DE2914122A1

DE2914122A1 - Optoelektronisches fokusfehlerdetektionssystem

Info

Publication number: DE2914122A1
Application number: DE19792914122
Authority: DE
Inventors: Gijsbertus Bouwhuis; Teunis Johannes Hazendonk
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1978-04-14
Filing date: 1979-04-07
Publication date: 1979-10-25
Also published as: FR2423025A1; IT7921789A0; DK148969C; AU4598779A; AT371268B; BR7902270A; AR218529A1; ATA287579A; ES479542A1; NZ190162A; PL214822A1; JPS6349291B2; GB2020800B; US4233502A; SE7903206L; PL133015B1; JPS54140533A; DE2914122C2; DD151097A5; GB2020800A

Description

29H122

niliipS

1.10.1978 * PHN 9102

Optoelektronisches Pokusfehlerdetektionssystem.

Die Er-findung bezieht sich

auf ein optoelektronisches Fckusfehlerdetektionssystem zum Detektieren ~ in einem optischen Abbildungssystem einer Abweichung zwischen einer ersten strahlungsreflektierenden Fläche und einer Fokussierungsflache eines Ob jektivs3^rstems, insbesondere für eine Vorrichtung zum Auslesen eines Aufzeichnungsträgers mit einer optischen strahlungsreflektiex^enden Datenstruktur und eine Vorrichtung zum optischen Einschreiben von Daten in einen Aufzeichnungsträger, wobei dieses Fokusfehlerdetektionssystem ein in dem ¥ege eines von der ersten Fläche reflektierten Strahlungsbündels angeordnetes Bündelteileielement und ein hinter dem Bündeltellerelement angeordnetes strahlungsempfindliches Detektionssystem enthält, das zwei Detektoren enthält, die je einem der von dem Bündelteilerelement erzeugten Teilbündel zugeordnet sind, wobei die Ausgange der Detektoren mit den Eingängen einer elektronischen Schaltung verbunden sind, in der ein Fokusfehlersignal aus den Detektorsignalen abgeleitet wird.

Ein derartiges Fokusfehler-

detektionssystem ist in der deutschen Ausleseschrift 1.299· 13^- für Anwendung· in einer Vorrichtung zum Testen von Objektiven beschrieben.

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Die Detektoren, des strahlungs-

empfind.lich.en Detektionssystems sind, in zwei Teildetektoren geteilt. Bei Auftreten eines Fokusfehlers verschieben sich die auf den Detektoren erzeugten Strahlungs-5

flecke in entgegengesetzten Richtungen, eo dass die zwei äusseren Teildetektoren eine andere Strahlungsintensität als die zwei inneren Teildetektoren empfangen. Ein Fokusfehlersignal wird dadurch erhalten, dass das summierte Ausgangssignal der äusseren Teildetektoren mit dem summierten Ausgangssignal der inneren Teildetektoren verglichen wird.

. . Für optische Systeme die mit

einer grossen numerischen Apertur arbeiten, und mit denen j₅ sehr kleine Datendetails abgebildet werden müssen, ist die Tiefenschärfe gering. Für Abbildungssysteme dieser Art,die z.B. in Mikroskopen oder in Vorrichtungen zum Auslesen einer optischen Datenstruktur mit sehr kleinen Details oder in Vorrichtungen zum Einschreiben von Daten 2Q in einen Aufzeichnungsträger verwendet werden, ist es ν wichtig, eine Abweichung zwischen der Ist- und der SoIlfokussierungsebene detektieren zu können, damit an Hand dieser Detektion die Fokussierung nachgeregelt werden kann.

Wie jetzt als allgemein bekannt vorausgesetzt werden darf, kann ein mit Hilfe optischer Strahlung auslesbarer Aufzeichnungsträger als Mediumzur übertragung von Daten, wie z.B. eines Fernsehprogramms oder eines Audioprogramms, verwendet werden. Die Datenstruktur ist dann aus spurförmig angeordneten Gebieten aufgebaut, die sich mit Zwischengebieten abwechseln, wobei die Gebiete das Auslesebüiidel auf andere Weise als die Zwischengebiete beeinflussen. Die Daten sind z.B. in der Raumfrequenz der Gebiete und gegebenenfalls in den Längen der Gebiete festgelegt.

Wenn ein derartiger Aufzeichnungsträger eine genügend lange Spieldauer aufweisen soll, müssen die Gebiete und die Zwischengebiete sehr kleine Ab-

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messungen, z.B. eine Breite von 0,5 /Uni und eine mittlere Länge von 0,5/mn, aufweisen. Bei einer Periode quer zu den Spuren von 1,7/um kann dann ein Fernsehprogramm von etwa 30 Minuten in einem runden scheibenförmigen Aufzeichnungsträger innerhalb eines ringförmigen Gebietes mit einem Innenradius von etwa 6,5 cm und einem Aussenradius von etwa ~\k cm gespeichert werden. TJm die kleinen Datendetails getrennt auslesen zu können, muss die Datenstruktur mit einem kleinen Strahlungsfleck mit z.B. einem Durchmesser in der

W Grössenordnung von 1 yum abgetastet werden. Falls das Aus— legebündel ein Laserbündel mit einer Gausschen Intensitätsverteilung ist, ist unter dem Durchmesser der Abstand zwischen den Punkten zu verstehen, an denen die Intensität

_2
das e —fache der Intensität in der Mitte des .Stx^ahlungs—

*⁵ flecks ist. Um einen derartigen kleinen Strahlungsfleck erzeugen zu können, müssen die Wellenlänge des Auslesebündels (^) und die numerische Apertur (W.A.) des Ausleseobjektivs passend gewählt sein. Der Durchmesser des Ausleseflecks ist nämlich zu Λ/H.A. proportional* In der Praxis wird meistens λ = 0,6328yum und U.A. =0,45 gewählt.

