-
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum optischen Abtasten einer
Informationsschicht, auf der Information gespeichert ist, welche Einrichtung eine
Strahlungsquelle umfasst sowie ein Objektivsystem zum Konvergieren von von der Strahlungsquelle
emittierter Strahlung auf der Informationsschicht, ein im Weg eines von der
Informationsschicht kommenden Strahlungsbündels und zum Liefern von Detektorsignalen
angeordnetes strahlungsempfindliches Detektionssystem, und eine erste elektronische Schaltung zum
Bilden eines ersten Fokusfehlersignals und eines zweiten Fokusfehlersignals aus den
Detektorsignalen.
-
Eine Einrichtung gemäß der Einleitung ist aus der US-Patentschrift Nr. 4
006 293 bekannt. Eine derartige Einrichtung ist auch aus der US-Patentschrift Nr. 3 992
574 (PHN 7 122) bekannt. Die Einrichtung erzeugt zwei Fokusfehlersignale. Ein Nachteil
der bekannten Einrichtung ist, dass die Verwendung zweier Fokusfehlersignale zum
Steuern einer Fokusservoschleife zu Instabilitäten beim Betrieb der Schleife führen kann.
-
Der Erfindung liegt als Aufgabe zugrunde, eine optische Abtasteinrichtung
zu verschaffen, die diesen Nachteil nicht aufweist.
-
Zur Lösung dieser Aufgabe ist die erfindungsgemäße optische
Abtasteinrichtung dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung eine mit der ersten elektronischen
Schaltung verbundene zweite elektronische Schaltung zum Empfangen des ersten
Fokusfehlersignals und des zweiten Fokusfehlersignals umfasst, welche zweite elektronische
Schaltung ein kombiniertes Fokusfehlersignal aus einer Kombination des ersten
Fokusfehlersignals und des zweiten Fokusfehlersignals bildet, sodass die Gewichte des ersten und
des zweiten Fokusfehlersignals in der Kombination sich allmählich ändern, wenn die
Längsposition der Objektivlinse in Bezug auf die Informationsschicht verändert wird.
Wenn das Wechseln von einem Fokusfehlersignal zum anderen nicht allmählich erfolgt,
kann am Steuereingang der Servoschleife eine Stufe auftreten, die zu Instabilitäten führt.
Die Kombination ist vorzugsweise eine Linearkombination. Die Gewichte können von der
n-ten Potenz der Fokusfehlersignale abhängen, wobei n jeden beliebigen Wert haben kann.
Der Wert von n ist vorzugsweise eins.
-
Der Wechsel wird vorzugsweise durch die Größe des Informationssignals
gesteuert, welches Signal die in der Informationsschicht gespeicherte Information repräsentiert.
Das Informationssignal ist geeignet, weil seine Amplitude sich von null bis zu einem
gewissen maximalen Wert ändert, wenn der Brennfleck nahe bei einer Informationsschicht
liegt, bei welchem Punkt eine Änderung der Fokusservoschleifensteuerung von dem einen
zum anderen Fokusfehlersignal häufig wünschenswert ist.
-
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Einrichtung
umfasst die erste elektronische Schaltung zumindest ein Hochpassfilter zum Filtern zumindest
eines der Detektorsignale, sodass hochfrequente Komponenten der Detektorsignale
verwendet werden, um das erste Fokusfehlersignal zu bilden, und umfasst die erste
elektronische Schaltung auch zumindest ein Tiefpassfilter zum Filtern des zumindest einen der
Detektorsignale, sodass niederfrequente Komponenten der Detektorsignale verwendet werden,
um das zweite Fokusfehlersignal zu bilden. Das niederfrequente abgeleitete
Fokusfehlersignal kann verwendet werden, wenn der Brennpunkt weit von der Informationsschicht
entfernt liegt, während das hochfrequente abgeleitete Fokusfehlersignal verwendet werden
kann, wenn der Brennpunkt nahe bei der Informationsschicht liegt. Da das hochfrequente
abgeleitete Fokusfehlersignal kaum von Streulicht beeinflusst wird, was eine häufige
Ursache für Gleichstromoffsets ist, wird die Fokussierung der Strahlung auf der
Informationsschicht nur geringe oder keine Gleichstromoffsets erleiden.
-
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und
werden im Folgenden näher beschrieben.
