光學頭裝置的制作方法

專利名稱：光學頭裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種光學信息的記錄/再現方法，其中光源發出的光束會聚在信息記錄平面上，并將擬再現的光學信息記錄在光學信息記錄載體上，或者再現信息記錄平面上的信息，本發明還涉及一種光學頭裝置，一種它所采用的會聚光學系統和物鏡，以及一種該物鏡的設計方法。
近年來，隨著短波長紅色半導體激光器的實際應用，促進了DVD(數字視盤或者也稱數字多用盤)的發展，其尺寸與作為傳統的光學信息記錄載體(也稱光盤)的CD相當，但具有更大的容量，是一種高密度光學信息記錄載體。在此DVD中，在采用635nm的短波長半導體激光器的情況下，其物鏡在光盤側的數值孔徑NA設定為0.6。而且，DVD的軌道間距為0.74μm，最小坑長為0.4μm，其密度與CD相比高達兩倍以上，而CD的軌道間距為1.6μm，最小坑長為0.83μm。另外，除上述CD和DVD之外，還有不同標準的光盤例如CD-R(一種直接讀寫，即時寫入的致密盤)、LD、MD(微型盤)以及MO(磁光盤)等已經商業化并進入日常使用。表1給出了各種光盤的透明基片厚度和所需數值孔徑。
表1
另外，對于CD-R，其光源波長必需為λ＝780(nm)，但是對于其它光盤，可以采用具有與表1中所列波長不同波長的光源；在此情況下，應當根據所用光源的波長λ調整所需的數值孔徑NA。例如，對于CD，其所需數值孔徑近似為NA＝λ(μm)/1.73，而對于DVD，其所需數值孔徑近似為NA＝λ(μm)/1.06。
另外，本說明書所稱數值孔徑(例如下文所稱NA1，NA2，NAL，NAH，NA3，NA4等等)指從透明基片一側看該會聚光學系統的數值孔徑。NA1為對第一光學信息記錄載體再現信息或記錄信息所需的數值孔徑，而NA2為對第二光學信息記錄載體再現信息或記錄信息所需的數值孔徑。
如上所述，現今市場上已有尺寸、透明基片厚度、記錄密度、所用波長等等各不相同的多種光盤銷售，并且研制出能夠用于各種光盤的光學頭裝置。
研制出的光學頭裝置其中之一種設有分別對應于不同光盤的會聚光學系統，其會聚光學系統根據所需再現的光盤加以切換。然而，在該種光學頭裝置中，需要多個會聚光學系統，這不僅導致高的成本而且需要切換該會聚光學系統的驅動機構。相應地，該裝置由于其復雜性及切換精度而不能滿足需要。
因此，需要多種光學頭裝置，它能夠采用單個會聚光學系統再現多種光盤。
順便指出，為簡便起見，本說明書中的短語“再現光盤”、“記錄光盤”等用以指“再現光盤中的信息”、“記錄信息至光盤中”等。
其中之一如日本專利公開平7-302437中，描述了一種光學頭裝置，其中物鏡的折射表面被分為多個環形區域，各個分表面區域使得光束會聚在不同厚度光盤之一上以再現信息。
另外，在日本專利公開平7-57271中，描述了一種光學頭裝置，其中在透明基片厚度為t1的第一光盤情況下，采用的物鏡設計成使得其會聚光束中所含波前象差不大于0.07λ，而在透明基片厚度為t2的第二光盤情況下，形成的會聚束斑具有很小的散焦。
然而，在日本專利公開平7-302437所述的光學頭裝置中，因為其入射光束被一個物鏡同時分成兩個焦點，所以必須使其激光器具有大的輸出，這會導致高的成本。而且，在日本專利公開平7-57271所述的光學頭裝置中，在對第二光盤進行再現時，會發生由于側瓣導致的抖動增加。特別地，因為第二光盤是由對第一光盤波前象差不大于0.07λ的物鏡強制再現的，所以限制了能夠再現第二光盤的數值孔徑。
另外，已經研制出設有對應于所用波長的多個激光源的多種光學頭，其中激光束由同一物鏡以所需數值孔徑會聚在記錄平面上(例如日本專利公開平8-55363、平10-92010等)。然而，由于此原因，其光學系統的結構復雜，從而帶來了例如部件數量增加或者性能降低等問題。
本發明人已研制出一種特別的物鏡，由多個環形區構成，這些環形區通過將整個表面分成同心圓而形成，其中通過積極地利用由于波長不同的多個光源和/或記錄表面的透明基片厚度不同而產生的球差，對于各相應光學信息記錄載體校正了各環形區衍射界限內的象差，并且已研制出一種采用該物鏡的具有簡單結構的光學頭(日本專利公開平9-286954)。
該物鏡具有可以根據所用波長和/或透明基片厚度自動獲得其所需數值孔徑的功能。但是，它存在如下問題，來自對應于不同光學信息記錄載體的環形區的光束，其光斑強度由于相移而降低，不能用于記錄和再現。
上述問題可以通過如下結構加以解決。
本發明光學頭的會聚光學系統包括兩個不同波長的激光源，一個含有一個用于會聚來自光源激光束的物鏡的會聚光學系統，和一個用于探測從記錄平面所反射光束的感光元件，是一種用以記錄和再現至少兩種透明基片厚度不同的光學信息記錄載體之光學頭的光學系統。
所述光學系統還包括用于在從光軸附近至較遠位置的環形區中將該會聚光學系統光束分成三個光束的裝置，所述光束從光軸附近至較遠位置依次為第一、第二、和第三光束，其中第一光束用于透明基片厚度不同的所有記錄載體，第二光束主要用于較厚透明基片的記錄載體，第三光束主要用于較薄透明基片的記錄載體。
所述光學系統的特征在于所述三個分光束至少其一的相位相對于其它光束具有偏移，使得對于波長和厚度不同的兩種記錄載體其光斑亮度得以提高。


圖1為表示本發明光學頭結構輪廓的示意圖。
圖2(a)表示物鏡的示意截面圖。
圖2(b)表示從光源看物鏡的前視圖。
圖3表示物鏡的示意截面圖。
圖4(a)至4(f)表示透鏡的特性圖。
圖5(a)和5(b)表示波前象差的曲線圖。
圖6(a)表示物鏡的示意截面圖。
圖6(b)表示從光源看物鏡的前視圖。
圖7(a)和7(b)表示峰值強度比與相位之間的關系圖。
圖8(a)和8(b)表示波前象差的曲線圖。
圖9(a)和9(b)表示透鏡的特性圖。
圖10(a)和10(b)表示峰值強度比與相位之間的關系圖。
圖11(a)和11(b)表示波前象差的曲線圖。
可以通過如下的特殊物鏡有效防止上述相移的產生，此物鏡設有多個以同心圓形式形成的環形區，其中對于各個環形區，考慮到具有不同波長的多個光源以及不同厚度的基片，第一和第三環形區針對短波長和薄基片校正衍射限內的象差，而第二環形區針對長波長和厚基片或厚度在厚基片與薄基片之間的基本校正衍射限內的象差。
更具體地說，在本發明的會聚光學系統中，物鏡可以作成在其朝向光源一側具有由多個同心圓形成的環形區的折射表面，各個所述環形區其衍射限內的象差校正針對具有不同波長的多個光源，例如對于DVD為λ1，對于CD為λ2(λ1＜λ2)，和/或針對不同厚度的記錄載體t1、t2(t1＜t2)及t1-t2的透明基片。考慮上述t1＜t2，當假定第二環形區所針對校正衍射限內象差的基片厚度為t3時，可以確立下述不等式(t1+t2)×0.4≤t3≤t2。
或者更好是(t1+t2)×0.45≤t3≤t2。
通過調整相應環形區在光軸上的折射表面位置，可以產生所需的相移。
上述環形區也可以設在物鏡朝向光學信息記錄載體的表面上，并且也可以實現將環形折射表面區設在物鏡的兩個表面上。
另外，也可以通過將相移部分設在不同于物鏡的光學元件比如準直透鏡上來實施本發明。
“實施例”下面，將參照附圖詳細說明本發明。
參照圖1加以說明，圖1為表示本發明光學頭的結構輪廓圖。在本發明的此實施例中，光學頭裝置具有第一半導體激光器111(波長λ1＝610nm-680nm)，為用于再現第一光盤的第一光源，和第二半導體激光器112(波長λ2＝740nm-870nm，最好是740nm-810nm)，為用于再現第二光盤的第二光源。另外，組合裝置19能夠將第一半導體激光器111發出的光束與第二半導體激光器發出的光束匯合在一起，并且使這兩束光束沿相同的光路傳播，以便通過一個會聚光學系統將其會聚在光盤20上。
首先，在再現透明基片厚度為t1的第一光盤情況下，第一半導體激光器111發出光束，所發出的光束透過組合裝置19、偏振分束器12、準直透鏡13、和1/4波片14，變成圓偏振的平行光束。該光束受到光闌17限制，由物鏡16透過第一光盤20的透明基片21會聚在信息記錄平面22上。也就是說，在信息記錄平面22上，形成了其強度能夠記錄或再現信息的束斑。接著，由信息記錄載體22上信息坑調制和反射的光束，再次通過物鏡16、1/4波片14、和準直透鏡13，入射至偏振分束器12，并在此反射，由柱透鏡18產生象散，入射在光電探測器30上；從而可以利用光電探測器30的輸出信號獲得記錄在第一光盤20中信息的讀出(再現)信號。另外，通過根據光電探測器30上光斑形狀的變化探測其光強分布的變化，可以對聚焦和軌道進行探測。根據上述探測，二維驅動器15驅動物鏡16使得來自半導體激光器111的光束會聚在第一光盤20的信息記錄平面22上，同時驅動物鏡16使得來自半導體激光器111的光束會聚在既定軌道上。
