DE3237415A1

DE3237415A1 - Lichtmodulationseinrichtung zur verwendung in einem aufzeichnungsgeraet

Info

Publication number: DE3237415A1
Application number: DE19823237415
Authority: DE
Inventors: Nobuhiko Chiba Umezu; Masanobu Yokohama Kanagawa Yamamoto
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1981-10-08
Filing date: 1982-10-08
Publication date: 1983-04-21
Also published as: GB2110022A; FR2514540A1; CH657707A5; AT374295B; CA1183948A; NL191962B; DE3237415C2; GB2110022B; FR2514540B1; JPS5862630A; IT1152904B; ATA372282A; US4477821A; JPH0463380B2; NL8203915A; AU8880182A; AU552655B2; IT8223688A0; NL191962C

Description

Lichtmodulationseinrichtung zur Verwendung in einem Aufzeichnungsgerät

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Lichtmodulationseinrichtung zur Verwendung in einem Aufzeichnungsgerät zum Aufzeichnen von Information auf einem Aufzeichnungsmedium, insbesondere auf eine Lichtaufzeichnungseinrichtung oder eine optische Aufzeichnungseinrichtung, die ein moduliertes Licht oder ein strahlendes Energiesignal zum Einwirken auf das Aufzeichnungsmedium erzeugt.

Typischerweise enthalten Lichtaufzeichnungseinrichtungen eine Laser!ichtquelle, die einen Lichtstrahl erzeugt, und einen Lichtmodulator, der den Lichtstrahl mit einem Informationssignal moduliert und den modulierten Lichtstrahl auf ein Aufzeichnungsmedium, beispielsweise in Form einer Aufzeichnungsplatte, richtet, so daß das Informationssignal auf der Platte aufgezeichnet wird.

Laserlichtquellen, die in derartigen Lichtaufzeichnungseinrichtungen verwendet werden, enthalten Argon-Ionen- oder Helium-Kadmium-Laser. Lichtmodulatoren, die herkömmlicherweise benutzt werden, enthalten elektro-optische oder akusto-optische Modulatoren, in denen der Lichtbrechungsindex eines Mediums innerhalb des Lichtmodulators auf der Basis der Intensität eines elektrischen Feldes oder des Druckes einer Schallwelle, die dem lichtbrechenden Medium zugeführt wird, variiert wird. Lichtmodulatoren können außerdem die Intensität von Licht, das auf das Aufzeichnungsmaterial gerichtet ist, steuern, um so Veränderungen in der Aufzeichnungsmaterial-Empfindlichkeit und/oder Veränderungen in der linearen Geschwindigkeit des Aufzeichnungsmediums in bezug auf den modulierten Lichtstrahl - beispielsweise dann, wenn das Aufzeichnungsmedium eine Aufzeichnungsplatte ist, die bei einer konstanten Drehgeschwindigkeit gedreht wird und wobei der Lichtstrahl so ausgebildet wird, daß er einen spiralförmigen Weg auf der Platte abtastet - kompensieren zu können.

Zum Steuern der Lichtintensität wurden bisher zahlreiche Einrichtungen benutzt, die optische Filter, zwei elektrooptische Lichtmodulatoren, von denen einer zum Modulieren des Lichtsignals innerhalb der Laserlichtquelle und der andere zum Steuern der Lichtmenge, die von der Laser!ichtquelle abgegeben wird, benutzt wird, und ein Mittel zur Strommodulation, das einen Strom steuert, welcher einem Laserelement innerhalb der Laserlichtquelle zugeführt wird, enthalten. Lichtaufzeichnungseinrichtungen oder optische Aufzeichnungseinrichtungen, die derartige Einrichtungen einschließen, weisen unerwünschte Merkmale auf. Beispielsweise ist ein optisches Filter nur schwierig elektrisch zu steuern und ist nicht in der Lage, das Rauschen, welches durch die Laserlicht-Emission hervorgerufen wird, zu verringern. Eine Einrichtung, die zwei elektro-optische Lichtmodulatoren verwendet, kann die Lichtmenge steuern, das Rauschen verringern und das Signal modulieren, dies jedoch zu sehr hohen Kosten und durch eine Erhöhung der Komplexität des optischen Systems, das darin verwendet wird. Strommodulationsmittel können nur für einen Argon-Ionen-Laser verwendet werden, was die Auswahl des Typs von Laser, der verwendet werden kann, einschränkt.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Lichtmodulationseinrichtung zu schaffen, die die zuvor erläuterten Nachteile, die dem Stand der Technik anhaften, vermeidet. Insbesondere besteht die Aufgabe für die vorliegende Erfindung darin, eine neue und verbesserte Lichtmodulationseinrichtung zu schaffen, die die Lichtstärke steuert, eine Signalmodulation vornimmt und die wesentlich die Stärke des Rauschens, das auf dem Aufzeichnungsmedium aufgezeichnet wird, verringert. Desweiteren liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine neue und " verbesserte Lichtmodul ierungseinrichtung zu schaffen, die weniger kostenintensiv als eine Lichtmodulierungseinrichtung nach dem Stand der Technik herzustellen ist, kein wesentlich komplexes optisches System erfordert, das im Zu-

