TW469347B - Optical system of optical pick-up - Google Patents

Description

經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 4 6 9 3 4 ? A7 ------------- B7_ 五、發明說明（1 ) [發明之技術領域] ^本發明係關於可對不同保護層厚度之複數種光碟進行 記錄或讀取的光學攝像之光學系統。 [習知技術] 光碟（optical disc)—般具有記錄資訊之記錄面、以 及覆蓋於該記錄面的透明保護層，光學攝像之雷射光可穿 過3保濩層而將光東集中於記錄面。光碟係載置於光學攝 像的轉盤（turntable)上轉動，並藉由可朝著光碟的輻射方 向移動之光學攝像來記錄/讀取資訊。在此，一旦光碟之保 謾層厚度不同，以轉盤面作為基準的記錄面位置亦因此改 變’使得光學攝像與記錄面之距離因保護層的厚度而改變。 因此，為了對應不同保護層厚度之複數種光碟，光學 攝像在保護層較厚之㈣下必須形成較遠之総。例如， 對於保„隻屬尽度為】.2_之disc)以及保護層 厚度為 〇.60_ 之 DVD(Digital versatile disc)，為了可 對該等光碟進行記錄/讀取，雷射光之集光位置必須在保護 層内移動o,6mm(換算於空氣中為〇 4mm)。 為了改交集光位置，需考慮入射於接物鏡之雷射光的 發散程度，#即改變物體距料方》，或是考慮將入射於 接物鏡之雷射光保持平行光東，而在光軸方向移動接物鏡 之方法。為了使物體距離改變，例如可改變光源之半導體 雷射與準直儀透鏡之間隔。 [發明欲解決之問題] 但是，在改變發散程度之方法中，隨著發散程度 本紙張尺度適財關緒^(CNS)A4規格（21〇

\ 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 "6 93 4 7 A7 — --B7 五、發明說明（2 ) (隨著物體距離變短）’為了使球面像差在修正不足側有較 大改變（透鏡之近距離改變），光點之收斂功能變差造成資 訊記錄/讀取時產生錯誤的問題。且，保護層配置於收斂光 束之平行平面板，較厚側會在過度修正侧改變球面像差， 具有抵銷因上述近距離改變之修正不足側的改變之作用。 但是，近距離改變所引起之球面像差的改變，因大於厚度 改變所引起之球面像差，還是會殘存有修正不足之球面像 差。 另外’光學攝像之雷射光集光位置為了追隨由於光碟 之弩曲或傾斜而造成之記錄面位置的變動，必須具備在光 軸方向微調接物鏡之自動聚焦機構。因此，在移動接物鏡 之方法中，藉由设定更大之自動聚焦機構的移動範圍，可

對應不同之保護層厚度。但是，在此方法中，若使用於CD 與DVD的場合，在聚焦致動機構必須具有比〇.4删更長的 移動行程。一般而言，一旦增加移動行程，隨著移動使接 物鏡光軸傾斜亦隨著增加，則需要更複雜之機構來防止傾 斜*反而提高成本。 有鑒於上述問題，本發明之目的是提供一種不需移動 接物鏡’即可對應不同保護層厚度之複數種光碟的光學攝 像之光學系統。 [解決問題之方法] 射較：11:的t: t像之光學系統，具備可選擇性發 之第-替射光與較長波長之第二雷射光的光源 具有正倍率之曲折透鏡之至少一面上形成具有 本紙張 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

- — — — II - I " — — — —III — 1 I I I ------ - - - - ------I I I I /η S 9 3 4 7

五、發明說明（ 細撖之環狀階梯的衍射透鏡構造， # 將則逑光源部之雷射 由光碟保護層集中於記錄面上的接物鏡，可對前述保 ::厚度較薄的第一光碟以及前迷保護層厚度較厚的第二 九碟進行記錄或讀取，其特徵為： (a)光源部將雷射光入射於接物鏡，其中第二雷射光 之發散程度較大於第一雷射光之發散程度；田 ⑴依入射光波長長度的變化，衍射透鏡構造且有在 過度修正方向改變球面像差之球面像差特性； (c)於衍射透鏡構造之同—次數的衍射光的光線集 中於前述第一、第二光碟的記錄面位置。 從光源部照射之雷射光藉由賦予滿足上述“）的發散 程度之差值，而對不同保護層厚度切換至第一、第二光碟 之記錄面一致之集光位置。而且，球面像差對於發散程度 較強之第二光碟修正量不足，可藉由衍射透鏡構造向^ 修正方向修正該球面像差。因此，衍射透鏡構造上賦予滿 足上述（b)之波長相依性，可對不同保護層厚度來切換波 長且，藉由上述（C)中之同一次數的衍射光共用於不同保 邊層厚度之光碟，因僅使用單一次數不但可提高衍射效率 還可设計出衍射透鏡構造，同時可有效利用入射光的光量。 當藉由前述衍射透鏡構造所產生之光學路徑長度的增 加量疋由與光軸之距離h、η次（偶數次）之光程差函數係數 Ρη 以及波長几所定義之光程差函數0 (hMP2h +ρ4ν + ρ‘+__ )χ λ所表示時，2次光程差函數係 數Ρ2、以及相當於ΝΑ為0.45之光線通過存在衍射構造之 (請先閱讀背面之注項再填寫本頁) -Μ 裝----1---訂*----I---線為 經濟部智慧財產局員工消費合作杜印絜 私紙張尺度適財關家標準（CNS)A4規格⑵0: 297公釐） b 93 4 7 A7 五、發明說明（4 ) 面的高度h«需滿足下列條件（i ) 7 <Φ (h45) /λ - P2(h45) 2 < is (1)。 /且’在第―光碟保護層的厚度為〇.6G_、第二光碟保 護層的厚度為以咖的場合時，第—雷射光的波長h、第 二雷射光的波長；12，以滿足下列條件（2)的方式設定 °·δ1 <λ ι/λ 2 < 0.85 (2)。 '至少在光轴附近區域’其衍射透鏡構造之光亮（biaze) 波長又B滿足λ,<λΒ <λ”而且滿足以下條件⑶與⑷ 〇.87 ....(a) Αβ /λΐ< U3 ....(4) 訂 線 外圍部區域藉由衍射透鏡構造之細微階梯所產生之光 程差可較短於光轴附近區域藉由衍射透鏡構造之細微階梯 所產生之光程差。且形成衍射透鏡構造之透鏡面至少在有 放直！的85%外側形成不具階梯之非球面構造。同時，光 源部係將第-雷射光以平行光束入射於接物鏡，而將第二 雷射光以發散光束入射於接物鏡q [實施例] 以下說明本發明光學攝像之光學系統的實施例。實施 例之光學系統可記錄或讀取不同保護層厚度之兩種光碟， 如’、有保濩層厚度為〇 . 6_之高記錄密度光碟(例如 DVD)’以及具有保護層厚度為I』·之低記錄密度光碟（例 如CD，、cD_R)。圖—與圖二顯示有關實施例之光學攝像 光學系統的說明圖，圖—顯示對高記錄密度光碟D1的記 •争凟取，而圖—顯示對低記錄密度光碟⑽的記錄、讀取。

