TW571115B

TW571115B - Objective lens of optical system for optical pick-up

Info

Publication number: TW571115B
Application number: TW090128221A
Authority: TW
Inventors: Koichi Maruyama
Original assignee: Pentax Corp
Priority date: 1999-03-08
Filing date: 2000-03-04
Publication date: 2004-01-11
Also published as: US6344935B1; WO2000054262A1; MY117210A; CN1343354A; CN1136561C; DE10084813T1; KR100457300B1; KR20010112295A; JP2000260049A; TW475065B; ID30302A; DE10084813B4

Description

571115 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製五、 A7

發明說明（1 ) [發明背景] 本發明是有關於-種用於光學攝像的光學系統，此光學攝像能夠使用兩種具有不同記錄密度的光學碟片。 -般，在光麵㈣層上所形成的光點錢與光聲的記錄密度有密切的關係。也就是說，光點的直徑必須要有適當的大小以用來覆蓋在記錄層上一執跡的寬度。有較高記錄密度的碟片有較窄的執跡寬度，這需要一個較小的光點大小。相對的，也有較低記錄密度的碟片有較寬的軌跡寬度，這需要一個較大的光點大小。當光點的直徑比執跡寬度大很多時，重現的訊號可能包括訊號的不穩定性（jitter)，這是從該重現訊號上的鄰近執跡反射光的不希望得到的效果。另一方面，當光點的直徑比轨跡寬度小很多時，特別是對於一光學系統經過繞射光的使用從一如CD的光碟片重製該重現訊號，此系統由於沒有足夠的繞射可能無法重現該訊號。因此，如光的波長變成較短而數值口徑（Numerical Aperture，ΝΑ)變成較大，光點的直徑就變較小，對於有南記錄密度的數位多用途碟片（DVD)之光學系統需要較短的波長與較高的NA，而且對於有低記錄密度的CD之光學系統需要較長的波長與較低的MA。相容於CD與DVD之間的傳統光學攝像被提供一對光學系統’而該對光學系統係特別地分別設計給CD與Dvd。然而，像這種光學攝像增加了裝置的所有大小以及增加了製造成本。另一種的傳統光學攝像被提供一對半導體雷射，這些本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公复） ί請先閱讀背面之注音？事項再填寫本頁>

571115 A7 ^----—---— B7_____五、發明說明（2 ) 田射的放射波長是彼此不相同，光學系統包括—接物透鏡，係共同適用於CD與DVD ;以及—光圈機構，係反應碟月的形式來改變NA。然而，當光圈機構被安裝在一個用於驅動追跡伺服（TrackingServ〇)的可移動部分上時，可移動部分的重量增加為降低追跡的響應。在另方面，當光圈機構被安裝在其他的可移動部分上時，特別是當光圈限制光束直徑為較小時，由於接物透鏡的追跡移動會改變在接物透鏡的入射光量，這會改變重現訊號的位準。這就是說，因為進入接物透鏡的入射雷射光束直徑較大於一般接物透鏡的直徑，在光束直徑之内接物透鏡的追跡移動不會改變入射光量。然而，當入射雷射光束被光圈限制時，由於追跡移動中一部分的接物透鏡可能沒有接收到雷射光束，而改變了入射光量。

— II I , t (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 [發明概述] 因此，本發明的目的係提供一種光學攝像的光學系統’能夠調整光點大小符合於光學碟片的記錄密度而沒有使用光圈機構。對於上述的目的，根據本發明有提供一種光學攝像的改良光學系統，能夠使用兩種具有不同記錄密度的光學碟片，係包括：一光源部分，用於選擇性地射出一具有相對地短波長的第一雷射光束與一具有相對地長波長的第二雷射光束；以及一接物透鏡，用於聚集來自光源部分的雷射光束到達本紙張尺度剌+關家標準（CNS)A4規格（210 x 297公复了訂---------紗 -1 I 1 571115 Α7

光學碟片的記錄層，該接物透鏡在周圍區域被提供一傳送五、發明說明（3 ) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製控制相位柵攔（transmittance controlling Phase grating)，該周圍區域會有一波長依存關係（wavelength dependence)使得對於第一雷射光束的傳送較高於對於第二雷射光束的傳送。傳送控制相位柵攔被形成為複數個同心凹槽，每一個凹槽在包含接物透鏡的光軸平面上有矩形的橫切面。換句話說^.凹槽的側壁實際上是平行於的光轴，凹槽的凹入表面與凹槽之間的凸出表面實際上分別是符合於微小形狀的透鏡表面。周圍區域在雷射光束的傳送區域之外，該雷射光束具有預定的NA以用於具有較低記錄密度的光碟。應該被注意的是”傳送（transmittance)，，被定義為雷射光束的光量比，該雷射光束的光量係將通過周圍區域内部的中心區域的光束一起形成一光點為入射到周圍區域上雷射光束的光量。田當使用具有較高記錄密度的光碟時，光源部分射出具有較短波長的第-雷射光束。因為傳送控制相位柵搁對ς 第一雷射光束有較高的傳送能力，第一雷射光束不僅僅通過中心區域還通過接物透鏡的周邊區域。如此的結果，對於第一雷射光束接物透鏡的να相對地變成高，這減少了在光碟上光點的大小。田使用具有較低記錄密度的光碟時，光源部分射出具有車乂長波長的第一雷射光束。因為傳送控制相位栅攔對於第一雷射光束有較低的傳送能力，這遮斷第二雷射光束且第二雷射光束主要通過接物透鏡的中心區域。如此的結

