专利名称：激光头装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及从光盘等信息记录媒体读取信息的激光头装置。
例如，记录于激光数字唱片(CD)的记录信息，可作为设于盘面的凹坑串(光道)存储起来，读取该记录信息的激光头装置常用三光束法和像散性像差法。
使用这种三光束法或像散性像差法的激光头。通过全息元件的衍射光栅、光束分离器，将来自光源(半导体激光器)的光用物镜聚光，并将相干光照射到光盘信息光道(凹坑串)上，其反射光通过上述物镜、光束分离器和柱面透镜，导向由6个光敏元件构成的光检测器。
三光束法通过上述衍射光栅将光源的光分割成0级光和±1级衍射光的3根光束，并汇聚到光盘上使得3个光点与信息光道成若干角度排列。然后伺服控制使得其两端±1级衍射光点的反射光信号(副光束信号)的强度总是相等，也即，用各个光敏元件接收来自±1级衍射光点的副光束信号，再用减法器求得各光敏元件输出的差，得到循迹误差(TE)信号，并根据该循迹误差信号进行伺服，始终将0级光点的位置保持在光道中央。
像散性像差法由上述柱面透镜对光盘面的反射光光束产生像散性像差，而聚焦偏差引起的光点形状(椭圆方向和椭圆度)变化，则由各加法器分别将设置在上述2个光敏元件间的4个光敏元件(接收上述0级光的光敏元件)中成对角的2个元件输出相加，再用减法器算出各加法器的输出差，从而测得聚焦误差(FE)信号。通过取上述4个光敏元件输出的总和获得高频(RF)信号作为数据信号。
上述激光头装置，如上所述，由于取4个光敏元件输出的总和得到作为数据信号的高频(RF)信号，光功率密度高的信号光点的中心部处于4个光敏元件的分隔线(非光敏区)上，故会因光点直径的增减或光点位置移动使高频输出信号的大小发生变化。也即，用于循迹、聚焦控制的透镜传动装置的自身动作会引起输出信号变动。
因此，本发明的目的在于提供一种激光头装置，其结构上不存在光检测器的非光敏区的影响，而且光束即使来回2次通过全息元件也不产生不需要的衍射光，从而提高了误差信号检测精度及光的利用效率。
下面，参照附图，说明本发明的实施例。
图1为表示本发明第一实施例中激光头装置的基本结构图；图2为说明光束经全息元件聚束于光盘记录面上情况的原理图；图3为表示光盘面中5个光点照射状况的平面说明图；图4为全息元件光栅线条的图解；图5为表示构成光检测器的光敏元件的受光面上光点状态的说明图；图6为表示从光检测器各元件获得RF信号、FE信号、TE信号的接线状态的电路说明图；图7为表示上述第一实施例中光检测端光点重复状态的说明图；图8为表示上述第一实施例所示全息元件中用的一例全息元件的横剖面图；图9为表示本发明中全息元件另一实施例的横剖面图；图10为表示本发明中全息元件又一实施例的横剖面图；图11为表示本发明中全息元件再一实施例的横剖面图；图12为表示本发明中全息元件其它实施例的横剖面图13为表示本发明第二实施例中激光头装置的基本结构图；图14为表示本发明第三实施例中激光头装置的基本结构15为表示本发明第四实施例中激光头装置的基本结构16表示本发明中全息元件的再一其它实施例，(a)为顶视图，(b)为正视图；(c)为底视图；图17为表示通过图16所示全息元件照射到光盘面上的3个光点状态的平面说明图；图18为表示使用图16所示全息元件时光检测端的光点状态说明图；图19为表示使用图16所示全息元件时光检测器的配置及从光检测器各元件输出获得RF、FE、TE信号的接线状态的说明图；图20为表示图16所示全息元件2区域光栅间距相互完全相等情况下光检测端的光点状态的说明图；图21为表示图16所示全息元件另一例的图，(a)为正视图，(b)为顶视图；图22为表示通过使用图21所示全息元件照射到光盘面上的3个光点状态的平面说明图；图23为表示制造全息元件情况一例的说明图；图24为表示光源波长变动时光检测器上产生光点移动及聚焦偏差的原理说明图；图25为表示安装于本发明安装架实施例中的激光头装置的基本结构图；图26为表示安装于本发明安装架另一实施例中激光头装置的基本结构图。
图1为本发明第一实施例中激光头装置模式结构的图解。首先开始说明通过本发明全息元件的会聚光的位置关系。为了方便起见，说明末配置图中λ/4片90的情况。
在该激光头装置中，将构成光源的半导体激光器11的发射光分割成多个光束的全息元件12一体制作在作为光束分离器(如半透半反镜13)的光入射面上。即，半导体激光器11的发射光经该全息元件12分割成多根光束，同时由光束分离器13将这种分割光导向物镜14，作为多个光点聚焦于光盘15的记录面上。这些光点由光盘15分别反射再次通过物镜14，经过全息元件12和光束分离器13后，在光检测器16的焦平面上成像。
这里，如图2和图4所示，上述全息元件12大致在光轴上被与记录媒体光道延展方向垂直的线所分为两部分。此分隔线在图2光盘15上的衍射光A′±，B′±覆盖光道的边缘(对于光道125至少有一级衍射光点A′±，如图3中光点121，123所示)的方向上延伸。以该分割线为界，形成一对衍射条件互异的衍射光栅(凹凸形状的光栅)，即具有光栅间隔和光栅方向不同的衍射光栅12A，12B，使得上述分隔线两侧的衍射条件不同。
