DE3887657T2

DE3887657T2 - Optischer Kopf.

Info

Publication number: DE3887657T2
Application number: DE88119870T
Authority: DE
Inventors: Yasuo C O Nec Corporati Kimura; Akitomo C O Nec Corporati Ohba; Yuzo C O Nec Corporation Ono
Original assignee: NEC Corp; Nippon Electric Co Ltd
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1987-11-30
Filing date: 1988-11-29
Publication date: 1994-05-11
Anticipated expiration: 2008-11-30
Also published as: DE3887657D1; EP0318912A3; EP0318912A2; US5036504A; EP0318912B1

Description

Die Erfindung betrifft einen optischen Kopf, durch den Informationen in ein Auf zeichnungsmedium, wie z. B. eine optische Platte, eine magnetooptische Platte usw., eingelesen und aus diesem ausgelesen werden.
Einer der herkömmlichen optischen Köpfe weist auf: eine Kollimationslinse zum Kollimieren des von einem Halbleiterlaser ausgestrahlten Laserstrahls, einen Strahlteiler, der den Laserstrahl durchläßt und den von einer optischen Platte reflektierten Strahl reflektiert, ein Totalreflexionsprisma zur Reflexion des von dem Strahlteiler durchgelassenen Strahls und des von der optischen Platte reflektierten Strahls, um deren Lichtweg um 90º umzubiegen, eine erste Linse zur Fokussierung des Strahls auf der optischen Platte, ein Halbwellenplättchen zur Polarisationsdrehung des vom Strahlteiler reflektierten Strahls um 90º, eine zweite Fokussierlinse zum Fokussieren des von dem Halbwellenplättchen durchgelassenen Strahls, einen Polarisationsstrahlteiler, der den von der zweiten Fokussierlinse fokussierten Strahl durchläßt bzw. reflektiert, um zwei senkrecht zueinander polarisierte Strahlen zu erzeugen, einen zweiteiligen Lichtempfänger zum Empfang des vom Polarisationsstrahlteiler durchgelassenen Strahls, eine Zylinderlinse, die den vom Polarisationsstrahlteiler reflektierten Strahl durchläßt und einen Strahl mit astigmatischer Wellenfront erzeugt, und einen vierteiligen Lichtempfänger zum Empfang des Strahls mit astigmatischer Wellenfront.
Bei einem herkömmlichen optischen Kopf wird ein Spureinstellungsfehler nach einem Gegentaktverfahren unter Verwendung von Signalen des zweiteiligen Lichtempfängers festgestellt, ein Fokussierfehler wird nach einem Astigmatismus-Verfahren unter Verwendung von Signalen des vierteiligen Lichtempfängers festgestellt, und man erhält HF-Signale nach einer vorher festgelegten Berechnung, die auf den Signalen des zweiteiligen und des vierteiligen Lichtempfängers basiert; die Einzelheiten und die Arbeitsweise werden im Zusammenhang mit Fig. 1 näher erläutert.
Der herkömmliche optische Kopf ist jedoch relativ groß, beispielsweise größer als 40 x 40 x 30 mm³, wodurch die Miniaturisierung und die Gewichtsreduktion des gesamten optischen Plattensystems verhindert werden.
In der EP-A-O 228 620 wird ein optischer Kopf mit einem Beugungsgitter und einem sechsteiligen Lichtempfänger für den Nachweis von Fokussierungs- und Spureinstellungsfehlern offenbart. Die später veröffentlichte EP-A-273 356 (Art. 54(3) EPÜ) offenbart einen ähnlichen optischen Kopf mit einer Gitterlinse vom Transmissionstyp.
Ferner ist zum Nachweis eines Spureinstellungsfehlers im allgemeinen ein Gegentaktverfahren angewendet worden. Wenn daher, ausgehend von den Spureinstellungsfehlersignalen, die erste Fokussierlinse durch ein Betätigungselement in einer zu ihrer optischen Achse senkrechten Richtung bewegt wird, kann eine Abweichung zwischen der optischen Achse der ersten Fokussierlinse und der Teilungslinie des zweiteiligen Lichtempfängers zur Messung des Spureinstellungsfehlers entstehen und zu einer Gleichgewichtsabweichung zwischen zwei Lichtmengen führen, die auf die zwei entsprechenden Lichtempfängerelemente auffallen. Infolgedessen entsteht in den Spureinstellungsfehlersignalen eine Gleichstromabweichung, die einen begrenzten Regelbereich der Spureinstellungsfehlerregelung zur Folge hat.
Ferner tritt eine Überlagerung zwischen dem HF-Signal, dem Fokussierfehlersignal und dem Spureinstellungsfehlersignal auf und führt zu einer Instabilität des Servomotors.
Außerdem weist ein solcher herkömmlicher optischer Kopf eine Anzahl optischer Teile auf, die ein teures optisches Polieren erfordern und deren Einstellungen kompliziert und beschwerlich sind.
Dementsprechend besteht eine Aufgabe der Erfindung darin, einen optischen Kopf zu schaffen, dessen Konstruktion einfach und billig ist.
Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung weist der optische Kopf ein Totalreflexionsprisma zum Ausgleich einer Phasendifferenz zwischen polarisierten Strahlen auf, die auf die Nachweiseinrichtung für das HF-Signal auffallen, und dieses Totalreflexionsprisma wird zwischen der Platte und einem Polarisationsprisma angebracht, das auf der optischen Achse des von der Platte reflektierten Strahls anzuordnen ist, wobei das Polarisationsprisma zwischen der Reflexionsgittereinrichtung und der Nachweiseinrichtung für das HF-Signal angeordnet wird.
Die Erfindung wird nachstehend in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen:
Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines herkömmlichen optischen Kopfes;
Fig. 2 eine perspektivische Ansicht eines optischen Kopfes nach einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
Fig. 3 eine teilweise vergrößerte perspektivische Ansicht des in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiels;
Fig. 4A bis 4C jeweils erläuternde Darstellungen der Zustände der gebeugten Strahlen an einem sechsteiligen Lichtempfänger;
Fig. 5 bis 10 jeweils Kurven der Beugungsausbeute für eine Reflexionsgitterlinse in Abhängigkeit vom Verhältnis der Wellenlänge zur Gitterkonstante;
Fig. 11 eine erläuternde Darstellung der Zustände des polarisierten Lichts, das an einer magnetooptischen Platte reflektiert wird;
Fig. 12 eine Kurve der Phasendifferenz zwischen polarisierten Lichtstrahlen in Abhängigkeit vom Einfallswinkel;
Fig. 13 eine Kurve der Abnahme der Signalgüte in Abhängigkeit von der Phasendifferenz zwischen polarisierten Lichtstrahlen;
Fig. 14 eine Kurve der Phasendifferenz in Abhängigkeit vom Brechungsindex eines Totalreflexionsprismas;
Fig. 15 eine Kurve der Phasendifferenz in Abhängigkeit vom Einfallswinkel;
Fig. 16 eine erläuternde Darstellung einer Reflexionsgitterlinse in einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
Fig. 17 eine erläuternde Darstellung einer Reflexionsgitterlinse in einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
Fig. 18 eine Draufsicht auf ein viertes Ausführungsbeispiel der Erfindung; und
Fig. 19 eine Draufsicht auf ein fünftes Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Vor der Erläuterung eines optischen Kopfes nach Ausführungsbeispielen der Erfindung wird ein herkömmlicher optischer Kopf beschrieben, wie er weiter oben kurz erläutert wurde.
Fig. 1 zeigt einen herkömmlichen optischen Kopf. In Fig. 1 wird ein von einem Halbleiterlaser 1 ausgestrahlter Laserstrahl 2 von einer Kollimationslinse 3 zu einem kollimierten Strahl 4 gebündelt, der Strahl 4 durchläuft einen Strahlteiler 5, der durchgelassene Strahl wird von einem Totalreflexionsprisma 6 reflektiert, um den Lichtweg des reflektierten Strahls um einen Winkel von 90º umzubiegen, und dann wird der reflektierte Strahl durch eine erste Fokussierlinse 7 auf die Oberfläche einer Platte 8 fokussiert. Der von der Oberfläche der Platte 8 reflektierte Strahl breitet sich in umgekehrter Richtung aus und wird dann von dein Strahlteiler 5 reflektiert. Nach Drehung der Polarisationsebene um 90º in einem Halbwellenplättchen 22 wird der reflektierte Strahl durch eine zweite Fokussierlinse 9 fokussiert, und dann wird der fokussierte Strahl durch einen Polarisationsstrahlteiler 10 in einen durchgelassenen Strahl 11 und einen reflektierten Strahl 12 geteilt, die senkrecht zueinander polarisiert sind. Der durchgelassene Strahl 11 wird von einem zweiteiligen Lichtempfänger 13 aufgefangen, in dem man durch Subtraktion der beiden Signale der Lichtempfängereleinente 14 und 15 ein Spureinstellungsfehlersignal erhalten kann.
Der reflektierte Strahl 12 wird andererseits durch eine Zylinderlinse 16 geschickt, damit eine astigmatische Wellenfront entsteht, und dann von einem vierteiligen Lichtempfänger 17 aufgefangen, in dem man nach einem Astigmatismus-Verfahren ein Fokussierfehlersignal ermitteln kann. Das heißt, wenn die Ausgangsspannungen der Lichtempfängerelemente 18, 19, 20 und 21 in dem vierteiligen Lichtempfänger 17 gleich V&sub1;&sub8;, V&sub1;&sub9;, V&sub2;&sub0; bzw. V&sub2;&sub1; sind, dann ist das Fokussierfehlersignal gleich V&sub1;&sub8; + V&sub2;&sub0; - V&sub1;&sub9; - V&sub2;&sub1;. Durch Subtraktion der Intensitäten von zwei durch den Polarisationsstrahlteiler 10 geteilten polarisierten Strahlen, die senkrecht zueinander polarisiert sind, kann man ein HF-Signal erhalten. Das heißt, wenn die Ausgangsspannungen der Lichtempfängerelemente 14 und 15 gleich V&sub1;&sub4; bzw. V&sub1;&sub5; sind, dann ist das HF-Signal gleich V&sub1;&sub4; + V&sub1;&sub5; - V&sub1;&sub8; - V&sub1;&sub9; - V&sub2;&sub0; - V&sub2;&sub1;.
Nachstehend werden die Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung beschrieben.
Fig. 2 zeigt eine perspektivische Ansicht der Grundkonstruktion eines ersten Ausführungsbeispiels der Erfindung. In Fig. 2 wird der von einem Halbleiterlaser 1 ausgestrahlte Laserstrahl 2 von einem Strahlteiler 5 durchgelassen, der durchgelassene Strahl wird von einer Kollimationslinse 3 zu einem kolliminierten Strahl 4 gebündelt, der kollimierte Strahl 4 erfährt in einem Totalreflexionsprisma 6 eine Totalreflexion, so daß der Lichtweg des reflektierten Strahls um einen Winkel von 90º umgebogen wird, und dann wird der reflektierte Strahl von einer Fokussierlinse 7 auf die Oberfläche einer optischen oder magnetooptischen Platte 8 fokussiert. Der von der Oberfläche der Platte 8 reflektierte Strahl folgt dem oben beschriebenen Lichtweg in umgekehrter Richtung, der Strahl wird von der Kollimationslinse 3 fokussiert, und der fokussierte Strahl wird von dem Strahlteiler 5 reflektiert. Der reflektierte Strahl wird durch eine Reflexionsgitterlinse 