DE3334120C2

DE3334120C2 - Optischer Kopf, insbesondere zur Fokusermittlung in einer optischen Aufzeichnungs-/Wiedergabevorrichtung

Info

Publication number: DE3334120C2
Application number: DE3334120A
Authority: DE
Inventors: Tetsuro Kuwayama; Kazuya Yokohama Kanagawa Matsumoto
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1982-09-22
Filing date: 1983-09-21
Publication date: 1987-01-15
Also published as: DE3334120A1; US4626679A

Abstract

Ein optischer Kopf weist eine Lichtquelleneinheit zur Lieferung eines Lichtstrahls, eine Kondensoreinheit zur Konzentration des von der Lichtquelleneinheit kommenden Lichtstrahls auf eine Objektoberfläche und zur Lenkung des Lichtstrahls von der Objektoberfläche zu einer Erfassungseinheit, wobei die Kondensoreinheit mit Bezug zur Lichtquellen- sowie Erfassungseinheit bewegbar ist, eine Erfassungseinheit zur Erfassung des Lichtstrahls von der Kondensoreinheit und einen flexiblen optischen Übertrager, der einen von der Lichtquelleneinheit zur Kondensoreinheit und einen von der Kondensoreinheit zur Erfassungseinheit führenden Strahlengang bildet, auf.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen optischen Kopf nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf einen optischen Kopf, der zur Verwendung in einer optischen Aufzeichnungs/ Wiedergabevorrichtung, beispielsweise einem Videoplattengerät, einem optischen Speicher oder einem magneto- optischen Speicher, geeignet ist, wobei Licht dazu dient, eine Information auf einem Datenträger aufzuzeichnen oder die auf dem Datenträger aufgezeichnete Information wiederzugeben.
Ein optischer Kopf dieser Art ist aus der DE-OS 31 32 818 bekannt. Der bekannte optische Kopf erfordert eine aufwendige Konstruktion, wodurch ein großes Volumen, eine entsprechende Unhandlichkeit und ein erhöhtes Gewicht unvermeidlich werden. Hierdurch leidet die Genauigkeit, und die Handhabbarkeit wird negativ beeinflußt.
Optische Köpfe sind überlicherweise so konstruiert, daß sie einen Lichtstrahl auf einem sich bewegenden Aufzeichnungsmedium konzentrieren, um einen sehr kleinen Lichtfleck zu bilden und die Informationsaufzeichnung oder -wiedergabe unter Anwendung von optischer Modulation zu bewirken. Die dabei zur Anwendung kommende optische Modulation hängt vom Vorhandensein oder Fehlen von winzigen Konkavitäten und Konvexitäten oder Öffnungen, von der Änderung im Reflexionsfaktor, von der Magnetisierungsrichtung usw. ab, und es ist bei jeglichem Aufzeichnungsverfahren notwendig, der vertikalen Bewegung der Platte oder Scheibe und der horizontalen Bewegung der Daten-(Informations-)-aufzeichnungsspur mit hoher Geschwindigkeit sowie hoher Genauigkeit zu folgen und dadurch die Position des Lichtflecks zu steuern. Es ist aber auch erwünscht, daß innerhalb der kürzest möglichen Zeit ein direkter Zugriff zu der an einer willkürlichen Stelle auf dem Aufzeichnungsmedium aufgezeichneten Information möglich ist.
Die Fig. 1 und 2 dienen zur Verdeutlichung des Aufbaus und der Funktionsweise eines derartigen üblichen optischen Kopfes, wobei
Fig. 1 schematisch eine beispielshafte Ausführungsform eines bei einem magnetooptischen Speicher verwendeten optischen Kopfs und die
Fig. 2A und 2B das Lesen einer Information mittels des magnetooptischen Effekts zeigen.
Die Fig. 1 zeigt ein Beispiel, wobei ein herkömmlicher optischer Kopf bei einem magnetooptischen Speicher zur Anwendung kommt. Der von einer Laser-Lichtquelle 1 ausgesandte Lichtstrahl wird durch eine Kollimationslinse 2 zu einem parallelen Lichtstrahl ausgebildet, der durch einen Strahlenteiler 3 geht, durch eine Objektivlinse 4 konzentriert wird, durch ein Substrat 5 tritt und einen winzigen Fleck auf einem magnetooptischen Aufzeichnungsmedium 6 bildet. Der Lichtstrahl, der vom magnetooptischen Aufzeichnungsmedium 6 reflektiert und dessen Schwingungsebene um einen sehr kleinen Winkel gedreht worden ist, geht durch die Objektivlinse 4 und wird zu einem parallelen Lichtstrahl, der vom Strahlenteiler 3 reflektiert wird, worauf er durch einen Polarisationsstrahlenteiler 7, der für eine Differentialverstärkung verwendet wird und auf einen geeigneten Winkel eingestellt ist, in zwei Lichtstrahlen aufgeteilt wird. Einer dieser geteilten Lichtstrahlen wird durch eine Kondensorlinse 8 auf einen Photodetektor (lichtelektrischer Strahlungsempfänger) 10, der andere geteilte Lichtstrahl wird durch eine geteilte Kondensorlinse 9 auf einen Photodetektor 11 konzentriert. Der Unterschied zwischen den von den jeweiligen Photodetektoren erfaßten Lichtausgängen wird von einem (nicht gezeigten) Differentialverstärker aufgenommen, und es wird eine Signalablesung mit einem hohen Signalstörverhältnis bewirkt.
Das Prinzip, nach welchem eine Signalerfassung durch den Polarisationsstrahlenteiler bewerkstelligt wird, ist in den Fig. 2A und 2B dargestellt, wobei die Fig. 2A die Beziehung zwischen der Schwingungsebene des einfallenden, linear polarisierten Lichts und der Schwingungsebene des reflektierten Lichtstrahls zeigt. In Fig. 2A wird durch die Bezugszahl 12 die Schwingungsrichtung des einfallenden Lichtstrahls, durch die Zahl 13 die Schwingungsrichtung des von einem Teil, auf dem eine Information nicht aufgezeichnet ist, reflektierten Lichtstrahls und durch die Zahl 14 die Schwingungsrichtung des von einem Teil, auf dem eine Information aufgezeichnet ist, reflektierten Lichtstrahls angegeben. Die Information wird durch die Änderung in der Magnetisierungsrichtung des Aufzeichnungsmediums aufgezeichnet, und der Lichtstrahl entspricht der Magnetisierungsrichtung, wie in Fig. 2A gezeigt ist, und wird mit seiner Schwingungsebene, die Drehungen in entgegengesetzten Richtungen durch den magnetooptischen Kerr-Effekt unterworfen ist, reflektiert. Üblicherweise ist dieser Drehwinkel (Winkel der Kerr-Drehung) ein sehr kleiner Winkel von 1° oder weniger. Die Fig. 2B zeigt die Art und Weise, in der der von dem Teil, auf dem eine Information nicht aufgezeichnet ist, reflektierte Lichtstrahl 13 in zwei Lichtstrahlen von gleichen Intensitäten durch den Polarisationsstrahlteiler geteilt wird. Durch Einstellen der übertragenden Schwingungsebene des Polarisationsstrahlenteilers 7 von Fig. 1 auf die 45°-Richtung relativ zur Richtung 12 wird die vom Photodetektor 10 (Fig. 1) erfaßte Lichtmenge eine solche, die dem Pfeil 15 entspricht, und die vom Photodetektor 11 erfaßte Lichtmenge wird eine solche, die dem Pfeil 16 entspricht. Das hat zum Ergebnis, daß der Unterschied zwischen den beiden Lichtmengen Null wird, während andererseits die beiden Lichtmengen zueinander im Lichtstrahl 14 von dem Teil, auf dem eine Information aufgezeichnet ist, nicht gleich sind, weshalb ein Signalausgang erzeugt wird, um das Lesen der Information möglich zu machen. Der Vorteil einer solchen Differentialerfassung liegt nicht nur darin, daß der ersichtliche Grad einer Signalmodulation erhöht wird, sondern auch darin, daß die Einflüsse der Schwankung im Reflexionsgrad der Aufzeichnungsfläche, von Staub, der Änderung in der Intensität der Lichtquelle usw. in einem beträchtlichen Ausmaß unwirksam gemacht werden, da deren Effekt sehr groß ist.
