TW526339B - Compatible optical pickup - Google Patents

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526339 A7 B7 7520pif.doc/008 五、發明說明（I ) 發明背景 1. 發明領域 本發明是有關於一種相容於具有不同格式的記錄媒介 的光學讀取裝置，且特別是有關於一種相容於具有不同格 式的記錄媒介的緊緻的光學讀取裝置，其採用安裝兩個不 问波長的先束源的單一*光兀件模組。 2. 相關技藝之說明 近幾年來，對於將資訊記錄在高密度的數位多功能碟 片-唯讀記憶體（Digital Versatile Disc-Read Only Memory， 簡稱DVD-ROM)以及/或者由其重製資訊能夠與小型碟片 (Compact Disc，簡稱CD)族系媒介，諸如CD、可燒錄 CD(Recordable CD，簡稱 CD-R)、可重覆寫入 CD(CD Rewritable，簡稱 CD-RW)、互動式 CD(CD Interactive，簡 稱 CD-I)以及 CD 加圖片（CD plus Graphics，簡稱 CD+G)， 的相容的需求逐漸增加。 現行CD族系媒介的標準厚度爲1.2 mm，然而對於 DVD，考慮碟片的傾斜角的容許誤差及物鏡的數値孔徑 (Numerical Aperture，簡稱NA)，其厚度已標準化爲0.6 mm。 因此使用爲DVD所設計的光學讀取裝置將資訊記錄在CD 上或由其重製資訊，由於彼此間的厚度的差異，會產生球 面像差。此種球面像差無法提供充分的光度來記錄資訊(射 頻(radio frequency))信號或可能使得由CD重製信號惡化。 同時，DVD及CD族系媒介在重製時使用不同波長的光線： CD使用約780 nm波長的光線當光束源，而DVD使用約650 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A·丨規格（210 x 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂---------線一 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 526339 五、發明說明（>) nm波長的光線當光束源。因此，對於與CD的相容性，需 要採用能夠發射不同波長光線以及能夠將光點聚焦在不同 焦點位置的光束源。 請參照第1圖，一種習知相容光學讀取裝置包括用以 發射約650 nm波長的光線的第一光束源21以及用以發射 約780 nm波長的光線的第二光束源31。第一光束源21適 合於較薄的碟片10a，諸如DVD /以及第二光束源31適合 於較厚的碟片10b，諸如CD。 第一光束源21發射的光線的聚焦是藉由第一平行透 鏡（collimator len)23，平行的射入第一極化光束分割器 (Polarization Beam Splitter，簡稱 PBS)25，以及然後由第一 PBS 25反射至DVD 10a。在較薄的碟片l〇a反射之後，反 射的光線經由第一 PBS 25傳送，然後被第一光檢測器27 接收。在此，干涉濾波器41用以改變第一光束源21及第 二光束源31發射的光線的途徑，用以於入射光聚焦的1/4 波板(quarter-wave plate)43、可變光圈45、及物鏡47配置 在第一 PBS 25與碟片10之間的光學途徑。 第二光束源31發射的光線的聚焦是藉由第二平行透 鏡33，平行的射入第二PBS 35，經由聚光透鏡37傳送， 以及然後射入干涉濾波器41。光線被干涉濾波器41反射 以及依次地經過1/4波板43、可變光圈45、及物鏡47藉 以在較厚的碟片l〇b上形成光點。 較厚的碟片l〇b反射的光線經由物鏡47、可變光圈 45、及1/4波板43射入干涉濾波器41，以及然後被干涉 濾波器41反射向第二PBS 35。