DE2760057C2

DE2760057C2 - Vorrichtung zum berührungslosen optischen Auslesen von Information von einem Aufzeichnungsträger

Info

Publication number: DE2760057C2
Application number: DE2760057A
Authority: DE
Inventors: Jacobus Petrus Josephus Heemskerk; Kornelis Antonie Immink; Carel Arthur Jan Eindhoven Simons
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1976-08-02
Filing date: 1977-07-29
Publication date: 1985-11-14
Also published as: SE7708701L; FR2360957B1; DK341777A; CA1109559A; SE8405522D0; BR7705041A; ATA569577A; SE437737B; CH623147A5; DE2734257A1; SE453440B; SE8405522L; IT1085620B; NZ184779A; GB1584664A; ZA773820B; ES461197A1; AT369937B; SE8405523D0; DE2760056A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum berührungslosen optischen Auslesen von Informationen, welche auf einem sich relativ *ur Ausleseeinheit bewegenden Informationsträger in Form einer strahlungsreflektierenden und spurförmig angeordneten Informationsstruktur aufgezeichnet sind, mit einer Ausleseeinheit, welche ein Linsensystem zum Fokussieren eines Auslesestrahls auf die Informationsstruktur und einen Halbleiterdiodenlaser, der zwei einander gegenüberliegende reflektierende Endflächen aufweist, die zusammen einen Laserresonanzraum einschließen, enthält, welcher Diodenlaser sowohl als Lichtquelle zur Erzeugung eines Ausiesestrahls als auch zum Auffangen von vom Informationsträger an der Informationsstruktür reflektiertem Auslesestrahllicht verwendet wird, wobei entweder der Diodenlaser gleichzeitig auch die Funktion eines Strahlungsdetektors besitzt, welche Funktion über den sich bei der Bestrahlung ändernden Innenwiderstand des Diodenlasers und über eine Schaltung zur Messung dieses Widerstandes realisiert wird, oder wobei auf der vom Aufzeichnungsträger abgekehrten Seite des Diodeniasers ein strahlungsempfindlicher Detektor angebracht ist.
Aus der DE-AS 22 44 119 ist es bekannt, zum Auslesen einer Informationsstruktur einen Diodenlaser einzusetzen. Ein solcher Diodenlaser hat die Eigenschaften, daß der Quotient der Spannung über und des Strom durch ihn bei einem bestimmten Strom (nachstehend kurz als der elektrische Widerstand des Diodenlasers bezeichnet) und die Strahlungsintensität, die der Diodenlaser bei einem bestimmten Strom emittiert, sich in Abhängigkeit von der ausgelesenen Information ändern.

Beim Abtasten einer Spur eines Aufzeichnungsträgers mit einem derartigen Laserstrahl ändern sich also die Intensität und der elektrische Widerstand entsprechend der Reihenfolge von Gebieten und Zwischengebieten in der beireffenden Spur. Der Aufzeicnnungsträger kann dann ohne Anwendung eines gesonderten Detektors ausgelesen werden. Ein Strahlenteilerelement ist nicht mehr erforderlich, und die Auslesevorrichtung kann eine ein/ache Bauart aufweisen.

Um sehr kleine Informationsdetails, z. B. in der Größenordnung von 1 μπι, auslesen zu können, muß der Auslesestrahl scharf auf die Informationsstruktur fokussiert sein. Auch muß dafür gesorgt werden, daß die Mitte des Ausleseflecks stets mit der Mitte einer auszulesenden Spur zusammenfällt. In der Vorrichtung nach der DE-OS 22 44 119 ist der Diodenlaser dazu auf emer Kufe befestigt, die durch in den Aufzeichnungsträger gepreßte Nuten gezogen wird. Eine derartige mechanische Führung weist den Nachteil auf, daß der Aufzeichnungsträger sich abnutzt Außerdem kann mit der An-Ordnung nach der DE-OS 22 44 119 der Durchmesser des Ausleseflecks nicht genügend klein gemacht werden, um Informationsdetails in der Größenordnung von Mikrons auszulesen.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die bei genauen Ausleseeigenschaften hinsichtlich der Konstruktion des für die Regelsysteme erforderlichen mechanischen und optischen Teils des Abtastkopfes besonders einfach aufgebaut ist

Die gestellte Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zum Erfassen von Spurfolgefehlern und/ oder Fokussierfehlern des Auslesestrahls neben dem Hauptdiodenlaser zum Auslesen der Information zwei Hilfsdiodenlaser gleicher Konstruktion wie der Hauptdiodcnlascr vorhanden sind, deren Strahlen einander gleiche Intensitäten aufweisen und vom Informationsträger reflektiertes Licht ihrer eigenen Strahlen auffangen und daß diese drei Diodenlaser auf einem gemeinsamen Substrat integriert sind.

Es wird hierbei der Vorteil ausgenutzt daß mehrere Diodenlaser auf einem Halbleitersubstrat integriert werden können, wodurch der zusammengesetzte Laser sehr klein sein kann. Es können auch keine Regelabweichungen infolge gegenseitiger Schwingungen der Strahlungsquellen auftreten.

In der Vorrichtung wird sowohl zum Auslesen der Information als auch zum Ableiten von Regelsignalen die auf den Diodenlaser rückgekoppelte Strahlung benutzt. Mit den Hilfsdiodenlasern werden zwei Hilfsflekke gebildet, von denen einer vor der Ebene des Ausleseflecks und der andere hinter dieser Ebene liegen kann, und wobei die Lage, in der Breitenrichtung einer Spur, dei beiden HilfsfJecke, dieselbe ist. Der Unterschied zwischen den Niederfrequenzkomponenten in den von den Hilfsdiodenlasern gelieferten Signalen gibt dann eine Anzeige über die Fokussierung des Objektivsystems. Es ist auch möglich, daß die Hilfsflecke in der gleichen Ebene wie der Auslesefleck liegen. Wenn die Hilfsflecke symmetrisch zu dem Auslesefleck in der Breitenrichtung einer Spur verschoben sind, gibt der Unterschied zwischen den Niederfrequenzkomponenten in den von den Hilfsdiodenlasern gelieferten Signalen eine Anzeige über die Lage der Mitte des Ausleseflecks in bezug auf die Mitte der auszulesenden Spur.

