CN1172299C - 光学头 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种能够有效减小色差的光学头。在光学头中，在光源和物镜之间的光路上设置一个准直透镜，准直透镜包括一个具有散光本领的发散透镜和一个具有聚光本领的聚焦透镜，其中假设假设准直透镜的总焦距为f，发散透镜的焦距为fn，则准直透镜满足关系式-1.5＞f/fn。本发明的光学头与现存的DVD和需要接近405nm的兰光以及具有NA为0.6的物镜但是规格仍不标准的HD-DVD兼容。

Description

光学头
技术领域
本发明涉及一种用于高密度信息写入和读取系统的光学头，并尤其涉及一种能够减小在采用兰光光源时产生的色差的光学读/写系统。
背景技术
在光学读/写系统中，记录密度由聚焦光点的大小决定。一般地，聚焦光点的大小(S)与波长(λ)成正比，与数值孔径(NA)成反比，由下式(1)表示：
                S∝λ/NA    …(1)
要实现比小型盘(CD)或数字通用盘(DVD)更高的记录密度，必须进一步减小聚焦到光盘上的光点大小。为了减小光点大小，从公式(1)中可以推出，必须减小激光束的波长(λ)以及增大物镜的数值孔径(NA)。因此，为了实现这种高密度的信息记录，必须用具有短波长的激光束如蓝色激光作为光源，并且必须把物镜的NA保持在0.6或更大。
图1是激光二极管的不同发射波长与输出功率在不同的激光二极管罩温度时的关系曲线。图2是对于不同的光学材料折射率与波长的关系曲线。参见图1，当在特定的温度下输出功率增大时，发射波长也成正比例的增大，这是激光二极管的特点。如图2中所述，与用于小型盘的780nm处和用于DVD的6650nm处的情况相比，不同光学材料的折射率在短波长范围内剧烈变化，例如，在400nm。
当给一张光盘写入信息时，以读出功率搜寻光盘上理想的位置，然后在发现的位置处通过增大写入功率制作记录标记。但是，这种输出功率上的突变造成光学系统中的色差，由此使光点在光盘上散焦。另外，通过伺服电路的控制来校正散焦要花费相当长的时间。另一方面，当采用高频(HF)模块减小由光从光盘向光源反射造成的噪音时，光源发射的光的波长增加，由此增大光学系统中、特别是物镜中的色差，因而导致再现信号的质量衰减。另外，还应考虑到，从图1中可以看出，发射波长随光学头内的温度升高而增大，并且利用不同光源所致的波长变化改变色差。
建议使用具有650nm波长的光源和一个物镜的各种光学头以便与0.6mm厚的DVD和1.2mm厚的CD兼容。用于建议的光学头的技术是挡住光通过远轴和近轴区域之间的中间区域的环形遮挡技术，和通过使用液晶(LC)光阀控制物镜的NA的方法，以及利用全息光学元件(HOE)分束以在不同厚度的盘上形成各个焦点的HOE技术。但是可记录的小型盘(CD-R)，对于红光源的反射率骤降，因此，必须是具有波长780nm的光源。为此，建议使用在780nm光束和650nm光束之间具备兼容性的DVD无限/CD有限光学系统，或使用在远轴和近轴区域之间具有环形焦点区域的物镜。具体地说，对于CD有限光学系统，物镜NA受到限制并且将发散光入射到物镜上，由此校正因物镜和盘厚度不同而产生的象差。
要比DVD系统更高密度地进行信息记录和读取需要采用短波长光源的光学头。例如，对于HD-DVD，需要用波长短于650nm的激光源作为光源。但是，如同先前参照图2的解释，因为盘的光学材料的折射率在短于650m的波长处剧烈变化，所以产生过度的象差。因此，需要一个与现存的DVD兼容的光学系统并能够有效地降低色差。
对于DVD-R，它对于非红光光源的反射率下降。因此，为了与DVD-R兼容，必须还采用具有波长650nm的光源。但是，通过只控制从650nm光源发射并入射到物镜上的光的散度不能消除400nm物镜上象差的问题。因此，在开发HD-DVD兼容系统方面的关键问题是找到有效校正色差的技术。
日本专利申请平10-123410中描述的能够校正色差的传统物镜的实例示于图3。参见图3，传统的物镜由包括第一透镜3和第二透镜4的两个透镜构成。具体地说，用于校正色差的第一透镜3布置在盘6和用于聚焦的第二透镜4之间。示于图3的此结构使得NA可以增大到0.7或更大，以致于该物镜可以用在光学系统中进行高密度地记录。但是，该物镜有一个问题在于两个透镜的使用增加了系统的长度，并且光点的再现对两透镜相对位置的改变非常敏感。
发明内容
为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种采用不同的短波长激光束作为光源的光学头。
本发明的另一个目的在于提供一种能够有效校正由于光学材料折射率的突变导致的象差的光学头。
本发明还有一个目的在于提供一种对于数字通用盘(DVD)使用650nm的激光束、对于HD-DVD使用大约400nm的激光束、以同其他光学记录介质之间相互兼容的光学头。
