TW546488B - Optical system for optical pickup head - Google Patents

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TW546488B TW090123580A TW90123580A TW546488B TW 546488 B TW546488 B TW 546488B TW 090123580 A TW090123580 A TW 090123580A TW 90123580 A TW90123580 A TW 90123580A TW 546488 B TW546488 B TW 546488B
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Shuichi Takeuchi
Koichi Maruyama
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Description

546488 1洗/月曰修正产更命補充 Α7 Γ~ --- Β7 五、發明說明（I ) 【發明背景】 本發明係有關於於光學頭之光學系統，所述光學頭可 以用於具有不同特性的兩種光碟，本發明還涉及用於這種 光學系統的物鏡。 、存在多種具有不同特性例如保護層的厚度、資料密度 等的光碟。例如，CD (光碟）或CD_R (唯讀光碟）具有^ 度爲1.20關的保護層。CD或VD_R的資料密度是相對低的。 DVD (數位衫音光碟）具有厚度爲〇. 6_的保護層。的 資料密度是相對高的。 用於資料記錄與/或讀出的光學頭的光學系統―般包 括雷射二極體，用於把由雷射二極體發出的雷射光束會聚 在光碟上的物鏡，以及用於接收由光碟反射的光束並^生 反射的檢測器。從減少光學頭的尺寸的觀點看來，最好對 於不㈣型的光碟使用一個物鏡。此外，爲了使光學頭相 對的薄，物鏡的焦距長度最好較短。 然而，當入射到物鏡上的雷射光束是平行光時，如果 焦距較紐，則難於提供足夠的爲在具有厚的保護層的光碟 例如CD或CD-R上記錄/讀出資料所需的運動範圍。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 根據光碟的資料密度確定數值孔徑（NA)。對於呈有 高資料密度的光碟，例如_，需要形成相對小的光束點。 爲了形成用於_的這種光束點，NA大約等於⑽。對於 具有低貝枓密度的光碟，例如⑶或CD-R，光束點必須較 ΐ寬ΐΠ:爲〇.45。應當注意’如果和光碟的軌跡 的見度相比，光束點的尺寸太小，尤其是如果所使用的資 本紙張尺度_巾_家標準(CNS)A4規格 546488
料喂出方法利用光的衍射時，如在CD中使用的資料讀出 法，則不能提供足夠的衍射效果，因此，記錄的資料可能 不能被正確地讀出。因而，當使用CD或CD-R時，—般阳 制入射到物鏡上的光束的直徑，以便減少數值孔徑，使得 在CD或CD-R上形成合適的光束點（不致太小）。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 在傳統的光學頭中，爲了根據使用的光碟改變NA，在 物鏡的光束人射側提供有可變孔徑的光闌（stQp)，用於以 機械方法改變孔㈣尺寸。然而，這種結構需要相對大的 空間，因而妨礙光學系統體積的縮小。 【發明概述】 因此，本發明的目的在於提供一種改進的用於光學頭 之光學系統，利用所述系統，可以使物鏡的焦距較短，使 得即使對於具有比較厚的保護層的光碟，也能具有足夠的 可操作距離，此外，可以設置足夠的NA，而不用在物鏡的 光束入射側提供孔徑光闌。 爲實現上述目的，按照本發明，提供一種用於光碟驅 動器的光學頭之光學系統。所述光碟驅動器能夠使用不同 種類的光碟，例如第一光碟和第二光碟，而且第二光碟的 保護層比第一光碟的保護層厚，第二光碟的資料密度小於 弟一光碟的資料密度。所述光學系統具有可選擇地發射具 有第一波長的第一雷射光束和具有第二波長的第二雷射光 束的光源，並且第一雷射光束用於第一光碟，第二雷射光 束用於弟二光碟，而且第二波長比第一波長長。所述光學 系統還具有用於把第一雷射光束和第二雷射光束分別會聚
-ϋ —m ml - tT--------- (請先閲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 χ 297公釐） 546488 月/曰修正 五、發明說明（3 ) 第-光碟和第二光碟上的物鏡。該第二雷射光束作爲發 f的光束人射到物鏡上，第—雷射光束則作爲發散度小於 第二雷射光束的發散度的光束入射到物鏡上。 利用上述的配置，物鏡的焦距可以被做得較短，從而 注 使得即使對於具有相對厚的保護層的光碟，也能獲得足夠 的可操作距離。 一此外，對於上述的配置，該物鏡的一個表面被劃分成 -在中:部分的公共區域和—在圍繞所述公共區域的周邊 部分的尚NA專用區域。在高專用區内形成—包括且有 微小臺階的多個同心環帶的衍射透鏡結構。該衍射透鏡结 構補償其中通過的第一雷射光束一部分的像差，而該衍射 透鏡結構還對其中通過的第二雷射光束一部分產生像差。 k ^ Θ A共區域和南να專用區域的第—雷射光束被會聚 在第-光碟上，以形成一光束點。通過該公共區域的第二 雷射光束-部分被會聚在第二光碟上，以形成一光束點， 而通過高ΝΑ專用區域的第二雷射光束的部分由於該像差 .而被擴散在第二光碟上。 因此，對於每個光碟都可以設置足夠的财，而不用在 物鏡的光束入射側提供光闌。 :照本發明的另一個方面，提供一種用於光碟驅動器 、一子，之物鏡。所述光碟驅動器至少能夠使用一第一光 碟矛帛《碟’匕們在保護層的厚度和資料記錄密度方 =同。