JPH06511590A - 磁気光学再書込み可能光学ヘッド - Google Patents

磁気光学再書込み可能光学ヘッド

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JPH06511590A
JPH06511590A JP5507176A JP50717692A JPH06511590A JP H06511590 A JPH06511590 A JP H06511590A JP 5507176 A JP5507176 A JP 5507176A JP 50717692 A JP50717692 A JP 50717692A JP H06511590 A JPH06511590 A JP H06511590A
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prism
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radiation
polarized
beam splitting
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JP5507176A
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フリッツ,バーナード・エス
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ハネウエル・インコーポレーテッド
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 磁気光学再書込み可能光学ヘッド 発明の背景 本発明は、構成が単純であり、光学素子を最小に抑え、ビーム分割面を1つしか 採用せず、また、記録媒体のパワーレベルを監視し且つ焦点合わせをデジタルデ ータ出力とは別個に監視する能力をもって、堅牢でなければならない環境の中で 磁気光学記録装置と共に使用することができる光学ヘッドに関する。
光学記録ヘッドは当該技術においては磁気光学記録装置と同様に良く知られてい る。そのようなシステムでは、レーザーダイオードなどの照射源からの光は、多 くの場合、ビームスプリフタを介して、上面に磁性膜が形成されている基板を具 備する磁気光学記録装置の形態をとうてる記録装置へと導かれる。レーザー源か らの光は偏光され、その光を切換え自在の磁界の付近で磁性膜上へ集束すると、 光は、磁界に応じて第1の方向又は第2の方向に膜の磁化の方向をとらせる加熱 効果を発生する。その後、偏光がこの面から反射されると、偏光は第1又は第2 の方向にわずかに回転する。反射した光は、そこから、偏光方向を確定し、この 情報を使用してデジタルデータ出力を供給することができる適切な検出器へと導 かれる。そのような基本的なシステムの説明は、Addison−Weslsy  Publishing Company刊行のAl1en Merchant 著roptical Recording A Technical Over viewJの中に見られる。4.1章(68〜74ページ)では磁気光学システ ムを説明し、8,4章(209〜219ページ)では磁気光学ヘッドの概念を説 明している。別の例は1987年1月27日発行のTomitaの米国特許第4 .639,818号及び1986年2月4日発行のTomitaの米国特許第4 .569,035号に見られる。それらの基本システムでは、何らかの方法でパ ワーレベルと焦点を監視しているが、デジタルデータ出力とは里!脱磁性膜にお けるシステムの適正な焦点を維持するように対物レンズの焦点を監視するための 手段は設けられておらず、また、動作中に磁性膜で入力光のパワーレベルを相対 的に一定に維持するようにこのレベルを監視するための手段は設けられていない 。パワーを監視し、それに従ってレーザー人力部の出力を制御すると共に、対物 レンズの焦点状態を監視するシステムは、1989年1月17日発行のWits on他の米国特許第4,799,210号に見られる。ところが、このシステ出 力信号に「漏話」が導入される結果になる。その上、このシステムでは、関連す る光路に対して少なくとも2つのビーム分割面が存在することを要求しており、 適正な偏光ビーム分割(PBS)ilIjを形成するのは相当に困難であると共 に、かなりのコストを要するので、このようなシステムは総じて高価である。ま た、従来のシステムに含まれる光学部品の数は相対的に多く、米国光学学会後援 のJames J、Burk他による5PIE第1499巻、rOptical  Data Storage ’ 9Nに掲載されているY、Yamanaka 他によるrcompact Magneto−Optical Disk He adIntegrated with Chip EIementsJと題した 論文の中に説明されているように、光学部品の数を最小限に減らすのが望ましい ということに注意すべきである。
