DE69424204T2

DE69424204T2 - Optischer Abtasthopf und doppelbrechender Beugungsgitterpolarisator sowie Hologrammpolarisator dafür.

Info

Publication number: DE69424204T2
Application number: DE69424204T
Authority: DE
Inventors: Akitomo Oba; Yuzo Ono
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1993-02-16
Filing date: 1994-02-16
Publication date: 2000-09-07
Anticipated expiration: 2014-02-17
Also published as: DE69434570D1; DE69424204D1; DE69434570T2; EP0911822A2; US5659531A; EP0911822B1; US5883741A; EP0612068A2; US5535055A; EP0612068A3; EP0612068B1; EP0911822A3

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen optischen Abtastkopf und insbesondere einen doppelbrechenden Beugungsgitter- Polarisator, einen Hologrammpolarisator und einen optischen Abtastkopf, der einen solchen Polarisator oder ein Solches Hologrammelement verwendet.
Der Polarisator, insbesondere der polarisierende Strahlteiler, ist ein Element, mit welchem durch Änderung der Lichtausbreitungsrichtungen in den senkrecht zueinander polarisierten Strahlen ein vorgegebener polarisierter Lichtstrahl gewonnen wird. Herkömmliche Beispiele von oft verwendeten polarisierenden Strahlteilern weisen oft ein Glan- Thompson-Prisma oder ein Rochon-Prisma auf. In einem Beispiel wird der optische Pfad durch Verwendung von Unterschieden in der Transmission oder Reflexion aufgrund der Polarisation an gekitteten Oberflächen von Kristallverbindungen mit großen Doppelbrechungen geteilt. In einem anderen Beispiel wird an der gekitteten Oberfläche eines Strahlteilers vom Verbindungsprismatyp eine dielektrische mehrlagige Schicht bereitgestellt, und durch Verwendung von Unterschieden in der Interferenz in der mehrlagigen Schicht aufgrund der Polarisation wird eine Reflexion oder Transmission des Lichts hervorgerufen. Die Nachteile solcher Elemente sind, daß ihre Abmessung groß ist, ihre Leistungsfähigkeit gering ist und ihre Kosten hoch sind. Außerdem hat der Polarisator eines räumlich ausgedehnten Typs, wie vorstehend, Polarisationsfunktionen, so daß, wenn er für einen optischen Datenträger (optical disk) verwendet wird, es Schwierigkeiten gibt, andere Funktionen, wie beispielsweise diejenigen für eine Fokussierungsfehlerdetektion oder Nachführungsfehlerdetektion, dazu anzupassen, und diese sind Hindernisse zur Verkleinerung des optischen Abtastkopfs.
Ein kürzlich entwickelter Polarisator, in welchem die Leistungsfähigkeit hoch und die zur Polarsiationsfunktion zusätzlichen Funktionen angepaßt sind, ist ein doppelbrechender Beugungsgitter-Polarisator, der in der JP-A-63-314502 offenbart ist. Fig. 1 ist eine Schnittansicht, die einen solchen doppelbrechenden Beugungsgitter-Polarisator zeigt. Wo ein Protonenaustauschbereich aus Benzoesäure an einer X-Platte oder Y-Platte eines Lithiumniobatsubstrats 1, das ein doppelbrechender Kristall ist, vorgesehen ist, ist zu erwähnen, daß bezüglich einer Wellenlänge von beispielsweise 0,78 um, die allgemein in Vorrichtungen für optische Datenträger verwendet wird, der Brechungsindex für ordentliches Licht (ordentlicher Strahl), das parallel zur optischen Kristallachse des Substrats polarisiert ist, um ungefähr 0,12 erhöht ist, und der Brechungsindex für ordentliches Licht, das senkrecht zur optischen Achse polarisiert ist, um ungefähr 0,04 verringert ist. Auf diese Weise funktioniert das Gitter, in welchem der Protonenaustauschbereich 2 und der Protonennichtaustauschbereich periodisch angeordnet sind, als Beugungsgitter. Wenn dieses Gitter so konstruiert ist, daß eine Phasenkompensationsschicht 3 einer geeigneten Dicke an dem Austauschbereich 2 zum gegenseitigen Aufheben des Phasenunterschieds zwischen dem ordentlichen Licht, das durch den Austauschbereich 2 hindurchgeht, und dem ordentlichen Licht, das durch den Nichtaustauschbereich hindurchgeht, gebildet ist, funktioniert das Gitter nicht als Beugungsgitter in bezug auf das ordentliche Licht, wobei ein solches ordentliches Licht durchgelassen wird, ohne gebeugt zu werden. Das heißt, dieses Gitter wird einfach als eine transparente Platte gesehen. Wo bei Änderung der Tiefe des Austauschbereichs 2 unter Aufrechterhaltung der Bedingungen für das Aufheben der gegenseitigen Phasendifferenz in bezug auf das ordentliche Licht die Phasendifferenz bezüglich des außerordentlichen Lichts (außerordentlichen Strahl) π beträgt und ferner die Breite des Protonenaustauschbereichs 2 und die des Nichtaustauschbereichs zueinander gleich sind, wird das außerordentliche Licht vollständig gebeugt. Die Beziehung dieser Phasen kann durch folgende Gleichungen ausgedrückt werden:
{Δne · Tp + (nd - nout) · Td} · 2π/λ = π
