿透率降低因素。將構成第一透鏡群及第二透鏡群之各透鏡配置在共通之透鏡鏡筒内的對物透鏡使用在光學拾取裝置上時’可提高光學拾取裝置的組裝作業性。的設計容易藉由將構成第由於本發明之對物透鏡之第一透鏡群係將最靠近光源側之面作為平面，同時使對設計波長之折射力為零，因此，可僅使用第— 透鏡群=校正色差，僅使用第二透鏡群會聚雷射光，各透鏡群 571116 A7 B7 五發明説明（ 5 藉由在第二透鏡群與像面之間配置厚度在G3 _ 蓋’校正護蓋造成的球面像差’可排除護蓋產生之球面像/護的影響造成再者’由於構成第-透鏡群之透鏡與透成，可減少構件數量、促使該對物透鏡本身輕广體形組裝時的製造誤差，因此可促使對物透鏡輕型ς，透鏡化及低成本化。 5 此穩定再者，由於係藉由設於構成第二透鏡群之之面的金屬等薄膜構成設於第1鏡群與第二透徑，因此可抑制透鏡組裝時的製造誤差，使性处浐^ 、裝再者，由於對物透鏡之第一透鏡群的複合面：二周基準波長之1/2之振幅’約基準波長之-的周期構造:=比繞射面（凹凸形狀微細之同心圓狀的凹凸_，因此射該對物透鏡之一定波長光的穿透率。本=之其他目的、及藉由本發明所獲得之具體利益，從以下參照圖式所說明之實施形態的說明即可進圖式之簡單說明 ’線先前之光學拾取裝置上採用之對物透鏡的側面圖。表示圖1所示之對物透鏡之球面像差的特性圖，圖2B m散像差的特性圖，圖2C係表示畸變像差的特性圖。圖3概略表不應用本發明之光碟裝置外觀的斜視圖，圖心表示裝置之内邵構造的分解斜视圖。圖5係表示應用本發明之光學拾取❹的側面圖。圖6係表示本發明之光學拾取裝置用對物透鏡之繞射面與燒射 -8- 本紙張尺度適财關Α4_(2ΐ()χ 297_ 571116 A7 B7 五、發明説明（6 ) 面及折射面之各個透鏡之半徑方向與弛垂度的關係圖，圖7係表示組合繞射面與折射面之複合面之透鏡半徑方向與弛垂度的關係圖。圖8係說明以使用鑽石刀具之轉印模具之機械切削加工製成閃耀型繞射面的概略斜視圖。圖9係說明以使用鑽石刀具之轉印模具之機械切削加工製成階梯型繞射面的概略斜視圖。圖10係表示以使用鑽石刀具之轉印模具之機械切削加工製成閃耀型繞射面時研磨殘餘部分之寬度與繞射效率的關係圖。圖11係表示無法忽略鑽石刀具頂端部分寬度時之閃耀型繞射面形狀的概略縱向剖面圖。圖12係表示以使用鑽石刀具之轉印模具之機械切削加工製成閃耀型繞射面時拉孔高度與穿透率的關係圖。圖13係表示以使用鑽石刀具之轉印模具之機械切削加工製成閃耀型繞射面時之拉孔形狀的概略縱向剖面圖。圖14係表示包含拉孔構造之面之入射光及反射光的狀態圖。圖1 5係表示紅色雷射光使用之繞射面之凹凸構造之振幅與穿透率的關係圖。圖16係表示藍色雷射光使用之繞射面之凹凸構造之振幅與穿透率的關係圖。圖17係表示其他應用本發明之光學拾取裝置的侧面圖。圖1 8係表示本發明之光學拾取裝置用之其他對物透鏡的縱向剖面圖。圖19係表示本發明之光學拾取裝置用之另外對物透鏡的縱向 -9- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) 571116 A7 B7 五、發明説明（7 ) 剖面圖。圖20係表示本發明之光學拾取裝置用對物透鏡之第一種實施例的透鏡構造圖。圖21A係表示第一種實施例之對物透鏡之球面像差的特性圖，圖21B係表示像散像差的特性圖，圖21C係表示畸變像差的特性圖。圖22係表示本發明之光學拾取裝置用之對物透鏡之第二種實施例的透鏡構造圖。圖23 A係表示第二種實施例之對物透鏡之球面像差的特性圖，圖23B係表示像散像差的特性圖，圖23C係表示畸變像差的特性圖。圖24係表示本發明之光學拾取裝置用之對物透鏡之第三種實施例的透鏡構造圖。圖25 A係表示第三種實施例之對物透鏡之球面像差的特性圖，圖25B係表示像散像差的特性圖，圖25C係表示畸變像差的特性圖。圖26係表示本發明之光學拾取裝置用之對物透鏡之第四種實施例的透鏡構造圖。圖27A係表示第四種實施例之對物透鏡之球面像差的特性圖，圖27B係表示像散像差的特性圖，圖27C係表示畸變像差的特性圖。圖28係表示本發明之光學拾取裝置用之對物透鏡之第五種實施例的透鏡構造圖。圖29A係表示第五種實施例之對物透鏡之球面像差的特性圖， -10- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X 297公釐) i

線 571116 A7 B7 五、發明説明（8 ) 圖29B係表示像散像差的特性圖，圖29C係表示畸變像差的特性圖。實施發明之最佳形態以下，參照圖式說明本發明之光學拾取裝置上使用之對物透鏡、使用該對物透鏡之光學拾取裝置及光碟裝置。以下所示之本發明的實施形態，係將本發明應用在具有比設於碟狀之光記錄媒體之光碟（CD ; Compact Disc)之記錄磁軌之軌距窄約0.6 μηι之軌距的碟狀光記錄媒體，如多樣化數位光碟 (DVD ; Digital Video Disc/Digital Versatile Disc)等，對藉由縮小記錄磁軌之軌距以提高資訊記錄密度規格之碟狀光記錄媒體記錄資訊及重現記錄於該記錄媒體上之資訊的光碟裝置。首先，說明使用設置本發明之對物透鏡之光學拾取裝置的光碟裝置。應用本發明之光碟裝置1係提高轉數以促使讀取所記錄之記錄信號及寫入資訊信號快速化，且用作軌距非常細小以提高記錄容量之如多樣化數位光碟（DVD ; Digital Video/ Versatile Disc) 等之光記錄媒體，並用作個人電腦等資訊處理裝置的外部記憶裝置。如圖3及圖4所示，碟片驅動裝置1包含配置有各種機構的機械框2，機械框2的上方、左右及前後，藉由以螺絲固定等適切手段所安裝之護蓋體3及前面板4覆蓋。護蓋體3之頂板部3a與自該頂板部3a兩側緣分別垂設之側面部 3b，3b與圖上未表示之後面部一體形成。前面板4上形成有橫長的開口 4a，開閉該開口 4a的門體5將其上端部作為支撐點，在前 -11 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) 571116 A7 B7 五、發明説明（9 面板4上支撐成自由擺動。前面板4上設有進行各種操作的數個操作按叙6。機械框2包含：設有各種機構的機構配置面部7 a ;及自機構配置面部7a兩側緣立設的側部7b，7b，機構配置面部7a的前端部設有包含凸輪板及各種齒輪的載入機構8。如圖4所示，機械框2上支撐碟片托架9可在圖4中箭頭Al方向及箭頭A2方向的前後方向移動。碟片托架9上形成有於前後方向上之長插孔9a及設置碟狀光記錄媒體（以下簡稱為，，光碟”）1〇〇的碟片設置凹部9b。碟片設置凹部9b上設置光碟1〇〇時，碟片托架 9藉由載入機構8移動操作，自前面板4之開口 4a向裝置本體的外 4 A出，對光碟1 0 01己錄或重現資訊時，在碟片設置凹部外設置光碟100的狀態下，導入裝置本體的内部。如圖4所示，機械框2之機構配置面部7a上，支撐移動框1〇成將其後端部作為擺動支撐點，形成自由擺動狀態。移動框10上配置有用於使光碟丨00旋轉的馬達組件丨丨。馬達組件11包含碟片座11 a及驅動馬達11 b。移動框1 〇上支撑光學拾取裝置12成可藉由圖上未表示之導軸及絲桿安裝在碟片座lu上之光碟100之半徑方向上移動的狀態。移動框10上安裝有使絲桿旋轉的進給馬達13。因此，絲桿藉由上述進給馬達13旋轉時，光學拾取裝置12被導軸導引，向因應其旋轉方向的方向移動。本發明之碟片驅動裝置1在光碟丨00設置於碟片托架9之碟片設置凹邵9b的狀態下被導入裝置内部，並藉由適切手段保持在碟片座1 la上，藉由馬達組件丨丨之驅動馬達丨lb的驅動，與碟片座 -12-

