ОПТИЧЕСКИЙ ДАТЧИК Российский патент 2002 года по МПК G11B7/135 

Предпосылки к созданию изобретения
1. Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к области оптических датчиков и, в частности, касается оптического датчика, способного записывать и воспроизводить информацию с высоким уровнем плотности путем использования твердотельной иммерсионной линзы (ТИЛ).

2. Характеристика известного уровня техники
На фиг.1 представлен известный оптический датчик для высокоплотной записи и воспроизведения информации, в котором луч от светового модуля 1, отраженный рефлектором 5, падает на твердотельную иммерсионную линзу 10, фокусирующую указанный луч в определенной точке на записывающей плоскости диска 19 в виде светового пятна.

Световой модуль 1 содержит источник света, средство для изменения траектории падения указанного луча и фотодетектор света, отраженного от записывающей поверхности диска 19.

Рефлектор 5 меняет угол падения луча для обеспечения его оптического сопровождения путем постепенного изменения положения светового пятна на диске 19.

Твердотельная иммерсионная линза 10 опирается на подвижную колодку 15, приподнимающуюся над диском 19 на высоту до нескольких десятков нанометров благодаря возникновению под ней воздушной подушки при вращении диска 19. Поверхность 10а ТИЛ 10, на которую падает световой луч, имеет изогнутую форму с целью обеспечить фокусировку луча, а ее поверхность 10b, обращенная к диску 19, является плоской.

Размер светового пятна, образуемого на диске 19, может быть определен по формуле
λ/2NA (1)
где λ- длина световых волн, излучаемых источником света, а NA - числовая апертура фокусирующего устройства. Таким образом, для того, чтобы уменьшить размер светового пятна для увеличения плотности записи и воспроизведения информационных сигналов, следует уменьшить длину световых волн или увеличить числовую апертуру. Однако максимальная числовая апертура для воздушной среды теоретически приближается к 1.

Поскольку поверхность 10b ТИЛ 10 находится в непосредственной близости к диску 19, при показателе преломления линзы 10, равном n_тил, длина световой волны в линзе 10 и диске 19 равна λ/n_тил, что вполне соизмеримо с величиной, полученной из уравнения (1). Таким образом, числовая апертура линзы по отношению к длине световых волн, излучаемых источником света, т.е. λ, больше или равна 1, что уменьшает размер светового пятна. Таким образом, показатель преломления ТИЛ 10 в сущности не отличается по величине от показателя преломления защитной пленки, покрывающей записывающую поверхность диска 19.

Как показано выше, при использовании твердотельной иммерсионной линзы 10 расстояние между линзой и диском 19 поддерживается в пределах нескольких десятков нанометров благодаря наличию воздушной подушки при вращении диска 19, вследствие чего световое пятно не испытывает воздействия слоя воздуха, и числовая апертура больше или равна 1, что приводит к уменьшению размера светового пятна.

Однако при наличии только одной изогнутой поверхности твердотельная иммерсионная линза 10 не может исключить одновременно сферическую аберрацию и кому. Другими словами, если поверхность линзы 10а, на которую падает луч света, имеет эллипсоидную форму, как показано на фиг.2, сферическая аберрация может быть устранена. Однако такая эллипсоидная поверхность 10а, исключающая сферическую аберрацию, не соответствует условию равенства синусов Аббе и поэтому становится очень чувствительной к углу наклона падающего луча. В результате возникает кома косого луча S1, который фокусируется твердотельной иммерсионой линзой 10, как показано на фиг.2 и 3. Если поверхность 10а ТИЛ 10 имеет форму полусферы, кома устраняется, однако несфокусированность и сферическая аберрация остаются.

Из вышесказанного ясно, что изготовление оптического записывающего и воспроизводящего устройства, содержащего ТИЛ 10, связано с большими трудностями ввиду высокой чувствительности такого устройства к степени наклона падающего луча и, вследствие этого, его склонности к искажению изображения (коме).

На фиг. 4 представлен известный оптический датчик с фокусирующей линзой 7, установленной между световым модулем 1 и ТИЛ 10. В этой конфигурации сферическая аберрация и кома устраняются линзой 7, а ТИЛ 10 служит для увеличения числовой апертуры. Однако, поскольку оптический датчик вышеуказанной конфигурации должен содержать две линзы, т.е. линзу объектива 7 и ТИЛ 10, вся система усложняется и становится громоздкой.

