DE2342906A1

DE2342906A1 - Beugungsspuraufzeichnung und optisches system zu deren wiedergabe

Info

Publication number: DE2342906A1
Application number: DE19732342906
Authority: DE
Inventors: Francois Le Carvennec; Jean Pierre Lacotte; Roland Malissin; Jean Pierre Le Merer; Claude Puech; Claude Tinet
Original assignee: Thomson CSF SA
Current assignee: Thales SA
Priority date: 1972-08-25
Filing date: 1973-08-24
Publication date: 1974-03-07
Also published as: FR2212070A6; DE2342906C2; GB1461590A

Description

Beugungsspuraufzeichnung und optisches System zu deren

Wiedergabe

Die Erfindung bezieht sich auf ein System zur Wiedergabe von Informationsträgersignalen, die auf einem Aufzeichnungsträger gespeichert sind, dessen Oberfläche entlang einer geradlinigen oder gekrümmten Spur vertiefte oder erhabene Unebenheiten aufweist, welche die zeitliche Änderung der Informationsträgersignale materialisieren. Dxese zeitliche Änderung wird im Verlauf der Abtastung der Spur durch die Auswirkung dieser Oberflächenunebenlieiten auf die optische Beugung eines auf den Aufzeichnungsträger fokussierten Leselichtbündels festgestellt.

Mit der Erfindung v/ird ferner ein Informationsträger geschaffen, der an diese Aufzeichnungsform mit vertieften oder erhabenen Unebenheiten angepasst ist, sowie eine Vorrichtung, die das optische Lesen der auf der Oberfläche des Aufzeichnungsträgers reliefartig gespeicherten Signale ermöglicht.

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Bei den bekannten Verfahren zur Wiedergabe von Signalen, die durch Oberflächenverformungen eines Aufzeichnungsträgers gespeichert sind, verwendet man zum Lesen eine Nadel, die sich in einer Rille mit Seitenschrift oder Tiefenschrift bewegt. Die durch die Gravierung der Rille der Nadelspitze erteilten Bewegungen werden einem elektromechanischen Wandler mitgeteilt, der eine elektrische Spannung liefert, die der Augenblicksgeschwindigkeit oder der Augenblicksamplitude der Nadelspitze proportional ist. Diese Verfahren weisen zahlreiche Nachteile auf, insbesondere den Nachteil einer Abnutzung der Nadelspitze und des Aufzeichnungsträgers, den Nachteil einer Verzerrung der Wiedergabe und die Schwierigkeit, das bewegliche System des Wandlers Sinusschwingungen folgen zu lassen, die in sehr nahe beieinanderliegenden Intervallen aufeinander folgen.

Es sind auch Verfahren zum optischen Abtasten eines Aufzeichnungsträgers bekannt, der eine fotografisch aufgezeichnete Spur trägt, die Änderungen der optischen Dichte oder der Breite aufweist, die der zeitlichen Änderung eines Signals entsprechen. Eine Schwierigkeit dieser Systeme besteht darin, daß die Kopien des Aufzeichnungsträgers durch fotochemische Verfahren erhalten werden, die kostspieliger als die für Schallplatten verwendeten Matrizen- und Preßverfahren sind. Eine weitere Schwierigkeit dieser auf der Projektion von vergrößerten Bildern beruhenden optischen Verfahren besteht in der geringen Schärfentiefe der zur Erzeugung eines vergrößerten Bildes der Spur verwendeten Objektive und in der Beschränkung ihres Auflösungsvermögens infolge der Beugung. Zur Vermeidung dieser Schwierigkeiten ist die Verwendung einer holographischen Aufzeichnung der Signale auf einem durch Pressung vervielfältigbaren Aufzeichnungsträger vorgeschlagen worden, doch erfordert

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diese Technik die Anwendung von verhältnismäßig starken kohärenten Lichtquellen, da der Beugungswirkungsgrad der aufgezeichneten Hologramme verhältnismäßig gering ist. Bisher bestand die Hauptschwierigkeit der Systeme zur mechanischen oder optischen Abtastung der Aufzeichnungsträger darin, zwischen der Amplitude der auf der Spur aufgeschriebenen Verformung und dem von dem Lesegerät gelieferten elektrischen Signal eine Proportionalitätsbeziehung aufrecht zu erhalten, die schwierig zu erzielen war. Diese Amplitudenproportionalitätsbeziehung kann in groben Zügen erfüllt werden, wenn die gespeicherten Signale die Form von Rechteckimpulsen haben, die Übergänge zwischen zwei Signalwerten enthalten, deren genaue zeitliche Lokalisierung zur getreuen Wiedergabe der Information dient. Dies ist insbesondere bei den mit Frequenz- oder Phasenmodulation arbeitenden Fernmeldesystemen der Fall. Es besteht kein Hindernis dagegen, dieses Prinzip auf das Gebiet der optischen Aufzeichnung zu übertragen, damit die Abtastung und das Lesen eines Aufzeichnungsträgers vereinfacht wird, dessen Gravierung der ausschließlich zeitlichen Änderung eines die Information tragenden Wechselsignals entspricht.

