DE69226576T2

DE69226576T2 - Lesesystem für optische Platte

Info

Publication number: DE69226576T2
Application number: DE69226576T
Authority: DE
Inventors: Jean-Claude F-92045 Paris La Defense Lehureau
Original assignee: Thomson CSF SA
Current assignee: Callahan Cellular LLC
Priority date: 1991-07-09
Filing date: 1992-06-30
Publication date: 1998-12-24
Anticipated expiration: 2012-07-01
Also published as: JP3186841B2; FR2679059B1; US5396482A; FR2679059A1; EP0522926B1; JPH05197963A; EP0522926A1; DE69226576D1

Description

Die Erfindung betrifft das Lesen von Informationen, die optisch aufgezeichnet werden. Das Patentdokument EP-A-0 190 698 veranschaulicht den Stand der Technik auf diesem Gebiet. Optische Scheiben, d.h. Scheiben, die Informationen enthalten, die durch Optiksysteme gelesen werden können, sind jetzt wohlbekannt.
Das Funktionsprinzip ist wie folgt: die Informationen bestehen meist aus geätzten Löchern, die entlang kreisförmiger Spuren angeordnet sind, die durch Räume zwischen den Spuren ohne Löcher getrennt sind. Ein auf eine kleine Fläche fokussierter Laser beleuchtet die Spuren (und teilweise auch den Spurzwischenraum). Die Scheibe dreht sich derart unter dem Laser, daß jeweils nur eine Spur unter dem fokussierten Bündel vorbeiläuft. Das Bündel wird zu einem Photodetektor reflektiert, und der Reflexionskoeffizient hängt davon ab, ob in der Spur ein Loch vorliegt oder nicht. Die unter dem Bündel vorbeilaufenden Löcher erzeugen also eine Modulation der Amplitude des reflektierten Bündels. Der Photodetektor erzeugt ein entsprechend moduliertes Signal, das für die vorbeilaufenden Löcher steht. Mit diesem Signal kann die Nutzinformation wiederhergestellt werden, d.h. die Position der Löcher entlang der Spuren oder die Geometrie dieser Löcher.
Bei dieser Technik dient die ebene Fläche der Scheibe zwischen den Spuren als Referenzebene zur Erfassung der Nutzinformation.
Hohe Informationsdichten können gespeichert werden, sofern das Laserbündel sehr gut auf sehr kleine Löcher entlang sehr schmaler Spuren fokussiert werden kann.
Dies setzt insbesondere Fokussierungsobjektive mit sehr hoher Präzision voraus, die keine Abweichungen aufweisen und seitlich zu den Spuren sowie vertikal zu den Referenzflächen der Scheibe sehr genau positioniert sind. Dies setzt auch voraus, daß mit Leselasern gearbeitet wird, die eine möglichst kurze Wellenlänge besitzen, was nicht immer mit niedrigen Herstellungskosten vereinbar ist.
Eine Aufgabe der Erfindung ist es, ein Lesesystem vorzuschlagen, das die Zwänge vermindert, die mit den gegenwärtigen Lesetechniken verbunden sind, so daß der Kompromiß zwischen den Herstellungskosten (Kosten der optischen Systeme zur Fokussierung des Lasers, der mechanischen Systeme zur Positionsregelung und des Lasere selbst) und den Leistungen verbessert werden kann (Informationsspeicherdichte, Qualität der wiederhergestellten Informationen).
Der Hauptgedanke der Erfindung liegt darin, nicht eine einfache Erfassung der Amplitude (Lichtenergie) des durch die gespeicherten optischen Informationen modulierten Laserbündeis, sondem eine kombinierte Amplituden und Phasenerfassung der kohärenten optischen Welle des modulierten Laserbündels durchzuführen.
Trifft nämlich eine Wellenfront einer kohärenten elektromagnetischen Well&(ein Laser sendet eine solche kohärente Welle aus) auf ein Hindernis, das in diesem Fall aus einer optischen Information besteht (ein in eine ebene Fläche geätztes Loch oder eine andere Störung auf der Wellenbahn), dann wird die Wellenfront verformt und transportiert eine komplexe Information (im mathematischen Sinne des Begriffs: Amplitude und Phase), die direkt mit der Beschaffenheit des Hindernisses in Zusammenhang steht.
