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Die
Erfindung betrifft ein Gerät
zum Lesen und/oder Beschreiben eines optischen Aufzeichnungsträgers, der
einen Stapel aus Informationsschichten enthält, wobei benachbarte Informationsschichten
durch eine Zwischenschicht getrennt sind, welches Gerät mit einer
Strahlungsquelle und einem Objektivsystem zum selektiven Fokussieren
eines von der Strahlungsquelle kommenden Strahlungsbündels auf
eine gesonderte Informationsschicht versehen ist. Die Erfindung
betrifft auch einen optischen Aufzeichnungsträger, der ausgebildet ist, mit
einem derartigen Gerät
gelesen und beschrieben zu werden.
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Ein
Problem bei einem solchen Gerät
ist die Korrektur optischer Aberrationen im Abtastbündel hinsichtlich
der verschiedenen Längspositionen
des Abtastfokus im Aufzeichnungsträger. Die Dicke des von dem
Abtastbündel
so weit wie der Abtastfokus durchlaufenen Aufzeichnungsträgers hängt von
der Ordnungszahl der abzutastenden Aufzeichnungsfläche ab.
Diese variable Dicke bringt eine unterschiedliche Menge sphärischer
Aberration in das Abtastbündel
ein, welche sphärische
Aberration die Form des Abtastfokus nachteilig beeinflusst.
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Ein
Gerät der
eingangs beschriebenen Art, das den Oberbergriff von Anspruch 1
wiederspiegelt, ist aus der
US-Patentschrift
Nr. 3.999.009 bekannt, in dem eine Einrichtung zum Auslesen
von Aufzeichnungsflächen
in einem Mehrschichtaufzeichnungsträger ausgebildet ist. Die Einrichtung
ist mit einer transparenten Platte versehen, die beim Auslesen einer
Aufzeichnungsfläche
in das Abtastbündel
eingebracht werden kann und aus dem Abtastbündel heraus bewegt werden kann,
wenn eine andere Aufzeichnungsfläche
gelesen wird. Ein Nachteil dieses bekannten Informationsspeichersystems
ist, dass jede Aufzeichnungsfläche
eine spezielle Einstellung der Platte erfordert. Eine bewegliche
Platte ist kompliziert und relativ kostspielig. Den relativ geringen Kosten
des Aufzeichnungsträgers
pro Informationseinheit steht daher eine relativ kostspielige Abtasteinrichtung
entgegen.
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Der
Erfindung liegt unter anderem als Aufgabe zugrunde, ein Gerät mit relativ
niedrigem Preis zu verschaffen. Der Erfindung liegt auch als Aufgabe
zugrunde, einen Aufzeichnungsträger
mit hoher Informationsdichte zur Verwendung mit einem derartigen Gerät zu verschaffen.
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Diese
Aufgabe wird gemäß einem
ersten Aspekt der Erfindung durch ein Gerät der eingangs beschriebenen
Art gelöst,
und ist dadurch gekennzeichnet, dass das Objektivsystem hinsichtlich
einer Menge sphärischer
Aberration korrigiert ist, die gleich der sphärischen Aberration ist, die
das Strahlungsbündel infolge
des Durchlaufens des Aufzeichnungsträgers erleidet, wenn das Strahlungsbündel bei
ungefähr der
Hälfte
der Höhe
des Stapels von Informationsschichten fokussiert wird.
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Ein
zweiter Aspekt der Erfindung betrifft einen optischen Aufzeichnungsträger, der
einen Stapel aus Informationsschichten aufweist, wobei benachbarte
Informationsschichten durch eine Zwischenschicht getrennt sind,
wobei der Aufzeichnungsträger ausgebildet
ist, von einem Gerät
gelesen und/oder beschrieben zu werden, das ein Objektivsystem enthält, das
eine feste Korrektur für
sphärische
Aberration aufweist, um ein Strahlungsbündel selektiv auf eine Informationsschicht
zu fokussieren, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke des vom Strahlungsbündel durchlaufenen
Aufzeichnungsträgermaterials bis
ungefähr
zur Hälfte
der Höhe
des Stapels eine Menge sphärischer
Aberration in dem Strahlungsbündel
auf sich zieht, die gleich der festen Korrektur ist.
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Das
Vorhandensein des Fokusservosystems für den Lesefokus ist ein zuvor
erwähnter
Aspekt. Das vom Fokusfehlersystem abgegebene Signal umfasst Information
zum Vorhandensein einer Aufzeichnungsfläche auf oder nahe dem Abtastfokus.
Wenn der Abtastfokus durch die Aufzeichnungsflächen bewegt wird, kann der
Flächendiskriminator
aus dem oben erwähnten
Signal jederzeit einen Impuls ableiten, wenn eine Aufzeichnungsfläche den
Abtastfokus durchläuft.
Anhand dieser Impulse und der Bewegungsrichtung des Abtastfokus
ermittelt der Zähler die
Ordnungszahl der den Abtastfokus durchlaufenden Aufzeichnungsfläche. Auf
diese Weise ist es möglich,
das Abtastbündel
auf jede gewünschte Schicht
zu fokussieren. Das erfindungsgemäße Flachenselektionsverfahren
kann auf alle Geräte
zum Beschreiben, Lesen oder Löschen
von Mehrschichtaufzeichnungsträgern
angewendet werden, die aktiv auf die unterschiedlichen Aufzeichnungsflächen in
dem Aufzeichnungsträger
fokussieren.
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben.
Es zeigen:
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1a eine
Ausführungsform
eines Flächenselektors,
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1b eine
Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Gerätes,
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2a, 2b und 2c Ausführungsformen
eines Aufzeichnungsträgers
mit gesonderten Aufzeichnungsschichten,
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3 einen
Aufzeichnungsträger
mit einem nicht geschichteten Aufzeichnungsvolumen zur Verwendung
in der Vorrichtung,
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4a und 4b Ausführungsformen
eines Längsverschiebers,
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4c und 4d Ausführungsformen
eines Querverschiebers und
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5 einen
Teil einer Ausführungsform
des Gerätes
zum Auslesen in Transmission.
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1b zeigt
einen Teil eines optischen Aufzeichnungsträgers 1 im Querschnitt.