五'發明說明（5) 且’圖三顯示使用於圖一與圖二之光學系統的接物鏡之構 造。 469347 如圖一與圖二所示，該光學系統係由光源部10、準直 儀透鏡（collimator lens)2〇、接物鏡3〇、以及信號檢測 系統4〇所構成。光源部10具備在高記錄密度光碟D1記錄 與讀取時可照射較短波長的第一雷射光（波長λι)之第一雷 射半導體11、在低記錄密度光碟D2記錄與讀取時可照射 較長波長的第二雷射光（波長λ2)之第二雷射半導體12、以 及分別將第一、第二雷射半導體u12向著接物鏡30反 射之桌―、第二分光鏡（beam-splitter) 13、14。且第二雷 射半導體12與第二分光鏡U之間配置利用3光束法作為 追跡誤差（tracking error)檢測之三分光束的衍射光柵 (diffraction grating)15 。 準直儀透鏡2〇為單體之正透鏡，並設定其倍率使第一 雷射半導體11所照射之雷射光如圖一所示以平行光入射 於接物鏡30。第二雷射半導體u配置於比第一雷射半導 體11更接近準直儀透鏡20之位置，且如圖二所示，從第 二雷射半導體I2照射之雷射光係以發散之光東入射於接 物鏡30。因此，藉由改變入射於接物鏡3〇之雷射光的發 政程度’在不須移動接物鏡3 〇的情形下，即可錯開近轴之 聚焦點的位置至保護層内〇 . 6mm，而與各光碟之記錄面一 致。 接物鏡3〇係由PMMA等之塑膠製造，並由光源部1〇側 之第一面30a、以及光碟侧之第二面s〇b等非球面 成 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） f請先間讀背面之注意事項再填寫本頁) ,衣！----訂----I--J —線上 I _ 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 4 6 93 47 i接 d ’ ^ A7 ^ ^------- B7 —_ 五、發明說明（6 ) ' 之單片構成的透鏡。接物鏡3〇在不需改變相對於保護層之 位置的情形下’經由高記錄密度光碟m的保護層將第—雷 射光（波長λ!)聚光於記錄面位置，而將比第—雷射光更二 之發散程度所人射之第二雷射光（波長λ2)聚光於低記錄密 度光碟D2之記錄面位置。接物鏡3〇之第一面3〇a上形成 在中央部具有細微之環狀階梯之衍射透鏡構造。依入射光 波長長度的變化，衍射透鏡構造具有在過度修正方向改變 球面像差之球面像差特性。 藉由光碟的反射’穿透過分光鏡13、14之收斂光束入 射於信號檢測系統40，利用平凹透鏡〇減弱收斂強度， 亚利用分光鏡42分成兩個光束，穿透過的光線經由柱狀透 知43入射於第一感測器〇，而反射的光線經由柱狀透鏡 45入射於第二感測器46。 從入射於接物鏡3 〇之光束的接物點至接物鏡3 〇的前 例主點的距離為s，接物鏡之焦點距離為f，且從接物鏡 30的後側主點至像點的距離為s ’，則$、f與$，的關係為： -1/s + 1/f = i/s， 因此，若f=3.6mm，第一雷射光之波長為65〇nm，且s 為⑺，則S，= 3.6nnn。若第二雷射光之波長為78〇nm，且距 離像點0.4mm (相當於保護層内〇.6随）’ s，= 4.〇_，則可獲 得下列式子： -1/s + l/f = 1/4.0 若接物鏡之焦點距離f不變，維持3.6_，則上式變為 一Ι/s + 1/3.6 = 1/4.0 本紙張尺度適用中賴家標準（CNS)A4规格⑵0x 297公楚） <請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝--------訂---------缝 I. 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 46 93 47 A7 --------B7__ 五、發明說明（7 ) 故經由調整， Ι/s = 1/3.6 - 1/4.0 ：： 1/36 '故物體距離變成36_。第一、第二半導體雷射與準直 k透鏡15的關係位置滿足設定該等物體距離之條件。 但是，像光學攝像用的接物鏡，係㈣體距離改變時 亦改變其球面像差，在僅有物體距離改變時，修正球面像 差與正弦條件之透鏡對應於具有前述較強發散程度之第二 光碟則形成較低之球面像差。因此，利用衍射透鏡構造向 上修正該球面像差。衍射透鏡構造的倍率與像差修正作用 因為與波長成比例，為了修正由於物體距離的改變所產生 之球面像差，衍射透鏡構造隨著增長的波長具有向著過度 修正方向，即向著外圍部減弱強度之方向改變球面像差的 球面像差性。 其次，根據圖三詳細說明接物鏡3〇的構造。圖三為顯 不使用於實施例之接物鏡30的說明圖，（a)為正面圖、（⑴ 為側面圖、⑹為側面之-部份擴大圖。接物鏡3〇為具有 非球面之兩個透鏡面30a、3〇b的雙凸單透鏡，如圖三（A) 所示’在—側之透鏡面3如的中心部&形成以光軸為中心 之環狀圖案的衍射透鏡構造。衍料鏡構造係以非温爾 透鏡方式在各環形帶的邊界保持光軸方向的階 梯之光亮化格子。且’從有效直徑⑽外側的外圍部犯形 成不具階梯之連續非球面。 因為不同的記錄密度，在高密度記錄光碟D1之記錄面 上的光點（spot)必須比低密度記錄光碟D2之記錄面上 I--π^-!-----訂---------線丄 I (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適tfl Τ國國家標準（CNS)M規格⑵G χ 297公楚) 469347

