DE3546795C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine optische Kopfanordnung zum Aufzeichnen von Informationen auf einer optischen Schei­ be entlang einer vorbestimmten Spur oder zum Abtasten bereits aufgezeichneter Informationen, mit einem Substrat; einer lichtleitenden, dielektrischen Dünnfilm­ schicht, die auf dem Substrat ausgebildet ist; einer Laserstrahlquelle zur Abgabe eines divergierenden Laser­ strahles in die lichtleitende Schicht; einer Kollimator­ linse zum parallelen Ausrichten des divergierenden La­ serstrahles; einem Beugungsgitter; einer Strahlenabzweig­ einrichtung; einem konvergierenden optischen Element zum Konvergieren des Strahles, der durch die Strahlenab­ zweigeinrichtung auf die optische Scheibe gelangt, um einen Strahlenfleck zu bilden, und den von der Oberflä­ che der optischen Scheibe reflektierten Strahl in einen parallelen Strahl umzuwandeln, der auf die Strahlenab­ zweigeinrichtung gerichtet ist; und mit einem Fotodetek­ tor, der in einer Stellung angeordnet ist, in der er den parallelen Strahl empfängt, der diese Stellung erreicht, nachdem er in die Strahlenabzweigeinrichtung vom konver­ gierenden optischen Element eintritt und dort abgebogen wurde, wobei die Kollimatorlinse, das Beugungsgitter, die Strahlenabzweigeinrichtung und das konvergierende optische Element in einer lichtleitenden Schicht eines auf einem Substrat ausgebildeten dielektrischen Dünnfil­ mes enthalten sind.

Eine solche Vorrichtung ist aus der US 44 25 023 be­ kannt. Es hat sich jedoch herausgestellt, daß diese be­ kannte Vorrichtung im wesentlichen ungeeignet ist, um als optische Kopfanordnung zum Aufzeichnen von Informa­ tionen auf einer optischen Scheibe entlang einer vorbe­ stimmten Spur und zum Abtasten bereits aufgezeichneter Informationen verwendet zu werden, da Probleme bei der Spurverfolgung des fokussierten Strahlenfleckes auftre­ ten. Eine exakte Spurverfolgung ist jedoch gerade bei einer automatischen Fokussierung von großer Wichtigkeit.

In der JP 59-79 441 A ist eine optische Kopfanordnung beschrieben, bei welcher ein Gitterkoppler als konver­ gierendes optisches Element verwendet wird, um den Strahl aus der Ebene eines Wellenleiters heraus abzulen­ ken.

Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild einer weiteren bekannten optischen Kopfanordnung, die eine Laserdiode 104, eine Kollimatorlinse 105, eine Strahlenabzweigeinrichtung 106, eine Objektivlinse 107 und einen Fotodetektor 109 aufweist. Der von der Laserdiode 104 abgegebene Laser­ strahl wird mittels der Kollimatorlinse 105 parallel ausgerichtet, der parallele Strahl gelangt durch die Strahlenabzweigeinrichtung 106 und wird mittels der Ob­ jektivlinse 107 fokussiert und bildet einen Fleck auf einer Scheibe 113 aus. Ein Teil des auftreffenden Strahles wird von der Scheibe 113 reflektiert, gelangt erneut durch die Objektivlinse 107, anschließend wird bei der Laufrichtung um 90° mittels der Strahlenabzweig­ einrichtung 106 geändert und danach mittels des Foto­ detektors 109 in ein elektrisches Signal umgewandelt. Ein Differenzialverstärker 117 erfaßt die Differenz der Ausgangssignale zwischen zwei Abschnitten des Fotodetek­ tors.

Mit Pits versehene Spuren oder Führungsrillen 114 sind auf der Scheibe 113 ausgebildet. Um eine Information genau aufzuzeichnen oder wiederzugeben muß ein Strahlen­ fleck in der Mitte der Spur 114 verlaufen. Zu diesem Zweck ist die bekannte optische Kopfanordnung mit einem Spurensensor versehen, der eine Abweichung eines Strahlenfleckes von der Mitte der Spur 114 erfaßt.

