DE3546795C2 - - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft eine optische Kopfanordnung zum
Aufzeichnen von Informationen auf einer optischen Schei
be entlang einer vorbestimmten Spur oder zum Abtasten
bereits aufgezeichneter Informationen, mit einem
Substrat; einer lichtleitenden, dielektrischen Dünnfilm
schicht, die auf dem Substrat ausgebildet ist; einer
Laserstrahlquelle zur Abgabe eines divergierenden Laser
strahles in die lichtleitende Schicht; einer Kollimator
linse zum parallelen Ausrichten des divergierenden La
serstrahles; einem Beugungsgitter; einer Strahlenabzweig
einrichtung; einem konvergierenden optischen Element
zum Konvergieren des Strahles, der durch die Strahlenab
zweigeinrichtung auf die optische Scheibe gelangt, um
einen Strahlenfleck zu bilden, und den von der Oberflä
che der optischen Scheibe reflektierten Strahl in einen
parallelen Strahl umzuwandeln, der auf die Strahlenab
zweigeinrichtung gerichtet ist; und mit einem Fotodetek
tor, der in einer Stellung angeordnet ist, in der er den
parallelen Strahl empfängt, der diese Stellung erreicht,
nachdem er in die Strahlenabzweigeinrichtung vom konver
gierenden optischen Element eintritt und dort abgebogen
wurde, wobei die Kollimatorlinse, das Beugungsgitter,
die Strahlenabzweigeinrichtung und das konvergierende
optische Element in einer lichtleitenden Schicht eines
auf einem Substrat ausgebildeten dielektrischen Dünnfil
mes enthalten sind.
Eine solche Vorrichtung ist aus der US 44 25 023 be
kannt. Es hat sich jedoch herausgestellt, daß diese be
kannte Vorrichtung im wesentlichen ungeeignet ist, um
als optische Kopfanordnung zum Aufzeichnen von Informa
tionen auf einer optischen Scheibe entlang einer vorbe
stimmten Spur und zum Abtasten bereits aufgezeichneter
Informationen verwendet zu werden, da Probleme bei der
Spurverfolgung des fokussierten Strahlenfleckes auftre
ten. Eine exakte Spurverfolgung ist jedoch gerade bei
einer automatischen Fokussierung von großer Wichtigkeit.
In der JP 59-79 441 A ist eine optische Kopfanordnung
beschrieben, bei welcher ein Gitterkoppler als konver
gierendes optisches Element verwendet wird, um den
Strahl aus der Ebene eines Wellenleiters heraus abzulen
ken.
Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild einer weiteren bekannten
optischen Kopfanordnung, die eine Laserdiode 104, eine
Kollimatorlinse 105, eine Strahlenabzweigeinrichtung
106, eine Objektivlinse 107 und einen Fotodetektor 109
aufweist. Der von der Laserdiode 104 abgegebene Laser
strahl wird mittels der Kollimatorlinse 105 parallel
ausgerichtet, der parallele Strahl gelangt durch die
Strahlenabzweigeinrichtung 106 und wird mittels der Ob
jektivlinse 107 fokussiert und bildet einen Fleck auf
einer Scheibe 113 aus. Ein Teil des auftreffenden
Strahles wird von der Scheibe 113 reflektiert, gelangt
erneut durch die Objektivlinse 107, anschließend wird
bei der Laufrichtung um 90° mittels der Strahlenabzweig
einrichtung 106 geändert und danach mittels des Foto
detektors 109 in ein elektrisches Signal umgewandelt.
Ein Differenzialverstärker 117 erfaßt die Differenz der
Ausgangssignale zwischen zwei Abschnitten des Fotodetek
tors.
Mit Pits versehene Spuren oder Führungsrillen 114 sind
auf der Scheibe 113 ausgebildet. Um eine Information
genau aufzuzeichnen oder wiederzugeben muß ein Strahlen
fleck in der Mitte der Spur 114 verlaufen. Zu diesem
Zweck ist die bekannte optische Kopfanordnung mit einem
Spurensensor versehen, der eine Abweichung eines
Strahlenfleckes von der Mitte der Spur 114 erfaßt.
Nachstehend soll die Funktionsweise des Spurensensors
näher erläutert werden. Fig. 2 zeigt das Prinzip eines
nach dem Gegentaktverfahren arbeitenden Spurensensors.
Wenn gemäß Fig. 2(a) ein fokussierter Fleck auf der
Mitte der Spur 114 verläuft, wird ein Laserstrahl nahe
zu halbiert, so daß zwei reflektierte Strahlen 115 re
sultieren, die wiederum durch die Objektivlinse 107 und
die Strahlenabzweigeinrichtung 106 gelangen und ein
Bild formen, das symmetrisch in Bezug auf die Mitte des
Fotodetektors 109 ist, wie der Darstellung gemäß Fig.
2(c) zu entnehmen ist. Der Fotodetektor 109 ist in zwei
Abschnitte 109a und 109b unterteilt, die gleich hin
sichtlich ihrer charakteristischen Eigenschaften und
ihrer Form ausgebildet sind, wie der Darstellung gemäß
Fig. 2(c) zu entnehmen ist. Ein Verfahren zur Realisie
rung gleicher Charakteristiken besteht darin, die wirk
same Oberfläche des Fotodetektors 109 in zwei symme
trisch zur Symmetrieachse angeordnete Hälften zu unter
teilen. Wenn ein fokussierter Fleck in der Mitte eines
Pit positioniert ist, bestrahlt der reflektierte Strahl
die beiden Abschnitte des Fotodetektors gleich, wie
ebenfalls der Fig. 2(c) zu entnehmen ist, so daß die
elektrischen Ausgangssignale des Fotodetektors 109
einander gleich sind, wie Fig. 2(e) zeigt. Weicht da
gegen ein fokussierter Fleck von der Mitte eines Pit
ab, so verlaufen die rechten und linken reflektierten
Strahlen asymmetrisch, wie Fig. 2(b) zeigt, so daß eben
falls das Bild auf dem Fotodetektor asymmetrisch ist
und die beiden Abschnitte Unterschiede in Bezug auf die
Menge des abgestrahlten Lichtes aufweisen, wie Fig.
