DE2607275B2

DE2607275B2 - Lichtstrahl-abtasteinrichtung

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Publication number: DE2607275B2
Application number: DE19762607275
Authority: DE
Priority date: 1975-02-24
Filing date: 1976-02-23
Publication date: 1978-01-05
Also published as: ATA127276A; GB1526333A; DE2607275C3; US4058834A; FR2301879A1; JPS51149004A; FR2301879B1; AU1124276A; AU497045B2; DE2607275A1; NL7601897A; AT346927B; CA1182914A; JPS552847B2

Description

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Die Erfindung betrifft eine Lichtstrahl-Abtasteinrichtung entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Aus der DT-OS 23 20 477 ist es bekannt, optische ω Signale, z. B. Videosignale, auf einem Aufzeichnungsträger aufzuzeichnen und/oder auf den Aufzeichnungsträger aufgezeichnete Signale mit einem Lichtstrahl optisch zu lesen, der die Oberfläche des Aufzeichnungsträgers abtastet.

Bei einer derartigen Einrichtung ist es zum genauen Aufzeichnen oder Lesen der Signale notwendig, daß der Lichtstrahl, der den Aufzeichnungsträger abtastet, stets den richtigen Fokussierungszustand hat, d. h., daß er stets genau auf die Oberfläche des Aufzeichnungsträgers eingestellt ist und durch Abweichungen des Trägers aus einer bestimmten Lage nicht beeinflußt wird. Wenn jedoch eine drehbare Scheibe als Aufzeichnungsträger verwendet wird, kann sich der Abstand zwischen der Oberfläche der Scheibe und der Fokussierungslinse des verwendeten optischen Systems ändern, wenn sich die Oberfläche der Scheibe relativ zur Drehachse der Scheibe neigt oder wenn sich die Oberfläche der Scheibe beim Drehen längs der Drehachse bewegt. Derartige Verstellungen sind in praktischen Systemen bis zu einem gewissen Grad nicht auszuschließen.

Außerdem ist es bekannt (DT-OS 23 22 725), zur Kompensation derartiger Fehler die momentane Lage der Scheibenfläche zu ermitteln und in Abhängigkeit von der ermittelten Lage die Linse des optischen Systems oder die Scheibe zu verstellen, um einen bestimmten Abstand zwischen der Oberfläche der Scheibe und der Linse aufrechtzuerhalten. Dieser Vorschlag erfordert jedoch einen komplizierten und teuren Servomechanismus, der außerdem den Nachteil hat, daß er nur schwer schnellen Änderungen des Abstandes zwischen der Linse und der Scheibe genau folgen kann, da die Linse bzw. die Scheibe, die relativ große Massen haben, nicht so schneil und genau bewegt werden können.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Lichtstrahl-Abtasteinrichtung zu schaffen, bei der der Lichtstrahl ohne Verwendung komplizierter Servomechanismen trotz Abweichung der Lage des Aufzeichnungsträgers und ohne Verstellung des optischen Systems stets den richtigen Fokussierungszustand einnimmt.

Gelöst wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale. Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der F i g. 1 bis 3 beispielsweise erläutert Es zeigt

F i g. 1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer Lichtstrahl-Abtasteinrichtung,

F i g. 2A und 2B schematische Darstellungen zur Erläuterung der selbsttätigen Fokussierung, die bei der Lichtstrahl-Abtasteinrichtung erreicht wird, die in F i g. 1 dargestellt ist, und

F i g. 3 eine schematische Darstellung eines Teils einer weiteren Ausführungsform einer Lichtstrahl-Abtasteinrichtung.

F i g. 1 zeigt schematisch ein Beispiel, bei dem die Lichtstrahl-Abtasteinrichtung verwendet ist, um ein Signal wie ein Videosignal wiederzugeben. In F i g. 1 bezeichnet 1 einen Motor, dessen Welle la mit einem flachen, drehbaren Aufzeichnungsträger 2 gekuppelt ist. Der Aufzeichnungsträger 2 besteht aus einer transparenten Scheibe 3, z. B. aus Harz oder dergleichen, deren Vorderseite als Aufzeichnungsfläche ausgebildet ist, auf der ein Videosignal in Form paralleler Rillen aufgezeichnet ist, und aus einer reflektierenden Schicht 4 aus Metall, die bei dem gezeigten Beispiel auf die Aufzeichnungsfläche der Scheibe 3 aufgebracht ist.

