DE4404635C2 - Schwimmender optischer Abtastkopf, der integral mit einer Lichtquelle und einem Photodetektor ausgebildet ist, und optisches Plattengerät mit einem solchen - Google Patents

Schwimmender optischer Abtastkopf, der integral mit einer Lichtquelle und einem Photodetektor ausgebildet ist, und optisches Plattengerät mit einem solchen

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Description

Die Erfindung betrifft einen optischen Kopf, ein Verfahren zum Herstellen eines solchen und ein optisches Plattengerät.
Optische Köpfe, genauer gesagt optische Abtastköpfe, sind aus dem Stand der Technik bekannt, z. B. aus JP-A-64-46242 und aus JP-A-64-43822.
Der in JP-A-64-46242 beschriebene optische Kopf ist so auf­ gebaut, daß ein oberflächenemittierender Laser und ein Pho­ todetektor auf demselben Substrat ausgebildet sind, Glas­ platten auf diesem Substrat übereinandergestapelt oder auf es laminiert sind und ein fokussierender Gitterkoppler (Hologrammlinse) auf der Oberfläche einer Glasplatte ausge­ bildet ist.
Andererseits ist der in JP-A-64-43822 beschriebene optische Kopf so ausgebildet, daß der eben beschriebene Kopf als Hauptkörper für den optischen Kopf verwendet wird und dieser Hauptkörper auf einem schwimmenden Gleitschlitten angebracht ist.
Bei dem in JP-A-64-46242 beschriebenen optischen Kopf wird ein fokussierender Gitterkoppler verwendet. Im Fall eines derartigen Kopplers ist die chromatische Abberation groß, wenn sich die Wellenlänge des Lichts von der Lichtquelle aufgrund von Temperaturänderungen oder dergleichen verän­ dert. Obwohl dieses Dokument beschreibt, daß keine Wellen­ längenänderung vorliegt, wenn ein oberflächenemittierender Laser verwendet wird, besteht ein nachteiliger Einfluß dahingehend, daß sich die Wellenlänge temperaturabhängig ändert, wie aus der Veröffentlichung von Iga unter dem Tital "Surface Emitting Laser" ersichtlich, erschienen in Applied Physics, 1991, Vol. 60, Nr. 1, S. 8, Fig. 12. Demgemäß hat dieser Stand der Technik die Schwierigkeit, daß keine Maß­ nahme gegen Wellenlängenänderungen ergriffen ist.
Ferner ist bei dem in JP-A-64-46242 beschriebenen optischen Kopf der optische Pfad zur optischen Platte hin geneigt, um den optischen Pfad des vom oberflächenemittierenden Laser zur optischen Platte hin emittierten Laserlichts vom opti­ schen Pfad für das Licht abzutrennen, das von der optischen Platte zum Photodetektor rückgeführt wird. Wenn der optische Pfad geneigt ist, besteht die Schwierigkeit, daß Abberation und auch asymmetrische Stärkenverteilungen leicht auftreten können, was zu einem großen Fleckdurchmesser des Laserlichts führt. Es ist zu beachten, daß die Anwendung einer SCOOP- Struktur bei diesem Stand der Technik vorgeschlagen wurde, und zwar um die Schwierigkeiten zu berücksichtigen, die durch den geneigten optischen Pfad entstehen. Da jedoch im Fall einer SCOOP-Struktur nur Differenzen hinsichtlich Re­ flektivitätseigenschaften des Mediums erfaßt werden können, bestehen Nachteile dahingehend, daß weder das Spurführungs­ signal noch das optomagnetische Signal erfaßt werden können.
Andererseits ist es bei dem in JP-A-64-43822 beschriebenen optischen Kopf, da der optische Kopf auf einem getrennt hergestellten schwimmenden Gleitschlitten angebracht ist, sehr schwierig, die Gleitschlittenoberfläche und den opti­ schen Kopf innerhalb der normalen Brennpunkttiefe von 2 bis 3 µm einzustellen. Wenn automatische Fokusregelung ausge­ führt würde, wäre diese Einstellung der Brennpunkttiefe nicht erforderlich. Da jedoch im Dokument JP-A-64-43822 die Aufgabe besteht, daß diese automatische Fokusregelung nicht ausgeführt wird, muß die vorstehend genannte schwierige Einstellung der Brennpunkttiefe ausgeführt werden.
Es wird auch darauf hingewiesen, daß JP-A-64-43822 kein Ver­ fahren zum Herstellen eines optischen Kopfs unter Verwendung eines oberflächenemittierenden Lasers und auch kein opti­ sches Plattengerät offenbart, das für einen schwimmenden op­ tischen Kopf geeignet ist.
Aus der US 4 876 680 ist ein optischer Kopf gemäß dem Oberbe­ griff des Anspruchs 1 bekannt, der Halbleiterlaser und einen Photodetektor aufweist, bei dem der Laserstrahl mittels einer Kondensorlinse auf dem Speichermedium fokussiert wird und das vom Speichermedium reflektierte Licht durch ein Beugungsgit­ ter senkrecht zum Strahlengang des Laserlichts abgelenkt wird. Die Kondensorlinse, das Beugungsgitter und der Photode­ tektor sind dabei über eine transparente Schicht und den Wel­ lenleiter fest miteinander verbunden. Der Halbleiterlaser da­ gegen ist freistehend angeordnet und macht deshalb eine auf­ wendige Justierung des Halbleiterlasers in bezug auf die wei­ teren Bauelemente des optischen Kopfes notwendig. Eine solche Justierung ist weiterhin sehr störempfindlich, was die Zuver­ lässigkeit des optischen Kopfes stark beeinträchtigt.
Aus der DE 3 632 229 A1 ist weiterhin ein optischer Kopf be­ kannt, bei dem ein Halbleiterlaser und ein Photodetektor über einer Pufferschicht auf demselben Substrat ausgebildet sind, wobei das Licht seitwärts in einer flachen Wellenleiter­ schicht geführt wird.
Aus der EP 0 202 689 A2 ist außerdem bekannt, zwischen einem Halbleiterlaser und einem Beugungselement ein transparentes Substratmaterial anzuordnen.
Aufgabe der Erfindung ist es nun, einen kompakten und einfa­ chen Aufbau eines optischen Kopfes zu ermöglichen, bei dem die obengenannten Justierungsprobleme vermieden werden.
Diese Aufgabe wird mittels eines optischen Kopfes gemäß An­ spruch 1 bzw. eines Verfahrens zur Herstellung eines solchen optischen Kopfes gemäß Anspruch 10 gelöst. Bevorzugte Ausfüh­ rungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Gemäß einer ersten Erscheinungsform der Erfindung wird ein optischer Kopf geschaffen, bei dem ein Halbleiterlaser über eine Pufferschicht auf einem Substrat ausgebildet ist und ein Öffnungsabschnitt im Substrat in einem Teil unter der Laserlicht emittierenden Fläche hergestellt ist,
  • - wobei der Öffnungsabschnitt ferner mit einer transparenten Schicht gefüllt ist, und
  • - eine Gitterlinse, eine Linse mit verteiltem Brechungsindex oder eine Kondensorlinse aus einer Konvexlinse mit einem Durchmesser unter 1 mm an der Unterseite der transparenten Schicht ausgebildet ist.
Gemäß einer zweiten Erscheinungsform der Erfindung ist eine optische Platte geschaffen, bei der ein Halbleiterlaser und ein Photodetektor über eine Pufferschicht auf demselben Sub­ strat in solcher Weise ausgebildet sind, daß die Laserlicht emittierende Fläche des Halbleiterlasers und die Lichtem­ pfangsfläche des Photodetektors in dieselbe Richtung ausge­ richtet sind, wobei eine Öffnung unter der Laserlicht emit­ tierenden Fläche und der Lichtempfangsfläche liegt, ferner mit folgenden Eigenschaften:
  • - es ist eine erste transparente Schicht zum Auffüllen des Öffnungsabschnitts aufgestapelt;
  • - ein Beugungsgitter ist an der Unterseite der ersten trans­ parenten Schicht ausgebildet;
  • - eine zweite transparente Schicht ist auf die Unterseite der ersten transparenten Schicht aufgestapelt; und
  • - eine Kondensorlinse, die aus einer Gitterlinse, einer Linse mit verteiltem Brechungsindex oder einer Konvexlinse besteht, ist an der Unterseite der transparenten Schicht ausgebildet;
  • - wobei vom Halbleiterlaser emittiertes Laserlicht durch das Substrat, die erste transparente Schicht, das Beugungsgitter und die zweite transparente Schicht hindurchgestrahlt wird und auf einen Ort direkt unter der Kondensorlinse von der­ selben gebündelt wird, wodurch ein Lichtfleck auf einem optischen Speichermedium ausgebildet wird, das von der Kon­ densorlinse beabstandet unter dieser liegt, wohingegen vom optischen Speichermedium reflektiertes Reflexionslicht durch die Kondensorlinse und die zweite transparente Schicht hin­ durchgestrahlt wird, vom Beugungsgitter zur Lichtempfangs­ ebene des Photodetektors hin durch Beugung abgelenkt wird und ferner durch die erste transparente Schicht hindurchge­ strahlt wird, um vom Photodetektor empfangen zu werden.
Gemäß einer dritten Erscheinungsform der Erfindung ist ein optischer Kopf geschaffen, der so ausgebildet ist, daß er einstückig einen schwimmenden Gleitschlitten bildet.
Gemäß einer vierten Erscheinungsform der Erfindung ist ein Verfahren zum Herstellen eines optischen Kopfs geschaffen, bei dem ein Halbleiterlaser und ein Photodetektor über eine Pufferschicht auf demselben Substrat auf solche Weise ausge­ bildet sind, daß die Laserlicht emittierende Fläche des Halbleiterlasers und die Lichtempfangsfläche des Photodetek­ tors in dieselbe Richtung ausgerichtet sind, und eine Öff­ nung unter der Laserlicht emittierenden Fläche und der Lichtempfangsfläche durch einen Ätzprozeß ausgebildet ist, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:
  • - Aufstapeln einer ersten, zum Auffüllen der Öffnung verwen­ deten transparenten Schicht durch einen Plasma-CVD- oder Sputterprozeß;
  • - Herstellen einer zweiten transparenten Schicht unter der ersten transparenten Schicht durch einen Plasma-CVD- oder Sputterprozeß und
  • - Herstellen entweder einer Gitterlinse an der Unterseite der zweiten transparenten Schicht durch einen Belichtungs­ prozeß mit Photomaske oder einer Linse mit verteiltem Bre­ chungsindex oder einer konvexen Linse an der Unterseite der zweiten transparenten Schicht durch einen Ionenaustausch­ prozeß.
Beim optischen Kopf gemäß der ersten Erscheinungsform der Erfindung ist die Schwächung des Laserlichts verringert, da der Halbleiterlaser über die Pufferschicht hergestellt ist und die Öffnung im unteren Abschnitt der Laserlicht emittie­ renden Oberfläche ausgebildet ist. Wie vorstehend erörtert, wird eine Kondensorlinse mit einem Durchmesser von höchstens ungefähr 1 mm an der Unterseite der auf das Substrat aufge­ stapelten transparenten Schicht ausgebildet. Wenn der Durch­ messerder Kondensorlinse so ausgewählt ist, daß er höch­ stens ungefähr 1 mm ist, kann, wie dies später erläutert wird, eine Genauigkeit der Wellenfront von 0,1 λ selbst dann realisiert werden, wenn Wellenlängenänderungen Δλ = 3 nm be­ tragen, so daß keine Schwierigkeit hinsichtlich chromati­ scher Abberation besteht, wie sie durch Wellenlängenänderun­ gen verursacht werden, zu denen es bei dem von der Licht­ quelle emittierten Licht aufgrund von Temperaturänderungen kommt.
Beim optischen Kopf gemäß der zweiten Erscheinungsform der Erfindung ist ein Beugungsgitter zwischen dem Halbleiter­ laser und der Kondensorlinse vorhanden, und das von der Kon­ densorlinse abgestrahlte und vom optischen Speichermedium reflektierte Licht fällt erneut auf diese Kondensorlinse, woraufhin es auf die Lichtempfangsfläche des Photodetektors gelenkt wird, der dazu in der Lage ist, ein Spurführungs­ signal und das opto-magnetische Signal zu erfassen. Infolge­ dessen kann dieser optische Kopf die herkömmlichen Schwie­ rigkeiten überwinden, die dadurch hervorgerufen wurden, daß der optische Pfad geneigt zur optischen Platte eingestellt wurde und daß eine SCOOP-Struktur verwendet wurde.
Bei der optischen Platte gemäß der dritten Erscheinungsform der Erfindung ist ein schwimmender Gleitschlitten einstückig mit dem Hauptkörper des optischen Kopfs ausgebildet, und die Filmdicke eines keramischen Materials wie Zirkonoxid wird gesteuert, wobei die Herstellung durch einen Sputterprozeß erfolgt, so daß keine Positioniereinstellung zwischen dem schwimmenden Gleitschlitten und dem optischen Kopf mehr er­ forderlich ist.
Beim Verfahren zum Herstellen eines optischen Kopfs gemäß der vierten Erscheinungsform der Erfindung kann der erfin­ dungsgemäße optische Kopf dadurch hergestellt werden, daß ein Halbleiterprozeß wie ein Photomasken-Belichtungsprozeß verwendet wird. Auch können sowohl der oberflächenemittie­ rende Laser als auch die Photodiode gleichzeitig hergestellt werden.