根据本发明的一个方面，提供的一种光学头包括：一个产生500nm或更短波长激光束的光源；一个把激光束聚焦到介质上的物镜；一个把从光盘反射的激光束转变成电信号的光电探测器；和一个布置在光源和物镜之间的准直透镜，包含一个具有散光本领(diverging power)的发散透镜和一个具有聚光本领(focusing power)的聚焦透镜，其中，假设准直透镜的总焦距为f，发散透镜的焦距为fn，则准直透镜满足关系式：-1.5＞f/fn。
根据本发明的另一个方面，提供的一种光学头包括：第一和第二光源，分别对应于第一和第二介质，用于产生不同波长的激光束；一个物镜，把来自第一和第二光源的激光束分别聚焦到第一和第二介质上；第一和第二光电探测器，用于接收从第一和第二光源发出的并从第一和第二介质反射的激光束；和一个准直透镜，布置在较短波长的激光束的光路上，它包括一个具有散光本领的发散透镜和一个具有聚光本领的聚焦透镜，其中，假设准直透镜的总焦距为f，发散透镜的焦距为fn，则准直透镜满足关系式：-1.5＞f/fn。
根据本发明的另一个方面，提供的一种光学头包括：一个面对第一和第二介质设置的物镜；一个设置在物镜光路上的第一光源；一个设置在物镜和第一光源之间的分束器；一个设置在从分束器反射的光束光路上的第二光源；一个接收从第一光源发射并从第一介质反射的光的第一光电探测器；一个接收从第二光源发射并从第二介质反射的光的第二光电探测器；和一个设置在物镜和分束器之间的准直透镜，它包括一个具有散光本领的发散透镜和一个具有聚光本领的聚焦透镜，其中，假设准直透镜的总焦距为f，发散透镜的焦距为fn，则准直透镜满足关系式：-1.5＞f/fn。
根据本发明的另一个方面，提供的一种光学头包括：一个面对第一和第二介质设置的物镜；一个设置在物镜光路上的第一光源，用于向第一介质发射激光束；在从第一光源到物镜的光路上的预定位置处设置的第一、第二和第三分束器；一个设置在从第一分束器反射的光束光路上的第二光源，用于经第一分束器向第二介质发射激光束；一个设置在从第三分束器反射的光束光路上的第一光电探测器，用于接收从第一光源发射并从第一介质反射的激光束；一个设置在从第二分束器反射的光束光路上的第二光电探测器，用于接收从第二光源发射并从第二介质反射的激光束；和一个设置在第二和第三分束器之间的准直透镜，它包括一个具有散光本领的发散透镜和一个具有聚光本领的聚焦透镜，其中，假设准直透镜的总焦距为f，发散透镜的焦距为fn，则准直透镜满足关系式-1.5＞f/fn。
根据本发明的另一个方面，提供的一种光学头包括：一个面对第一和第二介质设置的物镜；一个设置在物镜光路上的第一光源，用于向第一光盘发射激光束；在从第一光源到物镜的光路上的预定位置处设置的第一、第二和第三分束器；一个设置在从第一分束器反射的光束光路上的第二光源，用于经第一分束器向第二介质发射激光束；一个设置在从第三分束器反射的光束光路上的第一光电探测器，用于接收从第一光源发射并从第一介质反射的激光束；一个设置在从第二分束器反射的光束光路上的第二光电探测器，用于接收从第二光源发射并从第二介质反射的激光束；和一个设置在物镜和第三分束器之间的准直透镜，它包括一个具有散光本领的发散透镜和一个具有聚光本领的聚焦透镜，其中，假设准直透镜的总焦距为f，发散透镜的焦距为fn，则准直透镜满足关系式-1.5＞f/fn。
附图说明
本发明的上述目的和优点通过下列参考附图对实施例的详细描述将变得更加清晰。
图1是激光二极管在各种激光二极管罩温度下的输出功率与发射波长之间的关系曲线；
图2是各种光学材料的不同折射率与波长之间的关系曲线；
图3是传统物镜的色差校正示意图；
图4是根据本发明的光学头第一实施例的光学布局图；
图5是根据本发明的光学头第二实施例的光学布局图；
图6是根据本发明的光学头第三实施例的光路图；
图7表示图6所示光学头中的象差；
图8是根据本发明的光学头第四实施例的光路图；
图9表示图8所示光学头中的象差；
图10是根据本发明光学头第五实施例的光路图；
图11表示图10所示光学头中的象差；
图12是采用传统准直透镜的光学头光路图；
图13表示图12所示传统光学头中的象差；
图14表示采用本发明准直透镜的光学头光路图；
图15表示图14所示光学头中的象差；
图16是根据本发明的光学头第六实施例的光学布局图；
图17是根据本发明的光学头第七实施例的光学布局图；
图18是根据本发明的光学头第八实施例的光学布局图；
图19是根据本发明的光学头第九实施例的光学布局图；
图20表示在根据本发明的光学头中波长为405nm的光束光路图；
图21表示图20所示光学头中的象差；
图22表示在根据本发明的光学头中波长为650nm的光束光路图；
图23表示图22所示光学头中的象差；
图24表示图20所示的光学头对于400nm的光和401nm及405nm的光的象差。
具体实施方式
<实施例1>
