DE2810566C2

DE2810566C2 -

Info

Publication number: DE2810566C2
Application number: DE2810566A
Authority: DE
Inventors: Peter Ferdinand Greve; Willem Gerard Eindhoven Nl Opheij
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1977-03-23
Filing date: 1978-03-11
Publication date: 1988-01-21
Also published as: DE2810566A1; ATA200278A; ES468083A1; CA1116294A; AT371275B; JPS6028055B2; SE7803140L; AR217276A1; BR7801692A; AU3429278A; DK124478A; NL7706753A; IT1093249B; DD135654A5; BE865140A; IT7821384A0; AU516903B2; GB1589035A; JPS53118103A; SE424677B

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Unter dem Fokussierungsstrahl ist hierbei ein Hilfsstrahl zu verstehen, mit dessen Hilfe die Fokusfehler des Auslesestrahls detektiert werden. Die Fokusdetektoren sind die mit diesem Hilfsstrahl zusammenwirkenden strahlungsempfindlichen Detektoren.

Eine derartige Vorrichtung ist in der DE-AS 25 33 501 beschrieben. Diese Vorrichtung wird z. B. zum Auslesen eines Datenträgers benutzt, auf dem ein (Farb)-Fernsehprogramm gespeichert ist. Die Datenstruktur besteht aus einer Vielzahl von auf einer spiralförmigen Spur angeordneten Gebieten, die mit Zwischengebieten abwechseln. In den Längen der Gebiete und Zwischengebiete sind die auszulesenden Daten festgelegt. Für eine genügend lange Spieldauer werden bei beschränkten Abmessungen des Datenträgers die Details der Datenstruktur sehr klein sein. So wird z. B., wenn ein Fernsehprogramm von 30 Minuten auf einer Seite eines scheibenförmigen, runden Datenträgers in einem ringförmigen Gebiet mit einem Außenradius von etwa 15 cm und einem Innenradius von etwa 6 cm gespeichert ist, die Breite der Spuren etwa 0,5 µm sein und die mittlere Länge der Gebiete und der Zwischengebiete in der Nähe von 1 µm liegen.

Um diese kleinen Details auslesen zu können, muß ein Objektivsystem mit einer verhältnismäßig großen numerischen Apertur verwendet werden. Die Tiefenschärfe eines derartigen Objektivsystems ist klein. Da in der Auslesevorrichtung Änderungen in dem Abstand zwischen der Ebene der Datenstruktur und dem Objektivsystem auftreten können, die größer als die Tiefenschärfe sind, müssen Maßnahmen getroffen werden, um diese Änderungen detektieren und die Fokussierung nachregeln zu können.

Beim Stand der Technik wird dazu von dem Auslesestrahl, bevor er in das Objektivsystem eintritt, ein enger Strahl abgespalten. Der abgespaltene Strahl geht schräg durch das Objektivsystem hindurch. Nachdem dieser Strahl vom Datenträger reflektiert worden ist, passiert er das Objektivsystem zum zweiten Mal und erzeugt dann einen Strahlungsfleck (den Fokusfleck) in der Ebene der beiden Fokusdetektoren. Das Ausmaß, in dem der Fokusfleck nun zu den Fokusdetektoren symmetrisch ist, gibt eine Anzeige über das Ausmaß der Fokussierung des Auslesestrahls auf die Datenstruktur wieder.

In der bekannten Auslesevorrichtung sind eine Anzahl zusätzlicher Elemente, wie ein halbdurchlässiger Spiegel, ein völlig reflektierender Spiegel zum Erzeugen des Fokussierstrahls und eine zusätzliche Linse zum Fokussieren des Hilfsstrahls in der Brennebene des Objektivsystems, erforderlich. Die Lagen dieser zusätzlichen Elemente sind besonders kritisch.

In einer aus der DE-OS 26 24 746 bekannten Vorrichtung wird der Auslesestrahl in zwei gleich große Teilstrahlen aufgeteilt, und es werden zwei Ausleseflecke auf den Rändern einer Spur geformt. Diese Flecken haben eine längliche Form, wobei die große Achse senkrecht zur Spurrichtung verläuft. Um ein Übersprechen zu vermeiden, muß der Spurabstand vergrößert werden. Außerdem wird, da die Ausleseflecken nicht in die Mitte einer Spur projiziert werden, das Auslesesignal herabgesetzt, d. h. weniger tief moduliert. Beim Auftreten eines Fokussierfehlers ändert sich die Konvergenz und nicht die Richtung des vom Datenträger reflektierten und durch das Objekt tretenden asymmetrischen Strahles.

Die Erfindung bezweckt, eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 zu schaffen, in der für die Fokusdetektion eine minimale Zahl zusätzlicher Elemente benötigt wird.

Die gestellte Aufgabe ist erfindungsgemäß gelöst durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1.

Durch das strahlungsdurchlässige, optische Element erhält ein kleiner Teil des Auslesestrahls eine andere Richtung als der verbleibende Teil des Auslesestrahls.

Dieser Teil wird vom Objektivsystem auf die Fokusdetektoren fokussiert, wobei die Lage des in der Ebene der Fokusdetektoren erzeugten Strahlungsflecks in bezug auf diese Detektoren durch das Ausmaß der Fokussierung des Auslesestrahls auf die Datenfläche des Datenträgers bestimmt wird.

Vorzugsweise sind der Datendetektor und die Fokusdetektoren in derselben Ebene senkrecht zu der optischen Achse angeordnet.

Das strahlungsdurchlässige optische Element kann durch einen optischen Keil oder durch ein Beugungsraster gebildet werden.

Eine weitere Ausgestaltung der Vorrichtung nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß in dem Strahlungsweg des auf den Datenträger gerichteten Auslesestrahls das strahlungsdurchlässige, optische Element derart angeordnet ist, daß die auf das Element einfallende Strahlung einen zusätzlichen Strahlungsfleck neben dem Auslesefleck auf der Datenstruktur erzeugt, wobei dieser Strahlungsfleck vom Objektivsystem auf den Fokusdetektoren abgebildet wird.

Als Strahlungsquelle kann ein Gaslaser, wie ein Helium- Neon-Laser, verwendet werden. Dabei ist der Abstand zwischen dem Objektivsystem und der Ebene der Detektoren verhältnismäßig groß. Der Fokusfleck liegt dann in verhältnismäßig großer Entfernung von der Abbildung des Ausleseflecks.

Es ist auch möglich, einen (Halbleiter)-Diodenlaser als Strahlungsquelle zu verwenden. Ein derartiger Laser kann zugleich als Datendetektor benutzt werden. Dann braucht die vom Datendetektor reflektierte Strahlung nicht von der auf den Datenträger gerichteten Strahlung getrennt zu werden. Die optische Ausleseeinheit kann dann einfach und klein gehalten werden. Das Objektivsystem kann dann weiter einen kleinen Vergrößerungsfaktor aufweisen. Wenn in einer derartigen Auslesevorrichtung ein Fokussierstrahl mit einem Ablenkelement erzeugt werden würde, kann der Fokusfleck der Abbildung des Ausleseflecks derart nahe liegen, daß die Fokusdetektoren nicht mehr innerhalb des erforderlichen Abstandes von dem Diodenlaser angeordnet werden können. Wenn es wohl gelingen würde, die Fokusdetektoren in der gewünschten Lage anzuordnen, würde bereits bei einem geringen Fehler des Auslesestrahls ein Teil des Auslesestrahls auf die Fokusdetektoren gelangen, wodurch ein Fehler in dem Fokusregelsignal erhalten wird.

Um diese Schwierigkeiten zu vermeiden, ist bei einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung, bei der das strahlungsdurchlässige, optische Element ein optischer Keil ist, vorgesehen, daß ein zweiter optischer Keil in dem Strahlungsweg des von dem ersten optischen Keil erzeugten und von dem Datenträger reflektierten Teilstrahls angeordnet ist.

Vorzugsweise ist dabei der zweite optische Keil innerhalb der mit Hilfe des Datenträgers und des dem Datenträger am nächsten liegenden Linsenelements des Objektivsystems erzeugten Abbildung des ersten optischen Keils angeordnet. Dies bedeutet, daß der zweite optische Keil kleiner als oder gleich groß wie der erste optische Keil ist.

Das Objektivsystem kann aus einer Anzahl von Linsenelementen oder aus einem einzigen Linsenelement bestehen. Im letzteren Falle ist das dem Datenträger am nächsten liegende Linsenelement des Objektivsystems das Objektivsystem selber.

Durch den zweiten optischen Keil, dessen Brechungswinkel vorzugsweise größer als der des ersten optischen Keils ist, wird der vom Datenträger reflektierte Fokussierstrahl zusätzlich von dem Auslesestrahl abgelenkt, wodurch der Abstand zwischen dem Fokusfleck und dem Auslesefleck vergrößert wird.

Um zu erzielen, daß, unabhängig von der Lage des Datenträgers in bezug auf das Objektivsystem, der zweite Keil stets innerhalb der Abbildung des ersten Keils bleibt, sind nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung die optischen Keile in der hinteren Brennebene des dem Datenträger am nächsten liegenden Linsenelements des Objektivsystems angeordnet.

