DE2345025C - Abtaststift für einen Aufzeichnungsträger mit Rille - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Abtaststifte für

ic Informationswiedergabegeräte, insbesondere einen Abtaststift zum Abtasten einer Rille in einem Aufzeichnungsträgr, insbesondere einer Bildplatte.

Es sind Bildspeichergeräte bekannt, die mit einem plattenförmigen Aufzeichnungsträger arbeiten, auf

x;; dem die Bildinformation in Form von Kapazitätsänderungen 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 elek-

ao trisch leitendes Material, das mit einer dünnen Schicht aus einem dielektrischen Material überzogen ist. Die Wiedergabe erfolgt mittels eines Abtaststiftes, welcher eine leitende Fläche aufweist, die mit dem leitenden Material und der dielektrischen Schicht der

a;> Platte eine Kapazität bildet. Solche Einrichtungen sind z.B. in den DT-OS 2213 918 und 22 13 920 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 Fest-

3.5 frequenzoszillator erregt wird. Da also an dem Schwingkreis, dessen Resonanzfrequenz sich wegen der Kapazitätsschwankungen 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 22 13 920 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 bekannten Abtaststiftes ist das leitende Element auf einer ebenen Oberfläche des Trägerelements 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.

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 oefindet. Wenn eine Relativ-

bewegung zwischen dem Speichermedium und einer Abtastvorrichtung stattfindet, treten durch Zusammenwirken des Abtaststiftes mit dem Speichermedium Kapazitätsanderungen zwischen dem Abtaststift und der leitenden Fläche des Speichermediums entsprechend der aufgezeichneten Signalinformation auf. Der Abtaststift enthält ein Trägerelement mit einer unregelmäßig geformten Oberfläche, ?uf der sich ein leitendes Element befindet. Das Trägerelement is·* 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 Ausführungsbeispiel der Erfindung an Hand der Zeichnung näher erläutert; es zeigt

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

F i g. 2 eine sehr stark vergrößerte Unteransicht eines Teiles des Abtaststifts gemäß F i g. 1 mit gestrichelt angedeuteter Aufzeichnungsträgerrille.

In F i g. 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 D.ehung 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: ca. 1600 Rillen pro cm; Rillenbreite: 6 μην, Gesamttiefe der Rille: 0,5 μπι. 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 Gräoen oder Nuten, die eine mittlere Tiefe von 0,1 μπι, eine in Richtung der Achse der Rille gerechnete Breite von 0,5 μΐη und Abstände oder erhöhte Bereiche zwischen benachbarten Elementen von 0,5 »m haben. Auf die Oberfläche des gepreßten Substrats 17 ist eine elektrisch leitende Schicht 18, z. B. eine 700 A dicke Schicht aus Aluminium oder Gold im Vakuum aufgedampft. Auf der aus Metall bestehenden Schicht 18 befindet sich eine dielektrische Schicht 20, z. B. eine 500 A dicke Polystyrolschicht.

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 30 befindet sich eine Fläche 35, die in Richtung auf die Vorderfläche 24 nach 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 befbdet sich eine entsprechend abgeschrägte Fläche. Die Vorderseite des Abtaststiftes 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 F i g. 1 von links nach rechts, wie durch einen Pfeil angedeutet ist. Hierdurch entsteht eine Relativbewegung zwischen dem Abtaststift 16 und der Bildplatte 10. Beim Abtasten der Rille 14 durch den Abtasistift 16 treten dann Kapazitätsänderungen auf Grund 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 22 13 920 bekannt ist.

