DE3889509T2

DE3889509T2 - Optische Abtastvorrichtung und optische Gitteranordnung dazu.

Info

Publication number: DE3889509T2
Application number: DE3889509T
Authority: DE
Inventors: Yukio Kurata; Hikaru Nishihara; Hiroshi Ogata; Mitsuharu Tomura; Shigeki Tsuji
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1987-08-24
Filing date: 1988-08-24
Publication date: 1994-10-20
Anticipated expiration: 2008-08-25
Also published as: EP0539354A3; DE3855936T2; EP0539354B1; EP0305169A2; US5391865A; HK181595A; EP0305169A3; EP0305169B1; DE3889509D1; EP0539354A2; DE3855936D1

Description

Die Erfindung betrifft eine optische Abtastvorrichtung und eine optische Gitteranordnung für diese. Genauer gesagt, betrifft die Erfindung eine optische Abtastvorrichtung zum Lesen von Information, die auf einem Aufzeichnungsträger wie einer Informationsträgerplatte abgespeichert ist, dadurch, daß kleine Auslese-Lichtflecke auf die Platte gerichtet werden und das von dieser reflektierte Licht durch einen photoempfindlichen Detektor erfaßt wird, sowie eine optische Gitteranordnung, die zur Verwendung einer solche Abtastvorrichtung geeignet ist.
Im Stand der Technik sind Informationsträgerplatten bekannt, bei denen Daten entlang einer spiralförmigen Spur abgespeichert und angeordnet sind, die eine Folge reflektierender Elemente aufweist. Die die Spur bildenden reflektierenden Elemente nehmen im allgemeinen die Form von als "Pits" bezeichneten Vertiefungen ein, die Audio-, Video- und andere Information in digitaler Form beinhalten. Zu optischen Platten überspielte Informationsträger finden auch auf schnelle Weise ihren Weg in Industrien wie die der Musik, der Filme und der Computer.
Um die in der Trägerplatte abgespeicherte Information aus zulesen, wird eine optische Lese- oder Abtastvorrichtung verwendet. Fig. 1 veranschaulicht schematisch die Anordnung einer typischen optischen Abtastvorrichtung aus dem Stand der Technik, bei der ein Dreistrahlverfahren zur Spurführungsregelung und Astigmatismuserfassung zur Fokusregelung verwendet werden. Bevor Fig. 1 detailliert beschrieben wird, werden das Dreistrahlverfahren und die Astigmatismuserfassung kurz unter Bezugnahme auf die Fig. 2 und 3 erläutert.
Gemäß Fig. 2 verwendet das Dreistrahlverfahren zur Spurführungsregelung drei Lichtstrahlen: einen Hauptstrahl, der auf einen Hauptlesefleck 18a zusammenzuziehen ist, und ein Paar Unterstrahlen, die auf ein Paar Unterlesef lecke 18b und 18c auf entgegengesetzten Seiten bezogen auf den Hauptlesefleck 18a zu fokussieren sind. Ein Spurabweichungssignal wird dadurch erhalten, daß die Differenzgröße zwischen dem Paar reflektierter Unterstrahlen gemessen wird.
Gemäß Fig. 3 verwendet Astigmatismuserfassung für die Fokussierregelung eine Zylinderlinse, die für Licht in einer Richtung als Linse wirkt, jedoch nicht für Licht in der entgegengesetzten Richtung. Ein Lichtstrahl, der durch die Zylinderlinse läuft, bildet im Brennpunkt einen kreisförmigen Fleck und verzerrte kreisförmige Flecke oder elliptische Flecke an der fernen und nahen Seite des Brennpunkts. Jede Änderung der Form des Leseflecks des Strahls wird elektrisch erfaßt, um dadurch ein Fokusabweichungssignal zu erzeugen.
Gemäß Fig. 1 beinhaltet die optische Abtast- oder Auslesevorrichtung eine Laserquelle 1. Ein von der Laserquelle 1 emittierter Laserstrahl 16 wird auf ein Beugungsgitter 12 gelenkt, wo er zu einem Beugungshauptstrahl 17a nullter Ordnung sowie einem Paar gebeugter Unterstrahlen 17b und 17c erster Ordnung gebeugt wird. Der Hauptstrahl 17a dient dazu, die auf der Platte aufgezeichnete Pitinformation auszulesen und die Fokusabweichung zu messen, während die zwei Unterstrahlen 17b und 17c dazu dienen, die Spurabweichung oder den Ausfall des Hauptlesestrahls zu erfassen. Die drei gebeugten Strahlen 17a, 17b und 17c werden auf einen ebenen Strahlteiler 13 gelenkt, der mit einer halbversilberten Oberfläche oder einem Spiegel 13a versehen ist, wo sie zu einer Kollimationslinse 5 reflektiert werden. Wenn die drei Strahlen durch die Kollimationslinse 5 laufen, werden sie parallel ausgerichtet. Die kollimierten Strahlen laufen zu einer Objektivlinse 6 weiter, die sie zu drei Flecken 18a, 18b und 18c auf der Oberfläche der informationstragenden Platte 7 mit einer Muster fokussiert, wie es in Fig. 2 dargestellt ist. Der Hauptlesef leck 18a rührt vom Hauptstrahl 18a her, während die Unterflecke 18b und 18c von den Unterstrahlen 17b und 17c herrühren. Die Fleckerzeugungsstrahlen 17a, 17b und 17c werden durch die datentragende Spur auf der Platte moduliert und durch die Objektivlinse 6 und die Kollimationslinse 5 auf den Strahlteiler 13 zurückreflektiert, wobei sie im wesentlichen demselben Pfad folgen. Da der Strahlteiler schräg oder unter einem Winkel in bezug auf den optischen Pfad der zurück laufenden Strahlen ausgerichtet ist, treffen die zurücklaufenden Strahlen schräg auf diesen Strahlteiler 13 und laufen durch ihn hindurch. Die Länge der optischen Pfade, z. B. l und m, innerhalb des Strahlteilers für die Lichtstrahlen, die durch ihn hindurchlaufen, ändert sich abhängig von den Orten, an denen diese Strahlen auf den Teiler treffen. Das Nutzergebnis dieses Vorgangs ist ähnlich dem Durchlauf durch eine Zylinderlinse, und demgemäß entsteht Astigmatismus. Die durch den Strahlteiler 13 durchgestrahlten, zurückkehrenden Strahlen laufen zu einer ebenkonvexen Linse 14 weiter, durch die die einfallenden Strahlen axial oder in Längsrichtung vergrößert und zu Flecken 19a, 19b und 19c auf einem photoempfindlichen Detektor 15 mit sechs Segmenten fokussiert werden. Diese Strahlflecke 19a, 19b und 19c werden mit verschiedenen Mustern auf den Photodetektar 15 projiziert, wie in den Fig. 4A - 4C gezeigt, und zwar abhängig von den Positionen auf der Platte 7 bezogen auf die Objektivlinse 6. Es wird darauf hingewiesen, daß der Fleck 19a vom Hauptstrahl 17a herrührt, während die Flecke 19b und 19c von den Unterstrahlen 17b bzw. 17c herrühren.
Gemäß den Fig. 4A - 4C weist der Photodetektor 15 photoempfindliche Segmente A - D auf, die in einem Quadrat angeordnet sind, um den Hauptstrahlfleck 19a zu empfangen, sowie ein Paar ähnlicher photoempfindlicher Segmente E und F, die zu beiden Seiten der quadratischen Anordnung A - D angeordnet sind, um die Unterstrahlflecke 19b und 19c zu empfangen. Wenn die Oberfläche der informationstragenden Platte 7 genau in der Fokussierebene der Objektivlinse 6 liegt, was es den Lesestrahlen ermöglicht, daß sie auf die Datenspur der Platte fokussiert werden, werden die Strahlflecke 19a - 19c in der Form runder Kreise und mit dem in Fig. 4B dargestellten Muster auf den Photodetektor projiziert. Wenn die Plattenfläche dichter bei der Objektivlinse über ihren Brennpunkt hinaus liegt, d. h., daß die Plattenfläche auf der nahen Seite des Brennpunktes der Objektivlinse liegt, nehmen die projizierten Lichtflecke die Form von Ellipsen oder ovalen Kreisen ein, die so angeordnet sind, wie dies in Fig. 4A dargestellt ist. Wenn andererseits die Plattenoberfläche weiter als der Brennpunkt der Objektivlinse entfernt ist, d. h., wenn die Plattenoberfläche auf der fernen Seite des Brennpunkts der Objektivlinse angeordnet ist, werden die Strahlflecke 19a - 19c in der Form ovaler Kreise und mit dem in Fig. 4C dargestellten Muster auf den Photodetektor 15 projiziert.
Ein Pitsignal RF, das dadurch erhalten wird, daß die Pits in der Datenspur der Platte durch die Ausleselichtflecke gelesen werden, wird durch die folgende Gleichung wiedergegeben:
RF = a + b + c + d,
wobei a, b, c und d elektrische Signale repräsentieren, die den Lichtmengen entsprechen, die von den photoempfindlichen Segmenten A, B, C bzw. D empfangen werden.
Das durch das Dreistrahlverfahren gelieferte Spurabwei- chungssignal TES wird wie folgt wiedergegeben:
TES = e - f,
wobei e und f elektrische Signale proportional zu den Lichtmengen repräsentieren, die auf die photoempfindlichen Segmente E bzw. F projiziert und von diesen empfangen werden.
Das durch die Astigmatismuserfassung erzeugte Fokussierabweichungssignal FES wird wie folgt wiedergegeben:
FES = (a + d) - (b + c).
Immer dann, wenn eine Spurabweichung durch einen Spurabweichungsdetektor 41 erfaßt wird, arbeitet ein Linsensteller oder -treiber 44 auf das Ausgangssignal vom Detektor 41 hin so, daß er die Objektivlinse 6 in einer Richtung und mit einem Ausmaß zum Korrigieren des Fehlers bewegt. Ebenso betätigt ein Linsensteller oder -treiber 43 dann, wenn eine Fokussierabweichung von einem Fokussierabweichungsdetektor 42 festgestellt wird, auf das Ausgangssignal des Detektors 42 hin so, daß er die Objektivlinse 6 in einer Richtung und mit einem Ausmaß zum Korrigieren der Fokussierabweichung bewegt. Auf diese Weise wird die Position der Objektivlinse 6 bezogen auf die Platte 7 immer so eingestellt, daß die Plattenoberfläche in der Brennebene der Objektivlinse gehalten wird und die Lesestrahlflecke genau auf die Datenspur der Platte fokussiert werden, was genaues und zuverlässiges Auslesen der Pits in der Datenspur gewährleistet.