Eine zweite Ausführungsform einer Vorrichtung nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß ein strahlungsdurchlässiges, optisches Element in dem Wege des von dem Datenträger reflektierten und von dem Auslesefleck stammenden Auslesestrahls angeordnet ist, derart, daß die auf das strahlungsdurchlässige, optische Element einfallende Strahlung zu den Fokusdetektoren abgelenkt wird.

Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung schließt die Trennlinie zwischen den Fokusdetektoren einen spitzen Winkel mit der Richtung ein, in der sich der Fokusfleck infolge von Fokusfehlern bewegt. Durch diese Maßnahme wird vermieden, daß die Lage der Fokusdetektoren besonders kritisch ist.

Die verwendeten strahlungsdurchlässigen, optischen Elemente sind erheblich kleiner als der Querschnitt des Auslesestrahls. Dadurch wird die Größe des Ausleseflecks und damit die Auslesung der Daten selber nicht beeinflußt. Der geringe Einfluß der strahlungsdurchlässigen, optischen Elemente auf die Auslesung kann noch dadurch herabgesetzt werden, daß dafür gesorgt wird, daß die Verbindungslinie zwischen der optischen Achse des Objektivsystems und dem strahlungsdurchlässigen, optischen Element einen Winkel von 45° mit der Richtung einschließt, in der eine Datenspur des Datenträgers ausgelesen wird.

Die Erfindung wird nachstehend an einigen Ausführungsbeispielen einer Vorrichtung näher erläutert, in der ein Diodenlaser als Strahlungsquelle und optische Keile als strahlungsdurchlässige optische Elemente verwendet werden. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 eine erste bevorzugte Ausführungsform einer Vorrichtung nach der Erfindung,

Fig. 2a und 2b verschiedene Orientationen der Fokusdetektoren in bezug auf die Bewegungsrichtung des Fokusflecks,

Fig. 3a und 3b die Weise, in der sich der Fokusfleck in bezug auf die Fokusdetektoren bei Drehung der optischen Keile in bezug auf die optische Achse bewegt, und

Fig. 4 eine zweite Ausführungsform einer Vorrichtung nach der Erfindung.

In Fig. 1 ist ein Teil eines runden scheibenförmigen Datenträgers 1 in radialem Schnitt dargestellt. Die Datenstruktur ist z. B. eine Phasenstruktur und enthält eine Vielzahl konzentrischer oder scheinbar konzentrischer Spuren 2, die aus aufeinanderfolgenden Gebieten und Zwischengebieten aufgebaut sind. Die Gebiete können z. B. auf einer anderen Tiefe als die Zwischengebiete in dem Datenträger liegen. Die Daten können z. B. aus einem Farbfernsehprogramm, aber auch aus anderen Daten, wie einer Vielzahl verschiedener Bilder oder digitalen Daten, bestehen. Vorzugsweise ist die Datenstruktur auf der dem Strahlen Eintritt abgewandten Rückseite des Datenträgers 1 angebracht.

Der Datenträger wird mit einem Auslesestrahl 3 belichtet, der von einem Diodenlaser 4 stammt. Ein Objektivsystem, das aus einer einzigen Linse oder, wie in Fig. 1 dargestellt, aus zwei Linsen L₁ und L₂ bestehen kann, fokussiert den Auslesestrahl zu einem Auslesefleck V _i auf die Datenstruktur. Der Auslesestrahl 3 wird dann von der Datenstruktur reflektiert, und bei Drehung des Datenträgers entsprechend den in einem auszulesenden Spurteil gespeicherten Daten moduliert. Nach Reflexion passiert der Auslesestrahl das Objektivsystem zum zweiten Male, wobei eine Abbildung V _i′ des Ausleseflecks V _i erzeugt wird. An der Stelle des Strahlungsflecks V _i′ ist ein Detektor angeordnet, der den modulierten Auslesestrahl in ein elektrisches Signal S _i umwandelt.

Wie in der deutschen Offenlegungsschrift 22 44 119 beschrieben ist, kann, wenn die Strahlungsquelle ein Diodenlaser ist, dieser Diodenlaser zugleich als Detektor verwendet werden. In Abhängigkeit von der Intensität des reflektierten Auslesestrahls wird sich nämlich der elektrische Widerstand über dem Diodenlaser oder die Intensität der von der Rückseite des Diodenlasers emittierten Strahlung ändern. Bei Anwendung eines Diodenlasers als Strahlungsquelle ist kein Strahlenteilungselement erforderlich, um den modulierten von dem Datenträger herrührenden Auslesestrahl von dem unmodulierten auf den Datenträger gerichteten Auslesestrahl zu trennen.

