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GEGENSTAND
DER ERFINDUNG
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Diese
Erfindung liegt auf dem Gebiet von optischen Lesetechniken und betrifft
eine Fokusfehler-Korrekturvorrichtung zur Verwendung mit einem Aufnahmesystem
zum Lesen in hochdichten optischen Datenspeichervorrichtungen, beispielsweise Compact
Discs (CDs), Bändern,
Karten oder dergleichen.
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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Zweidimensionale
optische Speichervorrichtungen sind bekannt und werden als Speichermedien mit
hoher Dichte und hoher Kapazität
vielfach verwendet. Sie weisen typischerweise eine Informationsträgerschicht
auf, welche mit einem pit-artigen Muster versehen ist.
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Dreidimensionale
optische Speichervorrichtungen wurden für eine wesentliche Erhöhung der Menge
an aufgezeichneten Daten im Vergleich zu denjenigen von zweidimensionalen
Vorrichtungen entwickelt. Die Kapazität der dreidimensionalen optischen
Speichervorrichtung ist proportional zur dritten Ordnung einer Lesestrahlungs-Wellenlänge. Beispielsweise
kann die gesamte Dicke einer dreidimensionalen optischen Speichervorrichtung
1 mm betragen und sie kann aus Informationsschichten mit einer Dicke
von 0,01 mm gebildet sein. Die Speicherkapazität einer solchen Vorrichtung
ist 100 mal größer als die
Kapazität
einer einzelnen Schicht.
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Eine
dreidimensionale optische Speichervorrichtung ist beispielsweise
in der US-PS 4,090,031 offenbart. Die Vorrichtung weist ein Substrat
und eine Mehrzahl von Datenschichten auf, die an einer Seite des
Substrates vorgesehen sind. Jede der Datenschichten weist Datenspuren
auf, die aus Linien von Datenpunkten gebildet sind. Bei dieser Vorrichtung sind ähnlich zu
einer herkömmlichen
zweidimensionalen informationstragende pit-artige Bereiche, sowie
die benachbarten Bereiche der Schichten lichtreflektierend. Infolge
dessen beruhen herkömm liche Lesetechniken
auf den physikalischen Grundlagen von Interferenz/Reflektionsvermögen. Um
eine Datenschicht für
Wiedergabe auszuwählen,
wird der Fokus des lesenden Lichtstrahles von einer Datenschicht
auf eine andere unter Verwendung einer Fokusfehler-Korrekturtechnik
geändert,
welche typischerweise Steuerelektroniken und einen Servomotor zum
Betrieb einer Objektivlinse verwendet.
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Ein
Beispiel einer Fokusfehler-Korrekturvorrichtung, die in einem Aufnahmesystem
zum Lesen eines strahlungsreflektierenden Aufzeichnungsträgers verwendet
wird, ist in der US-PS 4,123,652 offenbart. Hier basiert die Fokusfehler-Erkennung
auf der Anwendung einer astigmatischen Optik. Da jedoch die Datenschichten
erheblich reflektierend sind, tritt eine unvermeidbare Mehrfachreflektion
auf, welche das Lesen bei einem derartigen "reflektierenden" Informationsträger mit mehr als zwei Datenschichten behindert.
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Dreidimensionale
optische Speichervorrichtungen, welche anstelle von reflektierenden
auf fluoreszierenden Datenbereichen basieren, sind in den US-Patentanmeldungen
08/956,052 und 08/944,402 offenbart, welche auf die Anmelderin der
vorliegenden Anmeldung zurückgehen.
Unglücklicherweise sind übliche Fokusfehler-Korrekturtechniken,
die zum Lesen bei den "reflektierenden" Informationsträgern verwendet
werden, bei dreidimensionalen "fluoreszierenden" Informationsträgern nicht
wirksam.