発明の慨彎 本発明は、関連する光学部品の数と共に、ビーム分割材料で被覆する必要のある 面の数を最小にした光学ヘッドの単純Hつ小型の構成を提供する。この構成は小 型であり、航空機や宇宙船などの堅牢を要求される環境の中で使用することがで きるように設計されている。また、磁性膜に至るパワーも監視し、焦点を監視す るチャネルと、出力データを監視するチャネルとは別である。
本発明は、光学ビーム分割材料で被覆された面を1つじがもたない単一の偏菱形 プリズムを利用する。入力光はこの面を通して全反射面である偏菱形プリズムの 第2の面へと進み、そこからビーム分割面を通って戻り、そこで2本のビームを 形成し、そのうち第1のビームはエネルギーの大部分を有し、磁気記録材料へと 導かれるが、残るわずかなエネルギーは光学バフ−モニターへ導かれる。磁気光 学記録装置の面から反射した照射は再び単一のビーム分割面を通過し、同様に、 このエネルギーのわずかな一部分は適切な検出器へ反射され、一方、残る大半の エネルギーは偏蓋形プリズムの中に戻り、全反射されて、最終的にはプリズムか ら射出し、対物レンズの適正な焦点位置を監視し且つ維持するために使用される 検出器に達する。
図面の簡単な説明 図1は、本発明の様々な構成要素に至る照射の光路を示す概略図である。
図2は、線2−2に沿った図1の側面図である。
図3は、非平行照射を採用する本発明の別の実施例の概略図である。
好ましい実施例の詳細な説明 本発明を説明するに際しては、その設計は振動及び重力と関連して苛酷なストレ スを受けることがあるために堅牢にすることを必要とする環境における使用を意 図したものであることに留意すべきである。また、そのような環境におけるシス テムの利益を最大にするために、システムは簡略及び小型、並びに低コストを目 積して構成されていることにも留意すべきである。そのような設計においては、 光学素子の熱感度と振動感度を最小にするためにモノリシック光学ヘッドを使用 しており、磁気光学媒体のデータ信号は元来弱いので、環境の振動にもかかわら ずデータ信号レベルをできる限り維持することを慎重に考慮する。光学素子を最 小にする努力を続けると、データ信号レベルに影響を及ぼすであろう照射源エラ ーはさらに減少し、また、PBS被覆膜を1つにすれば、温度や湿度の変化に対 する感度は低下する。言うまでもなく、PBS被覆膜は入射光のS偏光成分をで きる限り多く(はぼ100%)反射すると共に、P偏光成分の大部分(約80% )を透過するような性質をもつ。この設計形態は様々な信号経路折り返しにおけ る透過損失を減少させるために全反射を利用しており、システムには磁力監視、 データ信号検出及び焦点監視という3つの機能が含まれて〜する。説明と関連し て、照射源から記録部材までの伝送はビームがPBS被覆展を2度通過すること を要求し、それにより、偏光維持結合ファイバがビームに与えると思われる楕円 偏光の影響は少なくなるので、直線偏光の度合いは改善させることに注意する。
このことに留意して図1に注目すると、図1には、二方向矢印14により示すよ うに上下運動を加えるように破線13として示した機械的結合部を介して動作す る動力手段12により移動自在であるように取り付けられた光学系1oが示され ている。
図1には、PBS被覆膜23を蒸着した下面、すなわち、第1の面21を有する 偏菱形プリズム20が示されている。先に述べた通り、PBS被覆膜はできる限 り多くのrsJ偏光成分を反射すると共に、rPJ偏光成分の大部分を透過する ような性質をもつ。