第二光碟的保護層的厚度大於第一光碟的保護層 厚度，亚且第二光碟的資料密度小於第-光碟的資料密 本紙張尺¥適用中國國家標準格⑽χ A7 B7 546488 I月"日修正/更"iL·/補充· 五、發明說明（牛） 度。具有第一波長的第一雷射光束以及具有比第一波長長 的第二波長的第二雷射光束有選擇地入射到物鏡上，並且 所述物鏡分別把第一雷射光束和第二雷射光束會聚到第一 光碟和第二光碟上。 按照最佳實施例，該物鏡的一個表面被劃分成一在中 心部分的公共區域和一在圍繞所述公共區域的周邊部分的 雨NA專用區域，並且在高NA專用區内形成一包括具有微 小臺階的多個同心環帶的衍射透鏡結構。該衍射透鏡結構 補償其中通過的第一雷射光束一部分的像差，而該衍射透 鏡結構逛對其令通過的第二雷射光束一部分産生像差。通 ，該公共區域和高NA專用區域的第一雷射光束被會聚在 第一光碟上，以形成一光束點。通過該公共區域的第二雷 射光束一部分被會聚在第二光碟上，以形成一光束點，而 通過高Μ專用區域的第二雷射光束的部分被擴散在第二 光碟上。 可供選擇地是，在上述的配置中，可以形成在高να專 用區内形成的衍射透鏡結構，以根據其中通過的光的波長 改變球差。 :外仏4擇地疋’可以把該公共區域配置爲-個連 縯的表面而沒有帶臺階的部分。 換一種方式，該公共區域可 ,. , Χ』乂破形成馬一包括具有微 小！階的多個同心環帶的衍射透鏡結構。 在這種情況下，形成在該公此 拔叮、，* 、&内形成的衍射透鏡結 構可以被配置來補償色差。 ^兄 私紙張尺度翻+關家鮮（CNS)A4祕（21Q χ --------訂--------- (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 546488气>年！月)、修正/紅謂^
經濟部智慧財產局員工消費合作社印製
tr--------- (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) H尚可供選擇地是，入射到物鏡上的第一雷射光束可以 疋發散光束、平行光束或會聚光束。 【實施例描述】 以下說明本發明光學頭之光學系統之實施例。 首先說明光學系統的整體結構，·然後說明按照本發明 的各個實施例的光學系統。按照每個實施例的光學頭用於 在具有不同的資料記錄密度的兩種類型的光碟上進行資料 的圯錄和讀出。在下面說明的實施例中，所述光學頭能夠 進行DVD (數位景》音光碟）和cd或cj)—r的資料記錄和讀 出，所述DVD具有相對高的資料記錄密度，所述⑶或cd—r 具有相對低的資料記錄密度。 圖1示意地表示光學系統100的結構。光學系統1〇〇 包括一第一雷射器元件21、一第二雷射模組22、一分束器 23、一準直透鏡24和一物鏡1〇。 每個雷射模組21和22是集合有雷射二極體和光檢測 器的裝置。 物鏡10被配置成利用公知的調焦機構可以沿其光轴 運動。此外，物鏡1〇可以利用公知的跟蹤機構沿光碟的徑 向運動。 爲了使用具有南的資料記錄密度和相對薄的保護層 (〇· 6mra)的第一光碟D1，例如DVD，需要波長範圍爲 635-665nm的紅光束，以便在光碟D1的資料記錄表面上形 成小的光束點。爲了使用具有低的資料記錄密度和相對厚 的保護層（1· 20mm)的第二光碟D2，例如CD或CD-R，使
546488 A7 B7 五、發明說明（6 =:::較長波長的光束。具體地說，當使… 中，第一兩射⑴ 而要近紅外光束。在光學系統100 極體，f z — n具有發射65Gnnl的雷射光束的雷射二 :二=二雷射模組22具有一的雷射光束的 俨苴：本斤丁的、°構中’第一雷射模組21被這樣設置，使 二η和準直透鏡24的前焦點相符，從而使得從準直 •兄24輸出的第一雷射光束作爲平行光入射到物鏡ι〇 上。因而，物鏡ίο的物距是無窮大。 第二雷射模組22被這樣設置，使得其發光點位於相對 於準直透鏡的前焦點的準直透鏡—側，從而從準直透鏡24 輸出的第二雷射光束作爲發散光人射到物鏡1G上。因而， 物鏡10的物距是有限的。 φ應當注意’在圖1中，由第-雷射模組21發出的第一 雷射光束作爲平行光束入射到物鏡20上。不過，本發明不 :於這種配置，入射到物鏡1〇上的第一光束可以是稍微會 ♦的光束，或者是稍微發散的光束，第一光束的發散程度 小於第二光束的發散程度。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 Κ使用第一光碟D1 (圖1的實線所示）時，啓動第一 雷射杈組21。在這種情況下，物鏡1〇被設置在圖丨的實 線所示的位置。由第一雷射模組21的雷射二極體發出的= 一雷射光束（波長650nm)入射到物鏡1〇上，如圖1的實 線所示，並且由所述物鏡10會聚，從而在第一光碟^ ^ 資料記錄表面上形成光束點。 、 本紙張尺复適用中國國家標準（CNS)A4規格（21〇 X 297公釐） 546488 A7
經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 ^使用第二光碟D2 (圖1的虛線所示）時，啓動第二 雷射模組22。在這種情況下，物鏡1{)被設置在圖！ 線所示的位置，該位置比實線所示的位置靠近光碟。由= 二雷射模組22的雷射二極體發出的第二雷射光束（波 78〇nm)作爲發散光束入射到物鏡1()上，其由所述物鏡^ 會聚，從而在第一光碟D2H料記錄纟面上形成光束點。 由第-光碟D1或第二光碟!)2反射的雷射光束通過物 鏡1〇,準直透鏡24和分束器23,並被包括在第一雷射模 組21或第二f射模組22中的光檢測器接收。根據光檢測 器的輸出，讀出調焦誤差信號、跟蹤誤差信號，並且當資 料被讀出時，檢測資料再現信號。 田、 如上所述，當使用第二光碟D2時，通過使光束成爲發 散光束’和由準直透鏡24輸出平行光束的情況相比，在^ 束點和透鏡10之間的距離可以較長。因此，即使物鏡1〇 的焦距相對較短，當使用第—光碟D1時，物鏡1G的可移 動距離可以被縮短，當使用第二光碟D2時，可以獲得足夠 的移動範圍。因而，通過使用上述的配置，可以使整個光 學系統10做得較薄。 圖2A 2C表示透鏡1〇的結構。圖2A是正視圖，圖2β 是截面側視圖，圖2C是透鏡10的局部放大的截面側視圖。 透鏡10具有第一和第二非球面丨丨和12。第一表面η 被分成在中心位置的公共區域Rc，以及在公共區域Rc外 側（即周邊）的高NA專用區域RE。公共區域…用於在低 NA下（大約0.45-0· 5)會聚光束，這是第二光碟D2所需