571116 A7 B7 五、發明説明（10 ) 11a同時旋轉時，光學拾取裝置12在光碟100的半徑方向上移動，同時對光碟100記錄或重現資訊。繼續說明對光碟100記錄或重現資訊之光學拾取裝置12的構造。裝

如圖4所示，光學拾取裝置12於藉由圖上未表示之導軸及絲桿支撐在移動框10上之移動底座14上，設有包含發射雷射光之發光元件及受光元件等之所需光學元件；及支撐對物透鏡15之圖上未表示的兩軸致動器等。如圖5的概略表示，光學拾取裝置12 包含：藉由圖上未表示之兩軸致動器所支撐之對物透鏡15 ;射出420 nm以下波長之雷射光的雷射發光元件16 ;及使自雷射發光元件16射出之雷射光形成平行光束的準直透鏡17。自包含半導體雷射之雷射發光元件16射出的雷射光藉由準直透鏡17形成平行光束，並藉由對物透鏡15在光碟100的記錄層上聚光。光學拾取裝置12係在資訊記錄密度高的光碟100上記錄資訊，並重現記錄在光碟100上的資訊。該光學拾取裝置100上使用之雷射發光元件16產生，比產生780 nm波長雷射光之先前CD規格之雷射發光元件短至波長420 nm以下，具體而言為約400 nm至 410 nm的雷射光，為求減少雷射雜訊而在驅動電流上重疊高頻電流，使雷射光的波長在短周期内變動。於光碟100上記錄資訊時，自雷射發光元件16射出有高能量的雷射光，藉由準直透鏡17形成平行光束，形成該平行光束之雷射光射入對物透鏡1 5，並在光碟1 0 0的記錄層上聚光，以形成雷射點。記錄層藉由該雷射光的能量如進行相變化，形成有記錄資訊的位元。 -13- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) 571116 A7 B7 立、發明説明（11 另外，重現記錄在光碟100上之資訊的情況下，自雷射發光元件16射出有比記錄資訊時低能量的雷射光，並藉由準直透鏡17 形成平行光束，形成該平行光束之雷射光射入對物透鏡15，並在光碟100的記錄層上聚光，以形成雷射點。被光碟100之記錄層反射的雷射光經由與射入光碟100之雷射光相反的光程，藉由包含光學拾取裝置12内之受光元件等之圖上未表示的受光系統檢測。對物透鏡1 5之作動距離，亦即自構成對物透鏡1 5之透鏡最靠近光碟100面起的像點，亦即至光碟100之雷射光聚光之記錄層為止的距離係在0 · 5 mm以上。裝繼續，具體說明本發明的對物透鏡15。

如圖5所示，進一步如後述之表示具體實施例之圖20、圖22、圖24、圖26及圖28所示，本發明之對物透鏡包含：藉由具有將折射面S 2 r作為基礎面，藉由於其上附加繞射面S 2 d以形成折射及繞射複合面（以下，簡稱為’’複合面n)S2之混合型透鏡之第一透鏡L1所構成的第一透鏡群GR1 ;及藉由具有正折射力之兩面非球面之彎月形狀之單透鏡之第二透鏡L2所構成的第二透鏡群 GR2。第一透鏡群GR1係發揮校正色差的功能，第二透鏡群GR2係發揮將雷射光之射束點聚光成特定大小的功能。以下說明中，透鏡及其他構成要素的面編號，自光源（雷射發光元件）側起，依1，2, 3，···的順序記數，’’Si”表示自光源側算起第i號的面，’’q”表示自光源侧算起第i號面Si的曲率半徑，f’di’’表示自光源侧算起第i號與第i+Ι號面間之光軸上的面 14- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) 571116 A7 B7 五、發明説明（12 ) 間隔。非球面形狀，於，，x"表示自光軸起之高度為，，h，，之#球面上點之自非球面頂點之接平面起的距離，，’C，，表示非球面頂點的曲率（=1/R)，”k，’表示圓錐常數，”An、nB，，、"c，，、’’D"、”E”、 ”F”、”G，，、”H，，及，，J，，分別表示第四次至第二十次的非球面係數時，係藉由以下公式1定義：一 ch2 i ι+Vwi+^y2^2

Ah4 + Bh6 + Ch8 + Dhl 〇 + Ehl 2 + Fhl 4 + Ghl 6 + Hhl 8 + Jh2〇 • · · (1) 通常’使用在繞射面上的繞射光學元件區分成振幅型與相位型，而對物透鏡1 5之繞射面S 2 d上使用者係相位型，尤其是從效率觀點而言，為形成所謂閃耀形狀的閃耀全息圖。該閃耀全息圖與一般之全息圖同樣的，係於製造時使用多項式指定基板上之曲座標，作為將兩個點光源設於無限遠時之各面上之非球面性相位的偏差係數者。此時，上述多項式之係數&mm單位賦予繞射式準波長的光程差（0PD)。亦即，繞射面上自光轴起高度為=二的繞射光程差定義為：〇PD=C1R2+C2R4+C3R6+C4R8+C5R11+C6r12+C7R14+ C8Rl6+C9Rl8+C10R20 + 實=繞射面形狀為產生繞射而斷續性變化。亦即，在折射物之媒質中之光程與空氣中之光程間產生的光程差為仙」），因此〈繞射面各輪帶（Element)的階差d，於設計波長為λ(η叫時，為： d- λ/(Ν^ΐ) 或是形成其整數倍。繞射面的閃耀形狀將以波長又除光程差 -15- 本—尺度適用中Α4規格(2ι〇χ297公董） 571116

〇P,D(餘數作為光程差所產生的深度賦予表面形狀。 =一透鏡L1以破璃或樹脂形成，其複合面s2將折射面s2r作為基石疋面’、亦即作為定義有繞射面的基準面，使用藉由使用鐵石刀具I機械切削加工所製成的模具在折射面s2r上直接或如後述之圖2士 4以虛、、泉之概略表示，具有藉由適切方法堆疊在折射面上 ^树月曰層1 8的表面附加形成相位穿透型全息圖之繞射面心的複口面S2如此，使用包含繞射面s2d之複合面S2時，可不擴大透鏡直徑而提高數值孔徑（财）。另外，如後述，繞射面S2d在口J面形料成Μ細的階梯狀。此外，基礎面之對物透鏡之折射面s2r形成放物面（圓錐常數。卜子物透知15藉由非球面構成有第二透鏡L2之第三面s 及第四面SzL。 3 對物透鏡15倾置於藉由龍等適切开^兩1的透鏡鏡筒19内。透鏡鏡筒19省略其詳細圖示，其別口的概略圓鏡筒形狀’第一透鏡u及第二透鏡_ :Γ;Γ 部，並進行定心及位置調整等後加以固定。等料㈣整，將兩群構造之力=;ΓΤ除平面之第，之外，藉由以具有負折射群⑽形成對設計波長之二的平彳時，第一透鏡位時，由於僅具有折射力極弱的透鏡功能，因^ -16 -

