DE3855936T2

DE3855936T2 - Optische Abtastvorrichtung

Info

Publication number: DE3855936T2
Application number: DE3855936T
Authority: DE
Inventors: Nishihara Hikaru; Ogata Hiroshi; Tomura Mitsuharu; Tsuji Shigeki; Kurata Yukio
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1987-08-24
Filing date: 1988-08-24
Publication date: 1998-01-02
Anticipated expiration: 2008-08-25
Also published as: EP0305169B1; EP0539354A2; HK181595A; EP0305169A3; EP0305169A2; DE3889509D1; US5391865A; EP0539354B1; DE3889509T2; DE3855936D1; EP0539354A3

Description

Optische Abtastvorrichtung

Die Erfindung betrifft einen optischen Aufnehmer. Genauer gesagt, betrifft die Erfindung einen optischen Aufnehmer zum Lesen von auf einer Informationsträgerplatte gespeicherter Information dadurch, dass er kleine Ausleseflecke von Licht auf die Platte lenkt und das von dieser reflektierte Licht durch einen photoempfindlichen Detektor erfasst.
In der Technik sind Informationsträgerplatten bekannt, auf denen Daten entlang einer Spiralspur mit einer Folge reflektierender Elemente abgespeichert und angeordnet sind. Die reflektierenden, die Spur bildenden Elemente haben im allgemeinen die Farm von als "Pits" bezeichneten Mulden, die Audio-, Video- oder andere Information auf digitale Form speichern. Als optische Platten überspielte Informationsträger finden auch schnell ihren Weg in Industrien wie die Musik-, Film- und computerindustrie.
Um in einer Trägerplatte gespeicherte Information auszulesen, wird eine optische Auslesevorrichtung oder ein Aufnehmer verwendet. Fig. 1 veranschaulicht die Anordnung eines typischen bekannten optischen Aufnehmers, wobei ein Dreistrahlverfahren zur Spurführungsregelung und astigmatische Erfassung zur Fokusregelung verwendet sind. Vor einer detaillierten Be schreibung der Fig. 1 werden zunächst das Dreistrahlverfahren und astigmatische Erfassung kurz unter Bezugnahme auf die Fig. 2 und 3 erläutert.
Gemäß Fig. 2 verwendet das Dreistrahlverfahren zur Spurführungsregelung drei Lichtstrahlen: einen Hauptstrahl, der in einen Hauptlesefleck 18a zu konzentrieren ist, und ein Paar Unterstrahlen, die in ein Paar Unterleseflecke 18a und 18b an entgegengesetzten Seiten des Hauptlesestrahls 18a zu fokussieren sind. Ein Spurabweichungssignal wird dadurch erhalten, dass die Differenz der Stärke des Paars reflektierter Unterstrahlen erfasst wird. Als nächstes wird auf Fig. 3 Bezug genommen, gemäß der Astigmatismuserfassung zur Fokusregelung eine Zylinderlinse nutzt, die als Linse in bezug auf Licht in einer Richtung, jedoch nicht in bezug auf Licht in der entgegengesetzten Richtung wirkt. Ein Lichtstrahl, der durch die Zylinderlinse läuft, bildet im Brennpunkt einen kreisförmigen Fleck, und auf der fernen und nahen Seite des Brennpunkts werden verzerrte kreisförmige oder elliptische Flecke gebildet. Jede Formänderung des Leseflecks des Strahls wird elektrisch erfasst, um dadurch ein Fokusabweichungssignal zu erzeugen.
Nun wird auf Fig. 1 Bezug genommen, gemäß der der optische Aufnehmer oder die Auslesevorrichtung eine Laserlichtquelle 1 beinhaltet. Ein Laserstrahl 16, wie er von der Laserlichtquelle 1 emittiert wird, wird auf ein Beugungsgitter 12 gelenkt, wo er zu einem Beugungshauptstrahl 17a nullter Ordnung und einem Paar Beugungsunterstrahlen 17b und 17c erster Ordnung gebeugt wird. Der Hauptstrahl 17a dient zum Auslesen der auf der Platte aufgezeichneten Pitinformation und zum Erfassen einer Fokusabweichung, während die zwei Unterstrahlen 17b und 17c zum Erfassen einer Spurabweichung oder eines Ausfallens des Hauptlesestrahls dienen. Die drei gebeugten Strahlen 17a, 17b und 17c werden auf einen ebenen Strahlteiler 13 gerichtet, der mit einer halbverspiegelten Oberfläche oder einem Spiegel 13a versehen ist, wo sie zu einer Kollimatorlinse 5 reflektiert werden. Wenn die drei Strahlen durch die Kollimatorlinse 5 laufen, werden sie parallel ausgerichtet. Die kollimierten Strahlen laufen ferner durch eine Objektivlinse 6, die sie in drei Flecke 18a, 18b und 18c auf der Oberfläche der die Information tragenden Platte 7 mit einem Muster fokussiert, wie es in Fig. 2 dargestellt ist. Der Hauptlesefleck 18a rührt vom Hauptstrahl 17a her, wohingegen die Unterflecke 18b und 18c von den Unterstrahlen 17b und 17c herrühren. Die einen Fleck bildenden Strahlen 17a, 17b und 17c werden durch die datentragende Spur auf der Platte moduliert und durch die Objektivlinse 6 und die Kollimatorlinse 5 zum Strahlteiler 13 zurückreflektiert, wobei sie im wesentlichen dem identischen Pfad folgen. Der Strahlteiler ist schräg oder unter einem Winkel in bezug auf den optischen Pfad der zurücklaufenden Strahlen angeordnet, wodurch diese zurücklaufenden Strahlen schräg auf den Strahlteiler 13 treffen und durch ihn hindurchlaufen. Die Länge der optischen Pfade, z.B. 1 und m, innerhalb des Strahlteilers vaniert für die durch ihn hindurchlaufenden Lichtstrahlen abhängig von den Orten, an denen diese Strahlen auf den Teiler treffen. Das Nettoergebnis dabei ist ähnlich demjenigen beim Durchlaufen einer Zylinderlinse, wodurch Astigmatismus entsteht. Die zurücklaufenden, durch den Strahlteiler 13 hindurchgelaufenen Strahlen laufen zu einer plankonkaven Linse 14, durch die die einfallenden Strahlen axial oder longitudinal verstärkt und zu Flecken 19a, 19b und 19c auf einem photoempfindlichen Detektor 15 mit sechs Segmenten fokussiert werden. Diese Strahlflecke 19a, 19b und 19c werden mit verschiedenen Mustern auf den Photodetektor 15 projiziert, wie es in den Fig. 4A - 4c dargestellt ist, und zwar abhängig von den Positionen der Platte 7 in bezug auf die Objektivlinse 6. Es wird darauf hingewiesen, dass 93200032.6; SHARP K.K.; a18772el; 50172 : : : :: : : :

