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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen optischen Abtastkopf mit zweifacher
Wellenlänge,
der in einer optischen Platten/Lese- und/oder Schreibeinheit benutzt
werden kann.
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Der
optische Abtastkopf mit zweifacher Wellenlänge ermöglicht die Benutzung von Licht
mit verschiedenen Wellenlängen,
um Platten unterschiedlicher Dicke und/oder unterschiedlichem Reflexionsvermögen einer
reflektierenden Schicht zu benutzen. Ein optischer Abtastkopf mit
zweifacher Wellenlänge kann
in neuesten optischen Platten-Lese- und/oder Schreibeinheiten benutzt
werden, z.B. in DVD-ROM-Leseeinheiten,
um eine Rückwärtskompatibilität für ältere optische
Plattenformate zu erhalten, z.B. ein CD-R-Plattenformat. Es müssen wenigstens
zwei Merkmale von Platten berücksichtigt
werden, um die Rückwärtskompatibilität zu erhalten, nämlich die
Dicke und das Reflexionsvermögen
der Platten. Optische DVD-Platten benutzen ein Substrat mit einer
Dicke von 0,6 mm und können
mit Licht mit einer Wellenlänge
von etwa 650 nm gelesen werden. Optische CD-R-Platten benutzen ein
Substrat mit einer Dicke von 1,2 mm und können durch Licht mit einer
Wellenlänge
von etwa 780 nm gelesen werden. Die optische CD-R-Platte hat den
Nachteil, dass sie nicht durch ein Licht mit einer Wellenlänge von
650 nm gelesen werden kann, da ein bestimmtes, ihre Oberfläche bedeckendes
Färbungsmittel
Licht mit der letztgenannten Wellenlänge absorbiert.
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Eine
Veröffentlichung
Dual Wavelength optical Head von 0.6 mm an d1.2 mm Substrate Thickness,
R. Katayama, Y. Komatzu und Y. Ono, Jpn. J. Appl. Phys. Bd. 36 (1997),
Seiten 460–466,
Teil 1, Nr. 1B, Januar 1997, zeigt einen optischen Kopf, der entweder
auf Dicken mit einem holographischen optischen Element oder optische
Typen mit einer veränderbaren
Verstärkung
benutzt. Der optische Kopf kann mit Substraten mit einer Dicke von
0,6 und 1,2 mm benutzt werden und enthält Laserdioden für 635 nm
und 685 nm. Der optische Kopf enthält einen einzigen Polarisationsstrahlteiler
und einen Satz von Signal-Detektions-Optiken für jeden Lichtstrahl mit 635 nm
und 785 nm.
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Die
japanische Patentanmeldung Abstract JP-A-09044885 zeigt einen optischen
Abtaster, der mehrere optische Platten mit verschiedener Dicke wiedergeben
kann, unter Anwendung desselben optischen Systems. Licht von einer
ersten oder einer zweiten Laserdiode läuft durch einen Strahlspalter und
wird durch eine Fokussierlinse auf eine optische Platte fokussiert,
die für
eine erste Dicke der optischen Platte optimiert ist. Das durch die
optische Platte reflektierte Licht wird durch einen weiteren Strahlspalter
auf einen Photodetektor gerichtet. In dem Strahlweg einer der Laserdioden
ist ein Korrekturelement für
eine sphärische
Abweichung vorgesehen zur Korrektur der sphärischen Abweichung, die dann
auftritt, wenn das Licht auf eine optische Platte mit einer zweiten
Dicke fokussiert wird.
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Die
europäische
Patentanmeldung EP-A-0 860 819, die nur für die Frage der Neuheit zu
berücksichtigen
ist (Art 54(3) und (4) EPC), zeigt einen optischen Aufnehmer mit
zwei Halbleiterlasern mit verschiedenen Wellenlängen. Die beiden Halbleiterlaser und
ein Photodetektor sind in einem einzigen Gehäuse kombiniert. Die durch die
Halbleiterlaser emittierten Lichtstrahlen werden auf eine optische
Platte fokussiert, die entweder eine erste Dicke oder eine zweite
Dicke aufweist. Ein Hologramm dient dazu, einen der Lichtstrahlen,
die durch die Halbleiterlaser emittiert und durch die optische Platte
reflektiert werden, auf den Photodetektor zu richten.
