DE3785118T2

DE3785118T2 - Optischer wiedergabekopf.

Info

Publication number: DE3785118T2
Application number: DE8787112831T
Authority: DE
Inventors: Hiroshi Nishihara; Toshiaki Suhara; Hiroshi Sunagawa
Original assignee: Fuji Photo Film Co Ltd
Current assignee: Fujifilm Holdings Corp
Priority date: 1986-09-02
Filing date: 1987-09-02
Publication date: 1993-07-08
Anticipated expiration: 2007-09-03
Also published as: EP0258890B1; DE3785118D1; EP0258890A2; US4885732A; EP0258890A3

Description

Die Erfindung betrifft einen optischen Wiedergabekopf mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
Ein solcher optischer Wiedergabekopf ist aus der DE-A-35 22 849 bekannt.
In den letzten Jahren werden optische Aufzeichnungsmedien, wie optische Disks weit verbreitet als Aufzeichnungsmedien für Bildsignale, Tonsignale od. dgl. verwendet. Signale werden auf dem optischen Aufzeichnungsmedien in Form von Vertiefungen, unterschieden in der Reflektivität od. dgl. aufgezeichnet und werden durch Verwendung eines optischen Widergabekopfes erfaßt (im folgenden wird auf den Fall Bezug genommen, in dein die Signale unter Verwendung von Vertiefungen aufgezeichnet werden). Der optische Wiedergabekopf ist zum Belichten der Oberfläche des optischen Aufzeichnungsmediums mit Licht, wie beispielsweise einem Laserstrahl und zum Erfassen des Pegels des von dem optischen Aufzeichnungsmedium reflektierten Licht ausgebildet, wodurch das Vorhandensein oder das Fehlen einer Vertiefung in der Oberfläche des optischen Aufzeichnungsmediums erfaßt wird.
Neben der Funktion des Erfassens der aufgezeichneten Signale, wie oben erwähnt, sind bei dem optischen Wiedergabekopf die Funktion zur Erfassung von Abtastfehlern, d.h., die Funktion zum Feststellen, ob der Lichtstrahl zur Erfassung einer Vertiefung nach links oder rechts von der Mitte einer bestimmten Vertiefungskette (Spur) abweicht, und die Funktion zum Erfassen eines Fokussierungsfehlers, d.h. die Funktion zum Feststellen, ob der Fokussierungspunkt des Lichtstrahls nach hinten oder nach oben gegenuber der Reflexionsfläche des optischen Aufzeichnungsmediums abweicht, vorgesehen. Ein den Abtastfehler oder den Fokussierfehler darstellendes Signal wird zur Steuerung des Abtastens oder Fokussierens so verwendet, daß dieses Signal verschwindet. Auf diese Weise wird der Lichtstrahl genau auf die vorbestimmte Spur eingestrahlt oder der Lichtstrahl genau auf die Reflexionsfläche des optischen Aufzeichnungsmediums fokussiert. Als Verfahren zum Erfassen eines Abtastfehlers sind bisher bekannt, die Gegentakttechnik, die Heterodyntechnik, eine zeitliche (Zeitdifferenz)-Erfassungstechnik und weitere solcher Techniken. Andererseits sind als Verfahren zum Erfassen eines Fokussierfehlers bekannt, die Astigmatismustechnik, die Erfassungstechnik des kritischen Winkels, die Foucault-Technik und weitere solcher Techniken.
Um die vorstehenden Funktionen bereitzustellen, ist ein bekannter optischer Wiedergabekopf aus kleinen optischen Bauteilen, wie einem Strahlteiler zum Abtrennen eines Lichtstrahls, der von einem optischen Aufzeichnungsmedium reflektiert wird, von einem auf das optische Aufzeichnungsmedium eingestrahlten Lichtstrahl, eine Linse zum Bündeln des reflektierten Lichtstrahls in die Nähe eines Fotodetektors, wie einer Fotodiode und ein Prisma zum Durchführen der Abtastfehlererfassung und der Fokussierfehlererfassung, aufgebaut.
Allerdings erfordern die genannten kleinen, optischen Bauteile eine genaue Herstellung oder Verarbeitung. Weiterhin muß eine schwierige Justierung der Positionen der kleinen optischen Bauteile relativ zueinander zum Zeitpunkt des Zusammenbaus des optischen Wiedergabekopfes durchgeführt werden. Deshalb wird ein optischer Wiedergabekopf mit solchen optischen Bauteilen natürlich teuer. Weiterhin ist ein optischer Wiedergabekopf mit dem oben erwähnten Aufbau groß und schwer und ist daher unter dem Gesichtspunkt der Herstellung eines kleinen und leichten Wiedergabekopfes und der Verkürzung der Zugriffszeit von Nachteil.
Folglich sind verschiedene Versuche unternommen worden, die obenstehenden Nachteile des bekannten optischen Wiedergabekopfes durch Vereinfachung des Aufbaus durch Verwendung beispielsweise von speziellen optischen Bauelementen, wie einer nichtsphärischen Linse zu vereinfachen. Allerdings sind optische Bauteile dieser Art sehr teuer und daher werden die Kosten des optischen Wiedergabekopfes mit solchen optischen Bauteilen nicht viel niedriger als die Kosten des vorher genannten optischen Widergabekopfes, auch wenn der Aufbau vereinfacht ist.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen optischen Wiedergabekopf herzustellen, der klein und leicht ist und kostengünstig herstellbar ist.
Diese Aufgabe ist bei einem optischen Wiedergabekopf mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Bevorzugte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen offenbart.
