SE453440B - Optisk avlesningsenhet for avsokning av en uppteckningsberare med en stralningsreflekterande informationsstruktur - Google Patents

Description

f” “W' "mwmvwwuaunwws www: ~"'^“Wmi"uwuI“iIiï““¶ v www »- I. ~ -- .V 453 440 knippet vara riktat mot en strålningskänslig detektor som är belägen utanför den gemensamma strålgången. För detta ändamål är det exempelvis möjligt att införa en halvgenomskinlig spegel i den gemensamma strålgången. Emellertid kom- mer i detta fall t ex endast 25$ av den strålning som emitteras av källan att utnyttjas för utläsningen, och detta bortsett från absorbtions- och reflexions- förluster längs den optiska vägen. Vid användning av en gaslaser måste därut- över tillses att det modulerade strålknippet ej återmatas till lasern eftersom i så fall, till följd av laserstrålknippets stora koherenslängd, detta kan ge upphov till ej önskvärda fluktuationer i avläsningsstrålknippet. För detta 0 ändamål måste ytterligare åtgärder vidtagas. Exempelvis måste den halvgenom- skinliga spegeln ersättas med ett mera kostnadskrävande polarisationskänsligt uppdelningsprisma och mellan detta prisma och uppteckningsbäraren måste en ' /4-platta införas.

I den publicerade DT-patentansökningen ("Auslegeschrift") 2.244.119 före- slås att avläsa en uppteckningsbärare med hjälp av en halvledardiodlaser. Där- vid utnyttjas det faktum att vid reflexion till diodlasern genom uppteckninga- bäraren av det strålknippe, som emitteras av diodlasern, intensiteten hos det emitterade laserstrålknippet och diodlaserns elektriska motstånd ökar. Vid av- sökning av ett spår på en uppteckningsbärare med ett sådant laserstrålknippe kommer nämnda intensitet och elektriska motstånd att variera i överensstämmelse med följden av områden och mellanområden i det aktuella spåret. Uppteckningsbä- raren kan då utläsas utan användning av någon särskild detektor. Därvid behövs ej längre någon strålknippesuppdelare och avläsningsapparaten kan vara av Q enkelt utförande.

För att möjliggöra avläsning av mycket små informationsadetaljer, t ex av storleksordningen 1 /um så skall avläsningsstrålknippet alltid hållas skarpt fokuserat på informationsstrukturen. Dessutom måste tillses att avläsningsfläc- kens centru alltid sammanfaller med centrum av ett spår som skall avläsas. I apparaten enligt nämnda DT-patentansökan är diodlasern för detta ändamål monte- rad på en släde som drages genom spår som är inpressade i uppteckningsbäraren.

Sådan mekanisk styrning har den nackdelen att uppteckningsbäraren förslits.

Anordningen enligt nämnda patentansökan möjliggör inte heller en tillräckligt liten diameter hos avläsningsfläcken, vilket innehär att upplösningen ej blir tillräckligt god för avläsning av informationsdetaljer av storleksordningen /um. Ändamålet med uppfinningen är att åstadkomma en apparat av inlednings- vis nämnt slag som ej uppvisar de ovannämnda nackdelarna, som möjliggör en sär- skilt enkel och noggrann utläsning och som är av enkelt utförande. Apparaten enligt uppfinningen är kännetecknad av att strålningskälla-detektorenheten VWVJVAKQQWWÜW**IöV'"ÉV'Ü""" " ' -~~~.. _ p rflwffwwß' '"^'w"'~~ "w v» ~ v« ----- v, . _. .i _. ,, ._ .. _. yr... ,. 453 440 förutom en huvuddiodlaser som alstrar avläsningsstrålknippet, innefattar två hjälpdiodlasrar vilka alstrar hjälpstrålknippen av inbördes lika intensitet, varvid varje hjälpdiodlaser är anordnad att mottaga sitt eget hjälpstrålknippe efter reflektion mot informationsstrukturen, och varvid hjälpdiodlasrarnas ut- gångar är anslutna till en subtraktionskrets vars utgång är ansluten till elek- tromekaniska organ för korrektion av ett tidsmedelvärde av avläsningsfläcken (V) läge relativt ett spår som skall avläsas eller strålningskälla-detektoren- hetens läge längs objektivsystemets optiska axel.

Under avläsning av uppteckningsbäraren kommer avläsningshuvudet ej i kon- takt med informationsstrukturen. Denna struktur kan då vara belägen under ett genomskinligt skyddsskikt, varigenom utläsningen ej pâverkas av dammpartiklar, fingeravtryck och repor.

Från den publicerade holländska patentansökningen 6601666 (IBK) är det känt att förflytta ett avläsningsstrålknippe som alstras av en diodlaser. Emel- lertid sker i detta fall ingen återmatning av laserstrålknippet till diodla- sern, vilket innebär att diodlasern ej utnyttjas som detektor. Laserstrålknip- pets rörelse utnyttjas ej för detektering av lägesfel hos avläsningsstrålknip- pet under avläsning av en uppteckningsbërare. Nämnda holländska patentansökning ger inga närmare upplysningar angående strålknippesrörelsens amplitud och fre- kvens.

Hed nämnda två hjälpdiodlasrar alstras två extra ljusfläckar, av vilka en fläck kan vara belägen framför avläsningsfläckens plan och den andra bakom nämnda plan, medan lägena av de två extra fläckarna i spårets sidoriktning är desamma. Skillnaden mellan de lågfrekventa komponenterna i signalerna som till- föres hjälpdiodlasrarna kommer då att ange objektivsystemets fokusering. Det är också möjligt att de extra fläckarna är belägna i samma plan som avläsnings- fläcken. Om de extra fläckarna är symmetriskt förskjutna relativt avläsnings- fläcken i spârets sidoriktning, så ger skillnaden mellan de lågfrekventa kompo- nenterna i signalerna som tillföres genom hjälpdiodlasrarna indikering om läget av avläsningsfläckens centrum relativt centrum av spåret som skall avlä- sas.

