TWI404060B - 光學元件之設計方法、光學系統、光碟機之光學裝置、物鏡及光碟機 - Google Patents

光學元件之設計方法、光學系統、光碟機之光學裝置、物鏡及光碟機 Download PDF

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Description

光學元件之設計方法、光學系統、光碟機之光學裝置、物鏡 及光碟機
本發明係關於光學元件，像是物鏡的設計方法，用於根據不同標準，可以將資料記錄至以及/或從複數種光碟片中再生資料的光碟機。
目前有許多種光碟片，其上個別以許多種密度記錄數位資訊。例如：DVD(數位多功能光碟)具有高於CD(小型光碟)或CD－R(可燒錄式CD)的記錄密度，並且具有比CD或CD－R還要薄的覆蓋層。
最近，已經提出的光碟新技術標準，像是HD DVD(高傳真DVD)以及BD(藍光碟片)，都進一步具有較高的記錄密度。這種新標準光碟的覆蓋層厚度小於或等於DVD的覆蓋厚度。在這種環境下，光碟機(即是光碟機內的光學系統)需要支援至少兩種光碟。此後，這種支援至少兩種光碟的光碟機(物鏡)經常稱為相容光碟機(物鏡)。
為了支援複數種光碟，光碟機的光學系統需要修正隨所用的光碟覆蓋層厚度而改變之球面像差，而改變NA(數值孔徑)，定義適合於所使用光碟尺寸的光束點尺寸。一般而言，該光束點直徑隨著光束波長減少而遞減。因此，例如適用於DVD的雷射光束波長大約660 nm，低於CD用的雷射光束波長大約780 nm。對於具有比DVD更高記錄密度的新技術標準光碟而言，會使用波長比DVD還要短的雷射光束(即是俗稱的藍光雷射，其具有大約408 nm的波長)。
更進一步，該光碟機的光學系統需要合宜地集中光碟記錄表面上的光束，其上光束的波長會根據用於碰撞的光碟種類而改變，而不引起球面像差。為此，相容光碟機的傳統光學系統配置為在該光學系統內，光學元件(例如物鏡)的表面之一上具有繞射結構，如此光束才會合宜地集中在每一光碟的記錄表面上。
較佳的，當雷射光束的設計波長隨著環境情況變化，像是溫度改變或光源裝置之間個別差異，含繞射結構的光學元件具有修正球面像差的功能。設計波長一詞表示適合光碟記錄以及/或再生的光束之波長。
繞射結構的設計自由程度受到限制。因此，假設若繞射結構的形成用以支援兩種光碟，對於該繞射結構因波長飄移同時給予修正功能是不可能的。(換言之，對於兩種光碟，以兩種不同光束的每一，其具有一功能修正因波長飄移導致的球面像差的變化量)。
再者，目前對於可支援新技術標準光碟以及現有光碟的光碟機(即是可支援三種光碟的光碟機)有所需求。不過，繞射結構的設計自由程度受到限制，因此，單一繞射結構的光學效能為至少將兩種具有不同波長的光束分別集中在兩種光碟記錄表面上。也就是，若光學系統設定成在該光學系統內光學元件的表面之一上具有繞射結構，則該光學系統只能支援兩種光碟。
為了解決這種問題，Matsushita Electric Industrial Co.,Ltd,ISOM論文集(We－F－20)中由Yoshiaki Komma等人在文章“Compatible Objective Lens for Blu－ray Disc and DVD using Diffractive Optical Element and Phase－step Element which Corrects both Chromatic and Spherical Aberration”內提出一種光學系統。文章內提出的該光學系統配置在兩鏡頭表面上分別具有不同繞射結構。藉由此配置，該光學系統可合宜地將用於DVD和BD的雷射光束分別集中在DVD和BD的記錄表面上，修正用於DVD和BD的每一雷射光束內波長飄移所導致的球面像差。
不過，若該光學系統如上述文章內提到的配置在兩鏡頭表面上具有繞射結構，則會有製造誤差(像是偏離中心)增加而導致光學效能退化的可能性。進一步，若該光學系統由單一物鏡形成來減少組件數量與製造成本，則該繞射結構會形成於該物鏡兩表面上。在此情況下，該物鏡表面之一(即是繞射結構之一)透過碟盤暴露出來，如此當鏡頭清潔劑使用頻繁時，則暴露出來的繞射結構有受損的可能性。
因此，從實際的觀點來看，文章內提出的該光學系統並無法用於光碟機內，雖然該光學系統可提供複數種繞射功能給該光學系統內的光學元件。
日本專利臨時申請案第2000－171704號揭示一種設計單一繞射表面具有複數個光學功能的方法。申請案2000－171704內揭示的該設計方法是一種將複數個光學功能，賦予單一繞射表面的方法，如此最適用具有特定波長的光束。不過在此申請案中，設計光學元件的設計方法並未揭示可提供一種具有支援複數種光碟的能力之光碟機(光學系統)。
本發明的優點在於其提供一種設計光學元件的方法，該光學元件提供具有複數個繞射功能的單一繞射結構。
根據發明態樣，提供一種設計光學元件的方法，該元件用於其中複數個光束每一都具有不同設計波長穿過該光學元件的光學系統。該方法包含決定至少兩種光學路徑差異函數，這些函數包含第一與第二光學路徑差異函數，帶入第一光學路徑差異函數，其中複數個光束的繞射效率達最大化，其繞射階次間的比例與與帶入第二光學路徑差異函數，其中複數個光束的繞射效率達最大化的繞射階次間比例，兩者不同；並且獲得結合至少兩種光學路徑差異函數所定義的形狀，以用於獲得該光學元件表面的至少一表面的形狀。
運用這種配置，因為供應給光學元件的形狀係根據不同比例的至少兩光學路徑差異函數來決定，所以增加設計光學元件的自由程度。因為該光學路徑差異函數的決定方式為採用光束個別最高值的比例都不同，許多種繞射功能可賦予不同波長的繞射結構(即是單一繞射表面)。
選擇性而言，應用該形狀的至少一表面會區分成包含光學元件光學軸的內側區域以及位於該內側區域之外的外側區域。在此情況下，該決定步驟可個別套用至內側與外側區域，並且該獲得步驟可個別套用至該內側與外側區域，如此具有不同繞射功能的繞射結構可分別形成於內側與外側區域。
仍舊是選擇性，具有利用該獲得步驟所獲得的形狀之繞射結構可對稱於該光學元件的光學軸。
仍舊是選擇性，該光學元件可用在設定於根據不同標準記錄資料至以及/或再生資料自第一與第二光碟每一之光碟機，其使用具有第一設計波長的第一光束用於第一光碟，以及具有與該第一設計波長不同之第二設計波長的第二光束用於第二光碟。
仍舊是選擇性，利用該獲得步驟可獲得該形狀當成繞射結構。在此情況下，將使用第一光碟時所導致的球面像差調整至所要值，並將使用第二光碟時所導致的球面像差調整至所要值之第一繞射功能，可由該第一光學路徑差異函數賦予該繞射結構。調整在使用該第一與第二光碟至少之一時，波長飄移所導致的球面像差變化之第二繞射功能，可由該第二光學路徑差異函數賦予該繞射結構。
仍舊是選擇性，利用該第一繞射功能，該繞射結構會產生具有方向性的像差，如此可修正使用第一光碟時導致的球面像差，以及使用第二光碟時導致的球面像差。利用該第二繞射功能，該繞射結構可降低使用第一光碟時，該第一光束的波長飄離該第一設計波長所導致的球面像差變化。
仍舊是選擇性，在每一該第一與第二光束入射至該光學元件上當成平行光束的情況下可決定調整使用該第一與第二光碟時導致的球面像差之該第一繞射功能。
仍舊是選擇性，該光碟機可設定成根據與該第一與第二光碟標準不同的標準，記錄資料至以及/或再生資料自第三光碟，其使用具有與該第一和第二光束波長不同之第三設計波長的第三光束用於第三光碟。
仍舊是選擇性，該光碟機可設定成根據與該第一與第二光碟標準不同的標準，記錄資料至以及/或再生資料自第三光碟，其使用具有與該第一和第二光束波長不同之第三設計波長的第三光束用於第三光碟。在此情況下，可分別決定該第一與第二光學路徑差異函數，如此可將使用該第一、第二與第三光碟之一時，導致的球面像差調整至所要值。
仍舊是選擇性，若該第一、第二與第三光碟的覆蓋層厚度分別定義為t1、t2和t3，則該覆蓋層的厚度具有下列關係t1t2<t3。若適合記錄資料至並且/或再生資料自該第一光碟的數值孔徑定義為NA1、適合記錄資料至並且/或再生資料自該第二光碟的數值孔徑定義為NA2並且適合記錄資料至並且/或再生資料自該第三光碟的數值孔徑定義為NA3，則該NA1、NA2和NA3具有NA1>NA3並且NA2>NA3的關係。在此配置中，該第一光束的第一設計波長可為該第一、第二和第三設計波長中最短的，該第二光束的第二設計波長會長於該第一光束的第一設計波長，並且該第三光束的第三設計波長為所有該第一、第二和第三設計波長中最長的。
仍舊是選擇性，由該第一光學路徑差異函數帶來的該繞射階次(其上該第一、第二與第三光束的繞射效率已經分別最大化)間之比例可依照該第一、第二與第三光束的順序由2：1：1表示。進一步，由該第二光學路徑差異函數帶來的該繞射階次(其上該第一、第二與第三光束的繞射效率已經分別最大化)間之比例可依照該第一、第二與第三光束的順序由3：2：2表示。
仍舊是選擇性，該方法包含決定第三光學路徑差異函數，其主要將用於調整在使用該第一、第二與第三光碟至少之一時波長飄移所導致的球面像差變化之第三繞射功能賦予該繞射結構。
仍舊是選擇性，由該第一光學路徑差異函數帶來的該繞射階次(其上該第一、第二與第三光束的繞射效率已經分別最大化)間之比例可依照該第一、第二與第三光束的順序由2：1：1表示。進一步，由該第二光學路徑差異函數帶來的該繞射階次(其上該第一、第二與第三光束的繞射效率已經分別最大化)間之比例可依照該第一、第二與第三光束的順序由3：2：2表示。進一步，由該第三光學路徑差異函數帶來的該繞射階次(其上該第一、第二與第三光束的繞射效率已經分別最大化)間之比例可依照該第一、第二與第三光束的順序由10：6：5表示。
根據本發明其他態樣，在此提供一光碟機，其包含個別發出複數個具有不同設計波長的光束之複數個光源裝置，以及利用上述方法設計的光學元件。
選擇性而言，為了根據不同標準記錄資料至以及/或再生資料自每一第一與第二光碟，具有第一設計波長的第一光束用可用於第一光碟，並且具有與該第一設計波長不同之第二設計波長的第二光束可用於第二光碟。進一步，為了根據與該第一與第二光碟的標準不同之標準記錄資料至以及/或再生資料自第三光碟，具有第三設計波長的第三光束可用於該第三光碟，如此該第三光束會當成分散光束入射至該光學元件上。
根據本發明的其他態樣，在此提供一種由上述設計方式生產的光學元件。
根據本發明的其他態樣，在此提供一種物鏡，其用於利用選擇使用具有不同波長的三光束之一並且實質上平行的光束，可以記錄資料至以及/或再生資料自三種光碟的光碟機。當要使用該三光束的第一光束(波長為所有三光束中最短的)用於記錄資料至以及/或再生資料的該三種光碟中第一光碟之厚度用t1表示、要使用該三光束的第二光束(波長比該第一光束的長)用於記錄資料至以及/或再生資料的該三種光碟中第二光碟之厚度用t2表示以及要使用該三光束的第三光束(波長為所有三光束中最長的)用於記錄資料至以及/或再生資料的該三種光碟中第三光碟之厚度用t3表示，則滿足t1t2<t3的關係。當所有三光束中最短的該第一光束之波長由λ1 表示、比該第一光束長的該第二光束波長由λ2 表示並且所有三光束中最長的該第三光束之波長由λ3 表示，則滿足λ1 <λ2 <λ3 以及1.9<λ3 /λ1 <2.1的關係。當用於記錄資料至並且/或再生資料自該第一光碟所需的數值孔徑由NA1表示、用於記錄資料至並且/或再生資料自該第二光碟所需的數值孔徑由NA2表示並且用於記錄資料至並且/或再生資料自該第三光碟所需的數值孔徑由NA3表示，則NA1、NA2和NA3具有NA1>NA3並且NA2>NA3的關係。
在此配置中，該物鏡包含在其表面之一上的相位飄移結構。該相位飄移結構包含複數個以該物鏡光學軸為圓心同心形成的環狀折射表面區。該相位飄移結構具有將該第三光束集中在該第三光碟記錄表面上的第一區域，該第一區域包含相鄰環狀折射表面區間之邊界上的台階，該台階將至少兩不同的光學路徑長度變化量賦予該第一光束。在一光學路徑長度內，該兩不同變化量的每一絕對值為(i A ＋△ A )以及(i B ＋△ B )乘上該第一雷射光束的波長，其中i A 和i B 代表自然數並且i A ≠i B ，在此－0.5<△A <0.5,－0.5<△B <0.5。光學路徑長度內該至少兩不同變化量的至少之一滿足iA ＝(2k＋1)，其中k代表自然數。若光學路徑長度內該至少兩不同變化量的至少之一滿足iA ＝(2k＋1)，則繞射階次中最大化的該第三光束繞射效率由(k＋1)階來表示。△A 滿足條件0.000△A 0.384.....(1)。
藉由指派奇數(2k＋1)給光學路徑長度內該至少兩不同變化量的至少之一之值i A ，其可根據不同標準將三種光碟的優異相容性賦予該物鏡。因為平行光束用於三種光碟中每一種，其可抑制讀軌操作期間導致的像差，如此可獲得適用於三種光碟每一種的光束點。
在特定案例中，△A 可滿足一條件：0.020△A 0.324…‥(2)。
在特定案例中，△A 可滿足一條件：0.020△A 0.258…‥(3)。
在特定案例中，△A 可滿足一條件：0.020△A 0.178…‥(4)。
運用此配置，就可能在用於具有最高記錄密度的第一光碟之記錄操作以及/或再生操作內，讓該第一光束的光線有相當高的使用效率。
在特定案例中，在光學路徑長度內，由該第一區域內台階所賦予至少兩差異變化量i A 和i B 之值可分別為3和2。
在特定案例中，在光學路徑長度內，由該第一區域內台階所賦予至少兩差異變化量i A 和i B 之值可分別為5和2。
在特定案例中，光學路徑長度內該至少兩差異變化量，可包含光學路徑長度內三差異變化量。在此案例中，不同於(i A ＋△ A )乘上以及(i B ＋△ B )乘上該第一雷射光束的波長，在光學路徑長度內該變化量的絕對值，為(i C ＋△ C )乘上該第一雷射光束的波長，讓i C 代表自然數並且i C ≠i A 和i C ≠i B ，其中－0.5<△C <0.5，並且由該第一區域內台階所賦予的光學路徑長度內三個不同變化量之i A 、i B 和i C 值分別為3、2和8。
在特定案例中，在光學路徑長度內，由該第一區域內台階所賦予三個差異變化量i A 、i B 和i C 值可分別為3、2和10。
在特定案例中，在光學路徑長度內，由該第一區域內台階所賦予三個差異變化量i A 、i B 和i C 值可分別為5、2和8。
在特定案例中，在光學路徑長度內，由該第一區域內台階所賦予三個差異變化量i A 、i B 和i C 值可分別為5、2和10。
根據本發明的其他態樣，在此提供一種物鏡，其用於利用選擇使用具有不同波長的三光束之一並且實質上平行的光束，可以記錄資料至以及/或再生資料自三種光碟的光碟機。當要使用該三光束的第一光束(波長為所有三光束中最短的)用於記錄資料至以及/或再生資料的該三種光碟中第一光碟之厚度用t1表示、要使用該三光束的第二光束(波長比該第一光束的長)用於記錄資料至以及/或再生資料的該三種光碟中第二光碟之厚度用t2表示以及要使用該三光束的第三光束(波長為所有三光束中最長的)用於記錄資料至以及/或再生資料的該三種光碟中第三光碟之厚度用t3表示，則滿足t1t2<t3的關係。當所有三光束中最短的該第一光束之波長由λ1 表示、比該第一光束長的該第二光束波長由λ2 表示並且所有三光束中最長的該第三光束之波長由λ3 表示，則滿足λ1 <λ2 <λ3 以及1.9<λ3 /λ1 <2.1的關係。當用於記錄資料至並且/或再生資料自該第一光碟所需的數值孔徑由NA1表示、用於記錄資料至並且/或再生資料自該第二光碟所需的數值孔徑由NA2表示並且用於記錄資料至並且/或再生資料自該第三光碟所需的數值孔徑由NA3表示，則NA1、NA2和NA3具有NA1>NA3並且NA2>NA3的關係。
在此配置中，該物鏡包含一在其表面之一上的相位飄移結構。該相位飄移結構包含複數個以該物鏡光學軸為圓心同心形成的環狀折射表面區。該相位飄移結構具有將該第三光束集中在該第三光碟記錄表面上的第一區域，該第一區域包含相鄰環狀折射表面區的邊界上之台階，該台階將至少兩不同的光學路徑長度改變量，賦予該第一光束。在光學路徑長度內，該至少兩不同變化量的每一絕對值為(i A ＋△ A )以及(i B ＋△ B )乘上該第一雷射光束的波長，其中i A 和i B 代表自然數並且i A ≠i B ，在此－0.5<△A <0.5,－0.5<△B <0.5。光學路徑長度內，該至少兩不同變化量的至少之一滿足iA ＝(2k＋1)，其中k代表自然數。若光學路徑長度內，該至少兩不同變化量的至少之一滿足iA ＝(2k＋1)，則繞射階次中最大化的該第三光束繞射效率由k階來表示。進一步，△A 滿足條件－0.384△ A －0.070...(5)。
藉由指派奇數(2k＋1)給光學路徑長度內該至少兩不同變化量的至少之一之值i A ，其可根據不同標準將三種光碟的優異相容性賦予該物鏡。因為平行光束用於三種光碟中每一種，其可抑制讀軌操作期間導致的像差，如此可獲得適用於三種光碟每一種的光束點。
在特定案例中，△A 滿足條件－0.324△A －0.070...(6)。
在特定案例中，△A 滿足條件－0.258△A －0.070...(7)。
