CN1374542A - 用于光学记录和再生系统的透镜 - Google Patents

Abstract

一种用于光学记录和再生系统的透镜,包括:入射平面,光源发出的光在此入射;第一反射面,用于反射透过入射平面的光;以及第二反射面,用于再次反射在第一反射面上发生了反射的光,第二反射面涂覆有反光材料,并且形成为抛物面。相对于普通的用于光学记录系统的透镜来说,这种用于光学记录和再生系统的透镜的尺寸和重量非常小。除此之外,该透镜仅使用一个聚焦透镜而无需物镜就可以有很大的数值口径和更小的光损失,从而可以提高信息记录和再生的效率。而且,这种透镜和装有该透镜的整个系统的高度可以显著地降低,从而本发明提供了一种能用于便携式设备的超薄光学记录系统。

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，特别是涉及一种能减少透镜的厚度和体积、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。

从海量信息存储的方展趋势来看，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，悬臂的另一侧与拾取单元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质量。

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，难以将整个的数据存储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少光学系统的厚度和体积，使光学系统和整个系统的装配变得简单，以此提供一种超薄的光学记录和再生系统。

本发明的另一个目的是提供一种用于光学记录系统的、只需使用聚焦透镜而不需要聚光透镜就能进行信息记录和再生的光学系统。

为了达到前面提及的和其它的优点，根据本发明的目的，正如在此作为实施例并加以详细说明的，提供了一种用于光学记录和再生系统的透镜，它包含：入射平面，从光源发出的光在此入射；第一反射面，用于反射通过入射平面的光；以及第二反射面，用于再次反射在第一反射面发生反射的光，第二反射面涂覆有反光材料并被加工成抛物面形状。

由以下的本发明详细说明，结合附图，可以更加清楚地理解本发明上述和其它的目的、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显示的是根据现有技术的近场光学记录系统的透视图；

图2显示的是根据现有技术的安装在图1所示的近场光学记录系统中的激光头滑块上的光学系统的放大示意图；

图3A是显示本发明的发明原理的解释性示意图；

图3B显示的是根据本发明第一个实施例的透镜的截面图；

图4是一个截面图，显示的是根据本发明一个实施例的改变了图3B中的位置的透镜；

图5显示的是根据本发明第二个实施例的下表面涂覆有反光材料的透镜；

图6显示的是根据本发明第三个实施例的在抛物面的焦点部位形成有台阶的透镜；

图7显示的是根据本发明第四个实施例的在入射平面处形成有全息图(hologram)的透镜；

图8显示的是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示意图。

优选实施例详细说明

现在对附图中显示的本发明优选实施例进行详细说明。

在本发明中，透镜主要包括第一反射面、第二反射面和入射平面，并且根据用户的需求和应用领域，它也可以改变成为包含不同于这三个面的更多面的结构。

从光源到达入射平面的光在第一反射面和第二反射面上发生反射，并会聚到第一反射面上的抛物面的焦点上。可以通过控制抛物面焦点的对应部分的尺寸来调节会聚光的光点。这样就可以进行高密度的光学记录和再生。

本发明的光学系统可以应用于使用远场的现有系统，也可以应用于使用近场的光学记录和再生系统。

图3A所示为本发明的原理的解释性示意图，图中显示了抛物面镜30的剖面。

抛物面的一个特性是：沿平行于抛物面主轴方向入射到抛物面上的光将全部汇聚到该抛物面的焦点上。

因此，如图3A所示，沿平行于抛物面主轴32方向入射的光35汇聚到抛物面30的焦点31上。

图3B所示为根据本发明第一个优选实施例的透镜的截面图，图中抛物面透镜采用了图3A中的抛物面镜。

该透镜的下表面34是倾斜的，与抛物面30的主轴32保持一定的角度θ，在抛物面上涂覆有反光材料。

透镜的下表面34延伸通过抛物面的主轴32上的焦点31，并与抛物面相交。透镜的上表面33是通过切除抛物面的一端而形成的，它与透镜的下表面34相交。

光在透镜的上表面33入射。当光35入射时，入射光线根据透镜的折射率而以一定的角度发生折射，并到达相当于第一反射面的透镜下表面34。

由于与透镜的折射率不同，到达透镜下表面的光被全部反射，并射向相当于第二反射面的抛物面30。

为了使射向抛物面的光汇聚到抛物面的焦点31上，光应该沿平行于抛物面的主轴32的方向行进。

因此，光源发出的光在透镜上表面33上的入射角度是这样确定的：使入射光束在透镜的下表面发生全反射，并且沿平行于透镜抛物面的主轴32的方向行进。

图4是一个截面图，显示的是根据本发明一个实施例的改变了图3B中的位置的透镜，图中透镜的下表面34与底面齐平。

实际上，在光学记录系统中，透镜最好以这个位置安装在激光头上，因为光源发出的光可以水平地入射到透镜的入射部位。

图中所示的本发明的透镜可以只使用聚焦透镜，无需物镜就能产生很小光点的光。

除此之外，透镜的高度(H)非常低，它可以加工为具有小于0.3mm的高度，得到具有光学记录系统的超薄型系统，其总体厚度得以显著地减小。

另外，本发明的透镜能使光线直接入射到入射部位，而无需诸如棱镜之类的转向单元使光源发出的光通过改变光路才能入射到入射部位，这样就减小了装有透镜的激光头部分的高度和重量，从而可以减轻驱动激光头的驱动单元的负载。

