DE69905622T2

DE69905622T2 - Optische vorrichtung

Info

Publication number: DE69905622T2
Application number: DE69905622T
Authority: DE
Inventors: Nobuyuki Hashimoto
Original assignee: Citizen Watch Co Ltd
Current assignee: Citizen Holdings Co Ltd
Priority date: 1999-03-15
Filing date: 1999-06-30
Publication date: 2003-12-04
Anticipated expiration: 2019-07-01
Also published as: WO2000055677A1; DE69905622D1; JP4148648B2; KR20010102523A; EP1172682B1; EP1172682A1; EP1172682A4; US6625102B1

Description

TECHNISCHES GEBIET

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine optische Höchstauflösungstechnik zur Verbesserung der Auflösung über die theoretische Auflösungsgrenze einer optischen Vorrichtung hinaus, die bezüglich Aberration gut korrigiert ist. Die Erfindung bezieht sich außerdem auf eine Technik zur Eliminierung von Nebenstrahlungskeulen, die für Höchstauflösung wesentlich ist. Spezieller bezieht sich die Erfindung auf eine Technik zur Verbesserung der Auflösung eines optischen Aufnehmers für eine optische Platte.

TECHNISCHER HINTERGRUND

Die theoretische Auflösungsgrenze einer optischen Vorrichtung wird kurz erläutert. In einer optischen Vorrichtung, die im Wesentlichen frei von Aberration in der geometrischen Optik entworfen ist, wird der Bildfleck, den sie erzeugt, als ein unendlich kleiner optischer Fleck fokussiert. In Wirklichkeit zeigt der optische Fleck jedoch aufgrund der Brechung, die als Folge der Wellennatur von Licht auftritt, ein endliches Maß an Ausbreitung. Hierbei ist, wenn die numerische Apertur der optischen Vorrichtung, die dazu beiträgt, den Fleck zu fokussieren oder konvergent zu machen, mit NA bezeichnet wird, die physikalische Definition der Ausbreitung des optischen Flecks durch die Formel k · λ = NA gegeben, wobei λ die Lichtwellenlänge ist und k eine Konstante ist, die von der optischen Vorrichtung abhängig ist und üblicherweise einen Wert zwischen 1 und 2 annimmt. Die numerische Apertur NA ist im Allgemeinen proportional zu D/f, was das Verhältnis des effektiven Durchmessers D der Eintrittspupille der optischen Vorrichtung (üblicherweise der effektive Strahldurchmesser) zu der Brennweite f der optischen Vorrichtung ist.
Wenn daher die theoretische Auflösung der optischen Vorrichtung zu erhöhen ist, das heißt wenn der optische Fleck auf einen kleineren Durchmesser zu fokussieren ist, sollte entweder Licht mit einer kürzeren Wellenlänge verwendet werden, oder die numerische Apertur NA sollte erhöht werden.
Die Wellenlänge einer üblicherweise verwendeten Laserlichtquelle beträgt 780 nm oder 650 nm. In den letzten Jahren wurde eine Laserlichtquelle mit einer Wellenlänge von 410 nm entwickelt. Eine Laserlichtquelle mit einer Wellenlänge von 380 nm oder weniger ist jedoch entweder schwierig zu erzielen oder kostenintensiv auszuführen.
Andererseits wird es mit zunehmender numerischer Apertur NA der optischen Vorrichtung zunehmend schwierig, die optische Vorrichtung frei von Aberration in der geometrischen Optik zu entwerfen. Des Weiteren nimmt die Tiefenschärfe der optischen Vorrichtung mit dem Quadrat der numerischen Apertur NA ab, während der Asymmetriefehler der optischen Vorrichtung mit der dritten Potenz der numerischen Apertur NA zunimmt. Unter den gegenwärtigen Umständen ist daher der Entwurf einer optischen Vorrichtung mit einer numerischen Apertur NA von etwa 0,7 oder mehr entweder schwierig zu erzielen oder kostenintensiv auszuführen.
Es ist außerdem zu erwähnen, dass optische Materialien, die zur Konstruktion optischer Vorrichtungen verwendet werden, für Licht bei 380 nm oder kürzeren Wellenlängen lichtundurchlässig sind. Als Folge weisen optische Vorrichtungen, die derartige optische Materialien verwenden, den Nachteil auf, dass Licht nicht effektiv genutzt werden kann.
Unter Berücksichtigung der vorstehenden Beschränkungen liegt die maximale Aufzeichnungsdichte einer optischen Platte, die mit dem kleinsten optischen Fleck gelesen werden kann, gegenwärtig bei etwa 12GB (Gigabyte) im Fall einer optischen Platte mit einem Durchmesser von etwa 3,5 Inch. Wenn Einbrenngrübchen, welche diese Beschränkung der Aufzeichnungsdichte überschreiten, auf einer optischen Platte erzeugt werden, können die Einbrenngrübchen demgemäß mit dem vorstehenden optischen Fleck nicht richtig gelesen werden.
In Anbetracht dessen wurde eine Technik zur Erzielung einer optischen Höchstauflösungsvorrichtung vorgeschlagen, wie in "0 plus E" (Nr. 154, Seiten 66 bis 72, 1992) beschrieben, um die vorstehend beschriebene theoretische Auflösungsgrenze der optischen Vorrichtung weiter zu verbessern. Diese Technik macht es möglich, die Abmessung des optischen Flecks 10% bis 20% kleiner als die theoretische Grenze der optischen Vorrichtung zu machen, indem ein Teil des effektiven Strahls einer konvergierenden Optik mittels einer Lichtabschirmplatte blockiert wird. Dies ist äquivalent zur Erhöhung der numerischen Apertur NA der optischen Vorrichtung oder zur Verkürzung der Wellenlänge der Lichtquelle.
Die optische Höchstauflösungsvorrichtung wies jedoch das Problem auf, dass bei der Erzeugung eines optischen Flecks Nebenstrahlungskeulen oder relativ hohe Peaks, die für die Höchstauflösung wesentlich sind, auf beiden Seiten des Flecks erscheinen, was bewirkt, dass der optische Fleck aussieht, als ob er drei Peaks aufweisen würde.
Dieses Phänomen wird unter Bezugnahme auf die Fig. 6 und 7 erläutert. Als erstes wird, wie in Fig. 6 gezeigt, die Apertur einer Sammellinse 603 unter Verwendung einer Blendenmaske 602 mit einem Radius r um ihre optische Achse 601 herum blockiert. Der Radius r ist kleiner als der Radius eines effektiven Strahls 604. Fig. 6 zeigt eine Querschnittansicht der optischen Vorrichtung, es ist jedoch zu erwähnen, dass die tatsächliche optische Vorrichtung eine Form aufweist, die rotationssymmetrisch um ihre optische Achse 601 herum ist.
Hierbei ist der an einem Punkt P gebildete optische Fleck 701, d. h. der Brennpunkt der Sammellinse 603, derart, wie es in Fig. 7 gezeigt ist. Das heißt, der optische Fleck 701 ist das Ergebnis der Subtraktion eines imaginären optischen Flecks 703, der aufgrund der Blendenmaske 602 gebildet wird, von dem optischen Fleck 702, der durch den effektiven Strahl 604 gebildet wird. Es ist ersichtlich, dass der optische Fleck 701 am Punkt P in diesem Fall schmaler als der durch den effektiven Strahl 604 gebildete optische Fleck 702 ist und Nebenstrahlungskeulen 704 aufweist (Bereiche, die in der negativen Seite in Fig. 7 liegen).
In Fig. 7 weisen die Nebenstrahlungskeulen 704 einen negativen Wert auf und optisch bedeutet dies, dass die Phase der Lichtwelle um 180 Grad im Vergleich zu den positiven Bereichen verschoben ist, das heißt die Phase ist umgekehrt. Vom Gesichtspunkt der Lichtintensität jedoch weisen diese Nebenstrahlungskeulen 704 ebenfalls Lichtintensitäten auf. Als Folge wird am Punkt P ein optischer Fleck mit drei Peaks gebildet. In Fig. 7 ist die komplexe Amplitude entlang der vertikalen Achse abgetragen und die Position entlang der horizontalen Achse.
Der Lichtfleck mit derartigen drei Peaks hat zu einem Problem geführt, wenn er unter anderem auf optische Plattenaufnehmer angewendet wird. In Anbetracht dessen wird in "Optics" (Bd. 18, Nr. 12, Seiten 691 bis 692, 1989) eine Technik zur Eliminierung lediglich von Nebenstrahlungskeulen vorgeschlagen, indem sehr feine Schlitze in dem Lichtpfad platziert werden. Die Schlitze mussten jedoch sehr sorgfältig justiert werden, da bei einer Verschiebung der Schlitzposition andere Bereiche des optischen Flecks anstatt den Nebenstrahlungskeulenbereichen ebenfalls blockiert werden. Des Weiteren war auch eine Haftung von Staub an Schlitzlücken ein Problem. Ein weiteres Problem bestand darin, dass, da Schlitze zur Blockierung von Licht verwendet werden, aufgrund des Vorhandenseins der Schlitze dennoch Lichtbrechung auftritt, selbst wenn die Schlitze richtig in Position justiert sind, was Nebenstrahlungskeulen verursacht, wenngleich in geringerem Ausmaß.
Demgemäß besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, eine optische Vorrichtung bereitzustellen, welche die vorstehenden Probleme löst und die in der Lage ist, nur Nebenstrahlungskeulen oder Komponenten von Nebenstrahlungskeulen von einem optischen Höchstauflösungsfleck zu eliminieren.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht in der Bereitstellung einer optischen Vorrichtung, die leicht zwischen Höchstauflösung und Normalauflösung durch Verwenden eines einfachen Verfahrens umschalten kann.

OFFENBARUNG DER ERFINDUNG

Um die vorstehenden Aufgaben zu lösen, stellt die vorliegende Erfindung die folgende Konfiguration bereit.
Die optische Vorrichtung der Erfindung ist eine solche, die ein Lichterzeugungsmittel zum Erzeugen von einfallendem Licht und ein Linsensystem zum Sammeln des einfallenden Lichts beinhaltet und einen optischen Höchstauflösungsfleck erzeugt, der eine Hauptstrahlungskeule und eine Nebenstrahlungskeule enthält, indem ein Teil des einfallenden Lichts moduliert wird, sowie ein Polarisationsvektormodulationsmittel, um zu bewirken, dass sich die Polarisationsvektoren der Nebenstrahlungskeule und der Hauptstrahlungskeule voneinander unterscheiden, so dass der eine oder der andere der Polarisationsvektoren ausgewählt werden kann, und ein Polarisationsselektionsmittel beinhaltet, um die Nebenstrahlungskeule durch Auswählen des Polarisationsvektors der Hauptstrahlungskeule zu eliminieren.
Spezieller beinhaltet die optische Vorrichtung ein Mittel zum Erzeugen von linear polarisiertem Licht, ein optisch rotierendes Element zum Umwandeln des linear polarisierten Lichts in einen Strahl, der eine Hauptstrahlungskeule und eine Nebenstrahlungskeule erzeugt, die in einer anderen Richtung als die Hauptstrahlungskeule orientiert ist, sowie ein Polarisationsselektionsmittel, um nur die Nebenstrahlungskeule aus dem Strahl zu eliminieren.
Hierbei beinhaltet das optisch rotierende Element ein Flüssigkristallelement vom homogenen Typ und ein um 90 Grad verdrehtes, nematisches Flüssigkristallelement, dessen Orientierungsachse der Flüssigkristallmoleküle im Wesentlichen parallel oder senkrecht zu der Polarisationsachse des linear polarisierten Lichts orientiert ist.
Des Weiteren ist das Polarisationsselektionsmittel so angeordnet, dass es einen Azimuth aufweist, dessen Winkel relativ zu dem Azimuth des linear polarisierten Lichts, das auf das optisch rotierende Element einfällt, nicht kleiner als 0 Grad und nicht größer als 90 Grad ist, wenn er in der Richtung gemessen wird, in der das optisch rotierende Element das Linear polarisierte Licht um 90 Grad dreht.
In einem weiteren Aspekt der Erfindung beinhaltet die optische Vorrichtung ein Mittel zum Erzeugen von linear polarisiertem Licht, ein optisch rotierendes Element zum Umwandeln des linear polarisierten Lichts in einen Strahl, der eine Hauptstrahlungskeule und eine Nebenstrahlungskeule erzeugt, die in einer anderen Richtung als die Hauptstrahlungskeule orientiert ist, eine erste Sammellinse zum Sammeln des Strahls auf eine optische Platte, einen optischen Detektor zum Detektieren von Information, die auf der optischen Platte aufgezeichnet ist, eine zweite Sammellinse zum Sammeln eines Strahls, der von der optischen Platte reflektiert wird, auf den optischen Detektor sowie ein Polarisationsselektionsmittel, um nur die Nebenstrahlungskeule aus dem Strahl zu eliminieren.
Hierbei weist das optisch rotierende Element eine Rotationsleistung auf, die elektrisch aktivierbar oder deaktivierbar ist, und der Strahl wird konvergierend auf eine andere Art von optischer Platte gerichtet, wenn die Rotationsleistung des optisch rotierenden Elements deaktiviert ist, als wenn die optische Aktivität des optisch rotierenden Elements aktiviert ist.
Die anderen Arten von optischen Platten beziehen sich hier zum Beispiel auf eine DVD beziehungsweise eine CD oder eine DVD beziehungsweise eine CD-R(W).
In einem weiteren Aspekt der Erfindung beinhaltet die optische Vorrichtung ein Mittel zum Erzeugen von linear polarisiertem Licht, ein Beugungslinsenelement, dessen Beugungsfunktion durch ein elektrisches Signal aktiviert oder deaktiviert werden kann, ein optisch rotierendes Element, um das linear polarisierte Licht in einen Strahl umzuwandeln, der eine Hauptstrahlungskeule und eine Nebenstrahlungskeule erzeugt, die in einer anderen Richtung als die Hauptstrahlungskeule orientiert ist, eine Sammellinse zum Sammeln des Strahls auf eine optische Platte und ein Polarisationsselektionsmittel, um nur die Nebenstrahlungskeule aus dem Strahl zu eliminieren.
Wenn die Beugungsfunktion des Beugungslinsenelements aktiviert ist, weist die optische Vorrichtung hierbei eine Brennweite auf, die gleich der Summe der Brennweiten des Beugungslinsenelements und der Sammellinse ist, während die Brennweite der optischen Vorrichtung gleich der Brennweite lediglich der Sammellinse ist, wenn die Beugungsfunktion des Beugungslinsenelements deaktiviert ist.
Des Weiteren wird der Strahl konvergierend auf eine andere Art von optischer Platte gerichtet, wenn die Beugungsfunktion des Beugungslinsenelements deaktiviert ist, als wenn die Beugungsfunktion des Beugungslinsenelements aktiviert ist.
Die anderen Arten von optischen Platten beziehen sich hier zum Beispiel auf eine DVD beziehungsweise eine CD oder eine DVD beziehungsweise eine CD-R(W).

