TWI389113B - 全像光學裝置、包含該裝置的相容性光學讀取頭以及包含該讀取頭的光學資訊儲存媒體系統 - Google Patents

Description

全像光學裝置、包含該裝置的相容性光學讀取頭以及包含該讀取頭的光學資訊儲存媒體系統

本申請主張2007年4月4日遞交於韓國智慧財産局的韓國專利申請No.10-2007-0033496的優先權，此申請並入本案以供參考。

本發明是有關於一種全像光學裝置、包含該裝置的相容性光學讀取頭以及包含該讀取頭的光學資訊儲存媒體系統，本發明特別是有關於一種能够使用從同一光源發射的光從/向具有不同厚度的資訊儲存媒體再播和/或記錄資料的全像光學裝置、包含該裝置的相容性光學讀取頭以及包含該讀取頭的光學資訊儲存媒體系統。

透過物鏡聚焦於資訊儲存媒體(即，光碟)上的雷射光的光點尺寸決定了光學記錄和/或再播裝置的記錄容量。具體來說，根據公式1，光點的尺寸由雷射光的波長λ及物鏡的數值孔徑(NA)決定。

公式1聚焦光點的直徑λ/NA。

因而，爲了降低形成於光碟上的光點尺寸，並因此達成高密度記錄，必須採用短波長的光源(例如，藍雷射)以及高NA的物鏡。

根據藍光光碟(blu-ray disc, BD)標準，BD單面的儲存容量爲大約25GB。記錄/再製裝置使用波長大約405nm的光源以及NA為0.85的物鏡來記錄/再播BD上的資料。BD 的厚度為0.1mm。此厚度定義爲從入光面到資訊儲存面的間隔，其還相當於保護層的厚度。

同樣，根據高畫質DVD(high definition DVD/HD DVD)標準，HD DVD的儲存容量為大約15GB。記錄/再製裝置使用波長大約405nm的光源(與BD的情況相同)以及NA為0.65的物鏡來記錄/再播HD DVD 上的資料。HD DVD的厚度為0.6mm。與BD一樣，此厚度定義爲從入光面到資訊儲存面的間隔，其還相當於基板的厚度。

由於使用單側儲存容量爲大約25GB的BD以及單側儲存容量爲大約15GB的HD DVD，需要能够在單個系統內使用這兩類光碟的相容性裝置。關於這點，有人建議使用適用於這兩類光碟的雙物鏡方法。然而，在這種情況下，由於需要兩個物鏡單元以及對應的光學部件，使得光學部件的數量增加。因而，生產成本增加。此外，難以進行物鏡之間的光軸調節。

爲了解決上述問題，有人已經想到使用單物鏡並且利用全像光學裝置來降低球面像差(spherical aberration)的方法。日本專利公報第08-062493號公開了一種藉由全像透鏡而利用DVD光源相容地使用CD光碟的方法。根據此方法，在分光時，0級繞射光作為直傳送束形成一焦點，而+1級繞射光作為發散傳送束形成具有不同焦距(focus length)的另一焦點。在上述公報開中，全像透鏡將平行光束的形式的入射光束繞射成0級繞射光以及+1級繞射光。0級繞射光以非發散(非收歛)光束的形式入射到物鏡上。入 射光束用於在相對薄的光碟上記錄資訊或者從其上再製所記錄的資訊。同樣，發散光束形式的+1級繞射光用於在相對厚的光碟上記錄資訊或者從其上再播所記錄的資訊。由0級繞射光形成的光點記錄且再播DVD，而由+1級繞射光形成的光點記錄且再播CD，並且這兩個光點形成於同一光軸上。

如上文所描述的，在習知方式中，0級繞射光與+1級繞射光分別進行直傳送以及發散傳送，以使DVD光源不僅記錄且再播DVD還可記錄且再播CD。然而，即使當全像光學裝置將入射光繞射成0級光和+1級光，但其他級的光量也不完全為零。也就是說，全像光學裝置實質上將少量的入射光繞射到其他級光。因而，由光碟反射並入射到全像透鏡上的0級繞射光，被全像透鏡再次繞射成0級光、+1級光、-1級光等等。此處，0級繞射光用於感測DVD再播訊號。也就是，對於DVD的再播來說，0級/0級繞射光作為訊號光。

同樣，由光碟反射並入射到全像透鏡上的1級繞射光被全像透鏡再次繞射成0級光、+1級光、-1級光等等。此處，+1級繞射光用於感測CD再播訊號。也就是，對於CD的再播來說，+1級/+1級繞射光作為訊號光。

DVD再播的訊號光使用0級繞射光作為入射光，並且0級繞射光被光碟反射並且入射到全像透鏡上。CD再播的訊號光使用+1級繞射光作為入射光，並且+1級繞射光被光碟反射並且入射到全像透鏡上。當這些訊號光用於BD 及HD DVD的相容性再播時，0級/0級繞射光可用來作為BD再播的訊號光，而1級/1級繞射光可用來作為HD DVD再播的訊號光。

然而，當使用一䒈般的光軸旋轉對稱式全像光學裝置(例如，習知的全像透鏡)時，用於再播BD的光點以及用於再播HD DVD的光點處於同一光軸上。因而，由光碟反射並且通過全像光學裝置後被光感測器所感測的光包括由其他繞射光所産生的噪音，使得再播訊號變差。也就是，當全像光學裝置使用n級繞射光的入射光/n級繞射光的返回光作爲訊號光時，(n-1)級繞射光的入射光/n+1級繞射光的返回光以及(n+1)級繞射光的入射光/n-1級繞射光的返回光也入射到光感測器上並且作爲影響訊號光的噪音。在這種情況下，入射光是由全像光學裝置繞射並且發射到光碟上的光。返回光是由光碟反射後再次入射到全像光學裝置上並被繞射且朝光感測器行進的光。