Die Energiemodulation des modulierten Bündels (z.B. des durch die Oberfläche einer optischen Scheibe modulierten Bündels) ist nur eine Komponente dieser komplexen Information. Diese ist am einfachsten zu erfassen. Die komplexe Information, also die Amplitude und die Phase der Welle an jedem Punkt des Raums oder auch die genaue Form der durch das Hindernis modulierten Wellenfront, ist reicher als die einfache globale Energieinformation des reflektierten Bündels. Sie ist aber natürlich nicht leicht zu erfassen. Die Photodetektoren messen nämlich nur eine empfangene Energie.
Die Erfindung schlägt ein System zum Lesen von optischen Informationen vor, das Mittel enthält, um ein Referenz-Laserbündel mit dem gleichen, durch zu lesende optische Informationen modulierten Bündel zur Interferenz zu bringen, um ein Muster von räumlichen Interferenzstreifen auf einer Gruppe von Photodetektoren zu erzeugen, die in einer räumlichen Zone verteilt sind, in der diese Streifen vorhanden sind, sowie Mittel zur Verarbeitung der Amplituden- und räumlichen Phasen-Informationen der Interferenzstreifen, um die optischen Informationen wiederherzustellen, die das Streifenmuster erzeugt haben.
Wird ein kohärentes Lichtbündel durch ein Hindernis moduliert, das eine optische Information darstellt, dann kann es mit dem gleichen, nicht modulierten Bündel kombiniert werden, wodurch ein Hologramm, d.h. ein spezielles Muster von Interferenzstreifen erzeugt wird. Dieses Muster besitzt die Eigenschaft, daß es in versteckter Form jede Information zu dem Hindernis enthält, das das Bündel moduliert hat.
Der Erf indungsgedanke liegt darin, diese Eigenschaft zu verwenden, um die Informationen einer optischen Scheibe zu lesen, indem dieses Hologramm auf eine Gruppe von Photodetektoren projiziert wird und dann die aus den Photodetektoren abgegebenen Signale verarbeitet werden, um die ursprüngliche optische Information wiederzufinden. Diese Information wird in vollständigerer Form als bei herkömmlichen Lesesystemen wiedergefunden, weil sie Phaseninformationen der modulierten elektromagnetischen Welle umfaßt. Durch die Erstellung eines Hologramms mittels einer Zusammensetzung eines Referenzbündels und des modulierten Bündels verschwinden diese Phaseninformationen nämlich nicht. Dagegen verschwindet bei herkömmlichen Lesesystemen die Phaseninformation völlig.
Unter den sehr wesentlichen Vorteilen dieser neuen Leseart können folgende genannt werden:
- die Möglichkeit der Verwendung weniger genauer optischer Systeme, weil das Laserbündel gleichzeitig mehrere Spuren beleuchten kann, wobei die Unterscheidung zwischen den Informationen, die den verschiedenen Spuren entsprechen, durch elektronische Signalverarbeitung geschieht;
- die Möglichkeit, durch elektronische Signalverarbeitung Fehler der optischen Systeme und insbesondere Abweichungsfehler und Fokussierungsfehler zu korrigieren;
- die sich daraus ergebende Möglichkeit, weniger genaue Systeme zur mechanischen Regelung zu verwenden, sowohl vertikal über der Oberfläche der optischen Scheibe als auch radial, um auf einer Spur zu bleiben;
- die Möglichkeit, die Spurzwischenräume in den Speicherscheiben wegzulassen, weil keine Referenzfluache zum Lesen jeder optischen Information vorgesehen sein muß; eine globale Näherungsreferenz kann genügen; durch das Weglassen der Spurzwischenräume kann dann die Dichte der in einer gegebenen Fläche gespeicherten optischen Informationen nahezu verdoppelt werden;
- die Möglichkeit, die Speicherdichte noch weiter zu verbessern, indem unterscheidbar Amplituden- und Phaseninformationen des reflektierten Bündels erstellt werden, oder indem eine Phasenunterscheidung mit Strukturen geätzter Löcher durchgeführt wird, die sich dazu anbieten (d.h. Strukturen, die quantifizierbare Phasenverschiebungen einführen).
Im übrigen ist interessanterweise zu bemerken, daß bei herkömmlichen Lesesystemen praktisch bereits ein Referenzbündel vorliegt, das erfindungsgemäß zur Bildung der Interferenzstreifen dienen kann: bei herkömmlichen Systemen wird nämlich ein halbtransparentes Trennplättchen verwendet, weil das einfallende Laserbündel und das modulierte reflektierte Bündel getrennt werden müssen. Bei dieser Operation geht die Hälfte der Lichtenergie des einfallenden Laserbündels verloren. Die Erfindung verwendet nun diese verlorene Hälfte, um ein Referenzbündel zu erstellen, mit dem das modulierte Bündel zusammengesetzt wird, um die Streifen zu bilden.
