CN1348111A - 用于光学头的光学系统 - Google Patents

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Abstract

一种能够使用具有不同保护层和不同数据密度的第一光盘和第二光盘的光盘驱动器的光学头用的光学系统。一光源有选择地分别发射第一波长的第一激光束和第二波长的第二激光束。一物镜把第一激光束和第二激光束分别会聚到第一光盘和第二光盘上。第二激光束作为发散光束入射到物镜上,第一激光束作为发散度小于第二激光束的光束入射到物镜上。在高NA专用区域内形成一衍射透镜结构,用于补偿第一激光束的一部分的象差,并对其中通过的第二激光束的一部分产生象差。

Description

用于光学头的光学系统
发明背景
本发明涉及用于光学头的光学系统，所述光学头可以用于具有不同特性的两种光盘，还涉及用于这种光学系统的物镜。
存在多种具有不同特性例如保护层的厚度、数据密度等的光盘。例如，CD盘(致密盘)或CD-R盘(可记录的致密盘)具有厚度为1.20mm的保护层。CD或VD-R的数据密度是相对低的。DVD(数字视频盘)具有厚度为0.6mm的保护层。DVD的数据密度是相对高的。
用于数据记录与/或读出的光学头的光学系统一般包括激光二极管，用于把由激光二极管发出的激光束会聚在光盘上的物镜，以及用于接收由光盘反射的光束并产生反射的检测器。从减少光学头的尺寸的观点看来，最好对于不同类型的光盘使用一个物镜。此外，为了使光学头相对薄，物镜的焦距长度最好较短。
然而，当入射到物镜上的激光束是平行光时，如果焦距较短，则难于提供足够的为在具有厚的保护层的光盘例如CD或CD-R上记录/读出数据所需的运动范围。
根据光盘的数据密度确定数值孔径(NA)。对于具有高的数据密度的盘，例如DVD，需要形成相对小的光斑。为了形成用于DVD的这种光斑，NA大约等于0.60。对于具有低的数据密度的盘，例如CD或CD-R盘，光斑必须较大，并且NA大约为0.45。应当注意，如果和光盘的轨迹的宽度相比，光斑的尺寸太小，尤其是如果所使用的数据读出方法利用光的衍射时，如在CD中使用的数据读出方法，则不能提供足够的衍射效果，因此，记录的数据可能不能被正确地读出。因而，当使用CD或CD-R时，一般限制入射到物镜上的光束的直径，以便减少数值孔径，使得在CD或CD-R上形成合适的光斑(不致太小)。
在常规的光学头中，为了根据使用的光盘改变NA，在物镜的光束入射侧提供有可变孔径的光阑，用于以机械方法改变孔径的尺寸。然而，这种结构需要相对大的空间，因而妨碍光学系统体积的缩小。
发明概述
因此，本发明的目的在于提供一种改进的用于光学头的光学系统，利用所述系统，可以使物镜的焦距作得较短，使得即使对于具有比较厚的保护层的光盘，也能具有足够的可操作距离，此外，可以设置足够的NA，而不用在物镜的光束入射侧提供孔径光阑。
为实现上述目的，按照本发明，提供一种用于光盘驱动器的光学头的光学系统。所述光盘驱动器能够使用不同种类的光盘，例如第一光盘和第二光盘，而且第二光盘的保护层比第一光盘的保护层厚，第二光盘的数据密度小于第一光盘的数据密度。所述光学系统具有可选择地发射具有第一波长的第一激光束和具有第二波长的第二激光束的光源，并且第一激光束用于第一光盘，第二激光束用于第二光盘，而且第二波长比第一波长长。所述光学系统还具有用于把第一激光束和第二激光束分别会聚到第一光盘和第二光盘上的物镜。该第二激光束作为发散的光束入射到物镜上，第一激光束则作为发散度小于第二激光束的发散度的光束入射到物镜上。
利用上述的配置，物镜的焦距可以被作得较短，从而使得即使对于具有相对厚的保护层的光盘，也能获得足够的可操作距离。
此外，对于上述的配置，该物镜的一个表面被划分成一在中心部分的公共区域和一在围绕所述公共区域的周边部分的高NA专用区域。在高NA专用区内形成一包括具有微小台阶的多个同心环带的衍射透镜结构。该衍射透镜结构补偿其中通过的第一激光束一部分的象差，而该衍射透镜结构还对其中通过的第二激光束一部分产生象差。通过该公共区域和高NA专用区域的第一激光束被会聚在第一光盘上，以形成一光斑。通过该公共区域的第二激光束一部分被会聚在第二光盘上，以形成一光斑，而通过高NA专用区域的第二激光束的部分由于该象差而被弥散在第二光盘上。
因此，对于每个光盘都可以设置足够的NA，而不用在物镜的光束入射侧提供光阑光阑。
按照本发明的另一个方面，提供一种用于光盘驱动器的光学头的物镜。所述光盘驱动器至少能够使用一第一光盘和一第二光盘，它们在保护层的厚度和数据记录密度方面不同。第二光盘的保护层的厚度大于第一光盘的保护层的厚度，并且第二光盘的数据密度小于第一光盘的数据密度。具有第一波长的第一激光束以及具有比第一波长长的第二波长的第二激光束有选择地入射到物镜上，并且所述物镜分别把第一激光束和第二激光束会聚到第一光盘和第二光盘上。
