DE69224792T2

DE69224792T2 - Fokussierregelungsvorrichtung für optische Abtasteinheit

Info

Publication number: DE69224792T2
Application number: DE69224792T
Authority: DE
Inventors: Takanori Maeda; Noriaki Murao
Original assignee: Pioneer Electronic Corp
Current assignee: Pioneer Corp
Priority date: 1991-11-15
Filing date: 1992-11-11
Publication date: 1998-08-06
Anticipated expiration: 2012-11-12
Also published as: DE69224792D1; JP3157873B2; JPH05144045A; US5687146A; EP0542516A2; EP0542516B1; EP0542516A3

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine optische Abtasteinrichtung zum Lesen aufgezeichneter Information aus einem optischen Informationsspeichermedium, wie beispielsweise einer Compact Disc, einer Laser-Video-Disc oder dergleichen, die eine Fokussteuervorrichtung aufweist.

Beschreibung des Standes der Technik:

Optische Abtasteinrichtungen zum Lesen aufgezeichneter Information von einem optischen Informationsspeichermedium, wie beispielsweise einer Compact Disc, einer Laser-Video-Disc oder dergleichen haben eine Fokussteuervorrichtung zum Fokussieren eines Lichtstrahls, der von einer Lichtquelle auf die Aufzeichnungsoberfläche eines optischen Informationsspeichermediums emittiert wird.
Fig. 1 der beigefügten Zeichnungen zeigt eine Fokussteuervorrichtung in einer derartigen Abtasteinrichtung. Wie in Fig. 1 gezeigt, umfaßt die Fokussteuervorrichtung, die im allgemeinen durch das Bezugszeichen 101 bezeichnet wird, einen Halbleiterlaser 31 zum Emittieren eines Laserstrahls, einen Strahlteiler 32 zum Reflektieren des Laserstrahls in Richtung einer optischen Disc DK, eine Kollimatorlinse 33 zum Konvertieren des Laserstrahls von dem Strahlteiler 32 in einen parallelen Laserstrahl, und eine Objektivlinse 34 zum Konvergieren des parallelen Laserstrahls von der Kollimatorlinse 33 in einen Strahlpunkt auf eine Aufzeichnungsoberfläche S&sub2; auf der optischen Disc DK.
Die Fokussteuervorrichtung 101 hat außerdem einen halb verspiegelten Spiegel 35 zum Teilen des Strahls, der von der Aufzeichnungsoberfläche S&sub2; reflektiert worden ist, durch die Objektivlinse 34 und die Kollimatorlinse 33 zurückgelaufen ist und durch den Strahlteiler 32 hindurchgelaufen ist, in zwei Strahlen, wobei einer durch den halb verspiegelten Spiegel 35 transmittiert wird und der andere durch den halb verspiegelten Spiegel 35 reflektiert wird, einen Photodetektor mit vier Segmenten 38 zum Detektieren und photoelektrischen Konvertieren des Strahls der zwei Strahlen, der durch den halb verspiegelten Spiegel 35 transmittiert worden ist, in ein elektrisches Detektionssignal, einen Fehlergenerator 39 zum Generieren eines Fokusfehlersignals, das basierend auf dem von dem Viersegmentphotodetektor 38 detektierten elektrischen Signal anzeigt, ob der Laserstrahl auf der Aufzeichnungsoberfläche S&sub2; fokussiert ist, einen Treiber zum Erzeugen eines Treibersignals basierend auf dem Fokusfehlersignal von dem Fehlergenerator 39, und ein Stellglied 41, das auf das Treibersignal anspricht, um die Position der Objektivlinse 34 in Bezug auf die optische Disc DK, d.h. die Entfernung zwischen der optischen Disc DK und der Objektivlinse 34, zu steuern.
Der andere Strahl, der durch den halb verspiegelten Spiegel 35 reflektiert worden ist, wird durch einen Photodetektor 36 detektiert und dadurch photoelektrisch in ein RF- (Radiofrequenz)-Signal konvertiert, welches die Information, die auf der optischen Disc DK aufgezeichnet ist, darstellt. Das RF-Signal von dem Photodetektor 36 wird mit einer geeigneten Verstärkung durch einen RF-Verstärker 37 verstärkt, der das verstärkte RF- Signal 37 einem Signaldemodulator (nicht gezeigt) zuführt.
Der halb verspiegelte Spiegel 35 verleiht dem Strahl, der durch den halb verspiegelten Spiegel 35 hindurchgelaufen ist, absichtlich einen großen Astigmatismus. Der Photodetektor 38 ist so positioniert, daß der Strahlpunkt, der auf seine photoempfindliche Oberfläche auftrifft, wenigstens einen Zerstreuungskreis darstellt, wenn der Strahlpunkt auf der Aufzeichnungsoberfläche S&sub2; im Fokus liegt. Falls der Strahlpunkt auf der Aufzeichnungsoberfläche S&sub2; im Fokus liegt, dann hat der Strahlpunkt auf dem Photodetektor 38 eine kreisförmige Intensitätsverteilung, wie sie in Fig. 2(B) gezeigt ist. Falls der Strahlpunkt auf der Aufzeichnungsoberfläche S&sub2; nicht im Fokus ist, dann hat der Strahlpunkt auf dem Photodetektor 38 eine elliptische Intensitätsverteilung, wie in Fig. 2(A) oder Fig. 2(C) gezeigt. Die Hauptachsen der Ellipsen, die in den Fig. 2(A) und 2(C) gezeigt sind, sind unterschiedlich orientiert, abhängig davon, ob der Strahlpunkt auf der Aufzeichnungsoberfläche S&sub2; überfokussiert oder unterfokussiert ist. Falls angenommen wird, daß der Photodetektor 38 die detektierten Signale I&sub2;&sub1;, I&sub2;&sub2;, I&sub2;&sub3;, I&sub2;&sub4; für die vier photoempfindlichen Oberflächen a&sub2;&sub1;, a&sub2;&sub2;, a&sub2;&sub3; bzw. a&sub2;&sub4; erzeugt, dann führt der Fehlergenerator 39 eine arithmetische Operation aus, die durch I = (I&sub2;&sub1; + I&sub2;&sub3;) - (I&sub2;&sub2; + I&sub2;&sub4;) bezeichnet ist, um das Fokusfehlersignal zu erzeugen. Basierend auf dem derart erzeugten Fokusfehlersignal, liefert der Treiber 40 das Treibersignal zur Erregung des Stellglieds 41, so daß die Objektivlinse 34 in der Lage ist, den Strahlpunkt auf der Aufzeichnungsoberfläche S&sub2; zu fokussieren.
Falls der Photodetektor 36 zum Detektieren des Informationssignals, das auf der optischen Disc DK aufgezeichnet ist, zur verwendet werden würde, um ein Fokusfehlersignal zu erzeugen, würde kein geeignetes Fokusfehlersignal erhalten, da lediglich der Durchmesser eines kreisförmigen Strahlpunkts auf dem Photodetektor 36 variiert, wenn die Entfernung zwischen der optischen Disc DK und der Objektivlinse 34 variiert. Während der In-Fokus-Zustand des Strahlpunkts auf der optischen Disc DK basierend auf dem Durchmesser des kreisförmigen Punkts auf dem Photodetektor 36 bestimmt werden kann, kann nicht bestimmt werden, ob der Strahl in einem defokussierten Zustand überfokussiert oder unterfokussiert ist, weil der Durchmesser des kreisförmigen Punkts anwachsen würde, wenn die Entfernung zwischen der optischen Disc DK und der Objektivlinse 34 sowohl länger als auch kürzer in Bezug auf den In-Fokus-Abstand ist. Deshalb ist der Photodetektor 36 nicht in der Lage, ein Signal zu erzeugen, das die Richtung anzeigt, in der die Objektivlinse 34 zu bewegen ist. Da der Photodetektor 36 nicht geeignet ist, um ein Fokusfehlersignal, wie oben beschrieben, zu erzeugen, werden zwei Strahlen durch den halb verspiegelten Spiegel 35 erzeugt, und einer der Strahlen wird auf den Photodetekor 36 gerichtet, der das Informationssignal in der Brennebene der Kollimatorlinse 33 detektiert, wohingegen der andere Strahl auf den Viersegmentphotodetektor 38 gegeben wird, der ein Fokusfehlersignal im Fernfeld erzeugt. Diese Fokussteuervorrichtung hat dahingehend einen Nachteil, daß sie unter einem großen Lichtenergieverlust leidet und aufgrund der zwei erforderlichen Photodetektoren eine komplexe Struktur aufweist.