本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（21〇 X 297公爱）
tx---------mw. (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 546488 气许ί阶曰修正/更童7¾ 五、發明說明（3 ) 的。高NA專用區域既用於會聚在高NA下（大約0.60) 的光：第：僅是第-光碟D1所需的。 士弟表面11上’在高NA專用區域RE内形成衍射透
鏡、:構士其包括多個臺階狀的同心環帶，如圖2A和圖2C ^斤不階狀的部分（即在相鄰環帶之間的邊界）沿著平 行於光軸的方向延伸。第-表面11的公共區域RC和第二 〇面丄2分別是連續的表面，並且不形成具有臺階部分 述衍射透鏡結構。 〜根據球面像差和波長，在冑NA專用區域狀中形成的 鏡結構的特性是不同的。當第_雷射光束被會聚在 二3D1上二，述衍射透鏡結構能夠很好地補償所述 〉 而备第—雷射光束被會聚在第二光碟D2上時， 所述衍射透鏡結構相對于通 ’、 ^ 射光束的-部分產生球用區域_第二雷 因而，當使用第一光碟D1時， 丛 的部分被會聚在第一光碟D1上的同一個點弟…田^束 NA，並在第一光碟D1上形成小的光束點 '而貝現而 D2時’通過高NA專用區域既 二 田使用弟二光碟 光碟D2上擴散，只有通過公共區域—部分在 部分被會聚在第二光碟J)2上。因而，者一田射光束的 並在第二光碟D2上形成相對大的光‘ 第的NA， D2是足夠的）。 、乂封弟二光碟 應當注意’在上述的配置中’所述衍射透鏡結構只在 f靖先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂---------9.. 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 297公釐）
第一表面11上的高NA專用區域 於ii猶配署^ ^ 次破形成。不過本發明不限 區域RC增另疋：以1有多種改型。例如，可以 色差此= 鏡結構，用於補償像差，例如 色差。此外，所述衍射透鏡結構可 而不形成在第一表面n上。 牡弟一表面12上 數子的實施例 下面提出五個實施例。 弟一實施例 第一實施例應用於圖3所示的結構 出物鏡1。、第一光❹和第-光碑D2 表不 示。 乐一九磲D2。其數值如表1所 言NA ^田Γ ^例中’第一表面U被分成公共區域RC和 ^ 區域RE。公共區域RG被限定爲其中0灿<1.50 _ :區域，高NA專用區域被限定爲其中的區 二J 相對於透鏡1G的光軸的高度。公共區域 射'又有至^部分的連_表面，冑NA專用區域由衍 #、/見、，構構成，其根據在其中通過的光的波長改變球面 像差。 、:區域RC的曲率和高NA專用區域的基本曲線（其 馬:又☆丁射透鏡結構的折射透鏡的形狀）是分別由不同 丈限定的不同的球面。第二表面12是一個旋轉對稱的 非球2，其不由衍射透鏡結構構成。 μ第/表面11的公共區域RC和高να專用區域RE也是 AI對稱的非球面。—般地說，所述旋轉對稱的面由 ^紙張尺度適財國297公楚）---- (請先閲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 546488 f>^ | ^曰修正五、發明說明（/〇 /更正/猶ΤΕΓ Α7 Β7 下式表示： X{h) ch2 Ί /ΓΤ~== + + Aeh6 + A/；8 + Al0h10 + Auhu 叫 i-(l + K)c2h2 其中’x(h)是垂度（SAG )，即在表面上離開光車由爲 h的一點相對於光軸上的平面切線的距離； 符號c表示表面的頂點的曲率（丨/r); k是圓錐常數；以及 A4 ’ A6，A8，An，和 A12 分別是 4，6，8，10 和 12 級非 球面係數。 由衍射透鏡結構增加的附加的光路長度由下面的光路 差函數表示：
¢^) = (P2h2^P4h4+P6h6+ ...)xmxA (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 其中’ Ρ2，Ρ4和Ρ6是2，4，6次係數； h是離開光軸的高度； m衍射級數；以及 λ是工作波長。光程差φ (h)表示在離開光軸的高度爲 h處的不通過衍射透鏡結構的假想的光線的光路長度和被 衍射透鏡衍射的光線的光路長度之間的差。換句話說，光 私差φ ( h )表示由衍射透鏡結構衍射的每個光線的附加的 光路長度。附加長度的正5虎表不在光轴上的光路長度是增 長的。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（21〇 X 297公釐）
