專利名稱:光學(xué)透鏡、聚焦透鏡、光學(xué)拾取裝置及光學(xué)記錄和再現(xiàn)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光學(xué)透鏡、聚焦透鏡、光學(xué)拾取裝置及光學(xué)記錄和再現(xiàn)裝置，它們特別適用于叫做近場光學(xué)記錄和再現(xiàn)方法，該方法通過把近場光照射到光學(xué)介質(zhì)上進(jìn)行記錄和/或再現(xiàn)。
背景技術(shù)：
由CD(緊致盤)、MD(小型盤)、及DVD(數(shù)字多用途盤)代表的光學(xué)記錄介質(zhì)(包括磁光記錄介質(zhì))被廣泛用作用于聲頻數(shù)據(jù)、視頻數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)、程序等的存儲介質(zhì)。然而，希望有一種具有更大容量的光學(xué)記錄介質(zhì)、和一種其中在記錄介質(zhì)上進(jìn)行記錄和再現(xiàn)的光學(xué)記錄和再現(xiàn)裝置，因為更高的聲音質(zhì)量；更高的畫面質(zhì)量；更長的持續(xù)時間；及聲頻數(shù)據(jù)、視頻數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)、程序等的更大容量正在進(jìn)步。
那么，為了適應(yīng)以上情形，在光學(xué)記錄和再現(xiàn)裝置中，已經(jīng)使在諸如半導(dǎo)體激光器之類的光源中的波長更短，例如，已經(jīng)試圖增大聚焦透鏡的數(shù)值孔徑并且使通過聚焦透鏡聚焦的光點直徑很小。
例如，就半導(dǎo)體激光器而論，一種使其在有關(guān)技術(shù)中紅色激光的振蕩波長635nm進(jìn)入400nm頻帶的更短波長的GaN半導(dǎo)體激光器已經(jīng)進(jìn)入實際使用中，并由此正在減小光點的直徑。另外，就用來得到更短波長的嘗試而論，例如，由索尼公司(Sony Corp.)等制造的、連續(xù)振蕩266nm單波長光的遠(yuǎn)紫外固態(tài)激光器UW-1010已經(jīng)投入商業(yè)性生產(chǎn)，并且試圖進(jìn)一步減小光點的直徑。而且，除此之外，已經(jīng)研究和開發(fā)了Nd:YAG激光器的雙波激光器(266nm頻帶)、金剛石激光器(235nm頻帶)、GaN激光器的雙波激光器(202nm頻帶)。
另外，通過使用由例如固體浸沒透鏡代表的大數(shù)值孔徑的光學(xué)透鏡得到具有例如1或更大的數(shù)值孔徑的聚焦透鏡，并且已經(jīng)研究了叫做近場光學(xué)記錄和再現(xiàn)方法的方法，該方法通過把靠近光學(xué)記錄介質(zhì)的這種聚焦透鏡的物體側(cè)表面帶到其光源波長的近似1/10的距離來進(jìn)行記錄和再現(xiàn)。
為了使在這種近場光學(xué)記錄和再現(xiàn)方法中的傳輸速率更高，重要的是，使盤以高速轉(zhuǎn)動，同時保持在光學(xué)記錄介質(zhì)與聚焦透鏡之間的距離在光學(xué)接觸的狀態(tài)內(nèi)。
況且，在聚焦透鏡的形狀方面存在重大限制，因為從光源發(fā)射的并且入射在聚焦透鏡上的光束的直徑變得較小并且在光學(xué)記錄介質(zhì)與聚焦透鏡之間的距離變得相當(dāng)小。
圖1表示可應(yīng)用于近場光學(xué)記錄和再現(xiàn)方法的一種光學(xué)系統(tǒng)的示意構(gòu)造，該方法使用例如上述固體浸沒透鏡。具有例如超半球型結(jié)構(gòu)的第一光學(xué)透鏡11、和第二光學(xué)透鏡12按順序從面向光學(xué)記錄介質(zhì)30的記錄表面的物體側(cè)布置，以形成一種近場聚焦透鏡13。
就第一光學(xué)透鏡11而論，有如下關(guān)系t＝r(1+1/n)其中r是曲率半徑，n是光學(xué)透鏡材料的折射率，及t是沿透鏡的光軸方向的厚度。典型地用作光學(xué)玻璃的SiO2的折射率是約1.5。
另外，當(dāng)如圖1中所示W(wǎng)D是在第二光學(xué)透鏡12與光學(xué)記錄介質(zhì)30之間的距離時，這個第一光學(xué)透鏡11的厚度t需要滿足條件t＝r(1+1/n)＜WD當(dāng)折射率是1.5時，必需滿足t＝1.667r＜WD注意在第二光學(xué)透鏡12與光學(xué)記錄介質(zhì)30之間的距離WD由第二光學(xué)透鏡12的數(shù)值孔徑確定。
因此，為了適當(dāng)和容易地得到在第一光學(xué)透鏡11與第二光學(xué)透鏡12之間的距離，必須使曲率半徑r盡可能的小，或者使光學(xué)透鏡材料的折射率n盡可能的大。
當(dāng)今，在光學(xué)玻璃(SiO2)用作該材料的情況下，就光學(xué)透鏡的折射率而論存在近似1.5的極限(例如，參照專利對比文件1)。