Die EP-A-02921 07 offenbart eine optische Abtasteinrichtung, die keinen Strahlteiler umfaßt und in der die Photodetektionseinrichtung ein Feld aus vier photoempfindlichen Elementen umfaßt, wobei die Fokussteuerung auf herkömmliche Weise, wie sie oben beschrieben worden ist, durchgeführt wird, und das RF-Signal durch Summieren der Ausgabe der vier Elemente mit einem Photodetektor, der in vier Segmente geteilt ist, erzeugt wird.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine optische Abtasteinrichtung mit einer Fokussteuervorrichtung zu schaffen, die einen geringeren Lichtenergieverlust erleidet und eine einfachere Struktur aufweist.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine optische Abtasteinrichtung zum Lesen von Information geschaffen, die auf einer Aufzeichnungsoberfläche eines optischen Informationsspeichermediums aufgezeichnet ist, wobei die Einrichtung eine Fokussteuervorrichtung umfaßt, und aufweist:
eine Lichtstrahlquelle, die einen linearen Lichtstrahl emittiert;
ein optisches System mit einer Objektivlinse zum Konvergieren des linearen Lichtstrahls als lineares Bild auf der Aufzeichnungsoberfläche und zum Sammeln und Emittieren eines Lichtstrahls, der von der Aufzeichnungsoberfläche reflektiert wird; eine Brechungsein richtung zum Brechen des reflektierten Lichtstrahls, der von dem optischen System emittiert worden ist; eine Photodetektionseinrichtung mit einer Mehrzahl von photoempfindlichen Oberflächen zum photoelektrischen Konvertieren des Lichts, das von der Brechungseinrichtung auf dieselben eingestrahlt wird, in eine Mehrzahl von entsprechenden detektierten Signalen;
eine Verarbeitungseinrichtung zum Verarbeiten der detektierten Signale von der Photodetektionseinrichtung in ein Fokusfehlersignal, das anzeigt, ob das lineare Bild auf der Aufzeichnungsoberfläche im Brennpunkt der Objektivlinse fokussiert ist; und
eine auf das Fokusfehlersignal ansprechende Steuerein richtung zur Steuerung der Objektivlinse bezüglich ihrer Position gegenüber dem optischen Informationsspeichermedium, derart, daß das lineare Bild auf der Aufzeichnungsoberfläche fokussiert wird; dadurch gekennzeichnet, daß:
die Photodetektionseinrichtung ein Photodetektorelement (12) mit drei photoempfindlichen Oberflächen zur Lieferung eines Fokusfehlersignals und einer vierten photoempfindlichen Oberfläche zur Lieferung von lediglich einem RF-Signal aufweist.
Der von dem optischen System reflektierte Lichtstrahl wird durch die Brechungseinheit gebrochen und dann der photoempfindlichen Oberfläche der Photodetektionseinheit zugeführt. Die detektierten Signale von der Photodetektionseinheit werden durch die Verarbeitungseinheit zu einem Fokusfehlersignal verarbeitet, das anzeigt, ob die Objektivlinse zu nah oder zu weit von der Aufzeichnungsoberfläche des optischen Informationsspeichermediums angeordnet ist, wenn das lineare Bild auf der Aufzeichnungsoberfläche defokussiert ist. Da die photoempfindlichen Oberflächen der Photodetektionseinheit die detektierten Signale unter Verwendung eines Teils des reflektierten Lichts, das auf sie eingestrahlt wird, erzeugen können, führt die Photodetektionseinheit zu einem relativ kleinen Lichtenergieverlust. Zusätzlich hat die Photodetektionseinheit eine relativ einfache Struktur.
Die obigen und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung offensichtlich, wenn sie im Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen gelesen wird, die bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung in Form von Beispielen darstellen.
In den beigefügten Zeichnungen:
Fig. 1 ist eine schematische Ansicht, teilweise in Blockform, einer Fokussteuervorrichtung in einer optischen Aufnahmeeinrichtung;
Fig. 2(A), 2(B) und 2(C) sind Diagramme, die zeigen, auf welche Weise die Fokussteuervorrichtung arbeitet;
Fig. 3 ist eine schematische Ansicht einer Fokussteuervorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 4 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen Signalpits und einem Punkt des linearen Strahls auf einer optischen Disc für die Fokussteuervorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform zeigt;
Fig. 5(A), 5(B) und 5(C) sind eine Vorderhöhenansicht von einem, eine Draufsicht auf einen bzw. eine Seitenhöhenansicht von einem Photodetektor in der Fokussteuervorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform;
Fig. 6(A1), 6(B1) und 6(C1) sind Seitenhöhenansichten, die einen linearen Strahl zeigen, der auf den in den Fig. 5(A), 5(B) und 5(C) gezeigten Photodetektor auftrifft;
Fig. 6(A2), 6(B2) und 6(C2) sind Draufsichten, die den linearen Strahl zeigen, der auf den in den Fig. 5(A), 5(B) und 5(C) gezeigten Photodetektor auftrifft;
Fig. 7 ist eine schematische Ansicht, teilweise in Blockform, das Photodetektors, des Fehlergenerators und eines RF-Verstärkers in der Fokussteuervorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform;
Fig. 8(A) und 8(B) sind eine Vorderhöhenansicht und eine Ansicht von einem, sowie eine Draufsicht auf einen Photodetektor zur Verwendung in einer Fokussteuervorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 9(A1), 9(B1) und 9(C1) sind Seitenhöhenansichten, die einen linearen Strahl zeigen, der auf den in den Fig. 8(A) und 8(B) gezeigten Photodetektor auftrifft;
Fig. 9(A2), 9(B2) und 9(C2) sind Draufsichten, die den linearen Strahl zeigen, der auf den in den Fig. 8(A) und 8(B) gezeigten Photodetektor auftrifft;
Fig. 10 ist eine schematische Ansicht, teilweise in Blockform, eines Photodetektors, eines Fehlergenerators und eines RF-Verstärkers gemäß der zweiten Ausführungsform;
Fig. 11 ist eine schematische Ansicht eines Photodetektors und eines Fehlergenerators zur Verwendung in einer Fokussteuervorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 12(A1), 12(B1) und 12(C1) sind Seitenhöhenansichten, die einen linearen Strahl zeigen, der auf den in Fig. 11 gezeigten Photodetektor auftrifft;
Fig. 12(A2), 12(B2) und 12(C2) sind Draufsichten, die einen linearen Strahl zeigen, der auf den in Fig. 11 gezeigten Photodetektor auftrifft;
Fig. 13(A) ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen den Signalpits und einem Punkt eines linearen Strahls auf einer optischen Disc für eine Fokussteuervorrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform der vörliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 13(B) ist eine Draufsicht auf einen Photodetektor zur Verwendung in der Fokussteuervorrichtung gemäß der vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und
Fig. 14 ist eine Draufsicht auf einen Photodetektor zur Verwendung in einer Fokussteuervorrichtung gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

