CN1831976A - 会聚光学装置、光学拾取头和光盘装置 - Google Patents

Abstract

一种会聚光学装置通过全息元件减少衍射损耗并实现与三种不同波长的兼容性。本发明提供了一种光学拾取头以通过不同波长的光束在多个光盘上记录信号和/或从其再现信号，这些光盘各具有不同厚度的保护衬底用于保护其记录表面，该光学拾取头包括发射第一波长光束的第一发射部分、发射第二波长光束的第二发射部分、发射第三波长光束的第三发射部分、物镜以及布置在第一到第三发射部分与物镜之间的全息元件，该物镜用于将分别从第一到第三发射部分发射的第一到第三波长光束会聚到光盘的信号记录表面上，该全息元件有两个主要表面，其中全息元件在其主要表面之一上设有非球面形状的基准曲面，且基准曲面上形成有全息部分。

Description

会聚光学装置、光学拾取头和光盘装置

技术领域

本发明涉及可通过单个物镜在三种不同类型中任意一种的盘状记录介质上记录信息信号并从其再现信息信号的会聚光学装置和光学拾取头，还涉及使用该会聚光学装置和光学拾取头的光盘装置。

背景技术

现已提出了适用于通过来自蓝-紫半导体激光器的波长约为405nm的光束对信号进行高密度记录和再现的光盘(下文中称为高密度记录光盘)。此外，也已提出了具有覆盖层的高密度记录光盘，用于保护信号记录层的该覆盖层厚度小至0.1mm。

从为这样的高密度记录光盘提供光学拾取头的角度，可能希望该光学拾取头与包括CD(高密度盘)和DVD(数字通用光盘)在内的不同格式的光盘兼容，其中CD需要使用波长约为780nm的激光束，而DVD需要使用波长约为660nm的激光束。换句话说，需要可以与在盘结构和相关激光器规格方面格式不同的光盘兼容的光学拾取头和光盘装置。

通过根据所用的波长切换物镜以选择性地使用不同类型的两种光学***(一个用于DVD和CD，另一个用于高密度记录光盘)中的任一个，而在三种不同类型或格式中任一个的光盘上记录信息信号并从其再现信息信号的方法是已知的。

但是，提供两套光学***意味着需要切换机构选择使用多个不同类型的物镜中任一个。此外，还需要两个执行器和两种不同类型的其他相关零件。这样的布置阻碍了减小装置尺寸并使整个结构非常复杂。

另一方面，为了减小装置尺寸，需要与三种不同波长兼容的光学拾取头。为了实现这样的光学拾取头，三种波长必须使用共同的光路，并且物镜必须以这样的方式来形成，即不管使用不同波长的光束和厚度不同的不同类型光盘，其都不引起任何像差。

可以想到的一种与三种不同波长兼容的光学拾取头可以通过将物镜与衍射元件组合来实现。可以想到将具有全息部分的衍射元件用于这样的光学拾取头，其中全息部分在其两个表面上都有刻痕状或台阶状轮廓。这样的衍射元件可用于衍射级次根据光束波长而变化的光束。

例如，专利文献1[日本专利申请早期公开No.2003-177226]说明的衍射元件可发射对于两种不同波长具有不同衍射级次的光束。

尽管具有这样的衍射元件和物镜的光学拾取头可通过衍射元件来校正可归因于盘片厚度的像差，但是可能由于衍射元件两个表面处的衍射效率而引起光量减少的问题。

因此，由于各种问题(包括由于衍射损耗带来的光量减少问题)，非常难以实现可与使用不同波长的高密度记录光盘、DVD和CD兼容、并能实现相对于光盘而言记录/再现性能优秀的光学拾取头。

发明内容

因此，希望提供这样的会聚光学装置、光学拾取头和光盘装置，其可以通过仅布置在全息元件两个表面之一上的全息部分来实现与三种不同波长的兼容性，从而减少由全息元件引起的衍射损耗并提高衍射效率以实现优秀的记录/再现性能。

根据本发明，提供了一种会聚光学装置，其包括：物镜，所述物镜用于将从光源部分发射的第一到第三波长的光束会聚到光盘的信号记录表面上；和布置在所述光源部分与所述物镜之间的全息元件，所述全息元件具有两个主要表面，其中所述全息元件在其所述主要表面之一上设有基准曲面，所述基准曲面是非球面形状，并且在所述基准曲面上形成有全息部分。

根据本发明，还提供了一种光学拾取头，用于通过不同波长的光束在多个光盘上记录信号和/或从所述多个光盘再现信号，所述多个光盘各自具有不同厚度的保护衬底用于保护其记录表面，所述光学拾取头包括：发射第一波长的光束的第一发射部分；发射第二波长的光束的第二发射部分；发射第三波长的光束的第三发射部分；物镜，所述物镜用于将分别从所述第一到第三发射部分发射的所述第一到第三波长的光束会聚到所述光盘的信号记录表面上；和布置在所述第一到第三发射部分与所述物镜之间的全息元件，所述全息元件具有两个主要表面，其中所述全息元件在其所述主要表面之一上设有基准曲面，所述基准曲面是非球面形状，并且在所述基准曲面上形成有全息部分。

根据本发明，还提供了一种光盘装置，其包括光学拾取头和用于驱动光盘旋转的盘片旋转驱动装置，所述光学拾取头用于在多个光盘上记录信号和/或从所述多个光盘再现信号，所述多个光盘各自具有不同厚度的保护衬底用于保护其记录表面，其中所述光学拾取头包括：发射第一波长的光束的第一发射部分；发射第二波长的光束的第二发射部分；发射第三波长的光束的第三发射部分；物镜，所述物镜用于将分别从所述第一到第三发射部分发射的所述第一到第三波长的光束会聚到所述光盘的信号记录表面上；和布置在所述第一到第三发射部分与所述物镜之间的全息元件，所述全息元件具有两个主要表面，其中所述全息元件在其所述主要表面之一上设有基准曲面，所述基准曲面是非球面形状，并且在所述基准曲面上形成有全息部分。

因此，由于根据本发明的会聚光学装置包括布置在光源部分与物镜之间用于将从光源部分发射的三种各自不同波长的光束会聚的全息元件，并且全息元件在其主要表面之一上设有基准曲面，该基准曲面是非球面形状，并且在该基准曲面上形成有全息部分，所以现在可以实现与三种不同波长的兼容性并减少由全息元件引起的衍射损耗以防止会聚到光盘上的光束光量降低。因此，现在可以实现优秀的记录和再现性能。

附图说明

图1是根据本发明的光盘装置实施例的示意性框图；

图2是根据本发明的光学拾取头实施例中光学***的光路示意图；

图3是图2的光学拾取头实施例的全息元件中全息部分的示意性截面图；

图4是图2的光学拾取头实施例的全息元件中的全息部分的示意性截面图，其中该全息部分被制成显示出刻痕状轮廓；

图5是图示了经过全息元件的全息部分的光束不同衍射级次的衍射光强度与相位深度变化之间的关系的曲线图；

图6是根据本发明的光学拾取头另一实施例的光学***的光路示意图；

图7是图6的光学拾取头实施例中物镜的示意性截面图；并且

图8A到图8C图示了根据本发明的光学拾取头的操作以及经过光学拾取头的光束，图8A是示出第三波长光束的光学拾取头示意性截面图，图8B是示出第二波长光束的光学拾取头示意性截面图，而图8C是示出第一波长光束的光学拾取头示意性截面图。

