DE68917965T2

DE68917965T2 - Fehlerdetektorvorrichtung für einen optischen Abtastkopf.

Info

Publication number: DE68917965T2
Application number: DE68917965T
Authority: DE
Inventors: Kenji Fukui; Akira Kawai
Original assignee: Tosoh Corp
Current assignee: Tosoh Corp
Priority date: 1988-03-25
Filing date: 1989-03-21
Publication date: 1995-01-05
Anticipated expiration: 2009-03-22
Also published as: EP0334601A2; EP0334601B1; US5195072A; EP0334601A3; DE68917965D1

Description

Hintergrund der Erfindung

Diese Erfindung betrifft eine Fehlerdetektorvorrichtung bzw: Fehlerermittlungsvorrichtung für einen optischen Abtastkopf, die einen Fokussierungsfehler und/oder einen Tracking- bzw. Spurnachführungsfehler ermittelt.
Neuerdings sind in Verbindung mit dem Fortschritt bei Halbleiterlasern Produkte entwickelt worden, die die Lasertechnik verwenden. Unter den Produkten findet gegenwärtig insbesondere die optische Speicherplatte Beachtung. Unter den kommerziell verfügbaren optischen Speicherplatten haben jetzt nur-lesbare optische Speicherplatten, z.B. Kompaktspeicherplatten (CD) und Laserspeicherplatten (LD), und nur einmal beschreibbare optische Speicherplatten zur Verwendung in Dokumentendateien, Videodateien, Computerspeichern usw. brauchbare Entwicklungsstufen erreicht. Außerdem werden bald löschbare optische Speicherplatten im Handel sein, die eine Information aufzeichnen, wiedergeben und löschen können.
Der optische Abtastkopf ist ein wichtiges Teil zum Schreiben und Lesen von Informationen in die und aus den optischen Speicherplatten. Um mit einem optischen Abtastkopf Informationen schreiben und lesen zu können, ist es erforderlich, den optischen Abtastkopf zu steuern, so daß ein Laserlichtstrahl eine gewünschte Spur auf einem Informationsaufzeichnungsmedium richtig bestrahlen kann.
Die Fehlerdetektorvorrichtung für den optischen Abtastkopf ermittelt normalerweise einen Fokussierungsfehler und einen Spurnachführungsfehler eines Laserlichtstrahls, der ein Informationsaufzeichnungsmedium bestrahlt. Auf der Grundlage von Detektiersignalen des Fokussierungsfehlers und des Spurnachführungsfehlers ist der optische Abtastkopf in eine selbsttätige Regelung einbezogen.
Bei einer Art einer Fehlerdetektorvorrichtung für einen optischen Abtastkopf werden ein Fokussierungsfehler und ein Spurnachführungsfehler auf der Grundlage eines reflektierten Lichts eines Laserlichtstrahls, der eine optische Speicherplatte bestrahlt, ermittelt. Das reflektierte Licht für die Fehlerermittlung wird mit einer Konvexlinse und einer Zylinderlinse in ein astigmatisches Strahlenbündel umgeformt, das astigmatische Wellenfronten hat. Dieses astigmatische Strahlenbündel wird auf einen Quadranten-Fotodetektor fokussiert. Auf der Grundlage der Lichtdetektiersignale von den entsprechenden Viertelabschnitten des Quadranten-Fotodetektors wird ein Fokussierungsfehlersignal erzeugt.
Wie vorstehend beschrieben, werden in der herkömmlichen Fehlerdetektorvorrichtung eine Konvexlinse und eine Zylinderlinse verwendet, um ein Fokussierungsfehler-Detektierlicht in ein astigmatisches Strahlenbündel umzuformen. Ein sich daraus ergebendes Problem ist, daß die Miniaturisierung der Fehlerdetektorvorrichtung schwierig ist.
Außerdem muß der Krümmungsradius der Zylinderlinse groß sein, um die Genauigkeit der Fehlerermittlung zu verbessern. Ein Vergrößern des Krümmungsradius der zylinderlinse führt zu kleinen Herstellungstoleranzen der Exzentrizität optischer Elemente und der Erzeugenden der zylinderlinse, hohen Kosten und der Schwierigkeit der Justierung der Konvexlinse, der Zylinderlinse und des Quadranten-Fotodetektors.
EP-A-0 283 002 beschreibt eine bekannte Ausführungsform mit einem optischen Abtastkopf mit einer elliptischen Fresnel-Reflexionslinse, um Licht astigmatisch auf einen Vier-Element-Sensor zu konvergieren, wobei die Ausgangssignale von den Elementen des Sensors zum Bereitstellen eines Fokussierungsfehlersignals und eines Spurnachführungs-Fehlersignals verwendet werden.
EP-A-0 180 767 offenbart eine Anordnung, in der eine zusammengesetzte Fresnel-Zonenplatte verwendet wird, um Licht astigmatisch auf einen Vier-Element-Quadrantensensor zu fokussieren. Die Zonenplatte weist rechteckige Elemente auf, die so angeordnet sind, daß die Breite und der Abstand der Zonen in einer Richtung über die Zonenplatte verschieden sind von der Breite und dem Abstand der Zonen in der dazu senkrechten Richtung über die Zonenplatte, wodurch die beiden astigmatischen Brennweiten bestimmt sind.
JP-A-60-93643 offenbart ein System, in dem Licht mit einer Gitterlinse auf zwei Brennpunkte konvergiert wird, die einen seitlichen Abstand zueinander haben. Folglich verwendet diese Anordnung anscheinend eher das Foucaultsche Verfahren als das astigmatische Verfahren.

