DE2345025A1

DE2345025A1 - Abtaststift fuer einen aufzeichnungstraeger mit rille

Info

Publication number: DE2345025A1
Application number: DE19732345025
Authority: DE
Inventors: Marvin Allan Leedom; Michael Evans Miller
Original assignee: RCA Corp
Current assignee: RCA Corp
Priority date: 1972-09-06
Filing date: 1973-09-06
Publication date: 1974-03-14
Also published as: CA1011877A; FR2198198B1; ATA772873A; US3826877A; DE2345025B2; JPS533924B2; JPS4966102A; NL7311905A; FR2198198A1; SU674694A3; GB1444133A; KR780000423B1; AT336913B; AU5988673A; IT993876B; BR7306894D0; SE389756B

Description

76O5-73/V.B-/E

U.S. Ser.No 286,657

Filed September 6,1972

RCA Corporation

New York, N.Y. (V.St.A.)

Abtaststift für einen Aufzeichnungsträger mit Rille

Die vorliegende Erfindung betrifft Abtaststifte für Informationswiedergabegeräte, insbesondere einen Abtaststift zum Abtasten einer Rille in einem Aufzeichnungsträger, insbesondere einer Bildplatte.

Es sind Bildspeichergeräte bekannt, die mit einem plattenförmigen Aufzeichnungsträger arbeiten, auf dem die Bildinformation in Form von Kapazxtätsänderungen aufgezeichnet ist. Bei einer bekannten Bildplatte ändert sich die Form des Bodens einer an der Oberfläche der Platte angeordneten spiralförmigen Rille. Die Oberfläche der Platte enthält ein elektrisch leitendes Material, das mit einer dünnen Schicht aus einem dielek-

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trischen Material überzogen ist. Die Wiedergabe erfolgt mittels eines Abtaststiftes, welcher eine leitende Fläche aufweist, die mit dem leitenden Material und der dielektrischen Schicht der Platte eine Kapazität bildet. Solche Einrichtungen sind z.B. in den DT-OSen 2 213 918 und 2 213 92Ο beschrieben.

Bei Einrichtungen, dieses Typs treten zwischen dem die Rille einer Platte abtastenden Abtaststift und der sich drehenden Platte Kapazitätsänderungen infolge der sich ändernden Geometrie des Bodens der spiralförmigen Rille auf. Die Kapazitätsänderungen beeinflussen die Resonanzfrequenz eines angekoppelten Schwingkreises, der durch einen Festfrequenzoszillator erregt wird. Da also an dem Schwingkreis, dessen Resonanzfrequenz sich wegen der Kapazitäts Schwankungen bei der Abtastung der Platte ändert, ein Signal fester Frequenz liegt, ändert sich die am Schwingkreis auftretende Amplitude des erregenden Signals in Abhängigkeit von der aufgezeichneten und kapazitiv abgetasteten Information. Man erhält auf diese Weise also Ausgangssignale, deren Amplitude sich in Abhängigkeit von der aufgezeichneten Information ändert.

Der Abtaststift, der in der DT-OS 2 213 920 beschrieben ist, enthält ein Trägerelement aus einem harten Werkstoff, wie Saphir oder Diamant. Das Trägerelement entspricht in seiner Form im wesentlichen der der Rille der Platte und es trägt ein elektrisch leitendes Element. Bei einer Ausführungsform des be kannten Abtaststiftes ist das leitende Element auf einer ebenen Oberfläche des Trägere lernen ts angeordnet und es kommt in Berührung mit der dielektrischen Schicht auf der scheibenförmigen Platte. Abtaststifte dieser Art haben sich zwar sehr gut bewährt und liefern ausgezeichnete Ergebnisse, es ist jedoch wünschenswert, die nutzbare Lebensdauer des Abtaststiftes durch Verbesserung seiner Verschleißeigenschaften zu verlängern.

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Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 gekennzeichnete Erfindung gelöst.

Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung stellt einen Abtaststift dar, der sich zum Abtasten einer Rille in einem Speichermedium eignet, das eine leitende Fläche aufweist, auf der sich ein dielektrischer überzug befindet. Wenn eine Relativbewegung zwischen dem Speichermedium und einer Abtastvorrichtung stattfindet, treten durch Zusammenwirken des Abtaststiftes mit dem Speichermedium Kapazitätsänderungen zwischen dem Abtaststift und der leitenden Fläche des Speichermediums entsprechend der aufgezeichneten Signalinformation auf. Der Abtaststift enthält ein Trägerelernent mit einer unregelmäßig geformten Oberfläche, auf der sich ein leitendes Element befindet. Das Trägerelement ist so geformt, daß sich ein Rand des leitenden Elements bei der dielektrischen Schicht befindet, wenn das Trägerelement in die Rille eines Aufzeichnungsmediums eingreift.

Im folgenden wird ein Auiührungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert; es zeigen:

Fig. 1 einen stark vergrößerten Längsschnitt eines Teiles einer Rille eines Aufzeichnungsträgers und eine perspektivische Teilansicht eines Abtaststiftes gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung; in dem dargestellten Teil sind Stücke weggebrochen, um die Konstruktion deutlich zu zeigen; und

Fig. 2 eine sehr stark vergrößerte Unteransicht eines Teiles des Abtaststifts gemäß Fig. 1 mit gestrichelt angedefceter Aufzeichnungsträgerrille.

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-A-

In Fig. 1 ist ein Teil einer Bildplatte 10 mit einer Rille 14 dargestellt. In die Rille 14 greift ein ,Abtaststift 16 ein, der die Rille ähnlich wie bei einem Plattenspieler abtastet, wenn die Bildplatte in Drehung versetzt wird. Die Bildplatte 10 ist nur zu einem kleinen Teil und stark vergrößert dargestellt, im Prinzip sieht sie ähnlich aus wie eine Schallplatte mit einer spiralförmigen Tonrille. Die Rille einer Bildplatte kann z.B. folgende Abmessungen haben: Rillensteigung: 4000 Rillen pro Zoll; Rillenbreite: 6 pm; Gesamttiefe der Rille 0,5 ym. Die Wände der Rille sind stetig gekrümmt und die Spitze des Abtaststiftes 16 hat eine entsprechende Kontur.

Die Bildplatte 10 enthält ein Substrat 17 aus einem thermoplastischen Material, wie Polyvinylchlorid. Das Substrat 17 wird mit der spiralförmigen Rille gepreßt, die gemometrische Änderungen oder Signalelemente enthält. Die gemometrischen oder Formänderungen am Boden der Rille 14 bestehen aus quer zur Achse der Rille verlaufenden Gräben oder Nuten, die eine mittlere Tiefe von 0,1 ym, eine in Richtung der Achse der Rille gerechnete Breite von 0,5 um und Abstände oder erhöhte Bereiche zwischen benachbarten Elementen von 0,5 ym haben. Auf die' Oberfläche des gepreßten Substrats 17 ist eine elektrisch leitende Schicht 18, z.B. eine 700 8 dicke Schicht aus Aluminium oder Gold im Vakuum aufgedampft. Auf der aus Metall bestehenden Schicht 20 befindet sich eine dielektrische Schicht 18, z.B. eine 500 Ä dicke KLystyrolschicht.

Der Abtaststift 16 enthält ein Trägerelement oder einen Körper 22 aus Saphir mit einer abgeschrägten Kante 26, die nach unten zu einer zweiten abgeschrägten Kante 28 führt. Auf einer Rückseite 30 des aus Saphir bestehenden Körpers 22 befindet sich ein schichtförmiges, elektrisch leitendes Element 32, das eine Elektrode zur Abnahme der Kapazitätsänderungen bildet. Zwischen der Vorderfläche 24 und der Rückseite 3O befindet sich eine Fläche 3 5. die in Richtung auf die Vorderfläche 24 nach

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innen abgeschrägt ist, damit der Abtaststift eine gewisse Bewegungsfreiheit in der Rille 14 der Bildplatte hat. Auf der entgegengesetzten Seite der im wesentlichen trapezförmigen Spitze des Abtaststiftes befindet sich eine entsprechend abgeschrägte Fläche. Die Vorderseite des Abtastststiftes hat also eine ähnliche Form wie das leitende Element 32, sie ist jedoch wegen der Abschrägung der Seitenflächen etwas kleiner.