-3-

der Fleck 19a vom Hauptstrahl 17a herrührt, während die Flecke 19a und 19b von den Unterstrahlen 17b bzw. 17c herrühren.
Gemäß den Fig. 4A - 4c umfasst der Photodetektor 15 photoempfindliche Seg mente A - D, die mit Quadrateform angeordnet sind, um den Hauptfleck des Strahls 19a zu empfangen, sowie ein Paar ähnlicher photoempfindlicher Segmente E und F, die zu beiden Seiten des Quadratarrays A - D angeordnet sind, um die Unterflecke 19b und 19c des Strahls zu empfangen. Wenn die Oberfläche der Information tragenden Platte 7 rechts in den Brennebene der Objektivlinse 6 liegt, wodurch es möglich ist, dass die Leseflecke in die Datenspur der Platte fokussiert werden, werden die Strahiflecke 19a - 19c in Form runder Kreise mit dem in Fig. 4B dargestellten Muster auf den Photodetektor projiziert. Wenn die Plattenoberfläche über ihren Brennpunkt hinaus näher an der Objektivlinse liegt, d.h., wenn die Plattenoberfläche auf der näheren Seite der Objektivlinse in bezug auf den Brennpunkt liegt, bilden die projizierten Strahlflecke die Form von Ellipsen oder ovaler Kreise, die so angeordnet sind, wie es in Fig. 4A dargestellt ist. Andererseits werden, wenn die Plattenoberfläche weiter als der Brennpunkt der Objektivlinse entfernt ist, d.h., wenn die Plattenfläche auf der fernen Seite der Objektivlinse in bezug auf den Brennpunkt liegt, die Strahlflecke 19a - 19c in Form ovaler Kreise mit dem in Fig. 4C dargestellten Muster auf den Photodetektor 15 projiziert.
Ein Pitsignal RF, wie es durch Lesen der Pits in der Datenspur der Platte mit den Ausleselichtflecken erhalten wird, ist durch die folgende Gleichung ausgedrückt:
RF = a + b + c + d,
wobei a, b, c und d elektrische Signale repräsentieren, wie sie den von den photoempfindlichen Segmenten A, B, C bzw. D empfangenen Lichtmengen entsprechen.
Ein Spurabweichungssignal TES, wie es gemäß dem Dreistrahlverfahren erzeugt wird, ist wie folgt ausgedrückt:
TES = e - f,
wobei e und f elektrische Signale repräsentieren, die proportional zu den Lichtrnengen sind, die auf die photoempfindlichen Segmente e bzw. f projiziert und von diesen empfangen werden.
Ein durch astigmatische Erfassung erzeugtes Fokusabweichungssignal FES ist wie folgt ausgedrückt:
FES = (a + d) - (b + c)
Immer dann, wenn von einem Spurabweichungsdetektor 41 eine Spurabweichung erfasst wird, arbeitet ein Linsenstellglied oder eine Antriebseinrichtung 44 auf das Ausgangssignal des Detektors 41 hin, um die Objektivlinse 6 in einer Richtung und mit einem Ausmaß zum Korrigieren des Fehlers zu verstellen. Auf ähnliche Weise arbeitet dann, wenn von einem Fokusabweichungsdetektor 42 eine Fokusabweichung erfasst wird, ein Linsenstellglied oder eine Antriebseinrichtung 43 auf das Ausgangssignal des Detektors 42 hin in solcher Weise, dass die Objektivlinse 6 in einer Richtung und mit einem Ausmaß zum Korrigieren der Fokusabweichung verstellt wird. Auf diese Weise ist die Position der Objektivlinse 6 in bezug auf die Platte 7 immer so eingestellt, dass die Plattenoberfläche in der Brennebene der Objektivlinse gehalten wird und die Lesestrahlflecke genau auf die Datenspur der Platte fokussiert werden, was genaues und zuverlässiges Auslesen der Pits in der Datenspur gewährleistet.
In Fig. 5 ist schematisch ein anderer bekannter optischer Aufnehmer veranschaulicht, der ein holographisches Gitter beinhaltet. Der Aufnehmer stützt sich auf das Gegentaktverfahren zur Spurabweichungsregelung sowie auf das Keilprismaverfahren zur Fokusregelung.
Bevor der optische Aufnehmer von Fig. 5 beschrieben wird, werden das Gegentakt- und das Keilprismaverfahren kurz erläutert.
Gemäß Fig. 7 verwendet die Gegentakterkennung einen einzelnen Strahlfleck zum Lesen der Information, die in Form von Pits auf der Platte aufgezeichnet ist. Wenn der auf die Informationsspur gestrahlte Lesefleck perfekt mit einem Datenpit ausgerichtet ist, wie es durch den zentralen Fleck in Fig. 7 repräsentiert ist, empfangen zwei photoempfindliche Segmente eines Photodetektors 45 gleiche Mengen reflektierten Lichts. Jedoch verursacht jede Querabweichung des projizierten Lichtflecks in bezug auf ein Datenpit eine Differenz der Intensität des auf die photoempfindlichen Segmente fallenden Lichts. Diese vom Photodetektor 45 erfasste Differenz erzeugt ein die Spurabweichung anzeigendes Signal.
Das Kantenprismenverfahren zur Fokusregelung verwendet ein Keilprisma 46, wie in Fig. 8A dargestellt. Eine Fläche des Prismas ist in Form eines Vförmigen Grabens geformt. Ein auf das Kantenprisma fallender Lichtstrahl tritt aus diesem mit zwei Lichtstrahlen aus, wie es in Fig. 8B veranschaulicht ist. Im Brennpunkt F sind die durchgestrahlten Strahlen zu winzigen Flecken divergiert, während die Strahlen an Positionen X und Y auf der nahen bzw. fernen Seite in bezug auf den Brennpunkt halbkreisförmige Flecke verschiedener Größen und Ausrichtungen bilden. Die variierenden, halbkreisförmigen Flecke der Lichtstrahlen werden von einem Photodetektor erfasst, der Fokusabweichungen anzeigende elektrische Ausgangssignale erzeugt.
Es wird nun auf Fig. 5 Bezug genommen, gemäß der der optische Aufnehmer eine Laserlichtquelle 1 beinhaltet. Ein Laserstrahl 22 von der Laserlicht quelle 1 wird auf das holographische Gitter 20 gelenkt. Fig. 6 veranschaulicht das holographische Gitter 20 mit vergrößerter, perspektivischer Ansicht. Das holographische Gitter 20 umfasst ein plattenförmiges Element aus Glas oder Kunststoff, das mit einer Anzahl feiner, gekrümmter Striche oder Schlitze zum Beugen des hindurchlaufenden Lichtstrahls versehen ist. Damit das Beugungsgitter 20 wie ein Kantenprisma funktioniert, ist das Gitter in zwei Abschnitte 20a und 20b unterteilt.
Es wird erneut auf Fig. 5 Bezug genommen, gemäß der das holographische Gitter 20 den Laserstrahl 22 von der Quelle in mehrere Beugungsordnungen beugt. Unter diesen läuft nur der Beugungstrahl nullter Ordnung zu einer Kollimatorlinse 5 weiter. Der Beugungsstrahl erster Ordnung verfehlt die Kollimatorlinse 5 wegen seines größeren beugungswinkels vollständig. Der durch die Kollimatorlinse 5 laufende Beugungsstrahl nullter Ordnung wird in parallele Strahlen umgewandelt. Die kollimierten Strahlen werden auf eine Objektivlinse 6 gerichtet, die sie an der Oberfläche der Informationsträgerplatte 7 zu einem Lichtfleck fokussiert. Der auftreffende Strahl wird durch die Platte 7 reflektiert und entlang im wesentlichen demselben optischen Pfad zum holographischen Gitter 20 zurückgeführt. Der zurücklaufende Strahl wird durch das Beugungsgitter 20 in mehrere Ordnungen gebeugt. Der Beugungsstrahl nullter Ordnung läuft zur Laserlichtquelle 1 weiter, während der Beugungsstrahl nullter Ordnung auf einen Photodetektor 21 mit vier Segmenten gerichtet wird. Wie oben in Verbindung mit Fig. 6 ausgeführt, ist das holographische Gitter 20 entlang einer Linie, die in tangentialer Richtung der Platte 7 ausgerichtet ist, in Gitterabsohnitt 20a und 20b unterteilt (während in der Zeichnung die Unterteilungslinie auffällig ist, um die Grenze zwischen den Gitterabschnitten zu zeigen, existiert bei einem tatsächlichen holographischen Gitter keine derartige Linie). Wie es ebenfalls aus Fig. 6 erkennbar ist, sind die Abschnitt 20a und 20b mit Gitterstrichen verschiedenen Designs oder verschiedener Muster ausgebildet, so dass die aus diesen Abschnitten austretenden Beugungsstrahlen erster Ordnung auf verschiedene Punkte konvergiert werden. Genauer gesagt, treten zwei Beugungsstrahlen 24a und 24b erster Ordnung auf Grund der zusammengesetzten Konstruktion aus dem holographischen Gitter 20 aus. Die Strahlen 24a und 24b treffen auf einen Photodetektor 21 mit vier Segmenten, um Lichtflecke 25a und 25b zu bilden. Die Ausbildung der Lichtflecke 25a und 25b auf dem Photodetektor 21 ist vergrößert in den Fig. 9A - 9C dargestellt, wobei die Buchstaben A, B, C und D photoempfindliche Segmente bezeichnen, die den Photodetektor 21 bilden. In einer fehlerhaften Auslesesituation, in der die Platte 7 über ihren Brennpunkt hinaus näher an der Objektivlinse 6 liegt, d.h., in der sie innerhalb der Brennweite der Objektivlinse 6 liegt, werden halbkreisförmige Flecke 25a und 25b auf den äußersten photoempfindlichen Segmenten A und D ausgebildet, wie es in Fig. 9A dargestellt ist. Wenn die Platte 7 in der Brennebene der Objektivlinse 6 liegt, d.h., wenn sich die Platte im Brennpunkt der Objektivlinse befindet, werden winzige Lichtflecke auf den Photodetektor 21 projiziert, wie es in Fig. 9B dargestellt ist. Wenn die Platte 7 über den Brennpunkt der Objektivlinse hinaus von dieser weiter entfernt liegt, d.h., wenn sie außerhalb der Brennweite der Objektivlinse positioniert ist, werden halbkreisförmige Flecke 25a und 25b auf die innersten photoempfindlichen Segmente B und C gestrahlt, wie es in Fig. 9c dargestellt ist.
