CN1250538A - 反折射光学系统、采用该系统的光拾取器、光盘驱动器和光盘 - Google Patents

反折射光学系统、采用该系统的光拾取器、光盘驱动器和光盘 Download PDF

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Abstract

一种光学聚焦系统,使用从光源发射的光束,该光学聚焦系统包括在光学聚焦系统的一侧上且具有第一曲率半径的折射面,在所述的一侧上围绕折射面并具有与第一曲率半径不同的第二曲率半径的第一反射面,在光学聚焦系统的另一侧上的透明光束聚焦面,和在上述另一侧上且围绕光束聚焦面的第二反射面。折射面折射入射光束,第二反射面朝向第一反射面反射由折射面折射的光束,而第一反射面将从第二反射面反射的激光束聚焦在光束聚焦面上形成聚焦光束点。光学聚焦系统可以用于光拾取器中。光拾取器使用光学聚焦系统,以利用例如由光源发射的激光光束产生用于对记录介质进行记录或读出信息的光束点。光拾取器使用由本发明的光学聚焦系统提供的近场效应,允许记录或读出的高密度。此外,本发明的光学聚焦系统允许使用光束直径小于现有光学聚焦系统所用的激光束直径的光束形成近场。因此,本发明的光拾取器可在有10 Gbit/英寸2或更大的表面记录密度的光盘上记录或读出信息。即使因光盘或光拾取器的移动出现入射光束的倾斜,也可以把信息准确地记录在光盘上或从光盘中读取信息。再有,光学聚焦系统的组装和光学聚焦系统的调整十分简易。

Description

反折射光学系统、采用该系统的光拾取器、 光盘驱动器和光盘
本发明涉及反折射光学系统、采用该光学聚焦系统的光拾取器和光盘驱动器以及数字数据存储介质，在该介质上可记录信息，并可通过光拾取器和光盘驱动器从该介质中读取信息。
已经研究了在光记录和/或重现装置中增加记录容量的各种方法。这些基本方法是降低所使用的光的波长和增大所用物镜的数值孔径(NA)，来降低聚焦光点的尺寸。下面，参照图1说明通过增加数值孔径而降低聚焦光点尺寸的光学聚焦系统。
图1所示的利用近场降低聚焦光点尺寸的光学聚焦系统，包括非球面透镜1和称为实心(solid)浸没透镜的球面透镜2。当光学聚焦系统被用作光盘4的物镜时，滑动器3装载球面透镜2在光盘4的表面上移动，并维持球面透镜2和光盘4之间的距离小于100nm。非球面透镜1折射从光源(未示出)发射的激光束，而球面透镜2将由非球面透镜1折射的激光束聚焦在面对光盘4的表面之内侧。在其上聚焦激光束的球面透镜2的表面形成近场，并由此通过近场将信息记录在光盘4上或从光盘4中读取信息。
在构成球面透镜2的材料的折射率为“n”的情况下，在球面透镜2内，激光束的会聚角(converging angle)变大，而激光的动量被减小。因此，激光束的波长减小到λ/n。数值孔径(NA)也增加至NA/λ。于是在球面透镜2表面内最终形成的光点尺寸正比于NA/λ。结果，利用球面透镜2的介质的折射率“n”可减小光点的尺寸。
但是，图1的光学聚焦系统包括分别制造的非球面透镜1和球面透镜2。因此，难以组装或调节该光学聚焦系统，以致不能获得期望的光学特性。由于光学聚焦系统需要束直径大于或等于3mm的入射激光，所以包括光接收单元在内的所有光学部件的尺寸被扩大。同样，在因光拾取器或旋转光盘的移动倾斜，出现入射光束倾斜，即激光束相对于光盘偏离正常使用角度的情况下，难以正常地记录或再现信号。
此外，目前可获得的激光二极管光源的光的最短波长大约为600nm。
再有，物镜的数值孔径目前约为0.6。因此，在需要0.6或更大数值孔径的情况下，光拾取器的性能对于入射光束的倾斜十分敏感。因此，为了使光记录和/或再现装置商品化，使用现有光学聚焦系统是有困难的。
因此，本发明的第一目的在于提供一种光学聚焦系统，该光学聚焦系统使用新光学系统聚焦光束，从而就入射光束倾斜而言具有良好的性能，且可使光学部件紧凑并减小聚焦光点的尺寸。
本发明的第二目的在于提供一种采用上述光学聚焦系统的光拾取器。
本发明的第三目的在于提供一种制造上述光学聚焦系统的方法。
本发明的第四目的在于提供一种采用上述光学聚焦系统的光盘驱动器。
本发明的第五目的在于提供一种包括读出层的光拾取器，用于放大包括了记录于光盘上的信息的光束。
本发明的第六目的在于提供一种允许更准确地读取所记录的信息的光盘。
为了实现本发明的第一目的，提供利用光束形成聚焦光束点的光学聚焦系统。该光学聚焦系统包括在光学聚焦系统一侧上且具有第一曲率半径的折射面；在所述的一侧围绕折射面并具有与第一曲率半径不同的第二曲率半径的第一反射面；在光学聚焦系统另一侧的透明光束聚焦面；和在所述另一侧并且围绕光束聚焦面的第二反射面，
其中，折射面折射入射光束，第二反射面朝向第一反射面反射由折射面折射的光束，而第一反射面把第二反射面反射的激光束聚焦在光束聚焦面上，成为聚焦光束点。
本发明的第二目的是这样实现的，即提供一种用于光盘的光拾取器，利用聚焦光束点对光盘进行记录和/或从光盘读取信息的光拾取器包括：
光源；
光检测装置；
光头，包括：
