DE2504599A1

DE2504599A1 - Radialnachfuehrverfahren und -einrichtung fuer einen optischen leser

Info

Publication number: DE2504599A1
Application number: DE19752504599
Authority: DE
Inventors: Robert Adler
Original assignee: Thomson-Brandt SA
Current assignee: Thomson-Brandt SA
Priority date: 1974-02-04
Filing date: 1975-02-04
Publication date: 1975-08-21
Also published as: DE2504599C2; IT1031407B; FR2260163B1; GB1503197A; FR2260163A1

Description

173, Boulevard Haussmann

75008 PARIS / Frankreich

Unser Zeichen; T 1735

Radialnachführverfahren und -einrichtung für einen optischen

Leser

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung für die Radialnachführung in einem optischen Leser, wie
etwa einem optischen Leser für Videoplatten, Optische
Leser für Platten sind interessant, weil sie das Lesen
eines auf einer Platte aufgezeichneten Videoprogramms und seine Wiedergabe mittels eines Heimfarbfernsehgeräts erlauben. Die optische Platte enthält Programminformationen in Form einer Reihe von kreisförmigen oder als durchgehende Spirale angeordneten Spuren, von denen jede Windung die
beiden Halbbilder sowie die Zeitsteuerungs- und Synchroninformation darstellt, welche die Videoübertragungstechnik nach dem Zeilensprungverfahren kennzeichnen, die bei kommerziellen Fernsehkanälen angewandt wird. Die Programmin- ' formation kann Helligkeits-, Färb- und Tonkomponenten

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zusätzlich zu herkömmlichen Synchronsignalen enthalten.

Es macht keine Mühe, während der Herstellung .einer solchen Videoplatte die Aufzeichnung mit einer Trägerwelle in Übereinstimmung zu bringen, die winkelmoduliert ist und deren Modulation gleichzeitig die Programminformation und die Zeitsteuerungsinformation darstellt. Die zeitlichen Änderungen des modulierten Trägers werden in einer Aufeinanderfolge von vertieften Einprägungen reproduziert, welche mit erhöhte Ränder bildenden Oberflächenelementen abwechseln, um die Aufzeichnungsspur festzulegen. Während des Lesens einer solchen Platte und, wenn letztere lichtdurchlässig ist, wird ein Lesebündel von einer Seite der Platte aus auf die Spur fokussiert und Photodetektoren, wie beispielsweise photoelektrische Zellen, die auf der gegenüberliegenden Seite angeordnet sind, reagieren auf das Lesebündel, nachdem es beim Lesen der Spur moduliert worden ist, so daß ein Ausgangssignal erzeugt wird, welches eine Reproduktion der modulierten Trägerschwingung ist,die zum Speichern des Programms in der Platte verwendet worden ist. Die Platte kann, statt durchlässig zu sein, auch reflektierend sein, in welchem Fall der Betrieb im wesentlichen der gleiche ist, ausgenommen, daß der Photodetektor auf derselben Seite der Platte wie das Lesebündel angeordnet ist, um auf die reflektierte Energie anzusprechen.

Bei gewissen Aufzeichnungen haben die Vertiefungen der Spur eine Tiefe, die eine Phasenverschiebung um eine Viertelwellenlänge zwischen Teilen des Lesebündels, die in den Vertiefungen ankommen, und Teilen hervorruft, die auf den benachbarten Rändern ankommen. In diesem Fall wird das von der Platte ausgehende Licht, wenn das Lesebündel von dem optimalen Zustand der Radialnachfuhr Übereinstimmung abweicht, in bezug auf eine Bezugsebene asymmetrisch zerstreut, welche das einfallende Bündel normal

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zu der Hauptebene der Platte schneidet und tangential zu der Spur orientiert ist, die gerade gelesen wird. Man kann zwei photoelektrische Zellen, die auf jeder Seite dieser Ebene angeordnet sind, verwenden, die auf das Streulicht ansprechen, damit ein Fehlersignal erzeugt wird, welches zum Korrigieren der Radialnachführung des Bündels verwendbar ist.

Statt dessen kann man die Tiefe der Vertiefungen so wählen, daß eine Phasendifferenz von ungefähr einer halben Wellenlänge zwischen Teilen des Lesebündels, die in den Vertiefungen ankommen, und Teilen erzeugt wird, die auf den benachbarten Rändern ankommen. Bei dieser Art von Platte. ist die räumliche Verteilung des von der Platte ausgehenden Streulichts während Nichtübereinstimmungsintervallen in bezug auf die vorgenannte Bezugsebene symmetrisch. Folglich verwendet man kein übereinstimmungskorrektursystem, bei welchem photoelektrische Zellen benutzt werden, die symmetrisch auf den gegenüberliegenden Seiten der Bezugsebene angeordnet sind. Es ist erforderlich, eine andere Art von Meßfühler für eine Radialnachführung zu verwenden. Bei dem bislang verwendeten System werden zwei Leseflecke oder -bündel verwendet, die auf den seitlichen Rändern der Spur angeordnet sind, welche gerade gelesen wird, und die in bezug auf einander längs der Spur derart versetzt sind, daß jede der beiden photoelektrischen Zellen auf das Licht ansprechen kann, welches aus einem einzelnen Nachführbündel stammt. Die Bildung der Differenz der Ausgangssignale dieser Zellen ergibt ein Fehlersignal, welches zum Regeln der Radialnachführung des Bündels geeignet ist, allerdings auf Kosten einer beträchtlichen Komplexität des Systems,

Bei diesen beiden Systemen werden mehrere Photodetektoren zum Erzeugen eines Nachführungsfehlersignals verwendet, während das System nach der Erfindung das Erzielen der gewünschten Vereinfachung dadurch ermöglicht, daß ein einzelner Fleck oder ein einzelnes fokussiertes Bündel zum Lesen der Programm-

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information verwendet und gleichzeitig die Radialnachführung aufrechterhalten werden kann, unabhängig dawn, o"b die Tiefe der Vertiefungen eine Viertelwellenlänge oder eine Halbwellenlänge beträgt«

Durch die Erfindung sollen folglich optische Informationslesesysteme durch Vereinfachung der Prozesse und der Anordnungen verbessert werden, welche das Erzeugen von für eine Nachführung des Bündels erforderlichen Fehlersignalen ermöglichen.

