TW594712B - Optical pickup device and objective lens used in the same - Google Patents

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Kiyono Ikenaka
Kohei Ota
Yuichi Atarashi
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Konishiroku Photo Ind
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Description

594712 A7 ___ B7___ 五、發明説明（1 ) 本發明有關一種光學拾取裝置中所使用的物鏡，尤其 有關一種光學拾取裝置的物鏡，能記錄及/或再生不同光 學資訊記錄媒體的資訊。 目前，已開發出能記錄及/或再生不同光學資訊記錄 媒體，如DVD及CD之資訊的光學拾取裝置，並已使用 於各種不同的用途。此種光學拾取裝置能同時再生及記錄 包括DVD及CD的兩種儲存媒體（以下接指光學碟片） 〇 光學拾取裝置使用半導體雷射作爲光源，由於用以記 錄及再生資訊DVD的最佳波長約爲635nm或650nm，且 用於記錄及再生資訊CD的最佳波長約爲780nm，因此光 學拾取裝置通常包括用於DVD及CD的兩種光源。 對於CD型態（包括CD-R)之光學資訊記錄媒體（ 以下亦指光碟）的記錄及/或再生而言，使用NA (數値孔 徑）爲0.45-0.55的物鏡以及厚度爲1.2mm的光碟保護基 板。另一方面，對於DVD型態之光學資訊記錄媒體（以 下亦指光碟）的記錄及/或再生而言，使用NA (數値孔徑 )爲0.6-0.65的物鏡以及厚度爲0.6mm的光碟保護基板。 因此，當針對一特定波長及保護基板一側的厚度來設 計透鏡時，對保護基板的另一側的厚度則會產生球像差， 如此便產生問題。 爲了解決此問題以適當的進行資訊的記錄及再生，已 提出有多種方法，其中的一種方法是相位修正法。 在 TOKKAIHEI 第 1 1-2759 及 11-16190 號專利中，描 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -----τ--裝-- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)
、1T 線 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -4 - 594712 A7 B7 五'發明説明（2 ) 述一種環狀區相位修正物鏡的例子。
在TOKKAIHEI第1 1 -2759號專利中，建立物鏡的基 本表面形狀，而在上述DVD的記錄及再生方面獲得最佳 化的效果，且在CD的記錄及再生方面，則利用相位修正 法來實施修正。簡言之，在物鏡的表面形成呈環狀區的階 梯，以使DVD系統具有最小的波前像差，且因此減小CD 系統的波前向差，同時控制DVD系統之波前向差的增加 〇 由於在此技術中，對於DVD的波長而言，相位控制 元件很難改變相位分佈，因此將DVD系統的物鏡方均根 波前像差維持在定値，並減小CD系統的物鏡方均根波前 像差。 相對於上述的技術，在TOKKAIHEI第10-334504號 專利中設定物鏡的基本光學性能，以使CD的記錄及再生 獲得最佳的效果，且在DVD的記錄及再生方面係利用相 位修正法來實施修正。 在上述的專利中，方均根波前像差在CD及DVD的 記錄及再生方面均能獲得改善。 在使用環狀區相位修正物鏡的例子中，以 TOKKAIHEI第1 1 -2759號專利爲例，係假設光碟的基板厚 度介於CD及DVD之間，並以最佳化兩種碟片之記錄及 再生的性能爲前提來建立物鏡的基本表面形狀’且利用相 位修正法進一步的改善CD及DVD的波前像差。 再者，TOKAI第2001 -5 1 192號專利揭露一種技術， 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） ------7--^^^1 裝-- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 線 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 594712 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7五、發明説明（3 ) 其中藉由改變每一環狀區的步階量及表面成形，來減小方 均根波前像差，因而可使光束收斂到單點的位置。 在上述的每一項技術中’對物鏡進行設計，使得當光 束收斂至如DVD、CD或厚度介於DVD及CD的光碟上時 ，可將光束的像差最佳化’且當要修正其他種光碟時’僅 需在光軸上稍稍移動部分透鏡表面的位置或是設置相位差 板來產生相位差，便可進行相位的修正。 對於拾取透鏡而言’當將資訊記錄至光碟或由光碟讀 取資訊時，需有良好的方均根波前向差，良好的聚焦誤差 訊號及良好的聚焦偏移’以將光束收斂至光碟的單個記錄 凹穴的位置上。聚焦誤差訊號及聚焦偏移的特性會受拾取 透鏡的光束像差所影響。 在上述的每一項技術中，當需要前述的性能時，可藉 由在光軸上平移透鏡表面的位置，來減少CD及DVD的 方均根波前像差。 基於上述的基礎，本發明人發現在同時用於DVD及 CD的物鏡中，藉由在光軸方向上平移一部份的透鏡表面 ，便可滿足DVD及CD方均根波前像差及光束像差。 此外，本發明人亦發現如果針對同時用於CD及DVD 之光學元件的光學功能表面進行處理，使此區域具有穩定 的球像差，並對巨觀的波前進行修正，則可同時在DVD 及C D方面獲得優良的性質。 發明槪要 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐1 一 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝· 訂 線 JI. 594712 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7_五、發明説明（4 ) 本發明的目的在於提供一種技術，藉由對不同的波長 提供不同的光徑差，並使具有不同波長的光線成爲具適當 球像差的狀態，而達成DVD及CD的互換性。 項目1 一種用於光學拾取裝置的光學系統’其中藉由將來自 第一光源，波長爲λΐ的光流，穿過厚度tl的保護基板， 收斂至第一光學資訊記錄媒體上以進行資訊的記錄及/或 再生，或者藉由將來自第二光源，波長爲λ2 ( λ1<λ2)的 光流，穿過厚度t2 ( tl <t2)的保護基板，收斂至第二光 學資訊記錄媒體上，以進行資訊的記錄及/或再生，其中 提供一折射功能、多個相鄰的環狀區及一光學繞射功能， 折射功能可對通過用以同時記錄及/或再生第一光學資訊 媒體及第二光學資訊媒體之一區域的光線進行調整’而在 第一光學資訊媒體上使球像差呈修正不足的狀態，並在第 二光學資訊媒體上使球像差呈過度修正的狀態，多個相鄰 的環狀區係分別由中心位於光軸上的多個環狀區所構成， 並在光軸方向上相互偏移，其可產生將近一指定波長λδ( λ1<λδ <λ2)整數倍的光徑差，光徑差產生功能（提供一 光徑差的功能）可使當光線的進入位置愈遠離光軸時’能 產生愈長的光徑。 項目2 一種用於光學拾取裝置的光學系統，其中藉由將來自 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210Χ297公釐) (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 線 'JI. 594712 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7_五、發明説明（5 ) 第一光源，波長爲λΐ的光流，穿過厚度tl的保護基板， 收斂至第一光學資訊記錄媒體上以進行資訊的記錄及/或 再生，或者藉由將來自第二光源，波長爲λ2 ( λ1<λ2)的 光流，穿過厚度t2 ( tl <t2)的保護基板，收斂至第二光 學資訊記錄媒體上，以進行資訊的記錄及/或再生，其中 提供一折射功能、多個相鄰的環狀區及一光學繞射功能， 折射功能可在第一光學資訊媒體上使球像差呈過度修正或 最佳化的狀態，多個相鄰的環狀區係分別由中心位於光軸 上的多個環狀區所構成，並在光軸方向上相互偏移，其可 產生將近一指定波長( λδ = λ1)整數倍的光徑差，光徑 差產生功能（提供一光徑差的功能）可使當光線的進入位 置愈遠離光軸時，能產生愈長的光徑。 項目3 一種用於光學拾取裝置的光學系統，其中藉由將來自 第一光源，波長爲λΐ的光流，穿過厚度tl的保護基板， 收斂至第一光學資訊記錄媒體上以進行資訊的記錄及/或 再生，或者藉由將來自第二光源，波長爲λ2 ( λ1<λ2)的 光流，穿過厚度t2 ( tl <t2)的保護基板，收斂至第二光 學資訊記錄媒體上，以進行資訊的記錄及/或再生，其中 提供一折射功能、多個相鄰的環狀區及一光學繞射功能， 折射功能可對通過用以同時記錄及/或再生第一光學資訊 媒體及第二光學資訊媒體之一區域的光線進行調整，而在 第一光學資訊媒體上使球像差呈修正不足的狀態，並在第 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） I-----7--裝-- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)