{Δno · Tp + (nd - nout) · Td} 2π/λ = 0
wobei nd bzw. Td ein Brechungsindex bzw. eine Dicke der Phasenkompensationsschicht 3 ist. Tp ist die Tiefe des Protonenaustauschbereichs 2, Δne und Δno sind Beträge der Änderungen in dem Brechungsindex des außerordentlichen Lichts und des ordentlichen Lichts an dem Protonenaustauschbereich 2 und nout ist ein Brechungsindex außerhalb des Hologrammsubstrats, das heißt nout = 1 in einer Luftschicht. Außerdem ist λ eine Lichtwellenlänge.
Außerdem ist es möglich, die Polarisationsfunktion durch die Anordnung zu realisieren, in welcher der Protonenaustauschbereich 2 und die Phasenkompensationsschicht 3 abwechselnd angeordnet sind, die Phasendifferenz zwischen dem Licht, das durch den Protonenaustauschbereich 2 hindurchgeht, und dem Licht, das durch die Phasenkompensationsschicht 3 des Dielektrikums hindurchgeht, in bezug auf das außerordentliche Licht zu Null gemacht ist, die Phasendifferenz zwischen diesen in bezug auf das ordentliche Licht zu π gemacht ist und die Breite des Protonenaustauschbereichs 2 und die der Phasenkompensationsschicht 3 zueinander gleich gemacht sind. In diesem Fall wird das außerordentliche Licht durchgelassen, ohne gebeugt zu werden, und das ordentliche Licht wird vollständig gebeugt.
Die Offenbarung von Beispielen, in welchen der vorstehende doppelbrechende Beugungsgitter-Polarisator in dem optischen Abtastkopf verwendet wird, ist in der JP-A-3-29137 und der JP- A-3-29129, die der EP-A-0 405 444 entspricht, zu finden, die jeweils Hologrammelemente offenbaren. Während diese Hologrammelemente so konstruiert sind, wie in einer Schnittansicht in Fig. 1 gezeigt ist, sind die Gittermuster aus mehreren Gitterbereichen mit unterschiedlichen Beugungsrichtungen zum Zwecke der Detektion von Fokussierungsfehlersignalen und Nachführungsfehlersignalen in dem optischen Abtastkopf zusammengesetzt, wie in Fig. 2 gezeigt ist. In ähnlich angeordneten Gittermustern sind die Gitterbereiche aus getrennten Mustern, wie in Fig. 3 gezeigt, zusammengesetzt.
Fig. 4 zeigt schematisch einen optischen Abtastkopf für eine Verwendung in einem Videodatenträger (video disk), einem optischen Datenträger vom Typ "Einmal schreiben, mehrmals lesen" und einem wiederbeschreibbaren optischen Datenträger mit Phasenänderung, wie in der JP-A-3-29129 offenbart. Das von einem Halbleiter-Laser 10 emittierte Licht trifft als ordentliches Licht auf ein Hologrammelement 16 auf, wird durchgelassen, ohne gebeugt zu werden, geht durch eine Kollimatorlinse 11, ein 1/4-Wellenlänge-Plättchen 13 und eine Objektivlinse 12 hindurch und konvergiert auf einen optischen Datenträger 14. Das von dem optischen Datenträger 14 zurückkehrende Licht trifft wieder auf das Hologrammelement 16 auf, nachdem es den gemeinsamen Pfad entgegengesetzt durchlaufen hat. Die Polarisationsfläche des zurückkehrenden Lichts ist durch das 1/4-Wellenlänge-Plättchen 13 um 90 Grad in bezug auf das ursprüngliche polarisierte Licht gedreht, so daß das Licht als außerordentliches Licht auf das Hologrammelement 16 auftrifft und vollständig gebeugt wird, und das gebeugte Licht 50 der +1-tesn Ordnung bzw. das gebeugte Licht 51 der -1-ten Ordnung wird von einem ersten Photodetektor 30 bzw. einem zweiten Photodetektor 31 empfangen.
Fig. 5 zeigt eine Draufsicht auf den ersten Photodetektor 30 und den zweiten Photodetektor 31 mit dem dazwischen angeordneten Halbleiter-Laser und zeigt einen Zustand der gebeugten Lichtstrahlen, die jeweils auf die Photodetektoren auftreffen. Die gebeugten Lichtstrahlen von einem Bereich 5(A) und die gebeugten Lichtstrahlen von einem Bereich 6(B) in dem Hologramm (in Fig. 2 gezeigt) konvergieren jeweils in einem Konvergierungspunkt 40 bzw. Konvergierungspunkt 41, die in Fig. 5 gezeigt sind. Eine Teilungslinie 9 auf dem Hologramm-Muster in Fig. 2 wirkt als Messerkante, und durch ein "Doppelmesserschneide"-Verfahren wird ein Fokussierungsfehlersignal aus diesen gebeugten Lichtstrahlen detektiert. Ein Nachführungsfehler wird durch ein "Push-pull"-Verfahren detektiert, das auf der Differenz zwischen den gebeugten Lichtstrahlen aus dem Bereich 7(C) und den gebeugten Lichtstrahlen aus dem Bereich 8(D) basiert, die jeweils in den in Fig. 5 gezeigten Punkten 42 bzw. 43 konvergieren. Ein Aufzeichnungssignal wird detektiert, basierend auf dem Licht, das von dem zweiten Photodetektor 31 empfangen wird, oder auf der Summe der Lichtmengen, die sowohl von dem ersten Photodetektor 30 als auch von dem zweiten Photodetektor 31 empfangen werden. Außerdem ist es durch eine Anordnung zum Empfangen gebeugter Strahlen höherer Ordnung möglich, die Intensität des Signals weiter zu erhöhen.
