TWI354282B - Diffractive optical element, objective optical sys - Google Patents
Diffractive optical element, objective optical sys Download PDFInfo
- Publication number
- TWI354282B TWI354282B TW093137647A TW93137647A TWI354282B TW I354282 B TWI354282 B TW I354282B TW 093137647 A TW093137647 A TW 093137647A TW 93137647 A TW93137647 A TW 93137647A TW I354282 B TWI354282 B TW I354282B
- Authority
- TW
- Taiwan
- Prior art keywords
- wavelength
- diffractive
- optical
- optical system
- luminous flux
- Prior art date
Links
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 title claims description 499
- 230000004907 flux Effects 0.000 claims description 185
- 230000004075 alteration Effects 0.000 claims description 113
- 239000011241 protective layer Substances 0.000 claims description 59
- 238000012634 optical imaging Methods 0.000 claims description 31
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 claims description 6
- 238000010276 construction Methods 0.000 claims description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 29
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 24
- 230000008859 change Effects 0.000 description 19
- 239000004973 liquid crystal related substance Substances 0.000 description 9
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 8
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 7
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 5
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 5
- 238000000034 method Methods 0.000 description 5
- 230000008929 regeneration Effects 0.000 description 5
- 238000011069 regeneration method Methods 0.000 description 5
- 238000007493 shaping process Methods 0.000 description 5
- 102100040678 Programmed cell death protein 1 Human genes 0.000 description 4
- 230000009471 action Effects 0.000 description 4
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 description 4
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 4
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 3
- 101100328886 Caenorhabditis elegans col-2 gene Proteins 0.000 description 2
- 201000009310 astigmatism Diseases 0.000 description 2
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 2
- 101100328883 Arabidopsis thaliana COL1 gene Proteins 0.000 description 1
- 101000582320 Homo sapiens Neurogenic differentiation factor 6 Proteins 0.000 description 1
- 102100030589 Neurogenic differentiation factor 6 Human genes 0.000 description 1
- 101710089372 Programmed cell death protein 1 Proteins 0.000 description 1
- 235000005811 Viola adunca Nutrition 0.000 description 1
- 240000009038 Viola odorata Species 0.000 description 1
- 235000013487 Viola odorata Nutrition 0.000 description 1
- 235000002254 Viola papilionacea Nutrition 0.000 description 1
- 235000013405 beer Nutrition 0.000 description 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 description 1
- 230000000087 stabilizing effect Effects 0.000 description 1
- 230000001629 suppression Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G11—INFORMATION STORAGE
- G11B—INFORMATION STORAGE BASED ON RELATIVE MOVEMENT BETWEEN RECORD CARRIER AND TRANSDUCER
- G11B7/00—Recording or reproducing by optical means, e.g. recording using a thermal beam of optical radiation by modifying optical properties or the physical structure, reproducing using an optical beam at lower power by sensing optical properties; Record carriers therefor
- G11B7/12—Heads, e.g. forming of the optical beam spot or modulation of the optical beam
- G11B7/135—Means for guiding the beam from the source to the record carrier or from the record carrier to the detector
- G11B7/1353—Diffractive elements, e.g. holograms or gratings
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B13/00—Optical objectives specially designed for the purposes specified below
- G02B13/001—Miniaturised objectives for electronic devices, e.g. portable telephones, webcams, PDAs, small digital cameras
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B13/00—Optical objectives specially designed for the purposes specified below
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
- G02B27/42—Diffraction optics, i.e. systems including a diffractive element being designed for providing a diffractive effect
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B5/00—Optical elements other than lenses
- G02B5/18—Diffraction gratings
-
- G—PHYSICS
- G11—INFORMATION STORAGE
- G11B—INFORMATION STORAGE BASED ON RELATIVE MOVEMENT BETWEEN RECORD CARRIER AND TRANSDUCER
- G11B7/00—Recording or reproducing by optical means, e.g. recording using a thermal beam of optical radiation by modifying optical properties or the physical structure, reproducing using an optical beam at lower power by sensing optical properties; Record carriers therefor
- G11B7/12—Heads, e.g. forming of the optical beam spot or modulation of the optical beam
- G11B7/135—Means for guiding the beam from the source to the record carrier or from the record carrier to the detector
- G11B7/1365—Separate or integrated refractive elements, e.g. wave plates
- G11B7/1369—Active plates, e.g. liquid crystal panels or electrostrictive elements
-
- G—PHYSICS
- G11—INFORMATION STORAGE
- G11B—INFORMATION STORAGE BASED ON RELATIVE MOVEMENT BETWEEN RECORD CARRIER AND TRANSDUCER
- G11B7/00—Recording or reproducing by optical means, e.g. recording using a thermal beam of optical radiation by modifying optical properties or the physical structure, reproducing using an optical beam at lower power by sensing optical properties; Record carriers therefor
- G11B7/12—Heads, e.g. forming of the optical beam spot or modulation of the optical beam
- G11B7/135—Means for guiding the beam from the source to the record carrier or from the record carrier to the detector
- G11B7/1372—Lenses
- G11B7/1374—Objective lenses
-
- G—PHYSICS
- G11—INFORMATION STORAGE
- G11B—INFORMATION STORAGE BASED ON RELATIVE MOVEMENT BETWEEN RECORD CARRIER AND TRANSDUCER
- G11B7/00—Recording or reproducing by optical means, e.g. recording using a thermal beam of optical radiation by modifying optical properties or the physical structure, reproducing using an optical beam at lower power by sensing optical properties; Record carriers therefor
- G11B7/12—Heads, e.g. forming of the optical beam spot or modulation of the optical beam
- G11B7/135—Means for guiding the beam from the source to the record carrier or from the record carrier to the detector
- G11B7/139—Numerical aperture control means
-
- G—PHYSICS
- G11—INFORMATION STORAGE
- G11B—INFORMATION STORAGE BASED ON RELATIVE MOVEMENT BETWEEN RECORD CARRIER AND TRANSDUCER
