JPH10288702A - Special-shaped aplanatic microlens and high density recorder - Google Patents

Special-shaped aplanatic microlens and high density recorder

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Publication number
JPH10288702A
JPH10288702A JP12775697A JP12775697A JPH10288702A JP H10288702 A JPH10288702 A JP H10288702A JP 12775697 A JP12775697 A JP 12775697A JP 12775697 A JP12775697 A JP 12775697A JP H10288702 A JPH10288702 A JP H10288702A
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JP
Japan
Prior art keywords
lens
light
recording
reading
special
Prior art date
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JP12775697A
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Japanese (ja)
Inventor
Motoyoshi Baba
基芳 馬場
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain a light condensing method for illuminating an extremely small part and condensing light from the extremely small part, and also, to accomplish high-density recording by introducing this method. SOLUTION: A micro-ball lens 1 is ground into a special shape for illumination and light condensation, and high-density recording is accomplished by introducing a mount method for improving reading/writing accuracy and nonreflective coating, or changing the shape, and also, high-density recording is accomplished by a recording device using the reading/writing part.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は光の高密度集光法、
およびその応用として画像装置や電子計算機の周辺装置
あるいはその一部として使われる大容量記録装置等に関
する。
The present invention relates to a high-density light focusing method,
Also, the present invention relates to a large-capacity recording device used as a peripheral device of an image device or a computer or a part thereof as an application thereof.

【0002】[0002]

【従来の技術】光を用いた大容量記録装置等における記
録量の大容量化は近年、扱うデータが膨大になっている
ことや記録されたデータそのものをバックアップする必
要があるなど重要な課題となっている。上記請求項2に
記した記録装置等(いわゆるCD−ROM装置やMO装
置やDVD装置やレーザーデイスク装置等)においてデ
ータの読み書きは通常、記録面に書き込まれた部分に光
を当てて反射光の位相変化や光磁気効果等を利用してデ
ータの読み出し、あるいは書き込みをおこなっている。
この場合ミクロな記録部分の大きさは光の集光度によっ
てきまるためできるだけ微小な部分に集光するように光
学系を調節している。そしてこの集光部分が小さいほど
記録密度が大きくなり大容量記録が可能になるからでき
るだけ微小な部分に集光させることが望ましい。しかし
どのようにレンズを組み合わせてもその集光の大きさの
程度は光の回折限界できまってしまうことが物理学にお
ける幾何光学等で知られており回折限界以下に光を集光
することは原理的に不可能であった。
2. Description of the Related Art Increasing the recording capacity of a large-capacity recording device using light has been an important issue in recent years, as the amount of data to be handled has become enormous and the recorded data itself needs to be backed up. Has become. In a recording device or the like (a so-called CD-ROM device, MO device, DVD device, laser disk device, or the like) according to the second aspect of the invention, data is normally read or written by irradiating a portion written on a recording surface with reflected light. Data is read or written using a phase change, a magneto-optical effect, or the like.
In this case, the size of the micro recording portion is determined by the degree of light condensing, so that the optical system is adjusted so that the light is condensed on a portion as small as possible. Since the smaller the light condensing portion is, the higher the recording density becomes and large-capacity recording becomes possible, it is desirable to converge light on the smallest possible portion. However, it is known in geometric optics in physics that the degree of light collection can be limited by the diffraction limit of light, regardless of how lenses are combined, and it is the principle that light is condensed below the diffraction limit Was impossible.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】前記SUMMARY OF THE INVENTION

【従来の技術】の項に述べたように光を絞り込んでも原
理的に絞り込める限界は幾何光学できまるスポットサイ
ズ、つまり光の波長の程度である(回折限界)。したが
ってできるだけ小さい部分に光を集光したりあるいは小
さな部分からの光を読み込む(データの読み書きという
こと)ためにはこの回折限界を超える分解能を得ること
は不可能なので記録密度をあげるにはできるだけ短い波
長の光を使うしかなく(青色レーザー光等、これまで通
常は赤色レーザー光を用いている)、さらに用いる光が
レーザー光のようにコヒーレント(可干渉性光)であれ
ばいっそう小さな部分に集光することが可能になり、回
折限界まで原理的には集光できる。しかしながらこの場
合でも集光部分の大きさは用いる光の波長程度までであ
り、したがって記録密度はこのスポットサイズによって
制限されてしまっている。そこで従来なかった全く新し
い原理によって集光度を高めたりあるいは読み取り精度
を飛躍的に高めることができれば記録密度、または記録
容量を大幅に増やすことができる。従来の方法では光の
波長が赤色(約680μm)から青色(約480μm)
になった場合でも記録密度は約1.4倍にしかならな
い。
2. Description of the Related Art As described in the section, even if light is narrowed down, the limit that can be narrowed down in principle is the spot size that can be achieved by geometrical optics, that is, the degree of the wavelength of light (diffraction limit). Therefore, it is impossible to obtain a resolution exceeding this diffraction limit in order to focus light on the smallest possible portion or to read light from the smallest portion (data reading / writing). The only option is to use light of a wavelength (blue laser light, etc., usually red laser light has been used so far), and if the light to be used is coherent (coherent light) like laser light, it will be collected in even smaller parts. It becomes possible to emit light, and in principle, it can collect light up to the diffraction limit. However, even in this case, the size of the converging portion is up to about the wavelength of the light to be used, and therefore the recording density is limited by the spot size. Therefore, if the light-collecting power can be increased or the reading accuracy can be dramatically improved by a completely new principle that has not been conventionally available, the recording density or the recording capacity can be greatly increased. In the conventional method, the wavelength of light is from red (about 680 μm) to blue (about 480 μm)
In this case, the recording density is only about 1.4 times.