Fig. 6 zeigt einen optischen Abtastkopf für einen magneto- optischen Datenträger, wie in der JP-A-3-29137 offenbart ist. Das von einem Halbleiter-Laser 10 emittierte Licht geht durch eine Kollimatorlinse 11, einen polarisierenden Strahlteiler 18 und eine Objektivlinse 12 hindurch und konvergiert dann auf einen magneto-optischen Datenträger 15. Einen entgegengesetzten Pfad folgend wird das von dem magneto-optischen Datenträger 15 zurückkehrende Licht von dem polarisierenden Strahlteiler 18 aus einer optischen Achse heraus abgeteilt, wird von einer Linse 19 konvergierend gemacht, wobei die außerordentliche Lichtkomponente von einem Hologrammelement 17 gebeugt wird, und wird von einem ersten Photodetektor 32, einem zweiten Photodetektor 33 und einem dritten Photodetektor 34 empfangen. Der polarisierende Strahlteiler 18 hat Polarisationseigenschaften, die bewirken, daß das p-polarisierte Licht von dem Halbleiter- Laser 10 zum Teil reflektiert und der Rest durchgelassen wird, und ebenfalls bewirken, daß das orthogonal dazu s-polarisierte Licht, das heißt kleine Mengen an polarisiertem Licht, die durch den Kerr-Effekt bei der Reflexion an dem magneto- optischen Datenträger 15 auftreten, vollständig reflektiert wird. Das Aufzeichnungssignal wird durch ein Differentialdetektionsverfahren aus dem gebeugten Licht 0-ter Ordnung und dem gebeugten Licht +1-ter Ordnung detektiert, die durch eine Polarisation aufgrund der Polaristionsfunktion des Hologrammelements 17 getrennt werden. Wo die Detektion auf der Differenz zwischen der Summe aus dem gebeugten Licht 52 +1-ter Ordnung und dem gebeugten Licht 54 -1-ter Ordnung und dem gebeugten Licht 53 0-ter Ordnung beruht, sind die Lichtmengen ausgeglichen und das Aufzeichnungssignal kann mit wenig Rauschen detektiert werden, wenn die Richtung des zurückkehrenden Lichts in einem Winkel von 42 Grad in bezug auf die optische Kristallachse des Hologrammelements ist. Wenn die Detektion auf der Differenz zwischen dem gebeugten Licht 54 -1-ter Ordnung und dem gebeugten Licht 53 0-ter Ordnung beruht, kann der Winkel auf ungefähr 32 Grad festgesetzt werden. Fig. 7 ist ein Diagramm zur Veranschaulichung eines Zustands der gebeugten Lichtstrahlen, wo sie auf die Photodetektoren auftreffen. Fokussierungs- und Nachführungsfehlersignale werden auf gleiche Weise wie in dem Fall von Fig. 5 unter Verwendung des gebeugten Lichts 52 +1-ter Ordnung detektiert, das auf den ersten Photodetektor 32 auftrifft.
Der oben beschriebene doppelbrechende Beugungsgitter- Polarisator ist ein Lichttransmissionstyp, so daß der Prozeß zur Bildung einer Gitterschicht eine lange Zeit erfordert, da es notwendig ist, den Protonenaustauschbereich tief zu machen, und es auch notwendig ist, die Phasenkompensationsschicht dick zu machen. Wenn außerdem dieses Element in dem oben beschriebenen herkömmlichen optischen Abtastkopf verwendet wird, wird es schwierig sein, die Vorrichtung kompakt zu machen.
Fig. 8 zeigt einen herkömmlichen optischen Abtastkopf für eine Verwendung in einem Laufwerk für magneto-optische Datenträger. Emittiertes Licht 82 von einem Halbleiter-Laser 81 wird durch eine Kollimatorlinse 83 in paralleles Licht 84 umgewandelt und, nachdem es einen Strahlteiler 85 passiert hat und an einem totalreflektierenden Prisma 86 total reflektiert worden ist, wobei der Lichtpfad um 90 Grad gebogen worden ist, von einer Sammellinse 87 auf eine Oberfläche 88 eines optischen Datenträgers konvergiert. Das reflektierte Licht, das von dem optischen Datenträger zurückkehrt, folgt dem gemeinsamen Pfad entgegengesetzt und wird an dem Strahlteiler 85 reflektiert. Das reflektierte Licht ändert an einem 1/2-Wellenlänge- Plättchen 89 seine Polarisationsrichtung um 90 Grad, wird von einer Linse 90 in konvergierendes Licht umgewandelt und wird von einem polarisierenden Strahlteiler 93 in das polarisierte Transmissionslicht 91 und das Reflexionslicht 92 aufgeteilt, deren Richtungen zueinander orthogonal sind. Das Transmissionslicht 91 trifft auf einen in zwei Hälften geteilten Photodetektor 94 auf, und ein Nachführungsfehlersignal wird auf der Basis eines Differenzsignals von den Photodetektorelementen 95 und 96 durch ein "Push-pull"-Verfahren gewonnen.
