CN1244096C - 光学透镜、聚光透镜、光学拾取器和光学记录/再现装置 - Google Patents

光学透镜、聚光透镜、光学拾取器和光学记录/再现装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种光学透镜，由从HfO2、HfO2-Y2O3、HfO2-TiO2、HfO2-Sc2O3、HfO2-Nd2O3、HfO2-Ln2O3、Sc2O3、MgO、Y2O3、WO3、Gd2O3、Eu2O3、Dy2O3中选取的光学材料制成，在紫外波长区具有高折射率、低吸收特性。一种聚光透镜包括所述光学透镜，适合于近场光学记录/再现系统；一种光学拾取器具有至少一个光源和所述聚光透镜，布置成所述光源发射波长在190nm～450nm范围的光线，能处理照射记录介质的减小的会聚光点，并使记录介质的密度更高、容量更大；以及一种光学记录/再现装置，该装置包括所述光学拾取器，从而能以高记录密度进行光学记录和再现操作。

Description

光学透镜、聚光透镜、光学拾取器和光学记录/再现装置
技术领域
本发明涉及一种光学透镜、包括多个光学透镜的聚光透镜、具有至少一个光源和一个由多个光学透镜组成的聚光透镜的光学拾取器、以及光学记录/再现装置(包括磁-光学记录/再现装置)。更具体地，涉及适合于一种所谓近场的光学记录/再现系统的光学透镜、聚光透镜、光拾取器和光学记录/再现装置(包括磁-光学记录/再现装置)，所述光学记录/再现系统通过使用高折射率的材料、或使用在420nm或更小波长的紫外波长区具有小光吸收率的立方晶体的光学透镜来增大光学透镜的数值孔径，从而在光学记录介质(包括磁-光学记录/再现装置)上进行记录和从光学记录介质实现再现。
背景技术
表现为紧密盘(CD)、迷你盘(MD)和数字视频盘(DVD)的光学记录介质(包括磁-光学记录/再现装置)广泛地被用作音乐信息、视频信息、数据、程序等的存储介质。
但是，按照在音乐信息、视频信息、数据、程序等中对更高声音质量、更高画面质量、更长运行时间和更大容量的需求，理想的是一种具有更大容量的光学记录介质(包括磁-光学记录介质)以及一种用于在/从这种光学记录介质上进行记录和再现的光学记录/再现装置(包括磁-光学记录/再现装置)。
因此，为了实现上述需求，在光学记录/再现装置(包括磁-光学记录/再现装置)中，已经尝试了减小诸如半导体激光器的光源的波长、或者增加聚光透镜的数值孔径来减小通过聚光透镜聚焦的光点的直径。
例如，对于半导体激光器，可将振荡波长从传统的红色激光635nm减少到400nm区的GaN半导体用于实际使用，由此减少光点的直径。
而且，对于使波长比之更小，例如，有索尼公司制造的远红外固体激光器出售，该激光器连续发射单一波长为266nm的光。光点的直径由此变得更小。此外，对Nd:YAG激光的双波激光器(铷：钇铝石榴石激光器，266nm区)、金刚石激光器(235nm区)、GaN激光的双波激光器(202nm区)等的研究和开发仍在进行当中。
而且，对近场光学记录/再现系统进行了检查，在该系统中，通过使用具有大数值孔径的光学透镜来实现数值孔径例如为1或更大的聚光透镜，所述光学透镜代表地为固体浸润透镜(SIL，solid immersion lens)，并且所述聚光透镜的物镜表面被制得接近记录介质，以便两者之间的距离大约为来自记录和再现用的光源的光线的波长。
在该近场光学记录/再现系统中，在光学接触条件下怎样保持记录介质与聚光透镜之间的距离是很重要的。
但是，随着从光源发射并入射到聚光透镜上的光通量的直径变小，记录介质与聚光透镜之间的距离极度变小，因此聚光透镜的形状极大地受到了限制。
在这点上，在图12中示出了具有上述聚光透镜的光学拾取器的主体部分的示意性结构图。
如图12所示，该光学拾取器设置有聚光透镜53，该聚光透镜53包括相继从目镜侧布置的第一光学透镜51和第二光学透镜52，其中该第一光学透镜51为超半球形(具有半球以外附加部分的形状)，记录介质(光学记录介质或磁-光学记录介质)50在所述目镜侧。
第一光学透镜51和第二光学透镜52都由玻璃制成(该玻璃的折射率n＝2.0，或者由折射率n＝1.5的SiO2玻璃制成)。
该聚光透镜53能会聚光通量L以照射记录介质50。
而且，聚光透镜53的物镜表面，即面向记录介质50的第一光学透镜51的表面接近记录介质50，并且聚光透镜53形成上述近场光学记录/再现系统的聚光透镜。
超半球形的第一光学透镜51满足关系式t＝r(1+1/n)，其中r为该光学透镜的曲率半径，n为该光学透镜的折射率，t为该光学透镜的厚度。在这种情况下，如果折射率n＝2.0，则t＝1.5r。如果折射率n＝1.5，则t＝1.667r。
而且，若WD为第二光学透镜52与记录介质50之间的距离，该距离取决于第二光学透镜52的数值孔径，则要满足条件式t＜WD。换句话说，当折射率n＝2.0时，满足条件式t＝r(1+1/n)＝1.5r＜WD。当折射率n＝1.5时，满足条件式t＝r(1+1/n)＝1.667r＜WD。
因此，为了恰当地和简单地确保第一光学透镜51与第二光学透镜52之间的距离D，需要第一光学透镜51的曲率半径r尽可能地小，或者选择第一光学透镜51的材料，使之折射率n尽可能地大。
但是，由于装配光学拾取器中对精确度的限制，第一光学透镜51的曲率半径r不能减小到1mm或更小。
在近场光学记录/再现系统中，具有1或更大的数值孔径的聚光透镜53通过结合两个通常依次从物镜侧布置的第一光学透镜51和第二光学透镜52这两个光学透镜而形成。但是，数值孔径越大，在装配所述第一光学透镜51和第二光学透镜52时所需的精确度越高，而且需要抵抗环境的变化来保持这一精确度。
而且，如果所述光学透镜的曲率半径太小，不可能提高在装配包括两个光学透镜51、52的聚光透镜53时的精确度。因此，不能使第一光学透镜51的曲率半径r小于大约1mm。
而且，因为过去将玻璃用作所述光学透镜的材料，所以光学透镜的折射率n不能超过大约上述的2.0。
因此，第一光学透镜51的厚度t的下限为约1.5mm，并且使之更小是不可能的。
当使用SiO2时，光学透镜的折射率n的界限约为上述的1.5，第一光学透镜51的厚度t的界限约为1.667mm，并且使之更小是不可能的。
在另一方面，与传统光学记录/再现系统相同，为了实现在近场光学记录/再现系统中的高密记录，需要通过缩小从光源发射的光线的波长和通过增加聚光透镜的数值孔径，来减小照射记录介质的会聚光点的大小和面积。关于这点，因为会聚光点的面积与聚光透镜的数值孔径的平方成反比，所以为了实现在近场记录/再现系统中的高密记录，增大聚光透镜的数值孔径是有效的。
在如图2所示，第一光学透镜51为超半球光学透镜的结构中，近场聚光透镜53的数值孔径NA可表示为，NA＝(第二光学透镜52的数值孔径)×(第一光学透镜51的折射率n)×(第一光学透镜51的折射率n)。
如上所述，由于玻璃至今仍用作第一光学透镜51和第二光学透镜52的材料，所以第一光学透镜51的折射率不能超过约2.0。这样，若第二光学透镜52的数值孔径为例如0.45，则近场聚光透镜53的数值孔径NA为NA＝0.45×2.0×2.0＝1.8，并且不可能使数值孔径NA增大到大于这一数值。
而且，当SiO2用作第一光学透镜51和第二光学透镜52的材料时，由于第一光学透镜51的折射率n的界限约为1.5，若第二光学透镜52的数值孔径也为例如0.45，则近场聚光透镜53的数值孔径NA为NA＝0.45×1.5×1.5＝1.0，并且不可能使数值孔径NA增大到大于这一数值。
因此，使用由玻璃材料制成的传统近场聚光透镜53，对实现高密记录有限制。
而且，到目前为止，对具有低光吸收率和适合于前述固体浸润透镜(SIL)的立方晶体特性的用于420nm或更小波长的光学透镜材料还不清楚。
为了解决上述问题，本发明提供了：具有高折射率和低光吸收率的光学透镜；由包括所述光学透镜的聚光透镜，该聚光透镜适合于近场记录/再现系统；光学拾取器，该光学拾取器包括聚光透镜，并能减小照射记录介质的会聚光点，还制得能使记录介质的记录密度更高、容量更大；以及光学记录/再现装置，该装置包括所述的光学拾取器，并能实施高密的光学记录和再现。
发明内容