Der Aufzeichnungsträger
hat eine reflektierende Führungsfläche 2 mit
Führungsspuren 3,
die senkrecht auf der Zeichenebene stehen. Diese Führungsspuren
sind während der
Fertigung des Aufzeichnungsträgers
in der Führungsfläche angebracht
worden und können
aus beispielsweise kontinuierlichen Rillen oder aus Reihen von Vertiefungen
in der Führungsfläche bestehen. Weiterhin
umfasst der Aufzeichnungsträger
mehrere Aufzeichnungsflächen 4,
von denen eine Fläche
in der Zeichnung dargestellt ist, die zum Aufzeichnen von (Benutzer-)Daten
bestimmt sind. Die Führungsspuren
der Führungsfläche sind
nicht in die Aufzeichnungsflächen übernommen
worden.
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Das
Gerät zum
Einschreiben und Auslesen von Information, beispielsweise Daten,
in diesem Aufzeichnungsträger
nutzt zwei Strahlungsbündel, ein
Führungsbündel 5 und
ein Abtastbündel 6.
Das Führungsbündel 5 ist
in der Zeichnung durch ausgezogene Linien dargestellt und das Abtastbündel 6 durch
gestrichelte Linien. In Teilen des optischen Weges, wo die beiden
Bündel
zusammenfallen können, sind
die ausgezogene Linie und die gestrichelte Linie nebeneinander gezeichnet,
nur um anzugeben, dass es dort zwei Bündel gibt.
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Das
Führungsbündel wird
von einer Strahlungsquelle 5' erzeugt,
die in dem Fokus einer Linse 5'' angeordnet
ist, und geht über
einen Spiegel 9 zu einem Objektivsystem 10. Dieses
System fokussiert das Führungsbündel auf
die Führungsfläche 2 des Aufzeichnungsträgers. Um
den Führungsfokus 11 des
Führungsbündels bei
einem beweglichen Aufzeichnungsträger in der Führungsfläche zu halten, muss
die Längsposition
des Fokus, d.h. die Position längs
der Hauptachse des Bündels,
aktiv geregelt werden. Dazu wird an der Führungsfläche reflektierte und durch
das Objektivsystem aufgefangene Strahlung des Führungsbündels über ein Bündeltrennelement 7,
beispielsweise einen teildurchlässigen
Spiegel, und eine Linse 13' zu
einem ersten Detektionssystem 13 geleitet. Dieses System
liefert an seinem Ausgang ein Fokusfehlersignal Sf, d.h. ein Signal, das
für den
Abstand zwischen der Führungsfläche und
der Fläche,
in der das Führungsbündel mittels des
Objektivsystems fokussiert wird, repräsentativ ist. Das Fokusfehlersignal
steuert über
einen Schalter 30 und einen ersten Servoverstärker 14 einen
Linearmotor 15, der die Längsposition des Objektivsystems 10 und
damit auch die des Führungsfokus 11 bestimmt.
Das Detektionssystem 13, der Verstärker 14, der Motor 15 und
das Objektivsystem 10 bilden zusammen das erste Servosystem
des Gerätes.
Dieses erste Servosystem sorgt dafür, dass das Führungsbündel 5 immer
genau auf die Führungsfläche 2 fokussiert
ist. Dies ist notwendig, um eine optimale Detektion der in dieser
Fläche
vorhandenen Führungsinformation
zu garantieren, sodass unter anderem der Führungsfokus 11 immer
einer gewünschten Spur 3 in
der Führungsfläche folgt.
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Diese
Spurfolge ist möglich,
weil das Detektionssystem 13, das an der Führungsfläche reflektierte
Strahlung des Führungsbündels auffängt, auch
ein so genanntes Spurfolgefehlersignal Sr liefert. Dieses Signal
ist für
das Ausmaß,
in dem die Mitte des Führungsfokus
mit der Mittellinie einer zu folgenden Spur in der Führungsfläche zusammenfällt, repräsentativ. Das
Signal Sr steuert über
einen Servoverstärker 16 ein
Antriebsglied 17 für
den Spiegel 9, der schwenkbar angeordnet ist. Durch Schwenken
dieses Spiegels um eine Achse senkrecht zur Zeichenebene kann der
Führungsfokus
in der Querrichtung, d.h. in einer Richtung in der Führungsfläche und
quer zur Spurrichtung verlagert werden. Das Detektionssystem 13,
der Verstärker 16 und
die Antriebsvorrichtung 17 mit dem Spiegel 9 bilden
ein zweites Servosystem.
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Das
Abtastbündel
wird von einer zweiten Strahlungsquelle 18 erzeugt, die
in dem Fokus einer Linse 18' liegt.
Dieses Bündel
wird von einem reflektierenden Element 19 zu einem Einkoppelelement 8, beispielsweise
einem teildurchlässigen
Spiegel oder einen wellenlängen-selektiven
Spiegel, in den Weg des Führungsbündels 5 eingekoppelt.
Dieses Bündel erreicht
dann über
den Reflektor 9 das Objektivsystem 10, das einen
Abtastfokus 36 bildet. Dieser Abtastfokus muss immer genau
positioniert sein, sowohl in der Längsrich tung bezüglich einer
abzutastenden Aufzeichnungsschicht 4 als auch in der Querrichtung
in dieser Schicht.
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Ein
Aufzeichnungsträger
mit unterschiedlichen Aufzeichnungsschichten kann, was die Spurfolgeinformation
oder allgemeiner, was die Führungsinformation
anbelangt, im Prinzip verschiedenartig ausgebildet sein. 2a zeigt
einen Aufzeichnungsträger
mit einer Führungsfläche 2,
die von einem Substrat 40 getragen werden kann. Die Führungsfläche umfasst
Führungsspuren 3 in
Form kontinuierlicher Rillen oder bestehend aus diskreten Vertiefungen
mit einer Tiefe in der Größenordnung
von 60 nm. Die Aufzeichnungsschichten 41 bis 4n sind vorzugsweise 10 bis 100 nm dick
und sind durch Zwischenschichten 42 voneinander getrennt.
