DE3546796C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine optische Kopfanordnung zum Aufzeichnen von Informationen auf eine optische Scheibe entlang einer vorbestimmten Spur oder zum Abtasten be­ reits aufgezeichneter Informationen, mit einer Laser­ strahlquelle zur Abgabe eines divergierenden Laser­ strahles; einer Strahlenabzweigeinrichtung; einer zwischen der Laserstrahlquelle und der Strahlenabzweige­ inrichtung angeordneten Kollimatorlinse zum parallelen Ausrichten des divergierenden Laserstrahles; einem kon­ vergierenden optischen Element zum Bündeln des Strahles, der durch die Strahlenabzweigeinrichtung auf die opti­ sche Scheibe gelangt, um einen Strahlenfleck zu bilden und den von der Oberfläche der optischen Scheibe reflek­ tierten Strahl in einen parallelen Strahl umzuwandeln, der auf die Strahlenabzweigeinrichtung gerichtet ist, und mit einer Fotodetektoranordnung, die in Brennpunkt­ stellung der von der Strahlenabzweigeinrichtung kommen­ den Strahlen angeordnet ist, wobei die Kollimatorlinse, die Strahlenabzweigeinrichtung und das konvergierende Element in einer lichtleitenden Schicht eines auf einem Substrat ausgebildeten dielektrischen Dünnfilmes enthal­ ten sind und die Laserstrahlquelle den divergierenden Laserstrahl in die lichtleitende Schicht abgibt.

Die US 44 25 023 beschreibt eine Abtastvorrichtung zum Abtasten eines Films, welche zwar die vorgenannten Merk­ male aufweist, jedoch als optische Kopfanordnung zum Aufzeichnen von Informationen auf einer optischen Schei­ be im wesentlichen ungeeignet ist. Da diese bekannte Vorrichtung aus mehreren diskreten Bauteilen zusammen­ gesetzt ist, besitzt sie eine recht klobige Bauform. Außerdem müssen die diskreten Bauelemente während der Stellung zueinander ausgerichtet und justiert werden, was sich nachteilig auf die Kosten für den Zusammenbau der Vorrichtung auswirkt.

Aus der JP 59-79 441 A ist eine optische Kopfanordnung bekannt, bei welcher ein Gitterkoppler als konvergieren­ des optisches Element verwendet wird und die Fotodetek­ toranordnung aus mehreren Fotodetektoren ausgebildet ist.

In der DE 33 15 220 A1 ist ein optoelektronisches Fokus­ fehlerdetektionssystem beschrieben, bei welchem ein Strahlenteilungs/Konvergenzelement zum Teilen und Bün­ deln eines parallelen Strahles vorgesehen ist. Dieses System ist aufgrund seiner Konstruktion jedoch weder dazu vorgesehen noch in der Lage, als optische Kopfan­ ordnung zum Aufzeichnen von Informationen auf eine opti­ sche Scheibe entlang einer vorbestimmten Spur oder zum Abtasten solcher Informationen verwendet zu werden.

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 Differentialverstärker 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 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 akkurat 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 werden, 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 Differentialver­ 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, die op­ tischen Achsen dieser Teile der Vorrichtung akkurat 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 Größe einer Vorrich­ tung der eingangs genannten Art zu reduzieren und ihren Aufbau zu vereinfachen und dabei so zu modifizieren, daß sie sich in einfacher Weise zum Aufzeichnen von Informa­ tionen auf eine optische Scheibe und zum Abtasten sol­ cher Informationen eignet.