日本專利申請公報No.2002-249341然而，鑒于光學(xué)拾取裝置的裝配精度，難以使光學(xué)透鏡的曲率半徑小到約1mm或更小。換句話說，在上述的近場光學(xué)記錄和再現(xiàn)方法中，通過把按順序從物體側(cè)布置的第一光學(xué)透鏡和第二光學(xué)透鏡的兩個光學(xué)透鏡相組合，聚焦透鏡典型地得到1或更大的數(shù)值孔徑；然而，數(shù)值孔徑越大，這些第一光學(xué)透鏡和第二光學(xué)透鏡的裝配要求的精度越高，并且即使環(huán)境變化也要求保持這種精度，從而在光學(xué)透鏡的曲率半徑相當(dāng)小時，難以得到裝配近場聚焦透鏡的精度。
另外，由于如上所述在光學(xué)玻璃的折射率中有近似1.5的極限，所以難以使光學(xué)透鏡的厚度更薄。
另一方面，為了在這種近場光學(xué)記錄和再現(xiàn)方法中得到更高的密度，必需借助于光源發(fā)射波長的波長減小和借助于聚焦透鏡的數(shù)值孔徑的增大來減小聚焦光點，類似于在有關(guān)技術(shù)中的光學(xué)記錄方法。這里，由于聚焦光點的面積與聚焦透鏡的數(shù)值孔徑的平方成反比，所以有效的是使聚焦透鏡的數(shù)值孔徑增大，以便在近場光學(xué)記錄和再現(xiàn)方法中得到更高的密度。
例如，如圖1中所示，在第一光學(xué)透鏡是超半球形光學(xué)透鏡的情況下近場聚焦透鏡的數(shù)值孔徑NA按如下表示NA＝n×sin(tan-1(n))其中n是第一光學(xué)透鏡的折射率。
在過去，由于玻璃(SiO2)用作用于這些第一和第二光學(xué)透鏡的材料，所以折射率在從紫外光波長到可見光波長的范圍內(nèi)限于約1.5，并且例如在超半球形光學(xué)透鏡的情況下，近場聚焦透鏡的數(shù)值孔徑成為NA＝1.5×sin(tan-1(1.5))＝1.25并且難以把數(shù)值孔徑NA增大到高于該值。因而，當(dāng)使用過去的玻璃材料在近場聚焦透鏡中得到更高密度時有限制。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明解決與傳統(tǒng)方法和裝置有關(guān)的上述和其它問題，并且提供一種光學(xué)透鏡，至少在從紫外光波長到可見光波長的范圍內(nèi)具有高的折射率；一種光學(xué)透鏡和聚焦透鏡，適于使用光學(xué)透鏡的近場光學(xué)記錄和再現(xiàn)方法；及一種光學(xué)拾取裝置及光學(xué)記錄和再現(xiàn)裝置，它們與光學(xué)記錄介質(zhì)的密度和容量的增大相對應(yīng)。
為了解決上述問題，根據(jù)本發(fā)明一個實施例的一種光學(xué)透鏡由立方晶體結(jié)構(gòu)的Y3Al5O12單晶材料制成。
而且，根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，凸起球形表面的部分至少形成在光學(xué)透鏡中與物體側(cè)表面相對的一側(cè)上。
而且，在根據(jù)本發(fā)明一個實施例的一種聚焦透鏡至少由第一光學(xué)透鏡和一個第二光學(xué)透鏡形成，這兩個光學(xué)透鏡的光軸近似對準(zhǔn)，并且按順序從物體側(cè)布置，其中至少構(gòu)成第一光學(xué)透鏡的材料是立方晶體結(jié)構(gòu)的Y3Al5O12單晶材料。
此外，在根據(jù)本發(fā)明一個實施例的聚焦透鏡中，第一光學(xué)透鏡被構(gòu)造成凸起球形表面的部分至少形成在與物體側(cè)表面相對的一側(cè)上。
而且，根據(jù)本發(fā)明一個實施例的一種光學(xué)拾取裝置至少包括光源；第一光學(xué)透鏡和第二光學(xué)透鏡，按順序從物體側(cè)布置；及聚焦透鏡，通過把從光源發(fā)射的光聚焦在光學(xué)記錄介質(zhì)上的一個預(yù)定軌道位置上以形成一個光點，其中至少構(gòu)成第一光學(xué)透鏡的材料是立方晶體結(jié)構(gòu)的Y3Al5O12單晶材料。
況且，在根據(jù)本發(fā)明一個實施例的光學(xué)拾取裝置中，第一光學(xué)透鏡被構(gòu)造成凸起球形表面的部分至少形成在與物體側(cè)表面相對的一側(cè)上。
而且，在根據(jù)本發(fā)明實施例的光學(xué)拾取裝置的每一個中，光學(xué)記錄介質(zhì)由聚焦透鏡用近場光照射。
此外，根據(jù)本發(fā)明一個實施例的一種光學(xué)記錄和再現(xiàn)裝置至少包括光學(xué)拾取裝置，它具有光源、按順序從物體側(cè)布置的第一光學(xué)透鏡和第二光學(xué)透鏡、及通過把從光源發(fā)射的光聚焦在光學(xué)記錄介質(zhì)上的一個預(yù)定軌道位置上以形成一個光點的聚焦透鏡；和控制和驅(qū)動裝置，用來在光學(xué)記錄介質(zhì)的聚焦方向和/或跟蹤方向上控制和驅(qū)動聚焦透鏡，其中至少構(gòu)成第一光學(xué)透鏡的材料是立方晶體結(jié)構(gòu)的Y3Al5O12單晶材料。
而且，在根據(jù)本發(fā)明的一個實施例中，第一光學(xué)透鏡被構(gòu)造成凸起球形表面的部分至少形成在與物體側(cè)表面相對的一側(cè)上。
