CN1118803C - 光学透镜、光学头装置及光盘装置 - Google Patents

Abstract

一种复合物镜包括用来没有任何衍射地透射一部分入射光以形成一束透射光并衍射其余部分入射光以形成一束一级衍射光的全息图透镜，及用来会聚透射光以便在薄型第一信息媒体的前表面上形成第一聚光点并会聚衍射光以便在厚型第二信息媒体的前表面上形成第二聚光点的物镜。由于全息图透镜对衍射光有选择地起凹透镜的作用，透射光的曲率不同于衍射光的曲率。因而，复合透镜有两个焦点。

Description

光学透境、光学头装置及光盘装置

本发明涉及一种由一个物镜和一个全息图透镜组成的具有两个焦点的复合物镜，一种用复合透镜把光会聚到位于信息媒体不同深度的两个聚光点的成象光学系统，一个用成象光学系统在或从像光盘或光卡那样的光学媒体或磁光媒体之类的信息媒体上记录、复现或擦除信息的光度头(optical head)装置，一种其中设有一系列高密度记录凹坑(pit)和一系列较低密度记录凹坑的光盘，一种用复合物镜在或从光盘上记录或复现信息的光盘装置，一种有两个焦点的其中同时观察画于不同深度的两种图象的双焦点显微镜，以及一种用双焦点显微镜把画于不同深度的两种图象对准的对准装置。

光学存储器技术已经付诸实际使用以便制造一种光盘，其中画出一系列凹坑形成的凹坑图形以便记录信息。光盘用作高密度大容量信息媒体。例如，光盘用作数字音频盘、视频盘、文件档案盘和数据档案盘。为了在光盘上记录信息和从光盘上复现信息，一个从光源发射的光束在成象光学系统中会聚得极小，而会聚得极小的光束经成象光学系统照射到光盘上。因而，光束需要在成象光学系统中以很高的精度可靠地控制。

成象光学系统用于光度头装置，其中附加设置探测系统以便探测从光盘反射的光束强度。光度头装置的基本功能分为，把光束会聚得极小以便形成照射在光盘上的光束的衍射受限(diffraction-limited)微光点的聚光性能，焦点伺服系统中的焦点控制，跟踪伺服系统中的跟踪控制，以及探测通过把光束照射在光盘的凹坑图形上而得到的凹坑信号(或信息信号)。光度头装置的基本功能取决于按照目的和用途光学子系统与光电转换探测过程的组合。确切地说，最近已经提出一种光度头装置，在该装置中利用一个全息光学元件(或全息图)来缩小并减薄光度头装置。

图1是由本发明的发明人提出的日本专利申请1991年第46630号中所提出的常规光度头装置的结构图。

如图1中所示，一种在或从光盘之类的信息媒体12上记录或复现信息的常规光度头装置设有一个半导体激光器之类的光束源13，一个在出射光路中没有任何衍射地透射从光束源13发射的光束L1并在返回光路中衍射反射到信息媒体12上的光束L2的透射型闪耀(blazed)全息图14，一个把经全息图14透射的光束L1会聚到信息媒体12上以便读出信息的物镜15，一个把物镜15连同闪耀全息图14整体移动以便用物镜15把光束L1聚焦于信息媒体12上的执行器16，以及探测在信息媒体12上所反射的光束L2的强度以便复现信息的光电探测器17。

如图2A中所示，闪耀全息图14与物镜15之间的相对位置由固定装置18来固定。或者如图2B中所示，一个闪耀图形可以在物镜15的一侧上形成以便整体地形成带物镜15的闪耀全息图14。

在以上的结构中，从光束源13发射的光束L1(或激光束)照射到闪耀全息图14，而且光束L1主要经闪耀全息图14在出射光路里没有任何衍射地透射。经闪耀全息图14透射的光束L1称为零级衍射光。此后，零级衍射光L1被物镜15会聚到信息媒体12上。在信息媒体12中，由一系列图形凹坑指示的信息被零级衍射光L1记录和读出。此后，带有信息的光束L2沿返回光路向物镜15反射并且射入闪耀全息图14。在闪耀全息图14中，光L2主要被衍射。所衍射的光L2称为一级衍射光。此后，一级衍射光L2被收到光电探测器17中。

在光电探测器17中，探测一级衍射光L2的强度分布。因而，得到一个用执行器16的动作调整物镜15位置的伺服信号。此外，在光电探测器17中探测一级衍射光L2的强度。由于信息媒体12高速旋转，由光L2所照射的图形凹坑变化，以致所探测到的一级衍射光L2的强度变化。因而，通过探测一级衍射光L2的强度变化而得到指示记录在信息媒体12中信息的信息信号。

在以上操作中，光束L1的一部分在光束L1沿出射光路照射到闪耀全息图14时必然在闪耀全息图14中衍射。因而，像一级衍射光和负一级衍射光之类的多余衍射光必然存在。在全息图14不闪耀的情况下，出射光路中的多余衍射光也读出记录于信息媒体12中的信息，而且多余衍射光被不希望地收入光电探测器17。为了防止多余光透射到信息媒体12上，把闪耀全息图制成在其表面形成闪耀全息图形，从而减少收入光电探测器17中的多余光。

此外，由于常规显微镜的物镜只有一个焦点，用常规显微镜只能观察处于物镜的焦深之内的图象。

此外，在像一组III-V复合半导体之类的半导体上形成一个微小电路，以便形成一个微波电路、一个光电探测器或固态激光器。在这种情况下，在半导体制成的样件上涂敷光敏材料。然后，利用对准装置调整样件与覆盖样件的光掩模之间的相对位置，利用曝光装置在曝光处理中用曝光光束通过光掩模给光敏材料曝光以便把画在光掩模上的电路图形转移到光敏材料上。例如，在样件的后侧上画着对准图形而在用常规显微镜同时观察样件的对准图形和光掩模的电路图形时高精度地调整样件和光掩模之间的相对位置。然后，光掩模的电路图形转移到样件的前侧。

在这种情况下，由于只有处于常规显微镜中所用物镜的焦深之内的图象才能用常规显微镜观察，在用常规显微镜同时观察对准图形和电路图形时需要在对准装置中采用具有深焦深的常规显微镜。因而，具有深焦深的常规显微镜的放大率降低。

由于光学系统设计技术的改进和从半导体激光器发射的光的波长的缩短，最近已开发出具有高密度存储容量的光盘。例如，在成象光学系统中会聚在光盘上的光束被缩得直径极小，成象光学系统的光盘侧面处的数值孔径被放大以得到具有高密度存储容量的光盘。在这种情况下，在成象光学系统中出现的象差程度增加，因为系统的光轴从光盘的垂线倾斜。随着数值孔径的加大，象差程度加大。为了防止数值孔径的加大，减薄光盘的厚度是有效的。光盘厚度表示从光盘(或信息媒体)由光束所照射的表面到其上形成一系列图形凹坑的信息记录平面的距离。

图3表示在光轴倾角恒定的条件下光盘厚度与数值孔径之间的关系。

如图3中所示，由于当光盘厚度为1.2mm时数值孔径为0.5，当数值孔径增大到0.6时把光盘厚度减薄到0.6mm是有效的。在这种情况下，即使在光轴倾角不变的条件下数值孔径加大，象差程度也不加大。因而，最好减薄光盘的厚度以得到具有高密度存储容量的光盘。

因此，预计未来的具有高密度存储容量的光盘厚度变得薄于现在市场上出现的紧致盘CD(compact disk)之类的现有光盘。例如，CD的厚度约为1.2mm，而未来的光盘厚度预计从0.4mm至0.8mm不等。在这种情况下，需要用光度头系统在或从光盘上记录或复现信息而不论光盘究竟是现有的还是未来的具有高密度存储容量的光盘。就是说，需要一种具有成象光学系统的光度头装置，在该成象光学系统中，光束在衍射极限内会聚在光盘上而不管光盘是厚还是薄。

然而，在常规的光度头装置中，一段信息仅在或从具有固定厚度的光盘上记录或复现。例如，在信息媒体12的厚度偏离正常范围大约±0.1mm以上的情况下，当光度头装置11工作时出现球面象差之类的象差。因而，信息的记录或复现是不可能的。因此，在常规技术中存在一个缺点，即无法制造这样一种光度头装置，在该装置中，在或从光盘上记录或复现一段信息，不论光盘究竟是现有光盘还是未来具有高密度存储容量的光盘。

此外，在传统的显微镜中还存在着一个问题。就是说，由于传统显微镜的物镜只有一个焦点，而且用传统显微镜只能观察处于物镜的焦深之内的图象，传统显微镜的放大率与在光轴方向上的观察范围处于矛盾关系。因而，存在着一个缺点，即不可能以高放大率在光轴方向上在很宽的观察范围内观察图象。

此外，在对准设备中还存在着一个问题。就是说，当在对准图形画在样件的后侧之后把画在光掩模上的电路图形向样件的前侧转移时，通过用具有深焦深和低放大率的常规显微镜同时观察光掩模的电路图形和样件的对准图形来实现光掩模与样件的对准。因而，因为常规显微镜放大率低，存在着不可能以5μm以内的高精度把光掩模与样件对准的问题。

本发明的第一个目的在于，充分考虑到这样一种具有一个焦点的常规物镜的缺点，提供一种具有两个焦点的复合物镜。

本发明的第二个目的在于提供一种带有复合物镜的成象光学系统，在该系统中，经复合物镜透射的光以衍射极限会聚在位于信息媒体的不同深度的两个聚光点。

本发明的第三个目的在于提供一种带有成象光学系统的光度头装置，在该装置中，从或在借助于成象光学系统的作用聚光于其上的信息媒体的聚光点之一记录、复现或擦除信息。

本发明的第四个目的在于提供一种高密度光盘，在该光盘中形成一系列第一记录凹坑，以便在薄基片上以高密度记录诸信息段。

本发明的第五个目的在于提供一种光盘装置，在该装置中，用复合物镜在或从光盘上记录或复现信息，不论究竟是在或从薄的高密度光盘还是在或从普通厚度的常规光盘上记录或复现表示诸信息段的一系列记录凹坑。

本发明的第六个目的在于提供具有两个焦点的双焦点显微镜，在这种显微镜中，同时观察到画在不同深度上的两种图象。

本发明的第七个目的在于提供一种对准装置，在该装置中，用双焦点显微镜把画在不同深度上的两种图象对准。

本发明的第八个目的在于提供一种用光度头装置把光聚焦在信息媒体上的聚焦方法。

本发明的第九个实施例在于提供一种用来复现记录在薄的高密度光盘上的记录信息段的信息复现方法。

第一个目的通过设置一种具有两个焦点的复合物镜来实现，该复合物镜包括：

用来没有任何衍射地透射部分入射光以形成一束透射光并衍射其余部分入射光以形成一束衍射光的全息图装置，全息图装置对于衍射光起透镜的作用以便从全息图装置发散衍射光或会聚该衍射光；以及

用来会聚在全息图装置中形成的透射光以便在第一焦点处形成第一聚光点并会聚在全息图装置中形成的衍射光以便在第二焦点处形成第二聚光点的透镜装置，第二焦点与第一焦点不同。

在以上结构中，一部分入射光没有任何衍射地经全息图装置透射。因而，形成一束从全息图装置不发散或不会聚的透射光。此后，透射光被透镜装置折射和会聚，以致透射光在位于第一焦点处的第一聚光点上聚焦。

与此不同，入射光的其余部分被全息图装置衍射。因而，形成从全息图透镜或聚光镜发散的一级衍射光束之类的衍射光束。此后，衍射光被透镜装置折射和会聚，以致衍射光在位于第二焦点处的第二聚光点上聚焦。

在这种情况下，由于透射光的传播方向与衍射光的传播方向不同，所以用于透射光的复合物镜的第一焦点与用于衍射光的复合物镜的第二焦点不同。因而，复合物镜有两个焦点，而经复合物镜透射的光会聚在两个聚光点上。

因此，不论信息媒体究竟有第一厚度还是第二厚度，经复合物镜透射的入射光能可靠地会聚在信息媒体上。

最好在全息图装置中画出同心圆形状的光栅图形，全息图装置的光栅图形形成浮雕(relief)以便同心地形成底部和顶部的交替排，光栅图形中的浮雕高度H设成H＜λ/(n(λ)-1)，式中符号λ代表入射光的波长而符号n(λ)代表由玻璃材料制成的全息图装置对有波长λ的入射光的折射率，而经光栅图形底部透射的入射光与经光栅图形顶部透射的入射光之间的相位调制度之差小于2π弧度以便把全息图装置的衍射效率设到小于100％的值。

在以上结构中，由于光栅图形中浮雕的高度小于值λ/(n(λ)-1)，使得相位调制度之差小于2π弧度。因而，全息图装置的衍射效率在整个光栅图形上被设定成小于100％的值，以致在全息图透镜中同时形成透射光和衍射光。

第一个目的还通过设置一种复合物镜来实现，该复合物镜包括：

用来把一束第一入射光会聚到具有第一厚度T1的第一信息媒体的前表面上并把一束第二入射光会聚到具有第二厚度T2(T2＜T1)的第二信息媒体的前表面上的透镜装置，第一入射光从第一信息媒体的后表面穿过第一信息媒体而第二入射光从第二信息媒体的后表面穿过第二信息媒体；以及

用来有选择地限制入射在透镜装置上的第二入射光的透镜装置孔径的孔径限制装置，入射在透镜装置上的第二入射光的透镜装置第二数值孔径小于入射在透镜装置上的第一入射光的透镜装置第一数值孔径。

在以上结构中，第二入射光的透镜装置孔径受孔径限制装置的限制，而第一入射光的透镜装置另一孔径有限。此后，第一入射光被透镜装置以高数值孔径会聚在第一信息媒体上，而第二入射光被透镜装置以低数值孔径会聚在第二信息媒体上。因此，复合物镜有两个焦点。此外，第一入射光的强度可大于第二入射光的强度。

第一个目的还通过设置一种复合物镜来实现，该复合物镜包括：

用来把一束第一入射光会聚到具有第一厚度的第一信息媒体的前表面上并把一束第二入射光会聚到具有第二厚度的第二信息媒体的前表面上的透镜装置，第一入射光从第一信息媒体的后表面穿过第一信息媒体而第二入射光从第二信息媒体的后表面穿过第二信息媒体；以及

用来改变一部分入射光的球面波曲率以形成入射在透镜装置上的第一入射光而不改变其余部分入射光的球面波曲率以形成入射在透镜装置上的第二入射光的曲率改变装置。

在以上结构中，一部分入射光的球面波曲率被曲率改变装置改变以形成一束第一入射光，其余部分入射光的球面波曲率不改变以形成一束第二入射光，此后，第一入射光会聚到第一信息媒体上，而第二入射光会聚到第二信息媒体上。

因此，复合物镜有两个焦点。

第二个目的通过设置一种成象光学系统来实现，该系统包括：

一个发射入射光束的光源，分布入射光的一个远场图以便朝向光束周缘部降低入射光的强度；

用来没有任何衍射地透射从光源发射的一部分入射光以形成一束透射光并衍射其余部分入射光以形成一束衍射光的全息图装置，一种光栅图形在全息图装置中形成浮雕，以便按光栅图形中的浮雕高度H设成H＜λ/(n(λ)-1)的条件同心地形成诸底部和诸顶部的交替排，式中符号λ代表入射光的波长而符号n(λ)代表由玻璃材料制成的全息图装置对有波长λ的入射光的折射率，经光栅图形底部透射的入射光与经光栅图形顶部透射的入射光之间的相位调制度之差小于2π弧度，以便把全息图装置的衍射效率设到小于100％的值，光栅图形中浮雕的高度H沿着画有光栅图形的图形区的朝外方向逐渐降低，而且全息图装置对入射光的衍射效率沿着图形区的朝外方向逐渐降低，以便使透射光的强度按缓坡形状分布；以及

用来会聚在全息图装置中形成的透射光以便在第一焦点处形成第一聚光点并会聚在全息图装置中形成的衍射光以便在第二焦点处形成第二聚光点的透镜装置。

在以上结构中，从光源发射一束入射光。入射光的远场图分布成朝向光束周缘部降低入射光的强度。例如，光源是半导体激光器，入射光的远场图按高斯分布来分布。此后，入射光穿过全息图装置。在这种情况下，由于光栅图形在全息图装置中画成浮雕而且由于浮雕的高度小于值λ/(n(λ)-1)，经光栅图形底部透射的入射光与经光栅图形顶部透射的入射光之间的相位调制度之差小于2π弧度。因而，全息图装置对入射光的衍射效率在整个光栅图形上设定成小于100％的值，以致在全息图透镜中同时形成透射光和衍射光。此外，由于光栅图形中浮雕的高度H沿着图形区的朝外方向逐渐降低，全息图装置对入射光的衍射效率沿着图形区的朝外方向逐渐降低。因而，位于入射光束中部的入射光大部分变成衍射光，而位于入射光束周缘部的入射光大部分变成透射光。

此后，透射光被透镜装置折射和会聚，以致透射光在位于第一焦点处的第一聚光点上聚焦。此外，衍射光被透镜装置折射和会聚，以致衍射光在位于第二焦点处的第二聚光点上聚焦。在这种情况下，由于透射光的传播方向与衍射光的传播方向不同，所以用于透射光的第一焦点与用于衍射光的第二焦点不同。

因此，即使入射光的远场图按高斯分布来分布，透射光的远场图也按缓坡形状分布。因而，可以防止在第一聚光点处出现透射光的次极大(侧波瓣)。

此外，由于光栅图形中浮雕的高度H在整个图形区逐渐降低，所以透镜装置对衍射光的数值孔径可被足够地增大。

第二个目的还通过设置一种成象光学系统来实现，该系统包括：

一个发射一束入射光的光源，分布入射光的一个远场图以便朝向光束周缘部降低入射光的强度；

用来没有任何衍射地透射从光源发射的一部分入射光以形成一束透射光并衍射其余部分入射光以形成一束衍射光的全息图装置，一种光栅图形在全息图装置中形成浮雕以便按光栅图形中的浮雕高度H设成H＜λ/(n(λ)-1)的条件同心地形成底部和顶部的交替排，式中符号λ代表入射光的波长而符号n(λ)代表由玻璃材料制成的全息图装置对有波长λ的入射光的折射率，穿过光栅图形底部的入射光与穿过光栅图形顶部的入射光之间的相位调制度之差小于2π弧度以便把全息图装置的衍射效率设到小于100％的值，光栅图形中浮雕的高度H沿着画有光栅图形的图形区的朝内方向逐渐降低，而且全息图装置对入射光的衍射效率沿着图形区朝内方向逐渐降低，以便使衍射光的强度按缓坡形状分布；以及

用来会聚在全息图装置中形成的透射光以便在第一焦点处形成第一聚光点并会聚在全息图装置中形成的衍射光以便在第二焦点处形成第二聚光点的透镜装置。

在以上结构中，以同样方式在全息图透镜里同时形成透射光和衍射光。此外，由于光栅图形中浮雕的高度H沿着图形区朝内方向逐渐降低，全息图装置对入射光的衍射效率沿着图形区的朝内方向逐渐降低。因而，位于入射光束中部的入射光大部分变成透射光，而位于入射光束周缘部的入射光大部分变成衍射光。

因此，即使入射光的远场图按高斯分布来分布，衍射光的远场图也按缓坡形状分布。因而，可以防止在第二聚光点处出现衍射光的次极大(侧波瓣)。

此外，由于光栅图形中浮雕的高度H在整个图形区逐渐降低，所以透镜装置对透射光的数值孔径可被足够地增大。

第三个目的通过设置用来在或从有第一厚度的薄型第一信息媒体或有大于第一厚度的第二厚度的厚型第二信息媒体上记录或复现一段信息的光度头装置来实现，该光度头装置包括：

一个用来发射一束入射光的光源；

用来在出射光路上没有任何衍射地透射从光源发射的一部分入射光以形成一束透射光并在出射光路上衍射从光源发射的其余部分入射光以形成一束衍射光的全息图装置，全息图装置对衍射光起透镜作用以便从全息图装置发散衍射光或会聚衍射光；

用来把在全息图装置中形成的透射光会聚在出射光路上的第一焦距处、以便在第一信息媒体的前表面形成第一聚光点、或把在全息图装置中形成的衍射光会聚在出射光路的第二焦距处、以便在第二信息媒体的前表面形成第二聚光点的透镜装置，透射光入射在第一信息媒体的后表面上并会聚于第一信息媒体的前表面，透射光在第一信息媒体的后表面处被反射并再次穿过入射光路上的透镜装置和全息图装置，衍射光入射在第二信息媒体的后表面上并会聚于第二信息媒体的前表面，而且衍射光在第二信息媒体的后表面处被反射并再次穿过入射光路上的透镜装置和全息图装置；

用来改变穿过入射光路上的透镜装置和全息图装置的透射光或衍射光的波阵面以形成一个或多个信息光束的波阵面改变装置；以及

用来探测由波阵面改变装置形成的信息光的强度并按照信息光的强度生成信息信号的探测装置，信息信号代表记录在第一信息媒体或第二信息媒体上的一段信息。

在以上结构中，从光源发射出一束入射光，而且一部分入射光经全息图透镜透射以形成一束透射光。此外，其余部分入射光被全息图透镜衍射以形成一束衍射光。此后，透射光和衍射光被聚光装置会聚。在此处在或从第一信息媒体上记录或复现一段信息的情况下，透射光入射在第一信息媒体的后表面上并会聚于第一信息媒体的前表面以形成第一聚光点。此后，透射光在第一信息媒体的后表面处被反射并且没有任何衍射地再次穿过透镜装置和全息图装置。不同的是，在此处在或从第二信息媒体上记录或复现一段信息的情况下，衍射光入射在第二信息媒体的后表面上并会聚于第二信息媒体的前表面以形成第二聚光点。此后，衍射光在第二信息媒体的后表面处被反射并再次穿过透镜装置。此后，衍射光被全息图装置再次衍射。

此后，透射光或衍射光的波阵面被波阵面改变装置所改变以形成多个反射光束，而反射光的强度被探测装置所探测。因而，按照反射光的强度生成代表记录在第一或第二信息媒体上信息的信息信号。

因此，由于透射光的第一聚光点与衍射光的第二聚光点不同，由全息图透镜和透镜装置组成的复合物镜有两个焦点。因而，在或从信息媒体上可以记录或复现一段信息，而无论信息媒体究竟有第一厚度还是第二厚度。

第三个目的还通过设置一种用来在或从具有第一厚度T1的第一信息媒体或具有第二厚度T2(T2＜T1)的第二信息媒体上记录或复现一段信息的光度头装置来实现，该光度头装置包括：

用来把一束第一入射光会聚到具有第一厚度T1的第一信息媒体的前表面上或把一束第二入射光会聚到具有第二厚度T2(T2＜T1)的第二信息媒体的前表面上的透镜装置，第一入射光从第一信息媒体的后表面穿过第一信息媒体，而第二入射光从第二信息媒体的后表面穿过第二信息媒体；

用来有选择地限制透镜装置对入射在透镜装置上的第二入射光的孔径的孔径限制装置，透镜装置对入射在透镜装置上的第二入射光的第二数值孔径小于透镜装置对入射在透镜装置上的第一入射光的第一数值孔径，第一入射光在第一信息媒体的前表面处被反射并再次穿过入射光路上的透镜装置和孔径限制装置，而第二入射光在第二信息媒体的前表面处被反射并再次穿过入射光路上的透镜装置和孔径限制装置；

一个向孔径限制装置发射第一入射光和第二入射光的光源；

用来改变穿过入射光路上的透镜装置和孔径限制装置的第一或第二入射光的波阵面以形成一个或多个信息光束的波阵面改变装置；以及

用来探测由波阵面改变装置所形成的信息光的强度并按照信息光的强度生成信息信号的探测装置，信息信号代表记录在第一信息媒体或第二信息媒体上的一段信息。

在以上结构中，由透镜装置和孔径限制装置组成的复合物镜有两个焦点，而且第一入射光的强度大于第二入射光的强度。

因此，在或从信息媒体上可以记录或复现一段信息，而不论信息媒体究竟有第一厚度还是第二厚度。此外，一段信息可以用具有高强度的第一入射光有效地记录在第一信息媒体上，而且一段信息可以用具有较低强度的第二入射光有效地从第二信息媒体上复现。