Diese Aufgabe wird bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß das konvergierende optische Element als Gitterkoppler ausgebildet ist; ein Strahlenteilungs/Konvergenzelement zum Teilen und Bündeln des parallelen Strahles vorgesehen ist, der mit­ tels der Strahlenabzweigeinrichtung in zwei konvergie­ rende Strahlen umgelenkt wurde; die Fotodetektoranord­ nung aus zwei Fotodetektoren besteht, die in Brennpunkt­ stellungen der beiden von dem Strahlenteilungs/Konver­ genzelement abgegebenen Strahlen angeordnet sind; das Substrat aus Silizium des n-Typs gebildet ist und die lichtleitende Schicht auf einer SiO₂-Schicht ausgebildet ist, die auf dem Siliziumsubstrat gebildet ist; die Kol­ limatorlinse, die Strahlenabzweigeinrichtung, der Git­ terkoppler und das Strahlenteilungs/Konvergenzelement durch einen SiN-Dünnfilm gebildet und monolithisch in der lichtleitenden Schicht ausgebildet sind; und daß der Fotodetektor monolithisch auf dem Siliziumsubstrat durch Ausbildung einer p-Region auf dem Substrat gebildet ist.

Mit Hilfe der Erfindung konnte in überraschender Weise die Baugröße erheblich reduziert werden. Außerdem läßt sich mit Hilfe des erfindungsgemäßen Aufbaus auf beson­ ders einfache und genaue Weise die Fokussierung und eine Spurverfolgung des Strahlenflecks auf der optischen Scheibe realisieren.

Wesentliche Merkmale der Erfindung bestehen darin,

• - das Substrat aus Silizium des n-Typs zu bilden und die lichtleitende Schicht aus einer SiO₂-Schicht auszubilden, die auf dem Siliziumsubstrat gebildet ist,
• - eine Kollimatorlinse, eine Strahlenabzweigeinrich­ tung, einen Gitterkoppler und ein Strahlentei­ lungs/Konvergenzelement durch einen SiN-Dünnfilm zu bilden und monolithisch in der lichtleitenden Schicht auszubilden und
• - den Fotodetektor monolithisch auf dem Siliziumsub­ strat durch Ausbildung einer p-Region auf dem Sub­ strat zu bilden.

Gerade diese Merkmale tragen insbesondere zu einer er­ heblichen Reduzierung der Größe der Vorrichtung bei, wodurch die Verwendung als optische Kopfanordnung zum Aufzeichnen von Informationen auf einer optischen Schei­ be und zum Abtasten dieser aufgezeichneten Informationen in besonders einfacher Weise erst möglich wird.

Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnungen näher be­ schrieben.

Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild einer bekann­ ten optischen Kopfanordnung;

Fig. 2(a) bis 2(g) zeigen die Beziehungen zwischen einer Spur und dem Strahlenfleck bei einer op­ tischen Kopfanordnung gemäß Fig. 1 sowie die Beziehungen 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(a) zeigt eine bekannte optische Kopfanord­ nung mit sowohl einer Spurverfolgungs- als auch einer automatischen Fokussie­ rungseinrichtung und

Fig. 5(b) und 5(c) zeigen einen Querschnitt bzw. eine Draufsicht auf einen Strahlenfleck in Be­ zug auf eine Spur;

Fig. 6(a) bis 6(c) zeigen verschiedene optische Pfade im fokussierten und nichtfokussierten Zu­ stand bei der Vorrichtung gemäß Fig. 21(a);

Fig. 7 eine graphische Darstellung der Bezie­ hung zwischen der Fokussierungsstellung und dem Ausgang S_f gemäß Fig. 5 (a);

Fig. 8(a) bis 8(c) veranschaulichen die Beziehungen zwischen der Positionierung des Strahlen­ fleckes in Bezug auf die Spur und die daraus resultierenden elektrischen Aus­ gangssignale;

Fig. 9 zeigt eine graphische Darstellung der Be­ ziehung zwischen dem Betrag des Spuren­ nachlauffehlers und dem Ausgangssignal S_t;

Fig. 10(a) zeigt eine optische Kopfanordnung, die sowohl eine Spurfolgefunktion als auch eine automatische Fokussierungsfunktion gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung aufweist und