本发明提供了一种光学拾取器，该拾取器具有至少一个光源和会聚从该光源发射的光线以形成一个光点的聚光透镜，其中光源发射波长在390nm～450nm范围内的光线，并且聚光透镜包括一个或多个光学透镜，所述光学透镜包括由钛酸锶或主要由钛酸锶制成的光学透镜，该光学透镜对于从所述光源发射的光线的吸收系数为2.0cm-1或更小。
在根据本发明的光学拾取器中，所述光源由GaN半导体激光器形成。
另外，在根据本发明的光学拾取器中，所述聚光透镜包括由钛酸锶或主要由钛酸锶制成的光学透镜和其它光学透镜，这些光学透镜从物镜侧相继布置，以便它们的光学轴对齐。
根据本发明的光学拾取器的上述结构，由于所述光学透镜由钛酸锶或主要由钛酸锶制成，所以该光学拾取器对于波长在390nm～450nm范围的光线的折射率高(大约为2.6以上)、渗透率高。这能将从光源发射的光线的波长减小到390nm～450nm范围内，即，使波长比在可见光区中来自传统光源的光线的波长短，来减小会聚的光点，并且也利用光学透镜的高折射率使聚光透镜的数值孔径更大，来进一步减小会聚的光点。
而且，因为对从所述光源发射的光线(波长在390nm～450nm)的吸收系数为2.0cm-1或更小，所以光损失变得更小，并且可提高光学记录和再现的效率。
本发明提供了一种在/从记录介质上进行记录/再现操作的光学记录/再现装置，该记录/再现装置包括一光学拾取器，该光学拾取器具有至少一个光源和会聚从该光源发射的光线以形成一个光点的聚光透镜，其中光源发射波长在390nm～450nm范围内的光线，并且聚光透镜包括一个或多个光学透镜，所述光学透镜包括由钛酸锶或主要由钛酸锶制成的光学透镜，该光学透镜对于从所述光源发射的光线的吸收系数为2.0cm-1或更小。
在根据本发明的光学记录/再现装置中，所述光源由GaN半导体激光器形成。
另外，在根据本发明的光学记录/再现装置中，所述聚光透镜包括由钛酸锶或主要由钛酸锶制成的光学透镜和其它光学透镜，这些光学透镜从物镜侧相继布置，以便它们的光学轴对齐。
根据本发明的光学/再现装置的上述结构，通过包括上述光学拾取器以在记录介质上进行记录和从记录介质进行再现，能在/从光学记录介质上以高记录密度高效地进行光学记录和从该记录介质进行再现。
本发明提供了一种光学透镜，该光学透镜由从HfO2、HfO2-Y2O3、HfO2-TiO2、HfO2-Sc2O3、HfO2-Nd2O3、HfO2-Ln2O3、Sc2O3、MgO、Y2O3、WO3、Gd2O3、Eu2O3、Dy2O3中选取的任意光学材料制成，或主要由形成主要组分的该选定的光学材料制成。
根据本发明的光学透镜的上述结构，由于该光学透镜由从HfO2、HfO2-Y2O3、HfO2-TiO2、HfO2-Sc2O3、HfO2-Nd2O3、HfO2-Ln2O3、Sc2O3、MgO、Y2O3、WO3、Gd2O3、Eu2O3、Dy2O3中选取的任意光学材料制成，或主要由作为主要组分的该选定的光学材料制成，并且这些光学材料在紫外波长区具有高折射率和高透射性，所以能形成在紫外波长区具有高折射率和低吸收特性的光学透镜。
本发明提供了一种包括一个或两个光学透镜的聚光透镜，所述光学透镜包括由从HfO2、HfO2-Y2O3、HfO2-TiO2、HfO2-Sc2O3、HfO2-Nd2O3、HfO2-Ln2O3、Sc2O3、MgO、Y2O3、WO3、Gd2O3、Eu2O3、Dy2O3中选取的任意光学材料制成的光学透镜，或主要由作为主要组分的该选定的光学材料制成的光学透镜。
上述根据本发明的聚光透镜包括由所述光学材料或主要由所述光学材料制成的光学透镜和其它光学透镜，这些光学透镜光学轴对齐地排布。
根据本发明的聚光透镜的上述结构，由于该聚光透镜包括一个或多个光学透镜，该光学透镜包括上述本发明的光学透镜，所以能够形成在紫外波长区具有高折射率和低吸收特性的聚光透镜。同时，由于所述光学透镜具有高折射率，所以能增大聚光透镜的数值孔径，并减小由聚光透镜会聚入射光线而形成的光点。
本发明提供了一种光学拾取器，该拾取器具有至少一个光源和会聚从该光源发射的光线以形成一个光点的聚光透镜，其中光源发射波长在190nm～450nm范围内的光线，并且聚光透镜包括一个或多个光学透镜，所述光学透镜包括由从HfO2、HfO2-Y2O3、HfO2-TiO2、HfO2-Sc2O3、HfO2-Nd2O3、HfO2-Ln2O3、Sc2O3、MgO、Y2O3、WO3、Gd2O3、Eu2O3、Dy2O3中选取的任意光学材料制成的光学透镜，或主要由作为主要组分的该选定的光学材料制成的光学透镜。
在上述根据本发明的光学拾取器中，由所述光学材料或主要由所述光学材料制成的光学透镜对于从所述光源发射的光线的吸收系数为2.0cm-1或更小。
另外，在根据本发明的上述光学拾取器中，所述光源由GaN半导体激光器形成。
而且，在根据本发明的上述光学拾取器中，所述光源由Nd:YAG激光的双波激光器、GaN激光的双波激光器、Ar激光器、金刚石激光器中的任一个形成。
而且，在根据本发明的上述光学拾取器中，所述聚光透镜包括由所述光学材料或主要由所述光学材料制成的光学透镜和其它光学透镜，这些光学透镜从物镜侧相继布置，同时它们的光学轴对齐。
根据本发明的光学拾取器的上述结构，由于聚光透镜包括一个或多个光学透镜，所述光学透镜包括上述本发明的光学透镜，所以所述光学拾取器对于从光源发射的波长在190nm～450nm范围的光线的折射率高、透射率高。这能使从光源发射的光线变为波长在190nm～450nm范围内的光线，即，波长比在可见光区中来自传统光源的光线的波长短的紫外波长区的光线，来减小会聚的光点。同时，由于所述光学透镜具有高折射率，因此使聚光透镜的数值孔径更大，来进一步减小会聚的光点。
本发明提供了本发明提供了一种在/从记录介质上进行记录/再现操作的光学记录/再现装置，该记录/再现装置包括一光学拾取器，该拾取器具有至少一个光源和会聚从该光源发射的光线以形成一个光点的聚光透镜，其中光源发射波长在190nm～450nm范围内的光线，并且聚光透镜包括一个或多个光学透镜，所述光学透镜包括由从HfO2、HfO2-Y2O3、HfO2-TiO2、HfO2-Sc2O3、HfO2-Nd2O3、HfO2-Ln2O3、Sc2O3、MgO、Y2O3、WO3、Gd2O3、Eu2O3、Dy2O3中选取的任意光学材料制成的光学透镜，或主要由作为主要组分的该选定的光学材料制成的光学透镜。
在上述根据本发明的光学记录/再现装置中，由所述光学材料或主要由所述光学材料制成的光学透镜对于从所述光源发射的光线的吸收系数为2.0cm-1或更小。
另外，在根据本发明的该光学记录/再现装置中，所述光源由GaN半导体激光器形成。
而且，在根据本发明的该光学记录/再现装置中，所述光源由Nd:YAG激光的双波激光器、GaN激光的双波激光器、Ar激光器、金刚石激光器中的任一个形成。
而且，在根据本发明的该光学记录/再现装置中，所述聚光透镜包括由所述光学材料或主要由所述光学材料制成的光学透镜和其它光学透镜，这些光学透镜从物镜侧相继布置，同时它们的光学轴对齐。
根据本发明的上述光学记录/再现装置，由于其包括上述本发明的光学拾取器，用于在记录介质上进行记录和从记录介质进行再现，因此能在记录介质上以高密度进行高效的光学记录和从该记录介质进行光学再现。
本发明提供了一种光学透镜，该光学透镜由从BaF2、CaF2、LiF、NaF中选取的光学材料制成，或主要由该选定的光学材料制成。
根据本发明的光学透镜的上述结构，由于该光学透镜由从BaF2、CaF2、LiF、NaF中选取的光学材料制成，或主要由该选定的光学材料制成，每种该光学材料在紫外波长区具有高透射率，所以能形成在紫外波长区具有低吸收特性的光学透镜。而且由于这些光学透镜属于立方晶体系统，并可不考虑晶轴方向地、容易地进行加工，因此能以低加工成本制造该光学透镜。
本发明提供了一种包括一个或两个光学透镜的聚光透镜，所述光学透镜包括由从BaF2、CaF2、LiF、NaF中选取的任意光学材料制成的光学透镜，或主要由该选定的光学材料制成的光学透镜。
上述根据本发明的聚光透镜包括由所述光学材料或主要由所述光学材料制成的光学透镜和其它光学透镜，这些光学透镜光学轴对齐地排布。
根据本发明的聚光透镜的上述结构，由于该聚光透镜包括一个或多个光学透镜，该光学透镜包括上述本发明的光学透镜，所以能够形成在紫外波长区具有低吸收特性的聚光透镜。同时，由于光学透镜的加工成本低，可低成本地制造该聚光透镜。