Insbesondere soll durch die Erfindung das Verfahren und die Einrichtung zur Radialnachführung des Bündels in einem optischen Lesesystem vereinfacht werden, insbesondere in einem Typ von Lesesystem, bei welchem Videoplatten verwendet werden, die Aufzeichnungsvertiefungen von einer halben Wellenlänge oder deren Äquivalente aufweisen.

Ein optisches Lesesystem, bei welchem die Erfindung insbesondere anwendbar ist, benutzt ein Informationssignal, welches in einer Spur eines Trägers oder einer Platte gespeichert ist und durch Abtastung der Spur mit Hilfe eines Energiebündels gelesen werden kann. Dieses System, welches von an sich bekannter Art ist, enthält eine Radialnachführanordnung, welche auf ein angelegtes Fehlersignal anspricht, um das Bündel in richtiger Koinzidenz mit der Aufzeichnungsspur zu halten. Die Anordnung nach der Erfindung enthält eine Einrichtung, welche bewirkt, daß das Lesebündel mit einer vorbestimmten Frequenz in einer Richtung quer zu der Spur periodisch ausgelenkt wird, während das Bündel diese Spur liest. Sie ist mit Einrichtungen versehen, die auf die periodische Auslenkung des Bündels ansprechen und ein Ausgangssignal erzeugen, welches die in der Spur gespeicherte Information darstellt

und während Intervallen einer Nichtübereinstimmung zwischen den Bündeln und der Spur eine mit der Frequenz der periodischen Auslenkung amplitudenmodulierte Komponente

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aufweist, mit einer Intensität, die mit der Abweichung von der Nachführungsübereinstimmung in Beziehung steht, und mit einer Phase, die die Richtung der Nichtübereinstimmung angibt. Ein Synchrondetektor, der mit dem periodischen
Auslenkungssignal des Bündels synchronisiert ist und auf die amplitudenmodulierte Komponente des Ausgangssignals anspricht, erzeugt ein Fehlersignal, welches der Nachführanordnung zugeführt wird.

Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zum Erzeugen eines Fehlersignals, gemäß dem durch eine seitliche Relativverschiebung des Lesebündels in bezug auf die Aufzeichnungsspur mit einer gewünschten Auslenkungsfrequenz eine amplitudenmodulierte Komponente erzeugt werden kann, welche der Auslenkungsfrequenz entspricht und aus welcher man
ein Fehlersignal erhalten kann. Bei der praktischen Ausführung des Verfahrens wird eine Relativverschiebung des Lesebündels und der Spur durch eine zyklische Verschiebung des Lesebündels bewirkt, während bei einer bekannten Aus— führungsform diese seitliche Relativverschiebung aus Wellenbildungen der Aufzeichnungsspur resultiert, die mit
einer gewünschten Auslenkungsfrequenz auftreten.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, die nicht als Einschränkung zu verstehen ist. In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 schematisch ein System nach der Erfindung

zum optischen Lesen von Videoplatten,

die Fig. 2a-2c Diagramme, die zum Erläutern der Verwendung

der Erfindung zum Lesen einer lichtdurchlässigen Videoplatte des Halbwellentyps
benutzt werden, -.. "

die Fig. 3

und 4 weitere Diagramme, die zum Erläutern der Be-

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triebsweise der Anordnung nach der Erfindung verwendet werden,

die Fig, 5a- die Struktur und die Verteilung der mechani-5c sehen Spannungen in einem akustooptischen

Längsschwinger,

Fig. 5d ein Schaltbild einer Bezugssignalquelle, die

in dem System von Fig. 1 verwendbar ist, und

die Fig. 6a- die Struktur und die räumliche Verteilung 6c der mechanischen Spannungen eines akusto-

optischen Biegeschwingers.

Fig. 1 zeigt in vereinfachter Darstellung ein optisches Lesesystem, bei welchem eine Laser-Quelle zum Erzeugen des Lesebündels benutzt wird. Wie erwähnt, weist ein Aufzeichnungsträger, der aus einer lichtdurchlässigen Videoplatte 10 aus Kunststoff, wie etwa Polyvinylchlorid, besteht, eine Aufzeichnungsspur in Form einer Spirale mit mehreren Windungen auf, die zum Aufzeichnen einer Information dient, welche danach durch Abtastung der Spur mit Hilfe eines Energiebündels gelesen werden soll. Die Platte, die teilweise im Radialschnitt dargestellt ist,sitztauf einer Spindel 11, die durch einen Antriebsmotor 12 in Drehung versetzt wird. Manchmal weist die Platte eine ausreichende Dicke auf, so daß sie ebenso starr ist wie eine Schallplatte, und sie kann dann so montiert werden, daß sie sich mit einer geeigneten Geschwindigkeit dreht. Bei anderen Ausführungsformen des Systems ist die Flatte ausreichend dünn, d.h. sie hat eine Dicke in der Größenordnung von 0,1 mm bis 0,2 mm, damit sie biegsam ist. In diesem Fall wird sie in einer zentralen Öffnung abgestützt und mit großer Ge-" schwindigkeit gemäß einem Verfahren in Drehung versetzt, welches darauf beruht, daß die Platte auf einem Luftpolster zum Schwimmen gebracht wird. Diese beiden Abstützverfahren sind bekannt und sie können beide bei den Systemen nach der

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Erfindung verwendet werden. Es wird angenommen, daß die Videoplatte 10 durchlässig ist und in Form einer Reproduktion einer Matrize hergestellt worden ist, auf der eine Trägerwelle aufgezeichnet ist, die in Obereinstimmung mit einer Programminformation winkelcodiert ist, welche Helligkeits-, Färb- und Tonkomponenten sowie Zeitsteuerungs- oder Synchronkomponenten enthält. Jede Windung der Spur stellt zwei verschachtelte Halbbilder eines Bildes sowie die Information ihrer zugeordneten Zeitsteuerung dar, und die zeitlichen Änderungen des aufgezeichneten Trägersignals sind durch eine Aufeinanderfolge von Vertiefungen und von Rändern ausgedrückt, die eine gemeinsame gleichmäßige Breite, aber eine veränderliche Längsabmessung haben und längs der Spur abwechseln.

