CN1196953C - 光强分布变换器和光学数据存储装置 - Google Patents

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Abstract

一种光强分布变换器由透明的主体构成，它有第一弯曲表面，第二弯曲表面，和在第一和第二弯曲表面之间延伸的外环表面。第一和第二表面中的一个具有凹表面的形状，而另一个在其同心区附近具有凸表面的形状。发散光入射到第一弯曲表面上。从第一弯曲表面入射到主体中的光其光强分布不同于从第二弯曲表面自主体出射光的分布。光强分布变换器可以用作光学数据存储装置中的准直透镜或物镜。

Description

光强分布变换器和光学数据存储装置
技术领域
本发明涉及一种光强分布变换器，它对输入光的强度分布进行变换，并输出变换后的光，还涉及采用该器件的光学数据存储装置。
背景技术
光学数据存储装置的光学系统包括，光源，准直透镜，和物镜。在这样的系统中，光斑的直径要很小以提高光盘装置的密度，并需要增大光量来提高传导速度。
为了减小传统光学系统中的光斑直径，曾尝试加大物镜的数值孔径NA或减小激光波长。但是，加大物镜数值孔径NA将会增加象差。减小激光波长依赖于激光光源的改进，而不能通过改进光盘装置来实现。而且，光量只能通过提高激光功率来增加。
按照光学理论，已知在会聚成一个光锥时，具有均匀光强分布的光锥可以形成比高斯光强分布的光锥更小的光斑直径，而且接近衍射极限。对应相同NA的物镜而言，这种效应等效于用波长比所用激光波长短几十nm的激光产生光斑直径。
一般地，由于光锥波前的光强呈高斯分布，所以入射光通过的物镜孔径将受到限制。因此，人们曾尝试过这样的方案，仅让其光强分布被视为近似均匀的近轴光束部分入射到物镜上，以减小光斑直径。按照这种方案，孔径直径外的光当然没有用，因而光源的利用率降低了。如果为了提高光利用率而扩大所用孔径的直径以覆盖光强分布不均匀的光，则光斑直径会比光强分布均匀时的要大。如可从上文理解的，光强的均匀性与光量损耗的降低是不相容的。
在本发明之前申请的日本专利申请10-57003中提出了一种光强分布变换器，它将具有高斯光强分布的准直光变换成具有均匀光强分布的准直光。这种光强分布变换器可以放置在光盘装置中的准直透镜与物镜之间，而光盘装置包括激光光源，准直透镜，和物镜。该物镜接收具有均匀光强分布的的平行光束，以得到较小的光斑直径。但是，该光强分布变换器是光盘装置的一个附加元件。
日本未批准的专利申请公开63-188115公开了一种光束形成光学装置，其中可以用两个透镜将具有高斯光强分布的光变换成光强均匀分布的光。在此现有技术中，两个透镜的构成方式不满足正弦条件。但是，这要求小的加工公差。所以，为了减小公差，两个透镜之一被设计成不满足正弦条件，而另一个透镜被设计成满足正弦条件。在这种用球差变换光强分布的解决方案中，不可避免地要产生波前象差，因此该光学器件不能作为一个小的光学元件用于光盘等装置中。
发明内容
本发明的目的是提供一种光强变换器，它可以将给定的光强分布变换成所需的分布，以使波前象差和光斑直径均可以减小，还提供了一种采用该光强分布变换器的光学数据存储装置。
根据本发明的一个方面，提供了一种光强分布变换设备，包括：具有中心轴的主体；相对于该中心轴横向延伸的第一弯曲表面；相对于该中心轴横向延伸的第二弯曲表面；和在第一和第二弯曲表面之间延伸的外环表面；其中所述第一和第二弯曲表面中的一个在其中心部分附近具有凹表面的形状，而另一个在其中心部分附近具有凸表面的形状，由于在光通过所述第一弯曲表面投射向第二弯曲表面时引起的折射作用，使得入射光的光强分布不同于出射光的光强分布，所述入射光和出射光中至少之一是发散或会聚的光。