In der Praxis wird im wesentlichen aus mechanischen Gründen weiter die Speicherung auf einer sich drehenden Scheibe bevorzugt, und zwar mit einem festen Lesekopf über der Fläche der Scheibe, die die Informationen enthält.
In diesem Fall kann eine Photodetektorengruppe in Form einer linearen Zeile verwendet werden. Diese Zeile wird dann derart angeordnet, daß sie die Interferenzstreifen empfängt und erfassen kann, die sich aus der Modulation des Laserbündels durch eine Gruppe von Informationen ergeben, die radial auf der Scheibe angeordnet sind.
Mit anderen Worten, wenn das Laserbündel derart fokussiert ist, daß es ein radiales Segment der Scheibe beleuchtet (das möglicherweise mehrere nebeneinanderliegende Spuren umfaßt), dann wird die Zeile in einer Bildzone dieses Segments bezüglich des optischen Fokussierungssystems des Laserbündels angeordnet und das Referenzbündel wird bezüglich des modulierten Rückbündels derart orientiert, daß sich aus der Zusammensetzung mit dem modulierten Bündel Interferenzstreifen ergeben, die längs dieser Zeile verteilt sind.
Das Referenz-Laserbündel und das modulierte Bündel werden alle beide zu den Photodetektoren zurückgeschickt, wobei das Referenzbündel bezüglich des modulierten Bündels ausreichend schräg einfällt, um Interferenzstreifen zu erzeugen, aber unter Berücksichtigung des Verteilungsschritts der Photodetektoren in der Zeile dennoch nicht zu schräg, damit die Schrittweite der Streifen nicht zu stark abnimmt und man mit Hilfe der Zeile von Photodetektoren Messungen der räumlichen Phase und der Amplitude dieser Streifen durchführen kann.
Die zur Wiederherstellung der gespeicherten optischen Informationen ausgehend von den von den Photodetektoren abgegebenen Signalen verwendete Signalverarbeitung ist global wie folgt: zweidimensionale Fouriertransformierte der Signale, Verarbeitung von Signalen an der Fouriertransformierten, um die dem nichtmodulierten Referenzbündel entsprechende räumliche Frequenzkomponente zu beseitigen und nur diejenige des modulierten Bündels beizubehalten (diese Verarbeitung ist eine einfache Verschiebung im Bereich der räumlichen Frequenzen), mögliche Signalverarbeitung an der Fouriertransformierten, um beispielsweise Abweichungen der Fokussierungslinsen oder Fokussierungsfehler zu korrigieren, und inverse Fouriertransformierte, um wieder von einer Funktion im Frequenzbereich zu einer Funktion im reellen Bereich zu kommen, wobei diese Funktion die in die Scheibe eingeschriebenen optischen Informationen darstellt.
Im (tatsächlich wenig wahrscheinlichen) Fall, daß sich die Scheibe nicht drehen würde, wären die Photodetektoren in einer zweidimensionalen Matrix angeordnet, und die Fouriertransformierte wäre eine Transformierte in einem zweidimensionalen Bereich von räumlichen Frequenzen.
Im interessantesten Fall einer sich drehenden Scheibe sind die Photodetektoren aber in einer linearen Zeile angeordnet, und die Fouriertransformierte ist eine räumliche und zeitliche Transformierte der in der Zeit variablen Signale, die von den Detektoren je nach dem Vorbeilauf der Scheibe abgegeben werden. Mit der inversen Transformierten gelangt man wieder von einer Funktion in dem zweidimensionalen Bereich der räumlichen Frequenz und der zeitlichen Frequenz zu einer Funktion im reellen Bereich des Raums (eine Abmessung: radial) und der Zeit, die in Form von elektrischen Signalen die Informationen, die entlang eines radialen Segments der Scheibe eingeschrieben sind, sowie ihren Vorbeilauf in der Zeit darstellt.
Die Korrekturverarbeitungsfunktionen sind recht einfach; meist genügt eine Phasenfunktion wie:
ejk(u²+v²) oder ejk(u²+v²)²
