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Vorrichtung zum Lesen von optischen Signalen
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Die ErfIndung betrifft eine Vorrichtung zum Auslesen von optischen
Signalen fur eine optische langspiel-ViFeospeicherplatte, bei der das aufgezeichnete
Signal durch einen Laserstrahl abgetastet bzw. ausgelesen und dadurch wiedergewonnen
wird.
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Ein Beispiel für eine herkömmliche Vorrichtung zum Auslesen von optischen
Signalen ist in Figur 1 in Form eines Blockschaltbildes dargestellt. Eine drehbare
Scheibe bzw. Platte B, auf der die Informationen aufgezeichnet sind, wird durch
einen Elektromotor C angetrieben; die Informationen werden dabei mittels einer Lesevorrichtung
A ausgelesen. Die Informationen werden in Form von Gruben oder Vertiefungen b aufgezeichnet,
die längs einer Vielzahl von koaxialen oder spiralförmig verlaufenden Spuren El,
32 usw. auf der Platte 3 angeordnet sind, wie in Figur 2 dargestellt ist. Jede Informationsvertiefung
b hat eine bestimmte, optisch feststellbare Eigenschaft, die von der der sie umgebenden
Fläche unterschieden werden kann, wie beispielsweise Lichtreflexion, Lichtabsorption
un Moder Lichtbrechung, und/oder einen unterschiedlichen physikalischen Aufbau bzw.
eine unterschiedliche physikalische Struktur, wie beispielsweise eine Aussparung
oder einen Grat bzw.
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Steg. Die aufgezeichneten Informatio.nen werden durch die sp ez ifis
ehe Wiederholungsráteder Vertiefungen längs der Richtung der Spuren El, B2 usw.
dargestellt, das heißt, die Wellenlänge oder den Abstand zwischen benachbarten Vertiefungen
und/oder die Länge einer jeden Vertiefung.
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Ein Bündel von Lichtstrahlen, die von einer Quelle 1, wie beispielsweise
einem Helium- oder Neon-Laser ausgeben,. wird durch einen Kollimator 2 und einen
Strahlenteiler 3 zu einem beweglichen Spiegel 4 und einer Kondensorlinse 5 gefi3:hrt.
Die Kondensorlinse dient dazu, den kollimierten bzw. parallelen Lichtstrahl als
feinen Punkt auf die drehbare Platte D zu fokussieren
Wenn die Platte
B durch den Motor C angetrieben wird, tastet der fokussierte, punktförmige Laserstrahl
nacheinander die Vertiefungen b, beispielsweise längs der Spur 32, ab. Nimmt man
an, daß die Vertiefungen ein anderes Reflexionsvermögen als die sie umgebenden Flächen
haben, so wird das von der Platte reflektierte Licht durch die Kondensorlinse 5
gesammelt. Das gesammelte Licht wird an dem beweglichen Spiegel 4 reflektiert und
durch den Strahlenteiler 3 aufgetrennt. Das abgetrennte Licht wird auf einen Fotodetektor
6 gerichtet, der ein elektrisches Signal liefert, das ein Maß für die durch die
abgetasteten Vertiefungen b aufgezeichneten Informationen darstellt.
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Der Fotodetektor 6 weist ein Paar Fotodetektorelemente 6a und 6b auf.
Die elektrischen Signale, die den reflektierten, auf die jeweiligen Detektorelemente
fallenden Lichtstrahlen entsprechen, werden durch Verstärker 7 und 8 verstärkt.
Jedes verstärkte Signal wird sowohl einem Addierglied 9 als auch einem Subtrahierglied
10 zugeführt. Das Ausgangssignal des Addiergliedes 9, welches die Summe der Ausgangssignale
der Verstärker 7 und 8 ist, stellt die auf der drehbaren Platte B aufgezeichneten
Informationen dar, während das Ausgangssignal des Subtrahiergliedes als Spur bzw.