根据本发明的另一个方面，提供了一种光强分布变换设备，包括：具有中心轴的主体；相对于该中心轴横向延伸的第一弯曲表面；相对于该中心轴横向延伸的第二弯曲表面；和在第一和第二弯曲表面之间延伸的外环表面，其中所述第一和第二弯曲表面中的一个在其中心部分附近具有凹表面的形状，由于光通过所述第一和第二弯曲表面而引起的光折射作用，使得入射光的光强分布不同于出射光的分布；以及其中将具有高斯光强分布的发散光变换成光强分布为中心部分光强较低而外围部分光强较高的平行光，或者将具有高斯光强分布的平行光变换成光强分布为中心部分光强较低而外围部分光强较高的会聚光。
根据本发明的再一个方面，提供了一种光学数据存储装置，包括：光源，准直透镜，和物镜，所述准直透镜和所述物镜中的至少一个作为一个光强分布变换设备，所述光强分布变换设备包括：具有中心轴的主体；相对于该中心轴横向延伸的第一弯曲表面；相对于该中心轴横向延伸的第二弯曲表面；和在第一和第二弯曲表面之间延伸的外环表面；其中所述第一和第二弯曲表面中的一个在其中心部分附近具有凹表面的形状，而另一个在其中心部分附近具有凸表面的形状，由于在光通过所述第一弯曲表面投射向第二弯曲表面时引起的折射作用，使得入射光的光强分布不同于出射光的光强分布，所述入射光和出射光中至少之一是发散或会聚的光。
用该光强分布变换器，可以从高斯光强分布的入射光得到光强均匀分布的出射光。在根据本发明的光学数据存储装置中，上述光强分布变换器被用作一个准直透镜和/或物镜。例如，若光强分布变换器用作光盘装置的准直透镜，则该装置的物镜接收具有均匀光强分布的光，以便得到更小的光斑直径。若光强分布变换器用作光学存储装置的物镜，则该物镜具有变换光强分布和会聚光的作用。
附图说明
从下文参考附图对优选实施例的说明中，本发明将更为清楚，其中：
图1是根据本发明第一实施例光强分布变换器的剖面图；
图2是与图1所示光强分布变换器相类似的光强分布变换器的视图，并表示了一组从其中穿过的光路；
图3是表示确定光强分布变换器中第一第二弯曲表面形状的示意图；
图4是表示光强分布变换器中第一第二弯曲表面形状的示意图；
图5是表示图4中第一第二弯曲表面倾斜角的示意图
图6A和6B是表示透镜正弦定律的示意图
图7是表示包含图1和2所示光强分布变换器的光盘装置实例的示意图；
图8是表示另一个包含光强分布变换器的光盘装置实例的示意图；
图9A至9C是表示光强分布变换器改型实例的示意图；
图10A至10C是表示光强分布变换器改型实例的示意图；
图11A和11B是表示光强分布变换器改型实例的示意图；
图12A至12C表示了光强分布变换器改型的实例；
图13A和13B是表示在x轴和y轴方向具有不同特性的光强分布实例的示意图；
图14A至14C是表示不同光强分布实例的示意图；
图15是表示光强分布变换器一个改型实例的示意图；
图16是表示光强分布变换器一个改型实例的示意图；
图17是表示光盘装置一个改型实例的示意图；
图18A和18B是表示光盘装置改型实例的示意图；
图19是表示光盘装置一个改型实例的示意图；
图20是表示包含有光强分布变换器的发光装置的一个示意图。
具体实施方式
下文将说明本发明的优选实施例。图1是根据本发明第一实施例光强分布变换器10的剖面图；而图2表示了与图1所示光强分布变换器10相类似的光强分布变换器10，以及一组从其中穿过的光路。
