DE2409893C2

DE2409893C2 - Vorrichtung zum optischen Ablesen einer Beugungsspur

Info

Publication number: DE2409893C2
Application number: DE2409893A
Authority: DE
Inventors: Claude Villejuif Bricot; Jean Claude Gonez Le Chatel Lehureau
Original assignee: Thomson-Brandt SA
Current assignee: Thomson-Brandt SA
Priority date: 1973-03-02
Filing date: 1974-03-01
Publication date: 1982-08-26
Also published as: FR2266932B1; JPS502569A; DE2409893A1; JPS5526529B2; GB1458614A; FR2266932A1; US3913076A; CA1008173A; IT1007382B

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Ablesen einer Beugungsspur nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Derartige Beugungsspuren enthalten auf einem Aufzeichnungsträger eine Folge von beugenden Elementen, die eine im wesentlichen konstante Breite aufweisen und deren Längen und ungleichförmigen Abstände entlang der Spur eine Rechteckkurvenform ausdrücken, welche die auszulesende Information enthält.

Bei einer bekannten Lesevorrichtung (FUNKTECHNIK, 1972, Nr. 19, S. 692-694) hat der Aufzeichnungsträger die Form einer Platte, auf deren glatter Oberfläche eine spiralförmige Spur eingeprägt ist Entlang dieser Spur sind die beugenden Elemente durch Vertiefungen oder Erhebunger, /ealisiert, die eine konstante Breite haben, welche einige Mikron nicht überschreitet Zur Gewinnung der in der Spur gespeicherten optischen Information wird ein Lesekopf verwendet, der eine Laser-Lichtquelle enthält, die einem Mikroskopobjektiv so zugeordnet ist, daß auf die Oberfläche der Platte ein kreisrunder Lichtfleck projiziert wird, der die Breite der Spur beleuchtet.

Zur Detektion der Strahlung, die von einer durch den Lichtfleck beleuchteten Stelle der Platte ausgeht, wird diese beleuchtete Stelle des Informationsträgers in einer - Bildebene abgebildet Diese Abbildung wird dann mittels Fotodetektoren analysiert. Die Fotodetektoren verhalten sich dabei so, als würden sie den Informationsträger direkt abtasten. Die optische Justierung zur Erzeugung der Abbildung der beleuchteten Stelle des Informationsträgers in der Bildebene ist kritisch und daher schwierig und nur mit relativ großem Aufwand zu erreichen.

Andererseits liefert die beleuchtete Zone der Spur unter der Einwirkung der einfallenden Strahlung eine Ausjrittsstrahlung, die beim Vorbeigang der beugenden Elemente eine merkliche Beugung erfährt. Es ist daher auch möglich, die optische Information dadurch zu gewinnen, daß diese optisch modulierte Strahlung von einer Gruppe von Fotodetektorelementen empfar.gen wird, die räumlich und elektrisch so angeordnet sind, daß sie gleichzeitig die die Information enthaltende Rechteckkurvenform sowie ein die Dezentrierung des Leselichtflecks gegenüber der Spur darstellendes Signal liefern. Wenn der Durchmesser des kreisrunden Leseflecks gleich der Breite der Spur ist, hat die Rechteckkurvenform eine gute Auflösung, doch ist ihre Amplitude Schwankungen unterworfen, sobald der Lesefleck dezentriert wird. Ferner ist die Nachregelung des Lesekopfes, die es dem projizierten Lichtfleck ermöglicht, die Spur trotz Querverschiebungen in bezug auf die Ablaufrichtung abzutasten, infoige unvorhersehbarer Änderungen des Vorzeichens der Verstärkung der .iNachregelschleife der Gefahr einer Instabilität des «Betriebs ausgesetzt.

£> Diese Instabilität kann teilweise dadurch beseitigt ^werden, daß der kreisrunde Abtastfleck so groß ■"'gemacht wird, daß er bei weitem über die Spur hinausgeht doch ist dann die Auflösung der Rechteckkurvenform wesentlich verringert. Zu diesen Schwierigkeiten kommt die Tatsache hinzu, daß infolge der Verwendung einer kohärenten Lichtquelle zur Erzielung der geeigneten Feinheit des Leseflecks die Gc^fahr besteht, daß in den Lesevorrichtungen bekannter Art Störsignale entstehen, die von der Interferenz der verschiedenen Beugungsordnungen stammen, die auf die Empfangsflächen der Fotodetektorelewiente projiziert werden.