Bei dem magnetooptischen Speicher ist es notwendig, damit der Lichtstrahl auf das magnetooptische Aufzeichnungsmedium konvergiert werden kann, den Abstand zwischen der Objektivlinse sowie dem Aufzeichnungsmedium festzustellen und den optischen Kopf in Übereinstimmung mit diesem Abstand zu steuern, um zu gewährleisten, daß der Lichtstrahl auf dem Aufzeichnungsmedium einen minimalen Durchmesser haben wird. Für die Feststellung dieses Abstandes zwischen der Objektivlinse und dem Aufzeichnungsmedium, d. h. die sog. Fokusfeststellung, wurde bisher ein Verfahren, bei dem eine zylindrische Linse zum Einsatz kommt, um durch die Gestalt eines Bildpunktes (punktförmige Abbildung) die In-Fokus-Lage (fokussierte oder scharf abgebildete Lage) festzustellen, oder ein Verfahren, bei dem eine Schneide (Meßschneide) zum Einsatz kommen kann, um die In-Fokus-Lage durch Bewegung der Bildpunktlage festzustellen, angewendet.
Die optischen Köpfe nach dem Stand der Technik, einschließlich des oben erläuterten Beispiels, haben eine Konstruktion, die eine Lichtquelle, Photodetektoren usw. umfaßt, so daß deshalb ein großes Volumen, eine Unhandlichkeit und ein erhöhtes Gewicht des Kopfs unvermeidlich sind. Auch dann, wenn die oben beschriebene Fokus-Erfassungseinrichtung vorgesehen wird, wird die Konstruktion des Kopfs kompliziert, sein Zusammenbau sowie seine Einstellung (Justierung) werden beschwerlich, und darüber hinaus wird der optische Kopf massig, d. h. voluminös, und schwer. Eine solche Massig- oder Sperrigkeit und ein solches großes Gewicht stellen große Hindernisse in bezug auf den oben erwähnten Zugriff mit hoher Geschwindigkeit sowie hoher Genauigkeit, was für den optischen Kopf gefordert wird, dar.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen optischen Kopf der angegebenen Art zu schaffen, der einen geringen Platzbedarf in Objektnähe besitzt und einen direkten Zugriff mit hoher Geschwindigkeit ermöglicht.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen optischen Kopf mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
Durch die erfindungsgemäß durchgeführte Aufteilung des optischen Kopfes in zwei Teile gelingt es, den in Objektnähe für den optischen Kopf benötigten Platz klein zu halten, so daß ein direkter Zugriff mit hoher Geschwindigkeit ermöglicht wird. Die platzraubenden Teile des Kopfes sind stationär in Objektferne angeordnet. Diese Teile können daher in beliebiger Weise ausgebildet sein und sind keinen Forderungen in bezug auf Gewichts- bzw. Raumersparnis unterworfen, wodurch die Funktionsgenauigkeit in Mitleidenschaft gezogen werden könnte.
Ergänzend zum Stand der Technik sei noch auf die US-PS 41 53 834 verwiesen, die eine automatische Fokussiervorrichtung für ein Endoskop beschreibt. Bei dieser Vorrichtung kommt ein optischer Überträger zum Einsatz, bei dem es sich um eine Abbildungsfaser handelt. Die Kondensoreinheit und die Stirnfläche des optischen Übertragers sind hierbei relativ zueinander nicht fest angeordnet und werden auch nicht gemeinsam bewegt. Vielmehr sind die entsprechende Linse und der optische Übertrager relativ zueinander bewegbar.
Weiterbildungen des Erfindungsgegenstandes gehen aus den Unteransprüchen hervor.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt
Fig. 3 schematisch eine erste Ausführungsform eines optischen Kopfs, der bei einem optischen Speicher zur Anwendung kommt;
Fig. 4A und 4B schematisch ein Beispiel, wobei der optische Kopf bei einem Großraumspeicher mit hoher Kapazität angewendet wird;
Fig. 5 schematisch ein Beispiel für den Aufbau der Lichtquellen- und Erfassungseinheit eines bei einem Großraumspeicher hoher Kapazität zum Einsatz kommenden optischen Kopfs;
Fig. 6 eine perspektivische Ansicht einer anderen beispielhaften Ausbildung eines Großraumspeichers von hoher Kapazität;
Fig. 7 schematisch eine zweite Ausführungsform eines optischen Kopfs mit einem Fokus- Erfassungssystem;
Fig. 8 das Prinzip der Fokus-Erfassung bei der zweiten Ausführungsform;
Fig. 9A, 9B und 9C Darstellungen einer dritten Ausführungsform eines optischen Kopfs mit einem Fokus-Erfassungssystem;
Fig. 10 schematisch eine vierte Ausführungsform eines bei einem magnetooptischen Speicher angewendeten optischen Kopfs;
Fig. 11A und 11B schematisch eine fünfte Ausführungsform eines optischen Kopfs in Anwendung bei einem magnetooptischen Speicher;
Fig. 12 eine abgewandelte Ausbildung der bei der fünften Ausführungsform eingesetzten Lichtquelleneinheit;
Fig. 13 eine Darstellung der Kondensoreinheit einer sechsten Ausführungsform eines optischen Kopfs;
Fig. 14 einen Querschnitt zur Darstellung des Aufbaus einer bei der sechsten Ausführungsform angewendeten optischen Faser mit zwei Kernen;
Fig. 15 eine Darstellung der Erfassungseinheit der sechsten Ausführungsform;
Fig. 16A und 16B schematisch eine siebente Ausführungsform eines optischen Kopfs; und
Fig. 17 und 18 schematisch weitere Beispiele für den Aufbau der Kondensoreinheit des optischen Kopfs.
Bei der in Fig. 3 schematisch gezeigten Ausführungsform eines des optischen Kopfs, der in einem optischen Speicher zur Anwendung kommt, verläuft ein von einer Lichtquelle 21, z. B. einem Laser, ausgesandter Lichtstrahl durch eine Kollimationslinse 22, in der er parallel gerichtet wird, worauf er durch einen Polarisationsstrahlenteiler 23 tritt und auf die Stirnfläche einer optischen Faser 25 durch eine Sammellinse 24 konzentriert wird. Durch die Faser 25 erfolgt eine Übertragung zu einer Licht-Kondensoreinheit 80. Die verwendete optische Faser 25 ist eine sog. optische Einzelpolarisationsfaser, die das auf ihre eine Stirnfläche treffende polarisierte Licht zu ihrer anderen Stirnfläche hin unter Aufrechterhaltung des polarisierten Zustands übertragen kann. Die Faser kann von unterschiedlicher Art sein, z. B. von elliptischer Mantelbauart, elliptischer Hüllenbauart, Quadratkernbauart, seitlich gekehlter oder vertiefter Bauart. Eine solche optische Faser hat einschließlich ihres Mantels einen Durchmesser in der Größenordnung von 100 µm, sie hat ein sehr geringes Gewicht und zeichnet sich dadurch aus, daß sie die Fähigkeit zur Übertragung von linear polarisiertem Licht selbst dann nicht verliert, wenn sie mit einem Radius von mehreren Millimetern gebogen oder auf sie eine Last aufgebracht wird.
Das an der Ausgangsstirnfläche der optischen Faser 25 austretende, linear polarisierte Licht geht durch einen Glasblock 27 und anschließend durch eine λ /4-Platte 28; es wird dabei zu zirkular polarisiertem Licht und durch eine an einem Prisma 29 ausgebildete Hologrammlinse 30 durch ein Substrat 34 auf eine Aufzeichnungsfläche 35 konzentriert. Die verwendete Hologrammlinse ist aus einem voluminösen, hologrammempfindlichen Material, wie Dichromatgelatine oder Photopolymer, gefertigt und hat die Fähigkeit, den einfallenden Lichtstrahl mit einer hohen Beugungsleistungsfähigkeit zu beugen und zu konzentrieren.