Nachstehend soll die Funktionsweise des Spurensensors näher erläutert werden. Fig. 2 zeigt das Prinzip eines nach dem Gegentaktverfahren arbeitenden Spurensensors. Wenn gemäß Fig. 2(a) ein fokussierter Fleck auf der Mitte der Spur 114 verläuft, wird ein Laserstrahl nahe­ zu halbiert, so daß zwei reflektierte Strahlen 115 re­ sultieren, die wiederum durch die Objektivlinse 107 und die Strahlenabzweigeinrichtung 106 gelangen und ein Bild formen, das symmetrisch in Bezug auf die Mitte des Fotodetektors 109 ist, wie der Darstellung gemäß Fig. 2(c) zu entnehmen ist. Der Fotodetektor 109 ist in zwei Abschnitte 109a und 109b unterteilt, die gleich hin­ sichtlich ihrer charakteristischen Eigenschaften und ihrer Form ausgebildet sind, wie der Darstellung gemäß Fig. 2(c) zu entnehmen ist. Ein Verfahren zur Realisie­ rung gleicher Charakteristiken besteht darin, die wirk­ same Oberfläche des Fotodetektors 109 in zwei symme­ trisch zur Symmetrieachse angeordnete Hälften zu unter­ teilen. Wenn ein fokussierter Fleck in der Mitte eines Pit positioniert ist, bestrahlt der reflektierte Strahl die beiden Abschnitte des Fotodetektors gleich, wie ebenfalls der Fig. 2(c) zu entnehmen ist, so daß die elektrischen Ausgangssignale des Fotodetektors 109 einander gleich sind, wie Fig. 2(e) zeigt. Weicht da­ gegen ein fokussierter Fleck von der Mitte eines Pit ab, so verlaufen die rechten und linken reflektierten Strahlen asymmetrisch, wie Fig. 2(b) zeigt, so daß eben­ falls das Bild auf dem Fotodetektor asymmetrisch ist und die beiden Abschnitte Unterschiede in Bezug auf die Menge des abgestrahlten Lichtes aufweisen, wie Fig. 2(d) zeigt. Wird daher die Differenz der elektrischen Ausgangssignale zwischen den beiden Abschnitten erfaßt, so erhält man eine Charakteristik gemäß Fig. 2(e), in der die Abzissenachse und die Ordinatenachse eine Ab­ weichung des fokussierten Fleckes von der Mitte des Pits bzw. eine Differenz des elektrischen Ausgangssig­ nals repräsentieren.

Für den Fall, daß die mittlere optische Achse des Foto­ detektors 109 selbst von der auftreffenden optischen Achse des oder der Strahlenabzweigeinrichtung 106 ab­ weicht, verschiebt sich das Bild auf dem Fotodetektor ebenfalls, wie Fig. 2(f) zeigt, und die Differenz der elektrischen Ausgangssignale wird gleich dem in Fig. 2(g) dargestellten Kurvenverlauf.

Da die bekannte optische Kopfanordnung gemäß Fig. 1 eine Kombination diskreter Teile wie Linsen, Strahlenab­ zweigeinrichtung und Fotodetektor enthält, ist es beim Zusammenbau erforderlich, einen Feinabgleich der Anord­ nung der Bauteile vorzunehmen, um ihre optischen Achsen genau auszurichten.

Gemäß einem in der DE 33 35 142 A1 beschriebenen und in Fig. 3 dargestellten anderen bekannten Spurfolgesystem ist ein Beugungsgitter 118 zwischen der Kollimatorlinse 105 und einer Strahlablenkeinrichtung 106 sowie eine Sensorlinse 119 zwischen der Strahlenab­ lenkeinrichtung 106 und einem Fotodetektor 109 in der Ergänzung zu den in Fig. 1 dargestellten Bauteilen ange­ ordnet. Der bei diesem Verfahren verwendete Fotodetek­ tor 109 enthält ein erstes oder zentrales Element zur Erfassung eines Strahls nullter Ordnung und zwei Seiten­ elemente, die zu beiden Seiten des ersten oder zen­ tralen Elementes angeordnet sind.

Ein von der Laserstrahlquelle 104 ausgesandter Laser­ strahl wird in einen parallelen Strahl umgewandelt, der wiederum mittels des Beugungsgitters 118 abgelenkt wird.

Bei dieser bekannten Vorrichtung werden üblicherweise insgesamt drei abgelenkte Strahlen - ein Strahl nullter Ordnung hoher Intensität und zwei Strahlen erster Ord­ nung - verwendet. Diese drei Strahlen gelangen durch die Strahlenabzweigeinrichtung 106 und werden mittels der Objektivlinse 107 fokussiert, um drei fokussierte Flecken 114a, 114b und 114c auf der Spur 114 des Auf­ zeichnungsmediums 113 auszubilden.

Die von der Spur 114 reflektierten Strahlen gelangen durch die Objektivlinse 107, werden anschließend mittels der Strahlenabzweigeinrichtung um 90° umge­ lenkt, mittels der Sensorlinse 119 zusammengefaßt und treffen auf den Fotodetektor 109 auf.

Um Informationen akurat in Bezug auf die Spur aufzu­ zeichnen oder wiederzugeben, muß der fokussierte Fleck 114 des Strahls auf der Oberfläche der optischen Scheibe in der Mitte der Spur 114 positioniert, wie dies in Fig. 4 dargestellt ist. Insoweit sind die op­ tischen Kopfanordnungen dieses Typs mit einer Funktion (Spurensensorfunktion) zur Erfassung einer Abweichung des fokussierten Flecks von der Spurenmitte versehen.

Gemäß einem Spurensensorverfahren, das "3-Strahlen-Ver­ fahren" genannt wird und das in Fig. 4 dargestellt ist, wird der fokussierte Fleck 114 des Strahls nullter Ord­ nung auf einer Mittellinie 120 der Spur 114 geführt, während die beiden fokussierten Flecke 114b und 114c der Strahlen erster Ordnung in Bezug auf die Mittel­ linie 120 der Spur 114 verschoben sind.

Die von den drei fokussierten Flecken herrührenden re­ flektierten Strahlen werden jeweils unabhängig vonein­ ander durch die drei Elemente des Fotodetektors 109 er­ faßt. Anschließend werden die Unterschiede zwischen den Ausgangssignalen, die den Lichtmengen der beiden abge­ lenkten Strahlen erster Ordnung unter drei Ausgangssig­ nalen des Fotodetektors 109 mittels des Differenzialver­ stärkers 117 erfaßt, woraus ein in Fig. 2(e) darge­ stelltes Ausganssignal resultiert. Auf diese Weise wird eine Abweichung des fokussierten Flecks des Strahls nullter Ordnung von der Mitte als elektrisches Signal erfaßt.