Mit der Erfindung wird ein Informationsträger geschaffen, der zum optischen Ablesen mit durchscheinendem oder reflektiertem Licht bestimmt ist, und der wenigstens auf einer seiner Flächen eine Folge von entlang wenigstens einer Spur angeordneten vertieften oder erhabenen Unebenheiten aufweist, die der zeitlichen Änderung eines Weehselsignals entsprechen; ein Signalwert dieses Wechselsignals wird durch einen Abschnitt der Spur ausgedrückt, der frei von Unebenheiten ist, während ein anderer Signalwert des Wechselsignals durch einen Abschnitt der Spur ausgedrückt wird, der von einer Unebenheit ein-

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genommen ist, deren senkrecht zur Achse der Spur gemessene Breite zwei Mikron nicht überschreitet und deren Länge in der Längsrichtung der Spur gleich dieser Breite oder größer als diese Breite ist. Die mikroskopische Untersuchung der Oberfläche des Aufzeichnungsträgers läßt das Vorhandensein einer Kette von beugenden Elementen von mehr oder weniger langgestreckter Form erkennen, und eine wesentliche Besonderheit der Erfindung besteht darin, daß diese Vertiefungen oder Erhebungen der Oberfläche des Aufzeichnungsträgers nur aufgrund ihres Beugungsvermögens zur Wiederherstellung des aufgezeichneten Wechselsignals dienen. Die Form dieser Unebenheiten ist keineswegs kritisch, und sie können beispielsweise leicht durch chemisches Ätzen einer glatten Platte mit Hilfe einer Maske aus einem geeignet belichteten lichtempfindlichen Harz erhalten werden. Die optische Präzision und die Wiedergabetreue der Aufzeichnung des Signals beruhen auf der örtlichen Lage der beugenden Elemente auf der Spur und nicht auf einer besonders sorgfältigen Gestaltung dieser Oberfläche oder einer Änderung ihrer optischen Eigenschaften, wie es bei den bekannten Systemen der Fall ist. Die durch die systematische Ausnutzung der Beugungserscheinung bedingten geringen Querabmessungen der Spur haben eine sehr große Informationsspeicherkapazität zur Folge. Wenn der Aufzeichnungsträger die Form einer Scheibe hat und die Spur spiralförmig ist, können die benachbarten Bindungen sehr nahe beieinander liegen; dies hat gemäß einer weiteren Besonderheit der Erfindung zur Folge, daß das Lesen mit Hilfe eines Lichtflecks erfolgt, dessen Durchmesser der Breite der Spur vergleichbar ist, und daß die Zentrierung dieses Lichtflecks bis auf einen Bruchteil eines Mikrons durch eine Stellungsregelung der die Spur beim Ablesen beleuchtenden Lichtquelle erfolgt.

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Mit der Erfindung wird ferner ein optisches System zur Wiedergabe des gravierten Aufzeichnungsträgers geschaffen, das Beleuchtungseinrichtungen enthält, deren Lichtwellenlänge von der gleichen Größenordnung wie die Breite der Spur ist; diese Beleuchtungseinrichtungen bilden auf der Oberfläche des Aufzeichnungsträgers einen Lichtfleck, dessen Durchmesser im wesentlichen gleich der Breite der Spur ist, und die Zentrierung dieses Lichtflecks erfolgt gegebenenfalls durch eine Stellungsregelanordnung, die von zwei Fotodetektoren gesteuert wird, die das von der Spur gebeugte Licht empfangen.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend an Hand der Zeichnung erläutert. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht des Informationsträgers nach der Erfindung und der zugehörigen optischen Lesevorrichtung,

Fig. 2 eine perspektivische Teilansicht, die einen Abschnitt des Informationsträgers von Fig. 1 in starker Vergrößerung zeigt,

Fig. 3 eine Schnittansieht zur Darstellung der wesentlichen Bestandteile der Lesevorrichtung, wenn diese in Bezug auf die abgetastete Spur zentriert ist,

Fig. 4 eine Schnittansicht der Vorrichtung von Fig. 3 in exzentrischer Lage,

Fig. 5 eine Schnittansicht einer ersten Ausführungsform der Lesevorrichtung von Fig. 3,

Fig. 6 eine Schnittansicht einer zweiten Ausführungsform der Lesevorrichtung von Fig. 3, 409810/0957

Fig. 7 eine perspektivische Darstellung des Informationsträgers und der zugehörigen Wiedergabevorrichtung, gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 8 eine Schnittansicht zur Erläuterung der Wirkungsweise eines Teils der Lesevorrichtung von Fig. 7 und

Fig. 9 eine Schnittansicht zur Erläuterung der Wirkungsweise eines anderen Teils der Lesevorrichtung von Fig. 7.

Fig. 1 zeigt einen Informationsträger 1 in Form einer kreisrunden Scheibe, die sich mittels einer Antriebsspindel 2, die mechanisch mit einem Motor 3 verbunden ist,

in ihrer eigenen Ebene um eine Achse 4 drehen kann. Es wird angenommen, daß die parallel zur xy-Ebene liegende untere Fläche der Scheibe 1 glatt ist; die dazu parallele obere Fläche 16 ist gleichfalls glatt, enthält aber eine Folge von vertieften oder erhabenen beugenden Elementen 14, die entlang den Windungen einer spiralförmigen Spur 15 angeordnet sind. Jedes der beugenden Elemente 14 hat in der Ebene der Fläche 16 einen Umriß, der einem Bereich von mehr oder weniger länglicher Form entspricht, dessen im wesentlichen konstante Breite 1 nicht mehr als zwei Mikron beträgt. Das beugende Element 14 kann die Form eines Napfes geringer Tiefe haben, der in der Fläche 16 ausgehöhlt ist, oder es kann die Form einer Erhebung haben. Diese verschiedenen reliefartigen Unebenheiten werden beispielsweise durch ein chemisches Ätzen erhalten, das entsprechend dem Umriß dieser Oberflächen-Unregelmässigkeiten begrenzt wird, wobei die für den Ätzvorgang reservierten Bereiche durch eine Maskierungstechnik