sammenhang damit beim Aufzeichnen eines Informationssignals auf einem Aufzeichnungsmedium benutzt wird, und die einen Helium-Kadmium-Laser als Laserlichtquelle benutzen kann.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel für die vorliegende Erfindung ist zur Lösung dieser Aufgaben eine Lichtmodulationseinrichtung zur Verwendung in einem Aufzeichnungsgerät zum Aufzeichnen eines Informationssignals auf einem Aufzeichnungsmedium vorgesehen, das eine Lichtquelle, die eine Lichtemission bewirkt, ein akusto-optisches Modulationselement, das die Lichtemission in Abhängigkeit von einem ersten elektrischen Signal moduliert und dadurch ein moduliertes Lichtsignal zum Einwirken auf das Aufzeichnungsmedium erzeugt, eine Informationssignalquelle, die das Informationssignal zur Verfügung stellt, ein Erzeugungsmittel zum Erzeugen eines Trägersignals, ein Signalmodulationsmittel zum Modulieren des Trägersignals durch das Informationssignal und zum Erzeugen des ersten elektrischen Signals daraus, ein Erfassungsmittel zum Erfassen des modulierten Lichtsignals und zum Erzeugen eines zweiten elektrischen Signals abhängig davon, eine S.pi tzenwert-Hal teschal tung, die mit dem Erfassungsmittel im wesentlichen zum Halten eines Spitzenwertes des zweiten elektrischen Signals verbunden ist, einen Komparator zum Vergleichen des Spitzenwertes des zweiten elektrischen Signals mit einem Referenzsignal und zum Bereitstellen eines korrespondierenden Fehlersignals sowie ein Amplitudenmodulationsmittel zum Steuern der Amplitude des Trägersignals in Übereinstimmung mit dem Fehlersignal enthält.

Im folgenden wird die Erfindung im einzelnen anhand mehrerer Figuren für ein Ausführungsbeispiel beschrieben.

Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild, das schematisch eine Lichtmodulationseinrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel für die vorliegende Erfindung darstellt.

Fig. 2 zeigt ein Blockschaltbild, das schematisch einen Typ

<V *

-ΟΙ eines akusto-optischen Lichtmodulators darstellt, der in der Einrichtung gemäß Fig. 1 verwendet werden kann.

Wie bereits erläutert, zeigt Fig. 1 ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel für eine Lichtmodulationseinrichtung.10 gemäß der vorliegenden Erfindung, die als ein Teil einer Aufzeichnungseinrichtung zum Aufzeichnen von Information auf einem Aufzeichnungsmedium benutzt werden kann. Die Lichtmodulationseinrichtung 10 enthält allgemein eine Laserlichtquelle 11, die beispielsweise ein Helium-Kadmium-Laser sein kann, der eine kohärente Lichtemission bewirkt, ein akusto-optisches Modulationselement 12, eine Informationssignalquelle 13, die ein Informationssignal S-, erzeugt, das in Form ei nes binär codierten Signals aufzuzeichnen ist, einen Signalmodulator 14 und weitere Erzeugungsmittel, wie einen Hochfrequenzoszillator 15 zum Erzeugen eines Trägersignals S2. Das akusto-optisehe Modulationselement 12, die Informationssignalquelle 13, der Signalmodulator 14 und der Hochfrequenzoszi11ator 15 bilden zusammen einen akusto-optischen Lichtmodulator 16 .

Wie im folgenden offenbart wird, wird gebrochenes Licht erster Ordnung von dem akusto-optischen Modulationselement 12 abgegeben. Ein Photodetektor 17 erfaßt das gebrochene Licht erster Ordnung, welches von dem akusto-optischen Modulationselement 12 abgegeben wird, und wandelt einen Teil des gebrochenen Lichtes in ein elektrisches Signal um. Ein Vorverstärker 18 verstärkt das elektrische Signal, welches aus dem Photodetektor 17 gewonnen wird. Eine Spitzenwert-Halteschaltung 19 hält den Spitzenwert des elektrischen Signals, das von dem Vorverstärker 18 abgegeben wird, und erzeugt dadurch im wesentlichen eine Gleichspannung, welche dem invertierenden Eingang eines Komparators 20 zugeführt wird. Der Komparator 20 vergleicht die Gleichspannung aus der Spitzenwert-Halteschaltung 19 mit einem Referenzsignal, das von einer veränderbaren Referenzspannungsquelle 21 bereitgestellt wird. Im allgemeinen wird das Referenzsignal

