DE3333194A1

DE3333194A1 - Magneto-optische informationslesevorrichtung

Info

Publication number: DE3333194A1
Application number: DE19833333194
Authority: DE
Inventors: Yasuo Yokohama Kanagawa Tomita
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1982-09-16
Filing date: 1983-09-14
Publication date: 1984-03-22
Also published as: DE3333194C2; US4569035A; JPS5963040A

Description

Magneto-optische Informationsiesevorrichtung

Die Erfindung bezieht sich auf eine Lesevorrichtung zum Lesen magnetisch aufgezeichneter Informationen unter Nutzung des magneto-optischen Effekts.

Es ist ein Verfahren zum optischen Lesen magnetisch aufgezeichneter Informationen unter· Nutzung des magneto-optischen Kerr-Effekts bekannt. Im allgemeinen wird zur elektrischen Erfassung derartiger aufgezeichneter Informationen ein optisches System gemäß der Darstellung in der Fig. 1 der Zeichnung verwendet.

Nach Fig. 1 werden von einer (nicht gezeigten) Lichtquelle wie einer Laserlichtquelle abgegebene und parallel ausgerichtete Einfallichtstrahlen 1 mittels einer Polarisierplatte 2 zu linear polarisierten Lichtstrahlen umgesetzt und gelangen über einen Halbspiegel 3 und eine Kondensorlinse 4 zu einem Quermagnetisierungs-AufZeichnungsmaterial

A/22

°°" ' -4- DE 3294

'j, auf weichem Informationen" als Änderungen der Magnetisierungsrichtung aufgezeichnet sind. Von dem Quermagnetisierungs-Aufzeichnungsmaterial 5 reflektierte Lichtstrahlen 1' entsprechen der (nach oben oder unten gerichteten) Magnetisierungsrichtung des Aufzeichnungsmaterials 5, wobei die Polarisationsebene der Lichtstrahlen durch den Kerr-Effekt Verdrehungen in einander entgegengesetzten Richtungen erfährt, so daß die Lichtstrahlen als elliptisch polarisiertes Licht reflektiert werden. Falls beispielsweise die Polarisationsebene der von dem nach unten zu magnetisierten Bereich reflektierten Lichtstrahlen um θ verdreht wird, wird die Polarisationsebene der

n.

durch den nach oben zu magnetisieren Bereich reflektierten Lichtstrahlen um ~ Θ_κ gedreht. Diese reflektierten Lichtstrahlen I¹ durchlaufen wieder die Kondensorlinse 4 und den Halbspiegel 3 und werden durch einen Analysator 6 durchgelassen. An den reflektierten Lichtstrahlen 1', die die auf dem Aufzeichnungsmaterial 5 aufgezeichneten Informationen als Verdrehungen der Polarisationsebene enthalten, erfolgt durch den Analysator 6 eine der Information entsprechende Mengenänderung. Im weiteren durchlaufen diese Lichtstrahlen eine Linse 7, wonach sie mittels eines Fotodetektors 8 auf fotoelektrische Weise umgesetzt werden, so daß die Informationen ausgelesen werden.

Der durch den Kerr-Effekt verursachte Verdrehungswinkel ^f~).. der Polarisationsebene beträgt üblicherweise im we-

sentlichen 1 oder weniger; in Anbetracht dessen, daß die durch das Durchlaufen des Analysators 6 gewonnene Kerr-Drehmodulations-Komponente ein sehr geringes Ausmaß hat, ist eine Einstellung des Azimuts bzw. Seitenwinkels des Analysators 6 auf eine derartige Optimalstellung erforderlich, daß das Signal/Kauschverhältnis bzw. der Störabstand des Erfassungssignals maximal ist.

