DE2244119B2 - Abtasteinrichtung zur Abtastung einer gespeicherten Information - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Abtasteinrichtung zur Abtastung einer gespeicherten Information, bei der die abzutastende Oberfläche in den optischen Resonator eines die Information abtastenden Lasers derart einbezogen ist daß die von ihr reflektierte Strahlung die Intensität des Laserstrahls beeinflußt

Für die Bildplattenabtastung sind mechanische Abtaster bekannt Im Gegensatz zu dem Wirkungsmechanismus bei der Schallplattenabtastung, wo das Abtastelement im Rhythmus der aufgezeichneten Signalschwingungen bewegt wird, bleibt bei der Bildplattenabtastung das Abtastelement in Ruhe, und die elastischen Bildplattenstrukturen üben eine mehr oder weniger große Druckkraft auf das Abtastelement aus.

Bei einem bekannten Ausführungsbeispiel ist da; Abtastelement als unsymmetrische Gleitkufe ausgebildet, dessen Konturen in Gleitrichtung einen flacher und in entgegengesetzter Richtung einen steil anstei genden Verlauf hat. Gute Abtastergebnisse werden er zielt

1. wenn der steil ansteigende Kurventeil mit dei Plattenoberfläche einen Winkel von etwa 90° bil det und einen möglichst kleinen Krümmungsradiu: aufweist damit die hinter der Kurve austretender Strukturelemente der Bildplatte ungehinder emporschnellen können und

2. wenn die Auflagefläche der Kufe in Rillenrichtunj nicht zu groß ist, damit die an der Rückseite dei Kufe freiwerdenden Bildplattenstrukturen durcl ihre dann fehlenden Druckkomponente sich jn er höhtem Maße als Druckänderung auf die Kufi auswirken können.

Der Nachteil der mechanischen Druckabtastung liegt J_n dem hohen Verschleiß der Kufe, deren Gleitfläche sich verbreitert und deren rückseitige scharfe Kante sich abnutzt

Es sind auch Verfahren zur Abtastung von Aufzeichnungsträgern mit Hilfe von Lichtstrahlung oder verwandter Strahlung bekannt Dabei wird gewöhnlich eine Aufzeichnungsart benutzt, welche die Signalschrift in Form von Schwärzingen verschiedenen Grades der Trägeroberfläche oder in Form von Schwärzungen gleicher Tiefe und Ausbildung der Begrenzung des geschwärzten Bereiches nach Art üner Zackenschrift enthält Die je nach der Schwärzung der vom Lesest fchl getroffenen Teile des Trägers reflektierte oder durchgelassene Lichtmenge erregt einen Lichtempfänger, dessen elektrische Ausgangsgröße eine Wiedergabe äes Signals bildet Dabei besteht die Schwierigkeit, daß Kopien des Trägers nur durch photochemische Verfahren oder ähnliche Prozesse erhalten werden können, jedoch nicht durch einfache Präge- oder Preßverfahren wie bei der bekannten Schallplatte.

Es ist aber auch bekannt, für eine Lichtabtastung Träger zu verwenden, welche die Signalaufzeichnung in Gestalt voii Verformungen ihrer Oberfläche enthalten. Dabei biidet es eine bisher große Schwierigkeit, den Teil des von der Oberfläche zurückgestrahlten Lichtes in eine eindeutige Beziehung zu der Größe und Art der Verformungen zu bringen. Dazu ist der Aufwand komplizierter optischer Systeme erforderlich, welche eine geringe Ausnutzung des reflektierten Lichtes und daher einen geringen energetischen Wirkungsgrad mit geringem Störabstand zur Folge haben.

Schallplattenspieler mit Lichtabtastung haben sich bisher nicht durchsetzen können.

Ferner ist ein System bekannt welches die der Signalgröße entsprechenden Verformungen einer Bildplatte mittels Lichtstrahlung oder dieser verwandten Strahlung und einem Strahlungsempfänger auswertet Dazu werden eine Spaltblende und die die Verformungen tragende Oberfläche im Strahlengang in solchem Abstand voneinander angeordnet daß sich in der Spaltebene in Abhängigkeit von der in Richtung der Relativgeschwindigkeit des Trägers gegenüber dem Lesestrahlenbündel bestehenden Krümmung der die Ver- formungen aufweisenden Oberfläche eine den ■ rümmungsverlauf wenigstens qualitativ wiedergebende Dichteänderung der von der genannt, η Oberfläche ausgehenden Strahlung ergibt