Die Aufzeichnungsplatte 10 wird mit Hilfe eines Bündels gelesen, welches durch eine Lichtquelle 15 erzeugt wird, bei welcher es sich um einen Neon-Helium-Laser handeln kann, der ein kollimiertes Bündel 16 längs eines optischen Weges aussendet, welcher durch eine Einrichtung zum periodischen Auslenken des Bündels 17, die im folgenden noch ausführlicher beschrieben wird, und einen schwenkbaren Spiegel 18 hindurchgeht, der in der durch den Pfeil 19 angegebenen Richtung unter der Kontrolle einer Steuereinrichtung 20 bewegbar ist, um eine Radialnachführung vorzunehmen. Vorzugsweise sind der Spiegel 18 und seine-Antriebseinrichtung 20 folgendermaßen aufgebaut: es ist ein piezoelektrisches oder bimorphes Element vorgesehen, welches freitragend montiert ist und an seinem freien Ende einen Spiegel 18 trägt, um ihn in Abhängigkeit von der Polarität und der Intensität eines angelegten Fehlersignals zu verstellen. Eine Linse 21 fokussiert das Lesebündel auf die Spur der Platte und das Licht, welches die Platte verläßt und in Übereinstimmung mit der gespeicherten Information moduliert ist, wird von einem Photodetektor empfangen, der ein die gespeicherte Information darstellendes Ausgangssignal über einen Verstärker 23 an einer Ausgangs-

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klemme 24 abgibt. Die Anwendereinrichtung wird aus dieser Klemme gespeist und kann einen Transcoder enthalten, der die Aufgabe hat, das regenerierte Informationssignal in eine geeignete Form umzuwandeln, damit es dem Antenneneingang eines Heimfarbfernsehempfängers zugeführt werden kann. Ein zweites Ausgangssignal des Photodetektors wird an einen Synchrondetektor 25 abgegeben, der ein Fehlersignal erzeugt, welches über einen weiteren Verstärker 26 der Antriebseinrichtung 20 zugeführt wird. Eine Erfassung, die in bezug auf die korrekte Phase mit der periodischen Auslenkung des Lesebündels synchron ist, wird mit Hilfe einer Bezugssignalquelle 30 erreicht, die mit der Bündelauslenkeinrichtung 17 und mit dem Synchrondetektor 25 verbunden ist.

Läßt man für den Augenblick die Funktion der Bündelauslenkenrichtung 17 und der Komponente des Ausgangssignals des Photodetektors 22 in bezug auf die Wirkung der periodischen Auslenkung des Bündels außer Betracht, so kann das oben beschriebene optische Videoplattensystem als bekannt angesehen werden. Wenn sich die Platte 10 dreht, wird ihre Aufzeichnungsspur durch das Lesebündel an dem Ende abgetastet, wo das von der durchlässigen Platte ausgehende Licht den Photodetektor 22 anregt, und es erzeugt das gewünschte Ausgangssignal, welches die gespeicherte Information darstellt. Gleichzeitig wird in einer Weise, die im folgenden beschrieben wird und die der Erfindung entspricht, ein Fehlersignal durch den Detektor 25 erzeugt und seine Größe und seine Polarität stehen mit einem Übereinstimmungsfehler in Beziehung, wenn das Lesebündel nicht in optimaler radialer Ausrichtung mit der Aufzeichnungsspur der Platte is^, die gerade gelesen wird. Dieses Fehlersignal stellt durch Erregung der Antriebseinrichtung 20 die Position des Spiegels 18 ein, damit eine Radialnachführung des Bündels aufrechterhalten wird, d.h. damit das Bündel in einer korrekten Nachführbeziehung zu der Aufzeichnungsspur gehalten wird. Die Strukturen der Nachführsysteme bekannter Art

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weisen Unterschiede auf, die sich auf die Art der Videoplatte beziehen, beispielsweise die Tiefe der die Spur bildenden Vertiefungen. Die Vorteile der Erfindung werden besser verständlich, wenn das Prinzip der bekannten Systeme ausführlicher beschrieben wird.

Zuerst wird ein Lesesystem betrachtet, welches zum Lesen einer lichtdurchlässigen Platte 10 verwendet wird, die mit Halbwellenvertiefungen versehen ist, welche seine Aufzeichnungsspur bilden. Wenn das Lesebündel auf einer Erhöhung ankommt, die zwei aufeinanderfolgende Vertiefungen der Spur trennt, erhält man die in vergrößertem Maßstab in Fig. 2a angegebenen Bedingungen. Das konzentrierte Lesebündel nähert sich der Platte 10 in der Richtung des Pf ei-¹-les R. Die Abmessung seines Querschnitts ist ein wenig größer als die Breite der Spur, die gerade gelesen wird. Das Bündel dringt in die Platte ein und verläßt sie ohne irgendeine Richtungsänderung und mit wenig oder überhaupt keiner Lichtstreuung. Die Achse 1 legt eine Bezugsebene fest, die zu der Hauptebene der Platte normal und tangential zu der Spur ausgerichtet ist, die gerade gelesen wird. Das Bündel tritt längs der Bezugsachse ein und aus und, wenn der Photodetektor 22 längs dieser Achse angeordnet ist, erreicht sein Ausgangssignal in diesem Zeitpunkt einen Maximalwert.