Erste Ausführungsform:

Die Fig. 3 bis 7 zeigen eine Fokussteuervorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Wie in Fig. 3 gezeigt, umfaßt die Fokussteuervorrichtung, die im allgemeinen durch das Bezugszeichen 100 gekennzeichnet ist, einen Halbleiterlaser 1 zum Emittieren eines linearen Laserstrahls mit einer vorbestimmten Länge über seine optische Achse, einen Strahlteiler 2 mit einer reflektierenden Oberfläche S&sub1; zum Reflektieren des Laserstrahls von der Halbleiteroberfläche 1 in Richtung einer optischen Disc DK, die ein optisches Informationsspeichermedium darstellt, eine Kollimatorlinse 3 zum Konvertieren des Laserstrahls von dem Strahlteiler 2 in einen parallelen Laserstrahl und eine Objektivlinse 4 zum Konvertieren des parallelen Laserstrahls von der Kollimatorlinse 3 in Form eines linearen Bilds oder eines Punkts des linearen Strahls (im folgenden auch linearer Strahlpunkt genannt) auf einer Aufzeichnungsoberfläche S&sub2; der optischen Disc DK.
Die Fokussteuervorrichtung 100 umfaßt außerdem einen Photodetektor 5A zum Detektieren eines Teils eines linearen Strahls, der von der Aufzeichnungsoberfläche S&sub2; reflektiert worden ist, durch die Objektivlinse 4 und die Kollimatorlinse 3 zurückgelaufen ist, durch die reflektierende Oberfläche S&sub1; in dem Strahlteiler 32 hindurchgelaufen ist und eine Oberfläche S&sub3; erreicht hat, und zum photoelektrischen Konvertieren des detektierten linearen Strahlteils in eine Mehrzahl von elektrischen Detektionssignalen, einen Fehlergenerator 6A zum Erzeugen eines Fokusfehlersignals FE, das basierend auf den detektierten elektrischen Signalen von dem Photodetektor 5A anzeigt, ob der Laserstrahl auf der Aufzeichnungsoberfläche S&sub2; fokussiert ist, einen Treiber 7 zum Erzeugen eines Treibersignals, basierend auf dem Fokusfehlersignal FE von dem Fehlergenerator 7, und ein Stellglied, das auf das Treibersignal anspricht, um die Position der Objektivlinse 4 in Bezug auf die optische Disc DK, d.h. den Abstand zwischen der optischen Disc DK und der Objektivlinse 4, zu steuern.
Ein anderer Abschnitt des linearen Strahls, der auf die Oberfläche S&sub3; gefallen ist, wird in Form eines RF-Signals gelesen, das die Information, die auf der optischen Disc DK aufgezeichnet ist, bezeichnet, und das RF-Signal wird einem RF-Verstärker 9 zugeführt. Das RF-Signal wird durch den RF-Verstärker 9, der das verstärkte RF-Signal einem Signaldemodulator (nicht gezeigt) zuführt, geeignet verstärkt.
Fig. 4 zeigt die Beziehung zwischen Signalpits DP und einem linearen Strahlpunkt LS auf der optischen Disc DK, wobei der lineare Strahlpunkt LS auf der Aufzeichnungsoberfläche S&sub2; durch den darauf einstrahlenden Laserstrahl gebildet wird. Der lineare Strahlpunkt LS erstreckt sich linear und rechtwinkelig zu einer Spurrichtung, d.h. einer Umfangsrichtung, und überdeckt lediglich eine Spur oder Reihe der Signalpits SP, wobei er benachbarte Spuren nicht berührt.
Die Fig. 5(A), 5(B) und 5(C) zeigen den Photodetektor 5A im Detail. Wie in den Fig. 5(A), 5(B) und 5(C) gezeigt ist, umfaßt der Photodetektor 5A ein Photodetektorelement 12 zum Detektieren eines linearen Strahlpunkts LS, der von der optischen Disc DK reflektiert worden ist, und eine parallele flache Glasplatte 11, die auf einem Teil des Photodetektorelements 12 angebracht ist und dieses bedeckt. Das Photodetektorelement 12 hat drei photoempfindliche Oberflächen a&sub1;, a&sub2;, a&sub3;, die aufeinanderfolgend über dem Photodetektorelement 12 an einem Ende desselben angeordnet sind, und eine einzelne photoempfindliche Oberfläche a&sub4;, die sich über das Photodetektorelement 12 erstreckt und von den drei photoempfindlichen Oberflächen a&sub1;, a&sub2;, a&sub3; beabstandet vorgesehen ist. Die parallele flache Glasplatte 11 bedeckt die drei photoempfindlichen Oberflächen a&sub1;, a&sub2;, a&sub3; in ihrer Gesamtheit. Die parallele flache Glasplatte 11 hat eine Dicke d&sub1; und einen absoluten Brechungsindex n&sub1; und einen optischen Weg n&sub1; x d&sub1;. Die photoempfindlichen Oberflächen a&sub1; - a&sub4; konvertieren den detektierten reflektierten linearen Strahlpunkt LS photoelektrisch in entsprechende elektrische Detektionssignale I&sub1; - I&sub4;. Die Signale I&sub1; - I&sub3; werden zur Detektion eines Fokusfehlers verwendet, und das Signal I&sub4; stellt ein Informationssignal dar, das die Information, die auf der optischen Disc DK aufgezeichnet ist, repräsentiert. Wie in Fig. 5(B) gezeigt, beaufsch lagt der von der optischen Disc DK reflektierte lineare Strahlpunkt LS die photoempfindlichen Oberflächen a&sub1;, a&sub2;, a&sub3; und die photoempfindliche Oberfläche a&sub4;.
Der Betrieb der Fokussteuervorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform wird untenstehend unter Bezugnahme auf die Fig. 6(A1), 6(B1), 6(C1), 6(A2), 6(B2), 6(C2) und 7 beschrieben.
