反折射光學系統、採用該系統的光拾取器、光碟驅動器和光碟的製作方法
2023-10-29 19:05:42
專利名稱：反折射光學系統、採用該系統的光拾取器、光碟驅動器和光碟的製作方法
技術領域：
本發明涉及反折射光學系統、採用該光學聚焦系統的光拾取器和光碟驅動器以及數字數據存儲介質，在該介質上可記錄信息，並可通過光拾取器和光碟驅動器從該介質中讀取信息。
已經研究了在光記錄和/或重現裝置中增加記錄容量的各種方法。這些基本方法是降低所使用的光的波長和增大所用物鏡的數值孔徑(NA)，來降低聚焦光點的尺寸。下面，參照圖1說明通過增加數值孔徑而降低聚焦光點尺寸的光學聚焦系統。
圖1所示的利用近場降低聚焦光點尺寸的光學聚焦系統，包括非球面透鏡1和稱為實心(solid)浸沒透鏡的球面透鏡2。當光學聚焦系統被用作光碟4的物鏡時，滑動器3裝載球面透鏡2在光碟4的表面上移動，並維持球面透鏡2和光碟4之間的距離小於100nm。非球面透鏡1折射從光源(未示出)發射的雷射束，而球面透鏡2將由非球面透鏡1折射的雷射束聚焦在面對光碟4的表面之內側。在其上聚焦雷射束的球面透鏡2的表面形成近場，並由此通過近場將信息記錄在光碟4上或從光碟4中讀取信息。
在構成球面透鏡2的材料的折射率為「n」的情況下，在球面透鏡2內，雷射束的會聚角(converging angle)變大，而雷射的動量被減小。因此，雷射束的波長減小到λ/n。數值孔徑(NA)也增加至NA/λ。於是在球面透鏡2表面內最終形成的光點尺寸正比於NA/λ。結果，利用球面透鏡2的介質的折射率「n」可減小光點的尺寸。
但是，圖1的光學聚焦系統包括分別製造的非球面透鏡1和球面透鏡2。因此，難以組裝或調節該光學聚焦系統，以致不能獲得期望的光學特性。由於光學聚焦系統需要束直徑大於或等於3mm的入射雷射，所以包括光接收單元在內的所有光學部件的尺寸被擴大。同樣，在因光拾取器或旋轉光碟的移動傾斜，出現入射光束傾斜，即雷射束相對於光碟偏離正常使用角度的情況下，難以正常地記錄或再現信號。
此外，目前可獲得的雷射二極體光源的光的最短波長大約為600nm。
再有，物鏡的數值孔徑目前約為0.6。因此，在需要0.6或更大數值孔徑的情況下，光拾取器的性能對於入射光束的傾斜十分敏感。因此，為了使光記錄和/或再現裝置商品化，使用現有光學聚焦系統是有困難的。
因此，本發明的第一目的在於提供一種光學聚焦系統，該光學聚焦系統使用新光學系統聚焦光束，從而就入射光束傾斜而言具有良好的性能，且可使光學部件緊湊並減小聚焦光點的尺寸。
本發明的第二目的在於提供一種採用上述光學聚焦系統的光拾取器。
本發明的第三目的在於提供一種製造上述光學聚焦系統的方法。
本發明的第四目的在於提供一種採用上述光學聚焦系統的光碟驅動器。
本發明的第五目的在於提供一種包括讀出層的光拾取器，用於放大包括了記錄於光碟上的信息的光束。
本發明的第六目的在於提供一種允許更準確地讀取所記錄的信息的光碟。
為了實現本發明的第一目的，提供利用光束形成聚焦光束點的光學聚焦系統。該光學聚焦系統包括在光學聚焦系統一側上且具有第一曲率半徑的折射面；在所述的一側圍繞折射面並具有與第一曲率半徑不同的第二曲率半徑的第一反射面；在光學聚焦系統另一側的透明光束聚焦面；和在所述另一側並且圍繞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雷射束聚焦在光束聚焦面上，成為聚焦光束點。
本發明的第二目的是這樣實現的，即提供一種用於光碟的光拾取器，利用聚焦光束點對光碟進行記錄和/或從光碟讀取信息的光拾取器包括光源；光檢測裝置；光頭，包括在光頭一側上並具有第一曲率半徑的折射面；在所述的一側上圍繞折射面並具有與第一曲率半徑不同的第二曲率半徑的第一反射面；在光頭另一側的透明光束聚焦面；和在所述另一側上圍繞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雷射束聚焦在光束聚焦面上作為聚焦光束點，光路改變裝置，把從光源發射的光束傳送至光頭的折射面，並把從折射面射出的光束傳送至所述光檢測裝置；和安裝光頭的支撐裝置，彈性地支撐光頭，使該光頭在距所述裝載光碟之預定距離之內，沿垂直於所述裝載的光碟的方向移動。
本發明的第三個目的是這樣實現的，即提供一種用於製造光學聚焦系統的方法。該光學聚焦系統利用光束形成聚焦光束點，並包括在光學聚焦系統的一側並具有第一曲率半徑的折射面，在所述一側圍繞折射面並具有與第一曲率半徑不同的第二曲率半徑的凸狀的第一反射面，在光學聚焦系統另一側的透明光束聚焦面，和在所述另一側圍繞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雷射束聚焦在光束聚焦面上，該製造方法包括以下步驟利用初級模板製造用於折射面和第一反射面的模具。
金剛石切割方法被用於製造步驟中，該製造步驟包括以下子步驟切割初級模板，產生用於成形第一反射面的第一模具；在第一模具中形成通孔，在該通孔中插入用於成形折射面的第二模具；和把第二模具插入形成於第一模具中的通孔中。