2(d) zeigt. Wird daher die Differenz der elektrischen
Ausgangssignale zwischen den beiden Abschnitten erfaßt,
so erhält man eine Charakteristik gemäß Fig. 2(e), in
der die Abzissenachse und die Ordinatenachse eine Ab
weichung des fokussierten Fleckes von der Mitte des
Pits bzw. eine Differenz des elektrischen Ausgangssig
nals repräsentieren.
Für den Fall, daß die mittlere optische Achse des Foto
detektors 109 selbst von der auftreffenden optischen
Achse des oder der Strahlenabzweigeinrichtung 106 ab
weicht, verschiebt sich das Bild auf dem Fotodetektor
ebenfalls, wie Fig. 2(f) zeigt, und die Differenz der
elektrischen Ausgangssignale wird gleich dem in Fig.
2(g) dargestellten Kurvenverlauf.
Da die bekannte optische Kopfanordnung gemäß Fig. 1
eine Kombination diskreter Teile wie Linsen, Strahlenab
zweigeinrichtung und Fotodetektor enthält, ist es beim
Zusammenbau erforderlich, einen Feinabgleich der Anord
nung der Bauteile vorzunehmen, um ihre optischen Achsen
genau auszurichten.
Gemäß einem in der DE 33 35 142 A1 beschriebenen und in Fig. 3 dargestellten anderen bekannten
Spurfolgesystem ist ein Beugungsgitter 118 zwischen der
Kollimatorlinse 105 und einer Strahlablenkeinrichtung
106 sowie eine Sensorlinse 119 zwischen der Strahlenab
lenkeinrichtung 106 und einem Fotodetektor 109 in der
Ergänzung zu den in Fig. 1 dargestellten Bauteilen ange
ordnet. Der bei diesem Verfahren verwendete Fotodetek
tor 109 enthält ein erstes oder zentrales Element zur
Erfassung eines Strahls nullter Ordnung und zwei Seiten
elemente, die zu beiden Seiten des ersten oder zen
tralen Elementes angeordnet sind.
Ein von der Laserstrahlquelle 104 ausgesandter Laser
strahl wird in einen parallelen Strahl umgewandelt, der
wiederum mittels des Beugungsgitters 118 abgelenkt
wird.
Bei dieser bekannten Vorrichtung werden üblicherweise
insgesamt drei abgelenkte Strahlen - ein Strahl nullter
Ordnung hoher Intensität und zwei Strahlen erster Ord
nung - verwendet. Diese drei Strahlen gelangen durch
die Strahlenabzweigeinrichtung 106 und werden mittels
der Objektivlinse 107 fokussiert, um drei fokussierte
Flecken 114a, 114b und 114c auf der Spur 114 des Auf
zeichnungsmediums 113 auszubilden.
Die von der Spur 114 reflektierten Strahlen gelangen
durch die Objektivlinse 107, werden anschließend
mittels der Strahlenabzweigeinrichtung um 90° umge
lenkt, mittels der Sensorlinse 119 zusammengefaßt und
treffen auf den Fotodetektor 109 auf.
Um Informationen akurat in Bezug auf die Spur aufzu
zeichnen oder wiederzugeben, muß der fokussierte Fleck
114 des Strahls auf der Oberfläche der optischen
Scheibe in der Mitte der Spur 114 positioniert, wie
dies in Fig. 4 dargestellt ist. Insoweit sind die op
tischen Kopfanordnungen dieses Typs mit einer Funktion
(Spurensensorfunktion) zur Erfassung einer Abweichung
des fokussierten Flecks von der Spurenmitte versehen.
Gemäß einem Spurensensorverfahren, das "3-Strahlen-Ver
fahren" genannt wird und das in Fig. 4 dargestellt ist,
wird der fokussierte Fleck 114 des Strahls nullter Ord
nung auf einer Mittellinie 120 der Spur 114 geführt,
während die beiden fokussierten Flecke 114b und 114c
der Strahlen erster Ordnung in Bezug auf die Mittel
linie 120 der Spur 114 verschoben sind.
Die von den drei fokussierten Flecken herrührenden re
flektierten Strahlen werden jeweils unabhängig vonein
ander durch die drei Elemente des Fotodetektors 109 er
faßt. Anschließend werden die Unterschiede zwischen den
Ausgangssignalen, die den Lichtmengen der beiden abge
lenkten Strahlen erster Ordnung unter drei Ausgangssig
nalen des Fotodetektors 109 mittels des Differenzialver
stärkers 117 erfaßt, woraus ein in Fig. 2(e) darge
stelltes Ausganssignal resultiert. Auf diese Weise wird
eine Abweichung des fokussierten Flecks des Strahls
nullter Ordnung von der Mitte als elektrisches Signal
erfaßt.
Die aus einer Zusammensetzung diskreter optischer Teile
wie einer Linse und Strahlenabzweigeinrichtung zusammen
gesetzte bekannte optische Kopfanordnung erfordert die
Verwendung eines Feinabgleichmechanismus um die op
tischen Achsen dieser Teile der Vorrichtung akurat aus
zurichten. Um insbesondere eine Spurensensorfunktion zu
erhalten, ist es erforderlich einen Mechanismus zur
Rotation des Beugungsgitters zu verwenden.