A7 B7

571116 五、發明説明（14 準直透鏡17及具有使雷射光聚光功能之第二透鏡群gr2之間時之偏心、傾斜、面間隔等的容許範圍。藉由僅將第一透鏡群gri 用於校正色差，並僅將形成射束點的功能賦予第二透鏡群gr2，使各透鏡群之功能分擔明確，致使各透鏡群的設計容易。對物透鏡15之作動距離，亦即自透鏡最後之面（第四面$ )石像點的距離係在〇·5 mm以上。數值孔徑大之兩群構造的透鏡，如固體浸沒透鏡（SIL ; Solid Immersion Lens)之作動距離^時約為0.1 mm。此種作動距離短時，會發生對物透鏡與光碟碰撞等的問題。因此，本發明如上所述，係將自透鏡最後之面至像點的作動距離限定在0.5 mm以上。此外，對物透鏡15形成具有 1.875 mm以下之有效焦點距離。繼續說明對物透鏡1 5用於將雷射光會聚在繞射範圍内之消色’亦即色差的校正條件。通常’對波長λ (nm)，在± 5 (nm)範圍内，對波長變化的光源，組合折射型透鏡與繞射型透鏡之透鏡的消色條件導出如下：亦即，波長；1、又+ 5及λ-δ時之玻璃的折射率分別為N、N η、N」時，波長λ± 5範圍内部分阿貝數（以下稱，，部分阿貝數,，) 〉1*可由如下之公式2來表示：此外’繞射型透鏡的部分阿貝數如以下公式3所示： vd =---__ (又 + 6)〜(义-5) · · · (3) 折射型透鏡及繞射型透鏡之焦點距離分別為fr，；^時，此等人成之合成透鏡的焦點距離f具有以下公式4的關係，光轴上之像點

裝· 訂

-17-

571116 A7 B7 五、發明説明（15 的消色條件如公式5所示： 1 1 1 —=--1-- f r f d · · · ^ 4 ^ fr9Vr+fd9^d =〇 . . . (5) 從上述公式4及公式5可分別獲得以下公式6所示之折射型透鏡的焦點距離fr及繞射型透鏡的焦點距離fd : 裝此外，折射型透鏡之部分阿貝數r係由透鏡材質之折射率來決定，繞射型透鏡的部分阿貝數^ d係由雷射光的使用波長來決定。此時考慮透鏡材質之折射率因波長而改變時，折射型透鏡之部分阿貝數V I*可由透鏡與雷射光的使用波長來決定，繞射型透鏡的部分阿貝數W d可僅由雷射光的使用波長來決定。

因而，本發明之對物透鏡15之折射及繞射複合透鏡的軸上消色條件，藉由決定雷射光之使用波長λ、雷射光之搖晃量，亦即波長的變動量5、透鏡之材質、入射雷射光之射束徑及數值孔徑 (ΝΑ)同時決定。本發明之光學拾取裝置用對物透鏡由於雷射光之設計波長、雷射光之射束徑、及對物透鏡之數值孔徑（ΝΑ)為固定的參數，因此已決定透鏡的材質時，折射及繞射複合透鏡之軸上消色條件即決定。例如，NA = 0.8，雷射光之射束徑為3 mm，又=41 0 nm，5 =±10 nm，透鏡材質使用LAH53(株式會社OHARA之商品名稱）時，折射型透鏡的焦點距離fr為2.18 mm，繞射型透鏡之焦點距離fd為13.31 mm。 -18- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐)

五、發明説明的功能，第二透^透鏡15的第1鏡群GR1係發揮校正色差小的功能，因此!係發揮將雷射光之射束點聚光成特定大折射力的總和為：透銃_GR1的折射力為0，第二透鏡群GR2 下公式7及公透鏡。以公式來表示時，如以 --1--- f\ fd • · (7) • (8) 一面Si與it對物透鏡15之第1鏡群GR1之折射型透鏡（第成焦點距離r為i斤射面S2)與第二透鏡群㈣之第二她2的合的公式9成立邵之折射型透鏡的焦點距離&，因此以下所示门士☆· ·，材質時，f ^用對物透鏡的設計中，由於決定焦點距離與透鏡 m 、##，r，fd即自動被決定，因此，滿足上述公式9條件之 ::;=:==卿™二透面之:率:射型透鏡之主點位置係由透鏡材質的折射率與各透鏡因此，鱗&、面間隔等來蚊，未必是蚊在-定的位置上。變。因Γ射，透鏡與合成折射型透鏡之主點間隔因設計條件而改繼績11】叹计時進行調整，導出近軸解，以滿足上述公式6。、fc'說明形成有相位繞射型之光學元件之複合面&之繞面S2d艾階梯形狀的設計。、叙口面s2之繞射面S2d的弛垂度Asp(r)藉由光學設計用軟體 -19- 五、發明説明（17 CODEV"定義成以下的公式1〇 ·· 口、+、、 · · ·（10) U公式10中，k=-1時，2次係數為c/2 ,形成以下示之僅偶數次的多項式·· 式1所 (Π) ASP{r) =^r2+Ar4+ Br6 + Cr8 + Dr10 另外，複合面S2之繞射面S2d的相位分布(D(r)定義选式！2所示之僅偶數次的多項式：成以下公變計之前，如公式12所示’係將相位作為連續性由於繞射面的表面形狀設計係利用相位的周期性，將自相位期減去整數倍之周期的相位作為新的相位分布，因此，繞射形«成離散性的閃耀形狀。由於將該卿型的離散性相位成:際材貝的厚度’因此，繞射面表面形成離散性的閃耀形狀，其鬲度形成賦予波長之整數倍之相位差的厚度量。圖6係用於說明非球面之剖面形狀與繞射面的剖面形狀。非球面之剖面形狀ASP一㈣係依據上述公如，繞射面剖面形狀 DOE^Sag係依據上述公式！2。將繞射面之相位形成與折射面之弛垂度相同因次時，以折射率差除相位。之弛垂度為Sag(r^，可以如下之公如表示：圖7係用於說明折射及繞射複合面的形狀。折射及繞射複合面 N-l (13)