另一方面，在再現透明基片厚度為t2(t1＜t2)的第二光盤情況下，第二半導體激光器112發出光束，所發出的光束由組合裝置19改變光路，然后透過偏振分束器12、準直透鏡13、和1/4波片14、光闌17、以及物鏡，會聚在第二光盤上。接著，由信息記錄載體22上信息坑調制和反射的光束，再次通過物鏡16、1/4波片14、準直透鏡13、偏振分束器12、以及柱透鏡18，入射在光電探測器30上；從而可以利用光電探測器30的輸出信號獲得記錄在第二光盤20中信息的讀出(再現)信號。另外，通過根據光電探測器30上光斑形狀的變化探測其光強分布的變化，可以對聚焦和軌道進行探測。根據上述探測，二維驅動器15驅動物鏡使得來自半導體激光器112的光束以散焦狀態會聚在第二光盤20的信息記錄平面22上，同時驅動物鏡16使得來自半導體激光器112的光束會聚在既定軌道上。在對第一光盤或者對第二光盤記錄信息時大致進行同樣的操作。
在上述光學頭裝置10中，當再現透明基片厚度為t1的第一光盤如DVD(t1＝0.6mm)時，二維驅動器15以如下方式驅動物鏡16，使得形成最小的彌散圓(最佳聚焦)。當采用此物鏡16再現透明基片厚度為t2的第二光盤時，其中t2不同于t1(t2＞t1)，其記錄密度低于第一光盤的記錄密度，例如CD(t2＝1.2mm)，由于透明基片厚度的差別(較大厚度)會產生球差；相應地，在束斑具有最小彌散圓的位置(比近軸成象位置遠的后方位置)，其光斑尺寸沒有小得足以讀出(再現)第二光盤的凹坑(信息)。然而，在比該最小彌散圓位置更靠近物鏡16的前方位置(聚焦不足)，束斑尺寸作為整體大于最小彌散圓，但是其光斑含有一個核心，在其中心位置處光束是聚集的，而其核心周圍的暈光部分，是不需要的光束。透過采用該核心來再現(讀取)第二光盤的凹坑(信息)，在再現第二光盤時，驅動二維驅動器15使得物鏡16處于散焦狀態(聚焦不足)。
在以下的敘述中將說明實施例，其中本發明被用于作為光學頭裝置10的會聚光學系統中一個光學元件的物鏡16，以便通過單個會聚光學系統再現具有不同厚度基片的第一和第二光盤。圖2表示物鏡的示意截面圖(a)，以及從光源一側看的前視圖(b)。另外，單點劃線表示光軸。在此實施例中，第一光盤透明基片的厚度t1薄于第二光盤透明基片的厚度t2，并且第一光盤中信息的記錄密度高于第二光盤中的記錄密度。
在本發明的此實施例中，物鏡16為凸透鏡，具有朝向光源的折射表面S1和朝向光盤的折射表面S2，它們都具有非球面形狀和正的折射本領。另外，物鏡16朝向光源的折射表面S1由多個(此實施例中為三個)同心的分表面構成，也即第一分表面Sd1至第三分表面Sd3。在分表面Sd1-Sd3的各個邊界處，都設有臺階以形成相應的分表面Sd1-Sd3。該物鏡的結構使得通過含有光軸的第一分表面Sd1的光束(第一光束)用于再現第一光盤和第二光盤中記錄的信息，通過比第一分表面Sd1距光軸較遠的第二分表面Sd2的光束(第二光束)主要用于再現第二光盤中記錄的信息，通過比第二分表面Sd2距光軸較遠的第三分表面Sd3的光束(第三光束)主要用于再現第一光盤中記錄的信息。
在上述說明中，詞語“主要”是指，在光束通過第二分表面Sd2的情況下，在通過第三分表面Sd3的光束被遮斷的條件下束斑的中心強度為最大的位置處其核心部分的能量，與在通過第三分表面Sd3的光束沒有被遮斷的條件下束斑的中心強度為最大的位置處其核心部分的能量之比率(“遮光狀態下的核心能量”/“無遮光狀態下的核心能量”)，處于60％至100％的范圍。另外，在光束通過第三分表面Sd3的情況下，它是指，在遮光狀態下的核心能量與無遮光狀態下的核心能量之比(“遮光狀態下的核心能量”/“無遮光狀態下的核心能量”)，處于60％至100％的范圍。另外，為了簡單地測得該能量比，在各種情況下，由于光束形狀近似不變，可以相當簡單地測量其中心強度最大位置處的束斑峰值強度Ip和光束直徑Dp(定義為光強變成中心強度的e-2的位置)，以獲得乘積Ip×Dp，并且比較該結果。
如上所述，通過利用會聚光學系統光軸附近的第一光束來再現第一光盤和第二光盤，比第一光束離光軸更遠的第二光束主要用于再現第二光盤，比第二光束離光軸更遠的第三光束主要用于再現第一光盤，這就有可能通過單個會聚光學系統來再現多種(此實施例中為兩種)光盤，同時降低了來自光源的光強損耗。此外，本例中大部分第三光束在再現第二光盤時是不需要的，并且在再現第二光盤時沒有利用這種不需要的光束；因此，可以只通過將光闌17設為再現第一光盤所需的數值孔徑來進行再現，而無需改變光闌17數值孔徑的裝置。
更詳細地說，此實施例中的物鏡16將分別通過第一分表面Sd1和第三分表面Sd3的第一光束和第三光束(以斜線表示的光束)會聚在彼此一致或近似一致的位置處，所述各位置之一為第一成象位置，并且其波前象差(將通過第二分表面Sd2的第二光束除外的波前象差)不大于0.07λ1rms。最好不大于0.05λ1rms。此處，λ1為光源波長。
另外，此時通過第二分表面Sd2的第二光束(以虛線表示的光束)會聚在不同于第一成象位置的第二成象位置處，假定第一成象位置在零點，其物鏡一側為負，其相反側為正，則該第二成象位置應當位于距第一成象位置-40μm至-4μm，或者最好是-27μm至-4μm的距離處(第二成象位置比第一成象位置更靠近物鏡)。由于此原因，第一光盤的再現主要由第一光束和第三光束實現。另外，如果所述距離超出此下限(-40μm)，則球差被過分校正，再現第一光盤時的光斑形狀變壞；如果所述距離超出此上限(-4μm)，則再現第二光盤時的光斑直徑和側瓣變大。此外，在此實施例中，因為t1＜t2且NA1＞NA2，所以第二成象位置設置在距第一成象位置-40μm至-4μm，或者最好是-27μm至-4μm的距離處；然而，在t1＞t2且NA1＞NA2的情況下，第二成象位置位于距第一成象位置4μm至40μm，或者最好是4μm至27μm的距離處。也就是說，第一成象位置與第二成象位置之間距離的絕對值應當在4μm至40μm，或者最好是4μm至27μm的范圍內。
另外，當采用上述物鏡16再現具有既定厚度(t2＝1.2mm)透明基片的第二光盤時，如圖3所示，在既定光束(平行光束)入射在物鏡16的情況下，第二光束(以從左上至右下的斜線表示)與光軸相交(成象)的位置位于第一光束(以從左下至右上的斜線表示)中通過光軸附近的光束與光軸相交的位置和通過第一分表面Sd1的邊緣部分(與第二分表面Sd2的邊界)的光束與光軸相交的位置之間。因此，第一光束和第二光束會聚在第二光盤的信息記錄平面的鄰近，從而實現對第二光盤的再現。此時，第三光束(一半以虛線表示)產生暈光，但是仍可以通過由第一光束和第二光束構成的核心再現第二光盤。
換句話說，在本發明中，通過光軸附近的小數值孔徑的第一光束被用以再現所有可再現的光盤，通過比第一分表面距光軸更遠的區域的光束被以與擬再現之各光盤相對應的方式加以分割，分割形成的相應光束被用以再現相應的光盤(此實施例中的第一和第二光盤)。此時，對于需要較大數值孔徑來再現記錄其上的信息的光盤(此實施例中的第一光盤)，用以再現該光盤的光束應當為通過分割所形成光束中遠離第一光束的光束(此實施例中的第三光束)。
通過采用此種會聚光學系統(此實施例中的物鏡16)，就有可能以單個會聚光學系統來再現透明基片厚度不同的多種光盤；另外，因為記錄平面可以任意設定，所以可使再現第二光盤所需的數值孔徑NA2變大。而且，通過利用近軸光束(第一光束)來再現多種光盤，可以降低來自光源光束的光通量損耗。此外，在再現第二光盤時，其束斑的側瓣減小，形成高亮度的核心；從而可以獲得精確的信息。另外，可以通過單個會聚光學系統來再現多種光盤，而無需改變光闌17數值孔徑的專門裝置。
另外，在此實施例中，對于第二分表面Sd2垂直于光軸方向的中心位置(參見圖2(a))，第二分表面Sd2法線與光軸之間的夾角應當大于第一分表面Sd1和第三分表面Sd3的插入表面(利用方程(1)表示的非球面方程通過最小二乘法擬合獲得的非球面表面，后面將加以說明)的法線與光軸之間的夾角，其中第一分表面Sd1為從光軸至數值孔徑NAL的表面，第二分表面Sd2為從數值孔徑NAL至數值孔徑NAH的表面，第三分表面Sd3為從數值孔徑NAH至數值孔徑NA1的表面。因此，對于第一光盤和第二光盤都可以進行滿意的再現。另外，在此實施例中，因為t2＞t1且NA1＞NA2，所以第二分表面Sd2法線與光軸的夾角應當大于第一分表面Sd1和第三分表面Sd3的插入表面的法線與光軸之間的夾角，但是，在t2＜t1且NA1＞NA2的情況下，應當使其更小。
此外，在本發明的此實施例中，最好以如下方式確定第一分表面Sd1至第三分表面Sd3，使得對于第二分表面Sd2垂直于光軸方向的近似中心位置(參見圖2(a))，第二分表面Sd2法線與光軸間的夾角與第一分表面Sd1和第三分表面Sd3的插入表面(利用方程(1)表示的非球面方程通過最小二乘法擬合獲得的非球面表面，后面將加以說明)的法線與光軸間的夾角之間的差別處于0.02°至1.0°的范圍。如果該差別超過此下限，則再現第二光盤時的光斑形狀會變壞，并且其側瓣的束斑直徑會變大；如果該差別超過此上限，則球差的校正過量，再現第一光盤時的光斑形狀會變壞。