Da eine solche Vorrichtung aus diskreten Bauteilen zu
sammengesetzt ist und einen Feinabgleichmechanismus er
forderlich macht, ist sie üblicherweise groß und die
Kosten für den Zusammenbau der Vorrichtung und den Ab
gleich sehr hoch.
Es ist Aufgabe der Erfindung, die bekannte Vorrichtung
der eingangs genannten Art so zu verbessern, daß eine ein
fache und genaue Spurverfolgung des fokussierten Strah
lenfleckes möglich wird, so daß die Vorrichtung zum Auf
zeichnen von Informationen auf einer optischen Scheibe
entlang einer vorbestimmten Spur und zum Abtasten
bereits aufgezeichneter Informationen verwendet werden
kann.
Diese Aufgabe wird bei der Vorrichtung der eingangs ge
nannten Art dadurch gelöst, daß das konvergierende opti
sche Element als Gitterkoppler ausgebildet ist; das Beu
gungsgitter zwischen der Kollimatorlinse und der Strah
lenabzweigeinrichtung angeordnet ist und den von der
Laserstrahlquelle abgegebenen Lichtstrahl in mehrere
parallele Strahlen aufteilt; der Fotodetektor zwei
Lichtempfangsflächen aufweist, die in symmetrischen
Stellungen zueinander in Bezug auf eine Mittellinie des
parallelen Strahles, der durch die Strahlenabzweigein
richtung umgelenkt wurde, angeordnet sind; und daß das
Substrat so angeordnet ist, daß eine gerade Linie, die
einem Strahlenfleck folgt, der durch den konvergierenden
Gitterkoppler von einem Strahl nullter Ordnung gebildet
wird, der wiederum durch die Wirkung des Beugungsgitters
und der Mitte der optischen Wirkungsweise des konvergie
renden Gitterkopplers geformt wird, senkrecht zur Ober
fläche der optischen Scheibe steht.
Mit Hilfe der Erfindung läßt sich nun auf besonders ein
fache Weise eine exakte Spurverfolgung des fokussierten
Strahlenfleckes erzielen, was sich vorteilhaft auf die
automatische Fokussierung des Strahlenfleckes während
des Betriebes auswirkt.
Ein wichtiges Merkmal der Erfindung zur Erzielung dieses
Effektes besteht darin, daß Beugungsgitter zwischen der
Kollimatorlinse und der Strahlenabzweigeinrichtung an
zuordnen und so auszubilden, daß der von der Laser
strahlquelle abgegebene Lichtstrahl in mehrere parallele
Strahlen aufgeteilt wird, und das Substrat so anzuord
nen, daß eine gerade Linie, die einem Strahlenfleck
folgt, der durch den konvergierenden Gitterkoppler von
einem Strahl nullter Ordnung gebildet wird, der wiederum
durch die Wirkung des Beugungsgitters und der Mitte der
optischen Wirkungsweise des konvergierenden Gitterkopp
lers geformt wird, senkrecht zur Oberfläche der opti
schen Scheibe steht. Diese Merkmale sind nämlich zur
Erzielung einer einfachen, jedoch exakt arbeitenden
Spurverfolgung von wesentlicher Bedeutung, wobei der
Fotodetektor erfindungsgemäß nur mit zwei Lichtempfangs
flächen auskommt. Die Anordnung und Ausbildung des Beu
gungsgitters derart, daß der von der Laserstrahlquelle
abgegebene Lichtstrahl in mehrere parallele Strahlen
aufgeteilt wird, ist eine wesentliche Voraussetzung für
die erfindungsgemäße Anordnung des Substrates und somit
eine wesentliche Voraussetzung zur Erzielung einer ex
akten Spurverfolgung des fokussierten Strahlenfleckes.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in
den Unteransprüchen gekennzeichnet.
Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der
Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnungen näher er
läutert.
Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild einer
bekannten optischen Kopfanordnung;
Fig. 2 (a) bis 2 (g) zeigen die Beziehungen zwischen
einer Spur und dem Strahlenfleck
bei einer optischen Kopfanordnung
gemäß Fig. 1 sowie die Beziehun
gen zwischen Strahlenfleckab
weichungen von der Spur und entsprechen
de Ausgangssignale;
Fig. 3 ein Blockschaltbild einer anderen bekann
ten optischen Kopfanordnung;
Fig. 4 zeigt drei auf einer Spur einer op
tischen Scheibe in der Vorrichtung gemäß
Fig. 3 ausgebildeter Strahlenflecke;
Fig. 5 eine perspektivische Ansicht einer op
tischen Kopfanordnung nach einem Ausfüh
rungsbeispiel der vorliegenden Erfin
dung;
Fig. 6(a) bis 6(c) zeigen eine dreidimensionale Anordnung
optischer Elemente in der Vorrichtung ge
mäß Fig. 5 und eine Spur;
Fig. 7 stellt eine perspektivische Ansicht
einer optischen Kopfanordnung nach einem
weiteren Ausführungsbeispiel der vor
liegenden Erfindung dar;
Fig. 8 zeigt einen Querschnitt durch einen in
der Vorrichtung gemäß Fig. 7 verwendeten
optischen IC;
Fig. 9 zeigt eine perspektivische Ansicht einer
optischen Kopfanordnung nach einem
weiteren Ausführungsbeispiel der vorlie
genden Erfindung;
Fig. 10 veranschaulicht die Positionierung der
Vorrichtung gemäß Fig. 9 in Bezug auf
eine optische Scheibe;
Fig. 11(a) und 11(b) veranschaulichen die Beziehung zwischen
einem in der Vorrichtung gemäß Fig. 9
verwendeten optischen IC und einer Spur;
Fig. 12 zeigt ein Blockschaltbild einer anderen
bekannten optischen Kopfanordnung;
Fig. 13(a) bis 13(f) veranschaulichen die Beziehungen
zwischen dem Bewegungspfad eines
Strahlenfleckes und den Ausgangssignalen
der Vorrichtung gemäß Fig. 12;
Fig. 14 zeigt die Beziehung zwischen der Spur
und einem Strahlenfleck;
Fig. 15 veranschaulicht die Kurvenzüge der von
dem in der Vorrichtung gemäß Fig. 12 ver
wendeten Fotodetektor abgegebenen Aus
gangssignale;
Fig. 16 ist eine graphische Darstellung der Be
ziehung zwischen dem Betrag der Spurab
weichung und dem Filterausgang in der
Vorrichtung gemäß Fig. 12;
Fig. 17 ist eine graphische Darstellung der Be
ziehung zwischen dem Betrag der Abwei
chung und dem Gleichstromausgang in der
Vorrichtung gemäß Fig. 12.
