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Die Erfindung betrifft eine optische Abtastvorrichtung zur Aufnahme/Wiedergabe von
Informationssignalen auf oder von einem optischen Aufzeichnungsmedium durch
Einstrahlung eines Lichtstrahles von einer Lichtquelle auf dieses und eine
Fokussierungsservoeinrichtung zur Steuerung der Fokussierungsposition entlang der optischen Achse der
optischen Abtastvorrichtung.
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Ein magnetooptisches Aufzeichnungsmedium oder ein optisches Aufzeichnungsmedium des
Phasenänderungstyps wie ein optisches Aufzeichnungsmedium zur Aufzeichnung und/oder
Wiedergabe von Informationssignalen ist bekannt, wobei ein Lichtstrahl von einer
Laserlichtquelle darauf gestrahlt wird. Das magnetooptische Aufzeichnungsmedium besteht
beispielsweise aus einem transparenten Substrat oder einem lichttransmittierenden Substrat,
das beispielsweise aus einem lichttransmittierenden Kunststoff wie Polycarbonat und einer
magnetischen Schicht, einer dielektrischen Schicht und einer Oberflächen-Schutzschicht
besteht, die auf einer Hauptoberfläche auf dem Substrat aufeinander geschichtet sind. Die
magnetische Schicht, die eine dünne Schicht aus einer seltenen Erden/Übergangsmetall-
Legierung sein kann, weist eine Magnetisierungsachse senkrecht zu der Schichtoberfläche
auf und zeigt starke photomagnetische Effekte. Informationssignale können durch
Einstrahlung eines Lichtstrahles wie etwa eines Laserstrahles von der transparenten
Substratseite aufgezeichnet oder wiedergegeben werden.
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Bei einem solchen optischen Aufzeichnungsmedium ist es wünschenswert, die
Aufzeichnungsdichte angesichts der Tatsache, daß die zur Aufzeichnung von Digital-
Videosignalen erforderliche Datenmenge gleich der mehrfachen, bis zu zehnfachen der für
Audiosignale erforderlichen Datenmenge ist, weiter zu verbessern, und es besteht eine
Nachfrage für ein Aufzeichnungsmedium, wie eine Platte mit kleineren Abmessungen und
somit derjenigen des Abspielgerätes oder dergleichen, auch im Falle der Aufzeichnung von
Digital-Audiosignalen. Daneben besteht zur Aufzeichnung von allgemeinen Computerdaten
eine zunehmende Nachfrage für kleinere Abmessungen oder eine größere
Aufzeichnungskapazität des Aufzeichnungsmediums, um mit der Verbreitung von
Notebook- oder Adreßbuch-großen Computern Schritt zu halten.
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Die Informationsaufzeichnungsdichte auf dem Aufzeichnungsmedium wird durch die
Wellenlänge λ des Laserlichtes und die numerische Apertur NA einer Objektivlinse
bestimmt, so daß es zur Erhöhung der Aufzeichnungsdichte notwendig ist, daß die
Wellenlänge λ des Laserlichts verringert und/oder die numerische Apertur NA vergrößert
wird. Ein sogenanntes optisches Cofokalerfassungssystem, bei dem eine Lochblende am
Brennpunkt einer Linse vorgesehen ist, an dem das rückfallende Licht von der Platte
konvergiert wird, und bei dem das Licht durch ein lichtempfangendes oder lichterfassendes
Element erfaßt wird, ist zur Wiedergabe hoher Dichte vielfach in Benutzung.
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Währenddessen weist die Fokussierungsservosteuerung bei einem solchen optischen
System hoher Dichte den Nachteil auf, daß die Fokussierungstoleranz extrem schmal wird.
Beispielsweise hat eine optische Aufnahmevorrichtung (Abtastvorrichtung), die als
Lichtquelle kurzwelliges Laserlicht, wie grünes oder blaues Licht oder eine Objektivlinse
mit einem größeren NA-Wert verwendet, eine kleinere oder flachere Schärfentiefe.
Andererseits unterliegt bei einer optischen Abtastvorrichtung, die das sogenannte
Cofokalpunkt-Erfassungssystem verwendet, die Lichtintensität des erfaßten Lichts extrem
starken Änderungen bei der Fokussierung aufgrund deren scharfen
Tiefenansprechcharakteristik. In diesen Fällen ist es schwierig, mit einer herkömmlichen Servoeinrichtung
die Objektivlinse entlang der optischen Achse, d. h. in Brennpunktrichtung mittels einer
elektromagnetischen Spule zu bewegen, um Fokussierungsfluktuationen bezüglich der
Auflösung und Bandbreite aufgrund hochfrequenter Störungen zu unterbinden, die
innerhalb der Schärfentiefe erzeugt werden, wie etwa winziges Flattern der sich drehenden
Platte, während eine Einrichtung fehlt, die Brennpunkt-Fehlersignale innerhalb der
Schärfentiefe exakt erfaßt.
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Währenddessen unterliegt die optische Platte nicht nur einer Krümmung in radialer
Richtung, sondern auch Unebenheiten in Umfangsrichtung. Daneben wird die optische
Platte gelegentlich in einem verkippten Zustand in die Aufzeichnungs-
/Wiedergabevorrichtung geladen.
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Das heißt, in der Aufzeichnungs-/Wiedergabevorrichtung tendiert der Lichtpunkt auf der
Informationsaufzeichnungsoberfläche dazu, sich in die Form eines Wassertropfens nicht
nur in radialer Richtung, sondern auch entlang der Aufzeichnungsspur(en) zu ändern.
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Wenn sich die Punktform ändert, so daß deren Längsachsenrichtung mit der
Aufzeichnungsspurrichtung übereinstimmt, wird eine Zwischen-Symbol-Interferenz bei
den wiedergegebenen Signalen in der Aufzeichnungs-/Wiedergabevorrichtung erzeugt, so
daß, wenn die Pits nahe beieinander liegen, die Aufzeichnungssignale nicht genau
wiedergegeben werden können.
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Wenn umgekehrt die Längsachsenrichtung mit der Radialrichtung der optischen Platte
übereinstimmt, wird ein Übersprechen zwischen den Aufzeichnungsspuren erzeugt, was es
unmöglich macht, die Information im Falle eines schmalen Spurabstandes korrekt
aufzuzeichnen.