再有，本發明提供光碟驅動器，該光碟驅動器利用聚焦光束點進行光碟的記錄和/或讀取信息，該光碟驅動器包括基底；光源；反射器；光檢測裝置；光頭，包括在光頭一側並具有第一曲率半徑的折射面；在所述的一側上圍繞折射面並具有與第一曲率半徑不同的第二曲率半徑的第一反射面；在光頭另一側上的透明光束聚焦面；和在所述另一側上圍繞光束聚焦面的第二反射面，其中，折射面折射從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雷射束聚焦在光束聚焦面上成為聚焦光束點，光路改變裝置把光源發射的光束傳送至反射器，並把從折射面射出的光束傳送至所述光檢測裝置；和安裝光頭的支撐裝置，彈性地支撐光頭，使光頭在距所述裝載光碟預定距離之內，沿垂直於所述裝載的光碟的方向移動。
還提供利用近場從光碟中讀取信息的光拾取器，該光拾取器包括光學聚焦系統，產生用來從裝載光碟中讀取信息的近場；和附著於面朝所述裝載光碟的光學聚焦系統的光學面上的讀出層，用於放大包括在所述裝載光碟之記錄層上記錄的信息的反射光束。
另外還提供與使用近場讀取信息和光拾取器配合使用的光碟，該光碟包括襯底；塗敷在襯底上的記錄層，在該記錄層上記錄信有息；塗敷在記錄層上的讀出層，用於放大包括有在記錄層上記錄的信息的光束；塗敷在讀出層上的介質層；和塗敷在介質層上的外塗層。
下面，參照
優選實施例，其中圖1是說明產生近場的普通光學聚焦系統的視圖；圖2是說明本發明優選實施例的光學聚焦系統的視圖；圖3A至圖3C是說明用於磁光碟的光學聚焦系統的視圖，該光學聚焦系統由圖2所示的光學聚焦系統改變而成；圖4A至圖4C是說明圖3A所示的光學聚焦系統的改進的視圖，該光學聚焦系統在光碟上形成空氣支承；圖5A和圖5B是說明圖2所示的光學聚焦系統的製造方法的視圖；圖6是表示採用圖3A所示的光學聚焦系統的光拾取器的光學系統的視圖；圖7至圖7C是表示圖2所示的光學聚焦系統的改進的視圖，該系統適於裝配在光拾取器中；圖8至圖10B表示採用本發明的光學聚焦系統的光碟驅動器的結構；圖11A至圖11C是說明在圖8至圖10B所示的光碟驅動器中使用的彎曲部件的視圖。
圖12A是說明用圖8至圖10B所示的光碟驅動器對光碟進行記錄或讀取信息的光碟的視圖；圖12B是表示光學聚焦系統的視圖，該光學聚焦系統在近場形成部分的表面上帶有讀出層，代替圖12A所示的帶有讀出層的光碟；圖13A至圖13D是說明本發明的光學聚焦系統的另一改進的視圖；和圖14A和圖14B是說明本發明另一光碟驅動器的視圖。
下面，參照
本發明的優選實施例。參照圖2，按照本發明實施例的光學聚焦系統20包括均朝向光源(未示出)設置的折射面201和第一反射面203，和均朝向光碟100設置的光束聚焦面204和第二反射部分205。在光學聚焦系統20中，第一反射面203和第二反射面205有藉助塗層等得到的全反射特性。但是，折射面201和光束聚焦面204不進行用反射塗層的處理，並具有透光特性。折射面201和光束聚焦面204包括光學聚焦系統20的光軸。第一反射面203被設置在折射面201外的區域，而第二反射面205被設置在光束聚焦面204外的區域。由光束聚焦面204和第二反射面205組成的光學表面有平面形狀或與平面接近的彎曲形狀。
球面形狀的折射面201是朝向光束聚焦面204凹入的或凹陷的。第一反射面203有非球面的形狀。折射面有第一曲率半徑，而第一反射面有絕對值大於第一曲率半徑的第二曲率半徑。按照符號的規定，所有凸面有正的曲率半徑，而所有凹面有負的曲率半徑。因此，折射面201有帶負號的第一曲率半徑，而第一反射面203有帶負號的第二曲率半徑。這樣設計光學聚焦系統20，即使折射面201的孔徑比光學聚焦系統20的孔徑小得多。就是說，該光學聚焦系統被設計為在位於光源側的光學聚焦系統20的光學面上，折射面201有比第一反射面203小很多的佔有率(occupancy)。再有，這樣設計光學聚焦系統，使被第一反射面203反射的大部分雷射光束聚焦在光束聚焦面204上。
折射面201以發散形式折射從光源入射的光束。第一反射面203將在被折射部分201折射後由第二反射部分205反射的光束向位於朝向光碟100設置的光學表面的中心上的光束聚焦表面204反射。因此，圖2所示的光學聚焦系統20把通過折射部分201入射的大部分光束10在光束聚焦面204上聚焦為光點。結果，在光束聚焦面204上形成產生近場的光束點，用於對光碟100進行記錄和/或從其讀出信息。第一反射面203反射入射到其表面上的外界光線或環境光線。第二反射面205也反射外界光。
在本實施例中，折射部分201的孔徑，即垂直於光束10的縱軸的折射部分201的寬度約為0.8mm。聚焦在光束聚焦面204上的光點尺寸約為0.35μm，並形成稱為「漸逝場」的近場。眾所周知，近場是在使用的光的一個波長內存在的電磁場。因此，當光碟100的表面處於距光學聚焦系統20的光束聚焦面204為光束10的一個波長距離之內時，通過近場可以在位於光束聚焦面204附近的光碟100的信息記錄表面上記錄信息或從其讀出信息。光束聚焦面204的表面和面向光學聚焦系統20的光碟100表面之間的距離最好小於100nm。