此光線被第二PBS 35反射 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)AO見格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂---------% 526339 經濟部智慧財產局員工消費合作社印則农 7520pif.doc/008 ^ 五、發明說明（)） 且被第二光檢測器39接收。 干涉爐波器41是用以依據入射光的波長來傳送或反 射的光學元件，可傳送來自第一光束源21的光線，以及 反射來自第二光束源31的光線。可變光圏45具有可變的 孔徑，以及定義入射至物鏡47的光點的大小’使得此光 束進入NA小於0.45或0.47的物鏡47的區域。1/4波板43 是用以改變入射光的極化的光學充件。當第一光束源21 及第二光束源31的每一光束經過1/4波板43兩次，入射 光束的極化會改變，以及然後這些光束會分別射向第二PBS 25及第二PBS 35。物鏡47可將來自第一光束源21及第二 光束源31的光線聚焦成在每一 DVD 10a及CD 10b的記錄 表面的光點。 雖然習知光學讀取裝置具有上述之架構使用兩個光束 源來可與CD-R轉換，但採用可變光圏，其是經過複雜及 昂貴的製程來製造，使得此種光學讀取裝置的組合變得複 雜且增加製造成本。此外，第一光束源及第二光束源分開 建構，使得此光學讀取裝置的架構變得複雜而且其光學配 置也是很困難。 發明總結 本發明之一目的就是在提供一種緊緻的光學讀取裝 置，相容於具有不同格式的記錄媒介，其中不同波長的第 一光束源及第二光束源案_裝_在單一的光元件模組，以及使 用全像光耦合器調整第一光束源及第二光束源發射之光射 之光學途徑。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) --¾ 訂---------線 »_ 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（21ϋχ 297公爱） 526339 A7 B7 7520pif·άοο/〇〇ι 五、發明說明（0) 本發明之目的是藉由一種相容於具有不同格式的記錄 媒介之光學讀取裝置來達成，該光學讀取裝置包括：一光 元件模組’具有一第一光束源及一第二光束源，用以分別 發射具有不同波長之一第一光束及一第二光束；一全像光 耦ί合器’用以分別地導引該第一光束及該第二光束沿著該 相同光學途徑，使得該第一光束及該第二光束射向一對應 的記錄媒介；一光學途徑改變單元，用以改變一入射光束 之該光學途徑·，以及一物鏡，配置在該光學途徑改變單元 與β對應的錄媒介之間，用以將該第一光束及該第二光 束聚焦在該對應的記錄媒介上；以及一光檢測器，用以接 收被該對應的記錄媒介反射後由該光學途徑改變單元入射 之該第一光束及該第二光束，以及由該接收的光束檢測出 一資訊柄號及錯誤信號。 圖式之簡蚩說明 本發明之上述目的及優點會變得更淸楚，藉由參照所 附圖式之較佳實施例之詳細說明，其中： 第1圖繪示習知相容光學讀取裝置之光學配置之架構 圖； 第2圖是依照本發明之相容於具有不同格式之記錄媒 介之光學讀取裝置之光學配置之架構圖； 第3圖繪示依照本發明之光學讀取裝置中採用之全像 光耦合器之第一實施例之圖案之剖視圖； 第4圖繪示透明度的變化與第3圖之全像光耦合器之 圖案深度之關係之圖形； 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A‘l規格（2】〇χ 297公釐） --------------------^-------1 (請先閱讀背面之注咅？