(請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) r— — — — — — — 訂— 綠 2 A7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 571115 五、發明說明（4 果、寺；第—运射光束接物透鏡的N A相對地變成低，這增大了在光碟上光點的大小。在此况明中，接物透鏡被定義為一透鏡，具有至少聚集功能與傳送控制功能而無關於透鏡單元的數量。換句話說，接物透鏡可為單一透鏡或者結合複數個單元。進一步地控制功能可能從聚集功能中分離出來。接物透鏡可能是聚集透鏡與具有傳送控制相位栅獅平板所結合的。比較好的是傳送控制相位柵欄給予光學路徑差異，這等於第一雷射光束的波長的” P”倍（P為整數）且這等於第二雷射光束的波長的，VQ·5，，倍U為整數）。例如，p=3與 q=2 0 進一步地，可能設計光源部份為第一與第二雷射光束滿足以下條件d): 0.81 < λΐ/ λ2 < 0.85......⑴ 其中，λΐ為第一雷射光束的波長，且 λ2為第二雷射光束的波長。再進一步地，傳送控制相位栅攔最好被形成為工作比例（duty ratio)不是1:1。工作比例被定義為在放射方向上凹入表面的寬度R1比上鄰近凸出表面的寬度R2的比值。更清楚地說，最好是至少有一對凹入表面與鄰近凸出表面係滿足以下的條件（2)與（3)之一； 1.2 < R1/R2 < 3.〇 …… ⑵ 1.2 < R2/R1 < 3.0 …… ⑶ 最好地’工作比例Rl/R2變化視在周圍區域中的放射 (社叫先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) ^-------訂---------# -fi el· . 15 A7 五、發明說明（5 方向中的位置而a ΪΓ近凸出表面中可滿❹警方向㈣側的巾d域可為連續表面，其沿著放射選擇性：：面是單—彎曲面。在如此的狀況中，光源部分

束入射到4第;雷射光束’如此使得W 、兄為一平仃光束而且第二雷射光束入射到接物透鏡為—發散光束。另一方面，在中心區域可形成繞射透鏡結構。該繞 t構被形成騎數_叫狀，L、環狀有楔純切面’係具有—波長依存關係使得當人射光的波長增加時球面傻# l u 左Upherical aberrati〇n)在不完全修正 (undercQrre(：ted)方向上變化。在如此的狀況中，光源部分選擇性地射出第-與第二雷射光束，如此使得第一與第二雷射光束人射到接物透鏡為-平行光束。 [圖式之簡單說明] 圖一顯示根據以D V D之第一實施例的光學攝像的光學系統圖二顯示根據以CD之第一實施例的光學攝像的光學系統。圖三A是根據第一實施例的光學系統中接物透鏡的橫切視圖。圖三β是圖三A中接物透鏡的周圍區域的放大視圖。圖四是根據第二實施例的光學系統中接物透鏡的橫 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 1H I - 訂---------^ 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（210 297公釐）發明說明（6) 切視圖。圖五是根據以DVD之第一數值範例接物透鏡的透鏡圖。圖六A是顯示圖五中光學系統的球面像差的圖形。圖/、疋”、'員示圖五中光學糸統的像散性（astigmatism 的圖形。圖七是根據以CD之第一數值範例接物透鏡的透鏡圖。圖八A是顯示圖七中先學系統的球面像差的圖形。圖八B是顯示圖七中光學系統的像散性的圖形。圖九是根據以DVD之第二數值範例接物透鏡的透鏡圖。圖十A是顯示圖九中光學系統的球面像差的圖形。圖十B疋顯示圖九中光學系統的像散性的圖形。圖十一是根據以CD之第二數值範例接物透鏡的透鏡圖。圖十二A是顯示圖十一中光學系統的球面像差的圖形。圖十二B是顯示圖十一中光學系統的像散性的圖形。 [本發明的實施例說明] 第一實施侈、丨圖一與圖二顯示根據第一實施例的光學攝像的光學系統。光學攝像是運用在一光學碟片裝置，該光學碟片裝置月b夠圮錄/重現相對的高記錄密度的DVD與相對的低記錄密度的CD。光學系統記錄/重現訊號到達/來自如圖一 A7 571115 ______B7___ 五、發明說明（7 ) 所不的DVD ’以及光學糸統重現訊號來自如圖二中所示的 CD。圖三A是使用於圖一與圖二的光學系統中接物透鏡的橫切視圖。如圖一與圖二中所示，光學系統包括一光源部分1〇、一光束成形/分離稜鏡20、一接物透鏡3〇與一光接收部份 4〇。光源部分10被提供有第一半導體雷射n，係當使用 DVD時放射具有相對地短波長的第一雷射光束、第二半導體雷射I2，係當使用CD時放射具有相對地長波長的第二雷射光束、一極化光束分離器丨3與一瞄準透鏡u。光源部分10選擇性放射出第一雷射光束與第二雷射光束。第一半導體雷射11被安置使得第一雷射光束入射到 δ亥極化光束分離器13上為一 P-極化光，且第二半導體雷射I2被安置使得第二雷射光束入射到該極化光束分離器上為 S-極化光。取準透鏡14：為單一件正片透鏡（positive ien)，該透鏡具有折射的能力從第一半導體雷射u轉換發散光束成為一平行光束。來自第一半導體雷射u的第一雷射光束入射到接物透鏡30上為圖一所示的平行光束。在另一方面，來自第二半導體雷射12的第二雷射光束入射到接物透鏡3〇上為圖二所示的發散光束。 ,由一對稜鏡21與22所組成的光束成形/分離稜鏡2〇幵/成每射光束的橫切面（cross section)且反射自光碟片 DVD或CD而入射到光接收部份4〇上。諸如PMMA之塑膠所製成的接物透鏡3〇單一件透鏡，八第與第二透鏡表面30a與30b是非球面。接物透鏡3〇 ▼-------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

