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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Gerät zum Lesen und/oder Beschreiben
optischer Aufzeichnungsträger.
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Ein
derartiges Gerät
ist aus der EP-B1-0 258 450 bekannt. Bei diesem Gerät wird ein
Strahl mittels eines Fokussierungsmittels auf einen optischen Aufzeichnungsträger in einem
Fokuspunkt fokussiert. Mittels eines Verschiebemittels, welches
die Position des Fokuspunkts auf dem Aufzeichnungsträger verschiebt,
wird der Fokuspunkt entlang von Datenspuren des Aufzeichnungsträgers geführt. Die
durch das Verschiebemittel ausgeübte
Verschiebung der Position des Fokuspunkts auf dem Aufzeichnungsträger erfolgt
bei diesem Gerät
indirekt, d.h. über
das Verschieben einer Linse des Fokussierungsmittels, welches eine
Positionsverschiebung des Fokuspunkts auf dem Aufzeichnungsträger zur
Folge hat. Die Bewegungsrichtung ist hierbei senkrecht zur Richtung der
auf dem Aufzeichnungsträger
vorhandenen Spuren, wobei die Bewegung des Fokuspunkts sowohl in positiver
als auch in negativer Richtung, je nach Bedarf, erfolgt, während sich
die Spuren aufgrund der Drehbewegung des Aufzeichnungsträgers in
ihrer Längsrichtung
unter dem Fokuspunkt hinwegbewegen. Durch Ungenauigkeiten, beispielsweise
der Exzentrizität
des als scheibenförmige
Platte, beispielsweise CD, ausgelegten Aufzeichnungsträgers und Toleranzen
bei der Befestigung des Aufzeichnungsträgers im Gerät hervorgerufen, ist es nahezu
zu jeder Zeit notwendig, den Fokuspunkt zu verschieben, um ihn auf
der Spur zu halten. Um eine höhere
Datentransferrate zu erreichen, bietet es sich an, die Auslesegeschwindigkeit
des Geräts
zu erhöhen. Dies
hat zur Folge, daß die
zum Spurfolgen notwendigen Verschiebungen des Fokuspunkts auf dem Aufzeichnungsträger mit
erhöhter
Frequenz erfolgen müssen.
Als nachteilig an dem bekannten Gerät ist anzusehen, daß es aufgrund
der Trägheit
des Fokussierungsmittels nicht in der Lage ist, eine gewünschte hohe
Datentransferrate zu erzielen, da ein Nachführen des Fokuspunkts auf einer
Spur des Aufzeichnungsträgers
bei hoher Auslesegeschwindigkeit nicht mehr korrekt gewährleistet
ist.
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Die
US 4,768,180 zeigt ein Gerät und ein Verfahren
gemäß dem Oberbegriff
des unanhängigen
Anspruchs 3. Dieses Gerät
weist ähnliche
Nachteile wie die oben beschriebenen auf. Dies gilt auch für ein aus
der
JP 07 065 383 bekanntes
Gerät bezüglich Oberbegriff
des Anspruchs 1.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es daher, das bekannte Gerät dahingehend
zu verbessern, daß eine
höhere
Datentransferrate mit vertretbarem Aufwand erzielbar ist.
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Diese
Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil der unabhängigen Ansprüche 1 und
3 angegebenen Merkmale gelöst,
wonach im Strahlengang ein Strahlbeeinflussungsmittel angeordnet
ist, welches in Abhängigkeit
von einem Stellsignal des Reglers die Position des Fokuspunkts auf
dem Aufzeichnungsträger,
entsprechend der gleichen Bewegungsrichtung die auch mittels des
Verschiebungsmittels erzielt wird, beeinflußt. Dies hat den Vorteil, daß ein zweites,
mit dem ersten zusammenarbeitendes, den Fokuspunkt in einer Bewegungsrichtung
beeinflussendes Strahlbeeinflussungsmittel, eine erhöhte Genauigkeit
und eine erhöhte
Geschwindigkeit der gewünschten
bzw. erforderlichen Positionsverschiebung des Fokuspunkts auf dem
Aufzeichnungsträger
sicherstellt. Somit ist erfindungsgemäß eine höhere Datentransferrate erzielbar.
Als Strahlbeeinflussungsmittel ist beispielsweise ein beweglicher Spiegel
vorgesehen.
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Die
Bewegungsrichtung, in der der Fokuspunkt auf dem Aufzeichnungsträger verschoben wird,
liegt vorzugsweise in der Ebene des Aufzeichnungsträgers, vorzugsweise
im wesentlichen senkrecht zu den Spuren des Aufzeichnungsträgers, um eine
Spurführung
zu ermöglichen.
Auch eine im wesentlichen senkrecht zur Ebene des Aufzeichnungsträgers stehende
Bewegungsrichtung ist erfindungsgemäß vorgesehen, um eine exakte
Fokussierung des Strahls auf dem Aufzeichnungsträger zu ermöglichen. Die vorliegende Erfindung
ist dabei nicht auf kreisscheibenförmige optische Aufzeichnungsträger beschränkt, auch
andersartige, beispielsweise bandförmige Aufzeichnungsträger liegen
im Rahmen der Erfindung.