ce a

»ft 4( «< ■ t· 9

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Daher wurde bei der inagneto-optischen Informationslesevorrichtung nach dem Stand der Technik der Seitenwinkel des Analysators 6 gewöhnlich auf 45 in Bezug auf die Polarisationsrichtung der Einfallichtstrahlen eingestellt, um die Amplitude des Erfassungssignals auf einen Maximalwert zu bringen. Der Einfluß des dem Erfassungssignal überlagerten Rauschens unterscheidet sich jedoch in Abhängigkeit von den Eigenschaften eines Erfassungssystems (eines Fotodetektors und eines Verstärkers), so daß bei dem Seitenwinkel 45° in Anbetracht eines solchen Rauschens nicht immer ein maximaler Störabstand erzielbar ist. D.h., bei einem Fotodetektor ohne Stromverstärkungsfunktion wie einer PIN-Fotodiode ist das Wärmerauschen vorherrschend, das von dem Seitenwinkel des Analysators unabhängig ist, während bei einem Fotodetektor mit der hinsichtlich des Störabstands vorteilhaften StromverstärKungsfunktion (wie beispielsweise einerFotovervielfacherröhre oder einer Lawineneffekt- bzw. Avalanche-Fotodiode (APD)) das Schrotrauschen vorherrschend ist, bei dem die durchschnittliche Rauschleistung zur erfaßten Lichtmenge proportional ist. Aufgrund des Umstands, daß das Schrotrauschen von dem Auslöschungsfaktor und dem Seitenwinkel des Analysators abhängig ist, wurde kein maximaler Störabstand erzielt, wenn in der herkömmlichen magnetq-optischen Informationslesevorrichtung, bei der der Durchlaßachsen-Seitenwinkel des Analysators 45 ist, ein Fotodetektor mit Stromverstärkungsfunktion verwendet wurde.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine magneto-optische Informationsiesevorrichtung zu schaffen, die bei der Verwendung eines Fotodetektors mit Stromverstärkungsfunktion eine Reproduktion mit einem maximalen Störabstand ermöglicht.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mittels einer magneto-op-

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tischen Informationslesevorrichtung gelöst, die eine Vorrichtung zum Einbringen von in einer vorbestimmten Richtung polarisierten Lichtstrahlen in ein Magnetaufzeichnungsmaterial, auf dem Informationen aufgezeichnet sind, einen in dem optischen Weg der entsprechend den Informationen durch den magneto-optischen Effekt modulierten Lichtstrahlen angeordneten Analysator und einen Fotodetektor mit Stromverstärkungsfunktion zum fotoelektrischen Erfassen der durch den Analysator durchgelassenen Lichtstrahlen aufweist und bei der im wesentlichen der folgenden Gleichung genügt ist:

= j

wobei ψ der Durchlaßachsen-Seitenwinkel des Analysators in Bezug auf die vorbestirnrnte Richtung der Polarisation ist und 1/ der Auslöschungsfaktor des Katalysators ist.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbei-

spielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert .

Fig. 1 ist eine schematische Ansicht, die ein Beispiel für die magneto-optische Informationslesevorrichtung nach dem Stand der Technik zeigt.

Fig. 2 ist eine schematische Ansicht, die ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Informationslesevorrichtung zeigt.

Fig. 3 zeigt den bei dem Ausführungsbeispiel durch den magneto-optisehen Kerr-Effekt hervorgerufenen Polarisationszustand von von einem Aufzeichnungsmaterial reflektiertem Licht.

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Fig. 4 ist eine graphische Darstellung, die die Abhängigkeit eines das Signal/Rauschverhältnis eines Reproduktionssignals anzeigenden Werts f von dem Seitenwinkel der Durchlaßachse eines Analysators zeigt.

Fig. 5 ist eine graphische Darstellung, die die Abhängigkeit des optimalen Seitenwinkels des Analysators der erfindungsgemäßen Informationslesevorrichtung sowie des dann bestehenden Werts F von

dem Auslöschungsfaktor des Analysators zeigt.

Fig. 6 7A und 7B sind schematische Darstellungen, die weitere Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Informationslesevorrichtung zeigen.