Bei dem erfindungsgemäßen optischen Wiedergabekopf werden die Auswirkungen der optischen Bauteile, wie von einem Strahlteiler, einer Linse, einem Prisma od. dgl. beim bekannten optischen Wiedergabekopf durch fokussierende Gitterkoppler erzielt, die auf dem optischen Wellenleiter gebildet sind oder durch eine Gitterlinse gebildet werden. Daher kann der erfindungsgemäße optische Wiedergabekopf klein und leicht mit einer sehr geringen Anzahl von Teilen hergestellt werden. Entsprechend sind die Kosten für den Kopf merklich niedriger und die Zugriffs zeit kann im Vergleich zum bekannten Wiedergabekopf verkürzt werden.
Weiterhin können die Hauptteile des erfindungsgemäßen optischen Wiedergabekopfes leicht durch Planartechnik in Massen hergestellt werden. Dies unterstützt eine Reduktion der Kosten des Kopfes.
Der erfindungsgemäße optische Wiedergabekopf benötigt keine Justierung der Stellungen der optischen Bauelemente, wie beim bekannten Wiedergabekopf. Bei einem erfindungsgemäßen optischen Wiedergabekopf mit am optischen Wellenleiter gekoppelten Fotodetektoren ist es weiterhin nicht mehr notwendig, eine Justierung der Position des Fotodetektors hinsichtlich der optischen Bauelemente durchzuführen. Dies führt zu einer weiteren Reduktion der Kosten des Kopfes.
Bei dem erfindungsgemäßen optischen Wiedergabekopf ist sowohl der erste als auch zweite fokussierende Gitterkoppler ein Beugungsgitter mit einer Krümmung oder einer Krümmung und einem "Zwitschern" ("chirp"). Der fokussierende Gitterkoppler koppelt direkt die Wellenoberfläche außerhalb des optischen Wellenleiters mit der Wellenoberfläche der innerhalb des optischen Wellenleiters geführten optischen Welle und bündelt die geführte optische Welle im optischen Wellenleiter.
Bei dem zuerst erwähnten erfindungsgemäßen, optischen Wiedergabekopf wird der durch das optische Aufzeichnungsmedium reflektierte Lichtstrahl durch den ersten und zweiten fokussierenden Gitterkoppler in den optischen Wellenleiter eingekoppelt und wird folglich vom optischen Weg des von der Lichtquelle in Richtung des optischen Aufzeichnungsmediums sich fortpflanzenden Lichtstrahl getrennt. Dieser Effekt stimmt mit dem Effekt des Strahlteiles beim bekannten optischen Wiedergabekopf überein. Weiterhin bündelt der erste und zweite fokussierende Gitterkoppler die geführte optische Welle (reflektierter Lichtstrahl) in den optischen Wellenleiter. Der Konvergenzeffekt des ersten und zweiten fokussierenden Gitterkopplers ist der gleiche, wie der der Linse beim bekannten optischen Wiedergabekopf. Außerdem, da zwei fokussierende Gitterkoppler an den oben erwähnten Positionen angeordnet sind, wird der von dem optischen Aufzeichnungsmedium reflektierte und auf die fokussierenden Gitterkoppler einfallende Lichtstrahl in zwei geführte optische Wellen in Abtastrichtung aufgeteilt und in zwei Punkten konvergiert. Dies ist der gleiche Effekt wie bei dem Prisma des bekannten optischen Wiedergabekopfes.
Im folgenden wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die in der Zeichnung beigefügten Figuren näher erläutert und beschrieben.
Es zeigen:
Fig. 1 eine Seitenansicht einer Ausführungsform des optischen Wiedergabekopfes gemäß der Erfindung;
Fig. 2 eine schematische Draufsicht auf den optischen Wellenleiter nach Fig. 1 und die für die Ausführungsform verwendete elektrische Schaltung;
Fig. 3 eine Seitenansicht des Fotodetektors der Ausführungsform nach Fig. 1;
Fig. 4 und 5 Seitenansichten weiterer Ausführungsformen des optischen Wiedergabekopfes gemäß der Erfindung;
Fig. 6 eine Seitenansicht des Fotodetektors der Ausführungsform nach Fig. 5;
Fig. 7, 8, 9 und 10 Seitenansichten weiterer Ausführungsformen des optischen Wiedergabekopfes gemäß der Erfindung; und
Fig. 11, 12 und 13 Seitenansichten weiterer Beispiele des Fotodetektors zur Verwendung bei dem erfindungsgemäßen optischen Wiedergabekopf.
Fig. 1 zeigt eine Ausführungsform des optischen Wiedergabekopfes gemäß der Erfindung und Fig. 2 zeigt eine Draufsicht auf einen optischen Wellenleiter der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform und eine elektrische Schaltung zur Verwendung bei dieser Ausführungsform. Gemäß Fig. 1 weist der optische Wiedergabekopf Stangen 11, 11 auf, die sich im wesentlichen senkrecht zur Figurenebene in Fig. 1 erstrecken. Ein Block 12 ist entlang der Stangen 11, 11 beweglich. Um entlang einer Kette von Vertiefungen (Spur) zu folgen, wird der Block 12 senkrecht oder im wesentlichen senkrecht zur Anordnungsrichtung der Vertiefungen 21 auf der optischen Disk 13 (d.h., in die durch den Fall U am Einfallspunkt des Lichtstrahls gekennzeichnete Richtung) durch beispielsweise einer Präzisionszuführschraube und einen Zuführmotor des optischen Systems geführt.