具体实施方式

现在将参考图示了根据本发明的具有光学拾取头的光盘装置优选实施例的附图，更加详细地对本发明进行说明。

参考图1，其图示了根据本发明的光盘装置实施例的示意性框图，光盘装置1包括光学拾取头3、主轴电机4和进给电机5，其中光学拾取头3用于在光盘2上记录信息和从其再现信息，主轴电机4用作驱动光盘2旋转的驱动装置，进给电机5用于在光盘2的径向上移动光学拾取头3。光盘装置1是与不同标准兼容的标准间(inter-standard)光盘装置，使得其可以在光盘上记录信息和/或从其再现信息，其中所述光盘包括具有三种不同格式的三种不同类型中的任意一种和具有多层记录层的光盘。

可用于此光盘装置的光盘包括这样的光盘，例如CD(高密度盘)、DVD(数字通用光盘)、可写入信息的CD-R(可记录CD)和DVD-R(可记录DVD)、可以重写信息的CD-RW(可重写CD)、DVD-RW(可重写DVD)和DVD+RW(可重写DVD)，以及高密度记录光盘和磁光盘，其中高密度记录光盘可以通过约405nm的短发射波长(蓝紫色)的半导体激光器来高密度记录信息。

光学装置或称为光盘1的实施例适用于用三种不同类型的光盘2来记录/再现信息。三种不同类型的光盘包括：第一类型的光盘11，其具有厚度为0.1mm的保护衬底并适用于高密度记录，其使用波长约405nm的光束作为记录/再现光束；第二类型的光盘12(例如DVD)，其具有厚度为0.6mm的保护衬底并适合使用波长约655nm的光束作为记录/再现光束；和第三类型的光盘13(例如CD)，其具有厚度为1.2mm的保护衬底并适合使用波长约780nm的光束作为记录/再现光束。

在光盘装置1中，主轴电机4和进给电机5由伺服控制部分9控制，伺服控制部分9是根据来自***控制器7的命令依次控制的，***控制器7用作盘片类型确定装置以便根据盘片类型进行不同的操作。例如，驱动其以预定的单位时间转数旋转，该单位时间转数是根据其驱动的光盘类型(可以是第一类型的光盘11、第二类型的光盘12或第三类型的光盘13)来确定的。

光学拾取头3的光学***与三种不同波长的光束兼容，并且适于将光束(其波长根据光盘而变化)发射到安装在光盘装置中的三种不同标准中任意一种光盘的记录层上并对由记录层反射的光束的反射光进行检测。然后，光学拾取头3根据其检测到的反射光向前置放大器部分14提供与光束相对应的信号。

然后将前置放大器14的输出馈送到信号调制解调和纠错码块(下文中将称为信号调制/解调及ECC块)15。调制/解调及ECC块15对信号进行调制和解调并给信号加入ECC(纠错码)。光学拾取头3根据来自信号调制/解调及ECC块15的命令用光束照射正在被驱动旋转的光盘2的记录层，并在光盘2上记录信号或从其再现信号。

前置放大器部分14适用于根据与检测到的光束(其根据光盘格式而变化)相对应的信号来产生聚焦误差信号、寻轨误差信号、RF信号等。因此，包括解调和纠错在内的预定处理操作由伺服控制部分9、信号调制/解调及ECC块15和其他相关元件根据光盘2的标准来进行，其中光盘2是信号记录或信号再现的目标介质。

如果由信号调制/解调及ECC块15所解调的记录信号代表待存储于计算机中的数据，则其经由接口16发送到外部计算机17。于是，外部计算机17可以接收记录在光盘2上的信号作为再现的信号。

如果由信号调制/解调及ECC块15所解调的记录信号代表视听数据，则在D/A及A/D转换器18的D/A转换部分中对其进行数/模转换并将其提供给视听处理部分19。于是，数据在视听处理部分19中经过视听处理并经由视听信号输入/输出部分20发送到外部图像拾取设备或投影仪(未示出)。

进给电机5和主轴电机4将光学拾取头3移动到光盘2的预定记录轨道的操作，以及驱动双轴执行器将作为光学拾取头3中会聚装置的物镜保持在聚焦方向和寻轨方向上的操作是由伺服控制部分9控制的。

激光控制部分21控制光学拾取头3中的激光束源。特别地，在此具体实施例中，激光控制部分21控制激光束源的输出功率以在记录模式与再现模式之间进行区分。此外，激光控制部分21根据光盘2的类型来控制激光束源的输出功率。激光控制部分21根据由盘片类型确定部分22所检测的光盘2的类型来切换光学拾取头3的激光束源。

盘片类型确定部分22可以根据第一到第三类型的光盘11、12、13之间在表面反射率、轮廓和外观方面的差别来检测光盘2的格式。

提供的光盘装置1的各模块能够通过参考盘片类型确定部分22的检测操作结果，根据安装在其中的光盘2的规范来处理信号。

***控制器7根据盘片类型确定部分22的检测操作结果确定光盘2的类型。如果光盘是适于容纳在盒仓中的类型，则确定光盘类型的通常技术是使用穿过检测孔进行操作的接触检测传感器或可压开关，所述检测孔是穿过盒仓钻出的。用于检测光盘所用记录层的技术包括适于根据TOC(目录)信息确定用于记录或再现的记录层的技术，其中所述TOC信息记录在沿着光盘的最内侧轨道排列的预先录制(pre-mastered)凹坑或凹槽中。

伺服控制部分9通常可通过检测光学拾取头3和光盘2相对于彼此的位置(包括根据记录在光盘2上的地址信号来检测相对位置的过程)来确定用于记录和/或再现的记录区域。

具有上述结构的光盘装置1通过主轴电机4驱动光盘2旋转，并根据来自伺服控制部分9的控制信号控制进给电机5的驱动操作，以使光学拾取头3移动到与光盘2的期望记录轨道相对应的位置并在光盘2上记录信息或从其再现信息。

下面将对上述记录/再现光学拾取头3进行更详细的说明。

参考图2，光学拾取头3的实施例包括：第一光源部分30，具有用于发射第一波长光束的第一发射部分和用于发射第二波长光束的第二发射部分；第二光源部分31，具有用于发射第三波长光束的第三发射部分；物镜32，用于将从第一到第三发射部分发射的光束会聚到光盘2的信号记录表面上；全息元件33，布置在第一到第三发射部分与物镜32之间；第一耦合透镜34，布置在第一光源部分30与全息元件33之间并适于用作发散角改变装置以改变入射光束的发散角；第二耦合透镜35，布置在第二光源部分31与全息元件33之间并适于用作发散角改变装置以改变入射光束的发散角；第一分束器36，用于为由信号记录表面反射的返回光束形成(后向)光路作为前向光路的分支；第二分束器37，用作光路合成装置来合并从第一光源部分30发射的光束光路和从第二光源部分31发射的光束光路；以及光电检测器38，用于接收由第一分束器36分离的返回光束。