Det framhålles att man tidigare har föreslagit att utnyttja två extra j strålníngsfläckar för att detektera en avvikelse i avläsningsfläckens läge re- lativt ett spår som skall avläsas (se patentansökningen 7306439-5) Sfimf för att detektera fokuseringsfel (se patentansökningen 7412166-6). I dessa anordningar måste särskilda strålningskällor anordnas eller element för uppdelning av strålknippet som tillföras av glaslasern i två delstrålknippen. Delstrålknippa- . , ,_.eø»~.-,w»m\..,.~.~....lw. V, , , 453 440 na måste reflekteras till särskilda detektorer efter reflexion mot uppteck- ningshäraren. Dessutom är de sålunda härledda styrsignalerna känsliga för det tidigare nämnda optiska bruset. En fördel med diodlasern är att flera sådana lasrar kan integreras på ett halvledarsubstrat, varigenom den sammansatta la- sern kan ges liten storlek. Därvid kan styrsignalerna ej påverkas av inbördes vibrationer av de ingående strålníngskällorna.

Om man för detektering av ett lägesfel hos avläsningsfläcken relativt ett spår som skall avläsas och ett fokuseringsfel utnyttjar de ovan nämnda möjlig- heterna, så kan den optiska avläsningsenheten vara av mycket enkelt utförande.

Uppfinningen kommer att beskrivas närmare i det följande under hänvisning till ritningarna, där: §ig_l visar en känd avläsningsapparat innefattande en diodlaser som strålningskälla; fig_â visar en uppteckningsbärare av känt slag;_fig_§ visar en dicdlaser av känt slag; fig_í visar hur variationen i diodlasern kan uppmätas; fig_§ visar schematiskt en del av ett utföringsexem- pel på en avläsningsapparat; fÉg_§ visar en elektrod av diodlasern som ut- nyttjas i nämnda apparat; fig_l åskådliggör den princip som utnyttjas i appa- raten i fig 5; fig_§ visar ett utföringsexempel på medlen för korrektion av diodlaserns läge i en riktning tvärs spårriktningen; figlâ åskådliggör den princip som utnyttjas i ett andra utföringsexempel på en avläsningsapparat; fig 10 visar ett ntföringsexempel på medlen för förflyttning av diodlasern i axiell riktning, fig 11 visar en sammanbyggd diodlaser och schematiskt den tillhörande sígnalbehandlingskretsen för en avläsningsapparat enligt uppfin- ningen; fig 12 visar en avläsningsapparat enligt uppfinningen i vilken den sammanbyggda diodlasern i fig 11 utnyttjas; fig 13 visar ett annat utförings- exempel på en apparat enligt uppfinningen; fig 14 och 15 visar en anordning för förflyttning av den optiska avläsningsenheten i axiell och transversell riktning; och fíg 16 visar ett tvärsnitt genom en optisk avläsningsenhet. Hed hjälp av koordinatsystemet XYZ anges vilka vyer av avläsningsenheten eller de ingående elementen som är visade i figurerna.

Fig 1 visar ett radiellt tvärsnitt genom en uppteckningsbärare, som exem- pelvis kan antagas vara skivformad och rund. Fig 2 visar en vy underifrån av denna uppteckningsbärare. Informationen kan innehållas i ett spiralspår, som innefattar en mångfald kvasikoncentriska delspår 3, vilka vart och ett sträcker sig utmed ett varv av uppteckningsbäraren. Varje delspår innefattar en mångfald områden g alternerande med mellanområden t, medan informationen kan innehållas i längderna av områdena och mellanområdena. Områdena har annan inverkan på ett 5 ~ 1 455 440 avläsningsstrålknippe än mellanområdena. Det sätt på vilket informationen kan registreras i spåret saknar betydelse för den föreliggande uppfinningen och förbigås därför. Planet 2 för spåren kan vara beläget på framsidan av uppteck- ningsbäraren. Emellertid är det alternativt möjligt, såsom är visat i fig 1, att informationsstrukturen är belägen på baksidan av uppteckningsbäraren, vari- genom själva uppteckningsbäraren utnyttjas som ett skyddande skikt. Inte heller slaget av information är av betydelse för den föreliggande uppfinningen och kan exempelvis utgöras av ett färgtelevisionsprogram eller annan information.

Uppteckningsbäraren avläses genom ett strålknippe b från en halvledardiod- laser 6. Hed hjälp av ett objektivsystem, vilket för enkelhetens skull är re- presenterat genom en enda lins 7, så fokuseras strålknippet b till en avläs- niugsfläck V på informationsstrukturen. Avläsningsstrålknippet, som reflekteras av informationsstrukturen, genomlöper objektivsystemet en andra gång och inkom- mer i diodlasern. Objektivsystemet kan vara av sådant utförande att avläsnings- fläcken är större än spårbredden. Bortsett från de optiska förlusterna i avläs- ningsapparaten, så kommer strålknippet, i fall detsamma infaller på ett område, att delvis avlänkas till ett område utanför objektivsystemets öppning, vilket innebär att intensiteten av strålningen som återvänder till diodlasern minskar betydligt. Om avläsningsfläcken faller utanför informationsstrukturens område, så kommer större delen av avläsningsstrålknippet att återvända till diodlasern.

Vid rotation av uppteckningsbäraren 1 kring en axel 5, vilken sträcker sig ge- nom en central öppning 4, så blir det reflekterade avläsningsstrålknippet in- tensitetsmodulerat i överensstämmelse med följden av områden och mellanområden i spåret som skall avläsas. Det reflekterade strålknippet påverkar vissa egen- skaper i díodlasern.

Fig 3 visar en sådan diodlaser. Lasern består.av två skikt 10 och 11 av exempelvis den samansatta kristallen A1GaAs, varvid skiktet 10 är av p-led- ningstyp och skiktet 11 av n-ledningstyp. Det mellanliggande skiktet 12 kan exempelvis bestå av ren Gaks. På skikten 10 och 11 är elektroder 14 och 15 an- ordnade. Strömmen l, som levereras av strömkällan 18, passerar igenom skikten 10,12 och 11. Vid gränsytan mellan skikten 10 och 12 injiceras elektroner i det mellanliggande skiktet 12. I detta mellanliggande skikt sker rekombination av elektroner och hål under emission av strålning med en våglängd som är lika med ungefär 900 nm. Ändytorna 16 och 17 har en' lämplig reflektionskoefficient.