Die aus einer Zusammensetzung diskreter optischer Teile wie einer Linse und Strahlenabzweigeinrichtung zusammen­ gesetzte bekannte optische Kopfanordnung erfordert die Verwendung eines Feinabgleichmechanismus um die op­ tischen Achsen dieser Teile der Vorrichtung akurat aus­ zurichten. Um insbesondere eine Spurensensorfunktion zu erhalten, ist es erforderlich einen Mechanismus zur Rotation des Beugungsgitters zu verwenden.

Da eine solche Vorrichtung aus diskreten Bauteilen zu­ sammengesetzt ist und einen Feinabgleichmechanismus er­ forderlich macht, ist sie üblicherweise groß und die Kosten für den Zusammenbau der Vorrichtung und den Ab­ gleich sehr hoch.

Es ist Aufgabe der Erfindung, die bekannte Vorrichtung der eingangs genannten Art so zu verbessern, daß eine ein­ fache und genaue Spurverfolgung des fokussierten Strah­ lenfleckes möglich wird, so daß die Vorrichtung zum Auf­ zeichnen von Informationen auf einer optischen Scheibe entlang einer vorbestimmten Spur und zum Abtasten bereits aufgezeichneter Informationen verwendet werden kann.

Diese Aufgabe wird bei der Vorrichtung der eingangs ge­ nannten Art dadurch gelöst, daß das konvergierende opti­ sche Element als Gitterkoppler ausgebildet ist; das Beu­ gungsgitter zwischen der Kollimatorlinse und der Strah­ lenabzweigeinrichtung angeordnet ist und den von der Laserstrahlquelle abgegebenen Lichtstrahl in mehrere parallele Strahlen aufteilt; der Fotodetektor zwei Lichtempfangsflächen aufweist, die in symmetrischen Stellungen zueinander in Bezug auf eine Mittellinie des parallelen Strahles, der durch die Strahlenabzweigein­ richtung umgelenkt wurde, angeordnet sind; und daß das Substrat so angeordnet ist, daß eine gerade Linie, die einem Strahlenfleck folgt, der durch den konvergierenden Gitterkoppler von einem Strahl nullter Ordnung gebildet wird, der wiederum durch die Wirkung des Beugungsgitters und der Mitte der optischen Wirkungsweise des konvergie­ renden Gitterkopplers geformt wird, senkrecht zur Ober­ fläche der optischen Scheibe steht.

Mit Hilfe der Erfindung läßt sich nun auf besonders ein­ fache Weise eine exakte Spurverfolgung des fokussierten Strahlenfleckes erzielen, was sich vorteilhaft auf die automatische Fokussierung des Strahlenfleckes während des Betriebes auswirkt.

Ein wichtiges Merkmal der Erfindung zur Erzielung dieses Effektes besteht darin, daß Beugungsgitter zwischen der Kollimatorlinse und der Strahlenabzweigeinrichtung an­ zuordnen und so auszubilden, daß der von der Laser­ strahlquelle abgegebene Lichtstrahl in mehrere parallele Strahlen aufgeteilt wird, und das Substrat so anzuord­ nen, daß eine gerade Linie, die einem Strahlenfleck folgt, der durch den konvergierenden Gitterkoppler von einem Strahl nullter Ordnung gebildet wird, der wiederum durch die Wirkung des Beugungsgitters und der Mitte der optischen Wirkungsweise des konvergierenden Gitterkopp­ lers geformt wird, senkrecht zur Oberfläche der opti­ schen Scheibe steht. Diese Merkmale sind nämlich zur Erzielung einer einfachen, jedoch exakt arbeitenden Spurverfolgung von wesentlicher Bedeutung, wobei der Fotodetektor erfindungsgemäß nur mit zwei Lichtempfangs­ flächen auskommt. Die Anordnung und Ausbildung des Beu­ gungsgitters derart, daß der von der Laserstrahlquelle abgegebene Lichtstrahl in mehrere parallele Strahlen aufgeteilt wird, ist eine wesentliche Voraussetzung für die erfindungsgemäße Anordnung des Substrates und somit eine wesentliche Voraussetzung zur Erzielung einer ex­ akten Spurverfolgung des fokussierten Strahlenfleckes.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnungen näher er­ läutert.

Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild einer bekannten optischen Kopfanordnung;

Fig. 2 (a) bis 2 (g) zeigen die Beziehungen zwischen einer Spur und dem Strahlenfleck bei einer optischen Kopfanordnung gemäß Fig. 1 sowie die Beziehun­ gen zwischen Strahlenfleckab­ weichungen von der Spur und entsprechen­ de Ausgangssignale;

Fig. 3 ein Blockschaltbild einer anderen bekann­ ten optischen Kopfanordnung;

Fig. 4 zeigt drei auf einer Spur einer op­ tischen Scheibe in der Vorrichtung gemäß Fig. 3 ausgebildeter Strahlenflecke;

Fig. 5 eine perspektivische Ansicht einer op­ tischen Kopfanordnung nach einem Ausfüh­ rungsbeispiel der vorliegenden Erfin­ dung;