Rillenführungssignal verwendet wird. Dies bedeutet, daß zu einem bestimmten Zeitpunkt
während der Abtastung der Informationsspur 32 das reflektierte, auf den Fotodetektor
6 projizierte Licht-Muster die in Figur 3 gezeigte Form hat. Da die Helligkeit der
Vertiefungen b sich von der der Umgebungsfläche unterscheidet, stellt also das Ausgangssignal
des Addiergliedes 9 das aufgezeichnete Informationssignal dar.
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Wenn die Mittellinie der Informationsspur B2 mit der Grenzlinie zusammenfällt,
welche die Fotodetektorelemente 6a und 6b trennt, wie in Figur 3 dargestellt ist,
ist das Ausgangssignal des Subtrahiergliedes 10 Null. Wenn jedoch die Grenzlinie
in bezug auf die Mittellinie der Spur verschoben ist, tritt an dem Ausgang des Subtrahiergliedes
10 ein Differenzsignal auf, dessen Amplitude proportional zu der Größe der Verschiebung
ist und dessen Polarität ihre Richtung angibt. Dieses Differenzzignal kann dazu
verwendet werden, die Spurführung der Abtastworrichtung zu steuern.
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Im einzelnen wird dabei dieses Differenzsignal einer Steuereinrichtung
11 für die Spurführung zugeführt.
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Der niederfrequente Anteil des Ausgangssignals von der Steuereinrichtung
11 für die Spurführung wird als Grobführungssignal an einen Verstärker 12 angelegt,
dessen Ausgangssignal eine Vorschubvorrichtung 13 antreibt, um die Lesevorrichtung
A radial in eine Richtung zu verschieben, die senkrecht zu den Spuren auf der drehbaren
Platte B ist. Der hochfrequente Anteil des Ausgangssignals von der Steuereinrichtung
11 für die Spurführung wird an einem Verstärker 14 angelegt, dessen Ausgangssignal
einer Antriebsvorrichtung 15 zugeführt wird, die den beweglichen Spiegel 4 steuert,
um die einführung durchzuführen.
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Da jedoch die Länge eines jeden Detektorelementes 6a und 6b in Abtastrichtung
im wesentlichen gleich der Länge der Informationsvertiefungen b auf der drehbaren
Platte B ist, das heißt, da die effektive Länge des Fotodetektors 6 relativ groß
im Vergleich mit der
Wellenlänge der aufgezeichneten Informationen
ist, ist die mit einer solchen herkömmlichen Vorrichtung erreichte Auflösung des
Ausgangssignals sehr gering Weiterhin sollte die Abmessung des Fotodetektors 6 in
einer zu der Abtastrichtung senkrechten Richtung im Idealfall im wesentlichen gleich
dem Abstand zwischen benachbarten Spuren sein. In der Praxis ist es jedoch sehr
schwierig, diesen Parameter aufgrund der auftretenden kl.einen Dimensionen so genau
zu steuern; das heißt also, daß die Breite des Fotodetektors im allgemeinen in bezug
auf den Trennabstand zwischen den Spuren entweder zu klein oder zu groß ist. In
dem zuletzt erwähnten Fall fühlt der Fotodetektor einige der auf benachbarten Spuren
aufgezeichneten Informationen ab, so daß sich übersprechen und damit Signale mit
geringerer Qualität ergeben.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung ist die effektive Breite eines Fotodetektors
in einer Laser-Abtastvorriclitung für optische Videospeicherplatten im wesentlichen
gleich oder schmaler als der Abstand zwischen benachbarten Informationsspuren auf
dem projizierten Plattenbild, während die effektive Länge des Detektors ein Drittel
bis -ein Su~nftel der kürzesten Wellenlänge der projizierten Signalabbildung beträgt.
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Diese Abmessungen können erreicht werden, indem eine mit Schlitzen
versehene Lichtabschirmung in dem optischen Strahlengang des Fotodetektors angeordnet
wird als Alternative hierzu können die Fotodetektorelemente an sich entsprechend
klein gemacht werden; dadurch läßt sich das oben erwähnte Übersprechen wesentlich
verringern
und das Verhältnis Signal/Rauschen, die Auflösung-und der Durchlaßberelch bzw. die
Fre#uenzkennlinie verbessern.
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Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter
Bezugnahme auf die beiliegenden, schematischen Zeichnungen näher erläutert Es zeigen:
Fig. 1 ein Blockdiagramm einer herkömmlichen Vorrichtung zum Auslesen von optischen
Signalen; Fig. 2 eine Draufsicht auf eine herkömmliche optische Videospeicherplatte,
wobei einige Teile wesentlich größer dargestellt sind; Fig. 3 eine Ansicht eines
Signalbildes, das auf einen herkömmlichen Fotodetektor projiziert wird; Fig. 4 ein
Blockdiagramm einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bei der eine als
Lichtabschirmung dienende Platte verwendet wird; Fig. 5 eine Ansicht der Lichtabschirmplatten
nach der Erfindung, des Fotodetektors und des projizierten Signalbildes; Fig. 6
eine weitere Ausführungsform der Erfindung, bei der kleinere Fotodetektorelemente
verwendet werden; und
Fig. 7 eine Auftragung von charakteristischen
Kurven, die für unterschiedliche effektive Lichtempfangslängen des Fotodetektors
erhalten wurden.
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Wie siihaus der in Figur 4 gezeigten Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung ergibt, ist eine mit Öffnungen oder Schlitzen versehene, als Lichtabschirmung
dienende Platte 16 vor dem Fotodetektor 6 in seinem Strahlengang angeordnet. Die
Platte 16 dient dazu, den größten Teil des reflektierten Lichtes von dem Strahlenteiler
3 zu blockieren, wodurch der größere Teil der Informationsspuren Ei, 2 usw. abgeschirmt
wird, während der nutzbare Lichtanteil durch den Schlitz 16a zu den Fotodetektorelementen
6a und 6b gelangen kann.
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Nach einer bevorzugten Ausführungsform sollte die seitliche oder Breitenabmessung
des Fotodetektors 6, das heißt, seine radiale Dimension in bezug auf die drehbare
Platte, größer als die radiale Breite des Schlitzes 16a sein. Dadurch verhindert
die als Lichtabschirmung dienende Platte 16, daß unerwünschte Lichtstrahlen von
benachbarten Spuren, die als Rauschquellen betrachtet werden können, den Fotodetektor
6 erreichen, so daß sich weniger Übersprechen und ein verbessertes Verhältnis Signal/Rauschen
für das festgestellte Signal ergeben.
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Die Länge des Schlitzes 16a, das heißt, seine Dimension in Richtung
der Spur, beträgt nach einer bevorzugten Ausführungsform andererseits ein Drittel
bis ein Fünftel der kürzesten, durch die Informationsvertiefungen b aufgezeichneten
Wellenlänge. Figur 7 zeigt die Beziehung
zwischen dem festgestellten
Ausgangssignal und der aufgezeichneten Wellenlänge, wenn ein Signal von 6 MEtz unter
Verwendung von verschiedenen Längen des Schlitzes 16a in der als Lichtabschirmung
dienenden Platte 16 wiedergegeben wird; dieses Signal von 6 Miiz wurde auf die Platte
B aufgezeichnet, die sich mit 1800 Umdrehungen pro Minute drehte. Wie sich aus Figur
7 ergibt, wird die Amplitude des festgestellten Ausgangssigna3.s geringer, wenn
die aufgezeichnete Wellenlänge abni#t; dieser Abfall macht sich noch stärker bemerkbar,
wenn die Länge des Schlitzes 16a zunimmt. Berücksichtigt man weiterhin die Beziehung
zwischen der Länge des Schlitzes 16a und der Amplitude des festgestellten Ausgangssignals,
wie sie in Figur 7 dargestellt ist, so ergibt sich, daß die zuletzt erwähnte Größe
umgekehrt proportional zu der Schlitzlånge ist. Dies legt die Annahme nahe, daß
es eine optimale Länge für den Schlitz 16a gibt, die einen Kompromiß zwischen einer
glatten oder flachen Ansprech- bzw. Gang~ bzw. Frequenzbereichkurve (für alle Wellenlängen)
und einer großen Amplitude des Ausgangssignals darstellt.
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Dabei stellte sich heraus, daß eine im wesentlichen konstante Ausgangsauflö
sung ohne wesentliche Verringerung der Amplitude des festgestellten Signals erreicht
wird, wenn die Länge des Schlitzes 16a ein Drittel bis ein Fünftel der kürzesten,
aufgezeichneten Wellenlänge beträgt. Die Aufzeichnungswellenlänge nimmt zur Mitte
der drehbaren Platte hin ab, da die relative Abtastgeschwindigkeit abnimmt, wenn
sich der Abtaster radial auf der Platte nach innen bewegt.
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Figur 6 zeigt schematisch eine ltere Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung, bei der keine als LichtaMs-hiritlang dienende Platte 16 erforderlich
ist; statt ~
dessen wird die Größe eines jeden Fotodetektorelementes
17a und 17b des Fotodetektors 17 gleich oder etwas kleiner als die Größe des Schlitzes
16a bei der obigen Ausführungsform gemacht. Durch die Verwendung dieser Dimensionen
wird es möglich, eine verbesserte Übersprech- und Auflösungskennlinie zu erhalten,
ohne daß eine mit Schlitzen versehene Lichtabschirmplatte wie bei der obigen Ausführungsform
eingesetzt werden muß.
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Diese Anordnung ist besonders wirksam, da im allgemeinen die Rauschen~
und Ansprechempfindlichkeit-Kennlinie eines Fotodetektorelementes proportional zu
seiner Fläche zunehmen, so daß eine kleinere Fläche eine bessere Kennlinie liefert.
Die Verringerung der Fläche des Fotodetektorelementes ermöglicht also da, wo sie
in der Praxis durchführbar und erreichbar ist, einen effektiven Weg, eine gewünschte
Rausch- und Ansprechempfindlichkeit-Kennlinie zu erhalten.
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Bei der Vorrichtung zum Auslesen von optischen Signalen nach der vorliegenden
Erfindung werden die auf eine drehbare Platte aufgezeichneten Informationen mittels
eines Taserstrahls abgetastet und wiedergewonnen; dabei wird die Breite des effektiven,
lichtempfangenden Bereichs eines Fotodetektors. im imwesentlichen gleich dem oder
schmaler als der gesiRtzte Raum zwischen#benachbar ten Informationsspuren auf der
Platte gemacht, während ihre Länge gleich einem Drittel oder.einem Fünftel der kürzesten
Wellenlänge des projizierten Signalbildes ist; um dies zu erreichen, wird entweder
eine mit Schlitzen versehene, als Lichtabschirmung dienende Platte vor dem Fotodetektor
angeordnet, oder die Fotodetektorelemente an s sich werden entsprechend
klein
gemacht. Durch diese Anordnung läßt sich das übersprechen zwischen benachbarten
Informationsspuren effektiv verringern und damit das Verhältnis Signal/Rauschen
verbessern. Außerdem werden die Auflösung und der requenzgang des Ausgangssignals
des Fotodetektors verbessert, so daß mit der Vorrichtung nach der vorliegenden Erfindung
periodisch aufgezeichnete Informationen ausgelesen werden können, wie es insbesondere
beim Auslesen von Video informationen von optischen Langspiel-Speicherplatten unter
Verwendung von Laserstrahlen der Fall ist.
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Patentansprüche
L e e r s e i t e