P 、11 線_ JT. -8 - 594712 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7五、發明説明（6 ) 二光學資訊媒體上使球像差呈過度修正或最佳化的狀態， 多個相鄰的環狀區係分別由中心位於光軸上的多個環狀區 所構成，並在光軸方向上相互偏移，其可產生將近一指定 波長λδ ( λδ =λ2)整數倍的光徑差，光徑差產生功會g (提 供一光徑差的功能）可使當光線的進入位置愈遠離光軸時 ，能產生愈長的光徑。 項目4 如項目1至3項之光學拾取裝置的光學系統，其中光 徑差產生結構使球像差在第一資訊記錄媒體及第二資訊記 錄媒體上皆最佳化。 .項目5 如項目1之光學拾取裝置的光學系統，其中對於第一 及第二光學資訊記錄媒體，利用折射功能，對從第一光源 射出且通過離光軸最遠處的光線（用於實施第一及第二資 訊記錄媒體的記錄及/或再生）進行調整，以使光線與光 軸交於離一位置0.013mm範圍的區域內，在該位置處， 旁軸光線與光軸相交。 項目6 如項目2之光學拾取裝置的光學系統，其中對於第一 及第二光學資訊記錄媒體，利用折射功能，對從第一光源 射出且通過離光軸最遠處的光線（用於實施第一及第二資 本^紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210 X 297公釐） 一 I---------- (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 線 J—. -9 - 594712 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 _B7_五、發明説明（7 ) 訊記錄媒體的記錄及/或再生）進行調整，以使光線與光 軸交於離一位置〇.〇2mm範圍的區域內，在該位置處，旁 軸光線與光軸相交。 項目7 如項目3之光學拾取裝置的光學系統，其中對於第一 及第二光學資訊記錄媒體，利用折射功能，對從第一光源 射出且通過離光軸最遠處的光線（用於實施第一及第二資 訊記錄媒體的記錄及/或再生）進行調整，以使光線與光 軸交於離一位置〇.〇3mm範圍的區域內，在該位置處，旁 軸光線與光軸相交。 項目8 如項目1 -7項之光學拾取裝置的光學系統，其中光學 系統包括具有前述折射功能的一光學元件，以及與上述光 學元件分離且具有前述光徑差產生功能的另一光學元件。 項目9 如項目1 -7項之光學拾取裝置的光學系統，其中光學 系統包括整合前述折射功能與光徑差產生功能的的一光學 元件。 項目10 如項目1 -9項之光學拾取裝置的光學系統，其中在用 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210乂297公釐） I-----1---- (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 、1Τ 線_ .J---1 . -10- 594712 A7 B7 五、發明説明（8 ) 於記錄及/或再生第一及第二資訊記錄媒體的區域中，前 述環狀區內的環狀區數目爲3到7個。 項目11 如項目1 -10項之光學拾取裝置的光學系統，其中用 於記錄及/或再生第一及第二資訊記錄媒體之區域的光徑 差產生功能係由一繞射結構所構成。 項目12 如項目11項之光學拾取裝置的光學系統，其中繞射 功能使來自第一光源的光線及來自第二光源的光線皆成爲 等光程的狀態，該來自第一光源的光線係已經由折射功會g 的處理而使球像差呈修正不足的狀態，而該來自第二光源 的光線係已經由折射功能的處理而使球像差呈過度修正的 狀態。 項目13 如項目11項之光學拾取裝置的光學系統，其中利用 繞射結構使來自第一光源的光線成等光程的狀態，該來自 第一光源的光線係已經由折射功能的處理而使球像差呈修 正不足的狀態。 項目14 如項目11項之光學拾取裝置的光學系統，其中利用 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝· 線 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -11 - 594712 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7五、發明説明（9 ) 繞射結構使來自第二光源的光線成等光程的狀態，該來自 第二光源的光線係已經由折射功能的處理而使球像差呈過 度修正的狀態。 項目15 如項目11 -14項之光學拾取裝置的光學系統，其中繞 射結構可使通過離光軸一垂直高度h之環狀區的光線可加 上以式5表不的光徑長φ(1ι): 式5 φ〇ι)~ ^ZC2i/z21 Jx m χλ = (C2/i2 + C4h4 + C6h6 + ...)χ τηχλ 其中m代表繞射階數，λ代表所使用的波長，且Ci代表 其中的一常數，其中至少一 Ci#0。 項目16 如項目11 -1 5項之光學拾取裝置的光學系統，其中繞 射結構中的環狀區數目爲7至100個。 項目17 如項目11-16項之光學拾取裝置的光學系統，其中繞 射結構中的環狀區數目爲1丨至30個。 項目1 8 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)
UF 裝·
、1T 線 J— I J— -12 - 594712 Α7 Β7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明説明（i〇 ) 如項目1-17項之光學拾取裝置的光學系統，其中在 光學元件的光學功能表面中，於用以對第一光學資訊記錄 媒體實施資訊之記錄及/或再生的區域上形成一折射表面 ，此折射表面係位於同時對第一及第二光學資訊記錄媒體 實施資訊之記錄及/或再生之區域的周圍。 項目19 如項目1 -1 8項之光學拾取裝置的光學系統，其中在 光學元件的光學功能表面中，於用以對第一光學資訊記錄 媒體實施資訊之記錄及/或再生的區域上提供第二折射功 能，此折射功能可在第一光學記錄媒體上使球像差呈過度 修正或最佳化的狀態，前述的區域係位於同時對第一及第 二光學資訊記錄媒體實施資訊之記錄及/或再生之區域的 周圍，且形成多個相鄰的環狀區，其係分別由中心位於光 軸上的多個環狀區所構成，並在光軸方向上相互偏移，其 可產生將近前述波長λΐ整數倍的光徑差，另外，提供光 徑差產生功能，其可使當光線的進入位置愈遠離光軸時， 能產生愈長的光徑。 項目20 如項目19項之光學拾取裝置的光學系統，其中第二 光徑差產生功能係由繞射結構所提供。 項目21 I----J--裝-- (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) -訂
Jn n J1 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210Χ297公釐） -13- 594712 A7 B7 五、發明説明（11 ) 如項目20項之光學拾取裝置的光學系統，其中構成 第二光徑差產生功能的繞射結構可使來自第二光源之光流 的球像差維持在過度修正的狀態，該來自第二光源之光流 係已經由第二折射功能的處理而使其球像差成爲過度修正 的狀態。 項目22 如項目20-21項之光學拾取裝置的光學系統，其中構 成第二光徑差產生結構的繞射結構可使通過離光軸一垂直 高度h之環狀區的光線可加上以式6表示的光徑長φ ( h ) -----------裝-- (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 式6 #(") =〔EC2f〕x m X乂 = (C2/z2 +C4"4 +C6"6 + …)x m x；l 其中m代表繞射階數，λ代表所使用的波長，且Ci代表 其中的一常數，其中至少一 Ci*0。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 H! I J— . 項目23 如項目20-22項之光學拾取裝置的光學系統，其中構 成光徑差產生功能之繞射結構中的環狀區數目爲7至100 個。 