DD143832A5

DD143832A5 - Vorrichtung zur punktweisen abtastung einer datenflaeche

Info

Publication number: DD143832A5
Application number: DD79212781A
Authority: DD
Inventors: Gijsbertus Bouwhuis
Original assignee: Philips Nv
Priority date: 1978-05-11
Filing date: 1979-05-10
Publication date: 1980-09-10
Also published as: DK150046B; SE7903979L; CA1145040A; GB2021281B; DE2917932C2; GB2021281A; ATA352079A; BR7902788A; PL215491A1; NO791541L; NZ190392A; AT372799B; NL7805069A; PL131561B1; YU110079A; US4242579A; ZA792065B; FR2425694A1; AU528609B2; IT1112554B

Description

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Vorrichtung zur punktweisen Abtastung einer Datenfläche

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur punktweisen Abtastung einer Datenfläche, insbesondere-auf eine Vorrichtung zum Auslesen eines Aufzeichnungsträgers mit einer optisch auslesbaren Datenstruktur, die eine Strahlungsquelle, ein Beleuchtungsobjektivsystem zum Fokussieren des von der Strahlungsquelle ausgesandten Abtastbündels zu einem Abtastfleck auf der Datenfläche und ein Beobachtungsobjektivsystem zum Zusammenbringen der von der Datenfläche stammenden Strahlung auf der Fläche eines strahlungsempfindlichen Detektionssystems enthält«, ' *

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Eine derartige Vorrichtung zum Auslesen eines runden scheibenförmigen und strahlungsreflektierenden Aufzeichnungsträgers, auf dem ein Fernsehprogramm gespeichert ist, ist u,a* in: S,McP.ToE₀ Journal", November 1976, Band 85, S, 881~ beschrieben₀ Die Datenstruktur besteht aus spurförmig angeordneten Gebieten, die eine andere optische Eigenschaft als der verbleibende Teil der Datenfläche aufweisen,. Die Daten können in der Raumfrequenz der Gebiete und gegebenenfalls in den Längen der Gebiete festgelegt sein,

Beim Auslesen wird die Datenstruktur mit einem Strahlungsfleck beleuchtet, der'größer .als die Gebiete ist, wodurch Beugung auftritt. Das Abtastbündel wird von der Datenstruktur in ein unabgelenktes Teilbündel nullter Ordnung und.eine Anzahl abgelenkter Teilbündel höherer Ordnungen zerlegte

Wenn der Aufzeichnungsträger in Reflexion ausgelesen wird,

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wie in Pig» 25 der obengenannten Veröffentlichung dargestellt ist, ist das Objektivsystem, das den Abtastfle&k auf der Datenstruktur erzeugt, zugleich das Objektivsystem, das die von der Datenstruktur reflektierte Strahlung auf einem Detektor zusammenbringt„ Die Pupille dieses Objektivsystems ist zu dem Teilbündel nullter Ordnung symmetrisch angeordnete Die maximale Raumfrequenz der Datenstruktur _t die noch ausgelesen werden kann, wird durch das Auflösungsvermögen des Objektivsystems bestimmte Im Falle des Auslesens in Reflexion mit einem fokussierten Auslesebündel wird die maximale Raumfrequenz f_c, die nachstehend als "die übliche

Grenzfreq^enz" bezeichnet wird, gegeben durch: 2» N_#A wobei N* Ao die numei'ische Apertur des Objektivsystems und Λ die Wellenlänge des Auslesebündels darstellen»

Zum Auslesen eines Aufzeichnungsträgers mit einer Spieldauer von einer halben Stunde, der mit 25 Umdrehungen pro Sekunde gedreht wird und bei dem die radiale Periode der Spurenstruktur 1,7/um ist, während die Periode der Datengebiete in der Größenordnung von 1 yutn liegt, wird ein Helium-Neon-Laser als Strahlungsquelle verwendet, wobei Λ= 0_f6328 ium ist«, Dabei muß ein Objektivsystem mit einer U,A₆ = 0,4 verwendet werden. Ein Objektivsystem mit einer derartigen verhältnismäßig großen numerischen Apertur ist ziemlich teuer und weist - "was noch wichtiger ist - eine verhältnismäßig geringe Tiefenschärfe von z«B_o 4 pa auf„ Dann müssen strenge Anforderungen an das in der Abtastvorrichtung vorhandene Servosystem zum Aufrechterhalten des Fokus des Abtastbündels auf der Datenfläche gestellt v/erden *

Auch wurde bereits vorgeschlagen, einen Aufzeichnungsträger mit Hilfe eines Halbleiterdiodenlasers, z„B₀ eines AlGaAs-Diodenlasers, auszulesen, der eine "Wellenlänge in der

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Größenordnung von 0,88 yum aussendet· Wenn mit einem derartigen Diodenlaser das gleiche Auflösungsvermögen wie mit einem Helium-Eeon-Laser erreicht v/erden soll, muß ein Objektivsystem mit einer größeren numerischen Apertur, z₀B« mit U«A, =s 0,55 und also mit einer geringeren Tiefenschärfe verwendet werden_o