Fig. 6(a) bis 6(c) zeigen eine dreidimensionale Anordnung optischer Elemente in der Vorrichtung ge­ mäß Fig. 5 und eine Spur;

Fig. 7 stellt eine perspektivische Ansicht einer optischen Kopfanordnung nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der vor­ liegenden Erfindung dar;

Fig. 8 zeigt einen Querschnitt durch einen in der Vorrichtung gemäß Fig. 7 verwendeten optischen IC;

Fig. 9 zeigt eine perspektivische Ansicht einer optischen Kopfanordnung nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorlie­ genden Erfindung;

Fig. 10 veranschaulicht die Positionierung der Vorrichtung gemäß Fig. 9 in Bezug auf eine optische Scheibe;

Fig. 11(a) und 11(b) veranschaulichen die Beziehung zwischen einem in der Vorrichtung gemäß Fig. 9 verwendeten optischen IC und einer Spur;

Fig. 12 zeigt ein Blockschaltbild einer anderen bekannten optischen Kopfanordnung;

Fig. 13(a) bis 13(f) veranschaulichen die Beziehungen zwischen dem Bewegungspfad eines Strahlenfleckes und den Ausgangssignalen der Vorrichtung gemäß Fig. 12;

Fig. 14 zeigt die Beziehung zwischen der Spur und einem Strahlenfleck;

Fig. 15 veranschaulicht die Kurvenzüge der von dem in der Vorrichtung gemäß Fig. 12 ver­ wendeten Fotodetektor abgegebenen Aus­ gangssignale;

Fig. 16 ist eine graphische Darstellung der Be­ ziehung zwischen dem Betrag der Spurab­ weichung und dem Filterausgang in der Vorrichtung gemäß Fig. 12;

Fig. 17 ist eine graphische Darstellung der Be­ ziehung zwischen dem Betrag der Abwei­ chung und dem Gleichstromausgang in der Vorrichtung gemäß Fig. 12.

In der perspektivischen Darstellung gemäß Fig. 5 be­ zeichnet die Bezugsziffer 10 den Aufbau eines wesent­ lichen Teils einer Kopfanordnung vom optischen IC-Typ, in dem eine Pufferschicht 2 auf einem Substrat 1 durch Oxidation oder Dampfablagerung ausgebildet ist und eine lichtleitende Schicht 3, die einen dielektrischen Dünn­ film enthält, auf der Pufferschicht 2 durch Dampfablage­ rung oder andere geeignete Mittel ausgebildet ist. Darüber hinaus ist eine Kollimatorlinse 5, eine Strahlenabzweigeinrichtung 6 und ein Gitterkoppler 7 des konvergenten Typs, der ungleiche Raumkurven auf­ weist, auf der dielektrischen, lichtleitenden Dünn­ filmschicht 3 mittels eines fotolithographischen Ver­ fahrens, eines Elektronenstrahl-Zeichnungsverfahrens oder eines Ätzverfahrens ausgebildet. Die Bezugsziffer 4 bezeichnet eine Laserdiode zum Einspeisen eines Laser­ strahls in die lichtleitende Schicht 3, während die Be­ zugsziffer 9 einen Fotodetektor bezeichnet, der zwei lichtempfangene Oberflächen aufweist und an ein Ende der optischen Kopfanordnung angefügt ist, so daß er mit seiner Mittellinie auf die Mitte einer auftreffenden optischen Achse ausgerichtet ist. Die Bezugsziffer 8 be­ zeichnet einen Strahl.

Die optische Kopfanordnung dieses Ausführungsbeispieles funktioniert wie folgt.

Ein von der Laserdiode 4, der an ein Ende der Kopfanord­ nung 10 des optischen IC-Typs angefügt ist, gemäß Fig. 5 abgegebener Laserstrahl gelangt durch die lichtleiten­ de Schicht, wird zu einem parallelen Strahl mittels der Kollimatorlinse 5, gelangt durch die Strahlenabzweigein­ richtung 6 und wird von der lichtleitenden Schicht in einen freien Raum abgegeben und konvergiert, um einen Fleck mittels des konvergenten Gitterkopplers 7 zu bil­ den. Fig. 6(a) zeigt die räumliche Anordnung zwischen einer Scheibe 13 und der optischen Kopfanordnung, in der der imittierte und konvergente Strahl 8 einen Fleck auf der Scheibe 13 bildet. Der konvergierte Lichtstrahl wird von der Scheiben- oder Disc-Oberfläche reflek­ tiert. Wenn wie im vorliegenden Fall die Mitte des Strahlenfleckes sich in der Mitte eines Pit 14 be­ findet, wird ein reflektierter Strahl 15 in zwei Strahlen gleicher Intensität unterteilt, wie dies Fig. 6(b) zeigt, wobei die Strahlen auf den konvergierenden Gitterkoppler 7 auftreffen, erneut in die lichtleitende Schicht eintreten und auf die Strahlenabzweigeinrich­ tung 6 auftreffen, dort in Richtung auf den Fotodetek­ tor 9 mittels der Strahlenabzweigeinrichtung 6 umge­ lenkt werden und dann auf die beiden lichtempfangenen Oberflächen des Fotodetektors 9 auftreffen und dort in elektrische Ausgangssignale umgewandelt werden. Wird eine Differenz zwischen den beiden elektrischen Aus­ gangssignalen des Fotodetektors 9 festgestellt, so er­ hält man die gleiche Charakteristik wie die in Fig. 2(e) dargestellte.

