專利名稱：光信息存儲裝置和光器件的制作方法
技術領域：
本發明涉及光信息存儲裝置和光器件，光信息存儲裝置利用光照射光信息存儲介質以存取該光信息存儲介質，光器件用在光信息存儲裝置中。
隨著近年來計算機性能的提高，要求計算機有大容量的存儲裝置，已注意到硬盤裝置作為存儲裝置的候選對象。還注意到磁光盤裝置代表的光信息存儲裝置，其中利用磁光盤作為光信息存儲介質。特別是，光信息存儲裝置被認為是最重要的，因為光信息存儲裝置具有這樣一些特征，諸如，可替換性，容量大，尺寸小，和重量輕。
為了把光信息存儲裝置變成實際使用的計算機存儲裝置，降低存儲裝置的價格是比需的，特別是要求降低光頭的價格，光頭是光信息存儲裝置各種元件中利用光照射光信息存儲介質。此外，作為降低光頭價格的對策，人們建議，通過減少光頭元件的數目，可以實現減小光頭的尺寸和重量以及減少調整過程的數目。
然而，在通常建議的減少元件數目系統中，出現這樣一些問題這種光頭和光信息存儲裝置不足以實現小型化或減輕重量，以及由于照射到光信息存儲介質上光量的減少，達不到寫入時所需的光量。
考慮到上述的情況，本發明的目的是提供一種重量輕的小型光信息存儲裝置和可以實現該光信息存儲裝置的光器件，在該存儲裝置中可以得到足夠的寫入光量。
為了達到上述的目的，按照本發明，提供一種光信息存儲裝置，它包括光源，用于射出發散光；物鏡光學系統，把光源射出的光聚焦到光信息存儲介質上以產生回程光，該回程光至少部分包含對應于存儲信息的信號光，和把來自光信息存儲介質的回程光轉變成會聚光，并引導該光到光源上；和光器件，放置在光源與物鏡光學系統之間，引導光源射出的光通過物鏡光學系統，和從光信息存儲介質反射的回程光中分出信號光，并經物鏡光學系統返回。
該光器件包括由部分圓柱面構成的分束面，經分束面凹面側傳送和引導光源射出的光到物鏡光學系統，并利用分束面從入射到該分束面凸面側的回程光中分出信號光。
此處，經分束面“傳送(pass)”光的意思是，光傳播通過分束面和光被該分束面反射。
按照本發明的光信息存儲裝置，作為發散光的發射光經分束面的凹面側被傳送和引導到物鏡光學系統，該分束面是由部分圓柱面構成的，而作為會聚光的回程光入射到分束面的凸面側，并利用分束面從信號光中分束。
可以這樣設計由部分圓柱面構成的分束面，使作為發散光的發射光和作為會聚光的回程光在整個光通量上以大致恒定的入射角入射。因此，高效率地完成發射光的傳送和信號光的分束，在寫入時可以得到足夠的光量。
此外，對于包含分束面的光器件，即使該器件放置在射出發散光的光源附近，其功能可以得到保證，能夠實現具有小直徑光通量的小型器件；所以，能夠實現重量輕的小型光信息存儲裝置。
在本發明的光信息存儲裝置中，最好是，光信息存儲介質產生這樣的回程光，該回程光至少部分地包含沿預定偏振方向偏振的信號光，以及光器件有如上述分束面的一個面，它對于沿預定偏振方向偏振的光有相對高的反射率，而對于沿與預定偏振方向成直角偏振的光有相對低的反射率。
包含最佳結構的光信息存儲裝置中的光器件具有所謂偏振光分束器的功能，能夠高效率地對包含在回程光中的信號光進行分束。
此外，在本發明的光信息存儲裝置中，該光器件的分束面最好是這樣一個面，它能夠從以45°入射角入射的回程光中分出信號光。
我們對于多層薄膜以及從以45°入射角入射的回程光中分出信號光的其他方法也是知道的。利用這種制作分束面的方法，能夠以低的成本制成高性能光器件，因此，可以提供價格低的光信息存儲裝置。
此外，在本發明的光信息存儲裝置中，上述物鏡光學系統最好包含把光源的發射光變成平行光的準直透鏡和把該平行光聚焦到光信息存儲介質上的物鏡。
由于準直透鏡與物鏡之間的距離是可以任意地改變的，所以，便于光信息存儲裝置的設計和調整，可以實現價格低的光信息存儲裝置。
此外，最好是，本發明的光信息存儲裝置包括信號檢測器和伺服檢測器；信號檢測器用于檢測信號光，而伺服檢測器用于檢測照射光相對于光信息存儲介質的位置；以及在光信息存儲裝置中，利用分束面從回程光中分出的信號光是受信號檢測器的操縱，而傳播通過分束面的回程光是受伺服檢測器的操縱。
按照上述最佳構成的光信息存儲裝置，由于從信號光中分出的回程光是受伺服檢測器的操縱，該回程光得到充分的利用而沒有浪費。
此外，在本發明的光信息存儲裝置中，該光器件最好包含雙折射部分，把分束面分出的信號光再分成尋常光束和非常光束。
若把雙折射部分合并到光器件中，則能夠實現重量輕的小型光信息存儲裝置，它利用磁光盤檢測信號光，這個光信息存儲裝置的光學系統具有高穩定性。
若本發明的光信息存儲裝置中有包含雙折射部分的光器件，最好是，這個信息存儲裝置中有兩個光檢測器組成的信號檢測器，以及該光器件包含部分圓柱面構成的反射面，在反射面的凹面側反射分束面分出的信號光以會聚該信號光，再由雙折射部分把反射面會聚的信號光分成尋常光束和非常光束，用于兩個光檢測器的差分輸出。
按照上述最佳構成的光信息存儲裝置，用于檢測MO信號的兩束光是明顯地分開的。
若本發明的光信息存儲裝置中有包含雙折射部分的光器件，該光器件最好包含聚焦部分，把雙折射部分分出的尋常光束和非常光束(檢測MO信號的兩個光束)聚焦到互相不同的位置上。
在上述最佳構成的光信息存儲裝置中，由于雙折射部分和聚焦部分都合并到光器件中，可以實現更小的光信息存儲裝置，進一步提高光系統的安全性。
