DE2625359B2 - Vorrichtung zur optischen Abtastung einer auf einem rotierenden Träger aufgezeichneten Informationsspur - Google Patents

Description

haibdurchlässiger Spiegel 43 angeordnet. Das Gerät enthält weiterhin einen verschwenkbaren dichroischen Spiegel 45, der Licht der Wellenlänge Al reflektiert und Licht der Wellenlänge A2 durchläßt. Ein erster Photodetektor 44 dient der optischen Informationsabtastung und dem Spurhalten, während ein zweiter Photodetektor 46 der optischen Abtastung für die Autofokussierung dient. Ein Aufzeichnungsträger 47, beispielsweise ein Band, eine Folie oder eine Videoplatte, ist mit Aufzeichnungsspuren 48 versehen. Die Lichtstrahlen der Wellenlänge Al und A2 der Laser 41 bzw. 42 werden über den dichroischen Spiegel 45 auf den Aufzeichnungsträger 47 gelenkt. Sie werden von der Aufzeichnungsspur 48 des Aufzeichnungsträgers 47 reflektiert. Im reflektierten Licht wird das Licht der Wellenlänge Al am dichroischen Spiegel 45 reflektiert und gelangt über den Spiegel 43 auf den ersten Photodetektor 44, der zur Wiedergabe der in der Informationsspur 48 aufgezeichneten Information und Steuerung des Geräts dient. Das reflektierte Licht der Wellenlänge A2 läuft durch den dichroischen Spiegel 45 hindurch und fällt auf den zweiten Photodetektor 46, der zur Eigenfokussierung dient.

Dieses Gerät zeichnet sich vor allem durch nur sehr geringe Verluste der Lichtleistung aus. Außerdem ist das optische System robust und einfach.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in F i g. 3 gezeigt. Der Aufzeichnungsträger 8 wird durch drei Lichtstrahlen abgetastet. Der Laserstrahl der Wellenlänge Al wird von einem Halbleiterlaser 1 erzeugt, durch eine Linse 2 zu einem Strahl 3 parallelisiert und durch Beugung an einem Gitter 4 in drei Strahlen verschiedener Ordnung aufgeteilt, nämlich in einen Strahl — 1. Ordnung, nullter Ordnung und +1. Ordnung. Die Strahlen laufen über eine Linse 5 auf einen Strahlteiler 15, werden an einem verschwenkbaren dichroischen Spiegel 6 umgelenkt und durch eine Linse 7 auf die Informationsspur 9 des Aufzeichnungsträgers 8 fokussiert.

Das Licht der +1. Ordnung, nullten Ordnung und — 1. Ordnung das von der Aufzeichnungsspur 9 reflektiert wird, wird wiederum am Spiegel 6 reflektiert und gelangt dann auf die Photodetektoren 161,162 und 163. Das Informationssignal wird vom mittleren Photodetektor 162 abgetastet, das Spursignal wird als Differenzsignal der beiden äußeren Photodetektoren 161 und 163 in der unten beschriebenen Weise abgetastet.

Die Beziehungen zwischen den Photodetektoren und den reflektierten Lichtstrahlen sind in der Fig.4 veranschaulicht. Die Photodetektoren 161,162 und 163 haben die Lichteinfallöffnungen 161a, 162a bzw. 163a. Die reflektierten Lichtstrahlen A, B und C seien dem Licht der +1. Ordnung, der nullten Ordnung bzw. der — 1. Ordnung zugeordnet, das auf die Eingangsöffnungen 161a, 162a und 163a projiziert ist. In der Fig.4 bezeichnen die Buchstaben A, Bund Cdie Leuchtflecke der entsprechenden Strahlen.

