DE19743935A1 - Gerät zum Lesen oder Beschreiben optischer Aufzeichnungsträger - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Gerät zum Lesen und/oder Beschreiben optischer Aufzeichnungsträger.

Ein derartiges Gerät ist aus der EP-B1-0 258 450 bekannt. Bei diesem Gerät wird ein Strahl mittels eines Fokussierungsmittels auf einen optischen Aufzeichnungsträger in einem Fokuspunkt fokussiert. Mittels eines Verschiebe­ mittels, welches die Position des Fokuspunkts auf dem Aufzeichnungsträger verschiebt, wird der Fokuspunkt entlang von Datenspuren des Aufzeichnungsträgers geführt. Die durch das Verschiebemittel ausgeübte Verschiebung der Position des Fokuspunkts auf dem Aufzeichnungsträger erfolgt bei diesem Gerät indirekt, d. h. über das Verschieben einer Linse des Fokussierungsmittels, welches eine Positionsverschiebung des Fokuspunkts auf dem Aufzeichnungsträger zur Folge hat. Die Bewegungsrichtung ist hierbei senkrecht zur Richtung der auf dem Aufzeichnungsträger vorhandenen Spuren, wobei die Bewegung des Fokuspunkts sowohl in positiver als auch in negativer Richtung, je nach Bedarf, erfolgt, während sich die Spuren aufgrund der Drehbewegung des Aufzeichnungs­ trägers in ihrer Längsrichtung unter dem Fokuspunkt hinwegbewegen. Durch Ungenauigkeiten, beispielsweise der Exzentrizität des als scheibenförmige Platte, beispielsweise CD, ausgelegten Aufzeichnungsträgers und Toleranzen bei der Befestigung des Aufzeichnungsträgers im Gerät hervorgerufen, ist es nahezu zu jeder Zeit notwendig, den Fokuspunkt zu verschieben, um ihn auf der Spur zu halten. Um eine höhere Datentransferrate zu erreichen, bietet es sich an, die Auslesegeschwindigkeit des Geräts zu erhöhen. Dies hat zur Folge, daß die zum Spurfolgen notwendigen Verschiebungen des Fokuspunkts auf dem Aufzeichnungsträger mit erhöhter Frequenz erfolgen müssen. Als nachteilig an dem bekannten Gerät ist anzusehen, daß es aufgrund der Trägheit des Fokussierungsmittels nicht in der Lage ist, eine gewünschte hohe Datentransferrate zu erzielen, da ein Nachführen des Fokuspunkts auf einer Spur des Aufzeichnungsträgers bei hoher Auslesegeschwindigkeit nicht mehr korrekt gewährleistet ist.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, das bekannte Gerät dahingehend zu verbessern, daß eine höhere Datentransferrate mit vertretbarem Aufwand erzielbar ist.

Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst. Danach ist im Strahlengang ein Strahlbeeinflussungsmittel angeordnet, welches in Abhängigkeit von einem Stellsignal des Reglers die Position des Fokuspunkts auf dem Aufzeichnungsträger, entsprechend der gleichen Bewegungsrichtung die auch mittels des Verschiebungsmittels erzielt wird, beeinflußt. Dies hat den Vorteil, daß ein zweites, mit dem ersten zusammenarbeitendes, den Fokuspunkt in einer Bewegungsrichtung beeinflussendes Strahlbeeinflussungs­ mittel, eine erhöhte Genauigkeit und eine erhöhte Geschwindigkeit der gewünschten bzw. erforderlichen Positionsverschiebung des Fokuspunkts auf dem Aufzeichnungsträger sicherstellt. Somit ist erfindungsgemäß eine höhere Datentransferrate erzielbar. Als Strahlbeeinflussungsmittel ist beispielsweise ein beweglicher Spiegel vorgesehen. Die Bewegungsrichtung, in der der Fokuspunkt auf dem Aufzeichnungsträger verschoben wird, liegt vorzugsweise in der Ebene des Aufzeichnungsträgers, vorzugsweise im wesentlichen senkrecht zu den Spuren des Aufzeichnungsträgers, um eine Spurführung zu ermöglichen. Auch eine im wesentlichen senkrecht zur Ebene dem Aufzeichnungsträgers stehende Bewegungsrichtung ist erfindungsgemäß vorgesehen, um eine exakte Fokussierung des Strahls auf dem Aufzeichnungsträger zu ermöglichen. Die vorliegende Erfindung ist dabei nicht auf kreisscheibenförmige optische Aufzeichnungsträger beschränkt, auch andersartige, beispielsweise bandförmige Aufzeichnungsträger liegen im Rahmen der Erfindung.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, daß eines der Stellglieder bzw. Strahlbeeinflussungsmittel einen großen Stellweg mit kleiner Bandbreite aufweist, während das entsprechende andere einen kleinen Stellweg mit großer Bandbreite aufweist. Dies hat den Vorteil, daß eine Optimierung des jeweiligen Stellglieds auf eine der Eigenschaften "großer Stellweg" oder "große Bandbreite" es ermöglicht, einfach aufgebaute Stellglieder zu verwenden. Eine gleichzeitige Optimierung beider Eigenschaften ist dagegen im allgemeinen nur mit unverhältnismäßig großem Aufwand erzielbar. Als Bandbreite ist hierbei im wesentlichen die Breite des Frequenzbandes des Stellsignals gemeint, für die das Stellglied ausgelegt ist, d. h. beispielsweise für die es nahezu verzögerungsfrei und resonanzfrei dem Stellsignal zu folgen vermag. Im allgemeinen ist die Bandbreite durch eine obere Frequenz, die unter anderem von der Trägheit des Stellglieds beeinflußt ist, begrenzt. Vorteilhafterweise ist daher das Stellglied mit relativ großer Trägheit als dasjenige mit der kleinen Bandbreite ausgelegt.