Es wurde nun festgestellt, daß die nutzbare Lebensdauer des Abiaststiftes gemäß der Erfindung dadurch erheblich verlängert werden kann, daß man eine unregelmäßige Rückseite 30 vorsieht, wie es stark übertrieben und schematisch in F i g. 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 14 der Platte eingreift, verlaufen die Vertiefungen 34 im wesentlichen senkrecht zur Ebene der Platte und bilden eine schlangenlinienförmige Kante (siehe F i g. 2), die an der Rille 14 der Platte angreift. Die Vertiefungen 34 können etwa 2000 A tief sein, und auf einen 5 μΐη 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 200 A 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 schlangenlinienförmige 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 25 mm beträgt und mit einer Dicke von etwa 0,1 mm wird mit Klebwachs auf einer Trägerplatte befestigt. Die frei liegende glatte Oberfläche der Scheibe wird dann aut einei Läppbank mit Diamantpulver geschliffen. Das Schleifen erfolgt dadurch, daß man die frei liegende glatte Schcibenfläche mit einer linearen, hin- und hergehenden Bewegung, deren Hub .etwa 15 cm beträgt, mit Diamantpulver reibt, dessen mittlere Teilchengröße 9 μηι beträgt. Das scharfkantige Diamantpulver erzeugt in der Scheibenoberfläche parallele, aber sonst unregelmäßige Kratzer oder Rillen. Die Rillen haben eine mittlere Tiefe von etwa 2000 A und einen mittleren Abstand von etwa 10 000 A. Es ist ersichtlich, daß die Tiefe der Nuten oder Rillen

weniger als die Hälfte der Wellenlänge der aufgezeichneten Signalelemente in der Bildplatte 10 beträgt. Auf die verkratzte oder gerillte Scheibenfläche wird dann im Vakuum eine etwa 200 A dicke Tantalschicht durch Zerstäuben (Kathodenzerstäubern) aufgebracht. Die Saphiischeibe wird dann mit einer Diamantsäge in rechteckige Plättchen mit Abmessungen von etwa 1,5 X 0,6 mm 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 F i g. 1 dargestellten Abtaststiftes gebracht und dann in einer der Plattenrille entsprechenden Rille mit feinem Diamantstaub fein geläppt, bis die Spitze des Abtasistii tes im wesentlichen die Form der Rille 14 hat.

Hs 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 mindetens zum Teil darauf zurückzuführen, daß in der Nähe der dielektrischen Schicht 20 der Platte für eine längere Zeitdauer eine größere Menge leitenden Materials erhalten bleibt. Bei den in bekannter Weise hergestellten Abtaststiften mit einer etwa 4000 A 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 Trägerelement 22 aus Saphir bei der isolierenden Schicht 20 an dieser an, die Tantalschicht weicht jedoch 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 Schicht 20 einen Abstand von etwa 2800 A.

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 Abtastslift einmal verschlissen ist und das leitfähige Element 32 sich nicht langer in unmittelbarer Nachbarschaft der dielektrischen Schicht 20 befindet, verschlechtert sich die Hochfrequenzansprache des Abtsiststiftes, 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 Fließverllialten der dielektrischen Schicht 20 aus dem plastischen Polystyrol, während

ao dieses an der Rückkante des leitenden Elements 32 hoch und urn 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

*5 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 22 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 100 Stunden bei einer Abtastkraft von 0,07 g und einer Plattendrehzahl von 450 U/min hat, das Trägerelement 22 aus Saphir ist dann so weit verschlissen, daß der Abtaststift der Rille 14 der Platte nicht länger zu folgen vermag.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (11)

Patentansprüche:

1. 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 Trägereleiment (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 R'llen unregelmäßig ist.

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 Trägerelements (22) folgt.

7. Abtaststift nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die unregelmäßige Fläche (30) 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 Trägerelements (22) enden.

8. Abtaststift nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Vertiefungen etwa 2000 A tief sind.

9. Abtaststift nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die leitfähige Flache etwa 200 A dick ist.

10. Abtaststift nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das auf dem Trägerelement (22) angeordnete leitfähige Element (32) eine schlangenlinienförrrige Kante hat und daß das Trägerelement so geformt ist, daß die schlangenlinienförmige Kante des leitfähigen Elements sich bei der dielektrischen Schicht (20) befindet, wenn der Abtaststift in die Rille (14) des Aufzeichnungsträger» (10) eingreift.

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.