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Die
EP-A-0354601 offenbart einen Fokusfehler-Korrekturvorgang auf der
Grundlage des Astigmatismus-Verfahrens zur Anwendung bei einem einschichtigen
Datenträger,
wobei das Aufzeichnungsmedium Inseln von lichtemittierendem Material in
Bereichen hat, die zwischen einem transparenten Substrat gebildet
sind und eine reflektierende Schicht ist auf einer Hauptoberfläche hiervon
angeordnet.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Es
besteht demnach eine Notwendigkeit im Stand der Technik, herkömmliche
Fokusfehler-Korrekturtechniken zu verbessern, indem eine neue Fokusfehler-Korrekturvorrichtung
zur Verwendung in einem Aufnahmesystem zum Lesen in einem dreidimensionalen
Informationsträger
geschaffen wird.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNG
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Zum
Verständnis
der Erfindung und zur Darstellung, wie sie in der Praxis umsetzbar
ist, wird nun eine bevorzugte Ausführungsform anhand eines nicht
einschränkenden
Beispiels unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung beschrieben,
in der:
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1 ein
Blockdiagramm ist, welches die Hauptbestandteile einer Fokusfehler-Korrekturvorrichtung,
die gemäß einem
Beispiel der Erfindung aufgebaut ist, darstellt und die einem Informationsträger gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung zugeordnet ist;
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2a und 2b die
Hauptprinzipien zeigen, welche der Umsetzung des Informationsträgers von 1 zugrunde
liegen;
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3a bis 3d die
Hauptprinzipien der Fokusfehler-Erkennungstechnik darstellen, die
in der Vorrichtung von 1 angewendet wird;
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4a und 4b die
Prinzipien der Fokusfehler-Erkennungstechnik darstellen, welche
im Vergleich zu dem herkömmlichen "reflektierenden" Informationsträger bei
dem Träger
der 2a und 2b angewendet
wird;
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5 und 6 zwei
weitere Ausführungsformen
einer Fokusfehler-Korrekturvorrichtung gemäß der Erfindung zeigen;
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7a und 7b die
Hauptprinzipien einer Fokusfehler-Korrekturtechnik gemäß einer
weiteren Ausführungsform
der Erfindung darstellen;
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8 schematisch
ein weiteres Beispiel eines Informationsträgers darstellt; und
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9 ein
Blockdiagramm eines Aufnahmesystems ist, das zum Lesen im Informationsträger von 8 unter
Verwendung einer Fokusfehler-Korrekturtechnik gemäß der Erfindung
geeignet ist.
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GENAUE BESCHREIBUNG
DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
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Bezugnehmend
auf 1, so ist dort eine Fokussiervorrichtung – insgesamt
mit 1 bezeichnet – dargestellt,
welche ein Konstruktionsteil eines Aufnahmesystems (nicht gezeigt)
zum Lesen in einem Informationsträger 2 ist. Die Vorrichtung 1 weist
eine Beleuchtungseinheit 4, eine Erkennungseinheit 5, eine
Strahlungsrichtoptik 6 und eine Steuereinheit 12 auf.
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Die
Beleuchtungseinheit 4 beinhaltet eine Strahlungsquelle 7,
die einen Lesestrahl Br mit einer bestimmten Wellenlänge *r erzeugt.
Die Strahlungsrichtoptik 6 weist typischerweise eine Objektivlinse 8 oder
eine Mehrzahl solcher Linsen (die eine Fokussieroptik bilden), eine
Hilfslinse 9a und einen Korrektor 9b für eine sphärische Aberration
auf. Weiterhin vorgesehen in der Strahlungsrichtoptik 7 sind
ein Strahlteiler 10 und eine Abbildungsoptik 11 mit
einer Zylinderlinse 11a (die ein astigmatisches Element
bildet). Die Objektivlinse 8 wird für eine Gleitbewegung entlang
der optischen Achse OA auf den Träger 2 zu und von diesem
weg mittels eines geeigneten Servomechanismus gelagert, der insgesamt
mit SM bezeichnet ist. Es sei festzuhalten, dass, obgleich nicht konkret
dargestellt, eine geeignete Antriebsvorrichtung vorgesehen ist,
um die Drehung des Trägers 2 um
seine Achse zu bewirken und um eine Hin- und Herbewegung des Trägers bezüglich der
Objektivlinse 8 durchzuführen, um eine Abtastung der
behandelten Ebene innerhalb des Trägers zu bewirken.
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Der
Lesestrahl Br trifft auf den Datenträger auf und beleuchtet einen
Punkt V, der in einer Ebene S innerhalb des Trägers 2 liegt und erzeugt
eine Ausgangsstrahlung Bo mit einem bestimmten Wellenlängenbereich
*o, wie nachfolgend noch genauer beschrieben wird. Die Optik 6 richtet
die einfallende Strah lung und die zurückkehrende Strahlung auf den Träger 2 bzw.
von diesem weg. Der Strahlteiler 10 ist ein dichromatischer
Spiegel, der für
das einfallende Strahlungsspektrum *r im Wesentlichen optisch durchlässig ist
und für
das Ausgangsstrahlungsspektrum *o im Wesentlichen reflektierend
ist. Mit anderen Worten, der Strahlteiler 10 teilt die
einfallenden Strahlen Br bzw. Ausgangsstrahlen Bo und richtet den
Ausgangsstrahl Bo auf die Erfassungseinheit 5.
