DE3784342T2

DE3784342T2 - Lagedetektor des optischen brennpunktes eines optischen daten-speicher-/lesegeraetes.

Info

Publication number: DE3784342T2
Application number: DE8787905647T
Authority: DE
Inventors: Teruo Fujita; Jp Kyoto; Denki Kabushiki K N Mitsubishi
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1986-08-29
Filing date: 1987-08-26
Publication date: 1993-08-12
Anticipated expiration: 2007-08-27
Also published as: JPS6358627A; EP0285661A4; EP0285661B1; EP0285661A1; US4888757A; JPH0640392B2; WO1988001784A1; US4999826A; DE3784342D1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Erfassungsvorrichtung für einen Brennpunkt einer optischen Informationsaufnahme- und Wiedergabevorrichtung, bei der eine Information auf einem Informationsmedium aufgenommen und davon wiedergegeben wird und mittels eines Lichtstrahls ausgelöscht wird, und insbesondere eine Erfassungsvorrichtung für einen Brennpunkt- und Spurfehler.
Fig. 10 und 11 zeigen ein Beispiel einer Erfassungsvorrichtung für einen Brennpunktfehler für einen optischen Kopf, wie er in der japanischen Patentanmeldung mit der Offenlegungsnummer 93223/1977 oder in J.M. Braat und G. Bouwhuis, "Positionserfassung beim Auslesen von Videoplatten", Applied Optics Bd. 17 , Nr. 13, Seiten 2013-2021 (1978) gezeigt ist.
In Fig. 10 stellt 1 eine Lichtquelle, wie z. B. einen He-Ne Laser dar, und 2 ist eine Hilfslinse zum Aufweiten eines Durchmessers eines von der Lichtquelle 1 emittierten Lichtstrahls. 3 stellt ein Informationsaufnahmemedium, wie z. B. eine optische Platte dar, 4 eine Informationsaufnahmeebene des Informationsaufnahmemediums 3 und 5 eine Informationsspur, wobei das Informationsaufnahmemedium 3 um eine Drehwelle 6 drehbar ist. 7 stellt einen Halbspiegel dar zum Separieren von Bestrahlungslicht für das Informationsaufnahmemedium 3 von Reflexionslicht von dem Informationsaufnahmemedium 3, 8 einen Spiegel zum Ablenken eines optischen Wegs des Bestrahlungslichts zu dem Informationsaufnahmemedium 3 und 9 eine Objektivlinse zum Fokussieren des Bestrahlungslichts von der Lichtquelle 1 auf die Informationsspur 5. 10 stellt einen Brennpunktfehler - Erfassungssensor dar, der sich aus einer Vielzahl von optischen Detektorelementen zusammensetzt. 11 stellt eine Hilfslinse dar zum Projizieren eines Bildes auf die optischen Detektorelemente in dem Brennpunktsfehler - Erfassungssensor 10, das auf einer Ausgangspupille der Objektivlinse 9 durch Reflexionslicht von dem Informationsaufnahmemedium 3 gebildet wird. In Fig. 10 ist ein Bild eines Punktes a auf der Ausgangspupille der Objektivlinse 9 durch die Hilfslinse 11 auf dem Brennpunktfehler- Erfassungssensor 10 als Punkt a' abgebildet.
In Fig. 11 stellen 12 und 13 die optischen Detektorelemente in dem Brennpunktsfehler - Erfassungssensor 10 dar, 14 einen Subtrahierer zum Bilden einer Differenz zwischen Ausgangssignalen von den optischen Detektorelementen 12 und 13, 15 einen Addierer zum Addieren der Ausgangssignale der Detektorelemente 12 und 13, 16 einen Phasenschieber zum Verschieben einer Phase eines Ausgangssignals des Addierers 15 um 90 Grad, 17 einen Multiplizierer zum Multiplizieren einer Ausgabe des Phasenschiebers 16 mit dem Ausgangssignal des Subtrahierers 14 und 18 einen Tiefpaßfilter zum Durchlassen einer Niedrigfrequenzkomponente des Ausgangssignals des Multiplizierers 17.
Das Funktionsprinzip dieser Brennpunktfehler - Erfassungsvorrichtung basiert auf der Tatsache, daß beim Lesen einer Information auf der Informationsaufnahmeebene 4, die als Beugungsgitter agiert, eine Phasendifferenz zwischen dem Licht 0. Ordnung, das direkt von dem Informationsaufnahmemedium reflektiert wird, und dem Beugungslicht 1. Ordnung, das durch Informationsvertiefung auf einer Informationsspur reflektiert und gebeugt wird, erzeugt wird, wobei die Phasendifferenz einem Brennpunktfehler entspricht. Die Phasendifferenz zwischen dem Licht 0. Ordnung und dem Beugungslicht 1. Ordnung kann gemessen werden durch Analysieren eines Interferenzmusters des Lichts 0. Ordnung und des Beugungslichts 1. Ordnung in einer Ebene weit genug entfernt von dem Informationsaufnahmemediums, d. h. einer Ebene, in der das Licht 0. Ordnung und das Beugungslicht 1. Ordnung mit einem ausreichenden Abstand dazwischen beobachtet werden können (letztere Ebene wird im weiteren bezeichnet werden als eine Ebene in einem "Fernfeld" des Informationsaufnahmemediums), und bei der herkömmlichen Vorrichtung wird ein Brennpunktfehlersignal erzeugt durch elektrisches Verarbeiten von Ausgaben einer Vielzahl optischer Detektorelemente, die in dem Fernfeld angeordnet sind.
Ein Koordinatensystem, das zur Beschreibung eines Betriebs dieser herkömmlichen Vorrichtung nötig ist, wird zunächst definiert werden. Wie in Fig. 10 gezeigt, sind xi- und eta- Achsen auf der Informationsaufnahmeebene 4 des Informationsaufnahmemediums 3 jeweils parallel zu einer Mittellinie der Informationsspur 5 und orthogonal zu der Mittellinie angelegt. Die Ausgangspupillenebene der Objektivlinse 9, welche einen Lichtstrahl auf das Informationsaufnahmemedium 3 fokussiert, ist als XY-Ebene bezeichnet, deren Ursprung mit einem Mittelpunkt der Ausgangspupillenebene zusammenfällt und deren X-Achse parallel zu der eta-Achse verläuft. Eine Eintrittspupillenebene der Objektivlinse 9, in die das Reflexionslicht fällt, bildet eine X'Y'-Ebene, die die selbe Ebene wie die XY-Ebene ist.
Eine Amplitudenverteilung auf der Eintrittspupillenebene der Objektivlinse 9, die durch Reflexionslicht von dem Informationsaufnahmemedium gebildet wird, ist gleich einer Amplitudenverteilung auf der Ausgangspupillenebene der Objektivlinse 9, die auf der gegenüberliegenden Seite der Informationsaufnahmeebene liegt und ward durch die Hilfslinse 11 auf den optischen Sensor 10 projiziert. Darum kann die Intensitätsverteilung des Lichts im Fernfeld gebildet durch das Reflexionslicht von dem Informationsaufnahmemedium 3 auf dem optischen Sensor 10 beobachtet werden. Fig. 10 zeigt ein dem oben erwähnten Koordinatensystem entsprechendes. Für diese reellen Koordinaten X,Y, xi, eta, X' und Y' sind normalisierte Koordinaten x, y, u, v, x' und y' wie folgt definiert:
x = X/R, y = Y/R (1)
u ξ/(λ/NA), v = η/(λ/NA) (2)
x' = X'/R, y' = Y'/R (3)
wobei R ein Aperturradius der Objektivlinse 9, NA eine numerische Apertur der Objektivlinse 9 und lambda eine Wellenlänge der Lichtquelle 1 ist.
Jetzt wird eine mathematische Behandlung der Informationsaufnahmeebene beschrieben werden. Siehe dazu G.Bouwhis et al . , "Prinzipien optischer Plattensysteme". Adam Hilger, S. 24 bis 30 (1985).
Bei Betrachtung einer Informationsaufnahmeebene einer optischen Videoplatte oder Kompaktplatte stellt man fest, daß eine Vielzahl von Informationsspuren mit gleichem Abstand (1.6-1.7. Mikrometer Zwischenraum- auf der Ebene angeordnet sind. Das bedeutet, daß eine solche Platte ein Beugungsgitter mit einer einzelnen Raumfrequenz bezüglich einer Richtung orthogonal zu den Informationsspuren ist. In einer Richtung parallel zu den Informationsspuren wird eine Information durch Verändern der Vertiefungsposition, der Vertiefungsperiode, der Vertiefungslänge usw. aufgenommen. Deshalb ist das Raumfrequenzspektrum in einer Richtung parallel zu den Informationsspuren nicht einlinig, sondern beträchtlich verbreitert. Jedoch ist es im Fall einer Optischen Videoplatte, da ein frequenzmoduliertes Videosignal in pulsweitenmodulierter Form aufgenommen ist, möglich, diese Raumfrequenz in einer Richtung parallel zu den Informationsspuren als örtlich konstant zu betrachten und anzunehmen, daß die Raumfrequenz sich nicht diskontinuierlich ändert. Deshalb ist es im Fall der optischen Videoplatte möglich, die Informationsaufnahmeebene als zweidimensionales Beugungsgitter wie gezeigt in Fig. 13 zu betrachten.
In Fig. 13 stellt 21 eine Informationsvertiefung dar, die im Fall der optischen Videoplatte ein Feld oder eine Aussparung ist mit einer physikalischen Tiefe in der Größenordnung von 0.1 Mikrometer im Vergleich zu ihrer Umgebung. Wenn durch P und Q eine Periode in der Spurrichtung (xi-Achse) der Informationsaufnahmeebene und die Periode in der Richtung (eta-Achse) senkrecht zu der Informationsspur jeweils dargestellt werden ergeben sich Perioden p und q für die normalisierten Koordinaten u und v in Fig. 13 wie folgt:
p = P/(λ/NA), q = Q/(λNA) (4)
Da man in Betracht ziehen kann, daß die Informationsaufnahmeebene mit der oben erwähnten Struktur einen Lichtstrahl einfallend auf den Informationsvertiefungsabschnitt vorsieht, können eine Phasenverschiebung Phi&sub5; proportional zur Tiefe der Vertiefung und eine Amplitudenreflektivität Ro (u, v) dargestellt werden durch:
Da Ro (u, v) eine periodiche Funktion sowohl in der u- als auch in der v-Richtung ist, kann sie wie folgt Fourierentwickelt werden:
Die Reflexionslicht- Amplitudenverteilung A (x', y') auf dem optischen Brennpunktfehler - Erfassungssensor 10, die für die Brennpunktfehlererfassung signifikant ist, kann wie folgt dargestellt werden, wenn Rm,n benutzt. Siehe dazu G.Bouhuis et al., "Prinzipien optischer Plattensysteme", Adam Hilger, p.p. 24-30 (1985).
wobei u0 eine Bewegungsgröße des Informationsaufnahmemediums in der Spurrichtung in den normalisierten Koordinaten, v0 eine Spurabweichung in der Richtung senkrecht zur Spur und a(x'y' eine Bestrahlungslicht - Amplitudenverteilung auf der Ausgangspupille der Objektivlinse, i.e. eine Pupillenfunktion, ist.
Es wird nun eine Reflexionslicht - Intensitätsverteilung auf dem Brennpunktfehler - Sensor 10 betrachtet, wenn die Informationsaufnahmeebene 4 von einem Brennpunkt eines zu fokussierenden Strahls von der Objektivlinse 9 zu letzterem um Delta f, wie in Fig. 14 gezeigt, abweicht.
Ein Wellenfront - Aberrationskoeffizient W20, der der Unschärfe Delta f entspricht, ist gegeben durch:
W&sub2;&sub0; = NAΔf/2λ (9)
Siehe dazu G. Bouwhis et al. "Prinzipien optischer Plattensysteme" Adam Hilger p.41 (1985). Wenn daher angenommen wird, daß ein optisches System von der Lichtquelle 1 bis zur Informationsaufnahmeebene 4 aberrationsfrei ist, kann die Bestrahlungslicht- Amplitudenverteilung a (x,y) auf der Objektivlinse dargestellt werden durch:
Die optischen Detektorelemente 12 und 13 haben rechteckige Lichtempfangsoberflächen, wie z. B. in Fig. 11 oder 15 jeweils gezeigt, wobei die Längsrichtung davon transversal zur Informationsspur 5, i.e. parallel zur y'-Achse liegt. Da weiterhin die Elemente 12 und 13 in einem Interferenzbereich des Reflexionslichts (0,0)ter Ordnung und des reflektierten und gebeugten Lichts (1,0)ter Ordnung angeordnet sind, kann die Amplitudenverteilung AD1(x' ,y') des Reflexionslichts von dein Informationsaufnahmemedium 3 auf dem optischen Sensor unter Benutzung von Gleichung (8) dargestellt werden:
AD1 (X',Y') = Ro,p·a(-x',-y') + Ri,o·exp(-2πiuo/p)·(-x' + 1/p, -y') (11)
in diesem Ausdruck bedeutet Beugungslicht (m,n)ter Ordnung Beugungslicht unter Lichtkomponenten von Licht, das durch das Informationsaufnahmemedium als dem zweidimensionalen Beugungsgitter reflektiert und gebeugt wird, mit einer Beugungsordnung von mter Ordnung in der Spurrichtung und nter Ordnung in der dazu senkrechten Richtung. Zum Beispiel kann unter Lichtstrahlen, die vom Mittelpunkt (x=0, y=0) der Ausgangspupille der Objektivlinse 9 ausgehen eine Komponente, die der Beugung (n,m)ter Ordnung unterliegt einen Punkt (x'=m/p', y'=n/q) auf dem optischen Sensor erreichen. Wird eine Größendifferenz zwischen Fourierkoeffizienten Ro,o und R1,o durch alpha und eine Phasendifferenz dazwischen durch Psio bezeichnet, wird
R1,o = α·eiπº Ro,o (12)
erhalten. Unter Benutzung der Gleichung (11) in der Gleichung (12) kann AD1(x',y') geschrieben werden als:
AD1 (x',y') = Ro,o (a(-x',-y')+α·eiπoOexp(-2πi uo/p)· a(-x'+1/p, -y')) (13)
Unter der Annahme, daß die Amplitudenverteilung von Bestrahlungslicht auf der Ausgangspupille der Objektivlinse konstant ist und
τ(x y) = 1 (14)
kann AD1(x',y') dargestellt werden in der Gleichung (13) unter Benutzung der Gleichung (10) wie folgt.
AD1 (x',y') = Ro,o [exp(2πiw&sub2;&sub0;(x'²+y'²))+ α·eiψºexp(-2π iuo/p)[2πiW&sub2;&sub0; (-x'+1/p)²+ y'²))] (15)
AD1(x',y') ² = Ro,o ²[(1+α²)+2α cos(Ψo-2πuo/p +2πW&sub2;&sub0;(-2x'/p+1/p²)] (16)
Da, wenn das Informationsaufnahmemedium 3 sich um die Drehwelle 6 mit einer Lineargeschwindigkeit. So in der normalisierten Koordinate u dreht, die folgende Gleichung erhalten wird
uo + So·t (17)
kann die Gleichung 16) folgendermaßen umgeschrieben werden
AD1(x',y') ² = Ro,o [(1+α²)+2α cos (Ψo -2π sot/p +2pW(-2x/p+1/p)) (18)
Die Bedeutung der Gleichung (18) ist folgende:
(1) Es wird ein Interferenzmuster in einem Bereich der Oberfläche des optischen Sensors gelegen in dem Fernfeld des Informationsaufnahmemediums erzeugt, wo sich Reflexionslicht (0,0)ter Ordnung und Reflexions- und Beugungslicht (1,0)ter Ordnung überlappen. (2) Die räumliche Periode des Interferenzmusters ist umgekehrt proportional zum Wellenfront- Aberrationskoeffizienten W2o. Das bedeutet die räumliche Frequenz des Interferenzmusters ist proportional zu W2o.
(3) Das Interferenzmuster variiert mit der Zeit mit einer Winkelgeschwindigkeit omega (= 2·pi·So/p) bestimmt durch ein Verhältnis zwischen einer Periode p in der Informationsspurrichtung und einer Lineargeschwindigkeit in derselben Richtung.
Deshalb kann von interferenzmustern beobachtet an der Oberfläche des optischen Sensors als einer wandernden Welle gesprochen werden, die sich in Richtung der x'-Achse fortpflanzt und eine Periode aufweist, die sich abhängig von dem Betrag von W2o ändert, d. h. eine Unschärfe delta f und eine Ausbreitungsrichtung sind abhängig vom Vorzeichen von W2o.
Bei der in Fig. 10 und 11 gezeigten herkömmlichen Vorrichtung wird W2o detektiert. d. h. die Unschärfe Delta f, wie nunmehr beschrieben wird. Zunächst ergeben sich aus den Mittelpositionen der jeweiligen Detektorelemente 12 und 13' die jeweils an x1-Delta x/2 und x1+Delta x/2 liegen, wie in Fig. 11 oder 15 gezeigt, die Ausgangsströme ID1 und ID2 der Elemente 12 und 13 gemäß der Gleichung (18).
ID1,2 = K[(1+α²) + 2α cos (Ψo - ωt + 2π W&sub2;&sub0;(-2(x&sub1;-x/2)/p + 1/p²))] = I&sub1; + I&sub2; cos (Ψo - ωt + 2π W&sub2;&sub0; (-2(x&sub1;-Δx/2)/p + 1/p²)) (19)
wobei I1 = K(1+alpha²) und I2 = K·2·alpha. Ein Differenzsignal IDF und ein Summensignal Isum der Elemente 12 und 13. die sich jeweils von dem Subtrahierer 14 und dem Addierer 15 ableiten, werden folgendermaßen geschrieben:
IDF = ID2 - ID1 = 2I&sub2; sin(2π W&sub2;&sub0;Δx/p)·sin(Ψo - ωt + 2π W&sub2;&sub0;(-2x&sub1;/p + 1/p²)) (20)
ISUM = ID1 + ID2 = 2I&sub1; + 2T&sub2;·cos(2π W&sub2;&sub0; Δx/p)·cos(Ψo - -t + 2π W&sub2;&sub0; (-2x&sub1;/p + 1/p²)) (21)
Daher ist, wenn die Unschärfe nicht beträchtlich groß ist, folgende Gleichung erfüllt:
W&sub2;&sub0;Δx/p " 1 (22)
Und die Gleichungen (20) und (21) können jeweils folgendermaßen vereinfacht werden:
IDF= 2I&sub2;·2π W&sub2;&sub0; Δx/p·sin(Ψo - ωt + 2π W&sub2;&sub0; (-2x&sub1;/p + 1/p²)) (23)
ISUM = 2I&sub1; + 2I&sub2;·cos(Ψo - ωt + 2π W&sub2;&sub0; (-2x&sub1;/p + 1/p²)) (24)
Dann wird die Ausgabe Isum des Addierers an den Phasenschieber 16 angelegt, um ein Signal IR, dessen Phase aus einer Wechselstromkomponente um 90 Grad verschoben ist, erhalten, welches sich darstellen läßt als
IR = 2I&sub2;·sin(Ψo - ωt + 2π W&sub2;&sub0; (-2x&sub1;/p + 1/p²)) (25)
und in dem multiplizierer 17 werden IR und IDF miteinander multipliziert, um folgendes Signal SM zu erhalten:
SM = 4 I&sub2;²·2π W&sub2;&sub0; Δx/p·sin²(Ψo - ωt + 2ω W&sub2;&sub0; (-2x&sub1;/p + 1/p²)) = 4I&sub2;²· 2π W&sub2;&sub0; Δx/p·1/2 [1 - cos2(Ψo - ωt + 2p W (-2x/p + 1/p)) (26)
Schließlich wird ein Brennpunktfehlersignal Sf erhalten durch Durchtreten des Signals SM durch den Tiefpaßfilter 18, der in der Lage ist, nur Signalkomponenten durchzulassen, deren Winkelgeschwindigkeiten kleiner als 2 omega sind, welches wie folgt aussieht:
Sf = 2I&sub2;²·2πW&sub2;&sub0;Δx/p (27)
Da das Signal Sf ein ungerade Funktion des Wellenfront- Aberrationskoeffizienten W2o ist, d. h. der Betrag einer Unschärfe Delta f, kann es dazu benutzt werden, die Fokussierung nach dem bekannten Verfahren zu korrigieren.
Bei der herkömmlichen Brennpunktfehler- Erfassungsvorrichtung wird das Brennpunktfehlersignal durch eine synchrone Erfassung des Differenzsignals von den beiden optischen Detektorelementen unter Benutzung des Summensignals davon als Referenzsignal erzeugt. Darum müssen beide Signale, sowohl da Differenz- als auch das Summensignal, zeitveränderbare Einzelfrequenzsignale sein. Das bedeutet, daß bei dem Informationsaufnahmemedium eine konstante Raumfrequenz in einer Richtung parallel zur Informationsspur erforderlich ist. Daher, weil es für einige Informationsaufnahmemedien, wie zum Beispiel die Kompaktplatte, in der Informationen aufgenommen wird durch modulieren der Vertiefungslänge und der Vertiefungslücke, unmöglich ist, ein Einzelfrequenzsignal abzuleiten, das als das Referenzsignal dienen könnte, ist es hierbei unmöglich, das Brennpunktfehlersignal zu erzeugen.
Desweiteren ist es sogar für ein Informationsaufnahmemedium, wie z. B. die magneto-optische Platte, welche eine kontinuierliche Führungsnut hat und in der keine Information in Form einer veränderten Phase oder Amplitude der Vertiefung in einer Richtung parallel zu Informationsspuren aufgenommen, unmöglich, ein Brennpunktfehlersignal durch die herkömmliche Brennpunktfehler- Erfassungsvorrichtung zu erzeugen.
Die vorliegende Erfindung wurde im Hinblick auf die Eliminierung solcher Probleme wie oben geschaffen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Brennpunktfehler - Erfassungsvorrichtung zu schaffen, die in der Lage ist, ein Brennpunktfehlersignal sogar für ein Informationsaufnahmemedium ohne Periodizität in einer Richtung parallel zu dessen Informationsspuren.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Brennpunktfehler - Erfassungsvorrichtung zu schaffen, welche im wesentlichen kein zusätzliches optisches Element erfordert (Zylinderlinse, Prisma etc.), was das Merkmal der herkömmlichen Vorrichtung zur Erzeugung solch eines Brennpunktfehlersignals ist, und bei dem eine Positionseinstellung eines optischen Sensors zur Brennpunktfehlererfassung stark vereinfacht ist.
Die US - A - 4 464 567 beschreibt eine Vorrichtung zum Lesen von Information, die in einem Spurmuster auf einer strahlungsreflektierenden Platte gespeichert ist. Die Vorrichtung umfaßt: eine Strahlungsquelle, wie z. B. einen Laser, ein Beugungsgitter zum Schaffen von zumindest einer Strahlkomponente 0. Ordnung und eines Paares von Strahlkomponenten 1. Ordnung, einen Objektivlinsenaufbau, eine Photodetektoranordnung, wobei die Photodetektoranordnung einen einheitlichen Photodetektor angeordnet zum Empfangen der Strahlkomponente 0. Ordnung zum Erfassen gespeicherter Information und zumindest eine erste und eine zweite gepaarte Photodetektoranordnung neben dem Daten-Photodetektor einschließlich abgetrennter Sektoren entlang einer dem Datendetektor enthaltenden Achse zum Schaffen von zumindest Brennpunktfehler- Korrektursignalen für den Objektivlinsenaufbau und eine Einrichtung vorgesehen in dem optischen Weg zwischen dem Objektivlinsenaufbau und der Photodetektoranordnung zum Schaffen eines ersten Abschnitts der Lesestrahlkomponenten der relativ fest in der Größe bleibt, und eines zweiten Abschnitts der Lesestrahlkomponenten, der im wesentlichen linear in der Größe variiert, wenn die Platte von einer Fokalebene abweicht.
Die WO - 83/04331 beschreibt einen Steuersignalgenerator für einen optischen Kopf umfassend eine Linse, die in einem optischen Weg des Ausleselichts moduliert durch ein Aufnahmemedium einfallend auf das Aufnahmemedium durch einen optischen Kopf angeordnet ist; Erste, zweite und vierte Photosensitive Elemente, die senkrecht in vier Elemente aufgeteilt sind und das Leselicht von der Linse empfangen und eine Erfassungsausgabe auf der Basis der äußeren Umgebung eines Beugungsmusters erhalten, abgebildet auf der emitierenden Oberfläche der Linse und erzeugt vom Leselicht; und einen zusammengesetzten Schaltkreis zum Erfassen der Summe der erfaßten Ausgaben, des ersten und dritten Elements und der Summe der erfaßten Ausgaben des zweiten und vierten Elements zum Steuern des optischen Kopfes, wie z. B. Spursteuersignale basierend auf Summen- und Differenzsignalen der zwei summierten Ausgaben.
Der Artikel in dem RCA Review, Bd. 43, Nr. 1, März 1983, Seiten 128-166 von Lurie et Al. , "Optischer Hochleistungsleser für Videoplattensubstrate" beschreibt eine Fokussiervorrichtung, die einen einzelnen Fleck von einer Lichtquelle auf die Platte projiziert. Fokussieren wird ausgeführt durch Erfassen des Durchmessers des Flecks unter Benutzung einer Detektoranordnung.
Erfindungsgemäß wird die obige Aufgabe gelöst durch eine Brennpunktposition- Erfassungsvorrichtung für eine optische Informationsaufnahme- und -wiedergabevorrichtung mit einer Lichtquelleneinrichtung (21,22,23), einer Fokussiereinrichtung (9) zum Fokussieren eines Lichtstrahles von der Lichtquelleneinrichtung (21,22,23) auf ein Informationsaufnahmemedium (3) mit Informationsspuren (5), einer Lichtstrahl-Trenneinrichtung (7) zum Trennen eines reflektierten Lichtstrahls von dem Informationsaufnahmemedium (3) von dem Lichtstrahl von der Lichtquelleneinrichtung (21,22,23), einen optischen Sensor (28;48) zum Umwandeln des reflektierten Lichtstrahls in ein elektrisches Signal, einem Steuersignalgenerator (33-47;49-52;49,53-55') ansprechend auf ein Ausgangssignal des optischen Sensors (28;48) zum Erzeugen eines Steuersignals zum Korrigieren eines Brennpunkts der Fokussiereinrichtung (9), wobei der optische Sensor zumindest zwei optische Sensorelemente (29-32) umfaßt, wobei die optischen Sensorelemente (29-32) in einem Fernfeld von dem Informationsaufnahmemedium (3) angeordnet sind; gekennzeichnet durch die Lichtquelleneinrichtung (21,22,23) mit drei Lichtquellen (21,22,23), die von einem Steuerschaltkreis (24) ein- ausgesteuert werden können, und so angeordnet sind, daß Brennpunkte (25,26,27) der Lichtstrahlen, der Lichtquellen (21,22,23) nebeneinander angeordnet sind auf dem Informationsaufnahmemedium (3) senkrecht bezüglich der Informationsspuren (5), wobei die optischen Sensorelemente (29-32) Lichtempfangsbereiche haben, mit einer größten Länge parallel zu den Informationsspuren (5) und einen Betriebsschaltkreis (35-40) zum Abtasten und Halten eines Differenzausgabesignals und eines Summenausgabesignals der optischen Sensorelemente synchron mit dem Ein- Ausschalten der Lichtquellen (21,22,23) und Verarbeiten der Abtast- Halteausgaben, um ein Brennpunktfehlersignal definiert durch die folgende Gleichung zu erhalten:
{IDF (-π/2) + IDF(0)]·{ISUM(-π²) - ISUM(0)} + /IDF(0) + IDF(p/))(ISUM(0) ISUM(p/2))
wobei IDF (0) und Isum (0) das Differentialausgabesignal und das Summenausgabesignal der optischen Sensorelemente (29-32), wenn die mittlere Lichtquelle (22) unter den drei Lichtquellen leuchtet, jeweils sind, und IDF (pi/2) und Isum (pi/2) das Differentialausgabesignal und das Summenausgabesignal, wenn die Lichtquelle (21,23) auf einer Seite der mittleren Lichtquelle (22) leuchtet, jeweils sind, und IDF (-pi/2) und Isum (-pi/2) das Differentialausgabesignal und das Summenausgabesignal, wenn die verbleibende Lichtquelle (23,21) leuchtet, jeweils sind.
Bei der vorliegenden Erfindung erzeugt die Vielzahl von Lichtquellen, die senkrecht bezüglich der Informationsspuren nebeneinander angeordnet sind, Interferenzmuster mit einer konstanten Phasenbeziehung zueinander in Fernfeld des Informationsaufnahmemediums. Der Brennpunktfehler- Erfassungssensor mit den optischen Elementen, welche angeordnet sind in einem Interferenzbereich des Reflexionslichts 0ter Ordnung von dem Informationsaufnahmemediums und dem reflektierten und gebeugten Licht 1ter Ordnung erfaßt Interferenzmuster, welche erzeugt werden aufgrund des Beugungsphänomens durch die Informationsspuren. Weiterhin arbeiten die Lichtquellen und der Betriebsschaltkreis synchron miteinander, um die Interferenzmuster zu analysieren und das Brennpunktfehlersignal zu erzeugen.
Wie erwähnt ist es gemäß der vorliegenden Erfindung möglich, bei der das Brennpunktfehlersignal erzeugt wird durch Scannen der fokussierten Lichtflecken auf dem Informationsaufnahme medium senkrecht bezüglich der Informationsspur, welche mit der Vielzahl von Lichtquellen erzeugt werden, und durch Analysieren des Interferenzmusters herrührend von der Beugung durch die Informationsspur mittels des optischen Sensors, der im Fernbereich des Mediums angeordnet ist, und der damit verbundenen elektronischen Schaltkreise, stabil das Brennpunktfehlersignal zu erzeugen, sogar wenn das Informationsaufnahmemedium ein solches ist, das diskrete Vertiefungslängen und/ oder -abstände hat oder das eine kontinuierliche Führungsnut hat. Weiterhin ist es möglich, eine Lichtbrennpunktpositions-Erfassungseinrichtung zu schaffen, deren optisches System vereinfacht und bei dem die Positionseinstellung des optischen Sensors stark vereinfacht ist.
Die Figuren zeigen im einzelnen:
Fig. 1 eine Konstruktion eines optischen Systems nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2 einen optischen Sensor und einen elektronischen Schaltkreis zum Erfassen eines Brennpunktfehlers nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 3 Ein Koordinatensystem und eine laterale Bewegung eines fokussierten Lichtflecks zur Erklärung des Prinzips der vorliegenden Erfindung;
Fig. 4 Eine Positionsbeziehung zwischen einem reflektierten Licht von einem Informationsaufnahmemedium und dem optischen Sensor;
Fig. 5 Positionen der fokussierten Lichtflecken auf dem Informationsaufnahmemedium;
Fig. 6 u. 7 einen optischen Sensor und einen elektronischen Schaltkreis, die notwendig sind, um einen Spurfehler zu erfassen;
Fig. 8 ein optisches System, wenn ein akusto-optischer Modulator als ein Scanner für einen fokussierten Lichtfleck benutzt wird;
Fig. 9 ein optisches System, wenn ein Beugungsgitter und Lichtquellen, die in der Wellenlänge variierbar sind, als der Scanner für den fokussierten Lichtfleck benutzt werden;
Fig. 10 u. 11 eine Konstruktion einer herkömmlichen Brennpunktfehler - Erfassungsvorrichtung;
Fig. 12 ein Koordinatensystem, das zum Erklären des Prinzips der Brennpunktfehler-Erfassung nützlich ist;
Fig. 13 Informationsvertiefungen auf dem Informationsaufnahmemedium;
Fig. 14 einen Unschärfezustand; und
Fig. 15 eine Positionsbeziehung zwischen reflektiertem Licht von dem Informationsaufnahmemedium und einem optischen Sensor in der herkömmlichen Vorrichtung.
In Fig. 1 und 2, welche eine Konstruktion eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigen, bezeichnen Bezugszeichen 3-7, 10 und 11 die gleichen Komponenten wie bei der herkömmlichen Vorrichtung.
In Fig. 2 bezeichnen 29,30,31 und 32 die Sensorelemente des optischen Sensors 28, 33 einen Subtrahierer, 34 einen Addierer, 35-40 Abtast- Halteschaltkreise, 41 und 42 Addierer, 43 und 44 Subtrahierer und 47 einen Addierer. Lesen von Daten durch die Abtast- Halteschaltkreise 35-40 wird synchron durchgeführt mit dem Ein- Ausbetrieb der Lichtquellen 21-23.
Das Prinzip der Brennpunktfehlererfassung nach der erfindungsgemäßen Vorrichtung basiert auf der Tatsache, daß eine Phasendifferenz zwischen Licht 0ter Ordnung, welches direkt von dem Informationsaufnahmemedium erzeugt wird, und Licht +/- erster Ordnung, welches reflektiert und gebeugt wird durch Informationsspuren, welche einem Brennpunktfehler entspricht, erzeugt wird, wenn eine Information eingeschrieben in oder ausgelesen von der Informationsaufnahmeoberfläche wird, die als Beugungsgitter wie bei der herkömmlichen Vorrichtung agiert.
Obwohl bei der bekömmlichen Vorrichtung die Reihe der Informationsvertiefungen zumindest teilweise eine einzelne Raumfrequenz aufweisen muß, gibt es solch ein Erfordernis nicht bei dieser Ausführungsform, weil die Phasendifferenz zwischen dem Licht 0ter Ordnung und dem Licht 1ter Ordnung durch scannen der Lichtflecken auf dem Informationsaufnahmemedium senkrecht bezüglich der Informatlosspuren erfaßt wird. Nunmehr wird das Prinzip der Brennpunktfehler-Erfassung der vorliegenden Vorrichtung detailliert mit Bezug auf das Koordinatensystem und das Modell des Informationsaufnahmemediums, das bei der Erläuterung der herkömmlichen Vorrichtung benutzt wurde, erklärt werden. Da bei der vorliegenden Vorrichtung Positionen von Lichtflecken diskret und vertikal zu den Informationsspuren 5 gescannt werden, ist es notwendig, den Effekt der lateralen Bewegung des Lichtflecks mathematisch auszudrücken. Wie in Fig. 3 gezeigt, ist unter Annahme einer Bewegungsgröße des Flecks in der Richtung der eta-Achse zu Delta eta der Aberrationskoeffizient W11 der lateralen Bewegung eines Bildes entsprechend Delta eta gegeben durch
W&sub1;&sub1; = Δη/(λ/NA) (19)
Darum kann eine Amplitudenverteilung a(x,y) von Bestrahlungslicht auf der Ausgangspupillenebene der Objektivlinse folgendermaßen ausgedruckt werden:
Dann wird die Amplitudenverteilung AD0,1(x',y') des auf die optischen Elemente 30 und 31 reflektierten Lichts betrachtet werden, welche in einem Interferenzbereich des reflektierten Lichts (0,0)ter Ordnung und des reflektierten und gebeugten Lichts (0,1)ter Ordnung angeordnet sind, wie gezeigt in Mol-%4.
AD0,1 ist durch die Gleichung (8) wie folgt gegeben:
AD0,1(x',y') = Ro,o a (-x',-y') + Ro,&sub1; exp(-2π ivo/q) a(-2πivo/q·a(-x',-y'+1/q) (21)
Unter der Annahme, daß ein Größenverhältnis zwischen Fourierkoeffizienten Ro,o und Ro,1 und eine Phasendifferenz zu alpha 1 und Psi&sub1; jeweils vorliegt, wird folgende Gleichung erhalten:
Ro,1 = α¹ eiΨ¹ Ro,o (22)
Durch Einsetzen der Gleichung (22) in die Gleichung (21) kann die letztere wie folgt geschrieben werden:
AD0,1(x',y') = Ro'o(a(-x',-y')+α&sub1; eiΨ¹ exp(-2π ivo/q) a(-x',-y', + 1/g)) (23)
Durch Einsetzen der Gleichung (20) in die Gleichung (23), wobei die Amplitude der Pupillenfunktion konstant ist (tau(x,y)=1) genau so wie bei der herkömmlichen Vorrichtung, wird die folgende Gleichung erhalten:
AD0,1(x',y') = Ro,o(exp[π i(-W&sub1;&sub1;y' + W&sub2;&sub0;(x'² + y'²)) +α eiΨ¹exp(-2πivo/q)·exp[2π i(W&sub1;&sub1; (-yf + 1/q) + W&sub2;&sub0;(x'² + (-y' + 1/q)²)) (24)
und die Intensitätsverteilung wird durch Quadrieren der Gleichung (24) folgendermaßen erhalten
AD0,1(x',y') ² = Ro,o ²[(1+α&sub1;)²+2α1cos(Ψ1-2πvo/q + 2[W&sub1;&sub1;/q + W&sub2;&sub0;(2y/q + 1/q²)]] (25)
In dieser Ausführungsform werden die Größe und das Vorzeichen von W2o, das in dem Phasentherm des Interferenzmuster auftritt, durch Abtasten der Lichtflecken in der Richtung überquerend die Informationsspuren, i.e. durch variieren von W11, erfaßt. Deshalb sind, wie in Fig. 2 und 4 gezeigt, die Ausgangsströme ID1 und ID2 der optischen Sensorelemente 30 und 31, die entlang der x'-Richtung angeordnet sind, wie folgt gegeben:
ID1 = K&sub1; Ro,o ²[(1 + α1)² + 2α1cos(Ψ1 -2πvo/q + 2πW&sub1;&sub1;/q + 2π w&sub2;&sub0;(-2(y-Δ/2)/q+ 1/q²))] (26)
ID2 = K&sub1; Ro,o ²[(1 + α1)² + 2α1cos(Ψ1 -2πvo/q + 2πW&sub1;&sub1;/q + 2π w&sub2;&sub0;(-2(y+Δ/2)/q + 1/q))] (27)
Wobei (y-Delta/2) und (y+Delta/2) Mittenpositionen der optischen Sensorelemente mit den gleichen Lichtempfangsflächen und mit Breiten in der y'-Richtung klein genug verglichen mit Längen in der x'-Richtung sind, wobei die Breite klein genug ist verglichen mit der Periode des Interferenzmusters, und K1 eine Konstante proportional zu der Empfindlichkeit des optischen Sensors und dessen Lichtempfangsfläche ist. Dann werden, wenn
Io = K&sub1; Ro,0 ²(1 + α1) (28)
I&sub1; K&sub1; Ro,o ²·2α1 (29)
δ = 2π W&sub1;&sub1; /q (30)
β1 = Ψ1 - 2π vo/q (31)
gesetzt werden und die Gleichungen (26) und (27) umgeschrieben werden, die folgenden Gleichungen erhalten:
ID1 = Io + I&sub1; cos[β1 + δ + 2π W&sub2;&sub0;(-2(y1 - Δ/2)/q + 1/q²)] (32)
ID2 = Io + I&sub1; cos[β1 + δ + 2π W&sub2;&sub0; (-2(y1 + Δ/2)/q + 1/q²)] (33)
Letzthin werden die Differentialausgabe IDF und die Summenausgabe Isum der zwei Sensorelemente nach den folgenden Gleichungen berechnet:
IDF = ID2 - ID1 = 2I&sub2; sin(2π W&sub2;&sub0; Δ/q) sin(β1 + δ + 2π W&sub2;&sub0;(-2y&sub1;/q + 1/q²)) (34)
ISUM = ID2 + ID1 = 2Io + 2I&sub2; cos(2π W&sub2;&sub0; Δ/q)·cos(β1 + δ + 2π W&sub2;&sub0; (-2y&sub1;/q+ 1/q²)) (35)
Wenn ein Abstand zwischen den zwei Sensorelementen klein genug ist delta " 1 und die Unschärfe ebenfalls klein ist ( W20 < 1), wobei die folgenden Ungleichung erhalten wird,
2π W&sub2;&sub0; Δ/q"1 (36)
werden die folgenden Gleichungen erhalten:
sin(2π W&sub2;&sub0; Δ/q) = 2π W&sub2;&sub0; Δ/q (37)
cos(2π W&sub2;&sub0; Δ/g) = 1 (38)
Deshalb können die Gleichungen (34) und (35) wie folgt vereinfacht werden:
IDF = 2I&sub1;·2π W&sub2;&sub0; Δ/q·sin[β1 + α+ 2πW&sub2;&sub0;(-2y&sub1;/y + 1q²)] (39)
ISUM = 2Io + 2Ihcosb1 +d + 2p W(-2y/y + 1q²)] (40)
Aus den Gleichungen (39) und (40) läßt sich das folgende sagen.
(1) Phasen der Differentialaisgabe IDF und der Summenausgabe Isum sind proportional zu einer Spurabweichung vo, einem Aberrationskoeffizienten W11 der lateralen Bewegung eines Bildpunkts und einem Aberrationskoeffizjenten W20 der longitudinalen Bewegung eines Bildpunkts (Unschärfeaberration).
(2) Eine Amplitude von IDF ist proportional zu W20.
(3) IDF ist in der Phase um 90 Grad von Isum verschoben.
Deshalb ist es durch Erfassen der Amplitude von IDF möglich, das Brennpunktfehlersignal zu erfassen. Jetzt wird das Verfahren des Erhaltens des Brennpunktfehlersignals durch schrittweises Variieren des Aberrationskoeffizienten W11 der lateralen Bildbewegung von Bestrahlungslicht für das Informationsaufnahmemediums (i.e. durch Verschieben des Lichtflecks auf der Informationsaufnahmeebene in einer Richtung überquerend die Informationsspur), um das Interferenzmuster in dem Interferenzbereich des Lichts (0,0)ter Ordnung und des Lichts (0,1)ter Ordnung abzutasten, beschrieben werden.
Wenn der Phasenterm des Interferenzmusters, der sich auf W11 bezieht, wie gezeigt in Gleichung (30) 0,+delta und -delta ist, werden IDF und Isum nach den Gleichungen (39) und (40) zu:
IDF (0) = K&sub2; W&sub2;&sub0;·sin(β1 + Φ1) (41)
IDF (δ1) = K&sub2; W&sub2;&sub0;·sin(β1 +δ1 + Φ1) (42)
IDF (-δ1) = K&sub2; W&sub2;&sub0;·sin(β1 - δ1 + Φ1) (43)
ISUM (0) = K&sub3; + K&sub4;·cos(β1 + Φ1) (44)
ISUM (δ1) = K&sub3; + K&sub4;·cos(β1 + δ1 + Φ1) (45)
ISUM (-δ1) = K&sub3; + K&sub4;·cos(β1 - δ1 + φ1) (46)
wobei K = 2I2p D/g (47)
Φ1 = 2π W&sub2;&sub0; (-2y&sub1;/q + 1/q²) (48)
K&sub3; = 2Io (49)
K&sub4; = 2I&sub1; (50)
Aus den obigen Gleichungen werden die folgenden Gleichungen erhalten:
IDF(-δ1) + IDF (O) =K&sub2; W&sub2;&sub0;·sin(β1 - δ1/2 + Φ1)cosδ1/2 (51)
IDF (O) +IDF (δ1) =K&sub2; W&sub2;&sub0;·sin(β1 - δ1/2 + Φ1)cosδ1/2 (52)
ISUM (-δ1) - ISUM (o) = 2K&sub4; W&sub2;&sub0; sin(β1 - δ1/2 + Φ1)sinδ1/2 (53)
ISUM (O) - ISUM (δ1) = 2K&sub4;·sin(β1 + δ1/2 + Φ1)sinδ1/2
Deshalb ist es möglich, W20 zu erfassen, d. h. das Brennpunktfehlersignal zu erfassen durch Ausführen folgender Operation mit delta 1 = pi/2:
(IDF (-π/2) + IDF (0)) (ISUM (-π/2) - ISUM (0)) + (IDF (O) + IDF (π/2)) (ISUM (0) - ISUM (π/2)) = δI&sub1;² 2πΔ W&sub2;&sub0;/q (55)
Ein Betrieb dieser Ausführungsform wird beschrieben werden. Um das Brennpunktfehlersignal zu erzeugen, führt die vorliegende Vorrichtung den folgenden Betrieb durch. Zunächst wird die Lichtquelle 22 eingeschaltet und ein Lichtfleck an eine Position 26 bewegt. Obwohl in Fig. 1 der Lichtfleck 26 in der Mitte der Informationsspur 5 auf der Oberfläche des Informationsaufnahmemediums 4 positioniert ist, i.e. die Brennpunktsteuerung und die Spursteuerung werden perfekt durchgeführt, kann die Fleckposition von der von Fig. 1 natürlich abweichen. Die Differentialausgabe und die Summenausgabe der optischen Sensorelemente sind jeweils IDF (0) und Isum (0) in diesem umstand, welche jeweils an die Abtast- Halteschaltkreise 36 und 39 zugeführt werden. Dann wird die Lichtquelle 22 ausgeschaltet und anstelle davon wird die Lichtquelle 21 eingeschaltet, um einen Lichtfleck 25 zu erzeugen dessen Position vertikal nach oben von der Fleckposition 26 um ein Viertel des Spurintervalls, wie gezeigt in Fig. 5, abweicht. In solch einem Zustand sind die Differential- und die Summenausgabe der optischen Sensoren IDF (pi/2) und Isum (pi/2), welche jeweils an die Abtast- Halteschaltkreise 37 und 40 zugeführt werden. Schließlich wird die Lichtquelle 21 ausgeschaltet und die Lichtquelle 23 eingeschaltet. Im letzteren Fall werden IDF (-pi/2) und Isum (-pi/2) erhalten. IDF und Isum erhalten durch sequentielles Einschalten der Lichtquellen 21, 22 und 23 werden von einem Betriebsschaltkreis verarbeitet, der stromabwärts der Abtast- Halteschaltkreise angeordnet ist, nach der Gleichung (55) und ein Brennpunktfehlersignal Sf wird erhalten. Da die Halbleiterlaser, welche als Lichtquellen benutzt werden, mit hoher Geschwindigkeit moduliert werden können, ist es möglich, das Brennpunktfehlersignal zu erhalten, welches nicht durch Aufnahmesignale beeinflußt und stabil ist, durch Ein- und Aus- Steuern der Lichtquellen bei einer höheren Frequenz als einem Frequenzband des Informationssignais, das auf dem Informationsaufnahmemedium aufgenommen ist.
Obwohl bei der obigen Ausführungsform die vorliegende Erfindung als die Brennpunktfehler- Erfassungsvorrichtung beschrieben worden ist, ist es leicht, auf die vorliegende Vorrichtung das Radialwobbelverfahren anzuwenden, das bekannt ist als das Spurfehler- Erfassungsverfahren. Siehe dazu G. Bouwhis et al. , "Prinzipien optischer Plattensysteme", Adam Hilger, p.p. 73-75.
Fig. 6 zeigt einen optischen Sensor und einen Betriebsschaltkreis als Beispiel welche notwendig sind, um den Spurfehler zu erfassen. In Fig. 6 bezeichnet 48 den optischen Sensor mit einem Lichtempfangsbereich, welcher ein peripherer Bereich der optischen Sensorelemente 30 und 31 zur Brennpunktfehler- Erfassung ist und welcher darauf ausgelegt ist, alle Komponenten des reflektierten Lichts von dem Informationsaufnahmemedium 4, welche durch die Objektivlinse 9 durchtreten und von dem Halbspiegel 7 reflektiert werden, zu erfassen. 49 bezeichnet einen Addierer zum summieren von den Signalen von den optischen Sensorelementen 30 und 31 und dem optischen Sensor 48, 50 einen Bandpaßfilter, 51 einen Multiplizierer und 52 einen Tiefpaßfilter. Einen Betrieb dieses Spurfehler- Erfassungsschaltkreises wird beschrieben werden. Zunächst werden die Lichtquellen 21,22 und 23 sequentiell eingeschaltet wiederholt mit einem Zeitintervall von 21 nach 22 3 nach 22 nach 21 (eine Periode von 4 taub, so daß eine Lichtfleck auf der Informationsebene 4 die Informationsspuren 5 transversal von 25 nach 26 nach 27 nach 25 abtastet. In diesem Fall werden alle Komponenten des reflektierten Lichts von der informationsaufnahmeebene 4, welche durch die Objektivlinse 9 durchtreten und von dem Halbspiegel 7 reflektiert werden, von den optischen Sensorelementen 30 und 31 und dem optischen Sensor 48 empfangen und in elektrische Signal umgewandelt. Diese elektrischen Signal werden von dem Addierer 49 addiert und eine Frequenzkomponente f(f=1/4 tau) davon wird durch den Bandpaßfilter 50 abgleitet. Die Frequenzkomponente von dem Bandpaßfilter 50 wird phasenmäßig verglichen mit einem Bezugssignal mit einer Frequenz f zugeführt von dem Speicherschaltkreis 24 durch den Multiplizierer 50, und das Spurfehlersignal St wird erhalten durch Entfernen einer Komponente der Frequenz 2f durch den Tiefpaßfilter 52.
Alternativ dazukann solch ein Spurfehlersignal St erhalten werden unter Benutzung eines in Fig. 7 gezeigten Schaltkreises, was ähnlich dem Doppelfleckverfahren funktioniert. Siehe dazu G. Bouwhis et al. ," Prinzipien optischer Plattensysteme", Adam Hilger p.p. 71 bis 72. In Fig. 7 bezeichnet 53 einen Abtast- Halteschaltkreis zum Abtasten und Halten eines elektrischen Signals entsprechen einer reflektierten Lichtkomponente von dem Informationsaufnahmemedium 3, wenn die Lichtquelle 21 eingeschaltet wird, und 54 einen Abtast- Halteschaltkreis zum Abtasten und Halten des elektrischen Signals, wenn die Lichtquelle 23 eingeschaltet wird. Das Spurfehlersignal kann erhalten werden durch Differentieren der Ausgaben dieser Abtast- Halteschaltkreise 53 und 54 mittels eines Subtrahierers 55.
In der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform werden drei Halbleiterlaser als die Lichtquellen benutzt. Alternativ dazu ist es möglich, unabhängig steuerbare Halbleiterlaseranordnungen (siehe dazu E. Kapon et al., "Steuerung gegenseitigen Phasenverriegelns monolithisch integrierter Halbleiterlaser", Appl. Phys. Lett.,43,(5), pp.421-423 (1983)) oder Lichtquellen, deren Lichtemissionspositionen an Oberflächen am Lichtimitierenden Ende extern gesteuert werden können ( siehe dazu Shibata et al. , "Laser Transistoren", O plus E, Nr. 67, pp. 114-121 (1985)).
Als ein alternatives Verfahren zum Scannen der Informationsspuren lateral mit dem Lichtfleck auf der Informationsaufnahmeebene 5 ist es möglich, einen akostooptischen Deflektor 56, angeordnet zwischen der Lichtquelle 22 und der Objektivlinse 9 wie gezeigt in Fig. 8 zu benutzen. Weiterhin kann, wenn Lichtquelle mit variabler Wellenlänge benutzt werden kann, solch ein Scannen realisiert werden kann unter Benutzung eines Beugungsgitters mit einer großen Wellenlängendispersion als einer Ablenkeinrichtung und durch Ändern einer Oszillationswellenlänge einer Lichtquelle 58, wie gezeigt in Fig. 9. Als solche Lichtquelle mit variabler Wellenlänge ist ein Halbleiterlaser bekannt, dessen Ausgangswellenlänge durch einen Injektionsstrom geändert werden kann (Siehe dazu L. Goldberg et al. , "Frequenzmodulations- Charakteristik einer gekoppelten Streifenlaserdioden- Anordnung", IEEE J. Quantum Electron., QE-22, pp. 513- 516 (1986).
Die vorliegende Erfindung kann nicht nur den Brennpunktsdetektor für die optische Informationsaufnahme- und -wiedergabevorrichtung, wie z. B. die optische Plattenvorrichtung, sondern auch für eine optische Brennpunkterfassung für andere optische Aufnahmemedien oder - artikel angewendet werden.

Claims

1. Brennpunktposition- Erfassungsvorrichtung für eine optische Informationsaufnahme- und -wiedergabevorrichtung mit einer Lichtquelleneinrichtung (21,22,23), einer Fokussiereinrichtung (9) zum Fokussieren eines Lichtstrahles von der Lichtquelleneinrichtung (21,22,23) auf ein Informationsaufnahmemedium (3) mit Informationsspuren (5), einer Lichtstrahl-Trenneinrichtung (7) zum Trennen eines reflektierten Lichtstrahls von dem Informationsaufnahmemedium (3) von dem Lichtstrahl von der Lichtquelleneinrichtung (21,22,23), einen optischen Sensor (28;48) zum Umwandeln des reflektierten Lichtstrahls in ein elektrisches Signal, einem Steuersignalgenerator (33-47;49-52;49,53-55) ansprechend auf ein Ausgangssignal des optischen Sensors (28;48) zum Erzeugen eines Steuersignals zum Korrigieren eines Brennpunkts der Fokussiereinrichtung (9), wobei der optische Sensor zumindest zwei optische Sensorelemente (29-32) umfaßt, wobei die optischen Sensorelemente (29-32) in einem Fernfeld von dem Informationsaufnahmemedium (3) angeordnet sind;

gekennzeichnet durch

die Lichtquelleneinrichtung (21,22,23) mit drei Lichtquellen (21,22,23), die von einem Steuerschaltkreis (24) einausgesteuert werden können, und so angeordnet sind, daß Brennpunkte (25,26,27) der Lichtstrahlen der Lichtquellen (21,22,23) nebeneinander angeordnet sind auf dem Informationsaufnahmemedium (3) senkrecht bezüglich der Informationsspuren (5), wobei die optischen Sensorelemente (29-32) Lichtempfangsbereiche haben, mit einer größten Länge parallel zu den Informationsspuren (5) und einen Betriebsschaltkreis (35-40) zum Abtasten und Malten eines Differenzausgabesignals und eines Summenausgabesignals der optischen Sensorelemente synchron mit dem Ein- Ausschalten der Lichtquellen (21,22,23) und Verarbeiten der Abtast- Halteausgaben um ein Brennpunktfehlersignal definiert durch die folgende Gleichung zu erhalten:

{IDF (-π/2) + IDF(0)}·{ISUM(-π/2) - ISUM(0)} + (IDF(0) + IDF(π/2)}·ISUM(0) - ISUM(π/2)}

wobei IDF (0) und Isum (0) das Differentialausgabesignal und das Summenausgabesignal der optischen Sensorelemente (29-32), wenn die mittlere Lichtquelle (22) unter den drei Lichtquellen leuchtet, jeweils sind, und IDF (pi/2) und Isum (pi/2) das Differentialausgabesignal und das Summenausgabesignal, wenn die Lichtquelle (21,23) auf einer Seite der mittleren Lichtquelle (22) leuchtet, jeweils sind, und IDF (-pi/2) und Isum (-pi/2) das Differentialausgabesignal und das Summenausgabesignal, wenn die verbleibende Lichtquelle (23,21) leuchtet, jeweils sind.

2. Brennpunktposition-Erfassungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Intervall zwischen den nebeneinander liegenden Lichtpunkten (25,26,27) gebildet auf dem Informationsaufnahmemedium (3) durch die Vielzahl von Lichtquellen (21,22,23) 1/4 Informationsspur-Intervall ist.

3. Brennpunktposition-Erfassungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Wiederholungsfrequenz des Ein-/ Aus- Betriebs der Lichtquellen (21,22,23) größer als ein Frequenzband des auf dem Informationsaufnahmemedium (3) aufgenommenen Informationssignals ist.

4. Brennpunktposition-Erfassungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuersignal-Generator (33-47; 49-52; 49, 53-55) auf eine Summe von Ausgabesignalen aller optischer Sensorelemente (29-32) anspricht, um ein Spurfehlersignal entsprechend dem Wobbeiverfahren zu erzeugen.

5. Brennpunktposition-Erfassungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuersignal-Generator (33-47; 49-52; 49, 53-55) auf eine Summe von Ausgabesignalen aller optischer Sensorelemente (29-32) anspricht, um sie abzutasten und zu halten synchron mit dem Ein-/Aus- Betrieb der Lichtquellen (21,22,23) und um ein Spurfehlersignal aus einer Differenz zwischen den Abtast- Halte- Ausgaben zu erhalten.

6. Brennpunktposition-Erfassungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquellen (21,22,23) eine Halbleiterlaser-Anordnung umfassen mit Halbleiterlasern, die unabhängig gesteuert werden können.

7. Brennpunktposition-Erfassungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquellen (21,22,23) eine lichtemittierende Einrichtung umfassen mit lichtemittierenden Endoberflächen, an denen Lichtemissionspositionen gesteuert werden können.

8. Brennpunktposition-Erfassungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelleneinrichtung (21,22,23) einen akusto-optischen Modulator (56) zum Scannen des Lichtpunkts auf dem Informationsaufnahmemedium (39 umfaßt.

9. Brennpunktposition-Erfassungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelleneinrichtung (21,22,23) eine einzelne wellenlängenvariable Lichtquelle (58) und ein Beugungsgitter (57) zum Scannen des Lichtpunkts auf dem Informationsaufnahmemedium (3) umfaßt.