按照优选实施例，该物镜的一个表面被划分成一在中心部分的公共区域和一在围绕所述公共区域的周边部分的高NA专用区域，并且在高NA专用区内形成一包括具有微小台阶的多个同心环带的衍射透镜结构。该衍射透镜结构补偿其中通过的第一激光束一部分的象差，而该衍射透镜结构还对其中通过的第二激光束一部分产生象差。通过该公共区域和高NA专用区域的第一激光束被会聚在第一光盘上，以形成一光斑。通过该公共区域的第二激光束一部分被会聚在第二光盘上，以形成一光斑，而通过高NA专用区域的第二激光束的部分被弥散在第二光盘上。
可供选择地是，在上述的配置中，可以形成在高NA专用区内形成的衍射透镜结构，以根据其中通过的光的波长改变球差。
此外，供选择地是，可以把该公共区域配置为一个连续的表面而没有带台阶的部分。
换一种方式，该公共区域可以被形成为一包括具有微小台阶的多个同心环带的衍射透镜结构。
在这种情况下，形成在该公共区内形成的衍射透镜结构可以被配置来补偿色差。
还供选择地是，入射到物镜上的第一激光束可以是发散光束、平行光束或会聚光束。
附图简述
图1示意地表示按照本发明第一实施例的用于光学头的光学系统的结构；
图2A是该光学系统的物镜的正视图；
图2B是图2A所示物镜的剖面侧视图；
图2C是图2A所示的物镜的局部放大的剖面侧视图；
图3示意地表示按照本发明第一实施例的物镜和光盘的设置；
图4A，4B为分别表示按照第一实施例当使用第一光盘时的球面像差和色差的曲线图；
图5A，5B为分别表示按照第一实施例当使用第二光盘时的球面像差和色差的曲线图；
图6A，6B分别表示按照第一实施例当使用第二光盘时的光斑图和表示其强度分布的曲线；
图7A，7B为分别表示按照第二实施例当使用第一光盘时的球面像差和色差的曲线图；
图8A，8B为分别表示按照第二实施例当使用第二光盘时的球面像差和色差的曲线图；
图9A，9B分别表示按照第二实施例当使用第二光盘时的光斑图和表示其强度分布的曲线；
图10示意地表示按照本发明的第三实施例的物镜和光盘的设置；
图11A，11B为分别表示按照第三实施例当使用第一光盘时的球面像差和色差的曲线图；
图12A，12B为分别表示按照第三实施例当使用第二光盘时的球面像差和色差的曲线图；
图13A，13B分别表示按照第三实施例当使用第二光盘时的光斑图和表示其强度分布的曲线；
图14示意地表示按照本发明的第四实施例的物镜和光盘的设置；
图15A，15B为分别表示按照第四实施例当使用第一光盘时的球面像差和色差的曲线图；
图16A，16B为分别表示按照第四实施例当使用第二光盘时的球面像差和色差的曲线图；
图17A，17B分别表示按照第四实施例当使用第二光盘时的光斑图和表示其强度分布的曲线；
图18示意地表示按照本发明的第五实施例的物镜和光盘的设置；
图19A，19B为分别表示按照第五实施例当使用第一光盘时的球面像差和色差的曲线图；
图20A，20B为分别表示按照第五实施例当使用第二光盘时的球面像差和色差的曲线图；以及
图21A，21B分别表示按照第五实施例当使用第二光盘时的光斑图和表示其强度分布的曲线。
实施例描述
下面说明按照本发明实施例的用于光学头的光学系统。
首先说明光学系统的整体结构，然后说明按照本发明的各个实施例的光学系统。按照每个实施例的光学头用于在具有不同的数据记录密度的两种类型的光盘上进行数据的记录和读出。在下面说明的实施例中，所述光学头能够进行DVD(数字通用盘)和CD或CD-R的数据记录和读出，所述DVD具有相对高的数据记录密度，所述CD或CD-R具有相对低的数据记录密度。
图1示意地表示光学系统100的结构。光学系统100包括一第一激光器组件21，一第二激光模块22，一分束器23，一准直透镜24和一物镜10。
每个激光模块21和22是集成有激光二极管和光检测器的器件。
物镜10被配置成利用公知的调焦机构可以沿其光轴运动。此外，物镜10可以利用公知的跟踪机构沿光盘的径向运动。
为了使用具有高的数据记录密度和相对薄的保护层(0.6mm)的第一光盘D1，例如DVD，需要波长范围为635-665钠米的红光束，以便在光盘D1的数据记录表面上形成小的光斑。为了使用具有低的数据记录密度和相对厚的保护层(1.20mm)的第二光盘D2，例如CD或CD-R，使用具有另一个较长波长的光束。具体地说，当使用CD-R时，由于其光谱反射率，需要近红外光束。在光学系统100中，第一激光模块21具有发射650钠米的激光束的激光二极管，并且第二激光模块22具有发射780钠米的激光束的激光二极管。
图1所示的结构中，第一激光模块21被这样设置，使得其发光点和准直透镜24的前焦点重合，从而使得从准直透镜24输出的第一激光束作为平行光入射到物镜10上。因而，物镜10的物距是无穷大。
第二激光模块22被这样设置，使得其发光点位于相对于准直透镜的前焦点的准直透镜一侧，从而从准直透镜24输出的第二激光束作为发散光入射到物镜10上。因而，物镜10的物距是有限的。