Die Fig. 6(A1), 6(B1) und 6(C1) zeigen den reflektierten linearen Strahl LS, der auf den Photodetektor 5A auftrifft, wenn er in der Richtung, die durch den Pfeil 1 in den Fig. 5(A) und 5(B) bezeichnet ist, betrachtet wird. Die Fig. 6(A2), 6(B2) und 6(C2) zeigen den reflektierten linearen Strahlpunkt LS, der auf den Photodetektor 5A auftrifft, wenn er in Draufsicht betrachtet wird. In den Fig. 6(A1) und 6(A2) ist der reflektierte lineare Strahlpunkt LS gezeigt, wie er auf den Photodetektor 5A auftrifft, wenn die Entfernung zwischen der Objektivlinse 4 und der optischen Disc DK kürzer als die Brennweite der Objektivlinse 4 ist, d.h. die Objektivlinse 4 zu nahe an der optischen Disc DK angeordnet ist. In den Fig. 6(B1) und 6(B2) ist der lineare Strahipunkt LS gezeigt, der auf den Photodetektor 5A auftrifft, wenn die Entfernung zwischen der Objektivlinse 4 und der optischen Disc DK gleich der Brennweite der Objektivlinse 4 ist. In den Fig. 6(C1) und 6(C2) ist der lineare reflektierte Strahlpunkt LS beim Auftreffen auf den Photodetektor 5A gezeigt, wenn die Entfernung zwischen der Objektivlinse 4 und der optischen Disc DK länger als die Brennweite der Objektivlinse 4 ist, d.h. die Objektivlinse 4 zu weit von der optischen Disc DK entfernt ist. In den Fig. 6(A1), 6(B1) und 6(C1) läuft der reflektierte lineare Strahl LS, der auf den Photodetektor 5A auftrifft, durch die parallele flache Glasplatte 11 entlang einer Trajektone, die durch die ausgezogenen Pfeile bezeichnet ist, und läuft außerhalb der parallelen flachen Glasplatte 11 entlang einer Trajektone, die durch die gestrichelten Pfeile gezeichnet ist.
Fig. 7 zeigt den Photodetektor 5A, den Fehlergenerator 6A, der an den Photodetektor 5A angeschlossen ist, und den RF-Verstärker 9, der ebenfalls an den Photodetektor 5A angeschlossen ist. Wie in Fig. 7 gezeigt, umfaßt der Fehlergenerator 6A einen Addierer 21 und einen Subtrahierer 22. Der Addierer 21 hat einen Eingangsanschluß, der an die photoempfindliche Oberfläche a&sub1; angeschlossen ist, und einen anderen Eingangsanschluß, der an die photoempfindliche Oberfläche a&sub3; angeschlossen ist. Der Subtrahierer hat einen positiven Eingangsanschluß, der an die photoempfindliche Oberfläche a&sub2; angeschlossen ist und einen negativen Eingangsanschluß, der an den Ausgangsanschluß des Addierers 21 angeschlossen ist. Deshalb erzeugt der Fehlergenerator 6A ein Ausgabesignal FE, dargestellt durch FE = I&sub2; - (I&sub1; + I&sub3;), als Ausgabesignal an dem Ausgabeanschluß des Subtrahierers 22.
Die photoempfindlichen Oberflächen a&sub1;, a&sub2;, a&sub3; sind so aufgebaut, daß, wenn der Laserstrahlpunkt auf der Aufzeichnungsoberfläche S&sub2; der optischen Disc fokussiert ist, d.h. wenn die Entfernung zwischen der Objektivlinse 4 und der optischen Disc DK gleich der Brennweite der Objektivlinse 4 ist, wie in den Fig. 6(B1) und 6(B2) gezeigt, die entsprechenden Signale I&sub1;, I&sub2;, I&sub3; die folgenden Gleichungen erfüllen:
FE = I&sub2; - (I&sub1; + I&sub3;) = 0 ...(1) und
I&sub1; = I&sub3; ...(2).
Dann, wenn die Objektivlinse 4 in Bezug auf die optische Disc DK zu nahe angeordnet ist, und daher der reflektierte lineare Strahl LS, wie in den Fig. 6(A1) und 6(A2) gezeigt, verläuft, wird das detektierte Signal I&sub2; von der photoempfindlichen Oberfläche a&sub2; aufgrund der Brechung durch die parallele flache Glasplatte 11 größer als die Summe der detektierten Signale I&sub1;, I&sub3; von den photoempflndlichen Oberflächen a&sub1;, a&sub3;. Deshalb erfüllen die detektierten Signale I&sub1;, I&sub2;, I&sub3; die folgenden Gleichungen:
FE = I&sub2; - (I&sub1; + I&sub3;) > 0 ...(3).
Wenn die Objektivlinse 4 zu weit von der optischen Disc DK entfernt ist und daher der reflektierte lineare Strahl LS, wie in den Fig. 6(C1) und 6(C2) gezeigt, verläuft, wird das detektierte Signal I&sub2; von der photoempfindlichen Oberfläche a&sub2; aufgrund der Brechung durch die parallele flache Glasplatte 11 kleiner als die Summe der detektierten Signale I&sub1;, I&sub3; von den photoempfindlichen Oberflächen a&sub1;, a&sub3;. Deshalb erfillien die detektierten Signale I&sub1;, I&sub2;, I&sub3; den folgenden Gleichungen:
FE = I&sub2; - (I&sub1; +I&sub3;) < 0 ...(4)
Dementsprechend kann das Ausgabesignal aus dem Fehlergenerator 6A, das bezeichnet ist durch:
FE= I&sub2; - (I&sub1; + I&sub3;)
als Fokusfehlersignal verwendet werden.
Dies ist so, da die parallele flache Glasplatte 11 mit einem vorbestimmten optischen Weg und einer vorbestimmten Brechwirkung die gesamten photoempfindlichen Oberflächen a&sub1;, a&sub2;, a&sub3; überdeckt, wodurch der reflektierte lineare Strahipunkt LS Breiten b&sub1;, b2, b3 (b&sub1; < b&sub2; < b&sub3;) auf den photoempfindlichen Oberflächen aufweist, wenn die Entfernung zwischen der Objektivlinse 4 und der optischen Disc DK kürzer als, gleich der bzw. länger als die Brennweite der Objektivlinse 4 ist. Falls die photoempfindlichen Oberflächen a&sub1;, a&sub2;, a&sub3; nicht mit der parallelen flachen Glasplatte 11 bedeckt wären, würde der reflektierte lineare Strahlpunkt LS entlang der Trajektone, die durch die gestrichelte Linie in den Fig. 6(A1), 6(B1) und 6(C1) gezeigt ist, auf die photoempfindlichen Oberflächen a&sub1;, a&sub2;, a&sub3; fallen. Obwohl das Ausgabesignal FE gleich Null ist, wenn der Laserstrahlpunkt auf der optischen Disc DK fokussiert ist, wäre das Ausgabesignal FE kleiner Null, wenn der Laserstrahlpunkt auf der optischen Disc DK nicht im Fokus ist, unabhängig davon, ob er überfokussiert oder unterfokussiert ist, wodurch eine Bestimmung, ob die Objektivlinse 4 zu nah oder zu weit in Bezug auf die optische Disc DK liegt, unmöglich wird.

