DE2824778A1

DE2824778A1 - Optischer uebertrager und fokussierungssystem

Info

Publication number: DE2824778A1
Application number: DE19782824778
Authority: DE
Inventors: James E Elliott; Lee Mickelson
Original assignee: MCA Discovision Inc
Current assignee: Discovision Associates
Priority date: 1977-06-06
Filing date: 1978-06-06
Publication date: 1979-01-04
Also published as: GB1603596A; DE2824778C2; JPS544105A; BE867877A; HK42186A; US4152586A; FR2394106A1; IT1095296B; FR2394106B1; NL7806068A; CA1120152A; IT7824247A0

Description

"Optischer Übertrager und Fokussierungssystem"

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Fokussie— rungsanordnungen für Strahlen und insbesondere auf einen optischen Übertrager und ein mit ihm arbeitendes Fokussierungssystem, womit eine bündelnde Linse so eingestellt wird, daß sie einen Strahl genau auf eine gewünschte, sich bewegende Oberfläche gebündelt hält.

Es ist bekannt, optische Fokussierungssysteme zur Verstellung einer Linse auf dem Strahlweg eines Lichtstrahls zu verwenden, wobei die Linsenverstellung auf Signale hin stattfindet, die von einem lichtempfindlichen Detektor nachgewiesen und erzeugt werden und zur Verstellung der Linse zwecks ihrer optimalen Fokussierung verwendet werden. In einem Fernseh-Wiedergabegerät mit einer auf einem Plattenteller liegenden, rotierenden Scheibe mit aufgezeichneten Fernseh-Signalen (Video-Scheibe) wird die Scheibe mit den

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aufgezeichneten Fernseh-Signalen von einem Lichtstrahl abgetastet, der mit Hilfe eines Objektivs auf die Information enthaltenden Stellen auf der Oberfläche der Scheibe fokussiert gehalten wird. Von der Aufzeichnungsspur wird ein Lichtstrahl durch das Objektiv zurückreflektiert und auf ein Detektorsystem mit einer Photozelle gelenkt, worin dann mehrere Detektoren sowohl Signale zur Steuerung, unter anderem der Lage des Objektivs, als auch Informationssignale mit der auf der Aufzeichnungsspur gespeicherten Fernseh— Information erzeugen. Die die Information enthaltenden Ausgangssignale des Detektorsystems werden dann zur Erzeugung einer Anzeige z.B. auf einer Kathodenstrahlröhre verwendet, sodaß sich ein Pernseh-Bildschirm-Ausgangseignal ergibt.

Der Lichtstrahl wird gewöhnlich auf eine Informationsspur mit einer Breite von 1 Mikron auf der Video-Scheibe fokussiert. Dies setzt voraus, daß der Lichtstrahl auf einen I¹IeCk mit einer Breite von etv/a 1 Mikron auf der Video-Scheibe genau gebündelt werden kann. Natürlich können geringe Veränderungen des Abstands der Objektivlinse von der Informationsspur auf der Video-Scheibe zum Verlust der Information im reflektierten Strahl führen, und unerwünschte Prequenzen können hierbei in das elektrische Signal eingebracht werden.

Auf Video-Scheiben treten oberflächliche Unebenheiten auf, die zu einer Veränderung des Abstands zwischen der den

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auffallenden Lichtstrahl fokussierenden Objektivlinse und der Informationsspur führen. Aus Kunststoff hergestellte Yideo-Scheiben können beispielsweise veränderliche Dicke haben, da sich Dickenänderungen sogar bei den am weitesten entwickelten modernen Preßverfahren nicht völlig vermeiden lassen. Bei der Herstellung der Scheiben können sich auch Welligkeitsmuster ausbilden und bei der Massenherstellung können sich Exzentrizitäten in Vertikalrichtung ergeben. Abbiegen beim Verkauf, der Lagerung und der Herstellung kann zu Veränderungen des Abstands zwischen Objektiv und Scheibenoberfläche führen, und dies ist besonders gravierend an den Außenkanten der Scheibe, wo diese Veränderungen am Lichtstrahl schneller vorbeigehen.

Palis derartige Veränderungen rechtzeitig festgestellt werden, können sie durch Zuhilfenahme verschiedener Verfahren kompensiert werden. Theoretisch kann z.B. die Lichtquelle so verstellt werden, daß sich wieder die richtige Fokussierung ergibt; ferner ist es möglich, den Strahl zwischen der Lichtquelle und der Objektivlinse in der richtigen Weise zu verändern, obwohl diese beiden Lösungen nur schwer zu realisieren sind. Die Objektivlinse selbst kann auf dem Weg des Lichtstrahls auf die Video-Scheibe hin bzw, von ihr weg bewegt werden. Eine derartige Bewegung der Objektivlinse erfordert jedoch Präzisionsvorrichtungen, die sehr geringe räumliche Bewegungen der Video-Scheibe nachweisen. Die Vorrichtung zur Nachführung der Linse muß ferner

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die richtige Richtung auf der Achse des reflektierten Lichtstrahls feststellen, um die Ausbildung des richtigen Lichtflecks auf der Scheibe zu gewährleisten.

Servosysteme mit Photozellen-Detektoren sind an sich bekannt. In diesen Fokussierungssystemen werden von dem die Information nachweisenden Detektor getrennte lichtempfindliche Detektoren zur !Fokussierung auf dem Weg des Lichtstrahls oder neben dem die Information empfangenden Detektor angebracht. Die Fokussierung steuernde Signale werden deshalb vom Informationssignal getrennt erzeugt und dienen zum Betrieb eines Servosystem^ zur Wiederherstellung der genauen !Fokussierung. Ein Nachteil dieser Systeme ist es, daß die zur Bündelung dienenden Detektoren das Licht am Erreichen der die Information nachweisenden Detektoren hindern müssen, damit die richtige Fokussierung wieder eingestellt werden kann.

Die bekannten Systeme dieser Art sind mit unterschiedlichem Erfolg eingesetzt worden. Der Betrieb vieler Systeme hängt von beweglichen mechanischen Teilen ab, die zwischen ' dem Objektiv und dem Informationsdetektor angebracht sind und Differenzsignale liefern, mit denen Servomechanismen betrieben werden. Jede derartige däzwischengeschaltete mechanische Vorrichtung ergibt notwendigerweise zeitliche Verzögerungen, die das Ansprechverhalten und andere erwünschte Vorgänge bei der Bewegung des jeweils zur Wiederherstellung der Fokussierung verwendeten Bauteils beeinflussen.

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Viele derartige Fokussierungssysteme sind außerdem sehr anfällig gegen Fehler bei der Nachführung.

Es wurde seit langem versucht, ein optisches Fokussierungssystem zur Bündelung eines Strahls auf eine bewegliche Oberfläche mit geringen Oberflächenunebenheiten zu schaffen, wobei das System dann möglichst wenige mechanisch .verbundene Teile aufweisen soll und keine Verluste an reflektierten Strahlen infolge der eingesetzten Fokussierungsdetektoren ergeben soll, da dies zu Verlusten an Information führen könnte. Ferner ist es wünschenswert, ein optisches Fokussierungssystem mit möglichst kleinen Detektoren zu schaffen, sodaß die Anordnung auf engem Raum zusammengefaßt werden kann, jedoch für die Erzeugung genauer Ablesungen ausreichend groß ist. Auch ist es wünschenswert, eine sich nicht bewegende Detektoranordnung zu schaffen, die als elektronisches Kleinstbauteil in ein optisches Fokussierungssystem eingesetzt werden kann.

Ein Ziel war es ferner, einen verbesserten optischen Übertrager als Einheit zu schaffen, die alle benötigten elektrischen Signale erzeugt, sodaß daraus die gesamte im auftreffenden Lichtstrahl enthaltene Information sowie die zur Korrektur der Fokussierung benötigte Information abgeleitet werden können. In bekannten Systemen werden Detektorgruppen aus mehreren Einzeldetektoren verwendet, die in bestimmter Weise angeordnet sind; die Detektoren sind dabei in bestimmter Weise zusammengeschaltet, um die benötigte

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Information zu erzeugen.