項目24 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -14- 594712 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A 7 B7五、發明説明（12 ) 如項目20-23項之光學拾取裝置的光學系統，其中構 成光徑差產生功能之繞射結構中的環狀區數目爲11至30 、個。 項目25 一種用於光學拾取裝置的光學系統，其中藉由將來自 第一光源，波長爲λΐ的光流，穿過厚度tl的保護基板， 收斂至第一光學資訊記錄媒體上以進行資訊的記錄及/或 再生’或者藉由將來自第一光源’波長爲λ2(λ1<λ2)的 光流，穿過厚度t2 ( tl <t2)的保護基板，收斂至第二光 學資訊記錄媒體上，以進行資訊的記錄及/或再生，其中 在光學系統的光學功能表面中，用以記錄及/或再生第一 及第二光學資訊記錄媒體的一區域具有以虛擬基本非球狀 表面爲基礎的一折射功能，以及由在光軸方向上相互偏移 之多個相鄰的環狀區所形成的一光徑差產生結構（提供一 光徑差的結構），多個相鄰的環狀區係分別由中心位於光 軸上的多個環狀區所構成，其可產生將近一指定波長( λ1〈λδ <λ2 )整數倍的光徑差，所形成的虛擬基本非球狀 表面，使得球像差在第一光學資訊記錄媒體上會呈修正不 足的狀態，而在第二光學資訊記錄媒體上會呈過度修正的 狀態。 項目26 一種用於光學拾取裝置的光學系統，其中藉由將來自 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210Χ297公釐） ' " -ϋ· n I I - — - ! I*1In ill n (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 線 • J1 I —1 . -15- 594712 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7_____五、發明説明（13 ) 第一光源，波長爲λΐ的光流，穿過厚度tl的保護基板， 收斂至第一光學資訊記錄媒體上以進行資訊的記錄及/或 再生，或者藉由將來自第二光源，波長爲λ2 ( λ1<λ2)的 光流，穿過厚度t2 ( tl <t2)的保護基板，收斂至第二光 學資訊記錄媒體上，以進行資訊的記錄及/或再生，其中 在光學系統的光學功能表面中，用以記錄及/或再生第一 及第二光學資訊記錄媒體的一區域具有以虛擬基本非球狀 表面爲基礎的一折射功能，以及由在光軸方向上相互偏移 之多個相鄰的環狀區所形成的一光徑差產生結構（提供一 光徑差的結構），多個相鄰的環狀區係分別由中心位於光 軸上的多個環狀區所構成，其可產生將近一指定波長λδ ( λ^λΐ)整數倍的光徑差，所形成的虛擬基本非球狀表面 ，使得球像差在第一光學資訊記錄媒體上會呈修正不足或 最佳化的狀態。 項目27 一種用於光學拾取裝置的光學系統，其中藉由將來自 第一光源，波長爲λΐ的光流，穿過厚度tl的保護基板， 收斂至第一光學資訊記錄媒體上以進行資訊的記錄及/或 再生，或者藉由將來自第二光源，波長爲λ2 ( λ1<λ2)的 光流，穿過厚度t2 ( tl <t2)的保護基板，收斂至第二光 學資訊記錄媒體上，以進行資訊的記錄及/或再生，其中 在光學系統的光學功能表面中，用以記錄及/或再生第一 及第二光學資訊記錄媒體的一區域具有以虛擬基本非球狀 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) •裝· 線· -16 - 594712 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7五、發明説明（14 ) 表面爲基礎的一折射功能，以及由在光軸方向上相互偏移 之多個相鄰的環狀區所形成的一光徑差產生結構（提供一 光徑差的結構），多個相鄰的環狀區係分別由中心位於光 軸上的多個環狀區所構成，其可產生將近一指定波長( λκλ2)整數倍的光徑差，所形成的虛擬基本非球狀表面 ，使得球像差在第一光學資訊記錄媒體上會呈修正不足的 狀態，而在第二光學資訊記錄媒體上會呈過度修正或最佳 化的狀態。 項目28 如項目25至27項之光學拾取裝置的光學系統，其中 光徑差產生結構使球像差在第一資訊記錄媒體及第二資訊 記錄媒體上皆最佳化。 項目29 如項目25之光學拾取裝置的光學系統，其中對於第 一及第二光學資訊記錄媒體，利用虛擬基本非球狀表面， 對從第一光源射出且通過離光軸最遠處的光線（用於實施 第一及第二資訊記錄媒體的記錄及/或再生）進行調整， 以使光線與光軸交於離一位置0.013mm範圍的區域內， 在該位置處，旁軸光線與光軸相交。 項目30 如項目26之光學拾取裝置的光學系統，其中對於第 — ———— — - 4— I I I (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 、1Τ 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210 X 297公釐） -17- 594712 A7 B7 五、發明説明（15 ) 一及第二光學資訊記錄媒體，利用虛擬基本非球狀表面， 對從第一光源射出且通過離光軸最遠處的光線（用於實施 第一及第二資訊記錄媒體的記錄及/或再生）進行調整， 以使光線與光軸交於離一位置〇.〇2mm範圍的區域內，在 該位置處，旁軸光線與光軸相交。 項目3 1 如項目27之光學拾取裝置的光學系統，其中對於第 一及第二光學資訊記錄媒體，利用虛擬基本非球狀表面， 對從第一光源射出且通過離光軸最遠處的光線（用於實施 第一及第二資訊記錄媒體的記錄及/或再生）進行調整， 以使光線與光軸交於離一位置〇.〇3mm範圍的區域內，在 該位置處，旁軸光線與光軸相交。 項目32 如項目25-31項之光學拾取裝置的光學系統，其中光 學拾取裝置包括具有折射功能的一光學元件，此折射功能 在光學上與虛擬基本非球狀表面等效，以及與上述光學元 件分離且具有前述光徑差產生結構的另一光學元件。 項目33 如項目25-32項之光學拾取裝置的光學系統，其中光 學系統包括整合前述折射功能與光徑差產生結構的的一光 學元件，此折射功能在光學上係等效於虛擬基本非球狀表 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210 X 29?公釐） I---------裝-- (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)
Ur 訂 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -18- 594712 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7五、發明説明（16 ) 面。 項目34 如項目25-33項之光學拾取裝置的光學系統，其中在 光徑差產生結構中，環狀區的數目爲3到7個。 項目35 如項目25-34項之光學拾取裝置的光學系統，其中光 徑差產生結構係由一^繞射結構所構成。 項目36 如項目35項之光學拾取裝置的光學系統，其中繞射 結構使來自第一光源的光線及來自第二光源的光線皆成爲 等光程的狀態，該來自第一光源的光線係已經由折射功能 (在光學上等效於虛擬非球狀表面）的處理而使球像差呈 修正不足的狀態，而該來自第二光源的光線係已經由折射 功能的處理而使球像差呈過度修正的狀態。 項目37 如項目35項之光學拾取裝置的光學系統，其中利用 繞射結構使來自第一光源的光線成等光程的狀態，該來自 第一光源的光線係已經由折射功能（在光學上等效於虛擬 非球狀表面）的處理而使球像差呈修正不足的狀態。 I-----J---^-裝--- (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)
Ur -訂 線- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -19- 594712 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 _______五、發明説明（17 ) 項目38 如項目35項之光學拾取裝置的光學系統，其中利用 繞射結構使來自第二光源的光線成等光程的狀態，該來自 第二光源的光線係已經由折射功能（在光學上等效於虛擬 非球狀表面）的處理而使球像差呈過度修正的狀態。 項目39 如項目35-38項之光學拾取裝置的光學系統，其中繞 射結構可使通過離光軸一垂直高度h之環狀區的光線可加 上以式7表示的光徑長(|>(h): 式7 φφ) = ^LC2ih2l^jx m X λ = if2h2 +C4h4 +C6h6 +...)χ τηχλ 其中m代表繞射階數，λ代表所使用的波長，且Ci代表 其中的一常數，其中至少一 CkO。 項目40 如項目35-39項之光學拾取裝置的光學系統，其中繞 射結構中的環狀區數目爲7至100個。 項目41 如項目35-40項之光學拾取裝置的光學系統，其中，繞 射結構中的環狀區數目爲11至30個。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) up 裝-