Zweite Ausführungsform:

Eine Fokussteuervorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird untenstehend unter Bezugnahme auf die Fig. 8(A), 8(B) bis 10 beschrieben. Die Fokussteuervorrichtung gemäß der zweiten Ausfiihrungsform ist der Fokussteuervorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform ähnlich, mit Ausnahme des Photodetektors und des Fehlergenerators.
Wie in den Fig. 8(A) und 8(B) gezeigt, umfaßt der Photodetektor, der im allgemeinen mit 5C bezeichnet ist, ein Photodetektorelement 16 zum Detektieren eines linearen Strahls LS, der von der optischen Disc DK reflektiert worden ist, und eine parallele flache Glasplatte 15, die auf einem Abschnitt des Photodetektorelements 16 angeordnet ist und dies überdeckt. Das Photodetektorelement 16 hat drei photoempfindliche Oberflächen a&sub8;, a&sub9;, a&sub1;&sub0;, die aufeinanderfolgend auf dem Photodetektorelement 16 an dem einen Ende desselben angeordnet sind, und eine einzelne photoempfindliche Oberfläche a&sub1;&sub1;, die sich über das Photodetektorelement 16 an dem gegenüberliegenden Ende erstreckt, und von den drei photoempfindlichen Oberflächen a&sub8;, a&sub9;, a&sub1;&sub0; beabstandet vorgesehen ist. Die flache parallele Glasplatte 15 bedeckt die einzelne photoempfindliche Oberfläche a&sub1;&sub1; in ihrer Gesamtheit. Die parallele flache Glasplatte 15 hat eine Dicke d&sub3; und einen absoluten Brechungsindex n&sub3; und einen optischen Weg n&sub3; x d&sub3;. Die photoempfindlichen Oberflächen a&sub8; - a&sub1;&sub1; konvertieren den detektierten reflektierten Strahlpunkt LS photoelektrisch in entsprechende elektrische Detektionssignale I&sub8; - I&sub1;&sub1;. Die Signale I&sub9; - I&sub1;&sub0; werden verwendet, um einen Fokusfehler zu detektieren, und das Signal I&sub1;&sub1; stellt ein Informationssignal dar, das die Information, die auf der optischen Disc DK aufgezeichnet ist, darstellt.
Wie in Fig. 8(B) gezeigt, trifft der reflektierte lineare Strahlpunkt LS von der optischen Disc DK auf die photoempfindlichen Oberflächen a&sub8;, a&sub9;, a&sub1;&sub0; und die photoempfindliche Oberfläche A&sub1;&sub1; auf.
Der Betrieb der Fokussteuervorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform wird untenstehend unter Bezugnahme auf die Fig. 9(A1), 9(B1), 9(C1), 9(A2), 9(B2), 9(C2) und beschrieben.
Die Fig. 9(A1), 9(B1) und 9(C1) zeigen den reflektierten linearen Strahlpunkt LS, der auf dem Photodetektor 5C auftrifft, wenn er in der Richtung, die durch den Pfeil III in Fig. 8(A) und 8(B) bezeichnet ist, betrachtet wird. Die Fig. 9(A2), 9(B2) und 9(C2) zeigen den reflektierten linearen Strahlpunkt LS, der auf dem Photodetektor 5C auftrifft, wenn er in Draufsicht betrachtet wird. In den Fig. 9(A1) und 9(A2) ist der reflektierte lineare Strahlpunkt LS beim Auftreffen auf den Photodetektor 5C gezeigt, wenn die Entfernung zwischen der Objektivlinse 4 und der optischen Disc DK kürzer als die Brennweite der Objektivlinse 4 ist, d.h. die Objektivlinse 4 sich zu nahe an der optischen Disc DK befindet. In den Fig. 9(B1) und 9(B2) ist der reflektierte lineare Strahlpunkt LS beim Auftreffen auf den Photodetektor 5C gezeigt, wenn die Entfernung zwischen der Objektivlinse 4 und der optischen Disc DK gleich der Brennweite der Objektivlinse 4 ist. In den Fig. 9(C1) und 9(C2) ist der reflektierte lineare Strahlpunkt LS beim Auftreffen auf den Photodetektor 5C gezeigt, wenn die Entfernung zwischen der Objektivlinse 4 und der optischen Disc DK länger als die Brennweite der Objektivlinse 4 ist, d.h. die Objektivlinse zu weit von der optischen Disc DK entfernt ist. In den Fig. 9(A1), 9(B1) und 9(C1) läuft der reflektierte lineare Strahlpunkt LS, der auf den Photodetektor 5C auftrifft, durch die parallele flache Glasplatte 11 entlang einer Trajektone, die durch die ausgezogenen Pfeile bezeichnet ist, und läuft außerhalb der parallelen flachen Glasplatte 15 entlang einer Trajektone, die durch die gestrichelten Pfeile bezeichnet ist.