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Die
europäische
Patentanmeldung EP-A-0 742 554 zeigt eine Lösung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs
1. Sie zeigt einen optischen Aufnehmer mit Benutzung von zwei Laserdioden
mit verschiedenen Wellenlängen
und einem einzigen Detektor zum Empfang des Lichts von beiden, von
der jeweiligen Platte reflektierten Wellenlängen. Außerdem zeigt sie die Kombination
von zwei Laserstrahlen durch einen Polarisations-Strahlspalter,
und eine Sammellinse wird in dem Emittierweg benutzt, während eine
andere Linse zur Fokussierung des auf den Detektor empfangenen Lichts
dient.
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Die
Consumer-Produktindustrie ist bemüht, die Größe ihrer Produkte zu verringern,
damit sie tragbar und kostengünstiger
werden. Diese Bemühungen
führen
zu einer Miniaturisierung und/oder einer Verringerung der Zahl der
Teile in die Produkte bildenden Komponenten. Das gilt z.B. für den optischen
Kopf eines tragbaren und/oder billigeren Schreib- und/oder Lesegeräts mit einer
optischen Platte. Andererseits wer den kleinere Komponenten ebenso
zuverlässig
sein wie ihre voluminöseren Äquivalente.
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Eine
Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Lösung zur
Verringerung der Größe eines
optischen Kopfes ohne eine Erhöhung
seiner Kosten zu finden.
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Eine
Lösung
für das
oben dargelegte Problem liegt gemäß der vorliegenden Erfindung
in einem Aufnahmekopf mit zweifacher Wellenlänge in einem optischen Platten-Schreib-
und/oder Lesegerät, das
wenigstens optische Mittel zum Richten von Lichtstrahlen einer ersten
und einer zweiten Wellenlänge,
die von einer ersten und einer zweiten Quelle emittiert werden,
zu einer optischen Platte aufweist. Die optischen Mittel enthalten
wenigstens einen Wellenlängen-selektiven
Strahlteiler, der wenigstens teilweise in der Lage ist, die Richtung
eines Lichtstrahls mit der ersten Wellenlänge zu ändern, und durchlässig für einen
Lichtstrahl der zweiten Wellenlänge
ist. Der optische Aufnahmekopf enthält außerdem Fokussiermittel zur
Fokussierung der Lichtstrahlen auf eine Schicht der optischen Platte,
Photodetektionsmittel für
die Detektion des Lichts mit der ersten oder der zweiten Wellenlänge, reflektiert
durch die Schicht der optischen Platte, und außerdem optische Mittel zum
Richten eines durch die Schicht reflektieren Lichtstrahls zu den
Photodetektionsmitteln. Die Photodetektionsmittel enthalten einen
einzigen Detektor, der in der Lage ist, Licht entweder mit der ersten
oder mit der zweiten Wellenlänge
zu detektieren.
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Die
Lösung
gemäß der vorliegenden
Erfindung benötigt
keine getrennten Sätze
von Detektionsoptiken für
jede Lichtwellenlänge.
Sie ermöglicht die
Optimierung der Benutzung von so vielen gemeinsamen Komponenten,
wie es für
beide Wellenlängen
möglicht
ist. Daher werden die Größe des optischen
Aufnahmekopfes und die Zahl der ihn bildenden Teile verringert.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
des optischen Abtasters mit zweifacher Wellenlänge gemäß der Erfindung enthalten die
Fokussiermittel eine Dual-Fokus-Linsenobjektiv.
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Das
Objektiv mit einer Dual-Fokuslinse ermöglicht das Überwinden des Problems der
Kompensation für
sphärische
Abweichungen aufgrund der verschiedenen Dicken des Substrats von
verschiedenen optischen Platten.
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In
einer anderen bevorzugten Ausführungsform
des optischen Aufnahmekopfes mit zweifacher Wellenlänge gemäß der Erfindung
enthalten die weiteren optischen Mittel eine Platte, die es ermöglicht, teilweise
die Richtung eines Lichtstrahls der zweiten Wellenlänge zu ändern. Diese
ist für
einen Lichtstrahl der ersten Wellenlänge durchlässig und derart angeordnet,
dass der die Photodetektionsmittel erreichende reflektierten Lichtstrahl
astigmatisch gemacht wird.