レーザーダイオード又は光フアイバ結合部を装着したレーザーダイオードであっ ても良い適切な照射源30からの照射、すなわち、光は、図示する通り、偏光照 射を32.33及び34などの線に沿ってコリメーティングレンズ36へ送り出 し、このコリメーティングレンズは37.38及び39などの線により示す平行 照射ビームを直角プリズム40を介して導くが、照射がPBS被覆膜に当たって 2本のビームに分割されるように、直角プリズムの斜辺は面21の上部に接合さ れており、「S」偏光成分のほぼ全てを含むその一方のビームは下方へ反射され てシステムから射出し、一方、「P」成分の大部分(約80%)は偏菱形プリズ ム20の内部へ42.43及び44などの線に沿って通過してゆく。この照射は 、偏菱形プリズム20を通過した後、図1では47.48及び49などの線に沿 って下方へほぼ全反射されるような角度で偏菱形プリズム20の上面、すなわち 、第2の面46に当たる。多くのrPJ偏光成分を含むこの照射はPBS被覆膜 23の下部を通過し、そこで、先の場合と同様に、残留しているかもしれない「 S」偏光のほぼ全てと、残留しているrPJ偏光成分のわずかな部分(約20% )とは反射され、残留しているrPJ偏光成分の大部分く約80%)はPBS被 覆膜23を通過して、斜辺が偏菱形プリズム20の面21の下部に接合している 第2の直角プリズム50に至る。52.53及び54などの線に沿って通過する このエネルギーはプリズム50を通って、直角プリズム50の一辺に沿って光学 系10の底部に接合されたミラー60に至る。ミラー60及びミラー60と偏菱 形プリズム20との関係は図2にさらに明瞭に見られる。
ミラー60から反射した後、照射は62などの線に沿って対物レンズ64を通過 するが、このし/ズは、図示する通り、たとえば、図2の二方向矢印72などの 線に沿った運動を生じさせるようにレンズをねじ構造70の中で回転させること により、レンズを往復運動させるために、破線68(図1)として示した結合部 を介して動作する動力手段66により移動自在である。以下に説明するように、 これによってレンズを常時記録媒体に対し適正に焦点合わせすることができる。
図1のPBS被覆膜の下部で反射されたエネルギーの部分は72.73及び74 などの線に沿って、偏菱形プリズム20の端面の1つ77に接合されたレンズ7 5を通って導かれてゆく。80.81及び82などの線に沿ってレンズ75を通 ったエネルギーが検出器85に集束して、正方形88として示す適切な電子シス テムに対し線路87に沿って出力を発生するように、レンズ75は相対的に短い 焦点距離を育しており、電子システム88は、記録媒体が受け取る量を所望の通 りに相対的に一定に維持するために照射源30により発生される照射のレベルを 調整する出力を線路89に沿って発生する。
図2で最も明瞭に見られるように、照射は線80により示すように対物レンズ6 4を通過し、基板92を通して、永久磁石又は電磁石96に近接する磁気記録材 料の層94の上に集束する。磁気光学記録では知られている通り、これは熱効果 を発生し、材料から反射したビームの偏光を磁石96により発生された磁界の向 きに従って第1の方向又は逆の方向に回転させる。前述のように、磁石96は磁 化の方向を変化させるように切り換えできる永久磁石であっても良く、あるいは 、流れる電流の方向によって偏光の方向を変化する電磁石であっても良い。図2 に示すように、磁石96は磁性材料94の面に沿って放射状に位置しているが、 希望に応じて、常にビーム90のすぐ下方の、ビームが材料94上に集束すると ころにあるようにレンズ64と共に移動させなければならないと考えられる小さ な磁石を利用しても良い。
磁性材料94と基板92は、破線100として示した結合部を介して動作する動 力手段99により制御しうる軸98によって規定される軸に関して回転するよう に取り付けられている。情報を磁気記録装置に与えるために、基板92とその磁 性材料94の被覆膜は動力手段99により様々な角度位置へ回転され、先に説明 した通り、光学部!110は図2で二方向矢印14により示す方向に沿って上下 に動くことができる。情報を配置することができる磁気記録材料94に沿って複 数の不連続の位置を形成するように、先に挙げた本roptical Rec。
rding A Technical OverviewJの180ページと1 81に説明されているようなサンプルサーボ技法(図示せず)により精密トラッ キングを実行しても良い。
