DE3912208A1 - Optische aufzeichnungseinrichtung - Google Patents

Optische aufzeichnungseinrichtung

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Description

Die Erfindung betrifft eine optische Aufzeichnungseinrichtung zum Aufzeichnen von Information mit hoher Geschwindigkeit und Dichte auf ein Aufzeichnungsmedium.
In derartigen Einrichtungen wird ein Lichtstrahl, insbesondere ein kohärenter Lichtstrahl in Form eines Laserstrahls benutzt, um digitale Signale oder Videosignale aufzuzeichnen. Da Licht auf einen kleinen Fleck fokussiert werden kann und schnell ge­ steuert werden kann, sind hohe Aufzeichnungsdichten und Arbeits­ geschwindigkeiten erzielbar. In der Regel wird das Aufzeich­ nungsmedium mit einem Laserstrahl beleuchtet, der entsprechend dem Inhalt der aufzuzeichnenden Information ein- und ausgeschal­ tet wird.
In Fig. 4 ist ein akustooptischer Ablenker dargestellt, wie er sich eignet, um einen Laserstrahl abzulenken. Er besteht aus einem Körper 1 mit einer Elektrode 2, die auf eine Oberfläche aufgesetzt ist, und einem Schallabsorber 3, der an einer der Elektrode 2 gegenüberliegenden Fläche angeordnet ist. Der Kör­ per besteht aus Telluroxid (TeO₂) oder Lithium-Niob-Oxid (LiNiO). Ein Laserstrahl 4 fällt in der X-Y-Ebene des Körpers 1 ein. Unter unterschiedlichen Winkeln werden ein Laserstrahl 5 null­ ter Ordnung und ein Laserstrahl 6 erster Ordnung ausgestrahlt.
Wenn ein Wechselsignal einer Frequenz zwischen 40 und 100 MHz an die Elektrode 2 gelegt wird, wird eine dichtemodulierte Ultraschallwelle 7 im Körper 1 erzeugt, wie dies in Fig. 4 durch gestrichelte Linien dargestellt ist. Durch die dichtemo­ dulierte Ultraschallwelle 7 wird der Brechungsindex im Körper 1 so moduliert, daß ein kubisches Beugungsgitter gebildet ist. Wenn dementsprechend auf den Körper 1 ein Laserstrahl fällt, dessen Durchmesser ausreichend größer ist als die Wellenlänge der dichtemodulierten Ultraschallwelle 7, und dessen Ausbrei­ tungsrichtung im wesentlichen rechtwinklig zur Fortpflanzungs­ richtung der Ultraschallwelle 7 steht, wird der Laserstrahl durch anisotrope Bragg-Beugung gebrochen, wodurch der Strahl 6 erster Ordnung entsteht.
Der Winkel bei anisotroper Bragg-Beugung, unter dem der Strahl erster Ordnung ausgestrahlt wird, ist im wesentlichen umgekehrt proportional zur Wellenlänge der Ultraschallwelle 7. Die Inten­ sität des Strahls erster Ordnung ist innerhalb eines gewissen Leistungsbereiches proportional zur Leistung des Wechselsignals, das über die Elektrode 2 an den Körper 1 gelegt wird. Wird dem­ entsprechend ein Wechselsignal ausreichend hoher Leistung an die Eletkrode 2 gelegt, wird ein Strahl erster Ordnung mit einem Wandlungswirkungsgrad von etwa 80-90% ausgestrahlt.
Die Amplitude des Strahls erster Ordnung kann demgemäß durch Ein- und Ausschalten des Wechselssignals gesteuert werden, das an die Elektrode 2 gegeben wird. Das Ein- und Ausschalten er­ folgt entsprechend dem Inhalt aufzuzeichnender Information.
Wird ein Laserstrahl zum Aufzeichnen mit Hilfe eines solchen akustooptischen Ablenkers gesteuert, ist die Aufzeichnungsge­ schwindigkeit dadurch begrenzt, daß immer nur ein Bit nach dem anderen geschrieben werden kann.