In der perspektivischen Darstellung gemäß Fig. 5 be
zeichnet die Bezugsziffer 10 den Aufbau eines wesent
lichen Teils einer Kopfanordnung vom optischen IC-Typ,
in dem eine Pufferschicht 2 auf einem Substrat 1 durch
Oxidation oder Dampfablagerung ausgebildet ist und eine
lichtleitende Schicht 3, die einen dielektrischen Dünn
film enthält, auf der Pufferschicht 2 durch Dampfablage
rung oder andere geeignete Mittel ausgebildet ist.
Darüber hinaus ist eine Kollimatorlinse 5, eine
Strahlenabzweigeinrichtung 6 und ein Gitterkoppler 7
des konvergenten Typs, der ungleiche Raumkurven auf
weist, auf der dielektrischen, lichtleitenden Dünn
filmschicht 3 mittels eines fotolithographischen Ver
fahrens, eines Elektronenstrahl-Zeichnungsverfahrens
oder eines Ätzverfahrens ausgebildet. Die Bezugsziffer
4 bezeichnet eine Laserdiode zum Einspeisen eines Laser
strahls in die lichtleitende Schicht 3, während die Be
zugsziffer 9 einen Fotodetektor bezeichnet, der zwei
lichtempfangene Oberflächen aufweist und an ein Ende
der optischen Kopfanordnung angefügt ist, so daß er mit
seiner Mittellinie auf die Mitte einer auftreffenden
optischen Achse ausgerichtet ist. Die Bezugsziffer 8 be
zeichnet einen Strahl.
Die optische Kopfanordnung dieses Ausführungsbeispieles
funktioniert wie folgt.
Ein von der Laserdiode 4, der an ein Ende der Kopfanord
nung 10 des optischen IC-Typs angefügt ist, gemäß Fig.
5 abgegebener Laserstrahl gelangt durch die lichtleiten
de Schicht, wird zu einem parallelen Strahl mittels der
Kollimatorlinse 5, gelangt durch die Strahlenabzweigein
richtung 6 und wird von der lichtleitenden Schicht in
einen freien Raum abgegeben und konvergiert, um einen
Fleck mittels des konvergenten Gitterkopplers 7 zu bil
den. Fig. 6(a) zeigt die räumliche Anordnung zwischen
einer Scheibe 13 und der optischen Kopfanordnung, in
der der imittierte und konvergente Strahl 8 einen Fleck
auf der Scheibe 13 bildet. Der konvergierte Lichtstrahl
wird von der Scheiben- oder Disc-Oberfläche reflek
tiert. Wenn wie im vorliegenden Fall die Mitte des
Strahlenfleckes sich in der Mitte eines Pit 14 be
findet, wird ein reflektierter Strahl 15 in zwei
Strahlen gleicher Intensität unterteilt, wie dies Fig.
6(b) zeigt, wobei die Strahlen auf den konvergierenden
Gitterkoppler 7 auftreffen, erneut in die lichtleitende
Schicht eintreten und auf die Strahlenabzweigeinrich
tung 6 auftreffen, dort in Richtung auf den Fotodetek
tor 9 mittels der Strahlenabzweigeinrichtung 6 umge
lenkt werden und dann auf die beiden lichtempfangenen
Oberflächen des Fotodetektors 9 auftreffen und dort in
elektrische Ausgangssignale umgewandelt werden. Wird
eine Differenz zwischen den beiden elektrischen Aus
gangssignalen des Fotodetektors 9 festgestellt, so er
hält man die gleiche Charakteristik wie die in Fig.
2(e) dargestellte.
Fig. 7 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der vor
liegenden Erfindung, in der ein Fotodetektor 9 in einem
Substrat 1 mittels eines Halbleiterprozesses ausge
bildet wird. Fig. 8 zeigt einen Querschnitt zur näheren
Erläuterung dieses Ausführungsbeispieles. Das Substrat
besteht aus einem Halbleitermaterial, d. h. einem P-Typ
Silizium-Einkristall. Eine Pufferschicht 2 wird durch
Erhitzen beispielsweise in einer Oxidationsatmosphäre
gebildet. Der dem Fotodetektor entsprechende Puffer
schichtabschnitt wird mittels eines fotolitho
graphischen- und Ätzverfahrens entfernt und an
schließend eine Störstelle des n-Typs zur Bildung einer
n⁺ diffundierten Schicht eindiffundiert. Nach der
Anbringung von Elektroden 11 werden die optischen IC-
Bauteile wie eine dielektrische, lichtleitende Dünnfilm
schicht 3 und ein Strahlenablenker 6 ausgebildet. In
der so hergestellten optischen Kopfanordnung werden die
Kollimatorlinse 5, der Strahlenablenker 6, der konver
gierende Gitterkoppler 7 und der Fotodetektor 9 mittels
eines fotolithographischen Elektronenstrahlzeichnungs-
oder Ätzverfahrens ausgebildet. Aus diesem Grunde
werden diese Komponenten genau zueinander positioniert
und ein Positionsabgleich nach dem Zusammenbau über
flüssig.