In Fig. 5 ist schematisch eine andere optische Abtastvorrichtung aus dem Stand der Technik veranschaulicht, die ein holographisches Gitter enthält. Die Abtastvorrichtung stützt sich für die Spurführungsregelung auf ein Gegentaktverfahren und für die Fokussierregelung auf ein Keilprismaverfahren.
Bevor die optische Abtastvorrichtung von Fig. 5 beschrieben wird, werden das Gegentakt- und das Keilprismaverfahren kurz erläutert.
Gemäß Fig. 7 verwendet die Gegentaktermittlung einen einzigen Strahlfleck zum Auslesen der Information, die in Form eines Pits auf der Platte gespeichert ist. Wenn der auf der Informationsspur ausgeleuchtete Lesefleck genau mit einem Datenpit übereinstimmt, wie dies durch den mittleren Fleck in Fig. 7 repräsentiert wird, empfangen zwei photoempfindliche Segmente eines Photodetektors 45 gleiche Mengen reflektierten Lichts. Jedoch ruft jede Querabweichung des projizierten Lichtstrahls in bezug auf ein Datenpit eine Differenz in den Intensitäten des auf die photoempfindlichen Segmente fallenden Lichts hervor. Diese vom Photodetektor 45 erfaßte Differenz erzeugt ein die Spurabweichung anzeigendes Signal.
Das Keilprismaverfahren zur Fokussierregelung verwendet ein Keilprisma 46, wie es in Fig. 8A dargestellt ist. Eine Seite des Prismas ist in Form einer V-förmigen Vertiefung ausgestaltet. Ein auf das Keilprisma fallender Lichtstrahl tritt aus diesem in Form zweier Lichtstrahlen aus, wie durch Fig. 8B veranschaulicht. In ihren Brennpunkten werden die durchgestrahlten Strahlen zu winzigen Flecken konvergiert, während sie an Positionen X und Y auf der nahen bzw. fernen Seite des Brennpunkts halbkreisförmige Flecke verschiedener Größe und Ausrichtung bilden. Die sich ändernden halbkreisförmigen Flecke der Lichtstrahlen werden von einem Photodetektor erfaßt, der elektrische Ausgangssignale erzeugt, die die Fokussierabweichungen anzeigen.
Es wird nun auf Fig. 5 Bezug genommen, gemäß der die optische Abtastvorrichtung eine Laserquelle 1 aufweist. Ein Laserstrahl 22 von der Laserquelle 1 wird auf das holographische Gitter 20 gerichtet. Fig. 6 veranschaulicht das holographische Gitter 20 mit einer vergrößerten, perspektivischen Darstellung. Das holographische Gitter 20 weist ein Plattenteil aus Glas oder Kunststoff auf, das mit einer Anzahl feiner gekrümmter Gräben oder Schlitze versehen ist, um einen durch es hindurchlaufenden Lichtstrahl zu beugen. Damit das Beugungsgitter 20 wie ein Keilprisma wirkt, ist das Gitter in zwei Abschnitte 20a und 20b unterteilt.
Gemäß erneuter Bezugnahme auf Fig. 5 beugt das holographische Gitter 20 den Laserstrahl 22 von der Quelle in mehreren Beugungsordnungen. Unter diesen läuft nur der Beugungsstrahl nullter Ordnung zu einer Kollimationslinse 5 weiter. Der Beugungsstrahl erster Ordnung verfehlt die Kollimationslinse 5 wegen seines größeren Beugungswinkels völlig. Der Beugungsstrahl nullter Ordnung durch die Kollimationslinse 5 wird zu parallelen Strahlen umgewandelt. Die kollimierten Strahlen werden auf eine Objektivlinse 6 gerichtet, die sie zu einem Lichtfleck auf der Oberfläche der Informationsträgerplatte 7 fokussiert. Der auftreffende Strahl wird durch die Platte 7 reflektiert und entlang im wesentlichen desselben optischen Pfads zum holographischen Gitter 20 zurückgeführt. Der zurückgeführte Strahl wird durch das Beugungsgitter 20 in mehreren Ordnungen gebeugt. Der Beugungsstrahl nullter Ordnung läuft zur Laserquelle 1 weiter, während der Beugungsstrahl erster Ordnung zu einem Photodetektor 21 mit vier Segmenten gerichtet wird. Wie oben in Zusammenhang mit Fig. 6 ausgeführt, ist das holographische Gitter 20 in Gitterabschnitte 20a und 20b entlang einer Linie unterteilt, die in tangentialer Richtung der Platte 7 ausgerichtet ist (während die Unterteilungslinie in der Zeichnung deutlich auffällt, um die Grenze zwischen den Gitterabschnitten zu zeigen, existiert keine derartige Linie bei einem tatsächlichen holographischen Gitter). Wie es ebenfalls aus Fig. 6 erkennbar ist, sind die Abschnitte 20a und 20b mit Gittergräben verschiedener Gestalt oder verschiedener Muster ausgebildet, damit die aus diesen Abschnitten austretenden Beugungsstrahlen erster Ordnung auf verschiedene Punkte konvergiert werden. Genauer gesagt, treten zwei Beugungsstrahlen 24a und 24b erster Ordnung aufgrund der zusammengesetzten Struktur des holographischen Gitters 20 aus diesem aus. Die Strahlen 24a und 24b treffen auf den Photodetektor 21 mit vier Segmenten, um Lichtstrahlflecke 25a und 25b zu bilden. Die Formen der Lichtflecke 25a und 25b auf dem Photodetektor 21 sind vergrößert in den Fig. 9A - 9C dargestellt, wobei die Buchstaben A, B, C und D die den Photodetektor 21 bildenden photosensitiven Segmente bezeichnen. Bei einer fehlerhaften Auslesesituation, bei der die Platte 7 dichter bei der Objektivlinse 6 über deren Brennpunkt hinaus liegt, d. h. bei der sie innerhalb der Brennweite der Objektivlinse 6 liegt, werden halbkreisförmige Flecke 25a und 25b auf den äußersten photoempfindlichen Segmenten A und D ausgebildet, wie in Fig. 9A dargestellt. Wenn die Platte 7 in der Brennebene der Objektivlinse 6 liegt, d. h., wenn sich die Platte im Brennpunkt der Objektivlinse befindet, werden winzige Lichtflecke auf den Photodetektor 21 projiziert, wie in Fig. 9B dargestellt. Wenn die Platte 7 weiter entfernt von der Objektivlinse, über deren Brennpunkt hinaus, liegt, d. h., wenn sie außerhalb der Brennweite der Objektivlinse liegt, werden halbkreisförmige Flecke 25a und 25b auf die innersten photoempfindlichen Segmente B und C gestrahlt, wie in Fig. 9C dargestellt.
Ein Pitsignal RF, das durch optisches Lesen der Platte 7 erhalten wird, wird wie folgt wiedergegeben:
RF = a + b + c + d,
wobei a, b, c und d elektrische Signale repräsentieren, die den von den photoempfindlichen Segmenten A, B, C bzw. D empfangenen Lichtmengen entsprechen.
Ein durch das Gegentaktverfahren erzeugtes Spurabweichungssignal TES wird wie folgt wiedergegeben:
TES = (a + b) - (c + d).
Das Keilprismaverfahren erstellt ein Fokussierabweichungssignal FES, das durch die folgende Gleichung wiedergegeben wird: FES = (a + d) - (b + c).
Es wird darauf hingewiesen, daß das gesamte holographische Gitter 20 optisch wie ein Keilprisma arbeitet.
Unter erneuter Bezugnahme auf Fig. 5 ist festzustellen, daß dann, wenn eine Fokussierabweichung durch einen Fokussierabweichungsdetektor 42 erfaßt wird, ein Linsensteller 43 so arbeitet, daß er die Objektivlinse 6 in einer Richtung und mit einem Ausmaß zum Korrigieren des Fehlers betreibt. Ebenso arbeitet ein anderer Steller 44 dann, wenn ein Spurabweichungsdetektor 41 eine Spurabweichung erfaßt, so, daß er die Objektivlinse 6 in einer Richtung und mit einem Ausmaß zum Aufheben der Fokussierabweichung bewegt, um dadurch ein genaues und zuverlässiges Lesen der Pits auf der Platte zu erzielen.
Die bekannten optischen Abtastvorrichtungen des vorstehend beschriebenen Typs leiden, während sie im wesentlichen hinsichtlich des optischen Auslesebetriebs zufriedenstellend sind, unter einigen Nachteilen.
Die optische Abtastvorrichtung von Fig. 1, die die Dreistrahlerfassung für die Spurführungsregelung verwendet, zeigt eine ausgezeichnete Fähigkeit zum Erfassen einer Spurabweichung. Jedoch erfordert sie sowohl das Beugungsgitter 12 als auch den ebenen Strahlteiler 13 für die Beugung des Laserstrahls, verglichen mit dem einen und einzigen holographischen Gitter für die optische Abtastvorrichtung von Fig. 5 auf Grundlage des Gegentakt-Erfassungsverfahrens. Ein zusätzliches Komponententeil bedeutet einen zusätzlichen Schritt einer funktionsmäßigen Einstellung wie auch zusätzliche Kosten.
Andererseits ist bei der Abtastvorrichtung von Fig. 5, die sich auf die Gegentakt-Erfassungstechnik stützt, ein einziges holographisches Gitter 20 für die beabsichtigte Beugung des Laserstrahls ausreichend. Ein Komponententeil weniger und ein Schritt weniger für die funktionsmäßige Einstellung bei dieser Abtastvorrichtung im Vergleich zur Vorrichtung auf Grundlage der Dreistrahlerfassung führt mit Sicherheit zu einer beträchtlichen Kostenverringerung. Jedoch ist eine Abtastvorrichtung vom Gegentakttyp dahingehend nachteilig, daß sich das Spurabweichungssignal mit sich ändernden Pittiefen schwankt, was es unmöglich macht, ein stabiles und konstantes Spurabweichungssignal zu erzielen.
Eine optische Abtastvorrichtung, die einen getrennten Strahlteiler und ein Beugungsgitter verwendet, wie die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung, ist aus EP-A-0 226 403 bekannt.
Die Verwendung von Mologrammen bei optischen Abtastvorrichtungen, um einen von einem Aufzeichnungsmedium reflektierten Lichtstrahl auf einen optischen Sensor zu lenken, ist aus EP-A-0 123 048 und EP-A-0 195 657 bekannt. Aus diesen zwei Dokumenten ist es auch bekannt, eine Anordnung herzustellen, bei der zwei Hologramme durch einen optischen Kleber miteinander verklebt sind.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine optische Abtastvorrichtung zum optischen Auslesen von in einem ebenen Informationsträger abgespeicherter Information anzugeben.