當來自光源的校準之平行光入射到全像光學裝置上並且採用BD時，由於來自全像光學裝置的0級繞射光由BD反射並且使用0級繞射光的光路而再次入射到全像光學裝置上，全像光學裝置的0級繞射光在通過全像光學裝置之後以平行光的形式行進。同樣，由於來自全像光學裝置的1級繞射光由BD反射，並且使用-1級繞射光的光路而再次入射到全像光學裝置上，-1級繞射光最終入射到全像光學裝置上，並且光在通過全像光學裝置之後以平行光的形式行進。類似地，由於來自全像光學裝置的-1級繞射光由 光碟反射並且使用1級繞射光的光路而再次入射到全像光學裝置上，光在通過全像光學裝置之後以平行光的形式行進。

當採用BD時，0級/0級繞射光、-1級/1級繞射光以及1級/-1級繞射光在通過全像光學裝置之後使用相同的光路行進。因此，當0級/0級繞射光作為訊號光來再播BD時，-1級/1級繞射光以及1級/-1級繞射光則成爲噪音。

類似的，當1級/1級繞射光作為HD DVD的訊號光時，0級/2級繞射光以及2級/0級繞射光則成爲噪音。如可從圖1看到的，由-1級/1級繞射光與1級/-1級繞射光以及0級/2級繞射光與2級/0級繞射光，在光感測器上形成的光點尺寸類似於由訊號光所形成的光點尺寸。結果，再播訊號變差。圖1顯示了在BD以及HD DVD的再播過程中光感測器的表面上接收的訊號光及噪音光的光點。因而，爲了增加BD以及HD DVD再播訊號的品質，應藉由降低産生噪音之繞射光的效率來降低噪音。

同時，由於具有高繞射效率的0級/1級繞射光以及1級/0級繞射光在光感測器上形成大的光點，0級/1級繞射光以及1級/0級繞射光不會對再播訊號產生太大的影響。

然而，對於使用差分推挽(differential push-pull, DPP)訊號作為循軌伺服訊號的光碟(例如，WORM以及可覆寫(re-recordable)光碟)來說，-1級/1級繞射光、1級/-1級繞射光、0級/2級繞射光以及2級/0級繞射光不是唯一使子推挽(sub-push-pull, SPP)訊號變差並因而使DPP訊號變差 的光。0級/1級繞射光以及1級/0級繞射光也能使SPP訊號變差，因而使得DPP訊號變差。其原因如下：由光柵分割的用於DPP訊號感測的三個光束(主光束和兩個子光束)透過物鏡在光碟的表面上形成光點。在這種情況下，主光束與子光束之間的光量比率為大約10:1。當使用一般的光軸旋轉對稱式全像光學裝置時，在用於感測子光束的子光接收區內所接收的主光束的1級/0級繞射光以及0級/1級繞射光的光量大到足以影響子推挽訊號。

本發明提供一種全像光學裝置，在使用差分推挽訊號作爲循軌伺服訊號並使用同一光源向/從具有不同厚度的光學資訊儲存媒體記錄/再播資訊時，此裝置能夠確保再播訊號的品質並且避免子推挽訊號的變差。本發明更提供一種包含該裝置的相容性光學讀取頭以及包含該讀取頭的光學資訊儲存媒體系統。

根據本發明一實施例，提供了一種全像光學裝置，設置於光學讀取頭內，光學讀取頭包括物鏡和沿光軸發射入射光的光源。全像光學裝置包括：第一全像區，具有相對光軸非對稱的全像圖，以將入射光繞射成第一0級繞射光和第一1級繞射光，其中物鏡聚焦第一0級繞射光，以在光軸上形成第一光點，並且聚焦第一1級繞射光，以形成在垂直於光軸的方向上距光軸預定距離的第二光點。

根據本發明的另一實施例，提供了一種相容性讀取頭，其適用於符合第一標準的第一資訊儲存媒體，以及符 合第二標準且厚度不同於第一資訊儲存媒體的第二資訊儲存媒體，此相容性讀取頭包括：光源，沿光軸發射入射光，入射光具有預定的波長；物鏡，將入射光聚焦於第一資訊儲存媒體和第二資訊儲存媒體的資訊儲存媒體上；以及全像光學裝置，包括第一全像區，具有相對光軸非對稱的全像圖，以將入射光繞射成第一0級繞射光和第一1級繞射光，其中物鏡聚焦第一0級繞射光，以在資訊儲存媒體上形成位於光軸上的第一光點，並且聚焦第一1級繞射光，以形成在垂直於光軸的方向上距光軸預定距離的第二光點。

根據本發明的另一實施例，全像光學裝置的第一全像區發散1級繞射光。

根據本發明的另一實施例，全像光學裝置更包括第二全像區，設置於第一全像區外側並且具有全像圖，以將入射光繞射成第二0級繞射光和收歛的第二1級繞射光。

根據本發明的另一實施例，在全像光學裝置中，當第二全像區的1級繞射光的聚焦光點與物鏡的光軸之間的距離為d1，並且第一全像區的1級繞射光的聚焦光點與物鏡的光軸之間的距離為d2時，d1≠d2。

