DE3875294T2 - Vorrichtung zum abtasten einer informationsflaeche mittels optischer strahlung. - Google Patents

Vorrichtung zum abtasten einer informationsflaeche mittels optischer strahlung.

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DE3875294T2
DE3875294T2 DE8888201516T DE3875294T DE3875294T2 DE 3875294 T2 DE3875294 T2 DE 3875294T2 DE 8888201516 T DE8888201516 T DE 8888201516T DE 3875294 T DE3875294 T DE 3875294T DE 3875294 T2 DE3875294 T2 DE 3875294T2
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Description

  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum optischen Abtasten einer Informationsebene, wobei die Vorrichtung einen ein Abtaststrahlenbündel liefernden Diodenlaser, ein Objektivsystem zur Fokussierung des Abtaststrahlenbündels zur Bildung eines Abtastfleckes in der Informationsebene, ein zusammengesetztes, zwischen dem Diodenlaser und dem Objektivsystem angeordnetes Beugungsgitter enthält, wobei das Gitter zwei Teilgitter zur Ablenkung eines von der Informationsebene reflektierten Strahlungsbündels auf ein strahlungsempfindliches Detektionssystem aus zwei Detektorpaaren und zur Aufspaltung dieses Strahlungsbündels in zwei jeweils mit einem gesonderten Detektorpaar zusammenarbeitende Teilbündel umfaßt, und wobei der Diodenlaser und das in der Vorrichtung anzuordnende Detektionssystem relativ zueinander fixiert sind.
  • Eine Vorrichtung dieses Typs, die im Prinzip zum Auslesen eines zuvor beschriebenen Aufzeichnungsträgers und zur optischen Aufzeichnung auf einem solchen Aufzeichnungsträger geeignet ist, ist aus der US-Patentschrift Nr. 4.665.310 bekannt. In dieser Vorrichtung hat das zusammengesetzte Beugungsgitter zwei Funktionen, für die sonst zwei einzelne Elemente erforderlich sind. Erstens sorgt das Gitter dafür, daß die von der Informationsebene reflektierte und das Objektivsystem durchquerende Strahlung aus dem Weg der von dem Diodenlaser ausgesendeten Strahlung abgelenkt wird, so daß ein Detektionssystem im Weg der reflektierten Strahlung angeordnet werden kann. Zweitens spaltet das Gitter das reflektierte Bündel in zwei Teilbündel auf, die für die Erzeugung eines Fokusfehlersignals, d.h. eines Signals, das Informationen über die Größe und die Richtung einer Abweichung zwischen der Fokusebene des Objektivsystems und der Informationsebene enthält, benötigt werden. Jedes der Teilbündel gehört zu einem gesonderten Detektorpaar, wobei die Differenz zwischen den Ausgangssignalen der Detektoren desselben Paares ein Maß für die Fokussierung des Abtaststrahlenbündels auf die Informationsebene ist.
  • In dem erwähnten Aufzeichnungsträger ist die Information in Informationsspuren angeordnet. Wenn die Grenzlinie zwischen den beiden Teilgittern parallel zur Spurrichtung verläuft, ist es möglich, durch Bestimmung der Summe der Ausgangssignale jedes Detektorpaares und durch Subtrahieren dieser Summensignale voneinander, ein Informationen über die Größe und die Richtung einer Abweichung zwischen dem Zentrum des Abtastfleckes und der Mittelachse der abzutastenden Informationsspur enthaltendes Signal zu bilden.
  • Um die gewünschte Strahlenbündelaufspaltung zu erhalten, umfaßt das Beugungsgitter in der bekannten Vorrichtung zwei Teilgitter mit der gleichen Gitterkonstante, wobei die Gitterstreifen des ersten Teilgitters einen ersten Winkel und die Gitterstreifen des zweiten Teilgitters einen zweiten, ebenso großen, aber dem ersten Winkel entgegengesetzten Winkel mit der Grenzlinie der beiden Teilgitter bilden. Da ein Beugungsgitter ein einfallendes Strahlenbündel in eine Ebene quer zur Richtung der Gitterlinien ablenkt, erhält der Teil des Strahlenbündels, der auf eines der Teilgitter fällt, eine andere Richtung als der Teil des Strahlenbündels, der auf das zweite Teilgitter fällt.