最好是，本發明的光信息存儲裝置還包括發射光量控制檢測器，用于檢測控制光源發射光量的光；以及這個光信息存儲裝置傳播和引導光源的發射光經分束面的凹面側到物鏡光學系統，且該光器件包含會聚部分，使光源的發射光中被分束面凹面側反射的光沿分束面的母線會聚，并傳播該光進入發射光量控制檢測器。
按照有包含會聚部分光器件的光信息存儲裝置，即使該光器件的粘貼位置在與分束面母線成直角的方向上略微偏離發射光量控制檢測器，光入射到發射光量控制檢測器的入射位置基本保持在相同的位置上。所以，可以使發射光量控制檢測器的光接收面小型化，因此，可以正確地控制光源的發射光量。此外，還便于光器件的粘貼和定位。
若光信息存儲裝置中有上述的發射光量控制檢測器，則這個發射光量控制檢測器最好包含這樣的光接收面，其縱向與分束面的母線成直角。
可以充分地減小這個光接收面的面積，因此，可以充分地減小雜散光的影響，并可以充分地提高發射光量控制檢測器的響應速率。
此外，若光信息存儲裝置中有上述的會聚部分，則該光器件的會聚部分最好這樣放置，其主軸偏離分束面凹面側上反射光的主光束。
若分束面反射光的主光束與會聚部分的主軸一致，則對于入射到發射光量控制檢測器的光，發射光量控制檢測器光接收面的反射光回到分束面，從而造成這樣一個缺點，光入射到其他檢測器和光源上。另一方面，若會聚部分的主軸偏離分束面反射光的主光束，則可以避免這個缺點。
為了達到上述的目的，按照本發明，提供的光器件放置在物鏡光學系統與光源之間，該物鏡光學系統把光源射出發散光的發射光聚焦到光信息存儲介質上以產生回程光，該回程光至少部分地包含對應于存儲信息的信號光，和把來自光信息存儲介質的回程光轉變成會聚光并把該光指向光源；該光器件傳送和引導光源的發射光到物鏡光學系統，和從光信息存儲介質反射的回程光中分出信號光，并經物鏡光學系統返回。該光器件包含由部分圓柱面構成的分束面，傳送和引導光源的發射光經分束面的凹面側到物鏡光學系統，并利用分束面從入射到該分束面凸面側的回程光中分出信號光。
最好是，本發明的光器件還包含由部分圓柱面構成的反射面和雙折射部分，該雙折射部分把分束面分出的信號光再分成尋常光束和非常光束，以及該光器件在反射面的凹面側反射分束面分出的信號光以會聚該信號光，并由雙折射部分把反射面會聚的信號光再分成尋常光束和非常光束，用于兩個光檢測器的差分輸出。
此外，最好是，本發明的光器件傳送和引導光源的發射光經分束面的凹面側到物鏡光學系統，和該光器件包含會聚部分，使光源的發射光中在分束面凹面側上反射的光沿該分束面的母線會聚，并傳播該光進入發射光量控制檢測器，用于檢測控制光源發射光量的光。
如上所述，本發明的光信息存儲裝置能夠得到足夠的寫入光量并可以做成重量輕的小型光信息存儲裝置。此外，利用本發明的光器件，可以實現這個光信息存儲裝置。
圖1表示第一個比較實例的光頭。
圖2表示第二個比較實例的光頭。
圖3是本發明原理的說明圖。
圖4是一個設計實例圖，其中考慮到偏振光分束器的外部形狀。
圖5A是平面型偏振光分束器中的入射角分布圖，和圖5B是圓柱面型偏振光分束器中的入射角分布圖。
圖6是按照本發明第一個實施例的光信息存儲裝置，其中有本發明第一個實施例的光器件。
圖7是包含第一個實施例光器件的光頭透視圖。
圖8是包含第一個實施例光器件的光頭剖面圖。
圖9是渥拉斯頓棱鏡部分分出的尋常光束和非常光束狀態圖。
圖10表示制成復合光器件的過程說明圖。
圖11表示本發明第二個實施例的光器件。
圖12表示本發明第三個實施例的光器件。
圖13表示本發明第四個實施例的光器件。
圖14表示本發明第五個實施例的光器件。
圖15表示聚焦在光電二極管上的光斑。
圖16表示本發明第六個實施例的光器件。
圖17表示本發明第七個實施例的光器件。
圖18表示本發明第八個實施例的光器件。
圖19表示本發明第九個實施例的光器件。
圖20表示圓柱透鏡的主軸偏離主光束的效果說明圖。
圖21表示衍射光柵器件(HOE)的設計實例，該器件具有類似于圓柱透鏡的聚焦特性。
以下描述本發明的各個實施例，但是，首先描述比較實例和本發明的原理，然后描述本發明的各個具體實施例。
圖1表示第一個比較實例的光頭。
該光頭利用光照射的光信息存儲介質6是磁光盤(MO盤)。
該光頭中配置激光二極管1作為光源，激光二極管1射出偏振的發散光，成為有橢圓橫截面的光通量。激光二極管1射出的發散光在準直透鏡2中被轉變成平行光，該光通量被光束整形棱鏡3整形，形成圓形橫截面。
整形后的平行光通量入射到第一偏振光分束器4，傳播通過分束面，被物鏡5聚焦到光信息存儲介質6上并輻射。在信息寫入時，在光信息存儲介質6上的輻射光位置上，由輻射光的熱量形成向上或向下的磁極和由磁頭(未畫出)產生外磁場，該磁極根據寫入的信息產生ON狀態或OFF狀態。因此，信息是以ON/OFF數據形式存儲的。另一方面，在信息讀出時，磁極被輻射光照射，通過旋轉輻射光的偏振方向產生反射光(回程光)，在一個適合于磁極方向上克爾效應僅僅旋轉一個微小的角度。