- G11B7/00—Recording or reproducing by optical means, e.g. recording using a thermal beam of optical radiation by modifying optical properties or the physical structure, reproducing using an optical beam at lower power by sensing optical properties; Record carriers therefor
- G11B7/12—Heads, e.g. forming of the optical beam spot or modulation of the optical beam
- G11B7/135—Means for guiding the beam from the source to the record carrier or from the record carrier to the detector
- G11B7/1392—Means for controlling the beam wavefront, e.g. for correction of aberration
- G11B7/13922—Means for controlling the beam wavefront, e.g. for correction of aberration passive
-
- G—PHYSICS
- G11—INFORMATION STORAGE
- G11B—INFORMATION STORAGE BASED ON RELATIVE MOVEMENT BETWEEN RECORD CARRIER AND TRANSDUCER
- G11B7/00—Recording or reproducing by optical means, e.g. recording using a thermal beam of optical radiation by modifying optical properties or the physical structure, reproducing using an optical beam at lower power by sensing optical properties; Record carriers therefor
- G11B2007/0003—Recording, reproducing or erasing systems characterised by the structure or type of the carrier
- G11B2007/0006—Recording, reproducing or erasing systems characterised by the structure or type of the carrier adapted for scanning different types of carrier, e.g. CD & DVD
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Lenses (AREA)
- Optical Head (AREA)
- Diffracting Gratings Or Hologram Optical Elements (AREA)
Description
1354282 (1) 九、發明說明 【發明所屬之技術領域】 本發明關於衍射光學元件,物鏡光學系統,光學攝像 裝置及光學資訊記錄再生設備,尤關於利用從不同波長光 源發出的光通量而可將資訊爲光學資訊記錄媒介記錄及/ 或再生之光學攝像裝置及光學資訊記錄再生設備,以及適 合它們用的衍射光學元件和物鏡光學系統。 【先前技術】 傳統上,可用於多種不同記錄密度光碟之記"^ /再生 的光碟攝像裝置爲已知,舉例言之,有一種利用光學攝像 裝置使DVD (數位多功能碟片)及CD (光碟)之裝置。 另外,近來,關於不同記錄密度之光碟,其需要使用藍色 紫外線雷射光源(例如藍色紫外線半導體雷射或藍色紫外 線SHG雷射)且與高密度光碟(以下,使用藍色紫外線 雷射光源做爲記錄/再生之雷射光源的光碟一般稱爲”高密 度光碟”)、傳統DVD以及CD相容的光學攝像裝置。 至於與高密度光碟和DVD相容的光學攝像裝置揭示 於以下專利文件,其中使用衍射光學元件(上面形成由繞 著光軸線的多個環狀區構成的一個衍射構造)的技術已爲 習知: 〔專利文件 1〕 Tokkkai 2001 -60336 〔專利文件 1〕 Tokkkai 2002-298422 〔專利文件 1〕 Tokkkai 200 1 -93 1 79 (2) (2)1354282 上述專利文件中揭示的技術爲使用比用於高密度光碟 之記錄/再生的衍射光束階更低階之衍射階光束做爲記錄/ 再生光束之技術,其方式爲第二階(或第三階)衍射光用 來做爲高密度光碟之記錄/再生,而第一階(或第二階) 衍射光則用來做爲DVD之記錄/再生。依此技術,對個別 光碟的記錄/再生光束,同時得到高衍射效率之同時,焦 點位置對藍色紫外線波長範圍中微小波長變化之變異可被 抑制。 依此方式,爲了使有大波長差異的光碟記錄/再生光 束C當高密度光碟的記錄λ再生光束的波長爲λ!)以及 DVD記錄/再生光束波長爲λ2者有高效率,衍射光學元在 波長,λ2之折射率分別爲,Ν2,必須選擇高密度光 碟用之記錄/再生光束波長衍射階nl (第一階)以及 DVD用之記錄/再生光束波長衍射階n2(第二階)之組 合,使得衍射構造加到波長λ!的光通量的光徑差異比δΦ D由以下方程式界定: 5Φ D = {nl · λ)/ ( Νι-1 ) }/ {n2 · λ2/ ( N2-l ) } (18) 而且加到波長λ2的光通量的光徑差異値很接近1。· 然而,在產生衍射階nl和衍射階η2組合的衍射光之 衍射構造中,由於每單位波長球面像差改變量變大,雷射 光源的選擇變得必需,且有雷射光源生產成本增加以及光 學攝像裝置生產成本增加之問題,以及由於物鏡光學系統 -5- (3) (3)1354282 球面像差因雷射光源波長隨著溫度變化而大幅改變之問題 ,無法爲高密度光碟得到穩定記錄/再生特性。 由於每單位波長球面像差變化係與物鏡光學系統數値 孔徑(NA )四次方成正比增加,尤其是數値孔徑(NA ) 爲0.85的物鏡光學系統和使用保護層爲0.1 mm之標準( 以下稍爲0.1 mm標準)的高密度光碟(身爲高密度光碟 標準的藍色光線光碟爲其代表),上述問題更會出現。 【發明內容】 本發明係鑒於這種傳統技術的問題而爲,且本發明的 目的在於提供藉由使用從有大波長差異之多種光源來的光 通量,資訊的記錄及/或再生可適當地在不同記錄密度的 多種光碟上進行,而且可得到雷射光源波長之容限( allowance)的一種光學攝像裝置、光學資訊記錄再生設備 及爲它使用的衍射光學元件、和物鏡光學系統。另外,本 發明目的亦在於藉由使用從有大波長差異之多種光源來的 光通量而得以在不同記錄密度的多種光碟上適當地進行資 訊的記錄及/或再生,而且即使溫度改變’仍可進行穩定 資訊記錄及/或再生的一種光學攝像裝置、光學資訊記錄 再生設備及爲它使用的衍射光學元件、和物鏡光學系統。 (解決問題的手段) 載於項目1中的衍射光學元件爲一種衍射光學元件’ 其特徵在於:其具有上面形成第一衍射構的至少—光學表 -6- (4) 1354282 面,以及上面形成第二衍射構造的至少一光學表面 一衍射構造在波長爲的第一光通量入射 階衍射光且在波長爲λ2 ( run) (λ^λ,)的第 量入射時產生n21階(nil 2 n21 )衍射光,該第二 造在波長爲λ1(ηιη)的第一光通量入射時產生n12 光且在波長爲λ2(ηιη) (λ^λ,)的第二光通量入 生η22階(n12 2 η22 )衍射光,且滿足下列方程式: 5Φαι2 Φ δΦβ12 (1) 其中δΦΑ12 ={nn · λ,/ (Νπ-1) }/ {η21 · λ2/ (Ν21-1) } (2) δΦβΙ2 ={η,2 · λ,/ (Ν,2-1) }/ {Π22 * λ2/ ( Ν22-1 ) } (3) 其中Nil,Ν21分別爲第一衍射構造對個別波長 折射率,且N12,N22分別爲第二衍射構造對個別效 λ2之折射率。 載於項目1中的本發明中,舉例言之,藉由第 構造的作用,因0.1 mm標準高密度光碟和DVD之 層厚度差異的球面像差校正,或是因藍色紫外線波 色波長的波長差異之波長色散產生的球面像差校正 焦點位置對藍色紫外線波長範圍中微小波長變化之 被抑制到很小。然而由於在衍射構造中,一般而言 對球面像差影響很大,球面像差因入射光通量波長 約±10 nm )之變化變大,進」步言之,爲了確保大 異(如同藍色色紫外線光波長和紅色波長之間差異 ,該第 時產生 二光通 衍射構 階衍射 射時產 ,λ2之 之長λ 1, 一衍射 間保護 長和紅 ,或是 變異可 ,波長 變化( 波長差 )之光 (5) (5)1354282 的衍射效率,使得上述式(18)之値很接近1,當個別光 線的衍射階被選擇,或是在使用NA 0.85的物鏡光學系統 的0.1 mm標準高密度光碟,到藍色紫外線雷射光源波長 之容限變得很嚴格,而且,當藍色紫外線雷射光源波長因 溫度變化而改變,無法得到用於高密度光碟的穩定記錄/ 再生特色。 接著,在依據本發明的衍射光學元件中提供第二衍射 構造,其中波長和波長' λ2的光徑長比値δΦΒ12與上述 第一衍射構造的光徑長比値δΦΑ12不同。藉由使用第一衍 射構造和第二衍射構造的衍射作用差異,第一衍射構造的 球面像差在藍色紫外線波長範圍對波長的依賴性可加以控 制或抑制到很小。因此藍色紫外線雷射光源質量產量可能 增加,而且藍色紫外線雷射光源或光學攝像裝置生產成本 可能降低》另外,即使溫度改變,亦可在高密度光碟上進 行穩定資訊記錄/再生。 【實施方式】 首先說明項目1之較佳例子。 載於項目2中的衍射光學元件之特徵在於:其具有上 面形成第一衍射構的至少一光學表面’以及上面形成第二 衍射構造的至少一光學表面’該第一衍射構造在波長爲λι (nm)的第一光通量入射時產生ηη階(ηιι 2 η2ΐ)衍射 光,.該第二衍射構造在波長爲λ2 ( nm ) ( λ2 > λ,)的第二 光通量入射時產生η22階(ηι2 2 η22)衍射光’而滿足下
1354282 列方程式(4 ): nn Φ η 12 ( 4 ) 另外,爲了解決上述問題,在項目2的衍射光學元件 中,藉由使當波長爲的光通量通過上述第一衍射構造 時產生的nu階衍射光與波長爲λ!的光通量通過上述第二 衍射構造時產生的η12階衍射光不同,球面像差因藍色紫 外線波長範圍的入射光通量波長變化.(約±1〇 nm)之變化 可抑制到很小,而且到藍色紫外線雷射光源振盪波長之容 限較大。如此,藍色紫外線雷射光源質量產量可能增加, 而且藍色紫外線雷射光源或光學攝像裝置生產成本可能降 低。另外,即使溫度改變,亦可在高密·度光碟上進行穩定 資訊記錄/再生。 載於項目3中的衍射光學元件之特徵在於:其具有上 面形成第一衍射構的至少一光學表面,以及上面形成第二 衍射構造的至少一光學表面,該第一衍射構造在波長爲λ, (nm)的第一光通量入射時產生nu階(ηη $ η21)衍射 光,且該第一衍射構造在波長爲λ2 ( run) ( λ2> λ!)的第 二光通量入射時產生η21階(nu 2 η21)衍射光,該第二 衍射構造在波長爲的第一光通量入射時產生ηΐ2 階衍射光,且該第二衍射構造在波長爲λ2(ηιη) ( λ2 > λ 1 )的第二光通量入射時產生階·< η”之η22)衍射光V 而滿足下列方程式(5 ): -9 - (7) (7)1354282 {ΙΝΤ (δΦΑ12) -δΦΑ12} · {INT (δΦΒ12) -δΦΒ12} <0 (5) 其中 δΦΑ12 = {nu . λ" (Νμ-1 ) }/ {η21 · λ2/ (Ν2ι-1 ) } (2) δΦΒΐ2 = {η12 · λι/ ( Ν12-1 ) }/ {η22 . λ2/ (Ν22-1 ) } (3) 且Ν.1 1,Ν21分別爲第一衍射構造對個別波長λ,,λ2之折 射率,且Ν12,Ν22分別爲第二衍射構造對.個別波長λ,, λ2之折射率,且ΙΝΤ (X)爲最接近X之整數。 另外,爲了解決上述問題,在載於項目_ 3中的衍射光 學元件中,由於滿足上述式(5 ),當δΦχ12 (其中X爲△ 或B )爲波長λ!和λ2的第· i階衍射構造(其中i爲ί或2 )的光徑長比値,在入射光通量波長改變到長波長側時 {ΙΝΤ ( δΦχ12 ) -δΦχ12}符號爲負的衍射構造之球面像差 波長依賴性係球面像差改變到過校正方向,一方面,當入 射光通量波長改變到長波長側時{ΙΝΤ (δφχΐ2_) - δ Φ X 1 2 } 符號爲正的衍射構造之球面像差波長依賴性係球面像差改 變到不足校正方向。 提供球面像差的波長依賴性符號彼此不同的衍射構造 時,球面像差對藍色紫外線波長範圍的光通量波長變化在 ± 1 0 nm的波長依賴性可被控制或抑制到很小,如此,藍 色紫外線雷射光源質量產量可能增加,而且藍色紫外線雷 射光源或光學攝像裝置生產成本可能降低。另外,即使溫 度改變,亦可在高密度光碟上進行穩定資訊記錄/再生。 隨後,在載於項目1-3的衍射光學元件中,爲了控制 -10- (8)4354282 第一衍射構造的球面像差波長依賴性,或是抑制第二衍射 構造到很小,當加入傳到第一和第二衍射構造的波前的光 徑差異由光徑差異函數(由math-2界定,稍後再述)表 示,最好第一衍射構造的第四階光徑差異函數係數B4A和 第二衍射構造的第四階光徑差異函數係數B4B分別的有限 値不.等於〇,而且滿足以下關係。
B 4 A * B 4 B 〈0 ( 5 A ) • .-. 載k項目4中的衍射光學元件之特徵在於:在載於項 目1-3中發明的任一者中,其滿足以下式(6)和(7)的 任何其中一者_· | ΙΝΤ (δΦΑ丨2) ·δΦΑ12 | < 0.4 (.6) 丨 ΙΝΤ (δΦΒ12) —δΦβ12 I < 〇·4 (7) 其中 δΦΑΙ2 = {17η · λ" (Νη-l ) }/ {n21 . λ2/ (N2I-1 ) } (2) 8Φβ12 = {n!2 · λι/ ( Ni2,l ) }/ {Π22 · λ,/ ( N22-I ) } ( 3 ) 且Nil,N21分別爲第一衍射構造對個別波長λ!,λ2之折 射率,且Ν12,Ν22分別爲第二衍射構造對個別波長λ!, λ2之折射率,且ΙΝΤ(Χ)爲最接近X之整數。 當式(6)和(7)任何其中一式被滿足,第一衍射構 造或第二衍射構造對第一光通量和第二光通量的衍射效率 可加強。爲了加強第一衍射構造和第二衍射構造對第—光 -11 - 1354282 Ο) 通量和第二光通量的衍射效率’最好同時滿足式(6)和 (7) 〇 載於項目5中的衍射光學元件之特徵在於:在載於項 目1-4中發明的任一者中,第一衍射構造和第二衍射構造 二者皆由多個同心圓環狀區構成’同心圓環區由在光軸方 向的階梯差異分開’第一衍射構造環狀區中最靠近光軸的 階梯差異的深度d !和第二衍射構造環狀區中最靠近光軸 的階梯差異的深度d2滿足下式(8):
