DE3134100A1

DE3134100A1 - "optoelektronisches fokussier- und nachfuehr-detektionssysytem"

Info

Publication number: DE3134100A1
Application number: DE19813134100
Authority: DE
Inventors: Ikuo Hirakata Osaka Matsuda
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1980-08-29
Filing date: 1981-08-28
Publication date: 1982-06-09
Also published as: JPS5744236A; FR2489574A1

Description

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Optoelektronisches Fokussiert und Nachführ-Detekt ion ssy Stern

Die vorliegende Erfindung betrifft eine optoelektronische Anordnung zum Speichern und Wiedergeben von Informationen auf der Informationsoberflache einer Platte wie beispielsweise einer Video- oder NF~Bigitalj»latte. Im folgenden sei die Anordnung kurz aLs "optische Wiedergabevorrichtung" bezeichnet. Die Erfindung betrifft insbesondere ein optoelektronisches Fokussier- und Nachführsystem für die optische Wiedergabevorrichtung.

Für .,die folgende Beschreibung soll "Fokus&ier-Detektionssystem" ©ißfe.Anordnung beseicfyftfen_f die die Abweichung der Informations-

OfedsktaVlinse bezeichnet; das "Nachführist ein System zum Bestimmen der seitlichen Äbweiöhüng der Spur Von einem fokussierten Laserpunkt.

Es sind zahlreiche optoelektronische Fokussier- und Nachführsysteme vor ge !Schlagen worden» Die vor liegende Erfindung benutzt aie Kombination des ^HKantenverfahrens" für die Fokussier-Detektion und des "Fernfeldverfahrens" für die Nachfuhrdetektion,. Eine typische optische Anordnung, die unter Verwendung dieser beiden Verfahren arbeitet, ist bereits in Jour. A.E.S., Vol. 28, No. 6, S. 429, Juni 1980, vorgeschla-

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gen worden. Dieser Vorschlag enthält zwei separat angeordnete Photodetektoren für die Fokussier- und die Nachführdetektion. Obgleich diese Anordnung sehr einfach ist, müssen die Photodetektoren äußerst präzise justiert werden. Es ist immer erwünscht, die Anzahl der zu justierenden optoelektronischen Teile äo gering wie möglich zu halten. Bei einer optischen Anordnung zur Fokussier- und zur Nachführdetektion, die mit dem Kanten-^ und dem Fernfeldverfahren arbeitet, ist es im allgemeinen nicht möglich, nur einen Photodetektor zu verwenden, da der Photodetektor im kantenverfahren im Brennpunkt der Linse liegen muß, die den reflektierten Strahl fokussiert, während beim Fernfeldverfahren der Photodetektor nicht im Brennpunkt der den reflektierten Strahl fokussierenden Linse liegen darf.

Es ist das Ziel der vorliegenden Erfindung, bei Anwendung des Kanten- und des Fernf-eldverfahrens ein optoelektronisches Fokussier*- und Nachfühtfdetektionssystem anzugeben, das mit nur einim Photodetector arbeitet und dadurch den Aufwand zur PräzisicSrigrjustage des Photodetektors senkt.

Die Erfindung soll nun urtter Bezug auf die beigefügte Zeichnung ausführlich erläutert werden.

Fig. 1 zeigt eine -schematisehe Darstellung der optischen Wiedergabeanordnung?

Fig. 2 zeigt schematisch die Arbeitsweise des nach dem KantenVerfahren arbeitenden Fokussierdetektionssystemsj

Fig. 3 zeigt die optische Anordnung und die Funktionsweise des Fernfeld-itfachführdetektionssystems;

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Fig. 4 zeigt schaubildlich den Aufbau des Fokussier- und Nachführdetektionssystems nach der vorliegenden Erfindung;

Fig. 5 zeigt die Strahlpunktgestalt und die optische Leistungsverteilung auf einem Photodetektor,, der nach der vorliegenden Erfindung eingesetzt wird?