此外，根據(jù)本發(fā)明一個實施例的光學(xué)記錄和再現(xiàn)裝置中，光學(xué)記錄介質(zhì)由聚焦透鏡用近場光照射，以進(jìn)行記錄和/或再現(xiàn)。
如上所述，由于根據(jù)本發(fā)明一個實施例的光學(xué)透鏡由具有立方晶體結(jié)構(gòu)的Y3Al5O12單晶材料制成，所以能得到在由過去使用的玻璃材料制成的光學(xué)透鏡中得不到的具有1.8或更大折射率的光學(xué)透鏡。
而且，由于由具有立方晶體結(jié)構(gòu)的Y3Al5O12單晶材料制成的光學(xué)透鏡相對于從250nm至1,000nm的寬波長頻帶的光在光透射率方面優(yōu)良，所以能改進(jìn)相對于來自光源的光功率的記錄和再現(xiàn)的光學(xué)效率。
而且，當(dāng)使用這種光學(xué)透鏡構(gòu)成例如固體浸沒透鏡型結(jié)構(gòu)的光學(xué)透鏡，其中凸起球形表面提供在與物體側(cè)相對的一側(cè)上的表面上；并且把作為第一光學(xué)透鏡的這種透鏡與第二光學(xué)透鏡相結(jié)合時，在從紫外光波長到可見光波長的范圍內(nèi)能容易地得到具有1.5或更大的數(shù)值孔徑的聚焦透鏡。
那么，在包括這種聚焦透鏡的光學(xué)拾取裝置及光學(xué)記錄和再現(xiàn)裝置中，由于能減小入射在構(gòu)成聚焦透鏡的第二光學(xué)透鏡上的光束的直徑，所以能實現(xiàn)在光學(xué)記錄介質(zhì)的聚焦方向和/或跟蹤方向上被控制和驅(qū)動的聚焦透鏡的尺寸和重量減小，并因而能改進(jìn)諸如聚焦伺服、跟蹤伺服、查找時間等之類的伺服特性。
如上所述，由于根據(jù)本發(fā)明一個實施例的光學(xué)透鏡由具有立方晶體結(jié)構(gòu)的Y3Al5O12單晶材料制成，所以能得到可以應(yīng)用到光波長為250nm或更大的光并具有1.8或更大折射率的光學(xué)透鏡。
況且，這種光學(xué)透鏡被構(gòu)造成凸起球形表面至少提供在與物體側(cè)相對的一側(cè)上，并因此有可能通過使用這種光學(xué)透鏡構(gòu)造具有大數(shù)值孔徑的聚焦透鏡。
另外，根據(jù)本發(fā)明的聚焦透鏡的一個實施例，由于使用具有大折射率的第一光學(xué)透鏡，所以能提供具有大數(shù)值孔徑的聚焦透鏡。
此外，在根據(jù)本發(fā)明一個實施例的聚焦透鏡中，由于第一光學(xué)透鏡被構(gòu)造成凸起球形表面至少提供在與物體側(cè)相對的一側(cè)上，所以有可能提供其數(shù)值孔徑是1.5或更大的聚焦透鏡。
另外，根據(jù)本發(fā)明的光學(xué)拾取裝置及光學(xué)記錄和再現(xiàn)裝置的實施例，有可能使數(shù)值孔徑較大和改進(jìn)記錄和再現(xiàn)特性。
此外，在光學(xué)拾取裝置及光學(xué)記錄和再現(xiàn)裝置中，由于第一透鏡被構(gòu)造成凸起球形表面提供在與物體側(cè)相對的一側(cè)上，所以使聚焦透鏡的數(shù)值孔徑是1.5或更大，并且能改進(jìn)記錄和再現(xiàn)特性。
況且，在根據(jù)本發(fā)明實施例的光學(xué)拾取裝置及光學(xué)記錄和再現(xiàn)裝置中，借助于用近場光照射的構(gòu)造能優(yōu)良地進(jìn)行近場記錄和再現(xiàn)。
圖1是示意構(gòu)成圖，表示一種聚焦透鏡的一個例子；圖2是示意構(gòu)成圖，表示包括根據(jù)本發(fā)明一個實施例的一種光學(xué)透鏡的一種聚焦透鏡；圖3是示意構(gòu)成圖，表示根據(jù)本發(fā)明一個實施例的一種光學(xué)拾取裝置的一個相關(guān)部分；圖4是示意構(gòu)成圖，表示根據(jù)本發(fā)明一個實施例的一種光學(xué)記錄和再現(xiàn)裝置及光學(xué)拾取裝置的一個相關(guān)部分；圖5是示意構(gòu)成圖，表示根據(jù)本發(fā)明一個實施例的一種光學(xué)記錄和再現(xiàn)裝置及光學(xué)拾取裝置的一個相關(guān)部分；
圖6是示意構(gòu)成圖，表示根據(jù)本發(fā)明一個實施例的一種光學(xué)記錄和再現(xiàn)裝置及光學(xué)拾取裝置的一個相關(guān)部分；圖7是特性曲線，表示根據(jù)本發(fā)明一個實施例的一種光學(xué)透鏡的折射率的波長依賴性；及圖8是特性曲線，表示在有關(guān)技術(shù)中的一種光學(xué)透鏡的折射率的波長依賴性。
具體實施方式
下面，解釋本發(fā)明的優(yōu)選實施例，然而，本發(fā)明不限于此。