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Die
Erfassungseinheit 5 weist einen strahlungsempfindlichen
Detektor 14 auf, der mit einem optischen Filter 16 versehen
ist und weist wahlweise eine Aperturblende 18 auf. Die
Aperturblende 18 dient zum Sammeln nur eines Teils der
Ausgangsstrahlung, welche in Richtung des Detektors 14 läuft. Der
Filter 16 hindert jegliche Strahlungskomponente in einem
Spektrum anders als dem der Ausgangsstrahlung *o am Erreichen des
Detektors 14. Der Detektor 14 ist von bekannter
Art und definiert eine strahlungsempfindliche Oberfläche IP zum
Empfang von Lichtsignalen und zur Erzeugung von Daten, welche diese
darstellen. Die elektronische Einheit 12 ist mit dem Servomechanismus
SM und dem Detektor 14 verbunden. Die Steuereinheit ist
mit geeigneter Hardware versehen und wird durch eine geeignete Software
betrieben, um auf die Daten anzusprechen, welche das empfangene
Licht darstellen, um eine Verschiebung der Ebene S aus der Brennebene
der Linse 8 zu bestimmen und ein sogenanntes "Fokusfehler-Korrektursignal" zu erzeugen. Dieses
Signal betreibt den Mechanismus SM zu einem entsprechenden Bewegen
der Linse 8, um deren Brennebene in der behandelten Ebene
S anzuordnen.
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Bezug
genommen wird nun auf die 2A und 2B,
welche den Aufbau des Informationsträgers 2 genauer darstellen.
Der Träger 2 weist
verschiedene Informationsschichten auf, beispielsweise drei Schichten
L1, L2 und L3, die auf einem Substrat 22 in paralleler
beabstandeter Beziehung ausgebildet sind. Jeweils zwei benachbarte
Informationsschichten sind durch Zwischenschichten L(1) bzw. L(2)
voneinander beabstandet. Das Substrat 22 und die Zwischenschichten
L(1) und L(2) sind aus einem optisch transparenten Material sowohl
für die
einfallende Strahlung *r und die Ausgangsstrahlung *o gefertigt.
Die Informationsschichten L1–L3
weisen Bereiche oder Pits auf, welche allgemein mit Rf bezeichnet
sind und die mit einem fluoreszierenden Material gefüllt und
von Bereichen Rt umgeben sind, welche aus dem gleichen optisch transparenten
Material wie das Substrat und die Zwischenschichten gefertigt sind.
Hierbei geben die Bereiche Rf aufzeichnende Fluoreszenzbereiche
wieder, wohingegen die umgebenden Bereiche Rt der Informationsschicht,
sowie das Substrat und die Zwischenschichten zusammen die optisch
transparenten Umgebungsbereiche des Trägers 2 bilden.
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Jeder
Fluoreszenzbereich Rf stellt eine Strahlungsquelle dar, welche eine
Ausgangsfluoreszenzstrahlung emittiert, welche durch eine Wechselwirkung
mit einer geeigneten einfallenden Strahlung induziert wird. Um erfolgreich
die aufgezeichnete Information von dem Informationsträger 2 auszulesen, sollten
die folgenden Bedingungen erfüllt
sein: Die Aufzeichnungsbereiche, im Wesentlichen die nicht transparenten
und nicht reflektierenden, nehmen annähernd 10–20% der Gesamtschichtfläche ein,
während
die verbleibenden 80–90%
der Schicht im Wesentlichen optisch transparent sind. Die Absorption von
Aufzeichnungsbereichen bezüglich
der einfallenden Lesestrahlung sollte bevorzugt im Bereich von 5–50% liegen.
Wenn von einer solchen Vorrichtung gelesen wird, beträgt die Absorption
der Informationsschicht für
nicht fokussiertes Leselicht ungefähr 1–10%, was größenordnungsmäßig geringer
als die Absorption von Leselicht ist, das auf die Aufzeichnungsbereiche
fokussiert wird. Ein wesentlicher Teil der absorbierten Lesestrahlung
ist dem Aufzeichnungsbereich zugeordnet, der im Brennpunkt der Strahlungsrichtoptik
liegt. Ein relativ unerheblicher Teil der absorbierten Lesestrahlung
ist einer Mehrzahl von Aufzeichnungsbereichen zugeordnet, welche
in dem optischen Bereich des Lesestrahls außerhalb des Brennpunkts der Richtoptik
liegen, wobei dieser Teil über
alle Aufzeichnungsbereiche hinweg verteilt ist. Somit ist die Fluoreszenz
eines jeden im Brennpunkt liegenden Aufzeichnungsbereiches erheblich
stärker
(ungefähr
1000 mal) als diejenige irgendeines außerhalb des Brennpunkts liegenden Aufzeichnungsbereichs.