-ΙΟΙ aus der veränderbaren Referenzspannungsquelle 21 auf einen optimalen Wert eingestellt, der mit der Lichtempfindlichkei ts-Charakteri sti k des Aufzeichnungsmediums und der Geschwindigkeit des Aufzeichnungsmediums während eines Auf-Zeichnungsvorganges korrespondiert. Zusätzlich enthält die Lichtmodulationseinrichtung 10 eine Schleifengewinn-Steuerschaltung 22, die mit dem Ausgang .des !Comparators 20 verbunden ist, eine Phasenkompensationsschaltung 23, die mit dem Ausgang der Schleifengewinn-Steuerschaltung 22 zum Kompensieren einer beliebigen Phasendifferenz zwischen dem Informationssignal und dem Signal aus gebrochenem Licht erster Ordnung verbunden ist, und einen Amplitudenmodulator 24, der zwischen den Signalmodulator 14 und den Hochfrequenzoszillator 15, der beispielsweise ein spannungsgesteuerter Verstärker ist, eingefügt ist. Der Photodetektor 17, der Vorverstärker 18, die Spitzenwert-Halteschaltung 19, die Schleifengewinn-Steuerschaltung 22, die Phasenkompensationschaltung 23 und der Amp!itudenmodulator 24 bilden eine Rückkopplungsschleife, die ein Fehlersignal erzeugt und in Übereinstimmung mit diesem die Amplitude des Trägersignals S_?, welches durch den Hochfrequenzoszillator 15 erzeugt wird, einstellt, um dadurch die Höhe der Gleichspannung zur Anpassung an die des Referenzsignals zu verändern.

Typischerweise ist das Aufzeichnungsmedium ein Photoresist, der auf der Oberfläche eines Aufzeichnungsmediums 30, beispielsweise in Form einer Aufzeichnungsplatte, aufgebracht ist und eine Empfindlichkeits-Charakteristik hat, die eine, maximale Empfindlichkeit innerhalb eines bestimmten erwünschten Wellenlängenbereiches zeigt.

Die Laserlichtquelle 11 erzeugt kohärentes Licht. Im Hinblick auf ein optisches System 31, das zum Aufzeichnen des Informationssignals auf dem Aufzeichnungsmedium benutzt wird, sind Einstellungen erforderlich, die für das akustooptische Modulationselement 12 durchgeführt werden, und es wird aus Gründen der Sicherheitserfordernisse vorzugsweise durch die Laserlichtquelle 11 sichtbares Licht erzeugt.

-Πι Außerdem muß die Laserlichtquelle 11 keine große Lichtmenge abgeben, wenn angenommen wird, daß das Ausgangssignal der Laserlichtquelle konstant mit Rücksicht auf die Höhe der linearen Aufzeichnungsgeschwindigkeit des Aufzeichnungsmaterials ist. Es ist außerdem vorzuziehen, daß das Laserlicht nicht verzerrt übertragen wird.

Als Laserlichtquelle kann, wenn als Aufzeichnungsmaterial ein Photoresist benutzt wird, einen Argon-Ionen-Laser verwendet werden, der eine Ausgangsleistung von einigen hundert Milliwatt hat, oder es kann ein Helium-Kadmium-Laser verwendet werden, der eine Ausgangsleistung von einigen zehn Milliwatt hat. Indessen zeigt ein Argon-Ionen-Laser ein Ausfal 1-Phänomen, das dazu führen kann, daß Bits des Informationssignals verloren gehen, während ein HeIium-Kadmium-Laser ein derartiges Ausfal 1-Phänomen nicht zeigt. Es sei außerdem angemerkt, daß die Empfindlichkeits-Charakteristik eines Photoresist eine Spitzenempfindlichkeit im Ultraviolett-Bereich zeigt und daß, obwohl sowohl der Argon-Ionen-Laser als auch der Helium-Kadmium-Laser eine elektromagnetische Strahlung im sichtbaren Bereich abgeben, die Helium-Kadmium-Laseremission näher bei dem Ultraviolettbereich als die Argon-Ionen-Laseremission liegt. Desweiteren kann die Wärme, die durch die gesteigerte Lichtleistung erzeugt wird, dann, wenn ein Argon-Ionen-Laser verwendet wird, der einen annehmbaren Pegel der Ultraviolettstrahlung durch Erhöhung von dessen Lichtabgabe bereitstellt, in einer unerwünschten Veränderung der Qualität des Aufzeichnungsmaterials und in einer schwierigen Handhabung dieses Materials resultieren. Aus diesem Grunde wird in dem bevorzugten Ausführungsbeispiel für die vorliegende Erfindung ein Helium-Kadmium-Laser als Laserlichtquelle 11 verwendet.

Die Lichtmodulationseinrichtung 10 kann entweder ein elektro-optisches oder ein akusto-optisches Modulationselement verwenden, benutzt jedoch vorzugsweise ein akusto-optisches Modulationselement, weil das akusto-optisehe Modulationselement 12 nicht eine so große Abweichung, nämlich eine Abwei-

chung in seiner Ausgangsleistung zeigt, wenn es der Wärme ausgesetzt ist, wie die bei einem elektro-optisehen Modulationselement der Fall ist. Außerdem ist ein akusto-optisches Modulationselement 12 einfacher aufzubauen, wie dies in Fig. 2 gezeigt ist. Das akusto-optisehe Modulationselement 12 besteht aus einem Wandler 12^ zum Wandeln des elektrischen Signals aus dem Signalmodulator 14 in ein akustisches Signal, vorzugsweise in ein Ultraschal1 signal, aus einem Lichtbeugungsmittel 12ji, das dem akustischen Signal ausgesetzt ist und durch das der abgegebene Laserlichtstrahl hindurchtritt, und aus einem akustischen Material 12£ zum Absorbieren des akustischen Signals oder des Ultraschal 1 si gnal s und zum Vernichten der Energie daraus durch Umsetzen dieser Energie in Wärme.