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Die
andere bevorzugte Ausführungsform
ermöglicht
die Nutzung einer astigmatischen Eigenschaft des reflektieren Lichtstrahls,
die z.B. nützlich ist
in einer Fokuskontrollschaltung, ohne die Kompaktheit des optischen
Aufnahmekopfs zu beeinträchtigen.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
des optischen Aufnahmekopfs mit zweifacher Wellenlänge gemäß der Erfindung
enthalten die optischen Mittel die Polarisationsebene drehende Mittel, um
eine Richtung der Polarisation dieser Lichtstrahlen zu drehen.
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Die
weitere bevorzugte Ausführungsform
erlaubt es zu vermeiden, dass der reflektierte Lichtstrahl die Lichtquellen
erreicht. Dieses Merkmal ist besonders vorteilhaft für optische
Abtastköpfe,
die ebenfalls zum Schreiben auf einer optischen Platte benutzt werden.
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Die
Erfindung wird im Folgenden an Beispielen zur Erläuterung
einiger der Merkmale in den 1 und 2 beschrieben.
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1 enthält eine
schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform gemäß der Erfindung,
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2 enthält eine
schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform gemäß der Erfindung.
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Während der
folgenden Beschreibung werden dieselben Bezugsziffern zur Bezeichnung
der gleichen Teile benutzt, die sowohl in 1 als auch in 2 auftreten.
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1 zeigt
schematisch einige Teile eines optischen Aufnahmekopfs mit dualer
Wellenlänge, der
vorgesehen ist für
ein optisches Platten/Schreib- und/oder Lesegerät (nicht dargestellt). Der
optische Aufnahmekopf kann benutzt werden, um auf einem optischen
und/oder magnetooptischen Medium 1 zu schreiben und/oder
zu lesen unter Anwendung von Licht mit einer ersten Wellenlänge und/oder
einer zweiten Wellenlänge,
das von einer ersten Lichtquelle 2 beziehungsweise von
einer zweiten Lichtquelle 3 emittiert wird. Vorzugsweise
sind die Lichtquellen 2 und 3 Laserdioden. Die
erste und die zweite Wellenlänge
können
z.B. um 650 nm und 780 nm liegen. Natürlich können auch kürzere Wellenlängen in
dem Schutzumfang der Erfindung erwogen werden.
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Ein
durch eine erste Lichtquelle 2 emittierter Lichtstrahl 4 wird
durch optische Mittel auf das Medium 1 gerichtet. Diese
optischen Mittel enthalten einen Strahlteiler 5, der den
ersten Lichtstrahl 4 reflektiert, eine Sammellinse 6,
einen Spiegel 7 und ein Objektiv 8. Im Allgemeinen
wird das Objektiv 8 durch einen Aktuator 9 betätigt, der
durch eine (nicht dargestellte) Fokuskontrollschaltung gesteuert
wird und dadurch einen (nicht dargestellten) Lichtfleck auf eine
(nicht dargestellten) Reflexionsschicht des Mediums 1 fokussiert.
Diese Reflexionsschicht enthält Informationen.
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Ein
durch die zweite Lichtquelle 3 emittierter Lichtstrahl 10 wird
ebenfalls durch optische Mittel auf das Medium 1 gerichtet.
Der Strahlteiler 5 dient als ein Strahlkoppler für den zweiten
Lichtstrahl 10, um letzteren auf die Sammellinse 6 zu
richten.
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Das
Objektiv 8 kann für
die Benutzung mit durch die erste Lichtquelle 2 emittiertem
Licht und für eine
bestimmte Dicke des Mediums 1 optimiert werden. In diesem
Fall können
einige (nicht dargestellte) Kompensationsoptiken für das durch
die zweite Lichtquelle 3 emittierte Licht erforderlich
sein.
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Vorzugsweise
ist das Objektiv 8 ein Dual-Fokus-Linsenobjektiv.
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Der
erste Lichtstrahl 4 und der zweite Lichtstrahl 10 dienen
im Allgemeinen zum Lesen und/oder Schreiben einer ersten bzw. einer
zweiten Art von Informationen. Diese erste und zweite Art von Informationen
können
auf derselben Schicht oder auf zwei verschiedenen Schichten in unterschiedlich
tiefen Ebene des Mediums 1 liegen. Diese erste und zweite Art
von Informationen können
auch auf einer Schicht in einem ersten Medium bzw. einer Schicht
in einem zweiten Medium liegen. Natürlich kann nur ein Medium zur
Zeit gelesen werden, d.h. entweder das erste Medium oder das zweite
Medium. Das erste Medium hat eine Schicht in einer anderen Tiefe
als die Schicht in dem zweiten Medium. Das Dual-Fokus-Linsenobjektiv
macht es möglich,
diese Tiefenwerte derart zu berücksichtigen,
dass ein mit dem Dual-Fokus-Linsenobjektiv
gewonnener Lichtfleck auf eine reflektierende Schicht des Mediums
fokussiert wird.
