CN1241726A

CN1241726A - 光学头装置

Info

Publication number: CN1241726A
Application number: CN99109720A
Authority: CN
Inventors: 山崎敬之
Original assignee: Konica Minolta Inc
Current assignee: Konica Minolta Inc
Priority date: 1998-06-03
Filing date: 1999-06-03
Publication date: 2000-01-19
Anticipated expiration: 2019-06-03
Also published as: CN1598946A; KR100616377B1; EP0962921A2; US6363037B1; KR20000005857A; TW432225B; EP0962921A3; CN1183527C

Abstract

一种光学头装置,用于从多种光学信息记录载体之一再现信息,设有第一光源;第二光源;和一个具有第一非球面表面和第二表面的物镜,第一非球面表面具有第一分表面,其中第二表面与根据非球面公式从第二分表面延伸的直线和光轴的交点之间在光轴上的距离以如下方式确定,使会聚在第一光学信息记录载体的第一信息记录平面上的第一光束的峰值强度比不小于0.9,并且会聚在第二光学信息记录载体的第二信息记录平面上的第二光束的峰值强度比不小于0.8。

Description

光学头装置

本发明涉及一种光学信息的记录/再现方法，其中光源发出的光束会聚在信息记录平面上，并将拟再现的光学信息记录在光学信息记录载体上，或者再现信息记录平面上的信息，本发明还涉及一种光学头装置，一种它所采用的会聚光学系统和物镜，以及一种该物镜的设计方法。

近年来，随着短波长红色半导体激光器的实际应用，促进了DVD(数字视盘或者也称数字多用盘)的发展，其尺寸与作为传统的光学信息记录载体(也称光盘)的CD相当，但具有更大的容量，是一种高密度光学信息记录载体。在此DVD中，在采用635nm的短波长半导体激光器的情况下，其物镜在光盘侧的数值孔径NA设定为0.6。而且，DVD的轨道间距为0.74μm，最小坑长为0.4μm，其密度与CD相比高达两倍以上，而CD的轨道间距为1.6μm，最小坑长为0.83μm。另外，除上述CD和DVD之外，还有不同标准的光盘例如CD-R(一种直接读写，即时写入的致密盘)、LD、MD(微型盘)以及MO(磁光盘)等已经商业化并进入日常使用。表1给出了各种光盘的透明基片厚度和所需数值孔径。

表1

光盘	透明基片厚度(mm)	所需数值孔径(光源波长λnm)
光盘	透明基片厚度(mm)	所需数值孔径(光源波长λnm)	CD，CD-R(只能再现)	1.20	0.45(λ＝780)
CD-R(记录，再现)	1.20	0.50(λ＝780)	CD，CD-R(只能再现)	1.20	0.45(λ＝780)
CD-R(记录，再现)	1.20	0.50(λ＝780)	LD	1.20	0.50(λ＝780)
MD	1.20	0.45(λ＝780)	LD	1.20	0.50(λ＝780)
MD	1.20	0.45(λ＝780)	MO(ISO 3.5英寸230MB)	1.20	0.55(λ＝780)
MO(ISO 3.5英寸640MB)	1.20	0.55(λ＝680)	MO(ISO 3.5英寸230MB)	1.20	0.55(λ＝780)
MO(ISO 3.5英寸640MB)	1.20	0.55(λ＝680)	DVD	0.60	0.60(λ＝635)

另外，对于CD-R，其光源波长必需为λ＝780(nm)，但是对于其它光盘，可以采用具有与表1中所列波长不同波长的光源；在此情况下，应当根据所用光源的波长λ调整所需的数值孔径NA。例如，对于CD，其所需数值孔径近似为NA＝λ(μm)/1.73，而对于DVD，其所需数值孔径近似为NA＝λ(μm)/1.06。

另外，本说明书所称数值孔径(例如下文所称NA1，NA2，NAL，NAH，NA3，NA4等等)指从透明基片一侧看该会聚光学系统的数值孔径。NA1为对第一光学信息记录载体再现信息或记录信息所需的数值孔径，而NA2为对第二光学信息记录载体再现信息或记录信息所需的数值孔径。

如上所述，现今市场上已有尺寸、透明基片厚度、记录密度、所用波长等等各不相同的多种光盘销售，并且研制出能够用于各种光盘的光学头装置。

研制出的光学头装置其中之一种设有分别对应于不同光盘的会聚光学系统，其会聚光学系统根据所需再现的光盘加以切换。然而，在该种光学头装置中，需要多个会聚光学系统，这不仅导致高的成本而且需要切换该会聚光学系统的驱动机构。相应地，该装置由于其复杂性及切换精度而不能满足需要。

因此，需要多种光学头装置，它能够采用单个会聚光学系统再现多种光盘。

顺便指出，为简便起见，本说明书中的短语“再现光盘”、“记录光盘”等用以指“再现光盘中的信息”、“记录信息至光盘中”等。

其中之一如日本专利公开平7-302437中，描述了一种光学头装置，其中物镜的折射表面被分为多个环形区域，各个分表面区域使得光束会聚在不同厚度光盘之一上以再现信息。

另外，在日本专利公开平7-57271中，描述了一种光学头装置，其中在透明基片厚度为t₁的第一光盘情况下，采用的物镜设计成使得其会聚光束中所含波前象差不大于0.07λ，而在透明基片厚度为t₂的第二光盘情况下，形成的会聚束斑具有很小的散焦。

然而，在日本专利公开平7-302437所述的光学头装置中，因为其入射光束被一个物镜同时分成两个焦点，所以必须使其激光器具有大的输出，这会导致高的成本。而且，在日本专利公开平7-57271所述的光学头装置中，在对第二光盘进行再现时，会发生由于侧瓣导致的抖动增加。特别地，因为第二光盘是由对第一光盘波前象差不大于0.07λ的物镜强制再现的，所以限制了能够再现第二光盘的数值孔径。

另外，已经研制出设有对应于所用波长的多个激光源的多种光学头，其中激光束由同一物镜以所需数值孔径会聚在记录平面上(例如日本专利公开平8-55363、平10-92010等)。然而，由于此原因，其光学系统的结构复杂，从而带来了例如部件数量增加或者性能降低等问题。

本发明人已研制出一种特别的物镜，由多个环形区构成，这些环形区通过将整个表面分成同心圆而形成，其中通过积极地利用由于波长不同的多个光源和/或记录表面的透明基片厚度不同而产生的球差，对于各相应光学信息记录载体校正了各环形区衍射界限内的象差，并且已研制出一种采用该物镜的具有简单结构的光学头(日本专利公开平9-286954)。

该物镜具有可以根据所用波长和/或透明基片厚度自动获得其所需数值孔径的功能。但是，它存在如下问题，来自对应于不同光学信息记录载体的环形区的光束，其光斑强度由于相移而降低，不能用于记录和再现。

上述问题可以通过如下结构加以解决。

本发明光学头的会聚光学系统包括两个不同波长的激光源，一个含有一个用于会聚来自光源激光束的物镜的会聚光学系统，和一个用于探测从记录平面所反射光束的感光元件，是一种用以记录和再现至少两种透明基片厚度不同的光学信息记录载体之光学头的光学系统。

所述光学系统还包括用于在从光轴附近至较远位置的环形区中将该会聚光学系统光束分成三个光束的装置，所述光束从光轴附近至较远位置依次为第一、第二、和第三光束，其中第一光束用于透明基片厚度不同的所有记录载体，第二光束主要用于较厚透明基片的记录载体，第三光束主要用于较薄透明基片的记录载体。

所述光学系统的特征在于所述三个分光束至少其一的相位相对于其它光束具有偏移，使得对于波长和厚度不同的两种记录载体其光斑亮度得以提高。

图1为表示本发明光学头结构轮廓的示意图。

图2(a)表示物镜的示意截面图。

图2(b)表示从光源看物镜的前视图。

图3表示物镜的示意截面图。

图4(a)至4(f)表示透镜的特性图。

图5(a)和5(b)表示波前象差的曲线图。

图6(a)表示物镜的示意截面图。

图6(b)表示从光源看物镜的前视图。

图7(a)和7(b)表示峰值强度比与相位之间的关系图。

图8(a)和8(b)表示波前象差的曲线图。

图9(a)和9(b)表示透镜的特性图。

图10(a)和10(b)表示峰值强度比与相位之间的关系图。

图11(a)和11(b)表示波前象差的曲线图。

可以通过如下的特殊物镜有效防止上述相移的产生，此物镜设有多个以同心圆形式形成的环形区，其中对于各个环形区，考虑到具有不同波长的多个光源以及不同厚度的基片，第一和第三环形区针对短波长和薄基片校正衍射限内的象差，而第二环形区针对长波长和厚基片或厚度在厚基片与薄基片之间的基本校正衍射限内的象差。

更具体地说，在本发明的会聚光学系统中，物镜可以作成在其朝向光源一侧具有由多个同心圆形成的环形区的折射表面，各个所述环形区其衍射限内的象差校正针对具有不同波长的多个光源，例如对于DVD为λ₁，对于CD为λ₂(λ₁＜λ₂)，和/或针对不同厚度的记录载体t₁、t₂(t₁＜t₂)及t₁-t₂的透明基片。考虑上述t₁＜t₂，当假定第二环形区所针对校正衍射限内象差的基片厚度为t₃时，可以确立下述不等式：

(t₁+t₂)×0.4≤t₃≤t₂。

或者更好是

(t₁+t₂)×0.45≤t₃≤t₂。

通过调整相应环形区在光轴上的折射表面位置，可以产生所需的相移。

上述环形区也可以设在物镜朝向光学信息记录载体的表面上，并且也可以实现将环形折射表面区设在物镜的两个表面上。

另外，也可以通过将相移部分设在不同于物镜的光学元件比如准直透镜上来实施本发明。

“实施例”

下面，将参照附图详细说明本发明。

参照图1加以说明，图1为表示本发明光学头的结构轮廓图。在本发明的此实施例中，光学头装置具有第一半导体激光器111(波长λ₁＝610nm-680nm)，为用于再现第一光盘的第一光源，和第二半导体激光器112(波长λ₂＝740nm-870nm，最好是740nm-810nm)，为用于再现第二光盘的第二光源。另外，组合装置19能够将第一半导体激光器111发出的光束与第二半导体激光器发出的光束汇合在一起，并且使这两束光束沿相同的光路传播，以便通过一个会聚光学系统将其会聚在光盘20上。