事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 526339 A7 B7 五 _I_ 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 10b CD 23第一平行透鏡 27第一光檢測器 33第二平行透鏡 37聚光透鏡 41干涉濾波器 7520pif.doc/008 發明說明（Γ) 第5圖繪示第3圖之全像光耦合器之衍射效率； 第6圖繪示依照本發明之光學讀取裝置中採用之全像 光耦合器之第二實施例之圖案之剖視圖； 第7圖繪不透明度的變化與第6圖之全像光稱合器之 圖案深度之關係之圖形； 第8圖繪示依照本發明之光學讀取裝置中採用之全像 光耦合器之第三實施例之圖案之剖‘視圖； 第9圖繪示透明度的變化與第8圖之全像光耦合器之 圖案深度之關係之圖形； 第10圖繪示依照本發明之光學讀取裝置中採用之全 像光耦合器之第四實施例之圖案之剖視圖； 第11圖繪示透明度的變化與第10圖之全像光耦合器 之圖案深度之關係之圖形； 第12圖繪示依照本發明之相容的光學讀取裝置中採 用之物鏡之前視圖；以及 第13圖繪示依照本發明之相容的光學讀取裝置之主 要部件之視圖。 圖忒Φ標示之簡里說明 10a DVD 21第一光束源 25 第一 PBS 31第二光束源 35 第二 PBS 39第二光檢測器 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（21〇 X烈7公爱） (請先閱讀背面之注音？事項再填寫本頁)

526339 A7 B7 43 1/4波板 47物鏡 45可變光圏 50光元件模組 51基底 53固定座 55第一光束源 57第二光束源 61全像光耦合器 63 PBS 65 1/4波板 67物鏡 67a近軸區域 67b環狀透鏡區域 67c遠軸區域 69感測器透鏡 71光檢測器 80記錄媒介 80b較厚光碟片 80a較薄光碟片 7520pif.doc/008 五、發明說明（6) (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 本發明之詳細說明 請參照第2圖，依照本發明之相容於具有不同格式之 記錄媒介之光學讀取裝置之一較佳實施例，包括光元件模 組50，其包括用以分別發射具有不同波長之第一光束I及 第二光束II之第一光束源55及第二光束源57，全像光耦 合器(hologram light coupler)61，其導引來自光元件模組50 的第一光束I及第二光束II沿著相同的光學途徑行進，光 學途徑改變單元，用以改變入射光的行進途徑，物鏡67， 用以將入射光聚焦在光學記錄媒介80上，以及光檢測器 71，用以接收被記錄媒介80反射後通過物鏡67及光學途 徑改變單元的光線。 特別是，光元件模組50包括基底51、基底51上的固 定座53、及分別貼在固定座53兩側的第一光束源55及第 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)Al規格（210x297公釐） 526339 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印制农 7520pif.doc/008 五、發明說明（7 ) 二光束源57。第一光束源55及第二光束源57爲邊緣發射 雷射，在不同的偏離角度發射光束。來自第一光束源55 之第一光束I具有約650 nm的波長，以及適合於較薄光碟 片80a，例如DVD。來自第二光束源57之第二光束II具 有約780 nm的波長，以及適合於較厚光碟片80b，例如CD。 可以藉由調整在光元件模組50與物鏡67之間的光學途徑 上的全像光耦合器61來控制第一光束源55與第二光束源 57之間的位置容許誤差。 全像光耦合器61導引第一光束I及第二光束II沿著 相同的光學途徑以及使第一光束I及第二光束Η指向光學 記錄媒介80。在全像光耦合器61的一個表面具有全像圖 案61a，藉以衍射(diffract)及傳送入射光。全像光耦合器61 直接傳送垂直地進入全像光耦合器61的光接收表面的第 一光束I，以及衍射及傳送大部分的以一角度進入的第二 光束II，使得第二光束II變成平行於第一光束I。 全像光耦合器61的透明度是由全像圖案61a的深度、 全像圖案61a的間距、及全像圖案61a的結構來決定的。 最好全像光耦合器61的全像圖案61a具有至少包括兩個 階梯的階梯式圖案。 第3圖繪示具有五個階梯的全像圖案的實例，以及第 4圖繪示第一光束I及第二光束II的透明度的變化與第3 圖的全像圖案的最大圖案深度DP的變化的關係。