被光信息存儲介質6反射的光(回程光)經物鏡5回到第一偏振光分束器4并被分束面反射。該反射光再被第二偏振光分束器7的分束面反射，其偏振方向被入/2片8旋轉45°，該光被第一聚焦透鏡9聚焦。此后，第三偏振光分束器10把光分束成投影分量和與投影分量成直角的分量，該投影分量是克爾效應旋轉的偏振方向夾角分量與45°夾角分量之和，這兩個分束后的分量分別由兩個光電檢測器11和12進行檢測，得到這兩個分量強度之差的差分信號。因此，檢測到對應于存儲在光信息存儲介質6中ON/OFF數據的ON/OFF信號(MO信號)。
被第一偏振光分束器4反射的一部分光傳播通過第二偏振光分束器7的分束面，并會聚進入第二會聚透鏡13。接著，會聚的光被分束器14分成兩束光，其中一束光被分束器14反射，另一束光傳播通過分束器14。被分束器14反射的光用于光電檢測器15的跟蹤檢測，而傳播通過分束器14的光用于刀口16和光電檢測器17的聚焦檢測。跟蹤檢測和聚焦檢測的結果反饋到傳動裝置(未畫出)，用于調整物鏡5的位置，所以，物鏡5的位置被調整。
在這種方法下，第一個比較實例需要若干個光器件。所以，出現這樣一些問題，制成過程和調整過程的數目很大，從而使制造成本增大，光系統的安全性下降，且光頭和光信息存儲裝置的尺寸很大。
第二個比較實例提供的光頭可以解決第一個比較實例中出現的問題。
圖2表示第二個比較實例的光頭。
第二個比較實例中配置了激光二極管18和全息光學元件(以下稱之為HOE)19，激光二極管18作為射出發散光的光源，而HOE 19作為圖1中所示的分束器14和第二聚焦透鏡13。從激光二極管18射出的激光傳播通過HOE 19，經準直器20和物鏡21聚焦/照射到光信息存儲介質22上。光信息存儲介質22的反射光(回程光)經物鏡21和準直器20回到HOE 19，一部分反射光(回程光)被HOE 19分束/聚焦，用于光電二極管23的跟蹤檢測和聚焦檢測。
在這第二個比較實例中，由于一個HOE 19實現第一個比較實例中多個光器件的作用，所以，減少了光器件的數目，穩定了該光系統的性能。此外，由于HOE 19放置在激光二極管18的附近，所以，激光的光通量是很細的，光系統的尺寸很小。
然而，HOE 19不能實現按照偏振方向對光進行分束的功能，若光信息存儲介質22是磁光盤，則圖2中所示的光系統還需要包含圖1中所示的三個偏振光分束器4，7，10，λ/2片8，和其他元件。假設偏振光分束器等元件按照圖1中類似的方法包含在圖2中所示的準直器20與物鏡21之間，則出現與圖1類似的方法中光器件尺寸增大的問題。
此外，假設偏振光分束器等元件包含在圖2所示的HOE 19與準直器20之間，則發散光入射到偏振光分束器上，因為激光束是發散光。然而，在大多數情況下，偏振光分束器的分束面是由多層介質薄膜構成的，該偏振光分束器的反射特性和透射特性主要取決于光的入射角。對于由多層介質薄膜構成的分束面，例如，當波長為685nm的光以設計的入射角45°入射時，具有預定P偏振方向的光中85％透射，而具有與P偏振方向成直角的S偏振方向的光中95％或更多的光以95％的反射率被反射，這兩個不同偏振方向形成的相差在5°的特性范圍內。然而，當入射角與設計的入射角偏離±4°時，偏振方向上透射光的透射率下降高達約20％。此外，若光信息存儲介質是磁光盤，則要求不同偏振方向上的相差是足夠地小。然而，當入射角與設計的入射角偏離約5°時，相差迅速地增大，例如，增大到20°或20°以上，因此，CN(載波噪聲)比下降，不能完成信息再生。
所以，為了保證偏振光分束器的特性，人們建議，壓縮發散的光通量，例如，使孔徑獲得約0.05的NA，但是，當光通量按照這種方式壓縮時，光量顯著地減少，從而產生這樣一個問題，在信息寫入到高速率大容量光盤上時，該光量達不到要求。
鑒于以上這兩個比較實例中的問題，以下描述本發明的原理。
圖3是本發明原理的說明圖。
圖3中圓A代表圓柱面，兩個直徑B，C互相成直角，兩個直徑B，C與圓A的交點分別為b，c。此外，圖中還畫出半徑D，E分別與直徑B，C形成的夾角為22.5°。
假設光源是在半徑E與弦bc的交點f上，且直線fb和fd代表發散光通量的外部形狀。在此情況下，由于發散光通量的發散角是17.8°，且發散光通量入射在一個平面上，產生的入射角分布為17.8°。另一方面，考慮到發散光通量入射到圓柱面A上的入射角分布，直線fb與直徑B形成45°的夾角。當來自光源f的光通量在圓A上任意一點為g時，它與這個半徑B形成的夾角為α，光源f與點g上法線的夾角為θ，則得到以下的公式θ＝tan-1{0.7653sin(112.5°+α)/(1+0.7653cos(112.5°+α))}其中入射角θ隨著點g從點d移動到點b而單調地增大。由于直線fd與半徑D構成的夾角為49.7°，所以，入射角分布為4.7°。具體地說，與發散光入射到平面上進行比較，發散光入射到圓柱面A上的入射角分布非常小。此外，發散光還在圖3的深度方向擴展，但是如以后的曲線所示，在圖3的深度擴展方向上幾乎不產生入射角分布。所以，利用由部分圓柱面A構成分束面的偏振光分束器，大大地抑制發散光的入射角分布。此外，圖3中的兩條虛線G和H表示沿光源方向返回的光被圓柱面A反射的光通量。
在圖3中，為了簡化，我們描述一個簡單的安排實例，但是，通過調整光源的位置和光的方向，可以進一步抑制入射角分布。而且，圖3表示發散光入射到圓柱面A上的傳播，但是，即使當發散光被圓柱面A反射時，可以按照上述的方法抑制入射角分布。