  • Es besteht ein zunehmendes Bedürfnis, die Abmessungen von optischen Abtastvorrichtungen für optische Aufzeichnungsträger, wie z.B. bei dem bekannten "CD-Spieler", zu verkleinern, so daß diese Vorrichtungen beispielsweise einfacher eingebaut werden können. Eine Verringerung der optischen Weglänge zwischen dem Diodenlaser und dem Aufzeichnungsträger ist von besonderer Bedeutung. Diese Länge kann verkleinert werden, wenn der Abstand zwischen dem Diodenlaser und dem Beugungsgitter verringert werden kann. Durch Verringerung dieses Abstandes kann der Abstand zwischen dem Beugungsgitter und dem abbildenden Linsensystem ebenfalls verringert werden, während die Forderung erfüllt wird, daß die Teile des Diodenlaserstrahlenbündels, die in der ersten Ordnung und höheren Ordnungen gebeugt werden, in ein außerhalb der Linsenpupille dieses Linsensystems liegendes Gebiet fallen sollen. Bei der Montage des Gerätes muß es möglich sein, den in einer Richtung parallel zur optischen Achse der Vorrichtung gemessenen Abstand zwischen dem Diodenlaser und den Detektoren sehr genau zu justieren, da sonst ein Offset in dem Fokusfehlersignal erzeugt wird, so daß das Abtaststrahlenbündel nicht mehr auf die Informationsebene fokussiert ist.
  • Zu dem Ziel einer preiswerteren, leichteren und kleineren Abtastvorrichtung paßt es, ein beispielsweise von einem Halbleiterbauelementhersteller geliefertes Element einzusetzen, das einen Diodenlaser und Detektoren in der Form von Photodioden enthält, wobei der Diodenlaser und die Photodioden relativ zueinander fixiert sind. Wegen der Fertigungstoleranzen muß berücksichtigt werden, daß der erwähnte Abstand von dem gewünschten Abstand abweicht, was zu dem Offset in dem Fokusfehlersignal führt. Der Einfluß der erwähnten Abweichung wird umso größer, je kleiner der Abstand zwischen dem Beugungsgitter und dem Diodenlaser wird.
  • Die vorliegende Erfindung verschafft die Möglichkeit, den als Folge eines nicht korrekten Abstandes zwischen dem Diodenlaser und den Photodioden in der Richtung der optischen Achse eingebrachten Fokus-Offset in der Abtastvorrichtung zu kompensieren.
  • Wie in der US-Patentschrift Nr. 4.665.310 erläutert, ist der in diesem Patent beschriebene Gitterentwurf auf ein zuvor vorgeschlagenes zusammengesetztes Beugungsgitter gegründet. Dieses Gitter enthält zwei Teilgitter, in denen die Gitterstreifen des einen Teilgitters die gleiche Richtung wie die des anderen Teilgitters haben, in denen aber die Gitterkonstanten der beiden Teilgitter unterschiedlich sind. In einem ein solches zusammengesetztes Gitter enthaltenden Gerät sind die beiden Teilbündel in Strahlungsflecken fokussiert, die auf einer Kurve in einer zu der Ebene des Detektors senkrechten Ebene liegen. Folglich können die beiden Strahlungsflecke nicht gleich scharf in bezug auf ihr zugehöriges Detektorpaar fokussiert werden, wenn die Detektorpaare in einer Ebene liegen. Ein Offset in dem Fokusfehlersignal wird in diesem Gerät daher noch eher erzeugt als in einem Gerät mit einem zusammengesetzten Beugungsgitter, in dem die Gitterstreifen des einen Teilgitters mit denen des anderen Teilgitters einen Winkel bilden.
  • Daher, und auch aus anderen, noch näher zu erläuternden Gründen, ist die vorliegende Erfindung außerordentlich für die Verwendung in einer Vorrichtung mit einem aus zwei Teilgittern mit parallelen Gitterlinien bestehenden Beugungsgitter geeignet.