在光头一侧上并具有第一曲率半径的折射面；
在所述的一侧上围绕折射面并具有与第一曲率半径不同的第二曲率半径的第一反射面；
在光头另一侧的透明光束聚焦面；和
在所述另一侧上围绕光束聚焦面的第二反射面，
其中，折射面折射入射光束，第二反射面朝向第一反射面反射由折射面折射的光束，而第一反射面把第二反射面反射的激光束聚焦在光束聚焦面上作为聚焦光束点，
光路改变装置，把从光源发射的光束传送至光头的折射面，并把从折射面射出的光束传送至所述光检测装置；和
安装光头的支撑装置，弹性地支撑光头，使该光头在距所述装载光盘之预定距离之内，沿垂直于所述装载的光盘的方向移动。
本发明的第三个目的是这样实现的，即提供一种用于制造光学聚焦系统的方法。该光学聚焦系统利用光束形成聚焦光束点，并包括：在光学聚焦系统的一侧并具有第一曲率半径的折射面，在所述一侧围绕折射面并具有与第一曲率半径不同的第二曲率半径的凸状的第一反射面，在光学聚焦系统另一侧的透明光束聚焦面，和在所述另一侧围绕光束聚焦面的第二反射面，其中，折射面折射入射光束，第二反射面朝向第一反射面反射由折射面折射的光束，而第一反射面把第二反射面反射的激光束聚焦在光束聚焦面上，该制造方法包括以下步骤：
利用初级模板制造用于折射面和第一反射面的模具。
金刚石切割方法被用于制造步骤中，该制造步骤包括以下子步骤：
切割初级模板，产生用于成形第一反射面的第一模具；
在第一模具中形成通孔，在该通孔中插入用于成形折射面的第二模具；和
把第二模具插入形成于第一模具中的通孔中。
再有，本发明提供光盘驱动器，该光盘驱动器利用聚焦光束点进行光盘的记录和/或读取信息，该光盘驱动器包括：
基底；
光源；
反射器；
光检测装置；
光头，包括：
在光头一侧并具有第一曲率半径的折射面；
在所述的一侧上围绕折射面并具有与第一曲率半径不同的第二曲率半径的第一反射面；
在光头另一侧上的透明光束聚焦面；和
在所述另一侧上围绕光束聚焦面的第二反射面，
其中，折射面折射从反射器射入的入射光束，第二反射面朝向第一反射面反射由折射面折射的光束，而第一反射面把第二反射面反射的激光束聚焦在光束聚焦面上成为聚焦光束点，
光路改变装置把光源发射的光束传送至反射器，并把从折射面射出的光束传送至所述光检测装置；和
安装光头的支撑装置，弹性地支撑光头，使光头在距所述装载光盘预定距离之内，沿垂直于所述装载的光盘的方向移动。
还提供利用近场从光盘中读取信息的光拾取器，该光拾取器包括：
光学聚焦系统，产生用来从装载光盘中读取信息的近场；和
附着于面朝所述装载光盘的光学聚焦系统的光学面上的读出层，用于放大包括在所述装载光盘之记录层上记录的信息的反射光束。
另外还提供与使用近场读取信息和光拾取器配合使用的光盘，该光盘包括：
衬底；
涂敷在衬底上的记录层，在该记录层上记录信有息；
涂敷在记录层上的读出层，用于放大包括有在记录层上记录的信息的光束；
涂敷在读出层上的介质层；和
涂敷在介质层上的外涂层。
下面，参照附图说明优选实施例，其中：
图1是说明产生近场的普通光学聚焦系统的视图；
图2是说明本发明优选实施例的光学聚焦系统的视图；
图3A至图3C是说明用于磁光盘的光学聚焦系统的视图，该光学聚焦系统由图2所示的光学聚焦系统改变而成；
图4A至图4C是说明图3A所示的光学聚焦系统的改进的视图，该光学聚焦系统在光盘上形成空气支承；
图5A和图5B是说明图2所示的光学聚焦系统的制造方法的视图；
图6是表示采用图3A所示的光学聚焦系统的光拾取器的光学系统的视图；
图7至图7C是表示图2所示的光学聚焦系统的改进的视图，该系统适于装配在光拾取器中；
图8至图10B表示采用本发明的光学聚焦系统的光盘驱动器的结构；
图11A至图11C是说明在图8至图10B所示的光盘驱动器中使用的弯曲部件的视图。
图12A是说明用图8至图10B所示的光盘驱动器对光盘进行记录或读取信息的光盘的视图；
图12B是表示光学聚焦系统的视图，该光学聚焦系统在近场形成部分的表面上带有读出层，代替图12A所示的带有读出层的光盘；
图13A至图13D是说明本发明的光学聚焦系统的另一改进的视图；和
图14A和图14B是说明本发明另一光盘驱动器的视图。
下面，参照附图说明本发明的优选实施例。参照图2，按照本发明实施例的光学聚焦系统20包括均朝向光源(未示出)设置的折射面201和第一反射面203，和均朝向光盘100设置的光束聚焦面204和第二反射部分205。在光学聚焦系统20中，第一反射面203和第二反射面205有借助涂层等得到的全反射特性。但是，折射面201和光束聚焦面204不进行用反射涂层的处理，并具有透光特性。折射面201和光束聚焦面204包括光学聚焦系统20的光轴。第一反射面203被设置在折射面201外的区域，而第二反射面205被设置在光束聚焦面204外的区域。由光束聚焦面204和第二反射面205组成的光学表面有平面形状或与平面接近的弯曲形状。
