DE2810566A1

DE2810566A1 - Vorrichtung zum auslesen eines optischen strahlungsreflektierenden aufzeichnungstraegers

Info

Publication number: DE2810566A1
Application number: DE19782810566
Authority: DE
Inventors: Peter Ferdinand Greve; Willem Gerard Opheij
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1977-03-23
Filing date: 1978-03-11
Publication date: 1978-09-28
Also published as: NL7706753A; BE865140A; CA1116294A; ES468083A1; DD135654A5; GB1589035A; SE7803140L; ATA200278A; IT1093249B; SE424677B; JPS6028055B2; DE2810566C2; AU3429278A; AR217276A1; DK124478A; BR7801692A; AT371275B; AU516903B2; JPS53118103A; FR2385173A1

Description

PHN 8736 K

cobd/ap

3I-O8-I977

Vorrichtung zum Auslesen eines optischen Strahlungsre— flektierenden Aufzeichnungsträgers.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Auslesen eines optischen Strahlungsreflektierenden Datenträgers, die enthält: eine einen Auslesestrahl liefernde Strahlungquelle, ein Objektivsystem, mit dessen Hilfe über der Auslesestrahl zu einem Auslesefleck auf die Datenstruktur des Datenträgers fokussiert und der Auslesefleck auf einem strahlungsempfindlichen Datendetektor abgebildet wird, dessen Ausgangssignal die ausgelesenen Datent darstellt, und ein optoelektronischen Fokusfehlerdetektionssystem zur Bestimmung einer Abweichung zwischen

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der Soll- und Istlage der Fokussierungsebene des Objektivsystems, wobei dieses Fokusfehlerdetektionssytem zwei strahlungempfindliehe Fokusdetektoren enthält, die mit einem engen Fokussierstrahl zusammenwirken, wobei <ier Unterschied zwischen den AusgangsSignalen der Fokusdetektoren eine Anzeige über die genannte Abweichung gibt.

Unter dem "Fokussierstrahl" ist ein Hilfsstrahl zu verstehen, mit dessen Hilfe die Fokusfehler des Auslesestrahls detektiert werden. Die "Fokusdetektoren" sind die mit diesem Hilfsstrahl zusammenwirkenden Strahlungsempfindlichen Detektoren.

Eine derartige Vorrichtung ist in der älteren niederländischen Patentanmeldung 7·305-517 beschrieben. Diese Vorrichtung wird z.B. zum Auslesen eines Datenträgers benutzt, auf dem ein (Farb)Fernsehprogramm gespeichert ist. Die Datenstruktur besteht dann aus einer Vielzahl gemäss einer spiralförmigen Spur angeordneter Gebiete in Abwechselung mit Zwischengebieten, wobei diese Gebiete und Zwischengebiete einen Auslesestrahl auf verschiedene Weise beeinflussen. Die Daten sind z.B. in den Längen der Gebiete und den Längen der Zwischengebiete festgelegt. FUr eine genügend lange Spieldauer werden bei beschränkten Abmessungen des Datenträgers die Details der Datenstruktur

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sehr klein sein. So wird z.B. wenn ein Fernsehprogramm von 30 Minuten auf einer Seite eines scheibenförmigen runden Datenträgers in einem ringförmigen Gebiet mit einem Aussenradius von etwa I5 cm und einem Innenradius von etwa 6 cm gespeichert ist, die Breite der Spuren etwa 0,5 /um sein 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 verhältnismässig grossen numerischen Apertur verwendet werden. Die Tiefenschärfe eines derartigen Objektivsystems ist aber klein. Da in der Auslesevorrichtung Änderungen in dem Abstand zwischen der Ebene der Datenstruktur und dem Objektivsystem auftreten können, die grosser als die Tiefenschärfe sind, müssen Massnahmen getroffen werden, um diese Änderungen detektieren und die Fokussierung nachregeln zu können.

In der genannten Patentanmeldung wird dazu von dem Auslesestrahl, bevor er in das Objektivsystem eintritt, ein enger Strahl abgespaltet. Der abgespaltete Strahl geht schräg durch das Objektivsystem hindurch.

Nachdem dieser Strahl vom Datenträger reflektiert worden ist, passiert er das Objektivsystem zum zweiten Mal und erzeugt dann einen Strahlungsfleck (den Fokusflack) in der

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Ebene der beiden Fokusdetektoren. Das Ausmass, in dem der Fokusfleck nun zu den Fokusdetektoren symmetrisch ist, gibt eine Anzeige über dass Ausmass der Fokussierung des Auslesestrahls auf die Datenstruktur.