Die bisher vorgeschlagenen optischen Abtastungen so haben jedoch den Nachteil daß die Beleuchtungsquelle und das Empfangselement räumlich zueinander nur schwierig anzuordnen sind und außerdem der optische Wirkungsgrad dieser bekannten Anordnungen schlecht ist

In der DT-AS 12 88 829 ist eine elektrooptische Vorrichtung zur Anzeige von Zeichen beschrieben, bei der die abzutastende Oberfläche der Zeichen in einen optischen Resonator eines die Information abzutastenden Laserstrahls derart einbezogen ist daß die von der Oberfläche reflektierte Strahlung die Intensität des Laserstrahls beeinflußt Auf beiden Seiten des Lasermediums sind elektrooptische Vertikal· und Horizontalablenkeinheiten vorgesehen, mit deren Hilfe der Laserlichtstrahl auf der einen Seite auf das jeweils anzuzeigende bzw. zu druckende Zeichen und auf der anderen Seite auf die entsprechenden Stellen des Wiedergabemediums bzw. der zu bedruckenden Fläche gerichtet werden kann.

Diese Vorrichtung ist jedoch wegen der elektrooptischen Vertikal- und Horizontalableukheiten sehr aufwendig und zur Abtastung von sehr kleinen Oberflächenverformungen eines Aufzeichnungsträgers nicht anwendbar. Auch ist kein der abzutastenden Information entsprechendes elektrisches Signal abgreifbar.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Abtasteinrichtung anzugeben, die zur fortlaufenden Abtastung von sehr kleinen Verformungen, die längs einer vorbestimmten Spur angeordnet sind, verwendet werden kann und die in einfacher Weise es gestattet ein den abgetasteten Verformungen entsprechendes elektrisches Signal zu gewinnen.

Die Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 genannte Abtasteinrichtung gelöst Mit dieser ist es nunmehr möglich, Oberflächenverformungen, die im Mikrometer-Bereich liegen, längs einer vorbestimmten Spur eines Aufzeichnungsträgers angeordnet sind und gespeicherte, ein breitbandiges Frequenzgemisch bildende Signale darstellen, in einfacher Weise abzutasten und in ein den abgetasteten Verformungen entsprechendes elektrisches Signal umzuwandeln.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben. So werden beispielsweise gemäß Unteranspruch 2 sehr kleine Abmessungen für die Abtasteinrichtung erzielt wenn in dem optischen Resonator eine Wellenleiterstruktur mit einer von einem Injektionsgleichstrom gespeisten Halbleiter-Dauerstrich-Laserdiode und zur Ausnutzung der Intensitätsänderung des Laserstrahls eine in Sperrichtung betriebene, mit der Halbleiter-Laserdiode vereinigte Halbleiterdiode vorgesehen sind.

Eine erhebliche Steigerung der Empfindlichkeit der Abtasteinrichtung wird erreicht wenn die zur Ausnutzung der Intensitätsänderung des Laserstrahls vorgesehene Halbleiterdiode eine Avalanche-Diode ist

Die erfindungsgemäße Abtasteinrichtung ist in vorteilhafter Weise zur Abtastung von Bildplatten geeignet wobei die Einrichtung zur sicheren Führung der Abtasteinrichtung an eine Kufe zur Rillenführung angebracht ist

Die Abtastung kann unmittelbar am Ende der Kufe erfolgen. Jedoch besteht dann der Nachteil, daß die plastischen Verformungen der Bildplattenoberfläche durch den vorangegangenen Druck der Kufe noch nicht ihre ursprüngliche Gestalt wieder eingenommen haben. Deshalb wird ein weiterer Vorteil darin gesehen, wenn die Abtasteinrichtung so justiert ist daß die Abtastung in derjenigen Rille erfolgt die unmittelbar der von der Führungskufe bereits durchlaufenen Rille folgt

Der Aufbau der erfindungsgemäßen Abtasteinrichtung wird nun an Hand von Zeichnungen näher erläutert Es zeigt

F i g. 1 der Abtasteinrichtung, bestehend aus Laserund Detektordiode,

F i g. 2 Abtasteinrichtung mit Laser- und Detektordiode, die durch einen Spalt getrennt sind,

F i g. 3 Prinzipschaltbild der Abtasteinrichtung ohne Detektordiode bei Stromeinspeisung,

F i g.4 Prinzipschaltbild der Abtasteinrichtung ohne Detektordiode bei Verwendung einer konstanten Betriebsspannung,

Fig.5 Anordnung der Abtasteinrichtung an der Führungskufe des Bildplattenspielers.