I5in Objektivsystem mit einer

derartigen numerischen Apertiir weist eine geringe Tiefenschärfe, z.B. in der Grossenordnung von 1 .um, auf. Um die Datenstruktur gut auslesen zu können, muss das Qbjektivsystem stets scharf auf die Fläche der Datenstruktur fokussiert bleiben. Da sich in der Auslesevorrichtung der Abstand zwischen dem Ob^kivsystem und der Fläche der Datenstruktur aus vielerlei Gründen, z.B. wegen der nichtvoll— koanenea Flachheit des Aufzeichnungsträgers oder wegen

3" Schwingungen von Elementen des Auslesesystems, ändern, müssen Massnahmen getroffen werden, um diese Minderungen detektieren und an Hand dieser Detektion die Fokussierung nachregeln zu können.

Auch wenn die kleinen Daten—

details in einen AufzelcJtuiimgiräger eingeschrieben v/erden, muss das Einschreibbüadel nach wie vor zu einem kleinen Stralilungsfleck auf die einzuschreibende Schicht fokussiert

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sein, so dass auch, in diesem Falle die genannten Massnahmen getroffen werden müssen.

Zum Detektieren von Fokusfehlern könnte das eingangsbeschriebene Fokusfehlerdetektionssystem verwendet werden. In diesem System ist jedoch die Lage des strahlungsempfindlichen Detektionssystems in bezug auf die Achse des Strahlungsbündels besonders kritisch. Eine kleine Verschiebung des Detektionssystems quer zu dem Strahlungsbündel führt zu einer 5nderung der Strahlungsverteilung über die Detektoren des Detektionssystems, und diese Änderung wird als ein Fokusfehler interpretiert.

Die Erfindung bezweckt, ein

Fokusfehlerdetektionssystem, insbesondere für eine Auslesevorrichtung oder eine Einschreibvorrichtung, zu schaffen, in dem der Einfluss eines Lagenfehlers des Detektionssystems auf das Fokusfehlersignal erheblich herabgesetzt ist. Die Vorrichtung nach der Erfindung ist dazu gekennzeichnet, dass die Detektoren in einer Ebene angeordnet sind, in der das reflektierte Bündel fokussiert wird, .wenn die genannte Abweichung NuI]. ist; dass jeder Detektor ras— terförmig gestaltet ist und mindestens di-ei strahlungsempfindliche Streifen enthält; dass in der genannten elektronischen Schaltung ausserdem ein Lagenfehlersignal aus den Detektorsignalen abgeleitet wird, und dass jeder Detektor mit einer gesonderten Wählvorrichtung verbunden ist, die den Detektor auf zweckmässige Weise in zwei Detektorteile unterteilt, wobei die Trennlinie der Detektorteile in Abhängigkeit von dem an einen Steuereingang der Wählschaltung angelegten Lagenfehlersignal ein- Λ stellbar ist.

Die Tatsache wird benutzt,

dass sich bei einer Verschiebung des Detektionssystems in bezug auf die Achse des Strahlungsbündels die Strahlungsflecke in derselben Richtung über die Detektoren verschieben. Indem für beide Detektoren der Unterschied der Ausgangssignale der Detektorteile bestimmt wird und

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die Differenzsignals zueinander addiert werden, wirdein Lagenfehlersignal, d.h.. ein Signal erhalten, das eine Anzeige über einen Fehler in der Lage des Detektionssystems in bezug auf die Achse des Strahlungsbündels gibt, wobei dieses Lagenfehlersignal von einem Fokusfehler unabhängig ist. Mit dem Lagenfehlersignal kann die Trennlinie Jedes der Detektoren elektronisch nachgesteuert werden, so dass diese Trennlinien gleichsam den Strahlungsflecken folgen. Dabei folgt man nicht einer Änderung in der Strahlungsverteilung infolge einem Fokusfehlers, weil ein Fokusfehler gleichsam zu einer Bewegung der zwei Strahlungsflecke in entgegengesetzten Richtungen führt.

Eine bevorzugte Ausführungsform

einer Vorrichtung nach der Erfindung, in der die Wählevorrichtungen durch elektrische Wahlschaltungen gebildet werden ist dadurch gekennzeichnet, dass jede der Vählschaltungen durch zwei Reihen von Feldeffekttransistoren mit isolierter und gemeinsamer Gate-Elektrode aus Widerstands-

> material gebildet wird; dass bei jeder Reihe das Source-Gebiet jedes Transistors mit einem Streifen des Detektors verbunden ist und die Drain-Gßbiete sämtlicher Transistoren miteinander verbunden sind, und dass die Spannungen

über die beiden gemeinsamen Gate-Elektroden einer Wähl-25

schaltung einen entgegengesetzten Verlauf aufweisen, wobei die Gate-Elektroden mit demjenigen Ausgang der genannten elektronischen Schaltung verbunden sind, an dem das Lagen— fehlersignal auftritt. ·

Einige Ausführungsformen der 30

Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 schematisch eine Ausführungsform einer Auslesevorrichtung nach der Erfindung.

