CN1194241C - 用于光学记录和再生系统的透镜 - Google Patents

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Abstract

用于光学记录和再生系统的透镜，包括：入射面，光源发出的光在此入射；第一反射面，用于全反射通过入射面的光；以及第二反射面，用于再次反射已经在第一反射面上反射的光，第二反射面被制成为椭圆面以将光汇聚到其一个焦点上，第一反射面和第二反射面涂覆有反光材料。有可能构建尺寸和重量都很小的光学系统，从而只使用一个聚焦透镜而无需物镜就可以进行信息记录和再生。因此，可以提供高度显著减小了的超薄光学记录和再生系统。另外，因为激光头部分的重量可以减小，而且光源的入射光瞳可以很小，所以驱动单元和整个系统的功耗可以大为减小。

Description

用于光学记录和再生系统的透镜
技术领域
本发明涉及用于光学记录和再生系统的光学系统，特别是涉及能减小透镜的厚度和体积、并且能够进行超高密度信息记录的用于光学记录和再生系统的光学系统。
背景技术
为了使光学记录介质或光磁记录介质具有高密度记录容量，比特(或记录标记)的尺寸应该很小，记录轨宽度应该变窄。
但是，由于在记录介质的记录膜上形成比特时，聚焦到记录介质上的光点尺寸受到衍射极限的限制，所以提高记录密度受到了限制。
从海量信息记录的方展趋势来看，现有的光学记录/再生方法的这种局限性需要一种新的光学记录/再生方法去克服。
近来，对利用近场进行的近场记录/再生进行了越来越多的研究，因为它有望显著地提高记录容量。
近场光学记录和再生基于以下原理。
一束光以大于临界角的角度入射到透镜中，当它从折射率高的部分进入折射率低的部分时，光发生全反射。
这时，由于全反射，在透镜表面存在无穷小强度的光，这叫作渐消失波或者耗散波。利用这种渐消失波可以获得高分辨率，由于现有的远场中光的的衍射现象所造成的分辨率绝对极限，即衍射极限，这样的分辨率曾经是不可能的。
在近场光学记录和再生光学系统中，光在透镜中发生全反射从而在透镜表面产生渐消失波，通过渐消失波和记录介质的耦合可以进行记录和再生。
图1显示的是近场光学记录系统10的透视图。
光盘11(记录介质)的中心部分被装卡在平台18中的主轴电机(未示出)上而可以旋转，记录和再生单元也安装在这个部位。
在光盘的上表面，浮动激光头滑块12由悬臂14支撑，悬臂的一侧与拾取单元17相连。
在拾取单元的下部装有音圈电机(VCM)16，从而拾取单元能在一定的角度范围内旋转。
同时，拾取单元还支撑着固定臂13，在固定臂末端安装着棱镜15。
由拾取单元的光源(未示出)发出的光在棱镜处改变其光路，从而经过安装在激光头滑块上的透镜(未示出)，最后入射到光盘表面。
根据入射光和光盘表面之间的交互作用，可以记录或再生光信息。
图2显示的是安装在图1所示系统中激光头滑块上的光学系统的放大示意图。
该光学系统由一个半球形实心浸没透镜(SIL)22和一个第一聚光透镜21组成。
SIL是半球形的，其上部为球形，下表面为平面，并被安装为SIL的平面部分的中心与第一聚光透镜的焦点对应。
这样就可以使入射到第一聚光透镜中的光24发生折射而聚集到SIL的下平面部分的中心。
如图2所示，为了利用SIL在光盘上记录数据(比特)，SIL和记录介质23的表面之间的间距非常小，例如，10～70nm的间距。
这样就会发生光学近场现象，光的一部分能量先被聚集到SIL的下表面，然后被传递到记录介质上。由于近场现象，使得向或从记录介质上记录或再生数据成为了可能。
比如说，从SIL传递来的能量加热记录介质表面的一部分，使该部分产生局部相变。由于相变而在记录介质的表面上形成比特。也就是说，信息被记录下来。
在读取信息的时候利用了不同相变部位有不同折射率这一特性。强度比用于记录的光低的光经过SIL而入射，这束光在记录介质表面发生反射，然后穿过SIL，其强度被光传感器检测到。这样，因为折射率根据记录介质上比特的存在与否而不同，从而可以读取数据。
虽然使用SIL的常规光学系统具有克服了光衍射极限和可以减小光点的优点，但是它还存在以下的问题。
通常，在光学透镜中会发生色差(aberration)现象，即光不能聚焦到一点上。色差具有随透镜放大倍率的提高而增大的特性。