Sag(r) = ASP(r) 上述公式13中’當Sag⑴=〇時，由於相位形成完全的平面 571116 五、發明說明（18 = (Ν C, 14) (n)c c5 =〇Υ - 1)Z) 另外，2次係數意指近軸區域内折射面與繞射面之折射力彼此抵銷而為〇。以下，參照圖式說明上述繞射面之階梯形狀的效果。圖8及圖9係用於說明對物透鏡15的製造階段中，將用於第一透鏡L1之折射面匕上直接或堆疊有樹脂料之表面轉印形成繞射面之模具實施切削加工之刀具2〇頂端部分施的寬度，具有必須=慮形成於模具之轉印面21上之閃耀形狀（轉印形狀）22之各 W22a’22a，· · ·寬度《大小時，在加工上的問題因對策。〜斫即，如圖8所示，繞射面的形狀為閃耀形狀的情況下，藉由被切削加工之模具的轉印面21被送至箭頭χ 至箭頭Yl方向’來切削轉印面21’形成^閃耀形狀⑽ 狀）22。此時，刀具20頂端部2〇a的形狀在目視上雖銳利，但是由於與微細閃耀形狀22之輪帶22a，22a，··.的大小比較並非 -21 - 571116 A7 B7 五、發明説明（19 ) 銳利，且亦不能比閃耀形狀之輪帶22a，22a，· · ·的大小銳利，因此藉由刀具20頂端部分20a，在模具之轉印面21之閃耀形狀22的輪帶22a，22a，···之間殘留有無法加工部分的未切削部分25，25，· · ·。此外，如圖9所示，即使繞射面的形狀為階梯形狀，與閃耀形狀時同樣的，藉由被切削加工之模具的轉印面21被送至箭頭Xi 方向，刀具20被送至箭頭Υι方向，來切削轉印面21，形成有階梯形狀26。但是繞射面的形狀為階梯形狀時，由於構成階梯形狀26之輪帶26a，26a，···之面上包含位於對構成刀具20頂端部2 0 a之面傾斜的面，因此並不存在如上述之無法加工的部分。圖10係表示具有圖11所示之一定周期L(閃耀寬4 μιη)之閃耀型繞射格栅2 7之轉印面2 1無法加工部分2 5，2 5，···之轉印時未加工部分27a，27a，···之寬度b與繞射效率的關係，圖12係表示具有圖13所示之產生於轉印面（切削面）21上一定周期d之刀具20移動軌跡具有周期性之微細凹凸形狀之表面拉孔構造28之拉孔29深度與穿透率的關係。因而，繞射型透鏡之繞射效率達到100%的繞射面形狀為具有閃耀形狀的剖面形狀者。閃耀高度（弛垂度）為賦予波長整數倍之相位差的厚度。於平面上製作繞射型透鏡時，剖面形狀形成閃耀形狀。另外，如前所述，為抵銷弛垂度而選擇公式13之多項式的係數來設計繞射型透鏡時，繞射面的剖面形狀形成藉由圖9所示之模具之轉印面21所轉印的階梯狀。該階梯的高度（弛垂度）與上述平面時同樣的，形成賦予波長整數倍之相位差的厚度。而由於階 -22- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X 297公釐) 571116 五、發明説明（20 梯形狀可視為閃耀形狀的特殊情況，因此兩者理論上的繞射效率相同。但是，如圖8所示，模具之轉印面21上以刀具2〇實施切削加工形成閃耀形狀時，繞射面之包含斜面的剖面為閃耀形狀時，因刀具20頂端部分20a之形狀形成未經切削的無法加工部分乃， 25，、; · ·。該無法加工部分25,25, · · ·形成與閃耀形狀22’ 比較為無法忽視的大小時，如圖1〇所示，繞射效率因應其程度而降低。如圖11所示，該無法加工部分25, 25，···:/，、刀= 20之頂端部分2〇a的形狀愈小（銳利）愈好。此外，使用刀具20進行模具之轉印面21的切削加工時，如圖 13所示’閃耀形狀22的斜面上產生有刀具2〇移動軌跡之周期性疋微細凹凸形狀的拉孔29。該拉孔29之反覆形狀之表面拉孔構造28的周期d及振幅之拉孔深度#有與透鏡之設計波長相等或以^的大小時，如圖12所示，被轉印至透鏡上時，穿透率因應其程度而減少。圖12例示之周期d狀8 μιη。通常該拉孔Μ宜刀具20頂端部分2〇a的形狀愈小（銳利）愈好。如此’在模具之轉印面21上，藉由使用刀具2〇之切削加工來形成閃耀形狀22時，因刀具20頂端部分2〇a的形狀，在被轉印之透鏡繞射面的繞射效率與穿透率之間產生一定的規律。反之’藉由使用刀具2〇之切削加X，在模具之轉印仙上形成圖9所示之階梯形狀26時，由於加工所形成之面上不含斜面，因此不存在如閃耀形狀22時的無法加工部分25, 25 · · ·，形成近似理想的剖面形狀。因此，繞射面採階梯形狀％轉印的^ 況下’可㈣造成繞射效率降低_素。此外，由於對刀具2〇 -23 571116 A7 B7

裝·

571116 A7 B7 五、發明説明（22 ) 準波長（λ)之1/4之周期構造的同心圓狀。藉由轉印有此種形狀之拉孔構造28，形成在對物透鏡15之複合面S2上的凹凸形狀39 亦具有相同的周期d及振幅h。另外，為使凹凸形狀39的方向與閃耀轉印形狀的方向一致，亦即，宜設置各閃耀之形狀與凹凸形狀之斜面方向以形成相似形。以下，參照圖15及圖16說明形成如上述之周期d及振幅h之凹凸形狀39的經過。圖15係表示拉孔構造之轉印形狀之凹凸形狀39的周期d為0.5 μηι時，先前採用之波長為650 nm之紅色雷射Re，與本發明採用之波長為405 nm之藍色雷射Bu之振幅h與穿透率的關係。此外，圖16係表示拉孔構造之轉印形狀之凹凸形狀39的周期d 為0·5μιη時，波長為650 nm之紅色雷射Re，與波長為405 nm之藍色雷射Bu之振幅h與穿透率的關係。從圖15所示之特性圖可知，為具有0.5 μηι之周期d的凹凸形狀 3 9的情況下，紅色雷射R e之凹凸形狀3 9之振幅h為賦予紅色雷射 Re之約1/4波長之相位差之振幅的0.33 μηι時，雖可確保90%的穿透率，但是藍色雷射Bu之凹凸形狀39之振幅d為賦予藍色雷射之約1/4波長之相位差之振幅的0.2 μηι時，僅可確保70%的穿透率〇反之，從圖16所示之特性圖可知，為具有0.2 μηι之周期d的凹凸形狀39的情況下，紅色雷射Re之凹凸形狀39之h即使為賦予紅色雷射Re之約1/4波長之相位差之振幅的0.33 μηι時，即使藍色雷射Bu之凹凸形狀39之振幅d為賦予藍色雷射之約1/4波長之相 -25- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) 571116 A7 B7 '— / 23 五、發明说明（位差之振幅的〇.2 4»時，僅可確保90%的穿透率。如上所述’本發明之對物透鏡15係將複合面S2之繞射面S2d的剖面形狀形成微細的階梯狀，同時藉由如上述的設定形成於該階梯狀之面上之凹凸形狀39的周期d及振幅h，可同時改善繞射效率及穿透率降低的問題。繼續參照圖式說明本發明的其他對物透鏡。本例之對物透鏡55亦與上述對物透鏡15同樣的，如圖17及圖 18所示，具有兩群構造，其包含：藉由包含組合折射面之第一面8丨及折射面S2r與繞射面s2d之繞射複合面之第二面82之混合型透鏡之第一透鏡L1所構成的第一透鏡群GR1 ;及包含第三面 S3及第四面S4之兩面形成非球面之單透鏡之第二透鏡L2之具有正折射力的第二透鏡群GR2。另外，與前述對物透鏡15共通部分註記共通符號，並省略其詳細說明。口圖18所π，本例之兩群構造的對物透鏡乃係設置於藉由合 j脂等適切材料所形成的透鏡鏡筒18内。如圖18所示，透鏡鏡筒58係形成兩端開口的概略圓鏡筒形狀，第一透鏡li及第二透獻2分別自兩端開口插人㈣，並進行定錢位置調整等後加以固定。如此，縣進行各構錢鏡之定^等光學性調整，將 :群構造之對物透鏡55配置在透鏡鏡筒训，如圖Η所示，可將對物透鏡55組裝在光學拾取裝置12内的作業性。二者’對物透鏡55在第-透鏡群GR1與第二透 r 汉有孔彳至59。亦即，如圖18所示，孔徑59係於、人# 、、，源側之第三面S3附近’以限制射入第二透鏡群GR2之雷 -26-