Zusammenfassung der Erfindung

Erfindungsgemäß wird eine Fokussierungs- und/oder Spurnachführungs-Fehlerdetektorvorrichtung gemäß Anspruch 1 bereitgestellt. Die übrigen Ansprüche legen optionale Merkmale dar.
Eine erfindungsgemäße Ausführungsform stellt eine Fehlerdetektorvorrichtung für einen optischen Abtastkopf bereit, der klein und leicht ist, eine kleine astigmatische Differenz hat und dessen optische Elemente sich einfach justieren lassen.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Es zeigen:
Fig. 1 eine Darstellung eines bekannten optischen Abtastkopfes;
Fig. 2(a), (b) und (c) Darstellungen von Leuchtflecken des bekannten Fehlerdetektierlichts;
Fig. 3 ein Diagramm des Fokussierungsfehlersignals des bekannten optischen Abtastkopfes;
Fig. 4 ein Blockdiagramm der Fehlerdetektorvorrichtung für einen optischen Abtastkopf in einer erfindungsgemäßen Ausführungsform;
Fig. 5(a) und (b) eine Draufsicht der gebräuchlichen Fresnel-Zonenplatte und eine Schnittdarstellung derselben entlang der Linie a-a';
Fig. 6(a) und (b) eine Draufsicht einer in der Fehlerdetektorvorrichtung für einen optischen Abtastkopf gemäß Fig. 4 verwendeten Quadranten-Fresnel-Zonenplatte und eine Schnittdarstellung derselben entlang der Linie b-b';
Fig. 7(a), (b), (c) und (d) Darstellungen von Leuchtflecken des Fehlerdetektierlichts der Fehlerdetektorvorrichtung für einen optischen Abtastkopf gemäß Fig. 4;
Fig. 8(a) und (b) eine Draufsicht einer Modifikation der Quadranten-Fresnel-Zonenplatte gemäß Fig. 6 und eine Schnittdarstellung derselben entlang der Linie c-c';
Fig. 9(a) und (b) eine Draufsicht einer weiteren Modifikation der Quadranten-Fresnel-Zonenplatte gemäß Fig. 6 und eine Schnittdarstellung derselben entlang der Linie d-d';
Fig. 10(a) und (b) eine Draufsicht eines Ausführungsbeispiels einer in der Fehlerdetektorvorrichtung für einen optischen Abtastkopf gemäß Fig. 4 verwendeten Phasenumkehr- Quadranten-Fresnel-Zonenplatte und eine Schnittdarstellung derselben entlang der Linie e-e';
Fig. 11(a) und (b) eine Draufsicht eines Ausführungsbeispiels einer in der Fehlerdetektorvorrichtung für einen optischen Abtastkopf gemäß Fig. 4 verwendeten Quadranten-Fresnellinse und eine Schnittdarstellung derselben entlang der Linie f-f';
Fig. 12(a), (b), (c) und (d) eine perspektivische Darstellung, eine Draufsicht, eine Seitenansicht und eine Vorderansicht eines Ausführungsbeispiels einer in der Fehlerdetektorvorrichtung für einen optischen Abtastkopf verwendeten Quadranten-Konvexlinse; und
Fig. 13(a), (b) und (c) eine Draufsicht, eine Seitenansicht und eine Vorderansicht eines anderen Ausführungsbeispiels der Quadranten-Konvexlinse.

