JP3577048B2 - 光記録・再生システム用レンズ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光記録・再生システム用レンズに係るもので、詳しくは、レンズの厚さ及び容積を低減させて超高密度情報記録を行い得る光記録・再生システム用レンズに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
光記録媒体または光磁気記録媒体が高密度記録容量を有するためには、ビット（または記録マーク）の大きさを小さくし、トラック幅を狭くしなければならないが、記録媒体の記録膜にビットを形成するために記録媒体上に集光させる光のスポットサイズは回折限界によって制約され、そのため、記録密度の向上には限界があった。
【０００３】
最近、情報の大容量化の傾向に伴って従来の光記録・再生方式の限界を克服し得る新しい光記録・再生方式が要求されている。その一例として、記録容量を大幅に向上させることができると期待されているニアフィールドを利用したニアフィールド光記録・再生システムに対する研究が活発に行われている。
【０００４】
以下、ニアフィールド光記録・再生システムの原理を簡単に説明する。レンズの内部に臨界角以上の角度で入射される光は、高い屈折率の箇所から低い屈折率の箇所に進むときに全反射され、この時、レンズの表面にはエバネッセント波と呼ばれる極めて微弱な光が存在する。このようなエバネッセント波を利用すると、既存のファーフィールドでは光の回折現象のために発生する分解能の絶対的限界、言い換えると、回折限界のために不可能であった高分解能が可能になる。すなわち、ニアフィールド光記録・再生システムに用いられる光学系は、レンズ内で光を全反射させることでレンズの表面にエバネッセント波を発生させた後、そのエバネッセント波と記録媒体とのカップリングによって記録・再生を行うようになっている。
【０００５】
このような従来のニアフィールド光記録システム１０においては、図７に示したように、記録媒体であるディスク１１がデッキ１８内でスピンドルモータ（未図示）に回転自在に設置されている。デッキ１８内の他方側には記録・再生装置が設置されている。
【０００６】
そして、ディスク１１の上側には浮上型ヘッドスライダー１２がサスペンションアーム１３により支持されている。サスペンションアーム１４の他端はピックアップ部１７に連結されている。
【０００７】
ピックアップ部１７の下部には図示しないボイスコイルモータ（ｖｏｉｃｅ ｃｏｉｌ ｍｏｔｏｒ：ＶＣＭ）１６が設置されて、ピックアップ部１７を所定角度範囲内で揺動させるようになっている。一方、ヘッドスライダー１２の上側には固定アーム１４がピックアップ部１７により保持され、その先端部にプリズム１５が設置されている。
【０００８】
このように構成された従来のニアフィールド光記録システム１０の動作を説明する。ピックアップ部１７の光源（未図示）から発生した光は、プリズム１５により経路を変えられ、ヘッドスライダー１２に搭載されたレンズ１９を通過して、最終的にディスク１１の表面に入射する。このように入射された光とディスク１１の表面との相互作用によって光情報を記録または再生することができる。
【０００９】
ヘッドスライダー１２に装着された従来の光学系は、図８に示したように、半球型ソリッドイマージョンレンズ（ＳＩＬ）２２と１次集光レンズ２１とにより構成されている。ＳＩＬ２２は、上側は球形で下面は平面の半球型に形成されている。このＳＩＬ２２の平面部の中心が１次集光レンズ２１の焦点と一致するように設置される。したがって、１次集光レンズ２１に入射された光２４が屈折してＳＩＬ２２の下面中心に集光される。
【００１０】
ＳＩＬ２２を利用してディスク上にデータ（ビット）を記録するためには、図８に示したように、ＳＩＬ２２を、例えば、１０〜７０ｎｍ程度の非常に短い距離を置いて記録媒体２３の表面に近接させる。このように近接させると、ＳＩＬ２２の下面に１次集光された光エネルギーの一部が記録媒体２３に伝達される光ニアフィールド現象が発生し、そのニアフィールド現象によって記録媒体２３の表面にデータを記録するか、または、再生することができる。例えば、ＳＩＬ２２から伝達されたエネルギーは記録媒体２３の表面の一部を加熱して局所的な相変化を起こさせ、その結果、記録媒体２３の表面にビットが形成されて情報を記録する。一方、記録された情報を読み出すときは、局所的に相変化された部位では反射率が変化するという特性を利用して、記録時よりも弱い光をＳＩＬ２２を介して入射させ、記録媒体２３の表面から反射されて再びＳＩＬ２２を介して出てくる光の強さを光センサーを利用して測定する。ビットの有無によって反射率が変化するので、情報を読み出すことができる。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
