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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum optischen Abtasten einer
Informationsebene, wobei die Vorrichtung einen ein Abtaststrahlenbündel liefernden
Diodenlaser, ein Objektivsystem zur Fokussierung des Abtaststrahlenbündels zur
Bildung eines Abtastfleckes in der Informationsebene, ein zusammengesetztes, zwischen
dem Diodenlaser und dem Objektivsystem angeordnetes Beugungsgitter enthält, wobei
das Gitter zwei Teilgitter zur Ablenkung eines von der Informationsebene reflektierten
Strahlungsbündels auf ein strahlungsempfindliches Detektionssystem aus zwei
Detektorpaaren und zur Aufspaltung dieses Strahlungsbündels in zwei jeweils mit einem
gesonderten Detektorpaar zusammenarbeitende Teilbündel umfaßt, und wobei der
Diodenlaser und das in der Vorrichtung anzuordnende Detektionssystem relativ
zueinander fixiert sind.
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Eine Vorrichtung dieses Typs, die im Prinzip zum Auslesen eines zuvor
beschriebenen Aufzeichnungsträgers und zur optischen Aufzeichnung auf einem solchen
Aufzeichnungsträger geeignet ist, ist aus der US-Patentschrift Nr. 4.665.310 bekannt. In
dieser Vorrichtung hat das zusammengesetzte Beugungsgitter zwei Funktionen, für die
sonst zwei einzelne Elemente erforderlich sind. Erstens sorgt das Gitter dafür, daß die
von der Informationsebene reflektierte und das Objektivsystem durchquerende Strahlung
aus dem Weg der von dem Diodenlaser ausgesendeten Strahlung abgelenkt wird, so daß
ein Detektionssystem im Weg der reflektierten Strahlung angeordnet werden kann.
Zweitens spaltet das Gitter das reflektierte Bündel in zwei Teilbündel auf, die für die
Erzeugung eines Fokusfehlersignals, d.h. eines Signals, das Informationen über die
Größe und die Richtung einer Abweichung zwischen der Fokusebene des
Objektivsystems und der Informationsebene enthält, benötigt werden. Jedes der
Teilbündel gehört zu einem gesonderten Detektorpaar, wobei die Differenz zwischen
den Ausgangssignalen der Detektoren desselben Paares ein Maß für die Fokussierung
des Abtaststrahlenbündels auf die Informationsebene ist.
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In dem erwähnten Aufzeichnungsträger ist die Information in
Informationsspuren angeordnet. Wenn die Grenzlinie zwischen den beiden Teilgittern
parallel zur Spurrichtung verläuft, ist es möglich, durch Bestimmung der Summe der
Ausgangssignale jedes Detektorpaares und durch Subtrahieren dieser Summensignale
voneinander, ein Informationen über die Größe und die Richtung einer Abweichung
zwischen dem Zentrum des Abtastfleckes und der Mittelachse der abzutastenden
Informationsspur enthaltendes Signal zu bilden.
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Um die gewünschte Strahlenbündelaufspaltung zu erhalten, umfaßt das
Beugungsgitter in der bekannten Vorrichtung zwei Teilgitter mit der gleichen
Gitterkonstante, wobei die Gitterstreifen des ersten Teilgitters einen ersten Winkel und
die Gitterstreifen des zweiten Teilgitters einen zweiten, ebenso großen, aber dem ersten
Winkel entgegengesetzten Winkel mit der Grenzlinie der beiden Teilgitter bilden. Da
ein Beugungsgitter ein einfallendes Strahlenbündel in eine Ebene quer zur Richtung der
Gitterlinien ablenkt, erhält der Teil des Strahlenbündels, der auf eines der Teilgitter
fällt, eine andere Richtung als der Teil des Strahlenbündels, der auf das zweite
Teilgitter fällt.