Eine vorteilhafte Ausgestaltungsform der vorliegenden Erfindung liegt darin, daß zwischen dem Detektor und dem Stellglied mit großer Bandbreite ein Hochpaßfilter angeordnet ist, oder daß zwischen dem Detektor und dem Stellglied mit kleiner Bandbreite ein Tiefpaßfilter angeordnet ist. Vorteilhafterweise werden beide Maßnahmen gleichzeitig angewendet. Diese Maßnahmen haben den Vorteil, daß eine Aufspaltung der Regelsignale auf die beiden Stellglieder somit auf einfache Art und Weise möglich ist. Dabei ist nach einer ersten Variante vorgesehen, bereits das vom Detektionsmittel abgegebene Regelsignal mittels eines entsprechenden Filters an den Regler weiterzugeben. Dieser besteht aus zwei getrennten, von einander unabhängigen separaten Reglern für jedes Stellglied oder vorteilhafterweise aus einem gekoppelten Regler, bei dem beide Regelzweige einander beeinflussen. Nach einer anderen Variante ist vorgesehen, ein Ausgangssignal des Reglers mittels Hoch- bzw. Tiefpaßfiltern aufzuspalten und dem jeweiligen Stellglied zuzuführen. Vorteilhafterweise überschneiden sich die Bandbereiche von Hoch- und Tiefpaßfilter zumindest teilweise.

Das Strahlbeeinflussungsmittel ist erfindungsgemäß ein beweglicher Mikrospiegel. Dies hat den Vorteil, daß das Strahlbeeinflussungsmittel klein ist, d. h. eine geringe Masse aufweist und somit in der Lage ist, schnelle Bewegungen auszuführen. Eine große Bandbreite des Strahlbeeinflussungsmittels ist somit gewährleistet. Vorteilhaft ist ebenfalls, daß zum Bewegen des Mikrospiegels nur eine geringe Antriebsleistung erforderlich ist, was einen sparsamen Energieverbrauch, geringe Wärmeentwicklung und andere, durch geringe Leistungsaufnahme erzielbare Vorteile gewährleistet. Der Spiegel ist dabei als Kippspiegel ausgebildet, um eine Spurführung zu ermöglichen, beispielsweise als elektrostatisch angetriebener Silizium- Spiegel. Zum Fokusfolgen ist der Spiegel als parallel verschiebbarer Spiegel ausgebildet. Der dabei hervorgerufene Wegunterschied des am Spiegel reflektierten Strahls führt zu einer Verschiebung des Fokuspunkts in Richtung der optischen Achse, auf diese Weise ist das Fokussieren auf dem Aufzeichnungsträger möglich. Der Antrieb für den Mikrospiegel erfolgt elektrostatisch, mittels eines Piezo- Elements oder mittels ähnlicher geeigneter Antriebsmittel.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, Strahlerzeugungsmittel, Detektionsmittel und Strahlbeeinflussungsmittel auf einem einzigen Halbleitersubstrat integriert vorzusehen. Dies hat den Vorteil, daß eine Justierung der einzelnen auf dem Halbleitersubstrat angeordneten Elemente bereits bei der Herstellung des Substrats erfolgt, bei der Montage des Geräts ist dann nur noch eine einzige Justierung des mehrere Elemente umfassenden Halbleitersubstrats im Gerät notwendig.

Als vorteilhaft ist weiterhin die Kompaktheit eines derartigen integrierten Halbleitersubstrats anzusehen. Das Substrat kann vorteilhafterweise in Geräte bereits bestehenden Designs integriert werden, ohne daß eine Neukonstruktion erforderlich ist, eine qualitative Aufwertung bestehender Geräte ist somit möglich. Das Halbleitersubstrat ist vorteilhafterweise ein auf Silizium- Basis aufgebautes Substrat, da derartige Substrate kostengünstig herstellbar sind. Auf dem Halbleitersubstrat sind vorteilhafterweise auch noch andere Elemente integriert, wie z. B. weitere optische Elemente, Teile des Reglers, z. B. Hoch- und/oder Tiefpaßfilter, Signalvorverstärker und ähnliches. Eine monolitische Herstellung dieser auf dem Halbleiterträger angeordneten Elemente ist somit vorteilhaft möglich.