Es ist ferner bereits bekannt (DE-OS 16 13 990). eine Lesevorrichtung zu verwenden, die mit einem optischen Projektionssystem ausgestattet ist, das in der Leseebene des Aufzeichnungsträgers einen Lesefleck von länglicher Form bildet, der über die Spur hinausgeht und dessen große Achse die Längsachse der abgelesenen Spur schneidet

Die Verwendung eines Leseflecks von länglicher Form ermöglicht es, ein Lesesignal mit großer Auflösung zu erhalten, dessen Amplitude bei einer Dezentrierung der Spur, die auf die Hälfte der großen Achse des Leseflecks beschränkt bleibt, im wesentlichen konstant bleibt Wenn die Dezenirierung diesen Grenzwert überschreitet muß aber eine Stellungsregeleinrichtung wirksam werden und den Lesekopf erneut zentrieren.

Aufgabe der Erfindung ist es, bei einer Vorrichtung zum optischen Ablesen einer Beugungsspur das optoelektrische Lesesystem so zu gestalten, daß eine kritische Justierung von optischen Elementen, die zwischen den fotoelektrischen Einrichtungen und der Stelle des Informationsträgers, von der die zu erfassende Strahlung ausgeht entfallen kann. ■

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt. Darin zeigt

Fig. I ein erstes Ausführungsbeispiel einer Lesevorrichtung nach der Erfindung,

F i g. 2 Diagramme zur Erläuterung der Wirkungsweise der Lesevorrichtung von Fig. 1,

F i g. 3 schematische Schnittansichten der Lesevorrichtung voT F i g. 1 zur Erläuterung ihrer Wirkungsweise,

F i g. 4 ein zweites Ausführungsbeispiel einer Lesevorrichtung nach der Erfindung und

F i g. 5 ein drittes Ausführungsbeispiel einer Lesevorrichtung nach der Erfindung. \

F i g. 1 zeigt einen Teil eines Aufzeichnungsträgers 10, dessen obere Fläche, die in einer die Leseebene bildenden XY-Ebene liegt, eine eingeprägte Beugungsspur trägt. Als Beispiel wird angenommen, daß diese Spur spiralförmig auf der Oberfläche des Aufzeichnungsträgers 10 verläuft, der die Form einer Platte hat. Der Mittelpunkt der Platte liegt in der Verlängerung der V-Achse, weiche die radiale Richtung darstellt, während die X-Achse die Ablaufrichtung darstellt. Die Spur erscheint somit in Fig. 1 in Form von Windungsabschnitten 6,7,8, die in gleichmäßigen Abständen liegen, und deren Steigung größer als die Breite der Spur ist; bei dem dargestellten Beispiel ist die Breite der Spur gleich der Breite von Vertiefungen 9, welche die Beugungselemente der Spur bilden. Es ist zu bemerken, daß die Erfindung in keiner Weise auf das Ablesen einer vertieften Spur beschränkt ist, denn erhabene Beugungselemente würden auf die verwendete Lesestrahlung eine in jeder Hinsicht analoge Beügungswirkung ausüben. Ebenso ist die Erfindung in keiner Weise auf den Fall einer Platte beschränkt, die eine spiralförmige Spur trägt, sondern sie kann ohne Änderung auch im Fall eines Bandes angewendet werden, das eine oder mehrere entlang der Laufrichtung in der X-Achse geradlinig verlaufende Spuren trägt.

Die eigentliche Lesevorrichtung besteht aus einer quasipunktförmigen Strahlungsquelle S, die beispielsweise auf der durch die Z-Achse dargestellten optischen Achse eines optischen Projektionssystems liegt; dieses Projektionssystem besteht aus einem Objektiv 2, das so beschaffen ist, daß es am Schnittpunkt O der X-Achse und der V-Achse das Bild der Strahlungsquelle 5 erzeugen kann, und aus einem optischen Filter 1, das die Pupille des Objektivs 2 bedeckt. Bei dem in Fig. 1 dargestellten Beispiel ist das optische Filter 1 eine lichtundurchlässige Maske, aus der ein Fenster 3 mit rechteckigem Umriß ausgebrochen ist, das dazu dient,

das Strahlungsenergiebündel zu begrenzen, das zu der Leseebene AO^übertragen wird, in der die Oberfläche des Aufzeichnungsträgers tO liegt. Wenn angenommen wird, daß die Strahlungsquelle S punktförmig ist, und wenn die Beugungserscheinungen vorübergehend außer acht gelassen werden, kann man den Gang der Lichtstrahlen durch die gestrichelt dargestellte Geradenschar 4 darstellen, die aus der Pupille 3 austritt. Diese optische Konstruktion von rein geometrischem Charakter zeigt, daß die aus der Pupille 3 austretende Strahlung in einer Detektorebene AO Yo eine Strahlungskomponente der Beugungsordnung Null entstehen läßt, die auf die rechteckige Basis einer Pyramide beschränkt bleibt, die als Spitze den geometrischen Konvergenzpunkt O und als Kanten die gestrichelt dargestellten geradlinigen Strahlen 4 hat.