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Es besteht ein zunehmendes Bedürfnis, die Abmessungen von optischen
Abtastvorrichtungen für optische Aufzeichnungsträger, wie z.B. bei dem bekannten
"CD-Spieler", zu verkleinern, so daß diese Vorrichtungen beispielsweise einfacher
eingebaut werden können. Eine Verringerung der optischen Weglänge zwischen dem
Diodenlaser und dem Aufzeichnungsträger ist von besonderer Bedeutung. Diese Länge
kann verkleinert werden, wenn der Abstand zwischen dem Diodenlaser und dem
Beugungsgitter verringert werden kann. Durch Verringerung dieses Abstandes kann der
Abstand zwischen dem Beugungsgitter und dem abbildenden Linsensystem ebenfalls
verringert werden, während die Forderung erfüllt wird, daß die Teile des
Diodenlaserstrahlenbündels, die in der ersten Ordnung und höheren Ordnungen gebeugt
werden, in ein außerhalb der Linsenpupille dieses Linsensystems liegendes Gebiet fallen
sollen. Bei der Montage des Gerätes muß es möglich sein, den in einer Richtung
parallel zur optischen Achse der Vorrichtung gemessenen Abstand zwischen dem
Diodenlaser und den Detektoren sehr genau zu justieren, da sonst ein Offset in dem
Fokusfehlersignal erzeugt wird, so daß das Abtaststrahlenbündel nicht mehr auf die
Informationsebene fokussiert ist.
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Zu dem Ziel einer preiswerteren, leichteren und kleineren
Abtastvorrichtung paßt es, ein beispielsweise von einem Halbleiterbauelementhersteller
geliefertes Element einzusetzen, das einen Diodenlaser und Detektoren in der Form von
Photodioden enthält, wobei der Diodenlaser und die Photodioden relativ zueinander
fixiert sind. Wegen der Fertigungstoleranzen muß berücksichtigt werden, daß der
erwähnte Abstand von dem gewünschten Abstand abweicht, was zu dem Offset in dem
Fokusfehlersignal führt. Der Einfluß der erwähnten Abweichung wird umso größer, je
kleiner der Abstand zwischen dem Beugungsgitter und dem Diodenlaser wird.
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Die vorliegende Erfindung verschafft die Möglichkeit, den als Folge eines
nicht korrekten Abstandes zwischen dem Diodenlaser und den Photodioden in der
Richtung der optischen Achse eingebrachten Fokus-Offset in der Abtastvorrichtung zu
kompensieren.
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Wie in der US-Patentschrift Nr. 4.665.310 erläutert, ist der in diesem
Patent beschriebene Gitterentwurf auf ein zuvor vorgeschlagenes zusammengesetztes
Beugungsgitter gegründet. Dieses Gitter enthält zwei Teilgitter, in denen die
Gitterstreifen des einen Teilgitters die gleiche Richtung wie die des anderen Teilgitters
haben, in denen aber die Gitterkonstanten der beiden Teilgitter unterschiedlich sind. In
einem ein solches zusammengesetztes Gitter enthaltenden Gerät sind die beiden
Teilbündel in Strahlungsflecken fokussiert, die auf einer Kurve in einer zu der Ebene
des Detektors senkrechten Ebene liegen. Folglich können die beiden Strahlungsflecke
nicht gleich scharf in bezug auf ihr zugehöriges Detektorpaar fokussiert werden, wenn
die Detektorpaare in einer Ebene liegen. Ein Offset in dem Fokusfehlersignal wird in
diesem Gerät daher noch eher erzeugt als in einem Gerät mit einem zusammengesetzten
Beugungsgitter, in dem die Gitterstreifen des einen Teilgitters mit denen des anderen
Teilgitters einen Winkel bilden.
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Daher, und auch aus anderen, noch näher zu erläuternden Gründen, ist
die vorliegende Erfindung außerordentlich für die Verwendung in einer Vorrichtung mit
einem aus zwei Teilgittern mit parallelen Gitterlinien bestehenden Beugungsgitter
geeignet.
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Die Vorrichtung, in der die vorliegende Erfindung eingesetzt wird, ist
dadurch gekennzeichnet, daß der entlang der optischen Achse der Vorrichtung
gemessene Abstand zwischen dem Diodenlaser und dem zusammengesetzten Gitter
kleiner als ungefähr 9 mm ist, daß die Teilgitter variierende Gitterkonstanten haben und
daß die Gitterstreifen der beiden Teilgitter gekrümmt sind.
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Wegen der variierenden Gitterkonstanten und der gekrümmten
Gitterstreifen hat das zusammengesetzte Gitter Linsenwirkung und bei Verschiebung
dieses Gitters in Richtung der Grenzlinie zwischen den Teilgittern kann der
Abbildungsabstand der aus dem Objektivsystem und dem erwähnten Gitter bestehenden
Zusammensetzung an den Abstand zwischen dem Diodenlaser und der Photodiode in
Richtung der optischen Achse angepaßt werden.