第一光源部分30具有第一发射部分和第二发射部分，第一发射部分用于将约为405nm的第一波长的光束发射到第一光盘11上，第二发射部分用于将约为655nm的第二波长的光束发射到第二光盘12上。第二光源部分31具有第三发射部分用于将约为780nm的第三波长的光束发射到第三光盘13上。尽管在此实施例中使第一和第二发射部分以及第三发射部分属于各自不同的光源部分，但本发明决不限于此，根据本发明的光学拾取头也可以布置为包括具有第一和第三发射部分的光源部分以及具有第二发射部分的光源部分。尽管在上述实施例中将具有第一到第三发射部分之中两个的光源部分以及具有其余发射部分的光源布置在各自不同的位置处，但本发明决不限于此，根据本发明的光学拾取头也可以布置为包括这样的光源部分，其具有的第一到第三发射部分基本位于同一位置或者位于各自不同的位置处。

物镜32将第一到第三波长之一的入射光束会聚到光盘2的信号记录表面上。物镜32由通常为双轴执行器的物镜驱动机构(未示出)可动地夹持。物镜32由双轴执行器根据寻轨误差信号和聚焦误差信号(这两者根据由光电检测器38所检测到的从光盘2返回的光束的RF信号产生)来驱动操作，以在两个轴向上运动，所述两个轴向包括其朝向和远离光盘2运动所沿的方向和光盘2的径向。物镜32将从第一到第三发射部分之一发射的光束不变地会聚到光盘2的信号记录表面上，并同时使会聚光束遵循光盘2的信号记录表面上形成的记录轨道。

此外，物镜32布置为相对于第一波长的光束不产生任何像差。其具有第一表面S₁(位于接收前向行进光束的一侧)和第二表面S₂(位于光盘附近)。第一和第二表面S₁、S₂具有由下式(1)表示的非球面形状。注意在式(1)中，r₁代表曲率半径，x代表离开光轴的距离，而A₁到J₁代表非球面系数，Z₁代表在离开光轴的距离为x的位置处在光轴的方向上离开这样的平面的距离，该平面与光轴垂直相交并适于用作基准。

$Z_1=\frac{r_1^{-1}{x}^2}{1+\sqrt{1-(1+k_1)r_1^{-2}{x}^2}}+A_1{x}^4+B_1{x}^6+C_1{x}^8+D_1{x}^{10}+E_1{x}^{12}+F_1{x}^{14}+G_1{x}^{16}+H_1{x}^{18}+J_1{x}^{20}---\left(1\right)$

物镜32适于将作为准直光进入其的第一波长光束会聚到第一光盘11的信号记录表面上。物镜32将以预定发散角进入其的第二波长光束会聚到第二光盘12的信号记录表面上，还将以预定发散角进入其的第三波长光束会聚到第三光盘13的信号记录表面上。

全息元件33由玻璃材料制成，并如图2和3所示在其两个表面中靠近物镜32的一个上设有呈非球面形状并用作基准曲面的凹陷33a，全息部分33b形成在凹陷33a上。全息部分33b由可直接机加工或在模子中成型的丙烯酸树脂材料制成。例如，它可以由丙烯酸类树脂材料在全息元件33的凹陷33a的基准曲面上通过复制成型(replica molding)而形成。

尽管在此实施例中全息部分33b是通过丙烯酸类紫外凝固树脂在凹陷33a(其呈非球面形状并用作由玻璃材料制成的全息元件33的基准曲面)上复制成型形成的，但是本发明决不限于此，全息部分可以通过用诸如ZEONEX(商标名)的丙烯酸类树脂与全息元件一体成形或直接机加工。

全息元件33的更靠近其前向行进光束进入一侧的另一表面设有用于限制孔径的孔径限制装置33c，以使穿过的光束所用的数值孔径与光盘2的格式匹配。

全息部分33b的基准曲面由下式(2)表示。注意在式(2)中，c代表曲率半径，k代表锥度系数，而A到D代表非球面系数，x和Z(x)分别代表离开光轴的距离和非球面的下垂程度(或者在离开光轴的距离为x的位置处在光轴的方向上离开这样的平面的距离，该平面与光轴垂直相交并适于用作基准)。

$Z\left(x\right)=\frac{{\mathrm{cx}}^2}{1+\sqrt{1-(1+k)c^2{x}^2}}+{\mathrm{Ax}}^4+B{x}^6+C{x}^8+D{x}^{10}---\left(2\right)$

将在基准曲面上形成的全息部分33b制成具有连续布置的台阶部分并呈现阶梯状轮廓，并使每个台阶部分呈现出由下式(3)所确定的深度d。注意在式(3)中，d代表全息部分的每个台阶部分的深度，m代表衍射光的衍射级次(第m级)，而λ代表入射光束的波长，N代表全息部分33b的丙烯酸类树脂材料的折射率。

d＝mλ/(N-1)                                       ...(3)

在上式(3)中，d由m＝2，N＝1.543和λ＝0.405确定。这样，深度d为d＝2×0.405/(1.543-1)＝1.492(μm)。

形成于基准曲面上的全息部分33b产生的光程差由下式(4)表示。注意在式(4)中，C₁到C₄代表全息系数，x代表离开光轴的距离，而P(x)代表离开光轴距离为x的位置处的光程差。

P(x)＝C₁x²+C₂x⁴+C₃x⁶+C₄x⁸+C₅x¹⁰                    ...(4)

对于全息元件33的基准曲面和全息部分33b，上式(1)和(2)中的系数k、A到D和C₁到C₄分别由下式(5)表示。

k＝-1

$C_1=-\frac{N-1}{m}\frac{c}{2}$

$C_2=-\frac{N-1}{m}A$

$C_3=-\frac{N-1}{m}B$

$C_4=-\frac{N-1}{m}C$

$C_5=-\frac{N-1}{m}D---\left(5\right)$

经过具有上述结构的全息元件33的全息部分33b的第一到第三波长的光束由全息部分33b变成不同衍射级次的光束。更具体地说，使第一波长的光束表现出的第二级衍射光量基本等于100％，并使第二和第三波长的光束表现出的第一级衍射光量不小于96％。

如图3所示，全息元件33的全息部分33b将作为准直光进入其的第一波长光束B₁的第二级衍射光B₁₂仍作为准直光发射，而其将作为准直光进入其的第二和第三波长的光束B₂、B₃的第一级衍射光B₂₁和B₃₁作为发散光发射。

至于第一波长光束的第二级衍射光，其可归因于全息部分33b的衍射角和非球面基准曲面的折射角彼此抵消，使其作为准直光朝向物镜32发射。

全息部分33b通过物镜32来校正第二和第三波长光束的像差，物镜32如上所述不对第一波长光束产生任何像差。换句话说，全息部分33b可以通过提供第二和第三波长的光束而消除在光盘2的信号记录表面上引起的像差，所述第二和第三波长的光束在其进入物镜32之前具有的像差可抵消物镜32产生的像差。