再有，圖2的光學聚焦系統20利用僅通過折射部分201入射的光束10。因此，與圖1的光學聚焦系統相比，僅用光束直徑非常小的光束就可獲得期望的光點。所使用的光束10的光束直徑最好小於1mm。因此，當光學聚焦系統被用於光拾取器中時，與圖1的光學聚焦系統相比，圖2的光學聚焦系統20可以減小包括光接收單元的所有光學部件的尺寸。光學聚焦系統20本身也可用於普通的光拾取器中，該光拾取器使用光束直徑為3mm的雷射束。
圖2的上述光學聚焦系統20可用於壓槽式(emboss-pit)光碟的光拾取器，以及允許記錄和讀出的相變(phase-change)式光碟的光拾取器。
下面，為了清楚地進行說明，將與折射面位於相同一側的反射面定義為「第一反射面」，將與光束聚焦面位於相同一側的反射面定義為「第二反射面」。
圖3A至3C展示的是對圖2所示的光學聚焦系統進行修改使其適用於磁光碟的光學聚焦系統。圖3A所示的光學聚焦系統30包括聚焦元件31和光束聚焦部分33。光束聚焦部分33形成於光束聚焦系統30上，具有與朝向磁光碟110的光束聚焦系統30之表面相同的光學中心，並且為圓柱形。聚焦元件31包括折射面311、第一反射面313(兩者形成朝向光源的光學聚焦系統30的表面)，和形成聚焦元件31的朝向磁光碟110的表面且除去由光束聚焦部分33所佔據部分之外的第二反射面315。
光束聚焦部分33的厚度和形狀適於在其上附著用於對磁光碟110進行磁記錄/讀出的電磁線圈。在本實施例中，光束聚焦部分33為圓柱形。這裡，近場形成器33的厚度為從聚焦元件31的第二反射面315的表面突出的近場形成器33的高度。第二反射面315具有反射內部或外部入射光的反射特性，並且該反射特性通過金屬塗層產生。
折射面311以發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反射從第二反射部分315反射的入射雷射。由圖3A的光學聚焦系統最後聚焦的光點形成於朝向磁光碟110布置的近場形成器33的聚焦面331上。因此，折射面311和第一反射面313各具有與圖2中相應的折射面201和第一反射面203稍有不同的曲率。在這種情況下，折射面311的曲率半徑絕對值小於第一反射面313的曲率半徑絕對值。象在圖2的光學聚焦系統20中朝向光碟100的第二反射面205那樣，第二反射面315具有平面或接近平面的曲面。
射向在其上形成光點的聚焦面331的光束量取決於光束聚焦部分33的厚度。近場形成器33的厚度越薄，到達聚焦面331的雷射就越多。因此，當第一反射面313截斷通過折射面311入射的光束10的30％以下的光束時，光束聚焦部分33的厚度被這樣確定，以使第二反射面315不截斷光束10的30％以上的光束。
根據對圖3A的光學聚焦系統設計而進行的實驗之結果，當聚焦元件31和光束聚焦部分33由折射率為1.84的材料構成時，光束聚焦部分33的厚度在約0.1～0.2mm的範圍內較好。約為0.13mm更好。當光束聚焦部分33的厚度為0.13mm時，在面朝光碟100的光學面上由近場形成器33的聚焦面331所佔據的區域的直徑為0.5mm。當設計光束聚焦部分33使其滿足上述條件時，光學聚焦系統30具有1.5的數值孔徑和0.477mm的焦距，面朝光碟100的光學表面的有效直徑為3.4mm，入射雷射光束10的束直徑為0.78mm。因此，當圖3A的光學聚焦系統用於光拾取器時，可按10Gbit/英寸2或以上的表面記錄密度將信息記錄在磁光碟上或從該磁光碟讀取信息。在用其折射率為1.58的材料製造光束聚焦部分33的情況下，可設計聚焦元件31，使其數值孔徑為1.1。
圖3B表示由圖3A中所示的光學聚焦系統30改變而成的光學聚焦系統40。圖3B的光學聚焦系統40被製備成單個光學元件，並具有位於朝向光源(未示出)的光學面中且朝向光源呈凸形的折射面401。折射面401的曲率半徑絕對值小於第一反射面403的曲率半徑絕對值。按照符號規則，折射面401的曲率半徑具有負號。折射面401以會聚形式折射入射光束10，從而在光學聚焦系統40內形成焦點FP。具有平面形狀或接近於平面的曲面形狀的第二反射面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朝向具有圓板形狀的光束聚焦部分41反射從第二反射面405入射的光束。圖3B所示的光學聚焦系統40具有大體與圖3A的光學聚焦系統相同的結構，只是折射面401朝向圖3A的折射面311的相對一側凸出。因此，從第一反射面403入射的光束在光束聚焦部分41的聚焦面411上被聚焦為光點。