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Der
erste Lichtstrahl 4 und/oder der zweite Lichtstrahl 10 werden
von einer reflektierenden Schicht des Mediums 1 reflektiert,
und die reflektierten Strahlen werden durch weitere optische Mittel
auf die Photodetektiermittel 11 gerichtet. Die weiteren optischen
Mittel enthalten das Objektiv 8, den Spiegel 7 und
den Kollimator 6, die den optischen Mitteln gemeinsam sind.
Zusätzlich
enthalten die weiteren optischen Mittel Entkopplungsmittel 12 zum
Richten der reflektierten Strahlen auf die Photodetektionsmittel 11.
Die Entkopplungsmittel 12 können z.B. durch einen Strahlteiler
gebildet sein, der wenigstens teilweise die reflektierten Strahlen
reflektiert, die auf eine Oberfläche 13 auftreffen,
und den ersten Lichtstrahl 4 und den zweiten Lichtstrahl 10 durchzulassen,
die auf eine Oberfläche 14 auftreffen.
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Die
Photodetektionsmittel 11 enthalten im Allgemeinen einen
(nicht dargestellten) Photodetektor. Abhängig von den ermittelten geometrischen
Eigenschaften des (der) reflektierten Strahlen kann der Photodetektor
ein oder mehrere Detektionselemente enthalten, wie es für den Fachmann
auf diesem Gebiet bekannt ist.
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Der
optische Aufnahmekopf mit zweifacher Wellenlänge, wie er in 1 gezeigt
ist, ist so ausgebildet, dass die meisten seiner Teile, die die
optischen und die weiteren optischen Mittel bilden, durch die emittierten
und reflektierten Lichtstrahlen beider Wellenlängen benutzt werden. Das hält die Anzahl der
Bauteile so niedrig wie möglich
und ermöglicht die
Verringerung der Abmessungen des optischen Aufnahmekop fes auf einen
Minimalwert, verglichen mit dem Stand der Technik, wo mehr Bauteile
benötigt
wurden. Außerdem
sind die benutzten Teile in weit verbreiteter Benutzung in der Industrie
für optische
Aufnahmeköpfe,
wodurch der Preis des optischen Aufnahmekopfes bei einem niedrigeren
Wert gehalten werden kann.
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2 ist
eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform des optischen Aufnahmekopfs.
Die optischen Mittel enthalten einen Strahlteiler 15, der
den ersten Lichtstrahl 4 teilweise reflektiert, um diesen
auf die Kollimatorlinse 6 zu richten. Die optischen Mittel
enthalten außerdem
eine Platte 16, die den auf ihre Oberfläche 17 auftreffenden
zweiten Lichtstrahl teilweise reflektiert und ihn über den
Strahlteiler 15 auf die Kollimatorlinse 6 richtet.
Der Strahlteiler 15 hat ein relativ hohes Maß an Lichtdurchlässigkeit
für den
zweiten Lichtstrahl 10. Eine Schicht des Mediums 1 reflektiert
den ersten Lichtstrahl 4 und/oder den zweiten Lichtstrahl 10,
und das reflektierte Licht wird über
das Objektiv 8, den Spiegel 7, die Kollimatorlinse 6,
den Strahlteiler 15 und die Platte 16 auf die
Photodetektionsmittel 11 gerichtet, wobei der Strahlteiler 15 und
die Platte 16 die weiteren optischen Mittel bilden. Daher
haben die weiteren optischen Mittel mit den optischen Mitteln viele
Teile gemeinsam. Diese Struktur innerhalb des optischen Aufnahmekopfs
ermöglicht
außerdem
die Verringerung der Abmessungen des optischen Aufnahmekopfes auf
einen Minimalwert, wie es für
den in 1 gezeigten der Fall ist.
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Der
Platte 16 liegt in geneigter Lage derart, dass die sie
durchlaufenden reflektierten Lichtstrahlen astigmatisch werden.
Diese Eigenschaft des astigmatischen, reflektierten Strahls kann
für die
Fokuskontrolle dienen, d.h. zur Überwachung
des Fokus des Lichtflecks auf der reflektierenden Schicht des Mediums 1.