应当注意，在图1中，由第一激光模块21发出的第一激光束作为平行光束入射到物镜20上。不过，本发明不限于这种配置，入射到物镜10上的第一光束可以是稍微会聚的光束，或者是稍微发散的光束，第一光束的发散程度小于第二光束的发散程度。
当使用第一光盘D1(图1的实线所示)时，启动第一激光模块21。在这种情况下，物镜10被设置在图1的实线所示的位置。由第一激光模块21的激光二极管发出的第一激光束(波长650纳米)入射到物镜10上，如图1的实线所示，并且由所述物镜10会聚，从而在第一光盘D1的数据记录表面上形成光斑。
当使用第二光盘D2(图1的虚线所示)时，启动第二激光模块22。在这种情况下，物镜10被设置在图1的虚线所示的位置，该位置比实线所示的位置靠近光盘。由第二激光模块22的激光二极管发出的第二激光束(波长780纳米)作为发散光束入射到物镜10上，其由所述物镜10会聚，从而在第一光盘D2的数据记录表面上形成光斑。
由第一光盘D1或第二光盘D2反射的激光束通过物镜10，准直透镜24和分束器23，并被包括在第一激光模块21或第二激光模块22中的光检测器接收。根据光检测器的输出，读出调焦误差信号、跟踪误差信号，并且当数据被读出时，检测数据再现信号。
如上所述，当使用第二光盘D2时，通过使光束成为发散光束，和由准直透镜24输出平行光束的情况相比，在光斑和透镜10之间的距离可以较长。因此，即使物镜10的焦距相对较短，当使用第一光盘D1时，物镜10的可移动距离可以被缩短，当使用第二光盘D2时，可以获得足够的移动范围。因而，通过使用上述的配置，可以使整个光学系统10作得较薄。
图2A-2C表示透镜10的结构。图2A是正视图，图2B是截面侧视图，图2C是透镜10的局部放大的截面侧视图。
透镜10具有第一和第二非球面11和12。第一表面11被分成在中心位置的公共区域RC，以及在公共区域RC外侧(即周边)的高NA专用区域RE。公共区域RC用于在低NA下(大约0.45-0.5)会聚光束，这是第二光盘D2所需的。高NA专用区域RE用于会聚在高NA下(大约0.60)的光束，这仅是第一光盘D1所需的。
在第一表面11上，在高NA专用区域RE内形成衍射透镜结构，其包括多个台阶状的同心环带，如图2A和图2C所示。台阶状的部分(即在相邻环带之间的边界)沿着平行于光轴的方向延伸。第一表面11的公共区域RC和第二表面12分别是连续的表面，并且不形成具有台阶部分的所述衍射透镜结构。
根据球面像差和波长，在高NA专用区域RE中形成的衍射透镜结构的特性是不同的。当第一激光束被会聚在第一光盘D1上时，所述衍射透镜结构能够很好地补偿所述球面像差，而当第二激光束被会聚在第二光盘D2上时，所述衍射透镜结构相对于通过高NA专用区域RE的第二激光束的一部分产生球面像差。
因而，当使用第一光盘D1时，通过公共区域RC的第一激光束的部分和通过高NA专用区域的第一激光束的部分被会聚在第一光盘D1上的同一个点，从而实现高NA，并在第一光盘D1上形成小的光斑。当使用第二光盘D2时，通过高NA专用区域RE的第二激光束的一部分在光盘D2上弥散，只有通过公共区域RC的第二激光束的部分被会聚在第二光盘D2上。因而，实现相对小的NA，并在第二光盘D2上形成相对大的光斑(这对第二光盘D2是足够的)。
应当注意，在上述的配置中，所述衍射透镜结构只在第一表面11上的高NA专用区域被形成。不过本发明不限于这种配置，而是可以具有多种改型。例如，，可以在公共区域RC上形成另一种衍射透镜结构，用于补偿象差，例如色差。此外，所述衍射透镜结构可以形成在第二表面12上而不形成在第一表面11上。数字实施例
下面给出5个数字实施例。第一实施例
第一数字实施例应用于图3所示的结构。在图3中，示出了物镜10，第一光盘D1和第二光盘D2。其数值如表1所示。
在第一实施例中，第一表面11被分成公共区域RC和高NA专用区域RE。公共区域RC被限定为其中0≤h＜1.50(mm)的区域，高NA专用区域被限定为其中1.5≤h的区域，其中h表示相对于透镜10的光轴的高度。公共区域RC是一个没有台阶部分的连续表面，高NA专用区域由衍射透镜结构构成，其根据在其中通过的光的波长改变球面像差。
公共区域RC的曲率和高NA专用区域的基本曲线(其作为没有衍射透镜结构的折射透镜的形状)是分别由不同的系数限定的不同的球面。第二表面12是一个旋转对称的非球面，其不由衍射透镜结构构成。
第一表面11的公共区域RC和高NA专用区域RE也是旋转对称的非球面。一般地说，所述旋转对称的非球面由下式表示： X ( h ) = ch 2 1 + 1 - ( 1 + K ) c 2 h 2 + A 4 h 4 + A 6 h 6 + A 8 h 8 + A 10 h 10 + A 12 h 12
其中，X(h)是垂度(SAG)，即在表面上离开光轴为h的一点相对于光轴上的平面切线的距离；
