由单轴晶体和非轴晶体材料的组 合棱镜构成的光学拾取器 本发明涉及一种用于磁光盘和光盘等装置中的光学拾取器，更为明确地讲，是旨在通过使用由两块棱镜，偏振膜和光栅构成的组合棱镜来减少光学系统的元件数量和缩短系统的光路长度。
一般来讲，用于磁光盘和光盘等中的光学拾取器具有一个用于检测来自记录介质的射频信号的光学系统，一个用于检测聚焦误差的光学系统，和一个用于检测道跟踪误差的光学系统。
如图1所示，在上述光学拾取器的光学系统中，一个光学系统被安排在使光入射到记录介质2上的出发光路上。安排在出发光路上的该光学系统由激光光源1，和一个邻接着光源1安排在光轴上的准直透镜3，记录介质2，第一偏振分束器4和第一凸透镜5构成。因而，发自光源1的光由准直透镜3准直，透过第一偏振分束器4，入射到第一凸透镜5，并由第一凸透镜5会聚到记录介质2上。
此外，在光学拾取器的光学系统中，有一个光学系统被安排在用于检测记录介质2所反射的光的返回光路上。安排在返回光路上地该光学系统用于检测自记录介质2返回的光束，这部分光由第一偏振分束器4分出来。由第一偏振分束器4反射的返回光束光轴上设置有一个半波片6，第二凸透镜7，凹透镜8，第二偏振分束器9，以及一个用于检测透过该第二偏振分束器9的光束的二分光电检测器10，和一个用于检测由第二偏振分束器9反射并透过柱面透镜11的光束的四分光电检测器12。
经第一偏振分束器4反射的返回光，其偏振面被半波片6转动了45度之后，被第二凸透镜7和凹透镜8会聚在预定焦长处，并入射到第二偏振分束器9上。然后，透过第二偏振分束器9的光再由二分光电检测器10检测出来。由第二偏振分束器9反射的光，由于柱面透镜11的缘故而引起象散，并因而由四分光电检测器12所检测。
在这个时候，二分光电检测器10用于按推挽法检测道跟踪误差信号，而四分光电检测器12用于按着象散法检测聚焦误差信号。而且，四分光电检测器12还用于检测来自于记录介质2的射频信号。
在上述光学拾取器中，必须有一个柱透镜11才能检测聚焦误差信号。而且第一凸透镜必须与凹透镜相结合，为的是在用二分光电检测器10和四分光电检测器12检测返回光时提高放大率，因此许多部件都是必不可少的。于是，由于生产成本随着部件数量的增多而增加，因此，希望减少部件的数量。
而且，在上述光学拾取器中，为了在用二分光电检测器10和四分光电检测器12检测返回光时提高放大率，第一凸透镜与凹透镜必须相互结合起来。但是，在第一凸透镜与凹透镜按这种方式相结合的情况下，光学系统光路的长度将变得过长。而且，光学系统过长的光路还影响器件的小型化。所以，为了使器件小型化就需要一种能够构造出较短光路光学系统的光学拾取器。
此外，作为可以构造出有少量部件和短光路的光学系统的光学拾取器，已被提出采用一种具有偏振选择特性全息光学元件的器件。然而全息光学元件消光比比较差，且不能大批生产，因而在实际应用这个带有全息光学元件的器件时，仍存在着一些问题。而且有全息光学元件的器件没有偏振分束器，这使该器件不能获得高效率。结果是，诸如信/噪比等信号性能比前述使用偏振分束器的时候下降了。
本发明是针对上述问题而提出的。因此本发明的目的是提供一种光学拾取器，它可使光学系统不使用全息光学元件，但元件数量减少且光程缩短。
本发明提供了一种用于把光束照射到记录介质上并检测记录介质反射回来的光，进而从记录介质上读出信号的光学拾取器，它包括：一个发射激光的光发射部分；一个由非轴晶体材料构成并接收光发射部分所发出光的第一光学元件；一个由单轴晶体材料构成并经由偏振膜而粘到第一光学元件上的第二光学元件；一个第一检测装置，当光发射部分发出的光透过第一光学元件经偏振膜反射，且该偏振膜反射的光照射到记录介质上，记录介质反射的光再入射到第一光学元件并透过偏振膜进入第二光学元件之后，检测透过第二光学元件的光束；一个设置在记录介质反射光的光路中的光栅；和一个第二检测装置，其所测的光是光发射部分发出的光透过第一光学元件且透过偏振膜和第二光学元件的光。