Wenn diese Zwischenschichten wesentlich dünner sind als 1 μm, werden
die Umrisse der Führungsspuren 3,
die im Prinzip nur in der Führungsfläche vorgesehen
sind, zwar auch in der ersten Aufzeichnungsschicht 41 , in der zweiten Aufzeichnungsschicht 42 usw. vorhanden sein, aber mit stark
abnehmender Tiefe und dadurch zur Spurfolge weniger brauchbar. In
den höheren
Informationsschichten sind die genannten Umrisse nicht vorhanden.
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Eine
andere Möglichkeit
ist, jede Aufzeichnungsschicht gesondert mit Führungsinformation zu versehen,
wie dies in 2b dargestellt ist. Dann muss
jedoch für
jede Aufzeichnungsschicht ein Abdruckverfahren mit Hilfe einer Matrize
durchgeführt werden,
was die Herstellung des Aufzeichnungsträgers sehr teuer macht.
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Gemäß der Erfindung
wird ein in 2a dargestellter Aufzeichnungsträger verwendet,
von dem nur die Führungsfläche mit
Führungsinformation
versehen ist. Beim Einschreiben von Information in einer Aufzeichnungsschicht
wird diese Führungsinformation
benutzt, die, mit Hilfe des Führungsbündels, detektiert
und der gefolgt wird.
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Dies
wird dadurch verwirklicht, dass, wie oben bereits angegeben und
in 1b dargestellt, das Schreibbündel in den Weg des Führungsbündels eingekoppelt
wird, sodass das Schreibbündel
und folglich der Schreibfokus simultan mit dem Führungsbündel von dem Schwenkspiegel 9 in
die Querrichtung geleitet wird. Im Prinzip folgt der Schreibfokus dann
der gleichen Spur wie der Führungsfokus,
wobei das zweite Servosystem (13, 16, 17, 9)
es dem Führungsfokus
ermöglicht,
den Führungsspuren 3 sehr
genau, beispielsweise innerhalb von 100 nm, zu folgen.
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Diese
passive Quersteuerung des Abtastfokus ist während des Einschreibvorgangs
durchaus brauchbar, weil bei diesem Vorgang nur von Bedeutung ist,
dass der Schreibfokus derselben oder einer ähnlichen Spur folgt wie der
Führungsfokus.
Dabei ist es nicht notwendig, dass die in der Führungsfläche projizierte Spur des Schreibfokus
genau mit der des Führungsfokus
zusammenfällt.
Dies wäre
anders, wenn eine bereits beschriebene Aufzeichnungsfläche mit
einem Lesefokus ausgelesen würde,
dessen Querposition auf die oben beschriebene Weise an die des Führungsfokus
gekoppelt wäre.
Die gegenseitige Lage des Abtastfokus und des Führungsfokus werden bei dieser
Kopplung durch die gegenseitige Lage der beiden Strahlungsquellen 5' und 18 und durch
die Lage der Strahlteiler 7, 8 und 19 bestimmt. Wenn
das optische Systems zwischen der Strahlungsquelle und dem Fokus
beispielsweise einen Vergrößerungsfaktor 5 hat,
müssen
die Abstände zwischen
den Strahlungsquellen innerhalb beispielsweise 500 nm konstant gehalten
werden, um den Spuren in der Aufzeichnungsfläche innerhalb 100 nm zu folgen.
Infolge mechanischer Instabilitäten
und thermischer Effekte sind derartige Toleranzen in einem Gerät sehr schwer
zu realisieren.
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Wenn
ein Aufzeichnungsträger
mit einem ersten Gerät
beschrieben und mit einem entsprechenden zweiten Gerät ausgelesen
werden soll, tritt beim Auslesen mit einem Lesebündel und einem Führungsbündel das
zusätzliche
Problem auf, dass für
das eine Gerät
die Abweichung zwischen den Positionen des Führungsfokus und des Lesefokus
anders ist als für
das andere Gerät.
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Um
die genannten strengen Toleranzanforderungen und Probleme zu vermeiden,
wird gemäß der Erfindung
beim Lesen die Querposition des Abtastfokus mit Hilfe an einer abgetasteten
Aufzeichnungsfläche
reflektierter Strahlung des Lesebündels aktiv gesteuert. Diese
Strahlung folgt dem Weg des Lesebündels in umgekehrter Richtung
und wird über das
teildurchlässige
Element 19 und eine Linse 22' von einem Detektionssystem 22 aufgefangen.
Die Quersteuerung des Lesefokus wird mit einem dritten Servosystem,
bestehend aus dem Detektionssystem 22, einem ersten Schalter 23,
einem Servoverstärker 24 und
einem Querverschieber 25, durchgeführt. Das Detektionssystem 22 liefert
ein Spurfolgefehlersignal Sr1, das den Querabstand zwischen dem
Abtastfokus und der Mitte einer Spur in einer Aufzeichnungsfläche angibt.
Beim Beschreiben einer Aufzeichnungsfläche 4 ist der Schalter 23 geöffnet, und
es findet keine aktive Regelung für die Spurfolge des Abtastfokus
statt. Beim Auslesen ist der Schalter geschlossen und das Spurfolgefehlersignal
Sr1 wird zu dem Verstärker 24 weitergeleitet,
der seinerseits das verstärkte
Signal dem Querverschieber 25 zuführt. Der Verschieber ist ein
optisches Element, das die Richtung des Abtastbündels über einen kleinen Winkel ändern kann.
Diese Richtungsänderung
wird durch das Objektivsystem in eine Änderung der Querposition des
Abtastfokus umgewan delt. Die Spurfolgeregelung dieses dritten Servosystems
kann der Regelung des zweiten Servosystems, das mittels des Spiegels 9 arbeitet, überlagert
sein.
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Es
empfiehlt sich jedoch, beim Lesen das zweite Servosystem auszuschalten
und den Servoverstärker 24 den
Spiegel 9 ansteuern zu lassen statt des Querverschiebers 25.
Letzterer ist dann überflüssig.
