DE3637947A1 - Optische schreib/lese-vorrichtung - Google Patents

Optische schreib/lese-vorrichtung

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Description

Die Erfindung betrifft eine optische Schreib/Lese-Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Bei optischen Schreib/Lese-Vorrichtungen, bei denen Daten mit Hilfe eines Lichtstrahls von einem optischen Aufzeich­ nungsmedium gelesen werden, unterscheidet man im Stand der Technik zwischen einem Reflexionstyp, der auf dem Kerr- Effekt beruht, und einem Transmissionstyp, der auf dem Faraday-Effekt beruht.
Der Reflexionstyp, der den Kerr-Effekt ausnutzt, gestattet das Lesen von auf einem optischen Aufzeichnungsmedium ge­ speicherten Daten mit Hilfe von Licht, das von dem opti­ schen Aufzeichnungsmedium reflektiert wird. Diese Art optischer Schreib/Lese-Vorrichtungen besitzt folgende Un­ zulänglichkeiten:
  • 1. Sie erfordert ein kompliziertes optisches System, und linear polarisiertes Licht muß in elliptisch polarisiertes Licht transformiert werden. Will man diesen Nachteil ver­ meiden, benötigt man viele spezielle optische Elemente mit nur geringer Phasendifferenz zwischen der P-Komponente und der S-Komponente von polarisiertem Licht.
  • 2. Der Strahlerzeuger muß eine hohe Ausgangsleistung be­ sitzen, da nur ein geringer Anteil als Ausgangslicht aus der Objektivlinse austritt.
Zur Lösung der vorgenannten Probleme wurde die den Faraday- Effekt ausnutzende optische Schreib/Lese-Vorrichtung des Transmissionstyps geschaffen. Fig. 2 zeigt in einer sche­ matischen Darstellung eine solche Vorrichtung. Über einen Eingangsanschluß 120 eingegebene Daten werden einem Lasertreiber 117 und einer Magnetsteuereinrichtung 116 zu­ geführt. Die Magnetsteuereinrichtung 116 bewirkt, daß eine Spule 111 das optische Aufzeichnungsmedium 101 in die ge­ wünschte Schreibrichtung magnetisiert. Der Lasertreiber 117 bewirkt, daß eine Laserdiode 103 einen Strahl abgibt, der über eine Kollimatorlinse 104, ein Totalreflexions­ prisma 108 und ein Objektiv 109 auf das optische Aufzeich­ nungsmedium 101 gestrahlt wird, um dessen Temperatur im fokussierten Strahlpunkt zu erhöhen. Wenn die Temperatur in die Nähe des Curiepunkts steigt, wird die Magnetisierung des optischen Aufzeichnungsmediums 101 durch das von der Spule 111 erzeugte Magnetfeld umgekehrt. Auf diese Weise werden Daten gespeichert.
Zum Lesen von Daten durchläuft ein von der Laserdiode 103 ausgegebener linear polarisierter Strahl das Aufzeichnungs­ medium 101, wobei die Polarisationsebene des Strahls ab­ hängig von der Richtung der Magnetisierung gedreht wird. Der Strahl fällt dann über einen Analysator 112 auf einen Sensor 201 in Form einer Streifenfotodiode mit 4 Elementen. Der Sensor 201 formt das Lichtsignal in ein elektrisches Signal um, welches dann mit Hilfe eines Verstärkers 204 verstärkt und in einer Signaltrennschaltung 205 in ein Datensignal und ein Servosignal aufgetrennt wird. Das Datensignal wird an einem Anschluß 119 ausgegeben. Das Servosignal wird einem Fokussierstellglied 202 und einem Spurführungsstellglied 203 zugeführt. Das Spurführungs­ stellglied 203 erhält außerdem von einem Anschluß 122 ein Spurzugriffssignal. Ein Rahmen 123 wird vom Fokussier­ stellglied 202 und vom Spurführungsstellglied 203 in Rich­ tung der optischen Achse (normal zum Aufzeichnungsmedium) sowie rechtwinkelig zu den Datenspuren (in der Ebene des Aufzeichnungsmediums) bewegt. Der Rahmen 123 trägt die Laserdiode 103, die Kollimatorlinse 104, das Totalreflexions­ prisma 108, das Objektiv 109, den Polarisator 112 und den Sensor 201.
Die beschriebene Faraday-Schreib/Lese-Vorrichtung besitzt folgende Nachteile:
  • 1. Die Zugriffszeit ist lang, weil der Rahmen 123 unter der Steuerung von Fokussierservosignalen und Spurführungs­ servosignalen in zwei axialen Richtungen bewegt werden muß und sehr schwer ist.
  • 2. Es ist schwierig, die Spurführungsgenauigkeit zu ver­ bessern, weil das Spurführungsstellglied 203 mit Hilfe des Spurzugriffssignals eine Grobeinstellung des Rahmens 123 und gleichzeitig unter der Steuerung des Servosignals eine Feineinstellung vornimmt. Zur Erzielung einer höheren Spurführungsgenauigkeit sind ein großer Magnetkreis und ein hoher Strom erforderlich. Deshalb muß das Aufzeichnungs­ medium mit niedriger Geschwindigkeit rotieren, was eine geringe Übertragungsrate bedeutet.
  • 3. Der Verstärker 204 verstärkt sowohl das Datensignal als auch das Servosignal. Es ist schwierig, den Verstärker so auszugestalten, daß er sich für die verschiedenen Frequenz­ bänder der beiden Signale eignet. Beispielsweise ist die Frequenz des Datensignals in der Größenordnung von einigen MHz, während die des Servosignals in der Größenordnung von einigen kHz ist. Dies führt zu einer Verschlechterung des Störabstands.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine optische Schreib/Lese- Vorrichtung der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 ge­ nannten Art so weiterzubilden, daß eine hohe Zugriffsge­ schwindigkeit, eine hohe Übertragungsrate und ein großer Störabstand realisiert werden können.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnen­ den Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.
Bei dieser Lösung wird von dem Aufzeichnungsmedium re­ flektiertes Licht zur Erfassung von Fokussier- und Spur­ führungsfehlern über ein optisches System auf einen Sensor geleitet und in ein elektrisches Signal umgesetzt. Das elektrische Signal wird mittels eines ausschließlich hier­ für vorgesehenen, rauscharmen Verstärkers verstärkt, der an das Frequenzband des Servosignals angepaßt ist.
Die so gewonnenen Fehlersignale hoher Qualität steuern ein Linsenstellglied mit einfachem Aufbau, der nur eine Objektivlinse bewegt. Als Spurführungsmechanismus kann ein Mechanismus verwendet werden, der den Einfallwinkel des Strahls in die Objektivlinse verändert, etwa ein gal­ vanischer Spiegel.
Das vom Aufzeichnungsmedium durchgelassene Licht wird mittels eines Sensors ausreichender Größe in ein elektri­ sches Signal umgesetzt und mittels eines Verstärkers ver­ stärkt, der für dieses Signalband ausgelegt ist, so daß ein großer Störabstand erreicht wird.
Die Erfindung besitzt alle Vorteile einer auf dem Faraday- Effekt beruhenden optischen Schreib/Lese-Vorrichtung. Da­ rüber hinaus besitzt die vorliegende Erfindung folgende spezielle Vorteile:.
  • 1. Mittels der ersten Antriebseinrichtung wird der gesamte Rahmen schnell parallel zum Aufzeichnungsmedium und recht­ winkelig zu den Spuren bewegt. Durch die zweite Antriebs­ einrichtung und die Strahlpunktbewegungseinrichtung wird die optische Einrichtung mit hoher Genauigkeit sowohl in Richtung der optischen Achse als auch rechtwinkelig zu den Spuren gesteuert. Es ist daher nicht nötig, daß der ganze Rahmen zur Feineinstellung in zwei axialen Richtungen bewegt wird, was die Realisierung eines sehr genauen und schnellen Zugriffs mit niedriger Leistung ermöglicht.
  • 2. Die zweite Antriebseinrichtung besitzt eine hohe An­ sprechgeschwindigkeit, und das Aufzeichnungsmedium kann mit hoher Drehzahl rotieren. Dadurch wird die Übertragungs­ rate verbessert.
  • 3. Die erste Detektoreinrichtung umfaßt einen Verstärker ausschließlich für die Datensignale. Die zweite Detektor­ einrichtung umfaßt einen Verstärker ausschließlich für die Servosignale in Richtung der optischen Achse und recht­ winkelig zu den Spuren. Der Schaltungsaufbau jedes dieser Verstärker kann deshalb an das jeweilige Frequenzband an­ gepaßt werden. Hierdurch wird der Störabstand (C/N-Ver­ hältnis) wesentlich verbessert.
  • 4. Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann auf allgemein erhältlichen optischen Aufzeichnungsmedien gespeicherte Daten, die von einer Änderung der Reflexionslichtmenge Ge­ brauch machen, wie optische Aufzeichnungsplatten des DRAW- Typs, Compaktdisks (CD) und CD-ROMs lesen. Die erfindungs­ gemäße Vorrichtung besitzt daher eine ausgezeichnete Kom­ patibilität.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend unter Bezug auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt
Fig. 1 in einer schematischen Ansicht ein Ausführungs­ beispiel der Erfindung,
Fig. 2 in einer schematischen Ansicht ein Ausführungs­ beispiel einer bekannten optischen Schreib/Lese- Vorrichtung, und
Fig. 3 in einer schematischen Ansicht ein anderes Aus­ führungsbeispiel des Spurführungsmechanismus für eine Vorrichtung gemäß der Erfindung.
Bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel der Erfindung wird ein einem Dateneingangsanschluß 120 einge­ gebenes Datensignal einer Magnetsteuereinrichtung 116 und einem Lasertreiber 117 zugeführt. Die Magnetsteuerein­ richtung 116 bewirkt, daß eine Spule 111 das Medium 101 magnetisiert, während der Lasertreiber 117 bewirkt, daß eine Laserdiode 103 einen Laserstrahl abgibt, wodurch das magnetische Moment des Mediums umgedreht und Daten ge­ speichert werden, wie es auch beim Stand der Technik der Fall ist.
Zum Lesen gibt die Laserdiode 103 als Laserstrahlerzeuger einen Laserstrahl einer Wellenlänge von 780 nm aus, der mittels eine Kollimatorlinse 104 eingestellt und dann mittels einer Strahlformerplatte 121 in eine Kreisform gebracht wird. Das kreisförmige Licht wird mittels eines Polarisationsstrahlspalters 105 in vollständig linear polarisiertes Licht umgewandelt. Der Polarisationsstrahl­ spalter 105 weist einen Reflexionsgrad von 100% für die S-Komponente von polarisiertem Licht und eine Durchlässig­ keit von 50% für die P-Komponente von polarisiertem Licht auf. Das linear polarisierte Licht wird von einem Total­ reflexionsprisma 108 in einem rechten Winkel abgelenkt und in ein Objektiv (Objektivlinse) 109 eingegeben. Das Objek­ tiv 109 stellt die optische Einrichtung zur Fokussierung des Lichts auf das optische Aufzeichnungsmedium 101 dar. Dieses optische Aufzeichnungsmedium 101 ist mit einem mag­ netischen Dünnfilm wie GdTbFe, TbFeCo, DyFeCo oder ähnliches versehen. Der fokussierte Strahl hat auf dem optischen Auf­ zeichnungsmedium 101 einen Durchmesser von 1,6 µm. Der Strahl durchläuft das Aufzeichnungsmedium und danach einen Analy­ sator 112. Der vom Analysator 112 erfaßte Strahl wird mit­ tels einer PIN-Fotodiode 113, die einen Durchmesser von 4 mm besitzt, in ein elektrisches Signal umgeformt. Das elektrische Signal wird mit Hilfe eines Verstärkers 115 verstärkt, der ausschließlich für dieses Datensignal vor­ gesehen ist. Das verstärkte Signal wird an einem Anschluß 119 ausgegeben.
Ein gleichbleibender Anteil des Strahls wird von dem Auf­ zeichnungsmedium 101 reflektiert und mittels des Objektivs 109 erneut zu parallelem Licht gemacht. Der reflektierte Strahl gelangt über das Totalreflexionsprisma 108 auf den Polarisationsstrahlspalter 105. Der Polarisationsstrahl­ spalter reflektiert die Hälfte des Strahls, und dieser reflektierte Anteil fällt auf eine Messerkante 124. Die Messerkante 124 formt die Querschnittsfläche des Strahls in einen Halbkreis. Der halbkreisförmige Strahl wird mittels einer Kondensorlinse 106 auf eine in vier Teile unterteilte PIN-Fotodiode 107 gebündelt, die einen Durch­ messer von 1 mm. In Fig. 1 sind die Kondensorlinse 106 und die Fotodiode 107 senkrecht zum Aufzeichnungsmedium 101 angeordnet. Sie könnten statt dessen auch parallel zum Aufzeichnungsmedium angeordnet sein.
Das von der PIN-Fotodiode 107 abgegebene elektrische Sig­ nal wird mittels eines ausschließlich für den Servokreis vorgesehenen Verstärkers 118 verstärkt und verarbeitet, wodurch ein Fokussierfehlersignal basierend auf der Messer­ kantenmethode und ein Spurfehlersignal basierend auf der Push-Pull-Methode erhalten werden.
Diese Servosignale, nämlich das Fokussierfehlersignal und das Spurfehlersignal, werden einem Zweiachsenlinsenstell­ glied 110 zugeführt. Das Zweiachsenlinsenstellglied 110 wird von den Servosignalen zur Steuerung der Fokussierung und der Spurführung getrieben.
Der Rahmen 123 wird gegenüber dem optischen Aufzeichnungs­ medium 101 mittels eines Linearmotors 114 rechtwinkelig zur Spurrichtung bewegt. Der Linearmotor 114 wird vom Spur­ zugriffssignal und vom Spurfehlersignal gesteuert.
Das optische Aufzeichnungsmedium 101 hat die Form einer Platte mit einem Durchmesser von 90 mm oder 130 mm. Es be­ sitzt spiralförmige oder konzentrische Rillen mit einer Tiefe von ⅛ der Wellenlänge und eine Spurteilung von 1,6 µm.
Das optische Aufzeichnungsmedium 101 wird mit konstanter Winkelgeschwindigkeit von 1800 Upm oder mit einer linearen Geschwindigkeit von maximal 1800 Upm mittels eines Spindel­ motors 102 gedreht.
Bei einem Ausführungsbeispiel mit einer unformatierten Kapazität von 200 MB konnten eine durchschnittliche Zugriffs­ zeit von 40 ms und eine Übertragungsrate von 6 Mbit/s reali­ siert werden, wobei der Störabstand groß genug war, daß eine Fehlerrate von 10-12 nach Fehlersammlung erreicht wurde.
Fig. 3 ist eine schematische Darstellung eines anderen Aus­ führungsbeispiels für den Spurführungsmechanismus. Dieser Spurführungsmechanismus 301 ändert den Einfallwinkel des Lichts in das Objektiv. Bei dem Spurführungsmechanismus 301 kann es sich um einen galvanischen Spiegel handeln, der durch das Spurfehlersignal gedreht wird, wobei die Spur­ führung oder Spurhaltung durch Änderung des Einfallwinkels durchgeführt wird. Dabei ist die PIN-Fotodiode 113 für die Daten groß genug, daß sie trotz der Änderungen des Einfall­ winkels ohne Verringerung der Signalamplitude eine aus­ reichende Menge von Transmissionslicht erhält.
In Fig. 3 sind zwei von der Stellung des Winkels 301 ab­ hängige Strahlengänge dargestellt, einer mit ausgezogenen Linien, einer gestrichelt. Das Objektiv 109 wird mittels eines Fokussierstellglieds 301 fokussiert, das eine Be­ wegung ausschließlich in Richtung der optischen Achse verursacht. Die übrigen Teile, die in Fig. 3 nicht gezeigt sind , sind bei diesem Ausführungsbeispiel gleich wie bei denen beim Ausführungsbeispiel von Fig. 1.

Claims (4)

1. Optische Schreib/Lese-Vorrichtung, umfassend einen Strahlerzeuger (103),
eine optische Einrichtung (109) zur Bündelung des Strahls vom Strahlerzeuger (103) auf ein optisches Aufzeichnungs­ medium (101), die relativ zu dem Aufzeichnungsmedium (101) in Richtung der optischen Achse mittels einer Antriebs­ einrichtung verstellbar ist,
eine erste Detektoreinrichtung (112, 113) zum Erfassen von durch das Aufzeichnungsmedium (101) gelaufenem Licht und zum Auslesen von auf dem Aufzeichnungsmedium (101) ge­ speicherten Daten, und
einen den Strahlerzeuger (103), die optische Einrichtung (109) und die erste Detektoreinrichtung (112, 113) tragen­ den Rahmen (123), der mittels einer Antriebseinrichtung parallel zum Aufzeichnungsmedium (101) verstellbar ist,
dadurch gekennzeichnet,
daß eine erste Antriebseinrichtung (114) zur Verstellung des Rahmens (123) parallel zum Aufzeichnungsmedium (101) und eine zweite Antriebseinrichtung (110) zur Verstellung der optischen Einrichtung (109) in Richtung der optischen Achse vorgesehen sind,
daß eine Strahlpunktbewegungseinrichtung (110) zur Bewegung des Strahlpunkts auf dem Aufzeichnungsmedium (101) an eine gewünschte Stelle vorgesehen ist, und
daß eine zweite Detektoreinrichtung (107) zur Erfassung von Licht, das vom Aufzeichnungsmedium (101) reflektiert wurde, und zur Erzeugung von Servosignalen für die zweite Antriebseinrichtung (114) und die Strahlpunktbewegungsein­ richtung (110) vorgesehen ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die erste Detektoreinrichtung (112, 113) einen Analysator (112) zur Erfassung des Polarisations­ winkels des Strahls vom Aufzeichnungsmedium (101) umfaßt, und daß nahe dem Aufzeichnungsmedium (101) eine Magnetein­ richtung (111) zur Magnetisierung des Aufzeichnungsmediums vorgesehen ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die optische Einrichtung (109) eine Objektivlinse ist, die mittels der Strahlpunktbewegungs­ einrichtung (110) senkrecht zu den Datenspuren auf dem Aufzeichnungsmedium (101) verstellbar ist.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die optische Einrichtung (109) eine Objektivlinse ist, und daß mittels der Strahl­ punktbewegungseinrichtung (301) der Einfallwinkel des Strahls auf die Objektivlinse verstellbar ist.
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