球面形状的折射面201是朝向光束聚焦面204凹入的或凹陷的。第一反射面203有非球面的形状。折射面有第一曲率半径，而第一反射面有绝对值大于第一曲率半径的第二曲率半径。按照符号的规定，所有凸面有正的曲率半径，而所有凹面有负的曲率半径。因此，折射面201有带负号的第一曲率半径，而第一反射面203有带负号的第二曲率半径。这样设计光学聚焦系统20，即使折射面201的孔径比光学聚焦系统20的孔径小得多。就是说，该光学聚焦系统被设计为：在位于光源侧的光学聚焦系统20的光学面上，折射面201有比第一反射面203小很多的占有率(occupancy)。再有，这样设计光学聚焦系统，使被第一反射面203反射的大部分激光光束聚焦在光束聚焦面204上。
折射面201以发散形式折射从光源入射的光束。第一反射面203将在被折射部分201折射后由第二反射部分205反射的光束向位于朝向光盘100设置的光学表面的中心上的光束聚焦表面204反射。因此，图2所示的光学聚焦系统20把通过折射部分201入射的大部分光束10在光束聚焦面204上聚焦为光点。结果，在光束聚焦面204上形成产生近场的光束点，用于对光盘100进行记录和/或从其读出信息。第一反射面203反射入射到其表面上的外界光线或环境光线。第二反射面205也反射外界光。
在本实施例中，折射部分201的孔径，即垂直于光束10的纵轴的折射部分201的宽度约为0.8mm。聚焦在光束聚焦面204上的光点尺寸约为0.35μm，并形成称为“渐逝场”的近场。众所周知，近场是在使用的光的一个波长内存在的电磁场。因此，当光盘100的表面处于距光学聚焦系统20的光束聚焦面204为光束10的一个波长距离之内时，通过近场可以在位于光束聚焦面204附近的光盘100的信息记录表面上记录信息或从其读出信息。光束聚焦面204的表面和面向光学聚焦系统20的光盘100表面之间的距离最好小于100nm。
再有，图2的光学聚焦系统20利用仅通过折射部分201入射的光束10。因此，与图1的光学聚焦系统相比，仅用光束直径非常小的光束就可获得期望的光点。所使用的光束10的光束直径最好小于1mm。因此，当光学聚焦系统被用于光拾取器中时，与图1的光学聚焦系统相比，图2的光学聚焦系统20可以减小包括光接收单元的所有光学部件的尺寸。光学聚焦系统20本身也可用于普通的光拾取器中，该光拾取器使用光束直径为3mm的激光束。
图2的上述光学聚焦系统20可用于压槽式(emboss-pit)光盘的光拾取器，以及允许记录和读出的相变(phase-change)式光盘的光拾取器。
下面，为了清楚地进行说明，将与折射面位于相同一侧的反射面定义为“第一反射面”，将与光束聚焦面位于相同一侧的反射面定义为“第二反射面”。
图3A至3C展示的是对图2所示的光学聚焦系统进行修改使其适用于磁光盘的光学聚焦系统。图3A所示的光学聚焦系统30包括聚焦元件31和光束聚焦部分33。光束聚焦部分33形成于光束聚焦系统30上，具有与朝向磁光盘110的光束聚焦系统30之表面相同的光学中心，并且为圆柱形。聚焦元件31包括折射面311、第一反射面313(两者形成朝向光源的光学聚焦系统30的表面)，和形成聚焦元件31的朝向磁光盘110的表面且除去由光束聚焦部分33所占据部分之外的第二反射面315。
光束聚焦部分33的厚度和形状适于在其上附着用于对磁光盘110进行磁记录/读出的电磁线圈。在本实施例中，光束聚焦部分33为圆柱形。这里，近场形成器33的厚度为从聚焦元件31的第二反射面315的表面突出的近场形成器33的高度。第二反射面315具有反射内部或外部入射光的反射特性，并且该反射特性通过金属涂层产生。
折射面311以发散形式折射入射光束10。第二反射面315朝向第一反射面313反射由折射部分311折射的光束。第一反射面313朝向光束聚焦部分33反射从第二反射部分315反射的入射激光。由图3A的光学聚焦系统最后聚焦的光点形成于朝向磁光盘110布置的近场形成器33的聚焦面331上。因此，折射面311和第一反射面313各具有与图2中相应的折射面201和第一反射面203稍有不同的曲率。在这种情况下，折射面311的曲率半径绝对值小于第一反射面313的曲率半径绝对值。象在图2的光学聚焦系统20中朝向光盘100的第二反射面205那样，第二反射面315具有平面或接近平面的曲面。
射向在其上形成光点的聚焦面331的光束量取决于光束聚焦部分33的厚度。近场形成器33的厚度越薄，到达聚焦面331的激光就越多。因此，当第一反射面313截断通过折射面311入射的光束10的30％以下的光束时，光束聚焦部分33的厚度被这样确定，以使第二反射面315不截断光束10的30％以上的光束。
根据对图3A的光学聚焦系统设计而进行的实验之结果，当聚焦元件31和光束聚焦部分33由折射率为1.84的材料构成时，光束聚焦部分33的厚度在约0.1～0.2mm的范围内较好。约为0.13mm更好。当光束聚焦部分33的厚度为0.13mm时，在面朝光盘100的光学面上由近场形成器33的聚焦面331所占据的区域的直径为0.5mm。当设计光束聚焦部分33使其满足上述条件时，光学聚焦系统30具有1.5的数值孔径和0.477mm的焦距，面朝光盘100的光学表面的有效直径为3.4mm，入射激光光束10的束直径为0.78mm。因此，当图3A的光学聚焦系统用于光拾取器时，可按10Gbit/英寸2或以上的表面记录密度将信息记录在磁光盘上或从该磁光盘读取信息。在用其折射率为1.58的材料制造光束聚焦部分33的情况下，可设计聚焦元件31，使其数值孔径为1.1。
