DE2914122C2 - Opto-elektronische Einrichtung zur Erzeugung eines Fokussierungssignals - Google Patents

Description

stand zwischen den Punkten zu verstehen, an denen die Intensität das e~²-fache der Intensität in der Mitte des Strahlungsflecks ist Um einen derartigen kleinen Strahlungsfleck erzeugen zu können, müssen die Wellenlänge des Auslesebündels (A) und die numerische Apertur (NA.) des Ausleseobjektivs passend gewählt sein. Der Durchmesser des Ausleseflecks ist nämlich zu A/NA, proportional. In der Praxis wird meistens A = O, 6328 μπι und N.A. = 0,45 gewählt

Ein Objektivsystem mit einer derartigen numerischen Apertur weist eine geringe Tiefenschärfe, z. B. in der Größenordnung von i μΐη, auf. Um die Datenstruktur gut auslesen zu können, muß das Objektivsystem stets scharf auf die Fläche der Datenstruktur fokussiert bleiben. Da sich in der Auslesevorrichtung der Abstand zwischen dem Objektivsystem und der Fläche der Datenstruktur aus vielerlei Gründen, z. B. wegen der nichtvollkommenen Flachheit des Aufzeichnungsträgers oder wegen Schwingungen von Elementen des Auslesesystems, ändert, müssen Maßnahmen getroffen werden, um diese Änderungen ermitteln und anhand dieser Ermittlung die Fokussierung nachregeln zu können.

Auch wenn die kleinen Datendetails in einen Aufzeichnungsträger eingeschrieben werden, muß das Ein-' schreibbündel nach wie vor zu einem kleinen Strahlungsfleck auf die einzuschreibende Schicht fokussiert sein, so daß auch in diesem Falle die genannten Maßnahmen getroffen werden müssen.

Zum Detektieren von Fokusfehlern könnte das eingangs beschriebene 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 Änderung der Strahlungsverteilung über die Detektoren des Detektionssystems, und diese Änderung wird als ein Fokusfehler interpretiert.

Es ist Aufgabe der Erfindung, 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 gestellte Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Detektoren in einer zu der Soll-Schärfeebene optisch konjugierten Ebene angeordnet sind, daß jeder Detektor aus einem Raster von mindestens drei Fotosensorelementen besteht, daß in der elektronischen Schaltung aus dc:i Signalen der Fotosensorelemente ein Lagefehlersignal entsprechend einer Abweichung in der Position der Strahlungsempfängeranordnung in bezug auf die Achse des reflektierten Strahlungsbündels abgeleitet wird, daß der erste bzw. der zweite Detektor mit einer zweiten bzw. dritten, von dem Lagefehlersignal gesteuerten Schaltung verbunden ist, welche zweite bzw. dritte Schaltung die Ausgangssignale der Fotosensorelemente des betreffenden Detektors zu zwei Summensignalen zusammenfügt und dadurch den betreffenden Detektor elektronisch aufteilt in zwei Detektorteile, wobei die Aufteilung durch das Lagefehlersignal be- bo stimmt wird.

Es wird hierbei die Tatsache ausgenutzt, daß sich bei einer Verschiebung des Deteklionssystems in bezug auf die Achse des Slrahlungsbüiidels die'strahlungsl'leeke in derselben Richtung über die Detektoren verschieben, μ Indem für beide Detektoren der Unterschied der Ausgitngssignale der Deiektoneile bestimmt wird und die Differcnzsignale zueinander addiert werden, wird ein LagenfehlersignaJ, 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 Strahlungsverteihing infolge eines 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 Wählvorrichtung durch elektrische Wählschaltungen gebildet werden, ist dadurch gekennzeichnet, daß die zweite bzw. dritte Schaltung durch zwei Reihen von Feldeffekttransistoren mit isolierter und gemeinsamer Gate-Elektrode aus Widerstandsmaterial gebildet wird, daß bei jeder Reihe das Source-Gebiet jedes Transistors mit einem Fotosensorelement des betreffenden Detektors verbunden ist und die Drain-Gebiete sämtlicher Transistoren miteinander verbunden sind, und daß die Spannungen über die beiden gemeinsamen Gate-Elektroden einen entgegengesetzten Verlauf aufweisen, wobei die Gate-Elektroden mit demjenigen Ausgang der elektronischen Schaltung verbunden sind, an dem das Lagefehlersignal auftritt.