Fig. 7 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der vor­ liegenden Erfindung, in der ein Fotodetektor 9 in einem Substrat 1 mittels eines Halbleiterprozesses ausge­ bildet wird. Fig. 8 zeigt einen Querschnitt zur näheren Erläuterung dieses Ausführungsbeispieles. Das Substrat besteht aus einem Halbleitermaterial, d. h. einem P-Typ Silizium-Einkristall. Eine Pufferschicht 2 wird durch Erhitzen beispielsweise in einer Oxidationsatmosphäre gebildet. Der dem Fotodetektor entsprechende Puffer­ schichtabschnitt wird mittels eines fotolitho­ graphischen- und Ätzverfahrens entfernt und an­ schließend eine Störstelle des n-Typs zur Bildung einer n⁺ diffundierten Schicht eindiffundiert. Nach der Anbringung von Elektroden 11 werden die optischen IC- Bauteile wie eine dielektrische, lichtleitende Dünnfilm­ schicht 3 und ein Strahlenablenker 6 ausgebildet. In der so hergestellten optischen Kopfanordnung werden die Kollimatorlinse 5, der Strahlenablenker 6, der konver­ gierende Gitterkoppler 7 und der Fotodetektor 9 mittels eines fotolithographischen Elektronenstrahlzeichnungs- oder Ätzverfahrens ausgebildet. Aus diesem Grunde werden diese Komponenten genau zueinander positioniert und ein Positionsabgleich nach dem Zusammenbau über­ flüssig.

In Fig. 9 ist ein anderes Ausführungsbeispiel der op­ tischen Kopfanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt, in dem die dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 5 entsprechenden Teile mit den gleichen Bezugs­ ziffern versehen sind. In diesem Ausführungsbeispiel ist ein Beugungsgitter 21 zwischen einer Kollimator­ linse 5 und einem Strahlenabzweiger 6 angeordnet, während eine Sensorlinse zwischen dem Beugungsgitter 6 und einem Fotodetektor 9 vorgesehen ist. Der Fotodetek­ tor 9 weist drei Elemente auf, die drei fokussierten Flecken entsprechen, die mit den Bezugsziffern 8a, 8b und 8c bezeichnet sind. Die Ausgänge von zwei Elementen entsprechend den fokussierten Flecken 8b und 8c werden einer Signalverarbeitungsschaltung 24 zugeführt, die einen Differenzverstärker 23 enthält.

Die Integration optischer Komponenten auf einem dielek­ trischen, lichtleitenden Dünnschichtfilm 3 kann in be­ kannter Weise durchgeführt werden.

Fig. 10 zeigt die Zuordnung einer auf diese Weise herge­ stellten optischen Kopfanordnung 10 zu einer optischen Scheibe 13. Wie aus den Fig. 11(a) und 11(b) hervor­ geht, die dieses Verhältnis genauer darstellen, ist die optische Kopfanordnung 10 so angeordnet, daß alle drei fokussierten Flecken 8a, 8b und 8c auf einer geraden Phantomlinie L2 (Fig. 11(b)) angeordnet sind, die sich entlang einer Spur 14 der optischen Scheibe 13 er­ streckt.

Das Substrat 10 wird um einen Winkel α in Bezug auf die aufgezeichneten Informationen enthaltende Oberfläche des Aufzeichnungsmediums 13 gekippt, so daß eine gerade Linie L1 (genauer gesagt eine senkrechte Wellenfront in der Stellung eines fokussierten Fleckes eines Strahls nullter Ordnung) gemäß Fig. 11(a) einem fokussierten Fleck 14a des Strahls nullter Ordnung folgt und die Mitte des konvergierenden Gitterkopplers 9 senkrecht zur mit aufgezeichneten Informationen versehenen Ober­ fläche auf einer Spur 14 steht.

Die fokussierten Flecken 14a, 14b und 14c sind in Bezug auf die Spur 14 gemäß Fig. 11(b) geneigt angeordnet, indem sie um einen Winkel α um die gerade Linie L1 oder eine parallel dazu verlaufende gerade Linie, die nicht näher dargestellt ist, gedreht werden. Auf diese Weise wird ein der Fig. 4 ähnlicher Zustand geschaffen.

Diese Anordnung wird dadurch erzielt, daß eine bekannte Abgleichvorrichtung an das Substrat 10 gefügt wird, wo­ durch der Abgleich geschaffen und der abgeglichene Zu­ stand fixiert wird.

Die nachstehende Beschreibung erläutert die Funktions­ weise dieses Ausführungsbeispieles. Ein von der Laser­ diode 4 abgegebener Lichtstrahl wird mittels der Kolli­ matorlinse 5 parallel ausgerichtet und anschließend mittels des Beugungsgitters 21 in mehrere parallele Strahlen aufgeteilt. Die Strahlen gelangen danach durch den Strahlabzweiger 6 und werden mittels des konvergie­ renden Gitterkopplers 7 zu jeder Strahlenordnung fo­ kussiert, um so fokussierte Flecken 14a, 14b und 14c eines Strahls nullter Ordnung und zweier Strahlen erster Ordnung auf der Spur 14 des Aufzeichnungsmediums zu formen. Zu diesem Zeitpunkt sind Ablenkungs- und Ab­ bildungsfehler der fokussierten Flecken auf ein Minimum beschränkt, da das Substrat 10 des optischen IC, das mit diesen optischen Bauteilen versehen ist, in der oben in Verbindung mit Fig. 11 beschriebenen Weise aus­ gebildet ist.