由于使用SIL的光学系统需要很大的放大倍率的第一聚光透镜，因而第一聚光透镜的色差很大地降低了光学系统第一次聚光的性能。
另外，由于使用SIL的数据记录和再生透镜需要第一聚光透镜，所以设备的体积变大并变得复杂，难以将整个的数据记录单元和第一聚光透镜装配在一起。
特别地，因为在减小装有透镜的激光头滑块的高度时有一定的限制，所以难以制造能安装在移动设备上的超薄型光学记录和再生系统。
发明内容
因此，本发明的一个目的是通过减小光学系统的体积和厚度而使光学系统和整个系统的组装变得容易，从而提供一种超薄的记录和再生系统。
本发明的另一个目的是提供一种仅使用聚焦透镜而不用聚光透镜就能够记录和再生信息的用于光学记录系统的光学系统。
为了实现这些和其它的优点，根据本发明的目的，正如在此作为实施例并加以详细叙述的，提供了一种用于光学记录和再生系统的透镜，包括：入射面，从光源发出的光在此入射；第一反射面，用于全反射穿过入射面的光；第二反射面，用于再次反射被第一反射面反射的光，第二反射面被形成为椭圆面以将光会聚到其一个焦点上，并且第一反射面和第二反射面涂覆有反光材料。
入射光束被会聚到椭圆面的一个焦点上，这个焦点可以位于第一反射面上。另外，可以确定这个焦点的位置使入射光束会聚到比第一反射面低的部位。
由下面的本发明详细说明，结合附图，可以更清楚地理解本发明前述的和其它的目的、特征、方面和优点。
附图说明
附图帮助更好地理解本发明，并在此结合构成本申请的一部分，附图说明本发明的实施例并和说明书一起解释本发明的原理，附图中：
图1是根据现有技术的近场光学记录系统的透视图；
图2是安装在图1中根据现有技术的近场光学记录系统的激光头滑块上的光学系统的放大示意图；
图3A是显示椭圆面几何特性的示意图；
图3B是显示本发明原理的示意图；
图4A是显示根据本发明第一个实施例的具有椭圆面的光学透镜的截面图；
图4B显示的是根据本发明第二个实施例的在焦点处形成有凸台的透镜；
图5显示的是根据本发明第三个实施例的具有凸的入射面的透镜；
图6显示的是根据本发明第四个实施例的具有凹的入射面的透镜；
图7显示的是根据本发明第五个实施例的在入射面上形成有全息图的透镜；
图8是显示具有根据本发明优选实施例的透镜的光学记录系统的示意图。
优选实施例说明
以下对附图中显示的本发明优选实施例进行详细的说明。
图3A是显示本发明原理的示意图。
椭圆面是由到两个点的距离之和相等的点的轨迹所确定的。由于椭圆面的几何特性，如果图3A所示的经过焦点(a)的直线从椭圆面反射，则它经过另一个焦点(b)。
利用这个特性，本发明提供了一种具有反射面的透镜，其中的一个反射面是椭圆面。
参照图3B，椭圆面在通过焦点(b)的参考线(y)处被分割，同时也校对并显示了通过关于参考线(y)与焦点(a)对称的点(a’)的光路。
如果在分割面(S2)和椭圆面(S3)上涂覆有反光材料，则通过对称点(a’)的光被分割面(S2)反射并入射到椭圆面(S3)，而后又从椭圆面反射并会聚到位于分割面上的椭圆面的焦点(b)上。
标号(S1)对应于光的入射部位。有必要根据入射光束在椭圆面内的折射角度来改变入射部位的形状。
通过对称于椭圆面一个焦点的点的光从分割面和椭圆面反射，并以很小的偏差会聚到椭圆面的另一个焦点上，从理论上说这个偏差接近于零。
图4A是显示根据本发明第一个实施例的具有椭圆面的光学透镜的截面图。
如图4A所示，透镜的焦点(P)所在的面与底面齐平。
实际上，在光学记录系统中，透镜最好用这种方式安装在激光头上，因为光源发出的光可以水平地入射到透镜的入射部位。
透镜的一个面被形成为入射面，光在此入射，透镜的下表面是第一反射面(S2)，入射光从这里反射，透镜的上表面对应于第二反射面(S3)，这是个椭圆面。
椭圆面的焦点是第一反射面一侧上的点’P’，入射到透镜的光穿过椭圆面与另一个焦点对称的点和第一反射面。
第一反射面和第二发射面涂覆有反光材料，从而入射光束可以顺利地反射。
在本发明中，只用一个聚焦透镜而无需物镜就可以形成具有很小光点的光束。
另外，透镜的高度(H)非常低，优选的是，它可以制造为具有0.3mm以下的厚度，从而实现具有光学记录系统的超薄型系统，该系统的总体厚度得以相当程度的减小。