首先，在再现透明基片厚度为t₁的第一光盘情况下，第一半导体激光器111发出光束，所发出的光束透过组合装置19、偏振分束器12、准直透镜13、和1/4波片14，变成圆偏振的平行光束。该光束受到光阑17限制，由物镜16透过第一光盘20的透明基片21会聚在信息记录平面22上。也就是说，在信息记录平面22上，形成了其强度能够记录或再现信息的束斑。接着，由信息记录载体22上信息坑调制和反射的光束，再次通过物镜16、1/4波片14、和准直透镜13，入射至偏振分束器12，并在此反射，由柱透镜18产生象散，入射在光电探测器30上；从而可以利用光电探测器30的输出信号获得记录在第一光盘20中信息的读出(再现)信号。另外，通过根据光电探测器30上光斑形状的变化探测其光强分布的变化，可以对聚焦和轨道进行探测。根据上述探测，二维驱动器15驱动物镜16使得来自半导体激光器111的光束会聚在第一光盘20的信息记录平面22上，同时驱动物镜16使得来自半导体激光器111的光束会聚在既定轨道上。

另一方面，在再现透明基片厚度为t₂(t₁＜t₂)的第二光盘情况下，第二半导体激光器112发出光束，所发出的光束由组合装置19改变光路，然后透过偏振分束器12、准直透镜13、和1/4波片14、光阑17、以及物镜，会聚在第二光盘上。接着，由信息记录载体22上信息坑调制和反射的光束，再次通过物镜16、1/4波片14、准直透镜13、偏振分束器12、以及柱透镜18，入射在光电探测器30上；从而可以利用光电探测器30的输出信号获得记录在第二光盘20中信息的读出(再现)信号。另外，通过根据光电探测器30上光斑形状的变化探测其光强分布的变化，可以对聚焦和轨道进行探测。根据上述探测，二维驱动器15驱动物镜使得来自半导体激光器112的光束以散焦状态会聚在第二光盘20的信息记录平面22上，同时驱动物镜16使得来自半导体激光器112的光束会聚在既定轨道上。在对第一光盘或者对第二光盘记录信息时大致进行同样的操作。

在上述光学头装置10中，当再现透明基片厚度为t₁的第一光盘如DVD(t₁＝0.6mm)时，二维驱动器15以如下方式驱动物镜16，使得形成最小的弥散圆(最佳聚焦)。当采用此物镜16再现透明基片厚度为t₂的第二光盘时，其中t₂不同于t₁(t₂＞t₁)，其记录密度低于第一光盘的记录密度，例如CD(t₂＝1.2mm)，由于透明基片厚度的差别(较大厚度)会产生球差；相应地，在束斑具有最小弥散圆的位置(比近轴成象位置远的后方位置)，其光斑尺寸没有小得足以读出(再现)第二光盘的凹坑(信息)。然而，在比该最小弥散圆位置更靠近物镜16的前方位置(聚焦不足)，束斑尺寸作为整体大于最小弥散圆，但是其光斑含有一个核心，在其中心位置处光束是聚集的，而其核心周围的晕光部分，是不需要的光束。透过采用该核心来再现(读取)第二光盘的凹坑(信息)，在再现第二光盘时，驱动二维驱动器15使得物镜16处于散焦状态(聚焦不足)。

在以下的叙述中将说明实施例，其中本发明被用于作为光学头装置10的会聚光学系统中一个光学元件的物镜16，以便通过单个会聚光学系统再现具有不同厚度基片的第一和第二光盘。图2表示物镜的示意截面图(a)，以及从光源一侧看的前视图(b)。另外，单点划线表示光轴。在此实施例中，第一光盘透明基片的厚度t₁薄于第二光盘透明基片的厚度t₂，并且第一光盘中信息的记录密度高于第二光盘中的记录密度。

在本发明的此实施例中，物镜16为凸透镜，具有朝向光源的折射表面S1和朝向光盘的折射表面S2，它们都具有非球面形状和正的折射本领。另外，物镜16朝向光源的折射表面S1由多个(此实施例中为三个)同心的分表面构成，也即第一分表面Sd1至第三分表面Sd3。在分表面Sd1-Sd3的各个边界处，都设有台阶以形成相应的分表面Sd1-Sd3。该物镜的结构使得通过含有光轴的第一分表面Sd1的光束(第一光束)用于再现第一光盘和第二光盘中记录的信息，通过比第一分表面Sd1距光轴较远的第二分表面Sd2的光束(第二光束)主要用于再现第二光盘中记录的信息，通过比第二分表面Sd2距光轴较远的第三分表面Sd3的光束(第三光束)主要用于再现第一光盘中记录的信息。

在上述说明中，词语“主要”是指，在光束通过第二分表面Sd2的情况下，在通过第三分表面Sd3的光束被遮断的条件下束斑的中心强度为最大的位置处其核心部分的能量，与在通过第三分表面Sd3的光束没有被遮断的条件下束斑的中心强度为最大的位置处其核心部分的能量之比率(“遮光状态下的核心能量”/“无遮光状态下的核心能量”)，处于60％至100％的范围。另外，在光束通过第三分表面Sd3的情况下，它是指，在遮光状态下的核心能量与无遮光状态下的核心能量之比(“遮光状态下的核心能量”/“无遮光状态下的核心能量”)，处于60％至100％的范围。另外，为了简单地测得该能量比，在各种情况下，由于光束形状近似不变，可以相当简单地测量其中心强度最大位置处的束斑峰值强度Ip和光束直径Dp(定义为光强变成中心强度的e^-2的位置)，以获得乘积Ip×Dp，并且比较该结果。

如上所述，通过利用会聚光学系统光轴附近的第一光束来再现第一光盘和第二光盘，比第一光束离光轴更远的第二光束主要用于再现第二光盘，比第二光束离光轴更远的第三光束主要用于再现第一光盘，这就有可能通过单个会聚光学系统来再现多种(此实施例中为两种)光盘，同时降低了来自光源的光强损耗。此外，本例中大部分第三光束在再现第二光盘时是不需要的，并且在再现第二光盘时没有利用这种不需要的光束；因此，可以只通过将光阑17设为再现第一光盘所需的数值孔径来进行再现，而无需改变光阑17数值孔径的装置。

更详细地说，此实施例中的物镜16将分别通过第一分表面Sd1和第三分表面Sd3的第一光束和第三光束(以斜线表示的光束)会聚在彼此一致或近似一致的位置处，所述各位置之一为第一成象位置，并且其波前象差(将通过第二分表面Sd2的第二光束除外的波前象差)不大于0.07λ₁rms。最好不大于0.05λ₁rms。此处，λ₁为光源波长。

另外，此时通过第二分表面Sd2的第二光束(以虚线表示的光束)会聚在不同于第一成象位置的第二成象位置处，假定第一成象位置在零点，其物镜一侧为负，其相反侧为正，则该第二成象位置应当位于距第一成象位置-40μm至-4μm，或者最好是-27μm至-4μm的距离处(第二成象位置比第一成象位置更靠近物镜)。由于此原因，第一光盘的再现主要由第一光束和第三光束实现。另外，如果所述距离超出此下限(-40μm)，则球差被过分校正，再现第一光盘时的光斑形状变坏；如果所述距离超出此上限(-4μm)，则再现第二光盘时的光斑直径和侧瓣变大。此外，在此实施例中，因为t₁＜t₂且NA1＞NA2，所以第二成象位置设置在距第一成象位置-40μm至-4μm，或者最好是-27μm至-4μm的距离处；然而，在t₁＞t₂且NA1＞NA2的情况下，第二成象位置位于距第一成象位置4μm至40μm，或者最好是4μm至27μm的距离处。也就是说，第一成象位置与第二成象位置之间距离的绝对值应当在4μm至40μm，或者最好是4μm至27μm的范围内。

另外，当采用上述物镜16再现具有既定厚度(t₂＝1.2mm)透明基片的第二光盘时，如图3所示，在既定光束(平行光束)入射在物镜16的情况下，第二光束(以从左上至右下的斜线表示)与光轴相交(成象)的位置位于第一光束(以从左下至右上的斜线表示)中通过光轴附近的光束与光轴相交的位置和通过第一分表面Sd1的边缘部分(与第二分表面Sd2的边界)的光束与光轴相交的位置之间。因此，第一光束和第二光束会聚在第二光盘的信息记录平面的邻近，从而实现对第二光盘的再现。此时，第三光束(一半以虚线表示)产生晕光，但是仍可以通过由第一光束和第二光束构成的核心再现第二光盘。

换句话说，在本发明中，通过光轴附近的小数值孔径的第一光束被用以再现所有可再现的光盘，通过比第一分表面距光轴更远的区域的光束被以与拟再现之各光盘相对应的方式加以分割，分割形成的相应光束被用以再现相应的光盘(此实施例中的第一和第二光盘)。此时，对于需要较大数值孔径来再现记录其上的信息的光盘(此实施例中的第一光盘)，用以再现该光盘的光束应当为通过分割所形成光束中远离第一光束的光束(此实施例中的第三光束)。

通过采用此种会聚光学系统(此实施例中的物镜16)，就有可能以单个会聚光学系统来再现透明基片厚度不同的多种光盘；另外，因为记录平面可以任意设定，所以可使再现第二光盘所需的数值孔径NA2变大。而且，通过利用近轴光束(第一光束)来再现多种光盘，可以降低来自光源光束的光通量损耗。此外，在再现第二光盘时，其束斑的侧瓣减小，形成高亮度的核心；从而可以获得精确的信息。另外，可以通过单个会聚光学系统来再现多种光盘，而无需改变光阑17数值孔径的专门装置。

另外，在此实施例中，对于第二分表面Sd2垂直于光轴方向的中心位置(参见图2(a))，第二分表面Sd2法线与光轴之间的夹角应当大于第一分表面Sd1和第三分表面Sd3的插入表面(利用方程(1)表示的非球面方程通过最小二乘法拟合获得的非球面表面，后面将加以说明)的法线与光轴之间的夹角，其中第一分表面Sd1为从光轴至数值孔径NAL的表面，第二分表面Sd2为从数值孔径NAL至数值孔径NAH的表面，第三分表面Sd3为从数值孔径NAH至数值孔径NA1的表面。因此，对于第一光盘和第二光盘都可以进行满意的再现。另外，在此实施例中，因为t₂＞t₁且NA1＞NA2，所以第二分表面Sd2法线与光轴的夹角应当大于第一分表面Sd1和第三分表面Sd3的插入表面的法线与光轴之间的夹角，但是，在t₂＜t₁且NA1＞NA2的情况下，应当使其更小。

此外，在本发明的此实施例中，最好以如下方式确定第一分表面Sd1至第三分表面Sd3，使得对于第二分表面Sd2垂直于光轴方向的近似中心位置(参见图2(a))，第二分表面Sd2法线与光轴间的夹角与第一分表面Sd1和第三分表面Sd3的插入表面(利用方程(1)表示的非球面方程通过最小二乘法拟合获得的非球面表面，后面将加以说明)的法线与光轴间的夹角之间的差别处于0.02°至1.0°的范围。如果该差别超过此下限，则再现第二光盘时的光斑形状会变坏，并且其侧瓣的束斑直径会变大；如果该差别超过此上限，则球差的校正过量，再现第一光盘时的光斑形状会变坏。

再有，为了从另一方面理解本发明的这个实施例，在具有由相对于光轴的同心圆分割其至少一个表面形成的多个分表面(此实施例中为三个分表面)的物镜16中，如果使通过比第二分表面Sd2更靠近光轴的第一分表面Sd1的光束与通过位于第二分表面Sd2相对光轴的相反侧的第三分表面Sd3的光束具有近似相同的相位，通过既定厚度的透明基片(第一光盘)，并且令通过第一分表面Sd1和透明基片的光束与通过第二分表面Sd2沿垂直于光轴方向近似中心位置的光轴一侧部分(参见图2(a))的光束之间的相位差为(Δ1L)π(rad)，令通过第三分表面Sd3和透明基片的光束与通过第二分表面Sd2上述中心位置的与光轴相反一侧部分和透明基片的光束之间的相位差为(Δ1H)π(rad)，则建立如下不等式：(Δ1H)＞(Δ1L)。在此情况下，令对于光束前进方向(光盘方向)相位差符号为正，并使通过第二分表面Sd2和透明基片的光束与通过第一分表面Sd1或第三分表面Sd3并通过透明基片的光束的相位差比较。另外，在本实施例中，因为t₁＜t₂且NA1＞NA2，所以应当建立不等式(Δ1H)＞(Δ1L)，但在t₁＞t₂且NA1＞NA2的情况下，应当建立不等式(Δ1H)＜(Δ1L)；因此(Δ1H)≠(Δ1L)。

为了从另一角度对此进行说明，第三分表面Sd3在其与第二分表面Sd2边界处的表面梯度的差别大于第一分表面Sd1在其与第二分表面Sd2边界处的表面梯度的差别(沿边界处折射表面之折射率从小到大变化的方向令表面梯度差别的符号为正。并且以后按同样方式确定表面梯度差别的符号)。根据有如上述同样的方式，依然是在此例中，在t₁＞t₂且NA1＞NA2的情况下，上述关系相反，也即第二分表面Sd2与第三分表面Sd3的表面梯度差别小于第二分表面Sd2与第一分表面Sd1的表面梯度差别。另外，最好使沿光轴任意位置选取的第一分表面和第三分表面插入表面位置与第二分表面Sd2位置的差别关于第二分表面Sd2的近似中心位置非对称变化。另外，在此例中，该差别最好随着离开光轴的距离而变大。

此外，在本发明的此实施例中，分表面Sd1-Sd3设在物镜朝向光源S1的折射表面S1上，但是也可以将其设在朝向光盘20的折射表面上，或者也可以使所述会聚光学系统的任一光学元件(比如准直透镜13)有这种功能；另外，也可以在光路上设置一个具有该功能的新光学元件。此外，还可以将各个分表面Sd1-Sd3的功能单独设在不同的光学元件中。

另外，此实施例中采用了带有准直透镜13的称作无限系统透镜的物镜，然而，也可以采用如下物镜，即来自光源的发散光束无需准直透镜13直接入射其上，或者通过透镜降低了该发散光束的发散程度的物镜，或者利用使来自光源的光束转换成会聚光束的耦合透镜于其上形成会聚光束的物镜。

另外，在此实施例中，在第一分表面Sd1至第三分表面Sd3的各个边界处设有台阶，即表面梯度有差别；但是也可以无台阶地连续形成至少一个边界来形成分割表面。在另一例中，可以通过例如既定曲率半径的表面连接分表面之间的边界而不弯曲边界表面。该曲率可以是刻意地或者非刻意地设置的。一个非刻意设置曲率的例子是通过处理用于以塑料等形成物镜16的金属模来形成边界曲率。

此外，在此实施例中，折射表面S1由三个分表面Sd1-Sd3构成，但是也可以由三个以上或更多的分表面构成，即分表面的数目不限于三个。在此例中，最好是将用以再现第一光盘和第二光盘的第一分表面设在光轴邻近，至于位于第一分表面外部(更远离光轴的方向)的分表面，主要用以再现第二光盘的分表面和主要用以再现第一光盘的分表面可以交替设置。另外，在这种情况下，最好应把主要用于再现第二光盘的分表面设在物镜16光盘一侧的数值孔径NA3和数值孔径NA4之间，数值孔径NA3和NA4满足条件0.60(NA2)＜NA3＜1.3(NA2)且0.01＜NA4-NA3＜0.12。因此，对于第二光盘，可以再现需要较大数值孔径的光盘，而不会降低会聚在第一光盘上的光斑亮度。另外，在实际应用中NA3的上限最好满足不等式NA3＜1.1(NA2)，且NA3的下限最好满足不等式0.80(NA2)＜NA3，进一步在实际应用中，更满足不等式0.85(NA2)＜NA3。此外，NA4-NA3的上限最好满足不等式NA4-NA3＜0.1。

再有，在此实施例中，在物镜16朝向光源的折射表面上，将第二分表面Sd2设置成由关于光轴的同心圆形成的圆环状；然而，其形状并不限于圆环，也可以是开环。另外，第二分表面Sd2可以由全息或菲涅尔透镜制成。而且，在以全息图制成第二分表面Sd2的情况下，通过将原始光束分成零级光束和一级光束所形成的光束之一被用于再现第一光盘，而另一光束被用于再现第二光盘。此时，用于再现第二光盘的光束之光通量最好大于用于再现第一光盘的光束之光通量。

另外，在此实施例中，通过满足如下全部两个条件达到获得满意的来自第二光盘的再现信号，当再现第一光盘时(即当光束通过厚度为t₁的透明基片时)，通过第一分表面Sd1和通过第三分表面Sd3的光束的最佳波前象差为0.07λ₁rms或者优选为0.05λ₁rms(其中λ₁(nm)为再现第一光盘时所用光源的波长)；当再现第二光盘时(即当光束通过厚度为t₂的透明基片时)，通过第一分表面Sd1的光束的最佳波前象差为0.07λ₂rms或者优选为0.05λ₂rms(其中λ₂(nm)为再现第二光盘时所用光源的波长)。

下面，将参照图4从另一角度加以说明，图4表示物镜16的球差。在图4中的(a)为再现第一光盘时，即当通过厚度为t₁的透明基片进行再现时的球差图，(b)为再现第二光盘时，即当通过厚度为t₂(此例中t₂＞t₁)的透明基片进行再现时的球差图。下面，令再现第一光盘信息所需的会聚光学系统光盘一侧的数值孔径为NA1，而再现第二光盘信息所需的会聚光学系统光盘一侧的数值孔径为NA2(其中NA2＞NA1)，通过物镜16的分表面Sd1和Sd2之间边界的光束在光盘一侧的数值孔径为NAL，通过物镜16的分表面Sd2和Sd3之间边界的光束在光盘一侧的数值孔径为NAH。

考虑物镜16，首先，将第一折射表面S1的第一非球面表面和第二折射表面S2(共同折射表面)设计成使会聚在基片厚度为t₁之第一光盘上的光束的波前象差等于或者小于0.07λ₁rms，或者优选0.05λ₁rms。图4(c)为根据此设计所产生的球差图。另外，将第一折射表面S1的第二非球面表面与第二折射表面S2(共同折射表面)设计成使其球差小于当光束通过具有第一非球面表面的透镜会聚在基片厚度为t₂(t₂≠t₁)的第二光盘上时所产生的球差(图4(e)，此例中t₂＞t₁)。此时，最好使第二非球面表面的傍轴曲率半径与第一非球面表面的傍轴曲率半径相等，以便对需要在散焦状态下进行再现的第二光盘获得良好的再现。由这种设计所得透镜在光束会聚于第二光盘时的球差图表示在图4(f)中，而此透镜在光束会聚于第一光盘时的象差图表示在图4(d)中。接着，使第二非球面表面按接近第二光盘所需第一非球面表面的数值孔径NA2的方式被组合。在上述过程中，组合第二非球面表面所需的接近数值孔径NA2最好位于物镜16光盘一侧的数值孔径NA3和NA4之间，这不仅满足了条件0.60(NA2)＜1.3(NA2)(此下限0.60(NA2)在实际应用中优选为0.80(NA2)或者更优选为0.85(NA2)，此上限1.3(NA2)在实际应用中优选为1.1(NA2)，而且也满足了条件0.01＜NA4-NA3＜0.12(优选0.1)。在该组合的第二非球面表面(第二分表面)中，使其靠近光轴的一边数值孔径为NAL，使其远离光轴的一边数值孔径为NAH(即NAL＜NAH)。

相应地，至于物镜16折射表面S1的表面形状，含有光轴的第一分表面Sd1与比第一分表面Sd1远离光轴的第三分表面Sd3具有相同的非球面形状(第一非球面表面)，而位于第一分表面Sd1和第三分表面Sd3之间(在再现第二光盘所需数值孔径NA2的附近，即从NAL至NAH)的第二分表面Sd2具有与第一分表面Sd1和第三分表面Sd3不同的非球面形状(第二非球面表面)。所得透镜为本发明这一实施例的物镜16；采用此物镜16时，当光束会聚在第一光盘上时的球差图表示在图4(a)中，采用此物镜16时当光束会聚在第二光盘上时的球差图表示在图4(b)中。

另外，通过利用将第一分表面和第二分表面组合时使第二分表面Sd2沿光轴方向少量偏移所产生的相位差，可以使再现第一光盘时会聚光束的光通量较大。

在本发明的这一实施例中，非球面表面方程是根据下式得出的：

X = \frac{H^{2} / r}{1 + \sqrt{1 - (1 + κ) {(H / r)}^{2}}} + \underset{j}{Σ} Aj H^{Pj}

其中X为沿光轴方向的轴，H为沿垂直于光轴方向的轴，光束前进方向为正，r为光轴附近的曲率半径，K为圆锥系数，Aj为非球面系数，Pj为非球面表面的幂数(这里Pj≥3)。另外，在本发明中，可以采用不同于上述方程的球面方程。为了从非球面形状获得球面方程，可以在上述方程中以自然数3≤Pj≤1替代Pj，以K＝0替代K。

如上所述，按此实施例所得物镜16的结构为，其球差在数值孔径NA2附近的至少两个数值孔径位置(NAL和NAH)不连续变化，以便可以通过一个会聚光学系统来再现基片厚度不同的多种光盘。因为该透镜的结构被作成使其球差如上所述为不连续变化的，所以可以任意补偿通过各个数值孔径范围(在此实施例中，从光轴至NAL的第一分表面，从NAL至NAH的第二分表面，以及从NAH至NA1的第三分表面)的光束(在此实施例中，第一光束至第三光束)；因此，可以采用第一光束再现所有需再现的光盘，分别采用第二光束和第三光束再现所述多种光盘之外的特定光盘，并且可以通过一个会聚光学系统(此实施例中的物镜16)来再现多种光盘；从而能以较低的成本来实现该光学头而无需复杂的结构，另外，它可以处理需要高数值孔径的光盘。此外，光阑17设置成仅对应于最高的数值孔径NA1，即使再现光盘所需的数值孔径(NA1或NA2)发生变化仍需要改变光阑17的任何装置。另外，本发明中语句“球差不连续变化”是指从其球差图来看可以观察到突变。

此外，关于球差不连续变化的方向，当从较小数值孔径到较大数值孔径观察时，其球差在数值孔径NAL处沿负方向变化，而在数值孔径NAH处沿正方向变化。因此，可以获得对具有厚度t₁的较薄透明基片的光盘满意的再现，并且同时可以对具有厚度t₂的较厚透明基片的光盘进行满意的再现。另外，因为此实施例中t₂＞t₁且NA1＞NA2，所以有如上述，其球差在数值孔径NAL处沿负方向不连续变化，而在数值孔径NAH处沿正方向不连续变化，但是在t₂＜t₁并且NA1＞NA2的情况下，其球差在数值孔径NAL处沿正方向不连续变化，而在数值孔径NAH处沿负方向不连续变化。

再有，在再现透明基片厚度为t₂的第二光盘时，通过使从数值孔径NAL至数值孔径NAH的球差(通过第二分表面Sd2的光束的球差)为正，可以改善光学头装置10的S图特性。另外，因为本实施例中t₂＞t₁且NA1＞NA2，所以使其从数值孔径NAL至数值孔径NAH的球差为正，但是在t₂＜t₁且NA1＞NA2的情况下，应当使该球差为负。

另外，在通过厚度为t₁的透明基片进行再现时(参见图4(a))，将透过NAL至NAH表面的光束排除出数值孔径NA1的光束之外的光束，也即透过光轴至NAL的表面以及NAH至NA1的表面的光束，通过使其波前象差小于0.07λ₁rms或者优选0.05λ₁rms(其中λ₁为光源波长)，可以获得对基片厚度为t₁的第一光盘满意的再现。

此外，如果t₁＝0.6mm，t₂＝1.2mm，610nm＜λ₁＜680nm，740nm＜λ₂＜870nm，最好740nm＜λ₂＜810nm，以及0.40＜NA2＜0.51，则最好满足条件0.60(NA2)＜NAL＜1.3(NA2)(此下限0.60(NA2)在实际应用中最好为0.80(NA2)，为0.85(NA2)尤好)，此上限优选为1.1(NA2))。如果NAL超过此下限，则其侧瓣变得太大，以致不能进行精确的信息再现，如果NAL超过此上限，则光束被限制过多，以致不能产生在波长λ₂和数值孔径NA2时估算的衍射限的束斑直径。另外，上面所述NAL指采用第二光源112时在第二分表面Sd2上的NAL。

另外，最好满足条件0.01＜NAH-NAL＜0.12(实际应用中此上限优选为0.1)。如果超出此下限，则再现第二光盘时的光斑形状变坏，其侧瓣的光斑直径变大；如果超出此上限，则再现第一光盘时的光斑形状会混乱，从而引起光强的降低。另外，上面所述NAL和NAH指采用第二光源112时在第二分表面上的NAL和NAH。

另外，在再现第二光盘时(在通过厚度为t₂的透明基片进行再现时)，最好满足如下条件，从数值孔径NAL至数值孔径NAH范围的球差在-2(λ₂)/(NA2)²至5(λ₂)/(NA2)²范围内。而且，在再现时该条件最好使所述球差等于或者小于3(λ₂)/(NA2)²，再考虑到记录(当然也可以进行再制作)，所述象差最好大于零。如果球差超出此下限，则过分校正了球差，使得再现第一光盘时的光斑形状变坏，如果超出此上限，则再现第二光盘时的光斑形状变坏，并且其侧瓣的光斑直径变大。特别地，该条件更为优选的是使所述象差处于0至2(λ₂)/(NA2)²的范围，如果满足此条件，则可以获得满意的聚焦误差信号。

再从另一方面看，上述NAL和NAH设置(也即设有主要用于再现第二光盘的分表面)在物镜16光盘一侧的数值孔径NA3和数值孔径NA4之间，这不仅满足条件0.60(NA2)＜NA3＜1.3(NA2)(此下限0.60(NA2)在实际应用中优选为0.80(NA2)或者为0.85(NA2)更好，此上限1.3(NA2)在实际应用中优选为1.1(NA2))，而且也满足条件0.01＜NA4-NA3＜0.12(优选0.1)。因此，对于第二光盘，可以再现需要较大数值孔径的光盘，而不会降低会聚在第一光盘上的光斑强度。

另外，物镜16的折射表面S1的法线与光轴形成的夹角最好在所述折射表面S1与数值孔径NA2附近的两个孔径位置(NAL和NAH)相对应的圆周位置改变0.05°至0.5°的量。如果其差别超出此下限，则再现第二光盘时的光斑形状变坏，并且其侧瓣的光斑直径变大；如果超出此上限，则过分校正了球差，使得再现第一光盘时的光斑形状变坏。

特别是在t₂＞t₁且NA1＞NA2的情况下，沿从光轴至圆周的方向看，在数值孔径NAL处，折射表面法线与光轴的交点以不连续的方式向更靠近朝向光源的折射表面的方向移动，而在数值孔径NAH处，折射表面法线与光轴的交点以不连续的方式向更远离朝向光源的折射表面的方向移动。因此，对透明基片厚度为t₁的光盘可以进行满意的再现，并且也可以对透明基片厚度为t₂的光盘进行满意的再现。

另外，此实施例中物镜16的波前象差表示在图5中。图5表示波前象差曲线，其纵坐标为波前象差(λ)而横坐标为数值孔径；(a)表示第一光盘的透明基片(厚度为t₁)处于光路中时的波前象差，(b)表示第二光盘的透明基片(厚度为t₂)处于光路中时的波前象差，分别以实线表示。另外，通过采用干涉仪等，在各透明基片处于光路中时在波前象差最佳的情况下测量其波前象差获得该波前象差曲线。

从图中可以看出，对于此实施例的物镜16，从其波前象差曲线看，其波前象差在数值孔径NA2附近的两个点(即，在NAL和NAH处)是不连续的。另外，在曲线不连续点处产生的波前象差的突变最大值，如果以长度单位(mm)表示，最好等于或小于0.05(NA2)²(mm)，或者如果以相位差单位(rad)表示，最好等于或小于2π(0.05(NA2)²)/λ(rad)(其中λ为所用波长，以mm为单位)。如果大于此值，波前象差随波长波动产生的波动会太大，以致不能吸收半导体激光器的波长弥散。另外，该不连续部分(NAL与NAH之间)波前象差曲线的斜率不同于连续曲线不连续部分两侧端点(NAL的最近端点和NAH的最近端点)的直线的斜率。

此外，本发明不应限制于本实施例所述的内容，也即分表面Sd1-Sd3设在物镜16的折射表面S1上，采用了无限系统的物镜，在分表面上设有台阶，分表面的数量，第二分表面的形状等内容。

另外，在此实施例中，第一光源111和第二光源112由组合装置19组合在一起；然而，本发明不限于此，在图1所示的光学头装置中，也可以使光源11(指任一光源)在第一光源111与第二光源112之间切换。

再有，对于此实施例中的物镜16，当本申请人由于失误而将其用在前述实施例中所示的光学头装置中时，意外发现，实际上可以通过具有相同波长的光源进行对于CD作为第二光盘的再现，以及对于DVD作为第一光盘的再现。也就是说，此实施例的物镜16可以采用波长为λ₁的光源将光束会聚在透明基片厚度为t₁的第一光学信息记录载体上和透明基片厚度为t₂(其中t₂≠t₁)的第二光学信息记录载体上，并且即使在采用波长为λ₂(其中λ₂≠λ₁)的光源情况下，它也可以将光束会聚在第二光学信息记录载体的信息记录平面上。因此，在光学头装置中用不同波长的两个光源(采用波长610nm-670nm的光源处理DVD，波长780nm的光源对于CD-R是必需的)来再现DVD和CD-R的物镜与在光学头装置中用单一光源(采用波长610nm-670nm的光源)来再现DVD和CD的物镜，可以由一个通用物镜替代；因此，可以实现成本降低的大批量生产。另外，为使该透镜通用，在光源波长从λ₁到λ₂切换的情况下也必须满足此实施例中所述对于NAL和NAH的条件。

另外，在此实施例中，因为第一光源111和第二光源112以近似相同的放大率工作，所以可以采用单个光电探测器30，使结构简化；然而，也可以设置两个光电探测器对应于相应的光源111和112，并且其放大率也可以各不相同。

“另一实施例”

下面，将参照图6说明另一实施例，图6简略表示了物镜16。图6(a)为物镜16的截面图，图6(b)为从光源一侧看的前视图。此实施例是前述实施例中所述光学头装置中所用物镜16的改进例，并且此实施例的物镜16的朝向光源的表面被分成五个折射表面，而上述实施例中的所述物镜16其朝向光源的表面被分成三个分折射表面。另外，此实施例具有五个分折射表面，其它方面与前述实施例中的透镜相同；因此，有时会省略其说明。

在此实施例中，物镜16为凸透镜，其中朝向光源的折射表面S1和朝向光盘的折射表面都具有非球面形状及正的折射本领。另外，物镜16朝向光源的折射表面S1由同心圆形成的五个分表面构成，即第一分表面Sd1至第五分表面Sd5，更一般地表述为，按远离光轴的方向为序，它包括含有光轴的第一分表面Sd1(光轴邻近)，第二分表面，……第(2n+1)分表面Sd(2n+1)(其中n为自然数，此实施例中n＝2)。通过在分表面Sd1-Sd5的各个边界处设置一个台阶，即表面梯度的差别，形成相应的分表面Sd1-Sd5。该物镜16的结构使得通过含有光轴的第一分表面Sd1的光束(第一光束)用于再现第一光盘中记录的信息以及用于再现第二光盘中记录的信息，通过第2n分表面Sd2n(此实施例中第二分表面Sd2和第四分表面Sd4)的光束主要用于再现第二光盘中记录的信息，通过第(2n+1)分表面Sd(2n+1)的光束(此实施例中第三分表面Sd3和第五分表面Sd5)主要用于再现第一光盘中记录的信息。

如上所述，在此实施例中，通过增加分表面的数目，可以使第2n分表面位于较高NA值的位置；因此，不仅可以对需要高NA的第一光盘进行再现，也可以对作为第二光盘的与前述实施例中相比需要更高NA的光盘进行再现。此外，第(2n+1)分表面(不考虑第一分表面)可以补偿再现第一光盘时由第2n分表面位于高NA位置所导致的光通量降低；因而不仅可以满意地再现第一光盘，也可以满意地再现第二光盘。

具体地说，考虑物镜16，首先，将其第一折射表面S1的第一非球面表面和第二折射表面S2(共同折射表面)设计成使会聚在基片厚度为t₁的第一光盘上的光束的最佳波前象差等于或者小于0.05λ₁rms。另外，将其第一折射表面S1的第二非球面表面与第二折射表面S2(共同折射表面)设计成使其球差小于当光束通过具有第一非球面表面的透镜会聚在基片厚度为t₂(t₂≠t₁)的第二光盘上时所产生的球差。此时，最好使第二非球面表面的傍轴曲率半径与第一非球面表面的傍轴曲率半径相等，以便对需要在散焦状态下进行再现的第二光盘获得良好的再现。将第二非球面表面组合在位于再现第二光盘所需数值孔径NA2附近的两个位置NAL-NAH之间。以此方式获得的透镜即为此实施例的物镜16。

另外，通过将第一分表面和第二分表面组合，并且使第二分表面Sd2和第四分表面Sd4在组合时沿光轴方向少量偏移，利用由此所产生的相位差，可以使再现第一光盘时会聚光束的光通量增大。而且，第二分表面Sd2和第四分表面Sd4设计成具有相同的非球面表面；然而，也可以采用彼此不同的非球面表面，它们偏差的量可以互不相同。

在上述过程中，组合第二非球面表面的所需的接近数值孔径NA2的孔径最好位于物镜16光盘一侧的数值孔径NA3和NA4之间，这不仅满足了条件0.60(NA2)＜1.3(NA2)(此下限0.60(NA2)在实际应用中最好为0.80(NA2)或者更优选为0.85(NA2)，此上限1.3(NA2)在记录或再现第二光盘信息记录载体时光源波长为740nm-870nm的情况下应当为1.1)，而且也满足了条件0.01＜NA4-NA3＜0.12(此上限0.12在实际应用中优选为0.1)。

在上述的该实施例中，如同在前述的实施例中一样，当再现作为第一光盘的透明基片厚度t₁为0.6mm的DVD时，分别通过第一分表面Sd1、第三分表面Sd3、和第五分表面Sd5的光束会聚在近似相同的位置处，其中之一为第一成象位置，并且其波前象差(将通过第二分表面Sd2和第四分表面Sd4的光束除外的波前象差)等于或小于0.05λ₁rms，其中λ₁为光源波长。

此时，通过第二分表面Sd2和第四分表面Sd4的光束分别会聚在不同于第一成象位置的第二成象位置处。当假定第一成象位置在零点时，其物镜一侧为负，相反侧为正，则该第二成象位置应当位于距第一成象位置-40μm至-4μm，或者最好是-27μm至-4μm的距离处。另外，在此实施例中，因为t₁＜t₂且NA1＞NA2，所以第二成象位置应当在距第一成象位置-40μm至-4μm，或者最好是-27μm至-4μm的距离处；然而，在t₁＞t₂且NA1＞NA2的情况下，第二成象位置应当位于距第一成象位置4μm至40μm，或者最好是4μm至27μm的距离处。也就是说，第一光学位置与第二光学位置之间距离的绝对值应当在4μm至40μm，或者最好是4μm至27μm的范围内。

另外，从球差的角度考虑该物镜16，它的结构使其球差在数值孔径NA2附近的四个数值孔径位置不连续变化，以便可以通过一个会聚光学系统来再现基片厚度不同的多种光盘。其球差以如下方式不连续变化(其变化方向与前述实施例中相同)，如果从波前象差的角度考虑，其波前象差在数值孔径NA2附近的四个位置是不连续的，并且在各该不连续部分的波前象差曲线的斜率不同于连接各该不连续部分两侧曲线端部的直线的斜率。

考虑上述这个实施例的物镜16，在再现第二光盘时(在通过厚度为t₂的透明基片进行再现时)，最好满足如下条件，从数值孔径NAL至数值孔径NAH范围的球差在-2(λ₂)/(NA2)²至5(λ₂)/(NA2)²范围内(其中λ为再现第二光盘时所用光源的波长)。另外，在再现时该条件最好使得所述球差等于或者小于3(λ₂)/(NA2)²，并且考虑到记录(当然也可以进行再制作)，所述象差最好大于零。

另一方面，在此实施例中，对于第2n分表面(第二分表面Sd2或第四分表面Sd4)在垂直于光轴方向的中心位置，第2n分表面法线与光轴间的夹角与应当大于插入在第(2n-1)分表面(第一分表面Sd1或第三分表面Sd3)与第(2n+1)分表面(第三分表面Sd3或第五分表面Sd5)之间表面的法线与光轴间的夹角。由此既可以满意地再现第一光盘也可以满意地再现第二光盘。另外，在此实施例中，因为t₂＞t₁且NA1＞NA2，所以第2n分表面法线与光轴间的夹角与应当大于插入在第(2n-1)分表面与第(2n+1)分表面之间表面的法线与光轴间的夹角，但是在t₂＜t₁且NA1＞NA2的情况下，应当使其更小。

另外，在本发明的此实施例中，最好以如下方式确定第一分表面Sd1至第(2n+1)分表面，使得对于第2n分表面，即第二分表面Sd2或第四分表面Sd4垂直于光轴方向的近似中心位置，第2n分表面法线与光轴间的夹角与第(2n-1)分表面和第(2n+1)分表面的插入表面(利用非球面方程(1)通过最小二乘法拟合获得的非球面表面)的法线与光轴间的夹角之间的差别处于0.02°至1.0°的范围。

此外，如果从前述实施例的另一角度理解本发明的此实施例，则在具有以相对于光轴的同心圆分割其至少一个表面形成的多个分表面(此实施例中为五个分表面)的物镜16中，如果使通过比第2n分表面(其中n为等于或大于1的自然数)更靠近光轴的第(2n-1)分表面Sd1的光束与通过位于第2n分表面相对光轴的相反侧的第(2n+1)分表面Sd3的光束具有近似相同的相位通过既定厚度的透明基片(第一光盘)，并且令通过第(2n-1)分表面和透明基片光束与通过第2n分表面(例如第二分表面Sd2或第四分表面Sd4)沿垂直于光轴方向近似中心位置的光轴一侧部分的光束之间的相位差为(ΔnL)π(例如(Δ1L)π或(Δ2L)π(rad)，令通过第(2n+1)分表面和透明基片的光束与通过第2n分表面上述中心位置的与光轴相反一侧部分和透明基片的光束之间的相位差为(ΔnH)π(例如(Δ1L)π或(Δ2H)π)(rad)，则建立如下不等式：(ΔnH)＞(ΔnL)。在此例中，如前述实施例中一样，在t₁＞t₂且NA1＞NA2的情况下，应当建立不等式(ΔnH)＜(ΔnL)；相应地(ΔnH)≠(ΔnL)。

下面从另一角度对此进行说明，第2n分表面(例如第二分表面Sd2或第四分表面Sd4)与第(2n+1)分表面(第三分表面Sd3或第五分表面Sd5)表面梯度的差别大于第2n分表面(例如第二分表面Sd2或第四分表面Sd4)与第(2n-1)分表面(例如第一分表面Sd1或第三分表面Sd3)表面梯度的差别。按上述同样的方式，依然是在此例中，在t₁＞t₂且NA1＞NA2的情况下，第2n分表面与第(2n+1)分表面表面梯度的差别小于第2n分表面与第(2n-1)分表面Sd1表面梯度的差别。另外，沿光轴任意位置选取的第(2n-1)分表面和第(2n+1)分表面(例如第一分表面Sd1和第三分表面Sd3，或者第三分表面Sd3和第五分表面Sd5)插入表面的位置与第2n分表面位置的差别，最好关于第2n分表面的近似中心位置非对称变化。再有，在此例中，该差别最好随着离开光轴的距离变大。

另外，在此实施例中，物镜16的折射表面S1分成了五个部分，但是本发明不限于此，也可以将这些分表面设置在会聚光学系统的另一光学元件(例如准直透镜)上，或者可以设置一个单独的光学元件。

此外，在此实施例中，在第一分表面Sd1至第五分表面Sd5的各个边界处设有台阶部分，即表面梯度差别；但是也可以没有台阶的方式连续形成至少一个边界来形成分割表面。在另一例中，可以通过例如既定曲率半径的表面连接分表面之间的边界而使边界表面不弯曲。该曲率可以是刻意地或者非刻意地设置的。一个非刻意设置该曲率的例子是其边界曲率通过处理用于以塑料等形成物镜16的金属模来形成。

另外，在此实施例中，在物镜16朝向光源的折射表面上，第二分表面Sd2和第四分表面Sd4都被设置成由相对光轴的同心圆形成的圆环状；然而，其形状并不限于圆环，也可以是开环。另外，第二分表面Sd2和/或第四分表面Sd4可以由全息或菲涅尔透镜制成。而且，在第二分表面Sd2由全息图制成的情况下，通过将原始光束分成零级光束和一级光束而形成的光束之一被用于再现第一光盘，而另一光束被用于再现第二光盘。此时，用于再现第二光盘的光束的光通量最好大于用于再现第一光盘的光束的光通量。

再有，在此实施例中，通过满足如下全部两个条件达到获得满意的来自第二光盘的再现信号，当再现第一光盘时(即当光束通过厚度为t₁的透明基片时)，通过第一分表面Sd1和通过第三分表面Sd3的光束的最佳波前象差为0.07λ₁rms或者优选为0.05λ₁rms(其中λ₁(nm)为再现第一光盘时所用光源的波长)；当再现第二光盘时(即当光束通过厚度为t₂的透明基片时)，通过第一分表面Sd1的光束的最佳波前象差为0.07λ₂rms或者优选为0.05λ₂rms(其中λ₂(nm)为再现第二光盘时所用光源的波长)。

在迄今详细描述的各实施例中，将第一分表面设计成包含光轴；然而，因为光轴周围非常窄的区域不怎么影响光束的会聚，所以上述不实际影响光束会聚的光轴周围非常窄的区域可以允许是平面的、凸出的、或者凹进的。关键在于用以再现第二光盘的分表面设置在NA2附近并且使比其(即光轴附近)更靠近光轴的表面区域作为第一分表面。

另外，在迄今所作的说明中，仅解释了对光盘中所记录信息的再现；然而对光盘中信息的记录在会聚光学系统所会聚光斑的重要性方面与此十分相似，不用说，上述各实施例可以有效地用于记录。

此外，根据上述的各实施例，可以实现对聚焦误差信号S形特性的改善。

下面，将参照图7说明考虑使光束的相位偏移，以便尽可能增强在光学信息记录载体的信息记录平面上所形成光斑的光强。下面的说明同样适用于上述具有三个分表面的透镜的实施例以及具有五个分表面的透镜的实施例。

图7(a)表示采用第一光源(波长λ₁)对第一光学信息记录载体进行读取或记录时的曲线图，其中横坐标表示上述物镜的第一非球面的第二分表面根据所述非球面方程延伸至光轴上和光轴的交点与第二表面(与第一非球面表面相对的表面，可以是非球面或球面)之间在光轴上的距离di′，纵坐标表示束斑的峰值强度比。另外，图7(b)表示采用第二光源(波长λ₂)对第二光学信息记录载体进行读取或记录时的曲线图，其中横坐标表示上述物镜的第二分表面根据所述非球面方程延伸至光轴上和光轴的交点与第二表面之间在光轴上的距离di′，纵坐标表示束斑的峰值强度比。

第一光学信息记录载体的第一信息记录平面上会聚光束，也即第一信息记录平面上光斑的峰值强度比等于或大于0.9时的di′范围在图7(a)中以箭头标记表示。另外，第二光学信息记录载体的第二信息记录平面上会聚光束，也即第二信息记录平面上光斑的峰值强度比等于或大于0.8时的di′范围在图7(b)中以箭头标记表示。

通过将di确定在使得图7(a)曲线中的峰值强度等于或大于0.9的di′范围与图7(b)曲线中的峰值强度等于或大于0.8的di′范围互相重叠的范围内，也即在图7(a)和图7(b)箭头标记重叠的di′范围内，可以既在第一光学信息记录平面的情况下也在第二光学信息记录平面的情况下在其信息记录平面上形成高光强光斑。另外，还可以减小光斑的直径(确定为光强相对于最大中心光强变为e^-2的位置)。更优选将di′确定在使得图7(a)曲线中的峰值强度大于0.95的di′范围与图7(b)曲线中的峰值强度大于0.9的di′范围互相重叠的范围内。也即，优选在第一光学信息记录载体时其峰值强度比大于0.95并且在第二光学信息记录载体时其峰值强度比大于0.9。

另外，为了尽可能提高光学信息记录载体的信息记录平面上所形成光斑的光强，还可以满足下列等式和不等式(1)-(6)：

W₁-W₂＝mλ₁-δ (1)，

|m|≤10(m为包括零的整数) (2)，

0≤δ≤0.34λ₁ (3)，

W₃-W₄＝mλ₂-δ (4)，

|m|≤10(m为包括零的整数) (5)，

0≤δ≤0.34λ₂ (6)，

其中W₁为采用第一光束时其较大数值孔径NA的边界台阶部分的波前象差量，W₂为采用第一光束时其较小数值孔径NA的边界台阶部分的波前象差量，λ₁为第一光束的波长，W₃为采用第二光束时其较大数值孔径NA的边界台阶部分的波前象差量，W₄为采用第二光束时其较大数值孔径NA的边界台阶部分的波前象差量，λ₂为第二光束的波长。

更优选满足下列不等式(3)′和(6)′，以替代(3)和(6)：

0≤δ≤0.25λ₁ (3)′

0≤δ≤0.25λ₂ (6)′.

另外，也可以满足下列不等式(3)＂和(6)＂以替代(3)′和(6)′：

0≤δ≤0.34λ₁ (3)＂，

0≤δ≤0.34λ₂ (6)＂.

另外，W₁、W₂、W₃、和W₄最好是第一分表面与第二分表面之间边界处所产生的边界台阶部分的波前象差值；然而，它们也可以是第二分表面与第三分表面之间边界处所产生的边界台阶部分的波前象差值。图8(a)和图8(b)利用波前象差图表示W₁、W₂、W₃、和W₄为第一分表面与第二分表面之间边界处所产生边界台阶部分的波前象差值时的波前象差曲线。

此外，更为优选的是既在W₁、W₂、W₃、和W₄为第一分表面与第二分表面之间边界处所产生边界台阶部分的波前象差值的情况下，也在W₁、W₂、W₃、和W₄为第二分表面与第三分表面之间边界处所产生边界台阶部分的波前象差值的情况下，同时满足上述的等式和不等式。

为了从透镜角度理解本发明，可以采用下述透镜：

一种具有非球面的物镜，用于光学头装置中，所述物镜包括：

一个光学表面，具有第一分表面、第二分表面、和第三分表面，第二分表面比第一分表面更远离光轴且第三分表面比第二分表面更远离光轴，

其中当物镜将通过第一分表面的第一光束以及通过第三分表面的第三光束会聚在彼此一致或近似一致的位置时，所述位置之一为第一成象位置，物镜将通过第二分表面的第二光束会聚在一个第二成象位置，第二成象位置离开第一成象位置4μm至40μm的距离并且比第一成象位置更靠近物镜，并且

其中

根据所述非球面方程延伸至光轴的所述第二分表面和光轴的交点与第二表面之间在光轴上的距离被确定为使得会聚在第一光学信息记录载体的第一信息记录平面上的第一光束的峰值强度比等于或大于0.9，并且会聚在第二光学信息记录载体的第二信息记录平面上的第二光束的峰值强度比等于或大于0.8。

另外，可以采用下述的透镜：

其中当物镜将通过第一分表面的第一光束以及通过第三分表面的第三光束会聚在第一成象位置时，物镜将通过第二分表面的第二光束会聚在第二成象位置，第二成象位置比第一成象位置更靠近物镜，并且

其中根据所述非球面方程延伸至光轴的所述第二分表面和光轴的交点与第二表面之间在光轴上的距离被确定为使得会聚在第一光学信息记录载体的第一信息记录平面上的第一光束的峰值强度比等于或大于0.9，并且会聚在第二光学信息记录载体的第二信息记录平面上的第二光束的峰值强度比等于或大于0.8。

当然，该物镜最好满足上述的一般等式和不等式(1)-(8)。另外，该透镜最好由塑料制成，但是也可以由玻璃材料制成。另外，还可以通过设置不同于物镜的光学元件作为移相装置来实现上述条件。

此外，作为其中设有上述光学头装置的光学信息记录载体再现或记录装置，可以是DVD/CD播放机，DVD/CD/CD-R播放机，DVD/CD/CD-RW播放机，DVD/LD播放机，DVD/DVD-RAM/CD/CD-R播放机等。但是并不限于这些。另外，这些光学信息记录载体再现或记录装置除光学头装置外还具有电源、旋转电机等。再有，权利要求6中所述“具有厚度为t₃的第三透明基片的第三光学信息记录载体”为一种假想的光学信息记录载体，表示通过第二分表面的光束对于t₁与t₂之间的厚度校正其衍射限内的象差。

“实际的例子”

采用图1中所示的光学头，可以实现下面的实例。

在图2所示的实施例中，物镜是一种特别的物镜，其中折射表面S1由多个以同心圆分割该表面S1的环形区Sd1、Sd2、和Sd3构成；另外，针对波长不同的多个光源和厚度不同的多种透明基片，所述环形区中的第一环形区和第三环形区对于短波长和薄基片校正衍射限内的象差，第二环形区对于长波长和厚基片或薄基片与厚基片之间的中间基片校正衍射限内的象差。

下表表示一个实际的例子，由在中心部分的第一环形区、比第一环形区更远离光轴的第二环形区、以及离光轴最远的第三环形区所构成，其象差曲线由图9表示。波长λ(nm) 635 780焦距(mm) 3.36 3.39所需数值孔径NA 0.60 0.45表面 ri di di′ ni ni′1 2.114 2.200 1.5383 1.53372 -7.963 1.757 1.401 1.00 1.003 ∞ 0.660 1.200 1.58 1.584 ∞

在上表中，在处理CD的情况下，其数据加上(′)。

图9(a)表示当该装置处理DVD时是如何校正象差的；除了NA＝0.45附近的第二环形区之外，其象差在衍射限内得以校正。图9(b)表示该装置处理CD时的象差；第一环形区和第二环形区在CD记录平面上都形成有衍射限内的光斑，前者缘自焦深，后者缘自产生的球差。各个环形区的非球面数据如下：

非球面数据

第二表面(折射表面)

第一非球面

0≤H＜1.279 (第一环形区)

1.532≤H (第三环形区)

K＝-0.97700

A₁＝0.63761×10^-3 P₁＝3.0

A₂＝0.36688×10^-3 P₁＝4.0

A₃＝0.83511×10^-2 P₁＝5.0

A₄＝-0.63761×10^-2 P₁＝6.0

A₅＝0.63761×10^-3 P₁＝8.0

A₆＝-0.63761×10^-4 P₁＝10.0

第二非球面

1.279≤H＜1.532(第二环形区)

d₂＝2.1995

K＝-0.11481×10

A₁＝0.70764×10^-2 P₁＝3.0

A₂＝-0.13388×10^-1 P₁＝4.0

A₃＝0.24084×10^-1 P₁＝5.0

A₄＝-0.97636×10^-2 P₁＝6.0

A₅＝0.93136×10^-3 P₁＝8.0

A₆＝-0.68008×10^-4 P₁＝10.0

第三表面(折射表面)

K＝-0.24914×10²

A₁＝0.13775×10^-2 P₁＝3.0

A₂＝-0.41269×10^-2 P₁＝4.0

A₃＝0.21236×10^-1 P₁＝5.0

A₄＝-0.13895×10^-1 P₁＝6.0

A₅＝0.16631×10^-2 P₁＝8.0

A₆＝-0.12138×10^-3 P₁＝10.0

物镜的厚度di′表示根据所述非球面方程延伸至光轴的第二环形区和光轴的交点与第三表面之间的光轴上的距离。

在图中，第二环形区的宽度设定为从NAL至NAH，其中NAH略大于CD所需的数值孔径NA2，即1.279-1.532。

另外，所述非球面表面根据下式得出：

X = \frac{H^{2} / r}{1 + \sqrt{1 - (1 + κ) {(H / r)}^{2}}} + \underset{j}{Σ} Aj H^{Pj}

其中X为沿光轴方向的轴，H为沿垂直于光轴方向的轴，光束前进方向为正，r为傍轴曲率半径，K为圆锥系数，Aj为非球面系数，Pj为非球面表面的幂数(Pj≥3)。

对于以此方式校正的物镜的波前，由于球差以及折射表面之间的位置偏移，产生光程的差别。因此，光斑的光强受到通过各环形区光束会聚点处相位差异的强烈影响。例如，如果其相位差为波长的整数倍，则通过各区域的光束彼此加强，但是如果为波长的一半，则彼此减弱。

通过适当选择di′对光程差进行调节；在图10中，画出了波长645nm光束与波长780nm光束的峰值强度比如何随di′的变化而变化。选择di′使得两个波长都有高的峰值强度，或者选择di′使该两个波长的峰值强度一高一低，可以自由地加以确定。

另外，在该图中，画出了di′从2.197至2.201的范围；然而，根据该周期性，不用说，在图中所示范围之外的范围也可以选择上述相同干涉条件的位置。另外，最好满足下式：0≤di-di′≤0.003其中di为第一分表面和光轴交点与第二表面之间在光轴上的距离。di′为第二表面与根据非球面形状从第二分表面延伸的直线的交点之间在光轴上的距离。

图1中所示实施例的上述数据以及波前象差表示在图11中。图11(a)表示该装置处理DVD时的象差，图11(b)表示其处理CD时的象差。

在图11(b)中，在di′为2.1979的情况下通过第一环形区的光束与通过第二环形区的光束相比具有大约两个波长的相位差，因此这两个光束在会聚点处干涉相长，即使其象差曲线存在不连续点。其峰值强度比对于DVD大于0.9，对于CD大于0.8。

另外，当该装置处理DVD时，通过第二环形区的光束在该光锥内光束之间具有很大的相位差，其相位差为大约三个波长，因而有助于增强峰值强度，尽管对光斑强度的影响与该装置处理CD的情况相比较小。

本发明光学头装置的会聚光学系统以如上所述的单个会聚光学系统进行记录和再现；因此，不存在诸如光学系统结构复杂，所用部件数量增加，以及性能降低等问题；从而可以获得具有高精度低成本的光学系统。而且，可以获得高光强的光斑，并且可以减小光斑的尺寸。

技术人员可以在不偏离本发明精神的情况下对所公开的实施例进行改变。

Claims

1.一种光学头装置，用于从各具有不同厚度透明基片的多种光学信息记录载体之一再现信息，或者向所述多种光学信息记录载体之一上记录信息，包括：

第一光源，用于发出波长为λ₁的第一光束；

第二光源，用于发出波长为λ₂的第二光束，其中λ₂大于λ₁；

会聚光学系统，包括一个具有光轴、第一非球面表面和第二表面的物镜，和

图像传感器，

其中所述第一非球面表面具有第一分表面、第二分表面、和第三分表面，第二分表面比第一分表面更远离光轴且第三分表面比第二分表面更远离光轴，

其中第一分表面和第三分表面可以将第一光束会聚在具有厚度为t₁的第一透明基片的第一光学信息记录载体的第一信息记录平面上，使记录在第一光学信息记录载体上的信息得以再现，或者将信息记录在第一光学信息记录载体上，

其中第一分表面和第二分表面可以将第二光束会聚在具有厚度为t₂的第二透明基片的第二光学信息记录载体的第二信息记录平面上，使记录在第二光学信息记录载体上的信息得以再现，或者将信息记录在第二光学信息记录载体上，其中t₂大于t₁，

其中图像传感器可以接收从第一信息记录平面或第二信息记录平面反射的光束，

其中第二表面与根据非球面公式从第二分表面延伸的直线和光轴的交点之间在光轴上的距离以如下方式确定，使会聚在第一光学信息记录载体的第一信息记录平面上的第一光束的峰值强度比不小于0.9，并且会聚在第二光学信息记录载体的第二信息记录平面上的第二光束的峰值强度比不小于0.8。

2.如权利要求1所述的光学头装置，其中所述第一光学信息记录载体和所述第二光学信息记录载体为光盘。

3.如权利要求1所述的光学头装置，其中t₁为0.6mm，t₂为1.2mm。

4.如权利要求3所述的光学头装置，其中第一透明基片的折射率为1.58，第二透明基片的折射率为1.58。

5.如权利要求1所述的光学头装置，其中λ₁为610nm至680nm，λ₂为740nm至810nm。

6.如权利要求1所述的光学头装置，其中第二分表面可以将第二光束会聚在具有厚度为t₃的第三透明基片的第三光学信息记录载体的第三信息记录平面上，使第三信息记录平面上的波前象差不大于0.07λrms，其中t₃大于t₁且小于t₂。

7.如权利要求1所述的光学头装置，其中第一分表面和第三分表面可以将第一光束会聚在第一光学信息记录载体的第一信息记录平面上，使第一信息记录平面上的波前象差不大于0.07λ₁rms。

8.如权利要求1所述的光学头装置，其中第一分表面可以将第二光束会聚在第二光学信息记录载体的第二信息记录平面上，使得第二信息记录平面上的最优化波前象差不大于0.07λ₂rms。

9.如权利要求1所述的光学头装置，其中当第一分表面和第三分表面将第一光束会聚在一个第一成象位置时，第二分表面将第一光束会聚在一个第二成象位置，第二成象位置不同于第一成象位置，并且比第一成象位置更靠近会聚光学系统。

10.如权利要求1所述的光学头装置，其中第二分表面为以光轴为圆心的环形。

11.如权利要求1所述的光学头装置，其中该光学头装置还包括一个驱动部件，用于沿光轴的方向驱动物镜，使得第一分表面和第三分表面将第一光束会聚在第一光学信息记录载体的第一信息记录平面上，并且第一分表面和第二分表面将第二光束会聚在第二光学信息记录载体的第二信息记录平面上。

12.如权利要求1所述的光学头装置，其中所述物镜在第一分表面与第二分表面之间的边界处或者在第二分表面与第三分表面的边界处具有一个台阶。

13.如权利要求12所述的光学头装置，其中所述第二表面也具有一个台阶。

14.如权利要求1所述的光学头装置，其中第一非球面表面更靠近光源。

15.如权利要求1所述的光学头装置，其中第一非球面表面更靠近光学信息记录载体。

16.如权利要求12所述的光学头装置，其中物镜的第二分表面相对于物镜的第一分表面凹进。

17.如权利要求1所述的光学头装置，其中所述物镜在第一分表面与第二分表面之间的边界处具有第一台阶，并且在第二分表面与第三分表面的边界处具有第二台阶，第二台阶的深度大于第一台阶的深度。

18.如权利要求1所述的光学头装置，其中该物镜还具有第四分表面和第五分表面，第四分表面比第三分表面更远离光轴，第五分表面比第四分表面更远离光轴。

19.如权利要求1所述的光学头装置，其中物镜的第二分表面包括全息或菲涅尔透镜。

20.如权利要求1所述的光学头装置，其中该物镜由塑料制成。

21.如权利要求9所述的光学头装置，其中准直光束入射至物镜。

22.如权利要求9所述的光学头装置，其中发散光束入射至物镜。

23.如权利要求1所述的光学头装置，其中NA2表示用于对第二光学信息记录载体再现信息或记录信息所需的数值孔径，NAL表示第一分表面与第二分表面之间边界处的数值孔径，满足下式：

0.6(NA2)＜NAL＜1.1(NA2).

24.如权利要求1所述的光学头装置，其中NAH表示第二分表面与第三分表面之间边界处的数值孔径，NAL表示第一分表面与第二分表面之间边界处的数值孔径，满足下式：

0.01＜NAH-NAL＜1.2.

25.如权利要求1所述的光学头装置，其中di表示第二表面与第一分表面和光轴交点之间在光轴上的距离，di′表示第二表面与根据所述非球面形状从第二分表面延伸的直线和光轴的交点之间在光轴上的距离，满足下式：

0≤di-di′≤0.003.

26.一种光学头装置，用于从各具有不同厚度透明基片的多种光学信息记录载体之一再现信息，或者向所述多种光学信息记录载体之一上记录信息，包括：

第一光源，用于发出波长为λ₁的第一光束；

会聚光学系统，具有光轴、第一部分、第二部分和第三部分，第二部分比第一部分更远离光轴且第三部分比第二部分更远离光轴，和

图像传感器，

其中第一部分和第三部分可以将第一光束会聚在具有厚度为t₁的第一透明基片的第一光学信息记录载体的第一信息记录平面上，使得记录在第一光学信息记录载体上的信息得以再现或者将信息记录在第一光学信息记录载体上，

其中第一部分和第二部分可以将第二光束会聚在具有厚度为t₂的第二透明基片的第二光学信息记录载体的第二信息记录平面上，使得记录在第二光学信息记录载体上的信息得以再现或者将信息记录在第二光学信息记录载体上，其中t₂大于t₁，

其中图像传感器可以接收从第一信息记录平面或第二信息记录平面反射的光束，并且

其中波前象差或者在第一部分与第二部分之间的边界处或者在第二部分与第三部分之间的边界处具有一个台阶部分，满足下列条件：

W₁-W₂＝mλ₁-δ

|m|≤10(m为包括零的整数)

0≤δ＜0.34λ₁

W₃-W₄＝mλ₂-δ

|m|≤10(m为包括零的整数)

0≤δ＜0.34λ₂

其中W₁为采用第一光束时在所述台阶部分边界处较大数值孔径NA一侧的波前象差量，W₂为采用第一光束时在所述台阶部分边界处较小数值孔径NA一侧的波前象差量，λ₁为第一光束的波长，W₃为采用第二光束时在所述台阶部分边界处较大数值孔径NA一侧的波前象差量，W₄为采用第二光束时在所述台阶部分边界处较小数值孔径NA一侧的波前象差量，λ₂为第二光束的波长。

27.如权利要求26所述的光学头装置，其中满足下列条件

0＜δ＜0.34λ₁

0＜δ＜0.34λ₂

28.如权利要求26所述的光学头装置，其中满足下列条件

0≤δ＜0.25λ₁

0≤δ＜0.25λ₂

29.如权利要求26所述的光学头装置，其中所述第一光学信息记录载体和所述第二光学信息记录载体为光盘。

30.如权利要求26所述的光学头装置，其中t₁为0.6mm，t₂为1.2mm。

31.如权利要求3所述的光学头装置，其中第一透明基片的折射率为1.58，第二透明基片的折射率为1.58。

32.如权利要求26所述的光学头装置，其中λ₁为610nm至670nm，λ₂为740nm至870nm。

33.如权利要求26所述的光学头装置，其中第二部分可以将第二光束会聚在具有厚度为t₃的第三透明基片的第三光学信息记录载体的第三信息记录平面上，使得第三信息记录平面上的波前象差不大于0.07λrms，其中t₃大于t₁且小于t₂。

34.如权利要求26所述的光学头装置，其中第一部分和第三部分可以将第一光束会聚在第一光学信息记录载体的第一信息记录平面上，使得第一信息记录平面上的波前象差不大于0.07λrms。

35.如权利要求26所述的光学头装置，其中第一部分可以将第二光束会聚在第二光学信息记录载体的第二信息记录平面上，使得第二信息记录平面上的最优化波前象差不大于0.07λrms。

36.如权利要求26所述的光学头装置，其中当第一部分和第三部分将光束会聚在第一成象位置时，第二部分将光束会聚在第二成象位置，第二成象位置不同于第一成象位置，并且比第一成象位置更靠近会聚光学系统。

37.如权利要求26所述的光学头装置，其中第二部分为以光轴为圆心的环形。

38.如权利要求26所述的光学头装置，其中该会聚光学系统包括一个具有所述光轴、所述第一部分、所述第二部分和所述第三部分的物镜。

39.如权利要求38所述的光学头装置，其中该光学头装置还包括一个驱动部件，用于沿光轴的方向驱动所述物镜，使得第一部分和第三部分将光束会聚在第一光学信息记录载体的第一信息记录平面上，并且第一部分和第二部分将光束会聚在第二光学信息记录载体的第二信息记录平面上。

40.如权利要求38所述的光学头装置，其中所述物镜在第一部分与第二部分之间的边界处或者在第二部分与第三部分的边界处具有一个台阶。

41.如权利要求40所述的光学头装置，其中所述物镜在其两个表面都有台阶。

42.如权利要求40所述的光学头装置，其中所述台阶设置在更靠近物镜光源的折射表面上。

43.如权利要求40所述的光学头装置，其中所述台阶设置在更靠近光学信息记录载体的折射表面上。

44.如权利要求38所述的光学头装置，其中物镜的第二部分相对于物镜的第一部分凹进。

45.如权利要求38所述的光学头装置，其中所述物镜在第一部分与第二部分之间的边界处具有第一台阶，并且在第二部分与第三部分的边界处具有第二台阶，第二台阶的深度大于第一台阶的深度。

46.如权利要求38所述的光学头装置，其中该物镜还具有第四部分和第五部分，第四部分比第三部分更远离光轴，第五部分比第四部分更远离光轴。

47.如权利要求38所述的光学头装置，其中物镜的第二部分包括全息或菲涅尔透镜。

48.如权利要求38所述的光学头装置，其中该物镜由塑料制成。

49.如权利要求38所述的光学头装置，其中准直光束入射至物镜。

50.如权利要求38所述的光学头装置，其中发散光束入射至物镜。

51.如权利要求26所述的光学头装置，其中所述会聚光学系统包括一个具有所述光轴、所述第一部分、所述第二部分和所述第三部分的不包括物镜的光学元件。

52.如权利要求26所述的光学头装置，其中NA2表示用于对第二光学信息记录载体再现信息或记录信息所需的数值孔径，NAL表示第一分表面与第二分表面之间边界处的数值孔径，满足下式：

0.6(NA2)＜NAL＜1.1(NA2).

53.如权利要求26所述的光学头装置，其中NAH表示第二分表面与第三分表面之间边界处的数值孔径，NAL表示第一分表面与第二分表面之间边界处的数值孔径，满足下式：

0.01＜NAH-NAL＜1.2.

54.如权利要求26所述的光学头装置，其中di表示第二表面与第一分表面和光轴交点之间在光轴上的距离，di′表示第二表面与根据所述非球形表面形状从第二分表面延伸的直线和光轴的交点之间在光轴上的距离，满足下式：

0≤di-di′＜0.003.

55.一种光学信息记录载体再现或记录装置，用于从各具有不同厚度透明基片的多种光学信息记录载体之一再现信息，或者向所述多种光学信息记录载体之一上记录信息，包括：

一个光学头装置，它包括：

第一光源，用于发出波长为λ₁的第一光束；

图像传感器，

其中所述第一非球面表面具有第一分表面、第二分表面、和第三分表面，第二分表面比第一分表面更远离光轴，且第三分表面比第二分表面更远离光轴，

56.一种光学信息记录载体再现或记录装置，用于从各具有不同厚度透明基片的多种光学信息记录载体之一再现信息，或者向所述多种光学信息记录载体之一上记录信息，包括：

光学头装置，包括：

第一光源，用于发出波长为λ₁的第一光束；

图像传感器，

其中第一部分和第三部分可以将第一光束会聚在具有厚度为t₁的第一透明基片的第一光学信息记录载体的第一信息记录平面上，使记录在第一光学信息记录载体上的信息得以再现，或者将信息记录在第一光学信息记录载体上，

其中第一部分和第二部分可以将第二光束会聚在具有厚度为t₂的第二透明基片的第二光学信息记录载体的第二信息记录平面上，使记录在第二光学信息记录载体上的信息得以再现，或者将信息记录在第二光学信息记录载体上，其中t₂大于t₁，

其中波前象差在第一部分与第二部分之间的边界处有一台阶部分，满足下列条件：

W₁-W₂＝mλ₁-δ

|m|≤10(m为包括零的整数)

0≤δ≤0.34λ₁

W₃-W₄＝mλ₂-δ

|m|≤10(m为包括零的整数)

0≤δ≤0.34λ₂

57.一种用于光学头的会聚光学系统，其中光学头用于对透明基片厚度彼此不同的至少两种光学信息记录载体记录信息和再现信息，该会聚光学系统包括：

两个波长不同的激光源；

一个会聚光学系统，具有一个用于会聚来自所述光源的激光束的物镜；和

一个感光元件，用于探测所述记录平面反射的光束，

所述光学系统包括用于将会聚光学系统的光束从光轴附近向外在环形区域分成三个光束的装置，该三个光束从光轴附近向外称作第一、第二和第三光束，其中第一光束用于透明基片厚度不同的所有记录载体，第二光束主要用于厚透明基片的记录载体，第三光束主要用于薄透明基片的记录载体，

其中所述三个光束至少其一的相位相对其它光束加以偏移，使得对于波长和厚度不同的所述两种记录载体其光斑强度得以提高。

58.如权利要求57所述的用于光学头的会聚光学系统，其中物镜上设有多个分割成同心圆的环形区，各个环形区针对波长不同的多个光源以及厚度不同的透明基片加以校正，使得第一和第三环形区针对短波长和薄基片校正衍射限内的象差，第二环形区针对长波长和厚基片或厚度在所述厚基片与薄基片之间的基片校正衍射限内的象差，并且其中在产生相移时，通过相对于其它环形区调整各环形区的折射表面在光轴上的位置，使各光束产生既定的相移。