圖4是一個設計實例圖，其中也考慮到偏振光分束器的外部形狀。
圖4不但畫出代表圓柱面的圓A，也畫出代表偏振光分束器外部形狀的矩形P，還表示當發散光入射到偏振光分束器P上時，光被折射，發散光的發散角減小。偏振光分束器P中分束面Q的設計還考慮到這個折射。
把圓柱面型偏振光分束器中的入射角分布與以下的平面型偏振光分束器中的入射角分布進行比較，該圓柱面型偏振光分束器包含最佳設計的分束面。
圖5A是平面型偏振光分束器中的入射角分布圖，而圖5B是圓柱面型偏振光分束器中的入射角分布圖。
圖5表示構成發散光通量的各個光束入射到偏振光分束器分束面的入射角三維曲線圖，人們建議，發散光通量的有效孔徑數基本上等于普通MO設備中光源的有效孔徑數，和NA＝0.146。而且，三維曲線的XY平面代表發散光通量的截面，而X方向相當于這樣一個方向，在此方向上分束面傾斜到發散光的光軸。三維曲線的高度代表入射角。此外，如上所述，由于入射到偏振光分束器上的發散光被折射，為了得到對分束面的入射角，需要考慮偏振光分束器的折射率。此處，選取BaF11作為有高折射率的玻璃材料，不存在大批量生產的問題，且有高的阿貝值，BaF11對于波長為685nm光的折射率為n＝1.661251。
圖5A是入射到平面型偏振光分束器中分束面上入射角的三維曲線圖。在這個曲線圖中，入射角分布的最大值是±5.04°，入射角的標準偏差是2.25°。此外，入射角分布主要產生在X方向上，在Y方向上幾乎不產生入射角分布。如上所述，由于偏振光分束器的特性主要取決于入射角，可允許的入射角分布至多為±1°，如圖5A中箭頭Z所示，可以看出，當發散光入射到平面型偏振光分束器上時，不能保證偏振光分束器的特性。
圖5B是入射到最佳設計的圓柱面型分束面上入射角的三維曲線圖。對于該分束面的設計目標值，入射角分布的最大值是在±0.5°的范圍內，入射角的標準偏差是0.1°或更小。而且，入射角分布的最大值是在±0.22°，入射角的標準偏差是0.08°。
如上所述，當發散光入射到圓柱面型偏振光分束器上時，入射角分布是最小的。因此，由于該偏振光分束器的特性能夠得到保證，從光源射出的光經偏振光分束器被有效地引導到光信息存儲介質，有效地從光信息存儲介質的回程光中分出的信號光。此外，該光學系統不產生相差。
而且，即使當圓柱面型偏振光分束器放置在光源附近時，其特性可以得到保證，所以，把小圓柱面型偏振光分束器放置在小直徑光通量的位置上，可以實現重量輕的小型光頭。
此外，在理論上，可以考慮球面，二維曲面，有三維或多維曲率的曲面作為偏振光分束器的分束面，但是，利用準確的研磨，玻璃鑄模等方法大批量生產這些曲面是很困難的，因此，制造這種曲面的光頭成本是很高的。具體地說，球面，二維曲面等曲面不適宜作為分束面。
我們已結束對本發明原理的描述，以下描述各個具體的實施例。
圖6是按照本發明第一個實施例的光信息存儲裝置，其中配置了本發明第一個實施例的光器件。
這個光信息存儲裝置中有用于保持和旋轉磁光盤500的電機100和控制電機轉動的旋轉控制電路110，該磁光盤作為光信息存儲介質的一個實例。
此外，該光信息存儲裝置有聚焦/照射激光束到磁光盤500的光頭200，控制激光束輸出的激光輸出控制電路310，和聚焦/跟蹤控制電路320，用于控制聚焦和跟蹤光頭200的照射光到磁光盤500上。
該光信息存儲裝置中還有磁頭400和磁場控制電路410。在信息寫入時，磁頭400把外磁場加到光頭200聚焦照射光到磁光盤500上的一個位置，磁頭所加外磁場的強度和方向是受磁場控制電路410的控制，響應于代表寫入到磁光盤上信息的輸入信號。接著，寫入信息是利用光頭200照射光的熱量和磁頭400的外磁場寫入的。
此外，該光信息存儲裝置中有MO信號檢測電路330，在信息再現時，代表存儲在磁光盤(MO盤)500中信息的MO信號被檢測，并由MO信號檢測電路330輸出。
圖7是包含第一個實施例光器件的光頭透視圖，而圖8是該光頭的剖面圖。
光頭200的光源是激光二極管201，射出線偏振(P偏振方向)的發散光。此外，利用磁光盤(MO盤)作為光信息存儲介質500。
光頭200中有按照本發明第一個實施例的復合光器件250，這個復合光器件250是由整體形成的偏振光分束器和HOE構成，如上所述，它包含由部分圓柱面構成的分束面251。此外，由于復合光器件250放置在足夠靠近激光二極管201的位置上，所以，激光束的光通量是足夠地小，復合光器件250的尺寸也是足夠地小。
從激光二極管201射出的P偏振激光束被反射鏡202反射，傳播通過復合光器件250的HOE部分252，以85％的透射率傳播通過復合光器件250的分束面251，被準直器203轉變成平行光，再被物鏡204聚焦/照射到磁光盤500上。準直器203和物鏡204構成按照本發明物鏡光學系統的一個實例。此外，從激光二極管201射出并到達復合光器件250分束面251的光中約15％被分束面251反射，被復合光器件250的傾斜面253全反射，和被HOE部分252聚焦到光電二極管205上。接著，光電二極管205檢測這個光量，把這個光量的檢測結果反饋到激光器輸出端以控制激光輸出。光電二極管205是按照本發明發射光量控制檢測器的一個實例。