同时，通过控制图3B所示的倾斜角θ，可以通过透镜的设计改变透镜入射部分的尺寸。

比如说，通过增大倾斜角，可以减小入射部分的尺寸，从而光源发出的光的直径可以变小，减小了入射光瞳(entrance pupil)的尺寸。

因而，可以减小光源的大小和能耗，使整个系统的尺寸和整体能耗都得以减小。

图4的实施例可以进行改进，使透镜的底面切除一定的厚度，从而使抛物面的焦点形成在比透镜底面更低的位置上。

在此改进中，因为实质上由入射光束形成的焦点位于透镜底面之下，所以即使在记录介质和透镜之间的小缝隙中进入了灰尘之类的异物，也不会影响正常的记录和再生。

图5所示为根据本发明第二个优选实施例的下表面涂覆有反光材料的透镜。

如图5所示，除了透镜的抛物面焦点部位外，透镜的底面34均被涂覆了反光材料。

通过入射平面的光在透镜底面上全部反射，但是从这方面来看，可能有一部分光穿过透镜的底面而形成光信息记录和再生的噪音。所以通过在透镜底面涂覆反光材料可以消除透射光。

图6所示为根据本发明第三个实施例的在抛物面的焦点处形成有凸台的透镜。

不同于图5所示的实施例，在透镜抛物面的焦点部位形成有一个凸台42。

凸台的形成能够避免对信息的记录和再生产生不利影响，因为光学相互作用是发生在全反射的发生部位与记录介质之间，而不是在透镜底面的焦点与记录介质之间。

形成凸台的物质应该是透明材料以便传播光，并且凸台的尺寸优选地约为0.1～100nm，这样才不会在记录和再生信息时产生故障。

图7所示为根据本发明第四个优选实施例的在入射平面处形成有全息图的透镜。

如图7所示，在透镜的入射平面33处形成有全息图。

在入射平面上形成的全息图可以使衍射角和波阵面色差得到控制，从而容许的误差范围可以更大，从这个角度来看，全息图是有益的。

另外，全息图可以减少到达入射面的光的损耗，从而允许有很大的数值口径。

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51发出的光通过准直透镜52后变为平行光束，并且经过分光镜53后到达聚焦透镜57。

经过聚焦透镜会聚的光与由电机59带动旋转的记录介质的表面产生光磁相互作用，从而记录或再生信息。

信息再生是通过如下方式进行的：从记录介质59上反射回来的光经过聚焦透镜57，到达分光镜53，被分离到与入射光束不同的方向上，然后经过准直透镜54，最后由光学传感单元55检测到。

在图8中，显示的聚焦透镜57是被放大过的，实际上它非常小，被安装在系统的激光头部位(未示出)。

由于聚焦透镜的尺寸和重量非常小，所以在系统中透镜的伺服是很容易的，并且本发明的透镜既可以应用于整体型拾取装置也可以应用于分离型拾取装置。

除此之外，可以在硬盘的磁头上安装这种透镜，而无需改变磁头的结构，这样能够缩短存取时间。

综上所述，本发明的用于光学记录和再生系统的透镜具有如下优点：

比如，相比于普通的用于光学记录系统的透镜，本发明的用于光学记录和再生系统的透镜的尺寸和重量非常小。

尤其是，本发明提供了一种仅使用一个聚焦透镜而无需物镜就有很大的数值口径和更小的光损失的光学系统，这样就可以提高信息记录和再生的效率。

除此之外，该透镜和装有该透镜的整个系统的高度可以显著地减小，从而本发明提供了一种能用于便携式设备的超薄光学记录系统。

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视为包含在所附的权利要求内。

Claims (7)

1.一种用于光学记录和再生系统的透镜，包括：

入射平面，光源发出的光在此入射；

第一反射面，用于反射透过入射平面的光；以及

第二反射面，用于再次反射在所述第一反射面上发生了反射的光，所述第二反射面涂覆有反光材料，并且形成为抛物面。

2.根据权利要求1所述的透镜，其中所述抛物面的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，其中所述反光材料是涂覆在所述第一反射面上除所述焦点区域之外的部位处。

4.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。

5.根据权利要求4所述的透镜，其中所述凸台的尺寸为0.1～100nm。

6.根据权利要求1所述的透镜，其中在所述入射平面处形成有全息图。

7.根据权利要求1所述的透镜，其中所述抛物面的焦点位于所述第一反射面之下。

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