-
Es zeigen:
-
Fig. 1 eine erste erfindungsgemäße Abtasteinrichtung;
-
Fig. 2 die Orientierung der Detektoren in der Einrichtung von Fig. 1;
-
Fig. 3 eine erste elektronische Schaltung zum Bilden eines
Fokusfehlersignals;
-
Fig. 4 eine zweite elektronische Schaltung zum Verarbeiten von
Fokusfehlersignalen;
-
Fig. 5 graphisch verschiedene Signale als Funktion des Fokusfehlers;
-
Fig. 6 eine zweite erfindungsgemäße Abtasteinrichtung;
-
Fig. 7 die Orientierung der Detektoren in der Einrichtung von Fig. 6;
-
Fig. 8 eine dritte erfindungsgemäße Abtasteinrichtung;
-
Fig. 9 eine Vorderansicht des Detektionssystems in der Einrichtung von
Fig. 7;
-
Fig. 1 zeigt eine erste erfindungsgemäße Einrichtung zum optischen
Abtasten einer Informationsschicht. Die Figur zeigt einen radialen Querschnitt eines kleinen
Teils eines optischen Aufzeichnungsträgers 1 mit einer Strahlung reflektierenden
Informationsschicht 2. Die in der Informationsschicht liegenden Spuren 3 verlaufen senkrecht zur
Zeichenebene von Fig. 1. Die Information wird in optisch lesbaren Marken gespeichert,
die in Form der Spuren angeordnet sind. Die Informationsschicht wird von einem
Strahlungsbündel 5 abgetastet, das von einer Strahlungsquelle 4, beispielsweise einem
Diodenlaser, emittiert wird. Dieses Bündel wird von einem Objektivsystem 6 fokussiert, schematisch
durch eine einzelne Linse dargestellt, um einen kleinen Brennfleck 7 auf der
Informationsschicht zu bilden. Wenn der Aufzeichnungsträger um eine Achse 8 gedreht wird, wird mit
dem Brennfleck eine Spur 3 abgetastet, und die an der Informationsschicht reflektierte
Strahlung wird durch die in dieser Spur enthaltene Information moduliert. Durch Bewegen
des Aufzeichnungsträgers und der Abtasteinheit, die die Quelle 4 und das Objektivsystem 6
umfasst, in einer radialen Richtung relativ zueinander kann die gesamte
Informationsschicht abgetastet werden.
-
Die an der Informationsschicht reflektierte Strahlung wird von dem
Strahlungsbündel 5 mit Hilfe eine Bündeltrennelementes getrennt, das die Form eines Gitters 9
wie in Fig. 1 oder eines Prismas haben kann. Das Gitter 9 umfasst zwei Teilgitter 10 und
11, wobei jedes ungefähr die Hälfte des Querschnittes der reflektierten Strahlung am Ort
des Gitters belegt. Die Teilgitter 10 und 11 haben etwa die gleiche Gitterperiode, aber ihre
Gitterlinien 13 bzw. 14 verlaufen unter entgegengesetzten Winkeln zur Grenzlinie 26
zwischen den Teilgittern 10 und 11. In Fig. 2 wird dieses Gitter in Vorderansicht gezeigt.
Wegen der unterschiedlichen Orientierung der Gitterlinien 13 und 14 werden die
Teilbündel 5a und 5b in Fig. 1 in verschiedene Richtungen gebeugt. In Fig. 2 werden diese
Richtungen schematisch durch die gestrichelten Linien 15a und 15b dargestellt.
-
Im Weg der Teilbündel 5a und 5b sind zwei strahlungsempfindliche
Detektionssysteme, die je zwei Detektoren 16, 17 bzw. 18, 19 umfassen, so angeordnet, dass bei
korrekter Fokussierung des Bündels 5 auf der Informationsschicht 2 die von den
Teilbündeln 5a und 5b gebildeten Strahlungsflecke 20 und 21 relativ zu den Detektoren 16, 17 bzw.
18, 19 symmetrisch liegen und auf der Grenzlinie 22 zwischen den Detektoren 16 und 17
und auf der Grenzlinie 23 zwischen den Detektoren 18 und 19 liegen. Die Detektorpaare
16, 17 und 18, 19 können nahe beieinander angeordnet werden, sodass diese vier
Detektoren auf einem einzigen Substrat 25 integriert werden können, vorzugsweise zusammen mit
der Strahlungsquelle 4. Die Detektoren 16, 17, 18 und 19 liefern Detektorsignale S&sub1;, S&sub2;, S&sub3;-
bzw. 54. Diese Signale werden einer ersten elektronischen Schaltung 26 zugeführt, wie
schematisch durch eine einzelne Linie angedeutet, die die Elemente 25 und 26 in Fig. 1
verbindet. Die erste elektronische Schaltung bildet aus den Detektorsignalen ein
Informationssignal S., das in den Spuren der Informationsschicht gespeicherte Information
repräsentiert. Die Schaltung bildet auch eines oder mehrere Fokusfehlersignale Sf, die den entlang
der optischen Achse der Objektivlinse 6 gemessenen Abstand zwischen dem Brennpunkt 7
und der Ebene der Informationsschicht 2 repräsentieren. Die Fokusfehlersignale werden
einer zweiten elektronische Schaltung 27 zugeführt, die unter anderem Schaltungen
umfasst, die eine Fokusservoschleife bilden. Das Ausgangssignal der zweiten elektronischen
Schaltung 27 wird einem Fokusstellglied zugeführt, das ein Linearmotor zum Bewegen der
Objektivlinse 6 entlang der optischen Achse sein kann.