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Das heißt, wenn die Aufzeichnungsdichte bei einer herkömmlichen Aufzeichnungs-
und/oder Wiedergabevorrichtung verbessert werden soll, wird es notwendig, bei der
herkömmlichen Aufzeichnungs-/Wiedergabevorrichtung, die Verkippung der optischen
Platte solchen Änderungen der optischen Platte unmittelbar folgend zu korrigieren.
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Da diese Änderungen der optischen Platte jedoch aus sich mit der Plattenrotation mit einer
Frequenz von einigen zehn bis einigen hundert Zyklen pro Sekunde (Hz) ändernden
Komponenten bestehen, ist es mit dem herkömmlichen System zur Korrektur der Position
der Platte in ihrer Gesamtheit nicht möglich, die Plattenposition einwandfrei gegenüber
diesen Änderungen der optischen Platte zu korrigieren.
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Es ist auch denkbar, diese Änderung der optischen Platte zu verringern, um die
Aufzeichnungsdichte zu verbessern.
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Auch wenn man annimmt, daß die Verkippung der optischen Platte bis 0,6º bei
Verwendung einer Objektivlinse mit einer numerischen Apertur von 0,45 tolerierbar ist,
verringert sich der tolerierbare Verkippungsbereich jedoch auf 0,25º bei Verwendung
einer Objektivlinse mit einer numerischen Apertur von 0,6, da sich die Coma-Verzerrung
proportional zur dritten Potenz der numerischen Apertur der Objektivlinse ändert. Daher
kann eine Objektivlinse mit einer größeren numerischen Apertur, die zur Verbesserung der
Aufzeichnungsdichte erforderlich ist, nicht verwendet werden, um so den Schwierigkeiten
bei Anwendung des Verfahrens zur Verringerung der Plattenänderungen zur Verbesserung
der Aufzeichnungsdichte zu begegnen.
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Plattenneigungskorrekturvorrichtung
vorzuschlagen, bei der die Neigung der optischen Platte verläßlich korrigiert werden kann,
auch wenn die Aufzeichnungsdichte vergrößert ist, um eine verläßliche Wiedergabe der
aufgezeichneten Signale sicherzustellen.
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Die erfindungsgemäße optische Abtasteinrichtung umfaßt eine optische Platte zur
Aufzeichnung und/oder Wiedergabe von Information auf oder von deren
Aufzeichnungsfläche unter Verwendung eines auf deren transparente Schicht fallenden Lichtstrahls, der
auf die Signalaufzeichnungsfläche konvergiert wird, eine Lichtquelle zur Einstrahlung des
Lichtstrahls, eine Objektivlinse zum Konvergieren des von der Lichtquelle abgestrahlten
Lichtstrahls auf die Informationsaufzeichnungsfläche und eine transparente
Elektro
striktionseinrichtung, die zwischen der Lichtquelle und der Objektivlinse oder zwischen
der Objektivlinse und der optischen Platte angeordnet ist, um den von dem Lichtstrahl
durchlaufenen Bereich in mehrere Unterbereiche aufzuteilen. Die Dicke dieser
Unterbereiche ändert sich in Abhängigkeit von Spannungen, die an die oberen und unteren
transparenten Elektroden angelegt werden. Die an die Unterbereiche angelegten
Spannungen ändern sich in Abhängigkeit von der Neigung der optischen Platte, um die
Coma-Aberration des Lichtstrahls auf die Informationsaufzeichnungsfläche zu korrigieren.
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Mit der erfindungsgemäßen Fokussierungsservovorrichtung kann der Fokussierungsfehler
innerhalb der Schärfentiefe genau erfaßt werden, um eine Feinfokussierungsservosteuerung
zu erlauben, um eine kürzere Wellenlänge der Lichtquelle bei einem
Aufzeichnungsmedium hoher Dichte und eine große numerische Apertur der Objektivlinse
und eine Cofokalpunkt-Erfassung sicherzustellen.
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Durch Änderung der Dicke der zwischen der Lichtquelle und der Objektivlinse oder der
Objektivlinse und der optischen Platte angeordneten transparenten
Elektrostriktionseinrichtung, die von der Neigung der Platte abhängt, wird es möglich, eine Wellenfront-
Aberration durch die transparente Elektrodeneinrichtung zu erzeugen, um durch die
Neigung der Platte hervorgerufene Wellenfront-Aberrationen und daher die Coma-
Aberration auf der Informationsaufzeichnungsfläche der optischen Platte zu korrigieren.
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Die vorliegende Erfindung wird anhand der folgenden Beschreibung deutlich. In den
Zeichnungen ist
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Fig. 1 eine schematische Darstellung, die eine allgemeine Anordnung einer optischen
Plattenaufzeichnungs-/-wiedergabevorrichtung zeigt;
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Fig. 2 eine Perspektivansicht einer Elektrostriktionseinrichtung, die bei dem
Ausführungsbeispiel von Fig. 1 verwendet wird, wobei ein Teil davon weggeschnitten ist;
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Fig. 3 ein Graph, der die Beziehung zwischen der angelegten Spannung und der Dicke der
Elektrostriktionsvorrichtung des Ausführungsbeispiels von Fig. 1 zeigt;
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Fig. 4 ein Graph, der die Tiefenansprechcharakteristik der Cofokalpunkt-Erfassung des
Ausführungsbeispiels von Fig. 1 zeigt;
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Fig. 5 ein Graph, der die Brennweiten-Fehlererfassungssignale des in Fig. 1 gezeigten
Ausführungsbeispiels zeigt;
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Fig. 6 eine schematische Aufsicht, die ein Lichtempfangsmuster des Photodetektors 34
zeigt, wenn die Lochblendenplatte 32 nicht verwendet wird;
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Fig. 7 eine schematische Aufsicht, die ein Lichtempfangsmuster der Photordetektoren 46,
47 zeigt, wenn die Lochblendenplatte 32 nicht verwendet wird;
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Fig. 8 eine schematische Ansicht, die eine allgemeine Anordnung einer optischen
Plattenaufzeichnungsvorrichtung gemäß einem zweiten erfindungsgemäßen
Ausführungsbeispiel zeigt;
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Fig. 9 eine Perspektivansicht zur Illustration der in dem Ausführungsbeispiel von Fig. 8
erzeugten Coma-Verzerrung;
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Fig. 10 eine Perspektivansicht, die eine bei dem Ausführungsbeispiel von Fig. 8
verwendete Wellenfront-Korrekturplatte zeigt;
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Fig. 11 ein Graph, der die Charakteristik der Wellenfront-Korrekturplatte zeigt;
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Fig. 12 eine schematische Perspektivansicht, die die Wellenfrontverzerrung der
Wellenfront-Korrekturplatte zeigt;
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Fig. 13 eine Vorderansicht, die eine Lichtbarrierenplatte zeigt, die bei dem
Ausführungsbeispiel von Fig. 8 verwendet wird;
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Fig. 14 eine Vorderansicht, die eine bei dem Ausführungsbeispiel von Fig. 8 verwendete
Lichtempfangsvorrichtung zeigt;
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Fig. 15 eine Perspektivansicht, die die Ergebnisse der Korrektur der mit dem
Ausführungsbeispiel von Fig. 8 erzeugten Wellenfrontverzerrung zeigt; und
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Fig. 16 eine Vorderansicht, die eine Wellenfront-Korrekturplatte gemäß einem dritten
Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt.