首先，根据全息元件12的作用，用图2的原理图具体说明用作读出凹坑信号的主光束的0级衍射光束(0级光)和用于检测聚焦误差及循迹误差的副光束的±1级衍射光束(±1级光)聚束于记录面上某个位置处的情况。从半导体激光器11射出的入射于上侧衍射光栅12A的光束中，无衍射的0级光通过衍射光栅12A，经光束分离器13(图2中未示)反射，入射到物镜14，聚束于点L′。另一方面，受到衍射的±1级衍射光，就像在以半导体激光器11位置L为中心、与光轴对称的虚像A+、A-处有光源那样，入射到物镜14，聚束于点A′+，A′-。即，从衍射光栅12A射出的光束，通过物镜14，聚束于记录面上各个相应位置处(共轭点)，对于0级光聚束于与L共轭的点L′上，对于±1级光，聚束于A+、A-的共轭点A′+、A′-上。
关于从半导体11射出、入射于图2下侧衍射光栅12B的光束也可与上述一样考虑，分别对于0级光聚束于与L共轭的点L′上，对于±1级光聚束于B+、B-的共轭点B′+、B′-上。因此，半导体激光器11射出的光经全息元件12的上下衍射光栅12A、12B的作用，变成0级衍射和±1级衍射的光束，经光束分离器13反射通过物镜14后，作为L′、A′+、A′-、B′+、B′-的5个光点聚束于光盘15的记录面上。
从光盘15记录面的垂直方向看光点如图3所示。光道125中心的光点120是0级衍射光，其它4点为±1级衍射光。这里，衍射光栅12A的±1级衍射光点121、123处于以中心光点120为点对称的位置上，同样，衍射光栅12B的±1级衍射光点122、124也处于以中心光点120为点对称的位置上，各个光点的位置，取决于各衍射光栅12A、12B的各光栅间隔和光栅方向，因而可使各±1级衍射光聚束于光道的适当位置上。对各个衍射光栅开口形状取富氏变换就能获得这些±1级衍射光的光点的大致形状。
下面，说明光检测器16上的光点。光盘15上的上述5个光点，分别由光盘15反射再次通过物镜14，通过该物镜14的全部光束作为0级透射光通过全息元件12和光束分离器13，由光检测器16接收。
光检测器16端焦平面上的光点相关位置与上述记录面上的光点相关位置一样，构成共轭关系。因此，上述光检测器16对应于上述5个光点，由图5所示5组光敏元件构成。图5(a)(b)(c)表示各个不同的受光状态。
当物镜14和光盘15的位置关系在光轴方向或与光轴垂直方向上移动时，光点形状及光点位置在记录面和光检测器端焦平面上发生同样的变化。用图5说明物镜14和光盘15位置关系在光轴方向上的变化，也即对应于聚焦偏差的光检测器16上的光点变化。
焦点对准时，如图5(b)所示，0级光的光点50为中心，衍射光栅12A的±1级衍射光的光点51、53和衍射光栅12B的±1级衍射光的光点52、54位于上下，全部形成最小光点。而且，光点50位于光敏元件55的中心，±1级衍射光的光点51～54，其中心位于在光敏元件55两侧排成一列的配对光敏元件56a、56b～59a、59b的分隔线上。
另一方面，当物镜14和光盘15的距离靠近时，如图5(a)所示，0级光的光点50无位置变化，但直径变大，衍射光栅12A的±1级衍射光的光点51、53一边变大成与衍射光栅12A的开口形状相似一边其中心向图5上侧移动，衍射光栅12B的±1级衍射光的光点52、54一边变大成与衍射光栅12B的开口形状相似一边其中心向图5的下侧移动，衍射±1级光的光点51～54，其大部分位于配对光敏元件56a、56b～59a、59b的各分隔线的单侧。图5表示理想状态，仅位于单侧，但实际上因离焦等原因在另一侧也有部分。
反之，物镜14和光盘15的距离隔远时，如图5(c)所示，0级光的光点50无位置变化而直径变大，衍射光栅12A的±1级衍射光的光点51、53一边变大成与衍射光栅12A的上下反向开口形状相似一边其中心向图5下侧移动，衍射光栅12B的±1级衍射光的光点52、54一边变大成与衍射光栅12B的上下反向开口形状相似一边其中心向图5上侧移动。
因此，如图6所示，通过采集构成光检测器16的各光敏元件55、56a、56b～59a、59b的输出的电路，就能获得FE信号、TE信号。即，用比较器60、61上下相反地比较配对光敏元件56a、56b和57a、57b的输出和配对光敏元件58a、58b和59a、59b的输出，再用比较器62比较该结果，用这样连接的电路能获得作为聚焦偏差信号的FE信号。若以上述方式得到FE信号，即使半导体激光器11的波长发生变动，也能通过比较获得能消除该波长变动的影响的效果。
另一方面，关于检测物镜14和光盘15位置关系中的跟踪方向偏差，与一般的三光束法情况相同，如图6所示，用加法器63、64分别将配对光敏元件56a、56b和57a、57b的输出，配对光敏元件58a、58b和59a、59b的输出相加，再用比较器65比较上述结果，用这样连接的电路能获得作为循迹偏差的信号TE信号。再有，仅用配对光敏元件56a、56b和58a、58b的输出，或配对光敏元件57a、57b和59a、59b的输出，也能获得TE信号。
至于RF信号，随着对焦程度的不同仅有0级衍射光的光束直径发生增减，光点总是位于光检测器16的光敏元件55上。因此，任何情况下不会产生已有技术中光检测元件非光敏区的影响。