23 gebeugt, und der gebeugte Strahl wird von einem sechsteiligen Lichtempfänger 34 aufgefangen, der die Lichtempfängerelemente oder -vorrichtungen 28 bis 33 aufweist. Der gebeugte Strahl nullter Ordnung wird von der Reflexionsgitterlinse 23 reflektiert und dann durch ein Polarisationsprisma 24 in zwei senkrecht zueinander polarisierte Strahlen geteilt, und die polarisierten Strahlen werden in einem zweiteiligen Lichtempfänger 27 mit den Lichtempfängerelementen 25 und 26 aufgefangen. Die Gitterlinse 23 ist mit Gitterfurchen versehen, deren Abstand durch /d = 0,5 definiert ist, wie weiter unten in Fig. 7 erläutert wird, und ist so angeordnet, daß ein polarisiertes Signallicht von der Platte 8 zu S-polarisiertem Licht wird. Daher können nahezu 100% des polarisierten Signallichts ein optisches Signalempfangssystem erreichen, das aus dem Polarisationsprisma 24 und dem zweiteiligen Lichtempfänger 27 besteht, so daß ein hohes Signal-Rausch-Verhältnis erzielt werden kann. Wenn P-polarisiertes Licht als Signalkomponente für die Reflexionsgitterlinse 23 verwendet wird, dann wird zwischen dem Strahlteiler 5 und der Reflexionsgitterlinse 23 ein Viertelwellenplättchen angeordnet, um die Polarisationsrichtung um 90º zu drehen.
Fig. 3 ist eine teilweise vergrößerte perspektivische Ansicht, welche die Beziehung zwischen der Reflexionsgitterlinse 23 und dem sechsteiligen Lichtempfänger 34 entsprechend der Darstellung in Fig. 2 zeigt. In Fig. 3 sind die Fokussierlinse 7 und die Platte 8 mit Hilfe von Trennlinien 35 dargestellt, um die Richtungsbeziehung zwischen vier Bereichen auf der Gitterlinse 23 und auf der Platte 8 vorgesehenen Spuren darzustellen.
Die Reflexionsgitterlinse 23 besteht aus einem ersten Bereich 39 oder A, einem zweiten Bereich 40 oder B, einem dritten Bereich 41 oder C und einem vierten Bereich 42 oder D. Die Bereiche A und B, die sich voneinander in der Brennweite und der Beugungsrichtung unterscheiden, werden durch eine Teilungslinie 38 begrenzt, welche die optische Achse der Kollimationslinse 3 schneidet. Die Bereiche C und D, die sich von den Bereichen A und B in der Brennweite und der Beugungsrichtung unterscheiden, sind auf der Teilungslinie 38 ausgebildet. Die Reflexionsgitterlinse 39 des Bereichs A weist ein Gittermuster auf, das Interferenzstreifen entspricht, die durch eine Interferenz zwischen einer Kugelwelle, die an der Ebene der Gitterlinse 39 reflektiert und auf einen Brennpunkt des gebeugten Lichts nullter Ordnung 51 fokussiert wird, und einer von einem Punkt 43 auf einer ersten Teilungslinie 47 des sechsteiligen Lichtempfängers 34 auslaufenden Kugelwelle entstehen. Die Reflexionsgitterlinse 40 der Bereichs B weist ein Gittermuster auf, das Interferenzstreifen entspricht, die durch eine Interferenz zwischen einer Kugelwelle, die an der Ebene der Gitterlinse 40 reflektiert und auf einen Brennpunkt des gebeugten Lichts nullter Ordnung 51 fokussiert wird, und einer von einem Punkt 44 auf der Teilungslinie 47 auslaufenden Kugelwelle entstehen. Die Reflexionsgitterlinse 41 des Bereichs C weist ein Gittermuster auf, das Interferenzstreifen entspricht, die durch eine Interferenz zwischen einer Kugelwelle, die an der Ebene der Gitterlinse 41 reflektiert und auf einen Brennpunkt des gebeugten Lichts nullter Ordnung 51 fokussiert wird, und einer von einem Punkt 45 auf einem Lichtempfängerelement 33 des sechsteiligen Lichtempfängers 34 auslaufenden Kugelwelle entstehen. Die Reflexionsgitterlinse 42 des Bereichs D weist ein Gittermuster auf, das Interferenzstreifen entspricht, die durch eine Interferenz zwischen einer Kugelwelle, die an der Ebene der Gitterlinse 42 reflektiert und auf einen Brennpunkt des gebeugten Lichts nullter Ordnung 51 fokussiert wird, und einer von einem Punkt 46 auf einem Lichtempfängerelement 32 des sechsteiligen Lichtempfängers 34 auslaufenden Kugelwelle entstehen. Durch die Verwendung einer derartigen Gitterlinse 23 wird Licht, das von der Platte 8 reflektiert wird und dann auf die Reflexionsgitterlinse 23 auffällt, in Form der gebeugten Strahlen 49, 50, 36 bzw. 37 auf die Punkte 43, 44, 45 bzw. 46 des sechsteiligen Lichtempfängers 34 fokussiert. Der Beugungsstrahl nullter Ordnung, der keiner Beugung unterliegt, wird durch ein Polarisationsprisma 24 in zwei polarisierte Strahlen geteilt, und die beiden polarisierten Strahlen werden auf die Lichtempfängerelemente 25 und 26 des zweiteiligen Lichtempfängers 27 fokussiert. Aus einem Differenzsignal zwischen den beiden Lichtempfängerelementen 25 und 26 kann man ein HF-Signal erhalten.
Fig. 4A, 4B und 4C zeigen die Zustände von gebeugten Lichtstrahlen an dem sechsteiligen Lichtempfänger 34. Fig. 4A zeigt einen fokussierten Zustand, in dem Strahlen auf der Platte 8 fokussiert werden. Der von der Reflexionsgitterlinse 39 des Bereichs A gebeugte Strahl 49 und der von der Reflexionsgitterlinse 40 des Bereichs B gebeugte Strahl 50 werden auf eine erste Teilungslinie 47 bzw. auf die gegenüberliegenden Seiten einer zweiten Teilungslinie 48 fokussiert. Fig. 4B zeigt einen defokussierten Zustand, in dem die Platte 8 in einem größeren Abstand von der Fokussierlinse 7 als im fokussierten Zustand angeordnet ist. In diesem Zustand fallen die gebeugten Strahlen 49 bzw. 50 auf die Lichtempfängerelemente 30 bzw. 28 des sechsteiligen Lichtempfängers 34 auf, jedoch nicht auf die Lichtempfängerelemente 31 und 29. Fig. 4C zeigt einen defokussierten Zustand, in dem die Platte 8 näher an der Fokussierlinse 7 angeordnet ist als im fokussierten Zustand. Die gebeugten Strahlen 49 bzw. 50 fallen auf die Lichtempfängerelemente 31 bzw. 29 des sechsteiligen Lichtempfängers 34 auf, aber nicht auf die Lichtempfängerelemente 30 und 28. Wenn daher die Ausgangssignale der mittleren vier Lichtempfängerelemente 31, 28, 30 und 29 in dem sechsteiligen Lichtempfänger 34 gleich S&sub1;, S&sub2;, S&sub3; bzw. S&sub4; sind, dann ist das Fokussierfehlersignal gleich (S&sub1; + S&sub4;) - (S&sub2; + S&sub3;).
Andererseits kann man, falls ein auf die Platte 8 fokussierter Lichtfleck von der Mitte einer Spur abweicht, unter Verwendung der Gleichgewichtsabweichung in den Intensitätsverteilungen der reflektierten Lichtstrahlen ein Spureinstellungsfehlersignal erhalten. Das heißt, die Gitterlinse 23 ist so eingerichtet, daß die Verbindungslinie zwischen den Mittelpunkten der Reflexionsgitterlinsen 41 und 42 der Bereiche C und D den Schnittpunkt der optischen Achse der Fokussierlinse 7 mit der Gitterlinse enthält und parallel zur Richtung eines Spureinstellungsfehlers auf der Platte 8 verläuft. Wenn ein Spureinstellungsfehler ausgelöst wird, tritt eine Differenz zwischen zwei in den Bereichen C und D empfangenen Lichtmengen auf. Die Lichtmengendifferenz kann als Ausgangssignaldifferenz zwischen den beiden Lichtempfängerelementen 32 und 33 des sechsteiligen Lichtempfängers 34 nachgewiesen werden, und die Richtung des Spureinstellungsfehlers kann außerdem aus der positiven oder negativen Polarität eines resultierenden Signals bestimmt werden.
Beim Nachweis solcher Fokussier- und Spureinstellungsfehler unter Verwendung einer derartigen Reflexionsgitterlinse mit Beugungselementen bewirkt eine Schwankung der Wellenlänge eines Halbleiterlasers eine Änderung des Beugungswinkels und führt dadurch zu einer Positionsabweichung des gebeugten Strahls auf einem Lichtempfängerelement. Es müssen daher die notwendigen Schritte gegen Wellenlängenschwankungen eines Halbleiterlasers unternommen werden. Wir diskutieren diese Positionsschwankung bezüglich einer ersten und einer zweiten Richtung, wobei die erste Richtung parallel zur ersten Teilungslinie 47 und die zweite Richtung senkrecht zur ersten Teilungslinie 47 liegt. Die Positionsänderung in der Richtung parallel zur ersten Teilungslinie 47 kann außer Betracht gelassen werden, wenn sie nicht die zweite Teilungslinie 48 überquert und aus dem Lichtempfänger 34 herausfällt. Im Hinblick auf die Positionsänderung in der zur ersten Teilungslinie 47 senkrechten Richtung sind bei einem herkömmlichen optischen Kopf die erforderlichen Schritte zu unternehmen, da sich die Ausgangssignale der mittleren vier Lichtempfängerelemente 28, 29, 30 und 31 in dem sechsteiligen Lichtempfänger 34 verändern. Erfindungsgemäß weisen jedoch die Bereiche A und B der Reflexionsgitterlinse 23 kaum eine Raumfrequenz in dieser Richtung auf, so daß die Positionsänderung des gebeugten Strahls in dieser Richtung unberücksichtigt bleiben kann.
In einem System zum Nachweis eines Spureinstellungsfehlers, bei dem für die Korrektur des Spureinstellungsfehlers ein Gegentaktverfahren zur Bewegung einer Fokussierlinse angewendet wird, kann die optische Achse eines optischen Systems auf der Fehlernachweisseite von der optischen Achse auf der Linsenseite abweichen, wodurch eine Differenz in der Lichtmenge entsteht, die in einem Lichtempfänger zum Nachweis eines Spurfehlers empfangen wird, so daß in einem Spureinstellungsfehlersignal eine Abweichung induziert wird. In diesem Punkt löst die vorliegende Erfindung dieses Problem folgendermaßen: die Reflexionsgitterlinsen 41 und 42 für die Bereiche C und D haben gleich große Flächen und sind symmetrisch zur optischen Achse angeordnet, um den Lichtstrahl vom Strahlteiler 5 zu erfassen. Daher ergibt sich selbst bei einer Abweichung der optischen Achse der Fokussierlinse gegenüber der optischen Achse des Fehlernachweissystems in Richtung senkrecht zu einer Spur auf der Platte 8 keine Veränderung der Lichtmenge, die in den Reflexionsgitterlinsen 41 und 42 für die Bereiche C und D empfangen wird, so daß das Auftreten einer Abweichung in Spureinstellungsfehlersignalen verhindert werden kann.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die erste Teilungslinie 47 des sechsteiligen Lichtempfängers 34 senkrecht zur Richtung einer Spur auf der Platte 8. Diese Anordnung des sechsteiligen Lichtempfängers 34 kann jedoch verändert werden. Zum Beispiel kann der sechsteilige Lichtempfänger zusammen mit der Teilungslinie 38 der Reflexionsgitterlinse 23 um einen beliebigen Winkel um die optische Achse des auf die Reflexionsgitterlinse 23 auffallenden Lichts gedreht werden.
Wenn ferner der von der Reflexionsgitterlinse 41 des Bereichs C gebeugte Strahl 37 und der von der Reflexionsgitterlinse 42 des Bereichs D gebeugte Strahl 36 getrennt nachgewiesen werden, dann ist die Anordnung der Lichtempfängerelemente 32 und 33 nicht auf die in Fig. 2 und Fig. 3 gezeigte Anordnung beschränkt.
Nachstehend werden Prinzip und Arbeitsweise der Erfindung ausführlicher erläutert.
Wie oben beschrieben, wird in einem erfindungsgemäßen optischen Kopf eine Reflexionsgitterlinse verwendet. Die Reflexionsgitterlinse ist eine Vorrichtung oder ein Gerät mit einer leitfähigen reflektierenden Oberfläche. Die Oberfläche des Gitters ist z.B. mit einem elektrischen Leiter wie Aluminium, Gold usw. beschichtet.
Außer der Beugung des Beugungslichts erster Ordnung reflektiert die Reflexionsgitterlinse das gebeugte Licht nullter Ordnung direkt. Durch Empfang des gebeugten Lichts nullter Ordnung kann man ein HF-Signal erhalten. Ein Lesesignal von einer Platte enthält einen sehr kleinen Anteil von polarisiertem Signallicht. Daher sollte das Beugungslicht nullter Ordnung, das auf ein HF-Signalempfangssystem auffällt, einen möglichst großen Anteil von polarisierten Signallicht enthalten. Das heißt, es sollte eine Reflexionsgitterlinse verwendet werden, die eine solche polarisierte Signallichtkomponente nicht beugt. Zu diesem Zweck wird erfindungsgemäß ein Gitter mit einem Verhältnis der Wellenlänge zum Furchenabstand (Gitterkonstante) von π/d 0,5 oder π/d 1,2 eingesetzt, wobei π die Wellenlänge und d der Furchenabstand ist.
Fig. 5 bis 10 zeigen Kennlinien der Beugungsausbeute am Reflexionsgitter in Abhängigkeit von π/d für Reflexionsgitter mit rechteckigen Gitterfurchen. Diese Daten werden in der folgenden Arbeit angegeben: E. G. Loewen u.a., "Efficiency optimization of rectangular groove gratings for use in the visible und IR regions" (Ausbeuteoptimierung von Gittern mit rechteckigen Furchen zur Anwendung im sichtbaren und IR-Bereich), Applied Optics, Bd.18, Nr. 3, S. 2262-2266 (1979).
In Fig. 5 bis 10 ist a/d das Verhältnis der Furchenbreite "a" zum Furchenabstand "d", und h/d ist das Verhältnis der Furchentiefe "h" zum Furchenabstand "d". Bei einem Gitter, wie es in Fig. 5 dargestellt ist, wird die Beugungsausbeute von P-polarisiertem Licht bei π/d 1,2 nahezu gleich null. Daher ist die Verwendung von P-polarisiertem Licht als polarisierte Signallichtkomponente vorzuziehen. Bei Gittern, wie sie in Fig. 6 bis 10 dargestellt sind, wird die Beugungsausbeute von S-polarisiertem Licht in der Nähe von π/d = 0,5 nahezu gleich null, und folglich ist die Verwendung von S-polarisiertem Licht als polarisierte Signallichtkomponente vorzuziehen. Ferner wird bei einem Gitter, wie es in Fig. 8 dargestellt ist, die Beugungsausbeute von P-polarisiertem Licht in der Nähe von π/d = 0,48 nahezu gleich null, und folglich kann auch P-polarisiertes Licht als polarisierte Signallichtkomponente verwendet werden. In ähnlicher Weise kann bei dem in Fig. 7 dargestellten Gitter gleichfalls P-polarisiertes Licht als polarisierte Signallichtkomponente verwendet werden, weil die Ausbeute von P-polarisiertem Licht in der Nähe von π/d = 0,4 nahezu gleich null wird.
Um durch das Beugungslicht erster Ordnung ein Fokussierfehlersignal zu erhalten, ist in der vorliegenden Erfindung ferner die Reflexionsgitterlinse in zwei Bereiche mit unterschiedlichen Kennlinien unterteilt, wodurch die Grenzlinie eine Wirkung haben kann, die der Wirkung der bei einem herkömmlichen Kopf verwendeten Schneide entspricht.
Ein Spureinstellungsfehlersignal kann man auch durch die Ausbildung von zwei Bereichen erhalten, deren Gitter in unterschiedlichen Richtungen an den entsprechenden Stellen in geringem Abstand von dem Mittelpunkt angeordnet sind, in dem die optische Achse einer Kollimationslinse die Gitterlinse schneidet, wobei die Intensitäten der von diesen beiden Bereichen gebeugten Lichtstrahlen nach dem Prinzip eines Gegentaktverfahrens miteinander verglichen werden.
Ein HF-Signal kann durch ein Differenz-Nachweisverfahren nachgewiesen werden. Ein magnetooptisches Plattensystem nutzt zum Lesen von Informationen von einer Platte den Kerr-Effekt, durch den eine Polarisationsebene gedreht wird.
Fig. 11 zeigt die Zustände von polarisiertem Licht vor und nach der Reflexion an einer Platte. Die Polarisationsebene des von der Platte reflektierten Lichts ist gegenüber der Polarisationsebene des einfallenden Lichts gedreht. Die Richtung dieser Drehung ist vom Vorhandensein eines aufgezeichneten Signals abhängig. Der Drehungswinkel ist sehr klein und liegt in der Größenordnung von etwa 0,2º, und die durch diese Drehung erzeugten polarisierten Signallichtkomponenten 64 und 65 sind sehr klein. Um ein hohes Signal-Rausch-Verhältnis des aus dieser kleinen Signalkomponente regenerierten Signals zu erhalten, ist es erforderlich, die polarisierten Signallichtkomponenten 64 und 65 zu einem verlustarmen Signalsystem zu übertragen und ein Nachweisverfahren mit einer verbesserten Ausbeute bereitzustellen.
Um die polarisierten Signallichtkomponenten 64 und 65 zu dem verlustarmen Signalsystem zu übertragen, nutzt die vorliegende Erfindung daher eine Reflexionsgitterlinse mit der oben beschriebenen Abhängigkeit der Beugungsausbeute vom polarisierten Licht. Als Nachweisverfahren ist ein Differenznachweisverfahren brauchbar. Bei diesem Differenznachweisverfahren wird zwischen einer Gitterlinse und einem zweiteiligen Lichtempfänger ein Polarisationsprisma eingesetzt, dessen optische Achse um 45º gegen die X-Achse geneigt ist, so daß die polarisierten Signallichtstrahlen 61 und 62 in zwei Komponenten geteilt werden, deren eine in einer Richtung 66 parallel zur optischen Achse des Polarisationsprismas liegt, während die andere in einer Richtung 67 senkrecht zur optischen Achse liegt, und die geteilten Signale werden entsprechend zu dem zweiteiligen Lichtempfänger übertragen. Die HF-Signale können aus der Differenz zwischen diesen beiden Signalspannungen ermittelt werden. Dieses Nachweisverfahren weist Merkmale auf, mit denen derartige Signale rationell gewonnen werden können, wobei das Rauschen der gleichphasigen Komponente eliminiert werden kann.
Wie aus dem Vorstehenden ersichtlich, hat die erfindungsgemäße Reflexionsgitterlinse die Funktion eines Reflexions-Beugungs-Strahlteilers, durch den einfallendes Licht in ein HF-Signallicht, ein Signallicht zum Nachweis des Fokussierfehlers und ein Signallicht zum Nachweis des Spureinstellungsfehlers geteilt wird. Der erfindungsgemäße optische Kopf kann daher aus wenigen Teilen bestehen und ist einfach einstellbar, so daß man einen miniaturisierten, gewichtsreduzierten und billigen optischen Kopf erhalten kann.
Ferner wird bei der vorliegenden Erfindung ein optischer Aufbau zum Ausgleich einer Phasendifferenz zwischen den von einer Reflexionsgitterlinse erzeugten Lichtstrahlen angewendet. Wenn die Oberfläche einer Gitterlinse mit einer Metallschicht überzogen ist, dann unterscheidet sich die Phasenänderung von parallel zur Furchenrichtung der Gitterlinse polarisiertem Licht nach der Reflexion von der Phasenänderung von senkrecht zur Furchenrichtung polarisiertem Licht, wodurch eine Phasendifferenz zwischen den Lichtstrahlen entsteht. Fig. 12 zeigt die Phasendifferenz zwischen derartigen polarisierten Strahlen in Abhängigkeit vom Einfallswinkel zur Reflexionsebene, wenn die Oberfläche der Gitterlinse mit einer Goldschicht überzogen ist. Wenn der Einfallswinkel 60º beträgt, dann erzeugt die Gitterlinse eine Phasendifferenz von 45º, die etwas größer ist als im Falle einer unbeschichteten Metalloberfläche. Wenn die Gitterlinse in einem optischen Kopf verwendet wird, dann fällt die durch den Kerr-Effekt erzeugte, in Fig. 11 dargestellte polarisierte Lichtkomponente 64 mit der polarisierten Komponente 65 senkrecht zu der oben beschriebenen Komponente in Polarisationsrichtung zusammen, so daß das Signal-Rausch-Verhältnis des regenerierten Signals wegen der reflexionsbedingten Phasendifferenz erniedrigt wird.
Fig. 13 zeigt eine Beziehung zwischen einer solchen Phasendifferenz (in Grad) und der Abnahme der Signalgüte (dB). Bei einer Phasendifferenz von 90º kann das regenerierte Signal nicht nachgewiesen werden. Folglich muß ein Phasenausgleichplättchen eingesetzt werden, das eine durch Reflexion an einer metallbeschichteten Gitterlinse erzeugte Phasendifferenz ausgleichen kann. Wenn jedoch als Phasenausgleicheinrichtung ein Phasenausgleichplättchen vom Durchstrahlungstyp mit einem doppelbrechenden Kristall, wie z.B. einem Quarzkristall, verwendet wird, dann ist es schwierig, ein kompaktes optisches System für einen optischen Kopf bereitzustellen.
Aus diesem Grunde wird erfindungsgemäß ein Totalreflexionsprisma als Phasenausgleicheinrichtung eingesetzt. Wenn Licht aus einem Element mit hohem Brechungsindex auf die Grenzfläche zu einem Element mit niedrigem Brechungselement fällt, wobei der Einfallswinkel größer ist als ein kritischer Winkel, dann wird in diesem Totalreflexionsprisma das Licht total reflektiert, so daß bei P- und S-polarisiertem Licht verschieden große Phasensprünge entstehen. Ein Phasenausgleich wird unter Anwendung dieser Erscheinung realisiert. Zum Beispiel zeigt Fig. 14 eine Kurve der Phasendifferenz zwischen P - und S-polarisiertem Licht in Abhängigkeit vom Brechungsindex bei einem konstanten Einfallswinkel von 45º, und Fig. 15 zeigt eine Kurve der Phasendifferenz in Abhängigkeit vom Einfallswinkel bei einem konstanten Brechungsindex von 1,5. Dieses Totalreflexionsprisma ist vom Reflexionstyp, so daß das optische System eines optischen Kopfes zusammengeklappt werden kann, um einen kompakten optischen Kopf bereitzustellen.
In Fig. 16 ist eine Reflexionsgitterlinse 52 nach einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. In dem zweiten Ausführungsbeispiel ist die Teilungslinie 38 der Reflexionsgitterlinse 52 gegenüber der Teilungslinie im ersten Ausführungsbeispiel um 90º gedreht, wie durch Vergleich mit Fig. 2 und 3 erkennbar ist. Die Beziehung zwischen der Gitterlinse 52 und dem sechsteiligen Lichtempfänger 34 ist die gleiche wie im ersten Ausführungsbeispiel. Das heißt, gemäß der Darstellung in Fig. 3 werden die von den Reflexionsgitterlinsen 39 bzw. 40 gebeugten Strahlen auf die Punkte 43 bzw. 44 auf dem sechsteiligen Lichtempfänger 34 fokussiert, und die von den Reflexionsgitterlinsen 41 bzw. 42 gebeugten Strahlen werden auf die Punkte 45 bzw. 46 auf dem sechsteiligen Lichtempfänger 34 reflektiert.
Fig. 17 zeigt eine Reflexionsgitterlinse nach einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die Reflexionsgitterlinse 53 ist durch zwei Grenzlinien 55 und 56 in vier Bereiche 57, 58, 59 und 60 unterteilt, die den Bereichen A, B, C und D im ersten Ausführungsbeispiel entsprechen. Daher kann diese Gitterlinse 53 die gleiche Funktion ausüben wie diejenige im ersten Ausführungsbeispiel, indem die Richtung der Spuren auf der optischen Platte auf die Richtung des Pfeils 54 eingestellt wird.
Fig. 18 zeigt ein viertes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen optischen Kopfes, wobei die gleichen Elemente wie in Fig. 2 durch gleiche Bezugszeichen gekennzeichnet sind. In diesem Ausführungsbeispiel wird der Strahl durch einen reflektierenden Spiegel 68 in einer Fokussierlinse 7 in einer Richtung senkrecht zur Zeichnungsebene nach oben auf eine Platte (nicht dargestellt) reflektiert. Die Oberfläche einer Reflexionsgitterlinse 23 weist eine Gitterkonstante von 1,4 um und eine Gittertiefe von 0,14 um auf und ist mit einer Goldschicht überzogen. Auf diese Gitterlinse 23 fällt Licht unter einem Einfallswinkel von 60º auf, und die senkrecht zu den Gitterfurchen polarisierte Lichtkomponente wird nur mit einem Anteil von 20% gebeugt, während die parallel zu den Gitterfurchen polarisierte Lichtkomponente geringfügig gebeugt wird und als Beugungslicht nullter Ordnung verlustarm reflektiert wird. Wenn demnach die polarisierte Signallichtkomponente parallel zur Richtung der Gitterfurchen polarisiert wird, dann kann ein zweiteiliges Lichtempfängerelement 27 das Signallicht für ein HF-Signal verlustarm empfangen, und in dem gebeugten Lichtanteil von 20%, der aus der senkrecht zur Gitterlinse polarisierten Lichtkomponente stammt, können Spureinstellungs- und Fokussiersignale nachgewiesen werden.
In diesem Ausführungsbeispiel wird eine Phasendifferenz zwischen den polarisierten Lichtkomponenten bei der Reflexion des von einem Polarisationsstrahlteiler 5 übertragenen Lichts durch ein Totalreflexionsprisma 69 ausgeglichen. Das Totalreflexionsprisma 69 entspricht der ersteren von den beiden Einrichtungen, die bei der Erläuterung des Prinzips und der Arbeitsweise beschrieben wurden. Bei einem Einfallswinkel von 45º besteht das Totalreflexionsprisma 69 aus Glas mit einem Brechungsindex von 1,55, so daß man eine von der Reflexionsgitterlinse 23 erzeugte Phasendifferenz von 45º erhält. In Fig. 18 werden durch das Bezugszeichen 67 ein Prisma und durch 70 eine Fokussierlinse bezeichnet.
Fig. 19 zeigt ein Totalref lexionsprisma 71 in einem fünften Ausführungsbeispiel der Erfindung, wobei das Prisma der letzteren von den beiden Einrichtungen entspricht, die bei der Erläuterung des Prinzips und der Arbeitsweise beschrieben wurden. In diesem Ausführungsbeispiel werden zur Erzeugung einer Phasendifferenz von 45º ein Einfallswinkel von 50º und ein Glasprisma mit einem Brechungsindex von 1,5 verwendet.
Diese Phasenausgleicheinrichtung kann in einer bestimmten Position angeordnet werden, die im Lichtweg zwischen der Fokussierlinse 7 und dem Polarisationsprisma 24 gewählt wird.
Wie ausführlich erläutert, weist in einem erfindungsgemäßen optischen Kopf der optische Teil eines Lichtempfangssystems lediglich eine Reflexionsgitterlinse und ein Polarisationsprisma auf, so daß die Zahl der in einem herkömmlichen optischen Kopf verwendeten Teile erheblich reduziert wird, um den optischen Kopf zu verkleinern. Da die erf indungsgemäß verwendete Reflexionsgitterlinse eine Vorrichtung mit konkav-konvexer Oberfläche ist, läßt sich in einem Warmpreß- oder Fotopolymerisationsverfahren oder dergleichen unter Verwendung einer Metallform leicht eine Kopie der Vorrichtung herstellen, so daß eine derartige Reflexionsgitterlinse billig in Massenproduktion hergestellt werden kann.
Ferner ist bei der vorliegenden Erfindung die Gitterlinse mit den Bereichen C und D versehen, um ein Spureinstellungsfehlersignal zu erhalten, so daß keine Spurabweichung infolge einer Bewegung der Fokussierlinse auftritt. Da außerdem die Reflexionsgitterlinse als Strahlteiler funktioniert, tritt nur eine schwache Interferenz zwischen dem HF-Signal und dem Spureinstellungs- und Fokussierfehlersignal auf. Der Servomotor arbeitet daher stabil.
Ferner wird in dem erfindungsgemäßen optischen Kopf ein Totalreflexionsprisma als Phasenausgleicheinrichtung verwendet, so daß man einen kompakten optischen Kopf erhalten kann. Außerdem kann ein billiges Glas für das Totalreflexionsprisma verwendet werden, so daß ein billiger optischer Kopf hergestellt werden kann.

Claims

1. Optischer Kopf mit:

einer Einrichtung (1) zur Ausstrahlung eines Lichtstrahls (2),

einem Strahlteiler (5), der den Lichtstrahl durchläßt und den von einer Platte (8) reflektierten Lichtstrahl reflektiert,

einer Fokussierlinse (7), die den Lichtstrahl auf die Platte (8) fokussieren und den von der Platte (8) reflektierten Lichtstrahl durchlassen soll,

einer Teilungseinrichtung (23) für bestimmte polarisierte Lichtkomponenten, die in dem vom Strahlteiler (5) ausgehenden Lichtstrahl enthalten sind, Einrichtungen (24-27), die entsprechend dem Licht von der Teilungseinrichtung (23) ein in der Platte gespeichertes HF-Signal nachweisen und einen zweiteiligen Lichtempfänger (25-27) aufweisen, und Nachweiseinrichtungen (28-31) für ein Fokussierfehlersignal und für ein Spureinstellungsfehlersignal von zwei Lichtempfängerelementen (32, 33) entsprechend dem von der Teilungseinrichtung (23) ausgehenden Licht,

dadurch gekennzeichnet, daß

die Teilungseinrichtung eine Reflexionsgitterlinse (23) mit mehreren verschiedenen optischen Eigenschaften (38-42) ist, um die in dem vom Strahlteiler ausgehenden Lichtstrahl enthaltenen spezifischen polarisierten Lichtanteile in reflektiertes und gebeugtes Licht (36, 37, 49, 50, 51) zu trennen,

wobei ein Polarisationsprisma (24), das von der Reflexionsgitterlinse (23) herkommende gebeugte Licht nullter Ordnung (51) in zwei senkrecht zueinander polarisierte Lichtanteile an die beiden Lichtempfängerelemente (25, 26) des zweiteiligen Lichtempfängers (27) teilt, wobei das HF-Signal aus dem Differenzsignal zwischen den beiden Lichtempfängerelementen (25, 26) dem zweiteiligen Lichtempfänger (27) gewonnen wird.

2. Optischer Kopf nach Anspruch 1, der ferner aufweist:

ein Totalreflexionsprisma (6) zum Ausgleich einer Phasendifferenz zwischen Lichtkomponenten, die senkrecht zu einer Gitterfurche der Reflexionsgitterlinse (23) bzw. parallel dazu polarisiert sind, wobei das Totalreflexionsprisma (6) an einer bestimmten Position im Lichtweg zwischen der Fokussierlinse (7) und dem Polarisationsprisma (24) angebracht wird.

3. Optischer Kopf nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Nachweiseinrichtungen für ein Fokussierfehlersignal und ein Spureinstellungsfehlersignal einen sechsteiligen Lichtempfänger (28-34) aufweisen.