Vor allem im letzteren PalIe wäre es vorteilhaft, wenn unter Aufrechterhaltung des Auflösungsvermögens die numerische Apertur des Objektivsystems verkleinert werden könnte©

In anderen Fällen, in denen eine verhältnismäßig große numerische Apertur nicht besonders bedenklich ist, wäre es vorteilhaft, wenn unter Aufrechterhaltung der numerischen Apertur d.es Objektivsystems das Auflösungsvermögen vergrößert werden könnte«,

Die Erfüllung δβτ oben angegebenen Wünsche ist nicht nur beim Abtasten kodierter Daten wesentlich, die in einer optischen Struktur eines Aufzeichnungsträgers;, festgelegt sind, sonde'rn auch im allgemeinen für jene Pälle von Bedeutung, in denen eine optische Information punktweise abgetastet und in ein elektrisches Signal umgewandelt wird, das zu einem anderen Zeitpunkt oder an einer anderen Stelle wieder optisch sichtbar gemacht wirdo Dabei ist an Faksimile-Vorrichtungen oder an Vorrichtungen zu denken, mit denen optische Darstellungen oder Dokumente in Fernseh.signs.le umgewandelt werden^

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, die Nachteile bekannter Sinrichtungsn zu vermeiden₀

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Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur punktweisen Abtastung einer Datenfläche .zu schaffen, um unter Aufrechterhaltung des Auflösungsvermögens die numerische Apertur des Objektivsysteins zu verkleinern bzw» unter Aufrechterhaltung der numerischen Apertur des Objekt- · fcivsystems das Auflösungsvermögen zu vergrößern»

Die Vorrichtung nach der Erfindung ist dazu dadurch gekenn-, zeichnet, ι daß das Beobachtungsobjektivsystem zu einem Teilbündel nullter Ordnung der von der Datenfläche stammenden . Strahlung¹ asymmetrisch angeordnet ist und daß das Detektionssystem durch einen Detektor gebildet wird, dessen Abmessung in der Abtastrichtung klein ist«

Die Art der Datenabtastung in der Vorrichtung nach der Erfindung unterscheidet sich in zwei Hinsichten von der Art der Abtastung bei der Vorrichtung, die in ⁵¹S₀M₀P₀T₀E, Journal", Band 85, S₀ 881 - 886 beschrieben ist. In der letzteren Vorrichtung wird das Beobachtungsobjektivsystem symmetrisch von dem Teilbündel nullter Ordnung beleuchtet und es wird die gesamte Strahlungsenergie, die in das Objektivsystem eintritt, detektiert. In der Vorrichtung nach der Erfindung wird das Beobachtungsobjektivsystem von dem Teilbündel nullter Ordnung asymmetrisch beleuchtet und es wird nur ein kleiner Teil der von der Datenfläche stammenden Strahlungsenergie, die in dieses Objektivsystem eintritt, detektiertο

In der bekannten Vorrichtung treten außer dem gesamten Teilbündel nullter Ordnung Teile der Teilbündel erster Ordnungen in das Beobachtungsobjektivsystem ein_o In der Pupille des

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Objektivsystems tritt eine Überlappung der Teile der Teil« bündel erster Ordnungen mit dem Teilbündel nullter Ordnung auf„ Der Effekt wird dazu benutzt, daß sich, die gesamte Strahlungsenergie, die durch das Objektivsystem hindurchgeht und von dem Detektor detektiert wird, beim Abtasten ändert. Die Änderung ist der Tatsache zuzuschreiben, daß sich die Phasen der Teilbündel erster Ordnungen in bezug auf die des Teilbündels nullter Ordnung ändern,» Diese Änderung kann detektiert v/erden,' solange die Teilbündel erster Ordnung innerhalb der Pupille des Beobachtungssystems mit dem Teil- ' bündel nullter Ordnung interferieren,.'Wenn die Raumfrequenz' der Datenstruktur derart groß ist, daß die Teilbündel erster Ordnung gerade außerhalb der Pupille fallen, so daß keine Interferenz mehr in der Pupille auftritt, wird sich die gesamte Strahlungsenergie auf dem Detektor beim Abtasten nicht mehr ändern und die Daten können nicht mehr ausgelesen \verden_e Dann ist die übliche Grenzfrequens erreicht»

Der.Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß neben dem obengenannten Effekt noch ein zweiter Effekt auftritt, und zwar daß das Interferenzmuster eines Teilbündels erster Ordnung und des Teilbündels nullter Ordnung beim Abtasten zu "laufen" beginnt, d_oh_e,.daß sich die Intensitätsverteilung in der Ebene des Detektors zeitlich ändert. Diese Änderung kann mit einem schmalen Detektor detektiert werden, dessen Breite in der Größenordnung einer halben Periode des Interferenzmusters liegt. Dabei brauclit das Teilbündel erster Ordnung und das Teilbündel nullter Ordnung sich nicht mehr in der Pupille des Beobachtungsobjektivsystems zu überlappen, sondern diese Teilbündel können durch verschiedene Teile dieser Pupille hindurchtreten, um in der Ebene des Detektors zusammengebracht zu werden, in der wegen der Kohärenz des