然るに、このような従来のＳＩＬを利用する光学系においては、光の回折限界を克服して光スポットを低減させることはできるが、次のような不都合な点があった。
【００１２】
すなわち、光学レンズは、光が一点に集光しない収差が発生することが一般的で、このような収差はレンズの倍率が高いほど大きくなる特性がある。ＳＩＬを利用した光学系は、大倍率の１次集光レンズを必要とするため、特にこの１次集光レンズの収差が光学系の１次集光性能を大幅に低下させる。
【００１３】
また、ＳＩＬを利用したデータ記録・再生システムは、ＳＩＬのほかに１次集光レンズを必要とするため、システムの容積が大きくなると共に、データ格納装置と１次集光レンズとの組立が困難で、特に、レンズが装着されるヘッドスライダーの高さを低くするには限界がある。したがって、携帯用機器などに搭載できる超薄型の光記録・再生システムを製造することが困難であった。
【００１４】
本発明は、このような従来の課題に鑑みてなされたもので、光学系が占める容積及び厚さを低減させることで光学系とシステム全体との組立を容易に行い得る、超薄型の光記録・再生システム用レンズを提供することを目的とする。
そして、本発明の他の目的は、１次集光レンズを用いずに集束レンズだけで記録・再生を行い得る、光記録・再生システム用レンズを提供することである。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成するため、本発明に係る光記録・再生システム用レンズにおいては、光源で発生した光が入射する入射面と、入射面を通過した光を反射させる第１反射面と、第１反射面から反射された光を再び反射させる第２反射面とを有し、第２反射面は楕円体面であり、第１反射面及び第２反射面には反射物質がコーティングされていることを特徴とする。
【００１６】
楕円体面は第１反射面から反射された光を一つの焦点に集光させる。その焦点は第１反射面上に位置している。または、第１反射面よりも下側に入射ビームが集束されるように焦点を位置させることもできる。
【００１７】
なお、本発明に係る光記録・再生システム用レンズは、ニアフィールドを利用した光記録・再生システムにはもちろん、既存のファーフィールドを利用したシステムにも適用することができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態に対し、図面を用いて説明する。
先ず、図１（Ａ）は、本発明の原理を説明するための楕円体を示した断面図である。
楕円体は、二つの点からの距離の合計が同じである点の痕跡と定義され、その幾何学的特性によって、一つの焦点（ａ）を通過する線は、楕円体の面で反射されると、他の焦点（ｂ）を通過する。図示のように双方の焦点を通過する線を軸線（ｘ）という。
【００１９】
このような特性を応用して、本発明は、反射面中の一つが楕円体面として形成されたレンズを提供する。すなわち、図１（Ｂ）に示したように、軸線（ｘ）と所定の角度を持って一方の焦点（ｂ）を通過する一つの基準線（ｙ）を通り、紙面に垂直な面（基準面）で楕円体を切断したものである。図のハッチングが施された部分が本発明のレンズの中央断面である。図には、楕円体全体をも説明のために記載してある。基準線（ｙ）は上記のように一方の焦点（ｂ）を通る線であり、他の焦点（ａ）と対称な仮想的な点（ａ’）を通過する光の基準線との関係を図１（Ｂ）に示している。
【００２０】
基準面で切断した面Ｓ２及び楕円体面Ｓ３に反射物質をコーティングすると、対称点（ａ’）を通過する光は、切断された面Ｓ２で反射されて楕円体面Ｓ３に入射し、楕円体面Ｓ３で再び反射されて切断された面Ｓ２上に位置する楕円体の焦点（ｂ）に集束する。
【００２１】
図中、Ｓ１は、楕円体面Ｓ３を有する楕円体を基準線（ｙ）を通る平面で切断された面Ｓ２から所定の角度で楕円体面Ｓ３に向いた平面で楕円体を切断した面であり、光の入射面である。楕円体内における入射ビームの屈折度によって入射面Ｓ３の形状を変更させることが必要である。後述のように、平面ではなく曲面に構成する場合もある。