Es ist eine andere Aufgabe der Erfindung, eine optische Abtastvorrichtung zum optischen Lesen eines ebenen Informationsträgers anzugeben, die ein Dreistrahlverfahren für die Spurführungsregelung verwendet und die einen einfacheren Aufbau als ähnliche bekannte Vorrichtungen aufweist.
Es ist noch eine andere Aufgabe der Erfindung, eine neuartige optische Gitteranordnung anzugeben, die zur Verwendung in der optischen Abtastvorrichtung geeignet ist.
Gemäß einer Erscheinungsform schafft die Erfindung eine optische Abtastvorrichtung zum Lesen von Information, die in einer Spur oder Spuren auf einem Aufzeichnungsträger aufgezeichnet ist, dadurch daß ein fokussierter Lichtfleck dazu veranlaßt wird, eine Abtastung entlang der Spur oder der Spuren vorzunehmen, und daß vom Träger reflektiertes Licht auf einen Photodetektor gelenkt wird, welche Vorrichtung folgendes aufweist:
- ein erstes Beugungsgitter zum Erzeugen, aus einem von einer Lichtquelle emittierten Lichtstrahl, eines Hauptstrahls, der so fokussiert wird, daß er den besagten fokussierten Lichtfleck bildet, und eines Paars Unterstrahlen, die zur Verwendung beim Erfassen der Spurabweichung des Hauptstrahls auf den Aufzeichnungsträger fokussiert werden, gekennzeichnet durch:
- ein zweites Beugungsgitter zum Lenken eines Teils des vom Aufzeichnungsträger reflektierten Lichtstrahls auf den Photodetektor; und
- eine optische Gitteranordnung, die aus einem einzigen Teil besteht, das einen ersten Oberflächenbereich, der Licht von der Lichtquelle empfängt und mit der ersten Gittereinrichtung versehen ist, und einen zweiten Oberflächenbereich aufweist, um das vom Aufzeichnungsträger reflektierte Licht zu empfangen, und der mit der zweiten Gittereinrichtung versehen ist.
Bei bevorzugten Ausführungsbeispielen ist die erste Gittereinrichtung ein Beugungsgitter und die zweite Gittereinrichtung ein holographisches Gitter.
Gemäß einer anderen Erscheinungsform schafft die Erfindung eine optische Gitteranordnung zur Verwendung in einer optischen Abtastvorrichtung zum Lesen von auf einem Aufzeichnungsträger aufgezeichneter Information, in welcher Vorrichtung die Anordnung zwischen einer Lichtquelle und dem Aufzeichnungsträger angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die optische Gitteranordnung aus einem einzigen Teil besteht, mit:
- einem ersten Oberflächenbereich, der bei Benutzung so angeordnet ist, daß er Licht von der Lichtquelle empfängt;
- einem zweiten Oberflächenbereich, der bei Benutzung so angeordnet ist, daß er vom Aufzeichnungsträger reflektiertes Licht empfängt;
- einer ersten Gittereinrichtung, die im ersten Oberflächenbereich ausgebildet ist, um aus einem von der Lichtquelle abgestrahlten Lichtstrahl einen Strahl nullter Ordnung und ein Paar Strahlen erster Ordnung zu erzeugen; und
- einer zweiten Gittereinrichtung, die im zweiten Oberflächenbereich ausgebildet ist, um einen Teil des vom Aufzeichnungsträger reflektierten Lichtstrahls zum Photodetektor der Vorrichtung zu lenken.
Die Erfindung wird aus der folgenden detaillierter Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen deutlicher, in denen:
Fig. 1 eine schematische Veranschaulichung ist, die die Gesamtanordnung einer optischen Abtastvorrichtung aus dem Stand der Technik zeigt;
Fig. 2 eine schematische Veranschaulichung ist, die zum Verstehen einiger grundlegender Funktionsprinzipien des Dreistrahl-Erfassungsverfahrens für die Spurführungsregelung hilfreich ist;
Fig. 3 eine schematische Veranschaulichung ist, die für das Verständnis einiger grundlegender Funktionsprinzipien des Astigmatismuserfassungsverfahrens für die Fokussierregelung hilfreich ist;
Fig. 4A - 4C schematische Veranschaulichungen sind, die Lichtflecke zeigen, die mit verschiedenen Formen und Mustern auf einem Photodetektor mit sechs Segmenten einer optischen Abtastvorrichtung aus dem Stand der Technik ausgebildet werden, die ein Beugungsgitter verwendet;
Fig. 5 eine schematische Veranschaulichung ist, die die Gesamtanordnung einer optischen Abtastvorrichtung aus dem Stand der Technik zeigt, die ein holographisches Gitter verwendet;
Fig. 6 eine vergrößerte perspektivische Darstellung eines holographischen Gitters ist;
Fig. 7 eine schematische Veranschaulichung ist, die für das Verständnis des grundlegenden Funktionsprinzips eines Gegentaktverfahrens hilfreich ist;
Fig. 8A eine vergrößerte, perspektivische Darstellung eines typischen Keilprismas ist, das bei einem Keilprismaverfahren verwendet wird;
Fig. 8B eine schematische Veranschaulichung ist, die für das Verständnis einiger grundlegender Funktionsprinzipien des Keilprismaverfahrens hilfreich ist;
Fig. 9A - 9C schematische Veranschaulichungen sind, die Lichtflecke zeigen, die mit verschiedenen Formen und Ausrichtungen auf einem Photodetektor mit vier Segmenten bei einer optischen Abtastvorrichtung aus dem Stand der Technik ausgebildet werden, die ein holographisches Gitter verwendet;
Fig. 10 eine vergrößerte perspektivische Darstellung einer optischen Gitteranordnung gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist;
Fig. 11A - 11F schematische Querschnitte sind, die aufeinanderfolgende Schritte zum Herstellen der erfindungsgemäßen optischen Gitteranordnung veranschaulichen;
Fig. 12 ein vergrößerter Querschnitt ist, der die Funktion der optischen Gitteranordnung von Fig. 10 zeigt;
Fig. 13 eine schematische Veranschaulichung ist, die die Gesamtanordnung einer erfindungsgemäßen optischen Abtastvorrichtung zeigt;
Fig. 14A - 14C schematische Veranschaulichungen sind, die Lichtflecke zeigen, die mit verschiedenen Formen und Ausrichtungen auf einem Photodetektor mit sechs Segmenten der erfindungsgemäßen optischen Abtastvorrichtung von Fig. 13 ausgebildet werden;
Fig. 15A eine vergrößerte perspektivische Darstellung einer optischen Gitteranordnung gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung ist;
Fig. 15B eine vergrößerte perspektivische Darstellung einer optischen Gitteranordnung gemäß noch einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung ist;
Fig. 16 ein vergrößerter Querschnitt ist, der die Funktion der optischen Gitteranordnungen der Fig. 15A und 15B zeigt;
Fig. 17 eine vergrößerte perspektivische Darstellung einer optischen Gitteranordnung gemäß noch einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt;
Fig. 18 eine vergrößerte perspektivische Darstellung ist, die die Funktion der optischen Gitteranordnung von Fig. 17 zeigt;
Fig. 19 eine schematische Veranschaulichung ist, die die Gesamtanordnung einer erfindungsgemäßen optischen Abtastvorrichtung zeigt, die die optische Gitteranordnung von Fig. 18 verwendet;
Fig. 20A - 20C schematische Veranschaulichungen sind, die Lichtflecke zeigen, wie sie mit verschiedenen Formen und Ausrichtungen auf einem Photodetektor mit sechs Segmenten bei der in Fig. 19 dargestellten optischen Abtastvorrichtung ausgebildet werden;
Fig. 21 eine vergrößerte perspektivische Darstellung einer optischen Gitteranordnung gemäß noch einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung ist;
Fig. 22 eine vergrößerte perspektivische Darstellung einer optischen Gitteranordnung gemäß noch einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung ist;
Fig. 23 eine vergrößerte perspektivische Darstellung ist, die die Funktion der optischen Gitteranordnung von Fig. 22 zeigt; und
Fig. 24 eine schematische Veranschaulichung ist, die die Gesamtanordnung einer erfindungsgemäßen optischen Abtastvorrichtung zeigt, die die optische Gitteranordnung von Fig. 22 verwendet.
In Fig. 10 ist eine Gitteranordnung zur Verwendung bei einer erfindungsgemäßen optischen Abtastvorrichtung dargestellt. Wie gezeigt, verfügt die Gitteranordnung 2 über eine Seite 202, die einer lichtabstrahlenden Quelle zugeordnet ist und mit einem Beugungsgitter 4a als erster Beugungskomponente versehen ist. Das Beugungsgitter 4a arbeitet so, daß es einen Lichtstrahl von der Quelle in einen Hauptstrahl zum Auslesen eines auf der Informationsträgerplatte ausgebildeten Datenpits sowie ein Paar Unterstrahlen zum Erfassen der Spurabweichung des Hauptlesestrahls aufteilt. Die andere Seite 201 der Gitteranordnung 2, die zur informationstragenden Platte zeigt, ist mit einem holographischen Gitter 3 als zweiter Gitterkomponente versehen. Das holographische Gitter 3 weist eine Anzahl gekrümmter, paralleler Gräben auf, die so angeordnet sind, daß sie einen Teil des auf es auftreffenden Lichtstrahls ablenken. So arbeitet das holographische Gitter 3 dann, wenn es in die erfindungsgemäße optische Abtasteinrichtung, die später beschrieben wird, eingebaut ist, so, daß es einen Teil des von der informationstragenden Platte reflektierten Lichtstrahls auf einen Photodetektor lenkt. Es wird darauf hingewiesen, daß das Beugungsgitter 4a und das holographische Gitter 3 aus Kunststoff oder Glas bestehen und daß sie in der Gitteranordnung 2 als einstückige oder integrale Struktur ausgebildet sind. Jedoch ist die Erfindung nicht auf die Verwendung von Kunststoff oder Glas beschränkt. Andere geeignete Materialien können ebenfalls für die einstückige Gitteranordnung verwendet werden.
Die Herstellung der einstückigen Gitteranordnung 2 wird nun kurz unter Bezugnahme auf die Fig. 11A - 11G beschrieben.
Fig. 11A veranschaulicht die Gitteranordnung 2 in schematischem Querschnitt. Die Gitteranordnung 2 weist ein holographisches Gitter 3 auf einer Seite und das Beugungsgitter 4a auf der anderen Seite auf. Es wird dadurch hergestellt, daß ein (thermoplastisches) Kunstharzmaterial oder Glas in ein in Fig. 11B dargestelltes Formwerkzeug 33 eingeleitet wird. Das Formwerkzeug 33 weist eine obere Formhälfte 33a, die mit der entgegengesetzten Form des gewünschten holographischen Gitters versehen ist, in die eine zum gewünschten Beugungsgitter entgegengesetzte Form eingeritzt ist. Das Formwerkzeug 33 verfügt auch über einen in ihm ausgebildeten Einlaßkanal 33c, und Glas oder Kunststoffmaterial in geschmolzenem oder flüssigem Zustand wird durch den Einlaßkanal 33c in das Formwerkzeug eingeleitet. Ein See geschmolzenen Materials innerhalb des Formwerkzeugs 33 wird stehengelassen, damit er sich zu einem festen Körper verfestigen kann, der die einstückige, zusammengesetzte Gitterstruktur 2 bildet. Andere erfindungsgemäße Gitterstrukturen, die nachfolgend beschrieben werden, werden alle im wesentlichen auf dieselbe Weise hergestellt.
Nun wird die Herstellung der Formhälfte 33a unter Bezugnahme auf die Fig. 11C - 11G beschrieben. Eine Glasplatte oder eine Glasfolie 30 wird vorbereitet, wie dies in Fig. 11C dargestellt ist. Ein Überzug 31 aus Photoresist wird auf eine Oberfläche der Glasplatte 30 aufgebracht (Fig. 11D).
In einem nächsten Schritt wird unter Verwendung der Photolithographietechnik (und falls erforderlich einer Zweistrahlinterferenztechnik) der Photoresistüberzug 31 abgeätzt, um ein Muster feiner gewindeähnlicher Vorsprünge 32 (Fig. 11E) zurückzulassen. Das Muster der feinen Vorsprünge 32 wird mit einem Überzug eines elektroplattierten Metalls 33d mit gewünschter Dicke abgedeckt (Fig. 11F). Wenn der Überzug 33d aus dem elektroplattierten Metall von der darunterliegenden Glasfolie 30 abgezogen wird, wird er in die obere Formhälfte 33a als gitterbildende Oberflächenschicht eingesetzt. Eine ähnliche gitterbildende Schicht für die untere Formhälfte 33b kann dadurch hergestellt werden, daß im wesentlichen demselben Ablauf gefolgt wird, wie er vorstehend beschrieben wurde.
Die optische Funktion der Gitteranordnung 2 von Fig. 10 wird durch Fig. 12 in einem stark vergrößerten Querschnitt entlang der Linie A-A von Fig. 10 veranschaulicht. Gemäß Fig. 12 zusammen mit Fig. 13, die schematisch eine optische Abtastvorrichtung gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel, in die die Gitteranordnung 2 eingebaut ist, zeigt, beinhaltet die optische Abtastvorrichtung eine Laserquelle 1, typischerweise ein Halbleiterlaser-Bauelement, und eine Objektivlinse 6, die dicht bei einer Informationsträgerplatte 7 angeordnet ist, um das Laserlicht von der Quelle 1 auf die Platte zu konvergieren. Eine Kollimationslinse 5 ist näher bei der Objektivlinse angeordnet, während die optische Gitteranordnung 2 näher bei der Laserquelle 1 angeordnet ist. Die Abtastvorrichtung beinhaltet auch einen Photosensor mit sechs Segmenten oder einen Photodetektor 8, der elektrische Ausgangssignale auf einfallende Lichtstrahlung hin als Funktion derselben erzeugt.
Um nun den Betrieb der veranschaulichten Abtastvorrichtung zu beschreiben, fällt ein von der Laserquelle 1 emittierter Laserstrahl 9 auf das Beugungsgitter 4a, das auf der Seite 202 der Gitteranordnung 2 ausgebildet ist. Der einfallende Laserstrahl wird durch das Beugungsgitter in den Beugungsstrahl 9a nullter Ordnung zum Lesen der Datenbits auf der Platte 7 und das Paar Beugungsstrahlen erster Ordnung 10a und 11a zum Erfassen der Spurabweichung des Hauptauslesestrahls 9a gebeugt. Diese drei Beugungsstrahlen 9a, 10a und 11a laufen durch das holographische Gitter 3 auf der anderen Seite 201 der Gitteranordnung 2, die die durchlaufenden Strahlen in Strahlen nullter Ordnung und Strahlen erster Ordnung beugt. Unter diesen laufen nur die drei Strahlen nullter Ordnung zur Kollimationslinse 5 weiter. Die Strahlen erster Ordnung verfehlen die Kollimationslinse 5 wegen ihrer größeren Beugungswinkel. Die drei auf die Kollimationslinse 5 treffenden Strahlen 9a, 10a und 11a werden bei ihrem Durchlauf durch diese parallel gerichtet und auf die Objektivlinse 6 gerichtet, die sie zu drei Flecken 9b, 10b und 11b auf der Platte 7 fokussiert, um die dort enthaltene Information zu lesen.
Der Fleck 9b rührt vom Hauptlaserstrahl 9a her, während Flecke 10b und 11b von den Unterstrahlen 10a bzw. 11a des Lasers herrühren. Die drei Strahlflecke werden auf die datentragende Oberfläche der Platte mit der Relativanordnung fokussiert, wie sie in Fig. 2 dargestellt ist. So sind die Flecke 10b und 11b tangential oder in Richtung der Plattenumdrehung in bezug auf den mittleren Fleck 9b versetzt.
Die fleckbildenden Laserstrahlen werden von der Platte 7 reflektiert und kehren entlang im wesentlichen derselben optischen Pfade durch die Objektivlinse 6 und die Kollimationslinse 5 zur Beugungsanordnung 2 zurück, wo die zurückgeführten Strahlen auf das holographische Gitter 3 fallen. Die einfallenden Strahlen werden dann in Beugungsstrahlen nullter Ordnung und Beugungsstrahlen erster Ordnung gebeugt. Während die Strahlen nullter Ordnung gerade zur Laserquelle 1 zurücklaufen, werden die Beugungsstrahlen 9c, 10c und 11c erster Ordnung seitlich abgelenkt. Infolgedessen laufen die Strahlen erster Ordnung 9c, 10c und 11c durch einen nicht mit einem Gitter versehenen Bereich 4b auf der unteren Seite 202 aus der Gitteranordnung 2 heraus, wobei sie das Beugungsgitter 4a umgehen. Es wird darauf hingewiesen, daß die Beugungsstrahlen erster Ordnung, die schräg durch die Beugungsanordnung 2 laufen, unvermeidlicherweise einen Astigmatismuseffekt oder eine Verzerrung erfahren, die mit Vorteil dazu verwendet wird, elektrische Signale zu erzeugen, die Fokussierabweichungen anzeigen, wie dies später erläutert wird. Die Strahlen 9c, 10c und 11c erster Ordnung, die durch den nicht mit einem Gitter versehenen Bereich 4b austreten, treffen auf den Photodetektor 8 mit sechs Segmenten und bilden Lichtflecke 9d, 10d bzw. 11d mit verschiedenen Formen und Ausrichtungen, wie sie in den Fig. 14A - 14C dargestellt sind.
Die Ausbildung der Lichtflecke auf dem Photodetektor 8 mit sechs Segmenten bei der Abtastvorrichtung des vorliegenden Ausführungsbeispiels der Erfindung ist sowohl hinsichtlich der Formen als auch der Anordnungen ähnlich wie diejenige, wie sie bei der bekannten Abtastvorrichtung von Fig. 1 erhalten wird (siehe Fig. 4A - 4C). Es ist zu beachten, daß die bekannte Abtastvorrichtung sowohl das Beugungsgitter 12 als auch den ebenen Strahlteiler 13 als wesentliche optische Komponenten aufweist.
Die Abtastvorrichtung dieses in den Fig. 12 und 13 dargestellten Ausführungsbeispiels verwendet die Dreistrahlerfassung für die Spurführungsregelung und die Astigmatismuserfassung für die Fokussierregelung, wie die bekannte Vorrichtung von Fig. 1. Jedoch stützt sich die erfindungsgemäße Abtastvorrichtung zum Zweck der Strahlbeugung nur auf die einzige Beugungsanordnung 2, verglichen mit den zwei optischen Komponenten bei der bekannten Vorrichtung.
Bei einer fehlerbehafteten Lesesituation, in der die Platte 7 innerhalb der Brennweite der Objektivlinse 6 liegt oder näher an der Objektivlinse über ihren Brennpunkt hinaus liegt, werden die drei Flecke 9d - 11d auf dem Photodetektor mit sechs Segmenten mit langgestreckter Form und mit einer Ausrichtung ausgebildet, wie es in Fig. 14A dargestellt ist.
Bei der richtigen Lesesituation, bei der die Platte 7 in der Brennebene der Objektivlinse 6 liegt, werden drei kreisförmige Flecke 9d - 11d auf den Photodetektor 8 mit sechs Segmenten projiziert, wie in Fig. 14B dargestellt. Bei einer anderen fehlerhaften Lesesituation, bei der die Platte 7 auf der entfernten Seite des Brennpunktes der Objektivlinse 6 oder außerhalb der Brennweise liegt, nehmen die drei auf den Photodetektor 8 projizierten Lichtflecke 9d - 11d langgestreckte Formen an, die ausgerichtet sind, wie dies in Fig. 14C dargestellt ist.
Ein durch optisches Lesen der Datenpits auf der Platte 7 erhaltenes Pitsignal RF wird wie folgt wiedergegeben:
RF = a + b + c + d,
wobei a, b, c und d elektrische Ausgangssignale repräsentieren, die den von den photoempfindlichen Segmenten A, B, C und D einpfangenen Lichtmengen entsprechen.
Ein Spurabweichungssignal TES, das gemäß dem Dreistrahlverfahren erzeugt wird, wird wie folgt wiedergegeben:
TES = e - f,
wobei e und f elektrische Ausgangssignale proportional zu den Lichtmengen repräsentieren, wie sie von den photoempfindlichen Segmenten E bzw. F empfangen werden.
Ein Fokussierabweichungssignal FES, das durch das Astigmatismuserfassungsverfahren erzeugt wird, wird wie folgt wiedergegeben:
FES = (a + d) - (b + c).
Es wird erneut auf Fig. 13 Bezug genommen, gemäß der dann, wenn ein Fokussierabweichungsdetektor 42 über den Photodetektor 8 eine Fokussierabweichung erfaßt, einen Linsensteller 43 so betätigt, daß der Steller die Objektivlinse 6 in einer Richtung und mit einem Ausmaß zum Korrigieren des Fehlers antreibt. Auf ähnliche Weise betätigt ein Spurabweichungsdetektor 41 dann, wenn er über den Photodetektor 8 eine Spurabweichung erfaßt, einen Linsensteller 44 auf solche Weise, daß der Steller die Objektivlinse 6 in einer Richtung und mit einem Ausmaß zum Korrigieren des Fehlers bewegt. Auf diese Weise wird ein genaues und zuverlässiges Auslesen der Datenpits auf der Platte erzielt.
In den Fig. 15A und 15B sind optische Gitteranordnungen gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Die Gitteranordnungen der Fig. 15A und 15B sind ihrem Aufbau nach im wesentlichen mit der in Fig. 10 dargestellten Anordnung identisch, mit der Ausnahme des nachfolgend beschriebenen Strukturmerkmals. So sind entsprechende Komponententeile mit denselben Bezugsziffern bezeichnet, ohne daß hierzu irgendeine weitere Beschreibung erfolgt.
Das neuartige Strukturmerkmal der in den Fig. 15A und 15B dargestellten optischen Gitteranordnungen 2 ist es, daß eine Linsenstruktur 4c an ihrer Unterseite 202 in demjenigen Bereich angeordnet ist, durch den der reflektierte Laserstrahl zum Photodetektor läuft, der vom holographischen Gitter 3 abgelenkt wurde. Bei der Gitteranordnung von Fig. 15A ist die Linsenstruktur 4c in Form einer Zylinderlinse vorhanden, wohingegen in Fig. 15B die Linsenstruktur 4c in Form einer konkaven Linse vorhanden ist.
Die optische Funktion der Gitteranordnung 2 mit der Linsenstruktur 4c ist in Fig. 16 dargestellt. Bei der Zylinderlinsenstruktur von Fig. 15A erfahren die durch die Linsenstruktur laufenden Strahlen eine größere astigmatische Verzerrung, die ihrerseits so wirkt, daß sie den Photodetektor dazu veranlaßt, charakteristischere Ausgangssignale zu erzeugen. Andererseits arbeitet die Konkavlinsenstruktur 4c von Fig. 15B so, daß sie die durchgestrahlten Strahlen in axialer Richtung oder Längsrichtung vergrößert. Die axial vergrößerten Strahlen werden vom Photodetektor einfacher erfaßt.
Während die Zylinderlinsenstruktur 4c als Mittel zum Fördern der Entstehung von Astigmatismus getrennt angeordnet wurde, kann das holographische Gitter 3 geeignet so konstruiert werden, daß es eine ähnliche Funktion aufweist, anstatt eine getrennte Struktur 4c vorzusehen.
Eine optische Gitteranordnung 2 gemäß noch einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in Fig. 17 dargestellt. Die Gitteranordnung 2 ist aufbaumäßig im wesentlichen mit der von Fig. 10 identisch. So sind ähnliche Teile durch gleiche Bezugsziffern gekennzeichnet. Jedoch unterscheidet sich die Gitteranordnung 2 von Fig. 17 von der von Fig. 10 dadurch daß ihr holographisches Gitter 3 entlang einer Linie 30, die sich in tangentialer oder Umfangsrichtung der Platte 7 erstreckt, in zwei Abschnitt 3a und 3b unterteilt ist. Die Trennlinie 30 ist in der Zeichnung hinzugefügt, um die Grenze zwischen den zwei Gitterabschnitten 3a und 3b zu kennzeichnen. Bei einer tatsächlichen Gitterstruktur ist keine derartige Linie erkennbar. Das holographische Gitter mit zwei Abschnitten wird dadurch hergestellt, daß dem Ablauf gefolgt wird, wie er vorstehend in Verbindung mit den Fig. 11A - 11F beschrieben wurde.
Die Funktion einer optischen Abtastvorrichtung, die die Gitteranordnung 2 von Fig. 17 beinhaltet, wird nun unter Bezugnahme auf Fig. 19 zusammen mit Fig. 18 erläutert, die die optische Funktion der Gitteranordnung veranschaulicht.
Ein von einer Laserquelle 1 abgestrahlter Laserstrahl 1 fällt auf ein Beugungsgitter 4a, das an einer Seite 202 einer Gitteranordnung 2 ausgebildet ist, wo es zu einem Hauptstrahl 9a nullter Ordnung zum Lesen der Datenpits auf einer Platte 7 wie auch zum Erfassen einer Spurabweichung, und ein Paar Unterstrahlen 10a und 11a erster Ordnung zum Erfassen einer Spurabweichung gebeugt wird. Die Strahlen 9a, 10a und 11a laufen durch holographische Gitterabschnitte 3a und 3b, die diese Strahlen erneut zu Strahlen nullter und erster Ordnung beugen. Die Strahlen erster Ordnung, die mit einem weit größeren Winkel gebeugt werden, verfehlen die Kollimatorlinse 5. So laufen nur die Beugungsstrahlen nullter Ordnung der einfallenden Strahlen 9a, 10a und 11a zur Kollimatorlinse 5 weiter, um zu parallelen Strahlen geformt zu werden. Die kollimierten Strahlen werden auf eine Objektivlinse 6 gerichtet, die so arbeitet, daß sie die eintreffenden Strahlen zu drei Flecken 9b, 10b und 11b auf der Datenaufzeichnungsfläche auf einer Informationsplatte 7 fokussiert. Die drei fokussierten Flecke nehmen die in Fig 2 dargestellte Anordnung ein, wobei die Flecke 10b und 11b tangential gegen den mittleren Fleck 9b verschoben sind.
Die Laserstrahlen, die die Flecke 9b, 10b und 11b auf der Platte bilden, werden durch die Datenfläche der Platte 7 reflektiert und kehren im wesentlichen entlang der Identischen Pfade durch die Objektivlinse 6 und die Kollimationslinse 5 zur Gitteranordnung 2 zurück. Die zurückkehrenden Strahlen treffen auf die Gitterabschnitte 3a und 3b des holographischen Gitters 3, die unabhängig voneinander arbeiten und die durchgestrahlten Strahlen getrennt in Strahlen nullter und erster Ordnung beugen. Wie zuvor werden die Beugungsstrahlen nullter Ordnung direkt zur Laserquelle 1 zurückgelenkt. Andererseits laufen die vom holographischen Gitterabschnitt 3a gebeugten Strahlen erster Ordnung 9c, 10c und 11c sowie die vom anderen holographischen Gitterabschnitt 3b gebeugten Strahlen erster Ordnung 9d, 10d und 11d durch einen nicht mit einem Gitter versehenen Bereich auf der unteren Seite 202 aus der Gitteranordnung 2 heraus. Die holographischen Gitterabschnitte 3a und 3b sind so ausgebildet, daß die austretenden Beugungsstrahlen erster Ordnung an verschiedenen Orten konvergieren. Demgemäß fallen die durch den Beugungsabschnitt 3a laufenden Beugungsstrahlen 9c, 10c und 11c auf einen Photodetektor 8 mit sechs Segmenten, um drei Flecke 9e, 10e und 11e zu bilden, während die durch den anderen Gitterabschnitt 3b laufenden Beugungsstrahlen 9d, 10d und 11d auf den Photodetektor 8 treffen, um drei verschiedene Flecke 9f, 10f und 11f auszubilden. Es wird hier darauf hingewiesen, daß die Lichtflecke 9e und 9f vom Hauptlaserstrahl 9a abweichen und daß die Lichtflecke 10e - 10f und 11e - 11f von den Unterstrahlen 10a bzw. 11a herrühren. Bei der Anordnung der in den Fig. 18 und 19 dargestellten Abtastvorrichtung wird ein Laserstrahl von der Quelle durch die Gitteranordnung in einen Hauptstrahl und ein Paar Unterstrahlen aufgeteilt, was die Dreistrahl-Spurabweichungserfassung ermöglicht. Gleichzeitig wird jeder von der Platte reflektierte, zurückkehrende Strahl durch die Gitteranordnung in zwei getrennte Strahlen aufgeteilt, was Fokussierabweichungserfassung auf eine Weise ähnlich wie derjenigen ermöglicht, die durch das Keilprismaverfahren erzielt wird.
Die Ausbildung der Lichtflecke auf dem Photodetektor 8 bei einigen typischen Lesesituationen ist in den Fig. 20A - 20C dargestellt.
Bei einer fehlerhaften Lesesituation, bei der die Informationsplatte 7 außerhalb des Brennpunkts der Objektivlinse 6 auf dessen naher Seite liegt, d. h., bei der die Platte innerhalb der Brennweite der Objektivlinse liegt, werden auf dem Photodetektor Lichtf lecke 9e - 11e und 9f - 11f mit Halbkreisform und mit einer Anordnung, wie sie in Fig. 20A dargestellt ist, ausgebildet. Bei richtiger Lesesituation, bei der die Platte 7 im Brennpunkt der Objektivlinse 6 angeordnet ist, werden punktförmige Flecke 9e - 11e und 9f - 11f mit einem Muster auf den Photodetektor projiziert, wie es in Fig. 20B dargestellt ist. Bei einer anderen fehlerhaften Lesesituation, bei der die Platte 7 außerhalb des Brennpunkts der Objektivlinse auf dessen ferner Seite liegt, d. h., bei der die Platte außerhalb der Brennweite der Objektivlinse angeordnet ist, werden halbkreisförmige Lichtflecke 9e - 11e und 9f - 11f auf dem Photodetektor mit einer Anordnung und Ausrichtung ausgebildet, wie es in Fig. 20C dargestellt ist.
Ein durch Lesen der Pits in der Datenspur der Platte 7 durch die Ausleselichtflecke erhaltenes Pitsignal RF wird durch die folgende Gleichung wiedergegeben:
RF = a + b + c + d,
wobei a, b, c und d elektrische Signale repräsentieren, die den von den photoempfindlichen Segmenten a, b, c bzw. d einpfangenen Lichtmengen entsprechen.
Ein Spurabweichungssignal TES, wie es durch das Dreistrahlverfahren erzeugt wird, wird wie folgt wiedergegeben:
TES = e - f,
wobei e und f elektrische Signale repräsentieren, die proportional zu den Mengen des Lichts sind, das auf die photoempfindlichen Segmente E bzw. F projiziert und von diesen empfangen wurde.
Ein Fokussierabweichungssignal FES, das durch eine Erfassung vom Keilprismatyp erzeugt wird, wird wie folgt wiedergegeben:
FES = (a + d) - (b + c).
Wenn von einem Spurabweichungsdetektor 41 eine Spurabweichung erfaßt wird, arbeitet ein Linsensteller oder -treiber 44 auf das Ausgangssignal vom Detektor 41 hin so, daß er die Objektivlinse 6 in einer Richtung und mit einem Betrag zum Korrigieren des Fehlers bewegt. Ebenso arbeitet ein Linsensteller oder -treiber 43 dann, wenn eine Fokussierabweichung von einem Fokussierabweichungsdetektor 42 erfaßt wird, auf das Ausgangssignal vom Detektor 42 hin so, daß er die Objektivlinse 6 in einer Richtung und in einem Ausmaß zum Korrigieren der Fokussierabweichung bewegt. Auf diese Weise wird die Position der Objektivlinse 6 bezogen auf die Platte 7 immer so eingestellt, daß die Plattenoberfläche in der Fokussierebene der Objektivlinse gehalten wird und die Lesestrahlflecke genau auf die Datenspur der Platte fokussiert werden, was genaues und zuverlässiges Auslesen der Bits in der Datenspur gewährleistet.
In Fig. 21 ist eine Gitteranordnung gemäß noch einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt, die zur Verwendung in einer erfindungsgemäßen optischen Abtastvorrichtung geeignet ist. Die Gitteranordnung von Fig. 21 ist ihrem Aufbau nach im wesentlichen identisch mit der in Fig. 17 dargestellten, und ähnliche Teile sind durch gleiche Bezugsziffern gekennzeichnet. Ein charakteristisches Merkmal der Gitteranordnung 2 von Fig. 21, das sich in der Gitteranordnung von Fig. 17 nicht findet, ist das, daß eine holographische Einrichtung zum Lindern des Astigmatismuseinflusses über den holographischen Gitterabschnitten 3a und 3b vorhanden ist. Das holographische Gitter kann so ausgebildet sein, daß es die zusätzliche Funktion zum Lindern eines Komaeinflusses aufweist. In Fig. 21 ist das Vorsehen der antiastigmatischen, holographischen Einrichtung dadurch wiedergegeben, daß die Gitterabschnitte 3a und 3b so gezeichnet sind, daß sie Gitterformen oder -muster aufweisen, die sich von der in Fig. 17 dargestellten unterscheiden. Die besondere holographische Einrichtung kann durch eine Photolithographietechnik hergestellt werden, die Zweistrahlinterferenz verwendet (Fig. 11E). Wie es aus Fig. 18 erkennbar ist, werden die zurückkehrenden Lichtstrahlen schräg durch die Gitteranordnung 2 zum Photodetektor 8 geführt, was unvermeidlicherweise zur Entstehung einer astigmatischen Verzerrung in den durchgestrahlten Lichtstrahlen führt. Infolgedessen bilden diese Strahlen auf dem Photodetektor Lichtflecke in Form langgestreckter Kreise oder Ellipsen anstatt regelmäßiger Kreise aus. Durch Vorsehen der antiastigmatischen, holographischen Einrichtung über den holographischen Gitterabschnitten 3a und 3b wird die Entstehung astigmatischer Effekte in den durch die Gitteranordnung 2 durchgestrahlten Lichtstrahlen verhindert, was zur Ausbildung vollständig runder Lichtflecke auf dem Photodetektor führt.
Es ist auch möglich, das holographische Gitter so zu gestalten, daß es eine bildvergrößernde Funktion aufweist, um die auf dem Photodetektor ausgebildeten Lichtflecke zu vergrößern. Mit den vergrößerten Lichtflecken arbeitet der Photodetektor so, daß er stärkere elektrische Ausgangssignale erzeugt.
In Fig. 22 ist eine optische Gitteranordnung gemäß noch einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt, die strukturmäßig im wesentlichen identisch mit der in Fig. 17 dargestellten ist. Daher sind gleiche Komponententeile durch gleiche Bezugsziffern gekennzeichnet.
Im Gegensatz zur Gitteranordnung von Fig. 17 ist die Gitteranordnung von Fig. 22 entlang einer Linie 33, die sich parallel zu den feinen Gräben im Beugungsgitter 4a auf der anderen Seite 202 der Anordnung 2 erstreckt, in zwei holographische Gitterabschnitte 3a und 3b unterteilt. Wenn die Trennungslinie 30 sich rechtwinklig in bezug auf die Gittergräben erstreckt, führt dies zu den folgenden Schwierigkeiten.
Gemäß erneuter Bezugnahme auf Fig. 18 erfährt die Wellenlänge des von der Halbleiterquelle 1 emittierten Laserstrahls 9 kleinste Änderungen mit sich ändernder Temperatur. Wenn der austretende Laserstrahl seine Wellenlänge ändert, tut dies auch der von der Platte 7 reflektierte zurückkehrende Strahl. Es existiert die durch die folgende Gleichung ausgedrückte Beziehung zwischen der Wellenlänge λ des reflektierten Strahls und dem Beugungswinkel Θ, durch den der reflektierte Strahl zu einem Strahl erster Ordnung gebeugt wird:
sin Θ = λ/d,
wobei d den Gitterabstand des holographischen Gitters bezeichnet.
Wie es aus der Gleichung erkennbar ist, führt jede Änderung der Wellenlänge des Lichtstrahls zu einer Änderung des Beugungswinkels e. Wenn der Beugungswinkel Θ für den Beugungsstrahl erster Ordnung auf eine sich ändernde Wellenlänge λ hin eine Schwankung erfährt, werden die auf den Photodetektor 8 fokussierten Lichtflecke 9e - 11e und 9f - 11f quer in Richtung zur Quelle 1 hin oder von dieser weg verschoben, wie aus Fig. 18 erkennbar. Im Ergebnis werden die Flecke 9e - 11e viel näher aneinander positioniert, was es erschwert, klare und deutliche RF-Signale, Spurabweichungssignale wie auch Fokussierabweichungssignale zu erzielen. Dies gilt auch für die Lichtflecke 9f - 11f.
Um eine Toleranz für eine mögliche Änderung der Wellenlänge des Laserstrahls wegen sich ändernder Temperaturzustände oder verschiedener als Laserquelle 1 verwendeter Halbleiterbauelemente zu schaffen, war es erforderlich, das optische System einer Abtastvorrichtung so zu konstruieren, daß die Lichtflecke 10e und 10f auf dem Photodetektor 8 so weit wie möglich gegen die Lichtf lecke 11e bzw. 11f versetzt sind. Zu diesem Zweck muß dafür gesorgt werden, daß die Strahlen 10b und 11b auf der Platte 7 am weitesten voneinander entfernt liegen, oder alternativ müssen zusätzliche optische Komponententeile eingefügt werden. Diese Vorschläge sind dahingehend nachteilig, daß sie strenge Erfordernisse an die Montagegenauigkeit der gesamten Vorrichtung stellen und daß sie auch mit höheren Herstellkosten und geringerer Betriebsstabilität verbunden sind.
Die vorstehend genannten Schwierigkeiten aufgrund der sich ändernden Wellenlänge des Laserstrahls werden durch die neuartige Gitteranordnung 2 von Fig. 22 wirkungsvoll überwunden, bei der das holographische Gitter 3 entlang der Linie 30, die sich parallel zu den feinen Gräben oder Schlitzen des Beugungsgitters 4a erstreckt, in Gitterabschnitte 3a und 3b unterteilt ist. Nun ist auf Fig. 23 Bezug zu nehmen, in der die optische Funktion der Gitteranordnung 2 von Fig. 22 veranschaulicht wird, zusammen mit Fig. 24, die eine optische Abtastvorrichtung zeigt, die die Gitteranordnung von Fig. 22 verwendet. Wenn sich die Wellenlänge des Laserstrahls 9 von der Quelle 1 ändert, werden die auf den Photodetektor 8 fokussierten Lichtflecke quer in der Richtung von der Laserquelle 1 weg oder auf diese hin verschoben. Jedoch nimmt der Abstand zwischen den Lichtflecken 10e und 11e nie ab. Auch nimmt der Abstand zwischen den Flecken 10f und 11f nicht ab. Demgemäß ist es nicht erforderlich, den Abstand zwischen den Lichtflecken 10e und 11e und den Abstand zwischen den Lichtflecken 10f und 11f breiter als gewöhnlich einzustellen, um eine mögliche Verringerung vorwegzunehmen.
Änderungen des Abstands zwischen den Flecken 10e und 10f und des Abstands zwischen den Flecken 11e und 11f in Richtung auf die Laserquelle 1 zu oder von dieser weg werden wirkungsvoll dadurch kompensiert, daß der Abstand der Gittergräben in den Gitterabschnitten 3a und 3b eingestellt wird.
Wie es vorstehend im einzelnen beschrieben wurde, beinhaltet die optische Abtastvorrichtung der bevorzugten Ausführungsbeispiele ein Beugungsgitter, das einen Lichtstrahl von einer Quelle in einen Hauptstrahl zum Lesen der Datenpits auf der Informationsträgerplatte und ein Paar Unterstrahlen zum Erfassen der Spurabweichung des Hauptlesestrahls aufteilt. Das Beugungsgitter gewährleistet die Erzeugung stabiler Spurabweichungssignale. Die Abtastvorrichtung beinhaltet auch ein holographisches Gitter, um einen Teil des von der Platte reflektierten Lichtstrahls auf den Potodetektor zu lenken und zu konvergieren. Das holographische Gitter ist integral mit dem Beugungsgitter zu einer einstückigen Gitteranordnung geformt, was das Erfordernis für zwei getrennte Gitterkomponenten beseitigt. Eine Verringerung der erforderlichen Gitterkomponenten führt zu einer Verringerung der Anzahl empfindlicher Funktionseinstellungen. Das Gesamtergebnis ist das Bereitstellen einer billigen optischen Abtastvorrichtung, die eine ausgezeichnete Fähigkeit zum Erfassen einer Spurabweichung des Auslesestrahls besitzt.
Ferner sind bei der neuartigen Gitteranordnung der bevorzugten Ausführungsbeispiele das Beugungsgitter zum Beugen des Strahls von der Quelle in Strahlen nullter und erster Ordnung sowie das holographische Gitter zum Lenken eines Teils der von der Platte reflektierten Lichtstrahlen auf den Photodetektor integral miteinander ausgebildet. Diese einstükkige Struktur ermöglich es, sowohl das Beugungsgitter als auch das holographische Gitter gleichzeitig auf wirtschaftliche Weise herzustellen, wie in Fig. 11B gezeigt. Die einstückige Gitteranordnung macht auch das Zusammensetzen von Komponententeilen in einer Abtastvorrichtung einfacher und weniger mühselig.

Claims

1. Optische Abtastvorrichtung zum Lesen von Information, die in einer Spur oder Spuren auf einem Aufzeichnungsträger (7) aufgezeichnet ist, durch Abtastung der Spur oder der Spuren mittels eines fokussierten Lichtstrahls (9b), wobei das vom Träger reflektierte Licht auf einen Photodetektor (8) gelenkt wird, welche Vorrichtung folgendes aufweist:

- eine erste Gitteranordnung (4a) zum Erzeugeh eines Hauptstrahls (9a) aus einem von einer Lichtquelle (1) emittierten Lichtstrahl (9), wobei der Hauptstrahl (9a) so fokussiert wird, daß er den fokussierten Lichtstrahl (9b) bildet, und eines Paars von Nebenstrahlen (10a, 11a), die auf den Aufzeichnungsträger fokussiert werden und zum Erfassen einer Spurabweichung des Hauptstrahls dienen, gekennzeichnet durch:

- eine zweite Gitteranordnung (3), die einen Teil des vom Aufzeichnungsträger reflektierten Lichtstrahls auf den Photodetektor lenkt; und

- eine optische Gitteranordnung (2), die aus einem einzigen Teil besteht, das einen ersten Oberflächenbereich (202) , der Licht von der Lichtquelle (1) empfängt und mit der ersten Gitteranordnung (4a) versehen ist, und einen zweiten Oberflächenbereich (201) aufweist, um das vom Aufzeichnungsträger (7) reflektierte Licht zu empfangen, und der mit der zweiten Gitteranordnung (3) versehen ist.