Bei diesem Beispiel ist eine erste Linsenanordnung 5 gegenüber einer Fläche 4a der reflektierenden Schicht 4 angeordnet, die in enger Berührung zu der transparenten Scheibe bzw. Trägerscheibe 3 steht, und eine zweite Linsenanordnung 6 liegt gegenüber der Fläche 4b der

reflektierenden Schicht 4 hinter der Fläche 4a. Als erste und zweite Linsenanordnung 5 und 6 ist eine Objektivlinsenanordnung verwendet, deren Brennweite ziemlich kurz ist. Zum Beispiel wird ein paralleler Laser-Lichtstrahl, der von einer Lichtquelle, wie einem Laser 7, emittiert wird, an einem Spiegel 8 reflektiert und dann durch einen Halbspiegel 9, die erste Linsenanordnung 5 und die transparente Scheibe 3 geleitet und fällt auf die Fläche 4a der reflektierenden Schicht 4. Da der Laser-Lichtstrahl, der auf die Fläche 4a fällt, darauf reflektiert wird, trifft der reflektierte Laser-Lichtstrahl wieder auf den Halbspiegel 9 durch die erste Linsenanordnung S, wird dann der Reihe nach auf einen Spiegel 10 und Halbspiegel 11 und 12 reflektiert und trifft danach auf die gegenüberliegende Fläche 46 der reflektierenden Schicht 4 durch die zweite Linsenanordnung 6. Der reflektierte Laser-Lichtstrahl an der Fläche 4b wird wieder zu dem Spiegel 12 durch die zweite Linsenanordnung 6 geleitet, an diesem reflektiert, und der reflektierte Laser-Lichtstrahl an dem Spiegel 12 wird durch den Halbspiegei 11 auf einen Fotodetektor 13 geleitet. Der Laser-Lichtstrahl, der auf die Fläche 4b trifft, tastet diese ab, wenn der Aufzeichnungsträger 2 gedreht wird.

Wenn der auf die erste Linsenanordnung 5 auftreffende Lichtstrahl ein paralleler Lichtstrahl ist, wie im Falle der Fi g. 1, wird, selbst wenn der Aufzeichnungsträger 2 zwischen der ersten und zweiten Linsenanordnung 5 und 6 verstellt wird bzw. auf und ab schwingt, und damit die Lage der Fläche 4a der reflektierenden Schicht 4 geändert wird bzw. von einer bestimmten Lage abweicht, die Lage der ersten Linsenanordnung 5 so gewählt, daß der Lichtstrahl, der auf die Fläche 4a durch die erste Linsenanordnung 5 trifft, stets an dem Punkt (Brennpunkt) Fi vor der Fläche 4a fokussiert und auch der Lichtstrahl, der an der Fläche 4a reflektiert wird und dann die Linsenanordnung 5 und die Spiegel 9, 10 durchläuft, wird an einem Bildpunkt P\ zwischen dem Spiegel 10 und dem Halbspiegel 11 fokussiert.

Die Länge des Lichtweges von der Fläche 4a durch die erste Linsenanordnung 5, die Spiegel 9,10,11 und 12 und die zweite Linsenanordnung 6 in dieser Reihenfolge zu der Fläche 4b wird so gewählt, daß sie stets konstantgehalten wird, selbst wenn der Aufzeichnungsträger 2 zwischen der ersten und zweiten Linsenanordnung 5 und 6 auf und abwärts bewegt wird und damit die Lage der Flächen 4a und 4b geändert bzw. aus einer bestimmten Lage ausgelenkt wird. Damit die zweite Linsenanordnung 6 in radialer Richtung des sich drehenden Aufzeichnungsträgers 2 verschoben wird und der auf die Fläche 4b treffende Lichtstrahl die Fläche 4b auf einer Spiralspur abtastet, sind alle Teile von dem Laser 7 bis zu dem Fotodetektor 13 z. B. in einem gemeinsamen Gehäuse 15 aufgenommen, das von einer Antriebseinrichtung 16 verstellt werden kann, und die erste Linsenanordnung 5 und die Spiegel 8 bis 12 werden zusammen mit der zweiten Linsenanordnung verstellt