第三个目的还通过设置一种用来在或从具有第一厚度的第一信息媒体或具有第二厚度的第二信息媒体上记录或复现一段信息的光度头装置来实现，该光度头装置包括：

用来把一束第一入射光会聚在第一信息媒体的前表面上和把一束第二入射光会聚在第二信息媒体的前表面上的透镜装置，第一入射光从第一信息媒体的后表面穿过第一信息媒体，而第二入射光从第二信息媒体的后表面穿过第二信息媒体；

用来改变一部分入射光的球面波的曲率以形成入射在透镜装置上的第一入射光并且不改变其余部分入射光的球面波的曲率以形成入射在透镜装置上的第二入射光的曲率改变装置，第一入射光在第一信息媒体的前表面处被反射并再次穿过入射光路上的透镜装置和曲率改变装置，而第二入射光在第二信息媒体的前表面处被反射并再次穿过入射光路上的透镜装置和曲率改变装置；

一个向曲率改变装置发射入射光的光源；

用来改变穿过入射光路上的透镜装置和曲率改变装置的第一或第二入射光的波阵面以形成一个或多个信息光束的波阵面改变装置；以及

用来探测由波阵面改变装置所形成的信息光的强度并按照信息光的强度生成信息信号的探测装置，信息信号代表记录在第一信息媒体或第二信息媒体上的一段信息。

在以上结构中，由于复合物镜由透镜装置和曲率改变装置组成，所以复合物镜有两个焦点。因此，在或从信息媒体上可以记录或复现一段信息，而不论信息媒体究竟有第一厚度还是第二厚度。

第四个目的通过提供一个光盘来实现，该光盘包括：

一个划分成第一区和第二区的信息记录基片，第一区有第一厚度，而第二区有小于第一厚度的第二厚度；

多个位于信息记录基片的第一区的用来以高记录密度记录记录信息段的第一记录凹坑，第一记录凹坑以窄间隔形成；以及

多个位于信息记录基片的第二区的用来以CD的正常记录密度记录辨别信息段的第二记录凹坑，辨别信息告知记录信息记录在具有第一厚度的信息记录基片上，而记录信息的记录密度高于辨别信息的记录密度。

在以上结构中，常规CD的基片具有与按照本发明的光盘中信息记录基片的第二区相同的第二厚度。因而，在一束复现光入射到从一组常规CD和光盘中选出的未知盘的指定区上的情况下，复现光聚焦在常规CD的记录凹坑或光盘的第二记录凹坑之一上，而不论未知盘究竟是常规CD还是光盘。

在未知盘是光盘的情况下，由复现光读出一段辨别信息。由于辨别信息告知记录信息段记录在具有第一厚度的信息记录基片上，复现光的曲率自动改变以便把复现光聚焦在具有第一厚度的信息记录基片上，而且复现光自动聚焦在第一记录凹坑之一上。因而，一段记录信息被复现。

与此不同，在未知盘是常规CD的情况下，一段记录信息由复现光以与现有技术相同的方式读出。

因此，即使不知道信息记录基片的厚度，也能可靠地复现在信息记录基片上形成的一段记录信息。

第四个目的还通过提供一个光盘来实现，该光盘包括：

一个薄的信息记录基片，信息记录基片的薄厚度薄于CD的厚度；

多个位于信息记录基片的第一区的用来以高记录密度记录记录信息段的第一记录凹坑，第一记录凹坑以窄间隔形成；以及

多个位于信息记录基片的第二区的用来以低记录密度记录辨别信息段的第二记录凹坑，辨别信息告知记录信息记录在薄的信息记录基片上，记录信息的记录密度高于辨别信息的记录密度，每个第二记录凹坑大于CD上的记录凹坑，而且复现光被会聚以便聚焦于在具有CD的普通厚度的基片上形成的普通记录凹坑上，该复现光的聚光点在第二记录凹坑之一中形成以便读出辨别信息。

在以上结构中，一束复现光的曲率被调整以便把复现光聚焦于在CD的信息记录基片上所形成的记录凹坑上，这束复现光入射在从一组具有普通厚度的CD和按照本发明的光盘中选出的未知盘的规定区上。在未知盘是光盘的情况下，复现光散焦地会聚在第二记录凹坑之一上，因为光盘的信息记录基片具有薄厚度。然而，由于每个第二记录凹坑尺寸大，在第二记录凹坑中形成复现光聚光点。因而，由复现光读出一段辨别信息。由于辨别信息告知记录信息段记录在具有薄厚度的信息记录基片上，复现光的曲率自动改变以便把复现光聚焦在具有薄厚度的信息记录基片上，而且复现光自动聚焦在第一记录凹坑之一上。因而，一段记录信息被复现。

与此不同，在未知盘是CD的情况下，一段记录信息被复现光以与现有技术相同的方式读出。

因此，即使不知道信息记录基片的厚度，也能可靠地复现在信息记录基片上形成的一段记录信息。

第五个目的通过设置一个用来在或从一个光盘上记录或复现记录信息段的光盘装置来实现，在该光盘中以高密度在或从具有第一厚度的第一基片上记录或复现记录信息，而以普通密度在具有大于第一厚度的第二厚度的第二基片上记录一段辨别信息，该段辨别信息告知在或从具有第一厚度的第一基片上记录或复现记录信息，该光盘装置包括：

用来使光盘以固定转速旋转的旋转装置；

一个发射一束入射光的光源；

用来在出射光路上没有任何衍射地透射从光源发射的一部分入射光以形成一束透射光并且在出射光路上衍射从光源发射的其余部分入射光以形成一束衍射光的全息图装置，全息图装置对衍射光起透镜作用以便发散来自全息图装置的衍射光；

用来把在全息图装置中形成的透射光会聚在由旋转装置旋转的光盘的第一基片上以便在或从光盘上记录或复现一段记录信息并把在全息图装置中形成的衍射光会聚在由旋转装置旋转的光盘的第二基片上以便从光盘上复现辨别信息的透镜装置，透射光被光盘的第一基片反射并再次穿过入射光路上的透镜装置和全息图装置，而衍射光被光盘的第二基片反射并再次穿过入射光路上的透镜装置和全息图装置。

用来改变穿过入射光路上的透镜装置和全息图装置的透射光的波阵面以形成一个或多个记录信息光束并改变穿过入射光路上的透镜装置和全息图装置的衍射光的波阵面以形成一个或多个辨别信息光束的波阵面改变装置；

用来探测由波阵面改变装置所形成的记录信息光的强度以便按照记录信息光的强度生成记录信息信号并探测由波阵面改变装置所形成的辨别信息光的强度以便按照辨别信息光的强度生成辨别信息信号的探测装置，辨别信息信号代表记录在光盘的第二基片上的辨别信息，而记录信息信号代表记录在光盘的第一基片上的记录信息；以及

用来在其中在探测装置中探测辨别信息的情况下，移动包括光源、全息图装置、透镜装置和探测装置在内的光头装置，以便把在全息图装置中所形成的衍射光会聚到光盘的第二基片上，并移动其中在全息图装置中所形成的衍射光被会聚到光盘的第二基片上的光盘，以便把在全息图装置中所形成的透射光会聚到光盘的第一基片上的移动装置。

在以上结构中，一个包括光源、全息图装置、透镜装置和探测装置在内的光度头装置具有与前述者相同的结构。最初，光度头装置移动装置移动，以便把在全息图装置中所形成的衍射光聚焦会聚到由旋转装置旋转的光盘的第二基片上。因而，记录在第二基片上的辨别信息在探测装置中被复现，而且它告知在或从具有第一厚度的第一基片上记录或复现记录信息段。此后，光度头装置被移动装置移动，以便把在全息图装置中所形成的透射光聚焦会聚在由旋转装置旋转的光盘的第一基片上。因而，在或从光盘的第一基片上记录或复现一段记录信息。

因此，即使使用其中记录信息段在或从具有小于常规光盘的第二厚度的第一厚度的基片上被记录或复现的高密度光盘，记录信息也能可靠地记录或复现。

第五个目的还通过提供一个用来在或从一个光盘上记录或复现记录信息段的光盘装置来实现，在该光盘中，以高密度在或从具有薄于CD的厚度的薄厚度的第一基片上记录或复现记录信息，而以低密度在具有薄厚度的第二基片上记录告知在或从具有薄厚度的第一基片上记录或复现记录信息的一段辨别信息，该光盘装置包括：

用来使光盘以固定转速旋转的旋转装置；

一个发射一束入射光的光源；

用来在出射光路上没有任何衍射地透射从光源发射的一部分入射光以形成一束透射光并且在出射光路上衍射从光源发射的其余部分入射光以形成一束衍射光的全息图装置，全息图装置对衍射光起透镜作用以便发散来自全息图装置的衍射光；

用来把在全息图装置中形成的透射光聚焦会聚(converging infocus)在由旋转装置旋转的光盘的第一基片上以便在或从光盘上记录或复现一段记录信息，并把在全息图装置中形成的衍射光散焦会聚(converging in defocus)在由旋转装置旋转的光盘的第二基片上以便复现来自的光盘辨别信息的透镜装置，透射光被光盘的第一基片反射并再次穿过入射光路上的透镜装置和全息图装置，而衍射光被光盘的第二基片反射并再次穿过入射光路上的透镜装置和全息息图装置；

用来改变穿过入射光路上的透镜装置和全息图装置的透射光的波阵面以形成一个或多个记录信息光束，并改变穿过入射光路上的透镜装置和全息图装置的衍射光的波阵面以形成一个或多个辨别信息光束的波阵面改变装置；

用来探测由波阵面改变装置所形成的记录信息光的强度以便按照记录信息光的强度生成记录信息信号，并探测由波阵面改变装置所形成的辨别信息光的强度以便按照辨别信息光的强度生成辨别信息信号的探测装置，辨别信息信号代表记录在光盘的第二基片上的辨别信息，而记录信息信号代表记录在光盘的第一基片上的记录信息；以及

用来在其中在探测装置中生成的辨别信息信号的强度大于一个阈值的情况下，移动包括光源、全息图装置、透镜装置和探测装置在内的光度头装置，以便把在全息图装置中所形成的衍射光散焦会聚到光盘的第二基片上，并移动其中在全息图装置中所形成的衍射光被散焦会聚到光盘的第二基片上的光盘，以便把在全息图装置中所形成的透射光聚焦会聚到光盘的第一基片上的移动装置。

在以上结构中，一个包括光源、全息图装置、透镜装置和探测装置在内的光度头装置具有与前述者相同的结构。最初，光度头装置由移动装置移动，以便把在全息图装置中所形成的衍射光散焦会聚到由旋转装置旋转的光盘的第二基片上。在这种情况下，由于辨别信息是以低密度记录的，多个代表辨别信息的记录凹坑分别是大尺寸的。因而，即使衍射光散焦会聚在每个记录凹坑上，也在每个记录凹坑中形成一个衍射光的聚光点。因而，记录在第二基片上的辨别信息在探测装置中被复现，而且告知在或从具有薄厚度的第一基片上记录或复现记录信息段。此后，光度头装置被移动装置移动，以便把在全息装置中所形成的透射光聚焦会聚在由旋转装置旋转的光盘的第一基片上。因而，在或从光盘的第一基片上记录或复现一段记录信息。

因此，即使使用其中记录信息段在或从具有小于常规光盘的普通厚度的薄厚度的基片上记录或复现的高密度类型的光盘，记录信息也能可靠地记录或复现。

第六个目的通过设置一个用来同时观察置于第一象平面上的第一图象和置于第二象平面上的第二图象的双焦点显微镜来实现，该显微镜包括：

一个用来折射一束从第一图象发散的第一光和一束从第二图象发散的第二光的物镜，物镜与第一象平面的第一图象之间的第一距离不同于物镜与第二象平面的第二图象之间的第二距离；

一个用来没有任何衍射地透射由物镜所折射的第一光以形成一束透射光、并衍射由物镜所折射的第二光以形成一束衍射光的全息图透镜，全息图透镜对第二光起透镜作用，以便使衍射光与透射光穿过相同的光路，并由透射光和衍射光形成一束叠加光；

一个用来把由全息图透镜所形成的叠加光会聚于第三象平面的象点以便在第三象平面上同时形成放大的第一图象和第二图象的内透镜；以及

一个用来会聚由内透镜会聚并从象点发散的叠加光以便同时形成进一步放大的第一图象和第二图象的目镜。

在以上结构中，从第一图象发散的第一光束和从第二图象发散的第二光束一起被物镜折射。在这种情况下，由于物镜与第一象平面的第一图象之间的第一距离不同于物镜与第二象平面的第二图象之间的第二距离，所以第一折射光的曲率不同于第二折射光的另一曲率。此后，第一折射光经全息图透镜没有任何衍射地透射以形成一束透射光，而第二折射光被全息图透镜衍射以形成一束衍射光。在这种情况下，由于全息图透镜对衍射光起透镜作用，所以衍射光的曲率与透射光的曲率一致。换句话说，衍射光与透射光穿过相同的光路。因而，由透射光和衍射光形成一个叠加光束。此后，叠加光被内透镜会聚于第三象平面的一个象点处，以致在第三象平面上同时形成放大的第一图象和第二图象。此后，从象点发散的叠加光被目镜会聚，以致同时形成进一步放大的第一图象和第二图象。

因此，操作者可以观察到足够放大的第一图象和第二图象。

第六个目的还通过设置一个用来同时观察置于第一象平面上的第一图象和置于第二象平面上的第二图象的双焦点显微镜来实现，该显微镜包括：

一个用来折射一束从第一图象发散的第一光和一束从第二图象发散的第二光的物镜，物镜与第一象平面的第一图象之间的第一距离不同于物镜与第二象平面的第二图象之间的第二距离；

一个用来没有任何衍射地透射由物镜所折射的第一光以形成一束透射光，并衍射由物镜所折射的第二光以形成一束衍射光的全息图透镜，全息图透镜对第二光起透镜作用，以便使衍射光与透射光穿过相同的光路，并由透射光和衍射光形成一束叠加光；

一个用来把由全息图透镜所形成的叠加光会聚于第三象平面的象点处以便在第三象平面上同时形成放大的第一图象和第二图象的内透镜；以及

通过在内透镜中会聚叠加光在第三象平面上拍摄由放大的第一图象和第二图象形成的叠加图象的照相装置。

在以上结构中，放大的第一图象和第二图象以相同方式在第三象平面上同时形成。此后，放大的第一图象和第二图象作为叠加图象被照相装置拍摄。

因此，可以观察放大的第一图象和第二图象。

第七个实施例通过提供一个用来把画在光掩模上的第一参考图象与画在样件上的第二参考图象对准的对准装置来实现，该对准装置包括：

一个发射对准光束以便照明第一和第二参考图象的光源；

一个用来既折射从第一参考图象发散的一束第一对准光又折射从第二参考图象发散的一束第二对准光的物镜，这些参考图象被从光源发射的对准光所照明，物镜与光掩模的第一参考图象之间的距离不同于物镜与样件的第二参考图象之间的距离；

一个用来没有任何衍射地透射由物镜所折射的第一对准光以形成一束透射光，并衍射由物镜所折射的第二对准光以形成一束衍射光的全息图透镜，全息图透镜对第二对准光起透镜作用以便使衍射光与透射光穿过相同的光路，并由透射光和衍射光形成一束叠加光；

一个用来把由全息图透镜所形成的叠加光会聚于一个象平面的象点以便在象平面上同时形成放大的第一和第二参考图象的内透镜，一个光轴穿过物镜、全息图透镜和内透镜的中心；

通过在内透镜中会聚叠加光在象平面上拍摄由放大的第一图象和第二图象形成的叠加图象的照相装置；以及

用来按照曲照相装置所拍摄的叠加图象来移动光掩模或样件以便把第一参考图象与第二参考图象沿光轴对准的移动装置。

在以上结构中，物镜、全息图透镜和内透镜与双焦点显微镜中的那些相同。因而，象平面上的放大的第一图象和第二图象作为叠加图象被照相装置拍摄。此后，光掩模或样件被移动装置沿与光轴垂直的方向移动，以便把第一参考图象与第二参考图象沿光轴对准。

因此，由于由放大的第一和第二参考图象所形成的叠加图象被照相装置所拍摄，可以准确地观察第一和第二参考图象之间的相对位置。因而，第一参考图象可以准确地与第二参考图象对准。

第八个实施例通过提供一种用来把光聚焦在具有第一厚度的第一信息媒体或具有第二厚度的第二信息媒体上以便在或从第一信息媒体或第二信息媒体上记录或复现一段信息的聚焦方法来实现，该方法包括步骤：

沿减小或加大光度头装置与第一或第二信息媒体之间距离的方向移动光度头装置，光度头装置包括：

一个发射一束入射光的光源，

用来在出射光路上没有任何衍射地透射一部分从光源发射的入射光以形成一束透射光，并在出射光路上衍射其余部分从光源发射的入射光以形成一束衍射光的全息图装置，全息图装置对衍射光起透镜作用以便从全息图装置发散衍射光或会聚衍射光，

用来在出射光路上把在全息图装置中所形成的透射光会聚于第一焦距以便在第一信息媒体的前表面上形成第一聚光点，或在出射光路上把在全息图装置中所形成的衍射光会聚于第二焦距以便在第二信息媒体的前表面上形成第二聚光点的透镜装置，透射光在第一信息媒体的后表面上入射并会聚于第一信息媒体的前表面，透射光在第一信息媒体的后表面处被反射并再次穿过入射光路上的透镜装置和全息图装置，衍射光在第二信息媒体的后表面上入射并会聚于第二信息媒体的前表面，而且衍射光在第二信息媒体的后表面处被反射并再次穿过入射光路上的透镜装置和全息图装置，

用来改变穿过入射光路上的透镜装置和全息图装置的透射光或衍射光的波阵面以形成一个或多个信息光束的波阵面改变装置，以及

用来探测由波阵面改变装置所形成的信息光的强度并按照信息光的强度生成信息信号和聚焦误差信号的探测装置，信息信号表示记录在第一信息媒体或第二信息媒体上的一段信息；

判断在探测装置中生成的聚焦误差信号的强度是否大于一个阈值；以及

当聚焦误差信号的强度变成大于阈值时，调整光度头装置的位置以便把聚焦误差信号的强度减小到零。

在以上步骤中，利用上述光度头装置来实现聚焦方法。当透镜装置与第一或第二信息媒体之间的距离接近于透镜装置的焦距时，聚焦误差信号的强度大大增加。因而，当聚焦误差信号的强度变成大于阈值时，透镜装置位于接近真正焦点，在透镜装置中透射光或折射光聚焦会聚在第一或第二信息媒体上。

因而，在当聚焦误差信号的强度变成大于阈值时调整光度头装置的位置以便把聚焦误差信号的强度减小到零的情况下，透射光或衍射光可以聚焦在第一或第二信息媒体上。

第九个实施例通过提供一种用来从光盘上复现一段记录信息的信息复现方法来实现，在该光盘中记录信息以高密度记录在具有第一厚度的第一基片上而一段告知记录信息记录在第一基片上的辨别信息以普通密度记录在具有大于第一厚度的第二厚度的第二基片上，该方法包括步骤：

在光盘的第二基片下移动一个光盘装置，光盘包括：

用来使光盘以固定转速旋转的旋转装置，

一个发射一束入射光的光源，

用来在出射光路上没有任何衍射地透射一部分从光源发射的入射光以形成一束透射光，并在出射光路上衍射其余部分从光源发射的入射光以形成一束衍射光的全息图装置，全息图装置对衍射光起透镜作用以便从全息图装置发散衍射光，

用来把在全息图装置中的形成的透镜光会聚在由旋转装置旋转的光盘的第一基片上便在或从光盘上记录或复现一段记录信息，并把在全息图装置中的形成的衍射光会聚在由旋转装置旋转的光盘的第二基片上以便复现来自光盘的辨别信号的透镜装置，透射光被光盘的第一基片反射并再次穿过入射光路上的透镜装置和全息图装置，而衍射光被光盘的第二基片反射并再次穿过入射光路上的透镜装置和全息图装置，

用来改变穿过入射光路上的透镜装置和全息图装置的透射光的波阵面以形成一个或多个记录信息光束，并改变穿过入射光路上的透镜装置和全息图装置的衍射光的波阵面以形成一个或多个辨别信息光束的波阵面改变装置，以及

用来探测由波阵面改变装置所形成的记录信息光的强度以便按照记录信息光的强度生成记录信息信号，并探测由波阵面改变装置所形成的辨别信息光的强度以便按照辨别信息光的强度生成辨别信息信号的探测装置，辨别信息信号代表记录在光盘的第二基片上的辨别信息，而记录信息信号代表记录在光盘的第一基片上的记录信息；

把衍射光会聚在光盘的第二基片上以便复现辨别信息；

在光盘的第一基片下移动光盘装置到一个位置以便当在探测装置中探测到辨别信息时把透射光会聚在光盘的第一基片上；以及

通过在探测装置中生成记录信息信号来复现记录信息。

在以上步骤中，利用上述光盘装置来实现信息复现方法。用衍射光来复现位于光盘的第二基片上的辨别信息。在这种情况下，由于第二基片有第二厚度，衍射光刚好聚焦在第二基片上。此后，当探测到辨别信息时，光盘装置在光盘的第一基片下移动到位，而透射光会聚在光盘的第一基片上。在这种情况下，由于第一基片有第一厚度，透射光刚好聚焦在第一基片上。

因此，可以可靠地复现记录信息。

从结合附图所作的以下描述中，本发明的目的、特征和优点将是显而易见的，在这些附图中：

图1是在日本专利申请1991年第46630中所提出的常规光度头装置的组合图；

图2A、2B分别是图1中所示的物镜和闪耀全息图组件的剖面图；

图3表示在光轴倾角恒定的条件下光盘的厚度与物镜的数值孔径之间的关系；

图4A是带有按照本发明的第一实施例的复合物镜的成象光学系统的组合图，一束无衍射的透射光会聚在薄型信息媒体上；

图4B是图4A中所示的成象光学系统的组合图，一束一级衍射光会聚在一个厚型信息媒体上；

图5是图4A、4B中所示的全息图透镜的平面图，画出全息图透镜的光栅图形；

图6是图5中所示的全息图透镜的剖面图，表示在全息图透镜上形成浮雕的光栅图形；

图7是表示会聚在第一信息媒体的聚光点S1处的透射光L4的强度分布的说明图，在聚光点S1中出现主极大和受遏次极大；

图8A是图5中所示全息图透镜的剖面图，表示近似于由四个台阶组成的阶梯形的光栅图图；

图8B是图5中所示全息图透镜的剖面图，表示近似于由多个台阶组成的阶梯形的光栅图形；

图9A是带有按照第一实施例的修改的复合物镜的成象光学系统的组合图，一束一级衍射光会聚在薄型信息媒体上；

图9B是图9A中所示成象光学系统的组合图，一束无衍射的透射光会聚在厚型信息媒体上；

图10A是带有按照本发明的第二实施例的复合物镜的成象光学系统的组合图，一束无衍射的透射光会聚在薄型信息媒体上；

图10B是图10A中所示成象光学系统的组合图，一束一级衍射光会聚在厚型信息媒体上；

图11表示图10A、10B中所示全息图透镜衍射效率的变化；

图12A至12E分别是图10A、10B中所示全息图透镜的剖面图，全息图透镜的光栅图形近似于阶梯形；

图13A表示第二实施例中所用的入射光的强度分布，入射光的远场图按高斯分布来分布；

图13B表示经图10、10B中所示全息图透镜透射的透射光的强度分布，入射光的远场图按缓坡形状分布；

图14A至14C表示经图10A、10B中所示全息图透镜透射的透射光和衍射光的强度分布；

图15A是按照第二实施例的修改的全息图透镜的平面图，画出全息图透镜的光栅图形；

图15B、15C分别是带有按照第二实施例的另一修改的复合物镜的成象光学系统的组合图；

图16A是带有按照本发明的第三实施例的复合物镜的成象光学系统的组合图，一束一级衍射光会聚在薄型信息媒体上；

图16B是图16A中所示成象光学系统的组合图，一束无衍射的透射光会聚在厚型信息媒体上；

图17表示图16A、16B中所示全息图透镜的衍射效率的变化；

图18A至18C表示经图16A、16B中所示全息图透镜透射的透射光和衍射光的强度分布；

图19A是按照本发明的第四实施例的复合物镜的剖面图；

图19B是按照本发明的第四实施例的修改的复合物镜的剖面图；

图20是按照本发明的第五实施例的复合物镜的剖面图；

图21是按照本发明的第六实施例的光度头装置的组合图；

图22是用于第六、第九和第十二实施例中的波阵面改变装置的平面图，画出用作波阵面改变装置的全息图透镜的光栅图形；

图23表示出现在图22中所示波阵面改变装置和光电探测器中的衍射光焦点之间的位置关系；

图24是用于第六、第九、第十、第十二、第十三和第十七实施例中的光电探测器的平面图；

图25A和25C分别表示在图21中所示物镜在信息媒体上散焦的条件下向图24中所示六分仪光电探测器的探测区SE1、SE2和SE3发射的一级衍射光的聚光点和向六分仪光电探测的探测区SE4、SE5和SE6发射的负一级衍射光的另一聚光点；