Nach der Erfindung ist ein kleiner optischer Keil 5 im Wege des Auslesestrahls 3 angeordnet. Durch diesen Keil wird ein Teilstrahl 6 (in Fig. 1 mit gestrichelten Linien angegeben) von dem Auslesestrahl abgelenkt. Dieser Teilstrahl wird von der Linse L₁ zu einem Strahlungsfleck V _f auf die Datenstruktur fokussiert. Nach Reflexion an der Datenstruktur und einem zweiten Durchgang durch das Objektivsystem erzeugt der Fokussierstrahl einen Strahlungsfleck V _f′ (den Fokusfleck) auf einem Gebilde von zwei Fokusdetektoren 7 und 8. Dabei ist dafür gesorgt, daß, wenn der Abstand zwischen der Ebene der Spuren 2 und dem Objektivsystem richtig ist, der Fokusfleck zu den Fokusdetektoren symmetrisch liegt, so daß beide Detektoren dann gleich viel Strahlung empfangen und die Ausgangssignale S₇ und S₈ einander gleich sind. Wenn sich die Ebene der Datenstruktur nach unten in bezug auf das Objektivsystem verschiebt, wird sich der Punkt, an dem der Hauptstrahl des reflektierten Strahls 6 in die Linse L₁ eintritt, zu der optischen Achse 00′ hin verschieben. Der Strahl 6 wird dann in etwas geringerem Maße vom Objektivsystem abgelenkt und der Fokusfleck V _f′ verschiebt sich nach links. Der Detektor 7 empfängt dann mehr Strahlung als der Detektor 8. Wenn sich die Ebene der Spuren 2 nach oben verschiebt, erfolgt das Umgekehrte, und dann empfängt der Detektor 7 weniger Strahlung als der Detektor 8.

Die Signale S₇ und S₈ der Detektoren werden einer elektronischen Schaltung 9 zugeführt. In dieser Schaltung werden die Signale auf an sich bekannte Weise voneinander subtrahiert. Am Ausgang der Schaltung 9 erscheint ein Fokusregelsignal r _f, mit dem die Fokussierung des Objektivsystems nachgeregelt werden kann, z. B. dadurch, daß dieses System längs der optischen Achse 00′ verschoben wird. Für den Fall, daß die Strahlungsquelle ein Diodenlaser ist, kann auch die optische Ausleseeinheit längs der optischen Achse verschoben werden.

Der optische Keil oder ein Beugungsraster ist im Wege des zu dem Datenträger hin gerichteten Auslesestrahls angeordnet, und der Fokussierstrahl, der durch die Linse L₁ hindurchgeht, ist eng. Dadurch wird erreicht, daß der Fleck V _f erheblich größer als der Fleck V _i ist. Mit dem Fokussierstrahl können dann die Details der Datenstruktur nicht unterschieden werden, und die Signale S₇ und S₈ weisen dann keine hochfrequenten Änderungen auf.

Der Deutlichkeit halber ist Fig. 1 derart gezeichnet, als ob der reflektierte Fokussierstrahl durch den Rand der Linse L₁ hindurchgeht. Tatsächlich wird der Punkt, an dem der Hauptstrahl dieses Strahls in die Linse L₁ eintritt, der optischen Achse näher liegen.

In der Vorrichtung nach der Erfindung wird der Fokussierstrahl mit sehr einfachen Mitteln, und zwar mit nur einem keilförmigen Element oder mit nur einem kleinen Beugungsraster, gebildet. Der Keil oder das Beugungsraster kann z. B. auf einer durchsichtigen Platte befestigt sein. Diese Platte kann in bezug auf die Linse L₁ in Richtung der optischen Achse 00′ fixiert sein.

Der Brechungswinkel des Keils 5 ist an eine obere Grenze gebunden, und dies trifft auch für die Ablenkung des Fokussierstrahls durch diesen Keil zu. Es ist nämlich erwünscht, daß der Punkt der Datenstruktur, auf den die Fokussierung eingestellt wird, dem Punkt der Datenspur, an dem ausgelesen wird, möglichst nahe liegt. Zum Beispiel ist der Abstand zwischen V _i und V _f 100 µm. Dann kann auch in den Fällen, in denen der Datenträger schräg in bezug auf die optische Achse angeordnet ist oder in denen Änderungen in der Dicke des Datenträgers auftreten, eine gute Fokussierung des Auslesestrahls aufrechterhalten werden.

Um einen genügenden Abstand zwischen dem Fokusfleck V _f′ und dem Strahlungsfleck V _i′ zu sichern, ist die Beugung durch den Keil 5 allein genügend, wenn der Vergrößerungsfaktor des Objektivsystems hinreichend groß ist oder wenn die Strahlungsquelle nicht zugleich der Datendetektor ist, so daß die von dem Aufzeichnungsträger reflektierte Strahlung ausgespiegelt werden kann und die Detektoren in genügender Entfernung von dem Datenträger angeordnet werden können.