Strålningen reflekteras upprepade gånger mellan nämnda ytor. Den förstärkta strålningen eller laserstrålningen utstrålar vid ytorna 16 och 17, vilket är angivet genom pilarna 19 och 20. 453 440 Som tidigare nämnts återvänder strålningen som reflekteras av uppteck- ningsbäraren till diodlasern. Om vissa villkor är uppfyllda komer strålningen som återmatas att stimulera ytterligare emitterad strålning, varigenom strål- ningen som i varje ögonblick emitteras i riktningarna 19 och 20 blir bestämd av informationen på uppteckningsbäraren. I ett utföringsexempel på en apparat enligt uppfinningen har man i fallet att strömmen l genom diodlasern är exem- pelvis något större än ett tröskelvärde funnit, att intensiteten av det emitte- rade laserstrålknippet, då laserstrålknippet infaller utanför ett område på uppteokningsbäraren, var ungefär 2 gånger större än i fallet då laserstrålknip- pet infaller på ett oråde. Ett grundläggande krav för återmatníngsavläsning är att avståndet mellan informationsstrukturen och diodlasern är större än ett visst angivet minimivärde. Endast i så fall kommer den optiska återkopplingen att resultera i en variation av strålningen som emitteras av diodlasern.

För omvandling av intensitetsvariationerna i laserstrålknippet kan, såsom är visat i fig 1, en strålníngskänslig detektor 8,>t ex en fotodíod, vara an- ordnad på den sida av diodlasern som är vänd från uppteckningsbëraren. Signalen S kan behandlas och avkodas till en informationssignal Si i en känd elektro- nisk krets, t ex en krets av det slag som är beskriven i Philips Technical Review 33, nr 7, sid 181-185. Om ett TV-program är lagrat på uppteckningsbära- ren kan denna signal återges med hjälp av en vanlig TV-mottagare 21.

I fig 1 är fotodioden visad som ett särskilt element. Emellertid kan foto- dioden vara integrerad med diodlasern till att bilda en enhet. Dessutom är det ej nödvändigt att strålningen utstrålar från baksidan av diodlasern, d v s i riktningen 20 i fig 3. Diodlasern kan vara så utförd att strålningen utstrålar också i en riktning som bildar en rät eller annan vinkel med riktningen 19. I så fall måste en fotodiod 9 vara anordnad vid sidan av diodlasern istället för bakom densamma.

Fig 4 visar såsom exempel hur uppteokningsbäraren kan avläsas med använd- ning av ett strålningskänsligt element. Spänningsvariationen över díodlasern uppmätes då vid konstant ström l. I ett realiserat utföringsexempel på en appa- rat enligt uppfinningen uppgick skillnaden i diodspänningarna i fallet då la- serstrålknippet infaller utanför ett område i informationsstrukturen och i fal- let då laserstrålkníppet infaller på ett område till ungefär 0,1 V. Denna spän- ning kan tillföras den elektroniska kretsen 9 via en kopplingskondensator 22.

Spolen 23 i serie med strömkällan uppvisar hög impedans för den utlästa signa- len.

Vid avläsning av uppteckningsbäraren måste tillses att avläsningsfläcken 453 440 alltid är rätt inriktad relativt ett spår som skall avläsas.

För den skull måste medel vara anordnade för detektering av ett lägesfel hos avläsningsfläcken relativt spåret som skall avläsas. Ett lägesfel kan de- tekteras dynamiskt om avläsningsfläcken förflyttas periodiskt och transversellt -relativt spårriktningen. Den periodiska rörelsens amplitud skall därvid vara mindre än spårbredden så att avläsningsstrålknippet alltid "ser" eller infaller på en tillräckligt stor del av spåret. _ För att åstadkomma en rörelse av avläsningsfläcken kan man utnyttja en princip som är beskriven i den publicerade holländska patentansökningen 6601666 och i US patentskriften 3.436.679. Enligt denna princip är en av elektroderna uppdelad i två eller flera subelektroder som tillföres lämpliga strömar.

Eftersom laserverkan i en diodlaser erhålles endast om summan av produkterna för varje subelektrod (produkten av strömmen genom subelektroden och subelek- trodens längd) uppnår ett visst tröskelvärde, så kan det ställe där laserstrål- knippet lämnar diodlasern förflyttas genom variation av strömarna genom elek- troderna. I så fall behöver avläsningsapparaten ej innefatta några mekaniskt rörliga, extra optiska element, t ex en oscillerande spegel.

I avläsningsapparaten måste avläsningsfläcken förflyttas periodiskt kring ett medelläge, varvid rörelsens amplitud uppgår exempelvis endast till 0,1/um. För detta ändamål är det exempelvis möjligt att utnyttja den diodla- ser som är visad i den högra delen av fig 5. Fig 6 visar en vy underifrån av denna diodlaser. Till subelektroderna 15' och 15" tillföres en ström 1 från likspänningskällan 18. Mellan denna källa och elektroden 15" är en andra källa 24 anordnad, vilken exempelvis levererar en ström l' sin 2 Ü_t/T För den form hos elektroden som är visad i fig 6 kommer laserverkan att uppträda längs lin- jen li vid tidpunkten t=O, längs linjen 12 vid tidpunkten t=T/4 och längs linjen 13 vid tidpunkten t=3T/4. Amplituden (Liz) av den periodiska rörelsen ' blir bestämd av kvoten 1'/1 Denna kvot uppgår exempelvis till 0.2. Till följd av den periodiska rörelsen av avläsningsfläcken tvärs spårriktningen, så kommer avläsningsstrålknippet, då uppteckningsbäraren roterar, att undergå en lågfre- kvent modulation förutom en högfrekvent modulation genom följden av områden och mellanområden i spåret. Fig 7 visar nämnda extra modulation, vilken antages vara sinusformad. I fallet med en lågfrekvent avläsning, d v s om de enskilda områdena ej avläsas separat, så kommer ett spår som består av fördjupningar att uppträda som en skåra i uppteckningsbäraren som delvis avlänkar strålningen till ett område utanför objektivsystemet. Om avläsningsfläcken ej skulle svänga i tvärriktningen (r) så kan variationen i signalen som en funktion av avläs- 453 440 ningsfläckens läge representeras genom kurvan 40. Läget ro anger centrum av ett visst spår och lägena r1 och r2 är centrum för intilliggande spår, medan r och r är lägen mitt emellan två spår. I fig 7 kan den periodiska rörelse: av avläsningsfläcken representeras genom kurvan 41. Axlarna t anger tidsaxlar.