In der bekannten Auslesevorrichtung sind eine Anzahl zusätzlicher Elemente, wie ein halbdurchlässiger Spiegel, ein völlig reflektierende Spiegel zum Erzeugen des Fokussierstrahls und eine zusätzliche Linse zum Fokussieren des Hilfsstrahls in der Brennebene des Objektivsystems, erforderlich. Die Lagen der zusätzlichen Elemente sind besonders kritisch.

Die Erfindung bezweckt, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, in der für die Fokusdetektion eine minimalzahl zusätzlicher Elemente benötigt wird. Die Vorrichtung nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass in dem Strahlungsweg des Auslesestrahls auf einer Seite der optischen Achse des Objektivsystems ein Strahlungsbeugungselement angebracht ist, dessen Oberfläche erheblich kleiner als der Querschnitt des Auslese-Strahls ist.

Durch das Strahlungsbeugungselement erhält ein kleiner Teil des Auslesestrahls eine andere Richtung als der verbleibende Teil des AusleseStrahls.

Dieser Teil wird vom Objektivsystem -auf die

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Fokusdetektoren fokussiert, wobei die Lage des in der Ebene der Fokusdetektoren erzeugten Strahlungsflecks in bezug auf diese Detektoren durch das Ausmass der Fokussierung des Auslesestrahls auf die Datenfläche des Datenträgers bestimmt wird.

Vorzugsweise sind der Datendetektor und die Fokusdetektoren in derselben Ebene senkrecht zu der optischen Achse angeordnet.

Das Strahlungsbeugiingselement kann durch einen optischen Keil oder durch ein Beugungsraster gebildet werden.

Eine erste Ausführungsform einer Vorrichtung nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass in dem Strahlungsweg des auf den Datenträger gerichteten Auslese-Strahls ein Strahlungsbeugungselement angeordnet ist, derart, dass die auf das Strahlungsbeugungselement ein-

\ fallende Strahlung einen zusätzlichen^Strahlungsfleck neben dem Auslesefleck auf der Daten struktur erzeugt, wobei dieser Strahlungsfleck vom Objektivsystem auf den' Fokusdetektoren abgebildet wird.

Als Strahlungsquelle kann ein Gaslaser, wie ein Helium-Neon-Laser, verwendet werden. Dabei ist der Abstand zwischen dem Öbjektivsystem und der Ebene der Detektoren verhältnismässig gross. Der Fokusfleck liegt dann in

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verhältnismässig grosser Entfernung von der Abbildung dem Ausleseflecks.

Es ist auch möglich, einen (Halbleiter)Diodenlaser als Strahlungsquelle zu verwenden. Ein derartiger Laser kann zugleich als Datendetektor benutzt werden. Dann braucht die vom Datenträger reflektierte Strahlung nicht von der auf den Datenträger gerichteten Strahlung getrennt zu werden. Die optische Ausleseeinheit kann dann einfach und klein gehalten werden. Das Objektivsystem kann dann weiter einen kleinen Vergrösserungsfaktor aufweisen. Wenn in einer derartigen Auslesevorrichtung ein Fokussierstrahl mit einem Ablenkelement erzeugt werden würde, kann der Fokusfleck der Abbildung des Ausleseflecks derart nahe liegen, dass die Fokusdetektoren nicht mehr innerhalb des erforderlichen Abstandes von dem Diodenlaser angeordnet werden können. Wenn es wohl gelingen würde, die Fokusdetektoren in der gewünschten Lage anzuordnen, würde bereits bei einem geringen Fehler des Auslesestrahls ein Teil des AusleseStrahls auf die Fokusdetektoren gelangen, wodurch ein Fehler in dem Fokusregelsignal erhalten wird.

Um diese Schwierigkeiten zu vermelden, kann nach einem weiteren Merkmal der ersten Ausführungsform einer Vorrichtung nach der Erfindung, in der das Strahlungsbeugungselement ein optischer Keil ist, ein zweiter opti-

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scher Keil in dem Strahlungsweg des von dem ersten optischen Keil erzeugten und von dem Datenträger reflektierten Teilstrahls angeordnet sein.

Vorzugsweise ist dabei der zweite optische Keil innerhalb der mit Hilfe des Datentrgers und des dem Datenträger am nächsten liegenden Linsenelements des Objektivsystems erzeugten Abbildung des ersten optischen Keils angeordnet .Dies bedeutet, dass der zweite optische Keil kleiner als oder gleich gross wie der erste optische Keil ist.

Das Objektivsystem kann aus einer Anzahl von Linsenelementen oder aus einem einzigen Linsenelement bestehen. Im letzteren Falle ist das "dem Datenträger am nächsten liegende Linsenelement des Objektivsystems*¹ das Objektivsystem selber.