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Wenn,
wie in der
japanischen Patentanmeldung
63-234 418 vorgeschlagen, die Aufzeichnungsschichten eine
Dicke von 300 bis 500 nm und die Zwischenschichten eine Dicke von
0,5 bis 1 μm
haben, tritt das Problem auf, dass, wenn das Abtastbündel auf
eine der Aufzeichnungsflächen
fokussiert ist, wegen der nicht unendlich kleinen Schärfentiefe
des Bündels
am Ort der benachbarten Aufzeichnungsflächen ein relativ kleiner Abtastfleck
gebildet wird. Die Schärfentiefe
eines Bündels
mit einer numerischen Apertur von 0,52 und einer Wellenlänge von
0,82 μm ist ± 1,5 μm, was bedeutet,
dass die Intensität
auf der optischen Achse bei einem von dem Fokuspunkt um 1,5 μm entfernten
Punkt noch immer um einen Faktor 0,8 größer ist als die in dem Fokuspunkt.
Beim Einschreiben in der Aufzeichnungsfläche wird eine Nachbarfläche in einem
Abstand von 1 μm
auch beschrieben werden, während
beim Auslesen einer Aufzeichnungsfläche die Nachbarflächen starke Störsignale
liefern werden.
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Dieses
Problem könnte
dadurch vermieden werden, dass die Aufzeichnungsschichten wellenlängenselektiv
gemacht werden und für
jede Schicht eine gesonderte Strahlungsquelle in dem Gerät vorgesehen
wird. Ein Abtastbündel
für eine
bestimmte Aufzeichnungsfläche
wird andere Aufzeichnungsflächen
dann nicht beeinflussen oder dadurch beeinflusst werden. Ein Nachteil
dieser Lösung
ist die begrenzte Wahl an Material für die Aufzeichnungsflächen und
an Strahlungsquellen mit verschiedenen Wellenlängen. Dadurch wird die mögliche Anzahl Aufzeichnungsflächen in
dem Aufzeichnungsträger erheblich
eingeschränkt.
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Ein
besseres Verfahren ist, die Dicke der Zwischenschichten 42 wesentlich
größer zu machen als
die Schärfentiefe
des Bündels.
Dies erfordert jedoch ein anderes Herstellungsverfahren als für dünne Schichten.
Schichten bis zu 1 μm
Dicke lassen sich im Zerstäubungsverfahren
oder im Aufdampfverfahren herstellen. Diese Verfahren sind aber
zu langwierig für
dickere Schichten. Dazu ist es besser, Material aufzuschleudern.
Mit der heutigen Technologie ist es nicht möglich, die Dickenschwankung
aufgeschleuderter Schichten weitgehend innerhalb 1 μm zu halten.
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Infolge
dieser Dickenschwankungen kann keine passive Steuerung des Abtastfokus
mehr angewendet werden, wie dies in der
japanischen Patentanmeldung 63-1298836 vorgeschlagen
wird. Bei der Steuerung wird nämlich
der Abtastfokus longitudinal in diskreten Abständen von dem Führungsfokus
platziert, wobei die Abstände
durch die Ordnungszahl der abzutastenden Aufzeichnungsschicht bestimmt werden.
Dabei wird angenommen, dass die Abstände zwischen der Führungsfläche
2 und
den Aufzeichnungsflächen
4 und
folglich die Dicke der Zwischenschichten
42 sehr genau
konstant ist. Wenn die Schwankung der Zwischenschichtdicke größer ist
als die Schärfentiefe
des Abtastbündels,
wird, selbst wenn der Führungsfokus
in der Führungsfläche liegt, der
Abtastfokus nicht immer in der abzutastenden Aufzeichnungsfläche liegen.
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Gemäß einem
Beispiel wird dieses Problem dadurch gelöst, dass der Abtastfokus sowohl
beim Schreiben als auch beim Lesen aktiv geregelt wird. Dabei wird
wieder an der abzutastenden Aufzeichnungsschicht reflektierte Strahlung
des Abtastbündels
genutzt, die von dem Detektionssystem 22 aufgefangen wird.
Dieses System liefert ein Fokusfehlersignal Sf1,
das Information über
eine Abweichung zwischen der Längsposition
des Abtastfokus und der abzutastenden Aufzeichnungsfläche enthält. Die
aktive longitudinale Steuerung des Abtastfokus wird mit Hilfe eines
vierten Servosystems durchgeführt,
das aus dem Detektionssystem 22, einem Aufzeichnungsflächenselektor 26,
einem Servoverstärker 27, einem
zweiten Schalter 28 und einem Längsverschieber 20 besteht.
Der Aufzeichnungsflächenselektor 26 von 1a enthält einen
Flächendiskriminator 261 , der für jeden Durchgang des Abtastfokus durch
eine Aufzeichnungsfläche
einen Impuls abgibt. Dabei kann man beispielsweise das Fokusfehlersignal
benutzen, das bei jeder Aufzeichnungsfläche und Führungsfläche einen Nulldurchgang hat.
Wenn der Abtastfokus das Schichtenpaket des Aufzeichnungsträgers abtastet,
wird der Flächendiskriminator
beim Durchgang durch jede Aufzeichnungsfläche einen Impuls abgeben. Ein
Zähler 262 zählt
die Impulse, wobei die Bewegungsrichtung des Abtastfokus in Bezug
auf die Aufzeichnungsflächen
bestimmt, ob addiert oder subtrahiert werden muss. Der Ausgang des Zählers 262 ist mit einem ersten Eingang einer
Vergleichsschaltung 263 verbunden,
während
einem zweiten Eingang die Ordungszahl der selektierten Aufzeichnungsschicht
zugeführt
wird. Zu dem Zeitpunkt, zu dem die gewünschte Aufzeichnungsfläche vorbei
kommt, wird das Fokusfehlersignal Sf1 über einen
Schalter 264 , der durch die Vergleichsschaltung 263 bedient wird, zu dem Servoverstärker 27 weitergeleitet.
Das Ausgangssignal dieses Verstärkers
wird über
einen geschlossenen Schalter 28 dem Längsverschieber 20 zugeführt, wodurch
bewirkt wird, dass der Abtastfokus mit der selektierten Aufzeichnungsfläche zusammenfällt. Die
Fokusregelung dieses vierten Servosystems ist der Regelung des ersten Servosystems,
das mit Hilfe des Objektivsystems 10 arbeitet, überlagert.
Es ist nun möglich,
sowohl den Führungsfokus
als auch den Abtastfokus aktiv in der richtigen Fläche zu halten.