、1T JTJ 嚅· · -20- 594712 Α7 Β7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明説明（18 ) 項目42 如項目25-41項之光學拾取裝置的光學系統，其中在 光學元件的光學功能表面中，於用以對第一光學資訊記錄 媒體實施資訊之記錄及/或再生的區域上形成一折射表面 ，此折射表面係位於同時對第一及第二光學資訊記錄媒體 實施資訊之記錄及/或再生之區域的周圍。 項目43 如項目25-42項之光學拾取裝置的光學系統，其中在 光學元件的光學功能表面中，於用以對第一光學資訊記錄 媒體實施資訊之記錄及/或再生的區域上提供第二折射功 能，此折射功能可在第一光學記錄媒體上使球像差呈過度 修正或最佳化的狀態，前述的區域係位於同時對第一及第 二光學資訊記錄媒體實施資訊之記錄及/或再生之區域的 周圍，且形成多個相鄰的環狀區，其係分別由中心位於光 軸上的多個環狀區所構成，並在光軸方向上相互偏移，其 可產生將近前述波長λΐ整數倍的光徑差，另外，提供光 徑差產生功能，其可使當光線的進入位置愈遠離光軸時 能產生愈長的光徑。 項目44 如項目43項之光學拾取裝置的光學系統，其中第二 光徑差產生功能係由繞射結構所提供。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210Χ297公釐） m· .HI n ml m Jnm HI ml -ϋ (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 、 訂 線 -21 - 594712 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7五、發明説明（19 ) 項目45 如項目44項之光學拾取裝置的光學系統，其中構成 第二光徑差產生功能的繞射結構可使來自第二光源之光流 的球像差維持在過度修正的狀態，該來自第二光源之光流 係已經由第二折射功能的處理而使其球像差成爲過度修正 的狀態。 項目46 如項目44-45項之光學拾取裝置的光學系統，其中構 成第二光徑差產生結構的繞射結構可使通過離光軸一垂直 高度h之環狀區的光線可加上以式8表示的光徑長φ ( h ) 式8 ΦΦ) = ^Σ〇2ίΗ2ι^χτηχλ = (C2/z2 +C4/z4 +C6h6 +...)x τηχλ 其中m代表繞射階數，λ代表所使用的波長，且Ci代表 其中的一常數，其中至少一 Ci*〇。 項目47 如項目44_46項之光學拾取裝置的光學系統，其中繞 射結構中的環狀區數目爲7至1 00個。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） m· ϋ ( ϋ—l m Jn 111 mi n (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂
4—1 - -i ft 0 -22 - 594712 A7 _____B7_ 五、發明説明（2〇 ) 項目48 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 如項目44-47項之光學拾取裝置的光學系統，其中繞 射結構中的環狀區數目爲11至30個。 項目49 一種用於光學拾取裝置的光學系統，其中藉由將來自 第一光源，波長爲λΐ的光流，穿過厚度tl的保護基板， 收斂至第一光學資訊記錄媒體上以進行資訊的記錄及/或 再生，或者藉由將來自第二光源，波長爲λ2 ( λ1<λ2)的 光流，穿過厚度t2 ( tl <t2)的保護基板，收斂至第二光 學資訊記錄媒體上，以進行資訊的記錄及/或再生，其中 光學拾取裝置之物鏡的光學功能表面被分成多個中心位於 光軸上的環狀區，相鄰的環狀區在光軸方向上相互偏移， 其可產生將近一指定波長整數倍的光徑差，且環狀區 的數目爲7-100個。 項目50 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 如項目49項之光學拾取裝置的光學系統，其中指定 的波長滿足（λ1<λδ<λ2)。 項目5 1 如項目49及50項之光學拾取裝置的光學系統，其中 環狀區的數目爲11-30個。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210Χ297公釐） -23- 594712 A7 B7 五、發明説明（21 ) 項目52 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 如項目1 5至50項之光學拾取裝置的光學系統，其中 光學元件爲一物鏡光學元件。 圖示之簡單描述 圖1顯示在本發明的光學系統中，具基本球形表面（ 折射表面）之光學元件以及提供光徑差產生結構（光徑差 產生功能）之相位差板之間的位置關係。 圖2 ( a )顯示在本發明之第一發明中，當折射功能 及光徑差產生功能分別提供在DVD及CD之共同區內的 不同元件上時，基本非球狀表面（折射表面）的長軸球像 差。 圖2 ( b )顯示在本發明之第一發明中，當折射功能 及光徑差產生功能提供在DVD及CD之共同區內同一元 件上時，基本非球狀表面（折射表面）的長軸球像差。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 圖3(a)顯示在本發明之第一至第三發明中，當折 射功能及光徑差產生功能分別提供在DVD之專用區內的 不同元件上時，基本非球狀表面（折射表面，折射介面） 的長軸球像差。 圖3(b)顯示在本發明之第一至第三發明中，當折 射功能及光徑差產生功能提供在DVD之專用區內的同一 元件上時，基本非球狀表面（折射表面）的長軸球像差。 圖4 ( a )顯示在本發明之第一發明中，當折射功能 及光徑差產生功能分別提供在DVD及CD之共同區內的 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -24· 594712 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 _五、發明説明（22 ) 不同元件上時，光徑差產生結構（光徑差產生功能）如何 將長軸球像差拉近至等光程的狀態。 圖4 ( b )顯示在本發明之第一發明中，當折射功能 及光徑差分功能別提供在DVD及CD之共同區內的同一 元件上時，光徑差產生結構（光徑差產生功能）如何將長 軸球像差拉近至等光程的狀態。 圖5 ( a )顯示在本發明之第一至第三發明中，當折 射功能及光徑差產生功能分別提供在DVD之專用區內的 不同元件上時，光徑差產生結構（光徑差產生功能）如何 將長軸球像差拉近至等光程的狀態。 圖5(b)顯示在本發明之第一至第三發明中，當折 射功能及光徑差產生功能提供在DVD之專用區內的同一 元件上時，光徑差產生結構（光徑差產生功能）如何將長 軸球像差拉近至等光程的狀態。 圖6 ( a )顯示在本發明之第二發明中，當折射功能 及光徑差產生功能分別提供在DVD及CD之共同區內的 不冋兀件上時’基本非球狀表面（折射表面）的長軸球像 差。 圖6 ( b )顯示在本發明之第二發明中，當折射功能 及光徑差產生功能提供在DVD及CD之共同區內同一元 件上時，基本非球狀表面（折射表面）的長軸球像差。 圖7 ( a )顯示在本發明之第二發明中，當折射功能 及光徑差產生功能分別提供在DVD及CD之共同區內的 不同元件上時，光徑差產生結構（光徑差產生功能）如何 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -裝·