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Aufgrund
der Tatsache, dass die Aufzeichnungsbereiche Rf wie oben beschrieben
aufgebaut sind und von den transparenten Bereichen Rt umgeben sind,
gibt es keine strenge Einschränkung
bezüglich
der Höhe
der Aufzeichnungsbereiche. Dies ermöglicht, dass die innerhalb
des Trägers
enthaltenen aufgezeichneten Daten durch Ändern der Höhe der Aufzeichnungsbereiche
je nach Wunsch erheblich erhöht
werden können.
Infolge dessen ermöglicht
dies, dass jeder der Aufzeichnungsbereiche mit einer minimal möglichen
Länge hergestellt
wird, so dass mehr derartige Bereiche innerhalb jeder Informationsschicht
machbar sind.
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Die
Vorrichtung 1 arbeitet auf folgende Weise. Beispielsweise
soll die Information gerade von der Informationsschicht L2 gelesen
werden und daher sollte der Lesestrahl Br auf diese Schicht fokussiert
werden. Die Fortpflanzung der Lichtstrahlen ist schematisch gezeigt,
um die Darstellung zu vereinfachen. Der Lesestrahl Br läuft durch
die Informationsschicht L1 und die Zwischenschicht L(1), welche
zu 80–90%
transparent bzw. vollständig
transparent sind und trifft erfolgreich auf die gewünschte Schicht L2
auf und beleuchtet den Punkt V. Die einfallende Strahlung Br ist
innerhalb eines solchen Wellenlängenbereiches
*ër um,
in Wechselwirkung mit den Aufzeichnungsbereichen Rf, die Fluoreszenz
des bestimmten Fluoreszenzmaterials zu erregen, welches in dem Träger 2 verwendet
wird und um die erregte Fluoreszenzstrahlung Bo zu erzeugen.
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Die
Objektivlinse 8 sammelt von dem Träger 2 zurückkehrendes
Licht und richtet es auf den dichromatischen Spiegel 10.
Das gesammelte Licht ist zusammengesetzt aus der Ausgangsfluoreszenz
Bo, erregt in allen Aufzeichnungsbereichen, die in dem optischen
Pfad des einfallenden Strahles Br liegen, d. h. vor, in und hinter
der adressierten Schicht, und einer relativ kleinen Lichtkomponente
B'r, welche von den
umgebenden Bereichen Rt reflektiert werden kann. Der dichromatische
Spiegel 10 reflektiert die Fluoreszenzstrahlung Bo, welche
somit an die Erfassungseinheit 5 geliefert wird und überträgt die reflektierte
Lichtkomponente B'r
weg von der Erfassungseinheit 5. Ein Teil der Fluoreszenz
Bo, welche die Erfassungseinheit 5 erreicht, wird von der
Aperturblende 18 zurückgehalten,
während
etwas von der Nichtfluoreszenzstrahlung, welche sich in Richtung
der Erfassungseinheit 5 fortpflanzen könnte, vom Filter f zurückgehalten
wird.
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Wie
oben erläutert,
stellt der Aufzeichnungsbereich Rf eine Quelle von Fluoreszenzstrahlung
dar. Damit hängen
von dem Detektor 14 erkannte Fluoreszenzsignale nicht von
dem optischen Pfad der einfallenden Strahlung ab und hängen nur
von dem Abstand zwischen der Ebene S (adressierte Schicht L2) und
der Objektivlinse 8 ab.
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Es
ist bekannt, dass ein astigmatisches Element typischerweise zwei
Brennlinien hat, welche, wenn in Axialrichtung betrachtet, unterschiedliche Positionen
einnehmen und senkrecht zueinander sind. Somit addieren die Objektivlinse 8 und
die Zylinderlinse 11A zwei Brennlinien F1 und F2 zu dem Lesepunkt
V. Die Beziehung zwischen den Linien F1 und F2 und dem X-Y-Koordinatensystem
ist in 3A klar dargestellt. Wenn der
Abstand d zwischen der beleuchteten Schicht L2 und der Objektivlinse 8 kürzer als
die Linsenbrennweite f ist (d. h. d<f), werden die Abmessungen des Punktes
V größer als die
Abmessungen des Bereichs Rf. In diesem Fall vergrößern sich
ungeachtet dessen, dass die Abmessungen des Bereiches Rf unverändert verbleiben,
die Abmessungen des abgebildeten Punktes V' in der Abbildungsebene IP, welche durch
die empfindliche Oberfläche
des Detektors 14 definiert ist. Wenn der Abstand d zwischen
der beleuchteten Schicht L2 und der Objektivlinse 8 größer als
die Linsenbrennweite f ist (d.h. d>f),
wird die Größe V des beleuchteten
Punktes größer als
die Größe des Bereiches
Rf, ist jedoch im Vergleich zu der entgegengesetzten Situation unterschiedlich
ausgerichtet. In diesem Fall ist die Position der Quelle an Fluoreszenzstrahlung
größer als
die in der In-Brennpunkt-Position relativ zu der Objektivlinse 8.