Andererseits bildet das Reflexionslicht 92 aufgrund einer Zylinderlinse 97 eine astigmatische Wellenfläche, und ein Fokussierungsfehlersignal wird durch einen in vier Teile geteilten Photodetektor 98 unter Verwendung eines Astigmatismusverfahrens gewonnen. Das heißt, unter der Annahme, daß die Ausgangsspannungen der Photodetektorelemente 100, 101, 102 und 103 jeweils V(100), V(101), V(102) und V(103) sind, kann das Fokussierungsfehlersignal aus V(100)+V(101)-V(102)-V(103) gewonnen werden. Das ausgelesene Signal wird als Differenzsignal auf der Basis von Intensitätsdifferenzen zwischen den polarisierten Lichtstrahlen gewonnen, die durch den Polarisationsstrahlteiler voneinander getrennt werden und deren Polarisationsrichtungen orthogonal zueinander sind. Somit ist unter der Annahme, daß die Ausgangsspannungen der Photodetektorelemente 14 und 15 jeweils V(95) und V(96) sind, das ausgelesene Signal V(95)+V(96)-V(100)-V(101)-V(102)-V(103).
Für den magneto-optischen Abtastkopf, der den Hologrammpolarisator verwendet, wird Bezug genommen auf die JP-A-3- 29137, welche bereits vorstehend erwähnt worden ist und welche die in Fig. 6 gezeigte Anordnung offenbart. Diese Anordnung verwendet den durch Ionenaustausch an einem Lithiumniobatkristall gebildeten Hologrammpolarisator, und dies ermöglicht, das optische System nach dem 1/2-Wellenlänge-Plättchen 89 in Fig. 8 auf drei Elemente zu reduzieren, nämlich den Hologrammpolarisator, die Linse und die Photodetektoren.
Jedoch ist der vorstehende herkömmliche optische Abtastkopf immer noch groß in der Abmessung, und eine Vorrichtung in der praktischen Verwendung ist größer als ungefähr 40 · 40 · 30 mm und wiegt dementsprechend viel. Dies ist ein Hindernis für die Verbesserung des Hochgeschwindigkeits-Nachführungszugriffs und die Verkleinerung der Vorrichtung für optische Datenträger als Ganzes gewesen.
Die EP-A-0 349 144 offenbart einen Polarisator vom Typ eines doppelbrechenden Beugungsgitters. In einem doppelbrechenden Beugungsgitter-Polarisator sind an den Hauptebenenoberflächen eines optisch anisotropen Kristallsubstrats periodische proton-ion-ausgetauschte Bereiche vorgesehen, um ein optisches Beugungsgitter bereitzustellen, und eine dielektrische Schicht (3) ist an jedem der periodischen proton- ion-ausgetauschten Bereiche vorgesehen. Der Brechungsindex der dielektrischen Schicht ist ungefähr oder gleich demjenigen des Kristallsubstrats, und die gesamte Oberfläche des optischen Beugungsgitters ist mit einer Antireflexionsschicht aus einem einzigen Material mit einer gleichmäßigen Dicke bedeckt.
Die EP-A-0 349 309 betrifft einen Gitter-Polarisator. Ein Polarisator vom Typ eines doppelbrechenden Beugungsgitters besteht aus einem optisch anisotropen Schichtkristallsubstrat. Das optisch anisotrope Schichtkristallsubstrat ist auf seiner Hauptebene mit periodischen ionenausgetauschten Bereichen versehen, wobei ein optisches Beugungsgitter bereitgestellt wird. Die ionenausgetauschten Bereiche sind jeweils mit dielektrischen Schichten bedeckt und ferner in der unmittelbaren Nähe ihrer Oberflächen mit Metall durchdrungen. Mit dieser Struktur wird vermieden, daß ein linear polarisiertes einfallendes Licht zu elliptisch polarisiertem Licht wird.
Die JP-A-4 143 935 offenbart eine optische Abtastkopfstruktur, welche ein Transmissionsgitter mit Polarisationseigenschaften aufweist, wobei in bezug auf das Gitter eine teilweise reflektierende Platte an einer Seite und eine stark reflektierende Platte an der gegenüberliegenden Seite der teilweise reflektierenden Platte angeordnet sind.
Eine Aufgabe der Erfindung ist, die im Stand der Technik bestehenden Probleme zu überwinden und einen doppelbrechenden Beugungsgitter-Polarisator bereitzustellen, in welchem es möglich ist, die Zeit zur Bildung einer Gitterschicht und zur Fertigung eines optischen Abtastkopfs, welcher einen solchen Polarisator verwendet, zu minimieren, wobei eine weitere Verkleinerung der Vorrichtung ermöglicht ist.
Gemäß der Erfindung wird ein doppelbrechender Beugungsgitter-Polarisator bereitgestellt, der folgendes aufweist:
ein Kristallplättchen mit optisch anisotropen Eigenschaften;
mehrere Ionenaustausch-Bereiche und dielektrische Schichten, welche ein Beugungsgitter bilden und welche periodisch an einer Hauptoberfläche des Kristallplättchens gebildet sind; und
eine an einer Oberfläche des Beugungsgitters gebildete totalreflektierende Schicht.
In dem vorstehenden doppelbrechenden Beugungsgitter- Polarisator kann eine polarisierende Strahlteilerschicht an einem Teilbereich der Oberfläche gegenüber der Hauptoberfläche gebildet sein.
Gemäß der Erfindung wird auch ein optischer Abtastkopf bereitgestellt, der folgendes aufweist:
eine Lichtquelle;
ein Sammellinsensystem zum Konvergieren der von der Lichtquelle emittierten Lichtstrahlen auf ein Aufzeichungsmedium;
ein Viertel-Wellenlänge-Plättchen, um zu bewirken, daß ein von dem Aufzeichnungsmedium zurückkehrender polarisierter Lichtstrahl in bezug auf einen von der Lichtquelle emittierten polarisierten Lichtstrahl orthogonal ist;