-
Fig. 3 zeigt ein schematisches Layout der ersten elektronischen Schaltung.
Ein Addierer 30 addiert die Signale S&sub1; und S&sub4; der äußersten Detektoren 16 bzw. 19,
während ein Addierer 31 die Signale S&sub2; und S&sub3; der innersten Detektoren 17 bzw. 18 addiert. Die
Ausgangssignale der Addierer 30 und 31 werden in Filtern 32 bzw. 33 hochpassgefiltert.
Die Grenzfrequenz beider Filter liegt vorzugsweise unterhalb des Frequenzbandes des
Informationssignals S., welches Frequenzband von etwa einem bis mehreren Megahertz
reichen kann. Die Grenzfrequenz ist vorzugsweise höher als einige zehn Kilohertz, wobei
darüber das Frequenzband Störungen enthält. Die Hochpassfilter beseitigen eventuellen
Gleichstrominhalt aus den Detektorsignalen. Die Ausgangssignale der Filter 32 und 33
werden den Detektoren 34 und 35 zugeführt. Die Detektoren können die mittlere Leistung
oder die Spitzenleistung des hochfrequenten Signals an ihren Eingängen bestimmen. Die
Ausgangssignale der Detektoren werden einem Subtrahierer 36 zum Bilden des
Differenzsignals aus den beiden Eingangssignalen zugeführt. Das Differenzsignal wird in Filter 37
tiefpassgefiltert. Die Grenzfrequenz des Filters liegt vorzugsweise kurz oberhalb der
Bandbreite der Fokusservoschleife, die im Allgemeinen von etwa einigen Kilohertz bis etwa 10
Kilohertz reicht. Das Filter 37 lässt Gleichstromkomponenten durch. Das Ausgangssignal
des Filters 37 ist das hochfrequente abgeleitete Fokusfehlersignal Sf(HF).
-
Die Ausgaben der Hochpassfilter 32 und 33 können in einem Addierer 38
kombiniert werden, wobei aus den vier Detektorsignalen das hochfrequente Summensignal
gebildet wird, das das die in der Informationsschicht gespeicherte Information
repräsentierende Informationssignal Si ist.
-
Die Ausgaben der Addierer 30 und 31 können in einem Subtrahierer 39
kombiniert und anschließend von einem Filter 40 tiefpassgefiltert werden. Das Filter 40
lässt Gleichstromkomponenten durch. Die Charakteristiken der Filter 37 und 40 können
ähnlich sein. Da die Eingabe des Subtrahierer 39 vor den Hochpassfiltern 32 und 33 aus
den Signalpfaden herausgenommen wird, wird die Ausgabe des Filters 40 von dem in den
Detektorsignalen S&sub1; bis S&sub4; vorhandenen Gleichstrominhalt beeinflusst. Das Ausgangssignal
des Filters 40 ist das niederfrequente Fokusfehlersignal Sf(LF).
-
Die in Fig. 3 gezeigte Ausführungsform der zweiten elektronischen
Schaltung erfordert eine relativ kleine Anzahl Komponenten, um drei verschiedene Signale aus
den Detektorsignalen zu bilden. Die hochfrequenten Signale können auch verwendet
werden, um einradiales Spurfolgefehlersignal zu bilden, wobei ein Heterodynverfahren, ein
hochfrequentes Phasenmessverfahren oder ein Zeitintervallmessverfahren verwendet wird.
-
Es sind andere Konfigurationen der ersten elektronischen Schaltung 26
möglich. Die Schaltung kann weiter vereinfacht werden, wenn z. B. die Signale Si und oder
Sf(LF) nicht benötigt werden oder in einer anderen Schaltung gebildet werden. Wenn
Sf(LF) nicht benötigt wird, sind der Subtrahierer 39 und das Filter 40 nicht erforderlich. In
diesem Fall können die Hochpassfilter 32 und 33 auch vor den Eingängen der Addierer 30
und 31 angeordnet werden, beispielsweise in Form eines Kopplungskondensators zwischen
einem Detektor und dem betreffenden Addierereingang. Wenn sowohl Sf(HF) als auch
Sf(LF) benötigt werden, müssen die Addierer 30 und 31 gleichstromgekoppelte
hochfrequente Addierer sein. Die Addierer 30 und 31 können jedoch durch einen niederfrequenten
gleichstromgekoppelten Addierer ersetzt werden, der das Eingangssignal für den
Subtrahierer 39 liefert und einen hochfrequenten wechselstromgekoppelten Addierer, der das
Eingangssignal für die Filter 32 und 33 liefert. In diesem Fall können die hochfrequenten
wechselstromgekoppelten Addierer mit den Filtern 32 und 33 integriert sein. Das
Tiefpassfilter 37 kann Teil des Fokusstellgliedes sein, beispielsweise durch Verwendung der
Induktivität eines Motors in dem Stellglied. Die Tiefpassfilter 37 und 40 können mit den
Subtrahierern 36 bzw. 39 integriert sein. Das Filter 37 kann durch zwei Tiefpassfilter ersetzt
werden, von denen einer zwischen dem Detektor 34 und dem Subtrahierer 36 und der andere
zwischen dem Detektor 35 und dem Subtrahierer 36 angeordnet ist. Ebenso kann das Filter
40 durch zwei Tiefpassfilter ersetzt werden, die vor den Eingängen des Subtrahierers 39
angeordnet sind. Wenn die Tiefpassfilter 37 und 40 vor den Subtrahierern 36 bzw. 39
angeordnet sind, können die Subtrahierer relativ preiswerte niederfrequente Subtrahierer sein.