式(8 )狀況對應第一衍射構造和第二衍射構造產生 波長不相等,因此,由於第一衍射構造和第二衍射構造的. 衍射作用可彼此不同,球面像差對藍色紫外線波長區的入 射光通量波長變化約±1〇 nm的波長依賴性可受控制或抑 制到很小。 載於項目6中的衍射光學元件之特徵在於:在載於項 目1-5中發明的任一者中,其滿足下式(9)和(10): | ΙΝΤ (δΦΑ12) -δΦΑ12 丨 > 0.07 (9) | ΙΝΤ ( δΦβΐ2) _δΦβΐ2 | < 0.07 (10) 其中 δΦΑΐ2 = {ηιι · λ,/ (Nu-1 ) }/ {ri2i · λ2/ (N2rl ) } (2) δΦΒ12 = {η12 · λ〆(Ν12-Ι ) }/ {η22 λ2/ ( Ν22-Ι ) } ( 3 ) -12- (10) ;I354282 且N1 1,N21分別爲第一衍射構造對個別波長λ!,λ2之折 射率,且Ν12,Ν22分別爲第二衍射構造對個別波長λ!, I λ2之折射率,且ΙΝΤ(Χ)爲最接近X之整數。 當式(9)被滿足,即使進行因0.1 mm標準高密度光 碟和DVD之間保護層厚度差異的球面像差校正,或是因 藍色紫外線波長和紅色波長的波長差異之波長色散產生的 球面像差校正,藉由第一衍射構造作用,由於第一衍射構 造的每單位波長變化對藍色紫外線波長範圍的入射光通量 丨 波長變化約±10 nm的球面像差改變量可不變成太大,第 i 1 一衍射構造球面像差對第二衍射構造依賴性可受控制或是 t 4 : 校正負擔可減輕,設計工作變得輕鬆。另一方面,當式€ :i j' 10)被滿足,由於第二衍射構造的第一光通量和第二光通 t i 量的衍射角可做成幾乎相等,波長λ!和波長12的球面像 .. 差特性沒有受到任何影響,而且只有波長λ!± 10 nm的球 1 j 面像差可精細地受控或校正。
I | 載於項目7中的衍射光學元件之特徵在於:在載於項 | 目1-6中發明的任一者中,其滿足下式(11)-(13): i
I
I I λ2/λι> 1.3 (11)
I I n i i > Π21 (12)
I j ni2 > n22 (13) i i i
I I 依據項目7之發明,若是第一光通量和第二光通量的 | I 波長比値大於1.3,如式(11 )所示,在使用用於DVD的 -13- (11) (11)1354282 記錄/再生光束的衍射階低於用於高密度光碟的記錄/再生 光束之衍射光時,可在光碟個別波長範圍得到高衍射效率 。如此,所決定以使用不同衍射階的衍射光之衍射構造( 如同個別光碟之記錄/再生光束),與使用衍射階相同的 衍射光相比,係本發明衍射光學元件中的球面像差的波長 依賴性變大,因爲採用了藉由第二衍射構造之下藍色紫外 線波長範圍中的入射光通量波長變化±10 nm的球面像差 之波長依賴性受控或抑制到很小之構造,藍色紫外線雷射 光源的振盪波長容限較大。另外,即使溫度改變,亦可在 高密度光碟,穩定地進行資訊記錄/再生》 載於項目8中的衍射光學元件之特徵在於:在載於項 目1-7中發明的任一者中,波長λι爲350 nm-450 nm,而 波.長 λ2 爲 600 nm-700 nm,且當 i 爲 1 或 2,nii '和 n2i 組合爲(n2i) = (1,1),(2,1),(3,2),(4,2),(5,3), (6, 4),(7, 4),(8, 5),(9,6),(10,6)的其中一者(但 nM =n i 2之組合排除在外)。當選擇這些組合,高衍射效率 可維持在個別光碟波長範圍。另外,即使衍射階nn, n2i 大於10,其有一衍射階組合,藉之可在個別光碟的各波長 區維持高衍射效率,然而,在此種情況下,由於因從參考 波長λ!約±1〇 nm波長變化的衍射效率變異太大,其爲較 不佳者。 載於項目9中的衍射光學元件之特徵在於:在載於項 目1.-7中發明的任一者中,當波長λ3(ηηι) (λ3>λ2)的 第三光通量入射時,第一衍射構造產生η13(η122η13)階 -14- (12) (12)1354282 衍射光,而且當第三光通量入.射時,第二衍射構造產生 n23 ( n22之n23 )階衍射光。 依據項目9之發明,當使用衍射階低於用於高密度光 碟之記錄/再生光束之衍射光做爲用於DVD的記錄/再生光 束,且衍射階衍射光與用於DVD之記錄/再生光束相同, 或者較低衍射階用來做爲用於CD的記錄/再生光束,可在 個別光碟的波長範圍得到高衍射效率。 載於項目10中的衍射光學=元件之特徵在於:._在載於 項目9的發明中,其滿足下式(14)和(15)其中任何一 式: ’ .… | ΙΝΤ (δΦΑι3) -δΦΑΙ3 I < 〇·4 (14) I ΙΝΤ ( δΦΒ13) -δΦΒ13 I < 0.4 (15) 其中 δΦ/ύ3 = {nil ·λι/ (Νιι-1) }/ {1131 ·λ3/ (Ν31-Ι) } ( 16) δΦΒ13 = {ηΐ2 . λι/ ( Νΐ2-1 ) }/ {η32 . λ〗/ (:Ν32-1 ) } ( 17 ) 且Nil,Ν31分別爲第一衍射構造對個別波長,λ3之折 射率,且Ν12,Ν32分別爲第二衍射^·構-造對個別波長λ!, λ3之折射率,且ΙΝΤ (X)爲最接近X之整數》 當式(14)和(15)其中任一式被滿足,第一衍射構 造或第二衍射構造對第三光通量的衍射效率可加強。◊爲 了加強第一衍射構造和第二衍射構造對第三光通量的衍射 效率,最好同時滿足式(14)和(15 )。 載於項目11中的衍射光學元件之特徵在於:在載於 -15- (13) (13)i1354282 項目9或項目10的發明中,波長1!爲350 nm-450 nm, 波長 λ2 爲 600 nm-700 nm,波長 λ3 爲 750 nm-850 nm,且 當 i 爲 1 或 2 ’ nii,Π2ί 和 n3i 組合爲(η",n2i,n3i) = (2, 1,1),(4, 2, 2),(6, 4, 3),(8, 5, 4), (10, 6, 5)的其中一者 (但nn=n12之組合排除在外)。當選擇這些組合,高衍 射效率可維持在個別光碟波長範圍。另外,即使衍射階 nn,n2i,n3i大於10,其有一衍射階組合,藉之可在個別光 碟的各波長區維持高衍射·效率,然而,在此種情況下,由 於因從參考波長±10 nm波長變化的衍射效率變異太 大,其爲較不佳者。 載於項目12的物鏡光學系統之特徵在於:其爲將入 射到保護層厚度爲11的第一光碟資訊記錄表面上的波長 爲XiCnm)之第一光通量以及入射到保護層厚度爲t2( t22tl )的第二光碟資訊記錄表面上的波長爲λ2 ( nm )( λ2>λ1)之第二光通量收斂之物鏡光學系統,而且其具有 上面形成第一衍射構造的光學表面和第二衍射構造的光學 表面的至少其中一者,其中第一衍射構造在第一光通量入 射時產生an階衍射光且在第二光通量入射時產生η2|階 (n21 )衍射光,第二衍射構造在第一光通量入射時 產生n12階衍射光且在第二光通量入射時產生n22階(n12> η22)衍射光,且滿足下式(1)。 δΦΑ12 Φ δφβ12 ( 1 ) δΦλΐ2 = {nil 'λι/ (Νιι-1) }/ {π2ΐ λι/ ( Ν2ΐ~1 ) } (2) -16- (14) (14)1354282 δΦβΐ2 = {Πΐ2 * λι/ ( Νΐ2-1 ) }/ {Π22 ' ( Ν22Ί ) } ( 3 ) 且Nil,Ν21分別爲第一衍射構造對波長λ,,λ2之折射率 ,且Ν12,Ν22分別爲第二衍射構造對波長λ,,λ2之折射 率。本發明的效果與載於項目1中之發明相同。 載於項目13的物鏡光學系統之特徵在於:其爲將入 射到保護層厚度爲tl的第一光碟資訊記錄表面上的波長 爲XiCnm)之第一光通量以及入射到保護層厚度爲t2( t22tl )的第二光碟資訊記錄表面上的波長爲λ2 ( nm )( λ2 > +λ!)之第二光通量收敛之物鏡光學系統,而且其具有 上面形成第一衍射構造的光學表面和第二衍射構造的光學 表面的至少其中一者,其中第一衍射構造在第一光通量入 射時產生tin階衍射光且在第二光通量入射時產生n21階 (nu2 n21)衍射光,第二衍射構造在第一光通量入射時 產生n12階衍射光且在第二光通量入射時產生n22階(n122 n22)衍射光,且滿足下式(4): Πι1> ηΐ2 ( 4) 本發明的效果與載於項目2中之發明相同。 載於項目14的物鏡光學系統之特徵在於:其爲將入 射到保護層厚度爲tl的第一光碟資訊記錄表面上的波長 爲λ, ( nm )之第一光通量以及入射到保護層厚度爲t2 ( t2dl )的第二光碟資訊記錄表面上的波長爲λ2 ( nm)( -17- (15)1354282 之第二光通量收斂之物鏡光學系統,而且 上面形成第一衍射構造的光學表面和第二衍射構造 表面的至少其中一者,其中第一衍射構造在第一光 射時產生nn階衍射光且在第二光通量入射時產生 (ηΜ> η21)衍射光,第二衍射構造在第一光通量 產生η12階衍射光且在第二光通量入射時產生η22睹 η22 )衍射光,且滿足下式(5 ): {ΙΝΤ(δΦΑ12) -δΦΑι2} · {ΙΝΤ (δΦΒι2) -δΦ^η} <〇 δΦΑ12 = {nil · λ" (Nil-1) }/ {n2l · λ】/ ( Ν21-Ι ) } δΦΒ12 = {η】2 · λι/ ( Ν12-Ι ) }/ {η22 . λ,/ ( Ν22-Ι ) } 且Nil,Ν21分別爲第一衍射構造對波長λ!,λ2之 ,且乂12,Ν22分別爲第二衍射構造對波長λ,,λ2 率,其中ΙΝΤ (X)爲最接近X之整數。本發明的 載於項目3中之發明相同。 載於項目15的物鏡光學系統之特徵在於:其 射到保護層厚度爲tl的第一光碟資訊記錄表面上 爲XiCnm)之第一光通量以及入射到保護層厚度] t2之tl)的第二光碟資訊記錄表面上的波長爲λ2( 之第二光通量收斂之物鏡光學系統,而且 上面形成第一衍射構造的光學表面和第二衍射構造 表面的至少其中一者,其中第一衍射構造在第一光 射時產生nn階衍射光且在第二光通量入射時產生 其具有 的光學 通量入 Π2,階 入射時 (ni2> (5) (2) (3) 折射率 之折射 效果與 爲將入 的波長 I 12 ( im )( 其具有 的光學 通量入 n21階 -18- (16) (16)ά354282 (ηΜ2 η21)衍射光,第二衍射構造在第一光通量入射時 產生η12階衍射光且在第二光通量入射時產生η22階(1112之 η22)衍射光,第一衍射構造有一功能爲校正因厚度tl和 厚度t2之差異引起之球面像差,且第二衍射構造有一功 能爲控制波長1!在±10 nm範圍內變化時在第一衍射構造 產生的球面像差。 在載於項目15的發明中,當資訊的記錄及/或再生在 保護層厚度不同的高密度光碟和DVD上進行時,藉由第 一衍射構造之作用,高密度光碟和DVD保護層厚度差異 引起的球面像差校正變得可能。然而,由於在衍射構造中 ,球面像差的波長依賴性相當大,因入射光通量波長變化 爲約±10 nm引起的球面像差變化變大。由於此一球面像 差變化量與NA4成正比增加,在使用NA 0.85的物鏡光學 系統的0.1 mm標準高密度光碟,藍色紫外線雷射光源波 長之容限變得嚴格,另外藍色紫外線雷射光源波長依溫度 變化而改變,無法得到高密度光碟的穩定記錄/再生特性 〇 因此,在本發明的物鏡光學系統中,藉由使用第二衍 射構造,因入射光通量在藍色紫外線波長範圍的波長變化 爲± 1 0 nm引起的球面像差變化可抑制到很小。因此藍色 紫外線雷射光源質量產量可能增加,而且藍色紫外線雷射 光源或光學攝像裝置生產成本可能降低。另外,即使溫度 改變,亦可在高密度光碟上進行穩定資訊記錄/再生。在 此,在本說明書中,”控制球面像差”亦包括因預定原因而 •19· (17) (17)1354282 保持之場合,而非球面像差幾乎完美校正之情況。在此, 球面像差因預定原因而保持之場合,舉例言之,當波長從 λ!移到長波長側以校正物鏡光學系統的光收斂特性隨著溫 度變化之改變,物鏡光學系統的球面像差依賴性類似球面 像差改變到不足校正方向之場合。 .載於項目16的物鏡光學系統之特徵在於:其爲將入 射到保護層厚度爲tl的第一光碟資訊記錄表面上的波長 爲λ1(ηιη)之第一光通量以及入射到保護層厚度爲t2( t2 = ti )的第二光碟資訊記錄表面上的波長爲λ2(ηπι)( λ2 Ski)之第二光通量收斂之物鏡光學系統,而且其具有 上面形成第一衍射構造的光學表面和第二衍射構造的光學 表面的至少其中一者,其中第一衍射構造在第一光通量入 射時產生nu階衍射光且在第二光通量入射時產生n21階 (n21 )衍射光,第二衍射構造在第一光通量入射時 產生n12階衍射光且在第二光通量入射時產生n22階(ηι汶 n22)衍射光,第一衍射構造有一功能爲校正因波長λ,和 波長λ2之間波長差異的波長色散引起之球面像差,且第 二衍射構造有一功能爲控制波長λ!在±10 nm範圍內變化 時在第一衍射構造產生的球面像差。 至於高密度光碟之標準,建議使用0.1 mm之外的標 準,其中使用數値孔徑0.65的物鏡光學系統以及保護層 厚度爲0.6 mm,與DVD相同(以下稱爲0.6 mm標準), 在0.6 mm標準中,不須校正因保護層厚度與DVD厚度差 異引起的球面像差,然而,其必須校正因藍色紫外線波長 -20- (18) (18)1354282 和紅色波長的波長差異的波長.色散引起的球面像差。在載 於項目16的發明中,藉由第一衍射構造之作用’因藍色 紫外線波長和紅色波長的波長差異的波長色散引起的球面 像差可加以校正。然而,在此場合下,因入射光通量在藍 色紫外線波長範圍中改變±10 nm而在第一衍射構造中產 生的球面像差變大。 因此,在本發明的物鏡光學系統中,其建構成藉由使 用第二衍射構造,因入射光通量在藍色紫外線波長範圍中·· 改變±10 nm而在第一衍射構造中產生的球面像差抑制到 很小。因此藍色紫外線雷射光源質量產量可能增加,而且 藍色紫外線雷射光源或光學攝像裝置生產成本可能降低 另外,即使溫度改變,亦可在高密度光碟上進行穩定資訊 記錄/再生。 由於載於項目17的發明之特徵在於,載於項目12-16 中任一項的發明中,第二衍射構造有一功能爲當波長變化 爲±10 nm,很小,藍色紫外線雷射光源的振盪波長容限可 較大。 由於載於項目18中的物鏡光學系統之特徵在於,載 於項目12-16中任一項的發明中,藉由物鏡光學系統之球 面像差特性,當球面像差在波長λ!在±10 nm範圍內改變 到長波長側時改變到不足校正方向,可補償因溫度變化引 起的物鏡像差光學系統光收斂特性變化。 由於載於項目19中的物鏡光學系統之特徵在於·,載 於項目12-18中任一項的發明中,其具有至少一塑膠透鏡 -21 - (19) (19)1354282 ,其成本低,然而塑膠材料缺點(因溫度變化引起的折射 率改變)可利用第二衍射構造功能加以補償。 載於項目20中的物鏡光學系統之特徵在於,載於項 目12-19中任一項的發明中,其滿足下式(6)或(7)其 中一式: | INT ( 5Φαι2 ) -δΦΑΐ2 I < 〇·4 ( 6 ) I ΙΝΤ ( δΦβΐ2 ) —6Φβι2 I 〇·4 ( 7 ) 其中 δΦΑ12 = {nu . λ" (Nirl) }/ {η21 · λ2/ (Ν21-1) } (2) δφρΐ2 = {η.12 · λι/ ( Νΐ2-1 ) }/ {ϊΐ22 · λ2/ ( Ν22] ) } ( 3 ) 且Ν 1 1,Ν2 1分別爲第一衍射構造對個別波長λ!,λ2之折 射率,且Ν12,Ν22分別爲第二衍射構造對個別波長λ!, λ2之折射率‘,且INT ( X)爲最接近X之整數。本發明的 效果與載於項目4中之發明相同。 載於項目21中的物鏡光學系統之特徵在於:第·-衍 射構造和第二衍射構造二者皆由多個同心圓環狀區構成, 同心圓環區由在光軸方向的階梯差異分開,第一衍射構造 環狀區中最靠近光軸的階梯差異的深度和第二衍射構 造環狀區中最靠近光軸的階梯差異的深度d2滿足下式(8