  • Die Vorrichtung, in der die vorliegende Erfindung eingesetzt wird, ist dadurch gekennzeichnet, daß der entlang der optischen Achse der Vorrichtung gemessene Abstand zwischen dem Diodenlaser und dem zusammengesetzten Gitter kleiner als ungefähr 9 mm ist, daß die Teilgitter variierende Gitterkonstanten haben und daß die Gitterstreifen der beiden Teilgitter gekrümmt sind.
  • Wegen der variierenden Gitterkonstanten und der gekrümmten Gitterstreifen hat das zusammengesetzte Gitter Linsenwirkung und bei Verschiebung dieses Gitters in Richtung der Grenzlinie zwischen den Teilgittern kann der Abbildungsabstand der aus dem Objektivsystem und dem erwähnten Gitter bestehenden Zusammensetzung an den Abstand zwischen dem Diodenlaser und der Photodiode in Richtung der optischen Achse angepaßt werden.
  • Bei Anwendung das Erfindungsgedankens ist es möglich, Abbildungsfehler, wie z.B. Koma und Astigmatismus, die bei Verwendung eines Beugungsgitters mit geraden Gitterlinien auftreten können, zu korrigieren. Hierfür kann die Krümmung der Gitterlinien während der Herstellung des Gitters angepaßt werden.
  • Eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist außerdem dadurch gekennzeichnet, daß die Gitterstreifen der beiden Teilgitter im Bereich der Grenzlinie zwischen den beiden Teilgittern senkrecht zu der genannten Grenzlinie stehen und daß einander entsprechende Teile der Teilgitter unterschiedliche mittlere Gitterkonstanten und unterschiedliche Krümmungen der Gitterstreifen haben. Die Teilgitter haben also eine unterschiedliche Brechkraft.
  • Eine bevorzugte Ausführungsform der Vorrichtung ist jedoch außerdem dadurch gekennzeichnet, daß einander entsprechende Teile der Teilgitter gleiche mittlere Gitterkonstanten haben und daß die einander entsprechenden Streifen der Teilgitter gleiche, aber entgegengesetzte Winkel mit der Grenzlinie zwischen den Teilgittern bilden.
  • Im Vergleich zu der ersten Ausführungsform hat diese Ausführungsform die in der US- Patentschrift Nr. 4.665.310 erwähnten Vorteile.
  • Ein Beugungsgitter mit gekrümmten Gitterstreifen wird in der Literatur auch als Hologramm bezeichnet. Anzumerken ist, daß in einem veröffentlichten Vortrag der Firma NEC (Japan) mit dem Titel "An optical head using a multi-functioning hologram for CD players", der während des "Optical Memory Symposium" in Japan am 18. Dezember 1986 gehalten wurde, die Verwendung eines Hologramms in einer optischen Ausleseeinrichtung beschrieben wird. Dieses Hologramm hat drei Funktionen:
  • - Trennen des Diodenlaserstrahlenbündels und des von dem Aufzeichnungsträger reflektierten Strahlenbündels
  • - Aufspalten des letztgenannten Bündels in zwei Teilbündel zur Fokusfehlerdetektion, und
  • - Schaffen der Möglichkeit, ein Spurfolgefehlersignal zu erzeugen.
  • Dieses Hologramm enthält zwei die einfallenden Teile des Bündels in verschiedene Richtungen ablenkende Teilhologramme. Die genannte Veröffentlichung erwähnt die Probleme, für die die vorliegende Erfindung eine Lösung verschafft, nicht, was einleuchtend ist, da der axiale Abstand zwischen dem Diodenlaser und dem Hologramm 18 mm beträgt. Es wird nur auf mögliche Einflüsse eingegangen, die die durch Temperaturschwankungen verursachte Änderung der Wellenlänge des Diodenlasers auf die Qualität der Strahlungsflecke in der Detektorebene haben kann. Über das zusammengesetzte Hologramm wird mitgeteilt, daß es eine Brechkraft von nahezu Null hat. Zusätzlich erwähnt die Veröffentlichung, daß die Lage der Photodioden während der Montage an die Änderung der Wellenlänge des Laserstrahlenbündels angepaßt wird. In der schematischen Darstellung nach Figur 1 der Veröffentlichung sollen die schrägen Linien in dem Hologramm als die beiden Teilhologramme definierende Schatten angesehen werden.