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Bei Anwendung das Erfindungsgedankens ist es möglich,
Abbildungsfehler, wie z.B. Koma und Astigmatismus, die bei Verwendung eines
Beugungsgitters mit geraden Gitterlinien auftreten können, zu korrigieren. Hierfür kann
die Krümmung der Gitterlinien während der Herstellung des Gitters angepaßt werden.
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Eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist
außerdem dadurch gekennzeichnet, daß die Gitterstreifen der beiden Teilgitter im
Bereich der Grenzlinie zwischen den beiden Teilgittern senkrecht zu der genannten
Grenzlinie stehen und daß einander entsprechende Teile der Teilgitter unterschiedliche
mittlere Gitterkonstanten und unterschiedliche Krümmungen der Gitterstreifen haben.
Die Teilgitter haben also eine unterschiedliche Brechkraft.
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Eine bevorzugte Ausführungsform der Vorrichtung ist jedoch außerdem
dadurch gekennzeichnet, daß einander entsprechende Teile der Teilgitter gleiche mittlere
Gitterkonstanten haben und daß die einander entsprechenden Streifen der Teilgitter
gleiche, aber entgegengesetzte Winkel mit der Grenzlinie zwischen den Teilgittern
bilden.
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Im Vergleich zu der ersten Ausführungsform hat diese Ausführungsform die in der US-
Patentschrift Nr. 4.665.310 erwähnten Vorteile.
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Ein Beugungsgitter mit gekrümmten Gitterstreifen wird in der Literatur
auch als Hologramm bezeichnet. Anzumerken ist, daß in einem veröffentlichten Vortrag
der Firma NEC (Japan) mit dem Titel "An optical head using a multi-functioning
hologram for CD players", der während des "Optical Memory Symposium" in Japan am
18. Dezember 1986 gehalten wurde, die Verwendung eines Hologramms in einer
optischen Ausleseeinrichtung beschrieben wird. Dieses Hologramm hat drei Funktionen:
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- Trennen des Diodenlaserstrahlenbündels und des von dem Aufzeichnungsträger
reflektierten Strahlenbündels
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- Aufspalten des letztgenannten Bündels in zwei Teilbündel zur Fokusfehlerdetektion,
und
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- Schaffen der Möglichkeit, ein Spurfolgefehlersignal zu erzeugen.
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Dieses Hologramm enthält zwei die einfallenden Teile des Bündels in
verschiedene Richtungen ablenkende Teilhologramme. Die genannte Veröffentlichung
erwähnt die Probleme, für die die vorliegende Erfindung eine Lösung verschafft, nicht,
was einleuchtend ist, da der axiale Abstand zwischen dem Diodenlaser und dem
Hologramm 18 mm beträgt. Es wird nur auf mögliche Einflüsse eingegangen, die die
durch Temperaturschwankungen verursachte Änderung der Wellenlänge des
Diodenlasers auf die Qualität der Strahlungsflecke in der Detektorebene haben kann.
Über das zusammengesetzte Hologramm wird mitgeteilt, daß es eine Brechkraft von
nahezu Null hat. Zusätzlich erwähnt die Veröffentlichung, daß die Lage der
Photodioden während der Montage an die Änderung der Wellenlänge des
Laserstrahlenbündels angepaßt wird. In der schematischen Darstellung nach Figur 1 der
Veröffentlichung sollen die schrägen Linien in dem Hologramm als die beiden
Teilhologramme definierende Schatten angesehen werden.
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Entsprechend einer weiteren kennzeichnenden Eigenschaft der
Vorrichtung ist das zusammengesetzte Beugungsgitter ein Phasengitter mit einer
Reliefstruktur. Solch ein Gitter hat einen erheblich höheren Wirkungsgrad in der
gewünschten Ablenkrichtung als ein Amplitudengitter und bietet den zusätzlichen
Vorteil, daß auf der Basis eines Muttergitters eine große Zahl von Abdrucken in
bekannter Weise zu geringen Kosten hergestellt werden kann, was besonders wichtig ist,
wenn die Gitter in Konsumentengeräten eingesetzt werden sollen.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und
werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
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Figur 1 eine schematische Ausführungsform einer Auslesevorrichtung mit
einem Beugungsgitter,
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Figur 2 eine perspektivische, schematische Ansicht einer ersten
Ausführungsform des erfindungsgemäßen Beugungsgitters und des zugehörigen
strahlungsempfindlichen Detektionssystems,
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Figur 3a und 3b die Veränderungen der Strahlungsflecke auf den
Detektoren beim Auftreten von Fokusfehlern,
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Figur 4 ein realisiertes Gitter des Typs nach Figur 2,
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Figur 5 ein bekanntes Beugungsgitter im Querschnitt und
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Figur 6 eine zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Beugungsgitters und des zugehörigen strahlungsempfindlichen Detektionssystems.