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Abtastbündels ein Interferenzmuster erhalten wird. Es ist dann möglich, das Beobachtungsobjektivsystem in der Richtung zu verschieben, in der eines der Teilbündel erster Ordnung abgelenkt wird, so daß dieses Teilbündel auch bei die übliche Grenzfrequenz überschreitenden'Raumfrequenzen noch teilweise innerhalb der Pupille des Beobachtungsobjektivsystems fällt und zur Interferenz mit dem Teilbündel nullter Ordnung ge- · bracht j werden kann«,

Wenn die Datenstruktur eine strahlungsdurchlässige .Struktur . ist, werden ein gesondertes Beleuchtungsobjektivsystem und ein gesondertes Beobachtungsobjektivsystem verwendete

Vorzugsweise ist die Datenstruktur eines Aufzeichnungsträgers eine Strahlungsreflektierende Struktur» Bei genügend schrägem Einfall des Abtastbündels auf die Datenstruktur können auch ein gesondertes Beleuchtungsobjektivsystem und ein gesondertes Beobachtungsobjektivsystem verwendet werden»"Dann kann entweder unter Aufrechterhaltung der numerischen Apertur des Beleuchtungsobjektivs das Auflösungsvermögen erheblich vergrößert oder es kann unter Aufrechterhaltung des Auflösungsvermögens die numerische Apertur des letzteren Systems erheblich verkleinert werden« .

Eine bevorzugte Ausführungsform einer Vorrichtung nach der Erfindung ist aber dadurch gekennzeichnet, daß das Beleuchtungsobjektivsystem und das Beobachtungsobjektivsystem durch ein einziges Objektivsystem gebildet werden, dessen optische Achse einen spitzen Winkel mit der normalen auf der Datenfläche einschließtο

Diese Vorrichtung hat den Vorteil, daß sie einfach ist und daß das reflektierte Abtastbündel größtenteils dieselben

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optischen Elemente wie das von der. Strahlungsquelle ausgesandte Abtastbündel durchläuft, so daß Schwingungen der optischen Elemente in dem Strahlungsweg nahezu das erhaltene Signal nicht beeinflussen.

Um das Signal-Rauschverhältnis des erhaltenen Signals zu vergrößern, kann die Vorrichtung nach der Erfindung weiter dadurch gekennzeichnet sein, daß zu beiden Seiten des Detektors in der Abtastrichtung weitere Detektoren angebracht sind«. Die weiteren Detektoren sind jeweils über einen Abstand gleich etwa der halben Periode des Interferenzmusters gegen den mittleren Detektor und gegeneinander verschoben.

Ausführung; sb e i spi el

Die,Erfindung wird nunmehr an einem Beispiel einer Vorrichtung zum Auslesen eines runden, scheibenförmigen Aufzeichnungsträgers, in dem die Erfindung angewandt ist, näher erläuterte In der Zeichnung, auf die in diesem Zusammenhang verwiesen wird, zeigen:

Pig« 1: eine früher vorgeschlagene Vorrichtung zum Auslesen eines Aufzeichnungsträgers mit einer strahlungsreflektierenden Datenstruktur;

2: die Lege der Teilbündel verschiedener Ordnungen in bezug auf die Pupille des Beobachtungsobjektivsystems in- der Vorrichtung nach Fig» 1;

3: die Lage der Teilbündel verschiedener Ordnungen in bezug auf die Pupille des Beobachtungsobjektivsystems in einer Vorrichtung nach der Erfindung;

Pigβ 4ί das Prinzip der Erfindung;

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Pig», 5: eine Vorrichtung nach der Erfindung zum Auslesen

einer strahlungsdurchlässigen Datenstruktur, und die

Pig, 6 und 7: eine erste und eine zweite Ausführungsform

einer Vorrichtung zum Auslesen einer strahlungsreflektierenden Datenstruktur,

Pig, 1 zeigt einen radialen Schnitt durch einen runden scheibenförmigen Aufzeichnungsträger 1· Die Spuren 2 der reflektierenden Datenfläche 3» die aus nicht dargestellten Datengebieten aufgebaut sind, erstrecken sich senkrecht zu der Zeichnungsebene, Die Datenstruktur kann eine Amplitudenstruktur sein, wobei die Datengebiete einen anderen Reflexionskoeffizienten als der übrige Teil der Datenfläche 3 aufweisen«, Die Datenstruktur kann aber auch, wie in Figo 1 dargestellt ist, eine Phasenstruktur sein, wobei die Datengebiete durch Gruben in der Datenfläche 3 gebildet werden.