經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 546488 月y日修更正/補充 A7 五、發明說明（ίί) 和菲涅耳（fresnel)透鏡類似，衍射透鏡結構的實際的 微觀形狀通過從φ (h)中減去λχ m (m是整數）即入的整數 倍，從而具有臺階狀的附加光路長度f⑴而被限定。 具體地說’附加光路長度由下式表示· .·. ,C0NSTr) —C0NST>\ 其中MOD是模函數，λΒ是閃耀波長，在此波長下，由 衍射透鏡結構的微小的臺階産生的光路長度差等於一個波 長，即，衍射效率最大。常數C0NST確定環帶之間的邊界 的相位，其可以是滿足〇^ONST<1的任意的值。應當注意， 模函數MOD ( X，y )表示當X除以y時的餘數。 當 M0D(P2h2+P4h4+P6 h V..+C0NST，1)等於 〇 時，離開 光軸的高度爲h的位置代表環帶之間的邊界的位置。 表1中示出了用於確定公共區域rc的係數、高να專 用區域RE的基本曲線、以及衍射透鏡結構、表面之間的距 離、d譜線的折射率、阿貝（abbe)數yd、用於確定第二表 面12的非球形狀的係數。 在所述表中’ NA1，Fi，λ!，ODi分別表示當使用 第一光碟D1時的數值孔徑，物鏡10的焦距（單位· _)， 波長（單位：nra)，可移動範圍（單位：_)和物距（單 位· mm)。此外，NA2 ’ F2，λ2 ’ WD2和〇D2分別表示當使用 第二光碟D2時的數值孔徑，物鏡1〇的焦距（單位：_)， 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 χ 297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)
546488 ,月日修正Α7 Β7 五、發明說明（U) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 波長（單位：nm)，可移動範圍（單位：mm)和物距（單 位：mm) ° 表1 NAi-0. 60 Fi-3. 00 Λ i-650 WDi = L 61 ODi-〇〇 ΝΑ2:0· 46 f2-3. 02 λ 2:780 WD2=1. 43 ODi = -52. 0 第一表面 弟"一表面 公共區域 (0<h<l. 50) 高ΝΑ專用區域 (1· 50彡h) R 1· 870 1. 915 -8.109 K -0.500 -0.500 0. 00 Ka -2· 12x 10_4 -3· 00χ 1(Γ4 1· 68χ 10—2 Αθ 1. 47χ ΙΟ"4 1. 14χ 10~3 -2· 57χ 10-3 As -8· 23χ ΙΟ 5 -8. 30χ 10"4 2. 20χ 10"4 Αιο 6. 09χ ΙΟ'5 3. 20χ ΙΟ-4 -1. 68χ 10"4 Al2 -1. 92χ 10~5 -5· 14χ ΙΟ 5 2·93χ ΙΟ5 p2 — -5. 23 — p4 — 0. 00 — p6 — 0· 00 — p8 — 0. 00 — PlO — 0. 00 — Pl2 ；-- 0. 00 — d (第一和第二表面之間的距離） 1. 80 nd(物鏡的折射率） 1. 5436 vd (物鏡的阿貝數） 55. 7 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) -1_1 n ϋ ϋ I I 1』%, I n ϋ 1 n _1 I I - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 546488
j可》0曰修正/1正/纷玄 五、發明說明（丨多） 1. 5855 的折射 圖4Α表不按照第-實&的物 在:：的波長下的球面像差SA和正弦條件SC，二表 ，請——…球面像差表示的^ :::曲線的橫軸表示發生的像差（單位：_ 表不數值孔徑NA。 作^使^第光碟D1知’使第一雷射光束（波長：65〇nm) :4平灯光人射到透鏡1G上（物距··無窮幻。在這種情 NA專用區域用於補償像因此，通過公共區域 的每射光束的-部分和通過高隐專用區域狀的雷射光 的彳刀冒艰在一點而形成光束點，所述光束點足夠 小，用於在第-光碟D1上進行資料記錄和讀出。 圖5A表不按照第一實施例的物鏡相對於第二光碟⑽ 在78〇nm的波長下的球面像差SA和正弦條件％，圖5β表 ^在波長65〇nm、645nm，和655η»下由球面像差表示的色 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 0當使用第二光碟D2時，使第二雷射光束（波長：780nm) 作爲發散光人射到透鏡上（物距：-52 ()mm)、。在這種情況 下，高Μ專龍域產生球面像差，如圖5A所示。因此， 如光束點圖（圖6A)和強度分佈（圖6β)所示，只有通過 公共區域RC的雷射光束的部分適用於在第二光碟此上進 行資料記錄和讀出。通過高NA專用區域RE的雷射光束的 部分在光碟D2上在和光束點分開的環帶域内被散射。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 297公釐） 8 48 日修正:____ 發明說明（丨今） 、應¥ /主思，在圖3中，第二雷射光束由只投射到公共 區域RC上的光束表示。在圖3巾，只示出了用於在第二光 碟D2上形成光束點的部分。在實際使用時，第二雷射光束 還入射到高NA專用區域±。不過，由於在高NA專用區域 RE内形成的衍射透鏡結構的特性，通過其中的雷射光束被 發散，因而不對形成光束點作貢獻。因此，在圖3中，入 射到高NA#用區域RE±的雷射光束的部分未被示出（在 下面的實施例中也是如此）。 第二實施例 表2表示按照本發明第二實施例的物鏡1〇的數字的結 構，其替代圖3所示的物鏡1Q。除去在高NA專用區域re 开> 成衍射透鏡結構之外，第二實施例的配置基本上和第一 實施例的相同。 