In der folgenden Halbperiode des aufgezeichneten Programms kommt ein Teil des Lesebündels auf einer Vertiefung der Spur an und es liegen die Bedingungen vor, die in Fig. 2b angegeben sind. Diese Figur zeigt, daß das Lesebündel in bezug auf die Spur zentriert ist, die, wie zuvor angenommen, Vertiefungen aufweist, deren Tiefe so gewählt ist, daß sie in dem Lesebündel eine Phasenverschiebung um eine halbe Wellenlänge erzeugt. Die sich ergebende Beugung bewirkt, daß das Licht des Lesebündels gemäß einer räumlichen Verteilung gestreut wird, die in bezug auf die Bezugsebene 1 symmetrisch ist, wie durch

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die Segmente des austretenden Bündels 7a und 7b angegeben. Unter den angenommenen Bedingungen und wenn der Photodetektor 22 in der Bezugsebene angeordnet ist und wenn das Lesebündel in optimaler NachführbeZiehung mit Bezug auf die Aufzeichnungsspur der Videoplatte ist, empfängt der Photodetektor 22 das Anregungsminimum und sein Ausgangssignal hat einen Minimalwert. Wenn die photoelektrische Zelle ausreichend weit von der Ebene der Platte entfernt ist, kann nämlich ihr Ausgangssignal Null sein. Die beschriebenen Lesebedingungen, die bei Halbwellenvertiefungen angetroffen werden, sind ein wenig dem Fall analog, in welchem die Information auf der Platte nach Art eines photographischen Negativs gespeichert ist, welches abwechselnde lichtundurchlässige und lichtdurchlässige Segmente aufweist. Es ist ausreichend beschrieben worden, wie das Lesen der auf der Videoplatte 10 gespeicherten Information ausgeführt wird, und es wird nun die Radialnachführung betrachtet. .

Man weiß, daß die räumliche Verteilung des gestreuten Lichtes, die in Fig. 2b dargestellt ist, jedesmal dann erzeugt wird, wenn das Lesebündel zumindest teilweise in einer Vertiefung der Spur ankommt, die gerade gelesen wird. In dem praktisch leicht verwirklichbaren Zustand, in welchem weniger als die Hälfte des einfallenden Bündels durch die Vertiefung aufgefangen wird, ist die Lichtmenge, die einer solchen Streuung ausgesetzt ist, proportional zu dem Bruchteil des Bündels, welcher in die Vertiefung gelangt. Das Licht, das nicht gestreut wird, breitet sich in der Richtung der Bezugsebene 1 zu dem Photodetektor 22 aus. Infolgedessen wird, wie oben angegeben, an dem Ausgang des Photodetektors ein Signal maximaler Streuung und ein Signal minimaler Streuung erzeugt, wenn das Lesebündel in optimaler radialer Koinzidenz mit der Spur ist, die gerade gelesen wird. In einem Detektorsystern, welches die Aufgabe hat, die radiale Übereinstimmung des Bündels aufrechtzuerhalten, und gemäß den bekannten Ausfuhrungsformen verwendet man zwei Nachführungsflecke oder Nachführungsbündel, die auf die

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seitlichen Ränder der gerade gelesenen Spur fokussiert sind und gleichzeitig mit dem Lesebündel verschoben werden, wenn dasselbe im Verlauf von Nachführregelungen in Querrichtung bewegt wird. Die Nachführbündel sind längs der Spur in von dem Lesebündel aus gleichen Abständen versetzt angeordnet, so daß sie tatsächlich von einander isoliert und jeweils ihrem eigenen Photodetektor zugeordnet sind. Man bildet die Differenz der Ausgangssignale dieser Photodetektoren und man erhält ein Fehler- oder Nachführsignal der in Fig. 2c angegebenen Art. In der Null- oder Bezugspositioh und bevor das Lesebündel in optimaler Nachführübereinstimmung ist, fallen die linken und rechten Nachführbündel in gleicher Weise in Teile von Vertiefungen der Spur der Platte und die Ausgangssignale der Photodetektoren sind gleich, so daß ihre Differenz oder ihr Fehlersignal Null ist. Abweichungen in bezug auf diese optimale Position, d.h. Abweichungen nach rechts oder nach links erzeugen ein Fehlersignal, welches eine Größe hat, die die Abweichung von der Nachführübereinstimmung darstellt, und welches eine Polarität hat, die die Richtung der Nichtübereinstimmung angibt. Das ergibt sich aufgrund der Tatsache, daß der Grad der Streuung zu dem Anteil des Bündels in Beziehung steht, der in die Vertiefungen fällt. Eine Verschiebung des Lesebündels in einer Richtung von der Nachführübereinstimmungsposition aus bewirkt somit, daß eines der Nachführbündel vollständiger in die Vertiefungen eindringt, daß aber das andere Nachführbündel um eine gleiche Entfernung aus den Vertiefungen hinausbewegt wird. Das Nachführsignal, welches aus dem ersten Nachführbündel erzeugt wird, nimmt ab, während dasjenige, das aus dem anderen Nachführbündel erzeugt wird, zunimmt und vorherrschend wird. Die bei der Vereinigung dieser Signale gebildete Differenz ergibt ein Fehlersignal mit geeigneter Polarität und Größe zum Vornehmen einer Radialnachführung des Bündels. In gleichartiger Weise hat eine Verschiebung des Lesebündels in der zu der Richtung der Nachführübereinstimmung entgegengesetzten Richtung die

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entgegengesetzte Wirkung und wird durch ein Fehlersignal ausgedrückt, welches eine entgegengesetzte Polarität, aber eine geeignete Größe zum Vornehmen der Radialnachführung hat. Infolgedessen hält das der Steuereinrichtung 20 zugeführte Fehlersignal die Radialnachführübereinstimmung aufrecht.

Man erhält gemäß der Erfindung ein gleichwertiges Ergebnis, ohne daß mehrere Nachführbündel benutzt zu werden brauchen, die ihren individuellen Photodetektoren zugeordnet sind. Im Gegenteil, die Einrichtung zur Auslenkung. des Bündels 17 verstellt das Lesebündel mit einer besonderen Frequenz quer zu der Spur, während das Bündel im Begriff ist, diese Spur zu lesen. Man erzielt dann eine Aufteilung der Zeit auf die Kurven, welche die Nachführcharakteristik von Fig. 2c angeben. Auf diese Weise wird das Bündel zyklisch beiderseits der Längsachse der Aufzeichnungsspur verstellt, um mit Hilfe des ausgelenkten Lesebündels das Ergebnis zu simulieren, welches mit den beiden NachführbundeIn erreicht wird, die sich auf den seitlichen Rändern der Spur verschieben. Infolge dieser zyklischen Bewegung des Bündels und im Verlauf von Intervallen einer Nichtübereinstimmung des Bündels in bezug auf die Spur ist das Ausgangssignal des Photodetektors 22 mit der Auslenkfrequenz amplitudenmoduliert. Die Intensität der Amplitudenmodulation ist proportional zu dem Grad der Nichtübereinstimmung der Nachführung und die Phase der Modulation stellt die Nichtübereinstimmungsrichtung dar. Außerdem ergibt sich das aus der Eigenschaft, daß der Grad der Streuung proportional zu dem Teil des Bündels ist, der in die Vertiefungen der Spur fällt.