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Anhand Fig. 1, die eine schematische Anordnung einer optischen Plattenaufzeichnungs-/-
wiedergabevorrichtung zeigt, wird eine optische Aufnahme- und
Fokussierungsservovorrichtung erläutert.
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Bei der optischen Plattenaufzeichnungs-/-wiedergabevorrichtung wird eine
Laserlichtquelle, wie ein Halbleiterlaser 11 als Lichtquelle verwendet. Das von dem
Halbleiterlaser 11 abgestrahlte Laserlicht wird durch eine Kollimatorlinse 12 kollimiert,
um auf ein beschreibbares optisches Aufzeichnungsmedium, wie eine magnetooptische
Platte 1b, mittels Strahlteilern 13, 14 und einer Objektivlinse 15 zu fallen. Der auf die
magnetooptische Platte 16 eingestrahlte Laserstrahl fällt auf und wird reflektiert von der
Aufzeichnungsschicht der magnetooptischen Platte 16, um über die Objektivlinse 15 auf
den Strahlteiler 14 zu fallen, von diesem reflektiert zu werden und auf einen Photodetektor
34, wie eine Photodiode, zu fallen. Eine Lochblendenplatte 32 mit einer darin
ausgebohrten Lochblende 33 ist direkt vor dem Photodetektor 34 vorgesehen, um ein
optisches System zur Cofokalpunkt-Erfassung zu bilden. Ein Erfassungs-Ausgangssignal
von dem Photodetektor 34 wird über einen Ausgabeanschluß 35 entnommen.
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Das zurückfallende Licht von der optischen Platte 16 fällt über den Strahlteiler 14 auf den
anderen Strahlteiler 13, um durch die konvergierende Linse 41 konvergiert zu werden und
auf ein strahlteilendes Prisma 42 zu gelangen. Das auf das strahlteilende Prisma 42
fallende zurückfallende Licht wird aufgeteilt in durch die strahlteilende Oberfläche 42a
transmittiertes Licht und in durch die strahlteilende Oberfläche 42a reflektiertes Licht. Das
transmittierte Licht wird auf eine Lochblende 44 in einer Lochblendenplatte 43 geleitet,
während das reflektierte Licht durch eine reflektierende Oberfläche 42b reflektiert wird,
um zu einer weiteren Lochblende 45 in der Lochblendenplatte 43 geleitet zu werden.
Lichtdetektoren wie Photodetektoren 46, 47 sind direkt hinter den Lochblenden 44 bzw.
45 angeordnet. Es sei erwähnt, daß die Photodetektoren 46, 47 vor bzw. hinter dem
Brennpunkt angeordnet sind. Ausgangssignale der Photodetektoren 46, 47 werden durch
einen Differenzenverstärker 48 differenzenverstärkt, dessen Ausgangssignal an einem
Ausgangsanschluß 49 entnommen wird.
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Ein Elektrostriktionselement 20 ist zwischen dem Halbleiterlaser 11 als Lichtquelle und
der magnetooptischen Platte 16 als Aufzeichnungsmedium angeordnet. Das
Elektrostriktionselement 20 besteht aus einer transparenten piezoelektrischen Platte oder
Elektrostriktionsplatte 21, dessen eine Oberfläche mit einer transparenten Elektrode 22
(Ganzflächenelektrode) beispielsweise aus sogenanntem Indium-Zinnoxid (ITO)
beschichtet ist und dessen andere Oberfläche eine zentrale transparente Elektrode 23 und
eine transparente äußere Elektrode 24 aufweist, wie ebenfalls in Fig. 2 gezeigt ist. Die
piezoelektrische Platte kann beispielsweise aus PLZT oder aus Keramik basierend auf
Zirkon-Bleititanat, d. h. PbZrO&sub3;-PbTiO&sub3;-Feststofflösung (sogenanntes PZT) mit
zugemischtem Lanthan (La) ausgebildet sein und ist eine Platte eines transparenten
keramischen Elektrostriktionselements oder einer piezoelektrischen Platte. Wenn
Elektroden an beiden Seiten der transparenten piezoelektrischen Platte 21 eingepaßt sind
und eine elektrische Spannung über diese Elektroden angelegt wird, ändert sich die Dicke
der piezoelektrischen Platte 21.
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Man kann Fig. 3 entnehmen, welche ein Graph ist, der die Änderungen der Dicke einer
sogenannten PLZT-Einrichtung bei Änderungen der an beiden Elektroden der Einrichtung
angelegten Spannung zeigt, daß Elektrostriktionseffekte erzeugt werden, bei denen sich die
Plattendicke in Übereinstimmung mit einer quadratischen Funktion der angelegten
Spannung ändert. Daher kann durch Anlegen einer Spannung an die zentrale transparente
Elektrode (Zentralelektrode) 23 der piezoelektrischen Platte 21 der variablen Phasen-Platte
20, die eine Potentialdifferenz ΔV zu der an die äußere transparente Elektrode
(Außenelektrode) der piezoelektrischen Platte 21 angelegten Spannung aufweist, eine
optische Phasendifferenz erzeugt werden.