在特定案例中，△A 滿足條件－0.178△A －0.070...(8)。
在特定案例中，光學路徑長度內該至少兩差異變化量，可包含光學路徑長度內三差異變化量。在此案例中，不同於(i A ＋△ A )乘上以及(i B ＋△ B )乘上該第一雷射光束的波長，在光學路徑長度內該變化量的絕對值，為(i C ＋△ C )乘上該第一雷射光束的波長，讓i C 代表自然數並且i C ≠i A 和i C ≠i B ，其中－0.5<△C <0.5，並且由該第一區域內台階所賦予的一光學路徑長度內三個不同變化量之i A 、i B 和i C 值分別為3、2和10。
關於上述與根據本發明的物鏡有關之兩態樣，該物鏡可為單一元件鏡頭。
仍舊是選擇性，該相位飄移結構可包含位於該第一區域之外的第二區域。在此案例中，該第二區域內的該相位飄移結構，可配置成分別將該第一與第二光束集中在該第一與第二光碟的記錄表面上，並且不會集中該第三光束。該第二區域內相位飄移結構，可包含相鄰環狀折射表面區間之邊界上的台階，該台階將光學路徑長度內至少一變化量賦予該第一光束。由該第二區域內相位飄移結構賦予該第一光束的光學路徑長度內至少一變化量之絕對值，不同於由該第一區域內相位飄移結構賦予該第一光束的光學路徑長度內至少兩不同變化量之一的絕對值。
仍舊是選擇性，使用該第一光碟時該物鏡的焦距由f1表示，並且使用第二光碟時該物鏡的焦距由f2表示，該物鏡可滿足一條件：f1×NA1<f2×NA2...(9)。在此案例中，該相位飄移結構可具有位於該第二區域之外的第三區域。該第三區域內的該相位飄移結構可設定成只集中該第二雷射光束，而不集中該第一和第三光束。該第三區域內相位飄移結構可包含相鄰環狀折射表面區間之邊界上的台階，該台階將光學路徑長度內至少一變化量賦予該第二光束。進一步，由該第三區域內相位飄移結構賦予該第二光束的光學路徑長度內至少一變化量的絕對值，不同於由該第二區域內相位飄移結構賦予該第二光束的光學路徑長度內變化量的絕對值。
另外，使用該第一光碟時該物鏡的焦距由f1表示，並且使用第二光碟時該物鏡的焦距由f2表示，該物鏡可滿足一條件f1×NA1>f2×NA2...(10)。在此案例中，該相位飄移結構可具有位於該第二區域之外的第三區域。該第三區域內的該相位飄移結構可設定成只集中該第一雷射光束，而不集中該第二和第三光束。該第三區域內相位飄移結構可包含相鄰環狀折射表面區間之邊界上的台階，該台階將光學路徑長度內至少一變化量賦予該第一光束。進一步，由該第三區域內相位飄移結構賦予該第一光束的光學路徑長度內至少一變化量的絕對值，不同於由該第二區域內相位飄移結構賦予該第一光束的光學路徑長度內至少一變化量的絕對值。
根據本發明其他態樣，在此提供一光學系統，其包含個別發出複數個具有不同設計波長的光束之複數個光源裝置、具有上述配置的物鏡、將該複數個光束每一導引至該物鏡的分光器以及接收從光碟返回的光線的感應器。
此後將參考附圖來說明根據本發明的具體實施例。
在下列當中，將說明設計光學元件的設計方法，以及根據該設計方法設計的物鏡。根據具體實施例設計的該光學元件可讓光碟機具有根據不同標準(例如具有不同覆蓋層厚度以及不同記錄密度)，支援三種光碟當中至少兩種。
依照此處所使用，「光碟機」一詞表示可以記錄資料至以及/或再生資料自每一光碟的光碟機。
在下列當中，具有所有三種光碟中最高記錄密度的第一種光碟(像是HD DVD或BD)稱之為光碟D1、具有所有三種光碟中次高記錄密度的第二種光碟(像是DVD或DVD－R)稱之為光碟D2，以及具有所有三種光碟中最低記錄密度的第三種光碟(像是CD或CD－R)稱之為光碟D3。當執行記錄或再生時，每一該光碟D1、D2和D3都放置在光碟機的碟片托盤上。
若該光碟D1、D2和D3的覆蓋層厚度分別定義為t1、t2和t3，則該覆蓋層的厚度具有下列關係。
為了支援所有光碟D1、D2和D3，該光碟機的光學系統需要設定成改變數值孔徑(NA)，如此可獲得合適的光束點直徑，用於記錄以及/或再生每一光碟D1、D2和D3。若適用於該光碟D1、D2和D3的數值孔鏡分別定義為NA1、NA2和NA3，則該NA1、NA2和NA3具有下列關係。
NA1>NA3和NA2>NA3
換言之，為了支援具有最高記錄密度的光碟D1，需要具有最小直徑的光束點，因此需要較高數值孔徑。在另一方面，為了支援具有最低紀錄密度的光碟D3，則必要的數值孔徑相對較小。
在光碟機內，使用具有不同波長的複數種雷射光束，如此可獲得適用於該複數種光碟每一的光束點直徑。尤其是，具有所有全部雷射光束中波長最短的第一雷射光束用於光碟D1，如此可在該光碟D1的記錄表面上形成具有最小直徑的光束點、具有所有全部雷射光束中波長次短的第二雷射光束用於光碟D2，如此可在該光碟D2的記錄表面上形成具有次小直徑的光束點，以及具有所有全部雷射光束中波長最長的第三雷射光束用於光碟D3，如此可在該光碟D3的記錄表面上形成具有最大直徑的光束點。
依照此處所使用，「設計波長」一詞表示適合用於記錄以及/或再生該光碟D1、D2和D3的波長。
第一具體實施例
此後，將說明依照第一具體實施例的設計方法，以及根據該設計方法形成的物鏡10A。該物鏡10A可用於兩種光碟(即是該物鏡10A具備兩種光碟的相容性)。在此具體實施例內，該物鏡10A設定成支援光碟D2和D3。不過，藉由根據第一具體實施例的設計方法，可設計出相容於其他對光碟的不同種物鏡。
第一圖顯示根據第一具體實施例的光碟機(光學系統)100的一般配置。該光碟機100包含光源2A，其發出用於該光碟D2的第二雷射光束、光源3A，其發出用於該光碟D3的第三雷射光束、耦合鏡2B和3B、分光器41、半反射鏡43、光接收單元(感應器)44以及該物鏡10A。因為該光碟機100需要獲得適合該光碟D3的數值孔徑，這小於該光碟D2的數值孔徑，該光碟機100可在該光源3A與該物鏡10A之間提供孔徑光欄(未顯示)，如此可降低該第三雷射光束的直徑。
如第一圖內所示，發自於該光源2A和3A的該第二與第三雷射光束會分別由該耦合鏡2B和3B轉換成平行光束。也就是，每一該耦合鏡2B和3B都當成平行鏡。通過該耦合鏡2B和3B的該第二與第三雷射光束會由該分光器41導引至共用光路徑，並且入射至該物鏡10A上。通過該物鏡10A的每一光束都集中在對應的該光碟D2和D3之一的記錄表面上。該半反射鏡43會偏轉該記錄表面所反射的雷射光束，然後入射在該光接收單元44上。
如上述，該集中光束入射在該物鏡10A上。因此，當利用追蹤操作在該光碟的徑向方向內移動該物鏡10A，如此可有效抑制像是后髮這種偏軸像差。
第二圖顯示當光碟D2用於光碟機100的情況。第二B圖顯示當光碟D3用於光碟機100的情況。在第二A圖和第二B圖內，利用虛線呈現出該光碟機(該光學系統)100的參考軸Ax。雖然第二A圖和第二B圖每一都顯示該光碟機(光學系統)100的參考軸Ax與該物鏡10A的光學軸重疊，當執行讀軌操作時該光學軸可能偏離該參考軸Ax。
如第二A圖和第二B圖內所示，該物鏡10A為束製成的單元件雙凸面鏡，並且具有第一表面(光源側表面)11以及第二表面(光碟側表面)12，每一表面都形成為非球面表面。非球面表面由下列等式表示：
其中X(h) 代表SAG量，為該光學軸高度h 上，該非球面表面上一點與在該光學軸上與該球面表面正切的平面間之距離，符號C代表該光學軸上的曲率(1/r)，K為圓錐係數並且A2 i (其中i為大於或等於1的整數)分別為第四、第六、第八、第十、第十二…階的非球面係數。
每一該光碟D2和D3都具有覆蓋層21與記錄表面22。尤其是，該記錄表面22夾在該覆蓋層21與標籤層(未顯示)之間。光碟D1(稍後將說明)具有相同配置。
因為用於該光碟D2和D3的該第二與第三雷射光束的波長彼此不同，則該物鏡10A的折射率會根據使用的光碟(雷射光束)種類而變。進一步，該光碟D2和D3的覆蓋層厚度彼此不同。因此，該記錄表面22上的球面像差會根據使用的光碟種類而變。
此外，該第二(第三)雷射光束的波長會因為老化或光源裝置之間的個別差異，而飄離該光碟D2(D3)的設計波長。若該雷射光束的波長飄離設計波長，則該記錄表面22上的球面像差就會改變。
為了藉由修正上述會改變的球面像差來支援該光碟D2和D3，所以在該物鏡10A的第一表面11上形成對於該第二與第三雷射光束都有效用的繞射結構。在此具體實施例內，該繞射結構具有將該球面像差(由該第二與第三雷射光束之間波長差異所引起)抑制至零的第一繞射功能(此後通稱為兩波長相容功能)，以及將因為老化或光源裝置之間個別差異，造成該第二與第三雷射光束波長飄移所導致的該球面像差消除之第二繞射功能(此後通稱為波長飄移補償功能)。
尤其是，根據該兩波長相容功能，當使用該第二與第三雷射光束讓適合記錄以及/或再生每一光碟D2和D3的光束點可形成於該記錄表面22上，則該記錄層22上的球面像差就會受到充分抑制。根據該波長飄移補償供能，即是該雷射光束的波長通過該物鏡10A而飄離該設計波長，適合用於記錄以及/或再生每一該光碟D2和D3的光束點還是可形成於該記錄表面22上。
此後，將說明設計該物鏡10A的設計方法。在該設計方法內，決定兩不同的光學路徑差異函數，並且該兩不同的光學路徑差異函數可彼此結合。「不同的光學路徑差異函數」表示其上雷射光束(若三種光束都用於該光碟機100內的話為第一至第三光束)都採用個別最大繞射效率，並由該光學路徑差異函數之一帶來的繞射階次之間比例與其上雷射光束(若三種光束都用於該光碟機100內的話為第一至第三光束)都採用個別最大繞射效率，並由該光學路徑差異函數另一帶來的繞射階次之間比例不同的情況。
若其上雷射光束都採用個別最大繞射效率，並由光學路徑差異函數帶來的該繞射階次之一與其上雷射光束都採用個別最大繞射效率，並由另一光學路徑差異函數帶來的該繞射階次對應之一不同，則考慮該兩光學路徑差異函數彼此不同。
在下列當中，當使用三雷射光束時，利用表示式“3：2：2”簡單表示其上雷射光束都採用個別最大繞射效率的繞射階次間的比例。在此表示式內，該繞射階次以該第一、第二與第三雷射光束的順序排列。也就是，比例“3：2：2”代表該第一雷射光束採用第三階繞射光的最大繞射效率、該第二雷射光束採用第二階繞射光的最大繞射效率以及該第三雷射光束採用第二階繞射光的最大繞射效率。
例如：若第一光學路徑差異函數所帶來的比例為“3：2：2”，並且第二光學路徑差異函數所帶來的比例為“3：2：1”，則考慮該第一與第二光學路徑差異函數彼此不同。
若由該兩光學路徑差異函數所賦予的比例具有整數倍數關係(例如由該第一光學路徑差異函數所賦予的比例為“2：1：1”，並且由該第二光學路徑差異函數所賦予的比例為“4：2：2”)，則考慮由該第一與第二光學路徑差異函數所賦予的繞射功能彼此相同。因此在此具體實施例內，決定光學路徑差異函數，如此該光學路徑差異函數所賦予的比例並不具有整數倍數關係。
由該第一與第二光學路徑差異函數(此後光學路徑差異函數通稱為OPD函數)所賦予的可能比例組合包含：．“2：1：1”用於第一OPD函數並且“5：3：2”用於第二OPD函數。
．“2：1：1”用於第一OPD函數並且“5：3：3”用於第二OPD函數。
．“2：1：1”用於第一OPD函數並且“7：4：3”用於第二OPD函數。
．“2：1：1”用於第一OPD函數並且“8：5：4”用於第二OPD函數。
．“3：2：2”用於第一OPD函數並且“8：5：4”用於第二OPD函數。
．“3：2：2”用於第一OPD函數並且“10：6：5”用於第二OPD函數。
．“5：3：2”用於第一OPD函數並且“8：5：4”用於第二OPD函數。
．“5：3：2”用於第一OPD函數並且“10：6：5”用於第二OPD函數。
．“5：3：3”用於第一OPD函數並且“8：5：4”用於第二OPD函數。
．“5：3：3”用於第一OPD函數並且“10：6：5”用於第二OPD函數。
．“7：4：3”用於第一OPD函數並且“8：5：4”用於第二OPD函數。
．“7：4：3”用於第一OPD函數並且“10：6：5”用於第二OPD函數。
．“8：5：4”用於第一OPD函數並且“10：6：5”用於第二OPD函數。
若OPD函數提供其中該第一雷射光束繞射效率最大的繞射階次為奇數的比例適用的話，則可獲得相當高的該第一與第三雷射光束使用效率。
若由該兩OPD函數所賦予的兩比例具有整數倍數關係(例如由該第一OPD函數所賦予的比例為“2：1：1”，並且由該第二OPD函數所賦予的比例為“4：2：2”)，則考慮因為在此案例中該第一與第二OPD函數的效果彼此相同，因此這些OPD函數相同。也就是，選擇該兩不同的OPD函數，如此該OPD函數不具有整數倍數關係。
該物鏡10A上形成的該繞射結構的兩波長相容功能主要由該第一OPD函數所賦予，而該波長飄移補償功能則由該第二OPD函數所賦予。吾人應該注意，該第一與第二OPD函數之一並不只對於上述第一與第二繞射功能有所貢獻。也就是，OPD函數主要對於該繞射功能之一有所貢獻，也對該繞射功能另一有所貢獻。例如：該第一OPD函數主要對於該兩波長相容功能有所貢獻，也對該波長飄移補償功能有所貢獻。
在該設計方法內，首先，決定該第一光學路徑差異函數主要對於該兩波長相容功能有所貢獻。
光學路徑差異函數Φ(h)由一等式表示：
在此P2 i (在此i為大於或等於1的整數)為第二、第四與第六…階的係數，h代表距離該光學軸的高度，m代表其上所使用雷射光束採用最大值的繞射效率的繞射等級，以及λ代表設計波長。
第三A圖為說明主要對於該兩波長相容功能有所貢獻的第一OPD函數的圖式。在第三A圖內(以及下列類似圖式中)，水平軸代表距離該光學軸的高度，並且垂直軸代表額外光學路徑長度(單位：λ)。當獲得反射OPD函數的形狀，則考慮每一雷射光束的繞射效率來決定額外光學路徑長度。有關於第三A圖內所示的該第一光學路徑差異函數，決定該額外光學路徑長度，如此具有最短波長的該雷射光束的繞射效率為所使用雷射光束的所有繞射效率中最高。
在此具體實施例內，該第二雷射光束具有所使用雷射光束中最短的波長。因此，關於第三A圖內所示的該第一光學路徑差異函數，決定該額外光學路徑長度，以具有對應至其上該第二雷射光束採用最高繞射效率的繞射階次(在此具體實施例內為第一階)的總量。
接下來，決定主要用於波長飄移補償功能的第二OPD函數。第三B圖為說明該第二OPD函數的圖式。在第三B圖內所示的該第二OPD函數內，決定該額外光學路徑長度，以具有對應至其上該第二雷射光束採用最高繞射效率的繞射階次(在此具體實施例內為第六階)的總量。
在決定該第一與第二OPD函數之後，該第一與第二OPD函數會彼此結合(加總)，並且在該物鏡10A的第一表面11上形成由該第一與第二OPD函數結合所定義的繞射結構。由該第一與第二OPD函數結合形成的該繞射結構同時具備該兩波長相容功能以及該波長飄移補償功能。第三C圖內顯示直接定義該第一表面11上形成的該繞射結構的OPD函數。如第三C圖內所示，直接定義該繞射結構的該OPD函數之圖(位置)對應至該第一與第二OPD函數的總合。
吾人應該注意，因為該繞射結構形成於該物鏡10A的光源側表面上，如此避免鏡頭清潔劑傷害到該繞射結構。
在該第一表面11上具有該繞射結構的該物鏡10A可支援該光碟D2和D3，並且修正隨使用該第二雷射光束時導致的該波長飄移而變的球面像差。
第二具體實施例
此後，將說明依照第二具體實施例的設計方法，以及利用根據該第二具體實施例的該設計方法形成的物鏡10B。該物鏡10B可支援三種光碟(即是該物鏡10B具備三種光碟的相容性)。在此具體實施例內，該物鏡10B設定成支援光碟D1、D2和D3。在第四圖內(以及在下列圖式內)，對於與該第一具體實施例內相同的元件而言，會指派相同的參考編號，並不再重複說明。
第四圖顯示根據第二具體實施例的光碟機(光學系統)200的一般配置。該光碟機200包含光源1A，其發出用於該光碟D1的第一雷射光束、光源2A，其發出用於該光碟D2的第二雷射光束、光源3A，其發出用於該光碟D3的第三雷射光束、耦合鏡1B、2B和3B、分光器41和42、該半反射鏡43、該光接收單元44以及該物鏡10B。因為該光碟機200需要獲得該光碟D3的數值孔徑，這小於其他光碟的數值孔徑，該光碟機200可在該光源3A與該物鏡10B之間提供孔徑光欄(未顯示)，如此可降低該第三雷射光束的直徑。
第五A圖顯示當光碟D1用於光碟機200的情況。第五B圖顯示當光碟D2用於光碟機200的情況。第五C圖顯示當光碟D3用於光碟機200的情況。在第五A圖、第五B圖和第五C圖內，利用虛線呈現出該光碟機(該光學系統)200的參考軸Ax。雖然第五A圖、第五B圖和第五C圖每一都顯示該光碟機(光學系統)200的參考軸Ax與該物鏡10B的光學軸重疊的情況，當執行讀軌操作時該光學軸可能偏離該參考軸Ax。
如第四圖內所示，發自於該光源1A的該第一雷射光束會由該耦合鏡1B轉換成平行光束。也就是，該耦合鏡1B當成平行鏡。通過該耦合鏡1B的該第一雷射光束利用該分光器42導引至共用光路徑，並且入射至該物鏡10B上。通過該物鏡10B的該第一雷射光束會集中在該光碟D1的記錄表面上。該半反射鏡43會偏轉該光碟記錄表面所反射的雷射光束，然後入射在該光接收單元44上。因為該光碟機200對於該光碟D2和D3的操作與第一具體實施例的一樣，在此將不再重複說明。