經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 於’⑹=((M0D(P„ + + pw + p6h« 1 ) - Const) X 入 常數項C〇nst為設定環形帶之邊界的相位之常數， 為〇〜1之間的任意數。_(χ,γ)為χ除γ之餘數的 _(P2h2 + F%h4 + ρ π 、 h + ... + Const, 1 )之值在環形 光點小。光點直徑因在短波長時變小，λ丨期望為 左古之較短波長。另外，亦利用可記錄CD，保護層" 的場合時，從記錄面的反射特性來看，第：雷射光的波長 A2必須使用如·m程度之波長較長的雷射光。將兩種 波長交替使用於不同光碟種類之前提下，須要求不 錄密度或反射特性。 s 依入射光波長長度的變化，衍射透鏡構造具有在過产 修正方向改變球面像差之球面像差特性。曲折透鏡之球二 像產，在入射光的發散程度較大時會不足，故藉由且有上 述球面像差特性之衍射透鏡構造來修正球面像差^ 衍射透鏡構造之光學距離的增加量是由下式所定 光程差函數矽（h)來表示： Φ (h) = (P〇 + p2h^ + p4h4 + } χ 又 其中’ h為距離光㈣高度’ Ρη4 η次（偶數次）光程 差函數係數，Η為波長。在此表現形式下’ 2次項的係 數h為負時’在近軸具有正的倍率，而4次項的係數二 為正時，具有朝著外圍漸增之負倍率。 ' 實際之透鏡細微形狀以具有抵消光學距離之波長的整 數倍成分之非涅爾透鏡狀的光學距離增加量必，來決定。

Cons ^裝--------訂---------緣 (請先閱讀背面之注意項再填寫本頁} n n Ja n 本紙張尺料財關家群（CNs)Ar^>^ 297公釐） A7 ^69347 五、發明說明（9 ) 的邊界時為0。在基本形狀上，根據所具有之0 ’（h)的光 裎差設定傾斜面、階梯。 若2次光程差函數係數為p2、且以h45作為相當於 ΝΑΟ . 45之光線通過衍射構造之高度’則此實施例之接物鏡 3 0滿足條件（1 )。 7 ^ (h4s)/ X - P2(h4S)2 < 15 ... . (1) 條件（1)中，以對應於na〇.45之光線的衍射透鏡構造 的整體光學作用矽（h4S)/又減去倍率Fs(h4S)2成分，來限 疋球面像差修正成分的量。在讀取低記錄密度光碟d2時， 因ΝΑ0.45不會影響外圍部的光，故以na〇.45的光線作為 基準。一旦低於條件（丨）的下限，則因近距離改變所產生之 f面像差的改變無法藉由衍射透鏡構造充分修正球面像差 修正效果，而造成球面像差過小。且，一旦高於條件（1) 今上限則藉由衍射透鏡構造過度修正球面像差修正效 果，而造成球面像差過大。 且以具有上述厚度0.6〇mm之保護層的高記錄密度光 碟D1以及具有厚度】.2_之保護層的低記錄密度光碟此 為對象時，第-雷射光波長λ t與第二雷射光波長又2需滿 足條件（2 )。 °*81 < λ'/Α2 < 0.85 ·,·.(2) * ;條件（2)中，使用衍射透鏡構造之1次衍射光時，衍射 率不會太低’而可獲得足夠球面像差修正效果之條件。 低於條件⑵的下限時，第一、第二雷射光的波長差距過 ’對於第-波長之㈣效率與對於第二波長之衍射 (210x 297 公釐） ---；---------^ ^--------訂---------線丄.I (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慈財產局員工消費合作杜印製