【0004】[0004]

【課題を解決するための手段】そのために新しい原理に
基づいて、特殊な形状に加工したマイクロボールレンズ
を発明し、およびこれを用いることやその使い方を工夫
することによる記録密度の飛躍的増大、読みとりや書き
込み精度の向上が得られる大記録容量を持つ高密度記録
装置を発明した。
For that purpose, a microball lens processed into a special shape based on a new principle has been invented, and the recording density has been dramatically increased by using and devising its use. We have invented a high-density recording device with a large recording capacity that can improve reading and writing accuracy.

【0005】空気の屈折率はほぼ1であり光の波長λ
(ラムダ)は真空中の長さとほぼ等しい。ところが屈折
率がnの媒質中ではその波長はλ/nになるのでしたが
って等価的に波長が短くなったことと同様の効果が得ら
れることになる。本発明はこの従来になかった発想原理
とその効果的な使用法により記録密度の飛躍的向上を可
能にした。
The refractive index of air is almost 1, and the wavelength of light λ
(Lambda) is approximately equal to the length in vacuum. However, in a medium having a refractive index of n, the wavelength is λ / n, and therefore, the same effect as that when the wavelength is equivalently shortened can be obtained. The present invention has made it possible to dramatically improve the recording density by using this unconventional principle and its effective use.

【0006】図1に示すように透明レンズ材料によるマ
イクロボール底面をボール中心からr/n(ただしrは
ボールの半径)の高さのところで平面に加工研磨する。
As shown in FIG. 1, the bottom surface of a microball made of a transparent lens material is polished into a flat surface at a height of r / n (where r is the radius of the ball) from the center of the ball.

【0007】このレンズに光が図3に示すようにボール
中心からrのn倍の位置に集光するように光が入射する
とどんな場所から入射した光もすべてボール中心からr
/nの位置に集光する。したがってレンズの倍率はnの
2乗倍になり、このとき光の波長は媒質中ではλ/nに
なっているので、等価的に波長がn分の1になっている
光を用いたことになり従来よりはるかに微小な部分に集
光することが可能になりその集光度はnの2乗倍にな
る。仮に屈折率が2のレンズ材料を用いれば一気に従来
の4倍もの大容量記録が可能になる。
As shown in FIG. 3, when light enters this lens so as to converge at a position n times r from the center of the ball, any light incident from any location is r from the center of the ball.
/ N. Therefore, the magnification of the lens is the square of n, and the wavelength of the light is λ / n in the medium. At this time, light having a wavelength of 1 / n is equivalently used. In other words, it is possible to condense light on a much smaller portion than in the prior art, and the degree of light condensed is twice as large as n. If a lens material having a refractive index of 2 is used, a large capacity recording four times as large as that of the related art can be performed at once.

【0008】図2に示すように透明レンズ材料によるマ
イクロボール底面をボール中心の高さのところで平面に
加工研磨する。
As shown in FIG. 2, the bottom surface of the microball made of a transparent lens material is processed and polished to a flat surface at the height of the center of the ball.

【0009】このレンズに光が図4に示すようにボール
中心に向かって集光するように光が入射するとボール表
面に垂直に光が入射するから、どんな場所から入射した
光もすべてボール中心に集光する。したがってレンズの
倍率はn倍になり、このとき光の波長は媒質中ではλ/
nになっているので、等価的に波長がn分の1になって
いる光を用いたことになり従来よりはるかに微小な部分
に集光することが可能になりその集光度はn倍になる。
仮に屈折率が2のレンズ材料を用いれば一気に従来の2
倍もの大容量記録が可能になる。
When light is incident on this lens so as to converge toward the center of the ball as shown in FIG. 4, light is incident perpendicular to the surface of the ball. Collect light. Therefore, the magnification of the lens becomes n times, and the wavelength of light at this time is λ /
Since n is used, it is equivalent to using light having a wavelength that is 1 / n, and it is possible to collect light on a much smaller portion than before, and the light collection degree is increased by n times. Become.
If a lens material with a refractive index of 2 is used, the conventional 2
Double-capacity recording becomes possible.