Om avläsníngsfläcken svänger kring läget r , d v s om medelläget av av- läsningsfläcken uppvisar en avvikelse åt höger relativt centrum av spåret som skall avläsas, så blir utsignalen från diodlasern modulerad med den lågfrekven- ta signalen 42. Om avläsningsfläcken svänger kring läget rs så blir utsigna- len modulerad med den lågfrekventa signalen 43. Signalernas 42 och 43 frekvens är lika med frekvensen med vilken avläsningsfläcken oscillerar. Om medelläget av avläsningsfläcken sammanfaller med centrum av spåret som skall avläsas (lä- get rb i fig 7), så blir utsignalen från diodlasern modulerad med signalen 44, vilken har liten amplitud och en frekvens som är två gånger frekvensen hos signalerna 42 och 43.

Om utsignalen från diodlasern innehåller en komponent med en frekvens lika med frekvensen med vilken avläsningsfläcken svänger, så innebär detta att av- läsningsfläcken ej är rätt lägesinställd relativt spåret som skall avläsas.

Genom att jämföra fasläget hos den lågfrekventa komponenten med fasläget hos den styrsignal genom vilken avläsningsfläcken bringas att svänga, så kan rikt- ningen för en avvikelse fastställas.

Den högra delen av fig 5 visar schematiskt hur signalbehandlingen tillgår.

Utsignalen S från diodlasern tillföres ett högpassfilter 25 och även ett låg- passfilter 26. Lågpassfiltret är kopplat till den elektroniska kretsen 9 som behandlar signalen till en informationssignal Fi. Lågpassfiltret är kopplat till en faskänslig krets 27, i vilken den lågfrekventa komponenten i signalen S jämföras ned en signal från källan 24 och en styrsignal Sr för korrektion av avläsningsfläckens läge relativt centrum av ett spår som skall avläsas härle- des.

För nämnda korrektion kan diodlasern exempelvis förflyttas med hjälp av en spole i ett magnetfält såsom är visat i fig 8. I denna figur är laserstrålknip- pet b riktat mot läsaren. Diodlasern är monterad i en hållare 45 som uppbär en drivspole 46. Hänvisningen 47 anger en permanentmagnet och 48 och 49 anger fjädrar. Signalen Sr (se fig 5) tillföras drivspolen 46. Som ett resultat härav kan hållaren 45 och därigenom diodlasern 6 förflyttas i Z-riktningen en viss sträcka, medan fjädrarna väsentligen förhindrar rörelse i X- och Y-ríkt- ningen. nr “gt i Y ,n» 453 440 En diodlaser utgör ett litet element med låg vikt, varav följer att driv- organet enligt fig 8 också kan göras litet och ges låg vikt. Kopplingsanord- ningen i fig 5 kan även denna göras mycket liten och integreras med diodlasern.

Den periodiska rörelsen av avläsningsfläcken tvärs spårriktningen kan också åstadkommas genom att själva diodlasern bringas att svänga i Z-riktningen. Den- na svängning kan åstadkommas genom tillföring av en periodisk signal till driv- spolen 46 i apparaten i fig 8 på sådant sätt att hållaren 45 rör sig med sin resonansfrekvens. För bestämning av ett lägesfel för avläsningsfläcken relativt centrum av ett spår som skall avläsas, så jämföras därvid fasläget för den låg- frekventa komponenten i utsignalen S med fasläget för den periodiska rörelsen av avläsningsfläcken.

I stället för att förflytta diodlasern kan avläsningsfläckens läge också korrigeras genom införande av en extra spegel i strålgången mellan diodlasern och objektivsystemet i fallet med en stationär diodlaser, vilken spegel är vippbar kring en axel som löper väsentligen parallellt med riktningen av ett spåravsnitt som skall avläsas. En sådan vippbar spegel är beskriven i "Philips Technical Review" 33, nr 7, sidorna 186-189. Ur konstruktionsmässig synpunkt är emellertid utföringsexempelt med en rörlig diodlaser att föredra.

Istället för elektromagnetiska element för att åstadkomma en svängning av avläsningsfläcken tvärs spårriktningen, eller för att korrigera avläsningsfläc- kens läge relativt ett spår som skall avläsas, är det också möjligt att utnytt- ja elektrostriktiva element.

Ett ytterligare krav för korrekt utläsning av uppteckningsbäraren är att avläsningsstrålknippet b alltid skall vara skarpt fokuserat på informations- strukturens plan. Om så ej är fallet kan modulationsdjupet i den utlästa hög- frekvenssignalen minska och överhörning mellan intilliggande spår uppträda.

Strålningskälla-detektorenheten innefattar härför optoelektroniska medel för att härleda en signal som anger fokuseringsgraden, varigenom fokuseringen kan korrigeras med hjälp av denna signal. I analogi med den beskrivna metoden för detektering av lägesfel hos avläsningsfläcken relativt centrum av ett spår som skall avläsas kan fokuseringsplanet förflyttas periodiskt för detektering av fokuseringsfel. Frekvenser, t ex 50 kHz, hos rörelsen är väsentligt lägre än _ den frekvens som svarar mot den genomsnittliga upprepningsfrekvensen, t ex 105/meter, för informationen på uppteckningsbäraren, medan ämplituden, som exempelvis kan vara 0,1/um, hos rörelsen är mindre än skärpedjupet hos objek- tivsystemet.

Till följd av den periodiska rörelsen av fokuseringsplanet kommer module- h 10 453 440 tionsdjupet för signalen S som levereras av diodlasern att variera periodiskt med låg frekvens. I frånvaro av den periodiska variationen kan signalen S som funktion av fokuseringen representeras genom kurvan 50 i fig 9. Punkten Fo representerar läget då avläsningsstrâlknippet i genomsnitt är skarpt fokuserat på ett spår. Punkten F1 svarar mot ett tillstånd med fokusering bakom infor- mationsstrukturens plan och punkten P2 tillståndet med fokusering framför informationsstrukturens plan. Den periodiska variationen av fokuseríngen kan representeras genom kurvan 51. Axlarna t anger även i detta fall tidsaxlar. Den periodiska variationen av fokuseringen resulterar i en lågfrekvent kmponent i utsignalen S från diodlasern, vilken komponent representeras av kurvorna 52,53 och 54. T1 anger perioden för fokuseringsvariationen. Signalkomponenten en- ligt kurvan 54, vilken uppträder om avläsningsstrålknippet i ett tidsmedelvärde 'är korrekt fokuserat, har en frekvens lika med tvâ gånger frekvensen med vilken fokuseringen varieras. Signalkomponenterna enligt kurvorna 52 och 53 har samma frekvens som fokuseringsvariationen men dessa komponenter uppvisar en inbördes fasförskjutning lika med 10°.