571116

:ί的光量，藉由與透鏡鏡筒58相同材質形成-體，或藉由豆心牛形成概略環狀者，可藉由黏合於透鏡蘭 ^刀手段安裝。如此，藉由在折射力大之第二透鏡群gr2(第二遷鏡L2)之光源側之第三面s 3 t k配置孔住5 9，不使用透鏡的外、、彖邵，限制僅使用光學特性良好艮灯的#为，可促使性能穩定化且容易杈正各種像差。該對物透鏡55亦藉由第—透鏡群GRl除平面之第—面§1之外，藉由複合面之第二岭具有負折射力之折㈣匕與具有正折射力之繞射面S2d構成，使折射力的總量為〇(零）。此外，該對物透鏡55㈣成具有作動㈣，亦即自透鏡最後《面（第四面S4)至像點之距離在〇.5 _以上，1 875議以下的有效焦點距離。以下參知、圖式$兒明本發明的另外對物透鏡6 $。如圖19所示，該對物透鏡65與將透鏡之基本構造表示於圖“ <對物透鏡55同樣的，包含：藉由第二面S2係組合折射面與繞射面S2d之複合面之混合型透鏡之第一透鏡幻所構成的第一透鏡群GR1 ;及包含第三面S3及第四面“之兩面形成非球面之單透在兄之弟一透之具有正折射力的第二透鏡群gr2。構成對物透鏡6 5之第一透鏡L1係藉由透明的樹脂材料形成。複合面（第二面）S2將樹脂製之第一透鏡L1的折射面s2r做為基準面（定義有繞射面的基準面），該折射面S2r上附加繞射面，讀繞射面S 2 d包含具有藉由轉印以鐵石刀具對轉印模具實施機械切削加工等適切方法所製成之閃耀形狀之轉印形狀所形成之閃耀形狀的相位穿透型全息圖。 -27- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) 571116 A7 B7 五、發明説明（25 ) 如圖19所示，對物透鏡65之第一透鏡L1與透鏡鏡筒60，係藉由相同材料一體形成。因此，形成透鏡鏡筒60的一端部被第一透鏡L1閉塞，僅另一端部開口的形狀。該對物透鏡65藉由將第一透鏡L1與透鏡鏡筒60予以一體化之一體成形加工，不需要實施第一透鏡L1之定心及定位等的光學性調整。第二透鏡L2自與第一透鏡L1 一體形成之透鏡鏡筒60的開口插入内部，並進行定心及位置調整等後加以固定。如此，僅第二透鏡L2需要透鏡鏡筒60内的光學性調整。因此僅第二透鏡L2進行定心等光學性調整即可，可大幅提高將對物透鏡65組裝在光學拾取裝置12内的作業性。如上所述，由於對物透鏡6 5之第一透鏡L1與透鏡鏡筒6 0係藉由樹脂一體形成，因此可促進整體性的輕型化。此外，對物透鏡65藉由在朝向第二透鏡L2之光源側之第三面 S3外圍部分全面蒸鍍適切金屬，設有包含形成有帶狀之薄膜的孔徑61。如此，在第二透鏡L2之第三面S3上一體形成孔徑61，係因第一透鏡L1與透鏡鏡筒60 —體形成，於成型時起模的關係，無法在透鏡鏡筒6 0内部一體形成孔徑。如此，藉由在朝向對物透鏡65之第二透鏡L2光源側的第三面S3上設置孔徑21，可使對孔徑21之第二透鏡L2的組裝誤差為0，同時不使用透鏡的外緣部，藉由限制僅使用光學特性良好的部分可促使性能穩定化。該對物透鏡65亦為對420 nm以下作為基準之數nm以内之波長範圍内的光可校正光軸上之像點的色差者。繼續，表示將本發明之對物透鏡15予以具體化的實施例。圖20係表示本發明之對物透鏡1 5之第一種實施例的透鏡構 -28- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) 571116 A7 B7 五、發明説明（26 ) 造，對物透鏡15包含：藉由包含具有將折射面S2r作為基礎面所形成之包含繞射面S2d之複合面s2之玻璃製之平凹透鏡之第一透鏡L1所構成的第一透鏡群GR1 ;及藉由能量大之單球非球面玻璃模壓透鏡之第二透鏡L2所構成的第二透鏡群GR2。第一透鏡L1及第二透鏡L2之玻璃係採用前述的LAH53。另外，在第二透鏡L2與像面（光碟100之記錄層）之間設有聚碳酸酯製的護蓋30。如圖20所示，’’S5ff及” r5’f分別表示護蓋30的表面 (第五面）及曲率半徑，"d4”為第二透鏡L2之第四面S4與第五面間之光軸上的面間隔，’’d5’f為護蓋22的厚度。此等符號於後述之其他實施例中亦同。護蓋30的厚度宜在0.3 mm以下。本第一種實施例與後述之第二種實施例係將護蓋30的厚度設定在0.1 mm。此因，護蓋30的厚度若在0.3 mm以上時，會產生造成校正困難的球面像差，而護蓋30在0.3 mm以下時，則可抑制球面像差的產生。下述表1表示第一種實施例之各構成透鏡的數值。表1 di 材質 1*1 = 00 di=1.00 LAH53 r2=12.95 d2=0.20 γ3=1.337 d3=1.60 LAH53 Γ4=6.486 d4=0.74 d5=〇.l 聚碳酸酯像面=〇〇 -29- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X 297公釐) 571116 A7

表2表π第-面《複合面^(練射面&及折射面^) 同表不以1〇為底的指數表現。後述同類表中亦表2

因而’圖21A_21C所示之各像差圖中，以實線 405 nm之值、以虛線表示波長4〇3 nm之值及…長

線 4〇7腿之值幾乎重疊而難以判定。此因第一種實施 w係“色差之產生極少者。因此’第_種實施例判定為對 30-

571116 A7 -—----—___B7 五、發明説明（28 ) ~~ 物透鏡1 5之色差被有效校正。圖22係表不本發明之對物透鏡15第二種實施例的透鏡構造，並藉由適切的樹脂材料形成第一透鏡L1，藉由前述之LAH53形成第二透鏡L 2。第二種實施例之對物透鏡15包含··藉由包含具有將折射面b 作為基礎面所形成之包含繞射面S2d之複合面衫合成樹脂製之平凹透鏡之第一透鏡L1所構成的第一透鏡群gri ;及藉由能量大之單球非球面破璃模壓透鏡之第二透鏡L2所構成的第二透鏡群GR2。在第二透鏡L2與像面（光碟1〇〇的記錄層）之間設有聚碳酸酯製的護蓋30。下述表3中表示第二種實施例之各構成透鏡的數值。表3 ri di 材質 ri=〇〇 di=1.00 樹脂 Γ2=7.650 (12=0.20 Γ3=1·337 d3=1.60 LAH53 Γ4=6.486 d4=0.74 χς=00 d5=〇.l 聚碳酸酯像面=〇〇第二種實施例由於第一透鏡L1係藉由合成樹脂所形成，因此可將對物透鏡15予以輕型化，此外，由於合成樹脂的材料費比玻璃廉價，且加工性良好，因此可以低成本量產對物透鏡15。表4表示第二面之複合面S2(繞射面s2d及折射面S2r)、第三面 -31 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐） 571116

S3及第四面S4之圓錐常數k及4次至表4 10次非球面係數A至D。面 k(Cl) A(C2) ---- B(C3) C(C4) ΤΛίη^Λ s2d -3.429E- 02 -6.323E-03 +4.451E-03 \ w T / -4.022Ε·〇3 J +8.960E-04 S2r -1.000 +1.205E-02 -8.482E-〇^ +7.666E - 03 s3 -0.386 -0.356E-02 +0.262H-09 -0.113E-01 -1. /Uo-C-Uo 4_a 1 Q7F-.ni S4 -16.53 -0.467E-01 +0.355 ------_ 1.184 4-1 圖23A表4二種貫施例之對物透鏡15的球面像差，圖励表 π像散像差，圖230表示畸變像差。繞射基準波長為4〇5⑽，設計次數為，設計波長為4G5 nm(4Q3 nm至4Q7⑽），數值孔徑為0.85。因而’圖2从至圖23〇所示之各像差圖中，以實線表示波長 405 nm之值、以虚線表示波長4〇3 nm之值及以單點線表示波長 407 nm之值幾乎重疊而難以判定。此因第二種實施例之對物透鏡15係表示色差之產生極少者。因此，第二種實施例判定為對物透鏡1 5之色差被有效校正。圖24係表示本發明之對物透鏡15第三種實施例的透鏡構造，並藉由SBSL7(株式會社OHARA之商品名稱）形成第一透鏡L1，藉由前述之LAH53形成第二透鏡L2。第三種實施例之對物透鏡15包含：藉由包含具有將折射面s2r 作為基礎面，堆疊合成樹脂層18，在合成樹脂層18表面形成繞射面S2d之複合面S2之玻璃製之平凹透鏡之第一透鏡L1所構成 -32- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(21〇Χ297公釐) d /丄丄10