(20)1354282 本發明的效果與載於項目5中之發明相同。 載於項目22中的物鏡光學系統之特徵在於:載 目12·21中任一項的發明中,其滿足下式(9)和( μΐΝΤ (δΦΑι2) -δΦΑΐ2 I > 0.07 (9) I INT (δΦβΐ2) -δΦβΐ2 I < 0.07 ( 10) 其中 δΦΑ12 = {nu · λ" (Nn-1 ) }/ {n21 . λ2/ (N2I-1 ) } (2) δΦΒ.12 = {ϋ|2 · λι/ ( N|2-l ) }/ {ll22 · λ,/ ( N22-I ) } ( 3 ) 且Nil,Ν2Γ分别爲第一衍射構造對個別波長λ,,λ2 射率’且Ν12,Ν22分別爲第二衍射構造對個別波長 λ2之折射率,且INT ( X )爲最接近X之整數。本發 效果與載於項目.6中之發明相同。 載於項目23中的物鏡光學系統之特徵在於:載 目12_22中任一項的發明中,其滿足下式(η) - .(13 λ2/λ, >1.3 (11) ηι 1 > n21 (12) ni2 > n22 (13) 本發明的效果與載於項目7中之發明相同。 載於項目24中的物鏡光學系統之特徵在於:載 目12-23中任一項的發明中,波長λι爲350 nm-450 於項 10 ) 之折 λΐ, 明的 於項 ): 於項 nm * -23- (21) (21)1354282 而波長12爲60〇11111-70〇11111,且當1爲1或2,111;和 n2i 組合爲(η",n2i) =(1,1),(2,1),(3,2),(4,2),(5,3),(6, 4),(7, 4),(8, 5),(9, 6),(10, 6)的其中一者(但 n|1 = n12 之 組合排除在外)》本發明的效果與載於項目8中之發明相 同。 載於項目25中的物鏡光學系統之特徵在於:載於項 目12-24中任一項的發明中,當波長λ3 ( nm) ( λ3 > λ2 ) 的第三光通量入射時,第一衍射構造產生η13(ηΐ2^_η13) 階衍射光,而且當第三光通量入射時·.,第二衍射構造產生 n23 ( n22 t η23 )階衍射光。本發明的效果與載於項目9中 之發明相同。 載於項目26中的物鏡光學系統之特徵在於:載於項 目25的發明中,其滿足下式(1〇和(15)其中任何一 式:_ | ΙΝΤ (δΦΑ13) -δΦΑ13 I < 0.4 ( 14) I INT ( δΦβΐ3) -δΦβΐ3 I < 〇·4 (15) 其中 8Φαι3 = {ηιι _ λ" (Νιι-1) }/ {1131 · λβ/ (N31-I)} ( 16) δΦΒ13 = {n12 · λ,/ ( N12-l ) }/ {n32 · λ3/ ( N32-l ) } ( 17 ) 且ΝΠ,N31分別爲第一衍射構造對個別波長,λ3之折 射率,且Ν12,Ν32分別爲第二衍射構造對個別波長λ!, λ3之折射率,且ΙΝΤ ( X)爲最接近X之整數。本發明的 效果與載於項目1〇中之發明相同。 -24- (22) (22)1354282 載於項目27中的物鏡光學系統之特徵在於:載於項 目25或26的發明中,波長1丨爲350 nm-450 nm,波長λ2 爲 600 nm-700 nm,波長 λ3 爲 750 nm-850 nm,且當 i 爲 1 或 2,nii,…和 n3i 組合爲(ηι“ n2i,n3i) =(2, 1, 1 ),(4,2,2) ,(6,4,3),(8,5,4),(10,6,5)的其中 —者(但nn = n12之組合排除在外)。本發明的效果與載 於項目1 1中之發明相同。 載於項目28中的物鏡光學系移之特徵在於:其中該 物鏡光學系統包括一衍射光學元件,該衍射光學元件包括 具第一衍射構造的光學表面和具第二衍射構造的光學構造 ,以及一聚光光學元件將入射到第=光學資訊記錄媒介和 第二光學資訊記錄媒介的資訊表面之第一光通量和第二光 通量收斂,而且該衍射光學元件和聚光光學元件係整合在 —本體中。 載於項目29中的光學攝像裝置爲一種特徵如下之光 學攝像裝置:光學攝像設備包括發出爲波長1,( nm)的 第一光通量之一第一光源,發出具波長λ2 ( nm ) ( λ2 > λ! )的第二光通量之一第二光源,以及一物鏡光學系統,其 將入射到保護層厚度爲tl的第一光碟資訊記錄表面上的 第一光通量收斂以進行資訊記錄及/或再生以及將入射到 保護層厚度爲t2(t2>t.l)的第二光碟資訊記錄表面上的 第二光通量收斂以進行資訊記錄及/或再生,物鏡光學系 統具有上面形成第一衍射構造的光學表面和第二衍射構造 的光學表面的至少其中一者,其中第—衍射構造在第一光 -25- (23) (23):1354282 通量入射時產生nn階衍射光且在第二光通量入射時產生 n2l階(mG n21)衍射光,第二衍射構造在第一光通量入 射時產生n12階衍射光且在第二光通量入射時產生n22階 (n122 n22)衍射光,且滿足下式(1): 5Φα12 Φ δΦβ12 ( 1 ) δΦΑ12 = {.η" · λι/ ( Nil-1 ) }/ {n2| · λ】/ ( N21-I ) } ( 2 ) δΦβ12 = {ηΐ2 * λι/ (Νΐ2-1 ) }/ {η22 λ】/ ( Ν22-Ι ) } ( 3 ) 且Ν 1 1,Ν2 1分別爲第一衍射構造對波長λ,,λ2之折射率 ,且Ν12,Ν22分別爲第二衍射構造對波長λ,,λ2之折射 率。本發明的效果與載於項目1中之發明相同。 .載於項目30的光學攝像裝置之特徵在於:光學攝像 設備包括發出爲波長λ, ( nm )的第一光通量之一第一光 源,發出具波長λ2 ( nm) ( λ2> λ!)的第二光通量之一第 二光源,以及一物鏡光學系統,其將入射到保護層厚度爲 tl的第一光碟資訊記錄表面上的第一光通量收斂以進行資 訊記錄及/或再生以及將入射到保護層厚度爲t2 ( t2> tl) 的第二光碟資訊記錄表面上的第二光通量收斂以進行資訊 記錄及/或再生,物鏡光學系統具有上面形成第一衍射構 造的光學表面和第二衍射構造的光學表面的至少其中一者 ,其中第一衍射構造在第一光通量入射時產生nu階衍射 光且在第二光通量入射時產生ιι21階(〜A n2l )衍射光, 第二衍射構造在第一光通量入射時產生ni2階衍射光且在 -26- (24) 1354282 ,且滿足 第二光通量入射時產生n22階Cn122 n22)衍射光 下式(4 ) ··
本發明的效果與載於項目2中之發明相同。 載於項目31的光學攝像裝置之特徵在於: 面形成第一衍射構造的光f表面和第二衍射構造 面的至少其中一者,其中第一衍射構造在第一光 時產生nu階衍射光且在第二光通量入射時產生 n21 )衍射光,第二衍射構造在第一光通量 生n12階衍射光且在第二光通量入射時產生n22 n22)衍射光,且滿足下式(5): {ΙΝΤ (δΦΑ12) -δΦΑ12} · {ΙΝΤ (δΦΒ12) -δΦΒ12} <0 5Φα12 = {ηπ · λ]/ ( Νπ-1 ) }/ {Π21 λ2/ ( Ν21-1 ) } 5Φβ12 = {ηΐ2 · λι/ ( Νΐ2-1 ) }/ {1122 · λ2/ ( Ν22-1 ) } 且Nil,Ν21分別爲第一衍射構造對波長,λ:2 ,且Ν12,Ν22分別爲第二衍射構造對波長, 率,其中ΙΝΤ (X)爲最接近X之整數。本發明 載於項目3中之發明相同。.· 載於項目32的光學攝像裝置之特徵在於: 設備包括發出爲波長kiC run)的第一光通量之 其具有上 的光學表 通量入射 n21 階( 入射時產 階(n122 (5) (2) (3) 之析射率 λ2之折射 的效果與 光學攝像 二第一光 -27- (25) (25):1354282 源,發出具波長λ2(ηιη) (λ^λ!)的第二光通量之一第 二光源,以及一物鏡光學系統,其將入射到保護層厚度爲 tl的第一光碟資訊記錄表面上的第一光通量收斂以進行資 訊記錄及/或再生以及將入射到保護層厚度爲t2 ( t2> tl ) 的第二光碟資訊記錄表面上的第二光通量收斂以進行資訊 記錄及/或再生,物鏡光學系統具有上面形成第一衍射構 造的光學表面和第二衍射構造的光學表面的至少其中一者 ’其中第一衍射構造在第一光通量入射時產生ηιι階衍射 光且在第二光通量入射時產生n21階(nij n21)衍射光, 第二衍射構造在第一光通量入射時產生ni2階衍射光且在 第二光通量入射時產生n22階(η122 η22·) ·衍射光,第一衍 射構造有一功能爲校正因厚度tl.和厚度t2之差異引起’之 球面像差,且第二衍射構造有一功能爲控制波長λ,在± 1 0 nm範圍內變化時在第一衍射構造產生的球面像差。本發 明的效果與載於項目15中之發明相同。 載於項目33的光學攝像裝置之特徵在於:光學攝像 設備包括發出爲波長λι (nm)的第一光通量之一第一光 源,發出具波長λ2 ( nm ) ( λ2 > λ,)的第二光通量之一第 二光源’以及一物鏡光學系統,其將入射到保護層厚度爲 tl的第一光碟資訊記錄表面上的第一光通量.收斂以進行資 訊記錄及/或再生以及將入射到保護層厚度爲t2 ( t2 > tl ) 的第二光碟資訊記錄表面上的第二光通量收斂以進行資訊 記錄及/或再生,物鏡光學系統具有上面形成第一衍射構 造的光學表面和第二衍射構造的光學表面的至少其中一者 28 - (26) (26)1354282 ,其中第一衍射構造在第一光通量入射時產生nil階衍射 光且在第二光通量入射時產生n21階(nil> n21)衍射光, 第二衍射構造在第一光通量入射時產生n12階衍射光且在 第二光通量入射時產生n22階(n122 n22)衍射光,第一衍 射構造有一功能爲校正因波長λ!和波長λ2之間波長差異 的波長色散引起之球面像差,且第二衍射構造有一功能爲 控制波長1,在±10 nm範圍內變化時在第一衍射構造產生 的球面像差。本發明的效果與載於項目16中之發明相同 〇 . 載於項目34中的物鏡光學系統之特徵在於:載於項 目29-33任一項的發明中.,第二衍射構造有一功能爲控制 波長λ!在±1〇 ηιη範圍變化時在第一衍射構造產生的球面 像差。本發明的效果與載於項目17中之發明相同。 載於項目35中的物鏡光學系統之特徵在於:載於項 目2 9-3 3任一項的發明中,物鏡光學系統之球面像差特性 爲,當球面像差在波長λ!在±10 nrn範圍內改變到長波長 側時改變到不足校正方向,可補償因溫度變化引起的物鏡 像差光學系統光收斂特性變化。 載於項目36中的物鏡光學系統之特徵在於:載於項 目35任一項的發明中,.其具有至少一塑膠透鏡。本發明 的效果與載於項目1 9中之發明相同。 載於項目37中的·物鏡光學系統之特徵在於:載於項 目29-3 6任一項的發明中,其滿足下式(6)和(7)其中 —式: -29- (27) 1354282 |ΙΝΤ(δΦΑ,2) -δΦΑ,2|<0.4 (6) |ΙΝΤ(δΦΒ12) -δΦΒΐ2 I < 〇.4 (7) 其中 8Φαι2 = {ηιι ·λι/ (Νιι-1) }/ {ϋ2ΐ · λ〆(Ν21-Ι)} (2) 5Φβ12 = {π!2 · λι/ ( Ν12-1 ) }/ {ϋ22 . λ2〆(Ν22· Ο } ( 3 ) 且Ν 1 1,Ν2 1分別爲第一衍射構造對個別波長λ,,λ2之折 射率,且Ν12,Ν22分別爲第二衍射構造辱個別波長λι ’ λ2之折射率,且ΙΝΤ (X)爲最接近X之整數。本發明的 效果與載於項目4中之發明相同》 載於項目38中的物鏡光學系統之特徵在於:載於項 目2 9-3 7任一項的發明中,第一衍射構造和第二衍射構造 二者皆由多個同心圓環狀區構成,同心圓環區由在光軸方 向的瞎梯差異分開,第一衍射構造環狀區中最靠近光軸的 階梯差異的深度ch和第二衍射構造環狀區中最靠近光軸 的階梯差異的深度d2滿足下式(8):
di ^d2 本發明的效果與載於項目5中之發明相同。 載於項目39中的物鏡光學系統之特徵在於:載於項 目29-;38任一項的發明中,其滿足下式(9)和(10):‘ 丨 ΙΝΤ (δΦΑ12) -δΦΑ12 | > 0.07 (9) -30- (28) (28)1354282 I ΙΝΤ (δΦΒ丨2) -δΦΒ12 I < 0.07 (10) 其中 δΦΑΐ2 = {ηπ . λ" (Νη-1) }/ {η2ΐ · λ〗/ (Ν21-Ι)} (2) δΦΒ12 = {η丨2 · λ|/ ( Ν!2-1 ) }/ {η22 ·入2/ ( Ν22-Ι ) } ( 3 ) 且Nil, Ν21分別爲第一衍射構造對個別波長,λ2之折 射率.,且Ν12,Ν22分別爲第二衍射構造對個別波長λ,, λ2之折射率,且INT ( X )爲最接近X之整數。本發明的 效果與載於項目6中·之發明相同。 載於項目40 .中的物鏡光學系統之特徵在於:載於項 目29-39任一項的發明中,其滿足下式(11) - (13): λ2/λι>1.3 (11) η 1 1 > η21 (12) η 12 π 2 2 (13) 本發明的效果與載於項目7中之發明相同。 載於項目41中的物鏡光學系統之特徵在於:載於項 目29-40任一項的發明中,波長1!爲350 nm-450 nm,而 波長 λ2 爲 600 nm-700 nm,且當 i 爲 1 或 2,nii 和· n2i 組合爲(nii,n2i) = (1,1),(2,1),(3,2),(4,2),(5,3),(6, 4),(7,4),(8, 5),(9,6),(1〇,6)的其中一者(但 πη = π” 之 組合排除在外)。本發明的效果與載於項目8中之發明相 同。 載於項目42中的物鏡光學系統之特徵在於:載於項 -31 - (29) (29)1354282 目2 9-41任一項的發明中,當波長λ3 ( nm) ( λ3> λ2 )的 第三光通量入射時,第一衍射構造產生η丨3 (η丨2 2 η丨s)階 衍射光,而且當第三光通量入射時,第二衍射構造產生 n23 ( η22 2 ιι23 )階衍射光。本發明的效果與載於項目9中 之發明相同。 載於項目43中的物鏡光學系統之特徵在於:載於項 百29-42任一項的發明中,其滿足下式(14)和(15)其 中任何一式: |ΙΝΤ(δΦΑ13) -δΦΑ13 | < 0.4 (14) |ΙΝΤ(δΦΒΙ3) -δΦΒΐ3 I < 0.4 (15) 其中 8Φαι3 = {ηιι · λι/ (Νιι-1) }/ {1131 · λ〗/ (Ν3ΐ·1)} (16) δΦβ13 = {ηΐ2 · λι/ ( Νΐ2·1 ) .}/ {η32 · λ〗/ ( Ν32-Ι ) } ( 17 ) 且Nil,Ν31分別爲第一衍射構造對個別波長,λ3之折 射率,且Ν12,Ν32分別爲第二衍射構造對個別波長λ!, λ3之折射率,且ΙΝ_Τ (X)爲最接近X之整數。本發明的 效果與載於項目10中之發明相同。 載於項目44中的物鏡光學系統之特徵在於:載於項 目29-43任一項的發明中,波長λ!爲350 nm-450 nm,波 長 λ2 爲 600 nm-7 0 0 nm,波長 λ3 爲 750 nm-8 5 0 nm,且當 i 爲 1 或 2,η丨i,n2i 和 n3i 組合爲(η丨 “ n2i, n3i) =(2,1, 1),(4, 2, 2),(6,4, 3),(8, 5, 4),(10, 6,5)的其中一者(但 nn = n12之組合排除在外)。本發明的效果與載於項目1 1 -32- (30)1354282 中之發明相同。 載於項目45中的物鏡光學系統之特徵: 目29-44任一項的發明中,其由衍射光學元‘ 元件構成,衍射光學元件具有形成第一衍射; 面及形成第二衍射構造的光學表面’聚光光] 衍射光學元件的第一光通量和第二光通量分! 光碟和第二光碟的資訊記錄表面,且衍射光] 光學元件整合成一體。 載於項目46中的光學資訊記錄再生設1 :其裝設載於項目29-45任一項^的物鏡光學: 進行第一光碟和第二光碟之資訊記錄以及記彳 和第二光碟中之資訊再生的至少其中一者。 本說明書中所使用”衍射構造”一詞係指彳 光學表面之部分,而且提供衍射功能以使入〗 或發散。衍射圖案形狀爲由在光軸方向的階; 多個同心圓環狀區構成,當從包含光軸的平1 各環區有鋸齒狀或階梯狀。 在本說明書中,高密度光碟或第一光碟 色射線光碟)爲代表之0.1 mm標準光碟或: 外線雷射光源之光碟(諸如HD,DVD爲代表 準光碟)。另外,在高密度光碟或第一光碟< 資訊記錄表面上有厚約數nm·至數十nm的 ,或是保護層或保護層厚度爲〇之光碟,或 另外,第二光碟包括各種DVD.系列之光碟 |