Die 3B–3D zeigen
drei unterschiedliche Formen und Ausrichtungen des Abbildungspunktes
V' entsprechend
jeweils den Vor-, In- und Nach-Brennpunkt-Positionen der adressierten
Schicht L2.
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Um
die Brennpunktsposition relativ zu der gewünschten Schicht zu bestimmen
und um den Servomechanismus SM entsprechend zu betätigen, wird aus
dem erkannten Fluoreszenzsignal das sogenannte "Fokussiersignal" bestimmt. Hierzu ist der Detektor 14 typischerweise
eine sogenannte "Quadrantzelle" mit vier Unterdetektoren
D1, D2, D3 und D4, welche in den einzelnen Quadranten eines X-Y-Koordinatensystems
angeordnet sind. Jeder der Unterdetektoren wird einer entsprechenden
Fluoreszenzkomponente ausgesetzt und erzeugt diese wiedergebende
Daten. Das Fokussiersignal wird aus diesen Daten auf übliche Weise
berechnet. Ein sogenanntes "Fokuskorrektursignal" wird elektronisch
aus dem Fokussiersignal erhalten und die Objektivlinse 8 wird entsprechend
bewegt, um die Ebene S (Schicht L2) in den Brennpunkt der Linse 8 zu
legen.
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Bezugnehmend
auf die 4A und 4B, so
ist das Fokussiersignal proportional zu dem Abstand z zwischen einem
Punkt A, der in einer Brennebene FP der Linse (nicht gezeigt) liegt
und einer Quelle der erkannten Strahlung A', welche auf die Abbildungsebene IP
projiziert wird. Wie in 4A gezeigt,
ist bei der herkömmlichen
Technik, welche dem "reflektierenden" Informationsträger zugehörig ist,
eine derartige Quelle der erkennten Strahlung A' ein Bild des Brennpunktes A, welches
gemäß bekannten
Reflektionsgesetzen erzeugt wird. Somit ist der Abstand z gleich
2h, wobei h der Abstand zwischen dem Brennpunkt A und der adressierten Schicht
L2 ist. 4B zeigt, dass gemäß der vorliegenden Erfindung
der Abstand z gleich h ist. Es ist offensichtlich, dass aufgrund
des Fehlens von Interferenz- und Diffraktionseffekten im Informationsträger 2 die
Fokusfehler-Korrekturtechnik gemäß der Erfindung
geringere Anforderungen an die optische Anordnung im Vergleich zu
derjenigen hat, welche in der herkömmlichen Vorrichtung für den "reflektierenden" Träger verwendet
wird.
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5 zeigt
eine Fokusfehler-Korrekturvorrichtung, welche insgesamt mit 100
bezeichnet ist und die gemäß einer
anderen Ausführungsform
der Erfindung aufgebaut ist. Die Vorrichtung 100 ist geeignet
zum Lesen in dem Informationsträger 2.
Diejenigen Bauteile, welche in den Vorrichtungen 1 und 100 identisch
sind, sind mit gleichen Bezugszeichen versehen, um das Verständnis zu
erleichtern. Das astigmatische Element 11a der Vorrichtung 1 ist
hier durch einen Treiber 24 ersetzt, der mit dem Servomechanismus
SM verbunden ist, um eine fortlaufende Schwingung der Linse 8 entlang
ihrer optischen Achse OA zu erzeugen. Offensichtlich kann die Umsetzung
so sein, dass der Servomechanismus die Funktion des Treibers 4 durchführt.
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Die
Beleuchtungseinheit 4 erzeugt einen Strahl der einfallenden
Strahlung Br einer bestimmten Wellenlänge *r, welche ausgewählt ist,
das Fluoreszenzmaterial zu erregen, das in den Aufzeichnungsbereichen
Rf enthalten ist. Der einfallende Strahl Br läuft durch die Strahlungsrichtoptik 6 und trifft
auf den Träger 2 und
erzeugt die ausgehende Fluoreszenzstrahlung Bo. Eine gewisse Lichtkomponente
der einfallenden Strahlung kann von den umgebenden Bereichen Rt
reflektiert werden, was zu der reflektierten Strahlungskomponente
Br' führt. Die Fluoreszenz-
und Reflektionslichtkomponenten Bf und Br' werden von der Linse 8 gesammelt
und dann von dem dichromatischen Spiegel 10 reflektiert
bzw. durchgelassen.
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Es
versteht sich, dass die Menge an gesammelter Fluoreszenzstrahlung
Bo proportional zur Intensität
der Lesestrahlung Br ist, welche in Wechselwirkung mit den Aufzeichnungsbereichen ist.