In Fig. 9 ist ein anderes Ausführungsbeispiel der op
tischen Kopfanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung
dargestellt, in dem die dem Ausführungsbeispiel gemäß
Fig. 5 entsprechenden Teile mit den gleichen Bezugs
ziffern versehen sind. In diesem Ausführungsbeispiel
ist ein Beugungsgitter 21 zwischen einer Kollimator
linse 5 und einem Strahlenabzweiger 6 angeordnet,
während eine Sensorlinse zwischen dem Beugungsgitter 6
und einem Fotodetektor 9 vorgesehen ist. Der Fotodetek
tor 9 weist drei Elemente auf, die drei fokussierten
Flecken entsprechen, die mit den Bezugsziffern 8a, 8b
und 8c bezeichnet sind. Die Ausgänge von zwei Elementen
entsprechend den fokussierten Flecken 8b und 8c werden
einer Signalverarbeitungsschaltung 24 zugeführt, die
einen Differenzverstärker 23 enthält.
Die Integration optischer Komponenten auf einem dielek
trischen, lichtleitenden Dünnschichtfilm 3 kann in be
kannter Weise durchgeführt werden.
Fig. 10 zeigt die Zuordnung einer auf diese Weise herge
stellten optischen Kopfanordnung 10 zu einer optischen
Scheibe 13. Wie aus den Fig. 11(a) und 11(b) hervor
geht, die dieses Verhältnis genauer darstellen, ist die
optische Kopfanordnung 10 so angeordnet, daß alle drei
fokussierten Flecken 8a, 8b und 8c auf einer geraden
Phantomlinie L2 (Fig. 11(b)) angeordnet sind, die sich
entlang einer Spur 14 der optischen Scheibe 13 er
streckt.
Das Substrat 10 wird um einen Winkel α in Bezug auf die
aufgezeichneten Informationen enthaltende Oberfläche
des Aufzeichnungsmediums 13 gekippt, so daß eine gerade
Linie L1 (genauer gesagt eine senkrechte Wellenfront in
der Stellung eines fokussierten Fleckes eines Strahls
nullter Ordnung) gemäß Fig. 11(a) einem fokussierten
Fleck 14a des Strahls nullter Ordnung folgt und die
Mitte des konvergierenden Gitterkopplers 9 senkrecht
zur mit aufgezeichneten Informationen versehenen Ober
fläche auf einer Spur 14 steht.
Die fokussierten Flecken 14a, 14b und 14c sind in Bezug
auf die Spur 14 gemäß Fig. 11(b) geneigt angeordnet,
indem sie um einen Winkel α um die gerade Linie L1 oder
eine parallel dazu verlaufende gerade Linie, die nicht
näher dargestellt ist, gedreht werden. Auf diese Weise
wird ein der Fig. 4 ähnlicher Zustand geschaffen.
Diese Anordnung wird dadurch erzielt, daß eine bekannte
Abgleichvorrichtung an das Substrat 10 gefügt wird, wo
durch der Abgleich geschaffen und der abgeglichene Zu
stand fixiert wird.
Die nachstehende Beschreibung erläutert die Funktions
weise dieses Ausführungsbeispieles. Ein von der Laser
diode 4 abgegebener Lichtstrahl wird mittels der Kolli
matorlinse 5 parallel ausgerichtet und anschließend
mittels des Beugungsgitters 21 in mehrere parallele
Strahlen aufgeteilt. Die Strahlen gelangen danach durch
den Strahlabzweiger 6 und werden mittels des konvergie
renden Gitterkopplers 7 zu jeder Strahlenordnung fo
kussiert, um so fokussierte Flecken 14a, 14b und 14c
eines Strahls nullter Ordnung und zweier Strahlen
erster Ordnung auf der Spur 14 des Aufzeichnungsmediums
zu formen. Zu diesem Zeitpunkt sind Ablenkungs- und Ab
bildungsfehler der fokussierten Flecken auf ein Minimum
beschränkt, da das Substrat 10 des optischen IC, das
mit diesen optischen Bauteilen versehen ist, in der
oben in Verbindung mit Fig. 11 beschriebenen Weise aus
gebildet ist.
Eine Abweichung der fokussierenden Flecken 14b und 14c
der beiden Strahlen erster Ordnung von der Spur 14 kann
vermieden werden da die gerade Linie L1, die dem fo
kussierten Fleck 14a des Strahles nullter Ordnung folgt
und die Mitte des konvergierenden Gitterkopplers 7 senk
recht vor der Spur verläuft.
Demzufolge kann eine genaue Spurfolge-Sensorfunktion
entsprechend der 3-Strahlen-Methode erzielt werden. Die
von der Spur 14 reflektierten Lichtstrahlen gelangen
durch den konvergierenden Gitterkoppler 7 und werden in
Richtung auf die Sensorlinse 22 mittels des Strahlenab
zweigers 6 umgelenkt. Die Strahlen nullter Ordnung und
erster Ordnung, die durch die Linse 22 gelangt sind,
treffen auf den Fotodetektor 9 auf und werden dort in
elektrische Signale umgewandelt. Bezüglich der Signale,
die den Strahlen erster Ordnung entsprechen, wird eine
Differenz zwischen diesen Strahlen mittels des Diffe
renzialverstärkers 23 verstärkt, wie zuvor ausgeführt
wurde. Da aber keine Abweichung der fokussierten
Flecken von der Spur vorliegt, gibt der Verstärker 23
das in Fig. 2(e) dargestellte Ausgangssignal immer
genau ab.