Die vorliegende Ausführungsform ist als ein auf einen optischen Speicher angewendetes Beispiel dargestellt, wobei als Aufzeichnungsmedium eine optische Video- oder eine digitale Audioplatte verwendet und ein Lesen der Information durch eine Änderung in der Lichtmenge, die aus einer Unebenheit der Aufzeichnungsfläche oder der Veränderung des Reflexionsfaktors (Reflexionskoeffizient) resultiert, bewirkt wird.
Der von der Aufzeichnungsfläche 35 reflektierte Lichtstrahl tritt durch das Substrat 34, woraufhin er wieder durch die Hologrammlinse 30 gebeugt und an der Stirnfläche der Faser 25 konzentriert wird. Dabei geht der Lichtstrahl wieder durch die λ/4-Platte 28, weshalb er zu einem linear polarisierten Licht wird, das eine in einer zur Einfallsrichtung rechtwinkligen Richtung liegende Schwingungsebene hat. Die optische Einzelpolarisationsfaser hat die Funktion, linear polarisierte Lichtstrahlen, die in rechtwinkligen Richtungen zueinander verlaufende Schwingungsebenen haben, unabhängig linear ohne gegenseitige Störung zu übertragen, und deshalb läuft der reflektierte Lichtstrahl umgekehrt längs der Lichtbahn während seines Einfalls und tritt in den Polarisationsstrahlenteiler 23 ein. Die Schwingungsebene des reflektierten Lichtstrahls liegt hierbei in einer zur Einfallsrichtung rechtwinkligen Ebene, weshalb der Lichtstrahl vom Polarisationsstrahlenteiler reflektiert wird und in einen Photodetektor 26 eintritt, so daß eine Signalerfassung bewirkt wird. Bei der in Rede stehenden Ausführungsform weist die Lichtkondensoreinheit keinen Strahlenteiler auf und ist sehr kompakt sowie mit geringem Gewicht gefertigt.
Somit wird der Lichtstrahl von der Lichtquelleneinheit zur Kondensoreinheit oder von der Kondensoreinheit zur Erfassungseinheit durch eine optische Faser übertragen, wodurch eine Kondensoreinheit von geringem Gewicht gebildet wird, die während des Direktzugriffs schnell bewegt werden kann und die Zugriffszeit in großem Maß herabsetzt. Da der Photodetektor nicht mit in das Gewicht des beweglichen Teils eingeht, kann ein solcher von hoher Empfindlichkeit und niedrigem Rauschen ohne Rücksicht auf seine Größe sowie sein Gewicht zur Anwendung kommen, und es besteht auch die Möglichkeit der Verwendung eines mit einem Kopf-Verstärkerteil einstückig gestalteten Photodetektors.
Bei der vorliegenden Ausführungsform ist die λ/4-Platte in der Kondensoreinheit vorgesehen, jedoch kann sie auch zwischen dem Polarisationsstrahlenteiler der Lichtquelleneinheit und der Stirnfläche der optischen Faser vorgesehen werden. In diesem Fall muß die optische Einzelpolarisationsfaser eine für die unabhängige Übertragung von zirkular polarisierten Lichtstrahlen, die in der Drehrichtung verschieden sind, geeignete Charakteristik besitzen.
Auch ist bei dieser Ausführungsform die Kondensoreinheit kompakt sowie von geringem Gewicht, weshalb die gesamte Kondensoreinheit z. B. durch ein bimorphes Element (piezoelektrische Vorrichtung) bewegt und eine Fokus-Einstellung sowie eine Nachführung durch einen einfachen Antriebsmechanismus verwirklicht werden kann. Gemäß Fig. 3 ist der optische Kopf an einem Tragarm 33 durch ein piezoelektrische Vorrichtung (bimorphes Element) 32 der Planplatten-Federbauart, das über ein zwischengefügtes elastisches Material 31, z. B. Gummi, mit einem Prisma 29 verbunden ist, befestigt.
Ein Fokus-Fehlersignal wird an die piezoelektrische Vorrichtung 32 durch einen (nicht gezeigten) Mechanismus gelegt, und der die Kondensoreinheit enthaltende Teil wird gegenüber dem Aufzeichnungsmedium auf- und abbewegt. Durch Anwendung der erwähnten Planplatten- Federkonstruktion wird keinerlei nachteilige Neigung oder Schrägstellung hervorgerufen, selbst wenn der die Kondensoreinheit enthaltende Teil mit einer großen Amplitude angetrieben wird.
Bei dem obigen Beispiel ist eine Fokus-Einstellung beschrieben worden. Es kann jedoch ein gleichartiger Mechanismus auch in einer zum Aufzeichnungsmedium parallelen Ebene in einer im wesentlichen zur Bewegungsrichtung des Aufzeichnungsmediums rechtwinkligen Richtung vorgesehen werden, und der die Kondensoreinheit enthaltende Teil kann in Abhängigkeit von einem Folge- oder Nachführsignal bewegt werden, so daß eine automatische Nachführung bewerkstelligt werden kann.
Ferner wird es durch Festlegen der Lage der Hologrammlinse 30 relativ zum stirnseitigen Ende der optischen Faser 25 möglich, den Nachteil zu beseitigen, daß die Abbildungsleistung eines Bildpunkts durch Veränderung in der Relativlage des einfallenden Lichtstrahls und der Hologrammlinse, was von der Fokus-Einstellbewegung herrührt und bisher ein Problem aufgeworfen hat, wenn von einer Hologrammlinse (insbesondere einer außeraxialen Hologrammlinse) Gebrauch gemacht wurde, vermindert wird. Eine solche außeraxiale Hologrammlinse läßt einem Lichtstrahl die Möglichkeit, von einer Seitenfläche des Hologrammsubstrats, wie in Fig. 3 gezeigt ist, einzutreten, weshalb die Dicke des die Kondensoreinheit enthaltenden Teils außerordentlich herabgesetzt, dieser also sehr dünn ausgebildet werden kann. Das ist von Vorteil, wenn ein Speicher mit großer Kapazität für eine Aufzeichnung/Wiedergabe mit einem zwischen die Aufzeichnungsplatten (-scheiben) eingefügten optischen Kopf verwirklicht werden soll.
Bei einem Kopf mit einem solchen Aufbau ist es erwünscht, daß die Richtung der aufgezeichneten Informations- oder Datenspur in der gleichen Ebene wie die optische Achse des hologrammreproduzierten Lichts angeordnet wird, d. h., daß die Gitterrichtung des Beugungsgitters nahe dem Zentrum der Hologrammlinse in einer zur Spurrichtung rechtwinkligen Richtung zu liegen kommt. Das führt im einzelnen zu einer Konstruktion, bei der, wie Fig. 3 zeigt, die Datenträgerfläche 35 in der Zeichnungsebene eine Relativbewegung nach links und rechts ausführt. Die Anwendung einer solchen Anordnung läßt die folgenden Vorteile entstehen:
Ein erster Vorteil ist, daß die Bauteile, wie die Hologrammlinse und die optische Faser, symmetrisch zu der die Information aufzeichnenden Spur angeordnet sind. Eine Steuerung der Nachführrichtung muß bei einer optischen Platte mit einer sehr hohen Genauigkeit von ±0,1 µm ausgeführt werden, und es sollte keine übermäßige Bewegung, wie eine Schwankung der Signalleseposition, beim Nachführbetrieb auftreten. Da die Nachführbewegung rechtwinklig zur optischen Faser 25 gerichtet ist, kann auch in der optischen Faser kaum eine übermäßige Beanspruchung hervorgerufen werden.