Genom faskänslig detektering på liknande sätt som beskrivits för detekte- ring av lägesfel hos avläsningsfläcken relativt centru av ett spår som skall läsas kan fastställas huruvida avläsningsstrålknippet är korrekt fokuserat i genomsnitt och riktningen för ett eventuellt felt För detta kan man utnyttja en anordning liknande den i fig 5. I kretsen 27 jämföras därvid fasläget för den lågfrekventa komponenten i signalen S med fasläget för den periodiska fokuse- ringsvariationen. På utgången av kretsen 27 erhålles då en signal Sf varmed fokuseringen kan korrigeras.

Den periodiska variationen i fokuseringen kan åstadkommas genom att diod- lasern bringas att svänga längs den optiska axeln. För detta ändamål kan exem- pelvis utnyttjas ett magnetsystem av vilket ett tvärsnitt är visat í fig 6. I fig 10 utstrålar laserstrâlknippet i riktningen 12. Elesenten 55,56,57,58 och 59 svarar mot elementen 45,46,47,48 respektive 49 i fig 8. Drivspolen aktiveras med en växelström, som exempelvis kan ha frekvensen 50 kHz och liten amplitud, och därvid på sådant sätt att planet i vilket avläsningsstrålknippet är fokuse- rat förflyttas någon tiondels /um i X-riktningen.

För korrektion av medelläget av fokuseringsplanet med hjälp av signalen V S kan objektivsystemets brännvidd omjusteras, eller också kan objektivsyste- f ¿ net förflyttas med hjälp av ett magnetsystem. Emellertid föredrages att fokuse- Z ringsplanets nedelläge justeras genom korrektion av diodlaserns läge utmed den optiska axeln.genon tillföring av en ström proportionell not Sf till aktive- ï ringsspolen 56 i en anordning liknande den 1 fig 10 visade.

I stället för elektromagnetiska element är det alternativt möjligt att 11 453 440 utnyttja elektrostriktiva element för att periodiskt variera avläsningsstrål- knippets fokusering eller för att korrigera medelläget av fokuseringsplanet.

Vid kombination av de beskrivna metoderna för att detektera avläsnings- fläckens läge och läget av fokuseringsplanet i en avläsningsenhet, sa kommer två lågfrekventa komponenter att uppträda i diodlaserns utsignal. För att möj- liggöra tillfredsställande särskiljning mellan dessa komponenter så kan fre- kvenserna med vilka avläsningsfläcken svänger i spårens plan respektive vinkel- :ätt mot spårens plan väljas väsentligt olika och så att signalerna ej innehål- ler några övertoner av varandra. Detta skulle innebära att frekvensen hos en styrsignal skulle behöva vara hög. Dessutom skulle i så fall två signalgenera- torer behövas. Emellertid kan båda svängningarna ha samma frekvens.

För bestämning av såväl ett fokuseringsfel som ett fel i avläsnings- fläckens läge relativt centrum av ett spår som skall avläsas utföres en jämfö- relse mellan en lågfrekvent komponent i utsignalen S från díodlasern med en referenssignal. Referenssignalen definieras genom diodlaserns rörelse längs den optiska axeln, eller genom avläsningsfläckens rörelse tvärs spårriktningen.

De lågfrekventa komponenterna kan endast uppträda i fas med eller i motfas med tillhörande referenssignal. Om referenssignalerna är 900 fasförskjutna rela- tivt varandra så uppvisar de lâgfrekventa komponenterna tillräcklig skillnad och referenssignalerna kan ha samma frekvens. Referenssignalerna kan då levere- ras av en signalgenerator, varvid fasen för den ena referenssignalen är 900 fasförskjuten relativt fasen för den andra referenssignalen.

Enligt ett särdrag hos uppfinningen är det fördelaktigt för bestämning av ett lägesfel för avläsningsfläcken relativt centrum av ett spår som skall avlä- sas att utnyttja en princip som är beskriven i patentansökningen 7306439-6.

Enligt denna princip projiceras två hjälpstrålknippen mot informationsstruktu- ren förutom avläsningsstrålknippet, vilka hjölpetrålknippen antingen emitteras É av separata gaslasrar eller också härledas från avläsningsstrålknippet. Hjälp- ; strålknippena måste, efter att ha varit i kontakt med informationsstrukturen, 1 riktas mot separata hjälpdetektorer. Den kända apparaten har den nackdelen att ä en betydande mängd av strålningen går förlorad, att strålgângen är förhållande- 4 vis komplicerad, och att apparaten måste uppfylla mycket stränga stabilitets- f krav. Dessutom kan oönskade variationer i strålknippet från gaslasern påverka :pda hârledda styrsignalerna.

Enligt uppfinningen utnyttjas att tre diodlasrar på enkelt sätt kan inte- : greras. I detta fall behövs inga strålknippen eller strâlningskällor inriktas ? relativt varandra. Eftersom laserstrålknippena som reflekteras av uppteck- l I s s s 1 1 'åïfzåfillíï-ïhfi-àßrßírfiglåšfi'l-«~- - - 1 via ett högpassfilter 72, varvid den högfrekventa informationssignalen Si är = tillgänglig på utgången av nämnda krets. Utsignalerna från hjälpdiodlasrarna 1 signalerna jämföras med varandra och styrsignalen Sr alstras. Hed hjälp av ”'”“šobjektivsjstenet, vilket innebär att bilder V1, V2 och V3 av laserkällor- 4 na, som är bildade av objektivsystemet, blir belägna i olika plan. Han tillser 453 440 ningsbäraren återigen uppfångas av diodlasrarna, så krävs inga extra detekto- rer. Avläsningsapparaten blir av mycket enkelt utförande, vilket är visat i fig v12. _ Fig 11 visar ett exempel på en sammanbyggd diodlaser 60 som innefattar tre stycken diodlasrar. Denna diodlaser innefattar ett gemensamt skikt 62 av n-ledningstyp på vilket en gemensam elektrod 61 är anordnad. Skiktet av p-led- ningstyp är uppdelat i tre sektioner 66,67 och 68, vilka via separata elektro- der 69,70 och 71 är kopplade till strömkällan 18. De aktiva regionerna, där laserverkan uppträder, är betecknade 63,64 och 65. I fig 11 är laserstrålknip-_ pena riktade mot läsaren.