〕/丄115 A7 '^'---~—防—____ 五、發明說明（8 ) 攸光源部分10聚集f射光束到達光碟片勵或a的記錄層。傳送控制相位栅攔32在第_透鏡表面3〇a的周圍區域中形成，且中心區域被形成為連續表面31，其沿著放射方向的橫切面是單一彎曲面。 /光接收部份40包括一凝聚透鏡41以聚集來自光束成形广刀離稜鏡20的反射光束、一極化光束分離器犯、一對圓柱狀透鏡43與45、以及_對光檢測器44與46。反射、光碟片的第运射光束穿過極化光束分離器42與圓柱狀透鏡43人射到第—光檢測器^上。反射自光碟片的第射光束穿過極化光束分離器42與圓柱狀透鏡45入射到第二光檢測器46上。接物透鏡30的細節將參考圖三A與圖三B說明。圖二A疋接物透鏡3〇的橫切視圖而圖三b是周圍區域的放大視圖。在周圍區域中傳送控制相位栅攔π被形成為複數個同心凹槽且具有波長依存關係使得對於第—雷射光束的傳送較高於對於第二雷射光束的傳送。每一個凹槽在包含接物透鏡30的光軸Αχ平面上有矩形的橫切面。換句話說’凹槽的側壁32a實際上是平行於的光轴Αχ，凹槽的凹入表面32b與凹槽之間的凸出表面32(：實際上分別是符合於微小形狀的透鏡表面。第一表面30a定義為一實質表面，係包含凸出表面32c。此外，中間表面3〇c定義為一實質表面’係包含如圖三A中點線所顯示的凹入表面 32b。在第一實施例中，在中心區域中連續表面31符合於第一表面30a。然而，連續表面31可能符合於中間表面 3〇c °這應該注意的是當比較於實際的架構時，圖三a強本紙張尺度巾_ ^?75^π^1(Γ；γ297公爱） I Γ Γψ I I I n n I I —r (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂---------銹經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 571115 A7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 B7 五、發明說明（9 ) 調了凹槽。多數的細長凹槽被形成在實際的架構中。因為傳送控制相位柵攔32對於第一雷射光束提供較高的傳送，所以第/雷射光束不僅通過中心區域而且通過接物透鏡30的周園區域。如此的結果，對於第一雷射光束接物透鏡30的NA變成為相對地高，這形成了較小光點而適於DVD。因為傳送控制相位栅攔犯切斷第二雷射光束，所以第二雷射光束僅通過中心區域。如此的結果，對於第二雷射光束接物透鏡30的變成為相對地低，這形成了較大光點而適於CD。周圍區域在雷射光束的傳送區域之外，該雷射光束具有預定的NA以用於具有較低記錄密度的光碟片。因為CD 所要求的ΝΑ是大約〇·45，所以周圍區域定義為具有例如 ΝΑ=〇·45的雷射光束的傳送區域之外。傳送控制相位栅欄32給予光學路徑差異，這等於第一雷射光束的波長的” Ρ”倍（ρ為整數）且這等於第二雷射光束的波長的，，q+0·5，，倍（q為整數）。當光學路徑差異為波長的整數倍時，相位柵攔32的光學功能是相同於沒有凹槽的平坦表面，該雷射光束以高傳送通過。在另一方面，當光學路徑差異為波長的，，整數+0·5，，倍時，穿過凹入表面 32b的雷射光束抵消穿過凸出表面32c的雷射光束，這低了傳送。 ^降傳送控制相位栅攔32的要求被列在下列： (a)使第一雷射光束的傳送最大化為零階繞射繞射光” 、、1非 Μ氏張尺度適財^^鮮（CNSGS.(21G__x;公⑹ I t l·%--------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁} 訂-------- 1 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 7 5 5 五 A7 _______B7_____ 、發明說明（l〇) (b) 使第二雷射光束的傳送最小化為零階繞射光；以及 (c) 使第二雷射光束的入射光量最小化，該第二雷射光束被傳送控制相位柵欄32所繞射且入射到光檢測器44 與46。關於藉傳送控制相位柵攔的繞射，當入射到光碟片的第二雷射光束之繞射的階數為反射自光碟片而向著光檢測器的第二雷射光束之相反數目（係該數目有相反的符號但是有相同的絕對值）時，繞射雷射光束沿著相同的光學路徑進行為非繞射雷射光束且然後到達光檢測器。例如，當入射雷射光束在-1st階處被繞射且反射雷射光束在十1 St階處被繞射時，繞射雷射光束沿著相同的光學路徑進行為非繞射雷射光束。因為繞射雷射光束被散開在光碟片上一太大的區域以重製記錄訊號，反射光束的強度符合於許多記錄訊號之間的平均強度且幾乎是定值。定值要素給予該重現訊號一 DC偏移（off set)且降低S/N比例。因此，不僅僅滿足要求（a)與（b)亦滿足要求（c)是很重要的。由於繞射損失的增加，即使光學路徑差異是波長的整數倍’沿著光軸方向介於凹入表面32b與凸出表面32c之間的車父大位置差異減少傳送。因此，介於凹入表面與凸出表面之間的差異應該儘可能的小以滿足要求（a)且適於製造。換句話說，值”p”與”q”最好是儘可能的小。為了使值”P”與”q”最小化，對於一些含意必須第一雷射光束的波長λι不同於第二雷射光束的波長λ2。最好是，波長λ1與以滿足以下條件（1): 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐）霾 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂---------- 571115 A7 —-----_______ 五、發明說明（π) 0.81 < λΐ/λ2 < 0.85 ...... ⑴ 在半導體雷射的實際選擇考量當中，當第一波長^ 為65〇 nm且第二波長λ2為？8〇⑽時，則該條件（ι)是滿足（λΐ/λ2=0·833)且當p=3與q=2時，光學路徑差異是 1.95岬。在如此的狀況中，當在空氣中使用其折射指數2 1.5的透鏡，則沿著光軸方向介於凹入表面與凸出表面之間的較大位置差異變成3·90μιτι。最好是，凹入表面的寬度R1對鄰近凸出表面的寬度 R2的比例的接近1:1以滿足要求（b)。該比例R1 / R2定義為工作比例。在另一方面，該工作比例R1 / R2最好不是1:1以滿足要求（c)。因此，找出介於要求（1))與（(：）之間的折衷點是必須的’而要求（b)與（c)彼此是不一致的。下列表一顯示當光學路徑差異等於一半的波長時，介於工作比例 R1:R2變化與第二雷射光束的繞射效率之間的關係。該繞射效率是以百分比表示繞射光量對入射光量的比例。表一 (ίί-D先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂-------- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印制π 繞射工作比例壇數 0.5:0.5 0.45:0·% 04:0.6 0.35:0.65 0,3:0.7 0.25:0.75 0 0.0% 1.0 4.0 9.0 16.0 25.0 ±1 40.5% 39.5 36.7 32.2 26.5 20.3 土2 0.0% 1.0 3.5 6.6 9.2 10.1 ±3 4.5% 3.6 1.6 0.1 0.4 2.2 ±4 0.0% 0.9 2.3 2.3 0.9 0.0 本紙張尺度侧巾關家標準（cns)A4規格⑵Q χ 297公爱） 571115 五、發明說明（12) 土5 1.6¾ 0.8 0.0 0.8 1.6 0.8 f請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 當工作比例為〇·5 :0 ·5時，則零階繞射光（非繞射光）為〇 %，對於CD光點不會變成太小。然而，81%的第二雷射光束射到傳送控制相位柵欄32變成± lst階繞射光，該繞射光散佈於直徑約為1〇〇|Llm的圓。雜訊雷射光束量的總和在+ lst階處繞射向著光碟片以及在-1st階處繞射向著光檢測器，與雜訊雷射光束量在—lst階處繞射向著光碟片以及在"fist階處繞射向著光檢測器，是等於在振幅值中大約33%的入射光量。在另一方面，當工作比例為時，則零階繞射光的繞射效率變成25%。在如此的狀況中， 5〇%(在振幅值中）的第二雷射光束入射到傳送控制相位柵欄32被聚集以形成在光碟片上的光點，對於CD被第二雷射光束形成的光點變成太小。在預定階處繞射向著光碟片以及在該階的相反數值處繞射向著光檢測器之雜訊雷射光束量變成大約10%。經濟部智慧財產局員工消費合作社印制衣因此，傳送控制相位柵欄32被設計，使得至少一對的凹入表面與鄰近凸出表面折衷了要求（b)與（c)以滿足以下條件（2)與（3)之一。在周圍區域的内部一半區域中，條件（2)或（3)最好是被滿足。 1.2 < R1/R2 <3.0 ...... (2) 1.2 < R2/R1 <3.0 ...... (3) 當工作比例R1/R2或其倒數r2/R1是小於U時，則雜訊雷射光束的光量變成太大，這違反了要求（c)。相反本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱） 571115 Π Α7 --~~-—___ 、發明說明（I3) 地田》亥比例大於3.0 4 ’第二雷射光束的零階繞射光在振幅值中超過50%，這違反了要求⑻。這也就是，對於 CD光點變成太小。、此外’在周圍區域的整個區域中，工作比例ri/r2可能是定值，同時為了找出介於要求⑻與⑹之間較佳的折衷點最好是視在周圍區域巾的放射方向巾的位置而定變化工作比例R1/R2。與其在周圍區域中穿過_部分的雷射光束，不如在周圍區域中穿過外側部分的雷射光束促使減少光點大小。為了避免減少太多的光點大小，特別是在周圍區域中的外面部分中應該滿足要求⑹。因此，在周圍區域之内從内側朝向著外側絕對差值|M-R2|可能最好減少。其工作比例R1:R2等於x:y之傳送控制相位栅攔有相同的光學效能如同其工作比例R1:R2等於y: χ之相位拇攔。因此，當模型被精準的車床製造出來且使用該模型來複製接物透鏡時，模型的凹處（depression)愈寬，則模型的製造愈容易。模型的凹處寬度係符合於透鏡的凸出表面的寬度R2 °因此，在周圍區域中滿足條件R1<R2，特別是其外側部分中，以便與模型的製造。 DVD與CD彼此的不同不僅僅在記錄密度，而且在覆蓋層的厚度也不同。CD的覆蓋層有l.2mm厚度，且DVD的覆蓋層厚度是〇.6随。由於覆蓋層的不同記錄層的置換可被光學攝像中所提供的自動對焦機構來補償。雖然當接物透鏡被移動時近軸光點移動，但是覆蓋層厚度的改變改變了球面像差。當碟片被置換時，假如光學 ▼-------訂----I I I . (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) ί 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