Die Detektoren 34 und 35 können in einem einzigen Detektor kombiniert werden, der
hinter dem Subtrahierer 36 angeordnet ist. In diesem Fall muss der Subtrahierer im
hochfrequenten Band arbeiten, während bei der in Fig. 3 gezeigten Konfiguration der Subtrahierer
nur in der niederfrequenten Bandbreite der Fokusservoschleife zu arbeiten braucht.
-
Bei den oben beschriebenen Ausführungsformen der ersten elektronischen
Schaltung 26 wird das Fokusfehlersignal durch das so genannte Doppel-Foucault-Verfahren
gebildet. Eine ähnliche Schaltung kann verwendet werden, um das Fokusfehlersignals mit
Hilfe des so genannten Einzel-Foucault-Verfahrens zu bilden, bei dem nur ein Paar
Detektoren verwendet wird. Bei Verwendung von Detektorpaar 16, 17 ersetzen die
Detektorsignale S&sub1; und S&sub2; das Ausgangssignal der Addierer 30 bzw. 31, wodurch die Addierer selbst
nicht notwendig sind.
-
Es ist auch möglich, nicht sowohl die HF- als auch die LF-abgeleiteten
Fokusfehlersignale aus den gleichen ein oder zwei Paaren von Detektoren abzuleiten, sondern
das HF-abgeleitete Fokusfehlersignal aus dem einen Paar Detektoren und das
LF-abgeleitete Fokusfehlersignal aus dem anderen Paar Detektoren. Wenn zum Generieren des HF-
abgeleiteten Fokusfehlersignals z. B. Detektoren 16 und 17 verwendet werden, müssen die
Detektorsignale S&sub1; und S&sub2; den Filtern 32 bzw. 33 zugeführt werden, während die
Detektorsignale S&sub3; und S&sub4; des Paares der Detektoren 18, 19 an den Subtrahierer 39 angelegt werden
müssen. Es wird deutlich sein, dass bei einer solchen alternativen Ausführungsform das LF-
abgeleitete Fokusfehlersignal mit einem beliebigen bekannten Verfahren gebildet werden
kann, wie z. B. dem aus der US-Patentschrift Nr. 3 876 841 (PHN 6 295) bekannten
Schrägstrahlverfahren.
-
Die Ausgangssignale Sf(HF), Sf(LF) und Si der ersten elektronischen
Schaltung 26 werden der zweiten elektronischen Schaltung 27 zugeführt. Fig. 4 zeigt eine
Ausführungsform eines Teils der zweiten elektronischen Schaltung 27. Die Fokusfehlersignale
Sf(LF) und Sf(HF) werden den Normalisierungsschaltungen 41 bzw. 42 zugeführt. Jede
Normalisierungsschaltung kann die Form eines Dividierers haben, der das der Schaltung
zugeführte Eingangssignal durch ein so genanntes Zentralöffnungssignal SCA dividiert, das
die Gesamtmenge an auf die vier Detektoren 16, 17, 18 und 19 einfallende Strahlung repräsentiert.