Beim optischen Plattengerät gemäß der fünften Erscheinungs­ form der Erfindung werden ein schwimmender optischer Kopf, dessen Schwimmhöhe höchstens ungefähr 20 µm entspricht, so­ wie die nachfolgend genannte optische Platte verwendet. Die optische Platte weist entweder keine Schutzschicht auf der Informationsleseseite ihrer Speicherfläche oder eine trans­ parente Schutzschicht auf, deren Dicke kleiner als ein Wert ist, der dadurch erhalten wird, daß die Schwimmhöhe von der rückseitigen Brennweite der Objektlinse, die innerhalb eines Mediums liegt, dessen Brechungsindex 1,0 ist, abgezogen wird, und das Subtraktionsergebnis mit dem Brechungsindex der Schutzschicht multipliziert wird. Wie es später erläu­ tert wird, ist dann, wenn die Schwimmhöhe unter 26 µm ist, die Änderung der Schwimmhöhe unter 2,6 µm, so daß diese Änderung von der Brenntiefe der Kondensorlinse kompensiert werden kann. Infolgedessen kann die Aufzeichnungsfläche ohne Fokusabweichungsregelung gelesen werden. Wenn die Dicke der Schutzschicht dünn wird, kann die optische Platte durch Staub beschädigt werden. Da diese jedoch in einer staubdich­ ten Kassette enthalten ist, besteht kein Problem beim Ver­ wenden der optischen Platte in der Praxis.
Gemäß einer weiteren Erscheinungsform der Erfindung ist an einem Kopf zum Schreiben und/oder Lesen mindestens eine sehr kleine Spiegelfläche ausgebildet, und zwar entweder in Form eines gesonderten Spiegels oder in Form einer Fläche an einem Magnetpol. Diese spiegelnde Fläche erlaubt Lesen und Schreiben von Magnetdomänen mit einem Durchmesser von nur etwa 0,1 µm, im Gegensatz zu den bisher erzielbaren 0,8 bis 1 µm. Die Spiegelfläche wird vorzugsweise als Schnittebene durch eine Laminatschicht mit einer Dicke von z. B. 0,1 µm hergestellt. Dadurch beträgt die Breite der Spiegelfläche nur 0,1 µm. Wenn nun Laserlicht von der Rückseite einer op­ tischen Platte her auf eine solche Spiegelfläche an einem optischen Kopf gestrahlt wird, wird das Licht an dieser dicht über der Vorderseite der Platte stehenden Spiegelflä­ che reflektiert, wodurch es örtlich zu einer besonders hohen Erwärmung der Aufzeichnungsschicht der Platte in demjenigen Bereich kommt, der der spiegelnden Fläche gegenübersteht. Dadurch kann Information durch einen thermo-magnetischen Effekt aufgezeichnet werden. Die Größe des Bereichs mit er­ höhter Temperatur und damit die Größe einer Magnetdomäne hängt nicht von der Größe des Laserstrahlflecks, sondern von der Größe der spiegelnden Fläche ab. Die Leistung des Laser­ strahls wird so eingestellt, daß dort, wo die Platte nur mit dem Laserstrahl beleuchtet wird, die Temperatur nicht so stark erhöht wird, daß eine Ummagnetisierung erfolgen kann. Nur dort, wo zusätzlich Licht auf die Platte fällt, weil es von der genannten Spiegelfläche reflektiert wird, steigt die Temperatur auf ausreichend hohe Werte.
Dieses Prinzip kann auch zum parallelen Schreiben von Daten verwendet werden. Bisher konnte mit einem einzigen Laser­ strahl zu einem Zeitpunkt nur ein einziges Bit geschrieben werden. Nun können mit Hilfe mehrerer kleiner spiegelnder Flächen innerhalb der Fläche eines Laserstrahlflecks und mit entsprechend vielen kleinen Magnetköpfen an einem Schreibkopf gleichzeitig mehrere Bits aufgezeichnet werden.
Das Prinzip kann nicht nur zum thermo-magnetischen Schreiben von Information verwendet werden, sondern auch zum Schreiben von Information mittels anderer thermischer Effekte, wenn z. B. Farbänderungen thermisch hervorgerufen werden oder Phasenübergänge von z. B. amorph nach kristallin und umge­ kehrt genutzt werden. Dabei wird in allen Fällen so vorge­ gangen, daß die nur durch Einstrahlen des Laserstrahls erzeugte Temperaturerhöhung noch nicht ganz zum Hervorrufen einer deutlichen Änderung einer physikalischen Eigenschaft ausreicht, die Temperaturerhöhung dort jedoch ausreichend hoch ist, wo Laserlicht zusätzlich von der sehr kleinen Spiegelfläche auf das Aufzeichnungsmedium reflektiert wird.
Die Erfindung wird im folgenden anhand von durch Figuren veranschaulichten Ausführungsbeispielen beschrieben.
Fig. 1 ist ein Querschnitt durch einen optischen Kopf gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
Fig. 2 veranschaulicht die Beziehung zwischen einem Beu­ gungsgitter und einer Photodiode;
Fig. 3 veranschaulicht Änderungen in der Lichtverteilung auf einer Photodiode, wie sie durch Defokussierung hervor­ gerufen werden;
Fig. 4 zeigt schematisch ein Schaltbild einer Signalauf­ nahmeschaltung für den optischen Kopf von Fig. 1;
Fig. 5A bis 5F sind Querschnitte zum Veranschaulichen eines Verfahrens zum Herstellen des in Fig. 1 dargestellten opti­ schen Kopfs;
Fig. 6 ist ein Querschnitt durch einen oberflächenemittie­ renden Laser mit vergrabener Schicht;
Fig. 7 ist ein Querschnitt durch einen oberflächenemittie­ renden Laser vom Mesatyp;
Fig. 8 ist ein Querschnitt durch eine Photodiode;
Fig. 9A bis 9D sind Querschnitte zum Veranschaulichen eines Verfahrens zum gleichzeitigen Herstellen eines oberflächen­ emittierenden Lasers und einer Photodiode;
Fig. 10 ist ein Querschnitt durch einen optischen Kopf gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung;
Fig. 11 veranschaulicht schematisch ein Schaltbild einer Signalaufnahmeschaltung für den optischen Kopf von Fig. 10;
Fig. 12 ist ein Querschnitt durch einen optischen Kopf gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung;
Fig. 13A bis 13C sind Querschnitte zum Veranschaulichen eines Verfahrens zum Herstellen des optischen Kopfs von Fig. 12;
Fig. 14 ist ein erläuterndes Diagramm einer Magnetspule und deren magnetischen Felds bei dem in Fig. 1 dargestellten op­ tischen Kopf;
Fig. 15 ist eine perspektivische Darstellung eines optischen Plattengeräts gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
Fig. 16 ist eine perspektivische Darstellung eines optischen Plattengeräts gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung;
Fig. 17 ist ein Aufbaudiagramm zum Veranschaulichen der Ge­ samtanordnung eines optischen Plattengeräts gemäß einem an­ deren Ausführungsbeispiel der Erfindung;
Fig. 18A ist eine Unteransicht eines Magnetkopfs gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
Fig. 18B ist ein Querschnitt durch diesen Magnetkopf;
Fig. 19 ist ein Querschnitt durch einen Magnetkopf gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung;
Fig. 20A veranschaulicht einen Parallelschreibvorgang gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
Fig. 20B veranschaulicht einen Parallellesevorgang dieses Ausführungsbeispiels;
Fig. 21A bis 21E sind veranschaulichende Diagramme für Meß­ signale, wie sie während des Lesevorgangs erhalten werden;
Fig. 22 veranschaulicht schematisch die Positionsbeziehung zwischen Spiegeln beim Parallelschreibvorgang und Spiegeln beim Parallellesevorgang; und
Fig. 23A und 23B sind Querschnitte, die einen Parallel-Ein­ gabe/Ausgabe-Kopf gemäß einem Ausführungsbeispiel der Er­ findung zeigen.
Fig. 1 ist ein Querschnitt zum Darstellen der Struktur eines optischen Kopfs 101 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Er­ findung.
Dieser optische Kopf 101 weist die folgende Struktur auf.
Sowohl ein oberflächenemittierender Laser 1 als auch Photo dioden 7, 7 werden über eine Pufferschicht 47 aus AlGaAs auf einem Substrat 2 aus n-GaAs auf solche Weise hergestellt, daß sowohl die Laserlicht abstrahlende Fläche des Halblei­ terlasers 1 als auch die Lichtempfangsfläche der Photodioden 7, 7 zum Substrat 2 hin gerichtet sind. In der Laserlicht abstrahlenden Fläche und den Substraten unter den Licht­ empfangsflächen sind Öffnungsabschnitte ausgebildet. Ferner sind die Öffnungsabschnitte mit einer ersten Glasschicht 3 gefüllt, und ein Beugungsgitter 4 ist an der Unterseite die­ ser ersten Glasschicht 3 ausgebildet. Eine zweite Glas­ schicht 5 ist auf den unteren Abschnitt der ersten Glas­ schicht 3 aufgeschichtet. An der Unterseite dieser zweiten Glasschicht 5 ist eine Kondensorlinse 6 mit einem Durchmes­ ser von 1 mm oder kleiner ausgebildet, die aus einer Gitter­ linse besteht.
Das vom oberflächenemittierenden Laser 1 abgestrahlte Laser­ licht (in Fig. 1 mit einer gestrichelten Linie dargestellt) läuft durch die Pufferschicht 47, die erste Glasschicht 31 das Beugungsgitter 4 und die zweite Glasschicht 5. Dieses Laserlicht wird dann von der Kondensorlinse 6 auf solche Weise gebündelt, daß es gerade unter die Kondensorlinse 6 gerichtet ist, und ein Lichtfleck mit einem Durchmesser von 0,4 bis 2 µm wird auf der Aufzeichnungsebene eines optischen Aufzeichnungsmediums R ausgebildet, das von der Kondensor­ linse 6 entfernt liegt. Der Abstand zwischen der Kondensor­ linse 6 und der Aufzeichnungsebene des optischen Aufzeich­ nungsmediums R ist so gewählt, daß er 1 mm entspricht oder kleiner ist.
Von der Aufzeichnungsebene des optischen Aufzeichnungsme­ diums R reflektiertes Licht (in Fig. 1 mit einer durchgezo­ genen Linie dargestellt) wird durch die Kondensorlinse 6 und die zweite Glasschicht 5 hindurchgestrahlt und dann vom Beu­ gungsgitter 4 in solcher Weise gebeugt, daß das gebeugte Laserlicht zu den Lichtempfangsebenen der Photodioden 7, 7 hin gerichtet wird. Danach wird das gebeugte Laserlicht durch die erste Glasschicht 3 hindurchgestrahlt und von den Photodioden 7, 7 empfangen.
Der Grund, weswegen die Pufferschicht im unteren Abschnitt der Laserlicht-Empfangsfläche und der Lichtempfangsebene ausgebildet wird und weswegen die Öffnungsabschnitte im Sub­ strat 2 ausgebildet werden, ist der, daß das GaAs-Substrat, das Laserlicht bei der Laserschwingungswellenlänge (α = 104 cm-1) stark absorbiert, entfernt ist und daß der Laser von der Pufferschicht aus AlGaAs getragen wird, die das Laserlicht schwächer absorbiert (α = 20 cm-1). Selbst wenn AlGaAs verwendet wird, wird, da sich die elektrische Leit­ fähigkeit nicht ändert, die Dicke dieser Pufferschicht dick gewählt, um den elektrischen Widerstand ohne Lichtabsorp­ tionsverlust zu verringern. Auch ist der Grund, weswegen der Durchmesser der Kondensorlinse 6 mit 1 mm oder kleiner ge­ wählt wird, der, daß chromatische Abberation, wie sie ent­ steht, wenn sich die Wellenlänge des Laserlichts aufgrund von Temperaturänderungen ändert, auf maximal λ/4 unterdrückt wird.
Das heißt, daß die sphärische Abberation "W" eines Holo­ gramms wie folgt gegeben ist, wenn nun angenommen wird, daß die Höhe aus der optischen Achse auf dem Hologramm einfal­ lenden Lichts "h" ist:
W (h) = A h4 (1)
(siehe "Optical Engineering Handbook", bearbeitet von T. Kase et al., Herausgeber Asakura, S. 180). Es sei nun an­ genommen, daß der Abstand zwischen dem Hologramm und einem Gegenstandspunkt "Roll ist, der Abstand zwischen dem Holo­ gramm und einer Bezugslichtquelle für die Aufzeichnung "Rr" ist, der Abstand zwischen dem Hologramm und einer Bezugs­ lichtquelle für die Wiedergabe "Rc" ist, der Abstand zwi­ schen dem Hologramm und einem wiedergegebenen Objektpunkt "Ri" ist, die Wellenlänge für die Aufzeichnung "λ" ist und die Wellenlänge für die Wiedergabe "λ'" ist, wobei dann fol­ gendes gilt:
A = {(λ'/λ)(Rr3 - 1/Ro3) - 1/Rc3 - 1/Ri3} (2).
Andererseits ist eine imaginäre Beziehung wie folgt gegeben:
1/Ri = 1/Rc + (λ'/λ)(1/Ro - 1Rr) (3).