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Figur 1 zeigt eine tangentiale Queransicht eines kleinen Teils eines
optischen Aufzeichnungsträgers 1 mit einer strahlungsreflektierenden Informationsebene
2. Diese Figur zeigt eine der in der Informationsebene liegenden Spuren 3. Eine solche
Spur enthält Informationsbereiche 3a, die mit Zwischenbereichen 3b abwechseln, wobei
beispielsweise die Bereiche 3a in einer von der der Zwischenbereiche 3b abweichenden
Höhe liegen. Die Informationsoberfläche wird mittels eines von einer Strahlungsquelle
4, beispielsweise einem Diodenlaser, emittierten Strahlenbündels b abgetastet. Dieses
Strahlenbündel wird von einem Objektivsystem 6, das schematisch durch eine einige
Linse dargestellt wird, fokussiert, um in der Informationsebene einen winzigen
Strahlungsfleck V zu bilden. Eine gesonderte Kollimatorlinse kann vor dem
Objektivsystem angeordnet sein. Das Abbildungssystem kann alternativ durch ein
zusammengesetztes Kollimatorobjektivsystem, wie in Figur 1 gezeigt, gebildet werden.
Wenn der Aufzeichnungsträger um eine Achse 8 gedreht wird, wird eine Spur 3
abgetastet und das Auslesebündel wird durch die in dieser Spur enthaltene Information
moduliert. Durch Bewegen des Aufzeichnungsträgers und der die Quelle 4, das
Objektivsystem 6 und das Detektionssystem 10 enthaltenden Ausleseeinheit relativ
zueinander in radialer Richtung wird die gesamte Informationsoberfläche abgetastet.
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Das von der Informationsoberfläche reflektierte und modulierte
Strahlenbündel soll detektiert werden können, d.h. daß dieses Strahlenbündel von dem
projizierten Bündel getrennt werden können muß. Hierfür muß die Vorrichtung ein
Strahlenbündel-Trennelement enthalten.
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Zum Auslesen einer Informationsstruktur mit kleinen Informationsdetails
von beispielsweise der Größenordnung 1um ist ein Objektivsystem mit einer großen
numerischen Apertur erforderlich. Die Schärfentiefe eines solchen Objektivsystems ist
klein. Da Abweichungen im Abstand zwischen der Informationsebene 2 und dem
Objektivsystem 6 auftreten können, die größer sind als die Schärfentiefe, müssen
Maßnahmen getroffen werden, um diese Abweichungen zu detektieren und als Reaktion
darauf die Fokussierung zu korrigieren. Hierzu kann die Vorrichtung mit einem
Strahlteiler versehen sein, der das reflektierte Strahlenbündel in zwei Teilbündel teilt,
und mit beispielsweise zwei Detektorpaaren, wobei ein erstes der Paare mit dem ersten
Teilbündel und das zweite Paar mit dem zweiten Teilbündel zusammenarbeitet. Die
Ausgangssignale der Detektoren werden verarbeitet um, unter anderem, ein
Fokusservosignal zu bilden.
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Wie in dem Beitrag "Optische Fokusfehlerdetektion" in "Neues aus der
Technik" Nr. 6, 15. Dezember 1980, S. 3, beschrieben, kann Strahltrennung und
Strahlaufspaltung mit Hilfe eines einzelnen Elementes erreicht werden, nämlich mit
einem transparenten Gitter. Dieses Gitter spaltet das von der Informationsoberfläche 2
reflektierte und das Objektivsystem 6 durchquerende Strahlenbündel in ein nicht
gebeugtes Teilbündel nullter Ordnung und eine Anzanl von Teilbündeln erster und
höherer Ordnung auf. Die Gitterparameter, insbesondere das Verhältnis zwischen der
Breite der Gitterstreifen und der der Zwischenstreifen und die Tiefe und die Form der
Gitterfurchen können so gewählt werden, daß eine maximale Strahlungsmenge auf das
Detektionssystem trifft.