本发明提供了一种光学拾取器，该拾取器具有至少一个光源和会聚从该光源发射的光线以形成一个光点的聚光透镜，其中光源发射波长在100nm～420nm范围内的光线，并且聚光透镜包括一个或多个光学透镜，所述光学透镜包括由从BaF2、CaF2、LiF、NaF中选取的任意光学材料制成的光学透镜，或主要该选定的光学材料制成的光学透镜。
在上述根据本发明的光学拾取器中，所述光源由GaN半导体激光器形成。
而且，在根据本发明的上述光学拾取器中，所述光源由Nd:YAG激光的双波激光器、GaN激光的双波激光器、Ar激光器、金刚石激光器中的任一个形成。
而且，在根据本发明的上述光学拾取器中，所述聚光透镜包括由所述光学材料或主要由所述光学材料制成的光学透镜和其它光学透镜，这些光学透镜从物镜侧相继布置，同时它们的光学轴对齐。
根据本发明的光学拾取器的上述结构，由于聚光透镜包括一个或多个光学透镜，所述光学透镜包括上述本发明的光学透镜，所以所述光学拾取器对于从光源发射的波长在100nm～420nm范围的光线的折射率高。这能使从光源发射的光线变为波长在100nm～420nm范围内的光线，即，波长比在可见光区中来自传统光源的光线的波长短的紫外波长区的光线，来减小会聚的光点。
本发明提供了本发明提供了一种在/从记录介质上进行记录/再现操作的光学记录/再现装置，该记录/再现装置包括一光学拾取器，该拾取器具有至少一个光源和会聚从该光源发射的光线以形成一个光点的聚光透镜，其中光源发射波长在100nm～420nm范围内的光线，并且聚光透镜包括一个或多个光学透镜，所述光学透镜包括由从BaF2、CaF2、LiF、NaF中选取的光学材料制成的光学透镜，或主要由该选定的光学材料制成的光学透镜。
在根据本发明的该光学记录/再现装置中，所述光源由GaN半导体激光器形成。
而且，在根据本发明的该光学记录/再现装置中，所述光源由Nd:YAG激光的双波激光器、GaN激光的双波激光器、Ar激光器、金刚石激光器中的任一个形成。
而且，在根据本发明的该光学记录/再现装置中，所述聚光透镜包括由所述光学材料或主要由所述光学材料制成的光学透镜和其它光学透镜，这些光学透镜从物镜侧相继布置，同时它们的光学轴对齐。
根据本发明的上述光学记录/再现装置，由于其包括上述本发明的光学拾取器，用于在记录介质上进行记录和从记录介质进行再现，因此能在记录介质上以高记录密度进行高效的光学记录和从该记录介质进行光学再现。
附图说明
图1是示意性结构图，示出了根据本发明的光学拾取器的主要部分；
图2示出了图1中光学拾取器的光学系统的一种形式；
图3是示意性结构图，其中双轴致动器用作在图1和图2中的聚光透镜的控制/驱动装置；
图4是示意性结构图，其中滑块用作在图1和图2中的聚光透镜的控制/驱动装置；
图5是示意性结构图，其中滑块设置有平面镜；
图6示出了第一光学透镜的形状；
图7示出了第一光学透镜的另一形状；
图8示出了第一光学透镜的又一形状；
图9示出了第一光学透镜的再一形状；
图10示出了第一光学透镜的另一形状；
图11示出了第一光学透镜的另一形状；
图12是示意性结构图，示出了在近场光学记录/再现系统中具有聚光透镜的光学拾取器的主要部分；
图13示出了在实例1和比较例1之间的折射率随波长变化的比较图；
图14示出了在实例2和比较例2之间的折射率随波长变化的比较图；
图15示出了在实例2和比较例2之间的吸收系数随波长变化的比较图；
图16示出了在实例3和比较例3之间的折射率随波长变化的比较图；
图17示出了在实例3和比较例3之间的吸收系数随波长变化的比较图；
图18A示出了实例4中的折射率随波长变化的图；
图18B示出在比较例3中的设置了随波长变化的图；
图19A示出在实例11中折射率随波长变化的图；
图19B示出了在实例12中折射率随波长变化的图；
图20A示出在实例13中折射率随波长变化的图；
图20B示出了在实例14中折射率随波长变化的图；
具体实施方式
首先，在描述本发明的特定实施例之前对本发明的方案进行描述。
本发明将由钛酸锶制成或主要由钛酸锶制成的光学透镜作为第一个结构。这意味着光学透镜可包含钛酸锶之外的任何组分。下文中将由钛酸锶制成或主要由钛酸锶制成的光学透镜称作由钛酸锶制成的光学透镜。
钛酸锶的一般化学分子式为SrTiO3。在本发明中，钛酸锶不仅包括分子比(组分比)Sr∶Ti∶O为1∶1∶3的钛酸锶，还包括具有其它组成的钛酸锶。
优选地，由钛酸锶制成的光学透镜是由单晶钛酸锶形成。这消除了在多晶体材料中出现的晶界和在玻璃材料中出现的细沟，从而很好地避免了对入射光的散射和吸收。
为了提高折射率或透射率，可将诸如Ta、Ca、Zr、K、Ba的其它组分添加到钛酸锶的主要组分中。这些组分添加于其中的钛酸锶也能形成为一个单晶体，以便适合用作光学材料。
而且，钛酸锶(SrTiO3)具有立方晶体结构，从而各向同性，其中折射率在所有方向上固定，与晶轴无关。
因此，当制造钛酸锶制成的光学透镜时，能不考虑晶轴方向地对其进行切割、加工和研磨。
因此，其加工成本大约与玻璃材料相同。
形成由钛酸锶制成的单晶体可通过Bermoulli等方法制成。Bernoulli方法是用于大量生产的晶体生长方法，该方法能在短时间内生长出相对大的工业用单晶体。
在本发明中，聚光透镜由一个或多个光学透镜组成，所述光学透镜包括上述的光学透镜，即由钛酸锶制成的光学透镜。
具体的，聚光透镜按照如下的结构A至C中的任一个结构形成。
A.聚光透镜由一个由钛酸锶制成的光学透镜形成。
B.聚光透镜通过结合多个由钛酸锶制成的光学透镜而形成。
C.聚光透镜通过将一个由钛酸锶制成的光学透镜与其它由其它光学材料制成的光学透镜而形成。
另外，在结构C中，多个光学透镜中由钛酸锶制成的光学透镜设置在最靠近物体，即记录介质的位置。
而且，还应用了发射390nm～450nm波长范围的光线的光源。换句话说，替代发射波长在可见光区(例如630nm)的光线的传统光源，可应用发射更短波长的光线的光源。这种光源的一个实例是GaN半导体激光器。
这样具有至少这种光源和上述聚光透镜的光学拾取器形成了。
这使从光源发射的光线成为缩小波长的光线，从而减小了由聚光透镜会聚的光点。
而且，由于钛酸锶相对于在波长范围390nm～450nm的光线的折射率大约为2.6，所以能使聚光透镜的数值孔径更大。通过使聚光透镜的数值孔径变得更大，也能减小会聚光点。因此，结合短波长的光源，能够实施高密记录。
而且，由钛酸锶制成的光学透镜相对于波长范围390nm～450nm的上述光线的透光性能好。
在本发明中，由钛酸锶制成的光学透镜相对于从光源发射(波长范围390nm～450nm)的光线的吸收系数为2.0cm-1或更小。
这使得能减小由于用钛酸锶制成的光学透镜造成的光损失，从而提高光学记录和再现的效率。
吸收系数优选地很小，理想地为0.1cm-1或更小，从而几乎没有光学透镜造成的光损失。如果所述吸收系数为0.1cm-1，那么5mm厚的光学透镜的内部透射率增加到95％以上。
同时，单晶钛酸锶相对于波长范围390nm～450nm的光线的折射率近似相等，而其对波长范围390nm～450nm的光线的吸收系数根据晶体的状态而不同。
因此，必需控制钛酸锶制成的光学透镜的组分、制造条件等等，从而使吸收系数为2.0cm-1或更小。
例如，通过控制钛酸锶的缺氧浓度(oxygen deficit concentration)或组分比Sr/Ti以进行优化，可将吸收系数制为2.0cm-1或更小。
缺氧浓度可通过改变在生长单晶之后在氧化环境中的热处理的时间，来进行调整。
通过使组分比Sr/Ti例如小于1(富Ti组成)，可控制吸收系数更小。
也可通过将诸如Ta、Ca、Zr、K、Ba的附加成分添加到钛酸锶中，来控制吸收系数。
因为钛酸锶的折射率高，所以如上所述增大了聚光透镜的数值孔径(例如2.0或更大)，从而使聚光透镜在尺寸和厚度上可以更小。
这使这种聚光透镜能以相对低的成本安装在光学拾取器、光学记录/再现装置等装置上。
而且，当所述聚光透镜包括由钛酸锶制成的一个光学透镜以及其它光学透镜(由钛酸锶制成的光学透镜或由其它材料制成的光学透镜)，其中这些光学透镜从物镜侧顺序布置，同时其光学轴对齐时，即当所述聚光透镜由多个包括由钛酸锶制成的光学透镜的光学透镜组成，其中这些光学透镜与上述结构B或C对应时，能减小入射到聚光透镜上的光通量的直径。