Eine Abweichung der fokussierenden Flecken 14b und 14c der beiden Strahlen erster Ordnung von der Spur 14 kann vermieden werden da die gerade Linie L1, die dem fo­ kussierten Fleck 14a des Strahles nullter Ordnung folgt und die Mitte des konvergierenden Gitterkopplers 7 senk­ recht vor der Spur verläuft.

Demzufolge kann eine genaue Spurfolge-Sensorfunktion entsprechend der 3-Strahlen-Methode erzielt werden. Die von der Spur 14 reflektierten Lichtstrahlen gelangen durch den konvergierenden Gitterkoppler 7 und werden in Richtung auf die Sensorlinse 22 mittels des Strahlenab­ zweigers 6 umgelenkt. Die Strahlen nullter Ordnung und erster Ordnung, die durch die Linse 22 gelangt sind, treffen auf den Fotodetektor 9 auf und werden dort in elektrische Signale umgewandelt. Bezüglich der Signale, die den Strahlen erster Ordnung entsprechen, wird eine Differenz zwischen diesen Strahlen mittels des Diffe­ renzialverstärkers 23 verstärkt, wie zuvor ausgeführt wurde. Da aber keine Abweichung der fokussierten Flecken von der Spur vorliegt, gibt der Verstärker 23 das in Fig. 2(e) dargestellte Ausgangssignal immer genau ab.

Die vorliegende Erfindung hat sich auch zum Ziel ge­ setzt, eine optische Kopfanordnung zu schaffen, die eine Spurfolge-Sensoreinrichtung aufweist, die auf einem Verfahren beruht, das sich von den oben beschrie­ benen Ausführungsbeispielen unterscheidet.

Fig. 12 veranschaulicht eine schematische Konstruktion eines Spurfolge-Sensorabschnitts einer bereits bekann­ ten optischen Kopfanordnung mit einem Halbleiterlaser 121, einer Kollimatorlinse 122, einem Strahlenabzweiger 123, einem Oszillatorspiegel 124, der leicht Richtung des Pfeiles C schwingt, einem leicht in Richtung des Pfeiles D rotierenden Ablenkspiegel 125, einer Objek­ tivlinse 126, einer optischen Scheibe 127, eine Infor­ mationsspur 128 auf der optischen Scheibe 127. Darüber hinaus bezeichnet die Bezugsziffer 129 einen Fotodetek­ tor, der einen reflektierten Strahl nach dem Lesen der Information von der Informationsspur 128 empfängt und ein der gelesenen Information entsprechendes elek­ trisches Signal abgibt. Die Bezugsziffer 130 bezeichnet einen elektrischen Signalanschluß des Fotodetektors 129, 131 einen Oszillator und 132 einen Tiefpaßfilter, der als Enveloppendetektor dient. Die Bezugsziffer 133 bezeichnet einen Phasendetektor, der die Phase des Aus­ gangssignals des die Scheiben Auslesedaten beschneiden­ den Tiefpaßfilters 132 auf der Basis des Ausgangssig­ nals des Oszillators 131 erfaßt. Die Bezugsziffer 134 bezeichnet ein Tiefpaßfilter, während die Bezugsziffer 135 einen Verstärker bezeichnet, der ein Ausgangssignal des Tiefpaßfilters 134 empfängt und ein Signal zum An­ trieb des Ablenkspielgels 125 in Übereinstimmung mit der Polarität des Ausgangssignal abgibt.

Die bekannte optische Kopfanordnung entsprechend der oben beschrieben Konstruktion arbeitet wie folgt. Ein von dem Halbleiterlaser 121 abgegebener Strahl wird mittels der Kollimatorlinse 122 zu einem parallelen Strahl umgeformt, gelangt durch den Strahlenabzweiger 123 und wird vom oszillierenden Spiegel 124 und dem Ab­ lenkspiegel 125 reflektiert und auf die optische Scheibe 127 mittels der Objektivlinse 126 fokussiert. Die optische Scheibe 127 wird mittels eines nicht näher dargestellten Motors gedreht und der auf die Informa­ tionsspur 157 fokussierte Strahl einer Modulation ent­ sprechend dem auf der Spur aufgezeichneten Informationsinhalt unterzogen und reflektiert. Der reflektierte Strahl gelangt zurück längs des beschriebenen optischen Pfades, passiert die Objektivlinse 126 und wird vom Ablenkspiegel 125 und Oszillatorspiegel 124 reflek­ tiert. Anschließend wird seine Laufrichtung um 90° mittels des Strahlenablenkers 123 umgelenkt und an­ schließend trifft der Strahl auf den Fotodetektor 129 und wird dort in ein elektrisches Signal umgeformt. Dieses elektrische Signal wird als Playback-Signal vom Ausgangsanschluß 130 abgegeben und für verschiedene Zwecke verwendet.