Fig. 10(b) veranschaulicht die Vorrichtung gemäß Fig. 10(a) in ihren Einzelheiten;

Fig. 11(a) bis 11(c) zeigen die Wechsel in der Strahlenposi­ tionierung auf zwei Lichtempfangsflächen eines Fotodetektors in Bezug auf die Ab­ weichungen von der Fokusposition; und

Fig. 12(a) zeigt eine Abwandlung der optischen Kopf­ anordnung gemäß Fig. 10(a), während

Fig. 12(b) einen Querschnitt durch einen Teil des in der Vorrichtung gemäß Fig. 12 (a) verwendeten Substrats zeigt.

Ein optischer Sensor ist gemäß Fig. 5 aufge­ baut. Fig. 21(a), (b) und (c) zeigt einen Halbleiter­ laser 151, einen vom Halbleiterlaser 151 abgegebenen Strahl 152, einen Strahlenabzweiger 153 zum Abtrennen eines reflektierten Strahles 156 von einem abgegebenen Strahl 155 an seiner Reflexionsoberfläche 154, eine Kollimatorlinse 157 zum Überführen des abgegebenen Strahls 155 in einen parallelen Strahl 158, eine Objek­ tivlinse 159 zum Bündeln des parallelen Strahls 158 zu einem Strahlenfleck 162 auf einer Informationsoberfläche der optischen Fläche 160, ein Pit 163 als Infor­ mationseinheit, die auf der Informationsoberfläche 161 ausgebildet ist, wobei das Pit 163 beispielsweise 0.4 bis 0.5 µm breit, 2 bis 4 µm lang und ungefähr 0,1 µm tief ist. Eine Informationsspur 164 setzt sich aus mehreren in Reihe zueinander angeordneten Pits 163 zu­ sammen. Eine Fokussierungs-Betätigungseinrichtung 165 bewegt die Objektivlinse 159 in einer Richtung y senk­ recht zur Informationsoberfläche, um die Brennpunkt­ stellung der Objektivlinse in Übereinstimmung mit der Informationsoberfläche 161 zu bringen (dieser Zustand wird nachstehend als "Brennpunktstellung" bezeichnet) in Abhängigkeit von einem Signal (das nachstehend als Fokussierungsabweichungssignal bezeichnet wird), das eine Abweichung der Informationsoberfläche 161 von der Brennpunktstellung der Objektivlinse angibt. Mit der Be­ zugsziffer 166 ist ein Keilprisma zum Teilen des reflek­ tierten Strahles 156 in zwei Strahlen 167 und 168 be­ zeichnet, während die Bezugsziffer 169 einen Fotodetek­ tor bezeichnet, der zwei Teil-Fotodetektoren 169a und 169b enthält, die aus zwei Elementen D₁, D₂ und zwei Elementen D₃, D₄ zusammengesetzt sind, wobei der Ab­ stand den Elementen D₁ und D₂ und der zwischen den Ele­ menten D₃ und D₄ jeweils 5 bis 10 µm beträgt. Die Be­ zugszeichen A₁, A₂, A₃ und A₄ bezeichnen Ausgänge der vier Elemente D₁, D₂, D₃ und D₄ des Fotodetektors 169.

