DE2208379C3 - Optisch abtastbarer Aufzeichnungsträger und Vorrichtung zum Detektieren der in ihm gespeicherten Information sowie Herstellungsverfahren für den Aufzeichnungsträger N.V. Philips' Gloeilampenfabrieken, Eindhoven (Niederlande) - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen otpisch abtastbaren Aufzeichnungsträger mit einer spiralförmigen Struktur, in der Schall- und/oder Bildinformationssignale gespeichert sind, bei dem die Struktur aus ersten Gebieten, z. B. Blöckchen, veränderlicher Länge aufgebaut ist, die in einer ersten Ebene liegen und die durch zweite Gebiete veränderlicher Länge, z. B. Vertiefun-

45 gen, voneinander getrennt sind, wobei die ersten und die zweiten Gebiete derart ausgebildet sind, daß die in einem auffallenden Lichtstrahlenbündel nach Wechselwirkung mit der Struktur bewirkte Modulation mittels eines strahlungsempfindlichen Detektorsystems demo-6. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekenn- 50 dulierbar ist.

zeichnet, daß das Strahlungsbündel von einer Ein Träger und eine Vorrichtung der oben erwähnten

Art sind bekannt. Der bekannte Träger weist eine Spiralrille auf, deren Boden ein wellenförmiges Profi besitzt. Obwohl bei der Reproduktion des bekannter

55 Trägers die übliche Schallplattentechnik verwendei wird, ist der Vorgang zur Herstellung des ersten Träger« aufwendig und nimmt viel Zeit in Anspruch. Die Information ist ja in Form vor Rillen gespeichert, die nui mit Hilfe mechanischer Bearbeitungsmaschinen gebil 9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 8, 60 det werden können. Beim Detektieren der in den dadurch gekennzeichnet, daß das auf den Träger bekannten Träger gespeicherten Information spielt dei

Winkel, den die Oberfläche der wellenförmigen Rillet mit der Fläche des Trägers einschließt, eine wesentliche Rolle. Außerdem sind die Dämme zwischen der

f>5 aufeinanderfolgenden Spuren beim Verfolgen eine Spur von wesentlicher Bedeutung. Dies macht e notwendig, daß ein verwickeltes dreidimensionale Profil auf dem Träger angebracht wird.

Gasentladungsröhre herrührt.

7. Vorrichtung nach Anspruch 4,5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Detektionssystem einen Photovervielfacher enthält.

8. Vorrichtung nach Anspruch 4, 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Detektionssystem einen Feststoffdetektor, ζ. Β. einen Siliciumdetektor, enthält.

einfallende Strahlungsbündel eine geringe Apertur aufweist und daß die an dem Träger gestreute oder diffraktierte Strahlung zu dem Detektor geführt wird.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß am der Stelle des Trägers eine punktförmigc Abbildung erzeugt wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Träger zu schaffen, der in einfacher Weise mit hoher Genauigkeit und schnell hergestellt werden kann und der bei der Abtastung ein stark durchmoduliertes Strahlungsbündei liefert, so daß er sich auch für die Anwendung in Heimgeräten put eignet.

Der erfindungsgemäße Aufzeichnungsträger ist dadurch gekennzeichnet, daß die Signale die Frequenzoder Phasenmodulation darstellen einer Schwingung, die die Längen und die Abstände der ersten und zweiten Gebiete bedingt, und daß die zweiten Gebiete, die wie die ersten Gebiete Abmessungen in der Größenordnung der Wellenlänge des Abtastlichtes haben, die gleichen Reflexions- oder Durehlässigkeitskoeffizienten aufweisen wie die ersten Gebiete und in einer zweiten Ebene liegen, die gegenüber der ersten Ebene einen Abstand hat, der etwa eine Viertelwellenlänge bei Abtastung mit reflektierter Strahlung oder etwa eine Wellenlänge bei Abtastung mit durchgelassener Strahlung beträgt.