Цели изобретения
Задача настоящего изобретения заключается в устранении указанных недостатков при помощи оптического датчика, работа которого не зависит от угла наклона падающего луча и который способен обеспечить высокий уровень плотности записи и воспроизведения информации благодаря большой числовой апертуре, и в то же время отличается простотой и компактностью в связи с наличием только одной линзы.

Данная задача решается тем, что предлагаемый оптический датчик содержит световой модуль для излучения и приема светового потока, отраженного от носителя записи, и твердотельную иммерсионную линзу (ТИЛ), расположенную на пути луча между указанным модулем и носителем записи и имеющую плоскую поверхность, обращенную к носителю записи, и несколько эллиптически изогнутых поверхностей с различными радиусами кривизны для обеспечения симметричности по отношению к центральной оси своей поверхности, воспринимающей падающий свет от светового модуля для его фокусирования и создания светового пятна на записывающей поверхности носителя записи.

Радиус кривизны эллипса, расположенного на большем удалении от центральной оси, превышает радиус кривизны эллипса, расположенного на меньшем удалении от центральной оси.

Настоящее изобретение поясняется нижеследующим подробным описанием конкретных вариантов его осуществления, иллюстрируемых прилагаемыми чертежами:
фиг.1 - схематическое изображение известного оптического датчика, способного обеспечить высокий уровень плотности записи и воспроизведения информации;
фиг.2 - схема твердотельной иммерсионной линзы (ТИЛ), используемой в оптическом датчике, изображенном на фиг.1;
фиг. 3 - схематическое изображение светового пятна, сфокусированного ТИЛ оптического датчика, изображенного на фиг.1;
фиг. 4 - схематическое изображение другого варианта известного оптического датчика, способного обеспечивать высокий уровень плотности записи и воспроизведения информации;
фиг. 5 - схематическое изображение оптического датчика, способного обеспечивать высокий уровень плотности записи и воспроизведения информации в соответствии с одним из вариантов данного изобретения;
фиг. 6 - схематическое изображение твердотельной иммерсионной линзы (ТИЛ), используемой в оптическом датчике, представленном на фиг.5;
фиг. 7 - схематическое изображение светового пятна, сфокусированного ТИЛ оптического датчика, представленного на фиг.5;
фиг. 8 - схематическое изображение оптического датчика, способного обеспечивать высокий уровень плотности записи и воспроизведения информации в соответствии с другим вариантом данного изобретения.

Описание предпочтительных вариантов осуществления
Согласно фиг. 5 оптический датчик в первом варианте его осуществления включает световой модуль 21 для излучения и приема света, отраженного от носителя записи 19, и твердотельную иммерсионную линзу (ТИЛ) 30, расположенную на пути лучей между световым модулем 21 и носителем записи 19.

Световой модуль 21 может быть аналогичен световому модулю, используемому в известном оптическом датчике, и содержать источник света (не показан), средство (не показано) для изменения траектории падения указанного света и фотодетектор (не показан) света, отраженного от записывающей поверхности диска 19 и прошедшего через средство изменения его траектории. Указанным средством для изменения траектории луча может быть светоделитель или голографическое устройство.

ТИЛ 30 фокусирует падающий свет и образует световое пятно на записывающей плоскости носителя записи 19. Поверхность 33, воспринимающая падающий луч от ТИЛ 30, имеет изогнутую форму для фокусирования падающего луча от светового модуля 21 на записывающей плоскости носителя записи 19. Другая поверхность 31, обращенная к носителю записи 19, имеет плоскую форму.

В данном варианте поверхность падения луча 33 согласно фиг.6 имеет несколько эллиптически изогнутых поверхностей 33а и 33b с различными радиусами кривизны для обеспечения симметричности по отношению к центральной оси (с). Радиусы кривизны указанных эллипсоидных поверхностей 33а и 33b предпочтительно увеличиваются с увеличением их расстояния от центральной оси (с).

ТИЛ 30 с указанными выше эллиптически изогнутыми поверхностями обеспечивает низкий уровень сферической аберрации и компенсирует кому косого падающего луча. Поэтому согласно фиг.6 косой падающий свет фокусируется твердотельной иммерсионной линзой 30 в виде светового пятна S2, показанного в фиг. 7.