根据本发明的光学头的第一优选实施例示于图4。参见图4，光源104位于面对介质(光盘)100的物镜101的光轴端部。λ/4波片107、分束器102和准直透镜103分布在物镜101和光源104之间。准直透镜103包括一个具有聚光本领的聚焦透镜103a和一个具有散光本领的发散透镜103b。
光电探测器106设置在从分束器102反射的光束的光路端部，用于会聚反射光的聚光透镜105位于分束器102和光电二极管106之间。
当光源104发射500nm或更短的激光束时，准直透镜103具有相应的光学特征，这也构成本发明的特征。假设准直透镜103的总焦距为f，发散透镜103a的焦距为fn，则准直透镜103满足关系式：-1.5＞f/fn。
<实施例2>
根据本发明的光学头的第二优选实施例示于图5。参见图5，光源104共轴地位于面对介质(光盘)100的物镜101的光轴端部。准直透镜103、λ/4波片107和分束器102分布在物镜101和光源104之间。准直透镜103包括一个具有聚光本领的聚焦透镜103a和一个具有散光本领的发散透镜103b。
光电探测器106设置在从分束器102反射的光束的光路端部，用于会聚反射光的聚光透镜105位于分束器102和光电二极管106之间。
当光源104发射500nm或更短的激光束时，准直透镜103具有相应的光学特征，这也构成本发明的特征。假设准直透镜103的总焦距为f，发散透镜103a的焦距为fn，则准直透镜103满足关系式：-1.5＞f/fn。
本实施例与第一实施例的不同之处在于准直透镜的位置。在以下的实施例中，会给出光学系统的设计数据。前两个实施例中的准直透镜与下面的实施例中的准直透镜具有相同的光学特征。
<实施例3>
根据本发明的光学头的第三优选实施例示于图6，图6所示光学头的光学数据列于表1。
                             表1
表面 曲率半径 厚度 玻璃名称
物面 无限大 0.100000
S1 无限大 6.250000 BK7
S2 无限大 3.000000
S3 -15.219848 1.000000 FDS1
S4 5.866928 2.000000 TAC8
S5 -4.118685 5.000000
S6光阑 1.770182 1.802215 BACD5
K：-0.721945A：0.537259E-02   B：0.183575E-03     C：0.85500E-04D：-0.121341E-04
S7 -11.452471 1.272566
K：-179.717593A：0.222258E-02   B：-0.194835E-03   C：-0.172951E-04D：0.399488E-05
S8 无限大 0.600000 ‘CG’
S9 无限大 0.00000
像面 无限大 0.00000
非球面方程(见下列方程(2))
d线折射率/阿贝数，v  BACD5：1.606048/61.3FDS1：2.012371/20.9TAC8：1.752798/54.7BK7：1.530849/64.2‘CG’：1.623343/31.0
入瞳直径(mm) 4.0
波长(nm) 400
准直透镜发散和聚焦元件的焦距(mm)整个准直透镜的焦距(mm) -4.085/3.51710.0
物镜的焦距(mm) 2.667
∑1/(fi·vi) -0.004
在本实施例中，采用了一个400nm的光源、一个具有10mm焦距的准直透镜和一个具有0.75的NA的物镜。光学头中的象差示于图7中。
<实施例4>
根据本发明的光学头第四实施例示于图8中，图8所示光学头的光学数据列于表2。
                           表2
表面 曲率半径 厚度 玻璃名称
物面 无限大 3.680296
S1 无限大 6.250000 BK7
S2 无限大 3.000000
S3 -7.765552 1.000000 FDS1
S4 5.998733 2.000000 NBFD12
S5 -4.527848 5.000000
S6光阑 1.770182 1.802215 BACD5
K：-0.721945A：0.537259E-02  B：0.183575E-03  C：0.85500E-04  D：-0.121341E-04
S7 -11.452471 1.272566
K：-179.717539A：0.222258E-02  B：-0.194835E-03 C：-0.172951E-04D：0.399488E-05
S8 无限大 0.600000  ‘CG’
S9 无限大 0.00000
像面 无限大 0.00000
非球面方程(见下列方程(2))
d线折射率/阿贝数，v BACD5：1.606048/61.3FDS1：2.012371/20.9NBFD12：1.834057/42.3BK7：1.530849/64.2‘CG’：1.623343/31.0
入瞳直径(mm) 4.0
波长(nm) 400