Die Intensität
der Lesestrahlung erreicht ihr Maximum im Brennpunkt der Linse 8.
Infolge dessen erreicht das erkannte Fluoreszenzsignal seinen Maximalwert, wenn
die Brennebene im Wesentlichen mit der Schicht übereinstimmt, welche die Fluoreszenzbereiche
enthält.
Wie gezeigt, sind Bereiche A und B entlang der optischen Achse OA
der Linse 8 fluchtend ausgerichtet und sind unterhalb bzw.
oberhalb der adressierten Informationsschicht L2. Wenn der Lesestrahl
Br auf eine der Stellen A oder B fokussiert wird, ist das erkannte
Fluoreszenzsignal kleiner als der Maximalwert. Die Verringerung
des erkannten Signales während
der Bewegung der Linse 8 in Richtung der Oberfläche des
Trägers 2 zeigt
an, dass die Informationsschicht zwischen der Linse 8 und
ihrer Brennebene liegt. Dies wird von der elektronischen Einheit 12 sofort
erkannt und nachfolgend wird die Position der Linse 8 entsprechend
eingestellt, um die gewünschte
Informationsschicht in den Brennpunkt der Linse zu versetzen. Ein
derartiger Mehrschicht-Informationsträger 2 hat die Adresseninformation
der Schichten in den Informationsschichten geschrieben. Das Lesen
einer speziellen Schicht liefert eine Information über die
Schichtnummer. Diese Information wird zur Bewegung der Linse 8 in
Richtung der gewünschten
Schicht verwendet. Es sei festgehalten, dass, obgleich nicht speziell
dargestellt, in einem Aufnahmesystem verschiedene Elemente verwendet werden
können,
um die oben beschriebenen Fokusfehlerkorrekturen bereit zu stellen.
Beispielsweise können
holographische Optiken die meisten der obigen optischen Funktionen,
z. B. Linsen und Strahlteiler kombinieren.
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Bezug
genommen wird auf 6, in der ein weiteres Beispiel
einer Fokusfehler-Korrekturvorrichtung gezeigt ist, die insgesamt
mit 200 bezeichnet ist und dem Informationsträger 2 zugeordnet
ist. Eine Beleuchtungseinheit 26 ist so ausgelegt, dass
sie drei separate Strahlen einer Lesestrahlung erzeugt, nämlich Br1,
Br2 und Br3. Hierzu kann, obgleich nicht näher dargestellt, die Beleuchtungseinheit 26 drei Lichtquellen
zur Abgabe dreier separater Strahlen oder eine einzelne Lichtquelle
und geeignete Strahlteilervorrichtungen aufweisen. Eine holographische
Platte 27 ist in dem optischen Pfad der einfallenden Strahlen
Br1, Br2 und Br3 angeordnet, um die Strahlen auf unterschiedliche
Stellen A, B und C zu fokussieren, welche entlang der optischen
Achse OA der Linse 8 oberhalb, unterhalb bzw. in der Informationsschicht
L2 liegen. Eine Erfassungseinheit 28 der Vorrichtung 200 weist
im Unterschied zu derjenigen der Vorrichtung 1 drei separate
Detektoren 14a, 14b und 14c auf, welche
mit Aperturen 18a, 18b bzw. 18c versehen
sind.
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Die
Wechselwirkung der einfallenden Strahlen Br1, Br2 und Br3 mit dem
Träger 2 führt zu der
Bereitstellung dreier separater Ausgangsfluoreszenzstrahlungskomponenten
Bo1, Bo2 und Bo3, welche an die Erfassungseinheit 28 geliefert
werden. Der dichromatische Spiegel 10 und der Filter 16 verhindern,
dass irgendwelche Nichtfluoreszenz-Strahlungskomponenten die Detektoren 14a-14c erreichen.
Die von dem dichromatischen Spiegel 10 reflektierte Fluoreszenzstrahlung
pflanzt sich in Richtung der Erfassungseinheit 28 entlang
einer Achse OP fort. Die Detektoren 14a-14c sind
in dem optischen Fortpflanzungspfad der Fluoreszenzstrahlung enthalten
und voneinander um einen entsprechenden Abstand entlang der Achse
OP (d.h. entsprechend denjenigen zwischen den Punkten A, B und C) beabstandet.
Von den Detektoren 14a und 14b erkannte Signale
(d.h. den Stellen A und B zugeordnete) sind gleich und kleiner als
das, das vom Detektor 14c (d.h. dem Ort C zugeordnet) erkannt
wird. Gemäß dem vorhandenen
Beispiel von 6 führen die separaten Detektoren 14a-14c die
Fokusfehlererkennung durch (d.h. die Außerbrennpunktslage des Orts C).