Man hat daher daran gedacht, mehrere Strahlen von einer Halb­ leiterlasereinrichtung zu verwenden, wobei die Einzelstrahlen unabhängig voneinander gesteuert werden können, um gleichzeitig mehrere Bits auf dem Aufzeichnungsmedium aufzeichnen zu können. Bei einer solchen Anordnung vergrößern sich jedoch die Abstände zwischen aufgezeichneten Bits in unvermeidbarer Weise, da da­ rauf geachtet werden muß, daß es in Fokussier- oder Steuerein­ richtungen nicht zu einem Übersprechen zwischen den Einzelstrah­ len kommt. Darüber hinaus ist eine Einrichtung mit mehreren ge­ trennt erzeugten Einzelstrahlen kompliziert aufgebaut.
Einzelstrahlen könnten auch aus einem Ursprungsstrahl durch ein Beugungsgitter erzielt werden. Die Steuerung der Amplituden der Einzelstrahlen wäre dann aber sehr schwierig.
Die erfindungsgemäße Aufzeichnungseinrichtung verfügt über eine akustooptische Ablenkeinrichtung, der gleichzeitig mehrere mo­ dulierte Trägersignale unterschiedlicher Frequenzen zugeführt werden. Die akustooptische Ablenkeinrichtung übt demgemäß zwei Wirkungen aus: Zum einen spaltet sie einen einfallenden Strahl in so viele Einzelstrahlen auf, wie unterschiedliche Trägerfre­ quenzen benutzt werden, und zum anderen moduliert sie jeden der Einzelstrahlen entsprechend der Amplitudenmodulation der Träger­ signale. Die modulierten Einzelstrahlen werden durch eine Fo­ kussiereinrichtung auf das Aufzeichnungsmedium fokussiert.
Vorzugsweise weist eine erfindungsgemäße Einrichtung noch eine Ablenkeinrichtung auf, mit Hilfe derer die Einzelstrahlen und das Aufzeichnungsmedium so relativ zueinander bewegt werden, daß einzelne Aufzeichnungsspuren erzeugt werden, die schräg zur Transportrichtung des Aufzeichnungsmediums liegen.
Die Erfindung wird im folgenden anhand von durch Figuren veran­ schaulichten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische perspektivische Ansicht einer opti­ schen Aufzeichnungseinrichtung mit einer akustoopti­ schen Ablenkeinrichtung, in der ein Laserstrahl in drei modulierte Einzelstrahlen aufgespalten wird, mit einem rotierenden Spiegel als Ablenkeinrichtung;
Fig. 2 eine schematische perspektivische Ansicht entsprechend der von Fig. 1, wobei jedoch die Ablenkung der Ein­ zelstrahlen statt über einen rotierenden Spiegel über eine zweite akustooptische Ablenkeinrichtung erfolgt;
Fig. 3(a) eine schematische perspektivische Ansicht einer optischen Aufzeichnungseinrichtung, bei der ein Auf­ zeichnungsband um eine Trommel gelegt ist, innerhalb der eine Laserstrahlerzeugungseinrichtung mit akusto­ optischer Ablenkeinrichtung angeordnet ist;
Fig. 3(b) einen schematischen Querschnitt durch eine Anord­ nung ähnlich der von Fig. 3(a), wobei jedoch die Laserstrahlquelle und die akustooptische Ablenkein­ richtung außerhalb der Trommel angeordnet sind; und
Fig. 4 eine schematische perspektivische Ansicht einer aku­ stooptischen Ablenkeinrichtung.
Die akustooptische Ablenkeinrichtung gemäß Fig. 1 weist eine Laserstrahlquelle 10 auf, z.B. einen Halbleiterlaser oder einen Gaslaser, die einen Laserstrahl 11 emittiert. Der Laserstrahl 11 wird durch ein optisches System 12 auf eine akustooptische Ab­ lenkeinrichtung 14 so fokussiert, daß ein Auftrefffleck 13 vor­ gegebener Größe entsteht.
