专利名称：光物透镜以及利用它的光记录及播放系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种光物透镜以及利用它的光记录及播放系统，尤其是指关于光量损失少而没有球面像差的近场记录系统用的一种光物透镜以及利用它的光记录及播放系统。
(2)背景技术光记录媒体或者是光磁记录媒体的字节(或者记录标志)的尺寸要小型化而且在轨道宽度狭窄的情况下才能拥有高密度记录容量。可是为了在记录媒体的记录膜上形成字节，记录媒体上聚光的光斑点尺寸是根据回折限界所限制，所以提高记录密度是有一定的界限。
以信息的大容量化趋势来看时，需要开发一种能够克服现有的光记录/播放方式的界限的新的光记录/播放方式。最近正在增加对可以利用预测提高记录容量的近场(NEAR FIELD)的近场光记录/播放(NEAR FIELD RECORDING/REPRODUCTION)的研究。
近场光记录以及播放的原理如下。
用临界角以上角度射入光物透镜内部的光是从曲折率密处到稀处时将会全反射。这时因为光的全反射，所以光物透镜表面上会存在微小的光； 这种现象叫易消散的电波evanescent wave)或者是消散波。利用消散波的话，在以前的远声场里(far-field)能够进行因光的回折现象所出现的分解能的绝对的界限，就是因为回折界限不可能的高分解能。在光物透镜内部让光全反射后在光物透镜表面上使消散波产生，再根据消散波和记录媒体的连结记录及播放。
图1是在光记录系统里放大安装在滑动部分的光学机器的断面图，这光学机器是半球型立体的光物透镜sil(solid immersion lens)12和初集光的光物透镜11构成的。半球型立体的光物透镜12的上面是球型，下面是平面半球型，半球型立体的光物透镜12的平面部中心要和初集光的光物透镜11的焦点安装为一致。跟着，射入到初集光的1光物透镜11的光14是被曲折后会聚集在半球型立体的光物透镜12的下面平面部的中心。
为了利用光物透镜把字节记录到光盘上面，如图1所示，把光物透镜以最小的间距例如10～70厘米的程度靠近记录媒体13的表面。这样靠近的话会产生在光物透镜下面初集光的光能量一部分传达到记录媒体的光近场现象，根据这近场现象可以在记录媒体13表面上记录或播放光盘。例如从光物透镜传达的能量把记录媒体13表面的一部分加热后能起极少的变化。因这种变化能使记录媒体13表面上形成字节，就是，记录信息。在极少变化的处所可以利用反射率变化的特性读取记录的信息。把比记录时低的光通过光物透镜射入后，把从记录媒体13表面反射再通过光物透镜出来的光的强度用光传感器测量的话根据字节的有无反射率会有变化所以能读取信息。
像这样利用光物透镜的光学机器里是，可以克服光的回折限制而减少光斑点，可能会出现以下问题。
一般光物透镜会产生失常，就是光不能聚集到一处，像这样的失常具有光物透镜的倍率越高就会越大的特性。利用光物透镜的光学机器需要大倍率的初集光光物透镜，所以初集光光物透镜的失常会降低光学机器的初集光功能。
此外，利用光物透镜的光盘记录播放装置需要初集光光物透镜，所以装置的面积会变大复杂，全体光盘储藏和初集光光物透镜的组装也会有难度。特别是，降低装置光物透镜的高度有限度，所以制造能乘载到携带式机器上的超薄型的光记录播放系统是有难度的。
而且，根据决定射入的光斑点尺寸的一个要素之一的集束光物透镜开口数决定集光的收敛角(θ)，可是现有的光物透镜增加θ时有限度，所以不能再降低集光斑点大小尺寸。
而且，开口数越大越难控制集束光的光物透镜和放大光的光物透镜的厚度公差和要素，不能精确控制集束光的光物透镜和放大光的光物透镜的厚度公差和要素的话会影响到光记录装置的动作。