因為用於該光碟D1、D2和D3的該第一、第二與第三雷射光束的波長彼此不同，則該物鏡10B的折射率會根據使用的光碟(雷射光束)種類而變，導致球面像差根據所使用的雷射光束(光碟)類型而變。進一步，該光碟D1、D2和D3的覆蓋層厚度之間有差異，因此，該記錄表面上的球面像差會根據使用的光碟種類而變。
為了支援三種光碟D1、D2和D3，所以在該物鏡10B的第一表面11上形成對於該第一、第二與第三雷射光束都有效用的繞射結構。在此具體實施例內，該繞射結構具有第一繞射功能(此後通稱為三波長相容功能)，可將該第一、第二與第三雷射光束之間波長差異所導致的球面像差抑制到實質上為零。根據該三波長相容功能，當使用該第一、第二與第三雷射光束讓適合記錄以及/或再生每一光碟D1、D2和D3的光束點可形成於每一光碟之該記錄表面22上，則該記錄層22上的球面像差就會受到充分抑制。
此後，將說明設計該物鏡10B的設計方法。在該設計方法內，決定兩不同的光學路徑差異(OPD)函數，並且該兩OPD函數可彼此結合，以獲得形成於該物鏡10B上的繞射結構。因為已經於第一具體實施例內解釋「不同的光學路徑差異函數」一詞的涵義，因此將不再重複說明。
在此具體實施例內，決定第一與第二OPD函數，如此該繞射結構具有該三波長相容功能。第六A圖和第六B圖為分別顯示該第一與第二OPD函數的圖式。該第一雷射光束具有最短波長，因此，有關第六A圖和第六B圖內所示的該OPD函數，決定該額外光學路徑長度，以具有對應至其上該第一雷射光束採用最高繞射效率的繞射階次(在第六A圖內第二階，在第六B圖上為第三階)的總量。
在決定該第一與第二OPD函數之後，該第一與第二OPD函數會彼此結合(加總)，並且在該物鏡10B的第一表面11上形成由該第一與第二OPD函數結合所定義的繞射結構。由該第一與第二OPD函數結合所定義的該繞射結構具備該三波長相容功能。第六C圖內顯示直接定義該第一表面11上形成的該繞射結構的OPD函數。如第六C圖內所示，直接定義該繞射結構的該OPD函數之圖(位置)對應至該第一與第二OPD函數的總合。
繞射結構的設計自由程度受到限制，因此，假設不可能修正隨用於三種光碟的三個不同雷射光束之間波長差異而變之球面像差。不過，根據具體實施例的設計方法使其可增加設計繞射結構的設計自由度，因此可讓該繞射結構具有該三波長相容功能。因此，當具有對應至該光碟D1、D2和D3每一設計波長的波長之該雷射光束通過該物鏡10B，則在該記錄表面22上形成適合記錄以及/或再生每一該光碟D1、D2和D3的光束點，如此可有效抑制該記錄表面上的球面像差。
第三具體實施例
此後，將說明依照第三具體實施例的設計方法，以及利用根據該第三具體實施例的該設計方法形成的物鏡10C(請參閱第四圖)。該物鏡10C可支援三種光碟(即是該物鏡10C具備三種光碟的相容性)，並且消除隨使用每一光碟D1、D2和D3所導致波長飄移而變的球面像差。也就是，該物鏡10C上形成的繞射結構具有該三波長相容功能以及該波長飄移補償功能。因為第四圖、第五A圖、第五B圖以及第五C圖內所示該光碟機200的配置也適用於根據第三具體實施例的光碟機，根據該第三具體實施例的光碟機的配置將參考第四圖、第五A圖、第五B圖以及第五C圖來解釋。
此後，將說明設計該物鏡10C的設計方法。在該設計方法內，決定三不同的(第一至第三)光學路徑差異(OPD)函數，並且該三OPD函數可彼此結合，以獲得形成於該物鏡10C上的繞射結構。因為已經於第一具體實施例內解釋「不同的光學路徑差異函數」一詞的涵義，因此將不再重複說明。
由第一、第二和第三OPD函數所賦予可能的不同比例組合包含：．“2：1：1”用於第一OPD函數、“3：2：2”用於第二OPD函數並且“8：5：4”用於第三OPD函數。
．“2：1：1”用於第一OPD函數、“5：3：2”用於第二OPD函數並且“8：5：4”用於第三OPD函數。
．“2：1：1”用於第一OPD函數、“5：3：2”用於第二OPD函數並且“10：6：5”用於第三OPD函數。
．“2：1：1”用於第一OPD函數、“5：3：3”用於第二OPD函數並且“8：5：4”用於第三OPD函數。
．“2：1：1”用於第一OPD函數、“5：3：3”用於第二OPD函數並且“10：6：5”用於第三OPD函數。
．“2：1：1”用於第一OPD函數、“7：4：3”用於第二OPD函數並且“8：5：4”用於第三OPD函數。
．“2：1：1”用於第一OPD函數、“7：4：3”用於第二OPD函數並且“10：6：5”用於第三OPD函數。
．“3：2：2”用於第一OPD函數、“8：5：4”用於第二OPD函數並且“10：6：5”用於第三OPD函數。
．“5：3：2”用於第一OPD函數、“8：5：4”用於第二OPD函數並且“10：6：5”用於第三OPD函數。
．“5：3：3”用於第一OPD函數、“8：5：4”用於第二OPD函數並且“10：6：5”用於第三OPD函數。
．“7：4：3”用於第一OPD函數、“8：5：4”用於第二OPD函數並且“10：6：5”用於第三OPD函數。
在此具體實施例內，該第一和第二OPD函數主要對於該三波長相容功能有所貢獻，並且該第三OPD函數主要對於該波長飄移補償功能有所貢獻。第七A圖和第七B圖為分別顯示該第一與第二OPD函數的圖式。第七C圖為顯示該第三OPD函數的圖式。
該第一雷射光束具有最短波長，因此，關於第七A圖內所示的該第一OPD，決定該額外光學路徑長度，以具有對應至其上該第一雷射光束採用最高繞射效率的繞射階次(在此具體實施例內為第二階)的總量。關於第七B圖內所示的該第二OPD函數，決定該額外光學路徑長度，以具有對應至其上該第一雷射光束採用最高繞射效率的繞射階次(在此具體實施例內為第三階)的總量。關於第七C圖內所示的該第三OPD函數，決定該額外光學路徑長度，以具有對應至其上該第一雷射光束採用最高繞射效率的繞射階次(在此具體實施例內為第十階)的總量。
在決定該第一至第三OPD函數之後，該第一至第三OPD函數會彼此結合(加總)，並且在該物鏡10C的第一表面11上形成由該第一至第三OPD函數結合所定義的繞射結構。第七D圖內顯示直接定義該第一表面11上形成的該繞射結構的OPD函數。如第七D圖內所示，直接定義該繞射結構的該OPD函數之圖(位置)對應至該第一至第三OPD函數的總合。
如上述，根據本發明第一至第三具體實施例，決定至少兩不同的OPD函數，並且至少兩OPD函數彼此結合。在光碟機內光學元件的至少之一上形成由至少兩OPD函數組合所定義的該繞射結構。因此，隨著要賦予該光學元件的繞射功能種類或性質，可增加設計光學元件的自由程度。
因為該光碟D1、D2和D3所需的數值孔徑彼此不同，該物鏡10C可配置成該第一表面11區分成包含光學軸的內側區域以及該內側區域之外的外側區域，並且個別決定不同的繞射結構個別形成於該第一表面11的內側與外側區域上，如此可獲得每一該光碟D1、D2和D3的合適NA。
根據上述具體實施例，可獲得反射複數個不同OPD函數的繞射結構。因此，可獲得提供單一繞射結構(具有複數種繞射功能)的光學元件。因此獲得一物鏡，其可形成光束點，適用於記錄資料至以及/或再生資料自現有光碟以及新標準光碟中至少兩種光碟每一到該至少兩種光碟每一的記錄表面上，而抑制該記錄表面上的球面像差。也可修正因為波長飄移造成的球面像差變化。
雖然上述具體實施例說明物鏡的設計方法，該設計方法適用於放置在光源與物鏡之間板狀光學元件的設計。雖然上述具體實施例說明單一元件物鏡，該設計方法可套用至構成物鏡系統的鏡頭之一。
此後，將說明根據第一具體實施例運用該物鏡10A的該光碟機(光學系統)100的四個具體(第一至第四)範例、根據第二具體實施例運用該物鏡10B的該光碟機(光學系統)200的具體(第五)範例、以及根據第三具體實施例運用該物鏡10C的該光碟機(光學系統)200的具體(第六)範例。進一步，將說明光碟機中運用根據設計方法設計的物鏡的四個具體(第七至第十)範例，其中結合根據上述具體實施例的設計方法。
在下列範例每一當中，具有最高記錄密度的該光碟D1擁有0.6 mm的覆蓋層厚度、具有次高記錄密度的該光碟D2擁有0.6 mm的覆蓋層厚度以及具有最低記錄密度的該光碟D3擁有1.2 mm的覆蓋層厚度。在下列每一光碟機都支援兩種光碟的範例內，使用該光碟D2和D3。
第一範例
此後，將參考第一圖、第二A圖與第二B圖說明該光碟機100的第一範例。根據該第一範例的該物鏡10A支援該光碟D2和D3。在此範例中，該孔徑光欄位於該光源3A與該物鏡10A之間位置上，減少使用該光碟D3時的第三雷射光束直徑，如此可獲得適用於該光碟D3的NA。如從第二A圖和第二B圖可瞭解，該第三雷射光束的直徑小於第二雷射光束的直徑。根據第一範例的該物鏡10A的效能規格顯示於表1內。
在表1內(以及在下列類似表內)，“NA”代表數值孔徑。在表1內，指出該第二雷射光束(該光碟D2)以及該第三雷射光束(該光碟D3)每一的效能規格。如表1內放大率之值所示，該第二與第三雷射光束分別入射至該光碟D2和D3上當成平行光束。
表2顯示使用該光碟D2(該第二雷射光束)以及該光碟D3(該第三雷射光束)每一時根據該第一範例的該光碟機100之數值設定。
在表2內(以及下列類似表格內)，0號表面代表光源，1號與2號表面分別代表該物鏡10A的第一與第二表面11和12，並且3號與4號表面分別代表每一光碟D2和D3的該覆蓋層21與該記錄表面22。在表2內(以及下列類似表格內)，為了方便所以省略該光源與該物鏡之間的光學組件。
在表2內(以及下列類似表格內)，“r”代表該光學軸上每一鏡頭表面的曲率半徑(單位：mm)、“d”代表鏡頭的厚度或從鏡頭表面至下個鏡頭表面的距離(單位：mm)、“n”代表所使用的光束波長上的折射率，並且對於該第二與第三雷射光束(光碟D2和D3)的每一波長而言“d”和“n”都一樣。
該物鏡10A的該第一與第二表面11和12每一都是非球面表面。表3顯示該物鏡10A的該第一與第二表面11和12(1號與2號表面)之圓錐係數以及非球面係數。
在表3內(以及下列類似表格內)，表示法符號E指出10當成基數並且E右邊的值當成指數。
在此範例中，根據該第一具體實施例的設計方法在該物鏡10A的該第一表面11上形成繞射結構。表4顯示用於第一與第二OPD函數的係數P2 i ，其定義要在該物鏡10A的該第一表面11上形成的該繞射結構。表5顯示該第一與第二OPD函數的繞射階次m。
第三A圖和第三B圖內顯示的圖式分別代表所決定有關具有最短波長的該第二雷射光束之該第一與第二OPD函數。第三C圖內顯示的圖式代表直接定義該物鏡10A的該繞射結構的該OPD函數。
第八A圖為說明當使用該第二雷射光束時(即是該光碟D2)在該光碟機100內所導致該球面像差的圖式。第八B圖為說明當使用該第三雷射光束時(即是該光碟D3)在該光碟機100內所導致該球面像差的圖式。在第八A圖和第八B圖內(以及在下列類似圖式內)，該設計波長上的該球面像差以實線表示、飄離該設計波長－10 nm的波長上之該球面像差以點線表示、飄離該設計波長－5 nm的波長上之該球面像差以破折線表示、飄離該設計波長＋5 nm的波長上之該球面像差以破折雙虛線表示並且飄離該設計波長＋10 nm的波長上之該球面像差以虛線表示。
從第八A圖和第八B圖可瞭解，根據第一具體實施例的該物鏡10A適合將該第二與第三雷射光束分別集中在該光碟D2和D3的記錄表面上，而不會引起球面像差。同時充分抑制因為波長飄移造成的球面像差量。吾人應該注意，藉由使用致動器(未顯示)，利用在光學軸內移動該物鏡10A可修正每一雷射光束集中點在光學軸(AX)內的位移。這種藉由使用致動器修正集中點的配置也適用於下列範例。
第二範例
此後，將參考第一圖、第二A圖與第二B圖說明該光碟機100的第二範例。根據該第二範例的該物鏡10A支援該光碟D2和D3。在此範例中，該孔徑光欄位於該光源3A與該物鏡10A之間位置上，減少使用該光碟D3時的第三雷射光束直徑，如此可獲得適用於該光碟D3的NA。根據第二範例的該物鏡10A的效能規格顯示於表6內。如表6內放大率之值所示，該第二與第三雷射光束分別入射至該光碟D2和D3上當成平行光束。
表7顯示使用該光碟D2(該第二雷射光束)以及該光碟D3(該第三雷射光束)時根據該第二範例的該光碟機100之數值設定。
該物鏡10A的該第一與第二表面11和12每一都是非球面表面。表8顯示該物鏡10A的該第一與第二表面11和12(1號與2號表面)之圓錐係數以及非球面係數。
在此範例中，根據該第一具體實施例的設計方法在該物鏡10A的該第一表面11上形成繞射結構。表9顯示用於第一與第二OPD函數的係數P2i，其定義要在該物鏡10A的該第一表面11上形成之該繞射結構。表10顯示該第一與第二OPD函數的繞射階次m。
第九A圖和第九B圖內顯示的圖式分別代表所決定有關具有最短波長的該第二雷射光束之該第一與第二OPD函數。第九C圖內顯示的圖式代表直接定義該物鏡10A的該繞射結構之該OPD函數。
第十A圖為說明當使用該第二雷射光束時(即是該光碟D2)在該光碟機100內所導致該球面像差的圖式。第十B圖為說明當使用該第三雷射光束時(即是該光碟D3)在該光碟機100內所導致該球面像差的圖式。
從第十A圖和第十B圖可瞭解，根據第二具體實施例的該物鏡10A適合將該第二與第三雷射光束分別集中在該光碟D2和D3的記錄表面上，而不會引起球面像差。同時充分修正因為波長飄移造成的球面像差量。
在第一與第二範例內，已經解釋該物鏡10A與該光碟D2和D3相容。不過，可藉由使用根據第一或第二範例的該物鏡10A配置相容於所有光碟D1、D2和D3的光碟機。在此案例中，第一至第三雷射光束之一的分歧程度會因為特定光碟而改變，這種光碟機將在下列第三與第四範例中解釋。
第三範例
此後，將說明該光碟機100的第三範例。第十一圖顯示根據第三範例的光碟機150配置，該光碟機150包含物鏡10A’。第十二A圖顯示當光碟D1用於光碟機150的情況。第十二B圖顯示當光碟D2用於光碟機150的情況。第十二C圖顯示當光碟D3用於光碟機150的情況。
根據第三範例的該物鏡10A’的效能規格顯示於表11內。
如表11內放大率之值所示，該第一與第二雷射光束分別入射至該光碟D1和D2上當成平行光束，如此該物鏡10A’與該光碟D1和D2相容。如表11和第十二C圖內所示，該第三雷射光束入射至該物鏡10A’上當成發散光束，如此該光碟機150支援該光碟D3。
表12顯示當使用每一光碟D1、D2和D3時該光碟機150的數值設定。
該物鏡10A’的該第一與第二表面11和12每一都是非球面表面。表13顯示該物鏡10A’的該第一與第二表面11和12(1號與2號表面)之圓錐係數以及非球面係數。
在此範例中，根據該第一具體實施例的設計方法在該物鏡10A’的該第一表面11上形成繞射結構。表14顯示用於第一與第二OPD函數的係數P2 i ，其定義要在該物鏡10A’的該第一表面11上形成的該繞射結構。表15顯示該第一與第二OPD函數的繞射階次m。
第十三A圖和第十三B圖內顯示的圖式分別代表所決定有關具有最短波長的該第一雷射光束之該第一與第二OPD函數。第十三C圖內顯示的圖式代表直接定義該物鏡10A’的該繞射結構的該OPD函數。
第十四A圖為說明當使用該第一雷射光束時(即是該光碟D1)在該光碟機150內所導致該球面像差的圖式。第十四B圖為說明當使用該第二雷射光束時(即是該光碟D2)在該光碟機150內所導致該球面像差的圖式。第十四C圖為說明當使用該第三雷射光束時(即是該光碟D3)在該光碟機150內所導致該球面像差的圖式。
從第十四A圖、第十四B圖和第十四C圖可瞭解，根據第三具體實施例的該物鏡10A’適合將該第一、第二與第三雷射光束分別集中在該光碟D1、D2和D3的記錄表面上，而不會引起球面像差。有關於波長飄移所導致的球面像差，該物鏡10A’具備修正該球面像差的光學效能，最適用於具有最高記錄密度的光碟D1，因為該光碟D1對於像差具有最低容忍度。因此，即使用於該光碟D1的該第一雷射光束的波長飄離設計波長，球面像差仍舊維持在低位準，如第十四A圖內所示。如第十四B圖和第十四C圖內所示，也可充分修正使用每一光碟D2和D3時導致的球面像差量。
第四範例
此後，將參考第十一圖、第十二A圖至第十二C圖說明該光碟機100的第四範例。
根據第四範例的該物鏡10A’的效能規格顯示於表16內。
如表16內放大率之值所示，該第一與第二雷射光束分別入射至該光碟D1和D2上當成平行光束，如此該物鏡10A’與該光碟D1和D2相容。如表16和第十二C圖內所示，該第三雷射光束入射至該物鏡10A’上當成發散光束，如此該光碟機150支援該光碟D3。
表17顯示根據第四範例，當使用每一光碟D1、D2和D3時該光碟機150的數值設定。
該物鏡10A’的該第一與第二表面11和12每一都是非球面表面。表18顯示該物鏡10A’的該第一與第二表面11和12(1號與2號表面)之圓錐係數以及非球面係數。
在此範例中，根據該第一具體實施例的設計方法在該物鏡10A’的該第一表面11上形成繞射結構。表19顯示用於第一與第二OPD函數的係數P2 i ，其定義要在該物鏡10A’的該第一表面11上形成的該繞射結構。表20顯示該第一與第二光學路徑係數OPD函數的繞射階次m。
第十五A圖和第十五B圖內顯示的圖式分別代表所決定有關具有最短波長的該第一雷射光束之該第一與第二OPD函數。第十五C圖內顯示的圖式代表直接定義該物鏡10A’的該繞射結構之該OPD函數。
第十六A圖為說明當使用該第一雷射光束時(即是該光碟D1)在該光碟機150內所導致該球面像差的圖式。第十六B圖為說明當使用該第二雷射光束時(即是該光碟D2)在該光碟機150內所導致該球面像差的圖式。第十六C圖為說明當使用該第三雷射光束時(即是該光碟D3)在該光碟機150內所導致該球面像差的圖式。
從第十六A圖、第十六B圖和第十六C圖可瞭解，根據第四具體實施例的該物鏡10A’適合將該第一、第二與第三雷射光束分別集中在該光碟D1、D2和D3的記錄表面上，而不會引起球面像差。有關於波長飄移所導致的球面像差，該物鏡10A’具備修正該球面像差的光學效能，最適用於具有最高記錄密度的光碟D1。因此，即使該第一雷射光束的波長飄離設計波長，球面像差仍舊維持在低位準，如第十六A圖內所示。如第十六B圖和第十六C圖內所示，也可充分修正使用每一光碟D2和D3時導致的球面像差量。
第五範例
此後，將參考第四圖、第五A圖至第五C圖說明該光碟機200的第五範例。根據第五範例的該物鏡10B的效能規格顯示於表21內。
如表21內放大率之值所示，根據該物鏡10B上形成的該繞射結構所提供之三波長相容功能，允許該第一、第二與第三雷射光束分別入射至該物鏡10B當成平行光束。
表22顯示根據第五範例，當使用每一光碟D1、D2和D3時該光碟機200的數值設定。
該物鏡10B的該第一與第二表面11和12每一都是非球面表面。表23顯示該物鏡10B的該第一與第二表面11和12(1號與2號表面)之圓錐係數以及非球面係數。
在此範例中，根據該第二具體實施例的設計方法在該物鏡10B的該第一表面11上形成繞射結構。表24顯示用於第一與第二OPD函數的係數P2 i ，其定義要在該物鏡10B的該第一表面11上形成的該繞射結構。表25顯示該第一與第二OPD函數的繞射階次m。
第六A圖和第六B圖內顯示的圖式分別代表所決定有關具有最短波長的該第一雷射光束之該第一與第二OPD函數。第十六C圖內顯示的圖式代表直接定義該物鏡10B’的該繞射結構之該OPD函數。
第十七A圖為說明當使用該第一雷射光束時(即是該光碟D1)在該光碟機200內所導致該球面像差之圖式。第十七B圖為說明當使用該第二雷射光束時(即是該光碟D2)在該光碟機200內所導致該球面像差之圖式。第十七C圖為說明當使用該第三雷射光束時(即是該光碟D3)在該光碟機200內所導致該球面像差之圖式。
從第十七A圖、第十七B圖和第十七C圖可瞭解，根據第五具體實施例的該物鏡10B適合將該第一、第二與第三雷射光束分別集中在該光碟D1、D2和D3的記錄表面上，而不會引起球面像差。
因為該物鏡10B配置成相容於所有光碟D1、D2和D3，則當發生每一該第一至第三雷射光束的波長飄移，由該物鏡10B上形成的該繞射結構所賦予之修正球面像差效果相對減少。相較之下，下列(第六至第十)範例內說明的物鏡10C(10C’)設定成更適合用於抑制因為波長飄移造成的球面像差變化，而仍舊維持與所有光碟D1、D2和D3相容。
第六範例
此後，將參考第四圖、第五A圖至第五C圖說明該光碟機200的第六範例。關於根據第六範例的該物鏡10C，三波長相容功能主要由第一與第二OPD函數達成，而該波長飄移補償功能主要由第三OPD函數達成。根據第六範例的該物鏡10C的效能規格顯示於表26內。
如表26內放大率之值所示，根據該物鏡10C上形成的該繞射結構所提供的三波長相容功能，允許該第一、第二與第三雷射光束分別入射至該物鏡10C當成平行光束。
表27顯示根據第六範例，當使用每一光碟D1、D2和D3時該光碟機200的數值設定。
該物鏡10C的該第一與第二表面11和12每一都是非球面表面。表28顯示該物鏡10C的該第一與第二表面11和12(1號與2號表面)的圓錐係數以及非球面係數。
在此範例中，根據該第三具體實施例的設計方法在該物鏡10C的該第一表面11上形成繞射結構。表29顯示用於第一至第三OPD函數的係數P2 i ，其定義要在該物鏡10C的該第一表面11上形成的該繞射結構。表30顯示該第一至第三OPD函數的繞射階次m。
第七A圖、第七B圖和第七C圖內顯示的圖式分別代表所決定有關具有最短波長的該第一雷射光束之該第一、第二和第三OPD函數。第七D圖內顯示的圖式代表直接定義該物鏡10C的該繞射結構的該OPD函數。
第十八A圖為說明當使用該第一雷射光束時(即是該光碟D1)在該光碟機200內所導致該球面像差之圖式。第十八B圖為說明當使用該第二雷射光束時(即是該光碟D2)在該光碟機200內所導致該球面像差之圖式。第十八C圖為說明當使用該第三雷射光束時(即是該光碟D3)在該光碟機200內所導致該球面像差之圖式。
從第十八A圖、第十八B圖和第十八C圖可瞭解，根據第六具體實施例的該物鏡10C適合將該第一、第二與第三雷射光束分別集中在該光碟D1、D2和D3的記錄表面上，而不會引起球面像差。
在此範例內，主要由該第三OPD函數所獲得的該波長飄移補償功能可讓該繞射結構具備抑制每一光碟D1、D2和D3的球面像差變化的功能。尤其是，該繞射結構最適用於抑制使用光碟D1時波長飄移造成的球面像差變化，因為該光碟D1對於像差具有最低容忍度。如第十八A圖內所示，將使用光碟D1時波長飄移造成的球面像差變化抑制至極低程度。如第十八B圖和第十八C圖內所示，也可將使用每一光碟D2和D3時導致的球面像差變化抑制至低程度。
第七範例
接下來，將說明第七範例。根據第七範例的該物鏡10C’在該第一表面11上提供繞射結構。該第一表面11上的該繞射結構會區分成包含光學軸的內側區域以及位於該內側區域之外的外側區域。也就是，具有不同繞射功能的繞射結構分別形成於內側與外側區域內。
尤其是，形成於該內側區域內的該繞射結構具有由第一與第二OPD函數賦予的三波長相容功能，並且根據第二具體實施例的設計方法來設計。該外側區域內形成的該繞射結構具有兩波長相容功能，由該第一OPD函數所賦予，並且該波長飄移補償功能則由該第四OPD函數所賦予。根據第七範例的該物鏡10C’的效能規格顯示於表31內。
如表31內放大率之值所示，根據該繞射結構所提供的三波長相容功能，允許該第一、第二與第三雷射光束分別入射至該物鏡10C’當成平行光束。
表32顯示根據第七範例，當使用每一光碟D1、D2和D3時該光碟機的數值設定。
表32內顯示的該內側區域形成於從0 mm至1.17 mm(0 mm內側區域1.17 mm)的高度範圍內(從該光學軸)，並且該外側區域形成於從1.17 mm至1.5 mm(1.17 mm外側區域1.5 mm)的高度範圍內(從該光學軸)。定義每一內側與外側區域的這些值也適用於下列(第八至第十)範例。
該物鏡10C’的該第一與第二表面11和12每一都是非球面表面。表33顯示該物鏡10C’的該第一與第二表面11和12(1號與2號表面)之圓錐係數以及非球面係數。
在此範例內，在該第一表面11上的內側與外側區域內形成該繞射結構。表34顯示用於第一至第四OPD函數的係數P2 i ，其定義要在該物鏡10C’的該第一表面11上形成的該繞射結構。表35顯示該第一至第四OPD函數的繞射階次m。
第十九A圖和第十九B圖內顯示的圖式分別代表所決定有關具有最短波長的該內側區域中該第一雷射光束之該第一與第二OPD函數。第十九D圖和第十九E圖內顯示的圖式分別代表所決定有關具有最短波長的該外內側區域中該第一雷射光束之該第三與第四OPD函數。第十九C圖內顯示的圖式代表直接定義該第一表面11中該內側區域的該繞射結構之該OPD函數。第十九F圖內顯示的圖式代表直接定義該第一表面11中該外側區域的該繞射結構之該OPD函數。
第十九G圖內顯示的圖式代表定義該第一表面11上形成(同時在該內側與外側區域內)的該繞射結構之一OPD函數。也就是，第十九G的圖式代表若該內側與外側區域上形成的該繞射結構係關於單一繞射結構，所定義的OPD函數。如第十九G圖內所示，第十九C圖內所示的該OPD函數適用於範圍從高度0 mm至高度1.17mm(0mm區域<1.17 mm)的區域(該內側區域)，而第十九F圖內所示的該OPD函數適用於範圍從高度1.17 mm至高度1.5mm(1.17mm區域<1.5 mm)的區域(該外側區域)。
第二十A圖為說明當使用該第一雷射光束時(即是該光碟D1)在該光碟機200內所導致該球面像差之圖式。第二十B圖為說明當使用該第二雷射光束時(即是該光碟D2)在該光碟機200內所導致該球面像差之圖式。第二十C圖為說明當使用該第三雷射光束時(即是該光碟D3)在該光碟機200內所導致該球面像差之圖式。
從第二十A圖、第二十B圖和第二十C圖可瞭解，根據第七範例的該物鏡10C’適合將該第一、第二與第三雷射光束分別集中在該光碟D1、D2和D3的記錄表面上，而不會引起球面像差。
在此範例內，將該波長飄移補償功能賦予該外側區域內形成的該繞射結構。換言之，該波長飄移補償功能主要用於當使用具有像差最低容忍度的光碟時(尤其是當使用具有像差最低容忍度的光碟D1時)，抑制由波長飄移所引起的球面像差變化。因此，如第二十A圖和第二十B圖內所示，將使用每一光碟D1和D2時波長飄移導致的球面像差變化抑制至低程度。
第八範例
接下來，將說明第八範例。根據第八範例的該物鏡10C’在該第一表面11上提供繞射結構。該第一表面11上的該繞射結構會區分成包含光學軸的內側區域以及位於該內側區域之外的外側區域。也就是，具有不同繞射功能的繞射結構分別形成於內側與外側區域內。
尤其是，形成於該內側區域內的該繞射結構具有由第一與第二OPD函數賦予的三波長相容功能，並且根據第二具體實施例的設計方法來設計。該外側區域內形成的該繞射結構具有兩波長相容功能，由該第三OPD函數所賦予，以及該波長飄移補償功能，則由該第四OPD函數所賦予，並且根據第一具體實施例的設計方法來設計。根據第八範例的該物鏡10C’的效能規格顯示於表36內。
如表36內放大率之值所示，根據該繞射結構所提供的三波長相容功能，允許該第一、第二與第三雷射光束分別入射至該物鏡10C’當成平行光束。
表37顯示根據第八範例，當使用每一光碟D1、D2和D3時該光碟機的數值設定。
該物鏡10C’的該第一與第二表面11和12每一都是非球面表面。表38顯示該物鏡10C’的該第一與第二表面11和12(1號與2號表面)之圓錐係數以及非球面係數。
在此範例內，在該第一表面11上的內側與外側區域內形成該繞射結構。表39顯示用於第一至第四OPD函數的係數P2 i ，其定義要在該物鏡10C’的該第一表面11上形成的該繞射結構。表40顯示該第一至第四OPD函數的繞射階次m。
第二十一A圖和第二十一B圖內顯示的圖式分別代表所決定有關具有最短波長的該內側區域中該第一雷射光束之該第一與第二OPD函數。第二十一D圖和第二十一E圖內顯示的圖式分別代表所決定有關具有最短波長的該外側區域中該第一雷射光束之該第三與第四OPD函數。第二十一C圖內顯示的圖式代表直接定義該第一表面11中該內側區域的該繞射結構之該OPD函數。第二十一F圖內顯示的圖式代表直接定義該第一表面11中該外側區域的該繞射結構之該OPD函數。
第二十一G圖內顯示的圖式代表定義該第一表面11上形成(同時在該內側與外側區域內)的該繞射結構之OPD函數。也就是，第二十一G的圖式代表若該內側與外側區域內形成的該繞射結構係關於單一繞射結構，所定義的OPD函數。如第二十一G圖內所示，第二十一C圖內所示的該OPD函數適用於範圍從高度0 mm至高度1.17mm(0mm區域<1.17 mm)的區域(該內側區域)，而第二十一F圖內所示的該OPD函數適用於範圍從高度1.17 mm至高度1.5mm(1.17mm區域<1.5 mm)的區域(該外側區域)。
第二十二A圖為說明當使用該第一雷射光束時(即是該光碟D1)在該光碟機200內所導致該球面像差之圖式。第二十二B圖為說明當使用該第二雷射光束時(即是該光碟D2)在該光碟機200內所導致該球面像差之圖式。第二十二C圖為說明當使用該第三雷射光束時(即是該光碟D3)在該光碟機200內所導致該球面像差之圖式。
從第二十二A圖、第二十二B圖和第二十二C圖可瞭解，根據第八具體實施例的該物鏡10C適合將該第一、第二與第三雷射光束分別集中在該光碟D1、D2和D3的記錄表面上，而不會引起球面像差。
類似於第七範例，將該波長飄移補償功能賦予該外側區域上形成的該繞射結構。因此，如第二十二A圖和第二十二B圖內所示，將使用每一光碟D1和D2時波長飄移導致的球面像差變化抑制至低位準。
從表35與40可瞭解，該第七與第八範例的該第三OPD函數在繞射階次比例方面彼此不同。不過，該第七與第八範例都可賦予優異的光學效能。
第九範例
接下來，將說明第九範例。根據第九範例的該物鏡10C’在該第一表面11上提供繞射結構。該第一表面11上的該繞射結構會區分成包含光學軸的內側區域以及位於該內側區域之外的外側區域。也就是，具有不同繞射功能的繞射結構分別形成於內側與外側區域內。
尤其是，形成於該內側區域內的該繞射結構具有主要由第一與第二OPD函數賦予的三波長相容功能，以及主要由第三OPD函數賦予的波長飄移補償功能。該內側區域內的該繞射結構係根據第三具體實施例的設計方法來設計。該外側區域內形成的該繞射結構具有兩波長相容功能(用於該第一與第二雷射光束)，由該第四OPD函數所賦予，以及該波長飄移補償功能，則由該第五OPD函數所賦予，並且根據第一具體實施例的設計方法來設計。根據第九範例的該物鏡10C’的效能規格顯示於表41內。
如表41內放大率之值所示，根據該繞射結構所提供的三波長相容功能，允許該第一、第二與第三雷射光束分別入射至該物鏡10C’當成平行光束。
表42顯示根據第九範例，當使用每一光碟D1、D2和D3時該光碟機的數值設定。
該物鏡10C’的該第一與第二表面11和12每一都是非球面表面。表43顯示該物鏡10C’的該第一與第二表面11和12(1號與2號表面)之圓錐係數以及非球面係數。
在此範例內，在該第一表面11上的內側與外側區域內形成該繞射結構。表44顯示用於第一至第五OPD函數的係數P2 i ，其定義要在該物鏡10C’的該第一表面11上形成之該繞射結構。表45顯示該第一至第五OPD函數的繞射階次m。
第二十三A圖、第二十三B圖和第二十三C圖內顯示的圖式分別代表所決定有關具有最短波長的該內側區域中該第一雷射光束之該第一、第二與第三OPD函數。第二十三E圖和第二十三F圖內顯示的圖式分別代表所決定有關具有最短波長的該外側區域中該第一雷射光束之該第四與第五OPD函數。第二十三D圖內顯示的圖式代表直接定義該第一表面11中該內側區域的該繞射結構之該OPD函數。第二十三G圖內顯示的圖式代表直接定義該第一表面11中該外側區域的該繞射結構之該OPD函數。
第二十三H圖內顯示的圖式代表定義該第一表面11上形成(同時在該內側與外側區域內)的該繞射結構之OPD函數。也就是，第二十三H的圖式代表若該內側與外側區域上形成的該繞射結構係關於單一繞射結構，所定義的OPD函數。如第二十三H圖內所示，第二十三D圖內所示的該OPD函數適用於範圍從高度0 mm至高度1.17mm(0mm區域<1.17 mm)的區域(該內側區域)，而第二十三G圖內所示的該OPD函數適用於範圍從高度1.17 mm至高度1.5mm(1.17mm區域<1.5 mm)的區域(該外側區域)。
第二十四A圖為說明當使用該第一雷射光束時(即是該光碟D1)在該光碟機200內所導致該球面像差之圖式。第二十四B圖為說明當使用該第二雷射光束時(即是該光碟D2)在該光碟機200內所導致該球面像差之圖式。第二十四C圖為說明當使用該第三雷射光束時(即是該光碟D3)在該光碟機200內所導致該球面像差之圖式。
從第二十四A圖、第二十四B圖和第二十四C圖可瞭解，根據第九具體實施例的該物鏡10C’適合將該第一、第二與第三雷射光束分別集中在該光碟D1、D2和D3的記錄表面上，而不會引起球面像差。
在此範例內，將該波長飄移補償功能賦予該內側與外側區域內形成的該繞射結構。因此，如第二十四A圖至第二十四C圖內所示，將使用每一光碟D1、D2和D3時波長飄移導致的球面像差變化抑制至低位準。
第十範例
接下來，將說明第十範例。根據第十範例的該物鏡10C’在該第一表面11上提供繞射結構。該第一表面11上的該繞射結構會區分成包含光學軸的內側區域以及位於該內側區域之外的外側區域。也就是，具有不同繞射功能的繞射結構分別形成於內側與外側區域內。
尤其是，形成於該內側區域內的該繞射結構具有主要由第一與第二OPD函數賦予的三波長相容功能，以及主要由第三OPD函數賦予的波長飄移補償功能。該內側區域內的該繞射結構係根據第三具體實施例的設計方法來設計。該外側區域內形成的該繞射結構具有兩波長相容功能(用於該第一與第二雷射光束)，由該第四OPD函數所賦予，以及該波長飄移補償功能，則由該第五OPD函數所賦予，並且根據第一具體實施例的設計方法來設計。根據第九範例的該物鏡10C’之效能規格顯示於表46內。