Ein durch optisches Lesen der Platte 7 erhaltenes Pitsignal RF ist wie folgt ausgedrückt:
RF = a + b + c + d,
wobei a, b, c und d elektrische Signale repräsentieren, die den von den photoempfindlichen Elementen a, b, c bzw. d empfangenen Lichtmengen entsprechen.
Ein durch das Gegentaktverfahren erhaltenes Spurabweichungssignal TES ist wie folgt ausgedrückt:
TES = (a + b) - (c + d)
Das Kantenprismaverfahren erzeugt ein Fokusabweichungssignal FES, das durch die folgende Gleichung ausgedrückt ist:
RF = (a + d) - (b + c)
Es sei darauf hingewiesen, dass das zusammengesetzte holographische Gitter 20 optische wie ein Kantenprisma wirkt.
Es wird erneut auf Fig. 5 Bezug genommen, gemäß der dann, wenn von einem Fokusabweichungsdetektor 42 ein Fokusabweichungssignal erfasst wird, ein Linsenstellglied 43 so arbeitet, dass es die Objektivlinse 6 in einer Richtung und mit einem Ausmaß zum Korrigieren der Abweichung antreibt. Auf ähnliche Weise arbeitet, wenn ein Spurabweichungsdetektor 41 eine Spurabweichung erfasst, ein anderes Stellglied 44 so, dass es die Objektivlinse 6 in einer Richtung und mit einem Ausmaß zum Aufheben der Fokusabweichung antreibt, um dadurch ein genaues und zuverlässiges Lesen der Pits auf der Platte zu erzielen.
Die bekannten optischen Aufnehmer vom oben beschriebenen Typ leiden, während sie im wesentlichen hinsichtlich des optischen Auslesevorgangs zufriedenstellend sind, unter einigen Nachteilen.
Der optische Aufnehmer von Fig. 1, der die Dreistrahlerfassung für die Spurregelung verwendet, zeigt hervorragendes Vermögen, Spurabweichungen zu erkennen. Jedoch erfordert er sowohl das Beugungsgitter 12 als auch den ebenen Strahlteiler 13 zur Beugung des Laserstrahls, im Vergleich mit dem einen und einzigen holographischen Gitter für den optischen Aufnehmer von Fig. 5, der auf Grundlage des Gegentakt-Erkennungsverfahrens arbeitet. Ein zusätzliches Bauteil bedeutet einen zusätzlichen Schritt der Funktionseinstellung wie auch zusätzliche Kosten.
Andererseits ist beim Aufnehmer von Fig. 5, der sich auf die Gegentakt- Erfassungstechnik stützt, ein einzelnes holographisches Gitter 20 für die vorgesehene Beugung des Laserstrahls ausreichend. Ein Bauteil weniger und ein Schritt weniger zur Funktionseinstellung führen bei diesem Aufnehmer sicher zu einer beträchtlichen Kostenverringerung im Vergleich mit der Vorrichtung auf Grundlage der Dreistrahlerfassung. Jedoch ist der Aufnehmer vom Gegentakttyp dahingehend von Nachteil, dass das Spurabweichungssignal bei varuerender Pittiefe schwankt, was es unmöglich macht, ein stabiles und konstantes Spurabweichungssignal zu erhalten.
Ein optischer Aufnehmer, der einen gesonderten Strahlteiler und ein Beugungsgitter verwendet, wie die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung, ist aus dem Dokument EP-A-0 226 403 bekannt, auf dem der Oberbegriff von Anspruch 1 beruht.
Die Verwendung von Hologrammen bei optischen Aufnehmern, um einen von einem Aufzeichnungsträger reflektierten Lichtstrahl auf einen optischen Sensor zu lenken, ist aus EP-A-0 123 048 und EP-A-0 195 657 bekannt. AuS diesen zwei Dokumenten ist es auch bekannt, eine Anordnung aufzubauen, bei der zwei Hologramme mittels eines optischen Klebers aneinander befestigt sind.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, einen optischen Aufnehmer zum optischen Lesen von auf einem flachen Informationsträger gespeicherter Information zu schaffen.
Es ist eine andere Aufgabe der Erfindung, einen optischen Aufnehmer zum optischen Lesen eines flachen Informationsträgers zu schaffen, der ein Dreistrahiverfahren zur Spurregelung verwendet und der hinsichtlich des Aufbaus einfacher als bekannte Vorrichtungen ist.
Die Erfindung schafft einen optischen Aufnehmer zum Lesen von Information, wie sie auf einer Spur oder Spuren auf einem Aufzeichnungsträger aufgezeichnet ist, dadurch, dass dafür gesorgt wird, dass ein fokussierter Lichtfleck entlang der Spur oder den Spuren durchgerastert wird und durch Lenken von vom Träger reflektiertem Licht zu einem Photodetektor, wobei der Aufnehmer folgendes aufweist: eine erste Gittereinrichtung zum Gewinnen, aus einem von einer Lichtquelle emittierten Lichtstrahl, eines Hauptstrahls, der zum Erzeugen des fokussierten Lichtflecks fokussiert wird, und eines Paars Unterstrahlen, die zur Verwendung beim Erfassen einer Spurabweichung des Hauptstrahls auf den Aufzeichnungsträger fokussiert werden; und eine Einrichtung zum Lenken eines Teils des vom Aufzeichnungsträger reflektierenden Lichtstrahls zum Photodetektor, dadurch gekennzeichnet, dass die Lenkeinrichtung eine zweite Gittereinrichtung ist, die erste Gittereinrichtung zwischen der Lichtquelle und der zweiten Gittereinrichtung so angeordnet ist, dass der durch die zweite Gittereinrichtung zum Photodetektor gelenkte Lichtstrahl nicht durch die erste Gittereinrichtung läuft, und die erste und die zweite Gittereinrichtung einstückig zu einer Gitteranordnung ausgebildet sind.
Bei bevorzugten Ausführungsformen ist die erste Gittereinrichtung ein Beugungsgitter und die zweite Gittereinrichtung ist ein holographisches Gitter.
Die Erfindung wird aus der folgenden detaillierten Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen deutlicher.
Fig. 1 ist eine schematische Darstellung, die die Gesamtanordnung eines bekannten optischen Aufnehmers zeigt;
Fig. 2 ist eine schematische Darstellung, die beim Verständnis einiger grundlegender Funktionsprinzipien des Dreistrahlverfahrens zur Spurregelung von Hilfe ist;
Fig. 3 ist eine schematische Darstellung, die beim Verständnis einiger grundlegender Funktionsprinzipien des Astigmatismuserfassungsverfahrens zur Fokusregelung von Hilfe ist;
Fig. 4A - 4c sind schematische Darstellungen, die Lichtflecke veranschaulichen, wie sie mit verschiedenen Formen und Mustern auf einem Photodetektor mit sechs Segmenten eines ein Beugungsgitter verwendenden bekannten optischen Aufnehmers erzeugt werden;
Fig. 5 ist eine schematische Darstellung, die die Gesamtanordnung eines ein holographisches Gitter verwendenden optischen Aufnehmers zeigt;
Fig. 6 ist eine vergrößerte, perspektivische Ansicht eines holographischen Gitters;
Fig. 7 ist eine schematische Darstellung, die beim Verstehen des Grundfunktionsprinzips eines Gegentaktverfahrens von Hilfe ist;
Fig. 8A ist eine vergrößerte, perspektivische Ansicht eines typischen bei einem Kantenprismaverfahren verwendeten Kantenprismas;
Fig. 5B ist eine schematische Darstellung, die beim Verständnis einiger Grundfunktionsprinzipien des Kantenprismaverfahrens von Hilfe ist;
Fig. 9A - 9C sind schematische Darstellungen, die Lichtflecke veranschaulichen, wie sie mit verschiedenen Formen und Ausrichtungen auf einem Photodetektor mit vier Segmenten eines ein holographisches Gitter verwendenden bekannten optischen Aufnehmers erzeugt werden;
Fig. 10 ist eine vergrößerte perspektivische Ansicht einer optischen Gitteranordnung, wie bei einem optischen Aufnehmer gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung verwendet;