Bei Anwendung eines Diodenlasers als Strahlungsquelle (vgl. Fig. 1) und eines Objektivsystems, das den Diodenlaser in einem Verhältnis 2 : 1 auf der Datenstruktur abbildet, wobei vorzugsweise der Abstand zwischen dem Objektivsystem und dem Diodenlaser klein ist, ist der Abstand infolge der Beugung durch den Keil 5 zwischen den Flecken V _i′ und V _f′ zu klein. In diesem Falle kann nach der Erfindung ein zweiter optischer Keil 10 verwendet werden. Dieser Keil ist dann in dem Wege des reflektierten Fokussierstrahls angebracht. Der Keil 10 kann einen größeren Brechungswinkel als der Keil 5 aufweisen, weil er den Abstand zwischen den Flecken V _i und V _f nicht mitbestimmt.

Auch in dem Falle, daß mit einem Keil 5 ein genügender Abstand zwischen den Flecken V _i′ und V _f′ erhalten werden kann, könnte ein zweiter Keil 10 verwendet werden. Mit dem zweiten Keil kann dann verhindert werden, daß Strahlung des Auslesestrahls auf die Fokusdetektoren gelangt, wenn die Datenstruktur außer Fokus gerät und sich infolgedessen der Strahlungsfleck V _i′ "aufbläht".

Der Keil 10 muß im Schatten des Keils 5 liegen, oder anders gesagt, die Keile 5 und 10 müssen von der Linse L₁ und über den Datenträger aufeinander abgebildet werden. In Fig. 1 sind die Randstrahlen der genannten Abbildung mit strichpunktierten Linien angegeben.

Wenn die Ebene der Keile auf einer beliebigen Höhe zwischen den Linsen L₁ und L₂ liegen würde, wäre die Abbildung des Keils 5 von dem Abstand zwischen der Ebene der Datenstruktur und dem Objektivsystem abhängig. Daher wird nach der Erfindung dafür gesorgt, daß die Ebene der Keile mit der Brennebene F der Linse L₁ zusammenfällt.

Um zu erzielen, daß alle vom ersten Keil (5) abgelenkte Strahlung durch den zweiten Keil (10) hindurchgeht, müßte der zweite Keil etwas größer als der erste sein. Dann würde aber ein kleiner Teil des Auslesestrahls 3 selber durch den zweiten Keil hindurchgehen und einen gesonderten Strahlungsfleck V _n auf der Ebene der Detektoren erzeugen (vgl. den mit vollen Linien angegebenen Strahl 3′ in Fig. 1). Der Strahlungsfleck V _n liegt in der Situation nach Fig. 1, in der der Auslesestrahl gut auf Datenstruktur fokussiert ist, den Fokusdetektoren nahe. Wenn dann die Ebene der Spuren 2 sich nach oben bewegen würde, würde bereits bei einem kleinen Fokusfehler der Strahlungsfleck V _n auf den Detektor 7 gelangen, wodurch ein fehlerhaftes Signal r _f erhalten wird.

Daher ist die Oberfläche des Keiles 10 höchstens gleich der des Keiles 5 und ist der Keil 10 im Schatten des Keiles 5 angeordnet. Dadurch wird ein Teil des Fokussierstrahls (der mit gestrichelten Linien angegebene Strahl 6′) nicht auf die Detektoren 7 und 8 gelangen. Dies hat jedoch nur zur Folge, daß die Signale S₇ und S₈ etwas kleiner werden. Die Empfindlichkeit des Detektionssystems für Fokusfehler ändert sich dadurch nicht wesentlich.

Weiter wird dafür gesorgt, daß der Abstand d zwischen der optischen Achse 00′ und dem Punkt, an dem der Fokussierstrahl in die Linse L₁ eintritt, gleich etwa dem 0,7fachen des Radius r der Linsenpupille ist. Bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausleseverfahren, bei dem der Auslesestrahl zweimal durch den Datenträger hindurchgeht, ist dann bei Änderungen in der Dicke des Datenträgers der Einfluß sphärischer Aberration im Objektivsystem auf die Form des Flecks V _i bei der beschriebenen Fokusregelung minimal.

In den Fig. 2a und 2b sind die zwei Fokusdetektoren 7 und 8 mit dem darauf projizierten Fokusfleck V _f′ dargestellt. Es wird angenommen, daß sich bei Änderung der Fokusfleck V _f′ in der x-Richtung verschiebt. Für eine möglichst große Empfindlichkeit des Detektionssystems für Fokusfehler müßte die Trennlinie g zwischen den Detektoren 7 und 8 zu der x-Richtung senkrecht sein, wie in Fig. 2a angegeben ist. Dann wäre jedoch das abgeleitete Fokusregelsignal r _f stark von der Lage in der x-Richtung der Fokusdetektoren abhängig.