[3 I
I 於:載於項 和聚光光學 造的光學表 元件將透射 收敛在第一 元件和聚光 之特徵在於 統,而且可 在第一光碟 射圖案設在 光通量收敛 差異分開的 觀其截面, 指BD (藍 使用藍色紫 :0.6 mm 標 ,其亦包括 護層之光碟 光磁光碟。 諸如 DVD- -33- (31) (31)1354282 ROM, DVD-Video, DVD-Audio, DVD±R, DVD-RAM, DVD±RW。另外,第三光碟包括各種CD系列之光碟,諸 如 CD-Audio,CD-ROM,CD-R,CD-RW β 發明詳述 .接著將參照圖式說明本發明實施例》 (第一實施例) - 圖1爲第一光學攝像裝置PU1構造圖,藉之可在高密 度光碟(第一光碟)HD和DVD (第二光碟)適當進行資 訊記錄/再生。高密度光碟HD光學規格爲λγ 405 ηιη, 保護層PL1厚度tl=0.1'mm,數値孔徑NAisOIS,而 DVD光學規格爲λ2 = 6 5 5 nm,保護層PL2厚度t2= 0.6 mm,數値孔徑NA2= 0.65。然而波長、保護層厚度及數値 孔徑組合不限於此。 如圖1所示,光學攝像裝置PU1係由發出第一光通量 的藍色紫外線半導體雷射LD1、發出第二光通量的紅色半 導體雷射LD2、用於高密度光碟HD和DVD的一光偵測器 PD、將藍色紫外線半導體·雷射LD1發出的第一光通量截 面形狀從橢圓塑成圓形的一光束塑形元件BSH、第一準直 儀光學系統COL1、第二準直儀光學系統COL2、一雙軸致 動器、第一物鏡光學系統OBJ1,第一合束器BC1、第二 合束器BC2、對應高密度光碟HD數値孔徑NA,的一檔止 、一分色鏡DF、一感測器光學系統SEN構成。 在此,在藍色紫外線半導體雷射LD1之外,藍色紫外 -34, (32) (32)Ί354282 線SHG亦可做爲高密度光碟HD之光源。 在光學攝像裝置PU1中,在高密度光碟HD上進行資 訊記錄/再生時,其光射線路徑如圖1中實線所示,藍色 紫外線半導體雷射LD1發出的光通量在其截面形狀被光束 塑形元件BSH從橢圓塑成圓形之後經由第一準直儀光學 系統C0L1變成與幾***行光通量,其穿過第一合束器 BC1、第二合束器BC2,光通量直徑被擋止ST調節,且 藉由第一物鏡光學系統OBJ 1變成通過高密度光碟HD的 保護層PL1之後形成在資訊記錄表面RL1上的一點。第 一物鏡光學系統OBH…藉由設在其周圍的雙軸致動器AC 進行聚焦和導向。被資訊記錄表面RL1上的資訊坑調節的 反射光通量在再度穿過第一物鏡光學系統0BJ1和擋止ST 之後被第二合束器BC2反射,並通過感測器光學系統SEN 而變成收敵光通量,並給予像散(astigmatism),且其在 光偵測器PD的光接收表面上收斂。接著,藉由使用光偵 測器PD的輸出信號,可讀取記錄在高密度光碟HD上的 資訊。 , 另外,在光學攝像裝置PU1中,在DVD上進行資訊 記錄/再生時,其光射線路徑如圖1中虛線所示,紅色半 導體雷射LD2發出的光通量經由第二準直儀光學系統 COL2變成與幾***行光通量,其被第一合束器BC1反射 後穿過第二合束器BC2,光通量直徑被分色鏡DF調節, 且藉由第一物鏡光學系統0BJ1變成通過DVD的保護層 PL2之後形成在資訊記錄表面RL2上的一點。第一物鏡光 -35- (33) (33)1354282 學系統OBJ 1藉由設在其周圍的雙軸致動器AC進行聚焦 和導向。被資訊記錄表面RL2上的資訊坑調節的反射光通 量在再度穿過第一物鏡光學系統0BJ1,分色鏡DF和擋止 ST之後被第二合束器BC2反射,並通過感測器光學系統 SEN而變成收斂光通量,並給予像散,且其在光偵測器 PD的光接收表面上收^ 〇接著,藉由使用光偵測器PD的 輸出信號,可讀取記錄在DVD上的資訊。 接著說明第一物鏡光學系統0BJ1的構造,第一物鏡 光學系統0BJ1係由一像差校正元件L1 (其爲一塑膠透鏡 )以及一聚光元件L2 (其爲NA 0.85的非球面玻璃透鏡 ,功能爲使穿過像差校正元件L1的光線聚光在光碟的資 訊記錄表面)構成。在像差校正元件L1的雷射光源側的 光學表面S1上形成火焰(blaze)型第一衍射構造D0E1. ,其由多個環狀區構成,環狀區包含光軸的截面形狀爲鋸 齒狀。另外,在像差校正元件L1的光碟側的光學表面S2 上形成火焰型第二衍射構造D0E2,其由多個環狀區構成 ,環狀區包含光軸的截面形狀爲鋸齒狀。另外,分色鏡 DF、像差校正元件L1及聚光元件L2係經由固定件B整 合。 第一衍射構造DOE 1爲校正因高密度光碟HD保護層 PL1厚度tl和DVD保護層PL2厚度t2差異引起的球面像 差之構造,爲精細校正此球面像差’第一衍射構造D0E1 形成在非球面。另外’至於用於高密度光碟HD記錄/再生 的光束之nn階衍射以及用於DVD記錄/再生的光束之n21 -36- (34) (34)1354282 階衍射,當分別選擇n! ,= 2,n21= 1時,在二光碟波長範 圍中可得到高衍射效率。 在第一衍射構造D0E1中’由於上式(2)表示的第 —光通量和第二光通量的光徑比値Φα! 2滿足 ΙΝΤ ( δΦΑ12 ) -δΦΑ12 < 〇 (19) 如圖2中雙點鏈線(a)所示,當入射到第一衍射構 造的光通量波長從高密度光碟側設計波長偏移到長波 長側之偏移量爲Αλ,其球面像差特性爲球面像差改變到 過校正方向。 爲了校正第一衍射構造球面像差波長依賴性,在第二 衍射構造D0E2中,由於用於高密度光碟HD記錄/再生的 光束之η12階衍射以及用於DVD記錄/再生的光束之η22階 衍射係分別選擇n12= 3,n22= 2,使得上式(3 )表示的第 —光通量和第二光通量的光徑比値ΦβΙ2滿足 ΙΝΤ(δΦΒΐ2)-δΦΒ12>0 (20),如圖 2 中 虛線(b)所示,第二衍射構造的的球面像差特性爲球面 像差藉由入射光通量偏移到長波長側而改變到不足校正方 向。 如上所述,在第一衍射構造DOE1中(其產生光束衍 射階分別不同於波長差異大之二波長,且其値爲第一光通 量和第二光通量的光徑比値ΦΑ12很接近1 ),每單位波長 變化的球面像差變化量很大,然而,當第一衍射構造反向 -37- (35) 丨1354282
I ! 球面像差特性給予第二衍射構造,如圖2中實線(c)所 ,' 示,球面像差波長依賴性可抵消。 i « (第二實施例) 接著將說明本發明第二實施例,但構造與第一實施例 ^ 相同省給予與第一實施例相同的標號者,其說明則省略。 圖3爲.第二光學攝像裝置PU2構造圖,藉之可在高密 ' 度光碟(第一光碟)HD、DVD (第二光碟)和CD (第三 j j .. 光碟.)適當進行資訊記錄/再生。高密度光碟HD光學規格 | . .爲λ1=405 nm,保護層PL1厚度tl=〇.l mm,數値孔徑 NAeO.eS'DVD光學規格爲λ2 =655 nm,保護層PL2厚 a j 度t2=0.6 mm,數値孔徑ΝΑ2=0·65,而CD光學規格爲 λ3=785 nm,保護層 PL3 厚度 t3=1.2 mm,數値孔徑 NA3 j = 0.45 〇 i 丨然而波長、保護層厚度及數値孔徑組合不限於此。 i | 光學攝像裝置PU2係由用於高密度光碟HD且其中發 :出第一光通量的藍色紫外線半導體雷射LD1和光偵測器
I | PD1整合的一模組MD1、用於DVD且發出第二光通量的 | 紅色半導體雷射LD2和光偵測器PD2整合的一模組MD2 、用於CD且發出第三光通量的紅外線導體雷射LD3和光 偵測器PD3整合的一模組MD3、將藍色紫外線半導體雷 ί | 射LD1發出的第一光通量截面形狀從橢圓塑成圓形的一光 j 束塑形元件BSH、準直儀光學系統COL、一雙軸致動器 i AC、第一物鏡光學系統OBJ1、第二物鏡光學系統OBJ2' -38- (36) (36)1354282 第一合束器BC1、第二合束器.BC2、對應高密度光碟HD 數値孔徑NA!的一擋止ST、以及液晶元件LCD構成。在 此,在藍色紫外線半導體雷射LD1之外,藍色紫外線 SHG亦可做爲高密度光碟HD之光源。 在光學攝像裝置PU2中,在高密度光碟HD上進行資 訊記錄/再生時’其光射線路徑如圖3中實線所示,藍色 紫外線半導體雷射LD1發光。藍色紫外線半導體雷射LD1 發出的發散光通量在其截面形狀被光束塑形元件BSH從 橢圓塑成圓形之後穿過第一合束器BC1,且經由準直儀光 學系統COL變成與幾***行光通量,且其穿過第二合束 器BC2 ’光通量直徑被擋止ST調節,且穿過液晶元件 LCD,且藉由第二物鏡光學系統〇BJ2變成通過高密度光 碟HD的保護層PL1之後形成在資訊記錄表面RL1上的一 點。第二物鏡光學系統0BJ.2藉由設在其周圍的雙軸致動 器AC進行聚焦和導向。被資訊記錄表面RL1上的資訊坑 調節的反射光通量在再度穿過第一物鏡光學系統0BJ1、 液晶元件LCD、擋止ST、第二合束器BC2、以及準直儀 光學系統CpL之律;變作成:啤斂光通量,且其穿過第一合 束器BC1並在光偵測器PD1的光接收表面上收斂。接著 ,藉由使用光偵測器PD1的輸出信號,可讀取記錄在高密 度光碟HD上的資訊。 另外,在光學攝像裝置PU2中,在DVD上進行資訊 記錄/再生時,其光射線路徑如圖·3中虛線所示,紅色半 導體雷射LD2發光。紅色半導體雷射LD2發出的光通量 -39- (37) (37)
11354282 j 被第一合束器BC1反射,且經由準直儀光學系統COL 成與幾***行光通量,且在其穿過第二合束器BC2後, 通量直徑被液晶元件LCD調節,且藉由第二物鏡光學 統0BJ2變成通過DVD的保護層PL2.之後形成在資訊言ί 表面RL2上的一點。第二物鏡光學系統OBJ2藉由設右 周圍的雙軸致動器AC.進行聚焦和導向。被資訊記錄萎 RL2上的資訊坑調節的反射光g量在再度穿過第二物 學系統OBJ2、液晶元件&CD、第二合束器BC2和準 光學系統COL之後變成收敛光通量.,且被第一合 BC1反射,且在光偵測器PD2的光接收表面上收斂。 ’藉由使用光肩測器PD2的輸出信號,可讀取記 DVD上的資訊。 另外,在光學攝像裝置PU2中,在DVD上進行養 記錄/再生時·,其光射線路徑如圖3中雙點鏈線所示, 外線半導體雷射LD3發光。紅外線半導體雷射LD3 i 的光通量被第二合束器BC2反射後,光通量直徑被液晶 件LCD調節,藉由第二物鏡光學系統0BJ2變成通過 的保護層PL3之後形成在資訊記錄表面RL3上的一 . · · · * '- 第二物鏡光學系統0BJ2藉由設在其周圍的雙軸致動器 進行聚焦和導向。被資訊記錄表面RL3上的資訊坑調節 反射光通量在再度穿過第二物鏡光學系統0BJ2和液晶 件LCD而被第二合束器BC2反射,且在光偵測器PD3 光接收表面上收斂。接著·,藉由使用光偵測器PD3的輻 信號,可讀取記錄CD上的資訊。 變 光 系 丨錄 :其 :面 :光 儀 器 著 在 訊 紅 出 元 CD 〇 AC 的 元 的 出 -40- (38) (38)i1354282 接著說明第二物鏡光學系統OB J2的構造,第二物鏡 光學系統0BJ2係由一像差校正元件L1 (其爲一塑膠透鏡 )以及一聚光元件L2(其爲NA 0.85的非球面玻璃透鏡 ,功能爲使穿過像差校正元件L1的光線聚光在光碟的資 訊記錄表面)構成。在像差校正元件L1的雷射光源側的 光學表面S1上形成火焰(blaze)型第一衍射構造DOE1 ,其由多個環狀區構成,環狀區包含光軸的截面形狀爲鋸 齒狀。另外,在像差校正元件L1的光碟側的光學表面S2 上形成火焰型第二衍射構造· DOE2,其由多個環狀區構成 ,環狀區包含光軸的截面形狀爲鋸齒狀。另外,像差校正 元件L1及聚光元件L2有一體形成在個別光學功能段的凸 緣部FL1和FL2,當凸緣部FL1和FL2的相互部分結合且 固定在一起,它們整合成一體,另外,第二物鏡光學系統 OBJ2和液晶元件LCD係經由固定件B整合》 第一衍射構造DOE 1爲校正因高密度光碟HD保護層 PL1厚度tl和DVD保護層PL2厚度t2差異引起的球面像 差之構造,爲精細校正此球面像差,第一衍射構造DOE1 形成在非球面。另外,在第二物鏡光學系統OBJ2中,爲 了校正因高密度光碟HD保護層PL1厚度tl和CD保護層 PL3厚度t3差異引起的球面像差之構造,在高密度光碟 HD上的資訊記錄/再生時的放大率ml與在CD上的資訊 記錄/再生時的放大率m3,而且在CD上的資訊記錄/再生 時,其構造成發散光通量入射在第二物鏡光學系統0BJ2 。另外,至於用於高密度光碟HD記錄/再生的光束之nu -41 - (39) (39)1354282 階衍射、用於DVD記錄/再生的光束之n21階衍射、以及 用於CD記錄/再生的光束之n31階衍射,當分別選擇nM =2,n21=l,n31=l時,在個別光碟波長範圍中可得到高 衍射效率。 在第一衍射構造D0E1中,由於上式(2)表示的第 一光通量和第二光通量的光徑比値ΦΑ12滿足 ΙΝΤ ( δΦΑ12 ) -δΦΑ12< 0 ( 21 ) 當入射到第一衍射構造D0E1的光通量波長從高密度 光碟側設計波長λ:偏移到長波長側之偏移量爲Αλ,其球 面像差特性爲球面像差改變到過校正方向。因此,當環境 溫度升高,由於聚光元件L2中產生的在過校正方向之球. 面像差變化,以及藉由波長隨著環境溫度升高偏移到藍色 紫外線半導體雷射LD 1的長波長側,在第一衍射構造 D0E1中產生的在過校正方向之球面像差變化增加,當環 境溫度升高,其難以在高密度光碟HD上進行穩定記錄/再 生。 爲了控制第一衍射構造球面像差波長依賴性,以及增 加高密度光碟HD在環境溫度升高時的記錄/再生特性,在 第二物鏡光學系統0BJ2中,第二衍射構造D0E2形成在 像差校正元件L1的光碟側之光學表面S2,至於用於高密 度光碟HD記錄/再生的光束之ηΐ2階衍射以及用於DVD 記錄/再生的光束之n22階衍射係分別選擇n12= 10,n22= 6 -42- (40) (40).1354282 ,使得上式(3)表示的第一光通量和第二光通量的光徑 比値Φ B 1 2滿足 INT ( δΦΒ!2 ) -δΦΒΐ2 > 〇 ( 22 ) 第二衍@構造的的球面像差特性爲球面像差藉由入射 光通量徧移到長波長側而改變到過校正方向。在此,當波 長爲λ3的第三光通量入射到第二衍射構造DOE2,產生第 5 階衍射光(η32= 5)。 當第一衍射構造DOE1的球面像差特性由球面.像差特 性與第一衍射構造DOE1的第二衍射構造DOE2控制時, 第二衍射構造DOE2的球面像差特性係給定成當波長從高 密度光碟設計波長偏移到長波長側的偏移量爲Δλ,其 球面像差特性爲球面像差改變到不足校正方向。 如此,當環境溫度升高,由於聚光元件L2中產生的 在過校正方向的球面像差變化,以及波長隨著環境溫度升 高偏移到藍色紫外線半導體雷射LD1的長波長側而在不足 校正方向之球面像差變化被抵消,其可改善環境溫度升高 i : . 1 時之高密度光碟HD的記錄/再生特性。 在本實施例中,在DVD和CD上進行資訊記錄/再生 , / ; · 時,孔徑切換係構造成由液晶元件LCD進行,然而此種 技術係載於例如日本專利公開案Tokkaihei 1 0-20263號, 由於其爲已知公開技術,其詳細說明在此省略。 -43- (41) (41)1354282 例子 接著說明上述實施例之較佳例子,當從與表面頂點相 切的平面變形量爲X(mm),與光軸垂直方向高度爲h( mm),而曲率半徑爲r( mm),各例中的非球面由以下 數學式1表示’其中κ爲錐狀係數,A2i爲非球面係數。 (數學式1.) h2lr l + yl\-(l + K)h2 /r2 另外,各例中做爲衍射構造的環狀區構造係由此環狀 區構造加到透射波前的光徑差異表示,當與光軸垂直方向 高度爲h ( mm ) ,B2j爲光徑差異函數係數,入射光通量 波長爲λ(ηπι),且產生波長爲λΒ(ηηι),此光徑差異 爲由數學式2界定的光徑差異函數<Db表示。 (數學式2 ) 0b = λ/λΒ xnx^B2jh2j (例1 ) 本例爲適合做爲上述光學攝像裝置PU1的第一物鏡光 學系統OBJ 1中的光學元件,透鏡數據如表1所示,而光 徑圖見圖4。本例的光學元件係由塑膠透鏡的球面像差校 正元件L 1以及聚光元件L2構成,其中在雷射光源側光學 表面S1形成第一衍射構造DOE 1,且在光碟側光學表面 -44 - (42) 丨1354282 S2形成第—衍射構造D〇E2’而聚光元件L2爲兩面皆爲 非球面之玻璃透鏡。在此以下(含表中透鏡數據),10的 冪方(例如2.5 X 10·3)以E表示(例如2.5 X E-3),另 外,以下符號表不’ r(mm)爲傍軸曲率半徑,di (mm) 爲使用高密度光碟時之光軸間隔,d2(mm)爲使用DVD 時之光軸間隔,d3 ( mm )爲使用CD時之光軸間隔,Νλ1 爲波長λ!折射率,Νλ2爲波長λ2折射率,而υ<1爲d-線( d-line)阿貝數(Abbe’s number )。 (表1 ) (傍軸數據) 表面號碼 r (mm) di (mm) d2 (mm) Νλ1 Νχ2 Vd 物鏡 00 00 擋止 0.5000 0.5000 1 -21.0284 1.0000 1.0000 1.5247 1.5065 56.5 2 00 0.0500 0.0500 3 1.2369 2.1400 2.1400 1.6277 1.6032 61.2 4 -3.3104 0.5311 0.2652 5 00 0.1000 0.6000 1.61950 1.5772 30.0 6 00 .» -45- (43)1354282