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Bei dem Ausführungsbeispiel von Fig. 1 wird eine Erdspannung (GND) an die ganze
Oberflächenelektrode 22 über einen Anschluß 27 angelegt, während eine festgelegte
Konstantsapnnung V an die äußere Elektrode 24 über Anschluß 28 und eine
Steuerspannung (V + ΔV) von einer Steuerschaltung 25 an die Zentralelektrode 23 über
Anschluß 29 angelegt wird. Die Steuerschaltung 25 führt eine Fokussierungsservofunktion
in Abhängigkeit von Fokussierungs-Fehlersignalen von dem Anschluß 49 derart aus, daß,
wenn der Fokussierungsfehler größer und außerhalb der Schärfentiefe liegt, eine
Ansteuerspule 17 zur Verschiebung der Objektivlinse 15 entlang der optischen Achse oder
in Fokussierungsrichtung zur Ausführung einer Grobservosteuerfunktion angesteuert wird
und daß, wenn der Fokussierungsfehler innerhalb der Schärfentiefe ist, die Steuerspannung
(V + ΔV) gesteuert wird, eine Phasendifferenz zwischen dem zentralen Bereich und dem
äußeren Bereich der Elektrostriktionseinrichtung 20, wie der PLZT-Einrichtung zu liefern,
um eine Feinfokussierungs-Servosteuerfunktion auszuführen.
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Das Prinzip der Ausführung einer Brennpunktsteuerung durch Vorsehen einer
Phasendifferenz zwischen dem zentralen Bereich und dem äußeren Bereich eines
Lichtflusses wird erläutert. Wie in dem US-Patent 4,861,975 mit dem Titel "Variable
Focusing Optical System Employing an Electrical-Optical Material and method" offenbart
ist, ist das Auftreten einer Phasendifferenz zwischen dem Zentrum und der Außenseite
eines Lichtflusses äquivalent zu dem Auftreten einer Defokussierungsverzerrung innerhalb
einer Wellenlänge. Daher kann die Brennpunktposition auch innerhalb der Schärfentiefe
bewegt werden.
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Andererseits ändert sich die Dicke der sogenannten PLZT-Vorrichtung, die als
Elektrostriktionsvorrichtung 20 verwendet wird, gegenüber der angelegten Spannung gemäß einer
quadratischen Funktion, wie in Fig. 3 gezeigt ist (Elektrostriktionseffekt). Folglich kann
durch Steuerung der durch die Steuerschaltung 25 angelegten Spannung (V + ΔV) zur
Erzeugung einer Phasendifferenz proportional zu einem Brennpunktfehler zwischen dem
Zentrum und dem Äußeren des Lichtflusses die Brennpunktposition innerhalb des
Schärfentiefenbereiches bewegt werden, um eine Feinfokussierungsservosteuerfunktion
auszuführen.
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Das wie oben diskutierte Verfahren zur exakten Erfassung des Brennpunktfehlers innerhalb
der Schärfentiefe wird erläutert. Wenn das Medium (Platte) eine Spiegeloberfläche hat und
die Lochblende 33 eine genügend kleine Größe, kann die Tiefenansprechcharakteristik der
Cofokalpunkt-Erfassung am Photodetektor 34 durch die Formel
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l(u) = (sin(πu)/πu)² ...(1)
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ausgedrückt werden, wobei u eine normalisierte Defokussierungsgröße in λ/NA² und 1(u)
die Lichtintensität ist. Wenn sie gegen die optische Achse aufgetragen wird, kann die
Formel (1) wie in Fig. 4 gezeigt repräsentiert werden. Der konkrete Wert für λ/NA² als
Einheit von u ist 3,12 um beispielsweise für die Laserwellenlänge λ von 780 nm und die
numerische Apertur NA der Objektivlinse von 0,5. Dieser Wen bedeutet, daß auf der
Platte 16 und der entsprechende Wert auf dem Photodetektor, auf den das rückgestrahlte
Licht fällt, 312 um für die numerische Apertur NA von beispielsweise 0,5 in Abhängigkeit
von dem Vergrößerungsfaktor der konvergierenden Linse ist.
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Andererseits ist die Defokussierungsgröße z entsprechend der Schärfentiefe gegeben durch
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z = (1/2) (λ/NA²) ...(2)
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so daß die normalisierte Defokussierungsgröße gleich 0,5 ist. Man sieht aus Fig. 4, daß
für eine Defokussierung für die Schärfentiefe von ±0,5 die Menge des erfaßten Lichtes auf
40% verringert ist.
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Es sei zu dem obigen erwähnt, daß es bei der Cofokalpunkt-Erfassung notwendig ist, die
Defokussierung auf einen Wert geringer als die Schärfentiefe zu verringern. Die Erfinder
haben ihr Augenmerk auf die Erfassung der Fokussierungs-Fehlersignale innerhalb der
Schärfentiefe gerichtet durch Ausnutzung der Tiefenabhängigkeit der Cofokalpunkt-
Erfassung. Konkret wird die Differenz zwischen den Ausgangssignalen der
Photodetektoren 46, 47, die direkt hinter den Lochblenden 44, 45 angeordnet sind, die,
wie in Fig. 1 gezeigt ist, vor bzw. hinter dem Brennpunkt liegen, herangenommen, um
eine sehr genaue Brennpunkt-Erfassung zu bewirken, auch, wenn der Brennpunkt
innerhalb der Schärfentiefe liegt. Das Heranziehen der Differenz der Erfassungs-
Ausgangssignale ist äquivalent zu der Subtraktion der Tiefenansprechkurve von Fig. 4,
verschoben in Horizontalrichtung, von der ursprünglichen Kurve, so daß ein Brennpunkt-
Fehlersignal mit einer S-förmigen Kurve, wie in Fig. 5 gezeigt, am Ausgangsanschluß 49
erfaßt werden kann. Die in Fig. 5 gezeigte Kurve ist äquivalent zu einem
Differenzenausgang, der erzeugt wird, wenn die beiden Lochblenden 44, 45 in Vorwärts- und
Rückwärtsrichtung bezüglich der Brennpunktposition um einen Wert gleich der
Schärfentiefe verschoben werden und sie ist bestens geeignet zur Erfassung des
Brennpunktes innerhalb des Bereichs der Schärfentiefe.