Ein zweiter Vorteil einer solchen Konstruktion liegt darin, daß der dem Nachführen erteilte Einfluß, selbst wenn eine winzige Wellenlängenänderung am Laser auftritt, auf ein Minimum herabgesetzt wird. Bei einer optischen Platte liegt der zulässige Fehler in der Nachführrichtung in der Größenordnung von nur ±0,1 µm. Im Gegensatz hierzu kann bei einem Halbleiterlaser aufgrund einer Temperaturänderung ein Wellenlängensprung in der Größenordnung von 1 nm auftreten, was dazu führt, daß der abgebildete Fleck um etwa 0,1 µm nach rechts und links in der Zeichnungsebene von Fig. 3 verschoben wird. Wenn ein solcher Wellenlängensprung während des Signallesens auftritt, dann ist das Entstehen eines verhängnisvollen Hindernisses in bezug auf die Nachführ-Servofunktion zu erwarten. Wenn die Richtung der Spurbewegung in der Zeichnungsebene von Fig. 3 nach links und rechts verläuft, tritt die Bewegung des Bildpunkts durch eine Wellenlängenänderung in der Richtung der Bewegung auf und bietet insofern ein kleines oder kein Problem für die digitale Aufzeichnung od. dgl. mit einem Fehlerkorrekturvorzeichen.
Ein Beispiel für die Ausbildung eines Großraumplattenspeichers mit hoher Kapazität, bei dem der vorher beschriebene optische Kopf zur Anwendung kommen kann, ist in den Fig. 4A und 4B gezeigt, wobei Fig. 4A eine Seitenansicht, Fig. 4B eine Draufsicht ist. Die Substrate 34 ₁, 34 ₂ . . . 34 ₅ des Datenträgers sind an einer von einem Motor 57 in Umdrehung versetzten Drehwelle 56 angebracht. Kondensoreinheiten oder -systeme 60, 61 sind an einem Tragarm 33 befestigt und werden mit hoher Geschwindigkeit zur Fokussierung (Bündelung) bzw. zum Nachführen bewegt. Je nach den Erfordernissen sind eine Vielzahl von Tragarmen und eine Vielzahl von optischen Köpfen vorgesehen, und eine benötigte Anzahl von optischen Fasern wird von den jeweiligen Köpfen herausgeführt. Diese optischen Fasern werden zu einem Faserbündel 58 längs einer Strebe eines Tragschlittens 59 zusammengefaßt, der während eines Direktzugriffs über einen langen Hubweg bewegt wird, und das Faserbündel 58 wird zu einer Lichtquellen- und Erfassungseinheit 81 hin gerichtet, die auf dem Gestell 66 des Gerätehauptteils befestigt ist. Durch Anwendung einer solchen Konstruktion erhält man ein geringes Gewicht für das bewegbare Teil, was zum Ergebnis hat, daß der Tragschlitten 59 mit hoher Geschwindigkeit während des Direktzugriffs bewegt werden kann. Aufgrund der Tatsache, daß die Kondensoreinheiten 60, 61 durch die Anwendung der optischen Fasern superdünn gebaut sind, führen die Abstände zwischen den Substraten 34 ₁, 34 ₂ . . . 34 ₅ zu der Möglichkeit, ein kompakteres System mit größerer Kapazität im Vergleich zu jeglichem anderen bekannten Großraumplattenspeichersystem fertigen zu können.
Lichtquellen und Photodetektoren, wie sie in Fig. 3 gezeigt sind, können in einer den Kondensoreinheiten entsprechenden Anzahl in der Lichtquellen- und Erfassungseinheit 81 untergebracht werden, jedoch kann alternativ die Lichtquellen- und Erfassungseinheit aus nur einem Satz eines Halbleiterlasers und Photodetektors gebildet sein, indem ein auf dem Gebiet der optischen Kommunikation bekanntes optisches Schaltgerät zur Anwendung gebracht wird, das in Fig. 5 gezeigt ist.
Bei dem in Fig. 5 dargestellten Beispiel kommt ein optisches Schaltgerät zum Einsatz, und die Übertragung von Licht zu vier Kondensoreinheiten sowie die Erfassung des Lichts werden durch einen Lichtquellen- und Photodetektorsatz verwirklicht. Der parallele Lichtstrahl 69 tritt in ein optisches Schaltgerät 70 ein, das feststehende Spiegel 74 ₁, 74 ₂, 74 ₃ und bewegbare Spiegel 71, 72 und 73 enthält. Am Lichtstrahl- Austrittsteil des Schaltgeräts sind optische Fasern 25 ₁, 25 ₂, 25 ₃ und 25 ₄ in Kombination mit Kollimationslinsen 24 ₁, 24 ₂, 24 ₃ und 24 ₄ angeordnet, und der Lichtstrahl wird durch eine Bewegung der bewegbaren Spiegel 71, 72, 73 umgelenkt. In Fig. 5 wird die Umlenkung des Lichtstrahls durch eine Bewegung der reflektierenden Spiegel bewirkt, jedoch kann auch von irgendeinem anderen optischen Schaltgerät Gebrauch gemacht werden. Auch zeigt die Fig. 5 ein Beispiel, bei dem der von der Lichtquelle kommende und reflektierte Lichtstrahl auf demselben Strahlengang umgelenkt oder verändert wird, jedoch ist auch eine Umlenkung des von der Lichtquelle kommenden sowie des reflektierten Lichtstrahls getrennt voneinander möglich.
Fig. 6 zeigt ein System mit optischen Platten, bei dem das oben erläuterte Schaltgerät zur Anwendung kommt. Tragarme 33 ₁ und 33 ₂ halten den Kopf in einer Anordnung zwischen Plattensubstraten 34 ₁, 34 ₂ und 34 ₃, die auf einer Drehwelle 56 angebracht sind. An den Tragarmen sind jeweils Kondensoreinheiten 60, 61 befestigt. Während eines Direktzugriffs werden die Tragarme 33 ₁, 33 ₂ um eine Drehwelle 43 gedreht, und während des automatischen Fokussierens sowie Nachführens werden die Kondensoreinheiten 60, 61 mit hoher Geschwindigkeit durch eine piezoelektrische Vorrichtung, wie sie in Fig. 3 gezeigt ist, bewegt. Das optische Faserbündel 58 wird von den Kondensoreinheiten zu einer Lichtquellen- und Erfassungseinheit 82, die ein optisches Schaltgerät enthält, geführt, und diese Einheit 82 kann bei der in Rede stehenden Ausführungsform kompakt sowie mit geringem Gewicht gefertigt werden, indem ein optisches Schaltgerät verwendet wird. Deshalb hindert diese Einheit 82, selbst wenn sie an der Drehwelle 43 befestigt ist, nicht deren Bewegbarkeit. Durch Anwendung einer solchen Konstruktion ist es auch möglich, ein kompaktes optisches Plattensystem von leichtem Gewicht auszubilden, das einen direkten Zugriff mit hoher Geschwindigkeit zuläßt. Da nur ein Lichtquellen- und Photodetektorsatz für eine Vielzahl von Kondensoreinheiten erforderlich ist, wird die Möglichkeit zur Schaffung eines Gerätes geboten, das als Ganzes kompakt und von leichtem Gewicht ist. Durch Drehung der Tragarme 33 ₁ und 33 ₂ wird auch ein Direktzugriff ermöglicht, woraus folgt, daß ein Direktzugriff mit hoher Geschwindigkeit möglich ist, während andererseits durch Bewegen der leichtgewichtigen Kondensoreinheiten 60, 61 eine automatische Fokussierung und Nachführung bewerkstelligt werden kann, was insgesamt zu einer vereinfachten Konstruktion führt.
Fig. 7 zeigt eine zweite Ausführungsform eines optischen Kopfs. Der von einer Laser-Lichtquelle 41 ausgesandte Lichtstrahl wird auf die eine Stirnfläche einer optischen Einzelpolarisationsfaser 45 durch eine Kondensorlinse 42 konzentriert. Der an der anderen Stirnfläche der optischen Faser 45 austretende, linear polarisierte Lichtstrahl verläuft durch einen Polarisationsstrahlenteiler 47 sowie anschliessend durch eine λ/4-Platte 48 und wird zu zirkular polarisiertem Licht, das auf eine Datenträgerfläche 55 von einer Kondensorlinse 51 durch ein Substrat 54 hindurch konzentriert wird. Der von der Datenträgerfläche 55 reflektierte und modulierte Lichtstrahl tritt durch die Linse 51 und dann durch die λ/4-Platte 48. Er wird zu linear polarisiertem Licht mit einer rechtwinklig zur Einfallsrichtung liegenden Schwingungsebene und durch den Polarisationsstrahlenteiler 47 reflektiert. Dieser reflektierte Lichtstrahl wird durch einen Strahlenteiler 52 geteilt, und die geteilten Strahlen treten in optische Einmodenfasern 49 sowie 50 ein. Der höchste Wirkungsgrad tritt dann ein, wenn die Lichtfleckgröße gleich der Größenverteilung des durch die Einmodenfaser übertragenen Lichtstrahls ist und der Lichtstrahl in Form einer Strahleinschnürung an der Stirnfläche der optischen Faser vorliegt. Die durch die optischen Fasern 49, 50 übertragenen Lichtstrahlen werden von Photodetektoren 62 und 63 erfaßt, und es wird die Ausgangsdifferenz zwischen den beiden Photodetektoren durch ein Subtrahierglied 67 berechnet, die zu einem Defokussierungssignal wird; das Lesen der Information wird durch den Ausgang eines Addierglieds 64 bewirkt.