Durch den zweiten optischen Keil, dessen Brechungswinkel vorzugweise grSser als der des ersten optischen Keils ist, wird der vom Datenträger reflektierte Fokussierstrahl zusätzlich von dem Auslesestrahl abgelenkt, wodurch der Abstand zwischen dem Fokusfleck und dem Auslesefleck vergrössert wird.

Um zu erzielen, dass, unabhängig von der I»age des Datenträgers in bezug auf das Objektivsystem, eier zweite Keil stets innerhalb der Abbildung des ersten Keils

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,bleibt, sind nach einem weiteren Merkmal einer Vorrichtung gemäss der Erfindung die optischen Keile in der hinteren'Brennebene des dem Datenträger am nächsten liegenden Linsenelements des Objektivsystems angeordnet. Eine zweite Ausführungsform einer Vorrichtung nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass ein Strahlungsbeugungselement in dem Wege des von dem Datenträger reflektierten und τοη dem Auslesefleck stammenden Auslesestrahls angeordnet. ist, derart, dass die auf das Strahlungsbeugungselement einfallende Strahlung zu den Fokusdetektoren abgelenkt wird.

Nach einem weiteren Merkmal einer erfindungs— gemässen Vorrichtung schliesst die Trennlinie zwischen cterc Fokusdetektoren einen spitzen Winkel mit der Richtung ein, in der sich der Fokusfleck infolge von Fokusfehlern bewegt. Durch diese Massnahme wird vermieden, dass die Lage der Fokusdetektoren besonders kritisch ist.

Die verwendeten Strahlungsbeugungselemente sind erheblich kleiner als der Querschnitt des Auslese-Strahls. Dadurch wird die Grosse des Ausleseflecks und damit die Auslesung selber der Daten nicht beeinflusst werden. Der geringe Einfluss der Strahlungsbeugungselemente auf die Auslesung kann noch dadurch herabgesetzt werden, dass dafür gesorgt wird, dass die Verbindungslinie zwxschen

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der optischen Achse des Objektivsystems und dem Strahlungsheugungselement einen ¥inlcel von 45 mit der Richtung einschliesst, in der eine Datenspur des Datenträgers ausgelesen wird.

Die Erfindung wird nachstehend an einigen ^:

Ausführungsbeispielen einer Vorrichtung näher erläutert, in der ein Diodenlaser als Strahlungsquelle und optische Keile als Strahlungsbeugungselemente verwendet werden. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine erste bevorzugte Ausführungsform einer Vorrichtung nach der Erfindung,

Figuren 2a und 2b verschiedene Orientationen der Fokusdetektoren in bezug auf die Bewegungsrichtung des Fokusflecks,

Figuren 3^a und 3b die Weise, in der sich der Fokusfleck in bezug auf die Fokusdetektoren bei Drehung der optischen Keile in bezug auf die optische Achse bewegt, und Fig.h eine zweite Ausführungsform einer Vorrichtung nach der Erfindung.

In Fig. 1 ist·ein Teil eines runden scheibenförmigen Datenträgers 1 in radialem Schnitt dargestellt. Die Datenstruktur ist z.B. eine Phasenstruktur und enthält eine Vielzahl konzentrischer oder scheibar konzentrischer Spuren 2, die aus aufeinanderfolgenden Gebieten

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und Zwischengebieten aufgebaut sind. Die Gebiete können z.B. auf einer anderen Tiefe als die Zwischengebiete in dem Datenträger liegen. Die Daten können z.B. aus einem Farbfernsehprogramm, aber auch aus anderen Daten, wie einer Vielzahl verschiedener Bilder oder digitalen Daten, bestehen. Vorzugsweise ist die Datenstruktur auf der dem Strahlen Eintritt abgewandten Rückseite des Datenträgers 1 angebracht.

Der Datenträger wird mit einem Auslesestrahl 3 belichtet, der von einem Diodenlaser h stammt. Ein Objektivsystem, das aus einer einzigen Linse oder, wie in Fig.1 dargestellt, aus zwei Linsen L₁ und L„ bestehen kann, fokussiert den'Auslesestrahl zu einem Auslesefleck V. auf die Datenstruktur. Der Auslesestrahl 3 wird dann von der Datenstruktur reflektiert, und bei Drehung des Datenträgers ■ entsprechend den in einem auszulesenden Spurteil gespeicherten Daten moduliert. Nach Reflexion passiert der Auslesestrahl das Objektivsystem zum zweiten Male, wobei eine Abbildung V! des Ausleseflecks V. erzeugt wird. An der Stelle des Strahlungsflecks V! ist ein Detektor ange- ' ordnet, der den modulierten Auslesestrahl in ein elektrisches Signal S. umwandelt.

