DE2504599C2 - Optischer Leser zum Lesen eines scheibenförmigen Aufzeichnungsträgers - Google Patents

Description

— einer Einrichtumg zur Erzeugung eines fokussierten Lesebündels,

— einer Radialnachführeinrichtung, die auf ein angelegtes Fehlersignal ansprechend das Lesebündel in korrekter Übereinstimmung mit der auszulesenden Spur hält,

— einem Detektor, der die durch Wechselwirkung der Spur mit dem Lesebündel verursachte Modulation des Lesebündels eriaßt und in ein elektrisches Lesesignal umsetzt, und

— einer Schaltungsanordnung, die das Fehlersignal erzeugt und einen Synchrondetektor enthält, an den als Eingangssignale ein Bezugssignal und ein aus dem elektrischen Lesesignal abgtieltetes ^s'S^nal angelegt sind,

dadurch gekennzeichnet, daß

a) das Informationssignal als Folge von Vertiefungen gleicher Breite aufgezeichnet ist,

b) das Lesebündel (16) durch eine Ablenkeinrichtung (17, 30) mit der konstanten Frequenz und Amplitude des Bezugssignals in einer Richtung quer zur Spur periodisch ausgelenkt wird und

c) die Radialnachführeinrichtung (18, 20, 26) eine exakte Einstellung der Schwingungsmittellage des periodisch ausgelenkten Lesebündels auf die Spur bewirkt, wobei das der Radialnachführeinrichtung (18, 20, 26) aus dem Synchrondetektor (25) zugeführte Fehlersignal eine Phasendifferenz zwischen dem Bezugssignal und dem aus dem Lesesignal abgeleiteten Signal dargestellt.

2. Optischer Leser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vertiefungen der Aufzeichnungsspur einen rechteckigen oder V-förmigen Querschnitt aufweisen.

3. Optischer Leser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ablenkeinrichtung (17) eine von der Radialnachführeinrichtung (18, 20 26) getrennte, akustooptische Einrichtung ist, die eine Resonanzfrequenz hat, die angenähert gleich der Frequenz des Bezugssignals ist.

4. Optischer Leser nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die akustooptische Einrichtung ein Längsschwinger ist und einen Block (40) aus einem lichtdurchlässigen Material, der auf der von dem Lesebündel (16) verfolgten Bahn angeordnet ist, sowie zumindest ein piezoelektrisches Element (41) enthält, welches auf einer Längsseitenfläche des Blockes (40) befestigt ist und auf das Bezugssignal anspricht, um in dem Block Längsschwingungen zu erzeugen.

5. Optischer Leser nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der lichtdurchlässige Block (40) eine F.igcn esonanzfrequenz gemäß dem Longitudunalmode hat, welche angenähert gleich der Frequenz des Bezugssignals ist.

6. 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 (16) angeordnet ist. sowie zwei piezoelektrische Elemente (60, 61) enthält, die auf der oberen Fläche bzw. der unteren Fläche des Blockes angeordnet sind und auf das Bezugssignal ansprechen, welches von der Quelle abgegeben wird.

Die Erfindung betrifft einen optischen Leser nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Optische Leser für scheibenförmige Aufzeichnungsträger bzw. Platten sind interessant weil sie das Lesen eines au^f der 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 Kernsehkanälen angewandt wird. Die Programminformation kann Helligkeits-, Färb- und Tonkomponenten zusätzlich zu herkömmlichen Synchronsignalen erhalten.