Außerdem ist die Länge des obigen Lichtweges so gewählt, daß, wenn der Träger 2 angehalten wird und der Abstand zwischen den Flächen 4a, 4b und den Linsenanordnungen 5,6 einen bestimmten Wert hat, der Lichtstrahl, der auf die Fläche 4b durch die zweite Linsenanordnung 6 trifft, auf der Fläche 4b an einem Bildpunkt P₂ fokussiert wird, d. h., er wird auf der Fläche 4b fokussiert. Dadurch kann der Lichtstrahl automatisch stets seinen richtigen Fokussierzustand auf der Fläche 4b aufrechterhalten, indem die suäter erwähnte gewählte Beziehung zwischen der ersten und zweiten Linsenanordnung 5 und 6 eingestellt wird, selbst wenn der Aufzeichnungsträger 2 dazwischen auf und abwärts bewegt wird und die Flächen 4a und 4b aus ihren

j bestimmten Lagen ausgelenk;. werden. Wenn in diesem Falle angenommen wird, daß die Bildvergrößerung der ersten Linsenanordnung 5 Ni und diejenige der zweiten Linsenanordnung 6 N2 ist, wird die Beziehung zwischen den Linsenanordnungen 5 und 6 so gewählt, daß die Gleichung

erfüllt wird.
Die Fig.2A und 2B zeigen schematisch Darstellun-τ gen, um zu erläutern, daß, wenn die Beziehung zwischen den Linsenanordnungen 5 und 6 in der obigen Weise gewählt wird, der Lichtstrahl automatisch stets seinen richtigen Fokussierzustand auf der Fläche 4b erreichen kann.

F i g. 2A zeigt den Fall, daß die Flächen 4a und 4b eine bestimmte Lage einnehmen und der Lichtstrahl auf der Fläche 4b an dem Bildpunkt P₂ richtig fokussiert wird. Der Lichtstrahl, der Linsenanordnung 5 durchläuft, wird dabei an dem Brennpunkt Fi vor der Fläche 4a fokussiert, trifft dann auf diese und wird daran reflektiert, so daß der an der Fläche 4a reflektierte Lichtstrahl als ein Lichtstrahl angesehen werden kann, der von einem Punkt Q ausgeht, der bezüglich der Fläche 4a zu dem Brennpunkt Fi symmetrisch ist. Der an

jo der Fläche 4a reflektierte Lichtstrahl durchläuft wieder die Linsenanordnung 5, wird an dem Bildpunkt Pi fokussiert, trifft dann auf die Linsenanordnung 6 und wird danach an der Fläche 4b in dem Bildpunkt P₂ fokussiert.

J5 Wenn angenommen wird, daß die Länge des Lichtweges von der Linsenanordnung 5 zu dem Punkt Q au die Länge des Lichtweges von der Linsenanordnung 5 zu dem Bildpunkt P\,b\, die Länge des Lichtweges von der Linsenanordnung 6 zu dem Bildpunkt P\ a₂, die Länge des Lichtweges von der Linsenanordnung 6 zu dem Bildpunkt Pi bi ist und die Brennweiten der Linsenanordnungen 5 und 6 /Ί bzw. f₂ sind, können die folgenden Gleichungen (1) und (2) aufgestellt werden:

_1_

/ι'
1

Da die Bildvergrößerungen Ni und N₂ der Linsenanordnungen 5 und 6 wie folgt ausgedrückt werden:

N₁ =

N₇=-

O₁

können aufgrund der obigen Gleichungen (1) bis (4) die folgenden Gleichungen (5) und (6) erhalten werden:

N₂

Schreibt man die Gleichungen (1) und (2) neu in Form der folgenden Gleichungen (7) und (8):

01-/,'

O₂ - /2

und differenziert diese nach a\ und a₂, erhält man die folgenden Gleichungen (9) und (10):

«ι-/. («ι-/ιΓ

(Ö2-/2)²

^-hf

fl

Setzt man in die Gleichungen (9) und (10) die Gleichungen (5) und (6) ein, erhält man die folgenden Gleichungen(ll)und(12):

(H)

j± = - N² ₂ . (12)

Die Bildvergrößerungen N\ und N₂ der Linsenanordnungen 5 und 6 werden dabei so gewählt, daß sie die folgende Gleichung (13) erfüllen:

(13)

Setzt man die Gleichung (13) in die Gleichung (12) ein, erhält man die folgende Gleichung (14):

Pa₁

Wenn daher der Aufzeichnungsträger 2 zwischen der ersten und zweiten Linsenanordnung 5 und 6 auf- und abwärts schwingt und damit die Flächen 4a und 4b der reflektierenden Schicht 4 aus ihrer bestimmten Lage ausgelenkt werden, jedoch ihre Abweichung innerhalb eines relativ kleinen Bereichs liegt, erfüllen die Abweichungen da\, bb\ der Längen a\, b\ der Linsenanordnung 5 die Gleichung (11), während die Abweichungen Oa₂, Ob₂ der Längen a₂, Zj₂ der Linsenanordnung 6 die Gleichung (14) erfüllen.