Wie in der deutschen Offenlegungsschrift 2.244.119 beschrieben ist, kann, wenn die Strahlungsquelle

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ein Modenlaser ist. dieser Diodenlaser zugleich, als Detektor verwendet werden. In Abhängigkeit von der Intensität des reflektierten Auslesestrahls wird sich nämlich der elektrische Widerstand über dem Diodenlaser oder die Intensität der von der Rückseite des Diodenlasers emittierten Strahlung ändern. Bei Anwendung eines Dioden— lasers als Strahlungsquelle ist kein Strahlenteilungselement erforderlich _y um den modulierten von dem Datenträger herrührenden Auslesestrahl von dem unmodulierten auf den Datenträger gerichteten Auslesestrahl zu trennen.

Nach der Erfindung ist ein kleiner optischer Keil 5 im. Wege des Auslesestrahls 3 angeordnet- Durch diesen EedLl wird ein Teilstrahl 6 (in Fig. 1 mit gestrichelten Linien angegeben) von. dem Auslesestrahl abgelenkt* Dieser Teilstrahl wird von der Linse L₁ zu einem Strahlungsfleck V_ auf die Datenstruktur fokussiert. Nach reflexion an der Datenstruktur und einem zweiten Durchgang durch das Objektivsystem erzeugt der Fokussierstrahl einen Strahlungsfleck Vi, (den Fokusfleck) auf einem Gebilde von zwei Fokusdetektoren 7 und 8. Dabei ist dafür gesorgt, dass, wenn, der Abstand zwischen der Ebene der Spuren 2 und dem Objektivsystem richtig ist., der Fokusfleck zu den Fokusdetektoren symmetrisch liegt, so dass beide Detektoren dann gleich viel Strahlung empfangen und die Ausgangs-

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_ signale S_ und S_R einander gleich sind. Venn sich die Ebene der Datenstruktur nach unten in bezug auf das Objektivsystem verschiebt, wird sich der Punkt, an dem der Hauptstrahl des reflektierten Strahls 6 in die Linse L.. eintritt, zu der optischen Achse 00^r hin verschieben. Der Strahl 6 wird dann in etwas geringerem Masse vom Objektivsystem abgelenkt und der Fokusfleck V· verschiebt sich nach links. Der Detektor 7 empfängt dann mehr Strahlung als der Detektor 8. Wenn sich die Ebene der Spuren nach oben verschiebt, erfolgt das Umgekehrte, und dann empfängt der Detektor 7 weniger Strahlung als der Detektor 8,

Die Signale S_ und S_Q der Detektoren werden

einer elektronischen Schaltung 9 zugeführt. In dieser Schaltung werden die Signale auf an sich bekannte Weise voneinander subtrahiert. Am Ausgang der Schaltung 9 erscheint ein Fokusregelsignal r , mit dem die Fokussierung des Objektivsystems nachgeregelt werden kann, z.B. dadurch, dass dieses System längs der optischen Achse 00' verschoben wird. Für den Fall, dass die Strahlungsquelle ein Diodenlaser ist, kann auch die optische Äusleseeinheit längs der optischen Achse verschoben werden.

Der optische Keil oder ein Beugungsraster ist im Wege des zu dem Datenträger hin gerichteten Auslesestrahls angeordnet, und der Fokussierstrahl, der durch die

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Linse L_t hindurchgeht, ist eng. Dadurch, wird erreicht, dass der Fleck V_ erheblich grosser als der Fleck V. ist. Mit dem Fokussierstrahl können dann die Details dqr Daten— struktur nicht tint erschieden werden, und die Signale S„ und Sn weisen dann keine hochfrequente Änderungen auf.

Der Deutlichkeit halber ist Fig. 1 derart gezeichnet, als ob der reflektierte Fokussierstrahl durch, den Rand der Linse L.. hindurchgeht. Tatsächlich, wird der Punkt, an dem der Hauptstrahl dieses Strahls in die Linse L.J eintritt j der optischen Achse näher liegen.

In der Vorrichtung nach der Erfindung wird der Fokussierstrahl mit sehr einfachen Mitteln, und zwar mit nur einem keilförmigen Element oder mit nur einem kleinen Beugungsraster, gebildet. Der Keil oder das-.Beugungsrast er kann z.B. auf einer durchsichtigen Platte befestigt sein. Diese Platte kann in bezug auf die Linse L, in Richtung der optischen Achse 00* fixiert sein.