根據本發明的另一實施例，在全像光學裝置的第二全像區內，0級繞射光的繞射效率等於或大於1級繞射光的繞射效率。

根據本發明的另一實施例，設置於第一全像區內的全像圖具有同心圓。

根據本發明的另一實施例，在第一全像區內，0級繞射光的繞射效率可等於1級繞射光的繞射效率。

根據本發明的另一實施例，第一資訊儲存媒體的厚度為0.1mm，而第二資訊儲存媒體的厚度為0.6mm。

根據本發明的另一實施例，第一資訊儲存媒體符合BD(藍光光碟)標準，而第二資訊儲存媒體符合HD DVD(高畫質DVD)標準。

根據本發明的另一實施例，光源可發射波長範圍為400nm-420nm的藍光。

根據本發明的另一實施例，物鏡具有適用於符合第一標準之第一訊息儲存媒體的第一NA(數值孔徑)，並且當耦接到物鏡上時全像光學裝置的第一全像區的外徑形成適用於符合第二標準之第二資訊儲存媒體的第二NA。

根據本發明的另一實施例，第一NA可以是0.85，第二NA可以是0.65。

根據本發明的另一實施例，提供了一種光學資訊儲存媒體系統，包括適用於符合第一標準的第一資訊儲存媒體以及符合第二標準且厚度不同於第一資訊儲存媒體的第二資訊儲存媒體的相容性光學讀取頭，以及控制相容性光學讀取頭的控制部，其中相容性光學讀取頭包括：光源，沿光軸發射入射光，此入射光具有預定的波長；物鏡，將入射光聚焦於第一資訊儲存媒體和第二資訊儲存媒體的資訊儲存媒體上；以及全像光學裝置，包括第一全像區，具有相對光軸非對稱的全像圖，以將入射光繞射成第一0級繞 射光和第一1級繞射光，其中物鏡聚焦第一0級繞射光，以在資訊儲存媒體上形成位於光軸上的第一光點，並且聚焦第一1級繞射光，以形成在垂直於光軸的方向上距光軸預定距離的第二光點。

根據本發明的另一實施例，提供了一種利用一個相容性光學讀取頭記錄/再播符合第一標準的第一資訊儲存媒體以及符合第二標準的第二資訊儲存媒體上的資料的方法，第一資訊儲存媒體與第二資訊儲存媒體具有不同的厚度，此方法包括：沿光軸發射入射光，入射光具有預定的波長；利用相對光軸非對稱的第一全像圖繞射入射光，入射光繞射成第一0級繞射光以及第一1級繞射光；聚焦第一0級繞射光以在第一資訊儲存媒體和第二資訊媒體的資訊儲存媒體上形成位於光軸上的第一光點；以及聚焦第一1級繞射光，以在資訊儲存媒體上形成在垂直於光軸的方向上距光軸預定距離的第二光點。

為讓本發明之上述其他目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文將舉較佳實施例，並配合所附圖式，詳細說明如下。

圖2顯示了根據本發明一實施例的包含全像光學裝置20的相容性光學讀取頭10的光學配置。根據本發明一實施例，相容性光學讀取頭10可記錄/再播符合第一標準的第一資訊儲存媒體1a以及符合第二標準的第二資訊儲存媒體1b上的資料。參照圖2，相容性光學讀取頭10包括 發射預定波長的光的光源11、具有第一全像區21(如圖3A和圖3B所示)的全像光學裝置20，將從光源11發射的入射光繞射成直行的0級繞射光以及發散的1級繞射光。物鏡30具有第一數值孔徑(NA)以將入射光聚焦到資訊儲存媒體1上，並且適合/適於符合第一標準的第一資訊儲存媒體1a，而且可用於資訊儲存媒體1b。光路改變器15配置在光源11與物鏡30之間的光路上，以改變入射光的行進路徑。光感測器19接收由資訊儲存媒體1反射並且通過物鏡30及光路改變器15的光。

第一與第二資訊儲存媒體1a和1b具有不同的厚度，並且可結合使用相同波長的光。例如，第一資訊儲存媒體1a的厚度可以是0.1mm，而第二資訊儲存媒體1b的厚度可以是0.6mm。同樣，第一資訊儲存媒體1a可以符合BD標準，而第二資訊儲存媒體1b可以符合HD DVD標準。可理解，本發明還可適用於其他光學媒體標準。

光源11發射其波長由符合第一標準(例如，BD標準)的第一資訊儲存媒體1a以及符合第二標準(例如，HD DVD標準)的第二資訊儲存媒體1b所共用的光。例如，當第一和第二資訊儲存媒體1a和1b分別是BD和HD DVD時，光源11發射400-420nm範圍內(例如大約405nm)的藍光。可提供發射藍光的半導體雷射器作為光源11，儘管並不局限於此。

在光源11與透鏡30之間的光路上更提供校準透鏡13，以將從光源11發射的發散光校準成平行光。圖2顯示 了光路改變器15與全像光學裝置20之間的校準透鏡的配置例。同樣，在光路改變器15與光感測器19之間的光路上更提供傳感器透鏡18，以接收由資訊儲存媒體1所反射的光並且在光感測器19上形成適當尺寸的光點。傳感器透鏡18可以是散光透鏡(astigmatism lens)，以使用散光方法感測到失焦訊號(focus error signal)。光路改變器15可以包括一般的分束器，儘管不是必須的。或者，光路改變器15可包括偏極化分束器以及四分之一波片。

爲了感測3光束方法或者差分推挽(DPP)方法中的循軌伺服訊號，相容性光學讀取頭10更包括光柵12，其設置於光源11與光路改變器15之間的光路上，以將光源11的光輸出分成三個光束(即，主光束以及兩個子光束)。在這種情況下，如圖4和圖6所示，光感測器19可包括接收主光束的光接收區19a以及接收兩個子光束的光接收區19b和19c。感測主光束的光接收區19a包括如圖4和圖6所示的四個分開的光接收區。感測子光束的光接收區19b和19c包括如圖4和圖6所示的兩個分開的光接收區。在這種情況下，可使用差分推挽方法和/或3光束方法感測循軌伺服信號。當相容性光學讀取頭10使用3光束方法感測循軌伺服訊號時，光接收區19b和19c可僅包括單個光接收區。在圖2、圖4和圖6中，忽略了子光束的顯示，以清楚地示意本發明的特徵部份。由於差分推挽方法或者3光束方法中的循軌伺服訊號的感測是眾所皆知的技術領域，因而在本案中省略了其詳細描述以及說明。

