DE3604723A1

DE3604723A1 - Verfahren und vorrichtung zur optischen erfassung von informationen

Info

Publication number: DE3604723A1
Application number: DE19863604723
Authority: DE
Inventors: Takeshi Kokubunji Maeda; Shigeru Hachioji Nakamura; Atsushi Ichikawa Saito; Kazuo Saitama Shigematsu; Hisataka Kokubunji Sugiyama
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1985-03-22
Filing date: 1986-02-14
Publication date: 1986-10-02
Also published as: DE3604723C2; JPS61216127A; NL194521C; NL194521B; JP2641421B2; NL8600378A; US4743774A

Description

Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum optischen Erfassen von Informationen auf einem Aufzeichnungsmedium, in dem zur Aufzeichnung von Informationen Vertiefungen durch die Wärmeenergie eines Lichtpunkts örtlich ausgebildet sind, insbesondere zum stabilen Erfassen von Informationen auf einem Aufzeichnungsmedium, das die Informationen an Positionen aufweist, an denen Vertiefungen aufgezeichnet wurden.

Ein Beispiel für eine Vorrichtung zum Aufzeichnen und Wiedergeben von optischen Informationen mit Informationen an den Mittenpositionen von lochförmigen Vertiefungen ist in dem Artikel "Ten Billion Bits on a Disc", IEEE, SPECTRUM; August, 1979, angegeben. Für gewöhnlich sind bei dieser Art von Vorrichtung die für die Vertiefungsgröße und die Wiedergabelichtpunktgröße erforderlichen Bedingungen für eine stabile Erfassung -von Informationen und auch ein Verfahren zum stabilen erfassen der Informationen nicht bekannt.

Die Erfindung ist auf die optische Wiedergabe eines Aufzeichnungsmediums gerichtet, in dem Vertiefungen örtlich ausgebildet sind, die durch die Wärmeenergie eines Lichtpunkts ausgebildet sind, wobei Informationen an den Positionen der Vertiefungen wiedergegeben werden. Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Verfahrens und einer Vorrichtung zum

bzw. die optischen Erfassen von Informationen, das/die Informationen stabil und sicher bei geringeren Einfluß von Veränderungen der Vertiefungsgröße erfassen kann.

Da im Aufzeichnungsmedium, in dem die Informationen in Form von Vertiefungen aufgezeichnet sind, die durch die Wärmenergie des Wiedergabelichtpunkts ausgebildet sind, die Größen der auf dem Aufzeichnungsmedium aufgezeichneten Vertiefungen in Abhängigkeit von folgendem variieren: Ungleichmäßigkeiten

der Empfindlichkeit eines Aufzeichnungsfilms, Niveauänderungen der Aufzeichnungslaserenergie und Formänderungen des Aufzeichnungslichtpunkts auf Grund von Fokussierfehlern, ist es von großer Bedeutung, die Positionen der Vertiefungen stabil und genau gegenüber den Änderungen der Vertiefungsgröße zu ermitteln.

Zur Lösung dieser Aufgabe werden gemäß einem Merkmal der Erfindung die Positionen der Vertiefungen unter Verwendung eines Differentialsignals eines Erfassungssignals erfaßt , das durch Ausstrahlen eines Wiedergabelichtpunkts erzeugt wird.

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung ist die Beziehung zwischen der Vertiefungsgröße und der Wiedergabelichtpunktgröße vorgegeben, die zum stabilen und genauen Erfassen der Vertiefungspositionen erforderlich sind. Im einzelnen ist die Beziehung zwischen der Vertiefungsgröße W und der Wiedergabelichtpunktgröße W so festgelegt, daß der Bedingung 0,45 < W/W < 0,75 genügt ist. Innerhalb dieses Bereichs ist der Gradient des Differentialsignals im wesentlichen konstant und kann die Vertiefungsposition unter Verwendung nur des Differentialsignals genau ermittelt werden. Wie noch zu beschreiben und um die Vertiefungsposition unter Verwendung einer Amplitudenabnahme des ermittelten Signals genau zu ermitteln, muß die Vertiefungsgröße im wesentlichen gleich der Wiedergabelichtpunktgröße sein. Dies ergibt einen Nachteil, der vom Standpunkt der hohen Packungsdichte der Informationen unannehmbar ist. Wenn andererseits die Vertiefungsgröße kleiner als die Wiedergabelichtpunktgröße gemacht wird, variiert die Abnahme der Lichtmenge an der Vertiefungsmitte stark mit einer geringen Änderung der Vertiefuhgsgröße, was eine Beeinträchtigung der ErmittlungsStabilität ergibt. Im Gegensatz hierzu ist erfindungsgemäß die Vertiefungsgröße auf den Bereich des 0,45 bis 0,75-fachen der Wiedergabelichtpunktgröße begrenzt, so daß Änderungen des Gradienten des Dif-

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_ 9_

ferentialssignals auf etwa 10 % ihres Maximalwertes gedrückt und die Position der Informatxonsvertiefung unter Verwendung nur des Differentialsignals stabil und genau erfaßt werden können. Dies führt zu einem große Vorteil für das hochdichte Packen von Informationen und gewährleistet eine stabile und genaue Erfassung der Vertiefungspositionen gegenüber Änderungen der Vertiefungsgröße.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 bis 6d Diagramme zur Erläuterung des Erfassungsprinzips, auf dem die Erfindung beruht;

Fig. 1 ein Diagramm zur Erläuterung eines durch Strahlen eines Wiedergabelichtpunkts erzeugten Erfassungssignals;

Fig.2a und 2b die Beziehung zwischen dem Wiedergabelichtpunkt und einer Vertiefung;

Fig. 3 ein Diagramm zur Erläuterung einer Abnahme der Lichtmenge an der Vertiefungsmitte;