Erfindungsgemäß sind das Strahlerzeugungselement und das Detektionsmittel zueinander "optisch konjugiert" angeordnet. Dies hat den Vorteil, daß keine unerwünschte, durch den Betrieb des Strahlbeeinflussungsmittels hervorgerufene Wanderung der Abbildung auf dem Detektionsmittel auftritt. Das Detektionsmittel weist im allgemeinen mehrere Detektorelemente auf, deren Summen, Differenz, Phasenvergleichssignal oder ähnliches zur Bildung von Regelsignalen genutzt wird. Eine Verschiebung des auf das Detektionsmittel fallenden Lichtbündels, die nicht durch die Lage des Fokuspunkts auf dem Aufzeichnungsträger hervorgerufen ist, sondern ein Störeffekt des Betriebs des Strahlbeeinflussungsmittels ist, wirkt sich daher störend auf die Regelgüte aus. Unter dem Begriff "optisch konjugiert" ist hier zu verstehen, daß das Strahlerzeugungselement und der Lichtfleck auf dem Detektionsmittel zueinander konjugierte Abbildungen bleiben, unabhängig von dem Zustand des Strahlbeeinflussungsmittels und/oder des Fokussierungsmittels.

Vorteilhafterweise ist die Bewegungsrichtung, in die der Fokuspunkt beeinflußbar ist, eine zum Fokussieren geeignete Bewegungsrichtung. D.h., der Fokuspunkt wird von oberhalb bzw. unterhalb der Ebene des Aufzeichnungsträgers, in der die zu lesende oder zu beschreibende Informationsschicht liegt, so bewegt, daß er optimal auf dieser Ebene liegt. Die Bewegungsrichtung durchstößt somit die Ebene des Aufzeichnungsträgers. Ein schnelles und exaktes Fokussieren wird somit ermöglicht. Ebenfalls vorteilhaft ist es, daß die Bewegungsrichtung, in die der Fokuspunkt beeinflußbar ist, eine zur Spurführung geeignete Bewegungsrichtung ist, d. h., daß sie in der informationstragenden Ebene des Aufzeichnungsträgers liegt. Ein schnelles und exaktes Spurführen wird somit ermöglicht.

In Anspruch 8 ist ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Spurführen und/oder Fokussieren eines Strahls auf einem optischen Aufzeichnungsträger in einem entsprechenden Gerät angegeben. Dieses Verfahren hat den Vorteil, daß es durch Aufspalten des Stellsignals in einen hoch- und einen niederfrequenten Teil ermöglicht wird, statt eines Stellgliedes, welches für keinen der beiden Frequenzbereiche optimiert ist und dessen Bandbreite im Kompromiß mit dessen Stellweg begrenzt sein muß, jeweils ein auf die entsprechende Bandbreite bzw. den entsprechenden Stellweg optimiertes Stellglied angesprochen wird. Derartige Stellglieder sind ihrerseits relativ kostengünstig.

Vorteilhafterweise wird bereits das Regelsignal in hoch- und niederfrequenten Anteil aufgespalten und daraus Stellsignale für entsprechende Stellglieder ermittelt. Dies hat den Vorteil, daß zwei getrennte Regler verwendbar sind, welche optimal an die entsprechende Regelstrecke angepaßt sind.

Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Abbildungen. Dabei geben die Ausführungsbeispiele vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung an, die Erfindung ist aber nicht auf diese Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern schließt die dem Fachmann geläufigen Abwandlungen mit ein. Es zeigen:

Fig. 1 Eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Geräts,

Fig. 2 einen Teil einer Optikeinheit eines ersten Ausführungsbeispiels der Erfindung,

Fig. 3 einen Teil einer Optikeinheit eines zweiten Ausführungsbeispiels der Erfindung,

Fig. 4 ein Blockdiagramm eines Servosystems entsprechend einem ersten erfindungsgemäßen Verfahren,

Fig. 5 ein Blockdiagramm eines Servosystems entsprechend einem zweiten erfindungsgemäßen Verfahren.

Fig. 1 zeigt ein erfindungsgemäßes Gerät in schematischer Darstellung. Ein Aufzeichnungsträger 1 wird von einem Motor 2 des Geräts in Drehung entsprechend Pfeil 3 versetzt. Eine Abtasteinheit 4 tastet den Aufzeichnungsträger 1 mittels eines Strahls 5, vorzugsweise eines Laserstrahls, ab. Auf dem Aufzeichnungsträger 1 sind Informationen in konzentrisch bzw. spiralförmig angeordneten Spuren gespeichert bzw. speicherbar. Durch die Rotation des Aufzeichnungsträgers 1 in Richtung des Pfeils 3 kann der Abtaststrahl 5 in tangentialer Richtung, d. h. in Längsrichtung einer Spur folgen. Eine Bewegung des Strahls 5 in radialer Richtung bezüglich des Aufzeichnungsträgers 1 ist zum einen mittels eines Spuraktuators 15, wie weiter unten beschrieben, und mittels eines Grobantriebs 6 möglich. Dieser ist im Ausführungsbeispiel als von einem Motor 7 angetriebene Spindel 8 dargestellt, welche mit der Abtasteinheit 4 zusammenwirkt und diese in Radialrichtung bzgl. des Aufzeichnungsträgers 1 verschiebt.