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Währenddessen ist bei dem in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel die Lochblendenplatte
32 mit der Lochblende 33 direkt vor dem Photodetektor 34 angeordnet und die
Lochblendenplatte 43 mit den Lochblenden 44, 45 ist direkt vor den Photodetektoren 46,
47 angeordnet. Jedoch können im Endeffekt die Lichterfassungsabschnitte der
Photodetektoren 34, 46, 47 wie in Fig. 6 und 7 konstruiert sein, so daß die
Lochblendenplatten 32, 43 eliminiert werden können und eine Signalerfassung der
gewöhnlichen Signale, die nicht die Tiefenabhängigkeit der Cofokalpunkt-Erfassung
verwenden, kann durch den gleichen Photodetektor ausgeführt werden.
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Wie in Fig. 6, die ein Muster eines Lichtempfangsabschnitts des Photodetektors 34 zeigt,
wenn die Lochblendenplatte 32 nicht verwendet wird, dargestellt ist, besteht der
Lichtempfangsabschnitt aus einem Lichtempfangsabschnitt 34B, in Form und Größe der
Lochblende 33 entsprechend und einem äußeren Lichtempfangsabschnitt darum herum.
Der äußere Lichtempfangsabschnitt 34A weist eine solche Größe und Form auf, daß der
Lichtpunkt SP des rückgestrahlten Lichts nicht außerhalb von dem äußeren Rand des
Lichtempfangsabschnitts 34A abweicht. Der zentrale Lichtempfangsabschnitt 34B hat
einen kleineren Durchmesser als der Lichtpunkt SP. Auf diese Weise wird das oben
beschriebene Cofokalpunkt-Erfassungssignal nur von dem zentralen Lichtempfangsbereich
34B abgeleitet, während das gewöhnliche Erfassungssignal als Summe der
Ausgangssignale der Lichterfassungsabschnitte 34A und 34B erzeugt wird.
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Fig. 7 zeigt ein Muster der Lichterfassungsabschnitte der Photodetektoren 46, 47, wenn
die Lochblendenplatte 43 nicht verwendet wird, wobei das strahlteilende Prisma 42 und
die reflektierenden Oberflächen 42a, 42b durch gedachte Linien angedeutet sind. In Fig. 7
hat der Photodetektor 46 einen Lichtempfangsbereich 46C, in Größe und Form der
Lochblende 44 entsprechend und einen Lichtempfangsbereich 46B darum herum, während
der Photodetektor 47 einen Lichtempfangsbereich 47F hat, der in Größe und Form der
Lochblende 45 entspricht, und einen Lichtempfangsbereich 47E darum herum aufweist.
Wenn daher die Erfassungs-Ausgangssignale von diesen Lichtempfangsbereichen 46C,
46D, 47E und 47F durch SC, SD, SE und SF dargestellt sind, können die Brennpunkt-
Fehlererfassungssignale hoher Genauigkeit unter Ausnutzung der Cofokalpunkt-Erfassung
zur Ansteuerung des oben beschriebenen Elektrostriktionselements 20 aus (SC - SF)
abgeleitet werden, was das Differenzsignal der Erfassungssignale von den zentralen
Lichterfassungsbereichen 46C und 47F ist, während das Brennpunkt-Fehlersignal zum
Antrieb und zur Ansteuerung der Ansteuerspule 17 zur Ansteuerung der Objektivlinse 15
aus (SC - SD) - (SF - SE) abgeleitet werden kann. Die
Linsenansteuerungs-Brennpunktfehlersignale können so gebildet sein, daß sie eine S-förmige Kurve erzeugen, bei der der
Grad der Verschiebung entlang der optischen Achse in der Größenordnung von 5 und die
Amplitude in der Größenordnung von -3 bis -4 in Einheiten von λ/NA² ist.
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Bei der oben beschriebenen Fokussierungsservosteuerung ist es verglichen mit dem
Grobservo der elektromagnetischen Ansteuerung der Objektivlinse 15 möglich, auf
winzige hochfrequente Störungen in der Größenordnung von ±1 um aufgrund
Abweichungen in der Ebene der Platte aufgrund der hohen Ansprechgeschwindigkeit des
durch das Elektrostriktionselement 20 realisierten Feinservos zu reagieren, so daß diese
hochfrequenten Störungen wirksam unterbunden werden können.
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Eine optische Aufzeichnungs-/Wiedergabevorrichtung, auf die eine optische
Aufnahme(Abtast)-Vorrichtung eines erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels angewandt
wird, wird im folgenden erläutert.
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Fig. 8 zeigt eine optische Plattenaufzeichnungs-/-wiedergabevorrichtung 101 zur
Wiedergabe von auf einer optischen Platte 102 als Aufzeichnungsmedium aufgezeichneter
Information in ihrer Gesamtheit.
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Bei der vorliegenden optischen Platte 102 ist eine Informations-Aufzeichnungsoberfläche
106 auf einem transparenten Substrat 104 ausgebildet und wird durch eine Schutzschicht
108 geschützt.
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In diesem Zustand wird ein von dem transparenten Substrat 104 einfallender Lichtstrahl
LA1 auf die Informations-Aufzeichnungsoberfläche 106 konvergiert und die auf der
Aufzeichnungsoberfläche 106 aufgezeichnete Information kann basierend auf einem von
der Aufzeichnungsoberfläche 106 reflektierten Lichtstrahl LA2 wiedergegeben werden.
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So wird der Lichtstrahl LA1 von einer Laserlichtquelle 110 ausgestrahlt und durch eine
Kollimatorlinse 112 in einen kollimierten Lichtstrahl kollimiert, welcher über die
Objektivlinse 114 auf die optische Platte 102 gerichtet wird.
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Der von der optischen Platte 102 reflektierte Lichtstrahl LA2 wird über die Objektivlinse
114 auf einen Strahlteiler 116 geleitet, wo der Lichtstrahl LA2 von dem Lichtstrahl LA1
getrennt wird, um über die Führungslinse 117 auf ein Lichtempfangselement 118 geleitet
zu werden.