Ausführliche Beschreibung der Ausführungsformen

Die Fehlerdetektorvorrichtung für den bekannten optischen Abtastkopf wird anhand der Fig. 1 bis 3 nachstehend erklärt, bevor die Äusführungsformen erklärt werden.
Der bekannte optische Abtastkopf ist in Fig. 1 dargestellt. Ein Laserlichtbündel von einer Laserlichtquelle 1 wird mit einer Kollimationslinse 2 in ein paralleles Strahlenbündel umgeformt, um ein Informationsaufzeichnungsmedium 5 über einen Strahlenteiler 3 und eine Objektivlinse 4 zu bestrahlen. Der auszustrahlende Laserlichtstrahl wird mit einer Objektivlinse 4 auf das Informationsaufzeichnungsmedium 5 fokussiert. Die Objektivlinse 4 wird durch eine Antriebseinrichtung (nicht dargestellt) angetrieben und selbsttätig geregelt, so daß ein Strahlenbündel konstant und genau auf das Informationsaufzeichnungsmedium 5 fokussiert wird. Ein von dem Informationsaufzeichnungsmedium 5 reflektiertes Licht dringt durch die Objektivlinse 4 und wird von dem Strahlenteiler 3 aufgespalten, um einem Fehlerdetektorsystem zugeführt zu werden, was das sogenannte "astigmatische Differenzverfahren" oder "Astigmatismusverfahren" ist.
Ein von dem Strahlenteiler 3 abgeteiltes Fokussierungsfehler-Detektierlicht trifft über eine Konvexlinse 7 und eine Zylinderlinse 8 auf einen Quadranten-Fotodetektor 9 auf. Die Konvexlinse 7 konvergiert das Fokussierungsfehler-Detektierlicht auf den Quadranten-Fotodetektor 9, und die Zylinderlinse 8 formt das Fokussierungsfehler-Detektierlicht in ein astigmatisches Strahlenbündel um, das astigmatische Wellenfronten hat. Der Quadranten-Fotodetektor 9 ist in vier Lichtdetektierabschnitte eingeteilt, wobei die optische Achse als Zentrum dient. Die vier Lichtdetektierabschnitte 9a, 9b, 9c und 9d haben ihre entsprechenden Operationsverstärker 10a, 10b, 10c und 10d. Detektiersignale von den entsprechenden Lichtdetektierabschnitten 9a, 9b, 9c und 9d werden von den entsprechenden Operationsverstärkern 10a, 10b, 10c und 10d verstärkt und dann in Addierern 11 und 12 und einem Subtrahierer 13 weiterverarbeitet, um als ein Fokussierungsfehlersignal ausgegeben zu werden. Wenn die Lichtdetektiersignale der Lichtdetektierabschnitte 9a, 9b, 9c und 9d jeweils durch A, B, C und D dargestellt werden, ist ein Fokussierungsfehlersignal F durch folgende Gleichung gegeben:
F = (A + C) - (B + D).
Ein Fokussierungsfehlersignal wird in Übereinstimmung mit einer Abweichung des Informationsaufzeichnungsmediums 5 vom Brennpunkt der Objektivlinse ausgegeben.
Wenn das Informationsaufzeichnungsmedium 5 vor dem Brennpunkt der Objektivlinse 4 angeordnet ist, bildet das Fokussierungsfehler-Detektierlicht auf dem Quadranten-Fotodetektor 9 einen Leuchtfleck in einer vertikal verbreiterten Form gemäß Fig. 2(a). Die Detektiersignale A und C von den Lichtdetektierabschnitten 9a und 9c werden entsprechend größer und die Detektiersignale B und D von den Lichtdetektierabschnitten 9b und 9d werden entsprechend kleiner. Folglich wird das Fokussierungsfehlersignal F positiv.
Wenn das Informationsaufzeichnungsmedium 5 genau auf dem Brennpunkt der Objektivlinse 4 angeordnet ist, bildet das Fokussierungsfehler-Detektierlicht auf dem Quadranten-Fotodetektor 9 einen kreisförmigen Leuchtfleck gemäß Fig. 2(b). Die Detektiersignale A, B, C und D von den Lichtdetektierabschnitten 9a, 9b, 9c und 9d haben denselben Pegel. Folglich wird das Fokussierungsfehlersignal F gleich Null.
Wenn das Informationsaufzeichnungsmedium 5 hinter dem Brennpunkt der Objektivlinse 4 angeordnet ist, bildet das Fokussierungsfehler-Detektierlicht auf dem Quadranten-Fotodetektor 9 einen Leuchtfleck in einer horizontal verbreiterten Form gemäß Fig. 2(c). Die Detektiersignale A und C von den Lichtdetektierabschnitten 9a und 9c werden kleiner, und die Detektiersignale B und D von den Lichtdetektierabschnitten 9b und 9d werden größer. Folglich wird das Fokussierungsfehlersignal F negativ.