再有，為了從另一方面理解本發明的這個實施例，在具有由相對于光軸的同心圓分割其至少一個表面形成的多個分表面(此實施例中為三個分表面)的物鏡16中，如果使通過比第二分表面Sd2更靠近光軸的第一分表面Sd1的光束與通過位于第二分表面Sd2相對光軸的相反側的第三分表面Sd3的光束具有近似相同的相位，通過既定厚度的透明基片(第一光盤)，并且令通過第一分表面Sd1和透明基片的光束與通過第二分表面Sd2沿垂直于光軸方向近似中心位置的光軸一側部分(參見圖2(a))的光束之間的相位差為(Δ1L)π(rad)，令通過第三分表面Sd3和透明基片的光束與通過第二分表面Sd2上述中心位置的與光軸相反一側部分和透明基片的光束之間的相位差為(Δ1H)π(rad)，則建立如下不等式(Δ1H)＞(Δ1L)。在此情況下，令對于光束前進方向(光盤方向)相位差符號為正，并使通過第二分表面Sd2和透明基片的光束與通過第一分表面Sd1或第三分表面Sd3并通過透明基片的光束的相位差比較。另外，在本實施例中，因為t1＜t2且NA1＞NA2，所以應當建立不等式(Δ1H)＞(Δ1L)，但在t1＞t2且NA1＞NA2的情況下，應當建立不等式(Δ1H)＜(Δ1L)；因此(Δ1H)≠(Δ1L)。
為了從另一角度對此進行說明，第三分表面Sd3在其與第二分表面Sd2邊界處的表面梯度的差別大于第一分表面Sd1在其與第二分表面Sd2邊界處的表面梯度的差別(沿邊界處折射表面之折射率從小到大變化的方向令表面梯度差別的符號為正。并且以后按同樣方式確定表面梯度差別的符號)。根據有如上述同樣的方式，依然是在此例中，在t1＞t2且NA1＞NA2的情況下，上述關系相反，也即第二分表面Sd2與第三分表面Sd3的表面梯度差別小于第二分表面Sd2與第一分表面Sd1的表面梯度差別。另外，最好使沿光軸任意位置選取的第一分表面和第三分表面插入表面位置與第二分表面Sd2位置的差別關于第二分表面Sd2的近似中心位置非對稱變化。另外，在此例中，該差別最好隨著離開光軸的距離而變大。
此外，在本發明的此實施例中，分表面Sd1-Sd3設在物鏡朝向光源S1的折射表面S1上，但是也可以將其設在朝向光盤20的折射表面上，或者也可以使所述會聚光學系統的任一光學元件(比如準直透鏡13)有這種功能；另外，也可以在光路上設置一個具有該功能的新光學元件。此外，還可以將各個分表面Sd1-Sd3的功能單獨設在不同的光學元件中。
另外，此實施例中采用了帶有準直透鏡13的稱作無限系統透鏡的物鏡，然而，也可以采用如下物鏡，即來自光源的發散光束無需準直透鏡13直接入射其上，或者通過透鏡降低了該發散光束的發散程度的物鏡，或者利用使來自光源的光束轉換成會聚光束的耦合透鏡于其上形成會聚光束的物鏡。
另外，在此實施例中，在第一分表面Sd1至第三分表面Sd3的各個邊界處設有臺階，即表面梯度有差別；但是也可以無臺階地連續形成至少一個邊界來形成分割表面。在另一例中，可以通過例如既定曲率半徑的表面連接分表面之間的邊界而不彎曲邊界表面。該曲率可以是刻意地或者非刻意地設置的。一個非刻意設置曲率的例子是通過處理用于以塑料等形成物鏡16的金屬模來形成邊界曲率。
此外，在此實施例中，折射表面S1由三個分表面Sd1-Sd3構成，但是也可以由三個以上或更多的分表面構成，即分表面的數目不限于三個。在此例中，最好是將用以再現第一光盤和第二光盤的第一分表面設在光軸鄰近，至于位于第一分表面外部(更遠離光軸的方向)的分表面，主要用以再現第二光盤的分表面和主要用以再現第一光盤的分表面可以交替設置。另外，在這種情況下，最好應把主要用于再現第二光盤的分表面設在物鏡16光盤一側的數值孔徑NA3和數值孔徑NA4之間，數值孔徑NA3和NA4滿足條件0.60(NA2)＜NA3＜1.3(NA2)且0.01＜NA4-NA3＜0.12。因此，對于第二光盤，可以再現需要較大數值孔徑的光盤，而不會降低會聚在第一光盤上的光斑亮度。另外，在實際應用中NA3的上限最好滿足不等式NA3＜1.1(NA2)，且NA3的下限最好滿足不等式0.80(NA2)＜NA3，進一步在實際應用中，更滿足不等式0.85(NA2)＜NA3。此外，NA4-NA3的上限最好滿足不等式NA4-NA3＜0.1。
再有，在此實施例中，在物鏡16朝向光源的折射表面上，將第二分表面Sd2設置成由關于光軸的同心圓形成的圓環狀；然而，其形狀并不限于圓環，也可以是開環。另外，第二分表面Sd2可以由全息或菲涅爾透鏡制成。而且，在以全息圖制成第二分表面Sd2的情況下，通過將原始光束分成零級光束和一級光束所形成的光束之一被用于再現第一光盤，而另一光束被用于再現第二光盤。此時，用于再現第二光盤的光束之光通量最好大于用于再現第一光盤的光束之光通量。
另外，在此實施例中，通過滿足如下全部兩個條件達到獲得滿意的來自第二光盤的再現信號，當再現第一光盤時(即當光束通過厚度為t1的透明基片時)，通過第一分表面Sd1和通過第三分表面Sd3的光束的最佳波前象差為0.07λ1rms或者優選為0.05λ1rms(其中λ1(nm)為再現第一光盤時所用光源的波長)；當再現第二光盤時(即當光束通過厚度為t2的透明基片時)，通過第一分表面Sd1的光束的最佳波前象差為0.07λ2rms或者優選為0.05λ2rms(其中λ2(nm)為再現第二光盤時所用光源的波長)。
下面，將參照圖4從另一角度加以說明，圖4表示物鏡16的球差。在圖4中的(a)為再現第一光盤時，即當通過厚度為t1的透明基片進行再現時的球差圖，(b)為再現第二光盤時，即當通過厚度為t2(此例中t2＞t1)的透明基片進行再現時的球差圖。下面，令再現第一光盤信息所需的會聚光學系統光盤一側的數值孔徑為NA1，而再現第二光盤信息所需的會聚光學系統光盤一側的數值孔徑為NA2(其中NA2＞NA1)，通過物鏡16的分表面Sd1和Sd2之間邊界的光束在光盤一側的數值孔徑為NAL，通過物鏡16的分表面Sd2和Sd3之間邊界的光束在光盤一側的數值孔徑為NAH。
考慮物鏡16，首先，將第一折射表面S1的第一非球面表面和第二折射表面S2(共同折射表面)設計成使會聚在基片厚度為t1之第一光盤上的光束的波前象差等于或者小于0.07λ1rms，或者優選0.05λ1rms。圖4(c)為根據此設計所產生的球差圖。另外，將第一折射表面S1的第二非球面表面與第二折射表面S2(共同折射表面)設計成使其球差小于當光束通過具有第一非球面表面的透鏡會聚在基片厚度為t2(t2≠t1)的第二光盤上時所產生的球差(圖4(e)，此例中t2＞t1)。此時，最好使第二非球面表面的傍軸曲率半徑與第一非球面表面的傍軸曲率半徑相等，以便對需要在散焦狀態下進行再現的第二光盤獲得良好的再現。由這種設計所得透鏡在光束會聚于第二光盤時的球差圖表示在圖4(f)中，而此透鏡在光束會聚于第一光盤時的象差圖表示在圖4(d)中。接著，使第二非球面表面按接近第二光盤所需第一非球面表面的數值孔徑NA2的方式被組合。在上述過程中，組合第二非球面表面所需的接近數值孔徑NA2最好位于物鏡16光盤一側的數值孔徑NA3和NA4之間，這不僅滿足了條件0.60(NA2)＜1.3(NA2)(此下限0.60(NA2)在實際應用中優選為0.80(NA2)或者更優選為0.85(NA2)，此上限1.3(NA2)在實際應用中優選為1.1(NA2)，而且也滿足了條件0.01＜NA4-NA3＜0.12(優選0.1)。在該組合的第二非球面表面(第二分表面)中，使其靠近光軸的一邊數值孔徑為NAL，使其遠離光軸的一邊數值孔徑為NAH(即NAL＜NAH)。
相應地，至于物鏡16折射表面S1的表面形狀，含有光軸的第一分表面Sd1與比第一分表面Sd1遠離光軸的第三分表面Sd3具有相同的非球面形狀(第一非球面表面)，而位于第一分表面Sd1和第三分表面Sd3之間(在再現第二光盤所需數值孔徑NA2的附近，即從NAL至NAH)的第二分表面Sd2具有與第一分表面Sd1和第三分表面Sd3不同的非球面形狀(第二非球面表面)。所得透鏡為本發明這一實施例的物鏡16；采用此物鏡16時，當光束會聚在第一光盤上時的球差圖表示在圖4(a)中，采用此物鏡16時當光束會聚在第二光盤上時的球差圖表示在圖4(b)中。
另外，通過利用將第一分表面和第二分表面組合時使第二分表面Sd2沿光軸方向少量偏移所產生的相位差，可以使再現第一光盤時會聚光束的光通量較大。
在本發明的這一實施例中，非球面表面方程是根據下式得出的X=H2/r1+1-(1+κ)(H/r)2+ΣjAjHPj]]>其中X為沿光軸方向的軸，H為沿垂直于光軸方向的軸，光束前進方向為正，r為光軸附近的曲率半徑，K為圓錐系數，Aj為非球面系數，Pj為非球面表面的冪數(這里Pj≥3)。另外，在本發明中，可以采用不同于上述方程的球面方程。為了從非球面形狀獲得球面方程，可以在上述方程中以自然數3≤Pj≤1替代Pj，以K＝0替代K。