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Bei der optischen Plattenaufzeichnungs-/-wiedergabevorrichtung 101 werden Taktsignale
aus den Ausgangssignalen S1 des lichtempfangenden Elements 118 extrahiert und die
Signalverarbeitung wird auf Basis dieser Takisignale zur Wiedergabe der auf der
Informations-Aufzeichnungsoberfläche 106 aufgezeichneten Information ausgeführt.
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Daneben wird die Objektivlinse 114 vertikal und horizontal basierend auf dem
Ausgangssignal S1 von dem Lichtempfangselement 118 zur effektiven Vermeidung von
Spurfolge- und Fokussierungsfehlern bewegt. Das heißt, die Fokussierungs- und
Spurfolge-Fehlersignale werden auf Basis des erfaßten Ausgangssignals des
Lichtempfangselements 118 erzeugt. Die Objektivlinse wird auf Basis dieser
Fokussierungs-Fehlersignale und Spurfolge-Fehlersignale in einer Richtung parallel zur
optischen Achse der Objektivlinse, d. h. in Fokussierungsrichtung und in einer dazu
rechtwinkligen Richtung, d. h. in Spurfolgerichtung durch eine
Objektivlinsenansteuereinrichtung, die nicht dargestellt ist, angesteuert.
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Daneben ist eine Wellenfront-Korrekturplatte 120 bestehend aus einem piezoelektrischen
Element zwischen Kollimatorlinse 112 und Strahlteiler 117 angeordnet und wird zur
Korrektur der Coma-Verzerrung angesteuert.
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Das heißt, der Umfang der Coma-Verzerrung kann durch einen
Coma-Verzerrungskoeffizienten W&sub3;&sub1; abgeschätzt werden, wobei der Coma-Verzerrungskoeffizient W&sub3;&sub1; bei
Verkippung der optischen Platte 102 durch die Formel
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angegeben wird, wobei der N der Brechungsindex des transparenten Substrats 104, t die
Dicke des transparenten Substrats 104, θ die Verkippung der optischen Platte 102 und NA
die numerische Apertur der Objektivlinse 114 ist.
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Das heißt, wenn die Verkippung einen extrem kleinen Winkel hat, ändert sich die Größe
der Coma-Verzerrung linear mit der Verkippung.
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Daneben kann die Coma-Verzerrung selbst durch die Formel
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W&sub3;&sub1;r³cosφ ...(2)
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unter Verwendung pupillenförmiger Polarkoordinaten (r, θ) ausgedrückt werden. Die
Coma-Verzerrung kann, wie in Fig. 9 gezeigt, als eine Wellenfront auf einer Einfallsebene
der Objektivlinse 114 schematisiert werden, wobei der Radius der Pupille auf 1
normalisiert ist, und wobei der Coma-Verzeirungskoeffizient W&sub3;&sub1; als 1 angegeben ist.
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Zur Vermeidung der Coma-Verzerrung auf der Informations-Aufzeichnungsoberfläche 106
genügt es daher, die durch die Gleichung
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f(r,φ) = -W&sub3;&sub1;r³cosφ ...(3)
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gezeigte Verzerrung mittels der Wellenfront-Korrekturplatte 102 zu erzeugen.
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Unter diesem Gesichtspunkt wird eine Verzerrung ähnlich derjenigen von Formel (3)
durch die Wellenfront-Korrekturplatte 120 erzeugt und wird verwendet zur Auslöschung
der durch die Verkippung der optischen Platte 102 hervorgerufenen Verzerrung zur
Korrektur der Coma-Verzerrung auf der Informations-Aufzeichnungsoberfläche innerhalb
eines praktisch ausreichenden Bereiches.
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Wie in Fig. 10 gezeigt ist, weist die Wellenfront-Korrekturplatte 120 transparente
Elektroden 120B, 120B1 bis 120B3 auf der oberen und unteren Seite eines transparenten
Kristalls 120A mit einer Perovskit-Struktur bestehend aus Oxiden von Blei, Lanthan,
Zirkon oder Titan auf. Der Bereich, durch welchen der Lichtstrahl LA1 transmittiert wird,
ist in drei Bereiche aufgeteilt, die von den transparenten Elektroden 120B1 bis 120B3
bedeckt sind.
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Die Wellenform-Korrekturplatte 120 wird gehalten, so daß die Strukturrichtung der drei
Bereiche parallel zur Radialrichtung der optischen Platte ist. Eine elektrische Spannung
entsprechend der Verkippung der optischen Platte 102 wird über diese Bereiche angelegt.
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Das heißt, bei diesem Typ von piezoelektrischer Vorrichtung ändert sich die Plattendicke
in Abhängigkeit von der angelegten Spannung, wie in Fig. 11 gezeigt ist.
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Wenn daher die Platte 120 in den Lichtweg des Lichtstrahles LA1 eingefügt wird, ändert
sich die Plattendicke als Funktion der angelegten Spannung, so daß sich die Länge des
Lichtweges des Lichtstrahles LA1 für jede der transparenten Elektroden 120B1 bis 120B3
ändert.
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Wenn in diesem Falle die Zentralelektrode 120B2 auf der Referenzspannung V2 gehalten
wird, und Spannungen V1, V3 niedriger bzw. höher als die Referenzspannung an die linke
bzw. rechte Elektrode 120B1 und 120B3 angelegt werden, wird es möglich, durch die
Wellenfront-Korrekturplatte eine in Fig. 12 gezeigte Wellenfront zu bilden.
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Daher wird es durch Einstellung der Änderungen der Wellenfront zur Korrektur von
Änderungen der aufgrund von Verkippung der optischen Platte 102 erzeugten Wellenfront
möglich, die Coma-Verzerrung auf der Informations-Aufzeichnungsoberfläche zu
korrigieren.
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Basierend auf diesem Korrekturprinzip ist bei der vorliegenden optischen
Plattenaufzeichnungs-/-wiedergabevorrichtung 101 ein Strahlteiler 122 zwischen dem Strahlteiler
106 und der Laserstrahlquelle 110 zur Erzeugung eines abgetrennten Strahles LA2 von
dem reflektierten Lichtstrahl LA1 angeordnet.
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Der abgetrennte reflektierte Lichtstrahl LA2 wird über eine Lichtbarrierenplatte 124 zu
einer Lichtempfangseinrichtung 126 geleitet.