圖3C示出圖3A中所示的光學聚焦系統30的另一個變形例。圖3C中所示的光學聚焦系統50包括聚焦元件51和光束聚焦部分53。聚焦元件51包括為凹形或凹入形狀的折射面511、非球面形狀的第一反射面513、和具有平面形狀或接近平面的曲面形狀的第二反射面515。以令光束聚焦部分53在光學聚焦系統51的光軸上對中的方式，將光束聚焦部分53形成在聚焦元件51的朝向磁光碟110的表面上。光束聚焦部分53具有圓柱形，其光軸與聚焦元件51的光軸重合，並且其面對摺射部分511的表面是凸的。光束聚焦部分53的表面531是聚焦面，在其上將入射光束10聚焦為最後的光點。折射面511以發散形式折射入射光。朝向磁光碟110設置的第二反射面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將由第二反射面515反射的光束聚焦在光束聚焦部分53的聚焦面531上。結果，由聚焦在聚焦面531上的光點形成近場。
光束聚焦部分53被設計成具有比聚焦元件51更高的折射率。因而由光束聚焦部分53再次會聚入射到光束聚焦部分53的光束。例如，聚焦元件51由通常的折射率約為1.55的一般光學玻璃製成。光束聚焦部分53由折射率約為3的GaAs製成。因此，形成於聚焦面531上的光點尺寸為由圖3A的光學聚焦系統形成的光點尺寸的一半。
圖3A至3C所示的光學聚焦系統可用於壓槽式光碟、相變式光碟和磁光碟。
圖4A至4C表示採用按照本發明的光學聚焦系統的光頭(optical head)。
圖4A表示光頭60，其中代替圖3A的光束聚焦部分33，在朝向光碟110的聚焦元件31的表面上附著滑動器(slider)65。通過粘結劑將折射率小於聚焦元件31的折射率的滑動器65粘接於聚焦元件31的光碟表面上。滑動器65包括相對磁光碟110的旋轉運動位於滑動器65的較前部分的突起651，和具有與聚焦元件31相同的光軸的光束聚焦部分653。光束10由聚焦元件31聚焦於朝向光碟設置的光束聚焦部分653的表面上，並由此從光束聚焦部分653的表面產生近場。當旋轉磁光碟110時突起651構成在滑動器65與磁光碟110之間的氣體支承。
圖4B表示將圖3A所示的光學聚焦系統30改變為包括聚焦元件71和滑動器75A的光頭70A。聚焦元件71和滑動器75A由具有相同折射率的材料構成，並用與聚焦元件71和滑動器75A有相同折射率的粘結劑將它們彼此粘結在一起。在圖4B中，參考標號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。
圖4C表示包括形狀與圖4B所示滑動器75A不同的滑動器75B的光頭70B。圖4C中所示的元件具有與圖4B中所示的相同標號元件大體相同的形狀和功能。滑動器75B有用於施加電磁線圈的凹槽，電磁線圈用於在磁光碟110上記錄信息。
圖5A是說明光學聚焦系統或聚焦元件的製造方法的圖。為了清楚地進行說明，以圖2所示的光學聚焦系統的製造方法為例進行說明。用模製形成圖2所示光學聚焦系統20的形狀。為了形成光學聚焦系統20，使用模具151和155構成的上模和下模157。為了製造上模，切割厚度足以成形折射面201和第一反射面203的初級模板，製造用於形成第一反射面203的模具。接著，對該模具加工插入模具155的通孔153，從而完成模具151的製造。此時，用金剛石切割製造用於形成第一反射面203之表面的模具151的內表面。用於形成折射面201的模具155是單獨製造的。
一旦製造好模具151和155，則將模具153插入模具151的通孔153中，形成完整的上模。當用該方法製備上模時，折射面201與第一反射面203相交的部位並不是圓的。因此，允許上模僅用金剛石切割來製造。然後，上模和下模157組裝為模具組件，隨後將該模具組件用於將具有預定折射率的介質模製為光學聚焦系統20。當利用模具組件模製出光學聚焦系統20的形狀時，塗敷光學聚焦系統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，並且使光束聚焦面204具有透光特性。
圖5B說明了與參照圖5A進行的描述所不同的上模製造方法。圖5B中所示的上模用於形成光學聚焦系統20的折射面201和第一反射面，並用金剛石切割等來製備。與參照圖5A描述的步驟相同的步驟不再參照圖5B進行說明。
圖6表示具有普通光學系統並且使用圖3A的光學聚集系統30的光拾取器。在圖6中，用準直透鏡63校準從雷射源61發射且其波長約為600nm的光束10，使其與準直透鏡63的光軸平行，然後入射到光束分離器65中。光束分離器65朝向反射鏡67傳送入射雷射束，反射鏡67這樣設置，以使從光束分離器65入射的雷射束10朝向光學聚焦系統30的折射面311反射。在光學聚焦系統30中，相對於從反射鏡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具有與參照圖3A所述相同的光學特性。結果，在聚焦面331上形成光點。由空氣支承維持在光學聚焦系統30與光碟110之間的間隔，並使該間隔小於100nm。形成於聚焦面331上的光點產生近場。而近場被盤110的信息記錄層改變。包含這種改變的反射光順序地由反射鏡67和光束分離器65反射，然後入射到檢測透鏡69。檢測透鏡69將從光束分離器65入射的光束傳送到光檢測器71的光接收面。