Das optische System 12 verfügt über eine Linse und eine opti­ sche Einrichtung. Die Linse fokussiert den Laserstrahl 11 so, daß der Auftrefffleck 13 elliptisch wird, mit einer Hauptachse in Ausbreitungsrichtung der dichtemodulierten Welle im akusto­ optischen Ablenkkörper, d. h. in Z-Richtung. Die optische Ein­ richtung weist eine Polarisationsachse auf, die mit der genann­ ten Hauptachse zusammenfällt.
Auf dem akustooptischen Körper der akustooptischen Einrich­ tung 14 ist auf einer Fläche, die rechtwinklig zur Z-Achse steht, eine Elektrode 14 A angeordnet. Dieser gegenüberstehend ist auf einer anderen Oberfläche ein Ultraschallabsorber 14 B aufgebracht, der die dichtemodulierte Welle absorbiert, die im genannten Körper erzeugt wird.
Zum Ansteuern der akustooptischen Ablenkeinrichtung 14 sind drei Trägersignalquellen 15 A, 15 B und 15 C vorhanden, die Trä­ gersignale mit den Frequenzen f 1, f 2 bzw. f 3 erzeugen. Die Trä­ gersignale werden in Moduliereinrichtungen 16 A, 16 B bzw. 16 C entsprechend dem Inhalt dreier Datensignale S 1, S 2 bzw. S 3 ein- und ausgeschaltet. Die derart modulierten Trägersignale, die nun Aufzeichnungs-Datensignale darstellen, werden in einem Mul­ tiplexaddierer 17 zusammengesetzt und das vereinigte Signal wird der Elektrode 14 A der akustooptischen Ablenkeinrichtung 14 zugeführt. Durch die Ultraschallwellen werden drei Einzelstrah­ len 19 A, 19 B und 19 C unter unterschiedlichen Bragg-Winkeln ab­ gestrahlt, die den Frequenzen f 1, f 2 bzw. f 3 der Trägersignale entsprechen. Die drei Einzelstrahlen werden durch einen Kolli­ mator 20 kollimiert. Sie fallen dann, nach Ablenkung durch einen sich drehenden polygonalen Spiegel 21 auf ein Aufzeichnungs­ medium 23. Mit Hilfe des sich drehenden Spiegels 21 tasten die Auftreffflecke 24 A, 24 B bzw. 24 C der drei Einzelstrahlen Spuren auf dem Aufzeichnungsmedium 23 ab. Die Auftreffflecke werden durch Fokussieren mit einer Fokussierlinse 22 erzeugt. Das Auf­ zeichnungsmedium wird mit vorgegebener Geschwindigkeit bewegt; es ist insbesondere ein Band oder eine Platte.
Der von der Laserstrahlquelle 10 ermittierte Laserstrahl 11 fällt also in einem Fleck 13 vorgegebener Größe und Form auf die akustooptische Ablenkeinrichtung 14. Er wird unter vorge­ gebenen Bragg-Winkeln entsprechend dem kubischen Beugungsgit­ ter abgelenkt, das durch mit Hilfe von Ultraschall erzeugte dichtemodulierte Wellen in der akustooptischen Ablenkeinrich­ tung 14 gebildet ist. Da im Beispielsfall drei dichtemodulierte Wellen entsprechend den unterschiedlichen Frequenzen f 1, f 2 bzw. f 3 vorhanden sind, wird der Laserstrahl 11 in die drei Einzelstrahlen 19 A, 19 B bzw. 19 C entsprechend den zu den genann­ ten Frequenzen gehörigen Bragg-Winkeln aufgespalten. Da die drei Trägerwellen entsprechend dem Inhalt der Datensignale S 1, S 2 bzw. S 3 ein- und ausgeschaltet werden, werden Drei-Bit-Daten erzeugt und auf das Aufzeichnungsmedium übertragen. Bei jedem Takt werden also drei Daten-Bit statt nur einem einzigen über­ tragen, wie dies nachstehend dargestellt ist. In der Darstel­ lung bedeutet (○), daß eine Trägerwelle aktiv ist, und (×) be­ deutet, daß die Trägerwelle und damit auch die dichtemodulierte Ultraschallwelle unterbrochen ist. Die Datenübertragungsge­ schwindigkeit entspricht dem Dreifachen der herkömmlichen Über­ tragungsgeschwindigkeit.