Die Erfindung wird anhand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele näher beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 schematisch eine Ausführungsform einer Auslesevorrichtung nach der Erfindung,

F i g. 2a und 2b das Prinzip des in dieser Vorrichtung verwendeten Fokusfehlerdetektionssystems,

Fig.3 eine Ausführungsfonn einer elektronischen Schaltung zum Ableiten eines Fokusfehlersignals und eines Lagenfehlersignals aus den Detektorsignalen,

F i g. 4 eine bevorzugte Ausführungsform einer elektronischen Wählschaltung für die rasterförmigen Detektoren,

Fig. 5 den Verlauf der Steuerspannungen für diese Wählschaltung,

F i g. 6 diese Wählschaltung im Detail, Fig. 7 eine zweite Ausführungsform eines Detektionssystems und der zugehörigen Wählvorrichtungen,

Fig. 8 ein Detektionssystem 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 Einschreibvorrichtung mit einem Fokusfehlerdetektionssystem nach der Erfindung.

In diesen Figuren sind entsprechende Elemente stets mit den gleichen Bezugszeichen versehen.

Fig. 1 zeigt einen runden scheibenförmigen Aufzeichnungsträger 1 in radialem Schnitt. Die Spuren 2 der reflektierenden Datenfläche 2', die aus nicht dargestellten Gebieten aufgebaut sind, erstrecken sich senkrecht zu der Zeichnungsebene. Beispielsweise sei angenommen, daß sich die Datenfläche 2' auf der Oberseite des Aufzeichnungsträgers befindet und daß durch das Substrat 4 des Aufzeichnungsträgers, ζ. Β. aus einem Kunststoff, hindurch ausgelesen wird. Die Datenfläche 2' kann mit einer Schutzschicht 3 überzogen sein. Der Aufzeichnungsträger kann mittels einer Welle 5 gedreht werden, die von einem Rotationsmotor 6 angetrieben wird.

Eine Strahlungsquelle 7, ζ. B. ein Helium-Neon-Laser oder ein Halbleiterdiodenlaser, liefert ein Auslesebündel b. Dieses Bündel wird von einem Spiegel 9 zu einem schematisch durch eine einzige Linse dargestellten Objektivsystems 10 reflektiert. In dem Wege 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 10 und wird vom Spiegel 9 reflektiert. In dem Strahlungsweg sind Mittel zur gegenseitigen Trennung des modulierten und des unmodulierten Auslesebündels angeordnet. Diese Mittel können z. B. aus einem polarisationsempfindlichen Teilprisma und einer M-4-Platte bestehen, wobei λ die Wellenlänge des Auslesebündels ist. In F i g. 1 ist der Einfachheit halber angenommen, daß die genannten Mittel aus einem halbdurchlässigen Spiegel 11 bestehen. Dieser Spiegel reflektiert das modulierte Auslesebündel zu einem strahlungsempfindlichen Datendetektor 12. Das Ausgangssignal Si dieses Detektors ist entsprechend den äugenblicklich ausgelesenen Daten moduliert und kann einem Demodulator 13 zugeführt werden, in dem das Signal verarbeitet und für z. B. Wiedergabe mit einem Fernsehgerät 14 geeignet gemacht wird.

Um Fokusfehler detektieren zu können, ist im Wege des reflektierten Bündels ein Bündelteilerelement 17, z. B. ein optischer Keil, angeordnet, wobei diesem Keil ein strahlungsempfindliches Detektionssystem 18 nachgeordnet ist, das aus zwei 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 Detektoren 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 an der Rippe des Keiles groß sein. Im Idealfall wird die Rippe gerade sein, aber in der Praxis kann die Poppe einen gebränselten Verlauf aufweisen. Der Keil kann in einer Ebene angeordnet sein, in der von einer nicht dargestellten Hilfslinse eine Abbildung der Austrittspupille des Objektivsystems erzeugt wird. Im Wege des reflektierten Auslesebündels ist weiter ein halbdurchlässiger 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 62, von denen das Teilbündel b\ mit dem Detektor A und das Teilbündel 62 mit dem Detektor B zusammenwirkt Die Detektoren A und B sind in zwei Detektorteile A\, A₂ bzw. Bu B2 geteilt, wie in den Fi g. 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 F i g. 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 c/fokussiert werden, wie mit den gestrichelten Linien angegeben ist. Durch den Keil werden die Tcilbündel b\ und 6» erzeugt, die zu Strahlungsflecken Vi und Vi in den Punkten e und /fokussiert werden. Der Keil 17 ist nun in einer derartigen Entfernung von den Detektoren A und B angeordnet, daß bei richtiger Fokussierung der Punkt e bzw. der Punkt /genau auf der Trennlinie der Detektorteile A\, A₂ bzw. Si, B₂ liegt. Dann empfangen die Detcktorteile /4iund Λι eine gleiche Menge Strahlung, ebenso wie die Detektorteile B₁ und Bi.