全像光學裝置20由支撐件25固定地配置成距物鏡30預定的距離。

圖3A和圖3B是根據本發明一實施例的全像光學裝置20的平面圖。參照圖3A和圖3B，全像光學裝置20的第一全像區21包括光軸旋轉非對稱式相位型全像圖。相位型全像圖可由階梯圖案或者kinoform圖案形成。因此，第一全像區21將入射光繞射成直行的0級繞射光以及發散的1級繞射光。第一全像區21在物鏡30的光路上形成0級繞射光點，並且在垂直光軸的方向上與物鏡30的光軸間隔d0(如圖2所示)的位置處形成1級繞射光點。第一全像區域21藉由使用預定的透鏡(例如，圖2的物鏡30)聚焦0級繞射光以及1級繞射光來形成光點。

第一全像區21可使得0級繞射光與1級繞射光的繞射效率大致彼此相等。例如，第一全像區21可使得0級繞射光、1級繞射光、1級繞射光以及2級繞射光的繞射效率分別爲38.3%、38.3%、5.8%以及3.0%。然而，要理解根據本發明，第一全像區21主要將入射光繞射成0級以及1級繞射光，無論繞射效率值是否大致相等。

當第一全像區21的外徑耦接到物鏡30上時，第一全像區21可形成適用於符合第二標準(例如，HD DVD標準)的第二資訊儲存媒體1b的第二NA。第一NA為0.85，而第二NA為0.65。然而，要理解本發明並不侷限於此。

如圖1所示，BD的入射瞳(entrance pupil)是對於BD可以達成0.85的第一NA的有效光範圍，而HD DVD的入 射瞳是對於HD DVD可以達成0.65的第二NA的有效光範圍，BD的入射瞳要大於HD DVD的入射瞳。因而，當全像光學裝置20僅包括對應於HD DVD入射瞳尺寸的第一全像區21時，在HD DVD入射瞳內可以調整0級繞射光與1級繞射光的比率。然而，入射光完全通過HD DVD入射瞳外側並且屬於BD入射瞳的環形區。因而，全像光學裝置20在BD入射瞳的整個區域內的透過率不均勻，導致抖動退化(jitter degradation)。

因而，如圖2、圖3A以及圖3B所示，藉由在環形區域內形成全像圖來會聚並且透過1級繞射光，使1級繞射光被散射，以不影響資訊儲存媒體1的記錄表面。此外，0級繞射光的透過率大致等於0級繞射光在對應於HD DVD入射瞳尺寸的區域內的透過率，使得可以在BD入射瞳的整個區域內達成大致相等的透過率，因而避免抖動退化。

根據如圖2、圖3A以及圖3B所示的實施例的全像光學裝置20更包括第二全像區23，其設置於第一全像區21的外部。第二全像區23包括全像圖，以將入射光繞射成直行的0級繞射光以及收歛的1級繞射光。第二全像區23使得適用於第一資訊儲存媒體1a的光束的透過率比對應於第一NA的入射瞳尺寸的整個區域內的透過率更加均勻。

第二全像區23將入射光繞射成0級繞射光以及1級繞射光並且收歛1級繞射光。在第二全像區23內設置深度與第一全像區21的全像圖相同的全像圖。由第二全像區23 繞射的1級繞射光聚焦在第一資訊儲存媒體1a(例如，BD)的資訊儲存面之前的某個位置，並且因而實質上不會聚焦到訊息儲存面上。

圖3A顯示了第二全像區23的實例，其包括條狀圖案的全像圖。圖3B顯示了第二全像區23的另一實例，其包括同心圓圖案的全像圖。要理解第一全像區21的全像圖也可以是條形圖案或者同心圓圖案。由於第二全像區23僅用於在薄的第一資訊儲存媒體1a上形成聚焦點，因而不需要與第一全像區21類似的全像圖案。無論第二全像區23的圖案形狀，可以使用任何能夠控制0級繞射效率的全像圖案。因而，圖案可以進行各種修飾。

在根據本發明的包含全像光學裝置20的相容性光學讀取頭10中，通過第一與第二全像區21和23的0級繞射光可用於記錄/再播薄的第一資訊儲存媒體1a(例如，BD)上的資料。此外，由第一全像區21繞射的1級繞射光用於記錄/再播第二資訊儲存媒體1b(例如，HD DVD)上的資料，第二資訊儲存媒體1b厚於第一資訊儲存媒體1a。因而，由於第二全像區23使通過全像光學裝置20的0級繞射光在BD入射瞳的整個區域內更加均勻，第二全像區23可使得1級和0級繞射光的繞射效率彼此相等。然而，要理解本發明並不侷限於此。例如，第二全像區23可使得0級繞射光的繞射效率大於1級繞射光的繞射效率。

儘管不是全都需要，但全像光學裝置20要滿足以下條件。當第二全像區23的1級繞射光聚焦於厚的第二資訊儲 存媒體1b上時，假設聚焦點在垂直於物鏡30的光軸的方向上偏離光軸的距離(偏軸距離)為d1。當第一全像區21的1級繞射光聚焦於第二資訊儲存媒體1b上時，假設聚焦點在垂直於物鏡30的光軸的方向上所偏離的距離(偏軸距離)為d2。在這種情況下，d1不等於d2。

當第二全像區23包括如圖3A所示的條狀圖案的全像圖時，由於d1是不為0的數值，可在第一以及第二全像區21和23內提供滿足條件d1≠d2的全像圖案。當第二全像區23包括如圖3B所示的同心圓圖案的全像圖時，由於d1=0，全像光學裝置20自然滿足條件d1≠d2。