Der Brechungswinkel des Keils 5 ist an eine obere Grenze gebunden, und dies trifft auch für die Ablenkung des Fokussierstrahls durch diesen Keil zu. Es ist nämlich erwünscht, dass der Punkt der Datenstruktur, auf den die Fokussierung eingestellt wird, dem Punkt der Datenspur, andern ausgelesen -wird, möglichst nahe liegt. Z.B. ist der Abstand zwischen V. und V„ 100 /um. Dann kann

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auch, in den. Fällen, in denen der Datenträger schräg in bezug auf die optische Achse angeordnet ist oder in denen Änderungen in der Dicke des Datenträgers auftreten, eine gute Fokussierung des Auslesestrahls aufrechterhalten werden.

Fm einen genügenden Abstand zwischen dem Fokusfleck V' und dem Strahlungsfleck V! zu sichern, ist die Beugung durch den Keil 5 allein genügend, wenn der Vergrösserungsfaktor des Objektivsystems hinreichend gross ist oder wenn die Strahlungsquelle nicht zugleich der Datendetektor ist, so dass die von dem Aufzeichnungsträger reflektierte Strahlung ausgespiegelt werden kann und die Detektoren in genügender Entfernung von dem Datenträger angeordnet werden können.

Bei Anwendung eines Diodenlasers als Strahlungsquelle (vgl. Fig.1) und eines Objektivsystems, das den Diodenlaser¹ in einem Verhältnis 2 ϊ 1 auf der Datenstruktur abbildet, wobei vorzugsweise der Abstand zwischen dem Objektivsystem und dem Diodenlaser klein ist, ist der Abstand infolge der Beugung durch den Keil 5 zwischen den Flecken Vi und V· zu klein. In diesem Falle Trartr» nach der Erfindung ein zweiter optischer Keil 1O verwendet werden» Dieser Keil ist dann in dem Wege des reflektierten Fokus— sierstrahls angebracht. Der Keil IO kann einen grösseren

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Brechungswinkel als der Keil 5 aufweisen, weil er den Abstand zwischen den Flecken V. und V-, nicht mitbestimmt.

Auch in dem Falle, dass mit einem Keil 5 ein genügender Abstand zwischen den Flecken V! und Vi. erhalten werden kann, könnte ein zweiter Keil 10 verwendet werden. Mit dem zweiten Keil kann dann verhindert werden, dass Strahlung des Auslesestrahls auf die Fokusdetektoren gelangt ^ wenn die Datenstruktur ausser Fokus gerät und sich infolgedessen der Strahlungsfleck V! "aufbläht".

tO Der Keil 10 muss im Schatten des Keils 5 liegen,

oder anders gesagt, die Keile 5 und 10 müssen von der Linse L^ und über den Datenträger aufeinander abgebildet werden. In Fig. t sind die Randstrahlen der genannten Abbildung mit strichpunktierten Linien angegeben.

leim die Ebene der Keile auf einer beliebigen Höhe zwischen den Linsen L., und L_p liegen würde, wäre die Abbildung des Keils 5 von dem Abstand zwischen der Ebene der Datenstruktur und dem Objektivsystem abhängig. Daher wird nach der Erfindung dafür gesorgt, dass die Ebene der Keile mit der Brennebene F der Linse L₁ zusammenfällt.

Um zu erzielen, dass alle vom ersten Keil (5) abgelenkte Strahlung durch den zweiten Keil (to) hindurchgeht, müsste der zweite Keil etwas grosser als der erste sein. Dann würde aber ein kleiner Teil des Auslesestrahls

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ν 3 selber durch den zweiten Keil hindurchgehen und einen gesonderten Strahlungsfleck V auf der Ebene der Detektoren erzeugen (vgl. den mit vollen Linien angegebenen Strahl 3' in Fig.1). Der Strahlungsfleck V liegt in der Situation nach Fig. 1, in der der Auslesestrahl gut auf Daten— struktur fokussiert ist, den Fokusdetektoren nahe. Wenn dann die Ebene der Spuren 2 sich nach oben bewegen würde, würde bereits bei einem kleinen Fokusfehler der Strahlungsfleck V auf den Detektor 7 gelangen, wodurch ein fehler- haftes Signal r„ erhalten wird.

Daher ist die Oberfläche des Keiles 10 höchstens gleich der des Keiles 5 und ist der Keil 10 im Schatten des Keiles 5 angeordnet. Dadurch wird ein Teil des Fokussierstrahls (der mit gestrichelten Linien angegebene ; Strahl 6') nicht auf die Detektoren 7 und 8 gelangen. Dies hat jedoch nur zur Folge, dass die Signale S_ und S₀ etwas

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kleiner werden. Die Empfindlichkeit des Detektionssystems für Fokusfehler ändert sich dadurch nicht wesentlich.