Das Signal SCA kann durch Addieren der beiden Ausgangssignale der Addierer 30
und 31 von Fig. 3 gebildet werden. Das Informationssignal Si wird in einem Detektor 43
gleichgerichtet, der als Ausgangssignal die mittlere Leistung, die Spitzenleistung in dem
Signal oder die maximale Amplitude des Informationssignals hat. Das Ausgangssignal wird
anschließend in einer Normalisierungsschaltung 44 normalisiert, die als Ausgabe ein Signal
mit einer Amplitude zwischen null und einem maximalen Wert hat, wobei null das
Nichtvorhandensein von Information in Si repräsentiert und der maximale Wert die korrekte
Fokussierung des Strahlungsbündels 5 auf einer Information enthaltenden Spur in der
Informationsschicht 2. Um den maximalen Wert vom Reflexionsvermögen der
Informationsschicht 2 und der Art der Marken, in denen die Information codiert ist, unabhängig zu
machen, kann die Normalisierungsschaltung 44 zwei Steuereingänge haben, einen für das
Signal SCA und einen für ein Signal SC. Das Signal SCA kann das Ausgangssignal des
Detektors 43 hinsichtlich Änderungen der Menge am Aufzeichnungsträger 1 reflektierter
Strahlung korrigieren. Das Signal SC ist ein Kalibrierungssignal, das beim Starten des Abtastens
eines Aufzeichnungsträgers einmal kalibriert wird, und zwar durch Überwachen der
Amplitude des gleichgerichteten Informationssignals, wenn der Brennfleck entlang der
optischen Achse durch die Ebene der Informationsschicht 2 hindurch bewegt wird. Das Signal
SCA ist ein Maß für das Reflexionsvermögen des Aufzeichnungsträgers. Wenn das
Reflexionsvermögen für die gesamte Oberfläche der Informationsschicht relativ konstant ist,
könnte die Normalisierungsschaltung 44 auf das Signal SCA verzichten. Das normalisierte
Ausgangssignal SN der Normalisierungsschaltung 44 wird einer Schaltung 45 zugeführt, die
die beiden Ausgangssignale SN und (S(max)-SN) bildet, wobei S(max) der maximale Wert
ist, der mit SN erhalten werden kann
-
Der Ausgang der Normalisierungsschaltung 41 ist mit dem Eingang eines
Multiplizierers 46 verbunden. Das Signal (S(max)-SN) aus der Schaltung 45 wird einem
anderen Eingang des Multiplizierers zugeführt. Wenn keine Information im
Informationssignal vorhanden ist, ist SN null und der Multiplizierer 46 leitet das Ausgangssignal der
Normalisierungsschaltung 41 an einen Eingang eines Addierers 47 weiter. Wenn der
Brennpunkt 7 korrekt auf der Informationsschicht 2 platziert ist, hat SN seinen maximalen
Wert S(max), und die Ausgabe der Normalisierungsschaltung 41 wird nicht an den
Addierer 47 weitergeleitet.
-
Der Ausgang der Normalisierungsschaltung 42 ist mit dem Eingang eines
Multiplizierers 48 verbunden. Das Signal SN aus der Schaltung 45 wird einem anderen Eingang
des Multiplizierers zugeführt. Wenn keine Information im Informationssignal
vorhanden ist, ist SN null und der Multiplizierer 46 leitet das Ausgangssignal der
Normalisierungsschaltung 41 nicht an einen Eingang eines Addierers 47 weiter. Wenn der Brennpunkt 7
korrekt auf der Informationsschicht 2 platziert ist, hat SN seinen maximalen Wert S(max),
und die Ausgabe der Normalisierungsschaltung 41 wird an den Addierer 47 weitergeleitet.
Die Ausgabe des Addierers 47 ist das kombinierte Fokusfehlersignal Sf(C), das verwendet
werden kan, um die Fokusservoschleife der Abtasteinrichtung zu steuern. Das kombinierte
Fokusfehlersignal ist eine Linearkombination des HF-abgeleiteten Fokusfehlersignals und
des LF-abgeleiteten Fokusfehlersignals, mit Gewichten, die durch das Informationssignal
bestimmt werden:
-
Sf(C) = (S(max) - SN)·Sf'(LF) + SN·Sf'(HF),
-
wobei die Normalisierung der Fokusfehlersignale durch die Schaltungen 41 und 42 mit
einer zu Sf addierten Primzahl angegeben wird.
-
Fig. 5 zeigt eine graphische Darstellung der Werte verschiedener Signale in
Fig. 4 als Funktion des Fokusfehlers, d. h. den Abstand Z zwischen dem Brennpunkt 7 und
der Ebene der Informationsschicht 2. Z = 0 ist der Punkt mit korrekter Fokussierung. Das
oberste Kurvenbild zeigt die Veränderungen des LF-abgeleiteten Fokusfehlersignals Sf(LF)
als Funktion des Fokusfehlers. Die Funktion hat eine S-förmige Charakteristik der
Fokusfehlersignale. Eine von diesem Fehlersignal gesteuerte Fokusservoschleife führt das
Fokusstellglied zur Z-Position, wo die S-Kurve einen Nulldurchgang hat. Dieser
Nulldurchgang liegt nahe der Position Z = 0, weil Streulicht auf die Detektoren 16 bis 19 fällt. Das
nächste Kurvenbild in Fig. 5 zeigt die S-Kurve des HF-abgeleiteten Fokusfehlersignals
Sf(HF). Die Breite der S-Kurve ist viel geringer als die Breite der S-Kurve des
LF-abgeleiteten Fokusfehlersignals. Außerdem hat die S-Kurve ihren Nulldurchgang bei Z = 0, weil
das Fokusfehlersignal Sf(HF) kaum durch Streulicht beeinflusst wird. Das dritte Kurvenbild
in der Figur zeigt die positive und die negative Amplitude des hochfrequenten
Informationssignals Si. Die Breite des Informationssignals in der Z-Richtung entspricht grob der
Breite der S-Kurve von SF(HF). Das vierte Kurvenbild zeigt die Amplitude von SN, das das
normalisierte Signal des Informationssignals ist. Sein maximaler Wert ist gleich S(max).
Das letzte Kurvenbild zeigt die Amplitude des Signals (S(max)-SN).
-
Da die zweite elektronische Schaltung 27 das HF- und das LF-abgeleitete
Fokusfehlersignal mit dem Signal in dem letzten und vorletzten Kurvenbild multipliziert,
wird deutlich sein, dass weit vom Fokus ( z » 0) entfernt die Fokusservoschleife durch das
LF-abgeleitete Fokusfehlersignal gesteuert wird, was einen breiten Fangbereich liefert, und
dass nahe beim Fokus die Fokusservoschleife durch das HF-abgeleitete Fokusfehlersignal
gesteuert wird, was einen kleinen Fangbereich liefert. Beim Brennpunkt Z = 0 hat das LF-
abgeleitete Fokusfehlersignal keinen Einfluss auf die Servoschleife, wodurch jegliche
Auswirkung des Streulichtes auf die Servoschleife beseitigt ist. Die Übernahme von einem
zum anderen Fokusfehlersignal ist fließend, wegen der fließenden Veränderung der
Schaltfunktion SN. Dies verhindert Sprünge bei der Steuerung der Fokusservoschleife, die zu
Instabilitäten in der Schleife führen könnten.
-
Wenn die Steigungen der S-Kurven der beiden Fokusfehlersignale beim
Nulldurchgang unterschiedlich sind, ändert sich die 0-dB-Frequenz der
Servoschleifenübertragungsfunktion, wenn die Steuerung von einem Fokusfehlersignal zum anderen
übergeht. Solche Änderungen sollten vermieden werden, da sie Instabilitäten in der
Servoschleife bewirken können. Daher sollte die Normalisierung der Fokusfehlersignale in den
Schaltungen 41 und 42 vorzugsweise so ausgeführt werden, dass, statt die maximalen
Amplituden der beiden Fokusfehlersignale gleich zu machen, die Steigungen der beiden
Fokusfehlersignale an den Nulldurchgängen gleich gemacht werden.
-
Bei einer anderen Ausführungsform der zweiten elektronischen Schaltung
27 prüft die Schaltung 45, ob das Signal SN einen zuvor bestimmten Pegel überschreitet.
Wenn dies der Fall ist, erzeugt ein Signalgenerator eine allmähliche Änderung in einem
Signal von einem Pegel null bis zu einer gewissen Amplitude, welches Signal den
Multiplizierer 48 steuert. Der Signalgenerator erzeugt auch eine allmähliche Abnahme in einem
anderen Signal von einem Pegel bis auf den Pegel null herab, welches Signal den
Multiplizierer 46 steuert. Diese Änderungen finden in einem zuvor bestimmten Zeitintervall statt,
das auf einige Millisekunden gesetzt werden kann.
-
Aus der Beschreibung der zweiten elektronischen Schaltung 27 wird
deutlich, dass die Schaltung zum Kombinieren beliebiger zweier Fokusfehlersignale verwendet
werden kann. Statt ein LF-abgeleitetes und an HF-abgeleitetes Fokusfehlersignal zu
kombinieren, kann die Schaltung auch zum Kombinieren zweier LF-abgeleiteter
Fokusfehlersignale verwendet werden.
-
Fig. 6 zeigt eine zweite Abtasteinrichtung gemäß der Erfindung, die
kompatibel ist, um zwei Sorten Aufzeichnungsträger mit verschiedenen Dicken des Substrates
abzutasten. Ein Aufzeichnungsträger 1' umfasst zwei Informationsschichten 2' und 2", mit
einem relativ kleinen Abstand voneinander, beispielsweise 50 um. Ein von einer
Strahlungsquelle 4 emittiertes Strahlungsbündel 5 wird an einem Strahlteiler 50, z. B. einer
halbdurchlässigen Platte reflektiert und von einem Objektivsystem 6 in einen Brennpunkt 7 auf
einer der Informationsschichten fokussiert. Die an den Informationsschichten reflektierte
Strahlung wird von dem Objektivsystem gesammelt und teilweise von dem Strahlteiler 50
zu einem Detektionssystem 51 übertragen. Der Strahlteiler hat eine solche Dicke, dass das
durch ihn hindurch übertragene konvergierende Bündel eine gewisse Menge Astigmatismus
annimmt.