(非球面係數) 第一表面 第二表面 第三表面 第四表面 K 0.0000E+00 O.OOOOE+OO -0.65471E+00 -0.111004E+03 A4 1.2698E-02 1.5697E-02 0.15588E-01 0.17200E+00 A6 4.7005E-03 5.3490E-03 -0.10498E-02 -0.29168E+00 A8 1.5410E-03 1.5839E-03 0.10874E-01 0.37347E+00 A10 -2.4906E-04 -9.5714E-05 -0.10146E-01 -0.35736E+00 A12 O.OOOOE+OO O.OOOOE+OO 0.30385E-02 0.19402E+00 A14 O.OOOOE+OO O.OOOOE+OO 0.40266E-02 -0.43722E-01 A16 0·⑻ 00E+00 O.OOOOE+OO -0.44036E-02 O.OOOOE+OO A18 O.OOOOE+OO O.OOOOE+OO 0.17036E-02 O.OOOOE+OO A20 0.0000E+00 O.OOOOE+OO -0.25435E-03 O.OOOOE+OO (衍射階、產生波長、光徑差異函數係數) 第一表面 第二表面 n i / n2 2/1 3/2 λΒ 3 90 nm 420 nm B2 -6.0000E-03 O.OOOOE+OO B4 4.2364E-03 -3.5937E-03 B6 -1 .5 77 1 E-04 1 . 1 204E-06 B8 1.0076E-03 -7.3328E-04 BIO -1 .60 7 5 E-04 8.7910E-05 使用高密度光碟HD時之光學規格爲= 405 nm,保 -46- (44) (44)1354282 護層PL1厚度tl=〇_l mm,數値孔徑NA^OIS,焦距f, = 1.765 mm,放大率mi=〇,而使用DVD時之光學規格 爲λ2 = 655 nm ’保護層PL2.厚度t2 = 0.6 mm,數値孔徑 ΝΑ2=〇·65,焦距 f2=1.8 1,9.mm,放大率 m2=〇。 第一衍射構造DOE 1爲對波長λ!產生第二階衍射光且 對波長λ2產生第一階衍射光之構造,且產生之波長λΒ爲 390 nm。對λ,、λ2衍射效率分別爲97.7%,93.3%,且其對 任何波長皆有高衍射效率。 另外,第,二衍射構輿DOE2爲對波長λ,產生第三階衍 射光且對波長λ2產生翠二.,階衍射光之構造,且產生之波 長λΒ爲420 nm。對λ,.、人2衍射效率分別爲95.0%,94.1% ,且其對任何波長皆有高衍射效率。 在表2中示出本例的光學元件之λ,ζηιη)以及對 λ! ±5 (nm)在最佳影像表面上的球面像差之RMS値(球 面像差分量總和不大於第9階),在表2中,”比較例”爲 具有與本例的光學元件設計波長之光學元件,焦距相同、 數値孔徑相同、工作距離相同,且未形成第二衍射構造 DOE2。從此表中,當本例的光學元件用來做爲物鏡光學 系統,藍色紫外線雷射光源和紅色雷射光源在振盪波長的 容限夠大。 -47- (45) 1354282 (表2 )
例1 比較例 λ, Ο.ΟΟΙλ RMS Ο.ΟΟΙλ RMS λI + 5 ( nm ) 〇.002λ RMS 0.3 75λ RMS λ1 - 5 ( nm ) 0.002λ RMS 0.386λ RMS (例2 ) 本例爲適合做爲上述光學攝像裝置PU2的第二物鏡光 學系統0BJ2中的光學元件,透鏡數據如表3所示,而光 徑圖見圖5。本例的光學元件係由塑膠透鏡的球面像差校 正元件L 1以及聚光元件L2構成,其中在雷射光源側光學 表面S1形成第一衍射構造D0E1,且在光碟側光學表面 .S2形成第一衍射構造D0E2,而聚光元件L2爲兩面皆爲 非球茜之玻璃透鏡。 -48- (46)1354282 (表3 ) (傍軸數據) 表面號碼 r(mm) di(mm) d2(mm) d3(mm) Νλ1 Νχ2 Ud 物鏡 00 00 10.450 擋止 0.5000 0.5000 0.5000 1 -6.2326 1.0000 1.0000 1.0000 1.5247 1.5065 1.5050 56.5 2 •9.7062 0.0500 0.0500 0.0500 3 1.1833 2.2500 2.2500 2.2500 1.5601 1.5407 1.5372 56.3 4 -1.9045 0.5008 0.2698 0.2652 5 00 0.1000 0.6000 1.2000 1.6195 1.5772 1.5704 30.0 6 00 (非球面係數) 第一表面 第二表面 第三表面 第四表面 κ -1.7386+01 -1.3310E+01 -0.69846E+00 -0.44660E+02 A4 1.3816E-02 2.2877E-02 0.17884E-01 0.17603E+00 A6 4.6880E-03 1.3675E-02 0.64131E-02 -0.27548E+00 A8 2.5516E-03 -1.6114E-03 -0.35779E-02 0.31965E+00 A10 1.8830E-04 1.4881E-03 0.44492E-02 -0.29680E+00 A12 0.0000E+00 0.0000E+00 -0.61774E-03 0.16620E+00 A14 O.OOOOE+OO O.OOOOE+OO -0.8058 IE-03 -0.39257E-01 A16 O.OOOOE+OO O.OOOOE+OO 0.16547E-03 O.OOOOE+OO A18 O.OOOOE+OO O.OOOOE+OO 0.21142E-03 O.OOOOE+OO A20 O.OOOOE+OO 0.0000E+00 -0.72030E-04 0.0000E+00 -49- (47) (47)1354282 (衍射階、產生波長、光徑差異函數係數) 第一表面 第二表面 η 1 /η2/ η3 2/1/1 10/6/5 λΒ 3 90 nm 40 5 nm Β2 -2.0000E-02 2.6868E-03 Β4 6.3 5 84E-03 -1 .43 5 5E-03 Β6 3.7364Ε-Ό4 -6.3552E-04 Β8 7.0863E-04 9.015 IE-05 BIO 6 · 1 3 3 4 E - 0 5 -8.3045E-05 使用高密度光碟HD時之光學規格爲λ, = 405 nm,保 護層PL1厚度tl=0.1 mm,數値孔徑ΝΑρΟ.β,,焦距h = 1.765 mm’放大率11^=0,而使用 DVD時之光學規格 爲λ2 = 65 5 nm,保護層PL2厚度t2 = 0.6 mm,數値孔徑 ΝΑ2=〇·65’ 焦距 f2 = 1.822 mm,放大率 m2=0,而使用 CD時之光學規格爲λ3 =785 nm,保護層PL3厚度t3=1.2 mm,數値孔徑ΝΑ3=0·45,焦距f3=1.823 mm,放大率 m3=-0.173,且設計參考溫度爲25°C。 第一衍射構造DOE 1爲對波長λ,產生第二階衍射光、 對波長λ2產生第一階衍射光、且對波長λ3產生第一階衍 射光之構造,且產生之波長λΒ爲390 nm。對λ!、λ2、λ3 衍射效率分別爲9 7.7 %,9 3.3 %,和9 9 · 2 %,且其對任何波長 皆有高衍射效率。 -50- (48) ^354282 J 另外,第二衍射構造DOE?爲對波長λ!產生第十階衍 ^ 射光、對波長12產生第六階衍射光、且對波長λ3產生第 I 五階衍射光之構造,且產生之波長λΒ爲405 ΠΠ1。對
I λ2、λ3衍射效率分別爲100%,99.7%,99.6%,且其對任何 波長皆有高衍射效率。 : .在表4中示出本例的光學元件在25°C和55°C下使用 高密度光碟HD時在最佳影像表面上的球面像差之RMS値 (球面像差分量總和不大於.第9階〉,然而其假定藍色紫 | 外線半導體雷射LD1溫度:上升^之後的波長偏移量爲+0.05 | ' nm/度,而像差校正元件L1和聚光元件L2的折射率變化 量分別爲-1·08χ10_4/度和- 0.9xl0_4/度。在表2中,”比較 | 例”爲具有與本例的光學元件設計波長之光學元件,焦距 j 相同、數値孔徑相同、工作距離相同,且未形成第二衍射 :構造DOE2。從此表.中,.當本例、.的光學元件用來做爲物鏡 3 ! 光學系統,高密度光碟HD在環境溫度變化時的記錄/再生 | 特性可提升。 (表4 )
例1 比較例 2 5〇C Ο.ΟΟΙλ RMS 0.002λ RMS 2 5〇C 0.03 1 λ RMS 0·419λ RMS (例3 ) 在上述例1和2中,物鏡光學系統〇BJl和〇BJ2由 -51 - (49) 1354282 像差校正元件L1和聚光元件L2構成’然而本例之構造爲 第一衍射構造D0E1和第二衍射構造D0E2係形成在身爲 塑膠透鏡的聚光元件上,且其爲可在高密度光碟HD, DVD,和CD上適當進行資訊記錄/再生的一種物鏡光學系 統。本例的透鏡數據見表5’而光徑圖見圖6。 (表5 ) (傍軸數據) 表面號碼 r(iTim) d^mm) d2(mm) d3(mm) Νλ1 Νχ2 Nu i>d 物鏡 00 00 55.000 1 (φ) 〇.〇(03.74mm) 0.0(Φ2.94ηιιη) 0.0(Φ2.14ιηπι) 2 1.4707 2.680 2.680 2.680 1.5609 1.5420 1.5384 56.5 2, ].4960 0.000 0.000 0.000 2,, 1.4909 0.000 0.000 0.000 3 -3.2474 0.726 0.475 0.211 4 00 0.0875 0.6 1.2 1.6184 1.5773 1.5709 30.0 5 00
Φ :孔徑 2’:從第2表面移到第2’表面 2” : 從第2’表面移到第2”表面 -52- (50) 1354282 (非球面係數) 第2表面 第2’表面 第2”表面 第3表面 (0mm<h<l.lmm) (l.lmm<h<1.5mm) (1.5mm<h<l .87mm) K -7.0427E-01 -6.6076E-01 -6.5972E-01 -8.0855E+01 A4 7.4223E-03 8.3930E-03 7.8024E-03 1.3795E-01 A6 -2.0190E-03 -1.6207E-03 -1.9518E-03 -1.0111E-01 A8 2.4523E-03 2.8973E-03 2.8832E-03 7.2824E-02 A10 -7.3015E-04 -1.4249E-03 -1.3937E-03 -4.4906E-02 A12 -7.0596E-05 2.2693E-04 2.5822E-04 1.3758E-02 A14 2.3442E-04 2.2356E-04 2.3117E-04 -1.4902E-03 A16 -1.6860E-04 -1.6524E-04 -1.7041E-04 0.0000E+00 A18 4.4733E-05 4.8206E-05 4.4665E-05 0.0000E+00 A20 -4.4166E-06 -5.4013E-06 -4.2425E-06 0.0000E+00 (衍射階、產生波長、光徑差異函數係數) 第2表面 (0mm<h<Ll mm) 第2’表面 (1.1 mm<h<1.5 mm) 第3表面 η 1/n2/n3 1/1/1 0/1/0 10/6/5 λΒ 5 5 0 nm 6 5 8 nm 408 nm Β2 4.4371E-03 2.6114E-03 -2.8868E-03 Β4 -1.6945E-03 -2.0837E-03 -3.5861E-03 Β6 -1.2404E-03 8.4202E-04 6.5773E-04 Β8 9.2878E-04 -3.8289E-04 5.3262E-04 BIO •2.8718E-04 4.0704E-05 -1.2290E04 -53- (51) (51)1354282 使用高密度光碟HD時之光學規格爲λ, = 408 nm,保 護層PL1厚度tl=0.〇875 mm,數値孔徑ΝΑρΟ.δ,,焦 距f,= 2.19 mm,放大率mi=〇,而使用Dvd時之光學規 格爲λ2 =658 nm’保護層PL2厚度t2=0.6 mm,數値孔 徑NA2=0_65’焦距f2=2.26 mm,放大率m2=〇,而使用 CD時之光學規格爲λ3=785 nm,保護層PL3厚度t3=1.2 mm’數値孔徑NA3=0.46,焦距f3=2.28 mm,放大率m3 = -0.043,且設計參考溫度爲25 °C。 在例3的物鏡光學系統中,光源側的光學表面分成3 個範圍:含光軸的第2表面S2(中央範圍)、其周圍的 第2’表面S2’(第一周邊範圍)、和其周圍的第2”表面 S 2”(第二周邊範圍)。在此第2表面爲對應數値孔徑 N A3的範圍,第2’表面爲對應數値孔徑NA3到數値孔徑. NA2的範圍,而第2”表面爲對應數値孔徑NA2到數値孔 徑NA1的範圍。 此中,第一衍射構造D0E1係形成在第2表面,且此 衍射構造DOE 1對波長λ,產生第一階衍射光、對波長λ2 產生第一階衍射光、且對波長λ3產生第一階衍射光之構 造,且產生之波長λΒ爲5 50 nm。對λ,、λ2、λ3衍射效率 分別爲60%,91%,和72%。 另外,第一衍射構造DOE1’係形成在第2’表面,且此 衍射構造DOE 1’對波長λ!產生第0階衍射光、對波長λ2 產生第一階衍射光、且對波長λ3產生第〇階衍射光之構 造,且產生之波長λΒ爲658 nm。對λ,、λ2、λ3衍射效率 -54- (52) (52)1354282 分別爲 100%,88%,和 100%。 另外,第2”表面爲上面並無形成衍射構造之非球面’ 且此非球面形狀最佳化,使得通過第2”表面的波長爲 之光通量在高密度光碟HD的資訊記錄表面形成良好波前 〇 在本例的物鏡光學系統中,因tl,t2,t3之間差異引 起的球面像差係利用第2表面的第一衍射構造DOE1來校 正,以及在第2’表面中利用第一衍射構造DOE1’作用來校 正。 