由于全息部分33b形成于全息元件33的非球面基准曲面上，所以与需要多个加工步骤的已知全息元件相比，其可以通过机加工或者成型容易地制造。简而言之，形成全息元件33的效率提高了。

尽管在此实施例中，全息部分呈现出具有台阶部分(其预定深度d由上述方式确定)的阶梯状轮廓，但本发明决不限于此，其也可以呈现出如图4所示的刻痕状轮廓。

尽管在此实施例中用作基准曲面的非球面凹陷33a布置在全息元件33的更靠近物镜32的光发射侧且全息部分33b布置在凹陷33a上，但本发明决不限于此。例如，非球面基准曲面也可以布置在全息元件33的光接收侧，全息部分33b可以布置在基准曲面上。还可以将非球面基准曲面制成呈凸出轮廓，全息部分可以在用作基准曲面的非球面凸出部分上形成。

第一耦合透镜34改变从第一光源部分30发射的第一或第二波长光束的发散角并在其朝向第二分束器37发射光束之前使光束基本准直。

第二耦合透镜35改变从第二光源部分31发射的第三波长光束的发散角并将其朝向第二分束器37发射。

第一分束器36布置在第一耦合透镜34和第二耦合透镜35与全息元件33之间的光路上，通过其反射镜表面36a为来自光盘2的返回光束形成(后向)光路作为前向光路的分支，并发射返回的光束。用于将分支光路的激光束会聚到光电检测器38的光接收表面上的光学元件39(通常是柱透镜)布置在第一分束器36与光电检测器38之间。

第二分束器37布置在第一耦合透镜34和第二耦合透镜35与第一分束器36之间的光路上，并具有表现出波长选择性的反射镜表面37a。反射镜表面37a使从第一光源部分30的第一发射部分发射的光束和从第二发射部分发射的光束透射，并使从第二光源部分31的第三发射部分发射的光束反射，以合并从第一到第三发射部分所发射的光束的光路。

具有上述结构的光学拾取头3根据光电检测器38所获得的聚焦误差信号和寻轨误差信号驱动物镜32，以将其移动到相对于光盘2信号记录表面的聚焦位置处。这样，光束被聚焦到光盘2的信号记录表面上，信息被记录在光盘2上或从其再现。

这样，光学拾取头3可以用具有不同波长并从第一和第二光源部分30、31的多个发射部分发射的光束中相应的一个，通过全息元件33获得最优衍射效率和最优衍射角，从而从多个不同类型的光盘11、12、13中任一个读取信号及写入信号。

上述光学拾取头3的物镜32和全息元件33用作会聚光学装置以将进入的光束会聚到预定位置上。在该会聚光学装置中，全息元件33布置在物镜32的光接收侧，并且在其两个表面中的用作非球面基准曲面的一个上设有全息部分33b。通过这样的布置，会聚光学装置可以与三种不同波长的光束兼容，并同时通过减少可归因于全息元件的衍射损耗而防止会聚光束光量的任何下降。

下面将讨论光学拾取头3在第一到第三光盘11、12、13中任一个上进行信号记录/再现操作的原理以及全息元件33因此实现相对于不同格式的兼容性的原理。

如上所述，光学拾取头3仅通过形成于全息元件33两个表面之一上的全息部分即可使其自身适应三种不同类型的光盘。光学拾取头3将第二级衍射光用于与第一光盘11相对应的约405nm的第一波长的光束，而将第一级衍射光既用于与第二光盘12相对应的约660nm的第二波长的光束又用于与第三光盘13相对应的约780nm的第三波长的光束。

图3示出了全息元件33中用于形成全息部分33b的凹陷33a以及形成于凹陷33a上的全息部分33b的轮廓。参考图3，虚线L指示了凹陷33a用于界定全息部分33b轮廓的非球面基准曲面。

如图3所示，全息部分33b形成为具有连续布置的台阶部分并呈现阶梯状轮廓。将台阶部分在光轴方向上看去的深度制成彼此相等。更具体地说，使其等于第一波长(405nm)相位差的整数倍。台阶部分的深度根据所使用衍射光的级次(哪一级的衍射光)来限定。

全息部分33b阶梯状轮廓的台阶部分的每级(台阶)深度d由上述式(3)确定。注意在式(3)中，d代表全息部分的台阶部分每级的深度，m代表衍射光的衍射级次(第m级)，而λ代表入射光束的波长，N代表全息部分33b的丙烯酸类树脂材料的折射率。

由于此处将第二级衍射光用于第一波长光束，式(3)的系数由下式(6)表示。

m＝2

N＝1.543                            ...(6)

λ＝0.405

由式(3)和(6)，深度d为d＝2×0.405/(1.543-1)＝1.492(μm)。

除了由反射和吸收引起的损耗以外，衍射光量相对于进入上述结构全息部分的第一波长(405nm)光束的光量之比理论上是100％。

下面将讨论非球面基准曲面与全息部分33b的轮廓之间的关系。

穿过全息部分33b的光束的衍射角由光栅的栅距(或在与光轴垂直相交的平面中看去阶梯的台阶部分的面内间距)确定。穿过全息部分的光束光量被确定为光栅深度(或在光轴方向上看去阶梯的每级台阶部分深度d)的函数。由于全息元件33形成为使由台阶部分间距确定的衍射角抵消且消除由基准曲面的非球面形状确定的折射角，所以第一波长光束的第二级衍射光从全息元件33发射笔直向前行进，或者说作为准直光发射。

由于全息部分33b以上述方式形成，所以使用了起初为第一波长设计的物镜32。换句话说，物镜32设计为在其将第一波长光束会聚到光盘11的信号记录表面上时不引起任何像差。

另一方面，第二波长光束和第三波长光束都由全息部分33b衍射，但全息元件33的非球面形状优化为使得由于第二光盘12的厚度与波长之间的关系而产生的球差以及由于第三光盘13的厚度与波长之间的关系而产生的球差两者都通过非球面基准曲面所产生的衍射角和折射角得到校正。换句话说，非球面形状的设计是为了校正球差。

如上面所指出的，第一波长的光束经过全息部分33b笔直向前行进。换句话说，其作为准直光进入全息部分并作为准直光从全息部分发射。这样，全息部分33b的相位差和非球面形状表现出如下所述的关系。

全息元件33的全息部分33b基准曲面的非球面表面由上述式(2)限定。另一方面，全息部分33b产生的光程差由上述式(4)限定。

因此，对于由全息部分33b引起的用于抵消折射角的衍射角，其必须满足下式(7)所限定关系的要求，其中所述折射角是非球面基准曲面对于穿过具有全息部分33b的全息元件33的第m级衍射光引起的。注意在式(7)中，N代表全息部分33b的丙烯酸类树脂的折射率，m代表衍射级次。