Fig. 11A - 11F sind schematische Schnittansichten, die aufeinanderfolgende Schritte zum Herstellen der optischen Gitteranordnung von Fig. 10 veranschaulichen;
Fig. 12 ist eine vergrößerte Schnittansicht, die die Funktion der optischen Gitteranordnung von Fig. 10 veranschaulicht;
Fig. 13 ist eine schematische Darstellung, die die Gesamtanordnung eines erfindungsgemäßen optischen Aufnehmers zeigt;
Fig. 14A - 14c sind schematische Darstellungen, die Lichtflecke veranschaulichen, wie sie mit verschiedenen Formen und Ausrichtungen auf einem Photodetektor mit sechs Segmenten des erfindungsgemäßen optischen Aufnehmers von Fig. 13 erzeugt werden;
Fig. 15A ist eine vergrößerte, perspektivische Ansicht einer optischen Gitteranordnung, wie bei einem optischen Aufnehmer gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung verwendet;
Fig. 15B ist eine vergrößerte, perspektivische Ansicht einer optischen Gitteranordnung, wie bei einem optischen Aufnehmer gemäß noch einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung verwendet;
Fig. 16 ist eine vergrößerte Schnittansicht, die die Funktion der optischen Gitteranordnungen der Fig. 15A und 15B veranschaulicht;
Fig. 17 ist eine vergrößerte, perspektivische Ansicht einer optischen Gitteranordnung wie bei einem optischen Aufnehmer gemäß noch einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung verwendet;
Fig. 18 ist eine vergrößerte, perspektivische Ansicht, die die Funktion der optischen Gitteranordnung von Fig. 17 veranschaulicht;
Fig. 19 ist eine schematische Darstellung, die die Gesamtanordnung eines erfindungsgemäßen optischen Aufnehmers zeigt, der die optische Gitteranordnung von Fig. 18 verwendet;
Fig. 20A - 20C sind schematische Darstellungen, die Lichtflecke veranschauhohen, wie sie mit verschiedenen Formen und Ausrichtungen auf einem Photodetektor mit sechs Segmenten beim in Fig. 19 dargestellten optischen Aufnehmer erzeugt werden;
Fig. 21 ist eine vergrößerte, perspektivische Ansicht einer optischen Gitteranordnung wie bei einem optischen Aufnehmer gemäß noch einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung verwendet;
Fig. 22 ist eine vergrößerte, perspektivische Ansicht einer optischen Gitteranordnung wie bei einem optischen Aufnehmer gemäß noch einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung verwendet;
Fig. 23 ist eine vergrößerte, perspektivische Ansicht, die die Funktion der optischen Gitteranordnung von Fig. 22 zeigt; und
Fig. 24 ist eine schematische Veranschaulichung, die die Gesamtanordnung eines optischen Aufnehmers gemäß der Erfindung zeigt, der die optische Gitteranordnung von Fig. 22 verwendet.
Es wird nun auf Fig. 10 Bezug genommen, in der eine Gitteranordnung zur Verwendung in einem erfindungsgemäßen optischen Aufnehmer dargestellt ist.
Wie dargestellt, verfügt die Gitteranordnung 2 über eine Fläche 202, die einer Quelle strahlenden Lichts zugewandt ist und mit einem Beugungsgitter 4a als erster Beugungskomponente versehen ist. Das Beugungsgitter 4a wirkt dahingehend, einen Lichtstrahl von der Quelle in einen Hauptstrahl zum Lesen von auf einer Information tragenden Platte ausgebildeten Datenpits, und ein Paar Unterstrahlen zum Erfassen einer Spurabweichung des Hauptlesestrahls aufzuteilen. Die andere Fläche 201 der Beugungsanordnung 2, die der Information tragenden Platte zugewandt ist, ist mit einem holographischen Gitter 3 als zweiter Gitterkomponente versehen. Das holographische Gitter 3 umfasst eine Anzahl gekrümmter, paralleler Striche, die so angeordnet sind, dass sie einen Teil des auf sie treffenden Lichtstrahls ablenken. So wirkt das holographische Gitter 3, wenn es in den später beschriebenen erfindungsgemäßen optischen Aufnehmer eingebaut ist, so, dass es einen Teil des von der Information tragenden Platte reflektierten Lichtstrahls zu einem Photodetektor lenkt. Es sei darauf hingewiesen, dass das Beugungsgitter 4a und das holographische Gitter 3 aus Kunststoff oder Glas bestehen und dass sie in der Gitteranordnung 2 mit einheitlicher oder integraler Konstruktion ausgebildet sind. Jedoch ist die Erfindung nicht auf die Verwendung von Kunststoff und Glas beschränkt. Für die einheitliche Gitteranordnung können auch andere geeignete Materialien verwendet werden.
Nun wird unter Bezugnahme auf die Fig. 11A - 11G die Herstellung der einheitlichen Gitteranordnung 2 kurz beschrieben.
Fig. 11A veranschaulicht die Gitteranordnung 2 in einem schematischen Querschnitt. Diese Gitteranordnung 2 verfügt auf einer Fläche über das holographische Gitter 3, und sie verfügt auf der anderen Fläche über das Beu gungsgitter 4a. Sie wird dadurch hergestellt, dass ein (thermoplastisches) Kunstharzmaterial oder Glas in ein in Fig. 11B dargestelltes Formwerkzeug 33 eingegeben wird. Das Formwerkzeug 33 umfasst eine obere Formwerkzeughälfte 33a, die mit dem Gegenteilmuster des gewünschten holographischen Gitters versehen ist und eine untere Formwerkzeughälfte 33b, die mit einem komplementären Design zum gewünschten Beugungsgitter geritzt ist. Das Formwerkzeug 33 verfügt auch über einen in ihm ausgebildeten Einlasskanal 33c, und durch diesen Einlasskanal 33c wird Glas oder Kunststoffmaterial in geschmolzenem oder flüssigem Zustand in das Formwerkzeug eingeleitet. Ein See geschmolzenen Materials innerhalb des Formwerkzeugs 33 kann sich zu einem festen Körper setzen, der die einheitliche, zusammengesetzte Gitterstruktur 2 bildet. Andere erfindungsgemäße Gitterstrukturen, wie sie nachfolgend beschrieben werden, werden alle im wesentlichen auf dieselbe Weise hergestellt.
Nun wird unter Bezugnahme auf die Fig. 11C - 11G das Herstellen der Formwerkzeughälfte 33a beschrieben. Wie es in Fig. 11C dargestellt ist, wird eine Glastafel oder eine Glasscheibe 30 bereitgestellt. Auf eine Fläche der Glastafel 30 wird ein überzug 31 aus einem Photoresist aufgetragen (Fig. lid).
In einem nächsten Schritt wird die Photoresistbeschichtung 31 unter Verwendung einer Photolithographietechnik (und, falls erforderlich, einer Zweistrahlinterferenz-Technik) weggeätzt, um ein Muster feiner, fadenähnlicher Vorsprünge 32 zu hinterlassen (Fig. 11E). Das Muster der feinen Vorsprünge 32 wird mit einem überzug aus elektroplattiertem Metall 33d mit gewünschter Dicke bedeckt (Fig. 12F). Wenn der überzug 33d aus elektroplattiertem Metall von der darunterliegenden Glasscheibe 30 abgezogen wurde, wird er als eine ein Gitter bildende Oberflächenschicht in die obere Formwerkzeughälfte 33a eingebaut. Eine ähnliche, ein Gitter bildende Schicht kann für die untere Formwerkzeughälfte 33b hergestellt werden, wobei im wesentlichen demselben Prozess gefolgt wird, wie er oben beschrieben ist.
Die optische Funktion der Gitteranordnung 2 von Fig. 10 ist in Fig. 12 mit einem stark vergrößerten Querschnitt entlang der Linie A-A von Fig. 10 veranschaulicht. Es ist auf Fig. 12 Bezug zu nehmen, und zwar gemeinsam mit Fig. 13, die schematisch einen optischen Aufnehmer gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel zeigt, in den die Gitteranordnung 2 eingebaut ist. Der optische Aufnehmer umfasst eine Laserlichtquelle 1, typischerweise ein Halbleiterlaser-Bauteil, sowie eine Objektivlinse 6, die nahe an einer Informationsträgerplatte 7 positioniert ist, um das Laserlicht von der Quelle 1 auf die Platte zu konvergieren. Näher an der Objektivlinse ist eine Kollimatorlinse 5 angeordnet, während die optische Gitteranordnung 2 näher an der Laserlichtquelle 1 liegt. Der Aufnehmer umfasst auch einen Photosensor oder Photodetektor 8 mit sechs Segmenten, der auf einfallende Lichtstrahlung hin, als Funktion derselben, elektrische Ausgangssignale erzeugt.