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 ist ein Diagramm, das ein Konfigurationsbeispiel einer optischen Vorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt,
Fig. 2 ist ein Diagramm, das ein Konfigurationsbeispiel einer optischen Vorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 3 ist ein Diagramm, das ein Konfigurationsbeispiel einer optischen Vorrichtung gemäß einer drillen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt,
Fig. 4 ist ein Diagramm, das ein Konfigurationsbeispiel einer optischen Vorrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt,
Fig. 5 ist ein Diagramm, das ein Konfigurationsbeispiel einer optischen Vorrichtung gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt,
Fig. 6 ist ein Diagramm zur Erläuterung des Prinzips einer optischen Höchstauflösungsvorrichtung,
Fig. 7 ist ein Diagramm zur Erläuterung eines optischen Flecks, der durch die optische Höchstauflösungsvorrichtung erzeugt wird,
Fig. 8 ist ein Diagramm zur Erläuterung eines optischen Flecks, der durch die optische Vorrichtung der vorliegenden Erfindung erzeugt wird,
Fig. 9 ist ein Diagramm zur Erläuterung der Intensität des durch die optische Vorrichtung der vorliegenden Erfindung erzeugten optischen Flecks,
Fig. 10 ist ein Diagramm, das den Polarisationszustand eines optischen Höchstauflösungsflecks gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt,
Fig. 11 ist ein Diagramm, das die Betriebsweise eines in der vorliegenden Erfindung verwendeten Flüssigkristalls darstellt,
Fig. 12 ist ein Diagramm, das die Struktur eines optisch rotierenden Elements zeigt, das unter Verwendung eines Flüssigkristallelements aufgebaut wurde,
Fig. 13 ist ein Kennliniendiagramm, das die Charakteristik eines herkömmlichen Flüssigkristalls darstellt,
Fig. 14 ist ein Diagramm zur Erläuterung eines Lichtbeugungsphänomens, das von einem Phasenbeugungsgitter des binären Typs erzeugt wird,
Fig. 15 ist ein Diagramm zur Erläuterung des Prinzips einer optischen Vorrichtung mit variablem Fokus unter Verwendung einer Flüssigkristall-Fresnellinse,
Fig. 16 ist ein Diagramm, das eine grundlegende Querschnittstruktur eines räumlichen Flüssigkristall-Lichtmodulators zeigt, der in der vorliegenden Erfindung verwendet wird,
Fig. 17 ist ein Diagramm, das die Anordnung von transparenten Elektroden in dem in der vorliegenden Erfindung verwendeten räumlichen Flüssigkristall-Lichtmodulator zeigt.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

(Ausführungsform 1)

Eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird unter Bezugnahme auf Fig. 1 beschrieben. Fig. 1 zeigt eine Querschnittansicht einer optischen Vorrichtung, es ist jedoch zu erwähnen, dass die tatsächliche optische Vorrichtung eine Form aufweist, die rotationssymmetrisch zu ihrer optischen Achse 101 ist. Linear polarisiertes Licht 102 ist ein Strahl von Licht, der von einer Laserlichtquelle, wie einem nicht gezeigten Halbleiterlaser, emittiert und durch eine Sammellinse oder dergleichen im Wesentlichen parallel gemacht wird. Das Linear polarisierte Licht 102, dessen Polarisationsrichtung parallel zu der y-Achsenrichtung ist, durchläuft ein optisch rotierendes Element 103. Hierbei wird die Polarisationsrichtung eines Teils des linear polarisierten Lichts 102 um 90 Grad gedreht, wenn es den mittleren Bereich 104 (der durch eine Schrägschraffur in der Figur bezeichnet ist) des optisch rotierenden Elements 103 durchläuft, und die Polarisationsrichtung jenes Teils wird somit im Wesentlichen parallel zu der x-Achsenrichtung gemacht. Das optisch rotierende Element 103 weist keinerlei Phasenverteilung für das linear polarisierte Licht 102 auf. Das heißt, die optischen Pfadlängen des Lichtstrahls, der durch den mittleren Bereich 104 des optisch rotierenden Elements 103 läuft, und des Lichtstrahls, der durch den anderen Bereich desselben läuft, sind gleich.
Der effektive Strahl 105, der das optisch rotierende Element 103 durchlaufen hat, wird durch eine Sammellinse 106 auf einen Punkt P fokussiert. Hierbei tritt am Punkt P ein Höchstauflösungsphänomen auf, wie in der Internationalen Offenlegungsschrift WO 98/15952 beschrieben. Das heißt, die Polarisationsachse des Lichts, das den mittleren Bereich 104 durchlaufen hat, ist um 90 Grad bezüglich des Lichts gedreht, das den anderen Bereich durchlaufen hat. Da es bekannt ist, dass zwei orthogonal linear polarisierte Lichtkomponenten nicht miteinander interferieren, verhält sich der mittlere Bereich 104 im Gegensatz zu dem anderen Bereich so, als ob er mit einer Blendenmaske bedeckt wäre. Ein Polarisationsselektionsmittel 107 eliminiert die Nebenstrahlungskeulen des am Punkt P durch das optisch rotierende Element 103 gebildeten optischen Höchstauflösungsflecks.
Die Form des optischen Höchstauflösungsflecks 801, der am Punkt P in Fig. 1 bei Fehlen des Polarisationsselektionsmittels 107 gebildet würde, wird unter Bezugnahme auf Fig. 8 untersucht. In Fig. 8 ist die komplexe Amplitude entlang der vertikalen Achse und die Position entlang der horizontalen Achse abgetragen. Wie aus der zuvor in Verbindung mit Fig. 7 gegebenen Erläuterung ersichtlich ist, ist der optische Höchstauflösungsfleck 801 das Resultat der Subtraktion des aufgrund des mittleren Bereichs 104 gebildeten optischen Flecks 803 von dem durch den gesamten effektiven Strahl 105 gebildeten optischen Fleck 802.
Wenngleich die zwei orthogonal linear polarisierten Lichtkomponenten nicht miteinander interferieren, werden · ihre Intensitäten zusammenaddiert. Als Folge ist anders als im Fall von Fig. 7 die Intensität des optischen Flecks, der tatsächlich am Punkt P gebildet wird, die Summe der Intensität des optischen Höchstauflösungsflecks 801 (das heißt das Quadrat des Absolutwerts) und der Intensität des aufgrund des mittleren Bereichs 104 gebildeten optischen Flecks 803.
Fig. 9 zeigt die Intensität des am Punkt P gebildeten optischen Flecks. In Fig. 9 ist die Intensität des Lichts entlang der vertikalen Achse und die Position entlang der horizontalen Achse abgetragen. Ein Bezugszeichen 901 zeigt die Intensität des durch den gesamten effektiven Strahl 105 gebildeten optischen Flecks. Ein Bezugszeichen 902 zeigt die Intensität des tatsächlich am Punkt P gebildeten optischen Flecks. Die Intensität dieses optischen Flecks ist die Summe der Intensität des optischen Höchstauflösungsflecks 801 (das heißt des Quadrats des Absolutwerts) und der Intensität des aufgrund des mittleren Bereichs 104 gebildeten optischen Flecks 803 (das heißt des Quadrats des Absolutwerts).
Als nächstes werden die Polarisationszustände und die relativen Phasen der jeweiligen Bereiche des optischen Flecks durch Vergleich der Fig. 8 und 9 betrachtet. Erstens ist der optische Fleck 803 aufgrund des mittleren Bereichs 104 in der x-Achsenrichtung linear polarisiert. Der optische Höchstauflösungsfleck 801 ist in der y-Achsenrichtung linear polarisiert. Die Nebenstrahlungskeulen 804 des optischen Höchstauflösungsflecks 801 sind jedoch phasenverkehrt zu den anderen Bereichen des Flecks und können daher als linear polarisiert in der negativen y-Achsenrichtung angesehen werden.
Hierbei werden die Nebenstrahlungskeulen 905 des optischen Flecks 902 mit der in Fig. 9 gezeigten Intensität betrachtet. Jede Nebenstrahlungskeule weist einen Polarisationsvektor auf, der durch die Summe des optischen Flecks 803 aufgrund des mittleren Bereichs 104 und der Nebenstrahlungskeule 804 des optischen Höchstauflösungsflecks 801 gegeben ist. Das heißt, wie in Fig. 10(a) gezeigt, der Polarisationsvektor ist ein linear polarisierter Lichtstrahl mit einem resultierenden Vektor 1003a, der durch die Summe des Polarisationsvektors 1001 aufgrund des mittleren Bereichs 104 und des Polarisationsvektors 1002 der Nebenstrahlungskeule 804 des optischen Höchstauflösungsflecks 801 gegeben ist. Wie früher erwähnt, weist das optisch rotierende Element 103 keinerlei Phasenverteilung für das einfallende Licht auf. Demzufolge ist, wenn die zwei linear polarisierten Lichtkomponenten in Phase oder um 180 Grad außer Phase (oder ein ganzzahliges Vielfaches davon) überlagert werden, ihre Resultierende ebenfalls linear polarisiertes Licht.
Als nächstes wird die Hauptstrahlungskeule 904 des optischen Flecks 902 mit der in Fig. 9 gezeigten Intensität betrachtet. Die Hauptstrahlungskeule weist einen Polarisationsvektor auf, der durch die Summe des optischen Flecks 803 aufgrund des mittleren Bereichs 104 mit dem anderen Teil des optischen Höchstauflösungsflecks 801 außer dessen Nebenstrahlungskeulen 804 gegeben ist. Das heißt, wie in Fig. 10(b) gezeigt, der Polarisationsvektor ist ein linear polarisierter Lichtstrahl mit einem resultierenden Vektor 1003b, der durch die Summe des Polarisationsvektors 1001 aufgrund des mittleren Bereichs 104 und des Polarisationsvektors 1004 des anderen Teils des optischen Höchstauflösungsflecks 801 außer dessen Nebenstrahlungskeulen gegeben ist.
Was hier zu erwähnen ist, ist die Tatsache, dass sich die Richtung des resultierenden Vektors 1003a des linear polarisierten Lichts an jeder Nebenstrahlungskeule 905 des optischen Flecks 902, wie in Fig. 10(a) gezeigt, stets von der Richtung des resultierenden Vektors 1003b des linear polarisierten Lichts bei der Hauptstrahlungskeule 904 des optischen Flecks 902 unterscheidet, wie in Fig. 10(b) gezeigt.
Demgemäß kann bewirkt werden, wie aus den Fig. 10(a) und (b) ersichtlich ist, wenn ein lineares Polarisationsdetektionselement 107, dessen Detektionsachse im rechten Winkel zu der Richtung des resultierenden Vektors 1003a orientiert ist, als das Polarisationsselektionsmittel verwendet und direkt hinter dem optisch rotierenden Element 103 platziert wird, dass der resultierende Vektor 1003a des linear polarisierten Lichts an jeder Nebenstrahlungskeule zum Verschwinden gebracht werden kann. Als Ergebnis können die Nebenstrahlungskeulen 905 des optischen Höchstauflösungsflecks 902, der am Punkt P in Fig. 1 zu bilden ist, eliminiert werden. Es ist außerdem ersichtlich, dass hierbei der resultierende Vektor 1003b nicht verschwindet.
Der Verlauf, der durch Eliminieren der Nebenstrahlungskeulen 905 des optischen Flecks 902 unter Verwendung des Polarisationsselektionsmittels erzeugt wird, ist in Fig. 9 mit 903 gezeigt. Die Intensität des mittleren Bereichs des Flecks 903 ist geringer als jene des Flecks 902, in erster Linie deshalb, weil das Polarisationsselektionsmittel nicht zu 100% transparent ist.
Aus den Fig. 10(a) und (b) ist ersichtlich, dass die Orientierung θ des linearen Polarisationsdetektionselements 107, die bewirken kann, dass die Nebenstrahlungskeulen des optischen Höchstauflösungsflecks verschwinden, innerhalb eines Bereichs von Winkeln liegt, die nicht kleiner als 0 Grad und nicht größer als 90 Grad sind, wobei der Winkel in Richtung der x-Achsenrichtung gemessen wird, wobei die y-Achsenrichtung bei 0 Grad liegt. Spezieller nähert sich θ 90 Grad, wenn die Größe des Polarisationsvektors 1001 aufgrund des mittleren Bereichs 104 und somit die Fläche des mittleren Bereichs 104 abnimmt.
Das lineare Polarisationsdetektionselement 107 braucht nicht notwendigerweise direkt hinter dem optisch rotierenden Element 103 platziert zu sein. Gemäß der Fourier-Bilderzeugungstheorie sind jedoch die Komponenten eines optischen Flecks, die im Brennpunkt einer Linse gesammelt werden, gleichmäßig innerhalb des gesamten effektiven Strahls direkt hinter der Linse verteilt, die Gleichmäßigkeit geht jedoch graduell verloren, wenn sich der Strahl dem Brennpunkt nähert. Das heißt, direkt hinter der Sammellinse 106 sind die Richtungen der resultierenden Vektoren 1003a und 1003b in den Fig. 10(a) und 10(b) konsistent an jedem Punkt in der xy-Ebene. Mit anderen Worten sind die Nebenstrahlungskeulenkomponenten des optischen Höchstauflösungsflecks direkt hinter der Sammellinse 106 innerhalb des effektiven Strahls 105 gleichmäßig verteilt. Da der Strahl jedoch graduell in einen Fleck fokussiert ist, geht die Gleichmäßigkeit verloren, wenn sich der Strahl dem Brennpunkt P nähert. Das heißt, wenn das lineare Polarisationsdetektionselement 107 zu dicht bei dem Brennpunkt P platziert ist, können die Nebenstrahlungskeulenkomponenten in der xy-Ebene nur teilweise eliminiert werden, was unerwünscht ist.