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abgegrenzt werden, zu der die selektive Belichtung eines lichtempfindlichen Harzes gehört; es kann auch das Aufbringen einer Prägung durch Pressen mit Hilfe einer Matrix, die nach der Technik der Fertigung von Mikrοschaltungen hergestellt ist, in Betracht gezogen werden. Hinsichtlich der Fertigung der Scheibe ist hervorzuheben, daß die Belichtung des zur Maskierung dienenden Harzes durch einen Lichtfleck erfolgt, dessen Intensität durch ein elektrisches Signal mit Rechteckimpulsen veränderlicher Breite moduliert wird, das den Informationsträger darstellt. Das Aufbringen der Information auf das Modulationssignal erfolgt je nach Lage des Falles durch Frequenzmodulation, durch Phasenmodulation oder durch irgend ein anderes Codierungsverfahren, das in der Lage ist, eine impulsförmig codierte Nachricht zu liefern.

Hinsichtlich des Aufbaus des Trägers 1 ist abschließend zu bemerken, daß in Fig. 1 angenommen ist, daß die' Schei-. be lichtdurchlässig ist, so daß sie durch Transmission abgelesen werden kann. Es wird ferner unterstellt, daß sie starr ist, obgleich auch die Verwendung einer biegsanen Scheibe in Betracht gezogen werden kann, die zwischen nicht dargestellten Stabilisierungsschuhen gleitet. Der Träger 1 ist natürlich in keiner Weise auf die dargestellte Form beschränkt; es kann auch ein bandförmiger Träger in Betracht gezogen werden, der eine oder mehrere lineare Spuren aufweist, und im Fall einer kreisrunden Scheibe könnte die spiralförmige Spur durch eine Gruppe von konzentrischen Kreisspuren ersetzt werden, wenn ein unterteilter Zugriff zu der aufgezeichneten Information angewendet wird«

Fig. 1 zeigt außer dem Informationsträger 1 und seinem Antriebssystem die optische Vorrichtung zum Lesen der

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Spur 15. Diese Lesevorrichtung besteht im wesentlichen aus einer Lichtquelle 5 und einem Objektiv 7. Die Lichtquelle 5 liefert ein im wesentlichen paralleles Lichtbündel 6 parallel zu der z-Achse, und das Mikroskop-Objektiv 7 fokussiert das Lichtbündel 6 im Punkt 0 auf der Spur 15. Die zum Punkt O konvergierenden Lichtstrahlen 9 kreuzen sich und divergieren jenseits dieses Punktes; nachdem sie durch die Scheibe 1 (von der ein Bruchstück der klareren Darstellung wegen entfernt ist) hindurchgegangen sind, beleuchten sie einen Bereich 10, der mehr oder weniger weit auf die Empfangsflächen von zwei nebeneinander liegenden Fotodetektoren 12 und 13 übergreift. Der leere Zwischenraum zwischen den Empfangsflächen der Fotodetektoren 12 und 13 üegt auf der z-Achse und ist entlang der Achse der Spur orientiert, welche die x-Achse im Lesepunkt 0 tangiert.

Die Fotodetektoren 12 und 13 liefern elektrische Signale, die dem einen bzw. dem anderen Eingang eines Differenzverstärkers 17 zugeführt werden. Der Ausgang des Differenzverstärkers 17 ist mit einem Tiefpaßfilter 21 verbunden. Dieses Tiefpaßfilter 21 liefert eine Fehlerspannung ε , die über einen elektromechanischen Wandler 8 die radiale Verstellung des Objektivs 7 in der Richtung der y-Achse steuert. Die von den Fotodetektoren 12 und 13 gelieferten elektrischen Signale werden auch Widerständen 19 zugeführt, die zusammen mit einem Widerstand 20 und einem Rechenverstärker 18 ein Summierglied bilden, das ein Signal S (t) liefert, das gleich der Summe der von den beiden Fotodetektoren 12 und 13 abgegebenen Signale ist.

Wenn der Konvergenzpunkt 0 des Lichtbündels 9 auf die Fläche 16 zwischen zwei auf der Spur 15 aufeinanderfolgenden beugenden Elementen 14 auftrifft, findet keine Beugung

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statt, und die von den Fotodetektoren 12 und 13 empfangene Lichtenergie bleibt auf das Innere des Bereichs 10 begrenzt.

Sobald dagegen der Konvergenzpunkt 0 des Lichtbündels auf ein beugendes Element 14 des Trägers 1 trifft, erfährt das Licht eine beträchtliche Beugung, welche die Lichtenergie auf den schraffierten Bereich 11 auszubreiten sucht, der beträchtlich über den Bereich 10 hinausgeht. Daraus ergibt sich eine Änderung der Summe S (t) der von den beiden Fotodetektoren 12 und 13 gelieferten Signale. Beim Vorbeilaufen der Elemente 14 erhält man am Ausgang des Verstärkers 18 ein Rechtecksignal S(t), das die zeitlichen Änderungen des auf der Spur 15 gravierten Signals getreu ausdrückt. Soweit das Signal S (t) betroffen ist, ist es nicht unbedingt notwendig, zwei Fotodetektoren 12 und 13 vorzusehen. Man kann die empfindlichen Flächen dieser beiden Wandler zu einer einzigen Fläche vereinigen und eine lichtundurchlässige Maske vorsehen, die den Bereich 10 bedeckt. Unter diesen Bedingungen zeigt das Überschreiten des maskierten Bereichs 10 den Vorbeigang eines beugenden Elements 14 durch eine merkliche Änderung der von dem einzigen Fotodetektor gelieferten Spannung an. Anstatt eine Maske vorzusehen, ist es einfacher, den Fotodetektor in der in Fig. 1 gezeigten Weise in zwei Teile zu trennen. Diese Verdoppelung ergibt den zusätzlichen Vorteil, daß Abweichungen des Konvergenzpunktes 0 in Bezug auf die Achse der Spur 15 angezeigt werden können.