Wenn die Lage der Fläche 4a relativ zu der Linsenanordnung 5 um Ad geändert wird, wie Fig. 2B zeigt, wird die Lage der Fläche 4b relativ zu Linsenanordnung 6 um — Ad geändert, wie Fig. 2B zeigt, wobei der Grund, weshalb positive und negative Vorzeichen im Zusammenhang mit der Änderung Ad verwendet werden, darin liegt, daß, wenn die Fläche 4a sich der Lins?nanordnung 5 nähert, die Fläche 4b sich von der Linsenanordnung 6 entfernt, während, wenn sich die Fläche 4a von der Linsenanordnung 5 entfernt, die Fläche 46 der Linsenanordnung 6 nähert. Der Fall der Fig. 2B ist der erste Fall und daher hat die Abweichung der Fläche 4a relativ zur Linsenanordnung 5 ein positives Vorzeichen, jedoch diejenige der Fläche 46 relativ zur Linsenanordnung 6 ein negatives Vorzeichen. Wenn die Lage der Fläche 46 relativ zur Linsenanordnung 5 um Ad geändert wird, wird der Punkt Q um 2Ad aus seiner vorherigen Lage geändert, da nämlich die Änderung Sa, der Länge a, 2Δd beträgt, wie aus F i g. 2B ersichtlich ist. Diese Änderung wird in die Gleichung (11) eingesetzt, wobei die Änderung S6| der Länge b\ —2N\²Ad wird. Da die Länge des Lichtweges zwischen den beiden Linsenanordnungen 5 und 6 konstant ist, ist die Änderung dai von a₂ gleich db\ von 61, hat jedoch entgegengesetztes Vorzeichen, und damit ist Sa₂= -db\=2N\²Ad. Wenn diese Gleichung in die Gleichung (14) eingesetzt wird, wird die Änderung 062 von 62 — Ad, die gleich der Änderung der Fläche 46 relativ zu der Linsenanordnung 6 ist.
. (9) Wie aus der obigen Beschreibung ersichtlich ist,

stimmt, wenn die obigen Bedingungen erfüllt werden, der Abstand zwischen der Linsenanordnung 6 und der HQ, Fläche 46 stets mit dem Abstand zwischen der

Linsenanordnung 6 und dem Bildpunkt P₂ überein, in dem der Lichtstrahl, der die Linsenanordnung 6 durchläuft, als Bild fokussiert wird, so daß stets der richtige Fokussierzustand des Lichtstrahls auf der Fläche 46 unabhängig von irgendeiner Änderung der Lage der Fläche 46 erreicht wird.
Bei dem Beispiel in F i g. 1 kann in Betracht gezogen werden, daß der Lichtstrahl, der auf die Fläche 4a durch die transparente Scheibe 3 fällt und der an der Fläche 4a reflektierte und durch die transparente Scheibe 3 gegangene Lichtstrahl an der Rückseite der Scheibe 3 gebrochen werden, da der Brechungsindex der Scheibe

jo 3 von dem der Umgebung verschieden ist. Wenn jedoch der Brechungsindex der Scheibe 3 gleich oder nahezu gleich dem seiner Umgebung ist, kann kein ernstes Problem auftreten, selbst wenn die obenerwähnte Bedingung gewählt wird, ohne die Brechung des Lichtstrahls an der Rückseite der Scheibe 3 in Betracht zu ziehen.

Fig.3 zeigt den Hauptteil einer weiteren Ausführungsform.

Bei dem Beispiel in F i g. 3 ist eine weitere reflektierende Schicht 14 auf die Fläche des Aufzeichnungsträgers 2 aufgebracht, die der Aufzeichnungsfläche der Scheibe 3 bzw. ihrer Rückseite gegenüberliegt Da der Lichtstrahl, der die Linsenanordnung 5 durchläuft, zuerst an der Oberfläche 14a der reflektierenden Schicht 14 reflektiert wird, genügt es, daß die Länge des Lichtweges in gleicher Weise wie im Falle der F i g. 1 gewählt wird, wenn man berücksichtigt, daß die Oberfläche 14a der Fläche 4a der reflektierender Schicht 4 in F i g. 1 entspricht, an der der Lichtstrahl reflektiert wird. Dabei wird der Vorteil erreicht, daD eine nicht transparente Scheibe 3 genügt.