Laserstrålknippena är betecknade b1, b2 och ba i fig 12. Strålknip- pet b1 är avlösningsstràlknippet, vilket fokuseras genom objektivsystemet 7 till att bilda en avläsningsfläck V1 på informationsstrukturens plan. Strål- knippena b2 och bö är hjälpstrålknippen av inbördes samma intensitet. Denna intensitet kan vara mindre än intensiteten hos strålknippet b1. Strålknippena b2 och b3 är fokuserade till hjälpfläckar V2 och V3. Centrum av hjälp- V fläckarna är förskjutna relativt avläsningsfläckens centrum i motsatta rikt- ningar och en sträcka som exempelvis kan vara lika med en_fjärdedel av spår- bredden i spårens sidoriktning. Genom lätt snedställning av den sammanbyggda diodlasern med avseende på den optiska axeln för objektivsystemet uppnås att hjälpfläckarna undergår en lätt förskjutning i motsatta riktningar relativt avläsningsfläcken i spårens längdriktning.

Fig 11 visar också hur signalerna från de enskilda diodlasrarna kan be- handlas.Signalen från avläsningsdioden tillföras den tidigare nämnda kretsen 9 ' tillföras en elektronisk krets 75 via lågpassfilter 73 och 74, 1 vilken krets denna styrsignal korrigeras lägena av hjälpstrålfläckarna, t ex med hjälp av en anordning av det slag som är visad i fig 8, och därvid på sådant sätt att sig- Énalen Sr blir lika med noll. Därigenom blir läget av avlösningsfläcken auto- V šmatiskt korrekt. 4 4tDen@sammanbyggda diodlasern med tre separata lasrar kan också utnyttjas Éför detektering av ett fokuseringsfel. För detta ändamål skall det plan från 4 vilket laserstrålknippena utstrålar från laserdioden vara anordnat snett rela- štivt objektivsystemets optiska axel.

I Fig.13 visar detta läge. Laserkällorna är nu belägna på olika avstånd från 453 440 att hjälpstrålknippena b2 och hö har samma intensitet, att V3 ligger lika långt framför V1 samma radiella lägen. _ _ Om, i enlighet“med fig 13,avläaningsstrålknippet nu är exakt fokuserat på spårens plan, så kommer strålningsintensiteten som mottages av avläsningsdioden att vara maximal bortsett från modulationen till följd av informationsdetaljer- na. Hjälpstrålknippena bg och b3 är då ej fokuserade och hjälpdioderna mot- tager en lägre strålningsintensitet, vilken emellertid är densamma för de två som V2 ligger bakom V1, och att V1, V2 och V3 har hjälpdioderna. Om spårens plan förskjutes åt höger så blir intensiteten av det återvändande strålknippet b2 större än intensiteten av det återvändande strålknippet bä. Om spårens plan förskjutes åt vänster blir intensiteten av det återvändande strålknippet bö större än det återvändande strålknippets bz. Genom jämförelse av de lågfrekventa komponenterna i utsignalerna från hjälpdioderna kan storleken och riktningen av ett fokuseringsfel detekteras.

Detta kan utföras med en anordning liknande den i fig 11 visade. Kretsen 75 levererar därvid en atyrsignal Sf för korrektion av fokuseringen.

Som tidigare nämnts är det fördelaktigt vid återmatningsutläsning om den optiska avläsningsenheten är av enkelt utförande, så att denna enhet väsentli- gen innefattar en strålningskälla-detektorenhet och ett objektivsystem. Genom att utnyttja de metoder som beskrivits ovan för härledning av styrsignalen be- höver ingen extra optik införas i avläsningsenheten. Hela den optiska avläs- ningsenheten kan då bestå av endast ett litet rör med en längd av 60 mm och en diameter lika med exempelvis 20 mm. Detta rör kan då leverera såväl den högfree kventa informationssignalen som styrsinalerna.

För avläsning av ett spår på en rund, skivformad uppteckningsbërare rote- ras bäraren kring sitt centrum. För att i följd avläsa samtliga spår kan röret förflyttas i radiell riktning relativt uppteckningsöäraren. För detta ändamål kan en hållare, i vilken röret är rörligt anordnat, kopplas till en bäraredriv- ' ning av det slag som är beskriven i "Philips Technical Review", 33, nr 7, si- dorna 178-10. Fininställning av avläsningsfläckens läge relativt ett spår som skall avläsas och justering av avläsningsstrålknippets fokusering kan då åstad- kommas genom förflyttning av röret i sin hållare i en riktning vinkelrät mot längdriktningen respektive längdriktningen, vilket möjliggör fbkusering med en noggrannhet av exempelvis 0,5 /um och lägesinställning med en noggrannhet av 0,1/nm- För detta ändaål måste röret på utsidan vara försett med elektrone- kaniska drivorgan. Pig 16 visar ett tvärsnitt genom röret enligt uppfinningen.

För förflyttning av röret i sin längdriktning kan röret vara anordnat i -f '«<\ws=r~W<;-~ »www »Mwww - . «» ~--.<.~I,....,.u,,.. m, _,, .. .WWW _, 14 453 440 ett magnetsystem liknande det i fig 10, varvid röret 100 är beläget på sanna ställe som diodlasern 6 i fig 10. Signalen Sf tillföras spolen 56. Rörelse av :örat i transversell riktning kan åstadkomma ned hjälp av att nagnetaysten liknande det i figB visade, varvid röret 100 är beläget på sanna ställe son diodlasern 6 och signalen Sr tillföras spolen 46.