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 Zeitsteuerinformation darstellt. Die zeitlichen Änderungen des modulierten Trägers werden in eine Aufeinanderfolge von vertieften Einprägungen umgesetzt, welche mit den die Ränder der Aufzeichnungsspur säumenden Oberflächcnelcmenten abwechseln. Während des Lesens einer solchen Platte im Durchlicht wird ein Lesebündel von einer Seite der Platte aus auf die Spur fokussiert. Photodetekloren, beispielsweise photoelektrische Zellen, die auf der gegenüberliegenden Seite angeordnet sind, sprechen auf das Lesebündel an, nachdem dieses durch die Informationselemente der Spur moduliert worden ist, so daß ein Ausgangssignal erzeugt wird, welches eine Reproduktion der modulierten Trägerschwingung 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 das reflektierte Licht anzusprechen.
Optische Videoplatten ermöglichen eine hohe Aufzeichnungsdichte, weil die einzelnen aufeinanderfolgenden Informationselemente der Aufzeichnungsspur sehr geringe Abmessungen haben können. Die Breite einer solchen Aufzeichnungsspur liegt beispielsweise in der Größenordnung von 1 μΐη. Es muß aber das Problem gelöst werden, den fokussierten Lichtfleck des Lesebündels der Aufzeichnungsspur exakt nachzufiihren.

Aus der US-PS 33 71 154 ist ein optischer Leser zum Lesen von Videoplatlen bekannt, auf denen das zusammengesetzte Video- und Tonsignal in eine winkclgc-

b5 schwindigkeitsmodulierte Trägerschwingung umgesetzt und in Form einer durchgehenden Spur aufgezeichnet ist. Das fokussiert Lcsebündel wird durch eine Radialnachführcinrichtung der auszulesenden Spur

nachgeführt. Zur Ableitung eines Korrektursignals für die Radialnachführung des Lesebündels enthält die Aufzeichnungsspur diskrete Abschnitte, in denen neben der Tonfrequenzinformation und den üb.'ichen Synchronpulsen eine spezielle Information in Form einer Trägerschwingung mit zwei verschiedenen Frequenzen aufgezeichnet ist. Zwei dieser besonderen Spurabschnitte, in denen unterschiedliche Trägerfrequenzen aufgezeichnet sind, liegen parallel nebeneinander and werden von dem Lichtfleck gleichzeitig ausgelesen, der sich rittlings über ihnen befindet. In speziellen Filteranordnungen wird dann abwechselnd entweder die eine oder die andere Trägerfrequenz herausgesiebt und ausgewertet, um das Spurfehlersignal abzuleiten. Die Arbeitsweise dieses bekannten optischen Lesers ist an die Verwendung eines speziellen Aufzeichnungsträgers der genannten Art gebunden. Auch kommt eine Spurnachregelung nur während der relativ kurzen Zeitspannen zustande, während die besonderen Spur ibschnitte überfahren werden, in denen die beiden unterschiedlichen Trägerfrequenzen aufgezeichnet sind.

Aus der DE-OS 16 13 990 ist ferner ein optischer Leser zum Auslesen eines streifenförmigen Aufzeichnungsträgers bekannt, bei<iem das Auslesen mittels eines gestreckten Abtastfleckes erfolgt, dessen Breite wesentlich größer als die Breite der Spur ist. Die Abstände zwischen den Spuren sind wesentlich größer als die Breite derselben. Durch Anordnung eines Graukeiles vor einer Blende, die den Abtastfleck begrenzt, wird erreicht, daß die Lichtintensität des Abtastflecks quer zur Richtung der Aufzeichnungsspur einen im wesentlichen konstanten Gradienten aufweist, also linear zunimmt oder abnimmt. Aus dem Lesesignal wird dessen Mittelwert abgeleitet und mit einer Bezugsgröße verglichen, die von der Gesamtintensität des Lesebündels abgeleitet wird. Das so durch Vergleich gewonnene Korrcktursignal kann zur Spurnachführung verwendet werden. Das bei diesem bekannten optischen Leser angewendete Verfahren zur Nachführung des Leseflecks setzt voraus, daß zwischen den Aufzeichnungsspuren ein ausreichender Abstand vorhanden ist, damit der sehr breite Lichtfleck jeweils nur eine Aufzeichnungsspur beleuchtet. Hierdurch wird aber die mögliche Aufzeichnungsdichte erheblich reduziert.