Fig. 2 zeigt in einer sehr beträchtlichen Vergrößerung einen kleinen Abschnitt des Informationsträgers 1, der am Ort der Lesevorrichtung liegt. Zur Illustration der vertieften und erhabenen Form, welche die Gravierung haben kann, sind auf einer Spur 15 Oberflächenunebenheiten 14 in Form von mehr

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oder weniger länglichen Näpfen dargestellt, während auf der benachbarten Spur 150 die Oberflächenunebenheiten 141, 142, 143 durch mehr oder weniger längliche Erhebungen gebildet sind. Das Leselichtbündel 9 ist gleichfalls durch seinen Umriß dargestellt. Das Objektiv 7 erzeugt in Folge seiner Unvollkommenheiten und der Beugung des Lichtes auf der Oberfläche 16 des Informationsträgers 1 einen Lichtfleck 22, der im wesentlichen die Breite 1 der Spur 15 einnimmt. Dieser Lichtfleck hat einen kleinsten Durchmesser von der gleichen Größenordnung wie die Wellenlänge λ zwischen zwei aufeinanderfolgenden Wellenflachen Σ der Leselichtstrahlung 9. Die Umhüllende des zur Beleuchtung verwendeten Lichtbündels hat ihren kleinsten Querschnitt im Brennpunkt 0 des Objektivs 7 und sie erweitert sich langsam zu beiden Seiten dieser Stelle, was dem Informationsträgersystem vertikale Verschiebungen von mehreren Mikron ohne merkliche Änderung der Beleuchtungsbedingungen der Spur erlaubt.

Zur Erläuterung des Vorstehenden ist in Fig. 2 den erhabenen Elementen 141, 142 und 143 der Spur 150 ein Diagramm zugeordnet, das die zeitliche Änderung des auf diesem Spurabschnitt aufgezeichneten Signals S v/iedergibt. Das Signal S ist ein Rechtecksignal, dessen obere Stufen AB, C und DE der Abtastung der Erhebungen 141, 142 bzw. 143 durch das Lichtbündel 9 entsprechen. Bei der Analyse der Spur 150 läuft der Informationsträger 1 mit der Geschwindigkeit ν = ooR ab, wobei ω die Winkelgeschwindigkeit der Scheibe und R der Radius der Spur sind. Die unteren Stufen des Signals S entsprechen dem Vorbeigang der Spurabschnitte, die frei von Erhebungen sind. Die Steigung ρ der Windungen ist so gewählt, daß der Lichtfleck 22 jeweils nur eine einzige Spur lesen kann. Die Steigung ρ

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ist beispielsweise zwei- oder dreimal größer als die Breite 1 der Spuren.

Hinsichtlich der Verteilung der Lichtenergie erkennt man in der vergrößerten Ansicht von Fig. 2, daß die aus dem Objektiv 7 austretenden Lichtstrahlen 9 sich in einem quasi-kegelförmigen Volumen kreuzen, dessen kleinster Querschnitt 22 auf der Höhe des Brennpunkts O liegt. Wenn keine Beugung auf der Höhe der Fläche 16 besteht, bleibt die Lichtenergie auf das Innere dieses Volumens beschränkt. Wenn dagegen das Lichtbündel 9 von einem beugenden Element 14 abgefangen wird, entsteht eine Zerstreuung der Lichtenergie in einem Raumwinkel, der den Punkt O als Scheitel hat. Ein Fotodetektor, der in dem Volumen liegt, das durch die sich unterhalb des Lichtflecks 22 erweiternden gestrichelten Linien begrenzt ist, erkennt also eine Änderung der Lichtintensität, die beim Vorhandensein einer Beugung empfangen wird; der gleiche Fotodetektor kann auch außerhalb dieses Volumens angeordnet werden. Wenn man ferner das Lichtvolumen, das sich an der Austrittsseite des Objektivs 7 bildet, in zwei Teile unterteilt, und wenn diese Teile links bzw. rechts von der xz-Ebene liegen, welche die Achse der Spur und die Achse des Lichtbündels enthält, beobachtet man eine symmetrische Aufteilung der Lichtenergie, wenn der Lichtfleck 22 zentrisch zu einem beugenden Element 14 der Spur 15 liegt.

Wenn der Lichtfleck 22 um den Betrag Ay exzentrisch in Bezug auf die Achse der Spur 15 liegt, verteilen sich die Lichtenergieanteile unsymmetrisch zu beiden Seiten der xz-Ebene; die Verschiebung Ay kann daher durch Verwendung von zwei Fotodetektoren angezeigt werden.

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Die Schnittansicht von Fig. 3 entspricht einem Schnitt in der yz-Ebene von Fig. 1 und zeigt den Gang der Lichtstrahlen, wenn das vom Objektiv 7 konzentrierte Lichtbündel 9 zentrisch zu einem beugenden Element 14 liegt. Wenn keine Beugung vorhanden ist, ist die Lichtenergie zwischen den gestrichelt.dargestellten Strahlen 26 begrenzt, und nur ein geringer Teil dieser Lichtenergie erreicht die Empfangsflächen der im Abstand s voneinander liegenden Fotodetektoren 12 und 13. In diesem Fall werden gleiche Ströme S₁ und Sp von den Fotodetektoren 12 und 13 abgegeben, und wenn man sich auf die Schaltungen von Fig. 1 bezieht, erkennt man, daß der Verstärker 17 eine Spannung Null liefert, was sich in einem Fehlersignal ε äußert, das keine Verstellung des Objektivs 7 unter dem Einfluß des elektromechanischen Wandlers 8 verursacht.

Wenn ein beugendes Element in dem Lichtweg zu liegen kommt, erscheinen die Randstrahlen 25» die zusammen mit den Strahlen 26 Belichtungszonen 27 und 28 definieren, welche die Ströme S. und Sp um den gleichen Betrag verändern. Die Summe dieser Änderungen ist am Ausgang des Verstärkers 18 in Form eines Signals S (t) verfügbar, das die Abtastung des beugenden Elements 14 durch eine Änderung des Signalwerts ausdrückt. Wegen der Gleichheit dieser Änderungen wird dagegen die vom Differenzverstärker 17 gelieferte Spannung nicht geändert.

In Fig. 4 ist der Gang der Lichtstrahlen für den Fall dargestellt, daß eine Dezentrierung Ay der Achse des Objektivs 7 in Bezug auf das gerade abgelesene Beugungselement 14 besteht. Es ist festzustellen, daß infolge der Dezentrierung die Zone 27 einen anderen Energie·

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bruchteil als die Zone 28 empfängt; dies hat unterschiedliche Änderungen der Ströme S₁ und Sp zur Folge, und die vom Tiefpaßfilter 21 gelieferte Fehlerspannung ε nimmt ' einen Wert an, der unter der Wirkung des Wandlers 8 das Objektiv 7 zur Mitte'der abgetasteten Spur hin zurückzubringen sucht. Die auf diese Weise mittels des Wandlers 8 durchgeführte Stellungsregelung ermöglicht die Aufrechterhaltung einer vollkommenen Zentrierung des Leselichtbündels bei radialen Ausschlägen der abgetasteten Spur, die bis zu mehreren zehn Mikron gehen können. Das Tiefpaßfilter dient zur Beseitigung der Hochfrequenzkomponenten, welche die Wirkungsweise der Regelanordnung stören könnten.

Durch die Regelung des Objektivs 7 ist es möglich, einer spiralförmigen Spur mit geringer Steigung trotz der Exzentrizitätsfehler der Scheibe richtig zu folgen. Bei einem Außertrittfallen besteht die Möglichkeit, daß sich das System auf eine benachbarte Spur einspielt, doch kann diese Möglichkeit im Fall der Aufzeichnung eines Fernsehvideosignals unbemerkt bleiben, denn es kann die Maßnahme getroffen werden, daß jede Umdrehung der Spur das Videosignal eines Fernsehrasters enthält. In diesem Fall bleibt der Spursprung unbemerkt, denn die Betriebssynchronlage wird nicht gestört.

Fig. 5 zeigt ein praktisches Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Systems. Dieses Beispiel, das in keiner Weise einschränkend ist, bezieht sich auf den Fall einer lichtdurchlässigen Scheibe, die auf einer Fläche graviert ist. Das Lichtbündel 6 wird von einem Helium-Neon-Laser mit einer Leistung von 1 mW geliefert. Die Lichtwellenlänge beträgt 0,6328 /um, wodurch es möglich ist, eine

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Beugungsspur mit einer Breite 1 von 1 um zu wählen. Die beugenden Elemente 14 haben die Form von mehr oder weniger länglichen Näpfchen mit einer Tiefe von 0,5 um. Die beiden Fotodetektoren 12 und 13 sind Silizium-Foto-

p zellen, deren empfindliche Flächen von 2 mm in einem Abstand s von 0,8 mm voneinander liegen. Die empfindlichen Flächen liegen in einem Abstand von etwa 6 mm von der Fläche 16 der Scheibe 1 und werden vollständig durch das Lichtbündel beleuchtet, das von einem Mikroskopobjektiv mit einer Vergrößerung von 80 χ kommt. Der elektromechanische Wandler 8, der zur radialen Verstellung des Objektivs 7 dient, ist durch einen elektrostriktiven Bikeramikstreifen gebildet; er wird durch ein Tiefpaßfilter 21 erregt, dessen Grenzfrequenz bei einigen hundert Hertz liegt.

Bei der zuvor beschriebenen Ausführungsform erfolgt das Lesen des Informationsträgers durch Transmission, so daß nur eine Fläche der Scheibe graviert sein kann. Zur Verdoppelung der Speicherkapazität einer Scheibe kann man diese auf beiden Flächen gravieren, vorausgesetzt, daß die Spur durch Reflexion gelesen wird.