Das bei der Abtastung des Aufzeichnungsträgers modulierte Strahlungsbündcl wird einem .strahlungsempfindlichen Detektionssystem zugeführt. Die Wiederholung charakteristischer Weric des in dem Detektionssystems erzeugten Signals, z. U. die Wiederholung der Nulldurchgänge des Wcchselspannungsanteils des Signals, wird delektiert. Änderungen der Starke der Lichtquelle und der Fokussierung sowie Änderungen der Eigenschaften des photographischen Materials beeinflussen die Zeitabständc zwischen diesen NuIldiirchgängcn nicht.

Ein Träger nach der Erfindung weist ein scheinbar zweidimensionalcs Profil auf. Er kann durch photographischc Verfahren und durch Ätzverfahren hergestellt werden, was verhältnismäßig einfach und schnell erfolgen kann.

Zur Speicherung von Information in form frequcnzmoduliertcr Signale ist es besonders vorteilhaft, wenn die erste und die zweite Ebene einen konstanten gegenseitigen Abstand aufweisen. Eine derartige Struktur läßt sich leicht durch Ätzvorgänge herstellen. Außerdem läßt sich das gespeicherte Signal auf verhältnismäßig einfache Weise detektieren. Eine derartige rechleckförmige Struktur kann optisch als eine Phasenstruktur betrachtet werden, die durch an sich bekannte optische Hilfsmittel ausgelesen werden kann.

Es leuchtet ein, daß die Übergänge zwischen aufeinanderfolgenden Blöckchen und Gebieten sowohl in Richtung der Spur als auch in Achsenrichtung des Trägers schroff oder fließend sein können.

Zum Schutz des mit Information versehenen Trägers kann der Träger auf der mit Information versehenen Seite mit einer Schutzschicht überzogen werden.

Der Vollständigkeit halber sei bemerkt, daß es aus der DT-AS 11 85 233 an sich bekannt ist, die Oberfläche einer Folie mäanderförmig zu verformen und aus dem durch Brechung und Beugung beeinflußten Abtastlicht die gespeicherte Information, z. B. mittels eines Phasenkontrastverfahren, im durchgehenden bzw. im reflektierten Licht wieder zu gewinnen. Dort ist jedoch nichts über die für Schall- und/oder Bildinfoimalionss, gnale zweckmäßig zu wählende Modulationsart und über die Tiefe der Stufe angegeben, wie sie für eine maximale Beeinflussung des Abtastlichtes und damit für optimale Wiedergabe der gespeicherten Signale /11 wählen ist. Dort wird offenbar die Information auf thermoplastischem Material, also durch Erhitzen, angebracht: Dann ist selbstverständlich eine exakte Bemessung des Abstandes zwischen zwei Ebenen gar nicht möglich.

Nach einer Ausführungsform der Erfindung enthält eine Vorrichtung zürn Detektieren der in dem Träger s gespeicherten Information einen Detektor, der die Phasenmodulation des Lichtes auswertet, die in einem mit der aus Blöckchen bestehenden Struktur in Wechselwirkung tretenden Strahlungsbündel bewirkt wird. Insbesondere kann das Strahlungsbündel, das die

!υ in dem Träger gespeicherte Information abgetastet hat, in zwei Teilbündel gespaltet werden, die über einen kleinen Abstand gegeneinander verschoben sind.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung kann eine Vorrichtung ein Element enthalten, das zwischen

is den an der Struktur durch Beugung gebildeten Teilbündeln einen Phasenunterschied herbeiführt.

Die Erfindung wird nachstehend beispielsweise an Hand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt
Fig. 1, bestehend aus Fig. la und Fig. Ib, einen

in Träger nach der Erfindung, und

F i g. 2, 3,4, 5 und 6 Vorrichtungen nach der Erfindung zum Detektieren der im Träger nach F i g. ! gespeicherten Information.