图25B表示在物镜正好聚焦在信息媒体上的条件下向六分仪光电探测器的探测区SE1、SE2和SE3发射的一级衍射光的聚光点和向六分仪光电探测器的探测区SE4、SE5和SE6发射的负一级衍射光的另一聚光点；

图26表示出现在图22中所示的波阵面改变装置与图24中所示的光电探测器中的衍射光束之间的关系；

图27是按照第七实施例的光度头装置的组合图；

图28是用于第七、第九、第十、第十二和第十三实施例中的光电探测器的平面图；

图29A、29B、29C表示会聚在图28中所示的光电探测器上的聚光点的各种形状；

图29D表示径向Dr和切向Dt；

图30是按照第七实施例的第一修改的光度头装置的组合图；

图31是按照第七实施例的第二修改的光度头装置的组合图；

图32是按照第七实施例的第三修改的光度头装置的组合图；

图33是按照第七实施例的第四修改的光度头装置的组合图；

图34表示一束在入射光路上无衍射的透射光和一束在入射光路上衍射的透射光，光束用来探测信息信号；

图35A图示通过探测透射光的强度而得到的聚焦误差信号的变化，聚焦误差信号的强度取决于物镜与第一信息媒体之间的距离；

图35B图示通过探测衍射光的强度而得到的聚焦误差信号的变化，聚焦误差信号的强度取决于物镜与第二信息媒体之间的距离；

图36A图示通过探测衍射光的强度而得到的聚焦误差信号的变化，聚焦误差信号的强度取决于物镜与第一信息媒体之间的距离；

图36B图示通过探测透射光的强度而得到的聚焦误差信号的变化，聚焦误差信号的强度取决于物镜与第二信息媒体之间的距离；

图37是按照第九实施例的光度头装置的组合图；

图38是按照第十实施例的光度头装置的组合图；

图39是用于图38中所示光度头装置中的带有反射型全息图的分束器的平面图；

图40A、40B分别是按照第十一实施例的光度头装置的组合图；

图41是用于图38中所示光度头装置中的带有反射型全息图的分束器的平面图；

图42A和42C分别表示在衍射光散焦会聚在第二信息媒体上的条件下向图24中所示六分仪光电探测器的探测区SE1、SE2和SE3发射的一级衍射光的聚光点和向六分仪光电探测器的探测区SE4、SE5和SE6发射的负一级衍射光的另一聚光点；

图42B表示在衍射光聚焦会聚在第二信息媒体上的条件下向图24中所示六分仪光电探测器的探测区SE1、SE2和SE3发射的一级衍射光的聚光点和向六分仪光电探测器的探测区SE4、SE5和SE6发射的负一级衍射光的另一聚光点；

图43是按照第十二实施例的光度头装置的组合图；

图44是按照第十三实施例的光度头装置的组合图；

图45是按照第十四实施例的光度头装置的组合图；

图46是用于图45中所示的光度头装置中的全息图透镜的平面图；

图47是按照第十五实施例的光度头装置的组合图；

图48是用于图47中所示的光度头装置中的全息图透镜的平面图；

图49A、49B分别表示图48中所示全息图透镜与图47中所示光电探测器中出现的多余光之间的位置关系；

图50是按照第十六实施例的光度头装置的组合图；

图51是用于图50中所示光度头装置中的光源和光电探测器的轴测图；

图52是按照第十七实施例的光度头装置的组合图；

图53是按照第十八实施例的高密度光盘的轴测图，局部表示盘的剖面图；

图54是按照第十九实施例的高密度光盘的轴测图，局部表示盘的剖面图；

图55是按照第二十实施例的带有图21、27、30、31、32、33、37、38、40A、43、44、50和52中所示光度头装置之一的光盘装置的方块图；

图56是表示图55中所示的光盘装置的工作的流程图；

图57是按照第二十一实施例的带有图21、27、30、31、32、33、37、38、40A、43、44、50和52中所示光度头装置之一的光盘装置的方块图；

图58是表示图57中所示光盘装置的工作的流程图；

图59是按照第二十二实施例的双焦点显微镜的组合图；

图60是在第一和第二样件位于样件支架底部的情况下图59中所示双焦点显微镜的局部图；

图61是按照第二十二实施例的修改的双焦点显微镜的组合图；

图62是按照第二十三实施例的对准装置的组合图。

对照附图描述按照本发明的复合物镜、成象光学系统、光学头装置、光盘、光盘装置、双焦点显微镜和对准装置的最佳实施例。(第一实施例)

图4A是带有按照本发明的第一实施例的复合物镜的成象光学系统的组合图，一束无衍射的透射光会聚在薄型信息媒体上。图4B是图4A中所示的成象光学系统的组合图，一束一级衍射光会聚在一个厚型信息媒体上。图5是图4A、4B中所示的全息图透镜的平面图，画出全息图透镜的光栅图形。

如图4A、4B中所示，一个用来把光会聚在薄型第一信息媒体23(厚度T1)的第一基片22或厚型第二信息媒体25(厚度T2)的第二基片24上以形成衍射受限聚光点的成象光学系统21，包括一个用来没有任何衍射地透射一部分从光源发射的入射光L3以形成一束透射光L4并衍射入射光L3的其余部分以形成一束一级衍射光L5的闪耀全息图透镜26，以及一个用来把透射光L4会聚在第一信息媒体23上或把一级衍射光L5会聚在第二信息媒体25上的物镜27。

第一信息媒体23代表具有高密度存储容量的未来的光盘，而第一信息媒体23的厚度T1在0.4mm至0.8mm范围内。第二信息媒体25代表目前市场上出现的CD或激光盘，而第二信息媒体25的厚度T2约为1.2mm。

“会聚”一词在本说明书中表示发散光或平行光被聚焦以形成衍射极限微光点。

在以上结构中，平行入射光L3的一部分没有任何衍射地经全息透镜26透射而形成一束透射光(即一束零级衍射光L4)。此后，透射光L4被物镜27会聚。此外，入射光L3的其余部分被全息图透镜26衍射并折射而形成一束一级衍射光L5。在这种情况下，全息图透镜26对一级衍射光L5有选择地起凹透镜的作用，以致一级衍射光L5从全息图透镜26发散。此后，一级衍射光L5被物镜27会聚。

在薄型第一信息媒体23被用来在或从媒体23的前表面上记录或复现信息段的情况下，如图4A中所示，透射光L4入射在第一信息媒体23的后表面上并被物镜27聚焦在第一信息媒体23的前表面上以便在第一信息媒体23上形成衍射受限聚光点S1。与此不同，在厚型第二信息媒体25被用来在或从媒体25的前表面上记录或复现信息段的情况下，衍射光L5入射在第二信息媒体25的后表面上并聚焦在其前表面上以便在第二信息媒体25上形成衍射受限聚光点S2。由于全息图透镜26起凹透镜作用以发散一段衍射光L5，即使第一信息媒体23的厚度T1不同于第二信息媒体25的厚度T2，也形成衍射受限聚光点S1、S2。因而，由全息图透镜26和物镜27组成的复合物镜29实际上有两个焦点。

此外，如图5中所示，通过在透明基片28的图形区26A中以同心圆形状画出光栅图形P1来形成全息图透镜26。图形区26A位于透明基片28的中部，而无图形区26B位于透明基片28的周缘部以便环绕图形区26A。成象光学系统21的光轴穿过光栅图形P1的中心点和物镜27的中心轴。

此外，如图6中所示，全息图透镜26的光栅图形P1形成浮雕以产生相位调制型全息图透镜。就是说，在光栅图形P1中同心地形成各由底部和顶部组成的块。光栅图形P1中浮雕的高度H设成：

H＜λ/(n(λ)-1)                (1)式中符号λ代表入射光L3的波长而符号n(λ)代表透明基片28对入射光L3的折射率。在这种情况下，在经光栅图形P1的底部透射的入射光L3与经光栅图形P1的顶部透射的入射光L3之间相位调制度之差小于2π弧度。因而，全息图透镜26对经光栅图形P1透射的入射光L3的衍射效率小于100％以便生成经光栅图形P1透射的光L4。再者，经无图形区26B透射的入射光L3未被衍射。结果，透射光L4的强度可能足以在或从第一信息媒体23上记录或复现信息段。

再者，由于透射光L4的强度在全息图透镜26的整个表面上是足够的，可以抑制不希望地出现在聚光点S1中的次极大(侧波瓣)。详细地说，当全聚在聚光点S1上的透射光L4的强度分布如图7中所示时，位于聚光点S1中心的透射光L4的主极大(主波瓣)用于在或从第一信息媒体23上记录或复现一段信息，而位于主极大周围的次极大是多余的，因为次极大损坏由主极大形成的记录凹坑或复现信号。

形成浮雕的全息图透镜26的光栅图形P1如图6中所示被激发(blazed)，以致明显地抑制负一级衍射光的出现。因而，透射光L4和一级衍射光L5的强度和最大。换句话说，提高了入射光L3的利用率。

物镜27的数值孔径NA等于或大于0.6。再者，当透射光L4被物镜27会聚时，在具有厚度T1的第一信息媒体23上形成衍射受限聚光点S1。

全息图透镜26的直径几乎与物镜27的孔径相相同，以致图形区26A的直径小于物镜27的孔径。由于经无图形区26B透射的入射光L3未被衍射，不仅经图形区26A透射的光L4而且经无图形区26B透射的光L4都被具有大数值孔径的物镜27会聚在第一信息媒体23上。因而，可以增加会聚于聚光点S1的透射光L4的强度。与透射光L4不同，仅经全息图透镜26的图形区26A透射的入射光L3变成一级衍射光L5，而且一级衍射光L5被实际上具有小数值孔径的物镜27会聚在第二信息媒体25上。

经图形区26A的光栅图形P1透射的光L4的相位取决于经光栅图形P1的底部和顶部透射的光L4中的相位调制度的平均值。与此不同，由于无图形区26B的高度恒定，经无图形区26B透射的光L4的相位以一个相位调制度调制。因而，如图6中所示，无图形区26B的高度设成与光栅图形P1的平均高度取齐以便提高物镜27的会聚作用。

例如，如图8A中所示，在图6中所示全息图透镜26中光栅图形P1的每块近似于由四个台阶组成的阶梯形状的情况下，第一台阶蚀刻成深h1+h2和宽W1，第二台阶蚀刻成深h1和宽W2，第三台阶蚀刻成深h2和宽W2，而第四台阶蚀刻成宽W1。因而，在图形区26A中形成近似于阶梯形状的光栅图形P1。此后，透明基片28的周缘部分被蚀刻成深h1或h2以形成无图形区26B。因而，无图形区26B的高度几乎与图形区26A的平均高度相同，以致经图形区26A透射的光L4的相位几乎与经无图形区26B透射的光L4的相位相同。

此外，如图8B所示，图6中所示全息图透镜26的理想的闪耀形状可能近似于通过多次蚀刻透明基片28中部而得到的阶梯形状。在这种情况下，阶梯形状的高度H0设成满足方程式H0＜λ/(n(λ)-1)以致相位调制度之差设成小于2π弧度的值。具体地说，在此处全息图透镜26的阶梯形状由具有相同高度差n₀的一段N个台阶组成的情况下，高度差n₀设成满足方程式n₀＜λ/〔(n(λ)-1)*N〕以便把每个台阶的相位调制度之差设成小于2π/N弧度的值。透明基片28的周缘部分被蚀刻以便把无图形区26B的厚度设成既非顶台阶也非底台阶的N个台阶之一处的图形区26A的厚度。因而，无图形区26B的高度几乎与图形区26A的平均高度相同，以致经图形区26A透射的光L4的相位几乎与经无图形区26B透射的光L4的相位相同。

全息图透镜26的光栅图形P1设计成修正在物镜27和第二信息媒体25中出现的任何象差，以致一级衍射光L5经具有厚度T2的第二信息媒体25透射并会聚在媒体25上，以便设有任何象差地形成衍射受限聚光点S2。描述一种用来设计具有象差修正功能的全息图透镜26的方法。

在一级衍射光L5被会聚在第二信息媒体25上之后，球面波从聚光点S2发散并经第二基片24和物镜27透射。此后，球面波经透明基片28透射并与入射光L3光学干涉。因而，由球面波与入射光L3之间的干涉形成一个干涉图形。从翻转入射光L3的相位而得到的倒相位中减去球面波的相位可以算出干涉图形。因此，按照计算机全息图生成法可以很很容易地形成符合所算出的干涉图形的全息透镜26的光栅图形P1。

因此，由于复合物镜29由物镜27和全息图透镜26组成，在全息图透镜26中一部分入射光L3被衍射和折射，所以无论信息媒体究竟具有厚度T1还是厚度T2，都能在信息媒体上可靠地形成衍射受限聚光点。再者，两个衍射受限聚光点可在信息媒体不同深度上同时形成。换句话说，复合物镜实际上有两个焦点。

再者，由于全息图透镜26的衍射效率小于100％而且经全息透镜26透射的光L4的强度足以在或从第一信息媒体23上记录或复现信息，所以可以抑制会聚在聚光点S1上的透射光L4的次极大。

再者，由于全息图透镜26被激发，可以显著地抑制负一级衍射光的出现。因而，透射光L4和一级衍射光L5的强度和为最大，并可提高入射光L3的利用率。

再者，由于全息透镜26仅对一级衍射光起透镜作用，沿光轴方向由透射光L4形成的聚光点S1的位置不同于由一级衍射光L5形成的聚光点S2的位置。因而，当透射光L4聚焦会聚在信息媒体23的信息记录平面上以便记录或读出一段信息时，会聚在信息媒体23上的一级衍射光L5在信息记录平面处离焦。同理，当一级衍射光L5聚焦会聚在信息媒体25的信息记录平面上时，会聚在信息媒体25上的透射光L4在信息记录平面处离焦。因此，当光L4(或L5)聚焦会聚在聚光点S1(或S2)上以便记录或读出信息时，不聚焦会聚在聚光点S1(或S2)上的光L5(或L4)对信息的记录或读出没有不良影响。为了可靠地防止对信息的记录或读出的不良影响，要求聚光点S1、S2之间沿光轴方向之差等于或大于50μm。就是说，当该差等于或大于50μm时，在光L4(或L5)以高强度会聚在信息记录平面的聚光点S1(或S2)上的同时，光L5(或L4)大量地发散以便降低光L5(或L4)在信息记录平面处的强度。

再者，由于代表CD或激光盘的第二信息媒体25的厚度T2约为1.2mm，而且由于代表未来的光盘的第一信息媒体23的厚度T1在从0.4mm至0.8mm的范围内，考虑到借以按照聚焦伺服信号调整由物镜27和全息图透镜26组成的复合物镜的位置所用的执行器的运动范围，要求聚光点S1、S2之间沿光轴方向的位置差等于或小于1.0mm。由于全息图透镜26对一级衍射光起凹透镜作用，聚光点S1、S2之间的差可增加到1mm左右。

因此，即使透射光L4和一级衍射光L5同时被物镜27会聚，在聚光点S1、S2之间的位置差在50μm至1mm范围内的条件下就不会对信息的记录或复现产生不良影响。

现在描述成象光学系统21用于各种光盘的例子。

在成象光学系统21用于一种光盘装置，在该光盘装置中仅复现记录在薄型高密度光盘和厚型紧致盘中的信息段的情况下，全息图透镜26把入射光L3变成衍射光L5的衍射效率设成从约20％至70％的范围。在这种情况下，会聚在高密度光盘上的透射光L4的强度几乎与会聚在CD上的一级衍射光L5的强度相同。因而，入射光L3的输出功率可以减至最小。

再者，在成象光学系统21用于一种光盘装置，在该光盘装置中，记录或复现记录在薄型高密度光盘中的信息段而仅复现记录在厚型光盘中的信息段的情况下，全息图透镜26把入射光L3变成一级衍射光L5的衍射效率设成等于或小于30％的值。在这种情况下，即使在高密度光盘上记录一段信息需要高强度的透射光L4，也可以不增加入射光L3的强度而可靠地实现信息的记录，因为全息图透镜26对入射光L3的透射效率很高。换句话说，当一段信息记录在高密度光盘上时可以提高入射光L3的利用率，以致入射光L3的输出功率可以减至最小。

在第一实施例中，全息图透镜26对一级衍射光L5起凹透镜作用。然而，可以适当地用对一级衍射光L5起凸透镜作用的全息图透镜26M代替全息图透镜26。就是说，如图9A、9B中所示，衍射光L5被物镜27会聚在第一信息媒体23上以形成衍射受限聚光点S1，而透射光L4被物镜27会聚在第二信息媒体25上以形成衍射受限聚光点S2。在这种情况下，考虑到执行器的运动范围，要求聚光点S1、S2之间的位置差等于或小于0.5mm。然而，在成象光学系统21M中，使用对衍射光L5起凹透镜作用的全息图透镜26M，可以防止色差的出现。详细描述成象光学系统中的消色差功能。

当用f_H0代表全息图透镜26M对具有波长λ₀的入射光L3的焦距而用f_H1代表全息图透镜26M对具有波长λ₁的入射光L3的另一焦距时，满足公式(2)。

f_H1＝f_H0×λ₀/λ₁           (2)

随着入射光L3的波长λ变长，全息图透镜22的焦距f_H缩短。再者，当用n(λ₀)代表物镜27对具有波长λ₀的入射光L3的折射率而用n(λ₁)代表物镜27对具有波长λ₁的入射光L3的另一折射率时，物镜27对具有波长λ的入射光L3的焦距f_D(λ)用公式(3)表达。

f_D(λ₁)＝f_D(λ₀)×(n(λ₀)-1)/(n(λ₁)-1)    --(3)

随着入射光L3的波长λ变长，物镜27的焦距f_D(λ)加长。就是说，物镜27中焦距f_D(λ)对波长λ的相关关系与全息图透镜26M中焦距f_H对波长λ的相关关系相反。因而，由物镜27和全息图透镜26M组成的复合物镜29M起消色差透镜作用的条件由等式(4)表达。

1/f_H0+1/f_D(λ₀)＝1/f_H1+1/f_D(λ₁)

      ＝1/(f_H0×λ₀/λ₁)+

        (n(λ₁)-1)/{f_D(λ₀)×(n(λ₀)-1)}  ---(4)

因此，由于物镜27中焦距f_D(λ)对波长λ的相关关系与全息图透镜26M中的关系相反，通过透镜26M、27的组合可以形成具有消色差功能的复合物镜29M，并可防止色差的出现。再者，即使未严格地满足等式(4)，也可以大大抑制色差的出现。

再者，由于全息图透镜26M对一级衍射光L5起凸透镜作用，物镜27的曲率可以很小。再者，由于全息图透镜26M是个平面型元件，可以以大规模生产方式制造具有消色差功能的轻型复合物镜。消象差的原理已在第一文献(D.Faklis和M.Morris，光子学谱(1991)，11月205页和12月131页)、第二文献(M.A.Gan等人，摄影光学仪器工程师学会(1991)，第1507卷，116页)和第三文献(P.Twardowski和P.Meirueis，摄影光学仪器工程师学会(1991)，第1507卷，55页)中提出。(第二实施例)

图10A是带有按照本发明的第二实施例的复合物镜的成象光学系统的组合图，一束无衍射的透射光会聚在薄型信息媒体上。图10B是图10A中所示成象光学系统的组合图，一束一级衍射光会聚在厚型信息媒体上。

如图10A、10B中所示，一个用来把光会聚在第一信息媒体23(厚度T1)的第一基片22或第二信息媒体25(厚度T2)的第二基片24上以便形成衍射受限聚光点的成象光学系统31，包括一个用来没有任何衍射地透射入射光的一部分以形成一束透射光L4并衍射入射光L3的其余部分以形成一束一级衍射光L5的闪耀全息图透镜32，以及用来把透射光L4会聚在第一信息媒体23上或把一级衍射光L5会聚在第二信息媒体25上的物镜27。

通过在透明基片28的图形区32A中以同心圆形状画出光栅图形P2来形成全息透镜32。图形区32A位于透明基片28的中部。光栅图形P2的直径等于或大于物镜27的孔径。再者，全息图透镜32对经光栅图形P2透射的入射光L3的衍射效率以与第一实施例中相同的方式小于100％，以致透射光L4的强度足以在或从第一信息媒体23上记录或复现一段信息。

此外，如图11中所示，在图形区32A的中部的衍射效率很高，而且衍射效率沿着图形区32A的朝外方向逐渐降低。换句话说，在全息图透镜32的光栅图形P2形成浮雕的情况下，光栅图形P2中浮雕的高度H沿着图形区32A的朝外方向逐渐降低。或者说，在全息图透镜26的理想闪耀形状近似于阶梯形状的情况下，位于透明基片28中心部分的每块光栅图形P2形成图12A中所示的阶梯形状，在图12A中台阶的斜角Q₁大并且在第一蚀刻宽度W1与第二蚀刻宽度W2之间满足关系式W1＞W2，并且形成图12A中所示阶梯形状的光栅图形P2逐渐改变，办法是沿着图形区32A的朝外方向减小第一蚀刻宽度W1和加大第二蚀刻宽度W2，同时逐渐减小图形区P2的高度H。因而，位于透明基片28的周缘部分的每块光栅图形P2形成图12B中所示的阶梯形状，在图12B中台阶的斜角Q₂小并且在第一蚀刻宽度W1与第二蚀刻宽度W2之间满足关系式W1＜W2。再者，位于中心部分与周缘部分之间的中间部分的每块光栅图形P2形成图12C中所示的阶梯形状，在图12C中蚀刻宽度W1、W2相同。

在成象光学系统31的以上结构中，入射光L3的一部分没有任何衍射地经全息图透镜32透射以形成一束透射光L4，而透射光L4被物镜27会聚。再者，入射光L3的其余部分被全息图透镜32衍射和折射。在这种情况下，全息图透镜32对入射光L3起凹透镜作用，以致一级衍射光L5从全息图透镜32发散。此后，一级衍射光L5被物镜27会聚。

在薄型第一信息媒体23用来在或从媒体23的前表面上记录或复现信息段的情况下，如图10A中所示，透射光L4入射在第一信息媒体23的后表面上并被物镜27聚焦在第一信息媒体前表面上以便在第一信息媒体23上形成衍射受限聚光点S3。在这种情况下，由于光栅图形P2的中心部分中的衍射效率高而且由于衍射效率沿着光栅图形P2的朝外方向逐渐降低，入射光L3的衍射概率在光栅图形P2的周缘部分中降低。因而，在物镜27的数值孔径NA大的条件下光L4经物镜27透射。

与此不同，在厚型第二信息媒体25用来在或从媒体25的前表面上记录或复现信息段的情况下，衍射光L5入射在第二信息媒体25的后表面上并被聚焦在第二信息媒体25的前表面上以便在第二信息媒体25上形成衍射受限聚光点S4。在这种情况下，由于全息图透镜32起凹透镜作用以发散一级衍射光L5，即使  第一信息媒体23的厚度T1不同于第二信息媒体25的厚度T2，也能形成衍射受限聚光点S3、S4。因而，由全息图透镜32和物镜27组成的复合物镜34实际上有两个焦点。

因此，由于光L4在物镜27的数值孔径NA大的条件下经物镜27透射，会聚在第一信息媒体23上的透射光L4的强度可很高。

再者，在入射光L3由半导体激光器发射的情况下，入射光13的远场图按如图13A中所示的高斯分布来分布。因而，由于衍射效率沿着光栅图形P2的朝外方向逐渐降低，透射光L4的远场图按图13B中所示的缓坡形状分布。与第二实施例不同，由于在第一实施例中入射光L3在全息图透镜26的无图形区26B未被衍射，透射光L4的强度在全息图透镜26的周缘部分突然增加。

