CH627016A5 - Apparatus for reading out a radiation-reflecting recording carrier - Google Patents

Description

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PATENTANSPRUCH Objektivsystem mit einer verhältnismässig grossen numeri-

Vorrichtung zum Auslesen eines strahlungsreflektierenden sehen Apertur verwendet werden. Die Tiefenschärfe eines der-Aufzeichnungsträgers, auf dem Daten in einer optisch auslesba- artigen Objektivsystems ist jedoch gering. Da in der Ausleseren spurförmig angeordneten Datenstruktur angebracht sind, Vorrichtung Änderungen im Abstand zwischen der Ebene der wobei diese Vorrichtung enthält: eine einen Auslesestrahl lie- 5 Datenstruktur und dem Objektivsystem auftreten können, die fernde Strahlungsquelle, ein Objektivsystem, mit dessen Hilfe grösser als die Tiefenschärfe sind, müssen Massnahmen getrof-über den Aufzeichnungsträger der Auslesestrahl einem strah- fen werden, um diese Änderungen detektieren und die Fokus-lungsempfindlichen Detektionssystem zugeführt wird, das den sierung nachregeln zu können.

von der Datenstruktur modulierten Auslesestrahl in ein elektri- In der genannten deutschen Offenlegungsschrift ist dazu sches Signal umwandelt, und ein optoelektronisches Fokus- io ein von dem Aufzeichnungsträger reflektierter Lichtstrahl fehlerdetektionssystem zur Bestimmung einer Abweichung dadurch astigmatisch gemacht, dass im Wege dieses Strahls zwischen der Soll- und der Istlage der Fokussierungsebene des hinter dem Objektivsystem eine Zylinderlinse geordnet ist. Objektivsystems, wobei dieses Fokusfehlerdetektionssystem Zwischen den Brennlinien des astigmatischen Systems, das ein astigmatisches Element und einen strahlungsempfindlichen durch das Objektivsystem und die Zylinderlinse gebildet wird, Detektor enthält, der aus vier Teildetektoren aufgebaut ist, die 15 ist ein aus vier Teildetektoren aufgebauter strahlungsempfindli-in vier verschiedenen Quadranten eines imaginären X-Y-Koor- eher Detektor angebracht. Bei Änderung der Lage der Ebene dinatensystems angeordnet sind, wobei die X- und die Y-Achse der Datenstruktur in bezug auf das Objektivsystem ändert sich eine Winkel von 45° mit den astigmatischen Brennlinien des die Form des auf den Teildetektoren erzeugten Bildflecks, astigmatischen Elementes einschliessen, dadurch gekennzeich- Diese Formänderung kann dadurch detektiert werden, dass die net, dass eine der Achsen des Koordinatensystems, in dessen 20 Ausgangssignale der Teildetektoren auf richtige Weise kombi-Quadranten die Teildetektoren angeordnet sind, zu der effekti- niert werden.

ven Spurrichtung parallel ist, und dass die astigmatischen Bei Anwendung der bekannten Auslesevorrichtung können

Brennlinien einen Winkel von 45° mit der effektiven Spurrich- sich in der Praxis Schwierigkeiten ergeben. Die Strahlungsver-tung einschliessen. teilung über den zusammengesetzten Detektor wird durch die

25 Beugung des Lichtstrahls an den Details der Datenstruktur mitbestimmt. An erster Stelle tritt Beugung in der Längsrichtung einer auszulesenden Spur infolge der Reihenfolge der Gebiete und Zwischengebiete auf. Die Änderungen in der Strahlungsverteilung über den zusammengesetzten Detektor infolge die-Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Ausle- 30 ser Beugung sind hochfrequent in bezug auf die Fokusfehler, so sen eines strahlungsreflektierenden Aufzeichnungsträgers, auf dass der Einfluss dieser Beugung auf das Fokusregelsignal auf dem Daten in einer optisch auslesbaren spurförmig angeordne- elektronischem Wege beseitigt werden kann.