I analogi med vad som tidigare föreslagits i patentansökningen 7705334-6, så kan avläsningsfläckens läge relativt ett spår son skall avläsas också korri- geras genou snedställning av röret kring en axel. ïigurerna 14 och 15 visar ett drivorgan för att åstadkomma vipprörelsen och den axiella rörelsen av röret. i I fig 14 är den rörfomiga optiska avliísningsenheten återigen betecknad 100. En permanentmagnetisk krets innefattar en axiellt nagnetiserad permanent- nagnet 80 med en central öppning 81 och två ajukjärnsändplattor 82 och 85 vid de två axiella ändarna. En ihålig njukjärnskärna 84 är anordnad i nittöppningen 81. En cylinderfomad spolkonstruktion 85, som är koaxiellt anordnad kring njukjärnslcärnan 84, är fäst till röret 100, varvid denna konstruktion är axiellt rörlig i det ringformade luftgapet 86 mellan 'ándplattan 82 och kärnan 84 och ett andra ringfornat luftgap 87 mellan ändplattan 83 och kärnan 84. Lag- ringsorganen för fokusering utgöres av ett glidlager för parallellstyrning av röret 100 och innefattar en första lagerbussning 88, vilken är kopplad till ramkonstruktionen och en andra lagerbussning 89, vilken är kopplad till objek- tivet samt är axiellt rörlig relativt lagerbussningen 88. iagerbussningen 88 är fast kopplad till kärnan 84 genom två lagertappar 90. Eännda lagertappar är fast monterade i kärnan 84, medan två lagerbussningar 91, vilka är fast anord- nade i lagerbussningen 88, är vridbara kring nämnda tappar. I föreliggande ut- föringsexenpel är lagerbussningen 89, som tidigare nämnts, fast förenad med :örat 100 sant rörlig i lagerbussningen 88. Det inses att det även är möjligt att utnyttja en yttre vägg av själva röret 100 son en del av glidlageranord- ningen.

Den väsentliga fördelen ned konstruktionen i fig 14 är att röret 100 är rörligt i riktningen för dess optiska axel 92. Och för korrektion av avläs- ningsflfáckens läge relativt centrum av ett spår som skall avläsas kring vrid- ningsaxeln 93 och detta med hjälp av ett och sanna elektromagnetiska system, varvid pernanentnagneten 80 har en dubbel funktion. Spolkonstruktionen 85 inne- fattar två spolar 94 som ü symetriskt anordnade på ömse sidor on vridningsax- larna 93, se även fig 5, vilka spolar tjänar för såväl fokusering son lägesin- ställning av avläsningsfläcken. Hed hjälp av en aonteringsplatta 95. se rig 14, pl vilken den cylinder-formade gjutjärnslcärnan 84 är nonterad, uppnås en kon- v., ~_~,«_->-..-..--.-«se_wmn,~n, -u r _, ,, . 453 440 struktion där man mellan var och en av ändplattorna 82 och 83 sant kärnan 84 erhåller ett ringfornat luftgap, nämligen luftgapen 86 och 87. Detta innefiär att hög verkningsgrad för de elektromagnetiska medlen för axiell förflyttning och vridning av röret 100 kan uppnås. En del 96 av lindningsvarven i vardera spolen 94, se fig 15, sträcker sig in 1 luftgapet 85 och en annan del 97 in i luftgapet 87. Delarna 96 och 97 är anbringade så att de vardera ger ett likrik- tat bidrag till ett elektriskt alstrat vridmoment kring vridningsaxeln 93.

De elektromagnetiska krafter som påverkar delarna 96 och 97 av spolarna 94 är riktade axiellt. Fokuseringsrörelse kan åstadkommas om strönriktningarna genom de motsvarande delarna 96 och 97 av de två spolarna väljas så att de axi- ellt verkande krafterna har samma riktning och är av sanna storlek. Vid en av- vikelse från dessa tillstånd erhålles en vridrörelse av röret 100, vilkan kan utnyttjas för lägesinställning av avlësningsfläcken relativt ett spår son skall avläsas. “ Vid avläsning av en uppteckningsbärare på vilken ett televisionsprogran är lagrat kan det dessutom vara nödvändigt att korrigera avläsningsfläckena läge i en tangentiell riktning, d v s i längdriktningen av ett spår son skall avläsas.

Som tidigare beskrivits i patentansökningen 7315153-2, kan en avvikelse i av- läsningsflšckens tangentíella läge detekteras med hjälp av samma hjälpfläckar V2 och V3 (se fig 12) som utnyttjas för detektering av ett fel av avläs- ningsfläckens radiella läge. Fasläget för styrsignalerna som levereras av hjölpdiodlasrarna skall då förskjutas ett belopp motsvarande en fjärdedel av rotationsperioden för den runda uppteckningsbäraren. Även för korrigering av avläsningsflöckens tangentíella läge är det möjligt att utnyttja elektroaagne- tiska medel. Därvid kan exempelvis hela anordningen i fig 14 införas i ett yt- terligare nagnetsysten som kan förflytta anordningen i längdriktningen av ett spår som skall avläsas.

I stället för elektromagnetiska medel är det alternativt möjligt att ut- nyttja elektrostriktiva medel för att åstadkomma den axiella, radiella och tan- gentiella rörelsen av röret relativt uppteckningsböraren.

I fïg 16 är röret, i vilket den optiska avläsníngsenheten ingår, betecknat 100. Diodlasern och tillhörande kretsar är integrerade i elementet 101. Biod- lasern natas via natarledningen 102. Högfrekvensinfornationssignalen Si och sfp-signalerna s, sr och st (vmngentiell) är tillgängliga på ledning- arna 103, 104, I05 och 109. För detektering av ett fbkuseringsfel kan diodla- sern innefatta tre separata lsserkällor såsom beskrivits under hänvisning till fig 13. För detektering av avlšsningsfläckens läge relativt ett spår som skall 16 453 440 avläsas, t ex, har laserkällan som levererar avläsningsstrålknippet den form som framár av figurerna 5 och 6. andra kombinationer av de beskrivna metoderna för detektering av ett fokuseringsfel och av avläsningsfläckens läge är givet- vis tänkbara.

Utstrålningsarean, t ex 2,5 /um x 0,5/nn, hos diodlasern måste avbil- das på infomationsstrnkturen. Medan strålningskällan i en avläsningsapparat med en gaslaser är belägen på ett jämförelsevis stort avstånd från objektivsy- stemet så är avståndet mellan diodlasern och objektivsystemet i den optiska avläsningsenheten litet. Detta innebär att objektivsystemet måste uppfylla strängare krav då det gäller bildfáltets storlek. Våglängden (Å är exempelvis lika med 890 nn) hos strålningen som alstras av en diodlaser är väsentligt större än våglängden av strålningen som alstras av en helium-neon-laser (Ä\= 633 nn), vilket innebär att den numeriska 'öppningen hos objektivsystemet i den optiska avläsningsenheten skall vara väsentligt större (t ex 0,63) än för ett objektivsystem som ingår i en avläsningsapparat med en helium-neon-laser (den numeriska öppningen är då lika med exempelvis 0,45). Bilden av diodlasern som alstras av objektivsystemet måste uppfylla höga krav på planhet.