In F i g. 1 stellt 1 eine Wellenleiterstruktur dar, die durch eine Laserdiode, die vorzugsweise eine Halbleiter-Dauerstrich-Laserdiode ist, erregt wird. Die Kontaktierung erfolgt zwischen der Kontaktfläche 2 und der metallisierten Grundfläche 3 und die Lichterzeugung im pn-Übergang 4.

FQr die Detektion der Lichtschwankungen, die beispielsweise beim Abtasten einer Bildplatte durch unterschiedliche Intensität des von der Bildplattenoberfläche in die Wellenleiterstruktur reflektierten Lichtes entstehen, kann eine Halbleiter-Fotodiode mit den Elektroden S und 3 verwendet werden. Laserdiode und Fotodiode haben die metallisierte Grundfläche 3 als gemeinsamen Kontakt Die lichtempfindliche Schicht der Fotodiode ist der pn-Übergang 6.
■ Die Laserdiode wird z. B. aus der Spannungsquelle 7 Ober einen Vorwider»tand 8 gespeist und in Flußrichtung betrieben.

Zur elektrischen Versorgung der Fotodiode dient die Spannungsquelle 9, die über eine Drosselspule 10 der Fotodiode eine Sperrspannung zuführt

Die Drosselspule verhindert das Abfließen der von der Fotodiode erzeugten HF-Signale. Diese werden über den Koppelkondensator 11, der zwischen dem nicht gemeinsamen Kontakt 5 und der Drosselspule 10 angeschlossen ist zum Ausgang 13 zur Weiterverarbeitung geleitet Zwischen Ausgang 13 und Koppelkondensator werden niedrige Frequenzen über die Induktivität 12 nach Masse abgeleitet so daß Koppelkondensator und diese letztgenannte Induktivität einen Hochpaß bilden.

Es muß noch bemerkt werden, daß Laserdiode und Fotodiode einen Halbleitertyp gleicher Dotierung, beispielsweise den η-Typ Halbleiter, gemeinsam haben, der andere Halbleiter-Typ, beispielsweise der p-Typ, auf dem die Kontakte 2 und 5 angebracht sind, ist durch einen Spalt 14 elektrisch voneinander getrennt Dieses ist notwendig, da die Kontakte 2 und 5 unterschiedliches Potential haben.

Der Lichtaus- und -eintritt zur abzutastenden Bildplatte hin erfolgt beispielsweise durch die Fläche a der Laserdiode. Zur Verbesserung des optischen Wirkungsgrades ist dann die Fläche b zu verspiegeln, so daß dort kein Licht austreten kann und möglichst viel Strahlungsenergie für den eigentlichen Abtastvorgang zur Verfügung steht Es ist aber auch möglich, das Licht aus der Fläche b austreten zu lassen, wobei dann zweckmäßigerweise statt der Fläche fcdie Räche a verspiegelt wird.

Als Halbleitermaterialien sind alle für Laser- und/oder Fotodiodenanwendung bekannte Stoffe und Strukturen benutzbar, neben GaAs und GaAIAs also auch eine Si-Vielfachschichtstruktur.

Durch zusätzliche Dotierung des pn-Überganges in der Empfangsdiode und/oder der Laserdiode kann man die Dämpfung für das in der Wellenleiterstruktur befindliche Licht verringern.

Eine Steigerung der Empfindlichkeit des Lichtdetektors wird erzielt wenn die Fotodiode als Avalanche-Fotodiode ausgebildet wird. Diese Dioden nutzen die interne Stromvervielfachung zur Empfindncfakeitssteigerung ans. Hierbei gibt es bei der Anwendung in der Abtasteinrichtung em Optimum der Empfindlichkeit Dieses läßt sich gemäß einer Weiterbildung der Erfindung automatisch einstellen, wenn man den Injektionsgleictrom für den Halbleiter-Laser beispielsweise mh SOHz moduliert Man kann dann Ober ein zusätzliches Filter parallel zum Hochpaß, der bei der Verwendung des Systems im Bildplattenwiedergabegerät nur Frequenzen oberhalb 100 kHz durchlassen muß, in bekannter Weise eine Regelspannung für die optimale Einstellung der Avalanche-Vorspannung und/oder des Injektionsgleichstromes ableiten.