准直透镜发散和聚焦元件的焦距(mm)整个准直透镜的焦距(mm) -3.225/3.38610.0
物镜的焦距(mm) 2.667
∑1/(fi·vi) -0.0017
在本实施例中，采用了一个400nm的光源、一个具有15mm焦距的准直透镜和一个具有0.75的NA的物镜。光学头中的象差示于图9中。
<实施例5>
根据本发明的光学头第五实施例示于图10中，图10所示光学头的光学数据列于表3。
                             表3
表面 曲率半径 厚度 玻璃名称
物面 无限大 13.381632
S1 无限大 6.250000 BK7
S2 无限大 3.000000
S3 21.6695568 2.000000 BACD5
S4 -7.653445 1.000000
S5 -36.568237 1.000000 FD4
S6 3.690184 2.000000 BACD5
S7 -49.729832 5.000000
S8光阑 1.770182 1.802215 BACD5
K：-0.721945A：0.537259E-02 B：0.183575E-03 C：0.85500E-04 D：-0.121341E-04
S9 -11.452471 1.272566
K：-179.717593A：0.222258E-02 B：-0.194835E-03 C：-0.172951E-04D：0.399488E-04
S10 无限大 0.600000 ‘CG’
S11 无限大 0.000000
像面 无限大 0.000000
非球面方程(见下列方程(2))
d线折射率/阿贝数，v BACD5：1.606048/61.3FD4：1.808613/27.5BK7：1.530849/64.2‘CG’：1.623343/31.0
入瞳直径(mm) 4.0
波长(nm) 400
准直透镜发散和聚焦元件的焦距(mm)整个准直透镜的焦距(mm) 9.579/-4.100/5.75020.0
物镜的焦距(mm) 2.667
∑1/(fi·vi) -0.0018
在本实施例中，采用了一个400nm的光源、一个具有20mm焦距的准直透镜和一个具有0.75的NA的物镜。光学头中的象差示于图11中。
前述表1至表3中所述的非球面方程由下列方程(2)表示：
z = ch 2 1 + 1 - ( 1 + k ) c 2 h 2 + Ah 4 + Ah 8 + Ah 10 + Ah 12 + Ah 14 - - - ( 2 )
此处z是表面至高点的深度，h是离光轴的距离，c是曲率，k是锥面系数，A、B、C和D是非球面系数。
对于实施例3、4和5，当从光源发射的光束波长在±10nm的范围内变化时，散焦的程度可以表示成焦深±0.36μm的不定度。
图12表示采用传统准直透镜的光学头的光路，图13表示图12所示传统的光学头中的象差。相反，图14表示采用本发明准直透镜的光学头的光路，图15表示图14所示光学头中的象差。
如图12和13所示，因为传统的准直透镜设计成适用于500nm或更长的波长，所以其散光本领不足以有效地校正由波长短于500nm的光束导致的色差。对于图12所示的光学头，每个透镜的焦距分别为15.646，8.999和2.667，其阿贝数分别是43.0、53.9和62.3，∑1/(fi·vi)＝0.0067。如图1 3中所示，400nm的光的象差对于光学头可以忽略，但405nm的光的象差水平突然增大。因此，传统的准直透镜不能用于短波长的光。
然而，如图14和15所示，400nm和405nm发射光束之间的象差变化度较小。因为根据本发明的准直透镜有较高的聚光本领，所以可以有效地校正象差。结果是，光点可以响应于发射光波长的变化聚焦在焦深范围内的介质上。
为了更有效地减小关于这种短波长光束的色差，假设整个准直透镜的焦距为f，发散透镜的焦距是fn，则准直透镜必须满足-1.5＞f/fn。
优选地，假设构成光学头的从光源到介质之间分布的透镜前焦距分别为f1，f2，...fn，透镜光学材料d线上的阿贝数为v1，v2，...和vn，则光学头满足关系式-0.005＜1/(f1·v1)+1/(f2·v2)+...+1/(fn·vn)＜0.0005。
在下列实施例中将描述采用两个光源的光学头。
<实施例6>
参见图16，第一光源104a位于面对介质100的物镜101光轴的端部。控制物镜101的NA的波长选择滤波器300和作为本发明特征的准直透镜103以及分束器102设置在物镜101和第一光源104a之间。
分束器102透射从第一光源104a发射的激光束，并反射从第二光源发射的激光束。如图16所示，第二光源104b设置在分束器102反射的光束之光路上。
波长选择滤波器300的使用是自选的。换言之，当需要对第一和第二光源104a及104b单独控制NA时，就把波长选择滤波器300组合到光学头中。例如，如果第一光源104a发射400nm的蓝色激光并需要0.7的NA，并且第二光源104b发射650nm的红色激光并需要0.6的NA，则采用波长选择滤波器300以使得能够对650nm的激光减小物镜的NA到0.6，同时透过400nm的全部激光。