571115 A7 I " --- R7___ 五、發明說明（M) 縣僅移動接物錢，則冑誠束时前像差（ wave front aberration)被衰弱。因為接物透鏡3〇被設計成使其對於勵球面像差最小化，所以當對於CDS相同的條件下使用 #物透鏡3Q時球面像差將被過度修正（。贈corrected)。目此’第—實施例的光學攝像改變人射到接物透鏡30上 #田射光束的收⑽咖贈脚“）。這就是說，第一雷射絲入射到接物透鏡3〇上當作一平行光束，同時第二雷 #光束人射到接物透鏡3Q上當作—散開光束。光的散開纟大，在修正之下的方向球面像差愈大。因此，由於散開胃射光束修正之下的球面像差解除GD的覆蓋層所引起的過度修正球面像差。第二實施例圖四顯示根據帛二實施觸祕透鏡Μ。對於球面像差修正的目的’在巾心、區域可形成繞射透鏡結構。該繞射透鏡結構具有波長依存關係使得當人射光的波長增加時，在修正之下的方向變化球面像差。接物透鏡5〇在周圍區域中提供有傳送控制相位栅攔52就如接物透鏡3〇，與繞射透鏡結構51，該結構被形成為複數個同心環狀，每 -同心環狀有楔形橫切面。當光學攝像採用接物透鏡5〇時，光源部分H)選擇性地放射出第—與第二雷射光束，使得該第-與第二雷射光束人射到接物透鏡5q上為平行光束。以下將說明符合如圖三與圖四所示的接物透鏡3〇與 50之數值範例。