Wenn die Bildplatte 10 rotiert, z.B. mit etwa 450 U/min, bewegt sich die spiralförmige Rille 14 in Fig. 1 von links nach rechts, wie durch einen Pfeil angedeutet ist. Hierdurch entsteht eine Relativbewegung zwischen dem Abtaststift 16 und der Bildplatte IO. Beim Abtasten der Rille 14 durch den Abtaststift 16 treten dann Kapazitätsänderungen aufgrund der Signalelemente in der Rille zwischen dem elektrisch leitenden Element 32 und der elektrisch leitfähigen Schicht 18 auf. Diese Kapazitätsänderungen werden elektrisch wahrgenommen und in der oben beschriebenen Weise verarbeitet. Soweit beschrieben, entspricht der Abtaststift in seinem Aufbau dem, der aus der DT-OS 2 213 920 bekannt ist.

Es wurde nun festgestellt, daß die nutzbare Lebensdauer des Abtaststiftes gemäß der Erfhdung dadurch erheblich verlängert werden kann, daß man eine unregelmäßige Rückseite vorsieht, wie es stark übertrieben und schematisch in Fig. 2 dargestellt ist, die einen Teil des Abtaststiftes von unten zeigt. Die Unregelmäßigkeiten der Rückseite werden durch longitudinale Unebenheiten oder Wellen gebildet, die sich über die Rückseite 30 erstrecken. Die Wellen werden durch regellose Nuten oder Vertiefungen 34 gebildet, die im wesentlichen parallel zueinander und zu einer Längsachse 36 des Abtaststiftes 16 verlaufen. In der Zeichnung sind die Vertiefungen 34 übertrieben groß und dadurch nicht im gleichen Maßstab wie der Abtaststift dargestellt. Wenn der Abtaststift 16 in die Rille

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14 der Platte eingreift, verlaufen die Vertiefungen 34 im wesentlichen senkrecht zur Ebene der Platte und bilden eine schlangenlinienförmige Kante (siehe Fig. 2) , die an der Rille 14 der Platte angreift. Die Vertiefungen 34 können etwa 2000 8 tief sein und auf einen 5 ym breiten Teil der Spitze des Abtaststiftes, der sich in direktem Eingriff mit der Nut 14 der Platte befindet, können im Mittel etwa 5 Vertiefungen 34 fallen. Das leitende Element 32 aus Tantal ist etwa 2OO 8 dick, es bedeckt die ganze Rückseite 30 des Abtaststiftes 16 und ist so dünn, daß es dem wellenförmigen Verlauf der Vertiefungen 34 folgt und in seiner Rückseite entsprechende Wellungen oder Vertiefungen 37 aufweist, die ebenfalls eine schalngenlinienförraige Kante (siehe Fig. 2) bilden, die an der Rille 14 der Platte angreift.

Der beschriebene Abtaststift läßt sich auf folgende Weise herstellen: Eine Saphirscheibe mit einer glatten Fläche, deren Durchmesser etwa 25mm beträgt und mit einer Dicke von etwa 0,1 mm (4 Millizoll) wird mit Klebwachs auf einer Trägerplatte befestigt. Die freiliegende glatte Oberfläche der Scheibe wird dann auf einer Läppbank mit Diamantpulver geschliffen. Das Schleifen erfolgt dadurch, daß man die freiliegende glatte Scheibenfläche mit einer linearen, hin- und hergehenden Bewegung, deren Hub etwa 15 cm beträgt, mit Diamantpulver reibt, dessen mittlere Teilchengröße 9 pm beträgt. Das scharfkantige Diamantpulver erzeugt in der Scheibenoberfläche parallele, aber sonst unregelmäßige Kratzer oder Rillen. Die Rillen haben eine mittlere Tiefe von etwa 2000 8 und einen mittleren Abstand von etwa 10 000 8. Es ist ersichtlich, daß die Tiefe der Nuten oder Rillen weniger als die Hälfte der Wellenlänge der aufgezeichneten Signalelemente in der Bildplatte IO beträgt. Auf die verkratzte oder gerillte Scheibenfläche wird dann im Vakuum eine etwa 200 8 dicke Tantalschicht durch Zerstäuben (Kathodenzerstäubern) aufgebracht. Die Saphirscheibe wird dann mit einer