在將圖6的光拾取器設計為用於磁光碟的情況下，將單獨偏振的光束分離器插入檢測透鏡69與光檢測器71之間，用兩個光檢測器代替光檢測器71。偏振光束分離器將通過檢測透鏡69傳送的光束分離成兩個線性偏振分量。分別用兩個光檢測器檢測這兩個分量。
圖7A至7C是用於說明參照圖2至圖4C描述的光學聚焦系統具有適於用在光學拾取器中的形狀變形例的視圖。具體地說，圖7A至7C展示由圖2的光學聚焦系統20變化而成的光學聚焦系統20a和20b。圖7A展示包括突起220的光學聚焦系統20a，圖7B展示包括支架230的光學聚焦系統20b，和圖7C是從光學聚焦系統20a或20b的上側觀察的投影圖。參考標號10表示雷射射線。
圖7A中所示的突起220形成於光學聚焦系統20a的折射部分與第一反射部分相交的部位，並且具有突向反射鏡67a的形狀。象突起220那樣，圖7B中所示的支架230形成於光學聚焦系統20b的折射部分與第一反射部分相交的部位。但是，通過切割在折射部分與第一反射面之間的界面部分，使支架230與反射鏡67b接觸的表面與垂直於光學聚焦系統光軸的方向平行，形成支架230。在光學聚焦系統20a和20b的光軸方向觀察，突起220和支架230具有如圖7C所示的圓環狀帶的形狀。
圖8和9展示了光碟驅動器的結構，其中具有按照本發明的光學聚焦系統的光拾取器按普通硬碟驅動器構成。圖8表示用於壓槽式光碟和相變式光碟的光碟驅動器。參考標號80表示基底，參考標號81表示雷射二極體，82表示準直透鏡，83表示光束分離器，84表示反射鏡，85A表示按照本發明的圖2的光學聚焦系統，86表示光碟，87表示檢測透鏡，88表示光檢測器，89表示擺動臂，和90表示擺動臂致動器。
圖9表示用於壓槽式光碟、相變式光碟和磁光碟的光碟驅動器。相同的參考標號表示與圖8中相同的元件。參考標號85B表示圖3A至3C所示的光學聚焦系統，88A表示用於檢測S偏振分量的光檢測器，88B表示用於檢測P偏振分量的光檢測器，和91表示偏振光束分離器。
參照圖6已說明了使用按照本發明的光學聚焦系統的光拾取器的光學系統。這樣，由於示於圖8和9中的光碟驅動器的光學系統和功能對本領域的技術人員來說是顯而易見的，因而省略有關圖8或9的光碟驅動器的操作的說明。
圖10A和10B是展示使用示於圖4A至4C中的光頭的光碟驅動器的圖。參考標號85C表示與圖4A至4C中所示相同的光學聚焦系統，89B表示擺動臂，92a表示磁鐵，93表示音圈(voice coil)電動機，94表示磁扼，95表示與示於圖4A至4C中的滑動器65、75A或75B相同的滑動器，96表示懸置部件，和97表示主軸(spindle)電動機。當磁光碟被用於圖10A和10B中所示的光碟驅動器中時，附加提供並使用在圖9中示出的光檢測器88A和88B和偏振光束分離器91。
圖11A至11C是說明將光學聚焦系統85C懸置到圖10A或10B中所示的懸置部件96上的彎曲部件98的圖。如圖11A所示，彎曲部件98包括固定光學聚焦系統85C的固定器981和突起983。如圖11B所示，利用懸置部件96將彎曲部件98固定到擺動臂89B上。突起983被用作彎曲部分98運動的樞軸。亦即，突起983允許彎曲部件98以其為中心運動。圖11C是展示突起983以及示於圖10B中的聚焦元件85C、滑動器95和懸置部件96的放大圖。圖11C示出了一個用作樞軸的凸起983B形成在固定器981上的實例，這與圖11A中示出的彎曲件98的凸起983B不同。
即使因在光碟驅動器的製造中有間隙或其它因素，而使由於光碟旋轉產生的氣流不均勻，進而造成在滑動器95與光碟之間產生的空氣支承不均勻，彎曲部件98也能確保在構成近場的滑動器95的表面200與光碟表面之間的間隔總是保持不變。
圖12A表示用於本發明的磁光碟110的層結構。美國專利5202880披露了在記錄和/或讀取信息中利用近場的近場記錄方法的光碟層結構。按照該專利，用於近場記錄方法的光碟具有在襯底上順序塗敷的反射層、第一介質層(dielectric layer)、存儲層、第二介質層和外塗層或保護層的層結構。在外塗層的外表面上，放置潤滑劑，以便裝載光頭的滑動器能光滑地滑動而不對光碟的表面有任何損傷。用於本發明的磁光碟還包括設置於具有上述專利所述層結構的光碟的存儲層與第二介質層之間且僅放大預定信號的讀出層。在「INTERNATIONAL SYMPOSIUM ON OPTICAL MEMORY 1995」的技術彙編(保存在日本Kanazawa市，從1995年8月30日至1995年9月1日)中第27-28頁中公開了該讀出層。
圖12B是示出使用公開於上述美國專利中的光碟並在朝向光碟設置的滑動器95表面上形成讀出層和產生近場的視圖。
圖13A至13D表示按照本發明的光學聚焦系統的另一變形例。圖13A至13D中所示的光學聚焦系統是分開地製造具有折射面的光學元件、具有第一和第二反射面的聚焦元件和光束聚焦面的實例。示於圖13A中的光學聚焦系統20-1包括具有凹形折射面201-1的平凹光學元件，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。面對平凹光學元件的聚焦元件表面具有平面形狀。圖13B的光學聚焦系統20-2包括具有凹形折射面201-2的平凹光學元件，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。面對平凹光學元件的圖13B的聚焦元件表面為凸形形狀。圖13C的光學聚焦系統20-3包括具有凸形折射面201-3的平凸光學元件，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。面對平凸光學元件的圖13C的聚焦元件表面為平面形狀。圖13D的光學聚焦系統20-4包括具有凸形折射面201-4的平凸光學元件，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。面對平凸光學元件的圖13D的聚焦元件表面為凸形表面。
圖14A和14B表示按照本發明的另一光碟驅動器。圖14A和14B中所示的光碟驅動器由圖10A和10B的光碟驅動器變化而成。在圖14的光碟驅動器中，參考標號84A表示反射鏡。反射鏡84A是電(galvano)鏡，用電磁效應進行驅動。反射鏡84A用於調整反射鏡84A相對於光學聚焦系統85C的折射面的傾斜程度。作為參考，美國專利5748172公開了用電磁效應來驅動微鏡陣列。當需要精細的尋跡操作時，致動器90A驅動反射鏡84A。反射鏡99用未示出的致動器或致動器90A致動，即使在擺動臂89A移動時，仍傳送在光束分離器83與反射鏡84A之間的光束。反射鏡99也是一個電鏡。雷射二極體81、準直透鏡82、光束分離器83、檢測透鏡87和光檢測器88固定在基底80上。
至此，參照產生近場的光學聚焦系統對了本發明進行了描述，但對於本領域的技術人員明顯的是，可在遠場光學系統中使用本發明的光學聚焦系統。
如上所述，按照本發明的形成近場的光學聚焦系統和使用該系統的光拾取器可減小構成近場的光點尺寸，即使其光束直徑小於現有技術的構成近場的光學聚焦系統的雷射束直徑。因此，按照本發明的光拾取器可對具有10Gbit/英寸2或以上的表面記錄密度的光碟進行記錄或再現信息。此外，即使因光碟或光拾取器移動，入射光束髮生傾斜，也可精確地在光碟上記錄信息或再現光碟上的信息。將光學聚焦系統組裝到光拾取器中以及所組裝的光學系統的調節是非常簡易的。此外，按照本發明的光學聚焦系統不僅提供非常優異的角度特性(即場特性)，而且與其它常規光學系統相比(就是說，透鏡或反射鏡)還增大了數值孔徑。因此，光學聚焦系統可用於諸如高密度臺階(stepper)、顯微鏡等要求這樣的場特性的裝置中。
儘管在本申請中僅說明了本發明的某些實施例，但顯然可對其進行各種修改而不會脫離本發明的精神和範圍。
權利要求
1.一種利用光束形成聚焦光束點的光學聚焦系統，該光學聚焦系統包括在光學聚焦系統一側上且具有第一曲率半徑的折射面；在所述的一側上圍繞折射面並具有與第一曲率半徑不同的第二曲率半徑的第一反射面；在光學聚焦系統另一側上的透明光束聚焦面；和在所述另一側上且圍繞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，而第一反射面將第二反射面反射的雷射束以光束聚焦點的形式聚焦在光束聚焦面上。
2.按照權利要求1的光學聚焦系統，其中，折射面有與光束聚焦面相同的光軸。
3.按照權利要求l的光學聚焦系統，其中，第一曲率半徑的絕對值小於第二曲率半徑的絕對值。
4.按照權利要求3的光學聚焦系統，其中，折射面具有面對光束聚焦面凹陷的凹面形狀。
5.按照權利要求4的光學聚焦系統，其中，折射面與第一反射面接觸。
6.按照權利要求4的光學聚焦系統，其中，折射面與第一反射面間分離。
7.按照權利要求3的光學聚焦系統，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狀。
8.按照權利要求7的光學聚焦系統，其中，折射面與第一反射面接觸。
9.按照權利要求7的光學聚焦系統，其中，折射面與第一反射面間分離。
10.按照權利要求1的光學聚焦系統，其中，第一反射面有非球面形狀。
11.按照權利要求1的光學聚焦系統，其中，第一和第二反射面中的每個都遮斷外部光。
12.按照權利要求1的光學聚焦系統，其中，相對於光學聚焦系統的孔徑來說，折射面的孔徑足夠小。
13.按照權利要求12的光學聚焦系統，其中，折射面的孔徑約小於1mm。
14.按照權利要求13的光學聚焦系統，其中，折射面的孔徑約為0.8mm。
15.按照權利要求12的光學聚焦系統，其中，折射面、第一和第二反射面具有這樣的形狀，即允許光學聚焦系統在光束聚焦面上形成光束點，該光束點具有能產生近場的尺寸。
16.按照權利要求15的光學聚焦系統，其中，光學聚焦系統包括包括折射面、第一和第二反射面的聚焦元件；和包括圓形表面的光束聚焦部分，與第二反射面相比，該圓形表面突出並用作光束聚焦面。
17.按照權利要16的光學聚焦系統，其中，光束聚焦部分有適合附著電磁線圈的形狀。
18.按照權利要求16的光學聚焦系統，其中，聚焦元件和光束聚焦部分有約1.84的折射率，從第二反射面凸出的光束聚焦部分的厚度在約0.1至0.2mm的範圍內。
19.按照權利要求18的光學聚焦系統，其中，光束聚焦部分的厚度優選0.13mm，光束聚焦面的孔徑約0.5mm。
20.按照權利要求15的光學聚焦系統，其中，光學聚焦系統包括包括折射面、第一和第二反射面的聚焦元件；和光束聚焦部分，包括圓形表面，並具有向折射面突出的凸面形狀，與第二反射面相比，所述圓形表面突出並且用作光束聚焦面。
21.按照權利要求20的光學聚焦系統，其中，光束聚焦部分有適合將電磁線圈安裝在其上的形狀。
22.按照權利要求20的光學聚焦系統，其中，聚焦元件的折射率小於光束聚焦部分的折射率。
23.按照權利要求22的光學聚焦系統，其中，聚焦元件有約為1.55的折射率，而光束聚焦部分有約為3的折射率。
24.按照權利要求1的光學聚焦系統，其中，第二反射面大致為平面。
25.按照權利要求24的光學聚焦系統，其中，光束聚焦面大致為平面。
26.按照權利要求25的光學聚焦系統，其中，光束聚焦面與第二反射面接觸。
27.一種光拾取器，利用聚焦光束點對光碟進行記錄和/或從其上讀取信息，該光拾取器包括光源；光檢測裝置；光頭，包括在光頭的一側上且具有第一曲率半徑的折射面；在所述的一側上圍繞折射面並具有與第一曲率半徑不同的第二曲率半徑的第一反射面；在光頭的另一側上的透明光束聚焦面；和在所述另一側上且圍繞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，而第一反射面將從第二反射面反射的雷射束以聚焦光束點聚焦在光束聚焦面上，光路改變裝置，把從光源發射的光束傳送至光頭的折射面，並把從折射面射出的光束傳送至所述光檢測裝置；和安裝光頭的支撐裝置，彈性支撐著光頭，以使光頭在距所述裝載的光碟之預定距離內，沿垂直於所述裝載的光碟的方向移動。
28.按照權利要求27的光拾取器，其中，折射面有與光束聚焦面相同的光軸。
29.按照權利要求27的光拾取器，其中，第一曲率半徑的絕對值小於第二曲率半徑的絕對值。
30.按照權利要求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狀。
31.按照權利要求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狀。
32.按照權利要求27的光拾取器，其中，折射面、第一和第二反射面具有這樣的形狀，即使光學聚焦系統在光束聚焦面上形成光束點，該光束點具有能產生近場的尺寸。
33.按照權利要求32的光拾取器，其中，光頭包括包括折射面、第一和第二反射面的聚焦元件；和包括光束聚焦面的滑動器，其具有能產生空氣支承的形狀，作為在所述裝載光碟表面上產生的空氣流動的結果，空氣支承用於在所述裝載光碟上浮動光頭。
34.按照權利要求33的光拾取器，其中，滑動器有與聚焦元件相同的折射率。
35.按照權利要求33的光拾取器，其中，滑動器包括適合安裝電磁線圈的凹槽，該電磁線圈用於在磁光碟上記錄信息。
36.按照權利要求33的光拾取器，其中，滑動器的折射率小於聚焦元件的折射率。
37.按照權利要求32的光拾取器，其中，光頭包括包括折射面、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動器，並且該滑動器具有這樣的形狀，即產生空氣支承，作為在所述裝載的光碟表面上產生空氣流動的結果，空氣支承在所述裝載的光碟上浮動光頭。
38.按照權利要求37的光拾取器，其中，滑動器有與聚焦元件相同的折射率。
39.按照權利要求38的光拾取器，其中，滑動器具有在面向所述裝載的光碟的滑動器表面上設置的第二反射面。
40.按照權利要求32的光拾取器，其中，相對於第二反射面的孔徑來說，折射面的孔徑足夠小。
41.按照權利要求40的光拾取器，其中，折射面的孔徑約小於1mm。
42.按照權利要求41的光拾取器，其中，折射面的孔徑約為0.8mm。
43.按照權利要求32的光拾取器，其中，光束聚焦面與裝載的光碟之間的間距小於或等於從光源發射的光束的波長。
44.按照權利要求43的光拾取器，其中，光束聚焦面和裝載的光碟之間的間距保持為小於約100nm。
45.按照權利要求32的光拾取器，其中，所述支撐裝置包括旋轉支撐光頭以保持光束聚焦面和裝載光碟之間的間距恆定的彎曲部件。
46.按照權利要求45的光拾取器，其中，彎曲部件包括用於固定光頭的支架；和形成在支架上的突起，使彎曲部件以該突起為中心旋轉運動。
47.按照權利要求27的光拾取器，其中，所述光路改變裝置按平行光束形式對從光源發射的光束整形，並把平行光束傳送至折射面。
48.按照權利要求47的光拾取器，其中，所述光路改變裝置包括反射器，使入射到折射面的光束沿大致垂直於折射面的方向進入折射面。
49.按照權利要求48的光拾取器，其中，反射器被安裝在折射面和第一反射面相交的部位上。
50.按照權利要求27的光拾取器，其中，光檢測裝置包括單個光檢測器，用於檢測由壓槽式光碟和相變式光碟中之一的信息記錄表面反射的光束。
51.按照權利要求27的光拾取器，其中，所述光檢測裝置包括兩個光檢測器，用於檢測由磁光碟的信息記錄表面反射的光束。
52.一種製造光學聚焦系統的方法，該光學聚焦系統利用光束形成聚焦光束點，並包括在光學聚焦系統的一側並具有第一曲率半徑的凹狀的折射面，在所述的一側圍繞折射面並具有與第一曲率半徑不同的第二曲率半徑的凸狀的第一反射面，在光學聚焦系統另一側的透明光束聚焦面，和在所述另一側上並且圍繞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，而第一反射面將由第二反射面反射的雷射束聚焦在光束聚焦面上成為聚焦光束點，該製造方法包括下列步驟用初級模板製造用於折射面和第一反射面的模具。
53.按照權利要求52的方法，其中，在製造步驟中，使用金剛石切割方法。
54.按照權利要求52的方法，其中，製造步驟包括以下子步驟切割初級模板，產生用於成形第一反射面的第一模具；在第一模具中形成通孔，在該通孔中插入用於成形折射面的第二模具；和把第二模具插入形成於第一模具中的通孔中。
55.按照權利要求54的方法，其中，在切割步驟中，使用金剛石切割方法。
56.一種光碟驅動器，利用聚焦光束點對光碟進行記錄和/或讀取信息，該光碟驅動器包括基底；光源；反射器；光檢測裝置；光頭，包括在光頭一側並具有第一曲率半徑的折射面；在所述的一側上圍繞折射面並具有與第一曲率半徑不同的第二曲率半徑的第一反射面；在光頭另一側上的透明光束聚焦面；和在所述另一側上圍繞光束聚焦面的第二反射面，其中，折射面折射從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，而第一反射面將由第二反射面反射的雷射束聚焦在光束聚焦面上形成聚焦光束點，光路改變裝置，把從光源發射的光束傳送至反射器，並把從折射面射出的光束傳送至所述光檢測裝置；和安裝光頭的支撐裝置，該裝置彈性支撐光頭，使光頭在距所述裝載光碟的預定的距離之內，沿垂直於所述裝載的光碟的方向移動。
57.按照權利要求56的光碟驅動器，其中，把光源、所述光檢測裝置和所述光路改變裝置固定在基底上。
58.按照權利要求56的光碟驅動器，其中，反射器使從所述光路改變裝置射出的光束沿大致垂直於折射面的方向進入折射面。
59.按照權利要求58的光碟驅動器，其中，把反射器安裝在折射面和第一反射面相交的部位上。
60.按照權利要求58的光碟驅動器，其中，反射器是電鏡，在該電鏡中，利用電磁效應調整該鏡的反射面相對於光頭折射面的傾斜度。
61.按照權利要求60的光碟驅動器，其中，光碟驅動器還包括致動電鏡的致動器，以便進行光頭的微細尋跡操作。
62.按照權利要求56的光碟驅動器，其中，把光源、所述光檢測裝置和所述光路改變裝置安裝在支撐裝置上。
63.按照權利要求56的光碟驅動器，其中，把反射器安裝在折射面和第一反射面相交的部位上。
64.按照權利要求63的光碟驅動器，其中，反射器是電鏡，在該電鏡中，利用電磁效應調整該鏡的反射面相對於光頭折射面的傾斜度。
65.按照權利要求64的光碟驅動器，其中，光碟驅動器還包括致動電鏡的致動器，以進行光頭的微細尋跡操作。
66.一種光拾取器，利用近場從光碟讀取信息，該光拾取器包括光學聚焦系統，用於產生近場，以從裝載的光碟中讀取信息；和附著於面朝所述裝載光碟的光學聚焦系統之光學面上的讀出層，用於放大反射光束，該反射光束包括有記錄在所述裝載光碟之記錄層上的信息。
67.一種光碟，利用使用近場讀取信息的光拾取器，該光碟包括襯底；塗敷在襯底上的記錄層，信息記錄在該記錄層上；塗敷在記錄層上的讀出層，用於放大包括有記錄在記錄層上的信息的光束；塗敷在讀出層上的介質層；和塗敷在介質層上的外塗層。
全文摘要
一種光學聚焦系統,使用從光源發射的光束,該光學聚焦系統包括在光學聚焦系統的一側上且具有第一曲率半徑的折射面,在所述的一側上圍繞折射面並具有與第一曲率半徑不同的第二曲率半徑的第一反射面,在光學聚焦系統的另一側上的透明光束聚焦面,和在上述另一側上且圍繞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,而第一反射面將從第二反射面反射的雷射束聚焦在光束聚焦面上形成聚焦光束點。光學聚焦系統可以用於光拾取器中。光拾取器使用光學聚焦系統,以利用例如由光源發射的雷射光束產生用於對記錄介質進行記錄或讀出信息的光束點。光拾取器使用由本發明的光學聚焦系統提供的近場效應,允許記錄或讀出的高密度。此外,本發明的光學聚焦系統允許使用光束直徑小於現有光學聚焦系統所用的雷射束直徑的光束形成近場。因此,本發明的光拾取器可在有10 Gbit/英寸
文檔編號G11B7/135GK1250538SQ98803234
公開日2000年4月12日 申請日期1998年11月21日 優先權日1997年11月22日
發明者李哲雨, 鄭鍾三, 李庸勳, 延哲誠, 徐仲彥, 鄭永民, 申東縞, 趙虔皓, 成平庸, 劉長勳 申請人:三星電子株式會社