Mit der Bezugsziffer 170 ist ein Differentialverstärker zur Berechnung der Differenz A₁-A₂ bezeichnet, die Be­ zugsziffer 171 bezeichnet einen Differentialverstärker zur Berechnung der Differenz A₄-A₃, die Bezugsziffer 172 einen Addierer zum Addieren der Ausgangssignale der Differentialverstärker 170 und 171 und zur Abgabe eines Fokussier-Abweichungssignals ((A₁+ A₄)-(A₂+ A₃)) und das Bezugszeichen S_f repräsentiert ein Signal, das proportional zum Betrag der Fokussierungsabweichung ist, das am Ausgang des Addierers 172 ansteht. Mit diesem Signal wird die Fokussierungs-Betätigungsein­ richtung 165 gesteuert, so daß die Informationsoberfläche 161 sich stets in der Brennpunktstellung der Ob­ jektivlinse 159 befindet. Die Bezugsziffer 173 bezeich­ net einen Addierer zur Berechnung von (A₁+ A₂) und die Bezugsziffer 175 einen Differentialverstärker zur differentiellen Verstärkung der Ausgänge der Addierer 173 und 174 zur Abgabe eines Signals (das nachstehend als "Spurnachführ-Abweichungssignal" bezeichnet wird) ((A₁+ A₂)-(A₃+ A₄)), das eine Abweichung zwischen der Informationsspur 164 und dem Strahlenfleck 162 an­ gibt. Die Bezugsziffer 176 bezeichnet eine Spurnachführ- Betätigungseinrichtung zur Bewegung des gesamten optischen Wiedergabesystems in einer Richtung X senk­ recht zur Spur, während S_t ein Spurnachführ-Abweichungs­ signal entsprechend dem Ausgang des Differentialver­ stärkers 175 bezeichnet. Dieses Signal wird dazu ver­ wendet, die Spurnachführ-Betätigungsvorrichtung 176 so zu steuern, daß der Strahlenfleck 162 kontinuierlich auf die Informationsspur 164 gerichtet.

Mit der Bezugsziffer 177 ist ein Addierer zum Addieren der Ausgangssignale der Addierer 173 und 174 be­ zeichnet, weil sein Ausgang S_i ein elektrisches Signal ist, das durch die Wiedergewinnung einer Information auf der optischen Scheibe 160 erzielt wird. Bei einer Informationsverarbeitung des Signals S_i kann ein ge­ wünschtes TV-Signal oder Audiosignal erhalten werden. Die Bezugsziffer 178 bezeichnet einen Motor zum Rotieren der Scheibe 160 und die Bezugsziffer 179 eine elektronische Signalverarbeitungsschaltung Gewinnung der oben bezeichneten Signale S_f, S_t und S_i.

Nachstehend soll die Funktionsweise der oben beschrie­ benen optischen Kopfanordnung näher erläutert werden. Der vom Halbleiterlaser 151 abgegebene Strahl 152 wird auf die Informationsspur 164 auf der optischen Scheibe 160 gebündelt. Der reflektierte Strahl, der die auf der Spur 164 vorliegende Information repräsentiert, wird er­ neut mittels der Objektivlinse 159 kollimiert und an­ schließend zu einem konvergenten, reflektierenden Strahl 156 über die Kollimatorlinse 157 geformt und in zwei Strahlen 167 und 168 mittels des Keilprismas 166 aufgeteilt.

In den fokussierten Flecken der Strahlen 167 und 168 sind die Fotodetektoren 169a bzw. 169b angeordnet, bei denen es sich um Fotodetektoren des zweigeteilten Typs handelt. Die Signale S_f, S_t und S_i werden auf der Grund­ lage der Ausgangssignale der Fotodetektoren 169a und 169b gewonnen und die Fokussierungs-Betätigungseinrich­ tung 165 und die Spurnachführ-Betätigungseinrichtung 176 werden entsprechend den Signalen S_f und S_t ange­ steuert, die als Korrektursignale dienen, so daß Korrek­ turen von Fokussierungsabweichungen und Spurnachführab­ weichungen durchgeführt werden können.

Die optische Scheibe 160 unterliegt einer positionellen Abweichung (typischerweise 300 bis 500 µm) in y-Rich­ tung, wenn sie mittels des Motors 178 gedreht wird. Andererseits ist der durch die Objektivlinse 159 ge­ formte Strahlenfleck 162 1 bis 2 µm groß und die Brenn­ punkttiefe liegt in der Größenordnung von 1 bis 2 µm, so daß eine Fokussierungsabweichung mit der Drehung der Scheibe auftritt. Die daraus resultierenden Fokussie­ rungsabweichungen ebenso wie die Spurnachführ-Fehler bzw. Abweichungen werden in der folgenden Weise korri­ giert.