  • Entsprechend einer weiteren kennzeichnenden Eigenschaft der Vorrichtung ist das zusammengesetzte Beugungsgitter ein Phasengitter mit einer Reliefstruktur. Solch ein Gitter hat einen erheblich höheren Wirkungsgrad in der gewünschten Ablenkrichtung als ein Amplitudengitter und bietet den zusätzlichen Vorteil, daß auf der Basis eines Muttergitters eine große Zahl von Abdrucken in bekannter Weise zu geringen Kosten hergestellt werden kann, was besonders wichtig ist, wenn die Gitter in Konsumentengeräten eingesetzt werden sollen.
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
  • Figur 1 eine schematische Ausführungsform einer Auslesevorrichtung mit einem Beugungsgitter,
  • Figur 2 eine perspektivische, schematische Ansicht einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Beugungsgitters und des zugehörigen strahlungsempfindlichen Detektionssystems,
  • Figur 3a und 3b die Veränderungen der Strahlungsflecke auf den Detektoren beim Auftreten von Fokusfehlern,
  • Figur 4 ein realisiertes Gitter des Typs nach Figur 2,
  • Figur 5 ein bekanntes Beugungsgitter im Querschnitt und
  • Figur 6 eine zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen Beugungsgitters und des zugehörigen strahlungsempfindlichen Detektionssystems.
  • Figur 1 zeigt eine tangentiale Queransicht eines kleinen Teils eines optischen Aufzeichnungsträgers 1 mit einer strahlungsreflektierenden Informationsebene 2. Diese Figur zeigt eine der in der Informationsebene liegenden Spuren 3. Eine solche Spur enthält Informationsbereiche 3a, die mit Zwischenbereichen 3b abwechseln, wobei beispielsweise die Bereiche 3a in einer von der der Zwischenbereiche 3b abweichenden Höhe liegen. Die Informationsoberfläche wird mittels eines von einer Strahlungsquelle 4, beispielsweise einem Diodenlaser, emittierten Strahlenbündels b abgetastet. Dieses Strahlenbündel wird von einem Objektivsystem 6, das schematisch durch eine einige Linse dargestellt wird, fokussiert, um in der Informationsebene einen winzigen Strahlungsfleck V zu bilden. Eine gesonderte Kollimatorlinse kann vor dem Objektivsystem angeordnet sein. Das Abbildungssystem kann alternativ durch ein zusammengesetztes Kollimatorobjektivsystem, wie in Figur 1 gezeigt, gebildet werden. Wenn der Aufzeichnungsträger um eine Achse 8 gedreht wird, wird eine Spur 3 abgetastet und das Auslesebündel wird durch die in dieser Spur enthaltene Information moduliert. Durch Bewegen des Aufzeichnungsträgers und der die Quelle 4, das Objektivsystem 6 und das Detektionssystem 10 enthaltenden Ausleseeinheit relativ zueinander in radialer Richtung wird die gesamte Informationsoberfläche abgetastet.
  • Das von der Informationsoberfläche reflektierte und modulierte Strahlenbündel soll detektiert werden können, d.h. daß dieses Strahlenbündel von dem projizierten Bündel getrennt werden können muß. Hierfür muß die Vorrichtung ein Strahlenbündel-Trennelement enthalten.
  • Zum Auslesen einer Informationsstruktur mit kleinen Informationsdetails von beispielsweise der Größenordnung 1um ist ein Objektivsystem mit einer großen numerischen Apertur erforderlich. Die Schärfentiefe eines solchen Objektivsystems ist klein. Da Abweichungen im Abstand zwischen der Informationsebene 2 und dem Objektivsystem 6 auftreten können, die größer sind als die Schärfentiefe, müssen Maßnahmen getroffen werden, um diese Abweichungen zu detektieren und als Reaktion darauf die Fokussierung zu korrigieren. Hierzu kann die Vorrichtung mit einem Strahlteiler versehen sein, der das reflektierte Strahlenbündel in zwei Teilbündel teilt, und mit beispielsweise zwei Detektorpaaren, wobei ein erstes der Paare mit dem ersten Teilbündel und das zweite Paar mit dem zweiten Teilbündel zusammenarbeitet. Die Ausgangssignale der Detektoren werden verarbeitet um, unter anderem, ein Fokusservosignal zu bilden.