、1T 線 -25 - 594712 A7 B7 五、發明説明（23 ) 將長軸球像差拉近至等光程的狀態。 圖7 ( b )顯示在本發明之第二發明中，當折射功能 及光徑差分功能別提供在DVD及CD之共同區內的同一 元件上時，光徑差產生結構（光徑差產生功能）如何將長 軸球像差拉近至等光程的狀態。 圖8 ( a )顯示在本發明之第三發明中，當折射功能 及光徑差產生功能分別提供在DVD及CD之共同區內的 不同元件上時，基本非球狀表面（折射表面）的長軸球像 差。 圖8 ( b )顯示在本發明之第三發明中，當折射功能 及光徑差產生功能提供在DVD及CD之共同區內同一元 件上時，基本非球狀表面（折射表面）的長軸球像差。 圖9 ( a )顯示在本發明之第三發明中，當折射功能 及光徑差產生功能分別提供在DVD及CD之共同區內的 不同元件上時，光徑差產生結構（光徑差產生功能）如何 將長軸球像差拉近至等光程的狀態。 圖9 ( b )顯示在本發明之第三發明中，當折射功能 及光徑差分功能別提供在DVD及CD之共同區內的同一 元件上時，光徑差產生結構（光徑差產生功能）如何將長 軸球像差拉近至等光程的狀態。 圖10顯示有關本發明之物鏡的一例，其中折射功能 及光徑差產生功能提供在單一的元件上。 圖11顯示有關本發明之第一發明的一例，其中顯示 物鏡中每一環狀區的內圓半徑及外圓半徑，以及環狀區在 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -裝- 訂 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -26- 594712 A7 B7 五、發明説明（24 ) 光軸上的位移量，其中折射功能及光徑差產生功能提供在 單一的元件上。 圖1 2顯示有關本發明之第一發明的一例，其中顯示 物鏡的透鏡資料，在此物鏡中折射功能及光徑差產生功能 提供在單一的元件上。 圖1 3顯示有關本發明之第一發明的一例，其中顯示 非球狀表面係數的表示式，在此物鏡中折射功能及光徑差 產生功能提供在單一的元件上。 圖14顯示有關本發明之第一發明的一例，其中顯示 物鏡的透鏡資料，在此物鏡中折射功能及光徑差產生功能 提供在單一的元件上。 圖1 5顯示有關本發明之第一發明的一例，其中顯示 當在DVD及CD的共同區內，具CD波長的光流逋過基本 非球狀表面（折射表面）時，長軸球像差的圖例。 圖1 7顯示有關本發明之第一發明的一例，其中顯示 光徑差產生結構（光徑差產生功能）使落於CD孔徑內並 具有CD波長的一光流成爲等光程的狀態。 圖1 8顯示有關本發明之第一發明的一例，其中顯示 光徑差產生結構（光徑差產生功能）使落於DVD孔徑內 並具有DVD波長的一光流成爲等光程的狀態。 元件符號對照表 1 透鏡 2 相位差板 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) -裝· 訂 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 • 27 - 594712 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 ___五、發明説明（25 ) 較佳實施例之詳細描述 (本發明之實施例） 以下將參考圖示詳細的說明本發明，但本發明的實施 例並不侷限於此。 (第一實施例） 首先將參考圖1及圖2-4來說明本發明的光學功能。 此部分的描述係有關發明項目1至項目25。 在圖1中，標號1代表具有基本非球狀表面的透鏡， 此非球狀表面係作爲折射表面，標號2代表具有光徑差產 生功能的相位差板，且前述兩者構成光學拾取系統的物鏡 光學系統，可用以進行DVD及CD資訊的記錄及再生。 在光源方面，使用波長爲655nm ( λΐ )的光源來記錄及/ 或再生DVD，並使用波長爲785ηιη(λ2)的光源來記錄及 /或再生CD。 在透鏡1的光學表面中，中心位於光軸上且NA (數 値孔徑）爲0.45的共同區A可同時進行DVD及CD資訊 的記錄及再生，而圍繞上述部位且數値孔徑爲0.45-0.6的 區域B則僅用以進行DVD資訊的記錄及再生。 在本例之透鏡1上形成一折射介面（非球狀表面）， 可針對波長λΐ及λ2來產生球像差。具體而言，形成一折 射表面使得當光線通過圖2 ( a )的個別透鏡時，通過共 同區A且波長爲λΐ之光流所產生的球像差會修正不足， 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210Χ297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) •裝· 訂 線 -28- 594712 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7五、發明説明（26) 而波長爲λ2之光流所產生的球像差會過度修正。 相位差板2被分成多個中心位於光軸上的同心環狀區 ，且愈遠離光軸，環狀區的厚度逐漸增加。環狀區的步階 長度係使通過某一環狀區之光流不會產生波前偏差，而通 過緊鄰前述環狀區之另一環狀區的光流會產生波長整數倍 的光徑差。上述的波長係介於λΐ及λ2之間。 因此，當波長爲λΐ的波前（連接同一相位之波前所 形成的包線爲一新的波前）進入相位差板時，光線會成爲 一收斂光束，而當波長爲λ2的波前（連接同一相位之波 前所形成的包線爲一新的波前）進入相位差板時，光線會 成爲一發散光束。 因而，在合倂有透鏡1及相位差板2的一光學系統中 ，對於通過共同區Α的光流而言，波長爲λΐ的光流（非 球狀表面先使其球像差修正不足）會受相位差板2的影響 而產生過度修正的情形並趨近等光程狀態，而產生最佳的 球像差狀態。 而波長爲λ2的光流（非球狀表面先使其球像差過度 修正）會受相位差板2的影響而產生修正不足的情形並趨 近等光程狀態，而產生最佳的球像差狀態，因此，具有任 一波長的光流皆可獲得適當的球像差。 另一方面，圖10顯示整合折射功能及光徑差產生功 能的一物鏡。圖2 ( b )顯示折射功能對波長爲λΐ的光流 及波長爲λ2的光流所產生的球像差，而圖4 ( b )顯示通 過透鏡且最終波長爲λΐ及λ2的光流所產生的球像差。當 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210X 297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) •裝· 訂 -線 -29- 594712 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7五、發明説明（27 ) 指定的一波長係介於λ 1及λ2之間時，則對於波長λ 1及λ2 而言，產生等光程之折射表面的形4式爲特定的。最好使通 過共同區且波長爲λΐ的光線可內交於一區域，其中此區 域與旁軸光線與光軸之相交位置的距離在0.01 3mm之內 〇 如果以這些光學功能來說明項目1時，則透鏡1具有 ”折射功能”，而相位差板2具有”光徑差產生功能”。 當將折射功能及光徑差產生功能整合至一單一的物鏡 時，通常藉由將具有折射功能的基本非球狀表面平移一光 徑的長度，便可獲得同時具有兩種各別功能的透鏡。然而 ，當數値孔徑大時，由於光徑的長度需要嚴格的加以考慮 ，因此簡單的在光軸方向上移動表面並無法獲得顯著的效 果。此時，亦改變折射表面的形式，以使原本的折射功能 及光徑差產生功能能同時發揮。 共同區A內的環狀區數目最好爲3-7個，此環狀區提 供光徑差產生功能或光徑差產生結構。 當環狀區的數目小於上述的値時，由於已通過相位差 板的波前無法由連接相同相位之波前所形成的包線來近似 ，光束的像差級數恐怕會不足。當環狀區的數目增加時， 愈遠離光軸，環狀區的寬度會變得愈小，而使環狀區的成 型變得困難。 此光學功能亦可爲一繞射結構。在使用繞射結構的例 子中，由於改變環狀區每一表面的形狀，因此在所有的區 域中，光徑差會連續地改變。而滿足前述的級數。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) -裝· 訂 -線--ί. -30- 594712 A7 _ _B7_ 五、發明説明（28 ) 具體而言，在使用繞射結構的例子中，當光徑長度滿 足下式9時，繞射結構可產生等光程的狀態。 式9 φ(Η) = ^Σ€2ίΗ2ι^χτηχλ = (c2/i2 +C4h4 +C6h6 + ...)x τηχλ 其中m代表繞射階數，λ代表所使用的波長，且Ci代表 其中的一常數，其中至少一 Ci*0。 形成上述繞射結構的環狀區數目爲7-100，且以1卜 30爲最佳。 當欲由繞射結構獲得足夠的繞射功能時，少數的環狀 區並無法滿足，而當環狀區的數目太大時，精確度會降低 且無法獲得足夠的光學級數。 在除外區B中，亦形成有一透鏡1的折射表面，其 具有相同於共同區A的效果，且當提供具有共同區A之 相同效果的相位差板2時，折射表面對波長λΐ及λ2會產 生等光程的效果。在此情況下，提供一波長選擇元件，其 可讓波長爲λΐ的光穿透，而截住波長爲λ2的光，且此波 長選擇元件相較於相位差板更靠近於光源，如此可使波長 爲λ2的光無法進入，而或將波長選擇元件與相位差板一 體的整合，以滿足DVD及CD之間的數値孔徑的差異。 此外，亦可在不使用波長選擇元件的情形下，滿足 DVD及CD之間的數値孔徑的差異。在形成專用區B之透 鏡1的折射表面時，使波長爲λΐ之光線的球像差產生等 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210'〆297公釐） (請先閱讀背面之注意事項存填寫本頁) -装· 訂 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 594712 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 _ B7_五、發明説明（29 ) 光程的效果，而使波長爲λ2之光線產生過度修正的效果 ，如圖3 ( a )所示。