如表46內放大率之值所示，根據該繞射結構所提供的三波長相容功能，允許該第一、第二與第三雷射光束分別入射至該物鏡10C’當成平行光束。
表47顯示根據第十範例，當使用每一光碟D1、D2和D3時該光碟機的數值設定。
該物鏡10C’的該第一與第二表面11和12每一都是非球面表面。表48顯示該物鏡10C’的該第一與第二表面11和12(1號與2號表面)之圓錐係數以及非球面係數。
在此範例內，在該第一表面11上的內側與外側區域內形成該繞射結構。表49顯示用於第一至第五OPD函數的係數P2 i ，其定義要在該物鏡10C’的該第一表面11上形成的該繞射結構。表50顯示該第一至第五OPD函數的繞射階次m。
第二十五A圖、第二十五B圖和第二十五C圖內顯示的圖式分別代表所決定有關具有最短波長的該內側區域中該第一雷射光束之該第一、第二與第三OPD函數。第二十五E圖和第二十五F圖內顯示的圖式分別代表所決定有關具有最短波長的該外側區域中該第一雷射光束之該第四與第五OPD函數。第二十五D圖內顯示的圖式代表直接定義該第一表面11中該內側區域的該繞射結構之該OPD函數。第二十五G圖內顯示的圖式代表直接定義該第一表面11中該外側區域的該繞射結構之該OPD函數。
第二十五H圖內顯示的圖式代表定義該第一表面11上形成(同時在該內側與外側區域內)的該繞射結構之OPD函數。也就是，第二十五H的圖式代表若該內側與外側區域內形成的該繞射結構係關於單一繞射結構，所定義的OPD函數。如第二十五H圖內所示，第二十五D圖內所示的該OPD函數適用於範圍從高度0 mm至高度1.17mm(0mm區域<1.17 mm)的區域(該內側區域)，而第二十五G圖內所示的該光學路徑差異函數適用於範圍從高度1.17 mm至高度1.5mm(1.17mm區域<1.5 mm)的區域(該外側區域)。
第二十六A圖為說明當使用該第一雷射光束時(即是該光碟D1)在該光碟機200內所導致該球面像差之圖式。第二十六B圖為說明當使用該第二雷射光束時(即是該光碟D2)在該光碟機200內所導致該球面像差之圖式。第二十六C圖為說明當使用該第三雷射光束時(即是該光碟D3)在該光碟機200內所導致該球面像差之圖式。
從第二十六A圖、第二十六B圖和第二十六C圖可瞭解，根據第十範例的該物鏡10C’適合將該第一、第二與第三雷射光束分別集中在該光碟D1、D2和D3的記錄表面上，而不會引起球面像差。
在此範例內，將該波長飄移補償功能賦予該內側與外側區域內形成的該繞射結構。因此，如第二十六A圖至第二十六C圖內所示，將使用每一光碟D1、D2和D3時波長飄移導致的球面像差變化抑制至低位準。
從表45與50可瞭解，該第九與第十範例的該第四OPD函數在繞射階次比例方面彼此不同。不過，該第九與第十範例都可賦予優異的光學效能。
在上述第七至第十範例內，在該物鏡10C’的該第一表面11內側區域內，形成具有兩波長相容功能用於該光碟D1和D2的該繞射結構。在此配置中，該外側區域對於將該第三雷射光束集中至該光碟D3並無貢獻。換言之，具有功能當成該光碟D3所使用第三雷射光束的孔徑光欄的物鏡10C’需要低的數值孔徑。不過，在運用該物鏡10C’的該光碟機200內，可使用孔徑光欄構件來降低該第三雷射光束的直徑。
第四具體實施例
此後，將說明根據本發明第四具體實施例的一物鏡。因為運用物鏡10D(請參閱第四圖)的光碟機(光學系統)配置以及根據第四具體實施例的該物鏡10D設計方法實質上與第二具體實施例內以及第四圖和第五A圖至第五C圖內的一樣，所以第四具體實施例的說明將參照第四圖和第五A圖至第五C圖。在下列當中，將不再重複有關上述具體實施例內已經說明的光學組件。
如上述，該平行光束入射至該物鏡10D上，用於每一光碟D1、D2和D3。因此，對於每一光碟D1、D2和D3，當利用追蹤操作在該光碟的徑向方向內移動該物鏡10，如此可有效抑制像是后髮這種偏軸像差。雖然有可能因為光源或環境條件的個別差異，讓從耦合鏡(1B、2B、3B)射出的光線並非真正的平行光束，不過因為這種因素造成的光束分散(或集中)程度非常小並且可忽略。
類似於根據第二具體實施例的物鏡，該物鏡10D藉由定義兩不同的OPD函數來設計，如此可獲得相位飄移結構，其具有對三種光束(即是第一至第三雷射光束)都有效的繞射功能。在此具體實施例內，在該物鏡10D的第一表面11上形成該相位飄移結構。
該相位飄移結構配置成具有包含複數個微小台階，其形成於以該物鏡10D光學軸為圓心同心形成的環狀折射表面區之間。
在此具體實施例內，該相位飄移結構具有繞射功能，可將該第一至第三雷射光束之間波長差異所導致的球面像差抑制到實質上為零。也就是，該相位飄移結構提供該三波長相容功能，讓該物鏡10D在每一該光碟D1、D2和D3的記錄表面上形成合適的光點，而不會引起球面像差。
在由該第一與第二OPD函數所定義的該相位飄移結構內形成之每一台階導致，在光學路徑長度內兩不同變化量，在該第一光束內具有不同的絕對值。也就是，由每一台階帶來在光學路徑長度內具有不同絕對值的該變化量。在此案例中，若其中光學路徑長度從該物鏡10D朝向光碟變化的方向定義為正方向，並且反方向定義為負方向，則符號不一致都視為在光學路徑長度變化中具備相同變化量。
由每一台階所帶來在光學路徑長度內的兩不同變化量都定義為第一雷射光束的波長乘上(iA ＋△A )和(iB ＋△B )所獲得之值(單位：λ)，其中iA 和iB 為整數。當iA 由2k＋1(k：自然數)所表示並且其上該第三雷射光束的繞射效率最大化的該繞射階次為第(k＋1)階，則一光學路徑長度內至少該兩不同變化量之一滿足下列條件(1)。
當iA 由2k＋1(k：自然數)所表示並且其上該第三雷射光束的繞射效率最大化的該繞射階次為第k階，則一光學路徑長度內至少該兩不同變化量之一滿足下列條件(5)。
若△A 大於條件(1)的上限或小於條件(5)的下限，則該第一雷射光束的光使用效率降低至不合適的程度，不過在此案例中，可進一步強化該第三雷射光束的光使用效率。若△A 小於條件(1)的下限或大於條件(5)的上限，則該第三雷射光束的光使用效率降低至不合適的位準。
第二十七圖為該物鏡10D第一表面11的放大剖面圖，說明該相位飄移結構。在第二十七圖內，j代表關於該光學軸AX的第j折射表面區。破折雙虛線hj代表該第(j－1)折射表面區與該第j折射表面區之間形成的台階之位置。也就是，該線hj代表該第(j－1)折射表面區與該第j折射表面區之間的邊界。台階“s”所帶來的光學路徑長度內之變化量定義為：利用評估由點B’(為該線hj與利用在對面該光學軸AX方向內延伸該第j折射表面區所獲得的垂直折射表面之交叉)上該第j折射表面區的延伸表面B－B’所折射之光線所獲得的光學路徑長度與利用評估由點A’(為該線hj與利用在遠離該光學軸AX方向內延伸該第(j－1)折射表面區所獲得的垂直折射表面之交叉)上該第(j－1)折射表面區的延伸表面A－A’所折射之光線所獲得的光學路徑長度間之差異。
如第二十七圖內所示，在此有一種情況，就是每一台階的邊緣都是圓形(即是每一台階的邊緣形狀都稍微模糊)。不過實際上，這種每一台階的邊緣形狀模糊的情況對於該相位飄移結構的該繞射功能並無影響。
第二十八圖至第三十一圖為代表有關許多“i”(其中i包含iA 、iB 和iC )與“△”(其中△包含△A 、△B 和△C )的值所獲得之該第一至第三雷射光束使用效率之圖式。第二十八圖為說明在i＝2的情況下，用於該第一至第三雷射光束每一的光線關於△之使用效率圖式。也就是，該第一雷射光束的該第二階繞射光之使用效率、該第二雷射光束的該第一階繞射光之使用效率以及該第三雷射光束的該第一階繞射光之使用效率都說明於第二十八圖內。第二十九圖為說明在i＝3的情況下，用於該第一至第三雷射光束每一的光線關於△之使用效率圖式。也就是，該第一雷射光束的該第三階繞射光之使用效率、該第二雷射光束的該第二階繞射光之使用效率以及該第三雷射光束的該第一和第二階繞射光之使用效率都說明於第二十九圖內。
第三十圖為說明在i＝5的情況下，用於該第一至第三雷射光束每一的光線關於△A 之使用效率圖式。也就是，該第一雷射光束的該第五階繞射光之使用效率、該第二雷射光束的該第三階繞射光之使用效率以及該第三雷射光束的該第二和第三階繞射光之使用效率都說明於第三十圖內。第三十一圖為說明在i＝10的情況下，用於該第一至第三雷射光束每一的光線關於△A 之使用效率圖式。也就是，該第一雷射光束的該第十階繞射光之使用效率、該第二雷射光束的該第六階繞射光之使用效率以及該第三雷射光束的該第五階繞射光之使用效率都說明於第三十一圖內。
在每一第二十八圖至第三十一圖內，水平軸代表△、垂直軸代表光使用效率、實線代表具有408nm設計波長的第一雷射光束之使用效率、虛線代表具有660nm設計波長的第二雷射光束之使用效率，並且破折線(或破折雙虛線)代表具有790nm設計波長的第三雷射光束之使用效率。
如第二十八圖至第三十一圖內所示，該第一雷射光束的使用效率增加為接近零的△之值。在點i＝0上，該第一雷射光束的使用效率採用大約等於100%之值。相較之下，該第二或第三雷射光束的使用效率並不需要增加至靠近零的△之值。一般而言，該光碟D1需要比光碟D2和D3還要多的光線量。因此，較佳是該第二與第三雷射光束的使用效率儘可能採用較高值，而維持該第一雷射光束的高使用效率。
為此，△決定如下。當其上該第三雷射光束的繞射效率最大的該繞射階次設定為第(k＋1)階，除了滿足該條件(1)，△可設定成滿足至少下列條件(2)至(4)之一。
當其上該第三雷射光束的繞射效率最大的該繞射階次設定為第k階，除了滿足該條件(5)，△可設定成滿足至少下列條件(6)至(8)之一。
如第二十八圖至第三十一圖內所示，藉由滿足條件(1)，該第一雷射光束的使用效率可維持超過60%，而不管“i”之值。尤其是，若i為奇數(即是i＝2k＋1)，將產生具有大約40%光使用效率的兩種繞射光束用於該第三雷射光束(請參閱第二十九圖與第三十圖)。在此案例中，利用將其上用於該第三雷射光束的繞射效率為最大的該繞射階次設定為第(k＋1)階，並且設定△i滿足該條件(1)，則可獲得超過大約50%的光使用效率用於該第三雷射光束。若i＝3，可獲得大約100%的光使用效率用於該第二雷射光束。
如第二十八圖至第三十一圖內所示，若滿足條件(2)，可獲得大約70%的光使用效率用於該第一雷射光束，而不管“i”之值。如第二十八圖至第三十一圖內所示，若滿足條件(3)，可獲得大約80%的光使用效率用於該第一雷射光束，而不管“i”之值。如第二十八圖至第三十一圖內所示，若滿足條件(4)，可獲得大約90%的光使用效率用於該第一雷射光束，而不管“i”之值。
若i為奇數(即是i＝2k＋1)，則將其上用於該第三雷射光束的繞射效率為最大的該繞射階次設定為第k階，並且設定△滿足該條件(5)，則可獲得超過大約50%的光使用效率用於該第三雷射光束。
如第二十八圖至第三十一圖內所示，若滿足條件(6)，可獲得大約70%的光使用效率用於該第一雷射光束，而不管“i”之值。如第二十八圖至第三十一圖內所示，若滿足條件(7)，可獲得大約80%的光使用效率用於該第一雷射光束，而不管“i”之值。如第二十八圖至第三十一圖內所示，若滿足條件(8)，可獲得大約90%的光使用效率用於該第一雷射光束，而不管“i”之值。
在此具體實施例內，奇數指定給“iA ”，用於光學路徑長度內兩不同變化量之一，如此就可適當修正使用光碟D3所導致的球面像差，而將該第一雷射光束的使用效率維持在高位準。利用指派偶數給“iB ”，用於光學路徑長度內兩不同變化量另一，則變成可將每一該第一與第三雷射光束的使用效率維持在高位準。如此該相位飄移結構提供該三波長相容功能。尤其是，該物鏡10D可形成適合記錄以及/或再生每一光碟D1、D2和D3，而充分抑制該球面像差的光點。
吾人應該注意，獲得該三波長相容功能當成該第一與第二OPD函數組合的總功能。因此，當該兩OPD函數之一與特定對波長相容時就不會決定該第一與第二OPD函數。
在此有一案例，該相位飄移結構的台階(此後通稱為特殊台階)設定成該第一雷射光束的光學路徑長度內變化量為兩不同變化量之和或差。
在此具體實施例內，該波長飄移補償功能(即是修正因為每一雷射光束少量波長飄移造成的球面像差之功能)也賦予該相位飄移結構。若該波長飄移補償功能賦予該物鏡10D的該相位飄移結構，則設計該相位飄移結構的自由度就需要進一步增加。為此，除了該第一與第二OPD函數以外還要決定第三OPD函數，如此藉由結合三不同的OPD函數來將該三波長相容功能與該波長飄移補償結構賦予該相位飄移結構。若該三不同ODP函數套用至相位飄移結構，則光學路徑長度內該三不同變化量，都利用該相位飄移結構內的台階賦予該第一雷射光束。
吾人應該注意，獲得該三波長相容功能當成該第一至第三OPD函數組合的總功能。因此，該相位飄移結構並不設計成特定OPD函數具有特定效果，而明確與其他OPD函數賦予的效果不同。
該相位飄移結構並不需要形成於該物鏡10D的該第一表面11之整個區域上，但是要形成於內側區域內(此後稱為第一區域)，對集中該第三雷射光束有所貢獻(即是對於所有第一至第三雷射光束的光點之形成有所貢獻)。
在此具體實施例內，在該第一表面11上進一步提供第二區域來包圍該第一區域，並且在該第一表面11上進一步提供第三區域來包圍該第二區域，因為光束直徑的差異用於獲得光碟D1、D2和D3的數值孔徑。也就是，不同的相位飄移結構分別形成於該第一、第二與第三區域內。
形成於該第二區域內的相位飄移結構設定成具有兩波長相容功能，其具有該第一與第二雷射光束(直徑大於該第三雷射光束的直徑)分別適合集中在該光碟D1和D2的記錄表面上之效果。形成於該第二區域內的相位飄移結構可額外提供波長飄移補償功能給每一第一與第二雷射光束。若該波長飄移補償功能要賦予該第二區域內的相位飄移結構，則會設計兩不同的OPD函數並且結合在一起，如此可決定該相位飄移結構。
該第二區域內的相位飄移結構，具有對於集中該第三雷射光束沒有貢獻的台階，因此，光學路徑長度內由該第二區域內台階，所賦予的至少兩不同變化量之一，與光學路徑長度內由該第一區域內台階，所賦予的變化量不同。
吾人應該注意到，若利用兩不同OPD函數設計該第二區域內的該相位飄移結構，則會有在該第二區域內形成特殊台階的情況。
若該第一與第二雷射光束在該物鏡10D的第一表面11上之有效直徑彼此不同，則形成該第三區域。假設使用光碟D1時的焦距由f1表示，並且使用光碟D2時的焦距由f2表示。若下列條件(9)成立(即是該物鏡10D入射表面上該第二雷射光束的有效直徑大於該第一雷射光束的有效直徑)，則該相位飄移結構形成於該第三區域內，其中該第二雷射光束適合集中在該光碟D2的記錄表面上而不會導致球面像差。
f1×NA1<f2×NA2………(9)
相較於該第二區域，該條件(9)成立時，形成的該第三區域對於集中該第一雷射光束並無貢獻。也就是，該第三區域當成該第一雷射光束的孔鏡光欄。尤其是，該第三區域內的該相位飄移結構設計成：賦予至該第二雷射光束，由該第三區域內相鄰折射表面區之間邊界所造成的光學路徑長度內之變化量，與賦予至該第二雷射光束，由該第二區域內相鄰折射表面區之間邊界所造成的光學路徑長度內之變化量不同。進一步，該相位飄移結構受到強烈照射，所以該第二雷射光束的繞射效率最大化。
若下列條件(10)成立(即是該物鏡10D入射表面上該第一雷射光束的有效直徑大於該第二雷射光束的有效直徑)，則該相位飄移結構形成於該第三區域內，其中該第一雷射光束適合集中在該光碟D1的記錄表面上而不會導致球面像差。
f1×NA1>f2×NA2………(10)
相較於該第二區域，該條件(10)成立時，形成的該第三區域對於集中該第二雷射光束並無貢獻。也就是，該第三區域當成該第二雷射光束的孔鏡光欄。尤其是，該第三區域內的該相位飄移結構設計成：賦予至該第一雷射光束，由該第三區域內相鄰折射表面區之間邊界所造成的光學路徑長度內之變化量，與賦予至該第一雷射光束由該第二區域內相鄰折射表面區之間邊界所造成的光學路徑長度內之變化量不同。進一步，該相位飄移結構受到強烈照射，所以該第一雷射光束的繞射效率最大化。
此後，將說明根據第四具體實施例設計的該物鏡10D之六個(第十一至第十六)數值範例。在第十一至第十五範例內，其上該第三雷射光束的繞射效率最大化的該繞射階次設定為第(k＋1)階。在第十六範例內，其上該第三雷射光束的繞射效率最大化的該繞射階次設定為第k階。
在第十一、第十二、第十四以及第十六範例內，使用孔徑光欄(第四圖內未顯示)，如此藉由降低該第三雷射光束的光束直徑，獲得適合用於該光碟D3的數值孔徑，如第五A圖和第五C圖所示。在下列範例每一當中，具有最高記錄密度的該光碟D1擁有0.6 mm的覆蓋層厚度、具有次高記錄密度的該光碟D2擁有0.6 mm的覆蓋層厚度以及具有最低記錄密度的該光碟D3擁有1.2 mm的覆蓋層厚度。
第十一範例
接下來，將說明第十一範例。根據第十一範例的該物鏡10D提供相位飄移結構，其在光學路徑長度內產生兩不同的變化量。根據第十一範例的該物鏡10D之效能規格顯示於表51內。
如表51內放大率之值所示，該第一、第二與第三雷射光束分別入射至該物鏡10D上當成平行光束。