被磁光盤500反射的光經物鏡204和準直器203回到復合光器件250。接著，回到復合光器件250的P偏振光中85％再傳播通過分束面251，被HOE部分252分束/聚焦給各自的光電檢測器206，并用于光電檢測器206的聚焦檢測和跟蹤檢測。
對于被磁光盤500反射的光，聚焦/照射到磁光盤500上的光由克爾效應旋轉其偏振方向產生一個分量，它的偏振方向與照射光的偏振方向成直角，這個分量以近乎100％的反射率被分束面251反射，與照射光偏振方向相同的一個分量以約15％的反射率被分束面251反射。被分束面251反射的光被圓柱反射面254全反射后會聚，這個圓柱反射面的曲率與分束面251的曲率大致相同，并構成本發明雙折射部分的一個實例，其中晶軸旋轉了45°的渥拉斯頓(Wollaston)棱鏡部分255把光分成尋常光束和非常光束。因此，信號光被分成投影分量和與這個投影分量成直角的分量，這個投影分量是克爾效應旋轉偏振方向的角和45°角兩個分量之和。被渥拉斯頓棱鏡部分255分出的兩個光束由各自的光電檢測器207進行檢測，以及通過得到兩個光量之差，MO信號被差分檢測。光電檢測器207是本發明信號檢測器的一個實例。
圖9是曲線圖，表示渥拉斯頓棱鏡部分分出的兩個光束的狀態。
這個曲線圖表示尋常光束和非常光束到達圖7中光電檢測器207所在平面上的光斑207a和207b，該曲線圖的橫坐標指出圖8的水平方向，而該曲線圖的縱坐標指出圖8的深度方向。尋常光束和非常光束的光斑207a和207b是明顯地分開的，當上述分束面251的反射光會聚到圓柱反射面254上并接著傳送通過渥拉斯頓棱鏡部分255時，產生這兩個明顯分開的光斑。
圖10是說明制成這個復合光器件的過程圖。
為了制成復合光器件，首先制備原材料600和原材料700，原材料600有一個對應于圖7和8中所示分束面251的凸圓柱面610，且其縱向是沿著圓柱面610的母線方向，而原材料700有一個對應于分束面251的凹圓柱面710。接著，用多層介質薄膜沉積在凸圓柱面610或凹圓柱面710上，兩個原材料600和700是這樣放置的，使多層介質薄膜夾在原材料600與700之間，把該材料切割成所需間隔的環形材料，如圖10中點劃線800所示。最后，把渥拉斯頓棱鏡與HOE粘貼在一起制成復合光器件。
此處，由于渥拉斯頓棱鏡可以用晶體，LiNbO3，金紅石等材料做成，所以，可以利用厚度約1mm的材料把光充分地分開，因此，制造該棱鏡的成本很低。此外，利用電子裝置和激光束通過直接繪圖和縮版曝光制成HOE。
利用上述制造過程可以大批量制成廉價的復合光器件。此外，由于偏振光分束器，渥拉斯頓棱鏡等器件可以制作成整體的器件，所以，可以得到這樣的光學系統，其中高穩定性可以抗諸如溫度變化，震動等的環境變化，且信號檢測性能不會退化。
以上描述了本發明第一個實施例的光器件和本發明第一個實施例的光信息存儲裝置，以下描述其他的一些實施例。
本發明其他一些實施例中的光信息存儲裝置類似于第一個實施例中的光信息存儲裝置，不同的是配置本發明其他一些實施例的光器件。以下僅僅描述這樣一些實施例中的光器件。
圖11表示本發明第二個實施例的光器件。
由于按照本發明第二個實施例光器件的復合光器件260類似于圖8中所示的復合光器件250，不同的是，該器件包含替代圓柱反射面254的平反射面261和透鏡262，該透鏡作為本發明聚焦部分的一個例子；我們僅僅描述不同的方面，省略多余的描述。
圖11中所示的分束面251是一個類似于圖4中分束面Q的分束面。
分束面251反射的信號光被平反射面261全反射，再被渥拉斯頓棱鏡部分255分成兩束發散光通量，這兩束光被透鏡262聚焦到不同的位置上，并由光電檢測器(未畫出)作檢測。
圖12表示本發明第三個實施例的光器件。
由于按照本發明第三個實施例光器件的復合光器件270類似于圖8中所示的復合光器件250，不同的是，該器件包含雙折射棱鏡部分271和HOE部分272，雙折射棱鏡部分271也作為反射棱鏡和本發明雙折射部分的一個例子，而HOE部分272是本發明聚焦部分的一個例子；我們僅僅描述不同的方面，省略多余的描述。
分束面251反射的信號光被雙折射棱鏡部分271分成兩束光，再被傾斜面反射，這兩束光被HOE部分272聚焦到不同的位置，并由光電檢測器207作檢測。
圖13表示本發明第四個實施例的光器件。
由于按照本發明第四個實施例光器件的復合光器件280類似于圖8中所示的復合光器件250，不同的是，該器件包含雙折射棱鏡部分281，雙折射棱鏡部分281作為反射棱鏡，還作為本發明的聚焦部分，它是本發明雙折射部分的一個例子；我們僅僅描述不同的方面，省略多余的描述。
分束面251反射的信號光被雙折射棱鏡部分281分成兩束光，被傾斜面反射，再被雙折射棱鏡部分281的凸面281a折射；這兩束光被聚焦到不同的位置上，并由光電檢測器207作檢測。
圖14表示本發明第五個實施例的光器件。
由于按照本發明第五個實施例光器件的復合光器件290包含部分圓柱面構成的分束面291，所以，激光二極管201的發射光被復合光器件290的分束面291反射。分束面291的反射光傳播通過HOE 208，入射到準直器203上。經準直器203返回的部分回程光被HOE 208分束/聚焦，用于聚焦檢測和跟蹤檢測，不包含分束部分的大部分光傳播通過HOE 208。對于傳播通過HOE 208的光，該信號光傳播通過分束面291，和被分束面291折射后會聚，被渥拉斯頓棱鏡部分292分成兩束光并被檢測。
此外，由于傳播通過HOE 208的光是會聚光，在有留有空間的地方，分束面291可以是這樣一個面，直進的信號光傳播通過這個面。
以上我們已完全地描述了本發明的第五個實施例。
此外，在上述這些實施例中，描述渥拉斯頓棱鏡部分和雙折射棱鏡部分作為本發明雙折射部分的具體例子，但是，本發明的雙折射部分不受此限制，只要能夠把光分成尋常光束和非常光束，例如，本發明的雙折射部分可以是尼科爾(Nicole)棱鏡或羅雄(Rochon)棱鏡。
而且，本發明的光信息存儲介質不限制于上述的磁光盤，不用多說，可以利用相變型盤。
此外，為了利用光信息存儲裝置實現高精度讀出或寫入記錄的數據，光源的光輸出調整是很重要的。例如，由于最佳光強度取決于記錄數據讀出/寫入時的介質特性，記錄速度等條件，必須調整光源的輸出以適合于這個強度。此外，在數據寫入時，為了提高讀出精度，通過給一個記錄位產生周期變化的多個脈沖，調整記錄介質上記錄位的形狀，得到一個適合于讀出的形狀。還需要調整各個脈沖的強度。
所以，在上述的實施例中，如圖8所示，分束面251的反射光被傾斜面253全反射，并被HOE部分252聚焦到光電二極管205上；光電二極管205檢測該光強，并基于檢測的結果調整激光器的輸出。具體地說，由于照射到記錄介質上的光強正比于入射到光電二極管205上的光強，通過事先測量光電二極管205輸出與照射到記錄介質上光強的比例系數，就可以實時地測量記錄介質上的光強。接著，把測得的光強反饋給圖6中所示的激光輸出控制電路310，并完成自動功率控制(APC)。
此處，用于APC的光電二極管205光接收面的面積，如下所述，這個面積最好小一些。
若光接收面的面積太大，則雜散光的影響就大，且響應速率低。此外，若雜散光的影響大，則準確的光強度測量受到阻礙，且妨礙光盤設備的穩定讀出操作。而且，若響應速率低，則在寫入期間不能準確地完成APC，且記錄位形狀受到影響。具體地說，為了穩定APC和提高光頭的讀出能力，減小光電二極管205的面積是很重要的。
所以，人們建議，圖8中所示HOE部分252把光聚焦到一個點，并減小光電二極管205的光接收面。
圖15表示聚焦在光電二極管205上的光斑。
圖15A，15B，和15C表示利用跟蹤光束方法計算HOE部分252把光斑聚焦到光電二極管205光接收面上得到的結果，其中HOE部分252用于聚焦光到一個點。
圖15A表示HOE部分252把光聚焦到一個點產生的光斑205a。如上所述，圖8中所示激光二極管201的發射光是發散光，該發散光被部分圓柱面構成的分束面251反射，取決于發射光的發散角和分束面251的曲率，這個光通量具有復雜的發散/會聚狀態，再入射到HOE部分252。所以，HOE部分252使具有發散/會聚狀態的光通量聚焦到一個點，設計這個HOE部分252也是很復雜的。
此外，由于復合光器件250，激光二極管201，和光電檢測器207有制造誤差和粘貼誤差，圖9中所示的兩個光斑207a和207b不是準確地入射到光電檢測器207的預定位置。而且，為了修正兩個光斑207a和207b的入射位置，需要沿圖8中的水平方向移動復合光器件250，其結果是，HOE部分252相對于光電二極管205有了移動。圖15B表示由于復合光器件250的移動所得到的光斑205a，其中復合光器件250的分束器分束面251沿圖8中的水平方向移動100μm。這個光斑205a的位置大大偏離圖15A中所示的位置。
此外，有這樣一種情況，其中HOE部分252與光電二極管205的相對位置由于復合光器件250的制造誤差等原因偏離了設計的位置。圖15C表示復合光器件250的移動和HOE部分252粘貼誤差產生沿圖8中的水平方向偏離50μm得到的光斑205b，這個光斑的移動比圖15B所示光斑的移動還大。
以后，描述圖15D，15E，和15F的情況。
獨立于復合光器件250，調整和固定HOE部分252的位置，可以避免圖15B和15C中所示光斑205a的移動，但是，獨立的調整增加組裝過程的數目，使調整過程復雜化，因此是不切實際的。所以，需要增大光接收面的面積以覆蓋光斑205a的移動范圍，即使當復合光器件250移動時，光斑205a沒有偏離開光電二極管205的光接收面。
因此，即使是HOE部分252把光聚焦到一個點，其目的是減小光電二極管205的光接收面，總體上考慮復合光器件250的制造誤差等因素，較大的光接收面也是必需的。
所以，以下描述一個實施例，其中總體上考慮了復合光器件250的制造誤差等因素，可以實現光接收面的小型化。
圖16表示本發明第六個實施例的光器件。
由于按照本發明第六個實施例的光器件900類似于圖8中所示的復合光器件250，不同的是該器件包含圓柱透鏡901，替代光入射到光電二極管205上的通過部分；我們僅僅描述不同的方面，省略多余的描述。
圓柱透鏡901是本發明會聚部分的一個例子，光沿箭頭F2所示的分束面251母線方向會聚，并入射到光電二極管205上。具體地說，光聚焦的方向垂直于分束面251的曲率方向。