Fig. 7 und 8 zeigen alternative Anordnungen des Keilprismas, das in dem System nach der vorliegenden Erfindung einsetzbar ist;

Fig. 9 zeigt eine weitere alternative Anordnung des Photodetektors für das System nach der vorliegenden Erfindung«

In der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform einer optischen Wiedergabeanordnung weist die Platte 1 eine kreisrunde oder spiralförmige Spur mit Informationsgrübchen auf und wird mit einem Motor 2 gedreht» Eine optoelektronische Vorrichtung 3 weist einen Laser 4, eine Kollimatorlinse 5, einen Strahlteiler 6, eine Objektivlinse 7, eine Linsengruppe 8 und einen Phtodetektor 9 auf. Die optische Bahn der optoelektronischen Vorrichtung 3 hat einen ersten Teil 10, in dem ein Laserstrahl 12 auf die Scheibe 1 geworfen und dort fokussiert und der von der Platte 1 reflektierte Laserstrahl zurückgeführt werden, sowie einen zweiten Teil 11, in dem der reflektierte Strahl 13 auf den Photodetektor 9 geworfen wird. Die optische Leistung des reflektierten Strahls 13 wird von den Grübchen in der Spur der Platte 1 so moduliert, daß die auf der Platte 1 gespeicherte Information sich er-Lcuiuun und iuiL dotti L'hoLodutektor 9 zu einem elektrischen Signal umwandeln läßt.

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Die optoelektronische Anordnung 3 braucht eine Regelung, um den.fgkussierten Laaerpunkt 14 auf der Oberfläche der Platte 1 oder die Qtsjekiiivlih&e 7 in einer präzisen Lage hinsichtlich der Spur zu haltöhi Diese Regelung enthält eine Fokussier- und Nachfühtregelung, die die Auslenkung und Exzentrizität der Platte auffängt'. Dabei wird aus dem vom Photodetektor 9 gelieferten elektrischen Signal e,in Regelsignal· abgeleitet.

Die optoelektronische Anordnung und die Arbeitsweise des Fokussier- und Machführdetektionssystems nach der vorliegenden Erfindung sollen anhand der Fig. 2 Und 3 erläutert werden.

Die Fig. 2 zeigt die grundsätzliche Anordnung des nach dem Kantenverfahren arbeitenden Fokussierdetektionssystems. Diese Figur zeigt nur den zweiten Teil 11 der Fig. 1. Der reflektierte Strahl 13 durchläuft die Linsengruppe 8 und wird etwa zur Hälfte von einem Kantenprisma 15 abgeblendet 1 Die andere· Strahlhäifte fällt auf den Photodetektor 9» Die Linsengruppe 8 fokussiert de"h reflektier.ten Strahl 13 mindestens in einer Richtung, die.rechtwinklig.2Ür Richtung sowohl des KantenprrismaS 15.äle auch» der· optischen Achse liegt. Der Photodetektof 9 ist-zu mindestens· zwei Detektor flächen 9a, 9b aufgeteilt. Die Trerihungslinie zwischen den Bereichen 9a, 9b sollte parallel zürn Kahtenprisma 15 verlaufen. Die von den Detektorbereichen 9a, 9b gelieferten elektrischen Signale seien mit (a) und (b) bezeichnet.

Die Fig. 2a sjeigt den Fall·,' daß die (nicht gezeigte) Platte genau im Brennpunkt der Objektivlinse, d.h. in der Soilage läuft. Der Photodetektor 9 ist so angeordnet, daß der Brennpunkt des fokussierten reflektierten Strahls 13 direkt auf der Trennungslinie zwischen den Detektorbereichen 9a, 9b liegt. Verschwindet in diesem Fall der Fokussierfehler,

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optische keistungsänteile auf die Detektorbereiche 9a, §b, so daß auch die elektrischen Signale (ä) und (b)' gleich sind tind ihre elektrische Differenz (a - b) gleich null ist.