Zusammenfassend läßt sich sagen, daß die vorliegende Erfindung einen neuen, verbesserten optischen Übertrager und ein Fokussierungssystem schafft, mit dem ein Lichtstrahl auf eine reflektierende Oberfläche gebündelt wird, wobei dann der Übertrager die Fokussierung dadurch nachweist, daß er elektrische Signale erzeugt, die die relative reflektierte, von einer ersten strahlungsempfindlichen Fläche und von einer zweiten strahlungsempfindlichen Fläche empfangene Strahlungsmenge angeben. Mindestens ein Teil der zweiten strahlungs empf indlichen Fläche ist um die Peripherie der ersten strahlungsempfindlichen Fläche angeordnet. Ein geeignetes Fokussierungselement, beispielsweise eine Objektivlinse, wird als Funktion der Signaldifferenz bewegt, um dadurch den Strahl auf die Oberfläche zu bündeln. Die Übertrager sind so gelagert, daß sie die gesamte reflektierte Strahlung empfangen, wobei dann die elektrischen Signale so miteinander kombiniert werden können, daß jegliche in der reflektierten Strahlung enthaltene Information ausgewertet werden kann. Es tritt nur ein ganz geringer Verlust infolge der Trennung der ersten strahlungsempfindlichen Oberfläche von der zweiten strahlungsempfindlichen Oberfläche auf. Die vorliegende Erfindung schafft ferner Einrichtungen zur Kompensation der Auswirkung von Intensitätsänderungen des Strahls auf das Fokussierungssystem und kompensiert Nichtlinearitäten der Übertrager-Kennlinie, sodaß das

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Fokussierungssystem linear auf Brennpunktänderungen reagiert«

Die vorliegende Erfindung umfaßt einen in einem optischen System verwendeten Übertrager, wobei ein von einer Strahlungsquelle ausgehender Strahl durch ein Objektiv zur Fokussierung auf eine reflektierende Oberfläche geschickt wird und ein reflektierter Strahl von der Linse aufgefaßt wird, die ihn dann auf eine von der Oberfläche entfernt gelegene Bildebene fokussiert. Der Übertrager ist in dem Strahlweg des reflektierten Strahls auf einer Seite der Bildebene angeordnet, die entsteht, wenn der von der Lichtquelle ausgehende Strahl auf die Oberfläche fokussiert wird. Der Übertrager enthält eine zentral gelegene, lichtempfindliche Oberfläche, die von einer äußeren lichtempfindlichen Oberfläche umgeben, jedoch von ihr getrennt ist. Der Übertrager wird so gestellt, daß ein Teil des auf dem Übertrager entstehenden, reflektierten Strahlbildes von beiden Detektoren empfangen wird. Pokussierungsschwankungen verändern dann die Größe des reflektierten Strahlbilds und ergeben eine differentielle Änderung der von beiden Detektoren empfangenen relativen Strahlanteile. Durch Erzeugung elektrischer Ausgangssignale liefern die Detektoren dann eine Anzeige sowohl der Größe als auch der Richtung der Veränderungen im Abstand des Objektivs von der Oberfläche.

Der Übertrager ist ein kreisrunder Detektor, der von einem ringförmigen Detektor umgeben, aber elektrisch von ihm isoliert ist. Die Detektoren werden zweckmäßigerweise

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auf einem.gemeinsamen Träger mit einem Verfahren zur Herstellung integrierter Schaltungen angebracht, sodaß sich zusammenpassende Anspreehkennlinien ergeben und daß außerdem Ausrichtungsfehler und der zu Verlusten von reflektierter Strahlungsintensität führende Zwischenraum zwischen den Detektoren sehr klein gehalten werden.

Die vorliegende Erfindung umfaßt ein Fokussierungssystem, in dem der Übertrager sowohl zur Steuerung der die Fokussierung bewirkenden Teile als auch zum Nachweis von Information verwendet wird, die die reflektierende Oberfläche dem reflektierten Strahl mitgibt. Der Übertrager ist so gestellt, . daß er den gesamten reflektierten Strahl zusammen auf dem inneren und dem äußeren Detektor in einem normalen, vorhersehbaren Bereich von Fokussierungsnachstellungen empfängt. Die lOkussierungsfehler werden nachgewiesen durch subtraktive Zusammenfassung der elektrischen Ausgangssignale der Detektoren, wohingegen die Information durch additive Zusammenfassung dieser Signale erhalten v/ird.

Der optische Übertrager und das fokussierungssystem der vorliegenden Erfindung sind besonders für Geräte wie Video-Wiedergabegeräte bestimmt, bei denen eine mikroskopisch kleine Informationskennzeichen enthaltende Oberfläche mit großer Geschwindigkeit relativ zu dem ablesenden Strahl einer Quelle bewegt wird. Bei derartigen Geräten kommt es wesentlich darauf an, daß der von der Quelle ausgehende Strahl scharf auf einen Fleck von der Größe der als

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Informationsträger wirkenden Oberflächenmerkmale gebündelt gehalten werden kann, und zwar trotz der !ionen Geschwindigkeit, mit der Oberflächenmerkmale am Fleck vorbeigehen.

Ein weiteres Merkmal der vorliegenden Erfindung ist es, daß das Verhältnis der Flächen des inneren und des äußeren Detektors und die Einstellung des Übertragers auf dem Lichtweg des reflektierten Strahls so gewählt werden müssen, daß sich das gewünschte Ansprechverhalten des Übertragers ergibt, daß jedoch gleichzeitig die Empfindlichkeit des Übertragers gegen Naehführungsfehler und Veränderungen in der von der Quelle ausgehenden Strahlintensität möglichst gering gehalten wird; außerdem müssen Nichtlinearitäten des Ansprechverhaltens des äußeren Detektors relativ zum inneren Detektor möglichst gering gehalten werden» Vorzugsweise wird die innere Detektorfläche so klein wie möglich gehalten und das Verhältnis der äußeren Detektorfläche . zur inneren Detektorfläche so groß wie möglich gewählt. Der Übertrager kann auf dem Strahlweg des reflektierten Strahls so angebracht werden, daß gleiche Strahlungsanteile vom inneren Detektor und äußeren Detektor nachgewiesen werden, wenn der Strahl genau auf die Scheibenoberfläche ausgerichtet ist. Es ergeben sich damit gleiche elektrische Ausgangesignale von den beiden Detektoren,, und die Subtraktion der beiden Signale liefert das Signal Null. Jede andere Stellung des Übertragers führt zu einem von ITuIl verschiedenen Differenzsignal, ergibt eine Nichtlinearität im Ansprechverhalten des äußeren

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Detektors gegenüber dem inneren Detektor, und führt zu einer Empfindlichkeit gegen Schwankungen in der von der Quelle ausgehenden Strahlungsintensität, wobei dann die Schwankungen irrtümlich als Fokussierungsfehler behandelt werden können. Geeignete Schaltungen zur Erzeugung von Vorspannungen und Einrichtungen zur Kompensation der Übertragungsfunktion sind vorgesehen, um die oben artgeführten Schwierigkeiten auszuschalten.

In einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird eine Hilfslinse zwischen der Objektivlinse und den Detektoren auf dem Weg des reflektierten Strahls eingesetzt. Die Hilfslinse wird so gestellt, daß die von der Oberfläche der Video-Scheibe herrührenden Nachführungsfehler nicht verstärkt werden, während Fehler im Abstand der Objektivlinse von der.Oberfläche der Video-Scheibe verstärkt werden. In einem solchen System ergibt eine Veränderung des Abstands der Scheibe von der Objektivlinse eine Brennebene auf der gegenüberliegenden Seite der Objektivlinse, und diese fällt nicht mit dem optischen Mittelpunkt der Hilfslinse zusammen. Der auseinandergezogene, durch die Hilfslinse gehende entfokussierte Strahl wird mit einer konkavkonvexen Struktur verstärkt. Die Ringanordnung der konzentrischen Detektoren empfängt den verstärkten Strahl mit ungleichen auf die beiden Detektoren auffallenden Lichtintensitäten. Die Differenz wird von der Hilfslinse verstärkt, um ein stärker ansteigendes Korrektursignal mit besserem

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Signal-Rausch-Verhältnis zur Verfügung zu haben.

Diese und andere neuartige Eigenschaften, die sowohl für den Aufbau der erfindungsgemäßen Vorrichtung als auch für ihr Funktionieren kennzeichnend sind, sowie weitere Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die Figuren, die verschiedene vorzugsweise Ausführungsformen der Erfindung als Beispiele darstellen. Jedoch dienen die Figuren nur zur Erläuterung und sollen nicht den Umfang der vorliegenden Erfindung aufzeigen.

Figur 1 ist eine vereinfachte perspektivische Ansicht einer vorzugsweisen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die in einem Wiedergabegerät für Video-Scheiben verwendet wird.

Figur 2 ist eine vereinfachte schematische Darstellung eines Teils der Figur 1 und zeigt den Strahl auf die Oberfläche der Video-Scheibe fokussiert.

Figur 3 ist eine Figur 2 ähnelnde Ansicht, wobei aber der Strahl entfokussiert ist und die Oberfläche der Video-Scheibe auf eine Objektivlinse hin verschoben dargestellt ist.

Figur 4 ist eine Figur 2 ähnelnde Darstellung mit entfokussiertem Strahl, wobei die Oberfläche der Video-Scheibe von der Objektivlinse wegbewegt dargestellt ist.