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B7 五、發明說明（10) 之總合之整體衍射效率會過佤 嚷一墙L T、低旦两於條件（2)的上限， 弟-、第二Μ射光的波長λι、h 要求之球面像差改變量使得環形帶數過多，不 =: 難，且衍射效率亦容易過低。 困 且，實施例之接物鏡3〇在光軸附近的區域上 4鏡構造之光輝波長；t s需滿瓦 ” 丁射 从 以足λ 2。藉由滿足此條 件，即使針對第一、第二雷射光之任何-者，亦可ϋϋ 衍射效率一旦光輝波長λ 書：：獲付- 外，與該光輝波長；u相差較大之兩波長範圍 明顯降低。例如，在h為65〇的了之波長’其衍射效率 ,. __ 〇mm 且 λ 2 為 780mm 之場合， 右A b為650mm，則衍射效皋古 相㈣〜， 1為1〇〇%，而在[為㈣。 在；u降低為㈣。J灯射放率在[雖然為親，但 f施例之接物鏡3G在光軸附近的區域上，衍射 構坆之光免波長凡3需滿足以下條件⑶與⑷。 〇·87 < λ Β/λ 2 λ b/ A 1 < 1 ΙΟ y 〜.u) 何藉者由滿/料條件，即使針對第…第二雷射光之 次㈣光之高衍射效率。在未滿足 滿足條α時’吊二雷射光的衍射效率會降低95%。在 95%件⑷的場合時，第一雷射光的衍射效率會降 =前述，接物鏡30在透鏡面30a的中心部31形 讀核構造，而在有效直徑_卜側之外 形成 (2J0X297 公釐） 7 . ^ ^--------訂---------線丄I (請先閱讀背面之注意事項再填寫本I) 4 6 9 3 4 7 a? — --------一 五、發明說明（U ) -- 具階梯之連續非球面構造。藉由外圍部32形成不具階梯構 造，不會因形成階梯而產生形狀誤差，且抑制因衍射之光 量損失並有效利用光量。 且，根據前述，外圍部也可不是連續自，外圍部也可 設置衍射透鏡構造。在此場合時，衍射透鏡面之2次係數 h設定成負值，並藉由在衍射透鏡構造上保持正的倍率， 而達到轴上色像差之修正。且，亦可在中心部與外圍部改 變衍射透鏡構造之光亮波長。 根據前述，短波長之第一雷射光因利用於高記錄密度 2片D1之記錄與讀取，而接物鏡3〇對應於第一雷射光期 望有良好之像差修正。相反地，對於利用於低記錄密度D2 之讀取的第二雷射光，在記錄面上的光點不必太小。 ，因此，在外圍部的領域由於衍射透鏡構造細微之階梯 所賦予之光程差，會短於在光軸附近的領域由於衍射透鏡 $造細微之階梯所賦予之光程差。亦即，外圍部的衍射透 ，構造之光亮波長λ B會短於中心部之λ B，而設定接近於 第运射光之波長Ai。藉此方式，對於第二雷射光之外圍 4的何射效率降低，提供外圍部對於第二雷射光之一種光 圏利用麦小之Na可防止光點過小。—旦外圍部的光亮波 長短於$肖#光之波長λ 1，更加使得第彡雷射光之衍射 效率降低，增加光圏效果。 且，一旦將外圍部的ρ4或ρ6等高次項係數保持負值來 保持衍射作用，可利用因半導體雷射之溫度改變造成之振 動波長改變而產生之球面像差的改變，來抵消因溫度改變 ΐ、氏“㈣财關家標準(CNS〉M規格⑵G χ 297公髮） - ~~~'~~ 〈請先閱讀背面之涑意事項再填寫本育) ·( 私---- 訂---------線χI _ 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 + 69347 a? -----— _B7__ 五、發明說明（12 ) 而產生之接物鏡的熱膨脹、曲折率改變而產生之球面像差 的改變。在此場合，對於第二雷射光為了具有較大之像差， 在外圍部實質上具有限制NA之光圈的功能。 其次，以三個例子說明光學攝像之光學系統的具體實 施例。 [第一實施例] 圖四顯示第一實施例之光學系統使用於高記錄密度光 碟D1之記錄、讀取的態樣。圖四中，分光鏡13、14合併 顯示’並在其後段配置準直儀透鏡20與接物鏡30。表一 顯示第一實施例之光學系統的具體數值構成。序號1、2 顯示分光鏡13、14、序號3、4顯示準直儀透鏡20、序號 5、6顯示接物鏡3〇、序號7、8顯示作為媒體之高記錄密 度光碟D1或低記錄密度光碟D2之保護層。衍射透鏡構造 形成於接物鏡面向準直儀透鏡侧之面（序號5)。 表中，λ :為高記錄密度光碟D1使用時之波長，凡2為 低記錄密度光碟D2使用時之波長，f(；l、f。，* λ，時準直儀 透鏡以及接物鏡之聚焦距離（單位mm)，f 、f。2為λ 2時準 直儀透鏡以及接物鏡之聚焦距離（單位mm)，Ml為；L ,時之 倍率，M2為/1 2時之倍率，doi、d(12分別為第一與第二半導 體雷射至分光鏡的距離（單位mm)，ht、h«分別為接物鏡之 第一面3〇a(序號5)的有效半徑以及相當於ΝΑ0.45之光線 通過之高度（從光軸起算之距離）。且，Γ為透鏡各面巨視 的曲率半徑（於非球面之光軸上的值，單位mm)，d為沿著 各面之光軸的間隔（單位mm )’ η λ為在各媒體下之波長又 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS>A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