既に磁性材料94に記憶されている情報を読取るためには先に説明したのと同じ 装置を採用し、磁性材料94に当たった照射はその偏光方向を回転させ、反射さ れて、基板92を通り、線90により示すような光路に沿って対物レンズ64ま で戻り、そこで再びコリメートされ、図中符号62により示すような線に沿って ミラー60に向かって戻る。ミラー60は戻り照射を図1の図中符号52.53 及び54により示すような線に沿って上方へ直角プリズム50を通して反射し、 そこで、そのような反射照射は再び偏要形プリズム20の面21の下部にあるP BS被覆被覆光たる。同様に、そのような照射の相対的に少な〜)一部分(20 %)は図1の図中符号102.103及び104により示すような光路に沿って 反射する。この照射は直角プリズム50から出て矩形のウォラストンプリズム1 05に入射し、プリズムは周知のように照射を2つの部分に分割する。フォラス トンプリズムの向きは、磁気光学媒体にデータ信号が存在していない場合には、 それら2つの部分のそれぞれに等量のエネルギーが入るように定められている。
磁気記録装置のデータが偏光を第1の方向へ回転させると、2つの部分のうち第 1の部分にあるエネルギーの量は第2の部分より多くなる。回転が逆方向である 場合には、第2の部分が第1の部分辷り多くのエネルギーを含むことになる。
いずれの場合にも、ウォラストンプリズムから出た2つのエネルギ一部分はレン ズ+10を通過し、図中符号112,113及び114により示すような線に沿 って導かれて、2つのエネルギ一部分のどちらが−もし、大きいとすれば−他方 の部分より大きいかを判定するように動作する検出器120の上に集束する。こ の判定によって、図中符号122により示すような線路に電気信号が発生し、そ の後、この電気信号はコンピュータ(図示せず)などの適切な利用装置に至る。
レンズ64を適正な焦点位置に維持するために、図2の磁気記録材料94がら反 射され、図1のミラー60から反射されたエネルギーの大部分はPBS被覆膜2 3を通過し、47.48及び49などの線路に沿って偏菱形プリズムの中に戻る 。ここでも同様に、偏菱形プリズム2oの上面46がらの反射は全反射であり、 エネルギーは42.43及び44のような線に沿って左へ反射して、PBS被覆 膜23の上部に達する。このエネルギーの大部分は再びPBS被覆膜を通過し、 右角プリズム40の中に失われるが、エネルギーのわずかな部分はPBS被覆8 23の上部から反射されて130.131及び132のような線に沿って上方へ 向かい、そこで、再び偏菱形プリズム2oの上面46から全反射されて、138 .137及び138のような線に沿って左に向かう。このエネルギーは146. 147及び148のような線に沿って集束レンズ14oと、円柱レンズ142と を通過し、1本の線状の光として検出器150I:に集束する。検出器150は 焦点位置が適正であるか否かを判定するように動作し、線路152に沿って出方 を発生し、その出力は適切な電子回路154に提示されるのであるが、この電子 回路は、適正な焦点を維持するためにレンズ64を二方向矢印72(図2)によ り示す方向に位置決めすべくモータ66を制御するように作用する出方を線路1 56に沿って発生する。
検出器85.120及び150は全て同じ種類の検出器であっても良く、たとえ ば、5iljcone Detector Corporationが部品番号 5DO55−23−21−011で製造しているもの又は先に挙げた本r□pt ical Recording A Technical Overview」 の165〜172ページに記載されている同様の検出器などの4セクター検出器 であっても良い。検出器150について考えると、焦点合わせが適正であるとき 、4つのセクターにおける信号は円になり、各セクターは等しいエネルギーを受 け取るが、焦点外れ状態にあるときには、円は楕円に変化し、最終的には、レン ズ64が適正な焦点位置から外れている方向に従って第1の方向又は逆方向に向 いた線になる。そのため、セクターは不均等な量の放射を受け取り、そのうちど れがより大きいかを判定することにより、検出器150は焦点外れ状態の量と方 向を確定できる。箱形154の中の電子回路は対向する象限からの出力を加算し 、それらの和の差をとって、どの象限がより太きいがを判定するか又はそれらが 等しいことを判定するように動作すると考えられる。
検出器120は同じように動作するが、必要とする象限は2つのみである。ウォ ラストンプリズムからの2本のビームをそれぞれの象限に1本ずつ集束すると、 線路122の出力は2つの信号になると考えられ、利用装置はそれらの信号を比 較して、戻り照射の向き、従って、磁気記録装置におけるコードを示す「1」又 は「0」を読取る。
これに対し、検出器85は照射源120のエネルギーレベルを制御することを目 的として受け取ったエネルギーの総量を測定するために4つのセクター全てを使 用しても良い。電子回路8日は4つの信号を合計し、これを基準値と比較するこ とになるであろう。