Die Abtasteinheit 4 weist ein Strahlerzeugungsmittel 9 auf, welches den Strahl 5 erzeugt. Der Strahl 5 gelangt durch einen Strahlteiler 10 und ein Strahlbeeinflussungsmittel 11 auf ein als Sammellinse ausgebildetes Fokussierungsmittel 12. Das Fokussierungsmittel 12 ist mittels eines durch zwei Spulen angedeuteten Fokusaktuators 13 in Ausbreitungsrichtung des Strahls 5 verschiebbar. Auf diese Weise kann der Strahl 5 genau auf die informationstragende Fläche des Aufzeichnungsträgers 1 fokussiert werden. Sein Fokuspunkt 14 wird aufgrund der durch den Fokusaktuator 13 hervorgerufenen Verschiebung des Fokussierungsmittels 12 in Strahlrichtung ebenfalls in Strahlrichtung, d. h. senkrecht zur informationstragenden Fläche des Aufzeichnungsträgers 1 verschoben. Auf diese Weise ist es möglich, auch bei einer unebenen Fläche des Aufzeichnungsträgers 1 oder bei nicht exakt ebener Befestigung des Aufzeichnungsträgers 1 im Gerät den Fokuspunkt 14 jederzeit auf der Spur fokussiert zu halten.

Mittels eines ebenfalls als Spule angedeuteten Spuraktuators 15 wird das Strahlbeeinflussungsmittel 11 in radialer Richtung bezüglich des Aufzeichnungsträgers 1 verschoben, wodurch eine exakte Führung des Fokuspunkts 14 auf der Spur in radialer Richtung gewährleistet wird. Dies ist notwendig, da beispielsweise durch eine Exzentrizität der auf dem Aufzeichnungsträger 1 befindlichen Spuren bzw. durch eine nicht exakte Positionierung des Aufzeichnungsträgers 1 im Gerät selbst bei konzentrischen Spuren eine mit der Periode der Umdrehung auftretende Schwankung ihn radialer Richtung auftritt. Die durch den Fokusaktuator 13 hervorgerufene, durch einen Pfeil angedeutete Bewegungsrichtung 16 des Fokuspunkts 14 verläuft nahezu senkrecht zur Oberfläche des Aufzeichnungsträgers 1, während die durch einen weiteren Pfeil angedeutete Bewegungsrichtung 17 des Fokuspunkts 14, die durch den Spuraktuator 15 hervorgerufen wird, in der informationstragenden Ebene des Aufzeichnungsträgers 1 liegt.

Der Strahl 5 wird vom Aufzeichnungsträger 1 reflektiert, passiert das Fokussierungsmittel 12 sowie das Strahlbeeinflussungsmittel 11 und wird zumindest teilweise vom Strahlteiler 10 auf ein Detektionsmittel 18 gelenkt. Das Detektionsmittel 18 weist mehrere, hier nicht einzeln dargestellte Detektorelemente auf. Dies sind im allgemeinen Photodetektoren, die das auf sie auftreffende Licht in elektrische Signale Umsetzen. Die von den Detektorelementen abgegebenen Signale werden gegebenenfalls verknüpft und als Regelsignal R1, R2 an einen Regler 19 weitergegeben. Im Ausführungsbeispiel liegt zumindest ein Fokusregelsignal R1 und ein Spurregelsignal R2 am Regler 19 an. Der hier nicht näher beschriebene Regler 19 gibt ein Stellsignal S1 an den Fokusaktuator 13, ein erstes Spurstellsignal S2 an den Spuraktuator 15, sowie ein zweites Spurstellsignal S3 an das Strahlbeeinflussungsmittel 11 ab. Ein Ausgang des Reglers 19 ist mit einem Motortreiber 20 verbunden, der den Motor 7 des Grobantriebs 6 ansteuert.

In Fig. 2 ist ein Teil einer Optikeinheit eines ersten Ausführungsbeispiels der Erfindung abgebildet. Auf einem Halbleitersubstrat 21 sind eine Laserdiode 22 als Strahlerzeugungsmittel 9, ein Detektionsmittel 18 und ein elektrostatisch ansteuerbarer Mikrospiegel 23 angeordnet. Eine als Fokussierungsmittel 12 dienende Linse, die sich tatsächlich in weit größerem Abstand zum Halbleitersubstrat 21 befindet, ist in nicht maßstäblicher Darstellung abgebildet. Sie ist mittels nicht dargestellter Verschiebemittel 13, 15 in Richtung der durch Pfeile angedeuteten Bewegungsrichtungen 16', 17' beweglich, welche den zuvor beschriebenen Bewegungsrichtungen 16, 17 des Fokuspunkts 14 auf dem Aufzeichnungsträger 1 entsprechen. Auf dem Halbleitersubstrat 21 ist weiterhin eine Monitordiode 24 angeordnet, welche von der Laserdiode 22 erzeugtes Licht empfängt und in ein elektrisches Signal umsetzt. Dieses Signal dient zur Leistungsregelung der Laserdiode 22, die auf bekannte Art und Weise erfolgt und daher hier nicht näher beschrieben wird. Die Leistungsregelung dient dazu, daß die von der Laserdiode 22 abgegebene Lichtleistung im wesentlichen konstant gehalten wird.