Im Betrieb wird das Trägersignal S₂ mit einer Frequenz von beispielsweise 80 MHz, die von dem Hochfrequenzoszillator 15 erzeugt wird, durch das Informationssignal S, in dem Signalmodulator 14 moduliert, um ein Impulssignal S₃ zu erzeugen, welches dem Wandler 12a. in dem akusto-optischen Modulationselement 12 zugeführt wird. Der Wandler 12a_ setzt das Impulssignal S₃ in ein Ultraschallsignal um, welches in das Lichtbeugungssmittel 12^ eingegeben wird. Das Lichtbeugungsmittel 12J5 verändert seinen Lichtbrechungsindex' in Abhängigkeit von der Höhe des Schal 1 druckes, der von dem Ultraschal1 signal erzeugt wird, um ein Beugungsgitter zu bilden, das eine Teilung hat, welche mit der Wellenlänge der Schallwelle korrespondiert, die ihrerseits mit dem Informationssignal S-, korrespondiert. Ein derartiges Beugungsgitter bricht das Licht, welches hindurchtritt. Als Ergebnis wird dadurch das abgegebene Laserlicht, so wie es durch das Lichtbeugungsmittel 12Ib hindurchtritt, moduliert, und es wird ein moduliertes Lichtsignal erzeugt.

Die Lichtbeugung kann auf verschiedene Weise in Abhängigkeit von der Wellenlänge der Schallwelle, der Wellenform und dem "Schallfluß" sowie der Wellenlänge des emittierten Laserlichts erklärt werden. So kann die Lichtbeugung aus

einer Raman- und einer Brillouin-Streuung resultieren. Ob die Raman-Streuung oder die Brillouin-Streuung auftritt, hängt von den Größen der Lichtwellenlänge λ~/η, die sich in dem Lichtbeugungsmittel 12b_ ausbreitet, das einen Brechungsindex η hat, der Schallwellenlänge Λ und der Breite des "Schallflusses", der sich in der Richtung der Fortpflanzung des Lichtstrahls erstreckt, ab. Im einzelnen heißt dies, daß wenn die Klein-Konstante Q durch die Gleichung

Q = 2 TTw λ_η/η Λ . . . (1 )

definiert ist, die Raman-Streuung auftritt, wenn die Klein-Konstante Q die Bedingung 4tt > Q > O erfüllt, während die Brillouin-Streuung auftritt, wenn die Klein-Konstante Q die Bedingung Q >4π erfüllt.

Die Beugung, die durch die Raman-Streuung verursacht wird, ist analog zu der Streuung von Licht, welches von einem Beugungsgitter abgegeben wird, das eine sinusförmige Wellen verteilungsform erzeugt und welche nullte und höhere Ordnun gen von gebeugtem Licht, nämlich solche +_ erster Ordnung, +_ zweiter Ordnung und anderer höherer Ordnungen beinhaltet. Im Gegensatz dazu und wie dies in Fig. 2 gezeigt ist, erzeugt die Lichtbeugung, die durch die Brillouin-Streuung vorgenommen wird, nur nullte und erste Ordnungen von gebeug tem Licht. Weil höhere Ordnungen von gebeugtem Laserlicht unwirksam sind, wird vorzugsweise die Bri11oin-Streuung. verwendet. Daher ist in dem Ausführungsbeispiel, das in Fig. 1 gezeigt ist, das akkusto-optisehe Modulationselement 12 so beschaffen, daß es im wesentlichen eine Brillouin-Streuung durchführt, und es wird gebeugtes Licht erster Ordnung des modulierten Lichtsignals von dem Photodetektor 17 erfaßt.

Die Intensität I-j des gebeugtes Lichts erster Ordnung wird durch die folgende Gleichung ausgedrückt:

2 1
I₁ = I₀ R sin*¹ ( η2 ) ...(2)

In der oben angegebenen Gleichung (2) repräsentiert I_Q die Intensität des auftreffenden Lichtes, R repräsentiert den Verlustfaktor, d. h. die Menge des Lichtes, die an der Oberfläche und im Inneren des akusto-optischen Modulationselements 12 verloren geht, und η repräsentiert· den Wert, der durch die folgende Gleichung gegeben ist:

π² wMePs ,-,

In der oben angegebenen Gleichung (3) repräsentiert w die Breite des "Schallflusses", d. h. die Breite des Querschnitts des Ultraschal1 strahls, h repräsentiert die Höhe des Ultraschallstrahls in Richtung senkrecht zu der Breite seines Querschnitts, P_g repräsentiert die Schall welleneingangsleitung und M repräsentiert den Brechungswirksamkeits-Index des Mediums. M ist außerdem durch die folgende Gleichung ausdrUckbar:

M = UV- ...(4) e pv³

In der oben angegebenen Gleichung (4) repräsentiert n den Brechungsindex des Mediums, ρ repräsentiert die "Photoelastizität" des Mediums, ρ repräsentiert die Dichte des Mediums und ν repräsentiert die Schallgeschwindigkeit. Der Brechungswirksamkeits-Index M kann zum Vergleichen der Brechungsintensitäten der verschiedenen Arten von Medien unter der Annahme benutzt werden, daß die Lichtwellenlänge, die Querschnittsform des Ultraschal1 strahls und die Schallwelleneingangsleistung konstant sind. Auf diese Weise wird, je