Figuren 2a und 2b das Prinzip 35

des in dieser Vorrichtung verwendeten Fokusfehlerdetektionssystems,

Fig. 3 eine Ausführungsform

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einer elektronischen Schaltung zum Ableiten eines Fokusfehlersignals und eines Lagenfehlersignals aus den Detektorsignalen,

Fig. h eine bevorzugte Atisfüh-

rungsform einer elektronischen Wählschaltung für die irasterförmigen Detektoren,

Fig. 5 den Verlauf der Steuerspannungen für diese Wählschaltung,

Fig. 6 diese Wählschaltung im Detail,

Fig. 7 eine zweite Ausführungsform eines Detektionssystems und der zugehörigen Wählvorrichtungen,

Fig. 8 ein Detd<fcionssystem mit

rasterförmigen Detektoren für die Fokusfehlerdetektion und weiteren Detektoren zum Detektieren eines Lagenfehlers eines Ausleseflecks in bezug auf die Mitte einer auszulesenden Spur, und

Fig. 9 eine Ausführungsform

einer EinsclireibvorrichtLuig mit einem Fokusf ehlerdetektion ssystem nach der Erfindung.

In diesen Figuren sind entsprechende Elemente stets mit den gleichen Bezugszeichen

versehen.
25

Fig. 1 zeigt einen runden.

scheibenförmigen Aufzeichnungsträger Λ_ in radialem Schnitt. Die Spuren 2 der reflektierenden Datenfläche 2^f, die aus nicht dargestellten Gebieten aufgebaut sind, erstrecken

sich senkrecht zu der Zeichnungsebene. Beispielsweise sei 30

angenommen, dass sich die Datenfläche 2· auf der Oberseite des AufZeichnungsträgers befindet und dass durch das Substrat h des AufZeichnungsträgers,'z.B. aus einem Kunststoff, hindurch ausgelesen wird. Die Datenfläche 2' kann

mit einer Schutzschicht 3 überzogen sein. Der Aufzeich-35

nungsträger kann mittels einer Welle 5 gedreht werden, die von einem Rotationsmotor 6 angetrieben wird.

Eine Strahlungsquelle 7· z.B. ein Hel.ium-Neon-Laser oder ein Halbleiterdiodenlaser,

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liefert ein Auslesebündel b. Dieses Bündel wird von einem Spiegel 9 ²^- einem schematisch durch eine einzige Linse dargestellten Objektivsystem 10 reflektiert. In dem ¥ege des Bündels b ist eine Hilfslinse 8 angeordnet, die dafür sorgt, dass die Pupille des Objektivsystems möglichst gefüllt wird. Dann wird ein Auslesefleck V mit minimalen . Abmessungen auf der Datenstruktur erzeugt.

Das Auslesebündel wird von

der Datenstruktur reflektiert und bei Drehung des Aufzeichnungsträgers entsprechend der Reihenfolge der Gebiete in einer augenblicklich ausgelesenen Spur moduliert. Dadurch, dass der Auslesefleck und der Aufzeichnungsträger mit Hilfe an sich bekannter und hier nicht dargestellter Mittel in radialer Richtung in bezug aufeinander bewegt werden,

kann die ganze Datenfläche abgetastet werden.

Das modulierte Auslesebündel

durchläuft wieder das Objektivsystem IO und wird vom Spiegel 9 reflektiert. In dem Strablungsweg sind Mittel zur gegenseitigen Trennung des modulierten und des unmodulier-

. ten Auslesebündels angeordnet. Die® Mittel können z.B.

aus einem polarisationsempfindlichen Teilprisma und einer Λ- /4—Platte bestehen, wobei X die Wellenlänge des \slesebündels 1st. In Fig. 1 ist der Einfachheit halber

angenommen, dass die genannten Mittel aus einem halb-.

durchlässigen Spiegel 11 bestehen. Dieser Spiegel reflektiert das modulierte Auslesebündel zu einem strahlungsempfindlichen Datendetektor 12. Das Ausgangssignal S. dieses Detektors ist entsprechend den augenblicklich

ausgelesenen Daten moduliert und kann einem Demodulator 30

13 zugeführt werden, in dem das Signal verarbeitet und für z.B. Wiedergabe mit einem Fernsehgerät lh geeignet gemacht wird.

Um Fokusfehler detektieren

zu können, ist im Wege des reflektierten Bündels ein 35

Bündelteilerelement 17_S z.B. ein optischer Keil, angeordnet, wobei diesem Keil ein strahlungsempfindliches Detektionssystem _[8 nachgeordnet ist-, das aus zwei

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Detektoren A und B besteht. Der optische Keil ist an der Stelle angeordnet, an der das reflektierte Bündel noch ziemlich breit ist, also in einiger Entfernung von der Bildebene des Objektivsystems 10, in der die zwei Detekto— ren A und B angeordnet sind. Die Breite des Bündels an der Stelle des Keiles muss gegenüber der Lagentoleranz - quer" zu der Achse des Bündels-des Keiles und gegenüber Ungenauigkeiten in der Rippe des Keiles gross sein. Im IdealßQ.1 wird die Rippe gerade sein, aber in der Paraxis kann die Rj.ppe

jg einen gebränselten Verlauf aufweisen. Der Keil kann in einer Ebene angeordnet sein, in der von einer nicht dargestellten Hilfslinse eine Abbildung der Austrittspupille des Objek-.. tivsystems ei'zeugt wird. Tm ¥ege des reflektierten Auslese-■ bündeis ist weiter ein halbdurchljässiger Spiegel 19 angeordnet. Dadurch wird der grösste Teil des modulierten Auslesebündels zu dem Datendetektor 12 durchgelassen und wird ein kleiner Teil des Bündels zu den Detektoren A und B reflektiert.

Der optische Keil spaltet das Bündel in zwei Teilbündel b.. und b„, von denen das Teilbün— del b₁ mit dem Detektor A und das Teilbündel b„ mit dem Detektor B zusammenwirkt. Die Detektoren A und B sind in zwei Detektorteile A₁, A₅₁ bzx%r. B-, B geteilt, wie in den Figuren 2a und 2b dargestellt ist. Diese Figuren dienen zur Verdeutlichung des Prinzips des Fokusfehlerdetektionssystems, und daher sind darin nur die Elemente dargestellt, die für diese Detektion wesentlich sind.