  • Wie in dem Beitrag "Optische Fokusfehlerdetektion" in "Neues aus der Technik" Nr. 6, 15. Dezember 1980, S. 3, beschrieben, kann Strahltrennung und Strahlaufspaltung mit Hilfe eines einzelnen Elementes erreicht werden, nämlich mit einem transparenten Gitter. Dieses Gitter spaltet das von der Informationsoberfläche 2 reflektierte und das Objektivsystem 6 durchquerende Strahlenbündel in ein nicht gebeugtes Teilbündel nullter Ordnung und eine Anzanl von Teilbündeln erster und höherer Ordnung auf. Die Gitterparameter, insbesondere das Verhältnis zwischen der Breite der Gitterstreifen und der der Zwischenstreifen und die Tiefe und die Form der Gitterfurchen können so gewählt werden, daß eine maximale Strahlungsmenge auf das Detektionssystem trifft.
  • Figur 2 ist eine perspektivische Vorderansicht einer ersten Ausführungsform des Gitters 9 und des strahlungsempfindlichen Detektionssystems 10. Das Strahlenbündel b ist im Gitterbereich durch seinen Querschnitt angedeutet. Das Gitter 9 enthält zwei durch die Linie 11 voneinander getrennte Teilgitter 12 und 13. Die Gitterstreifen der Teilgitter 12 und 13 sind mit 14 bzw. 15 bezeichnet. Diese Gitterstreifen werden durch Zwischenstreifen 16 und 17 getrennt. In dieser Ausführungsform haben die Gitterstreifen im Bereich der Grenzlinie 11 die gleiche Richtung und stehen beispielsweise senkrecht zu der Grenzlinie. Die mittlere Gitterkonstante p&sub1; des Teilgitters 12 unterscheidet sich jedoch von der mittleren Gitterkonstante p&sub2; des Teilgitters 13. Folglich unterscheidet sich der Winkel, unter dem das Teilbündel b&sub1; gebeugt wird, von dem Winkel, unter dem das Teilbündel b&sub2; gebeugt wird. Das bedeutet, daß in der Ebene des Detektors die Strahlungsflecke V&sub1; und V&sub2; relativ zueinander in X-Richtung verschoben sind.
  • Jedem der Teilbündel b&sub1; und b&sub2; werden strahlungsempfindliche Detektoren in der Form von voneinander durch schmale Streifen 22 bzw. 23 getrennten Photodioden 18, 19 und 20, 21 zugeordnet. Diese Detektoren sind so positioniert, daß im Falle korrekter Fokussierung des Strahlenbündels b auf die Informationsoberfläche 2 die von den Teilbündeln b&sub1; und b&sub2; gebildeten Strahlungsflecke V&sub1; und V&sub2; bezüglich der Detektoren 18, 19, bzw. 20, 21 symmetrisch gelegen sind. Wenn ein Fokusfehler auftritt, werden die Strahlungsflecke V&sub1; und V&sub2; größer, und außerdem verschieben sich diese Strahlungsflecke bezüglich ihres zugehörigen Detektorpaares, wie in den Figuren 3a und 3b gezeigt wird. Figur 3a gibt den Fall wieder, bei dem das Strahlenbündel b in einer Ebene vor der Informationsoberfläche 2 fokussiert wird, während Figur 3b sich auf den Fall bezieht, bei dem das Strahlenbündel b in einer Ebene hinter der Informationsoberfläche fokussiert wird.
  • Wenn die Ausgangssignale der Detektoren 18, 19, 20 und 21 durch S&sub1;&sub8;, S&sub1;&sub9; bzw. S&sub2;&sub0; und S&sub2;&sub1; dargestellt werden, wird das Fokusfehlersignal durch:
  • Sf = (S&sub1;&sub8; + S&sub2;&sub1;) - (S&sub1;&sub9; + S&sub2;&sub0;)
  • gegeben.