Nun sei angenommen, daß Rr → -∞ und Rc → - ∞ sind, wodurch sich die sphärische Abberation wie folgt ergibt:
W(h) = (1/8Ro3) {(λ"/λ)3 - (λ'/λ)} h4 (4).
Wenn eine Änderung der Wellenlänge "Δλ" und die numerische Apertur "NA" wie folgt definiert sind:
λ'/λ = (λ + Δλ)/λ (5)
(NA) = h/Ro (6),
läßt sich die sphärische Abberation wie folgt wiedergeben:
W/h, NA) = {(NA)3 Δλ/(4λ)}h (7).
Anders gesagt, ist ersichtlich, daß dann, wenn die numeri­ sche Apertur NA konstant ist, die maximale sphärische Abbe­ ration "W", wie sie durch eine Änderung der Wellenlänge hervorgerufen wird, direkt proportional zur Höhe "h" des einfallenden Lichts gegenüber der optischen Achse auf dem Hologramm ist. Z. B. wird die sphärische Abberation "W" wie folgt erhalten, wenn die verschiedenen Bedingungen zu NA = 0,55, λ = 0,78 µm und Δλ = 3 nm gegeben sind:
W(h = 2,0 mm) = 0,41 λ
W(h = 1,0 mm) = 0,21 λ
W(h = 0,5 mm) = 0,10 λ
Im Ergebnis kann die sphärische Abberation unter λ/10 unter­ drückt werden, wenn die Apertur "2h" der Kondensorlinse 6 so gewählt ist, daß sie 1 mm oder weniger beträgt, selbst wenn die Wellenlängenänderung 3 nm beträgt.
Dies kann ähnlich auf einen Fall angewandt werden, bei dem eine Konvexlinse als Kondensorlinse verwendet wird. Es sei nun als Beispiel angenommen, daß eine Linse mit einer Kugel­ fläche hergestellt wird. Die sphärische Abberation "W" der­ selben ist wie folgt gegeben, wenn angenommen wird, daß der Brechungsindex im Objektraum 1 ist, der Brechungsindex im Bildraum n ist und die Brennweite f ist:
W(h) = {3n/(8(n-1)2f3)}h4 (8).
Wenn die numerische Apertur "NA" zu
NA = nh/f (9)
gewählt wird, ist die sphärische Apertur wie folgt gegeben:
W(h) = -{3(NA)3/(8(n-1)2n2}h (10).
Infolgedessen ist es möglich, die sphärische Abberation zu verringern, wenn die numerische Apertur "NA" konstant ist und die Apertur "2h" klein gemacht wird. Diese Tatsache kann nicht nur auf eine derartige sphärische Abberation, sondern auch auf andere Typen sphärischer Abberation angewandt wer­ den.
Da das reflektierte Licht durch Verwendung des Beugungsgit­ ters 4 aufgezweigt wird, damit der optische Pfad rechtwink­ lig zum optischen Aufzeichnungsmedium R positioniert ist, entstehen keine Probleme daraus, daß der optische Pfad ge­ neigt wäre. Es ist zu beachten, daß dann, wenn angenommen wird, daß der Beugungswirkungsgrad zusammen mit demjenigen für gebeugtes Licht ± erster Ordnung durch das Beugungsgit­ ter 450% beträgt, werden 25% des reflektierten Lichts zum oberflächenemittierenden Laser zurückgeführt. Da aufgrund des reflektierten Lichts des oberflächenemittierenden Lasers kein leichtes Modenspringen auftritt, besteht kein nachtei­ liger Einfluß. Die Lichtempfangsmengen an den Photodioden 7, 7 können 25%, d. h. maximal werden.
Fig. 2 zeigt schematisch die Positionsbeziehung zwischen dem Beugungsgitter 4 und einer Photodiode 7.
Das Beugungsgitter 4 entspricht einem linearen Beugungsgit­ ter, bei dem beide Seiten des Gitters einander unter einem Neigungswinkel von 45° in bezug auf Mittellinien schneiden, die an einer Grenzlinie liegen, mit Parallelität zur Auf­ zeichnungsspurrichtung des optischen Aufzeichnungsmediums R. Es sind vier Photodioden 7 vorhanden, um gebeugtes Licht ± erster Ordnung vom Beugungsgitter 4 zu empfangen. Diese vier Photodioden 7a, 7b, 7c, 7d sind weiter entlang der Un­ terteilungsrichtung des Beugungsgitters 4 in zwei Abschnitte unterteilt.
Fig. 3 veranschaulicht die Verteilung reflektierten Lichts, wie es auf jede der vier Photodioden 7a, 7b, 7c und 7d fällt, unter den Bedingungen "weiter weg als der Brenn­ punkt", "gerade im Brennpunkt", "näher als der Brennpunkt".
Fig. 4 zeigt ein Beispiel einer Signalerfassungsschaltung im optischen Kopf 101.
Ein Defokussierungssignal AF wird auf solche Weise erhalten, daß die Ausgangssignale der vier Photodioden, die an der Außenseite der oberen Stufe in Fig. 4 liegen und die an der Innenseite der dortigen unteren Stufe liegen, in einem Addierer 8a aufsummiert werden, die Ausgangssignale der vier Photodioden, die an der Innenseite der oberen Stufe und der Außenseite der unteren Stufe liegen, in einem Addierer 8b aufsummiert werden und dann die Ausgangssignale der beiden Addierer 8a und 8b in einem Subtrahierer 9a verarbeitet wer­ den.
Aus der Differenz zwischen den Lichtmengen des Laserlichts, das auf die rechte und linke Seite des Beugungsgitters 4 in Fig. 2 fällt, wird ein Spurverschiebungssignal TR erhalten, da dieses Spurverschiebungssignal TR aus ungleichmäßigen Lichtverteilungen des vom optischen Aufzeichnungsmedium R reflektierten Lichts erhalten kann, welche Ungleichmäßigkeit durch Spurverschiebungen hervorgerufen wird. Infolgedessen wird das Spurverschiebungssignal TR auf solche Weise erhal­ ten, daß die Ausgangssignale der vier Photodioden, die an der linken Seite der oberen Stufe in Fig. 4 und an der rech­ ten Seite der unteren Stufe liegen, in einem Addierer 8c aufsummiert werden, die Ausgangssignale der vier Photodio­ den, die an der rechten Seite der oberen Stufe und der lin­ ken Seite der unteren Stufe liegen, in einem Addierer 8d aufsummiert werden und dann die Ausgangssignale dieser bei­ den Addierer 8c und 8d in einem Subtrahierer 9b verarbeitet werden.
Wenn eine optische Platte, bei der das optische Aufzeich­ nungsmedium R von zusätzlich überschreibbarem Typ oder vom Typ, der nur gelesen werden kann, vorliegt, kann ein Ab­ spielsignal durch Aufsummieren der Ausgangssignale aller Photodioden erhalten werden. Infolgedessen kann es dadurch erzeugt werden, daß die Ausgangssignale der Addierer 8c und 8d in einem Addierer 8c aufsummiert werden.
In den Fig. 5A-5F ist ein Beispiel für ein Verfahren zum Herstellen des optischen Kopfs 101 veranschaulicht. Dieses Herstellverfahren für den optischen Kopf besteht in folgen­ dem.
Gemäß Fig. 5A wird eine Pufferschicht 47 aus n-AlGaAs an der Unterseite eines Substrats 2 aus n-GaAs aufgewachsen, ein verstärkendes Glassubstrat 11 wird dicht an der Unterseite dieser Pufferschicht 47 befestigt, und eine Al-Elektrode 12 wird aus der Gasphase an der Oberseite des Substrats 2 aus n-GaAs abgeschieden.
Gemäß Fig. 5B werden sowohl die Al-Elektrode 12 als auch das Substrat 2 aus n-GaAs teilweise geätzt, um ein Loch 2b zu verwenden, das zum Abstrahlen des Laserlichts verwendet wird.
Gemäß Fig. 5C wird die erste Glasschicht 3 auf der Al-Elek­ trode 12 und dem Substrat 2 aus n-GaAs durch ein Verfahren wie das Plasma-CVD-Verfahren oder das Sputterverfahren abge­ schieden. Dann wird die abgeschiedene erste Glasschicht 3 durch ein Polierverfahren geglättet, oder ein Photopolymer oder dergleichen werden eingefüllt und gehärtet, so daß das vorstehend beschriebene Ätzloch aufgefüllt ist.
Gemäß Fig. 5D wird das Beugungsgitter 4 an der Oberfläche der ersten Glasschicht 3 durch einen Belichtungsprozeß durch eine Photomaske ausgebildet. D. h., daß ein Photoresist auf die Oberseite der ersten Glasschicht 3 aufgetragen und ge­ trocknet wird. Danach wird dieser getrocknete Photoresist mit einem Beugungsmuster belichtet und entwickelt, und das Beugungsgitter 4 wird unter Verwendung eines Ionenstrahl- Bearbeitungsverfahrens hergestellt.
Gemäß Fig. 5E wird die zweite Glasschicht 5, deren Bre­ chungsindex sich von dem der ersten Glasschicht 3 unter­ scheidet, durch z. B. ein Plasma-CVD-Verfahren oder ein Sputterverfahren auf die erste Glasschicht 3 aufgetragen, und eine Gitterlinse 6 wird durch einen Belichtungsprozeß mit Photomaske hergestellt.
Gemäß Fig. 5F wird das verstärkende Glassubstrat 11 besei­ tigt, und der oberflächenemittierende Laser 1 und die Photo­ dioden 7, 7 werden an der Unterseite der Pufferschicht 47 ausgebildet.
Fig. 6 veranschaulicht schematisch ein Beispiel für die Struktur eines oberflächenemittierenden Lasers 1 mit vergra­ bender Schicht.
Auf die Pufferschicht 47 aus n-AlGaAs wird eine Schicht 14 aus n+-GaAs, dem eine große Menge eines n-Fremdstoffs zuge­ setzt wurde, um die Leitfähigkeit zu erhöhen, aufgewachsen. Auf dieser Schicht 14 aus n+-GaAs wird eine Reflexionsspie­ gelschicht 15a ausgebildet, in der n-AlAs und GaAlAs abwech­ selnd aufeinandergestapelt sind. Auf diese Reflexionsspie­ gelschicht 15 wird eine Mantelschicht 16 aus n-GaAlAs aufge­ wachsen. Ferner wird eine Quantentrogschicht 17 aus p-GaAlAs/GaAs als aktivierte Schicht hergestellt. Obwohl durch Ausbilden der aktivierten Schicht nur aus GaAlAs eine ausreichend gute Charakteristik erzielt werden könnte, kann ein niedriger Schwellenstrom erzielt werden, wenn der Quan­ tentrog verwendet wird. Auf die Quantentrogschicht 17 wird eine Mantelschicht 18 aus p-GaAlAs aufgewachsen, auf der eine weitere Reflexionsspiegelschicht 15b ausgebildet wird. In dieser Reflexionsspiegelschicht 15b sind n-AlAs und GaAlAs abwechselnd aufeinandergestapelt. Auf dieser Refle­ xionsspiegelschicht 15b wird eine Schicht 19 aus p-GaAs, der eine große Menge an p-Fremdstoff zugesetzt ist, um die Leit­ fähigkeit zu erhöhen, hergestellt. Schließlich wird eine Elektrode 20 ausgebildet.
Fig. 7 zeigt ein Beispiel für die Struktur eines oberflä­ chenemittierenden Lasers 1 vom Mesatyp.
Nachdem eine Struktur ähnlich der von Fig. 6 hergestellt wurde, verbleibt ein zylindrischer Laserabschnitt, wenn an­ dere Abschnitte abgeätzt werden. Der Durchmesser des zylin­ drischen Mesaabschnitts beträgt von 2 bis 3 µm, und seine Höhe beträgt ungefähr 5 µm. Da der Durchmesser des Mesaab­ schnitts klein ist, beträgt der Abstrahlwinkel "Θ" des Laserstrahls aus dem Laserabschnitt ungefähr 30° bis 44°, d. h., es ist ein großer Wert. Infolgedessen kann z. B., wenn eine Kondensorlinse 6 verwendet wird, deren Brennweite 0,1 mm beträgt und deren numerische Apertur NA 0,55 ist, dann, wenn der Brechungsindex der Glasschicht zu 1,5 gewählt wird, der Abstand zwischen dem oberflächenemittierenden La­ ser 1 und der Kondensorlinse 6 220 bis 320 µm betragen, d. h., er kann extrem kurz sein, so daß der optische Kopf 101 kompakt sein kann. Da der oberflächenemittierende Laser 1 vom Mesatyp ist und demgemäß die Eingrenzungseffekte hin­ sichtlich des photoelektrischen Feldes und des initiierten Stroms erhöht sind, kann auch ein niedriger Schwellenstrom erzielt werden.
Fig. 8 zeigt schematisch ein Beispiel der Struktur der Pho­ todiode 7.
Auf die Pufferschicht 47 aus n-AlGaAs wird eine Schicht 14 aus n+-GaAs aufgewachsen, der eine große Menge eines n- Fremdstoffs zugesetzt ist. Auf diese Schicht 14 aus n+-GaAs wird eine Schicht 21 aus GaAs, in das kein Fremdstoff ein­ dotiert ist, aufgewachsen. Ferner wird auf die GaAs-Schicht 21 teilweise eine Schicht 22 aus p-GaAs aufgewachsen. Ein Teil der Schicht 22 aus p-GaAs wird maskiert, um eine Iso­ lierschicht 23 aus SiO2 auszubilden. Anschließend wird diese Maske entfernt, um eine Au-Elektrode 20 herzustellen.
