DE3486047T2 - Optischer kopf. - Google Patents

Optischer kopf.

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DE3486047T2 DE8484113779T DE3486047T DE3486047T2 DE 3486047 T2 DE3486047 T2 DE 3486047T2 DE 8484113779 T DE8484113779 T DE 8484113779T DE 3486047 T DE3486047 T DE 3486047T DE 3486047 T2 DE3486047 T2 DE 3486047T2
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Description

  • Diese Erfindung betrifft einen optischen Kopf, bei dem ein Lichtstrahl(bündel) zum Auslesen, Einschreiben oder Löschen von Information auf einem Informations- Aufzeichnungsträger, etwa einer optischen Platte, konvergiert wird.
  • Beim üblichen optischen Kopf muß der Strahlschnittpunkt bzw. Brennpunkt (beam waist) eines konvergenten Lichtstrahls (oder -strahlenbündels) auf einer lichtreflektierenden Fläche oder Aufzeichnungsfläche des Informations-Aufzeichnungsmediums, d. h. der optischen Platte, geformt werden, wenn Information in die Platte eingeschrieben, aus ihr ausgelesen oder auf ihr gelöscht wird. Zu diesem Zweck ist der optische Kopf mit einem Fokus(sier)servosteuersystem für Fokussiersteuerung in der Weise, daß der Brennpunkt des Lichtstrahls stets auf der lichtreflektierenden Fläche oder Aufzeichnungsfläche der optischen Platte gehalten wird, versehen. Bei einem solchen Fokus(sier)servosteuersystem, insbesondere dem in der US-A-4 521 680 offenbarten optischen System, welches einen sogenannten Schneidkanten- oder Schneidenprozeß zum Detektieren der Fokussierung, d. h. des Scharfstellzustands, anhand der Bewegung eines Strahlflecks, der auf der Oberfläche eines in einer Bilderzeugungsebene vorgesehenen Lichtdetektors geformt oder erzeugt wird, in welcher Ebene ein Bild betreffend eine lichtreflektierende Fläche oder Auf Zeichnungsfläche einer optischen Platte erzeugt wird, verwendet, kann sich eine Abweichung des Brennpunkts eines konvergenten Strahls von der lichtreflektierenden Fläche oder Aufzeichnungsfläche der optischen Platte schon bei einem geringfügigen Fehler der Lange des Strahlengangs des Lichtstrahls oder einem geringfügigen Fehler der Achse des Strahlengangs, der durch Änderungen der Umgebungsbedingungen, insbesondere Umgebungstemperaturänderungen, hervorgerufen wird, ergeben.
  • Außerdem ist aus SPIE, Band 329, Optical Disk Technology, 1982, S. 223-227, ein optischer Kopf mit einer Lichtstrahlquelle, einem Kollimatorlinsensystem und einem Defokussiersteuersystem bekannt. Diese Veröffentlichung zeigt insbesondere den optischen Kopf als Teil einer Versuchsanordnung, die für die Durchführung von Tests an TbFe- Dünnfilmen auf Glasobjektträgern für magnetooptische Aufzeichnungen eingesetzt wird. Diese Veröffentlichung erwähnt keine Defokussierkompensation (compension) zwischen dem Kollimiersystem und dem Defokussierdetektionssystem des optischen Kopfes.
  • Die US-A-4 236 790 offenbart eine temperaturkompensierte Positioniervorrichtung, um eine erste und eine zweite Fläche über einen gewünschten Temperaturbereich automatisch in einer genauen Dimensionsbeziehung zueinander zu halten. Insbesondere kann diese Vorrichtung in einem Abbildungssystem zum Aufrechterhalten des durch eine Linse geformten bzw. erzeugten Bilds auf einer festen Bildebene über einen weiten Temperaturbereich hinweg oder alternativ in einem System, in welchem es gewünscht wird, zwei Objekte in einem festen gegenseitigen Abstand zu halten, eingesetzt werden. Diese Veröffentlichung lehrt nichts bezüglich der Wechselwirkung eines Kollimiersystems und eines Fokussiersystems, zwischen denen die Position oder Lage eines Zwischenbilds auf einer festen Bildebene gehalten werden soll.
  • Erfindungsgemäß wird eine Defokussierkompensation zwischen dem Kollimiersystem und dem Defokussierdetektorsystem eines optischen Kopfes erzielt durch einen optischen Kopf, umfassend eine Strahlquelle zum Erzeugen eines Lichtstrahls, eine erste Basis zur Halterung der an ihr montierten Strahlquelle und mit einem linearen Wärmedehnungskoeffizienten α, einen die an ihm befestigte erste Basis halternden Rahmen mit einem linearen Wärmedehnungskoeffizienten γ, einen im Rahmen 74 angeordneten und befestigten ersten Linsentubus mit einem linearen Wärmedehnungskoeffizienten β, ein am ersten Linsentubus befestigtes Kollimatorlinsensystem einer Brennweite f1 zum Kollimieren des von der Strahlquelle erzeugten Lichtstrahls, ein Objektiv zum Konvergieren des kollimierten Lichtstrahls zwecks Erzeugung eines Strahlflecks auf einer lichtreflektierenden Fläche, einen Lichtdetektor zum Detektieren einer Defokussierung durch Detektieren des Brennpunkts des von der reflektierenden Fläche reflektierten Lichtstrahls, der durch das Objektiv und eine Projektionslinse hindurchfallt, und eine den Lichtdetektor halternde zweite Basis, einen an der zweiten Basis befestigten zweiten Linsentubus zur Aufnahme des Lichtdetektors und der Projektionslinse, die einander gegenüberstehen, wobei der zweite Linsentubus aus einem Werkstoff eines festen linearen Wärmedehnungskoeffizienten geformt ist, der so gewählt ist, daß die durch thermische Verformung des Rahmens und des ersten Linsentubus hervorgerufene Defokussierung durch die Defokussierung, die durch thermische Verformung des zweiten Linsentubus hervorgerufen wird, aufgehoben wird.