本發(fā)明能應(yīng)用于一種光學(xué)透鏡；一種聚焦透鏡，包括這種光學(xué)透鏡作為第一光學(xué)透鏡、和第二光學(xué)透鏡，這兩個光學(xué)透鏡按順序從物體側(cè)布置；一種光學(xué)拾取裝置，構(gòu)造成具有這種聚焦透鏡并且采用叫做近場光學(xué)記錄和再現(xiàn)方法的方法；及一種光學(xué)記錄和再現(xiàn)裝置，包括這種光學(xué)拾取裝置。下面，通過參照圖2至6解釋根據(jù)本發(fā)明的實施例。注意，對于在這些圖中其結(jié)構(gòu)類似于有關(guān)技術(shù)中的那些的元件，給予相同的附圖標(biāo)記。
圖2是示意構(gòu)成圖，表示使用根據(jù)本發(fā)明一個實施例的光學(xué)透鏡的聚焦透鏡的例子。
聚焦透鏡構(gòu)造成，相對于例如是透鏡的物方的光學(xué)記錄介質(zhì)30，根據(jù)本發(fā)明一個實施例的、明確地說由立方晶體結(jié)構(gòu)的Y3Al5O12單晶材料制成的第一光學(xué)透鏡11、和第二光學(xué)透鏡12按這種順序布置，使光軸近似對準(zhǔn)。在這個實施例中，第一光學(xué)透鏡11制成一種固體浸沒透鏡(SIL)型結(jié)構(gòu)，并且構(gòu)造成具有例如半徑r的超半球形式，明確地說，相對物體側(cè)的一側(cè)構(gòu)造成具有凸起球形表面。在這種情況下，使沿光軸的厚度是r(1+1/n)。借助于這種構(gòu)造，能提供能夠以超過光學(xué)透鏡12的數(shù)值孔徑NA的更高數(shù)值孔徑把光L聚焦在光學(xué)記錄介質(zhì)30上的聚焦透鏡13。
應(yīng)該注意，SIL型的光學(xué)透鏡11和記錄介質(zhì)30實際上不彼此接觸，但在這個第一光學(xué)透鏡11與記錄介質(zhì)30之間的空間與第一光學(xué)透鏡11的厚度相比足夠小，并因此該空間在圖2至6中被省略和未被表示。
圖3是示意構(gòu)成圖，表示在一種光學(xué)拾取裝置中的光學(xué)系統(tǒng)的構(gòu)造的一個例子，該光學(xué)拾取裝置使用圖2中表示的根據(jù)本發(fā)明構(gòu)造的一個實施例的聚焦透鏡。例如第一和第二分束器14和15布置在未示出的光源和光電檢測器之間以及聚焦透鏡13包括第一和第二光學(xué)透鏡11和12。當(dāng)是例如盤形的時，光學(xué)記錄介質(zhì)30裝載在該圖中未表示的一個主軸電機(jī)上，并且以預(yù)定旋轉(zhuǎn)速度旋轉(zhuǎn)。
圖4是示意構(gòu)成圖，表示一種光學(xué)記錄和再現(xiàn)裝置的一個例子的一個相關(guān)部分。當(dāng)是例如盤形的時，光學(xué)記錄介質(zhì)30裝載在該圖中未表示的一個主軸電機(jī)上，并且以預(yù)定旋轉(zhuǎn)速度旋轉(zhuǎn)。構(gòu)造成按這種順序從光學(xué)記錄介質(zhì)30側(cè)具有第一光學(xué)透鏡11和第二光學(xué)透鏡12的聚焦透鏡13，通過一個保持體20，被固定到由例如在聚焦方向和/或跟蹤方向上被控制和驅(qū)動的跟蹤線圈17和聚焦線圈18制成的一個雙軸執(zhí)行器16上。這個雙軸執(zhí)行器16能夠控制在光學(xué)記錄介質(zhì)30與第一光學(xué)透鏡11之間的距離。明確地說，通過監(jiān)視例如返回光的量、和通過反饋距離信息，在第一光學(xué)透鏡11與光學(xué)記錄介質(zhì)30之間的距離能保持恒定，并且也提供一個控制機(jī)構(gòu)，以便避免第一光學(xué)透鏡11與光學(xué)記錄介質(zhì)30的碰撞。另外，通過監(jiān)視在跟蹤方向上的返回光的量和通過反饋其位置信息，雙軸執(zhí)行器16能夠把聚焦斑點移動到希望的記錄軌道上。
況且，如圖5的示意構(gòu)成圖所示，構(gòu)造成按這種順序從光學(xué)記錄介質(zhì)30側(cè)具有第一光學(xué)透鏡11和第二光學(xué)透鏡12的聚焦透鏡13，能構(gòu)造成被固定到在跟蹤方向上被控制和驅(qū)動的一個滑塊21上。這個滑塊21由一個可動光學(xué)部分支撐，該可動光學(xué)部分構(gòu)成光學(xué)拾取裝置，并且通過例如僅在光學(xué)記錄介質(zhì)30的表面接觸方向上具有彈性的萬向支架22，或者通過未示出的其它彈性體，能夠在跟蹤方向上移動。這個可動光學(xué)部分在跟蹤方向上由一個由直線電機(jī)等形成的驅(qū)動機(jī)構(gòu)控制和驅(qū)動。而且，由于隨光學(xué)記錄介質(zhì)30的旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的氣流進(jìn)入在光學(xué)記錄介質(zhì)30與滑塊21之間的空間中，以形成與彈性體向光學(xué)記錄介質(zhì)30的推力相平衡的氣體薄膜，所以滑塊21浮動，相對于光學(xué)記錄介質(zhì)保持一個例如諸如50nm距離的恒定距離。明確的說，在以預(yù)定旋轉(zhuǎn)速度旋轉(zhuǎn)光學(xué)記錄介質(zhì)30的同時，當(dāng)從光學(xué)記錄介質(zhì)30再現(xiàn)數(shù)據(jù)時或者當(dāng)把數(shù)據(jù)記錄到光學(xué)記錄介質(zhì)30上時，使在構(gòu)成聚焦透鏡13的第一光學(xué)透鏡11與光學(xué)記錄介質(zhì)30之間的距離進(jìn)入一種由滑塊21保持幾乎恒定距離的狀態(tài)。