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Erfindungsgemäß ist vorgesehen,
daß eines der
Stellglieder bzw. Strahlbeeinflussungsmittel einen großen Stellweg
mit kleiner Bandbreite aufweist, während das entsprechende andere
einen kleinen Stellweg mit großer
Bandbreite aufweist. Dies hat den Vorteil, daß eine Optimierung des jeweiligen Stellglieds
auf eine der Eigenschaften "großer Stellweg" oder "große Bandbreite" es ermöglicht,
einfach aufgebaute Stellglieder zu verwenden. Eine gleichzeitige
Optimierung beider Eigenschaften ist dagegen im allgemeinen nur
mit unverhältnismäßig großem Aufwand
erzielbar. Als Bandbreite ist hierbei im wesentlichen die Breite
des Frequenzbandes des Stellsignals gemeint, für die das Stellglied ausgelegt ist,
d.h. beispielsweise für
die es nahezu verzögerungsfrei
und resonanzfrei dem Stellsignal zu folgen vermag. Im allgemeinen
ist die Bandbreite durch eine obere Frequenz, die unter anderem
von der Trägheit des
Stellglieds beeinflußt
ist, begrenzt. Vorteilhafterweise ist daher das Stellglied mit relativ
großer
Trägheit
als dasjenige mit der kleinen Bandbreite ausgelegt.
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Eine
vorteilhafte Ausgestaltungsform der vorliegenden Erfindung liegt
darin, daß zwischen dem
Detektor und dem Stellglied mit großer Bandbreite ein Hochpaßfilter
angeordnet ist, oder daß zwischen
dem Detektor und dem Stellglied mit kleiner Bandbreite ein Tiefpaßfilter
angeordnet ist. Vorteilhafterweise werden beide Maßnahmen
gleichzeitig angewendet. Diese Maßnahmen haben den Vorteil, daß eine Aufspaltung
der Regelsignale auf die beiden Stellglieder somit auf einfache
Art und Weise möglich
ist. Dabei ist nach einer ersten Variante vorgesehen, bereits das
vom Detektionsmittel abgegebene Regelsignal mittels eines entsprechenden
Filters an den Regler weiterzugeben. Dieser besteht aus zwei getrennten,
von einander unabhängigen separaten
Reglern für
jedes Stellglied oder vorteilhafterweise aus einem gekoppelten Regler,
bei dem beide Regelzweige einander beeinflussen. Nach einer anderen
Variante ist vorgesehen, ein Ausgangssignal des Reglers mittels
Hoch- bzw. Tiefpaßfiltern
aufzuspalten und dem jeweiligen Stellglied zuzuführen. Vorteilhafterweise überschneiden
sich die Bandbereiche von Hoch- und Tiefpaßfilter zumindest teilweise.
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Das
Strahlbeeinflussungsmittel ist erfindungsgemäß ein beweglicher Mikrospiegel.
Dies hat den Vorteil, daß das
Strahlbeeinflussungsmittel klein ist, d.h. eine geringe Masse aufweist
und somit in der Lage ist, schnelle Bewegungen auszuführen. Eine große Bandbreite
des Strahlbeeinflussungsmittels ist somit gewährleistet. Vorteilhaft ist
ebenfalls, daß zum Bewegen
des Mikrospiegels nur eine geringe Antriebsleistung erforderlich
ist, was einen sparsamen Energieverbrauch, geringe Wärmeentwicklung
und andere, durch geringe Leistungsaufnahme erzielbare Vorteile
gewährleistet.
Der Spiegel ist dabei als Kippspiegel ausgebildet, um eine Spurführung zu
ermöglichen,
beispielsweise als elektrostatisch angetriebener Silizium-Spiegel. Zum Fokusfolgen
ist der Spiegel als parallel verschiebbarer Spiegel ausgebildet. Der
dabei hervorgerufene Wegunterschied des am Spiegel reflektierten
Strahls führt
zu einer Verschiebung des Fokuspunkts in Richtung der optischen Achse,
auf diese Weise ist das Fokussieren auf dem Aufzeichnungsträger möglich. Der
Antrieb für
den Mikrospiegel erfolgt elektrostatisch, mittels eines Piezo-Elements oder mittels ähnlicher
geeigneter Antriebsmittel.
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Erfindungsgemäß ist vorgesehen,
Strahlerzeugungsmittel, Detektionsmittel und Strahlbeeinflussungsmittel
auf einem einzigen Halbleitersubstrat integriert vorzusehen. Dies
hat den Vorteil, daß eine Justierung
der einzelnen auf dem Halbleitersubstrat angeordneten Elemente bereits
bei der Herstellung des Substrats erfolgt, bei der Montage des Geräts ist dann
nur noch eine einzige Justierung des mehrere Elemente umfassenden
Halbleitersubstrats im Gerät notwendig.