Das am Ausgangsanschluß 130 anstehende elektrische Sig­ nal wird ebenfalls zur Steuerung eines fokussierenden Fleckes des Lesestrahls während des Spurnachlaufs für die Informationsspur 128 verwendet. Fig. 14 zeigt eine partielle Ansicht zur Darstellung, in welchem Zustand der fokussierte Fleck des Lesestrahls auf der optischen Scheibe 127 auftrifft. Wie der Darstellung zu entnehmen ist, befindet sich eine Kette langer und kurzer Pits 137 auf der Spur 128 und ein fokussierter Fleck 136 oszilliert unter dem Einfluß des Oszillationsspiegels 124, der minutiös infolge des Oszillators 131 oszilliert, in einer Richtung senkrecht zur Spur 128, wie in der Figur durch das Bezugszeichen Lt angezeigt ist.

Die Fig. 13(a) bis 13(f) verdeutlichen die Spurnach­ folgesteuerung für die Spur 128 unter Verwendung der Oszillation des fokussierten Flecks 136, von denen die Fig. 13(a) bis 13(c) drei Spuren unterschiedlicher Mitten S des fokussierten Flecks 136 in Bezug auf eine Mittellinie L der Spur 128 zeigen, während die Fig. 14(d) bis 14(f) die Ausgangs-Wellenformen des Tiefpaßfilter 132 entsprechend den in den Fig. 14(a) bis 14(c) dargestellten Fällen zeigen. Die Informationen werden gelesen, während der fokussierte Fleck 136 leicht in einer die Spur 128 schneidenden Richtung oszilliert, wie oben beschrieben wurde, wobei im Ausgangssignal des Fotodetektors 129 über den Tiefpaßfilter 132 die Rich­ tung der Abweichung von der Mittellinie L als Phasenver­ schiebung der Signale 13(d) und 13(f) (bei einer Phasen­ verschiebung von 180° zueinander in Bezug auf den Aus­ gang des Oszillators 131) und die Größe der Abweichung als Signalamplitude gemäß Fig. 13 erfaßt werden kann. Das vom Fotodetektor 129 abgegebene Playback-Signal wird der Fassung durch den Tiefpaßfilter 132 unter­ worfen, der als ein Enveloppendetektor dient, wobei die in den Fig. 13(d) bis 13(f) dargestellten Ausgangssig­ nale erhalten werden. Ist der fokussierte Fleck 136 ge­ mäß der Darstellung in Fig. 13 exakt auf die Mittel­ linie L der Spur 128 mit den Pits 137 ausgerichtet, so entspricht dieser Zustand dem in Fig. 13(b) dargestell­ ten Zustand, so daß das Ausgangssignal eine Komponente doppelter Frequenz der Oszillationsfrequenz des fo­ kussierten Flecks 136 aufweist, nämlich eine Komponente mit doppelter Frequenz der Oszillationsfrequenz des Oszillators 131 (Fig. 13(e)).

Nachstehend soll das Prinzip der Erzeugung des in den Fig. 13(d) bis 13(f) dargestellten Signals mit Bezug auf die Fig. 15 und 16 näher erläutert werden. Fig. 15 zeigt die Ausgangswellenformen, die vom Fotodetektor 129 abgegeben werden, wenn der Strahlenfleck 136 drei Spuren n-1, n und n+1 auf der Scheibe 127 kreuzt, die exzentrisch in einer Richtung mit vorgegebener Geschwin­ digkeit rotiert. Wie dargestellt, enthält das Ausgangs­ signal eine hochfrequente Komponente (die dem auf der Scheibe gespeicherten Informationsignal entspricht), die durch ein "x" gekennzeichnet ist, und eine Hüllkurve, die durch eine strichpunktierte Linie und mit einem "y" gekennzeichnet ist. Die hochfrequente Komponente "x" ist nicht in den Zwischenpunkten "a" und "b" zwischen den Spuren enthalten. Wie aus dieser Figur zu entnehmen ist, erreicht die Amplitude des hochfrequenten Signals "x" ein Maximum, wenn die Mitte des Flecks 136 mit der Spurmitte zusammenfällt. Zu diesem Zeitpunkt nimmt daher die Hüllkurve "y" einen parabolischen Extremwert an. Wird dieses Ausgangssignal aus Fig. 15 durch den Tiefpaßfilter 132 gemäß Fig. 12 zum Entfernen der hochfrequenten Komponente "x" ge­ leitet, so kann das Hüllkurvensignal, wie in Fig. 16 dargestellt ist, herausgefiltert werden. In Fig. 16 repräsentiert der Ursprung 0 die Mitte der Spur n und der Ausgang des Tiefpaßfilters 132 entsprechend der Hüllkurve "y" wird auf der Ordinatenachse aufgetragen. Wird die Zeitspanne der Oszillationsfrequenz des Spiegels 124 unterhalb der Abschneidefrequenz des Tiefpaßfilters 132 angesetzt, so werden die in den Fig. 16(a), (b) und (c) dargestellten Modulationen den Spur­ verfolgungs-Fehlerpunkten A, B und C auferlegt, was dazu führt, daß die Ausgangssignale (d), (e) und (f) dem Ausgang des Tiefpaßfilters 132 überlagert werden.