當全像光學裝置20滿足條件d1≠d時，在第二資訊儲存媒體1b的再播過程中，即便當由第二全像區23繞射後收歛的1級繞射光，由資訊儲存媒體1反射並且通過第一全像區21，光被阻止接收於光感測器19的有效光接收區內。

根據本發明的全像光學裝置20是光軸旋轉非對稱式相位型全像繞射光學裝置，並且可由0級繞射光(例如，BD訊號光)在物鏡30的光軸上形成光點，並且由1級繞射光(例如，HD DVD訊號光)形成在垂直於物鏡30的光軸的方向上(例如，在徑向方向上)偏軸的光點。因而，-1級繞射光的入射光/1級繞射光的返回光以及1級繞射光的入射光/-1級繞射光的返回光使BD再播訊號變差，0級繞射光的入射光/2級繞射光的返回光以及2級繞射光的入射光/0級繞射光的返回光使得HD DVD再播訊號變差，以及0級繞 射光的入射光/1級繞射光的返回光以及1級繞射光的入射光/0級繞射光的返回光等使伺服訊號變差的光被禁阻進入於光感測器19的有效光接收區內，並且遠離光感測器19的中心。因而，可移除由非訊號繞射光形成的噪音，使得在使用差分推挽方法時的BD/HD DVD再播訊號特徵以及循軌伺服訊號特徵得到極大的改良。

下面將描述利用根據本發明的全像光學裝置20來移除使再播訊號或伺服訊號變差的噪音繞射光。

圖4顯示了0級/0級繞射光以及1級/-1級繞射光通過並到達根據本發明一實施例的相容性光學讀取頭10內的光感測器的光路。圖5A顯示了作爲對比實例的當使用習知的光軸旋轉對稱式全像光學裝置20'作為相容性光學讀取頭而不是根據本發明的全像光學裝置20時，0級/0級繞射光以及1級/-1級繞射光通過並且到達光感測器的光路。

圖5B是圖5A的習知的光軸旋轉對稱式全像光學裝置20'的平面圖。

如圖5A所示，當使用習知的光軸旋轉對稱式全像光學裝置20'時，在使用0級/0級繞射光再播第一資訊儲存媒體1a(例如，BD)的過程中，1級/-1級繞射光到達光感測器19上的同一位置。相反，如圖4所示，當使用根據本發明的全像光學裝置20時，1級繞射光的聚焦點在垂直於光軸的第一資訊儲存媒體1a的徑向方向上偏心。因而，當使用根據本發明的全像光學裝置20時，在例如使用0級/0級繞射光來再播BD的過程中，由於1級/-1級繞射光到達 光感測器19的位置偏離0級/0級繞射光的到達位置，1級/-1級繞射光噪音被移除。類似的，在例如HD DVD的再播過程中，可以移除0級/2級繞射光以及2級/0級繞射光噪音。因而，藉由使用根據本發明的全像光學裝置20，使BD以及HD DVD的再播訊號變差的繞射光噪音被移除。

根據本發明，當0級繞射光的聚焦點形成於光軸上，而1級繞射光的聚焦點由全像光學裝置20在資訊儲存媒體1上沿垂直於光軸的方向上偏心時，n級繞射光的入射光/m級繞射光的返回光距離光感測器19的中心的絕對偏心量可以用以下方法近似計算。假設1級繞射光的聚焦點在資訊儲存媒體1上沿垂直於光軸的方向上偏離光軸的距離爲d0，n級繞射光的入射光/m級繞射光的返回光偏離光感測器19的中心的距離為d1，並且根據本發明的相容性光學讀取頭10中所設計的橫向放大率(lateral magnification)為M。n級繞射光的入射光/m級繞射光的返回光偏離光感測器19的中心的距離d1可由公式2和3進行計算。

公式2當n=m時，d1=0

公式3當n≠m時，d1=abs(n-m)×d0×M

其中橫向放大率M是傳感器透鏡18的焦距f2相對物鏡30的焦距f1的比率f2/f1。

圖6A顯示了當使用圖5B的習知全像光學裝置20'時，由光感測器19所接收的0級/0級繞射光、0級/1級繞 射光以及1級/0級繞射光的光點。圖6B顯示了當使用根據本發明的全像光學裝置20時由光感測器19所接收的0級/0級繞射光、0級/1級繞射光以及1級/0級繞射光的光點。

當使用習知全像光學裝置20'時(如圖6A所示)，0級/1級繞射光以及1級/0級繞射光相對光感測器的中心形成大的光點。1級/0級繞射光以及0級/1級繞射光幾乎不影響BD的再播過程的再播訊號，但使DPP訊號的子推挽訊號變差。

由於當使用習知的光軸旋轉對稱式全像光學裝置20'時(如圖6所示)，由光柵12所分光的用於DPP訊號感測的主光束與子光束之間的光量比率為大約10:1，0級/1級繞射光以及1級/0級繞射光在光感測器19的中心形成相對大的光點被充分地感測到，因而影響到子光接收區19b和19c內的子推挽訊號。因而，當使用習知的光軸旋轉對稱式全像光學裝置20'時，DPP的子推挽訊號在使用循軌伺服DPP再播資訊儲存媒體時變差。

相反，當使用根據本發明的全像光學裝置20時，0級/1級繞射光與1級/0級繞射光所形成的大光點的位置偏離光感測器19的中心。因而，0級/1級繞射光與1級/0級繞射光幾乎不在子光接收區19b和19c內接收，並且子推挽訊號的變差被減小或消除。