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Diaroantsäge in rechteckige Plättchen mit Abmessungen von etwa 1,5 χ O,6 mm (60 χ 25 Millizoll) so zugeschnitten, daß die Kratzer oder Rillen parallel zur langen Seite verlaufen. Die zugeschnittenen Plättchen werden dann durch grobes Läppen etwa in die Form des in Fig. 1 dargestellten Abtaststiftes gebracht und dann in einer der Plattenrille entsprechenden Rille mit feinem Diamantstaub fein geläppt, bis die Spitze des Abtaststiftes im wesentlichen die Form der Rille 14 hat.

Es wurde experimentell festgestellt, daß die Abtaststifte gemäß der Erfindung eine wesentlich größere nutzbare Lebensdauer haben als die in bekannter Weise hergestellten Abtaststifte. Vermutlich ist die Erhöhung der Lebensdauer mindestens zum Teil darauf zurückzuführen, daß in der Nähe der dielektrischen Schicht 2O der Platte für eine längere Zeitdauer eine größere Menge leitenden Materials erhalten bleibt. Bei den in bekannter Weise hergestellten Abtaststiften mit einer etwa 40OO 8 dicken Tantalschicht zeigte sich nach etwa 20 Betriebsstunden ein Verschleiß in Form einer Erosion des hinteren Randes des leitenden Tantalelements 32 bei der isolierenden Schicht Genauer gesagt, greift zwar noch der vordere Rand des leitenden Elements 32, also das Tantal an der Verbindung mit dem Tragerelement 24 aus Saphir bei der isolierenden Schicht 20 an dieser an, die Tantalschicht weicht jedo.ch dann bis zu ihrem hinteren Rand von der Platte weg nach oben zurück. Am hinteren Rand hat das leitende Element 32 dann von der dielektrischen Sticht 20 einen Abstand von etwa 2800 S.

Vermutlich hat die beschriebene Erosion der bekannten Abtaststifte ihre Ursache darin, daß die Spitze des Abtaststiftes in die dielektrische Schicht 20 aus Plastik oder Polystyrol einsinkt. Wenn sich im Betrieb die Rille 14 der Platte bezüglich des Abtaststiftes 16 bewegt, fließt der Polystyrolkunststoff an der hinteren Kante des leitenden Elements 32 hoch und um diese herum, wobei dann die hintere Kante erodiert. Wenn der

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Äbtaststift einmal verschlissen ist und das leitfähige Element 32 sich nicht länger in unmittelbarer Nachbarschaft der dielektrischen Schicht 20 befindet, verschlechtert sich die Hochfraquenzansprache des Abtaststiftes, da die Elektrode weiter von der Plattenoberfläche entfernt ist und die wahrgenommenen Kapazitätsänderungen dadurch kleiner werden. Außerdem beginnt die Kapazität anderer benachbarter Signalelemente die Arbeitsweise des Abtaststiftes zu beeinflussen.