Auf dem Halbleitersubstrat 21 ist weiterhin ein Glasprisma 25 angeordnet, welches mit einem Phasengitter 26 und einem als Strahlteiler 10 dienenden Hologramm 27 versehen ist. Der von der Laserdiode 22 erzeugte Strahl 5 durchläuft das Phasengitter 26 wobei neben dem Hauptstrahl als Beugungsstrahl nullter Ordnung Beugungsstrahlen ± 1. Ordnung entstehen, die in bekannter Weise zur Spurführung entsprechend der bekannten Dreistrahl-Methode, die hier nicht näher beschrieben wird, genutzt werden. Das dabei entstehende Lichtbündel durchläuft das Glasprisma 25 und wird vom Hologramm 27 in Richtung des Mikrospiegels 23 abgelenkt. Vom Mikrospiegel 23 wird es in Richtung des Fokussierungsmittels 12 reflektiert. Das vom Aufzeichnungsträger 1 reflektierte Lichtbündel durchläuft das Fokussierungsmittel 12 in entgegengesetzter Richtung, wird vom Mikrospiegel 23 in Richtung des Glasprismas 25 reflektiert und fällt auf das Hologramm 27, von welchem es auf das Detektionsmittel 18 geleitet wird. Das Detektionsmittel 18 weist, wie oben beschrieben, mehrere Detektorelemente auf, aus deren Ausgangssignalen die Regelsignale R1, R2 gewonnen werden. Dazu notwendige Schaltelemente 28 sind zumindest teilweise bereits im Halbleitersubstrat 21 angeordnet. Die Regelsignale R1, R2 werden vom hier nicht dargestellten Regler 19 in Stellsignale umgewandelt.

Ein Stellsignal S1 bewirkt über einen hier nicht dargestellten Spuraktuator 15 eine Verschiebung des Fokussierungsmittels 12 in Bewegungsrichtung 17' um somit eine Spurnachführung des Fokuspunkts 14 zu erzielen. Ein weiteres Stellsignal S3 bewirkt ein Verkippen des Mikrospiegels 23, um dessen Kippachse 29 mittels hier nicht dargestellter elektrostatisch wirkender Betätigungselemente. Die Kipprichtung ist dabei durch den Doppelpfeil 30 angedeutet. Durch ein Verkippen des Mikrospiegels 23 um die Kippachse 29 wird ebenfalls eine Verschiebung des Fokuspunkts 14 in Bewegungsrichtung 17 auf dem Aufzeichnungsträger 1 hervorgerufen. Da der Mikrospiegel 23 eine wesentlich geringere Masse als die Linse des Fokussierungsmittels 12 aufweist und die elektrostatischen Betätigungselemente wesentlich schneller reagieren können als der konventionellerweise elektromechanisch ausgebildete Spuraktuator 15, ist mittels des Mikrospiegels 23 eine auch auf ein hochfrequentes Stellsignal S3 nahezu verzögerungsfrei reagierende Strahlbeeinflussung möglich, die allerdings durch die begrenzte Verkippbarkeit des Mikrospiegels 23 nur einen kleinen Stellweg in Bewegungsrichtung 17 ermöglicht. Demgegenüber reagiert das Fokussierungsmittel 12 auf Stellsignale S1 niedrigerer Frequenz als dies für den Mikrospiegel 23 der Fall ist. Der mittels des Fokussierungsmittels 12 erreichbare Verschiebungsweg in Bewegungsrichtung 17 des Fokuspunkts 14 ist wesentlich größer als dies mittels des Mikrospiegels 23 möglich ist.

Durch die gewählte Anordnung des Mikrospiegels 23 zwischen dem Glasprisma 25 und dem Fokussierungsmittel 12 ist gewährleistet, daß sich, unabhängig von der Verkippung des Mikrospiegels 23, die Laserdiode 22 und das Detektionsmittel 18 immer in zueinander optisch konjugierter Stellung befinden. D.h., daß sich das auf das Detektionsmittel 18 fallende Lichtbündel nicht dadurch in seiner Position verschiebt, daß der Mikrospiegel 23 verkippt, sondern nur dadurch, daß sich der Spurführungszustand und/oder der Fokussierungszustand des Fokuspunkts 14 ändert. Eine zusätzliche Kompensation, die bei einer entsprechenden, hier vermiedenen Verschiebung auftreten würde, ist nicht erforderlich. Eine gegebenenfalls durch den Betrieb des Fokussierungsmittels 12 in Bewegungsrichtung 17' hervorgerufene Verschiebung kann auch bei herkömmlichen gattungsgemäßen Geräten auftreten und wird entsprechend den dort verwendbaren Korrekturmechanismen korrigiert, ohne daß beim erfindungsgemäßen Gerät ein erhöhter Aufwand erforderlich wäre.

In Fig. 3 ist ein Teil einer Optikeinheit eines zweiten Ausführungsbeispiels der Erfindung dargestellt, welche ähnlich wie zu Fig. 2 beschrieben, auf einem Halbleitersubstrat 21 angeordnet eine Laserdiode 22, ein Detektionsmittel 18 und einen Mikrospiegel 23 aufweist. Auch hier ist das Fokussierungsmittel 12 in nicht maßstäblicher Größe und in nicht maßstäblichem Abstand zum Halbleitersubstrat 21 dargestellt, seine Bewegungsrichtungen 16', 17' sind mittels Doppelpfeilen angedeutet. Auch in diesem Ausführungsbeispiel ist eine Monitordiode 24 am Halbleitersubstrat 21 angeordnet, die die gleiche Funktion wie zu Fig. 2 beschrieben ausübt.