Der Block 12 weist auf: einen Halbleiterlaser 16 zum Emittieren eines Lichtstrahls (eines Laserstrahls) 15 auf einer Reflexionsfläche 14 der optischen Disk 13, eine Sammellinse 17 zum Sammeln des Divergenten, vom Halbleiterlaser 16 ausgestrahlten Lichtstrahls 15 und eine Objektivlinse 18 zum Bündeln des kollimierten Lichtstrahls 15 auf die Reflexionsoberfläche 14 der optischen Disk 13. Zum Zweck der Abtaststeuerung und Fokussiersteuerung, die im späteren beschrieben wird, ist die Objektivlinse 18 beweglich in einer Abtastrichtung senkrecht zur durch den Fall U bezeichneten Richtung und in einer durch den Fall V gekennzeichneten Fokussierrichtung beweglich gelagert. Sie ist in diese Richtungen durch eine Abtastspule 19 und eine Fokussierspule 20 bewegbar.
Ein optischer Wellenleiter 22 ist zwischen der Sammellinse 17 und der Objektivlinse 18 in einer solchen Richtung angeordnet, daß eine Oberfläche 22a des optischen Wellenleiters 22 einen von der optischen Disk 13 reflektierten Lichtstrahl 15' empfängt. Der optische Wellenleiter 22 ist auf einem transparenten Träger 22 gebildet. Weiterhin sind ein erster fokussierender Gitterkoppler 31 und ein zweiter fokussierender Gitterkoppler 32 zueinander benachbart auf der Oberfläche 22a des optischen Wellenleiters 22 an der Stelle angeordnet, an der der reflektierte Lichtstrahl 15' auftrifft. (Die fokussierenden Gitterkoppler werden im folgenden durch FGC bezeichnet). Jeder der FGC 31 und FGC 32 ist ein Beugungsgitter mit einer Krümmung oder einer Krümmung und einem "Zwitschern". Der FGC 31 und der FGC 32 koppeln entsprechend den reflektierten Lichtstrahl 15' in den optischen Wellenleiter 22 und bündeln den reflektierten Lichtstrahl 15' (optische Wellen 15', 15'), der folglich durch den optischen Wellenleiter 22 in einen einzelnen Punkt im optischen Wellenleiter 22 geführt wird. Nach Fig. 2 sind der FGC 31 und der FGC 32 Seite an Seite angeordnet, so daß eine y-Achse auf dem optischen Wellenleiter 22, die senkrekcht zu der vorstehend genannten Abtastrichtung ist und nahezu durch die Mitte des reflektierten Lichtstrahls 15' hindurchtritt, den FGC 31 und FGC 32 voneinander trennt. Weiterhin sind der FGC 31 und der FGC 32 zum Konvergieren der optischen Wellen 15', 15' an voneinander getrennten Positionen gebildet, wobei die y-Achse zwischen diesen hindurchtritt. Werden die Positionen auf dem optischen Wellenleiter 22 durch die y-Achse und eine x-Achse, d.h. die Achse in Abtastrichtung, in Fig. 2 definiert, sind die Koordinaten der Konvergenzpositionen der optischen Welle durch den FGC 31 und den FGC 32 entsprechend ausdrückbar durch (-Fx, Fy) und (Fx, Fy). Ein m-tes Gitterinuster eines jeden der FGC 31 und FGC 32 mit den erwähnten Effekten, ergibt sich gemäß:
= mλ + const.
(x 0, doppelte Vorzeichen in der gleichen Ordnung)
wobei λ die optische Wellenlänge des reflektierten Lichtstrahls 15', θ den Einfallswinkel des reflektierten Lichtstrahls 15' auf den FGC 31 und den FGC 32 und N den effektiven Brechungsindex des optischen Wellenleiters 22 bezeichnet.
Der optische Wellenleiter 22 kann beispielsweise durch Sputtern von #7059 Glas auf den Träger 23 aus Borsilikatglas hergestellt werden. Andererseits werden den FGC 31 und der FGC 32 beispielsweise durch Auftragen einer Si-N-Schicht auf dem optischen Wellenleiter 22 durch PCVD (plasmaunterstützte chemische Dampfabscheidung), Auftragen eines Widerstandsmusters durch ein direktes Zeichenverfahren mit einem Elektronenstrahl und dann Übertragen des Musters auf die Si-N-Schicht durch reaktives Ionenätzen gebildet.
Weiterhin sind ein erster Fotodetektor 24 und ein zweiter Fotodetektor 25 auf der Oberfläche 22a des optischen Wellenleiters 22 zum entsprechenden Erfassen der optischen Wellen 15', 15' angeordnet, die in der oben erwähnten Weise gebündelt werden. Beispielsweise ist der erste Fotodetektor 24 aus Fotodioden PD1 und PD2 gebildet, die voneinander durch eine Lücke getrennt sind, die sich parallel zur y-Achse erstreckt. Der zweite Fotodetektor 25 ist aus Fotodioden PD3 und PD4 gebildet, die voneinander durch eine Lücke getrennt sind, die sich parallel zur y-Achse erstreckt. Wie im Detail in Fig. 3 dargestellt ist, ist jede der Fotodioden PD1 bis PD4 beispielsweise durch Stapeln einer unteren transparenten Elektrode 26a, eines dünnen, filmähnlichen fotoleitfähigen Material 26b und einer oberen Elektrode 26c in dieser Reihenfolge auf dem optischen Wellenleiter 22 gebildet. Eine Energieversorgung 26d ist zum Anlegen eines vorbestimmten elektrischen Feldes zwischen der unteren transparenten Elektrode 26a und der oberen Elektrode 26c vorgesehen. Mit der oben erwähnten Anordnung der Fotodioden PD1 bis PD4 fließt ein Fotostrom proportional zum Lichtfluß durch das fotoleitfähige Material 26b, wenn das fotoleitfähige Material 26b Licht ausgesetzt wird. Daher kann die Lichtmenge, die von dem fotoleitfähigen Material 26b empfangen wird, durch Messen des elektrischen Stromflusses durch eine externe Schaltung über einen Anschluß 26e erfaßt werden. Das dünnfilmähnliche fotoleitfähige Material 26b kann beispielsweise aus einem epitaktischen Film, einem polykristallinen Film oder einem amorphen Film aus Si oder Ge als Elemente der Gruppe IV Periodensystems, Se als Elemente der Gruppe VT, GaAs der Gruppe III und V, ZnO oder CdS der Gruppen II und VI, oder PbS der Gruppen IV und VI gebildet sein. Das dünnfilmähnliche fotoleitfähige Material 26b kann auch durch einen Film gebildet werden, der eine Fotodiode durch Erzeugen eines p-n-Übergangs oder eines p-i-n-Übergangs durch Addition von Atomen (B, P od. dgl.) aus der Gruppe III oder Gruppe V zu einem amorphen Calcogenfilm (a-Se, a-Se-As-Te od. dgl.) oder einen Film mit amorphen Si als Hauptbestandteil und kann auch Wasserstoff und/oder Fluorin (a-Si:H, a-SiGe:H, a-SiC:H od. dgl.) gebildet sein. Oder er kann durch einen Film, der eine Fotodiode bildet, hergestellt sein, unter Verwendung des Films mit amophem Si als Hauptbestandteil und ebenfalls mit Wasserstoff und/oder Fluorin und einer einen Schottky-Übergang bildenden Elektrode.
Nach Fig. 2 werden die Ausgänge der Fotodioden PD1 und PD2 durch einen Additionsverstärker 33 addiert und die Ausgänge der Fotodioden PD3 und PD4 durch einen Additionsverstärker 36 addiert. Weiterhin wird der Ausgang der äußeren Fotodiode PD1 des ersten Fotodetektors 24 und der Ausgang der äußeren Fotodiode PD4 des zweiten Fotodetektors 25 durch einen Additionsverstärker 34 addiert und die Ausgänge der inneren Fotodioden PD2 und PD3 durch einen Additionsverstärker 35 addiert. Die Ausgänge der Additionsverstärker 33 und 36 werden einem Additionsverstärker 37 und einem Differenzverstärker 39 zugeführt. Die Ausgänge der Additionsverstärker 34 und 35 werden einem Differenzverstärker 38 zugeführt. Ein Ausgang S1 des Additionsverstärkers 37, ein Ausgang S2 des Differenzverstärkers 38 und ein Ausgang S3 des Differenzverstärkers 39 werden entsprechend einer Ausleseschaltung 40, einer Steuerschaltung 41 für den Fokussierspulentreiber und einer Steuerschaltung 42 für einen Abtastspulentreiber zugeführt.
Der Betrieb des optischen Wiedergabekopfes mit der oben erwähnten Zusammenstellung wird im folgenden beschrieben. Der Lichtstrahl (Laserstrahl) 15 wird durch den Halbleiterlaser 16 emittiert und durch die Sammellinse 17 kollimiert. Er tritt durch den Träger 23 hindurch und wird durch die Objektivlinse 18 so konvergiert, daß der Lichtstrahl 15 auf der Reflexionsoberfläche 14 der optischen Disk 13 fokussiert ist. Die optische Disk 13 wird durch einen Drehantrieb (nicht dargestellt) so gedreht, daß eine Kette (Spur) von Vertiefungen 21 in durch den Fall U angezeigte Richtung bei der Einfallsposition des Lichtstrahls 15 bewegt wird. Wie bekannt ist, tragen die Vertiefungen 21 Bildsignale, Tonsignale od. dgl.. Der Pegel des durch die optische Disk 13 reflektierten Lichtstrahls 15' ist hoch, bei von Vertiefungen 21 freien Abschnitten. Der Pegel wird niedrig, wenn Vertiefungen 21 vorhanden sind. Der reflektierte Lichtstrahl 15' tritt durch die Objektivlinse 18 hindurch und wird in den optischen Wellenleiter 22 durch den FGC 31 und den FGC 32 eingekoppelt. Die durch den optischen Wellenleiter 22 geführten optischen Wellen 15', 15' (reflektierter Lichtstrahl 15') werden an zwei durch die y-Achse getrennten Punkten durch die Strahlkonvergiereffekte des FGC 31 und des FGC 32 gebündelt. Die Lichtmenge der durch den FGC 31 gebündelten optischen Welle 15' wird durch die Fotodioden PD1 und PD2 erfaßt. Die Lichtmenge der durch den FGC 32 gebündelten optischen Welle 15' wird durch die Fotodioden PD3 und PD4 erfaßt. Deshalb repräsentiert der Ausgang S1 des Additionsverstärkers 37, der die Ausgänge der Additionsverstärker 33 und 36 addiert, die Gesamtlichtmenge des durch die optische Disk 13 reflektierten Lichtstrahls 15', d.h., unabhängig vom Vorhandensein oder Fehlen von Vertiefungen 21 auf der optischen Disk 13. Der Ausgang S1 wird in der Ausleseschaltung 40 eine Ausleseverarbeitung unterworfen und die auf der optischen Disk 13 aufgezeichnete Information wird in dieser Weise ausgelesen.
Der Block 12 wird senkrecht oder im wesentlichen senkrecht zu der durch den Pfeil U gekennzeichneten Richtung durch den Zuführmotor des optischen Systems, wie oben erwähnt, bewegt, wobei die Einfallsposition (die Position in radialer Richtung der optischen Disk 13) des Lichtstrahls 15 auf der optischen Disk 13 verändert wird und die Vertiefungen 21 aufeinanderfolgend ausgelesen werden. Der Lichtstrahl 15 muß genau in der Mitte einer vorbestimmten Kette von Vertiefungen (Spur) auftreffen. Die Abtaststeuerung zur genauen Aufrechterhaltung der Einfallsposition des Lichtstrahls 15 auf der optischen Disk 13 wird im folgenden beschrieben. Ist die Mitte des reflektierten Lichtstrahls 15' exakt zwischen dem FGC 31 und dem FGC 32 positioniert, ist die durch den ersten Fotodetektor 24 (d.h., durch die Fotodioden PD1 und PD2) und die durch den zweiten Fotodetektor 25 (d.h., durch die Fotodioden PD3 und PD4) erfaßte Lichtmenge identisch. Deshalb ist in diesem Fall der Ausgang S3 des Differenzverstärkers 39 gleich Null. Andererseits, wenn die Einfallsstellung des Lichtstrahls 15 auf der optischen Disk 13 ungenau ist und die optische Intensitätsverteilung des reflektierten Lichtstrahls 15' in Fig. 2 nach oben abweicht, wird die durch den ersten Fotodetektor 24 erfaßte Lichtmenge größer als die durch den zweiten Fotodetektor 25 erfaßte Lichtmenge. In diesem Fall wird der Ausgang S3 des Differenzverstärkers 39 "+" (plus). Umgekehrt, wenn die optische Intensitätsverteilung des reflektierten Lichtstrahls 15' in Fig. 2 nach unten abweicht, wird der Ausgang 53 des Differenzverstärkers 39 "-" (mimus). Das heißt, der Ausgang S3 des Dif ferenzverstärkers 39 stellt die Richtung des Abtastfehlers dar. (Die in Fig. 2 durch den Fall x dargestellte Richtung). Der Ausgang S3 wird als Abtastfehlersignal der Steuerschaltung 42 des Abtastspulentreibers zugeführt. Die Technik zur Erfassung des Abtastfehlers durch Verarbeiten der Ausgänge der Fotodioden PD1 bis PD4 in der oben erwähnten Weise ist folglich als Gegentakttechnik etabliert. Bei Empfang des Abtastfehlersignals S3 führt die Steuerschaltung 42 des Abtastspulentreibers einen elektrischen Strom It in Übereinstimmung mit der Richtung des Abtastfehlers entsprechend zum Signal S3 der Abtastspule 19 zum Bewegen der Objektivlinse 18 in einer Richtung zu, so daß der Abtastfehler verschwindet. Auf diese Weise trifft der Lichtstrahl 15 genau in der Mitte der Kette von Vertiefungen auf.
Die Fokussiersteuerung zum Konvergieren des Lichtstrahls 15 genau auf der Reflexionsoberfläche 14 der optischen Disk 13 wird im folgenden beschrieben. Ist der Lichtstrahl 15 genau auf der Reflexionsfläche 14 der optischen Disk 13 fokussiert, wird die optische Welle 15', die durch den FGC 31 konvertiert wird, in der Mittelstellung zwischen den Fotodioden PD1 und PD2 konvergiert. Zum gleichen Zeitpunkt wird die optische Welle 15', die durch den FGC 32 konvergiert wird, in der Mitte zwischen den Fotodioden PD3 und PD4 konvergiert. Deshalb sind die Ausgänge der Additionsverstärker 34 und 35 einander gleich und der Ausgang S2 des Differenzverstärkers 38 wird "0" (Null). Andererseits, wenn der Lichtstrahl 15 vor der Reflexionsfläche 15 konvergiert ist, trifft der reflektierte Lichtstrahl 15' in konvergierter Form auf den FGC 31 und FGC 32. Die Einfallsposition der optischen Wellen 15', 15' auf dem ersten Fotodetektor 24 und dem zweiten Fotodetektor 25 weichen nach innen ab, d.h., in Richtung der Fotodiode PD2 und in Richtung der Fotodiode PD3. Deshalb wird in diesem Fall der Ausgang des Additionsverstärkers 34 niedriger als der Ausgang des Additionsverstärkers 35 und der Ausgang S2 des Differenzverstärkers 38 wird "-" (minus). Umgekehrt, wenn der Lichtstrahl 15 in einer Position hinter der Reflextionsoberfläche 14 konvergiert, trifft der reflektierte Lichtstrahl 15' in einer divergenten Form auf den FGC 31 und dem FGC 32 auf. Die Einfallsposition der optischen Wellen 15', 15' auf dem ersten Fotodetektor 24 und im zweiten Fotodetektor 25 weichen nach außen ab, d.h. , in Richtung der Fotodiode PD1 und in Richtung der Fotodiode PD4. Deshalb ist in diesem Fall der Ausgang des Additionsverstärkers 34 größer als der Ausgang des Additionsverstärkers 35 und der Ausgang S2 des Differenzverstärkers 38 wird "+" (plus). Folglich stellt der Ausgang S2 des Differenzverstärkers 38 die Richtung des Fokussierfehlers dar. Der Ausgang S2 wird als Fokussierfehlersignal der Steuerschaltung 41 des Fokussierspulentreibers zugeführt. Die Technik zum Erfassen des Fokussierfehlers durch Verarbeiten der Ausgänge der Fotodioden PD1 bis PD4 in der obengenannten Weise ist bis dahin durch die Foucault-Technik unter Verwendung eines Foucault-Prismas durchgeführt werden. Bei Empfang des Fokussierfehlersignals S2 führt die Steuerschaltung 41 des Fokussierungsspulentreibers einen elektrischen Strom If gemäß der Richtung des Fokussierfehlers, dargestellt durch Signal S2 der Fokussierspule 20 zur Bewegung der Objektivlinse in einer Richtung zu, so daß der Fokussierfehler verschwindet. Auf diese Weise konvergiert der Lichtstrahl 15 genau auf der Reflexionsoberfläche 14 der optischen Disk 13.
Auf seinem weiteren Weg von der Sammellinse 17 zur Objektivlinse 18 des durch den Halbleiterlaser 16 emittierten Lichtstrahls 15 wird ein Teil des Lichtstrahls 15 durch den FGC 31 und den FGC 32 in den optischen Wellenleiter 22 eingekoppelt. Deshalb, um ein reflektieren des Lichtstrahls 15 von der Seitenfläche 22c des optischen Wellenleiters 22 und in Erfassen durch den ersten Fotodetektor 24 in den zweiten Fotodetektor 25 zu verhindern, wird ein lichtabsorbierendes Bauteil 45 bevorzugt auf der Seitenfläche 22c angebracht oder die Seitenfläche 22c wird mit einer rauhen Oberfläche hergestellt.
Bei dem vorgenannten Ausführungsbeispiel sind der FGC 31 und der FGC 32 so geformt, daß deren Gitter in engem Kontakt miteinander stehen. Allerdings können der FGC 31 und der FGC 32 unabhänbgig voneinander und beabstandet gebildet werden. Dies trifft auch auf die im folgenden beschriebenen Ausführungsformen zu.
Weiterhin können der FGC 31 und der FGC 32 so geformt sein, daß die durch sie konvergierten optischen Wellen 15', 15' sich überschneiden, d.h., daß die Position der optischen Wellenkonvergenz durch den FGC 31 auf der unteren Seite der y-Achse in Fig. 2 und die Position der optischen Wellenkonvergenz durch den FGC 32 auf der oberen Seite der y-Achse ist. Weitere Ausführungsbeispiele des optischen Wiedergabekopfes gemäß der Erfindung werden im folgenden unter Bezugnahme auf die Fig. 4 bis 13 beschrieben. In diesen Figuren werden ähnliche Bauteile mit den gleichen Bezugszeichen, wie in Fig. 1 bezeichnet.
Bei der Ausführungsform gem. Fig. 4 fehlt die Sammellinse 17 der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform. Der FGC 31 und der FGC 32 sind so angeordnet, daß der von der optischen Disk 13 reflektierte Lichtstrahl 15' in einer konvergierten Form in den optischen Wellenleiter 22 eingekoppelt wird. Auch bei dieser Konfiguration können der Abtastfehler und der Fokussierfehler durch Erfassen der optischen Wellen 15', 15', die innerhalb des optischen Wellenleiters 22 konvergieren, durch den ersten Fotodetektor 24 und den zweiten Fotodetektor 25 des in Fig. 2 dargestellten Typs bestimmt werden.
In einer Ausführungsform gemäß Fig. 5 ist ein Träger 50 aus einem Material gebildet, das einen relativ großen Brechungsindex aufweist. Der Lichtstrahl 15 wird an der Grenzfläche zwischen dein Träger 50 und einer Pufferschicht 51 in Richtung der optischen Disk 13 reflektiert. Der von der optischen Disk 13 reflektierte Lichtstrahl 15' wird durch den FGC 31 und den FGC 32 in den optischen Wellenleiter 22 eingekoppelt.
Mit der Anordnung nach Fig. 5 muß der Träger 50 nicht aus einem transparenten Material gebildet sein. Deshalb ist es in diesem Fall möglich, den Träger 50 unter Verwendung beispielsweise eines n-Typ Si-Trägers zu bilden, eine Pufferschicht 51 zum Verhindern einer Ausbreitungswelle (evaneszente optische Welle) der optischen Wellen 15', 15', die durch den optischen Wellenleiter 22 geführt werden, an einem Eindringen in den Träger 50 zu hindern, und die Fotodioden PD1 bis PD4 durch Bereitstellen einer p-Typ Si-Schicht 52 und einer Elektrode 53 gemäß Fig. 6 zu integrieren. Die auf diese Weise integrierte Fotodioden PD1 bis PD4 sind unter dem Gesichtspunkt eines schnellen Ansprechens von Vorteil.
In der Ausführungsform gemäß Fig. 7 wird ein von dem Halbleiterlaser 16 in divergenter Form emittierter Lichtstrahl 15 in dieser Form durch die Grenzschicht zwischen dem Träger 50 und einer Pufferschicht 51 in Richtung der optischen Disk 13 reflektiert.
In der in Fig. 8 dargestellten Ausführungsform sind der optische Wellenleiter 22 und die Objektivlinse 18 an einem einzigen Kopf 60 gesichert. Dieser ist beweglich in Abtastrichtung und Fokussierrichtung bezüglich des Blocks 12 gelagert. Der Kopf 60 wird durch die Abtastspule 19 und die Fokussierspule 20 bewegt. Insbesondere wird bei dieser Ausführungsform der optische Wellenleiter 22 zusammen mit der Objektivlinse 18 zum Zwecke der Abtaststeuerung und Fokussiersteuerung bewegt. Bei dieser Konfiguration kann daher das Problem, daß die Objektivlinse 18 von dem optischen Wellenleiter 22 bei der Abtaststeuerung abweicht, wie im Fall einer allein bewegten Objektivlinse 18, eliminiert werden und die Abtaststeuerung kann genauer durchgeführt werden.
In der Ausführungsform gemäß Fig. 8 trifft der durch die Grenzschicht zwischen dem Träger 50 und der Pufferschicht 51 reflektierte Lichtstrahl 15 auf der optischen Disk 13 auf. Allerdings ist es möglich, auch in dem Fall, in dem der optische Wellenleiter 22 und die Objektivlinse 18 einteilig miteinander, wie oben erwähnt, bewegt werden, den Kopf so zu bilden, daß der durch den optischen Wellenleiter 22 hindurchtretende Lichtstrahl 15 auf der optischen Disk 13 auftrifft, oder den Kopf so zu bilden, daß der Lichtstrahl 15 durch den optischen Wellenleiter 22 in divergenter Form hindurchtritt oder in divergenter Form durch die Grenzschicht zwischen dem Träger 50 und der Pufferschicht 51 reflektiert wird. Auch können neben dem optischen Wellenleiter 22 und der Objektivlinse 18 der Halbleiterlaser 16 und die Sammellinse 17 am Kopf 60 gesichert sein und können einteilig mit dem optischen Wellenleiter 22 und der Objektivlinse 18 bewegt werden.
Die in Fig. 9 dargestellte Ausführungsform ist ähnlich zu der in Fig. l dargestellten. Allerdings ist eine Viertelwellenlängenplatte 70 zwischen der Objektivlinse 18 und dem optischen Wellenleiter 22 angeordnet und die Gitterteilungen des FGC 3l und des FGC 32 sind so justiert, um mit der geführten optischen Welle in einer transversalen elektrischen Mode zu koppeln. Der Halbleiterlaser 16 ist so angeordnet, daß die Richtung der linearen Polarisation des Lichtstrahls 15 mit der durch den Pfeil A gekennzeichneten Richtung zusammenfällt.
Mit der gemäß Fig. 9 gebildeten Ausführungsform wird ein sich von der Sammellinse 17 zur optischen Disk 13 fortpflanzende Lichtstrahl 15 nicht durch den FGC 31 und den FGC 32 in den optischen Wellenleiter 22 eingekoppelt. Daher ist es in diesem Fall nicht notwendig, ein lichtabsorbierendes Bauteil 45, wie bei der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform anzuordnen. Der in der durch den Pfeil A gekennzeichneten Richtung linearpolarisierte Lichtstrahl 15 wird durch die Viertelwellenlängenplatte 70 in einen zirkular-polarisierten Lichtstrahl umgewandelt. Wird der Lichtstrahl 15 als reflektierter Lichtstrahl 15' durch die Reflexionsoberfläche 14 reflektiert, wird die Richtung der zirkularen Polarisation umgekehrt. Tritt der reflektierte Lichtstrahl 15' durch die Viertelwellenlängenplatte 70 hindurch, wird er senkrecht zu der durch den Pfeil A bezeichneten Richtung linearpolarisiert. Der reflektierte und in dieser Weise linearpolarisierte Lichtstrahl 15' wird durch den FGC 31 und den FGC 32 mit der geführten optischen Welle in der transversalen elektrischen Mode in dem optischen Wellenleiter 22 mit hoher Effizienz von beispielsweise ungefähr 80% gekoppelt. Deshalb nimmt bei dieser Ausführungsform die Menge des zum Halbleiterlaser 16 zurückkehrenden Lichts ab und dieser kann stetig betrieben werden, ohne nachteilig durch das Rückkehrlicht beeinflußt zu werden, da die Richtung der Polarisation des Rückkehrlichts senkrecht zur Polarisationsrichtung des durch den Halbleiterlaser 16 erzeugten Lichtstrahls 15 ist. Außerdem ist die Lichtempfangseffektivität der Fotodioden PD1 bis PD4 hoch. Folglich wird das Signal-Rausch-Verhältnis der Auslesesignale aufgrund der drei obengenannten Gründe verbessert.
Bei der in Fig. 9 dargestellten Ausführungsform wird die Objektivlinse 18 zum Zweck der Abtaststeuerung und Fokussiersteuerung alleine bewegt. Allerdings können, wie bei der Ausführungsform nach Fig. 8 der optische Wellenleiter 22 und die Objektivlinse 18 in einem gemeinsamen Bett angeordnet sein und können einteilig miteinander zum Durchführen der Abtaststeuerung und Fokussierungssteuerung bewegt werden.
In der in Fig. 10 dargestellten Ausführungsform ist der optische Wellenleiter 22 so angeordnet, daß der FGC 31 und der FGC 32 dem Halbleiterlaser 16 gegenüberliegen. Eine Viertelwellenlängenplatte 70 ist auf der Rückseite des Trägers 23 angeordnet. Die Viertelwellenlängenplatte 70 kann durch Dünnfilmbildung eines einachsigen Kristalls mit Doppelbrechung, wie LiNbO&sub3;, TiO&sub2; oder eines Flüssigkristalls gebildet werden. Weiterhin kann sie durch bloßes Anbringen einer Viertelwellenlängenplatte an den Träger 23 geduldet werden, bei entsprechender Beachtung der Kompensation gemäß des Einfallswinkels des reflektierten Lichtstrahls 15'.
Durch die in Fig. 10 dargestellte Ausführungsform können die gleichen Effekte, wie durch die in Fig. 9 dargestellte Ausführungsform mit der zusätzlichen Viertelwellenlängenplatte 70 erhalten werden. Außerdem können bei der Ausführungsform, bei der die Viertelwellenlängenplatte 70 einteilig im Träger 23 gebildet ist, d.h., mit dem optischen Wellenleiter 22, Justierungen der Positionen der Viertelwellenlängenplatte 70 und des optischen Wellenleiters 22 beim Zusammenbau des optischen Wiedergabekopfes unnötig sein.
Bei der in Fig. 10 dargestellten Ausführungsform können die FGC 31 und 32 auf der Oberfläche des optischen Wellenleiters gegenüber der Oberfläche, die den von dem optischen Aufzeichnungsmedium reflektierten Lichtstrahl empfängt, angeordnet sein.
Bei den vorstehenden sieben Ausführungsformen sind der erste Fotodetektor 24 und der zweite Fotodetektor 25 an der Oberfläche 22a des optischen Wellenleiters 22 gesichert oder in dieser integriert. Allerdings können der erste Fotodetektor 24 und der zweite Fotodetektor 25 in jeder anderen Weise auf dem optischen Wellenleiter 22 angeordnet sein. In Fig. 1 beispielsweise sind der erste Fotodetektor 24 und der zweite Fotodetektor 25 nahe der Oberfläche 22a des optischen Wellenleiters 22 angeordnet. Auch wenn, wie in diesem Fall, der erste Fotodetektor 24 und der zweite Fotodetektor 25 nahe der Oberfläche 22a des optischen Wellenleiters 22 angeordnet sind, kann ein Beugungsgitter 80 zum Ablenken der geführten optischen Wellen (reflektierte Lichtstreu) 15', 15' aus dem optischen Wellenleiter 22 auf der Oberfläche 22a des optischen Wellenleiters 22 gemäß Fig. 12 angeordnet sein, wodurch die Lichtempfangseffektivitäten des ersten Fotodetektors 24 und des zweiten Fotodetektors 25 verbessert werden. Außerdem kann gemäß Fig. 13 der erste Fotodetektor 24 und der zweite Fotodetektor 25 in engem Kontakt mit einer Kantenseite 22b des optischen Wellenleiters 22 gebracht werden, nachdem die Kantenfläche 22b poliert ist.
Neben dem vorherigen Verfahren zur Herstellung der FGC 31 und 32 können diese durch Planartechnik unter Verwendung eines bekannten fotolithographischen Verfahrens, eines bekannten holographischen Übertragungsverfahrens od. dgl. hergestellt werden und können durch Duplikation leicht in Masse produziert werden.

Claims

1. Ein optischer Wiedergabekopf mit:

i) einer Lichtquelle (16) zum Aussenden eines Lichtstrahls (15) auf eine Reflexionsoberfläche (14) eines optischen Aufzeichnungsmediums (13),

ii) einer Objektivlinse (18) zum Konvergieren des Lichtstrahls (15) auf der Reflexionsoberfläche (14) des optischen Aufzeichnungsmediums (13),

iii) einem optischen Strahlteiler, der den von dem optischen Aufzeichnungsmedium (13) reflektierten Lichtstrahl (15') empfängt, wobei der optische Strahlteiler aufweist:

iv) einen ersten fokussierenden Gitterkoppler (31) und einem zweiten fokussierenden Gitterkoppler (32), die Seite an Seite am Einfallspunkt des reflektierten Lichtstrahls (15') auf dem optischen Strahlteiler so angeordnet sind, daß eine in etwa durch die Mitte des reflektierten Lichtstrahls (15') und sich in etwa senkrecht zu einer Abtastrichtung erstreckende Achse zwischen dem ersten fokussierenden Gitterkoppler (31) und dem zweite fokussierenden Gitterkoppler (32) durchgreift, der erste fokussierende Gitterkoppler (31) und der zweite fokussierende Gitterkoppler (32) entsprechend einen Teil des optischen Lichtstrahls (15') zu Positionen des optischen Strahlteilers konvergiert, welche voneinander entfernt sind und zwischen welchen die Achse hindurchtritt, wobei der Strahlteiler weiterhin aufweist

v) eine erste Menge von Fotodetektoren (24) und eine zweite Menge von Fotodetektoren (25) die entsprechend die Teile des optischen Lichtstrahls (15') erfassen, die durch den ersten fokussierenden Gitterkoppler (31) und den zweiten fokussierenden Gitterkoppler (32) gebündelt sind,

dadurch gekennzeichnet, daß

der optische Strahlteiler weiterhin einen optischen Wellenleiter (22) mit einer Oberfläche (22a) zum Empfang des reflektierten Lichtstrahls (15') aufweist, der erste und zweite fokussierende Gitterkoppler (31, 32) benachbart auf der Oberfläche (22a) des optischen Wellenleiters (22) angeordnet sind und den reflektierten Lichtstrahl (15') in den optischen Wellenleiter (22) einkoppeln, wobei der optische Wellenleiter (22) die Teile der Lichtstrahlen (15'), die auf die Fotodetektoren (24, 25) konvergiert sind, leitet und die Fotodetektoren (24, 25) an der Oberfläche (22)a) des optischen Wellenleiters (22) gesichert sind.

2. Der Kopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Menge von Fotodetektoren (24) und die zweite Menge von Fotodetektoren (25) entsprechend aus zwei Fotodetektoren (PD1, PD2) zusammengesetzt sind, welche voneinander durch eine Lücke getrennt sind, die sich in etwa parallel zur Achse erstreckt, so daß ein Erfassen eines Abtastfehlers durch eine Gegentakttechnik erzielt ist und ein Erfassen eines Fokussierfehlers durch eine Foucault-Technik erzielt ist.

3. Ein Kopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Träger (23) des optischen Wellenleiters (22) aus einem transparenten Teil gebildet ist und der optische Wellenleiter (22) zwischen der Lichtquelle (16) und der Objektivlinse (18) angeordnet ist.

4. Ein Kopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Pufferschicht (51) zwischen dem optischen Wellenleiter (22) und einem Träger (50) des optischen Wellenleiters (22) angeordnet ist wobei der optische Wellenleiter (22) so angeordnet ist, daß ein von der Lichtquelle (16) emittierter Lichtstrahl (15) von einer Grenzfläche zwischen der Pufferschicht (51) und dem Träger (50) in Richtung des optischen Aufzeichnungsmediums (13) reflektierbar ist.

5. Ein Kopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der optische Wellenleiter (22) und die Objektivlinse (18) unabhängig voneinander angeordnet sind und die Objektivlinse (18) alleine zum Zwecke der Abtaststeuerung und Fokussiersteuerung bewegbar ist.

6. Ein Kopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der optische Wellenleiter (22) einteilig mit der Objektivlinse (18) angeordnet ist und zusammen mit der Objektivlinse (18) zum Zwecke der Abtaststeuerung und der Fokussiersteuerung bewegbar ist.

7. Ein Kopf nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtstrahl (15) ein Laserstrahl zum Emittieren eines linearpolarisierten Laserstrahls ist, eine Viertelwellenlängenplatte (70) im optischen Pfad des reflektierten Laserstrahls (15') zwischen der Objektivlinse (18) und den fokussierenden Gitterkopplern (31, 32) angeordnet ist, und die fokussierenden Gitterkoppler (31, 32) so gebildet sind, daß nur der reflektierte Laserstrahl (15'), der durch Durchtritt durch die Viertelwellenlängenplatte (70) linearpolarisiert ist, in den optischen Wellenleiter (22) einkoppelbar ist.