Nun wird die Funktion des veranschaulichten Aufnehmers beschrieben: ein von der Laserlichtquelle 1 emittierter Laserstrahl 9 fällt auf das Beugungsgitter 4a, das an der Oberfläche 202 der Gitteranordnung 2 vorhanden ist. Der einfallende Laserstrahl wird durch das Beugungsgitter in einen Beugungsstrahl 9a nullter Ordnung zum Lesen von Datenpits auf der Platte 7 sowie ein Paar Beugungsstrahlen 10a und 11a erster Ordnung zum Erfassen einer Spurabweichung des Hauptauslesestrahls 9a gebeugt. Diese drei Beugungsstrahlen 9a, 10a und 11a durchlaufen das holographische Gitter 2 an der anderen Fläche 201 der Gitteranordnung 2, das die durchlaufenden Strahlen in Strahlen nullter Ordnung und Strahlen erster Ordnung beugt. Von diesen laufen nur drei Strahlen nullter Ordnung zur Kollimatorlinse 5 weiter. Die Strahlen erster Ordnung verfehlen die Kollimatorlinse 5 auf Grund ihrerer größeren Beugungswinkel. Die drei auf die Kollimatorlinse 5 treffenden Strahlen 9a, 10a und 11a werden beim Durchlauf parallel ausgerichtet und sie werden auf die Objektivlinse 6 gelenkt, die sie in drei Flecken 9b, 10b und 11b auf die Platte 7 fokussiert, um die dort enthaltene Information auszulesen.
Der Fleck 9b rührt vom Hauptlaserstrahl 9a her, während die Flecke 10b und 11b von den Unterstrahlen 10a bzw. 11a des Lasers herrühren. Die drei Strahiflecke werden auf die datentragende Oberfläche der Platte mit einer Relativanordnung fokussiert, wie sie in Fig. 2 dargestellt ist. So sind die Flecke 10b und 11b in der Richtung der Plattenrotation in bezug auf den mittleren Fleck 9b tangential versetzt.
Die fleckbildenden Laserstrahlen werden von der Platte 7 reflektiert, und sie kehren entlang im wesentlichen derselben optischen Pfade durch die Objektivlinse 6 und die Kollimatorlinse 5 zur Beugungsanordnung 2 zurück, wo die zurücklaufenden Strahlen auf das holographische Gitter 3 fallen. Die auftreffenden Strahlen werden dann in Beugungsstrahlen nullter Ordnung und Beugungsstrahlen erster Ordnung gebeugt. Während die Strahlen nullter Ordnung gerade zur Laserlichtquelle 1 zurücklaufen, werden die Beugungsstrahlen 9c, 10c und 11c erster Ordnung seitlich abgelenkt. Infolgedessen laufen die Strahlen 9c, 10c und 11c erster Ordnung durch einen gitterfreien Bereich 4b an der unteren Seite 202 aus der Gitteranordnung 2 heraus, wobei sie das Beugungsgitter 4a umgehen. Es wird darauf hingewiesen, dass die Beugungsstrahlen erster Ordnung, die schräg durch die Gitteranordnung 2 laufen, in unvermeidlicher Weise einen Astigmatismuseffekt oder eine Verzerrung erleiden, was mit Vorteil dazu verwendet wird, elektrische Signale zu erzeugen, die Fokusabweichungen anzeigt, wie dies später erläutert wird. Die Strahlen 9c, 10c und 11c erster Ordnung, die durch den gitterfreien Bereich 4b hindurchlaufen, fallen auf den Photodetektor 8 mit sechs Segmenten, und sie erzeugen Lichtflecke 9d, 10d bzw. 11d mit verschiedenen Formen und Ausrichtungen, wie es in den Fig. 14A - 14c dargestellt ist.
Die Erzeugung der Lichtflecke auf dem Photodetektor 8 mit sechs Segmenten ist beim erf indungsgemäßen Aufnehmer des vorliegenden Ausführungsbeispiels, sowohl hinsichtlich der Formen als auch der Anordnungen, ähnlich derjenigen, wie beim bekannten Aufnehmer von Fig. 1 erzielt (siehe Fig. 4A -4C). Es wird darauf hingewiesen, dass der bekannte Aufnehmer sowohl das Beugungsgitter 12 als auch den ebenen Strahlteiler 13 als wesentliche optische Komponenten enthält. Der Aufnehmer dieses Ausführungsbeispiels, wie er in den Fig. 12 und 13 dargestellt ist, nutzt Dreistrahlerfassung zur Spurregelung sowie Astigmatismuserfassung zur Fokusregelung, wie dies bei der bekannten Vorrichtung von Fig. 1 der Fall ist. Jedoch stützt sich der Aufnehmer dieses Ausführungsbeispiels zur Strahlbeugung nur auf die einzige Gitteranordnung 2, im Vergleich mit den zwei optischen Komponenten bei der bekannten Vorrichtung.
Bei einer fehlerhaften Lesesituation, in der die Platte 7 innerhalb der Brennweite der Objektivlinse 6 liegt, oder sie über ihren Brennpunkt hinaus näher an der Objektivlinse liegt, sind die drei Flecke 9d - 11d mit langgestreckter Form und mit der in Fig. 14A dargestellten Ausrichtung auf dem Photodetektor mit sechs Segmenten ausgebildet. Bei einer korrekten Lesesituation, in der sich die Platte 7 in der Brennebene der Objektivlinse 6 befindet, werden drei kreisförmige Flecke 9d - 11d, wie in Fig. 14B dargestellt, auf den Photodetektor 8 mit sechs Segmenten projiziert. Bei einer anderen fehlerhaften Lesesituation, in der sich die Platte 7 auf der entfernten Seite des Brennpunkts der Objektivlinse 6, oder außerhalb der Brennweite derselben befindet, nehmen die drei auf den Photodetektor 8 projizierten Lichtflecke 9d - 11d langgestreckt Formen ein, die so ausgerichtet sind, wie es in Fig. 14c dargestellt ist.
Ein durch optisches Lesen der Datenpits auf der Platte 7 erhaltenes Pitsignal RF ist wie folgt ausgedrückt:
RF = a + b + c + d,
wobei a, b, c und d elektrische Ausgangssignale repräsentieren, wie sie den von den photoempfindlichen Segmenten A, B, C und D empfangenen Lichtmengen entsprechen.
Ein durch das Dreistrahiverfahren erzeugtes Spurabweichungssignal TES ist wie folgt ausgedrückt:
TES = e - f,
wobei e und f elektrische Ausgangssignale repräsentieren, die proportional zu den von den photoempfindlichen Segmenten E bzw. F empfangenen Lichtmengen sind.
Ein durch das Astigmatismuserfassungsverfahren erzeugtes Fokusabweichungssignal FES ist wie folgt ausgedrückt:
RES = (a + d) - (b + c)
Es wird erneut auf Fig. 13 Bezug genommen, gemäß der ein Fokusabweichungsdetektor 42 dann, wenn er über den Photodetektor 8 eine Fokusabweichung erfasst, ein Linsenstellglied 43 so betätigt, dass dieses Stellglied die Objektivlinse 6 in einer Richtung und mit einem Ausmaß zum Korrigieren des Fehlers verstellt. Auf ähnliche Weise betätigt ein Spurabweichungsdetektor 41, wenn er über den Photodetektor 8 eine Spurabweichung erfasst, ein Linsenstellglied 44 in solcher Weise, dass dies Stellglied die Objektivlinse 6 in einer Richtung und mit einem Ausmaß zum Korrigieren des Fehlers verstellt. Auf diese Weise wird ein genaues und zuverlässiges Lesen von Datenpits auf der Platte erzielt.
Es wird auf die Fig. 15A und 15B Bezug genommen, in denen optische Gitteranordnungen zur Verwendung bei einer Vorrichtung gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt sind. Die Gitteranordnungen der Fig. 15A und 15B sind hinsichtlich des Aufbaus im wesentlichen identisch mit der in Fig. 10 dargestellten, mit Ausnahme eines nachfolgend zu be schreibenden Konstruktionsmerkmals. So sind gleiche Bauteile mit denselben Bezugszahlen gekennzeichnet, ohne dass irgendeine weitere Beschreibung derselben erfolgt.
Das neuartige Konstruktionsmerkmal der in den Fig. 15A und 15B dargestellten optischen Gitteranordnungen 2 ist das Vorhandensein einer Linsenstruktur 4c an der Unterseite 202 im Bereich, durch den der durch das holographische Gitter 3 zum Photodetektor abgelenkte Laserstrahl läuft. Bei der Gitteranordnung von Fig. 15A ist die Linsenstruktur 4c in Form einer Zylinderlinse vorhanden, während in Fig. 15B die Linsenstruktur 4C in Form einer konkaven Linse vorliegt.
Die optische Funktion der Gitteranordnung 2 mit der Linsenstruktur 4c ist in Fig. 16 dargestellt. Mittels der Zylinderlinsenstruktur von Fig. 15A erfahren die durch die Linsenstruktur laufenden Strahlen eine größere Astigmatismusverzerrung, was seinerseits dahingehend von Wirkung ist, den Photodetektor dazu zu veranlassen, deutlicher unterschiedliche Ausgangssignale zu erzeugen. Andererseits wirkt die Konkavimsenstruktur 4c von Fig. 15b dahingehend, die durchgelassenen Strahlen in axialer oder Längsrichtung zu vergrößern. Die axial vergrößerten Strahlen werden vom Photodetektor leichter aufgenommen.
Während die Zylinderlinsenstruktur 4c als Maßnahme zum Verbessern des Entstehens von Astigmatismus gesondert vorhanden ist, kann das holographische Gitter 3 geeigneterweise so konzipiert werden, dass eine ähnliche Funktion aufweist, anstatt dass die gesonderte Konstruktion 4c angebracht wird.