Fig. 8 zeigt die Art und Weise, in der die Erfassung oder der Nachweis der Größe oder des Umfangs der Defokussierung durch optische Einmodenfasern bewirkt wird. In Fig. 8 gibt die Abszisse den Umfang der Defokussierung von einer Bezugslage und die Ordinate die Lichtmenge an. Zwei Kurven, die durch eine ausgezogene bzw. gestrichelte Linie dargestellt sind, zeigen die von den zwei optischen Fasern entnommenen Lichtmengen. Die fokusnahe und fokusferne Information und deren Mengen werden erfaßt, indem die Differenz zwischen den Ausgangswerten dieser Lichtmengen genommen wird. Wie sich aus der vorstehenden Beschreibung ergibt, kann eine Fokus-Erfassung theoretisch bewerkstelligt werden, indem man einfach eine einzelne Faser verwendet. Die vorstehend erwähnten optischen Einmodenfasern ermöglichen eine Erfassung mit hoher Empfindlichkeit, wobei jedoch die Erfindung hierauf nicht beschränkt ist, sondern auch von einer optischen Faser oder einem optischen Wellenleiter mit geeignetem Kerndurchmesser Gebrauch machen kann. Durch eine winzige, genaue Bewegung des optischen Kopfs mit einer ausreichend hohen Frequenz in Richtung der optischen Achse und in Übereinstimmung mit dem so erhaltenen Defokussiersignal wird eine automatische Fokus-Einstellung ermöglicht.
Eine dritte Ausführungsform eines optischen Kopfs, bei der die oben beschriebene Fokus-Erfassungseinrichtung zur Anwendung kommt, ist in den Fig. 9A, 9B und 9C gezeigt. Diese Figuren stellen nur denjenigen Teil dar, der eine optische Faser verwendet, um einen lichtelektrischen Strahlungsempfang (Photodetektion) zu bewirken; der andere Teil ist zur zweiten Ausführungsform gleichartig ausgebildet.
In Fig. 9A ist eine planparallele Platte 76 aus Kristall mit einem Winkel von 45° relativ zur Schwingungsebene eines Lichtstrahls im linear polarisierten Lichtstrahl vom Aufzeichnungsmedium, der durch eine Fokussierlinse konvergent gemacht ist, angeordnet. Der in den Kristall eingetretene Lichtstrahl läuft unter Teilung als ordentlicher und außerordentlicher Strahl weiter, und eine Abtrennung vom Fokusort in Richtung der optischen Achse erfolgt aus dem Unterschied im Brechungsindex der beiden Strahlen. Eine als optische Einzelpolarisationsfaser ausgebildete Faser 75 überträgt den ordentlichen und den außerordentlichen Strahl unabhängig voneinander. Fig. 9B zeigt einen Signalerfassungsteil. Der von der optischen Faser 75 austretende Lichtstrahl wird durch eine Kollimationslinse 78 zu einem parallelen Strahl gemacht, der dann durch einen Polarisationsstrahlenteiler 83 in zwei Lichtstrahlen geteilt wird, die von den Photodetektoren 84 und 85 erfaßt werden. Aus der Differenz oder dem Verhältnis der in die beiden Photodetektoren eingehenden Lichtmengen wird ein In-Fokus-Signal erhalten.
Fig. 9C zeigt eine Abwandlung gegenüber der in Fig. 9A dargestellten Ausführungsform, wobei der von der Datenträgerfläche reflektierte Lichtstrahl durch eine Kondensorlinse 86 mit unterschiedlichen Brechungszahlen für den ordentlichen sowie außerordentlichen Strahl konzentriert wird. Die eine Stirnfläche der optischen Einzelpolarisationsfaser 75 ist zwischen den Fokusorten für den ordentlichen und außerordentlichen, während der Fokussierung (In-Fokus-Bringen) erzeugten Strahl angeordnet. Das hat zum Ergebnis, daß ein vollständig gleicher Effekt wie bei der Ausbildung nach Fig. 9A erhalten wird, womit auf diese Weise die In- Fokus-Lage und der Umfang sowie die Richtung einer Defokussierung erfaßt werden.
Fig. 10 zeigt schematisch eine vierte Ausführungsform, wobei der optische Kopf bei einem magnetooptischen Speicher zur Anwendung kommt. Der Lichtstrahl einer Laser- Lichtquelle 101 wird durch eine Kondensorlinse 122 auf die eine Stirnfläche einer optischen Einzelpolarisationsfaser 112 gerichtet. Der an der anderen Stirnfläche dieser Faser 112 austretende Lichtstrahl wird durch eine Kollimationslinse 102 als paralleler Strahl ausgebildet und geht durch einen Polarisationsstrahlenteiler 103. Dieser Strahlenteiler 103 soll vorteilhafterweise eine Polarisationscharakteristik haben, die für das Auslesen von magnetooptisch aufgezeichneten Signalen optimal ist, und hat beispielsweise einen Transmissionsfaktor von 70% sowie einen Reflexionsgrad von 30% für den einfallenden Lichtstrahl sowie einen Reflexionsgrad von 100% für dazu rechtwinkliges, linear polarisiertes Licht. Eine Objektivlinse 104 konzentriert durch ein Substrat 105 den Lichtstrahl auf eine magnetooptische Aufzeichnungsfläche 106, und der reflektierte Lichtstrahl geht wieder durch die Objektivlinse 104 und wird zu einem parallelen Lichtstrahl. Der reflektierte Lichtstrahl wird durch den Strahlenteiler 103 reflektiert, worauf er durch eine Kondensorlinse 113 konzentriert und zu einer optischen Faser 114 hin gelenkt wird. Diese Faser 114 ist eine Einzelpolarisationsfaser und überträgt in ihr unabhängig einen Satz von linear polarisierten, zueinander rechtwinkligen Lichtstrahlen mit Schwingungsebenen, die in den durch die Bezugszahlen 15 und 16 in Fig. 2B angegebenen Richtungen verlaufen. An der anderen Stirnseite der optischen Faser 114 sind eine Kollimationslinse 115, ein Polarisationsstrahlenteiler 116 und Photodetektoren 110, 111 angeordnet, und das Auslesen der magnetooptischen Aufzeichnung wird durch differentielles Erfassen der Signale von den jeweiligen Photodetektoren bewirkt.
In einem Fall, bei dem der optische Kopf in einer Einrichtung mit magnetooptischen Platten od. dgl. zur Anwendung kommt, werden unter Anwendung der beschriebenen Konstruktion nur die minimal notwendigen optischen Bauteile in der Kondensoreinheit A (Fig. 10) angeordnet, die über eine große Strecke während des Direktzugriffs auf die Information bewegt werden muß. Die Erfassungseinheit einschließlich eines schweren Photodetektors, (nicht gezeigten) Verstärkers usw. kann am Gerätehauptteil befestigt werden. Die Kondensor- und die Erfassungseinheit sind miteinander durch eine frei biegbare optische Faser verbunden, weshalb die Kondensoreinheit mit hoher Geschwindigkeit ungehindert und frei bewegt werden kann. Auch kann die gegenseitige Lagejustierung des Polarisationsstrahlenteilers, der Kondensorlinse und des Photodetektors, für die bisher eine heikle und feinfühlige Einstellung erforderlich war, auf einfache Weise bewerkstelligt werden, indem die optische Faser an einer passenden Stelle und in der richtigen Drehrichtung in der Kondensoreinheit angeordnet wird. Dies führt zu einer verminderten Anzahl von Bauteilen sowie einer einfachen Konstruktion.