传统的包括一个光电探测器和一个激光二极管的光发射/探测装置可用作第一和第二光源104a及104b，使激光束可以由同一个装置发射和吸收。
如前所述，构成本发明特征的准直透镜103包括一个具有聚光本领的聚焦透镜103a和一个具有散光本领的发散透镜103b。假设整个准直透镜103的焦距为f，发散透镜103b的焦距为fn，则准直透镜满足关系式-1.5＞f/fn。准直透镜103校准从第一和第二光源104a和104b发射的激光束，并同时帮助校正色差。
<实施例7>
参见图17，第一光源104a位于面对介质100的物镜101光轴的端部。控制物镜101的NA的波长选择滤波器300和作为本发明特征的准直透镜103以及第一、第二和第三分束器102a、102b和102c设置在物镜101和第一光源104a之间预定的位置上。
第三分束器102c透射从第一光源104a发射的激光束并把从第二光源104b发射的激光束反射到介质100。如图17所示，第二光源104b设置在从第三分束器102c反射的光束光路上。
第二分束器102b透射从第一和第二光源104a和104b发射的激光束，并反射从介质100反射回来的来自第二光源104b的光束。由介质100反射、接着再由第二分束器102b反射的光由第二聚光透镜802会聚到第二光电探测器702上。
第一分束器102a把从第一和第二光源104a和104b发出的激光束透向介质100。另外，第一分束器102a反射从介质100反射的源自第一光源104a的光，并透射从介质100反射的源自第二光源104b的光。由介质100反射、接着再由第一分束器102a反射的光由第一聚光透镜801会聚到第一光电探测器602上。
波长选择滤波器300的使用是自选的。换言之，当需要对第一和第二光源104a及104b单独控制NA时，就把波长选择滤波器300组合到光学头中。例如，如果第一光源104a发射400nm的蓝色激光并需要0.7的NA，并且第二光源104b发射650nm的红色激光并需要0.6的NA，则采用波长选择滤波器300以使得能够对650nm的激光减小物镜的NA到0.6，同时透过400nm的全部激光。
如前所述，构成本发明特征的准直透镜103包括一个具有聚光本领的聚焦透镜103a和一个具有散光本领的发散透镜103b。假设整个准直透镜103的焦距为f，发散透镜103b的焦距为fn，则准直透镜满足关系式-1.5＞f/fn。准直透镜103校准从第一和第二光源104a和104b发射的激光束，并同时帮助校正色差。
<实施例8>
参见图18，第一光源104a位于面对介质100的物镜101光轴的端部。控制物镜101的NA的波长选择滤波器300和第一、第二及第三分束器102a、102b和102c设置在物镜101和第一光源104a之间预定的位置上。另外，作为本发明特征的准直透镜103位于第一和第二分束器102a和102b之间。
第三分束器102c透射从第一光源104a发射的激光束并把从第二光源104b发射的激光束反射到介质100。如图18所示，第二光源104b设置在从第三分束器102c反射的光束光路上。
第二分束器102b透射从第一和第二光源104a和104b发射的激光束，并反射从介质100反射回来的来自第二光源104b的光束。由介质100反射、接着再由第二分束器102b反射的光由第二聚光透镜802会聚到第二光电探测器702上。
第一分束器102a把从第一和第二光源104a和104b发出的激光束透向介质100。另外，第一分束器102a反射从介质100反射的源自第一光源104a的光，并透射从介质100反射的源自第二光源104b的光。由介质100反射、接着再由第一分束器102a反射的光由第一聚光透镜801会聚到第一光电探测器602上。
波长选择滤波器300的使用是自选的。换言之，当需要对第一和第二光源104a及104b单独控制NA时，就把波长选择滤波器300组合到光学头中。例如，如果第一光源104a发射400nm的蓝色激光并需要0.7的NA，并且第二光源104b发射650nm的红色激光并需要0.6的NA，则采用波长选择滤波器300以使得能够对650nm的激光减小物镜的NA到0.6，同时透过400nm的全部激光。
如前所述，构成本发明特征的准直透镜103包括一个具有聚光本领的聚焦透镜103a和一个具有散光本领的发散透镜103b。假设整个准直透镜103的焦距为f，发散透镜103b的焦距为fn，则准直透镜满足关系式-1.5＞f/fn。准直透镜103校准从第一和第二光源104a和104b发射的激光束，并同时帮助校正色差。
<实施例9>
参见图19，第一光源104a位于面对介质100的物镜101光轴的端部。控制物镜101的NA的波长选择滤波器300和第一、第二及第三分束器102a、102b和102c设置在物镜101和第一光源104a之间预定的位置上。另外，作为本发明特征的准直透镜103位于第二和第三分束器102b和102b之间。