Beim Abtasten wird der Aufzeichnungsträger mit Hilfe einer V/elle 4 gedreht, die von einem Rotationsmotor 5 angetrieben v/ird» Eine Strahlungsquelle 6, z,B₀ ein Helium-ITeon-Laser oder ein Halbleiterdiodenlaser, liefert ein Abtastbündel b. Dieses Abtastbündel b wird von einem Spiegel 8 zu einem schematisch mit einer einzigen Linse angegebenen Objektiv- system 9 reflektiert. Im Wege des Abtastbündels b ist eine Hilfslinse 7 angeordnet, die dafür sorgt, daß die Pupille des Objektivsystems möglichst gut ausgefüllt wird. Dann wird ein Abtastfleck V mit minimalen Abmessungen auf der Datenstruktur erzeugt» '

Das Abtastbündel b wird von der Datenstruktur reflektiert und bei Drehung des Aufzeichnungsträgers gemäß der Reihen-

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folge der Datengebiete in einer augenblicklich ausgelesenen Spur modulierte Dadurch, daß der Abtastfleck und der Aufzeichnungsträger mit an sich bekannten und hier nicht dargestellten Mitteln in radialer Richtung in bezug aufeinander bewegt werden, kann die ganze Datenfläche 3 abgetastet werden.

Das modulierte Abtastbündel geht wieder durch das Objektivsystem 9 und wird vom Spiegel 8 reflektiert. Im Strahlungsvjeg sind Mittel zur gegenseitigen Trennung des modulierten und des unjnodulierten Abtastbündels angeordnet« Diese Mittel können Z₆BJ. aus einem polarisationsempfindlichen Teilprisma und einer λ/4-Platte bestehen. In Pig. 1 ist der Einfachheit halber ".angenommen, daß die genannten Mittel aus einem halbdurchlässigen Spiegel 10 bestehen« Dieser Spiegel 1CV reflek-. tiert das modulierte Abtastbündel zu einem strahlungsempfindlichen Datendetektor 11₀ Das Ausgangssignal S. dieses Detektors ist gemäß den augenblicklich abgetasteten Daten moduliert und kann einem Demodulator 12 zugeführt werden, in dem das Signal verarbeitet und für die Wiedergabe mit Z₀B₀ einem Fernsehgerät 13 geeignet gemacht wird«.

Der Teil der Datenfläche in der Umgebung des Abtastflecks V verhält sich wie ein. zweidimensionales Beugungsraster, das das auffallende Abtastbündel in ein unabgelenktes Teilbündel nullter Ordnung und in abgelenkte Teilbündel erster Ordnungen und Teilbündel höherer Ordnungen zerlegt,, Das Teilbündel nullter Ordnung und ein Teil der abgelenkten Teilbündel treten wieder in das Objektivsystem 9 ein. In der Ebene der Austrittspupille des Objektivsysteins sind die Mitten der verschiedenen Teilbündel voneinander getrennte In Pig* 2 ist die Situa/cion in dieser Ebene dargestellt»

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Der Kreis 15 iiilt dem Hittelpunkt 18 stellt den Querschnitt des Teilbündels nullter Ordnung in dieser Ebene dar. Die Kreise 16 und 17 mit Mittelpunkten 19 bzw_o 20 stellen die Querschnitte der in tangentieller Richtung abgelenkten Teilbündel der Ordnungen, (+1,O) bzw,. (-1,0) dar₀ Die X-Achse und die Y-Achse in Fig» 2'entsprechen der tangentialen Richtung oder der Abtastrichtung und der radialen Richtung öder der Richtung quer au der Abtastrichtung in der Datenfläche 3« Da für die vorliegende Erfindung nur'die in tangentialer Richtung abgelenkten Teilbündel von Bedeutung sind, werden die in radialer Richtung abgelenkten Teilbündel hier außer Betracht gelassene

In Pig, 2 ist mit dem gestrichelten Kreis 21 die Pupille des Objektivsysteins 9 dargestellt« Pur die in Pig, 1 gezeigte Situation füllt das Teilbündel nullter Ordnung die Pupille vollständig aus, so daß die K_reise 15 und 21 tatsächlich zusammenfallen ο Nur derjenige Teil der von dem Aufzeichnungsträger stammenden Strahlung, der in die Pupille fällt, wird beim Abtasten der Daten benutzte Beim Abtasten werden die Phasenänderungen in den Teilbündeln der- Ordnungen (+1,0) und (-1,0) in bezug auf das Teilbündel.nullter Ordnung benutzt O

In den in Pig. 2 schraffiert dargestellten Gebieten überlappen die genannten Teilbündel erster Ordnungen das Teilbündel nullter Ordnung und es treten Interferenzen auf₀ Die Phasen der Teilbündel erster Ordnungen ändern sich, wenn sich der Abtastfleck in bezug auf eine Datenspur bewegt_p Dadurch ändert sich die Intensität der insgesamt durch die Austrittspupille des Objektivsystems hindurchtretenden Strahlung.

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Wenn die Mitte'des Abtastflecks mit der Mitte-eines Datengebietes (oder einer Grube) zusammenfällt, besteht ein be- · stimmter PhasenunterschiedYzwischen einem Teilbündel erster Ordnung und dem Teilbündel nullter Ordnung, Wenn sich der Abtastfleck von einem ersten Gebiet zu einem zweiten Gebiet bewegt, nimmt die Phase des Teilbündels der Ordnung (+1,0) um 2 Ij zu. Daher läßt sich sagen, daß sich beim Bewegen des Abtastflecks in tangentialer Richtung die Phase dieses Teilbündels in bezug auf das Teilbündel nullter Ordnung xm(Jt änderto Darin ist CJ eine Zeitfrequenz, die durch die Raumfrequenz der Datengebiete und durch die Geschwindigkeit 'bestimmt wird, mit der sich deT Abtastfleck über eine Spur bewegtoDie Phase 0(+1,O) des Teilbündels der Ordnung (+1,0) in bezug auf das Teilbündel nullter Ordnung kann durch:

0(+1,O) = Y+ CJt dargestellt v/erden. '

Die durch die Interferenz des Teilbündels der Ordnung (+1,0) mit dem Teilbündel nullter Ordnung herbeigeführte Intensitätsänderung kann mit einem in Pig* 2 mit gestrichelten Linien angegebenen strahlungsempfindlichen Detektor 23 detektiert werden, der in der Ebene der Austrittspupille oder in einer Abbildung derselben angeordnet ist. Pur eine bestimmte Phasentiefe der Datenstruktur, wobeiV= V Rad„ ist, ist die Intensitätsänderung über die Austrittspupille symmetrisch, Dann können, wie in Pig, .1 dargestellt ist, die durch die zwei Überlappungsgebiete hindurchtretenden·Bündelteile auf einem Detektor zusammengebracht werden«, Das zeitabhängige Ausgangssignal.des Detektors 11 kann-dann durch:

• S₁ = A(Y) , cosT. cos^t

dargestellt werden, wobei A(Y) mit abnehmendem Wert von τ abnimmt. Pur eine bestimmte 'Piiasentiefe der Datenstruktur

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ist die Amplitude A(Y") « cos "ψ konstant« Die Frequenz des Signals" S. wj Daten gegeben,

Signals- S. wird dann durch die augenblicklich abgetasteten

mim - .

Bisher wurden nur die Teilbündel erster Ordnungen betrachtet, Selbstverständlich wird -von der Datenstruktur auch Strahlung in höhere Ordnungen abgelenkt werden,. Die StrahLungsenergie in den höheren Beugungsordnungen ist aber gering und die Ablenkv/inkel sind für die hier betrachteten hohen Raumfrequenzen der Datenstruktur derart groß, daß nur ein kleiner Teil der Bündel höherer Ordnungen innerhalb der Pupille des Objektivsystems 9 fällt« Der Einfluß der Teilbündel höherer Ordnungen ist daher vernachlässigbar»

Das oben beschriebene optische Abtastsystem v/eist eine bestimmte Grenzfrequenz f auf „ Der Abstand d zwischen der

Mitte 22 der,Pupille des Objektivsysteins 9 und den Mitten 19 und 20 der Seilbündel erster Ordnung wird durch Λ« £ ^^s*- stimmt, wobei f die Raumfrequenz der Datengebiete in der Abtastrichtung darstellt« Pig» 2 zeigt die Situation, in der die Frequenz f etwas größer als die halbe Grenzfrequenz f istο Wenn die Frequenz f zunimmt, verschiebt sich das Teilbündel der Ordnung (+1,0) nach recht3 und es verschiebt sich das Teilbündel der Ordnung'(-1,0) nach links. Dabei wird der Abstand d größer« Für einen "gegebenen Wert von f, der als die übliche Grenzfrequenz f bezeichnet wird, schneiden die Kreise 16 und 17 nicht mehr den Kreis 21,"sondern berühren ihn nur« Dann treten die Teilbündel erster Ordnung nicht mehr durch die Pupille des Objektivsystems 9 und es können diese Bündel in der Pupille nicht mehr mit dem Teilbündel nullter Ordnung zur Interferenz gebracht werden« Die Daten des Aufzeichnungsträgers können dann nicht mehr dadurch ab-

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getastet v/erden, daß die Strahlungsenergie detektiert wird, die insgesamt durch die Pupille des- Objektivsystems hindurchtrittο

Pur die in Fig_c 1" gezeigte Situation, in. der nur ein einziges Objektivsystem vorhanden ist, das als Beleuchtungssowie als Beobachtungsobjektivsystem wirkt, wird die übliche Grenzfrequenz durch : f_rt = 2 * 1ϊ·.Α«/Λ gegeben.