因此，与第一实施例相比，在第二实施例中会聚在聚光点S3上的透射光L4的次极大可以进一步抑制。就是说，利用成象光学系统31可以实现信息的记录和复现而对信息没有任何破坏。

此外，在一级衍射光L5会聚在第二信息媒体25上以形成衍射受限聚光点S4的情况下，物镜27对一级衍射光L5的数值孔径小，因为全息图透镜32的衍射效率沿着图形区32A的朝外方向降低。结果，一级衍射光L5的强度变低。在此处提高全息图透镜32的衍射效率以便提高一级衍射光L5的强度的情况下，透射光L4在其内光束部分的强度大为降低，而透射光L4在聚光点S3上的次极大(或侧波瓣)却讨厌地加大。因而，其远场图按高斯分布来分布的入射光L3向全息图透镜32发射以提高一级衍射光L5的强度而没有次极大的任何增加。详细地说，如图14A中所示，不仅分布在高斯分布的中心部分而且也分布在高斯分布的周缘部分的入射光L3都经全息图透镜32透射并被物镜27折射，因为光栅图形P2的直径等于或大于物镜27的孔径。因而，物镜27在光源侧对入射光L3的数值孔径NA变成比第一实施例中的大，并且提高了全息图透镜32的衍射效率。结果，会聚在第二信息媒体25上的一级衍射光L5的强度可以提高，如图14B中所示。再者，由于在高斯分布的周缘部分入射光L3的强度很低而且由于全息图透镜32的衍射效率沿着光栅图形区32A的朝向方向增加，透射光L4的强度按如图14C中所示的缓坡形状分布。因此，在聚光点S3处透射光L4的次极大可被抑制。

描述成象光学系统31用于各种光盘的例子。

在成象光学系统31用于这样一种光盘装置、在该光盘装置中，仅复现记录在薄型高密度光盘和厚型紧致盘中的信息段的情况下，全息图透镜32对入射光L3的衍射效率设成从约20％至70％的范围。在这种情况下，会聚在高密度光盘上的透射光L4的强度几乎与会聚在紧致盘上的一级衍射光L5的强度相同。因而，入射光L3的输出功率可以减至最小。

再者，在成象光学系统31用于这样一种光盘装置、在该光盘装置中，记录或复现记录在薄型高密度光盘中的信息段而仅复现记录在厚型光盘中的信息段的情况下，全息图透镜32对入射光L3的衍射效率设成等于或小于30％的值。在这种情况下，即使在高密度光盘上记录一段信息需要高强度的透射光L4，也可以不增加入射光L3的强度而可靠地实现信息的记录，因为全息图透镜32对入射光L3的透射效率很高。换句话说，当一段信息记录在高密度光盘上时可以提高入射光L3的利用率，以致入射光L3的输出功率可以减至最小。

在第二实施例中，位于透明基片28中部的光栅图形P2沿着图形区32A的朝外方向逐渐从图12A中所示的阶梯形状经由图12C中所示的阶梯形状变成图12B中所示的阶梯形状。然而，由于在透明基片28中光栅图形P2形成图12C中所示的阶梯形状，在透明基片28的中间部分可以有效地防止负一级衍射光之类的多余衍射光的出现，最好中间部分占据全息图透镜32的图形区32A的一大部分。在这种情况下，透射光L4和衍射光L5的强度和可以最大，以致可以提高入射光L3的利用率。

再者，由于光栅图形P2的第一蚀刻宽度W1沿图形区32A的朝外方向逐渐减小，当第一宽度W1减小到小于1μm的值时，形成图12B中所示的阶梯形状的光栅图形P2可以适当地变成图12D中所示的阶梯形状。就是说，图12B中所示的一段四台阶变成一段两台阶。在这种情况下，形成图12D中所示的阶梯形状的光栅图形P2可以很容易制造。此外，在形成图12D中所示阶梯形状的光栅图形P2的高度H4沿着图形区32A的朝外方向进一步减小的情况下，光栅图形P2最好形成图12E中所示的阶梯形状。就是说，在光栅图形P2的高度H5减小的同时，第三蚀刻宽度W3沿着图形区32A的朝外方向逐渐减小。因而，全息图透镜32的衍射效率可沿着图形区32A的朝外方向逐渐减小而没有任何光栅图形P2的制造困难。

此外，如图15A中所示，可以通过在透明基片28的中心部分设置图形区32A的光栅图形P1并设置环绕光栅图形P1的四种衍射区33A、33B、33C和33D，代替全息图透镜32而形成全息图透镜33。经每个衍射区33A至33D透射的一部分入射光L3被衍射以控制全息图透镜33的透射效率。在这种情况下，透射光L4在其周缘部分的强度下降，以致出现在聚光点S3的次最大受到抑制。再者，全息图的光栅图形P1可以换成光栅图形P2。再者，衍射区33A至33D的光栅方向可以互不相同。在这种情况下，即使在衍射区33A中衍射的一级衍射光L5在衍射光L5被第二信息媒体25反射之后比如说入射在衍射区33C上，在衍射区33C中再次衍射的衍射光L5并不与光轴平行地穿过。因而，在在探测器中探测到从第二信息媒体25上读出的一段信息以复现该信息的情况下，在衍射区33A至33D中衍射的一级衍射光L5作为漫射光不被探测器探测。因此，信息的复现不被破坏。

再者，如图15B中所示，全息图32可以适于起凸透镜作用。在这种情况下，衍射光L5会聚在第一信息媒体23上，而透射光L4会聚在第二信息媒体25上，如图15C中所示。(第三实施例)

图16A是带有按照本发明的第三实施例的复合物镜的成象光学系统的组合图，一束一级衍射光会聚在薄型信息媒体上。图16B是图16A中所示成象光学系统的组合图，一束无衍射的透射光会聚在厚信息媒体上。

如图16A、16B中所示，用来把光会聚在第一信息媒体23(厚度T1)的第一基片22或第二信息媒体25(厚度T2)的第二基片24上以形成衍射极限聚光点的成象光学系统41包括一个用来没有任何衍射地透射入射光L3的一部分以形成一束透射光L4并衍射入射光L3的其余部分以形成一束一级衍射光L6的闪耀全息图透镜42，以及用来把一级衍射光L6会聚在第一信息媒体23上或把透射光L4会聚在第二信息媒体25上的物镜27。

通过在透明基片28的图形区42A中以同心圆形状画出光栅图形P3来形成全息图透镜42。图形区42A位于透明基片28的中心部分。光栅图形P3的直径等于或大于物镜27的孔径。再者，全息图透镜42对经光栅图形P3透射的入射光L3的衍射效率以与第一实施例中相同的方式小于100％，以致透射光14的强度足以在或从第二信息媒体25上记录或复现一段信息。

此外，如图17中所示，全息图透镜42在图形区42A的周缘部分的衍射效率很高，而且衍射效率沿着图形区42A的朝内方向逐渐降低。换句话说，在全息图透镜42的光栅图形P3形成浮雕的情况下，光栅图形P3中浮雕的高度H沿着图形区42A的朝内方向逐渐降低。或者说，在全息图透镜26的理想闪耀形状近似于阶梯形状的情况下，位于透明基片28的周缘部分的每节光栅图形P3形成图12A中所示的阶梯形状，在图12A中台阶的斜角Q₁大而且第一和第二蚀刻宽度W1、W2满足关系式W1＞W2，形成为图12A中所示阶梯形状的光栅图形P3逐渐变化，办法是沿着图形区42A的朝内方向减小第一蚀刻宽度W1并加大第二蚀刻宽度W2，同时逐渐减小光栅图形的高度。因而，位于透明基片28的中心部分的每节光栅图形P3形成图12B中所示的阶梯形状，在图12B中台阶的斜角Q₂小而且满足关系式W1＜W2。再者，位于中心和周缘部分之间的中间部分的每节光栅图形P3形成图12C中所示的阶梯形状，在图12C中蚀刻宽度W1、W2相同。

在成象光学系统41的以上结构中，如图16B中所示，入射光L3的一部分没有任何衍射地经全息图透镜42透射以形成一束透射光L4，而透镜光L4被物镜27会聚。再者，入射光L3的其余部分被全息图透镜42衍射以形成一束一级衍射光L6。在这种情况下，全息图透镜42对入射光L3起凸透镜作用，以致在全息图透镜42中的一级衍射光L6会聚。此后，衍射光L6被物镜27会聚。

在薄型第一信息媒体23用于在或从媒体23的前表面上记录或复现信息段的情况下，如图16A中所示，衍射光L6入射在第一信息媒体23的后表面上并聚焦在其前表面上以便在第一信息媒体23上形成衍射受限聚光点S5。与此不同，在厚型第二信息媒体25用于在或从媒体25的前表面上记录或复现信息段的情况下，透射光L4入射在第二信息媒体25的后表面上并聚焦在其前表面上以便在第二信息媒体25上形成衍射受限聚光点S6。

在这种情况下，由于全息图透镜42起会聚衍射光L6的凸透镜作用，即使第一信息媒体23的厚度T1不同于第二信息媒体25的厚度T2，也形成衍射受限聚光点S5、S6。因而，由全息图透镜42和物镜27组成的复合物镜43实际上有两个焦点。

再者，由于全息图透镜42对衍射光L6起凸透镜作用，在物镜27的数值孔径NA实际上大的条件下衍射光L6经物镜27透射。

此外，由于在光栅图形P3的周缘部分的衍射效率很高而且由于衍射效率沿着光栅图形P3的朝内方向逐渐降低，在光栅图形P3的周缘部分入射光L3的衍射概率较高。

全息图透镜42的光栅图形P3设计成修正在物镜27和第一信息媒体23中出现的任何象差，以致衍射光L6经具有厚度T1的第一信息媒体23透射并会聚在媒体23上以便没有任何象差地形成衍射受限聚光点S5。描述了一种具有象差修正功能的全息图透镜42的设计方法。

在衍射光L6会聚在第一信息媒体23上后，球面波从聚光点S5发散并经第一基片22和物镜27透射。此后，球面波经透明基片28透射并与入射光L3光学干涉。因而，由球面波与入射光L3之间的干涉形成干涉图形。通过把球面波的相位与倒相入射光L3相位而得到的反相位相加可算出干涉图形。因此，按照计算机生成全息图法可以很容易形成符合算出的干涉图形的全息图透镜42的光栅图形P3。

因此，由于全息图透镜42对一级衍射光L6起凸透镜作用，物镜27的曲率可以降低。再者，制造物镜27不需要具有高折射率的玻璃材料。

再者，因为在全息图透镜42中形成的一级衍射光L6在衍射光L6入射物镜27之前会聚，聚光点S5、S6之间沿光轴方向的距离可加长到约1mm。因而，即使透射光L4(或一级衍射光L6)聚焦会聚在聚光点S6(或S5)上以便记录或读出一段信息时，光L6(或L4)也不聚焦会聚在聚光点S6(或S5)上以便降低L6(或L4)在聚光点S6(或S5)处的强度。因而，对信息的记录或复现没有不良影响。

再者，由于全息图透镜42对一级衍射光L6起凸透镜作用，在成象光学系统41中可以防止色差的发生。详细地说，全息图透镜42的焦距随着入射光L3波长变长而缩短。与此不同，物镜27的焦距随着入射光L3波长变长而加长。就是说，物镜27中焦距对波长的依赖关系与全息图透镜42中焦距对波长的依赖关系相反。因而，通过透镜27、42的组合可以形成具有消色差功能的复合物镜43，并可防止色差的发生。

再者，由于全息图透镜42是个平面型元件，所以可以按大规模制造方式制造轻型复合物镜。

再者，由于全息图透镜42的衍射效率沿着图形区42A的朝内方向逐渐降低，物镜27对一级衍射光L6的数值孔径实际上变大。因而，一级衍射光L6的强度可以加大以便在或从第一信息媒体23上记录或复现一段信息。

再者，在入射光L3从半导体激光器发射的情况下，入射光L3的远场图按如图13A中所示的高斯分布来分布。因而，由于全息图透镜42的衍射效率沿着光栅图形P2的朝内方向逐渐降低，一级衍射光L6的远场图按缓坡形状分布。因此，会聚在聚光点S5上的一级衍射光L6的次极大在第三实施例中可以比在第一实施例中进一步受到抑制。就是说，用成象光学系统41可以对信息没有任何破坏地实现信息的记录和复现。

此外，在透射光L4会聚在第二信息媒体25上以形成衍射受限聚光点S6的情况下，物镜27对透射光L4的数值径小，因为全息图透镜42的衍射效率沿着光栅图形42A的朝外方向增加。结果，透射光L4的强度变低。在提高全息图透镜42的透射效率以加大透射光L4的强度的情况下，一级衍射光L6在其内光束部分的强度大大降低，而一级衍射光L6在聚光点S6处的次极大(或侧波瓣)讨厌地加大。因而，其远场图按高斯分布来分布的入射光L3向全息图透镜42发射以提高透射光L4的强度而没有次极大的任何增大。详细地说，如图18A中所示，不仅分布在高斯分布的中心部分而且分布在高斯分布的周缘部分的入射光L3经全息图透镜42透射并被物镜27折射，因为光栅图形P3的直径等于或大于物镜27的孔径。因而，物镜27在光源侧对入射光L3的数值孔径NA变成大于在第一实施例中的数值孔径，而且提高了全息图透镜42的透射效率。结果，会聚在第二信息媒体25上的透射光L4的强度可以提高，如图18B中所示。再者，由于入射光L3在高斯分布的周缘部分的强度低而且由于全息图透镜42的衍射效率沿着光栅图形42A的朝内方向降低，一级衍射光L6按缓坡形状分布，如图18C中所示。因此，一级衍射光L6在聚光点S5处的次极大可受抑制。

现描述把成象光学系统41用于各种光盘的例子。

在成象光学系统41用于这样的光盘装置、该光盘装置中仅复现记录在薄型高密度光盘和厚型CD中的信息段的情况下，全息图透镜42对入射光L3的衍射效率设成在从大约20％至70％的范围内。在这种情况下，会聚在CD上的透射光L4的强度几乎与会聚在高密度光盘上的一级衍射光L6的强度相同。因而，入射光L3的输出功率可以减至最小。

再者，在成象光学系统41用于这样的光盘装置、在该装置中记录或复现记录在薄型高密度光盘中的信息段而仅复现记录在厚型光盘中的信息段的情况下，全息图透镜42对入射光L3的衍射效率设成等于或大于55％的值。在这种情况下，即使在高密度光盘上记录一段信息需要高强度的一级衍射光L6，不提高入射光L3的强度也可以可靠地实现信息的记录，因为全息图透镜42把入射光L3变成一级衍射光L6的衍射效率很高。换句话说，当在高密度光盘上记录一段信息时可以提高入射光L3的利用率，以致入射光L3的输出功率可以减至最小。再者，由于全息图透镜42的衍射效率沿着图形区42A的朝内方向逐渐降低，物镜27对一级衍射光L6的数值孔径实际上变大。因而，一级衍射光L6的强度可以提高以便在或从高密度光盘上记录或复现一段信息。

在第三实施例中，位于透明基片28的图形区42A中的光栅图形P3沿着图形区42A的朝外方向逐渐从图12B中所示的阶梯形状经由图12C中所示的阶梯形状变成图12A中所示的阶梯形状，同时加大光栅图形P3的高度H。然而，由于在其中光栅图形P3形成为图12C中所示的阶梯形状的透明基片28的中间部分可以有效地防止像负一级衍射光之类的多余衍射光的发生，所以最好中间部分占据全息图透镜42的图形区42A的一大部分。在这种情况下，透射光L4和一级衍射光L6的强度可以最大，以致可以提高入射光L3的利用率。

再者，由于光栅图形P3的第一蚀刻宽度W1沿着图形区42A的朝内方向逐渐减小，当第一宽度W1减小到小于1μm的值时，形成为图12B中所示的阶梯形状的光栅图形P3可变成图12D中所示的阶梯形状。在这种情况下，形成图12D中所示的阶梯形状的光栅图形P3可以容易地制造。此外，在形成图12D中所示的阶梯形状的光栅图形P3的高度H4沿着图形区42A的朝内方向进一步减小的情况下，最好光栅图形P3形成图12E中所示的阶梯形状。在这种情况下，第三蚀刻宽度W3沿着图形区42A的朝内方向逐渐减小，同时减小光栅图形P3的高度H5。因而，全息图透镜42的衍射效率可沿着图形区42A的朝内方向逐渐减小而光栅图形P3的制造没有任何困难。

在成象光学系统21、31和41的第一至第三实施例中，全息图透镜26、32和42的光栅图形P1、P2和P3分别在透明基面28的不面对物镜27的前侧上形成。因而，在透明基片28的前侧反射的一束光不会作为漫射光对信息的记录或复现产生不良影响。详细地说，由于反射光被全息图透镜衍射，反射光被散射。再者，即使一级衍射光L5或L6在透明基片28的后侧处被反射，所反射的衍射光也再次被全息图透镜衍射而散射。因而，在全息图透镜的前侧或后侧反射的光对信息的记录或复现不产生不良影响。

然而，在全息图透镜28的前侧上不形成光栅图形、而在该处覆盖一层防反射膜的情况下，全息图透镜26、32和42的光栅图形P1、P2和P3可以分别在透明基片28的面对物镜27的后侧上形成。在这种情况下，由于一级衍射光L5、L6不在全息图透镜28的前侧处折射，成象光学系统21、31和41的设计可以简化。

再者，在第一至第三实施例中，全息图透镜26、32和42的光栅图形P1、P2和P3分别形成浮雕以便制成相位调制型全息图透镜。然而，如在临时公开第189504/86号(昭和61-189504)和临时公开第241735/88号(昭和63-241735)中所述，相位调制型全息图透镜可以用液晶盒(cell)制成。再者，相位调制型全息图透镜可以用像铌酸锂之类的双折射材料制成。例如，相位调制型全息图透镜可以通过对铌酸锂基片表面部分的质子交换制成。(第四实施例)

再者，在第一至第三实施例中，具有两个焦点的复合物镜29、34或43由物镜27和全息图透镜26、32或42组成。然而，像按照图19A中所示的第四实施例的复合物镜那样，最好用封装装置44把每个全息图透镜26、32和42与物镜27弄成一体以形成一个复合物镜45，在该复合物镜中每个全息图透镜26、32和42与物镜27之间的相对位置是固定的。在这种情况下，通过用执行器调整封装装置44的位置可以很容易地把透射光L4和一级衍射光L5、L6会聚在第一或第二信息媒体23、25上。再者，像按照图19B中所示修改的第四实施例的另一个复合物镜那样，最好每个光栅图形P1、P2和P3直接画在物镜27的面对光源侧的曲面上以形成一个复合物镜46，在物镜46中每个全息图透镜26、32和42与物镜27形成整体。

因此，物镜27的中心轴可始终与每个全息图透镜26、32和42的中心轴一致，以致在第四实施例中可以防止在一级衍射光中出现像彗形象差和象散象差之类的每个全息图透镜26、32和42的离轴象差。而且，由于全息图透镜26，32或42设置在物镜27的一个透镜表面上，该表面的曲率高于物镜27的其他透镜表面的曲率，因而全息图透镜被看作一个透镜的正弦条件可以很容易地满足。因此，由于光度头装置的构成误差所产生的象差度可以被有效地降低。(第五实施例)

再者，像按照图20中所示的第五实施例的复合物镜那样，最好每个光栅图形P1、P2和P3直接画在物镜27的面对信息媒体23或25的侧面上以形成一个复合物镜47，在物镜47中每个全息图透镜26、32和42与物镜27形成整体。在这种情况下，物镜27侧面上的曲率可以很小或呈平面形状。因而，可以以低成本制造每个光栅图形P1、P2和P3。再者，在由全息图透镜从光轴倾斜引起象差的情况下，可以通过把全息图透镜与入射光L3的光源固定在同一基座上来防止象差。(第六实施例)

对照图21至26描述按照本发明第六实施例的带有第一至第五实施例中所示的复合物镜29、29M、34、43、45、46和47的光度头装置。图21至26中所示的X、Y和Z坐标是相同的。

图21是按照第六实施例的光度头装置的组合图。

如图21中所示，一种用来在或从信息媒体23或25上记录或复现信息段的光度头装置51包括一个用来发射入射光L3的像半导体激光器之类的光源52，一个用来准直入射光L3的准直透镜53，一个用来在出射光路上透射入射光L3并在入射光路上反射一束通过在信息媒体23或25上反射透射光L4而形成的透射光L4R或一束通过在信息媒体23或25上反射衍射光L5(或L6)而形成的衍射光L5R(或L6R)的分束器54，一个由全息图透镜26(或26M、32、33或42)和物镜27组成的复合物镜29(或29M、34、43、45、46或47)，一个用来会聚由分束器54反射的透射光L4R或衍射光L5R的聚光镜55，一个用来改变透射光L4R或衍射光L5R的波阵面以形成透射光L4R或衍射光L5R的多个聚光点的像全息图之类的波阵面改变装置56，一个用来探测其波阵面被波阵改变装置56改变的透射光L4R或衍射光L5R的聚光点的强度以得到记录在信息媒体23或25上的信息信号及像聚焦误差信号和跟踪误差信号之类的伺服信号的光电探测器57，以及用来按照伺服信号移动由全息图透镜26和物镜27组成的复合物镜的执行装置58。

在以上结构中，一束从光源52发射的入射光L3在准直透镜53中准直并经分束器54透射。此后，入射光L3的一部分没有任何衍射地经复合物镜29透射，而入射光L3的其余部分被衍射。

此后，在在或从第一信息媒体23上记录或复现一段信息的情况下，透射光L4会聚在第一信息媒全23上以形成第一聚光点S1。就是说，透射光L4入射在第一信息媒体23的后表面上，而在第一信息媒体23的前表面上形成第一聚光点S1。此后，一束在第一信息媒体23的前表面处反射的透射光L4R沿相反方向穿过同一光路。就是说，一部分透射光L4R没有任何衍射地再次经复合物镜29透射并被分束器54反射。在这种情况下，透射光L4R被对准。此后，透射光L4R被聚光镜55会聚，而大部分透射光L4R的波阵面被改变以便在光电探测器57上形成多个聚光点。此后，透射光L4R的聚光点强度在光电探测器57中被探测。因而，得到信息信号及像聚焦误差信号和跟踪误差信号之类的伺服信号。执行装置58按照伺服信号操作以便以高速移动复合物镜29，以致透射光L4聚焦会聚在第一信息媒体23上。

再者，在在或从第二信息媒体25上记录或复现一段信息的情况下，衍射光L5会聚在第二信息媒体25上以形成第二聚光点S2。就是说，衍射光L5入射在第二信息媒体25的后表面上，并在第二信息媒体25的前表面上形成第二聚光点S2。此后，一束在第二信息媒体25的前表面处反射的衍射光L5R沿相反方向穿过同一光路。就是说，一部分衍射光L5R再次被全息图透镜26衍射并被分束器54反射。在这种情况下，衍射光L5R被准直。此后，衍射光L5R被聚光镜55会聚，而大部分衍射光L5R的波阵面被改变以便在光电探测器57上形成多个聚光点。在这种情况下，入射在聚光镜55上的衍射光L5R被以与入射在聚光镜55上的透射光L4R相同的方式对准，衍射光L5R的聚光点与透射光L4R的聚光点在相同的位置上形成。此后，衍射光L5R的聚光点的强度在光电探测器57中被探测。因而，得到信息信号及像聚焦误差信号和跟踪误差信号之类的伺服信号。执行装置58按照伺服信号操作，以便以高速移动复合物镜29，以致衍射光L5聚焦会聚在第二信息媒体25上。

在这种情况下，由于透射光L4R再次没有任何衍射地经复合物镜透射而衍射光L5R再次被全息图透镜26衍射，即使聚光点S1不同于聚光点S2，在信息媒体23或25与分束器54之间的范围内出射光路也与入射光路一致。因而，光电探测器57上的其上光L4R或L5R不被波阵面改变装置56衍射的聚光点S7被相对于光源52的发射点按镜象会聚，以致不被波阵面改变装置56衍射的光L4R和L5R会聚于同一聚光点S7。同理，被波阵面改变装置56衍射的光L4R和L5R会聚在另一个同一聚光点。