In Fig. 2a ist die Situation dargestellt, in der das Auslesebündel genau auf die Datenfläche 2' fokussiert ist. Das reflektierte Bündel würde beim Fehlen des Keiles 17 im Punkt d fokussiert werden, wie mit den gestrichelten Linien angegeben ist. Durch den Keil werden die Teilbündel b₁ und b erzeugt, die zu Strahlungsflecken V und V_p in den Punkten e und f fokussiert werden.

Der Keil 17 ist nun in einer derartigen Entfernung von den Detektoren A und B angeoi-dnet, dass bei richtiger Fokussierung der Punkt e bzw. der Punkt f genau auf der Trennlinie

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der Detektorteile A₁, A^ bzw. B₁, B^ liegt. Dann empfangen die Detektorteile A₁ und A„ eine gleiche Menge Strahlung, ebenso wie die Detektorteile B₁ und B .

' 2

¥enn der Fokus F des Auslesebündels rechts von der Datenfläche 2¹ liegen würde, wie in Fig. 2b dargestellt ist, würde der Fokus des Teilbündels b bzw. des Teilbündels b_ im Punkt e' bzw. im Punkt f liegen. Dann empfängt der Detektorteil A₁ bzw. B mehr Strahlung als der Detektorteil A„ bzw. B₁. Wenn der Fokus des Auslese-

bündeis links von der Datenfläche 2¹ liegen würde, ergibt sich das Umgekehrte und empfängt der Detektorteil A bzw.

2 B₁ mehr Strahlung als der Detektorteil A₁ bzw. B„.

Wenn die Signale der Detektorteile A₁, Ap, B₁ und B„ durch S₁, S₂, S„ bzw. S^ dargestellt werden, wird das Fokusfehlersignal S„ gegeben durch :

s_F = (S₁ + S₄) - (S₂ + S₃).

Die Signale der Detektorteile werden, wie in Fig. 1 dargestellt ist, einer elektronischen Schaltung 20 zugeführt,

,in der das Signal S_n, erzeugt wix-d. Dieses Signal wird einem

Ji

Steuerkreis 21 für einen Aktuator 22 (Nachsteuer-Vorrichtung) zugeführt, mit dessen Hilfe das Objektivsystem derart verschoben v/erden kann, dass das Signal S„ Null wird. Der Aktuator 22 kann z.B. ein elektromechanischer Aktuator

wie eine Lautsprecherspule,, sein, wie in Fig. 1 schematisch angedeutet ist.

In Fig. 3 ist eine Ausführungsform der Schaltung _20 veranschaulicht. Die Signale S₁ und S„ werden einem Differenzverstärker 23 und die Sig-

30¹^ .

nale S_ und Sk werden einem Differenzverstärker 24 zugeführt Die Ausgänge der Verstärker 23 und Zk sind mit den Eingängen eines Differenzverstärkers 25 verbunden. Am Ausgang des letzteren Verstärkers wird das Signal (S₁-S₂) - (S„-Sl),

somit das Signal 5_π, erhalten.
35

Mit Hilfe der Detektorteile

A₁, A„, B₁ und B_p kann auch ein Lagenfehlersignal S abgeleitet werden, das eine Anzeige über eine Abweichung der

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Mitte des Detehbionssystems A, B in bezug auf die Achse des Bündels gibt, wobei diese optische Achse in Fig. 2a mit 00' bezeichnet ist. Eine derartige Abweichung kann z.B. infolge einer Kippbewegung der Laserquelle, einer Kippbewegung eines Spiegels im optischen System usw. auftreten.

¥enn keine Mittel vorhanden

sind, durch die Lagenfehler detektiert und dann korrigiert werden können, müssen beim Zusammenbau der Auslesevorrich-

^ tung der Lage der Detektoren A und B in bezug auf die Achse des Auslesebündels sehr strenge Anforderungen gestellt

^x werden. Yenn diese strengen Anforderungen erfüllt wären, - könnte doch noch im Laufeder Zeit eine Änderung der genannten Lage durch Nachwirkung, wie Schwindung oder Dehnung, der verwendeten Baumatarialien auftreten.

Bei einer relativen Verschiebung des Bündels des Detektionssystems verschieben sich die Strahlungsflecke V₁ und V_in bezug auf die Detektoren A und B in derselben Richtung. Wenn in den Figuren 2a und 2b sich das Bündel nach oben verschieben würde, verschieben sich die Strahlungsflecke V₁ und V beide nach oben. Dann würde, abgesehen von einem Fokusfehler, der· Detektorteil A₁, bzw. B1 mehr Strahlung als der Detektoi— teil A₀ bzw. B„ empfangen. Bei einer Verschiebung des Bün-

dels nach unten erfolgt das Umgekehrte. Das Lagenfehlersignal wird gegeben durch : "

^Sp ⁼ <^S1 - ^S2> ⁺ <^S3 - ^Sk)'

¥ie in Fig. 3 dargestellt ist, kann dieses Signal dadurch erhalten werden, dass die Ausgangssignale der Differenzverstärker 23 und 2k im Summator 26 zueinander addiert werden. Mit dem Signal. S kann die Lage der Trennlinie der Detektorteile A₁ und A„ bzw. die Lage der Trennlinie der „_r Detektorteile B und B in bezug auf die optische Achse nachgeregelt werden.

Es könnte in Erwägung gezogen

werden, mit Hilfe des Signals S das Detektionssystem 18

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auf mechanischem Wege zu verschieben. Dies erfordert jedoch, zusätzliche elektrome chanische Mittel. Es ist viel attraktiver, wie nach der Erfindung vorgeschlagen wird, die Trennlinie zwischen den Detektorteilen auf elektronischem

Wege zu ierschieben.

Die in den Figuren 2a und 2b

als einzelne Detektoren dargestellten Detektorteile A₁ und Ap bzw. B₁ und B„ sind tatsächlich Teile eines und desselben rasterförmigen Detektors. Fig. 4 zeigt diese rasterför—

migen Detektoren A und B. Die einzelnen Detektoren z.B.

Photodioden, der Reihen A und B sind durch Blöcke mit einem Kreuzchen darin dargestellt. Es wird angenommen, dass für die Reihe A der auffallende Strahlungsfleck V₁ zu der Linie ρ symmetrisch ist. Die Detektorenreihe A wird elek—

tronisch derart aufgeteilt, dass der Teil der Reihe links von der Linie ρ einen Detektorteil A₁ und der Teil rechts von der Linie ρ einen Detektorteil A₂ bildet (vgl. Fig. 2a)«

Die elektronische Aufteilung

erfolgt vorzugsweise mittels einer elektronischen ¥äfilschal— 20

-tung. Eine derartige Wählschaltung ist für andere Anwendungen In "Philips Research Reports" 3O (1975), S. 43*» 482 beschrieben und wird hier nur erörtert, sofern dies für ein gutes Verständnis der Erfindung erforderlich ist.

Die Wählschaltung wird durch zwei Reihen R^ und R_ von i

Feldeffekttransistoren mit einer isolierten Steuer- (oder Gate-) Elektrode gebildet. Die Transistoren einer Reihe weisen eine gemeinsame Gate-Elektrode auf. Die Gate-Elektrode besteht aus einem Widerstandsmaterial. Eine derartige Reihe von Transistoren ist unter der Bezeichnung "RIGFET" 30

(= Resistive Insulated Gate Field Effect Transistor) bekannt.

Zwischen den Enden der Steuerelektroden wird eine bestimmte Spannung angelegt, so dass über diesen Elektroden ein bestimmter Spannungsgradient entsteht. Die Grosse der Spannung bestimmt, welche Transistoren eimer Reihe leitend und welche niäitleitend sind. Damit ist dann, auch bestimmt, von welchen Detektoren der Reihe

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die Ausgangssignale wohl und nicht von den Transistoren weitergeleitet werden, und somit auch, welche Detektoren . zu dem Teil A_ und welche Detektoren zu dem Teil A~ gehören. In Fig. h sind die nichtleitenden Transistoren durch einen leeren quadratischen Block und die leitenden Transistoren durch einen Block mit darin einer runden Figur dargestellt.

Fig. 6 zeigt im Detail die

Wählschaltung für eine Detektorenreihe. Die Transistoren einer Reihe sind mit T₁ bis T₁- und die der anderen Reihe mit T₁g bis T„_ß bezeichnet, während die Photodioden mit D₁ bis D_1t- bezeichnet sind. E₁ und E_? bezeichnen die gemeinsamen Steuerelektroden für die Reihen R₁ und R„. Die Spannungsque3-le U_ liefert die Speisespannung für die ¹^ Transistoren. Die Widerstände Z₁ und Z sind Belastungswiderstände. Die von den Photodioden gelieferten und von den Transistoren durchgelassenen Ströme werden zueinander addiert und ergeben die Detektorsignale S₁ und S„. Die zweite Deteictorenreihe B liefert auf analoge Weise die . ^ Signale S„ und Sk.

Falls die Detektoren einer

Reihe aus gesperrten Photodioden bestehen, können die Wählschaltungen mit den Detektoren derart integriert sein, dass die Source-Gebiete der Transistoren mit den Streifen der Detektorenreihe ein Ganzes bilden. Da die Ausgangsströme einer Transistorenreihe zueinander addiert werden, können die Drain—Gebiete der Transistoren einer Reihe ein GsOOOZVs bilden.

Die Spannungen U₁ und U„ über die gemeinsamen Steuerelektroden der Transistorenreihen R₁ und Rp sind derart geirählt, dass der nichtleitende Teil der Reihe R dem leitenden Teil dex· Reihe R„ gleich ist. Die Spannungen U₁ und U„ bestehen aus einer Basisspannung U mit entgegengesetztem Vorzeichen für U₁ und U_?, der

eine veränderliche Spannung U , überlagert ist, die durch das Lagenfehlersignal S bestimmt wird, das aus der Schaltung nach Fig« 3 erhalten ist. Die Spannring U weist

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für U₁ ein anderes Vorzeichen als für U„ auf.

Fig. 5 zeigt den Verlauf

der Spannungen U₁ und U„ über die zugehörige gemeinsame Gate-Elektrode der Reihen R U / λ, υ«, χ und R^. Mit TS , s

und U„/ \ ist der Verlauf der Spannungen für den Fall bezeichnet, dass die Trennlinie der Photodiodenreihe die Lage ρ einnimmt. Der Pegel d ist die Schwellwertspannung, bei der die Transistoren leitend werden«

-η Wenn nun infolge eines Lagenfehlers des Detektionssystems sich die Strahlungsflecke V₁ und Vp in bezug auf ihre Detektorenreihe A bzw. B teide nach links verschieben würdet} würde das Signal S grosser werden. Dies bedeutet dann, dass U_? grosser und U₁ kleiner

Jg wird, wie in Fig. 5 mit den gestrichelten Linien angegeben ist. Durch den höheren Wert von U„ werden mehr Transisto-, ren der Reihe R„ leitend, während durch den kleineren ifert von U₁ mehr Transistoren der Reihe R₁ gesperrt werden. Die Trennlinie kommt dadurch bei q (vgl. Fig. k) zu liegen.

2Q Auf analoge ¥eise verschiebt sich auch die Trennlinie der Detektorteile der Reihe B. Die Trennlinien folgen also den Verschiebungen der Strahlungsflecke, sofern diese Verschiebungen auf Lagenfehler des Detektionssystems in bezug auf die Achse des Auslesebündels zurückzuführen sind. Die Strahlungsverteilung über die Detelctorteile infolge eines Fokusfehlers wird durch die Verschiebung der Trennlinien nicht beeinflusst, weil das Signal S von einem Fokusfehler unabhängig ist.

In Fig. h ist der Einfachkeit halber angenommen, dass die Lange der Detektoren einer Reihe gleich .ihrer Breite ist. Tatsächlich sind die Detektoren strahlungsempfindliche Streifen, deren Länge (also in Fig. h die Abmessung quer zu der Richtung einer Reihe und in Fig. 2a die Abmessung senkrecht zu der Zeichnungsebene) erheblich grosser als deren Breite ist. Die Empfindlichkeit des Fokusfehlerdetektionssystems für Lagenfehler in der Längsrichtung der Streifen ist dann erheblich: kleiner als in Richtung der Reihe der Detektoren.

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Viele der früher vorgeschlagenen Fokusfehlerdetektionssysterne, z.B. das in der US-PS 4.023.033 beschriebene Systemj sind für Lagenfehler in einer ersten Richtung ebenso empfindlich wie für einen Lagenfehler in einer zweiten Richtung quer zu der ersten Richtung.

Die Signale S , Sp, S„ und Sl

der Detektorteile A₁, A₂, B₁ und B₂ können auch noch zu einem Signal:

^Sw ⁼ <^S1 ^{+ S} ₂) - ^S3 ^{+ S}4> 10

verai-beitet werden. Dieses Signal, das eine Anzeige über die Lage der Rippe des Keiles quer zu der Achse des Bündels gibt, kann dazu benutzt werden, beim Zusammenbau der Vorrichtung den Keil gut einzustellen.

'5 In einer Ausführungsforrn einer

Vorrichtung inch der Erfindung, in der das Objektivsystem eine numerische Apertur von 0,45 aufwies, bestanden die Detektoren A und B aus je fünfzehn strahlungsernpfindlichen Streifen mit einer Breite von 20 -um und. einer Länge von etwa 350 /um. In dieser Vorrichtung können Abweichungen der Mitte des Detektionssystems in bezug auf die Achse des Auslesebündels in der 6rössenordnungvon 250 /um als zulässig betrachtet werden, während in früher vorgeschlagenen Fokusfeiilerdetektionssystemen nur Abweichungen in der Grossen— Ordnung von 25 /um zulässig waren.

Mit dem in Fig. 4 dargestelfc-

ten Detektionssystem, das pro Detektor fünfzehn strahlungsempfindliche Streifen enthält, kann die Trennlinie der Detektorteile sehr genau eingestellt werden. In den 3Q Fällen, in denen eine derartige genaue Einstellung nicht erforderlich ist, ist eine kleinere Anzahl strahlungsempfindlicher Streifen pro Detektor genügend. Die Detektoi-en weisen dann eine gröbere Raster struktur auf. Dabei können daim statt der ¥äh.l s chal tun gen nach Fig. einfachere Wählvorrichtungen, wie Schalter, verwendet werden.

In Fig, 7 ist ein Detektionssystem mit einer kleinen Anzahl, und zwar drei, strahlungs-

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empfindlicher Streifen D , D„, D„ bzw. D' ., » D' , D» pro Detektor dargestellt. Der Ausgang des inneren Detektors D bzw. D' .-ist mit der Hauptklemme eines Schalters Sw₁ bzw. Sw„ verbunden. In der dargestellten Lage des Schalters wird das Aus gangs signal des Detektors D_p bzw. D.' zu dem Ausgangssignal des Detektors D₁ bzw. D' addiert. Die Detektoren D„ und D„ bzw. die Detektoren D' und D' bilden zusammen den Datektorteil A₁ fezw. den Detektorteil B₁, während der Detektor D„ bzw. D'„ den Detektorteil A_p bzw.

den Detektorteil B₂ bildet. Die Trennlinie P.. bzw. P_? der Detektorteile liegt dann zwischen den Detektoren D„ und D„ bzw. D^!p und I)¹ . Die Ausgaiigssignale der Detektorteile A₁, Apr B₁ und B werden wieder der elektronischen Schaltung 20 zugeführt, in der ein Fokusfehlersignal S„ und ein. Lagenfehlersignal S abgeleitet werden. Mit dem Signal S kann die Lage der Schalter eingestellt werden_t Iienn sich die Strahlungsflecke V₁ und V_ in bezug auf die Detektoren nach links verschieben, v/erden die Schalter Sw₁ und Sw- umgelegt, so dass das Ausgangssif-rial d".-i Detektors D„ bzw. des Detektors D' zu dem Ausgangssignal des Detektors D;, bzw. D'., addiert wird.

In der Vorrichtung nach Fig.1

wird ein gesonderter Detektor 12 zum Auslesen der Daten verwendet. Die Detektoren A und B des Fokusfehlerdetektionssystems können auch zum Auslesen der Daten verwendet werden. Dann, kann der Detektor 12, gleich wie der Spiegel 19, entfallen. Der Keil 17 kann dann auf der Höhe des Spiegels 19 in dem Stx-ahlungsweg angeordnet werden. Das InformatioB.ssigna.1, das nun gleich S₁ -t- S_p + S,. + S. ist, wird v;ieder dem Demodulator 13 zugeführt >

Die Spaltung des von der

Datenfläche reflektierten Bündels in zwei Teilbändel b₁ und b_p kann, statt mit einem optischen Keil auch mit anderen Elementen erfolgen. So kann ein völlig reflektie-

render Spiegel in - einer Bündelhälfte des reflektierten-Bündels angeordnet wer-den, so dass eine Bündelhälfte (b.) in der Richtung durchgelassen wird, der das ungeteilte

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Bündel folgen würde, während die andere Bündelhälfte (b„) .in einer anderen Richtung reflektiert wird. Im Wege des Teilbündels b.. bzw. b„ ist dann wieder ein rasberf örmiger Detektor A bzw. B in einer Lage angeordnet, die dem idealen Fokus des ungeteilten Bündels entspricht.

Beim Auslesen eines Aufzeichnungsträgers mit einer optischen Datenstruktur muss dafür gesorgt werden dass der Auslesefleck V stets nach wie vor in der Mitte einer auszulesenden Spur positioniert ist. ig Um Abweichungen - in radialer Richtung - des Ausleseflecks in bezug auf eine Spur zu detektierran, können, wie in der DE - PS 23 20 h"77 der- Anmelderin beschrieben ist, neben dem Auslesefleck zwei zusätzliche (Servo-)Strah.lungs'lecke auf die Datenfläche projiziert werden. Die Strahlungsflecle sind donrart positioniert, dass, wenn die Mitte des Ausleseflecks mit der Mitte einer Spur zusammenfällt, die Mieten der beiden Servoflecke auf den beiden Seitenkanten der Spur liegen ο Jedem Servof'leck ist ein gesonderter Detektor /lUgeordnet, Dadurch, dass die Ausgangssj gnale der Sorv-odetektor-en miteinander vergleichen werden, können die Grosse und die Richtung einer etwaigen Abweichung in der radialen Lage des Ausleseflecks in bezug auf die Spur bestimmt werden. Die Servoflecke können dadurch gebildet werden, das& im Strahlungsweg des Atislesebüiidels ein Raster angeordnet wird« Von diesem Raster wird das Bündel in ein (Auslose·-)Bündel nullter Ordnung und zwei (Servo-) Bündel erster Ordnungen gpspaltet. Ein Detektlonssystem, das neben den Detektoren für die Fokusfehlerdetektion auch Detektoren für die retdiale Lage des Strahlungsf locks enthält, 3D kann eine in Fig. 8 dargestellte Form aufweisen.

In dieser Figur ist die

Richtung der Datenspuren mit dual 3^f eil 29 angegeben. A und B sind die ras torf örmigen Fokusfelilerdeiektoreii, auf die die Strahlungsflecke V₁ und V_ projiziert werden. Mit 3B jedem dieser Flecke sind zwei Servoflecke V'.., V¹' bzw. V₅ V'«_o fest gekoppelt.. Die Servoflecke V» und V« werden auf einen ungeteilten Detektor C₁ und die Servoflecke V« und V»» auf den ungeteilten Detektor C₀

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pjrojiziert. Aus den Signalen der rasterförmigen Detektoren A und B können auf die obenbeschriebene Weise ein Fokusfehlersignal·, ein Lagenfehlersignal und ein Datensignal abgeleitet werden. Dadurch, dass die Ausgangssignale der Detektoren C1 und C„ voneinander subtrahiert werden, wird ein radiales Fehlersignal erhalten.

Es können noch zwei Detektoren

H₁ und Hp vorhanden sein. Bei kleinen Fokusfehlern werden diese Detektoren nicht beleuchtet. Bei grösseren Fokusfehlern, die nicht mehr von den Detektoren A und B detektiert werden können, werden die Strahlimgsflecke V₁ und Vp aufgebläht, und Strahlung gelangt auch auf die Detelioren H₁ und H_?, Dadurch, dass die Ausgangs signale dieser Detektoren miteinander vergleichen werden, wird ein grobes Fokusfehlersignal erhalten.

Das Detektionssystem nach

Fig. 8 ist besonders gut dazu geeignet, als ein einziger integrierten Detektor mit voneinander getrennten Detektorteilen ausgeführt zu werden.

Die Erfindung kann selbst-

' verständlich auvh zum Auslesen eines bandförmigen statt eines scheibenförmigen Aufzeichnungsträgers verwendet werden.

Das Fokusfehlerdetektionssystem nach der Erfindung kann auch beim Einschreiben von Daten auf einen Aufzeichnungsträgerkörper verwendet werden. Fig. 9 zeigt eine Ausführungsform einer derartigen Vorrichtung, die, abgesehen von den Elementen zur Bestimmung von Fokusfehlern, bereits früher in der DE-PS 23 42 285 der Anmelderin vorgeschlagen wurde.

Die Vorrichtung enthält eine

Strahlungsquelle 31 j z.B. eine Laserquelle, die ein Strahlungsbündel 43 genügender Energie liefert. Dieses Bündel wird über die Prismen 32 , 33 und 38 auf den einzuschreibenden Aufzeichnungsträgerkörper 30 gerichtet und dabei von einer Objektivlinse 39 zu einem kleinen Strahlung'sfleck konzentriert. Der Aufzeichnungsträgerkörper ist

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mit einer für die verwendete Strahlung empfindlichen Schicht 50, z.B. einer Photolackschicht, versehen. In dem Strahlungs weg von der Quelle 31 zu dem Aufzeichnungsträgerkörper 30 befindet sich weiter ein elektrooptischer Modulator Jh. Dieser Modulator ist mit der elektronischen Steuervorrichtung 35 verbunden. Die Information, z.B. ein Fernsehprogramm, das in Form eines elektrischen Signals den Klemmen 36 und 37 zugeführt wird, wird in Strahlungsimpulse der Laserquelle umgewandelt. Zu bestimmten Zeitpunkten, die durch die Information an den Klemmen 36 und 37 gegeben sind, werden StrahlungsfLecke auf den Auf zeichnungsträgerkörper projizieit.

Der Aufzeichnungsträgerkörper

weist einen i'unden Umfang auf und wird mit Hilfe eines Motors kl in Drehung versetzt, der mit Hilfe eines Schlittens k2 in radialer Richtung bewegbar ist, so dass z.B. eine spiralförmige Spur auf den Aufzeichnungsträgerkörper geschrieben werden kann.

Die Objekfcivlinse 39 ist in axialer, somit in senkrechter, Richtung bewegbar in bezug ⁽auf den AuftfeichnungstrEgerkörper- angeordnet und kann durch Erregung einer Magnetspule 22 verschoben werden. Die Grosse des elektrischen Stromes durch die Magnetspule wird durch die Steuerschaltung 21 bestimmt. Der Eingang dieser Schaltung ist mit dem Ausgang der Schaltung 20 verbunden, in der die Ausgangssignale der strahlungsempfindlichen Detektoren A und B elektronisch verarbeitet werden. Die Detektoren bilden wieder einen Teil eines Fokusfehlerdetektionssystems zur Bestimmung der Lage der Aufzeichnungs-³^ trägeroberflache; die Wirkung dieses Systems ist oben bereits beschrieben.

Der Aufzeichnungsträgerkörper

30 kann mit einer strahlungsreflektierenden Fläche unter der Photolackschicht versehen sein. Es kann ein gesondertes Hilf sstrahlungsbündel auf den Aufzeiclinungsträgerkörper projiziert werden. Nach Reflexion an dem Aufzeichnungsträgerkörper passiert dieses Hilfsbündel einen halb.durch-

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lässigen Spiegel 40 und dann einen Keil 17· Der Keil erzeugt zwei Bündel, die je auf einen der Detektoren A und B einfallen.

Statt eine gesonderte Hilfsstrahlungsquelle anzuwenden, kann auch, wie in Fig. dargestellt ist, die von dem Aufzeichnungsträgerkörper reflektierte Strahlung des Einschreibbündels dazu benutzt werden, die Lage der strahlungsempfindlichen Fläche des

Aufzeichnungsträgerkörpers in bezug auf die Fokussierungs-]P fläche des Objektivsystems zu bestimmen.

Die Erfindung kann auch in

anderen AbbdLdungssystemen verwendet werden, in denen die Fokussierung genau aufrechterhalten werden muss, wie in

Mikrο sko ρ en. 15

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Claims

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PATENTAWSPRUECHE

Optoelektronisches Fokusfehlerdetektionssystem zum Detektieren - in einem optischen Abbildungssystem ~ einer Abweichung zwischen einer ersten strahlungsreflektierendon Fläche und einer Fokus si erungsfläche eines Objektivsystems, insbesondere für eine Vorrichtung zum Auslesen eines Aufzeichnungsträgers mit einer optischen str'ahlungsx-eflektierenden Datenstruktur und eine Vorrichtung· zum optischen Einschreiben von Daten in einen Auf ζ eichnuiigs träger _s wobei dieses Fokusf ehlerdetektionssystem ein im ¥ege eines von der ersten Fläche reflektierten Starahlungsbündel angeordnetes Bündelteilerelement und ein hinter dem Bündelteilerelement angeordnetes strahlungsempfindliches Detektionssystem enthält, das zwei Detektoren enthält, die je einem der von dem Bündel— teilerelement erzeugten Teilbündel zugeordnet sind, wobei die Ausgange der Detektoren mit den Eingängen einer elektronischen Schaltung verbu.i3.deii sind, in der ein Fokusfehlersignal aus den Detektoi\signalen abgeleitet wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Detektoren in einer Ebene angeordnet sind, in der· das reflektierte Bündel fokussiert wird_s wenn dio genannte Abweichung Null ist j dass jeder Detektor rasterförmig gestaltet ist und mindestens drei strahlungsempfindliche Streifen enthältf dass in der genannten elektronischen Schaltung

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ausserdera ein Lagenfehlersignal aus den Detektorsignalen abgeleitet wird, und dass jeder Deteltor mit einer gesonderten Wählvorrichtung Terbunden ist, die den Detektor auf zweckmässige Weise in zwei Detektorteile unterteilt, wobei die Trennlinie der Detektorteile in Abhängigkeit von dem an einen Steuereingang der Wählschaltung angelegten Lagenfehlersignal einstellbar ist,

2. Vorrichtung nach Anspruch 1,

in der die Wählvorrichtungen durch elektronische Wähl— schaltungen gebildet werden, dadurch gekennzeichnet, dass jede der Wählschalttmgen durch zwei Reihen von Feldeffekttransistoren mit isolierter und geweinsamer Gate~Elektrode aus Widerstandsmaterial gebildet wird; dass bei jeder Reihe das Source-G-ebiet jedes Transistors mit einem Stx-eifen des Detektors verbunden ist und die Drain-Gebiete sämtlicher Transistoren miteinander verbunden sind, und dass die Spannungen über die beiden gemeinsamen Gate-Elektroden einer Wählschaltung einen entgegengesetzten Verlauf aufweisen, wobei die Gate-Elektroden mit demjenigen Ausgang der ge-

W nannten elektronischen Schaltung verbanden sind, an dem das Lagenfehlersignal auftritt.

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BAD ORIGINAL