如上所述，按此實施例所得物鏡16的結構為，其球差在數值孔徑NA2附近的至少兩個數值孔徑位置(NAL和NAH)不連續變化，以便可以通過一個會聚光學系統來再現基片厚度不同的多種光盤。因為該透鏡的結構被作成使其球差如上所述為不連續變化的，所以可以任意補償通過各個數值孔徑范圍(在此實施例中，從光軸至NAL的第一分表面，從NAL至NAH的第二分表面，以及從NAH至NA1的第三分表面)的光束(在此實施例中，第一光束至第三光束)；因此，可以采用第一光束再現所有需再現的光盤，分別采用第二光束和第三光束再現所述多種光盤之外的特定光盤，并且可以通過一個會聚光學系統(此實施例中的物鏡16)來再現多種光盤；從而能以較低的成本來實現該光學頭而無需復雜的結構，另外，它可以處理需要高數值孔徑的光盤。此外，光闌17設置成僅對應于最高的數值孔徑NA1，即使再現光盤所需的數值孔徑(NA1或NA2)發生變化仍需要改變光闌17的任何裝置。另外，本發明中語句“球差不連續變化”是指從其球差圖來看可以觀察到突變。
此外，關于球差不連續變化的方向，當從較小數值孔徑到較大數值孔徑觀察時，其球差在數值孔徑NAL處沿負方向變化，而在數值孔徑NAH處沿正方向變化。因此，可以獲得對具有厚度t1的較薄透明基片的光盤滿意的再現，并且同時可以對具有厚度t2的較厚透明基片的光盤進行滿意的再現。另外，因為此實施例中t2＞t1且NA1＞NA2，所以有如上述，其球差在數值孔徑NAL處沿負方向不連續變化，而在數值孔徑NAH處沿正方向不連續變化，但是在t2＜t1并且NA1＞NA2的情況下，其球差在數值孔徑NAL處沿正方向不連續變化，而在數值孔徑NAH處沿負方向不連續變化。
再有，在再現透明基片厚度為t2的第二光盤時，通過使從數值孔徑NAL至數值孔徑NAH的球差(通過第二分表面Sd2的光束的球差)為正，可以改善光學頭裝置10的S圖特性。另外，因為本實施例中t2＞t1且NA1＞NA2，所以使其從數值孔徑NAL至數值孔徑NAH的球差為正，但是在t2＜t1且NA1＞NA2的情況下，應當使該球差為負。
另外，在通過厚度為t1的透明基片進行再現時(參見圖4(a))，將透過NAL至NAH表面的光束排除出數值孔徑NA1的光束之外的光束，也即透過光軸至NAL的表面以及NAH至NA1的表面的光束，通過使其波前象差小于0.07λ1rms或者優選0.05λ1rms(其中λ1為光源波長)，可以獲得對基片厚度為t1的第一光盤滿意的再現。
此外，如果t1＝0.6mm，t2＝1.2mm，610nm＜λ1＜680nm，740nm＜λ2＜870nm，最好740nm＜λ2＜810nm，以及0.40＜NA2＜0.51，則最好滿足條件0.60(NA2)＜NAL＜1.3(NA2)(此下限0.60(NA2)在實際應用中最好為0.80(NA2)，為0.85(NA2)尤好)，此上限優選為1.1(NA2))。如果NAL超過此下限，則其側瓣變得太大，以致不能進行精確的信息再現，如果NAL超過此上限，則光束被限制過多，以致不能產生在波長λ2和數值孔徑NA2時估算的衍射限的束斑直徑。另外，上面所述NAL指采用第二光源112時在第二分表面Sd2上的NAL。
另外，最好滿足條件0.01＜NAH-NAL＜0.12(實際應用中此上限優選為0.1)。如果超出此下限，則再現第二光盤時的光斑形狀變壞，其側瓣的光斑直徑變大；如果超出此上限，則再現第一光盤時的光斑形狀會混亂，從而引起光強的降低。另外，上面所述NAL和NAH指采用第二光源112時在第二分表面上的NAL和NAH。
另外，在再現第二光盤時(在通過厚度為t2的透明基片進行再現時)，最好滿足如下條件，從數值孔徑NAL至數值孔徑NAH范圍的球差在-2(λ2)/(NA2)2至5(λ2)/(NA2)2范圍內。而且，在再現時該條件最好使所述球差等于或者小于3(λ2)/(NA2)2，再考慮到記錄(當然也可以進行再制作)，所述象差最好大于零。如果球差超出此下限，則過分校正了球差，使得再現第一光盤時的光斑形狀變壞，如果超出此上限，則再現第二光盤時的光斑形狀變壞，并且其側瓣的光斑直徑變大。特別地，該條件更為優選的是使所述象差處于0至2(λ2)/(NA2)2的范圍，如果滿足此條件，則可以獲得滿意的聚焦誤差信號。
再從另一方面看，上述NAL和NAH設置(也即設有主要用于再現第二光盤的分表面)在物鏡16光盤一側的數值孔徑NA3和數值孔徑NA4之間，這不僅滿足條件0.60(NA2)＜NA3＜1.3(NA2)(此下限0.60(NA2)在實際應用中優選為0.80(NA2)或者為0.85(NA2)更好，此上限1.3(NA2)在實際應用中優選為1.1(NA2))，而且也滿足條件0.01＜NA4-NA3＜0.12(優選0.1)。因此，對于第二光盤，可以再現需要較大數值孔徑的光盤，而不會降低會聚在第一光盤上的光斑強度。
另外，物鏡16的折射表面S1的法線與光軸形成的夾角最好在所述折射表面S1與數值孔徑NA2附近的兩個孔徑位置(NAL和NAH)相對應的圓周位置改變0.05°至0.5°的量。如果其差別超出此下限，則再現第二光盤時的光斑形狀變壞，并且其側瓣的光斑直徑變大；如果超出此上限，則過分校正了球差，使得再現第一光盤時的光斑形狀變壞。
特別是在t2＞t1且NA1＞NA2的情況下，沿從光軸至圓周的方向看，在數值孔徑NAL處，折射表面法線與光軸的交點以不連續的方式向更靠近朝向光源的折射表面的方向移動，而在數值孔徑NAH處，折射表面法線與光軸的交點以不連續的方式向更遠離朝向光源的折射表面的方向移動。因此，對透明基片厚度為t1的光盤可以進行滿意的再現，并且也可以對透明基片厚度為t2的光盤進行滿意的再現。
另外，此實施例中物鏡16的波前象差表示在圖5中。圖5表示波前象差曲線，其縱坐標為波前象差(λ)而橫坐標為數值孔徑；(a)表示第一光盤的透明基片(厚度為t1)處于光路中時的波前象差，(b)表示第二光盤的透明基片(厚度為t2)處于光路中時的波前象差，分別以實線表示。另外，通過采用干涉儀等，在各透明基片處于光路中時在波前象差最佳的情況下測量其波前象差獲得該波前象差曲線。
從圖中可以看出，對于此實施例的物鏡16，從其波前象差曲線看，其波前象差在數值孔徑NA2附近的兩個點(即，在NAL和NAH處)是不連續的。另外，在曲線不連續點處產生的波前象差的突變最大值，如果以長度單位(mm)表示，最好等于或小于0.05(NA2)2(mm)，或者如果以相位差單位(rad)表示，最好等于或小于2π(0.05(NA2)2)/λ(rad)(其中λ為所用波長，以mm為單位)。如果大于此值，波前象差隨波長波動產生的波動會太大，以致不能吸收半導體激光器的波長彌散。另外，該不連續部分(NAL與NAH之間)波前象差曲線的斜率不同于連續曲線不連續部分兩側端點(NAL的最近端點和NAH的最近端點)的直線的斜率。
此外，本發明不應限制于本實施例所述的內容，也即分表面Sd1-Sd3設在物鏡16的折射表面S1上，采用了無限系統的物鏡，在分表面上設有臺階，分表面的數量，第二分表面的形狀等內容。
另外，在此實施例中，第一光源111和第二光源112由組合裝置19組合在一起；然而，本發明不限于此，在圖1所示的光學頭裝置中，也可以使光源11(指任一光源)在第一光源111與第二光源112之間切換。
再有，對于此實施例中的物鏡16，當本申請人由于失誤而將其用在前述實施例中所示的光學頭裝置中時，意外發現，實際上可以通過具有相同波長的光源進行對于CD作為第二光盤的再現，以及對于DVD作為第一光盤的再現。也就是說，此實施例的物鏡16可以采用波長為λ1的光源將光束會聚在透明基片厚度為t1的第一光學信息記錄載體上和透明基片厚度為t2(其中t2≠t1)的第二光學信息記錄載體上，并且即使在采用波長為λ2(其中λ2≠λ1)的光源情況下，它也可以將光束會聚在第二光學信息記錄載體的信息記錄平面上。因此，在光學頭裝置中用不同波長的兩個光源(采用波長610nm-670nm的光源處理DVD，波長780nm的光源對于CD-R是必需的)來再現DVD和CD-R的物鏡與在光學頭裝置中用單一光源(采用波長610nm-670nm的光源)來再現DVD和CD的物鏡，可以由一個通用物鏡替代；因此，可以實現成本降低的大批量生產。另外，為使該透鏡通用，在光源波長從λ1到λ2切換的情況下也必須滿足此實施例中所述對于NAL和NAH的條件。
另外，在此實施例中，因為第一光源111和第二光源112以近似相同的放大率工作，所以可以采用單個光電探測器30，使結構簡化；然而，也可以設置兩個光電探測器對應于相應的光源111和112，并且其放大率也可以各不相同。
“另一實施例”下面，將參照圖6說明另一實施例，圖6簡略表示了物鏡16。圖6(a)為物鏡16的截面圖，圖6(b)為從光源一側看的前視圖。此實施例是前述實施例中所述光學頭裝置中所用物鏡16的改進例，并且此實施例的物鏡16的朝向光源的表面被分成五個折射表面，而上述實施例中的所述物鏡16其朝向光源的表面被分成三個分折射表面。另外，此實施例具有五個分折射表面，其它方面與前述實施例中的透鏡相同；因此，有時會省略其說明。