(Ausführungsform 2)

Als nächstes wird unter Bezugnahme auf Fig. 2 eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. Fig. 2 zeigt eine Querschnittansicht einer optischen Vorrichtung, es ist jedoch zu erwähnen, dass die tatsächliche optische Vorrichtung eine Form aufweist, die rotationssymmetrisch um ihre optische Achse 201 herum ist. Linear polarisiertes Licht 202 ist ein Lichtstrahl, der von einer Laserlichtquelle emittiert wird, wie einem nicht gezeigten Halbleiterlaser, und durch eine Sammellinse oder dergleichen im Wesentlichen parallel gemacht wird. Das linear polarisierte Licht 202, dessen Polarisationsrichtung parallel zu der y-Achsenrichtung ist, durchläuft ein optisch rotierendes Element 203. Die Polarisationsrichtung eines Teils des linear polarisierten Lichts 202 wird um 90 Grad gedreht, wenn es den mittleren Bereich 204 (der durch eine Schrägschraffur in der Figur bezeichnet ist) des optisch rotierenden Elements 203 durchläuft, und die Polarisationsrichtung jenes Teils wird somit im Wesentlichen parallel zu der x-Achsenrichtung gemacht. Das optisch rotierende Element 203 weist keinerlei Phasenverteilung für das linear polarisierte Licht 202 auf. Das heißt, die optischen Pfadlängen des Lichtstrahls, der den mittleren Bereich 204 des optisch rotierenden Elements 203 durchläuft, und des Lichtstrahls, der den anderen Bereich desselben durchläuft, sind gleich.
Der effektive Strahl 206, der das optisch rotierende Element 203 durchläuft, wird durch eine Sammellinse 207 auf den Punkt P fokussiert. Hierbei tritt am Punkt P ein Höchstauflösungsphänomen auf, wie in der Internationalen Offenlegungsschrift WO 98/15952 beschrieben. Das heißt, die Polarisationsachse des Lichts, das den mittleren Bereich 204 durchläuft, wird um 90 Grad bezüglich des Lichts gedreht, das den anderen Bereich durchläuft. Da es bekannt ist, dass zwei orthogonal linear polarisierte Lichtkomponenten nicht miteinander interferieren, verhält sich der mittlere Bereich 204 im Gegensatz zu dem anderen Bereich so, als ob er mit einer Blendenmaske bedeckt wäre. Ein Polarisationsselektionsmittel 208 eliminiert die Nebenstrahlungskeulen des am Punkt P gebildeten optischen Höchstauflösungsflecks durch das optisch rotierende Element 203.
Der Unterschied zu der in Fig. 1 gezeigten ersten Ausführungsform der Erfindung besteht darin, dass ein Flüssigkristallelement als das optisch rotierende Element verwendet wird, das keine Phasenmodulation verursacht.
Um das Verständnis der vorliegenden Erfindung zu erleichtern, wird als erstes die optische Aktivität und die Fähigkeit zur Phasenmodulation, die ein Flüssigkristallelement besitzt, unter Bezugnahme auf die Fig. 11 (a) und 11 (b) beschrieben.
Die Fig. 11 (a) und 11 (b) stellen die optische Aktivität eines elektrisch steuerbaren, herkömmlichen Flüssigkristallelements des homogenen Typs und eines verdrehten nematischen Flüssigkristallelements dar. Flüssigkristallmoleküle 1102 sind zwischen Glassubstraten 1101 als Sandwich angeordnet, die mit transparenten Elektroden beschichtet sind. Auf dem eingangsseitigen Glassubstrat liegt eine Orientierungsachse 1103 des gesamten Flüssigkristalls parallel zu der y-Achsenrichtung. Auf dem ausgangsseitigen Glassubstrat liegt andererseits, während die Orientierungsachse 1103 des Flüssigkristalls in dem Bereich der oberen Hälfte parallel zu der y-Achsenrichtung liegend verbleibt, die Orientierungsachse 1103 des Flüssigkristalls in dem Bereich der unteren Hälfte parallel zu der x-Achsenrichtung.
Die Flüssigkristallmoleküle 1102 haben die Eigenschaft, dass ihre langen Achsen dazu tendieren, entlang der Orientierungsachse in die gleiche Richtung zu weisen, ebenso wie die Eigenschaft, dass sich die Moleküle als Kontinuum verhalten. Als Folge sind die Flüssigkristallmoleküle 1102 in der oberen Hälfte des Flüssigkristallelements, wie in Fig. 11 (a) gezeigt, parallel zu der y-Achsenrichtung ausgerichtet, und der Flüssigkristall mit dieser Struktur wird als der Flüssigkristall vom homogenen Typ bezeichnet. Andererseits sind die Flüssigkristallmoleküle 1102 in der unteren Hälfte graduell und gleichmäßig um 90 Grad gedreht, und der Flüssigkristall dieses Typs wird als der um 90 Grad verdrehte nematische Flüssigkristall bezeichnet.
Wenn einfallendes Lieht 1104, das in der y-Achsenrichtung linear polarisiert ist, in dieses Flüssigkristallelement eintritt, breitet sich das linear polarisierte Licht 1104 durch dieses hindurch aus, wobei bewirkt wird, dass sich seine Polarisationsachse aufgrund der dielektrischen Anisotropie der Flüssigkristallmoleküle zu der Richtung der langen Achse der Flüssigkristallmoleküle 1102 ausrichtet. Das heißt, in dem Bereich der oberen Hälfte ist die Polarisationsachse des aus diesem herauskommenden linear polarisierten Lichts 1105 in der y-Achsenrichtung ausgerichtet, während in dem Bereich der unteren Hälfte die Polarisationsachse in der x-Achsenrichtung ausgerichtet ist, d. h. rechtwinklig zu jener der oberen Hälfte. Dies bedeutet, dass das linear polarisierte Licht, das sich durch das um 90 Grad verdrehte nematische Flüssigkristallelement ausbreitet, einer optischen Rotation von 90 Grad unterworfen wurde.
Wenn der Brechungsindex in der Richtung der langen Achse der Flüssigkristallmoleküle mit n1 bezeichnet wird und der Brechungsindex in der Richtung der kurzen Achse mit n2 bezeichnet wird, ist die Länge des optischen Pfades des einfallenden, linear polarisierten Lichts 1104, das die Flüssigkristallschicht durchquert, durch n1 · d sowohl für den oberen als auch den unteren Bereich gegeben, wobei d die Dicke der Flüssigkristallschicht ist. Demgemäß treten zwischen diesen keine Phasendifferenzen aufgrund von Differenzen in der optischen Pfadlänge auf. Das heißt, das Flüssigkristallelement weist keinerlei Phasenverteilung für das einfallende, linear polarisierte Licht 1104 auf.
Streng gesprochen ist es für das linear polarisierte, einfallende Licht 1104, um als linear polarisiertes Licht auszutreten, erforderlich, wie auf dem Fachgebiet bekannt, dass die Polarisationsachse des einfallenden, linear polarisierten Lichts 1104 parallel zu dem Direktor 1103 auf der Einfallsseite orientiert ist, d. h. der Richtung der langen Achse der Flüssigkristallmoleküle, und dass 2x(n1 - n2) · d/λ gleich der Quadratwurzel irgendeiner der Zahlen 3, 15, 35 etc. ist, wobei n1 der Brechungsindex in der Richtung der langen Achse der Flüssigkristallmoleküle ist, n2 der Brechungsindex in der Richtung der kurzen Achse der Flüssigkristallmoleküle ist, λ (nm) die Wellenlänge des einfallenden Lichts ist und d (nm) die Dicke der Flüssigkristallschicht oder der Zellenlücke ist. Hierbei wird der Fall, in dem 2x(n1- n2) · d/λ gleich 3 ist, als ein erstes Minimum bezeichnet, der Fall, in dem dieser Ausdruck gleich 15 ist, als ein zweites Minimum bezeichnet, und der Fall, in dem er gleich 35 ist, als ein drittes Minimum bezeichnet. Diese Werte werden aus der Gleichung (1 + x) = (2xn)² (wobei n eine ganze Zahl ist) und x = 3, wenn n = 1 (entspricht dem ersten Minimum), x = 15, wenn n = 2 (entspricht dem zweiten Minimum) und x = 35, wenn n = 3 (entspricht dem dritten Minimum), abgeleitet. Im Allgemeinen ist ein gegenüber Temperatur- und Wellenlängenschwankungen um so stabileres Austreten von linear polarisiertem Licht garantiert, je größer der Wert n ist. Der Nachteil besteht jedoch darin, dass eine Erhöhung des Wertes n zu einer langsameren Antwortzeit und einem kleineren Betrachtungswinkel führt. In der vorliegenden Ausführungsform ist es um so besser, je größer der Wert n ist, da Antwortzeit und Betrachtungswinkel keine hauptsächlichen Gesichtspunkte sind. Wenn jedoch n zu groß gemacht wird, taucht das Problem auf, dass der Ausrichtungszustand des Flüssigkristalls instabil wird. Demgemäß wird der Wert n vorzugsweise innerhalb eines Bereichs von 3 bis 10 gesetzt und bevorzugter innerhalb eines Bereichs von 3 bis 6. Es treten jedoch keine praktischen Probleme auf, wenn die verwendete Lichtwellenlänge, der Brechungsindex der Flüssigkristallmoleküle oder die Dicke der Flüssigkristallschicht die zuvor angegebene Gleichung nicht streng erfüllen.
Wenn des Weiteren ein idealer Flüssigkristall entworfen wird, der die zuvor angegebene Gleichung streng erfüllt, arbeitet das Flüssigkristallelement bei Vorhandensein von thermischen Fluktuationen möglicherweise nicht ideal. Um dies anzugehen, sollte die Schwellenspannung (Vth) auf einer T- V-Kurve eines Flüssigkristalls, wie in Fig. 13 gezeigt, für den Betrieb angewendet werden. Die in Fig. 13 gezeigte T-V-Kurve ist eine Kennlinie, welche die Beziehung zwischen angelegter Spannung V und Transmissionsgrad T darstellt, wenn die Spannung V an den um 90 Grad verdrehten nematischen Flüssigkristall der vorliegenden Ausführungsform angelegt wird, der als Sandwich zwischen Polarisatoren angeordnet ist, die parallel zueinander orientiert sind (in dieser Anordnung tritt kein Licht aus dem Ausgangspolarisator aus, solange die Spannung nicht an den Flüssigkristall angelegt ist). Wenn die Spannung Vth (1 V bis 1,5 V ausgedrückt als effektive Spannung) angelegt wird, tritt das geringste Maß an Lichtverlust auf, die optische Rotationsleistung arbeitet am idealsten, und der Einfluss der thermischen Fluktuation ist reduziert.
Wie in Fig. 11 (b) gezeigt, richten sich die langen Achsen aller Flüssigkristallmoleküle 1102, wenn ein elektrisches Feld in der z-Achsenrichtung unter Verwendung einer Leistungsversorgung 1106 an das Flüssigkristallelement über die auf den Glassubstraten ausgebildeten transparenten Elektroden angelegt wird, in der z-Achsenrichtung aus, d. h. der Richtung des elektrischen Feldes, und verbleiben in diesem Zustand. Dieser Zustand wird "homeotrop" genannt. Hierbei werden die Bereiche sowohl der oberen als auch der unteren Hälfte des austretenden, linear polarisierten Lichts 1005 in der y-Achsenrichtung polarisiert, der gleichen Richtung wie das einfallende, linear polarisierte Licht 1004. Das heißt, die Rotationsleistung in der unteren Hälfte geht verloren. Hierbei beträgt die Länge des optischen Pfades des einfallenden, linear polarisierten Lichts 1004, das sich durch den Flüssigkristall hindurch ausbreitet, n2 · d. Es ist auch möglich, einen Zustand zu erzeugen, der zwischen dem verdrehten nematischen oder homogenen Zustand und dem homeotropen Zustand liegt, indem die Höhe der anlegten Spannung gesteuert wird. Es ist außerdem bekannt, dass bei Verwendung des Flüssigkristalls als optisch rotierendes Element die Rotationsleistung weiter ideal arbeitet, indem stets die Schwellenspannung (Vth) oder eine Spannung nahe dieser an die Flüssigkristallmoleküle angelegt wird.
Als nächstes bezugnehmend auf Fig. 12 wird eine Beschreibung der Struktur des optisch rotierenden Elements 203 von Fig. 2 angegeben, das unter Verwendung des vorstehend beschriebenen Flüssigkristallelements aufgebaut ist. In Fig. 12(a) ist der schraffierte kreisförmige Bereich in der Mitte ein um 90 Grad verdrehtes nematisches Flüssigkristallelement 1201, und der restliche Bereich ist ein Flüssigkristallelement 1202 vom homogenen Typ.
Fig. 12(b) zeigt eine alternative Struktur, bei welcher der schraffierte rechteckige Bereich in der Mitte das um 90 Grad verdrehte nematische Flüssigkristallelement 1201 ist und der restliche Bereich das Flüssigkristallelement 1202 vom homogenen Typ ist. Wenn das um 90 Grad verdrehte nematische Flüssigkristallelement 1201 so gebildet wird, dass es den vollständigen Durchmesser des effektiven Strahls in der y-Achsenrichtung abdeckt, es jedoch den Strahldurchmesser in der x-Achsenrichtung lediglich teilweise abdeckt, wie in der in Fig. 12(b) gezeigten Struktur, tritt Höchstauflösung nur in der x-Achsenrichtung auf.
Wenn eine geeignete Spannung an den Flüssigkristall über eine Elektrode 1203 angelegt wird, wird der gesamte Flüssigkristall in den homeotropen Zustand versetzt und optische Rotationsleistung geht verloren.
Wenn in den Fig. 12(a) und 12(b) der Bereich, der als das um 90 Grad verdrehte nematische Flüssigkristallelement ausgebildet ist, mit dem Bereich ausgetauscht wird, der als das Flüssigkristallelement vom homogenen Typ ausgebildet ist, kann der gleiche gewünschte Effekt erzielt werden, indem die Orientierung θ des linearen Polarisationsdetektionselements 107 geeignet eingestellt wird.
Das lineare Polarisationsdetektionselement 208 als das Polarisationsselektionsmittel kann unter Verwendung eines linearen Polarisationsfilters, eines Polarisators, eines Polarisationsbeugungselements, eines Polarisationsstrahlteilers oder eines Spiegels aufgebaut werden, der unter dem Brewster-Winkel angeordnet ist. Dies gilt auch für alle anderen Ausführungsformen der Erfindung.
Als nächstes wird die Betriebsweise der in Fig. 2 gezeigten, vorliegenden Ausführungsform beschrieben. Fig. 2 zeigt eine Querschnittansicht der optischen Vorrichtung, es sollte jedoch erwähnt werden, dass die tatsächliche optische Vorrichtung eine Form aufweist, die rotationssymmetrisch um ihre optische Achse 201 herum ist. Das einfallende Licht 202, das in der y- Achsenrichtung polarisiert ist, durchläuft das optisch rotierende Element 203. Da der mittlere Bereich (der durch Schrägschraffur bezeichnet ist) des optischen Rotationselements 203 von dem um 90 Grad verdrehten nematischen Flüssigkristallelement 204 (in dem die Moleküle graduell von der y- Achsenrichtung zu der x-Achsenrichtung verdreht sind) gebildet wird, wird die Polarisationsrichtung des linear polarisierten Lichts 202, das es durchläuft, um 90 Grad gedreht und somit in die x-Achsenrichtung orientiert. Wenn das in Fig. 12(a) gezeigte, optisch rotierende Element 203 verwendet wird, wird der von dem mittleren Bereich verschiedene Bereich von dem Flüssigkristallelement 205 vom homogenen Typ gebildet und weist daher nicht die Fähigkeit auf, das linear polarisierte Licht zu drehen. Hierbei weist das optisch rotierende Element 203 keinerei Phasenverteilung für den effektiven Strahl 206 des linear polarisierten Lichts 202 auf, wie aus der zuvor angegebenen Erläuterung ersichtlich ist. Des Weiteren ist an der Eintrittsseite des Flüssigkristallelements, auf der das linear polarisierte Licht 202 einfällt, eine Orientierungsachse der Flüssigkristallmoleküle im Wesentlichen parallel zu der y-Achsenrichtung ausgerichtet.
Der effektive Strahl 206, der das optische Rotationselement 203 durchläuft, wird durch die Sammellinse 207 auf den Punkt P fokussiert. Hierbei tritt am Punkt P ein Höchstauflösungsphänomen auf. Das heißt, die Polarisationsachse des linear polarisierten Lichts, welches das um 90 Grad verdrehte nematische Flüssigkristallelement 204 durchläuft, wird bezüglich jener des linear polarisierten Lichts um 90 Grad gedreht, welches das Flüssigkristallelement 205 vom homogenen Typ durchläuft.
Unter dieser Bedingung können, wenn das lineare Polarisationsdetektionselement 208 direkt hinter dem optisch rotierenden Element 203 platziert wird, indem das erstere unter einem Winkel von etwa 60 Grad orientiert wird, wobei der Winkel zur x-Achsenrichtung hin bei einer y-Achsenrichtung von 0 Grad gemessen wird, die Nebenstrahlungskeulen aus dem optischen Höchstauflösungsfleck eliminiert werden, wie zuvor beschrieben. In weiteren Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können die Nebenstrahlungskeulen in ähnlicher Weise eliminiert werden, wenn das lineare Polarisationsdetektionselement als das Polarisationsselektionsmittel in der gleichen Weise eingestellt wird.