Nach der Erfindung weden die Detektoren 7 und 8 derart angeordnet, daß die Trennlinie g unter einem spitzen Winkel von z. B. 45° zu der x-Richtung steht, wie in Fig. 2b angegeben ist. Der Nulldurchgang des Signals r _f kann dann dadurch eingestellt werden, daß der Keil 5 oder die Keile 5 und 10 um die optische Achse 00′ gedreht werden. In den Fig. 3a und 3b ist die Bahn, die der Fokusfleck V _f′ beschreibt, wenn die Keile gedreht werden, durch die Kurve c dargestellt. Im Falle der Fig. 3a, in dem die Detektoren die Orientierung nach Fig. 2b aufweisen, ändert sich, wenn sich der Fokusfleck nach der Kurve c über die Detektoren bewegt, die Strahlungsverteilung über die Fokusdetektoren. Beim Zusammenbau der Auslesevorrichtung kann dann, nachdem die Platte mit den Keilen zwischen den Linsen L₁ und L₂ angeordnet und die Fokussierung gut eingestellt worden ist, die Platte derart gedreht werden, daß der Fokusfleck zu den Detektoren 7 und 8 symmetrisch liegt. Diese Möglichkeit gibt es nicht, wenn die Fokusdetektoren die Orientierung nach Fig. 2a aufweisen. Dann wird nämlich durch Drehung der Platte mit den Keilen über kleine Winkel die Strahlungsverteilung über die Fokusdetektoren nicht beeinflußt werden können (vgl. Fig. 3b).

Wenn die Fokusdetektoren die Orientierung nach Fig. 2b aufweisen, wird eine Verschiebung des Fokusflecks V _f′ in der x-Richtung, also eine Verschiebung infolge der auftretenden Fokusfehler, eine kleinere Änderung in den Signalen S₇ und S₈ zur Folge haben als wenn diese Detektoren nach Fig. 2a orientiert sind. Die Empfindlichkeit des Detektionssystems ist also verringert. Dies ist jedoch unbedenklich. Die Empfindlichkeit bleibt auch für die Anordnung nach Fig. 2b genügend groß. Der Gewinn bezüglich der Lagentoleranz der Fokusdetektoren ist wichtiger als der Verlust an Empfindlichkeit.

Dadurch, daß ein Fokussierstrahl aus dem Auslesestrahl gebildet wird, wird dieser Strahl die Pupille der Linse L₁ nicht mehr optimal füllen. Dadurch wird der Strahlungsfleck V _i in Richtung der Verbindungslinie von optischen Achse 00′ zu der Mitte des Beugungselements (Keil oder Raster) etwas größer werden. Das Auflösungsvermögen des Auslesestrahls wird in dieser Richtung etwas kleiner. Der Einfluß dieses an sich geringen Effekts kann nicht dadurch herabgesetzt werden, daß dafür gesorgt wird, daß die Verbindungslinie zwischen der optischen Achse und dem Beugungselement einen Winkel von etwa 45° mit der Richtung eines auszulesenden Spurteiles einschließt.

Die beiden Strahlungsbeugungselemente 5 und 10 in Fig. 1, die dazu erforderlich sind, einen genügenden Abstand zwischen den Strahlungsflecken V _i′ und V _f′ zu erhalten, müssen genau in bezug aufeinander ausgerichtet werden. Außerdem müssen die Elemente 5 und 10 zusammen genau in bezug auf das Objektivsystem ausgerichtet werden. Das Element 10 muß ja im Schatten des Elements 5 liegen.

In Fig. 4 ist eine Ausführungsform einer Vorrichtung nach der Erfindung dargestellt, in der mit Hilfe nur eines einzigen Strahlungsbeugungselements, dessen Lage nicht besonders kritisch ist, einen genügenden Abstand zwischen dem Fokusfleck V _f′ und dem wiederabgebildeten Auslesefleck erhalten wird. In der Figur sind die Elemente, die denen nach Fig. 1 entsprechen, mit den gleichen Bezugsziffern bezeichnet.

In der Anordnung nach Fig. 4 ist ein kleiner optischer Keil 10 derart angebracht, daß ein Teilstrahl oder Fokusstrahl 6 von dem von dem Datenträger reflektierten Auslesestrahl abgelenkt wird. Mit den gestrichelten Linien in Fig. 4 ist angegeben, welcher Teil des Auslesestrahls durch den Keil hindurchgeht. Die Linsen L₁ und L₂ sorgen dafür, daß der Fokusstrahl 6 zu einem Strahlungsfleck oder Fokusfleck V _f′ auf die Fokusdetektoren konzentriert wird.