表2 NA2 = Vi-0.60 F^3.00 λ ι = 650 WD^l.ei 0D^〇〇 ^__hzM2 ^2-780 WD2:1.43 0U9 η 第一表面 弟二表面 公共區域 (0<h<l. 50) 高ΝΑ專用區域 (1· 50彡h) R 1. 870 ----—— 1. 904 -8.109 K -0·500 -0.500 _ 〇.〇〇 Α4 -2· 12x 10-4 1· 92x 10-3 _ 1·68χ1〇-2 Αθ 1· 47x 10—4 1· 19x 10-3 —-2· 57x 1〇_3 Αδ -8· 23χ 1(Γ5 -1· 02x 10—3 —-----^ 2· 20x 1〇一4 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) 丁 top. -ϋ 1 1 1_1 n ϋ」， n ϋ Bi 1 ·ϋ I ϋ 1 · 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 546488 2亦(月#日修正/ILi 五、發明說明（丨孓） /補充r
A 10
Al2 6· 09x i〇~5 ~~~~—---— 1·92χΐ〇、 p2 p4 p6
Ps
PlO
P 12 生（第一和羞兩之 3. 95x 10'4 -1· 68x 1〇-4 - 6· 14x 10-5 2. 93x 1〇 5 -3· 97 — 2· 00 — 0. 00 — 0. 00 -- 0. 00 II 0. 00 — 間的距離） 1· 80 nd(物鏡的率） vd (物鏡的阿貝數） nd (光碟的折射率） vd (光碟的阿貝數） 1.5436 55. 1.5855 29·
-^1 1 1 ϋ i-i 1 1^dJ ϋ 1 (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
圖7A表示按照第二實施例的物鏡相對於第一光碟D1 在650nm的波長下的球面像差SA和正弦條件％，圖7β表 示在波長650nm、645nm，和655nm下由球面像差表示的色 差。 一當使用第一光碟D1時，使第一雷射光束（波長：650rm) 作爲平行光入射到透鏡1〇八± (物距：無窮k)。在這種 情況下’高NA專用區域用於補償像差。因此，通過公共區 域RC的雷射光束的部分和通過高龍專用區域跗的雷射光 束的部分會聚在-點而形成光束點，所述光束點足夠小， 用於在第一光碟D1上進行資料記錄和讀出。 圖8A表示按照第二實施例的物鏡相對於第二光碟⑽ 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（2_iG X 297公爱） 彳碎,日修正/矣和補^
訂---------f (請先閲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 546488 當使用第二光碟D2時，使第二雷射光束（波長：78〇nm) 作爲發散光入射到透鏡上（物距：-52 〇_)。在這種情況 下’尚NA專用區域産生球面像差，如圖8A所示。因此， 如光束點圖（圖9A)和強度分佈（圖9β)所示，只有通過 公共區域RC的雷射光束的部分適用於在第二光碟似上進 行貧料記錄和讀出。通過高NA專用區域RE的雷射光束的 部分在光碟D2上在和光束點分開的環帶域内被散射。 第三實施例 圖10表示按照本發明第三實施例的替代圖3所示的物 鏡10的物鏡10B的正視圖。和第一、第二實施例類似，物 鏡10B的第一表面Π被分成公共區域RC (〇彡h<1.50) 和咼ΝΑ專用區域re ( 1· 50彡h)，在高ΝΑ專用區域re中， 形成一種衍射透鏡結構，其根據其中通過的光的波長改變 球面像差。按照第三實施例，在公共區域RC内形成另一個 衍射透鏡結構，用於補償色差。物鏡1〇β的第二表面是沒 有衍射透鏡結構的旋轉對稱的非球面。 、 表3表示按照所述第三實施例的物鏡丨〇Β的數字結構。 表3 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（21〇 X 297公爱） 546488 i月^^日修正/更正/#夹Γ h 五、發明說明（i?) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 NAi-0. 60 Fi = 3. 00 λ i-650 WDfI.61 ODi-〇〇 NA2二0· 46 f2:3· 02 λ 2-780 WD2-1.45 ODi--52. 0 第一表面 第二表面 公共區域 (0<h<l. 50) 高ΝΑ專用區域 (1· 50彡h) R 1· 935 1. 926 -7.075 K -0.500 -0. 500 0. 00 L· -5. 14χ ΙΟ'4 7. 55χ 10'4 2. 61χ ΙΟ"2 Αδ 6. 75χ 10"4 3. ΟΟχ ΙΟ"6 -7. 19χ 10~3 As -1. 36χ ΙΟ"4 -3. 27χ 10"4 4. 83χ ΙΟ"4 Αιο 4. 17χ ΙΟ-5 8. 90χ ΙΟ'5 7. 91χ ΙΟ'5 Al2 -2· ΟΟχ ΙΟ 5 -2. 68χ ΙΟ"5 -1·50χ 10—5 p2 -2. 00 -9· 97χ 10_1 — p4 -1. 54 -3.60χ ΙΟ1 — Pe 3. 70χ 10"1 -4.ΟΟχ 101 — p8 0. 00 0. 00 — Pio 0. 00 0. 00 — Pl2 0. 00 0. 00 — d (第一和第二表面之間的距離） ~ 1. 80 nd(物鏡的折射率） 1.5436 vd (物鏡的阿貝數） 55. 7 nd (光碟的折射率） 1. 5855 vd (光碟的阿貝數） 29. 9 圖11A表示按照第三實施例的物鏡相對於第一光碟D1 (請先閲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公釐） 546488 ^日修正