ein Hologrammelement zum Reflektieren des Lichts von der Lichtquelle zum Sammellinsensystem und zum Reflexionsbeugen des von dem Aufzeichnungsmedium zurückkehrenden Lichts; und
eine Photodetektoreinrichtung zum Empfangen des gebeugten Lichts,
wobei das Hologrammelement ein Kristallplättchen mit optisch anisotropen Eigenschaften, mehrere Ionenaustauschbereiche und dielektrische Schichten, die ein Beugungsgitter bilden und periodisch an einer Hauptoberfläche des Kristallplättchens gebildet sind, und eine totalreflektierende Schicht an einer Oberfläche des Beugungsgitters aufweist.
Der doppelbrechende Beugungsgitter-Polarisator gemäß der Erfindung (Fig. 9-14B) ist als Reflexionstyp konstruiert. Da in dieser Konstruktion das Licht zwischen den Gitterschichten hin- und herläuft, können die notwendigen Dicken der Protonenaustausch- und der Phasenkompensationsschicht der Gitterschicht auf weniger als die Hälfte im Vergleich zu den Dicken derjenigen des herkömmlichen Lichttransmissionstyps reduziert werden. Wie bereits mit Bezug auf den Stand der Technik erklärt, kann die Phasendifferenz zwischen dem Licht, das durch den Protonenaustauschbereich hindurchgeht, und dem Licht, das durch den Bereich ohne Protonenaustausch hindurchgeht, im Falle des außerordentlichen Lichts π und im Falle des ordentlichen Lichts 0 sein, wobei das außerordentliche Licht gebeugt und das ordentliche Licht reflektiert wird. Die Phasenbeziehung in einem solchen Fall kann durch die folgenden Gleichungen ausgedrückt werden:
(Δne · 2Tp' + nd · 2Td') · 2π/λ = π
(Δno · 2Tp' + nd · 2Td') · 2π/λ = π
Aus dem Vorstehenden kann Tp' und Td' wie folgt gewonnen werden:
Tp' = λ/{4 · (Δne - Δno)}
Td' = -Δno/nd · Tp'
Wenn die Dicke des Protonenaustauschbereichs und die Dicke der dielektrischen Phasenkompensationsschicht mit denjenigen des vorstehend erklärten Transmissionstyps vom Stand der Technik verglichen werden, kann ihre Beziehung durch die folgenden Gleichungen ausgedrückt werden:
Tp' = Tp/2
Td' < Td/2
Wo das Licht schräg auf das Gitter auftrifft, wird die Länge des optischen Weges größer, verglichen mit dem Fall, in welchem das Licht senkrecht darauf auftrifft, und der Protonenbereich und die Phasenkompensationsschicht können noch dünner gemacht werden.
Die vorstehenden und weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung ersichtlich, die mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen erklärt werden. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Schnittansicht eines herkömmlichen Hologrammelements;
Fig. 2 ein Diagramm, das ein Gittermuster in einem herkömmlichen Hologrammelement zeigt;
Fig. 3 ein Diagramm, das ein anderes Gittermuster in dem herkömmlichen Hologrammelement zeigt;
Fig. 4 ein Diagramm, das Anordnungen eines herkömmlichen optischen Abtastkopfs zeigt;
Fig. 5 ein Diagramm, das einen Zustand der gebeugten Lichtstrahlen, die auf jeweilige Photodetektoren auftreffen, in einer herkömmlichen Anordnung zeigt;
Fig. 6 ein Diagramm, das Anordnungen eines herkömmlichen optischen Abtastkopfs zeigt;
Fig. 7 ein Diagramm, das einen Zustand der gebeugten Lichtstrahlen, die auf jeweilige Photodetektoren auftreffen, in einer herkömmlichen Anordnung zeigt;
Fig. 8 eine Perspektivansicht, die Anordnungen eines herkömmlichen optischen Abtastkopfs zeigt, der in einer Vorrichtung für magneto-optische Datenträger verwendet wird;
Fig. 9 eine schematische Schnittansicht eines doppelbrechenden Beugungsgitter-Polarisators einer Ausführungsform gemäß der Erfindung;
Fig. 10 eine schematische Schnittansicht eines doppelbrechenden Beugungsgitter-Polarisators einer anderen Ausführungsform gemäß der Erfindung;
Fig. 11A ein Diagramm, das Anordnungen eines optischen Abtastkopfs gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung zeigt;
Fig. 11B ein Diagramm, das einen Zustand der gebeugten Lichtstrahlen an verschiedenen Detektionspunkten in dem optischen Abtastkopf gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung zeigt;
Fig. 12A ein Diagramm, das Anordnungen eines optischen Abtastkopfs gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung zeigt;
Fig. 12B ein Diagramm, das einen Zustand der gebeugten Lichtstrahlen an verschiedenen Detektionspunkten in dem optischen Abtastkopf gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung zeigt;
Fig. 13A ein Diagramm, das Anordnungen eines optischen Abtastkopfs gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung zeigt;
Fig. 13B ein Diagramm, das einen Zustand der gebeugten Lichtstrahlen an verschiedenen Detektionspunkten in dem optischen Abtastkopf gemäß der dritten Ausführungsform der Erfindung zeigt;