【００２２】
楕円体の一つの焦点と基準面、すなわち面Ｓ２に対して対称な点を通過した光は、切断された面Ｓ２及び楕円体面Ｓ３からそれぞれ反射されて、楕円体の他の焦点で収差が非常に小さく、理論的には０に近くで集束される。
【００２３】
本発明に係る光記録・再生システム用レンズの一実施形態においては、図２（Ａ）に示したように、基準面で切断した大きな平面であるＳ２と、その平面の縁から楕円面となってその平面を覆うように形成されている楕円体面Ｓ３と、その楕円の一つの焦点Ｐから離れた位置で平面Ｓ２と楕円体面Ｓ３とを連結する入射面Ｓ１とを有する光学レンズであって、レンズの一つの焦点Ｐが面Ｓ２上にある。実際の装置では、その面がディスクと平行になるように配置されるのが望ましい。その理由は、光源で発生した光をレンズの入射面に水平に入射させることができるからである。上記実施形態では焦点Ｐが面Ｓ２上にあるが、焦点を面Ｓ２よりも使用状態において下側にあるように面２の切断面を後退させることもできる。
【００２４】
すなわち、レンズの一方側には光が入射される入射面Ｓ１が形成され、レンズの下面には入射された光を反射させる第１反射面Ｓ２が形成され、レンズの上面は楕円体面であって第２反射面Ｓ３に該当する。ここで、楕円体面の焦点は、第１反射面Ｓ２の基準線の一方側に位置されるＰ点である。レンズに入射される光は、楕円の他の焦点の基準面に対称な点（図１（Ｂ）の点ａ’に対応する点）を通って第１反射面を貫通する。そして、第１反射面Ｓ２で反射して第２反射面Ｓ３に向かい、第２反射面で反射してＰ点を通る。第１反射面と第２反射面には、入射ビームの反射が円滑に行われるように反射物質によりコーティングされる。
【００２５】
本発明のレンズは、上記のように、光が図１（Ｂ）のａ’を通って入射して焦点Ｐへ集光するので、別の対物レンズを用いずとも本集束レンズ一つだけで小さいスポットの光を形成することができる。楕円体の一部で構成されているので、レンズの高さが極めて低く、０．３ｍｍ以下に製作することができる。したがって、光記録システムの全体の厚さを著しく薄くして超薄型システムを製作することができる。更に、本発明のレンズは、光源からレンズの入射面に光を直接入射させるために光の経路を変化させるプリズムのような変換手段を必要としないので、レンズが装着されるヘッド部の高さ及び重量を低減させ、よって、ヘッド部を駆動させる駆動手段の負荷を低減させることができる。
【００２６】
本発明に係る光記録・再生システム用レンズの他の実施形態を図２（Ｂ）に示す。この例は基本的に図２（Ａ）の例と同じであり、レンズの焦点部位に平面Ｓ２から突出した突起を形成させてある。このように突起を形成すると、レンズの底面で焦点以外の部分と記録媒体との間で光学的相互作用が発生して記録・再生に悪影響を与えるのを防止すると共に、レンズと記録媒体間に侵入したほこりなどの汚染物質が光学的相互作用を妨害するのを防止することができる。突起形成物質としては、光が透過し得る透明な物質が用いられ、突起は情報の記録・再生に差支えないように０．１〜１００ｎｍ程度に形成することが好ましい。
【００２７】
更に、焦点部分に開口コーティングを行うことで、集束される光のスポットサイズを一層縮小させることができる。
【００２８】
図３〜図５は、本発明のその他の実施形態を示したもので、レンズの入射面が楕円体の光を集束させる焦点と異なる他方の焦点（図２のａ）と基準面に対して対称な点と同一の位置に形成されている。
【００２９】
すなわち、図３は、レンズの入射面が凸形状に膨らましたもの、図４は、レンズの入射面が凹む形状に形成させた例をそれぞれ示している。レンズの入射面は、図２に示した実施形態よりも相対的に小さく形成されている。よって、光源からの光に対する入射ひとみを小さくすることができる。また、入射面の形態を膨らませたり、凹ませたりすると、レンズの内部に進入した光をより広くまたは狭く集束させることができるので、レンズの使用目的に応じて多様に設計変形を行うことができる。
【００３０】
図５は、レンズの入射面Ｓ１にホログラムが形成されたものを示している。このようにレンズの入射面にホログラムを形成すると、入射される光の回折角度及び破面収差を調節することができるので、公差マージンを大きくすることができる。
【００３１】
このような本発明に係る光記録・再生システム用レンズが適用された光記録システムを図６に基づいて説明する。
【００３２】