表52顯示根據第十一範例，當使用光碟D1時該光碟機的數值設定。表53顯示根據第十一範例，當使用光碟D2時該光碟機的數值設定。表54顯示根據第十一範例，當使用光碟D3時該光碟機的數值設定。
在表52至54內(以及下列類似表格內)，0號表面代表對應的光源，1號與2號表面分別代表該物鏡10D的第一與第二表面11和12，並且3號與4號表面分別代表該對應光碟的該覆蓋層21與該記錄表面22。
該物鏡10D的該第一與第二表面11和12每一都是非球面表面。表55顯示該物鏡10D的該第一與第二表面11和12(1號與2號表面)之圓錐係數以及非球面係數。
在此範例內，在該物鏡10D的第一表面11上形成相位飄移結構。表56顯示用於第一與第二OPD函數的係數P2 i ，其定義要在該物鏡10D的該第一表面11上形成之該相位飄移結構。表57顯示用於該第一與第二OPD函數的繞射階次m(其上該雷射光束採用個別最大繞射效率)。如表57和第二十七圖至第三十一圖內所示，其上用於該第一雷射光束的該繞射效率最大化之該繞射階次(即是”i”)與其他雷射光束的階次不同。在此範例(以及第十二至第十五範例)內，其上該第三雷射光束的繞射效率最大化的該繞射階次m由(k＋1)表示。
表58顯示在該物鏡10D的第一表面11上形成之該相位飄移結構。該相位飄移結構具有複數個以該物鏡10D光學軸AX為圓心同心形成的環狀區域(折射表面區)。在表58內，「編號」代表關於該光學軸所計算的每一環狀區號碼。每一環狀區都形成於“hmin”和“hmax”之間的區域內，其為從該光學軸AX算起的高度。在表58內，同時顯示在光學路徑長度內的變化量。
如表58內所示，由相鄰環狀區之間每一台階賦予該第一雷射光束的光學路徑長度內之變化量為－3λ(λ：波長)或－2λ。也就是在此範例內，”iA ”＝3、”iB ”＝2並且△A ＝△B ＝0。在此範例內，在17號與18號環狀區之間邊界上以及在24號與25號環狀區之間邊界上形成的台階為特殊台階，並且在光學路徑長度內產生－5λ的變化量。
第三十二A圖為說明當使用該第一雷射光束時(即是該光碟D1)在該光碟機內所導致該球面像差之圖式。第三十二B圖為說明當使用該第二雷射光束時(即是該光碟D2)在該光碟機內所導致該球面像差之圖式。第三十二C圖為說明當使用該第三雷射光束時(即是該光碟D3)在該光碟機內所導致該球面像差之圖式。在第三十二A圖至第三十二C圖內(以及在下列類似圖式內)，實線代表當所使用的雷射光束波長為設計波長時之球面像差，並且虛線代表當所使用的雷射光束波長飄離設計波長5nm時之球面像差。
從第三十二A圖至第三十二C圖可瞭解，根據第十一範例的該物鏡10D適合將該第一、第二與第三雷射光束分別集中在該光碟D1、D2和D3的記錄表面22上，而不會引起球面像差。進一步，充分抑制因為波長飄移造成的球面像差量。
第十二範例
接下來，將說明第十二範例。根據第十二範例的該物鏡10D提供相位飄移結構，其在光學路徑長度內產生三不同的變化量。根據第十二範例的該物鏡10D之效能規格顯示於表59內。
如表59內放大率之值所示，該第一、第二與第三雷射光束分別入射至該光碟D1、D2和D3上當成平行光束。
表60顯示根據第十二範例，當使用光碟D1時該光碟機的數值設定。表61顯示根據第十二範例，當使用光碟D2時該光碟機的數值設定。表62顯示根據第十二範例，當使用光碟D3時該光碟機的數值設定。
該物鏡10D的該第一與第二表面11和12每一都是非球面表面。表63顯示該物鏡10D的該第一與第二表面11和12(1號與2號表面)之圓錐係數以及非球面係數。
在此範例內，在該物鏡10D的第一表面11上形成相位飄移結構。表64顯示用於第一至第三光學路徑差異(OPD)函數的係數P2 i ，其定義要在該物鏡10D的該第一表面11上形成之該相位飄移結構。表65顯示用於該第一至第三光學路徑差異(OPD)函數的繞射階次m(其上該雷射光束採用個別最大繞射效率)。
表66顯示在該物鏡10D的第一表面11上形成之該相位飄移結構。
如表66內所示，由相鄰環狀區之間每一台階賦予該第一雷射光束的光學路徑長度內之變化量為－3λ、－2λ或10λ。也就是在此範例內，”iA ”＝,3、”iB ”＝2”iC ”＝10並且△A ＝△B ＝△C ＝0。在此範例內，在22號與23號環狀區之間邊界上、在26號與27號環狀區之間邊界上、在28號與29號環狀區之間邊界上以及在31號與32號環狀區之間邊界上形成的台階為特殊台階，並且在光學路徑長度內產生三不同變化量加總的變化量。
第三十三A圖為說明當使用該第一雷射光束時(即是該光碟D1)在該光碟機內所導致該球面像差之圖式。第三十三B圖為說明當使用該第二雷射光束時(即是該光碟D2)在該光碟機內所導致該球面像差之圖式。第三十三C圖為說明當使用該第三雷射光束時(即是該光碟D3)在該光碟機內所導致該球面像差之圖式。
從第三十三A圖至第三十三C圖可瞭解，根據第十二範例的該物鏡10D適合將該第一、第二與第三雷射光束分別集中在該光碟D1、D2和D3的記錄表面22上，而不會引起球面像差。該相位飄移結構具有在光學路徑長度內產生三不同變化量的台階。也就是，根據第十二範例的該物鏡10D具有該三波長相容功能以及該波長飄移補償功能。如第三十三A圖至第三十三C圖內所示，同時充分抑制因為波長飄移造成的球面像差量。
第十三範例
接下來，將說明第十三範例。根據第十三範例的該物鏡10D之效能規格顯示於表67內。
如表67內放大率之值所示，該第一、第二與第三雷射光束分別入射至該物鏡10D上當成平行光束。
表68顯示根據第十三範例，當使用光碟D1時該光碟機的數值設定。表69顯示根據第十三範例，當使用光碟D2時該光碟機的數值設定。表70顯示根據第十三範例，當使用光碟D3時該光碟機的數值設定。
從表67可瞭解，f1×N1＝2.015並且f2×N2＝2.079。也就是，根據第十三範例的光碟機滿足條件(9)。因此，該第一至第三區域形成於該物鏡10D的該第一表面11上。該第一區域內形成的該相位飄移結構在光學路徑長度內產生兩不同的變化量，該第二區域內形成的該相位飄移結構當成該第三雷射光束的孔徑光欄，並且該第三區域內形成的該相位飄移結構當成該第一雷射光束的孔徑光欄。
該第一至第三區域形成於下列關於光學軸所指示的高度h範圍內。
第一區域：h1.640第二區域：1.640<h2.015第三區域：2.015<h2.080
如上述，該第三區域只對集中該第二雷射光束有貢獻，對於集中該第一雷射光束並無貢獻。因此，該第三區域內光學路徑長度內的變化量由(iA ＋△A )乘上該第二雷射光束波長的值所表示。
該物鏡10D的該第一與第二表面11和12每一都是非球面表面。表71顯示該物鏡10D的該第一與第二表面11和12(1號與2號表面)之圓錐係數以及非球面係數。
在此範例內，在該物鏡10D的第一表面11上形成相位飄移結構。表72顯示用於OPD函數的係數P2 i ，其定義要在該物鏡10D的該第一表面11上形成之該相位飄移結構。表73顯示用於該OPD函數的繞射階次m(其上該雷射光束採用個別最大繞射效率)。
如表73內所示，該相位飄移結構設定成關於所使用雷射光束種類，或其中形成該相位飄移結構的區域而使用該不同繞射階次m。尤其是，該第一區域內的該相位飄移結構設定成對於集中該第一至第三雷射光束有所貢獻，不過其上該第一至第三雷射光束的繞射效率為最大之繞射階次彼此並不相同。該第二區域內的相位飄移結構設定成對於集中該第一和第二雷射光束有所貢獻。該第三區域內的相位飄移結構設定成只對於集中該第二雷射光束有所貢獻。
表74顯示在該物鏡10D的第一表面11上形成之該相位飄移結構。
如上述，不同的相位飄移結構分別形成於該表面11上的區域內。因此，光學路徑長度內賦予該第一雷射光束的變化量在區域之間並不相同，如表74內所示。
如表74內所示，在該第一區域內，由相鄰環狀區之間，每一台階賦予該第一雷射光束的光學路徑長度內之變化量為－5λ(λ：該第一雷射光束的波長)或2λ。也就是在此範例內，”iA ”＝5、”iB ”＝2並且△A ＝△B ＝0。
在該第二區域內，由相鄰環狀區之間，每一台階賦予該第一雷射光束的光學路徑長度內之變化量為±5λ或－3λ。也就是在此範例內，”iA ”＝5、”iB ”＝3並且△A ＝△B ＝0。
在該第三區域內，由相鄰環狀區之間，每一台階賦予該第二雷射光束的光學路徑長度內之變化量為－1λ(λ：該第二雷射光束的波長)。在此範例內，該20號與21號環狀區之間邊界上形成的台階為特殊台階。
第三十四A圖為說明當使用該第一雷射光束時(即是該光碟D1)，在該光碟機內所導致該球面像差之圖式。第三十四B圖為說明當使用該第二雷射光束時(即是該光碟D2)，在該光碟機內所導致該球面像差之圖式。第三十四C圖為說明當使用該第三雷射光束時(即是該光碟D3)，在該光碟機內所導致該球面像差之圖式。
從第三十四A圖至第三十四C圖可瞭解，根據第十三具體實施例的該物鏡10D適合將該第一、第二與第三雷射光束分別集中在該光碟D1、D2和D3的記錄表面22上，而不會引起球面像差。如第三十四A圖至第三十四C圖內所示，同時抑制因為波長飄移造成的球面像差變化。如第三十四C圖內所示，將該第三雷射光束的波長飄離該設計波長時，造成的球面像差變化抑制至極低位準(即是當使用光碟D3時幾乎不導致像差)。
第十四範例
接下來，將說明第十四範例。根據第十四範例的該物鏡10D提供相位飄移結構，其在光學路徑長度內產生三不同的變化量。根據第十四範例的該物鏡10D之效能規格顯示於表75內。
如表75內放大率之值所示，該第一、第二與第三雷射光束分別入射至該物鏡10D上當成平行光束。
表76顯示根據第十四範例，當使用光碟D1時該光碟機的數值設定。表77顯示根據第十四範例，當使用光碟D2時該光碟機的數值設定。表78顯示根據第十四範例，當使用光碟D3時該光碟機的數值設定。
該物鏡10D的該第一與第二表面11和12每一都是非球面表面。表79顯示該物鏡10D的該第一與第二表面11和12(1號與2號表面)之圓錐係數以及非球面係數。
在此範例內，在該物鏡10D的第一表面11上形成相位飄移結構。表80顯示用於OPD函數的係數P2 i ，其定義要在該物鏡10D的該第一表面11上形成之該相位飄移結構。表81顯示用於該第一至第三OPD函數的繞射階次m(其上該雷射光束採用個別最大繞射效率)。
表82顯示在該物鏡10D的第一表面11上形成之該相位飄移結構。在表82內，顯示在光學路徑長度內關於該第一雷射光束波長的變化量。
如表82內所示，在第一區域中，由相鄰環狀區之間，每一台階賦予該第一雷射光束的光學路徑長度內之變化量為－3λ、－2λ或8λ。也就是在此範例內，”iA ”＝3、”iB ”＝2、”iC ”＝8、△A ＝0.22並且△B ＝△C ＝0。該27號與28號環狀區之間邊界上形成的一台階為特殊台階，其產生由iA ＝3和iC ＝8所獲得光學路徑長度內兩不同變化量加總之變化量。
第三十五A圖為說明當使用該第一雷射光束時(即是該光碟D1)，在該光碟機內所導致該球面像差之圖式。第三十五B圖為說明當使用該第二雷射光束時(即是該光碟D2)，在該光碟機內所導致該球面像差之圖式。第三十五C圖為說明當使用該第三雷射光束時(即是該光碟D3)，在該光碟機內所導致該球面像差之圖式。
從第三十五A圖至第三十五C圖可瞭解，根據第十四範例的該物鏡10D適合將該第一、第二與第三雷射光束分別集中在該光碟D1、D2和D3的記錄表面22上，而不會引起球面像差。該相位飄移結構具有在光學路徑長度內產生三不同變化量的台階。也就是，根據第十四範例的該物鏡10D具有該三波長相容功能以及該波長飄移補償功能。如第三十五A圖至第三十五C圖內所示，將充分抑制使用每一光碟D1、D2和D3時波長飄移導致的球面像差變化，並且該球面像差維持在充分修正的程度。
第十五範例
接下來，將說明第十五範例。根據第十五範例的該物鏡10D提供相位飄移結構，其在光學路徑長度內產生三不同的變化量。根據第十五範例的該物鏡10D之效能規格顯示於表84內。
如表83內放大率之值所示，該第一、第二與第三雷射光束分別入射至該物鏡10D上當成平行光束。
表84顯示根據第十五範例，當使用光碟D1時該光碟機的數值設定。表85顯示根據第十五範例，當使用光碟D2時該光碟機的數值設定。表86顯示根據第十五範例，當使用光碟D3時該光碟機的數值設定。
該物鏡10的該表面11提供第一區域，其中形成在光學路徑長度內產生三不同變化量的一相位飄移結構，以及第二區域，其中形成在光學路徑長度內產生三不同變化量的相位飄移結構，並且形成用於當成該第三雷射光束的孔徑光欄的功能。該第一與第二區域形成於下列關於光學軸所指示的高度h範圍內。
第一區域：h1.580第二區域：1.580<h1.950
該物鏡10D的該第一與第二表面11和12每一都是非球面表面。表87顯示該物鏡10D的該第一與第二表面11和12(1號與2號表面)之圓錐係數以及非球面係數。如表88內所示，該第一與第二區域的非球面表面形狀彼此不同。
在此範例內，在該物鏡10D的第一表面11上形成相位飄移結構。表88顯示用於OPD函數的係數P2 i ，其定義要在該物鏡10D的該第一表面11上形成之該相位飄移結構。表89顯示用於該OPD函數的繞射階次m(其上該雷射光束採用個別最大繞射效率)。
因為在如表88內所示的每一該第一與第二區域內，該係數P2 都採用不等於零的值，所以該第一與第二區域的曲率半徑“r”彼此不同(請參閱表84至表86)。
如表89內所示，每一OPD函數的繞射階次m根據所使用的區域與雷射光束而變。尤其是，該第一區域內的該相位飄移結構設定成雖然該繞射階次m在該OPD函數之間變化，該相位飄移結構對於集中每一該第一至第三雷射光束還是有所貢獻。該第二區域內的相位飄移結構設定成對於集中每一該第一和第二雷射光束有所貢獻。
表90顯示在該物鏡10D的第一表面11上形成之該相位飄移結構。在表90內，顯示在光學路徑長度內關於該第一雷射光束波長的變化量。
因為該第一與第二區域內形成的該相位飄移結構彼此不同，則由每一台階賦予該第一雷射光束的光學路徑長度內之變化量，會在區域之間變化(請參閱表90)。如表90內所示，在第一區域中，由相鄰環狀區之間每一台階賦予該第一雷射光束的光學路徑長度內之變化量為－5λ、2λ或8λ。也就是在此範例內，”iA ”＝5、”iB ”＝2、”iC ”＝8並且△A ＝△B ＝△C ＝0.05。在第二區域內，光學路徑長度內該變化量為±5λ或－3λ。也就是在此範例內，”iA ”＝5、”iB ”＝3並且△A ＝△B ＝0。
在第一區域內，在20號與21號環狀區之間邊界上、在21號與22號環狀區之間邊界上以及在23號與27號環狀區之間邊界上形成的台階為特殊台階，其產生由iA ＝5和iC ＝8所獲得光學路徑長度內兩不同變化量加總之變化量。在該第二區域內，在33號與34號環狀區之間邊界上以及在45號與46號環狀區之間邊界上形成的台階為特殊台階，其產生在光學路徑長度內兩不同變化量加總之變化量。
第三十六A圖為說明當使用該第一雷射光束時(即是該光碟D1)，在該光碟機內所導致該球面像差之圖式。第三十六B圖為說明當使用該第二雷射光束時(即是該光碟D2)，在該光碟機內所導致該球面像差之圖式。第三十六C圖為說明當使用該第三雷射光束時(即是該光碟D3)，在該光碟機內所導致該球面像差之圖式。
從第三十六A圖至第三十六C圖可瞭解，根據第十五範例的該物鏡10D適合將該第一、第二與第三雷射光束分別集中在該光碟D1、D2和D3的記錄表面22上，而不會引起球面像差。如第三十六A圖至第三十六C圖內所示，充分抑制使用每一光碟D1、D2和D3時波長飄移導致的球面像差變化。如第三十六C圖內所示，合適抑制該第三雷射光束的波長飄離該設計波長時造成的球面像差變化，並且將該球面像差維持在充分恆定的修正位準。
第十六範例
接下來，將說明第十六範例。根據第十六範例的該物鏡10D提供相位飄移結構，其在光學路徑長度內產生三不同的變化量。根據第十六範例的該物鏡10D之效能規格顯示於表91內。
如表91內放大率之值所示，該第一、第二與第三雷射光束分別入射至該物鏡10D上當成平行光束。
表92顯示根據第十六範例，當使用光碟D1時該光碟機的數值設定。表93顯示根據第十六範例，當使用光碟D2時該光碟機的數值設定。表94顯示根據第十六範例，當使用光碟D3時該光碟機的數值設定。
該物鏡10D的該第一與第二表面11和12每一都是非球面表面。表95顯示該物鏡10D的該第一與第二表面11和12(1號與2號表面)之圓錐係數以及非球面係數。
在此範例內，在該物鏡10D的第一表面11上形成相位飄移結構。表96顯示用於第一至第三OPD函數的係數P2 i ，其定義要在該物鏡10D的該第一表面11上形成之該相位飄移結構。表97顯示用於該第一至第三OPD函數的繞射階次m(其上該雷射光束採用個別最大繞射效率)。在此範例內，其上該第三雷射光束採用最大效率的該繞射階次由“k”表示。
表98顯示在該物鏡10D的第一表面11上形成之該相位飄移結構。在表98內，顯示在光學路徑長度內關於該第一雷射光束波長的變化量。
如表98內所示，在第一區域中，由相鄰環狀區之間每一台階賦予該第一雷射光束的光學路徑長度內之變化量為3λ、2λ或－10λ。也就是在此範例內，”iA ”＝3、”iB ”＝2、”iC ”＝10、△A ＝－0.10並且△B ＝△C ＝0。在12號與13號環狀區之間邊界上、在24號與25號環狀區之間邊界上、在32號與33號環狀區之間邊界上、在34號與35號環狀區之間邊界上、在38號與39號環狀區之間邊界上、在40號與41號環狀區之間邊界上、在46號與47號環狀區之間邊界上、在48號與49號環狀區之間邊界上以及在51號與52號環狀區之間邊界上形成的台階為特殊台階，其產生由iB ＝2和iA ＝3所獲得光學路徑長度內兩不同變化量加總之變化量。在25號與26號環狀區之間邊界上、在35號與36號環狀區之間邊界上、在39號與40號環狀區之間邊界上以及在47號與48號環狀區之間邊界上形成的台階為特殊台階，其產生由iB ＝2和iC ＝10所獲得光學路徑長度內兩不同變化量加總之變化量。該42號與43號環狀區之間邊界上以及該50號與51號環狀區之間邊界上形成的台階為特殊台階，其產生由iA ＝2和iB ＝3及iC ＝10所獲得光學路徑長度內三不同變化量加總之變化量。
第三十七A圖為說明當使用該第一雷射光束時(即是該光碟D1)，在該光碟機內所導致該球面像差之圖式。第三十七B圖為說明當使用該第二雷射光束時(即是該光碟D2)，在該光碟機內所導致該球面像差之圖式。第三十七C圖為說明當使用該第三雷射光束時(即是該光碟D3)，在該光碟機內所導致該球面像差之圖式。
從第三十七A圖至第三十七C圖可瞭解，根據第十六範例的該物鏡10D適合將該第一、第二與第三雷射光束分別集中在該光碟D1、D2和D3的記錄表面22上，而不會引起球面像差。該相位飄移結構具有在光學路徑長度內產生三不同變化量的台階。也就是，根據第十六範例的該物鏡10D具有該三波長相容功能以及該波長飄移補償功能。如第三十七A圖至第三十七C圖內所示，將充分抑制使用每一光碟D1、D2和D3時波長飄移導致的球面像差變化，並且該球面像差維持在充分修正的程度。
在上述第十四範例內，當執行該光碟D1的記錄/再生操作時(即是當使用該第一雷射光束時)，該光使用效率大約是85%，當執行該光碟D2的記錄/再生操作時(即是當使用該第二雷射光束時)，該光使用效率大約是75%，並且當執行該光碟D3的記錄/再生操作時(即是當使用該第三雷射光束時)，該光使用效率大約是56%。
在上述第十五範例內，當執行該光碟D1的記錄/再生操作時(即是當使用該第一雷射光束時)，該光使用效率大約是98%，當執行該光碟D2的記錄/再生操作時(即是當使用該第二雷射光束時)，該光使用效率大約是75%，並且當執行該光碟D3的記錄/再生操作時(即是當使用該第三雷射光束時)，該光使用效率大約是41%。
在上述第十六範例內，當執行該光碟D1的記錄/再生操作時(即是當使用該第一雷射光束時)，該光使用效率大約是97%，當執行該光碟D2的記錄/再生操作時(即是當使用該第二雷射光束時)，該光使用效率大約是69%，並且當執行該光碟D3的記錄/再生操作時(即是當使用該第三雷射光束時)，該光使用效率大約是51%。
在第十四範例內，該物鏡設定成根據其上該第三雷射光束的繞射效率最大化之繞射階次來滿足該條件。因此，當使用具有較高記錄密度的每一光碟D1和D2可進一步增加光使用效率，而維持足夠的光量用於該光碟D3的記錄/再生操作。
可能的“i”值組合並不受限於上述範例內所示之值。例如：若光學路徑長度內該三不同變化量由該相位飄移結構所帶來，則值的組合可為iA ＝5、iB ＝2和iC ＝10。
根據第四具體實施例，可合適抑制該球面像差用於每一光碟D1、D2和D3。因為該平行光束用於每一該光碟D1、D2和D3，則根據第四具體實施例的該物鏡(光碟機)，可充分抑制讀軌操作期間導致的像差以及球面像差。也就是，根據第四具體實施例，可獲得能夠形成光點的物鏡(以及光碟機)，該光點適合用於根據不同標準的三種光碟。
雖然本發明已經參考特定較佳具體實施例來做說明，不過其他具體實施例也可使用。
吾人應該瞭解，利用根據本發明的設計方法所設計的物鏡並不受限於上述具體實施例內所示的。例如：上述物鏡可配置成包含複數個光學元件的物鏡系統。若該物鏡配置成包含複數個光學元件的物鏡系統，該物鏡系統內的光學元件可分別在其兩表面上具有相位飄移結構。
該光碟機並不一定需要將利用該兩(或三)波長相容功能修正的該球面像差抑制至零，因此，允許設計者調整上述設計方法，如此可獲得兩或三波長相容功能來將球面像差抑制至極低位準。該光碟機並不一定需要完全消除因為波長飄移造成的球面像差變化，因此，允許設計者調整上述設計方法，如此可將該波長飄移造成的球面像差變化抑制至極低位準。
1A．．．光源
2A．．．光源
3A．．．光源
10A．．．物鏡
10A’．．．物鏡
10B．．．物鏡
10C．．．物鏡
10C’．．．物鏡
100．．．光碟機
150．．．光碟機
200．．．光碟機
D1．．．光碟
D2．．．光碟
D3．．．光碟
第一圖顯示根據第一具體實施例的光碟機一般配置；第二A圖顯示具有次高記錄密度的第二光碟用於第一圖內光碟機之情況；第二B圖顯示具有最低記錄密度的第三光碟用於第一圖內光碟機之情況；第三A圖為說明根據第一具體實施例所獲得，主要用於兩波長相容功能的第一OPD(光學路徑差異)函數之圖式；第三B圖為說明根據第一具體實施例所獲得，主要用於波長飄移補償功能的第二OPD函數之圖式；第三C圖為說明根據第一具體實施例在物鏡第一表面上直接形成繞射結構的OPD函數；第四圖顯示根據第二具體實施例的光碟機一般配置；第五A圖顯示具有最高記錄密度的第一光碟用於第四圖內光碟機之情況；第五B圖顯示當第二光碟用於第四圖內光碟機之情況；第五C圖顯示當第三光碟用於第四圖內光碟機之情況；第六A圖為說明根據第二具體實施例獲得的第一OPD函數之圖式；第六B圖為說明根據第二具體實施例獲得的第二OPD函數之圖式；第六C圖為說明根據第二具體實施例在物鏡第一表面上直接形成繞射結構的OPD函數；第七A圖為說明根據第三具體實施例獲得的第一OPD函數之圖式；第七B圖為說明根據第三具體實施例獲得的第二OPD函數之圖式；第七C圖為說明根據第三具體實施例獲得的第三OPD函數之圖式；第七D圖為說明根據第三具體實施例在物鏡第一表面上直接形成繞射結構的OPD函數；第八A圖為說明當該第二雷射光束用於該第二光碟時，根據第一範例的光碟機內所導致球面像差之圖式；第八B圖為說明當該第三雷射光束用於該第三光碟時，根據第一範例的該光碟機內所導致該球面像差之圖式；第九A圖為說明根據第二範例決定的第一OPD函數之圖式；第九B圖為說明根據第二範例決定的第二OPD函數之圖式；第九C圖為說明根據第二範例直接定義繞射結構的OPD函數之圖式；第十A圖為說明當使用該第二雷射光束時根據第二範例的光碟機內所導致球面像差之圖式；第十B圖為說明當使用該第三雷射光束時根據第二範例的該光碟機內所導致該球面像差之圖式；第十一圖顯示根據第三範例的光碟機配置；第十二A圖顯示當第一光碟用於第十一圖內光碟機之情況；第十二B圖顯示當第二光碟用於第十一圖內光碟機之情況；第十二C圖顯示當第三光碟用於第十一圖內光碟機之情況；第十三A圖為說明根據第三範例決定的第一OPD函數之圖式；第十三B圖為說明根據第三範例決定的第二OPD函數之圖式；第十三C圖為說明根據第三範例直接定義繞射結構的OPD函數之圖式；第十四A圖為說明當該第一雷射光束用於該第一光碟時根據第三範例的該光碟機內所導致該球面像差之圖式；第十四B圖為說明當使用該第二雷射光束時根據第三範例的該光碟機內所導致該球面像差之圖式；第十四C圖為說明當使用該第三雷射光束時根據第三範例的該光碟機內所導致該球面像差之圖式；第十五A圖為說明根據第四範例決定的第一OPD函數之圖式；第十五B圖為說明根據第四範例決定的第二OPD函數之圖式；第十五C圖為說明根據第四範例直接定義繞射結構的OPD函數之圖式；第十六A圖為說明當使用該第一雷射光束時根據第四範例的該光碟機內所導致球面像差之圖式；第十六B圖為說明當使用該第二雷射光束時根據第四範例的該光碟機內所導致該球面像差之圖式；第十六C圖為說明當使用該第三雷射光束時根據第四範例的該光碟機內所導致該球面像差之圖式；第十七A圖為說明當使用該第一雷射光束時根據第五範例的光碟機內所導致球面像差之圖式；第十七B圖為說明當使用該第二雷射光束時根據第五範例的該光碟機內所導致該球面像差之圖式；第十七C圖為說明當使用該第三雷射光束時根據第五範例的該光碟機內所導致該球面像差之圖式；第十八A圖為說明當使用該第一雷射光束時根據第六範例的光碟機內所導致球面像差之圖式；第十八B圖為說明當使用該第二雷射光束時根據第六範例的該光碟機內所導致該球面像差之圖式；第十八C圖為說明當使用該第三雷射光束時根據第六範例的該光碟機內所導致該球面像差之圖式；第十九A圖和第十九B圖為分別說明根據第七範例決定用於內側區域的第一與第二OPD函數之圖式；第十九C圖為說明根據第七範例直接定義該內側區域內繞射結構的OPD函數之圖式；第十九D圖和第十九E圖為分別說明根據第七範例決定用於外側區域的第三與第四OPD函數之圖式；第十九F圖為說明根據第七範例直接定義該外側區域內繞射結構的OPD函數之圖式；第十九G圖為說明根據第七具體實施例在物鏡第一表面上形成繞射結構的OPD函數；第二十A圖為說明當使用該第一雷射光束時根據第七範例的光碟機內所導致球面像差之圖式；第二十B圖為說明當使用該第二雷射光束時根據第七範例的該光碟機內所導致該球面像差之圖式；第二十C圖為說明當使用該第三雷射光束時根據第七範例的該光碟機內所導致該球面像差之圖式；第二十一A圖和第二十一B圖為分別說明根據第八範例決定用於內側區域的第一與第二OPD函數之圖式；第二十一C圖為說明根據第八範例直接定義該內側區域內繞射結構的OPD函數之圖式；第二十一D圖和第二十一E圖為分別說明根據第八範例決定用於外側區域的第三與第四OPD函數之圖式；第二十一F圖為說明根據第八範例直接定義該外側區域內繞射結構的OPD函數之圖式；第二十一G圖為說明根據第八具體實施例在物鏡第一表面上形成繞射結構的OPD函數；第二十二A圖為說明當使用該第一雷射光束時根據第八範例的光碟機內所導致球面像差之圖式；第二十二B圖為說明當使用該第二雷射光束時根據第八範例的該光碟機內所導致該球面像差之圖式；第二十二C圖為說明當使用該第三雷射光束時根據第八範例的該光碟機內所導致該球面像差之圖式；第二十三A圖、第二十三B圖和第二十三C圖為分別說明根據第九範例決定用於內側區域的第一、第二和第三OPD函數之圖式；第二十三D圖為說明根據第九範例直接定義該內側區域內繞射結構的OPD函數之圖式；第二十三E圖和第二十三F圖為分別說明根據第九範例決定用於外側區域的第四與第五OPD函數之圖式；第二十三G圖為說明根據第九範例直接定義該外側區域內繞射結構的OPD函數之圖式；第二十三H圖為說明根據第九具體實施例在物鏡第一表面上形成繞射結構的OPD函數；第二十四A圖為說明當使用該第一雷射光束時根據第九範例的光碟機內所導致球面像差之圖式；第二十四B圖為說明當使用該第二雷射光束時根據第九範例的該光碟機內所導致該球面像差之圖式；第二十四C圖為說明當使用該第三雷射光束時根據第九範例的該光碟機內所導致該球面像差之圖式；第二十五A圖、第二十五B圖和第二十五C圖為分別說明根據第十範例決定用於內側區域的第一、第二和第三OPD函數之圖式；第二十五D圖為說明根據第十範例直接定義該內側區域內繞射結構的OPD函數之圖式；第二十五E圖和第二十五F圖為分別說明根據第十範例決定用於外側區域的第四與第五OPD函數之圖式；第二十五G圖為說明根據第十範例直接定義該外側區域內繞射結構的OPD函數之圖式；第二十五H圖為說明根據第十具體實施例在物鏡第一表面上形成繞射結構的OPD函數；第二十六A圖為說明當使用該第一雷射光束時根據第十範例的光碟機內所導致球面像差之圖式；第二十六B圖為說明當使用該第二雷射光束時根據第十範例的該光碟機內所導致該球面像差之圖式；第二十六C圖為說明當使用該第三雷射光束時根據第十範例的該光碟機內所導致該球面像差之圖式；第二十七圖為根據第四具體實施例的物鏡第一表面之放大剖面圖；第二十八圖為說明在i＝2的情況下，用於該第一至第三雷射光束每一的光線關於△A之使用效率圖式；第二十九圖為說明在i＝3的情況下，用於該第一至第三雷射光束每一的光線關於△A之使用效率圖式；第三十圖為說明在i＝5的情況下，用於該第一至第三雷射光束每一的光線關於△A之使用效率圖式；第三十一圖為說明在i＝10的情況下，用於該第一至第三雷射光束每一的光線關於△A之使用效率圖式；第三十二A圖為說明當使用該第一雷射光束時根據第十一範例的光碟機內所導致球面像差之圖式；第三十二B圖為說明當使用該第二雷射光束時根據第十一範例的該光碟機內所導致該球面像差之圖式；第三十二C圖為說明當使用該第三雷射光束時根據第十一範例的該光碟機內所導致該球面像差之圖式；第三十三A圖為說明當使用該第一雷射光束時根據第十二範例的光碟機內所導致球面像差之圖式；第三十三B圖為說明當使用該第二雷射光束時根據第十二範例的該光碟機內所導致該球面像差之圖式；第三十三C圖為說明當使用該第三雷射光束時根據第十二範例的該光碟機內所導致該球面像差之圖式；第三十四A圖為說明當使用該第一雷射光束時根據第十三範例的光碟機內所導致球面像差之圖式；第三十四B圖為說明當使用該第二雷射光束時根據第十三範例的該光碟機內所導致該球面像差之圖式；第三十四C圖為說明當使用該第三雷射光束時根據第十三範例的該光碟機內所導致該球面像差之圖式；第三十五A圖為說明當使用該第一雷射光束時根據第十四範例的光碟機內所導致球面像差之圖式；第三十五B圖為說明當使用該第二雷射光束時根據第十四範例的該光碟機內所導致該球面像差之圖式；第三十五C圖為說明當使用該第三雷射光束時根據第十四範例的該光碟機內所導致該球面像差之圖式；第三十六A圖為說明當使用該第一雷射光束時根據第十五範例的光碟機內所導致球面像差之圖式；第三十六B圖為說明當使用該第二雷射光束時根據第十五範例的該光碟機內所導致該球面像差之圖式；第三十六C圖為說明當使用該第三雷射光束時根據第十五範例的該光碟機內所導致該球面像差之圖式；第三十七A圖為說明當使用該第一雷射光束時根據第十六範例的光碟機內所導致球面像差之圖式；第三十七B圖為說明當使用該第二雷射光束時根據第十六範例的該光碟機內所導致該球面像差之圖式；以及第三十七C圖為說明當使用該第三雷射光束時根據第十六範例的該光碟機內所導致該球面像差之圖式。

Claims (44)

  1. 一種設計光學元件的方法，該元件用於光學系統中，其中複數個光束每一都具有不同設計波長，穿過該光學元件，該方法包含：決定至少兩種光學路徑差異函數，該些函數包含第一與第二光學路徑差異函數，帶入第一光學路徑差異函數，其中該些光束的繞射效率達最大化，其繞射階次間的比例與與帶入第二光學路徑差異函數，其中複數個光束的繞射效率達最大化的繞射階次間比例，兩者不同；並且獲得結合至少該兩種光學路徑差異函數所定義的形狀，以用於獲得該光學元件表面的至少一表面的形狀。
  2. 如申請專利範圍第1項之方法，其中：應用該形狀的至少一表面會區分成包含該光學元件的光學軸的內側區域，以及位於該內側區域之外的外側區域；以及該決定步驟可個別套用至該內側與外側區域，並且該獲得步驟可個別套用至該內側與外側區域，如此具有不同繞射功能的繞射結構可分別形成於該內側與外側區域。
  3. 如申請專利範圍第2項之方法，其中具有該獲得步驟所獲得的形狀之繞射結構，可對稱於該光學元件的光學軸。
  4. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該光學元件可用在配置於根據不同標準記錄資料至以及/或再製資料由第 一與第二光碟每一的光碟機，其使用具有第一設計波長的第一光束，用於該第一光碟，以及具有與該第一設計波長不同的第二設計波長的第二光束，用於該第二光碟。
  5. 如申請專利範圍第4項之方法，其中：利用該獲得步驟可獲得該形狀當成繞射結構；當使用該第一光碟時，所導致的光學像差調整至所要值，及當使用第二光碟時，所導致的光學像差調整至所要值的第一繞設功能，主要是藉由第一光學路徑差異函數賦予該繞設結構；以及當至少第一與第二光碟之一被使用時，調整因波長飄移所導致的球面像差的改變的第二繞射功能，主要是藉由第二光學路徑差異函數賦予該繞設結構。
  6. 如申請專利範圍第5項之方法，其中：該繞射結構會產生具有方向性的像差，當使用該第一光碟時，該導致的球面像差，以及當使用該第二光碟時，該導致的球面像差，均可藉由該第一繞射功能來修正；以及當使用該第一光碟時，該第一光束的波長飄離該第一設計波長，該繞射結構可利用該第二繞射功能降低因波長飄移所導致的該球面像差變化。
  7. 如申請專利範圍第5項之方法，其中在每一該第一與第二光束以平行光束入射至該光學元件上的情況下，當該第一與第二光碟被使用時，調整該導致的球面像差的該第一繞射功能已被決定。
  8. 如申請專利範圍第4項之方法，其中該光碟機可配置成 根據與該第一與第二光碟標準不同的標準，記錄資料至以及/或再生資料自該第三光碟，其使用具有與該第一和第二光束波長不同之第三設計波長的第三光束用於該第三光碟。
  9. 如申請專利範圍第7項之方法，其中：該光碟機可配置成根據與該第一與第二光碟標準不同的標準，記錄資料至以及/或再生資料自該第三光碟，其使用具有與該第一和第二光束波長不同之第三設計波長的第三光束用於該第三光碟；以及可分別決定該第一與第二光學路徑差異函數，如此當使用該第一、第二與第三光碟之一時，該導致的球面像差調整至所要值。
  10. 如申請專利範圍第9項之方法，其中：若該第一、第二與第三光碟的覆蓋層厚度分別定義為t1、t2和t3，則該覆蓋層的厚度具有下列關係：t1t2<t3；若適合記錄資料至並且/或再生資料自該第一光碟的數值孔徑定義為NA1，適合記錄資料至並且/或再生資料自該第二光碟的數值孔徑定義為NA2，並且適合記錄資料至並且/或再生資料自該第三光碟的數值孔徑定義為NA3，則該NA1、NA2和NA3具有關係：NA1>NA3及NA2>NA3；該第一光束的該第一設計波長為所有該第一、第二與第三設計波長中最短的；該第二光束的該第二設計波長比該第一光束的該 第一設計波長還長；以及該第三光束的該第三設計波長為所有該第一、第二與第三設計波長中最長的。
  11. 如申請專利範圍第10項之方法，其中：帶入該第一光學路徑差異函數，該繞射階次間之比例可依照該第一、第二與第三光束的順序由2：1：1表示(其該第一、第二與第三光束的繞射效率已經分別最大化)；以及帶入該第二光學路徑差異函數，該繞射階次間之比例可依照該第一、第二與第三光束的順序由3：2：2表示(其該第一、第二與第三光束的繞射效率已經分別最大化)。
  12. 如申請專利範圍第9項之方法，進一步包括：當使用該第一、第二與第三光碟至少之一時，決定第三光學路徑差異函數，其主要用於第三繞射功能賦予該繞設結構，調整因波長漂移所導致的該球面像差的變化量。
  13. 如申請專利範圍第12項之方法，其中：帶入該第一光學路徑差異函數，該繞射階次間之比例可依照該第一、第二與第三光束的順序由2：1：1表示(其該第一、第二與第三光束的繞射效率已經分別最大化)；帶入該第二光學路徑差異函數，該繞射階次間之比例可依照該第一、第二與第三光束的順序由3：2：2表示(其該第一、第二與第三光束的繞射效率已經分別最大 化)；以及帶入該第三光學路徑差異函數，該繞射階次間之比例可依照該第一、第二與第三光束的順序由10：6：5表示(其上該第一、第二與第三光束的繞射效率已經分別最大化)。
  14. 一種光碟機之光學裝置，其包含：複數個光源裝置，其分別發出複數個具有不同設計波長的光束；以及該光學元件如申請專利範圍第1項之方法來設計。
  15. 如申請專利範圍第14項之光碟機之光學裝置，其中：為了根據不同標準記錄資料至以及/或再生資料自每一第一與第二光碟，具有第一設計波長的第一光束用可用於該第一光碟，並且具有第二設計波長的第二光束可用於該第二光碟；以及為了根據與該第一與第二光碟的標準不同之標準，記錄資料至以及/或再生資料自該第三光碟，具有第三設計波長的第三光束可用於該第三光碟，如此該第三光束會以發散光束入射至該光學元件上。
  16. 一種光碟機之光學裝置，其包含：複數個光源裝置，其分別發出複數個具有不同設計波長的光束；以及該光學元件如申請專利範圍第8項之方法來設計。
  17. 一種光學元件，該光學元件之設計方法包含：決定至少兩種光學路徑差異函數，該些函數包含第一與第二光學路徑差異函數，帶入第一光學路徑差異函 數，其中該些光束的繞射效率達最大化，其繞射階次間的比例與與帶入第二光學路徑差異函數，其中複數個光束的繞射效率達最大化的繞射階次間比例，兩者不同；並且獲得結合至少該兩種光學路徑差異函數所定義的形狀，以用於獲得該光學元件表面的至少一表面的形狀。
  18. 一種用於光碟機的物鏡，其用於選擇使用具有不同波長的三光束之一，並且是實質上平行的光束，可以記錄資料至以及/或再生資料自三種光碟，當要使用該些光束的第一光束(波長為該些光束中最短的)，用於記錄資料至以及/或再生資料的該三種光碟中該第一光碟，其厚度用t1表示；要使用該些光束的第二光束(波長比該第一光束的長)用於記錄資料至以及/或再生資料的該三種光碟中該第二光碟，其厚度用t2表示；以及要使用該些光束的第三光束(波長為該些光束中最長的)用於記錄資料至以及/或再生資料的該三種光碟中該第三光碟，其厚度用t3表示，則滿足t1t2<t3的關係，當該些光束中最短的該第一光束之波長由λ1 表示，比該第一光束長的該第二光束波長由λ2 表示，並且該些光束中最長的該第三光束之波長由λ3 表示，則滿足λ1 <λ2 <λ3 以及1.9<λ3 /λ1 <2.1的關係，當用於記錄資料至並且/或再生資料自該第一光碟所需的數值孔徑由NA1表示，用於記錄資料至並且/或 再生資料自該第二光碟所需的數值孔徑由NA2表示，並且用於記錄資料至並且/或再生資料自該第三光碟所需的數值孔徑由NA3表示，則NA1、NA2和NA3具有NA1>NA3並且NA2>NA3的關係，該物鏡包含相位飄移結構在其表面之一，該相位飄移結構包含複數個以該物鏡光學軸為圓心同心形成的環狀折射表面區，其中：該相位飄移結構具有將該第三光束集中在該第三光碟記錄表面上的第一區域；該第一區域包含相鄰環狀折射表面區間之邊界上的台階，對於該第一光束，該台階將至少兩不同的光學路徑長度變化量；在光學路徑長度內，該兩不同變化量的每一絕對值為(i A +Δ A )以及(i B +Δ B )乘上該第一雷射光束的波長，其中i A 和i B 代表自然數並且i A ≠i B ，在此-0.5<ΔA <0.5,-0.5<ΔB <0.5；光學路徑長度內，該至少兩不同變化量的至少之一，滿足iA =(2k+1)，其中k代表自然數；若光學路徑長度內，該至少兩不同變化量的至少之一，滿足iA =(2k+1)，則繞射階數由(k+1)階來表示，(該第三光束繞射效率達最大化)；以及Δ A 滿足一條件：
  19. 如申請專利範圍第18項之物鏡，其中Δ A 滿足一條件：
  20. 如申請專利範圍第18項之物鏡，其中Δ A 滿足一條件：
  21. 如申請專利範圍第18項之物鏡，其中Δ A 滿足一條件：
  22. 如申請專利範圍第18項之物鏡，其中在光學路徑長度內，由該第一區域內台階所賦予兩差異變化量i A 和i B 之值可分別為3和2。
  23. 如申請專利範圍第18項之物鏡，其中在光學路徑長度內，由該第一區域內台階所賦予兩差異變化量i A 和i B 之值可分別為5和2。
  24. 如申請專利範圍第18項之物鏡，其中：該至少兩差異變化量在光學路徑長度內，在光學路徑長度內可包含三差異變化量；不同於(i A +Δ A )乘上以及(i B +Δ B )乘上該第一雷射光束的波長，在光學路徑長度內該變化量的絕對值，為(i C +Δ C )乘上該第一雷射光束的波長，其中i C 代表自然數並且i C ≠i A 並且i C ≠i B ，在此-0.5<ΔC <0.5；以及在光學路徑長度內，由該第一區域內台階所賦予三差異變化量i A 、i B 和i C 之值可分別為3、2和8。
  25. 如申請專利範圍第18項之物鏡，其中：該至少兩差異變化量在光學路徑長度內，可包含光學路徑長度內三差異變化量；不同於(i A +Δ A )乘上以及(i B +Δ B )乘上該第一雷射光束的波長，在光學路徑長度內該變化量的絕對值，為(i C +Δ C ) 乘上該第一雷射光束的波長，其中i C 代表自然數並且i C ≠i A 並且i C ≠i B ，在此-0.5<ΔC <0.5；以及在光學路徑長度內，由該第一區域內台階所賦予三差異變化量i A 、i B 和i C 之值可分別為3、2和10。
  26. 如申請專利範圍第18項之物鏡，其中：該至少兩差異變化量在光學路徑長度內，光學路徑長度內可包含三差異變化量；不同於(i A +Δ A )乘上以及(i B +Δ B )乘上該第一雷射光束的波長，在光學路徑長度內該變化量的絕對值，為(i C +Δ C )乘上該第一雷射光束的波長，其中i C 代表自然數並且i C ≠i A 並且i C ≠i B ，在此-0.5<ΔC <0.5；以及在光學路徑長度內，由該第一區域內台階所賦予三差異變化量i A 、i B 和i C 之值可分別為5、2和8。
  27. 如申請專利範圍第18項之物鏡，其中：該至少兩差異變化量在光學路徑長度內，光學路徑長度內可包含三差異變化量；不同於(i A +Δ A )乘上以及(i B +Δ B )乘上該第一雷射光束的波長，在光學路徑長度內該變化量的絕對值，為(i C +Δ C )乘上該第一雷射光束的波長，其中i C 代表自然數並且i C ≠i A 並且i C ≠i B ，在此-0.5<ΔC <0.5；以及在光學路徑長度內，由該第一區域內台階所賦予三差異變化量i A 、i B 和i C 之值可分別為5、2和10。
  28. 如申請專利範圍第18項之物鏡，其中該物鏡為單一元件鏡頭。
  29. 如申請專利範圍第18項之物鏡，其中： 該相位飄移結構包含位於該第一區域之外的第二區域；該第二區域內的該相位飄移結構可配置成分別將該第一與第二光束集中在該第一與第二光碟的記錄表面上，並且不會集中該第三光束；該第二區域內相位飄移結構可包含相鄰環狀折射表面區間之邊界上的台階，該台階將光學路徑長度內至少一變化量賦予該第一光束；以及由該第二區域內相位飄移結構，賦予該第一光束的光學路徑長度內至少一變化量之絕對值，不同於由該第一區域內相位飄移結構，賦予該第一光束的光學路徑長度內至少兩不同變化量之一之絕對值。
  30. 如申請專利範圍第29項之物鏡，其中：使用該第一光碟時，該物鏡的焦距由f1表示，並且使用第二光碟時，該物鏡的焦距由f2表示，該物鏡可滿足一條件：f1×NA1<f2×NA2·····(9)；該相位飄移結構具有位於該第二區域之外的第三區域；該第三區域內的該相位飄移結構，可配置成只集中該第二雷射光束，而不集中該第一和第三光束；該第三區域內的該相位飄移結構，可包含相鄰環狀折射表面區間之邊界上的台階，該台階將光學路徑長度內至少一變化量，賦予該第二光束；以及由該第三區域內相位飄移結構，賦予該第二光束的 光學路徑長度內至少一變化量之絕對值，不同於由該第二區域內相位飄移結構，賦予該第二光束的光學路徑長度內變化量之絕對值。
  31. 如申請專利範圍第29項之物鏡，其中：使用該第一光碟時，該物鏡的焦距由f1表示，並且使用第二光碟時，該物鏡的焦距由f2表示，該物鏡可滿足一條件：f1×NA1>f2×NA2·····(10)；該相位飄移結構具有位於該第二區域之外的第三區域；該第三區域內的該相位飄移結構，可配置成只集中該第一雷射光束，而不集中該第二和第三光束；該第三區域內相位飄移結構，可包含相鄰環狀折射表面區間之邊界上的台階，該台階將光學路徑長度內至少一變化量，賦予該第一光束；以及由該第三區域內相位飄移結構，賦予該第一光束的光學路徑長度內至少一變化量之絕對值，不同於由該第二區域內相位飄移結構，賦予該第一光束的光學路徑長度內至少一變化量之絕對值。
  32. 一種光學系統，其包含：複數個光源裝置，其分別發出複數個具有不同設計波長的光束；如申請專利範圍第18項之物鏡；分光器，其將該些光束導引至該物鏡；以及感應器，其接收從光碟返回的光束。
  33. 一種用於光碟機的物鏡，其用於選擇使用具有不同波長的三光束之一，並且實質上平行的光束，可以記錄資料至以及/或再生資料自三種光碟，當要使用該些光束的第一光束(波長為該些光束中最短的)，用於記錄資料至以及/或再生資料的該三種光碟中該第一光碟，其厚度用t1表示，要使用該些光束的第二光束(波長比該第一光束的長)，用於記錄資料至以及/或再生資料的該三種光碟中該第二光碟，其厚度用t2表示，以及要使用該些光束的第三光束(波長為該些光束中最長的)，用於記錄資料至以及/或再生資料的該三種光碟中該第三光碟，其厚度用t3表示，則滿足t1t2<t3的關係，當該些光束中最短的該第一光束之波長由λ1 表示，比該第一光束長的該第二光束波長由λ2 表示，並且該些光束中最長的該第三光束之波長由λ3 表示，則滿足λ1 <λ2 <λ3 以及1.9<λ3 /λ1 <2.1的關係，當用於記錄資料至並且/或再生資料自該第一光碟，所需的數值孔徑由NA1表示，用於記錄資料至並且/或再生資料自該第二光碟，所需的數值孔徑由NA2表示，並且用於記錄資料至並且/或再生資料自該第三光碟，所需的數值孔徑由NA3表示，則NA1、NA2和NA3具有NA1>NA3並且NA2>NA3的關係，該物鏡包含相位飄移結構，在其表面之一，該相位飄移結構，包含複數個以該物鏡光學軸為圓心同心形成的環狀折射表面區； 其中：該相位飄移結構，具有將該第三光束集中在該第三光碟記錄表面上的第一區域；該第一區域包含相鄰環狀折射表面區之邊界上的台階，該台階將至少兩不同的光學路徑長度變化量，賦予該第一光束；在光學路徑長度內，該兩不同變化量的每一的絕對值，為(i A +Δ A )以及(i B +Δ B )乘上該第一雷射光束的波長，其中i A 和i B 代表自然數，並且i A ≠i B ，在此-0.5<ΔA <0.5,-0.5<ΔB <0.5；光學路徑長度內，該至少兩不同變化量的至少之一，滿足iA =(2p+1)，其中p代表自然數；若光學路徑長度內，該至少兩不同變化量的至少之一，滿足iA =(2k+1)，則繞射階次由k階來表示(該第三光束的繞射效率達最大化)；以及Δ A 滿足一條件：
  34. 如申請專利範圍第33項之物鏡，其中Δ A 滿足一條件：
  35. 如申請專利範圍第33項之物鏡，其中Δ A 滿足一條件：
  36. 如申請專利範圍第33項之物鏡，其中Δ A 滿足一條件：
  37. 如申請專利範圍第33項之物鏡，其中：該至少兩差異變化量在光學路徑長度內，光學路徑 長度內可包含三差異變化量；不同於(i A +Δ A )乘上以及(i B +Δ B )乘上該第一雷射光束的波長，在光學路徑長度內該變化量的絕對值，為(i C +Δ C )乘上該第一雷射光束的波長，其中i C 代表自然數並且i C ≠i A 並且i C ≠i B ，在此-0.5<ΔC <0.5；以及在光學路徑長度內，由該第一區域內台階所賦予三差異變化量i A 、i B 和i C 之值可分別為3、2和10。
  38. 如申請專利範圍第33項之物鏡，其中該物鏡為單一元件鏡頭。
  39. 如申請專利範圍第33項之物鏡，其中：該相位飄移結構，包含位於該第一區域之外的第二區域；該第二區域內的該相位飄移結構，可配置成分別將該第一與第二光束集中在該第一與第二光碟的記錄表面上，並且不會集中該第三光束；該第二區域內相位飄移結構，可包含相鄰環狀折射表面區間之邊界上的台階，該台階將光學路徑長度內至少一變化量，賦予該第一光束；以及由該第二區域內相位飄移結構賦予該第一光束的光學路徑長度內至少一變化量之絕對值，不同於由該第一區域內相位飄移結構賦予該第一光束的光學路徑長度內至少兩不同變化量之一之絕對值。
  40. 如申請專利範圍第39項之物鏡，其中：使用該第一光碟時，該物鏡的焦距由f1表示，並且使用第二光碟時，該物鏡的焦距由f2表示，該物鏡可滿 足一條件：f1×NA1<f2×NA2·····(9)；該相位飄移結構，具有位於該第二區域之外的一第三區域；該第三區域內的該相位飄移結構，可配置成只集中該第二雷射光束，而不集中該第一和第三光束；該第三區域內相位飄移結構，可包含相鄰環狀折射表面區間之邊界上的台階，該台階將光學路徑長度內至少一變化量，賦予該第二光束；以及由該第三區域內相位飄移結構，賦予該第二光束的光學路徑長度內至少一變化量之絕對值，不同於由該第二區域內相位飄移結構，賦予該第二光束的光學路徑長度內變化量之絕對值。
  41. 如申請專利範圍第39項之物鏡，其中：使用該第一光碟時，該物鏡的焦距由f1表示，並且使用第二光碟時，該物鏡的焦距由f2表示，該物鏡可滿足一條件：f1×NA1>f2×NA2·····(10)；該相位飄移結構，具有位於該第二區域之外的第三區域；該第三區域內的該相位飄移結構，可配置成只集中該第一雷射光束，而不集中該第二和第三光束；該第三區域內相位飄移結構，可包含相鄰環狀折射表面區間之邊界上的台階，該台階將光學路徑長度內至少一變化量，賦予該第一光束；以及由該第三區域內相位飄移結構，賦予該第一光束的 光學路徑長度內至少一變化量之絕對值，不同於由該第二區域內相位飄移結構，賦予該第一光束的光學路徑長度內至少一變化量之絕對值。
  42. 一種光學系統，其包含：複數個光源裝置，其分別發出複數個具有不同設計波長的光束；如申請專利範圍第33項之物鏡；分光器，其將該些光束導引至該物鏡；以及感應器，其接收從光碟返回的光束。
  43. 一種光碟機，其包含：複數個光源裝置，其分別發出複數個具有不同設計波長的光束；該光學元件如申請專利範圍第1項之方法來設計；分光器，其將該些光束導引至該物鏡；以及感應器，其接收從光碟返回的光束。
  44. 一種光碟機，其包含：複數個光源裝置，其分別發出複數個具有不同設計波長的光束；該光學元件如申請專利範圍第8項之方法來設計；分光器，其將該些光束導引至該物鏡；以及感應器，其接收從光碟返回的光束。
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