在此實施例中，物鏡16為凸透鏡，其中朝向光源的折射表面S1和朝向光盤的折射表面都具有非球面形狀及正的折射本領。另外，物鏡16朝向光源的折射表面S1由同心圓形成的五個分表面構成，即第一分表面Sd1至第五分表面Sd5，更一般地表述為，按遠離光軸的方向為序，它包括含有光軸的第一分表面Sd1(光軸鄰近)，第二分表面，……第(2n+1)分表面Sd(2n+1)(其中n為自然數，此實施例中n＝2)。通過在分表面Sd1-Sd5的各個邊界處設置一個臺階，即表面梯度的差別，形成相應的分表面Sd1-Sd5。該物鏡16的結構使得通過含有光軸的第一分表面Sd1的光束(第一光束)用于再現第一光盤中記錄的信息以及用于再現第二光盤中記錄的信息，通過第2n分表面Sd2n(此實施例中第二分表面Sd2和第四分表面Sd4)的光束主要用于再現第二光盤中記錄的信息，通過第(2n+1)分表面Sd(2n+1)的光束(此實施例中第三分表面Sd3和第五分表面Sd5)主要用于再現第一光盤中記錄的信息。
如上所述，在此實施例中，通過增加分表面的數目，可以使第2n分表面位于較高NA值的位置；因此，不僅可以對需要高NA的第一光盤進行再現，也可以對作為第二光盤的與前述實施例中相比需要更高NA的光盤進行再現。此外，第(2n+1)分表面(不考慮第一分表面)可以補償再現第一光盤時由第2n分表面位于高NA位置所導致的光通量降低；因而不僅可以滿意地再現第一光盤，也可以滿意地再現第二光盤。
具體地說，考慮物鏡16，首先，將其第一折射表面S1的第一非球面表面和第二折射表面S2(共同折射表面)設計成使會聚在基片厚度為t1的第一光盤上的光束的最佳波前象差等于或者小于0.05λ1rms。另外，將其第一折射表面S1的第二非球面表面與第二折射表面S2(共同折射表面)設計成使其球差小于當光束通過具有第一非球面表面的透鏡會聚在基片厚度為t2(t2≠t1)的第二光盤上時所產生的球差。此時，最好使第二非球面表面的傍軸曲率半徑與第一非球面表面的傍軸曲率半徑相等，以便對需要在散焦狀態下進行再現的第二光盤獲得良好的再現。將第二非球面表面組合在位于再現第二光盤所需數值孔徑NA2附近的兩個位置NAL-NAH之間。以此方式獲得的透鏡即為此實施例的物鏡16。
另外，通過將第一分表面和第二分表面組合，并且使第二分表面Sd2和第四分表面Sd4在組合時沿光軸方向少量偏移，利用由此所產生的相位差，可以使再現第一光盤時會聚光束的光通量增大。而且，第二分表面Sd2和第四分表面Sd4設計成具有相同的非球面表面；然而，也可以采用彼此不同的非球面表面，它們偏差的量可以互不相同。
在上述過程中，組合第二非球面表面的所需的接近數值孔徑NA2的孔徑最好位于物鏡16光盤一側的數值孔徑NA3和NA4之間，這不僅滿足了條件0.60(NA2)＜1.3(NA2)(此下限0.60(NA2)在實際應用中最好為0.80(NA2)或者更優選為0.85(NA2)，此上限1.3(NA2)在記錄或再現第二光盤信息記錄載體時光源波長為740nm-870nm的情況下應當為1.1)，而且也滿足了條件0.01＜NA4-NA3＜0.12(此上限0.12在實際應用中優選為0.1)。
在上述的該實施例中，如同在前述的實施例中一樣，當再現作為第一光盤的透明基片厚度t1為0.6mm的DVD時，分別通過第一分表面Sd1、第三分表面Sd3、和第五分表面Sd5的光束會聚在近似相同的位置處，其中之一為第一成象位置，并且其波前象差(將通過第二分表面Sd2和第四分表面Sd4的光束除外的波前象差)等于或小于0.05λ1rms，其中λ1為光源波長。
此時，通過第二分表面Sd2和第四分表面Sd4的光束分別會聚在不同于第一成象位置的第二成象位置處。當假定第一成象位置在零點時，其物鏡一側為負，相反側為正，則該第二成象位置應當位于距第一成象位置-40μm至-4μm，或者最好是-27μm至-4μm的距離處。另外，在此實施例中，因為t1＜t2且NA1＞NA2，所以第二成象位置應當在距第一成象位置-40μm至-4μm，或者最好是-27μm至-4μm的距離處；然而，在t1＞t2且NA1＞NA2的情況下，第二成象位置應當位于距第一成象位置4μm至40μm，或者最好是4μm至27μm的距離處。也就是說，第一光學位置與第二光學位置之間距離的絕對值應當在4μm至40μm，或者最好是4μm至27μm的范圍內。
另外，從球差的角度考慮該物鏡16，它的結構使其球差在數值孔徑NA2附近的四個數值孔徑位置不連續變化，以便可以通過一個會聚光學系統來再現基片厚度不同的多種光盤。其球差以如下方式不連續變化(其變化方向與前述實施例中相同)，如果從波前象差的角度考慮，其波前象差在數值孔徑NA2附近的四個位置是不連續的，并且在各該不連續部分的波前象差曲線的斜率不同于連接各該不連續部分兩側曲線端部的直線的斜率。
考慮上述這個實施例的物鏡16，在再現第二光盤時(在通過厚度為t2的透明基片進行再現時)，最好滿足如下條件，從數值孔徑NAL至數值孔徑NAH范圍的球差在-2(λ2)/(NA2)2至5(λ2)/(NA2)2范圍內(其中λ為再現第二光盤時所用光源的波長)。另外，在再現時該條件最好使得所述球差等于或者小于3(λ2)/(NA2)2，并且考慮到記錄(當然也可以進行再制作)，所述象差最好大于零。
另一方面，在此實施例中，對于第2n分表面(第二分表面Sd2或第四分表面Sd4)在垂直于光軸方向的中心位置，第2n分表面法線與光軸間的夾角與應當大于插入在第(2n-1)分表面(第一分表面Sd1或第三分表面Sd3)與第(2n+1)分表面(第三分表面Sd3或第五分表面Sd5)之間表面的法線與光軸間的夾角。由此既可以滿意地再現第一光盤也可以滿意地再現第二光盤。另外，在此實施例中，因為t2＞t1且NA1＞NA2，所以第2n分表面法線與光軸間的夾角與應當大于插入在第(2n-1)分表面與第(2n+1)分表面之間表面的法線與光軸間的夾角，但是在t2＜t1且NA1＞NA2的情況下，應當使其更小。
另外，在本發明的此實施例中，最好以如下方式確定第一分表面Sd1至第(2n+1)分表面，使得對于第2n分表面，即第二分表面Sd2或第四分表面Sd4垂直于光軸方向的近似中心位置，第2n分表面法線與光軸間的夾角與第(2n-1)分表面和第(2n+1)分表面的插入表面(利用非球面方程(1)通過最小二乘法擬合獲得的非球面表面)的法線與光軸間的夾角之間的差別處于0.02°至1.0°的范圍。
此外，如果從前述實施例的另一角度理解本發明的此實施例，則在具有以相對于光軸的同心圓分割其至少一個表面形成的多個分表面(此實施例中為五個分表面)的物鏡16中，如果使通過比第2n分表面(其中n為等于或大于1的自然數)更靠近光軸的第(2n-1)分表面Sd1的光束與通過位于第2n分表面相對光軸的相反側的第(2n+1)分表面Sd3的光束具有近似相同的相位通過既定厚度的透明基片(第一光盤)，并且令通過第(2n-1)分表面和透明基片光束與通過第2n分表面(例如第二分表面Sd2或第四分表面Sd4)沿垂直于光軸方向近似中心位置的光軸一側部分的光束之間的相位差為(ΔnL)π(例如(Δ1L)π或(Δ2L)π(rad)，令通過第(2n+1)分表面和透明基片的光束與通過第2n分表面上述中心位置的與光軸相反一側部分和透明基片的光束之間的相位差為(ΔnH)π(例如(Δ1L)π或(Δ2H)π)(rad)，則建立如下不等式(ΔnH)＞(ΔnL)。在此例中，如前述實施例中一樣，在t1＞t2且NA1＞NA2的情況下，應當建立不等式(ΔnH)＜(ΔnL)；相應地(ΔnH)≠(ΔnL)。
下面從另一角度對此進行說明，第2n分表面(例如第二分表面Sd2或第四分表面Sd4)與第(2n+1)分表面(第三分表面Sd3或第五分表面Sd5)表面梯度的差別大于第2n分表面(例如第二分表面Sd2或第四分表面Sd4)與第(2n-1)分表面(例如第一分表面Sd1或第三分表面Sd3)表面梯度的差別。按上述同樣的方式，依然是在此例中，在t1＞t2且NA1＞NA2的情況下，第2n分表面與第(2n+1)分表面表面梯度的差別小于第2n分表面與第(2n-1)分表面Sd1表面梯度的差別。另外，沿光軸任意位置選取的第(2n-1)分表面和第(2n+1)分表面(例如第一分表面Sd1和第三分表面Sd3，或者第三分表面Sd3和第五分表面Sd5)插入表面的位置與第2n分表面位置的差別，最好關于第2n分表面的近似中心位置非對稱變化。再有，在此例中，該差別最好隨著離開光軸的距離變大。
另外，在此實施例中，物鏡16的折射表面S1分成了五個部分，但是本發明不限于此，也可以將這些分表面設置在會聚光學系統的另一光學元件(例如準直透鏡)上，或者可以設置一個單獨的光學元件。
此外，在此實施例中，在第一分表面Sd1至第五分表面Sd5的各個邊界處設有臺階部分，即表面梯度差別；但是也可以沒有臺階的方式連續形成至少一個邊界來形成分割表面。在另一例中，可以通過例如既定曲率半徑的表面連接分表面之間的邊界而使邊界表面不彎曲。該曲率可以是刻意地或者非刻意地設置的。一個非刻意設置該曲率的例子是其邊界曲率通過處理用于以塑料等形成物鏡16的金屬模來形成。