訂 t
Μ6488 ( ej 五、發明說明（丨斤，
區域 RE(1.2f)<u L \h)，並且在高ΝΑ專用區域RE中，形成 衍射透鏡結構，甘# b 、 # 其根據其中通過的光的波長改變球面像 差。物鏡10C的第_ | I ^ ^ 心 、 弟表面11是沒有衍射透鏡結構的旋轉料 稱的非球面結構。 了 表4表不按照第四實施例的物鏡的數字結構。 表4 ΝΑι:〇· 60 = ^ ππ . cra ΝΑ η ,R 3.00 λι=650 WDl = L61 〇Di = 〇〇 ΝΑ2-Ο. 46 f2=S Π9 Ί Γ70Π rnr. —1—~一 52· Ά 一 矣；?^ 乐—表面 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製
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54648J 4 (月为修正/1正厂補t A7 五 _________B7 、發明說明（>0) r~~~——-^-__ -一的距離） 1. 80 nd(物鏡的折射率） ~~--—·~-…. 1.5436 物鏡的阿貝數） 55. 7 Jljj光碟的折 1.5855 光碟的阿_.__ 29. 9 圖15A表不按照第四實施例的物鏡相對於第一光碟D1 在65〇nm的波長下的球面像差SA和正弦條件SC，圖15B 表不在波長650nm，645nm，和655nm下由球面像差表示的色 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製
差。 <當使用第一光碟D1時，使第一雷射光束（波長：65〇nm) 2爲平行光入射到透鏡1〇c上（物距··無窮大）。在這種 情況下，高NA專用區域用於補償像差。因此，通過公共區 域RC的雷射光束的部分和通過高M專用區域RE的雷射光 束的部分會聚在一點而形成光束點，所述光束點足夠小， 用於在第一光碟D1上進行資料記錄和讀出。 圖16A表示按照第四實施例的物鏡相對於第二光碟⑽ 在780nm的波長下的球面像差SA和正弦條件％，圖ι6β 表示在波長650·、645nm，和655ηιη下由球面像差表示的色差。 、 當使用第二光碟D2時，使第二雷射光束（波長·78〇μ) 作爲散射光入射到透鏡上（物距·· —52 〇_)。在這種情況 下’高NA專用區域産生球面像差，如圖j 6A所示。因此， 如光束點圖（圖17A)和強度分佈（圖17β)所示，只有通 過公共區域RC的雷射光束的部分適用於在第二光碟d2上 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) 訂---------f 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 546488 五、發明說明（：?丨） 己錄和-出。通過高NA專用區域RE的雷射光庫 碟D2上在和光束點分開的環帶域内被散射。 圖18表示按照第五實施例的物鏡1〇])和第一、第二光 ?2。按照第五實施例，人射到物鏡上的第-雷射光 束疋一個稍微會聚的光束。入射到第二光碟D2上的第二雷 射光束和其他實施例類似，是稍微發散的光束。 f第五實施例中，物鏡⑽的第一表面u被分成公共 品V C 0<}!<；[. 18)和高财專用區域跗（u<h)， 並且在高NA專用區域RE中，形成衍射透鏡結構，其根據 二中通過的光的波長改變球面像差。第_表面u的公共區 或RC疋連、.只的,又有衍射透鏡結構的表面。物鏡1⑽的第二 表面是沒有衍射透鏡結構的旋轉對稱的非球面結構。 表5表示按照第五實施例的物鏡的數字結構。 表5 ΝΑι 二 0· ΝΑζ=0. -60 Fi-2.33 λ 47 Ff2.35 λ ' --------- ι二650 WDi = l. η 2=780 WD2=0 Q4 〇Di = 260. 0 ODf-40. 3 第一 — 表面 弟二·表^面 公共區域（0$ h<l. 18) ' " ------ 高na專用區域 (1. 50^h) /! Vn 4 R 1.453 1.437 -6· 28 K -0. 500 —〇·500 Π Π Π L· -2. 74χ ΙΟ'4 卜 ——------ 一6· 58x l〇-4 U. U U 3. 43χ 10"2 Ae 1. 03χ ΙΟ"3 ------ -1. 95x l〇-3 -6· 43χ 1(Γ3 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐）
圖19 Α表示按照第五實施例的物鏡j 在650nm的波長下的球面像差SA和正弦條件，圖^丨 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 546488 l7"年I月^曰修正/臭受 五、發明說明（2：乙）
