DE2630308A1 - Vorrichtung zum auslesen eines aufzeichnungstraegers mit einer optisch auslesbaren reflektierenden informationsstruktur - Google Patents

Vorrichtung zum auslesen eines aufzeichnungstraegers mit einer optisch auslesbaren reflektierenden informationsstruktur

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DE2630308A1 DE19762630308 DE2630308A DE2630308A1 DE 2630308 A1 DE2630308 A1 DE 2630308A1 DE 19762630308 DE19762630308 DE 19762630308 DE 2630308 A DE2630308 A DE 2630308A DE 2630308 A1 DE2630308 A1 DE 2630308A1
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Description

PJIN. 80/6 Va/WR/Cobb h66
PHN 8076
Vorrichtung zum Auslesen eines Aufzeichnungsträgers mit einer optisch auslesbaren reflektierenden Informationsstruktur,
Die Erfindung bezieht sich aiif eine Vorrichtung zum Auslesen eines Strahlungsreflektierenden Aufzeichnungsträgers, auf dem Information in einer optisch auslesbaren spurfürmigen Informationsstruktur angebracht ist, welche Vorrichtung eine ein Auslesebündel liefernde Strahlungsquelle, ein Objektivsystem, mit dessen Hilfe Ober den Aufzeichnungsträger das Auslesebündel einem strahlungsempfindlichen Detektionssystem zugeführt wird, und ein System enthält, das aus einer Zylinderlinse und einem aus vier Teildetelctoren zusammengesetzten Detektor ztir Bestimmung von Abweichungen
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zwischen der Soll- und der Istlage der Fokussierungsfläelie des Objektivsystems besteht. 2630308
In Philips Technische Rundschau ^2., Nr. 7, S. 1°-8-202 ist eine Vorrichtung zum optischen Auslesen einer spui-förmi— gen Informationsstruktur beschrieben. Die bekannte Vorrichtung wird zum Auslesen eines Aufzeichnungsträgers verwendet, auf dem ein Farbfernsehprogramm gespeichert ist. Die Informatioiisstx-uktur 1st eine Phasenstruktur und besteht aus einer Vielzahl in einer spiralförmigen Spur angeordneter Gebiete in Abwechselung mit Zwischengebieten, wobei diese Gebiete und Zwischengebiete, zinnenartig, auf verschiedenen Ebenen in dem Aufzeichnungsträger liegen. Die Information ist in den Längen der Gebiete und der Zwischengebiete festgelegt. Für eine genügend lange Spieldauer werden bei beschränkten Abmessungen des Aufzeichnungsträgers. die Details der Informationsstruktur sehr klein sein. So wird z.B. wenn ein Fernsehprogramm von J) Minuten auf einer Seite eines scheibenförmigen runden Aufzeichnungsträgers in einem ringförmigen Gebiet mit einem Aussenradius von etwa 1j5 cm ixnd einem Innenradius von etwa 8 cm gespeichert ist, die Breite der Spuren etwa 0,8 /um '.etragen und die mittlere Länge der Gebiete und der Zwischengebiete in der Nähe von 1 ,um liegen.
Um diese kleinen Details auslesen zu können, muss ein Objektivsystem mit einer ziemlich grossen numerischen Apertur verwendet werden. Die Tiefenschärfe eines derartigen Objektivsystems is aber klein, so dass das Objektivsystem stets scharf auf die Fläche der Informationsstruktur fokussiert sein
muss. Da in der Auslesevorrichtung der Abstand zwischen der Fläche der Informationsstruktur und dem .Objektivsystem variieren kann, müssen Massnahmen getroffen werden, um diese Variationen
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detektieren und an Hand derselben die Fokussierung nachregeln zu können.
In der deutsclien Offenlegungsschrift 2.501.124
•wurde bereits vorgeschlagen, beim Auslesen eines Aufzeichnungsträgers Fokiisslerungsfeliler mit Hilfe einer Zylinderlinse und eines zwischen zwei Brennlinien der Zylinderlinse angeordneten Detektors zu detektieren. Bei Änderung dex* Lage der Fläche der Informations st rule tür ändert sich die Form der Abbildung auf dem Detektor. Diese Formänderung kann detektiert werden, weil -der Detektor aus vier Teildetektoren zusammengesetzt ist.
Weiter wird der von dem Objektivsystein auf der
Fläche der Informationsstruktur erzeugte Auslesestrahlungsfleck stets auf einen auszulesenden Spurteil zentriert sein müssen, weil sonst eine Herabsetzung der Modulationstiefe des ausgelesenen Signals und übersprechen zwischen benachbarten Spur teilen auftreten können. Unter Zentrierung des Ausleseflecks in bezug auf einen auszulesenden Spurteil ist zu verstehen, dass die Mitte des Ausleseflecks auf die Mitte des Spurteils fällt. Bei einem dezentrierten Auslesefleck fallen die Mitten nicht zusammen. Die Auslesevorrichtung muss also auch Mittel zum Detektieren der Grosse und der Richtung einer Dezentrierung des Auslesestrahlungsflecks in bezug auf einen auszulesenden Spurteil enthalten, so dass die Lage des Auslesestrahlungsflecks nachgeregelt werden kann«
Wie im genannten Aufsatz beschrieben ist, können 'Zentrierfehler mit Hilfe zweier zusätzlicher Strdiungsflecke und zweier ihnen vom Objektivsystem zugeordneter zusätzlicher strahlungsenrpfindlicher Detektoren detektiert werden. Weiter wurde bereits vorgeschlagen, Fokussierungsfehler mit Hilfe eines
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zusätzlichen (Fokussieruiigs-)Bündels zu detektieren, das schräg durch das Objektivsystem geht und nach Reflexion an dem Aufzeichnungsträger auf zwei zusätzliche Detektoren einfällt.
Die vorliegende Erfindung bezweckt, eine Auslesevorrichtung mit der genannten Zylinderlinse und dem genannten zusammengesetzten Detektor zu schaffen, in der ohne Anwendung von Hilfsbündeln und mit einer möglichst geringen Anzahl von Elementen sowohl Fokussierungs- als auch Zentrierungsfehler detektiert werden können. Die Vorrichtung nach der Erfindung ist dadurch, gekennzeichnet, dass die Achse der Zylinderlinse zu der effektiven Spurrichtung parallel ist; dass in der Ebene, in der die Austrittspupille des Objektivsystoms von. der Zylinderlinse abgebildet wird, zwei zusätzliche Detektoren zur Bestimmung der Lage des Auslesebündels in bezug au"C eine ausulesende Spur angeordnet sind, und dass die zusätzlichen Detektoren, in einer Richtung quer zu der effektiven Spurrichtung gesehen, auf verschiedenen Seiten des zusammengesetzten Detektors liegen.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass durch eine geeignete Anordnung und durch pausende ¥ahl der Stärke der Zylinderlinse, die in erster Linie dazu benutzt wird, mit dem zusammengesetzten Detektor Fokussierungsfehler zu detektieren, erreicht werden kann, dass die Austrittspupille des Objektivsystems von der Zylinderlinse in der Ebene des zusammengesetzten Detektors abgebildet wird. Dadurch können in dieser Ebene auch, die Detektoren, mit deren Hilfe auf noch zu beschreibende Weise Zentrierungsfehler detektiert werden, angebracht werden.
Unter der "effektiven Spurrichtung11 ist die
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Richtung der Abbildung eines auszulesenden Spurteiles auf der Fläche des Detektionssystems bzw. auf der Zylinderlinse zu verstehen.
Die Erfindung wird nachstehend beispielsweise an Hand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine Auslesevorrichtung nach der Erfindung,
Figuren 3 und 5 ein Detektionss3'"stem zur Anwendung in dieser Vorrichtung, und
Figuren 2a, 2b,a2c und 4 die Grundsätze der Fokussierungsfehler- und Zentrierungsfehlerdetektion.
In der Vorrichtung nach Fig. 1 ist ein runder
scheibenförmiger Aufzeichnungsträger 1 im Schnitt dargestellt, der um eine Achse senkrecht zu seiner OberflUclie rotiert. Die Informationsstruktur ist eine Phasenstruktur und enthält eine Vielzahl konzentrischer oder scheinbar konzentrischer senkrecht auf der Zwischenebene stehende Spuren 2, die aus (nicht dargestellten) aufeinanderfolgenden Gebieten und Zwischengebieten aufgebaut sind. Die Gebiete können z.B. auf einer anderen Tiefe als die Zwischengebiete in dem Aufzeichnungsträger liegen. Die Information kann z.B. ein Farbfernsehprogramm sein, aber auch aus anderer Information, wie einer Vielzahl verschiedener Bilder oder digitaler Information, bestehen.
Der Aufzeichnungsträggr^wird mit einem Auslesebündel 3j z.B. etwa senkrecht auf die Oberfläche, beleuchtet, das 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 das Auslesebündel auf die Fläche der Spuren 2. Die Hilfslinse 6 ist aufgenommen,
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damit die Pupille des Ob jektivsystems ausgefüllt wird, so dass der Auslesestrahlungsfleck 7 minimale Abmessungen aufweist. Das Auslesebündel wird vom Aufzeichnungsträgerz'reflektiert und dabei entsprechend der in einem auszulesenden Spurteil gespeicherten Information in der Phase moduliert. Zur gegenseitigen Trennung des hinlaufenden (unmodulierten) und des reflektierten (modulierten) Auslesebündels ist in dem Strahlungsweg ein Bündelteiler 8, z.B. in Form eines halbdurchlässigen Spiegels, angeordnet. Der Bündelteiler richtet das modulierte Auslesebündel auf ein strahlungsempfindliches Detektionssystem 9> Dieses Detektionssystem ist mit einer elektronischen Schaltung 10 verbunden, in der ein hochfrequentes Informationssignal S, und, wie nachstehend auseinandergesetzt werden wird, ein niederfrequentes Fokussierungssignal S„ und ein ebenfalls niederfrequentes Zentrierungssignal S abgeleitet werden.
Um Fokussierungsfehler detektieren zu können, ist, wie in der deutschen Offenlegungsschrift 2.501.124 beschrieben ist, in dem Strahlungsweg hinter dem Bündelteiler 8 eine Zylinderlinse 11 angeordnet. Das optische System, das aus dem Objektivsystem 5 und der Zylinderlinse 11 besteht, hat dann eine astigmatische Wirkung. Ein astigmatisch.es System besitzt nicht einen einzigen Brennpunkt, sondern zwei Breimlinien, die, in axialer Richtung gesehen, verschiedene Lagen einnehmen und die senkrecht aufeinander stehen. Von dem Objektivsystem und der zylindrischen Linse werden also dem Auslesefleck 7 zwei Brennlinien 12 und 13 zugeordnet. In Fig. 1 steht die Linie 13 senkrecht auf der Zeichnungsebene. Das stralilungsempfindliche Detektionssystem wird nun in einer Ebene 14
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zwischen den Linien 12 und 13, vorzugsweise an der Stelle angeordnet, an der die Gesamtofoerflache der Abbildung des Ausleseflecks 7 minimal ist. Die Form dieser Abbildung wird durch das Ausmass der Fokussierung des Auslesebündels auf die Fläche der Infοrmationsstruktur bestimmt.
In Fig. 2a ist die Form der Abbildung (71)
des Strahlungsflecks 7 for den Fall dargestellt, dass das Objektivsystem und die Fläche der Spuren im "richtigen gegenseitigen Abstand liegen. In dieser Figur und in den Figuren 2b und 2c entspricht die x-Richtung der effektiven Spurrichtung und die y~Ricbtung der Richtung der Normale zu der Zeichnungsebene der Fig. 1. ¥enn der Abstand zwischen der Fläche der Spuren . und dem Objektivsystem zu gross ist, werden sich die Linien 12 und 13 weiter der Linse 11 nähern, Die Linie 12 verschiebt sich zu der Ebene 14 hin und die Linie 13 von der Ebene Ik ab, so dass die Abbildung 7S die Form nach Fig. 2b aufweisen wird. Wenn der Abstand zwischen dem Objektivsystem tind der Fläche der Spuren zu gering ist, liegen die Linien 12 und 13 in einer grösseren Entfernung von der Linse 11 und ist die Form der Abbildung 71 die in Fig. 2c dargestellte Form.
Um die Form der Abbildung 71 und damit das Ausmass der Fokussierung bestimmen zu können, enthält das Detektionssystem einen zusammengesetzten Detektor 20, -wie in Fig. 3 dargestellt ist. Dieser Detektor ist eine sogenannte Quadrantenzelle, die aus z.B. vier Photodioden A, B, C und D besteht, deren Trennlinien unter einem Winkel von 4.5° zu der effektiven Spurrichtung gelegen sind. Sind die Signale, die von diesen Photodioden geliefert werden, S^, S-g, Sc bzw. SD, so ist das
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Fokus sierungs signal S„ = (S + Sj.) - (S„ + Sn). Es leuchtet ein, dass, wenn das Objektivsystem und die Fläche der Spuren in dem richtigen gegenseitigen Abstand! liegen (die Situation nach Fig. 2a), das Signal (SA + SB) gleich dem Signal (sc + Sp) ist, dass für die Situation der Fig. 2b das Signal (S^ + S-g) grosser als das Signal (s„ + S^) ist, und dass für die Situation der Fig. 2c das Signal (SA + S5) kleiner als das Signal (Sc + SD) ist. Aus den niederfrequenten Signalen der Photodioden A, B, C und D kann auf elektronische an sich bekannte Weise ein Regelsignal abgeleitet werden, mit dem die Fokussierung z.B. durch Verschiebung des Objektivsystems nachgeregelt werden kann.
Da die Änderungen in der Fokussierung in bezug auf die Frequenz, mit der sich die Informationsdetails durch den Bündelquerschnitt bewegen, niederfrequent sind, kann der zusammengesetzte Detektor auch zum Auslesen der (hochfrequenten) Information auf dem Aufzeichnungsträger verwendet, werden. Das Infοrmationssignal S. wird dann durch S. = S.+S^+S^+S^ gegeben.
X 1 A Jb O JJ
Das Signal S. ist z.B. maximal bzw. minimal, wenn der Auslesefleck auf ein Zwischengebiet bzw. auf ein Gebiet projiziert wird.
Um die Zentrierung des Ausleseflecks 7 in bezug auf einen auszulesenden Spurteil detektieren zu können, kann die Beugung des Auslesebündels an den Spuren der Informationsstruktur benutzt werden. Die nebeneinander liegenden Spurteile der Informationsstruktur bilden nämlich ein Beugungsraster, das bei Beleuchtung mit einem Strahlungsfleck mit Abmessungen, die grosser als die Breite der Spuren sind, die auffallende Strahlung in ein Bündel nullter Ordnung (b ), zwei Bündel der ersten
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Ordnungen (b 1 unci ^-1) und eine Anzahl Bündel höherer Ordnungen spaltet. ¥enn die numerische Apertur des Objektivsystems genügend gross wäre, würden alle Ordnungen zusammen in der Bildebene des Objektivsystems eine zuverlässige Abbildung des
Beugungsrasters liefern. In dieser Bildebene lassen sich die
gesonderten Ordnungen nicht unterscheiden. In der Ebene der
Austrittspupille des Objektivsystems sind dagegen die Ordnungen mehr oder weniger getrennt. Der Kreis 30 ί·η Fig. 4 stellt die
Austrittspupille und somit den" Querschnitt des Bündels b dar. Die Kreise 31 und 3Z sind die Querschnitte der Bündel b .. und
b an der Stelle der Austrittspupille. Der Pfeil 36 gibt
die effektive Spurrichtung an. Die Abständeν zwischen dem
Mittelpunkt 33 des Kreises 30 und den Mittelpunkten 34 und 35
der Kreise 31 und 32 werden durch die Wellenlänge Λ der
verwendeten Strahlung und die Periode ρ der Spurenstruktur
bestimmt. Der nicht dargestellte Winkel oC zwischen den Haupt— strahlen der Bündel der ersten Ordnungen b 1 und b 1 und dem
Hauptstrahl des Bündels nullter Ordnung wird durch s±xi C^- =A/p gegeben. Durch passemde ¥ahl der Wellenlänge /\ , der Periode ρ und der numerischen Apertur des Objektivsystems kann erreicht
werden, dass von den Bündeln der ersten Ordnungen nur der in
Fig. 4 schraffiert dargestellte Teil vom Objektivsystem durchgelassen wird. In den Uberlappungsgebieten (a und b in Fig. 4)
des Bündels b Λ und des Bündels b bzw. des Bündels b „ und des -1 ο +1
Bündels b treten Interferenzen auf.
Da die Informationsstruktur eine Phasenstruktur
ist und z.B. aus in die Aufζeichnungsträgeroberfläche gepressten Grübchen besteht, wird, wenn der Auslesefleck; auf einen auszulesenden Spurteil zentriert ist, ein konstanter Phasenunterschied zwischen dem Bündel nullter Ordnung und den Bündeln der ersten
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Ordnungen bestehen. Diesen? Phaserainterschied wird durch die Tiefe der Grübchen und die Geometrie der Grübchenstruktur bestimmt. Wenn sich nun der Auslesefleck quer zu der Spur— richtung bewegt, ändert sich die Riasenbeziehung zwischen
dem Bündel b und den Bündeln b .. und b ., und damit ändern ο -1 +1
sich auch die Strahlungsintensitäten in den schraffierten Gebieten a und b der Fig· 4» .fins der Beugungstheorie für Phasenraster ist es bekannt, dass die Ihtensitatsänderung im .Gebiet a dann zu der Ihtensitätsänderung im Gebiet b gegen— phasig ist« Bei Verschiebung von einer bestimmten Lage des Ausleseflecks in einer Richtung quer zu der Spurrichtung fängt z.B. die Intensität im Gebiet a an, abzunehmen, während die Intensität im Gebiet b anfängt, zuzunehmen. Bei exner Verschiebung des Ausleseflecks in entgegengesetzter Richtung beginnt dann die Intensität im Gebiet a zuzunehmen und beginnt die Intensität im Gebiet b abzunehmen. Indem in den Gebieten a und b zwei Detektoren 21 und 22 (siehe Fig. 4) angeordnet und die Ausgangssignale .dieser Detektoren miteinander verglichen werden kann ein Zentrierungsfehler detektiert werden, so dass die Lage des Ausleseflecks auf an sich bekannte ¥eise nachgeregell werden kann.
Für das beschriebene Zentrierungsfehlerdetektions— vafahren ist es wesentlich, dass die Detektoren in der Austrittspupille des Objektivsystems oder in einer anderen Ebene, in der die verschiedenen Ordnungen genügend voneinander getrennt sind (in dem sogenannten "fernen Feld"), angeordnet sind. Für das obenbeschriebene Fokussierungsfehlerdetektlons— verfahren muss der zusammengesetzte Detektor jedoch in einer Ebene, in der eine scharfe oder- nahezu scharfe Abbildung des
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Ausleseflecks erzeugt wird, angeordnet sein.
Nach der Erfindung können jedoch die beiden
Detektionsverfahren in einer Auslesevorrichtung kombiniert werden. Dazu wird die Zylinderlinse 11 derai^t orientiert, dass ν'.'-. ihre Zylinderachse zu der effektiven Spurrichtung parallel ist. In Fig. 1 steht diese Achse also zu der Zeichnungsebene senkrecht Die Zylinderlinse wird in einer derartigen axialen Lage angeordnet und die Stärke wird derart gewählt, dass diese Linse die Austrittspupille des Objektivsystems in der Ebene 14, in der der zusammengesetzte Detektor angebracht ist, abbildet. In Fig. 1 ist beispielsweise mit gestrichelten Linien die Abbildung pl eines mittleren Punktes ρ der Austrittspupille angedeutet. Es sei bemerkt, dass es nur von Bedeutung ist, dass die "überlappungsgebiete a und b in da: Ebone 14 abgebildet werden. Die Zylinderlinse muss eine Linsenwirkung für die Richtung quer zu der effektiven Spurrichtung (Richtung 36 in Fig. 4) haben, und daher muss die Achse der Zylinderlinse zu der effektiven Spurrichtung parallel sein. Dn die TTberlappungsgebiete a und b von der Zylinderlinse in der Ebene 14 abgebildet werden, können in dieser Ebene auch die zwei Detektoren 21 und zum Detektieren von Zentrierungsfehlern angebracht werden. Diese Detektoren befinden sich zu beiden Seiten des zusammengesetzten Detektors 20, wie Fig. 5 zeigt. In Fig. 5 sind die Lagen der Querschnitte der Bündel b , b und b in der Ebene 14 in bezug auf die Detektoren dargestellt.
Die vorliegende Erfindung bietet den Vorteil, dass durch passende ¥ahl der Parameter eines Elements, und zwar der Zylinder-linse, das erforderlich ist, um Fokussierungsfehler detektieren zu können, zugleich Zentrierungsfehler detektiert
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werden können, wobei nur zwei zusätzliche Detektoren benötigt werden. Da die Zentrierungsfehlerdetektoren in derselben Ebene wie der zusammengesetzte Detektor liegen, können diese Detektorer einen einzigen integrierten Detektor bilden, so dass sich, was die Detektoren anbelangt, beim Zusammenbau der Auslesevorrichtung keine Ausrichtprobleme ergeben.
Die Lage und die Stärke der Zylinderlinse hängen
von den anderen Parametern der optischen Auslesevorrichtung ab und können daher im allgemeinen nicht näher angegeben werden. Um einen Eindruck der gegenseitigen Verhältnisse der Parameter szu geben, folgen nun einige Zahlen einer praktischen Aus- ■ ' führungsform einer Vorrichtung nach der Erfindung. Der Abstand zwischen der Austrittspupille des Objektivsystems und der Linie 12 war l6O mm, der Abstand zwischen der Zylinderlinse und der Linie 12 war 40 mm, und der Abstand zwischen den Linien Ί2 und 13 betrug 29,1 mm, während der Abstand zwischen der Ebene lh und der Linie 12 22}9 nun war. Das Objektivsystem hatte eine numerische Apertur vOn 0,45 und eine Vergrösserung 20 x. Die Brennweite der Zylinderlinse war 15 nun. Der Querschnitt der Austrittspupille betrug 7»5 mm. Der Querschnitt der Pupillenabbildung (0p in Fig. 5) war 0,68 nun und der der Abbildung des Strahlungsflecks (0 in Fig. 5) 0,51 nun.
Die Tatsache, dass die Erfindung an Hand eines runden scheibenförmigen Aufzeichnungsträgers, der mit einem Fernsehprogramm versehen ist, erläutert worden ist, bedeutet keineswegs, dass sie sich darauf beschränkt. Die Erfindung kann beim Auslesen jedes optischen Aufzeichnungsträgers mit einer .. spurförmigen Phasenstruktur und mit einem beliebigen Informationsinhalt verwendet werden»
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Claims (1)

  1. PATENTANS PRUCI ί;
    Vorrichtung zum Auslesen eines strahlungsreflektierenden Aufzeichnungsträgers, auf dem Information in einer optisch, ausleabaren spurförmigen Informationsstruktur angebi^acht is±y welche Vorrichtung eine ein Auslesebündel liefernde Strahlungsquelle, ein Objektivsystem, mit dessen Hilfe über den Aufzeichnungsträger das Auslesebündel einem strahlungsempfindlichen Detektionssystem zugeführt wird, und ein System enthält, das aus einer Zylinderlinse und einem aus vier Teildetektoren zusammengesetzten Detektor zur Bestimmung von Abweichungen zwischen der Soll- und der Istlage der Fokussierungfläche des Objoktivsystems besteht, dadurch gekennzeichnet, dass die Achse der Zylinderlinse (11) zu der effektiven Spurrichtung (x) parallel istj dass in der Ebene (14), in der die Austrittspupille des Objektivsystems (5) von der Zylinderlinse (11) abgebildet wird, zwei zusätzliche Detektoren (21, 22) zur ^Bestimmung der Lage des Auslesebündels (3) in bezug auf eine auszulesende Spur (2) angeordnet sind, und dass die zusätzlichen Detektoren (21, 22), in einer Richtung quer zu der effektiven Spurrichtung gesehen, auf verschiedenen Seiten des zusammengesetzten Debektors (20) liegen.
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DE2630308A 1975-07-07 1976-07-06 Vorrichtung zum Auslesen eines strahlungsreflektierenden Aufzeichnungsträgers Expired DE2630308C2 (de)

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