本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 297公釐） 571115 A7

經濟部智慧財產局員工消費合作社印製第一範例第一範例的接物透鏡符合於圖二傳适控制相位柵欄在第：表面的周圍區域中形成’而周圍區域内側的中心區域被形成為沒有凹槽的連續折射矣而〇之第-數值範例接物透鏡3◦的透表鏡面3^五是根據以麵規圚。圖七是顧 =物透鏡3G的透·。應紐意到的是相位Γ搁並沒有顯示於透鏡圖中。其數值建構被描述於表二中。表、岙於on工主工u 士 1興存2表不接物透鏡3〇而表面#3她表示光碟片的覆蓋層。表面中間表面30c(見圖三A)。東的t二L二(單位:nm)表示為對於_第-雷射光束的波長’ λ2(早位：nm)表*為對於③第二雷射光束的波長’叫單位：mm)表示為當制__有焦點的長度， f2(单位：mm)表示為當使用CD時所有焦點的長度，W表示為當制_時的倍率’M2表示為當使用⑴寺的倍率， r(早位表示為透絲面的曲率半徑（對於非球面表面在鏡頭處的值），d(單位：mm)表示為沿著光軸介於表面之間的距離’ ηλ表示為在波長“處的折射指數，以及別表示為驗數。對於们與心左邊的值當使用_時有效，右邊的值當使用CD時有效。、，_當使肖DVD日夺’第一雷射光束入射到接物透鏡⑽為平订光束’目標點（Qbije(；t p〇int)位於從接物透鏡的第一表面的無窮距離遠處n方面，當仙cd時，第二雷射光束人射到接物透鏡3(3為散開光束，從第_表