第三分束器102c透射从第一光源104a发射的激光束并把从第二光源104b发射的激光束反射到介质100。如图19所示，第二光源104b设置在从第三分束器102c反射的光束光路上。
第二分束器102b透射从第一和第二光源104a和104b发射的激光束，并反射从介质100反射回来的来自第二光源104b的光束。由介质100反射、接着再由第二分束器102b反射的光由第二聚光透镜802会聚到第二光电探测器702上。
第一分束器102a把从第一和第二光源104a和104b发出的激光束透向介质100。另外，第一分束器102a反射从介质100反射的源自第一光源104a的光，并透射从介质100反射的源自第二光源104b的光。由介质100反射、接着再由第一分束器102a反射的光由第一聚光透镜801会聚到第一光电探测器602上。
波长选择滤波器300的使用是自选的。换言之，当需要对第一和第二光源104a及104b单独控制NA时，就把波长选择滤波器300组合到光学头中。例如，如果第一光源104a发射400nm的蓝色激光并需要0.7的NA，并且第二光源104b发射650nm的红色激光并需要0.6的NA，则采用波长选择滤波器300以使得能够对650nm的激光减小物镜的NA到0.6，同时透过400nm的全部激光。
如前所述，构成本发明特征的准直透镜103包括一个具有聚光本领的聚焦透镜103a和一个具有散光本领的发散透镜103b。假设整个准直透镜103的焦距为f，发散透镜103b的焦距为fn，则准直透镜满足关系式-1.5＞f/fn。准直透镜103校准从第一和第二光源104a和104b发射的激光束，并同时帮助校正色差。
<实施例10>
根据本发明的光学头的第十实施例示于图20和22，并且图20和22所示光学头的光学数据列于表4。
                         表4
表面 曲率半径 厚度 玻璃名称
物面 无限大 0.100000
S1 无限大 0.250000 BK7
S2 无限大 5.929508z2.122789z
S3 无限大 6.000000 BK71
S4 无限大 3.000000
S5 -4.081133 1.000000 FDS1
S6 30.164147 2.000000 BACD5
S7 -3.467121 5.000000
K：-0.2007701A：0.445555E-03 B：-0.119205E-03 C：0.316310E-04 D：-0.267022E-05
S8光阑 1.770182 1.802215 BACD5
K：-0.721945A：0.537259E-02 B：-0.183575E-03 C：-0.85500E-04 D：-0.121341E-04
K：-0.721945A：0.537259E-02 B：0.183575E-03 C：0.85500E-04 D：-0.121341E-04
S9 -11.452471 1.272566
K：-179.717539A：0.222258E-02 B：-0.194835E-03 C：-0.172951E-04 D：0.399488E-05
S10 无限大 0.600000     ‘CG’
S11 无限大 0.000000
像面 无限大 0.000000
非球面方程(见下列方程(2))
d线折射率/阿贝数，v BK7：在650nm处为1.514520/在400nm处为1.530849/64.2FDS1：在650nm处为1.911294/在400nm处为2.012371/20.9TAC8：在650nm处为1.725425/在400nm处为1.752798/54.7BACD5：在650nm处为1.586422/在400nm处为1.606048/61.3‘CG’：在650nm处为1.581922/在400nm处为1.623343/31.0
入瞳直径(mm) 4.0
波长(nm) 400，650
准直透镜发散和聚焦元件的焦距(mm)整个准直透镜的焦距(mm) 在400nm处为-3.499/4.239在400nm处为19.995
物镜的焦距(mm) 在400nm处为2.667
∑1/(fi·vi) -0.0032
在本实施例中，采用400nm的光源、焦距大约为20mm的准直透镜和具有0.75的NA的物镜。当从光源发射的光束波长在±5nm的误差范围内变化时，散焦的程度可以表示成焦深±0.36μm的不定度。另外，在650nm处的光距是0.012λ。
图20表示在根据本发明的光学头中405nm波长的光束光路图，图21表示图20所示光学头中的象差。图22表示在根据本发明的光学头中650nm波长的光束光路图，图23表示图22所示光学头中的象差。具体地，图24为图20所示中光学头中400nm、401nm和405nm光的象差比较。
