DE69833672T2

DE69833672T2 - Optische abtastvorrichtung

Info

Publication number: DE69833672T2
Application number: DE69833672T
Authority: DE
Inventors: Howard James COOMBS
Original assignee: Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1997-11-07
Filing date: 1998-10-29
Publication date: 2006-09-07
Anticipated expiration: 2018-10-30
Also published as: DE69833672D1; EP0951716A2; TW422973B; US6256285B1; JP2001507852A; CN1110803C; KR20000069933A; WO1999024974A2; CN1249841A; EP0951716B1; WO1999024974A3; KR100629846B1

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung für die optische Abtastung einer Informationsebene, wobei die Vorrichtung eine Strahlungsquelle für die Versorgung eines Abtaststrahls, ein Objektivsystem zur Fokussierung des Abtaststrahls auf einen Abtastpunkt auf der Informationsebene, ein Teilungselement mit mindestens einem Kreisausschnitt mit einem einbezogenen Bogen, gleich oder kleiner als 120°, im optischen Strahlungspfad der Informationsebene angeordnet, für die Trennung zumindest eines Teils der besagten Strahlung in einen Unterstrahl und ein strahlungsempfindliches Detektionssystem mit einem rechteckigen Detektor für den Erhalt des Unterstrahls enthält.
Ein Kreisausschnitt ist ein zwischen zwei Radien und einer Line, welche Endpunkte der Radien verbindet, eingeschlossener Bereich. Die Line kann eine beliebige Form haben, beispielsweise die eines von den Radien abgeschnittenen Bogens oder einer geraden Line oder einer Line mit einem Winkel von 90°. Eine Winkelhalbierende eines Kreisausschnitts ist eine gerade Line, welche den einbezogenen Winkel zwischen den zwei Radien des Kreisausschnitts in identische Teile halbiert. Eine Figur wird als rechteckig bezeichnet, wenn ihre Abmessungen in rechtwinkligen Richtungen nicht identisch sind.
Eine Vorrichtung dieses Typs, die im Prinzip zum Lesen und Schreiben von Information in einem optischen Aufzeichnungsträger geeignet ist, ist bekannt aus einer Veröffentlichung in der Zeitschrift Neues aus der Technik, Nummer 4, 20. Dezember 1990, Seite 7, Punkt 493. Die von einem Teilungselement der bekannten Vorrichtung gebildeten Unterstrahlen fallen in ein Detektionssystem ein. Die Detektionssignale des Detektionssystems werden für die Ableitung von radialen Spurfehlersignalen und eines Fokusfehlersignals verwendet. Ein Nachteil der bekannten Vorrichtung ist, dass sie weniger für die Abtastung von mehrschichtigen Aufzeichnungsträgern geeignet ist, wie u. a. aus dem Patent der Vereinigten Staaten Nr. 5.511.057 bekannt. Die Informationsebenen in solch einem mehrschichtigen Aufzeichnungsträger werden von einer Seite des Aufzeichnungsträgers aus abgetastet, d. h. es wird eine Informationsebene durch eine andere Informationsebene abgetastet. Das Streulicht von anderen Informationsebenen beeinträchtigt die vom Detektionssystem abgeleiteten Signale. Außerdem ist die bekannte Vorrichtung auch nicht für eine Abtastung verschiedener Typen von Aufzeichnungsträgern mit transparenten Substratschichten verschiedener Dicken geeignet, wie u. a. aus der europäischen Patentanmeldung, veröffentlicht unter EP-A-763 236, bekannt ist. Abweichende Lichtstrahlen beeinträchtigen in dieser Anwendungen die vom Detektionssystem abgeleiteten Signale.
Ein Ziel der Erfindung ist die Bereitstellung einer Vorrichtung gemäß der Einleitung, die weniger empfindlich gegenüber Streulicht und abweichenden Lichtstrahlen ist.
Die Vorrichtung gemäß der Erfindung ist deshalb dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel zwischen der Richtung der Gitterlinien und der Winkelhalbierenden des Kreisausschnitts weniger als 15° beträgt. Das strahlungsempfindliche Detektionssystem enthält einen rechteckigen Detektor für den Erhalt des durch einen Kreisausschnitt des Detektors gebildeten Unterstrahls. Die Richtung der längsten Abmessung des Detektors ist substanziell rechtwinklig zur Winkelhalbierenden des Kreisausschnitts des Teilungselements. Geometrisch betrachtet hat der Punkt die Form des Kreisausschnitts. Streulicht und abweichende, vom Kreisausschnitt abgelenkte Strahlen bilden einen sich von der Mitte des Kreisausschnitts und innerhalb des vom Kreisausschnitt begrenzten Winkels radial ausstreckenden Lichtfächer. Die Detektorgröße in Richtung der Winkelhalbierenden bestimmt die spatialen Filtermerkmale des Detektors. Wenn gemäß der Erfindung der Winkel zwischen der Richtung der Gitterlinien und der Winkelhalbierenden des Kreisausschnitts weniger als 15° beträgt, und ein Detektor des Detektionssystems seine größte Abmessung rechtwinklig zur Richtung der Winkelhalbierenden hat, wird die Menge an Streulicht oder abweichender Strahlen, die vom Detektor abgefangen werden, vermindert. Ein Detektor wird als rechteckig bezeichnet, wenn seine Länge mindestens doppelt so groß wie seine Breite ist.
In einer vorgezogenen Ausführungsform der Vorrichtung liegt der Winkel zwischen der Winkelhalbierenden und der Richtung der längsten Abmessung innerhalb des Bereichs von 75° bis 105°, um den Effekt von Streulicht und abweichenden Strahlen substanziell zu vermindern.
Wenn sich die Wellenlänge der Strahlung ändert, beispielsweise wegen einer Temperaturänderung der Strahlungsquelle oder Änderungen der elektrischen Steuerung der Strahlungsquelle, ändert sich die Position des Punkts vorzugsweise in Richtung der längsten Abmessung des Detektors. Der Punkt wird dann richtig erkannt, selbst wenn sich die Wellenlänge ändert.
In besonderen Ausführungsformen der Abtastvorrichtung enthalten ein oder mehrere Detektoren zwei Unterdetektoren, symmetrisch an beiden Seiten einer Teilungsline gelegen. Die Teilungsline ist vorzugsweise substanziell parallel zur Richtung der längsten Abmessung des Detektors angeordnet. Eine Änderung der Wellenlänge verursacht einen Drift des Punkts entlang der Teilungsline, was den Abstand zwischen dem Schwerpunkt der Intensitätsverteilung des Punkts und der Teilungsline nicht beeinträchtigt.
Die Kreisausschnitte und das Teilungselement werden vorzugsweise mit Gitterlinien bereitgestellt, und der Winkel zwischen der Richtung der Gitterlinien in jedem Kreisausschnitt und die Winkelhalbierende des Kreisausschnitts betragen weniger als 15°. Die Ausrichtung der Gitterlinien veranlassen die auf den Detektoren gebildeten Punkte zu einem Wellenlängendrift in einer zur Winkelhalbierenden jedes Kreisausschnitts substanziell rechtwinkligen Richtung, d. h. in die Richtung der längsten Abmessung jedes Detektors. Die Richtung der Gitterlinien eines Gitters mit gekrümmten Linien wird als die Richtung der durchschnittlichen Gitterlinien über das Gitter verstanden.
Die Breite eines Detektors in Richtung der Winkelhalbierenden des zugehörigen Kreisausschnitts liegt vorzugsweise in einem Bereich von 4- bis 8-mal λ/NA, wobei λ die Wellenlänge der Strahlung und NA die numerische Apertur des Strahleinfalls auf den Detektor ist. Ein kleinerer Detektor beeinträchtigt die Qualität der von den Detektorausgangssignalen abgeleiteten Signale, während ein größerer Detektor zu viel Streulicht und abweichende Strahlen erfasst.
Die Anzahl an Kreisausschnitten im Teilungselement ist vorzugsweise gleich oder größer als zwei. Vorzugsweise ist die Anzahl an Kreisausschnitten gleich vier, was die Erzeugung eines Fokusfehlersignals unter Verwendung der Foucault-Methode ermöglicht, wie u. a. aus dem Patent der Vereinigten Staaten Nr. 4.665.310 bekannt. Das Teilungselement kann beispielsweise einen 180°-Kreisausschnitt und zwei 90°-Kreisausschnitte, vier 90°-Kreisausschnitte oder drei 120°-Kreisausschnitte enthalten.
Es sollte beachtet werden, dass das US-Patent Nr. 4.945.529, welches in der Einleitung von Anspruch 1 zur Kenntnis gebracht wird, eine Vorrichtung zur optischen Abtastung auf einer Informationsebene enthüllt, in welchem ein Teilungselement und ein strahlungsempfindliches Detektionssystem derart angeordnet sind, um die Vorrichtung kompakt und leicht zu machen. Das Detektionssystem enthält mehrere Detektoren für die Detektion des Spurfehlers und für die Detektion des Fokusfehlers. Im US-Patent 4.945.29 ist in 10 ersichtlich, dass der linke und rechte Kreisausschnitt des Gitters Unterstrah len auf die mittlere Detektoranordnung (66, 67, 68, 69) projiziert. Außerdem projizieren der obere und untere Kreisausschnitt des Gitters 75 Licht auf die respektiven Detektoren 71 und 72. Dieser obere und untere Kreisausschnitt hat Gitterlinien, die substanziell rechtwinklig zu den Winkelhalbierenden der Kreisausschnitte sind; besonders der Winkel zwischen der Richtung der Gitterlinien und den Winkelhalbierenden der Kreisausschnitte ist größer als 15°.
Das Patent enthüllt weder das Streulichtproblem noch den rechteckigen Unterdetektor, dessen längste Abmessung substanziell rechtwinklig zur Winkelhalbierenden eines zugehörigen Kreisausschnitts des Teilungselements verläuft.
Die Ziele, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden detaillierteren Beschreibung von vorgezogenen Ausführungsformen der Erfindung ebenso wie in den begleitenden Zeichnungen veranschaulicht.
1A und B zeigt Abtastvorrichtungen gemäß der Erfindung,
2 zeigt das Teilungselement und die Konzeption des Detektionssystems,
3A–C zeigt die Streulichtverteilung am Detektionssystem bei der Abtastung eines doppelschichtigen Aufzeichnungsträgers (A, B) und einen Aufzeichnungsträger mit einer abweichenden Substratdicke (C),
4 zeigt eine Ausführungsform der elektrischen Schaltung des Detektionssystems,
und
5, 6, 7 und 8 zeigt Grundrisse eines Teilungselements und von Detektoren.
1A zeigt eine Vorrichtung zur Abtastung eines optischen Aufzeichnungsträgers 1. Der Aufzeichnungsträger enthält eine transparente Schicht 2, bei der an einer Seite eine Informationsschicht 3 angeordnet ist. Die Seite der Informationsschicht, die der transparenten Schicht abgewandt ist, wird durch eine Schutzschicht 4 von Umwelteinflüssen geschützt. Die transparente Schicht 2 dient dem Aufzeichnungsträger als Substrat, indem sie der Informationsschicht eine mechanische Halterung bietet. Alternativ kann die einzige Funktion der transparenten Schicht der Schutz der Informationsschicht sein, wobei die mechanische Halterung an der anderen Seite der Informationsschicht mit einer Schicht, beispielsweise einer Schutzschicht 4, versehen ist. Im Aufzeichnungsträger kann Information in der Form von optisch erkennbaren Markierungen gespeichert werden, substanziell in parallelen Spuren angeordnet, in der Figur nicht gezeigt. Die Markierungen können die Form von Pits haben, Bereiche mit einem Reflexionskoeffizienten oder eine zu ihrer Um gebung unterschiedliche Magnetisierungsrichtung oder eine Kombination dieser Formen sein.