Die Fig. 11A und 11B zeigen in einer Seitenansicht bzw. Draufsicht eine fünfte Ausführungsform, wobei der optische Kopf bei einem magnetooptischen Speicher zur Anwendung kommt. Zu Fig. 10 gleiche Teile sind in Fig. 11A und 11B mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Der von einer Lichtquelle, z. B. einem Laser, 101 ausgesandte Lichtstrahl wird durch eine Kondensorlinse 122 konzentriert und auf eine optische Einzelpolarisationsfaser 112 gerichtet, und der durch diese Faser 112 unter Beibehaltung linear polarisierten Lichts zu einer Kondensoreinheit gelenkte Lichtstrahl wird durch eine Kollimatorlinse 126 zu einem parallelen Lichtstrahl gemacht, der durch einen Strahlenteiler 127 mit Polarisationscharakteristik und durch einen Glasblock zu einer Hologrammlinse 108 verläuft, worauf er durch ein Substrat 184 auf ein magnetooptisches Aufzeichnungsmaterial 185 konzentriert wird, so daß eine Aufzeichnung oder Wiedergabe erreicht wird. Der hier verwendete Strahlenteiler 127 besitzt einen Durchlaß- sowie Reflexionsgrad für alle Arten polarisierten Lichtes, so daß ein kennzeichnendes Optimum für das Auslesen einer magnetooptischen Aufzeichnung unter Ausnutzung des Kerr-Effekts erreicht wird. Als Beispiel sei genannt, daß der Strahlenteiler einen Übertragunsgrad von 70% und einen Reflexionsgrad von 30% für linear polarisiertes Licht, das die gleiche Schwingungsebene wie der einfallende Lichtstrahl hat, und einen Reflexionsgrad von 100% für dazu rechtwinkliges, linear polarisiertes Licht aufweist.
Der vom magnetooptischen Aufzeichnungsmaterial 185 reflektierte und in seinem polarisierten Zustand in Übereinstimmung mit der Magnetisierungsrichtung veränderte Lichtstrahl wird durch den Strahlenteiler 127, der polarisierende Eigenschaften besitzt, und desweiteren von einer Reflexionsfläche 128 reflektiert, worauf er durch eine Kondensorlinse 129 konzentriert wird und in die optische Einzelpolarisationsfaser 114 eintritt. Diese Faser 114 hat die Fähigkeit zur unabhängigen Übertragung von zwei zueinander rechtwinkligen, linear polarisierten Lichtstrahlen, und diese beiden linear polarisierten Lichtstrahlen werden nach ihrem Austritt aus der optischen Faser 114 durch eine Kollimatorlinse 115 verbreitert sowie durch einen Polarisationsstrahlenteiler 116 voneinander getrennt und dann unabhängig von den Photodetektoren 110, 111 erfaßt.
Demzufolge kann durch Einstellen der Befestigungsrichtung der optischen Einzelpolarisationsfaser 114 auf eine geeignete Richtung und eine differentielle Verstärkung des erhaltenen Signalausgangs das Auslesen von magnetooptischem Aufzeichnungsmaterial mit hohem Rauschabstand ohne Rücksicht auf die Schwankung im Lichtquellenausgang und die Schwankung im Reflexionsgrad des Aufzeichnungsmaterials bewirkt werden.
Bei der in Rede stehenden Ausführungsform kann eine Fokus- Erfassung bewerkstelligt werden, indem man den Konzentrationspunkt durch die Kondensorlinse 129 während des In-Fokus mit der Stirnfläche der optischen Faser 114 zusammenfallen läßt und die Ausgänge der Photodetektoren 110, 111 so einregelt, daß sie ein Maximum werden; jedoch kann auch ein anderes Verfahren zur Anwendung kommen.
Fig. 12 zeigt ein Beispiel, bei dem der Aufbau der in Fig. 11A gezeigten Lichtquelleneinheit verändert worden ist. Hierbei wird der von der Lichtquelle 101 ausgesandte Lichtstrahl durch eine Kollimationslinse 132 parallel ausgebildet und tritt durch einen Polarisationsstrahlenteiler 133 in einen Faraday-Rotor 135 ein. Dieser Rotor 135 bewirkt eine Drehung der Schwingungsebene des in ihn eingetretenen linear polarisierten Lichts um einen vorbestimmten Winkel ohne Rücksicht auf dessen Laufrichtung. Wenn die Auslegung so getroffen ist, daß die Schwingungsrichtung durch den Faraday-Rotor 135 um 45° gedreht wird, wenn das gleiche linear polarisierte Licht durch Reflektieren zu diesem zurückgekehrt ist, dann hat somit der Lichtstrahl nach seinem Durchgang durch den Faraday-Rotor eine zum ersten Lichtstrahl rechtwinklige Schwingungsebene. Dieser Lichtstrahl wird durch den Polarisationsstrahlenteiler 133 reflektiert und tritt in den Photodetektor 136 ein. Der hier zur Verwendung kommende reflektierte Lichtstrahl ist derjenige, der durch den in Fig. 11 gezeigten Strahlenteiler 127 mit einem Übertragungsgrad von 70% gegangen ist. Deshalb kann im Vergleich mit dem Signalerfassungslicht mit einer großen Lichtmenge gearbeitet werden. Auch ist dieser reflektierte Lichtstrahl ein solcher, der durch das Vorhandensein oder Fehlen des Signals nicht beeinflußt wird, weshalb er für eine Fokus- sowie für eine Nachführungserfassung benutzt werden kann und einer Störung kaum ausgesetzt ist.
Eine sechste Ausführungsform, bei der der optische Kopf zu einer magnetooptischen Aufzeichnung dient, wird mit Bezug auf die Fig. 13 und 14 beschrieben, wobei zu Fig. 11 gleichartige Bauteile mit denselben Bezugszahlen bezeichnet sind. Der von einem magnetooptischen Aufzeichnungsmaterial, von einem Strahlenteiler 127 sowie von einer Reflexionsfläche 128 reflektierte Lichtstrahl tritt in ein Wollaston- Prisma 139 ein, das die Funktion hat, linear polarisierte Lichtstrahlen mit rechtwinklig zueinander gerichteten Schwingungsebenen in entgegengesetzt zur optischen Achse geneigte Richtungen abzulenken. Durch die Wirkung des Wollaston-Prismas 139 wird der Lichtstrahl in Übereinstimmung mit seinem polarisierten Zustand in zwei Lichtstrahlen getrennt und durch eine Kondensorlinse 129 konzentriert. Aus Gründen der Darstellung ist in Fig. 13 der Lichtstrahl als in zwei Richtungen in der Zeichnungsebene getrennt gezeigt, tatsächlich ist die Anordnung jedoch so getroffen, daß das reflektierte Signallicht von einem Teil, der um die optische Achse um etwa 45° gedreht und in dem die Aufzeichnung der Signale nicht bewirkt wird, in zwei Lichtstrahlen von gleichen Intensitäten getrennt wird.
Die auf diese Weise konzentrierten Lichtstrahlen treten in die optischen Fasern 137 und 138 mit einem Doppelkernaufbau ein. Der Aufbau einer solchen optischen Doppelkernfaser ist in Fig. 14 gezeigt. Rund um den zentralen Kern 201 liegt ein erster Mantel 202, der von einem zweiten zylindrischen Kern 203 umgeben ist, welcher von einem zweiten Mantel 204 umschlossen ist, auf dessen Außenseite eine Hülle oder ein Außenmantel 205 angeordnet ist. Auf Grund dieses Aufbaus der optischen Faser wird der in diese von außen eingetretene Lichtstrahl zum zentralen Kern und zum äußeren Kern getrennt übertragen, womit der gleiche Effekt erhalten wird wie in dem Fall, wo der lichtelektrische Strahlungsempfang durch Anwendung von konzentrischen Photodetektoren bewirkt wird.