在图1和2中，光强分布变换器10包括具有中心轴12的透明主体14。主体14由透明材料构成，如具有各向同性折射率的玻璃。主体14具有相对于中心轴12横向延伸的第一弯曲表面16，位于第一弯曲表面16相反一侧且相对于中心轴12横向延伸的第二弯曲表面18，以及在第一弯曲表面16与第二弯曲表面18之间延伸的外环表面20。
在图1和2中，点A代表一个辐射点，点B代表第一弯曲表面16上的一个入射光点，而点C代表第二弯曲表面18上的一个出射光点。在这些图中，穿过A点的z轴定义了光轴方向，而y轴和x轴分别与平行于和垂直于图面的方向对应。T表示光强分布变换器10沿光轴方向的厚度，L表示光强分布变换器10中具体光路的长度。点A可以是一个激光器，它能发射出具有关于z轴旋转对称的高斯光强分布22的发散光。光强分布变换器10是一个具有关于z轴旋转对称形状的光学器件，且折射率为n。在图2中，折射率为n′的平板26垂直于z轴地放置在点A与光强分布变换器10之间。平板26可以作为激光器的玻璃罩。
第一弯曲表面16由空心圆形(shallow rounded)凹表面限定，而第二弯曲表面18由大体为圆形的凸表面限定。在主体14的中心处，第一和第二弯曲表面16和18的倾斜角是0，且随着测量点从主体中心逐渐移向其径向外部而逐渐增加，并达到某些值再逐渐减小。即，第一和第二弯曲表面在其倾斜角上具有拐点。(见下文将要讨论的图5)
在光强分布变换器10中，由于第一弯曲表面16和第二弯曲表面18上所引起的光折射，从其中出射的光强分布不同于入射到其上的光强分布。在该实施例中，具有高斯光强分布22的发散光从第一弯曲表面16入射到主体14中，并穿过主体14。光在第二弯曲表面18从主体14中射出，成为具有均匀光强分布24的平行光。
第二弯曲表面18的倾斜角是这样确定的：从C点射出主体的光线与z轴平行。从发射点A到表面28小光路的光路长度是彼此相同的，该表面28垂直于z轴且超过C点的平面上。因此，该光强分布变换器10不仅变换A点处的光强分布，而且还作为准直透镜用。
Wa代表光强分布变换器10上入射光的孔径直径，而Wb代表其出射光的孔径直径。用θ表示A点对入射孔径直径Wa的张角。在设计光强分布变换器10时，要求得到入射孔径直径Wa之内(发射角之内)具有高斯光强分布22的发散光总光强Q。由于入射光的总光强等于发射光的总光强，并由于发射光具有均匀的光强分布，所以我们有下述公式，其中I0代表发射光的光强。
Q＝I0×π(Wb/2)2
换句话说，发射光强I0可以通过入射孔径直径Wa内的总光强除以所需发射孔径面积而得到。均匀的光强分布可使光利用率最大。
下文将说明第一和第二弯曲表面16和18的设计。对于入射光，通过发射角θ除以k而得θ/k，可得到具有同一中心的同心区ΔI1，ΔI2，～ΔIk的光强Q1，Q2，～Qk。然后，对发射光，可得到具有同一中心且分别具有Q1，Q2，～Qk相同光强的同心区ΔO1，ΔO2，～ΔOk。因此，从等式Qk＝I0×π(r2 k-r2 k-1)得到对应于入射光区域ΔIk的发射光区域ΔOk半径rk。
图3是图1和2的局部放大图。在图3中略去了图2中的平板26。应该清楚，如果有该平板，可以进行同考虑平板26一样的下述计算。首先，根据所存储的数据和检验标准，设定发射点A与光强分布变换器10之间的距离F，和光强分布变换器10的厚度T。从发射点A划出与中心轴12成角度θ/k的直线30，直线30与在F点垂直于中心轴12的线段32的交点定义为B1。在F+T距离处垂直于中心轴12的线段34与对应于半径r1的直线36的交点定义为C1。划出连接点B1与点C1的线段38。