如图24所示，在根据本发明的光学读/写装置中几乎探查不到400nm的光和405nm的光之间象差的差异。因为根据本发明的准直透镜具有高的聚光本领，所以象差可以得以有效地校正。结果是光点响应于发射光波长的变化，可以聚焦到焦深范围之内的介质上，
为了更有效地减小关于这种短波长光束的色差，假设整个准直透镜的焦距为f，发散透镜的焦距是fn，则需要准直透镜满足-1.5＞f/fn。
优选地，假设构成光学头的从光源到介质之间分布的透镜前焦距分别为f1，f2，...fn，透镜光学材料d线上的阿贝数为v1，v2，...和vn，光学头满足关系式-0.005＜1/(f1·v1)+1/(f2·v2)+...+1/(fn·vn)＜0.0005。
根据本发明的光学头与现存的DVD和需要接近405nm的兰光以及具有NA为0.6的物镜但是规格仍不标准的HD-DVD兼容。根据本发明的光学头利用具有高NA的物镜和具有500nm或更短波长的光源确保高密度地信息读取和记录。具体地说，具有上述结果的准直透镜通过有效地校正关于短波长蓝色激光的色差而有助于高密度地读取和记录。
以上参考优选实施例对本发明做了显示和描述，但应知道本领域的技术人员可以在不脱离由所附的权利要求限定的本发明实质和范围的前提下对本发明做形式上和内容细节上做各种改变。

Claims (29)

1.一种光学头，包括：
一个产生500nm或更短波长激光束的光源；
一个把激光束聚焦到介质上的物镜；
一个把从介质反射的激光束转变成电信号的光电探测器，
其特征在于，还包括：
一个布置在光源和物镜之间的准直透镜，包括一个具有散光本领的发散透镜和一个具有聚光本领的聚焦透镜，
假设准直透镜的总焦距为f，发散透镜的焦距为fn，则准直透镜满足关系式-1.5＞f/fn。
2.如权利要求1所述的光学头，其特征在于，还包括一个位于物镜和光电探测器之间的分束器，用于把从光源发出的激光束经物镜透射到介质，并反射从介质反射的激光束。
3.如权利要求1或2所述的光学头，其特征在于，还包括一个位于光电探测器和分束器之间的聚光透镜，用于把从介质反射的激光束反射到光电探测器。
4.如权利要求2所述的光学头，其特征在于，在分束器和光源之间设置准直透镜。
5.如权利要求3所述的光学头，其特征在于，在分束器和光源之间设置准直透镜。
6.如权利要求2所述的光学头，其特征在于，在物镜和分束器之间设置准直透镜。
7.如权利要求3所述的光学头，其特征在于，在物镜和分束器之间设置准直透镜。
8.如权利要求1、2、5至7中任一所述的光学头，其特征在于，如果从光源到介质之间分布的透镜的前焦距分别是f1，f2，...fn，并且透镜光学材料的阿贝数分别为v1，v2，...和vn，则光学头满足关系式-0.005＜1/(f1·v1)+1/(f2·v2)+...+1/(fn·vn)＜0.0005。
9.一种光学头，其特征在于，包括：
第一和第二光源，分别对应于第一和第二介质，用于产生不同波长的激光束；
一个物镜，把来自第一和第二光源的激光束分别聚焦到第一和第二介质上；
第一和第二光电探测器，用于接收从第一和第二光源发出、然后从第一和第二介质反射的激光束；和
一个准直透镜，布置在较短波长的激光束的光路上，它包括一个具有散光本领的发散透镜和一个具有聚光本领的聚焦透镜，
假设准直透镜的总焦距为f，发散透镜的焦距为fn，则准直透镜满足关系式：-1.5＞f/fn。
10.如权利要求9所述的光学头，其特征在于，还包括一个位于光轴上接近物镜的波长选择滤波器。
11.如权利要求9所述的光学头，其特征在于，第一光源发射波长大约为400nm的激光束，第二光源发射波长大约为650nm的激光束。
12.如权利要求10或11所述的光学头，其特征在于，第一光源发射波长大约为400nm的激光束，第二光源发射波长大约为650nm的激光束。
13.如权利要求9到11任一所述的光学头，其特征在于，如果从光源到介质之间分布的透镜的前焦距分别是f1，f2，...fn，并且透镜光学材料的阿贝数分别为v1，v2，...和vn，则光学头满足关系式-0.005＜1/(f1·v1)+1/(f2·v2)+...+1/(fn·vn)＜0.0005。
14.如权利要求12所述的光学头，其特征在于，如果从光源到介质之间分布的透镜的前焦距分别是f1，f2，...fn，并且透镜光学材料的阿贝数分别为v1，v2，...和vn，则光学头满足关系式-0.005＜1/(f1·v1)+1/(f2·v2)+...+1/(fn·vn)＜0.0005。
15.一种光学头，其特征在于，包括：
一个面对第一和第二介质设置的物镜；
一个设置在物镜光路上的第一光源；
一个设置在物镜和第一光源之间的分束器；
一个设置在从分束器反射的光束光路上的第二光源；
一个接收从第一光源发射并从第一介质反射的光的第一光电探测器；
一个接收从第二光源发射并从第二介质反射的光的第二光电探测器；和