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Wenn
ein fokussiertes Bündel
eine Platte aus transparentem Material durchläuft, wird die Platte eine Menge
sphärischer
Aberration in dem Bündel erzeugen,
die zu der Dicke der Platte proportional ist. Die sphärische Aberration
beeinträchtigt
die Qualität des
Fokus des Bündels.
Der Abtastfokus 36 kann auf verschiedenen Schichten in
dem Aufzeichnungsträger 1 positioniert
werden. Bei der Längsverschiebung des
Abtastfokus durch den Aufzeichnungsträger hindurch wird sich die
Dicke des abzutastenden Materials des Aufzeichnungsträgers zwischen
dem Objektivsystem 10 und dem Abtastfokus 36 ändern. Dadurch ändert sich
die Menge sphärischer
Aberration am Ort des Abtastfokus. Geräte mit einem Objektivsystem 10 mit
einer numerischen Apertur von 0,52 können meistens eine Dickenänderung
von + oder –50 μm tolerieren,
ohne dass der Abtastfokus zu schlecht wird. Mit anderen Worten,
der Abtastfokus hat einen Tiefenbereich von 100 μm. Wenn die Aufzeichnungsflächen einen
gegenseitigen Abstand von etwa 15 μm haben, d.h. mehrere Male die
Schärfentiefe
des Objektivsystems, lassen sich in einer Dicke von 100 μm nur einige
Aufzeichnungsflächen
anbringen. Will man mehr solcher Aufzeichnungsflächen in einem Aufzeichnungsträger vorsehen,
so wird der Abtastfokus sich über
mehr als 100 μm
verschieben müssen.
Es ist dann ein Korrekturelement zum Korrigieren der erzeugten sphärischen
Aberration in dem Abtastbündel
erforderlich. Eine Korrektur jede 50 oder 100 μm der Längsverschiebung des Abtastfokus
ist meistens ausreichend.
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Ein
einfaches Korrekturelement besteht aus einer Platte aus Glas oder
Kunststoff, die in einem nicht kollimierten Teil des Abtastbündels platziert werden
kann. Die Dicke und die Brechzahl der Platte sollen derart sein,
dass die für
die Korrektur erforderliche Menge sphärischer Aberration in dem Abtastbündel erzeugt
wird. Die Dicke und die Brechzahl sind von der Vergenz des Abtastbündels am
Ort der Platte und am Ort des Aufzeichnungsträgers abhängig.
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Eine
Korrektur der sphärischen
Aberration in dem Gerät
von 1b kann dadurch durchgeführt werden, dass zwei Korrekturelemente
sowohl in dem Führungs-
als auch in dem Abtastbündel
platziert werden. Ein Korrekturelement C1, beispielsweise eine Platte
mit Gebieten unterschiedlicher Dicke, wird zwischen der Strahlungsquelle 18 und
der Kollimatorlinse 18' in
dem Abtastbündel 6 angeordnet. Das
Abtastbündel
kann durch Ver schieben des Korrekturelementes jedes dieser Gebiete
abtasten. Wenn der dünnste
Teil des Korrekturelementes in dem Abtastbündel liegt und der Abtastfokus 36 auf der
am weitesten von dem Objektivsystem 10 entfernten Aufzeichnungsschicht 4 positioniert
ist, sollte der Abtastfokus nahezu frei von sphärischer Aberration sein. Dies
sollte mit einem speziellen Linsenentwurf für das Objektivsystem verwirklicht
werden. Wenn der Abtastfokus auf eine Aufzeichnungsfläche näher bei
dem Objektivsystem positioniert wird, muss ein dickerer Teil des
Korrekturelementes C1 in das Abtastbündel eingebracht werden, um
die gewünschte
Korrektur der sphärischen
Aberration zu erhalten. Wenn es notwendig ist, am Ort des Detektionssystems 22 minimale
Aberrationen zu haben, sollte zwischen dem genannten Detektionssystem
und der Linse 22' zudem
ein zweites Korrekturelement C2, das mit dem Korrekturelement C1
vergleichbar ist, angeordnet werden. Die Korrekturelemente C1 und C2
sollten immer eine gleiche Menge sphärischer Aberration in dem Abtastbündel erzeugen.
Ein drittes Korrekturelement C3 zwischen der Strahlungsquelle 5' und der Kollimatorlinse 5'' sollte dafür sorgen, dass das Führungsbündel 5 nach
dem Durchgang durch das Objektivsystem mit dem genannten Spezialentwurf
einen aberrationsfreien Abtastfokus 11 auf der Führungsfläche 2 liefert.
Das gleiche Korrekturelement C4 kann vor dem Detektionssystem 13 angeordnet
werden, und zwar aus demselben Grund, aus dem das Korrekturelement
C2 vor dem Detektionssystem 22 angeordnet wird. Die Korrekturelemente C3
und C4 können
mit der Linse 5' bzw. 13' integriert werden,
indem diese Linsen einen geänderten
Entwurf erhalten. Die von den Korrekturelementen C1 und C3 in dem
Abtast- und Führungsbündel erzeugte sphärische Aberration
sorgt dafür,
dass die Bündel sich
zwischen den Korrekturelementen und dem Objektivsystem ausfächern. Die
nachteiligen Effekte hiervon können
dadurch verringert werden, dass die optischen Wege des Führungs-
und des Abtastbündels
möglichst
kurz gemacht werden.
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Die
Korrekturelemente C1 und C2 können auch
aus einer Anzahl Platten bestehen, die je eine konstante Dicke haben,
wobei sich eine oder mehrere in dem Abtastbündel befinden können.
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Eine
vorteilhaftes Beispiel für
das Gerät
hat nur ein Korrekturelement C5 in dem noch zu beschreibenden Längsverschieber 20,
statt der zwei Korrekturelemente C1 und C2 vor der Strahlungsquelle 18 und
dem Detektionssystem 22. Wie in 4a angegeben,
kann die Konstruktion des Korrekturelementes C5 mit der des Korrekturelementes C1
vergleichbar sein.
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Eine
weitere Vereinfachung wird erhalten, wenn in dem Aufzeichnungsträger 1 die
Führungsfläche 2 nicht
die am nächsten
bei dem Objektivsystem 10 liegende Fläche ist, wie in 1b angegeben, sondern
die am weitesten davon entfernte Fläche. Dann können die Korrekturelemente
C3 und C4 entfallen.