wobei k ein numerischer Koeffizient ist, der von dem Ausmaß der durchzuführenden Korrektur abhängt, j die imaginäre Zahl der Quadratwurzel aus -1 ist, und u und v Variablen (räumliche und zeitliche Frequenz oder ausnahmsweise zwei räumliche Frequenzen) der zur korrigierenden Fouriertransformierten sind.
Werden solche Funktionen auf eine Fouriertransformierte angewendet, dann können sehr einfach sphärische Abweichungen von Objektiven oder andere Fehler wie Abweichungen von der Ausrichtung korrigiert werden. Ebenso können Fokussierungsfehler korrigiert werden.
Schließlich wird erfindungsgemäß ein Lesesystem vorgeschlagen, das eine Scheibe mit nebeineinanderliegenden kreisförmigen Spuren mit einem Spurzwischenraum enthält, dessen Breite null oder sehr klein gegen die Breite einer Spur ist.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich bei der Lektüre der folgenden detaillierten Beschreibung unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen; darin zeigen:
- Fig. 1 ein Blockschema eines herkömmlichen Lesegeräts für optische Scheiben;
- Fig. 2 ein Blockschema des Lesegeräts nach der Erfindung; und
- Fig. 3 die Oberfläche einer Speicherscheibe mit nebeneinanderliegenden Spuren ohne Spurzwischenraum.
In Fig. 1 wurde zur Erinnerung schematisch der Aufbau eines herkömmlichen Lesers für optische Scheiben dargestellt: ein Laser L sendet ein Bündel aus, das durch ein optisches System OB1 kollimatiert und in Form eines parallelen Bündels zu einem um 45º geneigten, halbtransparenten Spiegel Ml gerichtet wird, der im wesentlichen dazu dient, das reflektierte Bündel von dem einfallenden Bündel zu trennen, um nur das reflektierte Bündel zu einem Photodetektor zurückzuschicken.
Das einfallende Bündel läuft teilweise durch einen Spiegel M1, aber ein anderer Teil wird (in Fig. 1 nach unten) um 90º abgelenkt. Der abgelenkte Teil ist verloren. Der nichtabgelenkte Teil wird zu der Scheibe D gerichtet, die die zu lesenden Informationen in optischer Form gespeichert enthält. Er wird durch ein optisches System OB2 mit großer Öffnung auf eine sehr kleine Fläche der Scheibe D (Fokussierungsfleck TF mit einem Durchmesser von einigen Mikrometern) fokussiert.
Die Scheibe liegt in einer Ebene quer zu dem einfallenden Bündel und dreht sich um eine Achse, die zu dieser Ebene senkrecht liegt und seitlich zu der optischen Achse des Systems OB2 versetzt ist. Durch die Drehung der Scheibe kann demnach der Fokussierungsfleck eine kreisförmige Spur an der Oberfläche der Scheibe abtasten. Durch nicht dargestellte mechanische Mittel kann die Drehachse der Scheibe zu der Achse des einfallenden Bündels mehr oder weniger versetzt werden, so daß die Scheibe mehrere konzentrische kreisförmige Spuren enthalten kann und man die Spur auswählen kann, die man lesen will.
Das auf die Oberfläche der Scheibe fokussierte Laserbündel wird mit einem Reflexionkoeffizienten reflektiert&sub1; der von der in der Scheibe gespeicherten Information abhängt. Da sich die Scheibe dreht, hat man eine zeitliche Modulation des Reflexionskoeffizienten in Abhängigkeit von den auf der abgetasteten Spur vorbei laufenden Informationen.
Das so modulierte, reflektierte Bündel durchquert wieder das optische System OB2; es erreicht den halbtransparenten Spiegel Ml mit 450 und wird mit 900 zurückgeschickt, diesmal zum oberen Teil der Figur, zu einem optischen Fokussierungssystem OB3 und hinter diesem System zu einer lichtempfindlichen Diode PHD. Die Diode PHD liefert ein elektrisches Signal, dessen Modulation die Energiemodulation des reflektierten Bündels während des Vorbeilaufs der Scheibe unter dem Laserbündel darstellt.
Die Grundstruktur des Lesers für eine optische Scheibe nach der Erfindung ist in Fig. 2 mit den gleichen Bezugsziffern für entsprechende Elemente wie in Fig. 1 dargestellt. Sie besitzt zwei charakteristische Elemente: einerseits wird der Abschnitt des einfallenden Bündels, der durch den Spiegel M1 verloren war, wieder verwendet und mit dem reflektierten, durch die zu lesenden optischen Informationen modulierten Bündel zusammengesetzt; andererseits geschieht die Umwandlung der Lichtenergie in elektrische Energie nicht durch eine einzige Photodiode, sondern durch eine Gruppe von Photodioden, die global mit BCCD bezeichnet sind.