(3)发明内容本发明的目的是以提供集束光的光物透镜的失常极少的光学机器，能提高在光记录以及播放系统里的集光性能以及记录密度。
本发明的另一目的是在于降低初集光的光物透镜和集束光的光物透镜所占面积和厚度，可以容易组装光学机器以及全部系统，形成超薄型的光记录以及播放系统。
本发明的目的是这样实现的一种光记录以及播放系统用的光物透镜，包括光物透镜的上面是平坦，下面是成抛物面状的抛物面，在该抛物面的中央有中央部位顶点；附着在所述的光物透镜上面有1/4波长板；在所述的1/4波长板上形成有偏光束分裂器；所述的的抛物面除中央部位顶点外的其他部位上覆盖有反射物质；以及光源产生的射入光。
光物透镜下面抛物面的中央部位里抛物面的焦点位于光物透镜上面的对称点。射入到光物透镜上面的光是在抛物面上反射一次在光物透镜上面的偏光束分裂器上反射两次后都收敛于上述对称点上。
使用本发明光物透镜的光记录以及播放系统，射入到上部光物透镜上的光最终收敛于光物透镜下面的中央部位以及靠近光物透镜下面后和记录媒体光磁性的相互作用。
因为下段的光物透镜下面形成为抛物面，所以能解除最终收敛的光的球面失常，也可以降低使用于光记录以及播放的光斑点尺寸。
本发明的效果本发明的光物透镜是让射入到光物透镜上的光全部收敛于光物透镜下面的中央部位，使光束使用于光记录以及播放而不变成干扰，可以防止光的损失。而且在没有放大光物透镜的状况下只用一个集束光物透镜就可以体现近场光记录系统所需的光学机器，也可以显著降低系统尺寸极厚度。而且最近可以体现要求高聚集度的光内存元件，而且还可以显著降低它的尺寸以及厚度，因此可以容易组装光学机器以及全部系统，并形成超薄型的光记录以及播放系统。再者可以减少头部的重量，减少了光源的射入洞，可以大幅度的减少驱动装置以及系统全体的电力消耗。本发明可使用于多种应用机器上。
为进一步说明本发明的上述目的、结构特点和效果，以下将结合附图对本发明进行详细的描述。
(4)
图1是展示原先光记录系统的SIL的断面图；图2a是表示抛物面光物透镜例子的断面图；图2b是表示抛物面光物透镜例子的断面图；图3是表示本发明的实施例的断面图；图4是表示以偏光束分裂器分离的光束例子模式图；图5是表示使用1/4波长板转换光束的偏光特性的模式图；图6是图示在本发明的光物透镜上光束集束过程的模式图；图7是图示本发明的另一种实施例的断面图；图8是表示本发明使用光物透镜的光记录系统的断面图。
附图中的主要部分的符号说明31抛物面 321/4波长板33偏光束分裂器 34射入光35中央部位顶点(5)具体实施方式
一般在球面的光物透镜里会出现光收敛不到一个点上的球面失常，像这样的以球面失常通过光物透镜的光是收敛于焦点的斑点尺寸会变大。收敛的光斑点尺寸越大，光记录系统上的记录密度会越小。
在本发明里是想让球面的光物透镜用抛物面的光物透镜来代替，能够避免球面失常。图2a是表示抛物面光物透镜的模式图。射入到抛物面光物透镜20a上的平衡光束22是都收敛于抛物面的特征性抛物面的焦点24a里。在这种情况下能够避免收敛的光的球面失常，而且光的斑点也会变小。
本发明是应用这样的抛物面镜的特征把抛物面光物透镜构成为一个要素。图2b是表示抛物面光物透镜的例子的断面图。因为抛物面光物透镜的下面20b是被反射物质覆盖，所以从下面射入的光都被反射。
如图面所图示的那样，在抛物面光物透镜下面20b反射的光，再度在抛物面光物透镜上面21反射的话会聚在基于抛物面光物透镜上面与抛物面的焦点对称的光物透镜内部的点(以下简称收敛点)24b。没有球面失常的小斑点，和前图a里的收敛于抛物面光物透镜的焦点24a的光一样集中在收敛点上。