其原因在于，因为排布在物镜侧的由钛酸锶制成的光学透镜具有高折射率，所以用于获得与聚光透镜相同的数值孔径(例如2.0)的其它光学透镜的必需的数值孔径能制得较小，从而使另一光学透镜的曲率半径可制得较小。当该曲率半径小时，即使将入射光通量的直径制得较小，也能保证从另一光学透镜到记录介质有足够的距离，以便获得在装配包括多个光学透镜的聚光透镜时的高精度。
因为入射到聚光透镜上的光通量的直径由此制得较小，所以能使该聚光透镜尺寸小、重量轻，该聚光透镜受控在聚焦方向或在光学记录介质上的跟踪方向上被驱动，并且还改善了伺服特性，例如聚焦伺服、跟踪伺服和查询时间。
因此，本发明能提供一种光学拾取器和光学记录/再现装置，该拾取器和该装置能够使光源的波长更短，以及使记录介质的密度更高、其容量更大。
作为第二种结构，本发明应用了由从下述材料中选取的光学材料制成的光学透镜或主要由选定的光学材料制成的光学透镜，所述光学材料有HfO2、HfO2-Y2O3、HfO2-TiO2、HfO2-Sc2O3、HfO2-Nd2O3、HfO2-Ln2O3、Sc2O3、MgO、Y2O3、WO3、Gd2O3、Eu2O3、Dy2O3。这意味着，光学透镜能包括选定光学材料以外的组分。由选定材料或主要由选定材料制成的光学透镜在下文中被称作由高折射率光学材料制成的光学透镜。在这些光学材料中，HfO2-Y2O3、HfO2-TiO2、HfO2-Sc2O3、HfO2-Nd2O3、HfO2-Ln2O3中的每一个是Y2O3、TiO2、Sc2O3、Nd2O3、Ln2O3中的每一个添加到HfO2中形成的，用于提高折射率或透射率。
另外，每种上述光学材料不仅包括具有以普通化学分子式表述的理想配比成分的材料，还包括具有其它成分的材料。并且包括含有少量杂质的材料。
优选地，由高折射率光学材料制成的光学透镜由光学材料的单晶体形成。这消除了在多晶体材料中出现的晶界和在玻璃材料中出现的细沟，从而很好地避免了对入射光的散射和吸收。
而且，晶体结构为立方的HfO2光学各向同性，其中折射率在所有方向上独立于晶轴固定。类似地，光学材料Sc2O3、MgO、Y2O3、WO3、Gd2O3、Eu2O3、Dy2O3中的每一个也是光学各向同性，其中折射率在所有方向上独立于晶轴固定。
因此，当制造高折射率的光学透镜时，能不考虑晶轴方向地对其进行切割、加工和研磨。
因此，其加工成本大约与玻璃材料相同。
形成高折射率材料制成的光学透镜的光学材料可通过真空蒸发、溅射、电子真空蒸发、垂直提升方法(CZ工艺)、Bernoulli方法、悬浮区域方法(FZ工艺)、Bridgman技术、熔融方法(flux method)、上引晶方法(TSSG方法)，移动溶剂悬浮区域方法(TSFZ方法)、激光退火方法、热结晶(固相晶体生长)方法、气相晶体生长(化学气相沉积：CVD)方法、等离子CVD方法等等。
在本发明中，聚光透镜由一个或多个包括上述由高折射率材料制成的光学透镜的光学透镜。
具体地，聚光透镜以下述结构A至C中的任一个结构形成。
A.聚光透镜由一个由高折射率材料制成的光学透镜形成。
B.聚光透镜通过结合多个由高折射率材料制成的光学透镜而形成。
C.聚光透镜通过将一个由高折射率材料制成的光学透镜与其它由其它光学材料制成的光学透镜而形成。
另外，在结构C中，多个光学透镜中由高折射率材料制成的光学透镜设置在最靠近物体，即记录介质的位置。
而且，在本发明中，应用了发射190nm～450nm波长范围的光线的光源。换句话说，替代发射波长在可见光区(例如635nm)的光线的传统光源，可应用发射更短波长的光线的光源。这种光源的实例除了GaN半导体激光器，还有Nd:YAG激光的双波激光器、GaN激光的双波激光器、Ar激光器、金刚石激光器等。
包括至少这样的光源和上述聚光透镜光学拾取器如此形成。
以这样的方式，从光源发射的光能是短波长的光，从而减小由聚光透镜会聚的光点。
而且，由于上述选定的高折射率材料相对于波长范围在190nm～450nm的光线，具有比传统玻璃或氟化物更高的折射率，因此能使聚光透镜的数值孔径更大。通过使聚光透镜的数值孔径更大，也能减小会聚的光点。因此，能结合更短波长的光源实现高密记录。
当HfO2用于上述选定的高折射率光学材料时，聚光透镜的折射率可增大到2.0或更高，并能获得对波长大于190nm的光线的很好的光渗透性能(光透射性)。
类似地，当应用HfO2-Y2O3时，光学透镜的折射率为1.8或更高，能获得对波长大于250nm的光线的很好的光透射性。
当应用HfO2-TiO2时，光学透镜的折射率为2.15或更高，能获得对波长大于350nm的光线的很好的渗透性能(光透射性)。
当应用HfO2-Sc2O3时，光学透镜的折射率为1.75或更高，能获得对波长大于300nm的光线的很好的渗透性能(光透射性)。
当应用HfO2-Nd2O3时，光学透镜的折射率为1.80或更高，能获得对波长大于350nm的光线的很好的渗透性能(光透射性)。
当应用HfO2-Ln2O3时，光学透镜的折射率为1.90或更高，能获得对波长大于250nm的光线的很好的渗透性能(光透射性)。
当应用Sc2-O3时，光学透镜的折射率为1.85或更高，能获得对波长大于250nm的光线的很好的渗透性能(光透射性)。
当应用MgO时，光学透镜的折射率为1.71或更高，能获得对波长大于190nm的光线的很好的渗透性能(光透射性)。
当应用Y2O3时，光学透镜的折射率为1.75或更高，能获得对波长大于300nm的光线的很好的渗透性能(光透射性)。
当应用WO3时，光学透镜的折射率为2.0或更高，能获得对波长大于280nm的光线的很好的渗透性能(光透射性)。
当应用Gd2O3时，光学透镜的折射率为1.88或更高，能获得对波长大于350nm的光线的很好的渗透性能(光透射性)。
当应用Eu2O3时，光学透镜的折射率为1.9或更高，能获得对波长大于350nm的光线的很好的渗透性能(光透射性)。
当应用Dy2O3时，光学透镜的折射率为1.86或更高，能获得对波长大于300nm的光线的很好的渗透性能(光透射性)。
由上述选定的高折射率光学材料制成的光学透镜对波长范围在190nm～450nm的光线的光渗透性能(光透射性)好。
另外，在本发明中，由高折射率材料制成的光学透镜对从光源发射出的光线(波长范围在190nm～450nm)的吸收系数为2.0cm-1或更小。
这使得能减小由于高折射率材料制成的光学透镜造成的光损失，并能提高光学记录和再现的效率。
优选的是所述吸收系数很小。理想的吸收系数为0.1cm-1或更小，以便光学透镜几乎不造成光损失。如果吸收系数为0.1cm-1，那么，5mm厚的光学透镜的透射率为95％或更大。
同时，每种光学材料对波长在190～450nm范围的光线的折射率近似确定，而不管它的晶体状态如何，而对波长在190～450nm范围的光线的吸收系数随其晶体状态不同。
因此，理想的是控制高折射率光学材料制成的光学透镜的组分、制造条件等，从而使吸收系数为2.0cm-1或更小。
例如，通过控制缺氧浓度或组分比以进行优化，可将吸收系数制为2.0cm-1或更小。
缺氧浓度可通过改变在生长单晶之后再氧化环境中的热处理的时间，来进行调整。
因为上述每种光学材料的折射率高，所以如上所述增大了聚光透镜的数值孔径(例如1.5或更大)，从而使聚光透镜在尺寸和厚度上可以更小。
这使这种聚光透镜能以相对低的成本安装在光学拾取器、光学记录/再现装置等装置上。
而且，当所述聚光透镜包括由高折射率材料制成的一个光学透镜以及其它光学透镜(由高折射率材料制成的光学透镜或由其它材料制成的光学透镜)，其中这些光学透镜从物镜侧顺序布置，同时其光学轴对齐时，即当所述聚光透镜由多个包括由高折射率材料制成的光学透镜的光学透镜组成，其中这些光学透镜与上述结构B或C对应时，能减小入射到聚光透镜上的光通量的直径。
其原因在于，因为排布在物镜侧的由高折射率材料制成的光学透镜具有高折射率，所以用于获得与聚光透镜相同的数值孔径(例如2.0)的其它光学透镜的必需的数值孔径能制得较小，从而使另一光学透镜的曲率半径可制得较小。当该曲率半径小时，即使将入射光通量的直径制得较小，也能保证从另一光学透镜到记录介质有足够的距离，以便获得在装配包括多个光学透镜的聚光透镜时的高精度。
因为入射到聚光透镜上的光通量的直径由此制得较小，所以能使该聚光透镜尺寸小、重量轻，该聚光透镜受控在聚焦方向或在光学记录介质上的跟踪方向上被驱动，并且还改善了伺服特性，例如聚焦伺服、跟踪伺服和查询时间。