³⁽³ größer der Wert M ist, desto größer die Intensität des gebeugten Lichts und ebenfalls der Modulationeffekt. Desweiteren kann den oben angegebenen Gleichungen entnommen werden, daß die Intensität I, des gebeugten Lichts erster Ordnung durch die Schallwelleneingangsleistung P moduliert werden kann. Weil die Schallwelleneingangsleistung P durch den Wert der Treiberspannung des Trägersignals, welches an den Wandler 12_a des akusto-optischen Modulationselements gelegt wird, durch die Amplitudenmodulation des Trägersi-

Λ Ο

-15-

gnals S„ bestimmt ist, kann gebeugtes Licht erster Ordnung in seiner Intensität moduliert werden.

Wie zuvor in bezug auf Fig. 1 angemerkt worden ist, wird das hochfrequente Trägersignal S₂, das von dem Hochfrequenzoszillator 15 erzeugt wird, dem Signalmodulator 14 über den Amplitudenmodulator 24 zum Erzeugen eines elektrischen Signals in Form des Impulssignals S₃ zugeführt. Das Informationssignal S-j ist, wie zuvor erwähnt, binär codiert, d. h. S, zeigt EIN/AUS-Signalisierungszustände . Das Impulssignal S₃ wird dem akusto-optischen Modulationselement 12 zugeführt, das das abgegebene kohärente Licht aus der Laserlichtquelle 11 moduliert und dieses Licht, das durch es hindurchtritt, beugt.

Weil das akusto-optisehe Modulationselement 12 so ausgelegt ist, daß es nur erlaubt, daß eine Brillouin-Streuung auftritt, wird nur gebeugtes Licht nullter und erster Ordnung an dem Ausgang des akusto-optischen Modulationselements 12 erzeugt. Das modulierte Lichtsignal, das von dem akusto-optischen Modulationselement 12 an dessen Ausgang abgegeben wird, wird dann durch den Photodetektor 17 erfaßt.

Räumlich zwischen dem akusto-optischen Modulationselement 12 und dem Photodetektor 17 ist ein Strahlteiler 32 angeordnet, der einen Teil des modulierten Lichtsignals über das optische System 31 zu dem Aufzeichnungsmedium 30 ablenkt und dadurch das Informationssignal S-, an das Aufzeichnungsmedium 30 liefert.
30

Ein Teil des gebeugten Lichts erster Ordnung, das durch den Strahlteiler 32 hindurchtritt, wird durch den Photodetektor 17 erfaßt und darin in ein elektrisches Signal umgesetzt, das durch den Vorverstärker 18 verstärkt und dann der Spitzenwert-Halteschaltung 19 zugeführt wird. Es sei angemerkt, daß ein derartiges elektrisches Signal, das dem Photodetektor 17 zugeführt wird, die gleiche Wellenform wie das Informationssignal S, hat und daher einen hohen

Pegel in Übereinstimmung mit dem Zustand EIN sowie einen ηider igen Pegel in Übereinstimmung mit dem AUS-Zustand aufwei st.

Wie gezeigt, kann die Spitzenwert-Halteschaltung 19 beispielsweise aus einer Diode 19a^ Kondensatoren 19Jd und 19_c, Schaltern 19£! und 19e_, einem Inverter 1 9f_ und einem Operationsverstärker 19g bestehen. In einem derartigen Ausführungsbeispiel wird das elektrische Signal, das durch die Diode

IQ 19a. gleichgerichtet wird, in eine Gleichspannung umgesetzt,

d. h. daß die Spitzenwert-Halteschaltung 19 im wesentlichen das elektrische Signal bei seinem Spitzenwert durch Auffül-

v^ len jedes Wellentals, d. h. die AUS-Zustände, die durch das Signal durch Entladen der Kondensatoren 19Ib und 19£ erzeugt werden, und durch Liefern des modifizierten elektrischen Signals an einen nichtinvertierenden Eingang des Operationsverstärkers 19£ hält. Der Ausgang des Operationsverstärkers 19g und dessen invertierender Eingang sind zusammengeschaltet, um eine Rückkopplungsschleife zu bilden. Zusätzlieh ist eine Verzögerungsschaltung 40 zwischen die Informationssignalquelle 13, den Schalter 1 9d_ und den Schalter 1 9 e_ (über den Inverter 19f_) geschaltet, um sicherzustellen, daß sich das Informationssignal S-, und der Zeitpunkt, zu welchem die Spitzenwert-Halteschaltung 19 das Signal aus dem Vorverstärker 18 hält oder sammelt, miteinander in Synchronismus befinden.