而且，本发明提供了一种用于把光束照射到记录介质上并检测记录介质反射回来的光进而从记录介质上读出信号的光学拾取器，它包括：一个发射激光的光发射部分；一个由非轴晶体材料构成并接收光发射部分所发出光的第一光学元件；一个由单轴晶体材料构成并经由偏振膜而粘到第一光学元件上的第二光学元件；一个在透过第一光学元件而被偏振膜发射的光照射到记录介质上，且记录介质反射的光再次透过第一光学元件而进入偏振膜，并继续透过偏振膜入射到第二光学元件且在通过第二光学元件时被分成非常光和寻常光之后，用于衍射该寻常光和非常光的光栅；一个用于检测光栅衍射出来的0级光，+1级和-1级光的第一检测装置；和一个第二检测装置，其所测的光是光发射部分发出的光透过第一光学元件再透过偏振膜并继续透过第二光学元件的那部分光。
本发明的上述及其他目的，特征和优点将通过下文参考附图所做的详细说明而更加清楚。
图1是现有光学拾取器的一种构成实例平面图；
图2是从组合棱镜上方看去该组合棱镜一个实例的顶视图；
图3是图2所示组合棱镜的侧视图；
图4是图2所示组合棱镜的图解图；它表示出由偏振膜所产生的偏振方向和第二棱镜光轴之间的关系；
图5是本发明光学拾取器与记录介质一个实例主要部分的图解侧视图；
图6是图5所示光学拾取器与记录介质主要部分从上方看去的视图；
图7是表示本发明光学拾取器一种构成实例的平面图；
图8是表示第二光检测装置和光斑图案实例的平面图；
图9是表示第二光检测装置和光斑图案另一个实例的平面图；
图10是本发明组合棱镜另一实例从光栅一侧看去的平面图；
图11是图10所示组合棱镜从上方看去的平面图；
图12是表示第二光检测装置和光斑图案另一个实例的平面图；
图13是组合棱镜另一个实例的侧视图；
图14是图13所示组合棱镜从上方看去的平面图；
图15是表示本发明光学拾取器另一种构成实例的平面图；
图16是表示本发明的光学拾取器的平面图，其在组合棱镜附近部分是经过放大的；
图17是表示本发明光学拾取器另一构成实例主要部分的放大平面图；
图18是表示本发明光学拾取器再一种构成实例主要部分的放大平面图；及
图19是表示第二光检测器和光斑图案一个实例的平面图，该例采用的是三光斑法。
下面对本发明的实际实施例，参改附图予以详细说明。
下文首先说明本发明光学拾取器所用组合棱镜的一个实施例。
如图2和3所示，本实施例的组合棱镜包括，一个由第一直角棱镜21与第二直角棱镜22通过偏振膜(未画出)相互粘合而成的耦合棱镜23，和一个粘在该耦合棱镜23上的光栅24。
上述第一直角棱镜21由非轴晶体材料如玻璃等等构成。另外，第二直角棱镜22的形状基本与第一直角棱镜21的相同，且由单轴晶体材料构成。第一直角棱镜21折射率ng，和第二直角棱镜22寻常光折射率no，和第二直角棱镜22非常光折射率ne之间的关系由公式no＜ng＜ne，或ne＜ng＜no来表示。
然后，按照第一直角棱镜21与第二直角棱镜22通过偏振膜其斜面彼此相接合的方式制出耦合棱镜23。因此，耦合棱镜23的形状基本为直角平行六面体状，且在第一直角棱镜21一侧有第一平面23a和第二平面23b，而在第二直角棱镜的一侧有第三平面23c和第四平面23d。
夹在第一直角棱镜21与第二直角棱镜22之间的偏振膜是由多层介质膜构成的。如图4所示，从第四平面23d一侧看该组合棱镜，其偏振膜按这样的方式设置：当光束透过偏振膜并入射到第二直角棱镜22中时，第二直角棱镜22的光轴22a与入射到第二直角棱镜22中光束的偏振方向22b之间夹角θ为45度。
而且，粘到第二直角棱镜22上的光栅24是被粘在了耦合棱镜23的第四平面23d上，以使从第二直角棱镜22射出的光发生衍射。
在该组合棱镜中，当从第二平面23b入射的光透过偏振膜时将被增强，然后被第二棱镜22分成寻常光LI和非常光LJ，如图2所示。如图3所示，寻常光LI和非常光LJ由光栅24衍射面分别分裂成0级光LI0和LJ0，+1级光LI1和LJ1及-1级光LI2和LJ2。而大于等于±2级的衍射光被忽略。
下文将描述一个使用了这种组合棱镜的光学拾取器实施例。
如图5和6所示，本实施例的光学拾取器31适用于光盘装置和磁光盘装置等等，它把光投射在诸如磁光盘、光盘等的记录介质32上，并根据反射光读取出记录介质2载带的信号，而且它既用作检测来自记录介质32所载带的射频信号的光学系统，和检测聚焦误差的光学系统，又用作检测道跟踪误差的光学系统。
如图7所示，此光学拾取器包括：一个发射激光的光源41，一个按如下方式设置的组合棱镜42：光源41发出的激光从第一平面23a入射，透镜44将从组合棱镜42第二平面23b射出的光会聚到记录介质43的记录表面43a上，第一光检测装置45用于检测从组合棱镜42的第三平面23c射出的光，以及第二光检测装置46用于检测从组合棱镜42第四平面23d射出的光。
在这种光学拾取器中，为了从记录介质43中读出信号，光源41发出的激光从第一平面23a进入组合棱镜42，组合棱镜42将入射的激光分成一束由组合棱镜42偏振膜表面23e反射并从第二平面23b射出的光，和一束透过组合棱镜42偏振膜表面23e然后从第三平面23c射出的光。
从组合棱镜42第三平面23c射出的光由第一光检测装置45检测。第一光检测装置45有一个光电探测器并用于监视光源41输出的激光功率，即：第一光检测装置45检测出从组合棱镜42第三平面23c射出的光量，并根据所测出的光量控制光源41输出的激光功率，以使激光功率总是被控制在一个适当的强度上。
另一方面，从组合棱镜42第二平面23b射出的光被透镜44会聚在记录介质43的记录表面43a上。如前所述，射到记录介质43上的光受到记录介质43的反射并透过透镜44再返回到组合棱镜42中。如前所述，由记录介质43反射而返回的光从第二平面23b入射到组合棱镜42中，并穿过第一棱镜21，偏振膜，第二棱镜22和光栅24，从第四平面23d一侧射出，并由第二光检测装置46所检测。如下文将要描述的，记录介质43的信息轨道方向垂直于被组合棱镜42分裂出来的寻常光LI和非常光LJ的分裂方向。
从记录介质43返回的光在通过偏振膜时被增强，并由第二棱镜22分裂成寻常光LI和非常光LJ。寻常光LI和非常光LJ由光栅24衍射而分裂成0级光线LI0和非常光LJ0，+1级光线LI1和LJ1，及-1级光线LI2和LJ2。而大于等于±2级的衍射光被忽略了。
由记录介质43返回的光穿过组合棱镜42，并因而被分成六束光线，它们是寻常光LI的0级光线LI0，+1级光线LI1和-1级光线LI2，和非常光LJ的0级光线LJ0，+1线光线LJ1和-1级光线LJ2。寻常光LI与非常光LJ的分裂方向与光栅24衍射的方向相互垂直，其形式为：非常光LJ的0级光线LJ0，+1级光线LJ1和-1级光线LJ2分别在寻常光LI的0级光线LI0，+1级光线LI1和-1级光线LI2的下方射出。寻常光LI与非常光LJ的分裂方向如前所述的记录介质43的信息轨道方向相对应。
用于检测这六条光线的第二光检测装置46是这样设置的：使0级光线LI0和LJ0聚焦在第二光检测装置46上，+1级光线LI1和LJ1聚焦在第二光检测装置46的前边，而-1级光线LI2和LJ2聚焦在第二光检测装置46的后边。但+1级光线LI1和LJ1的聚焦位置与-1级光线LI2和LI2的聚焦位置是可以颠倒的。即：允许-1级光线LI2和LJ2的聚焦位置在第二光检测装置46的前边，+1级光线LI1和LJ1的聚焦位置在第二光检测装置46的后边。
如图8所示，第二光检测装置46包括：设置在非常光LJ的+1级光线LJ1光轴上用于检测非常光LJ的+1级光线LJ1的三分光电探测器A、B和C，设置在寻常光LI的+1级光线LI1光轴上用于检测寻常光LI的+1级光线LI1的光电探测器D，设置在寻常光LI的-1级光线LI2光轴上用于检测寻常光LI的-1级光线LI2的三分光电探测器E、F和G，设置在非常光LJ的-1级光线LJ2光轴上用于检测非常光LJ的-1级光线LJ2的光电探测器H，设置在非常光LJ的0级光线LJ0光轴上用于检测非常光LJ的0级光线LJ0的光电探测器I，以及设置在寻常光LI的0级光线LI0光轴上用于检测寻常光LI和0级光线LI0的光电探测器J。
而且，图8表示了一个光斑图案的实例，以及第二光检测装置46的光接收表面上每条光线的偏振态。也就是说，这些光线每一个的光斑图案是这样的形状：寻常光LI和非常光LJ的0级光线LI0和LJ0都是一个点。因为它们恰好聚焦在光电探测器I和J的光接收表面上，而寻常光LI和非常光LJ的+1级光线LI1和LJ1及-1级光线LI2和LJ2都是具有定扩展的散斑形状，因为它们没有聚焦在光电探测器A、B和C，光电探测器D，光电探测器E、F和G，以及光电探测器H的光接收表面上。寻常光LI的偏振方向LIa与非常光LJ的偏振方向LJa是相互垂直的。
用于检测非常光LJ的+1级光线LJ1的三分光电探测器A、B和C，和用于检测寻常光LI的-1级光线LI2的三分光电探测器E、F和G是这样设置的：当对记录介质43的聚焦和跟踪处于正常状态时，光斑的中心分别处在光电探测器B和光电探测器F这两个夹在中间的探测器上。
当用a、b、c、d、e、f、g、h、i和j表示构成第二光检测装置46的光电探测器A、B、C、D、E、F、G、H、I和J所检测到的光量时，则来自记录介质43的射频信号，聚焦误差信号和道跟踪误差信号将如下所述被获得。
即：由下述公式(1)得到聚焦误差信号。
聚焦误差信号＝(a＋c－b)－(g＋e－f) ......(1)
而且作为推挽信号的道跟踪误差信号由下述公式(2)获得。
道跟踪误差信号＝(a－c)＋(e－g) ......(2)
当使用磁光盘等等作为记录介质，且本光学拾取器被应用于磁光盘装置等等之中，以根据记录介质反射的光的偏振态读出射频信号时，作为再现信号的磁光信号是由寻常光LI的光量与非常光LJ光量之差获得的，其中寻常光LI与非常光LJ两者偏振方向是相互垂直的。因此，磁光信号能够由下述公式(3)获得。
光磁信号＝(i＋h)－(i＋d) ......(3)
而且，当用磁光盘等作为记录介质，并将本光学拾取器用于磁光盘装置等等之中，以根据记录介质反射的光的强度读出射频信号时，作为再现信号的光信号由下式(4)得到。
光信号＝(i＋h)＋(i＋d) ......(4)
但是，在公式(3)和(4)中，h和d不一定总是必需的。磁光信号和光信号由下述公式(5)和(6)得到。
光磁信号＝i－j ......(5)
光信号＝i＋j ......(6)
用于检测0级光线LI0和LJ0的光电探测器I和J，在检测射频信号时其每一个都对准中心，且每个探测器都是由单个光电探测器构成的而不是由多分光电探测器构成。因此，具有与检测0级光线LI0和LJ0时基本上不产生噪声的优点，因而本光学拾取器能够高灵敏度地检测出射频信号。
此外，在上述实施例中，尽管光电探测器I和H是彼此分开设置的，但它们也可以合并成一个单一的光电探测器。与之类似，分开设置的光电探测器J和D也可以合并成单一的光电探测器。
而且，在上述实施例中，记录介质43的信息轨道方向T适于作为寻常光LI与非常光LJ的分裂方向。但是，记录介质43的信息轨道方向T也可以垂直于寻常光LI与非常光LJ的分裂方向。在此情况下，除道跟踪误差信号之外的信号都能够与上述光学拾取器相类似地检测到。但是，为了检测道跟踪误差信号，必须把光电探测器D作成为由光电探测器D1和D2构成的二分光电探测器，把光电探测器H作成为由光电探测器H1和H2构成的二分光电探测器，如图9所示。当光电探测器D1、D2、H1和H2检测到的光量分别由d1、d2、h1和h2表示时，道跟踪误差信号作为一个推挽信号由下述公式(7)得到。
道跟踪误差信号＝(d1－d2)＋(h1－h2) ......(7)
而且，在上述实施例中，寻常光LI与非常光LJ的分裂方向适于与光栅24衍射的方向垂直。但是如图10所示，光栅24可以转动90度以使之衍射的方向与寻常光LI和非常光LJ两光的分裂方向一致，其结果是寻常光LI的0级光线LI0，+1级光线LI1和-1级光线LI2，与非常光LJ的0级光线LJ0、+1级光线LJ1和-1级光线LJ2在一条直线上射出。在此情况下，如图11所示，通过光栅24从组合棱镜45发出的光线按照下列顺序排列成一行：寻常光LI的-1级光线LI2，非常光LJ的-1级光线LJ2，寻常光LI的0级光线LI0，非常光LJ的0级光线LJ0，寻常光LI的+1级光线LI1和非常光LJ的+1级光线LJ1。如图12所示，此时第二光检测装置45中的光电探测器A至J被排列成一行，以便与这六条光线对应，从而使射频信号、道跟踪误差信号和聚焦误差信号能够与前述光学拾取器情况相类似地被检测出来。但是，图12表示了一个记录介质信息轨道方向T适于与各光电探测器A至J排列方向相同的实例。如前所述，当记录介质信息轨道方向T与各光电探测器A至J排列方向垂直时，则光电探测器D和H都必须是二分型光电探测器。
而且，在上述实施例中，光栅24被贴在组合棱镜42的第四平面23d一侧。但是，如图13和14所示，它也可以贴在第二平面23b一侧。在此情况下，从记录介质43反射回来的光被光栅24衍射而分裂成0级光线L0，+1级光线L1和-1级光线L2，如图13所示。之后，如图14所示，这三束光线再由第二直角棱镜22分别分裂成寻常光LI和非常光LJ。随后它们被分裂成与前述光学拾取器情况相类似的六条光线。
而且，在上述实施例中，尽管光源41，组合棱镜42，第一光检测装置45和第二光检测装置46是分立设置的，但这些组件也可以构成一个整体。实际上，例如图15所示的，光源51、组合棱镜52、第一光检测装置53和第二光检测装置54都被贴在了一块基板55上，而且这些组件都相互集合成一体。所以，从组合棱镜52中射出的光由透镜56按照与前述光学拾取器情况相似的方式聚焦在记录介质57的记录表面57a上。
在图16，是这种一体化的组件的放大图。如图16所示，组合棱镜52的形状是梯形的，以便形成适用的光路。也就是说，组合棱镜52用平行四边形的第一棱镜61代替第一直角棱镜21，并用梯形的第二棱镜62代替第二直角棱镜22。然后，为了使组合棱镜52的总体形状呈梯形的，将第一棱镜61经偏振膜(未示出)贴到第二棱镜62的倾斜表面上，并将光栅63附到第二棱镜62底面52a上靠近第一棱镜61的位置处。该梯形组合棱镜52，在其梯形底表面52a的两端52A和52B处附着于基板55上。
光源51按这样的方式附着在基板55上：光源51发出的激光先被基板55上的反射镜55a反射，然后入射到组合棱镜52第一棱镜61的面52d。而第一光检测装置53附着在基板55上，与组合棱镜52的斜表面52b相对的位置，而且是靠组合棱镜52底表面52a一侧，以检测从组合棱镜52射出而未经过光栅63的光束。另一方面，第二光检测装置54附着在基板55上与组合棱镜52上表面52c相对的位置，而且是靠组合棱镜52底表面52a一侧，以检测来自组合棱镜52且透过光栅63的光束。
因此，当光源51，组合棱镜52，第一光检测装置53和第二光检测装置54被贴在一块基板55上，而且这些组件被彼此制成一体时，来自记录介质57上的射频信号、聚焦误差信号和道跟踪误差信号就能够与前述光学拾取器情况相类似地被检测出来。
而且，在上述实施例中，是一束激光照射在记录介质上。但是本发明也可以应用于所谓三光斑法中，其道跟踪误差是通过把三束激光照射到记录介质上来检测。
在本发明用于三光斑法的情况下，如图17所示的例子，适宜在光源71与组合棱镜72之间设置一个第二光栅73。于是，激光被第二光栅73分裂成三束激光。在各组件如上所述集合成一体时，第二光栅适宜设置在贯通第二光栅至光源与偏振膜之光轴上。实际上，如图18所示的例子，第二光栅73a适宜贴在组合棱镜52底表面52a上第一棱镜61一端，或者第二光栅73b适宜贴在组合棱镜52的第一棱镜61一侧的斜表面52d上。
此时，第二光检测装置上的光斑图案如图19所示。寻常光与非常光的分裂方向适于与组合棱镜52的光栅63所衍射的方向相同。记录介质57的信息轨道方向T适于与该方向垂直。
如图19所示，第二光栅73a(或73b)所衍射的0级光线被组合棱镜52分裂成寻常光的0级光线LI0，+1级光线LJ1和-1级光线LJ2，和非常光的0级光线LJ0，+1级光线LJ1和-1级光线LJ2，并与前述实施例相似被输入到光电探测器A到J。第二光栅73a(或73b)衍射出的+1级光线，被组合棱镜52分裂成六条光线L10、L11、L12、L13、L14和L15，且其-1级光线被组合棱镜52分裂成六条光线L20、L21、L22、L23、L24和L25。然后，它们分别被输入到寻常光的0级光线LI0，+1级光线LI1，-1级光线LI2，和非常光的0级光线LJ0，+1级光线LJ1，-1级光线LJ2的两侧。
在这种情况下，第二光检测装置54中除了上述光电探测器A到J在光电探测器I和J的两侧，还要设置光电探测器K和L，以检测第二光栅73a(或73b)衍射出的±1级光线L12、L13、L22和L23。在图19所示的例子中，由于记录介质57的信息轨道方向T作为垂直于组合棱镜52光栅63衍射的方向，所以光电探测器D由二个光电探测器D1和D2组成的二分光电探测器构成，且光电探测器H由光电探测器H1和H2组成的二分光电探测器构成。
光电探测器A到J检测第二光栅73a(或73b)衍射出来的0级光线LI0、LI1、LI2、LJ0、LJ1和LJ2。而光电探测器K检测第二光栅73a(或73b)衍射出的+1级光线中又被组合棱镜52分出的寻常光0级光线L12和非常光0级光线L13。并且光电探测器L检测第二光栅73a(或73b)衍射出的-1级光线中又被组合棱镜52分出的寻常光0级光线L22和非常光0级光线L23。
此时，来自记录介质57的射频信号和聚焦误差信号与前述实施例的情况是相似的。但是，对于道跟踪误差来讲，它可以分别提取道跟踪误差信号和推挽信号，即，当光电探测器D1、D2、H1、H2、K和L测出的光量用d1、d2、h1、h2、k和1分别来表示时，道跟踪误差信号由下述公式(8)获得，而推挽信号由下述公式(9)获得。
道跟踪误差信号＝(k－1) ......(8)
推挽信号＝(d1－d2)＋(h1＋h2) ......(9)
从上述说明可知，本发明的光学拾取器可以构成一个元件数量少且光路短而不使用具有偏振选择性的全息光学元件的光学系统。因此，本发明能够提供一种生产成本低尺寸小的光学拾取器。
本发明不限于前述的实施例，而其各种改型都能包括在所附权利要求书的范围内。