在專用區Β的相位差板方面，如果 前述的指定波長爲λΐ，波長爲λΐ的光流不會收斂，亦不 會發散，而維持在等光程的狀態。雖然相位差板的功能可 使波長爲λ2的光流收斂或發散，由於仍具有像差，因此 已通過專用區的光流並不會收斂至聚焦位置上。圖5 (a )顯示一前述的狀態，CD及CDII示最終CD之球像差的 變化。當整合透鏡及相位差板時，最好在整合前，形成一 虛擬非球狀表面的折射表面，使得對波長爲λΐ及λ2的光 線，球像差均會產生過度修正的情形，如圖3 ( b )所示 。光徑差產生功能會使球像差對波長爲λΐ的光線產生最 佳的效果，而對波長爲λ2的光線產生過度修正的效果。 此顯示於圖5 ( b )中，且CD及CD\顯示最終CD之球像 差的變化。此外，光徑差產生功能亦可爲一繞射結構。 具體而言，在使用繞射結構的例子中，繞射結構可將 下式10加入通過環狀區的入射光中，此環狀區在透鏡光 源側與光軸的垂直距離爲h。 式10 Φ(h) = ^ΣC2ih2ί^χmχλ = if2h2i-C4h4ή-C6h6 +..)χτηχλ 其中m代表繞射階數，λ代表所使用的波長，且Ci代表 其中的一常數，其中至少一 CkO。 當欲由繞射結構獲得足夠的繞射功能時，少數的環狀 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -裝· 訂
-線--I -32- 594712 A7 B7 五、發明説明（3〇) 區無法滿足所需的繞射效果，而當環狀區的數目太大時 精確度會降低且無法獲得足夠的光學效能。形成上述繞射 結構的環狀區數目爲7-100，且以11-30爲最佳。 進一步的，專用區B亦可僅由折射表面所構成。如 此，可簡化光學元件的製作。 附帶一提的，圖11 -1 8顯示由單一透鏡所實現的設計 資料。其中專用區由折射表面所表示。 圖11顯示內圈半徑，外圈半徑，以及在光軸方向上 每一環狀區的的位移量。圖1 2顯示透鏡資料，且圖13顯 不形成一非球狀表面的公式。圖14顯示非球狀表面的資 料。 透鏡對球像差所產生的改良效果顯示於圖1 5-1 8。 圖15及16顯不DVD及CD之共同區的球像差，此區 域對透鏡1提供一”折射功能”以及一”光徑差產生結構”。 此相同於圖2 ( a )的情形，對CD而言，在長軸方向上的 球像差會被過度修正，而對DVD而言，在長軸方向上的 球像差會修正不足。 圖1 7及1 8顯示在共同區內，通過相位差板2之光流 的球像差。 從圖中可知，對CD而言，長軸方向上的球像差會修 正不足，而對DVD而言，長軸方向上的球像差會被過度 修正，且對兩者而言，像差均會獲得改善（第二實施例） 〇 接著，將參考圖1，圖6及圖7說明第二發明的光學 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210x297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -裝- 、11 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 - 33· 594712 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7___五、發明説明（31 ) 功能。 此段說明係有關發明的項目2及項目26 °爲了說明 起見，將發明分成分離的形式以及整合的形式。 首先說明分離的形式： 由於相位差板2以及未顯示光源爲透鏡1的基本結構 ，其相同於第一發明者，因此將省略此部分的說明。然而 ，在本例中，透鏡1及相位差板2的光學功能稍有不同。 在第二發明中，透鏡1對已通過共同區A波長爲λΐ 的光流會產生等光程的效果，如圖6 ( a )所示。此時， 由於λ1<λ2且保護板厚度tl<t又士〜因此對波長爲λ2的光流 ，球像差自然會被過度修正。 在第二發明中，相位差板2的步階量可產生接近前述 指定波長整數倍的光徑差，並且不會造成波前偏差，且此 時，指定的波長爲λΐ。 由於波長爲λ 1的光流在通過相位差板後不會收斂亦 不會發散，若使波長爲λΐ的光流在進入折射表面時有最 佳化的球像差，則對通過相位差板及物鏡的光流，亦可獲 得最佳化的球像差。像位差板的發散效果及厚度可使波長 爲λ2的光流成爲等光程的狀態。上述的現象顯示於圖7 ( a )中。 接著，將描述整合相位差板及物鏡的情形。 形成一虛擬非球狀表面，使得對波長爲λΐ的光流， 球像差會被過度修正，如圖6 ( b )所示。此時，對波長 爲λ2的光流而言，球像差自然亦會被過度修正。光徑差 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210X 297公釐) — 一 - 34· (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -装· ’1Τ 線 594712 A7 B7_______ 五、發明説明（32 ) 產生功能既不會使波長爲λΐ的光流收斂，亦不會使其發 散。然而，如果加入光徑差產生功能，離光軸同高度處， 進入物鏡的光線會在下側與光軸相交，並增加一相位差板 厚的距離，而成爲等光程的狀態。另一方面，對於波長爲 λ2的光流，原先非球狀表面已將其球像差過度修正，此 時會因相位差板的厚度效應及所加的光徑差產生功能而成 爲等光程的狀態。因而，對於兩種波長的光流，皆可獲得 適當的球像差。如圖7 ( b )所示。 對整合式及分散式的系統而言，當指定的波長爲λΐ 時，具有一特定型式的繞射表面，其能對λΐ及λ2的波長 產生等光程的效果。最好使通過共同區邊界，波長爲λΐ 的光線交於距一位置0.02mm範圍內的區域，在此位置上 旁軸光線與光軸相交。 在本發明中，光徑差產生功能或光徑差產生結構可由 繞射結構所形成，一如第一發明中的情形。此時，從第二 光源發出且由折射功能過度修正的光流會被繞射結構修正 而成爲等光程的狀態。 專用區B與第一發明者相同。 第三實施例 以下將參考圖1-8及圖9進一步的說明第三發明的光 學功能。 此有關發明項目3或項目27。 由於透鏡1的基本結構，相位差板2及照射光源與第 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝. 訂 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -35- 594712 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7五、發明説明（33 ) 一及第二實施例者相同，因此將省略此部分的說明。然而 在本例中，透鏡1的光學功能及相位差板2則稍有不同。 爲了說明起見，，將發明分成分離的形式以及整合的形式 〇 首先說明分離的形式： 此不同於第二發明者’第三發明中的透鏡1使已通過 共同區A且波長爲λ 1之光流的球像差被過度修正，如圖 8(a)所示，且在透鏡1上形成一繞射表面’其會使球像 差成爲等光程的狀態。 在第三發明中，相位差板2的步階量可產生指定波長 整數倍的光徑差，並且不會造成波前偏差，且此時，指定 的波長爲λ2。由於波長爲λ2的光流在通過相位差板後不 會收斂亦不會發散，對通過相位差板及物鏡的光流，可獲 得最佳化的球像差。另一方面，相位差板的發散效果及厚 度可使波長爲λΐ的光流成爲等光程的狀態。上述的現象 顯示於圖9 ( a )中。 接著，將描述整合的形式。形成一虛擬非球狀表面， 使得對波長爲λ 1的光流，球像差會修正不足，如圖8 ( b )所示。接著，對波長爲λ2的光流而言，球像差會被過 度修正。然而，如果加入光徑差產生功能，離光軸同高度 處，進入物鏡的光線會在下側與光軸相交，並增加一相位 差板厚的距離，而成爲等光程的狀態。另一方面，對於波 長爲λΐ的光流，原先非球狀表面已將其球像差過度修正 ，此時會因相位差板的厚度效應及所加的光徑差產生功能 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210X 297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) -裝· -線· -36- 594712 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7五、發明説明（34 ) 而成爲等光程的狀態。因而，對於兩種波長的光流，皆可 獲得適當的球像差。如圖9 ( b )所示。當指定的波長爲 λ2時，具有一特定型式的繞射表面，其能對λΐ及λ2的波 長產生等光程的效果。最好使通過共同區邊界，波長爲λΐ 的光線交於距一位置0.03mm範圍內的區域，在此位置上 旁軸光線與光軸相交。 在本發明中，當繞射結構提供光徑差產生功能及光徑 差產生結構時，從第一光源發出且其球像差由折射功能過 度修正的光流會被繞射結構修正而成爲等光程的狀態。 接著將說明本發明第49項。 