ten Datenstruktur angebracht sind, wobei diese Vorrichtung Weiter tritt eine Beugung in einer Richtung quer zu der enthält: eine einen Auslesestrahl liefernde Strahlungsquelle, ein Spurrichtung auf. Diese zweite Beugung ist von der Lage des Objektivsystem, mit dessen Hilfe über den Aufzeichnungsträ- 35 auf dem Aufzeichungsträger erzeugten Strahlungsflecks in ger der Auslesestrahl einem strahlungsempfindlichen Detek- bezug auf die Mitte einer auszulesenden Spur abhängig. Beim tionssystem zugeführt wird, das den von der Datenstruktur Zusammenbauen der Auslesevorrichtung wird das Fokusmodulierten Auslesestrahl in ein elektrisches Signal umwan- fehlerdetektionssystem derart abgeregelt werden, dass, wenn delt, und ein optoelektronisches Fokusfehlerdetektionssystem die Mitte des Strahlungsflecks mit der Mitte einer auszulesen-zur Bestimmung einer Abweichung zwischen der Soll- und der 40 den Spur zusammenfällt und die Fokussierung richtig ist, das Istlage der Fokussierungsebene des Objektivsystems, wobei Fokusfehlersignal Null ist. Wenn sich jedoch beim Auslesen des dieses Fokusfehlerdetektionssystem ein astigmatisches Eie- Aufzeichnungsträgers der Auslesefleck von der Mitte einer ment und einen strahlungsempfindlichen Detektor enthält, der auszulesenden Spur zu deren Rand verschiebt, wird sich, unab-aus vier Teildetekoren aufgebaut ist, die in vier verschiedenen hängig von der Fokussierung, die Strahlungsverteilung über Quadranten eines imaginären X-Y-Koordinatensystems ange- 45 den zusammengesetzten Detektor ändern. Dadurch wird ein fal-bracht sind, wobei die X- und die Y-Achse einen Winkel von 45e sches Fokusfehlersignal erhalten, wodurch die Fokussierung mit den astigmatischen Brennlinien des astigmatischen Eie- des Objektivsystems falsch eingestellt wird.

ments einschliessen. Die Auslesevorrichtung enthält weiter noch ein Lagen-

Eine derartige Vorrichtung ist in der deutschen Offenle- fehlerdetektionssystem zur Bestimmung einer Abweichung gungsschrift 2 501 124 beschrieben. Diese Vorrichtung wird 50 zwischen der Mitte des auf dem Aufzeichnungsträger erzeug-z. B. zum Auslesen eines Aufzeichnungsträgers benutzt, auf ten Strahlungsflecks und der Mitte einer auszulesenden Spur dem eine (Farb-)Fernsehprogramm gespeichert ist. Die Daten- und ein Servosystem zur Nachregelung der Lage der Mitte des struktur besteht dann aus einer Vielzahl gemäss einer spiralför- Ausleseflecks. Das Lagenfehlersignal hängt unter anderem von migen Spur angeordneter Gebiete in Abwechslung mit Zwi- der Fokussierung des Objektivsystems ab. Wenn die Fokussie-schengebieten, wobei diese Gebiete und Zwischengebiete 55 rung falsch eingestellt ist, wird auch die Lage des Strahlungs-einen Auslesestrahl auf verschiedene Weise beeinflussen. Die flecks falsch eingestellt werden. Dadurch wird dann wieder der Daten sind z. B. in den Längen der Gebiete und den Längen der Fehler in der Einstellung der Fokussierung grösser. Dann kann Zwischengebiete festgelegt. Für eine genügend lange Spiel- sich der Fall ergeben, dass sowohl das Servosystem für die dauer werden bei beschränkten Abmessungen des Aufzeich- Fokussierung als auch das Servosystem zur Nachregelung der nungsträgers die Details der Datenstruktur besonders klein 6o Lage des Strahlungsflecks in bezug auf eine auszulesende Spur sein. So wird z. B. wenn ein Fernsehprogramm von 30 Minuten nicht mehr richtig eingestellt sind.

auf einer Seite eines scheibenförmigen runden Aufzeichnungs- Wenn die optische Ausleseeinheit mit grosser Geschwin-trägers in einem ringförmigen Gebiet mit einem Aussenradius digkeit in radialer Richtung über den Aufzeichnungsträger von etwa 15 cm und einem Innenradius von etwa 6 cm gespei- bewegt wird, um schnell zu einer bestimmten Passage im chert ist, die Breite der Spuren etwa 0,5 (im sein und die mitt- 6s gespeicherten Programm zu gelangen, werden die Ränder lere Länge der Gebiete und der Zwischengebiete in der Nähe jeder Spur, die passiert wird, zu einer Änderung im Fokus-von 1 p.m liegen. fehlersignal führen. Das Servosystem für die Fokussierung wird

Um diese kleinen Details auslesen zu können, muss ein dann unnötig und mit grosser Frequenz einen Regelvorgang

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durchführen. Wenn die Fokussierung des Objektivsystems durch die Verschiebung dieses Systems nachgeregelt wird,

rufen die Hochfrequenzregelsignale, die dem Antriebssystem des Objektivsystems zugeführt werden, ein störendes akustisches «Rasseln» hervor. Ausserdem wird dass vom Antriebssy- 5 stem eine zusatzliche Energiemenge aufgenommen.

Da die Breite einer Spur kleiner als der Abstand zwischen den Spuren ist, wird bei schneller Verschiebung der Ausleseeinheit quer zu der Spurrichtung die Verweilzeit des Strahlungsflecks auf den Spuren durchschnittlich kürzer als diese Verweil- io zeit zwischen den Spuren sein. Dadurch wird auch bei richtiger Fokussierung das Fokusfehlersignal durchschnittlich nicht Null sein. Dies hat zu Folge, dass die Fokussierung durchschnittlich falsch eingestellt wird.

Der Einfluss der Beugung des Lichtstrahls quer zu der Spur-15 richtung tritt vor allem auf, wenn die Richtung eines auf die Ebene der Teildetektoren projizierten auszulesenden spurtei-les (nachstehend als die «effektive Spurrichtung» bezeichnet) einen Winkel von 45° mit der X- und der Y-Achse des zusammengesetzten Detektors einschliesst. 20

Die vorliegende Erfindung bezweckt, eine Ausführungsform der bekannten Auslesevorrichtung zu schaffen, in der die Beugung in einer Richtung quer zu der Spurrichtung das Fokusfehlersignal nicht beeinflusst.

Die Vorrichtung nach der Erfindung ist dazu dadurch 25 gekennzeichnet, das eine der Achsen des Koordinatensystems, in dessen Quadranten die Teildetektoren angeordnet sind, zu der effektiven Spurrichtung parallel ist, und dass die astigmatischen Brennlinien einen Winkel von 45° mit der effektiven Spurrichtung einschliessen. 30

Die Erfindung wird nachstehend beispielsweise anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 die Auslesevorrichtung nach der Erfindung, und Fig. 2a, 2b und 2c die Weise, in der sich die Form des Bildflecks auf dem Detektor als Funktion der Fokussierung ändert. 35

In der Vorrichtung nach Fig. 1 ist ein runder scheibenförmiger Aufzeichnungsträger 1 dargestellt. Die Datenstruktur ist z.B. ein Phasenstruktur und enthält eine Vielzahl konzentrischer oder scheinbar konzentrischer Spuren 7, die aus aufeinanderfolgenden Gebieten g und Zwischengebieten t aufgebaut 40 sind. Die Gebiete können z.B. auf einer anderen Tiefe im Aufzeichnungsträger als die Zwischengebiete liegen. Die Daten können z.B. aus einem (Farbfernsehprogramm, aber auch aus anderen Daten, wie einer Vielzahl verschiedener Bilder oder aus digitalen Daten bestehen. 45

Der Aufzeichnungsträger wird mit einem Auslesestrahl 3 belichtet, der von einer Strahlungsquelle 4, z.B. einem c.w.-Laser, stammt. Ein Objektivsystem, das der Einfachheit halber durch eine einzige Linse 5 dargestellt ist, fokussiert den Auslesestrahl zu einem Auslesefleck V auf die Ebene der Spuren 7. 50 Die Brennweite der Hilfslinse 6 ist derart gewählt, dass die Pupille des Objektivsystems ausreichend gefüllt wird. Der Auslesestrahl wird vom Aufzeichnungsträger reflektiert und dabei entsprechend den in einem auszulesenden Spurteil gespeicherten Daten moduliert. Zur gegenseitigen Trennung des hinlau- 55 fenden (unmodulierten) und des reflektierten (modulierten) Auslesestrahls ist im Strahlungsweg ein Strahlenteiler 8, z.B. in Form eines halbdurchlässigen Spiegels, angeordnet. Der Strahlenteiler richtet den modulierten Auslesestrahl auf einen strahlungsempfindlichen Detektor 9. Dieser Detektor ist mit einer 6o elektronischen Schaltung 10 verbunden, in der ein hochfrequentes Datensignal Sj und, wie nachstehend auseinandergesetzt werden wird, ein niederfrequenteres Fokussiersignal Sf abgeleitet werden.

Um Fokussierfehler detektieren zu können, ist in dem 65 Strahlungsweg hinter dem Strahlenteiler 8 ein astigmatisches Element 11 angeordnet. Dieses Element kann, wie in Figur ^angegeben ist, eine Zylinderlinse sein. Es ist auch möglich, den Astigmatismus auf andere Weise, z.B. mittels einer flachen durchsichtigen schräg in dem Strahl angeordneten Platte oder mittels einer in bezug auf den Strahl gekippten Linse zu erzeugen. Ein astigmatisches System weist nicht einen einzigen Brennpunkt, sondern zwei astigmatische Brennlinien auf, die, in axialer Richtung gesehen, verschiedene Lagen einnehmen und zueinander senkrecht sind. Von dem Objektivsystem und der Zylinderlinse werden also dem Auslesefleck V zwei Brennlinien 12 und 13 zugesetzt. Der strahlungsempfindliche Detektor 9 wird nun in einer Ebene angeordnet, die, längs der optischen Achse gesehen, zwischen den Linien 12 und 13 und vorzugsweise an der Stelle liegt, an der die Abmessungen in zwei zueinander senkrechten Richtungen des dem Auslesefleck V zugesetzten Bildflecks bei einer richtigen Fokussierung gleich sind.

Um die Form des Bildflecks V' und damit das Ausmass der Fokussierung bestimmen zu können, ist der Detektor 9 aus vier Teildetektoren zusammengesetzt, die in den vier Quadranten eines X-Y-Koordinatensystems angebracht sind. In den Fig. 2a, 2b und 2c ist eine Ansicht längs der Linie 2,2' in Fig. 1 der vier Teildetektoren A, B, C und D gezeigt, auf die die verschiedenen Formen der Bildflecke V' bei verschiedenen Werten des Abstandes zwischen dem Objektivsystem und der Ebene der Spuren projiziert sind. Die X- und die Y-Achse schliessen einen Winkel von 45° mit der Achse 15 der Zylinderlinse und somit mit den astigmatischen Brennlinien 12 und 13 ein, während nun die X-Achse zu der effektiven Spurrichtung parallel ist.

In Fig. 2a ist der Fall dargestellt, in dem der Abstand zwischen dem Objektivsystem und der Ebene der Spuren richtig ist. Wenn dieser Abstand zu gross ist, liegen die Brennlinien 12 und 13 der Zylinderlinse 11 näher. Der Detektor 9 liegt dann der Brennlinie 13 näher als der Brennlinie 12. Der Bildfleck V' weist dann die in Fig. 2b dargestellte Form auf. Wenn der Abstand zwischen dem Objektivsystem und der Ebene der Spuren zu klein ist, liegen die Brennlinien 12 und 13 weiter von der Zylinderlinse entfernt und liegt die Brennlinie 12 dem Detektor 9 näher als die Brennlinie 13.

Der Bildfleck V' weist dann die in Fig. 2c dargestellte Form auf.

Werden die von den Teildetektoren A, B, C und D gelieferten Signale durch SA, SB, Sc bzw. SD dargestellt, so wird das Fokusfehlersignal Sf gegeben durch: Sf = (SA + Sc) - (SB + SD).

Es leuchtet ein, dass in der Situation nach Fig. 2a SA + Sc = SB + SD und also Sf = 0 ist. Für die Situation nach Fig. 2b bzw.. 2c ist Sf negativ bzw. positiv. Dadurch, das die Signale SA und Sc gleich wie die Signale SB und SD, zueinander addiert und die so erhaltenen Summensignale voneinander subtrahiert werden, wird ein eindeutiges Fokusfehlersignal erhalten. Dieses Signal kann elektronisch auf an sich bekannte Weise zu einem Fokusregelsignal verarbeitet werden, mit dem die Fokussierung des Objektivsystems nachgeregelt werden kann, z.B. dadurch, dass das Objektivsystem mit Hilfe einer Lautsprecherspule in bezug auf die Ebene der Spuren verschoben wird.

Bei Verschiebung des Strahlungsflecks V in einer Richtung quer zu der Spurrichtung wird, unabhängig von der Fokussierung, z.B. die Strahlungsmenge auf den Detektoren A und B in bezug auf die auf den Detektoren C und D zunehmen können. Weil jedoch beim Ableiten des Fokusfehlersignals Sf die Signale SA und SB voneinander subtrahiert werden, ist der Einfluss der Verschiebung auf das Signal Sf vernachlässigbar klein.

Es sein noch bemrkt, dass der Strahl 3 zugleich zum Auslesen der Daten auf dem Aufzeichnungsträger benutzt werden kann. Das Datensignal Si kann dadurch erhalten werden, dass z. B. die Signale der vier Teildetektoren zueinander addiert werden. Die Änderungen, die in der Strahlungsverteilung über die Teildetektoren infolge einer Verschiebung des Strahlungsflecks V in einer Richtung quer zu der Spurrichtung auftreten können, weisen eine erheblich niedrigere Frequenz als die Änderungen in der Strahlungsverteilung auf, die infolge der

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Reihenfolge von Gebieten und Zwischengebieten in einer Spur auftreten. Dadurch, dass das Summensignal SA + SB + Sc + SD durch einen Hochpass geschickt wird, kann der Einfluss der

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Verschiebung quer zu der Spurrichtung auf das Signal S; beseitigt werden.

c;

1 Blatt Zeichnungen