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In
einem speziellen Beispiel hat das Abtastgerät, in dem ein Führungsbündel und
ein Abtastbündel
verwendet wird, nur ein Korrekturelement, das zwischen der Objektivlinse 10 und
dem Aufzeichnungsträger 1 angeordnet
ist. Das Korrekturelement beeinflusst an dieser Stelle die beiden
Bündel.
Der Führungsfokus
darf dann von dem Korrekturelement eine bestimmte Menge sphärischer
Aberration erhalten. Dieses Korrekturelement vergrößert den
Tiefenbereich des Abtastfokus ohne Korrektur um mindestens einen
Faktor zwei.
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In
einem Mehrschichtplattenabtastgerät ohne Führungsbündel kann die Aberrationskorrektur zugleich
von nur einem einstellbaren Korrekturelement durchgeführt werden,
das zwischen der Objektivlinse und dem Aufzeichnungsträger angeordnet
ist.
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Das
Korrekturelement für
die sphärische
Aberration kann allgemein in einem Gerät zum Abtasten von Mehrschichtaufzeichnungsträgern verwendet werden,
nicht nur in einem Gerät,
in dem ein Führungsbündel und
ein Abtastbündel
verwendet werden, sondern auch in einem Gerät ohne Führungsbündel.
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Die
Benutzerdaten können
in dem Gerät
in jeder gewünschten
Form eingeschrieben werden, abhängig
von dem Typ des empfindlichen Materials in der Aufzeichnungsfläche: in
Form magnetischer Domänen,
in Gebieten mit veränderten
Legierungsphasen, in Gebieten mit geänderter Kristallisationsform
usw. Die Daten in den Aufzeichnungsflächen lassen sich mit Hilfe
des Detektionssystems 22 in dem reflektierten Abtastbündel auslesen,
was ein Informationssignal Si1 ergibt, das
einer Verarbeitungseinheit 32 zugeführt wird. Solange das Detektionssystem
die Daten in einer Aufzeichnungsfläche auslesen kann, gibt es
bestimmt ein genügend
starkes Signal, um ein Spurfolge- und Fokusfehlersignal zur Steuerung
der Servosysteme des Abtastbündels
zu erzeugen. Es stellt sich heraus, dass ein Reflexionskoeffizient
einer Aufzeichnungsfläche
von einigen Prozent bereits ausreicht.
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Beim
Auslesen von Information muss zum einwandfreien Decodieren des Lesesignals
in der Verarbeitungseinheit
32 ein Taktsignal erzeugt werden.
Man könnte
jede Aufzeichnungsfläche
mit Synchronisationsmarken versehen, aus denen das Taktsignal hergeleitet
werden kann. Wenn dies bei der Herstellung geschieht, ist jedoch
ein aufwendiges Präge-
oder Abdruckverfahren für
jede Aufzeichnungsschicht erforderlich. Der Aufzeich nungsträger enthält deswegen
vorzugsweise aufgeschleuderte Schichten ohne eingeprägte Synchronisationsmarken.
Bei einem derartigen Aufzeichnungsträger muss das Taktsignal aus
der in die Aufzeichnungsflächen eingeschriebenen
Information erzeugt werden. Deswegen empfiehlt es sich, die Daten
mit einem selbsttaktenden Code in die Aufzeichnungsschicht einzuschreiben.
Dann kann die Verarbeitungseinheit aus dem Informationssignal S
i1 selber das Taktsignal herleiten. Ein Beispiel
für einen
derartigen Code ist der (2,7)-Aufzeichnungscode, bekannt aus der
US-Patentschrift Nr. 3.689.899 .
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Eine
neuartige Ausführungsform
eines Aufzeichnungsträgers,
der sich in dem beschriebenen Gerät verwenden lässt, ist
in 3 dargestellt. Die einfache Aufzeichnungsschicht 43 ist
so dick, dass darin mehrere Aufzeichnungsflächen 4 beschrieben werden
können.
In 3 sind zwei Aufzeichnungsflächen dargestellt. Vor dem Einschreiben
ist die Aufzeichnungsfläche
noch undefiniert. Deswegen muss der Abtastfokus, mit dem die Fläche beschrieben wird,
nicht nur in der Querrichtung, sondern auch in der Längsrichtung
mit dem Führungsfokus
gekoppelt werden, wobei der Führungsfokus
den Spuren in der Führungsfläche 2 folgt.
Beim Einschreiben ist der Schalter 23 geöffnet und
die Längsposition
des Schreibfokus wird durch ein Einstellglied 21 bestimmt,
das dann über
den Schalter 28 mit dem Längsverschieber 20 verbunden
ist. Dieses Einstellglied liefert ein Signal, das eine Anzahl diskrete
Pegel aufweisen kann, die je einer bestimmten Längsposition des Schreibfokus
in der Aufzeichnungsschicht 43 des Aufzeichnungsträgers nach 3 entsprechen
können.
Nachdem eine bestimmte Fläche 4 dieses
Aufzeichnungsträgers
beschrieben worden ist, kann diese als Fläche für die aktive Fokussteuerung dienen.
Dabei befindet sich der Schalter 28 in einer Stellung,
in der der Ausgang des Servoverstärkers 27 mit dem Längsverschieber 20 verbunden
ist. Diese Steuerung wird beim Auslesen einer beschriebenen Schicht 4 benutzt,
wobei zugleich der Schalter 23 geschlossen ist.
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Bei
einer weiteren Ausführungsform
des Aufzeichnungsträgers
kann auch die Führungsfläche mit einer
empfindlichen Schicht versehen werden, sodass auch diese Fläche mit
Benutzerinformation versehen werden kann, wodurch die Speicherkapazität des Aufzeichnungsträgers größer wird.
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Wenn
verschiedene Benutzer außer
ihren eigenen spezifischen Daten eine Menge Daten, die für sie alle
dieselbe ist (Standarddaten), verfügbar haben möchten, können diese
Standarddaten vorher vom Hersteller auf dem Aufzeichnungsträger aufgezeichnet
werden, vorzugsweise in der Führungsfläche.