訂---------線X 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 469347 五、發明說明（l3 ) mn時之曲折率。而且，關於叮，前者顯示高記錄密度光碟 D1使用時之值，後者顯示低記錄密度光碟D2使用時之值。 [表一] λι 650nm fci-12.00 f 〇ι=4 . 〇〇〇 m,=-〇 . 333 d〇,=4 . 〇〇〇 ΝΑ,=0.60 785nm fcs-12.08 · 〇31 M2=-〇 . 335 ^〇2=1.219 NA2=0.45 ht =2.40mm h45=l .98mm 斤鈮 Γ d n650 n785 1 〇〇 6.000 1.51405 1.51062 2 〇〇 2.928 3 53.056 2.000 1.58642 1.58240 4 -8·〇〇〇 10.000 5 2.511 2.400 1.54082 1.53665 6 -10.401 2.279 7 〇〇 0.600/1.200 1.58030 1.57326 8 〇〇 準直儀透鏡2〇之接物鏡侧的面（序號4)、接物鏡3〇之 第一面3〇a(序號S)的基本曲線（忽略衍射透鏡構造之巨視 形狀）、以及第二面S〇b(序號6)等均非球面，其形狀可由 下式表示。 X=Ch7(l+^(l-(l+^ )C2h2))+A4h4+A6h6+A8h8+A10hia+A12h 其中，h為距離綠之高度，χ4非球面之座標點之非 本紙張尺度適用中國國豕標準（CNS>A4規格（21〇 X 297公楚 -----I.-----L^--------訂---------線x1 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 4 6 9 3 4 ? A7 -—____B7__ 五、發明說明（I4 ) 球面之光軸上至切線平面的距離，C為非球面之光軸上的 曲率（1 /r) ’疋為圓錐係數，而A4、A6、A8、A10、A12分 別為4次、6次、8次、1〇次、u次之非球面係數。 表二顯示所規定之各非球面之圓錐係數與非球面係 數。且，關於接物鏡之第一面30a，其光軸附近之中心部、 以及讓相當於ΝΑ0.45之光量通過之高度h45( = ：U98mm)更外 侧的外圍部具有不同之形狀，亦分別顯示於表二。 [表二 :] 準直儀透鏡第二 -面（序號4)接物鏡第二面（序號6) Κ -0.7360 0.0000 Α4 0.0000 8.607 Χ 10'3 Α6 5.2000Χ 10—7 -7.203 X 1〇'4 Α8 0 _ 000 -4.525Χ 1〇'5 Α10 0.000 7.031 X 1CT6 Α12 0.000 0 _ 000 接物鏡之第一面（序號5) -----I·-----—ί^--------訂*-----I--線Η I (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 中心部（〇S h<l • 98)外圍部（1.98g h) Γ 2.511 2.511 κ -0.470 -0.470 Α4 2.270X 1CT4 -1.400 X 10 4 Α6 4.900X ΙΟ'5 4.400 X l〇_E Α8 4.100Χ 10'6 -4.600X l〇'6 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（2】〇 χ 297公釐） 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 1 ) 9 3 4 7 ' A7 --------B7__ __ 五、發明說明（15 ) A1° 9.270X 1〇 1.900 X 10'6

Al2 -1.244 ΧΙΟ -6.0〇〇 χ 1 〇'7 衍射透鏡構造，其中心部對於波長710nm被光亮化， 而外圍部對於波長650nm被光亮化。表三顯示表示於不同 領域之诉射透鏡構造之光程差函數0 ( h )之係數P〇~P8的 值。且，在第一實施例中，衍射透鏡構造以環形帶編號「〇」 作為包含光輪之圓形領域’全部由1 〇個環形帶所構成。環 形帶編號0〜8為中心部，而9相當於外圍部。如表四所示， 各環形帶的領域以表示從規定環形帶之中心侧邊界之中 心側光軸的高度，而以hH表示從規定周圍倒邊界之周圍側 光軸的高度。 [表 三] 中心部（〇Sh<l .98)外圍部（i . 98 g h) Po 0.0000 9.0 p2 0.0000 0.0 p4 0.31034 0.0 p6 -0.023604 0.0 Ρβ 0.024258 0.0 [表四] 環形帶編號 hi hH 環形帶編號 h hH 0 0.000 1.307 5 1.784 1.838 1 1.307 1.508 6 1.838 1.886 2 1.508 1.628 7 1.886 1,927 3 1.628 1.715 8 1.927 1.977 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210x 297公釐） ------------ί >"--I--ί — 訂·--I-----線ΑI (請先間讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作杜印製 :3 3 4 7 A7 ------------B7_____ 五、發明說明（) 4 !.715 1.784 9 1.977 2.400 規定外圍部之光程差函數的係數值中，外圍部之實際 形狀對於以表二所示之非球面係數所表示之非球面（基本 外型）’以增加入射光線之波長λ之9倍的光學距離之面來 表不。相對於規定中心部之基本形狀之非球面，外圍部在 光袖上向光碟倒偏移-9.0Χ 650_Λ 1-1. 54082) = 10.8169 "m之面來定義利用表五具體規定之非球面。 [表五] ^ 2.5072 κ -0.470 A4 -1.400 X 10-4 A6 4.400X ΙΟ'5 Αδ -4.600Χ ΙΟ'6 Α1〇 1.900X 10—6 Α12 -6.070Χ 10 7 且，從表三所顯示之值，包含於條件（i )之各項的值通 用於下式。 φ (h45)/ λ =9.0774 p2(h4s)2=〇 . 〇 圖五（Α)顯示關於高記錄密度光碟D1使用時之波長 650nm的球面像差SA以及正弦條件Sc，而圖五（B)顯示此 時之像散現象（astigmatism)(S : Sagittal，μ .