除此之外，本发明的透镜可以使光直接入射到入射部位，而不需要棱镜之类的转换单元来改变路径从而使光从光源入射到透镜的入射部位，所以安装透镜的激光头部分的高度和重量可以减小，相应地，驱动激光头部分的驱动单元的负荷也可以减小。
图4B显示的是根据本发明第二个实施例的在焦点处形成有凸台的透镜。
形成凸台可以防止对记录和再生的不良影响，因为光学相互作用发生在透镜底面上焦点之外的部分和记录介质之间，同时凸台也防止了杂质影响透镜和记录介质间的光学相互作用。
构成凸台的材料应该是透明材料，以便于传导光，优选地，凸台的尺寸为0.1～100nm，这样就不会给信息的记录和再生带来麻烦。
通过在焦点部位进行小孔涂覆(aperture coating)，聚焦光点的尺寸可以更为减小。
图5到图7显示了本发明不同的实施例，其中透镜的入射面形成在和椭圆面的不同焦点(图3B中的’a’)的对称点相同的位置上。
图5显示的是根据本发明第三个实施例的具有凸的入射面的透镜，图6显示的是根据本发明第四个实施例的具有凹的入射面的透镜。
与图4A的实施例相比，透镜的入射面相对较小，这样，由光源产生的入射光瞳可以很小。
另外，如果入射面是凸的或者凹的，则当光进入透镜的时候，它可以更加发散或者聚集地会聚，所以根据透镜的使用目的可以在设计中作出多种改进。
图7显示的是根据本发明第五个实施例的在入射面(S1)上形成有全息图(hologram)的透镜。
如图7所示，在透镜的入射面s1上形成有全息图。
形成在透镜入射面上的全息图使衍射角和断口色差(fractureaberration)可以得到控制，所以容许误差可以更大，在这个方面，这种全息图是有利的。
图8是显示具有根据本发明优选实施例的透镜的光学记录和再生系统的结构的示意图。
光源31发出的光通过准直透镜32之后被转换成平行光束，经过分光镜33之后到达聚焦透镜37。
转向到聚焦透镜的光和被电机39转动的记录介质38的表面发生光磁作用，从而记录或再生信息。
而信息的再生是以这样的方式实现的：光从记录介质38反射后通过聚焦透镜37，到达分光镜33，被分离到不同于入射光束的方向上，经过准直透镜34后被光感单元35检测到。
在图8中，聚焦透镜37被描绘的很大，而实际上它很小并且被安装在系统的激光头部位(未示出)上。
因为透镜的尺寸和重量都很小，所以在系统中透镜的伺服也很容易，而且本发明的透镜既可以适用于整体型拾取器，也可以适用于分离型拾取器。
另外，为了安装透镜，可以原样地使用硬盘的激光头，从而可以减小存取时间。
如上所述，本发明的用于光学记录和再生系统的透镜具有如下优点。
举例来说，有可能构建尺寸和重量非常小的光学系统，从而只用一个聚焦透镜而无需物镜就可以进行信息的记录和再生。
因此，可以提供重量大为减轻的超薄光学记录和再生系统。
另外，因为激光头部分的重量可以减轻，并且光源的入射光瞳可以很小，所以驱动单元和整个系统的功耗可以大大减小。
因为在不脱离其要旨或本质特征的情况上，本发明可以按照不同的形式实施，所以除非特别说明，前面描述的任何细节并不构成对上述实施例的限制，而应该在所附权利要求书限定的要旨和范围内进行广义的解释，因此落入权利要求书的范围，或者这些范围的等同物之内的变化和改进都应被视为包含在所附的权利要求内。

Claims (9)

1.一种用于光学记录和再生系统的透镜，包括：
入射面，光源发出的光在此入射；
第一反射面，用于全反射通过入射面的光；以及
第二反射面，用于再次反射已经在所述第一反射面上反射的光，所述第二反射面被制成为椭圆面以将光会聚到其一个焦点上，所述第一反射面和第二反射面涂覆有反光材料。
2.根据权利要求1所述的透镜，其中所述一个焦点位于所述第一反射面上。
3.根据权利要求2所述的透镜，其中在所述第一反射面的所述焦点部位形成有一个凸台。
4.根据权利要求3所述的透镜，其中所述凸台的尺寸为0.1～100nm。
5.根据权利要求1所述的透镜，其中关于所述第一反射面与所述第二反射面的另一个焦点对称的点位于所述入射面上。
6.根据权利要求5所述的透镜，其中所述入射面是凸的。
7.根据权利要求5所述的透镜，其中所述入射面是凹的。
8.根据权利要求5所述的透镜，其中在所述入射面上形成有全息图。
9.根据权利要求1所述的透镜，其中所述一个焦点位于所述第一反射面之下。
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