Wenn der Lichtstrahl, der auf die Linsenanordnung 5 durch den Halbspiegel 9 trifft, von einem Punki divergiert wird, kann es erforderlich sein, eine sogenannte Oberfokussierung durchzuführen, so daC der Lichtstrahl vor der Fläche 4a oder 14a fokussien wird, sondern es kann möglich sein, daß der Lichtstrahl eine sogenannte Unterfokussierung annimmt, d. h., daC der Lichtstrahl hinter der Fläche 4a oder 14a fokussier wird.

Die oben beschriebenen Beispiele dienen dazu, stet! den richtigen Fokussierungszustand an der Fläche 4/ der reflektierenden Schicht 4 zu schaffen, es kanr jedoch der Fall eintreten, daß eine gewisse Unter- odei Überfokussierung der richtigen Fokussierung bei dei Signalwiedergabe vorgezogen wird. In diesem Falle is es möglich, daß stets eine bestimmte Unter- odei Oberfokussierung an der Fläche 46durchgeführt wird.

(14)

Bei der Lichtstrahl-Abtasteinrichtung, wie sie zuvor beschrieben wurde, kann ein gewünschter richtiger Fokussierungszustand des Lichtstrahls an der Aufzeichnungsfläche nur durch geeignete Ausbildung der Linsenanordnung stets aufrechterhalten werden, selbst wenn die Lage der Aufzeichnungsfläche relativ zu der Linsenanordnung geändert wird, ohne daß eine komplizierte Konstruktion wie ein Servomechanismus verwendet wird.

Die Lichtstrahl-Abtasteinrichtung kann für die Signalaufzeichnung verwendet werden, bei der der

gewünschte Fokussierungszustand des Lichtstrahls ar der Aufzeichnungsfläche des Trägers stets erhalter werden muß, wenn Signale in Form von mehreren Riller auf der Aufzeichnungsfläche des Trägers aufgezeichne werden. Die Erfindung ist daher zur Verwendung mi einer Vorrichtung geeignet, die auf eine drehbar« Scheibe ein Videosignal optisch aufzeichnet, das eir relativ breites Frequenzband hat und daher genaue Aufzeichnungs- und Wiedergabevorrichtungen erfor dert, oder die ein aufgezeichnetes Videosignal auf einei drehbaren Scheibe optisch liest.

Hierzu 2 Bhill Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Lichtstrahl-Abtasteinrichtung mit einem flachen Aufzeichnungsträger mit einer reflektierenden Fläehe, einer Lichtquelle, einer Linsenanordnung, die den Lichtstrahl der Lichtquelle auf der einen, Information tragenden Seite der Fläche fokussiert, und mit einem Fotodetektor zur Aufnahme des von der reflektierenden Fläche reflektierten Lichtstrahls ι ο nach erneutem Durchgang durch die Linsenanordnung, gekennzeichnet durch eine zweite Linsenanordnung (5), die den Lichtstrahl der Lichtquelle (7) zunächst auf die andere Seite (4a) der reflektierenden Fläche (4) richtet, und eine optische Einrichtung (9 bis 12), die den von der anderen Seite (4a) der reflektierenden Fläche (4) reflektierten Lichtstrahl zu der ersten Linsenanordnung (6) leitet.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und zweite Linsenanordnung (5,6) derart angeordnet sind, daß sie im wesentlichen die Beziehung

(N₁-N₂ =l/|£j

erfüllen, wobei Ni und N₂ die Bildvergrößerungen der ersten bzw. zweiten Linsenanordnung sind.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die optische Einrichtung (9 bis 12) mehrere reflektierende Spiegel aufweist.

4. Einrichtung nach Anspruch 3, gekennzeichnet jo durch eine Halterung zur Befestigung der ersten und zweiten Linsenanordnung (5, 6), der optischen Einrichtung (9 bis 12) und des Fotodetektors (13) ohne Änderung deren relativer Lage.

5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekenn- J5 zeichnet, daß die Halterung ein gemeinsames verschiebbares Gehäuse (15) aufweist, in dem die erste und zweite Linsenanordnung (5,6), die optische Einrichtung (9 bis 12) und der Fotodetektor (13) enthalten sind.

6. Aufzeichnungsträger zur Informationsaufzeichnung und/oder -wiedergabe mittels der Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch eine transparente Platte (3) und eine mit ihr verbundene Platte (4), die zwei parallele, gegenüberliegende reflektierende Flächen (4a, 4b) aufweist.

7. Aufzeichnungsträger zur Informationsaufzeichnung und/oder -wiedergabe mittels der Einrichtung nach einem öder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch zwei reflektierende Platten (4, 14) und einer zwischen diesen angeordneten Zwischenschicht (3).