Genauer gesagt, wenn die mittlere Position des Bündels in bezug auf die optimale Position der Nachführung während Auslenkungshalbperioden nach rechts verschoben ist, während

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denen die Auslenkungsbewegung das Bündel noch weiter nach rechts verschiebt, nimmt die Anregungsintensität des Photodetektors 22 nicht zu, während in den entgegengesetzten Auslenkungshalbperioden die Anregungsintensität abnimmt. Das entspricht einer Amplitudenmodulation des Photodetektorsignals mit einer besonderen Phase und mit. einem besonderen Wert. Wenn die mittlere Position des Lesebündels um einen ähnlichen Wert in bezug auf seine richtige Übereinstimmungsposition nach links verschoben wäre, würde der Photodetektor eine stärkere Anregung während der Auslenkungshalbperioden erhalten, die das Bündel noch weiter nach links verschieben würden, und eine weniger große Anregung in den Halbperioden, die das Bündel nach rechts verschieben würden. Das würde eine Ampli-· tudenmodulation des Ausgangssignals des Photodetektors mit gleicher Intensität, aber mit einer entgegengesetzten Pha.se verursachen.

Das in dem Photodetektor 22 erzeugte Signal wird einem Synchrondetektor 25 zugeführt, der außerdem ein Bezugssignal empfängt, welches von einer Quelle 30 abgegeben wird und mit dem periodischen Auslenkungssignal des Lesebündels synchronisiert ist. Die synchrone Erfassung der amplitudenmodulierten Auslenkungsfreguenzkomponente des von dem Detektor 25 abgegebenen Signals erzeugt ein Fehlersignal mit einer geeigneten Amplitude und einer geeigneten Polarität zum Steuern der Steuereinrichtung 20 und zum Aufrechterhalten der Radialnachfuhrübereinstimmung. Mit anderen Worten, der beschriebene optische Leser, der durch eine periodische Auslenkung des Lesebündels gekennzeichnet ist, erzielt die Programminformation sowie die Radialnachführinformation aus dem einzigen Photodetektor 22. Dasselbe Ergebnis kann erzielt werden, indem eine Videoplatte verwendet wird, welche Viertelwellenlängenvertiefungen aufweist, und in dem einen oder anderen Fall kann es sich um einen Durchlicht- oder um einen Auflichtlesevorgang handeln.

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Wenn die Tiefe der Vertiefungen einer lichtdurchlässigen Platte das Erzeugen einer Phasendifferenz ermöglicht, die einer Viertelwellenlänge entspricht, wird die symmetrische räumliche Streuungsverteilung von Fig. 2b durch die asymmetrische räumliche Verteilung von Fig. 3 ersetzt, die dem Zustand einer Nichtübereinstimmung entspricht, welche durch eine Verschiebung der Spur von der Bezugsebene 1 aus nach links entspricht, so daß der Hauptteil des Lichtes auf die rechte Seite gestreut wird, wie durch das Bündelsegment 8a angegeben. Eine Verschiebung der Spur von der Bezugsebene 1 aus nach rechts hatte zur Folge, daß der Hauptteil des Lichtes nach links gestreut wird, wie. durch die Verteilung 8b angegeben, die mit gestrichelten Linien dargestellt ist. Nur wenn die Spur vollkommen zentriert ist, erhält man gleiche Mengen von nach links und nach rechts gestreutem Licht.

Früher hat man diese selektive seitliche Streuung ausgenutzt, indem man zwei Photodetektoren 35 und 35' an einem Differenzverstärker 36 angeordnet hat, um ein Fehlersignal aus einem Ungleichgewicht zwischen den Streuanteilen 8a und 8b zu erzeugen.

Außerdem gibt es eine ähnliche Asymmetrie in dem Fall der Viertelwellenlänge hinsichtlich der Verteilung des Streulichtes in der Bezugsebene 1 (und nicht quer zu derselben). Wenn sich die Platte dreht und wenn die aufeinanderfolgenden Vertiefungen unter dem einfallenden Bündel hindurchgehen, ändert sich nicht nur der gesamte Streitanteil in Abhängigkeit von der Zeit, sondern darüberhinaus wird mehr Licht nach vorn gestreut, wenn eine Vertiefung in das Bündel eindringt, und nach hinten gestreut, wenn sie das Bündel verläßt. Diese zeitlich veränderliche Längsstreuung kann ausgenutzt werden, indem jede der Zellen 35 und 35' in eine vordere Halbzelle und in eine hintere Halbzelle unterteilt wird. Mit dieser sich ergebenden Anordnung aus vier

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Zellen wird eine Information durch Bildung der Differenz der Ausgangssignale der vorderen und hinteren Zellen gelesen, während das Querfehlersignal · durch Bildung der Differenz der Ausgangssignale der linken und rechten Zellen erhalten wird. Eine etwas einfachere aber analoge Anordnung besteht darin, daß die Öffnungen der Zellen 35 und 35' in bezug auf die Achse des einfallenden Bündels entweder nach vorn oder nach hinten längsverschoben werden, so daß sie wie eine Hälfte der oben beschriebenen Anordnung mit vier Zellen wirken, wobei die andere Hälfte weggelassen ist.