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五、發明說明（I6 面到目標點的目標距離為—84 0 mm。接物透鏡30的％士 ^ ^ 斤有的苐一表面30a(表面#1)、中間表面30c(表面M)鱼筮一士表面3〇b(表面#2)是循環地對稱的表^、· ^循裱地對稱的非球面表面由下列方程式來 X(h) =___Ji^c + A4h4 + Α〆 + A8h8 + A 丨。hi。+ A〆2 + Δ 為 ag ’那就是’在表面上的一點處從切線平面聲曲面的距離’該表面從錄的高度是h。符號c為表面的鏡頭的曲率（1/r)，K是錐形常數(conic constant)， A4、A6、A8、Aw、Al2與△分別是第四、第六、第八、第十、第十二與零階的非球面表面係數。常數K與係數八4到A 與Δ被顯示於以下的表三中。 12 t (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 表二 λ1=650ππι f 1=4. 〇〇mm M1=0.0 λ2=780ηπι f 2=4 · 03mm M2=-0 · 050 表面數目 r_d n650 n780 v 訂---------% 經濟部智慧財產局員工消費合作社印？衣 #1 2.49626 0.00361 Μ 2.49500 2.40000 1.54082 1.53677 55.6 #2-10.78900 2.270/2.115 #3 〇〇 0.600/1.200 1.58030 1.57346 29.9 #4 〇〇表三表面#1_表面Μ_表面#2 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 571115 A7 B7 五、發明說明（17) R 2.49626 2.49500 -10.78900 K -0.440 一0.440 0.000 A4 -5.865X10'4 -5.867X10"4 7.378x10— A6 -2.887X10'5 -2.837X10'5 -9·690χ1(Γ A8 - 2·274χ10_5 - 2·274χ10-5 2.830x10— A10 3.393X10"6 3.393xl0"6 1·500χ1(Γ A12 -8.4000X10'7 -8.365Χ10"7 0.000 Δ 0.000 0.000 0.000 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 圖六A與圖六B顯示當使用DVD在650nm的波長時根據第一範例接物透鏡30的第三階像差。圖六A顯示球面像差SA與正弦條件SC，圖六B顯示像散性（S:Sagittal, M : Meridional)。在圖六A與圖六B中，垂直軸表示數值口徑NA且水平軸表示像差的量。軸的單位為”mm”。圖八 A與圖八B顯示當使用CD在780nm的波長時接物透鏡30 的球面像差與像散性。經濟部智慧財產局員工消費合作社印製表四顯示當工作比例R1:R2等於0.5:0.5時傳送控制相位柵欄32的構造。在表四中的數值表示從光轴的距離 h。在表四中，距離h表示圓的半徑，該圓介於凹入表面 32b與凸出表面32c之間的邊界。凹入表面32b與凸出表面32c的每一個同心環狀被内側邊界圓的半徑與外側邊界圓的半徑所定義。表四顯示對於每一凹入表面3沘與凸出表面32c内側與外側邊界圓的半徑的範圍。表四本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 571115 Α7 Β7

五、發明說明（18 凸出表面凹入表i (0.000- 1,872) 1.872 1.930 1.986 2.039 2.091 2.142 2.191 2.238 2.284 2.329 一 1.901 -1.958 一 2 · 013 -2.066 -2.117 —2.166 —2.214 —2.261 -2.307 一 2.351 1-901 1.958 2.013 2.066 2.117 2.166 2.214 2.261 2.307 2.351 -1·93〇一1·986 - 2.039 ~ 2.091 - 2.142 ~ 2.191 - 2.238 -2.284 - 2.329 一 2.373 2.373 - 2.400 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製中間表面3〇c包含了凹入表面3以且第一表面3〇a包含了凸出表面32c。例如，連續折射表面3以被包含在中間表面30c中，且下一個環狀成為凸出表面，這與第一表面30a符合。在此方面中，第一範例的透鏡是不同於圖三A所示的透鏡。當工作比例是0.5:0.5時’第二雷射光束（78〇nm)不會穿過傳送控制相位柵欄32就如零階繞射光所描述的。在此狀況中，傳送控制相位柵攔32可以較窄的寬度減少第二雷射光束的光量。因此，傳送控制相位柵欄32在周圍區域中被形成，該區域是在其半徑約為1.9mm的圓的夕f 側。此圓符合於中心區域，具有ΝΑ〇·45的雷射光束穿这該中心區域。本紙張尺度iSffi帽目家標準（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)

571115 經濟部智慧財產局員工消費合作社印制衣 A7 B7 五、發明說明（I9) 當工作比例R1:R2等於0.7:0.3時，傳送控制相位栅欄32的構造可被設計如同以下的表五。在如此的狀況中，如同零階繞射光第二雷射光束（780nm)的傳送為16%，傳送控制相位柵攔32要求較寬的寬度以足夠地減少第二雷射光束的光量。因此，傳送控制相位柵欄32在周圍區域中被形成，該區域是在其半徑約為1.6mm的圓的外側。表五凸出表面凹入表面 (0.000 — 1.616) 1.616 - 1.637 1.637 一 1.684 1.684 - 1.704 1.704 — 1.752 1.752 - 1.769 1.769 — 1.812 1.812 — 1.831 1.831 一 1.872 1.872 - 1.890 1.890 — 1.930 1.930 - 1.947 1.947 — 1.986 1.986 - 2.002 2.002 — 2. 39 2.039 - 2.055 2.055 — 2.091 2,091 一 2.107 2.107 一 2.142 2.142 - 2.156 2.156 — 2.191 2.191 — 2.205 2.205 一 2.238 2.238 - 2.252 2.252 — 2.284 2.284 - 2.298 2.298 — 2.329 2.329 - 2.343 2.343 — 2.373 2.373 - 2.386 2· 386 一 2.400 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)

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,表四與表五中所顯示的範例，工作比例在周圍區减 :广個區域當中是常數。在另-方面，在表六中所顯示纪 ά絕對細R1_R21可在區域巾㈣側向著外相, 在最内側中工作比例是0,7:0.3且逐漸地變 0.5:0.5 。表六 _凸出表面 2.013 - 2.052 2.066 - 2.104 2.117 - 2.152 2.166 - 2.198 2.214 - 2.243 2.261 - 2.287 2.307 - 2.329 2.351—2.373 (〇.〇〇〇 - 2.013) 2.052-2.066 2.104 ^ 2.117 2.152 - 2.166 2.198 — 2.214 2·: —2.261 2.287 - 2.307 2.329-2.351 2.373 - 2.400 lrrr_-----------------訂---------梦 f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制取第二範例第二範例的接物透鏡符合於圖四。傳送控制相位本 52在第-表面的外圍區域中形成’且補償球形像差的务透鏡結構51在外圍區域内側中心區域中被形成。圖夕根據以DVD之第二數值範例接物透鏡5〇的透鏡圖。g 一是以CD之接物透鏡50的透鏡圖。其數值架構被描玉本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 x 297公釐） 571115

經濟部智慧財產局員工消費合作社印製表七中。複數個同心環狀在接物透鏡5〇的第一表面心上被形成。數目N被指定到每_同心環狀。包括光軸的區域的數目是”〇”且朝向著外側該數目增加。其數目是〇到16的壤狀被形成當作繞射透鏡結肖，其每—個在包含光轴的平面中具有楔形橫切面。其數目大於1?的環狀被形成當作傳送控制相位栅欄52。因為由於覆蓋層的厚度改變繞射透鏡結構S1補償球形像差的變化，第一與第二雷射光束入射到接物透鏡5〇當作平行光束。當使用第二範例的接物透鏡5〇時，最好疋補4員猫準透鏡的色像差（chromatic aberration)。表八顯示其數目是0到16的環狀的範圍。表九顯示在第十六環狀之内第一表面5〇a(表面的）與第二表面 5〇b(表面把）的基本彎曲面的常數κ與係數八4到‘與厶。該基本彎曲面是繞射結構的微形表面。表七 λΐ=650πίη f 1=3.30mm λ2=780ηηι f 2=3.32mm 目 r d_n650_n780 _y #1 2.11706 2.40000 1.54082 1.53677 55.6 #2 -7.254 1.592/1.222 #3 co 0.600/1.200 1.58030 1.57346 29.9 #4 〇〇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)

571115 A7 B7 五、發明說明（22)表八經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 N h N h 0 0.000-0.436 9 1.241-1.283 1 0.436-0.689 10 1.283-1.322 2 0.689-0.833 11 1.322-1.358 3 0.833-0.936 12 1.358—1.391 4 0.936-1.017 13 1.391-1.422 5 1.017-1.085 14 1.422—1.452 6 1.085-1.143 15 1.452-1.480 7 1.143-1.195 16 1.480-1.500 8 1.195-1.241 表九表面#1 表面#2 K —0.4400 0.0000 A4 -0.2560X10'2 0.1882X10"1 A6 -0.8470X10"3 -0.5235X10"2 A8 0.8888X10"4 0.3275X10-3 A10 -0.7500xl0_5 0.3235X10'4 A12 -0.6200X10"5 0.0000