Figur 5 ist eine Aufsicht auf einen erfindungsgemäßen Übertrager_β

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Figur 6 zeigt das Schaltschema einer Schaltung für Fehlersignale und zur Steuerung.

iigur 6A zeigt den Spannungsverlauf am Übertrager und dient zur Erläuterung der in der Schaltung der Figur 6 auftretenden Fehlersignale.

Figur 7 ist eine vereinfachte schematische Darstellung eines Teils des in Figur 1 dargestellten Systems und zeigt eine andere Ausfuhrungsform der vorliegenden Erfindung.

Figur 8 ist eine vereinfachte schematische Darstellung, die Figur 7 ähnelt, wobei jedoch der Strahl entfokussiert ist und die Oberfläche der Video-Scheibe von der Objektivlinse weggerückt dargestellt ist.

Figur 9 ist schließlich ein vereinfachtes Blockschaltbild einer anderen Ausführungsform, bei der eine Hilfslinse zwischen dem Objektiv und dem Übertrager eingesetzt ist*

Die in Figur 1 dargestellte, vorzugsweise Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dient zur Erläuterung des Erfindungsgedankens und wird mit einem schematisch dargestellten Wiedergabeberät für Video-Scheiben verwendet. In den verschiedenen Figuren werden die gleichen Bezugsziffern zur Kennzeichnung der gleichen Teile verwendet.

Das Wiedergabeberät hat einen Plattenteller 10, der von einem Motor 12 in Drehungen versetzt wird und eine Video-Scheibe H trägt, auf der zahlreiche mikroskopisch kleine, kreisförmige oder spiralige Informationsspuren ausgebildet sind. Der nur durch seine Achse in Figur 1 dargestellte

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Strahl 17 der Strahlungsquelle wird von einem Laser 16 erzeugt und mit einem geeigneten optischen System auf die Oberfläche der Scheibe H gelenkt. Ein vereinfachtes optisches System ist dargestellt, in dem eine Strahlaufspaltungsvorrichtung 18 den Strahl 17 des Lasers 16 aufgestrahlt bekommt und ihn längs des Strahlwegs 19 durch ein Mikroskopobjektiv 20 reflektiert, das seinerseits in Richtung der optischen Achse beweglich ist, um den Strahl auf einen genauen Abtastfleck 22 auf der Oberfläche der Scheibe 14 zu fokussieren. Nicht dargestellt ist eine Schlittenvorrichtung, mit der die Scheibe 14 in Radialrichtung mit einer Geschwindigkeit verstellt werden kann, die normalerweise gleich ist der Ganghöhe der Spuren mit aufgezeichneter Information; ferner sind auch keine Elemente zur 3?einsteuerung des Strahls dargestellt, mit denen der Lichtweg 19 des Strahls 17 gesteuert wird, sodaß der Fleck 22 genau den Informationsspuren folgt.

Der Strahl 17 wird von der Oberfläche der Scheibe 14 zurückgeworfen und dabei mit den Informationselementen, beispielsweise mit ffernseh- und Ton-Information, moduliert. Diese Information kann auf der Spur in der Form aufeinanderfolgender, das Licht reflektierender bzw. nicht reflektierender Abschnitte gespeichert werden. Ein in figur 1 ebenfalls nur durch die Achse dargestellter reflektierter Strahl 23 geht durch das Objektiv längs des Lichtwegs 19 des Strahls 17 und ferner durch die Strahlaufspaltungsvor-

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richtung 18 ohne Reflexion zurück und fällt auf einen lichtempfindlichen Übertrager 24, der zwei elektrische Signale entsprechend einem im folgenden noch genau beschriebenen Hauptkennzeichen der vorliegenden Erfindung erzeugt.

Die vom Übertrager 24 erzeugten elektrischen Signale werden in einer bestimmten Weise zusammengefaßt, sodaß sich zwei Arten von Signalen ergeben, nämlich ein die Fehlfokussierung angebendes Fehlers ignal, das die Fokussierung des Hecks auf der Oberfläche der Scheibe 14 kennzeichnet, und ein Informationssignal, das dem dem reflektierten Strahl 23 von der Scheibe übermittelten Informationsinhalt entspricht. Ein weiterer, nicht dargestellter Übertrager wird normalerweise noch dazu verwendet, ein Nachstellungsfehlersignal zu erzeugen, mit dem die oben erwähnten Elemente zur Peinsteuerung des Strahls verstellt werden.

Die zwei vom Übertrager 24 abgegebenen elektrischen Signale werden über Leitungen 27, 27' an eine Fehlersignalschaltung 50 geleitet, in der das Fokussierungsfehlereignal erzeugt und dann über Leitung 51 weiter an einen Motor 32 zur Bewegung des Objektivs geleitet wird. Motor 32 ist mechanisch an die Objektivlinse 20 angeschlossen dargestellt} er bewegt diese längs des Lichtwegs 19 des Strahls 17, um die Fokussierung auf Fleck 22 aufrecht zu erhalten. Die gleichen elektrischen Signale v/erden über die Leitungen 27, 27' auch an eine Vorrichtung zur Verarbeitung der Information weitergeleitet, worin dann die richtige Signalverar-

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beitung entsprechend der auf dem Träger gespeicherten Information vorgenommen wird, d.h. es werden gewöhnlich die Fernseh- und Ton-Signale sowie digitale Informationssignale verarbeitet. Vorrichtungen 28 zur Verarbeitung der Video-Signale sind an sich bekannt und werden im folgenden nicht im einzelnen behandelt, da sie nicht einen Teil der vorliegenden Erfindung ausmachen.

Die Informationsspuren und die in ihnen gespeicherte Information sind sehr dicht auf der Oberfläche der Video-Scheibe 14 angebracht. Gewöhnlich haben die Spuren eine Breite von weniger als einem Mikron und benachbarte Spuren sind um den gleichen Abstand voneinander entfernt. Aufeinanderfolgende reflektierende und nicht reflektierende Gebiete sind auf den Spuren angebracht und haben eine Länge zwischen einem Mikron und· 1,5 Mikron in Längsrichtung der Spur. Etwa 55000 Spuren sind auf einer Seite der Scheibe, die die Größe einer Schallplatte hat, angebracht und ergeben eine etwa halbstündige Wiedergabe, bei der die Scheibe mit der verhältnismäßig hohen Geschwindigkeit von 1800 Umdrehungen pro Minute rotiert.

Es ergibt sich aus obigen Ausführungen, daß der durch Bündelung des Strahls 17 entstehende Heck 22 auf der Oberfläche der Video-Scheibe 14 keinen wesentlich größeren Durchmesser als die Länge und Breite der auf den Spuren gespeicherten Informationselemente haben sollte, Palis der ileck 22 größer ist, kann er mehr als eine Informationsspur

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und mehr als ein Informationselement überdecken, sodaß ein "Übersprechen" von Informationselementen, die neben dem momentan vom Strahl 17 abzulesenden Informationselement gelegen sind, stattfindet. Der Abstand der Objektivlinse 20 von der Oberfläche der Scheibe 14 am Fleck 22 ist eine kritische Größe, da Veränderungen dieses Abstands die Fokussierung des Strahls 17 stören, was eine Vergrößerung des Flecks zur Folge hat. Derartige Veränderungen des Abstands können hervorgerufen werden durch verbogene Scheibenabschnitte, Exzentrizität der Scheibe, plastische Dickenänderungen der Scheibe, Welligkeitsmuster auf der Scheibe und Schwingungen des optischen Systems.

Zwar können diese Veränderungen dadurch kompensiert werden, daß man die Objektivlinse 20 in Richtung des Wegs 19 des Strahls 17 verschiebt, um dadurch einen konstanten Abstand zwischen der Objektivlinse und der Oberfläche der Scheibe 14 aufrecht zu erhalten, doch muß ein zum Nachweis der Fokussierung des Flecks 22 und entsprechender Verschiebung der Objektivlinse 20 geeignetes Fokussierungssystem sehr geringe Änderungen des kritischen Abstands der Linse von der Scheibe nachweisen können. Das Fokussierungssystem muß ferner die Stellung der Objektivlinse 20 auch bei der hohen Geschwindigkeit, mit der der Fleck 22 über die Scheibe gleitet, einregeln können, sodaß die Ausrichtung auf die Oberfläche der Scheibe 14 erhalten bleibt. Dies gilt besonders für die Zonen in der Nähe der Außenkante der Scheibe.

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Der Nachweis von Veränderungen des kritischen Abstands durch den Übertrager und die Aufrechterhaltung der Strahlfokussierung auf der Scheibenoberfläche v/erden nun unter Bezugnahme auf Figuren 2-6 beschrieben.

