NL8601974A

NL8601974A - Inrichting voor het met optische straling aftasten van een stralingsreflekterend informatievlak.

Info

Publication number: NL8601974A
Application number: NL8601974A
Authority: NL
Original assignee: Philips Nv
Priority date: 1986-08-01
Filing date: 1986-08-01
Publication date: 1988-03-01
Also published as: US4771411A; AU7635287A; EP0255173A1; AU586607B2; JPS6352334A

Description

κ Λ ΡΗΝ 11.832 1 N.V. Philips' Gloeilampenfabrieken te Eindhoven.

Inrichting voor het met optische straling aftasten van een stralingsreflekterend informatievlak.

De uitvinding heeft betrekking op een inrichting voor het met optische straling aftasten van een stralingsreflekterend informatievlak, welke inrichting bevat een stralingsbron, een objektiefstelsel voor het fokusseren van een door de stralingsbron 5 geleverde stralingsbundel tot een stralingsvlek op het informatievlak, een tussen de stralingsbron en het objektiefstelsel geplaatst diffraktieraster voor zowel het scheiden van de door het informatievlak gereflekteerde stralingsbundel van de door de bron uitgezonden bundel als het introduceren van astigmatisme in de gereflekteerde bundel en een 10 stralingsgevoelig detektiestelsel bestaande uit een vierkwadranten-fotodiode voor het leveren van een fokusfoutsignaal.

Een dergelijke inrichting, bestemd voor het uitlezen van een optische registratiedrager voorzien van een in een informatievlak gelegen stralingsreflekterende en langs sporen gerangschikte 15 informatiestruktuur is, bekend uit het Amerikaanse octrooischrift no.

4.358.200. In deze inrichting moeten afwijkingen tussen het vlak van fokussering van het objektiefstelsel en het informatievlak, zogenaamde fokusfouten, gedetekteerd kunnen worden om daarmee de fokussering van het objektiefstelsel te kunnen bijregelen, zodanig dat de stralingsbron 20 steeds scherp of het informatievlak wordt afgebeeld. Daartoe wordt de door het informatievlak gereflekteerde stralingsbundel astigmatisch gemaakt. Tussen de astigmatische brandlijntjes van deze bundel is een uit vier detektoren bestaand stralingsgevoelig detektiestelsel aangebracht. Bij variatie van de positie van het informatievlak ten 25 opzichte van het objektiefstelsel verandert de vorm van de op het detektiestelsel gevormde stralingsvlek. De vormverandering kan worden gedetekteerd door de uitgangssignalen van de detektoren op de juiste wijze te kombineren. Deze wijze van detekteren van fokusfouten staat bekend als: astigmatische fokusfoutdetektie.

30 Verder moet in de bedoelde aftastinrichting de door het informatievlak gereflekteerde straling gescheiden worden van de door de bron uitgezonden straling, zodat in de weg van de gereflekteerde 8601974 * PHN 11.832 2 straling het stralingsgevoelig detektiestelsel aangebracht kan worden.

De in het Amerikaanse oetrooischrift no. 4.358.200 beschreven inrichting kan niet alleen in inrichtingen voor het uitlezen van een stralingsreflekterende registratiedrager gebruikt worden, maar 5 in het algemeen in optische systemen waarin afwijkingen tussen de gewenste en de werkelijke positie van een stralingsreflekterend informatievlak ten opzichte van een lenzenstelsel gedetekteerd moet worden, zoals mikroskopen.

In de bekende inrichting is tussen het objektiefstelsel 10 en de stralingsbron een stralingsdoorlatend diffraktieraster aangebracht, dat een gedeelte van de door het informatievlak gereflekteerde bundel scheidt van de door de stralingsbron uitgezonden bundel en naar het detektiestelsel richt en dat bovendien dit bundelgedeelte astigmatisch maakt. Dit raster heeft een lineair 15 verlopende rasterperiode, dat wil zeggen dat de afstand tussen de middens van twee opeenvolgende rastergroeven vanaf het ene rastereinde tot het andere toeneemt. Een dergelijk raster is moeilijk te maken en duur.

De onderhavige uitvinding heeft ten doel een optische 20 aftastinrichting te verschaffen waarin gebruik gemaakt wordt van een eenvoudiger en goedkoper bundelscheidend en astigmatiserend raster.

Deze inrichting vertoont als kenmerk, dat het raster een in principe konstante rasterperiode heeft en dat de hoofdstraal van de gereflekteerde bundel een scherpe hoek met een normaal op het raster 25 maakt.

De uitvinding berust op het inzicht dat bij niet loodrechte inval van een stralingsbundel op een raster met een konstante rasterperiode, dit raster astigmatisme in de eerste en hogere diffraktie-ordes deelbundels introduceert, welk astigmatisme afhangt van de hoek 30 van de inval. Dit astigmatisme is voldoende groot om de astigmatische fokusfoutdetektiemethode te kunnen toepassen.

Een voorkeursuitvoeringsvorm van de aftastinrichting vertoont als verder kenmerk, dat de afstand tussen de astigmatische brandlijntjes van de door het diffraktieraster naar het detektiestelsel 35 gerichte bundel in de orde van 5 tot 15 maal de scherptediepte van het objektiefstelsel is. Het voordeel daarvan is dat het verkregen fokusfoutsignaal een goede steilheid heeft.

8 6 Q19 74

sP

> PHN 11.832 3

Bij gebruik van de aftastinrichting in een apparaat voor het uitlezen van een optische registratiedrager kan deze inrichting als verder kenmerk vertonen, dat de grootte van de hoek tussen de normaal op het raster en de hoofdstraal van de gereflekteerde bundel in het gebied 5 van ongeveer 10° to ongeveer 20° ligt. Daarmee kan in de huidige uitleesapparaten het gewenste astigmatisme van 5 tot 15 maal de scherptediepte verkregen worden.

Het diffraktieraster kan een stralingsdoorlatend raster zijn. Bij voorkeur vertoont de aftastinrichting echter als verder 10 kenmerk, dat het raster stralingsreflekterend is. Dan kan de afstand, gemeten in een richting dwars op het informatievlak, tussen de stralingsbron en het informatievlak klein, en daarmee de gehele aftastinrichting plat, gehouden worden, hetgeen vooral van belang is voor uitleesinrichtingen voor optische registratiedragers. Omdat zowel 15 de door de stralingsbron uitgezonden bundel als de door het informatievlak gereflekteerde bundel door hetzelfde raster worden gereflekteerd vertoont deze aftastinrichting een goede stabiliteit.

De uitvinding zal nu worden toegelicht door beschrijving van haar toepassing in een apparaat voor het uitlezen van een optische 20 registratiedrager. Daarbij wordt verwezen naar de tekening, waarin: figuur 1 een uitvoeringsvorm van de aftastinrichting met een stralingsdoorlatend raster toont, figuur 2 het in deze inrichting gebruikte stralingsgevoelige detektiestelsel in bovenaanzicht weergeeft, 25 de figuren 3a en 3b het verloop van de nulde orde en de eerste orden deelbundels die gevormd worden door een raster dwars op de bundel, respektievelijk een raster scheef op de bundel, laten zien, en figuur 4 een uitvoeringsvorm van de aftastinrichting met een stralingsreflekterend raster toont.

30 In deze figuren zijn dezelfde elementen met dezelfde verwijzingscijfers aangegeven.

In figuur 1 is een ronde schijfvormige registratiedrager 1 in radiële doorsnede getekend. De informatiestruktuur is aangegeven door de informatiesporen 3 gelegen in een reflekterend informatievlak 35 2. De registratiedrager wordt belicht door een uitleesbundel b afkomstig van een stralingsbron 6, bijvoorbeeld een halfgeleiderdiodélaser zoals een AlGaAs-laser. Een objektiefstelsel 8, dat eenvoudigheidshalve met 8601974 PHN 11.832 4 een enkele lens is aangegeven, fokusseert de uitleesbundel tot een uitleesvlek V in het informatievlak 2. Tussen het objektiefstelsel en de diodelaser kan een kollimatorlens 7 aangebracht zijn die de divergerende bundel omzet in een evenwijdige bundel met een zodanig doorsnede dat de 5 pupil van het objektiefstelsel adequaat gevuld wordt, zodat een uitleesvlek van minimale afmeting in het vlak 2 gevormd wordt. De uitleesbundel wordt door het informatievlak gereflekteerd en, indien de registratiedrager wordt geroteerd met behulp van de door de motor 4 aangedreven as 5, gemoduleerd overeenkomstig de informatie die is 10 opgeslagen in een uit te lezen spoor.

De gemoduleerde bundel b' moet gescheiden worden van de door de bron 6 uitgezonden bundel b, opdat in de weg van de bundel b' een detektiestelsel geplaatst kan worden waarmee de modulatie van deze bundel omgezet kan worden in een elektrisch signaal. In figuur 1 is het 15 detektiestelsel met 10 aangegeven. Dit stelsel is verbonden met een elektronische schakeling 25 waarin op bekende wijze een hoogfrequent informatiesignaal S^, een laagfrequent fokusfoutsignaal Sf en eventueel een eveneens laagfrequent spoorvolgsignaal Sr worden afgeleid. Om een fokusfoutsignaal te verkrijgen moet de bundel 20 astigmatisch gemaakt worden.

Volgens de uitvinding worden de funkties van bundel scheiden en astigmatisch maken vervuld door een diffraktieraster 9 dat een konstante rasterperiode heeft en scheef in de bundel geplaatst is, dat wil zeggen dat de invalshoek α tussen de hoofdstraal h van de bundel 25 b' en de normaal n op het raster een scherpe hoek is.

De op het raster 9 invallende bundel b' wordt door het raster gesplitst in een, niet afgebogen nulde orde deelbundel en een aantal, afgebogen, deelbundels van hogere ordes. De rasterparameters, met name de rasterperiode, dat wil zeggen de afstand tussen de middens 30 van twee opeenvolgende rastergroeven, en de diepte en vorm van deze groeven zijn zodanig gekozen dat een relatief groot deel van de straling in een van de eerste orde bundels, bijvoorbeeld de +1° orde bundel b'(+1) terecht komt.

Doordat het raster scheef in de bundel b' geplaatst is, 35 wordt een door het raster tredende deelbundel niet in één punt gefokusseerd maar in twee onderling loodrechte brandlijntjes, de zogenaamde astigmatische brandlijntjes, die, langs de as van de 8601974 i PHN 11.832 5 betreffende deelbundel, ten opzichte van elkaar verschoven zijn. Dit is schematisch aangegeven in de figuren 3a en 3b. Figuur 3a geeft de situatie weer waarin de hoofdstraal h van de bundel b' loodrecht op het raster invalt. Dan splitst het raster de bundel b' in een nulde orde 5 deelbundel b'(0) en onder andere twee eerste orde deelbundels b'(+1) en b'(-1), welke bundels gefokusseerd zijn in respektievelijk de punten 20, 21 en 22. Is het raster 9 scheef in de bundel geplaatst, zoals figuur 3b laat zien, dan worden de twee eerste orde bundels niet meer in één punt gefokusseerd, maar worden van elk van deze deelbundels twee 10 brandlijntjes 15 en 16, respektievelijk 17 en 18 gevormd. De posities van de brandlijntjes 15 en 18 stemmen overeen met de posities van de brandpunten 21 en 22 in figuur 1a, terwijl de posities van de brandlijntjes 16 en 17 in tegengestelde richtingen verschoven zijn ten opzichte van de posities van de brandpunten 21 en 22 in figuur 2a.

15 Zoals in figuur 1 getoond, wordt de eerste orde deelbundel b(+1j gebruikt voor de informatie-uitlezing en de fokusfoutdetektie. In de weg van deze deelbundel is het stralingsgevoelig detektiestelsel 10 geplaatst bij voorkeur op een positie, langs de hoofdstraal h' van deze deelbundel gezien, midden 20 tussen de twee brandlijntjes 15 en 16. Het detektiestelsel 10 is in figuur 2 in bovenaanzicht, volgens de lijn II-II' in figuur 1 weergegeven. Dit stelsel bestaat uit vier detektoren gelegen in vier verschillende kwadranten van een denkbeeldig X-Y coördinatenstelsel.

Zoals beschreven in het Amerikaanse octrooischrift no. 4.358.200 is de 25 op het detektiestelsel gevormde stralingsvlek V' bij korrekte fokussering van de bundel b op het informatievlak 2 rond en valt zijn middelpunt samen met het centrum van het detektiestelsel, terwijl bij defokussering de vlek elliptisch wordt waarbij de richting van de lange as wordt bepaald door het teken van de defokussering. Indien de signalen 30 van de detektoren worden voorgesteld door S^, S^r S^j en S^, dan is het fokusfoutsignaal sf:

Sf = (S1T + s13) - (s12 + st4)

Het informatiesignaal wordt gegeven door:

Si = S11 + S12 + s13 + S14 35 Om overspraak van een spoorvolgfout, dat wil zeggen een afwijking tussen het midden van de uitleesvlek V en de hartlijn van een uitgelezen spoor, op het fokusfoutsignaal te voorkomen, wordt het 860 1 974 PHN 11.832 6 4 detektiestelsel 10 bij voorkeur zó geplaatst dat een van de scheidingslijnen tussen de detektoren, bijvoorbeeld die in de Y-richting, evenwijdig is met de afbeelding van het spoor in het vlak van het detektiestelsel.

5 De grootte van het door het raster 9 in de deelbundel b'(+1) geïntroduceerde astigmatisme is afhankelijk van de scheefstand van het raster, dus van de invalshoek α van de bundel b' op dit raster.