Fig. 6 zeigt Strahlen, die auf die in der Nähe der Ob­ jektivlinse 159 angeordneten Fotodetektoren 169a und 169b in dem Fall auftreffen, wo die Informationsober­ fläche 161 der Scheibe 160 sich in der Brennpunktstel­ lung (Fig. 6(b)) und in den Fällen, wo die Informa­ tionsoberfläche nach vorne oder nach hinten von der Brennpunktstellung abweicht (Fig. 6 (a) und (c)). Be­ findet sich die Informationsoberfläche 161 der Scheibe 160 in der Brennpunktstellung, verlaufen die auf den an einem Konvergenzpunkt der reflektierten Strahlen ange­ ordneten Fotodetektor auftreffenden Strahlen, wie in Fig. 6(b) dargestellt ist. In diesem Fall sind die Fotodetektoren 169a und 169b so angeordnet, daß die auf D₁ und D₂ auftreffenden Strahlen sowie die auf D₃ und D₄ auftreffenden Strahlen eine gleiche Intensität auf­ weisen. Wenn dagegen die Informationsoberfläche 161 auf der Scheibe 160 nach vorne oder nach hinten von der Brennpunktstellung abweicht, verhalten sich die auf die Fotodetektoren 169a und 169b auftreffenden Strahlen, wie in den Fig. 6 (a) und (c) dargestellt ist. Demzu­ folge wird das Ausgangssignal S_f des Addierers 172, wie in Fig. 7 dargestellt ist, in Bezug auf eine Fokussie­ rungabweichung, so daß das Ausgangssignal S_f der Fokus­ sierungs-Betätigungseinrichtung 165 in der Weise ange­ steuert werden kann, daß die Fokussierungs-Abweichung der Objektivlinse kontinuierlich verändert werden kann, was an sich bekannt ist.

Die Mitte der optischen Scheibe 160 ist in vielen Fällen nicht koinzident mit der Rotationsmitte aufgrund von Montagefehlern o. dgl., was zu einer Spurnachführ- Abweichung bei der Rotation der Scheibe führt. Die Fig. 8 (a), (b) und (c) zeigen reflektierte Strahlenintensi­ täten in Stellung unmittelbar nach dem Keilprisma 166 in dem Fall, wo der Strahlenfleck nahe dem Fokus der Ob­ jektivlinse sich auf der Mitte der Informationsspur 164 (Fig. 8a (a)) befindet, und ebenfalls in den Fällen, wo er von der Spurmitte (Fig. 8 (b) und (c)) abweicht. Befindet sich der Strahlenfleck 162 auf der Mitte der Spur 164 wie in Fig. 8 (a) dargestellt ist (was nach­ stehend als "Auf-Spur-Zustand" bezeichnet wird), so ver­ läuft die Strahlenverteilung unmittelbar nach dem Keil­ prisma 166 symmetrisch in Querrichtung, dabei die zwei­ geteilten Fotodetektoren 169a und 169b kreuzend. Wird dagegen der Strahlenfleck 162 in Positionen gebildet, die von der Mitte der Spur 164 abweichen, wie dies in den Fig. 8(b) und (c) dargestellt ist, so verläuft die Strahlenverteilung unmittelbar nach dem Keilprisma 166 asymmetrisch in Querrichtung und die Strahlenverteilung in Querrichtung weicht in Abhängigkeit davon ab, in welcher Richtung der Strahlenfleck 162 von der Spur 164 abweicht. Demzufolge variiert das Ausgangssignal S_t des Differentialverstärkers 175 wie in Fig. 9 dargestellt ist, entsprechend den Abweichungen (die nachstehend als "Spurnachführ-Abweichung" bezeichnet werden) des Strahlenflecks 162 von der Spur 164, so daß mit diesem Ausgangssignal S_t die Spurnachführ-Betätigungseinrich­ tung 176 so gesteuert werden kann, daß der Strahlen­ fleck 162 in dem "Aufspur-Zustand" wie bekannt ist, ge­ halten werden kann.