Wie in Figur 2 dargestellt, wird der von der Lichtquelle, dem laser 16, ausgehende Strahl 17 als scharf gebündelter Lichtstrahl durch eine Linse 34 (die in Figur 1 nicht dargestellt ist) geschickt, um den Strahl soweit aufzuweiten, daß er die Eintrittsöffnung der Objektivlinse nach der Reflexion am Strahlverteiler 18 ausfüllt. Bessere Ergebnisse v/erden erhalten, wenn die Eintrittsöffnung vom Strahl 17 überdeckt wird, da dann maximale Lichtintensität von der Objektivlinse 20 auf den Fleck 22 fokussiert wird. Der reflektierte Strahl 23 geht durch Objektivlinse 20 zurück und folgt dabei dem Strahlweg 19 des von der Strahlungsquelle ausgehenden Strahls 17, geht jedoch durch den Strahlverteiler 18 ohne Reflexion. Der reflektierte Strahl wird durch Objektivlinse 20 wieder an der der Oberfläche der Yideo-Scheibe 14 gegenüberliegenden Seite gebündelt. Wie aus Figur 2 ersichtlich, konvergiert der reflektierte Strahl 23 auf eine Bildebene 36 und weitet sich von dieser ausgehend konisch auf. In den Zeichnungen ist der Weg des reflektierten Strahls 23 geradlinig dargestellt, während er tatsächlich mit Hilfe von Spiegeln oder dergleichen umgelenkt werden kann, um irgendwelche erwünschten Aufbauformen unterbringen zu können* Der Übertrager 24 wird in den reflektierten Strahl 23

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auf einer Seite der Bildebene 36 eingesetzt, empfängt den reflektierten Strahl 23 und liefert das oben erwähnte Paar elektrischer Signale. Bei der vorliegenden Erfindung besteht der Übertrager 24 aus zwei getrennten lichtempfindlichen Detektoren 25, 25', die elektrisch voneinander isoliert sind. Jeder der Detektoren 25, 25' erzeugt ein elektrisches Signal, das dem von ihm empfangenen Anteil des reflektierten Strahls 23 entspricht. Wie oben beschrieben, wird dieses Paar elektrischer Signale über Leitungen 27, 27' an die Fehlersignal-Schaltung 30 übertragen, in der ein Signal zur Steuerung des Motors 32 zur Bewegung des Objektivs erzeugt wird,, Damit wird dann die Objektivlinse in einem praktisch gleichförmigen Abstand von der Oberfläche der Video-Scheibe 14 gehalten. Das gleiche Paar elektrischer Signale wird über die gleichen Leitungen 27, 27' an die Vorrichtung 28 zur Verarbeitung der Fernseh-Signale geleitet; in dieser Vorrichtung werden die Signale summiert, um die im reflektierten Strahl 23 enthaltene Information herauszuholen und weiter zu verarbeiten.

Wie insbesondere aus Figur 5 ersichtlich, besteht der Übertrager 24 aus einem kreisförmigen, inneren Detektor 25, dessen Mxttelpunkt mit der Achse des reflektierten Strahls 23 zusammenfällt. Ein ringförmiger äußerer Detektor 25' ist konzentrisch und koplanar mit dem mittleren Detektor 25 angeordnet, wobei ein enges Ringgebiet 44 die beiden Detektoren voneinander trennt und isoliert. Die lichtempfind-

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lichen Oberflächen der Detektoren 25, 25' werden zweckmäßigerweise auf einem gemeinsamen Träger gleichzeitig geschaffen, da damit die genaue lage der beiden Detektoren zueinander erreicht wird und Pehleinsteilungen bei der Anpassung der Detektoren aneinander vermieden werden. Wenn Verfahren zur Herstellung integrierter Schaltungen verwendet werden, wird gewährleistet, daß die beiden Detektoren 25, 25' zusammenpassende Ansprechcharakteristiken haben und daß das Ringgebiet 44 sehr klein wird.

In Figur 5 ist der Radius des kreisförmigen zentralen Detektors 25 mit r bezeichnet, während der äußere Radius des äußeren Detektors 25', gemessen von der Achse des reflektierten Strahls 23, mit r' bezeichnet ist. Der Radius des reflektierten Strahlbildes, das auf der von der lichtempfindlichen Oberfläche der Detektoren 25, 25' definierten Ebene entsteht, ist mit r bezeichnet.

Zu beachten ist, daß, sobald der Radius des inneren Detektors 25 und der des äußeren Detektors 25' festgelegt worden sind, der Übertrager 24 auf der Achse des reflektierten Strahls 23 so angeordnet werden kann, daß das Verhältnis der auf jedem Detektor bei der genauen Fokussierung des Flecks 22 auf die Oberfläche der Scheibe H beleuchteten Flächen einen vorgeschriebenen Wert annimmt. Aus weiter unten noch beschriebenen Gründen ist die Anordnung vorzugsweise so zu wählen, daß die vom inneren Detektor 25 empfangene Strahlung gleich der vom äußeren Detektor 25' empfangenen

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Strahlung ist, wenn Fleck 22 scharf ist. Die zwei von den Detektoren 25, 25' erzeugten elektrischen Signale haben dann gleiche Größe. Unter der Annahme einer gleichförmigen Iiichtverteilung in einer den reflektierten Strahl 23 schneidenden Ebene und unter der Annahme, daß die Fläche des Ringgebiets 44 vernachlässigt werden kann, erhält man für die Beziehung zwischen r und r_Q unter diesen Verhältnissen:

r =

Die in Figuren 3 und 4 dargestellten Anordnungen ähneln der der Figur 2, enthalten jedoch noch Schwankungen im Abstand zwischen der Oberfläche der Video-Scheibe 14 und der Objektivlinse 20. Diese Schwankungen des Abstands vergrößern den auf der Oberfläche der Seheibe ausgebildeten Fleck 22 und verschieben damit die lage der Bildebene des reflektierten Strahls 23 auf der Achse dieses Strahls.

Die Verschiebung der Bildebene ergibt eine Vergrößerung oder Verkleinerung des Radius r des auf der Detektorebene erzeugten Bildes des reflektierten Strahls, wodurch direkt die Größe der von den Detektoren 25 bzw. 25' abgegebenen elektrischen Signale beeinflußt wird.

Im Fall der Figur 3 hat sich die Oberfläche der Scheibe 14 der Objektivlinse angenähert, wodurch sich ein vergrößerter, entfokussierter Fleck 22' auf der Scheibenoberfläche ergibt. Gleichzeitig ist die Bildebene 46 an den Übertrager 24 heranbewegt worden und der Radius r ist verkleinert, d.h.,

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der reflektierte Strahl ist stärker auf den inneren Detektor 25 als auf den äußeren Detektor 25' konzentriert. Im Falle der I¹IgUr 4 ist der entgegengesetzte Effekt dargestellt, d.h., die Oberfläche der Video-Scheibe 14 hat sich von der Objektivlinse 20 entfernt, wodurch sich ein vergrößerter Heck 22' ergibt; die Bildebene 48 ist vom Übertrager

24 wegbewegt worden und der Radius r hat sich vergrößert, d.h., das Bild des reflektierten Strahls ist vergrößert, sodaß verhältnismäßig mehr Strahlung auf den äußeren Detektor 25' als auf den inneren Detektor 25 fällt.

Bei diesen Beispielen ist zu beachten, daß die Entfokussierung des Flecks 22 vom Übertrager nachgewiesen wurde, ohne daß hierbei eine Verringerung der Strahlung auftrat, die für die Ableitung des Informationsinhalts des reflektierten Strahls 23 zur Verfugung steht; es tritt nur ein vernachlässigbar kleiner Verlust von Licht im isolierenden Ringgebiet 44 auf. Vermieden wird dadurch ein Hauptnachteil vieler bekannter Detektor-Systeme, in denen Detektoren zum Nachweis von Fokussierungsfehlern getrennt von Detektoren für den Informationsnachweis benutzt werden, wobei die Detektoren für den Fokussierungsfehler häufig Strahlung am Erreichen der Detektoren für die Informationsverarbeitung hindern,

Figur 6 zeigt im einzelnen den Anschluß der Detektoren

25 und 25' an die Verstärker 50 bzw. 52 in der Fehlersignal-Schaltung 30. Das vom äußeren Detektor 25' stammende verstärkte

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Signal wird an den positiven Eingang eines Summierverstärkers 54 angelegt. Das vom inneren Detektor 25 stammende verstärkte Signal wird dagegen an den negativen Eingang des gleichen Verstärkers 54 geführt. Wenn die Detektoren 25, 25' auf der vom reflektierten Strahl 23 definierten optischen Achse angeordnet sind, sodaß gleiche Strahlungsmengen auf die Detektoren bei der genauen Fokussierung des Flecks 22 auftreffen, sind die von den Detektoren erzeugten elektrischen Signale im Falle der Fokussierung gleich. In diesem Fall ist dann das Ausgangssignal des Verstärkers 54 Null. Wie oben beschrieben, wird dieses Ausgangssignal über Leitung 31 an den Motor 32 zur Verstellung des Objektivs geführt; der Kotor wird in diesem Fall nicht in Betrieb genommen und die Objektivlinse 20 bleibt in dem der Fokussierung entsprechenden Abstand von der Oberfläche der Video-Scheibe 14.