Fig. 10 zeigt den Photodetektor 5C, einen Fehlergenerator 6C, der mit dem Photodetektor 5C verbunden ist, und einen RF-Verstärker 9, der ebenfalls mit dem Photodetektor SC verbunden ist. Wie in Fig. 10 gezeigt, umfaßt der Fehlergenerator 6C zwei Addierer 21, 23, zwei Subtrahierer 22, 24 und zwei Multiplizierer 25, 26. Der Addierer 21 hat einen Eingangsanschluß, der mit der photoempfindlichen Oberfläche a&sub8; verbunden ist, und einen anderen Eingangsanschluß, der mit der photoempfindlichen Oberfläche a&sub1;&sub0; verbunden ist. Der Ausgangsanschluß des Addierers 21 ist mit einem Eingangsanschluß des Multiplizierers 26 und außerdem einem negativen Eingangsanschluß des Subtrahierers 22 verbunden. Der Multiplizierer 25 hat einen Eingangsanschluß, der mit der photoempfindlichen Oberfläche a&sub9; verbunden ist, und einen Ausgangsanschluß, der mit einem Eingangsanschluß des Addierers 23 verbunden ist, dessen anderer Eingangsanschluß mit dem Ausgangsanschluß des Multiplizierers 26 verbunden ist. Der Subtrahierer 22 hat einen positiven Eingangsanschluß, der mit der photoempfindlichen Oberfläche a&sub9; verbunden ist. Der Subtrahierer 24 hat einen positiven Eingangsanschluß, der mit der photoempfindlichen Oberfläche a&sub1;&sub1; verbunden ist, und einen negativen Eingangsanschluß, der mit dem Ausgangsanschluß des Addierers 23 verbunden ist. Deshalb erzeugt der Fehlergenerator 6C ein Ausgangssignal FE&sub1;, dargestellt durch FE&sub1; = I&sub9; - (I&sub8; + I&sub1;&sub0;), als Ausgabesignal an dem Ausgangsanschluß des Subtrahierers 24, und ein Ausgabesignal FE&sub2;, dargestellt durch FE&sub2; = I&sub1;&sub1; - (b x I&sub8; + a x I&sub9; + b x I&sub1;&sub0;), als Ausgabesignal an dem Ausgangsanschluß des Subtrahierers 22, wobei a, b reelle Konstanten sind.
Die photoempfindlichen Oberflächen a&sub8;, a&sub9;, a&sub1;&sub0; sind so aufgebaut und die Konstanten a, b sind so ausgewählt, daß, wenn der Laserstrahlpunkt auf der Aufzeichnungsoberfläche S&sub2; der optischen Disc DK fokussiert wird, d.h. wenn die Entfernung zwischen der Objektivlinse 4 und der optischen Disc DK gleich der Brennweite der Objektivlinse 4 ist, wie in den Fig. 9(B1) und 9(B2) gezeigt, die entsprechenden detektierten Signale I&sub1;, I&sub2;, I&sub3; die folgenden Gleichungen erfüllen:
FE&sub1; = I&sub9; - (I&sub8; + I&sub1;&sub0;) = 0 ...(6)
und FE&sub2;= I&sub1;&sub1; - (b x I&sub8; + a x I&sub9; + b x I&sub1;&sub0;) = 0 ...(7).
Dann, wenn die Objektivlinse 4 sich zu nahe an der optischen Disc DK befindet, und daher der reflektierte lineare Strahlpunkt LS wie in den Fig. 9(A1) und 9(A2) verläuft, oder wenn die Objektivlinse 4 zu weit von der optischen Disc DK entfernt ist, und daher der reflektierte lineare Strahlpunkt LS wie in den Fig. 9(C1) und 9(C2) verläuft, kann basierend auf einer Kombination der negativen oder positiven Werte der Ausgabesignale FE&sub1;, FE&sub2; aufgrund der Brechung durch die parallele flache Glasplatte 15 bestimmt werden, daß der Laserstrahlpunkt LS auf der optischen Disc DK nicht im Fokus ist, da die Objektivlinse 4 zu nahe an oder zu weit entfernt von der optischen Disc DK angeordnet ist. Deshalb können die Ausgabesignale FE&sub1;, FE&sub2; von dem Fehlergenerator 6C, die entsprechend bezeichnet sind durch:
FE&sub1; = I&sub9; - (1&sub8; + I&sub1;&sub0;) = 0
und FE&sub2; = I&sub1;&sub1; - (b x I&sub8; + a x I&sub9; + b x I&sub1;&sub0;) = 0
als Fokusfehlersignale verwendet werden.
Dies ist so, da die parallele flache Glasplatte 15 mit vorbestimmtem optischen Weg und Brechungswirkung die gesamte photoempfindliche Oberfläche a&sub1;&sub1; bedeckt, wodurch der reflektierte lineare Strahlpunkt LS Breiten b&sub7;, b&sub8;, b&sub9; (b&sub7; < b&sub8; < b&sub9;) auf der photoempfindlichen Oberfläche a&sub1;&sub1; aufweist, wenn die Entfernung zwischen der Objektivlinse 4 und der optischen Disc DK kürzer als, gleich der und länger als die Brennweite der Objektivlinse 4 ist.