f₁  ○ ○ ○ ○ × × × ×
f₂  ○ ○ × × ○ ○ × ×
f₃  ○ × ○ × ○ × ○ ×
Wenn der Körper der akustooptischen Ablenkeinrichtung 14 aus einem Material besteht, in dem sich Schallwellen mit relativ geringer Geschwindigkeit fortpflanzen, z.B. aus TeO₂, liegen die Frequenzen f 1, f 2 und f 3 im Bereich 40-100 MHz. Die Modu­ lationsfrequenz liegt dann mindestens in der Größenordnung von 10 MHz, was dazu führt, daß die optische Aufzeichnungseinrich­ tung zufriedenstellend Signale aufzeichnen kann, die mit hoher Frequenz übertragen werden.
Die durch die Datensignale S 1, S 2 und S 3 ein- und ausgeschalte­ ten Laserstrahlen 19 A, 19 B bzw. 19 C könnten direkt über den Kollimator 20 und die Fokussierlinse 22 auf das optische Auf­ zeichnungsmedium 23 übertragen werden. Besonders hohe Aufzeich­ nungsdichte läßt sich jedoch dann erzielen, wenn noch Spuren abgetastet werden, die schräg zur Transportrichtung des Bandes stehen, was mit Hilfe des rotierenden polygonalen Spiegels 21 Die Einzelstrahlen 19 A, 19 B und 19 C werden mit einer Fleckgröße von 0,5-1 µm mit Hilfe der Fokussierlinse 22, die eine nume­ rische Apertur von etwa 0,5 aufweist, auf das Aufzeichnungs­ medium 23 fokussiert, um dadurch hohe Aufzeichnungsdichte mit vielen Informationsbits zu erzielen.
Die Leuchtdichten der drei Einzelstrahlen werden vorzugsweise unabhängig von Pegelschwankungen in den Datensignalen S 1, S 2 bzw. S 3 dadurch gesteuert, daß sie entsprechend den Inhalten der Datensignale ein- und ausgeschaltet werden. Die Zahl von Aufzeichnungskanälen läßt sich insbesondere dadurch erhöhen, daß für die akustooptische Ablenkeinrichtung 14 ein nichtaniso­ troper akustooptischer Ablenker verwendet wird.
Beim Beschreiben vom Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 wird auf solche Teile nicht mehr näher eingegangen, die bereits ausge­ hend von Fig. 1 erläutert wurden. Beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 ist statt des Polygonspiegels 21 eine zweite akustoopti­ sche Ablenkeinrichtung 30 zum Ablenken der drei Einzelstrahlen vorhanden. Die zweite akustooptische Ablenkeinrichtung 30 weist ebenfalls eine Elektrode 30 A und einen Schallabsorber 30 B auf einem akustooptischen Körper auf. Die Z-Achse steht jedoch rechtwinklig zur Z-Achse der ersten Ablenkeinrichtung, wodurch es ermöglicht ist, die drei Strahlen rechtwinklig zur Aufspal­ tungsrichtung abzulenken. Die zweite akustooptische Ablenkein­ richtung 30 wird von einem Abtastoszillator 31 über eine Trei­ berschaltung 32 angesteuert. Die an die zweite Ablenkeinrich­ tung gelegte Trägerfrequenz wird in Form einer Kippschwingung erhöht und erniedrigt. Dies führt dazu, daß die drei auf die zweite Ablenkeinrichtung 30 fallenden Einzelstrahlen hin- und herbewegt werden und dadurch ihre Auftrefffläche 25 A, 25 B bzw. 25 C die Oberfläche eines bewegten Aufzeichnungsmediums 23 schräg abtasten.