$\mathrm{Total}=Z\left(x\right)+m\frac{P\left(x\right)}{N-1}=0---\left(7\right)$

当全息部分33b的轮廓以这样的方式限定，即系数k、A到D以及C₁到C₄满足上述式(5)的各关系时，满足上述式(7)要求的关系。

当全息部分33b形成为呈现出阶梯状轮廓(全息部分33b的台阶部分深度等于由上述式(3)所限定的d)时，第一波长的光束笔直向前行进，并且第二波长光束的像差和第三波长光束的像差得到校正。注意在上述式(3)中，d代表全息部分的每级台阶部分的深度，m代表衍射光的衍射级次(第m级)，而λ代表入射光束的波长，N代表全息部分33b的丙烯酸类树脂材料的折射率。

下面将说明将第二级衍射光用于第一波长光束而将第一级衍射光用于第二波长光束和第三波长光束的原因。

图5是图示了穿过全息元件33的全息部分的光束的不同衍射级次衍射光强度或衍射光量与相位深度P(x)的变化之间关系的曲线图。换句话说，图5图示了全息元件33的衍射效率。在图5中，实线L₀指示强度相对于第0级衍射光相位深度的变化，点划线L₁指示强度相对于第一级衍射光相位深度的变化，而双点划线L₂指示强度相对于第二级衍射光相位深度的变化，虚线L₃、L₄和L₅分别指示强度相对于第三、第四和第五级衍射光相位深度的变化。

在图5中画出的虚线L_b1、L_b2和L_b3确定了第一到第三波长光束的强度。更具体地说，当如虚线L_b1所指示，第一波长(405nm)光束的第二级衍射光强度最大并且因此相位深度为2λ时，第二波长(660nm)光束的相位深度为1.12λ，且如虚线L_b2所示第一级衍射光被衍射不少于96％，并且第三波长(780nm)光束的相位深度为0.93λ，且如虚线L_b3所示第一级衍射光被衍射不少于97％。这样，可以为光的使用者实现很高的效率并获得足够光量来用三种不同类型的光束(第一到第三波长的光束)进行信号的记录和再现。

第二波长光束的相位深度和第三波长光束的相位深度可由下式(8)计算。注意在式(8)中，d代表深度，根据上式(3)和(6)其等于1.492(μm)，Nw代表全息部分33b的折射率，其对于第二波长(660nm)的光束等于1.497且对于第三波长(780nm)的光束等于1.544，而λ代表入射光束的波长。

P＝d×(Nw-1)/λ                         ...(8)

下面将参考图2说明从上述光学拾取头3的第一和第二光源部分30、31所发射的光束的光路。首先将说明发射到第一光盘11上以读取或写入信息的第一波长光束的光路。

当盘片类型确定部分22确定光盘2的类型为第一光盘11的类型时，使第一光源部分30的第一发射部分发射第一波长光束。

从第一光源部分30的第一发射部分发射的第一波长光束由第一耦合透镜34改变其发散角并在其朝向第二分束器37发射之前变成基本准直光束。由第一耦合透镜34准直的第一波长光束透射经过第二分束器37的反射镜表面37a并经过第一分束器36的反射镜表面36a，而进入全息元件33。

进入全息元件33的第一波长光束由布置在全息元件33另一表面处的孔径限制装置33c限制孔径，并由布置在光束进入全息元件33时所经表面处的全息部分33b衍射。此时全息部分33b使第一波长光束的衍射光表现出基本等于100％的光量用于第二级衍射光，并且由全息部分33b引起的衍射角抵消由非球面基准曲面引起的折射角而使第一波长光束作为准直光发射。

由全息元件33衍射的第一波长光束的第二级衍射光被物镜32恰当地会聚到第一光盘11的信号记录表面11a上。

会聚到第一光盘11上的光束由信号记录表面反射，并在其由第一分束器36的反射镜表面36a反射和朝向光电检测器38发射之前经过物镜32和全息元件33。之后，由第一分束器36形成分支的光束由光学元件39会聚到光电检测器38的光接收表面上并被检测。

现在将说明发射到第二光盘12上以读取或写入信息的第二波长光束的光路。

当盘片类型确定部分22确定光盘2的类型为第二光盘12的类型时，使第一光源部分30的第二发射部分发射第二波长光束。

从第一光源部分30的第二发射部分发射的第二波长光束由第一耦合透镜34改变其发散角并在其朝向第二分束器37发射之前变成基本准直光束。由第一耦合透镜34准直的第二波长光束透射经过第二分束器37的反射镜表面37a并经过第一分束器36的反射镜表面36a，而进入全息元件33。

进入全息元件33的第二波长光束由布置在全息元件33另一表面处的孔径限制装置33c限制孔径，并由布置在光束进入全息元件33时所经表面处的全息部分33b衍射。此时全息部分33b使第二波长光束的衍射光表现出基本等于96％的光量用于第一级衍射光，并且当光束经过物镜时产生的像差得到校正并作为发散光发射，这将在下文中进行更详细的说明。

由全息元件33衍射的第二波长光束的第一级衍射光被物镜32恰当地会聚到第二光盘12的信号记录表面12a上。

由第二光盘12的信号记录表面12a所反射光束的返回光路与第一波长光束的上述返回光路相同，因此将不再进一步说明。

现在将说明发射到第三光盘13上以读取或写入信息的第三波长光束的光路。

当盘片类型确定部分22确定光盘2的类型为第三光盘13的类型时，使第二光源部分31的第三发射部分发射第三波长的光束。

从第二光源部分31的第三发射部分发射的第三波长光束由第二耦合透镜35改变其发散角并朝向第二分束器37发射。由第二耦合透镜35改变发散角的第三波长光束由第二分束器37的反射镜表面37a反射，其光路发生变化并在此后与第一和第二波长光束的上述光路合并。由第二分束器37的反射镜表面37a反射的第三波长光束透射经过第一分束器36的反射镜表面36a，而进入全息元件33。

进入全息元件33的第三波长光束由布置在全息元件33另一表面处的孔径限制装置33c限制孔径，并由布置在光束进入全息元件33时所经表面处的全息部分33b衍射。此时全息部分33b使第三波长光束的衍射光表现出基本等于96％的光量用于第一级衍射光，并且当光束经过物镜时产生的像差得到校正并作为发散光发射，这将在下文中进行更详细的说明。

由全息元件33衍射的第三波长光束的第一级衍射光被物镜32恰当地会聚到第三光盘13的信号记录表面13a上。

由第三光盘13的信号记录表面13a所反射光束的返回光路与第一波长光束的上述返回光路相同，因此将不再进一步说明。

尽管在此实施例中第三波长光束是由第二耦合透镜35改变发散角的，但本发明决不限于此。也可以布置为通过调整第三发射部分的位置安排，使第三波长光束经由第二分束器37和第一分束器36进入全息元件33而不改变发散角。

此外，此实施例中在进入全息元件33之前，尽管第一和第二波长光束由第一耦合透镜34基本准直，第三波长光束由第二耦合透镜35变成发散光，但本发明决不限于此。例如，也可以布置为使得在进入全息元件之前，第一到第三波长的所有光束都被准直，或者第一到第三波长光束的某些或全部都变成发散光或会聚光。