請參照 第4圖，在約6,400 nm的最大圖案深度DP，對於波長爲650 nm的第一光束I的基本第零階最大値(principle zeroth order maximum)，全像光耦合器61的透明度約爲1.0。第二光束 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公t ) 526339 五、發明說明（y ) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) II被衍射及傳送至第零階及正負第一階（±lst order)衍射光 束。相對於入射光的量，對於第零階衍射光束，全像光耦 合器61的透明度約爲8%，對於正第一階衍射光束則幾乎 爲0%，以及對於負第一階衍射光束爲約75%。負第一階 衍射光束做爲第二光束II的有效光束，以及其行進平行於 來自第一光束I的第零階衍射光束。 如前所述，全像光耦合器6Γ適當地安置於光學途徑 上，使得來自安裝在光元件模組50的第一光束源55及第 二光束源57，但在相對於光學軸的不同角度上，第一光束 I及第二光束II被導引沿著相同的光學途徑以及指向光學 記錄媒介80。 雖然第3圖的全像光耦合器61是設計成具有五階梯 的全像圖案，但可以改變全像光耦合器61的全像圖案， 如第6圖、第8圖、及第10圖所繪示。第6圖繪示用於 全像光耦合器61的四階梯全像圖案，以及第7圖繪示第 一光束I及第二光束II的透明度的變化與最大圖案深度DP 的關係。在設計第6圖所繪示的全像圖案時，同時考慮到 光束的相位。對於第6圖的四階梯全像圖案，在最大圖案 深度DP的間距TP1大於其他階梯的間距TP2、TP3及TP4。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印制衣 請參照第7圖，在約4,900 nm的最大圖案深度DP， 對於波長爲650 nm的第一光束I的第零階最大値，全像光 耦合器61的透明度約爲1.0。第二光束II被衍射及傳送至 第零階及正負第一階（±lst order)衍射光束。相對於入射光 的量，對於第零階衍射光束，全像光耦合器61的透明度 約爲10%，對於正第一階衍射光束則幾乎爲0%，以及對 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)/V1規格（2.10 X 297公釐） 526339 A7 B7 7520pif.doc/008 五、發明說明（，） 於負第一階衍射光束爲約65%。負第一階衍射光束做爲第 二光束II的有效光束，以及其行進平行於來自第一光束I 的第零階衍射光束。 第8圖繪示用於全像光耦合器61的另一個四階梯全 像圖案，其中未考慮光束的相位，以及第9圖繪示第一光 束I及第二光束II的透明度的變化與最大圖案深度DP的 關係。對於第8圖的四階梯全像圖案，在最大圖案深度dp 的間距TP1等於每一其他階梯的間距TP2、TP3及TP4。 請參照第9圖，在約4,900 nm的最大圖案深度DP， 對於波長爲650 nm的第一光束I的第零階最大値，全像光 耦合器61的透明度約爲1.0。相對於入射光的量，對於來 自第二光束II的第零階衍射光束及正第一階衍射光束，全 像光耦合器61的透明度皆幾乎爲〇%，以及對於負第一階 衍射光束爲約86%。負第一階衍射光束做爲第二光束π的 有效光束，以及其行進平行於來自第一光束I的第零階衍 射光束。 第10圖繪示用於全像光耦合器61的兩階梯全像圖 案，其中未考慮光束的相位，以及第11圖繪示第一光束I 及第二光束Π的透明度的變化與最大圖案深度DP的關係。 對於第10圖的兩階梯全像圖案，在最大圖案深度DP的間 距TP1等於其他階梯的間距TP2。 請參照第11圖，在約4,900 nm的最大圖案深度DP， 對於波長爲650 nm的第一光束I的第零階最大値，全像光 串禹合器61的透明度約爲1 ·0。