的第透叙群GRl ·及|在丄第二透鏡u&k大之單料料玻璃模壓透鏡之碟⑽的、弟一透鏡群GR2。在第二透鏡L2與像面（光下述表5中二，間設t聚碳酸S旨製的護蓋30。表5 I種實施例之各構成透鏡的數值。

表6表示第一面之複合面S2(繞射面S2d及折射面S2r)、第三面 S3及第四面§4之圓錐常數让及4次至1〇次非球面係數a至d。

裝

-33- 571116 A7 B7 五、發明説明（31 ) 表6 面 k(Cl) A(C2) B(C3) C(C4) D(C5) S2d -3.418E- -7.456E-03 +5.703E-03 -4.609E-03 +9.931E-04 02 S2r -1.000 +1.408E-02 -1.077E-02 +8.702E-03 -1.875E-03 S3 -0.386 -0.356E-02 +0.262E-02 -0.113E-01 +0.197E-01 S4 -16.53 -0.467E-01 +0.355 -1.184 +1.680 第三種實施例係在堆疊於折射面S2r之樹脂層18上形成繞射面 S2d。此因第一透鏡L1之材質（SBSL7)係無法以模具成形形成複合面的材質。因此，無法於第一透鏡L 1上進行模具成形之材質，即使如使用玻璃時，藉由堆疊轉印有模具之繞射面形狀的合成樹脂層18，可形成折射及繞射複合面，因此可大幅擴大使用於第一透鏡L1之材質的選擇範圍。圖25A表示第三種實施例之對物透鏡15的球面像差，圖25B表示像散像差，圖25C表示畸變像差。繞射基準波長為405 nm，設計次數為N=1，設計波長為405 nm，數值孔徑為0.85。因而，圖25A至圖25C所示之各像差圖中，以實線表示波長 405 nm之值、以虛線表示波長403 nm之值及以單點線表示波長 407 nm之值幾乎重疊而難以判定。此因第三種實施例之對物透鏡15係表示色差之產生極少者。因此，第三種實施例判定為對物透鏡1 5之色差被有效校正。圖26係表示本發明之對物透鏡15第四種實施例的透鏡構造，藉由適切之合成樹脂材料形成第一透鏡L1，藉由前述之LAH53 -34- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐） 571116

开^成第二透鏡L2，並使用高次繞射者。亦即，第四種實施例之對物透鏡15包含：藉由包*且有將第二折射面s2r作為基礎® ’形成繞射面S2d之複合面ϋ合成樹脂製之平凹透鏡之第-透鏡L1所構成的第—透鏡群GR1 :及藉由能量大之單球非球面玻璃模壓透鏡之第二透鏡曰二透鏡群GR2。另夕卜，在第二透鏡L2與像面（光碟1〇 ^成的第之間設有聚碳酸酯製的護蓋3〇。、圮錄層）下述表7中表示第四種實施例之各構成透鏡的數值。表7 ri di 材質 ri =〇〇 di=1.00 樹脂 _ Γ2=7.650 d2=0.20 Γ3=1.337 d3=1.60 LAH53 Γ4=6.486 d4=0.74 r5=〇〇 ^5=0 Λ 聚碳酸酯像面=〇〇此可將比坡瑪由於第四種實施例之第一透鏡L1亦為合成樹脂製，因對物透鏡15予以輕型化，此外，由於合成樹脂的材料費廉j貝’且加工性良好，因此可以低成本量產對物透鏡1 5。表8表示第二面之複合面s2(繞射面s2ci及折射面S2r)、第一 S3及第四面S4之圓錐常數k及4次至10次非球面係數。雨表8 面 k(Cl) A(C2) B(C3) C(C4) -35- 本紙張尺度適财®时檩準(CNS) A4規格(21G x 297公爱)

571116 A7 B7 五、發明説明 S2d -3.429E- -6.352E-03 +4.464E-04 -4.013E-04 +8.916E-05 02 S2r -1.000 +1.211E-02 -8.507E-03 +7.647E-03 -1.699E-03 S3 -0.386 -0.356E-02 +0.262E-02 -0.113E-01 +0.197E-01 S4 -16.53 -0.467E-01 +0.355 -1.184 +1.680 圖27A表示第四種實施例之對物透鏡15的球面像差，圖27B表示像散像差，圖27C表示畸變像差。繞射基準波長為405 nm，設計次數為N=i〇，設計波長為405 nm，數值孔徑為0.85。圖27A至圖27C所示之各像差圖中，以實線表示波長4〇5 nm 之值、以虛線表示波長4〇3 nm之值及以單點線表示波長407 nm 之值幾乎重疊而難以判定。此因第四種實施例之對物透鏡丨5係表示色差之產生極少者。因此，第四種實施例判定為對物透鏡 15之色差被有效校正。如第四種實施例之對物透鏡15，藉由變更成使用高次繞射的設計，繞射面S2d之階梯形狀的高度及寬度為以一次繞射光設計時的次數倍。因此，透鏡外緣部之階梯形狀與其他部分比較覺窄時，此種使用大次數的設計，從繞射面如之階梯形狀加工性的觀點而言較為有效。圖28係表示本發明之對物透鏡15之第五種實施例的透鏡構造，並藉由適切之合成樹脂材料形成第一透鏡：丨，藉由前述之 LAH53形成第二透鏡L2，* 一透鏡群如與第二透鏡群⑽ 間隔隔離1 mm以上。。、第五種實施例之對物透鏡15包含：藉由包含具有將第二折射面s2r作為基礎面，形成繞射面s2d之複合面4之合成樹脂製之 -36 -

Wlll6

T四透鏡之第一透鏡L1所構成的第一透鏡群GR1;及藉由能a 君广單球非球面玻璃模壓透鏡之第二透鏡L2所構成“二= 另外，在第二透鏡L2與像面（光碟⑽的記綠層）之間: 百表碳酸酯製的護蓋30。叹值:述表9中表示第五種實施例之對物透鏡15之各構成透鏡的教表9 di #f _^ di=1.00 樹脂 ^^2^λ650 d2=3.00 d3=1.60 LAH53 J4^M86 d4=0.74 d5=0.1 聚碳酸酯由於第五種實施例之第一透鏡L1為樹脂製，因此可將對物透鏡15予以輕型化，此外，由於合成樹脂的材料費比破璃廉價，且加工性良好，因此可以低成本量產對物透鏡15。表10表示第二面之複合面S2(繞射面S2d及折射面S2r)、第三 ®S3及第四面S4之圓錐常數k及4次至10次非球面係數八至!）。表1 0 裝訂