图3B表示由图3A中所示的光学聚焦系统30改变而成的光学聚焦系统40。图3B的光学聚焦系统40被制备成单个光学元件，并具有位于朝向光源(未示出)的光学面中且朝向光源呈凸形的折射面401。折射面401的曲率半径绝对值小于第一反射面403的曲率半径绝对值。按照符号规则，折射面401的曲率半径具有负号。折射面401以会聚形式折射入射光束10，从而在光学聚焦系统40内形成焦点FP。具有平面形状或接近于平面的曲面形状的第二反射面405朝向第一反射面403反射由折射面401折射的光束。第一反射面403朝向具有圆板形状的光束聚焦部分41反射从第二反射面405入射的光束。图3B所示的光学聚焦系统40具有大体与图3A的光学聚焦系统相同的结构，只是折射面401朝向图3A的折射面311的相对一侧凸出。因此，从第一反射面403入射的光束在光束聚焦部分41的聚焦面411上被聚焦为光点。
图3C示出图3A中所示的光学聚焦系统30的另一个变形例。图3C中所示的光学聚焦系统50包括聚焦元件51和光束聚焦部分53。聚焦元件51包括为凹形或凹入形状的折射面511、非球面形状的第一反射面513、和具有平面形状或接近平面的曲面形状的第二反射面515。以令光束聚焦部分53在光学聚焦系统51的光轴上对中的方式，将光束聚焦部分53形成在聚焦元件51的朝向磁光盘110的表面上。光束聚焦部分53具有圆柱形，其光轴与聚焦元件51的光轴重合，并且其面对折射部分511的表面是凸的。光束聚焦部分53的表面531是聚焦面，在其上将入射光束10聚焦为最后的光点。折射面511以发散形式折射入射光。朝向磁光盘110设置的第二反射面515朝向第一反射面513反射由折射面511折射的光束。第一反射面513将由第二反射面515反射的光束聚焦在光束聚焦部分53的聚焦面531上。结果，由聚焦在聚焦面531上的光点形成近场。
光束聚焦部分53被设计成具有比聚焦元件51更高的折射率。因而由光束聚焦部分53再次会聚入射到光束聚焦部分53的光束。例如，聚焦元件51由通常的折射率约为1.55的一般光学玻璃制成。光束聚焦部分53由折射率约为3的GaAs制成。因此，形成于聚焦面531上的光点尺寸为由图3A的光学聚焦系统形成的光点尺寸的一半。
图3A至3C所示的光学聚焦系统可用于压槽式光盘、相变式光盘和磁光盘。
图4A至4C表示采用按照本发明的光学聚焦系统的光头(optical head)。
图4A表示光头60，其中代替图3A的光束聚焦部分33，在朝向光盘110的聚焦元件31的表面上附着滑动器(slider)65。通过粘结剂将折射率小于聚焦元件31的折射率的滑动器65粘接于聚焦元件31的光盘表面上。滑动器65包括相对磁光盘110的旋转运动位于滑动器65的较前部分的突起651，和具有与聚焦元件31相同的光轴的光束聚焦部分653。光束10由聚焦元件31聚焦于朝向光盘设置的光束聚焦部分653的表面上，并由此从光束聚焦部分653的表面产生近场。当旋转磁光盘110时突起651构成在滑动器65与磁光盘110之间的气体支承。
图4B表示将图3A所示的光学聚焦系统30改变为包括聚焦元件71和滑动器75A的光头70A。聚焦元件71和滑动器75A由具有相同折射率的材料构成，并用与聚焦元件71和滑动器75A有相同折射率的粘结剂将它们彼此粘结在一起。在图4B中，参考标号711表示折射面，713表示第一反射面，715表示第二折射面，751A表示突起，和753表示光束聚焦面。
图4C表示包括形状与图4B所示滑动器75A不同的滑动器75B的光头70B。图4C中所示的元件具有与图4B中所示的相同标号元件大体相同的形状和功能。滑动器75B有用于施加电磁线圈的凹槽，电磁线圈用于在磁光盘110上记录信息。
图5A是说明光学聚焦系统或聚焦元件的制造方法的图。为了清楚地进行说明，以图2所示的光学聚焦系统的制造方法为例进行说明。用模制形成图2所示光学聚焦系统20的形状。为了形成光学聚焦系统20，使用模具151和155构成的上模和下模157。为了制造上模，切割厚度足以成形折射面201和第一反射面203的初级模板，制造用于形成第一反射面203的模具。接着，对该模具加工插入模具155的通孔153，从而完成模具151的制造。此时，用金刚石切割制造用于形成第一反射面203之表面的模具151的内表面。用于形成折射面201的模具155是单独制造的。
一旦制造好模具151和155，则将模具153插入模具151的通孔153中，形成完整的上模。当用该方法制备上模时，折射面201与第一反射面203相交的部位并不是圆的。因此，允许上模仅用金刚石切割来制造。然后，上模和下模157组装为模具组件，随后将该模具组件用于将具有预定折射率的介质模制为光学聚焦系统20。当利用模具组件模制出光学聚焦系统20的形状时，涂敷光学聚焦系统20的表面，使第一反射面203和第二反射面205具有反射特性而使折射面201具有折射特性，并且使光束聚焦面204具有透光特性。