Fig. 4 ein Diagramm zur Erläuterung der Beziehung zwischen einem Differentialsignal und der Vertiefungsgröße;

Fig. 5 eine graphische Darstellung der Lichtmengenänderungen an der Vertiefungsmittel und eines Höchstwerts von Differentialwellenform gegenüber den Änderungen des Verhältnisses zwischen der Wiedergabelichtpunktgröße und der Vertiefungsgröße;

Fig.6a bis 6d Diagramme zur Erläuterung einer zweidimensionalen Analyse;

Fig. 7 ein Blockdiagramm eines Beispiels für eine Erfassungsschaltung zur Verwirklichung der Erfindung;

Fig. 8 ein Zeitdiagramm zur Erläuterung des Betriebs der Erfassungsschaltung von Fig. 7;

Fig. 9 ein Blockdiagramm eines weiteren Beispiels einer Erfassungsschaltung zur Verwirklichung der Erfindung;

Fig.10 ein Zeitdiagramm zur Erläuterung des Betriebs der Erfassungsschaltung von Fig. 7;

Fig.11 ein Blockdiagramm eines Beispiels einer Erfassungsschaltung zur Erfassung der vorderen und hinteren Ränder von langgestreckten Vertiefungen nach der Erfindung;

Fig.12 ein Zeitdiagramm zur Erläuterung der Erfassungsschaltung von Fig. 11;

Fig.13 ein schematisches Diagramm eines optischen Plattenspeichers;

Fig.14 eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen dem Laserleistungsniveau und der Vertiefungsgröße.

Als erstes wird das Prinzip eines Erfassungsverfahrens nach der Erfindung beschrie ban. Unter der Annahme, daß ein Wiedergabelichtpunkt 2 von gegebener Punktgröße oder gegebenem Durchmesser W sich über eine Reihe von kreisförmigen Vertiefungen von veränderlicher Dichte und unterschiedlichem Durchmesser W in Pfeilrichtung (Spurrichtung) linear bewegt, wird das Verhalten eines Ermittlungssignals 3, das die von den Vertierungen reflektierten Lichtmengen angibt, analysiert.

Um die Änderungen der Mengen des reflektiertten Lichts bei der Bewegung des Lichtpunkts 2 über den Vertiefungen 1 zu ana-

lysieren, ist streng genommen eine Berechnung der zweidimensionalen Beugung erforderlich. Da aber die Vertiefung 1 und der Lichtpunkt 2 symmetrisch zur Bewegungsrichtung des Lichtpunkts (Spurrichtung) sind, genügt eine lineare Näherung, die nur den Einfluß der Bewegung in Bewegungsrichtung in Rechnung zieht. Demnach wird eine Analyse des Ermittlungssignals beschrieben, die folgendes verwendet: eine Vertiefung mit einer Länge W = 2a in Bewegungsrichtung und einen Lichtpunkt mit einer durch eine Funktion f(x) wiedergegebenen Intensitätsverteilung in Bewegungsrichtung, vgl. Fig. 2a, wobei die Veränderliche χ eine Bewegungsstrecke darstellt.

Es sei nun angenommen, daß die Funktion f (x) durch eine Gaußsche Funktion wie folgt angegeben ist:

2 f (x) = A exp (- 2") /

wobei A eine Konstante und σ eine Standardabweichung sind. Dann kann die Funktion f (x) durch das in Fig. 2b gestrichelt dargestellte Dreieck angenähert werden. Berechnet man die ersten und zweiten Ableitungen der Funktion f(x), die gegeben sind durch

χ x²

f'(x) = -A.-4 exp (- -—~)

σ 2σ

ν² 1 χ² ) bzw. f"(x) = A exp (-^—ζ) "4" (1 - ^-~2 ·

2σ σ σ

so ergeben sich ein bei χ = +σ liegender Wendepunkt der Funktion f(x) und ein Differentialkoeffizient am Wendepunkt, der

e~:2
gleich - A ist. Folglich hat das angenäherte Dreieck die

in Fig. 2b angegebenen Scheitelkoordinaten. In diesem Näherungsfall wird die Größe W des Wiedergabelichtpunkts gleich 4σ . Dadurch, daß die Abnahme der Lichtmenge an der Mitte einer Vertiefung gleich einer in Fig. 3 schraffiert dargestellten Fläche S ist, kann diese Abnahme leicht aus der

folgenden Gleichung erhalten werden:

A -1
S(a) = fe 2 (4σ - a) x a

Die obige Funktion S(a) wird wie folgt differenziert

d £f^{x + a} f (u) du} = f (x + a) - f (x - a) dx χ - a

Diese Gleichung gibt an, daß ein Ausgabewert, der das Differential der Fläche S wiedergibt, d. h. das Differential der Abnahme der Lichtmenge, aus der Differenz zwischen f(x + a) und f(x - a) erhalten wird. Diese Funktionen f(x + a) und f(x - a) sind gemäß Fig. 4 angenähert. Aus Fig. 4 ist ersichtlich, daß bei 2a £ 2σ der Höchstwert des Differentialausgabesignals bei Änderungen der Vertiefungsgröße (W = 2a) konstant ist und bei 2a > 4σ der Nullpunkt des Differentialausgangssignals nicht ermittelt werden kann. Das Differentialausgabe signal hat die in Fig. 4 gezeigte gestrichelte Wellenform, weshalb sein Höchstwert folgender ist:

2a - 1

A e 2 für 2a < 2σ

2σ

wobei 2a die Vertiefungsgröße oder den Durchmesser, wie oben erwähnt, darstellt. Die Vertiefungsgröße ist, wie in Fig. graphisch dargestellt, auf die Änderung (Abnahme) S der Lichtmenge ( Erfassungssignal) an der Vertiefungsmitte und auf den Höchstwert des Differentialausgangssignals bezogen. In Fig. 5 stellt die Abszisse die Vertiefungsgröße 2a dar, die auf die Punktgröße W bezogen ist. Wie aus Fig. 5 ersichtlich ist, muß die Vertiefungsgröße sich 4σ nähern, damit die Abnahme der Lichtmenge an der Vertiefungsmitte durch Änderungen der Vertiefungsgröße weniger beeinflußt und zur Erfassung der Vertiefungsmittenposition stabil ver-

2a	—	1 2	1 2	für	2a
σ		für	2a
2Ae

wendet wird. Es ist mit anderen Worten erforderlich, daß die Vertiefungsgröße 2a sich der Lichtpunktgröße W nähert. Diese Forderung ist vom Standpunkt der hochdichten Packung von Informationen nachteilig. Wenn andererseits die Vertiefungsgröße kleiner als die Wiedergabelichtpunktgröße ist, dann ändert sich die Abnahme der Lichtmenge an der Vertiefungsmitte stark mit geringen Änderungen der Vertiefungsgröße, was eine stabile Erfassung der Mittenposition der Vertiefung durch Verwendung dieser Abnahme erschwert. Die in Fig. 1 gezeigte Wellenform des Erfassungssignals sagt auch deutlich aus, daß die Abnahme der Lichtmenge an der Vertiefungsmitte sich ändert, wenn sich die Vertiefungsgröße ändert. Damit das Differentialausgangssignal für denselben Zweck stabil verwendet wird, muß im Gegensatz hierzu die Vertiefungsgröße 2σ < 2a < 4σ

sein, das ist W /2 < 2a < W , ausgedrückt durch die Wiedergabes *** ~* s

lichtpunktgröße W .

Es wurden die Ergebnisse der linearen oder eindimensionalen Analyse beschrieben. Bei Ausführung einer zweidimensionalen Berechnung für eine Lichtpunktgröße, das ist (Lichtpunkt-

2
größe bei 1/e ) *W = 1,4 μπι, werden die in Fig. 6a bis 6d

gezeigten Ergebnisse erhalten. Wenn sich ein Wiedergabelichtpunkt über eine Vertiefung bewegt, wird Licht vom Aufzeichnungsmedium reflektiert und einer photoelektrischen Umwandlung unterworfen zur Erzeugung eines Erfassungssignals 10, das sich bei A an der Mitte der Vertiefung ändert, vgl. Fig. 6a.

Das "Effassun^signal 10 wird bezüglich der Lichtpunktbewegung zur Lieferung eines Differentialsignals 11 gemäß Fig. 6b differenziert, das an der Vertiefungsmitte zu Null wird. Durch Erfassung dieses Nullpunkts kann die Mittenposition der Vertiefung korrekt ermittelt werden. Wenn gemäß Fig. 6b das Differentialsignal 11 am Nullpunkt eine Amplitude D und einen Gradient B hat, kann das Verhalten der Amplitude D und des Gradienten B gegenüber Änderungen der Vertiefungsgröße W gemäß Fig. 6d beobachtet werden. Fig. 6c zeigt das Verhalten der Signaländerung A gegenüber Änderungen der Vertiefungsgröße.

Das Verhalten der Änderung A des Erfassungssignals 10 gleicht demjenigen der Amplitude D des Differentxalsxgnals 11 gegenüber Änderungen der Vertiefungsgröße, gesehen von der Achse, die die auf die Lichtpunktgröße W bezogene Vertiefungs-

größe W wiedergibt.

Die Beziehung zwischen der Vertiefungsgröße W und der Wiedergabelichtpunktgröße W , die zur genauen Erfassung der Mittenposition der Vertiefung unter Verwendung des Differentxalsxgnals 11 erforderlich ist, kann aus Fig. 6d ermittelt werden. Zur Ermittlung des Maximalpunkts des. Erfassungssignals wird der Nullpunkt des Differentialsignals 11 gemessen. Jedoch wird das Differentialsignal 11 für das Erfassungssignal 10 in Fig. 6a außerhalb der Vertiefung ebenfalls zu Null, vgl. Fig. 6b. Da her muß zur Erfassung der Vertiefungsmittenposition auf Grund des Differentxalsxgnals das Vorliegen oder Fehlen der Vertiefung erfaßt werden. Zu diesem Zweck kann eine Maßnahme ergriffen werden, bei der die Änderung A des

Erfassungssignals 10 an der Vertiefungsmitte verwendet wird. Diese Maßnahme ist jedoch praktisch unannehmbar, da die Änderung A des Erfassungssignals 10, wie aus Fig. 6c ersichtlich ist, sich stark mit den Änderungen der Vertiefungsgröße ändert. Im Hinblick auf das Obige, wird erfindungsgemäß das Vorliegen oder Fehlen der Vertiefung aus dem Differentialsignal 11 erfaßt , um die oben erwähnten Schwierigkeiten zu überwinden. Im einzelnen zieht die Erfindung einen Nutzen daraus, daß die Polarität des Gradienten B an der Vertiefungsmitte konstant ist und daß das Vorliegen oder Fehlen der Vertiefung durch Beurteilen dieses Polarität ermittelt wird.

Um ferner sicherzustellen, daß der Nullpunkt des Differentxalsxgnals 11 an der Vertiefungsmitte genau erfaßt werden kann, ist eine Beseitigung einer leeren Zone um den Nullpunkt (nämlich die Einschnürung in Fig. 6b) erforderlich. Die Einschnürung ist durch eine Änderung des Gradienten B bedingt, wobei W/W <, 0,75 erfüllt sein muß, um aus praktisehen Gesichtspunkten eine Änderung von etwa 10 % des Gra-

dienten zuzulassen, vgl. Fig. 6d.