下面，通過再參照圖3，解釋光學(xué)拾取裝置的示意構(gòu)造。從諸如半導(dǎo)體激光器之類的光源發(fā)射的向前光由一個準(zhǔn)直透鏡(未表示)形成平行光L1，透過第一分束器14，及通過聚焦透鏡13聚焦在光學(xué)記錄介質(zhì)30的信息記錄表面上。從信息記錄表面反射的返回光透過聚焦透鏡13，由第一分束器14反射，及入射在第二分束器15上。透過第二分束器15的返回光L2聚焦在一個聚焦光電檢測器上，在該聚焦光電檢測器中，檢測一個聚焦誤差信號、一個再現(xiàn)凹坑信號等。另外，從第二分束器15反射的返回光聚焦在一個跟蹤光電檢測器上，在該跟蹤光電檢測器中，檢測一個跟蹤誤差信號。如有必要，這種光學(xué)拾取裝置可以包括一個雙軸執(zhí)行器，以克服光學(xué)記錄介質(zhì)30的表面搖擺而固定聚焦透鏡13；或者一個中繼透鏡，插入在第一分束器14與第二光學(xué)透鏡12之間，該雙軸執(zhí)行器或中繼透鏡校正由滑塊跟隨的剩余聚焦誤差分量和在聚焦透鏡的裝配過程時產(chǎn)生的誤差分量，并且能夠通過改變在兩個透鏡之間的間隔進(jìn)行校正。另外，當(dāng)?shù)谝还鈱W(xué)透鏡11和第二光學(xué)透鏡12被固定到滑塊21上時，構(gòu)成聚焦透鏡13的第一光學(xué)透鏡11可以固定到滑塊21上，并且通過把例如一個壓電元件等用作一個機(jī)構(gòu)，可以使第二光學(xué)透鏡12在光軸的方向上移動，以校正由滑塊21跟隨的剩余聚焦誤差分量和在聚焦透鏡13的裝配過程時產(chǎn)生的誤差分量。
而且，在其中一個主軸電機(jī)具有一個裝載多種光學(xué)記錄介質(zhì)的機(jī)構(gòu)的一種光學(xué)記錄和再現(xiàn)裝置的情況下，適當(dāng)?shù)氖蔷哂羞@樣一種構(gòu)造一個把光軸彎曲約90°的反射鏡23與滑塊21一起提供，如圖6的示意構(gòu)成圖中所示。由于具有這樣的構(gòu)造的光學(xué)記錄和再現(xiàn)裝置能使在光學(xué)記錄介質(zhì)之間的空間較小，所以能實現(xiàn)裝置的尺寸和厚度的減小。在圖6中，對與圖5對應(yīng)的那些給予相同的附圖標(biāo)記，并且省略其重復(fù)解釋。
應(yīng)該注意，上述光學(xué)拾取裝置可以是僅用于再現(xiàn)的裝置，就是說，專門進(jìn)行再現(xiàn)；僅用于記錄的裝置，就是說，專門進(jìn)行記錄；或用于記錄和再現(xiàn)的裝置，它能夠進(jìn)行記錄和再現(xiàn)。況且，上述光學(xué)拾取裝置及包括光學(xué)拾取裝置的光學(xué)記錄和再現(xiàn)裝置的每一種，可以具有其中通過結(jié)合磁光記錄方法和近場光學(xué)再現(xiàn)方法把一個磁性線圈等包括在這種光學(xué)拾取裝置的一部分中的構(gòu)造。而且，光學(xué)記錄和再現(xiàn)裝置可以是僅用于再現(xiàn)的裝置，就是說，專門進(jìn)行再現(xiàn)；僅用于記錄的裝置，就是說，專門進(jìn)行記錄；或用于記錄和再現(xiàn)的裝置，它能夠進(jìn)行記錄和再現(xiàn)。
其次，解釋第一光學(xué)透鏡的形狀。第一光學(xué)透鏡具有其中如圖2至6中所示在相對于物體側(cè)的一側(cè)上提供凸起球形表面的構(gòu)造。另外，其圓周側(cè)表面為一個要固定到雙軸執(zhí)行器或滑塊上的表面。
況且，這個第一光學(xué)透鏡可以是其厚度如在圖中表示的例子那樣是r(1+1/n)的超半球形狀的光學(xué)透鏡，并且也能形成一個半球形狀的透鏡。
而且，在近場光學(xué)記錄和再現(xiàn)方法中，由于在光學(xué)記錄介質(zhì)30與第一光學(xué)透鏡11之間的距離是相當(dāng)靠近的約幾十納米，所以第一光學(xué)透鏡11的物體側(cè)表面也能被加工成如圖中表示的例子那樣的錐形等，以便增大對于光學(xué)記錄介質(zhì)30或第一光學(xué)透鏡11的傾斜的允許量。
況且，在用于磁光記錄介質(zhì)的近場光學(xué)記錄和再現(xiàn)方法中，由于在記錄時和/或在再現(xiàn)時磁場是必需的，所以可以提供磁性線圈等被附加到第一光學(xué)透鏡11的物體側(cè)表面的一部分上的這種構(gòu)造。
在本發(fā)明的實施例中，至少第一光學(xué)透鏡11由具有立方晶體結(jié)構(gòu)的Y3Al5O12單晶構(gòu)成。這種材料由既不引起入射光的散射也不引起其吸收的單晶制成，因為既沒有在多晶材料中的晶粒邊界也沒有在玻璃材料中的條紋；并因此這種材料適于作為光學(xué)透鏡材料。
而且，具有立方晶體結(jié)構(gòu)的Y3Al5O12單晶與半導(dǎo)體裝置的制造過程具有很高的親和性，因為晶體結(jié)構(gòu)是立方晶體，并因此能沒有困難地應(yīng)用來制造光學(xué)透鏡的蝕刻工藝和拋光工藝。