一个设置在物镜和分束器之间的准直透镜，它包括一个具有散光本领的发散透镜和一个具有聚光本领的聚焦透镜，
假设准直透镜的总焦距为f，发散透镜的焦距为fn，则准直透镜满足关系式：-1.5＞f/fn。
16.如权利要求15所述的光学头，其特征在于，还包括一个位于物镜和准直透镜之间的波长选择滤波器，用于控制物镜的数值孔径。
17.如权利要求9或10所述的光学头，其特征在于，第一光源发射波长大约为400nm的激光束，第二光源发射波长大约为650nm的激光束。
18.如权利要求15或16所述的光学头，其特征在于，如果从光源到介质之间分布的透镜的前焦距分别是f1，f2，...fn，并且透镜光学材料的阿贝数分别为v1，v2，...和vn，则光学头满足关系式-0.005＜1/(f1·v1)+1/(f2·v2)+...+1/(fn·vn)＜0.0005。
19.如权利要求17所述的光学头，其特征在于，如果从光源到介质之间分布的透镜的前焦距分别是f1，f2，...fn，并且透镜光学材料的阿贝数分别为v1，v2，...和vn，则光学头满足关系式-0.005＜1/(f1·v1)+1/(f2·v2)+...+1/(fn·vn)＜0.0005。
20.一种光学头，其特征在于，包括：
一个面对第一和第二介质设置的物镜；
一个设置在物镜光路上的第一光源，用于向第一介质发射激光束；
在从第一光源到物镜的光路上的预定位置处设置的第一、第二和第三分束器；
一个设置在从第一分束器反射的光束光路上的第二光源，用于经第一分束器向第二介质发射激光束；
一个设置在从第三分束器反射的光束光路上的第一光电探测器，用于接收从第一光源发射并从第一介质反射的激光束；
一个设置在从第二分束器反射的光束光路上的第二光电探测器，用于接收从第二光源发射并从第二介质反射的激光束；和
一个设置在第二和第三分束器之间的准直透镜，它包括一个具有散光本领的发散透镜和一个具有聚光本领的聚焦透镜，
假设准直透镜的总焦距为f，发散透镜的焦距为fn，则准直透镜满足关系式-1.5＞f/fn。
21.如权利要求20所述的光学头，其特征在于，还包括一个位于物镜和准直透镜之间的波长选择滤波器，用于控制物镜的数值孔径。
22.如权利要求20或21所述的光学头，其特征在于，第一光源发射波长大约为400nm的激光束，第二光源发射波长大约为650nm的激光束。
23.如权利要求20或21所述的光学头，其特征在于，如果从光源到介质之间分布的透镜的前焦距分别是f1，f2，...fn，并且透镜光学材料的阿贝数分别为v1，v2，...和vn，则光学头满足关系式-0.005＜1/(f1·v1)+1/(f2·v2)+...+1/(fn·vn)＜0.0005。
24.如权利要求22所述的光学头，其特征在于，如果从光源到介质之间分布的透镜的前焦距分别是f1，f2，...fn，并且透镜光学材料的阿贝数分别为v1，v2，...和vn，则光学头满足关系式-0.005＜1/(f1·v1)+1/(f2·v2)+...+1/(fn·vn)＜0.0005。
25.一种光学头，其特征在于，包括：
一个面对第一和第二介质设置的物镜；
一个设置在物镜光路上的第一光源，用于向第一介质发射激光束；
在从第一光源到物镜的光路上预定位置处设置的第一、第二和第三分束器；
一个设置在从第一分束器反射的光束光路上的第二光源，用于经第一分束器向第二介质发射激光束；
一个设置在从第三分束器反射的光束光路上的第一光电探测器，用于接收从第一光源发射并从第一介质反射的激光束；
一个设置在从第二分束器反射的光束光路上的第二光电探测器，用于接收从第二光源发射并从第二介质反射的激光束；和
一个设置在物镜和第三分束器之间的准直透镜，它包括一个具有散光本领的发散透镜和一个具有聚光本领的聚焦透镜，
假设准直透镜的总焦距为f，发散透镜的焦距为fn，则准直透镜满足关系式-1.5＞f/fn。
26.如权利要求25所述的光学头，其特征在于，还包括一个位于物镜和准直透镜之间的波长选择滤波器，用于控制物镜的数值孔径。
27.如权利要求25或26所述的光学头，其特征在于，第一光源发射波长大约为400nm的激光束，第二光源发射波长大约为650nm的激光束。
28.如权利要求25或26所述的光学头，其特征在于，如果从光源到介质之间分布的透镜的前焦距分别是f1，f2，...fn，并且透镜光学材料的阿贝数分别为v1，v2，...和vn，则光学头满足关系式-0.005＜1/(f1·v1)+1/(f2·v2)+...+1/(fn·vn)＜0.0005。
29.如权利要求27所述的光学头，其特征在于，如果从光源到介质之间分布的透镜的前焦距分别是f1，f2，...fn，并且透镜光学材料的阿贝数分别为v1，v2，...和vn，则光学头满足关系式-0.005＜1/(f1·v1)+1/(f2·v2)+...+1/(fn·vn)＜0.0005。
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