【0010】このレンズを用いた読みとり、書き込み部
分をいわゆる光を利用した記録装置等に組み込んで、前
記の理由で記録密度や記録容量が従来より飛躍的に増え
た装置を作る。
The reading and writing portions using this lens are incorporated in a recording device or the like utilizing light, and a device having a recording density and a recording capacity which are dramatically increased from the conventional one is manufactured for the above-mentioned reason.

【0011】このレンズを用いた読みとり、書き込み部
分は、その読みとり及び書き込み精度をよくしてデータ
転送の誤差を小さくするために、レンズ全面を使わずに
レンズ上面の一部を使うと精度が向上し誤差率が小さく
なる。。
The accuracy of reading and writing using this lens is improved by using a part of the upper surface of the lens instead of using the entire lens in order to improve the reading and writing accuracy and reduce data transfer errors. Error rate is reduced. .

【0012】レンズを取り付け部分に支持するさいに前
記の理由で上面の一部が露出するように取り付ける。
When the lens is supported by the mounting portion, the lens is mounted so that a part of the upper surface is exposed for the above-described reason.

【0013】さらに読みとり及び書き込み精度をよくし
てデータ転送の誤差を小さくするためにレンズに無反射
コーテイングをする。
Further, in order to improve the reading and writing accuracy and to reduce the data transfer error, the lens is coated with an anti-reflection coating.

【0014】レンズの材料に屈折率が大きく硬度の大き
いサファイアを用いると加工研磨の容易さや耐久性で極
めて実用的である。
The use of sapphire having a large refractive index and a high hardness as the material of the lens is extremely practical because of the ease of processing and polishing and the durability.

【0015」】しかしながらサファイアは2軸性の結晶
であって異方性が生じるが実用上差し支えないことを証
明した。
However, it has been proved that sapphire is a biaxial crystal and has anisotropy, but is practically acceptable.

【0016】記録面と読みとり、書き込み部分が空間的
に離れている場合(記録面上面の保護層、あるいは高速
で記録面が回転するための空隙等の場合など)には、図
5に示すような形状にボールレンズを加工すると同じ効
果が得られる。
When the reading and writing portions are spatially separated from the recording surface (such as a protective layer on the upper surface of the recording surface or a gap for rotating the recording surface at high speed), as shown in FIG. The same effect can be obtained by processing the ball lens into a suitable shape.

【0017】[0017]

【発明の実施の形態】発明の実施の形態を実施例にもと
づき図面を参照して説明する。透明レンズ材料を図1ま
たは図2または図5のような形状に研磨する。そしてこ
のレンズを読みとりあるいは書き込み誤差が実用上差し
支えないようにレンズ上面を利用するとめかたでマウン
トする。さらに精度を高めるためにレンズに無反射コー
テイングをおこなう。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments of the present invention will be described based on embodiments with reference to the drawings. The transparent lens material is polished into a shape as shown in FIG. 1, FIG. 2, or FIG. Then, this lens is mounted in a manner that uses the upper surface of the lens so that reading or writing errors are not practically affected. Non-reflective coating is applied to the lens to further improve accuracy.

【0018】このレンズシステムを照明および集光レン
ズとして同時に使う。
The lens system is used simultaneously as an illumination and condenser lens.

【0019】記録面と照明レンズからの光の集光位置が
ずれたり、記録面からの反射光あるいは発光と集光レン
ズの位置がずれたり、または記録面とレンズ面とが密着
していない等によってずれる場合には図5に示すように
同様な高密度効果が得られるように形状加工したレンズ
を用いる。いずれの形状の場合も記録面保護層とほぼ同
程度の屈折率を有する材料でレンズを形状加工すると読
み書きの精度が向上しデータ転送の誤差が小さくなり、
高密度記録化の効果が高まる。
The focus position of the light from the recording surface and the illumination lens is shifted, the position of the condensing lens is different from the light reflected or emitted from the recording surface, or the recording surface is not in close contact with the lens surface. In the case of deviation, a lens whose shape is processed so as to obtain the same high density effect as shown in FIG. 5 is used. In any case, if the lens is shaped with a material having a refractive index almost the same as that of the recording surface protective layer, the accuracy of reading and writing is improved and the error of data transfer is reduced,
The effect of high-density recording is enhanced.

【0020】[0020]

【実施例】この一連のレンズを用いた読み書き部分等を
記録装置に組み込んで大容量高密度記録を行う。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A large-capacity, high-density recording is performed by incorporating a read / write portion using a series of lenses into a recording apparatus.

【0021】[0021]

【発明の効果】本発明は以上説明したように構成されて
いるので、以下に記載されるような効果を奏する。
Since the present invention is configured as described above, it has the following effects.

【0022】マイクロボールを特殊形状に加工したこと
により、光を非常に小さな部分に集光したり非常に小さ
な部分からの光だけを読みとることができる。
By processing the microball into a special shape, it is possible to focus light on a very small portion or to read only light from the very small portion.

【0023】さらに、この特殊形状レンズの上端部分の
みを使うマウント法およびコーテイングにより読み書き
の精度を高めデータ転送の誤差を小さくすることが可能
になった。
Further, the mounting method and coating using only the upper end portion of the special-shaped lens can improve the reading / writing accuracy and reduce the data transfer error.

【0024】この読み書き部分のシステムを記録装置に
組み込むことにより従来の2倍から数倍程度の飛躍的な
大容量化ができる。
By incorporating the read / write system into a recording apparatus, the capacity can be dramatically increased by a factor of two to several times as compared with the conventional one.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】透明材料マイクロボールの下面の加工方法1の
図である。
FIG. 1 is a diagram of a method 1 for processing the lower surface of a transparent material microball.

【図2】透明材料マイクロボールの下面の加工方法2の
図である。
FIG. 2 is a diagram of a method 2 for processing the lower surface of a transparent material microball.

【図3】図1に示す形状加工した無収差レンズの使用法
である。
FIG. 3 is a diagram showing a method of using the shape-processed stigmatic lens shown in FIG.

【図4】図2に示す形状加工した無収差レンズの使用法
である。
FIG. 4 is a diagram illustrating a use method of the aberration-free lens whose shape is processed shown in FIG. 2;

【図5】透明材料マイクロボールの下面の加工方法3の
図である。
FIG. 5 is a diagram of a method 3 for processing the lower surface of the transparent material microball.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 特殊形状レンズ 2 保護層 3 記録面 4 基板 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Special-shaped lens 2 Protective layer 3 Recording surface 4 Substrate

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】マイクロボール形状のガラスあるいはサフ
ァイアあるいはその他の透明材料からなるレンズ下面を
図1または図2に示す特殊形状に研磨加工した無収差レ
ンズ。及び発明原理に基づくその他図5に示すような特
殊形状レンズ等。さらにこの特殊形状マイクロボールレ
ンズによる照明法および集光法
1. An astigmatism-free lens in which the lower surface of a microball-shaped glass, sapphire or other transparent material is polished to a special shape shown in FIG. 1 or FIG. And other specially shaped lenses based on the principles of the invention as shown in FIG. Furthermore, the illumination method and the light collection method using this specially shaped microball lens
【請求項2】前記特殊レンズをコンパクトデイスク記録
装置(いわゆるCD−ROM装置等)や光磁気記録装置
(いわゆるMO装置等)やデジタルビデオ装置(いわゆ
るDVD装置等)やその他レーザーデイスク装置等にお
けるデータの入出力部分(読み取り、書き込み部分等)
に用いることによって大容量化をはかった記録装置。
2. The method according to claim 1, wherein the special lens is used for data in a compact disk recording device (so-called CD-ROM device), a magneto-optical recording device (so-called MO device), a digital video device (so-called DVD device), and other laser disk devices. Input / output part (read, write part, etc.)
A large-capacity recording device used for
【請求項3】前記特殊レンズを用いた読み取り、書き込
み装置において読み取りおよび書き込み誤差を最小にす
るためのレンズの支持方法と無反射コーテイングの施
し。
3. A method for supporting a lens and applying an anti-reflection coating to minimize a reading and writing error in a reading and writing apparatus using the special lens.
【請求項4】読みとり及び書き込み記録面とレンズとの
空間的な距離を補正するための方法とそのためのレンズ
加工法。
4. A method for correcting a spatial distance between a reading and writing recording surface and a lens, and a lens processing method therefor.
【請求項5】記録面保護層と同じ程度の屈折率を有する
材料を用いてレンズを形状加工すること。
5. The lens is shaped by using a material having the same refractive index as the recording surface protective layer.
JP12775697A 1997-04-11 1997-04-11 Special-shaped aplanatic microlens and high density recorder Pending JPH10288702A (en)

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JP12775697A JPH10288702A (en) 1997-04-11 1997-04-11 Special-shaped aplanatic microlens and high density recorder

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JPH10288702A true JPH10288702A (en) 1998-10-27

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JP12775697A Pending JPH10288702A (en) 1997-04-11 1997-04-11 Special-shaped aplanatic microlens and high density recorder

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JP (1) JPH10288702A (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011099861A (en) * 2009-11-09 2011-05-19 Mitsutoyo Corp Linear displacement sensor using position sensitive photodetector

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011099861A (en) * 2009-11-09 2011-05-19 Mitsutoyo Corp Linear displacement sensor using position sensitive photodetector

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