與在過去使用的玻璃材料相比，具有立方晶體結(jié)構(gòu)的Y3Al5O12單晶光學(xué)透鏡材料在從250nm到1,500nm的波長范圍內(nèi)具有較高的折射率，并且相對于是例如紫外激光器的振蕩波長的從250nm到350nm的波長具有1.8或更大的折射率。因此，使用用于光源的紫外激光器并且由作為光學(xué)透鏡材料的具有立方晶體結(jié)構(gòu)的Y3Al5O12單晶制成的光學(xué)透鏡，作為一種在光學(xué)記錄和再現(xiàn)方法中用來增大聚焦透鏡的數(shù)值孔徑的手段特別有效，并且該光學(xué)透鏡能夠有助于光學(xué)記錄介質(zhì)的密度和容量的增大。
另外，由于當(dāng)把立方晶體選作Y3Al5O12單晶的晶體結(jié)構(gòu)時該材料具有折射率恒定而與其晶體軸的無關(guān)的光學(xué)各向同性，所以當(dāng)例如在制造第一光學(xué)透鏡時的過程中制造真正球形的光學(xué)透鏡時，有可能進(jìn)行切削、加工及拋光而不用注意晶體軸的方向，并因此能以與玻璃材料的成本相等效的成本加工該材料。
而且，作為一種用來制造具有立方晶體結(jié)構(gòu)的Y3Al5O12單晶的光學(xué)透鏡材料的方法，例如能使用Czochralski生長方法。
此外，由于這種材料具有高折射率，所以當(dāng)使用SIL型結(jié)構(gòu)的光學(xué)透鏡構(gòu)造時，有可能減小聚焦透鏡的厚度t，如在以后描述的實施例中詳細(xì)解釋的那樣，并因此能實現(xiàn)光學(xué)透鏡的尺寸和厚度的減小，并且聚焦透鏡能以較低成本安裝在一種光學(xué)拾取裝置、一種光學(xué)記錄和再現(xiàn)裝置等上。
而且，在具有立方晶體結(jié)構(gòu)的Y3Al5O12單晶的光學(xué)透鏡材料中，通過控制和優(yōu)化例如缺陷密度和雜質(zhì)密度，對于從250nm到1,500nm的波長，吸收系數(shù)能控制到1cm-1或更小，其中增大折射率，并且優(yōu)選地通過把這個系數(shù)控制到0.1cm-1或更小，即使當(dāng)?shù)谝还鈱W(xué)透鏡的厚度是5mm時也能得到具有95％或更大透射率的光學(xué)透鏡。
其次，研究作為實例1使用具有立方晶體結(jié)構(gòu)的Y3Al5O12單晶材料的一種光學(xué)透鏡、和作為比較例1的使用合成石英SiO2材料的光學(xué)透鏡。
圖7和8分別相對于在實例1中具有立方晶體結(jié)構(gòu)的Y3Al5O12單晶、和在用于比較的比較例1中由SiO2制成的試樣，表示從250nm到1,500nm的波長的折射率和吸收系數(shù)的波長依賴性。
如從圖7明顯示出，根據(jù)實例1具有立方晶體結(jié)構(gòu)的Y3Al5O12單晶材料的折射率在從250nm到1,500nm的所有波長范圍內(nèi)達(dá)到1.8或更大。
另一方面，如從圖8理解的那樣，根據(jù)比較例1的SiO2材料的折射率在從250nm到1,500nm的所有波長范圍內(nèi)在1.5左右。
另外，在實例1中具有立方晶體結(jié)構(gòu)的Y3Al5O12單晶的吸收系數(shù)在高于250nm的波長的較長波長下連續(xù)地是0.1cm-1或更小，從而光學(xué)透明性(光學(xué)透射率)優(yōu)良，并且理解，相對于來自光源的光功率，能改進(jìn)在記錄和再現(xiàn)時的光學(xué)效率。
下面的表1表示在紫外激光器的振蕩波長266nm下實例1中的晶體的折射率和比較例1的試樣的折射率，并且表示當(dāng)通過把實例1的和比較例1的材料用作第一光學(xué)透鏡而裝配具有如圖2中所示的形狀的聚焦透鏡時聚焦透鏡的每個數(shù)值孔徑。
如從表1明顯示出，當(dāng)與過去的SiO2材料相比較時，具有立方晶體結(jié)構(gòu)的Y3Al5O12單晶的折射率和通過使用該材料制造的聚焦透鏡的數(shù)值孔徑顯然比SiO2材料的大。
因此，當(dāng)通過使用由該材料制造的聚焦透鏡把光點聚焦在一種光學(xué)記錄介質(zhì)上時，能與數(shù)值孔徑的平方成反比地減小這個光點的面積，并且當(dāng)例如使用具有立方晶體結(jié)構(gòu)的Y3Al5O12單晶時，能得到一種與SiO2相比具有高達(dá)近似1.9倍的高密度的能夠向光學(xué)記錄介質(zhì)記錄和從其再現(xiàn)的拾取裝置。
其次，通過參照是一種聚焦透鏡的示意構(gòu)成圖的圖2，解釋使用具有立方晶體結(jié)構(gòu)的Y3Al5O12單晶的聚焦透鏡的構(gòu)造。例如，在圖2中，由具有立方晶體結(jié)構(gòu)的、其折射率相對于266nm的波長是1.940的Y3Al5O12單晶制成的第一光學(xué)透鏡11和第二光學(xué)透鏡12，按這種順序從光學(xué)記錄介質(zhì)30側(cè)布置，以構(gòu)造把第一光學(xué)透鏡11提供為超半球型固體浸沒透鏡(SIL)的聚焦透鏡13。在這時，聚焦透鏡13的數(shù)值孔徑是1.72。