Beim zweiten Ausführungsbeispiel ist es von Vorteil, im Kolli­ mator 20 ein polarisierendes System zu verwenden, um die Pola­ risationsebene der drei Laserstrahlen so einzustellen, daß sie unter einem vorgegebenen Winkel zu den Hauptrichtungen der akustooptischen Ablenkeinrichtung 30 stehen.
Beim zweiten Ausführungsbeispiel kann die erste akustooptische Ablenkeinrichtung 14 nicht-anisotrop und die zweite akusto­ optische Ablenkeinrichtung 30 anisotrop sein.
Beim dritten Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3(a) sind die Laser­ strahlquelle 10, der Kollimator 12, die akustooptische Ablenk­ einrichtung 14 und die Fokussierlinse 22 innerhalb einer Ab­ tasttrommel 40 angeordnet, die durch einen nicht dargestellten Motor gedreht wird. Die drei durch die akustooptische Ablenk­ einrichtung 14 erzeugten Einzelstrahlen fallen durch die Fo­ kussierlinse 22 und eine Öffnung 40 im Umfang der Abtasttrom­ mel 40 auf ein Aufzeichnungsband 27, das mit Hilfe von Führun­ gen 26 um einen vorgegebenen Bogenumfang der Trommel 40 läuft, entsprechend wie bei einem VTR-System mit Schrägaufzeichnung. Information wird daher in Spuren aufgezeichnet, die schräg zur Transportrichtung des Bandes 27 stehen. Das Aufzeichnen durch die drei Laserstrahlen erfolgt mit derselben Geschwindigkeit wie bei einem VTR-Schrägaufzeichnungssystem mit mehreren Auf­ zeichnungsköpfen.
Das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3(b) ist eine Variation der Einrichtung gemäß Fig. 3(a). Die Laserstrahlquelle 10, der Kol­ limator 12 und die akustooptische Ablenkeinrichtung 14 sind in Achsrichtung der Aufzeichnungstrommel 40 angeordnet. Innerhalb derselben befindet sich ein Spiegel 41, der die drei Einzel­ strahlen in Richtung der genannten Öffnung in der Aufzeichnungs­ trommel 40 ablenkt. Die drei durch den Spiegel 41 abgelenkten Einzelstrahlen werden durch eine erste Linse 22 A vorfokussiert und durch ein zweites Linsensystem 22 B feinfokussiert. Dadurch, daß der Laserstrahl, der Kollimator 12 und die akustooptische Ablenkeinrichtung 14 außerhalb der Abtasttrommel 40 angeordnet sind, können diese Teile groß ausgebildet werden, was insbe­ sondere dann von Vorteil ist, wenn eine hohe Laserleistung zum Aufzeichnen erwünscht ist.
Bei den Ausführungsbeispielen wurde davon ausgegangen, daß der von der Laserstrahlquelle erzeugte Laserstrahl in drei Einzel­ strahlen aufgespalten wird, was mit Hilfe von drei Trägerfre­ quenzen erfolgt, die als Treibersignale an die akustooptische Ablenkeinrichtung gegeben werden. Dadurch arbeitet die Einrich­ tung mit der dreifachen Geschwindigkeit einer herkömmlichen Ein­ richtung. Es kann jedoch jede Zahl von mindestens zwei Einzel­ strahlen erzeugt werden, insoweit eine erforderte Auflösege­ nauigkeit für die Einzelstrahlen nicht unterschritten wird.