  • Ein besseres Verständnis dieser Erfindung ergibt sich aus der folgenden genauen Beschreibung anhand der beigefügten Zeichnungen, in denen zeigen:
  • Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform des optischen Kopfes gemaß der Erfindung,
  • Fig. 2 eine vereinfachte perspektivische Darstellung eines optischen Systems beim optischen Kopf nach Fig. 1,
  • Fig. 3A bis 3C Darstellungen zur Verdeutlichung der Prinzipien der Scharfeinstell- bzw.
  • Fokussierdetektion bei der Ausführungsform des optischen Kopfes gemaß der Erfindung,
  • Fig. 4 eine perspektivische Teildarstellung einer Anordnung zur Halterung eines Kollimatorlinsensystems,
  • Fig. 5 eine Schnittansicht der Anordnung nach Fig. 4,
  • Fig. 6 eine Schnittansicht einer Anordnung zur Halterung eines Kollimatorlinsensystems bei einer Abwandlung der Ausführungsform,
  • Fig. 7 eine perspektivische Teildarstellung einer Anordnung zur Halterung eines Projektionslinsensystems und
  • Fig. 8 eine Schnittansicht der Anordnung nach Fig. 7.
  • Im folgenden ist eine Ausführungsform der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Fig. 1 zeigt eine Informationsaufzeichnungs- und -wiedergabevorrichtung unter Verwendung eines optischen Kopfes gemäß der Erfindung. Die Bezugsziffer 2 bezeichnet eine optische Platte als Informations-Aufzeichnungsträger. Die optische Platte 2 umfaßt zwei durchsichtige Scheiben oder Platten 4 und 6, die mit gegenüberliegenden Seiten von inneren und äußeren Abstandhaltern 8 bzw. 10 verbunden bzw. verklebt sind. Als Informations-Aufzeichnungsschichten dienende lichtreflektierende Schichten 12 und 14 sind durch Ablagerung oder Aufdampfung an den Innenflächen der durchsichtigen Platten 4 bzw. 6 geformt. In der Oberfläche der lichtreflektierenden Schichten 12 und 14 ist jeweils eine spiralige Spurführung oder Führungsspur 16 ausgebildet. Information ist oder wird in Form von (sog.) Pits oder Grübchen auf der Führungsspur 16 aufgezeichnet. Die optische Platte 2 ist mit einem Mittelloch versehen. Wenn die optische Platte 2 auf einen Plattenteller 18 aufgesetzt wird, wird dessen zentrale Spindel 20 in das Mittelloch der optischen Platte 2 eingeführt, so daß damit die Drehachsen von Plattenteller 18 und optischer Platte 2 ausgefluchtet werden. Der Plattenteller 18 ist drehbar an einem (nicht dargestellten) Träger oder Lager gelagert und wird durch einen Antriebsmotor 24 mit konstanter Geschwindigkeit in Drehung versetzt.
  • Ein dargestellter optischer Kopf ist allgemein mit 26 bezeichnet. Er ist durch einen Linearstelltrieb 28 oder einem Dreharm in der Radialrichtung der optischen Platte 2 bewegbar. Im optischen Kopf 26 ist als Laserstrahlquelle ein Halbleiter-Laser 30 untergebracht. Beim Einschreiben von Information auf der optischen Platte 2 wird durch den Halbleiter-Laser 30 ein Laserstrahl erzeugt oder generiert, dessen Lichtintensität entsprechend der einzuschreibenden Information moduliert wird. Beim Auslesen der Information aus der optischen Platte 2 erzeugt der Halbleiter-Laser 30 einen Laserstrahl einer konstanten Lichtintensität oder -stärke. Ein durch den Halbleiter-Laser 30 erzeugter divergenter Laserstrahl wird durch Kollimatorlinsen 32 und 34 in einen parallelen Strahl umgesetzt, der auf einen Polarisations- Strahlteiler 36 gerichtet wird. Der durch den Polarisations- Strahlteiler 36 reflektierte parallele Laserstrahl tritt durch eine Viertelwellenlängenscheibe 38 hindurch und in eine Objektivlinse bzw. ein Objektiv 40 ein. Das Objektiv 40 konvergiert den einfallenden Strahl in Richtung auf die lichtreflektierende Schicht 14 der optischen Platte 2. Es ist so gehaltert oder gelagert, daß es durch eine Spule 42 in Richtung seiner Achse verschiebbar ist. Wenn das Objektiv in eine vorbestimmte Stellung gebracht ist, wird der Strahleinschnürungspunkt bzw. Brennpunkt des konvergenten Laserstrahls vom Objektiv 40 auf die Oberfläche der lichtreflektierenden Schicht 14 geworfen, d. h. es wird auf der Oberfläche der lichtreflektierenden Schicht 14 ein Strahlfleck eines Mindestdurchmessers geformt oder erzeugt. In diesem Zustand befindet sich das Objektiv 40 in einem Fokussierzustand, in welchem es für das Einschreiben oder Auslesen von Information bereit ist. Für das Einschreiben von Information werden durch den in der Lichtintensität modulierten Laserstrahl auf der Führungsspur 16 der lichtreflektierenden Schicht 14 Grübchen bzw. Pits erzeugt. Beim Auslesen von Information wird andererseits der konstante Lichtintensität besitzende Laserstrahl in seiner Lichtintensität moduliert, wenn er durch die auf der Führungsspur 16 erzeugten Pits reflektiert wird.