Es ist zu beachten, daß, obwohl die Photodiode 7 normaler­ weise hergestellt wird, nachdem der oberflächenemittierende Laser 1 hergestellt wurde, sowohl der Laser als auch die Photodiode gleichzeitig hergestellt werden können.
Durch die Fig. 9A-9D wird ein Verfahren zum gleichzeitigen Herstellen sowohl des oberflächenemittierenden Lasers 1 als auch der Photodiode 7 veranschaulicht.
Gemäß Fig. 9A wird auf die Pufferschicht 47 aus n-AlGaAs eine Schicht 14 aus n+-GaAs, in der eine große Menge eines n-Fremdstoffs zugesetzt ist, um die Leitfähigkeit zu erhö­ hen, aufgewachsen. Auf dieser Schicht 14 aus n+-GaAs wird eine Reflexionsspiegelschicht 15a durch abwechselndes Auf­ einanderstapeln von n-AlAs-Schichten und AlAs-Schichten her­ gestellt.
Gemäß Fig. 9B wird die Reflexionsspiegelschicht 15a nur dort entfernt, wo die Photodiode 7 auszubilden ist. Im Abschnitt, aus dem die Reflexionsspiegelschicht 15a entfernt wurde, wird eine Schicht 25 aus n-AlGaAs aufgewachsen.
Gemäß Fig. 9C wird auf der Reflexionsspiegelschicht 15a und der Schicht 25 aus n-AlGaAs eine Mantelschicht 16 aus n-AlGaAs ausgebildet. Auf der Reflexionsspiegelschicht 15a und der Schicht 25 aus n-AlGaAs wird eine Quantentrogschicht 17 aus p-GaAlAs/GaAs als aktive Schicht aufgewachsen. Auf dieser aktiven Schicht wird eine Mantelschicht 18 aus p-GaAlAs ausgebildet. Auf diese Mantelschicht 18 wird eine Reflexionsspiegelschicht 15b durch Abwechselndes Aufeinan­ derstapeln von n-AlAs-Schichten und GaAlAs-Schichten aufge­ wachsen. Durch einen Photoätzprozeß wird nur derjenige Teil der Reflexionsspiegelschicht 15b entfernt, in dem die Photo­ diode 7 auszubilden ist. Dann wird eine Schicht 22 aus p-GaAs in demjenigen Abschnitt ausgebildet, in dem die Re­ flexionsspiegelschicht 15b entfernt wurde. Auf dem vorste­ hend genannten Abschnitt, aus dem die Reflexionsspiegel­ schicht 15b entfernt wurde, wird eine Schicht 22 aus p-GaAs ausgebildet. Ferner wird sowohl auf der Reflexionsspiegel­ schicht 15b als auch auf der p-GaAs-Schicht 22 eine Schicht 19 aus p+-GaAs, dem eine große Menge eines p-Fremdstoffs zu­ gesetzt wurde, um die Leitfähigkeit zu erhöhen, ausgebildet.
Gemäß Fig. 9D wird auf der p+-GaAs-Schicht 19 eine Au-Elek­ trode 20 hergestellt. Danach wird der oberflächenemittieren­ de Laser 1 durch einen Ätzprozeß von der Photodiode 7 abge­ trennt.
Wie vorstehend beschrieben, kann dann, wenn der oberflächen­ emittierende Laser und die Photodiode 7 gleichzeitig herge­ stellt werden, der gesamte Herstellablauf deutlich verein­ facht werden, und demgemäß können diese Komponenten zu ge­ ringen Kosten hergestellt werden.
Fig. 10 ist ein Querschnitt durch einen optischen Kopf 102 gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die­ selben Bezugszahlen wie beim in Fig. 1 dargestellten vorigen Ausführungsbeispiel bezeichnen in Fig. 10 dieselben Funk­ tionsteile.
Dieser optische Kopf 102 verwendet eine konvexe Linse, wäh­ rend die beim optischen Kopf 101 von Fig. 1 verwendete Kon­ densorlinse 6 eine Gitterlinse ist. Filmförmige Polarisato­ ren 28 und 29 sind an einem unteren Substrat 2a angebracht, das unter der Photodiode 7 bei dem in Fig. 1 dargestellten optischen Kopf 101 angeordnet ist. Diese Polarisatoren 28 und 29 verfügen über Polarisationsrichtungen für durchgehen­ des Licht, die rechtwinklig zueinander stehen. Es ist zu be­ achten, daß dann, wenn die Polarisationsrichtungen der Pola­ risatoren 28 und 29 für durchgehendes Licht um ± 45° in bezug auf die Polarisationsrichtung des reflektierten Lichts verdreht sind, die höchste Meßempfindlichkeit erzielt werden kann (siehe die japanische Veröffentlichung von Ozima und Kakuta unter dem Titel "Magneto-Optical Recording Tech­ niques", Optics 1989, Vol. 18, No. 11, S. 599).
Fig. 11 zeigt ein Beispiel einer Signalerfassungsschaltung, wie sie im optischen Kopf 102 verwendet wird.
Ein Fokusabweichungssignal AF wird auf solche Weise erhal­ ten, daß die Ausgangssignale der vier Photodioden, die an der Außenseite der oberen Stufe und der Innenseite der inne­ ren stufe, wie sie in Fig. 11 dargestellt sind, in einem Addierer 8a aufsummiert werden, die Ausgangssignale der vier Photodioden, die an der Innenseite der oberen Stufe und der Außenseite der unteren Stufe liegen, in einem Addierer 8b aufsummiert werden und die Ausgangssignale dieser Addierer 8a und 8b in einem Subtrahierer 9a subtrahiert werden. Ein Spurverschiebungssignal TR wird auf solche Weise erzeugt, daß die Ausgangssignale der vier Photodioden, die an der linken Seite der oberen Stufe in Fig. 11 und der rechten Seite der unteren Stufe liegen, in einem Addierer 8c auf­ summiert werden, die Ausgangssignale der vier Photodiode an der rechten Innenseite der oberen Stufe und der linken Seite der unteren Stufe in einem Addierer 8d aufsummiert werden, und die Ausgangssignale dieser Addierer 8c und 8d in einem Subtrahierer 9b subtrahiert werden.
Im Fall einer optischen Platte, bei der das optische Auf­ zeichnungsmedium R vom überschreibbaren magneto-optischen Typ ist, kann ein magneto-optisches Signal MO dadurch erhal­ ten werden, daß die Summe der Ausgangssignale der im Polari­ sator 28 enthaltenen Photodioden von der Summe der Ausgangs­ signale der Photodioden im Polarisator 29 subtrahiert wird. Im Ergebnis werden die Ausgangssignale der vier Photodioden, die an der linken Seite der oberen Stufe und der linken Seite der unteren Stufe liegen, in einem Addierer 8e auf­ summiert, die Ausgangssignale der vier Photodioden, die an der rechten Seite der oberen Stufe und der rechten Seite der unteren Stufe liegen, werden in einem Addierer 8f aufsum­ miert, und die von diesen Addierern 8e und 8f gewonnenen Ausgangssignale werden in einem Subtrahierer 9d subtrahiert.
Dieser optische Kopf 102 ist ferner mit einem AF-Stellglied versehen.
Das optische Aufzeichnungsmedium R ist eine optische Platte. Allgemein gesagt, weist eine optische Platte eine transpa­ rente Schutzschicht 34 mit einer Dicke von 1,2 mm mit einer Informationsleseseite an einer Aufzeichnungsfläche 40 auf.
Z. B. beträgt dann, wenn eine Kondensorlinse 6 in einem end­ lichen System mit einer numerischen Apertur NA = 0,3 an der Laserseite verwendet wird, der Abstand zwischen dem ober­ flächenemittierenden Laser 1 und der Kondensorlinse 6 unge­ fähr 2 mm, und die Abmessung des optischen Kopfs 104 beträgt ungefähr 3 mm × 3 mm × 3 mm.
Fig. 12 ist ein Querschnitt durch einen optischen Kopf 106 gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Dieser optische Kopf 106 ist ein schwimmender, als Gleit­ schlitten geformter optischer Kopf, bei dem ferner am Boden des optischen Kopfs eine Gleitschlitten-Bodenverstärkungs­ schicht 13 aus einem keramischen Metall wie Zirkonoxid ausgebildet ist.
Da der schwimmende Gleitschlitten integral mit dem optischen Kopf durch einen Filmausbildungsprozeß hergestellt ist, ist keine Positionseinstellung des optischen Kopfs für den Gleitschlittenboden erforderlich.
In welchem Ausmaß der optische Kopf 106 schwimmt, hängt von seiner Form und der Lineargeschwindigkeit des optischen Auf­ zeichnungsmediums R ab, und die Höhe beträgt etwa 20 µm oder weniger. Änderungen der Schwimmhöhe entsprechen ungefähr 10% derselben. Demgemäß beträgt die Änderung der Schwimm­ höhe bei 20 µm ungefähr 2,0 µm. Die Brenntiefe der Konden­ sorlinse 6 beträgt ungefähr λ/NA2. Wenn λ = 0,78 µm und NA = 0,55 sind, beträgt demgemäß die Brenntiefe ungefähr 2,6 µm. Da hierbei die Schwimmhöhenänderung von 2,0 µm kleiner ist als die Brenntiefe der Kondensorlinse 6, ist keine Regelung hinsichtlich aktueller Fokusverschiebungen erforderlich. Anders gesagt, kann die Schwimmhöhenänderung so gewählt werden, daß sie kleiner als die Brenntiefe der Kondensor­ linse 6 ist. Es ist zu beachten, daß das optische Aufzeich­ nungsmedium 6 auf der Informationsleseseite der Aufzeich­ nungsfläche keine transparente Schutzschicht aufweisen muß oder daß die Dicke der transparenten Schutzschicht kleiner als ein Wert ist, der dadurch berechnet wird, daß die Schwimmhöhe vom hinteren Brennabstand der Kondensorlinse im Medium mit dem Brechungsindex 1,0 abgezogen wird und daß der Subtraktionswert mit dem Brechungsindex der Schutzschicht multipliziert wird. Wenn entweder das optische Aufzeich­ nungsmedium keine transparente Schutzschicht aufweist oder die Dicke der transparenten Schutzschicht kleiner als 100 µm ist, entsteht eine Schwierigkeit bei Informationslesevorgän­ gen, wenn Staub an der Oberfläche dieser optischen Aufzeich­ nungsschicht anhaftet, so daß dieses optische Aufzeichnungs­ medium R in einem staubdichten Gehäuse aufbewahrt werden muß.
Es ist zu beachten, daß dann, wenn keine Regelung zum Kor­ rigieren einer Fokusabweichung erforderlich ist, die Meß­ schaltungsabschnitte für das Fokusabweichungssignal, wie sie in den Signalerfassungsschaltungen der Fig. 4 und 11 verwen­ det werden, nicht mehr erforderlich sind, und daß die Auf­ zeichnungsfläche des optischen Aufzeichnungsmediums ohne Fokusabweichungsregelung gelesen werden kann.
Durch die Fig. 13A-13C wird ein Verfahren zum Herstellen des optischen Kopfs 106 veranschaulicht.
Fig. 13A zeigt den Aufbauzustand, wie er durch den Herstell­ prozeß erhalten wurde, der unter Bezugnahme auf die Fig. 5A bis 5F erläutert wurde.
Gemäß Fig. 13B wird derjenige Abschnitt der Gitterlinse 6 maskiert, um den eine Zirkonoxidkeramik durch ein Sputter­ verfahren abgeschieden wird, was zu einer Gleitschlitten- Bodenverstärkungsschicht 13 führt. Die Abscheidungsdicke entspricht einem Wert, wie er dadurch berechnet wurde, daß vom hinteren Fokusabstand (d. h. dem Abstand zwischen der Linsenfläche und dem Brennpunkt in Luft) der Gitterlinse 6 ein Dickenwert abgezogen wird, der dadurch erhalten wird, daß sowohl die Schwimmhöhe als auch die Dicke der Schutz­ schicht der optischen Platte durch den Brechungsindex der Schutzschicht geteilt werden.
Gemäß Fig. 13C wird das verstärkende Glassubstrat 11 ent­ fernt, um den oberflächenemittierenden Laser 1 und die Photodioden 7, 7 an der Unterseite des Substrats 2 auszubil­ den.
Es ist zu beachten, daß an der Gleitschlitten-Bodenverstär­ kungsschicht 13 am Boden des optischen Kopfs 15 eine Dünn­ film-Magnetspule 39 vorhanden sein kann, die dazu verwendet wird, ein Magnetfeld anzulegen.
Fig. 14 ist ein erläuterndes Diagramm für die Beziehung zwischen der Magnetspule 39 und deren Magnetfeld.
Das von einem kreisförmigen Strom "I" mit der Windungszahl "n" und dem Durchmesser "all erzeugte Magnetfeld "H" in der Mittelachse Z desselben ist wie folgt gegeben:
Z. B. kann ein Magnetfeld H = 100 [Oe] hergestellt werden, wenn angenommen wird, daß n = 5, a = 50 µm, z = 1 µm und I = 160 mA sind.
Fig. 15 ist eine perspektivische Darstellung zum Veranschau­ lichen eines optischen Plattengeräts 201 gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Dieses optische Plattengerät 201 ist so aufgebaut, daß ein optisches Aufzeichnungsmedium R, das entweder keine transpa­ rente Schutzschicht an der Informationsaufzeichnungsseite der Aufzeichnungsfläche oder eine transparente Schutzschicht mit einer Dicke unter ungefähr 20 µm aufweist, der zuvor bei diesem Ausführungsbeispiel erläuterte schwimmende optische Kopf 106, ein Trägerarm 46 zum Halten des schwimmenden Kopfs 106 und ein Spurführungsstellglied 31 in ein staubdichtes Gehäuse 37 eingebaut sind und ein Verbindungsanschluß 45 für eine Spannungsversorgung und ein Signal vorhanden ist.
Das optische Plattengerät 201 kann sehr dünn und leicht her­ gestellt werden, und es kann auch als tragbare Kassette aus­ gebildet werden, da keine dicke transparente Schutzschicht auf dem optischen Aufzeichnungsmedium R vorhanden ist und da weder eine Fokusabweichung-Erfassungsschaltung noch ein Stellglied zur Korrektur einer Fokusabweichung verwendet werden. In diesem Fall wird dieses optische Plattengerät 201 so verwendet, daß es wegnehmbar mit einem Schreib/Lese-Gerät 33 für optische Platten verbunden werden kann.
Es ist zu beachten, daß dieses Lese/Schreib-Gerät 33 für optische Platten sehr kompakt und billig hergestellt werden kann, da der Antriebsmechanismus und die Signalverarbei­ tungsschaltung für das optische Aufzeichnungsmedium R eben­ falls in das Lese/Schreib-Gerät 33 für optische Platten ein­ gebaut werden können und da weder ein optischer Kopf noch ein Spurabweichungsstellglied erforderlich sind.
Fig. 16 ist eine perspektivische Darstellung eines optischen Plattengeräts 202 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Ein Punkt, der dieses Ausführungsbeispiel vom vorigen, in 5 Fig. 15 dargestellten Ausführungsbeispiel unterscheidet, ist der, daß ein Spurführungsstellglied 31 an einem Lese/ Schreib-Gerät 330 für optische Platten vorhanden ist und dieses mit dem Haltearm 46 des optischen Plattengeräts 202 verbindbar ist. Da das optische Plattengerät 202 kein Spur­ führungsstellglied 31 enthält, kann dieses optische Platten­ gerät 202 kompakt und billig hergestellt werden.
Beim erfindungsgemäßen optischen Kopf wird die Schwächung von Laserlicht klein, und es tritt keine Schwierigkeit hin­ sichtlich chromatischer Abberation auf, wenn sich die Wel­ lenlänge der Laserlichtquelle aufgrund von Temperaturände­ rungen verändert. Auch besteht kein Störsignalproblem, das von Laserlicht hervorgerufen wird, das zum Halbleiterlaser zurückgeführt wird. Ferner besteht kein Problem, das dadurch hervorgerufen wird, daß die optische Linse geneigt in bezug auf die optische Platte angeordnet ist, und es wird keine Schwierigkeit durch die SCOOP-Struktur verursacht. Darüber hinaus kann der gesamte optische Kopf kompakt ausgebildet werden, da kein schwimmender Gleitschlitten verwendet wird, der Abmessungen aufweist, die mehrfach größer sind als die des optischen Kopfs.
Es folgt nun eine Beschreibung für ein Plattenaufzeichnungs­ gerät zum Aufzeichnen einer großen Menge an Information, insbesondere für ein Aufzeichnungsgerät für eine optische Platte hoher Dichte, und zwar gemäß einem Ausführungsbei­ spiel der Erfindung, wie es zum Realisieren von Informa­ tionsaufzeichnung hoher Dichte von mehreren tausend GB/cm2 bis zu mehreren TB/cm2 geeignet ist.
Herkömmlicherweise wird bei einem magneto-optischen Platten­ gerät, wie es z. B. in JP-A-52-31703 beschrieben ist, Infor­ mation in solcher Weise aufgezeichnet, daß Laserlicht auf die magneto-optische Platte gebündelt wird, wodurch ein Ab­ schnitt örtlich hoher Temperatur gebildet wird, und eine entlang einer speziellen Richtung magnetisierte Magnetdomäne wird in diesen Abschnitt hoher Temperatur unter Verwendung einer thermischen Magnetisierungsreaktion eingeschrieben.
Die Begrenzung hinsichtlich der Speicherdichte bei dieser magneto-optischen Platte wird durch den Durchmesser des Laserflecks bestimmt. Typische Fleckdurchmesser in jüngster Zeit entwickelter Aufzeichnungsgeräte liegen in der Größen­ ordnung von 0,8 µm, und demgemäß ist eine größere Speicher­ kapazität von ungefähr 600 MB/Exemplar zugänglich. Um die Speicherkapazität weiter zu erhöhen, muß der Durchmesser des Laserlichtflecks 0,8 µm oder kleiner sein. Da jedoch eine optische Grenze besteht, kann der Durchmesser des Laser­ lichtflecks nicht unendlich verringert werden. Derzeit be­ trägt der Grenzwert für den Fleckdurchmesser ungefähr 0,5 µm. Infolgedessen ist davon auszugehen, daß selbst dann, wenn eine solche Schreibbedingung wie das Intensitätsprofil des Laserflecks optimiert werden könnte, die Grenze für die Magnetdomäne in der Größenordnung von 0,3 µm liegt. Infolge­ dessen besteht die Schwierigkeit, daß angesichts der Spei­ cherkapazität keine größere Informationsspeicherdichte als ungefähr 12 GB/cm2 (2 GB/in2) realisiert werden kann.
Andererseits ist es bekannt, daß die Informationsspeicher­ dichte eines Magnetplattengerätes im allgemeinen geringer als diejenige bei einem optischen Plattengerät ist. Dies wird durch die Tatsache hervorgerufen, daß die Signalstärke um so schwächer wird, je kleiner die Magnetdomäne wird, wo­ durch es ziemlich schwierig ist, das Signal mit kleiner Stärke und kurzer Länge zu erfassen. Daher kann die Magnet­ domäne nicht stärker als zu einer Grenzabmessung unterteilt werden, so daß der obere Grenzwert für die Speicherdichte ungefähr 6 GB/cm2 (1 GB/in2) beträgt.
Gemäß dem unten angegebenen Ausführungsbeispiel ist es mög­ lich, ein Speichergerät zu schaffen, das eine große Spei­ cherdichte von einigen 10 GB bis einigen TB/cm2 aufweist, obwohl dieses Speichergerät dieselben Abmessungen wie ein herkömmliches Speichergerät aufweist.
Beim Speichergerät dieses Ausführungsbeispiels werden ein sehr kleiner Spiegel, der der optischen Platte zugewandt ist, ein in Luft über der Oberfläche der optischen Platte schwimmender Kopf und ein optisches System verwendet, das eine Laserbeleuchtungseinrichtung und eine optische Erfas­ sungseinrichtung beinhaltet. Dann wird Laserlicht von der Hinterseite der optischen Platte in denjenigen Bereich der­ selben eingestrahlt, der den Bereich enthält, der sich mit dem sehr feinen Spiegel überlappt, wodurch Speicherinforma­ tion in diesen optischen Plattenbereich eingelesen bzw. aus diesem ausgelesen wird.
Der wirksame Fleckdurchmesser des Laserlichts kann dadurch klein gemacht werden, daß die Breite des sehr kleinen Spie­ gels kleiner als der Fleckdurchmesser des auf die optische Platte aufgestrahlten Laserlichts gemacht wird.
Der Kopf kann einen Magnetpol zum Einschreiben von Informa­ tion aufweisen, und eine Spiegelfläche dieses Magnetpols kann als der sehr kleine Spiegel verwendet werden.
Mehrere Informationsschreib-Magnetpole, die entlang einer im wesentlichen rechtwinklig zur Relativbewegungsrichtung zwi­ schen der optischen Platte und dem Kopf angeordnet sind, werden innerhalb eines einzelnen Kopfes verwendet, und meh­ rere Einzelinformationen werden für die parallelen Magnet­ pole umgesetzt, um in die optische Platte eingeschrieben zu werden, während die magnetischen Polaritäten der mehreren Magnetpole unter der Bedingung in Übereinstimmung mit einer beliebigen Informationsreihe invertiert werden, daß das gemeinsame Laserlicht, von dem sich mindestens ein Teil mit allen der mehreren sehr kleinen Spiegel überlappt, von der Rückseite auf die optische Platte gestrahlt wird.
Die parallel geschriebene Information kann zeitlich von­ einander getrennt werden und so erfaßt werden, daß mehrere sehr feine Auslesespiegel vorhanden sind, die positionsmäßig entlang der Relativbewegungsrichtung zwischen der optischen Platte und dem Kopf verschoben werden, und die Magnetpole, die in demjenigen Bereich liegen, der gerade unter demjeni­ gen sehr feinen Spiegel liegt, der vom optischen Laser beleuchtet wird, vom Photodetektor erfaßt werden, während das gemeinsame Laserlicht, von dem sich mindestens ein Teil mit allen sehr feinen Spiegeln überlappt, von der Hinter­ seite auf die optische Platte eingestrahlt wird. Die Auftei­ lung dieser Information kann dadurch ausgeführt werden, daß die Ausgangssignale der Photodetektoren verwendet werden, wie sie auf die vorhandene Anzahl magnetischer Domänen hin erhalten werden, und auch unter Verwendung der sich ändern­ den zeitlichen Lagen der Ausgangssignale.
Es werden sowohl die sehr kleinen Auslesespiegel als auch entweder die Schreibmagnetpole oder die sehr kleinen Schreibmagnete verwendet, und die sehr kleinen Auslesespie­ gel können von den Schreibmagnetpolen oder den sehr kleinen Schreibspiegeln durch gleiche Abstände hinsichtlich des Drehmittelpunkts des Aufzeichnungsmediums getrennt sein.
Wenn entweder die vorstehend genannten sehr kleinen Spiegel oder die als sehr kleine Spiegel fungierenden Magnetpole durch Abschnitte von Metallfilmen, die durch Laminieren auf ein ebenes Substrat hergestellt wurden, aufgebaut würden, könnten Spiegel mit Dicken in der Größenordnung von 1/10 m hergestellt werden, und es könnten auch Magnetpole mit Dik­ ken der Größenordnung 1/10 nm hergestellt werden.
Wenn Laserlicht, das von der Rückseite her durch die opti­ sche Platte hindurchgedrungen ist, erneut durch den am Kopf vorhandenen sehr kleinen Spiegel zur optischen Platte zu­ rückgeworfen wird, ist die Intensität des Lichts im Ab­ schnitt, der auf den Bereich begrenzt ist, der direkt unter dem Spiegel liegt und auf den auch das Laserlicht gestrahlt wurde, erhöht. Infolgedessen kann nur diejenige Magnetdomä­ ne, die in dem Bereich vorliegt, in dem die Lichtstärke er­ höht ist, unter Verwendung entweder des Faraday-Effekts oder des Kerr-Effeks dadurch erfaßt werden, daß die Meßempfind­ lichkeiten der Photodetektoren erfaßt werden, so daß Infor­ mation sehr kleiner Größe, die kleiner als die Größe des Laserflecks ist, gelesen werden kann. Anders gesagt, kann erfindungsgemäß der wirksame Fleckdurchmesser des Laser­ strahls dadurch sehr klein gemacht werden, daß die sehr kleinen Spiegel gemeinsam genutzt werden.
Dann wird, wie oben beschrieben, eine Temperaturerhöhung selektiv in einem örtlichen Bereich erzeugt, der eine Größe kleiner als die Fleckgröße des Laserstrahls aufweist, so daß die Information in eine sehr kleine Magnetdomäne einge­ schrieben werden kann, die eine Größe aufweist, die 0,5 µm entspricht oder kleiner ist, was bei einer herkömmlichen magneto-optischen Platte nicht realisiert werden konnte. Die Erscheinung der Verringerung der Koerzitivkraft des magneti­ schen Films, was durch eine solche örtliche Temperaturerhö­ hung hervorgerufen wird, kann dazu verwendet werden, Infor­ mation unter Verwendung der Magnetpole in sehr kleine Magnetdomänen einzuschreiben.
Auch werden innerhalb eines einzelnen Kopfs mehrere Schreib­ magnetpole verwendet, und die vorstehend beschriebenen Wir­ kungen werden mit den in einem einzelnen Kopf jeweils ver­ wendeten Magnetpolen parallel ausgeführt, wodurch Parallel­ information mit einem einzelnen Kopf geschrieben werden kann. Die Parallelinformation kann aufgeteilt werden und da­ durch gelesen werden, daß mehrere Auslesespiegel positions­ mäßig entlang der Relativbewegungsrichtung zwischen der op­ tischen Platte und dem Kopf verschoben werden.
Wenn entweder die Auslesespiegel oder die Magnetdomänen mit Spiegelfunktion entweder getrennt von den Schreibmagnetpolen oder den Schreibspiegeln angeordnet würden, und zwar mit im wesentlichen demselben Radiusabstand vom Drehmittelpunkt des Mediums, könnte die Adressierungssteuerung für die Informa­ tion einfach ausgeführt werden, da die beschriebenen Magnet­ domänen sich mit dem Leseabschnitt und auch dem vom Laser­ strahl beleuchteten Abschnitt mit höherer Genaugikeit inner­ halb eines Bereichs überlappen, in dem keine thermische Stö­ rung des Mediums und des Kopfs vorliegt.
Fig. 17 zeigt die Gesamtanordnung eines erfindungsgemäßen Aufzeichnungsgeräts für Informationsaufzeichnung hoher Dich­ te auf optischen Platten.
Dieses Gerät wird durch eine optische Platte 1, einen Motor 2 zum drehenden Antreiben der optischen Platte 1, eine La­ serlichtquelle 3, einen Photodetektor 4 und einen Strahl­ teiler 6 gebildet. Dieses Aufzeichnungsgerät besteht ferner aus einer Linse 7, einem in Luft schwimmenden Magnetkopf 11, einem Kopfarm 12, einem Positionierstellglied 13, einer Kopfsteuerschaltung 14, einer Steuerschaltung 15 für das optische System, einem Steuersystem-Hauptkörper 20 usw. Der Magnetkopf 11 ist elektrisch mit dem Steuersystem-Hauptkör­ per 20 verbunden, um ein Magnetfeld abhängig von Eingangs/ Ausgangs-Vorgängen zu erzeugen, falls erforderlich.
Als Laserlichtquelle 3 kann z. B. ein Halbleiterlaser zum Emittieren von Laserlicht mit Wellenlängen von 780 bis 830 nm verwendet werden. Als Photodetektor 4 kann ein Photo­ multiplizierer, eine Avalanchephotodiode, eine elektronisch gekühlte Photodiode und dergleichen verwendet werden, die hohe Empfindlichkeit für schwaches Licht und auch ein hohes S/R-Verhältnis aufweisen.
Die optische Platte 1 wird vom Motor 2 mit einer Drehzahl von z. B. 3000 U/min angetrieben. Der Steuersystem-Hauptkör­ per 20 hat eine Funktion, daß er Speicherinformation mit einem ähnlichen Algorithmus adressieren kann, wie dies bei einem herkömmlichen Plattenspeicher der Fall ist. Eine zum Eingeben/Ausgeben von Information verwendete Kommunikations­ leitung geht vom Steuersystem-Hauptkörper 20 weg, und diese kann elektrisch an ein Informationsverarbeitungsgerät ange­ schlossen werden.
Zunächst erfolgt eine Beschreibung für ein Beispiel eines Aufzeichnungsmediums der optischen Platte 1, bei dem ein magnetischer Film mit einer Magnetisierungsachse entlang der vertikalen Richtung in bezug auf die Filmoberfläche als Auf­ zeichnungsmedium verwendet wird. Als magnetischer Film wer­ den CoFeNi, Bariumferrit, hexagonaler Ferrit und dergleichen verwendet. Dieser Magnetfilm wird mit einer Dicke von 50 nm auf das Glassubstrat aufgetragen. Es ist zu beachten, daß, da das Vorhandensein von Magnetdomänen durch die obengenann­ te optische Einrichtung selbst dann erfaßt werden kann, wenn andere vertikal magnetisierbare Filme verwendet werden, die Erfindung auch hierauf angewandt werden kann.
Erfindungsgemäß werden zum Realisieren der Lichterfassung bei der optischen Platte, wie vorstehend erläutert, der in Luft schwimmende Magnetkopf 11 und ein optisches System zum Aufstrahlen des Laserlichts auf die optische Platte und zum Erfassen des Laserlichts neu nahe der Oberfläche der opti­ schen Platte verwendet. Laserlicht 8 wird dazu verwendet, Speicherbits dadurch zu lesen, daß derjenige Bereich von der Rückseite der optischen Platte her beleuchtet wird, der min­ destens denjenigen Teil der Fläche der optischen Platte ent­ hält, der sich mit dem Magnetkopf 11 Überlappt. Der Magnet­ kopf wurde dadurch hergestellt, daß sowohl ein leitendes Muster aus einem Metallfilmmuster, z. B. aus Au, und ein Magnetpolmuster aus einem magnetischen Metall, z. B. einer Ni-Fe-Legierung, auf einem harten Substratmaterial wie aus Aluminiumoxid-Titancarbid hergestellt wurde. Aluminiumoxid- Titancarbid wird mit einem ähnlichen Bearbeitungsvorgang bearbeitet wie ein herkömmlicher magnetischer Kopf, und zwar so, daß dieser Magnetkopf in Luft über der Oberfläche der optischen Platte schwimmen kann (mit weniger als ungefähr 0,1 µm).
In den Fig. 18A-18B ist der Magnetkopf 11 vergrößert dar­ gestellt. Ein sehr kleiner Spiegel 30 mit einer Dicke von z. B. ungefähr 100 nm wurde auf der Oberfläche des Magnet­ kopfs 11 auf der Seite der optischen Platte hergestellt. Es ist zu beachten, daß die Dicke dieses Spiegels nicht hierauf beschränkt ist, sondern daß lediglich eine reflektierende Ebene geschaffen sein muß. Der Spiegel 30 weist Rechteckform mit einer Breite von ungefähr 20 nm und einer Länge von un­ gefähr 1 µm auf. Ein Metallfilm mit hoher Reflektivität wie aus Al und Cr wurde zum Herstellen des Spiegels verwendet. Auf diesen Spiegel 30 wurde das Laserlicht 8 durch ein Auf­ zeichnungsmedium hindurch und ein plattenförmiges Glassub­ strat 100 von der Rückseite der optischen Platte 1 her auf­ gestrahlt, wobei das plattenförmige Glassubstrat 100 dazu verwendet wurde, die mechanische Festigkeit des Aufzeich­ nungsmediums zu erhöhen. Gleichzeitig wurde der Photodetek­ tor 4 auf der Seite der Rückfläche der optischen Platte 1 angeordnet, so daß die Lichtstärke eines Abschnitts inner­ halb eines Bereichs 81, in den das Laserlicht eingestrahlt wurde und der auf einen anderen Bereich 82 begrenzt war, der direkt unter dem Spiegel 30 lag, erhöht werden konnte. In­ folgedessen konnte nur eine im Bereich 82 vorhandene Magnet­ domäne 21 unter Verwendung entweder des Faraday-Effekts oder des Kerr-Effekts erfaßt werden. Die Reflexionslichtmenge konnte im Bereich ohne Spiegel 30 verringert werden. Dadurch und durch Einstellen der Meßempfindlichkeit der Steuerschal­ tung des optischen Systems konnte verhindert werden, daß die Magnetdomäne 22 fehlerhaft erfaßt wurde. Daher konnte eine sehr kleine Magnetdomäne mit einem Durchmesser von 1 µm oder kleiner entsprechend der Laserfleckgröße ausgelesen werden.
Fig. 19 repräsentiert einen Magnetkopf gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung. Bei diesem Ausführungs­ beispiel ist ein Schreibmagnetpol 31 des Magnetkopfs 11 auf der Seite der Mediumoberfläche vorhanden, und eine Spiegel­ fläche dieses Schreibmagnetpols 31 wird als Spiegel verwen­ det. Um diese Struktur eines Magnetkopfs zu realisieren, wurde ein metallisches Material wie Fe, Ni oder Cu als Mate­ rial des Magnetpols 31 an der Oberfläche des Magnetkopfs 11 verwendet. Da dieser Schreibmagnetpol 31 auf ähnliche Weise wie bei dem in den Fig. 18A-18B dargestellten Ausführungs­ beispiel als Spiegel verwendet wird, kann die Lichtstärke desjenigen Abschnitts, der unter diesem Spiegel liegt und auch auf den Bereich 83 begrenzt ist, in den das Laserlicht 8 eingestrahlt wird, erhöht werden, und es wird nur die in diesem Bereich 83 vorhandene Magnetdomäne 84 durch den Pho­ todetektor erfaßt, der an der Rückseite des Mediums 1 liegt, auf ähnliche Weise wie beim vorigen Ausführungsbeispiel.
Die vorstehend beschriebene, auszulesende Magnetdomäne wurde dadurch eingeschrieben, daß die Magnetisierungsrichtung des in dem in Fig. 19 dargestellten Magnetkopf 11 verwendeten Magnetpols 31 unter Verwendung eines elektrischen Signals 41 umgekehrt wurde. Während dieses Schreibvorgangs kann, da beim Lesevorgang (d. h. bei der geringen Erfassungsempfind­ lichkeit einer herkömmlichen Magnetplatte) keine Schwierig­ keit besteht, ein Magnetkopf verwendet werden, der einen schmalen Magnetpol in Spurrichtung aufweist. In diesem Fall wurde ein Magnetpol mit einer Breite von ungefähr 20 nm und LO einer Länge von ungefähr 1 µm verwendet. Dabei betrug die Abmessung der eingeschriebenen Magnetdomäne ungefähr 20 nm.
Auch kann selbst dann, wenn die Erscheinung der Verringerung der Koerzitivkraft des Mediums verwendet wird, die durch eine örtliche Temperaturerhöhung verursacht wird, die da­ durch erzeugt wird, daß das von der Rückseite der optischen Platte herkommende Laserlicht 8 reflektiert wird, während der metallische Magnetpol 31 als Spiegel in Fig. 19 verwen­ det wird, eine sehr kleine Magnetdomäne geschrieben werden. Dies ist das neuartige Schreibprinzip, das sich von herkömm­ lichen Schreibverfahren für magneto-optische und Magnetplat­ ten unterscheidet. D. h., daß der örtliche Verringerungsbe­ reich 83 für die Koerzitivkraft in der optischen Platte dadurch erzeugt wird, daß der Laserstrahl 8 auf diese ge­ strahlt wird. Dabei wird die Magnetisierungsstärke des Magnetpols eingestellt, und seine Polarität wird abhängig von einer Informationsfolge umgekehrt, so daß Magnetdomänen, die in einer speziellen Richtung magnetisiert sind, nur in einem solchen Abschnitt erzeugt werden können, der gerade unter einem metallischen Magnetpol 31 liegt, dessen Koerzi­ tivkraft verringert wurde und der auch auf den Bereich 83 begrenzt ist, in den das Laserlicht 8 eingestrahlt wird. In den Bereich, dessen Koerzitivkraft nicht verringert ist, wird keine magnetische Domäne neu erzeugt, selbst wenn das vom Magnetpol 31 erzeugte Magnetfeld an ihn angelegt wird, wenn dieses Magnetfeld unter der Koerzitivkraft liegt.
Unter erneuter Bezugnahme auf die Fig. 18A-18B erfolgt nun eine Beschreibung für ein Beispiel, bei dem ein thermo­ magnetisch beschreibbarer Magnetfilm als Speichermedium der optischen Platte 1 verwendet wird. Als Speichermedium wurde GdFeCo, TbFeCo, ein Pt/Co-Mehrschichtfilm oder ein Legie­ rungsfilm verwendet. Diese dem Speichermedium entsprechenden magnetischen Filme wurden auf dem Glassubstrat 100 ausgebil­ det. Die restliche Gerätestruktur ist ähnlich der in Fig. 17 dargestellten. Die im magneto-optischen Film vorhandenen Magnetdomänen können durch eine Erfassungseinrichtung unter Verwendung des vorstehend beschriebenen Kerr-Effekts oder des Faraday-Effekts beim optischen Auslesen von Information erfaßt werden.
Was einen Schreibvorgang betrifft, konnte ein neues Schreib­ verfahren erzielt werden, wenn ein magneto-optischer Film als Speichermedium verwendet wird. Wie in Fig. 18B darge­ stellt, fiel Laserlicht 8 von der Rückseite der optischen Platte her auf die Rückseite des in Luft schwimmenden Kopfs 11 zum Spiegel 30 hin, und zwar auf ähnliche weise wie beim Lesevorgang. Es ist zu beachten, daß die Lichtstärke des Laserlichts 8 auf ein Mehrfaches derjenigen beim Lesevorgang erhöht wurde. Da das Laserlicht vom Spiegel 30 reflektiert wird, stieg die Temperatur auf ungefähr 200°C an, wodurch im Abschnitt direkt unter dem Spiegel 30 und begrenzt durch den Bereich 82, in den das Laserlicht eingestrahlt wurde, eine thermo-magnetische Erscheinung hervorgerufen wurde. Daher konnten Magnetdomänen mit einem ähnlichen Effekt wie bei einer herkömmlichen magneto-optischen Platte in diesen Abschnitt eingeschrieben werden. Da der Bereich mit Tempera­ turerhöhung auf einen solchen Bereich begrenzt ist, in den das Laserlicht fällt und in den das vom Spiegel reflektierte Laserlicht strahlt, kann eine solche Temperaturerhöhung innerhalb eines kleinen Bereichs erzeugt werden, der eine geringere Größe aufweist als der Laserfleck, und zwar da­ durch, daß der Spiegel sehr klein gemacht wird oder daß das Laserlicht in einen sehr kleinen Abschnitt des Spiegels eingestrahlt wird. Im Ergebnis konnten sehr kleine Magnet­ domänen mit einer Größe von ungefähr 0,1 µm geschrieben werden. Ferner kann die Temperatur im thermo-magnetischen Film örtlich selbst dann erhöht werden, wenn der Spiegel 30 aus AlTi, AlCu oder dergleichen zum Einstellen des Refle­ xionsvermögens besteht, und durch Erhöhen der Temperatur des Spiegels selbst und durch Übertragen dessen thermischer Energie an die dicht benachbarte optische Platte 1.