Um eine optimale Rückwirkung des von der Bildplattenoberfläche reflektierten Lichtes auf die in der Wellenleiterstruktur sich aufbauende Laserschwingung

ίο zu erhalten, kann die der Bildplatte zugewandte Ein- und Austrittsfläche der Wellenleiterstruktur in ihrem Reflexionsvermögen modifiziert beispielsweise entspiegelt werden.
Selbstverständlich ist es auch möglich, die Detektor-

is diode nicht in den eigentlichen optischen Resonator miteinzubeziehen, d.h. die Wellenleiterstruktur statt der Kerbe 14 in F i g. 1 an dieser Stelle zu trennen.

Fig.2 zeigt hierfür ein Ausführungsbeispiel. Zur Trennung ist ein nur wenige Mikrometer schmaler Spalt 19 ausreichend. Die eigentliche Wellenleiterstruktur reicht dann nur bis zur Fläche c. Während die Fläche a wie vorher der abzutastenden Bildplatte zugewandt ist wird das aus der Fläche c austretende Licht zur Messung der in der Wellenleiterstruktur vorhandenen Lichtenergie bzw. ihrer Schwenkungen infolge der zeitlich modulierten Rückkopplung von der abzuta-■ stenden Bildplatte her benutzt

Diese Messung erfolgt mit der nun aus der Wellenleiterstruktur ausgegliederten Detektordiode 6, die in diesem Falle auch aus einem anderen Material bestehen kann als der Halbleiterlaser 4.

Ist aus Gründen des einfacheren Aufbaus eine stärkere räumliche Trennung von Halbleiterlaser 4 und 'Detektordiode 6 wünschenswert so kann die optische 'Verbindung zwischen beiden durch einen weiteren optischen Wellenleiter, beispielsweise eine Glasfaser, erfolgen. In diesem Falle kann statt der im Beispiel angegebenen Quereinstrahlungs-Fotodiode jede beliebige andere Art eines optisch-elektrischen Wandlers verwendet werden.

, Eine weitere Ausbildung der Erfindung besteht darin, den Detektor ganz zu vermeiden. Dabei wird der Effekt ausgenutzt daß Schwankungen in der im Halbleiterlaser vorhandenen Lichtenergie entsprechende

Rückwirkungen auf den elektrischen Durchlaßwiderstand des Lasers haben.

Zur weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist es wünschenswert den Anteil des vom der Bildplatte in den Laser zurückgestrahlten Lichtes zu erhöhea Zu diesem Zweck kann die zur Bildplatte hinweisende Stirnfläche des Lasers als optische Linse ausgebildet

und entspiegelt werden, wobei der Brennpunkt in der Ebene der Bildplattenoberfläche liegen sollte

In den F i g. 3 und 4 sind Schaltungen für den Fall

SS angegeben, daß der unterschiedliche Durchlaßwiderstand des fichtenrittierenden Lasers, der sich in Abhängigkeit vom zuröckgestrahltei» Licht ändert zur Detektion benutzt wird.
In F i g. 3 wird die Laserdiode mit einem konstanten Strom aus der Stromquelle i betrieben und die Spannungsschwankungen an der Elektrode 2 fiber den Koppelkondensator Il entnommen. Die Drossel. 10 in Reüie mit der Stromquelle stellt für den Signalstrom einen hochohmigen Widerstand dar.

6s In Fig.4 wird die Laserdiode von einer konstanten Spannungsquelle I/Ober einen Widerstand R gespeist, an dem die ghte Signalspannung aber den Koppelkondensator 11 entnommen wird.

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F i g. 5 zeigt die erfindungsgemäße Abtasteinrichtung bei der Verwendung zur Bildplattenabtastung. Beispielsweise ist hier die Einrichtung einschließlich Fotodiode an der Rückseite der Halterung 15 der Kufe 16 angebracht. Die Bildplaltenoberflache 17 bewegt sich in dem gezeigten Beispiel von rechts nach links.

Die optische Ankopplung der Wellenleiterstruktur kann direkt an die Bildplatte erfolgen oder, wie in F i g. 5 gezeigt, über eine Glasfaserleitung 18. Die Abtastung des in der Bildplatte gespeicherten Signals kann

in der gleichen Rille erfolgen, in der auch die Kufe läuft. Vorteilhafter jedoch ist es, in der nachfolgenden Rille abzutasten, da diese von der eine Spur vorauseilenden Kufe bereits von Verunreinigungen gereinigt ist und die Struktur der Rille ihre ursprüngliche Gestalt wieder angenommen hat.