¥eiter wird dafür gesorgt, dass der Abstand d zwischen der optischen Achse 00· und dem Punkt, an dem der Fokussierstrahl in die Linse L₁ eintritt, gleich etwa dem 0,7-fachen des Radius r der Linsenpupille ist. Bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausleseverfahren, bei dem der Auslesestrahl zweimal durch den Datenträger hindurchgeht, ist

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dann bei Änderungen in der Dicke des Datenträgers der Einfluss sphärischer Aberration im Objektivsystem auf die Form des Flecks Y. bei der beschriebenen Fokusregelung minimal.

In den Figuren 2a und 2b sind die zwei Fokusdetektoren 7 und 8 mit dem darauf projezierten Fokusfleck V' dargestellt. Es wird angenommen, dass sich bei Änderung der Fokusfleck V* in der x-Richtung verschiebt. Für eine möglichst grosse Empfindlichkeit des Detektionssystems für Fpkusfehler müsste die Trennlinie g zwischen den Detektoren 7 und 8 zu der x-Richtung senkrecht sein, wie in Fig» 2a angegeben ist» Dann wäre jedoch das abgeleitete Fokusregelsignal r„ stark von der Lage in der x-Richtung der Fokusdetektoren· abhängig.

Nach der Erfindung werden die Detektoren 7 und 8 derart angeordnet» dass die Trennlinie g unter einem spitzen ¥inkel von z.B. k$ zu der x-Richtung steht, wie in Fig. 2b angegeben ist. Der Nulldurchgang des Signals r„ kann dann dadurch eingestellt werden, dass der Keil 5 oder die Keile 5 und 10 um die optische Achse 00' gedreht werden. In den Figuren 3a und 3b ist die Bahn, die der Fokusfleek V* beschreibt, wenn die Keile gedreht werden, durch die Kurve c dargestellt. Im Falle der Fig. 3&, in dem die Detektoren die Orientierung nach Fig. 2b aufweisen,

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ändert sich, wenn sich der Pokusfleck nach der Kurve c über die Detektoren bewegt, die Strahlungsverteilung über die Fokusdetektoren. Beim Zusammenbau der Auslesevorrichtung kann dann, nachdem die Platte mit den Keilen zwischen den Linsen L₁ und L_ angeordnet und die Fokussierung gut eingestellt worden ist, die Platte derart gedreht werden, dass der Fokusfleck zu den Detektoren 7 und 8 symmetrisch liegt. Diese Möglichkeit gibt es nicht, wenn die Fokusdetektoren die Orientierung nach Fig. 2a aufweisen. Dann wird nämlich durch Drehung der Platte mit den Keilen über Kleine Winkel die Strahlungsvertexlung über die Fokusde— tektoren nicht beeinflusst werden können (vgl. Fig. 3^) ♦

Wenn die Fokusdetektoren die Orientierung nach Fig. 2b aufweisen, wird eine Verschiebung des Fokusflecks Vi. in der x-Richtung, also eine Verschiebung infolge der auftretenden Fokusfehler, eine kleinere Änderung in den. Signalen S„ und S„ zur Folge haben als wenn diese Detektoren nach Fig. 2a orientiert sind. Die Empfindlichkeit des Detektionssystems ist also verringert. Dies ist jedoch unbedenklich. Die Empfindlichkeit bleibt auch für die Anordnung nach Fig. 2b genügend gross. Der Gewinn bezüglich der Lagentoleranz der Fokusdetektoren ist wichtiger als der Verlust an Empfindlichkeit.

Dadurch, dass ein Fokussierstrahl aus dem

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Auslesestrahl gebildet wird, wird dieser Strahl die Pupille der Linse L₁ nicht mehr optimal füllen. Dadurch wird der Strahlungsfleck V. in Richtung der Verbindungslinie von optischen Achse 00' zu der Mitte des Beugungselements (Keil oder Raster) etwas grosser werden. Das Auflösungsvermögen des Auslesestrahls wird in dieser Richtung etwas kleiner. Der Einfluss dieses an sich geringen Effekts kann nich dadurch herabgesetzt werden, dass dafür gesorgt wird, dass die Verbindunglinie zwischen der optischen Achse und dem Beugungselement einen Winkel von etwa 45 mit der Richtung eines auszulesenden Spurteiles einschliesst.

Die beiden Strahlungsbeugungselemente 5 und in Fig. 1, die dazu erforderlich sind, einen genügenden Abstand zwischen den Strahlungsflecken V! und VL zu erhalten, müssen genau in bezug aufeinander ausgerichtet werden. Ausserdem müssen die Elemente 5 und 10 zusammen genau in bezug auf das Objektivsystem ausgerichtet werden. Das Element 10 muss ja im Schatten des Elements 5 liegen.