圖6A和圖6B顯示了當使用習知全像光學裝置20'與使用根據本發明的全像光學裝置20時由光感測器19感測 到的繞射光所形成的光點尺寸的實例。當使用根據本發明的全像光學裝置20時，圖6B的光點尺寸d0為大約30μm，而橫向放大率M為大約30，這些參數是當根據本發明的全像光學裝置20的相位曲線(phase-profile)Φ的係數滿足表1時獲得的：

使用子光束的光量比率、子光束的光點尺寸、噪音繞射光的量以及由噪音繞射光所形成的光點尺寸可計算出進入子推挽訊號的噪音量。當基於BD單層(SL)計算噪音量時，可以看到藉由根據本發明的全像光學裝置20完全移除了在使用習知全像光學裝置20'的情況下子推挽訊號的35%的噪音。因而，當使用根據本發明的全像光學裝置20 時，可以避免由1級/0級繞射光以及0級/1級繞射光產生的差分推挽訊號的子推挽訊號的變差。

圖7顯示了根據本發明一實施例的包含相容性光學讀取頭的光學記錄和/或再播裝置的結構。光學記錄和/或再製裝置包括：主軸馬達(spindle motor)312以旋轉資訊儲存媒體1；本發明的相容性光學讀取頭10，能夠在資訊儲存媒體1的徑向上移動，以再播和/或記錄資訊儲存媒體1上的資訊；驅動部307，以驅動主軸馬達312以及相容性光學讀取頭10；以及控制部309，以控制光學讀取頭30的聚焦、循軌和/或傾斜伺服。光學記錄和/或再播裝置更包括轉台352以及夾具353，以夾住資訊儲存媒體1。

由資訊儲存媒體1反射的光由設置於相容性光學讀取頭10的光感測器所感測，並且透過光電轉換而轉換成電訊號。電訊號透過驅動部307輸入到控制部309。驅動部307控制主軸馬達312的轉速，放大輸入訊號並且驅動相容性光學讀取頭10。控制部309向驅動部307發送聚焦伺服命令、循軌伺服命令和/或傾斜伺服命令，上述命令基於從驅動部輸出的訊號進行調整，以進行相容性光學讀取頭10的聚焦、循軌和/或傾斜操作。因而，包含根據本發明的相容性光學讀取頭10的光學記錄和/或再播裝置可以使用BD以及HD DVD。

如上文所描述的，本發明提供了一種使用單光源的物鏡群組，其能夠藉由將全像光學裝置與物鏡結合而記錄/再播符合不同標準(例如BD以及HD DVD)的不同厚度 的資訊儲存媒體。

本發明提供了一種光軸旋轉非對稱式相位型全像繞射光學裝置，其在0級繞射光的情況下在薄的資訊儲存媒體上形成位於光軸上的光點，並且在1級繞射光的情況下在厚的資訊儲存媒體上形成偏離光州的光點。因而，由以噪音形式産生的繞射光所形成的光點在光感測器上是偏心的，以移除使再播訊號以及差分推挽伺服訊號變差的噪音繞射光。

因而，在具有本發明的全像光學裝置的相容性光學讀取頭以及包含相容性光學讀取頭的光學資訊儲存媒體系統中，再播訊號的品質得以保證。同樣，當使用差分推挽訊號作為循軌伺服訊號時，可避免子推挽訊號的變差。儘管本文參照BD和HD-DVD進行的描述，但是應該理解本發明可用於具有不同厚度的其他媒體。

雖然本發明已以比較佳實例形態揭露如上，然其並非限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內當可作些許之更動與潤節，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

1‧‧‧資訊儲存媒體

1a‧‧‧第一資訊儲存媒體

1b‧‧‧第二資訊儲存媒體

10‧‧‧相容性光學讀取頭

11‧‧‧光源

12‧‧‧光柵

13‧‧‧校準透鏡

15‧‧‧光路改變器

18‧‧‧傳感器透鏡

19‧‧‧光感測器

19a‧‧‧主光束的光接收區

19b‧‧‧子光束的光接收區

19c‧‧‧子光束的光接收區

20‧‧‧全像光學裝置

20'‧‧‧全像光學裝置

21‧‧‧第一全像區

21'‧‧‧未出現

23‧‧‧第二全像區

25‧‧‧支撐件

30‧‧‧物鏡

307‧‧‧驅動部

309‧‧‧控制部

312‧‧‧主軸馬達

352‧‧‧轉台

353‧‧‧夾具

d₀ ‧‧‧距離

圖1顯示了BD以及HD DVD再製過程中接收於光感測器表面上的訊號光以及噪音光的光點。

圖2顯示了本發明一實施例的包含全像光學裝置的相容性光學讀取頭的光學配置。

圖3A和圖3B是根據本發明一實施例的全像光學裝置 的平面圖。

圖4顯示了0級/0級繞射光以及1級/-1級繞射光通過並到達根據本發明一實施例的相容性光學讀取頭中的光感測器的光路。

圖5A顯示了作爲對比實例的使用習知的光軸旋轉對稱式全像光學裝置作爲相容性讀取頭，而不是根據本發明的全像光學裝置時，0級/0級繞射光以及1級/-1級繞射光通過並到達光感測器的光路。

圖5B是圖5A的習知光軸旋轉對稱式全像光學裝置的平面圖。

圖6A顯示了使用圖5B的習知全像光學裝置時由光感測器所接收的0級/0級繞射光、0級/1級繞射光以及1級/0級繞射光的光點。

圖6B顯示了使用根據本發明的全像光學裝置時由光感測器所接收的0級/0級繞射光、0級/1級繞射光以及1級/0級繞射光的光點。

圖7顯示了根據本發明一實施例的包含相容性光學讀取頭的光學記錄和/或再播裝置的結構。

1‧‧‧資訊儲存媒體

1a‧‧‧第一資訊儲存媒體

1b‧‧‧第二資訊儲存媒體

10‧‧‧相容性光學讀取頭

11‧‧‧光源

12‧‧‧光柵

13‧‧‧校準透鏡

15‧‧‧光路改變器

18‧‧‧傳感器透鏡

19‧‧‧光感測器

20‧‧‧全像光學裝置

25‧‧‧支撐件

30‧‧‧物鏡

d₀ ‧‧‧距離

Claims (39)