可是表示在图面的抛物面光物透镜需要从光物透镜下面重反射后集中到光物透镜内部的收敛点的装置。
本发明在抛物面光物透镜上面设置了1/4波长板和光束分裂器，入射到抛物面光物透镜上面的光通过数回的反射过程集中到抛物面光物透镜下面的收敛点上。
本发明的光物透镜的实施例图示在图3里。参见图3，光物透镜下面31是抛物面，上面是平面，有一定厚度的1/4波长板32形成于光物透镜上面，在那1/4波长板32上面又形成了薄的偏光束分裂器33膜，光物透镜下面31是除了中央部位顶点35以外覆盖了反射物质。
光物透镜上面的位置要垂直于抛物面的焦点和抛物面上面的点(就是图面上的收敛点)的直线，抛物面焦点所形成的经过假设直线中心点的垂直线一致，就是光物透镜下面中央部位的顶点35是要与偏光分裂器上面设计成和抛物面的焦点对称。
这样的话可以让射入到光物透镜上的射入光34集中于光物透镜下面的顶点，可以使光收敛。1/4波长板32上与光束分裂器33是让从光源的射入光物透镜上的射入光34反射在光物透镜下面31后再反射到光物透镜上面最终到达光物透镜下面的顶点35上。和上述关联的详细内容的记述如下。
因为光是电磁波的一种，所以能看到以电磁场以电场和磁场的震动传达的现象，一般自然光是以电场和磁场震动方向对任意的方向不规律的分布的多数波形成。把光通过偏光装置偏光的话会变成稳定、规律的电场的方向。
照射通过偏光器的光通过多折性物质的光轴的话，会分解成拥有互相垂直的直线偏光面(linear polarization)，再通过不曲折的决定板。
可是两个中间会产生物质的厚度和各种光的曲折率的差距的光路差，所以通过物质的位相差合成，这时两种光的位相差是Л的话，合成的光就是直线偏光，拥有这些以外的位相差时，电场(或者磁场)在垂直面内画椭圆(位相差Л/4时是圆)于是变成旋转的特殊偏光。这种光叫做旋转偏光(椭圆偏光或者圆偏光)。
直线偏光的光线是可以表示为两个垂直成分的。一个成分是平衡于射入面(plain of incidence)的电场震动的P偏光波(p-polarized light)，另外一个是垂直于射入面的电场震动的S偏光波(s-polarized light)。P偏光波和S偏光波的反射率是不一样的，如果把偏光后的光射入到有薄表面的试片的话，反射出来的光的偏光状态和射入时的偏光状态有所不同。
偏光分裂器(polarized beam splitter)会把直线偏光的光分离为两个。P偏光波会把偏光分裂器原本透过，可S偏光波还是会全部反射的。就是透过偏光分裂器的P偏光波的透过率是1，反射率是0，而S偏光波的情况是相反，透过率是0，反射率是1。
图4表示了以偏光分裂器分离的射入光束的例子。对角线靠近的两个棱镜41、42接在一起，在那中间有偏光束分裂器43。射入的光44的电场Ei是分为相互垂直的两个波45a、45b。平衡于射入面的电场震动的P偏光波是透过偏光束分裂器43进行，垂直于射入面的电场震动的S偏光是在偏光束分裂器43里反射。Er以及Et各自表示反射光束(就是S偏光波)电场矢量和透光束(就是P偏光波)的电场矢量。在图4里偏光束分裂器43是以45度的角度斜着，就是以90度垂直也是同样的P偏光波是透过，S偏光波是反射。
在本发明使偏光束分裂器垂直于光的射入方向。
用把圆偏光的直线偏光或者直线偏光的圆偏光起变化的方法使用1/4的波长板(quarter wave plate)。4/1波长板调整多折物质有一定的厚度，使偏光成分中曲折率大的成分比曲折率小的成分能多拥有90度的位相差。这样的位相差的产生使直线偏光变化(convert)为偏光或者相反的作用。