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Einige
Aspekte des Gerätes
sollen näher
beschrieben werden. In
4a,
4b,
4c und
4d sind
einige Ausführungsformen
der Schieber
20 und
25 dargestellt. Der Längsverschieber
in
4a besteht aus zwei Linsen
50 und
51,
die aus der von der Quelle
18 ausgesandten Strahlung ein nahezu
kollimiertes Bündel
6 bilden.
Durch eine geringfügige
Verschiebung der Linse
51 entlang der optischen Achse kann
die Vergenz der austretenden Bündel
etwas geändert
werden. Dadurch verschiebt sich der durch das Objektiv
10 gebildete
Fokus in der Längsrichtung.
Bei Verwendung eines Fokusmotors, der in einem bekannten CD-Spieler
zum Verlagern der Linse
51 eingesetzt wird, kann der Abtastfokus
36 innerhalb
einiger Millisekunden auf einer anderen Aufzeichnungsschicht positioniert
werden. Die Platte C5 kann zum Korrigieren sphärischer Aberration zwischen
die Linsen
50 und
51 gebracht werden. Eine andere
Ausführungsform
eines Längsverschiebers, bekannt
aus der
japanischen Patentanmeldung
Nr. 63-234418 , ist in
4b dargestellt.
Die Strahlung aus der Quelle
18 wird durch einen Kollimator
52 zu einem
nahezu kollimierten Bündel
6 geformt.
Die Quelle
18 ist auf einem piezoelektrischen Kristall
53 angeordnet.
Mit einer Spannung an dem Kristall lässt sich der Laser über einen
geringen Abstand längs
der optischen Achse verschieben. Dadurch kann die Vergenz des austretenden
Bündels
verändert
werden.
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Der
Querverschieber von 4c umfasst einen Kippspiegel 54,
der in dem Abtastbündel 6 angeordnet
ist. Eine Drehung des Spiegels ändert
die Richtung des Bündels 6,
wobei die Richtungsänderung
durch das Objektiv in eine Querverschiebung des Abtastfokus 36 umgewandelt
wird. Die Teilplatte 19 kann als Kippspiegel verwendet
werden, wenn die Strahlungsquelle 18 und die Detektionsfläche 22 ihren
Platz tauschen. Die Richtung des Bündels 6 kann auch
mit einem akustisch-optischen Modulator 55 geändert werden,
wie in 4d angegeben. Die Richtungsänderung
des austretenden Bündels 6 ist abhängig von
der Steuerspannung 56, die dem Modulator zugeführt wird.
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Das
Gerät kann
auch ohne den Querverschieber ausgebildet sein. Zum Auslesen der
Aufzeichnungsflächen
wird dann statt eines gesonderten Abtastbündels 6 das Führungsbündel 5 verwendet. Beim
Einschreiben wird das Abtastbündel
zusammen mit dem Führungsbündel verwendet,
wobei keine aktive Quersteuerung des Abtastbündels notwendig ist.
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Für einen
einwandfreien Betrieb des Gerätes ist
es erwünscht,
den Längs- und den Querverschieber 20 und 25 zu
kalibrieren. Beim Beschreiben eines nicht geschichteten Aufzeichnungsträgers wird
die Längsposition
des Schreibfokus durch das Einstell glied 21 und den Längsverschieber 20 bestimmt.
Die unvermeidbare Schwankung von Parametern bei diesen Elementen
erfordert eine Kalibrierung, wenn die Elemente in einem nicht-rückgekoppelten
System verwendet werden. Zum Kalibrieren wird der Führungsfokus
mit Hilfe der Linse 10 in die Führungsfläche gebracht. Daraufhin wird
das Einstellglied 21 so eingestellt, dass auch der Schreibfokus
in der Führungsfläche liegt.
Dies lässt
sich durch einen Vergleich der Information in dem Signal Si1 des Detektors 22 und in dem Signal
Si des Detektors 13 überprüfen. Auf
Basis dieser kalibrierten Einstellung lässt sich nun die Längsposition
des Schreibfokus in kleinen Schritten zum Beschreiben der verschiedenen
Aufzeichnungsflächen
andern.
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Vor
dem Beschreiben einer Aufzeichnungsfläche empfiehlt sich eine vergleichbare
Kalibrierung des Querverschiebers 25. Dies ist insbesondere
erwünscht,
wenn man hinter einem bereits in einer Aufzeichnungsfläche beschriebenen
Gebiet mit dem Beschreiben derselben Aufzeichnungsfläche fortfahren möchte. Der
Querabstand zwischen dem Führungs- und
dem Schreibfokus wird infolge von Einstellschwankungen in dem Gerät am Anfang
des zweiten Schreibvorgangs höchstwahrscheinlich
nicht mehr derselbe sein wie am Ende des vorhergehenden Schreibvorgangs.
Dadurch besteht das Risiko, dass die zu beschreibenden Spuren durch
die zuletzt beschriebenen Spuren des vorher durchgeführten Schreibvorgangs
hindurchgehen. Durch eine Kalibrierung lässt sich dies vermeiden. Dazu
bringt man den Führungs-
und Schreibfokus in die Führungsfläche, wie
oben beschrieben. Danach stellt man den Querverschieber 25 mit
einem (in 1 nicht dargestellten) Einstellglied
so ein, dass der Schreibfokus sich in derselben Spur befindet wie
der Führungsfokus.
Dies lässt
sich durch einen Vergleich der Informationssignale Si und
Si1 des Führungsbündels 5 bzw. des Bündels 6 kontrollieren.
Danach kann der Schreibfokus zu einer zu beschreibenden Aufzeichnungsfläche verlagert
werden, wobei die Einstellung des Querverschiebers beibehalten wird.
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In 5 ist
ein Teil eines Beispiels für
das Gerät
dargestellt, wobei der Aufzeichnungsträger in Transmission ausgelesen
wird. Das Abtastbündel 6, in
der Zeichnung gestrichelt dargestellt, tastet nun alle Schichten
des Aufzeichnungsträgers 1 ab,
sodass die Stärke
des zu detektierenden Bündels
von der Aufzeichnungsfläche,
auf der der Abtastfokus positioniert ist, unabhängig ist. Das durch den Aufzeichnungsträger getretene
Bündel
wird von einer Linse 61 auf einen Detektor 62 fokussiert,
der dann das Informationssignal Si1 liefert.
Wenn beim Auslesen sowohl das Abtastbündel 6 als auch das
Führungsbündel 5 vorhanden
sind, wird ein Filter 63 verwendet, das nur eines der Bündel zu
dem Detektor 62 hindurchlässt, um eine Störung des
Informationssignals zu vermeiden.
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Eine
derartige Trennung zwischen dem Abtastbündel und dem Führungsbündel ist
auch an anderen Stellen im Gerät
erforderlich, um dafür
zu sorgen, dass das Detektionssystem 13 bzw. 22 in 1b nur
Strahlung aus dem Bündel 5 bzw. 6 empfängt. Hierzu
sind um den Strahlteiler 8 herum zwei Filter 34 und 35 angeordnet.
Die Eigenschaften der Filter sind von der Art und Weise der Bündeltrennung abhängig. Bei
Verwendung von Strahlungsquellen unterschiedlicher Wellenlänge werden 34 und 35 chromatische
Filter sein. Bei Verwendung verschiedener Polarisationszustände der
Bündel 5 und 6 werden 34 und 35 Polarisationsfilter
sein. Derartige Filter lassen sich mit einem Strahlteiler 8 gut
zu einem einzigen Element in Form eines Würfels mit aufgedampften chromatischen
Filtern oder eines Würfels mit
einer polarisationsempfindlichen Teilerfläche kombinieren. Wenn den Bündeln 5 und 6 je
eine etwas andere Richtung gegeben wird, sind 34 und 35 räumliche
Filter. Ein derartiges Filter kann aus einem Teleskopsystem mit
einem "einhole" am Fokuspunkt oder
aus "Pinholes" für die Detektionssysteme 13 und 22 bestehen.
Kombinationen der obengenannten drei Bündeltrennverfahren sind auch
möglich. Wenn
die Trennung der an dem Aufzeichnungsträger reflektierten Bündel und
der von den Strahlungsquellen ausgestrahlten Bündel mit einem möglichst
geringen Strahlungsverlust einhergehen muss, kann der Strahlteiler 8 durch
einen polarisierenden Strahlteiler und ein λ/4-Plättchen ersetzt werden.
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Die
Detektionssysteme
13 und
22 zum Erzeugen eines
Fokusfehlersignals S
f, S
f1,
von Spurfolgefehlersignalen S
r und S
r1 und von Informationssignalen S
i, S
i1 sind in
1b nur
schematisch dargestellt. In Wirklichkeit kann ein Fokusfehlerdetektionssystem
ein astigmatisches Element aufweisen, beispielsweise eine Zylinderlinse,
die im Weg des reflektierten Bündels
liegt, und das strahlungsempfindliche Detektionssystem kann aus
vier in verschiedenen Quadranten liegenden Detektionselementen bestehen.
Dann wird die sog. astigmatische Fokusfehlerdetektionsmethode verwendet,
die in der
US-Patentschrift 4.023.033 beschrieben
wird. Das Fokusfehlersignal kann auch mit der sog. doppelten Foucaultmethode
erhalten werden, bei der ein Dachprisma in das reflektierte Bündel gebracht
worden ist und vier in einer Linie ausgerichtete Detektionselemente
verwendet werden. Die Foucaultmethode wird beispielsweise in der
US-Patentschrift 4.533.826 beschrieben. Statt
eines Prismas kann auch ein Gitter verwendet werden, wie in der
US-Patentschrift 4.665.310 beschrieben.
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Das
System zum Erzeugen eines Spurfolgefehlersignals kann zum Bilden
dreier Strahlungsflecke auf dem Aufzeichnungsträger im Weg des Bündels ein
Gitter enthalten und zum Auffangen von Strahlung dieser drei Strahlungsflecke
drei strahlungsempfindliche Elemente, wie in der
US-Patentschrift 3.876.842 beschrieben.
Ein anderes Verfahren zum Erzeugen eines Spurfolgefehlersignals
ist das sog. differentielle oder "Push-Pull"-Verfahren, das
in der
US-Patentschrift 4.491.940 beschrieben wird.
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Die
Erfindung wurde anhand der Ausführungsform
des Gerätes
beschrieben, wie sie in 1b dargestellt
ist, wobei das Abtastbündel
nacheinander als Schreibbündel
und als Lesebündel
verwendet wird. Dies bedingt, dass das Gerät vier Servosysteme aufweisen
muss: ein Fokus- und Spurfolgeservosystem für das Führungsbündel und ein Fokus- und Spurfolgeservosystem
für das
Abtastbündel.
In einer bevorzugten Ausführungsform
wird das Abtastbündel
nur als Schreibbündel
verwendet, während
das Führungsbündel auch
als Lesebündel
verwendet wird. Da beim Einschreiben für das Schreibbündel keine
aktive Spurfolgeregelung erforderlich ist, sind für dieses
Gerät drei
Servosysteme ausreichend: ein Fokus- und Spurfolgesystem für das Führungsbündel und
ein Fokusservosystem für
das Abtastbündel.
In dieser bevorzugten Ausführungsform muss
das Führungsbündel auf
jede gewünschte
Aufzeichnungsfläche
eingestellt werden können.
Dazu muss in dem Fokusservo ein Aufzeichnungsflächenselektor 29 vorgesehen
sein, gleich dem bereits beschriebenen Selektor 26, der
für einen
Lesevorgang mit dem Schalter 30 eingeschaltet werden kann.
Es ist auch möglich,
das Führungsbündel mit Hilfe
des Aufzeichnungsflächenselektors 29 auf
die Führungsfläche zu fokussieren.
Der Schalter 30 kann dann entfallen.
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Es
ist selbstverständlich
möglich,
in einem Gerät
zusätzlich
zu einem einzigen Führungsbündel mehrere
Abtastbündel
mit je einem eigenen Servosystem zu verwenden. Es ist dann möglich, zwei
oder mehr Schichten gleichzeitig zu beschreiben, auszulesen oder
zu löschen.
Dies steigert die Geschwindigkeit der Datenübertragung.