Wenn sich andrerseits, wie unter Bezugnahme auf Figuren 3 und 4 beschrieben, die Oberfläche der Video-Scheibe 14 auf die Objektivlinse 20 hin oder von ihr weg bewegt, verändert sich die relative vom inneren Detektor 25 bzw. dem äußeren Detektor 25' empfangene Strahlung, was zur Folge hat, daß die Detektoren ungleiche elektrische Signale erzeugen. Wenn die verstärkten Ausgangssignale der Detektoren 25, 25' im Verstärker 54 voneinander abgezogen werden, haben die Ausgangssignale dieses Verstärkers ein Vorzeichen und eine G-röße, die die Richtung und den Abstand, um den sich die Oberfläche der Video-Scheibe 14 von der Fokussierungsstellung

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in Bezug auf Objektivlinse 20 wegbewegt hat, kennzeichnen. Der die linse bewegende Motor 32 wird von den vom Verstärker 54 abgegebenen Ausgangssignalen gesteuert und bewegt die Objektivlinse 20 auf die Oberfläche der Video-Scheibe H zu oder von ihr weg, je nachdem, wie dies zur Wiederherstellung der Fokussierung notwendig ist. Motor 32 bleibt solange in Betrieb, bis die vom inneren Detektor 25 empfangene Strahlung gleich der vom äußeren Detektor 25' empfangenen Strahlung ist. Die Objektivlinse 20 befindet sich dann im Abstand von der Oberfläche der Video-Scheibe H, derart, daß der durch Fokussierung des von der Quelle kommenden Strahls 17 gebildete Fleck 22 die kleinstmögliche Größe hat, die mit der Wellenlänge des verwendeten Lichts erreicht werden kann und die der Größe der Informationselemente auf der Informationsspur der Scheibe Rechnung trägt, was einem Durchmesser von etwa 1 Mikron entspricht (siehe Figur 2 der Zeichnungen).

In der obigen Beschreibung wurde angenommen, daß der Übertrager 24 auf der vom reflektierten Strahl 23 definierten optischen Achse angebracht ist, sodaß gleiche Strahlungsmengen von jedem der Detektoren 25, 25' empfangen werden, wenn die richtige Fokussierung auf Fleck 22 vorliegt. Es wurde angegeben, daß die Einstellung des Übertragers auf die Gleichheit dieser Signale vorzugsweise verwendet werden sollte. Der Grund hierfür wird nunmehr unter Bezugnahme auf die in Figur 6A dargestellten Kurven erläutert.

Der in Figur 6A dargestellte Spannungsverlauf ist eine

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etwas idealisierte Darstellung eines differentiellen Fokussierungsfehler-Signals E, das am Ausgang des Verstärkers 54 (Figur 6) erscheint und durch Bewegung der Objektivlinse über einen verhältnismäßig großen Abstand d auf dem Weg des Strahls I7 entsteht. Bei der Inbetriebnahme des Video-Wiedergabegeräts befindet sich die Objektivlinse 20 normalerweise in einer zurückgezogenen Stellung, die sich bedeutend von der Stellung der optimalen Fokussierung unterscheidet. Bei dieser zurückgezogenen Stellung hat das Bild, das vom reflektierten Strahl auf der Ebene des Detektors entworfen wird, einen viel größeren Durchmesser als der Radius r' des äußeren Detektors 25', sodaß der Unterschied an Strahlungsleistung, die vom inneren Detektor 25 und dem äußeren Detektor 25' empfangen wird, verhältnismäßig klein sein kann. Das Fokussierungsfehler-Signal E wird dann fast Bull, wie es auf der linken Seite des SpannungsVerlaufs angegeben ist.

Wenn die Objektivlinse 20 auf dem optischen Weg 19 auf die Stellung maximaler Fokussierung in Bezug auf die Oberfläche der Scheibe 14 bewegt wird, vergrößert sich das Fokussierungsfehler-Signal E, während die Strahlung des reflektierten Strahls mehr auf den äußeren Detektor 25' konzentriert wird. Am Punkt B der Kurve ist der Radius r des Bildes des reflektierten Strahls auf der Ebene des Detektors gleich dem Radius r' des äußeren Detektors 25'.

Wenn sich Objektivlinse 20 weiter auf die Stellung der optimalen Fokussierung hinbewegt, nehmen die Fokussierungs-

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fehler-Signale ab und erreichen schließlich den Wert Null, was durch den Punkt A auf der Kurve angedeutet ist. An diesem Punkt werden gleiche Strahlungsmengen vom inneren Detektor 25 und dem äußeren Detektor 25' empfangen. Wenn die Objektivlinse noch weiter auf dem Weg 19 auf die Oberfläche der Video-Scheibe 14 zubewegt wird, nimmt das SOkussierungsfehler-Signal weiter auf einen minimalen negativen Viert ab, der angibt, daß der Radius r des Bildes des reflektierten Strahls auf der Ebene des Detektors kleiner oder gleich dem Radius r des inneren Detektors 25 ist. Nimmt man an, daß die Objektivlinse 20 noch weiter auf die Yideo-Scheibe zubewegt werden körnte, ohne sie zu berühren, so würde das Sokussierungsfehler-Signal E wieder anzusteigen beginnen, nachdem die Bildebene des reflektierten Strahls durch die Detektor-Ebene hindurchgegangen ist und der Radius r sich auf einen r_Q überschreitenden Wert erhöht hat. Punkt C der Kurve entspricht der Stellung, in der eine Bildebene des reflektierten Strahls auf der vom Detektor definierten Ebene liegt.

Durch Wahl einer Stellung auf der Achse des reflektierten Strahls 23 für die Anbringung des Übertragers 34 können der Radius r des Bildes des reflektierten Strahls auf der Ebene des Detektors und damit die Größe des Fokussierungsfehler-Signals E als "Ruhepunkt" für den Fokussierungszustand des Abtastflecks 22 gewählt werden. Die Abschnitte mit negativer Steigung zwischen Punkten B und C definieren

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das einzige Gebiet, in dem ein stabiler Betrieb des Systems zur Fokussierungssteuerung möglich, ist. Statt den Punkt A als Ruhepunkt beim Betrieb zu wählen, könnte auch Punkt B gewählt werden, wobei dann verhältnismäßig mehr Strahlung vom äußeren Detektor 25' als vom inneren Detektor 25 in der fokussierten Stellung des Hecks 22 aufgenommen wird. In diesem Pail muß die Schaltung 30 für das Fehlersignal abgeändert werden, sodaß kein Signal über Leitung 31 an den Motor 32 zur Objektiv-Verstellung übertragen wird und daß damit die Linse 20 unbeweglich bleibt. Zu diesem Zweck kann ein Vorspannungssignal verwendet werden, das bei der Addition zu den Ausgangssignalen des inneren Detektors 25 das Differenezsignal zum Verschwinden bringt.

Zu beachten ist, daß das Ansprechverhalten des äußeren Detektors 25' gegenüber dem inneren Detektor 25 nichtlinear ist, wenn sich am Punkt D die Fokussierung verändert. Die Nichtlinearität drückt sich durch die Krümmung der negativen Neigung der Kurve aus. Es ist deshalb zweckmäßig, diese Nichtlinearität zu kompensieren, sodaß der Nachweis von lckussierungsfehlern und das dynamische Ansprechverhalten des 3?okussierungssystems nicht zu stark von der Richtung abhängen, in der die Objektivlinse 20 zur Korrektur der Fokussierung verstellt werden muß. Ein weiteres Problem ergibt sich daraus, daß eine Veränderung der Intensität des von der Lichtquelle stammenden Strahls die relativen Intensitäten, an den Detektoren 25, 25' unabhängig

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von Fokussierungsänderungen beeinflußt. Palis keine Kompensation stattfindet, werden derartige Intensitätsänderungen irrtümlich als Fokussierungsfehler interpretiert.

In der in Figur 9 dargestellten, abgeänderten Schaltung "werden das Informationssignal und das die Fokussierung korrigierende Signal vom Ausgang des Übetfcragers 24 erhalten. Die elektrischen Ausgangssignale des inneren Detektors 25 werden über Leitung 27 und die Ausgangssignale des äußeren Detektors 25 über Leitung 27' zugeführt.

Die Ausgangssignale der beiden Detektoren werden an ein erstes differenzierendes Netzwerk I30 und an ein addierendes Hetzwerk HO angelegt. Das addierende Netzwerk 140 umfaßt ein Hochfrequenzfilter 142, das additiv die hochfrequenten Komponenten der auffallenden, das aufgezeichnete Fernsehsignal darstellenden Strahlung zusammenfassen kann. Ein zweites, rriecterfrequentes additives Netzwerk 144 ist vorgesehen, um Veränderungen, die in der Intensität durch Schwankungen der Laser-Leistung hervorgerufen werden können, nachzuweisen,.