图5B说明了与参照图5A进行的描述所不同的上模制造方法。图5B中所示的上模用于形成光学聚焦系统20的折射面201和第一反射面，并用金刚石切割等来制备。与参照图5A描述的步骤相同的步骤不再参照图5B进行说明。
图6表示具有普通光学系统并且使用图3A的光学聚集系统30的光拾取器。在图6中，用准直透镜63校准从激光源61发射且其波长约为600nm的光束10，使其与准直透镜63的光轴平行，然后入射到光束分离器65中。光束分离器65朝向反射镜67传送入射激光束，反射镜67这样设置，以使从光束分离器65入射的激光束10朝向光学聚焦系统30的折射面311反射。在光学聚焦系统30中，相对于从反射镜67入射的光束10，折射面311、第一反射面313和第二反射面315以及光束聚焦部分33具有与参照图3A所述相同的光学特性。结果，在聚焦面331上形成光点。由空气支承维持在光学聚焦系统30与光盘110之间的间隔，并使该间隔小于100nm。形成于聚焦面331上的光点产生近场。而近场被盘110的信息记录层改变。包含这种改变的反射光顺序地由反射镜67和光束分离器65反射，然后入射到检测透镜69。检测透镜69将从光束分离器65入射的光束传送到光检测器71的光接收面。
在将图6的光拾取器设计为用于磁光盘的情况下，将单独偏振的光束分离器插入检测透镜69与光检测器71之间，用两个光检测器代替光检测器71。偏振光束分离器将通过检测透镜69传送的光束分离成两个线性偏振分量。分别用两个光检测器检测这两个分量。
图7A至7C是用于说明参照图2至图4C描述的光学聚焦系统具有适于用在光学拾取器中的形状变形例的视图。具体地说，图7A至7C展示由图2的光学聚焦系统20变化而成的光学聚焦系统20a和20b。图7A展示包括突起220的光学聚焦系统20a，图7B展示包括支架230的光学聚焦系统20b，和图7C是从光学聚焦系统20a或20b的上侧观察的投影图。参考标号10表示激光射线。
图7A中所示的突起220形成于光学聚焦系统20a的折射部分与第一反射部分相交的部位，并且具有突向反射镜67a的形状。象突起220那样，图7B中所示的支架230形成于光学聚焦系统20b的折射部分与第一反射部分相交的部位。但是，通过切割在折射部分与第一反射面之间的界面部分，使支架230与反射镜67b接触的表面与垂直于光学聚焦系统光轴的方向平行，形成支架230。在光学聚焦系统20a和20b的光轴方向观察，突起220和支架230具有如图7C所示的圆环状带的形状。
图8和9展示了光盘驱动器的结构，其中具有按照本发明的光学聚焦系统的光拾取器按普通硬盘驱动器构成。图8表示用于压槽式光盘和相变式光盘的光盘驱动器。参考标号80表示基底，参考标号81表示激光二极管，82表示准直透镜，83表示光束分离器，84表示反射镜，85A表示按照本发明的图2的光学聚焦系统，86表示光盘，87表示检测透镜，88表示光检测器，89表示摆动臂，和90表示摆动臂致动器。
图9表示用于压槽式光盘、相变式光盘和磁光盘的光盘驱动器。相同的参考标号表示与图8中相同的元件。参考标号85B表示图3A至3C所示的光学聚焦系统，88A表示用于检测S偏振分量的光检测器，88B表示用于检测P偏振分量的光检测器，和91表示偏振光束分离器。
参照图6已说明了使用按照本发明的光学聚焦系统的光拾取器的光学系统。这样，由于示于图8和9中的光盘驱动器的光学系统和功能对本领域的技术人员来说是显而易见的，因而省略有关图8或9的光盘驱动器的操作的说明。
图10A和10B是展示使用示于图4A至4C中的光头的光盘驱动器的图。参考标号85C表示与图4A至4C中所示相同的光学聚焦系统，89B表示摆动臂，92a表示磁铁，93表示音圈(voice coil)电动机，94表示磁扼，95表示与示于图4A至4C中的滑动器65、75A或75B相同的滑动器，96表示悬置部件，和97表示主轴(spindle)电动机。当磁光盘被用于图10A和10B中所示的光盘驱动器中时，附加提供并使用在图9中示出的光检测器88A和88B和偏振光束分离器91。
图11A至11C是说明将光学聚焦系统85C悬置到图10A或10B中所示的悬置部件96上的弯曲部件98的图。如图11A所示，弯曲部件98包括固定光学聚焦系统85C的固定器981和突起983。如图11B所示，利用悬置部件96将弯曲部件98固定到摆动臂89B上。突起983被用作弯曲部分98运动的枢轴。亦即，突起983允许弯曲部件98以其为中心运动。图11C是展示突起983以及示于图10B中的聚焦元件85C、滑动器95和悬置部件96的放大图。图11C示出了一个用作枢轴的凸起983B形成在固定器981上的实例，这与图11A中示出的弯曲件98的凸起983B不同。
即使因在光盘驱动器的制造中有间隙或其它因素，而使由于光盘旋转产生的气流不均匀，进而造成在滑动器95与光盘之间产生的空气支承不均匀，弯曲部件98也能确保在构成近场的滑动器95的表面200与光盘表面之间的间隔总是保持不变。