因此，即使复合物镜有两个焦点，探测透射光L4R的强度所需的波阵面改变装置56和光电探测器57也可以用来探测衍射光L5R的强度。因而，制造光度头装置51所需的零件数可以减少，并且既使不论信息媒体究竟是厚还是薄而用光度头装置51在或从信息媒体上记录或复现信息段时，也可以以低成本和轻重量制造小尺寸的光学头装置。

在全息图透镜26(或32、33、42)如图19A、19B或20中所示与物镜27形成整体的情况下，每个复合物镜45、46和47可以以轻重量制造，因为全息图透镜26(或32、33、42)是个平面型光学元件。例如，全息图透镜26(或32、33、42)的重量小于几十毫克。因而，与物镜27形成整体的全息图透镜26可以很容易地被执行装置58移动。

接下来描述伺服信号的探测方法。图22是被阵面改变装置56的平面图。图23是在光电探测器57中探测的一级衍射光和透射光的放大图。如图22中所示，波阵面改变装置56被分割成一个其中画着光栅图形P4的衍射光生成区56a和一对其中画着一对光栅图形P5、P6的衍射光生成区56b、56c。入射在衍射光生成区56a上的光L4R或L5R被衍射以得到聚焦误差信号。入射在每个衍射光生成区56b、56c上的光L4R或L5R被衍射以得到跟踪误差信号。

起初，作为聚焦误差信号探测方法的例子描述用来探测聚焦误差信号的光点尺寸测定法。该方法是在日本专利申请1990年第185722号中提出的。简单地说，在采用该方法的情况下，光度头装置中的允许装配误差可以明显地加大，而且即使入射光L3的波长变化时也可以稳定地得到像聚焦误差信号之类的伺服信号以调整复合物镜的位置。

详细地说，如图23中所示，光栅图形P4设计成把经波阵面改变装置56的衍射光生成区56a透射的透射光L4R(或衍射光L5R)改变成一束一级衍射光L7和一束负一级衍射光L8。衍射光L7、L8由两种具有不同曲率的球面波来表示。就是说，通过具有在光电探测器57前面的焦点FP1的球面波与从聚光点S7发散的另一球面波的实际干涉，按照双光束干涉计量过程产生干涉条纹，以致形成与干涉条纹一致的光栅图形P4。在其他情况下，按照计算机生成全息图法算出干涉条纹。结果，经波阵面改变装置56的衍射光生成区56a透射的透射光L4R(或衍射光L5R)被衍射并变成像一束一级衍射光L7和一束负一极衍射光L8之类的共轭衍射光束。一级衍射光束L7在光电探测器57的前表面处有焦点FP1，而负一级衍射光束L8在光电探测器57后面有焦点FP2。

如图24中所示，光电探测器57包括一个六分仪光电探测器59(或六分光电探测器)，在探测器59中设有六个探测区SE1、SE2、SE3、SE4、SE5和SE6。一级衍射光L7的强度被六分仪光电探测器59的每个探测区SE1、SE2和SE3探测并变成电流信号SC1、SC2和SC3。同样，负一级衍射光L8的强度被六分仪光电探测器59的每个探测区SE4、SE5和SE6探测并变成电流信号SC4、SC5和SC6。

图25A和25C分别表示在物镜27在信息媒体23或25上散焦的条件下照射于六分仪光电探测器59的探测区SE1、SE2、和SE3的一级衍射光L7的聚光点和照射于六分仪光电探测器59的探测区SE4、SE5和SE6的负一级衍射光L8的另一聚光点。图25B表示在物镜27刚好在信息媒体23或25上聚焦的条件下照射于六分仪光电探测器59的探测区SE1、SE2和SE3的一级衍射光L7的聚光点和照射于六分仪光电探测器59的探测区SE4、SE5和SE6的负一级衍射光L8的另一聚光点。

如图25A至25C中所示，在透射光L4(或衍射光L5)在物镜27在信息媒体23(或25)上散焦的条件下会聚在信息媒体23(或25)的情况下，在六分仪光电探测器59上形成图25A、25C的左侧所示的衍射光L7的聚光点S8，并在六分仪光电探测器59上形成图25A、25C的右侧所示的衍射光L8的聚光点S9。与此不同，在透射光L4(或衍射光L5)在物镜27刚好在信息媒体23(或25)上聚焦的条件下会聚在信息媒体23(或25)的情况下，在六仪光电探测器59上形成图25B的左侧所示的衍射光L7的聚光点S8，并在六分仪光电探测器59上形成图25B的右侧所示的衍射光L8的另一聚光点S9。衍射光L7的强度在六分仪光电探测器59的每个探测区SE1、SE2和SE3中被探测并变成电流信号SC1、SC2、SC3。同样，衍射光L8的强度在六分仪光电探测器59的探测区SE4、SE5和SE6中被探测并变成电流信号SC4、SC5和SC6。此后，按照光点尺寸探测法通过计算公式(5)得到聚焦误差信号Sfe。

S_fe＝(SC1+SC3-SC2)-(SC4+SC6一SC5)    (5)此后，沿光轴方向以高速移动复合物镜的位置，以便把聚焦误差信号S_fe的绝对值减至最小。

在光点尺寸探测法中，衍射光L7、L8用两种具有不同曲率的球面波来表示以便探测聚焦误差信号S_fe。然而，照射于光电探测器57的两束衍射光L7、L8不限于球面波。就是说，由于衍射光L7、L8沿Y方向的变化由光电探测器57按照光点尺寸探测法来探测，需要衍射光L7的一维焦点位于光电探测器57之前而衍射光L8的一维焦点位于光电探测器57之后。因而，包含象散象差的衍射光可以照射于光电探测器57上。

此外，通过按照公式(6)把所有电流信号相加而得到信息信号Sin。

Sin＝SC1+SC2+SC3+SC4+SC5+SC6      (6)

由于信息媒体23或25高速旋转，被衍射光L7、L8的聚光点S8、S9照射的图形轨迹凹坑一个接一个地快速变换，以致信息信号Sin的强度改变。因而，按照信息信号Sin可以复现存储在信息媒体23或25中的信息。

接下来描述根据信息媒体23或25上的聚光点与图形轨迹凹坑之间的相对位置来探测跟踪误差信号。

画在图22中所示的衍射光生成区56b中的光栅图形P5设计成把经波阵面改变装置56的衍射光生成区56b透射的透射光L4R(或衍射光L5R)变成一束一级衍射光L9和一束负一级衍射光L10。再者，画在图22中所示的衍射光生成区56c中的光栅图形P6设计成把经波阵面改变装置56的衍射光生成区56c透射的透射光L4R(或衍射光L5R)变成一束一级衍射光L11和一束负一级衍射光L12。

如图24中所示，光电探测器57还包括四个用来探测衍射光L9至L12的强度的跟踪光电探测器60a至60d。如图26中所示，衍射光L9的强度被跟踪光电探测器60a探测并变成电流信号SC7，衍射光L10的强度被跟踪光电探测器60d探测并变成电流信号SC10，衍射光11的强度被跟踪光电探测器60b探测并变成电流信号SC8，而衍射光L12的强度被跟踪光电探测器60c探测并变成电流信号SC9。按照公式(7)计算跟踪误差信号S_te。

S_te＝SC7-SC8-SC9+SC10       (7)

因而，入射在波阵面改变装置56上的透射光L4R(或衍射光L5R)的强度分布的不对称性由跟踪误差信号S_te来表示，该不对称性根据聚光点S1(或S2)与被光L4或L5照射的图形轨迹凹坑之间的位置关系而变化。

此后，沿径向移动物镜27以减小由跟踪误差信号S_te所指示的跟踪误差。径向被定义成既垂直于光轴又垂直于一系列图形轨迹凹坑的方向。因而，透射光L4(或衍射光L5)在信息媒体23(或25)上的聚光点S1(或S2)可以在图形轨迹凹坑的中间形成，以致跟踪误差变为零。

因此，在光度头装置51中可以稳定地得到聚焦和跟踪伺服特性。就是说，由于波阵面改变装置56具有波阵面改变功能，可以很容易地得到聚焦误差信号。同样，由于在波阵面改变装置56中设置有衍射光发生区56b、56c，可以很容易得到跟踪误差信号。因而，制造光度头装置51所需的零件数可以减少，并且制造步骤数可以减少。此外，制造的光度头装置成本低、重量轻。

再者，由于在光度头装置51中使用具有两个焦点的复合物镜，无论信息媒体究竟是厚是薄，用光度头装置51都能从信息媒体上可靠地记录或复现信息段。(第七实施例)

接下来描述按照本发明第七实施例的光度头装置，在该装置中按照象散象差法来探测像聚焦误差信号和跟踪误差信号之类的伺服信号。

图27是按照第七实施例的光度头装置的组合图。

如图27中所示，一种用来在或从信息媒体23或25上记录或复现信息段的光度头装置61包括光源52，准直透镜53，分束器54，由全息图透镜26(或26M、32、33或42)和物镜27组成的复合物镜29(或29M、34、43、45、46或47)，执行装置58，聚光镜55，一个像平行平面片之类的用来在由聚光镜55所会聚的透射光L4R或衍射光L5R中生成象散象差的象散象差生成装置62，以及一个用来探测透射光L4R或衍射光L5R的强度的光电探测器63，在其中生成象散象差以得到信息信号和像聚焦误差信号和跟踪误差信号之类的伺服信号。

象散象差生成装置62属于波阵面改变装置56之一，因为透射光L4R或衍射光L5R的波阵面被生成装置62改变以便在光L4R或L5R中生成象散象差。再者，装置62的法线从光轴倾斜。

如图28中所示，光电探测器63包括一个四分仪光电探测器64，在探测器64中设有四个探测区SE7、SE8、SE9和SE10。

在以上结构中，由信息媒体23(或25)所反射的透射光L4R(或衍射光L5R)被聚光镜55以与第六实施例中相同方式会聚。此后，透射光L4R(或衍射光L5R)经象散象差生成装置62透射并会聚在光电探测器63上以便在四分仪光电探测器64的探测区SE7、SE8、SE9和SE10上形成聚光点S10。在这种情况下，由于被聚光镜55会聚的透射光L4R(或衍射光L5R)是球面波，象散象差由象散象差生成装置62在透射光L4R(或衍射光L5R)中生成。因而，如图29A至29C中所示，聚光点S10的形状根据复合物镜29与信息媒体23(或25)之间的距离而明显地变化。

例如，在透射光L4(或衍射光L5)在物镜27在信息媒体23(或25)上散焦的条件下会聚在信息媒体23(或25)上的情况下，在四分仪光电探测器64上形成图29A、29C中所示的透射光L4R(或衍射光L5R)的聚光点S10。与此不同，在透射光L4(或衍射光L5)在物镜27刚好在信息媒体23(或25)上聚焦的条件下会聚在信息媒体23(或25)上的情况下，在四分仪光电探测器64上形成图29B中所示的透射光L4R(或衍射光L5R)的聚光点S10。

透射光L4R(或衍射光L5R)的强度在四分仪光电探测器64的探测区SE7、SE8、SE9或SE10中被探测并变成电流信号SC11、SC12、S13和SC14。此后，按照象散象差法通过计算公式(8)而得到聚焦误差信号S_fe。

S_fe＝(SC11+SC14)-(SC12+SC13)       (8)此后，沿着与光轴平行的方向高速移动复合物镜29的位置，以便把聚焦误差信号S_fe的绝对值减至最小。

再者，如图29D中所示定义了与图形记录凹坑的延长方向一致的切向Dt和既与光轴垂直又与图形记录凹坑垂直的径向Dr。在这种情况下，当四分仪光电探测器64如图29A至29C中所示取向时，按照公式(9)利用透射光L4R(或衍射光L5R)的强度分布变化来计算跟踪误差信号S_te，该强度分布变化取决于聚光点S10与被光L4或L5照射的记录凹坑之间的位置关系。

S_te＝SC11+SC13-(SC12+SC14)       (9)

此后，沿径向移动物镜27以减小由跟踪误差信号S_te所指示的跟踪误差。因而，透射光L4(或衍射光L5)在信息媒体23(或25)上的聚光点S1(或S2)可以在记录凹坑的中间形成，以致跟踪误差变为零。

在其他情况下，按照相位差法用式(9)中的计算结果得到跟踪误差信号S_te。

此外，通过按照公式(10)把所有电流信号相加得到信息信号Sin。

Sin＝SC11+SC12+SC13+SC14         (10)

因此，在光度头装置61中可以稳定地得到聚焦和跟踪伺服特性。就是说，由于在透射光L4R(或衍射光L5R)中靠由平行平面片组成的象散象差生成装置62生成象散象差，可以很容易地得到像聚焦误差信号和跟踪误差信号之类的伺服信号。因而，制造光度头装置61所需的零件数可以减少，并且制造步骤数可以减少。此外，制造的光度头装置成本低、重量轻。

再者，由于在光度头装置61中使用具有两个焦点的复合物镜，无论信息媒体究竟是厚是薄，用光度头装置61都能从信息媒体上可靠地记录或复现信息段。

在第七实施例中，由平行平面片形成的象散象差生成装置62布置在聚光镜55与光电探测器63之间。然而，像图30中所示的光度头装置65那样，可以设置与聚光镜55形成整体的柱面透镜66来代替平行平面片以便在透射光L4R(或衍射光L5R)中生成象散象差。在这种情况下，由于柱面透镜66与聚光镜55形成整体，可以以更低的成本制造光度头装置。此外，如图30中所示，全息图透镜26(或32、33、42)的法线可以从穿过物镜27中心的光轴倾斜大约一度以防止在全息图透镜26的表面反射的漫射光入射到光电探测器57或63上。再者，全息图透镜26(或32、33、42)可以用防反射涂层覆盖以防止漫射光的发生。

再者，像图31中所示的光度头装置67那样，可以设置偏振分束器68来代替分束器54以便完全透射入射光L3并在全息图透镜26(或32、33、42)与偏振分束器68之间加设1/4-λ平片69。在这种情况下，由于入射光L3在出射光路上经1/4-λ平片69透射而且由于透射光L4R(或衍射光L5R)在入射光路上再次经1/4-λ平片69透射，所以透射光L4R(或衍射光L5R)被偏振分束器68完全反射。因此可以提高入射光L3的利用率。再者，可以提高每个伺服信号和信息信号的信噪比。

同样，像图32中所示的光度头装置70那样，可以设置偏振分束器68来代替分束器54以便完全透射入射光L3并在全息图透镜26(或32、33、42)与物镜27之间加设1/4-λ平片69。在这种情况下，透射光L4R(或衍射光L5R)被偏振分束器68以与图31中所示光度头装置相同的方式完全反射。此外，由于从全息透镜26(或32、33、42)反射的漫射光经偏振分束器68透射，漫射光不入射到光电探测器63上。因此，每个伺服信号和信息信号的信噪比可以进一步提高。

同样，像图33中所示的光度头装置71那样，可以在准直透镜53和偏振分束器68之间加设用来对从光源52发射的入射光L3整形的楔形棱镜72。在这种情况下，入射光L3的椭圆形波阵面被楔形棱镜72整形成圆形波阵面。因此可以提高入射光L3的利用率。

在第六和第七实施例中，当会聚在第一信息媒体23上的透射光L4(即零级衍射光L4)朝向复合物镜反射以复现记录在第一信息媒体23上的一段信息时，一部分透射光L4R在入射光路上在全息图透镜26(或32、33、42)中被衍射，以致该部分透射光L4R变成一束一级衍射光L13。因而，一级衍射光L13从全息图透镜26发散，而且以较大的尺寸在光电探测器57或63上形成衍射光L13的聚光点S11，如图34中所示。聚光点S11的尺寸大于六分仪光电探测器59和四分仪光电探测顺64的聚光点尺寸。因而，存在着信息信号中信噪比变坏的缺点。

为了解决该缺点，最好光电探测器57(或63)还包括一个环绕六分仪光电探测器59(或四分仪光电探测器64)的信息光电探测器73。信息光电探测器73的尺寸等于或大于1mm见方。因而，在信息信号取决于在六分仪光电探测器59(或四分仪光电探测器64)中所探测的透射光L4的强度与在信息光电探测器73中所探测的衍射光L13的强度之和的情况下，可以提高信息信号中的信噪比，并可提高信息信号的频率特性。(第八实施例)

接下来，描述按照本发明第八实施例在光度头装置51、61、65、67、70和71中进行聚焦的方法。

图35A图示通过探测在全息图透镜26、32或33中形成的透射光L4的强度而得到的聚焦误差信号的变化，聚焦误差信号的强度取决于物镜27与第一信息媒体23之间的距离。图35B图示通过探测在全息图透镜26、32或33中衍射光L5的强度而得到的聚焦误差信号的变化，聚焦误差信号的强度取决于物镜27与第二信息媒体25之间的距离。

透射光L4的强度很高，因为物镜27对透射光L4的数值孔径很大。因而，如图35A所示，在物镜27几乎聚焦在第一信息媒体23上的情况下得到的聚焦误差信号FE1的变化与在物镜27在第一信息媒体23上散焦的情况下得到的多余聚焦误差信号FE2的变化相比明显地较大。此外，在全息图透镜26、32或33用于每个光度装置头装置51、61、65、70和71中的情况下，当物镜27与第一信息媒体23之间的距离大于物镜27对透射光L4的焦距时生成多余聚焦误差信号FE2。

与此不同，衍射光L5的强度降低，因为物镜27对衍射光L5的数值孔径较小。因而，如图35B中所示，在物镜27几乎聚焦在第二信息媒体25上的情况下得到的聚焦误差信号FE3的变化与在物镜27在第二信息媒体25上散焦的情况下得到的多余聚焦误差信号FE4的变化几乎相同。此外，在全息图透镜26、32或33用于每个光度头装置51、61、65、67、70和71中的情况下，当物镜27与第二信息媒体25之间的距离小于物镜27对衍射光L5的焦距时生成多余误差信号FE4。

因而，在实现透射光L4在第一信息媒体23上聚焦的情况下，置于远离第一信息媒体23的物镜27逐渐接近第一信息媒体23。此后，当聚焦误差信号的强度达到阈值时，把设在光电探测器57或63中的聚焦伺服环路投入工作状态，以致调整物镜27聚焦在第一信息媒体23上。同样，在实现衍射光L5在第二信息媒体25上聚焦的情况下，置于远离第二信息媒体25的物镜27以同样方式逐渐接近第二信息媒体25。此后，当聚焦误差信号的强度达到阈值时，把设在光电探测器57或63中的聚焦伺服环路投入工作状态，以致调整物镜27使之聚焦在第二信息媒体25上。

因此，可以防止多余聚焦误差信号FE4对衍射光L5的聚焦的不良影响。再者，由于置于远离信息媒体23或25的物镜27逐渐接近信息媒体23或25而不论信息媒体厚度究竟是T1还是T2，所以在每个带有全息图透镜26、32或33的光度头装置51、61、65、67、70和71中可以按照同一程序进行聚焦操作，办法是改变阈值或进行自动增益控制，在这种控制中通过探测透射光L4R或衍射光L5R的总强度而把聚焦误差信号归一化。因而，可以以低成本制造进行聚焦操作所需的控制电路。

图36A图示通过探测在全息图透镜42中形成的衍射光L6的强度得到的聚焦误差信号的变化，聚焦误差信号的强度取决于物镜27与第一信息媒体23之间的距离。图36B图示通过探测在全息透镜42中形成的透射光L4的强度得到的聚焦误差信号的变化，聚焦误差信号的强度取决于物镜27与第二信息媒体25之间的距离。

如图36A中所示，在物镜27几乎聚焦在第一信息媒体23上的情况下得到的聚焦误差信号FE5的变化与在物镜27在第一信息媒体23上散焦的情况下得到的多余聚焦误差信号FE6的变化相比明显地较大。此外，在全息图透镜42用于每个光度头装置51、61、65、67、70和71中的情况下，当物镜27与第一信息媒体23之间的距离小于物镜27对衍射光L6的焦距时生成多余聚焦误差信号FE6。

与此不同，如图36B中所示，在物镜27几乎聚焦在第二信息媒体25上的情况下得到的聚焦误差信号FE7的变化与在物镜27在第二信息媒体25上散焦的情况下得到的多余聚焦误差信号FE8的变化几乎相同。此外，在全息图透镜42用于每个光度头装置51、61、65、67、70和71中的情况下，当物镜27与第二信息媒体25之间的距离大于物镜27对透射光L4的焦距时生成多余聚焦误差信号FE8。

因而，在实现衍射光L6在第一信息媒体23上聚焦的情况下，置于靠近第一信息媒体23的物镜27逐渐离开第一信息媒体23。此后，当聚焦误差信号的强度达到阈值时，把设在光电探测器57或63中的聚焦伺服环路投入工作状态，以致调整物镜27使之聚焦在第一信息媒体23上。同样，在实现透射光L4在第二信息媒体25上聚焦在情况下，置于靠近第二信息媒体25的物镜27以同样方式逐渐离开第二信息媒体25。此后，当聚焦误差信号的强度达到阈值时，把设在光电探测器57或63中的聚焦伺服环路投入工作状态，以致调整物镜27使之聚焦在第二信息媒体25上。

因此，可以防止多余聚焦误差信号FE8对透射光L4聚焦的不良影响。再者，由于置于靠近信息媒体23或25的物镜27逐渐离开信息媒体23或25而不论信息媒体厚度究竟是T1还是T2，所以在每个带有全息图透镜42的光度头装置51、61、65、67、70或71中可以按照同一程序进行聚焦操作，办法是改变阈值或进行自动增益控制。因而，可以以低成本制造进行聚焦操作所需的控制电路。(第九实施例)

对照图29、37描述按照本发明第九实施例的带有复合物镜29、34、45、46或47的光度头装置，在该装置中有效地利用入射光L3来得到信息信号和伺服信号。

图37是按照第九实施例的光度头装置的组合图。

如图37中所示，用来在或从信息媒体23或25上记录或复现信息段的光度头装置81包括光源52、准直透镜53、分束器54、由全息图透镜26(或32或33)和物镜27组成的复合物镜29(34、45、46或47)、执行装置58、聚光镜55、用来透射一束衍射光L5R或反射一束透射光L4R的分束器82、用来探测经分束器82透射的衍射光L5R的强度以得到伺服信号和记录在第二信息媒体25上的信息信号的光电探测器63、像用来改变分束器82反射的透射光L4R的波阵面的全息图之类的波阵面改变装置56、以及用来探测透射光L4R的强度以得到伺服信号和记录在第一信息媒体23上的信息信号的光电探测器57。分束器82由其法线从光路倾斜的平行平面片构成，以致在穿过分束器82的衍射光L5R中生成象散象差。同样，在平行平面片表面涂敷有覆盖层。

在以上结构中，透射光L4(或衍射光L5)被聚光镜27以与第六实施例中相同的方式会聚。此后，在在或从第一信息媒体23上记录或复现一段信息的情况下，透射光L4会聚在第一信息媒体23上以形成第一聚光点S1。此后，一束被第一信息媒体23反射的透射光L4R沿相反方向穿过同一光路。就是说，透射光L4R的大部分没有任何衍射地再次经复合物镜透射并被分束器54反射。此后，透射光L4R被聚光镜55会聚，而且一部分透射光L4R被分束器82反射。此后，大部分透射光L4R的波阵面被波阵面改变装置56改变，而且大部分透射光L4R会聚在光电探测器57上以形成聚光点S8、S9。因而，以与第六实施例中相同的方式得到信息信号和像聚焦误差信号和跟踪误差信号之类的伺服信号。再者，未改变其波阵面的其余部分透射光L4R会聚在光电探测器57上以形成聚光点S7。

与此不同，在在或从第二信息媒体25上记录或复现一段信息的情况下，衍射光L5会聚在第二信息媒体25上以形成第二聚光点S2。此后，一束被第二信息媒体25反射的衍射光L5R沿相反方向穿过同一光路，而且大部分衍射光L5R没有任何衍射地经全息图透镜26透射。因而，衍射光L5R穿过与出射光路不同的入射光路。此后，衍射光L5R被分束器54反射并被聚光镜55会聚。此后，一部分衍射光L5R经分束器82透射。在这种情况下，在衍射光L5R中生成象散象差。此后，衍射光L5R会聚在光电探测器63上以形成其形状与图29A至29C中所示的聚光点S10形状相同的聚光点S12，而且衍射光L5R的强度在光电探测器63中被探测。因而，以与第七实施例中相同的方式得到信息信号和像聚焦误差信号和跟踪误差信号之类的伺服信号。

在这种情况下，虽然其余部分透射光L4R经分束器82透射，但其余部分透射光L4R不会聚在聚光点S12处，因为透射光L4R穿过同一光路。再者，虽然其余部分衍射光L5R被分束器82反射，但其余部分衍射光L5R不会聚在聚光点S7、S8或S9，因为衍射光L5R穿过与出射光路不同的入射光路。

在第九实施例中，由于衍射光L5R没有任何衍射地经全息图透镜26透射，在光电探测器63上形成的聚光点S12与光源52在镜象中的发射点无关，而在光电探测器57上形成的聚光点S7与光源52在镜象中的发射点有关。换句话说，被聚光镜55会聚的衍射光L5R的焦点与被聚光镜55会聚的透射光L4R的焦点不同。因而，需要用来探测透射光L4R的强度的光电探测器57和用来探测衍射光L5R的强度的光电探测器63。

因此，由于在光度头装置81中使用具有两个焦点的复合物镜，可以在或从信息媒体上可靠地记录或复现信息段，而不论信息媒体究竟是厚是薄。

现描述光度头装置81用于各种光盘的例子。

在光度头装置81用于这样一种光盘装置，在这种光盘装置中记录或复现记录在薄型高密度光盘23中的信息段并且仅复现记录在厚型光盘25中的信息段的情况下，复合物镜29、34、45、46或47中的全息图透镜26、32或33把一束光变成一束一级衍射光的衍射效率设成等于或小于30％的值。因而，在光电探器63中复现记录在厚型光盘25上的一段信息的情况下，可以提高在光电探测器63中得到的每个伺服信号和信息信号的信噪比，因为以高透射效率经全息图透镜26、32或33透射的衍射光L5R用来得到伺服信号和信息信号。换句话说，当复现记录在厚型光盘25上的一段信息时可以提高入射光L3的利用率，以致入射光L3的输出功率可以减至最小。再者，即使在高密度光盘23上记录一段信息需要高强度透射光L4时，不增加入射光L3的强度也可以可靠地进行信息的记录，因为全息图透镜26、32或33对入射光L3的透射效率很高。再者，在光电探测器57中复现记录在高密度光盘23上的一段信息的情况下，可以提高在光电探测器57中得到的每个信号的信噪比，因为全息图透镜26、32或33对光L3、L4R的透射效率很高。(第十实施例)

对照图38、39描述按照本发明第十实施例的带有复合物镜29、34、45、46或47的光度头装置，在该装置中，有效地利用入射光L3来得到信息信号和伺服信号。图38、39中所示的座标X1和Y1是相同的。

图38是按照第十实施例的光度头装置的组合图。图39是用于图38中所示的光度头装置中的带有反射型全息图的分束器的平面图。

如图38中所示，用来在或从信息媒体23或25上记录或复现信息段的光度头装置91包括光源52、准直透镜53、分束器54、由全息图透镜26(或32或33)和物镜27组成的复合物镜29(或34、35、46或47)、执行装置58、聚光镜55、带有反射型全息图93的用来透射大部分透射光L4R或反射全部入射在全息图93上的衍射光L5R的分束器92、用来探测经分束器92透射的透射光L4R的强度以得到伺服信号和记录在第一信息媒体23中的信息信号的光电探测器63、以及用来探测衍射光L5R的强度以得到伺服信号和记录在第二信息媒体25中的信息信号的光电探测器57。

分束器92由倾斜于光路的平行平面片构成，以致在穿过分束器92的透射光L4R中生成象散象差。再者，如图39中所示，反射型全息图93布置在分束器92的中心部分，而光透射区92a布置在分束器92的环绕全息图93的周缘部分。入射在光透射区92a上的光没有任何衍射地透射。全息图93分割成其中画有光栅图形P7的衍射光生成区93a和一对其中画有一对光栅图形P8、P9的衍射光生成区93b、93c。入射在衍射光生成区93a上的衍射光L5R被衍射以便在光电探测器57中得到聚焦误差信号。入射在每个衍射光生成区93b、93c上的衍射光L5R被衍射以便在光电探测器57中得到跟踪误差信号。

在以上结构中，透射光L4和衍射光L5被聚光镜27以与第六实施例中相同的方式会聚。此后，在在或从第一信息媒体23上记录或复现一段信息的情况下，透射光L4会聚在第一信息媒体23上以形成第一聚光点S1。此后，一束被第一信息媒体23反射的透射光L4R沿相反方向穿过同一光路。就是说，大部分透射光L4R没有任何衍射地再次经复合物镜29透射并被分束器54反射。此后，透射光L4R被聚光镜55会聚，并且大部分透射光L4R经分束器92透射。在这种情况下，在透射光L4R中生成象散象差。此后，透射光L4R会聚在光电探测器63上以形成形状与图29A至29C中所示的聚光点S10相同的聚光点S13，而且透射光L4R的强度在光电探测器63中被探测。因而，以与第七实施例中相同的方式得到信息信号和像聚焦误差信号和跟踪误差信号之类的伺服信号。

与此不同，在在或从第二信息媒体25上记录或复现一段信息的情况下，衍射光L5会聚在第二信息媒体25上以形成第二聚光点S2。此后，一束被第二信息媒体25反射的衍射光L5R沿相反方向穿过同一光路，而且大部分衍射光L5R没有任何衍射地经全息图透镜26透射。因而，衍射光L5R以与第九实施例中相同的方式在与出射光路不同的入射光路上透射。此后，衍射光L5R被分束器54反射并被聚光镜55会聚在分束器92上以便在分束器92的反射型全息图93上形成聚光点。因而，全部衍射光L5R被全息图93衍射和反射以会聚在光电探测器57上。就是说，在全息图93的衍射光生成区93a中所衍射并反射的衍射光L5R分成两束并以与第六实施例中相同方式会聚在光电探测器57中的六分仪光电探测器59的探测区SE1至SE6上。再者，在全息图93的衍射光生成区93b中所衍射并反射的衍射光L5R分成两束，并且衍射光L5R的强度在跟踪光电探测器60a和60d中被探测。再者，在全息图93的衍射光生成区93c中所衍射并反射的衍射光L5R分成两束，并且衍射光L5R的强度在跟踪光电探测器60b和60c中被探测。因而，以与第六实施例中相同的方式得到信息信号和像聚焦误差信号和跟踪误差信号之类的伺服信号。

在第十实施例中，由于透射光L4R没有任何衍射地经全息图透镜26透射，在光电探测器63上形成的聚光点S13与光源52在镜象中的发射点无关。因而，需要用来探测衍射光L5R的强度的光电探测器57和用来探测透射光L4R的强度的光电探测器63。

因此，由于在光度头装置91中使用具有两个焦点的复合物镜，可以在或从信息媒体上可靠地记录或复现信息段，而无论信息媒体究竟是厚是薄。

再者，由于全部衍射光L5R被分束器92的全息图93完全衍射和反射，可以高效地利用衍射光L5R。因而，可以提高在光电探测器57中得到的信号的信噪比。

现在描述光度头装置91用于各种光盘的例子。

在光度头装置91用于这样一种光盘装置，在该光盘装置中记录或复现记录在薄型高密度光盘23中的信息段并且仅复现记录在厚型光盘25中的信息段的情况下，复合物镜29、34、45、46或47中的全息图透镜26、32或33把一束光变成一束一级衍射光的衍射效率设成等于或小于30％的值。因而，在光电探测器57中复现记录在厚型光盘25上的一段信息的情况下，可以提高在光电探测器57中得到的每个伺服信号和信息信号的信噪比，因为以高透射效率经全息图透镜26、32或33透射的衍射光L5R用来得到伺服信号和信息信号。换句话说，当复现记录在厚型光盘25上的一段信息时可以提高入射光L3的利用率，以致入射光L3的输出功率可以减至最小。再者，即使在高密度光盘23上记录一段信息需要高强度透射光L4R时，不增加入射光L3的强度也可以可靠地实现信息的记录，因为全息图透镜26、32或33对入射光L3的透射效率很高。再者，在光电探测器63中复现记录在高密度光盘23上的一段信息的情况下，可以提高在光电探测器63中得到的每个信号的信噪比，因为全息图透镜26、32或33对光L3、L4R的透射效率很高。(第十一实施例)

对照图40至42描述按照本发明第十一实施例的带有复合物镜29、34、45、46或47的光度头装置，在该装置中有效地利用入射光来得到信息信号和伺服信号。图40、41中所示的座标X1和Y1是相同的，而图40、42中所示的座标X、Y和Z是相同的。

图40A、40B分别是按照第十一实施例的光度头装置的组合图。图41是用于图40中所示的光度头装置中的带有反射型全息图的分束器的平面图。

如图40A、40B中所示，用来在或从信息媒体23和25上记录或复现信息段的光度头装置101包括光源52、准直透镜53、分束器54、由全息图透镜26(或32或33)和物镜27组成的复合物镜29(或34、45、46或47)、执行装置58、聚光镜55、带有透射型全息图103的用来透射会聚在第一信息媒体23上的透射光L4R和会聚在第二信息媒体25上的衍射光L5R并衍射散焦会聚在第二信息媒体25上的透射光L4R的分束器102、用来探测会聚在第一信息媒体23上的透射光L4R的强度以得到伺服信号和记录在第一信息媒体23中的信息信号、散焦探测衍射光L5R的强度以得到记录在第二信息媒体25中的信息信号、以及探测散焦会聚在第二信息媒体25上的透射光L4R的强度以得到聚焦误差信号的光电探测器104。

分束器102由倾斜于光路的平行平面片构成，以致在穿过分束器102的光L4R、L5R中生成象散象差。再者，如图41中所示，透射型全息图103布置在分束器102的中心部分，而光透射区102a布置在分束器102的环绕全息图103的周缘部分。入射在光透射区102a上的透射光L4R没有任何衍射地透射，全息图103分割成交替排列的衍射光生成区103a、103b以便按照第六实施例中所述的光点尺寸探测法来探测聚焦误差信号。就是说，在每个衍射光生成区103a中画上光栅图形P10，并且由在区103a中衍射的透射光L4R形成一个聚光点。同样，在每个衍射光生成区103b中画出光栅图形P11，并且由在区103b中衍射的透射光L4R形成另一个聚光点。

光电探测器104包括六分仪光电探测器59，在探测器59中以与光电探测器57相同的方式设置探测区SE1、SE2、SE3、SE4、SE5和SE6。

在以上结构中，透射光L4和衍射光L5被聚光镜27以与第六实施例中相同的方式会聚。此后，在在或从第一信息媒体23上记录或复现一段信息的情况下，如图40A中所示，透射光L4会聚在第一信息媒体23上以形成第一聚光点S1。此后，一束被第一信息媒体23反射的透射光L4R沿相反方向穿过同一光路。就是说，透射光L4R没有任何衍射地再次经复合物镜透射并被分束器54反射。此后，透射光L4R被聚光镜55会聚，并且大部分透射光L4R经分束器102透射。在这种情况下，在透射光L4R中生成象散象差。此后，透射光L4R会聚在光电探测器104上以形成形状与图29A至29C中所示的聚光点S10相同的聚光点S14，而且透射光L4R的强度在光电探测器104中被探测。因而，以与第七实施例中相同的方式得到信息信号和像聚焦误差信号和跟踪误差信号之类的伺服信号。在这种情况下，由于探测透射光L4R的光电探测器104的位置与光源52在镜象中的发射点有关，透射光L4R刚好聚焦会聚在光电探测器104上。

与此不同，在在或从第二信息媒体25上记录或复现一段信息的情况下，如图40B中所示，衍射光L5会聚在第二信息媒体25上以形成第二聚光点S2。此后，一束被第二信息媒体25反射的衍射光L5R沿相反方向穿过同一光路并且没有任何衍射地经全息图透镜26透射。因而，衍射光L5R以与第九实施例中相同的方式在与出射光路不同的入射光路上透射。此后，衍射光L5R被分束器54反射并被聚光镜55会聚。此后，大部分衍射光L5R经分束器102透射，而且衍射光L5R会聚在光电探测器57上。在此情况下，在衍射光L5R中生成散象差。再者，由于衍射光L5R在入射路上不被全息图透镜26衍射，探测衍射光L5R的光电探测器104的位置与光源52在镜象中的发射点无关。因而，衍射光L5R散焦会聚在光电探测器104上。然而，由于散焦会聚的衍射光L5R的总强度在光探测器104中被探测，所以以与第七实施例中相同的方式得到信息信号。

再者，透射光L4散焦会聚在第二信息媒体25上，如图40B中所示。就是说，入射在第二信息媒体25的后表面上的透射光L4会聚于第二信息媒体25的前表面处。此后，一束在第二信息媒体25的前表面反射的透射光L4R没有任何衍射地再次经复合物镜透射并被分束器54反射。此后，透射光L4R被聚光镜55会聚在分束器102上以便在分束器102的全息图103上形成聚光点。因而，全部透射光L4R被全息图103衍射并会聚在光电探测器104上。就是说，在全息图103的衍射光生成区103a中衍射的透射光L4R变成其焦点位于光电探测器104前面的第一球面波SW1，而在全息图103的衍射光生成区103b中衍射的透射光L4R变成其焦点位于光电探测器104后面的第二球面波SW2。此后，如图42A至42C中所示，第一球面波SW1会聚在光电探测器104中六分仪光电探测器59的探测区SE1至SE3上以形成聚光点S15A，而第二球面波SW2会聚在六分仪光电探测器59的探测区SE4至SE6上以形成聚光点S15B。由于区103a、103b分成许多块，聚光点S15A、S15B也分别分成许多块。

在衍射光L5散焦会聚在信息媒体25上的情况下，在六分仪光电探测器59上形成图42A、42C中所示的透射光L4R的聚光点S15A、S15B。与此不同，在衍射光L5聚焦会聚在信息媒体25上的情况下，在六分仪光电探测器59上形成图42B中所示的透射光L4R的聚光点S15A、S15B。透射光L4R的强度在六分仪光电探测器59的每个探测区SE1至SE6中被探测并变成电流信号SC15至SC20。此后，按照光点尺寸探测法通过计算公式(11)得到聚焦误差信号S_fe。

S_fe＝(SC15+SC17-SC16)-(SC18+SC20-SC19)    (11)此后，沿光轴方向高速移动复合物镜的位置，以便把聚焦误差信号S_fe的绝对值减至最小。因而，以与第六实施例中相同方式得到聚焦误差信号。

因此，由于在光度头装置101中使用具有两个焦点的复合物镜，可以在或从信息媒体上可靠地记录或复现信息段，无论信息媒体究竟是厚是薄。

再者，由于第二信息媒体25所反射的全部透射光L4R完全被分束器102的全息图103完全衍射以便探测聚焦误差信号，透射光L4R可高效利用。因而，可以提高在光电探测器104中得到的聚焦误差信号的信噪比。

再者，可以在光电探测器104中得到信息信号和伺服信号，而无论信息媒体23或25究竟是薄是厚。因而，制造光度头装置101所需的零件数可以减少，并且即使无论信息媒体究竟是厚是薄都用光度头装置101在或从信息媒体上记录或复现信息段，也可以以低成本和轻重量制造小尺寸的光度头装置。

描述光度头装置101用于各种光盘的例子。

在光度头装置101用于这样一种光盘装置，该光盘装置中记录或复现记录在薄型高密度光盘23中的信息段并且仅复现记录在厚型光盘25中的信息段的情况下，复合物镜29、34、45、46或47中的全息图透镜26、32或33的衍射效率设成等于或小于30％的值。因而，在在光电探测器104中复现记录在厚型光盘25上的一段信息的情况下，可以提高在光电探测器104中得到的每个伺服信号和信息信号的信噪比，因为以高透射效率经全息图透镜26、32或33透射的衍射光L5R用来得到信息信号。换句话说，当复现记录在厚型光盘25上的一段信息时可以提高入射光L3的利用率，以致入射光L3的输出功率可以减至最小。再者，即使在高密度光盘23上记录一段信息需要高强度透射光L4时，不增加入射光L3的强度也可以可靠地实现信息的记录，因为全息图透镜26、32或33对入射光L3的透射效率很高。再者，在在光电探测器63中复现记录在高密度光盘23上的一段信息的情况下，可以提高在光电探测器63中得到的每个信号的信噪比，因为全息图透镜26、32或33对光L3、L4R的透射效效率很高。(第十二实施例)

对照图43描述按照本发明第十二实施例的带有复合物镜29M、43、45、46或47的光度头装置，在该装置中有效地利用入射光L3来得到信息信号和伺服信号。

图43是按照第十二实施例的光度头装置的组合图。

如图43中所示，用来在或从信息媒体23或25上记录或复现信息段的光度头装置111包括光源52、准直透镜53、分束器54、由全息图透镜42(或26M或32)和物镜27组成的复合物镜29M(或43、45、46或47)、执行装置58、聚光镜55、分束器82、光电探测器63、波阵面改变装置56、以及光电探测器57。

在以上结构中，由光源52发射的一束入射光L3在准直透镜53中准直并经分束器54透射。此后，一部分入射光L3没有任何衍射地经复合物镜29透射，而其余部分入射光L3被衍射。

此后，在在或从第一信息媒体23上记录或复现一段信息的情况下，衍射光L6会聚在第一信息媒体23上以形成聚光点S5。就是说，衍射光L6入射在第一信息媒体23的后表面上，而且在第一信息媒体23的前表面上形成聚光点S5。此后，一束在第一信息媒体23的前表面处反射的衍射光L6R沿相反方向穿过同一光路，并且大部分衍射光L6R再次被全息图透镜42衍射。因而，衍射光L6R在与出射光路一致的入射光路上透射。此后，衍射光L6R被分束器54反射并被聚光镜55会聚。此后，一部分衍射光L6R经分束器82透射。在这种情况下，在衍射光L6R中生成象散象差。此后，衍射光L6R会聚在光电探测器63上以形成形状如图29A至29C中所示的聚光点S10。而衍射光L6R的强度在光电探测器63中被探测。因而，以与第七实施例中相同的方式得到信息信号和像聚焦误差信号和跟踪误差信号之类的伺服信号。

与此不同，在在或从第二信息媒体25上记录或复现一段信息的情况下，透射光L4会聚在第二信息媒体25上以形成聚光点S6。就是说，透射光L4入射在第二信息媒体25的后表面上，而且在第二信息媒体25的前表面上形成聚光点S6。此后，一束在第二信息媒体25的前表面处反射的透射光L4R沿相反方向穿过同一光路。就是说，透射光L4R在入射光路上被物镜27对准。此后，大部分透射光L4R被全息图透镜42衍射。因而，透射光L4R在与出射光路不同的入射光路上透射。此后，透射光L4R被分束器54反射并被聚光镜55会聚。此后，一部分透射光L4R被分束器82反射。此后，大部分透射光L4R的波阵面被波阵面改变装置56改变，而且大部分透射光L4R会聚在光电探测器57上以形成聚光点S16、S17。因而，以与第六实施例中相同的方式得到信息信号和像聚焦误差信号和跟踪误差信号之类的伺服信息。再者，未被波阵面改变装置56改变其波阵面的其余部分透射光L4R会聚在光电探测器57上以形成聚光点S18。

在第十二实施例中，由于透射光L4R在入射光路上被全息图透镜42衍射，在光电探测器57上形成的聚光点S18与光源52在镜象中的发射点无关，而在光电探测器63上形成的聚光点S10却与光源52在镜象中的发射点有关。换句话说，被聚光镜55会聚的透射光L4R的焦点与被聚光镜55会聚的衍射光L6R的焦点不同。因而，需要用来探测透射光L4R的强度的光电探测器57和用来探测衍射光L6R的强度的光电探测器63。

因此，即使在或从信息媒体上记录或复现信息段，也可以在或从信息媒体上可靠地记录或复现信息，而无论信息媒体究竟是厚是薄。

再者，由于在全息图透镜42中形成的衍射光L6在衍射光L6入射在物镜27上之前会聚，聚光点S5、S6之间沿光轴方向的距离可以加长到1mm左右。因而，即使透射光L4(或衍射光L6)聚焦会聚在聚光点S6(或S5)上以便记录或读出一段信息，光L6(或L4)也不聚焦会聚在聚光点S6(或S5)上以便减小光L6(或L4)在聚光点S6(或S5)处的强度。因此，对信息的记录或复现没有不良影响。

再者，由于全息图透镜42对一级衍射光L6起凸透镜作用，在光度头装置111中可以防止色象差的出现。

现在描述光度头装置111用于各种光盘的例子。

在光度装置111用于这样一种光盘装置，在该光盘装置中记录或复现记录在薄型高密度光盘23上的信息段并且仅复现记录在厚型光盘25上的信息段的情况下，复合物镜29M、43、45、46或47中的全息图透镜26M或42把一束光变成一束一级衍射光的衍射效率设成等于或大于55％的值。因而，在在光电探测器57中复现记录在厚型光盘25上的一段信息的情况下，可以提高在光电探测器57中得到的每个伺服信号和信息信号的信噪比，因为以高衍射效率被全息图透镜26M或42衍射的透射光L4R用来得到伺服信号和信息信号。换句话说，当复现记录在厚型光盘25上的一段信息时可以提高入射光L3的利用率，以致入射光L3的输出功率可以减至最小。再者，即使在高密度光盘23上记录一段信息需要高强度衍射光L6，不增加入射光L3的强度也可以可靠地实现信息的记录，因为全息图透镜26M或42对入射光L3和衍射光L6R的衍射效率很高。再者，在在光电探测器63中复现记录在高密度光盘23上的一段信息的情况下，可以提高在光电探测器63中得到的每个信号的信噪比，因为全息图透镜26M或42对光L3、L6R的衍射效率很高。(第十三实施例)

对照图44描述按照本发明第十三实施例的带有复合物镜29M、43、45、46或47的光度头装置，在该装置中有效地利用入射光L3来得到信息信号和伺服信号。

图44是按照第十三实施例的光度头装置的组合图。

如图44中所示，用来在或从信息媒体23或25上记录或复现信息段的光度头装置121包括光源52、准直透镜53、分束器54、由全息图透镜42(或26M或32)和物镜27组成的复合物镜43M(或29M、45、46或47)、执行装置58、聚光镜55、带有反射型全息图93的分束器92、光探测器63、以及光电探测器57。

在以上结构中，透射光L4和衍射光L6被聚光镜27以与第十二实施例中相同的方式会聚。此后，在在或从第一信息媒体23上记录或复现一段信息的情况下，衍射光L6会聚在第一信息媒体23上以形成聚光点S5。此后，一束被第一信息媒体23反射的衍射光L6R沿相反方向穿过同一光路，而且大部分衍射光L6R被全息图透镜42衍射。因而，衍射光L6R在与出射光路一致的入射光路上以与第十二实施例中相同的方式透射。此后，衍射光L6R被分束器54反射并被聚光镜55会聚在分束器92上以便在分束器92的反射型全息图93上形成聚光点。因而，全部衍射光L6R被全息图93衍射和反射以便以与第十实施例中相同的方式会聚在光电探测器57上。因而，以与第六实施例中相同的方式得到信息信号和像聚焦误差信号和跟踪误差信号之类的伺服信号。

与此不同，在在或从第二信息媒体25上记录或复现一段信息的情况下，透射光L4会聚在第二信息媒体25上以形成聚光点S6。此后，一束被第二信息媒体25反射的透射光L4R沿相反方向穿过同一光路。就是说，大部分透射光L4R在入射光路上被物镜27对准。此后，大部分透射光L4R被全息图透镜42衍射。因而，透射光L4R在与出射光路不同的入射光路上以与第十二实施例中相同的方式透射。此后，透射光L4R被分束器54反射并被聚光镜55会聚。此后，大部分透射光L4R经分束器92透射。在这种情况下，在透射光L4R中生成象散象差。此后，透射光L4R会聚在光电探测器63上以形成形状与图29A至29C中所示的聚光点S10相同的聚光点S19，而且透射光L4R的强度在光电探测器63中被探测。因而，以与第七实施例中相同的方式得到信息信号和像聚焦误差信号和跟踪误差信号之类的伺服信号。

在第十三实施例中，由于透射光L4R被全息图透镜42衍射，在光电探测器63上形成的聚光点S19与光源52在镜象中的发射点无关，因而，需要用来探测衍射光L6R的强度的光电探测器57和用来探测透射光L4R的强度的光电探测器63。