Die Ausgangssignale der als Tiefpaß wirkenden Verstärker-Summierstufe 144 werden an eine Vergleichsstufe 146 angelegt, deren zweiter Eingang an eine regelbare Spannungsquelle 148 für die Nullinie angelegt ist. Diese Spannungsquelle kann auf den Wert des Signals, das bei durchschnittlicher, mittlerer Laser-Leistung erzeugt wird, eingestellt werden. Die Ausgangssignale der Vergleichsstufe 146 werden an ein Vorspannungs-Netzwerk 150 angelegt, dessen Ausgangssignale ihrerseits an

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eine Summier schaltung 152 im J? okussierungs korrektur -Netzwerk 150 angelegt werden. Die Ausgangssignale des inneren Detektors 25 bilden die zweiten Eingangssignale der Summierschaltung 152, deren Ausgangssignale an einen der Eingänge des Differenzier-Netzwerks 154 geführt werden. Das Signal zur Korrektur der Fokussierung wird aus dem Differenzier-Netzwerk 154 erhalten. Zweite Eingangssignale erhält das
Differenzier-Netzwerk 154 aus der Kompensationssehaltung
156 der Übertragungsfunktion; diese Schaltung modifiziert die über Leitung 27' zugeführten Ausgangssignale des äußeren Detektors 25' und korrigiert Nichtlinearitäten des Spannungsverlaufs durch Einregelung der Verstärkung der elektrischen Ausgangssignale des äußeren Detektors 25' .

Der in Figur 6A dargestellte Spannungsverlauf eignet
sich auch zur Beschreibung des Einflusses, den der Radius r des inneren Detektors 25 und der Radius r' des äußeren Detektors 25' auf die Ansprechkennlinie des Übertragers
haben. Insbesondere wurde festgestellt, daß der Radius r
so klein wie möglich gewählt werden sollte, da die negative Neigung des SpannungsVerlaufs zwischen den Punkten B und C dann steiler wird und damit die Ansprechempfindlichkeit
des Fokussierungssystems auf Fokussierungsänderungen
erhöht. Ein innerer Detektor mit einem Radius von etwa 45 Mikron wurde mit gutem Erfolg verwendet.

Es wurde auch festgestellt, daß das Verhältnis des Radius r' zum Radius r möglichst groß sein sollte, da dies auch

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_₃₇_ 202*778

die negative Neigung der Kurve erhöht und sie linearisiert (siehe Figur 6A), besonders in dem Abschnitt zwischen Punkten B und A. Dadurch wird die Höhe der positiven, vom Punkt B definierten Spitze erhöht. Um optimale Ergebnisse zu erhalten, sollte theoretisch das Verhältnis des Radius r' zum Radius r_Q unendlich sein, wobei dann der positiv werdende Kurventeil die von den gestrichelten Linien der Figur 6A dargestellte Form annehmen würde. Ein Verhältnis des Radius des äußeren Detektors zum Radius des inneren Detektors von etwa 10:1 ergab zufriedenstellende Ergebnisse, und es ist anzunehmen, daß ein Verhältnis von etwa 5i1 noch tragbar ist. Verhältnisse von etwa 2:1 werden als unannehmbar angesehen.

Die beiden dargestellten Ausfuhrungsformen des Linsenfokussierungssystems nützen die tatsächliche Form der Betriebsanordnung, so z.B. des von der Quelle kommenden Strahls I7, in der bestmöglichen Weise aus. Von Lasern emittierte Lichtstrahlen haben im allgemeine eine zylindrische oder konische Form mit einer Mittelachse. Der Aufbau des Detektors und des Übertragers gewährleistet die Erfassung und den Empfang von praktisch dem gesamten Lichtstrahl, der von der sich bewegenden Oberfläche der Scheibe Η moduliert wird.

Wie oben erwähnt, wird nur sehr wenig Licht in dem die beiden Detektoren trennenden Ringgebiet 44 verloren. Keine Anteile des modulierten Strahls werden außerhalb der Kanten

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des Detektors verloren, sodaß sich eine stärkere, klarere Pernsehsignal-Wiedergabe oder andere aus dem modulierten Strahl abgeleitete Anzeige erzielen läßt.

Zu beachten ist, daß der Übertrager 24 näher an der Objektivlinse 20 als die Bildebene 36 der Pigur 2 angebracht werden kann. Der Übertrager 24 darf nur nicht mit der Bildebene 36 zusammenfallen, die von der fokussierten Stellung der Objektivlinse 20 festgelegt ist. Falls der Übertrager 24 sich in der Bildebene 36 selbst befinden würde, würde eine Bewegung der Bildebene näher zur Objektivlinse 20 oder weiter von ihr weg nur dazu führen, daß der äußere Detektor 25' mehr Licht empfängt. Es wäre deshalb unmöglich zu untersoheiden, ob die Objektivlinse 20 näher zur Oberfläche der Video-Scheibe 14 kommen oder sich von ihr wegbewegen Sollte, um den Strahl 17 wieder richtig zu fokussieren.

Palis Übertrager 24 näher an die Objektivlinse 20 als an die Bildebene 36 in der fokussierten Stellung gebracht würde, wäre der Verstärker 54 umzupolen. Ansonsten arbeitet das System in der oben beschriebenen Weise.

Piguren 7 und 8 zeigen eine andere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Hierbei wird der vom Laser 16 ausgehende Strahl 17 auf eine reflektierende Oberfläche am Strahlverteiler 18 gelenkt. Der Strahl 17 geht dann über Lichtweg 19 durch die Objektivlinse 20, die ihn auf die sich bewegende Oberfläche der Video-Scheibe 14 fokussiert. Der reflektierte Strahl 23 wird durch Reflexion des Strahls

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17 an der Scheibenoberfläche und Zurückleitung des Strahls auf Lichtweg 19 durch Objektivlinse 20 und durch Strahlverteiler 18 ohne Reflexion erhalten. Die schematischen Darstellungen der Figuren 7 und 8 ähneln der der Figur 2.

In der in Figur 7 dargestellten Anordnung ist die Annäherung der Oberfläche der Video-Scheibe 14 an die Objektivlinse 20 durch die gestrichelte Scheibe 14' schematisch dargestellt. Der reflektierte Strahl 23 verläuft auf dem Iiichtweg 19 in Form der gestrichelten Linien. Eine zweite Linse oder Hilfslinse 60 ist an der der Fokussierung entsprechenden Bildebene 36 des von der Oberfläche der Video-Scheibe 14 reflektierten Strahls angebracht. Die Achse der Hilfslinse 60 fällt mit der vorn reflektierten Strahl 23 definierten Achse zusammen. In der dargestellten Ausführungsform wird eine konkav-konkave Linse verwendet, doch können andere Linsen gewählt werden, wie sich aus den folgenden Erläuterungen ergibt.

Beim Fehlen der Hilfslinse 60 bedeutet die Bewegung der Oberfläche 14 in die Stellung 14', daß eine Bildebene des reflektierten Strahls vom Punkt 36 zu Punkt 62 überführt wird. Durch Einsetzen der Linse 60 an der Stelle der der Fokussierung entsprechenden Bildebene 36 wird der reflektierte Strahl 23 gebrochen, sodaß eine Bildebene am Punkt 64 näher als am Punkt 62 an der Ebene des Detektors erscheint. Wenn sich die Oberfläche der Video-Scheibe 14 näher zur Objektivlinse 20 hinbewegt, bedeutet das Einsetzen

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der Hilfslinse 60, daß der reflektierte Strahl 23 stärker auf den inneren Detektor 25 konzentriert wird. Unter diesen Umständen ist das vom Detektor 25 empfangene Lieht intensiver, da der Radius r kleiner ist als beim Fehlen der Hilfslinse 60.

Die gegenteilige Wirkung wird erreicht, wen sich die Oberfläche der Video-Scheibe 14 von der Objektivlinse 20 wegbewegt, was durch die Linien 14" in Figur 8 angedeutet ist. In diesem Fall folgt der reflektierte Strahl 23 den gestrichelten Linien in Figur 8. Wie oben angegeben, wird die Ebene des entfokussierten reflektierten Strahls 23 von der Bildebene 36 im Fokussierungsfall wegbewegt zu einer Bildebene 68, die weiter vom Übertrager entfernt ist. Die Hilfslinse 60 beugt den entfokussierten Strahl 23, sodaß er weiter zerstreut wird und sich ein größerer Radius r auf der Ebene des Detektors ergibt.