当P偏光波时通过1/4波长板的话会变成右圆偏光，当S偏光波时通过1/4波长板的话会变成左圆偏光。相反当左圆偏光通过1/4波长板时会变成S偏光波，右圆偏光时会变成P偏光波。
图5是表示根据1/4波长板转换光束的偏光特性的模式图。当射入光是直线偏光时通过波长板转换为圆偏光，相反射入光是圆偏光时转换为直线偏光。图上部分的射入光束52a是P偏光波通过1/4波长板51的话，透过的光束52b将会转换成右圆偏光，相反右圆偏光束通过1/4波长板的话会转换为P偏光波。下部分的射入光束53a是S偏光波并通过1/4波长板51转换为左圆偏光束53b。相反左圆偏光束通过1/4波长板的话会转换为S偏光波。
本发明是只通过从光源上产生的偏光分裂器再透过P偏光波后，通过1/4波长板让直线偏光变化为圆偏光再次转换为直线偏光，以此让射入到光物透镜的光集中在光物透镜下面的收敛点。
在图6上可以参考射入光束收敛的详细过程。在图面上射入光束经过俩次反射过程，三次透过1/4波长板。在这个过程中最初在直线偏光上通过偏光分裂器的P波长板转换为圆偏光，最终转换为S偏光波聚集在收敛点上。
在图面上为了便于理解，互相分离了偏光分裂器63和1/4波长板62以及抛物面的光物透镜61，可实际上，上述各种构成要素在图3上图示的一样形成一体。在偏光分裂器63上垂直平衡射入的光65a只透过P偏光波65b而反射S偏光波66。透过偏光分裂器的P偏光波透过1/4波长板62的同时转换为圆偏光束65c。右圆偏光束根据光物透镜下面的抛物面61a上的反射物质反射，在这过程中转换为左圆偏光束65b。左圆偏光束透过1/4波长板的同时转换为S偏光波65e，S偏光波是不能透过偏光束分裂器63而被反射掉。
被反射的S偏光波透过1/4波长板而转换为左圆偏光束65f，最终收敛在光物透镜下面的中央顶点61b。上述顶点61b的尺寸可以以收敛光的斑点而改变，在顶点收敛的光不会让反射物质覆盖成在外部进行。
同时，以用射入到光物透镜的光，让从光源上产生的光通过另外的偏光器使用转换为直线偏光的光，或者可以只使用P偏光波。
如此构造的抛物面光物透镜收敛在射入的光光物透镜下面上位于的顶点，在近场光记录系统里以最小的间距，例如，几个毫微米以内接近于通过光物透镜的光记录媒体表面。
本发明的光物透镜是从光源光物透镜上射入的光，以此没有一点损伤，收敛在光物透镜下面的中央顶点，所以提高光学系统的光效率。
此外，收敛在光物透镜下面的顶点的光是和位于光物透镜下面的记录媒体引起相互光磁性作用，此时根据光记录系统的摇晃，记录媒体表面和光物透镜下面不能维持平衡而倾斜，于是在记录媒体表面上出现物理的缺陷、记录媒体和光物透镜的距离变化，因此此时要传达光信号是很困难。
本发明用光物透镜下面是抛物面，所以接近光物透镜下面记录媒体表面的面积太量减少解决上述问题。
图7是本发明图示另一种实施例的断面图，表示光物透镜边缘部位上形成突出部的实施例。在光记录系统上集束光物透镜一般承载于滑块上，光物透镜边部形成突出部的话，容易安装在滑块上。
以上说明的本发明的光物透镜安装在光记录系统，光学性使用于记录以及播放。
参考图8，本发明说明对于使用上述本发明光物透镜的光记录系统。图面是表示近场和光记录系统的实施例的断面图。
机体(未图示)内的记录媒体光盘89的中央部安装有主轴马达88，机体内部的另外一侧上安装有记录以及播放装置。从光源81产生的射入光是通过校准物镜82，转换成平衡光束后通过光束分裂器83，经过光路径转换装置86，通过本发明的光学物镜光物透镜87，在收敛为很小直径的光的状态下到达记录媒体89的表面。在记录媒体89上反射的光是重新通过光物透镜87，在光路径转换装置86变更光路径后，在光束分裂器83照射到传感器物镜84后最终到达光感知装置85。