Fig. 14A ein Diagramm, das Anordnungen eines optischen Abtastkopfs gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung zeigt; und
Fig. 14B ein Diagramm, das einen Zustand der gebeugten Lichtstrahlen an verschiedenen Detektionspunkten in dem optischen Abtastkopf gemäß der vierten Ausführungsform der Erfindung zeigt.
Nun werden bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben.
Fig. 9 zeigt eine Schnittansicht eines doppelbrechenden Beugungsgitter-Polarisators einer Ausführungsform gemäß der Erfindung. Die als Phasenkompensationsschicht verwendete dielektrische Schicht 202 hat einen Brechungsindex von 2,2, welcher ungefähr gleich demjenigen eines Lithiumniobat- Substrats 200 ist. Während für das Licht mit einer Wellenlänge von 0,78 um der herkömmlich konstruierte Transmissionstyp eine Dicke der Phasenkompensationsschicht von ungefähr 800 nm und eine Tiefe der Protonenaustauschschicht von ungefähr 2,4 um erfordert, ist es für den Polarisator des Reflexionstyps gemäß der Erfindung ausreichend, zu funktionieren, wenn die Phasenkompensationsschicht 202 ungefähr 202 nm dick ist und der Protonenaustauschbereich 201 ungefähr 1,2 um tief ist. Die dielektrische Schicht kann aus Nb&sub2;O&sub5;TiO&sub2; oder Ta&sub2;O&sub5; gebildet sein. Als totalreflektierende Schicht 203 kann eine Metallschicht oder eine dielektrische mehrlagige Reflexionsschicht verwendet werden.
Fig. 10 zeigt in einer Schnittansicht einen doppelbrechenden Beugungsgitter-Polarisator einer anderen Ausführungsform gemäß der Erfindung. Diese Ausführungsform ist der in Fig. 9 gezeigten Ausführungsform ähnlich, jedoch darin unterschiedlich, daß die Protonenaustauschbereiche 201 und die dielektrischen Phasenkompensationsschichten 202 abwechselnd angeordnet sind.
Fig. 11A zeigt in einer schematisch zerlegten Ansicht den optischen Abtastkopf der ersten Ausführungsform gemäß der Erfindung, das heißt, den optischen Abtastkopf für eine Verwendung in einem Videodatenträger, einem einmal beschreibbaren und mehrmals lesbaren optischen Datenträger und einem wiederbeschreibbaren optischen Datenträger mit Phasenänderung. Das Hologrammelement 216 ist so konstruiert, daß seine hintere Oberfläche den doppelbrechenden Beugungsgitter-Polarisator eines oben erklärten Reflexionstyps bildet, und für die Detektion des Fokussierungs- und Nachführungsfehlersignals hat das Gittermuster darin das gleiche Muster wie in dem Stand der Technik, wie in Fig. 2 und 3 gezeigt ist. Das Licht von dem Halbleiter-Laser 210 der Lichtquelle trifft auf das Hologrammelement 216 auf, wo das Licht in einem solchen Polarisationszustand ist, daß es reflektiert wird, ohne an der Gitterschicht darin gebeugt zu werden. Die reflektierten Strahlen werden von einer Kollimatorlinse 211 parallel gemacht und konvergieren nach Durchgang durch ein 1/4-Wellenlänge- Plättchen 213 und eine Objektivlinse 212 an einem optischen Datenträger 214. Die an dem optischen Datenträger 214 reflektierten Strahlen kehren über den gemeinsamen Pfad zurück und treffen wieder auf das Hologrammelement 216 auf. Zu diesem Zeitpunkt ist die Polarisationsrichtung des reflektierten Lichts um 90 Grad zu derjenigen des ursprünglichen Lichts gedreht, nachdem es vorwärts und rückwärts durch das 1/4- Wellenlänge-Plättchen 213 hindurchgegangen ist, so daß das Licht an dem Hologrammelement 216 gebeugt wird und die gebeugten Strahlen von einem ersten Photodetektor 230 bzw. einem zweiten Photodetektor 231 empfangen werden. Fig. 11B zeigt den Zustand der gebeugten Strahlen an verschiedenen Detektionspunkten. Die Fokussierungs- und Nachführungsfehlersignale und die Aufzeichnungssignale werden auf gleiche Weise wie in dem oben erklärten Stand der Technik detektiert.
Fig. 12A zeigt in einer schematisch zerlegten Ansicht eine Anordnung der zweiten Ausführungsform gemäß der Erfindung. In dieser Ausführungsform sind der Halbleiter-Laser 210 und die Photodetektoren 230 und 231 in der ersten Ausführungsform vereint in einem Modul 220 untergebracht. Fig. 12B zeigt ein solches Modul 220. Die von dem Halbleiter-Laserchip 221 emittierten Strahlen werden am dem Spiegel 222 reflektiert und laufen weiter zum Hologrammelement 216. Die Strahlen, die von dem Hologrammelement 216 zurückkehren, werden ebenfalls von einer Gruppe von Detektorelementen 223 empfangen, und die Fokussierungs- und Nachführungsfehlersignale und die Aufzeichnungssignale werden auf gleiche Weise, wie bereits erklärt, detektiert.