3. 75x 1 π ^ nd(物鏡的折射率） vd ( 阿貝數） nd (光碟的折射率） vd ( 勺阿貝數） 表示在波長650nm、645nm，和655nm下由球面像差表示1 色差。 μ 當使用第一光碟D1時，使第一雷射光束（、波長：65〇nm) 作爲稍微會聚的光入射到透鏡1〇c上（物距：26〇. 〇〇_)。 在這種情況下，高NA專用區域用於補償像差。因此，通過 公共區域RC的雷射光束的部分和通過高NA專用區域RE的 雷射光束的部分會聚在一點而形成光束點，所述光束點足 夠小，用於在第一光碟D1上進行資料記錄和讀出。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公复） (請先閲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 546488 ?>年（月,日修正A7 —----—__B7__ 五、發明說明（2多） 圖20A表示按照第五實施例的物鏡相對於第二光碟的 在_78〇nm的波長下的球面㈣SA和正弦條件％，圖^ 表不在波長650rini、645ηηι，和655ηηι下由球面像差表示的 色差。 當使用第二光碟D2時，使第二雷射光束（波長：78〇ηβ〇 作爲散射光入射到透鏡上（物距：-4〇.3inm)。在這種情況 下，高NA專用區域産生球面像差，如圖2〇A所示。因此， 如光束點圖（圖21A)和強度分佈（圖21]B)所示，只有通 過公共區域RC的雷射光束的部分適用於在第二光碟⑽上 進仃貧料記錄和讀出。通過高NA專用區域RE的雷射光束 的部分在光碟D2上在和光束點分開的環帶域内被散射。 一如上所述，按照本發明，入射到物鏡上的雷射光束的 會聚/發散的程度根據光碟的保護層的厚度而改變。利用這 種結構，即使對於具有相對厚的保護層的光碟，也可以獲 得物鏡的足夠大的可移動範圍。因而，可以縮短物鏡的焦 距，這使得能夠縮小光學頭的尺寸。 此外，物鏡的一個表面被分成一公共區域Rc和一高 NA專用區域RE，並在高NA專用區域RE内形成一種衍射透 鏡結構，用於根據波長改變球面像差。利用這種結構，對 於高資料密度的光碟，通過公共區域Rc和高NA專用區域 RE的光束部分被會聚在一點，從而達到高的να。對於低資 料密度的光碟，通過公共區域RC的光束的部分會聚在光碟 上，並且使通過高ΝΑ專用區域RE的部分發散，因此不貢 獻于光束點的形成，因而，實現了合適的να。 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)
546488 I月γ日修正Α7 五、發明說明（2+) 【主要元件符號對照說明】 100· ••光學系統 10… 物鏡 Π… 第一 表面 12… 第二 表面 21··· 第一 雷射裔 元件 22… 第二 雷射模 組 23… 分束 器 24··· 準直透鏡 D1··· 第一 光碟 D2··· 第二 光碟 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)
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經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 L圖示之簡單說明】 圖1不意地表示按照本 光學系統的結構； “弟-實施例的用於光學頭之 圖2A是該光學系統的物鏡的正視圖； 圖2β，圖2A所示物鏡的剖面側視圖； 圖2C是圖2A所示的物俨 立 的物鏡的局部放大的剖面側視圖； 圖d不思地表不按昭士 設置； 女…本發明弟一實施例的物鏡和光碟的 圖4A圖4B爲分別表示按照第施 碟時的球面像差和色差的曲線圖； t用弟先 ，5A、圖5B爲分別表示按照第一實施例當使 碟時的球面像差和色差的曲線圖； 弟-先 圖6A、圖6B分別表示按照第一實施例當使用第： 時的光束點圖和表示其強度分佈的曲線； 圖7A圖爲分別表示按照第二實施例當使用第， 碟時的球面像差和色差的曲線圖； 圖8A、圖8B爲分別表示按照第二實施例當使用第 碟時的球面像差和色差的曲線圖； 士圖9A、圖9B分別表示按照第二實施例當使用第二 日守的光束點圖和表示其強度分佈的曲線； 圖不意地表示按照本發明的第三實施例的物鏡 碟的設置； 圖ΠΑ、圖Πβ爲分別表示按照第三實施例當使用 光碟時的球面像差和色差的曲線圖； 本紙張尺度翻 規格(210 X 297 i¥T~ ^--- 轸止 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 546488 、θ 12A、圖12β爲分別表示按照第三實施例當使用第二 光碟時的球面像差和色差的曲線圖； 圖13Α、圖13Β分別表示按照第三實施例當使用第二光 碟時的光束點圖和表示其強度分佈的曲線； 圖14不意地表示按照本發明的第四實施例的物鏡和光 碟的設置； 圖15Α '圖15Β爲分別表示按照第四實施例當使用第一 光碟時的球面像差和色差的曲線圖； 圖16A、圖16Β爲分別表示按照第四實施例當使用第二 光碟時的球面像差和色差的曲線圖； 圖ΠΑ、圖17B分別表示按照第四實施例當使用第二光 碟時的光束點圖和表示其強度分佈的曲線； 圖18示意地表示按照本發明的第五實施例的物鏡和光 碟的設置； 圖19A、圖19B爲分別表示按照第五實施例當使用第一 光碟時的球面像差和色差的曲線圖； 圖20A、目20B冑分別表示按照第五實施例當使用第二 光碟時的球面像差和色差的曲線圖；以及 圖21A圖21B分別表示按照第五實施例當使用第二光 碟時的光束點圖和表示其強度分佈的曲線。 本紙張尺度翻中國國家標準（CNS)A4規^：_(21〇 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

Claims (1)