Nun wird nur ein einziger Strahlungsfleck auf der Datenstruktur zum Auslesen der Daten sowie zum Erzeugen eines Fokusfehlersignals benutzt. Das Gebiet der Datenstruktur, auf das die Fokussierung des Auslesestrahls eingestellt wird, ist dann stets das Gebiet, das ausgelesen wird.

Der Keil 10 lenkt auch einen Teil des zu dem Datenträger hin gerichteten Auslesestrahls ab. Dieser Teil wird aber zu einem zusätzlichen Strahlungsfleck rechts von dem Auslesefleck V _i auf die Datenstruktur fokussiert. Der zusätzliche Strahlungsfleck wird von dem Linsensystem L₁, L₂ in einer Lage links von der optischen Achse 00′ und also nicht auf den Fokusdetektoren wiederabgebildet.

Die optischen Elemente sind derart ausgerichtet, daß, wenn der Abstand zwischen der Ebene der Datenspuren 2 und dem Objektivsystem L₁, L₂ richtig ist, die auf den optischen Keil einfallende Strahlung die Richtung aufweist, die in Fig. 4 mit gestrichelten Linien angegeben ist. Der optische Keil lenkt den Fokusstrahl 6 dann derart ab, daß der Fokusfleck zu den Fokusdetektoren symmetrisch ist. Diese Fokusdetektoren empfangen dann gleiche Strahlungsmengen, und die Ausgangssignale S₇ und S₈ der Detektoren 7 und 8 sind dann einander gleich.

Wenn sich die Ebene der Datenstruktur in bezug auf das Objektivsystem L₁, L₂ verschiebt, ändert sich die Konvergenz des von dem Datenträger reflektierten Auslesestrahls. Dadurch wird derjenige Teil des Auslesestrahls, der als Fokusstrahl benutzt wird, auf den Keil 10 unter einem anderen Winkel einfallen als in Fig. 4 angegeben ist. Dadurch ändert sich auch die Richtung des durch den Keil 10 hindurchgehenden Strahls 6 und somit die Lage des Fokusflecks V _f′ in bezug auf die Fokusdetektoren. Verschiebt sich die Ebene der Datenstruktur zu dem Objektivsystem hin, so wird der Detektor 7 eine größere Strahlungsmenge als der Detektor 8 empfangen. Wenn sich jedoch die Ebene der Datenstruktur von dem Objektivsystem ab bewegt, wird der Detektor 7 eine geringere Strahlungsmenge als der Detektor 8 empfangen.

In der Anordnung nach Fig. 4 können auch wieder die zusätzlichen Maßnahmen getroffen werden, die an Hand der Fig. 1 beschrieben sind.

So ist vorzugsweise der Abstand a zwischen der Mitte des Keils 10 und der optischen Achse 00′ gleich etwa dem 0,7fachen des Radius des Auslesestrahls an der Stelle des Keils. Dann ist wieder bei Änderung der Dicke des Datenträgers der Einfluß der sphärischen Aberrationen in dem Objektivsystem auf die Form des flecks V _i′ minimal.

Weiter schließt vorzugsweise die Trennlinie zwischen den Fokusdetektoren einen spitzen Winkel, z. B. 45°, mit der Richtung ein, in der sich der in der Ebene der Fokusdetektoren erzeugte Strahlungsfleck bei Änderung der Lage der Ebene der Datenstruktur verschiebt.

Schließlich schließt vorzugsweise die Verbindungslinie zwischen dem optischen Keil 10 und der optischen Achse einen Winkel von etwa 45° mit der Richtung eines auszulesenden Spurteiles ein.

Die Tatsache, daß die Erfindung für einen Keil als Strahlungsbeugungselement beschrieben ist, bedeutet nicht, daß sich die Erfindung auf die Anwendung eines solchen Keiles beschränkt. Statt eines Keiles kann auch ein anderes Strahlungsbeugungselement, wie ein Beugungsraster, Anwendung finden.

Auch kann dafür gesorgt werden, daß der Fokusstrahl 6 in einer der in den Figuren angegebenen Richtung entgegengesetzten Richtung abgelenkt wird, so daß die Fokusdetektoren auf der gleichen Seite der optischen Achse 00′ wie das Strahlungsbeugungselement 10 angeordnet werden können. Der optische Keil 10 kann dazu z. B. über 180° um seine eigene Achse gedreht werden.