In Fig. la ist ein Teil eines Trägers I in Draufsicht

2s dargestellt. Der Träger I enthält eine spiralförmige Struktur mit einer Vielzahl scheinbar konzentrischer Spuren. Diese Spuren können auch konzentrisch sein, wie in F i g. I dargestellt ist. Nur ein Teil zweier aufeinanderfolgender Spuren (mit 12 und 13 bezeichnet)

\o ist in dieser Figur dargestellt. |cdc Spur enthält eine rechteckförmige Struktur, deren Abmessungen in Fig. Ib übertrieben groß dargestellt sind. Die Abstände zwischen den Oberseiten 3 und 5, 5 und 7 usw. der Rechtecke sind, gleich wie ihre Längen, voneinander

VS verschieden. Abstände sowie Längen werden durch die in den Spuren gespeicherte information bestimmt. Die Höhen 4, 6, 8 usw. der Rechtecke sind einander gleich und entsprechen im Falle von Durchlässigkeil vorzugsweise einer Wellenlänge der Strahlung, mit deren Hilfe der Träger abgetastet wird. Im Falle von Reflexion entsprechen diese Höhen einer Viertclwellcnlänge der Strahlung, mit deren Hilfe der Träger abgetastet wird.

Der Träger besteht z. B. aus Polyvinylacetat. Der Abstand zwischen den Spuren beträgt z. B. 4 μηι, während die kleinste Periode in jeder Spur ζ. Β. 2,5 μηι ist. Der Träger dreht sich mit einer Geschwindigkeit von z.B. 1500 Umdrehungen/min um seine Achse, die in Fi g. la mit O bezeichnet ist. Der Pfeil der Fig. Ib stellt die Bewegungsrichtung der Spur dar.

In der Auslesevorrichlung nach F i g. 2 füllt ein kollimicrtes Lichtbiindcl aus der Lichtquelle 20 über den Polarisator 21 auf den Träger 1, dessen Spuren eine rechteckförmige Struktur aufweisen. Die Linse 25 bildel den vom Lichtbiindcl getroffenen Teil des Trägers 1 aiii

ss dem Detektor 23 ab. In dem Wege des Lichtbiindcl· zwischen dem Träger I und dem Detektor 23 ist nach der Erfindung ein Wollaslon-Prisma 24 angeordnet. Dai Wollaston-Prisma besteht aus zwei kongruenten Pris men 27 und 28 aus einachsigen doppclbrechender

do Kristallen, die zu einer planpnrallclen Platte 24 zusammengebaut sind. Die optische Achse ο dc Kristalls 28 ist zu der Zeiehniingsübene parallel während die optische Achse c> ties Kristalls 27 zu dei Zeichnungsebene senkrecht ist. Das auf eine dei

<«s prallelen großen Flächen des Wollaston-Prismas 2ⁱ einfallende Lichtbündel wird in dem Prisma in zwe Teilbündel gespaltet, die zueinander senkrecht polari siert sind und miteinander eine, kleinen Winke

einschließen.

In der Ebene des Detektors 23 werden somit zwei Bilder des beleuchteten Teiles des Trägers 1 erzeugt, die gegeneinander verschoben sind. Zwischen dein WoIIaston-Prisma 24 und dem Detektor 2.3 ist ein Polarisator s 26 angebracht, dessen Polarisationsrichtung einen Winkel von 45" mit der optischen Achse C\ b/w. c> des Kristalls 28 bzw. 27 einschließt.

Die im Detektor 23 gemessenen Unterschiede zwischen den Intensitäten der beiden Bilder sind dann m möglichst groß. Diese Unterschiede werden durch die Weglängenunterschiede des Lichtbündels in der rechteckförmigen Struktur herbeigeführt, welche Unterschiede bei einer geeignet gewählten Höhe der Rechtecke von etwa einer Wellenlänge gleich U₂ Λ sind, is

Der in der Wollaston-Platte 24 herbeigeführte Weglängcnunlerschied der beiden Bündel, die die beiden Bilder erzeugen, wird durch einen Weglängcnunlerschied in einem mit dem Prisma 24 identischen und zwischen dem Träger 1 und dem Polarisator 21 angebrachten Wollaston-Prisma 22 ausgeglichen.