Zusammenfassend kann zu dem Unterschied zwischen HaJ.bwellen- und Viertelwellenvertiefungen gesagt werden, daß die HaIbwellenvertiefungen eine starke Amplitudenmodulation des Lichtes in einer breiten Zone erzeugen, die auf die Achse des Bündels zentriert ist, und daß man eine symmetrische Verteilung des Streulichts erzielt. Die Viertelwellenver" tiefungen streuen das Licht asymmetrisch und die Querverteilung des Streulichts entspricht der Augenblicksposition der Vertiefungen in bezug auf die Achse des Bündels; sie erzeugen ebenfalls eine Amplitudenmodulation, die allerdings kleiner als bei den Halbwellenvertiefungen ist, des gesamten Lichtes, das in einer auf die Bündelachse zentrierten Zone ankommt.

Bei Viertelwellenvertiefungen entspricht die beste Position für eine einzelne Lesezelle einem Punkt, der geringfügig vor oder hinter der Achse des Bündels liegt, aber in der Bezugsebene 1 zentriert ist, und eine so angeordnete Zelle eignet sich ebenfalls zum Lesen der Platten, die Halbwellenvertiefungen haben. Statt dessen kann man zwei getrennte Zellen vorsehen, von denen eine vor und die andere hinter der Achse des Bündels angeordnet ist, die aber alle beide in der Bezugsebene 1 zentriert sind. Die Summe der Ausgangssignale der beiden Zellen wird dann zum Lesen der HaIb-

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"· 16 —

Wellenvertiefungen, die Differenz der Ausgangssignale zum Lesen der Viertelwellenvertiefungen verwendet/ wobei aber immer die Summe oder das Ausgangssignal der einen oder der anderen Zelle als Eingangssignal für den Synchrondetektor 25 in dem System von Fig. 1 verwendet wird.

Ein dritter Typ einer bekannten Videoplatte weist eine Aufzeichnungsspur auf, die die Form einer Rille mit V-Querschnitt hat, im Unterschied zu dem rechteckigen Querschnitt der zuvor beschriebenen Viertelwellen- und Halbwellenvertiefungen. Man kann sehen, daß die Verteilung der Streuung der Rillenplatte der einer durchlässigen Platte ähnlich ist, welche Viertelwellenvertiefungen aufweist, und daß sie im wesentlichen in der gleichen Weise behandelt werden kann. Die Rillenplatte wird gewöhnlich auf mechanischem Weg hergestellt, während die Platte mit Vertiefungen durch Aufzeichnung mittels Laser oder mittels Lichtbündel hergestellt wird.

Der beschriebene Prozeß, der eine Radialnachführung des Bündels durch periodische Auslenkung des Bündels ermöglicht, ist für Videoplatten von Vorteil, deren Aufzeichnungsspur eine Tiefe von einer halben Wellenlänge hat. Es werden wenige elektronische Bauteile hinzugefügt, nämlich aliein ein Synchrondetektor und ein Bezugsoszillator. Die Hinzufügung von optischen Bauteilen ist ebenfalls verhältnismäßig geringfügig, da es genügt, zusätzlich eine periodische Auslenkung des Bündels vorzusehen. Wenn das optische System ein Lichtablenkelement enthält, welches mit der Auslenkungsfrequenz arbeiten kann, ist es nicht erforderlich, ein zusätzliches Element zur Erzeugung der Auslenkung vorzusehen. Die Möglichkeit der Funktionskombination dieser Art wird in bestmöglicher Weise verwirklicht, wenn die Auslenkungsfrequenz verhältnismäßig niedrig und ansonsten ausreichend hoch ist, um die erforderliche Folgeregelungsinformation zu übertragen. In der Praxis jedoch, und in

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den meisten Fällen wird einer Auslenkungsfrequenz der Vorzug gegeben, die ausreichend groß ist, nämlich in der Größenordnung von mehreren Hundert Kilohertz, da das die Beseitigung der in dem Ausgangssignal des Synchrondetektors enthaltenen Auslenkungsfrequenz erleichtert und da sich daraus außerdem eine Verbesserung der Stabilität ergibt. Wenn die Auslenkungsfrequenz klein ist und wenn man Filter verwendet, um sie zu beseitigen, werden Verzögerungen oder Phasenänderungen eingeführt, die in unerwünschter Weise zu Instabilitäten in den Folgeregelungen führen können, insbesondere wenn man elektromechanische Wandler verwendet, die bei niedrigen Frequenzen in Resonanz kommen.

Die Amplitude der Bewegung des Bündels mit der Auslenkungsfrequenz ist verhältnismäßig klein; eine Bewegung um einen Wert, der der Abmessung des Querschnitts des Bündels entspricht, ist geeignet. Beispielsweise reicht bei einer Videoplatte des lichtdurchlässigen und Halbwellentyps, in welcher die Aufzeichnungsspur eine Breite von ungefähr einem Mikrometer hat, eine Verschiebung des Bündels von Scheitel zu Scheitel in der Größenordnung eines Mikrometers aus, und diese Verschiebung kann in wirtschaftlicher Weise erzielt werden, indem akustooptische Einrichtungen verwendet werden, die nicht teuer sind.

Fig. 4 zeigt ein Segment einer Videoplatte 10, die eine Spur 10a, welche gerade gelesen wird, und benachbarte Spuren oder Windungen 10b und 10c aufweist. Die Kreise 5 und 6 geben die beiden äußersten Positionen des Lesebündels in bezug auf die Bezugsebene 1 an. In einer Position erstreckt sich das Bündel von dieser Ebene aus nach links, es erreicht aber offentsichtlich nicht die benachbarte Spur 10b. In der anderen Position erstreckt sich das andere Bündel nach rechts, es hält aber erneut in kurzer Entfernung von der anderen benachbarten Spur 10c an. Die beiden Positionen des Bündels sind in Fig. 4 allein aus Dar-

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Stellungsgründen in Längsrichtung verschoben dargestellt worden. In Wirklichkeit liegen sie auf derselben Längslinie.