Der von der Laserdiode 22 erzeugte Strahl 5 wird von einer Außenfläche 31 des Glasprismas 25 in Richtung des Mikrospiegels 23 reflektiert. Dieser ist um die Kippachse 29 entsprechend der durch den Doppelpfeil 30 angedeuteten Bewegungsrichtung kippbar und lenkt das vom Glasprisma 25 kommende Lichtbündel in Richtung des Fokussierungsmittels 12 ab, sowie das vom Fokussierungsmittel 12 herkommende Lichtbündel in Richtung des Glasprismas 25. Das vom Mikrospiegel 23 kommende Lichtbündel tritt in das Glasprisma 25 ein und wird durch dieses auf das Detektionsmittel 18 gelenkt. Regelsignale R1, R2 werden entsprechend, wie zu Fig. 2 beschrieben, erzeugt und von einem Regler 19 in ein Stellsignal S1 für das Fokussierungsmittel 12 und in ein Stellsignal S3 für die Verkippung des Mikrospiegels 23 umgesetzt. Ein Stellsignal S2 dient zur Verschiebung des Fokussierungsmittels 12 in Bewegungsrichtung 16' zur Verschiebung des Fokuspunkts 14 senkrecht zur Ebene des Aufzeichnungsträgers 1, d. h. zum Fokussieren. Dies erfolgt aufgrund der Trägheit des Fokussierungsmittels 12 und des Fokusaktuators 13 nur bis zu einer oberen Grenzfrequenz. Ein höherfrequentes Stellsignal S3' wird einem Piezo-Element 32 zugeführt. Dieses Piezo-Element 32 ist ebenfalls auf dem Halbleitersubstrat 21 angeordnet und ermöglicht eine Parallelverschiebung des Mikrospiegels 23 senkrecht zu seiner Spiegelfläche in durch den Doppelpfeil 33 angedeuteter Bewegungsrichtung. Auf diese Weise wird eine zusätzliche Verschiebung des Fokuspunkts 14 in Bewegungsrichtung 16 zur Fläche des Aufzeichnungsträgers 1 hervorgerufen, welche mit höherer Frequenz als die für das Fokussierungsmittel 12 geltende obere Grenzfrequenz erfolgt, aber einen geringeren Verschiebungsweg als durch das Fokussierungsmittel 12 möglich aufweist.

Bei dem in Fig. 3 angedeuteten Strahlbeeinflussungsmittel zur Fokussierung, dem Piezo-Element 32, ist zu beachten, daß mit dessen Betätigung auch eine leichte Verschiebung des reflektierten Strahls in Bewegungsrichtung 17' erfolgt, die gegebenenfalls durch ein entsprechendes Verkippen des Mikrospiegels 23 kompensiert werden kann. Dies liegt daran, daß der Mikrospiegel 23 zur Ausbreitungsrichtung des Strahls 5 gekippt angeordnet ist. Bei senkrechtem Einfall des Strahls auf den Mikrospiegel 23 ist keine durch die Verstellung in durch den Doppelpfeil 33 angedeutete Richtung hervorgerufene Kompensation erforderlich.

In Fig. 4 ist ein Blockdiagramm eines Servosystems entsprechend einem ersten erfindungsgemäßen Verfahren dargestellt. Das Detektionsmittel 18 setzt das einfallende Lichtsignal L gegebenenfalls mittels Schaltelementen 28 in ein Regelsignal R1, R2 um, welches dem Regler 19 zugeführt wird. Der vom Regler 19 erzeugte Stellwert S wird mittels eines Tiefpaßfilters 34 in ein Stellsignal S1, S2 für den Fokusaktuator 13 bzw. den Spuraktuator 15 und mittels eines Hochpaßfilters 35 in ein Stellsignal S3, S3' für das Strahlbeeinflussungsmittel 11 aufgespalten. Sowohl Fokusaktuator 13 bzw. Spuraktuator 15 als auch das Strahlbeeinflussungsmittel 11 wirken auf den Strahl 5 ein. Dieser tritt in Wechselwirkung mit dem Aufzeichnungsträger 1. Dies ist als Block 36 im Blockschaltbild dargestellt. Das dabei idealerweise auftretende Lichtsignal L' wird durch Störeinflüsse, hier als Störgröße Z angedeutet überlagert und wirkt als Lichtsignal L auf das Detektionsmittel 18 ein.

Fig. 5 zeigt ein Blockdiagramm eines Servosystems entsprechend einem zweiten erfindungsgemäßen Verfahren. Hier wird das vom Detektionsmittel 18 gegebenenfalls mit Hilfe von Schaltelement 28 erzeugte Regelsignal R1, R2 mittels eines Tiefpaßfilters 34' in einem niederfrequenten Anteil R1', R2' und mittels eines Hochpaßfilters 35' in hochfrequenten Anteil R1'', R2'' zerlegt. Der hochfrequente Anteil R1'', R2'' wird einem Regler 19'' zugeführt, der ein Stellsignal S3, S3' hoher Bandbreite an das Strahlbeeinflussungsmittel 11 abgibt. Der niederfrequente Anteil R1', R2' wird einem Regler 19' zugeführt, der ein Stellsignal S1, S2 niedriger Bandbreite an den Fokusaktuator 13 bzw. den Spuraktuator 15 abgibt. Fokusaktuator 13 bzw.