然而，在上述激光头装置中，光束往复2次通过全息元件12，不仅在往程而且在返程都发生衍射，这种情况如图7所示，在光检测端会发生光点重叠，从而降低了误差信号的检测精度。
参照图7说明因这种不需要的衍射光产生光点重叠的情况。分式所示符号中的分子分别表示往程的0级光和±1级光，分母分别表示返程的0级光和±1级光，如0/0表示往返程中均为0级光；A+1/0表示往程中为衍射光栅12A产生的+1级衍射光，返程中为0级光；B+1/A-1表示往程中为衍射光栅12B产生的+1级衍射光，返程中为衍射光栅12A产生的-1级光。因此，由往返程中光束的0级光，±1级光构成的组合全部有17种。在本实施例中如图7所示，将衍射光栅12B的光栅间距作成衍射光栅12A的光栅间距的一半，所以在光检测端形成白圆点所示的光点(0/0的情况)和其他用黑圆点所示的光点。也即，在白圆点所示光点(0/0)场合外生成6个光点，这些黑圆点所示光点全部发生重叠，因此降低了误差信号检测精度。
本发明针对上述问题，通过在上述记录媒体与含有上述全息元件的上述全息元件之间设置防止产生上述记录媒体反射光引起的不需要的衍射光的衍射光发生防止手段，具体而言设置λ/4片90，同时对上述全息元件12采用图8所示的全息元件22，来抑制上述误差信号检测精度的下降。
也即在图8中，符号13表示作为光束分离器的如半透半反镜，在该半透半反镜13的表面上形成金红石相的氧化钛(金红石型氧化钛)的定向膜。该金红石型氧化钛定向膜，在光轴附近由分割线配对的两区域中分别形成凹凸周期光栅22A、22B，该金红色型氧化钛定向膜的凹部底面深挖至半透半反镜13的表面。这些周期光栅22A、22B相互衍射条件不同，光栅线条与图4所示例相同。即，具有经衍射将光束分割获得5根光束的功能。
在由上述金红石型氧化钛定向膜的凹部(即金红石型氧化钛定向膜凸部的侧面和半透半反镜13表面所包围的区域)，填充折射率nc的物质22c，该折射率nc等于上述金红石型氧化钛定向膜对于异常光的折射率ne。因此，对异常光没有折射率差，故不产生衍射光；对正常光产生折射率差，起相位光栅作用，从而产生衍射光。即，图8所示全息元件22，对特定的偏振光成分(上述说明中的正常光成份)，产生衍射，而对与该偏振光成分正交的偏振光成分(上述说明中的异常光成分)没有衍射功能，使其透过。
因此，由于该全息元件22备有在光轴附近由分隔线分为两部分并以该分隔线为界构成衍射条件不同的一对衍射光栅22A、22B，同时设置得使对光源发射的偏振光成分衍射，故当半导体激光器11来的光束(线偏振光)通过全息元件22时，在一衍射光栅22A中产生0级光和例如A±1级光的光束，在另一衍射光栅22B中产生0级光和例如B±1级光的光束，构成5根光束。这5根光束通过λ/4片90时，线偏振光变成例如右旋圆偏振光，该右旋圆偏振光通过物镜14以5根光束聚焦在光盘15上。从光盘15返回的光经该光盘15变成左旋圆偏振光后通过物镜14到达λ/4片90，该回程光通过λ/4片90时变成偏振光面已旋转90°的线偏振光。该偏振光面旋转90°的线性偏振光到达全息元件22时，使其透过，该5光束不衍射，故仅在往程中产生衍射光，返程中则不产生不需要的衍射光，这种透射光通过半透半反镜13聚焦在光检测器16上。
因此，光检测器16的光敏元件受光面上的光点状态与图5中所述状态相同，且用图6所述电路能分别获得RF信号，FE信号和TE信号。也即，本实施例中，在任何情况下都不存在光检测元件非光敏区的影响，从而能进行图像稳定特性优良的信号检测。
在本实施例中，全息元件22制作在半透半反镜13的上面，使全息元件22及半透半反镜13成为一体，能做得部件数少，结构简单，故可期望减低生产成本，提高生产率。
上述全息元件22虽由金红石型氧化钛制作，但并不限于此，也可用如聚二乙炔或方解石或水晶或铌酸锂制作。这种无机材料的金红石型氧化钛(双折射性材料)对正常光、异常光的折射率比上述方解石、水晶、铌酸锂等无机材料的大，具有使λ/4片90和全息元件22的膜厚减薄的优点。金红石型氧化钛比之上述聚二乙炔等有机材料还具有环境适应性好的优点。
关于对特定偏振光成分产生衍射而对与该偏振光正交的偏振光成分不起衍射作用使其透过的构成方面，并不局限于上述实施例中的全息元件22，也可用其它构成来代替。
图9为表示这种构成的全息元件，在折射率为ns＝1.51的钠玻璃构成的光学等向性基片111上形成作为双折射材料层的水晶132。该水晶132上形成凹凸周期光栅。该水晶对正常光折射率no为1.52，对异常光折射率ne为1.48，因而水晶132的凹部填充折射率nc＝1.48(等于上述水晶对异常光的折射率ne)的物质，如丙烯树脂113，这样构成的全息元件对异常光无折射率差，不产生衍射光。
图10为表示另一构成的全息元件，与图9结构的差别在于，水晶132凹部底面不下挖到玻璃基片111的表面，残留预定厚度，在凹部中充填丙烯树脂113，使得对异常光无折射率差，也能作成不产生衍射光的全息元件。
在图9及图10中，虽在水晶132凹部中充填折射率nc＝1.48(等于该水对异常光的折射率ne)的丙烯树脂132，但也可填充折射率nc＝1.52(等于对正常光的折射率no)的物质。此时对异常光有折射率差。产生衍射，对正常光无折射率差，不产生衍射。