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Wie in Fig. 13 gezeigt ist, ist die Lichtbarrierenplatte 124 ein plattenförmiges Teil mit
linker und rechter Lochblende, welche an einer konjugierten Position bezüglich der
Informations-Aufzeichnungsoberfläche 106 gehalten wird.
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Daneben wird die Lichtbarrierenplatte 124 so gehalten, daß die
Lochblenden-Strukturrichtung der Strukturrichtung der transparenten Elektroden 120B1 bis 120B3 der
Wellenfront-Korrekturplatte 120 entspricht.
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Wenn auf diese Weise in der optischen Plattenaufzeichnungs-/-wiedergabevorrichtung die
Coma-Verzerrung auf der Informations-Aufzeichnungsoberfläche 106 in Lochblenden-
Strukturierungsrichtung erzeugt wird, wird eine ähnliche Coma-Verzerrung auf der
Lichtbarrierenplatte 124 erzeugt, so daß das die Intensität des durch die Lochblenden
transmittierten Lichtes sich mit der Stärke der Coma-Verzerrung ändert.
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Wie in Fig. 14 dargestellt ist, ist die Lichtempfangsoberfläche der
Lichtempfangseinrichtung 126 in linke und rechte Bereiche so aufgeteilt, daß das durch die Lochblenden
transmittierte Licht der Lichtbarrierenplatte 124 auf diese Bereiche fällt. Eine
Subtraktionsschaltung 128 führt eine Subtraktionsoperation bezüglich der Ausgabesignale
S1A, S1B der Lichtempfangsbereiche ARA, ARB zur Ausgabe der Ergebnisse der
Subtraktion an eine Korrekturspannungserzeugungsschaltung 134 aus.
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Die Korrekturspannungserzeugungsschaltung 134 hält die zentrale Elektrode 120B2 auf
einer festgelegten Referenspannung V2 und erzeugt basierend auf den Ergebnissen der
durch die Subtraktionsschaltung 128 ausgeführten Subtraktion erste und zweite
Ansteuerspannungen V1, V2, die sich in ihrem Signalpegel um die Referenzspannung als Mitte
ändern, zum Anlegen der Ansteuerspannung V1, V3 an die linken und rechten Elektroden
120B1 bzw. 120B3.
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Durch Korrektur der Wellenfront auf diese Weise kann die Coma-Verzerrung ungefähr
korrigiert werden, wie in Fig. 15 gezeigt ist.
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Jedoch kann durch diese Korrektur die in Fig. 15 gezeigte Wellenfront-Verzerrung auf die
Hälfte bezüglich des Scheitelwertes und auf 1/7 bezüglich des quadratischen Mittelwertes
der Bereiche verglichen mit der in Fig. 9 gezeigten Korrektur verringert werden, um
praktisch ausreichende Korrekturergebnisse zu erzielen. Daher kann bei der vorliegenden
optischen Plattenaufzeichnungs-/-wiedergabevorrichtung die Coma-Verzerrung einfach
korrigiert werden durch einfaches Umschalten der angelegten Spannung basierend auf den
Ergebnissen der Erfassung der Coma-Verzerrung. Daneben kann, auch wenn sich die
Verkippung der optischen Platte abrupt ändert, die Coma-Verzerrung verläßlich korrigiert
werden, um den Änderungen der Platten-Verkippung zu folgen.
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Daher kann die aufgezeichnete Information durch eine vereinfachte Anordnung verläßlich
wiedergegeben werden, auch wenn die Aufzeichnungsdichte der optischen Platte verbessert
ist.
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Bei der obigen Anordnung wird der Lichtstrahl LA1 von der Laserlichtquelle durch eine
Kollimatorlinse 112 in einen kollimierten Lichtstrahl kollimiert, welchem durch die
Wellenfront-Korrekturplatte 120 eine festgelegte Wellenfront-Verzerrung zugefügt wurde,
bevor der Lichtstrahl durch die Objektivlinse auf der
Informations-Aufzeichnungsoberfläche 106 gesammelt wird.
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Im Unterschied zum Lichtstrahl LA1 wird der von der optischen Platte 102 reflektierte
Lichtstrahl LA2 über die Objektivlinse 114 zum Strahlteiler 116 geleitet, um zu dem
Lichtempfangselement 118 nach Reflektion durch den Strahlteiler 116 übertragen zu
werden.
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Die auf der Informations-Aufzeichnungsoberfläche aufgezeichnete Information kann auf
Basis des Ausgangssignals S1 vom Lichtempfangselement 118 wiedergegeben werden.
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Der reflektierte Lichtstrahl LA2 wird durch die Wellenfront-Korrekturplatte 120
transmittiert und durch den Strahlteiler 122 vom Lichtstrahl LA1 getrennt. Der abgetrennte
Lichtstrahl wird durch die Lichtbarrierenplatte 124 und dann über deren Lochblenden zu
dem Lichtempfangselement 126 geleitet, so daß sich die transmittierte Lichtintensität in
Abhängigkeit von der Coma-Verzerrung ändert.
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Die Ausgangssignale S1A und S1B vom Lichtempfangselement 126 werden durch die
Subtraktionsschaltung 128 verarbeitet, wobei die Coma-Verzerrung an der optischen Platte
102 erfaßt und die Ansteuerspannungen V1 bis V3 in der
Korrekturspannungserzeugungsschaltung 134 basierend auf den Erfassungsresultaten erzeugt werden.
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Bei der optischen Plattenaufzeichnungs-/-wiedergabevorrichtung 101 wird die Dicke der
Wellenfront-Korrekturplatte 120 durch die Ansteuerspannungen LA1 bis V3 geändert,
während die durch die Verkippung der optischen Platte erzeugte Coma-Verzerrung durch
die Wellenfront-Verzerrung der Wellenfront-Korrekturplatte 120 ausgelöscht wird, so daß
die Erzeugung einer Coma-Verzerrung auf der Informations-Aufzeichnungsoberfläche 106
effektiv verhindert werden kann.