Der Spitzenwert des gleichgerichteten elektrischen Signals, das in eine Gleichspannung in der Spitzenwert-Halteschaltung 19 umgesetzt worden ist, wird dann durch den Komparator 20 mit einem Referenzsignal, das durch die veränderbare Referenzspannungsquelle 21 bereitgestellt wird, verglichen. Der Komparator 20 kann beispielsweise aus Widerständen 2Oa^ 2Oj), 20£ und 2Od^ sowie einem Komparatorbaustei η 20e_ bestehen. Wie gezeigt, dienen die Widerstände 2O^ und 2Oj) als Spannungsteiler, wobei die Spannung über dem Widerstand 2Oj) an den nichtinvertierenden Eingang des Komparatorbausteins 20e_ gelegt wird. Das Gleichspannungssignal, das von der

Spitzenwert-Halteschaltung 19 geliefert wird, wird dem invertierenden Eingang des Komparatorbaustei ns 20e_ über den Widerstand 20£ zugeführt. Der Widerstand 20d[ wird als eine Rückkopplungsschleife zwischen dem Ausgang des Komparatorbausteins 20e_ und dessen invertierenden Eingang benutzt. Das Ausgangssignal, das von dem Komparatorbaustei η 20e_ erzeugt wird, repräsentiert ein Fehlersignal korrespondierend mit der Differenz zwischen dem Referenzsignal und der Gleichspannung aus der Spitzenwert-Halteschaltung 19.

IO

Die Schleifengewinn-Steuerschaltung 22 kann, wie dies in Fig. 1 gezeigt ist, ein typisches Gewinnsteuermittel, das aus dem Stand der Technik bekannt ist, sein. In ihm wird das Fehlersignal, das von dem Komparator 20 erzeugt wird, einem nichtinvertierenden Eingang eines Oparationsverstärkers 22ji über einen Widerstand 22J3 zugeführt. Das invertierende "Eingang-zu-Erde-Potential" wird durch eine Spannung über einem Widerstand 22£ aufgebaut. Eine Rückkopplungsschleife, die zwischen dem invertierenden Eingang und dem Ausgang des Operationsverstärkers 22ji angeordnet ist, besteht aus einer Parallelschaltung eines Widerstandes 22c[ und eines Kondensators 22e_.

Wie gezeigt, kann die Phasenkompensationsschaltung 23 ein "·** 25 typischer Verstärker sein, der aus dem Stand der Technik bekannt ist und aus einem Transistor 23a., einer Diode 23b_, Widerständen 23£, 23c[ und 23e_ sowie aus einem Spannungsversorgungsanschluß Vcc besteht. Das Fehlersignal, das durch den Ausgang der Schleifengewinn-Steuerschaltung 22 geliefert wird, wird über den Widerstand 23£ an die Basis des Transistors 23jä gelegt. Das Ausgangssignal der Phasenkompensationsschaltung 23 wird über dem Widerstand 23d^ gewonnen und dem Amplitudenmodulator 24 über den Widerstand 23e_ zugeführt.

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Auf diese Weise wird das Fehlersignal aus dem Komparator über die Schleifengewinn-Steuerschaltung 22 und die Phasenkompensationsschaltung 23 an den Amplitudenmodulator 24

geliefert, wodurch das hochfrequente Signal, das aus dem Hochfrequenzoszillator 15 gewonnen wird, in seiner Amplitude in Übereinstimmung mit dem Fehlersignal derart verändert wird, daß der Spitzenwert des elektrischen Signals, das von dem Vorverstärker 18 bereitgestellt wird, im wesentlichen koinzident mit dem des Pegels des Referenzsignals aus der veränderbaren Referenzspannungsquelle 21 ist. Weil als das Referenzsignal auf einen Pegel eingestellt ist, der mit der linearen Geschwindigkeit des Aufzeichnungsmediums und der Empfindlichkeit des Aufzeichnungsmaterials korrespondiert, wie dies zuvor beschrieben worden ist, zeigt jedes Fehlersignal, das durch den Komparator 20 erzeugt wird, die notwendige Einstellung der Lichtintensität an, die erfordelich ist und die sich auf die Laserlichtabgabe durch den Amplitudenmodulator 24 auswirken muß.

Es sei ebenfalls angemerkt, daß durch Verbreiterung des Hochfrequenzbandes des Photodetektors 17, des Vorverstärkers 18, der Spitzenwert-Halteschaltung 29, des Komparators 20, der Schleifengewinn-Steuerschaltung 22 und der Phasenkompensationsschaltung 23 die vorliegende Erfindung ermöglicht, Geräuschspannungen, nämlich Welligkeitssignale, die durch die Stromversorgungsquelle verursacht werden, und Hochfrequenzgeräusche, die dem Helium-Kadmium-Laser innewohnen, zu vermindern.

Wenn das Informationssignal, das aufzuzeichnen ist, ein Tastverhältnis von 50% hat, kann die Lichtintensität durch den mittleren Pegel des gebeugten Lichts erster Ordnung ge-³^ steuert werden. Wenn das Tastverhältnis des Informationssignals indessen nicht 50% beträgt, d. h. daß die AUS- und EIN-Perioden nicht symmetrisch sind, ist die vorliegende Erfindung sehr hilfreich und· bietet eine verbesserte Aufnah-

megeneuigkeit.
35

Daher kann die vorliegende Erfindung im Gegensatz zum Stand der Technik einen HeIium-Kadmium-Laser als die Laserlichtquelle 11 benutzen, während die Notwendigkeit für optische

Filter und zwei kostspielige elektro-optische Lichtmodulatoren entfällt. Desweiteren sieht die vorliegende Erfindung eine Signalmodulation vor, benutzt ein einziges nichtkostspieliges akusto-optisches Modulationselement 12, steuert die Intensität des Lichtsignals, das auf das Aufzeichnungsmedium einwirkt, und reduziert den Anstiegspegel, der beispielsweise durch eine Stromversorgungsquelle oder die Laser! ichtquell e 11 erzeugt wird.