尚、システムは、単一のPBS被覆面を「すると共に、照射源から記録媒体に至 るエネルギーの線がこの単一の被覆膜を2度通過して、最大量の「s」偏光成分 を反射し、記録媒体から反射した後は、記録媒体にあるデータにより導入された rPJ偏光成分及び「S」偏光成分の大部分をデータ検出器に到達させるように 配置された単一の偏菱形プリズムを具備することに注意すべきである。また、構 成要素を接合することにより、単一の一体構造、すなわち、モノリシック構造が 形成され、別個の光学部品の数は最小限まで減ることにも注意すべきである。
図1及び図2のシステムは、システム中で照射をコリメートすることが望まれる 場合に光を使用して動作する。そのような条件が不要であるならば、図3に示す ようなシステムを採用し、複雑さをさらに軽減し且つ構成要素の数を一層減らす ようにしても良い。
図3では、図1及び図2におけるのと同一の機能をもつ素子は同じ図中符号を有 する。尚、図12図21図3の唯一の基本的な相違は、照射源3oがらの光がコ リメーティングレンズを通過するのではなく、直角プリズム4oに当たるときに 発散し、偏菱形プリズム20の面21の上部を通過するという点であることに注 意すべきである。先の場合と同様に、「s」偏光成分のほぼ全ては反射されてシ ステムから射出し、「P」偏光成分の80%は続けて偏菱形プリズム2oに入射 して、第2の面46から全反射する。反射の後、照射は面21の下部に当たると きに発散し続け、その面で、先の場合と同じように、わずかな部分はレンズ75 へと反射されて検出器85」二に集束し、パワー制御を実行させる。面21の下 部を通過したエネルギーの大部分はレンズ158によりコリメートされ、対物レ ンズ64によって磁性材料94上に集束される。図3では、図1及び図2におい てエネルギーを折り返すように動作していたミラー6oはどのような場合にも不 要であるので、この折り返しミラーを省略しである。いずれにせよ、磁性材料9 4から反射したエネルギーは再び面21の下部に当たり、そのエネルギーのわず かな部分は反射されて直角プリズム50と、ウォラストンプリズム105とを通 って検出器120に至る。磁性材料94がら反射したエネルギーの大部分はPB S被覆膜を通過し、再び上面46から全反射し、次に左に向がって集束し、そこ で、PBS被覆膜23により」三方へ反射され、最終的には上面46から全反射 して左へ向かい、集束レンズ140と、円柱レンズ142とを通って検出器15 0に至る。図3には外部回路を示していないが、外部回路はあらゆる点で図1及 び図2に関して説明したのと同じように動作するので、ここでさらに説明する必 要はない。
従って、データ信号経路と、焦点信号経路と、パワーモニター経路とを別個に育 する磁気光学記録システムと共に使用するための単純小型で、堅牢化した光学記 録ヘッドを提供したこと、及びこの記録ヘッドは光学素子の数を最小限にし且つ 偏菱形プリズムの1つの面に沿って単一のPBS被覆膜のみを利用することがわ かる。
本発明を好ましい実施例に関連して説明したが、その形態及び詳細について本発 明の趣旨から逸脱せずに変更を実施しうることは当業者には認められるであろう 。
補正書の写しく翻訳文)提出書(特許法第184条の8)平成 年 月 日

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1.記録媒体(84)に対しデータを読取り且つデータを書込む光学装置におい て、 第1の面(21)と、第2の面(46)と、第3の面(77)と、第4の面とを 有し、第1の面の上には、第1の方向に偏光された照射に対しては高い反射率を 示すが、第2の方向に偏光された照射の大部分を透過する偏光ビーム分割材料( 23)があり、第2の面は照射に対して高い反射率を示し、第3の面及び第4の 面は照射を透過するプリズム手段(20)と;偏光放射のビームを入力として送 り出す第1の手段(30)であって、入力の大部分が第2の方向に偏光された照 射としてビーム分割材料(23)を通過してプリズム(20)に入射し、そこか ら第2の面(46)に至り、そこで、第1の面(21)へと反射されて戻り、第 1の面で第1のビームと、第2のビームとに分割され、照射の大部分を含む第1 のビームは第1の出力(52,53,54)としてプリズムから送り出され、照 射のわずかな部分を含む第2のビームは第8の面(77)へと反射され、そこで 、プリズムからパワー監視手段(85,88)へ送り出されるように配置されて