例如相對于在把在第一光學(xué)透鏡11與光學(xué)記錄介質(zhì)30之間的距離保持成25nm的同時，通過使用這種聚焦透鏡13進(jìn)行近場記錄和再現(xiàn)的情形，檢查在第二光學(xué)透鏡12與光學(xué)記錄介質(zhì)30之間的距離WD。
如在圖1中解釋的那樣，在應(yīng)用于圖2中近場記錄方法的聚焦透鏡13中，第一光學(xué)透鏡的厚度t需要滿足如下條件t＝r(1+1/n)＜WD其中WD是由第二光學(xué)透鏡12的數(shù)值孔徑確定的在第二光學(xué)透鏡12與光學(xué)記錄介質(zhì)30之間的距離，t是第一光學(xué)透鏡11的厚度，r是第一光學(xué)透鏡11的凸起球形表面的曲率半徑。
這里，由于如上所述在實例1和比較例1中折射率不同，所以當(dāng)構(gòu)造包括SIL型結(jié)構(gòu)光學(xué)透鏡的光學(xué)透鏡時比較的1+1/n的值的結(jié)果表示在下面的表2中。
如從表2明顯示出，當(dāng)把根據(jù)本發(fā)明的實例1的光學(xué)玻璃應(yīng)用于具有圖2中表示的構(gòu)造的第一和第二光學(xué)透鏡時，在實例1中(1+1/n)的數(shù)值是1.515，并且在比較例1中(1+1/n)的數(shù)值是1.665。
明確地說，如從這種比較明白的那樣，證實第一光學(xué)透鏡的厚度能減小約9％，因為在具有立方晶體結(jié)構(gòu)的、其折射率是1.940的Y3Al5O12單晶材料的情況下，折射率較大。
因而，當(dāng)與在相關(guān)技術(shù)中的光學(xué)透鏡相比較時，要理解，借助于是接近半球形透鏡的厚度的進(jìn)一步減小的厚度能進(jìn)行超半球形近場記錄和再現(xiàn)。因此，有這樣的優(yōu)點足以保證在圖1中解釋的在第二光學(xué)透鏡與記錄介質(zhì)之間的距離WD，并且能容易地減小入射在第二光學(xué)透鏡上的光束的直徑。
另外，由于能如此減小第一光學(xué)透鏡的厚度，所以與過去的相比能減小聚焦透鏡的重量。因此，由于在光學(xué)記錄介質(zhì)的聚焦方向和/或跟蹤方向上控制和驅(qū)動的聚焦透鏡的重量變得較小，所以能改進(jìn)聚焦伺服、跟蹤伺服、查找時間等的伺服特性，并且能實現(xiàn)光學(xué)拾取裝置及光學(xué)記錄和再現(xiàn)裝置的尺寸和厚度的減小。
如以上解釋的那樣，根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，能提供在例如從紫外光波長到可見光波長的范圍內(nèi)具有1.8的較大折射率或更大的透鏡，1.8的較大折射率在其材料是SiO2玻璃的相關(guān)技術(shù)的光學(xué)透鏡中是極限值。而且，在包括按順序從物體側(cè)布置的第一光學(xué)透鏡和第二光學(xué)透鏡的聚焦透鏡中，當(dāng)至少第一光學(xué)透鏡由具有立方晶體結(jié)構(gòu)的Y3Al5O12單晶材料制成時，能容易地得到數(shù)值孔徑是1.5或更大并且緊湊和重量輕的聚焦透鏡。因而，由于能減小由這種材料制成的聚焦透鏡所聚焦的光點的面積，所以能得到與玻璃材料的相比，能夠向具有高達(dá)約1.9倍或更大的高密度的光學(xué)記錄介質(zhì)記錄和從其再現(xiàn)的光學(xué)拾取裝置及光學(xué)記錄和再現(xiàn)裝置。
另外，在使用這種聚焦透鏡的光學(xué)拾取裝置和包括這種光學(xué)拾取裝置的光學(xué)記錄和再現(xiàn)裝置中，能使入射在第二光學(xué)透鏡上的光束的直徑較小，因此，有可能實現(xiàn)在光學(xué)記錄介質(zhì)的聚焦方向和跟蹤方向上被控制和驅(qū)動的聚焦透鏡的尺寸和重量的減??；變得有可能改進(jìn)聚焦伺服、跟蹤伺服、查找時間等的伺服特性；并因此能采用近場記錄和再現(xiàn)方法，以處理光學(xué)記錄介質(zhì)的密度和容量的增大。因而，能提供一種光學(xué)拾取裝置及光學(xué)記錄和再現(xiàn)裝置，這些裝置與從250nm至1,000nm的波長例如像266nm、292nm、405nm、635nm、650nm、780nm、及830nm的波長相對應(yīng)，預(yù)計這些波長伴隨著光學(xué)記錄介質(zhì)的密度和容量的增大。
應(yīng)該注意，本發(fā)明不限于上述優(yōu)選實施例，而是可應(yīng)用于除描述的那些之外的各種形狀和各種用途的光學(xué)透鏡和聚焦透鏡。
況且，當(dāng)本發(fā)明應(yīng)用于光學(xué)拾取裝置及光學(xué)記錄和再現(xiàn)裝置時，可以采用各種形狀，而不限于上述實施例。例如，當(dāng)采用SIL型構(gòu)造作為第一光學(xué)透鏡時，其末端能制成除上述錐形和平面形之外的各種形狀，如凸形部分、彎曲表面部分、及粗糙表面部分，并且不用說，在不脫離本發(fā)明的構(gòu)造的范圍內(nèi)各種變更和修改是可能的。