根据本发明的光学拾取头3的实施例在第一和第二光源部分30、31与物镜32之间设有全息元件33用于将从布置在第一和第二光源部分30、31中的第一到第三发射部分所发射的三种不同类型的光束会聚，并且在全息元件33的两个表面之一处的凹陷33a上形成全息部分33b，所述凹陷33a具有非球面基准曲面以使光学拾取头3与三种波长兼容并通过减少可归因于全息元件33的衍射损耗而防止会聚到光盘上的光束光量的任何降低。这样，光学拾取头的此实施例可使其自身不仅易用于信号再现，而且易用于信号记录，从而实现优秀的记录/再现特性。

这样，根据本发明的光学拾取头3的上述实施例通过单个全息元件即可得到最优衍射效率和最优衍射角，使其可以用从布置在第一和第二光源部分30、31中的多个发射部分所发射的不同波长光束中选择的匹配光束而从不同类型的光盘11、12、13中任一个读取信号和在其上写入信号。此外，对所有的光盘共用例如物镜的光学零件，使其可以简化结构并减小光学拾取头的尺寸。因此，本发明可以实现高生产率和低成本。

此外，根据本发明的光学拾取头3的上述实施例通过单个全息元件即可对多个不同波长的光束得到最优衍射效率和最优衍射角，使得其可对所有的光盘共用例如物镜的光学零件以使其可以简化结构并减小光学拾取头的尺寸。因此，本发明可以实现高生产率和低成本。

此外，在根据本发明的光学拾取头3的上述实施例中，全息元件33在其非球面基准曲面上设有全息部分33b，与具有全息轮廓(需要多个制备步骤)的传统全息元件相比，可以以提高的效率加工该全息元件33。这样，光学拾取头3的上述实施例可以进一步提高生产率和降低制造成本。

尽管在光学拾取头3的上述实施例中，第一和第二发射部分布置在第一光源部分30中而第三发射部分布置在第二光源部分31中，但本发明决不限于此，例如，也可以将所有的第一到第三发射部分布置在单个光源部分中。

现在将参考图6说明包括单个光源部分的光学拾取头50的实施例，该单个光源部分具有第一到第三发射部分。在以下说明中，与光学拾取头3的上述实施例共有的部分分别用相同标号标记并且不再进行详细说明。

如图6所示，光学拾取头50包括：光源部分51，具有第一到第三发射部分并适用于发射不同波长的多个光束；物镜32，用于将从光源部分51发射的光束会聚到光盘2的信号记录表面上；全息元件33，布置在光源部分51与物镜32之间；耦合透镜54，布置在光源部分51与全息元件33之间并适用于作为发散角改变装置以改变入射光束的发散角；分束器56，用于为信号接收表面反射的返回光束形成(后向)光路作为前向光路的分支；和光电检测器38，用于接收由分束器56分开的返回光束。

光学拾取头50另外还包括布置在分束器56与全息元件33之间用作选择性发散角改变装置的衍射元件55，所述选择性发散角改变装置用于根据入射光束的波长改变其发散角。

光源部分51具有用于将约405nm的第一波长光束发射到第一光盘11上的第一发射部分、用于将约655nm的第二波长光束发射到第二光盘12上的第二发射部分以及用于将约780nm的第三波长光束发射到第三光盘13上的第三发射部分。

耦合透镜54改变从光源部分51发射的第一到第三波长中任一个光束的发散角，并在光束朝向分束器56发射之前使其基本准直。

分束器56布置在耦合透镜54与全息元件33之间的光路上，并像上述实施例中的第一分束器36一样，通过其反射镜表面56a为来自光盘2的返回光束形成(后向)光路作为前向光路的分支并发射返回光束。用于将分支光路的激光束会聚到光电检测器38的光接收表面上的光学元件39(通常是柱透镜)布置在分束器56与光电检测器38之间。

衍射元件55使第一和第二波长的光束透射并使第三波长的光束衍射。换句话说，其选择性地改变第三波长光束的发散角。因此，衍射元件55使作为准直光进入其的第一和第二波长光束仍作为准直光透射，但使作为准直光进入其的第三波长光束衍射并将其作为发散光发射。

具有上述结构的光学拾取头50根据光电检测器38所获得的聚焦误差信号和寻轨误差信号驱动物镜32，以将其移动到相对于光盘2信号记录表面的聚焦位置处。这样，光束被聚焦到光盘2的信号记录表面上，并且信息被记录在光盘2上或从其再现。

这样，光学拾取头50可以用具有不同波长并从光源部分51的多个发射部分发射的光束中相应的一个，通过全息元件33获得最优衍射效率和最优衍射角，从而从多个不同类型的光盘11、12、13中任一个读取信号及在其上写入信号。

上述光学拾取头50的物镜32和全息元件33用作会聚光学装置以将进入的光束会聚到预定位置上。在该会聚光学装置中，全息元件33布置在物镜32的光接收侧，并且在其两个表面中用作非球面基准曲面的一个上设有全息部分33b。通过这样的布置，会聚光学装置可以与三种不同波长的光束兼容，并同时通过减少可归因于全息元件的衍射损耗而防止会聚光束光量的任何下降。

由于光学拾取头50在第一到第三光盘11、12、13中任一个上进行信号记录/再现操作的原理以及全息元件33因此实现对于不同格式的兼容性的原理与上述光学拾取头3的相同，所以在此不再进一步说明。

下面将参考图6说明从上述光学拾取头50的光源部分51所发射的光束的光路。首先将说明发射到第一光盘11上以读取或写入信息的第一波长光束的光路。

当盘片类型确定部分22确定光盘2的类型为第一光盘11的类型时，使光源部分51的第一发射部分发射第一波长光束。

从光源部分51的第一发射部分发射的第一波长光束由耦合透镜54改变其发散角并在其朝向分束器56发射之前变成基本准直光束。由耦合透镜54准直的第一波长光束透射经过分束器56的反射镜表面56a并经过衍射元件55，而进入全息元件33。

进入全息元件33的第一波长光束由布置在全息元件33另一表面处的孔径限制装置33c限制孔径，并由布置在光束进入全息元件33时所经表面处的全息部分33b衍射。此时全息部分33b使第一波长光束的衍射光表现出基本等于100％的光量用于第二级衍射光，并且由全息部分33b引起的衍射角抵消由非球面基准曲面引起的折射角而使第一波长光束作为准直光发射。

由全息元件33衍射的第一波长光束的第二级衍射光由物镜32恰当地会聚到第一光盘11的信号记录表面11a上。

会聚到第一光盘11上的光束由信号记录表面反射，并在其由分束器56的反射镜表面56a反射和朝向光电检测器38发射之前经过物镜32、全息元件33和衍射元件55。之后，由分束器56形成分支的光束由光学元件39会聚到光电检测器38的光接收表面上并被检测。

现在将说明发射到第二光盘12上以读取或写入信息的第二波长光束的光路。

当盘片类型确定部分22确定光盘2的类型为第二光盘12的类型时，使光源部分51的第二发射部分发射第二波长的光束。

从光源部分51的第二发射部分发射的第二波长的光束由耦合透镜54改变其发散角并在其朝向分束器56发射之前变成基本准直光束。由耦合透镜54准直的第二波长光束透射经过分束器56的反射镜表面56a和衍射元件55，而进入全息元件33。