Bei symmetrischen Spurnachfolge-Fehlerpunkten A und C werden Ausgänge (d) und (f) erhalten, die die ursprüng­ liche Spiegeloszillationsfrequenz und einander entgegen­ gerichtete Phasen aufweisen, während beim Punkt B ent­ sprechend einer Spurübereinstimmung ein Signal (e) er­ halten wird, daß eine Frequenzkomponente mit doppelter Frequenz der Spiegeloszillationsfrequenz aufweist. Diese Signale (d), (e) und (f) entsprechen den zuvor im Zusammenhang mit der Fig. 13 beschriebenen Signalen (d), (e) und (f). Der Ausgang des Tiefpaßfilters, der die oben beschriebene Charakteristik aufweist, wird vom Phasendetektor 133 erfaßt, der eine Multiplikationsfunk­ tion auf der Grundlage des Ausgangs des Oszillators 131 aufweist, und gelangt anschließend durch den Tiefpaßfilter, so daß ein Gleichstromausgangssignal ent­ sprechend der obigen Abweichung erhalten wird.

Fig. 17 ist ein charakteristisches Diagramm für die Be­ ziehung zwischen dem Gleichspannungsausgangssignal D des Tiefpaßfilters 134 zur Abweichung der Oszilla­ tionsmitte S des fokussierten Flecks 136 von der Mitte der Spur 128. Diese Charakteristik ist bekannt für eine gute Linearität in einem brauchbaren Bereich. Wird das Gleichspannungsausgangssignal D mittels des Verstärkers 135 verstärkt und der Ablenkungsspiegel 125 mit nega­ tiver Rückkopplung durch den Ausgang des Verstärkers an­ getrieben, kann der fokussierte Fleck 136 die Spur ent­ lang der Mitte L der Spur 128 nachfolgen.

Claims (5)

1. Optische Kopfanordnung zum Aufzeichnen von Informa­ tionen auf einer optischen Scheibe (13) entlang einer vorbestimmten Spur (14) oder zum Abtasten bereits aufge­ zeichneter Informationen, mit
einem Substrat (1);
einer lichtleitenden, dielektrischen Dünnfilmschicht (3) , die auf dem Substrat (1) ausgebildet ist;
einer Laserstrahlquelle (4) zur Abgabe eines divergie­ renden Laserstrahles (8) in die lichtleitende Schicht (3);
einer Kollimatorlinse (5) zum parallelen Ausrichten des divergierenden Laserstrahles (8);
einem Beugungsgitter (21);
einer Strahlenabzweigeinrichtung (6);
einem konvergierenden optischen Element (7) zum Konver­ gieren des Strahles (8), der durch die Strahlenabzweig­ einrichtung (6) auf die optische Scheibe (13) gelangt, um einen Strahlenfleck zu bilden, und den von der Ober­ fläche der optischen Scheibe (13) reflektierten Strahl in einen parallelen Strahl umzuwandeln, der auf die Strahlenabzweigeinrichtung (6) gerichtet ist; und mit
einem Fotodetektor (9), der in einer Stellung angeordnet ist, in der er den parallelen Strahl empfängt, der diese Stellung erreicht, nachdem er in die Strahlenabzweigein­ richtung (6) vom konvergierenden optischen Element (7) eintritt und dort abgebogen wurde,
wobei die Kollimatorlinse (5), das Beugungsgitter (21), die Strahlenabzweigeinrichtung (6) und das konvergieren­ de optische Element (7) in einer lichtleitenden Schicht (3) eines auf einem Substrat (1) ausgebildeten dielek­ trischen Dünnfilmes enthalten sind;
dadurch gekennzeichnet, daß
das konvergierende optische Element als Gitterkoppler (7) ausgebildet ist;
das Beugungsgitter (21) zwischen der Kollimatorlinse (5) und der Strahlenabzweigeinrichtung (6) angeordnet ist und den von der Laserstrahlquelle (4) abgegebenen Licht­ strahl in mehrere parallele Strahlen aufteilt;
der Fotodetektor (9) zwei Lichtempfangsflächen aufweist, die in symmetrischen Stellungen zueinander in Bezug auf eine Mittellinie des parallelen Strahles, der durch die Strahlenabzweigeinrichtung (6) umgelenkt wurde, angeord­ net sind; und daß
das Substrat (1) so angeordnet ist, daß eine gerade Linie, die einem Strahlenfleck folgt, der durch den konvergierenden Gitterkoppler (7) von einem Strahl null­ ter Ordnung gebildet wird, der wiederum durch die Wir­ kung des Beugungsgitters (21) und der Mitte der opti­ schen Wirkungsweise des konvergierenden Gitterkopplers geformt wird, senkrecht zur Oberfläche der optischen Scheibe (13) steht.

2. Optische Kopfanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat (1) so an­ geordnet ist, daß eine gerade Linie, die einem Strahlenfleck des Strahls nullter Ordnung folgt und durch den konvergierenden Gitterkoppler (7) und Strahlenflecken von zwei Strahlen erster Ordnung ge­ bildet wird, um einen vorbestimmten Winkel zur Spur­ tangente der optischen Scheibe geneigt ist.

3. Optische Kopfanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat (1) aus ei­ nem Halbleiter besteht und daß die lichtleitende Schicht (3) auf dem Substrat (1) über einer Puffer­ schicht (2) ausgebildet ist.

4. Optische Kopfanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat (1) aus ei­ nem p-Typ-Silizium-Einkristall besteht.

5. Optische Kopfanordnung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Pufferschicht (2) aus Siliziumoxid besteht.