DE69032301T2

DE69032301T2 - Optisches Element und dieses enthaltende optische Abtasteinrichtung

Info

Publication number: DE69032301T2
Application number: DE69032301T
Authority: DE
Inventors: Yukio Kurata; Takahiro Miyake; Yasuo Nakata; Nobuo Ogata; Hideaki Sato; Tetsuo Ueyama; Yoshio Yoshida
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1989-03-31
Filing date: 1990-03-30
Publication date: 1998-11-19
Anticipated expiration: 2010-03-31
Also published as: EP0803868A3; EP0803868B1; US5085496A; DE69033972D1; KR900014915A; DE69033972T2; EP0803868A2; EP0390610A2; CA2013538A1; EP0390610A3; KR0144569B1; EP0390610B1; CA2013538C; DE69032301D1

Description

GEBIET DER ERFINDUNG

Die Erfindung betrifft ein optisches Element, das als polarisierendes Beugungselement, Phasenschiebeelement, Antireflexionselement oder dergleichen in optischen Abtasteinrichtungen und anderen Einrichtungen verwendbar ist. Die Erfindung betrifft auch eine optische Abtasteinrichtung, die mit dem oben genannten optischen Element versehen ist.

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

In den letzten Jahren wurde der Entwicklung magnetooptischer Speicherelemente mit hohem Speichervermögen und hoher Speicherdichte, die wiederholt Aufzeichnungs- und/oder Löschvorgänge ausführen können, aktiv nachgegangen. Dieser Typ eines magnetooptischen Speicherelements besteht im allgemeinen aus einem auf einem Substrat ausgebildeten magnetischen Dünnfilm Der magnetische Dünnfilm ist mit einer Achse leichter Magnetisierung rechtwinklig zur Filmoberfläche versehen, und er wird durch Initialisierung in einer beliebigen Richtung magnetisiert.
Während eines Aufzeichnungsvorgangs wird ein relativ starker Laserstrahl auf den magnetischen Dünnfilm gestrahlt, während ein äußeres Magnetfeld in der Richtung entgegengesetzt zur Richtung des äußeren Magnetfelds, das während der Initialisierung angelegt wurde, angelegt wird. Im bestrahlten Teil steigt die Temperatur an, was ein Absinken der Koerzitivfeldstärke verursacht. Im Ergebnis wird die Magnetisierung in die Richtung des äußeren Magnetfelds umgekehrt.
Während eines Abspielvorgangs wird ein relativ schwacher Laserstrahl auf den magnetischen Dünnfilm gestrahlt. Die Polarisationsebene des am magnetischen Dünnfilm reflektierten Lichts ist durch den magnetooptischen Effekt entsprechend der Magnetisierungsrichtung gedreht. So können Informationssignale durch Erfassen der schrägstellung der Polarisationsebene erfasst werden.
In Fig. 26 ist ein Beispiel einer herkömmlichen optischen Abtasteinrichtung veranschaulicht, die für ein magnetooptisches Speicherelement geeignet ist.
Durch eine Kollimationsimse 52 wird ein linear polarisierter Laserstrahl, der von einem Haibleiterlaser 51 abgestrahlt wurde, in einen parallelen Lichtstrahl umgewandelt, und er durchläuft einen Verbund-Strahlenteiler 53, und er wird über einen Spiegel 54 und eine Objektivlinse 55 auf ein magnetooptisches Speicherelement 56 konvergiert.
Die polarisationsebene des am magnetooptischen Speicherelement 56 reflektierten Lichts wird bei der Reflexion entsprechend der Magnetisierungsrichtung gedreht. Dann wird das reflektierte Licht über die Objektivlinse 55 und den Spiegel 54 zum Verbund-Strahlteiler 53 geführt, wo es durch eine Fläche 53a in einer Richtung rechtwinklig zur Einfallsrichtung des reflektierten Lichts reflektiert wird. Ein Teil des reflektierten Lichts wird ferner durch eine Fläche 53b in einer Richtung rechtwinklig zur Einfallsrichtung des reflektierten Lichts reflektiert, es durchläuft eine Punktlinse 57 und eine Zylinderlinse 58, und es fällt auf einen Photodetektor 60 vom Vierquadrantentyp. Im Photodetektor 60 werden ein Spurabweichungssignal und ein Fokusabweichungssignal auf Grundlage des weit bekannten Gegentaktverfahrens bzw. des Astigmatismusverfahrens erzeugt.
Indessen wird das Licht, das durch die Fläche 53b des Verbund-Strahlteilers 53 hindurchstrahlte, durch eine Fläche 53c in einer Richtung rechtwinklig zur Einfallsrichtung des hindurchgestrahlten Lichts reflektiert, und seine Polarisationsebene wird durch eine Halbwellenplatte 59 um 450 gedreht. Dieses Licht wird dann durch einen polarisierenden Strahlteiler 61 in zwei polarisierte Lichtstrahlen mit zueinander rechtwinkligen Polarisationen aufgeteilt, und die zwei polarisierten Lichtstrahlen fallen auf den Photodetektor 62 bzw. den Photodetektor 63. Information auf dem magnetooptischen Speicherelement 65 wird auf Grundlage der Ausgangssignale der Photodetektoren 62 und 63 abgespielt.
Im magnetooptischen Speicherelement 56 erfolgt das Erfassen von Informationssignalen im allgemeinen unter Ausnutzung des Kerreffekts.
In Fig. 27 ist angenommen, dass der auf das magnetooptische Speicherelement 56 gestrahlte Laserstrahl nur, wie durch 1 dargestellt, linear polarisiertes Licht mit P-Polarisation ist. Wenn die Magnetisierungsrichtung im Teil des magnetooptischen Elements 56, der durch den Laserstrahl bestrahlt wurde, mit der Aufwärtsrichtung in Fig. 26 übereinstimmt, wird die Polarisationsebene des reflektierten Liohts um (+&epsi;k) gedreht, wie durch II in Fig. 27 dargestellt. Wenn dagegen die Magnetisierungsrichtung im durch den Laserstrahl bestrahlten Teil mit der Abwärtsrichtung in Fig. 26 zusammenfällt, wird die Polarisationsebene des reflektierten Lichts um (-&epsi;k) rotiert, wie durch III in Fig. 27 dargestellt. Demgemäß kann Information auf dem magnetooptischen Speicherelement 56 dadurch abgespielt werden, dass die Drehung der Polarisationsebene durch die Photodetektoren 62 und 63 erfasst wird.
Jedoch ist der Kerr-Rotationswinkel &epsi;k im allgemeinen ein extrem kleiner Winkel von 0,50 bis 1,50. Der Kerr-Rotationswinkel &epsi;k muss so im Wert vergrsßert werden, um ein Abspielsignal hoher Qualität zu erhalten.
Demgemäß wird in der in Fig. 26 dargestellten optischen Abtasteinrichtung der Winkel &epsi;k dadurch im Wert vergrößert, dass der Fläche 53a oder 53b des Verbund-Strahlteilers 53 Polarisationseigenschaften verliehen werden.
Z.B. kann die Fläche 53b so konzipiert werden, dass das Transmissionsvermögen Tp für P-Polarisation auf 30º eingestellt ist, während das Reflexionsvermögen Rp auf 700 eingestellt ist, und das Transmissionsvermögen TS für S-Polarisation auf 100% eingestellt ist, während das Reflexionsvermögen RS auf 0% eingestellt ist. Im Ergebnis wird, wie es in Fig. 28 veranschaulicht ist, P-Polarisation, die durch die Fläche 53b gelaufen ist, um 30% verringert, während S-Polarisation nicht verringert wird. Der scheinbare Kerr- Rotationswinkel &epsi;k' wird so vergrößert und erreicht ungefähr 1,00 bis 2,7º.
Jedoch bewirkt die Verwendung des Verbund-Strahlteilers 53, des polarisierenden Strahlteilers 61 und anderer Elemente in der in Fig. 26 dargestellten optischen Abtasteinrichtung eine Zunahme der Anzahl der Teile wie auch des Gewichts der Einrichtung, wobei die Gewichtszunahme der Einrichtung bewirkt, dass die Zugriffszeit lang ist.
In Fig. 29 ist ein anderes Beispiel einer optischen Abrastereinrichtung dargestellt, die für das magnetooptische Speicherelement 56 ausgebildet ist. Diejenigen Aufbauelemente, die die optische Abtasteinrichtung von Fig. 26 und die optische Abtasteinrichtung von Fig. 29 gemeinsam haben, sind jeweils mit derselben Bezugszahl gekennzeichnet.
Ein Laserstrahl, wie er von einem Halbleiterlaser 51 abgestrahlt wurde, durchläuft ein Prisma 64 zum Vervielfachen des Kerr-Rotationswinkels, er wird durch eine Kollimatorlinse 52 in einen parallelen Lichtstrahl umgesetzt, und er wird über eine Objektivlinse 55 auf das magnetooptische Speicherelement 56 konvergiert.
Das am magnetooptischen Speicherelement 56 reflektierte Licht durchläuft die Objektivlinse 55 und die Kollimatorlinse 52. Ein Teil des reflektierten Lichts wird ferner durch das Prisma 64 zum Vervielfachen des Kerr-Rotationswinkels in einer Richtung rechtwinklig zur Einfallsrichtung des reflektierten Lichts reflektiert. Dann durchläuft das reflektierte Licht aufeinanderfolgend eine Halbwellenplatte 59, eine Zylinderlinse 58 und eine konkave Linse 65, und es fällt auf einen polarisierenden Strahlteiler 66.
Im polarisierenden Strahlteiler 66 wird das am magnetooptischen Speicherelement 56 reflektierte Licht in zwei polarisierte Lichtstrahlen mit zueinander rechtwinkligen Polarisationen aufgeteilt. Einer der polarisierten Lichtstrahlen wird durch den polarisierenden Strahlteiler 66 hindurchgestrahlt, und er fällt auf einen Photodetektor 60 vom Vierquadrantentyp.
Dann werden unter Befolgung desselben Prozesses wie beim Photodetektor 60 von Fig. 26 ein Fokusabweichungssignal und ein Spurabweichungssignal erzeugt.
Was den anderen polarisierten Lichtstrahl betrifft, wird dieser durch den polarisierenden Strahlteiler 66 rechtwinklig reflektiert, und er fällt auf einen Photodetektor 67. Information auf dem magnetooptischen Speicherelement 56 wird daduroh abgespielt, dass das vom Photodetektor 67 ausgegebene Signal und dasjenige Signal, das durch Aufsummieren der von den verschiedenen Photoerfassungsabschnitten des Photodetektors 60 ausgegebenen Signale erzeugte Signal einer Operation unterzogen werden und das Operationsergebnis verstärkt wird.
In der optischen Abtasteinrichtung von Fig. 29 erfolgt die Aufteilung des reflektierten Lichts vom magnetooptischen Speicherelement 56 durch den polarisierenden Strahlteiler 66. Jedoch ist es aus Herstellungsgründen schwierig, den polarisierenden Strahlteiler 66 so herzustellen, dass jede Seite ungefähr weniger als 2 mm misst, was zur Folge hat, dass der polansierende Strahlteiler 66 groß und schwer wird. Eine ähnliche Schwierigkeit tritt hinsichtlich des Prismas 64 zum Vervielfachen des Kerr-Rotationswinkels auf. Außerdem leidet die optische Abtasteinrichtung unter einem Nachteil dahingehend, dass die Zugriffsgeschwindigkeit bei Bewegung auf eine gewünschte radiale Position auf dem magnetooptischen Speicherelement 56 abnimmt, da das Gewicht aufgrund des Prismas 64 zum Vervielfachen des Kerr- Rotationswinkels sowie des polarisierenden Strahlteilers 66 zunimmt.
In Fig. 30 ist noch ein anderes Beispiel einer optischen Abtasteinrichtung veranschaulicht, die für das magnetooptische Speicherelement 56 ausgebildet ist.
Ein von einem Halbleiterlaser 51 abgestrahlter Laserstrahl wird über eine Kollimatorlinse 52, einen ersten Prismenabschnitt 68a eines Verbundprismas 68 zum Vervielfachen des Kerr-Rotationswinkels sowie eine Objektivlinse 55 auf das magnetooptische Speicherelement 56 konvergiert. Das am magnetooptischen Speicherelement 56 reflektierte Licht wird über die Objektivlinse 55 zum ersten Prismenabschnitt 66a des Verbundprismas 68 zum Vervielfachen des Kerr-Rotationswinkels geführt. Ein Teil des reflektierten Lichts wird durch den ersten Prismenabschnitt 68a in einer Richtung rechtwinklig zur Einfallsrichtung des reflektierten Lichts reflektiert, und es wird durch einen zweiten Prismenabschnitt 69b ferner in transmittiertes Licht und reflektiertes Licht aufgeteilt.
Das durch den zweiten Prismenabsohnitt 68b hindurchgestrahlte Licht fällt über eine Halbwellenplatte 59 und eine Konvexlinse 69 auf ein Wollastonprisma 70. Das hindurchgestrahlte Licht wird durch das Wollastonprisma 70 in zwei polarisierte Lichtstrahlen aufgeteilt, die auf die verschiedenen Photoerfassungsabschnitte eines Photodetektors 51 vom zweigeteilten Typ fallen. Information auf dem magnetooptischen Speicherelement 56 wird dadurch abgespielt, dass eine Operation an den Signalen ausgeführt wird, die auf Grundlage der polarisierten Lichtstrahlen erzeugt wurden, wie sie von den verschiedenen Photoerfassungsabschnitten erfasst wurden, und dass das Operationsergebnis verstärkt wird.
Andererseits fällt das reflektierte Licht, das durch den zweiten Prismenabschnitt 68b des Verbundprismas 68 zum Vervielfachen des Kerr-Rotationswinkels in eine Richtung rechtwinklig zur Einfallsrichtung des reflektierten Lichts reflektiert wurde, über eine Konvexlinse 72 und eine Zylinderlinse 58 auf einen Photodetektor 60 vom Vierquadrantentyp. Dann werden auf Grundlage der vom Photodetektor 60 ausgegebenen Signale ein Fokusabweichungssignal und ein Spurabweichungssignal erzeugt.
Jedoch ist es auch bei der optischen Abtasteinrichtung von Fig. 30 schwierig, das Wollastonprisma 70 so auszubilden, dass jede Seite ungefähr weniger als 2 mm misst. Ferner bewirkt die ebenfalls große Abmessung des Verbundprismas 68 zum Vervielfachen des Kerr-Rotationswinkels, dass die gesamte optische Abtasteinrichtung groß und schwer ist. Darüber hinaus sind die Kosten der optischen Abtasteinrichtung hoch, da das Wollastonprisma 70 und andere Teile aus kristallinem Material hergestellt werden.
Anstelle des Wollastonprismas 70 in der optischen Abtasteinrichtung von Fig. 30 kann ein doppelbrechender Keil 73 verwendet werden (siehe Fig. 31). Jedoch hat der Ablenkungswinkel zwischen den zwei Polarisationen P und S, wie vom doppelbrechenden Keil 73 erhalten, z.B. den Wert 2,06º, was kleiner als der mit dem Wollastonprisma 70 erhaltene Ablenkungswinkel von 4,6º ist. So ist der doppelbrechende Keil 73 hinsichtlich der Größe der Einrichtung noch nachteiliger als das Wollastonprisma 70.
Wie oben beschrieben, kann dann, wenn zum Aufteilen des reflektierten Lichts vom magneteoptischen Speicherelement 56 die polarisierenden Strahlteiler 61 und 66, das Wollastonprisma 70 und der doppelbrechende Keil 73 verwendet werden, oder wenn der Verbund-Strahlteiler 53 oder das Prisma 64 zum Vervielfachen des Kerr-Rotationswinkels zwischen dem Halbleiterlaser 51 und dem magnetooptischen Speicherelement 56 angebracht wird, die Konsequenz einer großen und schweren optischen Abtasteinrichtung nicht vermieden werden.
Demgemäß wurde in jüngerer Zeit die Verwendung eines Beugungselements mit Polarisationseigenschaften als Maßnahme zum Verringern der Anzahl von Teilen und zum Herabsetzen des Gewichts der optischen Abtasteinrichtung versuchsweise untersucht. Nachfolgend wird ein Beugungselement mit Polarisationseigenschaften erörtert.