In Fig. 17 ist eine optische Gitteranordnung 2 zur Verwendung bei einer Vorrichtung gemäß noch einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Die Gitteranordnung 2 ist hinsichtlich des Aufbaus im wesenthohen mit der von Fig. 10 identisch. So sind ähnliche Teile mit ähnlichen Bezugszahlen gekennzeichnet. Jedoch unterscheidet sich die Gitteranordnung 2 von Fig. 17 von der von Fig. 10 dahingehend, dass ihr holographisches Gitter 3 entlang einer Linie 30, die sich in der Tangential- oder Umfangsrichtung der Scheibe 7 erstreckt, in zwei Abschnitte 3a und 3b unterteilt ist. Die Unterteilungslinie 30 ist in der Zeichnung zum Kennzeichnen der Grenze zwischen den zwei Beugungsabschnitten 3a und 3b hinzugefügt. Bei einer tatsächlichen Gitterstruktur ist keine derartige Linie erkennbar. Das holographische Gitter mit zwei Abschnitten wird dadurch hergestellt, dass dem Ablauf gefolgt wird, der oben in Verbindung mit den Fig. 11A - 11F beschrieben wurde.
Nun wird unter Bezugnahme auf Fig. 19, zusammen mit Fig. 18, die die optische Funktion der Gitteranordnung veranschaulicht, die Funktion eines optischen Aufnehmers erläutert, der die Gitteranordnung 2 von Fig. 17 enthält.
Ein von einer Laserlichtquelle 1 emittierter Laserstrahl 1 trifft auf ein Beugungsgitter 4a, das auf einer Fläche 202 einer Gitteranordnung 2 vorhanden ist, wo er in einen Hauptstrahl 9a nullter Ordnung zum Lesen von Datenpits auf einer Platte 7 wie auch zum Erfassen einer Fokusabweichung sowie ein Paar Unterstrahlen 10a und 11a erster Ordnung zum Erfassen einer Spurabweichung gebeugt wird. Die Strahlen 9a, 10a und 11a durchlaufen die holographischen Gitterabsohnitte 3a und 3b, die diese Strahlen erneut in Strahlen nullter und erster Ordnung beugen. Die Strahlen erster Ordnung, die mit einem viel größeren Winkel gebeugt werden, verfehlen eine Kollimatorlinse 5. So laufen nur die Beugungsstrahlen nullter Ordnung zu den einfallenden Strahlen 9a, 10a und 11a zur Kollimatorlinse 5 weiter, um als parallele Strahlen geworfen zu werden. Die kollimierten Strahlen werden zu einer Objektivlinse 6 gelenkt, die so wirkt, dass sie die eintreffenden Strahlen in drei Flecke 9b, 10b und 11b auf der Datenaufzeichnungsfläche einer Informationsplatte 7 fokussiert. Die drei fokussierten Flecke nehmen die in Fig. 2 dargestellte Anordnung ein, wobei die Flecke 10b und 11b tangential vom mittleren Fleck 9b weg versetzt sind.
Die Laserstrahlen, die die Flecke 9b, 10b und 11b auf der Platte bilden, werden durch die Datenfläche der Platte 7 reflektiert, und sie kehren im wesentlichen entlang identischer Pfade durch die Objektivlinse 6 und die Kollimatorlinse 5 zur Gitteranordnung 2 zurück. Die zurücklaufenden Strahlen fallen auf die Gitterabschnitte 3a und 3b des holographischen Gitters 3, die unabhängig arbeiten und die die durchgelassenen Strahlen gesondert in Strahlen nullter und erster Ordnung beugen. Wie zuvor, werden die Beugungsstrahlen nullter Ordnung gerade zur Laserlichtquelle 1 zurückgelenkt. Andererseits laufen die Strahlen 9c, 10c und 11c erster Ordnung, die durch den holographischen Gitterabschnitt 3a gebeugt werden, und die Strahlen 9d, 10d und 11d erster Ordnung, die vom anderen holographischen Gitterabschnitt 3b gebeugt werden, durch einen gitterfreien Bereich an der Unterseite 202 aus der Gitteranordnung 2 heraus. Die holographischen Gitterabschnitte 3a und 3b sind so konzipiert, dass die austretenden Beugungsstrahlen erster Ordnung an verschiedenen Stellen konvergieren. Demgemäß fallen die Beugungsstrahlen 9c, 10c und 11c durch den Gitterabschnitt 3a auf einen Photodetektor 8 mit sechs Segmenten, um drei Flecke 9e, 10e und 11e zu bilden, während die Beugungsstrahlen 9d, 10d und 11d durch den anderen Gitterabschnitt 3b auf den Photodetektor 8 treffen, um drei Beugungsfiecke 9f, 10f und 11f zu erzeugen. Es sei hier darauf hingewiesen, dass die Lichtflecke 9e und 9f vom Hauptlaserstrahl 9a herrühren und dass die Lichtflecke 10e - 10f und 11e - 11f von den Unterstrahlen 10a bzw. 11a herrühren. Mit der Anordnung des Aufnehmers, wie sie in den Fig. 18 und 19 dargestellt ist, wird ein Laserstrahl von der Quelle durch die Gitteranordnung in einen Hauptstrahl und ein Paar Unterstrahlen aufgeteilt, was Dreistrahl-Spurabweichungserfassung ermöglicht. Gleichzeitig wird jeder durch die Platte reflektierte, zurücklaufende Strahl durch die Gitteranordnung in zwei gesonderte Strahlen aufgeteilt, was Fokusabweichungserfassung auf eine Weise ähnlich der, wie sie beim Keuprismaverfahren erzielt wird, ermöglicht.
Die Erzeugung von Lichtflecken auf dem Photodetektor 8 ist für einige typische Lesesituationen in den Fig. 20A - 20C dargestellt.
Bei einer fehlerhaften Lesesituation, in der die Informationsplatte 7 gegenüber dem Brennpunkt der Objektivlinse 6 zur nahen Seite derselben versetzt ist, d.h., wenn die Platte innerhalb der Brennweite der Objektivlinse liegt, werden Lichtflecke 9e - 11e und 9f - 11f mit Halbkreisform und mit einer Anordnung, wie sie in Fig. 20A dargestellt ist, auf dem Photodetektor erzeugt. In der korrekten Lesesituation, in der die Platte 7 auf dem Brennpunkt der Objektivlinse 6 liegt, werden nadelspitzen-feine Flecke 9e - 11e sowie 9f -11f mit dem in Fig. 20B dargestellten Muster auf den Photodetektor projiziert. Bei einer anderen fehlerhaften Lesesituation, in der die Platte 7 zur fernen Seite gegenüber dem Brennpunkt der Objektivlinse versetzt ist, d.h., wenn die Platte außerhalb der Brennweite der Objektivlinse liegt, werden halbkreisförmige Lichtflecke 9e - 11e sowie 9f - 11f mit einer Anordnung und einer Ausrichtung, wie in Fig. 20C dargestellt, auf dem Photodetektor erzeugt.
Ein Pitsignal RF, wie es durch Lesen der Pits in der Datenspur der Platte 7 durch die Ausleselichtflecke erhalten wird, ist durch die folgende Gleichung ausgedrückt:
RF = a + b + c + d,
wobei a, b, c und d elektrische Signale repräsentieren, die den von den photoempfindlichen Segmenten A, B, C bzw. D empfangenen Lichtmengen entsprechen.
Ein durch das Dreistrahlverfahren erzeugtes Spurabweichungssignal TES ist wie folgt ausgedrückt:
TES = e - f,
wobei e und f elektrische Signale repräsentieren, die proportional zu den Lichtmengen sind, wie sie auf die photoempfindlichen Segmente E und F projiziert und von diesen empfangen werden.
Ein durch Erfassung gemäß dem Keilprismatyp erzeugtes Fokusabweichungseignal FES ist wie folgt ausgedrückt:
FES = (a + d) - (b + c)
Immer dann, wenn von einem Spurabweichungsdetektor 41 eine Spurabweichung erfasst wird, arbeitet ein Linsenstellglied oder eine Antriebseinrichtung 44 auf das Ausgangssignal vom Detektor 41 hin zum Verstellen der Objektivlinse 6 in einer Richtung und mit einem Ausmaß zum Korrigieren der Abweichung. Auf ähnliche Weise arbeitet, wenn von einem Fokusabweichungsdetektor 42 eine Fokusabweichung erfasst wird, ein Linsenstellglied oder eine Antriebseinrichtung 43 auf das Ausgangssignal vom Detektor 42 hin zum Verstellen der Objektivlinse 6 in einer Richtung und mit einem Ausmaß zum Korrigieren der Fokusabweichung. Auf diese Weise wird die Position der Objektivlinse 6 in bezug auf die Platte 7 immer so eingestellt, dass die Plattenoberfläche in der Brennebene der Objektivlinse gehalten wird und die Lesestrahlflecke genau die Datenspur der Platte fokussiert werden, was genaues und zuverlässiges Auslesen der Pits in der Datenspur gewährleistet.
In Fig. 21 ist eine Gitteranordnung zur Verwendung in einer Vorrichtung gemäß noch einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung veranschaulicht. Die Gitteranordnung von Fig. 21 ist hinsichtlich des Aufbaus im wesentlichen mit der in Fig. 17 dargestellten identisch, und gleiche Teile sind durch gleiche Bezugszahlen gekennzeichnet. Ein Unterschiedsmerkmal der Gitteranordnung 2 von Fig. 21, das sich in der Gitteranordnung von Fig. 17 nicht findet, ist dasjenige, das eine holographische Einrichtung zum Lindem des Einflusses von Astigmatismus auf den holographischen Gitterabschnitten 3a und 3b vorhanden ist. Das holographische Gitter kann so ausgebildet sein, dass es die Zusatzfunktion des Linderns des Einflusses eines Kommafehlers hat. In Fig. 21 ist das Anordnen der Antiastigmatismus-Holographieeinrichtung dadurch repräsentiert, dass die Gitterabschnitte 3a und 3b so gezeichnet sind, dass sie eine Gitterkonfiguration oder ein -muster aufweisen, das von dem in Fig. 17 dargestellten verschieden ist. Die spezielle holographische Einrichtung kann durch eine Photolithographietechnik hergestellt werden, die Zweistrahlinterferenz verwendet (Fig. 11E). Wie es aus Fig. 18 erkennbar ist, werden die zurücklaufenden Lichtstrahlen schräg durch die Gitteranordnung 2 zum Photodetektor 8 hindurchgestrahlt, was in unvermeidlicher Weise zur Entwicklung einer Astigmatismusverzerrung in den durchgestrahlten Lichtstrahlen führt. Im Ergebnis bilden diese Strahlen auf dem Photodetektor Lichtflecke in Form langer Kreise oder Ellipsen aus, anstelle regelmäßiger Kreise. Durch Bereitstellen der Antiastigmatismus- Holographieeinrichtung über den holographischen Gitterabsohnitten 3a und 3b ist die Entstehung von Astigmatismuseffekten in den durch die Gitteranordnung 2 hindurchlaufenden Lichtstrahlen verhindert, was zur Ausbildung völhg runder Lichtflecke auf dem Photodetektor führt.
Es ist auch möglich, das holographische Gitter so zu konzipieren, dass es Bildvergrößerungsfunktion zum Vergrößern der auf dem Photodetektor ausgebildeten Lichtflecke aufweist. Mit den vergrößerten Lichtflecken arbeitet der Photodetektor so, dass er elektrische Ausgangssignale größerer Intensität erzeugt.
In Fig. 22 ist eine optische Gitteranordnung 2 zur Verwendung in einer Vorrichtung gemäß noch einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung veranschaulicht, die im wesentlichen dieselbe Konstruktion wie die in Fig. 17 dargestellte hat. So sind gleiche Bauteile mit denselben Bezugszahlen gekennzeichnet.
Im Gegensatz zur Gitteranordnung von Fig. 17 ist die Gitteranordnung 2 von Fig. 22 in zwei holographische Gitterabschnitte 3a und 3b entlang einer Linie 30 unterteilt, die sich parallel zu den feinen Strichen im Beugungsgitter 4a an der anderen Seite 202 der Anordnung 2 erstrecken. Wenn sich die Unterteilungslinie 30 rechtwinklig in bezug auf die Gitterstriche erstreckt, führt dies zu den folgenden Problemen.
Es wird erneut auf Fig. 18 Bezug genommen, gemäß der die Wellenlänge des von der Halbleiterquelle 1 emittierten Laserstrahls 9 bei varuerender Temperatur geringste Änderungen erfährt. Wenn der austretende Laserstrahl seine Wellenlänge ändert, gilt dies auch für den von der Platte 7 reflektierten, zurücklaufenden Strahl. Es existiert die durch die folgende Gleichung ausgedrückte Beziehung zwischen der Wellenlänge λ des reflektierten Strahls und dem Beugungswinkel Θ, mit dem der reflektierte Strahl in einen Strahl erster Ordnung gebeugt wird:
SinΘ = λ / d,
wobei d die Strichweite des holographischen Gitters bezeichnet.
Wie es aus der Gleichung ersichtlich ist, bewirkt jede Variation der Wellenlänge des Lichtstrahls eine Änderung des Beugungswinkels e. Wenn der Beugungswinkel in bezug auf den Beugungsstrahl erster Ordnung eine Schwankung auf eine sich ändernde Wellenlänge λ hin erfährt, werden die auf den Photodetektor 8 fokussierten Lichtflecke 9e - 11e sowie 9f -11f in Querrichtung zur Quelle 1 hin oder von dieser weg versetzt, wie es in Fig. 18 dargestellt ist. Im Ergebnis liegen die Flecke 9e - 11e viel dichter anein ander, was es erschwert, klare und deutliche Signale RF, Spurabweichungssignale wie auch Fokusabweichungssignale zu erzielen. Dies gilt auch für die Lichtflecke 9f - 11f.
Um Toleranz für eine mögliche Schwankung der Wellenlänge des Laserstrahls, wie durch verschiedene Temperaturbedingungen oder durch verschiedene, als Laserlichtquelle 1 verwendete Halbleiter-Bauteile hervorgerufen, zu schaffen, war es erforderlich, das optische System des Aufnehmers auf solche Weise zu konzipieren, dass die Lichtflecke 10e und 10f auf dem Photodetektor 8 so stark wie möglich jeweils von den Lichtflecken he bzw. 11f weg versetzt waren. Zu diesem Zweck müssen die Strahlen 10b und 11b auf der Platte 7 am weitesten voneinander entfernt liegen, oder es sollten alternativ zusätzliche optische Bauteile eingebaut werden. Diese Vorschläge sind dahingehend von Nachteil, dass sie strenge Erfordernisse hinsichtlich der Montagegenauigkeit der gesamten Vorrichtung auferlegen und dass dies auch zu höheren Herstellkosten und geringerer Betriebsstabilität führt.
Die oben genannte Probleme betreffend eine Schwankung der Wellenlänge des Laserstrahls werden durch die neuartige Gitteranordnung 2 von Fig. 22 wirkungsvoll überwunden, bei der das holographische Gitter 3 entlang der Linie 30, die sich parallel zu den feinen Strichen oder Schlitzen des Beugungsgitters 4a erstreckt, in die Gitterabschnitte 3a und 3b unterteilt ist. Es wird nun auf Fig. 23 Bezug genommen, in der die optische Funktion der Gitteranordnung 2 von Fig. 22 veranschaulicht ist, gemeinsam mit Fig. 24, in der ein die Gitteranordnung von Fig. 22 verwendender optischer Aufnehmer dargestellt ist. Wenn die Wellenlänge des Laserstrahls 9 von der Quelle 1 schwankt, werden die auf den Photodetektor 8 fokussierten Lichtflecke in Querrichtung von der Laserlichtquelle 1 weg oder zu ihr hin versetzt. Jedoch verringert sich der Abstand zwischen den Lichtflecken 10e und lle nie. Auch der zwischen den Flecken 10f und 11f verringert sich nicht. Demgemäß ist es nicht erforderlich, den Abstand zwischen den Lichtflecken 10e und ile und den Abstand zwischen den Lichtflecken 10f und 11f breiter als üblich beim Vorwegnehmen eines möglichen Schrumpfens einzustellen.
Schwankungen des Abstands zwischen den Flecken 10e und 10f sowie des Abstands zwischen den Flecken 11e und 11f in der Richtung zur Laserlichtquelle 1 hin oder von ihr weg werden wirkungsvoll dadurch kompensiert, dass die Strichweite der Gitterstriche in den Beugungsabsohnitten 3a und 3f eingestellt wird.
Wie es oben im einzelnen beschrieben wurde, enthält der optische Aufnehmer gemäß den bevorzugten Ausführungsbeispielen ein Beugungsgitter, das einen Lichtstrahl von einer Quelle in einen Hauptstrahl zum Lesen von Datenpits auf einer Informationsträgerplatte sowie ein Paar Unterstrahlen zum Erfassen der Spurabweichung des Hauptlesestrahls aufteilt. Das Beugungsgitter gewährleistet die Erzeugung stabiler Spurabweichungssignale. Der Aufnehmer enthält auch ein holographisches Gitter zum Lenken eines Teils des durch die Platte reflektierten Lichtstrahls auf den Photodetektor, und um ihn zu konvergieren. Das holographische Gitter ist als einstückige Gitteranordnung integral mit dem Beugungsgitter ausgebildet, was das Erfordernis zweier gesonderter Gitterkomponenten beseitigt. Eine Verringerung der erforderlichen Gitterkomponenten führt zu einer Verringerung der Anzahl empfindliche Betriebseinstellungen. Das Gesamtergebnis ist das Bereitstellen eines billigen optischen Aufnehmers mit hervorragender Fähigkeit, die Spurabweichung des Auslesestrahls zu erfassen.
Ferner sind bei der bei den bevorzugten Ausführungsbeispielen verwendeten neuartigen Gitteranordnung das Beugungsgitter zum Beugen des Strahls von der Quelle in Strahlen nullter und erster Ordnung sowie das holographische Gitter zum Ausrichten eines Teils der durch die Platte reflektierten Lichtstrahlen zum Photodetektor einstückig ausgebildet. Diese einstückige Konstruktion ermöglicht es, sowohl das Beugungsgitter als auch das holographische Gitter gleichzeitig auf wirtschaftliche Weise herzustellen, wie durch Fig. 11b veranschaulicht. Die einstückige Gitteranordnung macht auch das gemeinsame Einsetzen von Bauteilen in einen Aufnehmer leichter und weniger mühselig.
Obwohl die Erfindung im einzelnen beschrieben und veranschaulicht wurde, ist deutlich zu beachten, dass dies nur zur Veranschaulichung und als Beispiel erfolgte und nicht zur Beschränkung zu verwenden ist, da der Schutzumfang der Erfindung nur durch die Begriffe der beigefügten Ansprüche beschränkt ist.

Claims

1. Optischer Aufnehmer zum Lesen von Information, wie sie auf einer Spur oder Spuren auf einem Aufzeichnungsträger (7) aufgezeichnet ist, dadurch, dass dafür gesorgt wird, dass ein fokussierter Lichtfleck (9b) entlang der Spur oder den Spuren durchgerastert wird und durch Lenken von vom Träger reflektiertem Licht zu einem Photodetektor (8), wobei der Aufnehmer folgendes aufweist: eine erste Gittereinrichtung (4a) zum Gewinnen, aus einem von einer Lichtquelle (1) emittierten Lichtstrahl (9), eines Hauptstrahls (9a), der zum Erzeugen des fokussierten Lichtflecks (9b) fokussiert wird, und eines Paars Unterstrahlen (10a, 11a), die zur Verwendung beim Erfassen einer Spurabweichung des Hauptstrahls auf den Aufzeichnungsträger fokussiert werden; und eine Einrichtung (3) zum Lenken eines Teils des vom Aufzeichnungsträger reflektierenden Lichtstrahls zum Photodetektor, dadurch gekennzeichnet, dass die Lenkeinrichtung eine zweite Gittereinrichtung (3) ist, die erste Gittereinrichtung (4a) zwischen der Lichtquelle (1) und der zweiten Gittereinrichtung (3) so angeordnet ist, dass der durch die zweite Gittereinrichtung (3) zum Photodetektor (8) gelenkte Lichtstrahl (9c- 11c) nicht durch die erste Gittereinrichtung (4a) läuft, und die erste (4a) und die zweite (3) Gittereinrichtung einstückig zu einer Gitteranordnung (2) ausgebildet sind.

2. Optischer Aufnehmer nach Anspruch 1, bei dem die Anordnung dergestalt ist, dass der Photodetektor (8) den durch die zweite Gittereinrichtung (3) gelenkten Lichtstrahl (9b) unter Verwendung des Astigmatismusverfahrens erfasst, um Fokusabweichungssignale zu erzeugen.

3. Optischer Aufnehmer nach Anspruch 1, bei dem die Anordnung dergestalt ist, dass der Photodetektor (8) den durch die zweite Gittereinrichtung (3, 3a, 3b) gelenkten Lichtstrahl (9e, 9f) unter Verwendung des Keilprismaverfahrens zum Erzeugen von Fokusabweichungssignalen erfasst.

4. Optischer Aufnehmer nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem die erste Gittereinrichtung ein Beugungsgitter (4a) aufweist.

5. Optischer Aufnehmer nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem die zweite Gittereinrichtung ein holographisches Gitter (3) aufweist.

6. Optischer Aufnehmer nach Anspruch 5, bei dem das holographische Gitter (3) in zwei Abschnitte (3a, 3b) unterteilt ist, um Fokusabweichungssignale unter Verwendung des Keilprismaverfahrens zu erhalten.

7. Optischer Aufnehmer nach Anspruch 5, bei dem das holographische Gitter (3) die Zusatzfunktion des Linderns des Einflusses von Astigmatismus oder Koma auf den Lichtstrahl (9c - 11c) hat, der durch den Aufzeichnungsträger reflektiert und zum Photodetektor (8) gelenkt wird.

8. Optischer Aufnehmer nach Anspruch 5, bei dem die holographische Gittereinrichtung (3) die Zusatzfunktion des Vergrößerns der auf dem Photodetektor ausgebildeten Lichtflecke (9d - 11d) hat.

9. Optischer Aufnehmer nach Anspruch 5, bei dem das holographische Gitter (3) die Zusatzfunktion des Verstärkens des Astigmatismus im Lichtstrahl (9c - 11c) hat, der durch den Aufzeichnungsträger reflektiert und zum Photodetektor (8) gelenkt wird.

10. Optischer Aufnehmer nach Anspruch 6 in Abhängigkeit von Anspruch 4, bei dem das holographische Gitter (3) entlang einer Linie (30, Fig. 22), die sich parallel zu den Gitterlinien des Beugungsgitters (4a) erstreckt, in die genannten zwei Abschnitte (3a, 3b) unterteilt ist.