För att uppfylla nämnda krav kan man välja ett objektivsystem inehållande ett jämförelsevis stort antal linselement. Emellertid är det möjligt att be- gränsa antalet linselement i objektivsystemet till två, varvid ett sådant oh»- jektivsystem kan tillverkas på jämförelsevis enkelt sätt. Som framgår av fig 16 består detta objektivsystem av två enkla linser 106 och 108. Systemet är halv- symmetriskt, vilket innebär att parametrarna för linserna 106 och 108 kan här- ledas från varandra om den 'önskade fórstärkningsfaktorn A för systemet är given. Linserna 106 och 108 har vardera två icke-sfäriska ytor. Sådana linser, som även kallas bisfäriska linser, är beskrivna i patentansökningen 7505401-5- Om storleken av diodlaserns ytstrålningsyta ej är större än den önskade storleken av avläsningsfläcken, så behöver linserna 106 och 108 endast alstra en 1-till-1-bild. Därvid kan identiska linser utnyttjas och linssystemet blir symmetriskt, varav följer att detsamma ej kommer att behäftas assymetrifel av typen koma och astigmatism. Det faktum att laserstrålknippet mellan linserna 106 och 108 är ett parallellt strålknippe (se fig 16) är fördelaktigt med hän- syn till tillverkningstoleranserna.

Ett problem som kan uppstå vid användning av en diodlaser är att laser- strålningen är astignatisk. Denna astigmatism kan vara ett resultat av ofull- komligheter vid tillverkningen av diodlasrarna eller diodlaserns vågledarkarak- år. I stället för strålning med en sfärisk vågfront emitteras därvid stråk 17 453 440 ning med en toroidformad vågfront. Denna astigmatiem kan reduceras med hjälp av en korrektionalins 107 i sådan utsträckning att den ej längre är observerbar.

Linsen 107 kan vara en cylinderformad lina, varvid cylinderaxelns riktning är bestämd av diodlaserns astigmatism. Linnen 107 kan alternativt utgöras av en s k "noll-line”. En sådan lins, som är beskriven i den optiska litteraturen, har en paraxialverkan som är lika med noll. Linsytornas böjningsradier har valts så att linsen som helhet ej uppvisar någon refraktion. Genom snedställning av den~ na lins en viss vinkel, så att linsens optiska axel bildar en viss vinkel med den optiska axeln för systemet som bildas ay linserna 106 och 106, så kommer linsen att uppvisa viss astigmatism. "Noll-linsen" kommer att utnyttjas i syn- nerhet då man kan förvänta att diodlaserns astigmatism kommer att uppvisa en viss spridning. Den utmärkande spridningen kan bestämmas experimentellt och den motsvarande snedställningsvinkeln för noll-linsen kan beräknas, vilket innebär att man vid massproduktion av den optiska avläsningsenheten kan utnyttja en genomsnittlig snedställningsvinkel för noll-linsen eller också krävs endast en mindre korrektion av snedställníngsvinkeln.

Claims (3)

[vi] 1 'Lxrl ,(1«_ _L¿v ä- 453 440 'B Patentkrav

1. Optisk avläsningsenhet för avsökning av en uppteckningsbärare med en strålningsreflekterande, spårvis anordnad informationsstruktur under rörelse av uppteckningsbäraren och avläsningsenheten relativt varandra, vilken avläsnings- enhet innefattar ett objektivsystem för fokusering av ett avläsningsatrålknippe till en avläsningsfläck på informationsstrukturen och en strålningakälla-detek- torenhet, som innefattar en halvledardiodlaser, vilken alstrar avläsningsstrå1~ knippet och även nottager avläsningsstrâlknippet efter reflektion mot informa- tionsstrukturen, varvid egenskaper hos díodlasern varierar i beroende av den utlästa informationen, k ä n n e t e ck n a d av att strâlningskälla-detektor- enheten förutom en huvuddiodlaser (62ß4,67), som alstrar avläsningsstrålknip- pet (b1), innefattar tva njäipaioalaßrar-(62,63,66; 62,65,6a) vzlxa alstrar hjälpstrålknippen (b2,b3) av inbördes lika intensitet, varvid varje hjälpdiod- laser är anordnad att mottaga sitt eget hjälpstrålknippe efter reflektion mot informationsstrukturen, och varvid hjälpdiodlasrarnas utgångar är anslutna till en subtraktionskrets (75) vara utgång är ansluten till elektromekaniska organ (45,46,47; 56) för korrektion av ett tidsmedelvärde av avläsningsfläckens (V) läge relativt ett spår (3) som skall avläsas eller strålningskälla-detektoren- netens läge längs objextivsystemets (7; 1o6,1os) optiska axel.

2. Avläsningsenhet enligt patentkravet 1, k ä n n e t e c k n a d av att linjen som förbinder de-respektive laserkällorna bildar en spetsig vinkel med längdriktníngen av ett spår (3) som skall avläsas, att hjälpstrâlningsfläckarna (V2,V3) som alstras av hjälpdiodlasrarna, är förskjutna i sidoriktningen av ett spår som skall avläsas i motsatta riktningar relativt avläsningsfläckens (V1) centrum, varvid skillnaden mellan de làgfrekventa komponenterna i utsig- nalen från hjëlpdiodlasrarna är angivande för en avvikelse mellan avläsnings- fläckens (V1) centrum och ett spår som skall avläsas.

3. Avläsningsenhet enligt patentkravet 1, k ä n n e t e c k n a d av att det plan som passeras av avläsningsstrâlknippet (b1) och hjälpstrålknippena (n2,b3) bildar en spetsig vinkel med objektivsystenets (7) optiska axel, att hjälpstrålningsfläcknrna (Y2,V3) som bildas av hjfilpdiodlasrarna har samma läge betraktat i sidoriktningen av ett spår (3), varvid skillnaden mellan de ligfrekventa komponenterna i utsignalerna från hjälpdiodlasrarna är angiven- å de !3r en avvikelse nollan det verkliga och önskade läget av objektivsystenets (7) tokuseringsplan. NW*-°=»-.-=«-w«.-.¶-~.-. v.. ,_ ._..