相位差板2被分成多個環狀區，每一環狀區的中心皆 位於光軸上，如第一至第三發明者，同時在光軸上的一偏 .移位置處形成一鄰近環狀區，而產生一光徑差，其差値爲 指定波長的整數倍。 當環狀區上之透鏡1的繞射表面有很大的不同時，在 相位差板上形成對應至每一折射表面的區域，使得當光線 愈遠離光軸的方向時，光線的光徑長會愈長。因此，在第 一發明同時修正球像差及波前像差。然而，在整個區域上 ，當光線愈遠離光軸的方向時，光線的光徑不需隨著增長 〇 對於相位差板之環狀區的數目而言，當其過小或過大 時皆會有不良的影響，最佳的數目是介於7至1 〇〇之間。 在發明項1至25中，基本非球狀表面（折射表面） 所產生之共同區的球像差（對波長爲λΐ的光線會修正不 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（2ΐ〇Χ297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) •裝· 、1Τ 線 -37- 594712 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 ___五、發明説明（35 ) 足，而對波長爲λ2的光線會過度修正）經過光徑差產生 功能（光徑差產生結構）的處理，會成爲等光程的狀態， 此功能會產生將近指定波長λδ ( λ1<λδ<λ2)之整數倍的光 徑，且因此，在共同區中可獲得良好的波前。 在發明項2或26中，基本非球狀表面（折射表面） 所產生之共同區的球像差（對波長爲λΐ的光線會過度修 正，而對波長爲λ2的光線亦會過度修正）經過光徑差產 生功能（光徑差產生結構）的處理，會成爲等光程的狀態 ，此功能會產生將近指定波長( λ1 = λδ)之整數倍的光 徑，且因此，在共同區中可獲得良好的波前。 在發明項3或27中，基本非球狀表面（折射表面） 所產生之共同區的球像差（對波長爲λΐ的光線會未修正 ，而對波長爲λ2的光線會過度修正）經過光徑差產生功 會g (光徑差產生結構）的處理，會成爲等光程的狀態，此 功能會產生將近指定波長( λ2 = λδ)之整數倍的光徑， 且因此，在共同區中可獲得良好的波前。 在發明項4及28中，經由折射作用及光徑差作用的 光流可成爲最佳的像差狀態，因而，，在共同區中可獲得 良好的波前。 在發明項5及29中，折射功能會使通過共同區邊界 ，波長爲λΐ的光流交於距一位置0.013mm範圍內的區域 ，在此位置上旁軸光線與光軸相交，因而當加入光徑差產 生功能時，對於波長λΐ及λ2而言，均能產生等光程的狀 態。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210Χ297公釐) (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) -裝. 、11 -38- 594712 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7五、發明説明（36 ) 在發明項6及30中，折射功能會使通過共同區邊界 ，波長爲λΐ的光流交於距一位置〇.〇2mm範圍內的區域， 在此位置上旁軸光線與光軸相交，因而當加入光徑差產生 功能時，對於波長λΐ及λ2而言，均能產生等光程的狀態 〇 在發明項7及3 1中，折射功能會使通過共同區邊界 ，波長爲λΐ的光流交於距一位置〇.〇3mm範圍內的區域， 在此位置上旁軸光線與光軸相交，因而當加入光徑差產生 功能時，對於波長λΐ及λ2而言，均能產生等光程的狀態 〇 在發明項8及32中，分別形成基本非球狀表面（折 射表面）及光徑差產生功能（光徑差產生結構），因而， 可以簡單的方式來形成具有複雜結構的上述兩種構造，而 具有明顯的優點。 在發明項9及33中，在一元件上提供基本非球狀表 面（折射表面）及光徑差產生功能（光徑差產生結構）， 因而，在定位上能達到高的精度，並可以單一元件簡單地 製作出光學拾取裝置的一光學元件，。 在發明項10及34中，具光徑差產生功能（光徑差產 生結構）之環狀區的數目爲3-7，因而，可簡單地形成光 學系統，並可獲得像差效能。 在發明項11及35中，繞射結構提供光徑差產生功能 (光徑差產生結構），因而，可獲得繞射光的效果，並提 高光收斂至單點的效能。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210X 297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝· 訂 線· -39- 594712 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7五、發明説明（37 ) 在發明項12及36，發明項13及37及發明項14及 38中，繞射結構產生等光程的效果，因而，可提供一光 學元件，其中對DVD及CD皆不會產生像差，並提高光 收斂至單點的效能。 在發明項16及40，發明項17及41中，由於環狀區 的數目可獲得繞射的效果且環狀區的數目並未過多，因而 能輕易地形成光學系統。 在發明項18及42中，由於周圍區由折射表面所構成 ，因此可輕易地形成光學系統。 在發明項1 9及43中，周圍區成爲一折射區（專用區 僅用於DVD )，其能使DVD波長的球像差最佳化，並使 CD波長的球像差被過度修正，並在與共同區分離的周圍 區提供一光徑差產生功能（光徑差產生結構），因而，對 CD的波長施以作用以產生等光程狀態。 在發明項20及44中，由於周圍區上的光徑差產生功 能是由繞射結構所提供，因而對DVD而言，通過專用區 的光線對光收斂點的貢獻有很高的效能。 在發明項21及45中，繞射結構產生一等光程的狀態 ，且因而，對CD的波長不會產生像差，並可提供一最佳 元件，其能提升光點的收斂效能。 在發明項22及46中，對DVD及CD而言，通過共同 區的光線對光收斂點的貢獻有很高的效能。 在發明項23及47，發明項24及48中，由於環狀區 的數目可獲得繞射的效果且環狀區的數目並未過多，因而 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐1 " -40- (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) -裝· 訂 線 594712 Α7 Β7 五、發明説明（38 ) 能輕易地形成光學系統。 在發明項49中，在相位差板上形成對應至每一折射 表面的區域，使得當光線愈遠離光軸的方向時，光線的光 徑長會愈長，因而能同時對球像差及波前像差進行修正。 在發明項50中，由於指定的波長滿足λ1<λδ<λ2， 因此可適當地修正像差。 在發明項5 1中，由於環狀區的數目適宜且環狀區的 數目並未過多，因而能輕易地形成光學系統。 在發明項52中，可獲得一光學拾取裝置的光學元件 ，其不會產生球像差，亦具有優良的聚點效應。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 、τ 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 ) Α4規格（210Χ297公釐） 41 -

Claims (1)

  1. 594712 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 ， 1. 一種用於光學拾取裝置的光學系統，其中藉由將來 自第一光源，波長爲λΐ的光流穿過厚度tl的保護基板收 並斂至第一光學資訊記錄媒體上，或者藉由將來自第二光 源，波長爲λ2 ( λ1<λ2)的光流穿過厚度t2 ( tl <t2)的 保護基板並收斂至第二光學資訊記錄媒體上，來進行資訊 的記錄及/或再生，此系統包括： 一光學功能表面，包括對第一及第二光學資訊記錄媒 體實施資訊記錄及/或再生的共同區，且 共同區包括一折射功能及一光徑差產生結構，折射功 能係由一虛擬基本非球狀表面的折射表面所構成，在光徑 差產生功能中，繞著光軸中心形成多個分離的環狀區，且 鄰近的環狀區在光軸方向上相互偏移，以使光徑差將近爲 指定波長( λ1<λδ<λ2)的整數倍， 其中虛擬基本非球狀表面的折射表面係使球像差在第 一資訊記錄媒體上修正不足，而在第二資訊記錄媒體上過 度修正。 