图12A表示用于本发明的磁光盘110的层结构。美国专利5202880披露了在记录和/或读取信息中利用近场的近场记录方法的光盘层结构。按照该专利，用于近场记录方法的光盘具有在衬底上顺序涂敷的反射层、第一介质层(dielectric layer)、存储层、第二介质层和外涂层或保护层的层结构。在外涂层的外表面上，放置润滑剂，以便装载光头的滑动器能光滑地滑动而不对光盘的表面有任何损伤。用于本发明的磁光盘还包括设置于具有上述专利所述层结构的光盘的存储层与第二介质层之间且仅放大预定信号的读出层。在“INTERNATIONAL SYMPOSIUM ON OPTICAL MEMORY 1995”的技术汇编(保存在日本Kanazawa市，从1995年8月30日至1995年9月1日)中第27-28页中公开了该读出层。
图12B是示出使用公开于上述美国专利中的光盘并在朝向光盘设置的滑动器95表面上形成读出层和产生近场的视图。
图13A至13D表示按照本发明的光学聚焦系统的另一变形例。图13A至13D中所示的光学聚焦系统是分开地制造具有折射面的光学元件、具有第一和第二反射面的聚焦元件和光束聚焦面的实例。示于图13A中的光学聚焦系统20-1包括具有凹形折射面201-1的平凹光学元件，具有第一反射面203-1、光束聚焦面204-1和第二反射面205-1的聚焦元件。面对平凹光学元件的聚焦元件表面具有平面形状。图13B的光学聚焦系统20-2包括具有凹形折射面201-2的平凹光学元件，具有第一反射面203-2、光束聚焦面204-2和第二反射面205-2的聚焦元件。面对平凹光学元件的图13B的聚焦元件表面为凸形形状。图13C的光学聚焦系统20-3包括具有凸形折射面201-3的平凸光学元件，具有第一反射面203-3、光束聚焦面204-3和第二反射面205-3的聚焦元件。面对平凸光学元件的图13C的聚焦元件表面为平面形状。图13D的光学聚焦系统20-4包括具有凸形折射面201-4的平凸光学元件，具有第一反射面203-4、光束聚焦面204-4和第二反射面205-4的聚焦元件。面对平凸光学元件的图13D的聚焦元件表面为凸形表面。
图14A和14B表示按照本发明的另一光盘驱动器。图14A和14B中所示的光盘驱动器由图10A和10B的光盘驱动器变化而成。在图14的光盘驱动器中，参考标号84A表示反射镜。反射镜84A是电(galvano)镜，用电磁效应进行驱动。反射镜84A用于调整反射镜84A相对于光学聚焦系统85C的折射面的倾斜程度。作为参考，美国专利5748172公开了用电磁效应来驱动微镜阵列。当需要精细的寻迹操作时，致动器90A驱动反射镜84A。反射镜99用未示出的致动器或致动器90A致动，即使在摆动臂89A移动时，仍传送在光束分离器83与反射镜84A之间的光束。反射镜99也是一个电镜。激光二极管81、准直透镜82、光束分离器83、检测透镜87和光检测器88固定在基底80上。
至此，参照产生近场的光学聚焦系统对了本发明进行了描述，但对于本领域的技术人员明显的是，可在远场光学系统中使用本发明的光学聚焦系统。
如上所述，按照本发明的形成近场的光学聚焦系统和使用该系统的光拾取器可减小构成近场的光点尺寸，即使其光束直径小于现有技术的构成近场的光学聚焦系统的激光束直径。因此，按照本发明的光拾取器可对具有10Gbit/英寸2或以上的表面记录密度的光盘进行记录或再现信息。此外，即使因光盘或光拾取器移动，入射光束发生倾斜，也可精确地在光盘上记录信息或再现光盘上的信息。将光学聚焦系统组装到光拾取器中以及所组装的光学系统的调节是非常简易的。此外，按照本发明的光学聚焦系统不仅提供非常优异的角度特性(即场特性)，而且与其它常规光学系统相比(就是说，透镜或反射镜)还增大了数值孔径。因此，光学聚焦系统可用于诸如高密度台阶(stepper)、显微镜等要求这样的场特性的装置中。
尽管在本申请中仅说明了本发明的某些实施例，但显然可对其进行各种修改而不会脱离本发明的精神和范围。

Claims (67)

1.一种利用光束形成聚焦光束点的光学聚焦系统，该光学聚焦系统包括：
在光学聚焦系统一侧上且具有第一曲率半径的折射面；
在所述的一侧上围绕折射面并具有与第一曲率半径不同的第二曲率半径的第一反射面；
在光学聚焦系统另一侧上的透明光束聚焦面；和
在所述另一侧上且围绕光束聚焦面的第二反射面，其中，折射面折射入射光束，第二反射面朝向第一反射面反射由折射面折射的光束，而第一反射面将第二反射面反射的激光束以光束聚焦点的形式聚焦在光束聚焦面上。
2.按照权利要求1的光学聚焦系统，其中，折射面有与光束聚焦面相同的光轴。
3.按照权利要求l的光学聚焦系统，其中，第一曲率半径的绝对值小于第二曲率半径的绝对值。
4.按照权利要求3的光学聚焦系统，其中，折射面具有面对光束聚焦面凹陷的凹面形状。
5.按照权利要求4的光学聚焦系统，其中，折射面与第一反射面接触。
6.按照权利要求4的光学聚焦系统，其中，折射面与第一反射面间分离。