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Als
vorteilhaft ist weiterhin die Kompaktheit eines derartigen integrierten
Halbleitersubstrats anzusehen. Das Substrat kann vorteilhafterweise
in Geräte
bereits bestehenden Designs integriert werden, ohne daß eine Neukonstruktion
erforderlich ist, eine qualitative Aufwertung bestehender Geräte ist somit möglich. Das
Halbleitersubstrat ist vorteilhafterweise ein auf Silizium-Basis aufgebautes
Substrat, da derartige Substrate kostengünstig herstellbar sind. Auf dem
Halbleitersubstrat sind vorteilhafterweise auch noch andere Elemente
integriert, wie z.B. weitere optische Elemente, Teile des Reglers,
z.B. Hoch- und/oder Tiefpaßfilter,
Signalvorverstärker
und ähnliches.
Eine monolitische Herstellung dieser auf dem Halbleiterträger angeordneten
Elemente ist somit vorteilhaft möglich.
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Erfindungsgemäß sind das
Strahlerzeugungselement und das Detektionsmittel zueinander "optisch konjugiert" angeordnet. Dies
hat den Vorteil, daß keine
unerwünschte,
durch den Betrieb des Strahlbeeinflussungsmittels hervorgerufene
Wanderung der Abbildung auf dem Detektionsmittel auftritt. Das Detektionsmittel
weist im allgemeinen mehrere Detektorelemente auf, deren Summen,
Differenz, Phasenvergleichssignal oder ähnliches zur Bildung von Regelsignalen
genutzt wird. Eine Verschiebung des auf das Detektionsmittel fallenden
Lichtbündels, die
nicht durch die Lage des Fokuspunkts auf dem Aufzeichnungsträger hervorgerufen
ist, sondern ein Störeffekt
des Betriebs des Strahlbeeinflussungsmittels ist, wirkt sich daher
störend
auf die Regelgüte aus.
Unter dem Begriff "optisch
konjugiert" ist
hier zu verstehen, daß das
Strahlerzeugungselement und der Lichtfleck auf dem Detektionsmittel
zueinander konjugierte Abbildungen bleiben, unabhängig von dem
Zustand des Strahlbeeinflussungsmittels und/oder des Fokussierungsmittels.
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Vorteilhafterweise
ist die Bewegungsrichtung, in die der Fokuspunkt beeinflußbar ist,
eine zum Fokussieren geeignete Bewegungsrichtung. D.h., der Fokuspunkt
wird von oberhalb bzw. unterhalb der Ebene des Aufzeichnungsträgers, in
der die zu lesende oder zu beschreibende Informationsschicht liegt, so
bewegt, daß er
optimal auf dieser Ebene liegt. Die Bewegungsrichtung durchstößt somit
die Ebene des Aufzeichnungsträgers.
Ein schnelles und exaktes Fokussieren wird somit ermöglicht.
Ebenfalls vorteilhaft ist es, daß die Bewegungsrichtung, in
die der Fokuspunkt beeinflußbar
ist, eine zur Spurführung
geeignete Bewegungsrichtung ist, d.h., daß sie in der informationstragenden
Ebene des Aufzeichnungsträgers liegt.
Ein schnelles und exaktes Spurführen
wird somit ermöglicht.
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Die
unabhängigen
Verfahrensansprüche
geben ein erfindungsgemäßes Verfahren
zum Spurführen
und/oder Fokussieren eines Strahls auf einem optischen Aufzeichnungsträger in einem
entsprechenden Gerät
an. Dieses Verfahren hat den Vorteil, daß es durch Aufspalten des Stellsignals
in einen hoch- und einen niederfrequenten Teil ermöglicht wird,
statt eines Stellgliedes, welches für keinen der beiden Frequenzbereiche
optimiert ist und dessen Bandbreite im Kompromiß mit dessen Stellweg begrenzt
sein muß,
jeweils ein auf die entsprechende Bandbreite bzw. den entsprechenden
Stellweg optimiertes Stellglied angesprochen wird. Derartige Stellglieder
sind ihrerseits relativ kostengünstig.
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Vorteilhafterweise
wird bereits das Regelsignal in hoch- und niederfrequenten Anteil
aufgespalten und daraus Stellsignale für entsprechende Stellglieder
ermittelt. Dies hat den Vorteil, daß zwei getrennte Regler verwendbar
sind, welche optimal an die entsprechende Regelstrecke angepaßt sind.
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Weitere
Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung
von Ausführungsbeispielen
anhand der Abbildungen. Dabei geben die Ausführungsbeispiele vorteilhafte
Ausgestaltungen der Erfindung an, die Erfindung ist aber nicht auf
diese Ausführungsbeispiele
beschränkt,
sondern schließt
die dem Fachmann geläufigen
Abwandlungen mit ein. Es zeigen:
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1 Eine
schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Geräts,
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2 einen
Teil einer Optikeinheit eines ersten Ausführungsbeispiels der Erfindung,
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3 einen
Teil einer Optikeinheit eines zweiten Ausführungsbeispiels der Erfindung,
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4 ein
Blockdiagramm eines Servosystems entsprechend einem ersten erfindungsgemäßen Verfahren,
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5 ein
Blockdiagramm eines Servosystems entsprechend einem zweiten erfindungsgemäßen Verfahren.