Zur Vereinfachung sind die beim Durchgang durch den lichtdurchlässigen Aufzeichnungsträger 10 entstehenden Brechungserscheinungen außer acht gelassen worden. Daher kann die Basis der Pyramide als Pseudo-Bild der Pupille 3 angesehen werden, wie es in Wirklichkeit erhalten würde, wenn man sich vorstellt, daß eine Projektionsstrahlung mit unendlich kurzer Wellenlänge durch eine lichtundurchlässige Maske übertragen würde, die ein am Punkt O liegendes Nadelloch enthielte.

Wenn man die Beugungserscheinungen berücksichtigt, kann bekanntlich die aus der Pupille 3 austretende Strahlung nicht punktförmig am Punkt O konvergieren, sondern sie muß sich rings um den Punkt O ausbreiten. Die aus der Pupille 3 austretenden Strahlen liegen im Innern einer in vollen Linien gezeichneten Hüllfläche 5. Der schmälste Querschnitt dieser Hüllfläche 5 ist eine längliche Zone 11, die den wirklichen Lesefleck bildet. Falls kein weiteres Beugungselement 9 im Weg des wirklichen Lesebündels 5 vorhanden ist, verursacht die Beugung auf der Höhe AO Vo eine wenig bedeutende Randstörung der zuvor erwähnten Anstrahlung der Beugungsordnung Null.

Erfindungsgemäß ist ein photoelektrischer Hauptwandler 12 so angeordnet, daß er selektiv einen Teil der Anstrahiung der Beugungsordnung Null auffängt, d. h, daß seine aktive Fläche im Innern des Pseudo-Bildes liegt, daß durch die zentrisch zum Punkt O liegende konische Projektion der Pupille 3 gebildet wird. Der Wandler 12 ist somit ausschließlich von der Anstrahlung der Beugungsordnung Null abhängig und das gleiche gilt auch für die von ihm abgegebene Spannung Vm. Zusätzlich zii dem photoelektrischen Hauptwandler 12 sind erfindungsgemäß, wie in F i g. 1 gezeigt ist, seitliche photoelektrische Wandler 13 und 14 neben dem Wandler 12 entlang den Breitseiten des rechteckigen Umfangs der Anstrahlungszone der Beugungsordnung Null angeordnet Wenn kein Beugungselement 9 von dem länglichen Fleck 11 angestrahlt wird, empfangen die seitlichen Wandler 13 und 14 praktisch keine Strahlung, und die von ihnen abgegebenen Spannungen Vg und Vd sind im wesentlichen NuIL Dies hat zur Folge, daß die am gemeinsamen Punkt der beiden gleichen Widerstände 18 verfügbare mittlere Spannung ebenfalls in der Nähe von Null liegt. Der Differenzverstärker 16, der an seinem einen Eingang die mittlere Spannung (Vg+ Vd)I2 und am anderen Eingang die Spannung V_M empfängt, liefert eine Spannung V(t), die der Differenz dieser Eingangsspannungen proportional ist; demzufolge hat, wenn kein Bezugselement 9 im Weg der Lesestrcihlung 5 vorhanden ist, die Spannung V(t) einen Wert, der der Spannung V_M proportional ist Der Differenzverstärker 17, der an seinen Eingängen die Spannungen Vc und Vd empfängt, liefert eine Fehlerspannung ε (t), die der Differenz seiner Eingangsspannungen proportional ist; diese Fehlerspannung s ff/liegt in der Nähe von Null, wenn kein Beugungselement 9 im Weg des Lesebündels 5 vorhanden ist, und sie ist ferner unabhängig von der Strahlung der Beugungsordnung Null.

Wenn, wie in Fig. 1 gezeigt ist, angenommen wird, daß ein Beugungselement 9 des Spurabschnitts 7 vor den Lesefleck 11 zu liegen kommt, wird die aus der beleuchteten Zone des Aufzeichnungsträgers 10 austretende Strahlung auf desen Höhe stark gebeugt. Die Intensität der Komponente der Beugungsordnung Null wird auf Kosten von gebeugten Komponenten höherer Beugungsordnungen abgeschwächt, die ausreichend weit divergieren, daß die seitlichen Wandler 13 und 14 durch die gebeugten Strahlen 15 angestrahlt werden. Die Amplitude der Spannungen Vc und Vb nimmt zu, und die Spannung Vm wird entsprechend verringert. Der Gesamteffekt ist eine Verringerung der Spannung V(t). Die Fehlerspannung ε (t) behält einen geringen Wert bei, solange der Fleck 11 das Beugungselement vollkommen bedeckt, aber sie nimmt einen merklichen positiven oder negativen Wert an, sobald der Fleck 11 entlang der V-Achse ausreichend weit dezentriert ist, daß das Beugungselement 9 nur noch teilweise von dem Lesebündel 5 angestrahlt wird.