7.按照权利要求3的光学聚焦系统，其中，折射面具有朝向光束聚焦面的相反方向凸出的凸面形状。
8.按照权利要求7的光学聚焦系统，其中，折射面与第一反射面接触。
9.按照权利要求7的光学聚焦系统，其中，折射面与第一反射面间分离。
10.按照权利要求1的光学聚焦系统，其中，第一反射面有非球面形状。
11.按照权利要求1的光学聚焦系统，其中，第一和第二反射面中的每个都遮断外部光。
12.按照权利要求1的光学聚焦系统，其中，相对于光学聚焦系统的孔径来说，折射面的孔径足够小。
13.按照权利要求12的光学聚焦系统，其中，折射面的孔径约小于1mm。
14.按照权利要求13的光学聚焦系统，其中，折射面的孔径约为0.8mm。
15.按照权利要求12的光学聚焦系统，其中，折射面、第一和第二反射面具有这样的形状，即允许光学聚焦系统在光束聚焦面上形成光束点，该光束点具有能产生近场的尺寸。
16.按照权利要求15的光学聚焦系统，其中，光学聚焦系统包括：
包括折射面、第一和第二反射面的聚焦元件；和
包括圆形表面的光束聚焦部分，与第二反射面相比，该圆形表面突出并用作光束聚焦面。
17.按照权利要16的光学聚焦系统，其中，光束聚焦部分有适合附着电磁线圈的形状。
18.按照权利要求16的光学聚焦系统，其中，聚焦元件和光束聚焦部分有约1.84的折射率，从第二反射面凸出的光束聚焦部分的厚度在约0.1至0.2mm的范围内。
19.按照权利要求18的光学聚焦系统，其中，光束聚焦部分的厚度优选0.13mm，光束聚焦面的孔径约0.5mm。
20.按照权利要求15的光学聚焦系统，其中，光学聚焦系统包括：
包括折射面、第一和第二反射面的聚焦元件；和
光束聚焦部分，包括圆形表面，并具有向折射面突出的凸面形状，与第二反射面相比，所述圆形表面突出并且用作光束聚焦面。
21.按照权利要求20的光学聚焦系统，其中，光束聚焦部分有适合将电磁线圈安装在其上的形状。
22.按照权利要求20的光学聚焦系统，其中，聚焦元件的折射率小于光束聚焦部分的折射率。
23.按照权利要求22的光学聚焦系统，其中，聚焦元件有约为1.55的折射率，而光束聚焦部分有约为3的折射率。
24.按照权利要求1的光学聚焦系统，其中，第二反射面大致为平面。
25.按照权利要求24的光学聚焦系统，其中，光束聚焦面大致为平面。
26.按照权利要求25的光学聚焦系统，其中，光束聚焦面与第二反射面接触。
27.一种光拾取器，利用聚焦光束点对光盘进行记录和/或从其上读取信息，该光拾取器包括：
光源；
光检测装置；
光头，包括：
在光头的一侧上且具有第一曲率半径的折射面；
在所述的一侧上围绕折射面并具有与第一曲率半径不同的第二曲率半径的第一反射面；
在光头的另一侧上的透明光束聚焦面；和
在所述另一侧上且围绕光束聚焦面的第二反射面，
其中，折射面折射入射光束，第二反射面朝向第一反射面反射由折射面折射的光束，而第一反射面将从第二反射面反射的激光束以聚焦光束点聚焦在光束聚焦面上，
光路改变装置，把从光源发射的光束传送至光头的折射面，并把从折射面射出的光束传送至所述光检测装置；和
安装光头的支撑装置，弹性支撑着光头，以使光头在距所述装载的光盘之预定距离内，沿垂直于所述装载的光盘的方向移动。
28.按照权利要求27的光拾取器，其中，折射面有与光束聚焦面相同的光轴。
29.按照权利要求27的光拾取器，其中，第一曲率半径的绝对值小于第二曲率半径的绝对值。
30.按照权利要求29的光拾取器，其中，折射面具有朝向光束聚焦面凹陷的凹面形状。
31.按照权利要求29的光拾取器，其中，折射面具有朝向光束聚焦面的相反方向突出的凸面形状。
32.按照权利要求27的光拾取器，其中，折射面、第一和第二反射面具有这样的形状，即使光学聚焦系统在光束聚焦面上形成光束点，该光束点具有能产生近场的尺寸。
33.按照权利要求32的光拾取器，其中，光头包括：
包括折射面、第一和第二反射面的聚焦元件；和
包括光束聚焦面的滑动器，其具有能产生空气支承的形状，作为在所述装载光盘表面上产生的空气流动的结果，空气支承用于在所述装载光盘上浮动光头。
34.按照权利要求33的光拾取器，其中，滑动器有与聚焦元件相同的折射率。
35.按照权利要求33的光拾取器，其中，滑动器包括适合安装电磁线圈的凹槽，该电磁线圈用于在磁光盘上记录信息。
36.按照权利要求33的光拾取器，其中，滑动器的折射率小于聚焦元件的折射率。
37.按照权利要求32的光拾取器，其中，光头包括：
包括折射面、第一反射面的聚焦元件；和
包括第二反射面和光束聚焦面的滑动器，并且该滑动器具有这样的形状，即产生空气支承，作为在所述装载的光盘表面上产生空气流动的结果，空气支承在所述装载的光盘上浮动光头。
38.按照权利要求37的光拾取器，其中，滑动器有与聚焦元件相同的折射率。
39.按照权利要求38的光拾取器，其中，滑动器具有在面向所述装载的光盘的滑动器表面上设置的第二反射面。
40.按照权利要求32的光拾取器，其中，相对于第二反射面的孔径来说，折射面的孔径足够小。
41.按照权利要求40的光拾取器，其中，折射面的孔径约小于1mm。