2. Optische Abtastvorrichtung nach Anspruch 1, bei welcher der von der zweiten Gitteranordnung (3) gelenkte Lichtstrahl (9d) vom Photodetektor (8) unter Anwendung eines Astimagismusverfahrens erfaßt wird, um Fokussierabweichungssignale zu erzeugen.

3. Optische Abtastvorrichtung nach Anspruch 1, bei der der von der zweiten Gitteranordnung (3, 3a, 3b) ausgerichtete Lichtstrahl (9e, 9f) vom Photodetektor (8) durch das Keilprismaverfahren erfaßt wird, um Fokussierabweichungssignale zu erzeugen.

4. Optische Abtastvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der die erste Gitteranordnung ein Beugungsgitter (4a) aufweist.

5. Optische Abtastvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei der die zweite Gitteranordnung ein holographisches Gitter (3) aufweist.

6. Optische Abtastvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei der die optische Gitteranordnung (2) aus Glas besteht.

7. Optische Abtastvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei der die optische Gitteranordnung (2) aus Kunststoff besteht.

8. Optische Abtastvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei der die optische Gitteranordnung (2) in ihrem ersten Oberflächenbereich (202) in einer Fläche (4b), die der durch die zweite Gitteranordnung (3) zum Photodetektor (8) gerichtete Lichtstrahl durchläuft, mit dem Astigmatismus einer vergrößernden Linseneinrichtung (4c) versehen ist.

9. Optische Abtastvorrichtung nach Anspruch 8, bei der die den Astigmatismus vergrößernde Linseneinrichtung eine Zylinderlinsenfläche (4c, Fig. 15A) aufweist.

10. Optische Abtastvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei der die optische Gitteranordnung (2) in ihrem ersten Oberflächenbereich (202) in einer Fläche (4b), die der durch die zweite Gitteranordnung (3) zum Photodetektor (8) gerichtete Lichtstrahl durchläuft, mit einer Linseneinrichtung (4c) zum Vergrößern der Lichtflecke versehen ist.

11. Optische Abtastvorrichtung nach Anspruch 10, bei der die Linseneinrichtung eine konkave Linsenfläche (4c, Fig. 15B) aufweist.

12. Optische Abtastvorrichtung nach Anspruch 5, bei der das holographische Gitter (3) in zwei Abschnitte (3a, 3b) unterteilt ist, um Fokussierabweichungssignale durch das Keilprismaverfahren zu erhalten.

13. Optische Abtastvorrichtung nach Anspruch 5, bei der das holographische Gitter (3) zusätzlich den Einfluß von Astigmatismus oder Koma in dem vom Aufzeichnungsträger reflektierten und durch die Beugungsanordnung (2) durch gehenden Lichtstrahl (9c - 11c) vermindert.

14. Optische Abtastvorrichtung nach Anspruch 5, bei der das holographische Gitter (3) zusätzlich die auf dem Photodetektor ausgebildeten Lichtflecke (9d - 11d) vergrößert.

15. Optische Abtastvorrichtung nach Anspruch 5, bei der das holographische Gitter (3) zusätzlich den Astigmatismus in dem vom Aufzeichnungsträger reflektierten und die Gitteranordnung durchstrahlenden Lichtstrahl (9c - 11c) vergrößert.

16. Optische Abtastvorrichtung nach Anspruch 12 in Abhängigkeit von Anspruch 4, bei der das holographische Gitter (3) in die besagten zwei Abschnitte (3a, 3b) entlang einer Linie (30, Fig. 22) unterteilt ist, die sich parallel zu den Gitterlinien des Beugungsgitters (4a) erstreckt.

17. Optische Abtastvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei der die erste und zweite Gitteranordnung (4a, 3) so angeordnet sind, daß der durch die zweite Gitteranordnung (3) auf den Photodetektor (8) ausgerichtete Lichtstrahl (9c - 11c) durch eine nicht mit einem Gitter versehene Fläche (4b) des ersten Oberflächenbereichs (202) aus der Gitteranordnung (2) austritt.

18. Optische Gitteranordnung (2) zur Verwendung in einer optischen Abtastvorrichtung zum Lesen von auf einem Aufzeichnungsträger aufgezeichneter Information, in welcher Vorrichtung die Anordnung zwischen einer Lichtquelle und dem Aufzeichnungsträger angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die optische Gitteranordnung aus einem einzigen Teil besteht, mit:

- einem ersten Oberflächenbereich (202), der bei Benutzung so angeordnet ist, daß er Licht von der Lichtquelle empfängt;

- einem zweiten Oberflächenbereich (201), der bei Benutzung so angeordnet ist, daß er vom Aufzeichnungsträger reflektiertes Licht empfängt;

- einer ersten Gittereinrichtung (4a), die im ersten Oberflächenbereich ausgebildet ist, um aus einem von der Lichtquelle abgestrahlten Lichtstrahl (9) einen Strahl (9a) nullter Ordnung und ein Paar Strahlen (10a, 11a) erster Ordnung zu erzeugen; und

- einer zweiten Gittereinrichtung (3), die im zweiten Oberflächenbereich ausgebildet ist, um einen Teil des vom Aufzeichnungsträger reflektierten Lichtstrahls (9c - 11c) zum Photodetektor der Vorrichtung zu lenken.

19. Optische Abtastvorrichtung nach Anspruch 18, bei der die erste Gitteranordnung ein Beugungsgitter (4a) aufweist.

20. Optische Gitteranordnung nach Anspruch 18 oder Anspruch 19, bei der die zweite Gittereinrichtung ein holographisches Gitter (3) aufweist.

21. Optische Gitteranordnung nach einem der Ansprüche 18 bis 20, die aus Glas besteht.

22. Optische Gitteranordnung nach einem der Ansprüche 18 bis 20, die aus Plastik besteht.

23. Optische Gitteranordnung nach einem der Ansprüche 18 bis 22, die ferner eine Linseneinrichtung (4c) zum Fördern von Astigmatismus aufweist und die im ersten Oberflächenbereich (202) in einer Fläche (4b) angeordnet ist, durch die der durch die zweite Gittereinrichtung (3) ausgerichtete Lichtstrahl zum Photodetektor läuft.

24. Optische Gitteranordnung nach Anspruch 23, bei der die Linseneinrichtung zum Fördern von Astigmatismus eine Zylinderlinsenfläche (4c, Fig. 15A) aufweist.

25. Optische Gitteranordnung nach einem der Ansprüche 18 bis 22, die ferner eine Linseneinrichtung (4c) zum Vergrößern der auf dem Photodetektor ausgebildeten Lichtflecke aufweist, die im ersten Oberflächenbereich (202) in einer Fläche (4b) angeordnet ist, durch die der durch die zweite Gittereinrichtung (3) ausgerichtete Lichtstrahl zum Photodetektor läuft.

26. Optische Gitteranordnung nach Anspruch 25, bei der die Linseneinrichtung eine konkave Linsenfläche (4c, Fig. 15B) aufweist.

27. Optische Gitteranordnung nach Anspruch 20, bei der das holographische Gitter (3) in zwei Abschnitte (3a, 3b) unterteilt ist, um den vom Aufzeichnungsträger reflektierten, auf das holographische Gitter fallenden Lichtstrahl in zwei Beugungsstrahlen erster Ordnung (9c - 11c, 9d - 11d) auf zuteilen.

28. Optische Gitteranordnung nach Anspruch 20, bei der das holographische Gitter (3) die zusätzliche Funktion des Linderns des Einflusses von Astigmatismus oder Koma in dem vom Aufzeichnungsmedium reflektierten und durch die Gitteranordnung durchgestrahlten Lichtstrahl (9c - 11c) aufweist.

29. Optische Gitteranordnung nach Anspruch 20, bei der das holographische Gitter (3) die zusätzliche Funktion des Vergrößern der auf dem Photodetektor ausgebildeten Lichtflecke aufweist.

30. Optische Gitteranordnung nach Anspruch 20, bei der das holographische Gitter (3) die zusätzliche Funktion des Förderns des Astigmatismus in dem vom Aufzeichnungsträger reflektierten und durch die Gitteranordnung hindurchgestrahlten Lichtstrahl (9c - 11c) aufweist.

31. Optische Gitteranordnung nach Anspruch 27 in Abhängigkeit von Anspruch 19, bei der das holographische Gitter (3) in die besagten zwei Abschnitte (3a, 3b) entlang einer Linie (30, Fig. 22) unterteilt ist, die sich parallel zu den Gitterlinien des Beugungsgitters (4a) erstreckt.

32. Optische Gitteranordnung nach einem der Ansprüche 18 - 31, bei der die erste und zweite Gittereinrichtung (4a, 3) so ausgebildet sind, daß in der optischen Abtastvorrichtung der durch die zweite Gittereinrichtung (3) auf den Photodetektor (8) ausgerichtete Lichtstrahl (9c - 11c) durch eine nicht mit einem Gitter versehene Fläche (4b) des ersten Oberflächenbereichs (202) aus der Gitteranordnung (2) austritt.