在图面上，光物透镜87的尺寸相对放大图示，但是实际上在系统上以很小的尺寸安装在头部(未图示)。在本系统里，光物透镜的尺寸以及重量很小，很容易伺服(servo)，固定型光拾取器或者分离型光拾取器都对本发明的光物透镜适用。本发明的光物透镜可以在前面实施例中提示的几种多样的幻化，实用在多样的光学系统。
本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明权利要求书的范围内。
权利要求
1.一种光记录以及播放系统用的光物透镜，其特征在于包括光物透镜的上面是平坦，下面是成抛物面状的抛物面，在该抛物面的中央有中央部位顶点；附着在所述的光物透镜上面有1/4波长板；在所述的1/4波长板上形成有偏光束分裂器；所述的的抛物面除中央部位顶点外的其他部位上覆盖有反射物质；以及光源产生的射入光。
2.如权利要求1所述的光记录以及播放系统用的光物透镜，所述的光源产生的光是垂直射入到所述的光物透镜上面的偏光束分裂器和1/4波长板。
3.如权利要求2所述的光记录以及播放系统用的光物透镜，其特征在于所述的光源产生的射入光是P偏光波。
4.如权利要求1所述的光记录以及播放系统用的光物透镜，其特征在于所述的光物透镜下面的没有覆盖反射物质的中央部位顶点收敛所述的射入光。
5.如权利要求4所述的光记录以及播放系统用光的物透镜，其特征在于所述的光物透镜下面中央部位顶点是，对于偏光束分裂器的上面与抛物面的焦点对称。
6.如权利要求4所述的光记录以及播放系统用的光物透镜，其特征在于所述的光物透镜下面中央部位顶点收敛到的射入光是S偏光波。
7.如权利要求1所述的光记录以及播放系统用的光物透镜，其特征在于所述的光物透镜周边的边缘上形成突出部。
8.一种利用权利要求1所述的光物透镜的光记录及播放系统，其特征在于包含以下几个部件构成光源，发出射入光；转换所述的光源产生的光路径的光路径转换装置；记录光信息的记录媒体；把所述的光源发出的射入光，收敛到所述的记录媒体的光物透镜，该光物透镜的上面是平坦，下面是成抛物面状的，附着在所述的光物透镜上面的是1/4波长板，在该1/4波长板上形成有偏光束分裂器，其中，所述的光物透镜下面的抛物面是除中央部位顶点外其他部位上覆盖有反射物质；感知从所述的记录媒体传达的光信号的光感知装置；所述的记录媒体的中央部安装有主轴马达。
9.如权利要求8所述的光记录及播放系统，其特征在于所述的光物透镜下面的中央部位顶点收敛到的射入光是与靠近光物透镜的所述的记录媒体表面引起相互光磁作用。
10.如权利要求8所述的光记录及播放系统，其特征在于所述的光物透镜下面，射入到记录媒体表面的光是，重新通过所述的光物透镜下面的中央部位顶点反射到光物透镜上面。
全文摘要
本发明涉及一种光物透镜以及利用它的光记录及播放系统。本发明的光物透镜上面是平坦，下面是成抛物面状的，附着在光物透镜上面的是1/4波长板，在1/4波长板上形成有偏光束分裂器。其中光物透镜的抛物面除中央部位顶点外覆盖有反射物质。照射的光经过光物透镜内部2回反射过程，集束到抛物面的中央部位顶点，接触与光物透镜的记录媒体的表面上，通过光磁性相互作用，进行信息记录以及播放。本发明可以减少光的失常，提高在光记录以及播放系统里的集光性能以及记录密度，再者，本发明只使用一个集束光物透镜，减少了系统的大小以及厚度，可以大幅度的减少驱动装置以及系统的电力消耗。
文档编号G11B7/1372GK1517739SQ03114848
公开日2004年8月4日 申请日期2003年1月13日 优先权日2003年1月13日
发明者金英植 申请人:上海乐金广电电子有限公司