Die Beziehung zwischen der Position des Informationsaufzeichnungsmediums 5 bezüglich der Objektivlinse 4 und dem Fokussierungsfehler-Ermittlungssignal F ist in Fig. 3 dargestellt. Die Position p in Fig. 2(a), wo ein Fokussierungsfehlersignal F ein Maximum wird, entspricht dem Brennpunkt der sagittalen Ebene des Fokussierungsfehler- Detektierlichts, das ein astigmatisches Strahlenbündel ist. Die Position r in Fig. 2(c), wo das Fokussierungsfehler-Ermittlungssignal F ein Minimum wird, entspricht dem Brennpunkt der meridionalen Ebene des Fokussierungsfehler-Detektierlichts, das ein astigmatisches Strahlenbündel ist. In der Position q in Fig. 2(b) stimmt das Informationsaufzeichnungsmedium 5 genau mit dem Brennpunkt der Objektivlinse 4 überein.
Folglich ändert sich das Fokussierungsfehlersignal F in Übereinstimmung mit den positionen des Informationsaufzeichnungsmediums 5 bezüglich der Objektivlinse 4. Das Fokussierungsfehlersignal F wird an eine Antriebseinrichtung für die Objektivlinse 4 rückgekoppelt, so daß die Antriebseinrichtung einen Laserlichtstrahl so steuert, daß er genau auf dem Informationsaufzeichnungsmedium 5 fokussiert wird.
Aber da die Konvexlinse 7 und die Zylinderlinse 8 zum Umformen eines Fokussierungsfehler-Detektierlichts in ein astigmatisches Strahlenbündel verwendet werden, das auf den Quadranten-Fotodetektor 9 fokussiert werden soll, ist es schwierig, in dem vorstehend beschriebenen bekannten optischen Abtastkopf das Fehlerermittlungssystem zu miniaturisieren und das Gewicht des Systems zu verringern. Um die Genauigkeit der Fehlerermittlung zu verbessern, ist es außerdem erforderlich, die Längsvergrößerung zwischen dem Informationsaufzeichnungsmedium 5 und dem Quadranten-Fotodetektor 9 zu erhöhen, damit die astigmatische Differenz verringert wird. Zu diesem Zweck muß der Krümmungsradius der Zylinderlinse 8 vergrößert werden. Das Vergrößern des Krümmungsradius macht es nicht nur schwierig, bei der Bearbeitung der Zylinderlinse Präzision der Exzentrizität und Präzision der Erzeugenden zu erzielen, wodurch ihre Produktionskosten ansteigen, sondern macht es auch schwierig, die Konvexlinse 7, die Zylinderlinse 8 und den Quadranten-Fotodetektor 9 zu justieren.
Als nächstes ist die Fehlerdetektorvorrichtung für einen optischen Abtastkopf gemäß einer erfindungsgemäßen Ausführungsform in Fig. 4 dargestellt.
Die Fehlerdetektorvorrichtung gemäß dieser Ausführungsform unterscheidet sich von der bekannten Fehlerdetektorvorrichtung darin, daß in dieser Ausführungsform anstelle der Konvexlinse 7 und der Zylinderlinse 8 eine Quadranten-Fresnel- Zonenplatte 20 verwendet wird und aus einem Ausgangssignal des Quadranten-Fotodetektors 9 sowohl ein Spurnachführungsfehlersignal als auch ein Fokussierungsfehlersignal erzeugt wird.
Gemäß Fig. 5 weist die übliche Fresnel-Zonenplatte konzentrische Ringe auf mit Radien, die einer ganzzahligen Quadratwurzel proportional sind, wobei jeder zweite Ring lichtundurchlässig ist, so daß das zwischen den entsprechenden lichtundurchlässigen Ringen hindurchdringende Licht in derselben Phase konvergiert wird, wobei die Fresnel-Zonenplatte wegen der Beugungen dieselbe Funktion wie eine Linse ausübt. Wenn die Brennweite eines primär gebeugten Lichts mit f bezeichnet wird, ist der Radius rk der Grenze zwischen dem k-ten lichtdurchlässigen und lichtundurchlässigen Ring durch rk² = k × f × λ gegeben. λ bezeichnet eine Wellenlänge eines einfallenden Lichts. Jeder lichtundurchlässige Ring ist hergestellt worden, indem durch Aufsprühen oder auf andere Weise eine Chromschicht auf einem lichtdurchlässigen Substrat ausgebildet worden ist. Tatsächlich weist die Fresnel-Zonenplatte 20 immerhin 200 Ringe auf, aber die Zeichnungen zeigen der Einfachheit halber nur einige Ringe.