In Fig. 6 ist ein Aufzeichnungsträger 1 dargestellt, dessen Flächen 16 und 160 eine Gravierung aufnehmen können, die derjenigen von Fig. 1 und 2 analog ist. Der Informationsträger 1 kann aus einem lichtundurchlässigen Material hergestellt sein, und seine gravierten Flächen können, falls erforderlich , einen dünnen reflektierenden Überzug aufnehmen. Der Lesekopf enthält die gleichen Bestandteile wie bei dem zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel, doch wird hier das Lichtbündel 6 zu dem Objektiv 7 durch eine halbreflektierende Platte 1OO übertragen; diese dient dazu, das zurückkehrende Licht vom Objektiv 7 zu den Foto-

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detektoren 12 und 13 zu reflektieren, die seitlich oberhalb der Fläche angeordnet sind. Wenn kein beugendes Element 14 in der beleuchteten Zone der Fläche 16 vorhanden ist, wird von den Fotodetektoren 12 und 13 ein reflektiertes Lichtbündel empfangen, das dem Lichtbündel 6 ähnlich ist. Dagegen wird beim Vorhandensein eines beugenden Elements das reflektierte Licht in die Richtungen 25 gebeugt, die außerhalb der Pupille des Objektivs 7 liegen; dies hat eine Verringerung der auf die Fotodetektoren 12 und 13 auftreffenden Lichtindensität zur Folge. Abgesehen von diesen Änderungen ist die Wirkungsweise im wesentlichen die gleiche wie bei den mit Transmission arbeitenden Lesevorrichtungen.

Die Verwendung des erfindungsgemäßen Systems ermöglicht die Aufzeichnung eines Frequenzbandes, das den Bereich der Videofrequenzsignale erreichen kann, auf einem scheibenförmigen Aufzeichnungsträger, bei welchem die Technik der Reproduktion durch Warmpressen eines thermoplastischen Materials angewendet werden kann. Eine solche Scheibe kann in eine staubdichte Kassette eingeschlossen' werden, die mit einem radialen Fenster versehen ist, das die Durchführung des optischen Ablesens auf einem Plattenspieler mit Lichtabtastung ermöglicht, ohne daß es notwendig ist, eine kohärente Lichtquelle vorzusehen. Das Lesen ist natürlich nicht auf das sichtbare Spektrum beschränkt; es braucht nur eine Lesestrahlung gewählt zu werden, die den vorhandenen Lichtquellen und Fotodetektoren entspricht.

Die zuvor beschriebenen Detektoreinrichtungen sind durch zwei Fotodetektorelemente gebildet, die symmetrisch in Bezug auf die Laufrichtung der Spur im wesentlichen senkrecht zu der Richtung des Leselichtbündels angeordnet sind;

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auf den Fotodetektoren bildet sich ein Lichtfleck, dessen Ausdehnung sich in Abhängigkeit davon ändert, ob eine Oberflächenunebenheit auf der abgetasteten Spur vorhanden ist oder nicht. Diese Fotodetektoren sind einerseits mit einem Addierglied verbunden, das ein Signal liefert, welches das Vorhandensein oder NichtVorhandensein einer Oberflächenunebenheit anzeigt, und andererseits mit einem Differenzverstärker, der ein Fehlersignal liefert, das die Stellungsregelung des Leselichtbündels in Bezug auf die Lage der Spur im Fall einer unbeabsichtigten Verschiebung dieser Spur quer zu ihrer Ablaufrichtung ermöglicht.

Wenn die Oberflächenunebenheiten eine geringe Länge haben, d.h. eine Länge in der Größenordnung ihrer Breite, weist dieses Detektorverfahren nur noch einen kleinen Rauschabstand und demzufolge eine geringe Wiedergabetreue auf.

Es kann ein optisches Wiedergabesystem für eine Beugungsspuraufzeichnung geschaffen werden, bei dem die zuvor erwähnten Nachteile vermieden werden, wenn so vorgegangen wird, daß die Feststellung der Oberflächenunebenheiten durch die räumliche Änderung der Beugungsenergie erfolgt, die an jedem der beiden Enden dieser Unebenheiten entsteht.

Fig. 7 zeigt eine Beugungsspuraufzeichnung und ein optisches System zur Wiedergabe dieser Aufzeichnung, wobei die gleichen Bezugszeichen die gleichen Teile wie zuvor bezeichnen.

Die Aufzeichnung ist somit durch den Informationsträger 1 gebildet, der sich mit einer Winkelgeschwindigkeit ω um die Achse 4 drehen kann. Der Informationsträger 1 trägt eine Spur 15» auf welcher die Folge von vertieften oder erhabenen beugenden Elementen 14 von mehr oder weniger länglicher Form liegt, deren kleinste Länge im wesentlichen

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gleich ihrer Breite 1 ist, die ihrerseits im wesentlichen konstant ist und nicht mehr äs zwei Mikron beträgt.

• Das optische Lesesystem für diese Aufzeichnung besteht aus der Lichtquelle 5> die das Lichtbündel 6 liefert, dessen optische Achse die z-Achse definiert, aus dem Objektiv 7» welches das nunmehr mit 9 bezeichnete Lichtbündel im Punkt O auf der Spur 15 konvergieren läßt, und aus den Detektoreinrichtungen 100, 101, 110, 111 für das optische Signal, das auf der anderen Seite des Informationsträgers 1 erhalten wird.

Die Detektoreinrichtungen sind durch vier Fotodetektoren 100, 101, 110 und 111 gebildet, die in einer parallel zur xy-Ebene liegenden Ebene rings um die z-Achse angeordnet sind. Zwei dieser Fotodetektoren, nämlich die Fotodetektoren 110 und 111, sind symmetrisch in Bezug auf die y-Achse angeordnet, wobei daran erinnert wird, daß diese Achse mit dem durch den Punkt 0 gehenden Radius der Scheibe 1 zusammenfällt; diese Fotodetektoren sind jeweils mit einem der beiden Eingänge eines Differenzverstärkers 112 verbunden, der an seinem Ausgang ein Signal U (t) in der nachstehend beschriebenen Weise erzeugt. Die beiden anderen Fotodetektoren 100 und 101 sind symmetrisch zu beiden Seiten der x-Achse angeordnet, wobei daran erinnert wird, daß diese Achse die Laufrichtung der Spur darstellt; diese beiden Fotodetektoren sind jeweils mit einem der beiden Eingänge eines Differenzverstärkers 102 verbunden, dessen Ausgang an das Tiefpaßfilter 21 angeschlossen ist, das seinerseits zu dem elektromechanischen Wandler 8 das Fehlersignal ε liefert, das die Stellungsregelung des Objektivs 7 in Bezug auf die Lage der Spur 15 gemäß dem in Fig. 8 dargestellten Verfahren ermöglicht.