Dieses ist dem Fachmann auf diesem Gebiet hinreichend bekannt und
im Stand der Technik beschrieben. Im Allgemeinen enthalten die Photodetektionsmittel 11 vier
Detektionselemente, die vier Quadranten bilden und eine Fokuslage
des Lichtstrahls ermitteln können
aufgrund der Form einer Ellipse, die durch den (die) reflektierten
Strahl(en) auf den Photodetektionsmitteln 11 gebildet wird.
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Ein
optionales Projektionsmittel mit einer Linse 18 und/oder
einer Zylinderlinse 19 kann den weiteren optischen Mitteln
hinzugefügt
werden, wie es in gestrichelten Linien in 2 zwischen
der Platte 16 und den Photodetektionsmitteln 11 dargestellt ist.
Die optionalen Projektionsmittel ermöglichen eine Verbesserung der
Qualität
der Projektion der reflektierten Strahlen auf den Projektionsmitteln 11.
Die Linse 18 dient z.B. zur Änderung des astigmatischen
Effekts in dem astigmatischen, reflektierten Strahl und passt die
Größe der Projektion
an, dass sie besser an die Oberfläche der Detektionsmittel angepasst
ist. Die Zylinderlinse 19 dient zur Einstellung des astigmatischen
Effekts in dem reflektierten Strahl. Die Zylinderlinse 19 kann
ein alternatives Mittel sein, um den sie durchlaufenden reflektierten
Strahl astigmatisch zu machen, und die Platte 16 kann dann
durch einen (nicht dargestellten) einfachen Strahlteiler ersetzt
werden.
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Optional
können
die optischen Mittel Beugungsmittel enthalten, die den ersten Lichtstrahl 4 und/oder
den zweiten Lichtstrahl 10 in einen zentralen Strahl 10 nullter
Ordnung und in zwei Strahlen erster Ordnung aufspalten. Die Beugungsmittel
können
z.B. durch Gitter 20 und/oder 21 gebildet sein, dargestellt
durch gestrichelte Linien in 2, die in dem
ersten Lichtstrahl 4 und dem zweiten Lichtstrahl 10 liegen
und Kompensatoren 22 und/oder 23 für Gitter 20 und/oder 21,
die auch in gestrichelten Linien dargestellt sind. Die somit gebildeten
Strahlen erster Ordnung können
durch Anwendung von z.B. Drei-Strahl-Spurführung für die Spurführung dienen, die dem Fachmann
auf diesem Gebiet hinreichend bekannt sind.
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In
einer bevorzugten Option sind die Beugungsmittel durch ein Hologramm
anstelle der Gitter 20 und/oder 21 gebildet.
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Ebenso
optional können
die optischen Mittel die Polarisationsebene drehende Mittel 24 enthalten, um
eine Richtung der Polarisation der Lichtstrahlen zu drehen. Die
Drehmittel für
die Polarisationsebene können
z.B. durch eine Viertelwellenplatte gebildet sein. Dieses Merkmal
ist besonders nützlich,
um zu vermeiden, dass die reflektierten Lichtstrahlen die Lichtquellen 2 und/oder 3 erreichen.
Dieses Merkmal ist besonders nützlich
in optischen Aufnahmeköpfen, die
speziell für
das Schreiben ausgebildet sind.
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Die
Teile, die die Ausführungsformen
der in den 1 und 2 dargestellten
optischen Aufnahmeköpfe
bilden, sind relativ zueinander geometrisch derart angeordnet, dass
eine optische Achse des Objektivs 8, der erste Lichtstrahl 4,
der zweite Lichtstrahl 10 und die reflektierten Strahlen)
in einer einzigen Ebene liegen. Jedoch können Änderungen der geometrischen
Lage der den optischen Kopf bildenden Teile zueinander durch den
Fachmann auf diesem Gebiet erfolgen und verbleiben innerhalb des Schutzumfangs
der vorliegenden Erfindung. Ein Beispiel einer derartigen Änderung
wäre, in 2 das Objektiv 8,
den Aktuator 9 und den Spiegel 7 um 90° um eine
optische Achse 25 zu drehen, die durch die Photodetektionsmittel 11 und
die Platte 16 läuft.
Ein anderes Beispiel einer derartigen Änderung würde darin bestehen, die erste
Lichtquelle 2 und den Strahlteiler 15 um die optische
Achse 25 zu drehen.