Der Druck der Kufe auf die Bildplatte kann niedriger als bei der Druckabtastung gewählt werden, dadurch ist auch der Verschleiß der Kufe geringer.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen 509529/234

Claims (14)

1. Patentansprüche:

   f. Abtasteinrichtung zur Abtastung einer gespeicherten Information, bei der die abzutastende Ober- S fläche in den optischen Resonator eines die Information abtastenden Lasers derart einbezogen ist, daß die von ihr reflektierte Strahlung die Intensität des Laserstrahls beeinflußt, gekennzeichnet durch ihre Anwendung zur fortlaufenden Abtastung von ein breitbandiges Frequenzgemisch bildenden Signalen, die längs einer vorbestimmten Spur als im μπι-Bereich liegende Verformungen der Oberfläche eines Aufzeichnungsträgers gespeichert sind in der Weise, daß die durch Reflexion bzw. Streuung verursachte Intensitätsänderung des Laserstrahls zur Gewinnung eines den abgetasteten Verformungen entsprechenden elektrischen Signals ausgenutzt wird.
2. 2. Abtasteinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in dem optischen Resonator eine Wellenleiterstruktur mit einer von einem Injektionsgleichstrom gespeicherten Halbleiter-Dauerstrich-Laserdiode und zur Ausnutzung der Intensitätsänderung des Laserstrahls eine in Sperrichtung betriebene mit der Halbleiter-Laserdiode vereinigte Halbleiterdiode vorgesehen sind.
3. 3. Abtasteinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß in dem optischen Resonator eine Wellenleiterstruktur mit einer von einem Injektionsgleichstrom gespeisten Halbleiter-Dauerstrich-Laserdiode und zur Ausnutzung der Intensitätsänderung des Laserstrahls ein beliebiger aus dem optischen Resonator ausgegliederter optisch-elektrischer Wandler vorgesehen sind.
4. 4. Abtasteinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Führung des Laserstrahls zwischen dem optischen Resonator und dem Wandler eine Glasfaser angeordnet ist
5. 5. Abtasteinrichtung nach Anspruch 2 oder 3, für den Fall, daß der optisch-elektrische Wandler eine Halbleiterdiode ist, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Ausnutzung der Intensitätsänderung des Laserstrahls vorgesehene Halbleiterdiode eine Avalanche-Diode ist
6. 6. Abtasteinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet daß durch eine zusätzliche Dotierung des pn-Überganges in der mit dem Halbleiter-Laser vereinigten Halbleiterdiode die Dämpfung des im Resonator befindlichen Laserstrahls vermindert ist.
7. 7. Abtasteinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet daß der zum Betrieb der Laserdiode erforderliche Injektionsgleichstrom zusätzlich zur Modulation infolge der Intensitätsänderung des Laserstrahls mit einer konstanten Frequenz moduliert ist und daß am Signalausgang der Avalanche-Diode zur Ausfilterung der Signale der zusätzlichen Modulationsfrequenr ein Filter angeschlossen ist und daß weitere Einrichtungen vorgesehen sind, mit denen die ausgefilterten Signale zu einer Regelspannung für die optimale Einstellung der Avalanche-Diodenvorspannung und/oder des Injektionsgleichstromes verarbeitbar sind.
8. 8. Abtasteinrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet daß die Halbleiter-Laserdiode mit einem konstanten Injektionsstrom gespeist ist und zur Signalgewinnung die durch die Intensität des Laserstrahls beeinflußte elektrische Wechselspannung an der Laserdiode benutzt ist
9. 9. Abtasteinrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbleiter-Laserdiode mit einer konstanten elektrischen Spannung gespeist ist und zur Signalgewinnung der durch die Intensität des Laserstrahls beeinflußte, von der Laserdiode aufgenommene Injektionsstrom ist
10. 10. Abtasteinrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Fläche (b) der im optischen Resonator enthaltenen Wellenleiterstruktur, weiche der abzutastenden Oberfläche gegenüber liegt verspiegelt ist
11. 11. Abtasteinrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet daß die zur Abtastung vorgesehene Lichtaus- und Lichteintrittsfläche (a) der Wellenleiterstruktur entspiegelt ist
12. 12. Abtasteinrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, gekennzeichnet durch ihre Anwendung zur Bildplattenabtastung, wobei die Einrichtung an einer Kufe zur Rillenführung angebracht ist
13. 13. Abtasteinrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet daß die Einrichtung so justiert ist daß die Abtastung derjenigen Rille erfolgt die unmittelbar der von der Führungskufe bereits durchlaufenden Rille folgt
14. 14. Abtasteinrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet daß die Einrichtung an der Kufe so justiert ist daß die Abtastung unmittelbar hinter der Kufe erfolgt