  • Wenn das Objektiv 40 fokussiert ist, wird der von der lichtreflektierenden Schicht 14 der optischen Platte 2 reflektierte, d. h. zurückgeworfene divergente Laserstrahl durch das Objektiv 40 zu einem parallelen Strahl umgewandelt und für Rückführung zum polarisierenden Strahlteiler 36 durch die Viertelwellenlängenscheibe 38 hindurch geworfen. Wenn der Laserstrahl durch die Viertelwellenlängenscheibe 38 in Vorwärts- und Rückwärtsrichtung durchgelassen wird, wird die Polarisationsebene des Laserstrahls, verglichen mit dem Laserstrahl unmittelbar nach der Reflexion, durch den Polarisations-Strahlteiler 36 um 90º gedreht. Der Laserstrahl mit um 90º gedrehter Polarisationsebene wird nicht reflektiert, sondern vom Polarisations-Strahlteiler 36 durchgelassen. Der vom Polarisations-Strahlteiler 36 durchgelassene bzw. von ihm übertragene Laserstrahl wird durch einen Halbspiegel 44 aufgeteilt. Einer der Teilstrahlen wird über eine Konvexlinse 46 zu einem ersten Lichtdetektor 48 gerichtet. Der erste Lichtdetektor 48 erzeugt ein erstes Detektionssignal, das die auf der optischen Platte 2 aufgezeichnete Information enthält. Das erste Detektionssignal wird einem Signalprozessor zur Umwandlung in Digitaldaten zugespeist. Der andere Teilstrahl vom Halbspiegel 44 wird zu einem teilweise lichtblockierenden Element 52 gerichtet, das nur einen Teil des einfallenden Laserstrahls, getrennt von einer optischen Achse 53, durchläßt. Der Strahl vom teilweise lichtblockierenden Element 52 wird über eine Projektionslinse 54 auf einen Spiegel 56 und sodann auf einen zweiten Lichtdetektor 58 geworfen. Anstelle des lichtblockierenden Elements 52 kann ein Prisma, ein Aperturschlitz, eine Schneide oder Schneidenkante usw. verwendet werden. Der zweite Lichtdetektor 58 erzeugt ein zweites Detektionssignal, das einem Fokussiersignalgenerator 60 zugespeist wird, der ein Fokussiersignal erzeugt, das seinerseits einem Spulentreiber 62 zugespeist wird. Der Spulentreiber 62 steuert die Spule 42 in Abhängigkeit vom Fokussiersignal an, um das Objektiv 40 fokussiert bzw. im Scharfstellzustand zu halten. Für die genaue Verfolgung der auf der lichtreflektierenden Schicht 14 der optischen Platte 2 erzeugten Führungsspur 16 kann ein Linearstelltrieb 28 durch Verarbeitung des Signals vom zweiten Lichtdetektor 28 betätigt werden. Wahlweise kann das Objektiv 40 seitlich verschoben werden. Als weitere Alternative kann ein (nicht dargestellter) galvanometrischer Spiegel betätigt werden.
  • Das optische System zum Detektieren des Brennpunkts bzw. Fokussierzustands gemäß Fig. 1 ist in Fig. 2 in vereinfachter Form dargestellt. Die Fig. 3A bis 3C veranschaulichen Bahnen des Laserstrahls bezüglich der Fokusdetektion. Wenn das Objektiv 40 scharfgestellt oder im Fokussierzustand ist, ist auf der Oberfläche der lichtreflektierenden Schicht 14 der Brennpunkt, d. h. der kleinste Strahlfleck 64 geformt. Der vom Halbleiter-Laser 30 in das Objektiv 40 einfallende Laserstrahl ist üblicherweise ein Parallelstrahl, so daß der Strahlfleck (beam waist) am bzw. im Brennpunkt des Objektivs 40 erzeugt wird. Wenn jedoch der vom Laser 30 in das Objektiv 40 einfallende Laserstrahl geringfügig divergent oder konvergent ist, wird der Strahlfleck in der Nähe des Brennpunkts des Objektivs 40 gebildet. Beim optischen System gemäß den Fig. 1, 2 und 3A bis 3C wird ein Strahlfleck (bzw. eine Strahleinschnürung) im Fokussierzustand des Objektivs 40 auf der Lichteinfallsfläche des Lichtdetektors 58 erzeugt. Dies bedeutet, daß im Fokussierzustand das Abbild des Strahlflecks 64 auf dem Zentrum der Lichteinfallsfläche des Lichtdetektors 58 erzeugt wird.
  • Wenn der Strahlfleck 64 auf die in Fig. 3A gezeigte Weise auf der lichtreflektierenden Schicht 14 erzeugt ist, wird der von der lichtreflektierenden Schicht 14 reflektierte Laserstrahl durch das Objektiv 40 in einen zum teilweise lichtblockierenden Element 52 gerichteten Parallelstrahl umgewandelt. Der von der optischen Achse 53 abgetrennte und durch das teilweise lichtblockierende Element 52 hindurchfallende Teil des Laserstrahls wird durch die Projektionslinse 54 konvergiert und als kleinster Fleck, d. h. Strahlfleckbild, auf die Lichteinfallsfläche des Lichtdetektors 58 geworfen. Wenn das Objektiv 40 dichter an die lichtreflektierende Schicht 14 herangeführt wird, wird der Strahlfleck an einer Stelle zwischen dem Objektiv 40 und der lichtreflektierenden Schicht 14 geformt, welche den Laserstrahl auf die in Fig. 3B gezeigte Weise reflektiert. In einem solchen Defokussierzustand wird der Strahlfleck gewöhnlich innerhalb der Brennweite des Objektivs 40 geformt oder erzeugt. Der von der lichtreflektierenden Schicht 14 zurückgeworfene und in das Objektiv 40 einfallende Laserstrahl wird daher durch das Objektiv 40 zu einem divergenten oder divergierenden Laserstrahl umgewandelt, wie sich dies aus der Annahme ergibt, daß der Strahlfleck als Lichtpunkt wirkt. Der vom teilweise lichtblockierenden Element 52 durchgelassene Teil des Laserstrahls wird wiederum divergiert. Aus diesem Grund wird der kleinste Fleck des durch die Projektionslinse 54 konvergierten Strahls nicht auf der Lichteinfallsfläche des Lichtdetektors 58, sondern an einer vom Lichtdetektor 58 entfernteren Stelle erzeugt. Genauer gesagt: der Laserstrahlteil fällt gemäß Fig. 3B auf einen Bereich der Lichteinfallsfläche des Lichtdetektors 58 oberhalb von deren Zentrum, wobei auf der Lichteinfallsfläche ein größeres Strahlmuster als das Strahlfleckabbild geformt wird. Wenn das Objektiv 40 von der lichtreflektierenden Schicht 14 getrennt bzw. entfernt ist oder wird, wird der Laserstrahl gemäß Fig. 3C nach der Formung eines Strahlflecks von der lichtreflektierenden Schicht 14 reflektiert. In diesem Defokussierzustand wird der Strahlfleck außerhalb des Brennpunkts des Objektivs 40 und zwischen dem Objektiv 40 und der lichtreflektierenden Schicht 14 erzeugt. Der vom Objektiv 40 zum teilweise lichtblockierenden Element 52 gerichtete reflektierte Laserstrahl wird daher konvergiert. Der auf diese Weise vom teilweise lichtblockierenden Element 52 durchgelassene Teil des Laserstrahls wird unter Bildung eines Strahlflecks (oder Schnittpunkts) weiter konvergiert, bevor er auf die Lichteinfallsfläche des Lichtdetektors 58 fällt. Auf diese Weise wird gemäß Fig. 3C auf dem Bereich der Lichteinfallsfläche des Lichtdetektors 58 unterhalb ihres Zentrums ein Strahlmuster erzeugt, das größer ist als das Strahlfleckabbild.