进入全息元件33的第二波长光束由布置在全息元件33另一表面处的孔径限制装置33c限制孔径，并由布置在光束进入全息元件33时所经表面处的全息部分33b衍射。此时全息部分33b使第二波长光束的衍射光表现出基本等于96％的光量用于第一级衍射光，并且当光束经过物镜时产生的像差得到校正并作为发散光发射，这将在下文中进行更详细的说明。

由全息元件33衍射的第二波长光束的第一级衍射光由物镜32恰当地会聚到第二光盘12的信号记录表面12a上。

由第二光盘12的信号记录表面12a所反射光束的返回光路与第一波长光束的上述返回光路相同，因此将不再进一步说明。

现在将说明发射到第三光盘13上以读取或写入信息的第三波长光束的光路。

当盘片类型确定部分22确定光盘2的类型为第三光盘13的类型时，使光源部分51的第三发射部分发射第三波长的光束。

从光源部分51的第三发射部分发射的第三波长的光束由耦合透镜54改变其发散角并朝向分束器56发射。之后由耦合透镜54准直的第三波长光束透射经过分束器56的反射镜表面56a，并在其进入全息元件33之前由衍射元件55衍射和改变发散角。

进入全息元件33的第三波长光束由布置在全息元件33另一表面处的孔径限制装置33c限制孔径，并由布置在光束进入全息元件33时所经表面处的全息部分33b衍射。此时全息部分33b使第三波长光束的衍射光表现出基本等于96％的光量用于第一级衍射光，并且当光束经过物镜时产生的像差得到校正并作为发散光发射，这将在下文中进行更详细的说明。

由全息元件33衍射的第三波长光束的第一级衍射光由物镜32恰当地会聚到第三光盘13的信号记录表面13a上。

由第三光盘13的信号记录表面13a所反射光束的返回光路与第一波长光束的上述返回光路相同，因此不再进一步说明。

尽管在进入全息元件33之前第一到第三波长的所有光束都由耦合透镜54基本准直，并且只有第三波长光束由衍射元件55变成发散光，但本发明决不限于此。例如，在对第一到第三波长的所有光束进行准直之后，可以在第一到第三波长的光束进入全息元件之前将第一到第三波长的任意或所有光束变成发散光或会聚光。

根据本发明的光学拾取头50的实施例在光源部分51与物镜32之间设有全息元件33用于将从布置在光源部分51中的第一到第三发射部分所发射的三种不同类型的光束会聚，并且在全息元件33的两个表面之一处的凹陷33a上形成全息部分33b，所述凹陷33a具有非球面基准曲面以使光学拾取头50与三种波长兼容并通过减少可归因于全息元件的衍射损耗而防止会聚到光盘上的光束光量的任何降低。这样，光学拾取头的此实施例可使其自身不仅易用于信号再现，而且易用于信号记录，以实现优秀的记录/再现特性。

这样，根据本发明的光学拾取头50的上述实施例通过单个全息元件即可得到最优衍射效率和最优衍射角，使其可以用从布置在光源部分51中的多个发射部分所发射的不同波长光束中选择的匹配光束而从不同类型的光盘11、12、13中任一个读取信号和在其上写入信号。此外，对所有的光盘共用例如物镜的光学零件，使其可以简化结构并减小光学拾取头的尺寸。因此，本发明可以实现高生产率和低成本。

此外，根据本发明的光学拾取头50的上述实施例通过单个全息元件即可对多个不同波长的光束得到最优衍射效率和最优衍射角，使得其可对所有的光盘共用例如物镜的光学零件以使其可以简化结构并减小光学拾取头的尺寸。因此，本发明可以实现高生产率和低成本。

此外，在根据本发明的光学拾取头50的上述实施例中，全息元件33在其非球面基准曲面上设有全息部分33b，与具有全息轮廓(需要多个制备步骤)的传统全息元件相比，可以以提高的效率加工该全息元件33。这样，光学拾取头50的上述实施例可以进一步提高生产率和降低制造成本。

尽管在光学拾取头3或光学拾取头50的上述实施例中，第一到第三发射部分布置在一个或两个光源部分中，但本发明决不限于此，例如，也可以将所有的第一到第三发射部分分别布置在不同位置。

根据本发明的会聚光学装置包括一个或多于一个光源部分、物镜32和全息元件33，该全息元件33布置在光源部分(或多个光源部分)与物镜32之间用于将从布置在光源部分(或多个光源部分)中的第一到第三发射部分发射的三种不同类型光束会聚，并且在全息元件33的两个表面之一处的凹陷33a上形成全息部分33b，所述凹陷33a具有非球面基准曲面以使光学拾取头3与三种波长兼容并通过减少可归因于全息元件33的衍射损耗而防止会聚到光盘上的光束光量的任何降低。这样，根据本发明的会聚光学装置通过单个全息元件即可对多个不同波长的光束得到最优衍射效率和最优衍射角，使得其可对所有的光盘共用例如物镜的光学零件以使其可以实现用于信号再现和信号记录的光学拾取头以及结构简单且尺寸较小的光盘装置。因此，本发明可以实现高生产率和低成本。

根据本发明的光盘装置1包括一个或多于一个光源部分、物镜32和全息元件33，该全息元件33布置在光源部分(或多个光源部分)与物镜32之间用于将从布置在光源部分(或多个光源部分)中的第一到第三发射部分发射的三种不同类型光束会聚，并且在全息元件33的两个表面之一处的凹陷33a上形成全息部分33b，所述凹陷33a具有非球面基准曲面以使光学拾取头3与三种波长兼容并通过减少可归因于全息元件33的衍射损耗而防止会聚到光盘上的光束光量的任何降低。这样，光盘装置可使其自身不仅易用于信号再现，而且易用于信号记录，以实现优秀的记录/再现特性。

因此，根据本发明的光盘装置1通过布置在其光学拾取头中的单个全息元件即可得到最优衍射效率和最优衍射角，使其可以用从布置在光源部分中的多个发射部分所发射的不同波长光束中选择的匹配光束而在不同类型的光盘11、12、13中任一个上记录信号和从其再现信号。此外，对所有的光盘共用例如物镜的光学零件，使其可以简化结构并减小光学拾取头的尺寸。因此，本发明可以实现高生产率和低成本。

[示例]

现在将参考图7和8以及下列表1到3中所列数据对根据本发明的光学拾取头的全息元件33和物镜32进行更具体的说明。

表1

	全息系数
		C1	-1.7147E-02
C2	2.4681E-03
		C3	8.7169E-03
C4	-5.7344E-03
		C5	2.3280E-03

表2

	非球面系数
		c	0.131
k	-1.0
		A	-9.4077E-03
B	-3.3226E-03
		C	2.1858E-02
D	-8.8737E-03

表3

	S1	S2
			r	1.33737	6.48654
k	-0.38627	-16.5297
			A	-3.5645E-03	-4.6689E-02
B	2.6174E-03	3.5462E-01
			C	-1.1319E-02	-1.1835E+00
D	1.9685E-02	1.6808E+00
			E	-1.6661E-02	-5.7116E-01
F	3.1738E-03	-1.2688E+00
			G	2.6161E-03	1.7314E+00
H	-1.4267E-03	-8.6942E-01
			J	1.9881E-04	1.6234E-01