面 ---- JC1) A(C2) B(C3) C(C4) _P(C5) -37-

571116 A7 —_ I 丨丨 - ____ B7 五、發明説明（35 ) U7 -3.429E- 02 -9.168E-03 +1.209E-02 -1.006E-02 +2339E-03 S2r "1.000 +1.747E-02 -2.304E-02 +1.918E-02 -4 4S7F-01 S3 -0.386 -0.356E-02 +0.262E-02 -0.113E-01 +0 1Q7F-01 S4 -16.53 -0.467E-01 +0.355 •U84 1 V· 13/ / jj/-Vy I +1.680 _ H29A表不第五種實施例之對物透鏡15的球面像差，圖表 =像，像差’圖29C表示畸變像差。繞射基準波長為4〇5疆， 4计/人數為，設計波長為405 nm，數值孔徑為〇·85。、圖29Α至圖29C所示之各像差圖中，以實線表示波長405 nm 《值、以虛線表示波長403 nm之值及以單點線表示波長4〇7 nm 、值A乎重®而難以判定。此因第五種實施例之對物透鏡1 5係表不色差之產生極少者。因此，第五種實施例判定為對物透鏡 15之色差被有效校正。口而’本發明之對物透鏡1 5組裝在光學拾取裝置12上實際使用的情況下，基於附加對焦伺服及追蹤伺服的需要，係進行兩軸致動器的驅動。對物透鏡15於附加對焦伺服及追蹤伺服時會產生共振。第五種實施例之對物透鏡1 5係將第一透鏡群GR1與第二透鏡群GR2間之間隔的面間隔“設定成3 〇 mm。此因，可設計成藉由調節面間隔d2，適切偏移第一透鏡L1與第二透鏡L2之合成透鏡之對物透鏡1 5的重心位置，以抵銷附加對焦伺服及追蹤伺服時的共振。如上所述，本發明之對物透鏡15係組合包含第一透鏡L1之第一透鏡群GR1與包含非球面單球透鏡之第二透鏡L2之第二透鏡 571116

群GR2<折射、繞射混合型兩群透鏡，藉由使第一透鏡li形成在非球面之折射面s2r上形成有相位繞射面S2d之複合面4，將附加有繞射面S2d之折射面（基礎面）S2r作為非球面之凹面的設计，即使自雷射發光元件16射出之雷射光的波長變化，仍可使軸上色差大致為〇，在保持必要之數值孔徑的狀態下，亦可擴大作動5巨離，縮小基礎面的曲率，因此構成複合面^之相位繞射格柵形狀的加工容易。對應於提高資訊記錄密度之光碟之光學拾取裝置上使用的對物 j鏡，雖要求色差在0.05 _/nm以下，但是前述圖1；}斤示之先 nl片構成的對物透鏡201對雷射光±2 nm之波長的變動約產生 ±〇·6 μχη/咖的色差，而上述本發明之對物透鏡，由於對與先前同樣心±2 nm波長之變動，色差可偈限在〇〇i _/nm内，因此先學拾取裝置及光碟裝置可穩定的進行資訊記錄及魏，可在繞純圍^聚雷射光的純’目此㈣足谓應於㈣縮小軌距以才疋咼資訊記錄密度規格之光碟的性能。再^，藉由在包含對應於可窝入資訊之光碟之雷射能大之，亦即使雷射能改變以減少雷射雜訊之機構的光學拾取裝置上採用本發明《對物透鏡，亦可提高高密度記錄資訊之重躲能及記錄性能0 此藉由在本發明上使用採用對物透鏡之光學拾取裝置供—種高密度記錄資訊之重現性能及記錄性能提高的无碌裝置。上述本發明實施形態所示之各部具體形狀及構&，均僅表示實施本發明時所採取的-種具體實例，不應據此限^性解釋本發: -39-

571116 A7 B7 r ——---———一~一~~————-- 立、發明説明（37 ) 的技術性範圍。產業上利用可行性由於本發明之對物透鏡及使用該對物透鏡之光學拾取裝置係藉由對波長在420 nm以下作為基準之數nm以内的光束有效校正色差，可在繞射範圍内會聚光束的點徑，因此可藉由縮小記錄磁軌之軌距對應於提高資訊記錄密度規格的光記錄媒體。組合本發明之使用對物透鏡之光學拾取裝置的光碟裝置，可對應於可高密度記錄之光記錄媒體，在該光記錄媒體上高密度記錄資訊，並自高密度記錄有資訊之光記錄媒體正確的重現資訊。元件符號說明 1 碟片驅動裝置 9b 碟片載置凹部 2 機械框 10 移動框 3 護蓋體 11 馬達組件 3a 頂板部 11a 碟片座 3b 側面部 lib 驅動馬達 4 前面板 12 拾取裝置 4a 開口 13 進給馬達 5 門體 14 移動底座 6 操作按钮 15 對物透鏡 7a 機構配置面部 16 雷射發光元件 7b 側部 17 準直透鏡 8 載入機構 18 樹脂層 9 碟片托架 19 透鏡鏡筒 9a 插孔 20 刀具 -40- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X 297公釐) 571116 A7 B7 五、發明説明（38 20a 頂端部 65 對物透鏡 21 模具之轉印面 100 光碟 22 閃耀形狀 200 雷射光 22a 輪帶 201 對物透鏡 25 未切削部分(切削殘餘部分） 201a 非球面 26 階梯形狀 Al 方向 26a 輪帶八2 方向 27 閃耀型繞射格柵 b 寬度 27a 未加工部分 d 周期 28 拉孔構造 GR1 第一透鏡 29 拉孔 GR2 第二透鏡 30 保護護蓋 h 振幅 39 凹凸形狀 L 周期 40 雷射光 Ll 第一透鏡 40a 反射光 l2 第二透鏡 41 穿透光 Si 第一面 41a 散射光 S2 繞射複合面 53 LAH S2d 繞射面 55 對物透鏡 S2r 折射面 58 透鏡鏡筒 S3 第三面 58a 内緣壁 S4 第四面 59 孔徑 S5 第五面 60 透鏡鏡筒 xi 方向 61 孔徑 Yi 方向 -41 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X 297公釐)

Claims

571116 A8 B8 C8 D8 申請專利範圍一種光學拾取裝置用.對物透鏡，其係由依物體側而始之含繞射型透鏡之第一透鏡群、包含折射型透鏡之第二透鏡群所構成，具有0.8以上之數值孔徑，對以420 nm以下為基準之數 nm以内波長範圍的光，進行光軸上像點的色差校正；其特徵為：上述第一透鏡群之複合面係藉由在具有負折射力之非球面的折射面上附加具有正折射力的繞射面構成；第一透鏡群之具有負折射力之非球面的弛垂度，係以非球面係數之圓錐係數（k)為-1，對半徑之偶數次的多項式表示；第一透鏡群之繞射面的弛垂度，係以對半徑之偶數次多項式表TF，非球面之多項式與繞射面之多項式的次數一致；非球面與繞射面之弛垂度的多項式之間，構成滿足下述關係公式，使相同次數之各係數恒等操作；構成上述第二群透鏡之透鏡以至少包含一個非球面的單透鏡構成， [關係公式] k=-l Ci = (N-l)c/2 C2-(N-1)A c3 = (n_i)b C4 = (N-1)C c5 = (n-i)d 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X297公釐)

裝 571116 A8 B8 C8 D8 、申請專利範圍式中，Ci、C2、C3、C4、c5為上述非球面之多項式之各次數的係數，c/2為上述繞射面之多項式的2次係數，A， B，C，D為上述繞射面之多項式之各次數的係數。 2. 如申請專利範圍第1項之光學拾取裝置用對物透鏡，其中上述第一透鏡群之繞射面的剖面形狀採用具有賦予設計波長整數倍之相位差之階差的階梯形狀。 3. 如申請專利範圍第1項之光學拾取裝置用對物透鏡，其中自透鏡最後之面至像點之作動距離在〇. 5 mm以上。 4. 如申請專利範圍第1項之光學拾取裝置用之對物透鏡，其中構成上述第一透鏡群及上述第二透鏡群之各透鏡配置在共通之透鏡鏡筒内。 5. 如申請專利範圍第1項之光學拾取裝置用對物透鏡，其中上述第一透鏡群中最靠近光源侧之面係設作為平面，同時使對設計波長之折射力設為零。 6. 如申請專利範圍第5項之光學拾取裝置用對物透鏡，其中於上述第一透鏡群與上述第二透鏡群之間設有孔徑。 7. 如申請專利範圍第6項之光學拾取裝置用對物透鏡，其中設於上述第一透鏡群與上述第二透鏡群之間的孔徑，係藉由設於構成上述第二透鏡群之折射型透鏡之光源側之面上的金屬等薄膜構成。 8. 如申請專利範圍第1項之光學拾取裝置用對物透鏡，其中構成上述第一透鏡群之透鏡係由合成樹脂所形成。 9. 如申請專利範圍第1項之光學拾取裝置用對物透鏡，其中在上述第二透鏡群與像面之間配置具有0.3 mm以下厚度之護 -2- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐)