Eine geeignete Ausführungsform einer akustooptischen Einrichtung zum Verschieben des Lesebündels enthält einen Glasblock, der für einen Betrieb mit Longitudinalmoden aufgebaut ist. Eine solche Einrichtung ist in Fig. 5 dargestellt. Sie enthält einen Glasblock 40, der eine Länge L, eine Dicke T und eine Höhe H hat. Lamellen aus piezoelektrischem Material, die insbesondere unter dem Symbol PZT bekannt sind, können an dem Glasblock befestigt sein und derart angeregt werden, daß der Block in Resonanz kommt. Wie in Fig. 5a angegeben, ist ein solches piezoelektrisches Element 41 auf die Hälfte einer Stirnfläche des Blockes aufgeklebt. Man kann ein gleichartiges Element auf die andere Hälfte dieser Stirnfläche aufbringen und ein entsprechendes Paar von Elementen kann an der gegenüberliegenden Stirnfläche dieses Blockes befestigt sein. Sie können, wie durch den Pfeil 45 angegeben, derart polarisiert sein, daß sie während ihrer Anregung durch ein Wechselpotential so zusammenwirken, daß sie Kontraktions- und Expansionszonen in dem Querschnitt des Blockes bilden, wie durch die Pfeile 42 bzw. 43 in der Schnittansicht in Fig. 5b angegeben. Da die Einrichtung mit einer Eigenresonanz frequenz erregt werden soll, ist es tatsächlich zweckmäßig, ein einzelnes piezoelektrisches Element 41 zu verwenden. Es enthält offensichtlich Elektroden auf den gegenüberliegenden Stirnflächen sowie Anschlüsse 46, die durch die Quelle 30 auf ein Anregungspotential gebracht werden.

Ideal ist es, wenn man ein Anregungssignal in Form einer Rechteckschwingung verwendet, weil es eine deutliche zeitliche Unterscheidung zwischen den Komponentenkurven entsprechend der Kennlinie von Fig. 2c ermöglicht.

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In der Praxis gestattet die Verwendung einer mechanischen Eigenresonanz, daß man eine Anregung durch eine Sinusschwingung hat, die zu Zwecken der Nachführung ein Fehlersignal erzeugt. Die in Fig. 5c als ausgezogene Linie dargestellte Kurve gibt die räumliche Verteilung der mechanischen Spannungen an, die über der Höhe des Glasblockes in einer Halbperiode des Anregungssignals erzielt werden, während die gestrichelte Kurve die räumliche Verteilung der mechanischen Spannungen zeigt, die in der folgenden Halbperiode erzielt werden. Wie angegeben, stellen die Abszissen eine Kontraktion rechts von der Achse 46 und eine Ausdehnung links von dieser Achse dar, wobei der übergang, der sich im Ursprung ergibt, im wesentlichen linear ist.

Die Einrichtung arbeitet wie ein Ganzwellendipol. In einer Halbperiode der Resonanzschwingung ist der obere Teil des Blockes kontraktiert und sein Brechungsindex überschreitet den des unteren Teils, der expandiert ist. Die resultierende Wirkung besteht darin, daß das Lesebündel nach oben abgelenkt wird, wie durch die gestrichelte Kurve in Fig. 5a dargestellt. In der folgenden Halbperiode sind die mechanischen Spannungszustände und die Brechungsindizes umgekehrt, so daß das Bündel nach unten abgelenkt wird, wie ebenfalls in Fig. 5a dargestellt. Es ist eine sehr gerine Anregungsleistung erforderlich, um das Bündel . von Scheitel zu Scheitel um eine Entfernung in der Größenordnung von einem Mikrometer zu verschieben. Für eine Frequenz von 200 kHz liegt die Höhe H des Glasresonators in der Größenordnung von 2 cm.

Es ist offenbar wesentlich, daß das dem Synchrondetektor 25 zugeführte Bezugssignal mit der mechanischen Bewegung des akustooptischen Elements in Phase ist, und dieses Ergebnis kann mit einer Anregungsschaltung der in Fig. 5d dargestellten Art erzielt werden. Das gestrichelte Rechteck 40 zeigt das piezoelektrische Element 41 und die in

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dem Rechteck angeordnete Schaltung entspricht einer elektrischen Schaltung, die der piezoelektrischen Einrichtung analog ist. Sie befindet sich in einer Oszillatorschaltung mit einem Verstärker 50 und einer frequenzselektiven Schaltung 51, bei welcher es sich um einen einfachen Schwingkreis handeln kann, der angenähert auf die gewünschte Resonanzfrequenz des Längsschwingers abgestimmt ist. Bei der mechanischen Resonanzfrequenz bilden Reihenelemente C₁ und L₁ einen Weg geringen Widerstandes, der mit der Eingangskapazität C des piezoelektrischen Elements verbunden ist und die Spannung, die an den Anschlüssen des Widerstands R erzeugt wird und die zu dem Verstärker 50 zurückgeführt wird, erreicht nicht nur ein Maximum, sondern ist auch mit der mechanischen Bewegung in Phase. Diese Reaktionsspannung kann an einer geeigneten Klemme 52 abgenommen werden und nach geeigneter Phasenkorrektur, die ihr erlaubt, eine mechanische Spannung anstatt einer Bewegung auszudrücken, wird sie dem Synchrondetektor 25 zugeführt.

Eine andere Ausführungsform eines akustooptischen Resonators, die in Fig. 6a dargestellt ist, entspricht einem Schwinger, der als Biegeschwinger statt als Längsschwinger arbeitet. Er enthält piezoelektrische Elemente 60 und 61, die wie durch die Pfeile 62 angegeben polarisiert sind und die auf die oberen und unteren Stirnflächen des Glasblockes aufgeklebt sind, wobei sie seine gesamte Stirnfläche bedecken, obgleich das nicht allgemein erforderlich ist, da die Einrichtung mit ihrer Resonanzfrequenz erregt wird. Die Biegemode, die sich in dieser Einrichtung ergibt, ist in der Schnittansicht von Fig. 6b durch die gestrichelten Linien dargestellt, während der Halbperiode, in der die untere Hälfte des Blockes expandiert ist, während seine obere Hälfte komprimiert ist. Die räumliche Verteilung der mechanischen Spannungen, die in Fig, 6c dargestellt ist, ist im Mittelpunkt erneut linear und auf ein Bündel B, welches den Mittelpunkt des Blockes durchquert, wird

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ein veränderlicher Prismaeffekt ausgeübt, um das Bündel zyklisch über und unter die mittlere Bahn abzulenken. Ein Schwinger, der gemäß einer Flexionsmode arbeitet, wie in Fig. 6a dargestellt, kommt bei einer Frequenz in Resonanz, die niedriger ist als die des Längsschwingers von Fig. 5a, und man kann infolgedessen ihm kleinere Abmessungen geben, um die gewünschte Auslenkungsfrequenz zu erzielen.