另外，在此實施例中，在物鏡16朝向光源的折射表面上，第二分表面Sd2和第四分表面Sd4都被設置成由相對光軸的同心圓形成的圓環狀；然而，其形狀并不限于圓環，也可以是開環。另外，第二分表面Sd2和/或第四分表面Sd4可以由全息或菲涅爾透鏡制成。而且，在第二分表面Sd2由全息圖制成的情況下，通過將原始光束分成零級光束和一級光束而形成的光束之一被用于再現第一光盤，而另一光束被用于再現第二光盤。此時，用于再現第二光盤的光束的光通量最好大于用于再現第一光盤的光束的光通量。
再有，在此實施例中，通過滿足如下全部兩個條件達到獲得滿意的來自第二光盤的再現信號，當再現第一光盤時(即當光束通過厚度為t1的透明基片時)，通過第一分表面Sd1和通過第三分表面Sd3的光束的最佳波前象差為0.07λ1rms或者優選為0.05λ1rms(其中λ1(nm)為再現第一光盤時所用光源的波長)；當再現第二光盤時(即當光束通過厚度為t2的透明基片時)，通過第一分表面Sd1的光束的最佳波前象差為0.07λ2rms或者優選為0.05λ2rms(其中λ2(nm)為再現第二光盤時所用光源的波長)。
在迄今詳細描述的各實施例中，將第一分表面設計成包含光軸；然而，因為光軸周圍非常窄的區域不怎么影響光束的會聚，所以上述不實際影響光束會聚的光軸周圍非常窄的區域可以允許是平面的、凸出的、或者凹進的。關鍵在于用以再現第二光盤的分表面設置在NA2附近并且使比其(即光軸附近)更靠近光軸的表面區域作為第一分表面。
另外，在迄今所作的說明中，僅解釋了對光盤中所記錄信息的再現；然而對光盤中信息的記錄在會聚光學系統所會聚光斑的重要性方面與此十分相似，不用說，上述各實施例可以有效地用于記錄。
此外，根據上述的各實施例，可以實現對聚焦誤差信號S形特性的改善。
下面，將參照圖7說明考慮使光束的相位偏移，以便盡可能增強在光學信息記錄載體的信息記錄平面上所形成光斑的光強。下面的說明同樣適用于上述具有三個分表面的透鏡的實施例以及具有五個分表面的透鏡的實施例。
圖7(a)表示采用第一光源(波長λ1)對第一光學信息記錄載體進行讀取或記錄時的曲線圖，其中橫坐標表示上述物鏡的第一非球面的第二分表面根據所述非球面方程延伸至光軸上和光軸的交點與第二表面(與第一非球面表面相對的表面，可以是非球面或球面)之間在光軸上的距離di′，縱坐標表示束斑的峰值強度比。另外，圖7(b)表示采用第二光源(波長λ2)對第二光學信息記錄載體進行讀取或記錄時的曲線圖，其中橫坐標表示上述物鏡的第二分表面根據所述非球面方程延伸至光軸上和光軸的交點與第二表面之間在光軸上的距離di′，縱坐標表示束斑的峰值強度比。
第一光學信息記錄載體的第一信息記錄平面上會聚光束，也即第一信息記錄平面上光斑的峰值強度比等于或大于0.9時的di′范圍在圖7(a)中以箭頭標記表示。另外，第二光學信息記錄載體的第二信息記錄平面上會聚光束，也即第二信息記錄平面上光斑的峰值強度比等于或大于0.8時的di′范圍在圖7(b)中以箭頭標記表示。
通過將di確定在使得圖7(a)曲線中的峰值強度等于或大于0.9的di′范圍與圖7(b)曲線中的峰值強度等于或大于0.8的di′范圍互相重疊的范圍內，也即在圖7(a)和圖7(b)箭頭標記重疊的di′范圍內，可以既在第一光學信息記錄平面的情況下也在第二光學信息記錄平面的情況下在其信息記錄平面上形成高光強光斑。另外，還可以減小光斑的直徑(確定為光強相對于最大中心光強變為e-2的位置)。更優選將di′確定在使得圖7(a)曲線中的峰值強度大于0.95的di′范圍與圖7(b)曲線中的峰值強度大于0.9的di′范圍互相重疊的范圍內。也即，優選在第一光學信息記錄載體時其峰值強度比大于0.95并且在第二光學信息記錄載體時其峰值強度比大于0.9。
另外，為了盡可能提高光學信息記錄載體的信息記錄平面上所形成光斑的光強，還可以滿足下列等式和不等式(1)-(6)W1-W2＝mλ1-δ (1)，|m|≤10(m為包括零的整數) (2)，0≤δ≤0.34λ1(3)，W3-W4＝mλ2-δ (4)，|m|≤10(m為包括零的整數) (5)，0≤δ≤0.34λ2(6)，其中W1為采用第一光束時其較大數值孔徑NA的邊界臺階部分的波前象差量，W2為采用第一光束時其較小數值孔徑NA的邊界臺階部分的波前象差量，λ1為第一光束的波長，W3為采用第二光束時其較大數值孔徑NA的邊界臺階部分的波前象差量，W4為采用第二光束時其較大數值孔徑NA的邊界臺階部分的波前象差量，λ2為第二光束的波長。
更優選滿足下列不等式(3)′和(6)′，以替代(3)和(6)0≤δ≤0.25λ1(3)′0≤δ≤0.25λ2(6)′.
另外，也可以滿足下列不等式(3)＂和(6)＂以替代(3)′和(6)′0≤δ≤0.34λ1(3)＂，0≤δ≤0.34λ2(6)＂.
另外，W1、W2、W3、和W4最好是第一分表面與第二分表面之間邊界處所產生的邊界臺階部分的波前象差值；然而，它們也可以是第二分表面與第三分表面之間邊界處所產生的邊界臺階部分的波前象差值。圖8(a)和圖8(b)利用波前象差圖表示W1、W2、W3、和W4為第一分表面與第二分表面之間邊界處所產生邊界臺階部分的波前象差值時的波前象差曲線。
此外，更為優選的是既在W1、W2、W3、和W4為第一分表面與第二分表面之間邊界處所產生邊界臺階部分的波前象差值的情況下，也在W1、W2、W3、和W4為第二分表面與第三分表面之間邊界處所產生邊界臺階部分的波前象差值的情況下，同時滿足上述的等式和不等式。
為了從透鏡角度理解本發明，可以采用下述透鏡
一種具有非球面的物鏡，用于光學頭裝置中，所述物鏡包括一個光學表面，具有第一分表面、第二分表面、和第三分表面，第二分表面比第一分表面更遠離光軸且第三分表面比第二分表面更遠離光軸，其中當物鏡將通過第一分表面的第一光束以及通過第三分表面的第三光束會聚在彼此一致或近似一致的位置時，所述位置之一為第一成象位置，物鏡將通過第二分表面的第二光束會聚在一個第二成象位置，第二成象位置離開第一成象位置4μm至40μm的距離并且比第一成象位置更靠近物鏡，并且其中根據所述非球面方程延伸至光軸的所述第二分表面和光軸的交點與第二表面之間在光軸上的距離被確定為使得會聚在第一光學信息記錄載體的第一信息記錄平面上的第一光束的峰值強度比等于或大于0.9，并且會聚在第二光學信息記錄載體的第二信息記錄平面上的第二光束的峰值強度比等于或大于0.8。
另外，可以采用下述的透鏡一種具有非球面的物鏡，用于光學頭裝置中，所述物鏡包括一個光學表面，具有第一分表面、第二分表面、和第三分表面，第二分表面比第一分表面更遠離光軸且第三分表面比第二分表面更遠離光軸，其中當物鏡將通過第一分表面的第一光束以及通過第三分表面的第三光束會聚在第一成象位置時，物鏡將通過第二分表面的第二光束會聚在第二成象位置，第二成象位置比第一成象位置更靠近物鏡，并且其中根據所述非球面方程延伸至光軸的所述第二分表面和光軸的交點與第二表面之間在光軸上的距離被確定為使得會聚在第一光學信息記錄載體的第一信息記錄平面上的第一光束的峰值強度比等于或大于0.9，并且會聚在第二光學信息記錄載體的第二信息記錄平面上的第二光束的峰值強度比等于或大于0.8。
當然，該物鏡最好滿足上述的一般等式和不等式(1)-(8)。另外，該透鏡最好由塑料制成，但是也可以由玻璃材料制成。另外，還可以通過設置不同于物鏡的光學元件作為移相裝置來實現上述條件。
此外，作為其中設有上述光學頭裝置的光學信息記錄載體再現或記錄裝置，可以是DVD/CD播放機，DVD/CD/CD-R播放機，DVD/CD/CD-RW播放機，DVD/LD播放機，DVD/DVD-RAM/CD/CD-R播放機等。但是并不限于這些。另外，這些光學信息記錄載體再現或記錄裝置除光學頭裝置外還具有電源、旋轉電機等。再有，權利要求6中所述“具有厚度為t3的第三透明基片的第三光學信息記錄載體”為一種假想的光學信息記錄載體，表示通過第二分表面的光束對于t1與t2之間的厚度校正其衍射限內的象差。
“實際的例子”采用圖1中所示的光學頭，可以實現下面的實例。
在圖2所示的實施例中，物鏡是一種特別的物鏡，其中折射表面S1由多個以同心圓分割該表面S1的環形區Sd1、Sd2、和Sd3構成；另外，針對波長不同的多個光源和厚度不同的多種透明基片，所述環形區中的第一環形區和第三環形區對于短波長和薄基片校正衍射限內的象差，第二環形區對于長波長和厚基片或薄基片與厚基片之間的中間基片校正衍射限內的象差。
下表表示一個實際的例子，由在中心部分的第一環形區、比第一環形區更遠離光軸的第二環形區、以及離光軸最遠的第三環形區所構成，其象差曲線由圖9表示。波長λ(nm) 635 780焦距(mm) 3.36 3.39所需數值孔徑NA 0.60 0.45表面 ridi di′ni ni′1 2.114 2.2001.5383 1.53372 -7.9631.7571.401 1.00 1.003 ∞0.6601.200 1.58 1.584 ∞在上表中，在處理CD的情況下，其數據加上(′)。
圖9(a)表示當該裝置處理DVD時是如何校正象差的；除了NA＝0.45附近的第二環形區之外，其象差在衍射限內得以校正。圖9(b)表示該裝置處理CD時的象差；第一環形區和第二環形區在CD記錄平面上都形成有衍射限內的光斑，前者緣自焦深，后者緣自產生的球差。各個環形區的非球面數據如下非球面數據第二表面(折射表面)第一非球面0≤H＜1.279 (第一環形區)1.532≤H(第三環形區)K＝-0.97700A1＝0.63761×10-3P1＝3.0A2＝0.36688×10-3P1＝4.0A3＝0.83511×10-2P1＝5.0A4＝-0.63761×10-2P1＝6.0A5＝0.63761×10-3P1＝8.0A6＝-0.63761×10-4P1＝10.0第二非球面1.279≤H＜1.532(第二環形區)d2＝2.1995K＝-0.11481×10A1＝0.70764×10-2P1＝3.0A2＝-0.13388×10-1P1＝4.0A3＝0.24084×10-1P1＝5.0A4＝-0.97636×10-2P1＝6.0A5＝0.93136×10-3P1＝8.0A6＝-0.68008×10-4P1＝10.0第三表面(折射表面)K＝-0.24914×102A1＝0.13775×10-2P1＝3.0A2＝-0.41269×10-2P1＝4.0A3＝0.21236×10-1P1＝5.0A4＝-0.13895×10-1P1＝6.0A5＝0.16631×10-2P1＝8.0A6＝-0.12138×10-3P1＝10.0物鏡的厚度di′表示根據所述非球面方程延伸至光軸的第二環形區和光軸的交點與第三表面之間的光軸上的距離。
在圖中，第二環形區的寬度設定為從NAL至NAH，其中NAH略大于CD所需的數值孔徑NA2，即1.279-1.532。
另外，所述非球面表面根據下式得出X=H2/r1+1-(1+κ)(H/r)2+ΣjAjHPj]]>其中X為沿光軸方向的軸，H為沿垂直于光軸方向的軸，光束前進方向為正，r為傍軸曲率半徑，K為圓錐系數，Aj為非球面系數，Pj為非球面表面的冪數(Pj≥3)。
對于以此方式校正的物鏡的波前，由于球差以及折射表面之間的位置偏移，產生光程的差別。因此，光斑的光強受到通過各環形區光束會聚點處相位差異的強烈影響。例如，如果其相位差為波長的整數倍，則通過各區域的光束彼此加強，但是如果為波長的一半，則彼此減弱。
通過適當選擇di′對光程差進行調節；在圖10中，畫出了波長645nm光束與波長780nm光束的峰值強度比如何隨di′的變化而變化。選擇di′使得兩個波長都有高的峰值強度，或者選擇di′使該兩個波長的峰值強度一高一低，可以自由地加以確定。
另外，在該圖中，畫出了di′從2.197至2.201的范圍；然而，根據該周期性，不用說，在圖中所示范圍之外的范圍也可以選擇上述相同干涉條件的位置。另外，最好滿足下式0≤di-di′≤0.003其中di為第一分表面和光軸交點與第二表面之間在光軸上的距離。di′為第二表面與根據非球面形狀從第二分表面延伸的直線的交點之間在光軸上的距離。
圖1中所示實施例的上述數據以及波前象差表示在圖11中。圖11(a)表示該裝置處理DVD時的象差，圖11(b)表示其處理CD時的象差。
在圖11(b)中，在di′為2.1979的情況下通過第一環形區的光束與通過第二環形區的光束相比具有大約兩個波長的相位差，因此這兩個光束在會聚點處干涉相長，即使其象差曲線存在不連續點。其峰值強度比對于DVD大于0.9，對于CD大于0.8。
另外，當該裝置處理DVD時，通過第二環形區的光束在該光錐內光束之間具有很大的相位差，其相位差為大約三個波長，因而有助于增強峰值強度，盡管對光斑強度的影響與該裝置處理CD的情況相比較小。
本發明光學頭裝置的會聚光學系統以如上所述的單個會聚光學系統進行記錄和再現；因此，不存在諸如光學系統結構復雜，所用部件數量增加，以及性能降低等問題；從而可以獲得具有高精度低成本的光學系統。而且，可以獲得高光強的光斑，并且可以減小光斑的尺寸。
技術人員可以在不偏離本發明精神的情況下對所公開的實施例進行改變。
權利要求
1.一種光學頭裝置，用于從各具有不同厚度透明基片的多種光學信息記錄載體之一再現信息，或者向所述多種光學信息記錄載體之一上記錄信息，包括第一光源，用于發出波長為λ1的第一光束；第二光源，用于發出波長為λ2的第二光束，其中λ2大于λ1；會聚光學系統，包括一個具有光軸、第一非球面表面和第二表面的物鏡，和圖像傳感器，其中所述第一非球面表面具有第一分表面、第二分表面、和第三分表面，第二分表面比第一分表面更遠離光軸且第三分表面比第二分表面更遠離光軸，其中第一分表面和第三分表面可以將第一光束會聚在具有厚度為t1的第一透明基片的第一光學信息記錄載體的第一信息記錄平面上，使記錄在第一光學信息記錄載體上的信息得以再現，或者將信息記錄在第一光學信息記錄載體上，其中第一分表面和第二分表面可以將第二光束會聚在具有厚度為t2的第二透明基片的第二光學信息記錄載體的第二信息記錄平面上，使記錄在第二光學信息記錄載體上的信息得以再現，或者將信息記錄在第二光學信息記錄載體上，其中t2大于t1，其中圖像傳感器可以接收從第一信息記錄平面或第二信息記錄平面反射的光束，其中第二表面與根據非球面公式從第二分表面延伸的直線和光軸的交點之間在光軸上的距離以如下方式確定，使會聚在第一光學信息記錄載體的第一信息記錄平面上的第一光束的峰值強度比不小于0.9，并且會聚在第二光學信息記錄載體的第二信息記錄平面上的第二光束的峰值強度比不小于0.8。
2.如權利要求1所述的光學頭裝置，其中所述第一光學信息記錄載體和所述第二光學信息記錄載體為光盤。
3.如權利要求1所述的光學頭裝置，其中t1為0.6mm，t2為1.2mm。
4.如權利要求3所述的光學頭裝置，其中第一透明基片的折射率為1.58，第二透明基片的折射率為1.58。
5.如權利要求1所述的光學頭裝置，其中λ1為610nm至680nm，λ2為740nm至810nm。
6.如權利要求1所述的光學頭裝置，其中第二分表面可以將第二光束會聚在具有厚度為t3的第三透明基片的第三光學信息記錄載體的第三信息記錄平面上，使第三信息記錄平面上的波前象差不大于0.07λrms，其中t3大于t1且小于t2。
7.如權利要求1所述的光學頭裝置，其中第一分表面和第三分表面可以將第一光束會聚在第一光學信息記錄載體的第一信息記錄平面上，使第一信息記錄平面上的波前象差不大于0.07λ1rms。
8.如權利要求1所述的光學頭裝置，其中第一分表面可以將第二光束會聚在第二光學信息記錄載體的第二信息記錄平面上，使得第二信息記錄平面上的最優化波前象差不大于0.07λ2rms。
9.如權利要求1所述的光學頭裝置，其中當第一分表面和第三分表面將第一光束會聚在一個第一成象位置時，第二分表面將第一光束會聚在一個第二成象位置，第二成象位置不同于第一成象位置，并且比第一成象位置更靠近會聚光學系統。
10.如權利要求1所述的光學頭裝置，其中第二分表面為以光軸為圓心的環形。
11.如權利要求1所述的光學頭裝置，其中該光學頭裝置還包括一個驅動部件，用于沿光軸的方向驅動物鏡，使得第一分表面和第三分表面將第一光束會聚在第一光學信息記錄載體的第一信息記錄平面上，并且第一分表面和第二分表面將第二光束會聚在第二光學信息記錄載體的第二信息記錄平面上。
12.如權利要求1所述的光學頭裝置，其中所述物鏡在第一分表面與第二分表面之間的邊界處或者在第二分表面與第三分表面的邊界處具有一個臺階。
13.如權利要求12所述的光學頭裝置，其中所述第二表面也具有一個臺階。
14.如權利要求1所述的光學頭裝置，其中第一非球面表面更靠近光源。
15.如權利要求1所述的光學頭裝置，其中第一非球面表面更靠近光學信息記錄載體。
16.如權利要求12所述的光學頭裝置，其中物鏡的第二分表面相對于物鏡的第一分表面凹進。
17.如權利要求1所述的光學頭裝置，其中所述物鏡在第一分表面與第二分表面之間的邊界處具有第一臺階，并且在第二分表面與第三分表面的邊界處具有第二臺階，第二臺階的深度大于第一臺階的深度。
18.如權利要求1所述的光學頭裝置，其中該物鏡還具有第四分表面和第五分表面，第四分表面比第三分表面更遠離光軸，第五分表面比第四分表面更遠離光軸。
19.如權利要求1所述的光學頭裝置，其中物鏡的第二分表面包括全息或菲涅爾透鏡。
20.如權利要求1所述的光學頭裝置，其中該物鏡由塑料制成。
21.如權利要求9所述的光學頭裝置，其中準直光束入射至物鏡。
22.如權利要求9所述的光學頭裝置，其中發散光束入射至物鏡。
23.如權利要求1所述的光學頭裝置，其中NA2表示用于對第二光學信息記錄載體再現信息或記錄信息所需的數值孔徑，NAL表示第一分表面與第二分表面之間邊界處的數值孔徑，滿足下式0.6(NA2)＜NAL＜1.1(NA2).
24.如權利要求1所述的光學頭裝置，其中NAH表示第二分表面與第三分表面之間邊界處的數值孔徑，NAL表示第一分表面與第二分表面之間邊界處的數值孔徑，滿足下式0.01＜NAH-NAL＜1.2.
25.如權利要求1所述的光學頭裝置，其中di表示第二表面與第一分表面和光軸交點之間在光軸上的距離，di′表示第二表面與根據所述非球面形狀從第二分表面延伸的直線和光軸的交點之間在光軸上的距離，滿足下式0≤di-di′≤0.003.
26.一種光學頭裝置，用于從各具有不同厚度透明基片的多種光學信息記錄載體之一再現信息，或者向所述多種光學信息記錄載體之一上記錄信息，包括第一光源，用于發出波長為λ1的第一光束；第二光源，用于發出波長為λ2的第二光束，其中λ2大于λ1；會聚光學系統，具有光軸、第一部分、第二部分和第三部分，第二部分比第一部分更遠離光軸且第三部分比第二部分更遠離光軸，和圖像傳感器，其中第一部分和第三部分可以將第一光束會聚在具有厚度為t1的第一透明基片的第一光學信息記錄載體的第一信息記錄平面上，使得記錄在第一光學信息記錄載體上的信息得以再現或者將信息記錄在第一光學信息記錄載體上，其中第一部分和第二部分可以將第二光束會聚在具有厚度為t2的第二透明基片的第二光學信息記錄載體的第二信息記錄平面上，使得記錄在第二光學信息記錄載體上的信息得以再現或者將信息記錄在第二光學信息記錄載體上，其中t2大于t1，其中圖像傳感器可以接收從第一信息記錄平面或第二信息記錄平面反射的光束，并且其中波前象差或者在第一部分與第二部分之間的邊界處或者在第二部分與第三部分之間的邊界處具有一個臺階部分，滿足下列條件W1-W2＝mλ1-δ|m|≤10(m為包括零的整數)0≤δ＜0.34λ1W3-W4＝mλ2-δ|m|≤10(m為包括零的整數)0≤δ＜0.34λ2其中W1為采用第一光束時在所述臺階部分邊界處較大數值孔徑NA一側的波前象差量，W2為采用第一光束時在所述臺階部分邊界處較小數值孔徑NA一側的波前象差量，λ1為第一光束的波長，W3為采用第二光束時在所述臺階部分邊界處較大數值孔徑NA一側的波前象差量，W4為采用第二光束時在所述臺階部分邊界處較小數值孔徑NA一側的波前象差量，λ2為第二光束的波長。
27.如權利要求26所述的光學頭裝置，其中滿足下列條件0＜δ＜0.34λ10＜δ＜0.34λ2
28.如權利要求26所述的光學頭裝置，其中滿足下列條件0≤δ＜0.25λ10≤δ＜0.25λ2
29.如權利要求26所述的光學頭裝置，其中所述第一光學信息記錄載體和所述第二光學信息記錄載體為光盤。
30.如權利要求26所述的光學頭裝置，其中t1為0.6mm，t2為1.2mm。
31.如權利要求3所述的光學頭裝置，其中第一透明基片的折射率為1.58，第二透明基片的折射率為1.58。
32.如權利要求26所述的光學頭裝置，其中λ1為610nm至670nm，λ2為740nm至870nm。
33.如權利要求26所述的光學頭裝置，其中第二部分可以將第二光束會聚在具有厚度為t3的第三透明基片的第三光學信息記錄載體的第三信息記錄平面上，使得第三信息記錄平面上的波前象差不大于0.07λrms，其中t3大于t1且小于t2。
34.如權利要求26所述的光學頭裝置，其中第一部分和第三部分可以將第一光束會聚在第一光學信息記錄載體的第一信息記錄平面上，使得第一信息記錄平面上的波前象差不大于0.07λrms。
35.如權利要求26所述的光學頭裝置，其中第一部分可以將第二光束會聚在第二光學信息記錄載體的第二信息記錄平面上，使得第二信息記錄平面上的最優化波前象差不大于0.07λrms。
36.如權利要求26所述的光學頭裝置，其中當第一部分和第三部分將光束會聚在第一成象位置時，第二部分將光束會聚在第二成象位置，第二成象位置不同于第一成象位置，并且比第一成象位置更靠近會聚光學系統。
37.如權利要求26所述的光學頭裝置，其中第二部分為以光軸為圓心的環形。
38.如權利要求26所述的光學頭裝置，其中該會聚光學系統包括一個具有所述光軸、所述第一部分、所述第二部分和所述第三部分的物鏡。
39.如權利要求38所述的光學頭裝置，其中該光學頭裝置還包括一個驅動部件，用于沿光軸的方向驅動所述物鏡，使得第一部分和第三部分將光束會聚在第一光學信息記錄載體的第一信息記錄平面上，并且第一部分和第二部分將光束會聚在第二光學信息記錄載體的第二信息記錄平面上。
40.如權利要求38所述的光學頭裝置，其中所述物鏡在第一部分與第二部分之間的邊界處或者在第二部分與第三部分的邊界處具有一個臺階。
41.如權利要求40所述的光學頭裝置，其中所述物鏡在其兩個表面都有臺階。
42.如權利要求40所述的光學頭裝置，其中所述臺階設置在更靠近物鏡光源的折射表面上。
43.如權利要求40所述的光學頭裝置，其中所述臺階設置在更靠近光學信息記錄載體的折射表面上。
44.如權利要求38所述的光學頭裝置，其中物鏡的第二部分相對于物鏡的第一部分凹進。
45.如權利要求38所述的光學頭裝置，其中所述物鏡在第一部分與第二部分之間的邊界處具有第一臺階，并且在第二部分與第三部分的邊界處具有第二臺階，第二臺階的深度大于第一臺階的深度。
46.如權利要求38所述的光學頭裝置，其中該物鏡還具有第四部分和第五部分，第四部分比第三部分更遠離光軸，第五部分比第四部分更遠離光軸。
47.如權利要求38所述的光學頭裝置，其中物鏡的第二部分包括全息或菲涅爾透鏡。
48.如權利要求38所述的光學頭裝置，其中該物鏡由塑料制成。
49.如權利要求38所述的光學頭裝置，其中準直光束入射至物鏡。
50.如權利要求38所述的光學頭裝置，其中發散光束入射至物鏡。
51.如權利要求26所述的光學頭裝置，其中所述會聚光學系統包括一個具有所述光軸、所述第一部分、所述第二部分和所述第三部分的不包括物鏡的光學元件。
52.如權利要求26所述的光學頭裝置，其中NA2表示用于對第二光學信息記錄載體再現信息或記錄信息所需的數值孔徑，NAL表示第一分表面與第二分表面之間邊界處的數值孔徑，滿足下式0.6(NA2)＜NAL＜1.1(NA2).
53.如權利要求26所述的光學頭裝置，其中NAH表示第二分表面與第三分表面之間邊界處的數值孔徑，NAL表示第一分表面與第二分表面之間邊界處的數值孔徑，滿足下式0.01＜NAH-NAL＜1.2.
54.如權利要求26所述的光學頭裝置，其中di表示第二表面與第一分表面和光軸交點之間在光軸上的距離，di′表示第二表面與根據所述非球形表面形狀從第二分表面延伸的直線和光軸的交點之間在光軸上的距離，滿足下式0≤di-di′＜0.003.
55.一種光學信息記錄載體再現或記錄裝置，用于從各具有不同厚度透明基片的多種光學信息記錄載體之一再現信息，或者向所述多種光學信息記錄載體之一上記錄信息，包括一個光學頭裝置，它包括第一光源，用于發出波長為λ1的第一光束；第二光源，用于發出波長為λ2的第二光束，其中λ2大于λ1；會聚光學系統，包括一個具有光軸、第一非球面表面和第二表面的物鏡，和圖像傳感器，其中所述第一非球面表面具有第一分表面、第二分表面、和第三分表面，第二分表面比第一分表面更遠離光軸，且第三分表面比第二分表面更遠離光軸，其中第一分表面和第三分表面可以將第一光束會聚在具有厚度為t1的第一透明基片的第一光學信息記錄載體的第一信息記錄平面上，使記錄在第一光學信息記錄載體上的信息得以再現，或者將信息記錄在第一光學信息記錄載體上，其中第一分表面和第二分表面可以將第二光束會聚在具有厚度為t2的第二透明基片的第二光學信息記錄載體的第二信息記錄平面上，使記錄在第二光學信息記錄載體上的信息得以再現，或者將信息記錄在第二光學信息記錄載體上，其中t2大于t1，其中圖像傳感器可以接收從第一信息記錄平面或第二信息記錄平面反射的光束，其中第二表面與根據非球面公式從第二分表面延伸的直線和光軸的交點之間在光軸上的距離以如下方式確定，使會聚在第一光學信息記錄載體的第一信息記錄平面上的第一光束的峰值強度比不小于0.9，并且會聚在第二光學信息記錄載體的第二信息記錄平面上的第二光束的峰值強度比不小于0.8。
56.一種光學信息記錄載體再現或記錄裝置，用于從各具有不同厚度透明基片的多種光學信息記錄載體之一再現信息，或者向所述多種光學信息記錄載體之一上記錄信息，包括光學頭裝置，包括第一光源，用于發出波長為λ1的第一光束；第二光源，用于發出波長為λ2的第二光束，其中λ2大于λ1；會聚光學系統，具有光軸、第一部分、第二部分和第三部分，第二部分比第一部分更遠離光軸且第三部分比第二部分更遠離光軸，和圖像傳感器，其中第一部分和第三部分可以將第一光束會聚在具有厚度為t1的第一透明基片的第一光學信息記錄載體的第一信息記錄平面上，使記錄在第一光學信息記錄載體上的信息得以再現，或者將信息記錄在第一光學信息記錄載體上，其中第一部分和第二部分可以將第二光束會聚在具有厚度為t2的第二透明基片的第二光學信息記錄載體的第二信息記錄平面上，使記錄在第二光學信息記錄載體上的信息得以再現，或者將信息記錄在第二光學信息記錄載體上，其中t2大于t1，其中圖像傳感器可以接收從第一信息記錄平面或第二信息記錄平面反射的光束，并且其中波前象差在第一部分與第二部分之間的邊界處有一臺階部分，滿足下列條件W1-W2＝mλ1-δ|m|≤10(m為包括零的整數)0≤δ≤0.34λ1W3-W4＝mλ2-δ|m|≤10(m為包括零的整數)0≤δ≤0.34λ2其中W1為采用第一光束時在所述臺階部分邊界處較大數值孔徑NA一側的波前象差量，W2為采用第一光束時在所述臺階部分邊界處較小數值孔徑NA一側的波前象差量，λ1為第一光束的波長，W3為采用第二光束時在所述臺階部分邊界處較大數值孔徑NA一側的波前象差量，W4為采用第二光束時在所述臺階部分邊界處較小數值孔徑NA一側的波前象差量，λ2為第二光束的波長。
57.一種用于光學頭的會聚光學系統，其中光學頭用于對透明基片厚度彼此不同的至少兩種光學信息記錄載體記錄信息和再現信息，該會聚光學系統包括兩個波長不同的激光源；一個會聚光學系統，具有一個用于會聚來自所述光源的激光束的物鏡；和一個感光元件，用于探測所述記錄平面反射的光束，所述光學系統包括用于將會聚光學系統的光束從光軸附近向外在環形區域分成三個光束的裝置，該三個光束從光軸附近向外稱作第一、第二和第三光束，其中第一光束用于透明基片厚度不同的所有記錄載體，第二光束主要用于厚透明基片的記錄載體，第三光束主要用于薄透明基片的記錄載體，其中所述三個光束至少其一的相位相對其它光束加以偏移，使得對于波長和厚度不同的所述兩種記錄載體其光斑強度得以提高。
58.如權利要求57所述的用于光學頭的會聚光學系統，其中物鏡上設有多個分割成同心圓的環形區，各個環形區針對波長不同的多個光源以及厚度不同的透明基片加以校正，使得第一和第三環形區針對短波長和薄基片校正衍射限內的象差，第二環形區針對長波長和厚基片或厚度在所述厚基片與薄基片之間的基片校正衍射限內的象差，并且其中在產生相移時，通過相對于其它環形區調整各環形區的折射表面在光軸上的位置，使各光束產生既定的相移。
全文摘要
一種光學頭裝置,用于從多種光學信息記錄載體之一再現信息,設有第一光源;第二光源;和一個具有第一非球面表面和第二表面的物鏡,第一非球面表面具有第一分表面,其中第二表面與根據非球面公式從第二分表面延伸的直線和光軸的交點之間在光軸上的距離以如下方式確定,使會聚在第一光學信息記錄載體的第一信息記錄平面上的第一光束的峰值強度比不小于0.9,并且會聚在第二光學信息記錄載體的第二信息記錄平面上的第二光束的峰值強度比不小于0.8。
文檔編號G11B7/135GK1241726SQ99109720
公開日2000年1月19日 申請日期1999年6月3日 優先權日1998年6月3日
發明者山崎敬之 申請人:柯尼卡株式會社