Fig. 6 zeigt die in dieser Ausführungsform verwendete Quadranten-Fresnel-Zonenplatte 20. Die Quadranten-Fresnel- Zonenplatte 20 ist durch zwei Trennlinien 201, die rechtwinklig zueinander durch das Zentrum 20o verlaufen, in vier Abschnitte 20a, 20b, 20c und 20d eingeteilt. Die lichtdurchlässigen und die lichtundurchlässigen Ringe sind so angeordnet, daß ein primär gebeugtes Licht eine gleiche Brennweite hat zwischen den Bereichen 20a und 20, die relativ zum Zentrum einander diametral gegenüberliegen, und den Bereichen 20b und 20d, die relativ zum Zentrum einander diametral gegenüberliegen. Wenn die Brennweite des primär gebeugten Lichts in den Bereichen 20a und 20c mit fa bezeichnet wird und die der Bereiche 20b und 20d mit fb, ist eine astigmatische Differenz Δ gegeben durch:
Δ = fa - fb,
wobei die Radien rak und rbk der entsprechenden Grenzen der k- ten lichtdurchlässigen und der lichtundurchlässigen Ringe in den Bereichen 20a und 20c und in den Bereichen 20b und 20d gegeben sind durch:
rak² = k × fa × λ
rbk² = k × fb × λ
wobei k 1, 2, 3, .... ist und λ eine Wellenlänge eines von dem Informationsaufzeichnungsmedium 5 reflektierten Lichts ist. Eine astigmatische Differenz Δ wird in dem Informationsaufzeichnungsmedium 5 in eine Länge umgeformt durch
Δ = Δ / β²,
wobei β eine Quervergrößerung zwischen dem Informationsaufzeichnungsmedium 5 und dem Quadranten-Fotodetektor 9 dieses optischen Systems und β² eine Tiefenvergrößerung ist.
Im allgemeinen ist die astigmatische Differenz Δ des Informationsaufzeichnungsmediums 5 ungefähr 10 - 15 um. Auf der Grundlage dieses Wertes werden eine astigmatische Differenz Δ und eine horizontale Vergrößerung β bestimmt, und die Brennweiten fa und fb in den Bereichen 20a und 20c und in den Bereichen 20b und 20d sind gegeben. Und rak und rbk sind automatisch gegeben.
Die somit bestimmten Trennlinien 201 sind so angeordnet, daß sich die beiden Trennlinien des Quadranten-Fotodetektors 91 in der Richtung der optischen Achse betrachtet, überlappen.
Die Detektiersignale A, B, C und D von den entsprechenden Lichtdetektierbereichen eines Quadranten-Fotodetektor 9 werden von Addierern 11 und 12 und einem Subtrahierer 13 berechnet, um ein Fokussierungsfehlersignal F zu erzeugen, wobei während der Verarbeitung im Subtrahierer 15 ein Spurnachführungsfehlersignal T erzeugt wird. Ein Fokussierungsfehlersignal F und ein Spurnachführungsfehlersignal T sind durch folgende Gleichungen gegeben:
F = (A + C) - (B + D)
T = (D - B).
Die Leuchtflecke gemäß Fig. 7 werden auf dem Quadranten-Fotodetektor 9 in Übereinstimmung mit Positionen der Objektivlinse 4 bezüglich des Informationsaufzeichnungsmediums 5 gebildet.
Wenn das Informationsaufzeichnungsmedium 5 gemäß Fig. 7(a) vor dem Brennpunkt der Objektivlinse 4 angeordnet ist, bildet das FehlerDetektierlicht einen Leuchtfleck, der in den Lichtdetektierabschnitten 9a und 9c größer und in den Lichtdetektierabschnitten 9b und 9d kleiner ist. Folglich wird das Fokussierungsfehlersignal F positiv.
Wenn das Informationsaufzeichnungsmedium 5 gemäß Fig. 7(b) genau im Brennpunkt der Objektivlinse 4 angeordnet ist, bildet das Fehlerdetektierlicht auf dem Quadranten-Fotodetektor 9 einen runden Leuchtfleck. Der Leuchtfleck ist in den Lichtdetektierabschnitten 9a, 9b, 9c und 9d gleich. Das Fokussierungsfehlersignal F wird folglich 0.