Im Rahmen der Erfindung bietet sich dem Fachmann über die beschriebenen und dargestellten Ausführungsformen hinaus eine Vielzahl von Abwandlungsmöglichkeiten entsprechend den vorgesehenen Anwendungen.

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Claims

Patentansprüche ;

1J Optischer Leser, in welchem ein Informationssignal in eine winkelgeschwindigkeitsmodulierte Trägerschwingung umgewandelt und in Form einer Spur auf einem Träger derart aufgezeichnet ist, daß es durch Abtastung der Spur mit Hilfe eines fokussierten Energiebündels gelesen werden kann, wobei der Leser eine Radialnachführeinrichtung enthält, die auf ein angelegtes Fehlersignal anspricht, um das Lesebündel in korrekter Übereinstimmung mit der Spur zu halten, die gerade gelesen wird, gekennzeichnet durch Einrichtungen, die das Lesebündel mit einer vorbestimmten Frequenz in einer Richtung quer zu der Spur periodisch auslenken, während das Bündel im Begriff ist, diese Spur zu lesen, und durch Einrichtungen, die auf das Lesebündel bei der periodischen Auslenkung ansprechen, damit ein Ausgangssignal erzeugt wird, welches eine winkelmodulierte Trägerschwingung enthält und das in der Spur gespeicherte Informationssignal darstellt und, während der Intervalle einer Nichtübereinstimmung des Bündels in bezug auf die Spur, eine mit der vorbestimmten Frequenz amplitudenmodulierte Auslenkungsfrequenzkomponente enthält, die eine Intensität aufweist,die mit der Abweichung von der Nachführübereinstimmung in Beziehung steht,und die eine Phase aufweist, welche die Richtung der Nichtübereinstimmung darstellt, und durch einen Synchrondetektor, der mit dem periodischen Auslenkungssignal des Bündels synchronisiert ist und auf die Amplitudenmodulation des Ausgangssignals anspricht, um ein Fehlersignal zu erzeugen, welches der Nachführeinrichtung zugeführt werden kann.
2. Optischer Leser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die auf dem Träger vorgesehene Aufzeichnungsspur Vertiefungen enthält, welche eine Tiefe haben, die das Bilden einer Bahndifferenz ermöglicht, welche gleich einer halben Wellenlänge^oder dem Äquivalent_/des Lesebündels in dem Material des Trägers ist,

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3. Optischer Leser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum periodischen Auslenken des Bündels eine akustooptische Einrichtung, welche eine Resonanzfrequenz hat, die angenähert gleich der gewünschten Auslenkungsfrequenz ist, und eine Schwingungssignalquelle zum Anregen der akustooptisehen Einrichtung mit der Resonanzfrequenz enthält, und daß die Signalquelle außerdem ein Bezugssignal, welches die Resonanzfrequenz aufweist, an den Synchrondetektor abgibt.
4. Verfahren, um in einem optischen Leser, in welchem ein Informationssignal auf einer Spur eines Trägers derart gespeichert ist, daß es mit Hilfe eines fokussierten Energiebündels gelesen werden kann, und welcher eine Radialnachführanordnung aufweist, die auf ein angelegtes Fehlersignal anspricht, die Nachführübereinstimmung zwischen dem Bündel und der Spur aufrechtzuerhalten, dadurch gekennzeichnet, daß eine periodische Querrelativbewegung der Spur und des Bündels mit einer vorbestimmten Auslenkungsfrequenz erzeugt wird, während das Bündel im Begriff ist, die Spur zu lesen, daß in Abhängigkeit von dem Lesen der Spur ein Ausgangssignal erzeugt wird, welches das in der Spur gespeicherte Informationssignal darstellt und welches während Intervallen einer Nichtübereinstimmung des Bündels in bezug auf die Spur eine Amplitudenmodulation mit der Auslenkungsfrequenz aufweist, mit einer Intensität, die mit der Abweichung der Übereinstimmung von der Nachführung in Beziehung steht, und mit einer Phase, welche die Richtung der Nichtübereinstimmung angibt, und daß die Amplitudenmodulation des Ausgangssignals phasensynchron mit der Relativbewegung der Spur und des Bündels erfaßt . wird, damit ein Fehlersignal erzeugt wird, welches an die Nachführanordnung angelegt werden kann.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Lesebündel periodisch mit der Auslenkungsfrequenz bewegt wird.

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6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz der periodischen Auslenkung groß ist im Vergleich zu der maximalen Frequenz der Informationsübertragung, die für die Nachführanordnung erforderlich ist.
7. Optischer Leser nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die akustooptische Einrichtung ein Längsschwinger ist und einen Block aus einem lichtdurchlässigen Material, der auf der von dem Lesebündel verfolgten Bahn angeordnet ist, sowie zumindest ein piezoelektrisches Element enthält, welches auf einer Längsseitenfläche des Blockes befestigt ist und auf ein aus der Quelle kommendes Signal anspricht, um in dem Block Längsschwingungen zu erzeugen.
8. Optischer Leser nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der lichtdurchlässige Block eine Eigenresonanzfrequenz gemäß der Longitudinalmode hat, welche angenähert gleich der Frequenz des Anregungssignals ist, das durch die Quelle an das piezoelektrische Element angelegt ist.
9. Optischer Leser nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die akustooptische Einrichtung ein Biegeschwinger ist und einen Block aus lichtdurchlässigem Material, der auf der durch das Lesebündel verfolgten Bahn angeordnet ist, sowie zwei piezoelektrische Elemente enthält, die auf der oberen Fläche bzw. der unteren Fläche des Blockes angeordnet sind und auf ein Signal ansprechen, welches von der Quelle abgegeben wird, um die Schwingungen gemäß der Biegemode in dem Block zu verringern.

SQ9834/Q853