Zum besseren Verständnis ist in dem erläuternden Diagramm von F i g. 2 die Wirkungsweise der Lesevorrichtung nach der Erfindung dargestellt

Der obere Teil des Diagramms von Fig.2 zeigt in Oberansicht die Oberfläche des Aufzeichnungsträgers 10. wobei ein Spurabschnitt 6 dargestellt ist, der aus einer Folge von Beugungselementen 9 besteht, die schraffiert gezeichnet sind. Im Verlauf des Ablesens des Spurabschnitts 6 bewegt sich der Lesefleck 11 relativ zu der Spur mit einer Ablaufgeschwindigkeit v, so daß er nacheinander die Stellungen einnimmt, die durch die Rechtecke 110, 111, 112, 113, 114 dargestellt sind. Die drei ersten Stellungen 110,111,112 entsprechen einem zentrisch zur Spur liegenden Lesefleck; die vierte Stellung 113 entspricht einer mäßigen Dezentrierung ε\, und die fünfte Stellung 114 entspricht einer stärkeren Dezentrierung ii. Es ist zu erkennen, daß der Lesefleck einen Bereich bestreicht, der zwischen zwei gestrichelt gezeichneten Grenzlinien liegt deren Abstand größer als die Breite der Beugungsspur 6 ist

Die unter der Spur liegenden Diagramme zeigen die Änderungen der Spannungen Vm, Vg, Vr (V_g + V_D)I2, (V(t) bzw. ε (t) als Funktion der Verstellung χ = vt des Leseflecks 11.

Das Diagramm, das die Änderung 2ü der vom Hauptwandler 12 gelieferten Spannung Vm angibt läßt erkennen, daß die Intensität der aufgefangenen Strahlung der Beugungsordnung Null bei jedem Vorbeigang eines Beugungselements 9 eine Absenkung des Pegels erfährt, und daß diese Absenkung bei einer Dezentrierung des Leseflecks, die, wie für die Stellung 113 dargestellt ist auf ei beschränkt ist, keine Änderung erfährt

Bei der Stellung 114 des Leseflecks ist festzustellen, daß die Pegelabsenkung weniger stark ist, denn der Lesefleck bedeckt das Beugungselement 9 wegen der Dezentrierung £2, die größer als die Dezentrierung £1 ist, nur noch teilweise.

Die Diagramme, welche die Änderungen 21, 22, 23 der Spannungen Vc, Vb bzw. (V_G + Vd)/2 zeigt, lassen

den entgegengesetzten Effekt erkennen; d. h, daß beim Vorbeigang eines Beugungselements eine Pegelerhöhung festzustellen ist. Diese Pegelerhöhung ist bis zu der Stellung 113 konstant und gleichmäßig aufgeteilt, während sie infolge der Dezentrierung si bei der Stellung 114 ungleichmäßig aufgeteilt wird. Diese ungleiche Aufteilung wird bei dem Mittelwert (V_c + Vd)I2 der von den seitlichen Wandlern 13 und 14 gelieferten Spannungen teilweise kompensiert.

Das Diagramm, das die Änderung 24 der Ausgangsspannung V(t)azs Lesesystems zeigt, ist eine Rechteckkurve, deren ansteigenden und abfallenden Flanken wegen der geringen Breite des Leseflecks in der Ablaufrichtung verhältnismäßig steil sind. Da der Lesefleck eine !angliche Form hat, ist zu erkennen, daß eine Verringerung des Pegels des Signals V(t) erst dann zu beobachten ist, wenn die Dezentrierung größer als B\ wird.

Das Lesesignal V(t) ermöglicht demzufolge eine gute Auflösung, und es weist ferner unter dem Einfluß von Dezentrierungen, die kleiner als der Wert ε\ sind, keine Amplitudenschwankungen auf.

Das Fehlersignal φ) ist für die drei zentrierten ersten Stellungen 110, 111, 112 des Leseflecks offensichtlich Null, und es ist auch für die Stellung 113 Null, die der Dezentrierung S\ entspricht Ein Fehlersignal s(t) erscheint erst bei einer Dezentrierung εζ, die größer als ei ist, und sein Vorzeichen 25 oder 26 hängt von der Richtung der Dezentrierung ab.