Fig. 13A zeigt in einer schematisch zerlegten Ansicht einen optischen Abtastkopf der dritten Ausführungsform gemäß der Erfindung zur Verwendung in dem magneto-optischen Datenträger. In dem Hologrammelement 216 ist die Reflexionsgitterschicht 217 an der hinteren Oberfläche gebildet, und eine polarisierende Strahlteilerschicht 218 ist an einem Teilbereich der vorderen Oberfläche gebildet. Die Reflexionsgitterschicht 217 ist als der bereits beschriebene doppelbrechende Beugungsgitter- Polarisator vom Reflexionstyp konstruiert, und das Gittermuster für die Detektion der Fokussierungs- und Nachführungsfehlersignale hat das in Fig. 2 oder Fig. 3 gezeigte Muster wie im Stand der Technik. Die polarisierende Strahlteilerschicht 218 an der vorderen Oberfläche hat Polarisationseigenschaften, welche erlauben, daß die meisten der vorgegebenen polarisierten Strahlen durchgelassen werden, und bewirken, daß die zu diesen vorgegebenen Strahlen orthogonal polarisierten Strahlen in einem vorgegebenen Intensitätsverhältnis durchgelassen und reflektiert werden. Dies kann durch Bilden einer dielektrischen mehrlagigen Schicht an der vorderen Oberfläche oder durch Kitten eines polarisierenden Strahlteilersubstrats mit den vorstehenden Eigenschaften an die vordere Oberfläche realisiert werden. Das Licht von dem Halbleiter-Laser 210 der Lichtquelle trifft in dem oben erwähnten Polarisationszustand, in welchem die polarisierten Lichtstrahlen zum Teil reflektiert werden, auf die polarisierende Strahlteilerschicht 218 an dem Hologrammelement 216 auf. Die reflektierten Strahlen werden von einer Kollimatorlinse 211 parallel gemacht und nach Durchgang durch eine Objektivlinse 212 auf einen magneto-optischen Datenträger 215 konvergiert. Die an dem magneto-optischen Datenträger 215 reflektierten Strahlen kehren über den gemeinsamen Pfad entgegengesetzt zurück und treffen wieder auf das Hologrammelement 216 auf. Die polarisierende Strahlteilerschicht 218 hat Polarisationseigenschaften, die erlauben, daß solche Strahlen aus den zurückkehrenden Strahlen, die den ursprünglichen Polarisationszustand haben, zum Teil durchgelassen werden, und bewirken, daß die orthogonal dazu polarisierten Strahlen, das heißt, kleine Mengen an polarisiertem Licht, die durch den Kerr-Effekt bei der Reflexion an dem magneto-optischen Datenträger 215 auftreten, größtenteils durchgelassen werden. Das durch die polarisierende Strahlteilerschicht 218 hindurchgelassene Licht wird von der reflektierenden Gitterschicht 217 an der hinteren Oberfläche gebeugt und reflektiert und das gebeugte und reflektierte Licht wird von dem Photodetektor 232 empfangen. Fig. 13B zeigt einen Zustand des gebeugten Lichts an dem Photodetektor 232. Die Fokussierungs- und Nachführungsfehlersignale werden aus dem gebeugten Licht +1-ter Ordnung auf gleiche Weise, wie mit Bezug auf den Stand der Technik erklärt, detektiert. Wie ebenfalls für den Stand der Technik erklärt, kann durch Einstellen eines geeigneten Winkels für die Polarisationsrichtung des vorstehenden zurückkehrenden Lichts mit Bezug auf die optische Kristallachse des Hologrammelements 216 das Aufzeichnungssignal aus einer Differenz zwischen dem gebeugten Licht 0-ter Ordnung und dem gebeugten Licht -1-ter Ordnung oder zwischen dem gebeugten Licht 0-ter Ordnung und dem gebeugten Licht ±1-ter Ordnung detektiert werden. Wenn eingerichtet ist, daß gebeugtes Licht höherer Ordnung zu empfangen ist, ist es auch möglich, die Intensität des Aufzeichnungssignals zu erhöhen.
Fig. 14A zeigt eine schematisch zerlegte Ansicht eines optischen Abtastkopfs der vierten Ausführungsform gemäß der Erfindung. Der Halbleiter-Laser und der Photodetektor in der vorstehenden dritten Ausführungsform sind vereint in einem Modul 240 untergebracht. Fig. 14B zeigt schematisch das Modul 240. Das Licht von dem Halbleiter-Chip 214 wird an dem Spiegel 242 reflektiert und läuft weiter zum Hologrammelement 216. Das von dem Hologrammelement zurückkehrende Licht trifft ebenfalls auf eine Gruppe von Photodetektorelementen 243 auf und, wie bereits beschrieben, die Fokussierungs- und Nachführungsfehlersignale und die Aufzeichnungssignale werden detektiert.
Da der doppelbrechende Beugungsgitter-Polarisator gemäß der Erfindung als Reflexionstyp konstruiert ist, ist es möglich, die Fertigungszeit zu reduzieren und die Kosten der Elemente zu senken. Außerdem kann die optische Vorrichtung kompakt gemacht werden, da der optische Abtastkopf gemäß der Erfindung einen doppelbrechenden Beugungsgitter-Polarisator vom Reflexionstyp verwendet, und der optische Abtastkopf kann noch kompakter gemacht werden, da die Lichtquelle und die Photodetektoren vereint in einer Modulform angeordnet sind.