(Ausführungsform 3)

Eine dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf Fig. 3 beschrieben. In dieser Ausführungsform wird die vorliegende Erfindung auf einen optischen Plattenaufnehmer angewendet. Fig. 3 zeigt eine Querschnittansicht der optischen Vorrichtung, es sollte jedoch erwähnt werden, dass die tatsächliche optische Vorrichtung eine Form aufweist, die rotationssymmetrisch um ihre optische Achse 301 herum ist. Einfallendes Licht 302, das in der y-Achsenrichtung linear polarisiert ist, durchläuft ein optisch rotierendes Element 303, dessen Rotationsleistung durch ein elektrisches Signal steuerbar ist. Der mittlere Bereich 304 (der durch Schrägschraffur in der Figur bezeichnet ist) des optisch rotierenden Elements 303 dreht die Polarisationsrichtung des linear polarisierten Lichts 302 um 90 Grad, und somit wird bewirkt, dass die Polarisationsrichtung des Lichtes, das dieses durchläuft, in der x-Achsenrichtung orientiert wird; der andere Bereich außer dem mittleren Bereich 304 weist nicht die Fähigkeit auf, das linear polarisierte Licht zu drehen. Des Weiteren weist das optisch rotierende Element 303 keinerlei Phasenverteilung für das linear polarisierte Licht 302 auf. Das heißt, das linear polarisierte Licht 302, das den mittleren Bereich 304 des optisch rotierenden Elements 303 durchläuft, und dasjenige, das den anderen Bereich desselben durchläuft, weisen die gleiche optische Pfadlänge auf. Der effektive Strahl 305, der das optisch rotierende Element 303 durchläuft, durchläuft einen optischen Strahlteiler 308 und wird durch eine erste Sammellinse 306 auf einen Punkt P auf einer optischen Platte 307 fokussiert. Hierbei tritt am Punkt P ein Höchstauflösungsphänomen auf, wie in der Internationalen Offenlegungsschrift WO98/15952 beschrieben. Das heißt, die Polarisationsachse des Lichts, das den mittleren Bereich 304 durchläuft, wird um 90 Grad bezüglich des Lichts gedreht, das den anderen Bereich durchläuft. Da es bekannt ist, dass zwei orthogonal linear polarisierte Lichtkomponenten nicht miteinander interferieren, verhält sich der mittlere Bereich 304 im Gegensatz zu dem anderen Bereich so, als ob er mit einer Blendenmaske bedeckt wäre.
Der optische Höchstauflösungsfleck, der auf die optische Platte 307 fokussiert wird, liest ein als ein Einbrenngrübchen auf der optischen Platte 307 aufgezeichnetes Signal und wird zurückreflektiert. Das reflektierte Licht durchläuft erneut die erste Sammellinse 306 und wird durch den optischen Strahlteiler 308 reflektiert und durch eine zweite Sammellinse 309 auf ein optisches Signaldetektionselement 310 fokussiert. Der auf das optische Signaldetektionselement 310 fokussierte optische Fleck weist jedoch Nebenstrahlungskeulen auf. Die Hauptstrahlungskeule des optischen Höchstauflösungsflecks trägt Information, die von dem betreffenden Einbrenngrübchen auf der optischen Platte 307 gelesen wird. Mit den Nebenstrah- lungskeulen auf beiden Seiten derselben werden jedoch möglicherweise auch benachbarte Einbrenngrübchen ausgelesen. In jenem Fall enthält das reflektierte Licht Rauschkomponenten.
Wenn ein lineares Polarisationsdetektionselement 311 als ein Polarisationsselektionsmittel nahe der zweiten Sammellinse 309 durch Orientieren des ersteren rechtwinklig zu der Richtung des linear polarisierten Lichts platziert wird, das in den Nebenstrahlungskeulen enthalten ist, wie früher beschrieben, werden hierbei die Nebenstrahlungskeulen nicht auf das optische Signaldetektionselement 310 fokussiert. Die Rauschkomponenten können somit aus dem detektierten Licht eliminiert werden.
In der vorliegenden Ausführungsform ist das lineare Polarisationsdetektionselement 311 zwischen dem optischen Strahlteiler 308 und der zweiten Sammellinse 309 platziert, die Position des linearen Polarisationsdetektionselements 311 ist jedoch nicht auf jene spezielle Position beschränkt. Das lineare Polarisationsdetektionselement 311 kann zum Beispiel nahe der ersten Sammellinse 306 platziert werden, so dass ein optischer Höchstauflösungsfleck, aus dem die Nebenstrahlungskeulen eliminiert wurden, auf die optische Platte 307 fokussiert werden kann. In jenem Fall nimmt jedoch die Verwendbarkeit des auf die optische Platte 307 zu fokussierenden Lichts ab, da im Allgemeinen ein lineares Polarisationsdetektionselement nicht perfekt transparent ist. Daher ist es üblicherweise ausreichend, die Nebenstrahlungskeulenkomponenten zu eliminieren, bevor das Licht in das optische Signaldetektionselement 310 eintritt.
Des Weiteren braucht das lineare Polarisationsdetektionselement 311 nicht notwendigerweise nahe der zweiten Sammellinse 309 platziert zu werden. Gemäß der Fourier-Bilderzeugungstheorie sind jedoch die Komponenten eines optischen Flecks, die im Brennpunkt einer Linse gesammelt werden, innerhalb des gesamten effektiven Strahls direkt hinter der Linse gleichmäßig verteilt, die Gleichmäßigkeit verliert sich jedoch graduell, wenn sich der Strahl dem Brennpunkt nähert. Das heißt, die Richtungen der resultierenden Vektoren 1003a und 1003b in den Fig. 10(a) und 10(b) sind nahe der zweiten Sammellinse 309 in jedem Punkt in der xy-Ebene konsistent. Da jedoch der Strahl graduell in einen Fleck fokussiert wird, geht die Gleichmäßigkeit verloren, wenn sich der Strahl dem optischen Signaldetektionselement 310 nähert. Das heißt, wenn das lineare Polarisationsdetektionselement 311 zu nahe bei dem optischen Signaldetektionselement 310 platziert wird, können die Nebenstrahlungskeulenkomponenten in der xy- Ebene nur teilweise eliminiert werden, was unerwünscht ist.
Wenn die Rotationsleistung des optisch rotierenden Elementes 303 durch Anlegen eines elektrischen Signals deaktiviert wird, wird hierbei die Höchstauflösung deaktiviert und durch eine normale Auflösung ersetzt. Dies bedeutet, dass eine Umschaltung von Höchstauflösung auf eine normale Auflösung durch Anlegen eines elektrischen Signals erreicht wird. Der normale Auflösungsmodus kann zum Beispiel beim Lesen von Einbrenngrübchen auf einer optischen CD-Platte verwendet werden und der Höchstauflösungsmodus beim Lesen einer optischen DVD-Platte mit einer höheren Einbrenngrübchen-Aufzeichnungsdichte als jener der CD.

(Ausführungsform 4)

Eine vierte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf Fig. 4 beschrieben. In dieser Ausführungsform wird die vorliegende Erfindung auf einen optischen Plattenaufnehmer angewendet, Fig. 4 zeigt eine Querschnittansicht der optischen Vorrichtung, es ist jedoch zu erwähnen, dass die tatsächliche optische Vorrichtung eine Form aufweist, die rotationssymmetrisch um ihre optische Achse 401 herum ist. Einfallendes Licht 402, das in der y-Achsenrichtung linear polarisiert ist, durchläuft ein optisch rotierendes Element 403, dessen Rotationsleistung durch ein elektrisches Signal steuerbar ist, das von einer Leistungsquelle 413 zugeführt wird. Der mittlere Bereich 404 (der durch Schrägschraffur in der Figur bezeichnet ist) des optisch rotierenden Elements 403 dreht die Polarisationsrichtung des linear polarisierten Lichts 402 um 90 Grad, und somit wird bewirkt, dass sich die Polarisationsrichtung des dieses durchlaufenden Lichts in der x-Achsenrichtung orientiert; der andere Bereich außer dem mittleren Bereich 404 weist nicht die Fähigkeit auf, das linear polarisierte Licht zu drehen.
Des Weiteren weist das optisch rotierende Element 403 keinerlei Phasenverteilung für das linear polarisierte Licht 402 auf. Das heißt, das linear polarisierte Licht 402, das den mittleren Bereich 404 des optisch rotierenden Elements 403 durchläuft, und dasjenige, welches den anderen Bereich desselben durchläuft, weisen die gleiche optische Pfadlänge auf. Der effektive Strahl 406, der das optisch rotierende Element durchläuft, durchläuft einen optischen Strahlteiler 407 und wird durch eine erste Sammellinse 408 auf einen Punkt P auf einer optischen Platte 409 fokussiert. Hierbei tritt am Punkt P ein Höchstauflösungsphänomen auf, wie in der Internationalen Offenlegungsschrift WO 98/15952 beschrieben. Das heißt, die Polarisationsachse des Lichts, das den mittleren Bereich 404 durchläuft, wird um 90 Grad bezüglich des Lichts gedreht, das den anderen Bereich durchläuft. Da es bekannt ist, dass zwei orthogonal linear polarisierte Lichtkomponenten nicht miteinander interferieren, verhält sich der mittlere Bereich 404 im Gegensatz zu dem anderen Bereich so, als ob er mit einer Blendenmaske bedeckt wäre.
Der auf die optische Platte 409 fokussierte optische Höchstauflösungsfleck liest ein Signal, das als ein Einbrenngrübchen auf der optischen Platte 409 aufgezeichnet wurde, und wird zurückreflektiert. Das reflektierte Licht durchläuft erneut die erste Sammellinse 408 und wird von dem optischen Strahlteiler 407 reflektiert und durch eine zweite Sammellinse 410 auf ein optisches Signaldetektionselement 411 fokussiert. Der auf das optische Signaldetektionselement 411 fokussierte optische Fleck weist jedoch Nebenstrahlungskeulen auf. Die Hauptstrahlungskeule des optischen Höchstauflösungsflecks trägt Information, die von dem betreffenden Einbrenngrübchen auf der optischen Platte 409 gelesen wird. Mit den Nebenstrahlungskeulen auf beiden Seiten derselben werden jedoch möglicherweise auch benachbarte Einbrenngrübchen ausgelesen. In jenem Fall enthält das reflektierte Licht Rauschkomponenten.
Wenn ein lineares Polarisationsdetektionselement 412 als ein Polarisationsselektionsmittel nahe der zweiten Sammellinse 410 durch Orientieren der ersteren rechtwinklig zu der Richtung des linear polarisierten Lichts, das in den Nebenstrahlungskeulen enthalten ist, platziert wird, wie zuvor beschrieben, werden die Nebenstrahlungskeulen nicht auf das optische Signaldetektionselement 411 fokussiert. Die Rauschkomponenten können somit aus dem detektierten Licht eliminiert werden.
Diese Ausführungsform ist im Grunde die gleiche wie die dritte Ausführungsform, der einzige Unterschied liegt darin, dass ein Flüssigkristallelement ähnlich dem in der zweiten Ausführungsform verwendeten als das optisch rotierende Element 403 verwendet wird, das durch ein elektrisches Signal steuerbar ist.
Nachstehend wird eine kurze Beschreibung unter Bezugnahme auf relevante Zeichnungen gegeben. Es sei angenommen, dass das linear polarisierte Licht 402, das in der y-Achsenrichtung polarisiert ist, auf das in Fig. 12(a) gezeigte, optisch rotierende Element einfällt. Da der mittlere Bereich (der durch Schrägschattierung bezeichnet ist) des optisch rotierenden Elements 403 von einem um 90 Grad verdrehten nematischen Flüssigkristallelement 404 gebildet wird, wird die Polarisationsrichtung des linear polarisierten Lichts 402 um 90 Grad gedreht und es wird somit bewirkt, dass sie sich in der x-Achsenrichtung orientiert. Andererseits wird der Bereich außer dem mittleren Bereich des optisch rotierenden Elements 403 von einem Flüssigkristallelement 405 vom homogenen Typ gebildet und weist daher nicht die Fähigkeit auf, das linear polarisierte Licht zu drehen. Hierbei weist das optisch rotierende Element 403 keinerlei Phasenverteilung für den effektiven Strahl 406 des linear polarisierten Lichts 402 auf, wie aus der zuvor gegebenen Erläuterung ersichtlich ist. Des Weiteren ist auf der Eintrittsseite des Flüssigkristallelements, auf die das linear polarisierte Licht 402 einfällt, eine Orientierungsachse der Flüssigkristallmoleküle im Wesentlichen parallel zu der y-Achsenrichtung ausgerichtet.
Der effektive Strahl 406, der das optisch rotierende Element 403 durchläuft, durchläuft den optischen Strahlteiler 407 und wird durch die erste Sammellinse 408 auf die optische Platte 409 fokussiert. Der optische Höchstauflösungsfleck liest ein Signal, das als ein Einbrenngrübchen auf der optischen Platte 409 aufgezeichnet ist, und wird zurückreflektiert. Das reflektierte Licht durchläuft erneut die erste Sammellinse 408, wird durch den optischen Strahlteiler 407 reflektiert, der aus einem Prisma oder einem Halbspiegel oder dergleichen aufgebaut ist, und wird durch die zweite Sammellinse 410 auf das optische Signaldetektionselement 411 fokussiert. Hierbei werden die Nebenstrahlungskeulen, die auf dem optischen Signaldetektionselement 411 gebildet würden, durch das lineare Polarisationsdetektionselement 412 eliminiert, das als das Polarisationsselektionsmittel nahe der zweiten Sammellinse 410 angeordnet ist.
Wenn das optische Plattensubstrat oder dergleichen eine große optische Doppelbrechung aufweist, ergibt sich die Möglichkeit, dass der resultierende Vektor, der von den Nebenstrahlungskeulen des optischen Höchstauflösungsflecks erzeugt wird, der von der optischen Platte reflektiert wird oder diese durchläuft, eine elliptische Polarisation aufweisen kann. Wenn dies geschieht, können die Nebenstrahlungskeulen des optischen Höchstauflösungsflecks durch das lineare Polarisationsdetektionselement 412 nicht vollständig eliminiert werden. Wenn jedoch das optisch rotierende Element 403 absichtlich mit einer derartigen optischen Doppelbrechung ausgelegt ist, welche die Doppelbrechung des optischen Plattensubstrats etc. auslöscht, wird es möglich, die Nebenstrahlungskeulen des optischen Höchstauflösungsflecks zu eliminieren.
Ein möglicher Weg zur Auslöschung der Doppelbrechung des optischen Plattensubstrats etc. besteht darin, dem Strahl, der das optisch rotierende Element durchläuft, absichtlich eine geeignete elliptische Polarisation zu geben. Das heißt, da das linear polarisierte Licht aufgrund der Doppelbrechung des optischen Plattensubstrats in elliptisch polarisiertes Licht umgewandelt wird, sollte eine derartige elliptische Polarisation als Versetzungen des elliptisch polarisierten Lichts im Voraus erzeugt werden. Es gibt fünf mögliche Verfahren, dies durchzuführen.
Im ersten Verfahren wird die Polarisationsachse des einfallenden, linear polarisierten Lichts relativ zu der Orientierungsachse des Flüssigkristalls (der Richtung der langen Achse der Flüssigkristallmoleküle) leicht versetzt. In diesem Fall liegt der Versetzungswinkel vorzugsweise innerhalb eines Bereichs von -5 Grad bis +5 Grad. Wenn die Polarisationsachse des einfallenden Lichts auf diese Weise versetzt wird, tritt optische Doppelbrechung auf, da das einfallende, Linear polarisierte Licht den Flüssigkristall so durchquert, dass es nicht nur von den Komponenten der langen Achse der Flüssigkristallmoleküle, sondern auch von den Komponenten der kurzen Achse derselben beeinflusst wird. Der Strahl, der aus dem optisch rotierenden Element austritt, ist somit elliptisch polarisiert.
Im zweiten Verfahren wird die Polarisationsachse nicht versetzt, sondern es wird eine Spannung, die etwas höher als die Schwellenspannung (Vth, siehe Fig. 13) (vorzugsweise um einen Faktor von 1,0 bis etwa 1,3 höher) ist, an das gesamte Flüssigkristallelement angelegt. Wenn eine Spannung angelegt wird, die etwas höher als die Schwellenspannung (Vth) ist, stehen die Flüssigkristallmoleküle parallel zu der Richtung des elektrischen Feldes, und dies ändert im Effekt den Brechungsindex des Flüssigkristalls für das einfallende, linear polarisierte Licht. Als Folge wird das Flüssigkristallelement aus seiner idealen Betriebsbedingung herausgeführt, und der Strahl, der aus dem optisch rotierenden Element austritt, ist somit elliptisch polarisiert.
Im dritten Verfahren wird der Flüssigkristall im Voraus so ausgelegt, dass er in einem Zustand arbeitet, der gegenüber seinem idealen Betriebszustand verschoben ist.
Im vierten Verfahren wird ein Element, das eine optische Doppelbrechung ähnlich der optischen Doppelbrechung des optischen Plattensubstrats verursacht, in den Lichtpfad zwischen dem optischen Signaldetektionselement 411 und der optischen Platte 409 eingesetzt.
Im fünften Verfahren werden die vorstehenden vier Verfahren in geeigneten Kombinationen verwendet.
Des Weiteren kann eine Vorspannung, die höher als die Spannung Vth ist, angelegt werden, um die Schwankung der Eigenschaften des Flüssigkristallelements aufgrund von Fertigungsschwankungen des Flüssigkristallelements oder Änderungen der Temperatur und die Schwankung der Wellenlänge der Halbleiterlaserlichtquelle aufgrund von Änderungen der Temperatur zu kompensieren.
Die Rotationsleistung des optisch rotierenden Elements 403 in dieser Ausführungsform kann auch durch ein elektrisches Mittel deaktiviert werden, wie in der Beschreibung der zweiten Ausführungsform erläutert. Daher kann die optische Rotation beim Lesen einer CD deaktiviert werden, um den Auflösungsmodus auf normale Auflösung umzuschalten, und die Rotationsleistung kann beim Lesen einer DVD mit einer höheren Einbrenngrübchendichte als jener der CD aktiviert werden, um den Auflösungsmodus auf Höchstauflösung umzuschalten.
Damit sowohl CD als auch DVD richtig gelesen werden können, ist es bevorzugt, die vorliegende Ausführungsform wie nachstehend beschrieben zu modifizieren.
In dem Fall einer CD oder einer CD-R (aufzeichenbare CD) wird die Rotationsleistung des optisch rotierenden Elements 403 deaktiviert, und das Lesen oder Schreiben wird mit der CD oder CD-R unter Verwendung eines Halbleiterlasers von 780 nm als der Lichtquelle für linear polarisiertes Licht und einer bekannten CD-Aufnehmerlinse als der ersten Sammellinse durchgeführt. Andererseits wird in dem Fall einer DVD die Rotationsleistung des optisch rotierenden Elements 403 aktiviert, um den Auflösungsmodus auf Höchstauflösung umzuschalten und so einen kleineren optischen Fleck zu erzeugen, und die DVD wird durch Verwenden einer bekannten DVD-Aufnehmerlinse anstatt der CD-Aufnehmerlinse gelesen.
Herkömmlicherweise war zusätzlich zu der Laserlichtquelle von 780 nm für CDs oder CD-Rs eine Laserlichtquelle von 650 nm zum DVD-Lesen notwendig, mit der vorstehenden Konfiguration wird es jedoch möglich, DVDs ebenso wie CDs und CD-Rs unter Verwendung von nur einem Laser mit einer Wellenlänge von 780 nm zu lesen. Insbesondere bietet die Möglichkeit, DVDs durch Verwendung der Laserlichtquelle mit einer Wellenlänge von 780 nm zu lesen, einen großen Vorteil, da die CD-R keine Empfindlichkeit für Licht mit einer Wellenlänge von 650 nm besitzt.
Hierbei kann das Umschalten zwischen der bekannten CD-Aufnehmerlinse und der bekannten DVD-Aufnehmerlinse dergestalt durchgeführt werden, dass ein bekanntes Schaltmittel, wie ein mechanisches Mittel, verwendet wird. Der Grund dafür, dass die DVD-Höchstauflösungslinse nicht direkt zum Lesen von CDs verwendet werden kann, liegt darin, dass sich die Dicke des Plattensubstrats zwischen DVD (0,6 mm) und CD (1,2 mm) unterscheidet und sich daher das Ausmaß an sphärischer Aberration, die in Abhängigkeit von der Dicke des Plattensubstrats auftritt, zwischen diesen unterscheidet. Wenn jedoch eine bekannte Auslegung eingesetzt wird, die eine einzige Aufnehmerlinse sowohl für DVD als auch CD verwendet, ist ein Umschalten von einer Linse zu der anderen zwischen DVD-Lesen und CD-Lesen nicht notwendig.
Wenn des Weiteren der Prozentsatz des mittleren Bereichs 404 des optisch rotierenden Elements 403 etwa 20% beträgt, wird der optische Fleck auf der optischen Platte etwa 15% kleiner. Dies ist im Effekt äquivalent damit, die Laserwellenlänge 15% kürzer zu machen. Demgemäß wird in der vorliegenden Ausführungsform bewirkt, dass der mittlere Bereich 404 des optisch rotierenden Elements 403 etwa 20% der Fläche des optisch rotierenden Elements 403 belegt, wodurch eine Wirkung erzielt wird, die äquivalent dazu ist, die Laserwellenlänge von 780 nm um etwa 15% auf etwa 663 nm kürzer zu machen, was es möglich macht, einen optischen Fleck zu erzeugen, der klein genug ist, um eine DVD zu lesen. Es ist jedoch zu erwähnen, dass die Beziehung zwischen dem Prozentsatz des mittleren Bereichs 404 des optisch rotierenden Elements 403 und dem Prozentsatz, um den der optische Fleck in der Abmessung reduziert wird, in Abhängigkeit vom Typ des optischen Bauelements etwas variiert.