Im Stand der Technik ist es bekannt, dass ein Beugungsgitter, dessen Gitterstrichweite undgefähr der Lichtwellenlänge, für die es konzipiert ist, gleichgemacht ist, Polarisationseigenschaften aufweist (K. Yokomori, "Dielectric surface-relief gratings with high diffraction efficiency", Applied Optics, Vol. 23, No. 14, S. 2303, 1984).
Wie es in Fig. 32 veranschaulicht ist, besteht ein polarisierendes Beugungselement 81 aus einem Beugungsgitter 83, das auf einer Seite eines transparenten Substrats 62 aus Glas oder einem anderen Material entsprechend dem Zweistrahl-Interferenzverfahren oder einem anderen Verfahren ausgebildet ist. Das Beugungsgitter 83 verfügt über Polarisationseigenschaften, und seine Gitterstrichweite ist ungefähr gleich der Lichtwellenlänge, für die es konzipiert ist, ausgebildet. Das Beugungsgitter 63 besteht z.B. aus Photoresist, und seine Dicke und seine Gitterstrichweite sind auf 1 um bzw. 0,5 um eingestellt. Das Beugungsgitter 83 wird so hergestellt, dass P-Polarisation mit praktisch 100% durchgelassen wird, während S-Polarisation mit praktisch 100% gebeugt wird.
Wenn einfallendes Licht 84 mit einer Wellenlänge von z.B. 0,8 um unter dem Braggwinkel auf das polarisierende Beugungselement 81 fällt, wird die P- Polarisation des einfallenden Lichts 84 durch das Beugungsgitter 83 hindurchgestrahlt, um Beugungslicht 84a 0-ter Ordnung zu erzeugen, während es praktisch nicht gebeugt wird, und um praktisch kein Beugungslicht 84b 1-ter Ordnung zu erzeugen. Andererseits wird die S-Polarisation des einfallenden Lichts 84 durch das Beugungsgitter 83 gebeugt, um Beugungslicht 84b 1-ter Ordnung zu erzeugen, jedoch wird es praktisch nicht hindurchgestrahlt, und es wird praktisch kein Beugungslicht 84a 0-ter Ordnung erzeugt.
Um das Beugungslicht 84b 0-ter Ordnung und das Beugungslicht 84b 1-ter Ordnung zu erfassen, nachdem sie auf die oben beschriebene Weise voneinander getrennt wurden, wird das Beugungslicht 84a 0-ter Ordnung über eine Konvergenzimse 85 auf einen Photodetektor 87 konvergiert, und das Beugungslicht 84b erster Ordnung wird über eine Konvergenzlinse 86 auf einen Photodetektor 88 konvergiert.
Wie oben beschrieben, verfügt das Beugungsgitter 83 über die Eigenschaft, dass es Licht verschiedener Polarisationen aufteilt. Das polarisierende Beugungselement 81 mit dem Beugungsgitter 83 kann so als polarisierender Strahlteiler in einer optischen Abtasteinrichtung verwendet werden, wie sie in einem magnetooptischen Aufzeichnungs- und Wiedergabegerät verwendet wird. Unter Verwendung des polarisierenden Beugungselements 81 als polarisierender Strahlteiler kann die Anzahl von Teilen verringert werden und die optische Abtasteinrichtung kann kompakt und leicht hergestellt werden.
In Fig. 33 ist ein Beispiel einer optischen Abtasteinrichtung veranschaulicht, die mit einem polarisierenden Beugungselement wie dem oben beschriebenen versehen ist. Die Aufbauelemente, die bei der optischen Abtasteinrichtung von Fig. 26 und der optischen Abtasteinrichtung von Fig. 33 in gleicher Weise vorliegen, sind jeweils durch dieselbe Bezugszahl gekennzeichnet.
In Fig. 33 wird ein von einem Halbleiterlaser 51 abgestrahlter, linear polarisierter Laserstrahl über eine Kollimatorlinse 52, einen Strahlteiler 74, einen Spiegel 54 und eine Objektivlinse 55 auf das magnetooptische Speicherelement 56 gestrahlt.
Das reflektierte Licht, dessen Polarisationsebene am magnetooptischen Speicherelement 56 entspreohend einem Aufzeichnungssignal gedreht wurde, erreicht den Strahlteiler 74 jiber die Objektivlinse 55 und den Spiegel 54. Das reflektierte Licht wird durch den Strahlteiler 74 in einer Richtung rechtwinklig zur Einfallsrichtung des reflektierten Lichts reflektiert, und es fällt über eine Halbwellenplatte 75 und eine Konvergenzlinse 76 anschließend auf ein polarisierendes Beugungselement 77.
Das polarisierende Beugungselement 77 ist, wie es in Fig. 34 veranschaulicht ist, z.B. in vier Gebiete unterteilt, um ein Regelungssignal zu erzeugen. In jedem dieser Gebiete sind Beugungsgitter 77a, 77b, 77c bzw. 77d angebracht. Die Gitterstrichweite jedes der Beugungsgitter 77a, 77b, 77c und 77d ist ungefähr der Wellenlänge des Laserlichts, für die sie konzipiert sind, gleich.
Durch einen doppelbrechenden Keil 78 wird Beugungslicht 0-ter Ordnung, das durch das polarisierende Beugungselement 77 hindurchgestrahlt wurde, aufgeteilt. Information auf dem magnetooptischen Speicherelement 76 wird abgespielt, wenn die zwei polarisierten Lichtstrahlen auf die verschiedenen Photoerfassungsabschnitte eines Photodetektors 79 vom zweifach unterteilten Typ fallen.
Indessen fällt Beugungslicht erster Ordnung, das durch das polarisierende Beugungselement 77 gebeugt wurde, auf einen Photodetektor 80 vom Typ mit mehreren Unterteilungen. Dann werden durch Ausführen einer Operation an den Ausgangssignalen, wie sie von den verschiedenen Photoerfassungsabschnitten des Photodetektors 80 ausgegeben werden, ein Spurabweichungssignal und ein Fokusabweichungssignal erzeugt.
Im polarisierenden Beugungselement 77 kann der Kerr-Rotationswinkel dadurch im Wert vergrößert werden, dass z.B. der Beugungswirkungsgrad für die 0-te Ordnung auf 30% und der Beugungswirkungsgrad für die 1-te Ordnung auf 70% für die P-Polarisation eingestellt werden, während der Beugungswirkungsgrad für die 0-te Ordnung auf 100% und der Beugungswirkungsgrad für die erste Ordnung auf 0% für die S-Polarisation eingestellt werden.
Darüber hinaus kann eine optische Abtasteinrichtung wie die in Fig. 35 dargestellte z.B. dadurch hergestellt werden, dass anstelle des Prismas 64 zum Vervielfachen des Kerr-Rotationswinkels und des polarisierenden Strahlteilers 66 von Fig. 29 Beugungsgitter verwendet werden.
Bei der optischen Abtasteinrichtung von Fig. 35 wird ein linear polarisier ter Laserstrahl L&sub1; von einem Halbleiterlaser 89 abgestrahlt. Das Licht L&sub1; wird durch ein Beugungsgitter 90a aufgeteilt, das in einem Beugungselement 90 auf einem Substrat 90b ausgebildet ist, um Beugungslicht L&sub2;&sub0; 0-ter Ordnung und Beugungslicht L&sub2;&sub1; 1-ter Ordnung, das unter einem Beugungswinkel β&sub1; gebeugt wird, zu erzeugen. Das Beugungslicht L&sub2;&sub1; 1-ter Ordnung wird dann auf ein magnetooptisches Speicherelement 91 gestrahlt, das mit einem Aufzeichnungsfilm 91b aus einem magnetischen Dünnfilm und mit einem Substrat 91a versehen ist.
Das Beugungslicht L&sub2;&sub1; 1-ter Ordnung wird auf den Aufzeichnungsfilm 91b gestrahlt, und es wird reflektiert, nachdem seine Polarisationsebene durch den magnetooptischen Effekt gedreht wurde. Das reflektierte Licht L&sub3; wird durch das Beugungsgitter 90a aufgeteilt, um Beugungslicht L&sub4;&sub0; 0-ter Ordnung, das Transmissionslicht ist, und Beugungslicht L&sub4;&sub1; 1-ter Ordnung zu erzeugen, das zum Halbleiterlaser 89 zurückkehrt Die Polarisationsebene des Beugungslichts L&sub4;&sub0; 0-ter Ordnung wird durch eine Halbwellenplatte 92 um 45º gedreht, und das Beugungslicht L&sub4;&sub0; 0-ter Ordnung fällt danach auf ein Beugungsgitter 93a, das auf einem Substrat 93b in einem Beugungselement 93 ausgebildet ist. Das Beugungslicht L&sub4;&sub0; 0-ter Ordnung wird aufgeteilt, um Beugungslicht L&sub5;&sub0;, das hindurchgestrahlt wird, und Beugungslicht L&sub5;&sub1; 1-ter Ordnung zu erzeugen, das unter einem Beugungswinkel β&sub1; gebeugt wird. Das Beugungslicht L&sub5;&sub0; 0-ter Ordnung und das Beugungslicht L&sub5;&sub1; 1-ter Ordnung werden von den Photodetektoren 94 bzw. 95 empfangen. Information auf dem magnetooptischen Speicherelement 91 wird dadurch abgespielt, dass die Ausgangssignale der Photodetektoren 94 und 95 in einem Differenzverstärker 96 verstärkt werden. Falls erforderlich, können Konvexlinsen 97 und 98 zwischen dem Beugungsgitter 93 und den Photodetektoren 94 und 95 angeordnet werden, wie es in Fig. 36 veranschaulicht ist.
Fig. 37 zeigt ein Kurvenbild, das den Beugungswirkungsgrad der zwei zuemander rechtwinkligen Polarisationen für das Beugungslicht L&sub4;&sub0; 0-ter Ordnung und das Beugungslicht L&sub4;&sub1; 1-ter Ordnung, wie vom Beugungsgitter 90a erzeugt, als Funktion der Strichtiefe des Gitters zeigt. In Fig. 37 ist angenommen, dass in der optischen Abtasteinrichtung die Gitterstrichweite des Beugungsgitters 90a den Wert 0,59a hat (wobei a die Wellenlänge des jeweiligen Laserlichts ist) und der Brechungsindex des Substrats 90b den Wert 1,45 hat. Hierbei repräsentiert L&sub4;&sub0;(TE) die Polarisation des Beugungslichts L&sub4;&sub0; 0-ter Ordnung, dessen Polarisation parallel zu den Gitterlinien des Beugungsgitters 90a verläuft (Richtung rechtwinklig zur Papierebene in Fig. 35), und L&sub4;&sub1;(TE) repräsentiert die Polarisation des Beugungslichts L&sub4;&sub1; 1- ter Ordnung, dessen Richtung parallel zu den Gitterlinien des Beugungsgitters 90a verläuft. Auf ähnliche Weise repräsentiert L&sub4;&sub0;(TM) die Polarisation des Beugungslichts L&sub4;&sub0; 0-ter Ordnung, dessen Richtung rechtwinklig zu den Gitterlinien des Beugungsgitters 90a verläuft, und L&sub4;&sub1;(TM) repräsene tiert die Polarisation des Beugungslichts L&sub4;&sub1; 1-ter Ordnung, dessen Richtung rechtwinklig zu den Gitterlinien des Beugungsgitters 90a verläuft.
Wie es in der Figur deutlich dargestellt ist, hat das Verhältnis von Beugungswirkungsgrad für L&sub4;&sub0;(TM): Beugungswirkungsgrad von L&sub4;&sub1;(TM) beinahe den Wert 100:0, während das Verhältnis von Beugungswirkungs für L&sub4;&sub0;(TE): Beugungswirkungsgrad für L&sub4;&sub1;(TE) abhängig von der Strichtiefe des Beugungsgitters 40a variiert.
Bei der in Fig. 29 dargestellten herkömmlichen Abtasteinrichtung wird die P-Polarisation (entsprechend der obigen TE-Polarisation) des am magnetooptischen Speicherelements 56 reflektierten Lichts mit einem auf ungefähr 70:30 eingestellten Verhältnis durch das Prisma 64 zum Vervielfachen des Kerr-Rotationswinkels hindurchgestrahlt bzw. an diesem reflektiert. Indessen wird die 5-Polarisation (entsprechend der obigen TE-Polarisation) des am magneteoptischen Speicherelement 56 reflektierten Lichts mit einem auf beinahe 0:100 eingestellten Verhältnis durch das Prisma 64 zum Vervielfachen des Kerr-Rotationswinkels hindurchgestrahlt bzw. an diesem reflektiert. Demgemäß kann im Beugungsgitter 90a von Fig. 35 eine Charakteristik, die beinahe der Charakteristik des herkömmlichen Prismas 64 zum Vervielfachen des Kerr-Rotationswinkels entspricht, dadurch geschaffen werden, dass L&sub4;&sub0;(TE):L&sub4;&sub1;(TE)-30:70 und L&sub4;&sub0;(TM):L&sub4;&sub1;(TM) 100:0 eingestellt werden. Wie es in Fig. 37 deutlich dargestellt ist, hat die Strichtiefe, die diesen Bedingungen genügt, ungefähr den Wert 0,77a. Während mit dem Prisma 64 zum Vervielfachen des Kerr-Rotationswinkels gemäß Fig. 29 Informationssignale durch reflektiertes Licht erfasst werden, werden mit dem Beugungsgitter 90a von Fig. 35 Informationssignale durch Beugungslicht L&sub4;&sub0; 0-ter Ordnung (transmittiertes Licht) erfasst. Das Beugungsgitter 90a ist so konzipiert, dass die TM-Polarisation des am magnetooptischen Speicherelement 91 reflektierten Lichts zu praktisch 100% durchgelassen wird.
Außerdem besteht das Beugungselement 93 z.B. aus einem Beugungsgitter 93a mit derselben Strichweite und derselben Richtung wie beim Beugungsgitter 90a, wobei es auf einem Substrat 93b mit demselben Brechungsindex wie dem des Substrats 90b ausgebildet ist. Um dem Beugungsgitter 93a Polarisationseigenschaften zu verleihen, ist seine Strichtiefe auf ungefähr 1,2α einge stellt. Im Ergebnis gilt für die zu den Gitterlinien parallele TE-Polarisation L&sub5;&sub0;(TE):L&sub5;&sub1;(TE) 0:100, während für die rechtwinklig zu den Gitterlinien verlaufende TM-Polarisation L&sub5;&sub0;(TM):L&sub5;&sub1;(TM) 100:0 gilt. Demgemäß besteht mittels des Beugungsgitters 93a das Beugungslicht L&sub5;&sub0; 0-ter Ordnung beinahe ganz aus TM-Polarisation, während das Beugungslicht L&sub5;&sub1; 1-ter Ord nung beinahe ganz aus TE-Polarisation besteht. Darüber hinaus ist, da das Beugungslicht L&sub4;&sub0; 0-ter Ordnung durch die kurz vor dem Beugungselement 93 liegende Halbplatte 92 um 450 gedreht wird, die Achse, die als Bezug zur Aufteilung der vom Beugungsgitter 93a erzeugten polarisierten Lichtstrahlen dient, um 450 in bezug auf das vom Halbleiterlaser 89 abgestrahlte, linear polarisierte Licht gedreht.
Jedoch hängt beim in Fig. 32 dargestellten herkömmlichen polarisierenden Beugungselement 81 der Beugungswinkel des durch das Beugungsgitter 83 gebeugten Lichts von der Wellenlänge des einfallenden Lichts 84 ab. Wenn z.B. eine Laserdiode als Lichtquelle verwendet wird, ändert sich die Wellenlänge des von der Laserdiode abgestrahlten Lichts abhängig von einer Änderung der Umgebungstemperatur, was bewirkt, dass der oben genannte Beugungswinkel variiert.
Wenn z.B. die wellenlänge des einfallenden Lichts 84 einer vorbestimmten Wellenlänge entspricht, wird das Beugungslicht 84b 1-ter Ordnung mit einem vorbestimmten Beugungswinkel gebeugt und durch die Konvergenzlinse 86 genau auf den Photodetektor 88 konvergiert. Dabei wird, wenn die Umgebungstemperatur fällt und die Wellenlänge des einfallenden Lichts 84 kürzer als die vorbestimmte Wellenlänge wird, der Beugungswinkel dementsprechend kleiner, was bewirkt, dass das Beugungslicht 84b 1-ter Ordnung, wie es vom Beugungsgitter 83 gebeugt wurde, stark vom vorbestimmten optischen Pfad abweicht, wie es durch die strichpunktierte Linie mit doppelten Punkten in der Figur dargestellt ist. Dies führt zum Mangel, dass das Beugungslicht 84b erster Ordnung nicht auf die vorbestimmte Position auf dem Photodetektor 88 konvergiert werden kann und dass keine Erfassung der S-Polarisation ausgeführt werden kann.