Das in der oben beschriebenen Weise aufgebaute konven­ tionelle optische Informations-Aufzeichnungs- und -Wiedergabesystem macht die Verwendung eines optischen Systems erforderlich, das mehrere optische Komponenten wie Linsen enthält, um die Funktionen der Lichtbünde­ lung, Auf-Spur-Erfassung und Spurnachführ-Erfassung durchführen zu können, wobei es nicht leicht ist, dieses optische System abzugleichen.

Beim Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind die op­ tischen Komponenten monolithisch auf einem einzelnen Sub­ strat ausgebildet, wobei ein Lichtbündelungsmecha­ nismus, ein Signalerfassungsmechanismus, ein Fokussen­ sor und ein Spurnachführsensor ausgebildet sind, so daß auf diese Weise ein Abgleich des optischen Systems nicht erforderlich ist und eine bemerkenswerte Verringe­ rung der Anzahl optischer Teile erzielt werden kann.

In den Fig. 10(a) und (b) ist ein weiteres Ausführungs­ beispiel der vorliegenden Erfindung dargestellt, in dem ebenfalls Teile, die mit den in Fig. 5 dargestellten Teilen übereinstimmen, mit den gleichen Bezugsziffern bezeichnet sind. Die Bezugsziffer 60 bezeichnet ein Silizium (Si)-Substrat, 61 einen SiO₂-Film mit einer Dicke von 1 bis 2 µm, der auf dem Silizium-Substrat aus­ gebildet ist, und 62 eine lichtleitende Dünnfilmschicht mit einer Dicke von 0,5 bis 2 µm, die auf dem SiO₂-Film ausgebildet ist. Die lichtleitende Schicht kann beispielsweise aus einem Glas #7059 der Firma Corning Glass Works hergestellt werden. Mit der lichtleitenden Schicht 62 ist ein Halbleiterlaser 59 gekoppelt, so daß der von ihm abgegebene Strahl auf denselben Pfad auf­ trifft und sich durch den Dünnfilm fortpflanzt. Die Be­ zugsziffer 63 bezeichnet einen von dem Halbleiterlaser 59 in den lichtleitenden Pfad injizierten Streustrahl. Die Bezugsziffer 64 bezeichnet ein gitterähnliches Kollimatorelement zum Kollimieren des Streustrahles 63 in einen parallelen Strahl 65, wobei das Kollimatorele­ ment 64 einen 0.01-0.2 µm dicken SiN-Film enthält. Weiterhin bezeichnet die Bezugsziffer 66 ein gitterähn­ liches Strahl-Aufteilungselement zum Abtrennen eines re­ flektierten Strahls 68 nach dem Ablesen von auf der Scheibe 160 gespeicherten Information von dem Strahl 67, der auf die Scheibe 160 gerichtet ist, wobei das Strahlen-Ableitungselement 66 einen 0.01-0.2 µm dicken SiN-Film enthält. Die Bezugsziffer 69 bezeichnet einen Gitterkoppler des konvergenten Typs zum Bündeln des abgestrahlten Strahles 67 zu einem Strahlenfleck 162, wobei der Gitterkoppler 69 ebenfalls einen 0.01 bis 0.2 µm dicken SiN-Film enthält. Die Bezugsziffer 70 bezeichnet ein Teilungs/Konvergenzelement des Gitter­ typs zum Teilen des reflektierten Strahles 48 in zwei Strahlen und Bündeln der beiden Strahlen zu getrennten Flecken, wobei das Strahlenteilungs/Konvergenzelement 70 einen 0.01 bis. 0.2 µm dicken SiN-Film enthält.