Das in den Fig. 18A-18B dargestellte Laserlicht 8 wird abhängig von einem Informationsstrom EIN/AUS-geschaltet, damit beurteilt werden konnte, ob die Temperatur sich zeit­ sequentiell änderte oder nicht. Im Ergebnis konnte Informa­ tion entsprechend dem Vorliegen sehr kleiner magnetischer Domänen 23 mit einem Prinzip geschrieben werden, das sehr ähnlich zu dem bei einer herkömmlichen magneto-optischen Platte ist. Jedoch müssen bei diesem Schreibverfahren die magnetischen Richtungen des Speichermediums der optischen Platte miteinander übereinstimmen, bevor Information einge­ schrieben wird. Da das EIN/AUS-Schalten des Laserlichts nur dazu erfolgen kann, eine Steuerung zum Beurteilen, ob eine Magnetdomäne vorhanden ist oder nicht, vorzunehmen, kann keine Information dort in die optische Platte geschrieben werden, wo Magnetdomänen bereits vorhanden sind. Um diese Schwierigkeit zu Überwinden, muß die alte Information mit­ tels einer Einrichtung zum Aufheizen der optischen Platte oder zum Anlegen eines starken Magnetfeldes an dieselbe ge­ löscht werden. Wenn eine solche Löscheinrichtung nicht ver­ wendet werden kann, kann entweder ein Magnetpol zum Löschen von Magnetdomänen am Kopf vorhanden sein, oder es ist eine Spule zum Löschen von Magnetdomänen nahe an der optischen Platte angeordnet, so daß die alte Information gelöscht wer­ den kann, bevor neue Information eingeschrieben wird. Wenn eine solche Spule zum Löschen von Magnetdomänen als beim Schreibvorgang verwendeter Hilfsmagnetpol verwendet wird, kann ein Schreibvorgang unter Verwendung eines magnetischen Modulationsverfahrens für die magneto-optische Platte rea­ lisiert werden. Anders gesagt, werden dann, wenn die Polari­ tät des Hilfsmagnetpols abhängig vom Informationsstrom unter der Bedingung umgekehrt wird, daß das in Fig. 18 dargestell­ te Laserlicht 8 im EIN-Zustand ist, Magnetdomänen abhängig von den Polaritäten des Hilfsmagnetpols erzeugt. Gemäß die­ sem Verfahren kann neue Information auf alte Information ge­ schrieben werden.
Unter erneuter Bezugnahme auf Fig. 19 erfolgt nun eine Be­ schreibung für ein anderes neuartiges Schreibverfahren für Magnetdomänen für den Fall, daß am Kopf 11 ein Magnetpol vorhanden ist. Wenn der metallische Magnetpol 31 als Spiegel verwendet wird und das von der Rückseite der optischen Plat­ te her eingestrahlte Laserlicht 8 an diesem Spiegel reflek­ tiert wird, wie vorstehend ausgeführt, kann eine örtliche Temperaturerhöhung im Bereich 83 der optischen Platte 18 auftreten. Demgemäß wird dieses Schreibverfahren für Magnet­ domänen dadurch realisiert, daß die Erscheinung der Ernied­ rigung der Koerzitivkraft in diesem Bereich 83 verwendet wird, die durch den obenerläuterten örtlichen Temperatur­ anstieg hervorgerufen wird. Da die Koerzitivkraft der Haupt­ parameter zum Bestimmen des Ausmaßes für einfaches Erzeugen einer Magnetdomäne ist, wird die Magnetisierungsstärke des Magnetpols eingestellt, und es wird auch die Polarität ab­ hängig vom Informationsstrom umgekehrt, so daß Magnetdomä­ nen, die den Polaritäten der Magnetpole entsprechen, nur in demjenigen Abschnitt erzeugt werden, der direkt unter dem metallischen Magnetpol liegt, bei Begrenzung auf den Bereich 83, dessen Koerzitivkraft durch Einstrahlen des Laserlichts in ihn erniedrigt ist. Dabei wird selbst dann, wenn das vom Magnetpol erzeugte Magnetfeld an Bereiche gelegt wird, deren Koerzitivkraft nicht verringert ist, keine Magnetdomäne er­ zeugt, wenn die Stärke dieses Magnetfelds kleiner als die Koerzitivkraft ist, so daß eine sehr kleine Magnetdomäne geschrieben werden kann.
Bei diesem Schreibverfahren können Magnetdomänen bei einem sehr kleinen Magnetfeld des Magnetpols hergestellt werden, d. h. bei seinem sehr kleinen Strom, was einen Unterschied zum Fall bei einer herkömmlichen Magnetplatte darstellt. Auch besteht bei diesem Schreibverfahren, da Magnetdomänen nach Belieben entlang der Magnetisierungsrichtung des Ma­ gnetpols geschrieben werden können, das Merkmal, daß eine neue Magnetdomäne auf ähnliche Weise wie bei einer herkömm­ lichen Magnetplatte in alte Information eingeschrieben wer­ den kann.
Unter Bezugnahme auf Fig. 20A wird nun ein Ausführungsbei­ spiel eines Parallelschreibverfahrens erläutert. Bei diesem Ausführungsbeispiel werden mehrere Schreibmagnetpole 30-a bis 30-d in einem einzelnen Kopf 11 entlang einer Richtung im wesentlichen rechtwinklig zur Relativbewegungsrichtung zwischen der optischen Platte und dem Kopf verwendet, und elektrische Signale können getrennt voneinander in die je­ weiligen Magnetpole eingegeben werden. Dann wurde der vor­ stehend beschriebene Schreibvorgang bei einem Parallelmodus für den einzelnen Schreibkopf ausgeführt. Genauer gesagt, werden unter der Bedingung, daß sich der gemeinsame Laser­ strahl 85 mit mindestens einem Abschnitt aller parallel zu­ einander angeordneter Magnetpole 30-a bis 30-d überlappte, die jeweiligen Magnetisierungsrichtungen der Magnetpole ab­ hängig von einem beliebigen Informationsstrom umgekehrt, wo­ durch mehrere, in das Speichermedium einzuschreibende Ein­ zelinformationen in ein paralleles Vorliegen von Magnetdomä­ nen umgesetzt wurden. Innerhalb der Fleckgröße eines einzel­ nen Laserstrahls konnte eine große Anzahl von Magnetpolen vorliegen, wenn der gemeinsame Laserstrahl eingestrahlt wur­ de. Infolgedessen konnte Information parallel von einem ein­ zigen Kopf geschrieben werden, d. h., daß ein Informations­ schreibvorgang mit hoher Dichte und hoher Geschwindigkeit realisiert werden konnte.
Unter Bezugnahme auf Fig. 20B erfolgt nun eine Beschreibung für ein Beispiel, bei dem die parallel geschriebene Informa­ tion zeitsequentiell mit einem einzigen Detektor ausgelesen wird. Es wurden entweder eine Mehrzahl von Lesespiegeln 43-a bis 43-d oder Magnetpole mit Spiegelfunktionen positions­ mäßig entlang der Relativbewegungsrichtung zwischen der optischen Platte und dem Kopf 11 verschoben. Bei dieser Anordnung liegen die Magnetdomänen 125 bis 128 auf der optischen Platte zu verschiedenen Zeitpunkten an den jewei­ ligen Spiegeln. Laserlicht 86 wird von der Rückseite der optischen Platte in einen Bereich eingestrahlt, der mindes­ tens eine solche Fläche der optischen Platte enthält, die sich mit diesem Spiegel oder dem Magnetpol mit Spiegelfunk­ tion überlappt. Infolgedessen können sowohl Magnetdomänen 125, die im Abschnitt direkt unter diesen Spiegeln oder Magnetpolen liegen und auf den Bereich begrenzt sind, in den das Laserlicht eingestrahlt wird, als auch Magnetdomänen 126 bis 128, die in anderen Bereichen vorliegen, mit einem einzigen Detektor zu verschiedenen Zeitpunkten erfaßt wer­ den. Unter Verwendung dieser prinzipiellen Idee kann Infor­ mation mit einem einzigen Kopf in einem Parallelmodus gele­ sen/geschrieben werden.
Die Fig. 21A-21E repräsentieren eine Situation, bei der Laserlicht 86 von der Rückseite der optischen Platte her entweder auf die Magnetpole 43-a bis 43-d mit Spiegelfunk­ tion oder auf mehrere Lesespiegel gestrahlt wird, die posi­ tionsmäßig entlang der Relativbewegungsrichtung zwischen der optischen Platte und dem Magnetkopf verschoben werden. Es wird nun unter Bezugnahme auf die Fig. 21A und 21B ein Ver­ fahren zum zeitsequentiellen Auslesen paralleler Information mittels eines einzigen Detektors erläutert. Fig. 21A zeigt den Fall, daß vier Magnetdomänen 125, 126, 127, 128 in par­ alleler Form vorliegen. Wenn mehrere Lesespiegel vorliegen, die positionsmäßig entlang der Relativbewegungsrichtung ver­ schoben werden, kommen die Magnetdomänen zu verschiedenen Zeitpunkten abhängig von der Bewegung der optischen Platte unter den Spiegeln an. Infolgedessen verändert sich die Stärke des vom Photodetektor ausgegebenen Erfassungssignals in vier Stufen entlang der Zeitachse, wie dies in Fig. 21C durch eine durchgezogene Kurve dargestellt ist. Andererseits ändern sich, wie dies in Fig. 21B dargestellt ist, dort, wo zwei Magnetdomänen 129 und 130 vorliegen, die Stärken des Erfassungssignals in zwei Stufen, wie in Fig. 21C durch eine gestrichelte Linie veranschaulicht. Wie vorstehend beschrie­ ben, ist erkennbar, daß die Amplitude des Erfassungssignals von der Gesamtzahl vorliegender Magnetdomänen abhängt.
Da die Zeitpunkte, zu denen das Vorliegen einer Magnetdomäne vom Spiegel 43-a wie auch die Zeitpunkte zum Erfassen des Vorliegens von Magnetdomänen durch die anderen Spiegel 43-b bis 43-d und dergleichen konstant sind, können die Positio­ nen, an denen jeweilige Magnetdomänen vorhanden sind, auf­ grund der Zeitpunkte berechnet werden, zu denen sich das Erfassungssignal ändert. Diese Gewinnung der Zeitpunkte kann z. B. dadurch erfolgen, daß das Erfassungssignal differen­ ziert wird und die differenzierten Signale miteiander ver­ glichen werden. Fig. 21D zeigt einen differenzierten Signal­ verlauf für die obige Fig. 21A, und Fig. 21E repräsentiert einen anderen differentiellen Signalverlauf für die obige Fig. 21B. Aus den Fig. 21D und 21E ist erkennbar, daß Signa­ le, die dem Vorliegen von Magnetdomänen entsprechen, zu ver­ schiedenen Zeitpunkten t1, t2, t3 und t4 erhalten werden. Die räumlich parallel vorliegende Information (Vorliegen einer Magnetdomäne) kann dadurch ausgelesen werden, daß sie in elektrische Signale umgewandelt wird, die voneinander hinsichtlich der Zeitachse getrennt sind, was durch Verglei­ chen der Amplituden der Signale mit einem durch eine ge­ strichelte Linie dargestellten Pegel in einem Komparator er­ folgt. Infolgedessen kann Information mit einem einzelnen Kopf mit hoher Geschwindigkeit ausgelesen werden.
Die Aufteilung der Parallelinformation, wie sie durch die schrittweisen Änderungen der Signalstärken vorgenommen wer­ den, kann auch dadurch realisiert werden, daß zusätzlich ein Prozeß zur A/D-Umsetzung des Erfassungssignals ausgeführt wird und dann das A/D-umgesetzte Signal in einer digitalen Schaltung verarbeitet wird. Die vorstehend erläuterte Funk­ tion, durch die mehrere Informationsströme in sehr kleinen Zeitspannen über einen einzigen Signalkopf eingegeben/ausge­ geben werden können, kann bei einer herkömmlichen magneto­ optischen Platte und bei einer herkömmlichen magnetischen Platte nicht ausgeführt werden.
Es ist zu beachten, daß, da die parallel vorliegenden Ma­ gnetdomänen 125 bis 128 in der Richtung rechtwinklig zur Relativbewegungsrichtung der optischen Platte in bezug auf den Kopf 11 beim vorigen in Fig. 21 dargestellten Ausfüh­ rungsbeispiel angeordnet sind, die Lesespiegel 43-a bis 43-d positionsmäßig entlang der Relativbewegungsrichtung verscho­ ben werden, um diese Magnetdomänen auf der Zeitachse vonein­ ander zu trennen, um sie auszulesen. Alternativ kann, wenn z. B. mehrere in mehrere Schreibmagnetpole eingegebene Zeit­ punkte leicht gegeneinander verschoben sind, und die paral­ lelen Magnetdomänen nicht rechtwinklig zur vorstehend erläu­ terten Relativbewegungsrichtung, sondern leicht schräg hier­ zu ausgebildet werden, selbst dann, wenn die Lesespiegel 43-a bis 43-d nicht positionsmäßig gegeneinander verschoben sind, die Parallelinformation ausgelesen werden, während sie auf der Zeitachse aufgetrennt wird.