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Figur 2 ist eine perspektivische Vorderansicht einer ersten
Ausführungsform des Gitters 9 und des strahlungsempfindlichen Detektionssystems 10.
Das Strahlenbündel b ist im Gitterbereich durch seinen Querschnitt angedeutet. Das
Gitter 9 enthält zwei durch die Linie 11 voneinander getrennte Teilgitter 12 und 13. Die
Gitterstreifen der Teilgitter 12 und 13 sind mit 14 bzw. 15 bezeichnet. Diese
Gitterstreifen werden durch Zwischenstreifen 16 und 17 getrennt. In dieser
Ausführungsform haben die Gitterstreifen im Bereich der Grenzlinie 11 die gleiche
Richtung und stehen beispielsweise senkrecht zu der Grenzlinie. Die mittlere
Gitterkonstante p&sub1; des Teilgitters 12 unterscheidet sich jedoch von der mittleren
Gitterkonstante p&sub2; des Teilgitters 13. Folglich unterscheidet sich der Winkel, unter dem
das Teilbündel b&sub1; gebeugt wird, von dem Winkel, unter dem das Teilbündel b&sub2; gebeugt
wird. Das bedeutet, daß in der Ebene des Detektors die Strahlungsflecke V&sub1; und V&sub2;
relativ zueinander in X-Richtung verschoben sind.
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Jedem der Teilbündel b&sub1; und b&sub2; werden strahlungsempfindliche
Detektoren in der Form von voneinander durch schmale Streifen 22 bzw. 23 getrennten
Photodioden 18, 19 und 20, 21 zugeordnet. Diese Detektoren sind so positioniert, daß
im Falle korrekter Fokussierung des Strahlenbündels b auf die Informationsoberfläche 2
die von den Teilbündeln b&sub1; und b&sub2; gebildeten Strahlungsflecke V&sub1; und V&sub2; bezüglich der
Detektoren 18, 19, bzw. 20, 21 symmetrisch gelegen sind. Wenn ein Fokusfehler
auftritt, werden die Strahlungsflecke V&sub1; und V&sub2; größer, und außerdem verschieben sich
diese Strahlungsflecke bezüglich ihres zugehörigen Detektorpaares, wie in den Figuren
3a und 3b gezeigt wird. Figur 3a gibt den Fall wieder, bei dem das Strahlenbündel b in
einer Ebene vor der Informationsoberfläche 2 fokussiert wird, während Figur 3b sich
auf den Fall bezieht, bei dem das Strahlenbündel b in einer Ebene hinter der
Informationsoberfläche fokussiert wird.
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Wenn die Ausgangssignale der Detektoren 18, 19, 20 und 21 durch S&sub1;&sub8;,
S&sub1;&sub9; bzw. S&sub2;&sub0; und S&sub2;&sub1; dargestellt werden, wird das Fokusfehlersignal durch:
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Sf = (S&sub1;&sub8; + S&sub2;&sub1;) - (S&sub1;&sub9; + S&sub2;&sub0;)
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gegeben.
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Ein zu der ausgelesenen Information proportionales Signal, das Informationssignal Si,
wird gegeben durch:
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Si = S&sub1;&sub8; + S&sub1;&sub9; + S&sub2;&sub0; + S&sub2;&sub1;
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Wenn die Grenzlinie 11 der beiden Teilgitter 12 und 13 parallel zu der Richtung einer
ausgelesenen Spur 3 verläuft, ist es auch möglich, ein Spurfehlerfolgesignal Sr aus den
Detektorsignalen zu generieren. Dieses Signal wird gegeben durch:
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Si = (S&sub1;&sub8; + S&sub1;&sub9;) - (S&sub2;&sub0; + S&sub2;&sub1;)
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Erfindungsgemäß haben die beiden Teilgitter eine variierende
Gitterkonstante, wobei die Änderung der Gitterkonstanten in der Größenordnung einiger
Prozent der mittleren Gitterkonstanten liegt. Außerdem sind, wie in Figur 2 gezeigt, die
Gitterstreifen der beiden Teilgitter gekrümmt. Diese Teilgitter haben also eine
veränderliche Linsenwirkung. Wegen der variierenden Gitterkonstanten können die
Lagen der Strahlungsflecke V&sub1; und V&sub2; durch Verschieben des Gitters 9 entlang der
Grenzlinie 11 in einer Richtung parallel zur optischen Achse 00', also in Z-Richtung,
verändert werden. Abweichungen in einer senkrecht zur Richtung der Grenzlinie 11
liegenden Richtung können durch die Krümmungen der Gitterstreifen minimiert werden.