Wenn das Informationsaufzeichnungsmedium 5 gemäß Fig. 7(c) hinter dem Brennpunkt der Objektivlinse 4 angeordnet ist, bildet das Fehlerdetektierlicht einen Leuchtfleck, der in den Lichtdetektierabschnitten 9a und 9c kleiner und in den Lichtdetektierabschnitten 9b und 9c größer ist. Folglich wird das Fokussierungsfehlersignal F negativ.
Fig. 7(a)-(c) zeigt Fälle, wo nur ein Fokussierungsfehler ohne einen Spurnachführungsfehler vorhanden ist. Wenn nur ein Spurnachführungsfehler ohne einen Fokussierungsfehler vorhanden ist, bildet das Fehlerdetektierlicht auf dem Quadranten-Fotodetektor 9 einen Leuchtfleck gemäß Fig. 7(d). Genauer gesagt, ist die Form des Leuchtflecks dieselbe wie in Fig. 7(b), wo das Informationsaufzeichnungsmedium 5 sich im Brennpunkt befindet, aber die Helligkeit ist gemäß den Spurnachführungsfehlern verschieden. Fig. 7(d) zeigt einen Fall, wo ein horizontaler Spurnachführungsfehler stattfindet, d.h. wo eine Lichtmenge zwischen den Lichtdetektierabschnitten 9(b) und 9(d) gemäß einem Spurnachführungsfehler verschieden ist. Auch wenn ein Spurnachführungsfehler vorhanden ist, unterscheidet sich eine Lichtintensität zwischen den Lichtdetektierabschnitten 9(b) und 9(d) nicht. Folglich wird das Spurnachführungsfehlersignal T gemäß den Spurnachführungsfehlern positiv oder negativ. In Fig. 1 wird das Spurnachführungsfehlersignal T positiv, da eine Lichtintensität in dem Lichtdetektierabschnitt 9d größer ist als im Lichtdetektierabschnitt 9c.
Wie vorstehend beschrieben, wird in dieser erfindungsgemäßen Ausführungsform die Kombination einer Konvexlinse und einer Zylinderlinse in der bekannten Fehlerdetektorvorrichtung durch eine Quadranten-Fresnel-Zonenplatte ersetzt, damit ein Fehlerdetektierlicht in ein astigmatisches Strahlenbündel umgewandelt werden kann, das auf einen Quadranten-Fotodetektor zu konvergieren ist.
Sowohl die Quadranten-Fresnel-Zonenplatte als auch der Quadranten-Fotodetektor der vorstehend beschriebenen Ausführungsform gemäß Fig. 4 können in einer Position angeordnet sein, in der die Trennlinien der Quadranten-Fresnel-Zonenplatte und des Quadranten-Fotodetektors um 45 Grad von der in Fig. 4 dargestellten Position versetzt sind. In diesem Fall ist das Spurnachführungsfehlersignal gegeben durch die Gleichung:
T = (A - C) + (C - B).
Die Quadranten-Fresnel-Zonenplatte der vorstehend beschriebenen Ausführungsform ist im Zentrum lichtdurchlässig und hat eine primäre Phase von null Grad, wobei die primäre Phase aber jeden Wert haben kann.
Zum Beispiel können die lichtdurchlässigen und die lichtundurchlässigen Ringe gemäß Fig. 6 vertauscht sein, so daß die primäre Phase 180 Grad ist.
Gemäß Fig. 9 kann die primäre Phase 60 Grad sein.
Die Fresnel-Zonenplatte kann die Fehler mit einer beliebigen primären Phase ermitteln. Von den Erfindern durchgeführte Versuche zeigen jedoch, daß die primäre Phase vorzugsweise ungefähr 30 - 60 Grad hat; wenn die primäre Phase null Grad hat, macht das abgelenkte Licht nullter Ordnung den Durchmesser eines Fehlerermittlungs-Leuchtflecks, was zu einer schlechten Genauigkeit der Fehlerermittlung führt; wenn die primäre Phase 180 Grad hat, ist der größte Teil des Bereiches größter Intensität in der Gauß-Verteilung des Lichts durch den zentralen Leuchtfleck blockiert, was zu großem Verlust an Lichtmenge führt; und wenn die primäre Phase 30 - 60 Grad hat, ist die Lichtintensität ausreichend ohne Verschlechterung der Genauigkeit der Fehlerermittlung.
Das optische System, das ein Fehlerdetektierlicht astigmatisch macht, ist nicht auf die vorstehend beschriebene Fresnel-Zonenplatte beschränkt, sondern kann verschiedene Modifikationen umfassen.