因此，本发明能提供一种光学拾取器和光学记录/再现装置，该拾取器和该装置能够使光源的波长更短(例如波长为190nm～450nm)，以及使记录介质的密度更高、其容量更大。
作为第三种结构，本发明应用了由从下述材料中选取的光学材料制成的光学透镜或主要由选定的光学材料制成的光学透镜，所述光学材料有BaF2、CaF2、LiF和NaF。这意味着，光学透镜能包括选定光学材料以外的组分。由选定材料或主要由选定材料制成的光学透镜在下文中被称作由氟化物光学材料制成的光学透镜。
另外，每种上述光学材料不仅包括具有以普通化学分子式表述的理想配比成分的材料，还包括具有其它成分的材料。并且包括含有少量杂质的材料。
优选地，由氟化物光学材料制成的光学透镜由光学材料的单晶体形成。这消除了在多晶体材料中出现的晶界和在玻璃材料中出现的细沟，从而很好地避免了对入射光的散射和吸收。
而且，晶体结构为立方的BaF2光学各向同性，其中折射率在所有方向上独立于晶轴固定。类似地，光学材料CaF2、LiF和NaF中的每一个也是光学各向同性，其中折射率在所有方向上独立于晶轴固定。
因此，当制造氟化物材料的光学透镜时，能不考虑晶轴方向地对其进行切割、加工和研磨。
因此，其加工成本大约与玻璃材料相同。
因此，当光学拾取器和光学记录/再现装置包括使用氟化物光学材料制成的光学透镜的聚光透镜和使用诸如GaN激光器的光源时，能有效地使光源的波长变短，并在低成本下使聚光透镜工作，从而实现密度更高、容量更大的光学记录介质。
另外，形成由氟化物制成的光学透镜的光学材料可通过Bridgman-Stockbarger等技术制得，并且能相对容易地制得高质量、大直径的单晶体。
在本发明中，聚光透镜由一个或多个包括由氟化物制成的上述光学透镜的光学透镜组成。
具体的，聚光透镜按照如下的结构A至C中的任一个结构形成。
A.聚光透镜由一个由氟化物材料制成的光学透镜形成。
B.聚光透镜通过结合多个由氟化物材料制成的光学透镜而形成。
C.聚光透镜通过将一个由氟化物材料制成的光学透镜与其它由其它光学材料制成的光学透镜而形成。
另外，在结构C中，多个光学透镜中由氟化物材料制成的光学透镜设置在最靠近物体，即记录介质的位置。
而且，在本发明中，应用了发射100nm～420nm波长范围的光线的光源。换句话说，替代发射波长在可见光区(例如630nm)的光线的传统光源，可应用发射更短波长的光线的光源。这种光源的实例除了GaN半导体激光器，还有Nd:YAG激光的双波激光器、GaN激光地双波激光器、Ar激光器、金刚石激光器等。
以这样的方式，形成了包括至少这样的光源和上述聚光透镜的光学拾取器。
根据这一结构，从光源发射的光能是短波长的光，从而减小由聚光透镜会聚的光点。
而且，由于上述选定的氟化物材料相对于波长范围在100nm～420nm的光线的光吸收率小，尤其是比传统玻璃或氧化物材料的光吸收率小，因此对于例如波长在390nm～420nm范围的光线的光透射率为95％或更大，所述390nm～420nm波长范围为GaN半导体激光器的振荡波长。
当BaF2用于上述选定的氟化物光学材料中的一种时，能使在420nm或更小的紫外光波长区域中的光吸收特性及其小。420nm已是传统玻璃或氧化物材料制成的光学透镜中的极限。此外，使用BaF2的光学透镜对波长大于150nm的光线的光渗透性能(光透射性)很好，因此在使用由BaF2材料制成的光学透镜形成的光学拾取器和光学记录/再现装置中，能提高光源的记录和再现效率。
而且，当应用BaF2材料来形成光学透镜时，其晶体系统可被制成立方晶体系统。因此，当制造半球形或超半球形光学透镜时，能不用考虑晶轴地对该材料进行加工、研磨和切割，由此能大约以与传统玻璃材料相同的低加工成本来制造所述光学透镜。
类似地，使用CaF2材料形成的光学透镜对于波长大于130nm的光线具有优良的光渗透性能(光透射性)，并且其晶体系统可被制成立方晶体系统。
类似地，使用LiF材料形成的光学透镜对于波长大于110nm的光线具有优良的光渗透性能(光透射性)，并且其晶体系统可被制成立方晶体系统。
类似地，使用NaF材料形成的光学透镜对于波长大于140nm的光线具有优良的光渗透性能(光透射性)，并且其晶体系统可被制成立方晶体系统。
因此，本发明能提供一种光学拾取器和光学记录/再现装置，该拾取器和该装置能够使光源的波长更短(例如波长为100nm～420nm)，以及使记录介质的密度更高、其容量更大。
另外，根据本发明的光学拾取器包括一种只用于再现的光学拾取器、一种只用于记录的光学拾取器、和一种既用于记录又用于再现的光学拾取器。
根据本发明的光学拾取器包括一种用于对磁光学记录介质实施磁光学记录和再现的光学拾取器，并且还包括使磁光学记录系统与近场光学再现系统结合的光学拾取器，例如磁线圈等被引入部分光学拾取器中。
而且，根据本发明的光学记录/再现装置包括一种只用于再现的所述装置、一种只用于记录的所述装置、和一种既用于记录又用于再现的所述装置。
本发明不仅可用于光学拾取器，该光学拾取器与例如图12所述的结构相同，具有由从物镜侧相继布置的第一光学透镜和第二光学透镜组成的聚光透镜，即使用所谓的近场光学记录/再现系统的光学拾取器，本发明还可用于包括这样的光学拾取器的光学记录/再现装置。
此后将对本发明应用到这样的光学拾取器中的实施例进行描述。
图1示出根据本发明的光学拾取器的主要部分的示意性结构图。图2示出形成图1中的光学拾取器的光学系统的结构示例。
如图1和2所示，所述光学拾取器包括未在图中示出的光源，例如半导体激光器；聚光透镜13，用于在记录介质(光学记录介质或磁光学记录介质)30上会聚光通量L；第一分光镜14，用于使从光源发射的光通量L1与在记录介质30上反射的光通量L2分离；以及第二分光镜15，用于将在记录介质30处反射的光通量L2分成两个光通量。
聚光透镜13由第一光学透镜11和第二光学透镜12组成，该第一光学透镜和第二光学透镜从记录介质30侧顺序布置，从而其光学轴对准。
如果记录介质30例如为盘状介质，那么该记录介质30可装在芯轴马达上，从而以预定速度旋转。
另外，虽然第一光学透镜11和记录介质30实际上相互不接触，但由于光学透镜11和记录介质30之间的间隔与光学透镜11的厚度t相比足够小，因此在图1和图2中图示得好像两者相互接触。在下述附图中相同。
接着将对图1和2中的光学拾取器中的光路、部件的操作等进行描述。
从诸如半导体激光器的光源发射的行进光线通过准直透镜(未示出)转换成平行光。行进光线的光通量L1穿过第一分光镜14，并通过聚光透镜13会聚在记录介质30的信息记录表面上。在该信息记录表面上反射的返回光线再次穿过聚光透镜13，并由第一分光镜14反射，从而形成进入第二分光镜15的光通量12。
由第二分光镜15反射的返回光线(光通量13)在未示出的用于跟踪的检光器上会聚，在该处探测到跟踪误差信号。
通过第二分光镜15的返回光线(光通量14)在另一未示出的用于聚焦的检光器上会聚，在该处探测到聚焦误差信号、再现报靶信号等。
而且，在图1和2中示出的每个光线拾取器设置有用于控制聚光透镜13在跟踪方向和聚焦方向被驱动的装置。
例如，在传统光学拾取器中使用的双轴致动器、在磁头中使用的滑块等等可作为所述的装置。
这些用于聚光透镜13的控制/驱动装置的例子将在下文中加以描述。
图3示出当双轴致动器用作图1和2中的聚光透镜的控制/驱动装置时的示意性结构图。
如图3中所示，聚光透镜13(11，12)固定在双轴致动器16上，所述双轴致动器16包括控制聚光透镜13在跟踪方向被驱动的线圈17(用于跟踪)和控制所述聚光透镜在聚焦方向被驱动的线圈18(用于聚焦)。
双轴致动器16构造得能控制记录介质30和第一光学透镜11之间的距离。例如，通过监测返回光线的数量来反馈一条距离信息，可使第一光学透镜11与记录介质30之间的距离保持恒定，从而避免第一光学透镜11和记录介质30之间发生碰撞。
而且，通过监测返回光线的数量来反馈一条位置信息，双轴致动器16可驱动跟踪线圈17来沿跟踪方向移动所述聚光透镜13，并在所需的记录轨道上形成会聚光点。
在图4中示出滑块用作图1和2中的聚光透镜13的控制/驱动装置时的示意性结构图。
如图4所示，聚光透镜13(11，12)固定在沿跟踪方向受控驱动的滑块21上。