  • Der oben beschriebene optische Kopf erfordert eine höchst genaue Positionierung und axiale Ausfluchtung der optischen Elemente, die für ein zufriedenstellend fokussiertes Servosystem von Wichtigkeit sind. Insbesondere sind die Positionierung und Axialausfluchtung des Halbleiter- Lasers 30 als Laserstrahlquelle für die Gewährleistung einer zufriedenstellend fokussierten Servowirkung sehr wichtig. Dies ist deshalb der Fall, weil dann, wenn der Strahlerzeugungspunkt des Halbleiter-Lasers 30 auch nur geringfügig von der optischen Achse des optischen Systems abweicht, der erzeugte Laserstrahl von seiner richtigen Richtung abweichen wurde, wodurch ein Normalbetrieb des optischen Systems für Fokussierungsdetektion verhindert werden wurde. Wenn der Strahlerzeugungspunkt des Halbleiter-Lasers 30 auch nur geringfügig von einem vorbestimmten Punkt auf der optischen Achse des optischen Systems abweicht, wird der durch die Kollimatorlinsen 32 und 34 zu einem Parallelstrahl umzuwandelnde Strahl durch diese Linsen zu einem divergenten (divergierenden) oder konvergenten (konvergierenden) Strahl geformt. Genauer gesagt: bei einem optischen System für Fokussierungsdetektion, bei dem ein Bild der lichtreflektierenden Schicht 14 der optischen Platte auf dem Lichtdetektor 58 erzeugt und ein von der lichtreflektierenden Fläche der optischen Platte reflektierter Laserstrahl detektiert bzw. abgegriffen wird, würde selbst eine geringfügige Abweichung des Strahlerzeugungspunkts des Halbleiter-Lasers 30 auf der optischen Achse eine vergleichsweise große Abweichung des Strahlflecks auf dem Lichtdetektor 58 herbeiführen. Im allgemeinen werden die optischen Elemente des optischen Kopfes bei der Montage desselben mit sehr hoher Genauigkeit positioniert und axial ausgefluchtet. Diese optischen Elemente sind jedoch anfällig für eine Verschiebung aus der genauen Positionierung und Axialausfluchtung bei Änderungen der Umgebungsbedingungen, insbesondere einer Temperaturänderung
  • Zur Berücksichtigung einer solchen Abweichung aus der genauen Positionierung und Axialausfluchtung aufgrund von Änderungen in den Umgebungsbedingungen, speziell der Abweichung des Strahlerzeugungspunkts des Halbleiter-Lasers 30, wendet die Erfindung eine Anordnung an, welche die Abweichung innerhalb einer Toleranz zu halten vermag. Genauer gesagt: der Halbleiter-Laser 30 ist gemäß Fig. 4 an einer Basis 72 befestigt. Die Basis 72 ist an einem Rahmen 74 so befestigt, daß der Strahlerzeugungspunkt des Halbleiter- Lasers 30 auf einer Achse des Rahmens 74 liegt. Die Kollimatorlinsen 32 und 34 sind an einem im Rahmen 74 angeordneten Linsentubus 76 befestigt. Der Rahmen 74 und der Linsentubus 76 sind in Punktberührungsbefestigung miteinander durch Stifte 75 befestigt, die ihrerseits gemäß Fig. 5 in am Rahmen 74 vorgesehene Führungen (dies) so eingeschraubt sind, daß die Achsen der Kollimatorlinsen 32 und 34 mit der Achse des Rahmens 74 übereinstimmen. Vorzugsweise ist gemäß Fig. 6 ein Außenumfangsabschnitt des Linsentubus 76, der dem Umfang der Kollimatorlinse 32 entspricht, welche dem Halbleiter- Laser 30 am nächsten liegt, mit Hilfe eines oder mehrerer Stifte 75 am Rahmen 74 befestigt. Der Außenumfangsabschnitt des Linsentubus 76 entsprechend dem Außenumfang der Kollimatorlinse 32, die dem Halbleiter-Laser 30 am nächsten liegt, kann auch mit Hilfe eines Klebmittels anstelle des Stifts oder der Stifte 75 am Rahmen befestigt sein.
  • Die Basis 72, der Linsentubus 76 und der Rahmen 74 bestehen aus Werkstoffen mit jeweiligen linearen Ausdehnungskoeffizienten α, β und γ, welche einer der Ungleichungen α ≥ γ ≥ β oder β > γ > α genügen. Mit anderen Worten: der Wärmedehnungskoeffizient des Rahmens 74 ist so gewählt, daß er zumindest dem Wärmedehnungskoeffizienten entweder der Basis 72 oder des Linsentubus 76 gleich ist oder zwischen den Wärmedehnungskoeffizienten von Basis 72 und Linsentubus 76 liegt. Beispielsweise besteht der Rahmen 74 aus dem gleichen Werkstoff wie entweder die Basis 72 oder der Linsentubus 74. Als genaueres Beispiel kann gesagt werden, daß der Rahmen 74, ebenso wie die Basis 72, aus Messing hergestellt ist, während der Linsentubus 76 aus Aluminium gefertigt ist. In diesem Fall ist der Wärmedehnungskoeffizient des Rahmens 74 entweder gleich oder ungefähr gleich dem Wärmedehnungskoeffizienten des Linsentubus 76.