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Mit der oben, wenn auch vereinfacht, beschriebenen Anordnung kann die Coma-
Verzerrung einfach durch Steuerung der Dicke der Wellenfront-Korrekturplatte korrigiert
werden, die in dem parallelen Lichtstrahl zwischen der Kollimatorlinse und der
Objektivlinse vorgesehen ist, und durch Auslöschung der durch die Platten-Verkippung
erzeugten Wellenfront-Verzerrung durch die Wellenfront-Verzerrung der Korrekturplatte,
kann die aufgezeichnete Information verläßlich wiedergegeben werden kann, auch wenn
die Aufzeichnungsdichte auf der optischen Platte verbessert ist.
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Obwohl die Korrektur der Coma-Verzerrung in Radialrichtung im zweiten
Ausführungsbeispiel beschrieben wurde, kann die vorliegende Erfindung auch auf eine
Korrektur entlang der Aufzeichnungsspur(en) oder sowohl in Radialrichtung wie in
Richtung der Aufzeichnungsspur(en) angewendet werden.
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Die Plattenaufzeichnungs-/-wiedergabevorrichtung kann auch wie in Fig. 16 konstruiert
sein, wobei die piezoelektrische Einrichtung in vier Bereiche aufgeteilt ist, um die
Wellenfront-Verzerrung in Radialrichtung und entlang der Aufzeichnungsspur(en) durch
eine einzige Wellenfront-Korrekturplatte auszulöschen.
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Die Wellenfront-Korrekturplatten können auch verwendet werden zur Korrektur der
Coma-Verzerrung in Radialrichtung und entlang der Aufzeichnungsspur(en).
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Bei den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen ist die Wellenfront-Korrekturplatte in
drei Bereiche zur Korrektur der Wellenfront-Verzerrung aufgeteilt. Jedoch kann die
Korrekturplatte auch in zwei Bereiche aufgeteilt werden, wenn praktisch akzeptable
Korrekturergebnisse erreicht werden. Die Anzahl der Aufteilungen der Korrekturplatte
kann auch erhöht werden.
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Bei dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel ist die Wellenfront-Korrekturplatte
zwischen der Kollimatorlinse und der Objektivlinse angeordnet. Jedoch muß die
Korrekturplatte nur an einer ausgewählten Position im Lichtweg des Lichtstrahles LA1,
wie etwa zwischen der Objektivlinse und der optischen Platte oder zwischen der
Kollimatorlinse und der Laserlichtquelle angeordnet sein.
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Obwohl der reflektierte Lichtstrahl LA2 von dem Lichtstrahl LA1 an der Rückseite der
Kollimatorlinse zur Erfassung der Coma-Verzerrung abgetrennt wird, kann der Lichtstrahl
LA2 an verschiedenen Positionen von dem Lichtstrahl LA1 zur Erfassung der Coma-
Verzerrung abgetrennt werden.
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Obwohl die Wellenfront-Korrekturplatte in dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel
auf Basis des reflektierten Lichtstrahls LA2 angesteuert wird, ist es auch möglich, die
Verkippung der optischen Platte direkt zu efassen, um die Wellenfront-Korrekturplatte
basierend auf den Erfassungsergebnissen anzusteuern.
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Obwohl der reflektierte Lichtstrahl LA2 beim obigen Ausführungsbeispiel auf die
Lichtempfangseinrichtung zur Wiedergabe der Informationssignale basierend auf
Änderungen der Lichtintensität geleitet wird, kann die vorliegende Erfindung auch
angewandt werden auf eine Bildgebung von einer optischen Platte durch eine Bildabtastung
bei Wiedergabe der aufgezeichneten Information.
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Außerdem wird bei einem System zur Bildung eines vergrößerten Bildes der Informations-
Aufzeichnungsoberfläche durch eine Bildaufnahmeeinrichtung die Wiedergabe schwierig,
wenn die optische Platte nur um einen kleinen Betrag verkippt ist. Die vorliegende
Erfindung kann auf solch ein System zur verläßlichen Wiedergabe der aufgezeichneten
Information angewandt werden.
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Obwohl die vorliegende Erfindung auf die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele von
nur wiedergebenden (read-only) Plattenwiedergabevorrichtungen angewandt wurde, kann
die Erfindung auch weithin auf eine optische Plattenvorrichtung angewandt werden, bei
der ein Lichtstrahl mit einer festgelegten Zeitsteuerung auf eine Informations-
Aufzeichnungsoberfläche zur Aufzeichnung und/oder Wiedergabe der gewünschten
Information eingestrahlt wird.
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Es sei erwähnt, daß die vorliegende Erfindung nicht auf die oben beschriebenen
Ausführungsbeispiele beschränkt ist. Beispielsweise kann die Elektrostriktionsvorrichtung
20, die die piezoelektrische Platte 21 verwendet, an jeder Position des Lichtweges
vorgesehen sein, der sich von dem Halbleiterlaser 11 als Lichtquelle zu der
magnetooptischen Platte 16 als optisches Aufzeichnungsmedium erstreckt. Das
beschreibbare optische Aufzeichnungsmedium kann auch eine optische Platte des
Phasenänderungstyps oder eine Karte anstelle der magnetooptischen Platte 16 sein. Die
piezoelektrische Platte 21 der Elektrostriktionsvorrichtung 20 kann anstelle aus dem PLZT
aus einem transparenten Material ausgebildet sein, das einen Elektrostriktions- oder
piezoelektrischen Effekt zeigt. Die transparente Elektrode 23 kann auch rechteckig oder
vieleckig anstatt rund sein. Daneben können die gesamte Elektrode 22 auf der Rückseite
der piezoelektrischen Platte auch in eine zentrale Elektrode und eine äußere Elektrode
aufgeteilt sein.
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Die vorliegende Erfindung liefert eine Neigungskorrekturvorrichtung, bei der durch
Anordnen einer piezoelektrischen Einrichtung in den Lichtweg des Lichtstrahls und
Änderung der Dicken der piezoelektrischen Einrichtung zur Unterdrückung von durch die
Neigung der optischen Platte hervorgerufener Coma-Aberration es ermöglicht wird, eine
Coma-Aberration auf der Informationsaufzeichnungsfläche trotz akuter Änderungen der
Plattenneigung zu unterdrücken, um die Aufzeichnungsdichte zu verbessern und eine
verläßliche Aufzeichnung und/oder Wiedergabe von Informationssignalen sicherzustellen.