裝 m 571116 申請專利範園 1() ^轰Q上逑護蓋造成的球面像差。 .乂::專，園第@之光學拾取裝成上述弟一透鏡旌、切透鏡，ϋιΦΜ 樹'1形成與構成上述第1，广先泰學拾取裝置用對物透鏡，並中在構成上述第二透鏡群^=鏡I體形成之透鏡鏡筒内配置有 12·如申請專利I!圍第上述第一透鏡群之複二：；==置有鏡，其中在之1/2左右之振幅周期為基準波長較上述繞射面之凹凸开/狀^ =4左右的周期構造，同時 13.:種光學拾取裳置，包含：雷狀。之第二透鏡群所構成;接受雷射光斤射型透鏡雷射發光元件射出之雷射光射入對物^件，及使自上述之記綠層反射，使穿透上述對物2透鏡，並由光記錄媒體之光學元件；其特徵為：议雷射光射入受光元件折鏡之上述第一透鏡群之複合面係藉由在具有負成' _㈣折射面上附加具有正折射力的繞射面構面:數透鏡群之具有負折射力之非球面的弛垂度，係以非球示〈圓錐係數⑴為-i，對半徑之偶數次的多項式表弟透鏡群之繞射面的弛垂度，係以對半徑之偶數次多項 -3 本紙張尺度適财關錢準(cns) Μ規格(灿χ 297公發) 式不；非球面之多項式與繞射面之多項式的次數一致；非球面與繞射面之弛垂度的多項式之間，構成滿足下述關係公式，使相同次數之各係數恒等操作；構成上述第二群透鏡之透鏡以至少包含一個非球面的單透鏡構成； [關係公式]k = -i Cl^(N-l)c/2 C2 = (N 一 1)A C3 = (N-1)B C4 = (N-i)c C5 = (N-1 )D 式中，Cj、c2、c3、¢4、c5為上述非球面之多項式之人數的係數，c/2為上述繞射面之多項式的2次係數，A， B’ C，D為上述繞射面之多項式之各次數的係數。 14· ^申請專利範圍第13項之光學拾取裝置，其中上述第一透麵群 < 繞射面的剖㈣狀採用具有賦予設計波長整數倍之相位差之階差的階梯形狀。 15·如申請專利第13項之光學拾取裝置，其中自透鏡最後 <面土像點之作動距離在0.5 mm以上。 16. Μ請專·圍第13項之光學拾取裝置，其巾構成上述第 :透鏡群及上述第二透鏡群之各透鏡配置在共通之透鏡鏡筒 17·如中請專利範圍第16項之光學拾取裝置，其中於上述第一 -4 - 本紙張(加Χ297公釐） A BCD 571116 々、申請專利範圍透鏡群與上述第二透.鏡群之間設有孔徑。 18. 如申請專利範圍第13項之光學拾取裝置，其中上述第一透鏡群中最靠近光源侧之面係設為平面，同時使對設計波長之折射力设為零。 19. 如申請專利範圍第18項之光學拾取裝置，其中設於上述第一透鏡群與上述第二透鏡群之間的孔徑，係藉由設於構成上述第二透鏡群之折射型透鏡之光源侧之面上的金屬等薄膜構成。 20. 如申請專利範圍第13項之光學拾取裝置，其中構成上述第一透鏡群之透鏡係由合成樹脂所形成。 21. 如申請專利範圍第13項之光學拾取裝置，其中在上述第二透鏡群與像面之間配置具有0.3 mm以下厚度之護蓋，並校正因上述護蓋造成的球面像差。 22. 如申請專利範圍第13項之光學拾取裝置，其中構成上述第一透鏡群之透鏡與透鏡鏡筒係以樹脂一體形成。 23. 如申請專利範圍第20項之光學拾取裝置，其中在與構成上述第一透鏡群之透鏡一體形成之透鏡鏡筒内配置有構成上述弟二透鏡群的透鏡。 24. —種光碟裝置，其係藉由對旋轉之碟狀光記錄媒體，以在該碟狀光記錄媒體之半徑方向自由移動之光學拾取裝置記錄及重現資訊，其特徵為：上述光學拾取裝置包含：射出420 nm以下波長雷射光之雷射發光元件；使雷射光聚光在光記錄媒體之記錄層上之對物透鏡，其係由依物體側而始之含繞射型透鏡之第一透鏡 -5- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 x 297公釐) 571116 A8 B8 C8 D8 申請專利範圍 ::含透鏡之第二透鏡群所構成;接受雷射光之受 &、、’使自上述雷射發光元件射出之雷射捕入對物透叙並被碟狀光？己綠媒體之記錄層反射，使穿透上述對物透鏡之雷射储人以元件之騎元件；折射％對物透鏡〈上述第—透鏡群之複合面係藉由在鼻有負成寸力又非球面的折射面上附加具有正折射力的繞射面構第一、、面透鏡群<具有負折射力之非球面的弛垂度，係以斿球示系數之圓錐係數為_丨，對半徑之偶數次的多項式表第' —透鏡群之繞射面的弛垂度，係以對半徑之偶數次多項八表示； μ球面之多項式與繞射面之多項式的次數一致；係2球面與繞射面之弛垂度的多項式之間，構成滿足下述關、Α式，使相同次數之各係數恒等操作；構成上述第二群透鏡之透鏡以至少包含一個非球面的單透鏡構成； [關係公式] kn C1 c2 C3 c4 Cc (N-1)c/2 (N-l)A (N-l)B (N-l)C (N-l)D 6- ®國家檩準(CNS) A4規格(210 x 297公董） 571116 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍式中，Ci、C2、C3、c4、c5為上述非球面之多項式之各次數的係數，c/2為上述繞射面之多項式的2次係數，A， B，C，D為上述繞射面之多項式之各次數的係數。 25. 如申請專利範圍第24項之光碟裝置，其中自透鏡最後之面至像點之作動距離在0 · 5 mm以上。 26. 如申請專利範圍第24項之光碟裝置，其中構成上述第一透鏡群及上述第二透鏡群之各透鏡配置在共通之透鏡鏡筒内。 27. 如申請專利範圍第26項之光碟裝置，其中於上述第一透鏡群與上述第二透鏡群之間設有孔徑。 28. 如申請專利範圍第24項之光碟裝置，其中構成上述第一透鏡群之透鏡係由合成樹脂所形成。 29. 如申請專利範圍第24項之光碟裝置，其中在上述第二透鏡群與像面之間配置具有0.3 mm以下厚度之護蓋，並校正因上述護蓋造成的球面像差。 30. 如申請專利範圍第24項之光碟裝置，其中構成上述第一透鏡群之透鏡與透鏡鏡筒係以樹脂一體形成。 31. 如申請專利範圍第30項之光碟裝置，其中在與構成上述第一透鏡群之透鏡一體形成之上述透鏡鏡筒内配置有構成上述第二透鏡群的透鏡。本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) Α4規格(210 X 297公釐)

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