An sich ist es aus der DE-OS 23 17 157 bekannt, mehrere Diodenlaser zur Erzeugung mehrerer Lichtquellen zum Auslesen von rotierenden Informationsträgern einzusetzen. Die Vorrichtung arbeitet aber nur, wenn mit den Diodenlasern mit viel Energie eingeschrieben wird. Beim Auslesen ist das elektrische Steuersignal für die Dioden so niedrig, daß die Dioden keine Laserwirkung haben und nur als lichtemittierende Dioden arbeiten. Die DE-OS 23 17 157 beschreibt deshalb auch keine Auslesevorrichtung mit Diodenlaser. Außerdem werden die Dioden nicht zum Liefern eines Steuersignals für die radiale Führung und/oder die Fokussierung des Bündels eingesetzt

Es wurde auch schon vorgeschlagen, zwei Hiifsstrahlungsflecke zum Detektieren einer Lageabweichung des Ausleseflecks in bezug auf eine auszulesende Spur (DE-PS 23 20 477) bzw. zum Detektieren von Fokussierungsfehlern (DE-OS 24 45 333) zu verwenden. In diesen Vorrichtungen müssen aber gesonderte Strahlungsquellen oder Elemente zur Teilung des von einem Gaslaser gelieferten Strahlungsbündels in Hilfsbündel vorhanden sein· Die Teilbündel müssen nach Reflexion an dem Aufzeichnungsträger zu gesonderte! Detektoren reflektiert werden. Die abgeleiteten Signale sind dabei empfindlich gegen das optische Rauschen.

Aus der DE-OS 25 05 795 ist es auch noch bekannt, zwischen der von dem Aufzeichnungsträger abgekehrten S(':te der Halbleiterdiode und der strahlungsempfindlichen Detektoren eine Linse anzuordnen, damit die Strahlung des Diodenlasers auf den Detektor fokussiert wird. Aus dem Detektorsignal soll dann auf nicht näher beschriebene Weise ein Steuersignal für die radiale Führung abgeleitet werden können. Während der nach der Erfindung zum Einsatz kommende Diodenlaser zwei einander gegenüber befindliche, reflektierende Endflächen aufweist, die einen Resonanzraum bilden, hat der Diodenlaser nach der DE-OS 25 05 795 nur eine reflektierende Endfläche. Die zweite reflektierende Endfläche wird von den reflektierenden Gebieten des Aufzeichnungsträgers gebildet Der Resonanzraum ist in diesem Fall zwischen dem Diodenlaser und dem Aufzeichnungsträger gebildet Bei diesem nicht starren System müssen sehr strenge und damit aufwendige Anforderungen an die axiale Positionierung des Aufzeichnungsträgers in bezug auf den Diodenlaser gestellt werden.

Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die optische Ausleseeinheit für die Vorrichtung dadurch gekennzeichnet, daß diese Einheit aus einem hohlzylindrischen Körper besteht, in dem die Laser-Detektor-Einheit und das Objektivsystem angeordnet sind, und daß dieser Körper auf der Außenseite mit elektromechanischen Mitteln zur Nachregelung der Lage dieses Körpers in seiner Längsrichtung und/oder in mindestens einer von zwei zueinander senkrechten und senkrecht auf der Längsrichtung stehenden Richtungen versehe.! i$.t, wobei die von den optoelektronischen Mitteln gelieferten Regelsignale den elektromechanischen Mitteln zugeführt werden.

Bei einem Objektivsystem, das bei der Erfindung zum Einsatz kommt, muß die numerische Apertur groß sein. Auch muß es optisch gut korrigiert sein. Um diesen Anforderungen entgegenzukommen, ist eine Ausleseeinheit nach der Erfindung weiter dadurch gekennzeichnet, daß das Objektivsystem ein hemisymmetrisches System ist und aus einer ersten und einer zweiten einfachen Linse mit asphärischen Oberflächen besteht Unter dem Ausdruck »henisymmetrisch« 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 Parametern der anderen Linse verschieden sind. Ein derartiges Linsensystem ist herstellungstechnisch besonders vorteilhaft

Wenn die Abmessung der ausstrahlenden Oberfläche eines Diodenlasers nicht größer als die gewünschte Abmessung des Ausleseflecks ist, können die Linsen sogar identisch sein, so daß die Herstellung des Linsensystems noch einfacher wird.

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

F i g. 1 eine bekannte Auslesevorrichtung, in der ein Diodenlaser als Strahlungsquelle verwendet wird;

Fig.2 eine bekannte Ausführungsform eines Aufzeichnungsträgers;

F i g. 3 eine bekannte Ausführungsform eines Diodenlasers;

F i g. 4 die Weise, in der die Änderung in einem Diodenlaser gemessen werden kann:

Fig.5 einen zusammengesetzten Diodenlaser und schematisch die dazu gehörige Signalverarbeitungsschaltung;

Fig.6 eine Auslesevorrichtung, in der der zusammengesetzte Diodenlaser nach F i g. 5 verwendet wird;

Fig.7 eine weitere Ausführungsform der Vorrichtung nach der Erfindung;

F i g. 0 eine Ausführungsform der Mittel zur Nachregelung der Lage des Diodenlasers in einer Richtung quer zu der Spurrichtung;

Fig.9 eine Ausführungsform der Mittel zur Bewegung des Diodenlasers in axialer Richtung;

F i g. 10 und 11 eine Vorrichtung zur Bewegung einer optischen Ausleseeinheit in axialer Richtung und in der Querrichtung, und

Fig. 12 einen Schnitt durch eine optische Ausleseeinheit nach der Erfindung.