第一弯曲表面16通过点B1的微小部分的倾斜角161这样确定，使线段30对应于输入光光路而使线段38对应于折射光光路。然后，第二弯曲表面18通过点C1的微小部分的倾斜角181这样确定，使输入光光路对应于线段38，而使折射光光路对应于线段36且平行于中心轴线12。
接下来，按与前述计算相同的方法，从点A划出与中心轴12成角度2θ/k的直线40，并划出分别对应于r1+r2的线段42，由此确定点B2和点C2。然后划出连接点B2与点C2的线段44。于是，确定出第一弯曲表面16通过点B2的微小部分的倾斜角162，和第二弯曲表面18通过点C2的微小部分的倾斜角182。这里应注意，点B2不一定总是位于线段32上，而应该位于可平滑连接倾斜角161和倾斜角162的位置。类似地，点C2这样确定，使倾斜角181和倾斜角182可平滑地连接。然后，第一弯曲表面和第二弯曲表面可以通过重复上述计算而确定下来。
可以根据对于具有不同发射角的光束的光路长度相同(到垂直于z轴的表面)的条件，发射光被准直的点C处的倾斜角，和B与C侧平滑连接的弯曲表面计算出发射点A与光强分布变换器10之间的距离F和预定的厚度T。为了更好地符合所需的条件，可以改变所得的距离F和厚度T进行计算。
所得的结果用举例的方式将每个微小发射角的光路表示在图2中。在第二弯曲表面18的出射端，光轴附近的中心光束间的距离大，而外围光束间的距离小。光强分布变换器10的形状可根据发射点A与器件10之间的距离F、器件的厚度T、和发射孔径直径Wb而明显地改变。这将在下文参考附图9至12进行说明。
图4表示了图2所示光强分布变换器10中的第一和第二弯曲表面16和18的形状。半径代表x轴或y轴方向上的位置。在图5中，表示出图4中第一和第二弯曲表面16和18的倾斜角。这些图表明，第一弯曲表面16的倾斜角具有拐点P，而第二弯曲表面的倾斜角具有拐点Q。而且，拐点P和Q在图4中表示在点P和点Q。在接收发散光而发出会聚光并变换光强分布的光强分布变换器10中，第一和第二弯曲表面16和18的倾斜角分别具有拐点P和Q。在下文所述实施例中，第一和第二弯曲表面具有倾斜角拐点。在本发明的另一种方案中，主体14可以是具有折射率分布形式的，而非具有倾斜角拐点的表面构造。
图6A和6B表示了透镜的正弦定律。在图6A中，z轴代表光轴方向。从z轴上点A以角θ0发出的光，从点B进入元件46。该光发生折射，弯曲并以距离L透过元件46，然后在点C再次折射和弯曲并从该处发射出去。而后，光束以角θ1会聚到z轴上点D。这里，点A是物方焦点，而点D是像方焦点。
如果点A发出的光强分布是关于z轴对称的，则通过连续改变不同角度θ0时发出的光束的横向放大率，所发出光的光强度分布可以变换成不同于入射光的分布。横向放大率β可从下式得到，
β＝(n sinθ0)/(n′sinθ1)
其中n代表光入射到其上的介质的折射率，而n′代表光从其中发出的介质的折射率。按常规制造准直透镜满足正弦条件。在本发明中，可用作准直透镜的光强分布变换器10特意制成不满足正弦条件。
如图6B所示，如果物点在无穷远，从下式可得到焦距f，
f＝h/(n′sinθ1)
其中h表示平行于z轴的入射光的高度。改变象点的h/sinθ1值可得到与入射光光强分布不相同的出射光强分布。在任何情况下，选择距离L和点C和B处的折射角，而且元件的表面是连续的，使得以不同角度从物点发出的光束的物点象点之间光路长度之差不大于瑞利极限值。
本发明的光强分布变换器10可以将给定光强分布变换成选出的连续光强分布，以减小因轴向失准或制造误差如厚度不均匀而产生的波前象差。而且，若器件10具有透镜功能，它可以用作准直透镜，且可减少光学装置中元件的数量。如果光强分布变换器10的主体14具有各向同性的折射率，则该主体可以制成关于光轴对称。由于是靠折射变换光强分布，所以可减少光的吸收或反射损耗。由于光束的光路长度是相同的，所以光斑直径可以减小到衍射极限。