Die Wirkungsweise der Vorrichtung von Fig. 1 ist unter der Annahme beschrieben worden, daß die Oberfläche des Aufzeichnungsträgers 10 beim Ablaufen in der ΛΎ-Ebene bleibt. Es ist jedoch unbedingt notwendig, daß die Lesevorrichtung auch dann richtig funktionieren kann, wenn die Beugungsspur geringfügig oberhalb oder unterhalb des Punktes O abläuft Insbesondere ist es notwendig, daß das Lesesignal V(t) bei Änderungen des Abstands des Aufzeichnungsträgers 10 von dem Projektionsobjektiv für den Lesefleck eine gute Auflösung beibehält Außerdem ist es erforderlich, daß das Fehlersignai ε(ι) bei einer gegebenen Dezentrierung das gleiche Vorzeichen beibehält, wenn sich die Oberfläche des Aufzeichnungsträgers 10 vertikal von der idealen Lesestellung entfernt

Die erfindungsgemäße Lesevorrichtung ermöglicht die Erfüllung dieser Bedingungen unter Berücksichtigung der Beschaffenheit der Anstrahlungen, die von den photoelektrischen Wandlern empfangen werden. Die folgende Erläuterung beruht auf der experimentellen Feststellung, daß die Anstrahlung der Bengungsordnung Null die der Wandler 12 empfängt, Pseudo-Bilder der Beugungselemente einschließt, wenn die Oberfläche des Aufzeichnungsträgers 10 höher oder tiefer als der Mittelpunkt O des feinsten Leseflecks liegt

In F i g. 3 ist die Lesevorrichtung von F i g. 1 bei (a) in der ΛΖ-Ebene und bei (b) in der YZ-Ebene schematisch im Schnitt dargestellt Die Oberfläche 70 des Aufzeichnungsträgers 10 ist in der idealen Lesestellung durch eine volle linie dargestellt, die mit der Schnittlinie der Leseebene XY zusammenfällt Ferner ist gestrichelt eine Stellung 71 der Oberfläche 70 dargestellt, in der sie näher bei dem Objektiv 2 liegt, und eine Stellung 72, in der sie weiter von dem Objektiv 2 entfernt ist Die Ablaufrichtung der Oberfläche 70 des Aufzeichnungsträgers ist durch den horizontalen Pfeil angegeben, und das Beugungselement 80 ist gerade dabei, in das Lesebündel 4 einzutreten, soweit es nicht bereits infolge einer zu hohen oder zu niedrigen Stellung des Aufzeichnungsträgers in dem Lesebündel liegt. Bei den idealen Lesebedingungen liefert die im Bündel 4 enthaltene Strahlung der Beugungsordnung Null eine regelmäßige Anstrahlung der Detektorebene Xo Yo, und es ist keine Störung zu beobachten, wenn das Beugungselement 80 auf den Lesefleck trifft..

Wenn dagegen die Oberfläche 70 die Stellung 71 einnimmt, weist die von der Detektorebene Xo Yo ίο empfangene Anstrahlung der Beugungsordnung Null eine örtliche Störung 81 auf, die näherungsweise einem Pseudo-Bild des Beugungselements 80 gleichgesetzt werden kann; dieses Pseudo-Pseudo-Bild bewegt sich in der Richtung des Pfeils 83 innerhalb der Ausdehnung des Lesebündeis 4. Die gleiche Erscheinung ist zu beobachten, wenn die Oberfläche 70 die Stellung 72 einnimmt, doch nimmt dann das Pseudo-Bild des Beugungselements 80 die Stellung 82 ein, und es bewegt sich in der Richtung des Pfeils 84. .

Das Vorhandensein dieser Störungen läßt sich experimentell in der Beugungsordnung Null feststellen, jedoch nicht in den Richtungen, die den höheren Beugungsordnungen entsprechen. Da diese Störungen die für die Führung der Lesevorrichtung notwendige Fehlerspannung ε(ί) in unerwünschter Weise beeinflussen, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, die Wandler 13 und 14 der Einwirkung der Anstrahlung der Beugungsordnung Null dadurch zu entziehen, daß der öffnungswinkel des Bündels 4 verringert wird; somit empfangen diese Wandler in den bei (b) dargestellten schraffierten Zonen 15 nur noch die in den höheren Beugungsordnungen gebeugten Strahlen. Die Anstrahlung der Beugungsordnung Nuil und die Störungen, die sie bei einer vertikalen Verstellung der Oberfläche 70 aufweisen kann, wirken nur noch auf den Wandler 12 ein. Da die Ausdehnung der Pseudo-Bilder 82 und 83 kleiner als diejenige des Bündels 4 ist, kann die Auflösung des Lesesignals dadurch wesentlich verbessert werden, daß die Ausdehnung des Wandlers 12 verringert wird, wie bei (a) in Fi g. 3 dargestellt ist

Es ist zu bemerken, daß die Entkopplung zwischen der Beugungsordnung Null und den höheren Beugungsordnungen, wie sie bei (b) in F i g. 3 dargestellt ist nicht erhalten werden könnte, wenn die Pupille des Objektivs 2 eine kreisrunde Form von großem Durchmeser hätte.