42.按照权利要求41的光拾取器，其中，折射面的孔径约为0.8mm。
43.按照权利要求32的光拾取器，其中，光束聚焦面与装载的光盘之间的间距小于或等于从光源发射的光束的波长。
44.按照权利要求43的光拾取器，其中，光束聚焦面和装载的光盘之间的间距保持为小于约100nm。
45.按照权利要求32的光拾取器，其中，所述支撑装置包括旋转支撑光头以保持光束聚焦面和装载光盘之间的间距恒定的弯曲部件。
46.按照权利要求45的光拾取器，其中，弯曲部件包括：
用于固定光头的支架；和
形成在支架上的突起，使弯曲部件以该突起为中心旋转运动。
47.按照权利要求27的光拾取器，其中，所述光路改变装置按平行光束形式对从光源发射的光束整形，并把平行光束传送至折射面。
48.按照权利要求47的光拾取器，其中，所述光路改变装置包括反射器，使入射到折射面的光束沿大致垂直于折射面的方向进入折射面。
49.按照权利要求48的光拾取器，其中，反射器被安装在折射面和第一反射面相交的部位上。
50.按照权利要求27的光拾取器，其中，光检测装置包括单个光检测器，用于检测由压槽式光盘和相变式光盘中之一的信息记录表面反射的光束。
51.按照权利要求27的光拾取器，其中，所述光检测装置包括两个光检测器，用于检测由磁光盘的信息记录表面反射的光束。
52.一种制造光学聚焦系统的方法，该光学聚焦系统利用光束形成聚焦光束点，并包括在光学聚焦系统的一侧并具有第一曲率半径的凹状的折射面，在所述的一侧围绕折射面并具有与第一曲率半径不同的第二曲率半径的凸状的第一反射面，在光学聚焦系统另一侧的透明光束聚焦面，和在所述另一侧上并且围绕光束聚焦面的第二反射面，其中，折射面折射入射光束，第二反射面朝向第一反射面反射由折射面折射的光束，而第一反射面将由第二反射面反射的激光束聚焦在光束聚焦面上成为聚焦光束点，该制造方法包括下列步骤：
用初级模板制造用于折射面和第一反射面的模具。
53.按照权利要求52的方法，其中，在制造步骤中，使用金刚石切割方法。
54.按照权利要求52的方法，其中，制造步骤包括以下子步骤：
切割初级模板，产生用于成形第一反射面的第一模具；
在第一模具中形成通孔，在该通孔中插入用于成形折射面的第二模具；和
把第二模具插入形成于第一模具中的通孔中。
55.按照权利要求54的方法，其中，在切割步骤中，使用金刚石切割方法。
56.一种光盘驱动器，利用聚焦光束点对光盘进行记录和/或读取信息，该光盘驱动器包括：
基底；
光源；
反射器；
光检测装置；
光头，包括：
在光头一侧并具有第一曲率半径的折射面；
在所述的一侧上围绕折射面并具有与第一曲率半径不同的第二曲率半径的第一反射面；
在光头另一侧上的透明光束聚焦面；和
在所述另一侧上围绕光束聚焦面的第二反射面，
其中，折射面折射从反射器射入的入射光束，第二反射面朝向第一反射面反射由折射面折射的光束，而第一反射面将由第二反射面反射的激光束聚焦在光束聚焦面上形成聚焦光束点，
光路改变装置，把从光源发射的光束传送至反射器，并把从折射面射出的光束传送至所述光检测装置；和
安装光头的支撑装置，该装置弹性支撑光头，使光头在距所述装载光盘的预定的距离之内，沿垂直于所述装载的光盘的方向移动。
57.按照权利要求56的光盘驱动器，其中，把光源、所述光检测装置和所述光路改变装置固定在基底上。
58.按照权利要求56的光盘驱动器，其中，反射器使从所述光路改变装置射出的光束沿大致垂直于折射面的方向进入折射面。
59.按照权利要求58的光盘驱动器，其中，把反射器安装在折射面和第一反射面相交的部位上。
60.按照权利要求58的光盘驱动器，其中，反射器是电镜，在该电镜中，利用电磁效应调整该镜的反射面相对于光头折射面的倾斜度。
61.按照权利要求60的光盘驱动器，其中，光盘驱动器还包括致动电镜的致动器，以便进行光头的微细寻迹操作。
62.按照权利要求56的光盘驱动器，其中，把光源、所述光检测装置和所述光路改变装置安装在支撑装置上。
63.按照权利要求56的光盘驱动器，其中，把反射器安装在折射面和第一反射面相交的部位上。
64.按照权利要求63的光盘驱动器，其中，反射器是电镜，在该电镜中，利用电磁效应调整该镜的反射面相对于光头折射面的倾斜度。
65.按照权利要求64的光盘驱动器，其中，光盘驱动器还包括致动电镜的致动器，以进行光头的微细寻迹操作。
66.一种光拾取器，利用近场从光盘读取信息，该光拾取器包括：
光学聚焦系统，用于产生近场，以从装载的光盘中读取信息；和
附着于面朝所述装载光盘的光学聚焦系统之光学面上的读出层，用于放大反射光束，该反射光束包括有记录在所述装载光盘之记录层上的信息。
67.一种光盘，利用使用近场读取信息的光拾取器，该光盘包括：
衬底；
涂敷在衬底上的记录层，信息记录在该记录层上；
涂敷在记录层上的读出层，用于放大包括有记录在记录层上的信息的光束；
涂敷在读出层上的介质层；和
涂敷在介质层上的外涂层。
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