  • Ein zu der ausgelesenen Information proportionales Signal, das Informationssignal Si, wird gegeben durch:
  • Si = S&sub1;&sub8; + S&sub1;&sub9; + S&sub2;&sub0; + S&sub2;&sub1;
  • Wenn die Grenzlinie 11 der beiden Teilgitter 12 und 13 parallel zu der Richtung einer ausgelesenen Spur 3 verläuft, ist es auch möglich, ein Spurfehlerfolgesignal Sr aus den Detektorsignalen zu generieren. Dieses Signal wird gegeben durch:
  • Si = (S&sub1;&sub8; + S&sub1;&sub9;) - (S&sub2;&sub0; + S&sub2;&sub1;)
  • Erfindungsgemäß haben die beiden Teilgitter eine variierende Gitterkonstante, wobei die Änderung der Gitterkonstanten in der Größenordnung einiger Prozent der mittleren Gitterkonstanten liegt. Außerdem sind, wie in Figur 2 gezeigt, die Gitterstreifen der beiden Teilgitter gekrümmt. Diese Teilgitter haben also eine veränderliche Linsenwirkung. Wegen der variierenden Gitterkonstanten können die Lagen der Strahlungsflecke V&sub1; und V&sub2; durch Verschieben des Gitters 9 entlang der Grenzlinie 11 in einer Richtung parallel zur optischen Achse 00', also in Z-Richtung, verändert werden. Abweichungen in einer senkrecht zur Richtung der Grenzlinie 11 liegenden Richtung können durch die Krümmungen der Gitterstreifen minimiert werden. Die Möglichkeit der Verschiebung der Z-Lagen der Strahlungsflecke V&sub1; und V&sub2; ist besonders wichtig, wenn eine integrierte Laser-Photodiodeneinheit verwendet wird., d.h. eine Komponente, in der der Diodenlaser und die Photodioden auf ein und demselben Träger angeordnet und daher relativ zueinander fixiert sind und also in Z- Richtung einen festen gegenseitigen Abstand haben. Dieser Abstand ist Fertigungstoleranzen unterworfen und kann während der Montage der Vorrichtung nicht durch Verschiebung der Photodioden in Z-Richtung, relativ zu der Laserdiode, korrigiert werden.
  • Auch der Abstand in der X-Richtung zwischen dem Diodenlaser und den Mittelpunkten der Detektorpaare ist Fertigungstoleranzen unterworfen. Ein Ausgleich hierfür kann auch durch Verschieben des Gitters 9 in Richtung der Linie 11 erhalten werden.
  • In der Ausführungsform nach Figur 2 kann gewährleistet werden, daß die Brennpunkte der Teilbündel trotz der unterschiedlichen Winkel, unter denen die Teilbündel b&sub1; und b&sub2; in der XZ-Ebene wegen der unterschiedlichen mittleren Gitterkonstanten der Teilgitter 12 und 13 abgelenkt werden, in einer einzigen XY-Ebene liegen, indem man nämlich dafür sorgt, daß die Gitterkonstanten und die Krümmungen der Gitterstreifen von einander entsprechenden Teilen der Teilgitter einen unterschiedlichen Verlauf erhalten.
  • Ein wichtiger Vorteil des Beugungsgitters mit gekrümmten Gitterstreifen im Vergleich zu einem Gitter mit geraden Gitterstreifen liegt darin, daß die optischen Abweichungen wie Koma und Astigmatismus, die bei Verwendung des letztgenannten Gitters auftreten können, in dem erstgenannten Gitter vermieden werden können, indem diese Abweichungen bei der Herstellung dieses Gitters berücksichtigt werden und die Krümmung der Gitterstreifen daran angepaßt wird.
  • Figur 4 zeigt einen Teil einer realisierten Ausführungsform eines zusammengesetzten Beugungsgitters, wie es in der Vorrichtung nach Figur 1 verwendet werden kann. In einem der Teilgitter ändert sich die Gitterkonstante zwischen beispielsweise 1,6 um und 1,8 um, während in dem anderen Teilgitter diese Konstante zwischen beispielsweise 2,4 um und 2,7 um variiert. Der Durchmesser für ein solches Gitter mit rundem Umfang beträgt beispielsweise 800 um.
  • Das Beugungsgitter ist vorzugsweise ein Phasengitter in der Form einer Reliefstruktur, in der die Gitterfurchen sich in einer anderen Höhe befinden als die Zwischenstreifen. Das Prinzip eines solchen Gitters wird in Figur 5 angedeutet. Solch ein Gitter kann durch eine geeignete Wahl des Verhältnisses zwischen der Breite W&sub1; der Gitterfurchen 14 und der Breite W&sub2; der Zwischenstreifen 16 und der Tiefe der Furchen optimiert werden. Außerdem kann die Form der Furchen angepaßt werden. Statt der in Figur 5a dargestellten rechtwinkligen, symmetrischen Form wird eine asymmetrische Form bevorzugt, beispielsweise eine Sägezahnform (Figur 5b), da dann eine maximale Strahlungsmenge in einer Ordnung konzentriert werden kann, beispielsweise der +1. Ordnung.
  • Als Alternative kann ein Amplitudengitter oder Schwarz-Weiß-Gitter statt eines Phasengitters verwendet werden. Dieses Gitter kann durch Anpassung der Variation der Schwärzung optimiert werden.
  • Sowohl das Amplitudengitter als auch das Phasengitter können in großen Anzahlen auf der Basis eines sogenannten Muttergitters kopiert werden, wobei das Phasengitter den Vorteil bietet, das es preiswert und in großen Anzahlen kopiert werden kann, weil dabei bekannte Preß- und Abdrucktechniken genutzt werden können, die für Massenfertigung sehr geeignet sind.
  • Das Muttergitter kann holographisch erhalten werden. Dabei wird eine Anordnung verwendet, bei der divergierende Strahlenbündel emittierende Strahlungsquellen in der Position der Quelle 4 und den gewünschten Positionen des Strahlungsfleckes V&sub1; und des Strahlungsfleckes V&sub2; nach Figur 4 angeordnet werden. Eine photographische Platte wird dann in der Position des Gitters 9 aus Figur 2 angebracht. Erst wird eine Hälfte der Platte mit den von den in den Positionen der Quelle 4 und des Fleckes V&sub1; liegenden Strahlungsquellen emittierten Strahlenbündeln belichtet, während die andere Hälfte der Platte abgedeckt ist. Anschließend wird die belichtete Hälfte abgedeckt und die andere Hälfte wird mit den Strahlenbündeln belichtet, die von den in den Positionen der Quelle 4 und des Strahlungsfleckes V&sub2; liegenden Strahlungsquellen emittiert werden.
  • Die auf diese Weise auf beiden Hälften der Platte erhaltenen unterschiedlichen Interferenzmuster können mit Hilfe bekannter Entwicklungs- und Ätztechniken in Reliefstrukturen umgesetzt werden.
  • Wenn die Positionen der Strahlungsquelle 4, des Beugungsgitters 9 und der Photodioden vorgegeben sind, kann man alternativ die Muster der Teilgitter berechnen und diese Muster anschließend mit beispielsweise einer Elektronenstrahlschreibvorrichtung in elektronenempfindliches Material schreiben.
  • Figur 6 zeigt eine zweite Ausführungsform der Vorrichtung. Diese Vorrichtung enthält ein Beugungsgitter, dessen Teilgitter dieselbe Gitterkonstante haben. Die Hauptrichtungen der gekrümmten Gitterstreifen 14 des Teilgitters 12 bilden mit der Grenzlinie 11 einen ersten Winkel, während die Hauptrichtungen der gekrümmten Gitterstreifen 15 des zweiten Teilgitters 13 mit der Grenzlinie einen zweiten, vorzugsweise ebenso großen, aber entgegengesetzten Winkel bilden. Die Teilbündel werden hauptsächlich in einer Richtung quer zu den Hauptrichtungen abgelenkt, so daß die Photodioden anders als in Figur 2 angeordnet werden müssen. Die Grenzlinien 22 und 23 der Detektorpaare in der XY-Ebene liegen jetzt hintereinander in der Y- Richtung. Das Fokusfehlersignal, das Informationssignal und das Spurfolgefehlersignal werden in gleicher Weise erhalten, wie anhand von Figur 2 beschrieben.