Wenn sich der Träger 2 nach
oben bewegt (näher an
die Linse 8) nehmen die Fluoreszenzsignale von den Orten
A bzw. B ab bzw. steigen an. Der Unterschied hat entgegengesetzte
Vorzeichen, wenn die Trennebene der Linse unterhalb und oberhalb
der gewünschten
Schicht L2 liegt. Die Steuereinheit 12 spricht auf die
er kannten Signale an, um den Servomechanismus SM entsprechend zu
betreiben.
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Bezug
genommen wird nun auf die 7A und 7B,
welche die Hauptprinzipien einer Fokusfehler-Erkennungstechnik gemäß einer
weiteren Ausführungsform
der Erfindung zeigen. Eine Fokusfehler-Korrekturvorrichtung, welche
insgesamt mit 300 bezeichnet ist, ist im Wesentlichen ähnlich zu
der Vorrichtung 100 und die Fokusfehler-Erkennungstechnik
verwendet die Schwingung der Objektivlinse 8 entlang ihrer
optischen Achse OA. In der Vorrichtung 300 erzeugt im Unterschied
zu Vorrichtung 100 eine Strahlungsquelle 29 einen
nicht kohärenten
einfallenden Strahl Br und eine Erfassungseinheit weist eine modulationsempfindliche
Elektronik, allgemein mit 30 bezeichnet, auf, welche mit
dem Detektor 14 verbunden ist oder entweder mit dem Detektor
oder der Steuereinheit 12 eine Einheit bildet. Ein beleuchteter
Bereich (nicht gezeigt) wird durch den Abstand zwischen der benachbarten
Informationsschichten und dem Winkel des Gesichtsfeldes (der numerischen
Apertur) der Objektivlinse 8 definiert. Hierzu ist der
Durchmesser D der Aperturblende 18 durch die Abmessungen
des Aufzeichnungsbereiches Rf definiert, so dass ein Abbildungspunkt
die gesamte Apertur einnimmt und keine umgebenden Bereiche Rt auf den
Detektor 14 projiziert werden.
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Unterschiedliche
Verteilungen des Ausgangsfluoreszenzsignales Bo in einer Ebene,
welche durch die strahlungsempfindliche Oberfläche IP des Detektors 18 definiert
ist, sind gezeigt. Intensitätsverteilungen
I0 und I1 sind den Informationsschichten zugeordnet, welche in bzw.
außerhalb
des Brennpunktes der Linse 8 liegen. Der Unterschied in
der Intensitätsverteilung
wird durch die Tatsache verursacht, dass die aufzeichnenden Fluoreszenzbereiche
Rf nur einen kleinen Bruchteil (ungefähr 10-20%) der Informationsschicht
einnehmen. Die einzige Lichtkomponente, welche vom Durchmesser I
der Apertur 18 aufgenommen wird, läuft in Richtung des Detektors 14.
Die Menge an Fluoreszenzstrahlung Bo, welche auf die strahlungsempfindliche
Oberfläche
des Detektors 14 auftrifft, erreicht ihren Maximalwert,
wenn die Informationsschicht im Brennpunkt der Linse 8 liegt.
Die Intensitätsverteilung
I0 wird in die Verteilung I1 umgewandelt, wenn sich die adressierte
Informationsschicht aus dem Brennpunkt bewegt und daher das erkannte
Signal verringert wird. Dies wird von der modulationsempfindlichen
Elektronik 30 erkannt. Das Fluoreszenzsignal wird mit der Bewegung
der adressierten Schicht weg aus der Brennebene weiter verringert.
Die Schwingung der Linse 8 entlang ihrer optischen Achse
erzeugt Änderungen
der erkannten Signale und daher kann die Position der gewünschten
Informationsschicht zum Zweck der Fokusfehlerkorrekturen definiert
werden.
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Bezugnehmend
auf 8, so ist dort ein Teil eines Informationsträgers dargestellt,
der insgesamt mit 102 bezeichnet ist, und einen etwas unterschiedlichen
Aufbau im Vergleich zu dem Träger 2 hat.
Aufzeichnungsbereiche, allgemein mit R'f bezeichnet, sind im Unterschied zu
denjenigen des Trägers 2 in Form
von Stapeln mit drei Schichten 32a, 32b und 32c,
die aus Materialien mit unterschiedlichen optischen Eigenschaften
gebildet sind. Die Schichten 32a und 32b sind
aus im Wesentlichen fluoreszenten bzw. reflektierenden Materialien
bezüglich
der einfallenden Strahlung gebildet. Die Schichten 32a und 32b erzeugen,
wenn sie mit geeigneter einfallender Strahlung beleuchtet werden,
erregte fluoreszierende bzw. reflektierende Ausgangsstrahlung. Die Schicht 32c ist
aus einem im Wesentlichen absorbierenden Material, so dass ein unerwünschtes Übersprechen
zwischen benachbarten Aufzeichnungsbereichen beseitigt wird.
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9 zeigt
schematisch eine Lesevorrichtung, welche insgesamt mit 400 bezeichnet
ist, zum Lesen von Informationen, die in dem Informationsträger 102 gespeichert
sind. Wiederum bezeichnen gleiche Bezugszeichen diejenigen Komponenten
in der Vorrichtung 400, welche identisch zu voranstehend beschriebenen
Vorrichtungen sind. Die Vorrichtung 400 weist eine zu sätzliche
Erfassungseinheit 34 und einen Strahlteiler 36 auf.
Der Strahlteiler 36 ist ein teildurchlässiger Spiegel. Die Erfassungseinheit 34 weist
eine geeignete Optik (nicht gezeigt), einen Filter 37 und
einen Detektor 38 auf. Der Filter 36 erlaubt den
Durchtritt nur eines einfallenden Strahlungsspektrums und verhindert,
dass irgendeine andere Strahlungskomponente den Detektor 48 erreicht.
Gemäß dem vorliegenden
Beispiel basiert eine Fokusfehler-Erkennungstechnik auf der Verwendung
eines astigmatischen Elementes 11a. Alternativ kann, obgleich
nicht besonders dargestellt, die Fokusfehler-Erkennung auf eine Weise durchgeführt werden, welche
oben unter Bezug auf entweder 5 oder 6 beschrieben
wurde.
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Lesen
in der optischen Speichervorrichtung 102 basiert auf dem
Folgenden. Die Schichten 32b dienen als Spiegel, die an
jeder Fluoreszenzschicht 32a angebracht sind. Wenn daher
die Lesestrahlung Br auf den Aufzeichnungsbereich R'f fällt, wird
eine geringe Komponente der Lesestrahlung von der Schicht 32b reflektiert
und pflanzt sich zusammen mit der Fluoreszenzstrahlung Bo, die in
der Schicht 32a erregt worden ist, nach oben fort. Die
reflektierten und Fluoreszenzlichtkomponenten B'r und Bo werden von der Objektivlinse 8 gesammelt
und von dem dichromatischen Spiegel durchgelassen bzw. reflektiert.
Die reflektierte Fluoreszenzstrahlungskomponente Bo pflanzt sich
in Richtung der Erfassungseinheit 5 fort. Die durchgelassene
Strahlung B'r fällt auf den
Spiegel 36 und pflanzt sich nach einer Reflektion hieran
in Richtung der Erfassungseinheit 34 durch das astigmatische
Element 11a fort.
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Die
kleine reflektierte Lichtkomponente B'r bildet einen konzentrierten diffraktionsbegrenzten Punkt ähnlich zu
demjenigen in bekannten "reflektierenden" optischen Speichervorrichtungen.
Die Position des beleuchteten Punktes kann erkannt werden und für eine Fokusfehler-Korrektur
verwendet werden, wenn der Fokusfehler mehr als die Spurunterteilung
beträgt.
Die Fokusfehler-Korrekturtechnik basiert im Unterschied zu der herkömmlichen
darauf, dass keine Reflektion des konzen trierten Lichtes bei kleinen
Fokusfehlerdistanzen beobachtet werden kann. Die Aufzeichnungsbereiche
sind zu klein, um das konzentrierte Licht zu reflektieren, wobei
berücksichtigt
werden muss, dass ein einzelner Bereich Abmessungen unterhalb der
Diffraktionsgrenze hat, wie oben dargelegt. Nur eine Diffraktion
und Streuung sind in dieser Situation zu beobachten. Diffraktiertes und
gestreutes Licht wird für
kleine Fokusfehler-Korrekturen verwendet, wenn der Abstand zwischen
der Informationsschicht und dem Brennpunkt des Lesestrahls ungefähr 1 μm beträgt. In dieser
Situation wirken solche Fluoreszenzreflektierenden Aufzeichnungsbereiche
R'f als virtuelle
Quelle für
die Lesezwecke. Wenn die Fokusfehler-Distanz nahe den Abmessungen
des Aufzeichnungsbereiches ist, können die Fokusfehler-Erkennungstechniken,
welche oben unter Bezug auf die 1, 5 und 6 beschrieben
worden sind, zum Lesen der Information von der Vorrichtung 102 angewendet
werden.
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Ein
Fachmann auf diesem Gebiet erkennt ohne Weiteres, dass verschiedene
Abwandlungen und Änderungen
an den bevorzugten Ausführungsformen
der Erfindung gemacht werden können,
wie sie hier exemplarisch dargelegt worden ist, ohne von ihrem Umfang
abzuweichen, wie er in und durch die beigefügten Ansprüche definiert ist.