  1. 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 '申請專利範圍 種用於光碟驅動器的光學頭之光學系統，所述光碟 ，動态能夠使用至少一第一光碟和一第二光碟，所述 第二光碟的保護層比第一光碟的保護層厚，並且第二 光碟的資料密度小於第一光碟的資料密度，所述光學 糸統包括： 一有選擇地發射具有第一波長的第一雷射光束和 具有第二波長的第二雷射光束的光源，所述第二波長比 第一波長長；以及 一用於把第一雷射光束和第二雷射光束分別會聚 到第一光碟和第二光碟上的物鏡，所述第二雷射光束作 爲發散的光束入射到物鏡上，所述第一雷射光束作爲發 政度小於第二雷射光束的發散度的光束入射到物鏡 上，其中，所述物鏡的一個表面被劃分成一在中心部分 的公共區域和一在圍繞所述公共區域的周邊部分的高 數值孔徑專用區域，在所述高數值孔徑專用區内形成一 包括具有微小臺階的多個同心環帶的衍射透鏡結構，所 述衍射透鏡結構補償其中通過的第一雷射光束的一部 分的像差，而所述衍射透鏡結構還産生對其中通過的第 二雷射光束的一部分的像差，通過上述公共區域和上述 高數值孔徑專用區域的第一雷射光束被會聚在第一光 碟上，以形成一光束點，通過所述公共區域的第二光束 的一部分被會聚在第二光碟上，以形成一光束點，通過 所述咼數值孔徑專用區域的第二雷射光束的部分在第二光碟 上散射。 μ 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 χ 297公釐） -----------------訂 i n I n ϋ I ϋ I 線-·ί (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 546488 聲\ A Ν'— 4
    A8 B8 C8 D8
    申請專利範圍 經濟部智慧財產局員工消費合作社印制衣 2 ·如申請專利範圍第1項所述的光學系統，其中形成在 所述高數值孔徑專用區域中的所述衍射透鏡結構根據 其中通過的光的波長改變球面像差。 3 ·如申請專利範圍第1或2項所述的光學系統，其中所 述公共區域被配置成爲連續表面而沒有帶臺階的部 分。 4 ·如申請專利範圍第丨或2項所述的光學系統，其中所 述公共區域被形成有包括多個具有微小臺階的同心環 帶的衍射透鏡結構。 5 ·如申請專利範圍第4項所述的光學系統，其中形成在 所述公共區域的所述衍射透鏡結構用於補償色差。 G ·如申請專利範圍第1或2項所述的光學系統，其中入 射到所述物鏡上的第一雷射光束是平行光束。 7·如申請專利範圍第3項所述的光學系統，其中入射到 所述物鏡上的第一雷射光束是平行光束。 8 ·如申請專利範圍第4項所述的光學系統 所述物鏡上的第一雷射光束是平行光束。 9 ·如申請專利範圍第5項所述的光學系統 所述物鏡上的第一雷射光束是平行光束。 1〇·如申請專利範圍第i或2項所述的光學系統，其中入 射到所述物鏡上的第一雷射光束是會聚光束。 U · 一種用於光碟驅動器的光學頭的物鏡，所述光碟驅動 裔至少能夠使用-第一光碟和一第二光碟，第二光碟 的保護層的厚度大於第一光碟的保護層的厚度，並 其中入射到 其中入射到
    「w之a意事項再填寫本頁) 546488 t年I月^日修疋| ___ D8 六、申請專利範圍 f二光碟的資料密度小於第-光碟的資料密度，具有 第-波長的第-雷射光束和具有第二波長的第二雷射 光束被有選擇地入射到所述物鏡上，所述第三波長大 於第一波長，所述物鏡分別把第-雷射光束和第二雷 射光束會聚到第-光碟和第二光碟上，其中所述物鏡 的-個表面被劃分成一在中心部分的公共區域和一在 圍繞所述公共區立或的周邊部分的高數值孔徑專用區 域，在所述高數值孔徑專用區内形成一包括具有微小 $階的多個同心裱帶的衍射透鏡結構，所述衍射透鏡 結構補彳員其中通過的第一雷射光束的一部分的像差， 所述衍射透鏡結構還産生對其中通過的第二雷射光束 一部分的像差，通過所述公共區域和所述高的數值孔 徑專用區域的第一雷射光束被會聚在第一光碟上，以 形成一光束點，通過所述公共區域的第二光束的一部分被會 聚在第二光碟上，以形成一光束點，通過所述高數值孔徑專 用區域的第二雷射光束的部分而在第二光碟上散射。 12 ·如申請專利範圍第丨丨項所述的物鏡，其中被形成在 所述高數值孔徑專用區内的衍射透鏡結構根據其中通 過的光的波長改變球差。 13 ·如申請專利範圍第11或12項所述的物鏡，其中所述 公共區域被配置成爲一個連續的表面而沒有帶臺階的 部分。 14 ·如申睛專利範圍第Π或12項所述的物沒，丨〔中所述 公共區域被形成爲一種衍射透鏡結構，K f包括具有 W張尺B用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公穿）
    誚先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) I I tr 4 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製
    申請專利範圍 546488
    其中入射到物 其中入射到物 射到物 其中八 u小堂階的多個同心環帶。 15 i如^申請專利範圍第14項所述的物鏡，其中在所述公 〃、區域中幵> 成的所述衍射透鏡結構用於補償色差。 16 ·如申請專利範圍第11或12項所述的物鏡，其中入射 到物鏡上的第一雷射光束爲平行光束。 17 ·如申請專利範圍第13項所述的物鏡 鏡上的第一雷射光束爲平行光束。 18 ·如申請專利範圍第丨4項所述的物鏡 鏡上的第一雷射光束爲平行光束。 19 ·如申請專利範圍第15項所述的物鏡： 鏡上的第一雷射光束爲平行光束。 20 ·如申請專利範圍第11或12項所述的物鏡，其中入射 到物鏡上的第一雷射光束爲會聚光束。 (誚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 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公餐）
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