(Ausführungsform 5)

Eine optische Vorrichtung gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf Fig. 5 beschrieben. Die optische Vorrichtung der fünften Ausführungsform wird zur Verwendung mit einem optischen Aufnehmer vorgeschlagen, der so ausgelegt ist, dass er mit DVD, CD, CD-R und CD-RW etc. kompatibel ist. Zwecks Einfachheit stellt Fig. 5 die optische Vorrichtung projiziert auf eine zweidimensionale yz-Ebene dar. Das tatsächliche optische Bauelement ist rotationssymmetrisch um seine optische Achse 509 herum. Die Detektionsoptik, die keine direkte Relevanz zu der vorliegenden Erfindung aufweist, ist hier nicht gezeigt.
In der optischen Vorrichtung der fünften Ausführungsform emittiert eine Laserlichtquelle 501 linear polarisiertes Licht mit einer Wellenlänge von etwa 780 nm, und das linear polarisierte Laserlicht 503, das von einer Sammellinse 502 in eine parallele ebene Welle kollimiert wird, tritt in einen räumlichen Flüssigkristall-Lichtmodulator 504 ein. Die Orientierungsachse der Flüssigkristallmoleküle in dem räumlichen Flüssigkristall-Lichtmodulator 504 ist im Wesentlichen parallel zur y-Achsenrichtung orientiert, der gleichen Richtung wie die Polarisationsachse der linearen Polarisationslaserlichtquelle 501. Der räumliche Flüssigkristall-Lichtmodulator 504 besteht wenigstens aus einem Bereich (der durch Schrägschraffur nach links oben bezeichnet ist), der aus einem Flüssigkristallelement vom homogenen Typ gebildet ist und als Beugungslinsenelement 505 wirkt, und einem Bereich (der durch Schrägschraffur nach rechts oben bezeichnet ist), der aus einem um 90 Grad verdrehten nematischen Flüssigkristall gebildet ist und als ein optisch rotierendes Element 506 wirkt. Jede Funktion wird durch ein elektrisches Signal gesteuert, das von einer Leistungsquelle 511 zugeführt wird. Der Bereich, der als Beugungslinsenelement 505 funktioniert, wirkt als eine Linse mit einer Brennweite f1, während der Bereich, der als das optisch rotierende Element 506 funktioniert, im Gegensatz zu dem anderen Bereich die Fähigkeit aufweist, die Polarisationsachse des einfallenden, linear polarisierten Lichts um 90 Grad zu drehen. Der Bereich, der als das optisch rotierende Element 506 funktioniert, wirkt auf eine im Wesentlichen kreisförmige Fläche 508, die um die optische Achse einer Sammellinse 507 zentriert ist.
Das Beugungslinsenelement wird unter Bezugnahme auf Fig. 14 beschrieben. Fig. 14 stellt ein Beugungsphänomen von Licht dar, das durch ein herkömmliches, im Wesentlichen transparentes Phasenbeugungsgitter des binären Typs erzeugt wird. Zwecks Einfachheit ist hier ein auf eine zweidimensionale Ebene projizierter Querschnitt gezeigt. Wenn Laserlicht 1402 in das Phasenbeugungsgitter 1401 mit einer Dicke d und verschiedenen Brechungsindizes n1 und n2 eintritt, die mit einem Rastermaß P alternieren, tritt das Laserlicht als gebeugtes Licht als Resultat von Beugungseffekten aus. Zwecks Einfachheit wird hier angenommen, dass das Laserlicht 1402 senkrecht auf das Phasenbeugungsgitter 1401 einfällt. Üblicherweise treten hierbei ein Strahl 1403 0-ter Ordnung, der unverändert durchläuft, und Strahlen 1404 und 1405 von 1-ter und -1-ter Ordnung auf, die in Richtungen θ beziehungsweise -θ gebeugt sind (gebeugte Strahlen höherer Ordnung mit größeren Beugungswinkeln treten ebenfalls auf, sie werden jedoch ignoriert, da ihr Anteil gering ist). Der Beugungswinkel θ ist durch sin(θ)= λ/P bestimmt, wobei λ die Wellenlänge des Laserlichts 1402 ist.
Wenn die Flächen der n1- und der n2-Bereiche für das Laserlicht 1402 nahezu gleich sind und wenn die optische Pfaddifferenz (n1-n2) · d gleich λ/2 ist, dann wird das Gitter ein Ronchi-Gitter genannt, und es ist bekannt, dass der Strahl 1403 0-ter Ordnung bei diesem Gitter verschwindet. Wenn die optische Pfaddifferenz (n1-n2) · d gleich λ ist und wenn der Brechungsindex gleichmäßig und kontinuierlich von n1 nach n2 variiert wird, mit dem Rastermaß P wiederholt, dann wird das Gitter ein streifendes Gitter genannt, und es ist bekannt, dass bei diesem Gitter nur der Strahl 1404 1-ter Ordnung auftritt. Es ist außerdem bekannt, dass wenn der Brechungsindex inkremental in 16 oder mehr Schritten von n1 nach n2 variiert wird, ein nahezu ideales streifendes Gitter erzielt wird, und das Gitter wird dann als binäres Mehrstufengitter bezeichnet. Im Allgemeinen weist ein Phasenbeugungsgitter einen Vorteil gegenüber einem Amplitudenbeugungsgitter auf, das einen lichtundurchlässigen Bereich enthält, da die Effizienz der Lichtnutzung höher ist. Wie allgemein bekannt, können durch kontinuierliches Variieren des Rastermaßes des vorstehenden Beugungsgitters verschiedene Linseneffekte erzielt werden, und ein typisches Beispiel dafür ist die Fresnel-Linse.
Im Hinblick darauf wird das Betriebsprinzip eines Beugungslinsenelements unter Verwendung einer Flüssigkristall-Fresnellinse unter Bezugnahme auf Fig. 15 beschrieben. Zwecks Einfachheit ist ein Querschnitt gezeigt, in Wirklichkeit ist jedoch die Struktur rotationssymmetrisch um ihre optische Achse 1503 herum. Die Flüssigkristall-Fresnellinse 1501 ist mit einer transparenten Elektrode gebildet, die eine Fresnel-Linsenstruktur aufweist, die als eine Linse mit einer Brennweite f1 funktioniert, und wenn eine geeignete Spannung an die transparente Elektrode angelegt wird, funktioniert die Flüssigkristall-Fresnellinse 1501 als eine Linse. Hierbei ist die Brennweite der optischen Vorrichtung durch die Summe der Brennweite der Flüssigkristall-Fresnellinse 1501 und jener einer Sammellinse 1502 gegeben, so dass Laserlicht 1504 im Punkt P2 fokussiert wird. Bei Fehlen einer angelegten Spannung funktioniert die Flüssigkristall-Fresnellinse 1501 nicht als eine Linse, wobei in diesem Fall die Brennweite der optischen Vorrichtung gleich der Brennweite der Sammellinse 1502 ist, so dass das Laserlicht 1504 im Punkt P1 fokussiert wird. Dies bedeutet, dass die Brennweite und folglich die numerische Apertur der optischen Vorrichtung durch Anlegen einer Spannung an die Flüssigkristall-Fresnellinse 1501 oder Wegnehmen der angelegten Spannung von dieser verändert wurde.
Als nächstes wird der in der fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendete räumliche Flüssigkristall-Lichtmodulator 504 unter Bezugnahme auf die Fig. 16(a) und 16(b) beschrieben. Die Fig. 16(a) und 16(b) stellen jeweils die Querschnittstruktur des elektrisch steuerbaren, räumlichen Flüssigkristall-Lichtmodulators 504 dar. Der Bereich nahe der optischen Achse wird von einem um 90 Grad verdrehten nematischen Flüssigkristallelement 1603 gebildet, und der andere Bereich wird von einem Flüssigkristallelement 1602 vom homogenen Typ gebildet. Die Funktion jedes Elements ist die gleiche wie jene in der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschriebenen.
Auf einem Glassubstrat sind ringförmige transparente Elektroden 1610 mit unterschiedlichen Rastermaßen ausgebildet. Das andere Glassubstrat ist ganzflächig mit einer transparenten Elektrode beschichtet. Es sei hierbei angenommen, dass Laserlicht 1604, das in der y-Achsenrichtung linear polarisiert ist, in den räumlichen Flüssigkristall-Lichtmodulator 504 eintritt.
Wenn keine Spannung an den räumlichen flüssigkristall-Lichtmodulator 504 angelegt wird, wie in Fig. 16(a) gezeigt, ist der Brechungsindex insgesamt für das linear polarisierte Laserlicht 1604 gleich n1. Als Folge tritt keine Beugung auf, und das linear polarisierte Licht 1604 läuft durch und tritt als austretendes Licht 1611 aus. Nahe der optischen Achse wird die Polarisationsachse jedoch um 90 Grad gedreht, wobei Höchstauflösung erzielt wird, wie zuvor beschrieben. Streng gesprochen tritt ein geringes Maß an Beugung aufgrund des Vorhandenseins der transparenten Elektroden 1610 auf, wenn jedoch der Brechungsindex der transparenten Elektroden 1610 gleich dem Beugungsindex in der Richtung der langen Achse des Flüssigkristallelements gemacht wird, tritt die Beugung aufgrund des Vorhandenseins der transparenten Elektroden 1610 nicht auf.
Als nächstes werden, wenn eine Spannung ausreichender Höhe zwischen den transparenten Elektroden 1610 durch eine Leistungsquelle 1609 angelegt wird, wie in Fig. 16(b) gezeigt, die Bereiche des Flüssigkristallelements, an welche die Spannung angelegt wird, in einen homeotropen Zustand gesteuert. Dies resultiert in der Struktur, in welcher der Brechungsindex für das linear polarisierte Licht 1604 bei verschiedenen Rastermaßen zwischen n1 und n2 alterniert. Die Struktur funktioniert daher als Phasenbeugungsgitter vom binären Typ ähnlich jenem in Fig. 14 gezeigten, und ein Strahl 1605 0-ter Ordnung, ein Strahl 1606 1-ter Ordnung und ein Strahl 1607 -1-er Ordnung werden erzeugt. Hierbei tritt der Strahl 1605 0 = ter Ordnung nicht auf, wenn die zuvor angegebenen Bedingungen für ein Ronchi-Gitter erfüllt sind. Wenn die zuvor angegebenen Bedingungen für ein binäres Mehrstufengitter erfüllt sind, tritt lediglich der Strahl 1606 1-ter Ordnung auf. Um die Mehrstufenstruktur jedoch zu erzielen, müssen die transparenten Elektroden 1610 mit feineren Rastermaßen gebildet werden, und die angelegte Spannung muss in inkrementalen Schritten variiert werden.
Als nächstes wird die Elektrodenform des räumlichen Flüssigkristall- Lichtmodulators 504 unter Bezugnahme auf Fig. 17 beschrieben. Die Elektrode des räumlichen Flüssigkristall-Lichtmodulators beinhaltet einen kreisförmigen Bereich 1701 in der Mitte und eine Mehrzahl von ringförmigen Bereichen 1702, die konzentrisch zu der Mitte des kreisförmigen Bereichs 1701 sind, und jeder Elektrodenbereich ist mit einer Anschlusselektrode 1703 verbunden. Wenngleich nur vier ringförmige Bereiche in der schematischen Darstellung gezeigt sind, gibt es tatsächlich mehrere zehn bis hundert ringförmige Bereiche. Wenn ein elektrisches Signal über die Anschlusselektrode 1703 angelegt wird, wirken die ringförmigen Bereiche 1702 als Beugungslinse und gleichzeitig geht die optische Rotationsleistung des kreisförmigen Bereichs 1701 verloren.
Zu Fig. 5 zurückkehrend wird die Betriebsweise bei der fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. Als erstes wird die Funktion des Beugungslinsenelements 505 deaktiviert, und die Funktion des optisch rotierenden Elements 506 wird aktiviert. Hierbei tritt Höchstauflösung auf, da das linear polarisierte Licht, welches das optisch rotierende Element 506 durchläuft, orthogonal zu dem linear polarisierten Licht ist, welches das Beugungslinsenelement 505 durchläuft. Es ist ersichtlich, dass die numerische Apertur der optischen Vorrichtung hierbei durch die Sammellinse 507 bestimmt ist. Es wird außerdem experimentell festgestellt, dass wenn eine Höchstauflösung von etwa 15% zu erzielen ist, die Querschnittfläche des optisch rotierenden Elements 506 mit etwa 20% von der Fläche realisiert Werden sollte, die von dem linear polarisierten Laserlicht 503 beleuchtet wird. Dieser Zustand wird zum DVD-Lesen und - Schreiben verwendet.
In diesem Fall werden, wie zuvor bei der Beschreibung der zweiten Ausführungsform erläutert, die Nebenstrahlungskeulen des optischen Höchstauflösungsflecks durch das Lineare Polarisationsdetektionselement 510 eliminiert, das als das Polarisationsselektionsmittel wirkt. In Fig. 5 ist das lineare Polarisationsdetektionselement 510 zwischen der Sammellinse 507 und dem räumlichen Flüssigkristall-Lichtmodulator 504 platziert gezeigt, da die Lichtdetektionsoptik zwecks Einfachheit der Beschreibung weggelassen ist, es kann jedoch auch in irgendeiner anderen geeigneten Position platziert werden, wie im Fall der vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Als nächstes wird die Funktion des optisch rotierenden Elements 506 deaktiviert, und die Funktion des Beugungslinsenelements 505 wird aktiviert. In diesem Zustand tritt keine Höchstauflösung auf. Hierbei ist die Brennweite der optischen Vorrichtung durch die Summe der Brennweite des optischen Beugungselements 506 und jener der Sammellinse 507 gegeben, was bedeutet, dass die numerische Apertur im Vergleich zu dem Fall geändert wurde, in dem sie lediglich durch die Sammellinse 507 bestimmt ist. Um dies auf eine andere Weise zu interpretieren, wird die sphärische Aberration, die beim Lesen einer CD unter Verwendung der Sammellinse 507 auftritt, durch das Beugungslinsenelement korrigiert. Dieser Zustand wird zum CD-Lesen verwendet.
Streng gesprochen kann der mittlere Bereich des Beugungslinsenelements 505 kaum als eine Linse funktionieren, da der mittlere Bereich als das optisch rotierende Element 506 ausgebildet ist. Da jedoch die Brennweite des Beugungslinsenelements, die zum Umschalten der numerischen Apertur zwischen DVD und CD notwendig ist, mehrere zehn mm bis mehrere hundert mm beträgt, braucht der mittlere Bereich primär nicht notwendigerweise als eine Linse zu funktionieren. Gemäß der anderen, vorstehend angegebenen Interpretation ist die sphärische Aberration, die beim Lesen einer CD auftritt, proportional zur dritten Potenz der Linsenapertur, und der mittlere Bereich hat keinen großen Einfluss darauf. Wie früher erwähnt, ist, wenn eine Höchstauflösung von 15% erreicht wird, die Querschnittfläche des optisch rotierenden Elements 506 in dem mittleren Bereich etwa 20% und hat daher keinen großen Einfluss.
Wie aus der vorstehenden Beschreibung ersichtlich ist, werden die Funktion des Beugungslinsenelements 505 und die Funktion des optisch rotierenden Elements 506 gesteuert, um die effektive numerische Apertur der optischen Vorrichtung zu ändern, wodurch es möglich gemacht wird, die effektive Wellenlänge des Lasers zu verändern. Wenn das Beugungslinsenelement 505 aktiviert ist, kann die erzielte numerische Apertur zum DVD-Lesen verwendet werden, in diesem Fall muss jedoch, wenn ein Schreibvorgang auf eine DVD notwendig ist, die Effizienz des Beugungslinsenelements erhöht werden, um so die notwendige optische Leistung für einen Schreibvorgang bereitzustellen.
In der fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden die Funktion des Beugungslinsenelements 505 und die Funktion des optisch rotierenden Elements 506 gleichzeitig aktiviert, es ist jedoch auch möglich, diese elektrisch so zu steuern, dass die Funktionen separat aktiviert werden.
Wenn zum Beispiel eine DVD gelesen wird, werden eine Halbleiterlaserlichtquelle mit 780 nm und eine bekannte DVD-Aufnehmerlinse verwendet, und nur die Funktion des optisch rotierenden Elements 506 wird aktiviert, um einen optischen Höchstauflösungsfleck zum Lesen der DVD zu erzeugen. Wenn ein Lese-/Schreibvorgang für eine CD oder CD-R durchgeführt wird, wird andererseits nur die Funktion des Beugungslinsenelements 505 aktiviert, um die sphärische Aberration der DVD-Aufnehmerlinse zu korrigieren, und ein Lese- oder Schreibvorgang wird unter Verwendung der gleichen Lichtquelle und der gleichen Aufnehmerlinse, die für einen DVD- Lesevorgang verwendet werden, mit der CD oder CD-R durchgeführt.
Die dritte bis fünfte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wurden beschrieben, indem auf den Fall Bezug genommen wurde, dass die vorliegende Erfindung spezifisch auf einen optischen Plattenaufnehmer angewendet wird, es versteht sich jedoch, dass die vorliegende Erfindung auch auf verschiedene andere Vorrichtungen anwendbar ist, wie Messinstrumente, Aufzeichnungsvorrichtungen und weitere Vorrichtungen, die einen Leistungslaser verwenden.
Die erste bis fünfte Ausführungsform wurden jeweils für ein Verfahren oder eine Vorrichtung zur Eliminierung einer Nebenstrahlungskeule selbst unter Verwendung des Polarisationsselektionsmittels beschrieben. Es ist jedoch auch möglich, Nebenstrahlungskeulenkomponenten unter Verwendung des gleichen Verfahrens und der gleichen Vorrichtung zu eliminieren. Eine Nebenstrahlungskeulenkomponente tritt auf, wenn eine Nebenstrahlungskeule eines optischen Flecks von einem Einbrenngrübchen, einem Kratzer oder dergleichen auf der optischen Platte reflektiert wird, wobei die Form der Nebenstrahlungskeule (aufgrund von Streuung, Beugung etc.) unterbrochen wird und verursacht wird, dass ein Bereich derselben mit der Hauptstrahlungskeule überlappt. Wie früher beschrieben, weist die Nebenstrahlungskeulenkomponente wie die Nebenstrahlungskeule selbst eine Richtung auf, die sich von jener der Hauptstrahlungskeule unterscheidet, und kann daher unter Verwendung eines ähnlichen Polarisationsselektionsmittels eliminiert werden.
Wie aus der bisher angegebenen Beschreibung ersichtlich ist, können die Nebenstrahlungskeulen oder ihre Komponenten, die für die Höchstauflösung wesentlich sind, in der optischen Vorrichtung der vorliegenden Erfindung, welche das optisch rotierende Element als das Polarisationsselektionsmittel verwendet, unter Verwendung einer einfachen Konfiguration eliminiert werden. Das heißt, die Nebenstrahlungskeulen oder ihre Komponenten können vollständig eliminiert werden, statt sie in den mittleren Fleck einzubauen, und so kann eine Höchstauflösung frei von Nebenstrahlungskeulen erzielt werden.
Des Weiteren ist im Vergleich mit dem Flüssigkristallanzeigefeld, das für einen Personalcomputer oder dergleichen verwendet wird, das in der vorliegenden Erfindung verwendete Flüssigkristallelement kleiner in der Abmessung und viel einfacher im Aufbau und führt daher zu keiner wesentlichen Kostenzunahme. Außerdem kann für das Polarisationsselektionsmittel ein kostengünstiges Element, wie es in kommerziell erhältlichen Flüssigkristallbauelementen verwendet wird, ohne irgendeine Modifikation verwendet werden. Des Weiteren ist die Justierung von Komponenten in der vorliegenden Erfindung im Vergleich zu dem Verfahren sehr einfach, das Schlitze in die fokussierte Fleckposition einfügt, um nur die Nebenstrahlungskeulen des fokussierten Flecks zu blockieren, wie es im Stand der Technik praktiziert wird.
Bei Anwendung der vorliegenden Erfindung auf eine optische Aufnehmervorrichtung für eine optische Platte braucht das lineare Polarisationsdetektionselement nicht notwendigerweise direkt hinter dem optisch rotierenden Element platziert zu werden. In einer derartigen Anwendung braucht das lineare Polarisationsdetektionselement lediglich vor dem optischen Signaldetektor platziert zu werden. Dies bietet den Vorteil, dass die Effizienz der Lichtnutzung erhöht werden kann, da keine Notwendigkeit besteht, das lineare Polarisationsdetektionselement in den Lichtpfad einzusetzen, entlang dem der optische Fleck auf die optische Platte fokussiert wird.
Des Weiteren können in der vorliegenden Erfindung, da ein Umschalten zwischen Höchstauflösung und normaler Auflösung unter Verwendung eines elektrischen Signals leicht bewirkt werden kann, anders als beim DVD- CD-kompatiblen optischen Aufnehmer des Standes der Technik, der zwei Laser erfordert, einen mit 780 nm und den anderen mit 650 nm, ein DVD- CD-Lesevorgang und weitere Vorgänge unter Verwendung eines einzigen Lasers mit 780 nm durchgeführt werden.
Überdies weist die gemäß der vorliegenden Erfindung erzielte Höchstauflösung im Vergleich mit dem Fall, einfach die numerische Apertur zu vergrößern, den Vorteil auf, dass die Tiefenschärfe um 10% bis 20% zunimmt, was dazu dient, Autofokussierservotoleranz für den optischen Aufnehmer zu vergrößern. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass außerdem das Auftreten von Koma im Vergleich zu dem Fall, einfach die numerische Apertur zu vergrößern, unterdrückt werden kann.
Unabhängig davon, wie kurz die Wellenlänge der Laserlichtquelle gemacht wird, und unabhängig davon, wie groß die numerische Apertur NA der Linse gemacht wird, kann bei Verwendung der Höchstauflösung der vorliegenden Erfindung der Durchmesser des optischen Flecks um etwa 20% reduziert werden, ohne Probleme wegen des möglichen Auftretens von Nebenstrahlungskeulen in einer derartigen optischen Vorrichtung zu verursachen, und ein Umschalten zwischen Höchstauflösung und normaler Auflösung kann leicht durch elektrische Mittel ohne Verwendung irgendwelcher beweglicher Teile bewirkt werden.
Des Weiteren weisen das Verfahren und die Vorrichtung zur Eliminierung der Nebenstrahlungskeulen den Vorteil auf, dass, wenn die Form einer Nebenstrahlungskeule durch Streuung, Beugung etc. unterbrochen wird, was verursacht, dass ein Teil derselben die Hauptstrahlungskeule überlappt, auch eine derartige Nebenstrahlungskeulenkomponente eliminiert werden kann.

Claims

1. Optische höchstauflösende Vorrichtung mit einem lichterzeugenden Mittel zum Erzeugen von einfallendem Licht und einem Linsensystem zum Sammeln des einfallenden Lichts und Erzeugen eines höchstaufgelösten optischen Flecks mit einer Hauptstrahlungskeule und einer Seitenstrahlungskeule durch Modulieren eines Teils des einfallenden Lichts,

Mitteln zur Polarisationsvektormodulation, um zu bewirken, dass sich Polarisationsvektoren der Seitenstrahlungskeule und der Hauptstrahlungskeule voneinander unterscheiden, so dass der eine oder der andere der Polarisationsvektoren ausgewählt werden kann; und

polarisationsselektiven Mitteln zur Eliminierung der Seitenstrahlungskeule durch Auswählen des Polarisationsvektors der Hauptstrahlungskeule.

2. Optische Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Mittel zur Polarisationsvektormodulation die Funktion aufweisen, die Polarisationsebenen der Hauptstrahlungskeule und der Seitenstrahlungskeule voneinander verschieden zu machen.

3. Optische Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Mittel zur Polarisationsvektormodulation die Funktion aufweisen, die Seitenstrahlungskeule in linear polarisiertes Licht umzuwandeln.

4. Optische Vorrichtung nach Anspruch 3, wobei die Mittel zur Polarisationsvektormodulation die Funktion aufweisen, die Hauptstrahlungskeule in linear polarisiertes Licht umzuwandeln.

5. Optische Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das lichterzeugende Mittel linear polarisiertes Licht erzeugt und das Mittel zur Polarisationsvektormodulation ein optisch drehendes Element zum Umwandeln des linear polarisierten Lichts in einen Strahl ist, der eine Hauptstrahlungskeule und eine Seitenstrahlungskeule mit einem Polarisationsvektor erzeugt, der sich von dem Polarisationsvektor der Hauptstrahlungskeule unterscheidet.

6. Optische Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei das optisch drehende Element das linear polarisierte Licht in zwei Linear polarisierte Strahlen umwandelt, die orthogonal zueinander sind.

7. Optische Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei die Mittel zur Erzeugung von linear polarisiertem Licht von einer Halbleiterlaservorrichtung gebildet sind.

8. Optische Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei das linear polarisierte Licht kohärentes Licht ist.

9. Optische Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei das optisch drehende Element im Wesentlichen keine Phasenverteilung für das linear polarisierte Licht innerhalb eines effektiven Strahls des linear polarisierten Lichts aufweist, der auf das optisch drehende Element einfällt.

10. Optische Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei das optisch drehende Element einen ersten funktionalen Teil und einen zweiten funktionalen Teil beinhaltet, wobei der erste und der zweite funktionale Teil voneinander verschiedene polarisationsdrehende Eigenschaften aufweisen.

11. Optische Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei die polarisationsdrehenden Eigenschaften des ersten und des zweiten funktionalen Teils um etwa 90 Grad hinsichtlich des Drehwinkels verschieden gemacht sind.

12. Optische Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei der erste funktionale Teil einen Bereich nahe einer optischen Achse beinhaltet und der zweite funktionale Teil aus anderen Bereichen als der erste funktionale Teil besteht.

13. Optische Vorrichtung nach Anspruch 10, wobei der erste funktionale Teil aus einem Bereich mit einer homogenen Ausrichtung gebildet ist und der zweite funktionale Teil aus einem Bereich mit einer um 90 Grad verdrehten nematischen Ausrichtung gebildet ist.

14. Optische Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei das optisch drehende Element ein Flüssigkristallelement vom homogenen Typ und ein um 90 Grad verdrehtes nematisches Flüssigkristallelement beinhaltet, dessen Orientierungsachse von Flüssigkristallmolekülen im Wesentlichen parallel oder senkrecht zu der Polarisationsachse des linear polarisierten Lichts orientiert ist.

15. Optische Vorrichtung nach Anspruch 14, wobei das um 90 Grad verdrehte nematische Flüssigkristallelement in einem Bereich nahe der optischen Achse des linear polarisierten Lichts ausgebildet ist.

16. Optische Vorrichtung nach Anspruch 15, wobei der Bereich nahe der optischen Achse im Wesentlichen von kreisförmiger oder rechteckiger Gestalt ist.

17. Optische Vorrichtung nach Anspruch 14, wobei das Flüssigkristallelement vom homogenen Typ in einem Bereich nahe der optischen Achse des linear polarisierten Lichts ausgebildet ist.

18. Optische Vorrichtung nach Anspruch 17, wobei der Bereich nahe der optischen Achse im Wesentlichen von kreisförmiger oder rechteckiger Gestalt ist.

19. Optische Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei die polarisationsselektiven Mittel derart angeordnet sind, dass sie einen Azimuth aufweisen, dessen Winkel relativ zu dem Azimuth des auf das optisch drehende Element einfallenden, linear polarisierten Lichts nicht kleiner als 0 Grad und nicht größer als 90 Grad ist, wenn in der Richtung gemessen wird, in der das optisch drehende Element das linear polarisierte Licht um 90 Grad dreht.

20. Optische Vorrichtung nach Anspruch 5, die des Weiteren eine Sammellinse zum Sammeln des Strahls beinhaltet.

21. Optische Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei die Hauptstrahlungskeule linear polarisiertes Licht ist und die Seitenstrahlungskeule linear polarisiertes Licht ist, das in einer anderen Richtung als die Hauptstrahlungskeule orientiert ist.

22. Optische Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei das polarisationsselektive Mittel ein linear polarisierendes Filter ist.

23. Optische höchstauflösende Vorrichtung mit:

Mitteln zum Erzeugen von linear polarisiertem Licht;

einem optisch drehenden Element zum Umwandeln des linear polarisierten Lichts in einen Strahl, der eine Hauptstrahlungskeule und eine Seitenstrahlungskeule erzeugt, die in einer anderen Richtung als die Hauptstrahlungskeule orientiert ist;

einer ersten Sammellinse zum Sammeln des Strahls auf einer optischen Platte;

einem optischen Detektor zum Detektieren von Information, die auf der optischen Platte aufgezeichnet ist;

einer zweiten Sammellinse zum Sammeln eines Strahls, der von der optischen Platte reflektiert wird, auf dem optischen Detektor; und

einem polarisationsselektiven Mittel zum Eliminieren nur der Seitenstrahlungskeule aus dem Strahl.

24. Optische Vorrichtung nach Anspruch 23, wobei die Mittel zum Erzeugen von Linear polarisiertem Licht von einer Halbleiterlaservorrichtung gebildet sind.

25. Optische Vorrichtung nach Anspruch 23, wobei das linear polarisierte Licht kohärentes Licht ist.

26. Optische Vorrichtung nach Anspruch 23, wobei das optisch drehende Element im Wesentlichen keine Phasenverteilung für das linear polarisierte Licht innerhalb eines effektiven Strahls des linear polarisierten Lichts aufweist, das auf das optisch drehende Element einfällt.

27. Optische Vorrichtung nach Anspruch 23, wobei das optisch drehende Element nur auf einen Bereich nahe der optischen Achse des linear polarisierten, einfallenden Lichts oder nur auf einen Bereich wirkt, der ein anderer als der Bereich nahe der optischen Achse ist.

28. Optische Vorrichtung nach Anspruch 27, wobei das optisch drehende Element ein Flüssigkristallelement vom homogenen Typ und ein um 90 Grad verdrehtes nematisches Flüssigkristallelement beinhaltet, dessen Orientierungsachse von Flüssigkristallmolekülen im Wesentlichen parallel oder senkrecht zu der Polarisationsachse des linear polarisierten Lichts orientiert ist.

29. Optische Vorrichtung nach Anspruch 28, wobei das um 90 Grad verdrehte nematische Flüssigkristallelement in einem Bereich nahe der optischen Achse des linear polarisierten Lichts ausgebildet ist.

30. Optische Vorrichtung nach Anspruch 27, wobei der Bereich nahe der optischen Achse im Wesentlichen von kreisförmiger oder rechteckiger Gestalt ist.

31. Optische Vorrichtung nach Anspruch 28, wobei das Flüssigkristallelement vom homogenen Typ in einem Bereich nahe der optischen Achse des linear polarisierten Lichts ausgebildet ist.

32. Optische Vorrichtung nach Anspruch 31, wobei der Bereich nahe der optischen Achse im Wesentlichen von kreisförmiger oder rechteckiger Gestalt ist.

33. Optische Vorrichtung nach Anspruch 23, wobei das polarisationsselektive Mittel derart angeordnet ist, dass es einen Azimuth aufweist, dessen Winkel relativ zu dem Azimuth des auf das optisch drehende Element einfallenden, linear polarisierten Lichts nicht kleiner als 0 Grad und nicht größer als 90 Grad ist, wenn in der Richtung gemessen wird, in der das optisch drehende Element das linear polarisierte Licht um 90 Grad dreht.

34. Optische Vorrichtung nach Anspruch 23, die des Weiteren eine Sammellinse zum Sammeln des Strahls beinhaltet.

35. Optische Vorrichtung nach Anspruch 23, wobei die Hauptstrahlungskeule Linear polarisiertes Licht ist und die Seitenstrahlungskeule linear polarisiertes Licht ist, das in einer anderen Richtung als die Hauptstrahlungskeule orientiert ist.

36. Optische Vorrichtung nach Anspruch 23, wobei das polarisationsselektive Mittel ein linear polarisierendes Filter ist.

37. Optische Vorrichtung nach Anspruch 23, wobei das optisch drehende Element eine Drehleistung aufweist, die elektrisch aktiviert oder deaktiviert werden kann.

38. Optische Vorrichtung nach Anspruch 37, wobei der Strahl auf einer anderen Art von optischer Platte gesammelt wird, wenn die Drehleistung des optisch drehenden Elements deaktiviert ist, als wenn die Drehleistung des optisch drehenden Elements aktiviert ist.

39. Optische Vorrichtung nach Anspruch 38, wobei die verschiedenen Arten von optischen Platten eine DVD beziehungsweise eine CD sind.

40. Optische Vorrichtung nach Anspruch 38, wobei die verschiedenen Arten von optischen Platten eine DVD beziehungsweise eine CR- R sind.

41. Optische höchstauflösende Vorrichtung mit:

Mitteln zum Erzeugen von linear polarisiertem Licht;

einem Diffraktionslinsenelement, dessen Diffraktionsfunktion durch ein elektrisches Signal aktiviert oder deaktiviert werden kann;

einer Sammellinse zum Sammeln des Strahls auf einer optischen Platte; und

einem polarisationsselektiven Mittel, um nur die Seitenstrahlungskeule aus dem Strahl zu eliminieren.

42. Optische Vorrichtung nach Anspruch 41, wobei die optische Vorrichtung eine Brennweite gleich der Summe der Brennweiten des Diffraktionslinsenelements und der Sammellinse aufweist, wenn die Diffraktionsfunktion des Diffraktionslinsenelements aktiviert ist, während die Brennweite der optischen Vorrichtung gleich der Brennweite nur der Sammellinse ist, wenn die Diffraktionsfunktion des Diffraktionslinsenelements deaktiviert ist.

43. Optische Vorrichtung nach Anspruch 41, wobei das Diffraktionslinsenelement eine Fresnel-Flüssigkristalllinse ist.

44. Optische Vorrichtung nach Anspruch 41, wobei das Diffraktionslinsenelement und das optisch drehende Element zusammen als ein einstückiges Element aufgebaut sind.

45. Optische Vorrichtung nach Anspruch 41, wobei die Mittel zum Erzeugen von linear polarisiertem Licht von einer Halbleiterlaservorrichtung gebildet sind.

46. Optische Vorrichtung nach Anspruch 41, wobei das linear polarisierte Licht kohärentes Licht ist.

47. Optische Vorrichtung nach Anspruch 41, wobei das optisch drehende Element im Wesentlichen keine Phasenverteilung für das linear polarisierte Licht innerhalb eines effektiven Strahls des auf das optisch drehende Element einfallenden, linear polarisierten Lichts aufweist.

48. Optische Vorrichtung nach Anspruch 41, wobei das optisch drehende Element nur auf einen Bereich nahe der optischen Achse des einfallenden, linear polarisierten Lichts oder nur auf einen Bereich wirkt, der sich von dem Bereich nahe der optischen Achse unterscheidet.

49. Optische Vorrichtung nach Anspruch 48, wobei das optisch drehende Element ein Flüssigkristallelement vom homogenen Typ und ein um 90 Grad verdrehtes nematisches Flüssigkristallelement beinhaltet, dessen Orientierungsachse von Flüssigkristallmolekülen im Wesentlichen parallel oder senkrecht zu der Polarisationsachse des linear polarisierten Lichts orientiert ist.

50. Optische Vorrichtung nach Anspruch 49, wobei das um 90 Grad verdrehte nematische Flüssigkristallelement in einem Bereich nahe der optischen Achse des linear polarisierten Lichts ausgebildet ist.

51. Optische Vorrichtung nach Anspruch 50, wobei der Bereich nahe der optischen Achse im Wesentlichen von kreisförmiger oder rechteckiger Gestalt ist.

52. Optische Vorrichtung nach Anspruch 49, wobei das Flüssigkristallelement vom homogenen Typ in dem Bereich nahe der optischen Achse des linear polarisierten Lichts ausgebildet ist.

53. Optische Vorrichtung nach Anspruch 52, wobei der Bereich nahe der optischen Achse im Wesentlichen von kreisförmiger oder rechteckiger Gestalt ist.

54. Optische Vorrichtung nach Anspruch 41, wobei das polarisationsselektive Mittel derart angeordnet ist, dass es einen Azimuth aufweist, dessen Winkel relativ zu dem Azimuth des auf das optisch drehende Element einfallenden, linear polarisierten Lichts nicht kleiner als 0 Grad und nicht größer als 90 Grad ist, wenn in der Richtung gemessen wird, in der das optisch drehende Element das linear polarisierte Licht um 90 Grad dreht.

55. Optische Vorrichtung nach Anspruch 41, die des Weiteren eine Sammellinse zum Sammeln des Strahls beinhaltet.

56. Optische Vorrichtung nach Anspruch 41, wobei die Hauptstrahlungskeule linear polarisiertes Licht ist und die Seitenstrahlungskeule linear polarisiertes Licht ist, das in einer anderen Richtung als die Hauptstrahlungskeule orientiert ist.

57. Optische Vorrichtung nach Anspruch 41, wobei das polarisationsselektive Mittel ein linear polarisierendes Filter ist.

58. Optische Vorrichtung nach Anspruch 41, wobei das optisch drehende Element eine Drehleistung aufweist, die elektrisch aktiviert oder deaktiviert werden kann.

59. Optische Vorrichtung nach Anspruch 41, wobei der Strahl auf einer anderen Art von optischer Platte gesammelt wird, wenn die Diffraktionsfunktion des Diffraktionslinsenelements deaktiviert ist, als wenn die Diffraktionsfunktion des Diffraktionslinsenelements aktiviert ist.

60. Optische Vorrichtung nach Anspruch 59, wobei die verschiedenen Arten von optischen Platten eine DVD beziehungsweise eine CD sind.

61. Optische Vorrichtung nach Anspruch 59, wobei die verschiedenen Arten von optischen Platten eine DVD beziehungsweise eine CD- R sind.