Claims

1. Vorrichtung zum Auslesen eines optischen, strahlungsreflektierenden Datenträgers, die enthält: eine einen Auslesestrahl liefernde Strahlungsquelle, ein Objektivsystem, mit dessen Hilfe der Auslesestrahl zu einem Ausleseflecken auf die Datenstruktur des Datenträgers fokussiert und der Ausleseflecken auf einem strahlungsempfindlichen Datendetektor abgebildet wird, dessen Ausgangssignal die ausgelesenen Daten darstellt, und ein optoelektronisches Fokusfehlerdetektionssystem zur Bestimmung einer Abweichung zwischen der Soll- und der Istlage der Fokussierungsebene des Objektivsystems, wobei dieses Fokusfehlerdetektionssystem zwei strahlungsempfindliche Fokusdetektoren enthält, die mit einem engen Fokussierstrahl zusammenwirken, wobei der Unterschied zwischen den Ausgangssignalen der Fokusdetektoren eine Anzeige über die genannte Abweichung gibt und wobei sich der Fokussierstrahl in der Ebene der zwei Fokusdetektoren verschiebt in Abhängigkeit der Fokusfehler, dadurch gekennzeichnet,

- daß in dem Strahlungsweg des auf den Aufzeichnungsträger gerichteten Auslesestrahls ein strahlungsdurchlässiges, optisches Element (5) angeordnet ist, das einen engen Fokussierstrahl (6) mit gegenüber dem Auslesestrahl unterschiedlicher Richtung erzeugt,
- daß dieser Fokussierstrahl (6) durch die Fokussierungsoptik (L₁) des Obvjektivsystems auf dem Datenträger abgebildet wird, wobei die Mittelpunkte des Fokussierfleckens (V _f) und des Auslesefleckens (V _i) getrennt sind,
- und daß das strahlungsdurchlässige optische Element eine Oberfläche aufweist, die erheblich kleiner ist als die Hälfte des Querschnitts des Auslesestrahls.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das strahlungsdurchlässige, optische Element (5) durch ein Beugungsraster gebildet wird.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das strahlungsdurchlässige, optische Element (5) durch einen optischen Keil gebildet wird.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Strahlungsweg des auf den Datenträger (1) gerichteten Auslesestrahls das strahlungsdurchlässige, optische Element derart angeordnet ist, daß die auf das Element einfallende Strahlung einen zusätzlichen Strahlungsfleck (V _f) neben dem Auslesefleck (V _i) auf der Datenstruktur erzeugt, wobei dieser Strahlungsfleck (V _f) vom Objektivsystem auf den Fokusdetektoren abgebildet wird.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, in der das strahlungsdurchlässige, optische Element ein optischer Keil ist, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Strahlungsweg des von dem ersten optischen Keil (5) erzeugten und von dem Datenträger (1) reflektierten Teilstrahls ein zweiter optischer Keil (10) angeordnet ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite optische Keil (10) innerhalb der mit Hilfe des Datenträgers (1) und des dem Datenträger (1) am nächsten liegenden Linsenelements (L₁) des Objektivsystems erzeugten Abbildung des ersten optischen Keils (5) angeordnet ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die optischen Keile (5, 14) in der hinteren Brennebene des dem Datenträger (1) am nächsten liegenden Linsenelements (L₁) des Objektivsystems angeordnet sind.

8. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Beugungselement derart angeordnet ist, daß der Abstand zwischen der optischen Achse des Objektivsystems und dem Punkt, an dem der Fokussierstrahl zum ersten Mal in das dem Datenträger am nächsten liegende Linsenelement (L₁) des Objektivsystems eintritt, etwa gleich dem 0,7fachen des Radius der Pupille dieser Linse ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das strahlungsdurchlässige, optische Element (5) derart in dem Wege des von dem Datenträger reflektierten und von dem Auslesefleck stammenden Auslesestrahls angeordnet ist, daß die auf das strahlungsdurchlässige, optische Element (5) einfallende Strahlung zu den Fokusdetektoren (7, 8) abgelenkt wird.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen der Mitte des strahlungsdurchlässigen, optischen Elements (5) und der optischen Achse etwa gleich dem 0,7fachen des Radius des Auslesestrahls an der Stelle des strahlungsdurchlässigen, optischen Elements ist.

11. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennlinie zwischen den Fokusdetektoren (7, 8) einen spitzen Winkel mit der Richtung einschließt, in der sich der in der Ebene der Fokusdetektoren (7, 8) erzeugte Strahlungsfleck infolge von Fokusfehlern bewegt.

12. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungslinie zwischen der optischen Achse des Objektivsystems und dem strahlungsdurchlässigen, optischen Element (5) einen Winkel von etwa 45° mit der Richtung einschließt, in der eine Datenspur des Datenträgers ausgelesen wird.