Die Fig. 2b/ 2σ zeigen den Fall eines Fokussierfehlers. Liegt-, wie di<§ Fig. 2b äeigt, die (nicht gezeigte) Objektivlinse zu nahe an der Platte, wird der reflektierte Strahl 13 hinter dem Photodetektor 9. fokussiert. Der reflektierte Strahl 13 fällt stärker auf den Detektorbereich 9a als auf den Detektorbereich 9b? das Signal (a). ist also stärker als das Signal (b) und daä Differenzsignal (a- b) ist gröBer als null. Liegte wie die Fig. 2c zeigt, die Objektivlinse von der Platte 2u weit entfernt, Wird der reflektierte Strahl 13 vor dem Photodetektor 9 fokussiert und der Strahl 13 fällt stärker auf den feereich 9b als auf den Bereich 9a. Das Signal (a) ist also schwächer als das Signal (b) und das Differenzsignal (a - b) kleiner als null und ändert seinen Betrag und Sein Vorzeichen je nach der Richtung des Fokussierfehlers, Sd daß sich diö Fofcüsöierregelung mit dem Signal (a - b) ansteuern . läßt.

im föigenöeh wlfd der Ausdruck "projiziert© Spurrichtung¹' verwendet. Dafe&i handelt es sich um di§ Richtung des Bildes einer Spur, die auf die zur Achse des reflektierten Strahls (zweiter Teil) rechtwinklige Bildebene ("imaginal plane") projiziert ist.

Fig. 3 Keigt das nach dem Fernfeldverfahren arbeitende Nach-fÜhrsystero. Der Strahl 13 durchläuft - von der Informationsspur 17 und den beiderseits dieser liegenden Flächen reflektiert - die Ö&jektivlinse 7 und die Linsengruppe 8 und fällt auf einen Photodetektor 18. Der Photodetektor 18 liegt rechtwinklig zur Achse des reflektierten Strahls 13 außerhalb

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/ in dem der reflektierte Strahl 13 rechtwinklig üBtsiir gsröjizierteft Sgur^iohtung fokussiert-ist<

Die Fig¹» 3ä äöift ään. Fäll·], flaß keiü Nachfuhrfehler vorliegt, lh diesem, fäll ,ist die optische LeistungsVeEteilung auf dem Photodetektor 16 -(im reehtöti Winkel zur projizierten Spurrichtung gemessen) symmetrisch; dies ist in Fig. 3d gezeigt.

Flg. 3b und 3c zeigen den Strahlgang beim Vorliegen eines Nachführfehlers und einer geringen Auslenkung des fokussierten Strahlpunkts im rechten Winkel beiderseits der Spur; die optische Leistungsverteilung auf dem Photadetektor 18 hierfür ist in den Fig. 3b¹ und 3c" gezeigt. In beiden Fällen ist die Leistungsverteilung auf dem Photodetektor 18 asymmetrisch zu einer Ebene, die rechtwinklig zu sowohl der optischen Achse als auch der projizieren Spurrichtung liegt. Vergleicht mail Fig. 3b¹ mit Fig. 3c¹, erkennt man, daß sie sich nach der Seite unterscheiden, auf die mehr optische' Leistung fällt ι Man kann also ein Nächführfehlersignal erzeuget/ inäem irtan den Ptiötodetektor 18 aus mindestens zwei Detektorbereichen 18a, 18b aufbaut, wie sie die Fig. 3d aeigt. Die Irennungsliftiö zwischen den Detektorbereichen 18a, 18b'sollte dabei parallel zur projizierten Spurrichtung verlaufen. Es seien.JJie vöh'äeii Bereichen 18a, 18b gelieferten elektrischen Signale.mit (c) bzw. (S.) bezeichnet. Erzeugt man ein..piffetenzsignal <σ-.^Λ d) _r ändern sich dessen Größe und Vorzeichen entsprechend der Richtung des Nachführfehlers/· so daß eich die NachfÜhrregelüng mit diesem Signal (c - d) ansteuern läßt.

Die Fig. 4 zeigt eine optische Anordnung nach der vorliegenden Erfindung. Dabei ist die Fig. 4& eine Seitenansicht aus einer sowohl zur optischen Achse.als auch zur projizierten

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ä*@<ghiw£ft}£|ig©n .Richtung. Die' projizierte Spuriöfe In der'Fig. 4a mit dem Pfeil P gezeigt. Fig. 4b ist eine weitere Seitenansicht aus einer 2Ur optischen Achse rechtwinkligen und -iixt -prejlz'ierten Spurrichtung F parallelen Sisthtunf» Uin Teil des reflektierten Strahls 20 wird von einem Xantenprisffia -21 abgeblendet, ber verbleibende Strahlteil durchläuft eine Linse 22 und eine Zylinderlinse 23 und fällt auf einen Photodetektor 24. Die Richtung der Kante 26 des Prismas 21 und der Achse der zylindrischen Linse 23 sind rechtwinklig zur projezierten Spurrichtung P eingestellt. Die Linse 22 und die zylindrische Linse 23 sind so angeordnet, daß sie einen astigmatisch fokussierten Strahl mit zwei Brennpunkten A, B' bilden. Die Punkte A, B sind Brennpunkte, wo dor reflektierte Strahl zur Richtung F bzw. rechtwinklig zu F fokussiert wird.

Vergleicht man Fig. 4a mit Fig. 2, sieht man, daß sie im Prin2;ip^y'die .gleiche optische Anordnung darstellen. Die Korabination _>/dir Linse 22 mit der zylindrischen Linse 23 in Fig. 4ä übt äie gleich© ,Funktion v/ie die Linse 8 in Fig. 2 aus. Der FökußSterfehles läßt sich also mit der in Fig. 4a gezeigten Anordnung ef£aSiifi.

Vergleicht man weiterhin Fig»4b mit Fig. 3}sieht man ebenfalls, daß sie im wesentlichen die gleiche optische Anordnung zeigen. Die Linse 22 Entspricht also der Linse 8 in Fig. 3. Das Kantenprisma 21 und die Zylinderlinse 23 haben in Fig. 4b keine optische Funktion. Der Nachführfehler läßt sich also mit der optischen Anordnung in Fig. 4b erfassen.

Fig* 5 zeigt, wie man das Fokussier- und Machführ-Fehlersignal mit einem einzigen Photodetektor (vergl. Fig. 4) erzeugen kann. Der Photodetektor 24 liegt im Brennpunkt A der Fig. 4.

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Fig. 5 zeigt, den.phqto.detHetor 24 und die Gestalt des reflektierten ,Bildpunktes in Richtung der optisöhön Achse gesehen. Der Photodetektor 24 ist zu vier Detektoiibereichen 24a, 24b, 24c, 24d unterteilt, und zwar mittels zweier Trennungslinien 25a, 25b, die einander fast·genau rechtwinklig schneiden. Die Trennungßlinie 25a ist·parallel zur projizieirten Spurrichtung (Pfeil F) gelegt. Die Gestalt des reflektierten Strahlpunkts 26 auf dem Photodetektor 24 ist gestrichelt angedeutet. Es seien die von den Detektorbereichen 24a, 24b, 24c, 24d erzeugten elektrischen Signale mit (e), (f), (g) bzw. (h) bezeichnet. Dabei entsprechen die Signale (e +. f) und (g + h) den Signalen (a) bzw. (b) der Fig. 2a, die Signale (e + h) und (f + g) den Signalen (c) bzw. (d)" der Fig. 3; das Signal ((e + f) - (g + h)) entspricht also dem Signal (a - b) in Fig. 2 und wird das Fokussierfehlersignal, während das Signal ((e + h) - (f + g)) dem Signal (c - d) in Fig. 3 entspricht und das Nachführfehlersignal wird.

Die Fig. 5a ätellt den Fall dar, daß die Platte im Brennpunkt der Qbjektivlinöe,liegt und .der Strahl genau auf der Spur auf der Platte liegt, d.h.-weder ein Fokussier- noch ein Nachführfehler Vorliegen». In diesem Fall hat der Strahl auf dem Phofcodetektor 24 die Gästalt einer kllipse mit sehr langer großer Achse (Fig. 5a). Sowohl in Richtung F als auch im rechten Winkel hierzu sind die optischen Leistungen zu den Trennungslinie 25b bzw. 25a symmetrisch verteilt. Die Signale .(e), (f), (g) und (h) sind also untereinander gleich, die Signale ((e + £) - (g + h)) sowie ((e + h) - (f + g)) gleich null. Man erhält also weder ein Foküssier- noch ein Nachführfehleröignal.

Den Fall eines Fokussierfehlers zeigt die Fig. 5b. Die optische Leistung ist nun zur Trennungslinie 25b asymmetrisch

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; verteilt> die Signale .(e) tmä Cf) sind stärker als die Signale (g) und (h) und ttäs Fokusgierfehlersignal ( (e + f) - (g 4 h)) wird'ungleich null. ..Bötrag und Vorzeichen des Fokussierfohlersignals kennzeichnen die Größe und die Richtung des Fokussierfehlers.

Die Fig. 5c zeigt den Fall eines Nachführfehlers bei dem gleichen Fokussierfehler wie in Fig. 5b. Die optische Leistung ist asymmetrisch zur TifennungSlinie 25a verteilt, die Signale (β) und (h) sind stärker als die Signale (f) und (g) und das Nachführfehlersignal ((e + h)■- (f + g)) wird ungleich null. Betrag und Vorzeichen des Nachführfehlersignals bezeichnen die Größe und die Richtung des Nachführfehlers.

Die Richtung des Kantenprismas 21 und die der Achse der zylindrischen Linse 23 liegen hierbei im rechten Winkel zur projizierten Richtung F der Spur. In dieser Anordnung verlaufen die Richtungen/ in denen sich die optischen Leistungen nach dem Kantenverfahren einerseits und dem Fernfeldverfahren andererseits ändern, rechtwinklig zueinander. Aus diesem Grund sind also das Foküssierfehlersignal und das Nachführfehlersignai voneinander vollständig entkoppelt.

: Die Fig.. 6 zeigt eine alternative Anordnung von Linsen nach der vorliegenden Erfindung* bei der die Linse 22 der Fig. 4 entfallt; die Brennweite der Linse 22 der Fig. 4 wird also unendlich. In diesem Fall wird der reflektierte Strahl 20 nicht rechtwinklig zur projizierten Spurrichtunq fokussiert.. Die Anordnung genügt jedoch allen Anforderungen des unter Bezug auf die Fig. 2 und 3 erläuterten Kanten- und auch des Fernfeldverfahrens. Um eine schnelle Fokussiert und Nachführregelung zu gewährleisten, muß der Photodetektor so klein wie möglich sein. Die in Fig. 6 gezeigte Anordnung benutzt

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jedoch nur eine Linse, Ütti den Aufwand zu verringern.

Fig. 7 un.cL θ· geigen ^ei alternative Anordnungen der Linsen und der keilartigen Prismen beim Fokussier- und Nachführdetektionssystem nach der vorliegenden Erfindung. Dabei ist in Figi 7b und 8b die Gestalt der jeweils ausgeleuchteten Fläche 25, 2S¹, 25" Auf dfen !ehö^oaetektoreii 24, .24', 24" dargestellt. Die keilartigen Prismen 21', 21" sind aus transparentem Materials wie Glas oder Kunststoff gefertigt. Zur übersichtlicheren Darstellung ist nur eine Seitenansicht gezeigt, und zwar im rechten Winkel zur projezierten Spurrichtung P gesehen. Die keilartigen Prismen 21', 21" werden verwendet, um den reflektierten Strahl 20 zu zwei Strahlen 20'a, 20'b bzw. 20"a, 2 0"b aufzuteilen. Die Kanten 26', 26" der Prismen 21', 21", die im reflektierten Strahl 20 liegen, verlaufen ebenfalls rechtwinklig zur projizierten Spurrichtung F. Die keilartigen Prismen 21', 21" arbeiten wie das in Fig.. 4 gezeigte Kantenprisma, so daß sich die Fokussier- und Nachführregelsignale aus den Signalen (e') , (f), (g¹) und (h¹) in Fig. 7b sowie -(e")t (f"), (g") und(h") in Fig. 8b ableiten lassen. Die Signale (i¹) in Fig. 7a sowie (i") in Fig. 8b aus den Photodetetetaren 24' bzw. 24" lassen sich zur Wiedergabe der in iäer' Platte gespeicherten Informationen verwenden.

Die Fig. 9 zeigt eine hinsichtlich der Fig. 7, 8 alternative Photoöetektoranordnung·. Dabei sind beide Photodetektoren 24, 24"' zu vier Detektorbereichen aufgeteilt. Da die beiden getrennten reflektierten Strahlen 20'a, 20'b in Fig. 7 sowie 20"a, 20"b in Fig. 8 Informationen über den Fokussier- und den Nachführfehler enthalten, kann man die Fokussier- und Nachführfehlersignale unter Verwendung beider Photodetektoren 24, 24"' erzeugen. Dabei braucht es sich nicht um zwei separate Photodetektoren zu handeln; sie lassen sich zu einem einzigen Photodetektor zusammenfassen bzw. auf einem einzigen

Photodetektor aiasbilden. In diesem Fall hat der Pho todetek Lor acht Detektorbeiöiche»

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Claims

MATSUSHITA ELECTRIC INDUSTRIAL COMP., LTD.,

Kadoma, Osaka, Japan

Patentansprüche

Ί .) Optoelektronisches Fokussier- und Nachführ-Detektionssystem für eine mit Speicherplatten arbeitende optische Informationsauf zeichnungs- und Wiedergabevorrichtung, gekennzeichnet durch eine einen Laserstrahl erzeugende Einrichtung, die den Laserstrahl auf die Speicherplatte richtet, ein keilförmiges Prisma, das einen Teil des von der Speicherplatte reflektierten Strahls abtrennt und dessen eine Kante rechtwinklig zur projizierten Richtung der Spur auf der Platte verläuft, eine Linsenanordnung, die mindestens ein Fokussierbild des reflektierten Strahls zu einer länglichen Ellipse formt, deren Längsrichtung rechtwinklig zur projizierten Spurrichtung liegt, und durch eine Photodetektoreinrichtung dort, wo das fokussiert© Bild des reflektierten Strahls gebildet wird, die zu einer Vielzahl von Detektorbereichen durch sich rechtwinklig kreuzende Trennungslinien unterteilt ist, von denen eine rechtwinklig zur pro j lasierten Spurlinie auf der Platte verläuft, wobei die den Laserstrahl erzeugende

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Einrichtung, das Priöma, die Linsenanordnting und die Photodetektöreinrichtüiig' e'iiie optische Bahn bilden.
2. System nach Artsprudh 1, dadurch gekennzeichnet _r- daß das Prisma einen Teil des reflektierten Strahls abblendet.
3. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Prisma einen Teil des reflektierten Strahls bricht.
4* System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei der Linsenanördnung um eine zylindrische Linse handelt.
5. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Linsenanordnung aus zwei zylindrischen Linsen zusammensetzt.
6. System naeh Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Linsenaiioiidnung sich aus einer zylindrischen und einer konvexeh Linse zusammensetzt.
7. System nach Anspruch 1₇ dadurch gekennzeichnet, daß die Photodetek-feoreinriehttang siäh aus zwei Photodetektoren zu-Sammöfiß6t2it/ die von den beiden sich kreuzenden Trennungslinien 2u ; jeweils Vidr.. Detektorbereichen unterteilt sind. "
8. System nach Anspruch 1; dgdurch gekennzeichnet, daß es sich, bei der Photodetektoreinrichtung um einön Photodetektor handelt, der von zwei siöh rechtwinklig kreuzenden Trennungslinien zu vier Detektorbereichen unterteilt ist.