In der Fig. 2, die eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen magneto-optischen Informationslesevorrichtung ist, sind mit 9 eine Polarisierplatte, mit 10 ein Halbspiegel, mit 11 ein Quermagnetisierungs-MagnetaufZeichnungsmaterial, mit 12 ein Analysator und mit 13 ein Fotodetektor mit Stromverstärkungsfunktion bezeichnet. Linear polarisiertes Licht a, das in das Quermagnetisierungs- bzw. Senkrechtmagnetisierungs-AufZeichnungsmaterial 11 eingedrungen ist, welches in einer bestimmten Richtung magnetisiert ist, wird durch den magneto-optischen Kerr-Effekt moduliert und als reflektiertes Licht b reflektiert. Der Polarisationszustand des reflektierten Lichts ist in Fig. 3 gezeigt. Wenn die der Richtung der Polarisation des einfallenden Lichts a entsprechende Richtung der Fresnel-Reflexions-Polarisation die x-Achse ist und die durch den magneto-optischen Kerr-Effekt hervorgerufene, zur x-Achse senkrechte Richtung der Kerr-Effekt-Reflexions die y -Achse ist, wird das reflektierte Licht b zu einem elliptisch polarisierten

*" " -8- DE 3294

Licht aus Komponenten mit Reflexionskoeffizienten r und r , an dem die Hauptachse durch die Kerr-Verdrehung um 6' bezüglich der x-Achse verdreht ist. Der Analysator 12 hat eine Durchlaßachse A, die gemäß der Darstellung in Fig. 3 einen Azimut bzw. Seitenwinkel γ·* bezüglich der x-Achse hat; die Intensität I des durch den Analysator durchgelassenen Lichts c ist

I<*|r I ²(cos²cp + nsin²<p)-|r_x| |r | (l-η )sin2cpcos6 (D,

wobei

, ι ia ι ι iß r a

r =|r l^e , "It- ^ry⁼ I^r l^e ι ■ ι +■ o = a-p

j_g gilt, und TJ den Auslöschungsfaktor des Analysators darstellt.

Der erste Ausdruck auf der rechten Seite der Gleichung (1) ist eine dem Fresnel-Reflexions-Licht vom Aufzeichnungsmaterial entsprechende Gleich-Komponente, während der zweite Ausdruck eine durch den magneto-optischen Kerr-Effekt in dem Aufzeichnungsmaterial hervorgerufene Signal-Wechsel-Komponente ist, deren Vorzeichen entsprechend der Magnetisierungsrichtung des Aufzeichnungsmaterials umgekehrt ist (wenn das von einem in einer von der Magnetisierungsrichtung unterschiedlichen Richtung magnetisierten Bereich der Kerr-Drehung um - θ _v unterzogene Reflexionslicht durch den Analysator 12 durchgelassen wird); auf diese Weise kann die in dem Auf zeichnungsmaterial gespeicherte magnetische Information ausgelesen werden. Bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel ist zur einfachen Darstellung in Bezug auf den Seitenwinkel der Durchlaßachse bzw. der Polarisationsebene die Uhrzeigerrichtung mit dem positiven Vorzeichen bezeichnet, während die Gegenuhrzeigerrichtung mit dem negativen Vorzeichen bezeichnet ist.

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"1 Wenn die Gleich-Komponente I_R ist und die Signal-Wechsel-Komponente I„ ist, können diese gemäß der Gleichung (1) unter Verwendung des Zusammenhangs

6_K~|r_y|cos6/lr_x|:

folgendermaßen ausgedrückt werden:

I «|r I (cos φ+nsin φ) (2)