Wie oben beschrieben ist im polarisierenden Beugungselement 81 die Gitterstrichweite des Beugungsgitters 83 so eingestellt, dass sie ungefähr der Wellenlänge gleich ist. Im Ergebnis bewirkt eine kleine Änderung der Wellenlänge des einfallenden Lichts 84 eine große Änderung des Beugungswinkels, und sie bewirkt, dass der optische Pfad des Beugungslichts 84b 1-ter Ordnung abweicht. Das Beugungslicht 84b 1-ter Ordnung, das vom optischen Pfad abgewichen ist, kann dadurch empfangen werden, dass der Lichtempfangsabschnitt des Photodetektors 88 größer gemacht wird. Jedoch stellt dies einen nachteiligen Faktor dar, wenn darauf abgezielt wird, eine kompakte und leichte optische Abtasteinrichtung herzustellen, da die optische Abtasteinrichtung groß wird, wenn in sie das polarisierende Beugungselement 81 zusammen mit dem Photodetektor 88 eingebaut wird. Außerdem treten selbst dann, wenn der Photodetektor 88 größer gemacht wird, Schwierigkeiten auf, da der Brennpunkt des Beugungslichts 84b 1-ter Ordnung nicht an einer konstanten Position auf dem Photodetektor 88 ausgebildet wird, was auf der Variation der Wellenlänge des einfallenden Lichts 84 beruht, wodurch eine Verringerung der Genauigkeit bei der Erfassung der 5-Polarisation verursacht ist.
Ferner laufen, wenn der Beugungswinkel des gebeugten Lichts 84b 1-ter Ordnung ungefähr 1000 beträgt, das Beugungslicht 84b 1-ter Ordnung und das Beugungslicht 84a 0-ter Ordnung unter einem großen gegenseitigen Abstand. Die Photodetektoren 87 und 88 müssen demgemäß an voneinander entfernten Positionen montiert werden.
Dieselben Schwierigkeiten treten bei den optischen Abtasteinrichtungen auf, wie sie in Fig. 33 und Fig. 35 dargestellt sind. Z.B. ist in Fig. 35 der Beugungswinkel ß&sub1; des Beugungsgitters 93a ziemlich groß und hat ungefähr einen Wert von 1000 bis 1200. Die Photodetektoren 94 und 95 müssen so unabhängig voneinander hergestellt werden und in verschiedenen Richtungen positioniert werden. Außerdem verschiebt sich, wenn in der Wellenlänge des vom Halbleiterlaser 89 abgestrahlten Laserstrahls eine Variation auftritt, die Brennposition des Beugungslichts L&sub5;&sub1; 1-ter Ordnung auf den Photodetektor 95, und in extremen Fällen rutscht sie vom Photodetektor 95 herunter, wie in Fig. 36 dargestellt, wodurch keine Erfassung von Informationssignalen ausgeführt werden kann. Demgemäß ist es, wie im oben genannten Fall, schwierig, eine optische Abtasteinrichtung herzustellen, die kompakt und leicht ist. Ferner ist das Einstellen der Relativpositionen des Beugungsgitters 93a und der Photodetektoren 94 und 95 eine schwierige Aufgabe.
Das Beugungsgitter 83 von Fig. 32 wird so hergestellt, dass die P-Polarisation mit praktisch 100% durchgelassen wird und die S-Polarisation mit praktisch 100% gebeugt wird. Es sei angenommen, dass ein Beugungswirkungsgrad 0P den Beugungswirkungsgrad für den Fall repräsentiert, dass die P-Polarisation durchgelassen wird, um Beugungslicht 84a 0-ter Ordnung zu erzeugen, und dass ein Beugungswirkungsgrad 015 den Beugungswirkungsgrad für den Fall repräsentiert, dass die 5-Polarisation gebeugt wird, um Beugungslicht 84b 1-ter Ordnung zu erzeugen. In der Praxis haben, wenn das einfallende Licht 84 auf das einzelne Beugungsgitter 83 fällt, der Beugungswirkungsgrad 00P und der Beugungswirkungsgrad 1S beide ungefähr den Wert 0,99. Demgemäß enthält das Beugungslicht 84a 0-ter Ordnung, das durch das Beugungsgitter 83 gelaufen ist, eine kleine Menge an S-Polarisation, die durch das Beugungsgitter 83 mit einem Beugungswirkungsgrad oS von ungefähr 0,01 lief. Auf ähnliche Weise enthält das Beugungslicht 84b 1-ter Ordnung, das durch das Beugungsgitter 83 gebeugt wurde, eine kleine Menge an P-Polarisation, die durch das Beugungsgitter 83 mit einem Beugungswirkungsgrad 1P von ungefähr 0,01 gebeugt wurde.
Demgemäß zeigt, wenn das einfallende Licht 84 durch das einzelne Beugungsgitter 83 aufgeteilt wird, das Verhältnis des Beugungswirkungsgrads 005 zum Beugungswirkungsgrad 0P den Anteil anderer Polarisationen, wie sie in der gewünschten Polarisation enthalten sind, d.h. den Polarisationsgrad, für das Beugungslicht 84a 0-ter Ordnung. Auf ähnliche Weise zeigt das Verhältnis des Beugungswirkungsgrads 1P zum Beugungswirkungsgrad 1S den Polansationsgrad für das Beugungslicht 84b 1-ter Ordnung. Demgemäß zeigt sich, wenn der Polarisationsgrad für Beugungslicht 0-ter Ordnung sowie für Beugungslicht 1-ter Ordnung bestimmt wird, dass beide denselben Wert von ungefähr 0,01 aufweisen. Daher hat der Trennungsgrad betreffend die P-Polarisation und die S-Polarisation kein für den praktischen Gebrauch ausreichendes Niveau.
Darüber hinaus tritt bei der in Fig. 33 dargestellten optischen Abtasteinrichtung eine Differenz, die sich aus den Polarisationseigenschaften des Beugungsgitters 77a, 77b, 77c oder 77d von Fig. 34 ergibt, zwischen den Phasen der P-Polarisation und der S-Polarisation im durch das polarisierende Beugungselement 77 erzeugten Beugungslicht 0-ter Ordnung auf. Das Beugungslicht 0-ter Ordnung, das durch das polarisierende Beugungselement 77 hindurchgestrahlt wurde, wird so zu elliptisch polarisiertem Licht, was eine Verringerung der Qualität des Abspielsignals hervorruft.
Da die obige Phasendifferenz auf den Polarisationseigenschaften des polan sierenden Beugungselements 77 beruht, kann sie nicht durch Optimieren dieses polarisierenden Beugungselements 77 unterdrückt werden. Die Phasendifferenz kann z.B. dadurch kompensiert werden, dass eine nicht dargestellte Phasenkompensationsplatte zwischen das polarisierende Beugungselement 77 und den doppelbrechenden Keil 78 eingefügt wird. Jedoch bewirkt dies eine Zunahme der Teile. Bei der in Fig. 35 dargestellten optischen Abtasteinrichtung besteht ein ähnliches Problem.
Phasenschiebeelemente und Antireflexionselemente sind grundsätzliche optische Elemente, wie sie in optischen Einrichtungen wie den oben beschriebenen optischen Abtasteinrichtungen verwendet werden.
Ein Phasenschiebeelement steuert die Phasendifferenz zweier polarisierter Lichtstrahlen mit zueinander rechtwinkligen Polarisationen, und gemäß dem Stand der Technik wird es unter Verwendung eines kristallinen Körpers hergestellt. Fig. 38 veranschaulicht ein herkömmliches Beispiel.
Ein Phasenschiebeelement 99 besteht aus einer Kristallplatte der Dicke T, z.B. einer Quarzplatte, und es ist so montiert, dass seine optische Achse parallel zu einer X-Achse verläuft. Es sei angenommen, dass das Licht, für das die Quarzplatte konzipiert ist, eine Wellenlänge von 780 nm aufweist. Der Brechungsindex n&sub1; für eine Polarisation in X-Richtung, deren elektrische Feldkomponente parallel zur optischen Achse verläuft, beträgt n&sub1; = 1,48. Der Brechungsindex n&sub2; für eine Polarisation in Y-Richtung, deren elektrische Feldkomponente rechtwinklig zur optischen Achse verläuft, beträgt n&sub2; = 1,52.
Demgemäß kann durch Einstellen der Dicke T des Phasenschiebeelements 99 linear polarisiertes Licht E&sub1;, dessen Phase in X-Richtung der Polarisation und dessen Phase in Y-Richtung der Polarisation gleich sind, wie in Fig. 39(a) und in Fig. 39(b) dargestellt, wenn es durch das Phasenschiebeelement 99 läuft, in zirkular oder elliptisch polarisiertes Licht E&sub2; umgesetzt werden, dessen Phase der Polarisation in Y-Richtung hinter der Phase der Polarisation in X-Richtung um z.B. 900 nacheilt, wie es in Fig. 40(a) und Fig. 40(b) dargestellt ist. In Fig. 41(a) ist ein Beispiel für linear polarisiertes Licht dargestellt, während in Fig. 41(b) ein Beispiel für elliptisch polarisiertes Licht dargestellt ist.
Andererseits wird, gemäß dem Stand der Technik, Reflexion an der Oberfläche eines optischen Elements dadurch verhindert, dass auf der Oberfläche des optischen Elements eine Antireflexionsbeschichtung hergestellt wird. Fig. 42 zeigt ein Beispiel einer Antireflexionsbeschichtung.
An der Oberfläche eines optischen Elements 100 wird durch Abscheiden eine Antireflexionsbeschichtung 101 aus einem dielektrischen Material mit einem Brechungsindex aufgebracht, der geringfügig kleiner als der Brechungsindex des optischen Elements 100 ist, z.B. aus MgF (Brechungsindex n = 1,36). Die Antireflexionsbeschichtung 101 sollte aus einem Material mit einem Brechungsindex n = n&sub0; bestehen, wobei n&sub0; der Brechungsindex des optischen Elements 100 ist, und sie sollte eine Dicke T' in solcher Weise aufweisen, dass mT' = α/4 (m = 0, 1, 2, ...) gilt, wobei α die Wellenlänge des Lichts ist, für die die Antireflexionsbeschichtung 101 konzipiert ist.
Jedoch besteht dann, wenn das Phasenschiebeelement 99 aus einem kristallinen Körper besteht, der Nachteil, dass seine Kosten im allgemeinen hoch sind und dass die Richtung seiner Kristallachse während des Herstellprozesses bericksichtigt werden muss. Außerdem müssen, da die Einstellung der Dicke durch Polieren erfolgt, Polier- und Messvorgänge wiederholt ausgeführt werden, was bewirkt, dass der Prozess zeitaufwendig ist. Darüber hinaus besteht das einzige Verfahren zum Einbauen des Phasenschiebeelements 99 in einen anderen optischen Teil darin, das Phasenschiebeelement 99 gesondert auszubilden und es anschließend zu befestigen. Die Herstellung wie auch der Vorgang des Befestigens des Phasenschiebeelements 99 waren demgemäß üblicherweise extrem kompliziert.
Darüber hinaus muss das zum Herstellen der herkömmlichen Antireflexionsbeschichtung 101 ausgewählte Material ein dielektrisches Material sein, dessen Brechungsindex n der Quadratwurzel des Brechungsindex n&sub0; des optischen Elements 100 entspricht. Demgemäß entstehen Schwierigkeiten, wenn kein derartiges dielektrisches Material existiert, da die Antireflexionsbeschichtung 101 durch mehrere Schichten unter Verwendung mehrerer dielektrischer Materialien hergestellt werden muss.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Es wäre wünschenswert, ein optisches Element zu schaffen, das als polarisierendes Beugungselement verwendbar ist, das Beugungslicht 1-ter Ordnung an einer vorbestimmten Position auf einem Photodetektor unabhängig von Schwankungen der Wellenlänge des einfallenden Lichts erfassen kann.
Es wäre ferner wünschenswert, ein optisches Element zu schaffen, das als polarisierendes Beugungselement verwendbar ist, das den Trennungsgrad von Polarisationen dadurch verbessert, dass es den Polarisationsgrad von Beugungslicht 0-ter Ordnung und von Beugungslicht 1-ter Ordnung verringert und die Genauigkeit bei der Erfassung der polarisierten Lichtstrahlen verbessert.
Es wäre ferner wünschenswert, ein optisches Element zu schaffen, das als polarisierendes Beugungselement oder als polarisierende Beugungseinheit verwendbar ist, die eine Differenz kompensieren kann, wie sie zwischen den Phasen verschiedener Polarisationen in einem Beugungsgitter auftritt.
Es wäre ferner wünschenswert, eine optische Abtasteinrichtung zu schaffen, die ein polarisierendes Beugungselement oder ein polarisierendes Beugungseinheit aufweist, die die Differenz kompensieren kann, wie sie zwischen den Phasen verschiedener Polarisationen in einem Beugungsgitter auftritt.
Es wäre auch wünschenswert, eine optische Abtasteinrichtung mit insgesamt kompakter Größe zu schaffen, bei der die Anzahl von Teilen verringert ist.
Es wäre ferner wünschenswert, eine optische Abtasteinrichtung zu schaffen, die mit einer polarisierenden Lichterfassungseinheit versehen ist, wobei die Relativpositionen eines Beugungsgitters und eines ersten und zweiten Photodetektors genau bestimmt werden können.
Es wäre ferner wünschenswert, eine optische Abtasteinrichtung zu schaffen, die mit einer Erfassungseinheit für polarisiertes Licht versehen ist, wobei Beugungslicht 1-ter Ordnung selbst dann nicht aus dem Bereich eines zweiten Photodetektors gelangt, wenn der Beugungswinkel durch Schwankungen der Wellenlänge des einfallenden Lichts aufgrund einer Temperaturänderung oder aus einem anderen Grund variiert, und bei der die vom zweiten Photodetektor ausgeführte Erfassung zuverlässig ist.
Es wäre auch wünschenswert, eine optische Abtasteinrichtung zu schaffen, die kompakt und leicht ist und genau auf einen magnetooptischen Aufzeichnungsträger zugreifen kann.
Ferner wäre es wünschenswert, eine optische Abtasteinrichtung zu schaffen, die die Erfassung von Aufzeichnungssignalen auf Grundlage des Kerr-Rotationswinkels so ausführt, dass hohe Qualität erhalten werden kann.
In einer Erscheinungsform schafft die Erfindung, wie durch Anspruch 1 definiert, ein optisches Element mit einer transparenten Platte aus einem Material mit optischer Anisotropie auf deren Oberfläche ein Gitter mit vorbestimmter Strichweite ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke der Platte dergestalt ist, dass für einfallendes Licht einer Wellenlänge, für die die Strichweite im wesentlichen das 0,5- bis 2-fache der Wellenlänge des einfallenden Lichts ist, die Phasendifferenz zwischen P- und S-Polarisationskomponenten aufgrund des Gitters sowie die Phasendifferenz zwischen den P- und S-Polarisationskomponenten aufgrund der Ausbreitung durch die Platte einander für Beugungslicht 0-ter oder 1-ter Ordnung aufheben.
Wenn angenommen wird, dass der Brechungsindex des Trägers den Wert n hat, die Wellenlänge des betreffenden Lichts 0: ist und die Gitterstrichweite des linearen Gitters A ist, sollten n, α und A vorzugsweise der Bedingung A≤α/n genügen.
Außerdem kann der Querschnitt des linearen Gitters durch vertiefungen und Erhebungen gebildet sein.
In diesem Fall kann der Querschnitt des linearen Gitters z.B. ein Rechteckprofil oder ein Sinusprofil sein.
Mit der oben beschriebenen Anordnung kann ein optisches Element mit Phasenschiebefunktion und anderen Funktionen auf einfache und billige Weise hergestellt werden, ohne dass ein teures und empfindliches Material wie ein kristalliner Körper erforderlich ist, und zwar durch bloßes Ausbilden eines linearen Gitters auf einer Fläche eines transparenten Trägers.
Dieses optische Element kann z.B. als Phasenschiebeelement verwendet werden. In diesem Fall wird die relative Phasendifferenz eine Polarisation, deren Richtung parallel zur Richtung des linearen Gitters verläuft, und eine Polarisation, deren Richtung rechtwinklig zur Richtung des linearen Gitters verläuft, im linearen Gitterabschnitt des optischen Elements gesteuert. Die Phasendifferenz kann z.B. durch Einstellen der Strichtiefe des linearen Gitters auf einen gewünschten Wert eingestellt werden. Außerdem sollte in diesem Fall der Träger vorzugsweise aus Glas oder einem transparenten Kunststoff bestehen.
Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben erkannt, dass das Herstellen eines linearen Gitters auf einer Fläche eines transparenten Trägers das Transmissionsvermögen verbessert. Im Ergebnis kann das optische Element auch als Antireflexionselement verwendet werden. Auch in diesem Fall kann das Transmissionsvermögen dadurch auf einen geeigneten Wert eingestellt werden, dass die Strichtiefe des linearen Gitters eingestellt wird. Wenn das optische Element als Antireflexionselement verwendet wird, kann das lineare Gitter auf dem optischen Element, das gegen Reflexion geschützt werden soll, hergestellt werden und so in dieses eingebaut werden. Durch Einbauen des Antireflexionselements in das gewünschte optische Element auf die oben beschriebene Weise, kann die Struktur des optischen Elements vereinfacht werden und sein Herstellprozess kann vereinfacht werden.
Das Substrat besteht vorzugsweise aus einem uniaxialen Kristall, der mit einer einzelnen optischen Achse versehen ist.
Als uniaxialer Kristall kann z.B. Quarz verwendet werden.
In diesem Fall sollte das Beugungsgitter so hergestellt werden, dass es parallel zur optischen Achse des Substrats verläuft.
Das Beugungsgitter kann aus auf dem Substrat hergestellten Strichen bestehen.
Das Beugungsgitter kann auch vom Beugungsindex-Modulationstyp sein, wobei es so ausgebildet ist, dass die Brechungsindizes des Beugungsgitters und des restlichen Abschnitts des Substrats voneinander verschieden sind.
Bei der oben beschriebenen Anordnung besteht das Substrat des polarisierenden Beugungselements aus einem Material mit optisch anisotropen Eigenschaften. Im Ergebnis tritt dann, wenn Beugungslicht 0-ter Ordnung oder Beugungslicht 1-ter Ordnung durch das Substrat läuft, eine Phasendifferenz zwischen seiner P- und seiner S-Polarisation auf. Die Phasendifferenz variiert abhängig vom Laufweg durch das Substrat. Demgemäß kann im polarisierenden Beugungselement z.B. dann, wenn die Phasendifferenz zwischen der P- und der S-Polarisation des Beugungslichts 0-ter Ordnung beseitigt werden muss, die Phasendifferenz zwischen der P- und der S-Polarisation des Beugungslichts 0-ter Ordnung, wie sie im Beugungsgitter auftritt, dadurch kompensiert werden, dass die Dicke des Substrats eingestellt wird. D.h., dass die Dicke des Substrats so eingestellt werden sollte, dass die zwischen den verschiedenen Polarisationen des Beugungslichts 0-ter Ordnung aufgrund der optisch anisotropen Eigenschaften des Substrats auftretende Phasendifferenz sowie die zwischen den verschiedenen Polarisationen des Beugungslichts 0-ter Ordnung aufgrund der Polarisationseigenschaften des Beugungsgitters auftretende Phasendifferenz einander aufheben.
Aufähnliche Weise sollte dann, wenn die Phasendifferenz zwischen der P- und der S-Polarisation des Beugungslichts 0-ter Ordnung beseitigt werden soll, die Dicke des Substrats so eingestellt werden, dass die Phasendifferenz zwischen den verschiedenen Polarisationen des Beugungslichts 1-ter Ordnung, wie sie aufgrund der optisch anisotropen Eigenschaften des Substrats auftritt, und die Phasendifferenz zwischen den verschiedenen Polarisationen des Beugungslichts 1-ter Ordnung, wie sie aufgrund der Polarisationseigenschaften des Beugungsgitters auftritt, einander aufheben.
Um dem Beugungsgitter Polarisationseigenschaften zu verleihen, sollte die Gitterstrichweite so eingestellt werden, dass sie ungefähr der Wellenlänge des Beugungslichts entspricht.
Wenn das Substrat aus einem uniaxialen Kristall besteht und das Beugungsgitter so konzipiert ist, dass es parallel zur optischen Achse des Substrats verläuft, variiert die Polarisationsrichtung des Lichts in bezug auf die optische Achse selbst dann nicht, wenn das auf das polarisierende Beugungselement treffende Licht gebrochen oder gebeugt wird. Das Design des polarisierenden Beugungselements ist so vereinfacht und es kann maximale Polarisationsanisotropie erhalten werden. Im Ergebnis kann die Dicke des Substrats verringert werden, das zum Kompensieren der Phasendifferenz zwischen der P-Polarisation und der S-Polarisation, wie sie im Beugungsgitter auftreten, benötigt wird.
Es ist ferner ein optischer Aufnehmer mit folgendem geschaffen:
- einer Lichtquelle;
- einem optischen Element, wie oben genannt;
- einem optischen System zum Führen eines von der Lichtquelle auf ein Aufzeichnungsmedium gestrahlten Lichtstrahls und zum Lenken des an ihm reflektierten Lichts zum optischen Element; und
- einem Photodetektor zum Erfassen der auf dem Aufzeichnungsmedium aufgezeichneten Information auf Grundlage des Kerr-Rotationswinkels des reflektierten Lichts, wobei das optische Element unter einem solchen Winkel schräg zum reflektierten Licht gestellt ist, dass das reflektierte Licht in einen ersten und einen zweiten Lichtstrahl unterteilt wird, wobei der erste Lichtstrahl vom Photodetektor empfangen wird.
Die erfindungsgemäße optische Abtasteinrichtung für einen magnetooptischen Aufzeichnungsträger umfasst ein polarisierendes Beugungselement, bei dem es sich um das oben genannte erfindungsgemäße optische Element handelt. Im Ergebnis sollte, wenn Aufzeichnungssignale auf Grundlage der Rotation des Kerrwinkels erfasst werden und wenn die Erfassung der Rotation des Kerrwinkels auf Grundlage des durch das polarisierende Beugungselement erzeugten gebeugten Lichts 0-ter Ordnung ausgeführt wird, die Dicke des Substrats des polarisierenden Beugungselements so bestimmt werden, dass zwischen der P- Polarisation und der S-Polarisation des Beugungslichts 0-ter Ordnung keine Phasendifferenz auftritt. Das Beugungslicht 0-ter Ordnung, das durch das polarisierende Beugungselement hindurchgestrahlt wurde, ist so linear polarisiertes Licht, wodurch die Aufzeichnungssignale genau erfasst werden können.
Wenn der Kerr-Rotationswinkel auf Grundlage des durch das polarisierende Beugungselement erzeugten Beugungslichts 1-ter Ordnung erfasst wird, sollte die Dicke des Substrats des polarisierenden Beugungselements so bestimmt werden, dass zwischen der P-Polarisation und der S-Polarisation des Beugungslichts 1-ter Ordnung keine Phasendifferenz auftritt.
Gemäß einer anderen Erscheinungsform schafft die Erfindung, wie durch Anspruch 12 definiert, ein optisches Element für Licht ausgewählter Wellenlänge mit einer transparenten Platte mit einem auf einer ersten Fläche derselben ausgebildeten Beugungsgitter mit einer Gitterstrichweite, die im wesentlichen dieselbe wie die ausgewählte Wellenlänge ist, gekennzeichnet durch ein Phasenkompensationsgitter, das auf einer zweiten Fläche der transparenten Platte, die von der ersten Fläche abgewandt ist, ausgebildet ist, wobei die Gitterlinien des Phasenkompensationsgitters im wesentlichen rechtwinklig zu den Gitterlinien des Beugungsgitters laufen, wobei das Phasenkompensationsgitter verhindert, dass Beugungslicht 0-ter oder 1-ter Ordnung, das durch das Beugungsgitter gelaufen ist, während seines Durchlaufs durch das Phasenkompensationsgitter gebeugt wird, und die Phasendifferenz aufgrund des Durchlaufs durch das Beugungsgitter für Beugungslicht 0-ter oder 1-ter Ordnung aufgehoben wird.
In der polarisierenden Beugungseinheit ist das Phasenkompensationsgitter auf derjenigen Fläche des Substrats ausgebildet, die von der Fläche abgewandt ist, auf der das Beugungsgitter ausgebildet ist. Im Ergebnis wird die Phasendifferenz, wie sie zwischen zwei Polarisationen im Beugungsgitter auftritt, durch das Phasenkompensationsgitter kompensiert, und die Polarisationen befinden sich in Phase, wenn das Licht aus dem Substrat austritt. Darüber hinaus tritt, da die Gitterlinien praktisch rechtwinklig zu den Linien des Beugungsgitters verlaufen, keine Beugung im Phasenkompensationsgitter auf.
Eine erfindungsgemäß optische Abtasteinrichtung ist mit folgendem versehen:
- einer Lichtquelle wie einem Halbleiterlaser, die linear polarisiertes Licht, wie einen Laserstrahl, auf einen magnetooptischen Aufzeichnungsträger strahlt;
- einem Photodetektor, der das am magnetooptischen Aufzeichnungsträger reflektierte Licht empfängt und die Drehung der Polarisationsebene aufgrund des magnetooptischen Effekts im reflektierten Licht erfasst; und
- der obigen polarisierenden Beugungseinheit, die zwischen dem magnetooptischen Aufzeichnungsträger und dem Photodetektor angebracht ist.
Da die optische Abtasteinrichtung gemäß der obigen Anordnung die oben beschriebene polarisierende Beugungseinheit enthält, tritt, wenn linear polarisiertes Licht, dessen Polarisationsebene bei der Einstrahlung auf den magnetooptischen Aufzeichnungsträger gedreht wurde, durch die polarisierende Beugungseinheit hindurchgestrahlt oder durch diese gebeugt wird und zum Photodetektor gelenkt wird, praktisch keine Phasendifferenz zwischen den zwei Polarisationen in der polarisierenden Beugungseinheit auf. Im Ergebnis kann Information auf dem magnetooptischen Aufzeichnungsträger genau abgespielt werden, da Licht, das durch die polarisierende Beugungseinheit zum Photodetektor gelenkt wurde, linear polarisiertes Licht ist.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Es wird zunächst darauf hingewiesen, dass die Fig. 17 bis 22 aus dieser Beschreibung weggelassen sind.
Fig. 1 bis 3 veranschaulichen ein Beispiel eines optischen Elements;
Fig. 1 ist ein Vertikalschnitt zum Veranschaulichen der Struktur eines polarisierenden Beugungselements und des Beugungszustands von einfallendem Licht, wenn es durch das polarisierende Beugungselement gebeugt wird;
Fig. 2 ist eine teilvergrößerte Ansicht zu Fig. 1, und sie veranschaulicht die Form eines Beugungsgitters;
Fig. 3 ist ein Vertikalschnitt, der die Situation veranschaulicht, in der polarisierte, durch das polarisierende Beugungselement getrennte Lichtstrahlen erfasst werden;
Fig. 4 ist ein Vertikalschnitt, der ein anderes Beispiel eines optischen Elements veranschaulicht, in dem polarisierte, durch das polarisierende Beugungselement getrennte Lichtstrahlen erfasst werden;
Fig. 5 bis Fig. 8 veranschaulichen ein anderes Beispiel eines optischen Elements;
Fig. 5 ist ein Teilschnitt zum Veranschaulichen der Form eines Beugungsgitters;
Fig. 6 ist eine perspektivische Ansicht zum Veranschaulichen eines als Phasenschiebeelements dienenden optischen Elements;
Fig. 7 ist ein Kurvenbild, das die Beziehung zwischen der Strichtiefe des Gitters und einer Phasendifferenz veranschaulicht;
Fig. 8 ist ein Kurvenbild, das die Beziehung zwischen der Strichtiefe des Gitters und dem Transmissionsvermögen von Licht veranschaulicht;
Fig. 9 und Fig. 10 veranschaulichen ein weiteres Beispiel eines optischen Elements;
Fig. 9 ist ein Teilschnitt zum Veranschaulichen der Form eines Beugungsgitters;
Fig. 10 ist eine perspektivische Ansicht eines optischen Elements, das mit einem Antireflexionselement versehen ist;
Fig. 11 und Fig. 12 veranschaulichen ein Ausführungsbeispiel der beanspruchten Erfindung;
Fig. 11 ist eine Schnittansicht zum Veranschaulichen eines polarisierenden Beugungselements;
Fig. 12 ist ein teilvergrößerter Vertikalschnitt zu Fig. 11 zum Veranschaulichen der Form eines Beugungsgitters;
Fig. 13 bis Fig. 16 veranschaulichen ein anderes Ausführungsbeispiel der beanspruchten Erfindung;
Fig. 13(a) und Fig. 13(b) sind Vorderansichten, die ein Beugungsgitter bzw. ein Phasenkompensationsgitter veranschaulichen;
Fig. 14 ist ein schematisches Organisationsdiagramm, das eine optische Abtasteinrichtung veranschaulicht;
Fig. 15 ist ein Kurvenbild, das die Beziehung zwischen der Strichtiefe des Beugungsgitters und der Phasendifferenz von TE- und TM-Polarisationen veranschaulicht;
Fig. 16 ist eine Vorderansicht zum Veranschaulichen eines modifizierten Beispiels des Phasenkompensationsgitters;
Fig. 23 bis Fig. 42 veranschaulichen herkömmliche Beispiele;
Fig. 23 ist eine Ansicht zum Veranschaulichen wesentlicher Teile eines modifizierten Beispiels der optischen Abtasteinrichtung von Fig. 30;
Fig. 24(a) ist eine vergrößerte Ansicht zum Veranschaulichen wesentlicher Teile von Fig. 23;
Fig. 24(b) ist eine Vorderansicht zum Veranschaulichen des Photodetektors von Fig. 24(a);
Fig. 25 ist eine Ansicht zum Veranschaulichen wesentlicher Teile eines anderen modifizierten Beispiels der optischen Abtasteinrichtung von Fig.
Fig. 26 ist ein schematisches Organisationsdiagramm, das eine optische Abtasteinrichtung veranschaulicht;
Fig. 27 ist eine Ansicht zum Veranschaulichen der Drehung der Polarisationsebene durch den magnetooptischen Effekt;
Fig. 28 ist eine Ansicht zum Veranschaulichen eines vergrößerten Kerr-Rotationswinkels;
Fig. 29 und Fig. 30 veranschaulichen optische Abtasteinrichtungen;
Fig. 31 ist eine Vorderansicht zum Veranschaulichen eines doppelbrechenden Teils;
Fig. 32 ist ein Vertikalschnitt zum Veranschaulichen des Aufbaus eines polarisierenden Beugungselements und des Beugungszustands von einfallendem Licht, wenn es durch das polarisierende Beugungselement gebeugt wird;
Fig. 33 ist ein schematisches Organisationsdiagramm zum Veranschaulichen einer optischen Abtasteinrichtung;
Fig. 34 ist eine Vorderansicht zum Veranschaulichen des polarisierenden Beugungsgitters in der Einrichtung von Fig. 33;
Fig. 35 ist eine Ansicht zum Veranschaulichen einer optischen Abtasteinrichtung, die ein Beugungselement enthält;
Fig. 36 ist eine Schnittansicht zum Veranschaulichen eines Abschnitts in Fig. 35;
Fig. 37 ist ein Kurvenbild zum Veranschaulichen der Beziehung zwischen der Strichtiefe eines Beugungsgitters und dem Beugungswirkungsgrad von TE- und TM-Polarisat ionen;
Fig. 38 ist eine perspektivische Ansicht zum Veranschaulichen eines Phasenschiebeelements;
Fig. 39 ist ein zeitbezogenes Diagramm zum Veranschaulichen der Phasendifferenz zwischen den verschiedenen Polarisationen von linear polarisiertem Licht;
Fig. 40 ist ein zeitbezogenes Diagramm zum Veranschaulichen der Phasendifferenz zwischen den verschiedenen Polarisationen von zirkular oder elliptisch polarisiertem Licht;
Fig. 41(a) ist eine Ansicht zum Veranschaulichen linear polarisierten Lichts;
Fig. 41(b) ist eine Ansicht zum Veranschaulichen zirkular oder elliptisch polarisierten Lichts; und
Fig. 42 ist eine Ansicht zum Veranschaulichen eines optischen Elements, das mit einer Antireflexionsbeschichtung versehen ist.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG

Nun wird unter Bezugnahme auf Fig. 1 bis Fig. 3 ein Beispiel eines optischen Elements beschrieben.
Wie es in Fig. 1 veranschaulicht ist, besteht ein polarisierendes Beugungselement 1 als optisches Element aus einem transparenten Substrat 2 in Form einer ebenen Platte aus Glas oder einem anderen Material, wobei Beugungsgitter 3 und 4 auf den beiden Seiten des Substrats 2 angebracht sind. Die Gitterstrichweite jedes der Beugungsgitter 3 und 4 ist so eingestellt, dass sie ungefähr der Wellenlänge einfallenden Lichts 5 entspricht. Außerdem verlaufen die Gitterlinien beider Beugungsgitter 3 und 4 parallel zur Richtung rechtwinklig zur Papierebene der Figur. Die Beugungsgitter 3 und 4 sind vom Relieftyp, und sie sind z.B. in das Substrat 2 eingeätzt.
Wie es in Fig. 2 dargestellt ist, sind in den Beugungsgittern 3 und 4 rechteckige Erhebungen 6 innerhalb gleichmäßiger Gitterstrichweiten D ausgebildet. Die Beugungsgitter 3 und 4 sind so ausgebildet, dass eine im einfallenden Licht 5 enthaltene P-Polarisation, deren elektrisches Feld in der Richtung parallel zur Papierebene von Fig. 1 schwingt, mit praktisch 100% hindurchgestrahlt wird. Eine im einfallenden Licht 5 enthaltene 5- Polarisation, deren elektrisches Feld in einer Richtung rechtwinklig zur Papierebene von Fig. 1 schwingt, wird daran zu praktisch 100% gebeugt. Daher wird, wenn in Fig. 1 die Wellenlänge des einfallenden Lichts 5 ungefähr 0,8um beträgt und der Brechungsindex n des Substrats 2 ungefähr 1,5 beträgt, die Gitterstrichweite D auf ungefähr 0,5 um eingestellt, die Strichtiefe t des Gitters wird auf ungefähr 1 um eingestellt und das Verhältnis aus der Breite Di der Erhebung 6 zur Gitterstrichweite D, d.h. das Teilungsverhältnis D&sub1;/D wird auf 0,5 eingestellt.
Wie es in Fig. 1 dargestellt ist, wird bei der oben beschriebenen Anordnung, wenn das einfallende Licht 5 unter einem Einfallswinkel βi1 auf das polarisierende Beugungselement 1 fällt, die P-Polarisation durch die Beugungsgitter 3 und 4 hindurchgestrahlt, um Beugungslicht 5a 0-ter Ordnung zu erzeugen, und es tritt aus dem polarisierenden Beugungselement 1 aus. Andererseits wird die im einfallenden Licht 5 enthaltene S-Polarisation durch das Beugungsgitter 3 unter einem Beugungswinkel β&sub1; gebeugt, um Beugungslicht Sb 1-ter Ordnung zu erzeugen, es wird ferner durch das Beugungsgitter 4 unter einem Beugungswinkel β&sub2; gebeugt, und es tritt aus dem polarisierenden Beugungselement 1 aus.
Die Beugungswinkel β&sub1; und β&sub2; werden entsprechend den Gitterstrichweiten D der Beugungsgitter 3 und 4 sowie der Wellenlänge des einfallenden Lichts 5 bestimmt. Demgemäß stimmen die Beugungswinkel β&sub1; und β&sub2; überein, wenn die Beugungsgitter 3 und 4 so ausgebildet sind, dass ihre Gitterstrichweiten D gleich sind. Das Beugungslicht 5a 0-ter Ordnung und das Beugungslicht 5b 1- ter Ordnung treten so parallel aus dem polarisierenden Beugungselement 1 aus. Durch Einstellen des Einfallswinkels βi1 des einfallenden Lichts 5 in solcher Weise, dass es der Gleichung:
βi1 sin&supmin;¹(α/2D)
genügt, in der α die Wellenlänge des einfallenden Lichts ist, d.h. durch Einstellen des Einfallswinkels des einfallenden Lichts 5 auf den Braggwinkel, können der oben genannte Einfallswinkel βi1 und der Einfaliswinkel βi2 gleichgemacht werden. Der Einfaliswinkel βi2 ist der Winkel, unter dem das Beugungslicht 5b 1-ter Ordnung, das durch das Beugungsgitter 3 gebeugt wurde, auf das Beugungsgitter 4 fällt. Die Eigenschaften der Brechungsgitter 3 und 4 können so auf einfache Weise gleichgemacht werden.
Nun wird die Erfassung des Beugungslichts Sa 0-ter Ordnung und des Beugungslichts Sb 1-ter Ordnung, die auf die oben beschriebene Weise getrennt wurden, beschrieben.
Wie es in Fig. 3 dargestellt ist, sind im optischen Pfad des Beugungslichts 5a 0-ter Ordnung eine Konvergenzimse 7 unter vorbestimmtem Abstand zum polarisierenden Beugungselement 1 sowie ein Photodetektor 8 an einer vorgeschriebenen Brennposition angeordnet, Andererseits sind im optischen Pfad des Beugungslichts 5b 1-ter Ordnung eine Konvergenzimse 9 unter vorbestimmtem Abstand gegen das polarisierende Beugungselement 1 und ein Photodetektor 10 an einer vorgeschriebenen Brennposition angeordnet. Die Photodetektoren 8 und 10 sind jeweils innerhalb von Gehäusen 11 bzw. 12 installiert.
Wenn bei einer derartigen Anordnung aus bestimmten Gründen die Wellenlänge des einfallenden Lichts 5 kürzer als die vorgegebene Wellenlänge wird, werden demgemäß beide Beugungswinkel β&sub1; und β&sub2; kleinere Beugungswinkel β'&sub1; und β'&sub2;. Im Ergebnis weicht das Beugungslicht 5b 1-ter Ordnung, das durch das Beugungsgitter 3 gebeugt wurde, vom vorbestimmten optischen Pfad ab, und es läuft so, wie es durch die strichpunktierte Linie mit zwei Punkten dargestellt ist, was bewirkt, dass die Position, an der das Beugungslicht 5b 1-ter Ordnung auf das Beugungsgitter 4 fällt, verschoben ist. Da jedoch das Substrat 2 dünn ist, ist die Abweichung vom optischen Pfad nur eine kleine, und die Position, an der das Beugungslicht Sb 1-ter Ordnung aus dem polarisierenden Beugungselement 1 austritt, ist nur gering verschoben. Außerdem sind die Beugungswinkel β'&sub1; und β'&sub2; gleich, da, wie oben beschrieben, die Gitterstrichweiten der Beugungsgitter 3 und 4 gleich sind. Im Ergebnis tritt das Beugungslicht 5b 1-ter Ordnung parallel zum Beugungs licht 5a 0-ter Ordnung aus dem polarisierenden Beugungselement 1 aus. Demgemäß ist selbst dann, wenn die Wellenlänge des einfallenden Lichts 5 kürzer wird, die Position, an der das Beugungslicht 5b 1-ter Ordnung aus dem polarisierenden Beugungselement 1 austritt, nur geringfügig verschoben, und das Beugungslicht 5b 1-ter Ordnung kann durch die Konvergenzlinse 9 auf die vorbestimmte Position auf dem Photodetektor 10 konvergiert werden.
Nachfolgend wird der mit den Beugungsgittern 3 und 4 erzielte Polarisationsgrad beschrieben.
Wie es in Fig. 1 dargestellt ist, enthält das Beugungslicht 5a 0-ter Ordnung, das durch das Beugungsgitter 3 hindurchgestrahlt wurde, in der Praxis eine kleine Menge an S-Polarisation, die mit einem Beugungswirkungsgrad 0s zusätzlich zur P-Polarisation durchgelassen wird, die mit einem Beugungswirkungsgrad 0P durchgelassen wurde. Der Polarisationsgrad entspricht dabei ungefähr 0,01, wobei angenommen ist, dass die Beugungswirkungsgrade 0P und 0S den Wert 0,99 bzw. 0,01 haben.
Wenn das Beugungslicht 5a 0-ter Ordnung auf das Beugungsgitter 4 fällt, das dieselben Beugungswirkungsgrade 0P und OS wie das Beugungsgitter 3 hat, werden die Beugungswirkungsgrade 0P und OS jeweils in die zweite Potenz erhoben. Im Ergebnis wird die P-Polarisation mit dem Beugungswirkungsgrad 0P² durchgelassen, während die S-Polarisation mit dem Beugungswirkungsgrad 0S² durchgelassen wird. Demgemäß ist, wenn der Polarisationsgrad des Beugungslichts 5a 0-ter Ordnung auf dieselbe Weise wie oben beschrieben bestimmt wird, der erhaltene Wert ungefähr 0,0001, d.h. 1/100 des Werts, wie er erhalten wird, wenn das Beugungslicht 5a 0-ter Ordnung nur einmal durch das Beugungsgitter 3 hindurchgestrahlt wird.
Indessen wird das einfallende Licht 5 durch das Beugungsgitter 3 gebeugt, um Beugungslicht 5b mit einem Beugungswirkungsgrad 1P für P-Polarisation und einem Beugungswirkungsgrad 1S für S-Polarisation zu erzeugen. Das Beugungslicht 5b 1-ter Ordnung trifft dann auf das Beugungsgitter 4, an dem die P-Polarisation mit einem Beugungswirkungsgrad 1P2 gebeugt wird, während die S-Polarisation mit einem Beugungswirkungsgrad 1S2 gebeugt wird. Demgemäß hat, wenn angenommen wird, dass die Beugungswirkungsgrade 1P und 1S den Wert 0,01 bzw. 0,99 aufweisen, der Polarisationsgrad des Beugungslichts Sb 1-ter Ordnung im Beugungsgitter 3 den Wert 0,01, während er im Beugungsgitter 4 den Wert 0,0001 aufweist.
Dies bedeutet, dass der Anteil der S-Polarisation im Beugungslicht 5a 0-ter Ordnung so klein ist, dass er als beinahe nichtvorhanden angesehen werden kann. Dasselbe kann zur P-Polarisation gesagt werden, wie sie im Beugungslicht 5b 1-ter Ordnung enthalten ist.
Demgemäß kann, wie oben beschrieben, dadurch, dass das einfallende Licht 5 durch die Beugungsgitter 3 und 4 fällt, der Trennungsgrad für P-Polarisation und S-Polarisation im einfallenden Licht 5 auf ein Niveau erhöht werden, das dazu ausreicht, in zufriedenstellender Weise in die Praxis umgesetzt zu werden.
Nun wird unter Bezugnahme auf Fig. 4 ein anderes Beispiel eines optischen Elements beschrieben. Bauelemente mit denselben Funktionen wie beim obigen Beispiel sind mit demselben Code bezeichnet, und ihre Beschreibung wird weggelassen.
Eine Konvergenzlinse 13, die Beugungslicht Sa 0-ter Ordnung wie auch Beugungslicht 5b 1-ter Ordnung konvergiert, ist im optischen Pfad jedes der Beugungslichtstrahlen angeordnet. Photodetektoren 8 und 10 sind in einem einzelnen Gehäuse 14 an der vorgeschriebenen Brennposition der Konvergenzlinse 13 montiert.
Bei einer derartigen Anordnung werden das Beugungslicht 5a 0-ter Ordnung und das Beugungslicht 5b 1-ter Ordnung jeweils durch die einzelne Konvergenzlinse 13 auf Positionen konvergiert, die ungefähr in der Mitte der optischen Pfade der gebeugten Lichtstrahlen liegen. Die Photodetektoren 8 und 10 können so in einer Reihe auf einem Substratteil innerhalb des Gehäuses 14 montiert werden, oder sie können in einer Reihe auf einem einzelnen Halbleitersubstrat aus Si oder einem anderen Material ausgebildet werden, und sie können so in enger Nachbarschaft installiert werden.
Die Beugungsgitter 3 und 4 des bei den oben angegebenen zwei Beispielen beschriebenen polarisierenden Beugungselements 1 sind in beide Seiten des Substrats 2 eingeätzt. Jedoch können sie z.B. auch durch Photoresist oder ein anderes Material hergestellt werden. Auch ist das Profil der Beugungsgitter 3 und 4 nicht auf das in Fig. 2 dargestellte Rechteckprofil beschränkt, sondern es kann ein Sinusprofil oder ein anderes Profil sein.
Wie oben beschrieben, umfasst ein polarisierendes Beugungselement als optisches Element ein erstes Beugungsgitter und ein zweites Beugungsgitter, von denen jedes eine Gitterstrichweite aufweist, die ungefähr der vorgegebenen Wellenlänge einfallenden Lichts entspricht, und jedes derselben ist auf einer anderen Seite eines Substrats in Form einer ebenen Platte angebracht, wobei das erste Beugungsgitter und das zweite Beugungsgitter in solcher Weise ausgebildet sind, dass ihre Gitterstrichweiten gleich sind und die Gitterlinien des ersten Beugungsgitters und die Gitterlinien des zweiten Beugungsgitters parallel verlaufen.
Gemäß dieser Anordnung wird einfallendes Licht durch das erste Beugungsgitter und das zweite Beugungsgitter in polarisierte Lichtstrahlen verschiedener Polarisationen aufgeteilt, die parallel aus dem polarisierenden Beugungselement austreten. Demgemäß bleiben die polarisierten Lichtstrahlen selbst dann parallel, wenn eine Änderung hinsichtlich der Wellenlänge des einfallenden Lichts auftritt.
Demgemäß kann die optische Abtasteinrichtung, wenn ein polarisierendes Beugungselement in diese eingebaut ist, dadurch mit kompakter Größe konzipiert werden, dass die Photodetektoren zum Erfassen der verschiedenen polarisierten Lichtstrahlen in enger Nachbarschaft angebracht werden. Außerdem ist die Genauigkeit bei der Erfassung der polarisierten Lichtstrahlen dadurch verbessert, dass jeder polarisierte Lichtstrahl durch ein optisches System wie eine Konvergenzlinse oder dergleichen an eine vorbestimmte Position auf dem entsprechenden Photodetektor gelenkt wird.
Ferner wird unter Bezugnahme auf Fig. 5 bis Fig. 8 wie auch Fig. 41 ein anderes Beispiel eines optischen Elements beschrieben.
Wie es in Fig. 6 dargestellt ist, ist ein Phasenschiebeelement 15 als optisches Element mit einem Substrat 16 als Träger versehen, der aus Glas, transparentem Kunststoff oder einem anderen Material besteht. Auf einer Fläche des Substrats 16, nämlich auf derjenigen, an der das Licht austritt, ist ein lineares Gitter 17 so angebracht, dass die Richtung seiner Gitterlinien die in der Figur dargestellte X-Richtung ist.
Wie es in Fig. 5 veranschaulicht ist, verfügt das lineare Gitter 17 über ein Rechteckprofil, wie dies beim vorigen Beispiel der Fall ist. Die Gitterstrichweite D ist so eingestellt, dass sie ungefähr der Wellenlänge des Lichts entspricht, für die das lineare Gitter 17 konzipiert ist, und die Strichtiefe des Gitters hat den Wert t. Das lineare Gitter 17 sollte vorzugsweise so ausgebildet sein, dass die Bedingung D≤α/n erfüllt ist, wobei n der Brechungsindex des Substrats 16 ist, α die Wellenlänge des betreffenden Lichts ist und D die Gitterstrichweite des linearen Gitters 17 ist.
Bei einer derartigen Anordnung tritt Licht, das auf das Phasenschiebeelement 15 fällt, durch das lineare Gitter 17 mit einer vorbestimmten, durch das lineare Gitter 17 erzeugten Differenz zwischen der Phase einer Polarisation in x-Richtung, deren elektrisches Feld parallel zu den Gitterlinien verläuft, und der Phase einer Polarisation in Y-Richtung aus, deren elektrisches Feld rechtwinklig zu den Gitterlinien verläuft. Hierbei eilt die Phase der Polarisation in X-Richtung der Phase der Polarisation in Y-Rich tung voraus. Im Ergebnis kann z.B. linear polarisiertes Licht E&sub1;, wie in Fig. 41(a) dargestellt, in kreisförmig oder elliptisch polarisiertes Licht E&sub2; umgesetzt werden, wie in Fig. 41(b) dargestellt.
Fig. 7 zeigt das Ergebnis, wie es erhalten wird, wenn mathematisch die Phasendifferenz für den Fall bestimmt wird, dass im Phasenschiebeelement 15 die Gitterstrichweite D den Wert 0,46 pm hat, die Breite D&sub1; einer Erhebung 17a den Wert 0,23 um hat, der Brechungsindex n des Substrats 16 den Wert 1,5 hat und die Wellenlänge des betreffenden Lichts den Wert 0,78 pm hat. Wie es in der Figur deutlich dargestellt ist, kann zwischen der Polarisation in x-Richtung und der Polarisation in Y-Richtung dadurch eine Phasendifferenz von 90º erzielt werden, dass die Strichtiefe t des Gitters so eingestellt wird, dass t=2,4 um gilt. So kann linear polarisiertes Licht in zirkular oder elliptisch polarisiertes Licht umgesetzt werden. Der Einfallswinkel des Lichts auf dem Phasenschiebeelement 15 ist zu 0º (vertikaler Einfall) angenommen.
Die oben genannte Phasendifferenz kann durch Modifizieren der Kombination der Parameter geändert werden. Beim obigen Beispiel gilt, wie beschrieben, der Fall, dass die Phasendifferenz durch die Strichtiefe t des Gitters eingestellt wird.
In Fig. 8 zeigt eine Kurve 1 das Transmissionsvermögen der Polarisation in X-Richtung, während eine Kurve II die Transmission der Polarisation in Y- Richtung zeigt, wie im Licht enthalten, das auf das Phasenschiebeelement 15 fällt, wenn Licht aus diesem Phasenschiebeelement 15 austritt. Wie es in der Figur deutlich dargestellt ist, entsprechen beide Transmissionsvermögen mindestens 96%.
Nun wird unter Bezugnahme auf Fig. 8 bis Fig. 10 ein anderes Beispiel eines optischen Elements beschrieben.
Das vorliegende Beispiel betrifft ein Antireflexionselement. Wie es in Fig. 10 dargestellt ist, ist ein Antireflexionselement 18 als optisches Element integral mit einem optischen Element 19 montiert, dessen Oberfläche gegen Reflexion geschützt werden muss. In diesem Fall dient das optische Element 19 selbst als Träger, und auf der Fläche des optischen Elements 19 ist ein lineares Gitter 20 mit Gitterlinien in x-Richtung ausgebildet. Wie es in Fig. 9 dargestellt ist, verfügt das lineare Gitter 20 über ein Rechteckprofil, wie z.B. das obige Phasenschiebeelement 15.
Wenn bei der oben beschriebenen Anordnung Licht durch das lineare Gitter 20 aus dem optischen Element 19 austritt, ist seine Reflexion durch das lineare Gitter 20 unterdrückt, da das meiste Licht durch das optische Element 19 hindurchgestrahlt wird und aus diesem austritt.
Wie beim Beispiel des Phasenschiebeelements ist das Transmissionsvermögen der Polarisation in X-Richtung durch die Kurve 1 von Fig. 8 dargestellt, und das Transmissionsvermögen der Polarisation in Y-Richtung ist durch die Kurve II von Fig. 8 dargestellt, wenn die Gitterstrichweite jedes linearen Gitters 20 den Wert 0,46 um hat, die Breite D&sub1; einer Erhebung 20a den Wert 0,23 um hat, der Brechungsindex n des optischen Elements 19 den Wert 1,5 hat und die Wellenlänge α des betreffenden Lichts den Wert 0,78 um hat.
Wie es deutlich in Fig. 8 dargestellt ist, beträgt, wenn die Strichtiefe t des Gitters 0,15 um hat, das Transmissionsvermögen der X-Polarisation beinahe 99%, während das Transmissionsvermögen der Polarisation in Y-Richtung größer als 99% ist. Darüber hinaus beträgt, wenn die Strichtiefe t des Gitters den Wert 0,18 um hat, das Transmissionsvermögen der Polarisation in Y-Richtung beinahe 100%. Wenn die Verhinderungsmaßnahme gegen Reflexion gemäß dem vorliegenden Beispiel nicht ausgeführt wird, beträgt das Transmissionsvermögen ungefähr 96%. Dies zeigt, dass das lineare Gitter 20 des vorliegenden Ausführungsbeispiels eine wirkungsvolle Maßnahme zum Verhindem von Reflexion darstellt. Außerdem beträgt, wenn die Strichtiefe t des Gitters zwischen 0,15 um und 0,18 um eingestellt ist, die Phasendifferenz zwischen den Polarisationen in x-Richtung und Y-Richtung höchstens 50, was ausreichend klein ist.
Beim obigen Beispiel des Antireflexionselements ist das Antireflexionselement 18 einstückig mit dem optischen Element 19 montiert. Jedoch kann das Antireflexionselement 18 gesondert hergestellt werden und nachträglich am optischen Element 19 befestigt werden.
Außerdem sind bei jedem der oben genannten Beispiele die Querschnitte der linearen Gitter 17 und 20 Rechteckprofile. Jedoch können es z.B. auch Sinusprofile sein.
Wie oben beschrieben, besteht ein optisches Element hauptsächlich aus einem linearen Gitter mit einer Gitterstrichweite, die ungefähr der Wellenlänge des Lichts entspricht, für die es konzipiert ist, und das auf einem transparenten Träger ausgebildet ist.
Demgemäß kann ein optisches Element mit Phasenschiebefunktion oder anderen Funktionen auf einfache und billige Weise dadurch hergestellt werden, dass lediglich ein lineares Gitter auf einer Fläche eines transparenten Trägers angebracht wird, ohne dass irgendein teures Material oder ein Material erforderlich ist, dessen Verarbeitung mühselig ist, wie bei einem kristallinen Körper.
Dieses optische Element kann z.B. als Phasenschiebeelement verwendet werden. In diesem Fall wird die relative Phasendifferenz zwischen einer Polarisation, deren Richtung parallel zur Richtung des linearen Gitters verläuft, und einer Polarisation, deren Richtung rechtwinklig zur Richtung des Gitters verläuft, im linearen Gitterabschnitt des optischen Elements kontrolliert.
Das optische Element kann auch als Antireflexionselement dienen. In diesem Fall kann das vorliegende Antireflexionselement einstückig mit denjenigen optischen Elementen ausgebildet sein, die vor Reflexion geschützt werden sollen, und zwar durch Herstellen des linearen Gitters auf dem optischen Element selbst, das als Träger dient. Durch Herstellen des Antireflexionselements auf einstückige Weise mit dem gewünschten optischen Element auf die oben beschriebene Weise kann der Aufbau des optischen Elements vereinfacht werden und sein Herstellprozess kann vereinfacht werden.
Darüber hinaus muss, wenn das optische Element als Antireflexionselement verwendet wird, lediglich ein lineares Gitter angebracht werden, um Reflexion zu verhindern. So kann das optische Element bei Trägern mit beliebigem Brechungsindex angewandt werden. Demgemäß ist es nicht erforderlich, ein dielektrisches Material, wie beim Stand der Technik, einzusetzen, und mühselige Arbeiten wie das Auswählen eines dielektrischen Materials mit geeignetem Brechungsindex oder, wenn ein derartiges dielektrisches Material nicht existiert, das Herstellen einer Antireflexionsbeschichtung mit mehreren Schichten aus mehreren dielektrischen Materialien, können so umgangen werden.
Nun wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf Fig. 11 und Fig. 12 beschrieben.
Die Konfiguration der optischen Abtasteinrichtung des vorliegenden Ausführungsbeispiels ist dem Grunde nach dieselbe wie die beim in Fig. 33 veranschaulichten herkömmlichen Beispiel, mit der Ausnahme, dass anstelle des polarisierenden Beugungselements 77 gemäß dem herkömmlichen Beispiel von Fig. 33 ein polarisierendes Beugungselement 21 als optisches Element, wie in Fig. 11 veranschaulicht, verwendet ist. Eine detaillierte Beschreibung der optischen Abtasteinrichtung selbst wird hier weggelassen.
Die Ausrichtung in Fig. 11, die das polarisierende Beugungselement gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel veranschaulicht, entspricht nicht genau der Ausrichtung von Fig. 33. Jedoch ist dafür gesorgt, dass von der Konvergenzlinse 76 her kommendes Licht zum polarisierenden Beugungselement 21 geleitet wird, und dann wird Beugungslicht 24a 0-ter Ordnung, wie es durch das polarisierende Beugungselement 21 erzeugt wird, durch ein optisches Element 78 in Form eines doppelbrechenden Keils zum Photodetektor 79 geleitet, in dem das Aufzeichnungssignal vom magnetooptischen Speicherelement 56, das als magnetooptischer Aufzeichnungsträger wirkt, erfasst wird. Andererseits wird vom polarisierenden Beugungselement 21 erzeugtes Beugungslicht 24b 1-ter Ordnung zum Photodetektor 80 geleitet, wo ein Spurabweichungssignal und ein Fokusabweichungssignal erhalten werden können.
Das Substrat 22 des polarisierenden Beugungselements 21 besteht aus einem uniaxialen Kristall, der mit einer einzelnen optischen Achse versehen ist, z.B. aus Quarz. Wie es in Fig. 12 veranschaulicht ist, ist ein Beugungsgitter 23 auf derjenigen Fläche des Substrats 22 ausgebildet, die dem magnetooptischen Speicherelement 56 zugewandt ist. Das Beugungsgitter 23 ist mit Rechteckprofil versehen, und es verfügt über dieselbe vorbestimmte Strichtiefe t und Gitterstrichweite wie das früher beschriebene polarisierende Beugungselement 1.
Das Beugungsgitter 23 ist so ausgebildet, dass seine Gitterlinien parallel zur optischen Achse H des Substrats 22 verlaufen, die sich in einer Richtung rechtwinklig zur Papierebene erstreckt. Wenn ein uniaxialer Kristall zum Herstellen des Substrats 22 verwendet wird und das Beugungsgitter 23 so hergestellt wird, dass es parallel zur optischen Achse H verläuft, variiert die Polarisationsrichtung hinsichtlich der optischen Achse H von Licht, das auf das polarisierende Beugungselement 21 fällt, selbst dann nicht, wenn das Licht gebrochen oder gebeugt wird. Im Ergebnis ist das Design des polarisierenden Beugungselements 21 vereinfacht und es kann maximale Polarisationsanisotropie erzielt werden.
Um dem Beugungsgitter 23 polarisierende Eigenschaften zu verleihen, wird seine Gitterstrichweite D so eingestellt, dass sie ungefähr der Wellenlänge des zum Aufzeichnen und/oder Abspielen verwendeten Laserlichts entspricht, vorzugsweise zwischen dem 0,5- und dem 2-fachen der Wellenlänge des Laserlichts. Als Beispiel sei angenommen, dass die Wellenlänge des Laserlichts 0,8 um beträgt, die Gitterstrichweite 0 auf 0,5 pm eingestellt ist und die Strichtiefe t des Gitters auf 0,6 um eingestellt ist. In diesem Fall hat der Beugungswirkungsgrad OS 0-ter Ordnung den Wert 0,3, und der Beugungswirkungsgrad 1S 1-ter Ordnung hat den Wert 0,7, jeweils für S-Polarisation. Für P-Polarisation hat der Beugungsgrad 0P 0-ter Ordnung den Wert 1,0, und der Beugungswirkungsgrad 1P 1-ter Ordnung hat den Wert 0. Der Kerr- Rotationswinkel für Beugungslicht 24a 0-ter Ordnung kann so im Wert erhöht werden, wie dies beim früher beschriebenen herkömmlichen Beispiel der Fall ist.
Jedoch tritt aufgrund der Polarisationseigenschaften des Beugungsgitters 23 eine Phasendifferenz zwischen den P-Polarisationen und den S-Polarisationen der Beugungslichtstrahlen 24a und 24b 0-ter Ordnung und 1-ter Ordnung auf. Wie beim vorliegenden Ausführungsbeispiel wird das Abspielen von Aufzeichnungssignalen auf dem magnetooptischen Speicherelement 56 durch das Beu gungslicht 24a 0-ter Ordnung ausgeführt, und es muss die Phasendifferenz zwischen den verschiedenen Polarisationen des Beugungslicht 24a 0-ter Ordnung kompensiert werden.
Demgemäß wird die Dicke T des Substrats 22 im polarisierenden Beugungselement 21 auf einen solchen Wert eingestellt, dass die Phasendifferenz zwischen der P-Polarisation und der S-Polarisation des Beugungslichts 24a 0- ter Ordnung, wie sie im Beugungsgitter 23 auftritt, und die Phasendifferenz zwischen der P- und der S-Polarisation, wenn sich das Beugungslicht 24a 0- ter Ordnung durch das Substrat 22 ausbreitet, einander aufheben.
D.h., dass die P-Polarisation des Beugungslichts 24a 0-ter Ordnung, da das Substrat 22 optisch anisotrope Eigenschaften aufweist, zu einem ordentlichen Strahl mit dem Brechungsindex n&sub0; wird, während die S-Polarisation zu einem außerordentlichen Strahl mit dem Brechungsindex ne (≠no) wird. Z.B. gilt no=1,52 und ne=1,48, wenn das Substrat 22 aus Quarz besteht.
In diesem Fall beträgt, wenn der Weg, entlang dem sich das Beugungslicht 24a 0-ter Ordnung im Substrat 22 ausbreitet, M ist, die Phasendifferenz Δ M(rad), wie sie zwischen der P-und der S-Polarisation aufgrund der optisch anisotropen Eigenschaften des Substrats 22 auftritt:
Δ M = (2π/α) (no - ne) M.
Demgemäß sollte die Dicke τ des Substrats 22 so eingestellt werden, dass die Summe aus dem obigen Wert Δ M und der Phasendifferenz Δ G, wie sie zwischen der P-Polarisation und der 8-Polarisation aufgrund des Beugungsgitters 23 auftritt, den Wert 0 hat, und dass sich die Phasendifferenzen Δ M und Δ G aufheben. Demgemäß existiert keine Phasendifferenz zwischen der P-Polarisation und der S-Polarisation des Beugungslichts 24a 0-ter Ordnung, das durch das polarisierende Beugungselement 21 hindurchgestrahlt wurde. So ist das Beugungslicht 24a 0-ter Ordnung linear polarisiertes Licht, wobei die Erfassung der Aufzeichnungssignale auf Grundlage des Kerr-Rotationswinkeis mit hoher Genauigkeit ausgeführt werden kann und Aufzeichnungssignale hoher Qualität erhalten werden können.
Beim obigen Ausführungsbeispiel ist das Beugungsgitter 23 mit rechteckigem Querschnitt auf derjenigen Seite des Substrats 22 ausgebildet, die der magnetooptischen Platte zugewandt ist. Jedoch kann das Beugungsgitter 23 ein Beugungsgitter vom Brechungsindex-Modulationstyp sein, das so ausgebildet ist, dass der Brechungsindex vom Brechungsindex des restlichen Teils des Substrats verschieden ist, z.B. durch Imprägnieren des Substrats mit Verunreinigungen wie Na&spplus;, K&spplus;, Ag&spplus; oder dergleichen. Auch in diesem Fall sollte das Beugungsgitter vom Brechungsindex-Modulationstyp so konzipiert sein, dass seine Gitterlinien parallel zur optischen Achse H verlaufen und dass seine Gitterstrichweite ungefähr der Wellenlänge des Laserlichts entspricht.
Wie oben beschrieben, ist ein polarisierendes Beugungselement als optisches Element gemäß der Erfindung mit einem Substrat aus einem Material mit optisch anisotropen Eigenschaften und mit einem Beugungsgitter versehen, das aus einem linearen Gitter besteht, und es ist so konzipiert, dass die Dicke des Substrats so eingestellt ist, dass die Phasendifferenz, wie sie aufgrund des obigen Beugungsgitters zwischen der P- und der S-Polarisation auftritt, und die Phasendifferenz, wie sie zwischen der P- und der S-Polarisation auftritt, wenn die gebeugten Lichtstrahlen durch das Substrat laufen, einander aufheben.
Demgemäß tritt, wenn das Substrat aus einem Material mit optisch anisotropen Eigenschaften besteht, eine Phasendifferenz zwischen der P- und der S- Polarisation auf, wenn Beugungslichtstrahlen 0-ter Ordnung und 1-ter Ordnung durch das Substrat laufen. Diese Phasendifferenz variiert abhängig vom Ausbreitungsweg durch das Substrat. Daher kann im polarisierenden Beugungselement, wenn die Phasendifferenz zwischen der P- und der S-Polarisation des Beugungslichts 0-ter Ordnung beseitigt werden muss, die Phasendifferenz zwischen der P- und der S-Polarisation des Beugungslichts 0-ter Ordnung, wie sie im Beugungsgitter auftritt, durch Einstellen der Substratdicke kompensiert werden. D.h., dass die Substratdicke so eingestellt werden sollte, dass die zwischen den verschiedenen Polarisationen des Beugungslichts 0-ter Ordnung aufgrund der optisch anisotropen Eigenschaften des Substrats auftretende Phasendifferenz sowie die zwischen den verschiedenen Polarisationen des Beugungslichts 0-ter Ordnung aufgrund der Polarisationseigenschaften des Beugungsgitters auftretende Phasendifferenz einander aufheben.