Spuraktuator 15 und Strahlbeeinflussungsmittel 11 wirken, wie zu Fig. 4 beschrieben, auf den Block 36 ein, das Lichtsignal L' wird gegebenenfalls mit einer Störgröße Z überlagert und wirkt als Lichtsignal L auf das Detektionsmittel 18 ein.

Erfindungsgemäß wird zur Steigerung der Datentransferrate von optischen bzw. magnetischen Disksystemen die Drehzahl des Aufzeichnungsträgers 1, d. h. der Disk, erhöht. Eine Verwendung anderer, technisch sehr aufwendiger Verfahren wie z. B. die Verwendung mehrerer Lese-/Schreibköpfen ist daher nicht erforderlich. Da optische Aufzeichnungsträger 1 wie z. B. CD, DVD oder ähnliche aufgrund begrenzter Herstellungs­ genauigkeiten in aller Regel eine spezifizierte maximale Exzentrizität und eine sogenannte Rauhigkeit oder Welligkeit der Informationsspur sowie einen Höhenschlag aufweisen, wird der abtastende, beugungsbegrenzte Fokuspunkt 14, der auch als Spot bezeichnet wird, mit Hilfe eines dynamischen Stellgliedes 11, 13, 15, auch Aktuator genannt, entsprechend dieser zweidimensionalen Bewegung der Datenspur, lateral und longitudinal zur Optik des Abtasters, nachgeführt.

Typischerweise wird dies mit Hilfe eines elektromechanischen Zwei-Achsen-Aktuators 13, 15 realisiert, der eine Objektivlinse 12 entsprechend der Datenspur nachführt. Diese Art von Aktuatoren sind jedoch aufgrund ihres komplexen Aufbaus und ihrer Funktion nicht trägheitslos. Die mechanische bzw. die Strom/Stellweg-Transferfunktion des Aktuators hängt daher von der Masse, der Antriebskraft und der Dämpfung ab. Die genannten spezifischen Eigenschaften des Aktuators bestimmen wesentlich die Bandbreite des Gesamtservosystems und limitieren somit im Zusammenhang mit vorgegebenen Werten für die Diskexzentrizität bzw. den Höhenschlag die maximale Diskdrehzahl, bei der eine Spur- bzw. Fokusnachregelung noch möglich ist, und damit die Datentransferrate. Die maximal zulässige Exzentrizität typischer optischer Aufzeichnungsträger 1 ist im Bereich von bis zu ± 70 µm spezifiziert. Exzentrizität kann außerdem hervorgerufen durch das Laufwerk des Geräts auftreten und sich zu der Diskexzentrizität addieren. Die Drehzahl von CD- Laufwerken mit 20facher Datenrate beträgt beim inneren Diskradius von 25 mm etwa 10 000 Umdrehungen pro Minute, etwa 170 Hz. Für eine sichere Abtastung der oben spezifizierten Disk mit einem Laufwerk, welches eine zusätzliche Toleranz von etwa ± 50 µm aufweist, muß der Aktuator für die Spurnachführung bei 170 Hz rechnerisch bei ungünstiger Addition der Toleranzbereiche mindestens einen Stellweg von ± 120 µm zur Verfügung stellen. Da noch höherfrequente Anteile aufgrund der erwähnten Welligkeit der Datenspur hinzukommen können und insbesondere große Reserven für die Einkoppelvorgänge wie z. B. nach Spursprüngen vorhanden sein müssen, sind generell wesentlich größere Anforderungen an den Aktuator zu stellen. Ähnliche Betrachtungen gelten für den Fokus-Aktuator.

Für die Steigerung der Datentransferrate wird daher erfindungsgemäß ein zweistufiges Aktuatorsystem genutzt, welches aus einem Stellglied 13, 15 mit großem Stellweg/kleiner Bandbreite und einem Stellglied 11 mit kleinem Stellweg/großer Bandbreite besteht. Das vom Lese-/Schreibkopf detektierte Fehlersignal R1, R2 wird entsprechend den Bandbreiten der Teil-Aktuatoren 11, 13, 15 hoch- bzw. tiefpaßgefiltert und mit einer geeigneten Elektronik 19, 19', 19'' in Stellsignale S1, S2 umgewandelt und den Teilaktuatoren 11, 13, 15 zugeführt.

Der als Strahlbeeinflussungsmittel 11 vorgesehene Mikrospiegel 23 erlaubt nur geringe Neigungswinkel. Dies reicht jedoch in aller Regel aus, da die zum Datenauslesen bzw. Datenaufzeichnen typischerweise benutzten Objektivlinsen 12 mit numerischer Aperatur zwischen NA = 0,45 für CD und NA = 0,6 für DVD einen begrenzten Feldwinkel aufweisen und daher eine beugungsbegrenzte Abbildung lediglich im Bereich von weniger als etwa ± 50-100 µm ermöglichen.