圖15D表示經圓柱透鏡901傳播到光電二極管205上的光斑205b，光斑205b沿圖16中箭頭F1所示的方向伸長。關于伸長的光斑205b，按照與圖15B和15C類似的方法研究該光斑的移動，其中復合光器件900等在位置上有偏移。
圖15E表示復合光器件900沿圖16中箭頭F1所示的方向移動100μm時的光斑205b，這個光斑205b幾乎沒有從圖15D中所示的位置移動。
此外，圖15F表示復合光器件900的移動以及產生的圓柱透鏡901粘貼誤差沿圖16中箭頭F1所示方向50μm時的光斑205b，這個光斑205b完全沒有從圖15E中所示的位置移動。
當光被圓柱透鏡901沿分束面251母線的方向(圖16中箭頭F2所示的方向)會聚并入射到光電二極管205上時，相對于圖16中箭頭F1所示的方向，該光斑略微放大，但是，由于復合光器件900位置偏離引起的光斑移動受到抑制，就可以減小光電二極管205沿箭頭F1方向的尺寸。換句話說，采用圓柱透鏡901，可以減小因復合光器件900移動產生的聚焦性能變化，可以大大地防止APC檢測的退化。
此外，相對于圖16中箭頭F2所示分束面251的母線，即使復合光器件900有移動，光電檢測器207上的光斑和指向磁光盤的光通量并不移動。所以，即使圓柱透鏡901的粘貼誤差等產生在分束面251的母線方向，通過復合光器件900沿分束面251母線方向的移動，可以調整圖15D中所示光斑205b入射到光電二極管205上。所以，相對于分束面251的母線，該光是足夠地會聚，就可以極大地減小光電二極管205的尺寸。
因此，通過擴大光電二極管205沿分束面251曲率方向的光接收面和縮小光電二極管205沿垂直于該方向的光接收面，可以減小該光接收面的面積。此外，通過減小光接收面的面積，可以提高光電二極管205的響應速率。這對于擴大可允許的組裝值，增大檢測的光量和提高輸出反饋電路的特性有進一步的貢獻。
圖17表示本發明第七個實施例的光器件。
按照本發明第七個實施例光器件的復合光器件910類似于圖16中所示的復合光器件900，不同的是該器件包含HOE部分911，它具有類似于圖16中所示圓柱透鏡901的聚焦性能。
HOE部分911也是本發明會聚部分的一個例子，在HOE部分911中，用于聚焦伺服檢測光的部分和用于聚焦APC光的部分是整體地制成的，類似于圖8中所示的HOE部分252。
圖15D等圖中所示的光斑也是利用HOE部分911形成的，因此，可以減小光電二極管205的光接收面。
圖18表示本發明第八個實施例的光器件。
按照本發明第八個實施例光器件的復合光器件920類似于圖16中所示的復合光器件900，不同的是該器件包含反射會聚部分921，利用鑄模制造方法整體地制成反射棱鏡和圓柱透鏡。
圖18中所示復合光器件920的光學性能與圖16中所示復合光器件900的光學性能相同。此外，通過整體地制成反射棱鏡和圓柱透鏡，去掉把圓柱透鏡固定到復合光器件上的組裝過程，可以降低制造成本，還可以減小粘貼誤差。
圖19表示本發明第九個實施例的光器件。
按照本發明第九個實施例光器件的復合光器件930類似于圖16中所示的復合光器件900，不同的是該器件中有一個圓柱透鏡931，其主軸偏離分束面251反射光的主光束L。
入射到光電二極管205上的光，因光接收面上的面反射，不是100％的轉變成信號。當光接收面反射的光再回到復合光器件930上時，該光入射到光電檢測器207等器件上產生雜散光，從而使信號檢測性能和伺服檢測性能退化。所以，在第九個實施例中，圓柱透鏡931是這樣放置，入射到圓柱透鏡931的主光束偏離開圓柱透鏡931的主軸。
圖20是圓柱透鏡的主軸偏離開主光束的說明圖。
圖20A表示圓柱透鏡901的主軸與圖16中所示的主光束一致時光的聚焦，被圓柱透鏡901聚焦的光從其相對的位置直接地入射到光電二極管205的光接收面。存在這樣一種可能性，被光接收面反射的光經圓柱透鏡901回到復合光器件900。
另一方面，圖20B表示利用圖19中圓柱透鏡931對光聚焦，被圓柱透鏡931聚焦的光傾斜地入射到光電二極管205的光接收面上。所以，來自光接收面的反射光偏離開圓柱透鏡931向前傳播。這就可以防止反射光回到信號檢測系統或伺服檢測系統。此外，可以設計這樣的衍射光柵器件(HOE)，它具有類似于圓柱透鏡931的聚焦特性。
圖21表示衍射光柵器件(HOE)的設計實例圖，它具有類似于圓柱透鏡的聚焦特性，圖21A是衍射光柵器件的光柵空間頻率曲線，而圖21B表示該衍射光柵器件對光的聚焦。
圖21A的橫坐標表示衍射光柵器件上光的位置，它是基于光入射到該衍射光柵器件上主光束的入射位置，而圖21A的縱坐標表示該衍射光柵器件的空間頻率。此外，圖21A中的曲線M表示衍射光柵的設計值。這條曲線M的最小點偏離“0”位置，它意味著衍射光柵器件的光軸偏離主光束。上述設計的衍射光柵器件可以很容易地利用步進曝光方法制成，或利用激光或電子束的直接繪制方法制成。
圖21B表示相對于衍射光柵器件941的聚焦光狀態利用光束跟蹤方法得到的結果，該器件是按照圖21A的曲線設計的，光傾斜地入射到光電二極管205的光接收面上。
權利要求