符号c表示表面的顶点的曲率(1/r)；
k是圆锥常数；以及
A4，A6，A8，A10，和A12分别是4，6，8，10和12级非球面系数。
由衍射透镜结构增加的附加的光路长度由下面的光路差函数表示：
φ(h)＝(P2h2+P4h4+P6h6+...)×m×λ
其中，P2，P4和P6是2，4，6次系数；
h是离开光轴的高度；
m衍射级数；以及
λ是工作波长。光程差φ(h)表示在离开光轴的高度为h处的不通过衍射透镜结构的假想的光线的光路长度和被衍射透镜衍射的光线的光路长度之间的差。换句话说，光程差φ(h)表示由衍射透镜结构衍射的每个光线的附加的光路长度。附加长度的正号表示在光轴上的光路长度是增长的。
和菲涅耳透镜类似，衍射透镜结构的实际的微观形状通过从φ(h)中减去λ×m(m是整数)即λ的整数倍，从而具有台阶状的附加光路长度φ’(h)而被限定。具体地说，附加光路长度φ′(h)由下式表示：
φ′(h)＝(MOD(P2h2+P4h4+P6h6+...+CONST，1)-CONST)×λB
其中MOD是模函数，λB是闪耀波长，在此波长下，由衍射透镜结构的微小的台阶产生的光路长度差等于一个波长，即，衍射效率最大。常数CONST确定环带之间的边界的相位，其可以是满足0≤CONST＜1的任意的值。应当注意，模函数MOD(x，y)表示当x除以y时的余数。
当MOD(P2h2+P4h4+P6H2+…+CONST，1)等于0时，离开光轴的高度为h的位置代表环带之间的边界的位置。
表1中示出了用于确定公共区域RC的系数、高NA专用区域RE的基本曲线、以及衍射透镜结构、表面之间的距离、d谱线的折射率、阿贝数νd、用于确定第二表面12的非球形状的系数。
在所述表中，NA1，F1，λ1，WD1和OD1分别表示当使用第一光盘D1时的数值孔径，物镜10的焦距(单位：mm)，波长(单位：nm)，可移动范围(单位：mm)和物距(单位：mm)。此外，NA2，F2，λ2，WD2和OD2分别表示当使用第二光盘D2时的数值孔径，物镜10的焦距(单位：mm)，波长(单位：nm)，可移动范围(单位：mm)和物距(单位：mm)。
表1
    NA1＝0.60 F1＝3.00  λ1＝650 WD1＝1.61 OD1＝∞NA2＝0.46 f2＝3.02  λ2＝780 WD2＝1.43 OD1＝52.0
    第一表面     第二表面
公共区域(0≤h＜1.50)   高NA专用区域(1.50≤h)
 r      1.870      1.915       -8.109
 k     -0.500     -0.500        0.00
 A4     -2.12×10-4     -3.00×10-4        1.68×10-2
 A6      1.47×10-4      1.14×10-3       -2.57×10-3
 A8     -8.23×10-5     -8.30×10-4        2.20×10-4
 A10      6.09×10-5      3.20×10-4       -1.68×10-4
 A12     -1.92×10-5     -5.14×10-5        2.93×10-5
 P2         --     -5.23         --
 P4         --      0.00         --
 P6         --      0.00         --
 P8         --      0.00         --
 P10         --      0.00         --
 P12         --      0.00         --
 d(第一和第二表面之间的距离)     1.80
 nd(物镜的折射率)     1.5436
 νd(物镜的阿贝数)    55.7
 nd(光盘的折射率)     1.5855
 νd(光盘的阿贝数)    29.9
图4A表示按照第一实施例的物镜相对于第一光盘D1在650nm的波长下的球面像差SA和正弦条件SC，图4B表示在波长650nm，645nm，和655nm下由球面像差表示的色差。每个曲线的横轴表示发生的象差(单位：mm)，纵轴表示数值孔径NA。
当使用第一光盘D1时，使第一激光束(波长：650nm)作为平行光入射到透镜10上(物距：无穷大)。在这种情况下，高NA专用区域用于补偿像差。因此，通过公共区域RC的激光束的一部分和通过高NA专用区域RE的激光束的一部分会聚在一点而形成光斑，所述斑点足够小，用于在第一光盘D1上进行数据记录和读出。
图5A表示按照第一实施例的物镜相对于第二光盘D2在780nm的波长下的球面像差SA和正弦条件SC，图5B表示在波长650nm，645nm，和655nm下由球面像差表示的色差。