滑块21由可在跟踪方向移动的光学移动件(未示出)通过弹性件、例如万向支架22支承，该万向支架只在记录介质30上的平面接触方向上具有弹性。所述光学移动件由包括线性马达的控制/驱动装置控制，以沿跟踪方向被驱动。
记录介质30旋转同时产生的气流流入记录介质30和滑块21之间的间隙中，形成与万向支架22的压力平衡的间隙薄膜，该万向支架22是在记录介质30上的弹性部件。由此，滑块21相对于记录介质30悬浮保持例如50nm的恒定距离。
即，当从记录介质30上再现信息或在记录介质30上记录信息，而记录介质30以预定速度旋转时，形成聚光透镜13的第一光学透镜11与记录介质30之间的距离利用滑块21近似保持恒定。
另外，如果需要，为了校正在持有聚光透镜13的双轴致动器16或滑块21跟随记录介质30的平面晃动时残余的聚焦误差分量、以及在装配聚光透镜13的过程中出现的误差分量，可将中继镜设置在第一分光镜14和第二光学透镜12之间，所述中继镜通过改变两个光学透镜11和12之间的间隔来实施校正。
另外，当第一光学透镜11和第二光学透镜12固定在滑块21上时，如图4所示，为了校正滑块21跟随时的残余聚焦误差分量、以及在装配聚光透镜的过程中出现的误差分量，形成聚光透镜的两个光学透镜中的第一光学透镜11固定在滑块21上，而第二光学透镜12设置成可相对于第一光学透镜、例如在光学轴方向利用例如压电元件等移动。
而且，在光学记录/再现装置中芯轴马达具有用于安装多个记录介质(类似在诸如硬盘驱动器的磁记录/再现装置装配重使用的、层叠类型的记录介质的结构)的装置的情况下，对于滑块21优选的是，进一步设置有平面镜23，该平面镜将光学轴转动大约90度，如图5所示。
通过应用这样的结构，能够减小在光学记录/再现装置中的每个光学记录介质之间的间隔，其结果是能使光学记录/再现装置的尺寸更小，厚度更薄。
接着将对第一光学透镜11的形状进行描述。
第一光学透镜11的形状不局限于图1至图5中示出的超半球形，其它形状也可采用。
第一光学透镜11的修改形状如下所示。
图6示出在江半球形光学透镜11A用作第一光学透镜11时的情况。在这时，所述透镜的厚度与其曲率半径r对应。
图7示出与图1中的超半球形光学透镜相同的光学透镜11B用作第一光学透镜11的情况。这时，厚度为r/n的球的上半边的一部分加在了半球上，从而使透镜的厚度变为r(1+1/n)。
在这些情况下，每个面对记录介质30的物镜表面都是平面，而与该物镜表面相反的表面为凸球面。光学透镜11在其圆周侧表面上固定在双轴致动器16或滑块21上。
接着图8示出了应用其形状是将图6所示的半球的物镜表面加工成圆锥形状的光学透镜11C的情况。
另外，图9示出了应用其形状是将图7所示的超半球的物镜表面加工程圆锥形状的光学透镜11D的情况。
在所述近场光学记录/再现系统中，由于记录介质30和第一光学透镜11相互非常靠近，在这两者之间的距离小到几十nm左右，如果将物镜表面加工成圆锥形状，那么能增加对记录介质30或第一光学透镜11的倾斜度的容差。
另外，当磁光学记录介质用于在所述近场光学记录/再现系统中的记录介质30时，在记录和/或再现过程中需要磁场。
在这种情况下，如图10或11所示，诸如磁线圈25的磁场施加装置可装配在第一光学透镜11的部分物镜表面中。
图10示出了将半球形光学透镜11E的物镜表面加工成其中心部分可留下来装配磁线圈25的情形。
图11示出了将超半球形光学透镜11E的物镜表面加工成其中心部分可留下来装配磁线圈25的情形。
在根据本实施例的光学拾取器中，当应用了本发明的上述第一结构时，形成光源来发射波长在390nm～450nm的光线，而且至少在聚光透镜13中、在记录介质30侧的第一光学透镜由钛酸锶制成的上述光学透镜(由钛酸锶制成或主要由钛酸锶制成)形成。
另外，第二光学透镜12的材料没有特别的限制，可使用钛酸锶、玻璃和其它材料中的任一种。
随后，对由钛酸锶制成的示例进行实际的制备，并且对其特性进行考查。
(实例1)
作为实施例1的示例通过将使用Bernoulli方法制造的SrTiO3单晶体材料A加工成一个尺寸为10mm×10mm、厚度为2mm透镜、制出其(100)平面的Z轴，并光学研磨两个表面来制备。
(比较例1)
作为比较例1的示例通过将由OHARA公司制造的高折射率玻璃S-LAH79材料加工成一个尺寸为10mm×10mm、厚度为2mm透镜并光学研磨两个表面来制备。
接着这些实施例1和比较例1中的每个示例在从380nm至800nm波长的折射率由J.A.Woollam日本公司制造的光谱分光镜椭圆计(spectroscopicellipsometer)VASE测量。在图13中比较示出了各实例1和比较例1折射率随波长的变化。
从图13可见，比较例1的玻璃材料的折射率从2.0至2.1左右，而实例1的SrTiO3材料在所有从380至800nm的波长范围内的折射率大大超过了玻璃材料的折射率，并且在大约400nm波长时的折射率值达到2.6以上。
另外，分别对各实例1和比较例1在415nm波长时的折射率进行了测量。
此后，基于上述折射率结果，用实例1和比较例1的材料制成的光学透镜分别与各数值孔径为0.45的第二光学透镜结合，以便组成如图1和图12所示的聚光透镜13、53，于是对各聚光透镜的数值孔径进行了计算。
测量这些折射率的结果和计算这些聚光透镜的数值孔径的结果在表1中示出。
[表1]
示例的名称   在415nm波长下的折射率   聚光透镜的数值孔径
  实例1SrTiO3单晶体   2.6146   3.08
  比较例1S-LAH79   2.0616   1.91
从表1中清楚可见，在与在玻璃材料中高折射率的S-LAH79的比较中，SrTiO3的折射率和用SrTiO3材料组成的聚光透镜的数值孔径都比玻璃材料的大。
另外，由聚光透镜会聚的光点的面积可与聚光透镜的数值孔径的平方成反比地减小。
因此，很清楚，SrTiO3可在/从记录介质上实现密度比S-LAH79高2.6倍的记录和再现。
(实例2)
作为实施例2的示例通过将使用Bernoulli方法制造的SrTiO3单晶体材料A加工成一个尺寸为10mm×10mm、厚度为2mm透镜、制出其(100)平面的Z轴，并光学研磨两个表面来制备。
(比较例2)
作为比较例2的示例通过将使用Bernoulli方法制造的SrTiO3单晶体材料B加工成一个尺寸为10mm×10mm、厚度为2mm透镜、制出其(100)平面的Z轴，并光学研磨两个表面来制备，其中通过使该材料B在生长晶体之后在氧化环境中的热处理时间比SrTiO3单晶体材料A短，增加了该材料B的吸收系数。
接着这些实施例2和比较例2中的每个示例在从380nm至800nm波长的折射率由J.A.Woollam日本公司制造的光谱分光镜椭圆计VASE测量。
在图14中比较示出了各实例2和比较例2折射率随波长的变化。
从图14可见，实例2和比较例2的折射率随波长在从380至800nm的范围内的所有波长下近似相等，并且在大约400nm波长时的折射率值达到2.6以上。
接着，图15比较示出了各实例2和比较例2随波长变化的吸收系数。
从图15可见，实例2和比较例2在500nm以下波长的吸收系数很不相同，并且比较例2在500nm以下波长的吸收系数快速增大。
这是因为在比较例2生长晶体之后、在氧化环境中的热处理时间短造成的。考虑到，因为在晶体中的缺氧点不能完全与氧气结合，在晶体中保留有大量的缺氧点，其结果是这些缺氧点吸收了大量在500nm以下波长的紫外区光线，从而导致吸收系数增大。
然后，实例2和比较例2的示例分别应用在超半球形第一光学透镜11中，其厚度为2mm，并且将玻璃材料用在第二光学透镜中以组成聚光透镜13，如图1所示。随后对415nm波长下的如此构成的聚光透镜13的透射率进行测量。
对于所述实例2和比较例2，在表2中比较示出聚光透镜13在415nm波长下的吸收系数和在415nm波长下的透射率。
[表2]
示例的名称   在415nm波长下的吸收系数(cm-1)   在415nm波长下的透射率(％)
  实例2SrTiO3单晶体A 0.0 100
  比较例2SrTiO3单晶体B 82.2 0.0
从表2中清楚可见，在实例2和比较例2的比较中，即使关于波长的折射率相同，关于波长的吸收系数极大不同，因此组成的聚光透镜的透射率变得很不同。
由于实例2的SrTiO3单晶体A的吸收系数小，因此其组成的聚光透镜的透射率可以制为100％.