-
Fig. 7 zeigt eine Vorderansicht des Detektionssystems 51, mit vier
Detektoren 52, 53, 54 und 55, die in den vier Quadranten eines rechtwinkligen
Koordinatensystems angeordnet sind. Die Detektoren 51, 52, 53 und 54 wandeln auf die Detektoren
einfallende Strahlung in Detektorsignale S&sub1;, S&sub3;, S&sub4; bzw. S&sub2; um. Die vier Detektorsignale
werden der ersten elektronischen Schaltung 26, wie in Fig. 3 gezeigt, zugeführt, in welcher
Schaltung ein HF-abgeleitetes Fokusfehlersignal Sf(HF) aus den Detektorsignalen gebildet
wird. Beim Ändern des Abtastens von einer Informationsschicht zur anderen,
beispielsweise von der Informationsschicht 2' zu 2", muss der Brennpunkt einen relativ kurzen Sprung
machen, d. h. in der Größenordnung einiger zehn Mikrometer. Für einen so kurzen Sprung
wird die Geschwindigkeit des Fokusstellgliedes nicht sehr hoch sein und der bei
Verwendung des HF-abgeleiteten Fokusfehlersignals erhaltene relativ kurze Fangbereich reicht aus,
um bei erreichter Fokussierung das Stellglied abzubremsen und zum Stillstand zu bringen.
Die Verwendung des HF-abgeleiteten Fokusfehlersignals beim Abtasten optischer
Mehrlagen-Aufzeichnungsträgers ist sehr vorteilhaft, weil dieses Fokusfehlersignal weit weniger
durch Streulicht aus zur Zeit nicht gelesenen Informationsschichten beeinflusst wird als das
LF-abgeleitete Fokusfehlersignal. Das Streulicht aus einer zur Zeit nicht gelesenen
Informationsschicht bildet einen relativ großen Strahlungsfleck auf dem Detektionssystem, weil
die nicht gelesene Informationsschicht um mehrere Schärfentiefen des Objektivsystems
defokussiert ist. Der große Fleck enthält infolge der Defokussierung kaum noch
hochfrequente Information. Der große Fleck hat daher wenig Einfluss auf das HF-abgeleitete
Fokusfehlersignal, das dazu gebracht werden kann, nur das Frequenzband des
Informationssignals zu verwenden.
-
Beim Beginn des Auslesens eines Aufzeichnungsträgers muss sich das
Fokusstellglied häufig über einen erheblichen Abstand bewegen, um den Brennpunkt 7 in
Übereinstimmung mit einer Informationsschicht 2' oder 2" zu bringen. Der kleine
Fangbereich des HF-abgeleiteten Fokusfehlersignal kann dann zu klein sein, um das Stellglied
geeignet abzubremsen, wenn es nahe beim Fokus ist. In diesem Fall bildet die erste
elektronische Schaltung 26 in der zweiten Einrichtung vorzugsweise auch ein LF-abgeleitetes
Fokusfehlersignal mit einem breiten Fangbereich, um den Brennpunkt während des Anlaufens
nahe an die Informationsschicht heran zu bringen. Wenn diese genügend nahe beim Fokus
ist, kann die zweite elektronische Schaltung 27 die Steuerung der Fokusservoschleife vom
LF-abgeleiteten Fokusfehlersignal zum HF-abgeleiteten Fokusfehlersignal umschalten.
-
Fig. 8 zeigt eine dritte Abtasteinrichtung gemäß der Erfindung. Ein
Aufzeichnungsträger 1 umfasst eine Informationsschicht 2, die auf einem transparenten
Substrat 60 angeordnet ist, durch das hindurch die Informationsschicht abgetastet wird. Ein von
einer Strahlungsquelle 4 emittiertes Strahlungsbündel 5 wird von einem Objektivsystem 6
auf einen Brennpunkt 7 auf der Informationsschicht 2 fokussiert. Die an der
Informationsschicht reflektierte Strahlung wird von dem Objektivsystem konvergiert und teilweise an
einem Strahlteiler 61 gebeugt, der zwei Teilbündel 62a und 62b bildet, die in Richtung
eines Detektionssystems 63 konvergieren. Der Strahlteiler 61 kann zwei überlappende Gitter
umfassen, von denen eines das Teilbündel 62a bildet, das gerade oberhalb der
strahlungsempfindlichen Oberfläche des Detektionssystems 63 fokussiert ist, während das andere
Gitter das Teilbündel 62b bildet, das gerade unterhalb der strahlungsempfindlichen
Oberfläche des Detektionssystems 63 fokussiert ist, falls der Brennpunkt 7 bei der
Informationsschicht liegt. Bei einer anderen Ausführungsform können die beiden Teilbündel 62a und
62b in der gleichen Ebene fokussiert sein, während das Detektionssystem 63 zwei bei
verschiedenen Höhen in den beiden Teilbündeln angeordnete Detektoren hat.