  • Durch entsprechende Wahl der Werkstoffe für Basis 72, Rahmen 74 und Linsentubus 76, wie oben angegeben, kann eine Abweichung des Strahlerzeugungspunkts des Halbleiter- Lasers 30 von der Achse der Kollimatorlinsen 32 und 34 verhindert werden. Auf diese Weise ist es auch möglich, einen im wesentlichen konstanten Abstand zwischen dem vorderen Brennpunkt des Kollimatorlinsensystems, einschließlich der Kollimatorlinsen 32 und 34 und des Halbleiter-Lasers 30, unabhängig von der Wärmeausdehnung von Basis 72, Rahmen 74 und Linsentubus 76 aufrecht zu erhalten. Damit ist es möglich, eine Fehlbewertung des Fokussierzustands als Defokussierzustand oder umgekehrt im Fokussierdetektorlinsensystem zu vermeiden.
  • Wenn beispielsweise die Basis 72 und der Rahmen 74 aus Messing hergestellt sind, bewirkt eine Änderung der Umgebungstemperatur keine (mechanische) Spannung zwischen Basis 72 und Rahmen 74, weil deren Wärmedehnungskoeffizienten gleich sind. Damit ist es möglich, eine Abweichung oder Verschiebung des Strahlerzeugungspunkts des Halbleiter-Lasers 30 von der Achse der Kollimatorlinsen 32 auf 34 zu verhindern. Wenn der Rahmen 74 und der Linsentubus 76 aus dem gleichen Werkstoff hergestellt sind, bewirkt eine Änderung der Umgebungstemperatur ihre thermische Ausdehnung oder Zusammenziehung mit im wesentlichen gleicher Größe. Der Abstand zwischen dem vorderen Brennpunkt des Kollimatorlinsensystems und dem Halbleiter-Laser 30 kann daher innerhalb einer Toleranz im wesentlichen konstant gehalten werden. Aufgrund der Punktberührungsbefestigung des Außenumfangsabschnitts des Linsentubus 76 (an der Stelle) entsprechend dem Außenumfang der Kollimatorlinse 32, die dem Halbleiter-Laser 30 am nächsten liegt, am Rahmen 74 mittels eines oder mehrerer Stifte 75 führt außerdem die thermische Ausdehnung oder Zusammenziehung des Linsentubus 76 keine wesentliche Abweichung bzw. Verschiebung der Kollimatorlinsen 32 und 34 herbei. Der Abstand zwischen dem vorderen Brennpunkt des Kollimatorlinsensystems und dem Halbleiter- Laser 30 kann daher konstanter innerhalb einer Toleranz gehalten werden.
  • Im folgenden ist die Beziehung zwischen der Abweichung aufgrund thermischer Ausdehnung oder Zusammenziehung und der Toleranz erläutert. Wenn ein gegebener Außenumfangsabschnitt des Linsentubus 76 mit einer Punktberührungsbefestigung mittels eines oder mehrerer Stifte 75 gemäß Fig. 5 am Rahmen 74 befestigt ist, bestimmt sich der Abstand X1 vom vorderen Hauptpunkt des Kollimatorlinsensystems aus den Kollimatorlinsen 32 und 34 zum Halbleiter- Laser 30 zu:
  • X1 = B-A0
  • In obiger Gleichung bedeuten: A0 = Abstand von dem mit dem Stift oder den Stiften 75 in Berührung stehenden Punkt des Linsentubus 76 zum vorderen Hauptpunkt des Kollimatorlinsensystems und B = Abstand vom genannten Berührungspunkt des Linsentubus 76 zum Halbleiter-Laser 30. Wenn eine Umgebungstemperatur von Δtº auftritt, erfahren der Rahmen 74 und der Linsentubus 76 eine thermische Ausdehnung oder Zusammenziehung in bezug auf den genannten Berührungspunkt des Linsentubus 76. Wenn angenommen wird, daß sich der Abstand vom vorderen Hauptpunkt des Kollimatorlinsensystems zum Halbleiter-Laser 30 aufgrund thermischer Ausdehnung oder Zusammenziehung von X1 auf X2 ändert, bestimmt sich der Abstand X2 zu:
  • X2 = B · (1 + γ · Δt) - A0 · (1 + β · Δt) (1)
  • Darin bedeuten: β und γ = lineare Ausdehnungskoeffizienten der Werkstoffe von Linsentubus 76 bzw. Rahmen 74. Die Änderung ΔX ( ΔX = X2 - X1 ) im Abstand vom vorderen Hauptpunkt des Kollimatorlinsensystems zum Halbleiter-Laser 30 bestimmt sich zu:
  • ΔX = (B · γ - A0 · β) · Δt (2)
  • Gemäß der obigen Gleichung ist die Abweichung (oder auch Verschiebung) des Kollimatorlinsensystems aus den Kollimatorlinsen 32 und 34 gegenüber dem vorderen Hauptpunkt des Kollimatorlinsensystems sehr klein. Aus diesem Grund kann die Position oder Stellung der Kollimatorlinse 32, die dem Halbleiter-Laser 30 am nächsten liegt, anstelle des vorderen Hauptpunkts des Kollimatorlinsensystems als Bezugspunkt herangezogen werden. Wenn in diesem Fall der Abstand von der Position der Kollimatorlinse 32 gemäß Fig. 5 zum Halbleiter- Laser 30 mit A1 bezeichnet wird, läßt sich eine der Gleichung (2) ähnliche Gleichung ableiten, nämlich:
  • ΔX = (B · γ - A1 · β) · Δt (3)
  • Wenn der Außenumfangsabschnitt des Linsentubus 76 entsprechend dem Außenumfang der Kollimatorlinse 32, die dem Halbleiter-Laser 30 am nächsten liegt, mittels eines oder mehrerer Stifte 75 am Rahmen 74 befestigt, d. h. festgelegt ist, läßt sich die Änderung im Abstand von dem mit dem Stift oder den Stiften 75 in Berührung stehenden Punkt des Linsentubus 76 zum Halbleiter-Laser 30 auf die folgende Weise ableiten oder ermitteln.