  • Da der Wirkungsgrad eines Beugungsgitters, d.h. der Quotient aus der Menge der in die gewünschte Richtung gebeugten Strahlung und der gesamten Menge der auf das Gitter fallenden Strahlung, unter anderem von der Gitterkonstanten abhängt, wird das in Figur 6 gezeigte zusammengesetzte Beugungsgitter dem in Figur 2 gezeigten vorgezogen. Tatsächlich können wegen der ungleichen Gitterkonstanten der Teilgitter in den zuletztgenannten Gittern die Teilbündel ungleiche Intensitäten erhalten, so daß ein Offset in dem Spurfolgefehlersignal erzeugt werden kann. Dies kann in einer Vorrichtung mit dem Beugungsgitter aus Figur 6 nicht geschehen.
  • Die Erfindung wurde zur Verwendung in einer Auslesevorrichtung beschrieben, aber sie kann alternativ in einer Schreibvorrichtung oder in einer kombinierten Schreib-Lese-Vorrichtung verwendet werden, in der während der Aufzeichnung die Fokussierung und Spurfolge des Schreibstrahlenbündels überwacht wird. Das beschriebene Fokusfehlerdetektionssystem benutzt keine speziellen Eigenschaften der Informationsoberfläche 2. Es ist nur notwendig und ausreichend, daß diese Oberfläche reflektierend ist. Daher kann die Erfindung in verschiedenen Vorrichtungen, bei denen sehr genaue Fokussierung gefordert wird, eingesetzt werden, so z.B. in Mikroskopen, bei denen die Spurfolgefehlerdetektion eventuell entfallen kann.

Claims (4)

1. Vorrichtung zum optischen Abtasten einer Informationsebene (2), wobei die Vorrichtung einen ein Abtaststrahlenbündel (b) liefernden Diodenlaser (4), ein Objektivsystem (6) zur Fokussierung des Abtaststrahlenbündels zur Bildung eines Abtastfleckes (V) in der Informationsebene, ein zusammengesetztes, zwischen dem Diodenlaser (4) und dem Objektivsystem (6) angeordnetes Beugungsgitter (9) enthält, wobei das Gitter zwei Teilgitter (12, 13) zur Ablenkung eines von der Informationsebene (2) reflektierten Strahlungsbündels auf ein strahlungsempfindliches Detektionssystem (10) aus zwei Detektorpaaren (18, 19, 20, 21) und zur Aufspaltung dieses Strahlungsbündels in zwei jeweils mit einem gesonderten Detektorpaar zusammenarbeitende Teilbündel (b&sub1;, b&sub2;) umfaßt, und wobei der Diodenlaser (4) und das in der Vorrichtung anzuordnende Detektionssystem (10) relativ zueinander fixiert sind, dadurch gekennzeichnet, daß der entlang der optischen Achse der Vorrichtung gemessene Abstand zwischen dem Diodenlaser (4) und dem zusammengesetzten Gitter (9) kleiner als ungefähr 9 mm ist, daß die Teilgitter (12, 13) variierende Gitterkonstanten haben und daß die Gitterstreifen (14, 15) der beiden Teilgitter gekrümmt sind.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gitterstreifen (14, 15) der beiden Teilgitter (12, 13) im Bereich der Grenzlinie (11) zwischen den beiden Teilgittern senkrecht zu der genannten Grenzlinie stehen und daß einander entsprechende Teile der Teilgitter (12, 13) unterschiedliche mittlere Gitterkonstanten und unterschiedliche Krümmungen der Gitterstreifen (14, 15) haben.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß einander entsprechende Teile der Teilgitter (12, 13) gleiche mittlere Gitterkonstanten haben und daß die einander entsprechenden Streifen (14, 15) der Teilgitter gleiche, aber entgegengesetzte Winkel mit der Grenzlinie (11) zwischen den Teilgittern bilden.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das zusammengesetzte Beugungsgitter (9) ein Phasengitter mit einer Reliefstruktur ist.
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