因此，由于在光度头装置121中使用具有两个焦点的复合物镜，可以在或从信息媒体上可靠地记录或复现信息段，而无论信息体究竟是厚是薄。

再者，由于在全息图透镜42中形成的衍射光L6在衍射光L6入射在物镜27上之前会聚，聚光点S5、S6之间沿光轴方向的距离可以加长到1mm左右。因而，即使透射光L4(或衍射光L6)聚焦会聚在聚光点S6(或S5)上以便记录或读出一段信息时，光L6(或L4)也不聚焦会聚在聚光点S6(或S5)上以便减小光L6(或L4)在聚光点S6(或S5)处的强度。因此，对信息的记录或复现没有不良影响。

再者，由于全息图透镜42对一级衍射光L6起凸透镜作用，在光度头装置121中可以防止色象差的出现。

现在描述光度头装置121用于各种光盘的例子。

在光度头装置121用于这样一种光盘装置，该光盘装置中记录或复现记录在薄型高密度光盘23上的信息段并且仅复现记录在厚型光盘25上的信息段的情况下，复合物镜29M、43、45、46或47中的全息图透镜26M或42把一束光变成一束一级衍射光的衍射效率设成等于或大于70％的值。因而，当在光电探测器57中复现记录在厚型光盘25上的一段信息的情况下，可以提高在光电探测器57中得到的每个伺服信号和信息信号的信噪比，因为以高衍射效率被全息图透镜26M或42衍射的透射光L4R用来得到伺服信号和信息信号。换句话说，当复现记录在厚型光盘25上的一段信息时可以提高入射光L3的利用率，以致入射光L3的输出功率可以减至最小。再者，即使在高密度光盘23上记录一段信息需要高强度衍射光L6时，不增加入射光L3的强度也可以可靠地进行信息的记录，因为全息图透镜26M或42对入射光L3和衍射光L6R的衍射效率很高。再者，当在光电探器63中复现记录在高密度光盘23上的一段信息的情况下，可以提高在光电探测器63中得到的每个信号的信噪比，因为全息图透镜26M或42对光L3、L6R的衍射效率很高。(第十四实施例)

对照图44、46描述按照本发明第十四实施例的光度头装置，在该装置中降低包含在信息信号中的噪声。

图45是按照第十四实施例的光度头装置的组合图。图46是用于图45中所示的光度头装置的全息图透镜的平面图。

如图45中所示，用来在或从信息媒体23或25上记录或复现信息段的光度头装置131包括光源52，一个在其表面上带有偏振分色片133的用来在出射光路上反射从光源52发射的入射光L3并在入射光路上透射在信息媒体23或25上反射的光L4R或L5R的分束器132，一个用来在出射光路上对准入射光L3并在入射光路上会聚光L4R或L5R的准直透镜134，一个用来没有任何衍射地透射一部分入射光L3并衍射其余部分入射光L3的全息图透镜135，1/4-λ片69，物镜27，执行装置58，以及用来探测在入射光路上经全息图透镜135透射的或被它衍射的光的光电探测器136。

如图46中所示，通过在透明基片28的中心区135a中画出光栅图形P1并在环绕中心区135a的周缘区135b中画出光栅图形P12而形成全息图透镜135。光栅图形P12画成非同心形状。由于在全息图透镜135中画出光栅图形P1，由全息图透镜135和物镜27组成具有两个焦点的复合物镜137。穿过全息图透镜135的周缘区135b的光被光电探测器136探测以消除包含在信息信号中的噪声。光度头装置131的光轴穿过光栅图形P1的中心点和物镜27的中心轴。

光电探测器136包括带有探测区SE7至SE10的四分仪光电探测器64及用来探测穿过全息图透镜135的周缘区135b的光强度的噪声消除光电探测器138。由于周缘区135b的光栅图形P12画成非同心形状，在周缘区135b中衍射的光不会聚在探测区SE7至SE10上。

在以上结构中，沿第一方向线偏振的入射光L3从光源52发射并被分束器132反射，因为偏振分色片133对沿第一方向线偏振的入射光L3起镜子作用。因而，入射光L3被引到朝上方向并被准直透镜134对准。此后，一部分入射在全息图透镜135的中心区135a上的入射光L3没有任何衍射地经中心区135a透射以形成透射光L4，而其余部分入射在全息图透镜135的中心区135a上的入射光L3在中心区135a中被衍射以形成衍射光L5。再者，一部分入射在全息图透镜135的周缘区135b上的入射光L3没有任何衍射地经周缘区135b透射以形成一束周缘光L14。此后，光L4、L5和L14穿过1/4-λ片以致沿第一方向线偏振的光L4、L5和L14变成圆偏振的光L4、L5和L14。此后，光L4、L5和L14被聚光镜27会聚。

此后，当在或从第一信息媒体23(或第二信息媒体25)上记录或复现一段信息的情况下，透射光L4(或衍射光L5)会聚在信息媒体23(或25)上以形成聚光点S1(或S2)。此后，被信息媒体23(或25)反射的一束透射光L4R(或一束衍射光L5R)沿相反方向穿过一光路。就是说，透射光L4R(或衍射光L5R)反向圆偏振并再次穿过聚光镜27和1/4-λ片69。因而，光L4R(或L5R)沿与第一方向垂直的第二方向线偏振。此后，一部分透射光L4R没有任何衍射地经全息图透镜135的中心区135a透射，或者一部分衍射光L5R在中心区135a中再次被衍射。此后，透射光L4R(或衍射光L5R)被准直透镜134会聚并没有任何衍射地穿过分束器132，因为偏振分色片133对沿第二方向线偏振的光L4R(或L5R)起透明片作用。在这种情况下，以与第七实施例中相同的方式在透射光L4R(或衍射光L5R)中生成象散象差。此后，透射光L4R(或衍射光L5R)入射在光探测器136的探测区SE7至SE10上以形成其形状与图29A至29C中所示的聚光点S10相同的聚光点S20。透射光L4R(或衍射光L5R)的强度在探测器SE7至SE10中变成电流信号SC21至SC24。因而，以与第七实施例中相同的方式得到像聚焦误差信号和跟踪误差信号之类的伺服信号，以致调整复合透镜137的位置以便把透射光L4(或衍射光L5)聚焦会聚在信息媒体23(或25)上。再者，按照公式(12)得到代表记录在信息媒体23(或25)上的一段信息的信息信号。

Sin＝SC21+SC22+SC23+SC24       (12)

再者，周缘光L14会聚在信息媒体23上以形成环绕聚光点S1的聚光点。此后，一束被第一信息媒体23反射的周缘光L14R沿相反方向穿过同一光路。就是说，噪声消除光L14R再次穿过聚光镜27和1/4-λ片69，而且一部分周缘光L14R在全息图透镜135的周缘区135b中衍射并会聚，以形成一束噪声消除光L14R，并且该噪声消除光L14R入射在噪声消除光电探测器138上。在光电探测器138中，按照噪声消除光L14R的强度生成输出信号SC25。此后，通过按照公式(13)把所有信号相加得到代表记录在第一信息媒体23上的一段信息的噪声消除的信息信号Snc：

Snc＝(SC21+SC22+SC23+SC24)+R×SC25    (13)式中符号R是权重因数。

在这种情况下，由于加上R×SC25项以得到信息信号Snc，包含在(SC21+SC22+SC23+SC24)项中的噪声对噪声消除的信息信号Snc的不良影响可以减少。描述其原因。

如已经公知(例如，日本专利公报1990年第22452号1985年7月23日公开审查的属于临时公布1985年第138748号和公布的未审查专利申请1986年第131245号)的那样，代表记录在光盘上的信息段的信号随着所记录信息的密度变高而移向更高的频率。再者，在按穿过全息图透镜中心区的光来产生信号的情况下，与具有低频率的信号的振幅相比，具有高频率的信号的振幅变低。与此不同，在按穿过全息图透镜周缘区的光来产生信号的情况下，具有高频率的信号的振幅被加强。因而，在按照式(13)得到信息信号Snc的情况下，包含在信息信号Snc中的高频分量被加强，而包含在(SC21+SC22+SC23+SC24)项中的低频噪声分量相对降低。结果，可以提高信息信号Snc的信噪比。

因此，由于在光度头装置131中使用具有两个焦点的复合物镜，可以在或从信息媒体上可靠地记录或复现信息段，而无论信息媒体究竟是厚是薄。

再者，即使信息段密集地记录在由第一信息媒体23所代表的薄型高密度光盘上，也可以以很高的信噪比可靠地复现信息信号Snc。

再者，由于入射在光电探测器136的探测区SE7至SE10上的光L4R或L5R的强度通过把噪声消除光L14R会聚在光电探测器138上而被降低，光电探测器136的定位精度可大约降低到1/100。

再者，在周缘区135b的光栅图形P12对在周缘区135b中衍射的入射光L3起透镜作用的情况下，在出射光路上在周缘区135b中生成的多余衍射光在第一信息媒体23上形成较大的散焦聚光点。因而，记录在第一信息媒体23上的信息段被多余衍射光读出，并且即使多余衍射光入射在光电探测器136上，该信息在光电探测器136中也被当成一段平均信息而处理。因此，被多余衍射光读出的信息作为噪声对信息信号Snc没有不良影响。

再者，在全息图透镜135的周缘区135b的透射效率与中心区135a的另一透射效率一致的情况下，与第一实施例相比环绕聚光点S1出现的次极大(或侧波瓣)可以降低。因此，可以提高信息信号Snc的信噪比。(第十五实施例)

对照图47至49描述按照本发明第十五实施例的光度头装置，在该装置中降低包含在信息信号中的噪声。

图47是按照第十五实施例的光度头装置的组合图。图48是用于图45中所示的光度头装置的全息图透镜的平面图。

如图47中所示，用来在或从信息媒体23或25上记录或复现信息段的光度头装置141包括光源52，分束器82，准直透镜134，一个用来没有任何衍射地透射一部分入射光L3并衍射其余部分入射光L3的全息图透镜142，物镜27，操作装置58，以及用来探测在入射光路上经全息图透镜142透射的或被它衍射的光的光电探测器143。

如图48中所示，全息图透镜142分割成一个其中画着光栅图形P1的中心区142a，一对其中画着光栅图形P13、P14以便消除包含在信息信号中的噪声的侧周缘区142b、142c，以及一对其中没有画着光栅图形的不降低光强度的无图样区142d、142e。由于光栅图形P1画在全息图透镜142中，由全息图透镜142和物镜27组成具有两个焦点的复合物镜144。光度头装置141的光轴穿过光栅图形P1的中心点和物镜27的中心轴。

光电探测器143包括具有探测区SE7至SE10的四分仪光学探测器64，一对用来探测穿过全息图透镜142的周缘区142b、142c的光的强度的噪声消除光电探测器138a、138b。

在以上结构中，在全息图透镜142的中心区142a中生成的透射光L4(或衍射光L5)在出射光路上会聚在第一信息媒体23(或第二信息媒体25)上以形成聚光点S1(或S2)。此后，透射光L4R(或衍射光L5R)沿相反方向穿过同一光路。就是说，透射光L4R(或衍射光L5R)再次穿过聚光镜27，而且一部分透射光L4R没有任何衍射地经全息图透镜142的中心区142a透射或者一部分衍射光L5R在中心区142a中被再次衍射。此后，透射光L4R(或衍射光L5R)被准直透镜134会聚并穿过分束器82。在这种情况下，以与第七实施例中相同的方式在透射光L4R(或衍射光L5R)中生成象散象差。此后，透射光L4R(或衍射光L5R)入射在光电探测器143的探测区SE7至SE10上以形成形状与图29A至29C中所示的聚光点S10相同的聚光点S21。在探测区SE7至SE10中透射光L4R(或衍射光L5R)变为电流信号SC26至SC29。因而，以与第七实施例中相同的方式得到像聚焦误差信号和跟踪误差信号之类的伺服信号，以致调整复合物镜144的位置以便把透射光L4(或衍射光L5)聚焦会聚在信息媒体23(或25)上。再者，按照公式(14)得到记录在第二信息媒体25上的信息信号。

Sin＝SC26+SC27+SC28+SC29     (14)

再者，一部分入射在全息图透镜142的周缘区142b上的入射光L3没有任何衍射地经周缘区142b透射以形成一束周缘光L15，而且一部分入射在全息图透镜142的周缘区142c上的入射光L3没有任何衍射地经周缘区142c透射以形成一束周缘光L16。此后，周缘光L15、L16会聚在信息媒体23上以形成环绕聚光点S1的聚光点。此后，被第一信息媒体23反射的噪声消除光L15R、L16R沿相反方向穿过同一光路。就是说，周缘光L15R、L16R再次穿过聚光镜27。一部分周缘光L15R在全息图透镜142的周缘区142b中被衍射和会聚，以形成一束噪声消除光L15R，该噪声消除光L15R入射在噪声消除光电探测器138a上，而一部分噪声消除光L16R在全息图透镜142的周缘区142c中被衍射和会聚，以形成一束噪声消除光L16R，该噪声消除光L16R入射在噪声消除光电探测器138b上。在光电探测器138a中，按照噪声消除光L15R的强度生成输出信号SC30。再者，在光电探测器138b中按照噪声消除光L16R的强度生成输出信号SC31。此后，通过按照公式(15)把所有信号相加得到代表记录在第一信息媒体23上信息的噪声消除的信息信号Snc：

Snc＝(SC26+SC27+SC28+SC29)+R×(SC30+SC31)(15)式中符号R是权重因数。

因此，由于光度头装置141中使用具有两个焦点的复合物镜，可以从信息媒体上可靠地记录或复现信息段，而无论信息媒体究竟是厚是薄。

再者，可以以与第十四实施例中相同的方式提高信息信号Snc中的信噪比。

再者，即使信息段密集地记录在由第一信息媒体23所代表的薄型高密度光盘上，也可以以很高的信噪比可靠地复现信息信号Snc。

再者，由于入射在光电探测器143的探测区SE7至SE10上的光L4R或L5R的强度通过把噪声消除光L15R、L16R会聚在光电探测器138a、138b上而被降低，光电探测器143的定位精度可放宽降低到1/100。

再者，在周缘区142b、142c的光栅图形P13、P14对在周缘区142b、142c中衍射的入射光L3起透镜作用的情况下，在出射光路上在周缘区142b、142c中通过对入射光L3的衍射而生成的多余衍射光在第一信息媒体23形成较大的散焦聚光点。而且，与第十四实施例中区135b的数值数相比，每个周缘区142b、142c的数值数被降低，因为全息图透镜142被分成许多区域。因而，在第一信息媒体23上散焦形成的多余衍射光的聚光点的尺寸变成比第十四实施例中的更大。结果，更多的记录在第一信息媒体23上的信息段被多余衍射光读出，而且即使多余衍射光入射在光电探测器143上，该信息在光电探测器143中也被当成一段平均信息来处理。因此，被多余衍射光读出的信息被进一步平均，而平均信息作为噪声对信息信号Snc没有不良影响。

再者，如图49A、49B中所示，可以防止多余衍射光入射在光电探测器64上，在该光电探测器64中每个探测区SE7至SE10有SL0见方的尺寸。详细地说，在出射光路上在周缘区142c中生成的光在周缘区142b中再次被衍射以形成一束多余衍射光Lu₁的情况下，光Lu₁会聚在离光电探测器64的中心SP1(SP1＞SL0)的第一位置PT1上。在出射光路上在周缘区142b中生成的光在周缘142c中再次被衍射以形成一束多余衍射光Lu₂的情况下，光Lu₂会聚在离光电探测器64的中心SP2(SP2＞SL0)的第二位置ST2上。在出射光路上在周缘区142b、142c中生成的光再次在相同的周缘区142b、142c中被衍射以形成多余衍射光束Lu₃、Lu₄的情况下，光Lu₃、Lu₄会聚在离光电探测器64的中心SP3(SP3＞SL0)、SP4(SP4＞SL0)的第三和第四位置PT3、PT4上。因此，可以防止多余衍射光Lu₁至Lu₄的不良影响。

在光源52由半导体激光器构成的情况下，入射在全息图透镜142上的入射光L3的远场图按图13A中所示的高斯分布来分布，而且按高斯分布来分布的入射光L3的横截面光束轮廓为椭圆形。就是说，入射光L3在垂直方向的光束发散角(或半极大处的全角)大于水平方向的发散角。在此实施例中，入射光L3的垂直方向指向图48中所示的X2方向，而入射光L3的水平方向指向图48中所示的Y2方向。在这种情况下，由于区142b、142c对入射光L3的透射效率小于区142d、142e的透射效率，没有任何衍射地经全息图透镜142透射的入射光L3的强度在垂直方向上与在水平方向上相比大为降低。因而，入射光L3的横截面光束轮廓在全息图透镜142中被修正成圆形，就是说，在第一信息媒体23上形成的聚光点S1被修正成圆形。因此，环绕聚光点S1出现的次极大(或侧波瓣)可以降低，而信息信号Snc的信噪比可以提高。

在第十五实施例中，按照公式(15)得到噪声消除的信息信号Snc。然而，最好按公式(16)得到噪声消除的信息信号Snc：

Snc＝(SC26+SC27+SC28+SC29)+(R1×SC30+R2×SC31)    (16)式中符号R₁、R₂是权重因数。在这种情况下，可以进一步降低包含在信息中的噪声。(第十六实施例)

对照图50、51描述按照本发明第十六实施例制成小尺寸并稳定工作的光度头装置。

图50是按照第十六实施例的光度头装置的组合图。图51是用于图50中所示的光度头装置的光源和光电探测器的轴测图。

如图50中所示，用来在或从信息媒体23或25上记录或复现信息段的光度头装置151包括用来发射沿与X3轴平行的无衍射方向线偏振的入射光L3的光源52，用在出射光路上没有任何衍射地透射入射光L3并在入射光路上衍射沿与Y3轴平行的衍射方向线偏振的透射光L4R或衍射光L5R的全息图元件152，准直透镜53，1/4-λ基片69，全息图透镜26(或26M、32、33、42、135或142)，物镜27，执行装置58，以及用来探测被全息图元件152衍射的光L4R或L5R的强度的光电探测器153。

如图51中所示，光源52和光电探测器153布置在基片154上以便精密地固定光源52与光电探测器153之间的相对位置。光电探测器153包括带有探测区SE1至SE6的六分仪光电探测器59和跟踪光电探测器60a到60d。再者，基片154上布置一个镜面元件155以便把从光源52发射的入射光L3引向Z3方向。

全息图元件152通过铌酸锂基片的质子交换表面部分或利用液晶盒制成，如临时公布第189504/86(昭和61-189504)号和临时公布第241735/88(昭和63-241735)号中所述。因而，沿与X3轴平行的无衍射方向线偏振的光无衍射地经全息图元件152透射。与此不同，沿与垂直于X3轴的Y3轴平行的衍射方向线偏振的光被全息图元件152衍射。

在以上结构中，沿与X3轴平行的无衍射方向线偏振的入射光L3从光源52发射交且没有任何衍射地经全息图元件152透射。此后，入射光L3被准直透镜53对准，而且线偏振入射光L3被1/4-λ片69变成圆偏振入射光L3。此后，一部分入射光L3没有任何衍射地经全息图透镜26透射以形成透射光L4，而其余部分入射光L3被全息图透镜62衍射以形成衍射光L5。此后，光L4、L5被物镜27会聚，并且在第一信息媒体23(或第二信息媒体25)上形成透射光L4的聚光点S1(或衍射光L5的聚光点S2)。当光L4或L5被信息媒体23(或25)反射并变成光L4R(或L5R)时，光L4中圆偏振的旋转方向反向。因而，具有反向圆偏振的光L4R(或L5R)沿相反方向穿过同一光路。就是说，透射光L4R(或衍射光L5R)再次穿过聚光镜27，而且一部分透射光L4R没有任何衍射地经全息图透镜142透射或者一部分衍射光L5R再次被全息图透镜142衍射。此后，反向圆偏振的透镜光L4R(或衍射光L5R)被1/4-λ片69变成沿与Y3轴平行的衍射光方向线性偏振的光L4R(或L5R)。此后，光L4R(或L5R)被准直透镜53会聚并被全息图元件152衍射以便在光电探测器153上形成多个聚光点。因而，在光电探测器153中以与第六实施例相同的方式得到代表记录在信息媒体23(或25)上的一段信息的信息信号和像聚焦误差信号和跟踪误差信号之类的伺服信号。

因此，由于在光度头装置151中使用具有两个焦点的复合物镜，可以在或从信息媒体上可靠地记录或复现信息段，而无论信息媒体究竟是厚是薄。

再者，由于全部入射光L3在出射光路上经全息图元件152透射并由于全部光L4R或L5R在入射光路上被全息图元件152衍射，可以提高入射光L3的利用率。因而，即使光源52中入射光L3的发射强度很低，也可以可靠地得到具有高信噪比的信息信号和伺服信号。

再者，由于在光度头装置151中没有使用分束器，可以以小尺寸、轻重量和低成本制造光度头装置151。

再者，由于光度头装置151的光学零件沿其光轴布置，即使在周围温度大幅度变化及装置长时间工作时，也可以得到稳定工作的光度头装置151。

再者，由于不需要在入射光路上没有任何衍射地经全息图元件152透射的光L4R或L5R，最好提高全息图元件152的衍射效率以便把全息图元件152的透射效率几乎设成零。在这种情况下，全息图元件152与1/4-λ片69功能的组合起隔离器作用以防止光L4R或L5R返回光源52。因而，在用半导体激光器作光源52的情况下，没有任何光返回半导体激光器的活性层。因而，可以防止被返回半导体激光器的光所诱发的噪声。

再者，由于光源52和光电探测器153布置在同一基片154上，光源52和光电探测器153可以互相紧密地布置。因而，光源52与光电探测器153之间的相对位置可以很容易地以高精度确定。例如，相对位置可以以几μm以内的精度来确定。因此，可以降低光度头装置151的制造成本，而且光度头装置151可以进一步以小尺寸、轻重量和低成本来制造。

再者，光源52通过第一导线与外电路电气连接，而光电探测器153通过第二导线与另一外电路电气连接。在这种情况下，由于光源52和光电探测器153布置在同一基片154上，第一导线和第二导线可以同时穿过X3-Y3平面。因而，光源52和光电探测器153可以很容易自动地与外电路连接。此外，由于把光源52和光电探测器153与外电路连接所需的参考线仅画在X3-Y3平面上，光源52与光电探测器153之间的相对位置可以很容易地以高精度确定。

在第十六实施例中，描述了带有全息图元件152的光度头装置151。然而，在入射光L3的强度足够大的情况下，也可以代替全息图元件152使用具有小光栅栅格的全息图或闪耀全息图。在这种情况下，可以在或从信息媒体上可靠地记录或复现信息段，而不论信息媒体究竟是厚是薄。再者，由于在光度头装置151中没有使用分束器，光度头装置151可以以小尺寸、轻重量和低成本来制造。再者，由于光度头装置151的光学零件沿其光轴布置，即使周围温度大幅度变化及装置长时间工作时，也可以得到稳定工作的光度头装置151。(第十七实施例)

对照图52描述按照本发明第十七实施例制成小尺寸并稳定工作的光度头装置。

图52是按照第十七实施例的光度头装置的组合图。

如图52中所示，用来在或从信息媒体23或25上记录或复现信息段的光度头装置161包括用来发射沿第一方向线偏振的入射光L3的光源52，准直透镜53，在透明基片162的前表面上形成的用来反射沿第一方向线偏振的入射光L3并透射沿垂直于第一方向的第二方向线偏振的光的偏振分色片(Separation film)162，1/4-λ片69，全息图透镜26(或26M、32、33、42、135或142)、物镜27、执行装置58、在透明基片162的后表面上形成的用来衍射和反射光L4R、L5R的反射型全息图164，以及光电探测器57。