先ず、光源３１で発生した光がコリメータレンズ３２を通過して平行ビームに変換された後、ビームスプリッター３３を経由して集束レンズ３７に到達する。
【００３３】
次いで、集束レンズ３７で集束された光は、モータ３９によって回転される記録媒体３８の表面と光磁気的な相互作用を行って情報を記録するかまたは再生する。このとき、情報の再生は、記録媒体３８により反射された光が集束レンズ３７を通過し、ビームスプリッター３３に到達して入射ビームとは異なる方向に分離された後、コリメータレンズ３４を通過して光感知部３５に感知されることによって行われる。図面には集束レンズ３７の大きさが相対的に大きく示されているが、実際には非常に小さい。このレンズはシステムのヘッド部（未図示）に装着される。このようにレンズの大きさ及び重量が非常に小さいので、システムにおけるレンズのサーボ制御が極めて容易で、一体型ピックアップまたは分離型ピックアップの両方に本発明のレンズを適用することができる。また、本発明のレンズを装着するためのハードディスクのヘッドをそのまま利用することができるので、アクセス時間を短縮することができる。
【００３４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る光記録・再生システム用レンズにおいては、大きさ及び重量が非常に小さいレンズを提供できる。しかも、対物レンズを用いずに集束レンズ一つだけで情報の記録・再生を行うことが可能である。又、レンズの高さが低いので、システム全体の高さを著しく低くして超薄型光記録・再生システムを製造することができる。さらに、ヘッド部の重量を軽量化し、光源の入射ひとみを小さくし得るので、駆動手段及びシステム全体の消費電力を大幅に低減し得るという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】楕円体の幾何学的特徴を示した図（Ａ）と、本発明の原理を説明するための図（Ｂ）である。
【図２】本発明に係る光記録・再生システム用レンズの一実施形態とその変形例を示した断面図である。
【図３】本発明に係る光記録・再生システム用レンズのその他の実施形態で、レンズの入射面が膨らむ形態を示した断面図である。
【図４】本発明に係る光記録・再生システム用レンズのその他の実施形態で、レンズの入射面が凹む形態を示した断面図である。
【図５】本発明に係る光記録・再生システム用レンズのその他の実施形態で、入射面にホログラムが形成された形態を示した断面図である。
【図６】本発明のレンズが装着された光記録システムを示した図である。
【図７】従来のニアフィールド光記録システムを示した斜視図である。
【図８】図７のシステムにおいて、ヘッドスライダーに装着された光学系を示した拡大図である。
【符号の説明】
Ｓ１：入射面 Ｓ２：レンズ底面（第１反射面）
Ｓ３：楕円体面（第２反射面） Ｐ：レンズの焦点

Claims (7)

1. 光源で発生した発生光が入射される入射面と、
   反射物質がコーティングされ、前記入射面を通過した光を反射させる平面形状の第１反射面と、
   第１及び第２の焦点を有し、前記第１反射面上に位置する点が前記第１の焦点となり、かつ前記入射面に入射される前の前記発生光の通過点の前記第１反射面に対する対称点が前記第２の焦点となるように形成されるとともに、反射物質がコーティングされ、前記第１反射面により反射された光を更に前記第１反射面方向に反射させて、この反射光を、前記第１反射面上に位置する前記第１の焦点に集光させる楕円体面である第２反射面と
   を備えたことを特徴とする光記録・再生システム用レンズ。
2. 前記第１反射面の焦点部分には突起が形成されることを特徴とする請求項１記載の光記録・再生システム用レンズ。
3. 前記突起の大きさは０．１〜１００ｎｍであることを特徴とする請求項２記載の光記録・再生システム用レンズ。
4. 前記入射面は、膨らむ形態に形成されることを特徴とする請求項１記載の光記録・再生システム用レンズ。
5. 前記入射面は、凹む形態に形成されることを特徴とする請求項１記載の光記録・再生システム用レンズ。
6. 前記入射面には、ホログラムが形成されることを特徴とする請求項１記載の光記録・再生システム用レンズ。
7. 前記楕円体面の二つの焦点中の光が集束する焦点が、前記第１反射面よりも下側に位置されることを特徴とする請求項１記載の光記録・再生システム用レンズ。

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