Die Abtastvorrichtung enthält eine Strahlungsquelle 5, beispielsweise einen Halbleiterlaser, der ein divergierendes Strahlungsbündel 6 emittiert. Eine Objektivlinse 7 mit einer optischen Achse 8 transformiert das Strahlungsbündel 6 in einen konvergierenden Strahl 9, der auf der Informationsschicht 3 einen Brennpunkt 10 bildet. Obwohl die Objektivlinse in der Figur als einziges Linsenelement bezeichnet ist, kann auch eine Kombination aus einer Kollimatorlinse und einer Objektivlinse, ein per Transmission oder Reflexion arbeitendes Hologramm oder ein Gitter für die Auskopplung von Strahlung aus einer Wellenleiter, welche das Strahlungsbündel trägt, enthalten sein. Die Strahlung des konvergierenden Strahls 9, von der Informationsschicht 3 reflektiert, um einen reflektierten Strahl 11 zu bilden, kommt auf den optischen Pfad des vorwärts konvergierenden Strahls 9 zurück. Nach der Objektivlinse 7 kommt der reflektierte Strahl durch einen Strahltrenner 12, beispielsweise eine semitransparente Platte, und ein Teilungselement 13. Das Teilungselement kann eine diffraktive, in vier Kreisausschnitte unterteilte Platte sein. Ein Nullgrößenstrahl 14, von dem Teilungselement gebildet, fällt auf einen Quadrantendetektor 15 ein. Vier größere Strahlen 16, von dem Teilungselement gebildet, in der Figur als einziger Strahl bezeichnet, fallen in ein Detektionssystem 17 ein. Die Strahlen 16 sind vorzugsweise Erstgrößenstrahlen. Das Detektionssystem 17 erzeugt Fokus- und radiale Spurfehlersignale 18. Die Fehlersignale werden als Eingabe für eine Servosteuerung 19 verwendet, welche die axiale und radiale Position der Objektivlinse 7 und dadurch die axiale und radiale Position des Brennpunkts 10 steuert. Das Fokusfehlersignal kann mit der Foucault- oder Strahlengrößemethode gebildet werden. Der Wert des Fokusfehlersignals steht für die axiale Höhendifferenz zwischen dem Brennpunkt 10 und der Informationsschicht 3. Das radiale Spurfehlersignal kann mit Gegentakt- oder der Differenzialphasen-Detektionsmethode gebildet werden. Der Teil des Detektionssystems, das für die Erzeugung der Fehlersignale verwendet wird, hat die Bezeichnung Fehlerdetektionssystem. Das Servosystem für die Positionierung der Objektivlinse enthält ein Fehlerdetektionssystem, die Servosteuerung und einen oder mehrere Aktuatoren für die Bewegung der Objektivlinse.
Die Summe der Ausgangsignale des Quadrantendetektors 15 kann für die Bildung eines Informationssignals 20, welches die auf Informationsebene gelesenen Information enthält, verwendet werden. Das Informationssignal wird einer Fehlerkorrekturschaltung 20' zugeführt, welche in der Information enthaltene Fehler korrigiert. Der Ausgang der Fehlerkorrekturschaltung ist ein Signal, welches korrigierte Information enthält. Die vier Ausgangsignale des Quadrantendetektors 15 können auch für die Bildung eines radialen Spurfehlersignals gemäß der so genannten Differenzialphasendetektion oder Differenzialzeit-Detektionsmethode verwendet werden, wie u. a. in dem Patent der Vereinigten Staaten Nr. 4 785 441 enthüllt, in dem Phasen oder Zeitverzögerungen zwischen hohen Frequenzkomponenten der Ausgangsignale bestimmt werden. Diese Erzeugung des radialen Spurfehlersignals erfordert, dass der Quadrantendetektor 15 im weiten Bereich des Erstgrößenstrahls 94 angeordnet wird. Hierfür kann der Quadrantendetektor ein kleines Stück aus dem Fokus bewegt werden. Die optimale Position des Quadrantendetektors 15 ist acht Fokaltiefen weg vom Fokalpunkt des Strahls 14 hin zum Teilungselement 13. Der Quadrantendetektor 15 kann auch bei der Ausrichtung der Bauteile des optischen Systems der Abtastvorrichtung verwendet werden.
1B zeigt eine andere Ausführungsform der Abtastvorrichtung gemäß der Erfindung. Die Strahlungsquelle 5 ist auf einer optischen Achse 8 angeordnet. Die Funktion des Strahltrenners 12 wurde vom Teilungselement 13 übernommen, womit der Strahltrenner 12 nicht mehr notwendig ist. Das Informationssignal 20' wird aus der Summe der Ausgangsignale der Unterdetektoren im Detektionssystem 17 gebildet.
2 zeigt das Teilungselement 13, den Quadrantendetektor 15 und das Detektionssystem 17 in einer vorgezogenen gegenseitigen Ausrichtung. Obwohl das Teilungselement 13 und der Quadrantendetektor 15 übereinander gelegen sind, wurden sie aus Gründen der Verdeutlichung seitlich gezeichnet. Das Teilungselement hat vier Quadranten 21 bis 24, beide mit einem Gitter versehen. Ein Quadrant wird als ein beliebiger von vier Teilen betrachtet, in dem auf einer Ebene befindliche rechteckige Koordinatenachsen diese Ebene unterteilen. Die Gitterlinien in einem Quadranten werden entlang der Winkelhalbierenden des Quadranten geleitet. Die Richtung der Spuren einer Informationsebene verläuft in 2 in horizontale Richtung. Das Detektionssystem 17 enthält vier Trenndetektoren 26 bis 29. Der Quadrant 21 diffraktiert Licht von einem in ihn zu den Gitterlinien in rechtwinkliger Richtung einfallenden Strahl 11. Der von dem Quadranten diffraktierte Strahl bildet einen Punkt 30 auf dem Detektor 26. Der Punkt hat die Gestalt des Quadranten 21, wie in der Figur gezeigt. Ebenso bilden respektive die Quadranten 22, 23 und 24 Punkte 31, 32 und 33 auf den Detektoren 28, 27 und 29. Beliebiges Streulicht und abweichende Strahlen innerhalb eines Quadranten werden in der Quadranthalbierenden zentriert. Da die Detektorgröße in dieser Richtung klein ist fallen das meiste Streulicht und die abweichenden Strahlen neben den Detektor, was seinen Einfluss auf die vom Detektor generierten elektrischen Signale vermindert. Jeder Detektor 26 bis 29 ist ein getrennter Detektor mit respektive zwei Unterdetektoren 26,1, 26,2 bis 29,1, 29,2 an beiden Seiten einer Teilungsline 34 bis 37. Eine Änderung der Wellenlänge von Laser 5 verursacht einen Drift der Position jedes Punkts entlang der Teilungsline.
Die Breite eines Detektors in Richtung der Winkelhalbierenden liegt vorzugsweise in einem Bereich von 4- bis 8-mal λ/NA, wobei λ die Wellenlänge der Strahlung und NA die numerische Apertur des Strahleinfalls auf den Detektor ist. Die Länge eines Detektors ist vorzugsweise substanziell gleich fünfmal seine Breite. In einer bestimmten Ausführungsform mit einer Wellenlänge von 780 mn und einer numerischen Apertur von 0,08 hat der Detektor eine Breite von 60 μm und eine Länge von 300 μm. Ein Unterdetektor hat eine Breite von 30 μm.
3 zeigt die Intensitätsverteilung von Streulicht und abweichenden Strahlen in einem Detektionssystem 17. Der gezeichnete quadrantförmige Punkt auf jedem Trenndetektor zeigt den von einem Kreisausschnitt des Teilungselements gebildeten Punkt an, wobei der schattierte Punkt das Streulicht und die abweichenden Strahlen anzeigt. 3A zeigt die Verteilung bei der Abtastung einer der Informationsebenen eines doppelschichtigen Aufzeichnungsträgers. 3B zeigt die Verteilung bei der Abtastung der anderen Informationsebene des Aufzeichnungsträgers. Man beachte, dass der Abstand zwischen den Detektoren 26 und 27 und der Abstand zwischen den Detektoren 28 und 29 ausreichend groß sein muss, um zu vermeiden, dass von einem Unterstrahl abweichendes, auf einen Detektor einfallendes Licht auf einen benachbarten Detektor einfällt. Der zwischen den nähesten Kanten der Detektoren gemessene Abstand ist vorzugsweise größer als zweimal der Durchmesser des Punkts auf einem Detektor, gemessen in Richtung der Winkelhalbierenden des zugehörigen Kreisausschnitts. Der Durchmesser wird bei Fokussierung und ungeachtet von Streulicht und abweichenden Strahlen gemessen. Der von Streulicht und abweichenden Strahlen, die auf einen benachbarten Detektor einfallen, bewirkte Fokusfehlereffekt wird durch die Verarbeitung der Detektorausgangssignale wie in 4 gezeigt vermindert. Die Verteilung der Strahlung in 3C wird bei der Abtastung eines Aufzeichnungsträgers mit einer zum geplanten Wert unterschiedlichen Substratdicke 2 erhalten. Beispielsweise kann die Objektivlinse 7 entwickelt worden sein, um die entstandene kugelförmige Aberration auszugleichen, wenn das Strahlungsbündel durch ein 0,6 mm dickes Substrat kommt. Bei der Abtastung eines Aufzeichnungsträgers mit einem 1,2 dicken Substrat zeigen die marginalen Strahlen der Strahlungsbündel 11 eine beträchtliche kugelförmige Aberration, die zu einer Verteilung wie in 3C gezeigt führt.