-
Fig. 9 zeigt eine Vorderansicht des Detektionssystems 63 und zwei
Eingangsschaltungen einer ersten elektronischen Schaltung 26'. Das Detektionssystem umfasst
zwei Gruppen aus drei parallelen, länglichen Detektoren 64, 65, 66 und 67, 68, 69. Wenn
der Brennpunkt 7 in der Informationsschicht 2 liegt, bilden die Teilbündel 62a und 62b auf
dem Detektionssystem zwei Flecke 70 und 71 von gleicher Größe. Die Detektorsignale der
Detektoren 64, 66 und 68 werden einem Addierer 72 zugeführt, die Detektorsignale der
Detektoren 65, 67 und 69 einem zweiten Addierer 73. Die Addierer 72 und 73 der
Schaltung 26' ersetzen die Addierer 30 und 31 in der in Fig. 3 gezeigten Schaltung 26. Die
anderen
Elemente der Schaltungen 26 und 26' können identisch sein. Die Funktionsweise der
Schaltung 26' und der damit gekoppelten Schaltung 27 ist die gleiche wie die
Funktionsweise der anhand der Fig. 3 und 4 beschriebenen Schaltungen 26 und 27.
-
Das in Fig. 8 gezeigte Objektivsystem 6 der dritten Einrichtung ist so
entworfen, dass es durch das Substrat 60 hindurch einen guten Brennpunkt auf der
Informationsschicht 2 bildet. Dies bedeutet, dass die durch das Strahlungsbündel beim Durchlaufen
durch das Substrat erlittene sphärische Aberration durch eine gleiche Menge sphärische
Aberration mit entgegengesetztem Vorzeichen in dem Objektivsystem kompensiert wird.
Fig. 8 zeigt auch einen Querschnitt eines kleinen Teils eines Aufzeichnungsträgers 75
eines anderen Typs. Auf einem Substrat 77, das eine größere Dicke hat als das Substrat 60,
beispielsweise 1,2 mm statt 0,6 mm, ist eine Informationsschicht 76 angeordnet. Der
Aufzeichnungsträger 75 kann von dem optischen System mit den Elementen 4, 6, 61 und 63
abgetastet werden, wenn die Fokusservoschleife so angeordnet ist, dass der beste Fokus des
Strahlungsbündels 5 auf der Informationsschicht 2 liegt und der paraxiale Fokus auf der
Informationsschicht 76. Im letzteren Fall bewirken die Randstrahlen des Strahlungsbündels
5 einen großen Streulichtfleck auf dem Detektionssystem 63. Die große sphärische
Aberration der Randstrahlen verringert den Hochfrequenzgehalt des Streulichtes. Das aus den
hochfrequenten Komponenten in den Detektorsignalen gebildete HF-abgeleitete
Fokusfehlersignal Sf(HF) wird daher kaum durch das Streulicht beeinflusst werden. Im Gegensatz
dazu wird das bekannte LF-abgeleitete Fokusfehlersignal stark durch das Streulicht
beeinflusst, was einen relativ großen Fokus-Offset bewirkt. Der Offset in dem LF-abgeleiteten
Fokusfehlersignal kann nur durch Abfangen der Randstrahlen beim Abtasten des
Aufzeichnungsträgers 75 verringert werden. Die in Fig. 8 gezeigte Einrichtung erfordert keine
Abfangmittel. Beim Abtasten des Aufzeichnungsträgers 1 kann das LF-abgeleitete
Fokusfehlersignal bei der Anlaufphase verwendet werden, und nahe beim Fokus kann entweder das
LF-abgeleitete oder das HF-abgeleitete Fokusfehlersignal verwendet werden. Da sowohl
paraxiale als auch Randstrahlen beim Abtasten des Aufzeichnungsträgers 1 hochfrequente
Komponenten enthalten, wird das HF-abgeleitete Fokusfehlersignal sowohl aus paraxialen
als auch Randstrahlen gebildet und lässt den Brennpunkt 7 korrekt auf der
Informationsschicht 2 liegen. Beim Abtasten des Aufzeichnungsträgers 75 kann das LF-abgeleitete
Fokusfehlersignal wegen seines breiten Fangbereiches wieder bei der Anlaufphase verwendet
werden. Nahe beim Fokus sollte das HF-abgeleitete Fokusfehlersignal verwendet werden.
Da beim Abtasten des Aufzeichnungsträgers 75 nur die paraxialen Strahlen hochfrequente
Komponenten enthalten, wird das HF-abgeleitete Fokusfehlersignal nur aus den paraxialen
Strahlen gebildet und lässt den Brennpunkt 7 korrekt auf der Informationsschicht 2 liegen.
-
Obwohl das Abtasten eines Mehrlagen-Aufzeichnungsträgers anhand der
Einrichtung von Fig. 7 und das Abtasten der Aufzeichnungsträger mit verschiedenen
Substratdicken anhand der Einrichtung von Fig. 8 besprochen worden sind, sind die anderen
beschriebenen Einrichtungen gleichermaßen zum Abtasten dieser Aufzeichnungsträger
geeignet und diese Einrichtungen bieten die gleichen Vorteile.