图7表示了包含图1和2所示光强分布变换器10的光盘装置50。该光盘装置50具有激光光源52，准直透镜54，和物镜56。准直透镜54由图1至3所示光强分布变换器10构成。这种方案具有如前所述的优点。通常，激光光源52发出具有高斯光强分布的发散光。由光强分布变换器10构成的准直透镜，将激光光源52发出的激光变换成准直光。然后，物镜56会聚该光并使其以更小的光斑直径和更大的光强入射到光盘58上。
图8表示了包含光强分布变换器10的光盘装置50。该光盘装置50具有激光光源52，准直透镜53，和物镜56。物镜由下文将要讨论的光强分布变换器10构成。物镜56可以用更小的光斑直径和更大的光强扫描光盘58。
图9A至9C表示了图1至3所示光强分布变换器10的改型实施例。这些实例表示出当发射点A到光强分布变换器10的距离F及其厚度T改变时，光强分布变换器10的各种不同形状。图9A至9C表示了当发射点A到光强分布变换器10的距离F改变而其厚度T不变时，光强分布变换器10的形状。平板26的厚度为1mm。光强分布变换器10的形状因发射点A至器件10的距离F的不同而不同。距离F越短，第一和第二弯曲表面16和18的曲率越大。
图10A至10C表示了当厚度T改变而距离F保持不变时，光强分布变换器10的各种形状。平板26的厚度为1mm。光强分布变换器10的形状因光强分布变换器10的厚度的不同而不同。当厚度减小时，第一和第二弯曲表面16和18的曲率增大。图11A和11B表示出当发射点A到光强分布变换器10的距离F及其厚度T保持不变时，其所发出光的孔径直径Wb不同的实例。在这些实例中，F为0.8mm，而T为3.5mm。图11A中的发射光孔径直径Wb1是3mm，而图11B中的同一Wb2为4mm。注意，发射点A发出的入射光孔径直径Wa的半角度α均为18度。而且，在图9和10所示实例中，半角度α均为18度。如前文看到的，由于光强分布变换器10在形状上具有一定的自由度，根据尺寸精度或所用光学系统需要，可得到优化形状的的光强分布变换器10。
图12A至12C表示了光强分布变换器10的不同实例。图12C表示了辐射点A的发射特性。在该实施例中，从A点辐射出去的光具有椭圆光强分布，其中x轴为主轴而y轴为辅轴。如果x轴方向和y轴方向的出射孔径角Wb1和Wb2相等，则图12A所示的光强分布变换器10x轴方向的截面形状将不同于图12B所示的y轴方向的截面形状。于是，可以从具有椭圆光强分布的入射光得到具有圆形均匀光强分布的准直光。
在图13A和13B中，辐射点A的光具有椭圆光强分布的情况下，通过使光强分布变换器10的形状关于z轴旋转对称，x轴方向的光强分布可不同于y轴方向的分布。例如，图13A所示的，当x轴方向光强分布均匀时，y轴方向的分布呈拱形。如图13B所示，当y轴方向光强分布均匀时，x轴方向的分布呈碗形。
图14A至14C表示了各种变换的光强分布实例。在图14A中表示了圆柱形均匀光强分布。图14B表示了圆柱与圆锥组合的光强分布，其中在其中心光强尤其高。图14C表示出圆锥形的光强分布。在本发明中，可得到能发出各种光强分布的光强分布变换器10。
在上述实施例中，光强分布变换器10已经运用于准直型元件，它将波前具有高斯光强分布的发散光变换成具有均匀光强分布的准直光。图15所示的光强分布变换器10是物镜型的元件，它将波前具有高斯光强分布的准直光变换成波前具有均匀光强分布的会聚光。可以按与图1至3相同方法制造的这种类型的光强分布变换器10，可以用作图8所示的物镜56。