Fig. 10 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Quadranten- Phasenumkehr-Fresnel-Zonenplatte 21. Anstatt der abwechselnd angeordneten lichtdurchlässigen und lichtundurchlässigen Ringe hat die Quadranten-Phasenumkehr-Fresnel-Zonenplatte 21 eine Phasenverzögerung von 180 Grad an jedem weiteren Ring. Genauer, abgestufte Ringe mit einer Höhe h sind an der Stelle der lichtundurchlässigen Ringe angeordnet. Wenn eine Wellenlänge eines Fehlerdetektierlichts mit λ dargestellt wird und ein Brechungsindex mit n angezeigt wird, ist eine für eine Verzögerung von 180 Grad notwendige Höhe h gegeben durch:
h = λ/2 (n - 1).
Diese Quadranten-Phasenumkehr-Fresnel-Zonenplatte 21 verbessert den Sammelwirkungsgrad bzw. optischen Wirkungsgrad erster Ordnung mehr als die in zweierlei Weise durchlässige Fresnel- Zonenplatte mit den lichtdurchlässigen und lichtundurchlässigen Ringen. Die in zweierlei Weise durchlässige Fresnel- Zonenplatte hat einen Sammelwirkungsgrad von ungefähr 10%, aber die Quadranten-Phasenumkehr-Fresnel-Zonenplatte 21 hat einen Sammelwirkungsgrad von ungefähr 40%. Das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 10 hat, nur als ein Beispiel, eine primäre Phase von 60 Grad, aber die Quadranten-Phasenumkehr-Fresnel- Zonenplatte 21 kann eine primäre Phase mit jedem Winkel haben. Fein abgestufte Ringe mit einer erforderlichen Höhe werden mit den Feinbearbeitungsverfahren zur Herstellung von Halbleiterbauelementen ausgebildet.
Fig. 11 zeigt eine Fresnellinse, die viele, in Form eines Mehrfachrings angeordnete Linsen aufweist. Fig. 11(b) zeigt ihre charakteristischen Profile im Querschnitt. Diese Fresnellinse ist in vier Abschnitte eingeteilt, und die vier Abschnitte stellen eine Quadranten-Fresnellinse 22 bereit. Die Abschnitte sind gegeneinander radial versetzt, so daß die entsprechenden Ringe an den Trennlinien unterbrochen sind, wodurch ein durch die Fresnellinse 22 dringendes Fehlerdetektierlicht in ein astigmatisches Strahlenbündel mit zwei Brennpunkten umgewandelt wird.
Fig. 12 zeigt eine Quadranten-Konvexlinse 23, die in dem optischen System zur Fehlerermittlung verwendet wird und eine Gruppe von vier getrennten Abschnitten einer Konvexlinse aufweist, Die Quadranten-Konvexlinse 23 ist mit zwei durch das Zentrum gehende und rechtwinklig zueinander angeordnete Trennlinien 231 in vier Abschnitte 23a, 23b, 23c und 23d eingeteilt. Die relativ zum Zentrum diametral gegenüberliegenden Bereiche 23a und 23c und die relativ zum Zentrum diametral gegenüberliegenden Bereiche 23b und 23d sind gegeneinander radial versetzt, so daß ein durch die Quadranten-Konvexlinse 23 dringendes Fehlerdetektierlicht in ein astigmatisches Strahlenbündel mit zwei Brennpunkten umgewandelt werden kann.
In der Quadranten-Konvexlinse 24 gemäß Fig.13 haben die relativ zum Zentrum diametral gegenüberliegenden Bereiche 24a und 24c und die relativ zum Zentrum diametral gegenüberliegenden Bereiche 24b und 24d voneinander verschiedene Krümmungsradien, so daß sich ihre Brennweiten unterscheiden, und die Unterseite der Quadranten-Konvexlinse 24 ist eben ausgeführt.
Es ist auch möglich, eine Konvexlinse mit relativ zum Zentrum diametral gegenüberliegenden Bereichen zu verwenden, die dasselbe Profil haben, aber aus Materialien mit verschiedenen Brechungsindexen hergestellt sind, damit die Bereiche verschiedene Brennweiten haben.
Die Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebene Ausführungsform beschränkt, sondern schließt verschiedene Modifikationen ein. Zum Beispiel ist das optische System in der vorstehend beschriebenen Ausführungsform in vier Abschnitte eingeteilt, es kann aber auch in eine andere Zahl von Abschnitten eingeteilt werden, z.B. in acht Abschnitte.