Das Signal/Rauschverhältnis bzw. der Störabstand des Reproduktionssignals nach der vorstehend beschriebenen fotoelektrischen Umsetzung des erfaßten Lichts mittels des Fotodetektors unterscheidet sich in Abhängigkeit von der Art des Fotodetektors, nämlich gemäß der vorstehenden Beschreibung vom Vorliegen der Stromverstärkungsfunktion; bei der Erfassung mittels eines Fotodetektors ohne Ver-Stärkungsfunktion wie einer PIN-Fotodiode ist bei der begrenzten Einfallichtleistung wie bei der nagneto-optischen Erfassung das Wärmerauschen im allgemeinen vorherrschend, so daß der Reproduktions-Störabstand zu I„ proportional ist. Im Gegensatz dazu ist bei der Erfassung mittels des Fotodetektors 13 mit der Stromverstärkungsfunktion wie einer Fotovervielfacherröhre oder einer Lawineneffekt-Fotodiode gemäß dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 im allgemeinen das Schrotrauschen vorherrschend, so daß daher der Störabstand (S/N) des Reproduktionssignals folgendermaßen auszudrücken ist:

Bei diesem Reproduktions-Störabstand (S/N) ergibt sich durch Anwendung der Gleichungen (2) und (3) die folgende

Abhängigkeit vom Seitenwinkel des Analysators:

ρ β Φ T Φ « ·

V O · # 3 <a *· Q *

^333194

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/ Τ 2

(S/N)«xlr_v|6„( l-n)sin2<p//(cos φ + ηείη φ) (5)

Der Analysator 12 bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 wird auf denjenigen Durchlaßachsen-Seitenwinkel (f- eingestellt, mit dem der Störabstand (S"/N) gemäß der vorstehenden Gleichung (5) auf ein Maximum gebracht wird.

Die Fig. 4 ist eine graphische Darstellung, bei der bezüglieh des Seitenwinkels ψ der Durchlaßachse des Analysators 10 1Og_1nF bei 2 2^ ,, 2 .2 .

10 F=(l-n) sin 29/(cos φ+ηβιη φ)

aufgetragen ist. Wie aus der Gleichung (5) ersichtlich ist, ist der Einstellpunkt, an dem dieser Wert 10 log_1QF maximal ist, der optimale Seitenwinkel, bei dem der Reproduktions-Störabstand maximal ist.

In der Fig. 4 sind durch Kurven 14, 15 und 16 Fälle dargestellt, bei welchen jeweils der Auslöschungsfaktor des

-4 -3 -2

Analysators 10 , 10 bzw. 10 ist. Hieraus ist ersichtlich, daß sich der optimale Seitenwinkel 'o für den Maximalwert F in Abhängigkeit von dem Auslöschungsfaktor V] des Analysators ändert. Abhängig von dem Auslöschungsfaktor y\ des Analysators ist der optimale Seitenwinkel cp gegeben durch

cpopt. = ±sin () ⁽⁶⁾

wobei der dann bestehende Maximalwert F des Werts F

max

gleich
30

Fmax=4(l;/n)² (7).

ist. Wie aus der Fig. 4 ersichtlich ist, wird bei der Verwendung eines Fotodetektors mit Stromverstärkungsfunktion durch das erfindungsgemäße Einstellen der Durchlaß-

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achse des Analysators auf den optimalen Seitenwinkel

ψ . ein Reproduktions-Störabstand erzielt, der um 2 bis 3 dB höher ist als im herkömmlichen Fall, bei dem der Seitenwinkel des Analysators 45° ist.

Die Vorzeichen in der Gleichung (6) geben die Richtungen der Neigung der Fresnel-Reflexions-Richtung der Durchlaßachse des Analysators in Bezug auf die Polarisationsrichtung an. D.h., es kann bei jeder Neigungsrichtung der Durchlaßachse des Analysators in Bezug auf die Polarisationsrichtung eine völlig gleichartige Wirkung erzielt werden.

Die Fig. 5 zeigt die Abhängigkeit des optimalen Seitenwinkels ⁱ/' . gemäß den vorstehenden Gleichungen (6) und

(7) sowie des dann bestehenden Maximalwerts F _r des

fflclX

Werts F von dem Auslöschungsfaktor >} des Analysators.

-2 -4 Hieraus ist ersichtlich, daß in dem Bereich 10 bis 10

des Auslöschungsfaktors eines in der Praxis verwendeten Analysators der optimale Seitenwinkel c|-' . im Bereich ,von 70 bis 85° liegt. D.h., bei der erfindungsgemäßen Informationslesevorrichtung kann der Seitenwinkel ψ der Durchlaßachse des Analysators auf den optimalen Seitenwinkel ιγ . eingestellt werden, .der für die in diesem Bereich liegenden Eigenschaften des verwendeten Analysators einen maximalen Reproduktions-Störabstand ergibt. Weiterhin beträgt die Einwirkung des Auslöschungsfaktors Ύ)
des Analysators auf den Reproduktions-Störabstand bei der Einstellung des Seitenwinkels auf den optimalen Seitenwinkel u' . 1 dB oder weniger, so daß selbst ein preiswerter Analysator mit einem Auslöschungsfaktor in

_2
der Größenordnung von -vj ^ 10 einen ausreichend hohen

Störabstand ergibt, was hinsichtlich der Kosten vorteilhaft ist.
35

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Im Vorstehenden wurde zwar die erfindungsgemäße Informationslesevorrichtung anhand des Ausführungsbeispiels nach Fig. 2 beschrieben, jedoch kann sie eine Gestaltung gemäß der Darstellung in Fig. 6 haben. In der Fig. 6 sind den Teilen in Fig. 2 gleichartige Teile mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet, so daß sie nicht in Einzelheiten ■beschrieben werden müssen. Die erfindungsgemäße Informationslesevorrichtung ist auch für eine Differenz-Erfassung gemäß der Darstellung in den Fig. 7A und 7B anwendbar.

IQ Das modulierte Licht, das die Polarisierplatte 9 und den Halbspiegel 10 durchlaufen hat und von dem Quermagnetisierungs-AufZeichnungsmaterial 11 reflektiert ist, wird
mittels eines Halbspiegels 10' aufgeteilt, wonach das aufgeteilte Licht durch Analysatoren 12a und 12b durchgelassen und auf fotoelektrische Weise mittels Fotodetektoren 13a und 13b erfaßt wird, die jeweils Stromverstärkungsfunktion haben. In diesem Fall müssen die Seitenwinkel der Durchlaßachsen der Analysatoren 12a und 12b jeweils unter dem Winkel gemäß der vorstehenden Gleichung

(6) angeordnet werden, wobei sie für die Differenz-Erfassung in entgegengesetzten Richtungen bezüglich der Polarisationsrichtung aus der Fresnel-Reflexions-Richtung ge neigt bzw. geschwenkt sind. Während das vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel in Bezug auf einen Fall dargestellt wurde, bei dem der rragneto-optische Kerr-Effekt genutzt wird, ist die Gestaltung der erfindungsgemäßen Informationslesevorrichtung auch bei einer Informationslesevorrichtung unter Nutzung des Farady-Effekts anwendbar. In diesem Fall tritt an die Stelle des reflektierten Lichts bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel durchgelassenes Licht, wobei in den optischen Weg des durch das Magnetaufzeichnungsmaterial durchgelasssenen Lichts ein Analysator eingesetzt wird, dessen Durchlaßachse gemäß der vorstehenden Beschreibung eingestellt wird.

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Es wird eine magneto-optische Informationslesevorrichtung beschrieben, die eine Vorrichtung zum Einbringen von in einer vorbestimmten Richtung polarisierten Lichtstrahlen in ein Aufzeichnungsmaterial, auf dem Informationen aufgezeichnet sind, einen in dem optischen Weg der entsprechend den Informationen durch den magnef'o-optischen Effekt modulierten Lichtstrahlen angebrachten Analysator und einen Fotodetektor mit Stromverstärkungsfunktion zum fotoelektrischen Erfassen der durch den Analysator durchgelassenen Lichtstrahlen aufweist und bei der im wesentlichen die Beziehung

(p=±sm ( ) ,

/1+7—~

/η

erfüllt ist, bei der <f der Seitenwinkel der Durchlaßach-15

se des Analysators in Bezug auf die vorbestimmte Richtung der Polarisation ist und Tj der Auslöschungsfaktor des Analysators ist.

fa

Leerseite

Claims

T' __.„_ _ D₁-,... ,..- _ If,....,- - n~..~r- Patentanwälte und

IEDTKE - DUHLING -.IVlNNE.r.^Ry-P^·-: Vertreter beim EPA

n_ Γ* l Ι-'.· ·ΐ* °*°°^l · f:. ". Dipl.-Ing. H. Tiedtke

Pellmann - üirams:- OTRüfF ·..·*.- Dipi.-chem. α

ο ~> ο ο λ η / Dipl.-Ing. R. Kinne

0 00 I Cl ^ Dipl.-Ing R Grupe

Dipl.-Ing. B. Pellmann Dipl.-Ing. K. Grams
Dipl.-Chem. Dr. B. Struif

Bavariaring 4, Postfach 2024 8000 München 2

Tel.: 089-539653
Telex: 5-24845 tipat Telecopier: 0 89-537377 cable: Germaniapatent Münch 14. September 1983

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Patentansprüche

/ l7) Magneto-optische Info-rmationslesevorrichtung, gekennzeichnet durch eine Strahlvorrichtung (9,10), die das Einfallen von in einer vorbestimmten Richtung polarisierten Lichtstrahlen (a) auf ein Magnetaufzeichnungsmaterial (11) bewirkt, auf dem Informationen aufgezeichnet sind, einen in dem optischen Weg von entsprechend den Informationen durch den magneto-optischen Effekt modulierten Lichtstrahlen angebrachten Analysator (12) und einen Fotodetektor (13) mit Stromverstärkungs-Funktion, der durch den Analysator durchgelassene Lichtstrahlen (c) fotoelektrisch erfaßt, wobei im wesentlichen die Beziehung

=±sin (T=TT

cp

erfüllt ist, in der ip der Durchlaßachsen-Seitenwinkel des Analysators in Bezug auf die vorbestimmte Richtung der Polarisierung ist und Tj der Auslöschungsfaktor des Analysators ist.

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2. Magneto-optische Informationslesevorrichtung, gekennzeichnet durch eine Strahlvorrichtung (9,10), die das Hinfallen von in einer vorbestimmten Richtung polarisierten Lichtstrahlen auf ein Magnetaufzeichnungsmaterial (11) bewirkt, auf dem Informationen aufgezeichnet sind, eine Teilervorrichtung (10^f ) zum "Aufteilen von entsprechend den Informationen durch den magneto-optischen Effekt modulierten Lichtstrahlen, zwei jeweils in den optischen Wegen der aufgeteilten Lichtstrahlen angeordnete Analysatoren (12a, 12b) und zwei Fotodetektoren (13a, 13b), die jeweils Stromverstärkungsfunktion haben und die unter Differenzbildung die jeweils durch die beiden Analysatoren durchgeiassenen Lichtstrahlen erfassen, wobei die Durchlaßachsen der beiden Analysatoren in einander entgegengesetzten Richtungen in Bezug auf die vorbestimmte Richtung der Polarisation geneigt sind und wobei im wesentlichen die Beziehung

. -1, 1 \
₍p=±sin l-rrzr' '

erfüllt ist, in der ψ der Seitenwinkel der Durchlaßachsen ist und Ti der Auslöschungsfaktor der Analysatoren ist.
3. Informationslesevorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der jeweilige Durchlaßachsen-Seitenwinkel im Bereich von 70 bis 80° liegt.
4. Informationslesevorrichtung nach einem der Ansprüehe 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der jeweilige Fotodetektor (13; 13a,13b) eine Fotovervielfacherröhre ist.
5. Informationslesevorrichtung nach einem der Ansprüehe 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der jeweilige Fotodetektor (13;13a,13b) eine Lawineneffekt-Fotodiode ist.