Bei gewissen optischen Aufzeichnungsträgern haben die Vertiefungen der Spur eine Tiefe, die einen Gangunterschied von einer Viertelwellenlänge zwischen den Teilen des Ltsebündels, die in den Verlie^rungen ankommen, und den Teilen desselben 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 Radialnachführübercinstimmung abweicht, in bezug auf eine Bezugsebene asymmetrisch gestreut, welche das einfallende Bündel normal 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, um ein Fehlersignal zu erzeugen, welches zum Korrigieren der Radialnachführung des Bündels verwendbar ist.

Wenn die Tiefe der Vertiefungen so gewählt ist, daß ein Gangunterschied von ungefähr einer halben Wellenlänge /wischen den Teilen des Lesebündels, die in den Vertiefungen ankommen, und denjenigen Teilen erzeugt wird, die auf den benachbarten Rändern ankommen, ist die räumliche Verteilung des von der Platte auspellenden Streulichts bei ungenauer Zentrierung des Leseflecks auf der Spur in bezug auf die vorgenannte Bezugsebene symmetrisch. Folglich verwendet man kein Korrektursystem, bei welchem photoelektrische Zellen benutzt werden, die symmetrisch auf den gegenüberliegenden Seiten der Bezugsebene angeordnet sind. Vielmehr müssen zwei Leseflecke oder -bündel verwendet werden, die auf den seitlichen Rändern der auszusendenden Spur angeordnet sind unr¹ die gegeneinander in Längsrichtung der Spur derart versetzt sind, daß jede

ίο 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, da zwei zusätzliche Lichtbündel und zwei zusätzliche Photodetektoren allein zum Erzeugen eines Nachführungsfehlersignals erforderlich sind.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, in einem optischen Leser zum Lesen von Aufzeichnungsträgern, die keine speziell für die Durchführung der Spurnachregelung bestimmten Informationen tragen müssen, eine einfache und wirkungsvolle Spurnachregelung zu schaffen, die überdies auch unabhängig davon funktionsfähig sein soll, ob der durch die einzelnen Inlormationselemente jeder Spur verursachte Gangunterschied einer Viertelwellenlänge oder einer Halbweüenlänge des verwendeten Lichtes entspricht.

Diese Aufgabe wird durch die Lehre des Patentanspruchs 1 gelöst.

Bei dem erfindungsgemäßen optischen Leser wird das Lesebündel mit konstanter Amplitude und Frequenz zur Spur periodisch ausgelenkt. Diese Maßnahme ist als solche bereits aus der US-PS 31 26 535 bekannt. Diese Druckschrift hat einen Servopositioniermechanismus in einem Lesegerät für magnetische Speicherplatten zum Gegenstand. Die periodische Auslenkung des Magnetkopfes über der auszulesenden Magnetspur erfolgt mit der Frequenz eines Bezugssignals, das von einem Bezugssignaloszillator geliefert wird und gleichzeitig mit dem demodulierten Lesesignal an einen Phasenkomparator angelegt wird. Das Ausgangssignal des Phasenko'Tiparators gibt die Richtung des Spurnachfüh ' rungsfehlers an und wird als Korrektursignal für di Radialführung des Lesekopfes verwendet. Die oben ge schilderte Problematik der unterschiedlichen Ableitung eines Korrektursignals, je nach der Art der einzelnen Informationselemente einer Aufzeichnungsspur, kann hier offensichtlich nicht auftreten, da sie auf optischen Effekten beruht.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nun unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 eine vereinfachte Darstellung einer Ausführungsforn eines optischen Lesers für scheibenförmige Aufzeichnungsträger;

Fig. 2a bis 2c Diagramme zur Erläuterung der Arbeitsweise des optischen Lesers bei Verwendung eines Aufzeichnungsträgers, dessen Informationselemente einen Gangunterschied von einer halben Wellenlänge verursachen;

F i g. 3 und 4 weitere Diagramme zur Erläuterung der Arbeitsweise des optischen Lesers;

F i g. 5a bis 5c eine Ausführungsform eines akustooplischen Längsschwingers, der als Ablenkeinrichtung für

das Lesebündel verwendet werden kann;

Fig. 5d ein Schaltbild eines Bezugssignalgeneraiors; und

Fig.6a bis 6c eine weitere Ausführungsform einer verwendbaren Ablenkeinrichtung.