相對於入射光的量，對於來 自第二光束II的第零階衍射光束及正第一階衍射光束，全 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） — I (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 一：°J· 經齊部智慧財產局員工消費合作钍印製 526339 7520pif.doc/008 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（（°) 像光耦合器61的透明度皆幾乎爲〇% ’以及對於負第一階 衍射光束爲約68%。負第一階衍射光束做爲第二光束II的 有效光束，以及其行進平行於來自第一光束I的第零階衍 射光束。 由上面所述的用於全像光耦合器61的全像圖案的實 例可以推論，可以根據階梯結構改變全像光耦合器61的 最大圖案深度DP。全像光耦合器61的最大圖案深度DP最 好滿足表示式：4,000 nmSDPS7,000 nm。 如上所述，第零階衍射光束用來當作第一光束I的有 效光束，以及負第一階衍射光束當做第二光束Π的有效光 束。於是，由彼此分開的不同光束源發射的第一光束I及 第二光束II可以在相同的途徑行進。經過全像光耦合器61 的第一光束I及第二光束Π偏離不同的角度，使得第一光 束I聚焦在較薄光碟片80a上以及第二光束II聚焦在較厚 光碟片80b上。 回到第2圖，光學途徑改變單元包括極化光束分割器 (Polarization Beam Splitter，簡稱 PBS)63，用以藉由依據入 射光束的極化來傳送或反射入射光束來改變入射光束的行 進途徑，以及1/4波板65，其配置在PBS 63與物鏡67之 間的光學途徑上，用以改變入射光束的極化。光元件模組 50發射的光束通過PBS 63而且射向光學記錄媒介80。 當光束指向光學記錄媒介80時，被光學記錄媒介80 反射的光束通過1/4波板65，改變入射光束的極化。在光 學記錄媒介80反射的光束入射在PBS 63時，入射光束被 PBS 63反射，使其射向光檢測器71。 本紙張尺度適用中國國家標準（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) t * I ϋ ϋ ϋ n I ·ϋ 訂-------- ·% 526339 A7 B7 752〇pif.doc/008 五、發明說明（11) 物鏡67將入射第一光束I或第二光束II分別聚焦在 較薄光碟片80a或較厚光碟片80b上。爲了做到此，物鏡 67具有用以接收光元件模組50發射的光線的光接收表面’ 以及面向光學記錄媒介80的光發射表面。最好此至少一 光接收表面及傳送表面由至少一環狀區域分割成同心的區 段。在此，每一區段具有不同的非球狀曲率，使得通過該 些區段的光束可以聚焦在不同的位置。 特別是，請參照第12圖及第13圖，物鏡67包括近 軸區域67a、環狀透鏡區域67b及遠軸區域67c。環狀透鏡 區域67b位於近軸區域67a與遠軸區域67c之間，可以形 成爲環形或橢圓環。環狀透鏡區域67b具有非球狀表面。 環狀透鏡區域67b最好是針對較厚光碟片80b做最佳化。 當較薄光碟片80a用來當作光學記錄媒介80時，由 第一光束源55發射光線而且然後經由遠軸區域67c聚焦 爲較薄光碟片80a的資訊記錄表面上的光點。相對的，由 環狀透鏡區域67b顯露的光線會被散射掉。 另一方面，當較厚光碟片80b用來當作光學記錄媒介 80時，由第二光束源57發射光線，而且然後同時經由環 狀透鏡區域67b及近軸區域67a聚焦爲較厚光碟片80b的 資訊記錄表面上的光點。 此光學讀取裝置可以更包括平行透鏡66,在物鏡67 與1/4波板65之間的光學途徑上，用以聚集入射光。光檢 測器71接收被光學記錄媒介80反射後由光學途徑改變單 元入射的第一光束I或第二光束II光線，以及檢測來自該 入射光的資訊信號及錯誤信號。用以對光線造成散視的感 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） ------------裝--- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂· 經濟邨智慧財產局員工消費合作社印製 526339 A7 B7 7520pif.doc/008 五、發明說明（（t) 測器透鏡69可以進一步地配置在PBS 63與光檢測器71之 間的光學途徑上。 