Genauer wird der Teil des einfallenden Bündels, der nicht zu dem Objektiv OB2 und dann zur Scheibe gerichtet wird, und der dann mit 90º durch den halbtransparenten Spiegel Ml abgelenkt wird, auf ein optisches System OB4 und hinter diesem Objektiv zu einem Spiegel M2 gerichtet, der dieses Bündel nach oben zurückschickt. Das durch den Spiegel M2 zurückgeschickte Bündel läuft wieder durch das optische System OB4 und wird zu einem Bereich gerichtet, wo auch das reflektierte, durch die Scheibe modulierte Bündel ankommt. Praktisch liegt der Bereich, wo sich das nichtmodulierte Bündel und das modulierte Bündel mischen können, hinter dem halbtransparenten Spiegel M1: das modulierte Bündel wird durch den Spiegel Ml mit 90º zum oberen Teil der Figur zurückgeschickt, und das nichtmodulierte Bündel durchquert den Spiegel M1 nach oben.
Der Spiegel M1 könnte durch einen anderen Typ eines Strahlenteilers ersetzt sein, der das Bündel in zwei Teile unterteilt.
In diesem Bereich wird die Gruppe von Photodetektoren BCCD angeordnet, um nicht die globale Energiekonzentration eines Bündels zu erfassen, sondern die räumliche Energieverteilung in einer Zone, wo eine Interferenz zwischen zwei Bündeln aus kohärentem Licht, nämlich einem modulierten und einem anderen, nichtmodulierten vorliegt. Dazu ist zu bemerken, daß hier die Tatsache ausgenutzt wird, daß die Lichtquelle L eine kohärente Lichtquelle ist, während im Stand der Technik auch ein Laser verwendet wird, wobei allerdings seine Kohärenzeigenschaften nicht ausgenutzt werden.
Natürlich ist zu verstehen, daß die in Fig. 2 angegebenen Bahnen der Bündel, die sich aus der Gegenwart von zwei Spiegeln M1 und M2 und der Objektive OBL, OB2 und OB4 ergeben, nur beispielhaft gegeben sind, wobei andere Ausgestaltungen am Material und an den Bündeln vorgesehen sein können, sofern dafür gesorgt wird, daß in ein und derselben Zone, in der die Photodetektorengruppe angeordnet ist, für eine Interferenz zwischen dem nichtmodulierten Bündel aus kohärentem Licht und dem durch die zu lesenden Informationen modulierten Bündel gesorgt wird.
Die Photodetektorengruppe BCCD müßte normalerweise eine zweidimensionale Matrix von Photodetektoren sein, um die Energieverteilung in zwei Dimensionen zu erfassen. Verwendet man allerdings eine sich drehende Scheibe als Informationsspeichermittel, die also eine zeitliche Modulation von Informationen liefert, dann wird eine lineare Photodetektorenzeile verwendet.
Zur Vervollständigung der Beschreibung von Fig. 2 sei noch angezeigt, daß in der Interferenzzone wünschenswerterweise die allgemeine Richtung des nichtmodulierten Bündels bezüglich der allgemeinen Richtung des modulierten Bündels geneigt wird. Dies wird leicht dank geeigneter optischer Systeme erreicht; durch einen seitlichen Versatz der optischen Achse eines Objektivs des Systems OB4 bezüglich der Achse des einfallenden Bündels, das an diesem Objektiv ankommt, läßt sich beispielsweise eine Neigung des nichtmodulierten Bündels in der Zone erreichen, die über dem Spiegel M1 liegt.
Der Grund für diese Neigung liegt darin, daß markierte Interferenzstreifen erzeugt werden müssen, die durch die Gruppe BCCD erfaßbar sind. Für eine lineare Zeile liegt der Neigungswinkel eines Bündels bezüglich des anderen also in einer Ebene, die die Zeile BCCD enthält; diese ist im übrigen global quer zu den Bündeln angeordnet, damit sich die Interferenzstreifen auf dieser Zeile verteilen.
Demnach wird man verstehen, daß mit Hilfe von zwei Bündeln aus kohärentem Licht aus der Sicht von dem Laserbündel ein Hologramm der Oberfläche der Scheibe erzeugt wurde.