Mit dem Koordinatensystem XYZ ist angegeben, weiche Ansichten der Ausleseeinheit oder der einzelnen Elemente in den Figuren dargestellt sind. Die ^-Richtung ist dabei die Richtung des Auslesestrahles, die Y-s;er 6 herrührt. Von einem Objektivsystem, das der Einfachheit halber durch eine einzige Linse 7 dargestellt ist, wird das Bündel b zu einem Auslesefleck Kauf die Inforrnationsstruktur fokussiert. Das von der Informationss struktur reflektierte Strahlungsbündel durchläuft das Objektivsystem zum zweiten Male und tritt in den Diodenlaser ein. Das Objektivsystem kann derart gewählt sein, daß der Auslesefleck größer als die Breite einer Spur ist. Abgesehen von den optischen Verlusten in der

ίο Auslesevorrichtung wird, wenn der Auslesestrahl auf ein Gebiet einfällt, der Strahl größtenteils außerhalb der Apertur des Objektivsystems abgelenkt werden, so daß die Intensität der zu dem Diodenlaser zurückkehrenden Strahlung erheblich abnimmt. Wenn der Auslesefleck außerhalb eines Gebietes auf die Informationsstruktur (!infällt, kehrt der Auslesestrahl größtenteils zu dem Diodenlaser zurück. Bei Drehung des Aufzeichnungsträgers 1 um eine Welle 5. die durch die mittlere öffnung 4 geführt ist, wird der reflektierte Auslesestrahl in der Intensität entsprechend der Reihenfolge von Gebieten und Zwischengebieten in einer auszulesenden Spur moduliert. Der reflektierte Auslesestrahl beeinflußt bestimmte Eigenschaften des Diodenlasers.
In Fig.3 ist eine Ausführungsform eines derartigen EModenlasers dargestellt Der Laser besteht aus zwei Schichten 10 und 11 aus z. B. dem Mischkristall AIGaAs, wobei die Schicht 10 p-leitend und die Schicht 11 n-leitcnd ist. Die Zwischenschicht 12 besteht aus z. B. reinem GaAs. Auf den Schichten 10 und 11 sind Elektroden 14 und 15 angebracht Der von der Stromquelle 18 gelieferte Strom /durchläuft die Schichten 10,12 und 11. An der Grenzfläche der Schichten 10 und 12 werden Elektronen in die Zwischenschicht 12 injiziert In dieser Zwischenschicht findet Rekombination von Elektronen und Löchern statt, wobei Strahlung mit einer Wellenlänge von etwa 900 nm emittiert wird. Die Endflächen 16 und 17 weisen einen geeigneten Refiexionskoeffizienten auf. Die Strahlung wird von diesen Flächen wiederholte Mali! reflektiert Die verstärkte Strahlung oder die Laserzeichnungsträger reflektierte Strahlung zu dem Diodenlaser 6 zurück. Unter gewissen Bedingungen wird die rückgekoppelte Strahlung eine weitere Strahlungsemission stimulieren, so daß die augenblicklich in den Richtungen 19 und 20 emittierte Strahlung durch die Information auf dem Aufzeichnungsträger bestimmt wird. In einer praktischen Ausführungsform einer Vorrichtung

Richtung ist die Spurrichtung und die Z-Achse ist radial 40 strahlung tritt durch die Flächen 16 und 17 heraus, wie

gerichtet nut den Pfeilen 19 und 20 angegeben ist

In Fig. 1 ist ein Aufzeichnungsträger, der beispiels- Wie bereits bemerkt wurde, kehrt die von dem Aufweise hier scheibenförmig und rund ist, in radialem
Schnitt dargestellt Eine Unteransicht dieses Aufzeichnungsträgers zeigt F i g. 2. Die Information kann in einer 45
spiralförmigen Spur angebracht sein, die aus einer Vielzahl scheinbar konzentrischer Teilspuren 3 aufgebaut
ist die sich je über eine Umdrehung auf dem Aufzeichnungsträger erstrecken. Jede Teilspur enthält eine Vielzahl von Gebieten g in Abwechslung mit Zwischenge- 50 nach der Erfindung hat sich herausgestellt, daß, · enn bieten f, wobei die Information in den Längen der Ge- der Strom /durch den Diodenlaser z. B. etwas größer als biete und der Zwischengebiete festgelegt sein kann. Die ein Schwellwert war, die Intensität des emittierten La-Gebiete üben einen anderen Einfluß auf einen Auslese- serstrahls für den Fall, daß der Laserstrahl außerhalb strahl als die Zwischengebiete aus. Die Weise, in der die eines Gebietes auf den Aufzeichnungsträger einfiel, et-Information in den Spuren festgelegt sein kann, ist für 55 wa zweimal größer als für den Fall war, in dem der die vorliegende Erfindung nicht wesentlich und wird Laserstrahl auf ein Gebiet einfiel. Eine wesentliche Bedaher nicht näher beschrieben. Die Fläche 2 der Spuren dingung für die Rückkopplungsauslesung ist, daß der kann auf der Vorderseite des Aufzeichnungsträgers lie- Abstand zwischen der Informationsstruktur und dem gen. Es ist aber auch möglich, daß, wie in F i g. 1 darge- Diodenlaser größer als ein bestimmter Mindestwert ist stellt ist, sich die Informationsstruktur auf der Rückseite 60 Nur in diesem Falle wird die optische Rückkopplung zu des Aufzeichnungsträgers befindet so daß der Auf- einer Änderung in der von dem Diodenlaser emittierten zeichnungsträger selber als Schutzschicht verwendet Strahlung führen.

wird Die Art der gespeicherten Information ist für die Zur Umwandlung der Intensitätsänderungen im La-

voriiegende Erfindung auch nicht von wesentlicher Be- serstrahl kann, wie in F i g. 1 dargestellt ist, ein strah-

deutung; es kann sich um ein Farbfernsehprogramm 65 iiungsempfindiicher Detektor 8, wie eine Photodiode, auf

oder um eine andere Information handeln. der von dem Aufzeichnungsträger abgekehrten Seite

Der Aufzeichnungsträger wird von einem Strahlungs- des Diodenlasers angebracht werden. Das Signal Skann

bündel b ausgelesen, das von einem Halbleiterdiodenla- in einer bekannten elektronischen Schaltung, wie sie

ζ. B. in »Philips Technical Review« 33, Nr. 7, S. 181 - 185 beschrieben ist, zu einem Informationssignal 5, verarbeitet und dekodiert werden. Dieses Signal kann, wenn ein Fernsehprogramm auf dem Aufzeichnungsträger gespeichert ist, mittels einer üblichen Fernsehempfangsvorrichtung 21 sichtbar und hörbar gemacht werden.

In F i g. 1 ist die Photodiode 8 als ein gesondertes Eler.'^nt dargestellt. Die Photodiode 8 kann aber mit dem Diodenlaser zu einem Ganzen integriert werden. Es ist weiter nicht notwendig, daß Strahlung auf der Rückseite des Diodenlasers, d. h. in der Richtung 20 nach F i g. 3, heraustritt. Der Diodenlaser kann derart ausgebildet sein, daß Strahlung außer in der Richtung 19 auch in einer Richtung quer oder schräg zu dieser Richtung heraustritt. Dann muß eine Photodiode 8 an der Seitenkante des Diodenlasers 6 statt hinter diesem Laser 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 /die Änderung in der Spannung über dem Diodenlaser gemessen. In einer praktischen Ausführungsform einer Vorrichtung nach der Erfindung war der Unterschied zwischen den Diodenspannungen, die auftraten in dem Falle, in dem der Laserstrahl außerhalb eines Gebietes auf die Informationsstruktur einfiel, und in dem Falle, in dem der Laserstrahl auf ein Gebiet einfiel, 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 bildet für das ausgelesene Signal eine große Impedanz.

Beim Auslesen des Aufzeichnungsträgers muß dafür gesorgt werden, daß der Auslesefleck stets genau in bezug auf eine auszulesende Spur ausgerichtet ist. Es müssen also Mittel zum Detektieren eines Lagenfehlers des Ausleseflecks in bezug auf die auszulesende Spur vorhanden sein.

Zur Bestimmung eines Lagenfehlers des Auslesefiecks in bezug auf die Mitte einer auszulesenden Spur kann vorteilhafterweise das Prinzip angewandt werden, das in der DE-PS 23 20 477 der Anmelderin beschrieben ist. Nach diesem Prinzip werden außer dem Auslesestrahl zwei Hilfsstrahlen auf die Informationsstruktur projiziert, wobei diese Hilfsstrahlen entweder von gesonderten Gaslasern emittiert oder von dem Auslesestrahl abgespaltet werden. Die Hilfsstrahlen müssen, nachdem sie mit der Informationsstruktur in Kontakt gewesen sind, zu gesonderten Hilfsdetektoren hin gerichtet werden. Die bekannte Vorrichtung weist die Nachteile auf, daß verhältnismäßig viel Strahlung verloren geht, daß der Strahlungsweg verhältnismäßig kompliziert ist und daß der Stabilität der Vorrichtung strenge Anforderungen gestellt werden müssen. Außerdem können unerwünschte Änderungen in dem Strahl, der von dem Gaslaser stammt, die abgeleiteten Steuersignale beeinflussen.

Bei einer Vorrichtung nach der Erfindung wird die Tatsache ausgenutzt daß sich drei Diodenlaser leicht zu einem Ganzen integrieren lassen. Dann brauchen keine Strahlen oder Strahlungsquelle!! in bezug aufeinander ausgerichtet zu werden. Da die von den Aufzeichnungsträgern reflektierten Laserstrahlen wieder von den Diodenlasern aufgefangen werden, brauchen keine zusätzlichen Detektoren verwendet zu werden. Die Auslesevorrichtung weist dann eine sehr einfache Bauart auf, wie in F i g. 6 dargestellt ist

F i g. 5 zeigt eine Ausführungsform eines aus drei Diodenlasern aufgebauten zusammengesetzten Diodenlasers 60. Dieser Diodenlaser enthält eine gemeinsame Schicht 62 vom n-Leitungstyp, auf der eine gemeinsame Elektrode 61 angebracht ist. Die Schicht vom p-Leitungstyp ist in drei Teile 66,67 und 68 unterteilt, die über gesonderte Elektroden 69,70 und 71 mit der Stromquelle 18 verbunden sind. Die wirksamen Gebiete, in denen die Laserwirkung auftritt, sind mit 63,64 und 65 bezeichnet. In Fig.5 sind die Laserstrahlen zu dem Leser hin

ίο gerichtet.

Diese Laserstrahlen sind in Fig.6 mit b\, ih und bj bezeichnet. b\ ist der Auslesestrahl, der vom Objektivsystem 7 zu einem Auslesefleck Vi auf die Fläche der Informationsstruktur fokussiert wird, bi und bj bezeichnen Hilfsstrahlen, die die gleiche Intensität aufweisen. Diese Intensität kann niedriger als die des Strahls b\ sein. Die Strahlen bi und b₃ werden zu Hilfsflecken V₂ und V₃ fokussiert. Die Mitten der Hilfsflecke sind in bezug auf die Mitte des Ausleseflecks in der Breitenrichtung der Spuren über einen Abstand, der z. B. gleich einem Viertel der Spurbreite ist, und in entgegengesetzten Richtungen verschoben. Dadurch, daß der zusammengesetzte Diodenlaser ein wenig um die optische Achse des Objektivsystems gekippt wird, wird erreicht, daß die Hilfsflecke etwas in bezug auf den Auslesefleck in der Längsrichtung der Spuren in entgegengesetzten Richtungen verschoben sind.

In F i g. 5 ist weiter dargestellt, wie die Ausgangssignale der gesonderten Diodenlaser verarbeitet werden können. Das Signal der Auslesediode wird über einen Hochpaß 72 der vorgenannten Schaltung 9 zugeführt, an deren Ausgang das Hochfrequenzinformationssignal S, erhalten wird. Die Ausgangssignale der Hilfsdiodenlaser werden über Tiefpässe 73 und 74 einer elektronisehen Schaltung 75 zugeführt, in der die Signale miteinander verglichen werden und in der ein Regelsignal S_r erzeugt wird. Mit diesem Regeisignai werden die Lagen der Hilfsstrahlungsflecke derart nachgeregelt, daß das Signal S_r gleich Null wird. Dann ist auch die Lage des Ausleseflecks automatisch richtig.

Der zusammengesetzte Diodenlaser mit drei gesonderten Lasern kann auch zum Detektieren eines Fokussierungsfehlers verwendet werden. Dazu muß die Fläche, durch die die Laserstrahlen aus den Laserdioden heraustreten, zu der optischen Achse des Objektivsystems schräg angeordnet sein. In F i g. 7 ist diese Situation dargestellt Die Laserquellen liegen nun in verschiedenen Abständen von dem Objektivsystem, so daß die von diesem System erzeugten Abbildungen Vi, V₂ und V₃ der Laserquellen in verschiedenen Ebenen liegen. Es wird dafür gesorgt daß die Hilfsstrahlen bi und bi die gleiche Intensität aufweisen, daß Vj in einem gleichen Abstand von Vj wie V₂ hinter Vi liegt und daß Vi, V₂ und V₃ dieselben radialen Lagen einnehmen.

Wenn nun, wie in F i g. 7 dargestellt ist der Auslesestrahl genau auf die Ebene der Spuren fokussiert ist wird, abgesehen von der Modulation infolge der Informationsdetails, die Strahlungsintensität die von der Auslesediode aufgefangen wird, maximal sein. Die Hilfsstrahlen bi und O₃ sind dann fokussiert und die Hilfsdioden empfangen eine geringere Strahlungsintensität die aber für die beiden Hilfsdioden gleich ist Wenn sich die Ebene der Spuren nach rechts verschoben hat ist die Intensität in dem reflektierten Strahl b% größer als die in dem reflektierten Strahl bi. Wenn sich die Ebene der Spuren nach links verschoben hat ist die Intensität im reflektierten Strahl fc größer als die in dem reflektierten Strahl bi. Durch Vergleich der Niederfrequenzkompo-

9 10

nente in den Ausgangssignalen der Hilfsdioden können gen Auslesen aiier Spuren kann das Rohr in radialer die Größe und die Richtung eines Fokussierungsfehlers Richtung in bezug auf den Aufzeichnungsträger bewegt detektiert werden. Dies kann mit einer Anordnung er- werden. Dazu künn ein Halter, in dem das Rohr bewegfolgen, die der nach F i g. 5 analog ist. Die Schaltung 75 bar angeordnet ist, mit einem Schlittenantrieb verbunliefert dann ein Steuersignal 5/zur Nachregelung der 5 den sein, wie er in »Philips Technical Review« 33, (1973) Fokussierung. Nr. 7, S. 178—180 beschrieben ist. Die Feineinstellung

Wie bereits bemerkt wurde, ergibt die Rückkopp- der Lage des Ausleseflecks in bezug auf eine auszule-

lungsauslesung den Vorteil, daß die optische Auslese- sende Spur und die Nachregelung der Fokussierung des

einheit eine sehr einfache Bauart aufweist; grundsätz- Auslesestrahls können dann dadurch erzielt werden,

lieh enthält diese Einheit nur eine Laser-Detektor-Ein- io daß das Rohr in seinem Halter in einer Richtung quer zu

heit und ein Objektivsystem. der Längsrichtung und in der Längsrichtung bewegt

Für die Nachregelung kann der Diodenlaser z. B. mit wird, wobei z. B. mit einer Genauigkeit von 0,5 μπι fo- Hilfe einer Spule in einem Magnetfeld angetrieben wer- kussiert und mit einer Genauigkeit von 0,1 μπι positio-

den, wie in F i g. 8 dargestellt ist. In dieser Figur ist der niert werden kann. Dazu könnte das Rohr auf der Au-

Laserstrahl bzu dem Laser hin gerichtet Der Diodenla- is ßenseite mit elektromechanischen Antriebsmitteln ve^r-

ser ist in einem Halter 45 befestigt, der eine Antriebs- sehen sein. In Fig. 12 ist ein Schnitt durch das Rohr

spule 46 trägt. 47 bezeichnet einen Dauermagnet und 48 nach der Erfindung dargestellt

und 49 bezeichnen Federn. Das für die Regelung be- Zur Verschiebung He? Rohres in seiner Längsrichtung

nutzte Signal S_r wird der Antriebsspule 46 zugeführt. kann das Rohr in einem dem nach F i g. 9 analogen Ma-

Dadurch kann der Halter 45 und somit der Diodenlaser 20 gnetsystem angebracht sein, wobei dann an der Stelle

6 über einen bestimmten Abstand axial verschoben wer- des Diodenlasers 6 das in F i g. 12 dargestellte Rohr 100

den, während die Federn eine Verschiebung in der x- angeordnet ist Der Spule 56 wird dann das Signal Sr

odery-Richtung nahezu völlig verhindern. zugeführt.

Ein Diodenlaser ist ein kleines und leichtes Element, Die Verschiebung des Rohres in der Querrichtung

so daß die Antriebsvorrichtung nach Fig.8 klein und 25 kann mit Hilfe eines Magnetsystems erhalten werden,

leicht gehalten werden kann. das dem nach F i g. 8 analog ist, wobei dann an der Stelle

Statt elektromagnetischer Elemente können zur des Diodenlasers 6 das Rohr 100 angebracht ist und der Nachregelung der Lage des Ausleseflecks in bezug auf Spule 46 das Signal S_r zugeführt wird,

eine auszulesende Spur auch elektro-striktive Elemente Analog dem Vorschlag nach der nicht veröffentlich-

Anwendung finden. 30 ten DE-OS 27 19 082 kann die Lage des Ausleseflecks in Eine weitere Bedingung für ein gutes Auslesen des bezug auf eine auszulesende Spur auch dadurch nachge- Aufzeichnungsträgers ist, daß der Auslesestrahl b stets regelt werden, daß das Rohr um eine Achse geschwenkt

scharf auf die Fläche der Informationsstruktur fokus- wird. In den F i g. 10 und 11 ist eine Antriebsvorrichtung

siert sein muß. Wäre dies nicht der Fall, so würde die zum Durchführen der Schwenkbewegung und der

Modulationstiefe des ausgelesenen Hochfrequenzsi- 35 axialen Bewegung des Rohres dargestellt

gnals abnehmen und könnte Übersprechen zwischen In F ig. 10 ist die rohrförmige optische Ausleseeinheit

den benachbarten Spuren auftreten. Nach der Erfin- wieder mit 100 bezeichnet Ein Dauermagnetkreis ent-

dung enthält die Laser-Detektor-Einheit opto-elektro- hält einen axial magnetisierten Dauermagnet 80 mit ei-

nische Mittel zum Ableiten eines Signals, das eine An- ner mittleren öffnung 81 und zwei Weicheisenver-

zeige über das Ausmaß der Fokussierung gibt, so daß 40 schlußplatten 82 und 83 an den beiden axip'en Enden,

mit Hilfe dieses Signals die Fokussierung nachgeregelt Ein hohler Weicheisenkern 84 ist in der mittleren öff-

werden kann. nung 81 angebracht Am Rohr 100 ist eine zylindrische

Zur Korrektur der mittleren Lage der Fokussierungs- und koaxial um den Weicheisenkern 84 angebrachte ebene mit Hilfe des Signals Sr könnte mit Hilfe eines Spulenkonstruktion 85 befestigt, die axial in dem ring-Magnetsystems die Brennweite des Objektivsystems 45 förmigen Luftspalt 86 zwischen der Verschlußplatte 82 nachgeregelt oder das Objektivsystem verschoben wer- und dem Kern 84 und in einem zweiten ringförmigen den. Vorzugsweise wird aber zur Einstellung der mittle- Luftspalt 87 zwischen der Verschlußplatte 83 und dem ren Lage der Fokussierungsebene die Lage längs der Kern 84 bewegbar ist Die Fokussierlagerung ist eine optischen Achse des Diodenlasers dadurch eingestellt Gleitlagerung für die Parallelführung des Rohres 100 daß in einer Anordnung der in F i g. 9 dargestellten Art 50 und enthält eine erste mit dem Gestell verbundene Lader Erregungsspule 56 ein zu 5/ proportionaler Strom gerbuchse 88 und eine mit dem Objektiv verbundene zugeführt wird. In F i g. 9 tritt der Laserstrahl gemäß der und in bezug auf die Lagerbuchse 88 axial bewegbare Richtung 19 aus. Die Elemente 55, 56, 57, 58 und 59 zweite Lagerbuchse 89. Die Lagerbuchse 88 ist mit Hilfe entsprechen den Elementen 45, 46, 47, 48 und 49 der zweier Lagerstifte 90 fest mit dem Kern 84 verbunden. F i g. 5. Der Antriebsspule wird der zu Sr proportionale 55 Diese Lagerstifte sind in dem Kern 84 fest angeordnet, Strom zugeführt während zwei Lagerbuchsen 91, die in der Lagerbuchse

Statt elektromagnetischer Elemente können auch 88 fest angeordnet sind, auf den Stiften schwenkbar sind, elektrostriktive Elemente zur Nachregelung der mittle- In der hier dargestellten Ausführungsform ist die Lagerren Lage der Fokussierungsebene verwendet werden, buchse 89, wie oben erwähnt, fest mit dem Rohr 100

Die ganze optische Ausleseeinheit kann aus nicht 60 verbunden und kann sich in der Lagerbuchse 88 vermehr als einem kleinen Rohr mit einer Länge von z. B. schieben. Es ist natürlich auch möglich, die Außenwand 60 mm und einem Durchmesser von z. B. 20 mm beste- des Rohres 100 selbst als einen Teil der Gleitlagerung zu hen. Dieses Rohr ist dann imstande, sowohl das Hoch- benutzen.

frequenzinformationssignal als auch die Regelsignais zu Der große Vorteil der Konstruktion nach F i g. 10 ist

liefern. 65 der, daß das Rohr 100 in Richtung seiner optischen Ach-

Zum Auslesen einer einzigen Spur eines runden schei- se 92 sowie zur Nachregelung der Lage des Auslese-

benförmigen Aufzeichnungsträgers wird der Träger um flecks in bezug auf die Mitte einer auszulesenden Spur

seinen eigenen Mittelpunkt gedreht Zum reihenmäßi- um die Schwenkachse 93 mit Hilfe nur eines einzigen

elektromagnetischen Systems bewegbar ist, wobei der Dauermagnet 80 eine doppelte Funktion erfüllt. Die Spulenkon&iruktion 85 ist mit zwei symmetrisch zu beiden Seiten der Schwenkachse 93 (siehe auch Fig. 11) angebrachten Spulen 94 versehen, die sowohl zur Fokussierung als auch zur Positionierung des Ausleseflecks dienen. Mit Hilfe einer Montageplatte 95 (siehe Fig. 10), auf der der zylindrische Weicheisenkern 84 befestigt ist, ist eine Konstruktion erhalten, bei der zwischen jeder der Verschlußplatten 82 und 83 und dem Kern 84 ein ringförmiger Luftspalt 86 bzw. 87 gebildet wird. Dadurch kann ein hoher Wirkungsgrad der elektromagnetischen Mittel zum axialen Bewegen und Schwenken des Rohres 100 erhalten werden. Ein Teil 96 der Windungen jeder Spule 94 erstreckt sich (siehe Fig. 11) in dem Luftspalt 86 und ein anderer Teil 97 derselben in dem Luftspalt 87. Diese Teile 96 und 97 sind derart angeordnet, daß sie einen gleichgerichteten Beiüag iu einem ?iekirisch erzeugten Moment um die Schwenkachse 93 liefern.

Die elektromagnetischen Kräfte, die auf die Teile 96 und 97 der Spulen 94 ausgeübt werden, verlaufen axial. Fokussierbewegungen können ausgeführt werden, wenn die Richtungen der Ströme durch die entsprechenden Teile 96 und 97 der beiden Spulen derart gewählt werden, daß die axialen Kräfte gleichgerichtet und gleich groß sind. Wenn davon abgewichen wird, entsteht eine Schwenkbewegung des Rohres 100, die zur Positionierung des Ausleseflecks in bezug auf eine auszulesende Spur verwendet werde:! kann.

Beim Auslesen eines Aufzeichnungsträgers, auf dem ein Fernsehprogramm gespeichert ist, kann es weiter erforderlich sein, die Lage des Ausleseflecks in tangentieller Richtung, also in der Längsrichtung einer auszulesenden Spur nachzuregeln. Wie bereits in der DE-OS 23 53 901 beschrieben ist, kann eine Abweichung in der tangentialen Lage des Ausleseflecks mit Hilfe derselben Hilfsflecke Vi und V₃ (siehe Fig.6) detektiert werden, die beim Detektieren eines radialen Lagenfehlers des Ausleseflecks benutzt werden. Dabei muß die Ph > der von den Hilfsdiodenlasern gelieferten Regelsife. . Jber einen Betrag gleich einem Viertel der Umdrehungsperiode des runden Aufzeichnungsträgers verschoben werden. Zur Nachregelung der tangentiellen Lage des Ausleseflecks können auch wieder elektromagnetische Mittel verwendet werden. Die ganze Vorrichtung nach F i g. 10 kann z. B. in einem weiteren Magnetsystem angebracht sein, das diese Vorrichtung in der Längsrichtung einer auszulesenden Spur bewegen kann.

Statt elektromagnetischer Mittel können auch elektrostriktive Mittel zum Erzeugen der axialen, der radialen und der tangentiellen Bewegung des Rohres in bezug auf den Aufzeichnungsträger verwendet werden.

In F i g. 11 ist das Rohr, in dem die optische Ausleseeinheit angebracht ist, mit 100 bezeichnet In dem Element 101 sind der Dicdenlaser und die zugehörigen Schaltungen integriert Der Diodenlaser wird über die Zuführungsleitung 102 gespeist Das Hochfrequenzinformationssignal Si und die Regelsignale Sr, S_r und 5» (tangential) sind an den Leitungen 103,104,105 und 109 verfügbar. Zum Detektieren eines Fokussierfehlers kann der Diodenlaser aus drei gesonderten Laserquellen zusammengesetzt sein, wie im Zusammenhang mit F i g. 7 beschrieben ist

Die ausstrahlende Oberfläche von z. B. 24 u.m · 8,5 μπι des Diodenlasers muß auf der Informationsstruktur abgebildet werden. Während in einer Auslesevorrichtung mit einem Gaslaser die Strahlungsquelle in einem verhältnismäßig großen Abstand von dem Objektivsystem liegt, ist in der optischen Ausleseeinheit nach der Erfindung der Abstand zwischen dem Diodenlaser und dem Objektivsystem klein. Dem Objektivsystem müssen daher in bezug auf die Größe des Gegenstandsfeldes strengere Anforderungen gestellt werden. Die Wellenlänge (A = z. B. 890 nm) der von einem Diodenlaser gelieferten Strahlung ist erheblich größer als die der von einem Helium-Neon-Laser gelieferten Strahlung (A = 633 nm), so daß die numerische Apertur des Objektivsystems in der optischen Ausleseeinheit nach der Erfindung erheblich größer (z. B. 0,63) als die eines Objektivsystems sein muß, das in einer Auslesevorrichtung mit einem Helium-Neon-Laser verwendet wird (N.A. ist dort z. B. 0,45). Die Abbildung des Diodenlasers mrß genau flach sein.

Um diesen Anforderungen entgegenzukommen, könnte ein Objektivsystem mit einer verhältnismäßig großen Anzahl von Linsenelementen gewählt werden.

Bei einer Vorrichtung nach der Erfindung kann aber die Anzahl von Linsenelementen des Objektivsystems auf zwei beschränkt bleiben, während sich dieses Objektivsystem verhältnismäßig einfach herstellen läßt. Wie Fig. 12 zeigt, besteht dieses Objektivsystem aus zwei einfachen Linsen 106 und 108. Das System ist hemisymmetrisch, was bedeutet, daß sich die Parameter der Linsen 106 und 108 gegenseitig voneinander ableiten lassen, wenn der gewünschte Vergrößerungsfaktor A des Systems vorgegeben ist. Die Linsen 106 und 108 weisen je zwei asphärische Oberflächen auf. Derartige Linsen, die auch als Biasphären bezeichnet werden, sind in der DE-OS 25 20 563 beschrieben.

Wenn die Abmessungen der ausstrahlenden Oberfläche des Diodenlasers nicht größer als die gewünschte Abmessung des Ausleseflecks sind, brauchen die Linsen 106 und 108 nur eine 1 :1-Abbildung zu erzeugen. Dann können identische Linsen verwendet werden und ist das Linsensystem symmetrisch, so daß es keine Asymmetriefehler, wie Koma und Astigmatismus, aufweist Die Tatsache, daß der Laserstrahl zwischen den Linsen 106 und 108 ein kollimierter Strahl ist (vgl. F i g. 12), ist vom Gesichtspunkt der Herstellungstoleranzen günstig.

Eine Schwierigkeit, die sich bei Anwendung cjines Diodenlasers ergeben kann, ist daß die Laserstrahlung astigmatisch ist. Dieser Astigmatismus kann auf Unvollkommenheiten bei der Herstellung der Diodenlaser zurückzuführen sein oder durch den Wellenrohrcharakter des Diodenlasers herbeigeführt werden. Statt einer Strahlung mit einer sphärischen Wellenfront wird dann eine Strahlung mit einer toroidalen Wellenfront emittiert Mit einer Korrekturlinse 107 kann dieser Astigmatismus derart weit unterdrückt werden, daß er nicht mehr wahrnehmbar ist Die Linse 107 kann eine Zylinderlinse sein, wobei die Richtung der Zylinderachse durch den Astigmatismus des Diodenlasers bestimmt wird. Die Linse 107 kann auch eine sogenannte »NuIIinse« sein. Eine derartige Linse, die in der optischen Literatur beschrieben ist weist eine paraxiale Stärke O auf. Die Krümmungsradien der Linsenoberflächen sind derart gewählt, daß die Linse als Ganzes keine brechende Wirkung aufweist

Dadurch, daß diese Linse über einen bestimmten Winkel gekippt wird, so daß die optische Achse der Linse einen bestimmten Winkel mit der optischen Achse des durch die Linsen 106 und iO8 gebildeten Systems einschließt, weist die Linse einen bestimmten Astigmatismus auf. Die Nullinse wird vor allem verwendet, wenn sich erwarten läßt daß der Astiematismus Apt ninrfpnia.

13 14

ser eine gewisse Streuung aufweist Der Schwerpunkt dieser Streuung kann durch Versuche bestinunt und der dazu gehörige Kippwinkel der Nullinse berechnet werden, so daB bei der Massenherstellung der optischen Ausleseeinheit ehr mittlerer Kippwinkel der Nullinse eingehalten werden kann oder nur eine geringe Nacheinstel'ung des Kippwinkels erforderlich ist

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen
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Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum berührungslosen optischen Auslesen von Informationen, welche auf einem sich relativ zur Ausleseeinheit bewegenden Informationsträger in Form einer Strahlungsreflektierenden und spurförmig angeordneten Informationsstruktur aufgezeichnet sind, mit einer Ausleseeinheit, welche ein Linsensystem zum Fokussieren eines Auslesestrahls auf die Informationsstruktur und einen Halbleiterdiodenlaser, der zwei einander gegenüberliegende reflektierende Endflächen aufweist, die zusammen einen Laserresonanzraum einschließen, enthält, welcher Diodenlaser sowohl als Lichtquelle zur Erzeugung eines Auslesestrahls als auch zum Auffangen von vom Informationsträger an der Informationsstruktur reflektiertem Auslesestrahllicht verwendet wird, wobei entweder der Diodenlaser gleichzeitig such die Funktion eines Strahlungsdetektors besitzt, welche Funktion über den sich bei der Bestrahlung ändernden Innenwiderstand des Diodenlasers und über eine Schaltung zur Messung dieses Widerstandes realisiert wird, oder wobei auf der vom Aufzeichnungsträger abgekehrten Seite des Diodenlasers ein strahlun^sempfindlicher Detektor angebracht ist, dadurch gekennzeichnet, daß zum Erfassen von Spurfolgefehlern und/oder Fokussierfehlern des Auslesestrahls neben dem Hauptdiodenlaser (64) zum Auslesen der Information zwei Hilfsdiodenlaser (63, 65) gleicher Konstruktion wie der Hauptd^'xienlaser vorhanden sind, deren Strahlen einander gleiche Intensitäten aufweisen und vom Informatio· sträger (1) reflektiertes Licht ihrer eigenen Strahlen auffangen und daß diese drei Diodeniaser (63, 64, 65) auf einem gemeinsamen Substrat integriert sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Linie, die die Hilfsdiodenlaser miteinander verbindet, effektiv einen spitzen Winkel mit der Längsrichtung einer auszulesenden Spur einschließt und daß die von den Hilfsdiodenlasern erzeugten Hilfsstrahlungsflecke (V₂, V₃) in der Breitenrichtung einer auszulesenden Spur (3) in entgegengesetzten Richtungen in bezug auf die Mitte des Ausleseflecks (V\) verschoben sind, wobei der Unterschied zwischen den Niederfrequenzkomponenten der Ausgangssignale der Hilfsdiodenlaser eine Anzeige über eine Abweichung zwischen der Mitte des Ausleseflecks (V\) und der Mitte einer auszulesenden Spur gibt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Fläche, durch die der Auslesestrahl (b) und die Hilfsstrahlen (bi, fc) heraustreten, einen spitzen Winkel mit der optischen Achse des Objektivsystems (7) einschließt, und daß die von den HilfsDioden-Lasern erzeugten Hilfsstrahlungsflecke (Vj, V3), in der Breitenrichtung der Spur gesehen, dieselbe Lage einnehmen, wobei der Unterschied zwischen den Niederfrequenzkomponenten der Ausgangssignale der Hilfs-Dioden-Laser eine Anzeige über eine Abweichung zwischen der Ist- und der Soll-Lage der Fokussierungsebene des Objektivsystems (7) gibt.

4. Optische Ausleseeinheit für eine Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß diese Einheit aus einem hohlzylindrischen Körper (100) besteht, in dem die Laser-

Detektor-Einheit (101) und das Objektivsystem (106, 107,108) angeordnet sind, und daß dieser Körper auf der Außenseite mit elektromechanischen Mitteln (80,85,88,89,90) zur Nachregelung der Lage dieses Korpers in seiner Längsrichtung und/oder in mindestens einer von zwei zueinander senkrechten und senkrecht auf der Längsrichtung stehenden Richtungen versehen ist, wobei die von den optoeH ktronischen Mitteln gelieferten Regelsignale (Sr. Sf. St) den elektromechanischen Mitteln zugeführt werden.

5. Optische Ausleseeinheit nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Objektivsystem ein hemisymmetrisches System ist und aus einer ersten (106) und einer zweiten einfachen Linse (108)-mit asphärischen Oberflächen besteht

6. Optische Ausleseeinheit nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die erste (106) und die zweite Linse (108) einander gleich sind, und daß die erste Linse eine kollimierende Linse ist

7. Optische Ausleseeinheit nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der ersten (106) und der zweiten Linse (108) eine Korrekturlinse (107) vorhanden ist, mit deren Hilfe der Astigmatismus der von dem Diodenlaser emittierten Strahlung größtenteils ausgeglichen wird.

8. Optische AtrJeseeinheit nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Korrekturlinse (107) eine Null-Linse ist, deren optische Achse einen dem Astigmatismus des Diodenlasers angepaßten Winkel mit der optischen Achse des durch die erste und die zweite Linse gebildeten Systems einschließt.