Ferner kann zum Realisieren der vorstehend beschriebenen parallelen Informations-Eingabe/Ausgabe ein Muster mit Spie­ gelfunktion für die Kopfeinheit 11 hergestellt werden, wie es in Fig. 22 veranschaulicht ist. D. h., daß jeder der Lesespiegel oder der Magnetpole 43-a bis 43-d mit Spiegel­ funktion sowie jeder der Lesemagnetpole oder der Schreib­ spiegel 30-a bis 30-d so angeordnet ist, daß sie voneinander durch einen im wesentlichen gleichen radialen Abstand hin­ sichtlich des Drehmittelpunkts des Mediums beabstandet sind. Infolgedessen kann Information dadurch gelesen/geschrieben werden, daß ein einzelner Kopf und ein einzelner Laserstrahl verwendet werden, und es kann ein Adressiermechanismus ge­ meinsam für Lese/Schreib-Vorgänge verwendet werden, was zu einem einfachen Adressiermechanismus führt. Die Adressie­ rungssteuerung der Information kann einfach erzielt werden, da die geschriebenen Magnetdomänen 27 mit dem Leseabschnitt und demjenigen Abschnitt überlappt werden, auf den das La­ serlicht 87 fällt, wodurch Präzision innerhalb einem Bereich erzielt werden kann, in dem kein Medium und keine thermische Störung des Kopfs vorliegen.
Um eine sehr kleine Magnetdomäne zu lesen und zu schreiben, weisen entweder am Kopf 11 vorhandene Spiegel oder Magnet­ pole 44-a bis 44-d mit der Funktion der Spiegel eine Struk­ tur auf, wie sie in den Fig. 23A und 23B dargestellt ist. Fig. 23A ist ein Querschnitt, der den Eingabe/Ausgabe-Kopf gesehen entlang der Richtung, in der der Kopf in bezug auf die optische Platte verschoben wird, zeigt, und Fig. 23B ist ein Querschnitt, vertikal gesehen. Das Muster mit Spiegel­ funktion wurde auf solche Weise nach dem Auflaminieren von Metallfilmen aus Fe oder Ni ausgebildet, daß ein hochpolyme­ res Harz oder Siliziumoxid mit einer Dicke von 20 nm ausge­ bildet wurde, und ein Polyimidharz mit einer Dicke von 20 nm, als Abstandshalter ausgebildet wurde und dann ein Photo­ lithographieprozeß in erforderlicher Weise ausgeführt wurde. Nachdem das Muster fertiggestellt war, wurden zum Erzeugen von Magnetfeldern erforderliche Spulenmuster 56, 57, 58, 59 ausgebildet. Dabei wurde eine solche Kopfstruktur herge­ stellt, daß der Magnetpol 44-a dem Spulenmuster 56 ent­ spricht, der Magnetpol 44-b dem Spulenmuster 57 entspricht, der Magnetpol 44-c dem Spulenmuster 58 entspricht und der Magnetpol 44-d dem Spulenmuster 59 entspricht. Nachdem der Kopf mit einem solchen Schritt hergestellt wurde, wurde ein Teil desselben mit seiner Oberfläche dicht an der optischen Platte positioniert. Die Relativbewegungsrichtung zwischen dem Kopf und der optischen Platte wurde so gewählt, daß sie der Längsrichtung des Musters entsprach, das durch den er­ forderlichen Photolithographieprozeß erhalten wurde, nachdem die Metallfilme auflaminiert waren.
Wie vorstehend ausgeführt, konnte als Breite der Magnetpole die Dicke der Laminatfilme verwendet werden, da als am Kopf 11 ausgebildete Spiegel oder als Magnetpole 44-a bis 44-d mit Spiegelfunktion der Querschnitt der Metallfilme verwen­ det wird, die durch Auflaminieren auf das ebene Substrat hergestellt wurden. In diesem Fall kann die Laminatdicke innerhalb eines weiten Bereichs von einigen 1/10 nm bis zu mehreren µm eingestellt werden, und es besteht keine Schwie­ rigkeit der Reproduzierbarkeit. Herkömmlicherweise besteht ein großes Problem dahingehend, daß die Breite der Magnet­ pole durch die Auflösung von Licht beschränkt ist, wie es während des Photolithographieprozesses verwendet wird. Dem­ gegenüber ist diese Beschränkung beim vorliegenden Verfahren überwunden. Daher kann eine Magnetdomäne der Größenordnung 1/nm geschrieben werden, solange keine Schwierigkeiten mit dem Speichermedium bestehen. Im Versuch konnte bestätigt werden, daß Magnetdomänen mit einer Größe von ungefähr 0,1 µm oder kleiner geschrieben werden können.
Bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen wer­ den ein magnetischer Film zum magnetischen Aufzeichnen von Information oder ein magneto-optischer Film wie der des thermo-magnetischen Aufzeichnungsmaterials als Speicher­ medium für die optische Platte verwendet. Die Erfindung ist nicht auf diese Materialien beschränkt, sondern sie kann hinsichtlich des Speichermediums auch auf ein Phasenände­ rungsmaterial wie ein Chalcogenidglas oder ein photochromes Material angewandt werden. D. h., daß selbst dann, wenn die­ se Speichermaterialien als Speichermedium der optischen Platte verwendet werden, eine Änderung in einem Bereich er­ zeugt werden kann, der eine Größe entsprechend dem Strahl­ fleck des Laserstrahls oder eine kleinere aufweist, und zwar durch gemeinsames Verwenden sehr kleiner Spiegel, wodurch Information mit sehr hoher Dichte geschrieben werden kann. Information, die auf diese Weise geschrieben wurde, kann dadurch gelesen werden, daß Photodioden dazu verwendet wer­ den, Änderungen des Reflexionsvermögens des Speichermediums zu erfassen, die z. B. durch Differenzen in den Phasen- oder Farbzuständen hervorgerufen werden. Auch kann die Informa­ tion magnetisch oder optisch in die optische Platte einge­ schrieben werden.
Gemäß diesem Ausführungsbeispiel kann der wirksame Fleck­ durchmesser des Laserstrahls sehr klein gemacht werden. In­ folgedessen kann die Speicherkapazität der optischen Platte um ungefähr 10² im Vergleich mit derjenigen bei einer her­ kömmlichen optischen Platte erhöht werden. Darüber hinaus sind die Spiegelfunktionen lediglich zusätzlich zu den übli­ chen Funktionen eines Magnetplattenkopfs vorhanden, so daß ein solches Gerät für Informationsspeicherung hoher Dichte auf optischen Platten mit im wesentlichen der herkömmlichen Struktur realisiert werden kann.

Claims (11)

1. Optischer Kopf (101; 102; 106) mit
einem Halbleiterlaser (1),
einem Photodetektor (7),
einem Beugungsgitter (4),
einer auf dem Beugungsgitter (4) angeordneten transpa­ renten Schicht (5), und
einer auf der transparenten Schicht (5) angeordneten Kondensorlinse (6),
wobei vom Halbleiterlaser (1) emittiertes Laserlicht durch das Beugungsgitter (4) und die transparente Schicht (5) hindurchgestrahlt und durch die Kondensorlinse (6) auf einem von der Kondensorlinse beabstandeten optischen Speichermedium (R) gebündelt wird, und
wobei das vom optischen Speichermedium (R) reflektierte Licht durch die Kondensorlinse (6) und die transparente Schicht (5) hindurchgestrahlt und vom Beugungsgitter (4) zur Lichtempfangsebene des Photodetektors hin durch Beugung abge­ lenkt wird,
dadurch gekennzeichnet, daß
der Halbleiterlaser (1) und der Photodetektor (7) über einer Pufferschicht (47) auf demselben Substrat (2) ausgebil­ det sind, und
ein Öffnungsabschnitt im Substrat (2) unter dem Halb­ leiterlaser (1) und dem Photodetektor (7) ausgebildet und mit einer weiteren transparenten Schicht (3), die an die erste transparente Schicht (5) angrenzt, ausgefüllt ist, wobei das vom Halbleiterlaser (1) emittierte Laserlicht und das vom Beugungsgitter (4) zum Photodetektor (7) abge­ lenkte reflektierte Licht die zweite transparente Schicht (3) durchstrahlt.
2. Optischer Kopf gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiterlaser ein oberflächenemittierender Laser (1) ist.
3. Optischer Kopf gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiterlaser (1) ein solcher vom Mesatyp ist.
4. Optischer Kopf gemäß einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Gruppen von Photodetektoren (7a-7d) ausgebildet und zwei rechtwinklig zueinander stehende Polari­ satoren (18, 19) zwischen der zweiten transparenten Schicht (3) und dem Substrat (2) unter der Lichtempfangsfläche der Photodetektoren der jeweiligen Gruppen vorhanden sind.
5. Optischer Kopf gemäß einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Keramikfilm (13) an der Unterseite der ersten transparenten Schicht (5) mit der Kondensorlinse (6) ausgebildet ist, mit Ausnahme des Abschnitts, in dem sich die Kondensorlinse (6) befindet.
6. Optischer Kopf gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Dünnfilmspule (11) in einem Teil des Keramikfilms (13) ausgebildet ist.
7. Optischer Kopf gemäß Anspruch 5 oder 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß seine Form die eines schwimmenden Gleitschlit­ tens ist.
8. Optischer Kopf gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwimmhöhe unter 20 µm liegt.
9. Optischer Kopf gemäß einem der Ansprüche 1-8, dadurch gekennzeichnet, daß die Kondensorlinse (6) eine Gitterlinse, eine Linse mit verteiltem Brechungsindex oder eine Konvexlinse mit einem Durchmesser unter 1 mm ist.
10. Verfahren zum Herstellen eines optischen Kopfes (101; 102; 106) gemäß einem der Ansprüche 1-9, gekennzeichnet durch folgende Schritte:
  • 1. - Herstellen der Öffnung im Substrat (2) unter der Laserlicht emittierenden Fläche des Halbleiterlasers (1) und der Lichtempfangsfläche des Photodetektors (7) durch einen Ätzprozeß;
  • 2. - Aufschichten der zum Auffüllen der Öffnung verwendeten transparenten Schicht (3) durch einen Plasma-CVD- oder Sput­ terprozeß;
  • 3. - Ausbilden des Beugungsgitters (4) an der Unterseite der transparenten Schicht (3) durch einen Belichtungsprozeß mit Photomaske;
  • 4. - Aufschichten der weiteren transparenten Schicht (5) auf der ersten transparenten Schicht (3) durch einen Plasma- CVD- oder Sputterprozeß; und
  • 5. - Ausbilden einer Kondensorlinse (6) entweder als eine Beugungslinse an der Unterseite der zweiten transparenten Schicht (5) durch einen Belichtungsprozeß mit Photomaske oder als eine Linse mit verteiltem Brechungsindex oder als eine konvexe Linse an der Unterseite der zweiten transparen­ ten Schicht (5) durch einen Ionenaustauschprozeß.
11. Verfahren zum Herstellen eines optischen Kopfes gemäß Anspruch 10, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte zum gleichzeitigen Herstellen eines oberflächenemittierenden Lasers (1) und einer Photodiode (7):
  • a) auf das Substrat (2) aus n-GaAs wird die Puffer­ schicht (47) aus n-AlGaAs aufgewachsen, auf die Pufferschicht wird eine n+-GaAs-Schicht (14) aufgewachsen, und auf der n+- GaAs-Schicht (14) wird eine erste Reflexionsspiegelschicht (15a) aufgewachsen, die aus einer abwechselnden Schichtung von n-AlAs-Schichten und GaAlAs-Schichten besteht;
  • b) die erste Reflexionsspiegelschicht wird durch einen Ätzprozeß aus demjenigen Abschnitt entfernt, in dem die Pho­ todiode (7) herzustellen ist, und eine n-AlGaAs-Schicht (25) wird im Abschnitt, aus dem die Schicht entfernt wurde, aufge­ wachsen;
  • c) auf der ersten Reflexionsspiegelschicht und der n- AlGaAs-Schicht wird eine Mantelschicht (16) aus n-AlGaAs auf­ gewachsen, auf der Mantelschicht (16) wird eine Quantentrog­ schicht (17) aus p-GaAlAs als aktive Schicht aufgewachsen, eine Mantelschicht (18) aus p-GaAlAs wird auf der aktiven Schicht hergestellt, und auf die Mantelschicht (18) wird eine zweite Reflexionsspiegelschicht (15b) aufgewachsen, die aus einer abwechselnden Aufeinanderschichtung von n-AlAs-Schich­ ten und GaAlAs-Schichten besteht;
  • d) die zweite Reflexionsspiegelschicht (15b) wird durch einen Ätzprozeß nur aus dem Abschnitt entfernt, in dem die Photodiode herzustellen ist, und im Abschnitt, aus dem die Schicht entfernt wurde, wird eine p-GaAs-Schicht (19) herge­ stellt;
  • e) auf der zweiten Reflexionsspiegelschicht (15b) und der p-GaAs-Schicht (19) wird eine p⁺-GaAs-Schicht (22) ausge­ bildet, auf der eine Au-Elektrode (20) hergestellt wird; und
  • f) es wird ein Graben zum Abtrennen des oberflächen­ emitttierenden Lasers (1) von der Photodiode (7) hergestellt.
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