在以上结构中，沿第一方向线偏振的入射光L3从光源52发射，并被准直透镜53对准。此后，所有入射光L3被偏振分色片162反射，因为入射光L3沿第一方向线偏振。因而，入射光L3指向朝上方向。此后，入射光L3的线偏振在1/4-λ片69中变成圆偏振，并且一部分入射光L3经全息图透镜26透射以形成透射光L4。再者，其余部分入射光L3被全息图透镜26衍射以形成衍射光L5。此后，光L4、L5被物镜27会聚，并在第一信息媒体23(或第二信息媒体25)上形成透射光L4的聚光点S1(或衍射光L5的聚光点S2)。此后，反向圆偏振的透射光L4R(或衍射光L5R)以与第十六实施例中相同的方式再次穿过聚光镜27，而且一部分透射光L4R没有任何衍射地经全息透镜26透射或者一部分衍射光L5R再次被全息图透镜26衍射。此后，反向圆偏振的透射光L4R(或衍射光L5R)被1/4-λ片69变成沿垂直于第一方向的第二方向线偏振的光L4R(或L5R)。此后，所有光L4R(或L5R)被偏振分色片162折射并被全息图164衍射和反射。此后，光L4R(或L5R)经偏振分色片162透射并被准直透镜53会聚以便在光电探测器57上形成多个聚光点。因而，在光电探测器57中以与第六实施例中相同的方式得到代表记录在信息媒体23(或25)上的一段信息的信息信号和像聚焦误差信号和跟踪误差信号之类的伺服信号。

因此，由于光度头装置161中使用具有两个焦点的复合物镜，可以在或从信息媒体上可靠地记录或复现信息段，而无论信息媒体究竟是厚是薄。

再者，由于入射在偏振分色片162上的入射光L3是准直的，对入射光L3的反射率在整个膜片162上是均匀的。因而，很容易在信息媒体23或25上形成光L4或L5的衍射受限光点。再者，由于入射在偏振分色片162上的L4R、L5R是准直的，对光L4R、L5R的透射率在整个片162上是均匀的。因而，可以防止在伺服信号中出现的偏移。

再者，由于所有入射光L3在出射光路上经全息图164透射并由于所有光L4R、L5R在入射光路上被全息图164衍射，可以提高入射光L3的利用率。因而，即使光源52中入射光L3的发射强度低，也可以可靠地得到具有高信噪比的信息信号和伺服信号。

再者，由于由片162、基片163和全息图164组成的混合元件起分束器和增长(rising)镜作用，光度头装置161可以以小尺寸、轻重量和低成本来制造。

再者，由于光度头装置161的光学零件沿其光轴布置，即使在周围温度大幅度变化和装置长时间工作时，也可以得到稳定工作的光度头装置161。

再者，片162和1/4-λ片69功能的组合起隔离器作用以防止光L4R或L5R返回光源52。因而，在用半导体激光器作光源52的情况下，没有任何光返回到半导体激光器的活性层。因此，可以防止由返回到半导体激光器的光诱发的噪声。

再者，全息图164最好是闪耀的。在这种情况下，由于防止在全息图164中生成像负一级衍射光之类的多余衍射光，全息图164把光变成一级衍射光的衍射效率可设成几乎100％。因而，可以有效地利用入射光L3以得到信号。

再者，由于入射在全息图10A的光被衍射成一级衍射光，光L4R、L5R中出现的色象差可在全息图16A中被补偿。因而，可以稳定的得到伺服信号。

在第十七实施例中，准直透镜53布置在光源52与片162之间。然而，准直透镜53在光度头装置161中不是必须的。

再者，描述了带有片162和1/4-λ片69的光度头装置。然而，在入射光L3的强度足够大的情况下，也可代替片162使用具有大约1/3反射率的反射片并省掉1/4-λ片69。在这种情况下，可以在或从信息媒体上可靠地记录或复现信息段，而无论信息媒体究竟是厚是薄。再者，由于片162、基片163和全息图164组成的混合元件起分束器和增长镜作用，光度头装置161可以以小尺寸、轻重量和低成本来制造。再者，由于光度头装置161的光学零件沿光轴布置，即使在周围温度大幅度变化及装置长时间工作时，也可以得到稳定工作的光度头装置161。

在第六至第十七实施例中，可以在或从信息媒体上可靠地记录或复现信息段，而无论信息媒体究竟是代表像具有大约1.2mm的厚度的CD之类的常规光盘还是具有从0.4mm至0.8mm范围的厚度的未来高密度光盘。然而，在或从信息媒体上记录或复现信息时，需要预先检查信息媒体的厚度。因而，在预先在信息媒体上记录一段辨别信息以辨别信息媒体的厚度的情况下，对用户是很方便的。由于在常规光盘上设有记录辨别信息，最好在未来市场上出现的未来高密度光盘上记录辨别信息。因而，按照第十八和第十九实施例描述带有辨别信息的高密度光盘。(第十八实施例)

图53是按照第十八实施例的高密度光盘的轴测图，局部表示盘的剖面图。

如图53中所示，高密度光盘171分割成外区171a和内区171b。外区171a占据光盘171的大部分，而外区171a的信息记录基片171c具有厚度T1，内区171b的信息记录基片171c具有厚度T2。在外区171a的信息记录基片171c上以窄间隔依次形成多个第一记录凹坑172以便以高密度记录信息段。再者，在内区171b的信息记录基片171c上以正常间隔依次形成多个第二记录凹坑173以便以CD的普通密度记录辨别信息段。辨别信息告知光盘171具有厚度T1。外区171a的厚度T1例如从0.4mm至0.8mm不等，而内区171b的厚度T2例如约为1.2mm。

在以上结构中，按照第一或第二实施例的衍射光L5(或按照第三实施例的透射光L4)最初会聚在信息媒体23、25的内区上，同时进行与具有厚度T2的第二信息媒体25对应的聚焦控制。在信息媒体23或25是光盘171的情况下，探测出告知具有厚度T1的光盘被光L5(或L4)会聚的一段辨别信息。此后，透射光L4(或衍射光L6)自动地会聚在光盘171的外区171a上，同时进行与具有厚度T1的第一信息媒体23对应的聚焦控制。

与此不同，在信息媒体23或25是具有厚度T2的厚型常规光盘的情况下，当光L5(或L4)会聚在常规光盘的内区171b上时探测不到辨别信息。在这种情况下，继续进行与第二信息媒体25对应的聚焦控制，以便探测代表记录在常规光盘上的一段信息的信息信号。

因此，在使用图21、27、30、31、32、33、37、38、40A、43、44、50和52中所示的光度头装置之一的情况下，可以在或从信息媒体上自动记录或复现信息段，而无论信息媒体究竟是厚是薄。

再者，由于在内区中仅记录辨别信息，内区可以很小。因而，光盘171的存储容量并不因增加第二记录凹坑173而降低。(第十九实施例)

图54是按照第十九实施例的高密度光盘的轴测图，局部表示盘的剖面图。

如图54中所示，高密度光盘174分割成外区174a和内区174b。外区174a占据光盘174的大部分。光盘174具有均匀的厚度T1。在外区174a的信息记录基片174c上形成第一记录凹坑172以便以高密度记录信息段。再者，在内区174b的信息记录基片174c上以宽间隔形成多个具有大尺寸的第二记录凹坑175以便以比正常密度低的密度记录辨别信息段。辨别信息告知整个光盘174具有厚度T1。例如光盘174的厚度T1从0.4mm至0.8mm不等。

在以上结构中，按照第一或第二实施例的衍射光L5(或按照第三实施例的透射光L4)最初会聚在信息媒体23或25的内区上，同时进行与具有厚度T2的第二信息媒体25对应的聚焦控制。在信息媒体23或25是光盘174的情况下，光L5(或L4)散焦会聚在每个第二记录凹坑175上。然而，由于每个第二记录凹坑175尺寸和很大，在第二记录凹坑175之一中可靠地形成光L5(或L4)的聚光点。因而，探测到告知具有厚度T1的光盘174被光L5(或L4)会聚的一段辨别信息。此后，透射光L4(或衍射光L6)自动地会聚在光盘174的外区174a上，同时进行与具有厚度T1的第一信息媒体23对应的聚焦控制。

与此不同，在信息媒体23或25是具有厚度T2的厚型常规光盘的情况下，当光L5(或L4)会聚在常规光盘的内区174b上时探测不到辨别信息。在这种情况下，继续进行与第二信息媒体25对应的聚焦控制，以便探测代表记录在常规光盘上的一段信息的信息信号。

因此，在使用图21、27、30、31、32、33、37、38、40A、43、44、50和52中所示的光度头装置之一的情况下，可以在或从信息媒体上自动记录或复现信息段，而无论信息媒体究竟是厚是薄。

再者，由于在内区中仅记录辨别信息，内区可以很小。因而，光盘174的存储容量并不因增加第二记录凹坑173而降低。(第二十实施例)

描述一种带有光度头装置的光盘装置，在光度头装置中自动地控制究竟使用的是具有厚度T1的高密度光盘还是具有厚度T2的常规光盘。

图55是按照第二十实施例的带有图21、27、30、31、32、33、37、38、40A、43、44、50和52中所示的光度头装置之一的光盘装置的方块图。图56是表示图55中所示的光盘装置的工作流程图。

如图55中所示，用来在或从高密度光盘171(或174)或常规光盘25上记录或复现信息段的光盘装置176包括光度头装置51(或61、65、67、70、71、81、91、101、111、121、151或161)，一个像进给机构之类的用来把光度头装置51移到预定位置的移动装置177，以及一个像主轴电动机之类的用来旋转高密度光盘171(或174)或常规光盘25的旋转装置178。

在以上结构中，高密度光盘171或常规光盘25被置于光盘装置176的预定位置，而且光盘171或25被旋转装置178旋转。此后，在步骤211中光度头装置51被移到刚好在光盘171或25的最里边记录轨迹之下的位置，而且在步骤212中衍射光L5会聚在光盘171或25的最里边记录轨迹上，同时进行与具有厚度T2的常规光盘25对应的聚焦控制。此后，在步骤213中进行跟踪控制，并探测记录在光盘171或25的最里边记录轨迹上的一段信息。此后，在步骤214中判断信息是否与告知具有厚度T1的光盘171被置于光盘装置176的一段辨别信息一致。

在高密度光盘171被置于光盘装置176的情况下，探测到辨别信息。此后，在步骤215中透射光L4自动地会聚在光盘171上，同时进行与具有厚度T1的光盘171对应的聚焦控制。因而，在或从光盘171上记录或复现信息段。

与此不同，在常规光盘25被置于光盘装置176的情况下，探测不到辨别信息。在这种情况下，在步骤216中继续把衍射光L5会聚在会聚在常规光盘25上，同时进行与常规光盘25对应的聚焦控制和跟踪控制。因而，在或从常规光盘25上记录或复现信息段。

因此，可以高精度地迅速判断置于光盘装置176中的光盘的厚度。再者，可以在或从光盘上稳定地记录或复现信息段，而无论光盘究竟是高密度光盘171(或174)还是常规光盘25。(第二十一实施例)

描述一种带有一个光度头装置的光盘装置，在该光盘装置中自动地判断究竟使用的是具有厚度T1的高密度光盘还是具有厚度T2的常规光盘。

图57是按照第二十一实施例的带有图21、27、30、31、32、33、37、38、40A、43、44、50和52中所示的光度头装置之一的光盘装置的方块图。图58是表示图57中所示的光盘装置的工作流程图。

如图57中所示，用来在或从高密度光盘182或常规光盘25上记录或复现信息段的光盘装置176包括光度头装置51(或61、65、67、70、71、81、91、101、111、121、151或161)，移动装置177，以及一个像主轴电动机之类的用来旋转高密度光盘182或常规光盘25的旋转装置182。高密度光盘182没有辨别信息而具有厚度T1。

在以上结构中，高密度光盘182或常规光盘25被置于光盘装置181的预定位置，而且光盘182或25被旋转装置182旋转。此后，在步骤221中光度头装置51被移到刚好在光盘182或25的最里边记录轨迹之下的位置，因为在最里边记录轨迹上可靠地记录一段信息，并且在步骤222中衍射光L5会聚在光盘182或25的最里边记录轨迹上，同时进行与具有厚度T2的常规光盘25对应的聚焦控制。此后，在步骤223中进行跟踪控制并探测记录在光盘182或25的最里边记录轨迹上的一段信息。此后，在步骤224中判断代表所探测信息的信息信号的强度是否大于阈值。就是说，大于阈值的信息信号的强度代表衍射光L5聚焦会聚在光盘182或25上，而不大于阈值的信息信号的强度代表衍射光L5散焦会聚在光盘182或25上。

在高密度光盘182被置于光盘装置181的情况下，探测到不大于阈值的信息信号强度。在这种情况下，在步骤225中透射光L4自动地会聚在光盘182上，同时进行与具有厚度T1的高密度光盘182对应的聚焦控制。因而，在或从光盘182上记录或复现信息段。

与此不同，在常规光盘25被置于光盘装置181的情况下，探测到大于阈值的信息信号强度。在这种情况下，在步骤226中衍射光L5继续会聚在常规光盘25上，同时进行与常规光盘25对应的聚焦控制和跟踪控制。因而，在或从常规光盘25上记录或复现信息段。

因此，即使不使用光盘171或174也可以判断置于光盘装置181中的光盘厚度。再者，可以在或从光盘上稳定地记录或复现信息段，而无论光盘究竟是高密度光盘182还是常规光盘25。(第二十二实施例)

按照第二十二实施例描述一种具有两个焦点的双焦点显微镜，在这种显微镜中同时观察到在不同平面上形成的两个象。

图59是按照第二十二实施例的双焦点显微镜的组合图。

如图59中所示，用来同时观察置于第一样件平面PL1上的第一样件SP1的第一象和置于第二样件平面PL2上的第二样件SP2的第二象的双焦点显微镜191包括一个具有用来折射一束从第一象发散的第一光L17和折射一束从第二象发散的第二光L18的。具有第一焦距F1的物镜192，用来没有任何衍射地透射一部分第一光L17并衍射一部分第二光L18以便使第二光L18穿过第一光L17所穿过的同一光路的全息图透镜26(或26M、32、33或42)，一个用来把一束由第一光和第二光L17、L18组成的叠加光L19会聚于内焦点Pf1的内透镜193，一个用来通过会聚从内焦点Pf1发散的叠光L19而同时形成第一和第二象的目镜194，一个用来沿光轴移动内透镜193和全息图透镜26的组合元件以便调整组合元件与目镜194之间的距离的内透镜镜筒195，以及用来沿光轴移动物镜192以便把第一样件平面PL1与物镜192之间的距离设定成物镜192的焦距F1的外透镜镜筒196。

光轴穿过物镜192、全息图透镜26、内透镜195和目镜194的中心。沿着光轴第一样件平面PL1的位置不同于第二样件平面PL2的位置。

在以上结构中，调整物镜192的位置以便把第一样件平面PL1与物镜192之间的距离设定成物镜192的第一焦距F1。在这种情况下，第二样件平面PL2与物镜192之间的距离被设定成第二焦距F2。再者，调整组合元件的位置以便清晰地看到第一和第二象。就是说，一束从第一样件平面PL1上的第一象发散的第一光L17在物镜192中被对准，而且一部分第一光L17经全息图透镜26透射。再者，一束从第二样件平面PL2上的第二象发散的第二光L18在物镜192中被折射，而且一部分第二光L18在全息图透镜26中被衍射以便使第二光L18穿过第一光L17所穿过的同一光路。因而，由第一和第二光L17、L18形成一束叠加光L19。此后，叠加光L19被内透镜193会聚于内焦点Pf1以便在象平面PL3上同时形成放大的第一象和第二象，并且从点Pf1发散的叠加光L19被目镜194会聚以便在操作者的眼睛上同时形成放大的第一象和第二象。

因此，由于用全息图透镜26、26M、32、33或42来形成叠加光L19，通过把双焦点显微镜191同时聚焦在第一和第二样件SP1、SP2上可以同时观察置于第一样件平面PL1上的第一样件SP1的第一象和置于第二样件平面PL2上的第二样件SP2的第二象。

再者，即使当光L17、L18穿过全息图透镜时第一和第二光L17、L18的强度下降，叠加L19的强度对于观察第一和第二象来说也是足够的，因为叠加光L19的强度取决于第一和第二光的强度之和。

再者，由于全息图透镜26如图6中所示是闪耀的，当第二光L18在全息图透镜26中被衍射时可以减少像负一级衍射光之类的多余衍射光的生成。因而，可以提高叠加光L19的强度，以致所观察到的第一和第二象可以更明亮。

再者，如图60中所示，在第一样件SP1放在第一样件台197的底部而第二样件SP2放在位于第一样件台197下方的第二样台198的底部的情况下，由于在第一样件台197中对第一光L17的光程不同于在第一和第二样件台197、198中对第二光L18的光程，在入射在物镜192的第一和第二光L17、L18中生成像色象差之类的象差。然而，通过在全息图透镜26中如第一实施例中所述对色象差的过剩修正，可以在全息图透镜26中消除象差。

再者，通过移动内外透镜镜筒195、196可以改变第一与第二焦距之差，因为改变了全息图透镜26与物镜192之间的距离。因而，即使第二样件台198的厚度改变，仍能可靠地观察第一和第二象。

在第二十二实施例中，在双焦点显微镜191中使用目镜194。然而，目镜194不是必须的。再者，如图61中所示，像电荷耦合器件(CCD)照相机之类的照相机199可以代替目镜194设在象平面PL3上。在这种情况下，可用CCD照相机199拍摄由放大的第一和第二象形成的叠加象，以致可以同时记录第一和第二象。(第二十三实施例)

在在半导体晶片上形成微电路的情况下，在半导体晶片上涂敷光敏材料，并在曝光处理中通过带有掩模图形的光掩模用紫外光对涂敷在半导体晶片上的光敏材料曝光。因而，光掩模的掩模图形转移到光敏材料上。在这种情况下，需要在曝光处理之前进行的对准处理中以很高的精度把半导体晶片与光掩模对准，因而，用具有深焦深的常规显微镜同时观察画在半导体晶体片上的参考象和画在光掩膜上的掩模图形。然而，由于具有深焦深的常规显微镜的放大率很低，不可能以5μm以内的精度把参考象与掩模图形对准。

为了在本发明中解决以上缺点，描述一种按照第二十三实施例用于对准处理的对准装置，在该装置中，在同时观察画在半导体晶片上的参考象和画在光掩模上的掩模图形的同时，以高精度把半导体晶体片与光掩模对准。

图62是按照第二十三实施例的对准装置的组合图。

如图62中所示，用来把画在光掩模202下表面上的掩模图形的第一参考象RF1与画在像半导体基片203之类的样件的下表面上的第二参考象RF2对准的对准装置201包括一个用来发散具有特定波长的对准光束以照亮第一和第二参考象RF1、RF2的光源204，用来接收一束从被对准光照亮的第一参考象RF1发散的第一对准光L20和接收一束从被对准光照亮的第二参考象RF2发散的第二对准光L21的物镜192，用来没有任何衍射地透射一部分第一对准光L20并衍射一部分第二对准光L21以便使第二对准光L21穿过第一对准光L20所穿过的同一光路的全息图透镜26(或26M、32、33或42)，用来把由第一对准光L20和第二对准光L21形成的叠加对准光L22会聚在内焦点Pf2的内透镜193，像电荷耦合器件(CCD)照相机之类的设于内焦点Pf2处的用来同时拍摄和记录第一和第二参考象RF1、RF2的照相机205，内透镜镜筒195，外透镜镜筒196，用来沿与光轴垂直的水平方向移动光掩模202以便把第一参考象RF1与第二参考象RF2沿光轴对准的移动装置206，以及用来根据记录在照相机205中的第一和第二参考图RF1、RF2来控制光掩模202的运动的控制装置207。

对准光的特定波长根据半导体基片203对对准光的透射率足够高的条件确定。光轴穿过物镜192、全息图透镜26和内透镜193的中心。

以与第二十二实施例中相同方式双焦点显微镜208由物镜192，全息图透镜26(或26M、32、33或42)，内透镜193，内透镜镜筒195和外透镜镜筒196组成。

在以上结构中，一束从第一参考象RF1发散的第一对准光L20在物镜192中对准，而一部分第一对准光L20经全息图透镜26透射。再者，一束从第二参考象RF2发散的第二对准光L21在物镜192中折射，而一部分第二对准光L21被全息图透镜26衍射以便使第二对准光L21穿过第一对准光L20所穿过的同一光路。因而，由第一和第二对准光L20、L21形成一束叠加对准光L22。此后，叠加对准光L22会聚于内焦点Pf2处以便同时形成放大的第一和第二参考象RF1、RF2。此后，放大的第一和第二参考象RF1、RF2被照相机205拍摄和记录。此后，在控制装置207中检查第一和第二参考象RF1、RF2之间的相对位置，并在控制装置207的控制之下由移动装置206沿水平方向移动光掩模202，以便把第一参考象RF1与第二参考象RF2对准。

因此，由于使用全息图透镜26、26M、32、33或42以形成具有两个焦点的双焦点显微镜208，即使双焦点显微镜208的焦深很小也同时观察第一参考象RF1和第二参考象RF2。再者，由于双焦点显微镜208的焦深可以降低，可以提高双焦点显微镜208的放大率。因而，能以很高精度把光掩模202的第一参考象RF1与半导体基片203的第二参考象RF2对准。

用其最佳实施例图示和描述了本发明的原则，对于本专业的技术人员来说显而易见的是本发明可在方案上和细节上加以修改而不脱离这些原则。我们申明所有修改都落入所附权利要求书的精神和范围内。

Claims (22)

1.一种光学透镜(29)，它包括一个透过光盘层在光盘(22，23；24，25)上产生一个焦点的区域，所述盘远离所述透镜放置，其中：

根据离透镜光轴的距离的不同划分透镜的所述区域，从而将所述区域划分为多个区域，这些区域至少包括一个第一区域(26B)和一个第二区域(26A)，

所述第一区域比第二区域离光轴更远，

所述第二区域具有光学凹凸纹，并具有数值孔径NA2，以透过厚度为T2的层在光盘(24，25)上产生一个焦点，并且，

所述第一区域和所述第二区域二者具有大于数值孔径NA2的数值孔径NA1，以透过厚度T1小于厚度T2(T1＜T2)的层在光盘(22，23)上产生一个焦点。

2.如权利要求1所述的光学透镜，其中，所述光学凹凸纹同心地形成在所述光学透镜的第二区域中。

3.如权利要求1所述的光学透镜，其中，所述光学凹凸纹设置在所述光学透镜的与所述光盘相反的一侧。

4.如权利要求1所述的光学透镜，其中，所述第一区域中形成有光学凹凸纹。

5.如权利要求4所述的光学透镜，其中，第一区域的光学凹凸纹的高度大于第二区域的光学凹凸纹。

6.如权利要求1所述的光学透镜，包括一个物镜，在所述物镜上设置所述多个区域。

7.如权利要求1所述的光学透镜，包括一个物镜和一个凹凸纹透镜，在所述凹凸纹透镜上设置所述多个区域。

8.如权利要求1所述的光学透镜，其中，厚度T1大于0.4mm，小于0.8mm。

9.如权利要求1所述的光学透镜，其中，第二区域的光学凹凸纹为全息图。

10.如权利要求9所述的光学透镜，其中，第二区域的全息图的衍射效率低于100％。

11.如权利要求9所述的光学透镜，其中，所述第二区域的全息图用作凸透镜。

12.如权利要求9所述的光学透镜，其中，第二区域的全息图的斜面与凸透镜表面的倾斜方向相同。

13.如权利要求9所述的光学透镜，其中，所述多个区域包括至少一个没有光全息图的区域。

14.如权利要求13所述的光学透镜，其中，所述第一区域没有全息图。

15.如权利要求9所述的光学透镜，其中，所述第一区域具有全息图。

16.如权利要求15所述的光学透镜，其中，所述第一区域的衍射效率高于第二区域。

17.如权利要求1所述的光学透镜，其中，形成于所述第二区域中的光学凹凸纹的高度H设置为：

           H＜λ/(n(λ)-1)，

其中，符号λ表示穿过第二区域的光束的波长，符号n(λ)表示光学凹凸纹的材料对光束波长λ的折射率。

18.如权利要求17所述的光学透镜，其中，穿过第二区域的光束的调相度的差异小于2π弧度。

19.如权利要求9所述的光学透镜，其中，第二区域的全息图形成为炫耀全息图透镜。

20.如权利要求19所述的光学透镜，其中，所述全息图的截面形成为锯齿形。

21.一种光学头装置，用于执行至少一个下述操作：在面对该光头装置放置的光盘上记录信息片断，或者从中再现信息片断，该光学头装置包括：

用于发射光束的光源；和

如权利要求1所述的光学透镜。

22.一种光盘装置，包括：

如权利要求21所述的光学头装置；

用于移动所述光学头装置的移动装置；和

用于旋转所述光盘的旋转装置。

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