Die Möglichkeit der Verschiebung der Z-Lagen der Strahlungsflecke V&sub1; und V&sub2; ist
besonders wichtig, wenn eine integrierte Laser-Photodiodeneinheit verwendet wird.,
d.h. eine Komponente, in der der Diodenlaser und die Photodioden auf ein und
demselben Träger angeordnet und daher relativ zueinander fixiert sind und also in Z-
Richtung einen festen gegenseitigen Abstand haben. Dieser Abstand ist
Fertigungstoleranzen unterworfen und kann während der Montage der Vorrichtung nicht
durch Verschiebung der Photodioden in Z-Richtung, relativ zu der Laserdiode,
korrigiert werden.
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Auch der Abstand in der X-Richtung zwischen dem Diodenlaser und den
Mittelpunkten der Detektorpaare ist Fertigungstoleranzen unterworfen. Ein Ausgleich
hierfür kann auch durch Verschieben des Gitters 9 in Richtung der Linie 11 erhalten
werden.
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In der Ausführungsform nach Figur 2 kann gewährleistet werden, daß die
Brennpunkte der Teilbündel trotz der unterschiedlichen Winkel, unter denen die
Teilbündel b&sub1; und b&sub2; in der XZ-Ebene wegen der unterschiedlichen mittleren
Gitterkonstanten der Teilgitter 12 und 13 abgelenkt werden, in einer einzigen XY-Ebene
liegen, indem man nämlich dafür sorgt, daß die Gitterkonstanten und die Krümmungen
der Gitterstreifen von einander entsprechenden Teilen der Teilgitter einen
unterschiedlichen Verlauf erhalten.
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Ein wichtiger Vorteil des Beugungsgitters mit gekrümmten Gitterstreifen
im Vergleich zu einem Gitter mit geraden Gitterstreifen liegt darin, daß die optischen
Abweichungen wie Koma und Astigmatismus, die bei Verwendung des letztgenannten
Gitters auftreten können, in dem erstgenannten Gitter vermieden werden können, indem
diese Abweichungen bei der Herstellung dieses Gitters berücksichtigt werden und die
Krümmung der Gitterstreifen daran angepaßt wird.
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Figur 4 zeigt einen Teil einer realisierten Ausführungsform eines
zusammengesetzten Beugungsgitters, wie es in der Vorrichtung nach Figur 1 verwendet
werden kann. In einem der Teilgitter ändert sich die Gitterkonstante zwischen
beispielsweise 1,6 um und 1,8 um, während in dem anderen Teilgitter diese Konstante
zwischen beispielsweise 2,4 um und 2,7 um variiert. Der Durchmesser für ein solches
Gitter mit rundem Umfang beträgt beispielsweise 800 um.
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Das Beugungsgitter ist vorzugsweise ein Phasengitter in der Form einer
Reliefstruktur, in der die Gitterfurchen sich in einer anderen Höhe befinden als die
Zwischenstreifen. Das Prinzip eines solchen Gitters wird in Figur 5 angedeutet. Solch
ein Gitter kann durch eine geeignete Wahl des Verhältnisses zwischen der Breite W&sub1; der
Gitterfurchen 14 und der Breite W&sub2; der Zwischenstreifen 16 und der Tiefe der Furchen
optimiert werden. Außerdem kann die Form der Furchen angepaßt werden. Statt der in
Figur 5a dargestellten rechtwinkligen, symmetrischen Form wird eine asymmetrische
Form bevorzugt, beispielsweise eine Sägezahnform (Figur 5b), da dann eine maximale
Strahlungsmenge in einer Ordnung konzentriert werden kann, beispielsweise der +1.
Ordnung.
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Als Alternative kann ein Amplitudengitter oder Schwarz-Weiß-Gitter statt
eines Phasengitters verwendet werden. Dieses Gitter kann durch Anpassung der
Variation der Schwärzung optimiert werden.
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Sowohl das Amplitudengitter als auch das Phasengitter können in großen
Anzahlen auf der Basis eines sogenannten Muttergitters kopiert werden, wobei das
Phasengitter den Vorteil bietet, das es preiswert und in großen Anzahlen kopiert werden
kann, weil dabei bekannte Preß- und Abdrucktechniken genutzt werden können, die für
Massenfertigung sehr geeignet sind.