但是，比较例2的SrTiO3单晶体B的吸收系数大，因此当其组成聚光透镜时，不能获得透射性能。
因此，通过使用应用受控晶体材料的钛酸锶制成的光学透镜，以便对于从例如GaN半导体激光器的光源发射的390nm至450nm的振荡波长，吸收系数为2cm-1或更小，优选地为0.1cm-1或更小，这样能实现一种光学拾取器和光学记录/再现装置，所述拾取器和装置能够在/从光学记录介质上、以比使用玻璃材料制成的光学透镜时高2.6倍的密度进行记录和再现操作。
然后对下述情况减小考虑。在图1所示的光学拾取器的结构中，聚光透镜13的两个透镜，即第一光学透镜11和第二光学透镜12都由钛酸锶的单晶体形成，该钛酸锶单晶体在415nm波长下的折射率为2.61，然后在第一光学透镜11和记录介质30之间的距离保持在例如40nm的同时，进行近场记录和再现操作。此外，第一光学透镜11由超半球形固体浸润镜(SIL)形成。
这时，如果第二光学透镜12的数值孔径为0.45，则聚光透镜13的数值孔径为3.066。
若第二光学透镜12与记录介质30之间的距离为WD，第一光学透镜的厚度为t，并且第一光学透镜11的凸球面的曲率半径为r，必需满足条件式t＝r(1+1/n)＝1.3831r＜WD。这一条件式与第一光学透镜由玻璃制成的情况(1.5r＜WD)要宽松，因此能够容易地保证在第二光学透镜12与记录介质30之间的充足距离。
同时，在图1和图12中示出的近场光学记录/再现系统的光学拾取器的结构中，为了进行比较，将上述实例1的SrTiO3单晶体合比较例1的S-LAH79(玻璃)分别用于第一光学透镜11和51。
分别在实例1和比较例1之间比较在415nm波长下的折射率、以及涉及第一光学透镜11和51的厚度t＝r(1+1/n)的要素(1+1/n)的数值。其结果如表3所示。
[表3]
示例的名称   在415nm波长下的折射率 (1+1/n)的数值
  实例1SrTiO3单晶体 2.6146 1.3825
  比较例1S-LAH79   2.0616   1.4851
从表3可见，(1+1/n)的数值在实例1中为1.3825，在比较例1中为1.4851。从这一比较可看出，当应用实例1中的SrTiO3单晶体时，由于折射率大(2.6146)，因此与在比较例1中应用的玻璃材料相比，第一光学透镜11的厚度t能减少大约7％。
这意味着，能利用厚度更接近半球形透镜的超半球形透镜来完成近场记录和再现。
因此，如图1所示，可确保在第二光学透镜12和记录介质30之间的足够的距离WD，并且能容易地减小入射到第二光学透镜12上的光通量L的直径。
这使能减小第一光学透镜11的厚度、以及第一光学透镜11和第二光学透镜12的直径，因此该第一和第二光学透镜11、12能减轻重量，反过来使包括第一和第二光学透镜11、12的聚光透镜13重量减轻。
这样，由于在记录介质30上沿聚焦方向和追踪方向受控驱动的聚光透镜13的重量小，所以能改善诸如聚焦伺服、追踪伺服和查询时间的伺服特性，并能使光学拾取器和光学记录/再现装置尺寸更小、厚度更薄。
在根据本发明的光学拾取器中，当应用上述本发明的第二种结构时，形成光源以发射190nm～450nm波长范围的光线，并且至少在聚光透镜13中的记录介质30侧的第一光学透镜11由高折射率光学材料制成的上述光学透镜(由上述光学材料或主要由上述光学材料制成的光学透镜)形成。
此外，对第二光学透镜12的材料没有特别的限制，可应用上述高折射率光学材料、玻璃、塑料和其它材料中的任一种。
随后将对上述高折射率光学材料的不同特性进行考查。
(实例3和比较例3)
HfO2材料用于实例3，SiO2材料用于比较例3。
用于比较，在图16中示出了实力和比较例3折射率随波长的变化。图16示出了在190nm至800nm波长范围内的折射率。
从图16可见，在实例3中HfO2材料的折射率在190nm至800nm的所有波长范围内，超过了1.9，并且在靠近265nm的波长处达到2.1以上。
但是，在比较例中SiO2材料的折射率在190nm至800nm的所有波长范围内约为1.5，并且在靠近265nm的波长处为1.50。
而且，在图17中示出了在实例3中HfO2材料随波长变化的吸收系数。
从图17可见，在实例3中HfO2材料的吸收系数在所有大于215nm的波长侧为0.1cm-1以下，这导致优良的光渗透性能(光透射性)，从而对于来自光源的光功率在记录和再现中的光效率提高。
另外，对实例3和比较例3在265波长下的折射率进行测量。基于折射率，将实例3和比较例3的材料分别应用在第一光学透镜中，这些第一光学透镜与数值孔径都为0.45的各第二光学透镜结合，从而组成如图1和图12所示的聚光透镜13、53。从而对聚光透镜的数值孔径进行计算。
这些聚光透镜的折射率和数值孔径在表4中示出。
而且，当HfO2-Y2O3、HfO2-TiO2、HfO2-Sc2O3、HfO2-Nd2O3、HfO2-Ln2O3分别用作光学透镜的材料时，折射率和聚光透镜的数值孔径如表4所示，其中上述材料为HfO2加其它材料的光学材料。
[表4]
示例名称   在265nm波长下的折射率 聚光透镜的数值孔径
  实例3HfO2   2.12   2.03
  比较例3SiO2   1.50   1.01
  HfO2-Y2O3   1.94   1.69
  HfO2-TiO2   2.32   2.41
  HfO2-Sc2O3   1.92   1.65
  HfO2-Nd2O3   1.94   1.69
  HfO2-Ln2O3   2.05   1.89
从表4清楚可见，与传统SiO2材料相比，HfO2、HfO2-Y2O3、HfO2-TiO2、HfO2-Sc2O3、HfO2-Nd2O3、HfO2-Ln2O3的折射率和使用这些材料制成的聚光透镜的数值孔径明显更大。
由聚光透镜会聚的光点的面积与聚光透镜的数值孔径的平方成反比。
因此，可见HfO2能实现可在/从光学记录介质上、以比使用SiO2高2.0倍的密度进行记录和再现的光学拾取器。
(实例4～实例10)
分别将WO3材料用于实例4，Sc2O3材料用于实例5，MgO材料用于实例6，Y2O3材料用于实例7，Gd2O3材料用于实例8，Eu2O3材料用于实例9，Dy2O3材料用于实例10。
首先，在图18A中示出了在实例4中WO3材料折射率随波长的变化。而且，为了比较，在图18B中示出了前述比较中SiO2材料折射率随波长的变化。
图18A示出，WO3材料的折射率在从190nm至800nm的所有波长的范围内超过2.0，并且在大约400nm波长下该数值达到2.3。相反，图18B示出在比较例3中的SiO2材料的折射率在所有190nm至800nm波长的范围内为1.5左右，并且在400nm波长下该值为1.47。
另外，对于每个实例4到10和比较例3，在波长400nm下的折射率进行测量。基于这些折射率，对于实例4到10和比较例3的材料所分别应用的第一光学透镜和数值孔径均为0.45的第二光学透镜相互结合，以便组成如图1和图12所示的聚光透镜13、53。然后对这样组成的聚光透镜的数值孔径进行计算。
上述折射率和聚光透镜的数值孔径在表5中示出。
[表5]
  示例名称   在400nm波长下的折射率   聚光透镜的数值孔径
  实例4WO3   2.31   2.4
  实例5Sc2O3   1.85   1.54
  实例6MgO   1.71   1.32
  实例7Y2O3   1.85   1.54
  实例8Gd2O3   1.88   1.59
  实例9Eu2O3   1.90   1.62
  实例10Dy2O3   1.86   1.56
  比较例3SiO2   1.47   0.97
从表5中清楚可见，与SiO2材料相比，WO3、Sc2O3、MgO、Y2O3、Gd2O3、Eu2O3、Dy2O3中的每种材料的折射率和由这些材料组成的聚光透镜的数值孔径明显更大。
由聚光透镜会聚的光点的面积可与聚光透镜的数值孔径的平方成反比地减小。
因此，如果在光学记录/再现装置中，从光源发射的光线的波长设定在例如从390nm至420nm的GaN半导体激光器的振荡波长范围中，则例如WO3能实现一种光学拾取器，该装置能够在/从光学记录介质上以比SiO2高2.4倍的密度进行记录和再现。而且，例如Sc2O3能实现一种光学拾取器，该装置能够在/从光学记录介质上以比SiO2高1.5倍的密度进行记录和再现。
然后，考虑下述情况。在如图1所示的光学拾取器的结构中，聚光透镜13的两个透镜，即第一光学透镜11和第二光学透镜12都由在265nm波长下的折射率位2.12的HfO2制成，并且在第一光学透镜11和记录介质30之间的距离保持在例如40nm时，进行近场记录和再现。此外，第一光学透镜11由一超半球固体浸润透镜(SIL)形成。
在这种情况下，如果第二光学透镜12的数值孔径为0.45，那么从表4可见，聚光透镜13的数值孔径NA为2.03。