当使用第二光盘D2时，使第二激光束(波长：780nm)作为发散光入射到透镜上(物距：-52.0mm)。在这种情况下，高NA专用区域产生球面像差，如图5A所示。因此，如光斑图(图6A)和强度分布(图6B)所示，只有通过公共区域RC的激光束的部分适用于在第二光盘D2上进行数据记录和读出。通过高NA专用区域RE的激光束的部分在光盘D2上在和光斑分开的环带域内被散射。
应当注意，在图3中，第二激光束由只投射到公共区域RC上的光束表示。在图3中，只示出了用于在第二光盘D2上形成光斑的部分。在实际使用时，第二激光束还入射到高NA专用区域上。不过，由于在高NA专用区域RE内形成的衍射透镜结构的特性，通过其中的激光束被发散，因而不对形成光斑作贡献。因此，在图3中，入射到高NA专用区域RE上的激光束的部分未被示出(在下面的实施例中也是如此)。第二实施例
表2表示按照本发明第二实施例的物镜10的数字结构，其替代图3所示的物镜10。除去在高NA专用区域RE形成衍射透镜结构之外，第二实施例的配置基本上和第一实施例的相同。
表2
                   NA1＝0.60 F1＝3.00 λ1＝650 WD1＝1.61 OD1＝∞NA2＝0.46 f2＝3.02 λ2＝780 WD2＝1.43 OD1＝52.0
    第一表面     第二表面
公共区域(0≤h＜1.50)   高NA专用区域(1.50≤h)
 r     1.870     1.904    -8.109
 k    -0.500    -0.500     0.00
 A4    -2.12×10-4     1.92×10-3     1.68×10-2
 A6     1.47×10-4     1.19×10-3    -2.57×10-3
 A8    -8.23×10-5    -1.02×10-3     2.20×10-4
 A10     6.09×10-5     3.95×10-4    -1.68×10-4
 A12    -1.92×10-5    -6.14×10-5     2.93×10-5
 P2         --    -3.97          --
 P4         --     2.00          --
 P6         --     0.00          --
 P8         --     0.00          --
 P10         --     0.00          --
 P12         --     0.00          --
 d(第一和第二表面之间的距离)     1.80
 nd(物镜的折射率)     1.5436
 νd(物镜的阿贝数)    55.7
 nd(光盘的折射率)     1.5855
 νd(光盘的阿贝数)    29.9
图7A表示按照第二实施例的物镜相对于第一光盘D1在650nm的波长下的球面像差SA和正弦条件SC，图7B表示在波长650nm，645nm，和655nm下由球面像差表示的色差。
当使用第一光盘D1时，使第一激光束(波长：650nm)作为平行光入射到透镜10A上(物距：无穷大)。在这种情况下，高NA专用区域用于补偿像差。因此，通过公共区域RC的激光束的部分和通过高NA专用区域RE的激光束的部分会聚在一点而形成光斑，所述斑点足够小，用于在第一光盘D1上进行数据记录和读出。
图8A表示按照第二实施例的物镜相对于第二光盘D2在780nm的波长下的球面像差SA和正弦条件SC，图8B表示在波长650nm，645nm，和655nm下由球面像差表示的色差。
当使用第二光盘D2时，使第二激光束(波长：780nm)作为发散光入射到透镜上(物距：-52.0mm)。在这种情况下，高NA专用区域产生球面像差，如图8A所示。因此，如光斑图(图9A)和强度分布(图9B)所示，只有通过公共区域RC的激光束的部分适用于在第二光盘D2上进行数据记录和读出。通过高NA专用区域RE的激光束的部分在光盘D2上在和光斑分开的环带域内被散射。第三实施例
图10表示按照本发明第三实施例的替代图3所示的物镜10的物镜10B的正视图。和第一、第二实施例类似，物镜10B的第一表面11被分成公共区域RC(0≤h＜1.50)和高NA专用区域RE(1.50≤h)，在高NA专用区域RE中，形成一种衍射透镜结构，其根据其中通过的光的波长改变球面像差。按照第三实施例，在公共区域RC内形成另一个衍射透镜结构，用于补偿色差。物镜10B的第二表面是没有衍射透镜结构的旋转对称的非球面。
表3表示按照所述第三实施例的物镜10B的数字结构。
表3
                NA1＝0.60 F1＝3.00 λ1＝650 WD1＝1.61 OD1＝∞NA2＝0.46 f2＝3.02 λ2＝780 WD2＝1.45 OD1＝52.0