1. 一種全像光學裝置，設置於光學讀取頭中，所述光學讀取頭包括物鏡以及沿光軸發射入射光的光源，所述全像光學裝置包括：第一全像區，具有對所述光軸非對稱的全像圖，以將所述入射光繞射成第一0級繞射光以及第一1級繞射光；以及第二全像區，設置於所述第一全像區的外側並且包括全像圖，以將所述入射光繞射成第二0級繞射光以及第二1級繞射光，其中所述物鏡聚焦所述第一0級繞射光，以在所述光軸上形成第一光點，並且聚焦所述第一1級繞射光，以形成在垂直所述光軸的方向上距所述光軸預定距離的第二光點，其中所述第一全像區發散所述第一1級繞射光，所述第二全像區會聚所述第二1級繞射光。
2. 如申請專利範圍第1項所述之全像光學裝置，其中所述第一1級繞射光的所述第二光點與所述光軸之間的距離不等於所述第二1級繞射光的聚焦點與所述光軸之間的距離。
3. 如申請專利範圍第1項所述之全像光學裝置，其中所述第二0級繞射光的繞射效率等於或者大於所述第二1級繞射光的繞射效率。
4. 如申請專利範圍第1項所述之全像光學裝置，其中 所述第一全像區的全像圖包括同心圓圖案。
5. 如申請專利範圍第1項所述之全像光學裝置，其中所述第一0級繞射光的繞射效率等於所述第一1級繞射光的繞射效率。
6. 如申請專利範圍第1項所述之全像光學裝置，其中所述第二全像區的全像圖包括同心圓圖案。
7. 如申請專利範圍第1項所述之全像光學裝置，其中所述第二全像區的全像圖包括條狀圖案。
8. 如申請專利範圍第1項所述之全像光學裝置，其中所述第二光點在平行於所述光軸的方向上距離所述第一光點的平面預定距離。
9. 一種相容性光學讀取頭，適用於符合第一標準的第一資訊儲存媒體以及符合第二標準的第二資訊儲存媒體，所述第一資訊儲存媒體與所述第二資訊儲存媒體的厚度不同，所述相容性光學讀取頭包括：光源，沿光軸發射入射光，所述入射光具有預定的波長；物鏡，以將所述入射光聚焦到所述第一資訊儲存媒體與所述第二資訊儲存媒體的資訊儲存媒體上；以及全像光學裝置，所述全像光學裝置包括：第一全像區，具有相對所述光軸非對稱的全像圖，以將所述入射光繞射成第一0級繞射光以及第一1級繞射光；以及第二全像區，設置於所述第一全像區的外側並且包 括全像圖，以將所述入射光繞射成第二0級繞射光以及第二1級繞射光，其中所述物鏡聚焦所述第一0級繞射光，以在所述資訊儲存媒體上形成位於所述光軸上的第一光點，並且聚焦所述第一1級繞射光，以形成在垂直所述光軸的方向距所述光軸預定距離的第二光點，其中所述第一全像區發散所述第一1級繞射光，所述第二全像區會聚所述第二1級繞射光。
10. 如申請專利範圍第9項所述之相容性光學讀取頭，其中形成於所述第二訊息儲存媒體上的所述第一1級繞射光的第二光點與所述光軸之間的距離，不等於形成於所述第二訊息儲存媒體上的所述第二1級繞射光的聚焦點與所述光軸之間的距離。
11. 如申請專利範圍第9項所述之相容性光學讀取頭，其中所述第二0級繞射光的繞射效率等於或者大於所述第二1級繞射光的繞射效率。
12. 如申請專利範圍第9項所述之相容性光學讀取頭，其中所述第一全像區的全像圖包括同心圓圖案。
13. 如申請專利範圍第9項所述之相容性光學讀取頭，其中所述第一0級繞射光的繞射效率等於所述第一1級繞射光的繞射效率。
14. 如申請專利範圍第9項所述之相容性光學讀取頭，其中所述第二全像區的全像圖包括同心圓圖案或者條狀圖案。
15. 如申請專利範圍第9項所述之相容性光學讀取頭，其中所述第一資訊儲存媒體的厚度為0.1mm，而所述第二資訊儲存媒體的厚度為0.6mm。
16. 如申請專利範圍第9項所述之相容性光學讀取頭，其中所述第一標準是藍光光碟(BD)標準，而所述第二標準是高畫質DVD(HD DVD)標準。
17. 如申請專利範圍第16項所述之相容性光學讀取頭，其中所述光源發射波長在400nm與420nm之間的藍光。
18. 如申請專利範圍第9項所述之相容性光學讀取頭，其中：所述物鏡具有適用於所述第一資訊儲存媒體的第一數值孔徑(NA)；以及所述全像光學裝置的所述第一全像區的外徑耦接到所述物鏡上，以提供適用於所述第二資訊儲存媒體的第二NA。
19. 如申請專利範圍第18項所述之相容性光學讀取頭，其中所述第一NA是0.85，而所述第二NA是0.65。
20. 如申請專利範圍第9項所述之相容性光學讀取頭，更包括光感測器，以在所述光感測器的第一區域內接收由所述第一資訊儲存媒體反射的所述第一0級繞射光，並且在不同於所述第一區域的所述光感測器的第二區域內接收由所述第二資訊儲存媒體反射的所述第一1級繞射光。
21. 如申請專利範圍第9項所述之相容性光學讀取頭，其中所述第二光點在平行於所述光軸的方向上距所述第一光點的平面預定距離。