Die Mittelpunktslinie P, die die Zentren der Eingangsöffnungen der Photodetektoren miteinander verbindet, schneidet die Verbindungslinie Q, die die Zentren der Lichtflecke der einzelnen Strahlen miteinander verbindet im oder zumindest im Bereich der Lichteinlaßöffnung 162a des mittleren Photodetektors. Die Leuchtflecken der Strahlen A und C treffen nur teilweise auf die Lichteinlaßöffnungen 161a und 163a der beiden Randphotodetektoren.

Wenn in der Darstellung der F i g. 3 die Informations-SDur 9 nach rechts oder links aus ihrer Vorschubrichtung ausweicht (wobei die Vorschubrichtung senkrecht zur Zeichenebene liegt), verschiebt sich auch die Verbindungslirre Q der Leuchtflecken der reflektierten Strahlen in F i g. 4 nach rechts oder links relativ zur Zentrallinie P der Lichteinfallöffnungen. Dementsprechend werden die Ausgangssignale der äußeren Photodetektoren 161 und 163 komplementär zueinander erhöht oder erniedrigt. Dadurch kann der Lichtstrahl stets auf der Spur gehalten werden. Eine Abweichung von der Spur macht sich im Differentialausgang zwischen den beiden Photodetektoren 161 und 163 bemerkbar, der seinerseits den Spiegel 6 korrespondierend nachstellt. Dieses Verfahren der Spurhaltung ist im einzelnen in »Philips Technical Review« 33 (1973), 178 beschrieben.

Von einer zweiten Lichtquelle 10 wird ein Lichtstrahl der Wellenlänge A2 erzeugt, dessen Wellenlänge verschieden von der Wellenlänge des Lichtes des Halbleiterslasers 1 ist Der Strahl der Wellenlänge A2 wird durch eine Linse 12 ebenfalls auf den verschwenkbaren dichroischen Spiegel 6 gerichtet. Das Licht der Wellenlänge A2 wird hier gebündelt, konvergiert im Fokus der Linse 7 und wird auf die Oberfläche des Aufzeichnungsträgers 8 projiziert. Das an der Oberfläehe reflektierte Licht der Wellenlänge A2 gelangt auf den Spiegel 6 zurück, läuft durch diesen hindurch und wird auf einen Positionsdetekior 14 gegeben.

Wenn die Position des Aufzeichnungsträgers 8 aufwärts und abwärts schwankt, der Träger also nicht ίο plan ist, schwankt die Position des reflektierten Lichtstrahls auf dem Positionsdetektor 14 nach Maßgabe der Höhenveränderung des Trägers. Dadurch wird das Defokussieren ermittelt und in Form eines entsprechenden Defokussierungssignals signalisiert. Die vertikale Bewegung des Trägers kann durch eine senkrechte Verschiebung der Linse 7 nach Maßgabe des Defokussierungssignals kompensiert werden. Die Kompensation kann über eine gebräuchliche Tauchspule erfolgen, so daß sie hier nicht näher beschrieben zu werden braucht.

Der dichroische Spiegel 6 weist einen Reflexionsgrad

von praktisch 100% für das Licht der Wellenlänge Al

auf, das vom Halbleiterlaser 1 ausgesandt wird, und

einen Reflexionsgrad von praktisch 0% für Licht der Wellenlänge A2, das von der Lichtquelle 10 ausgesandt

wird. Der Spiegel 6 wirkt also in Abhängigkeit von der

Wellenlänge des einfallenden Lichtes einmal als reiner

Spiegel und einmal als reine Transmissionsscheibe. Im

Gerät nach Fig.3 werden also das Licht des

Halbleiterslasers 1 und der Lichtquelle 10 in einem einzigen optischen System ohne geringste optische

Verluste miteinander vermischt behandelt Die Strahlen werden gemeinsam über eine einzige Sammellinse 7 auf

den Aufzeichnungsträger 8 gelenkt und von diesem reflektiert.