In dem in Figur 8 dargestellten Fall erhält der innere Detektor 25 einen im Vergleich mit dem äußeren Detektor 25' stark verringerten Anteil der reflektierten Strahlung 23. Die Hilfslinse 60 vergrößert damit die entfokussierende Wirkung der bewegten Oberfläche der Video-Scheibe, wenn sich diese von Objektivlinse 20 wegbewegt. Sowohl in dem in Figur 7 als auch in dem in Figur 8 dargestellten Fall ergibt sich keine Vergrößerung des durch den Übertrager gehenden Lichtstrahls, vorausgesetzt, die Oberfläche der Video-Scheibe 14 wird im richtigen Fokussierungsabstand von der Hilfslinse

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■- 41 -

gehalten. ■

Wie often erwähnt, werden Objektive von der Art der dargestellten Objektive 20 häufig mit verschiedenen Nachführungssystemen gekoppelt, um den Abtastfleck 22 innerhalb der seitlichen Begrenzungen der Informationsspur auf der beweglichen Oberfläche der Video-Scheibe 14 zu halten« Exzentrizitäten in der kreisförmigen oder spiraligen Anordnung der Informationsspuren können dazu führen, daß das Nachführungssystem den Fleck 22 in Radialrichtung von der Scheibe wegbewegt. Der reflektierte Strahl 23 wird dann auf der Ebene des Übertragers 24 in seitlicher Richtung " verschoben.

Bisher machten sich derartige seitliche Verschiebungen notwendigerweise als Entfokussierungsfehler in den Detektoren bemerkbar. Bei der vorliegenden Erfindung hat eine gewisse seitliche Bewegung keine differentielle Wirkung auf Übertrager 24. Wenn die Kante des Strahls, die auf der Ebene der Detektoren 24 durch den Radius r definiert ist, sich nach oben bewegt und fast mit dem Ringgebiet 44 zusammenfällt, so sind die relativen Anteile der vom inneren Detektor 25 und dem äußeren Detektor 25' empfangenen Strahlung unverändert. In dem oben beschriebenen Beispiel, in dem für r ungefähr \f2*-£_Q gilt, wenn der Strahl auf einen Fleck wie Fleck 22 fokussiert ist, kann man ohne Veränderung der relativen, von den Detektoren 25 und 25' nachgewiesenen Iiiehtintensitäten tolerieren, daß seitliche Bewegungen über

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. ₊₂ _ 2924778

4-0$ vom Mittelpunkt des inneren Detektors 25 weg überschreiten, wobei die vom reflektierten Strahl 23 definierte Achse sich um diese 40$ verschiebt. Unter diesen Verhältnissen wird angenommen, daß das Licht gleichmäßig über den Querschnitt des Strahls selbst verteilt ist. Diese Annahme wird im folgenden noch im einzelnen erörtert.

Wenn der Nachführungsfehler gegenüber der Größe des mittleren Detektors groß ist, ist es zweckmäßig, eine Hilfslinse zu verwenden. Ein derartig großer Nachführungsfehler hat offensichtlich direkten Einfluß auf die relative, von den einzelnen Detektoren 25 und 25' empfangene Lichtmenge. Das Linsenfokussierungssystem der vorliegenden Erfindung kann unter diesen Umständen eine Differenz in den Signalen als I¹OkUSs ierungs fehler ansehen und die Stellung der Objektivlinse in entsprechender Weise einregeln.

Die Hilfslinse 60 vergrößert damit die Veränderungen des Radius r des Bildes des reflektierten Strahls, wenn der von der Quelle kommende Strahl nicht richtig auf die sich bewegende Oberfläche der Video-Scheibe H fokussiert ist. Jede andere Abweichung des von der Quelle kommenden Strahls beeinflußt jedoch die Lage der der Fokussierung entsprechenden Bildebene 36 in Bezug auf die Hilfslinse 60 nicht. Da die Abweichungen des von der Quelle kommenden Strahls nicht verstärkt werden, wenn sich die Bildebene 36 am Ort der Hilfslinse 60 befindet, werden die Auswirkungen von Nachführungsabweichungen des von der Quelle kommenden Strahls nicht

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verstärkt. Mit anderen Worten, bei Verwendung der Hilfslinse spricht das Fokussierungssystem stärker auf tatsächliche Fokussierungsfehler als auf irrtümlich als Fokussierungsfehler interpretierte Nachführungsfehler an wie wenn keine Hilfslinse verwendet wird.

Eine andere Möglichkeit, den Einfluß der Nachführungsfehler auf das System zum Fokussierungsfehlernachweis der vorliegenden Erfindung gering zu halten, ist es, die Fläche des inneren Detektors 25 in Bezug auf das Gesamtbild des an der Ebene des Detektors auftretenden reflektierten Strahls so klein wie möglich zu machen. Dies würde bedeuten, daß der Betrieb am Punkt D der in Figur 6A dargestellten Kurve stattfindet. Das Einsetzen der Hilfslinse 60 zwischen der Objektivlinse und dem Übertrager 24 bedeutet, daß der innere Detektor 25 kleiner erscheint.

Im allgemeinen ist anzunehmen, daß der im Rahmen der vorliegenden Erfindung verwendete Lichtstrahl einer Laser-Quelle eine G-außsche Intensitätsverteilung über einen Strahldurchmesser hat. Der von der sich bewegenden Oberfläche der Video-Scheibe 14 reflektierte Lichtstrahl wird jedoch von den auf den einzelnen Informationsträgerspuren vorhandenen Informationselementen moduliert. Es ist anzunehmen, daß sich die Abweichungen der Informationsträgerspur in der Mitte der Spur stärker haufen als an den Seitenkanten. Die Verteilung des Lichts quer zu einem Querschnitt des reflektierten Strahls ist damit gleichmäßiger als eine G-außverteilung, bei

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der die Lichtintensität stärker längs der vom reflektierten Strahl 23 definierten Achse konzentriert ist.

In Fällen, in denen festgestellt werden kann, daß ein Querschnitt des reflektierten Strahls 23 stark von einer gleichförmigen Verteilung der Lichtintensität abweicht, können die Verstärker 50 und 52 so eingeregelt werden, daß die an den Differentialverstärker 54 angelegten Signale im Falle des fokussierten, von der Quelle kommenden Strahls gleich sind. Andere Kompensationen können vorgenommen werden, d.h., es kann beispielsweise der Radius r_Q des mittleren Detektors 25 angepaßt werden.

Der oben beschriebene erfindungsgemäße Übertrager und das erfindungsgemäße Linsenfokussierungssystem befriedigen den Bedarf an verbesserten optischen Übertragern und Pokussierungssystemen, die praktisch den gesamten Lichtstrahl sowohl für das Ablesen modulierender Information als auch für den genaueren, zuverlässigen Betrieb des JOkussierungssystems benutzen.

Aus den obigen Ausführungen folgt, daß zwar bestimmte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung dargestellt und beschrieben wurden, daß jedoch verschiedene Abänderungen im Rahinen der Erfindung gemacht werden können, deren Umfang ausschließlich durch die Patentansprüche definiert ist.

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Claims

fetontanrihe Patentanwälte

Dr.-lng. Kans Ruscnke "

Dr. RUSCHKE & PARfNbR

Augmte-Vlktoria-Straaeffi ' «' Ι-·' Ι«ί1ΪΪΛΙ Pienisnauert aBo 2

1000<Ϊ6:ϋίΐ33 BERLIN- M ONCHE N -- 8000 München 80

Telefon: (0 30)8263898 2824778 ^TbMo"'- ⁽° ⁸⁹⁾

(030)8264481 + V Λ. f f * 9 (089)987258

Kabel: Quadratur Berlin ^₁. _Quadfa,_{ur MOnchen}

M 3942

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100 Universal City Plaza
Universal City, Kalifornien
U. S. A.

Paten tans prüche

1. Linsenfolcussierungssystem, gekennzeichnet durch eine Quelle zur Erzeugung eins Strahls (17) von Strahlung, die auf eine Oberfläche fokussiert und von ihr reflektiert wird, eine Linse (Objektiv 20), lOkussierungseinrichtungen, die die Linse (20) so bewegen, daß sie den Strahl (17) auf die Oberfläche bündelt, im Strahlengang der reflektierten Strahlung angebrachte Übertragereinrichtungen (24) mit einem ersten Detektor (25), der eine strahlungsempfindliche Oberfläche zum Empfang eines ersten Teils der reflektierten Strahlung hat und ein erstes elektrisches, die vom Detektor empfangene Strahlung anzeigendes Signal erzeugt, und mit einem vom ersten Detektor (25) isoliert angebrachten zweiten Detektor (25'), der eine strahlungsempfindliche Oberfläche aufweist, von der mindestens ein Teil um die Peripherie der

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strahlungsempfindlichen Oberfläche des ersten Detektors
(25) angebracht ist und einen zweiten Anteil der reflektierten Strahlung empfängt, wobei der zweite Detektor ein zweites elektrisches, das die von ihm empfangene Strahlung anzeigendes Signal erzeugt, 'und auf die Übertragereinrichtungen (24) ansprechende Steuereinrichtungen, die das erste Signal mit dem zweiten Signal vergleichen und ferner auf
sie ansprechende Einrichtungen umfassen, die die Linse (20) auf dem Strahlweg bewegen, um den Strahl (17) auf die Oberfläche zu fokussieren.

2. Iiinsenfokussierungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtungen die Bewegung
der Linse (20) als Funktion der Differenz zwischen dem
ersten und dem zweiten Signal bewegen,

3· Linsenfokussierungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die δtrahlungsempfindliche Oberfläche des ersten Detektors (25) und die des zweiten Detektors
(25') koplanar sind.

4. Linsenfokussierungssystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die strahlungsempfindliche Oberfläche des ersten Detektors (25) kreisförmig ist.

5. Linsenfokussierungssystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die strahlungsempfindliche Oberfläche des zweiten Detektors (25') ringförmig ist.

6. Linsenfokussierungssystem nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß die strahlungsempfindliche Oberfläche

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des ersten Detektors (25) und die strahlungsempfindliche Oberfläche des zweiten Detektors (25') auf einer gemeinsamen Trägerfläche ausgebildet sind.

7» Linsenfokussierungssystem nach Anspruch 1, zur Verwendung in einer Vorrichtung zum Ablesen von Information, die von einer Informationsträgeroberfläche getragen wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Quelle einen Strahl (17) von Strahlung erzeugt, die auf die Informationsträgeroberfläche zu fokussieren ist, daß mindestens ein Teil des von der Quelle kommenden Strahls (17) von der Oberfläche reflektiert und von der von ihr getragenen Information moduliert wird, daß das System ferner optische, mit der Linse (20) zusammenarbeitende Einrichtungen umfaßt, die den von der Quelle kommenden Strahl (17) auf einem ersten optischen Weg (19) von der-Quelle auf die Informationsträgeroberfläche richten und die den reflektierten Strahl auf eine Bildebene über einen zweiten optischen Weg (23) von der Informationsträgeroberfläche weg fokussieren, daß die Linse (20) auf dem ersten optischen Weg (19) verschoben werden kann, um den von der Quelle kommenden Strahl (17) auf die Informationsträgeroberfläche zu bündeln, und daß die Übertragereinrichtungen (24) auf dem zweiten optischen Weg (23) so angeordnet sind, daß sie nicht mit der Bildebene des reflektierten Strahls zusammenfallen, und daß die auf die Steuereinrichtungen ansprechenden Einrichtungen die Linse (20) auf dem ersten Weg (I9) verschieben, um damit den Strahl (17)

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auf die Informationsträgeroberfläche zu fokussieren,

8. Linsenfokussierungssystem nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch auf den Übertrager (24) ansprechende Einrichtungen, die das erste und das zweite Signal zusammenfassen, um die im reflektierten Strahl enthaltene Information abzuleiten.

9· Linsenfokussierungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die strahlungsempfindliche Oberfläche des ersten Detektors (25) auf eine vom reflektierten Strahl definierte Achse zentriert ist.

10« Linsenfokussierungssystem nach Anspruch 9· dadurch gekennzeichnet, daß die strahlungsempfindliche Oberfläche des zweiten Detektors (2$) im wesentlichen konzentrisch zur strahlungsempfindlichen Oberfläche des ersten Detektors (25) angeordnet ist.

11. Linsenfokussierungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die strahlungsempfindliche Oberfläche des zweiten Detektors (25') eine etwa 25 mal größere oder noch, größere Fläche als die strahlungsempfindliche Oberfläche des ersten Detektors (25) hat.

12. Linsenfokussierungssystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die strahlungsempfindliche Oberfläche des ersten Detektors Strahlung in einem vorgeschriebenen Verhältnis zu der von der strahlungsempfindlichen Oberfläche des zweiten Detektors empfangenen Strahlung erhält, wenn der Strahl (17) optimal auf die Informationsträgeroberflache

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_ 5 —

gebündelt ist.

13. Linsenfokussierungssystem nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis 1:1 beträgt.

14. Linsenfokussierungssystem nach Anspruch 7_? gekennzeichnet durch eine auf dem zweiten optischen Weg am Ort der Bildebene angebrachte Hilfslinse, wenn der von der Quelle kommende Strahl (17) optimal auf die Informationsträgeroberfläche fokussiert ist, sodaß der reflektierte Strahl nur gebrochen wird, wenn der von der Quelle kommende Strahl (17) entfokussiert ist.

15» Linsenfokussierungssystem nach Anspruch 14> dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfslinse (60) auf der vom reflektierten Strahl definierten optischen Achse angebracht ist.

16. Linsenfokussierungssystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen zur Zusammenfassung das erste Signal und das zweite Signal addieren.

17· Linsenfokussierungssystem nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das vorgeschriebene Verhältnis von 1:1 abweicht und daß ferner auf die Strahlungsquelle ansprechende Vorspannungseinrichtungen vorgesehen sind, die die Steuereinrichtungen bei Veränderungen der Strahlungsintensität des von der Quelle ausgehenden Strahls verändern, sodaß derartige Intensitätsschwankungen zu keiner Bewegung der Linse (20) führen.

18» Linsenfokussierungssystem nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das vorgeschriebene Verhältnis von 1:1

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nach unten abweicht, und daß die Steuereinrichtungen Kompensationseinrichtungen umfassen, die nichtlineare Veränderungen im zweiten elektrischen Signal relativ zu Veränderungen des ersten elektrischen Signals kompensieren.

19· Linsenfokussierungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Quelle aus eine Laser (16) besteht.

20. Linsenfokussierungssystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der reflektierte Strahl von der Informationsträgeroberfläche durch die Linse (20) auf den zweiten optischen Weg (23) gelenkt wird, und daß mindestens ein Teil des zweiten optischen Wegs mit dem ersten optischen Weg (19) zusammenfällt.

21. Linsenfokussierungssystem nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfslinse (60) eine konkave Linse ist.

22. Linsenfokussierungssystem nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfslinse (60) eine konkav-konkave Linse ist.

25« Übertrager zur Verwendung in einem optischen System, gekennzeichnet durch eine erste lichtempfindliche Oberfläche mit einer bestimmten J?lächengröße und eine zweite lichtempfindliche Oberfläche mit vorgegebener Flächengröße, wobei die zweite Oberfläche elektrisch isoliert um die Peripherie der ersten lichtempfindlichen Oberfläche angeordnet ist und das Plächenverhältnis von erster lichtempfindlicher Oberfläche zu zweiter lichtempfindlicher Oberfläche 25:1 oder

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mehr beträgt.

24. Übertrager nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis größer als 100:1 ist.

25. Übertrager nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß die erste lichtempfindliche Oberfläche und die zweite lichtempfindliche Oberfläche koplanar sind.

26. Übertrager nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß die erste lichtempfindliche Oberfläche kreisrund ist.

27. Übertrager nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite lichtempfindliche Oberfläche ringförmig ist.

28. Verfahren zum Nachweis der Fokussierung in einem optischen System, in dem ein Strahl auf eine reflektierende Oberfläche gerichtet wird, um auf ihr fokussiert zu werden, und ein reflektierter Strahl, der die Reflexion des einfallenden Strahls an der reflektierenden Oberfläche darstellt, von dieser Oberfläche weggerichtet wird, dadurch gekennzeichnet, daß der reflektierte Strahl auf eine von der reflektierenden Oberfläche abgelegene Bildebene fokussiert wird, daß die auf einer ersten Fläche empfangene Strahlung nachgewiesen wird, daß ein erstes elektrisches Signal erzeugt wird, das die von der ersten Fläche empfangene Strahlung kennzeichnet, daß die auf einer zweiten, um die Peripherie der ersten Fläche gelegenen Fläche empfangene Strahlung nachgewiesen wird, daß ein zweites elektrisches Signal erzeugt wird, das die von der zweiten Fläche empfangene Strahlung kennzeichnet, und daß das erste Signal mit dem zweiten Signal verglichen

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wird, -wodurch die Fokussierung des Strahls in Bezug auf die reflektierende Oberfläche nachgewiesen wird.

29. Verfahren nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Fläche und die zweite Fläche konzentrisch auf eine optische Achse ausgerichtet sind, die vom Lichtweg des reflektierten Strahls definiert wird.

30. Verfahren nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Fläche und die zweite Fläche koplanar sind.

51. Verfahren nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Fläche kreisförmig ist.

32. Verfahren nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Fläche ringförmig ist.

33. Verfahren nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der ersten Fläche zur zweiten Fläche 25:1 oder mehr beträgt.

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