如前所述，依照本發明之光學讀取裝置，其相容於不 同格式之記錄媒介，採用單一光元件模組，其中安裝用於 不同波長光線的第一光束源及第二光束源，以及使用全像 光耦合器，使得來自第一光束源及第二光束源，其爲彼此 分開，的光束被導引沿著相同光學途徑。此外，依照本發 明之光學讀取裝置以單一光檢測器檢測資訊信號及錯誤信 號。於是，此光學讀取裝置的架構變得很緊緻。 雖然已經參照較佳實施例特定地繪示及說明本發明 之，但熟習此技藝者可以瞭解在不脫離本發明之精神和範 圍內做改變，因此其保護範圍當以申請專利範圍及其等效 的所界定者爲準。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) ^ -1_1 ϋ mmmMm i·— i·— tmmmm 一I _1 n n 1> n mmmmmm met ·%· 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)Al規格（210 X 297公釐）

Claims (1)

1. 526339 7520pifl .doc/015 爲第90109978號申請專利範圍條战 A8B8C8D8 期 曰 正 修 ~ 賣取裝置，相容於具有不同格式之記錄媒 介，該光學讀取裝置包括： 一光元件模組，具有一第一光束源及一第二光束源’ 用以分別發射具有不伺波長之一第一光束及一第二光束； Fit/istv背面之注意事項寫本頁) 一全像光耦合器，用以分別地導引該第一光束及該第 二光束沿著該相同光學途徑，使得該第一光束及該第二光 束射向一對應的記錄媒介； 一光學途徑改變單元，用以改變一入射光束之該光學 途徑；以及 一物鏡，配置在該光學途徑改變單元與該對應的記錄 媒介之間，用以將該第一光束及該第二光束聚焦在該對應 的記錄媒介上；以及 二一光檢測器，用以接收被該對應的記錄媒介反射後由 該光學途徑改變單元入射之該第一光束及該第二光束，以 及由該接收的光束檢測出一資訊信號及錯誤信號。 -線. 經濟部智楚W產局貝工消货合作社印« 2. 如申請專利範圍第1項所述之光學讀取裝置，其中該 全像光耦合器包括一全像圖案，其允許垂直進入該全像光 耦合器之一表面之該第一光束被直接傳送，以及以一角度 進入之幾乎全部之該第二光束被衍射及傳送，使得該第二 光束之行進平行於該第一光束。 3. 如申請專利範圍第2項所述之光學讀取裝置，其中該 第一光束具有約650 nm之波長以及該第二光束具有,釭780 nm之波長，以及該全像光耦合器之一最大圖案深度DP滿 足表示式：4,000 nm<DP<7,000 nm。 4. 如申請專利範圍第3項所述之光學讀取裝置，其中該 本紙依尺度適用中Θ0家標年（CNS)A4規彷（210x297公幺） 526339 7 520pifl .doc/015 A8B8C8D8 〜年"月义日修正溪兩嘴充 皆梯結構，其具有至少兩個階梯。 5·如申請專利範圍第1項所述之光學讀取裝置，其中_ 由調整在該光元件模組與該物鏡間之該光學途徑之 光耦合器來控制該第一光束源與該第二光束源間之 許誤差。 ，/ 6·如申請專利範圍第1項至第5項之任一項所述之光_ 讀取裝置，其中該光學途徑改變單元包括： + 一極化光束分割器，用以藉由依據一入射光束;^ t 來傳送或反射該入射光束來改變該入射光束之行進途彳莖. 以及 =， 一 1/4波板，配置在該極化光束分割器與該物鏡間$胃 光學途徑上，用以改變一入射光束之極化。 ~ ‘k 7.如申請專利範圍第1項至第[項之任一項所述之光學 曰買取裝置，其中該物鏡具有一光接收表面，用以接收該光 元件模組發射之該第一光束或該第二光束，以及〜光發射 表面，面向該對應的記錄媒介，以及該光接收表面及^光 發射表面之至少一個被至少一環狀區域分成區段，該=區 段彼此間爲同中心的並且具有不同的非球狀曲率。 〜⑽ 經濟部智楚柯產局貝工消货合作社印ίί