Fig. 1 zeigt in vereinfachter Darstellung einen optischen Leser, 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 aus 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, sitzt auf einer Spindel it, 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 Lesers ist die Platte 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 Geschwindigkeit 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 Lesern nach der 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 Übereinstimmung 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 auf gezeichneten 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 16 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 22 empfangen, der ein die gespeicherte Information darstellendes Ausgangssignal über einen Verstärker 23 an einer Ausgangsklemme 24 abgibt. Die Anwendcrcinrichtung 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 dem Synehrondctektor25 verbunden ist.

Läßt man für den Augenblick die Funktion der Bündelauslenkeinrichtung 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 gewünsch te 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 ist, 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 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 Lescbündel auf einer Erhöhung ankommt, die zwei aufeinanderfolgende Vertiefungen der Spur trennt, erhält man die in vergrößertem Maßstab in Fig.2a angegebenen Bedingungen. Das konzentrische Lcscbündc! nähert sich der Platte 10 in der Richtung des Pfeiles 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 / 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 Ausgangssignul zu diesem Zeitpunkt einen Maximalwert.

b5 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 / symmetrisch ist, wie durch die Segmente des austretenden Bündels Ta und Tb 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 HaIbwellenvertiefungen 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 /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 Detektorsystem, welches die Aufgabe hat, die radiale Übereinstimmung des Bündels aufrechtzuerhalten, und gemäß den bekannten Ausführungsformen verwendet man zwei Nachführungsflecke oder Nachführungsbündel, die auf die 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 Bezugsposition 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 Fehlersignai, 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 sohat, daß eines der Machführbündel 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 Nachführübereinstimiming entgegengesetzten Richtung die 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 zeitliche Zerlegung der 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 Nachführbündeln 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 Photodetors 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 denen^aie Auslenkungsbewegung das Bündel noch weiter nach rechts verschiebt, nimmt die Anregungsintensität des Photodetektors 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 Obereinstimmungsposition nach links verschoben wäre, würde der Photodetektor eine stärkere Anregung während der Auslenkungshalbperioden erhalten, die das Bündel noch weiter nach links verschieben wurden, und eine weniger große Anregung in den Halbperioden, die das Bündel nach rechts verschieben würden. Das würde eine

Amplitudenmodulation des Ausgangsdgnals des Photouetektors mit gleicher Intensität, aber mit einer entgegengesetzten Phase 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 Synchrondetektion der amplitudenmodulierten Auslenkungsfrequenzkomponente des von dem Detektor 22 abgegebenen Signals erzeugt ein Fehlersignal mit einer geeigneten Amplitude und einer geeigneten Polarität zum Steuern der Steuereinrichtung 20 und zum Aufrechterhalten der Radialnachführübereinstimmung. 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.

Wenn die Tiefe der Vertiefungen einer lichtdurchlässigen Platte das Erzeugen einer Phasendifferenz ermöglicht, die einer Viertelwellenlänge entspricht, wird die symmetrische räumliche Streuungsverteilung von F i g. 2b durch die asymmetrische räumliche Verteilung von F i g. 3 ersetzt, die dem Zustand einer Nichtübereinstimmung entspricht, welche durch eine Verschiebung der Spur von der Bezugsebene / 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 / aus nach rechts hätte zur Folge, daß der Hauptteil 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 gib es eine ähnliche Asymmetrie in dem Fall der Viertelwellenlänge hinsichtlich der Verteilung des Streulichtes in der Bezugsebene /(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 Streuanteil in Abhängigkeit vor. 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 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 länesverschoben 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 Halbwellen- und Viertelwellenvertiefungen gesagt werden, daß die Halbwelienvertiefungen eine starke Amplitudenmodulation des Lichtes in einer breiten Zone erzeugen, die auf die Achse des Bündels icuiin.it ist, und daß man eine symmetrische Verteilung des Streulichts erzielt. Die Viertelwellenvertiefungen 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 Halbw <_iienvertiefungen ist, des gesamten Lichtes, das in einer auf die Bündelachse zcn-