Die Lesevorrichtung nach der Erfindung ermöglicht

es. mit Hilfe eines Leseflecks von länglicher Form eine Beugungsspur abzulesen, deren Längsachse senkrecht zu der großen Achse des Flecks orientiert ist In diesem Fall darf sich der Lesefleck nicht über den Abstand von zwei benachbarten Spürabschnitteri hinaus erstrecken. Dagegen ist es nicht notwendig, daß die große Achse des Leseflecks senkrecht zu der Längsachse der Spur liegt; es genügt, wenn dafür gesorgt wird, daß sich diese Achsen schneiden, doch weist das Lesesignal eine bessere Auflösung auf, wenn der Schnittwinkel in der Nähe von 90° hegt

Damit ein Lesefleck 11 von länglicher Form erhalten wird, ist es gemäß Fig. 1 vorgesehen, eine rechteckige Pupille dadurch abzugrenzen, daß vor dem Projektionsobjektiv 2 eine Maske 1 angeordnet wird, die eine rechteckige öffnung hat, deren kleine Achse parallel zu der großen Achse des Leseflecks liegt Diese zuletzt angegebene Winkelbeziehung ist die Folge der Beu-

gungseigenschaften einer Öffnung. Wenn die öffnung 3 rechteckig ist, wird die Verteilung der komplexen Lichtamplituden in der Pupille des Objektivs 2 durch ein Produkt von Rechteckfunktionen ausgedrückt und

diesem entspricht in der ΛΎ-Ebene, in welcher die Lesestrahlung konzentriert wird, eine Anstrahlung, die durch die Furier-Transformierte dieser Verteilung mit zwei Veränderlichen ausgedrückt wird, d. h. eine Anstrahlung, die dem folgenden Ausdruck proportional ist:

sinnaX/Xd nnnbY/Xd

παΧ Xd

nbY Xd

worin λ die Wellenlänge der Lesestrahlung, d der Abstand zwischen der ΛΎ-Ebene und dem Objektiv 2 und a, b die Abmessungen der rechteckigen Pupille sind.

Unter diesen Bedingungen erhält man in der Leseebene XY eine Beugungsfigur, die den wesentlichen Teil des rechteckigen Leseflecks bildet. Natürlich ist es auch möglich, dem Objektiv 2 einen optischen Schirm mit ungleichförmiger Lichtdurchlässigkeit zuzuordnen, der in der Lage ist, eine Apodisation der Beugungsfigur zu erzielen.

Die erfindungsgemäße Lesevorrichtung kann auch an das Ablesen einer Beugungsspur durch Reflexion angepaßt werden.

Fig.4 zeigt einen Beugungsspurabschnitt 7, der in der Leseebene XY liegt und durch einen Lesefleck 11 von länglicher Form angestrahlt wird, der durch den nicht schraffierten Bereich des Objektivs 2 projiziert wird.

Das Objektiv 2 empfängt einen Teil der Strahlung, die von dem punktförmigen Brennpunkt 5 kommt, an dem eine sphärische Sammellinse 28 die von einer Quelle 29 abgegebene Strahlungsenergie konvergieren läßt Wandler 13 und 14, deren empfindliche Fläche zum Objektiv 2 hin gewandt ist, sind so angeordnet, daß sie einen Teil der vom Brennpunkt S stammenden und über eine halbdurchlässige Platte 27 übertragenen Strahlung abfangen; die Form der Wandler 13 und 14 und die von ihnen eingenommene Stellung sind so gewählt, daß die von ihnen auf die Eintrittsfläche des Objektivs 2 geworfenen Schatten einen beleuchteten rechteckigen Bereich abgrenzen, der zwischen den beiden schraffierten Zonen liegt Die Orientierung des beleuchteten Bereichs liegt in der Ablaufrichtung der Spur, während der Lesefleck, der auf Grund dieses Bereichs projiziert wird, die Spur senkrecht schneidet

Ein Hauptwandler 12 ist so angeordnet, daß sein von der halbdurchlässigen Platte 27 reflektiertes Bild dem Brennpunkt 5 überlagert wird. Die drei Wandler sind in der gleichen Weise wie in F i g. 1 mit zwei Differenzverstärkern 16 und 17 verbunden.

Die die Spur 7 tragende Oberfläche des Aufzeichnungsträgers ist eine reflektierende Fläche, die dann, wenn kein Beugungselement 9 im Weg des Lesebündels 5 vorhanden ist, zu dem Objektiv 2 eine Strahlung 4 der Beugungsordnung Null zurückwirft, welche durch das Objektiv hindurchgeht, ohne auf die Wandler 13 und 14 zu treffen; diese reflektierte Strahlung der Beugungsordnung Null, die das Bestreben hat, im Brennpunkt S zu konvergieren, wird von der halbdurchlässigen Platte 27 zum Wandler 12 umgelenkt