Als Lichtquelle 10 kann beispielsweise ebenfalls ein Halbleiterlaser oder das Licht einer Leuchtdiode dienen, wobei dieses Licht lediglich eine vom Licht des Halbleiterlasers 1 abweichende Wellenlänge haben muß. Als Lichtquelle 10 kann auch eine Quelle für weißes Licht dienen. Der Halbleiterlaser 1 dient der Abtastung des Informationssystems und der Abtastung der Aufzeichnungsspur bzw. der Erzeugung des Spursignals. Dazu wird vorzugsweise ein Laserstrahl I₁-) eingesetzt, da dieses Tastlicht zumindest größenordnungsmäßig die sehr geringe Breite der Aufzeichnungsspur 9 auf dem Aufzeichnungsträger 8 haben muß. Andererseits braucht der parallelisierte Strahl des

Systems zur automatischen Fokussierung auf dem Aufzeichnungsträger nicht so fein gebündelt zu sein, so daß als Lichtquelle 10 auch ein nicht von einem Laser oder Halbleiterlaser stammender Lichtstrahl verwendet werden kann. Insbesondere wird vorzugsweise das von einer Leuchtdiode ausgesandte Licht verwendet. Die Lichtquelle 10 ist also vorzugsweise eine Leuchtdiode. Eine solche Leuchtdiode weist einen vergleichsweise hohen Wirkungsgrad auf und kann in den Abmessungen sehr klein gehalten werden. ι ο

Die Wellenlängenselektivität des dichroischen Spiegels liegt in der Größenordnung von einigen Nanometern. Es ist daher vollkommen ausreichend, wenn die Wellenlängen des Lichtes der Lichtquelle 10 und des Halbleiterlasers Ιμηι 10—20 nm voneinander differie- '5 ren.

Das gesamte optische System des in F i g. 3 gezeigten Gerätes kann im Vergleich zu den bekannten Geräten kompakt und kostengünstig hergestellt werden. Insbesondere ist im Vergleich zu dem in F i g. 1 gezeigten Gerät der zu hohen Intensitätsverlusten führende halbdurchlässige Spiegel 32 nicht erforderlich. Dies führt zu einer Erhöhung des optischen Wirkungsgrades um den Faktor 4 bei der Bildwiedergabe.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in Fig. 5 gezeigt. Ein Halbleiterlaser 17 weist drei Emissionsquellen 171, 172 und 173 auf. Die Strahlen jeder Quelle werden durch eine Linse 2 zu parallelen Strahlen 3 gebündelt. Die parallelisierten Strahlen laufen über eine Linse 5. Im übrigen entspricht das anschließende Gerät der in der Fig.3 gezeigten Anordnung. Wie dort werden die drei Laserstrahlen entsprechend den Strahlen der —1., nullten und +1. Ordnung zur Informationssignalabtastung, Spurabtastung und Eigenfokussierung verwendet. Der Unter- 3-5 schied zwischen dem in F i g. 3 und dem in F i g. 5 gezeigten Ausführungsbeispiel besteht lediglich darin, daß in dem in F i g. 5 gezeigten Gerät drei voneinander unabhängige Laserstrahlquellen verwendet werden. Das Licht der Lichtquelle 10 wird zur automatischen ^w Fokussierung verwendet. Als Lichtquelle 10 dient eine Leuchtdiode oder eine weiße Lichtquelle. Auch in dem in F i g. 5 gezeigten Gerät wird das Spursignal auf der Basis des Ausgangsdifferenzsignals zwischen den Detektoren 161 und 163 erhalten. Das Spurhalten wird also durch Verschieben des Lasers 17 senkrecht zur optischen Achse oder durch Verschwenken des dichroischen Spiegels 6 bewirkt. Die automatische Fokussierung wird in der Weise bewirkt, daß das Ausgangssignal des Positionsdetektors 14 auf eine Tauchspule gegeben wird, die die Linse 7 axial verschiebt.

Als Modifizierung der in den F i g. 3 und 5 gezeigten Ausführungsbeispiele kann ein Leuchtdichtedetektor statt des Positionsdetektors 14 verwendet werden. "

Die vorstehend erläuterten Geräte verwenden einen in Reflexion zu lesenden Aufzeichnungsträger. Die Erfindung ist jedoch nicht auf solche Aufzeichnungsträger beschränkt. In gleicher Weise können Aufzeichnungsträger gelesen werden, die ir. Transmission lesbar '" sind. Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem der Aufzeichnungsträger in Transmission gelesen wird, ist in Fig.6 dargestellt. Ein Laser 81 erzeugt einen Laserstrahl der Wellenlänge Al₁ der über eine Linse 82 auf einen verschwenkbaren dichroischen Spiegel 83 ' gelangt. Das vom Spiegel 83 reflektierte Licht wird auf die in Transmission lesbare Videoplatte 85 über eine Linse 84 fokussiert. Das Licht der Wellenlänge Al tritt durch die Videoplatte 85 und trifft dann auf eine Linse 87, nachdem es die in Transmission lesbare Informationsspur 86 auf der Videoplatte 85 durchlaufen hat. Das Licht der Wellenlänge Al wird nach Durchlaufen der Linse 87 am dichroischen Spiegel 95 reflektiert. Das reflektierte Licht wird dann auf einen Photodetektor 89 geleitet. Wie beim Lesen der Videoplatte in Reflexion werden die Informationswiedergewinnung und die Spurabtastung auf der Basis des elektrischen Ausgangssignals des Photodetektors 89 in gebräuchlicher Weise vorgenommen. Der Laserstrahl der Wellenlänge A2 eines Lasers 90 wird am Strahlteiler 91 in zwei Teilstrahlen aufgeteilt. Einer dieser Strahlen läuft auf die Linse 92, während der andere am Spiegel 93 umgelenkt und auf eine Linse 94 geführt wird. Die Linsen 92 und 94 haben voneinander verschiedene Brennweiten. Der Brennpunkt der Linse 92 liegt in Pl auf der in Richtung des Lichtstrahles vor der Videoplatte 85 liegenden Seite, in der Darstellung der F i g. 6 also über der Videoplatte 85, während der Brennpunkt der Linse 94 in P2 auf der Transmissionsseite der Videoplatte 85 liegt, in der Darstellung der F i g. 6 also unterhalb der Videoplatte 85. Die Brennpunkte P1 und P2 sind gleich weit von der Videoplatte 85 entfernt. Die Lichtstrahlen der Wellenlänge A2 laufen, nachdem sie durch die Linsen 92 und 94 mit den unterschiedlichen Brennweiten und den Spiegel 83 gelangt sind, auf die Sammellinse 84. Der dichroische Spiegel 83 reflektiert Licht der Wellenlänge Al und läßt das Licht der Wellenlänge A2 hindurch. Das Licht der Strahlen der Wellenlänge A2 läuft also über die Sammellinse 84 und dann konvergierend auf die Videoplatte 85. Wenn die Lichtstrahlen der Wellenlänge A2 auf der Videoplatte 85 konvergieren, ist die entstehende Streuung am größten. Die Strahlen der Wellenlänge A2 werden daher nicht unmittelbar auf der Videoplatte 85 fokussiert, sondern sind mit Bezug auf diese Ebene leicht defokussiert. Dadurch wird eine Beugung vermieden. Die Strahlen werden nach Durchlaufen der Platte in den Photodetektoren 96 und 97 aufgefangen. Ihr Differenzsignal wird ausgewertet. Das Differenzsignal dient der automatischen Einstellung der Sammellinse 84, was beispielsweise über eine Tauchspule erfolgen kann. Dabei wird auf ein Differenzsignal Null fokussiert. Solche Systeme zur automatischen Fokussierung der Sammellinse 84 sind an sich bekannt und daher hier nicht näher beschrieben. Das Licht der Wellenlänge A2 läuft hinter der Videoplatte 85 über die Linse 87, tritt durch den dichroischen Spiegel 95 und fällt dann auf die Photodetektoren 96 und 97. Aus deren elektrischen Ausgangssignalen wird dann das vorstehend beschriebene Differenzsignal gebildet, das als Steuersignal für die Scharfstellung der Sammellinse 84 dient. Der ortsfeste dichroische Spiegel 95 reflektiert Licht der Wellenlänge Al und ist für Licht der Wellenlänge A2 durchlässig.

Wenn die Videoplatte 85 aus ihrer Sollebene in Richtung des Brennpunktes Pl auswandert, nimmt das Ausgangssignal des Photodetektors % ab. Wandert die Videoplatte 85 in Richtung auf den Brennpunkt P2 aus, so nimmt das vom Photodcteklor 97 abgegebene Ausgangssignalab.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

1
Patentansprüche:

t. Vorrichtung zur optischen Abtastung einer auf einem rotierenden Träger aufgezeichneten Informationsspur, mit einer ersten Lichtquelle, deren Strahl von einem Spiegel auf die Informationsspur gelenkt und durch ein optisches System auf die Oberfläche des Trägers fokussiert wird und nach Modulation mit der aufgezeichneten Information auf einen ersten Detektor fällt, dessen Ausgangssignal außer der Informationswiedergabe zur Verschwenkung des Spiegels dient, um die Abtastung radialen Schwankungen der Informationsspur nachzuführen, sowie mit einer zweiten Lichtquelle, deren Strahl durch dasselbe optische System auf den Träger fokussiert wird und danach auf einen zweiten Detektor fällt, dessen Ausgangssignal dazu dient, das optische System axialen Schwankungen der Trägeroberfläche nachzuführen, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Lichtquellen (1, 17,41,81; 10, 42, 90) Strahlen unterschiedlicher Wellenlängen emittieren, daß auch der Strahl der zweiten Lichtquelle auf den zur Spurnachführung verschwenkbaren Spiegel auftrifft und daß dieser Spiegel ein dichroischer Spiegel (6,45,83) ist, der nur den Strahl der ersten Lichtquelle (1, 17, 41, 81) reflektiert, den Strahl der zweiten Lichtquelle (10, 42,90) dagegen hindurchläßt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Lichtquelle (10) eine Leuchtdiode ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch ein zwischen die erste Lichtquelle (1) und das optische System (6, 7) eingeschaltetes Element (4), das den Strahl der ersten Lichtquelle in mehrere Teilstrahlen zerlegt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das den Lichtstrahl ze^rlegende Element (4) ein Beugungsgitter ist.

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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff das Patentanspruchs 1. Bei derartigen Vorrichtungen kommt es zur genauen Erfassung der Information darauf an, daß sowohl der abtastende Strahl radialen Schwankungen der Informationsspur als auch das den abtastenden Strahl auf die Trägeroberfläche fokussierende optische System axialen Schwankun- so gen der Trägeroberfläche nachgeführt werden.

Ein bekanntes derartiges Gerät ist in Fig.! schematisch dargestellt. Der aus einem ersten Laser 31 stammende Lichtstrahl durchsetzt einen halbdurchlässigen Spiegel 27 und wird an einem Spiegel 32 umgelenkt und durch eine Linse 33 auf eine Videoplatte 26 fokussiert. Der reflektierte Strahl läuft auf demselben optischen Weg zurück, wird dabei an dem halbdurchlässigen Spiegel 27 reflektiert und trifft auf einen ersten Photodetektor 28. Der aus einem zweiten Laser 34 6ü stammende Lichtstrahl wird ebenfalls durch die Linse 33 auf die Videoplatte 26 fokussiert, und der reflektierte Strahl fällt nach nochmaligem Durchsetzen der Linse 33 auf einen zweiten Photodetektor 30. Der Lichtstrahl aus dem Laser dient dazu, die Information aus der in der h"> Videoplatte 26 aufgezeichneten Informationsspur abzutasten und den abtastenden Strahl durch Kippen des Spiegels 32 radialen Schwankungen der Informationsspur nachzufühnen, während der Lichtstrahl aus dem Laser 34 dazu dient, das optische System axialen Schwankungen der Plattenoberfläche nachzuführen.

Um die Fokussierung möglichst exakt zu steuern, ist es erforderlich, daß die Strahlen beider Laser dasselbe optische System durchlaufen und möglichst genau auf dieselbe Stelle der Plattenoberfläche treffen. Bei der bekannten Vorrichtung nach F i g. 1 ist diese Forderung jedoch nur bis zu einem gewissen Grade zu erfüllen, weil der den Strahl aus dem Laser 31 umlenkende Kippspiegel 32 eine bestimmte Mindestgröße hat, daher der Strahl aus dem Laser 34 um diesen Spiegel herumgelenkt werden muß und nicht längs desselben Weges wie der erste Lichtstrahl verlaufen kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 derart auszugestalten, daß sie ohne räumlichen Mehraufwand eine einfache und exakte Strahlführung gestattet, um die Genauigkeit der Informationsabtastung zu erhöhen.

Die Erfindung löst diese Aufgabe durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 angegebenen Maßnahmen. Durch den Einsatz eines dichroischen Spiegels wird es möglich, daß die beiden Lichtstrahlen im wesentlichen längs desselben optischen Pfades das optische System durchsetzen und auf die Trägeroberfläche fallen, wie es für die genaue Nachführung der Fokussierung mit Hilfe des optischen Systems erforderlich ist. Da der dichroische Spiegel gleichzeitig schwenkbar ist, um den eigentlichen Abtaststrahl der Informationsspur nachzuführen, übernimmt er außer seiner eigentlichen wellenlängenselektiven Funktion gleichzeitig die Funktion als Kippspiegel zur Nachführung in Radialrichtung. Gegenüber der bekannten Vorrichtung sind also keine zusätzlichen Bauelemente erforderlich, so daß die gewünschte Kompaktheit der Vorrichtung erhalten bleibt.

Aus der US PS 38 12 325 ist es zwar bekannt, mit zwei Lichtstrahlen unterschiedlicher Wellenlänge zu arbeiten, die an einem dichroischen Spiegel zerlegt werden. Die beiden dort verwendeten Lichtstrahlen haben jedoch lediglich die Funktion, verschiedenfarbige Markierungen abzutasten; entsprechend hat auch der dort verwendete dichroische Spiegel nur die Aufgabe, Farbfilter zu ersetzen. Dagegen wirkt bei dieser bekannten Vorrichtung der dichroische Spiegel insbesondere nicht als Kippspiegel, was gerade für die Erfindung wichtig ist, weil damit erreicht wird, daß nur der die radialen Abweichungen wiedergebende Strahl verschwenkt wird, während der andere Strahl unverändert auf den ihm zugehörigen Detektor trifft. Würde nämlich bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung auch der zweite Strahl verschwenkt, so würde der zugehörige Photodetektor entsprechend mehr oder weniger Licht empfangen und dementsprechend das optische System in Axialrichtung nachführen, obwohl die Fokussierung keiner Nachführung bedarf.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung werden in der nachstehenden Beschreibung anhand der weiteren Figuren erläutert. Von diesen zeigen

F i g. 2, 3, 5 und 6 schematische Darstellungen für jeweils ein Ausführungsbeispiel der Erfindung und

F i g. 4 ein Diagramm zur Erläuterung der Arbeitsweise des Ausführungsbeispiels nach F i g. 3.

Bei der Vorrichtung nach Fig.2 erzeugt ein erster Laser 41 einen Laserstrahl der Wellenlänge λ 1, während ein zweiter Laser 42 einen Laserstrahl der Wellenlänge Λ2 erzeugt. Im Strahl des ersten Lasers 41 ist ein