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1 zeigt
ein erfindungsgemäßes Gerät in schematischer
Darstellung. Ein Aufzeichnungsträger 1 wird
von einem Motor 2 des Geräts in Drehung entsprechend
Pfeil 3 versetzt. Eine Abtasteinheit 4 tastet den
Aufzeichnungsträger 1 mittels
eines Strahls 5, vorzugsweise eines Laserstrahls, ab. Auf
dem Aufzeichnungsträger 1 sind
Informationen in konzentrisch bzw. spiralförmig angeordneten Spuren gespeichert
bzw. speicherbar. Durch die Rotation des Aufzeichnungsträgers 1 in
Richtung des Pfeils 3 kann der Abtaststrahl 5 in
tangentialer Richtung, d.h. in Längsrichtung
einer Spur folgen. Eine Bewegung des Strahls 5 in radialer
Richtung bezüglich
des Aufzeichnungsträgers 1 ist
zum einen mittels eines Spuraktuators 15, wie weiter unten
beschrieben, und mittels eines Grobantriebs 6 möglich. Dieser
ist im Ausführungsbeispiel
als von einem Motor 7 angetriebene Spindel 8 dargestellt,
welche mit der Abtasteinheit 4 zusammenwirkt und diese
in Radialrichtung bzgl. des Aufzeichnungsträgers 1 verschiebt.
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Die
Abtasteinheit 4 weist ein Strahlerzeugungsmittel 9 auf,
welches den Strahl 5 erzeugt. Der Strahl 5 gelangt
durch einen Strahlteiler 10 und ein Strahlbeeinflussungsmittel 11 auf
ein als Sammellinse ausgebildetes Fokussierungsmittel 12.
Das Fokussierungsmittel 12 ist mittels eines durch zwei
Spulen angedeuteten Fokusaktuators 13 in Ausbreitungsrichtung
des Strahls 5 verschiebbar. Auf diese Weise kann der Strahl 5 genau
auf die informationstragende Fläche
des Aufzeichnungsträgers 1 fokussiert
werden. Sein Fokuspunkt 14 wird aufgrund der durch den
Fokusaktuator 13 hervorgerufenen Verschiebung des Fokussierungsmittels 12 in
Strahlrichtung ebenfalls in Strahlrichtung, d.h. senkrecht zur informationstragenden
Fläche
des Aufzeichnungsträgers 1 verschoben.
Auf diese Weise ist es möglich, auch
bei einer unebenen Fläche
des Aufzeichnungsträgers 1 oder
bei nicht exakt ebener Befestigung des Aufzeichnungsträgers 1 im
Gerät den
Fokuspunkt 14 jederzeit auf der Spur fokussiert zu halten.
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Mittels
eines ebenfalls als Spule angedeuteten Spuraktuators 15 wird
das Strahlbeeinflussungsmittel 11 in radialer Richtung
bezüglich
des Aufzeichnungsträgers 1 verschoben,
wodurch eine exakte Führung
des Fokuspunkts 14 auf der Spur in radialer Richtung gewährleistet
wird. Dies ist notwendig, da beispielsweise durch eine Exzentrizität der auf
dem Aufzeichnungsträger 1 befindlichen
Spuren bzw. durch eine nicht exakte Positionierung des Aufzeichnungsträgers 1 im
Gerät selbst
bei konzentrischen Spuren eine mit der Periode der Umdrehung auftretende
Schwankung in radialer Richtung auftritt. Die durch den Fokusaktuator 13 hervorgerufene,
durch einen Pfeil angedeutete Bewegungsrichtung 16 des Fokuspunkts 14 verläuft nahezu
senkrecht zur Oberfläche
des Aufzeichnungsträgers 1,
während
die durch einen weiteren Pfeil angedeutete Bewegungsrichtung 17 des
Fokuspunkts 14, die durch den Spuraktuator 15 hervorgerufen
wird, in der informationstragenden Ebene des Aufzeichnungsträgers 1 liegt.
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Der
Strahl 5 wird vom Aufzeichnungsträger 1 reflektiert,
passiert das Fokussierungsmittel 12 sowie das Strahlbeeinflussungsmittel 11 und
wird zumindest teilweise vom Strahlteiler 10 auf ein Detektionsmittel 18 gelenkt.
Das Detektionsmittel 18 weist mehrere, hier nicht einzeln dargestellte
Detektorelemente auf. Dies sind im allgemeinen Photodetektoren,
die das auf sie auftreffende Licht in elektrische Signale umsetzen.