Wenn, wie beim Abtästen eines strahlungsdurchlässigen. Aufzeichnungsträgers, ein gesondertes Beleuchtungsobjektivsystem und' ein gesondertes Beobachtungsobjektivsystem vorhanden sind, wird die Grenzfrequenz durch:

gegeben, wobei ILA© bzv;< > W,A₀ die numerische Apertur des Beleuchtungsobjektivsystems bzw· die des Beobachtungsobjektivsystems· darstellen,,

Nach der Erfindung ist das Beobachtungsobjektivsystem derart angeordnet, daß die Mitte 22 der Pupille dieses Objektivsystems nicht mehr mit der Mitte 18 des Teilbündeis nullter Ordnung zusammenfallt, sondern in Richtung der Mitte 19 oder 20 eines der Teilbündel erster Ordnungen verschoben ist. Dadurch wird erreicht, daß auch bei den die oben angegebene übliche Grenzfrequenz f überschreitenden Raumfrequenzen ein Teil eines Teilbündels erster Ordnung durch die Pupille des Beobachtungsobjektivsystems hindurchtritt.

Fig« 3 zeigt die Situation, in der die Pupille 21 in bezug auf die Situation nach Fig. 2 nach rechts verschoben ist. Der Abstand d zwischen der Mitte 18 des Teilbündels nullter Ordnung und den Mitten 19 und 20 der Teilbündel erster Ord-

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nung und somit die Raumfrequenz der Datengebiete ist erheblich (etwa -um einen Paktor 3) größer als im Falle der Pig» Diese'Raumfrequenz ist' etwa gleich, dem 1,5-fachen der Grenzfrequenz des Systems nach den Pig* 1 und 2» Trotzdem fällt noch ein beträchtlicher Seil des Teilbündels der Ordnung (+1,0) in die Pupille des Beobachtungsobjektivsystems* Es tritt aber nur ein Teil des Teilbündels nullter Ordnung in diese Pupille ein, während das Teilbündel der Ordnung (-1,0) völlig außerhalb der Pupille liegt*

Wie in Pia. 4 dargestellt ist, werden die Teile des Teilbündels nullter Ordnung b (O_SO) und des Teilbündels erster Ordnung b(+1,0),die in die'Pupille des Beobachtungsobjektivsystems 25 fallen, auf der Detektionsflache 26 zusammengebracht» Da das Abtastbündel ein kohärentes Bündel ist, werden die Strahlungsteile miteinander in der Ebene 26 interferieren, so daß ein Intensitätsmuster I entsteht, das ±n der Richtung X einen mit den Kurven 27, 28 und 29 in Pig» 4 dargestellten Verlauf aufweist. Die volle Linie 27 gibt den Intensität sverlauf an für den Pail, daß der Abtastfleck genau über der Mitte eines Datengebietes liegt. Bewegt .sich der Abtastfleck von dieser Mitte ab zu einem folgenden Datengebiet, so wird für zwei aufeinanderfolgende Zeitpunkte das Intensitätsmuster einen Verlauf gemäß der strichpunktierten Kurve 28 bzw».gemäß der gestrichelten Kurve 29 aufweisen, Y/ährend der Abtastung "läuft" also das Intensitätsmuster über die Detektionsflache_o Pur einen schmalen Detektor, der in einer festen Lage angeordnet ist, wie Detektor 30 in Pigo 4» ändert sich also während der Abtastung die aufgefangene Strahlungsintensität, Das Ausgangssignal dieses? Detektors ändert sich während der Abtastung somit in Abhängigkeit von den augenblicklich ausgelesenen Daten*

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Die Breite des D_etektors 30 muß klein in bezug auf die Periode des Intensitätsmusters sein₀ Die- Periode des Intensitätsmusters wird durch die örtliche räumliche Periode der Datendetails in der abzutastenden Datenfläche bestimmte Von einer bestimmten abzutastenden Datenstruktur in einem Aufzeichnungsträger oder von anderen abzutastenden Dokumenten oder optischen Darstellungen ist bekannt, welche Raumirequenzen darin vorkommen« Die Breite des Detektors 30 kann daran angepaßt werden.

Das Signal des Detektors 30 kann unmittelbar einem Demodula-.tor 12 zugeführt werden, auf gleiche Weise wie in Fig„ 1» Das Signal/Rauschverhältnis des ausgelesenen Signals kann dadurch verbessert werden, daß zu beiden Seiten des Detektors 30 und in einem Abstand von etwa der halben Periode des Intensitätsmusters zwei Detektoren 31 und 32 angeordnet werden« Die Ausgangssignale dieser Detektoren können zusammengefügt und von dem Signal des Detektors 30 in einem Differenzverstärker 33 subtrahiert werden,, Der Ausgang dieses Verstärkers ist wieder an den Eingang eines Demodulators 12 gelegt,.

In der Vorrichtung nach der Erfindung wird das Beobachtungsobjektivsystem schräg oder asymmetrisch von dem Teilbündel nullter Ordnung beleuchtet* Es kann ein Parameter s eingeführt werden, der ein Maß für die in der Ebene der Pupille des Beobachtungsobjektivsystems gemessene Verschiebung der Mitte 22 dieser Pupille in bezug auf die Mitte 18 des Teilbündels nullter Ordnung ist« Der Parameter s kann als diese Verschiebung e, mit dem halben Pupillendurchmesser a genormt, definiert, werden (siehe Fig₀ 3)· I¹Ur eine symmetrische Beleuchtung der Pupille nach Figo 2 ist s = O₀ Für die in den Fig. 3 und 4 gezeigten Situationen ist s = 1,5.

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Die Grenzfrequenz f' einer Abtastvorrichtung'mit einer schrägen Beleuchtung des Beobachtungsobjektivsystems wird gegeben durch:

- + U„A.·

Für s β 1,5-und 1ϊ_βΑ_Ον = NeA₀^ ist dann f£ = 3_S5 N.A₀//A , also das 1,75fache der üblichen Grenzfrequenz der Vorrichtung nach den Pig» 1 und 2,

Mir s = 2 tritt keine Strahlung des Teilbündels nullter Ordnung mehr durch die Pupille des Beobachtungsobjektivsystems hindurch und es kann also keine Interferenz mehrzwischen dem Teilbündel nullter Ordnung und dem Teilbündel der.Ordnung (+1,0) auftreten. Wenn s sich dem Y/ert 2 nähert, ist das vom Detektor 30 abgegebene WachseIstromsignal sehr klein. Daher wird in der Praxis ein Wert für s in der Höhe von 1,5 gewählt,

Xn Pigβ 5 ist schematisch angegeben, wie die Erfindung in einer Vorrichtung zum Auslesen eines strahlungsdurchlässigen Aufzeichnungsträgers verwirklicht werden kann₀ Der Aufzeichnungsträger ist hier durch die Datenfläche 3 dargestellte Das von einer Strahlungsquelle 34 stammende Abtastbündel . wird auf diese Fläche zu einem Abtastfleck V von dem Beleuchtungsobjektivsystem 35 fokussiert₀ Hinter der Datenfläche ist ein Beobachtungsobjektivsystem 25 angeordnet, dessen optische Achse einen spitzen Winkel mit der des Beleuchtungsobjektivsystems 35 einschließt» Die optischen Achsen sind in dieser Figur und in den Pig« 6 und 7 durch strichpunktierte Linien angedeutet* Das Beobachtungsobjektivsystem.fängt einen Teil der Strahlung des Teilbündels b(0,0) und des Teilbündels b(-1,0) ein und bringt diese Strahlungsteile

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auf der Fläche des Detektors 30 zusammen, in der Interferenz auftritt. . .

6 zeigt einen Teil einer Vorrichtung nach der Erfindung zum Abtasten einer Strahlungsreflektierenden Datenflache₀ Nach den obigen Ausführungen bedarf diese Figur keiner näheren Erläuterung,, Die Strahlungsteile des von der Datenfläche reflektierten Abtastbündels, die zur Interferenz gebracht werden, sind nun räumlich von der von der Strahlungsquelle ausgesand'ten Strahlung getrennt. Im Gegensatz zu der Vorrichtung nach Fig© 1 brauchen nun keine zusätzlichen Bündeltei~ lermittel verwendet zu werden.

In der Vorrichtung nach den Figo 5 und 6 kann das Beobachtungsobjektivsystem eine andere numerische Apertur als das Beleuchtungsobjektivsyste'm aufweisen. Das zuerst genannte Objektivsystem braucht nun nur einen Teil der von-der Datenfläche stammenden Strahlung auf die Fläche des Detektors 30 zu konzentrieren. Die Tiefenschärfe dieses Objektivsystems kann kleiner als die des Beleuchtungsobjektivsystems sein, mit dem ein kleiner Abtastfleck auf der Datenfläche erzeugt werden muß₀ Dadurch, daß die numerische Apertur des Beobachtungsobjektivsystems größer als. die des Beleuchtungsobjektivsystems gewählt wird, kann das Auflösungsvermögen des optischen Abtastsystems bei einer gleichbleibenden numerischen Apertur des Beleuchtungsobjektivsystems und bei gleichbleibendem s-Wert vergrößert werden.

In Fig. 7 ist ein Teil einer Vorrichtung zum Abtasten einer Strahlungsreflektierenden Datenfläche, in der nur ein einziges Objektivsystem verwendet wird, dargestellte Hier bringt das Beleuchtungsobjektivsystem selber: einen Teil des Teilbündels bßOjO) land einen Teil des Teilbündels b(-1,0) auf

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der Fläche des Detektors zusammen» Auf gleiche Weise wie in der Vorrichtung nach Fig. 1 können von z«B. mit einem halbdurchlässigen Spiegel die durch das Objektivsystem 9 hindurchtretenden Teile der Teilbündel b(O,Ö) und b(-1,0) des von der Strahlungsquelle ausgesandten Bündels voneinander getrennt werden* . ,