22. 一種光學資訊儲存媒體系統，包括相容性光學讀取頭，適用於符合第一標準的第一資訊儲存媒體以及符合第二標準的第二資訊儲存媒體，所述第一資訊儲存媒體與所述第二資訊儲存媒體的厚度不同；以及控制部，以控制所述相容性光學讀取頭，所述相容性光學讀取頭包括光源，沿光軸發射入射光，所述入射光具有預定的波長；物鏡，以將所述入射光聚焦到所述第一資訊儲存媒體與所述第二資訊儲存媒體的資訊儲存媒體上；以及全像光學裝置，包括第一全像區，具有對所述光軸非對稱的全像圖，以將所述入射光繞射成第一0級繞射光以及第一1級繞射光，其中所述物鏡聚焦所述第一0級繞射光，以在所述資訊儲存媒體上形成位於所述光軸上的第一光點，並且聚焦所述第一1級繞射光以形成在垂直所述光軸的方向上距所述光軸預定距離的第二光點。
23. 如申請專利範圍第22項所述之光學資訊儲存媒體系統，其中所述全像光學裝置的第一全像區發散所述第一1級繞射光。
24. 如申請專利範圍第23項所述之光學資訊儲存媒體系統，其中所述全像光學裝置更包括： 第二全像區，設置於所述第一全像區的外側並且包括全像圖，以將所述入射光繞射成第二0級繞射光以及第二1級繞射光，使得所述第二全像區會聚所述第二1級繞射光。
25. 如申請專利範圍第24項所述之光學資訊儲存媒體系統，其中形成於所述第二資訊儲存媒體上的所述第一1級繞射光的所述第二光點與所述光軸之間的距離不等於形成於所述第二資訊儲存媒體上的所述第二1級繞射光的聚焦點與所述光軸之間的距離。
26. 如申請專利範圍第24項所述之光學資訊儲存媒體系統，其中所述第二0級繞射光的繞射效率等於或者大於所述第二1級繞射光的繞射效率。
27. 如申請專利範圍第22項所述之光學資訊儲存媒體系統，其中所述第一全像區的全像圖包括同心圓圖案。
28. 如申請專利範圍第22項所述之光學資訊儲存媒體系統，其中所述第一0級繞射光的繞射效率等於所述第一1級繞射光的繞射效率。
29. 如申請專利範圍第24項所述之光學資訊儲存媒體系統，其中所述第二全像區的全像圖包括同心圓圖案或者條狀圖案。
30. 如申請專利範圍第22項所述之光學資訊儲存媒體系統，其中所述第一資訊儲存媒體的厚度是0.1mm，而所述第二資訊儲存媒體的厚度是0.6mm。
31. 如申請專利範圍第22項所述之光學資訊儲存媒體 系統，其中所述第一標準是藍光光碟(BD)標準，而所述第二標準是高畫質DVD(HD DVD)標準。
32. 如申請專利範圍第31項所述之光學資訊儲存媒體系統，其中所述光源發射波長在400nm與420nm之間的藍光。
33. 如申請專利範圍第22項所述之光學資訊儲存媒體系統，其中：所述物鏡具有適用於所述第一資訊儲存媒體的第一數值孔徑(NA)；以及所述全像光學裝置的所述第一全像區的外徑耦接到所述物鏡上，以提供適用於所述第二資訊儲存媒體的第二NA。
34. 如申請專利範圍第33項所述之光學資訊儲存媒體系統，其中所述第一NA是0.85，而所述第二NA是0.65。
35. 如申請專利範圍第22項所述之光學資訊儲存媒體系統，其中所述相容性光學讀取頭更包括光感測器，以在所述光感測器的第一區域內接收由所述資訊儲存媒體反射的所述第一0級繞射光，並且在不同於所述第一區域的所述光感測器的第二區域內接收由所述資訊儲存媒體反射的所述第一1級繞射光。
36. 如申請專利範圍第22項所述之光學資訊儲存媒體系統，其中所述第二光點在平行於所述光軸的方向上距離所述第一光點的平面預定距離。
37. 一種利用一相容性光學讀取頭記錄/再播符合第一 標準的第一資訊儲存媒體以及符合第二標準的第二資訊儲存媒體上的資料的方法，所述第一資訊儲存媒體以及所述第二資訊儲存媒體具有不同的厚度，所述方法包括：沿光軸發射入射光，所述入射光具有預定的波長；利用第一全像圖繞射所述入射光，所述第一全像圖相對所述光軸非對稱，所述入射光繞射成第一0級繞射光以及第一1級繞射光；聚焦所述第一0級繞射光，以在所述第一資訊儲存媒體上形成位於所述光軸上的第一光點；以及聚焦所述第一1級繞射光，以在所述第二資訊儲存媒體上形成在垂直所述光軸的方向上距離所述光軸預定距離的第二光點。
38. 如申請專利範圍第37項所述之利用一相容性光學讀取頭記錄/再播符合第一標準的第一資訊儲存媒體以及符合第二標準的第二資訊儲存媒體上的資料的方法，其中更包括：利用第二全像圖將所述入射光繞射成第二0級繞射光以及第二1級繞射光，其中所述第一全像圖發散所述第一1級繞射光，而所述第二全像圖會聚所述第二1級繞射光。
39. 如申請專利範圍第37項所述之利用一相容性光學讀取頭記錄/再製符合第一標準的第一資訊儲存媒體以及符合第二標準的第二資訊儲存媒體上的資料的方法，其中所述第二光點在平行於所述光軸的方向上距離所述第一光點的平面預定距離。