Die vorliegende Erfindung hat sich auch zum Ziel ge
setzt, eine optische Kopfanordnung zu schaffen, die
eine Spurfolge-Sensoreinrichtung aufweist, die auf
einem Verfahren beruht, das sich von den oben beschrie
benen Ausführungsbeispielen unterscheidet.
Fig. 12 veranschaulicht eine schematische Konstruktion
eines Spurfolge-Sensorabschnitts einer bereits bekann
ten optischen Kopfanordnung mit einem Halbleiterlaser
121, einer Kollimatorlinse 122, einem Strahlenabzweiger
123, einem Oszillatorspiegel 124, der leicht Richtung
des Pfeiles C schwingt, einem leicht in Richtung des
Pfeiles D rotierenden Ablenkspiegel 125, einer Objek
tivlinse 126, einer optischen Scheibe 127, eine Infor
mationsspur 128 auf der optischen Scheibe 127. Darüber
hinaus bezeichnet die Bezugsziffer 129 einen Fotodetek
tor, der einen reflektierten Strahl nach dem Lesen der
Information von der Informationsspur 128 empfängt und
ein der gelesenen Information entsprechendes elek
trisches Signal abgibt. Die Bezugsziffer 130 bezeichnet
einen elektrischen Signalanschluß des Fotodetektors
129, 131 einen Oszillator und 132 einen Tiefpaßfilter,
der als Enveloppendetektor dient. Die Bezugsziffer 133
bezeichnet einen Phasendetektor, der die Phase des Aus
gangssignals des die Scheiben Auslesedaten beschneiden
den Tiefpaßfilters 132 auf der Basis des Ausgangssig
nals des Oszillators 131 erfaßt. Die Bezugsziffer 134
bezeichnet ein Tiefpaßfilter, während die Bezugsziffer
135 einen Verstärker bezeichnet, der ein Ausgangssignal
des Tiefpaßfilters 134 empfängt und ein Signal zum An
trieb des Ablenkspielgels 125 in Übereinstimmung mit
der Polarität des Ausgangssignal abgibt.
Die bekannte optische Kopfanordnung entsprechend der
oben beschrieben Konstruktion arbeitet wie folgt. Ein
von dem Halbleiterlaser 121 abgegebener Strahl wird
mittels der Kollimatorlinse 122 zu einem parallelen
Strahl umgeformt, gelangt durch den Strahlenabzweiger
123 und wird vom oszillierenden Spiegel 124 und dem Ab
lenkspiegel 125 reflektiert und auf die optische
Scheibe 127 mittels der Objektivlinse 126 fokussiert.
Die optische Scheibe 127 wird mittels eines nicht näher
dargestellten Motors gedreht und der auf die Informa
tionsspur 157 fokussierte Strahl einer Modulation ent
sprechend dem auf der Spur aufgezeichneten Informationsinhalt
unterzogen und reflektiert. Der reflektierte
Strahl gelangt zurück längs des beschriebenen optischen
Pfades, passiert die Objektivlinse 126 und wird vom
Ablenkspiegel 125 und Oszillatorspiegel 124 reflek
tiert. Anschließend wird seine Laufrichtung um 90°
mittels des Strahlenablenkers 123 umgelenkt und an
schließend trifft der Strahl auf den Fotodetektor 129
und wird dort in ein elektrisches Signal umgeformt.
Dieses elektrische Signal wird als Playback-Signal vom
Ausgangsanschluß 130 abgegeben und für verschiedene
Zwecke verwendet.
Das am Ausgangsanschluß 130 anstehende elektrische Sig
nal wird ebenfalls zur Steuerung eines fokussierenden
Fleckes des Lesestrahls während des Spurnachlaufs für
die Informationsspur 128 verwendet. Fig. 14 zeigt eine
partielle Ansicht zur Darstellung, in welchem Zustand
der fokussierte Fleck des Lesestrahls auf der optischen
Scheibe 127 auftrifft. Wie der Darstellung zu entnehmen
ist, befindet sich eine Kette langer und kurzer Pits
137 auf der Spur 128 und ein fokussierter Fleck 136
oszilliert unter dem Einfluß des Oszillationsspiegels
124, der minutiös infolge des Oszillators 131
oszilliert, in einer Richtung senkrecht zur Spur 128,
wie in der Figur durch das Bezugszeichen Lt angezeigt
ist.
Die Fig. 13(a) bis 13(f) verdeutlichen die Spurnach
folgesteuerung für die Spur 128 unter Verwendung der
Oszillation des fokussierten Flecks 136, von denen die
Fig. 13(a) bis 13(c) drei Spuren unterschiedlicher
Mitten S des fokussierten Flecks 136 in Bezug auf eine
Mittellinie L der Spur 128 zeigen, während die Fig.
14(d) bis 14(f) die Ausgangs-Wellenformen des Tiefpaßfilter
132 entsprechend den in den Fig. 14(a) bis 14(c)
dargestellten Fällen zeigen. Die Informationen werden
gelesen, während der fokussierte Fleck 136 leicht in
einer die Spur 128 schneidenden Richtung oszilliert,
wie oben beschrieben wurde, wobei im Ausgangssignal des
Fotodetektors 129 über den Tiefpaßfilter 132 die Rich
tung der Abweichung von der Mittellinie L als Phasenver
schiebung der Signale 13(d) und 13(f) (bei einer Phasen
verschiebung von 180° zueinander in Bezug auf den Aus
gang des Oszillators 131) und die Größe der Abweichung
als Signalamplitude gemäß Fig. 13 erfaßt werden kann.