4 zeigt eine Ausführungsform der elektrischen Schaltung des Detektionssystems 17 zur Bildung von Informations- und Fehlersignalen. Ein Fokusfehlersignal S_FE wird unter Verwendung der vierfachen Foucault-Methode gebildet. Ein radiales Spurfehlersignal S_DPD wird unter Verwendung der Differenzialphasen-Detektionsmethode gebildet. Dieses Spurfehlersignal ist nützlich, wenn folgende Spuren mit Information bereitgestellt werden. Es wird ein weiteres radiales Spurfehlersignal S_PP unter Verwendung der Gegentaktmethode gebildet. Die Verwendung dieses Spurfehlersignals wird vorgezogen, wenn Spuren gefolgt wird, in denen noch keine Information aufgezeichnet wurde. Das Informationssignal S_HF steht für die in den Spuren aufgezeichnete Information. Die Informations- und Fehlersignale werden anhand der Detektorsignale gemäß folgender Gleichungen gebildet, wobei S_n das Detektorsignal des Unterdetektors n ist. SFE = S26.1 – S26.2 – S27.1 + S27.2 + S28.1 – S28.2 – S29.1 + S29.2 SDPD = S26.1 + S26.2 + S27.1 + S27.2 – S28.1 – S28.2 – S29.1 – S29.2 SPP = S26.1 + S26.2 – S27.1 – S27.2 + S28.1 + S28.2 – S29.1 – S29.2 SHF = S26.1 + S26.2 + S27.1 + S27.2 + S28.1 + 28.2 + S29.1 + S29.2
Wie in 4 gezeigt wird das Fokusfehlersignal S_FE von den Subtrahierern 41, 43, 45, 47, 48 und 51 und dem Addierer 54 gebildet. Das Spurfehlersignal S_DPD wird von den Addierern 40, 42, 44, 46, 49 und 52 und dem Subtrahierer 55 gebildet. Das Spurfehlersignal Spp wird von den Addierern 40, 42, 44, 46 und 56 und den Subtrahierern 50 und 53 gebildet. Das Informationssignal S_HF wird von den Addierern 40, 42, 44, 46, 49, 52 und 57 gebildet.
5 zeigt eine Ausführungsform des Teilungselements und der Detektoren, wobei einer der Unterstrahlen für die Erzeugung des Fokusfehlersignals verwendet wird. Das Teilungselement 58 ist mit einer Gitterstruktur ausgestattet. Drei Quadranten des Elements 59 haben eine erste Gitterstruktur, ein Quadrant 60 hat eine Gitterstruktur mit einer unterschiedlichen Richtung der Gitterlinien. Die vom Teilungselement 58 gebildeten Nullgrößen-Unterstrahlen fallen auf einen Detektor mit vier Quadrantendetektoren 61–64 ein. Ein Erstgrößen-Unterstrahl von Quadrant 58 fällt auf einen Trenndetektor mit den Unterdetektoren 65 und 66 ein. Ein Erstgrößenstrahl, gebildet von den Quadranten 59, fällt auf einen Detektor 67 ein. Es kann eine vorgezogene Diffraktion der hauptsächlich in Unterstrahlen zu den Detektoren geleiteten Strahlung erreicht werden, indem die Gitterstruktur mit einem geeigneten Glanz versehen wird. Die von den Quadranten des Teilungselements an den Detektoren gebildeten Punkte werden mit schraffierten Bereichen gezeigt. Das Teilungselement 58 wurde aus Gründen des Verständnisses anstatt über ihnen rechts von den Detektoren 61–64 gezeichnet. Die Richtung der Spuren, die auf der Informationsschicht abgetastet werden, entspricht in der Figur entweder der horizontalen oder der vertikalen Richtung. Die Ausgangsignale der Unterdetektoren 65 und 66 wird für die Generierung eines Fokusfehlersignals S_FE verwendet. Die Ausgangsignale der Detektoren 61–64 werden für die Generierung eines radialen Fehlersignals S_RE durch die Differenzialphasen-Detektionsmethode verwendet. Das Informationssignal S_HF wird als Summe der Ausgangsignale der Detektoren 61–64 optional nach Addition der Ausgangsignale der Detektoren 65–67 generiert. SHF = S61 + S62 + S63 + S64 SFE = S65 – S66 SRE = ϕ(S61 + S63, S62 + S64),wobei ϕ(a,b) für die Phasendifferenz zwischen den Signalen a und b steht.
6 zeigt eine alternative Anordnung des Teilungselements und der Detektoren, wobei die zum Fokus radiale Einstreuung reduziert wurde. Die Richtung der Spuren, die abgetastet werden, entspricht in der Figur der verikalen Richtung. Die Signale und ihre Verarbeitung entspricht derjenigen in 5 gezeigten Anordnung.
7 zeigt eine weitere Anordnung mit reduzierter, zum Fokus radialer Einstreuung. Die Richtung der Spuren, die abgetastet werden, entsprechen in der Figur der vertikalen Richtung. Das Fokusfehlersignal wird unter Verwendung von Unterstrahlen generiert, gebildet aus zwei Quadranten 69 und 70 dem Teilungselement 68, die respektive auf die Detektoren 85, 86 und 87, 88 einfallen. Die Unterstrahlen werden von Quadranten 69 und 70 des Teilungselements 68 gebildet und fallen auf den Detektor 89 ein. Die Information, der Fokusfehler und die radialen Fehlersignale sind dann SHF = S81 + S82 + S83 + S84 SFE = S85 – S86 – S87 + S88 SRE = ϕ(S81 + S83, S82 + S84).
In einer zu der in 7 gezeigten alternativen Ausführungsform kann die Gruppe der zwei Detektoren 85, 86 und 87, 88 in einer Line mit der Gruppe der vier Detektoren 81–84 angeordnet werden. In diesem Fall haben die Gitter in den Kreisausschnitten 69 und 70 eine unterschiedliche Gitterperiode.
Die Detektoranordnung, bei der sich die Punkte in die rechteckige Richtung der Detektoren bewegen, wenn sich die Wellenlänge der Strahlung aufgrund eines Temperaturwechsels ändert, kann auch in einer Abtastvorrichtung mit einer Strahlungsquelle verwendet werden, die zwei unterschiedlichen Wellenlängen emittieren kann. Die Strahlung längerer Wellenlänge kann für die Abtastung von Aufzeichnungsträgern mit einer relativ niedrigen Informationsdichte verwendet werden, während die Strahlung kürzerer Wellenlänge für die Abtastung von Aufzeichnungsträgern höheren Dichten verwendet werden kann. Die Strahlungsquelle kann in der Position der Strahlungsquelle 5 in 1A zwei eng anliegende Halbleiterlaser enthalten. 8 zeigt eine Detektorkonfiguration, befindlich in der Position der Detektoren 15 und 17 in 1A. Das Teilungselement hat dieselbe Konzeption wie das Teilungselement 13 in 2. Die Strahlung längerer Wellenlänge wird durch das Teilungselement entgegen der Strahlung kürzerer Wellenlänge in einem kleineren Winkel diffraktiert. Der Quadrantendetektor 90 mit vier Detektoren 91–94 erhält den Nullgrößen-Unterstrahl des Teilungselements. Die vier Trenndetektoren mit den Unterdetektoren 95 bis 102 entsprechen den vier Trenndetektoren 26 bis 29 mit den Unterdetektoren 26,1 bis 29,2. Die Länge der Unterdetektoren in 8 ist länger als die der Unterdetektoren in 2. Die unter Verwendung der Strahlung längerer Wellenlänge von den Quadranten des Teilungselements an den Unterdetektoren gebildeten Punkte sind mit 103 bis 106 vermerkt. Die unter Verwendung der Strahlung kürzerer Wellenlänge gebildeten Punkte sind mit 107 bis 110 vermerkt. Der Punkt des Nullgrößen-Unterstrahls auf dem Quadrantendetektor 90 wird bei einer Änderungen der Wellenlänge nicht verschoben. Die größere Länge der Unterdetektoren beeinträchtigt nicht die Leistung der Abtastvorrichtung, da die längeren Unterdetektoren aufgrund der erfinderischen Ausrichtung des Teilungselements und der Detektoren nicht mehr Streulicht und abweichende Strahlen erfassen. Die Ausgangsignale der Detektoren 91–102 können auf dieselbe Art wie die Ausgangsignale der Detektoren in 2 verarbeitet werden.
In einer alternativen Ausführungsform der Detektoren, in 8 gezeigt, kann jeder der Detektoren 95–102 in zwei separate Detektoren geteilt werden, einer für jede Wellenlänge, was insgesamt acht Trenndetektoren ergibt. Es können zwei Strahlungsquellen in der Position der Strahlungsquelle 5 in 1B angeordnet werden. Alternativ kann eine Strahlungsquelle in der Position der Strahlungsquelle 5 und eine in der Position des Detektor 15 in 1A angeordnet werden. Die Detektoren und/oder die Strahlungsquelle kann in einer einzigen Anordnung gebaut werden, mit dem Teilungselement vorzugsweise an der Anordnung befestigt. Es ist eindeutig, dass die in den 5, 6 und 7 gezeigten Detektorkonfigurationen ebenso an doppelte Wellenlängenverwendung angepasst werden können.
Die vorgezogene Größe der strahlungsempfindlichen Flächen der Detektoren werden in der europäischen Patentanmeldung Nr. 763 236 für eine Abtastvorrichtung dargelegt, die Aufzeichnungsträger mit unterschiedlichen Substratdicken abtasten kann.

Claims

Vorrichtung zur optischen Abtastung einer Informationsebene (3), wobei die Vorrichtung eine Strahlungsquelle (5) für die Versorgung eines Abtaststrahls (6), ein Objektivsystem (7) zur Fokussierung des Abtaststrahls auf einen Abtastpunkt (10) der Informationsebene, ein Teilungselement (13) mit zumindest einem mit Giterlinien versehenen Kreisausschnitt (21; 22; 23; 24), Kreisausschnitt mit einem einbezogenen Bogen gleich oder kleiner als 120°, angeordnet in dem optischen Strahlungspfad der Informationsebene für die Trennung zumindest eines Teils der besagten Strahlung in einen Unterstrahl (16), und ein strahlungsempfindliches Detektionssystem (17) mit einem rechteckigen Detektor (26,1; 26,2) für den Erhalt des Unterstrahls enthält, der rechteckige Detektor eine Länge hat, die zumindest zweimal seine Breite beträgt, und die Richtung der längsten Abmessung des Detektors substanziell rechtwinklig zur Winkelhalbierenden des Kreisausschnittes des Teilungselement verläuft, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel zwischen der Richtung der Gitterlinien und der Winkelhalbierende des Kreisausschnitts weniger als 15° beträgt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, worin der Winkel zwischen der Halbierenden und die Richtung der längsten Abmessung innerhalb des Bereichs von 75° to 105° liegt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, worin der Detektor (26) zwei Unterdetektoren (26,1; 26,2) enthält, symmetrisch an beiden Seiten einer Teilungsline (34) gelegen, wobei die Teilungsline substanziell parallel in Richtung der längsten Abmessung des Detektors verläuft.
Vorrichtung nach Anspruch 3, worin der Kreisausschnitt des Teilungselements mit Gitterlinien ausgestattet ist und die Richtung der Gitterlinien und der Teilungsline substanziell rechtwinklig sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1, worin der Detektor in Richtung der Winkelhalbierenden des zugehörigen Kreisausschnitts eine Breite in einem Bereich von 4- bis 8- mal λ/NA hat, wobei λ die Wellenlänge der Strahlung und NA die numerische Apertur des Strahleinfalls auf den Detektor ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, in der das Teilungselement (13) vier Kreisausschnitte (21; 22; 23; 24) enthält, beide mit einem einbezogenen Winkel von 90° versehen, und das strahlungsempfindliche Detektionssystem vier rechteckige Detektoren (26; 27; 28; 29) enthält, jeder für den Erhalt eines Unterstrahls, gebildet von einem zugehörigen Kreisausschnitt, wobei die Richtung der längsten Abmessung jedes Detektors substanziell rechtwinklig zur Winkelhalbierenden des zugehörigen Kreisausschnitts verläuft.
Vorrichtung nach Anspruch 1, welche eine Detektionsschaltung (20') enthält, die mit dem Detektionssystem verbunden ist, um ein Informationssignal bereitzustellen, welches auf der Informationsebene gespeicherte Information darstellt, und eine Fehlerkorrekturschaltung, um im Informationssignal enthaltene Fehler zu korrigieren.