Das Wollaslnn-Prisma 24 kann durch eine Savart-Platte ersetzt werden. Line Savart-Platte ist aus zwei planparallelen Quarzplatten gleicher Dicke aufgebaut, deren optische Achsen mit den planparallclcn !lachen einen Winkel von 45' einschließen und sich kreuzen. Das senkrecht auf eine der planparallelen [lachen der Savart-Plalte einlullende l.ichlbi'indcl wird in der ersten Quar/platte in einen ordentlichen Strahl und einen außerordentlichen Strahl gespaltet, die an der Trennfläehe zwischen der ersten und der zweiten Quarzplaiie in einen außerordentlichen bzw. einen ordentlichen Strahl umgewandelt werden. Die optischen Achsen der beiden Kristalle sind ja zueinander senkrecht. Aus der Savari-PlaUe treten zwei zueinander senkrecht polari- ^ sicrte Teilbündcl aus. die gegeneinander verschoben sind. Der Polarisator 26 kreuzt wieder die optischen Achsen der Savait-Platte. Auch in diesem Falle wird zur Kompensation der Wcglängenunterschiede zwischen den beiden Strahlen in der Savait-Platte eine identische Savart-Plattc zwischen dem Träger t und der Lichtquelle 20 angebracht.

In der Vorrichtung nach Fig. 3 wird der Träger 1 über die Linse 31 auf dem Detektor 23 abgebildet. Aus dem Träger 1 tritt wieder eine Wellenfront mit einer Phasenstruktur aus, die durch die Weglängenunterschiedc in der reehteckförmigen Struktur der Spur auf dem Träger 1 herbeigeführt wird.

Zwischen der Linse 31 und dem Detektor 23 ist ein Interferometer 32 angeordnet. Das Interferometer 32 ist so aus zwei z.'jsamniengekitteten Prismen aus einer geeigneten Glasart aufgebaut. An der halbdurchlässigen Trennfläche 33 der Prismen wird das Bündel teilweise durchgelassen und teilweise reflektiert.

Das durchgelassene und das reflektierte Teilbündel werden an den spiegelnden Seitenflächen 34 bzw. 35 der Teilprismen reflektiert. Diese Seitenflächen sind zueinander nahezu senkrecht. Die von den Seitenflächen 34 und 35 reflektierten Teilbündel werden nach Reflexion an der Trennfläche 33 bzw. nach Durchgang durch diese Trennfläche in einander naheliegenden parallelen Abbildungen abgebildet, deren Intensitätsunterschied wieder durch die rechteckförmige Struktur bestimmt wird.

In der Vorrichtung nach Fig.4 wird ein aus einer f>s Punktlichtquelle 65 austretendes divergierendes Lichtbündel von deF Linse 66 in ein kollimiertes Lichtbündel umgewandelt, das auf den Träger 1 fällt. Das vom Träger 1 ungebeugt durchgclassene Bündel der 0. Ordnung wird von der Linse 67 in ein konvergierendes Bündel umgewandelt, das in einem Punkt M der Phascnplatte 68 fokussiert wird.

Die vom Träger gebeugt durchgclassencn Bündel, z.B. der +1. und der —1. Ordnung (der Träger ist infolge seiner Struktur als eine Art Beugungsgitter zu betrachten), werden von der Linse 67 in einem Punkl konvergiert, der, in Richtung der Strahlungsbündel gesehen, jenseits der Phasenplatte 68 liegt. Diese Bündel passieren nicht den Punkt M der Phasenplatte 68. An der Stelle, an der der Detektor 69 angeordnet ist, vereinigt sich das ungebeugte Bündel (Bündel der O.Ordnung) mit den gebeugten Bündeln (Bündel der + I. und — 1. Ordnung).