  • Beim Auftreten einer Temperaturänderung von Δtº erfahren der Rahmen 74 und der Linsentubus 76 eine thermische Ausdehnung oder Zusammenziehung gegenüber dem genannten Berührungspunkt des Linsentubus 76. Die thermische Ausdehnung oder Zusammenziehung des Linsentubus 76 hat keinen Einfluß auf den Abstand C vom genannten Berührungspunkt des Linsentubus 76 zum Halbleiter-Laser 30, vielmehr hat lediglich die thermische Ausdehnung oder Zusammenziehung des Rahmens 74 einen Einfluß auf den Abstand C. Die Änderung ΔX des Abstands C, durch die thermische Ausdehnung oder Zusammenziehung des Rahmens 74 hervorgerufen, bestimmt sich zu:
  • ΔX = γC · Δt (4)
  • Gleichung (4) ist gültig, wenn A1 = 0 und B = C in Gleichung (3) eingesetzt werden.
  • Wenn der Wert oder die Größe von ΔX vergrößert wird, ist der Laserstrahl vom Kollimatorlinsensystem mit den Kollimatorlinsen 32 und 34 nicht länger ein Parallelstrahl, sondern ein divergenter oder konvergenter Strahl. Der Strahl ist divergent, wenn ΔX negativ ist, während er konvergent ist, wenn ΔX positiv ist. Das Ausmaß der Divergenz oder Konvergenz vergrößert sich mit zunehmender Größe von Eine Vergrößerung des Werts von ΔX kann demzufolge zu einer Fehlbewertung des Fokussierzustands als Defokussierzustand oder umgekehrt im Fokussierdetektorlinsensystem führen. Aus diesem Grund sollte möglichst weitgehend eine Bedingung ΔX = 0 eingehalten werden, d. h. die Materialien von Basis 72, Rahmen 74 und Linsentubus 76 werden bevorzugt so gewählt, daß sie der oben angegebenen Bedingung genügen. Tatsächlich ist es jedoch unmöglich, dieser Bedingung vollkommen zu genügen, weshalb die Werkstoffe und Formen von Basis 72, Rahmen 74 und Linsentubus 76 so gewählt werden, daß der Wert oder die Größe von ΔX innerhalb einer Toleranz gehalten wird, die einer zulässigen Defokussiergröße entspricht.
  • Der zulässige Defokussierzustand ist im folgenden näher betrachtet.
  • Es sei angenommen, daß das Objektiv 40 eine ideale, von Aberration freie Linse ist und einen einfallenden parallelen Laserstrahl einer räumlich gleichmäßigen Lichtintensitätsverteilung zur Bildung eines minimalen Strahlflecks konvergiert. Die Größe a1 dieses Strahlflecks bestimmt sich zu:
  • a1 = 0,82 λ/NA (5)
  • worin NA für die numerische Apertur der Linse bzw. des Objektivs steht.
  • Es sei angenommen, daß die räumliche Lichtintensitätsverteilung des Laserstrahls der Gaußschen Verteilung analog ist und einen Radius von ωo aufweist, wobei die Lichtintensität oder -stärke 1/e² der zentralen Lichtintensität beträgt, und der Radius ω(Z) des um Z längs der optischen Achse getrennten Strahls gleich
  • ist. Der Radius ω(Z) des Strahls auf der lichtreflektierenden Schicht im Fall der Defokussierung von Z läßt sich unter Heranziehung obiger Gleichung ausdrücken zu:
  • Die zentrale Lichtintensität oder -stärke entspricht dabei:
  • Die minimale zentrale oder Mitten-Lichtintensität Imin, die für die Aufzeichnung nötig ist, entspricht:
  • Durch Einsetzen von λ = 0,83 um, NA = 0,6 und Imin = 0,7 erhält man:
  • Ebenso erhält man durch Einsetzen von λ = 0,83 um, NA = 0,5 und Imin = 0,7:
  • Die Werte oder Größen von λ und NA können innerhalb bestimmter Bereiche variiert werden, die um die oben angegebenen Werte herum zentriert sind. Im Hinblick auf die Art und Weise der Einstellung von Imin beträgt ein Kriterium für die zulässige Defokussierung ± 2,0 um. Für die optische Platte kann somit die Größe oder der Wert von Δx so bestimmt werden, daß die Defokussierung innerhalb des obengenannten zulässigen Defokussierungsbereichs bleibt, und die Werkstoffe und Formen vom Rahmen 74 und Linsentubus 76 können entsprechend bestimmt werden.
  • Genauer gesagt: da der Halbleiter-Laser 30 und die Oberfläche des Aufzeichnungsfilms (d. h. lichtreflektierende Schicht 14) in einer Bildfokussierbeziehung zueinander stehen, entspricht eine Verschiebung d des Halbleiter-Lasers 30 entsprechend der Defokussierungsgröße δ auf der Aufzeichnungsfilmoberfläche d = Mδ, wobei M für die Längsvergrößerung steht. Da die zulässige Defokussierung, wie erwähnt, ± 2,0 um beträgt, entspricht die zulässige Abweichung des Halbleiter-Lasers 30 gegenüber dem vorderen Punkt des Kollimatorlinsensystems aus den Kollimator-Linsen 32 und 34 ± 2·M. Die Abweichung des Halbleiter-Lasers 30 ist daher so begrenzt, daß die Änderung Δx im Abstand zwischen dem Halbleiter-Laser 30 und dem vorderen Hauptpunkt des Kollimatorlinsensystems bei Temperaturänderungen innerhalb des oben angegebenen Toleranzbereichs bleibt. Dies bedeutet, daß die Parameter sich bestimmen lassen zu:
  • (B · γ - A0 · β) · Δt ≤ Mδ (6)
  • (B · γ - A1 · β) · Δt ≤ Mδ (7)
  • oder
  • γC · Δt ≤ Mδ (8)
  • Darin bedeutet: δ = 2,0 um.
