DE4446325C2

DE4446325C2 - Optische Abtastvorrichtung

Info

Publication number: DE4446325C2
Application number: DE4446325A
Authority: DE
Inventors: Takahiro Miyake; Yoshio Yoshida; Yukio Kurata
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1993-12-24
Filing date: 1994-12-23
Publication date: 1996-11-14
Anticipated expiration: 2014-12-24
Also published as: CA2138436C; DE4446325A1; CA2138436A1; JPH07182687A; US5515354A

Description

Die Erfindung betrifft eine optische Abtastvorrichtung zum optischen Auf zeichnen von Informationen auf der Aufzeichnungsoberfläche eines Auf zeichnungsmediums, wie zum Beispiel einer optischen Platte, durch Fo kussieren von Laserlicht auf der Aufzeichnungsoberfläche, und/oder zum Wiedergeben der auf der Aufzeichnungsoberfläche aufgezeichneten Infor mationen durch Messen von Licht, das an der Aufzeichnungsoberfläche des Aufzeichnungsmediums reflektiert worden ist. Genauer gesagt betrifft die Erfindung eine flach bauende optische Abtastvorrichtung mit einem Hologrammspiegel zum Ausrichten der optischen Achse von von einer Lichtquelle abgegebenem Licht, so daß sie senkrecht zu der Aufzeich nungsoberfläche des Aufzeichnungsmediums steht.

In den letzten Jahren wurden vermehrt optische Platten mit hohen Packungsdichten und der Möglichkeit, große Mengen von Informationen zu speichern, in vielen Einsatzgebieten verwendet. Wegen der Möglichkeit, Informationen berührungslos aufzuzeichnen und wiederzugeben und we gen der Kompatibilität des Mediums eignet sich die optische Platte beson ders als optischer Speicher oder externes Speichermedium für einen Com puter.

Die Informationen werden mittels einer optischen Abtastvorrichtung un ter Verwendung von Laserlicht auf derartigen optischen Platten aufge zeichnet oder davon wiedergegeben. Abhängig von der Art des Mediums können aufgezeichnete Informationen gelöscht oder überschrieben wer den. Bei optischen Abtastvorrichtungen für diese Art von Medien bestand zur Erreichung von hohen Zugriffsgeschwindigkeiten das Problem, Größe und Gewicht der optischen Abtastvorrichtungen zu vermindern.

Bekannte optische Abastvorrichtungen, bei deren Entwicklung dieses Problem berücksichtigt wurde, werden beispielsweise in der japanischen Patentoffenlegungsschrift Nr. 2-71442 und der US-Patentschrift 4,918,679 beschrieben. Bei diesen Beispielen wird eine Größen- und Ge wichtsverminderung durch Verringerung der Höhe der optischen Abtast vorrichtung unter Verwendung eines Hologrammspiegels erreicht.

Fig. 12A zeigt eine konventionelle, einen Hologrammspiegel verwenden de optische Abtastvorrichtung. Ein von einer nicht dargestellten Laserdio de abgegebener Laserstrahl wird durch eine Collimatorlinse 6 collimiert. Der collimierte Strahl x wird zu einem Hologrammspiegel 7 geführt. Das auf den Hologrammspiegel 7 auftreffende Licht wird durch das auf der Ein falloberfläche des Hologrammspiegels 7 ausgebildete, reflektierende holo graphische optische Element 7a (holographisches Element) gebeugt und unter den gebeugten Lichtstrahlen wird der Lichtstrahl mit der Ordnung +1 in einer Richtung senkrecht zu der Oberfläche einer Platte 10 geführt. Danach wird das Licht von dem Hologrammspiegel 7 durch eine Objektiv linse 9 auf der Oberfläche (Aufzeichnungsfläche) der Platte 10 gebündelt.

Fig. 12B zeigt eine Schnittdarstellung mit einem Beispiel für den Aufbau des Hologrammspiegels 7. Das auf der Einfalloberfläche des Hologramm spiegels 7 ausgebildete, reflektierende holographische Element 7a ist ein Gitter aus geraden Linien mit einem Abstand d und einem sägezahnförmi gen Querschnitt. Das holographische Element 7a mit in einem Abstand d auf der Substratoberfläche des Hologrammspiegels 7 ausgebildeten säge zahnförmigen Nuten ist durch einen reflektierenden Film 18 abgedeckt. Bei Verwendung des Hologrammspiegels 7 mit einem derartigen Aufbau ist die Gesamtdicke der optischen Abtastvorrichtung, gemessen in der Rich tung zu der Platte, vermindert im Vergleich zu einer optischen Abtastvor richtung, die einen Spiegel mit einer bezüglich der optischen Achse des Lichtstrahls um 45° geneigten Fläche verwendet (im folgenden als 45°- Spiegel bezeichnet). Die Höhe der optischen Abtastvorrichtung kann auf diese Weise vermindert werden.