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Das Muttergitter kann holographisch erhalten werden. Dabei wird eine
Anordnung verwendet, bei der divergierende Strahlenbündel emittierende
Strahlungsquellen in der Position der Quelle 4 und den gewünschten Positionen des
Strahlungsfleckes V&sub1; und des Strahlungsfleckes V&sub2; nach Figur 4 angeordnet werden.
Eine photographische Platte wird dann in der Position des Gitters 9 aus Figur 2
angebracht. Erst wird eine Hälfte der Platte mit den von den in den Positionen der
Quelle 4 und des Fleckes V&sub1; liegenden Strahlungsquellen emittierten Strahlenbündeln
belichtet, während die andere Hälfte der Platte abgedeckt ist. Anschließend wird die
belichtete Hälfte abgedeckt und die andere Hälfte wird mit den Strahlenbündeln
belichtet, die von den in den Positionen der Quelle 4 und des Strahlungsfleckes V&sub2;
liegenden Strahlungsquellen emittiert werden.
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Die auf diese Weise auf beiden Hälften der Platte erhaltenen unterschiedlichen
Interferenzmuster können mit Hilfe bekannter Entwicklungs- und Ätztechniken in
Reliefstrukturen umgesetzt werden.
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Wenn die Positionen der Strahlungsquelle 4, des Beugungsgitters 9 und
der Photodioden vorgegeben sind, kann man alternativ die Muster der Teilgitter
berechnen und diese Muster anschließend mit beispielsweise einer
Elektronenstrahlschreibvorrichtung in elektronenempfindliches Material schreiben.
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Figur 6 zeigt eine zweite Ausführungsform der Vorrichtung. Diese
Vorrichtung enthält ein Beugungsgitter, dessen Teilgitter dieselbe Gitterkonstante haben.
Die Hauptrichtungen der gekrümmten Gitterstreifen 14 des Teilgitters 12 bilden mit der
Grenzlinie 11 einen ersten Winkel, während die Hauptrichtungen der gekrümmten
Gitterstreifen 15 des zweiten Teilgitters 13 mit der Grenzlinie einen zweiten,
vorzugsweise ebenso großen, aber entgegengesetzten Winkel bilden. Die Teilbündel
werden hauptsächlich in einer Richtung quer zu den Hauptrichtungen abgelenkt, so daß
die Photodioden anders als in Figur 2 angeordnet werden müssen. Die Grenzlinien 22
und 23 der Detektorpaare in der XY-Ebene liegen jetzt hintereinander in der Y-
Richtung. Das Fokusfehlersignal, das Informationssignal und das Spurfolgefehlersignal
werden in gleicher Weise erhalten, wie anhand von Figur 2 beschrieben.
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Da der Wirkungsgrad eines Beugungsgitters, d.h. der Quotient aus der
Menge der in die gewünschte Richtung gebeugten Strahlung und der gesamten Menge
der auf das Gitter fallenden Strahlung, unter anderem von der Gitterkonstanten abhängt,
wird das in Figur 6 gezeigte zusammengesetzte Beugungsgitter dem in Figur 2 gezeigten
vorgezogen. Tatsächlich können wegen der ungleichen Gitterkonstanten der Teilgitter in
den zuletztgenannten Gittern die Teilbündel ungleiche Intensitäten erhalten, so daß ein
Offset in dem Spurfolgefehlersignal erzeugt werden kann. Dies kann in einer
Vorrichtung mit dem Beugungsgitter aus Figur 6 nicht geschehen.
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Die Erfindung wurde zur Verwendung in einer Auslesevorrichtung
beschrieben, aber sie kann alternativ in einer Schreibvorrichtung oder in einer
kombinierten Schreib-Lese-Vorrichtung verwendet werden, in der während der
Aufzeichnung die Fokussierung und Spurfolge des Schreibstrahlenbündels überwacht
wird. Das beschriebene Fokusfehlerdetektionssystem benutzt keine speziellen
Eigenschaften der Informationsoberfläche 2. Es ist nur notwendig und ausreichend, daß
diese Oberfläche reflektierend ist. Daher kann die Erfindung in verschiedenen
Vorrichtungen, bei denen sehr genaue Fokussierung gefordert wird, eingesetzt werden,
so z.B. in Mikroskopen, bei denen die Spurfolgefehlerdetektion eventuell entfallen
kann.