在此說明第一衍射構造DOE1’產生衍射光之原理,第 一衍射構造DOE1’爲含光軸的截面形狀爲階狀的圖案安排 在同心圓上之構造,以及階梯對應預定高度表面各數目 A 偏移對應高度表面數目的階梯數之高度之構造。階梯的一 階梯差異爲波長λ,光徑差異轉換二次的深度,且預定高 度表面數目Α爲4, 5, 6其中一者。 當階梯的一階梯差異設定爲波長1,光徑差異轉換二 次的深度,由於通過相鄰高度表面的第一光通量波前係彼 此疊置偏移二波長,其可透射而不受到衍射作用。另外, 藉由此階梯差異,加到第二光通量的光徑差異爲波長λ2 的1.2倍。由於從之減去等相的1波長的光徑差異之有效 光徑差異爲波長12的0.2々倍,.當高度表面數目a設定爲 4,5,或6,第二光通量的光徑差異幾爲12的1倍。如此 ’當產生幾爲λ2的1倍的光徑差異的圖案被周期安排時 ’第二光通量可在高衍射效率下在第一階方向衍射,且可 -55- (53) (53)1354282 得到只有第二光通量選擇性衍射之衍射構造。此時,當高 度表面A數目設定爲5,由於第二光通量在一圖案中的光 徑差異可幾爲λ2的1倍,可得到第二光通量透射。 在此,在第一衍射構造D0E1’中,第二光通量的衍射 光衍射效率僅取決於材料阿貝數,且與折射率無關,因此 ,對於折射率,比較上其有相當大的自由度,然而,由於 祈射率値減少,階梯差異變深,且由於難以正確產生階梯 形狀,當有多種材料有相同阿貝數時,最好選擇折射率較 大之材料。 在此,在第一衍射構造DOEI中,由於其設計係著重 於波長12和λ3的衍射效率,波長11的衍射效率變成60% 。然而,由於第一衍射構造DOE1’的波長λ,的衍射效率 (.透射)爲1 〇〇%,且第二周邊範圍做成上面未形成衍射 構造之非球面,由各範圍區域加權平均計算的波長11的 衍射效率變成86%,且可在高速下在高密度光碟HD上進 行記錄或再生。 如上所述,由於高密度光碟HD數値孔徑N A 1大於 CD數値孔徑NA3,在考慮波長λ!的整個有效直徑時,第 一衍射構造DOE 1的衍射效率減少不會影響太大。 另外,在光碟側的光學表面(第三表面)上形成第二 衍射構造D0E2,第二衍射構造D0E2對波長產生第10階 衍射光、對波長λ2產生第6階衍射光、且對波長λ3產生 第5.階衍射光之構造’且產生之波長λΒ爲408 nm。對 、λ2、λ3衍射效率分別爲100%,1〇〇%,和100%。 -56- (54) (54)1354282 表6中示出本例的光學元·件在25 °C和55 °C下使用高 密度光碟HD時在最佳影像表面上的球面像差之RMS値( 球面像差分量總和不大於第9階),然而其假定藍色紫外 線半導體雷射 LD1溫度上升之後的波長偏移量爲+0.05 nm/°C,而甲溫度上升引起的折射率變化量爲和-0.9 X 1 0·4/ °C。在表6中,”比較例”爲具有與本例的光學元件設計波 長之光學元件,焦距相同、數値孔徑相同、工作距離相同 ,且未形成第一衍射構造DOE1和第一衍射構造DOE1’。 從此表中可謂本例的物鏡光學系統在環境溫度變化時的高 密度光碟HD之記錄/再生特性優越。 (表6)
例3 比較例 2 5〇C 0.002λ RMS 0.002λ RMS 5 5〇C Ο.ΟΟδλ RMS 0·168λ RMS 【圖式簡單說明】 圖1爲本實施例的第一光學攝像裝置PU1外觀結構圖 〇 圖2爲數値孔徑NA和光徑差異關係圖。 圖3爲本實施例的第二光學攝像裝置PU2外觀結構圖 〇 圖4爲物鏡例1剖面圖。 ’· 圖5爲物鏡例2剖面圖。 -57- (55) (55))1354282 圖6爲物鏡例3剖面圖。 【主要元件符號說明】 AC :雙軸致動器 B :固定件 BC1 :第一合束器 BC2 :第二合束器 BSH:光束塑形元件 C0L1 :第一準直儀光學系統 C0L2:第二準直儀光學系統 DF :分色鏡 D0E1 :第一衍射構造 DOE’ :第一衍射構造 D0E2 :第二衍射構造 FL1 :凸緣部 FL2 :凸緣部 HD :高密度光碟 ' L1 :像差校正元件 L2 :聚光元件 LD1 :藍色紫外線半導體雷射 LD2 :紅色半導體雷射 LD3 :紅外線半導體雷射 M D 1 :模組 M D 2 :模組 -58 (56) (56)1354282 MD3 :模組 0BJ1 :第一物鏡光學系統 0BJ2 :第二物鏡光學系統 PD :光偵測器 P D 1 :光偵測器 PD2 :光偵測器 PD3 :光感測器 P L 1 ··保護層 PL2 :保護層 P L 3 :保護層 RL1 :資料記錄表面 RL2 :資料記錄表面 RL3 :資料記錄表面 SEN :感測器系統 ST :擋止 S 1 :光學表面 S2 :光學表面 S2’ :表面 S 2 ” :表面 PU1 :光學攝像裝置 PU2 :光學攝像裝置 -59
Claims (1)
1354282 第093137647號專利申請案中文申請專利範圍修正本 民國100年8月3日修正 十、申請專利範圍 1. 一種衍射光學元件,包括: —光學表面,其有一第一衍射構造,該第一衍射構造 在波長爲λ1(ηιη)的第一光通量入射時產生nil階衍射光 且在波長爲λ2(ηιη) ( λ2> λ!)的第二光通量入射時產生 1121階(nil 21121)衍射光;以及 一光學表面,其有一第二衍射構造,該第二衍射構造 在波長爲λ,ίηιη)的第一光通量入射時產生1112階衍射光 且在波長爲λ2(ηιη) ( λ2> )的第二光通量入射時產生 n22階(n12 2 n22)衍射光,其中該衍射光學元件滿足下列 方程式(1 ): 5Φα12 Φ δφβ12 ( 1 ) 其中 δΦΑ12= {nil · λ!/ (Nn-1) }/ {n21 . λ2/ (N21-l) } (2) δΦβ12 = {ni2 . λι/ ( N12-I ) }/ {ll22 _ λ】/ ( N22-I ) } ( 3 ) 其中Nil,N21分別爲該第一衍射構造對波長λ!,λ2之折 射率,且Ν12,Ν22分別爲該第二衍射構造對波長λ!,λ2 之折射率》 2.依據申請專利範圍第1項之衍射光學元件,其中 該衍射光學元件滿足下列方程式(2): 1354282
(0〇
3.依據申請專利範圍第1項之衍射光學元件,其中 該衍射光學元件滿足下列方程式(5 ): {ΙΝΤ (δΦΑ12) -δΦΑ12}·{ΙΝΤ (δΦΒ12) -δΦΒ12}<〇 (5)
其中ΙΝΤ(Χ)爲最接近X之整數。 4.依據申請專利範圍第1項之衍射光學元件,其中 該衍射光學元件滿足下列方程式(6)和(7)其中一式: | ΙΝΤ ( δΦΑ12) -δΦΑ12 | < 0.4 ( 6 ) I ΙΝΤ ( δΦβΐ2) —δΦβΐ2 I < 〇·4 (7)。 5.依據申請專利範圍第1項之衍射光學元件,其中 φ 該第一衍射構造和該第二衍射構造二者皆由多個同心圓環 狀區構成,同心圓環區由在光軸方向的階梯分開,且該衍 射光學元件滿足下列方程式(8 )=
其中di爲該第一衍射構造階梯中最靠近光軸的階梯 的深度,且d2爲該第二衍射構造階梯中最靠近光軸的階 梯的深度。 -2- 1354282__________ 1)0年Ϊ月3日修正替蹈 6.依據申請專利範圍第1項之衍射光學元件’其中 該衍射光學元件滿足下列方程式(1 2)和(3): I ΙΝΤ ( δΦΑΐ2 ) -5ΦΑ12 I > 0·07 ( 9) I ΙΝΤ ( δΦΒΐ2 ) -δΦβΐ2 1 < 0 07 ( 1 0 )。
7.依據申請專利範圍第1項之衍射光學元件,其中 該衍射光學元件滿足下列方程式(11)-(13): (11 ) (12) (13 )。 λ2/λι > 1.3 η 1 1 > η21 η 1 2 > Π2 2 -3- 1 ·依據申請專利範圍第1項之衍射光學元件,其中 當波長 λι 爲 350 nm-450 nm,而波長 λ2 爲 600 nm-700 nm ,且當i爲1或2,衍射階nii和衍射階 n2i組合(nii, n2i)滿足以下方程式(nil = ni2之組合除外): 2 (nH,n2i) = (1,1),(2,”,(3, 2),(4,2),(5,3),(6, 4),(7, 4),(8, 5),(9, 6),或(10, 6)。 3 9.依據申請專利範圍第1項之衍射光學元件’其中 當波長λ3 (ηιη)(λ3>λ2)的第三光通量入射時’該第 —衍射構造產生hi (n21 2 η31)階衍射光,而且當第三光 通量入射時,該第二衍射構造產生n32 ( n22 2 η32 )階衍射 光。 1354282
10.依據申請專利範圍第9項之衍射光學元件,其中 該衍射光學元件滿足下列方程式(14)和(15)其中一式 | ΙΝΤ (δΦΑ13) -δΦΑ13 | < 0.4 ( 14) I ΙΝΤ (δΦΒ13) -δΦΒ13 I < 0.4 ( 15) (16) (17)
其中 5Φαι3 = {ηιι ·λι/ (N"-l) }/ {ri3i · λ〗/ ( Ν31-Ι ) } δΦβ13 = {ηΐ2 · λι/ ( Ν12-Ι ) }/ {η32 ’ λ3/ ( Ν32·1 ) } 且Nil,Ν3 1分別爲該第一衍射構造對波長,λ3之折射 率,且Ν12,Ν32分別爲該第二衍射構造對波長λ!,λ3之 折射率,且ΙΝΤ (X)爲最接近X之整數。 11. 依據申請專利範圍第9項之衍射光學元件,其中 當波長 λι 爲 350 nm-450 nm,波長 λ2 爲 600 nm-700 nm, 波長λ3爲75 0 run-8 50 urn,且當i爲1或2,衍射階nH, • 衍射階n2i和衍射階n3i組合(nii,n2i,n3i) 滿足以下 方程式(= n12之組合除外): (…,n2i,n3i) = (2,1,1),(4,2, 2),(6,4,3),(8,5, 4),或(10, 6, 5)。 12. 依據申請專利範圍第1項之衍射光學元件,其中 該衍射光學元件係與單一物鏡一體以使一光通量收斂。 13. —種物鏡光學系統,其將入射到保護層厚度爲ti 的第一光學資訊記錄媒介的資訊記錄表面上的波長爲λ,( nm )之第一光通量以及入射到保護層厚度爲t2 ( t22tl ) -4- 1354282
的第二光學資訊記錄媒介的資訊記錄表面上的波長爲λ2( nm ) (λ2>λι)之第二光通量收敛,包括: 具有一第一衍射構造的一光學表面,以在第一光通量 入射時產生η"階衍射光且在第二光通量入射時產生n2l 階(1^12 112 1)衍射光;以及 具有一第二衍射構造的一光學表面,以在波長爲λι (nm)之第一光通量入射時產生η12階衍射光且在波長爲 λ2 ( nm ) ( λ2 > λ!)之第二光通量入射時產生n22階( ni22n22)衍射光; 該物鏡光學系統且滿足下列方程式(1): δ〇Α12 Φ δΦβ12 ( 1 ) δΦΑ!2 = {nil Χχ! ( Νπ-1 ) }/ {Π21 * λ2/ ( Ν2ι-1 ) } ( 2 ) δΦΒΐ2 = {η,2 · λ!/ ( Νΐ2-1 ) }/ {η22 · λ2/ ( Ν22-1 ) } (3) 且Nil,Ν2 1分別爲第一衍射構造對波長,λ2之折射率 ,且Ν12,Ν22分別爲第二衍射構造對波長λ! ’ λ2之折射 率。 14.依據申請專利範圍第13項之物鏡光學系統,其 中該物鏡光學系統滿足下列方程式(4):
> 15_依據申請專利範圍第13項之物鏡光學系統’其 -5- 1354282 &
中該物鏡光學系統滿足下列方程式 {ΙΝΤ ( δΦΑ12) -δΦΑ12} · {ΙΝΤ ( δΦΒ12) -δΦΒ12} <0 (5) 其中ΙΝΤ(Χ)爲最接近X之整數。
16. 依據申請專利範圍第13項之物鏡光學系統,其 中當保護層厚度足關係(t2>tl),該第一衍射構造有一 功能爲校正因厚度tl和厚度t2之差異引起之球面像差, 且該第二衍射構造有一功能爲控制波長λι在±10 nm範圍 內變化時在該第一衍射構造產生的球面像差。 17. 依據申請專利範圍第13項之物鏡光學系統’其 中當保護層厚度足關係(t2=tl),該第一衍射構造有一 功能爲校正因波長λ!和波長λ2之間波長差異的波長色散 引起之球面像差,且該第二衍射構造有一功能爲抑制波長 在±10 nm範圍內變化時在該第一衍射構造產生的球面 φ 像差。 18. 依據申請專利範圍第17項之物鏡光學系統’其 中該第二衍射構造有一功能爲控制波長、在±10 nm範圍 變化時在該第一衍射構造產生的球面像差° 19. 依據申請專利範圍第17項之物鏡光學系統’其 中該物鏡光學系統有一球面像差特徵’其中當波長λι在 ±10 nm範圍內變化到較長波長側時’球面像差在不足校 正方向變化。 20.依據申請專利範圍第17項之物鏡光學系統’其 -6- 1354282 中該物鏡光學系統包括至少一塑膠透鏡° 21.依據申請專利範圍第13項之物鏡光學系統,其 中該物鏡光學系統滿足下列方程式(6)和(7)其中—式 | ΙΝΤ ( δΦΑ12 ) -δΦΑ12 | < 0.4 ^ 6 ) |ΙΝΤ(δΦβΐ2) —δΦβΐ2 I < 〇·4 (7) ο 22.依據申請專利範圍第13項之物鏡光學系統,其 中該第一衍射構造和該第二衍射構造二者皆由多個同心圓 環狀區構成,該些同心圓環區由在光軸方向的階梯分開, 且該物鏡光學系統滿足下列方程式(8)=
d 1 φά2 其中1爲該第一衍射構造階梯中最靠近光軸的階梯 的深度,且d2爲該第二衍射構造階梯中最靠近光軸的階 梯的深度。 23.依據申請專利範圍第13項之物鏡光學系統,其 中該物鏡光學系統滿足下列方程式(9)和(1〇): (9) (10) 。 I ΙΝΤ ( δΦΑ12 ) -δΦΑ12 I > 0.07 丨 I Ν Τ ( δ Φ Β 1 2 ) Φ Β 1 2 I < 0.07 1354282 2 4.依據申請專利範圍第13項之物鏡光學系統,其 中該物鏡光學系統滿足下列方程式(H) - (13):
(12)
λ 2 / λ 1〉1 . 3 η 1 1 > η21 ηι 2 > η22
25.依據申請專利範圍第13項之物鏡光學系統’其 中當波長入1爲350 nm-450 nm,而波長λ2爲600 nm-700 nm,且當i爲1或2,衍射階ηπ和衍射階nZi組合( nn,n2i)滿足以下方程式(nM=n12之組合除外): (nii,n2i) = (1,1),(2,1),(3,2),(4,2),(5,3),(6, 4),(7, 4),(8, 5),(9, 6),或(10, 6) ° 2 6.依據申請專利範圍第13項之物鏡光學系統,其 中當波長λ3 (nm) (λ3>λ2)的第三光通量入射時’ % 該第一衍射構造產生η31(η212η31)階衍射光’而且當第 三光通量入射時,該第二衍射構造產生nu ( n22 2 η32)階 衍射光。 2 7.依據申請專利範圍第26項之物鏡光學系統,其 中該物鏡光學系統滿足下列方程式(14)和(15)其中一 式: |ΙΝΤ(δΦΑ13) -δΦΑΙ3 丨 < 0.4 (14) |ΙΝΤ(δΦΒΐ3) -δΦΒΐ3 I < 0.4 (15) -8- 1354282 其中 δΦΑ13 = {nu . λ" (Nn-1) }/ {η3ι · λ3/ (N31-l) } ( 16) 5Φβι3 = {ni2 · λι/ ( N12-I ) }/ {1132 " λ3/ ( N32-I ) } ( 17 ) 且Nil,N31分別爲該第一衍射構造對波長λ1’λ3之折射 率,且Ν12,Ν32分別爲該第二衍射構造對波長Xi,λ3之 折射率,且INT ( X)爲最接近X之整數。 2 8.依據申請專利範圍第26項之物鏡光學系統,其 中當波長 λι 爲 350 nm-450 nm,波長 λ2 爲 600 nm-700 nm ,波長λ3爲750 nm-850 nm,且當i爲1或2’衍射階 nii,衍射階n2i和衍射階n3i組合(nii,n2i,n3i ) 滿足 以下方程式之組合除外): C n,i5 n2i, n3i) = (2, 1, 1), (4, 2, 2), (6, 4, 3), (8, 5, 4),或(10, 6,5)。 2 9.依據申請專利範圍第13項之物鏡光學系統,其 中該物鏡光學系統包括一衍射光學元件,該衍射光學元件 包括具第一衍射構造的光學表面和具第二衍射構造的光學 構造’以及一聚光光學元件將入射到第一光學資訊記錄媒 介和第二光學資訊記錄媒介的資訊表面之第一光通量和第 二光通量收斂,而且其中該衍射光學元件和該聚光光學元 件係整合在一本體中。 3 0.依據申請專利範圍第29項之物鏡光學系統,其 中該衍射光學元件和該聚光光學元件係整合形成單一透鏡 〇 31·—種光學攝像設備,包括: -9- 1354282 ___ . ...... ^ 鱗》月彡日修正微ιΐ| —第一光源,其發出具波長λ! (nm)的一第一光通 一第二光源,其發出具波長12(11111) (λ^λ!)的一 第二光通量;以及