Согласно фиг. 5 ТИЛ 30 опирается на подвижную колодку 35. ТИЛ 30 и подвижная колодка 35 слегка приподнимаются над поверхностью носителя записи 19 благодаря возникновению под ними воздушной подушки, образующейся при вращении дискообразного носителя записи 19. Показатель преломления ТИЛ 30 в сущности не отличается по величине от показателя преломления защитной пленки, покрывающей записывающую плоскость носителя записи 19. Поскольку принцип увеличения числовой апертуры путем применения ТИЛ 30 был рассмотрен выше применительно к фиг.1, повторное пояснение его будет опущено.

Предпочтительный вариант данного изобретения предусматривает дополнительную установку рефлектора 25 на траектории луча между световым модулем 21 и ТИЛ 30 для регулировки угла падения света на ТИЛ 30. Указанный угол падения может быть изменен вращением рефлектора 25. Таким образом можно обеспечить некоторое оптическое сопровождение луча путем постепенного изменения положения светового пятна на носителе записи 19.

В соответствии с данным изобретением, путем использования ТИЛ 30 с несколькими эллиптически изогнутыми поверхностями можно уменьшить кому примерно на 1/3 по сравнению с оптическим датчиком, в котором используется известная твердотельная иммерсионная линза (10 на фиг.1).

В другом варианте настоящего изобретения, представленном на фиг.8, оптический датчик дополнительно содержит волоконно-оптический элемент 40, установленный на пути луча между световым модулем 21 и ТИЛ 30 и предназначенный для передачи света. Элемент 40 служит в качестве канала для передачи света от светового модуля 21 до ТИЛ 30 и от ТИЛ 30 до светового модуля 21. Использование волоконно-оптического элемента 40 упрощает изготовление оптического записывающего и воспроизводящего устройства и расширяет до некоторой степени возможности оптического сопровождения луча.

Благодаря использованию одной твердотельной иммерсионной линзы с несколькими эллиптически изогнутыми поверхностями в соответствии с настоящим изобретением конструкция оптического датчика в целом становится более простой и компактной. Кроме того, предлагаемый оптический датчик существенно снижает аберрацию в виде комы, так как его восприятие не зависит от угла наклона падающего луча и он обеспечивает большие возможности по оптическому сопровождению. Помимо этого, поскольку числовая апертура предлагаемого устройства больше или равна 1, размер светового пятна в нем может быть уменьшен, а уровень плотности записи и воспроизведения информационного сигнала может быть соответственно повышен.

Устройство используется в оптических системах записи и воспроизведения информации. Датчик содержит световой модуль для излучения и приема светового потока, отраженного от носителя записи, и твердотельную иммерсионную линзу, расположенную между модулем и носителем записи. Линза имеет плоскую поверхность, обращенную к носителю информации, и несколько эллиптически изогнутых поверхностей с различными радиусами кривизны для обеспечения симметричности по отношению к центральной оси своей поверхности, воспринимающей падающий свет от модуля для фокусировки светового пучка на записывающей поверхности носителя информации. Обеспечен высокий уровень плотности записи и воспроизведения. 3 з.п. ф-лы, 8 ил.

1. Оптический датчик, содержащий световой модуль для излучения светового потока и приема светового потока, отраженного от носителя записи, твердотельную иммерсионную линзу (ТИЛ), расположенную на пути луча между указанным модулем и носителем записи и имеющую плоскую поверхность, обращенную к носителю записи, несколько эллиптически изогнутых поверхностей с различными радиусами кривизны для обеспечения симметричности по отношению к центральной оси своей поверхности, воспринимающей падающий свет от светового модуля для его фокусирования и создания светового пятна на записывающей поверхности носителя записи. 2. Оптический датчик по п. 1, отличающийся тем, что радиус кривизны эллипса, расположенного на большем удалении от центральной оси, превышает радиус кривизны эллипса, расположенного на меньшем удалении от центральной оси. 3. Оптический датчик по п. 1, отличающийся тем, что дополнительно содержит рефлектор, установленный на траектории луча между световым модулем и ТИЛ и предназначенный для регулирования угла наклона падающего света. 4. Оптический датчик по п. 1, отличающийся тем, что дополнительно содержит волоконно-оптический элемент, установленный на пути луча между световым модулем и ТИЛ и предназначенный для передачи светового потока между ними.