Das vom Fotodetektor 129 abgegebene Playback-Signal
wird der Fassung durch den Tiefpaßfilter 132 unter
worfen, der als ein Enveloppendetektor dient, wobei die
in den Fig. 13(d) bis 13(f) dargestellten Ausgangssig
nale erhalten werden. Ist der fokussierte Fleck 136 ge
mäß der Darstellung in Fig. 13 exakt auf die Mittel
linie L der Spur 128 mit den Pits 137 ausgerichtet, so
entspricht dieser Zustand dem in Fig. 13(b) dargestell
ten Zustand, so daß das Ausgangssignal eine Komponente
doppelter Frequenz der Oszillationsfrequenz des fo
kussierten Flecks 136 aufweist, nämlich eine Komponente
mit doppelter Frequenz der Oszillationsfrequenz des
Oszillators 131 (Fig. 13(e)).
Nachstehend soll das Prinzip der Erzeugung des in den
Fig. 13(d) bis 13(f) dargestellten Signals mit Bezug
auf die Fig. 15 und 16 näher erläutert werden. Fig. 15
zeigt die Ausgangswellenformen, die vom Fotodetektor
129 abgegeben werden, wenn der Strahlenfleck 136 drei
Spuren n-1, n und n+1 auf der Scheibe 127 kreuzt, die
exzentrisch in einer Richtung mit vorgegebener Geschwin
digkeit rotiert. Wie dargestellt, enthält das Ausgangs
signal eine hochfrequente Komponente (die dem auf der
Scheibe gespeicherten Informationsignal entspricht),
die durch ein "x" gekennzeichnet ist, und eine
Hüllkurve, die durch eine strichpunktierte Linie und
mit einem "y" gekennzeichnet ist. Die hochfrequente
Komponente "x" ist nicht in den Zwischenpunkten "a" und
"b" zwischen den Spuren enthalten. Wie aus dieser
Figur zu entnehmen ist, erreicht die Amplitude des
hochfrequenten Signals "x" ein Maximum, wenn die Mitte
des Flecks 136 mit der Spurmitte zusammenfällt. Zu
diesem Zeitpunkt nimmt daher die Hüllkurve "y" einen
parabolischen Extremwert an. Wird dieses Ausgangssignal
aus Fig. 15 durch den Tiefpaßfilter 132 gemäß Fig. 12
zum Entfernen der hochfrequenten Komponente "x" ge
leitet, so kann das Hüllkurvensignal, wie in Fig. 16
dargestellt ist, herausgefiltert werden. In Fig. 16
repräsentiert der Ursprung 0 die Mitte der Spur n und
der Ausgang des Tiefpaßfilters 132 entsprechend der
Hüllkurve "y" wird auf der Ordinatenachse aufgetragen.
Wird die Zeitspanne der Oszillationsfrequenz des
Spiegels 124 unterhalb der Abschneidefrequenz des Tiefpaßfilters
132 angesetzt, so werden die in den Fig.
16(a), (b) und (c) dargestellten Modulationen den Spur
verfolgungs-Fehlerpunkten A, B und C auferlegt, was
dazu führt, daß die Ausgangssignale (d), (e) und (f)
dem Ausgang des Tiefpaßfilters 132 überlagert werden.
Bei symmetrischen Spurnachfolge-Fehlerpunkten A und C
werden Ausgänge (d) und (f) erhalten, die die ursprüng
liche Spiegeloszillationsfrequenz und einander entgegen
gerichtete Phasen aufweisen, während beim Punkt B ent
sprechend einer Spurübereinstimmung ein Signal (e) er
halten wird, daß eine Frequenzkomponente mit doppelter
Frequenz der Spiegeloszillationsfrequenz aufweist.
Diese Signale (d), (e) und (f) entsprechen den zuvor im
Zusammenhang mit der Fig. 13 beschriebenen Signalen
(d), (e) und (f). Der Ausgang des Tiefpaßfilters, der
die oben beschriebene Charakteristik aufweist, wird vom
Phasendetektor 133 erfaßt, der eine Multiplikationsfunk
tion auf der Grundlage des Ausgangs des Oszillators 131
aufweist, und gelangt anschließend durch den Tiefpaßfilter,
so daß ein Gleichstromausgangssignal ent
sprechend der obigen Abweichung erhalten wird.
Fig. 17 ist ein charakteristisches Diagramm für die Be
ziehung zwischen dem Gleichspannungsausgangssignal D
des Tiefpaßfilters 134 zur Abweichung der Oszilla
tionsmitte S des fokussierten Flecks 136 von der Mitte
der Spur 128. Diese Charakteristik ist bekannt für eine
gute Linearität in einem brauchbaren Bereich. Wird das
Gleichspannungsausgangssignal D mittels des Verstärkers
135 verstärkt und der Ablenkungsspiegel 125 mit nega
tiver Rückkopplung durch den Ausgang des Verstärkers an
getrieben, kann der fokussierte Fleck 136 die Spur ent
lang der Mitte L der Spur 128 nachfolgen.