Bei der oben beschriebenen optischen Kopfanordnung wird das vom Halbleiter 59 ausgehende Licht als divergieren­ der Strahl 63 imitiert, der anschließend zum parallelen Strahl 65 durch das Kollimatorelement 64 umgeformt wird. Der parallele Strahl 65 gelangt durch das Strahlenabzweigelement 66 und wird zu einem Belichtungs­ strahl 67, der wiederum zum Strahlenfleck 162 mittels des Gitterkopplers 69 gebündelt wird.

Der reflektierte Strahl wird nach dem Lesen der Informa­ tion von der Informationsoberfläche 161 erneut zu einem parallelen Strahl mittels des Gitterkopplers 69 und pflanzt sich durch die lichtleitende Schicht 62 fort und wird anschließend vom Strahl 65 mittels des Strahlenabzweigelementes 66 getrennt und zum reflek­ tierten Strahl 68. Der reflektierte Strahl 68 wird ge­ teilt und in zwei Strahlen 71a und 71b mittels des Strahlenteilungs/Konvergenzelementes 70 geteilt und ge­ bündelt, wobei die Strahlen auf die Fotodetektoren 169a und 169b auftreffen. Die Fotodetektoren 169a und 169b sind in fokussierten Stellungen der Strahlen 71a und 71b angeordnet, wenn die Informationsoberfläche 161 mit der Brennpunktstellung des Gitterkopplers 69 überein­ stimmt, so daß die Intensität des auf die Erfassungsele­ mente D₁ und D₂ auftreffenden Strahls und die des auf die Erfassungselemente D₃ und D₄ auftreffenden Strahles zueinander gleich ist.

Aufgrund von Abweichungen von der Brennpunktstellung des Konvergenzelementes 69 variieren die auf die Foto­ detektoren auftreffenden Strahlen in ihrer Form insoweit als sie in Richtung der Teilungslinie der Fotodetek­ toren 169a und 169b gemäß den Fig. 11(a) bis (c) zer­ kleinert sind. Die Fig. 11(a) bis (c) verdeutlichen den Fall, wo die Informationsoberfläche näher als die Brenn­ punktstellung herangekommen ist, den Fall, wo sie sich in der Brennpunktstellung befindet und den Fall, wo sie sich von der Brennpunktstellung wegbewegt. Wie bei der bekannten Vorrichtung variiert das Ausgangssignal S_f entsprechend der Fokussierungsabweichung, wie in Fig. 6 dargestellt ist und macht es möglich, daraus eine Fokussierungssteuerung abzuleiten.

Von dem Ausgangssignal S_f kann die Sensorcharakteristik gemäß Fig. 9 auf der Grundlage eines ähnlichen Prin­ zips wie das in Zusammenhang mit der bekannten Vorrich­ tung beschriebene gewonnen werden. Das Kollimatorele­ ment 64, das Strahlenaufteilungselement 66, der Gitter­ koppler 69 und das Strahlenteilungs/Konvergenzelement 70 können beispielsweise durch Ausbildung eines dünnen SiN-Filmes auf dem Glas 62 mittels CDV (Chemical Vapour Deposition, chemische Dampfablagerung), unter Anwendung einer Elektronenstrahl-Ätzbeschichtung gebildet werden, indem er einem Elektronenstrahl ausgesetzt wird, so daß elektronenstrahlwiderstehende Flächen auf den Ab­ schnitten der oben beschriebenen optischen Elemente ver­ bleiben, woraufhin die anderen, nicht den optischen Ele­ mentabschnitten entsprechende Abschnitte des SiN-Filmes einer Plasmaätzung ausgesetzt werden.