いる第1の手段(30)と;記録媒体(94)にデータを記録する際に使用する ために第1の出力ビームを記録媒体へ送り出すと共に、記録媒体から反射されて 来る、媒体上に記録されている情報を含む放射を受け取り、反射照射を第1の面 (21)へ送り出し、そこで、照射は第3のビームと、第4のビームとに分割さ れ、照射のわずかな部分を含む第3のビームは第1の面からデータ信号受信手段 (120)に向かって反射され、照射の大部分を含む第4のビームはビーム分割 材料と、プリズムとを通して第2の面(46)へ送り出されて、第4の面(番号 付けなし)へと反射され、そこで、プリズムから焦点検出手段(150)に向か って送り出す第2の手段(60,64)とを具備する装置。 2.プリズム手段(20)は偏菱形プリズムである請求項1記載の装置。 3.第1の手段及び第2の手段は、第1の面(21)の第1の部分と、第2の部 分とに接合する第1の直角プリズム及び第2の直角プリズム(40,50)を含 む請求項1記載の装置。 4.入力は第1の直角プリズム(40)にその1つの面に対してほぼ垂直に入射 し、ビーム分割材料(23)をほぼ45度の角度で通過するように接合面で第1 の直角プリズムから射出し、また、第3のビームはビーム分割材料をほぼ45度 で通過し、接合面から第2の直角プリズム(50)に入射して、第2の直角プリ ズムからその別の面に対してほぼ垂直に肘出する請求項8記載の装置。 5.第1の手段及び第2の手段は、プリズムから入射して通過する照射を集束す るためのレンズ手段(36,64)をさらに含む請求項4記載の装置。 6.第1の方向の偏光は「S」偏光であり、第2の方向の偏光は「P」偏光であ る請求項1記載の装置。 7.第4の面から照射を受け取り且つ集束するように配置された第3のレンズ手 段(142)をさらに含む請求項1記載の装置。 8.記録媒体への照射について適正な焦点を規定するために第2のレンズ手段( 64)を移動させるための動力手段(66)をさらに含む請求項5記載の装置。 9.動力手段は焦点検出手段(150)により感知される焦点条件によって制御 される請求項8記載の装置。 10.入力照射の強さを制御するための強さ制御手段(88)をさらに含む請求 項1記載の装置。 11.強さ制御手段は記録手段に至る照射の強さを相対的に一定のレベルに維持 するようにパワー監視手段(88)により制御される請求項10記載の装置。 12.第1のレンズ手段は通過する照射をコリメートするように動作する請求項 5記載の装置。 13.第2の面は全反射している請求項1記載の装置。 14.偏光ビーム発生手段(80)と;偏光ビームを受け取り、送り出された部 分がビームスプリッタ手段へと反射されて第1と第2の2つのビームとを発生し 、第1のビームはパワーモニター(85)へと反射され、第2のビームは記録媒 体(92)へ送り出されてビームスプリッタ手段へと反射されて戻って第3のビ ームと、第4のビームとを発生し、第3のビームはデータ検出器(20)へと反 射され、第4のビームは焦点モニター(150)へと反射されるように偏光ビー ムの一部を第1の反射面(46)へ送り出すビームスプリッタ手段(23)とを 具備する記録装置。 15.第1の偏光成分と、第2の偏光成分とを有する偏光ビーム(30)を発生 する手段と; 磁気記録手段(92)と; パワー監視手段(85)と; データ検出手段(120)と; 焦点検出手段と; ビーム分割手段(23)と; ビームをビーム分割手段を通して導いて第1の偏光成分の大部分を除去すると共 に、ビーム分割手段を通して送り出された第2の偏光成分の第1の部分を第1の 光路を経てビーム分割手段を通して磁気記録手段(92)へと反射して戻し且つ ビーム分割手段を通して送り出された第2の偏光成分の第2の部分を第2の光路 を経てパワー監視手段(85)へと反射するように動作することができ、また、 第2の偏光成分と、磁気記録手段(82)上のデータにより導入されたいくらか の第1の偏光成分とを含んで磁気記録手段から第1の光路を経てビーム分割手段 に戻る反射を受け取ると共に、そのビーム分割手段から反射した部分をデータ検 出器(120)へ導き且つビーム分割手段を通る部分を焦点検出手段(150) へ導くように動作するビーム誘導手段(36)とを具備する記録装置。
JP5507176A 1991-10-02 1992-10-02 磁気光学再書込み可能光学ヘッド Pending JPH06511590A (ja)

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