Meridional)。曲線（Α)之縱轴為開口率ΝΑ，曲線（Β)之縱 軸為像高Υ。且，橫軸顯示各像差之發生量，單位為nm。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注咅？事項再填寫本頁) >机_| I丨 訂---------線Η ! 4

五、發明說明（17) 圖六U)顯示關於低記錄密度光碟卯使用時之波長785nm 的球面像差SA W及正弦條4 sc，而圖六⑻顯示此時之像 散現象。 [第二實施例] 圖七顯示第—實施例之光學系統使用於高記錄密度光 碟m之記錄、讀取的態樣，圖中僅顯示準直儀透鏡2〇、 接物鏡30以及高記錄密度光碟D1。表六為第二實施例之 光學系統之具體的數值構成，而表‘批 ^ w t ^ 叩衣七顯示各非球面之非球 面係數。在此實施例中，序號卜2表示準直儀透鏡2〇， 序號3、4表示接物鏡3〇’而序號s、6表示作為媒體之高 記錄密度《ιπ或低記錄密度MD2之保❹。衍射透 鏡構造形成於接物鏡之第一面3〇a。 [表六] λ^βδΟηιη fcl = l〇.0〇 ^' = 3.300 M—〇 . 33〇 dol,9.1 〇 1 NA,=〇 6 h=785⑽ fc2=10.07 k=3,311M2=_〇.362 dfl2=6,〇〇9NA2=〇.4 ht 二2.〇〇mm h45= 1.67mm 序號 r d n650 n785 1 107.677 1.500 1 - 58642 1.58252 2 -6.170 10.000 3 2 _ 152 2.300 1 - 54082 1.53677 4 -7.294 1.653 5 〇〇 0.600/1.200 1 - 58030 1.57346 6 〇〇 [表七] 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 χ 297公釐） —------111---^ --I ------訂---------ΛI (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁} 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 46934? A7

五、發明說明（1S ) 竿直儀透鏡弟二面（序號2) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 K -0.4000 A4 1.4060X 1〇'4 A6 2.6000X 1〇'6 A8 3.7000 X 1〇'8 接物鏡第一面（序號3) 中心部（〇^h<l 67)外圍部（1 .67^ h) Γ 2.152 2.144 K -0.560 -0.560 A4 2.149X 1〇-3 1.600X 10'3 A6 ~2.345X 10—4 -5.400X 10—4 A8 A10 A12 3.550X 10 4 -3.310X 1〇-5 8.300X 1〇'7 2.200X 10'1 -2.390X 10'5 1.520 X 10 6 接物鏡第二面（序號4) X 0.0000 A4 1.760X 10 一2 A6 -1 . 900 X 10'5 A8 -1.940 X 1〇'3 Al〇 6.780X 1(Γ4 A12 -7.970Χ 10'5 付射透鏡構造，其中心部對於波長71〇nm被光亮化’ 而外圍部對於波長65〇1^被光亮化。表八顯示表示於不同 本紙張尺度適^"^"^票準（CNS)A4規格（2〗0 X 297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) n tf i_l I 線丄------------------------ 469347 A7 五、發明說明（19) 領域之衍射透鏡構造之光程差函數必f ^ 双於u)之係數的 值。且，在第二實施例中，衍射透鏡構造 Λ a a /v , i ^ Λ衣办可編號「Ο」 作為包舍光轴之圓形領域，全部由15個環形 形帶編號0~?為中心部’而相當於外圍部。成。環 的領域顯示於表九。 衷％帶 [表八] 中心部（〇Sh<1.67)外圍外广 1 国 4 (1.67g h) 0,0 0.0 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 P〇 P2 P4 Ρθ Pa [表九] 環形帶編號 0 1 2 3 4 5 6 7 -4.66295 0.90257 -0.20873 0 . 12198 hi htt 0.000 0.473 0.473 Ο . 684 0.684 0.860 0.860 1.026 1.026 1.213 1.213 1.528 1.528 1.621 1.621 1.670 ~3-94187 0.45269 -0.50432 0.08305 環形帶編號 8 1 9 1 10 1 U 1 12 i 13 ! 14 1 hL .670 .700 .750 .799 .850 .903 .962 hH 1 *7〇0 1.799 1 849 X*9〇3 1 · 962 2 · 〇0〇 中，外侧之環形帶在光I…形成向8:::部分 微米 -------.-------------tl_!------線ΛI {靖先閱讀背面之注意事項再填寫本¥0 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格

46 93 4 之階梯。且，從表八所顯示之值，包含於條件（1)之各項的 值通用於下式。 ' 0 (h45)/ λ =-3.1365 P2(h4〇2=’i 3.0045 圖八（A)顯示關於高記錄密度光碟D1使用時之波長 65〇mn的球面像差SA以及正弦條件sc，而圖八（B)顯示此 時之像散現象。圖九（A)顯示關於低記錄密度光碟D2使用 時之波長78〇nm的球面像差SA以及正弦條件sc，而圖九 (B)顯示此時之像散現象。 [第三實施例] 圖十顯示第三實施例之光學系統使用於高記錄密度光 碟D1之e己錄、漬取的態樣。圖中僅顯示接物鏡3〇以及高 記錄密度光碟D1。表十顯示第三實施例之光學系統的具體 數值構成，而表十一顯示各非球面之非球面係數。序號工、