Dritte Ausführungsform:

In einer dritten Ausführungsform kann der Photodetektor 5C gemäß der zweiten Ausführungsform, wie in Fig. 11 gezeigt, an einen Fehlergenerator 6A gemäß der ersten Ausführungsform, wie in Fig. 7 gezeigt ist, angeschlossen werden. Insbesondere ist die photoempfindliche Oberfläche a&sub8; mit einem Eingangsanschluß des Addierers 21 verbunden, die photoempfindliche Oberfläche a&sub9; ist mit einem positiven Eingangsanschluß des Subtrahierers 22 verbunden und die photoempfindliche Oberfläche a&sub1;&sub0; ist mit dem anderen Eingangsanschluß des Addierers 21 verbunden, dessen Ausgangsanschluß mit dem negativen Eingangsanschluß des Subtrahierers 22 verbunden ist. Der lineare Strahlpunkt LS auf der optischen Disc DK wird fokussiert, wenn der reflektierte lineare Strahlpunkt LS auf den Photodetektor 5C, wie in den Fig. 12(B1) und 12(B2) gezeigt, auftrifft. Insofern die Breite b&sub1;&sub2; des reflektierten linearen Strahlpunkts LS, der auf die photoempfindlichen Oberflächen a&sub8;, a&sub9;, a&sub1;&sub0;, wie in den Fig. 12(C1) und 12(C2) gezeigt, auftrifft und wenn der reflektierte lineare Strahlpunkt aufgrund der Tatsache, daß die Objektivlinse 4 von der optischen Disc DK zu weit entfernt ist, nicht im Fokus ist, kleiner als die Breite b&sub1;&sub1; (b&sub1;&sub1; > b&sub1;&sub2;) des reflektierten linearen Strahlpunkts LS, der auf die photoempfindlichen Oberflächen a&sub8;, a&sub9;, a&sub1;&sub0;, wie in den Fig. 12(B1) und 12(B2) gezeigt, bei Fokussierung des linearen Strahlpunkts LS auf der optischen Disc DK auftrifft, ist, ist die Breite bio des reflektierten linearen Strahlpunkts LS, der auf die photoempfindlichen Oberflächen a&sub8;, a&sub9;, a&sub1;&sub0;, wie in den Fig. 13(A1) und 13(A2) gezeigt, auftrifft und wenn der lineare Strahlpunkt LS auf der optischen Disc aufgrund der Tatsache, daß die Objektivlinse 4 zu nahe an der optischen Disc DK angeordnet ist, nicht im Fokus ist, größer als die Breite b&sub1;&sub1;, b&sub1;&sub2; (b&sub1;&sub0; > b&sub1;&sub1; > b&sub1;&sub2;). Deshalb kann das Ausgabesignal des Fehlergenerators 6A, das bezeichnet ist durch:
FE = I&sub2; - (I&sub1; + I&sub3;)
als Fokusfehlersignal verwendet werden.