In Fig. K ist eine Ausführungsform einer Vorrichtung nach der Erfindung dargestellt, in der mit Hilfe nur eines einzigen Strahiungsbeugungselements, dessen Lage nicht besonders kritisch ist, einen genügenden Abstand zwischen dem Fokusfleck Vi. und dem wiederabgebildeten

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Auslesefleck erhalten wird. In der Figur sind die Elemente, die denen nach Fig. \ entsprechen, mit den gleichen Bezugsziffern bezeichnet.

In der inordnung nach Fig. H ist ein kleiner optischer Keil 10 derart angebracht, dass ein Teilstrahl oder Fokusstrahl 6 von dem von dem Datenträger reflektierten Auslesestrahl abgelenkt wird. Mit den gestrichelten Linien in Fig. h ist angegeben, welcher Teil des Auslesestrahls durch den Keil hindurchgeht. Die Linsen L,

1Q und L sorgen dafür, dass der Fokusstrahl 6 zu einem Strahlungsfleck oder Fokusfleck V' auf die Fokusdetektoren konzentriert wird.

Nun wird nur ein einziger Strahlungsfleek auf der Datenstruktur zum Auslesen der Daten sowie zum Erzeugen eines Fokusfehlersignals benutzt. Das Gebiet der Datenstruktur, auf das die Fokussierung des Auslesestrahls eingestellt wird, ist dann stets das Gebiet, das ausgelesen wird.

Der Keil' 10 lenkt auch einen Teil des zu dem Datenträger hin gerichteten Auslesestrahls ab. Dieser Teil wird aber zu einem zusätzlichen Strahlungsfleck rechts von dem Auslesefleck V. auf die Datenstruktur fokussiert. Der zusätzliche Strahlungsfleck wird von dem Linsensystem L₁, L in einer Lage links von der optischen Achse 00' und

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also nicht auf den Fokusdetektoren wiederabgebildet.

Die optischen Elemente sind derart ausgerichtet, dass, wenn der Abstand zwischen der Ebene der Datenspuren 2 und dem Objektivsystem L₁, L riciitig ist, die auf den optischen Keil einfallende Strahlung die Richtung aufweist, die in Fig. h mit gestrichtelten Linien angegeben 1st. Der optische Keil lenkt den Fokusstrahl 6 dann derart ab, dass der Fokusfleck zu den Fokusdetektoren symmetrisch ist. Diese Fokusdetektoren empfangen dann gleiche Strahlungs— mengen, und die Aus gangs signale S_, und S₀ der Detektoren

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7 und 8 sind dann einander gleich.

Wenn sich die Ebene der Datenstruktur in bezug auf das Objektivsystem L , L verschiebt, ändert sich die Konvergenz des von dem Datenträger reflektierten Auslese-Strahls. Dadurch wird derjenige Teil des Auslesestrahls, der als Fokusstrahl benutzt wird, auf den Keil 10 unter einem anderen Winkel einfallen als in Fig. h angegeben ist. Dadurch ändert sich auch die Richtung des durch den Keil 10 hindurchgehenden Strahls 6 und somit die Lage des Fokusflecks V' in bezug auf die Fokusdetektoren.. Verschiebt sich die Ebene der Datenstruktur zu dem Objektivsystem hin^ so wird der Detektor 7 eine grössere Strahlungsmenge als der Detektor 8 empfangen. Wenn sich jedoch die Ebene der Datenstruktur von dem Objektivsystem ab bewegt, wird

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der Detektor 7 eine geringere Strahlungsmenge als der Detektor S empfangen.

In der Anordnung nach Fig. h können auch wieder die zusätzlichen Massnahmen getroffen werden, die an Hand der Fig. 1 beschrieben sind.

So ist "vorzugsweise der Abstand a zwischen der Mitte des Keils 10 und der optischen Achse 00· gleich etwa dem 0,7-fachen des Radius des Auslesestrahls an der Stelle des Keils. Dann ist wieder bei Änderung der Dicke des Datenträgers der'Einfluss der sphärischen Aberrationen in dem Objektivsystem auf die Form des Flecks Vl minimal.

Weiter schliesst vorzugsweise die Trennlinie zwischen den Fokusdetektoren einen spitzen ¥inkel, z.B. h^> , mit der Richtung ein, in der sich der in der Ebene der Fokusdetektoren erzeugte Strahlungsfleck bei Änderung der Lage der Ebene der Datenstruktur verschiebt.

Schliesslich schliesst vorzugsweise die Verbindungslinie zwischen dem optischen Keil 1O und der optischen Achse einen Winkel von etwa 4.5 mit der Richtung eines auszulesenden Spurteiles ein.

Die Tatsache, dass die Erfindung für einen Keil als Strahlungsbeugungselement beschrieben ist, bedeutet nicht, dass sich die Erfindung auf die Anwendung eines solchen Keiles beschränkt. Sta.tt eines Keiles kann auch

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ein anderes Strahlungsbeugungselement, wie ein Beugungsrast er _t Anwendung finden.

Auch kann dafür gesorgt werden, dass der Fokusstrahl 6 in einer der in den Figuren angegebenen Richtungentgegengesetzten Richtung abgelenkt wird, so dass die Fokusdetektoren auf der gleichen Seite der optischen Achse 00' wie das Strahlungsbeugungselement 10 angeordnet werden können. Der optische Keil \0 kann dazu z.B.. über 180° um seine eigene Achse- gedreht werden.

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Le&r seife

Claims

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PATENTANSPRÜCHE:

1 .) Vorrichtung zum Auslesen eines optischen strahlungsreflektierenden Datenträgers, die enthält: eine einen Auslesestrahl liefernde Strahlungsquelle, ein Objektivsystem, mit dessen Hilfe der Auslesestrahl zu einem Auslesefleck auf die Datenstruktur des Datenträgers fokussiert und der Auslesefleck auf einem strahlungsempfindlichen Datendetektor abgebildet wird, dessen Ausgangssignal die ausgelesenen Daten darstellt, und ein optoelektronisches Fokusfehlerdetektionssystem zur Bestimmung einer Abweichung zwischen der Soll- und der Istlage der Fokussierungsebene des Objektivsystems, wobei dieses Fokusfehlerdetektionssystems zwei strahlungsempfindliche Fokusdetektoren enthält, die mit einem engen Fokussierstrahl zusammenwirken, wobei der Unterschied zwischen den Ausgangssignalen der Fokusdetektoren eine Anzeige über die genannte Abweichung gibt, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Strahlungsweg des Auslesestrahls ein Strahlungsbeugungselement angebracht ist, dessen Oberfläche erheblich kleiner als der Querschnitt des Auslesestrahls ist.

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PHN 873^ K 31-08-1977
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Strahlungsbeugungselement durch ein Beugungsraster gebildet wird.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Strahlungsbeugungselement durch einen optischen Keil gebildet wird.
4. . Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Strahlungsweg des auf den Datenträger gerichteten Ausleyestrahls ein Strahlungsbeugungselement angeordnet ist, derart, dass die auf das Strahlungsbeugungselement einfallende Strahlung einen zusätzlichen Strahlungsfleck neben dem Auslesefleck auf der Datenstruktur erzeugt, wobei dieser Strahlungsfleck vom Objektivsystem auf den Fokusdetektoren abgebildet wird.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, in der das Strahlungsbeugungselement ein optischer Keil ist, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Strahlungsweg des von dem ersten optischen Keil erzeugten und von dem Datenträger reflektierten Teistrahls ein zweiter optischer Keil angeordnet ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5 > dadurch gekennzeichnet, dass der zweite optische Keil innerhalb der mit Hilfe des Datenträgers und des dem Datenträgers am nächsten liegenden Linsenelements des Objektivsystems erzeugten

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PHN 8736 K 31-08-1977

Abbildung des ersten optischen Keils angeordnet ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die optischen Keile in der hinteren Brennebene des dem Datenträger am nächsten liegenden Linsenelements des Objektivsystems angeordnet sind.
8. Vorrichtung nach Anspruch K, dadurch gekennzeichnet, dass das Beugungselement derart angeordnet ist, dass der Abstand zwischen der optischen Achse des objektivsystems und dem Punkt, an dem der Fokussierstrahl zum ersten Mal in das dem Datenträger am nächsten liegende Linsenelement des Objektivsystems eintritt, etwa gleich dem 0,7-fächen des Radius der Pupille dieser Linse ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Strahlungsbeugungselement in dem Wege des.von dem Datenträger reflektierten und von dem Auslesefleck stammenden Auslesesstrahls angeordnet ist, derart, dass die auf das Strahlungsbeugungselement einfallende Strahlung zu den Fokusdetektoren abgelenkt wird.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9 » dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand zwischen der Mitte des Strahlungsbeugungselement s und der optischen Achse etwa gleich dem 0,7-fachen des Radiiis des Auslesestrahls an der Stelle des Strahlungsbeugungselements ist.
11. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennlinie

PIIN 8736 K 31-08-1977

zwischen den Fokusdetektoren einen spitzen Winkel mit der Richtung einschliesst, in der sich der in der Ebene der Fokusdetektoren erzeugte Strahlungsfleck infolge von Fokusfehlern bewegt.
12. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungslinie zwischen der optischen Achse des Objektivsystems und dem Strahlungsbeugungselement einen Winkel von etwa k$ mit der Richtung einschliesst, in der eine Datenspur des Datenträgers ausgelesen wird.

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