Die Anordnung nach Pig· 7 eignet sich besonders gut zum Auslesen mit einem Diodenlaser 36 als Strahlungsquelle_a Dabei kann der sogenannte "Rückkopplungseffekt" benutzt werden, der u.a_o in der US-PS 3 941 945 beschrieben ist₀ Unter diesem Rückkdpplungseffekt ist zu verstehen, daß Strahlung, die von der Datenfläche zu dem Diodenlaser reflektiert wird, unter bestimmten Bedingungen eine weitere Strahlungsemission durch den Diodenlaser hervorrufen kann_e Die von dem Diodenlaser ausgesandte Strahlung ist dann von der Intensität der zu dem Diodenlaser reflektierten Strahlung und somit von den augenblicklich abgetasteten Daten abhängig« Die Änderung in der von dem Diodenlaser ausgesandten Strahlung kann mit einem Detektor 37 detektiert werden, der auf der Rückseite des Diodenlasers angeordnet ist. Die durch die abgetasteten Daten herbeigeführte Änderung in dem Diodenlaser kann auch dadurch detektiert werden, daß die Änderung des elektrischen Widerstandes des Diodenlasers gemessen wird© Dann wird also der Diodenlaser selbst als Datendetektor verwendete Da die öffnung, durch die der Diodenlaser seine Strahlung aussendet, klein ist, bildet dieser Diodenlaser einen gut angepaßten Detektor für eine Abtastvorrichtung nach der Erfindung, Weil weiter für das Abtastbündel der Hinweg derselbe wie der Rückweg ist, ist der Diodenlaser automatisch gut ausgerichtet und etwaige Schwingungen optischer Elemente in dem Strahlungsweg beeinflussen das Detektorsignal nicht«

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Da in einer Abtastvorrichtung nach der Erfindung die Interferenz zwischen dem Teilbündel nullter Ordnung und einem . Teilbündel erster Ordnung benutzt-wird, eignet sich diese Vorrichtung zum Auslesen tiefer und weniger tiefer Phasenstrukturen und von Amplitudenstrukturen,

t.

Ein Aufzeichnungsträger mit einer optischen Datenstruktur, in der z_eB< > ein Fernsehprogramm gespeichert is^-c, ist vorzugsweise mit einer sogenannten Schutzschicht versehen, die aus einer strahlungsdurchlässigen Schicht einer bestimmten Dicke besieht, die dafür sorgt, daß Staubteilchen, Kratzer Uedglo in!genügender Entfernung von der Datenstruktur bleiben. Dann können diese Staubteilchen U₀ dgl_e das auf die Datenstruktur fokussierte Auslesebündel nicht ernsthaft in ungünstigem Sinne beeinflussen. In der Situation nach Pig« 5, in der das Beleuchtungsbündel senkrecht auf' den Auf-* zeichnungsträger einfällt, bereitet eine derartige Schutzschicht keine zusätzlichen Schwierigkeiten, Bei schrägem Einfall des Beleuchtungsbündels auf den Aufzeichnungsträger, wie in den Fig. 6 und 7 dargestellt ist, kann die Schutzschicht zusätzliche Abweichungen -wie Koma und Astigmatismus-, in dem Abtastfleck herbeiführen. Das Beleuchtungsobjektivsystem kann für diese Abweichungen korrigiert werden© Eine derartige Korrektur ist jedoch nur richtig für eine bestimmte schräge lage des Objektivsystems in bezug auf den Aufzeichnungsträgerο Dann muß dafür gesorgt werden, daß die genannte schräge Lage gut erhalten bleibt.

Die Erfindung ist oben an Hand einer optischen Abtastvorrichtung beschriebene Es dürfte einleuchten, daß wegen der Analogie, die zwischen einer Abtastung mit einem Lichtstrahl und der Abtastung mit einem Elektronenstrahl besteht, sich

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die Erfindung auch in einem Elektronenmikroskop verwenden läßt β In einem derartigen Mikroskop kann dann z« B« das Auflösungsvermögen vergrößert werden, ohne daß.die Linsen angepaßt werden.

Claims

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Erfindung sanspruch

1β Vorrichtung zur-punktweisen Abtastung einer Datenfläche, insbesondere Vorrichtung zum Auslesen eines Aufzeichnungsträgers mit einer optisch auslesbaren Datenstruktur, die eine Strahlungsquelle, ein Beleuchtungsobjektivsystem zum Fokussieren des von der Strahlungsquelle ausgesandten Abtastbündels zu einem Abtastfleck auf der Datenfläche und ein Beobachtungsobjektivsystem zum Zusammenbringen der von der Datenfläche stammenden Strahlung auf der Fläche eines strahlungsempfindlichen Detektionssystems enthält, gekennzeichnet dadurch, daß das Beobachtungsobjektivsystem zu einem Teilbündel nullter Ordnung der von der Datenfläche stammenden Strahlung asymmetrisch angeordnet ist und daß das Detektionssystem durch einen Detektor gebildet wird, dessen Abmessung in der Abtast~ richtung klein ißt,
2« Vorrichtung nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß das Beleuchtungsobjektivsystem und das Beobachtungsobjektivsystem durch ein einziges Objektivsystem gebildet wird, dessen optische Achse einen spitzen Winkel mit der Normalen auf der Datenfläche einschließt <>
3* Vorrichtung nach Punkt 1 oder 2, gekennzeichnet dadurch, daß zu beiden Seiten des Detektors in der Abtastrichtung weitere Detektoren angeordnet sind«,

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