1.一種光信息存儲裝置，包括光源，用于射出發散光；物鏡光學系統，把所述光源射出的光聚焦到光信息存儲介質上以產生回程光，該回程光至少部分地包含對應于存儲信息的信號光，和把來自光信息存儲介質的回程光轉變成會聚光，并把該光指向所述光源；和光器件，放置在所述光源與所述物鏡光學系統之間，傳送和引導所述光源射出的光到所述物鏡光學系統，以及從由所述光信息存儲介質反射的回程光中分出信號光，并經所述物鏡光學系統返回，所述光器件包括由部分圓柱面構成的分束面，傳送和引導所述光源的發射光經分束面凹面側到所述物鏡光學系統，以及利用分束面從入射到該分束面凸面側的回程光中分出所述信號光。
2.按照權利要求1的光信息存儲裝置，其中所述光信息存儲介質產生回程光，該回程光至少部分地包含沿預定偏振方向偏振的信號光，和所述光器件有一個作為所述分束面的表面，它對于沿所述預定偏振方向偏振的光有相對高的反射率，而對于沿與預定偏振方向垂直的偏振方向偏振的光有相對低的反射率。
3.按照權利要求1的光信息存儲裝置，其中所述光器件有一個作為所述分束面的表面，該表面能夠從以45°入射角入射的回程光中分出所述信號光。
4.按照權利要求1的光信息存儲裝置，其中所述物鏡光學系統包括準直透鏡和物鏡，準直透鏡把來自所述光源的發射光轉變成平行光，而物鏡把這個平行光聚焦到所述光信息存儲介質上。
5.按照權利要求1的光信息存儲裝置，還包括信號檢測器，用于檢測所述信號光；和伺服檢測器，用于檢測照射光相對于所述光信息存儲介質的位置，其中所述分束面從回程光中分出的信號光被所述信號檢測器引導，傳播通過該分束面的回程光被所述伺服檢測器引導。
6.按照權利要求1的光信息存儲裝置，其中所述光器件包括雙折射部分，把所述分束面分出的信號光再分成尋常光束和非常光束。
7.按照權利要求6的光信息存儲裝置，還包括由兩個光檢測器組成的信號檢測器，用于檢測所述信號光，其中所述光器件包括由部分圓柱面構成的反射面，把所述分束面分出的信號光在該反射面的凹面側反射以會聚該信號光，并由所述雙折射部分把該反射面會聚的信號光再分成尋常光束和非常光束，用于所述兩個光檢測器的差分輸出。
8.按照權利要求6的光信息存儲裝置，其中所述光器件包括聚焦部分，把所述雙折射部分分出的尋常光束和非常光束聚焦到兩個互不相同的位置上。
9.按照權利要求1的光信息存儲裝置，還包括發射光量控制檢測器，用于檢測控制所述光源發射光量的光，其中所述光器件經所述分束面的凹面側傳播和引導所述光源的發射光到所述物鏡光學系統，且所述光器件包含會聚部分，可以使光源的發射光中在分束面凹面側反射的光沿分束面的母線方向會聚，并傳播該光進入所述發射光量控制檢測器。
10.按照權利要求9的光信息存儲裝置，其中所述發射光量控制檢測器包括光接收面，其縱向與分束面的母線垂直。
11.按照權利要求9的光信息存儲裝置，其中所述光器件的會聚部分是這樣放置，主光軸偏離所述分束面凹面側反射的主光束。
12.按照權利要求1的光信息存儲裝置，其中所述光器件經所述分束面的凹面側傳播和引導所述光源的發射光到所述物鏡光學系統，所述光器件還包括傳輸部分，傳播所述分束面傳播的光進入光電檢測器，用于聚焦檢測和跟蹤檢測。
13.一種光器件，放置在物鏡光學系統與光源之間，該物鏡光學系統把射出發散光的光源的發射光聚焦到光信息存儲介質上以產生回程光，該回程光中至少部分地包含對應于存儲信息的信號光，并把光信息存儲介質上的回程光轉變成會聚光，再把該會聚光指向所述光源，該光器件傳送和引導所述光源的發射光到所述物鏡光學系統，和從所述光信息存儲介質反射的回程光中分出信號光并經所述物鏡光學系統返回，該光器件包含由部分圓柱面構成的分束面，該光器件經分束面的凹面側傳送和引導所述光源的發射光到所述物鏡光學系統，和利用分束面從入射到該分束面凸面側的回程光中分出所述信號光。
14.按照權利要求13的光器件，還包括由部分圓柱面構成的反射面；和雙折射部分，把所述分束面分出的信號光再分成尋常光束和非常光束，它在所述反射面的凹面側反射所述分束面分出的信號光以會聚該信號光，并由所述雙折射部分把反射面會聚的信號光再分成尋常光束和非常光束，用于兩個光檢測器的差分輸出。
15.按照權利要求13的光器件，它經所述分束面的凹面側傳播和引導來自所述光源的發射光到所述物鏡光學系統，和它包括會聚部分，可以使光源的發射光中在分束面凹面側反射的光沿該分束面的母線方向會聚，和傳播該光進入發射光量控制檢測器，用于檢測控制所述光源發射光量的光。
16.按照權利要求15的光器件，其中所述發射光量控制檢測器包括光接收面，其縱向與分束面的母線垂直。
17.按照權利要求15的光器件，其中所述光器件的會聚部分是這樣放置，主光軸偏離所述分束面凹面側反射的主光束。
18.按照權利要求13的光器件，它經所述分束面的凹面側傳播和引導來自所述光源的發射光到所述物鏡光學系統，和它包括傳輸部分，傳播所述分束面傳播的光進入光電檢測器，用于會聚檢測和跟蹤檢測。
全文摘要
公開一種重量輕的小型光信息存儲裝置和實現該光信息存儲裝置的光器件,該存儲裝置能夠得到足夠的寫入光量,用在本發明光信息存儲裝置中的光器件包括:由部分圓柱面構成的分束面,來自光源的發射光經該光器件通過并指向光信息存儲介質,該光器件從光信息存儲介質的回程光中分出信號光。
文檔編號G11B7/135GK1274150SQ0010834
公開日2000年11月22日 申請日期2000年5月12日 優先權日1999年5月14日
發明者長谷川信也, 青山信秀, 小田島涉 申請人:富士通株式會社