申請專利範圍第13項中所述之物鏡光學系統’用來 將入射到保護層厚度爲tl的第一光學資訊記錄媒介的資 訊記錄表面上的波長爲λι (nm)之第一光通量以及入射 到保護層厚度爲t2 ( t2^tl )的第二光學資訊記錄媒介的 資訊記錄表面上的波長爲λ2 (nm) 之第二光 通量收斂。 3 2. —種光學資訊記錄再生設備,用來爲一第一光學 資訊記錄媒介和一第二光學資訊記錄媒介進行資訊記錄和 再生的至少其中一者,包括: ·· 申請專利範圍第31項中所述之光學攝像設備; 一致動器’用來移動該光學攝像設備的物鏡光學系統 以進彳了聚焦或導向(tracking);及 —光偵測器’用來偵測從該光學攝像設備發出的光通 量。 -10- 1354282 附件 第093137647號專利申請案 民國100年8月3日修正 中文圖式修正頁
光徑差異U)(nm)
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2003410506A JP2005174416A (ja) | 2003-12-09 | 2003-12-09 | 回折光学素子、対物光学系、光ピックアップ装置及び光情報記録再生装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
TW200523913A TW200523913A (en) | 2005-07-16 |
TWI354282B true TWI354282B (en) | 2011-12-11 |
Family
ID=34631830
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
TW093137647A TWI354282B (en) | 2003-12-09 | 2004-12-06 | Diffractive optical element, objective optical sys |
Country Status (7)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US7319655B2 (zh) |
JP (1) | JP2005174416A (zh) |
KR (1) | KR20060126853A (zh) |
CN (1) | CN100382171C (zh) |
GB (1) | GB2414813B (zh) |
TW (1) | TWI354282B (zh) |
WO (1) | WO2005057565A1 (zh) |
Families Citing this family (14)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2005074388A2 (ja) * | 2004-02-09 | 2005-08-18 | Konica Minolta Opto Inc | 光ピックアップ装置及び光情報記録及び/又は再生装置 |
CN1910671A (zh) * | 2004-03-19 | 2007-02-07 | 柯尼卡美能达精密光学株式会社 | 光拾取装置用对物光学***、光拾取装置以及光信息记录再生装置 |
JP2006079671A (ja) * | 2004-09-07 | 2006-03-23 | Konica Minolta Opto Inc | 光ピックアップ装置用の対物レンズ、光ピックアップ装置及び光情報記録再生装置 |
JP2006209934A (ja) * | 2004-12-27 | 2006-08-10 | Victor Co Of Japan Ltd | 光ピックアップ装置 |
JP2006323907A (ja) * | 2005-05-18 | 2006-11-30 | Hitachi Media Electoronics Co Ltd | 光ピックアップ装置 |
US7688701B2 (en) * | 2005-06-20 | 2010-03-30 | Konica Minolta Opto, Inc. | Objective optical system and optical pickup apparatus |
US7843792B2 (en) * | 2006-06-21 | 2010-11-30 | Hoya Corporation | Optical information recording /reproducing device and objective lens for the same |
JPWO2008044475A1 (ja) * | 2006-10-12 | 2010-02-04 | コニカミノルタオプト株式会社 | 対物光学素子ユニット及び光ピックアップ装置 |
JP4981560B2 (ja) * | 2007-07-13 | 2012-07-25 | Hoya株式会社 | 光ピックアップ装置 |
JP5199655B2 (ja) * | 2007-12-12 | 2013-05-15 | Hoya株式会社 | 光情報記録再生装置用対物レンズおよび光情報記録再生装置 |
JP2009199707A (ja) * | 2008-01-22 | 2009-09-03 | Hoya Corp | 光情報記録再生装置用対物光学系、および光情報記録再生装置 |
JP5520197B2 (ja) * | 2009-11-20 | 2014-06-11 | Hoya株式会社 | 光情報記録再生装置用対物光学系、及び光情報記録再生装置 |
JP5647547B2 (ja) * | 2010-03-19 | 2014-12-24 | Hoya株式会社 | 光情報記録再生装置用対物光学系、及び光情報記録再生装置 |
KR20180073904A (ko) | 2016-12-23 | 2018-07-03 | 삼성전기주식회사 | 촬상 광학계 |
Family Cites Families (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH10334504A (ja) * | 1997-05-29 | 1998-12-18 | Nec Corp | 光ヘッド装置 |
JP3511913B2 (ja) * | 1998-10-19 | 2004-03-29 | 日本ビクター株式会社 | 光ピックアップ及び光デバイス |
JP3976457B2 (ja) * | 1998-10-28 | 2007-09-19 | 松下電器産業株式会社 | 光学ヘッド |
JP2001093179A (ja) * | 1999-09-21 | 2001-04-06 | Pioneer Electronic Corp | 光ピックアップ |
JP3886313B2 (ja) * | 2000-01-26 | 2007-02-28 | パイオニア株式会社 | 光ピックアップ |
JP3916200B2 (ja) * | 2000-03-24 | 2007-05-16 | フジノン株式会社 | 回折型レンズおよびこれを用いた光ピックアップ装置 |
JP3920001B2 (ja) * | 2000-03-24 | 2007-05-30 | フジノン株式会社 | 回折型レンズおよびこれを用いた光ピックアップ装置 |
JP4467957B2 (ja) * | 2002-11-25 | 2010-05-26 | パナソニック株式会社 | 光学レンズ、光ヘッド装置、光情報装置、コンピューター、光情報媒体プレーヤー、光情報媒体サーバー |
-
2003
- 2003-12-09 JP JP2003410506A patent/JP2005174416A/ja active Pending
-
2004
- 2004-12-02 US US11/002,411 patent/US7319655B2/en not_active Expired - Fee Related
- 2004-12-02 WO PCT/JP2004/017937 patent/WO2005057565A1/ja active Application Filing
- 2004-12-02 GB GB0518121A patent/GB2414813B/en not_active Expired - Fee Related
- 2004-12-02 KR KR1020057018126A patent/KR20060126853A/ko not_active Application Discontinuation
- 2004-12-02 CN CNB2004800081639A patent/CN100382171C/zh not_active Expired - Fee Related
- 2004-12-06 TW TW093137647A patent/TWI354282B/zh not_active IP Right Cessation
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2005174416A (ja) | 2005-06-30 |
GB0518121D0 (en) | 2005-10-12 |
CN100382171C (zh) | 2008-04-16 |
TW200523913A (en) | 2005-07-16 |
US20050122882A1 (en) | 2005-06-09 |
CN1764959A (zh) | 2006-04-26 |
KR20060126853A (ko) | 2006-12-11 |
US7319655B2 (en) | 2008-01-15 |
GB2414813A (en) | 2005-12-07 |
GB2414813B (en) | 2007-03-14 |
WO2005057565A1 (ja) | 2005-06-23 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
TWI269931B (en) | Recording reproducing optical system, objective lens, and aberration correcting optical element | |
TWI354282B (en) | Diffractive optical element, objective optical sys | |
TW200523572A (en) | Optical element, aberration correcting element, light converging element, objective optical system, optical pickup device, and optical information recording reproducing device | |
EP1564731A2 (en) | Optical pickup apparatus and diffractive optical element for optical pickup apparatus | |
JP2011014236A (ja) | 光ピックアップ装置用の対物光学系、光ピックアップ装置、光情報記録媒体のドライブ装置、集光レンズ、及び光路合成素子 | |
JP2005166227A (ja) | 光ピックアップ装置、光情報記録再生装置、エキスパンダーレンズ、カップリングレンズ、及び色収差補正用光学素子 | |
WO2006085444A1 (ja) | 対物光学系、光ピックアップ装置及び光情報記録再生装置 | |
JPWO2005083694A1 (ja) | 対物光学系、光ピックアップ装置及び光情報記録再生装置 | |
EP1562187A2 (en) | Optical pick-up apparatus and optical information recording and/or reproducing apparatus | |
JP4992103B2 (ja) | 対物光学系、光ピックアップ装置及び光情報記録再生装置 | |
TW200540454A (en) | Objective lens and optical pickup apparatus | |
JP4483864B2 (ja) | 対物光学系、光ピックアップ装置、及び光ディスクドライブ装置 | |
JP2005259332A (ja) | 光ピックアップ装置及び光ピックアップ装置用回折光学素子 | |
WO2005043523A1 (ja) | 光ピックアップ装置及び発散角変換素子 | |
JP2005135555A (ja) | 光学素子、光ピックアップ装置及び光情報記録再生装置 | |
WO2006025271A1 (ja) | カップリングレンズ及び光ピックアップ装置 | |
JP4935888B2 (ja) | 光ピックアップ装置用の光学素子、及び光ピックアップ装置 | |
US20050122883A1 (en) | Optical pickup apparatus and optical information recording and/or reproducing apparatus | |
JP2008130190A (ja) | カップリングレンズ及び光ピックアップ装置 | |
US7460460B2 (en) | Objective optical system, optical pickup apparatus and optical information recording and reproducing apparatus | |
JPWO2005088625A1 (ja) | 対物光学素子及び光ピックアップ装置 | |
JP2004253106A (ja) | 対物光学素子及び光ピックアップ装置 | |
JP2005141800A (ja) | 発散角変換素子及び光ピックアップ装置 | |
JP4329330B2 (ja) | 対物光学素子及び光ピックアップ装置 | |
JP2005129204A (ja) | 光ピックアップ光学系、光ピックアップ装置及び光情報記録再生装置 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | Annulment or lapse of patent due to non-payment of fees |