繞射透鏡結構51是一其火焰波長（blazed wavelength) 是715nm的繞射透鏡。被相位栅欄結構加入的額外光學路徑長度被以下光學路徑差異函數〇(h)所表示：®(h) = (P2h2+P4h4+P6h6+-*〇xX 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---------浐 I. 571115 A7 五、發明說明（23) 其中’ P2、P4與P6是第一、第四與第六階，h是從光軸的南度且λ是一設計的波長。函數Φ ( h )表示介於假設不被柵攔折射的虛擬光線與被柵攔折射的光線之間的光學路徑差異，在相位柵欄結構的一點處其從光轴的高度是h。貧際的微型相位柵欄結構被定義像是具有多數同心環狀的FreSnel透鏡。該實際形狀φ，(}〇被從φ(Μ減去 λχπι(πι:整數）而定義，如下。〇’(h) = (M0D(P2h2+P4h4+."+C, 1) — c) χ λ 符號C是-常數，定義在介於鄰近環狀（〇=c<i)之間的邊界的相位。函數M0D(x,y)表示當除時的餘數。讎㈣祝+...+C, υ在邊界處是等於[相位拇搁結構在基本膏曲面上被形成，該面是折射透鏡的透鏡表面。環狀區域的斜面與間距被設計使得光學路徑差異被①，^) 所定義。 ' 表十指出定義繞射透鏡結構51的光學路徑差異函數 cD(h)的第二、第四、第六、第八與第十階h r A ρ8 與Ρι。的各自係數。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) I-------訂---------,# 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製表十 P2 -2.3272 P4 -1.5269 P6 -5.5184X10'1 P8 1.5292X10'1 P10 -1.6178x10 -2 571115 Α7 Β7 五、發明說明（24) 此外，其數目N為0到16的環狀的入射表面其定義是藉由在下列非球面公式中替代掉表十一中所示的曲率 Cn,錐形常數Kn與係數A4n到A12N及Δν。 X(h)= -1 + A4Nh4 + A6Nh6 + A8Nh8 -h A10Nh10 + Al2Nh12 + ΔΝ l + Vl-(l + KN)h2CN- 表十一 rN = 2.08970 + 0.000467xN kN =-0.4400 A4N =-7·000χ10_4 +1·5625χ10-6χΝ A6N = l.OOOxlO'5 A8N =-1.700xl0'4 A10N =5.100xl0'5 A12N =-1·280χ10-5 +1-8750x10一 8xN ΔΝ =-0·001328χΝ 其數目N大於17的環狀所組成的傳送控制相位柵欄 52的工作比例可被設計為在第一範例中的相同方式。環狀的最小寬度應該大於1〇μηι。凹入表面與凸出表面被包括在表十二所定義的個別非球面表面中。表十二 _凸出表面_凹入表面_ 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) U-------訂---------妙經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 571115 A7 ___B7 五、發明說明（25) R 2.09778 2.09903 K -0.440 -0.440 A4 -8.750X10"4 - 8.730χ10_4 A6 -1 ·260χ10-4 -1.260ΧΗΤ4 A8 -6.230Χ10"5 -6.170Χ10'5 A10 6.700χ10"6 6.670Χ10"6 A12 -6.230χ10'6 -6.200x10 Δ 一0.015624 -0.019230 傳送控制相位柵攔不僅可被形成在如上述範例的接物透鏡上，一個形成在像是安排在鄰近於接物透鏡的平板之分離單元上。在如此的狀況中，相位栅欄可被石版印刷所形成，這易於形成凹槽銳利的邊緣。此外，當傳送控制相位栅欄被形成在平板上，其繞射的階數不為零的繞射光被接物透鏡和其他相似物的光瞳（pupil)所切斷，這減少回到光檢側器的雜訊雷射光束。 Γϋ ϋ Βϋ ·ϋ —a— i-^i T Μ · ϋ— i·— ^^1 —^1 ϋ - (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) ί 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公釐） 571115 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製五、發明說明（26) [元件符號說明] 10 -光源部分 11 -第一半導體雷射 12 -第二半導體雷射 13 -極化光束分離器 14 -瞄準透鏡 20 -光束成形/分離棱鏡 21、22--對稜鏡 3 0 -接物透鏡 30a -第一透鏡表面 3Ob -弟—透鏡表面 30c -中間表面 31 -連續表面 32 -相位柵攔 32a -側壁 32b -凹入表面 32c -凸出表面 40 -光接收部分 41 -凝聚透鏡 42 -極化光束分離器 43、 45--對圓柱狀透鏡 44、 46 - —對光檢測器 50 -接物透鏡 50a -第一表面 50b —第二表面 51 -繞射透鏡結構 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -------訂---------線· 本紙張尺度適用中國國家標準（CNSM4规恪（210x297公坌） 571115 A7 _ B7 五、發明說明（27) 52 -相位柵攔 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂---------線

I 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 n *n iw ϋ^ιι^ιι a^i I ϋ ϋ ϋ ϋ ϋ ϋ 1_ H ϋ I 1 本紙張尺度適用中國國家標準（CNSM4规格（210x 297公坌）

Claims

申請專利範圍： 1.一種用於光學攝像的光學系統的接物透鏡，能夠使用於至少兩種具有不同記錄密度的光學碟片，且具有不同波長的光束可各別使用於該兩種光學碟片，包含：一折射透鏡單元，具有正性倍率；及一相位柵欄，形成於前述接物透鏡單元之一透鏡表面之周圍部份，前述周圍部份係形成在用於具有較低記錄密度的光學碟片的光束傳送區域之外侧，前述相位柵攔控制光的傳送穿過前述周圍部份，使得用於具有較低記錄密度的光學碟片的光束傳送係低於具寬較高記錄密度的光學碟片的光束傳送。