Auf ähnliche Weise sollte, wenn die Phasendifferenz zwischen der P- und der S-Polarisation des Beugungslichts 1-ter Ordnung beseitigt werden muss, die Substratdicke so eingestellt werden, dass die Phasendifferenz zwischen den verschiedenen Polarisationen des Beugungslichts 1-ter Ordnung, wie sie aufgrund der optisch anisotropen Eigenschaften des Substrats auftritt, und die Phasendifferenz zwischen den verschiedenen Polarisationen des Beugungslichts 1-ter Ordnung, wie sie aufgrund der Polarisationseigenschaften des Beugungsgitters auftritt, einander aufheben.
Darüber hinaus sollte, um dem polarisierenden Beugungselement Polarisationseigenschaften zu verleihen, die Gitterstrichweite desselben so eingestellt werden, dass sie ungefähr der Wellenlänge des Beugungslichts entspricht.
Wenn das Substrat aus einem uniaxialen Kristall besteht und das Beugungsgitter so konzipiert ist, dass es parallel zur optischen Achse des Substrats verläuft, variiert die Polarisationsrichtung von Licht, das auf das polarisierende Beugungselement fiel, in bezug auf die optische Achse selbst dann nicht, wenn das Licht gebrochen oder gebeugt wird. So ist das Design des polarisierenden Beugungselements vereinfacht und es kann maximale Pola risationsanisotropie erzielt werden. Im Ergebnis kann die Dicke des Substrats verringert werden, wie sie dazu erforderlich ist, die Phasendifferenz zwischen der P-Polarisation und der S-Polarisation, wie sie im Beugungsgitter auftritt, zu kompensieren.
Eine optische Abtasteinrichtung gemäß der Erfindung ist mit einer Lichtquelle, einem optischen System zum Führen eines von der Lichtquelle auf einen magnetooptischen Aufzeichnungsträger gestrahlten Lichtstrahls und zum Leiten des reflektierten Lichts von dort zu Photodetektoren, und einem Photodetektor zum Erfassen der auf dem magnetooptischen Aufzeichnungsmedium vorhandenen Aufzeichnungssignale auf Grundlage des Kerr-Rotationswinkels versehen, und sie ist so ausgebildet, dass das oben genannte polarisierende Beugungselement gemäß der Erfindung im optischen Pfad des reflektierten Lichts angebracht ist, der sich vom magnetooptischen Aufzeichnungsträger zu den Photodetektoren erstreckt.
Demgemäß sollte, wenn Aufzeichnungssignale auf Grundlage des Kerr-Rotationswinkels erfasst werden und wenn z.B. die Erfassung auf Grundlage des Kerr-Rotationswinkels des durch das polarisierende Beugungselement erzeugten Beugungslichts 0-ter Ordnung erfolgt, die Substratdicke des polarisierenden Beugungselements so bestimmt werden, dass keine Phasendifferenz zwischen der P- und der S-Polarisation des Beugungslichts 0-ter Ordnung auftritt. Demgemäß ist das Beugungslicht 0-ter Ordnung, das durch das polansierende Beugungselement hindurchgestrahlt wurde, linear polarisiertes Licht, wodurch die Erfassung der Aufzeichnungssignale auf genaue Weise ausgeführt werden kann.
Wenn die Erfassung auf Grundlage des Kerr-Rotationswinkels von durch das polarisierende Beugungselement erzeugtem Beugungslicht 1-ter Ordnung erfolgt, sollte die Substratdicke des polarisierenden Beugungselements so eingestellt werden, dass zwischen der P- und der S-Polarisation des Beugungslichts 1-ter Ordnung keine Phasendifferenz auftritt.
Nun wird unter Bezugnahme auf Fig. 13 bis Fig. 16 wie auch Fig. 35 ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben.
Die Konfiguration der optischen Abtasteinrichtung des vorliegenden Ausführungsbeispiels ist im wesentlichen dieselbe wie beim in Fig. 35 dargestellten herkömmlichen Beispiel, mit der Ausnahme, dass ein polarisierendes Beugungselement 25, wie es in Fig. 13 veranschaulicht ist, anstelle des Substrats 90b und des Beugungsgitters 90a des Beugungselements 90 beim herkömmlichen Beispiel von Fig. 35 verwendet ist. Elemente mit denselben Funktionen wie bei der in Fig. 35 dargestellten optischen Abtasteinrichtung sind daher durch denselben Code bezeichnet, und ihre Beschreibung wird weggelassen.
Wie es in Fig. 14 dargestellt ist, ist vor einem als Lichtquelle wirkenden Halbleiterlaser 29 die polarisierende Beugungseinheit 25 angebracht. Diese polarisierende Beugungseinheit 25 ist mit einem transparenten Substrat 25b aus Glas oder einem anderen Material versehen. Auf derjenigen Fläche des Substrats 25b, die von der Fläche abgewandt ist, die dem Halbleiterlaser 89 zugewandt ist, ist ein Beugungsgitter 25a (siehe Fig. 13(a)) ausgebildet, das dieselben Polarisationseigenschaften, d.h. dieselbe Richtung der Gitterlinien, dieselbe Gitterstrichweite und dieselbe Strichtiefe aufweist, wie das in Fig. 35 dargestellte Beugungsgitter 90a. Das Beugungsgitter 25a teilt Laserlicht L&sub1;, das vom Halbleiterlaser 89 abgestrahlt wurde, in Beugungslicht L&sub2;&sub0; 0-ter Ordnung, das Transmissionslicht ist, und Beugungslicht L&sub2;&sub1; 1-ter Ordnung auf. Das Beugungsgitter 25a teilt auch reflektiertes Licht L&sub3; vom magnetooptischen Speicherelement 91, als magnetooptischem Aufzeichnungsträger, das so angeordnet ist, dass Beugungslicht L&sub2;&sub1; erster Ordnung in einer Richtung rechtwinklig zu seiner Fläche gestrahlt wird, in Beugungslicht L&sub4;&sub0; 0-ter Ordnung und Beugungslicht L&sub4;&sub1; 1-ter Ordnung auf, das zum Halbleiterlaser 89 gestrahlt wird.
Der Neigungswinkel des Substrats 25b wird so eingestellt, dass das reflektierte Licht L&sub3; vom magnetooptischen Speicherelement 91 unter dem Braggwinkel β&sub0; (β&sub0;=sin&supmin;¹ (0:/2D)) auf das Beugungsgitter 25a fällt, wobei α die Wellenlänge des verwendeten Laserlichts ist und D die Gitterstrichweite des Beugungsgitters 25a ist.
Wenn jedoch das am magnetooptischen Speicherelement 91 reflektierte Licht L&sub3; durch das Beugungsgitter 25a hindurchgestrahlt wird, um das Beugungslicht L&sub4;&sub0; 0-ter Ordnung zu erzeugen, wie beim herkömmlichen Beispiel beschrieben, tritt zwischen einer TE-Polarisation L&sub4;&sub0;(TE) im Beugungslicht L&sub4;&sub0; 0-ter Ordnung sowie einer TM-Polarisation L&sub4;&sub0;(TM) im Beugungslicht L&sub4;&sub0; eine Phasendifferenz auf.
Fig. 15 veranschaulicht die Beziehung zwischen der Strichtiefe T des Gitters und den Phasen von L&sub4;&sub0;(TE), L&sub4;&sub0;(TM) und L&sub4;&sub1;(TE). Wie es in der Figur deutlich dargestellt ist, nimmt die Phasendifferenz zwischen L&sub4;&sub0;(TE) und L&sub4;&sub0;(TM) zu, wenn die Strichtiefe T zunimmt. Wenn im Beugungsgitter 25a die Strichtiefe T des Gitters auf 0,77a eingestellt wird, hat die Phasendifferenz den Wert 14º.
Demgemäß ist auf derjenigen Fläche des Substrats 25b, die dem Halbleiterlaser 89 zugewandt ist, ein Phasenkompensationsgitter 25c zum Kompensieren der im Beugungsgitter 25a auftretenden Phasendifferenz ausgebildet.
Wie es in Fig. 13(b) dargestellt ist, ist das Phasenkompensationsgitter 25c so konzipiert, dass seine Gitterstrichweite D' praktisch der Gitterstrichweite D des Beugungsgitters 25a entspricht, und die Richtung B seiner Gitterlinien verläuft rechtwinklig zur Richtung C der Gitterlinien des Beugungsgitters 25a. Daher tritt im Phasenkompensationsgitter 25c eine Phasendifferenz zwischen der TE- und der TM-Polarisation auf, die der Phasendifferenz entgegengesetzt ist, die im Beugungsgitter 25a auftrat. So wird die Phasendifferenz kompensiert, die im Beugungsgitter 25a auftrat.
Das Phasenkompensationsgitter 25c kann die Phasendifferenz nur von Beugungslicht L&sub4;&sub0; 0-ter Ordnung oder Beugungslicht L&sub4;&sub1; 1-ter Ordnung, wie vom Beugungsgitter 25a erzeugt, kompensieren. Hierbei sind die Gitterstrichweite D' und die Strichtiefe T des Phasenkompensationsgitters 25c so eingestellt, dass die Phasendifferenz des zur Erfassung von Informationssignalen verwendeten Beugungslichts L&sub4;&sub0; 0-ter Ordnung kompensiert wird.
Außerdem tritt im Phasenkompensationsgitter 25c keine Beugung auf, da die Richtung B der Gitterlinien des Phasenkompensationsgitters 25c rechtwinklig zur Richtung C der Gitterlinien des Beugungsgitters 25a verläuft. Es tritt selbst dann keine Beugung auf, wenn die Richtung B' der Gitterlinien des Phasenkompensationsgitters 25c leicht im Vergleich zur Richtung B schrägsteht, wie es in Fig. 16 dargestellt ist. Der maximale Abweichungswinkel Θmax gegen die Richtung B, der im Phasenkompensationsgitter 25c zulässig ist, beträgt Θmax = cos&supmin;¹(D'/α). Demgemäß wird emax = 50,10 erhalten, wenn D' = 0,5 um und α = 0,78 um gelten. Anders gesagt, sollte der Winkel Θ der Richtung B' der Gitterlinien des Phasenkompensationsgitters 25c und die Richtung C der Gitterlinien des Beugungsgitters 25a den Wert (90±50,1)º haben.
Durch die obige Anordnung wird linear polarisiertes Licht L&sub1;, wie es vom Halbleiterlaser 89 abgestrahlt wurde, durch das Beugungsgitter 25a der polarisierenden Beugungseinheit 25 aufgeteilt, um Beugungslicht L&sub2;&sub0; 0-ter Ordnung und Beugungslicht L&sub2;&sub1; 1-ter Ordnung zu erzeugen, das unter einem Winkel β&sub1; gebeugt wird und durch das Substrat 91a hindurch auf den Aufzeichnungsfilm 91b des magnetooptischen Speicherelements 91 gestrahlt wird.
Das Beugungslicht L&sub2;&sub1; 1-ter Ordnung, das auf den Aufzeichnungsfilm 21b gestrahlt wird, wird durch den magnetooptischen Effekt gedreht und reflektiert. Das reflektierte Licht L&sub3; wird durch das Beugungsgitter 25a der polarisierenden Beugungseinheit 25 aufgeteilt, um das Beugungslicht L&sub4;&sub0; 0- ter Ordnung und das Beugungslicht L&sub4;&sub1; 1-ter Ordnung zu erzeugen. Dabei treten Phasendifferenzen zwischen der TE- und der TM-Polarisation im Beugungslicht L&sub4;&sub0; 0-ter Ordnung sowie im Beugungslicht L&sub4;&sub1; 1-ter Ordnung auf.
Danach durchlaufen das Beugungslicht L&sub4;&sub0; 0-ter Ordnung und das Beugungslicht L&sub4;&sub1; 1-ter Ordnung das Phasenkompensationsgitter 25c, in dem die Phasendifferenz zwischen der TE- und der TM-Polarisation im Beugungslicht L&sub4;&sub0; 0-ter Ordnung kompensiert wird.
Dann wird das Beugungslicht L&sub4;&sub0; 0-ter Ordnung durch eine Halbwellenplatte 92 um 45º gedreht, fällt anschließend auf das Beugungsgitter 93a eines Beugungselements 93 und wird in Beugungslicht L&sub5;&sub0; 0-ter Ordnung, das hindurchgestrahlt wird, und Beugungslicht L&sub5;&sub1; 1-ter Ordnung, das unter dem Beugungswinkel β&sub1; gebeugt wird, aufgeteilt.
Das Beugungslicht L&sub5;&sub0; 0-ter Ordnung und das Beugungslicht L&sub5;&sub1; 1-ter Ordnung werden durch Photodetektoren 94 bzw. 95 empfangen. Informationssignale auf dem magnetooptischen Speicherelement 91 werden dadurch erfasst, dass die Ausgangssignale der Photodetektoren 94 und 95 in einem Differenzverstärker 96 verstärkt werden. Zwischen dem Beugungslicht L&sub5;&sub0; 0-ter Ordnung und dem Beugungslicht L&sub5;&sub1; 1-ter Ordnung im Beugungsgitter 93a des Beugungselements 93 tritt eine Phasendifferenz auf. Jedoch beeinflusst diese Phasendifferenz die Qualität der Signale nicht.
Gemäß der obigen Beschreibung werden das Beugungslicht L&sub5;&sub0; 0-ter Ordnung und das Beugungslicht L&sub5;&sub1; 1-ter Ordnung, wie vom Beugungselement 93 erzeugt, durch die Photodetektoren 94 bzw. 95 empfangen, und die Erfassung von Informationssignalen wird dadurch ausgeführt, dass die Ausgangssignale der Photodetektoren 94 und 95 verstärkt werden. Jedoch kann Information nur durch entweder das Beugungslicht L&sub5;&sub0; 0-ter Ordnung oder das Beugungslicht L&sub5;&sub1; 1-ter Ordnung wiedergegeben werden.
Beim obigen Ausführungsbeispiel sind die Beugungsgitter 25a und 93a sowie das Phasenkompensationsgitter 25c der polarisierenden Beugungseinheit 25 und des Beugungselements 23 Gitter vom Relieftyp, deren Querschnitte Rechteckprofile sind. Jedoch können diese Gitter vom Brechungsindex-Modulations typ sein, die dadurch hergestellt wurden, dass Verunreinigungen in die Flächen der Substrate 25b und 93b implantiert wurden.
Wie oben beschrieben, ist eine polarisierende Beugungseinheit als erfindungsgemäßes optisches Element wie folgt konzipiert:
- ein Beugungsgitter, dessen Gitterstrichweite ungefähr der Wellenlänge des Lichts entspricht, für die das Beugungsgitter konzipiert ist, ist auf einer Fläche eines transparenten Substrats ausgebildet; und
- ein Phasenkompensationsgitter, dessen Gitterlinien praktisch rechtwinklig zu den Gitterlinien des obigen Beugungsgitters verlaufen, ist auf der anderen Fläche des Substrats ausgebildet.
Demgemäß wird, da das Phasenkompensationsgitter auf derjenigen Fläche des Substrats ausgebildet ist, die von der Fläche abgewandt ist, auf der das Beugungsgitter ausgebildet ist, die Phasendifferenz, wie sie zwischen verschiedenen Polarisationen im Beugungsgitter auftritt, durch das Phasenkompensationsgitter kompensiert. Die Polarisationen sind so in Phase, wenn das Licht aus dem Substrat austritt. Darüber hinaus tritt im Phasenkompensationsgitter keine Beugung auf, da die Richtung desselben praktisch rechtwinklig zur Richtung des Beugungsgitters verläuft.
Außerdem ist die Anzahl der Teile nicht erhöht, da das Phasenkompensationsgitter auf dem Substrat ausgebildet ist, auf dem das Beugungsgitter angebracht ist.
Andererseits ist eine erfindungsgemäße optische Abtasteinrichtung mit folgendem versehen:
- einer Lichtquelle, die linear polarisiertes Licht auf einen magnetooptischen Aufzeichnungsträger strahlt;
- Photodetektoren, die reflektiertes Licht vom magnetooptischen Aufzeichnungsträger empfangen und die Drehung der Polarisationsebene aufgrund des magnetooptischen Effekts erfassen; und
- der obigen polarisierenden Beugungseinheit, die zwischen dem magnetooptischen Aufzeichnungsmedium und den Photodetektoren angebracht ist.
Da die optische Abtasteinrichtung die oben beschriebene polarisierende Beugungseinheit aufweist, tritt, wenn linear polarisiertes Licht, dessen Polarisationsebene gedreht wurde, wenn es auf den magnetooptischen Aufzeichnungsträger gestrahlt wurde, entweder durch die polarisierende Beugungseinheit hindurchgestrahlt oder an dieser gebeugt wird und zu den Photodetektoren gelenkt wird, praktisch keine Phasendifferenz zwischen den zwei Polarisationen in der polarisierenden Beugungseinheit auf. Im Ergebnis kann Information auf dem magnetooptischen Auf zeichnungsträger genau abgespielt werden, da das Licht, das durch die polarisierende Beugungseinheit zu den Photodetektoren gelenkt wurde, linear polarisiert ist.
Die Erfindung kann ohne Abweichung von ihrem durch die Ansprüche definierten Schutzumfang auf andere spezielle Formen realisiert werden.