Desweiteren sollte, obwohl bei dem AusfUhrungsbeispiel für die vorliegende Erfindung, wie sie zuvor offenbart worden ist, der Amplitudenmodulator 24 zwischen den Signalmodulator 14 und den Hochfrequenzoszillator 15 geschaltet hat, angemerkt werden, daß der Amp!itudenmodulator 24 zwischen das akusto-optisehe Modulationselement 12 und den Signalmodulator 14 geschaltet werden kann.

Zusätzlich kann die vorliegende Erfindung derart modifiziert werden, daß zwei akusto-optisehe Lichtmodulatoren derart benutzt werden, daß der eine die Lichtintensität steuert und die Geräusche, welche von der Laserlichtquelle 11 abgegeben werden, reduziert, während der andere die Signalmodulation vornimmt.

Desweiteren ist die vorliegende Erfindung, obwohl ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel ein Photoresist-Aufzeichnungsmaterial und eine Helium-Kadmium-Laserlichtquelle vorsieht, nicht auf ein derartiges Aufzeichnungsmaterial und eine

derartige Lichtquelle beschränkt.
30

Nach der Beschreibung eines speziellen Ausführungsbeispiels für die vorliegende Erfindung anhand der Figuren ist ersichtlich, daß die Erfindung nicht auf genau dieses Ausführungsbeispiel beschränkt ist und daß andere Ausführungsformen und Modifikationen davon naheliegend für den Fachmann sind und unter den Schutzumfang, der in den Ansprüchen bestimmt ist, sowie unter den allgemeinen Erfindungsgedanken fallen.

\J

Claims

Dipl.-Ing. H. MITSCHERLICH D-8000 MÖNCHEN 22

Dipl.-Ing. K. GUNSCHMANN Steinsdorfstraße 10

Dr.rer. not. W. KÖRBER ^ ⁽⁰⁸⁹⁾ ' ^{29 66 8}*

Dipl.-Ing. J. SCHM1DT-EVERS
PATENTANWÄLTE

8. Oktober 1982

SONY CORPORATION

7-35 Kitashinagawa 6-chome, Shinagawa-ku, Tokyo/Japan

Ansprüche:

Lichtmodulationseinrichtung zur Verwendung in einem Aufzeichnungsgerät zum Aufzeichnen eines Informationssignals auf einem Aufzeichnungsmedium, mit einer Lichtquelle zum Bewirken einer Lichtemission, mit einem akusto-optischen Modulationselement zum Modulieren der Lichtemission in Abhängigkeit von einem ersten elektrischen Signal zum Einwirken auf das Aufzeichnungsmedium, mit einer Informationssignalquelle zum Bereitstellen des Informationssignals, mit einem Erzeugungsmittel zum Erzeugen eines Trägersignals, mit einem Signalmodulator zum Modulieren des Trägersignals durch das Informationssignal und zum Erzeugen eines ersten elektrischen Signals daraus, mit einem Erfassungsmittel zum Erfassen eines Teils des modulierten Lichtsignals und zum Erzeugen eines zweiten elektrischen Signals in Abhängigkeit davon, mit einem Komparator zum Vergleichen eines ersten Wertes des zweiten elektrischen Signals mit einem Referenzsignal und zum Erzeugen eines korrespondierenden Fehlersignals sowie mit einem Amplitudenmodulator zum Steuern der Amplitude des Trägersignals in Übereinstimmung mit dem Fehlersignal, dadurch gekennzei chnet , daß eine Spitzenwert-Halteschaltung (19) zwischen das Erfassungsmittel und den Komparator (20) zum Halten des ersten Wertes des zweiten elektrischen Signals eingefügt ist und daß der erste Wert des zweiten elektrischen Signals im wesentlichen ein Spitzenwert des zweiten elektrischen Signals ist.

2. Lichtmodulationseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzei chnet, daß die Lichtquelle ein ko-

-2-härentes Licht erzeugt.

3. Lichtmodulationseinrichtung nach Anspruch 2, dadurch

g e k e η η ζ e i c h η e t , daß die Lichtquelle ein Laser ist.

4. Lichtmodulationseinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzei chnet ,daß die Lichtquelle ein Helium-Kadmium-Laser ist.

5. Lichtmodulationseinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das akusto-optisehe Modulationselement (12) ein gebrochenes, kohärentes Lichtsignal erzeugt.

6. Lichtmodulationseinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzei chnet , daß das akusto-optisehe Modulationselement (12) im wesentlichen eine Brillouin-Streuung des gebrochenen, kohärenten Lichtsignals bewirkt.

. -

7. Lichtmodulationseinrichtung nach Anspruch 6, dadurch

g e k e η η ζ e i c h η e t , daß ein gebrochenes, kohärentes Lichtsignal erster Ordnung auf das Aufzeichnungsmedium

(30) einwirkt und durch das Erfassungsmittel erfaßt wird. 25

8. Lichtmodulationseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Informationssignal (S,) und das zweite elektrische Signal binär codiert sind.

9. Lichtmodulationseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Erzeugungsmittel einen Hochfrequenzoszillator (15) enthalten.

10. Lichtmodulationseinrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzei chnet ,daß das Träger sign al (S₂) eine Frequenz von angenähert 80 MHz hat.

11. Lichtmodulationseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch

gekennzeichnet, daß das akusto-optisehe Modulationselement (12) einen ersten Wandler enthält, der das erste elektrische Signal in ein akustisches Signal umsetzt, und daß ein Lichtbeugungsmittel vorgesehen ist, dessen Brechungsindex in Abhängigkeit von dem Druck des akustischen Signals zur Herstellung eines Lichtbeugungsgitters mit einer Teilung, die mit der Wellenlänge des akustischen Signals korrespondiert, derart verändert wird, daß dann, wenn das Lichtsignal durch das Lichtbeugungsmittel hindurchtritt, das Lichtsignal gebrochen wird.

12. Lichtmodulationseinrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das akusto-opti scdie Modulationselement (12) desweiteren einen zweiten Wandler zum Absorbieren der Energie des akustischen Signals und ium Vernichten der Energie in Form von Wärme aufweist. : :

13. Lichtmodulationseinrichtung nach Anspruch 11,. dadurch gekennzeichnet, daß der erste Wandler ein Ultraschall-Signal erzeugt.

14. Lichtmodulationseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzei chnet , daß das erste elektrische Signal, das durch den Signalmodulator (14) erzeugt wird, die Form eines Impulssignals (S₃) hat.

15. Lichtmodulationseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzei chnet , daß eine Schleifengewinn-Steuerschaltung (22) zum Steuern der Verstärkung des Fehlersignals vorgesehen ist.

16. Lichtmodulationseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Phasenkbmpensationsschaltung (23) vorgesehen ist, die zwischen den Komparator

(20) und den Amplitudenmodulator (24) zum Kompensieren einer beliebigen Phasendifferenz zwischen dem modulierten Lichtsignal und dem Informationssignal (S,) geschaltet ist.

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17. Lichtmodulationseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine veränderbare Referenzspannungsquelle (21) vorgesehen ist, die das Referenzsignal erzeugt und die zum Kompensieren von Veränderungen in der Empfindlichkeits-Charakteristik des Aufzeichnungsmediums (30) und der linearen Geschwindigkeit des modulierten Lichtsignals in bezug auf das Aufzeichnungsmedium (30) veränderbar ist.

18. Lichtmodulationseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Vorverstärker (18) vorgesehen ist, der zwischen das Erfassungsmittel und die Spitzenwert-Halteschaltung (19) zum Verstärken des zweiten elektrischen Signals geschaltet ist.

19. Lichtmodulationseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Verzögerungsschaltung (40) vorgesehen ist, die zwischen die Informationssignalquelle (13) und die Spitzenwert-Halteschaltung (19) geschaltet ist, wodurch ein Abtasten des Spitzenwertes mit dem Informationssignal synchronisiert wird.

20. Lichtmodulationseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das akusto-optisehe Modu-1ationsmittel die Intensität des abgestrahlten Lichts moduliert.

21. Lichtmodulationseinrichtung nach Anspruch I₅ dadurch gekennzeichnet, daß der Spitzenwert eine Gleichspannung ist.

22. Aufzeichnungsgerät zum Aufzeichnen von Information auf einem Aufzeichnungsmedium mit einer Lichtmodulationseinrichtung, gekennzei chnet durch eine Lichtquelle zum Bewirken einer Lichtemission, ein akusto-optisches Modulationselement (12) zum Modulieren der Lichtemission in Abhängigkeit von einem ersten elektrischen Signal und dadurch zum Erzeugen eines modulierten Lichtsignals zum Ein-

-ει wirken auf das Aufzeichnungsmedium (30), eine Informationssignalquelle (13) zum Erzeugen eines Informationssignals (S,), ein Erzeugungsmittel zum Erzeugen eines Trägersignals (Sp), einen Signalmodulator (14) zum Modulieren des Trägersignals (Sp) durch das Informationssignal (S,) und zum Erzeugen des ersten elektrischen Signals daraus, ein Erfassungsmittel zum Erfassen eines Teils des modulierten Lichtsignals und zum Erzeugen eines zweiten elektrischen Signals daraus, eine Spitzenwert-Halteschaltung (19), die mit dem Erfassungsmittel im wesentlichen zum Halten eines Spitzenwertes des zweiten elektrischen Signals verbunden ist, einen Komparator (20) zum Vergleichen des Spitzenwertes des zweiten elektrischen Signals mit einem Referenzsignal und zum Erzeugen eines korrespondierenden Fehlersignals, einen Amplitudenmodulator (24) zum Steuern der Amplitude des Trägersignals (Sp) in Übereinstimmung mit dem Fehlersignal und einen S-trahltei 1 er (32) ^ der räumlich zwischen dem akusto-optischen Modulationselement (12) und dem Erfassungsmittel angeordnet ist und der einen Teil des modulierten Lichtsignals auf das Aufzeichnungsmedium (30) richtet.