CN1099102C - 光学头 - Google Patents

Abstract

一种光学头，包括一个物镜，来自光源的光束它被投射，并会聚在所述磁光记录介质上；一个分束器在光源与物镜之间的光路上，以分离光源发出的光束和经物镜自所述磁光记录介质的信号记录面返回的光束的不同的第一偏振分量或第二偏振分量；光检测器，用以接受由分束器分离的返回光束，其中由分束器分离的偏振光第一分量或第二分量的分离比率在85%至95%之间。该结构能减小光学头的尺寸，并以高精度检测返回的光束。

Description

光学头

                 技术领域

本发明涉及一种光学头，具体地说，涉及一种用于将信息记录和/或再现于诸如磁光记录介质等光学记录介质上的光学头。

                 背景技术

图8表示一种常见光学头的结构，用于将信息记录和/或再现于光学记录介质上。图中的光学头1包括一个作为光源的半导体激光元件2、光栅3、准直镜4、分束器5、物镜6、沿着自记录介质返回的光束(该光束已由分束器5分开)的光路设置的沃拉斯顿(Wollast-on)偏振棱镜7、会聚透镜8、多镜头部件9和具有多个感光面的光检测器10。

自含有P偏振光的半导体激光元件2发射的激光束被光栅3分成比如三束光。所述P偏振光与分束器5有关，也就是在由入射光和反射光或发射光构成的平面内振荡的偏振分量。这之后，被分开的各光束由准直镜4变换成平行光束，通过分束器5。继而，这些光束被引导通过物镜6，会聚在用D表示的磁光盘的信号记录面上。

包含具有S偏振光(这是在垂直于P偏振光的偏振面的平面内的偏振光)分量的磁光信号的返回光束再次经物镜6入射于分束器5上，磁光信号是如此产生的，即会聚的光束在磁光盘D的信号记录面上被反射，而且根据克尔(Kerr)效应，其偏振面转动。在分束器5中，所述反射光束在半透半反平面5a上受到反射，使光束偏转90°，而被偏转的光束全部被反射于内侧面5b上，使其再偏转90°。根据自分束器5发出的光束，通过沃拉斯顿偏振棱镜7的双折射发出多束光，这多束光通过会聚透镜8以及多镜头部件9会聚在光束检测器10的各感光面上。于是产生多个信号，即根据来自光检测器10的各感光面的检测信号产生被称为磁光信号的读出信号、聚焦误差信号以及跟踪误差信号。

在图8所示的结构中，将分束器5置于从半导体激光元件2发出的发散光束被准直镜4变换成的平行光束的平行光路中。采用这种将分束器5置于平行光***中的方式，指向磁光盘D的光束的光路和受到磁光盘D反射而指向光检测器10的光束的光路以平行光束的形式被分开。这种方式可使光束入射到分束器5上的角度成为恒定的，从而使入射角与分束器5的相关性成为无关紧要的。

不过这种方式要求自半导体激光元件2发出的发散光束在被发散了一个预定的量之后才入射到准直镜4上，因此必须使激光元件2与准直镜4之间的距离相对地长一些。结果，该激光元件2与物镜6之间的距离也变长，以致出现整个光学头1尺寸变大的问题。

为解决这个问题，正如美国专利US5,428,596所揭示的，一种公知的光学拾象器11具有如图9所示的结构。图9中的光学头11包含一个作为光源的半导体激光元件12、光栅13、分束器14、准直镜15、物镜16、沿着被分束器14分开的返回光束光路设置的沃拉斯顿(Wo-llaston)偏振棱镜17、多镜头部件18和具有多个感光面的光检测器19。

自激光元件2发射的激光束包含P偏振光，它被光栅13分成三束光，这些光束通过分束器14。继而，这些光束被准直镜15变换成平行光束，通过物镜16，会聚在用D表示的磁光盘的信号记录面上。返回的光束再次通过物镜16和准直镜15时入射到分束器14上，该返回的光束是一束包括S偏振光分量的光束，是由于磁光盘D反射的会聚光束所产生的，而且根据克尔效应，偏振平面转动。在分束器14中，所述反射光束在半透半反平面14a上受到反射，使其偏转90°。继而，根据自分束器14发出的光束，沃拉斯顿偏振棱镜17发出多束光，经多镜头部件18会聚在光检测器10的各感光面上。

在图9所示光学头11的结构中，将分束器14置于半导体激光元件12与准直镜15之间，于是，从光束通路以发散方式发来的光束通过分束器14入射于准直镜15上，以此，使所述光束转换成平行光束。另一方面，在磁光盘D上受到反射的返回光束被转换成会聚光束，该会聚光束入射于分束器14上，并在半透半反平面14a上受到反射，以致向光检测器19偏转。按照图9所示光学头的结构，与图8所示光学头相比，所述分束器14只位于激光元件12与准直镜15之间的光路中，因而激光元件12与准直镜15之间的距离得到有效的利用，得以缩短激光元件12与物镜16之间的距离，致使整个光学头的尺寸变小。

实际上，在具有上述结构的光学头11中，由于在分束镜14的半透半反平面14a上所反射的光束是发散光束，所以根据入射角与形成半透半反平面14a的多层的相关性提供具有多层的分束器14。设计这种多层，使P偏振光的透射系数Tp＝65％，P偏振光的反射系数Rp＝33％；s偏振光的透射系数Ts＝33％，而s偏振光的反射系数Rs＝65％。不过若采用上述分束器14，作为磁光再现信号的s偏振光分量的电平变小，这就产生了不能根据激光元件12发出光束的特性充分检测磁光再现信号的问题。

                     发明内容

本发明的目的在于提供一种用于磁光记录介质的光学头，它尺寸小，并能以高精度检测自所述介质返回的光束。

本发明提供一种光学头，它包括：一个发射光束的光源；一个物镜，来自光源的光束通过它被投射，以便会聚在磁光记录介质的信号记录面上；一个分束器，它位于所述光源与物镜之间的光路上，用以将由光源发出的发散光进行分束，以及分离经物镜自磁光记录介质的信号记录面返回的会聚光束的第一偏振光分量或第二偏振光分量；还包括光检测器，用以接受由分束器分离的返回光束。其中由分束器分离的第一分量或第二分量的分离比率不小于85％且不大于95％。

按照本发明光学头的结构，自磁光记录介质的信号记录面返回的光束入射到分束器上，以此，使第二偏振光分量被反射，或使第一偏振光分量被透射，以致可使第二或第一分量分开，并使被分开的第二或第一分量入射于光检测器上。从而利用光检测器确定再现信号或伺服误差信号。

在这种情况，例如第一偏振光分量为P偏振光分量，则第二偏振光分量为s偏振光分量，因此，按P偏振光分量或s偏振光分量的再现信号方式混合的s偏振光分量或P偏振光分量由分束器的反射或透射而被分开，并且分离的比率在85-95％的范围内，因而可产生高质量的再现信号，并以高精度检测该信号。

在这种分离比率的情况下，即在分离P偏振光分量光路中s偏振光分量的反射系数，或者在分离s偏振光分量光路中s偏振光分量的透射系数均不超过85％的情况下，再现信号的质量不很高，以致信号的精度变低。

另一方面，在这种分离比率的情况下，即在分离P偏振光分量光路中的所述反射系数，或者在分离s偏振光分量光路中的所述透射系数均高于95％的情况下，记录介质中双折射的影响加大了再现信号中的噪音，降低了该信号的质量。

                 附图说明

图1是表示本发明第一种实施例光学头结构的侧视示意图；

图2是表示根据图1所示光学头中分束器的s偏振光分量反射系数与再现信号中的块错误率之间的关系曲线；

图3是表示反射系数和相位变化相对于入射到图1所示光学头的分束器上的光波长的曲线；

图4是表示反射系数和相位变化相对于入射到图1所示光学头的分束器上的光的入射角的曲线；

图5是表示用于制作图1所示光学头中分束器的设备的结构示意剖面图；

图6是表示用于制作图1所示光学头中分束器的另一种设备的结构示意透视图；

图7是表示本发明第二种实施例光学头结构的侧视示意图；

图8是表示普通光学头结构的侧视示意图，其中P偏振光被从入射光中分离出来；

图9是表示普通光学头结构的侧视示意图，其中s偏振光被从入射光中分离出来；

图10是表示由分束器中多层的P偏振光反射系数与入射到各层上的光的入射角之间的关系曲线；

图11是表示由分束器中多层反射的P偏振光反射系数与入射到各层上的光的入射角之间的关系曲线。

                  具体实施方式

下面将参照图1至图7描述本发明的优选实施例。

以下各实施例为本发明的优选示例，因而加上了一些技术上所优选的限定，但本发明的范围又不限于这些实施例，除非在以下的描述中有限于

本发明的说明。

图1表示本发明光学头的第一种具体实施例。

图1中的光学头20包括一个半导体激光元件21、光栅22、分束器23、准直镜24、物镜25、被所述分束器23分离的返回光束入射于其上的沃拉斯顿偏振棱镜26、多镜头部件27和光检测器28。

半导体激光元件21是一个采用半导体复合辐射的发光元件，它被用作激光束源。从该激光元件21发出的光束射向光栅22。

光栅22沿着垂直于跟踪方向的方向衍射入射光，因而它被用于衍射激光元件21所发出的光束，至少分成三束衍射光束，即零级衍射光和±1级衍射光。±1级衍射光束被用于产生跟踪误差信号。

分束器23包括两个互相附着的玻璃块，二玻璃块表面的接触面起半透半反平面23a的作用。将半透半反平面23a设置成相对于光轴倾斜45°，以便分离来自激光元件21的光束和来自磁光盘D的信号记录表面的反射光束。所以将分束器23沿激光元件21与准直镜24之间的光路设置。

准直镜24作为一个凸透镜将来自激光元件21的发散光束变换成平行光束。

物镜25透射来自准直镜24的平行光，以会聚在旋转磁光盘D的信号记录面的目标磁道上。物镜25根据后面所述的伺服信号移动，以致可使平行光束会聚在目标磁道上。

会聚在旋转磁光盘D的信号记录面上的光束从该表面返回，返回的光经物镜25和准直镜24被引导至分束器23。随之在分束器23的反射面23a上被反射的返回光束经沃拉斯顿偏振棱镜26和多镜头部件27入射到光检测器28的光接受器上。

沃拉斯顿偏振棱镜26使在反射平面上反射的返回光束偏振，根据其偏振特性将其分离，从而发出被分离的多束光。

多镜头部件27作为一个凹透镜部件，被分离的多束光通过它被投射，并会聚在光检测器的各光接受器上。

光检测器28具有多个光接受器，用以接受被分束器23及沃拉斯顿偏振棱镜26分离的各光束。

上述结构与普通光学头的结构相同，不过第一实施例中的光学头20包括分束器23，其半透半反平面23a含有多层，它们被设计成使入射光的s偏振光分量的反射系数Rs是在85％至95％的范围内。

在此情况下，当s偏振光分量的反射系数Rs小于85％时，再现信号电平变低，其质量不很高，使再现信号的精度变坏，以致块错误率相对地变大，就像图2所示的那样。另一方面，当所述s偏振光分量的反射系数Rs大于95％时，磁光盘D的双折射影响加大了再现信号中的噪音，降低了再现信号的质量，致使块错误率相对地变大，也像图2所示的那样。

具有如此特点的多层是在一个玻璃块的面23b上依次形成的厚度为49.19nm的氧化钛(TiO₂)层、厚度为287.55nm的二氧化硅(SiO₂)层、厚度为44.29nm的硅(Si)层和厚度为4.00nm的铬(Cr)层，并将此多层附着在另一个玻璃块23c上。

所得的多层所表现的光束反射系数Rs和Rp以及相位变化δp-s与以45°入射的光的波长的关系如图3所示。另一方面，光束反射系数Rs和Rp以及相位变化δp-s与入射角的关系如图4所示，其中的曲线表示入射角在45±7°(转换为空气中则为±10.5°)范围内的特性曲线。因此，按照会聚光光路中光谱的特性曲线，如按±8°范围内的特性曲线，作为第一偏振光分量的P偏振光分量的透射系数Tp＝65％，而该P偏振光分量的反射系数Rp＝30％；于是，作为第二偏振光分量的s偏振光分量的透射系数Ts＜10％，而该s偏振光分量的反射系数Rs≥85％。

第一种实施例的光学头20具有上面所述的结构，由半导体激光元件21所发射的P偏振光分量激光束被光栅22分成三束光，它们通过分光器23。

随后，这些光束被准直镜24变换成平行光束，入射到物镜25上，以此，使这些光束被投射，会聚到磁光盘D的信息记录面上。

含有s偏振光分量的磁光信号的返回光束经物镜25和准直镜24再次被入射到分束器23上。所述磁光信号的产生使会聚光束在磁光盘D的信息记录面上受到反射，同时其偏振面根据克尔效应转动。返回光束的P偏振光分量在分束器23中透射，而s偏振光分量被半透半反平面23a上形成的多层所反射。

于是，由半透半反平面23a反射的s偏振光分量的反射系数Rs在下述范围内：

                     85％≤Rs≤95％

所以，在分束器23半透半反平面23a上被反射的返回光束的信号电平相对变高，同时该磁光信号依下式增强：

继而，由沃拉斯顿偏振棱镜26使在分束器23半透半反平面23a上反射的s偏振光分量偏振，分成三束光，即P偏振光分量、s偏振光分量和伺服分量。这三束光各自入射到多镜头部件27上，各束的聚焦误差分量因此而增大，同时通过多镜头部件的各束光被入射到光检测器28的各光接受器上。由此，根据由光检测器28的各光接受器测得的信号，得到磁光信号、聚焦误差信号和跟踪误差信号的伺服信号。

在这种情况下，由于分束器23中半透半反平面23a的多层具有如图10所示的上述结构，所以如图10所示，与表示变化较大的A线(点划线)所示的反射系数相比，由B线表示的s偏振光分量反射系数Rs变得平稳并得到改善。之所以有三条由B表示的反射系数线是由于这些线表示采用不同波长光束的情况。又如这些线所表示的那样，Rs相对于入射角并无较大的变化。

至于P偏振光分量的反射系数Rp，正如B线所示的那样，在第一种实施例中Rp的变化相对于入射角而减少，换句话说，和入射角的相关性有所降低。因此如B线所示，与图11中A线所表示的普通分束器中的Rp相比，这里的Rp并未表现出很大的变化。

另外，平行光***位于准直镜24和物镜25之间，而且其间不再设置其它类似于分束器等的光学元件，因而可以较小尺寸布置整个光学***。之所以有三条由B表示的反射系数Rp线是由于这些线表示采用不同波长光束的情况。又如这些线所表示的那样，Rp相对于入射角并无较大的变化。

分束器23中半透半反平面23a的多层由譬如图5所示的汽相沉积***40制成。

图5中的汽相沉积***40包括沉积室41，均与沉积室41相连的低真空泵42和高真空泵43，设在沉积室41内的基片座44，置于沉积室41底部的沉积材料容器45，用于关闭沉积材料容器45的闸门46，加热器47和膜厚测量计48。

使所述沉积室41形成与外界空气隔断。

作为低真空泵42，可采用比如旋转泵、机械升压泵等。

作为高真空泵43，可采用比如油扩散泵、涡轮分子泵、低温抽气泵等。

于是，利用低真空泵42和高真空泵43，将沉积室41抽到一个预定的起始气压作为其真空度。

所述基片座44具有圆凸形表面，其上设有支座，用以安装多个基片。在这种情况下，各基片就是形成分束器23的玻璃块23b。

作为沉积材料容器45，可采用比如钼制坩埚，将成粉末状、片状或粒状的沉积材料放在其中，并采用诸如电阻加热法或电子束加热法等加热该材料。若该沉积材料的熔点较高，如2000℃，则采用电子束加热法加热该材料。

闸门46用于开启或关闭所述沉积材料容器45。关闭容器45是为了防止沉积材料在沉积室41内散布。

加热器47被设置于沉积室41内的上部，被用来加热固定在基片座44上的基片。

膜厚测量计48被用来测定固定在所述基片座44上的基片上面所形成的沉积层的厚度。作为膜厚测量计48，可采用比如光学薄膜厚度规或晶体薄膜厚度规。

按照具有上述结构的汽相沉积***，在将其上沉积有多层的分束器23的玻璃块23b装于基片座44的支座上之前，对其进行清洗，并将所述基片座44设置在沉积室41内。继而，利用低真空泵42将沉积室41内的空气抽至低真空，进而利用高真空泵43将其抽至预定的起始气压。

在这种情况下，沉积材料容器45中的沉积材料被加热。当把此材料加热到目标沉积率所需的温度时，打开闸门45，从而使沉积材料薄膜沉积于被安装在基片座44上的玻璃块的表面上。

另外，利用膜厚测量计48测量沉积材料薄膜的厚度。当此厚度达到预定的厚度时，关闭闸门45。

最后，断开加热器47，中断对沉积材料容器45的加热。容器45中的沉积材料被冷却之后，将沉积室41对空气打开，然后从沉积室41中取出基片座44。于是，就将一层沉积材料沉积在玻璃块23b上了。

反复这种过程，就在形成分束器23的玻璃块23b表面上形成所述的多层。

进而，为了得到所述多层的折射率，可对玻璃块23b进行类似于退火之类的后处理。

按照以上方式，就能得到具有如第一实施例中所示光学特性的分束器。

另外，作为沉积***，也可采用如图6所示的连续沉积***。

图6中的连续沉积***50包括三个被抽到预定气压为其真空度的沉积室即包括供料室51，将基片座44***其中；沉积室52，在其中进行沉积；以及出坯室53，从中取出所述基片座44。沉积室52无需每次装入或取出基片座时都被抽气，这样就可以在较短的时间内对基片座44上所装的多个基片连续进行沉积。这里的沉积室52有与图5所示的沉积***40一样的结构，并且在此室的顶部有膜厚测量计48。利用这个膜厚测量计，就能测量玻璃块23b表面上形成的薄膜的厚度，该玻璃块被安装在沉积室52内的基片座44上。

图7中表示一个作为本发明第二实施例的光学头。

图7中的光学头30包括一个半导体激光元件31、光栅32、分束器33、准直镜34、物镜35、被所述分束器33分离的返回光束入射于其上的沃拉斯顿偏振棱镜36、多镜头部件37和光检测器38。

上述结构基本上与图1所示的光学头20相同，不过作为第二实施例30的光学设备不同于光学头20，对于这种设备的结构而言，它是所谓的s偏振光分离型光学头，其中来自所述半导体激光元件31的光束在分束器33上受到反射，以便会聚在磁光盘D的信号记录面上，而且从该盘D返回的光束透过分束器33，被引导到光检测器38上。

分束器33具有这样的多层构成它的反射平面，即，使得入射光的P偏振光分量的透射系数Tp在85％至95％的范围内。

在此情况下，当所述P偏振光分量的透射系数Tp小于85％时，再现信号电平变低，其质量不高，使再现信号的精度变坏；另一方面，当所述P偏振光分量的透射系数Tp大于95％时，磁光盘D的双折射影响加大了再现信号中的噪音，降低了再现信号的质量，这导致块错误率相对地变大，与图1中的光学头20一样。

按照具有上述结构的光学头30，由所述半导体激光元件31发出的s偏振光束被分束器33分成三束光，同时这些光束在分束器33的反射平面33a上受到反射。这些反射束被准直镜34会聚成平行光束，这些平行光束经物镜35被投射，会聚在磁光盘D的信号记录面上。

从盘D返回的光束经准直镜34再入射于分束器33上。这些返回的光束是包含P偏振光分量的磁光信号的光束，它们的产生就是使会聚光束在磁光盘D的信号记录面上受到反射，同时偏振面依据克尔效应转动。返回的光束在分束器33中入射到形成半透半反平面33a的所述多层上。P偏振光分量透过它，而s偏振光分量在其上被反射。

当P偏振光分量透过它时，该P偏振光分量的透射系数Tp由下式表示：

                     85％≤Tp≤95％

于是，透过分束器33的半透半反平面33a的返回光束的信号电平相对变高。

由沃拉斯顿偏振棱镜使透过分束器33的P偏振光分量偏振，使其被分成三束光，即P偏振光分量、s偏振光分量和伺服分量，而且被分开的这些光束光经多镜头部件37被投射到光检测器38的相应光接受器上，这些被分开的光束受到所述多镜头部件的影响，致使聚焦误差分量增大。于是，根据由光检测器38的各光接受器检测的信号，得到磁光盘D的磁光信号、聚焦误差信号和跟踪误差信号的伺服信号。

虽然在第二种实施例中像上面所描述的那样采用半导体激光元件作为激光源，但也可以采用其它种类的激光源，另外，所述激光源和光接受器(光检测器)可彼此合为一体。

另一方面，在分束器23和33中形成半透半反平面23a和33a的所述多层不仅可利用真空沉积形成，也可用其它方法形成，如阴极真空溅射法、离子电镀法或离子加速沉积法。

如上所述，按照本发明可得到高质量的再现信号，并可以高精度检测之。

因此，可得到包含已被降低了的噪音且是平稳的再现信号。而且，这种平行的光学***的方式相对来说比较短，可减小整个光学头的尺寸。

Claims (8)

1、一种光学头，它通过投射来自光源的光束，将其会聚在磁光记录介质的信号记录面上，用以记录和/或再现信息信号，所述光学头包括：

用以发射所述光束的所述光源；

一个物镜，来自所述光源的所述光束通过它被投射，并会聚在所述磁光记录介质上；

一个分束器，它位于所述光源与所述物镜之间的光路上，用以分离由所述光源发出的发散光束，以及从经所述物镜自所述磁光记录介质的信号记录面返回的会聚光束中分离第一偏振光分量或与第一偏振光分量不同的第二偏振光分量；以及

光检测器，用以接受由所述分束器分离的所述返回光束；

其特征在于由所述分束器分离的所述第一偏振光分量或第二偏振光分量的分离比率在85％至95％之间。

2、一种根据权利要求1所述的光学头，其中所述分束器通过透射来自所述磁光记录介质的信号记录面，经所述物镜返回的所述光束的所述第一分量来分离所述第一偏振光分量，而且来自所述分束器的所述第二偏振光分量的反射系数Rs在以下范围内：

            85％≤Rs≤95％。

3、一种根据权利要求1所述的光学头，其中所述分束器通过反射来自所述磁光记录介质的信号记录面，经所述物镜返回的所述光束的第二偏振光分量来分离所述第二偏振光分量，而且来自所述分束器的所述第一偏振光分量的透射系数Tp在以下范围内：

            85％≤Tp≤95％。

4、一种根据权利要求1所述的光学头，其中所述分束器包括两个互相附着的玻璃块，所述二玻璃块表面的接触面在相对于光轴倾斜45°的情况下起半透半反平面的作用。

5、一种根据权利要求4所述的光学头，其中所述分束器的半透半反平面包含这样的多层，即，将氧化钛(TiO₂)层、二氧化硅(SiO₂)层、硅(Si)层和铬(Cr)层依次形成于所述二玻璃块的一个表面上。

6、一种光学头，它通过投射来自光源的光束，将其会聚在磁光记录介质的信号记录面上，用以记录和/或再现信息信号，所述光学头包括：

用以发射所述光束的所述光源；

一个物镜，来自光源的光束通过它被投射，并会聚在所述磁光记录介质上；

一个分束器，它位于所述光源与所述物镜之间的光路上，用以分离由光源发出的发散光束，以及从经所述物镜自所述磁光记录介质的信号记录面返回的会聚光束中通过透射分离第一偏振光分量，和通过反射分离第二偏振光分量；

光检测器，用以接受由所述分束器分离的返回光束；

其中由所述分束器分离的所述第二偏振光分量的反射系数Rs在以下范围内：

               85％≤Rs≤95％。

7、一种根据权利要求6所述的光学头，其中所述分束器包括两个互相附着的玻璃块，所述二玻璃块表面的接触面在相对于光轴倾斜45°的情况下起半透半反平面的作用。

8、一种根据权利要求6所述的光学头，其中所述分束器的半透半反平面包含这样的多层，即，将氧化钛(TiO₂)层、二氧化硅(SiO₂)层、硅(Si)层和铬(Cr)层依次形成于所述二玻璃块的一个表面上。

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