Claims

1. Optisches Element mit einer transparenten Platte (22) aus einem Material mit optischer Anisotropie und auf deren Oberfläche ein Gitter (23) mit vorbestimmter Strichweite (D) ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke der Platte (22) dergestalt ist, dass für einfallendes Licht einer Wellenlänge, für die die Strichweite (D) im wesentlichen das 0,5- bis 2fache der Wellenlänge des einfallenden Lichts ist, die Phasendifferenz zwischen P- und S-Polarisationskomponenten aufgrund des Gitters (23) sowie die Phasendifferenz zwischen den P- und S-Polarisationskomponenten aufgrund der Ausbreitung durch die Platte (22) einander für Beugungslicht nullter oder erster Ordnung aufheben.

2. Optisches Element nach Anspruch 1, bei dem die transparente Platte (22) aus einem uniaxialen Kristall mit einer einzelnen optischen Achse besteht.

3. Optisches Element nach Anspruch 2, bei dem der uniaxiale Kristall Quarz ist.

4. Optisches Element nach Anspruch 2 oder Anspruch 3, bei dem die Gitterlinien des Gitters (23) parallel zur optischen Achse des Kristalls ausgebildet sind.

5. Optisches Element nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem der Querschnitt des Gitters (23) aus vertiefungen und Erhebungen besteht.

6. Optisches Element nach Anspruch 5, bei dem der Querschnitt des Gitters (23) Rechteck- oder Sinusprofil aufweist.

7. Optisches Element nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem das Gitter (23) vom Brechungsindexmodulations-Typ ist, bei dem der Brechungsindex des Gitters (23) und der Brechungsindex des Rests der transparenten Platte (22) voneinander verschieden sind.

8. Optisches Element nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem der Brechungsindex n der transparenten Platte (22), die ausgewählte Wellenlänge α und die Strichweite A des Gitters (23) der Bedingung A ≤ α/n genügen.

9. Optisches Element nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem die Gitterstrichweite (D) das 0,5- bis 1-fache der Wellenlänge des einfallenden Lichts beträgt.

10. Optischer Aufnehmer mit:

- einer Lichtquelle (51);

- einem optischen Element (21), wie es in einem der vorstehenden Ansprüche beansprucht ist;

- einem optischen System (52, 54, 55, 74, 75, 76, 78) zum Führen eines von der Lichtquelle (21) auf ein Aufzeichnungsmedium (56) gestrahlten Lichtstrahls und zum Lenken des an ihm reflektierten Lichts (24) zum optischen Element (21); und

- einem Photodetektor (79) zum Erfassen der auf dem Aufzeichnungsmedium (56) aufgezeichneten Information auf Grundlage des Kerr-Rotationswinkels des reflektierten Lichts, wobei das optische Element (21) unter einem solchen Winkel schräg zum reflektierten Licht (24) gestellt ist, dass das reflektierte Licht in einen ersten (24a) und einen zweiten (24b) Lichtstrahl unterteilt wird, wobei der erste Lichtstrahl (24a) vom Photodetektor (79) empfangen wird.

11. Optischer Aufnehmer nach Anspruch 10, ferner mit einem Spurabweichungs-Detektor (80), der die zweite Lichtkomponente (24b) empfängt.

12. Optisches Element (25) für Licht ausgewählter Wellenlänge mit einer transparenten Platte (25b) mit einem auf einer ersten Fläche derselben ausgebildeten Beugungsgitter (25a) mit einer Gitterstrichweite (D), die im wesentlichen dieselbe wie die ausgewählte Wellenlänge ist, gekennzeichnet durch ein Phasenkompensationsgitter (25c), das auf einer zweiten Fläche der transparenten Platte, die von der ersten Fläche abgewandt ist, ausgebildet ist, wobei die Gitterlinien des Phasenkompensationsgitters (25c) im wesentlichen rechtwinklig zu den Gitterlinien des Beugungsgitters (25a) laufen, wobei das Phasenkompensationsgitter (25c) verhindert, dass Beugungslicht nullter oder erster Ordnung, das durch das Beugungsgitter (25a) gelaufen ist, während seines Durchlaufs durch das Phasenkompensationsgitter (25c) gebeugt wird, und die Phasendifferenz aufgrund des Durchlaufs durch das Beugungsgitter (25a) für Beugungslicht nullter oder erster Ordnung aufgehoben wird.

13. Optisches Element (25) nach Anspruch 12, bei dem der Querschnitt des Beugungsgitters (25a) aus Vertiefungen und Erhebungen besteht.

14. Optisches Element (25) nach Anspruch 13, bei dem der Querschnitt des Beugungsgitters (25a) ein Rechteckprofil oder ein Sinusprofil ist.

15. Optisches Element nach einem der Ansprüche 12 bis 14, bei dem die transparente Platte (25b) aus Glas oder einem transparenten Kunststoff besteht.

16. Optisches Element (25) nach Anspruch 12 oder Anspruch 15, bei dem das Beugungsgitter (25a) ein Gitter vom Brechungsindexmodulations-Typ ist, das so ausgebildet ist, dass der Brechungsindex des Gitters und der Brechungsindex des restlichen Teils der transparenten Platte (25b) verschieden sind.

17. Optische Abtasteinrichtung mit:

- einer Lichtquelle (89), die Licht auf ein magnetooptisches Aufzeichnungsmedium (91) strahlt;

- mindestens einem Photodetektor (94, 95), der reflektiertes Licht vom magnetooptischen Aufzeichnungsmedium (91) empfängt; und

- einem optischen Element (25), wie es in einem der Ansprüche 12 bis 16 beansprucht ist, und das zwischen dem magnetooptischen Aufzeichnungsmedium (91) und dem mindestens einen Photodetektor (94, 95) montiert ist.