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Fig. 8 zeigt eine Schnittansicht in der yz-Ebene, die den Informationsträger 1 mit den beugenden Elementen 14 und die Fotodetektoren 100 und 101 zeigt. Wenn keine beu-' genden Elemente vorhanden sind, wird das Leselichtbündel 9 ohne Beugung in einem durch die Randstrahlen 26 begrenzten Lichtweg zu den Fotodetektoren 100 und 101 übertragen, wo es den Bereich 10 beleuchtet. Wenn das Lichtbündel 9 in einer richtig zu einer der beugenden Elemente 14 zentrierten Lage liegt, wird es in einem Lichtweg gebeugt, der durch die Randstrahlen 25 begrenzt ist, die symmetrisch in Bezug auf die z-Achse liegen, so daß die beleuchteten Zonen der Fotodetektoren 100 und 101 die gleiche Oberflächenausdehnung haben, was ein Fehlersignal ε des Wertes Null zur Folge hat.

In dem nicht dargestellten Fall, daß die Lage des Lichtbündels 9 in Bezug auf das beugende Element dezentriert ist, sind die belichteten Zonen der Fotodetektoren 100 und 101 nicht mehr symmetrisch, was ein von Null verschiedenes Fehlersignal ε zur Folge hat; dieses Signal bewirkt über den Wandler 8 die Korrektur der Stellung des Objektivs 7. Diese Situation ist mit der in Fig. 4 dargestellten Situation identisch, wobei jedoch die Fotodetektoren 12 und 13 hier durch die Fotodetektoren 101 bzw. 100 ersetzt sind.

Fig. 9 ist eine Schnittansicht in der xz-Ebene, die den Informationsträger 1, das Objektiv 7, die Fotodetektoren 110 und 111 und den Differenzverstärker 112 zeigt.

In dieser Figur sind, wie in der vorhergehenden Figur, die Lichtstrahlen 26 dargestellt, die das Leselichtbündel 9 begrenzen, wenn es von dem Informationsträger 1 ohne

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Beugung übertragen wird, so daß es dann die Zone 10 beleuchtet, die symmetrisch auf die beiden Fotodetektoren 110 und 111 aufgeteilt ist. Das Signal U (t), das in diesem Fall von dem an diese Fotodetektoren angeschlossenen Differenzverstärker 112 geliefert wird, hat dann den Wert Null.

Wenn, wie in Fig. 9 dargestellt ist, das Leselichtbündel 9 den Rand eines beugenden Elements 14 beleuchtet, wird das Lichtbündel in einem Weg gebeugt, der beispielsweise durch die Randstrahlen 250 und 251 begrenzt ist, die unsymmetrisch in Bezug auf die z-Achse liegen; die Fotodetektoren 110 und 111 erfahren daher eine Beleuchtungsänderung, die durch die Zonen 127 bzw. 128 dargestellt ist, die nicht gleich sind. Das in diesem Fall vom Differenzverstärker 112 gelieferte Signal U (t) ist dann nicht men: Null, sondern drückt den Vorbeigang des ersten Endes des beugenden Elements 14 aus, da die Spur in der Richtung der x-Achse vorbeigeht.

Wenn das Leselichtbündel das zweite Ende des gleichen beugenden Elementes beleuchtet, ändert sich das Signal U (t) in entgegengesetzter Richtung wie bei der Änderung an dem ersten Ende, nachdem es durch den Viert Null gegangen ist, der einer Stellung des Leselichtbündels entspricht, die in der Mitte zwischen den beiden Enden liegt.

Das Signal U (t) ist also für die durch die beugenden Elemente 14 ausgedrückte Information kennzeichnend;es handelt sich nämlich um ein Wechselsignal, bei dem insbesondere die Dauer zwischen zwei aufeinanderfolgenden Spitzen entgegengesetzter Polarität entweder der Länge des beugenden Elements oder dem Abstand zv/ischen zwei

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aufeinanderfolgenden beugenden Elementen entspricht; jeder dieser beiden Fälle wird durch die Reihenfolge der positiven und negativen Impulsspitzen identifiziert.

Diese Ausbildung ergibt insbesondere den Vorteil, daß die Feststellung der beugenden Elemente unabhängig von ihrer Länge gewährleistet ist, wodurch es möglich ist, ebensogut langgestreckte beugende Elemente festzustellen wie beugende Elemente, deren Länge etwa gleich ihrer Breite ist.

Das zuvor beschriebene optische Wiedergabesystem betraf wieder den Fall einer Ablesung durch Transmission unter Verwendung eines lichtdurchlässigen Informationsträgers 1, In analoger V/eise wie bei dem Ausführungsbeispiel von Fig. 6 kann die beschriebene Vorrichtung auch für den Fall angewendet werden, daß die auf dem Informationsträger enthaltene Information durch Reflexion abgelesen wird.