Damit das Hologramm alle Informationen zu dem Bild der Oberfläche der Scheibe aus der Sicht von dem Bündel enthält, wäre es erforderlich, falls sich das Laserbündel nicht bezüglich der Oberfläche der Scheibe verschieben würde, daß es sich in einer Ebene mit zwei Dimensionen erstreckt (die durch eine lichtempfindliche Matrix beobachtbar ist), in die die Informationen durch räumliche Frequenzen in den beiden Dimensionen dargestellt sind. Da sich aber die Scheibe dreht, kann eine der Dimensionen der Information durch die Zeit dargestellt werden, und folglich kann eine der Dimensionen des Hologramms durch eine zeitliche Frequenz dargestellt werden. Deshalb kann man sich mit einer linearen Photodetektorenzeile begnügen, vorausgesetzt, daß die elektrischen Signale aus der Zeile im Bereich der zeitlichen Frequenzen analysiert werden. Da in der Zeile zahlreiche Detektoren vorliegen, können die Interferenzstreifen im Bereich der räumlichen Frequenzen analysiert werden, woraus sich die andere Dimension der gesuchten Information ergibt.
Die photoempfindliche Zeile ist mit einer Signalverarbeitungsschaltung SP verbunden, die an ihrem Ausgang Informationen liefert, die die in der Scheibe gespeicherten Informationen darstellt. Die Funktion dieser Verarbeitungsschaltung liegt zunächst darin, im reellen, räumlich-zeitlichen Bereich Informationen wiederherzustellen, die in holographischer Form an der Zeile verfügbar sind. Sie wandelt insbesondere durch eine Fouriertransformation elektrische räumlich-zeitliche Signale in Signale um, die den Bereich der räumlichen und zeitlichen Frequenzen darstellen. Andererseits kann sie in diesem Frequenzbereich Verarbeitungen von Signalen durchführen, insbesondere um Korrekturen an Fehlern der optischen Systeme vorzunehmen.
Die Verarbeitungsschaltung SP liefert an ihrem Ausgang Signale, die direkt den Informationsinhalt der optischen Scheibe darstellen, der je nach den Anwendungen auf unterschiedliche Weise verwendet werden kann: Wiedergabe von Ton, Videobildern, Informatikdaten usw.
Im Falle einer linearen Zeile und einer sich drehenden Scheibe wird von dem Prozessor SP die folgende Vearbeitung durchgeführt: ausgehend von den Amplituden S(x,t) der elektrischen Signale aus den verschiedenen Detektoren, die die von einem Detektor an der Abszisse x in der Zeile empfangene Lichtenergie zur Zeit t darstellen, wird die Fouriertransformierte F(u,v) der Signale S(x,t) gebildet.
u ist die Variable im Bereich der räumlichen Frequenzen, die der Variablen x im Bereich des reellen Raums entspricht.
v ist die Variable im Bereich der zeitlichen Frequenzen, die der reellen zeitlichen Variablen t entspricht.
Die Signale S(x,t) stellen die Energieverteilung in der Zone der Interferenzstreifen dar, die durch die Zusammensetzung des modulierten Bündels aus kohärentem Licht und dem gleichen, nichtmodulierten Bündel erzeugt werden.
Die Fouriertransformierte F(u,v) stellt ohne Informationsverlust eben diese Streifen, allerdings im Bereich der räumlichen und zeitlichen Frequenzen dar.
Liegt die Fouriertransformierte F(u,v) vor, dann wird eine Koordinatenverschiebung bezüglich der Variablen u von räumlichen Frequenzen durchgeführt: die neuen Ausgangskoordinaten sind u'=u+uO und v'=v.
Diese Verschiebung in der Ebene der räumlichen Frequenzen läuft auf einen Versatz des Frequenzspektrums ohne Veränderung hinaus. Der Versatz ist gleich der Frequenz des Referenzlasers gewählt. Dies läuft ganz einfach darauf hinaus, daß der Einfluß der Anwesenheit des nichtmodulierten Laserbündels beseitigt wird und im Spektrum nur die Informationen beibehalten werden, die sich aus der Modulation des Bündels durch die zu lesenden optischen Informationen ergeben.
Dann kann eine Filterung durchgeführt werden, um das erhaltene Spektrum auf die Komponenten zu begrenzen, die der Richtung und den Dimensionen der Pupille des Objektivs zur Fokussierung des Laserbündels auf der Scheibe entsprechen.
Ebenso kann in diesem Stadium eine Signalverarbeitung durchgeführt werden, um optische Fehler des Systems zu korrigieren. Die am leichtesten zu korrigierenden Fehler sind diejenigen, die durch Verwendung einer quadratischen Phasenfunktion des folgenden Typs berichtigt werden können:
ejk(u²+v²) oder ejk(u²+v²)²
worin j die reine imaginäre Zahl mit der Amplitude 1 ist, und k ein Koeffizient ist, der die Amplitude der gewünschten Korrektur darstellt.
Weitere Korrekturen können eingeführt werden. Das Interesse an diesen Korrekturen liegt darin, daß sie im Frequenzbereich (räumliche und zeitliche Frequenz) durchgeführt werden, und daß die Fehler vom optischen Typ manchmal einfacher im Frequenzbereich als im reellen Bereich ausgedrückt werden können.
Schließlich wird eine inverse Fouriertransformierte gebildet, um ausgehend von der möglicherweise korrigierten Funktion F(u', v') eine Funktion G(z, t) von zwei reellen Variablen, einer räumlichen (z) und einer zeitlichen (t) zu bilden. Diese Funktion stellt die Änderung einer optischen Information in der Zeit dar, die an der Abszisse z liegt, und zwar nach Messung entlang eines radialen Scheibensegments, das von dem Laserbündel beleuchtet wird.
Der Fokussierungsfleck des Laserbündels kann gleichzeitig eine oder mehrere nebeneinanderliegende Spuren an dem radialen Segment bleuchten; das resultierende Ausgangssignal der inversen Fouriertransformierten betrifft dann diese verschiedenen Spuren, die unterschiedlichen Abszissenbereichen z entsprechen. Demnach kann am Ausgang der Verarbeitungsschaltung SP die Auswahl einer bestimmten Spur durchgeführt werden: Auswahl der Funktion G(z,t) für bestimmte Wertebereiche von z. Erfindungsgemäß können sogar mehrere Spuren gleichzeitig gelesen werden (Stereolesen, usw.) Mit anderen Worten, da sich aus der durchgeführten Signalverarbeitung verschiedene Pisten nebeneinander ergeben, indem je nach den betrachteten Zonen z verschiedene Modulationen G(z,t) geliefert werden, braucht der Fokussierungsfleck nicht wie beim Stand der Technik so klein wie die Breite einer Spur sein.
Daraus folgt, daß die Spuren für ein und dieselbe Dimension des Fokussierungsflecks kleiner und damit auf ein und derselben Scheibenoberfläche zahlreicher als beim Stand der Technik sein können.
Während es andererseits im Stand der Technik zwingend erforderlich war, zwischen den Spuren eine Referenzfläche vorzusehen, um eine Referenz für den Reflexionskoeffizienten anzugeben, wenn in der Spur kein Loch vorlag, können nun nebeneinander angeordnete Spuren ohne dazwischenliegende Referenzflächen gelesen werden. Auch dadurch kann die Informationsspeicherdichte noch erhöht werden.
Ein weiterer Vorteil liegt darin, daß die mechanische Regelung des Bündels weniger genau sein kann und man sich mit einer Näherungsregelung der Fokussierung (Höhenregelung) durch Referenz auf eine Fläche außerhalb der Scheibe begnügen kann, wobei die Fokussierungsfehler durch eine elektronische Verarbeitung an der Fouriertransformierten korrigiert werden können. Ebenso kann die radiale Positionierung einfach durch den radialen Antriebsmotor des Lasers durchgeführt werden. Die Positionierung muß nicht wie beim Stand der Technik genau zum Rand einer Spur durchgeführt werden (wo das Bündel exakt quer über eine Spur und den danebenliegenden Spurzwischenraum angeordnet werden mußte).
Fig. 3 stellt schematisch einen Gesichtspunkt der Erfindung, nämlich den originalen Aufbau einer optischen Scheibe dar, bei der die die Informationen enthaltenden Spuren ohne Spurzwischenraum oder wenigstens mit einem viel kleineren Zwischenraum als der Breite der Spuren nebeneinanderliegen, was im Stand der Technik überhaupt nicht möglich war. Die Informationen sind als Löcher mit variabler Position und Länge in Spuren mit konstanter Breite dargestellt; allerdings könnten auch andere Möglichkeiten ins Auge gefaßt werden, z.B. lokale Modifizierungen der Brechungszahl anstelle von geätzten Löchern.
Ebenso kann ins Auge gefaßt werden, daß die Scheibe außer der üblichen Modulation der Länge und des Abstands der Löcher Spuren mit einer Tiefenmodulation der geätzten Löcher aufweist.