上面的表1示出在上述式(4)中为全息元件33的全息部分33b的全息系数选择的具体值。表2示出在上述式(2)中为全息部分33b的基准曲面的非球面形状的非球面系数选择的具体值。表1的值和表2的值满足上述式(5)的关系(当m＝2和N＝1.543时)。

上面的表3示出在上述式(1)中为非球面系数等选择的具体值，用于物镜32的第一表面S₁(靠近全息元件)的形状和第二表面S₂(靠近光盘)的非球面形状。表3的值满足上述式(1)的关系。

物镜32的折射率N₂作为波长的函数而变化。对于第一波长(405nm)的折射率N₂₁为1.83664，对于第二波长(660nm)的折射率N₂₂为1.79597，而对于第三波长(780nm)的折射率N₂₃为1.78899。

第一到第三光盘的折射率N₃对于第一到第三波长都相同，并可表示为N₃＝1.533。

至于第一到第三光盘的保护衬底厚度T，第一光盘的保护衬底厚度T₁为0.1(mm)，第二光盘的保护衬底厚度T₂为0.6(mm)，而第三光盘的保护衬底厚度T₃为1.2(mm)。

图8A、8B、8C图示了全息元件33和物镜32对于第一到第三光盘11、12、13是如何操作用于信号记录和再现的。如图8C和7所示，全息元件33与物镜32之间的表面间距在光轴上是0.4mm，并且全息元件33自身的表面间距在光轴上是1.0mm，而物镜32自身的表面间距在光轴上是1.6mm。如图7所示，物镜32相对于第一波长光束的孔径直径为3.0mm。

在图7和8A到8C中，WD表示工作距离(mm)。用于第一光盘11的WD₁为0.74，用于第二光盘12的WD₂为0.53，而用于第三光盘13的WD₃为0.34。

I/O距离对于第一和第二波长光束为∞，对于第三波长光束为20(mm)。注意I/O距离是对于物镜32和全息元件33而言的。

这是因为全息部分33b对于第二和第三波长光束使用了相同的衍射级(第1级)，由盘片厚度和波长差引起的球差是通过改变I/O距离而校正的。

示出表1到3的数据的示例光学拾取头实现上面列出的WD和I/O距离所表达的性能。

因此，光学拾取头通过单个全息元件即可得到最优衍射效率和最优衍射角，使其可以用从布置在一个或多于一个光源部分中的多个发射部分所发射的不同波长光束中选择的匹配光束从不同类型的光盘中任一个读取信号和在其上写入信号。此外，对所有的光盘共用例如物镜的光学零件，使其可以简化结构并减小光学拾取头的尺寸。因此，本发明可以实现高生产率和低成本。

本领域技术人员应当明白，在所附权利要求或其等同方案范围内，根据设计需要和其他因素，可以在此范围内产生各种改变、组合、子组合和替换。

本发明包含与2004年12月28日提交给日本专利局的日本专利申请JP 2004-381517和2005年3月10日提交给日本专利局的日本专利申请JP2005-067819相关的主题，其全部内容通过引用而结合于此。

Claims (11)

1.一种会聚光学装置，包括：

物镜，所述物镜用于将从光源部分发射的第一到第三波长的光束会聚到光盘的信号记录表面上；和

布置在所述光源部分与所述物镜之间的全息元件，所述全息元件具有两个主要表面，

其中所述全息元件在其所述主要表面之一上设有基准曲面，所述基准曲面是非球面形状，并且在所述基准曲面上形成有全息部分。

2.一种光学拾取头，用于通过不同波长的光束在多个光盘上记录信号和/或从所述多个光盘再现信号，所述多个光盘各自具有不同厚度的保护衬底用于保护其记录表面，所述光学拾取头包括：

发射第一波长的光束的第一发射部分；

发射第二波长的光束的第二发射部分；

发射第三波长的光束的第三发射部分；

物镜，所述物镜用于将分别从所述第一到第三发射部分发射的所述第一到第三波长的光束会聚到所述光盘的信号记录表面上；和

布置在所述第一到第三发射部分与所述物镜之间的全息元件，所述全息元件具有两个主要表面，

其中所述全息元件在其所述主要表面之一上设有基准曲面，所述基准曲面是非球面形状，并且在所述基准曲面上形成有全息部分。

3.根据权利要求2所述的光学拾取头，其中

所述第一波长为约405nm，

所述第二波长为约660nm，并且

所述第三波长为约780nm。

4.根据权利要求2或3所述的光学拾取头，其中从所述全息部分发射不同衍射级次的衍射光用于所述第一到第三波长的光束。

5.根据权利要求2或3所述的光学拾取头，其中

第二级衍射光由所述全息部分用于所述第一波长的光束并且

第一级衍射光由所述全息部分用于所述第二和第三波长的光束。

6.根据权利要求2或3所述的光学拾取头，其中

所述第一波长的光束由所述全息元件变成准直光并且

所述第二和第三波长的光束由所述全息元件变成发散光。

7.根据权利要求2或3所述的光学拾取头，其中

当从所述第一发射部分发射的所述第一波长的光束通过所述全息部分时，使第二级衍射光量基本等于100％并且

由于由所述全息部分引起的衍射角与由所述非球面基准曲面引起的折射角彼此抵消，所述第二级衍射光朝向所述物镜发射而不改变发散角。

8.根据权利要求2或3所述的光学拾取头，其中

所述物镜形成为不对所述第一波长的光束引起任何像差并且

所述全息部分校正所述第二和第三波长的光束的像差。

9.根据权利要求2所述的光学拾取头，其中

所述基准曲面的所述非球面形状满足下式(1)的要求：

$Z\left(x\right)=\frac{{\mathrm{cx}}^2}{1+\sqrt{1-(1+k)c^2{x}^2}}+A{x}^4+B{x}^6+C{x}^8+D{x}^{10}...\left(1\right),$

其中

c：曲率半径，

k：锥度系数，

A到D：非球面系数，

x：离开光轴的距离并且

Z(x)：所述非球面表面的下垂程度。

10.根据权利要求2所述的光学拾取头，其中所述全息部分形成为呈现出刻痕状轮廓。

11.一种光盘装置，包括光学拾取头和用于驱动光盘旋转的盘片旋转驱动装置，所述光学拾取头用于在多个光盘上记录信号和/或从所述多个光盘再现信号，所述多个光盘各自具有不同厚度的保护衬底用于保护其记录表面，

其中所述光学拾取头包括：

发射第一波长的光束的第一发射部分；

发射第二波长的光束的第二发射部分；

发射第三波长的光束的第三发射部分；

物镜，所述物镜用于将分别从所述第一到第三发射部分发射的所述第一到第三波长的光束会聚到所述光盘的信号记录表面上；和

布置在所述第一到第三发射部分与所述物镜之间的全息元件，所述全息元件具有两个主要表面，

其中所述全息元件在其所述主要表面之一上设有基准曲面，所述基准曲面是非球面形状，并且在所述基准曲面上形成有全息部分。

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