在前述实施例中，要确定器件的形状，以使得波前象差小于瑞利极限值。应当清楚，本发明的光强分布变换器可以用于光斑直径未减小到衍射极限的光学系统中。尽管如前所述的光强分布变换器10是由一片构成的，但是可以制造出两片(或更多)元件10a，10b构成的光强分布变换器10，如图16所示。在这种变化中，器件10的总厚度T比较大以限制波前象差，但是每个元件10a(10b)的厚度可以是小的，因此易于制造器件。而且，通过在每个元件10a，10b的一侧形成平面可以减小制造误差，并利用平表面产生的象差减小装配误差。此外，改变元件10a与10b之间的距离，就可以改变光强分布。
图17表示出光盘装置50的一个实施例，它包括：光源52，光强分布变换器10构成的准直透镜54，和物镜56。后者支承在镜座56a中。在本实施例中，物镜56放置在准直透镜54(光强分布变换器10)发出的具有均匀光强分布的准直光之内。所以，既使物镜的位置如56′所示有偏差，孔径直径(Wo)的位置偏差也在器件10所发出光孔径直径Wb之内，具有均匀光强分布的预定强度光总是可以入射到物镜56上。因此，物镜56可以发出预定强度的小光斑直径的光。光学系统装配精度和物镜56驱动搜索精度的要求可大大宽松。
图18A和18B表示出光盘装置50的另一个实施例，它包括：光源52，光强分布变换器10，准直透镜54，和物镜(图中为画出)。在此实施例中，光强分布变换器10放置在光源52与准直透镜54之间，并变换入射光的NA和发散角，改进光强分布。
在图18A中，安排光强分布变换器10，以使得进入光强分布变换器10的发散光按更大的发散角从其中出射。在图18B中，安排光强分布变换器10，以使得进入光强分布变换器10的发散光以较小的发散角出射。
用f代表准直透镜54的焦距。在许多情况下，光源52与准直透镜54之间的距离不能缩短，以提供必要的轴向精度。但是，在图18A和18B所示的方案中，好象缩短了光源52与准直透镜54之间的距离，从而可以提高准直透镜54所接收的光强。因此，可改善利用率和光斑直径。
图19表示光盘装置50的一个实施例，它包括：光源52(辐射点A)，透明平行平板27，准直透镜54(光强分布变换器10)，和物镜(未画出)。在此实施例中，放置在光源52与准直透镜54之间的平行平板27是可以相对于光轴倾斜的。物镜后方象点所产生的波前象差可以通过倾斜该平行平板27而得到校正。
如果辐射点A的正确位置是A0，其平行平板的正确位置是27′，则辐射点A的偏差将增大物镜后方象点的波前象差。为了防止出现这一情况，要根据点A的位置偏差，通过倾斜平行平板27而调节光路长度偏差来校正物镜后方象点产生的波象差。
图20表示出发光装置60的一个实施例，它采用了光源62和光强分布变换器10。在此实施例中，由发光器件，如发光二极管，构成的光源62是二维布置的，而蜂窝式光强分布变换器与发光器件对应地布置。每个光强分布变换器10都接收来自发光器件的发散光，并输出具有均匀光强分布的光。由于许多光强分布变换器布置在一个平面内，所以可以从同一个平面发出具有均匀光强分布的光。因此，发光装置可以用于显示器的背光，并可提高给定方向的照度而没有光强损耗。这样，由于透镜所发散的光不是散射的点分布，而是均匀的光强分布，所以该发光装置可以用在以LED阵列作为发光器件的显微场合。
如上文所作的说明，在本发明中，可将选择的光强分布变换成所需分布的光强分布变换器，可以减小波前象差，并增加光束会聚性和光斑形状的设计自由度。该器件产生强光，并减少光强的损耗。而且，光强分布变换器可用来代替准直发散光的准直透镜，或代替将准直光转换成会聚光的物镜，因此不仅能抑制波前象差，而且可用减小光斑形状同时不增加光学装置的元件数量。