Claims

1. Doppelbrechender Beugungsgitter-Polarisator, der aufweist:

ein Kristallplättchen (200) mit optisch anisotropen Eigenschaften,

mehrere Ionenaustauschbereiche (201) und dielektrische Schichten (202), welche ein Beugungsgitter bilden und welche periodisch auf einer Hauptoberfläche des Kristallplättchens gebildet sind; gekennzeichnet durch

eine totalreflektierende Schicht (203), die auf einer Oberfläche des Beugungsgitters gebildet ist.

2. Doppelbrechender Beugungsgitter-Polarisator nach Anspruch 1, der ferner eine polarisierende Strahlteilerschicht (218) auf einem Teilbereich einer Oberfläche gegenüber der Hauptoberfläche des Kristallplättchens (200) aufweist.

3. Polarisator nach Anspruch 1 oder 2, in welchem die dielektrischen Schichten auf den mehreren Ionenaustauschbereichen (201) angeordnet sind.

4. Polarisator nach Anspruch 1 oder 2, in welchem die Ionenaustauschbereiche (201) und die dielektrischen Schichten (202) abwechselnd entlang der Hauptoberfläche des Kristallplättchens angeordnet sind.

5. Polarisator nach einem der Ansprüche 1 bis 4, in welchem die totalreflektierende Schicht (203) eine Metallschicht ist.

6. Optischer Abtastkopf, der aufweist:

eine Lichtquelle (210; 221);

ein Sammellinsensystem (211, 212) zum Konvergieren der aus der Lichtquelle emittierten Lichtstrahlen auf ein Aufzeichnungsmedium (214);

ein Viertel-Wellenlänge-Plättchen (213), um zu bewirken, daß das von dem Aufzeichnungsmedium zurückkehrende polarisierte Licht orthogonal in bezug auf das von der Lichtquelle emittierte polarisierte Licht ist;

ein Hologrammelement (216) zum Reflektieren des Lichts von der Lichtquelle zu dem Sammellinsensystem und zum Reflexionsbeugen des von dem Aufzeichnungsmedium zurückkehrenden Lichts; und

eine Photodetektoreinrichtung (230, 231; 223) zum Empfangen des gebeugten Lichts,

wobei das Hologrammelement ein Kristallplättchen (200) mit optisch anisotropen Eigenschaften, mehrere Ionenaustauschbereiche (201) und dielektrische Schichten (202), die ein Beugungsgitter bilden und periodisch an einer Hauptoberfläche des Kristallplättchens gebildet sind, und eine totalreflektierende Schicht (203) aufweist, die an einer Oberfläche des Beugungsgitters ausgebildet ist.

7. Optischer Abtastkopf nach Anspruch 6, in welchem die Lichtquelle (221) und die Photodetektoreinrichtung (223) in einem integrierten Modul (230) untergebracht sind.

8. Optischer Abtast kopf nach Anspruch 6 oder 7, in welchem das Sammellinsensystem eine Kollimatorlinse (211) und eine Objektivlinse (212) aufweist, wobei das Viertel-Wellenlänge- Plättchen (213) dazwischen angeordnet ist.

9. Optischer Abtastkopf, der aufweist:

eine Lichtquelle (210; 241);

ein Hologrammelement (216) zum Reflektieren des Lichts von der Lichtquelle auf das Sammellinsensystem und zum Reflexionsbeugen des von dem Aufzeichnungsmedium zurückkehrenden Lichts; und

eine Photodetektoreinrichtung (232; 243) zum Empfangen des gebeugten Lichts,

wobei das Hologrammelement ein Kristallplättchen (200) mit optisch anisotropen Eigenschaften, mehrere Ionenaustauschbereiche (201) und dielektrische Schichten (202), die ein Beugungsgitter bilden und periodisch an einer Hauptoberfläche des Kristallplättchens gebildet sind, und eine totalreflektierende Schicht (203), die an einer Oberfläche des Beugungsgitters gebildet ist, und eine polarisierende Strahlteilerschicht (218) aufweist, die an einem Teilbereich einer Oberfläche gegenüber der Hauptoberfläche des Kristallplättchens gebildet ist.

10. Optischer Abtastkopf nach. Anspruch 9, in welchem die Lichtquelle (241) und die Photodetektoreinrichtung (243) in einem integrierten Modul (240) untergebracht sind.

11. Optischer Abtastkopf nach Anspruch 9 oder 10, in welchem das Sammellinsensystem eine Kollimatorlinse (211) und eine Objektivlinse (212) aufweist.