Die Phascnplatte wird derart bemessen, daß sie einen Phasenunterschied von 90' zwischen den Bündeln der + 1. und der —I.Ordnung einerseits und den Bündeln der 0. Ordnung andererseits herbeiführt. Die Intcnsitätsunlcrschiede der auf den Detektor 69 auffallenden Bündel sind dann möglichst groß.

Die Lichtquelle in einer Vorrichtung zum Detektieren der im Träger gespeicherten Signale kann eine Quelle mit einer hohen Helligkeit und einem hohen Kohärenzgrad, z. B. ein Laser, sein. Auch kann die Lichtquelle eine inkohärente Quelle mit einer hohen Helligkeit, z. B. eine lichtemittierende Diode sein, lerner kann die Lichtquelle eine Gasentladungsröhre sein.

Als Detektor läßt sich ein Photovervielf"cher oder ein Feststoffdctcktor, z. B. ein Siliciumdetcktor, verwenden.

Line günstige Vorrichtung zum Delektieren von im Träger gespeicherter Information ist in F i g. 5 dargestellt. Der Träger 70 enthält eine spiralförmige Struktur mit einer Vielzahl scheinbar-konzentrischer Spuren. Die Spuren können gegebenenfalls auch konzentrisch sein. |cde der Spuren weist eine rechteckförmige Struktur auf. Der Träger dreht sich um eine Achse, die in der Figur mit einer strichpunktierten Linie angedeutet ist.

F.in Liehtbündcl geringer Apertur, die durch die Lichtquelle 71 und einen engen Spalt im Spiegel 72 gebildet wird, wird von der Linse 74 auf den Träger 70 fokussiert.

Die rechteckförmige oder blockförmige Struktur auf dem Träger 70 reflektiert das fokussierte Liehtbündcl.

Das Liehtbündcl fällt auf die flachen Teile der reehteckförmigen Struktur, also auf diejenigen Teile, die quer zu der Drehachse stehen, unter einem Einfallswinkel von nahezu 0' ein. Das reflektierte Bündel weist dann eine Richtung auf. die der des einfallenden Bündels nahezu entgegengesetzt ist. während dieses reflektierte Lichtbündel den gleichen Öffnungswinkel wie das auf den Träger auffallende Bündel aufweist Dieses reflektierte Lichtbündel tritt über den Spalt im Spiegel 72 aus.

Wenn jedoch das Lichtbündel an der Stelle von Gebieten zwischen den flachen Teilen, d.h. an den aufrechtstehenden Seiten der Blöckchen, auf den Träger 70 einfällt, wird infolge von Beugung das reflektierte Bündel einen größeren Öffnungswinkel als das einfallende Bündel aufweisen. Mit Hilfe des ringförmigen Objektivs 75 wird dieses von den aufrechtstehenden Seilen der Blöckchen herrührende Streulichtbündel nach Reflexion am Spiegel 72 auf den Detektor 73 fokussiert. Die aufrechtstehenden Seiten werden mit hohem Kontrast abgebildet

F i g. 6 zeigt eine andere Vorrichtung zum Detektieren von im Träger gespeicherter Information. Die Lichtquelle 81 wird von der Linse 82 in einem Spalt des

Schirmes 83 abgebildci. Aus dem Spalt Irin ein Lichtbündel aus, das über den Spiegel 84 und die Linse 85 auf den Träger 80 fokussiert wird. Die Abbildung des Spaltes auf dem Träger 80 ist kleiner als oder gleich den Abmessungen der Blöckchen in ocr spiralförmigen Struktur auf dem Träger 80.

Das von dem durchlässigen Träger 80 durchgelasseiie Licht wird über das Objektiv 86 auf dem Detektor 87. der verhältnismäßig große Abmessungen aulweisen kann, abgebildet. Ks versteht sich, dali der Träger 80

auch als reflektierender Träger ausgebildet sein kann. In diesem I alle ist der Spiegel 84 als ein halbdurchlässiger Spiegel ausgebildet.