tricrtcn Zone ankommt, 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 J zentriert ist, und eine so angeordnete Zelle eignet sich ebenfalls zum Lesen der Platten, die Halbwelienvertiefungen haben. Statt dessen kann man zwei getrennte Zellen vorsehen, von denen eine vor und die andere hinter der Achse des Bündeis angeordnet ist, die aber alle beide in der Bezugsebene 1 zentriert sind. Die Summe der Ausgangssignaie dert'.-i den Zellen wird dann zum Lesen der Halbwellenvcrtiefungen, die Differenz der Ausgangssignale zum Lesen der Viertelwellenvertiefungen verwendet, wobei aber immmer die Summe oder das Ausgangssignal der einen oder der anderen Zelle als Eingangssignal für den Synchrondetektor 25 in dem System von F i g. 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 Halbwelienvertiefungen. 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 allein 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

b5 übertragen. In der Praxis jedoch und in 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 Ausgang^ignal 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 !Oc aufweist. Die Kreise 5 und 6 geben die beiden äußersten Positionen des Lesebündels in bezug auf die Bezugsebene J an. In einer Position erstreckt sich das Bündel von dieser Ebene aus nach links, es erreicht aber offensichtlich nicht die benachbarte Spur iOb. In der anderen Position erstreckt sich das andere Bündel von der anderen benachbarten Spur lOcan. Die beiden Positionen des Bündels sind in Fig.4 allein aus Darstellungsgründen 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 rir-ir !.i^ige L, eine Dicke Γ 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 während ihrer Anregung durch ein Wechselpotential so zusammenwirken, daß sie Kontraki ions- 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 Eigenresonanzfrequenz 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 F i g. 2c ermöglicht.

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

ίο 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 .n F i g. 5a dargestellt. In der folgenden Haibperiode sind die mechanischen Spannungszustände und die Bre hungsindizes umgekehrt, so daß das Bündel nach unten abgelenkt wird, wie ebenfalls in F i g. 5a dargestellt. Es ist eine sehr geringe 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 Hdes 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 Anregungsschallung der in Fig. 5d dargestellten Art erzielt werden. Das gestrichelte Rechteck 40 zeigt das piezoelektrische Element 41 und die in 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 Ci und L] einen Weg geringen Widerstands, der mit der Eingangskapazität Q des piezoelektrischen Elements verbunden ist und die Spannung, die an den An-Schlüssen 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 Stil- fläche bedecken, obgleich das nicht allgemein erforderlich ist. da die Einrichtung mit ihrer Resonanzfrequenz erregt wird. Die Biegemode, die sich

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in dieser Einrichtung ergibt, ist in der Schnittansicht von F i g. 6b durch die gestrichelten Linien dargestellt, während der Halbperiode, in der die untere Hälfte des Blokkes expandiert ist, während seine obere Hälfte komprimiert ist Die räumliche Ver'eilung der mechanischen Spannungen, die in F i g. 6c dargestellt ist, ist im Mittelpunkt erneut linear und auf ein Bündel B, welches den Mittelpunkt des Blockes durchquert, wird ein veränderlicher Prismaeffekt ausgeübt, um das Bündel zyklisch über und unter die mittlere Bahn abzulenken. Ein Schwinger, der gemäß einer Flexionsmode arbeitet, wie in F i g. 6a dargestellt, kommt bei einer Frequenz in Resonanz, die niedriger ist als die des Längsschwingers von F i g. 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.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

25

30

35

40

45

50

55

60

Claims (1)

Patentansprüche:

1. Optischer Leser zum Lesen eines scheibenförmigen Aufzeichnungsträgers, auf dem ein Informationssignal in eine winkelgeschwindigkeitsmodulierte Trägerschwingung umgewandelt und in Form einer Spur aufgezeichnet ist, mit: