DE2810566C2 - - Google Patents
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- G11B7/08—Disposition or mounting of heads or light sources relatively to record carriers
- G11B7/09—Disposition or mounting of heads or light sources relatively to record carriers with provision for moving the light beam or focus plane for the purpose of maintaining alignment of the light beam relative to the record carrier during transducing operation, e.g. to compensate for surface irregularities of the latter or for track following
- G11B7/0908—Disposition or mounting of heads or light sources relatively to record carriers with provision for moving the light beam or focus plane for the purpose of maintaining alignment of the light beam relative to the record carrier during transducing operation, e.g. to compensate for surface irregularities of the latter or for track following for focusing only
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- Optical Recording Or Reproduction (AREA)
- Optical Head (AREA)
- Automatic Focus Adjustment (AREA)
- Analysing Materials By The Use Of Radiation (AREA)
Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung nach dem
Oberbegriff des Anspruches 1.
Unter dem Fokussierungsstrahl ist hierbei 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 DE-AS 25 33 501
beschrieben. Diese Vorrichtung wird z. B. zum Auslesen
eines Datenträgers benutzt, auf dem ein (Farb)-Fernsehprogramm
gespeichert ist. Die Datenstruktur besteht aus
einer Vielzahl von auf einer spiralförmigen Spur angeordneten
Gebieten, die mit Zwischengebieten abwechseln. In
den Längen der Gebiete und Zwischengebiete sind die
auszulesenden Daten festgelegt. Für eine genügend lange
Spieldauer werden bei beschränkten Abmessungen des Datenträgers
die Details der Datenstruktur 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
15 cm und einem Innenradius von etwa 6 cm gespeichert ist,
die Breite der Spuren etwa 0,5 µm sein und die mittlere
Länge der Gebiete und der Zwischengebiete in der Nähe von
1 µm 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 klein. Da in der
Auslesevorrichtung Änderungen in dem Abstand zwischen der
Ebene der Datenstruktur und dem Objektivsystem auftreten
können, die größer als die Tiefenschärfe sind, müssen
Maßnahmen getroffen werden, um diese Änderungen detektieren
und die Fokussierung nachregeln zu können.
Beim Stand der Technik wird dazu von dem Auslesestrahl,
bevor er in das Objektivsystem eintritt, ein enger Strahl
abgespalten. Der abgespaltene 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 Fokusfleck) in der Ebene der beiden Fokusdetektoren.
Das Ausmaß, in dem der Fokusfleck nun zu den Fokusdetektoren
symmetrisch ist, gibt eine Anzeige über das
Ausmaß der Fokussierung des Auslesestrahls auf die Datenstruktur
wieder.
In der bekannten Auslesevorrichtung sind eine Anzahl
zusätzlicher Elemente, wie ein halbdurchlässiger
Spiegel, ein völlig reflektierender Spiegel zum Erzeugen
des Fokussierstrahls und eine zusätzliche Linse zum
Fokussieren des Hilfsstrahls in der Brennebene des
Objektivsystems, erforderlich. Die Lagen dieser zusätzlichen
Elemente sind besonders kritisch.
In einer aus der DE-OS 26 24 746 bekannten Vorrichtung
wird der Auslesestrahl in zwei gleich große Teilstrahlen
aufgeteilt, und es werden zwei Ausleseflecke auf den
Rändern einer Spur geformt. Diese Flecken haben eine
längliche Form, wobei die große Achse senkrecht zur Spurrichtung
verläuft. Um ein Übersprechen zu vermeiden, muß
der Spurabstand vergrößert werden. Außerdem wird, da die
Ausleseflecken nicht in die Mitte einer Spur projiziert
werden, das Auslesesignal herabgesetzt, d. h. weniger tief
moduliert. Beim Auftreten eines Fokussierfehlers ändert
sich die Konvergenz und nicht die Richtung des vom Datenträger
reflektierten und durch das Objekt tretenden
asymmetrischen Strahles.
Die Erfindung bezweckt, eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff
des Anspruches 1 zu schaffen, in der für die
Fokusdetektion eine minimale Zahl zusätzlicher Elemente
benötigt wird.
Die gestellte Aufgabe ist erfindungsgemäß gelöst durch die
kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1.
Durch das strahlungsdurchlässige, optische Element erhält
ein kleiner Teil des Auslesestrahls eine andere Richtung
als der verbleibende Teil des Auslesestrahls.
Dieser Teil wird vom Objektivsystem auf die 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 strahlungsdurchlässige optische Element kann durch
einen optischen Keil oder durch ein Beugungsraster
gebildet werden.
Eine weitere Ausgestaltung der Vorrichtung nach der
Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß in dem
Strahlungsweg des auf den Datenträger gerichteten Auslesestrahls
das strahlungsdurchlässige, optische Element
derart angeordnet ist, daß die auf das Element einfallende
Strahlung einen zusätzlichen Strahlungsfleck neben dem
Auslesefleck auf der Datenstruktur 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 Objektivsystem und der Ebene der Detektoren
verhältnismäßig groß. Der Fokusfleck liegt dann in
verhältnismäßig großer Entfernung von der Abbildung des
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 Datendetektor 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 vermeiden, ist bei einer
weiteren Ausgestaltung der Erfindung, bei der das
strahlungsdurchlässige, optische Element ein optischer
Keil ist, vorgesehen, daß ein zweiter optischer Keil in
dem Strahlungsweg des von dem ersten optischen Keil
erzeugten und von dem Datenträger reflektierten Teilstrahls
angeordnet ist.
Vorzugsweise ist dabei der zweite optische Keil innerhalb
der mit Hilfe des Datenträgers 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 das Objektivsystem
selber.
Durch den zweiten optischen Keil, dessen Brechungswinkel
vorzugsweise größer 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 Lage des Datenträgers
in bezug auf das Objektivsystem, der zweite Keil
stets innerhalb der Abbildung des ersten Keils bleibt,
sind nach einer weiteren Ausgestaltung 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 strahlungsdurchlässiges,
optisches Element in dem Wege des von dem
Datenträger reflektierten und von dem Auslesefleck
stammenden Auslesestrahls angeordnet ist, derart, daß die
auf das strahlungsdurchlässige, optische Element
einfallende Strahlung zu den Fokusdetektoren abgelenkt
wird.
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung schließt
die Trennlinie zwischen den 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 strahlungsdurchlässigen, optischen
Elemente sind erheblich kleiner als der Querschnitt des
Auslesestrahls. Dadurch wird die Größe des Ausleseflecks
und damit die Auslesung der Daten selber nicht
beeinflußt. Der geringe Einfluß der strahlungsdurchlässigen,
optischen Elemente auf die Auslesung kann noch
dadurch herabgesetzt werden, daß dafür gesorgt wird, daß
die Verbindungslinie zwischen der optischen Achse des
Objektivsystems und dem strahlungsdurchlässigen, optischen
Element einen Winkel 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
strahlungsdurchlässige optische Elemente verwendet werden.
In der Zeichnung zeigt
Fig. 1 eine erste bevorzugte Ausführungsform
einer Vorrichtung nach der Erfindung,
Fig. 2a und 2b verschiedene Orientationen
der Fokusdetektoren in bezug auf die Bewegungsrichtung
des Fokusflecks,
Fig. 3a 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. 4 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 scheinbar konzentrischer
Spuren 2, die aus aufeinanderfolgenden Gebieten
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 4 stammt. Ein Objektivsystem,
das aus einer einzigen Linse oder, wie in Fig. 1
dargestellt, aus zwei Linsen L₁ und L₂ bestehen kann,
fokussiert den Auslesestrahl zu einem Auslesefleck V i 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 i ′ des Ausleseflecks V i erzeugt wird. An
der Stelle des Strahlungsflecks V i ′ ist ein Detektor angeordnet,
der den modulierten Auslesestrahl in ein elektrisches
Signal S i umwandelt.
Wie in der deutschen Offenlegungsschrift
22 44 119 beschrieben ist, kann, wenn die Strahlungsquelle
ein Diodenlaser 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 Diodenlasers
als Strahlungsquelle ist kein Strahlenteilungselement
erforderlich, 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 Keil 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 f auf die Datenstruktur fokussiert. Nach
Reflexion an der Datenstruktur und einem zweiten Durchgang
durch das Objektivsystem erzeugt der Fokussierstrahl einen
Strahlungsfleck V f ′ (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 Ausgangssignale
S₇ und S₈ einander gleich sind. Wenn 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
L₁ eintritt, zu der optischen Achse 00′ hin verschieben.
Der Strahl 6 wird dann in etwas geringerem Maße vom
Objektivsystem abgelenkt und der Fokusfleck V f ′ verschiebt
sich nach links. Der Detektor 7 empfängt dann mehr Strahlung
als der Detektor 8. Wenn sich die Ebene der Spuren 2
nach oben verschiebt, erfolgt das Umgekehrte, und dann
empfängt der Detektor 7 weniger Strahlung als der Detektor 8.
Die Signale S₇ und S₈ 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 f , 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 Ausleseeinheit 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
Linse L₁ hindurchgeht, ist eng. Dadurch wird erreicht,
daß der Fleck V f erheblich größer als der Fleck V i ist.
Mit dem Fokussierstrahl können dann die Details der Datenstruktur
nicht unterschieden werden, und die Signale S₇
und S₈ weisen dann keine hochfrequenten Änderungen auf.
Der Deutlichkeit halber ist Fig. 1 derart gezeichnet,
als ob der reflektierte Fokussierstrahl durch
den Rand der Linse L₁ hindurchgeht. Tatsächlich wird der
Punkt, an dem der Hauptstrahl dieses Strahls in die Linse
L₁ eintritt, 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 Beugungsraster
kann z. B. auf einer durchsichtigen Platte befestigt sein.
Diese Platte kann in bezug auf die Linse L₁ 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,
an dem ausgelesen wird, möglichst nahe liegt. Zum Beispiel
ist der Abstand zwischen V i und V f 100 µm. Dann kann
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.
Um einen genügenden Abstand zwischen dem Fokusfleck
V f ′ und dem Strahlungsfleck V i ′ 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
Diodenlaser in einem Verhältnis 2 : 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 V i ′ und V f ′ zu klein. In diesem Falle kann nach der
Erfindung ein zweiter optischer Keil 10 verwendet werden.
Dieser Keil ist dann in dem Wege des reflektierten Fokussierstrahls
angebracht. Der Keil 10 kann einen größeren
Brechungswinkel als der Keil 5 aufweisen, weil er den
Abstand zwischen den Flecken V i und V f nicht mitbestimmt.
Auch in dem Falle, daß mit einem Keil 5 ein
genügender Abstand zwischen den Flecken V i ′ und V f ′ 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 i ′ "aufbläht".
Der Keil 10 muß im Schatten des Keils 5 liegen,
oder anders gesagt, die Keile 5 und 10 müssen von der
Linse L₁ und über den Datenträger aufeinander abgebildet
werden. In Fig. 1 sind die Randstrahlen der genannten
Abbildung mit strichpunktierten Linien angegeben.
Wenn die Ebene der Keile auf einer beliebigen
Höhe zwischen den Linsen L₁ und L₂ 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 (10) hindurchgeht,
müßte der zweite Keil etwas größer als der erste
sein. Dann würde aber ein kleiner Teil des Auslesestrahls
3 selber durch den zweiten Keil hindurchgehen und einen
gesonderten Strahlungsfleck V n auf der Ebene der Detektoren
erzeugen (vgl. den mit vollen Linien angegebenen Strahl
3′ in Fig. 1). Der Strahlungsfleck V n liegt in der Situation
nach Fig. 1, in der der Auslesestrahl gut auf Datenstruktur
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 n auf den Detektor 7 gelangen, wodurch ein fehlerhaftes
Signal r f 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 S₇ und S₈ etwas
kleiner werden. Die Empfindlichkeit des Detektionssystems
für Fokusfehler ändert sich dadurch nicht wesentlich.
Weiter 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
0,7fachen des Radius r der Linsenpupille ist. Bei dem in
Fig. 1 dargestellten Ausleseverfahren, bei dem der Auslesestrahl
zweimal durch den Datenträger hindurchgeht, ist
dann bei Änderungen in der Dicke des Datenträgers der
Einfluß sphärischer Aberration im Objektivsystem auf die
Form des Flecks V i bei der beschriebenen Fokusregelung
minimal.
In den Fig. 2a und 2b sind die zwei Fokusdetektoren
7 und 8 mit dem darauf projizierten Fokusfleck
V f ′ dargestellt. Es wird angenommen, daß sich bei Änderung
der Fokusfleck V f ′ in der x-Richtung verschiebt. Für eine
möglichst große Empfindlichkeit des Detektionssystems
für Fokusfehler 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 f stark von der Lage in der x-Richtung
der Fokusdetektoren abhängig.
Nach der Erfindung weden die Detektoren 7 und
8 derart angeordnet, daß die Trennlinie g unter einem
spitzen Winkel von z. B. 45° zu der x-Richtung steht, wie
in Fig. 2b angegeben ist. Der Nulldurchgang des Signals r f
kann dann dadurch eingestellt werden, daß der Keil 5
oder die Keile 5 und 10 um die optische Achse 00′ gedreht
werden. In den Fig. 3a und 3b ist die Bahn, die der
Fokusfleck V f ′ beschreibt, wenn die Keile gedreht werden,
durch die Kurve c dargestellt. Im Falle der Fig. 3a, in
dem die Detektoren die Orientierung nach Fig. 2b aufweisen,
ändert sich, wenn sich der Fokusfleck 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 L₂ 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 Strahlungsverteilung über die Fokusdetektoren
nicht beeinflußt werden können (vgl. Fig. 3b).
Wenn die Fokusdetektoren die Orientierung nach
Fig. 2b aufweisen, wird eine Verschiebung des Fokusflecks
V f ′ in der x-Richtung, also eine Verschiebung infolge der
auftretenden Fokusfehler, eine kleinere Änderung in den
Signalen S₇ und S₈ 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
Auslesestrahl gebildet wird, wird dieser Strahl die Pupille
der Linse L₁ nicht mehr optimal füllen. Dadurch
wird der Strahlungsfleck V i in Richtung der Verbindungslinie
von optischen Achse 00′ zu der Mitte des Beugungselements
(Keil oder Raster) etwas größer werden. Das
Auflösungsvermögen des Auslesestrahls wird in dieser
Richtung etwas kleiner. Der Einfluß dieses an sich geringen
Effekts kann nicht dadurch herabgesetzt werden, daß
dafür gesorgt wird, daß die Verbindungslinie zwischen der
optischen Achse und dem Beugungselement einen Winkel von
etwa 45° mit der Richtung eines auszulesenden Spurteiles
einschließt.
Die beiden Strahlungsbeugungselemente 5 und 10
in Fig. 1, die dazu erforderlich sind, einen genügenden
Abstand zwischen den Strahlungsflecken V i ′ und V f ′ 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. 4 ist eine Ausführungsform einer Vorrichtung
nach der Erfindung dargestellt, in der mit Hilfe
nur eines einzigen Strahlungsbeugungselements, dessen Lage
nicht besonders kritisch ist, einen genügenden Abstand
zwischen dem Fokusfleck V f ′ und dem wiederabgebildeten
Auslesefleck erhalten wird. In der Figur sind die Elemente,
die denen nach Fig. 1 entsprechen, mit den gleichen Bezugsziffern
bezeichnet.
In der Anordnung nach Fig. 4 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. 4 ist angegeben, welcher Teil des Auslesestrahls
durch den Keil hindurchgeht. Die Linsen L₁
und L₂ sorgen dafür, daß der Fokusstrahl 6 zu einem
Strahlungsfleck oder Fokusfleck V f ′ auf die Fokusdetektoren
konzentriert wird.
Nun wird nur ein einziger Strahlungsfleck 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 i auf die Datenstruktur fokussiert. Der
zusätzliche Strahlungsfleck wird von dem Linsensystem L₁,
L₂ in einer Lage links von der optischen Achse 00′ und
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, L₂ richtig ist, die auf den
optischen Keil einfallende Strahlung die Richtung aufweist,
die in Fig. 4 mit gestrichelten Linien angegeben ist. Der
optische Keil lenkt den Fokusstrahl 6 dann derart ab, daß
der Fokusfleck zu den Fokusdetektoren symmetrisch ist.
Diese Fokusdetektoren empfangen dann gleiche Strahlungsmengen,
und die Ausgangssignale S₇ und S₈ der Detektoren
7 und 8 sind dann einander gleich.
Wenn sich die Ebene der Datenstruktur in bezug
auf das Objektivsystem L₁, L₂ verschiebt, ändert sich die
Konvergenz des von dem Datenträger reflektierten Auslesestrahls.
Dadurch wird derjenige Teil des Auslesestrahls,
der als Fokusstrahl benutzt wird, auf den Keil 10 unter
einem anderen Winkel einfallen als in Fig. 4 angegeben ist.
Dadurch ändert sich auch die Richtung des durch den Keil
10 hindurchgehenden Strahls 6 und somit die Lage des Fokusflecks
V f ′ 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
der Detektor 7 eine geringere Strahlungsmenge als der
Detektor 8 empfangen.
In der Anordnung nach Fig. 4 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 0,7fachen 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 V i′ minimal.
Weiter schließt vorzugsweise die Trennlinie
zwischen den Fokusdetektoren einen spitzen Winkel, z. B.
45°, 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 10 und der optischen
Achse einen Winkel von etwa 45° 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. Statt eines Keiles kann auch
ein anderes Strahlungsbeugungselement, wie ein Beugungsraster,
Anwendung finden.
Auch kann dafür gesorgt werden, daß der Fokusstrahl
6 in einer der in den Figuren angegebenen Richtung
entgegengesetzten 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 10 kann dazu z. B. über 180° um
seine eigene Achse gedreht werden.
Claims (12)
1. Vorrichtung zum Auslesen eines optischen, strahlungsreflektierenden
Datenträgers, die enthält: eine einen
Auslesestrahl liefernde Strahlungsquelle, ein Objektivsystem,
mit dessen Hilfe der Auslesestrahl zu einem
Ausleseflecken auf die Datenstruktur des Datenträgers
fokussiert und der Ausleseflecken 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
Fokusfehlerdetektionssystem 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 und wobei sich der Fokussierstrahl
in der Ebene der zwei Fokusdetektoren verschiebt in Abhängigkeit
der Fokusfehler, dadurch gekennzeichnet,
- - daß in dem Strahlungsweg des auf den Aufzeichnungsträger gerichteten Auslesestrahls ein strahlungsdurchlässiges, optisches Element (5) angeordnet ist, das einen engen Fokussierstrahl (6) mit gegenüber dem Auslesestrahl unterschiedlicher Richtung erzeugt,
- - daß dieser Fokussierstrahl (6) durch die Fokussierungsoptik (L₁) des Obvjektivsystems auf dem Datenträger abgebildet wird, wobei die Mittelpunkte des Fokussierfleckens (V f ) und des Auslesefleckens (V i ) getrennt sind,
- - und daß das strahlungsdurchlässige optische Element eine Oberfläche aufweist, die erheblich kleiner ist als die Hälfte des Querschnitts des Auslesestrahls.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß das strahlungsdurchlässige, optische Element (5) durch
ein Beugungsraster gebildet wird.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß das strahlungsdurchlässige, optische Element (5) durch
einen optischen Keil gebildet wird.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß in dem Strahlungsweg des auf den Datenträger (1)
gerichteten Auslesestrahls das strahlungsdurchlässige,
optische Element derart angeordnet ist, daß die auf das
Element einfallende Strahlung einen zusätzlichen
Strahlungsfleck (V f ) neben dem Auslesefleck (V i ) auf der
Datenstruktur erzeugt, wobei dieser Strahlungsfleck (V f )
vom Objektivsystem auf den Fokusdetektoren abgebildet
wird.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, in der das strahlungsdurchlässige,
optische Element ein optischer Keil ist,
dadurch gekennzeichnet, daß in dem Strahlungsweg des von
dem ersten optischen Keil (5) erzeugten und von dem Datenträger
(1) reflektierten Teilstrahls ein zweiter optischer
Keil (10) angeordnet ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,
daß der zweite optische Keil (10) innerhalb der mit Hilfe
des Datenträgers (1) und des dem Datenträger (1) am
nächsten liegenden Linsenelements (L₁) des Objektivsystems
erzeugten Abbildung des ersten optischen Keils (5)
angeordnet ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,
daß die optischen Keile (5, 14) in der hinteren Brennebene
des dem Datenträger (1) am nächsten liegenden Linsenelements
(L₁) des Objektivsystems angeordnet sind.
8. Vorrichtung nach Anspruch 4, 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
(L₁) des Objektivsystems eintritt, etwa gleich dem
0,7fachen des Radius der Pupille dieser Linse ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß das strahlungsdurchlässige, optische Element (5)
derart in dem Wege des von dem Datenträger reflektierten
und von dem Auslesefleck stammenden Auslesestrahls
angeordnet ist, daß die auf das strahlungsdurchlässige,
optische Element (5) einfallende Strahlung zu den Fokusdetektoren
(7, 8) abgelenkt wird.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet,
daß der Abstand zwischen der Mitte des strahlungsdurchlässigen,
optischen Elements (5) und der optischen Achse
etwa gleich dem 0,7fachen des Radius des Auslesestrahls
an der Stelle des strahlungsdurchlässigen, optischen
Elements ist.
11. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Trennlinie zwischen den
Fokusdetektoren (7, 8) einen spitzen Winkel mit der
Richtung einschließt, in der sich der in der Ebene der
Fokusdetektoren (7, 8) 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
strahlungsdurchlässigen, optischen Element (5) einen
Winkel von etwa 45° mit der Richtung einschließt, in der
eine Datenspur des Datenträgers ausgelesen wird.
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