Der Detektor 87 kann auch durch die Kombination

S eines Spaltes und eines — in der l.ichtrichtiing gesehen - hinter dem Spalt angeordneten Detektors ersetzt weiden. Dieser Spalt soll denjenigen Teil des l.ichlbündels. der nicht mit der abzutastenden Spur, sondern mit benachbarten Spuren in Wechselwirkung getreten ist,

ίο eliminieren.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

709624/164

Claims (1)

1. Patentansprüche:

   1. Optisch abtastbarer Aufzeichnungsträger mit einer spiralförmigen Struktur, in der Schall- und/oder Bildinformationssignale gespeichert sind, bei dem die Struktur aus ersten Gebieten, z. B. Blöckchen, veränderlicher Länge aufgebaut ist, die in einer ersten Ebene liegen und die durch zweite Gebiete veränderlicher Länge, z. B. Vertiefungen, voneinander getrennt sind, wobei die ersten und die zweiten Gebiete derart ausgebildet sind, daß die in einem auffallenden Lichtstrahlenbündel nach Wechselwirkung mit der Struktur bewirkte Modulation mittels eines strahlungsempfindlichen Detektorsystems demodulierbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Signale die Frequenz- oder Phasenmodulation darstel'en einer Schwingung, die die Längen und die Abstände der ersten und zweiten Gebiete bedingt, und daß die zweiten Gebiete, die wie die ersten Gebiete Abmessungen in der Größenordnung der Wellenlänge des Abtastlichtes haben, die gleichen Reflexions- oder Durchlässigkeitskoeffizienten aufweisen wie die ersten Gebiete und in einer zweiten Ebene liegen, die gegenüber der ersten Ebene einen Abstand hat, der etwa eine Viertelwellenlänge bei Abtastung mit reflektierter Strahlung oder etwa eine Wellenlänge bei Abtastung mit durchgclassener Strahlung beträgt.

   2. Aufzeichnungsträger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er auf der mit der Informationsstruktur versehenen Seite mit einer strahlungsdurchlässigen Schutzschicht versehen ist.

   3. Vorrichtung zum Detektieren der in einem Träger nach Anspruch 1 oder 2 gespeicherten Information, gekennzeichnet durch einen Detektor, der die Phasenmodulation des Lichtes auswertet, die in einem mit der auc Blöckchen bestehenden Struktur in Wechselwirkung tretenden Strahlungsbündel bewirkt wird.

   4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Strahlungsbündel von einer Lichtquelle mit einer hohen Helligkeit und einem hohen Kohärenzgrad, z. B. von einem Laser, herrührt.

   5. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Strahlungsbündel von einer inkohärenten Lichtquelle mit einer hohen Helligkeit, z. B. von einer lichtemittierenden Diode, herrührt.

   11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger auf einer Blendenöffnung abgebildet wird, hinter der — in der Strahlungsrichtung gesehen — der Detektor angeordnet ist.

   12. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das von dem Träger herrührende Strahlungsbündel auf der Blendenöffnung vor dem Detektor abgebildet wird.

   13. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Strahlungsbündel, das mit der Information in dem Träger in Wechselwirkung getreten ist, von einem Element in zwei Teilbündel gestaltet wird, die über einen kleinen Abstand gegeneinander verschoben sind.

   14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Element ein Wollaston-Prisma ist.

   15. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Element eine Savart-Platte ist.

   16. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Element ein Michelson-ln terferometer ist, dessen beide Reflektoren, von dem Dctcktionssystem aus gesehen, einen kleinen Winkel miteinander einschließen.

   17. Vorrichtung nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch ein Element, das zwischen den an der Struktur durch Beugung gebildeten Teilbündeln einen Phasenunterschied herbeiführt.

   18. Herstellung eines Aufzeichnungsträgers nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch photographische Verfahren und Ätzverfahren.