Die beiden beschriebenen Ausführungsbeispiele bieten den Vorteil einer monolitischen Herstellung von Mikrospiegel 23, Detektionsmittel 18 und Signalvorverstärkern auf dem Siliziumträger 21. Weiterhin ist eine Integration sowohl von kantenemittierenden als auch von flächenemittierenden Laserdioden, die auch als VCSEL bezeichnet werden, ohne großen Aufwand möglich. Aufgrund der kompakten Bauweise wird ein kleiner Ablenkspiegel 23 mit entsprechend geringer Masse verwendet, der damit eine schnelle Strahlablenkung ermöglicht. Die kompakte Bauweise ermöglicht zudem den Einbau des Halbleitersubstrats 21 direkt in einen langsamen Aktuator eines Geräts bereits bestehender Konstruktion.

Für die Servosignalerzeugung sind herkömmliche Verfahren wie z. B. die "Differential Spot Size" oder die "Foucault"- Methode für die Fokussierung und neben der bereits oben genannten "Dreistrahl" auch die "Push-Pull" oder die "Differential-Phase"-Methode für die Spurnachführung verwendbar.

Claims (9)

1. Gerät zum Lesen und/oder Beschreiben optischer Aufzeichnungsträger (1), welches ein Strahlerzeugungs­ mittel (9) aufweist, ein Fokussierungsmittel (12) welches den vom Strahlerzeugungsmittel (9) erzeugten Strahl (5) auf den optischen Aufzeichnungsträger (1) in einem Fokuspunkt (14) fokussiert, ein Verschiebemittel (13, 15), welches die Position des Fokuspunkts (14) auf dem Aufzeichnungsträger (1) entsprechend einer ersten Bewegungsrichtung (16, 17) in Abhängigkeit von einem Stellsignal (S1, S2) verschiebt, ein Detektionsmittel (18), welches einen vom optischen Aufzeichnungsträger (1) reflektierten Strahl (5) detektiert und ein Regelsignal (R1, R2) an einen Regler (19) abgibt, welcher ein Stellsignal (S1, S2) für das Verschiebemittel (13, 15) erzeugt, dadurch gekennzeichnet, daß ein Strahlbeeinflussungsmittel (11) vorhanden ist, welches im Strahlengang angeordnet ist und in Abhängigkeit von einem weiteren Stellsignal (S3) des Reglers (19) die Position des Fokuspunkts (14) auf dem Aufzeichnungsträger (1) entsprechend der ersten Bewegungsrichtung (16, 17) beeinflußt.

2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß von den Stellgliedern Verschiebemittel (13, 15) und Strahlbeeinflussungsmittel (11) eines einen großen Stellweg mit kleiner Bandbreite und das andere einen kleinen Stellweg mit großer Bandbreite aufweist.

3. Gerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Detektionsmittel (18) und dem Stellglied (11, 13, 15) mit großer Bandbreite ein Hochpaßfilter (35, 35') und/oder zwischen dem Detektionsmittel (18) und dem Stellglied (11, 13, 15) mit kleiner Bandbreite ein Tiefpaßfilter (34, 34') angeordnet ist.

4. Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Strahlbeeinflussungsmittel (11) ein beweglicher Mikrospiegel (23) ist.

5. Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Strahlerzeugungsmittel (9), Detektionsmittel (18) und Strahlbeeinflussungsmittel (11) auf einem einzigen Halbleitersubstrat (21) integriert sind.

6. Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Strahlerzeugungsmittel (9) und das Detektionsmittel (18) unabhängig vom Betriebszustand des Strahlbeeinflussungsmittels (11) optisch konjugiert angeordnet sind.

7. Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewegungsrichtung (16, 17) die Ebene des Aufzeichnungsträgers (1) durchstößt oder in der Ebene des Aufzeichnungsträgers (1) liegt.

8. Verfahren zum Spurführen und/oder Fokussieren eines Strahls (5) auf einem Aufzeichnungsträger (1) in einem Gerät zum Lesen und/oder Beschreiben optischer Aufzeichnungsträger (1), gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:

• a) Erzeugen eines Regelsignals (R1, R2) aus einem vom Aufzeichnungsträger (1) reflektierten Strahl (5),
• b) Bilden eines Stellwerts (S) aus dem Regelsignal (R1, R2),
• c) Bilden eines ersten Stellsignals (S1, S2) aus dem niederfrequenten Anteil des Stellwerts (S) und eines zweiten Stellsignals (S3, S3') aus dem hochfrequenten Anteil des Stellwerts (S),
• d) paralleles Ansteuern eines ersten Stellglieds (13, 15) niedriger Bandbreite zum Beeinflussen des Fokuspunkts (14) auf dem Aufzeichnungsträger (1) mit dem ersten Stellsignal (S1, S2) und eines zweiten Stellglieds (11) hoher Bandbreite zum Beeinflussen des Fokuspunkts (14) auf dem Aufzeichnungsträger (1) mit dem zweiten Stellsignal (S3, S3') und
• e) Verzweigen zum Schritt a)

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Verfahrensschritte b) und c) durch folgende Schritte ersetzt sind:

• f) Aufspalten des Regelsignals (R1, R2) in einen niederfrequenten Anteil (R1', R2') und in einen hochfrequenten Anteil (R1'', R2'')
• g) Bilden eines Stellsignals (S1, S2) aus dem niederfrequenten Anteil (R1', R2') und eines zweiten Stellsignals (S3, S3') aus dem hochfrequenten Anteil (R1'', R2'').