    第一表面     第二表面
公共区域(0≤h＜1.50)   高NA专用区域(1.50≤h)
 r     1.935     1.926     -7.075
 k    -0.500    -0.500      0.00
 A4    -5.14×10-4     7.55×10-4      2.61×10-2
 A6     6.75×10-4     3.00×10-6     -7.19×10-3
 A8    -1.36×10-4    -3.27×10-4      4.83×10-4
 A10     4.17×10-5     8.90×10-5      7.91×10-5
 A12    -2.00×10-5    -2.68×10-5     -1.50×10-5
 P2    -2.00    -9.97×10-1         --
 P4    -1.54    -3.60×10-1         --
 P6     3.70×10-1    -4.00×10-1         --
 P8     0.00     0.00         --
 P10     0.00     0.00         --
 P12     0.00     0.00         --
 d(第一和第二表面之间的距离)     1.80
 nd(物镜的折射率)     1.5436
 νd(物镜的阿贝数)    55.7
 nd(光盘的折射率)     1.5855
 νd(光盘的阿贝数)    29.9
图11A表示按照第三实施例的物镜相对于第一光盘D1在650nm的波长下的球面像差SA和正弦条件SC，图11B表示在波长650nm，645nm，和655nm下由球面像差表示的色差。
当使用第一光盘D1时，使第一激光束(波长：650nm)作为平行光入射到透镜10上(物距：无穷大)。在这种情况下，高NA专用区域用于补偿像差。因此，通过公共区域RC的激光束的部分和通过高NA专用区域RE的激光束的部分会聚在一点而形成光斑，所述斑点足够小，用于在第一光盘D1上进行数据记录和读出。
图12A表示按照第三实施例的物镜相对于第二光盘D2在780nm的波长下的球面像差SA和正弦条件SC，图12B表示在波长650nm，645nm，和655nm下由球面像差表示的色差。
当使用第二光盘D2时，使第二激光束(波长：780nm)作为发散光入射到透镜上(物距：-52.0mm)。在这种情况下，高NA专用区域产生球面像差，如图12A所示。因此，如光斑图(图13A)和强度分布(图13B)所示，只有通过公共区域RC的激光束的部分适用于在第二光盘D2上进行数据记录和读出。通过高NA专用区域RE的激光束的部分在光盘D2上在和光斑分开的环带域内被散射。第四实施例
图14表示按照本发明第四实施例的替代图3的物镜10的物镜10C的后视图。在第四实施例中，物镜10C的第二表面12被分成公共区域RC(0≤h＜1.20)和高NA专用区域RE(1.20≤h)，并且在高NA专用区域RE中，形成衍射透镜结构，其根据其中通过的光的波长改变球面像差。物镜10C的第一表面11是没有衍射透镜结构的旋转对称的非球面结构。
表4表示按照第四实施例的物镜的数字结构。
表4
                    NA1＝0.60 F1＝3.00 λ1＝650 WD1＝1.61 OD1＝∞NA2＝0.46 f2＝3.02 λ2＝780 WD2＝1.44 OD1＝52.0
    第一表面     第二表面
公共区域(0≤h＜1.20) 高NA专用区域(1.20≤h)
 r     1.882    -7.816     -7.439
 k    -0.500     0.000     -0.500
 A4    -3.53×10-4     1.66×10-2      1.76×10-2
 A6     2.62×10-5    -3.35×10-3     -1.94×10-3
 A8    -1.04×10-4    -1.18×10-4     -2.73×10-4
 A10     3.05×10-5     1.48×10-4      1.50×10-4
 A12    -1.56×10-5    -2.83×10-5     -1.69×10-5
 P2       --       --      2.70
 P4       --       --     -5.00×10-1
 P6       --       --     -1.23
 P8       ——       --      0.00
 P10       ——       --      0.00