Die von den Detektorelementen abgegebenen Signale werden gegebenenfalls
verknüpft
und als Regelsignal R1, R2 an einen Regler 19 weitergegeben.
Im Ausführungsbeispiel
liegt zumindest ein Fokusregelsignal R1 und ein Spurregelsignal
R2 am Regler 19 an. Der hier nicht näher beschriebene Regler 19 gibt
ein Stellsignal S1 an den Fokusaktuator 13, ein erstes
Spurstellsignal S2 an den Spuraktuator 15, sowie ein zweites
Spurstellsignal S3 an das Strahlbeeinflussungsmittel 11 ab.
Ein Ausgang des Reglers 19 ist mit einem Motortreiber 20 verbunden, der
den Motor 7 des Grobantriebs 6 ansteuert.
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In 2 ist
ein Teil einer Optikeinheit eines ersten Ausführungsbeispiels der Erfindung
abgebildet. Auf einem Halbleitersubstrat 21 sind eine Laserdiode 22 als
Strahlerzeugungsmittel 9, ein Detektionsmittel 18 und
ein elektrostatisch ansteuerbarer Mikrospiegel 23 angeordnet.
Eine als Fokussierungsmittel 12 dienende Linse, die sich
tatsächlich
in weit größerem Abstand
zum Halbleitersubstrat 21 befindet, ist in nicht maßstäblicher
Darstellung abgebildet. Sie ist mittels nicht dargestellter Verschiebemittel 13, 15 in
Richtung der durch Pfeile angedeuteten Bewegungsrichtungen 16', 17' beweglich,
welche den zuvor beschriebenen Bewegungsrichtungen 16, 17 des Fokuspunkts 14 auf
dem Aufzeichnungsträger 1 entsprechen.
Auf dem Halbleitersubstrat 21 ist weiterhin eine Monitordiode 24 angeordnet,
welche von der Laserdiode 22 erzeugtes Licht empfängt und
in ein elektrisches Signal umsetzt. Dieses Signal dient zur Leistungsregelung
der Laserdiode 22, die auf bekannte Art und Weise erfolgt
und daher hier nicht näher
beschrieben wird. Die Leistungsregelung dient dazu, daß die von
der Laserdiode 22 abgegebene Lichtleistung im wesentlichen
konstant gehalten wird.
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Auf
dem Halbleitersubstrat 21 ist weiterhin ein Glasprisma 25 angeordnet,
welches mit einem Phasengitter 26 und einem als Strahlteiler 10 dienenden
Hologramm 27 versehen ist. Der von der Laserdiode 22 erzeugte
Strahl 5 durchläuft
das Phasengitter 26 wobei neben dem Hauptstrahl als Beugungsstrahl
nullter Ordnung Beugungsstrahlen ±1. Ordnung entstehen, die
in bekannter Weise zur Spurführung
entsprechend der bekannten Dreistrahl-Methode, die hier nicht näher beschrieben
wird, genutzt werden. Das dabei entstehende Lichtbündel durchläuft das
Glasprisma 25 und wird vom Hologramm 27 in Richtung
des Mikrospiegels 23 abgelenkt. Vom Mikrospiegel 23 wird
es in Richtung des Fokussierungsmittels 12 reflektiert.
Das vom Aufzeichnungsträger 1 reflektierte
Lichtbündel
durchläuft
das Fokussierungsmittel 12 in entgegengesetzter Richtung,
wird vom Mikrospiegel 23 in Richtung des Glasprismas 25 reflektiert
und fällt
auf das Hologramm 27, von welchem es auf das Detektionsmittel 18 geleitet
wird. Das Detektionsmittel 18 weist, wie oben beschrieben,
mehrere Detektorelemente auf, aus deren Ausgangssignalen die Regelsignale
R1, R2 gewonnen werden. Dazu notwendige Schaltelemente 28 sind zumindest
teilweise bereits im Halbleitersubstrat 21 angeordnet.
Die Regelsignale R1, R2 werden vom hier nicht dargestellten Regler 19 in
Stellsignale umgewandelt.
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Ein
Stellsignal S1 bewirkt über
einen hier nicht dargestellten Spuraktuator 15 eine Verschiebung
des Fokussierungsmittels 12 in Bewegungsrichtung 17' um somit eine
Spurnachführung
des Fokuspunkts 14 zu erzielen. Ein weiteres Stellsignal
S3 bewirkt ein Verkippen des Mikrospiegels 23, um dessen
Kippachse 29 mittels hier nicht dargestellter elektrostatisch
wirkender Betätigungselemente.
Die Kipprichtung ist dabei durch den Doppelpfeil 30 angedeutet.
Durch ein Verkippen des Mikrospiegels 23 um die Kippachse 29 wird
ebenfalls eine Verschiebung des Fokuspunkts 14 in Bewegungsrichtung 17 auf
dem Aufzeichnungsträger 1 hervorgerufen.
Da der Mikrospiegel 23 eine wesentlich geringere Masse als
die Linse des Fokussierungsmittels 12 aufweist und die
elektrostatischen Betätigungselemente
wesentlich schneller reagieren können als
der konventionellerweise elektromechanisch ausgebildete Spuraktuator 15,
ist mittels des Mikrospiegels 23 eine auch auf ein hochfrequentes
Stellsignal S3 nahezu verzögerungsfrei
reagierende Strahlbeeinflussung möglich, die allerdings durch
die begrenzte Verkippbarkeit des Mikrospiegels 23 nur einen
kleinen Stellweg in Bewegungsrichtung 17 ermöglicht.
Demgegenüber
reagiert das Fokussierungsmittel 12 auf Stellsignale S1
niedrigerer Frequenz als dies für
den Mikrospiegel 23 der Fall ist. Der mittels des Fokussierungsmittels 12 erreichbare
Verschiebungsweg in Bewegungsrichtung 17 des Fokuspunkts 14 ist
wesentlich größer als
dies mittels des Mikrospiegels 23 möglich ist.
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Durch
die gewählte
Anordnung des Mikrospiegels 23 zwischen dem Glasprisma 25 und
dem Fokussierungsmittel 12 ist gewährleistet, daß sich, unabhängig von
der Verkippung des Mikrospiegels 23, die Laserdiode 22 und
das Detektionsmittel 18 immer in zueinander optisch konjugierter
Stellung befinden. D.h., daß sich
das auf das Detektionsmittel 18 fallende Lichtbündel nicht
dadurch in seiner Position verschiebt, daß der Mikrospiegel 23 verkippt,
sondern nur dadurch, daß sich
der Spurführungszustand und/oder
der Fokussierungszustand des Fokuspunkts 14 ändert. Eine
zusätzliche
Kompensation, die bei einer entsprechenden, hier vermiedenen Verschiebung
auftreten würde,
ist nicht erforderlich. Eine gegebenenfalls durch den Betrieb des
Fokussierungsmittels 12 in Bewegungsrichtung 17' hervorgerufene
Verschiebung kann auch bei herkömmlichen gattungsgemäßen Geräten auftreten
und wird entsprechend den dort verwendbaren Korrekturmechanismen
korrigiert, ohne daß beim
erfindungsgemäßen Gerät ein erhöhter Aufwand
erforderlich wäre.
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In 3 ist
ein Teil einer Optikeinheit eines zweiten Ausführungsbeispiels der Erfindung
dargestellt, welche ähnlich
wie zu 2 beschrieben, auf einem Halbleitersubstrat 21 angeordnet
eine Laserdiode 22, ein Detektionsmittel 18 und
einen Mikrospiegel 23 aufweist. Auch hier ist das Fokussierungsmittel 12 in
nicht maßstäblicher
Größe und in
nicht maßstäblichem
Abstand zum Halbleitersubstrat 21 dargestellt, seine Bewegungsrichtungen 16', 17' sind mittels
Doppelpfeilen angedeutet. Auch in diesem Ausführungsbeispiel ist eine Monitordiode 24 am
Halbleitersubstrat 21 angeordnet, die die gleiche Funktion wie
zu 2 beschrieben ausübt.
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Der
von der Laserdiode 22 erzeugte Strahl 5 wird von
einer Außenfläche 31 des
Glasprismas 25 in Richtung des Mikrospiegels 23 reflektiert.
Dieser ist um die Kippachse 29 entsprechend der durch den Doppelpfeil 30 angedeuteten
Bewegungsrichtung kippbar und lenkt das vom Glasprisma 25 kommende Lichtbündel in
Richtung des Fokussierungsmittels 12 ab, sowie das vom
Fokussierungsmittel 12 herkommende Lichtbündel in
Richtung des Glasprismas 25. Das vom Mikrospiegel 23 kommende
Lichtbündel
tritt in das Glasprisma 25 ein und wird durch dieses auf das
Detektionsmittel 18 gelenkt. Regelsignale R1, R2 werden
entsprechend, wie zu 2 beschrieben, erzeugt und von
einem Regler 19 in ein Stellsignal S1 für das Fokussierungsmittel 12 und
in ein Stellsignal S3 für
die Verkippung des Mikrospiegels 23 umgesetzt. Ein Stellsignal
S2 dient zur Verschiebung des Fokussierungsmittels 12 in
Bewegungsrichtung 16' zur
Verschiebung des Fokuspunkts 14 senkrecht zur Ebene des
Aufzeichnungsträgers 1,
d.h. zum Fokussieren. Dies erfolgt aufgrund der Trägheit des
Fokussierungsmittels 12 und des Fokusaktuators 13 nur
bis zu einer oberen Grenzfrequenz. Ein höherfrequentes Stellsignal S3' wird einem Piezo-Element 32 zugeführt. Dieses
Piezo-Element 32 ist ebenfalls auf dem Halbleitersubstrat 21 angeordnet
und ermöglicht
eine Parallelverschiebung des Mikrospiegels 23 senkrecht
zu seiner Spiegelfläche
in durch den Doppelpfeil 33 angedeuteter Bewegungsrichtung.
Auf diese Weise wird eine zusätzliche
Verschiebung des Fokuspunkts 14 in Bewegungsrichtung 16 zur
Fläche des
Aufzeichnungsträgers 1 hervorgerufen,
welche mit höherer
Frequenz als die für
das Fokussierungsmittel 12 geltende obere Grenzfrequenz
erfolgt, aber einen geringeren Verschiebungsweg als durch das Fokussierungsmittel 12 möglich aufweist.
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Bei
dem in 3 angedeuteten Strahlbeeinflussungsmittel zur
Fokussierung, dem Piezo-Element 32, ist zu beachten, daß mit dessen
Betätigung auch
eine leichte Verschiebung des reflektierten Strahls in Bewegungsrichtung 17' erfolgt, die
gegebenenfalls durch ein entsprechendes Verkippen des Mikrospiegels 23 kompensiert
werden kann. Dies liegt daran, daß der Mikrospiegel 23 zur
Ausbreitungsrichtung des Strahls 5 gekippt angeordnet ist. Bei
senkrechtem Einfall des Strahls auf den Mikrospiegel 23 ist
keine durch die Verstellung in durch den Doppelpfeil 33 angedeutete
Richtung hervorgerufene Kompensation erforderlich.
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In 4 ist
ein Blockdiagramm eines Servosystems entsprechend einem ersten erfindungsgemäßen Verfahren
dargestellt. Das Detektionsmittel 18 setzt das einfallende
Lichtsignal L gegebenenfalls mittels Schaltelementen 28 in
ein Regelsignal R1, R2 um, welches dem Regler 19 zugeführt wird.
Der vom Regler 19 erzeugte Stellwert S wird mittels eines
Tiefpaßfilters 34 in
ein Stellsignal S1, S2 für
den Fokusaktuator 13 bzw. den Spuraktuator 15 und
mittels eines Hochpaßfilters 35 in
ein Stellsignal S3, S3' für das Strahlbeeinflussungsmittel 11 aufgespalten.
Sowohl Fokusaktuator 13 bzw. Spuraktuator 15 als
auch das Strahlbeeinflussungsmittel 11 wirken auf den Strahl 5 ein.
Dieser tritt in Wechselwirkung mit dem Aufzeichnungsträger 1.
Dies ist als Block 36 im Blockschaltbild dargestellt. Das
dabei idealerweise auftretende Lichtsignal L' wird durch Störeinflüsse, hier als Störgröße Z angedeutet überlagert
und wirkt als Lichtsignal L auf das Detektionsmittel 18 ein.
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5 zeigt
ein Blockdiagramm eines Servosystems entsprechend einem zweiten
erfindungsgemäßen Verfahren.
Hier wird das vom Detektionsmittel 18 gegebenenfalls mit
Hilfe von Schaltelement 28 erzeugte Regelsignal R1, R2
mittels eines Tiefpaßfilters 34' in einem niederfrequenten
Anteil R1', R2' und mittels eines
Hochpaßfilters 35' in hochfrequenten Anteil
R1'', R2'' zerlegt. Der hochfrequente Anteil R1'', R2'' wird einem Regler 19'' zugeführt, der ein Stellsignal S3,
S3' hoher Bandbreite
an das Strahlbeeinflussungsmittel 11 abgibt. Der niederfrequente
Anteil R1', R2' wird einem Regler 19' zugeführt, der
ein Stellsignal S1, S2 niedriger Bandbreite an den Fokusaktuator 13 bzw.
den Spuraktuator 15 abgibt. Fokusaktuator 13 bzw.
Spuraktuator 15 und Strahlbeeinflussungsmittel 11 wirken,
wie zu 4 beschrieben, auf den Block 36 ein,
das Lichtsignal L' wird
gegebenenfalls mit einer Störgröße Z überlagert
und wirkt als Lichtsignal L auf das Detektionsmittel 18 ein.
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Erfindungsgemäß wird zur
Steigerung der Datentransferrate von optischen bzw. magnetischen Disksystemen
die Drehzahl des Aufzeichnungsträgers 1,
d.h. der Disk, erhöht.
Eine Verwendung anderer, technisch sehr aufwendiger Verfahren wie
z.B. die Verwendung mehrerer Lese-/Schreibköpfen ist daher nicht erforderlich.
Da optische Aufzeichnungsträger 1 wie
z.B. CD, DVD oder ähnliche
aufgrund begrenzter Herstellungsgenauigkeiten in aller Regel eine
spezifizierte maximale Exzentrizität und eine sogenannnte Rauhigkeit
oder Welligkeit der Informationsspur sowie einen Höhenschlag
aufweisen, wird der abtastende, beugungsbegrenzte Fokuspunkt 14, der
auch als Spot bezeichnet wird, mit Hilfe eines dynamischen Stellgliedes 11, 13, 15,
auch Aktuator genannt, entsprechend dieser zweidimensionalen Bewegung
der Datenspur, lateral und longitudinal zur Optik des Abtasters,
nachgeführt.
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Typischerweise
wird dies mit Hilfe eines elektromechanischen Zwei-Achsen-Aktuators 13, 15 realisiert,
der eine Objektivlinse 12 entsprechend der Datenspur nachführt. Diese
Art von Aktuatoren sind jedoch aufgrung ihres komplexen Aufbaus
und ihrer Funktion nicht trägheitslos.
Die mechanische bzw. die Strom/Stellweg-Transferfunktion des Aktuators hängt daher
von der Masse, der Antriebskraft und der Dämpfung ab. Die genannten spezifischen
Eigenschaften des Aktuators bestimmen wesentlich die Bandbreite
des Gesamtservosystems und limitieren somit im Zusammenhang mit
vorgegebenen Werten für
die Diskexzentrizität
bzw. den Höhenschlag
die maximale Diskdrehzahl, bei der eine Spur- bzw. Fokusnachregelung noch möglich ist,
und damit die Datentransferrate. Die maximal zulässige Exzentrizität typischer
optischer Aufzeichungsträger 1 ist
im Bereich von bis zu ±70μm spezifiziert.
Exzentrizität
kann außerdem
hervorgerufen durch das Laufwerk des Geräts auftreten und sich zu der
Diskexzentrizität
addieren. Die Drehzahl von CD-Laufwerken
mit 20-facher Datenrate beträgt
beim inneren Diskradius von 25mm etwa 10000 Umdrehungen pro Minute,
etwa 170Hz. Für
eine sichere Abtastung der oben spezifizierten Disk mit einem Laufwerk,
welches eine zusätzliche
Toleranz von etwa ±50 μm aufweist,
muß der
Aktuator für
die Spurnachführung
bei 170Hz rechnerisch bei ungünstiger
Addition der Toleranzbereiche mindestens einen Stellweg von ±120μm zur Verfügung stellen.
Da noch höherfrequente
Anteile aufgrund der erwähnten
Welligkeit der Datenspur hinzukommen können und insbesondere große Reserven
für die
Einkoppelvorgänge
wie z.B. nach Spursprüngen
vorhanden sein müssen,
sind generell wesentlich größere Anforderungen
an den Aktuator zu stellen. Ähnliche
Betrachtungen gelten für
den Fokus-Aktuator.
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Für die Steigerung
der Datentransferrate wird daher erfindungsgemäß ein zweistufiges Aktuatorsystem
genutzt, welches aus einem Stellglied 13, 15 mit
großem
Stellweg/kleiner Bandbreite und einem Stellglied 11 mit
kleinem Stellweg/großer
Bandbreite besteht. Das vom Lese-/Schreibkopf detektierte Fehlersignal
R1, R2 wird entsprechend den Bandbreiten der Teil-Aktuatoren 11, 13, 15 hoch-
bzw. tiefpaßgefiltert
und mit einer geeigneten Elektronik 19, 19', 19'' in Stellsignale S1, S2 umgewandelt
und den Teilaktuatoren 11, 13, 15 zugeführt.
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Der
als Strahlbeeinflussungsmittel 11 vorgesehene Mikrospiegel 23 erlaubt
nur geringe Neigungswinkel. Dies reicht jedoch in aller Regel aus,
da die zum Datenauslesen bzw. Datenaufzeichnen typischerweise benutzten
Objektivlinsen 12 mit numerischer Aperatur zwischen NA
= 0,45 für
CD und NA = 0,6 für
DVD einen begrenzten Feldwinkel aufweisen und daher eine beugungsbegrenzte
Abbildung lediglich im Bereich von weniger als etwa ±50–100μm ermöglichen.
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Die
beiden beschriebenen Ausführungsbeispiele
bieten den Vorteil einer monolitischen Herstellung von Mikrospiegel 23,
Detektionsmittel 18 und Signalvorverstärkern auf dem Siliziumträger 21.
Weiterhin ist eine Integration sowohl von kantenemittierenden als
auch von flächenemittierenden
Laserdioden, die auch als VCSEL bezeichnet werden, ohne großen Aufwand
möglich.
Aufgrund der kompakten Bauweise wird ein kleiner Ablenkspiegel 23 mit
entsprechend geringer Masse verwendet, der damit eine schnelle Strahlablenkung
ermöglicht.
Die kompakte Bauweise ermöglicht
zudem den Einbau des Halbleitersubstrats 21 direkt in einen
langsamen Aktuator eines Geräts
bereits bestehender Konstruktion.
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Für die Servosignalerzeugung
sind herkömmliche
Verfahren wie z.B. die "Differential
Spot Size" oder
die "Foucault"-Methode für die Fokussierung und neben
der bereits oben genannten "Dreistrahl" auch die "Push-Pull" oder die "Differential-Phase"-Methode für die Spurnachführung verwendbar.