Vierte Ausführungsform:

In der ersten bis dritten Ausführungsformen, die oben beschrieben worden sind, trifft der lineare Strahlpunkt LS auf der optischen Disc DK so auf, daß er zur gleichen Zeit nicht auf benachbarte Spuren fällt, wie in Fig. 4 gezeigt. Entsprechend einer vierten Ausführungsform wird allerdings ein längerer linearer Strahlpunkt LS auf die optische Disc über eine Mehrzahl von Spuren von Signalpits SP, wie in Fig. 13(A) gezeigt, eingestrahlt. Entsprechend der vierten Ausführungsform, wie sie in Fig. 13(B) gezeigt ist, umfaßt ein Photodetektor 5D eine photoempfindliche Oberfläche 18 zum Lesen eines Informationssignals, das auf der optischen Disc DK aufgezeichnet ist, und eine Photodetektoreinheit 17, die drei photoempfindliche Oberflächen a&sub1;&sub2;, a&sub1;&sub3;, a&sub1;&sub4; umfaßt, welche von der photoempfindlichen Oberfläche 18 beabstandet sind, um entsprechende Ausgangssignale zu erzeugen, die in ein Fokusfehlersignal verarbeitet werden können. Die drei photoempfindlichen Oberflächen a&sub1;&sub2;, a&sub1;&sub3;, a&sub1;&sub4; sind, wie in der ersten Ausführungsform, mit einer parallelen flachen Glasplatte bedeckt. Falls Laserstrahlreflexionen von Spuren, die sich von den Spuren unterscheiden, von den ein Fehlersignal erhalten werden soll, ebenfalls auf die Photodetektoreinheit 17 auftreffen, kann die Photodetektoreinheit 17 so angeordnet werden, daß sie Signale in einem Hochfrequenzbereich nicht detektiert.

Fünfte Ausführungsform:

Wie in Fig. 14 gezeigt umfaßt ein Photodetektor 5E entsprechend einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine Mehrzahl von nebeneinänder vorgesehenen photoempfindlichen Oberflächen 20&sub1; - 20n zum Lesen von Informationssignalen von einer optischen Disc DK unter Verwendung eines sehr langen linearen Strahlpunkts LS, der auf die optische Disc DK eingestrahlt wird. Der Photodetektor 5E ist somit in der Lage, eine Mehrzahl von Spuren auf der optischen Disc DK gleichzeitig zu lesen. Der Photodetektor 5E umfaßt außerdem eine Photodetektoreinheit 19, die aus drei benachbarten photoempfindlichen Oberflächen a&sub1;&sub5;, a&sub1;&sub6;, a&sub1;&sub7;, die von den photoempfindlichen Oberflächen 20&sub1; - 20n beabstandet sind, besteht. Die drei photoempfindlichen Oberflächen a&sub1;&sub5;, a&sub1;&sub6;, a&sub1;&sub7; sind, wie in der ersten Ausführungsform, mit einer parallelen flachen Glasplatte bedeckt.
In den obigen Ausführungsformen sind bestimmte photoempfindliche Oberflächen der Photodetektoren mit einer parallelen flachen Glasplatte bedeckt. Allerdings können sie mit einer Linse, einer Fresnellinse, einer zylindrischen Linse oder einem optischen Element mit einer variierenden Verteilung des Brechungsindex bedeckt werden. Eine derartige Linse oder ein optisches Element kann von den photoempfindlichen Oberflächen beabstandet vorgesehen werden.

Claims

1. Optische Abtasteinrichtung zum Lesen von auf einer Aufzeichnungsfläche eines optischen informationsspeichermediums (DK) gespeicherten informationen mit einer Fokussteuervorrichtung (100), die umfaßt:

eine Lichtstrahlquelle (1), die einen linearen Lichtstrahl emittiert;

ein optisches System (2, 3), das eine Objektivlinse (4) enthält, die den linearen Lichtstrahl als ein lineares Bild auf der Aufzeichnungsfläche (S&sub2;) bündelt und einen von der Aufzeichnungsfläche reflektierten Lichtstrahl sammelt und emittiert;

eine Brechungseinrichtung (11, 13, 15), die den von dem optischen System emittierten reflektierten Lichtstrahl bricht;

eine Lichtdetektoreinrichtung, die eine Vielzahl lichtempfindlicher Flächen (a) aufweist, die den von der Brechungseinrichtung darauf gerichteten Lichtstrahl photoelektrisch in eine Vielzahl entsprechender Erfassungssignale (I) umwandelt;

eine Verarbeitungseinrichtung (6), die die Erfassungssignale von der Lichtdetektoreinrichtung in ein Fokusfehlersignal umwandelt, das anzeigt, ob das lineare Bild auf der Aufzeichnungsfläche im Brennpunkt der Objektivlinse fokussiert ist; und

eine Steuereinrichtung (7), die auf das Fokusfehlersignal anspricht, um die Position der Objektivlinse in bezug auf das optische Informationsspeichermedium zu steuern und so das lineare Bild auf der Aufzeichnungsfläche zu fokussieren;

dadurch gekennzeichnet, daß:

die Lichtdetektoreinrichtung ein Lichtdetektorelement (12) umfaßt, das drei lichtempfindliche Flächen (a&sub1;-a&sub3;), die ein Fokusfehlersignal erzeugen, sowie eine vierten lichtempfindliche Fläche (a&sub4;) hat, die lediglich ein HF-Signal erzeugt.

2. Optische Abtasteinrichtung nach Anspruch 13 wobei das Lichtdetektorelement (12) eine erste (a&sub2;), eine zweite (a&sub1;) sowie eine dritte (a&sub3;) lichtempfindliche Fläche umfaßt, die ein erstes, ein zweites und ein drittes Erfassungssignal erzeugen, und das Fokusfehlersignal die Differenz zwischen dem ersten Erfassungssignal und der Summe aus dem zweiten und dem dritten Erfassungssignal ist.

3. Optische Abtasteinrichtung nach Anspruch 2, wobei sich die lichtempfindlichen Flächen (a&sub1;,a&sub2;,a&sub3;) parallel zueinander quer über das Lichtdetektorelement in der radialen Richtung des optischen Informationsspeichermediums (DK) erstrecken, und die erste lichtempfindliche Fläche (a&sub2;) zwischen der zweiten lichtempfindlichen Fläche (a&sub1;) und der dritten lichtempfindlichen Fläche (a&sub3;) angeordnet ist.

4. Optische Abtasteinrichtung nach Anspruch 1, wobei die Brechungseinrichtung eine flache Glasplatte (11) umfaßt, die auf den lichtempfindlichen Flächen in abdeckender Beziehung zu ihnen angeordnet ist.

5. Optische Abtasteinnchtung nach Anspruch 1, wobei die Brechungseinrichtung eine flache Glasplatte umfaßt, die auf dem Lichtdetektorelement in beabstandeter Beziehung zu den lichtempfindlichen Flächen angeordnet ist.