Obwohl in den vorstehend beschriebenen Ausführungs­ beispielen die Fotodetektoren an einer Endfläche der lichtleitenden Dünnfilmschicht angeordnet sind, können die Fotodetektoren 81a und 81b monolithisch ausgebildet werden, indem Verunreinigung bzw. Dotierungen auf einem n-Typ Silizium-Substrat 80 diffundiert werden, so daß auf diese Weise eine P-Schicht gebildet wird, wie den Fig. 12(a) und (b) zu entnehmen. Darüber hinaus kann, obwohl in den vorstehenden Ausführungsbeispielen die optische Kopfanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung für ein System zur Wiedergabe von Informationen auf einer Scheibe angewendet wurde, die optische Kopfanord­ nung ebenfalls für ein Informationsaufzeichnungssystem verwendet werden, indem ein Hochleistungs-Halbleiter­ laser, der mit einem Informationsaufzeichnungssignal mo­ duliert ist auf einen auf einer Scheibe durch Dampfabla­ gerung von beispielsweise TeO₂ ausgebildeten Dünnfilm gestrahlt wird.

Claims (1)

1. Optische Kopfanordnung zum Aufzeichnen von Informa­ tionen auf eine optische Scheibe (160) entlang einer vorbestimmten Spur oder zum Abtasten bereits aufgezeich­ neter Informationen, mit
   einer Laserstrahlquelle (59) zur Abgabe eines divergie­ renden Laserstrahles (63);
   einer Strahlenabzweigeinrichtung (66);
   einer zwischen der Laserstrahlquelle (59) und der Strah­ lenabzweigeinrichtung (66) angeordneten Kollimatorlinse (64) zum parallelen Ausrichten des divergierenden Laser­ strahles (63);
   einem konvergierenden optischen Element (69) zum Bündeln des Strahles (67), der durch die Strahlenabzweigeinrich­ tung (66) auf die optische Scheibe (160) gelangt, um einen Strahlenfleck (162) zu bilden und den von der Oberfläche (161) der optischen Scheibe (160) reflektierten Strahl in einen parallelen Strahl (67) umzuwandeln, der auf die Strahlenabzweigeinrichtung (66) gerichtet ist; und mit
   einer Fotodetektoranordnung (81a, b), die in Brennpunkt­ stellung der von der Strahlenabzweigeinrichtung (66) kommenden Strahlen (71a, b) angeordnet ist,
   wobei die Kollimatorlinse (64), die Strahlenabzweig­ einrichtung (66) und das konvergierende Element (69) in einer lichtleitenden Schicht (62) eines auf einem Sub­ strat (60) ausgebildeten dielektrischen Dünnfilmes ent­ halten sind und die Laserstrahlquelle (59) den diver­ gierenden Laserstrahl (63) in die lichtleitende Schicht (62) abgibt;
   dadurch gekennzeichnet, daß das konvergierende optische Element als Gitterkoppler (69) ausgebildet ist;
   ein Strahlenteilungs/Konvergenzelement (70) zum Teilen und Bündeln des parallelen Strahles (68) vorgesehen ist, der mittels der Strahlenabzweigeinrichtung (66) in zwei konvergierende Strahlen (71a, b) umgelenkt wurde;
   die Fotodetektoranordnung aus zwei Fotodetektoren (81a, b) besteht, die in Brennpunktstellungen der beiden von dem Strahlenteilungs/Konvergenzelement (70) abgegebenen Strahlen (71a, b) angeordnet sind;
   das Substrat (60) aus Silizium des n-Typs gebildet ist und die lichtleitende Schicht (62) auf einer SiO₂- Schicht ausgebildet ist, die auf dem Siliziumsubstrat (60) gebildet ist;
   die Kollimatorlinse (64), die Strahlenabzweigeinrichtung (66), der Gitterkoppler (69) und das Strahlenteilungs/ Konvergenzelement (70) durch einen SiN-Dünnfilm gebildet und monolithisch in der lichtleitenden Schicht (62) aus­ gebildet sind; und daß
   der Fotodetektor (81a, b) monolithisch auf dem Silizium­ substrat (60) durch Ausbildung einer p-Region auf dem Substrat (60) gebildet ist.