2顯示接物鏡30、序號5、6顯示作為媒體之高記錄密度光 碟D1或低記錄密度光碟D2之保護層。且，在此實施例中， 符號、d。2分別為關於波長；1 :、λ 2之接物鏡的物體距離。 衍射透鏡構造形成於接物鏡之第一面3〇a Q

[表十] λ ,=650mn f〇I=3.201 M,^-〇.〇〇〇 do^oo NAl = 〇.6〇 a2=780nm f〇2=3.223 〇.ni7d〇2=3l,385NA2=0.45 ht — 1.92mm h4 5=l .63mm 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（2]〇 X 297公釐） ^ ，--------訂---------線太— {請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 469347 A7 五、發明說明（η 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 序號 r d η650 π7Β〇 1 2-111 2.400 ' 1.54082 1.53677 2 -6.170 1.544 3 00 0.600/1. 200 1.58030 1.57346 4 CO [表十 一] 接物鏡第一面（序號i ) 中心部（〇Sh<1.63)外圍部（1 .63^h) κ -0.560 -0.560 Α4 2.5600 X ΙΟ'3 -1 . 025 X ΙΟ'3 Α6 -2.5070 Χ 1〇-3 4.166 X ΙΟ'4 Α8 1 . 1363 X 1〇~3 8.809Χ ΙΟ'5 Α10 -1.0568 X 10 4 -3.198X10^ A12 -6.2000 X 1〇 6 -5. 100Χ ΙΟ-6 接物鏡第二面（序號2) K 0.000 A4 1 . 198X ΙΟ'2 A6 1 . 174Χ 1〇'2 A8 -1.088Χ 1C2 A10 3.381 X ΙΟ·3 A12 -3.943 X ΙΟ-4 心于射透鏡構造s其中心部對於波長7 1 〇 n m被光此化， 而外圍部對於波長65〇nm被光亮化。表十二顯示表示於不 丨〇的 同領域之衍射透鏡構造之光程差函數於（h)之係數Pc^p, 卜紙張尺度適財國國家標準（CNs)A4規格⑵G χ 297公楚） (請先M讀背面之汪意事項再填寫本頁) ·1111111-iT-eJJ - I n - - - I ^ « — — — — — — — — — I— -- _ _ _ _ P〇 P2 p4 0.0 ο. ο A7 B7 五、發明說明（22 ) 值。且，在第三實施例中，衍射透鏡構造从塄 △衣办贳編號「〇」 作為包含光軸之圓形領域，全部由21個環形帶所構成。環 形帶編號（T19為中心部，而20相當於外圍部。 / σΐ。各環形帶 的領域顯示於表十三。 [表十二] 中心部（〇gh<l_63)外圍部d.Mgh) -20.000 p6 2.95580 -2.49050

Pb 0.92108 0.0 Pl〇 -0.08143 0.0 [表十三] 環形帶編號 hL hn 環形帶編號 hL hH 0 0.000 0.905 5 1.474 1.522 1 0.905 1.171 6 1.522 1.516 2 1.171 1.322 7 1.516 1.594 3 1.322 1.412 8 1.594 1 . 623 4 1 .412 1.474 且’從表十二所顯示之值，包含於條件（丨）之各項的值 通用於下式。 φ (h4〇/λ =9.301 P2(h45)2=0.000 圖十一（A)顯示關於高記錄密度光碟D1使用時之波長 表紙張尺度適用中國國豕標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂— 絰濟邹智毯財產局員工消費合作社印製 ------------------------- d 6 9 3 4 7 一 五、發明說明（23 w的球面像差以及正弦條件sc，而圖十—⑻顯示此時 之像散現象。圖十二⑷顯示關於低記錄密度光碟⑽使用

時之波長彻⑽的球面像差SA以及正弦條件％，而圖十 二（B)顯示此時之像散現象D 為了利用第三實施例之接物鏡，在使用高記錄密度光 碟D1時係對接物鏡入射無像差之平行光束，而在使用低記 錄密度光碟D2時係對接物鏡入射無像差之發散光束。”因 此，理想上是設計分別兩個半導體雷射之專用準直儀透鏡 來取代共用之準直儀透鏡。且，在具有半導體雷射保護玻 璃的場合、或為了合成分歧之光束而加入棱鏡組的場合， 亦需考慮該等平行之平面板的影響，理想上是以變更適當 之準直儀透鏡的非球面形狀來因應。 且，在各實施例中，雖說明以完全同一位置保持接物 鏡方式來對應兩種不同光碟，但實際上因光碟超出平均厚 度或彎曲時，一般會產生數十微米左古之誤差。但是，此 種程度之誤差可容易利用設計於短行程（s tr 〇ke )之單—光 碟用的聚焦機構來因應。 四 線 前述的各條件式以及各實施例的關係顯示於下表十 不管是任一實施例均滿足所有條件。 [表十四] (1) Φ (h4S)/A - P2(h4S)2 (2) λ ./λ a (3) φη/λ, 第一實施例第二實施例第 三實施例 9.077 9.868 9.301 0.828 0.833 0.833 0.904 0.910 0.910 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 χ 297公釐） 五、發明說明（24) (4 ) φ β/ λ I [發明效杲] 根據以上說明 1.092 1.092 .092 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本發明為對應光碟保護層的厚度改變 對接物鏡之入射光的發散強度而改變物體距離，可在不移 動接物鏡之情形下將近軸的集光點一致地保持在各光碟之 記錄面，且’在衍射透鏡上保有球面像差之波長依靠性， 可藉由切換不同之波長對應保護層的厚度，而修正因發散 強度的改變所造成之球面像差的改變，而在光碟之記錄面 上形成理想的光點。 [圖式之簡單說明] 圖一顯示本發明實施例之光學攝像的光學系統利用於 高記錄密度光碟D1的記錄、讀取態樣的說明圖。 圖一顯示圖一之光學系統利用於低記錄密度光碟D2的 記錄、讀取態樣的說明圖。 圖三顯示使用於圖一之光學系統之接物鏡的形狀，其 中（Α)為正面圖、（Β)為侧面圖、以及（c)為部分擴大圖。 圖四顯示第一實施例之光學系統之一部份透鏡的圖。 圖五顯示第一實施例之光學系統利用於高記錄密度光 碟D1的記錄、讀取時的像差圖。 圖六顯示第一實施例之光學系統利用於低記錄密度光 碟D2的記錄、讀取時的像差圖。 圖七顯示第二實施例之光學系統之一部份透鏡的圖。 圖八顯示第二實施例之光學系統利用於高記錄密度光 碟D1的記錄、讀取時的像差圖。 良紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（21〇 x 297公釐 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) ^------— —訂---------線-ί ! 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 V" ^ 9 3 4 7 A7 -------_______ 五、發明說明（25 ) 圖九顯示第二實施例之光學系統利用於低記錄密度光 碟D2的記錄、讀取時的像差圖。 圖十顯示第三實施例之光學系統之一部份透鏡的圖。 圖十一顯示第三實施例之光學系統利用於高記錄密度 光碟D1的記錄、讀取時的像差圖。 圖十二顯示第三實施例之光學系統利用於低記錄密度 光碟D2的記錄、讀取時的像差圖。 [符號說明] 10光源部 11第一半導體雷射 12第二半導體雷射 2〇準直儀透鏡 30接物鏡 40信號檢測系統 D1高記錄密度光碟 D 2低έ己錄密度光碟 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） <請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

>私 Γ H - - I d— I I I ϋ n n I ϋ n I I I ϋ ϋ I I I - f - - n - n - I I .1 I ϋ t - c I I

Claims (1)

1. 8 05800 A23CD 469347 修Z WZi~~卜~· 六、申請 L -種光學攝像的光學系統，具備可選擇 之第一雷射光與較長波長之第二雷射光的光” 在具有正倍率之曲折透鏡之至少一 環狀階梯的衍射透鏡構造，並將n 之 …"㈣插“ 則述光源部之雷射光經 二=禮層集中於記錄面上的接物鏡，可對前述保護 :子度㈣光碟以及前述保護層厚度較厚的第二 光碟έ己錄或讀取，其特徵為： 前述光源部將g—雷射光、發散程度較大之前逑第二雷 射光入射於前述接物鏡，依人射光波長長度的變化，前 述衍射透鏡構造具有在過度修正方向改變球面像差之 球面像差特性，前述接物鏡與前述保護層保持—定間 隔’同時將前述第—雷射光之預設次數的衍射光的光束 集中於前述第-光碟的記錄面位置，而將前述第二雷射 光之前述同—次數的衍射光的光束集中於前述第二光 碟的記錄面位置。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 4 6 9 3 4 7 as B8 __g8S 六、申請專利範圍 其中當前述第-光碟保護層的厚度為。·6Q_、前述 弟光碟保s蔓層的厚度為i. 2mm，且以又【作為前述第— 雷射光波長、以；u作為前述第二雷射光波長時，需滿足 下列條件（2) 0.81 <λ ./λ 2 < 0.85 ⑵。 4. 如申請專利範圍帛3項所記載的光學攝像的光學系 統，其中前述衍射透鏡構造之光亮波長至少在前述接 物鏡光軸附近區域滿足λ β λ β < λ ^。 5. 如申請專利範圍第4項所記載的㈣攝像的光學系 統’其中關於前述光軸附近區域之光亮波長滿足以 下條件（3)與（4) 〇.87<λΒ 仏 -..(3) 凡：仏< Kl3 ,(4) 6. 如申請專利範圍第4或5項所記載的光學攝像的光學系 、’-'、中在則述接物鏡之外圍部區域藉由前述衍射透鏡 構梯所產生之光程差係較短於前述綠附近 S域籍由前述㈣透鏡構造之細微階梯所產生之光程 差。 7. 如申請專㈣圍第1項所記载的光學攝像的光學系 統’其中办成可述衍射透鏡構造之透鏡面至少在有效直 徑的85%外側形成不具階梯之非球面構造。 8如申請專利咖2項所記載的光學攝像的光學系 、.克、、中前逑光源部係將前述第—雷射光 射於前述接物鏡，而將前述萬-& 术入 卄W玟弟一 s射光以發散光束入射 < --------訂---------線J (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -I -I ϋ I I I I I n I I ·

   46934? έΐ C8 ——_08 、申請專利範園 於前述接物鏡。 9•-㈣學攝像用接物鏡，其特微為具有正倍率、且在一 透鏡^上,形成銜射透鏡構造，依入射光波長長度的變 化i t衍射透鏡構造具有在過度修正方向改變球面像 差之球面像差特性。 (請先g讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（2〗0 X 297公釐）