2. —種用於光學拾取裝置的光學系統，其中藉由將 來自第一光源，波長爲λΐ的光流穿過厚度tl的保護基板 收並斂至第一光學資訊記錄媒體上，或者藉由將來自第二 光源，波長爲λ2 ( λ1<λ2)的光流穿過厚度t2 ( tl <t2) 的保護基板並收斂至第二光學資訊記錄媒體上，來進行資 訊的記錄及/或再生，此系統包括： 一光學功能表面，包括對第一及第二光學資訊記錄媒 體實施資訊記錄及/或再生的共同區，且 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -I I n n 1 ϋ -- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 絲 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -42- 594712 A8 B8 C8 D8 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 六、申請專利範圍 2 共同區包括一折射功能及一光徑差產生結構，折射功 能係由一虛擬基本非球狀表面的折射表面所構成，在光徑 差產生功能中，繞著光軸中心形成多個分離的環狀區，且 鄰近的環狀區在光軸方向上相互偏移，以使光徑差將近爲 指定波長λ s ( λ s = λ 1 )的整數倍， 其中虛擬基本非球狀表面的折射表面係使球像差在第 一資訊記錄媒體上過度修正。 3· —種用於光學拾取裝置的光學系統，其中藉由將 來自第一光源，波長爲λΐ的光流穿過厚度tl的保護基板 收並斂至第一光學資訊記錄媒體上，或者藉由將來自第二 光源，波長爲λ2 ( λ1<λ2)的光流穿過厚度t2 ( tl <t2) 的保護基板並收斂至第二光學資訊記錄媒體上，來進行資 訊的記錄及/或再生，此系統包括： 一光學功能表面，包括對第一及第二光學資訊記錄媒 體實施資訊記錄及/或再生的共同區，且 共同區包括一折射功能及一光徑差產生結構，折射功 能係由一虛擬基本非球狀表面的折射表面所構成，在光徑 差產生功能中，繞著光軸中心形成多個分離的環狀區，且 鄰近的環狀區在光軸方向上相互偏移，以使光徑差將近爲 指定波長Xs(Xs = X2)的整數倍， 其中虛擬基本非球狀表面的折射表面係使球像差在第 一資訊記錄媒體上修正不足，而在第二資訊記錄媒體上過 度修正或最佳化。 4.如申請專利範圍第1、第2或第3項之光學系統， (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝· 、1T 綉 本紙張尺度適用中國國家襟準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -43- 594712 A8 B8 C8 D8 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 六、申請專利範圍 3 其中光徑差產生結構使球像差在第一資訊記錄媒體及第二 資訊記錄媒體上皆最佳化。 5. 如申請專利範圍第1項之光學系統，其中對於第一 及第二光學資訊記錄媒體，利用虛擬的基本非球狀表面， 對從第一光源射出且通過折射表面上離光軸最遠處的光線 (用於實施資訊的記錄及/或再生）進行調整，以使光線 與光軸交於離一位置〇.〇13mm範圍的區域內，在該位置 處，旁軸光線與光軸相交。 6. 如申請專利範圍第2項之光學系統，其中對於第一 及第二光學資訊記錄媒體，利用虛擬的基本非球狀表面， 對從第一光源射出且通過折射表面上離光軸最遠處的光線 (用於實施資訊的記錄及/或再生）進行調整，以使光線 與光軸交於離一位置0.020mm範圍的區域內，在該位置 處，旁軸光線與光軸相交。 7. 如申請專利範圍第3項之光學系統，其中對於第一 及第二光學資訊記錄媒體，利用虛擬的基本非球狀表面， 對從第一光源射出且通過折射表面上離光軸最遠處的光線 (用於實施資訊的記錄及/或再生）進行調整，以使光線 與光軸交於離一位置0.030mm範圍的區域內，在該位置 處，旁軸光線與光軸相交。 8·如申請專利範圍第4項之光學系統，其中光學系統 包括具有折射功能且在光學上與虛擬基本非球狀表面等效 之第一光學元件，以及與該第一光學元件分離且具有光徑 差產生結構的第二光學元件。 本&張尺度適用中關家標準（〇叫44«^(2獻297公釐)_ 一 In In ——.— >.^—1· n.— —ϋ ml I (請先聞讀背面之注意事項再填寫本頁) JL 、1T 絲 -44- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 594712 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 4 9·如申請專利範圍第4項之光學系統，其中光學系統 包括整合折射功能與光徑差產生功能的的一光學元件，折 射功能在光學上等效於於一虛擬基本非球狀表面。 10·如申請專利範圍第4項之光學系統，其中光徑差 產生結構中之環狀區的數目爲3到7個。 11·如申請專利範圍第4項之光學系統，其中光徑差 產生結構由一繞射結構所提供。 12·如申請專利範圍第11項之光學系統，其中繞射結 構使來自第一光源的光線及來自第二光源的光線皆成爲等 光程的狀態，該來自第一光源的光線係已經由光學上與虛 擬基本非球狀表面等效之一折射功能的處理而使球像差呈 修正不足的狀態，而該來自第二光源的光線係已經由折射 功能的處理而使球像差呈過度修正的狀態。 13. 如申請專利範圍第11項之光學系統，其中利用繞 射結構使來自第一光源的光線成等光程的狀態，該來自第 一光源的光線係已經由光學上與虛擬基本非球狀表面等效 之一折射功能的處理而使球像差呈修正不足的狀態。 14. 如申請專利範圍第11項之光學系統，其中利用繞 射結構使來自第二光源的光線成等光程的狀態，該來自第 二光源的光線係已經由折射功能的處理而使球像差呈過度 修正的狀態。 15. 如申請專利範圍第11項之光學系統，其中繞射結 構可使通過離光軸一垂直高度h之環狀區的光線具有以下 式表不的光徑長0(h): 本紙張尺度適用中國國家標準( CNS ) A4規格（210X297公釐） ' (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)
    -45- >94712 Α8 Β8 C8 D8 六、申請專利範圍 5 φ(Η) = ^LC2ih2l^jx τη χλ = (c2/i2 +C4h4 +C6h6 +...)x m χλ (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 其中m代表繞射階數，λ代表所使用的波長，且Ci代表 其中的一常數，其中至少一 Ci#0。 16. 如申請專利範圍第11項之光學系統，其中繞射結 構中的環狀區數目爲7至100個。 17. 如申請專利範圍第11項之光學系統，其中繞射結 構中的環狀區數目爲11至30個。 18. 如申請專利範圍第4項之光學系統，其中光學功 能表面包括一周圍區，此周圍區位於共同區的周圍側，並 用以對第一光學資訊記錄媒體實施資訊的記錄及/或再生 ，且其中周圍區由折射表面所形成。 19. 如申請專利範圍第4項之光學系統，其中光學功 能表面包括一周圍區，此周圍區位於共同區的周圍側，並 用以對第一光學資訊記錄媒體實施資訊的記錄及/或再生 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 ，且其中周圍區具有第二折射功能及第二光徑差產生功能 ，該第二折射功能可使第一光學資訊記錄媒體上的球像差 被過度修正或最佳化，且在該第二光徑差產生功能中，繞 著光軸中心形成多個分離的環狀區，且鄰近的環狀區在光 軸方向上相互偏移，以使獲得的光徑差將近爲一指定波長 λΐ的整數倍，且多個環狀區係可使愈往外側的光線具有 愈長的光徑。 20. 如申請專利範圍第19項之光學系統，其中第二光 本紙張尺度適用中國國家榡準（CNS ) Α4規格（210Χ：297公釐） -46- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 594712 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 6 徑差產生結構係由繞射結構所提供。 21. 如申請專利範圍第17項之光學系統，其中構成第 二光徑差產生結構的繞射結構可使來自第二光源之光流的 球像差維持在過度修正的狀態，該來自第二光源之光流係 已經由第二折射功能的處理而使其球像差成爲過度修正的 狀態。 22. 如申請專利範圍第20項之光學系統，其中構成第 二光徑差產生結構的繞射結構可使通過離光軸一垂直高度 h之環狀區的光線具有以下式表示的光徑長φ ( h ): Φ(Η) = ^Σ〇2ίΗ2ί^χτηχλ = (f2h2 +C4/i4 +C6/x6 +...)x πιχλ 其中m代表繞射階數，λ代表所使用的波長，且Ci代表 其中的一常數，其中至少一 CbO。 23·如申請專利範圍第20項之光學系統，其中繞射結 構中的環狀區數目爲7至100個。 24.如申請專利範圍第20項之光學系統，其中繞射結 構中的環狀區數目爲11至30個。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐ΐ "—"' "―"㈣ -- -47- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)
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