本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該理解，依據(jù)至此的設(shè)計要求和其它因素可能發(fā)生各種修改、組合、子組合及變更，因為它們在附屬權(quán)利要求
書或其等效物的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種光學(xué)透鏡，由立方晶體結(jié)構(gòu)的Y3Al5O12單晶材料制成。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的光學(xué)透鏡，其中，所述光學(xué)透鏡被構(gòu)造成凸起球形表面的部分至少形成在與物體側(cè)表面相對的一側(cè)上。
3.一種聚焦透鏡，至少包括第一光學(xué)透鏡和第二光學(xué)透鏡，這兩個光學(xué)透鏡的光軸近似對準(zhǔn)，并且按順序從物體側(cè)布置，其中至少構(gòu)成所述第一光學(xué)透鏡的材料是立方晶體結(jié)構(gòu)的Y3Al5O12單晶材料。
4.根據(jù)權(quán)利要求
3所述的聚焦透鏡，其中，所述第一光學(xué)透鏡被構(gòu)造成凸起球形表面的部分至少形成在與物體側(cè)表面相對的一側(cè)上。
5.一種光學(xué)拾取裝置，包括光源；和聚焦透鏡，它包括按順序從物體側(cè)布置的第一光學(xué)透鏡和第二光學(xué)透鏡，并且它通過把從所述光源發(fā)射的光聚焦在光學(xué)記錄介質(zhì)上的一個預(yù)定軌道位置上以形成一個光點，其中，至少構(gòu)成所述第一光學(xué)透鏡的材料是立方晶體結(jié)構(gòu)的Y3Al5O12單晶材料。
6.根據(jù)權(quán)利要求
5所述的光學(xué)拾取裝置，其中，所述第一光學(xué)透鏡被構(gòu)造成凸起球形表面的部分至少形成在與物體側(cè)表面相對的一側(cè)上。
7.根據(jù)權(quán)利要求
5所述的光學(xué)拾取裝置，其中，所述光學(xué)記錄介質(zhì)由所述聚焦透鏡用近場光照射。
8.根據(jù)權(quán)利要求
5所述的光學(xué)拾取裝置，其中，所述第一光學(xué)透鏡和所述第二光學(xué)透鏡都安裝在一個能夠相對于所述光學(xué)記錄介質(zhì)移動的可動體上。
9.根據(jù)權(quán)利要求
5所述的光學(xué)拾取裝置，其中，構(gòu)成所述第二光學(xué)透鏡的材料是立方晶體結(jié)構(gòu)的Y3Al5O12單晶材料。
10.根據(jù)權(quán)利要求
5所述的光學(xué)拾取裝置，其中，所述聚焦透鏡的數(shù)值孔徑是1.5或更大。
11.一種光學(xué)記錄和再現(xiàn)裝置，包括光學(xué)拾取裝置，具有光源和聚焦透鏡，該聚焦透鏡包括按順序從物體側(cè)布置的第一光學(xué)透鏡和第二光學(xué)透鏡，并且它通過把從所述光源發(fā)射的光聚焦在光學(xué)記錄介質(zhì)上的一個預(yù)定軌道位置上以形成一個光點；和控制和驅(qū)動裝置，在光學(xué)記錄介質(zhì)的聚焦方向和/或跟蹤方向上控制和驅(qū)動所述聚焦透鏡，其中，至少構(gòu)成所述第一光學(xué)透鏡的材料是立方晶體結(jié)構(gòu)的Y3Al5O12單晶材料。
12.根據(jù)權(quán)利要求
11所述的光學(xué)記錄和再現(xiàn)裝置，其中，所述第一光學(xué)透鏡被構(gòu)造成凸起球形表面的部分至少形成在與物體側(cè)表面相對的一側(cè)上。
13.根據(jù)權(quán)利要求
11所述的光學(xué)記錄和再現(xiàn)裝置，其中，所述光學(xué)記錄介質(zhì)由所述聚焦透鏡用近場光照射，以進(jìn)行記錄和/或再現(xiàn)。
14.根據(jù)權(quán)利要求
11所述的光學(xué)記錄和再現(xiàn)裝置，其中，所述第一光學(xué)透鏡和所述第二光學(xué)透鏡都安裝在能夠相對于所述光學(xué)記錄介質(zhì)移動的可動體上。
15.根據(jù)權(quán)利要求
11所述的光學(xué)記錄和再現(xiàn)裝置，其中，構(gòu)成所述第二光學(xué)透鏡的材料是立方晶體結(jié)構(gòu)的Y3Al5O12單晶材料。
16.根據(jù)權(quán)利要求
11所述的光學(xué)記錄和再現(xiàn)裝置，其中，所述聚焦透鏡的數(shù)值孔徑是1.5或更大。
專利摘要
本發(fā)明涉及光學(xué)透鏡、聚焦透鏡、光學(xué)拾取裝置及光學(xué)記錄和再現(xiàn)裝置，具體地，借助于由立方晶體結(jié)構(gòu)的Y
文檔編號G01Q60/22GKCN1741153SQ200510084567
公開日2006年3月1日 申請日期2005年7月27日
發(fā)明者篠田昌孝 申請人:索尼株式會社導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan