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Die Erfindung bezieht sich auf eine optische Ausleseeinheit zum Abtasten eines mit einer strahlungsreflektierenden und spurförmig angeordneten Informationsstruktur versehenen Aufzeich- nungsträgers und zur Spurhaltung, wobei die Ausleseeinheit und der Aufzeichnungsträger relativ zueinander bewegt werden, welche Ausleseeinheit ein Objektivsystem zum Fokussieren eines Auslese- i strahls auf die Informationsstruktur und eine Strahlungsquelle-Detektor-Einheit enthält, die einen
Halbleiter-Diodenlaser mit zwei einander gegenüberliegenden reflektierenden Endflächen aufweist, der den Auslesestrahl liefert und weiters den von der Informationsstruktur reflektierten Auslese- strahl auffängt und in ein elektrisches Signal umsetzt, das der ausgelesenen Informationsstruktur entspricht,
wobei sich bestimmte Eigenschaften des Diodenlasers in Abhängigkeit von den ausgelesenen Informationen ändern.
Unter einer optischen Ausleseeinheit ist die Gesamtheit jener Bauteile zu verstehen, die dafür sorgen, dass ein Auslesestrahl erzeugt wird, dass dieser Strahl auf der Informationsstruktur zu einem Auslesefleck mit den gewünschten Abmessungen fokussiert wird, und dass der reflektierte
Auslesestrahl in ein elektrisches Signal umgewandelt wird.
Unter einer "spurförmig angeordneten" Informationsstruktur ist eine Struktur zu verstehen, deren Informationsdetails gemäss konzentrischen oder scheinbar konzentrischen Spuren angeordnet sind, wobei diese letzteren Spuren zusammen eine ununterbrochene spiralförmige Spur bilden.
Die "bestimmten Eigenschaften" des Diodenlasers, die sich ändern, sind der Quotient aus der Spannung am Diodenlaser und dem Strom durch den Diodenlaser (nachstehend kurz als der elektrische Widerstand des Diodenlasers bezeichnet) und die Strahlungsintensität, die der Dioden- laser bei einem bestimmten Strom emittiert.
Informationen, wie Videosignale, können in einem Aufzeichnungsträger in einer spurförmigen
Informationsstruktur gespeichert werden, wobei die Spuren eine Vielzahl von aufeinanderfolgenden abwechselnden Gebieten und Zwischengebieten enthalten. Die Informationen können in der Frequenz der Gebiete (d. h. der Zahl der Gebiete pro Längeneinheit, nachstehend kurz Signalfrequenz genannt) und im Verhältnis der Länge der Gebiete zum Abstand zwischen den Gebieten kodiert sein. Die
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B.andern Absorptionskoeffizienten oder eine andere Phasentiefe aufweisen.
Es ist dabei vorteilhaft, wenn die Informationsstruktur eine reflektierende Struktur ist, d. h. wenn die Gebiete strahlungsabsorbierend und die Zwischengebiete strahlungsreflektierend sind, oder wenn die Gebiete und die Zwischengebiete beide reflektierend sind, aber in verschiedenen Ebenen im Aufzeichnungsträger liegen. Dann durchlaufen nämlich der von der Strahlungsquelle emittierte unmodulierte Auslesestrahl und der von der Informationsstruktur reflektierte modulierte Auslesestrahl grösstenteils denselben optischen Weg, so dass gegenseitige Schwingungen der im gemeinsamen Strahlungsweg angebrachten optischen Elemente das ausgelesene Signal nahezu nicht beeinflussen.
Beim Auslesen eines strahlungsreflektierenden Aufzeichnungsträgers mit Hilfe eines Gaslasers, wie eines Helium-Neon-Lasers, muss der modulierte Auslesestrahl auf einen ausserhalb des gemeinsamen Strahlungsweges befindlichen strahlungsempfindlichen Detektor gerichtet werden. Dazu kann im gemeinsamen Strahlungsweg beispielsweise ein halbdurchlässiger Spiegel angeordnet sein. Dann wird aber, abgesehen von Absorptions- und Reflexionsverlusten im optischen Weg, z. B. nur 25% der von der Quelle emittierten Strahlung für das Auslesen benutzt. Weiters muss bei Anwendung eines Gaslasers dafür gesorgt werden, dass keine Rückkopplung von modulierter Strahlung auf den Laser stattfinden kann, weil dann wegen der grossen Kohärenzlänge des Laserstrahls unerwünschte Schwankungen im Auslesestrahl auftreten können.
Dadurch müssen zusätzliche Massnahmen getroffen werden. Beispielsweise muss der halbdurchlässige Spiegel durch ein teures polarisationsempfindliches Teilprisma ersetzt werden ; ferner muss zwischen diesem Prisma und dem Aufzeichnungsträger eine X/4-Platte angeordnet werden.
In der DE-AS 2244119 wird vorgeschlagen, einen Aufzeichnungsträger mit einem Halbleiter- - Diodenlaser auszulesen. Dabei wird die Tatsache benutzt, dass, wenn das vom Diodenlaser emittierte Strahlungsbündel vom Aufzeichnungsträger zum Diodenlaser reflektiert wird, die Intensität des emittierten Laserstrahles und der elektrische Widerstand des Diodenlasers zunehmen. Beim Abtasten einer Spur eines Aufzeichnungsträgers mit einem derartigen Laserstrahl ändern sich die genannte
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Intensität und der genannte elektrische Widerstand entsprechend der Reihenfolge von Gebieten und
Zwischengebieten in der betreffenden Spur. Der Aufzeichnungsträger kann dann ohne Anwendung eines gesonderten Detektors ausgelesen werden. Ein Strahlenteilerelement ist nicht mehr erforderlich, und die Auslesevorrichtung kann eine einfache Bauart aufweisen.
Um sehr kleine Informationsdetails, z. B. in der Grössenordnung von 1 pm, auslesen zu können, muss der Auslesestrahl nach wie vor stets scharf auf die Informationsstruktur fokussiert sein. Ferner muss dafür gesorgt werden, dass die Mitte des Ausleseflecks stets mit der Mitte einer auszulesenden
Spur zusammenfällt. In der Vorrichtung gemäss der DE-AS 2244119 wird dazu eine mechanische Führung verwendet. Die Diodenlaser ist dabei auf einer Kufe (Nadel) befestigt, die in in den Aufzeichnungsträger gepressten Nuten läuft. Eine derartige mechanische Führung weist den Nachteil auf, dass sich der Aufzeichnungsträger abnutzt.
Ausserdem kann mit der Anordnung nach der genannten DE-AS 2244119 kein Auslesefleck mit einem entsprechend kleinen Durchmesser erzielt werden, so dass das Auflösungsvermögen nicht genügend gross ist, um Informationsdetails in der Grössenordnung von Mikrons auszulesen. Eine ähnliche mechanische Führung ist ferner bei der Auslesevorrichtung nach der FR-PS Nr. 2. 260. 912 vorgesehen. Bei dieser Auslesevorrichtung ist überdies von Nachteil, dass der verwendete Diodenlaser selbst nur eine reflektierende Endfläche aufweist. Die andere Endfläche ist nichtreflektierend ausgebildet, und die zweite reflektierende Fläche für den Laserresonatorraum wird durch den Aufzeichnungsträger gebildet. Es müssen deshalb besonders strenge Anforderungen an den Abstand zwischen dem Diodenlaser und dem Aufzeichnungsträger gestellt werden.
In der DE-OS 2734257 ist eine Strahlungsquelle-Detektor-Einheit vorgeschlagen, die optische und elektronische Mittel enthält zum Erfassen einer Abweichung in der Lage des Ausleseflecks quer zur Spurrichtung und/oder einer Abweichung zwischen der Soll- und Istlage der Fokussierungsebene des Objektivsystems. Die mit den genannten Mitteln erhaltenen Signale werden zum Nachregeln des Ausleseflecks verwendet, so dass ein besonders genaues Auslesen möglich ist.
Ziel der Erfindung ist es, eine mit der Strahlungsquelle-Detektor-Einheit versehene Ausleseeinheit zu schaffen, die einfach aufgebaut und leicht ist. Die erfindungsgemässe Ausleseeinheit ist dadurch gekennzeichnet, dass sie aus einem hohlzylindrischen Körper besteht, in dem die Strahlungsquelle-Detektor-Einheit und das Objektivsystem angeordnet sind, und dass dieser Körper auf der Aussenseite mit einer elektromechanischen Verstelleinheit zur Nachregelung seiner Lage in seiner Längsrichtung und/oder in mindestens einer von zwei zueinander senkrechten und senkrecht auf die Längsrichtung verlaufenden Richtungen versehen ist.
An ein Objektivsystem für eine erfindungsgemässe optische Ausleseeinheit werden hohe Anforderungen gestellt. Die numerische Apertur dieses Systems muss gross und das System muss optisch gut korrigiert sein. Um diesen Anforderungen zu entsprechen, ist es weiters von besonderem Vorteil, wenn das Objektivsystem ein hemisymmetrisches System ist und aus einer ersten und einer zweiten einfachen Linse mit asphärischen Oberflächen besteht. Unter dem Ausdruck "hemisymmetrisch" ist dabei zu verstehen, dass die Parameter, wie die Krümmungsradien der Linsenoberflächen oder das Ausmass der Asphärizität dieser Oberflächen, der einen Linse um einen Faktor gleich dem Vergrösserungsfaktor des Linsensystems von den entsprechenden Parametern der andern Linse verschieden sind.
Ein derartiges Linsensystem ist herstellungstechnisch besonders vorteilhaft.
Wenn das Ausmass der ausstrahlenden Oberfläche eines Diodenlasers nicht grösser als das gewünschte Ausmass des Ausleseflecks ist, können die Linsen sogar identisch sein, so dass die Herstellung des Linsensystems noch einfacher wird.
Die Erfindung wird nachstehend an Hand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen noch weiter erläutert. Es zeigen die Fig. 1 eine bekannte Auslesevorrichtung, in der ein Diodenlaser als Strahlungsquelle verwendet wird, die Fig. 2 eine bekannte Ausführungsform eines Aufzeichnungsträgers, die Fig. 3 eine bekannte Ausführungsform eines Diodenlasers, die Fig. 4 die Weise, in der eine Kenngrössenänderung in einem Diodenlaser gemessen werden kann, und die Fig. 5 einen Schnitt durch eine optische Ausleseeinheit gemäss der Erfindung.
Mit dem Koordinatensystem XYZ ist angegeben, welche Ansichten der Ausleseeinheit oder der einzelnen Elemente in den Zeichnungen dargestellt sind.
In Fig. 1 ist ein Aufzeichnungsträger --1--, der beispielsweise scheibenförmig und rund ist, schematisch in radialem Schnitt dargestellt. Eine Unteransicht dieses Aufzeichnungsträgers zeigt
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Aufzeichnungsträger erstrecken. Jede Teilspur enthält eine Vielzahl von abwechselnd aufeinanderfolgenden Gebieten g und Zwischengebieten t, wobei die Information in den Längen der Gebiete g festgelegt sein kann. Die Gebiete g üben einen andern Einfluss auf einen Auslesestrahl aus als die Zwischengebiete t. Die Weise, in der die Information in den Spuren festgelegt ist, ist für die Erfindung nicht wesentlich und wird daher nicht näher beschrieben. Die Ebene der Spuren kann auf der Vorderseite des Aufzeichnungsträgers liegen.
Es ist aber auch möglich, dass, wie in Fig. 1 dargestellt ist, sich die Informationsstruktur auf der Rückseite des Aufzeichnungsträgers befindet, so dass der Aufzeichnungsträger selber als Schutzschicht verwendet wird. Die Art der gespeicherten Information ist für die Erfindung ebenfalls nicht von wesentlicher Bedeutung ; es kann sich um Videosignale oder um eine andere Information handeln.
Der Aufzeichnungsträger --1-- wird von einem Strahlungsbündel --b-- ausgelesen, das von einem Halbleiter-Diodenlaser --6- herrührt. Von einem Objektivsystem, das der Einfachheit halber durch eine einzige schematisch veranschaulichte Linse --7-- dargestellt ist, wird das Bündel --b-- zu einem Auslesefleck --V-- auf die Informationsstruktur fokussiert. Das von der Informationsstruktur reflektierte Strahlungsbündel durchläuft dann neuerlich das Objektivsystem und tritt in den Diodenlaser --6- ein. Das Objektivsystem kann derart gewählt sein, dass der Auslesefleck --V-grösser als die Breite einer Spur --3-- ist.
Abgesehen von den optischen Verlusten in der Auslesevorrichtung wird, wenn der Auslesestrahl auf ein Gebiet fällt, der Strahl grösstenteils ausserhalb der Apertur des Objektivsystems abgelenkt werden, so dass die Intensität der zum Diodenlaser --6--
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des Aufzeichnungsträgers-l-geführt ist, wird der reflektierte Auslesestrahl in der Intensität entsprechend der Reihenfolge von Gebieten g und Zwischengebieten t in der auszulesenden Spur - moduliert. Der reflektierte Auslesestrahl beeinflusst bestimmte Eigenschaften des Dioden- lasers-6-.
In Fig. 3 ist eine Ausführungsform eines derartigen Diodenlasers dargestellt. Der Laser --6-- besteht aus zwei Schichten --10, 11-, z. B. aus dem Mischkristall AlGaAs, wobei die Schicht-10- p-leitend und die Schicht-11-- n-leitend ist. Die Zwischenschicht --12- besteht beispielsweise aus reinem GaAs. Auf den beiden Schichten --10, 11-- sind Elektroden --14 bzw. 15-- angebracht.
Der von einer Stromquelle --18- gelieferte Strom I durchläuft die Schichten --10, 12 und 11--.
An der Grenzfläche der Schicht --10-- und der Zwischenschicht --12-- werden Elektroden in die Zwischenschicht --12-- injiziert. In dieser Zwischenschicht --12-- findet Rekombination von Elektronen und Löchern statt, wobei Strahlung mit einer Wellenlänge von etwa 900 nm emittiert wird.
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17-des Lasers-6-- weisen- 19 bzw. 20 angegeben ist.
Wie bereits erwähnt wurde, kehrt die vom Aufzeichnungsträger-l-reflektierte Strahlung zum Diodenlaser --6-- zurück. Unter gewissen Bedingungen wird die rückgekoppelte Strahlung eine weitere Strahlungsemission stimulieren, so dass die momentane in den Richtungen --19 bzw.
20-- emittierte Strahlung durch die Information auf dem Aufzeichnungsträger-l-bestimmt wird.
In einer praktischen Ausführungsform hat sich herausgestellt, dass, wenn der Strom I durch den Diodenlaser --6-- z. B. etwas grösser als ein Schwellwert war, die Intensität des emittierten Laserstrahls für den Fall, dass der Laserstrahl ausserhalb eines Gebietes g auf den Aufzeichnungsträger fiel, etwa zweimal grösser als für den Fall war, in dem der Laserstrahl auf ein Gebiet g auftraf. Eine wesentliche Bedingung für die Rückkopplungsauslesung ist, dass der Abstand zwischen der Informationsstruktur und dem Diodenlaser grösser als ein bestimmter Mindestwert ist. Nur in diesem Fall wird die optische Rückkopplung zu einer Änderung in der vom Diodenlaser emittierten Strahlung führen.
Zur Umwandlung der Intensitätsänderungen im Laserstrahl kann, wie in Fig. 1 dargestellt
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ist, ein strahlungsempfindlicher Detektor wie eine Photodiode, auf der vom Aufzeichnungsträ- ger --1-- abgewandten Seite des Diodenlasers --6-- angebracht werden. Das Ausgangssignal S des
Detektors --8-- kann in einer bekannten elektronischen Schaltung wie sie z. B. in"Philips
Technical Review", 33, Nr. 7, S. 181 bis 185, beschrieben ist, zu einem Informationssignal Si verar- beitet und dekodiert werden. Dieses Signal kann, wenn Videosignale auf dem Aufzeichnungsträger - gespeichert sind, mittels einer üblichen Fernsehempfangsvorrichtung --21-- sichtbar und hör- bar gemacht werden.
In Fig. 1 ist die den Detektor --8-- bildende Photodiode als ein gesondertes Element darge- stellt. Die Photodiode kann aber mit dem Diodenlaser zu einer Einheit integriert werden. Es ist weiters nicht notwendig, dass Strahlung auf der Rückseite des Diodenlasers d. h. in der Richtung --20-- nach Fig. 3, austritt. Der Diodenlaser --6-- kann derart ausgebildet sein, dass Strahlung ausser in der Richtung --19-- auch in einer Richtung quer oder schräg zu dieser Richtung austritt. Dann kann ein Detektor bzw. eine Photodiode --8-- an der Seite des Diodenlasers statt hinter diesem angeordnet werden.
In Fig. 4 ist beispielsweise angegeben, wie der Aufzeichnungsträger ausgelesen werden kann, ohne dass ein strahlungsempfindliches Element verwendet wird. Dabei wird bei einem konstanten Strom I die Änderung der Spannung am Diodenlaser --6-- gemessen. In einer praktischen Ausführungsform war der Unterschied zwischen den Diodenspannungen, die in dem Fall auftrat, in dem der Laserstrahl ausserhalb eines Gebietes g auftraf, bzw. in dem Fall auftrat, in dem der Laserstrahl auf ein solches Gebiet g fiel, etwa 0, 1 V. Diese Spannung kann über einen Kopplungskondensator --22-- der elektronischen Schaltung --9-- zugeführt werden. Die Spule --23-- in Reihe mit der Stromquelle --18-- bildet für das ausgelesene Signal eine grosse Impedanz.
In Fig. 5 ist das Rohr, in dem die optische Ausleseeinheit angebracht ist, mit --100-- bezeichnet. In einem Element --101-- sind der Diodenlaser und die zugehörigen Schaltungen integriert.
Der Diodenlaser wird über die Zuführungsleitung --102-- gespeist. Das Hochfrequenzinformationssignal Si und die Regelsignale Sf (Fokussierungsnachregelung), Sr (radiale Nachregelung) und
St (tangentielle Nachregelung) sind an den Leitungen --103, 104,105 und 109-- verfügbar. Die Regelsignale können erfasst werden, wie dies in der DE-OS 2734257 beschrieben ist. So kann, zum Erfassen eines Fokussierfehlers, der Diodenlaser aus drei gesonderten Laserquellen zusammengesetzt sein, wie im Zusammenhang mit Fig. 13 in der vorgenannten DE-OS beschrieben wurde. Zum Erfassen der Lage des Ausleseflecks in bezug auf eine auszulesende Spur ist z.
B. eine der Elektroden der den Laserstrahl liefernden Laserquelle aus zwei oder mehreren Teilelektroden zusammengesetzt, zwischen denen ein periodisches elektrisches Signal angelegt ist, wie in Zusammenhang mit Fig. 5 und 6 in der vorgenannten DE-OS beschrieben ist. Andere Kombinationen der in dieser DE-OS beschriebenen Methoden zum Erfassen eines Fokussierungsfehlers und der Lage des Ausleseflecks sind selbstverständlich ebenfalls möglich.
Die ausstrahlende Oberfläche, z. B. 2, 5 jlm x 0, 5 pm, des Diodenlasers muss auf der Informationsstruktur abgebildet werden. Während in einer Auslesevorrichtung mit einem Gaslaser die Strahlungsquelle in einem verhältnismässig grossen Abstand vom Objektivsystem liegt, ist in der optischen Ausleseeinheit gemäss der Erfindung der Abstand zwischen dem Diodenlaser und dem Objektivsystem klein. An das Objektivsystem müssen daher in bezug auf die Grösse des Gegenstandsfeldes strengere Anforderungen gestellt werden. Die Wellenlänge (\= z. B. 89 nm) der von einem Diodenlaser gelieferten Strahlung ist erheblich kleiner als jene der von einem Helium-Neon-Laser gelieferten
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tivsystem sein muss, das in einer Auslesevorrichtung mit einem Helium-Neon-Laser verwendet wird (die numerische Apertur ist dort z.
B. 0, 45). Die Abbildung des Diodenlasers muss genau flach sein.
Um diesen Anforderungen entgegenzukommen, könnte ein Objektivsystem mit einer verhältnismässig grossen Anzahl von Linsenelementen gewählt werden. Gemäss der Erfindung kann aber die Anzahl von Linsenelemente des Objektivsystems auf zwei beschränkt bleiben, wobei sich dieses Objektivsystem verhältnismässig einfach herstellen lässt. Wie Fig. 5 zeigt, besteht das Objektivsystem aus zwei einfachen Linsen --106, 108--. Das System ist hemisymmetrisch, was bedeutet, dass die
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Astigmatismus des Diodenlasers bestimmt wird. Die Linse-107-kann auch eine sogenannte "Null- linse" sein. Eine derartige Linse, die in der Literatur auf dem Gebiet der Optik beschrieben ist, weist eine paraxiale Stärke 0 auf. Die Krümmungsradien der Linsenoberfläche sind derart gewählt, dass die Linse als Ganzes keine brechende Wirkung aufweist.
Dadurch, dass diese Korrekturlinse über einen bestimmten Winkel gekippt wird, so dass die optische Achse der Korrekturlinse einen bestimmten Winkel mit der optischen Achse des durch die Linsen --106 und 108-- gebildeten Systems einschliesst, weist die Linse einen bestimmten Astigmatismus auf. Die Nullinse wird vor allem ver- wendet, wenn zu erwarten ist, dass der Astigmatismus der Diodenlaser eine gewisse Streuung auf- weist. Der Schwerpunkt dieser Streuung kann durch Versuche bestimmt und der dazu gehörige Kipp- winkel der Nullinse berechnet werden, so dass bei der Massenherstellung der optischen Ausleseeinheit ein mittlerer Kippwinkel der Nullinse eingehalten werden kann oder nur eine geringe Nacheinstellung des Kippwinkels erforderlich ist.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Optische Ausleseeinheit zum Abtasten eines mit einer strahlungsreflektierenden und spurförmig angeordneten Informationsstruktur versehenen Aufzeichnungsträgers und zur Spurhaltung, wobei die Ausleseeinheit und der Aufzeichnungsträger relativ zueinander bewegt werden, welche Ausleseeinheit ein Objektivsystem zum Fokussieren eines Auslesestrahls auf die Informationsstruktur und eine Strahlungsquelle-Detektor-Einheit enthält, die eine Halbleiter-Diodenlaser mit zwei einander gegenüberliegenden reflektierenden Endflächen aufweist, der den Auslesestrahl liefert und weiters den von der Informationsstruktur reflektierten Auslesestrahl auffängt und in ein elektrisches Signal umsetzt, das der ausgelesenen Informationsstruktur entspricht,
wobei sich bestimmte Eigenschaften des Diodenlasers in Abhängigkeit von den ausgelesenen Informationen ändern, dadurch gekennzeichnet, dass sie aus einem hohlzylindrischen Körper (100) besteht, in dem die Strahlungsquelle-Detektor-Einheit (101) und das Objektivsystem (106,107, 108) angeordnet sind, und dass dieser Körper (100) auf der Aussenseite mit einer elektromechanischen Verstelleinheit zur Nachregelung seiner Lage in seiner Längsrichtung und/oder in mindestens einer von zwei zueinander senkrechten und senkrecht auf die Längsrichtung verlaufenden Richtungen versehen ist.