  • Die Temperatur ändert sich üblicherweise im Bereich von 0 bis 40ºC, d. h. Δt = 20ºC, bezogen auf die Normaltemperatur. Die Parameter lassen sich somit bestimmen zu:
  • (B · γ - A0 · β) ≤ Mδ/ Δt (10)
  • (B · γ - A1 · β) ≤ Mδ/ Δt (11)
  • oder
  • γC ≤ Mδ/ Δt (12)
  • darin bedeuten: δ = 2,0 um und Δt = 20.
  • Im folgenden sei die Abweichung der Projektionslinse 54 im optischen System zum Detektieren oder Erfassen des Defokussierzustands aufgrund von Temperaturänderungen betrachtet. Im optischen Fokussierdetektorsystem gemäß Fig. 7 ist der Lichtdetektor 58, ähnlich wie das Kollimatorlinsensystem, an einer Basis 38 bzw. 82 befestigt, und die Basis 82 ist ihrerseits an einem Linsentubus 80 befestigt, an dem die Projektionslinse 54 angebracht ist. Wie beim Kollimatorlinsensystem verursacht eine Temperaturänderung eine thermische Ausdehnung oder Zusammenziehung des Linsentubus 80, wodurch eine Abweichung (oder Verschiebung) der Projektionslinse 54 herbeigeführt wird. Infolgedessen kann im Fokussierdetektorsystem eine Fehlbewertung des Fokussierzustands als Defokussierzustand oder umgekehrt vorkommen. Diese Fehlbewertung kann jedoch ausgeschaltet werden, wenn die Abweichung des Kollimatorlinsensystems durch die Abweichung der Projektionslinse 54 aufgehoben wird.
  • Im folgenden sei die Abweichung der Projektionslinse 54 betrachtet. Wenn der Abstand zwischen dem hinteren Hauptpunkt der Projektionslinse 54 und dem Lichtdetektor 58 mit L (vgl. Fig. 8) und die Änderung des Abstands L aufgrund einer Temperaturänderung um Δt mit ΔL bezeichnet werden, bestimmt sich diese, auf thermischer Ausdehnung oder Zusammenziehung beruhende Änderung ΔL zu:
  • ΔL = LΔt (13)
  • Darin steht für den linearen Ausdehnungskoeffizienten des Linsentubus 80.
  • Die Defokussierungsgröße δ1 und δ2 in bezug auf die Abweichung ΔL der Projektionslinse 54 bzw. die Abweichung ΔX des Kollimatorlinsensystems, die in der Richtung, in welcher sich die optische Platte von der Projektionslinse 40 wegbewegt, positiv sind, bestimmen sich zu:
  • δ1 = (f0/f1)²ΔX = (f0/f1)²(B·γ-A0·β)· Δt (14)
  • und
  • δ2 = (f0/f2)ΔL = (f0/f2)² LΔt (15)
  • darin bedeuten: f1 = Brennweite des Kollimatorlinsensystems mit den Kollimatorlinsen 32 und 34 und f2 = Brennweite des Objektivs 40. Die Gleichungen (14) und (15) treffen zu bzw. sind gültig, weil der Halbleiter-Laser 30 und die optische Platte 2 im Projektionslinsensystem zum Projizieren eines Laserstrahls auf die lichtreflektierende Fläche der optischen Platte 2 in einer Bildfokussierbeziehung zueinander stehen und auch die lichtreflektierende Fläche der optischen Platte 2 sowie der Lichtdetektor 58 im Fokussierdetektorsystem zum Detektieren der Fokussierung anhand des von der lichtreflektierenden Fläche der optischen Platte 2 reflektierten Laserstrahls in einer Bildfokussierbeziehung zueinander stehen.
  • Die Defokussierungsgröße δ2 basiert auf dem Nichtvorhandensein des Fokussierservos, während beim Vorhandensein der Fokussierservowirkung die Polarität der Defokussiergröße δ2 umgekehrt ist. Die Gesamt-Defokussiergröße bestimmt sich somit zu:
  • δ = δ1 - δ2
  • = { (f0/f1)²(B·γ-A0·β)
  • - (f0/f2)² L}Δt (16)
  • Damit δ ausreichend klein ist, muß folgende Bedingung erfüllt sein:
  • (B·γ-A0·β)· L > 0 (17)
  • Solange diese Bedingung erfüllt ist, heben die Defokussiergrößen δ1 und δ2 entsprechend der Abweichung ΔL der Projektionslinse 54 bzw. der Abweichung Δx des Kollimatorlinsensystems einander auf.
  • Da die Defokussiergröße δ aufgrund der Abweichung oder Verschiebung der Projektionslinse 54 und der Abweichung oder Verschiebung des Kollimatorlinsensystems kleiner sein muß als die zulässige Defokussiergröße d, gilt eine ähnliche Gleichung:
  • {(f0/f1)²(B·γ-A0·β)-(f0/f2)² L}Δt ≤ d (18);
  • darin bedeutet: d = 270 um.
  • Da sich die Temperatur üblicherweise in einem Bereich von 0 bis 40ºC, d. h. Δt = 20ºC, bezogen auf die Normaltemperatur ändert, gilt:
  • {(f0/f1)²(B·γ-A0·β)-(f0/f2)² L} ≤ d/δt (19)
  • Darin bedeuten: d = 2,0 um und Δt = 20.