Bei dem konventionellen Hologrammspiegel 7 mit dem in Fig. 12B gezeig ten Aufbau hängt die Beugungseffektivität des holographischen Elements 7a für den Lichtstrahl erster Ordnung von der Nutform des holographi schen Elements 7a auf der Lichteinfallseite ab. Da bei dem konventio nellen Aufbau die Nuten durch den reflektierenden Film 18 abgedeckt sind, wird nicht nur die effektive Nuttiefe des reflektierenden Elements 7a vermindert, sondern auf die Nutform gerundet, wie in Fig. 12B gezeigt. Es ist dementsprechend schwierig, die gewünschte Beugungseffek tivität zu erreichen. Da darüber hinaus die Verminderung des Störungseinflusses des reflektierenden Films auf die Nutform eine sehr anspruchsvolle Filmbeschichtungstechnik erfordert, ist zum Erzeugen des reflektierenden Films eine extrem auf wendige Technologie notwendig, die als Engpaß beim Erhöhen der Produktivität in der Herstellung von optischen Ab tastvorrichtungen galt.

Darüber hinaus kann die Oberfläche des reflektierenden Films teilweise gestört oder im Laufe der Zeit verformt werden. Durch solche Phänomene werden Effekte bewirkt, wie wenn die Nutform verändert würde. Außerdem besteht die Gefahr, daß die Beugungseffektivität vermindert wird oder unerwünschte gebeugte Lichtstrahlen höherer Ordnung auf Grund des gestör ten reflektierenden Films im Laufe der Zeit auftreten.

Eine weitere bekannte optische Abtastvorrichtung (US 4,784,447) weist einen Hologrammspiegel auf, mit dem eine optische Achse eines von einer Lichtquelle abgegebenen Lichtstrahls senkrecht auf eine Aufzeichnungsfläche eines optischen Aufzeichnungsmediums fokussiert wird. Dabei ist jedoch nicht bekannt, wie der Hologrammspiegel ausgebildet ist.

Aus der US-Patentschrift 4,950,567 ist der Aufbau eines Ho logrammspiegels bekannt. Bei diesem ist ein durchlässiges Substrat mit einem durch das Substrat vorgegebenen Bre chungsindex auf einer Glasplatte angeordnet. Über dem durch lässigen Substrat ist eine Schutzschicht angeordnet. Dieser Hologrammspiegel weist jedoch keine strukturierte Oberfläche auf, durch die eine bestimmte Brechung erzeugt wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine optische Ab tastvorrichtung zu schaffen, mit der eine gewünschte Beu gungseffektivität erreicht, Störeinflüsse eines reflektie renden Films vermindert und dessen Abnutzung verhindert wird.

Erfindungsgemäß wird eine optische Abtastvorrichtung angege ben, mit einem Hologrammspiegel zum Ausrichten einer opti schen Achse eines von einer Lichtquelle abgegebenen Licht strahls senkrecht auf eine Aufzeichnungsfläche eines Auf zeichnungsmediums, welcher Hologrammspiegel nach den kennzeichnenden Teilen der nebengeordneten Patentansprüche 1 oder 3 alternativ ausgebildet sein kann.

Vorzugsweise wird der durch den reflektierenden Film reflektierte be stimmte Lichtstrahl durch das markierte Gitter zum Ausrichten in eine Richtung senkrecht zur Aufzeichnungsfläche des Aufzeichnungsmediums gebeugt.

Bei einer anderen Ausrührungsform ist das holographische Element zum Beugen des einfallenden Lichtstrahls nicht auf der ersten Oberfläche, son dern auf der der ersten Oberfläche gegenüberstehenden zweiten Oberflä che ausgebildet, zum Beugen des von der ersten Oberfläche übertragenen Lichtstrahls zum Erzeugen einer Mehrzahl von gebeugten Lichtstrahlen. Auf dem holographischen Element ist ein reflektierender Film ausgebildet.

Vorzugsweise weist das markierte Gitter ein Muster zum Korrigieren des im Lichtstrahl enthaltenen Astigmatismus auf.

Bei einer bevorzugen Ausführungsform ist das markierte Gitter ein Gitter mit im wesentlichen geraden Linien.

Bei einer anderen bevorzugen Ausführungsform ändert sich der Gitterab stand des markierten Gitters graduell.

Bei dem bestimmten gebeugten Lichtstrahl handelt es sich vorzugsweise um den gebeugten Lichtstrahl der Ordnung +1.

Mit der hier beschriebenen Erfindung ist es möglich, eine optische Abtast vorrichtung mit einem Hologrammspiegel anzugeben, bei dem die Nutform des holographischen optischen Elements durch den reflektierenden Film nicht beeinflußt wird, und der leicht herstellbar und mit großer Zuverläs sigkeit über einen langen Zeitraum einsetzbar ist.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand von Beispielen und unter Bezug nahme auf die begleitenden Figuren näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 schematisch den optischen Aufbau einer optischen Abtastvorrich tung gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 2 eine Schnittdarstellung eines bei der optischen Abtastvorrichtung aus Fig. 1 verwendeten Hologrammspiegels;

Fig. 3A und 3B schematische Diagramme mit Beispielen von Holo grammustern für das holographische optische Element;

Fig. 4 ein schematisches Diagramm zum Erläutern eines Herstellungs verfahrens für das holographische optische Element;

Fig. 5 ein schematisches Diagramm mit einem modifizierten Beispiel für den optischen Aufbau gemäß der ersten Ausführungsform;

Fig. 6 ein Schema mit einem anderen Beispiel des optischen Aufbaus ge mäß der ersten Ausführungsform;

Fig. 7 ein schematisches Diagramm mit dem optischen Aufbau einer opti schen Abtastvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfin dung;

Fig. 8 ein Schema mit dem optischen Aufbau einer optischen Abtastvor richtung gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 9 ein Schema mit einem Hologrammuster für das holographische op tische Element;

Fig. 10 ein schematisches Diagramm mit einem modifizierten Beispiel des optischen Aufbaus, wenn die erfindungsgemäße optische Abtastvor richtung in einer magneto-optischen Platteneinheit verwendet wird;

Fig. 11 eine Draufsicht der optischen Abtastvorrichtung aus Fig. 10;

Fig. 12A ein Schema mit dem optischen Aufbau einer konventionellen op tischen Abtastvorrichtung und

Fig. 12B eine Schnittdarstellung des bei der konventionellen optischen Abtastvorrichtung aus Fig. 12A verwendeten Hologrammspiegels.

Im folgenden wird die Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsformen zusammen mit den begleitenden Figuren näher erläutert.

Ausführungsform 1

Fig. 1 zeigt schematisch den Aufbau einer optischen Abtastvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung. Die optische Abtast vorrichtung weist eine HOE-LD-PD-Einheit 5 (holographic optical ele ment-laser diode-photodetector) auf, in der eine Laserdiode 1 als Licht quelle, ein Photodetektor 3 zum Aufnehmen des von einer Platte (optische Platte) 10 reflektierten Lichts sowie weitere Elemente in einer einzigen Einheit zusammen hergestellt sind. Ein von der Laserdiode 1 in der HOE- LD-PD-Einheit 5 abgegebener Lichtstrahl gelangt durch die holographi schen Elemente 2′ und 2, wird in einer Spiegelcollimatorlinse 6 collimiert und auf einen vor der Collimatorlinse 6 angeordneten Hologrammspiegel 12 geführt.

Der Hologrammspiegel 12 vergrößert den von der Collimatorlinse 6 einfal lenden Lichtstrahl und lenkt ihn in eine Richtung senkrecht zu der Ober fläche der Platte 10. Der so abgelenkte Lichtstrahl wird durch eine Objek tivlinse 9 gebündelt, so daß auf der Aufzeichnungsoberfläche der Platte 10 ein Lichtpunkt erzeugt wird.

Der von der Oberfläche der Platte 10 reflektierte Lichtstrahl wird zurück zu dem holographischen Element 2 in der HOE-LD-PD-Einheit 5 auf dem gleichen Weg in umgekehrter Richtung zurückgeführt. Das holographi sche Element 2 beugt den einfallenden Lichtstrahl, von dem die gebeugten Lichtstrahlen erster Ordnung auf den Photodetektor 3 geführt werden. Aufgrund dieser gebeugten Lichtstrahlen bestimmt der Photodetektor 3 ein Fokussierfehlersignal (focus error signal FES), ein Radialfehlersignal (radial error signal RES) und ein Informationssignal. Aufgrund des Fokus sierfehlersignals und des Radialfehlersignals werden die Fokussierungs steuerung und die Spurlagensteuerung durch Bewegen der Objektivlinse 9 in Fokussierrichtung und in radiale Richtungen unter Verwendung einer Bewegungseinrichtung 11 durchgeführt.

Fig. 2 zeigt einen Querschnitt des Hologrammspiegels 12. Der Holo grammspiegel 12 weist ein lichtdurchlässiges Substrat A mit zwei einan der gegenüberstehenden Oberflächen auf. Das Substrat A besteht aus ei nem transparenten Substrat wie zum Beispiel aus einem Glassubstrat. Das Substrat A ist gegenüber der optischen Achse des einfallenden Strahls, das heißt des Strahls von der Collimatorlinse 6, um einen Winkel θ geneigt. Die Einfalloberfläche des Substrats A, das heißt, die Vorderseite 13 weist ein durchlässiges holographisches optisches Element 13a darauf ausgebildet auf, während die gegenüberstehende Oberfläche, das heißt die Rückseite 14 mit einem reflektierenden Film 20 beschichtet ist. Das holographische Element 13a weist ein markiertes Gitter mit einem Ab stand d auf. Der reflektierende Film 20 wird durch einen bekannten Me tallfilm (einschließlich einem Mehrschichtfilm) aus beispielsweise Au oder Al mit hoher Reflektivität gebildet.

Das auf der Vorderseite 13 ausgebildete holographische Element 13a be steht aus Nuten mit einem sägezahnförmigen Querschnitt und einem Nut neigungswinkel β und einer Nuttiefe t. Der Nutneigungswinkel β und die Nuttiefe t sind so bestimmt, daß, wenn ein Strahl mit der Wellenlänge λ in einem Winkel α gegenüber der Senkrechten m des holographischen Ele ments 13 a einfällt, wie in Fig. 2 gezeigt, unter den primären gebeugten Lichtstrahlen, das heißt unter dem gebeugten Lichtstrahl a der Ordnung - 1, dem gebeugten Lichtstrahl b der Ordnung 0 und dem gebeugten Licht strahl c der Ordnung +1, der gebeugte Lichtstrahl c der Ordnung +1 am stärksten wird.

Der gebeugte Lichtstrahl c der Ordnung + 1 von dem holographischen Ele ment 13a wird an der Rückseite 14 total reflektiert und erneut an der Vor derseite 13 gebeugt. Jetzt wird erneut unter den primären gebeugten Lichtstrahlen, das heißt unter dem gebeugten Lichtstrahl g der Ordnung - 1, dem gebeugten Lichtstrahl f der Ordnung 0 und dem gebeugten Licht strahl e der Ordnung +1 der gebeugte Lichtstrahl e der Ordnung +1 am stärksten. Der gebeugte Lichtstrahl e der Ordnung + 1 tritt mit einem Win kel γ gegenüber der Normalen m aus und gelangt zu der Objektivlinse 9.

Die optimalen Werte für den Nutneigungswinkel β und die Nuttiefe t des holographischen Elements 13a werden in der folgenden Weise bestimmt. Wenn angenommen wird, daß die Wellenlänge von der Laserdiode 1 λ be trage und der Brechungsindex des Substrats A n sei, wird der gebeugte Lichtstrahl c der Ordnung +1 am stärksten, wenn die Nuttiefe t die folgen de Gleichung (1) befriedigt.

t = λ/2(n-1) (1).

Der Nutneigungswinkel β wird mit tan^-1(t/d) angegeben.

In dem Hologrammspiegel 12 mit dem oben beschriebenen Aufbau wird die Nutform des holographischen Elements 13a durch das Vorhandensein des reflektierenden Films nicht beeinflußt, da der reflektierende Film 20 auf der Rückseite 14 des Substrats A, das heißt auf der Oberfläche gegenüber dem holographischen Element 13a, ausgebildet ist. Darüberhinaus beein flußt eine Störung oder Verformung der Oberfläche des reflektierenden Films nicht die Rückseite 14, an der das Licht reflektiert wird. Dies erleich tert die Herstellung des reflektierenden Films 20, da die Anforderungen an die Abmessungsgenauigkeit des reflektierenden Films 20 vermindert wer den.

Im Vergleich zu einem 45°-Spiegel kann die Dicke des Hologrammspiegels 12, gemessen in der Richtung senkrecht zu der optischen Platte 10, um ei nen Faktor entsprechend sinus γ aufgrund seiner Geometrie vermindert werden. Bei Verwendung des Einfallwinkels α, des Ausfallwinkels γ und des Gitterabstandes d, kann sinus γ durch die folgende Gleichung (2) aus gedrückt werden:

sin γ = sin α - 2 λ/d (2).

Da - wie oben beschrieben - bei dem erfindungsgemäßen Hologrammspie gel 12 der einfallende Lichtstrahl zweimal zum Verändern seiner Richtung durch das gleiche holographische Element 13a gebeugt wird, kann der Beugungswinkel pro Beugung kleiner gemacht werden, als bei dem kon ventionellen Hologrammspiegel. Dies erleichtert die Herstellung des holo graphischen Elements 13a, da der Gitterabstand des holographischen Elements 13a vergrößert werden kann.

Das holographische Element 13a dieser Ausführungsform kann mit einem der folgenden Verfahren hergestellt werden. Ein Verfahren verwendet das Übertragen eines Hologrammusters mit einem Gitter von geraden Linien mit dem Abstand d, wie in Fig. 3A gezeigt, auf die Oberfläche 13 des licht durchlässigen Substrats A, wie zum Beispiel auf ein Glassubstrat, und da nach Ätzen einer Markierung auf dem übertragenen Hologrammuster mittels eines schräg einfallenden Ionenstrahls. Bei einem anderen Verfah ren wird direkt ein Hologrammuster durch Beschreiben der Oberfläche des Substrats A ähnlich der oben beschriebenen Weise erzeugt.

Das in Fig. 3A gezeigte Hologrammuster ist zur Verwendung eines Zwei strahl-Interferenzverfahrens gestaltet. Bei diesem Verfahren werden - wie in Fig. 4 gezeigt - ein von der Laserdiode 1 auf den Hologrammspiegel 12 einfallender, collimierter Lichtstrahl h₁ und ein collimierter Lichtstrahl h₂, der dem von der Rückseite 14 reflektierten und die Vorderseite 13 des Substrats A erreichenden collimierten Lichtstrahl h₃ von der Objektivlin se entspricht, miteinander an der Vorderseite 13 des Substrats A überla gert, wodurch ein Interferenzmuster erzeugt wird. Alternativ dazu kann das Hologrammuster auch durch eine bekannte Technik, wie zum Beispiel einem Computerhologramm, erzeugt werden.

Der collimierte Lichtstrahl h₁ kann astigmatische Komponenten der La serdiode 1 enthalten. In diesem Fall ist es wünschenswert, daß das Holo grammuster mit im wesentlichen geraden Linien mit einem Abstand d′ zum Korrigieren des Astigmatismus erzeugt wird, wie in Fig. 3B gezeigt. Damit kann eine bessere Fokussierung des Strahls auf der Platte 10 erreicht wer den, was zu guten Informations-Aufzeichnungs- und -Wiedergabeeigen schaften führt.

Als nächstes wird ein spezielles Zahlenbeispiel für die erste Ausführungs form beschrieben. Für die folgende Beschreibung wird ein Aufbau ange nommen, bei dem der durch Addieren des Einfallwinkels auf den Holo grammspiegel 12 und des Austrittwinkels von dem Hologrammspiegel 12 gebildete Winkel 90° beträgt.

Angenommen, daß die Wellenlänge eines von der Laserdiode 1 abgegebe nen Lichtstrahls 0,78 µm und die Elliptizität des von der Collimatorlinse 6 collimierten Lichtstrahls 1 : 3 beträgt, muß die Strahlformrate an dem Ho logrammspiegel 12 ein Faktor von 3 sein, wenn der Lichtstrahl durch Ver größern seiner Lichtintensitätsverteilung in einen kreisförmigen Quer schnitt geformt wird. Als Ergebnis beträgt der Neigungswinkel θ des Holo grammspiegels 12 gegenüber der Achse des einfallenden Lichts

θ = tan^-1(1/3) = 18,4°.

Danach ergibt sich für den Einfallswinkel α 71,6° (90°-18,4°), und da α + γ = 90°, für den Ausfallswinkel γ 18,4°.

Aufgrund der Gleichung (2) muß der Gitterabstand d 2,46 µm betragen. Wie sich bei diesem speziellen Wert erkennen läßt, ist der Gitterabstand d relativ groß, und es ist dementsprechend einfach, ein bei dem holographi schen Element 13 a verwendetes markiertes Gitter herzustellen.

Zum Vergleich wird der Fall beschrieben, bei dem der Lichtstrahl von der Laserdiode 1 auf den Hologrammspiegel 7a der konventionellen, in Fig. 12A gezeigten optischen Abtastvorrichtung unter den gleichen Bedingun gen wie oben beschrieben einfällt. In diesem Fall betragen die Einfalls- und Ausfallswinkel des Lichtstrahls am Hologrammspiegel 7a 71,6° und 18,4°, das heißt die Winkel sind die gleichen wie bei dem oben beschriebenen Bei spiel. Da aber bei dem Hologrammspiegel 7a in Fig. 12A der Lichtstrahl nur einmal gebeugt wird, erfordert dies einen Gitterabstand von 1,23 µm. Wie beschrieben, kann erfindungsgemäß der Gitterabstand des hologra phischen Elements 13a des Hologrammspiegels 12 größer gemacht wer den, als bei dem konventionellen Hologrammspiegel.

Weiterhin ist im Vergleich zu einem 45°-Spiegel die Dicke des Hologramm spiegels 12 bei dieser Ausführungsform, gemessen in der Richtung senk recht zur Platte 10, auf knapp ein Drittel vermindert, da sin(18,4°) = 0,316.

Ein anderes Zahlenbeispiel für die erste Ausführungsform wird für die in Fig. 5 gezeigte Anordnung angegeben, bei der der Hologrammspiegel 12 derart angeordnet ist, daß das Substrat A parallel zu der Platte 10 steht.

Unter der Annahme, daß die Elliptizität des durch die Collimatorlinse 6 col limierten Lichtstrahls 1 : 3 beträgt und der Lichtstrahl wie bei dem ersten Zahlenbeispiel durch Vergrößern seiner Querschnitts-Lichtintensitäts verteilung in eine Kreisform gebracht wird, muß die Strahlformrate des Hologrammspiegels 12 den Faktor 3 betragen. Dementsprechend ist auch bei diesem Beispiel der Einfallswinkel α von der Lichtquelle 71,6°. Da der Ausfallswinkel γ bei dem Beispiel 0 beträgt, ergibt sich für den Gitterab stand d aufgrund der Gleichung (2)1,64 µm.

Um den Einfallswinkel α zu erreichen, sind in Fig. 5 die HOE-LD-PD-Ein heit 5 und die Collimatorlinse 6 derart angeordnet, daß die Richtung und optische Achse des austretenden Lichts in einem Winkel zur Oberfläche der Platte 10 steht. Wenn - wie in Fig. 6 gezeigt - ein Prisma 19 zwischen dem Hologrammspiegel 12 und der Collimatorlinse 6 angeordnet wird, können die HOE-LD-PD-Einheit 5 und die Collimatorlinse 6 sowie der Ho logrammspiegel 12 so angeordnet werden, daß die Richtung und optische Achse des austretenden Lichtstrahls parallel zu der Oberfläche der Platte 10 verläuft.

Unter der Annahme, daß das Prisma 19 eine Strahlformfunktion aufweist, muß das Strahlformverhältnis durch Vergrößern des Einfallwinkels α′ auf den Hologrammspiegel 12 größer gemacht werden, als der Einfallswinkel α bei der in Fig. 5 gezeigten Anordnung.

Ausführungsform 2

Fig. 7 zeigt den Aufbau einer optischen Abtastvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung. Diese Ausführungsform unter scheidet sich von der vorher beschriebenen ersten Ausführungsform dar in, daß sowohl das holographische optische Element als auch der reflek tierende Film 20 auf der Rückseite des Substrats A des Hologrammspiegels 12 ausgebildet sind. Ansonsten ist der optische Aufbau der gleiche, wie bei der ersten Ausführungsform und die Beschreibung der anderen Teile wird an dieser Stelle nicht wiederholt.

Der von der Laserdiode 1 abgegebene und durch die Collimatorlinse 6 colli mierte Lichtstrahl trifft mit einem Winkel α auf die Vorderseite 13′ des Substrats A des Hologrammspiegels 12 auf. Das einfallende Licht wird durch das Substrat A übertragen und trifft auf das mit einem Gitterab stand d auf der Rückseite 14′ des Substrats A ausgebildete, markierte ho lographische Element auf. Auch bei dieser Ausführungsform ist das holo graphische Element so gestaltet, daß unter allen gebeugten Lichtstrahlen der gebeugte Lichtstrahl der Ordnung +1 am stärksten wird, so daß der ge beugte Lichtstrahl der Ordnung +1 zu der Objektivlinse 9 geführt wird. Dementsprechend wird der von der Vorderseite 13′ des Substrats A einfal lende Lichtstrahl durch das holographische Element gebeugt und durch den auf dem holographischen Element ausgebildeten reflektierenden Film 20 reflektiert. Der Strahl tritt dann an der Vorderseite 13′ mit einem Win kel γ aus und in die Objektivlinse 9 ein. Wie bei der ersten Ausführungs form wird der reflektierende Film 20 durch einen bekannten Metallfilm (einschließlich eines Mehrschichtfilms) gebildet, wie zum Beispiel Au und Al, um eine gute Reflexion des einfallenden Lichtstrahls zu gewährleisten.

Bei dem oben beschriebenen Hologrammspiegel 12, bei dem das hologra phische Element an der Rückseite 14′ des Substrats A ausgebildet ist, ist die Beugungseffektivität des holographischen Elements abhängig von der von der Lichteinfallseite gesehenen Nutform des holographischen Ele ments. Dementsprechend beeinflußt der auf dem holographischen Ele ment ausgebildete reflektierende Film 20 die Beugungseffektivität nicht. Wenn mit anderen Worten die Nuten des holographischen Elements - von der Rückseite 14′ gesehen - mit dem reflektierenden Film 20 ausgefüllt sind, wird die Beugungseffektivität des holographischen Elements nicht negativ beeinflußt.

Dementsprechend bleibt bei der zweiten Ausführungsform, wie bei derer sten Ausführungsform, die die Beugungseigenschaft bestimmende Nut form des holographischen Elements trotz des Vorhandenseins des reflek tierenden Films 20 unverändert und es tritt keine Minderung dieser Eigen schaft durch den reflektierenden Film 20 auf. Dadurch können an die Qualität der Abmessungen des reflektierenden Films 20 geringere Anfor derungen gestellt werden, was die Herstellung vereinfacht. Darüberhin aus hat die zweite Ausführungsform den Vorteil, daß Störungen des holo graphischen Elements unterdrückt werden, da die Nuten des holographi schen Elements durch den reflektierenden Film 20 geschützt werden.

Ebenso wird die Dicke des Hologrammspiegels 12, gemessen in der Rich tung senkrecht zu der Plattenoberfläche, im Vergleich zu einem 45°-Spie gel um einen Faktor sinus γ vermindert. In diesem Fall wird sinus γ durch die folgende Gleichung unter Verwendung des Einfallswinkels α, des Aus fallswinkels γ und des Gitterabstands d ausgedrückt:

sin γ = sin α - λ/d (3).

Im Folgenden wird ein Zahlenbeispiel für die zweite Ausführungsform be schrieben. Für diese Beschreibung wird eine Anordnung angenommen, bei der der durch Addition des Einfallswinkels α und des Ausfallswinkels γ am Hologrammspiegel 12 erhaltene Winkel 90° beträgt.

Angenommen, daß die Wellenlänge des von der Laserdiode 1 abgegebenen Lichtstrahls 0,78 µm und die Elliptizität des durch die Collimatorlinse 6 collimierten Lichtstrahls 1 : 3 beträgt, und wenn der Lichtstrahl durch Vergrößern der Lichtintensitätsverteilung über dem Querschnitt in eine Kreisform geformt wird, muß die Strahlformrate des Hologrammspiegels 12 den Faktor 3 erreichen. Als Ergebnis beträgt der Neigungswinkel θ des Hologrammspiegels 12 im Verhältnis zu der optischen Achse des einfallen den Lichts

θ = tan^-1 (1/3) = 18,4°.

Daraus ergibt sich, daß der Einfallswinkel α 71,6° beträgt, und - da α + γ = 90° - für den Ausfallswinkel γ = 18,4°. Nach Gleichung (3) beträgt der Git terabstand d 1,23 µm. Im Verhältnis zu einem 45°-Spiegel ist die Dicke des Hologrammspiegels 12, gemessen in der Richtung senkrecht zu der Plat tenoberfläche, auf ein Drittel oder weniger vermindert, da sinus (18,4°) = 0,316.

Das Hologrammuster des holographischen Elements bei dieser Ausfüh rungsform wird genauso erzeugt wie bei der ersten Ausführungsform. Das heißt, das das Hologrammuster ein Gitter mit geraden Linien mit einem Abstand d sein kann, wie in Fig. 3A gezeigt, oder ein Gitter mit im wesent lichen geraden Linien mit einem Abstand d′, mit einer Funktion zum Korri gieren des Astigmatismus, wie in Fig. 3B gezeigt.

Ausführungsform 3

Fig. 8 zeigt schematisch den Aufbau einer optischen Abtastvorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung. Diese Ausführungs form unterscheidet sich von der vorher beschriebenen zweiten Ausfüh rungsform darin, daß auf die Collimatorlinse verzichtet wurde, so daß die Objektivlinse 9′ als begrenztes System ausgeführt wird. Dementsprechend hat das für das auf dem Hologrammspiegel 12 ausgebildete holographi sche Element verwendete Hologrammuster einen sich graduell verändern den Gitterabstand d′′, wie in Fig. 9 gezeigt. Ansonsten ist der optische Aufbau der gleiche, wie bei der zweiten Ausführungsform.

Die dritte Ausführungsform bietet nicht nur die gleiche Wirkung wie die zweite Ausführungsform, sondern auch noch den zusätzlichen Vorteil, daß die Kosten der optischen Abtastvorrichtung durch eine Verminderung der Anzahl der optischen Komponenten reduziert werden können.

Wie bei der dritten Ausführungsform kann auf die Collimatorlinse 6 auch bei dem Aufbau gemäß der ersten Ausführungsform verzichtet werden. In diesem Fall wird die Objektivlinse 9 in Fig. 1 durch die oben beschriebene Objektivlinse 9′ ersetzt und das holographische Element weist ein Gitter auf, bei dem sich der Gitterabstand graduell verändert.

Bei jeder der oben beschriebenen Ausführungsformen wird das hologra phische Element des Hologrammspiegels in Relief-Bauart ausgeführt, das heißt, daß die Hologrammnuten direkt auf dem Substrat durch Ätzen, Schreiben usw. erzeugt werden. Das bei der Erfindung verwendete holo graphische Element ist aber nicht auf die beschriebenen Bauarten be schränkt. Beispielsweise kann auch ein holographisches Element der Vo lumen-Bauart verwendet werden, bei der ein Gitter auf einem LiNbO₃- Substrat durch Protonenaustausch oder andere Verfahren erzeugt wird.

Das Aufzeichnungsmedium, das heißt die Platte beschränkt, für die die optische Abtastvorrichtung der Erfindung gedacht ist, ist nicht auf die Phasen-Differenz-Bauart, wie zum Beispiel eine CD oder eine einmal be schreibbare oder phasenveränderte optische Platte beschränkt, von der Informationen durch Erkennen von Helligkeiten oder Dunkelheiten oder das Vorhandensein bzw. Abwesentsein von Pits auf der Plattenoberfläche gelesen werden. Die Erfindung kann selbstverständlich auf bei optischen Abtastvorrichtungen zum Aufzeichnen und Wiedergeben von magneto-op tischen Platten verwendet werden.

Beispielsweise kann beim Einsatz der Erfindung in einer optischen Ab tastvorrichtung, die magneto-optische Platten aufzeichnen oder wiederge ben kann, das holographische Element mit einem Volumenhologramm verwendet werden, das beispielsweise durch Protonenaustausch oder an dere Verfahren erzeugt wird und in der Lage ist, die polarisierten Kompo nenten mit verschiedenen Polarisierungsrichtungen des reflektierten Lichts zu trennen. In diesem Falle wird ein Detektor mit einer optischen Wellenführung, die die polarisierten Komponenten mit verschiedenen Po larisierungsrichtungen trennen und abtasten kann, als Photodetektor verwendet.

Wie in den Fig. 10 und 11 gezeigt, können alternativ ein polarisieren der Strahltrenner 15, ein Wollaston-Prisma 16, eine plan-konvexe Linse 17 und ein Photodetektor 8 zwischen der Collimatorlinse 6 und dem Holo grammspiegel 12 in der in Fig. 1 gezeigten optischen Abtastvorrichtung angeordnet werden. In diesem Fall wird der Photodetektor 8 zum Erkennen der magneto-optischen Signale verwendet.

Weiterhin wird bei allen oben beschriebenen Ausführungsformen die HOE-LD-PD-Einheit 5 verwendet, bei der die Lichtquelle und der Photode tektor eine Einheit bilden. Dieser Aufbau ist vorteilhaft zum Vermindern der Größe und des Gewichts der optischen Abtastvorrichtung. Es kann al lerdings vorteilhaft sein, daß der gleiche Effekt, wie oben im Zusammen hang mit den anderen Ausführungsformen beschrieben, erzielt wird, wenn die Lichtquelle und der Photodetektor getrennt, also nicht als Einheit vor gesehen werden.

Zusammengefaßt ist es bei der optischen Abtastvorrichtung gemäß der Er findung nur notwendig, daß die optische Komponente zum Ablenken der optischen Achse des Lichtstrahls von der Lichtquelle in die Richtung senk recht zu der Plattenoberfläche durch einen Hologrammspiegel gebildet wird, dessen holographisches Element nicht durch das Vorhandensein des reflektierenden Films beeinträchtigt wird, wie bei jeder der oben be schriebenen Ausführungsformen erläutert. Die anderen Teile als der Holo grammspiegel müssen keine besonderen Anforderungen erfüllen.

Wie beschrieben, ist bei der erfindungsgemäßen optischen Abtastvorrich tung das durchlässige holographische Element an der Einfallfläche des Substrats des Hologrammspiegels und der reflektierende Film an der ge genüberliegenden Oberfläche ausgebildet. Alternativ dazu sind bei einer anderen erfindungsgemäßen optischen Abtastvorrichtung sowohl das ho lographische optische Element als auch der reflektierende Film auf der der Einfallfläche gegenüberliegenden Fläche des Hologrammspiegelsubstrats ausgebildet. Bei jeder dieser Ausführungsformen wird die Nutform des ho lographischen optischen Elements, die die Beugungseigenschaften be stimmt, nicht durch das Vorhandensein des reflektierenden Films beein trächtigt. Dies stellt nicht nur die gewünschten Beugungseigenschaften sicher, sondern erleichtert auch die Herstellung des reflektierenden Films, da an dessen Abmessungsgenauigkeiten niedrigere Anforderungen zu stellen sind. Eine Verformung o. ä. im einem Bereich der Oberfläche des reflektierenden Films aufgrund einer Störung des reflektierenden Films hat keinen nachteiligen Effekt auf die Beugungseigenschaften. Damit ist eine hervorragende Lebensdauer gewährleistet.

Wenn das durchlässige holographische Element auf der Einfallseite des Hologrammspiegels ausgebildet ist, während der reflektierende Film auf der anderen Seite erzeugt ist, wird das einfallende Licht zweimal zum Ver ändern seiner Richtung durch das holographische Element gebeugt. Da mit kann der Beugungswinkel pro Beugung kleiner gemacht werden, als bei dem konventionellen Hologrammspiegel, wodurch der Gitterabstand des holographischen Elements vergrößert werden kann. Dadurch wiede rum wird die Herstellung des holographischen Elements erleichtert. Wenn darüberhinaus der reflektierende Film zum Abdecken des auf der der Ein fallfläche des Hologrammspiegels gegenüberliegenden Fläche erzeugten holographischen Elements gebildet wird, werden die Nuten des hologra phischen Elements durch den reflektierenden Film geschützt. Damit kön nen Störungen des holographischen Elements vermieden und die Lebens dauer bzw. Haltbarkeit weiter verbessert werden.

Wenn ein Hologrammuster zum Korrigieren des Astigmatismus des einfal lenden Lichts gestaltet ist und als holographisches Element verwendet wird, kann eine bessere Strahlfokussierung auf der Platte erzielt werden, was zu einer hohen Qualität bei der Informationsaufzeichnung und -Wie dergabe führt. Wenn darüberhinaus ein Hologrammuster mit einem sich graduell ändernden Gitterabstand verwendet wird, kann die Anzahl der optischen Komponenten vermindert werden, was zu einer Reduzierung der Kosten der optischen Abtastvorrichtung führt.

Claims

1. Optische Abtastvorrichtung mit einem Hologrammspiegel (12) zum Ausrichten einer optischen Achse eines von einer Lichtquelle (1) abgegebenen Lichtstrahls senkrecht auf eine Aufzeichnungsfläche eines Aufzeichnungsmediums (10), dadurch gekennzeichnet, daß der Hologrammspiegel (12) auf weist:

- ein lichtdurchlässiges Substrat (A) mit einer ersten (13) und einer gegenüberstehenden zweiten Oberfläche (14), wo bei der Lichtstrahl von der Lichtquelle durch die erste Oberfläche (13) in das Substrat eindringt;
- ein auf der ersten Oberfläche (13) ausgebildetes, durch lässiges holographisches Element (13a) zum Beugen des ein fallenden Lichtstrahls zum Erzeugen einer Mehrzahl von ge beugten Lichtstrahlen, wobei durch das holographische Ele ment (13a) ein bestimmter der gebeugten Lichtstrahlen zum stärksten gemacht wird; und
- einen auf der zweiten Oberfläche (14) des Substrats ausge bildeten reflektierenden Film (20) zum Reflektieren der gebeugten Lichtstrahlen.

2. Optische Abtastvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß der durch den reflektierenden Film (20) reflektierte bestimmte Lichtstrahl durch das holographische Element (13a) gebeugt wird, zum Ausrichten in einer Richtung senkrecht zur Aufzeichnungsfläche des Aufzeichnungsmediums (10).

3. Optische Abtastvorrichtung mit einem Hologrammspiegel (12) zum Ausrichten einer optischen Achse eines von einer Lichtquelle (1) abgegebenen Lichtstrahls senkrecht auf eine Aufzeichnungsfläche eines Aufzeichnungsmediums (10), dadurch gekennzeichnet, daß der Hologrammspiegel (12) aufweist:

- ein lichtdurchlässiges Substrat (A) mit einer ersten (13′) und einer gegenüberstehenden zweiten Oberfläche (14′), wo bei der Lichtstrahl von der Lichtquelle durch die erste Oberfläche (13′) in das Substrat eindringt;
- ein auf der zweiten Oberfläche (14′) ausgebildetes holo graphisches Element zum Beugen des von der ersten Oberflä che (13′) übertragenen und auf diese einfallenden Licht strahls, zum Erzeugen einer Mehrzahl von gebeugten Licht strahlen und
- einen auf dem holographischen Element ausgebildeten re flektierenden Film (2), wobei durch das holographische Element (13a) ein bestimmter der gebeugten Lichtstrahlen zum stärksten gemacht wird.

4. Optische Abtastvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das holographische Ele ment (13a) durch ein Gitter mit mehreren Nuten gebildet wird.

5. Optische Abtastvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Gitter ein Muster zum Korrigieren des im Lichtstrahl enthaltenen Astigmatismus aufweist.

6. Optische Abtastvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Gitter ein Gitter mit im wesentlichen geraden Linien ist.

7. Optische Abtastvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Gitterabstand (d′′) des Gitters sich graduell ändert.

8. Optische Abtastvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der bestimmte gebeugte Licht strahl der gebeugte Lichtstrahl der Ordnung +1 ist.

9. Optische Abtastvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Nuten jeweils eine Tiefe t aufweisen, die durch folgende Gleichung bestimmt ist: t = λ/2(n-1)wobei λ die Wellenlänge des von der Lichtquelle ausgestrahl ten Lichts und n der Brechungsindex des lichtdurchlässigen Substrats (A) ist.