Claims

1. Fokussierungs- und/oder Spurnachführungsfehler-Detektorvorrichtung für einen optischen Abtastkopf, die zusammen mit einem Aufzeichnungsmedium betrieben werden kann, mit: einem Sensor (9) mit einem ersten, einem zweiten, einem dritten und einem vierten Erfassungsbereich (9a, 9b, 9c, 9d); einem optischen System, um Strahlung von dem Medium auf den Sensor zu richten, wobei das optische System eine optische Einrichtung (20; 21; 22; 23; 24) zum Fokussieren der Strahlung mit Astigmatismus auf eine erste und eine zweite Position aufweist; und eine Fehlerdetektoreinrichtung (10, 11, 12, 13, 15) zur Ermittlung von Fokussierungs- und/oder Spurnachführungsfehlern mittels Signalen, die von dem Sensor (9) erzeugt werden,

dadurch gekennzeichnet, daß

die optische Einrichtung (20; 21; 22; 23; 24) quer zu dem Weg der Strahlung in einen ersten, einen zweiten, einen dritten und einen vierten optischen Bereich (20b, 20c, 20d, 20a) eingeteilt ist,

der erste und der dritte optische Bereich über dem Weg der Strahlung einander diagonal gegenüberliegen und die Strahlung auf die erste Position fokussieren,

und der zweite und der vierte optische Bereich über dem Weg der Strahlung einander diagonal gegenüberliegen und die Strahlung auf die zweite Position fokussieren.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Fehlerdetektoreinrichtung (10, 11, 12, 13, 15) einen Fokussierungsfehler mittels der Signale von dem ersten, zweiten, dritten und vierten Erfassungsbereich des Sensors ermitteln, und einen Spurnachführungsfehler mit Signalen von wenigstens einem Erfassungsbereichspaar ermitteln kann.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei der die optische Einrichtung durch ein einzelnes optisches Teil bereitgestellt wird.

4. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei der die optische Einrichtung eine Fresnel-Zonenplatte (20; 21) aufweist, die in den ersten, zweiten, dritten und vierten optischen Bereich eingeteilt ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, bei der die Fresnel-Zonenplatte als eine Phasenumkehr-Fresnel-Zonenplatte bereitgestellt wird.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4, bei der die Fresnel-Zonenplatte als eine in zweierlei Weise durchlässige Fresnel-Zonenplatte bereitgestellt wird.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, bei der die in zweierlei Weise durchlässige Fresnel-Zonenplatte eine primäre Phase von ungefähr 30 - 60 Grad hat.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der die optische Einrichtung eine Fresnellinse (22) aufweist, die in den ersten, zweiten, dritten und vierten optischen Bereich eingeteilt ist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der die optische Einrichtung eine Konvexlinse (23; 24) aufweist, die in den ersten, zweiten, dritten und vierten Bereich eingeteilt ist.