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研究生： 李衛華
Wei-Hua Lee
論文名稱： 藍光與紅光讀寫頭之光學系統設計
指導教授： 孫慶成
Qing-Cheng Sun
口試委員:
學位類別： 碩士
Master
系所名稱： 理學院 - 光電科學研究所碩士在職專班
Executive Master of Optics and Photonics
畢業學年度： 93
語文別： 中文
論文頁數： 43
中文關鍵詞： 光學讀寫頭
外文關鍵詞： PICK UP HEAD
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    • 論 文 摘 要
    本論文探討光學讀寫頭之光學設計，並使用CD(compact disc)和DVD(digital versatile disc)之繞射元件(diffractive optical element，DOE)的物鏡，和高NA（numerical aperture，NA）的HD-DVD(High Density- digital versatile disc)聚焦物鏡，且準直鏡使用雙片型透鏡解決系統中波長405至780 nm範圍所產生之色差效應。
    除了出光路LD到Disc之光路，並討論回光路之設計來監控聚焦訊號，也討論在產品大量量產中，須注意之公差分析來調整設計或依此制定鏡片規格或組裝時機構之設計標準。
    全文共分五章，第一章介紹光學讀寫頭之發展，第二章介紹光學讀寫頭之光學架構，第三章討論光學讀寫頭之光學設計，第四章探討公差分析，最後一章結論可以得到光學讀寫頭的設計流程。整篇論文結合光學軟體Code V得到其系統中的鏡片參數和公差。

    目錄 ..................................................................................... 0IV 圖表索引 ............................................................................... 0VI 論文摘要 ............................................................................... 0III 第一章、緒論 ......................................................................... 01 第二章、光學讀寫頭之光學架構 ................................................ 04 2.1 光學架構介紹 .............................................................. 04 2.2 光學設計前的評估 ........................................................ 5 第三章、 光學設計 ................................................................... 10 3.1 物鏡至碟片 ................................................................. 10 3.2 半導體雷射光源至準直鏡之光路設計 ............................... 23 3.3 半導體雷射光源至碟片 .................................................. 28 3.4 半導體雷射光源至碟片經反射至光偵測器 ......................... 28 第四章、公差分析 ................................................................. 32 4.1 各項公差分析之介紹 ..................................................... 32 4.2 HD.DVD、DVD、CD 各系統出光至碟片時之公差分析 ….. 35 4.3 討論 ........................................................................... 39 第五章、結論 ...................................................................... 40 參考文獻 ............................................................................ 42 圖 表 索 引 圖一 物鏡聚焦之光點大小為繞射極限(NA＝0.6 wavelength＝650nm) …………………………………………………. 2 圖二 碟片的傾斜容許度 ……………………………………… 3 圖三 光學讀寫頭架構示意圖 ………………………………… 4 表一 物鏡的NA值 …………………………………………… 5 圖四 利用柱狀透鏡產生像散 ………………………………… 7 圖五 光點在碟片之形狀 ………………..……………………. 7 圖六 循軌訊號 ……………………………………………….. 9 圖七 藍光物鏡之架構…………………………………………. 13 表二 HD-HDVD物鏡非球面設計數據 ……….………....... 14 圖八 藍光物鏡Image High v.s. RMS …………………….. 15 圖九 藍光物鏡 Image Tilt v.s. RMS ……………………... 16 圖十 藍光物鏡Disc Tilt v.s. RMS…………………………. 17 表三 DVD和CD物鏡非球面設計數據…………………….. 19 圖十一 DOE物鏡---CD物鏡之Layout……………………… 20 圖十二 DOE物鏡---DVD物鏡之Layout……………………. 20 圖十三 DOE紅光650nm和780nm物鏡Image High v.s. RMS ……………………………………………………………. 21 圖十四 DOE紅光650nm和780nm物鏡Disc Tilt v.s. RMS …………………………………………….……………… 22 表四 Collimator Lens 設計數據 …………………………... 25 圖十五 Collimator Lens之Layout ………………………….. 24 圖十六 Collimator Lens---Image High v.s. RMS .……….. 25 圖十七 Collimator Lens---Lens Tilt v.s. RMS …………….. 26 圖十八 Collimator Lens To 光偵測器IC layout …………... 27 圖十九 Spot size on 光偵測器IC……………………………… 28 圖二十 S-curve ………………………………………………….. 29 圖二十一 整個光學讀寫頭之光學layout ………………………... 29 圖二十二 BTX；BTY的示意圖 ………………………………….. 31 圖二十三 厚度和長度公差 ………………………………………… 32 圖二十四 wedge tolerance ………………………………………. 34 圖二十五 多光束光學讀寫頭 ……………………………………… 34 表五 HDVD光學系統公差分析 …………………………….. 36 表六 DVD光學系統公差分析 ………………………………. 37 表七 CD光學系統公差分析 ………………………………… 38 圖二十六 設計流程圖 ……………………………………………... 41

    參 考 文 獻
    1. 蔡松雨”藍光光碟(Blue-ray Disc)的發展,”工業材料雜誌 188,113 ，91年8月。
    2. . 施錫富,”全像光學元件在光學讀取頭上應用之研究”，中央大學光電科學所博士論文，88年5月。
    3. Benno H. W. Hendriks, Jean Schleipen, Sjoerd Stallinga，Henk van Houten，“Optical Pick-up for Blue Optical Recording at NA = 0.85” Optical Review 8, No. 4 (2001) 211-213。
    4. Kenji Yamamoto，Isao Ichimura，Fumisada aeda,Toshio Watanabe，Kiyosh Ohsato，”OPTICAL PICKUP APPARATUS”，
    U.S. Patent Number 5,764,613 , Jun.9, 1998。
    5. Maruyama Koichi,”Objective lens for optical pick-up，” U.S. Patent Number 6118594，Sep. 12,2000。
    6. Kenji Yamamoto，Kanagawa，Kiyoshi Osato，Chiba，Fumisada Maeda,”OPTICAL HEAD AND OPTICAL PICKUP，”
    U.S. Patent Number 0034148，Sep. 14 2000。
    7. 張弘，”幾何光學,”東華書局，初版,民76 ，p297-299。
    8. W. J. Simth,”Modern Optical Engineering,” McGraw-Hill, Second Edition, 1991，P355-360。

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