Wenn der Fokus Fdes Auslesebündels rechts von der Datenfläche 2' 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 Detektorteii A\ bzw. Bj mehr Strahlung als der Deiektorteil A₂ bzw. B\. Wenn der Fokus des Auslesebündels links von der Datenfläche 2' liegen würde, ergibt sich das Umgekehrte und empfängt der Detektorteil A₂ bzw. B\ mehr Strahlung als der Detektorteil A\ bzw. B₂.

Wenn die Signale der Detektorteile Au Aj, B\ und B₂ durch Si, S₂, S3 bzw. S3 dargestellt werden, wird das Fokusfehlersignal S/. gegeben durch:

= (S₁ + S₄) - (S₂ + S₃).

Die Signale der Detektorteile werden, wie in Fig. 1 dargestellt ist, einer elektronischen Schaltung 20 zugeführt, in der das Signal Sc erzeugt wird. Dieses Signal wird einem Steuerkreis 21 für einen Aktuator 22 (Nachsteuer-Vorrichtung) zugeführt, mit dessen Hilfe das Objektivsystem derart verschoben werden kann, daß das Signal SfNuII wird. Der Aktuator 22 kann z. B. ein elektromechanischer Aktuator wie eine Lautsprecherspule sein, wie in F i g. 1 schematisch angedeutet ist.

In F i g. 3 ist eine Ausführungsform der Schaltung 20 veranschaulicht. Die Signale Si und S₂ werden einem Differenzverstärker 23 und die Signale S3 und S4 werden einem Differenzverstärker 24 zugeführt. Die Ausgänge der Verstärker 23 und 24 sind mit den Eingängen eines Differenzverstärkers 25 verbunden. Am Ausgang des letzteren Verstärkers wird das Signal (Si-S₂) - (S₁-S₄), somit das Signal Sf₁ erhalten.

Mit Hilfe der Detektorteile Ai, A₂, B\ und B₂ kann auch ein Lagenfehlersignal S_p abgeleitet werden, das eine Anzeige über eine Abweichung der Mitte des Detektionssystems A, B in bezug auf die Achse des Bündels gibt, wobei diese optische Achse in Fig.2a mit OO' bezeichnet ist Eine derartige Abweichung kann z. B. infolge einer Kippbewegung der Laserquelle, einer Kippbewegung eines Spiegels im optischen System usw. auftreten.

Wenn keine Mittel vorhanden sind, durch die Lagenfehler detektiert und dann korrigiert werden können, müssen beim Zusammenbau der Auslesevorrichtung bezüglich der Lage der Detektoren A und B in bezug auf die Achse des Auslesebündels sehr strenge Anforderungen gestellt werden. Wenn diese strengen Anforderungen erfüllt wären, könnte doch noch im Laufe der Zeit eine Änderung der genannten Lage durch Nachwirkungen, wie Schwindung oder Dehnung, der verwendeten Baumaterialien auftreten.

Bei einer relativen Verschiebung des Bündels des Detektionssystems verschieben sich die Strahlungsflecke Viund V₂ in bezug auf die Detektoren A und B in derselben Richtung. Wenn in den Fig.2a und 2b sich das

Bündel nach oben verschieben würde, verschieben sich die Strahlungsflecke Vi und V₂ beide nach oben. Dann würde, abgesehen von einem Fokusfehler, der Detektorieil/ti bzw. ß, mehr Strahlung als der Detektorteil A₂ bzw. B₂ empfangen. Bei einer Verschiebung des Bündels nach unten erfolgt das Umgekehrte. Das Lagenfehlersignal wird gegeben durch:

S„ = (S, - S₂) + (Si - S₄).

Wie in F i g. 3 dargestellt ist, kann dieses Signal dadurch erhalten werden, daß die Ausgangssignale der Differenzverstärker 23 und 24 im Summator 26 zueinander addiert werden. Mit dem Signal S_P kann die Lage der Trennlinie der Detektorteile A] und A₂ bzw. die Lage der Trennlinie der Detektorteile Si und B₂ in bezug auf die optische Achse nachgeregelt werden.

Es könnte in Erwägung gezogen werden, mit Hilfe des Signals S_p das Detektionssystem 18 auf mechanischem Wege zu verschieben. Dies erfordert jedoch zusätzliche elektromechanische Mittel. Es ist viel attraktiver, wie nach der Erfindung vorgeschlagen wird, die Trennlinie zwischen den Dctektorteilen auf elektronischem Wege zu verschieben.

Die in den Fig.2a und 2b als einzelne Detektoren dargestellten Detektorieile A\ und A₂ bzw. B\ und B₂ sind tatsächlich Teile eines und desselben rasterförmigcn Detektors. F i g. 4 zeigt diese rasterförmigcn Detektoren A und B. Die einzelnen Detektoren z. B. Fotodioden, der Reihen A und B sind durch Blöcke mit einem Kreuzchen darin dargestellt. Es wird angenommen, daß für die Reihe A der auffallende Strahlungsfleck Ki zu der Linie ρ symmetrisch ist. Die Detektorenreihe A wird elektronisch derart aufgeteilt, daß der Teil der Reihe links von der Linie ρ einen Detektorteii Λ, und der Teil rechts von der Linie ρ einen Detektorteil /4-> bildet (vgl. F ig. 2a).

Die elektronische Aufteilung erfolgt vorzugsweise mittels einer elektronischen Wählschaltung. Eine derartige Wählschaltung ist für andere Anwendungen in »Philips Research Reports« 30 (1975), S. 436-482 beschrieben und wird hier nur erörtert, sofern dies für ein gutes Verständnis der Erfindung erforderlich ist. Die Wählschaltung wird durch zwei Reihen R] und R₂ von 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. FJne derartige Reihe von Transistoren ist unter der Bezeichnung »RIGFET« (= 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 Größe der Spannung bestimmt, welche Transistoren einer Reihe leitend und welche nichtleitend sind. Damit ist dann auch bestimmt, von welchen Detektoren der Reihe die Ausgangssignale weitergeleitet oder nicht weitergeleitet werden, und somit auch, welche Detektoren zu dem Teil Aj und welche Detektoren zu dem Teil A^ gehören. In Fig.4 sind die nichtleitenden Transistoren durch einen leeren quadratischen Block und die ieitenden Transistoren durch einen Block mit darin einer runden Figur dargestellt.

F i g. 6 zeigt im Detail die Wählschaltung für eine Detektorenreihe. Die Transistoren einer Reihe sind mit 7", bis T]₅ und die der anderen Reihe mit Ti₆ bis T₃₀ bezeichnet, während die Fotodioden mit D₁ bis D,₅ bezeichnet sind. E] und E₂ bezeichnen die gemeinsamen Steuerelektroden für die Reihen /?, und R₂. Die Spannungsquelle Ui liefert die Speisespannung für die Transistoren. Die Widerstände Z, und Z₂ sind Belastungswiderstände. Die von den Fotodioden gelieferten und von den Transistoren durchgelassenen Ströme werden zueinander addiert und ergeben die Detektorsignale Si und S₂. Die zweite Detektorenreihe B liefert auf analoge Weise die Signale S3 und St.

Falls die Detektoren einer Reihe aus gesperrten Fotodioden 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 Ganzes bilden.

Die Spannungen U] und U₂ über die gemeinsamen Steuerelektroden derTransislorenreihen R] und R₂ sind derart gewählt, daß der nichtleitende Teil der Reihe /?, dem leitenden Teil der Reihe R2 gleich ist. Die Spannungen U] und U₂ bestehen aus einer Basisspannung i/o mit entgegengesetztem Vorzeichen für U] und U₂, der eine veränderliche Spannung U_s überlagert ist, die durch das Lagenfehlersignal S_p bestimmt wird, das aus der Schaltung nach F i g. 3 erhalten ist. Die Spannung U₁ weist für U] ein anderes Vorzeichen als für U₂ auf.

F i g. 5 zeigt den Verlauf der Spannungen U] und LZ₂ über die zugehörige gemeinsame Gate-Elektrode der Reihen Λ, U\_(p), U_2(P) und R₂. Mit U]_(Pj und U₂(P) ist der Verlauf der Spannungen für den Fall bezeichnet, daß die Trennlinie der Fotodiodenreihe die Lage ρ einnimmt. Der Pegel d ist die Schwellwertspannung, bei der die Transistoren leitend werden.

Wenn nun infoige eines Lagenfehlers des Detektionssystems sich die Strahlungsflecke V, und V₂ in bezug auf ihre Detektorenreihe A bzw. B beide nach links verschieben würden, würde das Signal S_p größer werden. Dies bedeutet dann, daß U₂ größer und U] kleiner wird, wie in F i g. 5 mit den gestrichelten Linien angegeben ist. Durch den höheren Wert von U₂ werden mehr Transistoren der Reihe R₂ leitend, während durch den kleineren Wert von U\ mehr Transistoren der Reihe R_x gesperrt werden. Die Trennlinie kommt dadurch bei q (vgl.

Fig.4) zu liegen. Auf analoge Weise 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 Detektorteile infolge eines Fokusfehlers wird durch die Verschiebung der Trennlinien nicht beeinflußt, weil das Signal S_p von einem Fokusiehler unabhängig ist.

I η F i g. 4 ist der Einfachheit halber angenommen, daß die Länge der Detektoren einer Reihe gleich ihrer Breite ist. Tatsächlich sind die Detektoren strahlungsempfindliche Streifen, deren Länge (also in F i g. 4 die Abmessung quer zu der Richtung einer Reihe und in bo Fig.2a die Abmessung senkrecht zu der Zeichnungsebene) erheblich größer als deren Breite ist Die Empfindlichkeit des Fokusfehlerdetektionssystems für Lagenfehler in der Längsrichtung der Streifen ist dann erheblich kleiner als in Richtung der Reihen der Detektoren.

Viele der früher vorgeschlagenen Fokusfehlerdetektionssysteme, z. B. das in der US-PS 40 23 033 beschriebene System, sind für Lagenfehler in einer ersten Rieh-

tung ebenso empfindlich wie für einen Lagenfehler in einer zweiten Richtung quer zu der ersten Richtung.

Die Signale Si, S₂, S₃ und S₄ der Detektorteile A), A₂, B) und B₂ können auch noch zu einem Signal:

S₁₁ = (S₁ + S₂) - (S₃ + S₄)

verarbeitet 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.

In einer Ausführungsform einer Vorrichtung nach der Erfindung, in der das Objektivsystem eine numerische Apertur von 0,45 aufwies, bestanden die Detektoren A und B aus je fünfzehn strahlungsempfindlichen Streifen mit einer Breite von 20 μπι und einer Länge von etwa 350 μπι. In dieser Vorrichtung können Abweichungen der Mitte des Detektionssystems in bezug auf die Achse des Auslesebündels in der Größenordnung von 250 μηι als zulässig betrachtet werden, während in früher vorgeschlagenen Fokusfehlerdetektionssystemen nur Abweichungen in der Größenordnung von 25 μπι zulässig waren.

Mit dem in Fig.4 dargestellten Detektionssystem, das pro Detektor fünfzehn strahlungsempfindliche Streifen enthält, kann die Trennlinie der Detektorteile sehr genau eingestellt werden. In den Fällen, in denen eine derartige genaue Einstellung nicht erforderlich ist, ist eine kleinere Anzahl strahlungsempfindlicher Streifen pro Detektor genügend. Die Detektoren weisen dann eine gröbere Rasterstruktur auf/ Dabei können dann statt der Wählvorrichtungen nach F i g. 4 einfachere Wählvorrichtungen, wie Schalter, verwendet werden.

In Fig.7 ist ein Detektionssystem mit einer kleinen Anzahl, und zwar drei, strahlungsempfindlicher Streifen Du D₂, D₃ bzw. D'u D'₂, D'i pro Detektor dargestellt. Der Ausgang des inneren Detektors D₂ bzw. D'2 ist mit der Hauptklemme eines Schalters Stvi bzw. Sw2 verbunden. In der dargestellten Lage des Schalters wird das Ausgangssignal des Detektors D₂ bzw. D'₂ zu dem Ausgangssignal des Detektors Di bzw. D\ addiert. Die Detektoren D) und Di bzw. die Detektoren D\ und D'i bilden zusammen den Detektorteil A) bzw. den Detektorteil ßi, während der Detektor Djbzw. Dj den Detektorteil A2 bzw. den Detektorteil B₂ bildet. Die Trennlinie Pi bzw. P₂ der Detektorieile liegt dann zwischen den Detektoren D₂ und Di bzw. D'₂ und D'₃. Die Ausgangssignale der Detektorteile Au A%, B) und B₂ werden wieder der elektronischen Schaltung 20 zugeführt, in der ein Fokusfehlersignal Si- und ein Lagenfehlersignal S_p abgeleitet werden. Mit dem Signal S_p kann die Lage der Schalter eingestellt werden. Wenn sich die Strahlungsflecke Vi und Vj in bezug auf die Detektoren nach links verschieben, werden die Schalter Sw₁ und Sw₂ umgelegt, so daß das Ausgangssignal des Detektors D₂ bzw. des Detektors D'2 zu dem Ausgangssignal des Detektors Dj bzw. D 3 addiert wird.

In der Vorrichtung nach F i g. 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 Strahlungsweg angeordnet werden. Das Informationssignal, das nun gleich Si + S2 + S₃ + St ist, wird wieder dem Demodulator 13 zugeführt

Die Spaltung des von der Datenfläche reflektierten Bündels in zwei Teilbündel b\ und bi kann statt mit einem optischen Keil auch mit anderen Elementen erfolgen. So kann ein völlig reflektierender Spiegel in einer Bündelhälfte des reflektierten Bündels angeordnet werden, so daß eine Bündelhälfte (b\) in der Richtung durchgelassen wird, der das ungeteilte Bündel folgen würde, während die andere Bündelhälfte (bj) in einer anderen Richtung reflektiert wird. Im Wege des Teilbündels b\ bzw. bi isi dann wieder ein rasterförmiger Detektor A bzw. Sin 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. LIm Abweichungen — in radialer Richtung — des Ausleseflecks in bezug auf eine Spur zu ermitteln, können, wie in der Dl--PS 23 20 477 der Anmelderin beschrieben ist. neben dem Auslesefleck zwei zusätzliche (Servo-)Strahlungsflecke auf die Datenfläche projiziert werden. Die Strahlungsfleckc sind derart positioniert, daß, wenn die Mitte des Ausleseflecks mit der Mitte einer Spur zusammenfällt, die Mitten der beiden Servoflecke auf den beiden Seilenkanten der Spur liegen. Jedem Servofleck ist ein gesonderter Detektor zugeordnet. Dadurch, daß die Ausgangssignale der Servodetektoren miteinander verglichen werden, können die Größe und die Richtung einer etwaigen Abweichung in der radialen Lage des Auslcseflecks in bezug auf die Spur bestimmt werden. Die Servoflecke können dadurch gebildet werden, daß im Strahlungsweg des Auslesebündels ein Raster angeordnei wird. Von diesem Raster wird das Bündel in ein (Auslese-)Bündel nullter Ordnung und zwei (Servo-) Bündel erster Ordnungen gespaltet. Ein Detektionssysiem. das neben den Detektoren für die Fokusfehlerdetcktion auch Detektoren für die radiale Lage des Strahlungsflecks enthält, kann eine in Fig.8 dargestellte Form aufweisen.

In dieser Figur ist die Richtung der Datenspuren mit dem Pfeil 29 angegeben. A und B sind die rasterförmigen Fokusfehlerdetektoren, auf die die Strahlungsflecke Vi und V₂ projiziert werden. Mit jedem dieser Flecke sind zwei Servoflecke V\, V'\ bzw. VS, V₁ fest gekoppelt. Die Servoflecke V'i und V" werden auf einen ungeteilten Detektor G und die Servoflecke Vj und V₂ auf den ungeteilten Detektor C% projiziert. Aus den Signalen der rasterförmigen Detektoren A und B können auf die oben beschriebene Weise ein Fokusfehlcrsignal. ein Lagenfehlersignal und ein Datensignal abgeleitet werden. Dadurch, daß die Ausgangssignale der Detektoren G und C₂ voneinander subtrahiert werden, wird ein radiales Fehlersignal erhalten.

Es können noch zwei Detektoren Hi und H₂ vorhanden sein. Bei kleinen Fokuslehlern werden diese Detektoren nicht beleuchtet Bei größeren Fokusfehlern, die nicht mehr von den Detektoren A und B delektiert werden können, werden die Strahlungsflecke Vi und V₂ aufgebläht und Strahlung gelangt auch auf die Detektoren H) und H₂. Dadurch, daß die Ausgangssignale dieser Detektoren miteinander verglichen werden, wird ein grobes Fokusfehlersignal erhalten.

Das Detektionssystem nach F i g. 8 ist besonders gut dazu geeignet als ein einziger integrierter Detektor mit voneinander getrennten Detektorteilen ausgeführt zu werden.

Die Erfindung kann selbstverständlich auch zum Auslesen eines bandförmigen statt eines scheibenförmigen Aufzeichnungsträgers verwendet werden.
Das Fokusfehlerdetektionssystem nach der Erfindung

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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, /. B. eine Laserquelle, die ein Strahlungsbündel 43 genügender Energie liefert. Dieses Bündel wird über die Prismen 32, 33 und 38 auf den einzuschreibenden Aufzeichni/'igsträgcrkörper 30 gerichtet und dabei von einer Objektivlinse 39 zu einem kleinen Strahlungsfleck konzentriert. Der Aufzeichnungsträgerkörper ist mit einer für die verwendete Strahlung empfindlichen Schicht 50, 7. B. einer Fotolackschicht, versehen. In dem Strahlungsweg von der Quelle 31 zu dem Aufzeichnungsträgerkörper 30 befindet sich weiter ein clckirooptischcr Modulator 34. 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 Aufzeichnungsträgerkörper projiziert.

Der Aufzeichnungsträgerkörper weist einen runden Umfang auf und wird mit Hilfe eines Motors 41 in Drehung versetzt, der mit Hilfe eine Schlittens 42 in radialer Richtung bewegbar ist, so daß z. B. eine spiralform!- ge Spur auf den Aufzeichnungsträgerkörper geschrieben werden kann.

Die Objektivlinse 39 ist in axialer, somit in senkrechter. Richtung bewegbar in bezug auf den Aufzeichnungsträgerkörper angeordnet und kann durch Erregung einer Magnetspule 22 verschoben werden. Die Größe 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 Aufzeichnungsträgeroberfläche; die Wirkung dieses Systems ist oben bereits beschrieben.

Der Aufzeichnungsträgerkörper 30 kann mit einer Strahlungsreflektierenden Fläche unter der Fotolackschicht versehen sein. Es kann ein gesondertes Hilfsstrahlungsbündel auf den Aufzeichnungsträgerkörper projiziert werden. Nach Reflexion an dem Aufzeichnungsträgerkörper passiert dieses Hilfsbündel einen haibdurchiässigen Spiegel 40 und dann einen Keil 17. Der Keil 17 erzeugt zwei Bündel, die je auf einen der Detektoren A und S einfallen.

Statt eine gesonderte Hilfsstrahlungsquelle anzuwenden, kann auch, wie in F i g. 9 dargestellt ist die von dem Aufzeichnungsträgerkörper reflektierte Strahlung des Einschreibbündeis dazu benutzt werden, die Lage der strahlungsempfindlichen Fläche des Aufzeichnungs- eo trägerkörpers in bezug auf die Fokussierungsfläche des Objektivsystems zu bestimmen.

Die Erfindung kann auch in anderen Abbildungssystemen verwendet werden, in denen die Fokussierung genau aufrechterhalten werden muß, wie in Mikroskopen.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Opto-elektronische Einrichtung zur Erzeugung eines Fokussierungssignals für ein optisches Abbildungssystem entsprechend einer Abweichung zwischen einer Strahlungsreflektierenden Räche und der Soll-Schärfeebene des optischen Abbildungssystems, mit einem im Wege eines von der strahlungsreflektierenden Fläche reflektierenden Strahlenbündels angeordneten Strahlteiler und einer hinter dem Strahlteiler angeordneten Strahlungser.npfängeranordnung, die zwei Detektoren enthält, die je einem der aus dem Strahlteiler austretenden Teilbündel zugeordnet sind, wobei die Ausgänge der Detektoren mit den Eingängen einer elektronischen Schaltung verbunden sind, in der das Fokussierungssignal aus den Detektorsignalen abgeleitet wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektoren (A, B) in einer zu der Soll-Schärfeebene optisch konjugierten Ebene angeordnet sind, daß jeder Detektor aus einem Raster von mindestens drei Photosensorelementen (Oi-Di₅; Di, D₂, D₃, D₁', D₂', D₃') besteht, daß in der elektronischen Schaltung (20) aus den Signalen (Si, S₂, S₃, £») der Photosensorelemente ein Lagefehlersignal (S_n) entsprechend einer Abweichung in der Position der Strahlungsempfängeranordnung (18) in bezug auf die Achse (OO') des reflektierten Strahlungsbündels abgeleitet wird, daß der erste (A) bzw. der zweite (B) Detektor mit einer zweiten bzw. dritten, von dem Lagefehlersignal gesteuerten Schaltung (SW₁, SW₂; 7Ί - T_x) verbunden ist, welche zweite bzw. dritte Schaltung die Ausgangssignale der Photosensorelemente des betreffenden Detektors (A, B) zu zwei Summensignalen (S\, S₂; Si, Sa) zusammenfügt und dadurch den betreffenden Detektor elektronisch aufteilt in zwei Detektorteile (A\, A₂; ßi, B₂), wobei die Aufteilung durch das Lagefehlersignal bestimm* wird.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite bzw. dritte Schaltung (SW\, SW₂) durch zwei Reihen (R_u R₂) von Feldeffekttransistoren (T\ — T\s; Γκ,— T₃₀) mit isolierter und gemeinsamer Gate-Elektrode (E₁, E₂) aus Widerstandsmaterial gebildet wird, daß bei jeder Reihe das Source-Gebiet jedes Transistors mit einem Photosensorelement (Di-Di₅) des betreffenden Detektors (A: B) verbunden ist und die Drain-Gebiete sämtlicher Transistoren miteinander verbunden sind, und daß die Spannungen über die beiden gemeinsamen Gate-Elektroden einen entgegengesetzten Verlauf aufweisen, wobei die Gate-Elektroden mit demjenigen Ausgang der elektronischen Schaltung (20) verbunden sind, an dem das Lagefehlersignal (S_p) auftritt.

3. Einrichtung zum Auslesen und/oder Einschreiben von Daten in einer Strahlungsreflektierenden Datenfläche eines optischen Aufzeichnungsträgers, mit einer Strahlungsquelle und einem Objektivsy stern zum Fokussieren eines von der Strahlungsquelle ausgesandten Strahlenbündels zu einem Strahlungsfleck auf die Datenfläche, gekennzeichnet durch eine opto-elektronische Einrichtung (17, 18, 20) nach Anspruch 1 oder 2 zur Erzeugung eines Regelsignals (Si) zur laufenden Nachregelung der Fokussierung des Objektivsystems (10) in bezug auf die Datenfläche(2).

Die Erfindung bezieht sich auf eine opto-elektronische Einrichtung zur Erzeugung eines Fokussierungssignals für ein optisches Abbildungssystem entsprechend einer Abweichung zwischen einer strahlungsreflektierenden Fläche und der Soll-Schärfeebene des optischen Abbildungssystems, mit einem im Wege eines von der Strahlungsreflektierenden Fläche reflektierten Strahlenbündels angeordneten Strahlteiler und einer hinter dem Strahlteiler angeordneten Strahlungsempfängeranordnung, die zwei Detektoren enthält, die je einem der aus dem Strahlteiler austretenden Teilbündel zugeordnet sind, wobei die Ausgänge der Detektoren mit den Eingängen einer elektronischen Schaltung verbunden sind, in der das Fokussierungssignal aus den Detektorsignalen abgeleitet wird.

Ein derartiges Fokusfehlerdetektionssystem ist in der DE-AS 12 99 134 für Anwendung in einer Vorrichtung zum Testen von Objektiven beschrieben.

Die Detektoren des strahlungsempfindlichen Detektionssystems sind in zwei Teildetektoren geteilt. Bei Auftreten eines Fokusfehlers verschieben sich die auf den Detektoren erzeugten Strahlungsflecke in entgegengesetzten Richtungen, so daß die zwei äußeren Teildetek'.oren eine andere Strahlungsintensität als die zwei inneren Teildetektoren empfangen. Ein Fokusfehlersignal wird dadurch erhalten, daß das summierte Ausgangssignal der äußeren Teildetektorcn mit dem summierten A'isgangssignal der inneren Teildetektoren verglichen wird.

Für optische Systeme, die mit einer großen numerischen Apertur arbeiten und mit denen sehr kleine Datendetails ausgebildet werden müssen, ist die Tiefenschärfe gering. Für Abbildungssysteme dieser Art, die /.. B. in Mikroskopen oder in Vorrichtungen zum Auslesen einer optischen Datenstruktur mit sehr kleinen Details oder in Vorrichtungen zum Einschreiben von Daten in einen Aufzeichnungsträger verwendet werden, ist es wichtig, eine Abweichung zwischen der Ist- und der Sollfokussierungsebene ermitteln zu können, damit anhand dieser Ermittlung die Fokussierung nachgeregclt werden kann.

Wie jetzt als allgemein bekannt vorausgesetzt werden darf, kann ein mit Hilfe optischer Strahlung auslesbarer Aufzeichnungsträger als Medium zur Übertragung von Daten, wie z. B. eines Fernsehprogramms oder eines Audioprogramms, verwendet werden. Die Datenstruktur ist dann aus spurförmlg angeordneten Gebieten aufgebaut, die sich mit Zwischengebicten abwechseln, wobei die Gebiete das Auslesebündel 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 Abmessungen, z. B. eine Breite von 0,5 μπι und eine mittlere Länge von 0,5 μηι, aufweisen. Bei einer Periode quer zu den Spuren von 1,7 μιη 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 14 cm gespeichert werden. Um die kleinen Datendetails getrennt auslesen zu können, muß die Datenstruktur mit einem kleinen Strahlungsfleck mit /. B. einem Durchmesser in der Größenordnung von 1 μηι abgetastet werden. Falls das Auslesebündel ein Laserbündel mit einer Gausschen Intensitätsverteilung ist, ist unter dem Durchmesser der Ab-