Zusätzlich ist es erwünscht, daß die Größe des Gradients B groß ist, um Fehler bei der Erfassung des Nullpunkts des Differentialsignals 11 auf ein Minimum zubringen, die durch dem Erfassungssignal 10 überlagertes Rauschen verursacht sein könnten.

Kurz gesagt, muß für die beabsichtigte stabile Ermittlung der Gradient B sich seinem Maximalwert nähern und müssen seine Änderungen, bezogen auf die Änderungen der Vertiefungsgröße, minimal sein, was zu einem praktischen Erfordernis von W/W > 0,45 führt.

Aus dem Obigen kann geschlossen werden, daß, soweit der Bedingungen 0,45 < W/W < 0,75 Genüge geleistet ist, die Vertiefungsmittenposition unter Verwendung der Differentialsignals 11 selbst dann stabil erfaßt werden kann, wenn sich die Vertiefungsgröße ändert.

Wegen der vollständigen Kompatibilität des eindimensionalen Modells mit der zweidimensionalen Berechnung sollte die oben genannte Beziehung für die Ermittlung beibehalten werden, bei der der Wiedergabelichtpunkt die Vertiefungen in der linearen Richtung (Spurrichtung) liest.

Im folgenden wird die Bildung der Aufzeichnungslichtpunkte im einzelnen beschrieben. Fig. 13 zeigt einen wesentlichen Teil eines optischen Systems in einer Vorrichtung mit optischer Platte, die zur Verwirklichung der Erfindung verwendet wird. Der von einer Laserquelle 504 ausgesandte Lichtfluß tritt durch eine Koppellinse 503, einen Polarisationsstrahlteiler 502 und eine Viertelwellenplatte 501 hindurch und wird durch eine Objektivlinse 500 fokussiert zur Bildung eines Lichtpunkts auf einem Aufzeichnungsfilm einer um eine Drehachse 508 rotierenden Platte 509. Die Platte 509 besteht aus einem durchscheinenden Substrat und einem Aufzeichnungsfilm

Der Laserstrahl bestrahlt den Aufzeichnungsfilm durch das Substrat hindurch. Wenn die Ausgangsleistung des Laserstrahls gemäß der aufzuzeichnenden Information erhöht wird, wird das Leistungsniveau des auf den Aufzeichnungsfilm gestrahlten Lichtpunkts entsprechend erhöht.·Wenn ein solcher intensiver Lichtpunkt auf den Aufzeichnungsfilm konzentriert wird, bewirkt die durch die Laserstrahlbestrahlung erzeugte Wärme eine örtliche Verdampfung und thermische Bewegung, wobei der Aufzeichnungsfilm örtlich verformt wird. Als Ergebnis wird ein Teil des unter einem bestrahlten Bereich des Aufzeichnungsfilm liegenden Substrats freigelegt, wobei ein geschmolzener Teil des Films unter dem Einfluß der Oberflächenspannung in Umfangsrichtung gestreckt wird und im Aufzeichnungsfilm ein Loch bildet. Dieses Loch iat eine Aufzeichnungsvertiefung oder eine sogenannte Vertiefung mit veränderlicher Dichte (oder Amplitudenstruktur). Ein Aufzeichnungsfilm aus einem Te als Hauptbestandteil enthaltenden Material wird zur Bildung der Vertiefung mit veränderlicher Dichte bevorzugt als Aufzeichnungsfilm verwendet. Ein Beispiel für das Material ist durch Terao et al angegeben in "Proceedings of SPIE (Society of Photo-Optical Instrumentation Engineers), Bd. 382, (1983), S. 276-281.

Im Versuch hat das Objektiv 500 eine numerische Apertur von 0,5, ist die Lagerquelle 504 eine Laserdiode oder ein Halbleiterlaser mit einer Wellenlänge von 830 nm und wird ein Licht-

2 punkt mit einer Punktgröße von 1,6 |im ( bei 1/e der maximalen Intensität)^ auf der Oberfläche einer Platte mit einem Durchmesser von 300 mm unter Verwendung eines Aufzeichnungsfilms aus dem Te-System-Material gebildet. Wenn die Aufzeichnung unter der Bedingung erfolgt, daß die Bestrahlungszeit 100 nsec beträgt und die Drehzahl der Platte 10 Hz entspricht, wird die Beziehung zwischen dem Leistungsniveau des Aufzeichnungslichtpunkts und dem Durchmesser W eines aufgezeichneten Lochs (Vertiefungsgröße) gemäß Fig. 14 tatsächlich gemessen.

In Fig. 14 stellt die Ordinate quadrierte Vertiefungsgrößen

mit der Dimension μΐη² dar zusammen mit Vertiefungsgrößen, die aus den quadrierten Werten umgewandelt sind. Da bei diesem Beispiel die Lichtpunktsgröße W gleich 1,6 μια beträgt, liegt der bevorzugte Bereich der Vertiefungsgröße W nach der Erfindung bei W = 1,44 μΐη bis W- = 0,72 μπι. Dieser Vertie-

1 ^

fungsgrößenbereich entspricht einem Bereich der Laserleistung von 6,5 mW bis 11,7 mW, wobei erfindungsgemäß die Vertief ungsposition selbst dann genau ermittelt werden kann, wenn die Laserleistung in diesem Bereich variiert.

Gemäß Fig. 13 wird das von der Platte 509 reflektierte Licht durch ein Objektiv 500 gebündelt, durch die Viertelwellenplatte 501 geleitet und am Polarisationsstrahlteiler 502 so reflektiert, daß es vom bestrahlenden Strahl abgetrennt wird. Das vom PolarisationsStrahlteiler 502 gelieferte reflektierte Licht wird von einer Linse 505 fokussiert und von einem Photodetektor 506 zur photoelektrischen Umwandlung empfangen. Wenn zum Beispiel ein zweiteiliger Lichtdetektor oder ein dreiteiliger Lichtdetektor als Photodetektor 506 verwendet wird, kann ein Spurführungssignal ermittelt werden. Zur Ermittlung des Spurführungssignals sind zahlreiche Verfahren bekannt, von denen eines zum Beispiel in der US-PS 4 525 826 angegeben ist. Das Spruführungssignal treibt einen nicht gezeigten Galvanospiegel an, der zum Beispiel zwischen dem Strahlteiler und dem Objektiv angeordnet ist und den Lichtpunkt so steuert, daß er einer Spur auf der Platte folgt. Ferner ist bei Bedarf ein Fokussiersignaler_£assungs^systern vorgesehen, so daß ein Fokussiersignal auch unter Verwendung des reflektierten Lichts von der Platte erfaßt werden kann. Es sind verschiedene Arten von Fokussiersignaler fas sung ^systemen bekannt und z. B. in den US-PS 4 293 944 und 4 450 547 angegeben. Das Fokussiersignal treibt eine nicht gezeigte Schwingspule an, die z. B. am Objektiv 500 montiert ist und den Brennpunkt des Objektivs zum Verfolgen der Bewegungen der Platte 509 veranlaßt, wodurch eine stabile Bildung des Lichtpunkts auf dem Aufzeichnungsfilm gewährleistet ist. Das Spurführungssignal ermittlungssystem und das Fokussiersignalerfassungs^system haben keine unmittelbare Beziehung zum Gegenstand der Er-

findung und sind in Fig. 13 nicht dargestellt. Alle Komponenten 500 bis 506 oder einige von ihnen einschließlich wenigstens des Objektivs 500 sind in einem Gehäuse angeordnet, das von einer Antriebseinrichtung, etwa einem Linearmotor, radial zur Platte bewegt wird.

Die im Aufzeichnungsfilm der Platte geformten Vertiefungen werden als Ausgangssignale vom Photodetektor 506 ermittelt. Bei der Wiedergabe wird das Leistungsniveau des von der Laserquelle 504 ausgesandten Laserstrahls so abgesenkt, daß die Laserstrahlbestrahlung den Aufzeichnungsfilm nicht verformt.

Es wird nun ein Signalerfassungsverfahren nach der Erfindung unter Bezugnahme auf Fig. 7 und 8 beschrieben. Im Abschnitt (a) in Fig. 8 ist eine Reihe von Vertiefungen 21 bis 25 dargestellt, die in der oben beschriebenen Weise auf der Platte aufgezeichnet sind. Ein Signal 20 (das Ausgangssignal des Photodetektors 506 in Fig. 13), das erfaßt wird, wenn der Wiedergabelaserpunkt sich über diese Vertiefungen bewegt, hat eine beim Abschnitt (b) in Fig. 8 gezeigte Wellenform, die auf die jeweiligen Vertiefungen bezogen ist. Im einzelnen nimmt das Signalniveau in Abhängigkeit vom Vorliegen der Vertiefung ab und steigt in Abhängigkeit vom Fehlen der Vertiefung an. Dieses Signal 20 wird über einen Pufferverstärker 26 auf einen Tiefpaßfilter 27 gegeben, bei dem das Signal vom Rauschen mit Hochfrequenzen jenseits eines Signalbands befreit wird. Ein Ausgangssignal des Tiefpßafilters 27 wird auf eine Differenzierschaltung 28 gegeben, die ihrerseits ein bei (c) in Fig. 8 gezeigtes Ausgangssignal 29 erzeugt.

Dieses Differentialsignal 29 wird auf eine Schaltung 70 gegeben, die das Vorliegen oder Fehlen von Vertiefungen erfassen

kann. Diese Ausführungsform macht sich die Tatsache zunutze, daß der Gradient des Differentialsignals an einem die Vertiefungsmitte anzeigenden schwarzen Punkt negativ ist (Neigung nach rechts unten). Die Schaltung 70 enthält Kompara-

toren 30 und 31 und einen H-JT Flip-Flop 34. An den Komparatoren 30 und 31 wird das Differentialsignal 29 einer auf gegebene Niveaus L₁ und L₂ bezogenen Niveauaufteilung unterworfen, weshalb bei (d) und (e) gezeigte Signale 32 und 33 erhalten werden können. Das Signal 32 ist ein binäres Signal, das während einer positiven Wanderung des Differentxalsignals 29 unter das gegebene Niveau L₁ einen hohen Pegel bekommt, während das Signal 33 ein binäres Signal ist, das während einer negativen Wanderung des Differentialsignals über das gegebene Niveau L₂ hinaus einen hohen Pegel bekommt. Diese Signal 32 und 33 werden gemäß Fig. 7 in den D-T Flip-Flop eingegeben, um ihn in zeitliche Beziehung mit dem Anstieg des Signals 32 zu setzen und ihn in zeitliche Beziehung mit dem Abfall des Signals 33 rückzusetzen, wodurch der D-T-Flip-Flop 34 veranlaßt wird, ein bei (g) in Fig. 8 gezeigtes Ausgangssignal 35 zu erzeugen, daß nur das Vorliegen der Vertiefung anzeigt.

Andererseits wird zur Erfassung der Nullpunkte des Differentxalsignals 29 eine Schaltung 60 für die Nullpunktdurchgangserfassung verwendet. Diese Schaltung 60 enthält einen Komparator 36, eine Verzögerungsleitung 37 und eine Exklusiv-ODER-Schaltung 38. Das Differentialsignal wird am Komparator 36 einer auf das Nullnivau bezogenen Niveauaufteilung unterworfen, wobei ein resultierendes Signal über die Verzögerungsleitung 37 zu einem Eingang der Exklusiv-ODER-Schaltung 38 und unmittelbar zum anderen Eingang gegeben wird, wodurch die Exklusiv-ODER-Schaltung 38 veranlaßt wird, ein Ausgangssignal

39 zu erzeugen. .Wie bei (f) in Fig. 8 gezeigt, steigt das Ausgangssignal 39 in zeitlicher Beziehung mit den Nullpunkten an und hat eine Impulsbreite, die einem durch die Verzögerungsleitung 37 vorgesehenen Verzögerungsbetrag entspricht.

Um ein die Mittenposition der Vertiefung anzeigendes Signal zu erhalten, werden die Signale 39 und 35 in einer ÜND-Torschaltung

40 verarbeitet.

Somit kann gemäß dieser Ausführungsform die Vertiefungsmittenposition genau auf der Basis von nur dem Differentialsignal 29 des Ermittlungssignals 20 selbst dann genau ermittelt werden, wenn sich die Vertiefungsgröße mit Änderungen des Leistungsniveaus des Aufzeichnungsstrahls ändert.

In Verbindung mit Fig. 9 und 10 wird eine weitere Ausführungsform zur Erfassung ^er Vertiefungsmittenposition beschrieben. Wie bei der vorhergehenden Ausführungsform wird ein bei (a) in Fig. 10 gezeigtes Er f assung^ssignal 10 durch einen Verstärker 26, einen Tiefpaßfilter 27 und eine Differenzierschaltung 28 so geleitet, daß es in ein bei (b) in Fig. 8 gezeigtes Differentialsignal 29 umgewandelt wird. Das Differentialsignal 29 wird in die Schaltung 60 zur Erfassung des Nullpunktsdurchgangs gegeben, die von derselben Bauart ist wie in Verbindung mit der vorhergehenden Ausführungsform beschrieben, wobei ein bei (c) in Fig. 10 gezeigtes Signal 39 erhalten wird. Eine sich zur Erfassung des Vorliegens von Vertiefungen eignende Schaltung 70' enthält gemäß dieser Ausführungsform einen Tiefpaßfilter 27', eine Differenzierschaltung 28' und einen Komparator 50. Das in die Schaltung 70' eingegebene Differentialsignal 29 wird durch den Tiefpaßfilter 27' und die Differenzierschaltung 28' so geleitet, daß es in ein bei (d) in Fig. 10 gezeigtes Signal 51 umgewandelt wird. Dieses den Gradient des Differentialsignals 29 anzeigende Signal 51 wird am Komparator 50 einer auf ein gegebenes Niveau L~ bezogenen Niveauaufteilung unterworfen mit dem Ergebnis, daß ein gegebenes Niveau von gegebener Polarität aus dem Signal 51 gewählt wird, um hierdurch ein das Vorliegen von Vertiefungen anzeigendes Signal 35' zu erfassen Durch Leiten der Signale 35' und 39 durch eine Torschaltung 40 kann ein die Vertiefungsmittenposition anzeigendes Signal genau erfaßt werden.

Auf Grund der Bedingung, daß die Beziehung zwischen der Vertiefungsgröße W und der Lichtpunktgröße W der Bedingungen 0,45 < W/W < 0,75 genügt und daß innerhalb dieses Bereichs

der Gradient des Differentialsignals im wesentlichen konstant ist, können die vorhergehenden Ausführungsformen sicherstellen, daß das Vorliegen der Vertiefungen stabil erfaßt

werden kann. Folglich kann die Vertiefungsmitte genau erfaßt werden.

Wenn.auch die vorhergehenden Ausführungsformen als Beispiele zur Erfassung der Mittenposition von kreisförmigen Vertiefungen beschrieben wurden, können auch vordere und hintere Ränder von langgestreckten Vertiefungen mit an den Randteilen aufgezeichneten Informationen genau erfaßt werden unter Verwendung einer Erfassungs_Schaltung, deren Konstruktion derjenigen der in Fig. 7 oder 9 gezeigten Erfassungsschaltungsanordnung ähnlich ist. In typischer Weise ist ein auf die Vertiefungsrandaufzeichnung anwendbaren Modulationsschema so ausgelegt, daß es eine Gleichstromkomponente an einem Frequenzspektrum ausschließt. Der Grund hierfür liegt darin, daß bei der Signalübertragung eine Wechselstromkopplung notwendigerweise angewendet wird und es folglich erforderlich ist, einen Mittelwert eines Signals nach der Wechselstromkopplung am Ändern zu hindern. Wenn sich der Mittelwert ändert, dann ändern sich Punkte, die ein zur Erfassung der Randteile verwendetes Teilniveau kreuzen, wobei normale oder Stromdaten nicht erfaßt werden. Im allgemeinen können jedoch Informationen nicht mit hoher Dichte in dem von der Gleichstromkomponente befreite Modulationsscheam codiert werden. Ein auf hohe Codiereffizienz gerichtetes Modulationsschema neigt notwendigerweise dazu, eine Gleichstromkomponente zu enthalten.

Im folgenden wird somit mit Bezugnahme auf Fig. 11 und 12 ein Erfassungsverfahren dargestellt, das im Anschluß an das die Gleichstromkomponente enthaltende Modulationsschema Informationen aus einer Vertiefungsrandwiedergabe stabil erfassen kann.

Die Information wird mit einem Modulationsschema hoher Codierdichte codiert und auf der Plattenoberfläche in Form einer bei (a) in Fig. 12 gezeigten Reihe von Vertiefungen 75, 71, 72, 73 und 75 aufgezeichnet. Ein von der Vertiefungsreihe ausgehendes Erfassungssignal 80 hat eine bei (b) in Fig. 12 gezeigte Wellenform. Dieses Signal wird über einen Gleichstromverstärker 26 und einen Tiefpaßfilter 27 auf eine Differenzierschaltung 28 gegeben, die das Erfassungssignal 80 differenziert und ein bei (c) in Fig. 12 gezeigtes Differentialsignal 61 erster Ordnung erzeugt. Im wesentlichen enthält dieses Signal 61 keine Gleichstromkomponente und kann zur übertragung wechselstromgekoppelt sein. Das Signal wird mittels eines Tiefpaßfilters 27 vom Rauschen mit Hochfrequenzen befreit zur Lieferung eines Signals 61', das seinerseits zu einer Differenzierschaltung 28", einem Niveaukomparator 67 und einem Niveaukomparator 68 geliefert wird. Ein bei (d) in Fig. 12 gezeigtes Ausgangssignal 82 aus der Differenzierschaltung 28' hat die Wellenform der zweiten Ableitung des Erfassungsignals .80, wobei ihre Nulldurchgangspunkte Randteilen des Erfassungs_sig_nals 80 entsprechen. Ansteigende Ränder sind durch Kreise und abfallende Ränder durch Punkte bezeichnet. Ein bei (g) in Fig. 12 gezeigtes Signal 39, das die Nulldurchgangspunkte anzeigt, kann unter Verwendung einer Schaltung von derselben Konstruktion wie derjenigen der entsprechenden Schaltung in den vorhergehenden Ausführungsformen erhalten" werden. Die Wellenform 61 der ersten Ableitung wird der angegebenen Niveauteilung auf gegebene Niveaus L- und L~ unterworfen zur Erzeugung eines bei (e) in Fig. 12 gezeigten Signals 63 und eines bei (f) in Fig. 12 gezeigten Signals 64, die zur Beurteilung verwendet werden, ob der Rand abfällt bzw. ansteigt. Somit entspricht das Signal 63 abfallenden Rändern, während das Signal 64 ansteigenden Rändern entspricht. Das Signal 63 wird zu einem Eingang einer Torschaltung 40 geliefert, während das

Signal 64 zu einem Eingang einer Torschaltung 41 geliefert wird. Das die Nulldurchgangspunkte anzeigende Signal 39 wird zum anderen Eingang jeder der Torschaltungen 40 und 41 geliefert. Die Signale 39 und 63 werden an der UND-Tor schaltung verarbeitet zur Lieferung eines bei (h) in Fig. 12 gezeigten Impulssignals 65 für den vorderen Rand. In ähnlicher Weise werden die Signale 39 und 64 an der UND-Torschaltung 41 verarbeitet zur Lieferung eines bei (i) in Fig. 12 gezeigten Impulssignals 66 für den hinteren Rand.

Bei der Vertiefungsrandermittlung wurde experimentell bestätigt, daß die durch thermische Eigenschaften bedingte Diffusion des Aufzeichnungsfilmmaterials ausgeprägter auf die Form des hinteren Rands als auf die Form des vorderen Rands wirkt, wobei die den hinteren Rand anzeigende Signalwellenform abgestumpft wird. In diesem Fall kann die Form der ursprünglichen langgestreckten Vertiefung genau wiedergegeben werden durch Korrigieren der zeitlichen Störung der Erfassung der Position des hinteren Rands gemäß der zeitlichen Steuerung der Erfassung der Position des vorderen Rands. Dieser Vorgang erfordert eine Unterscheidung zwischen dem vorderen Rand und dem hinteren Rand, wobei in dieser Hinsicht das Erfassungsverfahren nach der Erfindung wirksam ist.

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Claims

Patentanwälte , . . .... BEETZ & PARTNER *: : . : - >-" ; ν Steinsdorfstc IP1 8.00.0. München 22 :, : : ■ ■ 81-38.477P(38.478H) 14. Februar 1986 HITACHI, LTD. 6, Kanda Surugadai 4-chomef Chiyoda-ku, Tokyo, Japan Verfahren und Vorrichtung zur optischen Erfassung von Informationen Patentansprüche

1. Verfahren zur optischen Erfassung von Informationen, gekennzeichnet

- durch Strahlen eines Wiedergabepunkts auf ein Aufzeichnungsmedium, in dem zur Aufzeichnung von Informationen eine Reihe von Vertiefungen durch die Wärmeenergie eines Lichtpunkts in einer gegebenen Richtung gebildet sind,

- durch Ausführen einer photoelektrischen Umwandlung von vom Aufzeichnungsmedium kommenden Licht zur Erzeugung eines Ausgangssignals,

- durch Erzeugen eines Differenzialsignals des Ausgangssignals und

- durch Erfassen der Positionen der Vertiefungen unter Verwendung des Differentialsignals.

2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,

- daß die Vertiefung in einer gegebenen Richtung eine Länge hat, die in den Bereich des 0,45 bis 0,75-fachen

der Länge des Wiedergabepunkts in derselben Richtung fällt.

3. Verfahren nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,

- daß aus dem Differentialsignal ein Nullpunkte des Differentialsignals anzeigendes erstes Signal erhalten wird,

- daß aus dem Differentialsignal ein das Vorliegen einer Vertiefung anzeigendes zweites Signal erhalten wird und

- daß unter Verwendung der ersten und der zweiten Signale die Mittenposition der Vertiefung ermittelt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,

- daß das ,Differentialsignal verglichen wird: mit einem gegebenen

" ersten-'Niveau zur Erzeugung eines binären dritten Sig

nals und mit einem zweiten gegebenen Niveau zur Erzeugung eines binären vierten Signals, und

- daß das zweite Signal erhalten wird unter Verwendung des Anstiegs eines der dritten und vierten Signale und des Abfalls des anderen Signals.

5. Verfahren nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,

- daß das Differentialsignal zur Erzeugung eines Signals weiter differenziert wird, wobei dieses Signals zur Erzeugung des zweiten Signals mit einem gegebenen Niveau verglichen wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,

- daß das Differentialsignal zur Erzeugung eines Signals weiter differenziert wird zur Erzeugung eines die Nullpunkte dieses Signals angebenden ersten Signals,

- daß das Differentialsignal verglichen wird: mit einem ersten gegebenen Niveau zur Erzeugung eines binären dritten Signals und mit einem zweiten gegebenen Niveau zur Erzeugung eines binären vierten Signals, und

- daß unter Verwendung der ersten und der dritten Signale eine Vorderkantenposition der Vertiefung und unter Verwendung der ersten und der vierten Signale eine Hinterkantenposition der Vertiefung ermittelt wird.

7. Vorrichtung zur optischen Ermittlung von Informationen, gekennzeichnet

- durch ein Aufzeichnungsmedium (509), in dem zur Aufzeichnung von Informationen eine Reihe von Vertiefungen 1; 21-25) durch die Wärmeenergie eines Lichtpunkts in einer gegebenen Richtung aufgezeichnet ist,

- durch eine Lichtquelle (500-504) zum Strah- ^ len eines Wiedergabepunkts (2) auf das Aufzeichnungs- » medium (509),

- durch eine Einrichtung (506) zum Ausführen einer photoelektrischen Umwandlung von vom Aufzeichnungsmedium (509) kommenden Licht,

- durch eine mit der Differenz iereinrichtung verbundene erste Einrichtung (60) , die aus dem Differentialsignal ein Signal (39) erzeugt, das die Nullpunkte des Differentialsignals angibt,

- durch eine mit der Differenz iereinrichtung verbundene zweite Einrichtung (70-70¹), die aus dem Signal ein Signal (35; 35¹) erzeugt, das das Vorliegen der Vertiefungen angibt, und

- durch eine auf die Ausgangssignale der ersten und der zweiten Einrichtung ansprechende dritte Einrichtung (40) , die die Position der Vertiefungen ermittelt.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet,

- daß die Vertiefung in der gegebenen Richtung eine Länge

360A723

hat, die in den Bereich des 0,45 bis O,75-£achen der Länge des Wiedergabepunkts in derselben Richtung fällt.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet,

- daß die erste Einrichtung (70) folgendes aufweist:

eine erste und eine zweite Vergleichseinrichtung (30, 31) zum Vergleichen des Differentialsignals mit ersten bzw. zweiten Niveaus (L₁,L), und eine mit der ersten und

zweiten Vergleichseinrichtung (30, 31) verbundene Einrichtung (34) zum Erzeugen eines binären Signals (35) aus dem Anstieg eines Ausgangssignals (32) einer (30) der beiden Vergleichseinrichtungen (30, 31) und aus dem Abfall eines Ausgangssignals (33) der anderen (31) der beiden Vergleichseinrichtungen (30, 31).

10. Vorrichtung nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet,

- daß die zweite Einrichtung (70¹) folgendes aufweist: eine Differenziereinrichtung (29') zum Differenzieren des Differentialsignals und eine Vergleichseinrichtung (50) zum Vergleichen eines Ausgangssignals (51) der Differenziereinrichtung (28') mit einem gegebenen Niveau (L₃) .

11. Vorrichtung nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet,

- daß die erste Einrichtung folgendes aufweist: eine dritte Vergleichseinrichtung (36) zum Vergleichen des Differentialsignals mit dem Nullniveau, eine Verzögerungseinrichtung (37) zum Verzögern eines Ausgangssignals der dritten Vergleichseinrichtung um einen gegebenen Verzögerungsbetrag und eine mit der Verzögerungseinrichtung verbundene Einrichtung (38) zum Erzeugen von Impulsen (39), die einem Anstiegzeitpunkt

der dritten Vergleichs-

einrichtung entsprechen und eine Breite haben, die dem Verzögerungsbetrag der Verzögerungseinrichtung entspricht.

12. Vorrichtung nach Anspruch 8,
gekennzeichnet

- durch ein Aufzeichnungsmedium (509), in dem zum Aufzeichnen von Informationen eine Reihe von Vertiefungen (1; 71-75) durch die Wärmeenergie eines Lichtpunkts in einer gegebenen Richtung ausgebildet ist,

- durch eine Lichtquelle (500-504) zum Strahlen eines Wiedergabelichtpunkts auf das Aufzeichnungsmedium (509),

- durch eine erste Einrichtung (506) zum Ausführen einer photoelektrischen Umwandlung des vom Aufzeichnungsmedium (509) kommenden Lichts,

- durch eine erste Differenziereinrichtung (28) zum Erzeugen eines ersten Differentialsignals (61) eines Ausgangssignals (80) der photoelektrischen Umwandlungseinrichtung,

- durch eine mit der ersten Differenziereinrichtung (28) verbundene zweite Differenziereinrichtung (28') zum Erzeugen eines zweiten Differentialsignals des ersten Differentialsignals ,

- durch eine mit der zweiten Differenziereinrichtung verbundene zweite Einrichtung (60) zum Erzeugen eines Signals (39), das die Nullpunkte des zweiten Differentialsignals angibt,

- durch eine mit der ersten Differenziereinrichtung (28) verbundene erste Vergleichseinrichtung (67) zum Vergleichen des ersten Differentialsignals mit einem ersten gegebenen Niveau (L₁),

- durch eine mit der ersten Differenziereinrichtung (28) verbundene zweite Vergleichseinrichtung (68) zum Vergleichen des ersten Differentialsignals mit einem zweiten gegebenen Niveau (L₂) und

durch eine dritte Einrichtung (40, 41), die auf das Ausgangssignal (39) der zweiten Einrichtung (60) und auf Ausganssignale (63, 64) der ersten und der zweiten Vergleichseinrichtung (67; 68) anspricht zum Ermitteln der Position der Vertiefungen (1; 71-75).