Claims

1. System zum Lesen von optischen Informationen, dadurch gekennzeichnet, daß es Mittel enthält, um ein Referenzlaserbündel mit dem gleichen, durch zu lesende optische Informationen modulierten Bündel zur Interferenz zu bringen, um ein Muster von räumlichen Interferenzstreifen auf einer Gruppe von Photodetektoren (BCCD) zu erzeugen, die in einer räumlichen Zone verteilt sind, in der diese Streifen vorhanden sind, sowie Mittel zur Verarbeitung der Amplitudenund räumlichen Phasen-Informationen der Interferenzstreifen, die von der Gruppe der Photodetektoren erfaßt werden, um die optischen Informationen, die das Streifenmuster erzeugt haben, wiederherzustellen.

2. Lesesystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Referenzbündel und das modulierte Bündel allgemeine Richtungen haben, die in der Zone, in der die Photodetektorengruppe angeordnet ist, schräg zueinander sind.

3. System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Photodetektorengruppe eine lineare Photodetektorenzeile ist und daß der Neigungswinkel zwischen den beiden Bündeln in der Ebene der Zeile liegt, die global quer zu den Bündeln angeordnet ist.

4. System nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß es einen Laser (L) und ein vor dem Laser angebrachtes Strahlenteilerelement enthält, wobei dieses Element das Bündel in zwei Teile teilt, wobei einer der Teile zu den optischen Informationen gerichtet ist, damit er von diesen moduliert und zu der Photodetektorengruppe zurückgeschickt wird, wobei Mittel vorgesehen sind, um den anderen Teil in einen Bereich zu bringen, in dem sich die Photodetektorengruppe befindet.

5. System nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Verarbeitungsmittel Mittel enthalten, um eine zweidimensionale Fouriertransformierte der von den Photodetektoren abgegebenen Signale zu bilden, sowie Mittel zur Verarbeitung der Fouriertransformierten, um die dem Bezugsbündel entsprechende räumliche Frequenzkomponente zu beseitigen und nur diejenigen des modulierten Bündels beizubehalten, sowie Mittel zur Bildung einer inversen Fouriertransformierten, um elektrische Signale zu liefern, die in dem reellen Bereich die optischen Informationen darstellen, die das Laserbündel moduliert haben.

6. Lesesystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß außerdem Mittel vorgesehen sind, um eine Signalverarbeitung an der Fouriertransformierten nach Beseitigung der dem Bezugsbündel entsprechenden Frequenzkomponente durchzuführen, um optische Fehler des Systems zu korrigieren.

74 Lesesystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Korrekturverarbeitungsmittel ein Mittel enthalten, um die Fouriertransformierte mit einer Phasenfunktion des Typs

ejk(u²+v²) oder ejk(u²+v²)²

zu multiplizieren, wobei k ein numerischer Koeffizient ist, der von dem Ausmaß der durchzuführenden Korrektur abhängt, j die imaginäre Zahl der Quadratwurzel aus -1 ist, und u und v die Variablen der zu korrigierenden Fouriertransformierten sind.

8. Lesesystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es außerdem eine optische Scheibe zur optischen Speicherung der Informationen enthält, die durch das System gelesen werden soll, wobei die Scheibe nebeneinanderliegende konzentrische Spuren mit einem Spurzwischenraum zwischen den Spuren aufweist, dessen Breite null oder sehr klein gegen die Breite einer Spur ist.

9. Lesesystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Spuren außer der üblichen Modulation der Länge und des Abstands der Punkte eine Tiefenmodulation der Punkte tragen.