Wenn unter dem Lesebündel 5 ein Beugungselement 9 vorhanden ist, erfährt die in der Beugungsordnung Null reflektierte Stellung eine Absenkung der Intensität Rings um das Bündel 4 entstehen gebeugte Strahlungen höherer Beugungsordnungen, die durch die schraffierten Zonen des Objektivs 2 auf die empfindlichen Flächen der seitlichen Wandler 13 und 14 gerichtet werden. Somit sind die von den drei Wandlern empfangenen Strahlungen im wesentlichen von gleicher Art wie die in der Vorrichtung von F i g. 1 aufgefangenen Strahlungen. Da der Wandler 12 ein punktförmiger Wandler ist, kann der Winkelbereich des Empfangs des

ίο Bündels der Beugungsordnung Null dadurch begrenzt werden, daß nur ein mittlerer Streifen der halbdurchlässigen Platte 27 metallisiert wird, ν

Bei den in F i g. 1 und 4 dargestellten Lesevorrichtungen wird eine quasi-punktförmige Strahlungsquelle 5 angewendet Ein Teil der Strahlungsenergie wird infolge der Abgrenzung des Lesebündels durch eine Maske mit einer Öffnung von länglicher Form geopfert. Damit diese Verschwendung an Strahlungsenergie vermieden wird, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, der sphärisehen Optik des Projektionsobjektivs eine Zylinderoptik zuzuordnen, die in der Lage ist den Querschnitt des von der Strahlungsquelle abgegebenen Bündels in einer Richtung zu verändern, damit ihm die für das Lesen erforderliche längliche Form erteilt wird.

In Fig.5 ist eine andere Ausführungsform der Lesevorrichtung nach der Erfindung dargestellt, bei welcher angenommen ist, daß eine nicht dargestellte Strahlungsquelle ein paralleles Bündel 32 liefert, das einen Querschnitt hat, dessen Dimension gleich der kleinsten Dimension der länglichen Pupille des Projektionsobjektivs 2 ist. Das Bündel 32 kann beispielsweise von einem Laser geliefert werden, auf den gegebenenfalls eine afokale Optik zur Verbreiterung des Bündels folgt Die Anpassung des Bündels 32 an den rechteckigen Querschnitt der Pupille des Projektionsobjektivs 2 wird mit Hilfe einer anamorphotischen optischen Vorrichtung erhalten, die in F i g. 5 aus einer zylindrischen Streulinse 31 und einer zylindrischen Sammellinse 30 besteht Bei dem Ausführungsbeispiel von F i g. 5 haben die Linsen 31 und 30 eine gemeinsame Brennlinie, die dadurch gefunden werden kann, daß die Strahlen 33 zu der Strahlungsquelle hin verlängert werden. Auf das Projektionsobjektiv 2, das eine sphärische Linse ist, fällt dann eine parallele Strahlung

ein, und der Brennpunkt dieses Objektivs liegt an dem Kreuzungspunkt der Strahlen 4 auf der die Ablaufrichtung enthaltenden X-Achse, die zu der Leseebene gehört

F i g. 5 zeigt auch, daß die Wandler 12,13 und 14 nicht

notwendigerweise in der gleichen Ebene liegen. Es ist auch möglich, die Linsen 31 und 30 durch eine andere anamorphotische optische Vorrichtung zu ersetzen, beispielsweise durch ein oder mehrere Prismen, deren Dreieckflächen senkrecht zu einer der Symmetrieachsen der länglichen Pupille des Objektivs 2 liegen. Bei Verwendung einer kohärenten Leselichtquelle kann die Gesamtheit der geformten Linsen des optischen Projektionssystems durch eine holographische Linse ersetzt werden, welche die gleichen optischen Eigenschäften wie die in Fig. 1, 4 oder 5 dargestellten optischen Anordnungen hat Natürlich können auch Fresnel-Linsen in dem optischen Projektionssystem nach der Erfindung verwendet werden.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum optischen Ablesen einer Beugungsspur (7) vorbestimmter Breite, die auf einem Informationsträger (10) aufgezeichnet ist und