Claims (5)
1. Optische Kopfanordnung zum Aufzeichnen von Informa
tionen auf einer optischen Scheibe (13) entlang einer
vorbestimmten Spur (14) oder zum Abtasten bereits aufge
zeichneter Informationen, mit
einem Substrat (1);
einer lichtleitenden, dielektrischen Dünnfilmschicht (3) , die auf dem Substrat (1) ausgebildet ist;
einer Laserstrahlquelle (4) zur Abgabe eines divergie renden Laserstrahles (8) in die lichtleitende Schicht (3);
einer Kollimatorlinse (5) zum parallelen Ausrichten des divergierenden Laserstrahles (8);
einem Beugungsgitter (21);
einer Strahlenabzweigeinrichtung (6);
einem konvergierenden optischen Element (7) zum Konver gieren des Strahles (8), der durch die Strahlenabzweig einrichtung (6) auf die optische Scheibe (13) gelangt, um einen Strahlenfleck zu bilden, und den von der Ober fläche der optischen Scheibe (13) reflektierten Strahl in einen parallelen Strahl umzuwandeln, der auf die Strahlenabzweigeinrichtung (6) gerichtet ist; und mit
einem Fotodetektor (9), der in einer Stellung angeordnet ist, in der er den parallelen Strahl empfängt, der diese Stellung erreicht, nachdem er in die Strahlenabzweigein richtung (6) vom konvergierenden optischen Element (7) eintritt und dort abgebogen wurde,
wobei die Kollimatorlinse (5), das Beugungsgitter (21), die Strahlenabzweigeinrichtung (6) und das konvergieren de optische Element (7) in einer lichtleitenden Schicht (3) eines auf einem Substrat (1) ausgebildeten dielek trischen Dünnfilmes enthalten sind;
dadurch gekennzeichnet, daß
das konvergierende optische Element als Gitterkoppler (7) ausgebildet ist;
das Beugungsgitter (21) zwischen der Kollimatorlinse (5) und der Strahlenabzweigeinrichtung (6) angeordnet ist und den von der Laserstrahlquelle (4) abgegebenen Licht strahl in mehrere parallele Strahlen aufteilt;
der Fotodetektor (9) zwei Lichtempfangsflächen aufweist, die in symmetrischen Stellungen zueinander in Bezug auf eine Mittellinie des parallelen Strahles, der durch die Strahlenabzweigeinrichtung (6) umgelenkt wurde, angeord net sind; und daß
das Substrat (1) so angeordnet ist, daß eine gerade Linie, die einem Strahlenfleck folgt, der durch den konvergierenden Gitterkoppler (7) von einem Strahl null ter Ordnung gebildet wird, der wiederum durch die Wir kung des Beugungsgitters (21) und der Mitte der opti schen Wirkungsweise des konvergierenden Gitterkopplers geformt wird, senkrecht zur Oberfläche der optischen Scheibe (13) steht.
einem Substrat (1);
einer lichtleitenden, dielektrischen Dünnfilmschicht (3) , die auf dem Substrat (1) ausgebildet ist;
einer Laserstrahlquelle (4) zur Abgabe eines divergie renden Laserstrahles (8) in die lichtleitende Schicht (3);
einer Kollimatorlinse (5) zum parallelen Ausrichten des divergierenden Laserstrahles (8);
einem Beugungsgitter (21);
einer Strahlenabzweigeinrichtung (6);
einem konvergierenden optischen Element (7) zum Konver gieren des Strahles (8), der durch die Strahlenabzweig einrichtung (6) auf die optische Scheibe (13) gelangt, um einen Strahlenfleck zu bilden, und den von der Ober fläche der optischen Scheibe (13) reflektierten Strahl in einen parallelen Strahl umzuwandeln, der auf die Strahlenabzweigeinrichtung (6) gerichtet ist; und mit
einem Fotodetektor (9), der in einer Stellung angeordnet ist, in der er den parallelen Strahl empfängt, der diese Stellung erreicht, nachdem er in die Strahlenabzweigein richtung (6) vom konvergierenden optischen Element (7) eintritt und dort abgebogen wurde,
wobei die Kollimatorlinse (5), das Beugungsgitter (21), die Strahlenabzweigeinrichtung (6) und das konvergieren de optische Element (7) in einer lichtleitenden Schicht (3) eines auf einem Substrat (1) ausgebildeten dielek trischen Dünnfilmes enthalten sind;
dadurch gekennzeichnet, daß
das konvergierende optische Element als Gitterkoppler (7) ausgebildet ist;
das Beugungsgitter (21) zwischen der Kollimatorlinse (5) und der Strahlenabzweigeinrichtung (6) angeordnet ist und den von der Laserstrahlquelle (4) abgegebenen Licht strahl in mehrere parallele Strahlen aufteilt;
der Fotodetektor (9) zwei Lichtempfangsflächen aufweist, die in symmetrischen Stellungen zueinander in Bezug auf eine Mittellinie des parallelen Strahles, der durch die Strahlenabzweigeinrichtung (6) umgelenkt wurde, angeord net sind; und daß
das Substrat (1) so angeordnet ist, daß eine gerade Linie, die einem Strahlenfleck folgt, der durch den konvergierenden Gitterkoppler (7) von einem Strahl null ter Ordnung gebildet wird, der wiederum durch die Wir kung des Beugungsgitters (21) und der Mitte der opti schen Wirkungsweise des konvergierenden Gitterkopplers geformt wird, senkrecht zur Oberfläche der optischen Scheibe (13) steht.
2. Optische Kopfanordnung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat (1) so an
geordnet ist, daß eine gerade Linie, die einem
Strahlenfleck des Strahls nullter Ordnung folgt und
durch den konvergierenden Gitterkoppler (7) und
Strahlenflecken von zwei Strahlen erster Ordnung ge
bildet wird, um einen vorbestimmten Winkel zur Spur
tangente der optischen Scheibe geneigt ist.
3. Optische Kopfanordnung nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat (1) aus ei
nem Halbleiter besteht und daß die lichtleitende
Schicht (3) auf dem Substrat (1) über einer Puffer
schicht (2) ausgebildet ist.
4. Optische Kopfanordnung nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat (1) aus ei
nem p-Typ-Silizium-Einkristall besteht.
5. Optische Kopfanordnung nach Anspruch 3 oder 4,
dadurch gekennzeichnet, daß die Pufferschicht (2)
aus Siliziumoxid besteht.
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