若第二光学透镜12和记录介质30之间的距离WD，第一光学透镜11的厚度为t，并且第一光学透镜11的凸半球曲率半径为r，那么需要满足关系式t＝r(1+1/n)＝1.472r＜WD。这一关系式比当第一光学透镜由玻璃材料(SiO2)制成的情况(1.667r＜WD)宽松，因此能容易地确保第二光学透镜和记录介质30之间的足够距离。
同时，在如图1和图12所示的近场光学记录/再现系统的光学拾取器的结构中，上述实例3的HfO2材料和比较例3的SiO2(玻璃)材料分别应用到超半球形第一光学透镜11和51中，用于比较。
对于实例3和比较例3，在波长265nm下的折射率和与第一光学透镜11、51的厚度t＝r(1+1/n)相关的要素(1+1/n)的数值在表6中比较示出。
[表6]
示例的名称  在265nm波长下的折射率 (1+1/n)的数值
  实例3HfO2  2.12   1.472
  比较例3SiO2  1.50   1.667
如表6所示，实例3的(1+1/n)的数值为1.472，相比的比较例3的该数值为1.667。从这一比较清楚可见，实例3中的HfO2可相对于比较例3中的玻璃(SiO2)，将第一光学透镜11的厚度t减少大约12％，原因是HfO2具有高折射率(2.12)。
这意味着，可实现利用厚度更接近半球形透镜的超半球形透镜的近场记录和再现。
因此，如图1所示，能确保在第一光学透镜12和记录介质30之间的距离WD，并且可容易地减小入射到第二光学透镜12上的光通量L的直径。
这能减小第一光学透镜11的厚度、以及第一光学透镜11和第二光学透镜12的直径，因此刻减轻光学透镜11、12的重量，并由此使由第一光学透镜11和第二光学透镜12组成的聚光透镜13的重量减轻。
这样，由于受控在记录介质30上沿聚焦方向和跟踪方向被驱动的聚光透镜13重量变小，所以能改进诸如聚焦伺服、跟踪伺服、跟踪查询时间等地伺服特性，并且使光学拾取器和光学记录/再现装置尺寸更小、厚度更薄。
而且，当上述本发明的第三种结构应用在根据本实施例的光学拾取器中时，形成一个光源，以便发射在100nm～420nm波长范围的光线，并且利用氟化物光学材料制成的上述光学透镜(由上述光学材料或主要由该光学材料制成的光学透镜)形成至少在聚光透镜13中的记录介质30侧的第一光学透镜11。
另外，第二光学透镜12的材料不局限于一种特定的材料，可应用由上述氟化物材料、玻璃、塑料和其它材料制成的任何光学透镜。
随后，相对上述氟化物光学材料的不同特性进行考查。
(实例11)
BaF2材料作为实例11制备。
在图19A中示出了实例11折射率随波长的变化。图19A示出的波长在200nm至800nm的范围内。
从图19A可见，实例11中的BaF2材料的折射率在从200nm到800nm的所有波长的范围内超过1.4，并且在300nm附近的波长达到1.5以上。
而且，实例11的BaF2材料在波长大于200nm的一侧具有优良的光渗透性(光透射性)，因此使相对于来自光源的光功率，光学记录和再现中的光效率提高。
而且，对在265nm波长下的实例11的折射率进行测量。基于该折射率，由实例11的材料制成的第一光学透镜于数值孔径为0.60的第二光学透镜12结合，从而组成如图1所示的光学透镜13。这样，对如此组成的聚光透镜13的数值孔径进行计算。
结果，在波长265下的折射率为1.51，聚光透镜的数值孔径为1.37。
这意味着，通过利用在第一光学透镜11中的实例11的BaF2材料组成聚光透镜13，能实现在近场光学记录/再现系统中的一种光学拾取器和光学记录/再现装置，其中聚光透镜的数值孔径为1以上。
另外，由聚光透镜会聚的光点的面积与该聚光透镜的数值孔径的平方成反比地减小。
因此可见，BaF2材料可实现一种光学拾取器，该装置能以更高的密度在/从光学记录介质上进行记录和再现。
(实例12至实例14)
CaF2用于制备实例12，LiF用于制备实例13，NaF用于制备实例14。
首先，在实例12中CaF2的折射率随波长的变化在图19B中示出；在实例13中LiF的折射率随波长的变化在图20A中示出；在实例14中NaF的折射率随波长的变化在图20B中示出。
从图19B、图20A和图20B中可见，在实例12至14中的各材料的折射率在从150nm到800nm的波长的所有范围中超过1.3，并且在400nm以下波长时该值增大。因此，随着从光源发射的光线的波长变得更短，这些材料将是更优选的光学透镜。
而且，对在265nm波长下的每个实例12到14的折射率进行测量。基于该折射率，由实例12到14中的材料制成的光学透镜11分别与数值孔径为0.60的第二光学透镜12结合，从而组成如图1所示的聚光透镜13。由此，对如此组成的聚光透镜13的数值孔径进行计算。
这些折射率和聚光透镜的数值孔径在表7中示出。在实例11中的BaF2材料的情况也在表7中示出。
[表7]
示例名称   在265nm波长下的折射率 聚光透镜的数值孔径
  实例11BaF2   1.51   1.37
  实例12CaF2   1.46   1.28
  实例13LiF   1.41   1.19
  实例14NaF   1.35   1.09
从表7中清楚可见，当在实例12至14中的各材料被应用时，能使聚光透镜的数值孔径为1以上，因此能实现可在/从记录介质上以更高密度进行记录和再现的光学拾取器。
这意味着，通过应用用于第一光学透镜11的实例12至14中的各材料来组成聚光透镜13，能实现一种近场光学记录/再现系统的光学拾取器和光学记录/再现装置，其中聚光透镜的数值孔径为1以上。
另外，由聚光透镜会聚的光点的面积与聚光透镜的数值孔径的平方成反比地减小。
因此，如果在光学记录/再现装置中，从光源发射的光线的波长设定在例如Nd:YAG激光的双波激光器(266nm范围)、金刚石激光器(240nm范围)、或GaN激光的双波激光器(200nm范围)的振荡波长范围中，则能实现一种光学拾取器，该装置能够在/从光学记录介质上以更高的密度进行记录和再现。
本发明不局限于上述实施例，可在不脱离本发明的范围的情况下作出其它各种修改。
根据上述的本发明，聚光透镜的数值孔径可增大，并且可容易地得到尺寸小、重量轻的聚光透镜。
因此，与应用由玻璃材料制成的传统聚光透镜的情况相比，能极大地提高记录密度，并实现一种光学拾取器和光学记录/再现装置，该拾取器和该装置能够在/从光学记录介质上以更高的密度、更大的容量进行记录和再现。
而且，当聚光透镜包括由钛酸锶或主要由钛酸锶制成的光学透镜和其它光学透镜时，其中这些光学透镜从物镜侧相继布置，同时它们的光学透镜对齐，能减小入射到该聚光透镜上的光通量的直径。
类似地，当聚光透镜包括由上述光学材料或主要由该光学材料制成的光学透镜和其它光学透镜时，其中这些光学透镜从物镜侧相继布置，同时它们的光学透镜对齐，能减小入射到该聚光透镜上的光通量的直径。
这样能减小受控沿聚焦方向和跟踪方向被驱动的聚光透镜尺寸和重量，并且改进诸如聚焦伺服、跟踪伺服、跟踪查询时间等地伺服特性。
根据上述的本发明，能增大光学透镜在紫外波长区中的光透射性。
此外，根据本发明能容易地获得数值孔径在1以上并且光渗透性能优良的聚光透镜，并且可以以低成本进行加工。
这使能实现一种光学拾取器和光学记录/再现装置，该拾取器和该装置能够在比已往记录密度更高、容量更大的记录介质上进行记录和再现操作。
因此，根据本发明，能提供一种能使用波长更短的光源的光学拾取器和光学记录/再现装置，该拾取器和该装置预期有今后密度更高、容量更大的光学记录介质。

Claims (6)

1、一种光学拾取器，该拾取器具有至少一个光源和会聚从该光源发射的光线以形成一个光点的聚光透镜，其特征在于：
所述光源发射波长在390nm～450nm范围内的光线，并且
所述聚光透镜包括一个或多个光学透镜，所述光学透镜包括由钛酸锶或主要由钛酸锶制成的光学透镜，该光学透镜对于从所述光源发射的光线的吸收系数为2.0cm-1或更小。
2、如权利要求1所述的光学拾取器，其中，所述光源由GaN半导体激光器形成。
3、如权利要求1所述的光学拾取器，其中，所述聚光透镜包括由钛酸锶或主要由钛酸锶制成的所述光学透镜和其它光学透镜，这些光学透镜从物镜侧相继布置，以便它们的光学轴对齐。
4、一种在/从记录介质上进行记录/再现操作的光学记录/再现装置，该记录/再现装置包括一光学拾取器，该光学拾取器具有至少一个光源和会聚从该光源发射的光线以形成一个光点的聚光透镜，
所述光学记录/再现装置的特征在于：
所述光源发射波长在390nm～450nm范围内的光线，并且
所述聚光透镜包括一个或多个光学透镜，所述光学透镜包括由钛酸锶或主要由钛酸锶制成的光学透镜，该光学透镜对于从所述光源发射的光线的吸收系数为2.0cm-1或更小。
5、如权利要求4所述的光学记录/再现装置，其中，所述光源由GaN半导体激光器形成。
6、如权利要求4所述的光学记录/再现装置，其中，所述聚光透镜包括由钛酸锶或主要由钛酸锶制成的光学透镜和其它光学透镜，这些光学透镜从物镜侧相继布置，同时它们的光学轴对齐。
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