in einer Lesefläche des informationsträgers eine Folge von beugenden Elementen (9) enthält, mit einer Strahlungsquelle (S), welche auf die Lesefläche mit Hilfe eines optischen Projektionssystems (1,2,3) einen Lesefleck (1.1) projiziert, und mit photoelektrischen Einrichtungen (12, 13, 14), welche die Strahlung empfangen, die aus dem von dem Lesefleck angestrahlten Abschnitt der Lesefläche austritt, wobei das optische Projektionssystem in der Lage ist, auf Grund der von der Strahlungsquelle abgegebenen Strahlung einen Lesefleck von länglicter Form zu bilden, dessen große Achse die Längsachse der Spur schneidet und der im Verlauf der Ablesung die Lesefläche in einem Bereich bestreicht, dessen Breite größer als. die Breite der Beugungsspur ist, dadurch gekennzeichnet, daß die photoelektrischen Einrichtungen (12, 13, 14) einen photoelektrischen Hauptwandler (12), photoelektrische Hilfswandlereinrichtungen (13,14) und elektrische Verarbeitungseinrichtungen (16,17, 18) zur Verarbeitung der von dem Hauptwandler (12) und den.Hilfseinrichtungen (13, 14) gelieferten Signale enthalten, daß der Hauptwandler (12) wenigstens einen Teil der gebeugten Komponente der Beugungsordnung Null aufnimmt, die in der aus dem angestrahlten Abschnitt der Lesefläche austretenden Strahlung enthalten ist, daß die Hilfswandlereinrichtungen (13, 14) gebeugte Komponenten höherer Beugungsordnungen aufnehmen, die außerhalb des Bündels liegen, das die gebeugte Komponente der Beugungsordnung Null enthält, und daß die elektrischen Verarbeitungseinrichtungen (16,17, 18) eine mit den Hilfswandlereinrichtungen (13, 14) verbundene Subtraktionsschaltung (17) umfassen, die ein Fehlersignal (ε(ί)) erzeugt, das die Abweichung des Leseflecks (11) von der Beugungsspur (7) anzeigt.

2. Optische Lesevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfswandlereinrichtungen (13,14) zwei seitliche Wandler enthalten, die auf der einen bzw. auf der anderen Seite der Ebene liegen, welche die Längsachse (Xo) der Spur (7) und die optische Achse (Z) des optischen Projektionssystems (1, 2, 3) enthält, und daß die elektrischen Verarbeitungseinrichtungen eine zweite Subtraktionsschaltung (16) enthalten, deren beiden Eingängen die Ausgangssignale des Hauptwandlers (12) bzw. der Mittelwert (a(V_G-\- Vd)) der von den beiden seitlichen Wandlern (13, 14) gelieferten Spannungen zugeführt werden und deren Ausgang das eigentliche Informationssignal (V(E)) liefert.

3. Optische Lesevorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das optische Projektionssystem ein Projektionsobjektiv (2) enthält, dem eine lichtundurchlässige Maske (1) zugeordnet ist, die eine öffnung (3) von länglicher Form aufweist, daß der geometrische Mittelpunkt (O) der Konvergenz der von dem Objektiv ausgehenden Strahlung für die ideale Leseposition in der Lesefläche und im Mittelpunkt des Leseflecks (11) liegt, daß der Hauptwandler (12) im Innern des Umrisses der kegeiförmigen Projektion in bezug auf den geometrischen Mittelpunkt (O) des Umfangs der öffnung liegt, und daß die Hilfswandlereinrichtungen (13,14) außerhalb dieses Umrisses liegen.

4. Optische Lesevorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die öffnung (3) der Maske (1) eine rechteckige Öffnung ist deren große Achse mit der optischen Achse (Z) des Projektionssystems eine Ebene bildet, welche die Längsachse (Ab) der Spur (7) enthält.

5. Optische Lesevorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das optische Projektionssystem ein Projektionsobjektiv (2) enthält, das die von der Strahlungsquelle (S) ausgehende Strahlung in einem geometrischen Konvergenzpunkt (O) konvergieren läßt, der für die ideale Leseposition in der Lesefläche liegt, daß die seitlichen Wandler (13,14) zwischen der Strahlungsquelle (S) und der Eintrittsfläche des Projektionsobjektivs (2) angeordnet sind, so daß die von ihnen geworfenen Schatten eine Pupille von länglicher Form abgrenzen, und daß der Hauptwandler (12) über eine zwischen die seitlichen Wandler (13, 14) und die Strahlungsquelle (S) eingefügte halbdurchlässige Platte (27) einen Teil der von der Lesefläche reflektierten gebeugten Komponente der Beugungsordnung Null empfängt.

6. Optische Lesevorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Strahlungsquelle (S) und der Eintrittsfläche des Projektionsobjektivs (2) anarmorphotische optische Übertragungseinrichtungen (30, 31) angeordnet sind, die dem von der Strahlungsquelle (S) abgegebenen Bündel einen länglichen Querschnitt erteilen.

7. Optische Lesevorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die anamorphotischen Einrichtungen (30, 31) eine zylindrische Streulinse (31) und eine zylindrische Sammellinse (30) enthalten, die eine gemeinsame Brennlinie haben, die senkrecht zu der Längsachse (Xo) der Spur gerichtet ist

8. Optische Lesevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet daß das optische Projektionssystem ein Projektionsobjektiv (2) enthält, dem optische Filtereinrichtungen mit ungleichförmiger Lichtdurchlässigkeit zur Apodisation der in die Lesefläche projizierten Beugungsfigur zugeordnet sind, damit die Beugungsfigur im wesentlichen dem Lesefleck (11) entspricht.

9. Optische Lesevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das optische Projektionssystem (2) wenigstens eine holographische Linse enthält und daß die Strahlungsquelle (S) eine kohärente Strahlungsquelle ist.