 P12       ——       --      0.00
 d(第一和第二表面之间的距离)     1.80
nd(物镜的折射率)     1.5436
νd(物镜的阿贝数)    55.7
 nd(光盘的折射率)     1.5855
 νd(光盘的阿贝数)    29.9
图15A表示按照第四实施例的物镜相对于第一光盘D1在650nm的波长下的球面像差SA和正弦条件SC，图15B表示在波长650nm，645nm，和655nm下由球面像差表示的色差。
当使用第一光盘D1时，使第一激光束(波长：650nm)作为平行光入射到透镜10C上(物距：无穷大)。在这种情况下，高NA专用区域用于补偿像差。因此，通过公共区域RC的激光束的部分和通过高NA专用区域RE的激光束的部分会聚在一点而形成光斑，所述斑点足够小，用于在第一光盘D1上进行数据记录和读出。
图16A表示按照第四实施例的物镜相对于第二光盘D2在780nm的波长下的球面像差SA和正弦条件SC，图16B表示在波长650nm，645nm，和655nm下由球面像差表示的色差。
当使用第二光盘D2时，使第二激光束(波长：780nm)作为散射光入射到透镜上(物距：-52.0mm)。在这种情况下，高NA专用区域产生球面像差，如图16A所示。因此，如光斑图(图17A)和强度分布(图17B)所示，只有通过公共区域RC的激光束的部分适用于在第二光盘D2上进行数据记录和读出。通过高NA专用区域RE的激光束的部分在光盘D2上在和光斑分开的环带域内被散射。第五实施例
图18表示按照第五实施例的物镜10D和第一、第二光盘D1、D2。按照第五实施例，入射到物镜上的第一激光束是一个稍微会聚的光束。入射到第二光盘D2上的第二激光束和其它实施例类似，是稍微发散的光束。
在第五实施例中，物镜10D的第一表面11被分成公共区域RC(0≤h＜1.18)和高NA专用区域RE(1.18≤h)，并且在高NA专用区域RE中，形成衍射透镜结构，其根据其中通过的光的波长改变球面像差。第一表面11的公共区域RC是连续的没有衍射透镜结构的表面。物镜10D的第二表面是没有衍射透镜结构的旋转对称的非球面结构。
表5表示按照第五实施例的物镜的数字结构。
表5
        NA1＝0.60 F1＝2.33 λ1＝650 WD1＝1.14 OD1＝260.0NA2＝0.47 F2＝2.35 λ2＝780 WD2＝0.94 OD1＝-40.3
    第一表面     第二表面
  公共区域(o≤h＜1.18) 高NA专用区域(1.50≤h)
  r      1.453      1.437    -6.28
  k     -0.500     -0.500     0.00
  A4     -2.74×10-4     -6.58×10-4     3.43×10-2
  A6      1.03×10-3     -1.95×10-3     -6.43×10-3
  A8     -1.19×10-3     -5.34×10-4     -6.84×10-3
  A10      7.79×10-4      2.19×10-4      3.75×10-3
  A12     -4.18×10-4     -3.10×10-4     -6.28×10-4
  P2        --      3.19       --
  P4        --     -1.60×10-1       --
  P6        --     -1.87       --
  P8        ——      0.00       --
  P10        ——      0.00       --
  P12        ——      0.00       --
 d(第一和第二表面之间的距离)      1.40
 nd(物镜的折射率)      1.5436
νd(物镜的阿贝数)     55.7
nd(光盘的折射率)      1.5855
νd(光盘的阿贝数)     29.9
图19A表示按照第五实施例的物镜相对于第一光盘D1在650nm的波长下的球面像差SA和正弦条件SC，图19B表示在波长650nm，645nm，和655nm下由球面像差表示的色差。
当使用第一光盘D1时，使第一激光束(波长：650nm)作为稍微会聚的光入射到透镜10C上(物距：260.00mm)。在这种情况下，高NA专用区域用于补偿像差。因此，通过公共区域RC的激光束的部分和通过高NA专用区域RE的激光束的部分会聚在一点而形成光斑，所述斑点足够小，用于在第一光盘D1上进行数据记录和读出。
图20A表示按照第五实施例的物镜相对于第二光盘D2在780nm的波长下的球面像差SA和正弦条件SC，图20B表示在波长650nm，645nm，和655nm下由球面像差表示的色差。
当使用第二光盘D2时，使第二激光束(波长：780nm)作为散射光入射到透镜上(物距：-40.3mm)。在这种情况下，高NA专用区域产生球面像差，如图20A所示。因此，如光斑图(图21A)和强度分布(图21B)所示，只有通过公共区域RC的激光束的部分适用于在第二光盘D2上进行数据记录和读出。通过高NA专用区域RE的激光束的部分在光盘D2上在和光斑分开的环带域内被散射。
如上所述，按照本发明，入射到物镜上的激光束的会聚/发散的程度根据光盘的保护层的厚度而改变。利用这种结构，即使对于具有相对厚的保护层的光盘，也可以获得物镜的足够大的可移动范围。因而，可以缩短物镜的焦距，这使得能够缩小光学头的尺寸。
此外，物镜的一个表面被分成一公共区域RC和一高NA专用区域RE，并在高NA专用区域RE内形成一种衍射透镜结构，用于根据波长改变球面像差。利用这种结构，对于高数据密度的光盘，通过公共区域RC和高NA专用区域RE的光束部分被会聚在一点，从而达到高的NA。对于低数据密度的光盘，通过公共区域RC的光束的部分会聚在光盘上，并且使通过高NA专用区域RE的部分发散，因此不贡献于光斑的形成，因而，实现了合适的NA。

Claims (14)

1.一种用于光盘驱动器的光学头的光学系统，所述光盘驱动器能够使用至少一第一光盘和一第二光盘，所述第二光盘的保护层比第一光盘的保护层厚，并且第二光盘的数据密度小于第一光盘的数据密度，所述光学系统包括：
一有选择地发射具有第一波长的第一激光束和具有第二波长的第二激光束的光源，所述第二波长比第一波长长；以及
一用于把第一激光束和第二激光束分别会聚到第一光盘和第二光盘上的物镜，所述第二激光束作为发散的光束入射到物镜上，所述第一激光束作为发散度小于第二激光束的发散度的光束入射到物镜上，
其中，所述物镜的一个表面被划分成一在中心部分的公共区域和一在围绕所述公共区域的周边部分的高NA专用区域，在所述高NA专用区内形成一包括具有微小台阶的多个同心环带的衍射透镜结构，所述衍射透镜结构补偿其中通过的第一激光束的一部分的象差，而所述衍射透镜结构还产生对其中通过的第二激光束的一部分的象差，
通过上述公共区域和上述高NA专用区域的第一激光束被会聚在第一光盘上，以形成一光斑，
通过所述公共区域的第二光束的一部分被会聚在第二光盘上，以形成一光斑，
通过所述高NA专用区域的第二激光束的部分在第二光盘上散射。
2.如权利要求1所述的光学系统，其中形成在所述高NA专用区域中的所述衍射透镜结构根据其中通过的光的波长改变球面像差。
3.如权利要求1或2所述的光学系统，其中所述公共区域被配置成为连续表面而没有带台阶的部分。
4.如权利要求1或2所述的光学系统，其中所述公共区域被形成有包括多个具有微小台阶的同心环带的衍射透镜结构。
5.如权利要求4所述的光学系统，其中形成在所述公共区域的所述衍射透镜结构用于补偿色差。
6.如权利要求1-5中任何一个所述的光学系统，其中入射到所述物镜上的第一激光束是平行光束。
7.如权利要求1或2所述的光学系统，其中入射到所述物镜上的第一激光束是会聚光束。
8.一种用于光盘驱动器的光学头的物镜，所述光盘驱动器至少能够使用一第一光盘和一第二光盘，第二光盘的保护层的厚度大于第一光盘的保护层的厚度，并且第二光盘的数据密度小于第一光盘的数据密度，具有第一波长的第一激光束和具有第二波长的第二激光束被有选择地入射到所述物镜上，所述第二波长大于第一波长，所述物镜分别把第一激光束和第二激光束会聚到第一光盘和第二光盘上，
其中所述物镜的一个表面被划分成一在中心部分的公共区域和一在围绕所述公共区域的周边部分的高NA专用区域，在所述高NA专用区内形成一包括具有微小台阶的多个同心环带的衍射透镜结构，所述衍射透镜结构补偿其中通过的第一激光束的一部分的象差，所述衍射透镜结构还产生对其中通过的第二激光束一部分的象差，
通过所述公共区域和所述高的NA专用区域的第一激光束被会聚在第一光盘上，以形成一光斑，
通过所述公共区域的第二光束的一部分被会聚在第二光盘上，以形成一光斑，
通过所述高NA专用区域的第二激光束的部分而在第二光盘上散射。
9.如权利要求8所述的物镜，其中被形成在所述高NA专用区内的衍射透镜结构根据其中通过的光的波长改变球差。
10.如权利要求8或9所述的物镜，其中所述公共区域被配置成为一个连续的表面而没有带台阶的部分。
11.如权利要求8或9所述的物镜，其中所述公共区域被形成为一种衍射透镜结构，其中包括具有微小台阶的多个同心环带。
12.如权利要求11所述的物镜，其中在所述公共区域中形成的所述衍射透镜结构用于补偿色差。
13.如权利要求8-12中任何一个所述的物镜，其中入射到物镜上的第一激光束为平行光束。
14.如权利要求8或9所述的物镜，其中入射到物镜上的第一激光束为会聚光束。
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