Ein Verfahren zur Erfassung von durch konzentrische kreisförmige Fasern 137 und 138 geleiteten Lichtstrahlen ist in Fig. 15 dargestellt. Die Lichtstrahlen von den jeweiligen Kernteilen 137&min;, 137&min;&min;, 138&min;, 138&min;&min; werden jeweils von Photodetektoren 141, 142, 143, 144 erfaßt sowie zu elektrischen Signalen gestaltet, die durch je einen Verstärker 145, 146, 147, 148 verstärkt werden. Für die Feststellung oder Erfassung eines Ablese- bzw. Abtastsignals werden die von der Faser 137 sowie die von der Faser 138 erfaßte Lichtmenge jeweils von Addiergliedern 150 bzw. 151 erhalten, und ein Signalnachweis wird durch Subtraktion der Differenz zwischen den beiden Ausgängen mit Hilfe eines Subtrahierglieds 152 bewerkstelligt.
Andererseits wird durch Feststellen der Differenz zwischen der durch die zentralen Kernteile 137&min; und 138&min; sowie der durch die äußeren Kernteile 137&min;&min; und 138&min;&min; der jeweiligen optischen Fasern übertragenen Lichtmengen mit Hilfe von Subtrahiergliedern 153, 154 und durch Beurteilung mit Hilfe einer Fokussignal-Ermittlungsschaltung 155 eine Fokus-Erfassung verwirklicht. In Fig. 13 sind die Stirnflächen der beiden optischen Fasern 137 und 138 als an Orten befindlich dargestellt, die um denselben Betrag vom Fokusort defokussiert sind, jedoch sind verschiedene Abwandlungen, wie Anordnen der beiden vorwärts oder rückwärts vom Fokusort denkbar, und demzufolge sind verschiedene Verfahren zur Erfassung des Fokussignals möglich.
Bei der in Rede stehenden Ausführungsform kann ein Polarisationsstrahlenteiler anstelle des Wollaston-Prismas zur Anwendung kommen.
Fig. 16 zeigt eine siebente Ausführungsform für einen optischen Kopf, der bei einem magnetooptischen Speicher eingesetzt wird. Zur fünften Ausführungsform (Fig. 11) gleiche Teile sind in Fig. 16 mit den gleichen Bezugszahlen versehen. Der von einer Laser-Lichtquelle 101ausgesandte Lichtstrahl wird durch eine Kondensorlinse 122 konzentriert und tritt in eine optische Einzelpolarisationsfaser 112 ein. Der aus dieser Faser 112 austretende Lichtstrahl wird durch eine Kollimationslinse 126 zu einem parallelen Lichtstrahl gestaltet, der durch einen Strahlenteiler 127 mit polarisierender Charakteristik geht. Dem hier verwendeten Strahlenteiler 127 wird eine für das magnetooptische Auslesen oder Abtasten unter Anwendung der Kerr-Drehung optimale Charakteristik gegeben. Er hat z. B. einen Transmissionsgrad von 70% und Reflexionsgrad von 30% für das linear polarisierte Licht des einfallenden Lichts und einen Reflexionsgrad von 100% für das linear polarisierte, eine rechtwinklig dazu gerichtete Schwingungsebene aufweisende Licht. Der durch den Strahlenteiler 127 übertragene, linear polarisierte Lichtstrahl tritt durch ein Prisma 109 und wird über eine Hologrammlinse 108 durch ein Substrat 184 hindurch auf eine magnetooptische Aufzeichnungsfläche 185 konzentriert. Der von dieser Fläche 185 reflektierte und der Kerr-Drehung unterworfene Lichtstrahl wird durch die Hologrammlinse 108 gebeugt und wird zu einem parallelen Lichtstrahl, der durch das Prisma 109 tritt, vom Strahlenteiler 127 reflektiert und dann durch die Kondensorlinse 156 konzentriert wird. Nahe dem Fokusort ist ein Strahlenteiler 157 angeordnet, wodurch der Lichtstrahl in zwei Strahlen geteilt wird, von denen jeder in eine optische Einzelpolarisationsfaser 158, 159 eintritt. Diese optischen Fasern sind vorwärts und rückwärts vom Konzentrationsort des reflektierten Lichts angeordnet, wenn der In- Fokus-Zustand auf der Aufzeichnungsfläche 185 vorliegt. Deshalb kann aus der durch die jeweiligen optischen Fasern übertragenen und erfaßten Gesamtlichtmenge ein der Größe der Defokussierung entsprechendes Signal erhalten werden. Die Fasern sind jeweils in den für die Differentialverstärkung der entsprechend der Polarisation getrennten Lichtstrahlen notwendigen Richtungen angeordnet, so daß die Änderung des polarisierten Zustands durch die Kerr-Drehung in der magnetooptischen Aufzeichnung mit dem höchsten Störabstand erfaßt werden kann. An den Austrittsstirnflächen der optischen Fasern 158, 159 sind Kollimationslinsen 160, 161 angeordnet, hinter welchen Polarisationsstrahlenteiler 162, 163 liegen, und Photodetektoren 164, 165, 166 sowie 167 sind an den Austrittsflächen der jeweiligen Strahlenteiler angeordnet. Das Fokussiersignal wird durch Erfassen der Differenz oder des Verhältnisses zwischen den von den jeweiligen optischen Fasern austretenden Lichtmengen ermittelt, während andererseits das Abtasten des magnetooptischen Aufzeichnungssignals durch Erfassen der Differenz zwischen den Mengen des durch die Strahlenteiler 162, 163 in Übereinstimmung mit dem polarisierten Zustand geteilten und erfaßten Lichts bewirkt wird.
Die Erfindung ist nicht auf die oben erläuterten Ausführungsformen beschränkt; vielmehr sind verschiedenartige Abwandlungen denkbar. So wurden eine gewöhnliche Linse und eine außeraxiale Hologrammlinse als Beispiel für eine Kondensoreinrichtung beschrieben. Es können jedoch auch andere Kondensoreinrichtungen, wie ein asphärischer Umlenkspiegel, verwendet werden.
Ein Beispiel für den Aufbau der Kondensoreinheit eines optischen Kopfs wird unter Bezugnahme auf Fig. 17 beschrieben. Der durch eine optische Einzelpolarisationsfaser 112 übertragene Lichtstrahl wird durch eine Kollimatorlinse 126 parallel ausgebildet, geht durch einen Strahlenteiler 127 und trifft dann auf einen Spiegel 168 mit einer asphärischen Reflexionsfläche, worauf er durch das Substrat 184 hindurch auf eine Aufzeichnungsfläche 185 konzentriert wird. Die Fähigkeit eines solchen asphärischen Reflexionsspiegels, von einem speziellen Punkt im Raum ausgesandtes Licht zur Konzentration auf einen anderen Punkt im Raum ohne Aberrationen zu bewirken, ist bekannt, jedoch sind relativ zu einer Änderung der Objektposition auftretende Aberrationen sehr groß, weshalb es bisher unmöglich gewesen ist, einen solchen Spiegel als Kondensoreinrichtung für einen optischen Kopf zu verwenden. Die vorliegende Ausführungsform hat das oben erwähnte Problem gelöst, indem das Austrittsende der optischen Faser und der Reflexionsspiegel einstückig miteinander ausgebildet werden. Durch diese Ausführungsform wird ein kompakter sowie leichtgewichtiger optischer Kopf geschaffen.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel für die Kondensoreinheit wird unter Bezugnahme auf Fig. 18 beschrieben, in der zu Fig. 17 gleiche Teile mit denselben Bezugszeichen bezeichnet sind und nicht nochmals erläutert werden. Der vom Strahlenteiler 127 kommende parallele Lichtstrahl tritt in ein Prisma 170 ein, wird durch eine reflektierende Hologrammlinse 169 gebeugt und durch das Substrat 184 hindurch auf die Aufzeichnungsfläche 185 konzentriert. Die hierbei verwendete reflektierende Hologrammlinse muß nicht immer ein Beugungsgitter voluminöser Art sein, sondern kann auch ein hartgelötetes Relief-Beugungsgitter od. dgl. sein, wobei ein solches Relief-Beugungsgitter eine Massenproduktion durch Pressen zuläßt und deshalb sehr kostengünstig gefertigt werden kann.