Obwohl die beschriebenen Einrichtungen eine sehr hohe Aufzeich­ nungsgeschwindigkeit zulassen, sind sie sehr einfach aufgebaut. Dies, weil die akustooptische Ablenkeinrichtung nicht nur einen Ausgangs-Laserstrahl durch Bragg-Beugung in Einzelstrahlen auf­ spaltet, sondern weil diese Einrichtung auch gleichzeitig die Einzelstrahlen moduliert.

Claims (6)

1. Optische Aufzeichnungseinrichtung mit
  • - einer Laserstrahlquelle (10), die einen Laserstrahl (11) emittiert,
  • - mehrere Trägersignalquellen (15 A, 15 B, 15 C), die Träger­ signale unterschiedlicher Frequenzen erzeugen,
  • - mehrere Modulierschaltungen (16 A, 16 B, 16 C), die die Trä­ gersignale empfangen und diese in Abhängigkeit des Inhalts von Datensignalen in der Amplitude modulieren,
  • - eine akustooptische Ablenkeinrichtung (14), die im Weg des Laserstrahls zu einer Aufzeichnungseinrichtung (23) ange­ ordnet ist, um den Laserstrahl in mehrere Einzelstrahlen (19 A, 19 B, 19 C) aufzuteilen, deren Amplitude entsprechend der Amplitude der modulierten Trägersignale moduliert ist, mit welchen modulierten Trägersignalen die Ablenkeinrich­ tung angesteuert wird, und
  • - eine Fokussiereinrichtung (22) zum Fokussieren der mehre­ ren Einzelstrahlen in einzelne Auftreffflecke auf dem Auf­ zeichnungsmedium, um so Information mit dem Inhalt der Datensignale aufzuzeichnen.
2. Optische Aufzeichnungseinrichtung nach Anspruch 1, ge­ kennzeichnet durch eine Scaneinrichtung (21; 30) zwischen der akustooptischen Ablenkeinrichtung (14) und dem Aufzeichnungsmedium (23), zum Abtasten der Aufzeichnungs­ oberfläche gleichzeitig mit allen Einzelstrahlen.
3. Optische Aufzeichnungseinrichtung nach Anspruch 2, da­ durch gekennzeichnet, daß die Scaneinrichtung ein sich drehender polygonaler Spiegel (21) ist.
4. Optische Aufzeichnungseinrichtung nach Anspruch 2, da­ durch gekennzeichnet, daß die Scaneinrichtung eine sich drehende Trommel (40) mit einer Öffnung (40 A) in ihrem Umfang ist, wobei die Laserstrahlquelle (10), die akustooptische Ablenkeinrichtung (14) und die Fokussierein­ richtung (22) in der Trommel angeordnet sind und das Auf­ zeichnungsmedium (23) um den Umfang der Trommel läuft.
5. Optische Aufzeichnungseinrichtung nach Anspruch 2, da­ durch gekennzeichnet, daß die Scaneinrichtung eine sich drehende Trommel (40) mit einer Öffnung in ihrem Umfang ist, und daß die Laserstrahlquelle (10) und die akustooptische Ablenkeinrichtung (14) außerhalb der Trommel angeordnet sind, die Fokussiereinrichtung (22 A) in der Trom­ mel angeordnet ist, und ein Spiegel (41) ebenfalls in der Trommel angeordnet ist, um die von außerhalb in die Trommel gestrahlten Einzelstrahlen in Richtung zur Fokussiereinrich­ tung und zum Aufzeichnungsmedium (23) zu strahlen, das um die Trommel läuft.
6. Optische Aufzeichnungseinrichtung nach Anspruch 2, da­ durch gekennzeichnet, daß die Scaneinrichtung eine zweite akustooptische Ablenkeinrichtung (30) ist, die von einem Abtastoszillator (31) über eine Treiberschaltung (32) ein Abtastsignal erhält, dessen Frequenz gemäß einer Kippfunktion geändert wird, um dadurch die Einzelstrahlen gemeinsam abzulenken.
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