另外，如图11所示，在结构上也可具有表面上形成凹凸状周期光栅的光学等向性基片111和用至少形成在该光学等向性基片111的凸部111a上的双折射材料构成的双折射材料层102，并在由上述光学等向性基片111和双折射材料层102构成的凹部111b中也可填充折射率与上述双折射材料的正常光折射率或异常光折射率的某一折射率相等的物质。还可做成如本申请人的特愿平6-100668号中所详细说明的那样，设定上述双折射材料层102的厚度d2和上述光学等向性基片111上形成的凹部111b的深度d1，使得上述光学等向性基片和双折射材料层102构成的凹部111b与凸部间的正常光相位差和异常光栅位差中任一个相位差是π的偶数倍，从而使回程光的偏振光成分透过。在上述实施例中，虽用玻璃基片作为光学等向性基片，用铌酸锂作为双折射材料，但并不限于此。
如图12所示，在结构上还可作成，在玻璃材料构成的光学等向性基片111上形成用铌酸锂构成的双折射材料112制作的凹凸状周期光栅，在上述凹凸状周期光栅的凹部中填充折射率与上述双折射材料的正常光折射率或异常光折射率的任一个相等的物质140，如钠玻璃，而且按照本申请人的特愿平6-100668号中的详细说明，为了使回程光的偏振光成分透过，上述充填物质的折射率(nc)与上述双折射材料的正常光折射率(no)、异常光折射率(ne)之间，具有下式所示关系nc＝no+m(no-ne)；(m＝±1，±2，±3……)＝ne+I(no-ne)；(I＝±1，±2、±3……)下面，图13为本发明第二实施例激光头装置的基本构成的图解，与图1实施例相同部分标以同一标号。
该第二实施例激光头装置与图1第一实施例不同点在于，将偏振光束分离器100用作光束分离器，同时，在该偏振光束分离器100与λ/4片90之间配置已说明过的全息元件22。半导体激光器11配置得使其发射光的偏振面垂直于纸面，该发射光对偏振光束分离器100是s偏振光，大部分光量经偏振光束分离器100反射射向全息元件22。如上所述，全息元件22结构上使得对正常光衍射，对异常光不衍射，并将方向性配设成指向纸面。因此，对全息元件22来说，半导体激光器11的发射光是正常光，与上述一样分割成5根光束。这些光束透过λ/4片90就成为圆偏振光，通过物镜14后会聚在光盘15上。随着记录信息强度变化的反射光，再次通过物镜14穿透λ/4片90时，变成偏振面平行于纸面的光，到达全息元件2。
该回程光对全息元件22变成异常光，通过全息元件22不产生不需要的衍射光。该回程光对偏振光束分离器100成为P偏振光，该5光束无反射地透过偏振光束分离器100到达上述光检测器16。
因此，不用说，上述结构也能获得与先前实施例相同的效果，此外，偏振光光束分离器100比第一实施例中的半透半反镜13光的利用效率高，故可使半导体激光器11的驱动电流值减小，不仅延长了该半导体激光器11的寿命，而且也能降低装置整体的电力消耗。
除此之外，将全息元件22配置得使其表面相对于物镜14的光轴完全垂直，从而能减少光束倾斜通过全息元件22时(对应于图1第一实施例)产生的像散性像差等的影响，并能改善检测特性。如上述第一实施例，在使用平行平板构成半透半反镜13的情况下(参看图1)，当光束通过由该平行平板构成的半透半反镜13时存在产生像散性像差的问题，若按本实施例构成，则不产生像散性像差，并能使检测特性稳定。
图14为本发明第三实施例激光头装置基本结构的图解，与先前实施例相同部分标以同一标号。该第三实施例激光头装置，其与上述相同结构的全息元件22配置在全反射镜23与λ/4片90之间。因此，半导体激光器11的发射光由全反射镜23使光路上升，并导入全息元件22，经该全息元件22衍射分割成5根光束，该分割光通过λ/4片90导向物镜14，作为5个光点会聚于光盘15的记录面上。然后，该5个光点各自在光盘15上反射，再次通过物镜14，λ/4片90，由该λ/4片90使偏振面旋转90后到达全息元件22，5根光束照原样透过该全息元件22到达全反射镜23。
在本实施例中，是通过所谓的SCOOP(自耦合光拾取)方式来检测RF信号成分的。即，以光盘上记录信息调制强度的主光束，往程和返程都是0级光，不发生衍射，而且使用全反射镜，使主光束返回到半导体激光器11的激活层，半导体激光器11的振荡状态相应于记录信息而变，使半导体激光器11的光输出变化，从而由设置在该半导体激光器11背面通常用以检测半导体激光器11光输出的所谓监控光检测器55a能检测RF信号成分。用对半导体激光器11配置成钳夹状的，与图5及图6相同的4组配对光敏元件接收4根副光束的光。
在图14及下述的图15中，为了避免图复杂，光敏元件56a、56b、57a、57b，光敏元件58a、58b、59a、59b，作为一体描述，不各个分开，但实际上如图5及图6中说明那样，分成4组。
因此，按上述结构，勿用置言，也能获得与先前第二实施例相同的效果，此外，通过SCOOP方式可将作为光源的半导体激光器11和光检测器16邻接配置，如图14所示，可放在一个组件80内，因此可减少调节处，降低费用，提高生产率。除此之外，在半导体激光器11与物镜14间的光路中设有使光路弯折的全反射镜23，该全反射镜23使装置厚度下降，因此可装于重视携带性的如笔记本型个人计算机等的系统。
图15为本发明第四实施例激光头装置的基本结构的图解，与先前实施例相同部分标以同一符号。在该第四实施例激光头装置中，半导体激光器11(组件80)和光盘面15相对配置，其间从半导体激光器11侧开始依次配置着全息元件22，λ/4片90和物镜14，该全息元件22制作在大致与光轴垂直配置的透光性基片(如玻璃基片33)上。
因此，半导体激光器11射出的光，通过玻璃基片33后，由全息元件22分割成5根光束，该分割光通过λ/4片90导入物镜14，作为5个光点会聚到光盘15的记录面上。然后，该5个光点各自经光盘15反射再次经物镜14通过λ/4片90，该片90使偏振面旋转90°后，到达全息元件22，5根光束透过全息元件22原样不变，通过玻璃基片33，主光束返回到半导体激光器11，用配设在该半导体激光器11背后的RF用光敏元件55a检测RF信号，在对半导体激光器11配置成夹钳状的各组配对光敏元件56a、56b、57a、57b、58a、58b、59a、59b上分别接收副光束的光。即，在该第四实施例中，也采用所谓的SCOOP方式检测。
在上述实施例中，例如，至少在含有全息元件22的光学元件的单面，也即在图1所示光学元件中的全息元件22的露出面及半透半反镜13的露出面中的至少一面上形成防止反射膜，防止反射，提高了光的总利用效率，使半导体激光器11的驱动电流值降低，延长了该半导体激光器11的寿命，并能降低装置整体的电力消耗。
在图13至图15所示的全息元件22及λ/4片90中至少一个的至少单面上形成防止反射膜，防止反射，与上述一样，能提高光的利用效率。
如图14及图15所示，用透明材料的玻璃盖81封住半导体激光器11和光检测器16，并在该玻璃盖81的表面上形成防止反射膜，防止反射，与上述一样，可提高光的利用效率。
可将图13至图15所示全息元件22和λ/4片90表里形成一体(图15中还可与基片33一体化)，减少部件数目，使结构简单，从而可降低成本提高生产率。因此，如上所述，在将全息元件22和λ/4片90里外一体化情况下，希望λ/4片90的材料与全息元件22的相同，例如可用金红石型氧化钛、聚二乙炔、方解石、水晶，或铌酸锂等制作。这样，若用同一材料构成全息元件22和λ/4片90，就能用同一制造装置制作，可简化制造工序，并可谋求降低制造成本。而且，即使在表里不一体化情况下，若用同一材料制作，毋用说，也能获得上述效果。再有，如上所述，在表里一体化的光学元件的至少单面上形成防止反射膜，与上述一样也能提高光的利用效率。
另外，可用不同材料构成全息元件22和λ/4片90，使得分别用最佳材料制作需加工光栅的全息元件22和需精密控制膜厚的λ/4片90，从而可谋求提高装置整体性能。
再有，可将全息元件22、λ/4片90、半导体激光器11和光检测器16安装固定于同一框体(如中空圆筒；未图示)内，使该框体可在物镜14的光轴方向及光轴周围旋转，例如，可转动框体调整形成在光盘15上的光点位置，比之分别独立转动调整全息元件22和光检测器16，前者调整更容易，其它调整也容易，而且整体结构简单，并可减少调整处，能谋求降低成本，提高生产率。
下面，图16表示本发明再一实施例中所用全息元件222的例子。在该实施例中，结构上做成具有一对衍射光栅222A、222B、合在作为光束分离器的如半透半反镜213上；该对光栅由分隔线222D大致在光轴上沿与媒体15的光道125延展方向垂直的方向隔开，并以该分隔线222D为界，衍射条件互不相同，即改变衍射间隔不同，例如取衍射光栅222B的光栅间距为衍射光栅222A的光栅间距的一半，使上述分隔线222D两侧衍射条件不同，与此同时，沿与媒体15的光道延展方向大致相同的方向，以相反的方向分别对光栅222A和222B刻齿。这里，刻齿的衍射光栅构成本发明中防止发生非所需衍射光的衍射光发生防止手段，在刻锯齿衍射光栅中，所刻锯齿的斜面方向能增强衍射强度，故在衍射光栅222A中产生0级光和例如+1级衍射光(A+1衍射光)(不产生-1级衍射光)；在衍射光栅222B中产生0级光和例如-1级衍射光(B-1衍射光)(不产生+1级衍射光)。也即，不产生A-1、B+1衍射光，如图17所示，在媒体15上形成0级光、A+1衍射光、B-1衍射光的3根光束；在光检测端，则如图18所示，原来的17根光束减到7根光束，同时完全消除了衍射光的重叠。
而且，如图19所示，光检测器16上在要利用的光点位置处分别配置RF用光敏元件PD5，配对光敏元件PD1、PD2，配对光敏元件PD3、PD4，使往程和返程均为0级光的0/0会聚于RF用光敏元件PD5上，A+1/0会聚于配对光敏元件PD3、PD4的分隔线上，B-1/0会聚于配对光敏元件PD1、PD2的分隔线上，从而能仅检测衍射光完全没有重叠的所需光点。
通过使构成光检测器16的各光敏元件PD5、PD1、PD2、PD3、PD4如图19所示那样进行输出，就能获得FE信号和TE信号。也即，通过线路接成用加法器70、71分别将配对光敏元件PD1、PD3的输出与配对光敏元件PD2、PD4的输出相加，并用比较器72比较其结果，可获得FE信号。另一方面，关于循迹方向偏差的检测，与一般的三光束法情况完全相同，TE信号是通过线路接成用加法器73、74分别将配对光敏元件PD1、PD2的输出与配对光敏元件PD3、PD4的输出相加，并用比较器75比较其结果获得的。关于RF信号，由RF用光敏元件PD5检测，随着对焦程度的不同仅使0级光的光束直径发生增减，光点始终位于RF用光敏元件PD5上，因此，完全不会发生已有技术例中所见的光检测元件非光敏区的影响。
特别是，在上述实施例中，对于光束往返2次通过的全息元件222，在光轴附近设有分为两半的衍射光栅222A、222B，并在与记录媒体15的光道延展方向大致相同的方向上，以相反的方向分别对上述衍射光栅222A、222B刻齿，同时使刻齿衍射光栅222A、222B的光栅间距相互不同，在一衍射光栅222A上产生0级光和例如+1级光的光束，在另一衍射光栅222B上产生0级光和例如-1级光的光束，这样，在记录媒体15上形成3根光束，在光检测器16上没有衍射光的重叠，可去除不需要的衍射光，从而可提高误差信号检测精度。在本实施例中，全息元件222制作在光束分离器213上，使两者一体化，减少了部件数目，简化了结构，从而可降低成本提高生产率。
可是，在上述实施例中，所用副光束的位置，由于刻齿衍射光栅222A、222B的光栅间距相互不同，如图19所示，夹在主光束(0级光)两端，三者成不等间隔配置。然而，因循迹伺服关系，最好副次光束夹在主光束(0级光)两端等间隔配置。也即，刻齿衍射光栅222A、222B的光栅间距最好大致相等。下面，说明这种情况下光检测端光点的状态。
图20表示刻齿衍射光栅222A、222B的光栅间距大致相等时光检测端光点的状态。也即，如图20所示，配对光敏元件PD1、PD2中，作为往程和返程中的光B-1/0和0/A+1重叠；配对光敏元件PD3、PD4中，A+1/0和0/B-1重叠。但是，这些重叠光点在光盘15变位时变化相同，故不影响分别将B-1/0和0/A+1，A+1/0和0/B-1一起使用。对于TE信号，O/A+1、0/B-1不具有TE信息，构成噪声，但由于在上述TE信号运算中的抵消而不构成问题。
也即，即使将刻齿衍射光栅222A、222B的光栅间距作得完全相等，也能减少光检测器16中的衍射光重叠，对于生成的部分重叠，如在FE检测中，由于与需要的衍射光变化相同而不形成噪声，如在TE检测中，由于可通过运算而抵消，能消除不需要的衍射光，故与上述一样，能谋求提高误差信号检测精度。
图21表示图16所示全息元件222的另一例，(a)为正视图；(b)为顶视图。该全息元件232制作在作为光束分离器的例如半透半反镜213上，用分隔线232D大致在光轴上沿与媒体15的光道125延展方向相同的方向分为两半(分隔线232D的方向与光道125延展方向垂直)。于是，有一对光栅232A、232B，它们以该分隔线232D为界，衍射条件互异，即改变光栅间隔，如取衍射光栅232B的光栅间隔为衍射光栅232A的光栅间隔的一半，使上述分隔线232D两侧衍射条件不同，与此同时，在与媒体15的光道延展方向大致相同的方向上，以相反方向分别对衍射光栅232A，232B刻齿。
因此，在上述结构的全息元件232中，与前面所述一样，仅在所刻锯齿的斜面方向上发生衍射，媒体15上形成如图22所示的0级光，A+1衍射光、B-1衍射光等3光束(其中，图17所示A+1衍射光、B-1衍射光，光点形状旋转90°构成本实施例中的A+1衍射光、B-1衍射光)，全无衍射光重叠的现象。
也即，能取得与上述同样的效果。不用说，即使刻齿的衍射光栅232A、232B的光栅间隔大致相等，也能减少光检测器16上衍射光的重叠，同时对于生成的部分重叠，如对于FE检测，因其变化与所需衍射相同，故不构成噪声，又如对于TE检测，可通过远算将其抵消，去除不需要的衍射光，从而能获得与上述同样的效果。同样，能构成图像稳定特性良好的信号检测，同时，由于能将全息元件232及半透半反镜213构成一体，也能谋求降低生产成本，提高生产率。
上述全息元件222(或232)，可将例如2个刻齿的衍射光栅222A、222B(或232A、232B)粘合而成。此时，是将2个刻齿的衍射光栅222A、222B(或232A、232B)粘合后再贴于例如玻璃基片上，但也可先分别将衍射光栅222A、222B(232A、232B)贴于各自的玻璃基片上后，再粘合。
再有，也可使用光致聚合法(2P法)。即，如图23(a)所示，在底片(样片)76上形成与刻齿衍射光栅222A、222B(232A、232B)相对应的(相一致的)多个倾斜面，再与该底片76的多个倾斜面相对地配置玻璃基片33，并在该底片76与玻璃基片33之间填充如UV树脂等，经紫外线照射，若该UV树脂已硬化，则取下底片76，如图23(b)所示，可获得全息元件与玻璃基片33一体化的光学元件。
在上述制造方法中，也可用半透半反镜、全反射镜代替玻璃基片。
上述实施例的全息元件222(232)采用衍射光栅结构，该衍射光栅沿与光道延展方向大致相同的方向刻齿，故半导体激光器11的波长变动时，光点会在与光道延展方向大致相同的方向上移动。于是，在本实施例中，使用图16所示全息元件222，该全息元件222的分隔线222D在与光道延展方向大致相同的方向上，而且如图24所示，光检测器16中的配对光敏元件PD1、PD2、PD3、PD4的分隔线与上述方向一致。
因此，半导体激光器11的波长变动也引起光点的移动，该光点沿光道延展方向移动，故该光点不会移动到配对光敏元件PD1、PD2、PD3、PD4的另一侧，也即，以图24(a)为例，配对光敏元件PD1上的光点不会移动到配对光敏元件PD2上；配对光敏元件PD3上的光点不会移动到配对光敏元件PD4上，从而能减少波长变动的影响。
可是，上述结构虽然减少波长变动的影响，但为了对光道循迹需移动物镜14，也即如图24(b)所示，一旦在垂直于光道方向上移动时，则光点就进入配对光敏元件PD1、PD2、PD3、PD4的另一侧，从而产生聚焦偏差。
然而，在本实施例中，如图25所示，由全息元件222和玻璃基片33构成的光学元件，内含半导体激光器11和光检测器16的组件280，与物镜14一起装入壳体283中，使该壳体283可沿聚焦方向及循迹方向移动，上述对光道循迹时，不仅物镜14而且壳体283也移动，也即光学元件及组件280都在同一方向上移动，故不会产生上述聚焦偏差。
在图25中为了配置得使半导体激光器11与光盘面15垂直，设有向上反射镜82，用以将半导体激光器11发出的光束折向上方，该向上反射镜82也处于上述壳体83内。而且，也可将由全息元件222和透光性基片33构成的光学元件配置在向上反射镜82与物镜14之间。
上述结构，即将含有全息元件的光学元件、半导体激光器11、光检测器16与物镜14一起设在壳体283内的结构，也适用于图1、图14所示的激光头。
图26表示不发生上述聚焦偏差的另一结构。该例是一个将由全息元件222和玻璃基片33构成的光学元件，内含半导体激光器11和光检测器16的组件280，与物镜14一起装入壳体284中的例子。
毋用置言，该结构也能获得与图25中说明的同样效果。除此之外，对于形成在光盘15光道上的光点位置的调整，由于是以光轴为轴心转动上述壳体284进行的，故比之各自独立地转动全息元件、光检测器的调整要容易进行，因此，可谋求降低生产成本和提高生产率。
在以上实施例中，关于光盘的激光头说明也适用于激光磁盘。
如上所述，按照本发明的激光头装置，在结构上，设有防止记录媒体反射光产生不需要的衍射光的衍射光发生防止手段，具体而言，在光束往返2次通过的全息元件与物镜之间设有λ/4片；全息元件2设有用分隔线在光轴附近分为两半并以该分隔线为界的一对衍射条件不同的衍射光栅，这些衍射光栅使光源射出的偏振光成份衍射，经过上述λ/4片使偏振面旋转90°的回程光偏振成分透过，因而往程中衍射产生的5根光束在返程中不衍射，穿透该光栅，导向光检测器或返回光源，衍射光仅发生在往程中，返程中不产生不需要的衍射光，故能提高误差信号检测精度和提高光的利用率。
按照本发明的激光头装置，对光束往返2次通过的全息元件设置在光轴附近分为两半的衍射光栅，而且有防止记录媒体反射光产生不需要衍射光的衍射光发生防止手段，即这两部分衍射光栅在与记录媒体的光道延展方向大致相同的方向上，分别以相反的方向进行刻齿，使一衍射光栅中产生0级光和例如+1级光的光束，另一衍射光栅中产生0级光和例如-1级光的光束，在记录媒体上形成3根光束，减少了光检测器中的光的重叠，或没有重叠，除去不需要的衍射光，从而能提高误差信号检测精度。
权利要求
1.一种激光头装置，光源的发射光通过全息元件和物镜后照射记录媒体，该记录媒体的反射光又通过上述物镜和上述全息元件导向光检测器，以读取信息信号，其特征在于，所述全息元件通过用分隔线在光轴附近分为两半并以该分隔线为界形成衍射条件不同的一对衍射光栅构成，同时在上述记录媒体与包含上述全息元件的全息元件之间设有防止来自上述记录媒体的反射光产生不需要的衍射光的衍射光发生防止手段。
2.如权利要求1所述的激光头装置，其特征在于，所述衍射光发生防止手段包括设于所述全息元件与物镜之间的λ/4片，和做成透过该λ/4片所造成偏振面旋转90°的回程光偏振成份的所述全息元件。
3.如权利要求2所述的激光头装置，其特征在于，所述全息元件在结构上用双折射材料制成的凹凸状周期光栅制作在光学等向性基片上，同时在上述凹凸状周期光栅的凹部内填充折射率与上述双折射材料中正常光折射率或异常光折射率的某一个相等的物质。
4.如权利要求1所述的激光头装置，其特征在于，所述衍射光发生防止手段做成将构成所述全息元件的一对衍射光栅在与所述记录媒体中光道延展方向大致相同的方向上，分别以相反的方向刻齿。
5.一种激光头装置，光源的发射光通过全息元件和物镜照射记录媒体，该记录媒体的反射光又通过上述物镜和上述全息元件导向光检测器，以读取信息信号，其特征在于，所述全息元件与物镜之间配置λ/4片，同时该全息元件备有用分隔线在光轴附近分为两半，以该分隔线为界衍射条件不同的一对衍射光栅，而且这对衍射光栅做成衍射所述光源发射的偏振光成分，透过利用上述λ/4片将偏振面旋转90°的回程光偏振成分。
6.如权利要求5所述的激光头装置，其特征在于，结构上使上述记录媒体的反射经过上述物镜、λ/4片和全息元件返回到上述光源，利用配置在所述光源背后的光敏元件将对应于记录信息的返回光量所调制的光源振荡状态变化，作为光源出射光的强度变化进行检测，以读取上述记录信息。
7.如权利要求6所述的激光头装置，其特征在于，所述光源及光检测器靠近配置，并放入同一组件。
8.如权利要求7所述的激光头装置，其特征在于，内含上述光源及光检测器的组件，用透明材料封装，且在该透明材料的表面上形成防反射膜。
9.如权利要求8所述的激光头装置，其特征在于，上述全息元件、λ/4片、光源和光检测器安装在公共的框体中，该框体可在物镜的光轴方向及光轴周围旋转。
10.如权利要求5所述的激光头装置，其特征在于，上述全息元件和λ/4片里外形成一体，且上述全息元件对着光源侧、上述λ/4片对着物镜侧配置。
11.如权利要求10所述的激光头装置，其特征在于，上述全息元件、λ/4片的至少单面上形成防反射膜。
12.如权利要求5所述的激光头装置，其特征在于，上述全息元件和λ/4片，可用聚二乙炔、方解石、水晶、铌酸锂或金红石相氧化钛等构成。
13.如权利要求5所述激光头装置，其特征在于，上述全息元件、λ/4片的至少一方的至少单面上形成防反射膜。
14.如权利要求1所述的激光头装置，其特征在于，结构上使得上述衍射条件不同的一对激光光栅将来自上述光源的光分割成5根光束照射到上述记录媒体上；上述光检测器具有分别接收上述5根光束的5个光敏部；上述5个光敏部中的一个用作数据信号重放用光敏部，其余4个用于取得聚焦误差信号及循迹误差信号。
15.如权利要求14所述的激光头装置，其特征在于，结构上使得上述全息元件形成由双折射材料制作在光学等向性基板上的凹凸状周期光栅，同时在上述凹凸状周期光栅的凹部中填充折射率等于上述双折射材料中正常光折射率或异常光折射率的某一个的物质，使回程光的偏振成分透过。
16.如权利要求15所述的激光头装置，其特征在于，上述双折射材料可由聚二乙炔、方解石、水晶、铌酸锂、或金红石相氧化钛等构成。
17.如权利要求15所述的激光头装置，其特征在于，上述数据信号重放用光敏部由一个光敏元件构成，上述其余4个光敏部分别由2个配对光敏元件构成。
18.如权利要求14所述的激光头装置，其特征在于，结构上使得上述全息元件形成由双折射材料制作在光学等向性基片上的凹凸状周期光栅，同时将上述凹凸状周期光栅的凹部与凸部间的间隔设置得使上述凹凸状周期光栅的凹部与凸部间的正常光相位差和异常光相位差中的某一个是π的偶数倍，使得回程光的偏振成分透过。
19.如权利要求14所述的激光头装置，其特征在于，结构上使得上述全息元件具有表面上形成凹凸状周期光栅的光学等向性基片和至少形成在该光学等向性基片表面凸部上的，用双折射材料制作的双折射材料层，将上述双折射材料层的厚度和形成在上述光学等向性基片表面凹部的深度设置得使用上述光学等向性基片和双折射材料层形成的凹部与凸部间的正常光相位差和异常光相位差中的某一个为π的偶数倍，使得回程光的偏振成分透过。
20.如权利要求14所述的激光头装置，其特征在于，结构上使得上述全息元件作成用双折射材料制作在光学等向性基片上的凹凸状周期光栅，同时将填充物质填充到上述凹凸状周期光栅的凹部中，且上述填充物质的折射率(nc)与上述双折射材料的正常光折射率(no)、异常光折射率(ne)之间具有下述关系式nc＝no+m(no-ne)；(m＝±1，±2，±3……)＝ne+I(no-ne)；(I＝±1，±2、±3……)
21.一种激光头装置，光源的发射光经过全息元件照射到记录媒体上，该记录媒体的反射光也经过上述全息元件导向光检测器，以读取信息信号，其特征在于，上述全息元件备有在光轴附近分为两半的衍射光栅，这对衍射光栅在与上述记录媒体光道延展方向大致相同的方向上，分别以相反的方向刻齿。
22.如权利要求21所述的激光头装置，其特征在于，上述全息元件的分隔线的方向与记录媒体的光道延展方向大致相同。
23.如权利要求21所述激光头装置，其特征在于，上述全息元件的分隔线的方向与记录媒体的光道延展方向大致垂直。
24.如权利要求21所述的激光头装置，其特征在于，分为两半且分别刻齿的衍射光栅，其两部分的光栅间距大致相等。
25.如权利要求21所述的激光头装置，其特征在于，分为两半且分别刻齿的衍射光栅，其两部分的光栅间距不同。
26.如权利要求21所述的激光头装置，其特征在于，结构上使得记录媒体的反射光通过全息元件返回到光源，并用配置在该光源背后的光敏元件将对应于记录信息的回程光量所调制的光源振荡状态的变化作为光源发射光强度变化进行检测，以读取上述记录信息。
27.如权利要求21所述的激光头装置，其特征在于，全息元件由2个刻齿的衍射光栅粘合而成。
28.如权利要求21所述的激光头装置，其特征在于，全息元件由光致聚合法制成。
全文摘要
一种激光头装置，在光束往返2次通过的全息元件和物镜之间配置λ/4片，该全息元件设有在光轴附近用分隔线分为两半并以该分隔线为界衍射条件互异的一对衍射光栅。该光栅使光源射出的偏振光成分衍射，却使利用λ/4片将偏振面旋转90°的回程光偏振成分透过，因而往程中产生衍射的5根光束在返程中透过，导向光检测器，不产生非所需衍射光。此激光头装置能提高误差信号检测精度和光的利用效率。
文档编号G11B7/12GK1162812SQ9610058
公开日1997年10月22日 申请日期1996年6月20日 优先权日1996年6月20日
发明者武田正, 林善雄, 竹添秀男, 石川谦 申请人:株式会社三协精机制作所