Bei den Abtaststiften gemäß der Erfindung ändert die unregelmäßige Rückseite des Abtaststiftes anscheinend das Fließverhalten der dielektrischen Schicht 20 aus dem plastischen Polystyrol, während dieses an der Rückkante des leitenden Elements 32 hoch und um diese herum fließt, so daß das Tantal nicht erodiert. Es wird ferner vermutet, daß das dünnere leitfähige Element 32 zur Folge hat, daß die Haftung des Tantals am Trägerelement aus Saphir die Zugfestigkeit des Tantals übersteigt. Das Fließen der dielektrischen Schicht aus Polystyrol oder Plastik kann daher nur das Abtragen von kleinsten Tantalteilchen und nicht von Flocken oder Streifen bewirken. Der schlangenförmige hintere Rand des Trägerelements oder Körper 32 aus Saphir schützt anscheinend auch die Teile des weicheren leitfähigen Elements 32, die sich in den Vertiefungen befinden, da es dort das weichere Material auf drei Seiten umgibt. Es wurde experimentell festgestellt, daß ein Abtaststift gemäß der Erfindung eine nutzbare Lebensdauer von etwa 1OO Stunden bei einer Abtastkraft von 0,07 g und einer Plattendrehzahl von 450 ü/min hat, das Trägerelement 24 aus Saphir ist dann so weit verschlissen, daß der Abtaststift der Rille 14 der Platte nicht länger zu folgen vermag.

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Claims

Patentansprüche

^!.,/Abtaststift zum Abtasten einer Rille in einem Aufzeichnungsträger mit einer elektrisch leitenden Fläche und einer auf dieser angeordneten dielektrischen Schicht, wobei im Verlaufe einer Bewegung des Abtaststifts relativ zum Aufzeichnungsträger Änderungen der Kapazität zwischen dem Abtaststift und der leitenden Fläche des Aufzeichnungsträgers auftreten, dadurch gekennzeichnet, daß der Abtaststift (16) ein Trägerelement (22) mit unregelmäßiger Oberfläche (30) und ein auf dieser angeordnetes leitfähiges Element (32) enthält und daß das Trägerelement so geformt ist, daß sich bei seinem Eingriff in die Rille des Aufzeichnungsträgers eine Kante des leitenden Elements bei der dielektrischen Schicht (20) befindet.
2. Abtaststift nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die unregelmäßige Fläche (30) durch Riefen oder Rillen gebildet wird.
3. Abtaststift nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Rillen (34) im wesentlichen parallel zueinander verlaufen.
4. Abtaststift nach Anspruch 3 mit einer Längsachse, die im Betrieb im wesentlichen senkrecht zur Rille des Aufzeichnungsträgers verläuft, dadurch gekennzeichnet, daß die parallelen Rillen (34) im wesentlichen parallel zur Längsachse des Abtaststiftes verlaufen.
5. Abtaststift nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der seitliche Abstand zwischen benachbarten Rillen unregelmäßig ist.

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6. Abtaststift nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das leitfähige Element (32) so dünn ist, daß die Oberfläche des leitenden Elements, die dem Trägerelement (22) abgewandt ist, dem Verlauf der unregelmäßigen Fläche (30) des Trägereleraents (22) folgt.
7. Abtaststift nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die unregelmäßige Fläche (3O) durch eine Vielzahl von Vertiefungen gebildet wird, die auf dem Trägerelement (22) so angeordnet sind, daß sie an dem in die Rille (14) des Aufzeichnungsträgers (10) eingreifenden, geformten Teil des Trägereleraents (22) enden.
8. Abtaststift nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Vertiefungen etwa 20OO 8 tief sind.
9. Abtaststift nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die leitfähige Fläche etwa 200 £ dick ist.
10. Abtaststift nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das auf dem Trägerelement (22) angeordnete leitfähige Element (32) eine schlangenlinienförmige Kante hat und daß das Trägerelement so geformt ist, daß die schlangenlinienförmige Kante des leitfähigen Elements sich bei der dielektrischen Schicht (2O) befindet, wenn der Abtaststift in die Rille (14) des Aufzeichnungsträgers (1O) eingreift.

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11. Abtaststift nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Tiefe der Wellen der schlangenlinienförmigen Kante kleiner als die halbe Wellenlänge der auf dem Aufzeichnungsträger aufgezeichneten Information ist.
12. Abtaststift nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Tiefe der Wellen der schlangenlinienförmigen Kante etwa 2OCX)S beträgt.
13. Abtaststift nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß das leitfähige Element (32) etwa 2OO 8 dick ist.

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