Claims

1. Optischer Kopf, insbesondere zur Fokusermittlung in einer optischen Aufzeichnungs-/Wiedergabevorrichtung, mit einer einen Lichtstrahl liefernden Lichtquelleneinheit, einer den von der Lichtquelleneinheit kommenden Strahl auf eine Objektoberfläche konzentrierenden sowie den Lichtstrahl von der Objektoberfläche zu einer Erfassungseinheit richtenden Kondensoreinheit und einer Erfassungseinheit, die den Lichtstrahl von der Kondensoreinheit erfaßt, wobei die Kondensoreinheit relativ zur Lichtquelleneinheit bewegbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der optische Kopf in zwei Teile aufgeteilt ist, von denen der eine bewegbar in Objektnähe angeordnet ist und die Kondensoreinheit ( 80, 60, 61, A) enthält und der andere stationär in Objektferne angeordnet ist und die Lichtquelleneinheit (21, 81, 82, 41, 101) und Erfassungseinheit (26, 81, 82, 110, 111, 136, 164-167) enthält, und daß die beiden Teile über einen flexiblen optischen Übertrager (25, 58, 45, 49, 50, 75, 112, 114, 137, 138, 158, 159) miteinander verbunden sind, wobei der Kondensor der Kondensoreinheit und eine Stirnfläche des optischen Übertragers relativ zueinander ortsfest sind.

2. Optischer Kopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der optische Übertrager (25, 58, 45, 49, 50, 75, 112, 114, 137, 138, 158, 159) optische Fasern umfaßt.

3. Optischer Kopf nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der optische Übertrager eine optische Einmodenfaser umfaßt.

4. Optischer Kopf nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der optische Übertrager eine optische Faser mit Mehrkernaufbau umfaßt und daß die Fokus-Ermittlung auf der Grundlage der Differenz oder des Verhältnisses zwischen den durch die Kernteile der optischen Faser übertragenen Lichtmengen der Lichtstrahlen ausgeführt wird.

5. Optischer Kopf nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß er je einen optischen Übertrager (45, 49, 50, 112, 114, 137, 138, 158, 159) für das von der Lichtquelleneinheit kommende und das vom Objekt reflektierte Licht aufweist und daß die Fokus- Ermittlung auf der Grundlage der Differenz oder des Verhältnisses zwischen den von den beiden optischen Übertragern übertragenen Lichtmengen der Lichtstrahlen ausgeführt wird.

6. Optischer Kopf nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der optische Übertrager eine optische Einzelpolarisationsfaser umfaßt, daß der Fokusort des reflektierten Lichtstrahles in der Richtung der optischen Achse in Übereinstimmung mit dem Zustand der Polarisation getrennt wird, daß die optische Faser zwischen den getrennten Fokusorten zur unabhängigen Übertragung der getrennten Strahlen angeordnet ist und daß die Fokus-Ermittlung auf der Grundlage der Differenz oder des Verhältnisses zwischen den Lichtmengen der übertragenen Lichtstrahlen ausgeführt wird.

7. Optischer Kopf nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kondensoreinheit (80, 60, 61, A) und die Stirnfläche des optischen Übertragers in Übereinstimmung mit einem Nachführsignal gemein parallel zur Objektoberfläche (35, 55) bewegbar sind.

8. Optischer Kopf nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß er als trennende Ein -richtungen einen Polarisationsstrahlenteiler (23, 47) umfaßt und daß eine λ/4-Platte (28, 48) im Strahlengang zwischen dem Polarisationsstrahlteiler sowie der Objektoberfläche (35, 55) angeordnet ist.

9. Optischer Kopf nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die λ/4-Platte in der Kondensoreinheit angeordnet ist.

10. Optischer Kopf nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kondensor ein asphärischer Reflektionsspiegel (168) ist.

11. Optischer Kopf nach einem der Ansprüche 1-9, dadurch gekennzeichnet, daß der Kondensor eine Hologrammlinse (30, 108, 169) ist.

12. Optischer Kopf nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kondensoreinheit (80, A) mit Hilfe einer piezoelektrischen Vorrichtung bewegbar ist,

13. Optischer Kopf nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelleneinheit (21) und/oder die Erfassungseinheit (26) an eine Vielzahl von Kondensoreinrichtungen (24) durch ein optisches Schaltgerät (70) und eine Vielzahl von optischen, durch das optische Schaltgerät umgeschalteten Übertragern (25) angeschlossen sind.

14. Optischer Kopf nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Hologrammlinse (169) eine außeraxiale Hologrammlinse ist.

15. Optischer Kopf nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Hologrammlinse (169) eine solche der Reflektionsbauart ist.

16. Optischer Kopf nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kondensoreinheit Einrichtungen aufweist, die den Lichtstrahl von einem magnetischen Aufzeichnungsmedium in Abhängigkeit vom Polarisationszustand trennen und daß die abgetrennten Lichtstrahlen jeweils über einen Satz von flexiblen optischen Übertragern übertragen und differentiell erfaßt werden.

17. Optischer Kopf nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die optische Einzelpolarisationsfaser die Eigenschaft zur unabhängigen Übertragung eines Satzes von linear polarisierten, einander rechtwinklig kreuzenden Lichtstrahlen hat.

18. Optischer Kopf nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Polarisationsrichtung des durch die optische Einzelpolarisationsfaser übertragenen Lichtes auf einen Winkel von 45° relativ zur Schwingungsebene von einem der Lichtstrahlen, deren Schwingungsebenen durch die Modulation in unterschiedliche Richtungen gedreht sind, eingestellt ist.

19. Optischer Kopf nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kondensoreinheit Einrichtungen umfaßt, die wenigstens einen Teil des von der Objektoberfläche reflektierten Lichtes konvergieren und diesen in den optischen Übertrager einführen, und daß die Erfassungseinheit die reflektierte Lichtstrahlmenge erfaßt, die in Abhängigkeit von der Defokussierung auf der Oberfläche variiert, um auf diese Weise ein Fokussignal zu erhalten.

20. Optischer Kopf nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kondensoreinheit die Lichtstrahlen durch ein Wollaston-Prisma (139) trennt.