Claims (12)

1.一种光强分布变换设备，包括：
具有中心轴的主体；
相对于该中心轴横向延伸的第一弯曲表面；
相对于该中心轴横向延伸的第二弯曲表面；和
在第一和第二弯曲表面之间延伸的外环表面；
其中所述第一和第二弯曲表面中的一个在其中心部分附近具有凹表面的形状，而另一个在其中心部分附近具有凸表面的形状，由于在光通过所述第一弯曲表面投射向第二弯曲表面时引起的折射作用，使得入射光的光强分布不同于出射光的光强分布，所述入射光和出射光中至少之一是发散或会聚的光。
2.根据权利要求1的光强分布变换设备，其特征在于所述第一弯曲表面和所述第二弯曲表面中的至少一个的曲率具有拐点。
3.根据权利要求1的光强分布变换设备，其特征在于发散光被变换成平行光，其中出射光瞳大于入射光瞳。
4.根据权利要求1的光强分布变换设备，其特征在于具有高斯光强分布的发散光被变换成其光强分布为中心部分光强较低而外围部分光强较高的平行光。
5.根据权利要求1的光强分布变换设备，其特征在于具有高斯光强分布的平行光被变换成其光强分布为中心部分光强较低而外围部分光强较高的会聚光。
6.根据权利要求1的光强分布变换设备，其特征在于所述设备具有其对称轴与入射光光强分布的对称轴相同的截面形状。
7.根据权利要求1的光强分布变换设备，其特征在于所述的第一弯曲表面和所述第二弯曲表面是关于中心轴旋转对称的。
8.根据权利要求1的光强分布变换设备，其特征在于具有第一发散角的发散光转换成具有不同于第一发散角的第二发散角的发散光。
9.一种光强分布变换设备，包括：
具有中心轴的主体；
相对于该中心轴横向延伸的第一弯曲表面；
相对于该中心轴横向延伸的第二弯曲表面；和
在第一和第二弯曲表面之间延伸的外环表面，
其中所述第一和第二弯曲表面中的一个在其中心部分附近具有凹表面的形状，由于光通过所述第一和第二弯曲表面而引起的光折射作用，使得入射光的光强分布不同于出射光的分布；以及
其中将具有高斯光强分布的发散光变换成光强分布为中心部分光强较低而外围部分光强较高的平行光，或者将具有高斯光强分布的平行光变换成光强分布为中心部分光强较低而外围部分光强较高的会聚光。
10.一种光学数据存储装置，包括：光源，准直透镜，和物镜，所述准直透镜和所述物镜中的至少一个作为一个光强分布变换设备，所述光强分布变换设备包括：
具有中心轴的主体；
相对于该中心轴横向延伸的第一弯曲表面；
相对于该中心轴横向延伸的第二弯曲表面；和
在第一和第二弯曲表面之间延伸的外环表面；
其中所述第一和第二弯曲表面中的一个在其中心部分附近具有凹表面的形状，而另一个在其中心部分附近具有凸表面的形状，由于在光通过所述第一弯曲表面投射向第二弯曲表面时引起的折射作用，使得入射光的光强分布不同于出射光的光强分布，所述入射光和出射光中至少之一是发散或会聚的光。
11.根据权利要求10的光学存储装置，其特征在于，还包括放置在所述光源与所述准直透镜之间的透明平板，所述准直透镜被安置成所述光强分布变换设备，所述的透明平板相对于光轴倾斜地放置，以便通过倾斜所述平板来补偿位于物镜后方成象点处的波前象差。
12.根据权利要求10的光学存储装置，其特征在于，所述的准直透镜被安置成所述光强分布变换设备，且从所述光强分布变换设备出射的光的孔径直径不同于物镜的有效孔径。
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