Gebleken is dat voor een voldoend grote steilheid rondom het nulpunt van het fokusfoutsignaal de afstand tussen de brandlijntjes 15 en 16 in de 10 orde van 5 tot 15 maal de scherptediepte van het objektiefstelsel dient te zijn. De scherptediepte wordt gegeven door waarin NA^ λ de golflengte van de bundel b en NA de numerieke apertuur van het objektiefstelsel zijn. Bij de huidige uitleesinrichtingen voor optische registratiedragers met een audioprogramma, de zogenaamde Compact Disc of 15 CD, waarin λ in de orde van 800 nm is en NA in de orde van 0,45 wordt de gewenste steilheid van het fokusfoutsignaal verkregen indien de hoek α in de orde van 10° tot 20° is.

Ook bij de eerste doorgang van de uitleesbundel b door het raster zal dit raster de bundel opsplitsen in een nulde orde 20 deelbundel en een aantal hogere orden deelbundels. De in figuur 1 getoonde bundel b' is de door het informatievlak gereflekteerde nulde orde deelbundel van de bundel b. De periode van het raster 9 is zó gekozen dat de bij de eerste doorgang gevormde eerste ordes, en dus ook hogere ordes, deelbundels zó ver afgebogen worden dat deze bundels na 25 reflektie door het informatievlak niet op het detektiestelsel 10 terecht kunnen komen.

Een voordeel van de aftastinrichting volgens de uitvinding is dat het detektiestelsel en de diodelaser relatief dicht bij elkaar geplaatst en eventueel in één behuizing aangebracht 30 kunnen worden.

In figuur 4 is een uitvoeringsvorm van de aftastinrichting met een reflekterend raster 9 weergegeven. In deze inrichting wordt uitleesbundel tweemaal door het raster 9 gereflekteerd zodat de stralingsweg wordt "opgevouwen" en de totale hoogte van de 35 inrichting aanzienlijk kleiner kan zijn dan die van de inrichting volgens figuur 1. Bij gebruik van een reflekterend raster volgens de uitvinding in een CD-uitleesinrichting kan de hoogte daarvan beperkt 8601974 Λ s ΡΗΝ 11.832 7 blijven tot 20 a 25 mm.

Af gezien van de reflektie aan, in plaats van de transmissie door, het raster werkt de inrichting volgens figuur 4 op dezelfde wijze als die van figuur t, zodat figuur 4 niet nader 5 toegelicht behoeft te worden.

Een voordeel van de inrichting volgens figuur 4 ten opzichte van die volgens figuur 1 is de grotere stabiliteit vanwege de tweevoudige reflektie door dezelfde rasterspiegel.

De uitvinding is beschreven aan de hand van een apparaat 10 voor het uitlezen van een registratiedrager waarin vooraf informatie is aangebracht maar kan ook toegepast worden in een apparaat voor het inschrijven van een dergelijke registratiedrager, in welke inrichting tijdens het inschrijven de fokussering gekontroleerd wordt. De beschreven inrichting maakt geen gebruik van speciale eigenschappen van 15 het informatievlak 2. Nodig en voldoende is slechts dat dit vlak stralingsreflekterend is. De uitvinding kan daarom toegepast worden in diverse inrichtingen waarin nauwkeurig gefokusseerd moet worden, bijvoorbeeld in mikroskopen.

8601974

Claims

1. Inrichting voor het met optische straling aftasten van een stralingsreflekterend informatievlak, welke inrichting bevat een stralingsbron, een objektiefstelsel voor het fokusseren van een door de stralingsbron geleverde stralingsbundel tot een stralingsvlek op het 5 informatievlak, een tussen de stralingsbron en het objektiefstelsel geplaatst diffraktieraster voor zowel het scheiden van de door het informatievlak gereflekteerde stralingsbundel van de door de bron uitgezonden bundel als het introduceren van astigmatisme in de gereflekteerde bundel en een stralingsgevoelig detektiestelsel bestaande 10 uit een vierkwadranten-fotodiode voor het leveren van een fokusfoutsignaal, met het kenmerk, dat het raster een in principe konstante rasterperiode heeft en dat de hoofdstraal van de gereflekteerde bundel een scherpe hoek met een normaal op het raster maakt.

2. Inrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de afstand tussen de astigmatische brandlijntjes van de door het diffraktieraster naar het detektiestelsel gerichte stralingsbundel in de orde van 5 tot 10 maal de scherptediepte van het objektiefstelsel is.

3. Inrichting volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat de 20 grootte van de hoek tussen de normaal op het raster en de hoofdstraal van de gereflekteerde bundel in het gebied van ongeveer 10° tot ongeveer 20° ligt.

4. Inrichting volgens conclusie 1, 2 of 3, met het kenmerk, dat het raster stralingsreflekterend is. 8601974