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Claims

Patentansprüche

1./ Beugungsspuraufzeichnung zur Speicherung von Informationen auf einem Aufzeichnungsträger mit wenigstens einer gravierten Fläche, dadurch gekennzeichnet, daß die Gravierung der Spur durch eine Folge von beugenden Elementen gebildet ist, welche die zeitliche Änderung eines die Information enthaltenden Wechselsignals ausdrucken, daß 3edes der beugenden Elemente in der Ebene der gravierten Fläche einen Umriß hat, dessen senkrecht zur Spurachse gemessene Breite zwei Mikron nicht überschreitet, und daß der Umriß in der Richtung der Spurachse eine veränderliche Länge aufweist, die wenigstens gleich der Breite ist.

2. Aufzeichnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beugenden Elemente von der Ebene der Fläche aus vertieft eingraviert sind.

3. Aufzeichnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beugenden Elemente von der Ebene der Fläche erhaben graviert sind.

4. Aufzeichnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Aufzeichnungsträger lichtdurchlässig ist.

5. Aufzeichnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die gravierte Fläche des Aufzeichnungsträgers mit einem reflektierenden Überzug versehen ist.

6. Aufzeichnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Aufzeichnungsträger die Form einer Scheibe hat.

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7. Aufzeichnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Spur die Form einer Spirale hat, deren Steigung wenigstens gleich dem Zweifachen der Spurbreite ist.

8. Aufzeichnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die gravierte Fläche mehrere in gleichen Abständen liegende Spuren aufweist und daß die Teilung der Spuren wenigstens gleich dem Zweifachen der Spurbreite ist.

9. Aufzeichnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Aufzeichnungsträger aus einem warmpreßbaren thermoplastischen Material hergestellt ist.

10. Optisches System zur Wiedergabe einer Beugungsspuraufzeichnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9» gekennzeichnet durch eine Lesevorrichtung mit einer Strahlungsquelle, einem Objektiv, das die Strahlung auf die gravierte Fläche derart fokussiert, daß eine kreisrunde Zone der Fläche beleuchtet wird, deren Durchmesser im wesentlichen gleich der Spurbreite ist,und mit einer Fotodetektoreinrichtung, die so angeordnet ist, daß sie einen Teil der aus der beleuchteten Zone austretenden Lichtenergie empfängt und durch eine mechanische Antriebsvorrichtung für den Aufzeichnungsträger, die diesen in der Richtung der Spur vor einer Lesevorrichtung ablaufen läßt.

11. Optisches System nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Fotodetektoreinrichtung zwei Fotodetektorelemente enthält, die nebeneinander angeordnet sind und

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einen Teil der von der beleuchteten Zone stammenden Lichtenergie symmetrisch empfangen, und daß eine Anordnung vorgesehen ist,welche die von den Fotodetektorelementen gelieferten elektrischen Signale addiert.

12. Optisches System nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Fotodetektoreinrichtung den von dem Träger durchgelassenen Teil der Lichtenergie empfängt.

13. Optisches System nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Lichtquelle und dem Objektiv eine halbreflektierende Platte angeordnet ist, die den an der gravierten Fläche reflektierten Teil der Lichtenergie nach erneutem Durchgang durch das Objektiv zu der Fotodetektoreinrichtung überträgt.

14. Optisches System nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Fotodetektorelemente jeweils mit einem der beiden Eingänge eines Differenzverstärkers verbunden sind, daß der Ausgang des Differenzverstärkers mit einem Tiefpaßfilter verbunden ist, das ein Fehlersignal liefert, das die Dezentrierung der beleuchteten Zone in Bezug auf die beugenden Elemente der Spur darstellt, und daß das Objektiv mit einem elektromechanischen YJandler verbunden ist, der in der Lage ist, das Objektiv senkrecht zu der Achse der Spur und in konstantem Abstand von der gravierten Fläche unter der Steuerung durch das Fehlersignal zu verschieben.

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15. Optisches System nach einem der Ansprüche 10, 12, 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Fotodetektoreinrichtung vier nebeneinanderliegende Fotodetektorelemente enthSlt,welche die von der beleuchteten Zone stammende Lichtstrahlung symmetrisch empfangen.

16. Optisches System nach Anspruch 15» dadurch gekennzeichnet, daß das erste und das zweite Fotodetektorelement symmetrisch in Bezug auf eine Ebene angeordnet sind, die senkrecht zu der Spurachse steht, und daß das dritte und das vierte Fotodetektorelement symmetrisch in Bezug auf eine Ebene angeordnet sind, die senkrecht zu der Symmetrieebene des ersten und des zweiten Fotodetektorelements steht.

17. Optisches System nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß das dritte und das vierte Fotodetektorelement jeweils mit einem der beiden Eingänge eines ersten Differenzverstärkers verbunden sind, der ein elektrisches Signal liefert, das den Durchgang eines der beugenden Elemente durch die beleuchtete Zone anzeigt.

18. Optisches System nach Anspruch 16 oder 17» dadurch gekennzeichnet, daß das erste und das zweite Fotodetektoi¹» element jeweils mit einem der beiden Eingänge eines zweiten Differenzverstärkers verbunden sind, der ein Fehlersignal liefert, das die Dezentrierung der beleuchteten Zone in Bezug auf die beugenden Elemente darstellt, und daß das Objektiv mit einem elektromechanischen Wandler verbunden ist, der in der Lage ist, das Objektiv senkrecht zu der Achse der Spur und in konstantem Abstand von der gravierten Fläche unter der Steuerung durch das Fehlersignal zu verschieben.

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