  • Bevorzugt wird die folgende Gleichung aufgestellt:
  • (f0/f1)²(B·γ-A0·β) = (f0/f2)² L (20)
  • Die Werkstoffe und Formen der Basis 72, des Rahmens 74 und der Linsentuben 76 und 80 werden jeweils so gewählt, daß sie den obigen Bedingungen genügen.
  • Wie aufgezeigt, ist es erfindungsgemäß möglich, die Werkstoffe und Formen von Basis 72, Rahmen 74 und Linsentuben 76 und 80 auf der Grundlage der Gesamt-Defokussiergröße δ zu wählen, welche die Summe aus dem Absolutwert der Defokussiergröße δ1 aufgrund der Abweichung ΔL der Projektionslinse 54 und dem Absolutwert der Defokussiergröße δ2 aufgrund der Abweichung des ΔX des Kollimatorlinsensystems darstellt, und zwar anstelle der Defokussiergröße δ, welche der Differenz zwischen den oben angegebenen Defokussiergrößen δ1 und δ2 entspricht. Die Gesamt-Defokussiergröße δ als Summe der Absolutwerte der Defokussiergrößen δ1 und δ2 bestimmt sich zu:
  • δ = δ1 + δ2
  • = { (f0/f1)²(B·γ-A0·β) + (f0/f2)² L }Δt (21)
  • Da die Defokussiergröße δ aufgrund der Abweichung der Projektionslinse 54 und der Abweichung des Kollimatorlinsensystems kleiner sein muß als die zulässige Defokussiergröße d, gilt ebenfalls die folgende Beziehung:
  • { (f0/f1)²(B·γ-A0·β) + (f0/f2)² L }Δt ≤ d (22)
  • Darin bedeutet: δ = 2,0 um.
  • Da sich die Temperatur normalerweise in einem Bereich von 0 bis 40ºc, d. h. Δt = 20ºc gegenüber der Normaltemperatur ändert, gilt:
  • (f0/f1)²(B·γ-A0·β) + (f0/f2)² L ≤ d/Δt (23)
  • Darin bedeuten: δ = 2,0 um und Δt = 20. Die Werkstoffe und Formen von Basis 72, Rahmen 74 und Linsentuben 76 und 80 werden so gewählt, daß sie obigen Bedingungen genügen.
  • Der beschriebene Grundgedanke des Wählens der Werkstoffe und Formen der Basis 72, des Rahmens 74 und der Linsentuben 76 und 80 in der Weise, daß die durch eine Abweichung oder Verschiebung von Projektionslinse 54 und Kollimatorlinsensystem eingeführte Defokussiergröße innerhalb des zulässigen Defokussiergrößenbereichs gehalten wird, ist nicht nur auf das oben beschriebene Scharfstell- oder Fokussierdetektorsystem, sondern auch auf andere Fokussierdetektorsysteme, wie ein astigmatisches System, anwendbar.
  • Darüber hinaus ist das Fokussierdetektorsystem nicht auf den sogenannten Schneidkanten- oder Schneidentyp beschränkt, vielmehr können auch verschiedene andere Fokussierdetektorsysteme eingesetzt werden.

Claims (3)

1. Optischer Kopf, umfassend eine Strahlquelle (30) zum Erzeugen eines Lichtstrahls, eine erste Basis (72) zur Halterung der an ihr montierten Strahlquelle (30) und mit einem linearen Wärmedehnungskoeffizienten α, einen die an ihm befestigte erste Basis halternden Rahmen (74) mit einem linearen Wärmedehnungskoeffizienten γ, einen im Rahmen (74) angeordneten und befestigten ersten Linsentubus (76) mit einem linearen Wärmedehnungskoeffizienten β, ein am ersten Linsentubus (76) befestigtes Kollimatorlinsensystem (32, 34) einer Brennweite f1 zum Kollimieren des von der Strahlquelle (30) erzeugten Lichtstrahls, ein Objektiv (40) zum Konvergieren des kollimierten Lichtstrahls zwecks Erzeugung eines Strahlflecks auf einer lichtreflektierenden Fläche (14), einen Lichtdetektor (58) zum Detektieren einer Defokussierung durch Detektieren des Brennpunkts des von der reflektierenden Fläche (14) reflektierten Lichtstrahls, der durch das Objektiv (40) und eine Projektionslinse (54) hindurchfällt, und eine den Lichtdetektor (58) halternde zweite Basis (82), einen an der zweiten Basis (82) befestigten zweiten Linsentubus (80) zur Aufnahme des Lichtdetektors (58) und der Projektionslinse (54), die einander gegenüberstehen, wobei der zweite Linsentubus (80) aus einem Werkstoff eines festen linearen Wärmedehnungskoeffizienten 5 geformt ist, der so gewählt ist, daß die durch thermische Verformung des Rahmens (74) und des ersten Linsentubus (76) hervorgerufene Defokussierung durch die Defokussierung, die durch thermische Verformung des zweiten Linsentubus (80) hervorgerufen wird, aufgehoben wird.
2. Optischer Kopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Werkstoffe und Formen der ersten Basis (72), des Rahmens (74) sowie der ersten und zweiten Linsentuben (76, 80) so gewählt sind, daß sie folgender Bedingung genügen:
{f0/f1)²(B·γ-A0·β)-(f0/f2)² L} ≤ d/Δt
worin bedeuten: A0 = Abstand vom Befestigungspunkt des Linsentubus (76) zum vorderen Hauptpunkt des Kollimatorlinsensystems (32, 34), B = Abstand vom Befestigungspunkt des Linsentubus (76) zur Strahlenquelle, L = Abstand zwischen der Projektionslinse (54) und dem Lichtdetektor (58), d = zulässige Defokussierungsgröße im Objektiv (40), die 2,0 um beträgt, und Δt = Absolutwert der Temperaturänderung von der Normaltemperatur, der 20 beträgt.
3. Optischer Kopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Werkstoffe und Formen der ersten Basis (72), des Rahmens (74) sowie der ersten und zweiten Linsentuben (76, 80) so gewählt sind, daß sie folgender Bedingung genügen:
(f0/f1)²(Bξγ-A0·β) = (f0/f2)² L.
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