DE2624746A1

DE2624746A1 - Optisches system zum lesen eines informationstraegers mit reflektiertem licht

Info

Publication number: DE2624746A1
Application number: DE19762624746
Authority: DE
Inventors: Claude Bricot; Jean Claude Lehureau
Original assignee: Thomson-Brandt SA
Current assignee: Thomson-Brandt SA
Priority date: 1975-06-03
Filing date: 1976-06-02
Publication date: 1976-12-16
Also published as: FR2313716B1; NL7605943A; US4143402A; FR2313716A1; JPS51150303A

Description

Dipl.-lng.

E. Prinz

Patentanwälte	2624746	Dipl.-lng. G. Leiser
Dipl.-Chem. Dr. G. Häuser
Ernsbergerstrasse 19
8 München 60

THOMSON - BRANDT 1. Juni 1976

173, Bd. Haussmann

75008 PARIS / Frankreich

Unser Zeichen: T 2057

Optisches System zum Lesen eines Informationsträgers mit reflektiertem Licht

Die Erfindung bezieht sich auf optische Systeme, die das punktförmige Ablesen einer Spur ermöglichen, die von einem Informationsträger getragen wird und in einem Aufzeichnungsbereich des Informationsträgers liegt. Der Informationsträger kann beispielsweise die Form einer biegsamen oder starren Platte haben, die auf wenigstens einer ihrer Flächen mit einem ringförmigen Aufzeichnungsbereich versehen ist,

Die die Information tragende Spur kann die Form einer Spirale annehmen. Bei einer bekannten Ausführungsform ist die Spur durch perlenschnurartig aufeinanderfolgende Elemente Ironotanter Ereite gebildet, deren ungleichförmige Länger. ;mä Abstände eine mit der Information winkelmodulierte-.i'ägerschwingung darstellen, beispielsweise

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Lei/Gl

durch, reliefartige Prägung oder ungleichförmige Lichtdurchlässigkeit. Wenn die aufgezeichnete Information die Form von Fernsehsignalen hat, hat die Spur eine Breite in der Größenordnung von 1 Mikron, und ihre Windungen sind mit einer Steigung ausgebildet, die das Zwei- oder Dreifache beträgt.

Zum Lesen der von einem Aufzeichnungsträger getragenen Information ist es bekannt, die Spur punktförmig mit Hilfe eines Lichtbündels anzustrahlen, dessen Konvergenzpunkt im Aufzeichnungsbereich gehalten wird. Infolge der Ablaufbewegung des Informationsträgers und der radialen Verstellung des Lesekopfes tastet der Leselichtpunkt die Spur entlang ihrer Längsachse ab, und die Spur liefert durch Reflexion ein oder mehrere modulierte Bündel, die mit Hilfe von Fotodetektorelementen erfaßt werden. Die Fotodetektoreleraente sind so ausgebildet, daß sie das gewünschte Lesesignal liefern und außerdem Abstaiidsraeßsignale, die ein Maß für die Defokussierung des Leselichtpunktes bzw. seine Lageabweichung in Bezug auf die Achse des abgelesenen Spurabschnitts sind.

Bei den bekannten Lesesystemen enthält der Lesekopf eine Strahlungsquelle, beispielsweise ein Laser, ein Projektionsobjektiv und eine Reihe von Einrichtungen, die nicht nur das Lesen des aufgezeichneten Signals ermöglichen, sondern auch die Verfolgung der Spur und die Aufrechterhaltung der Koinzidenz des Konvergenzpunktes des Lesebündels mit dem Aufzeichnungsbereich des Informationsträgers. Zu diesen Einrichtungen gehören mehrere optische Glieder, mehrere Fotodetektorelemente sowie Antriebsorgane, die in der Lage sind, den Konvergenzpunkt des Lesebündels in Bezug auf die Spur unter der Steuerung von elektrischen Regelsignalen zu verstellen, die von den Fotodetektorelementen stammen.

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Ein Nachteil der bisher für das optische Lesen mit reflektiertem Licht verwendeten Systeme besteht darin, daß sie viele Teile benötigen, um das eigentliche Lesen durchzuführen und außerdem die Spurverfolgungssignale zu liefern. Ein weiterer Nachteil der bekannten Lesesysteme besteht in der optischen Kopplung des Spiegels, der den als Strahlungsquelle verwendeten Laser-Hohlraum begrenzt, mit dem Aufzeichnungsbereich, der gleichfalls als Spiegel wirkt. Der sich daraus ergebende Effekt eines optischen Hohlraums läßt unerwünschte Stehwellenerscheinungen entstehen, was zur Folge hat, daß die vom Informationsträger empfangene Lichtintensität in unvorhersehbarer Weise schwankt.

Durch die Erfindung werden diese Fachteile dadurch beseitigt, daß dem Projektionsobjektiv ein optisches Ablenkglied mit ebenen Hauptflächen zugeordnet wird, das mit wenigstens einer Hälfte der Pupille des Objektivs zusammenwirkt, um die Beleuchtung der Spur in zwei getrennte Flecke zu spalten, welche zu .beiden Seiten der Spur an ihren Rändern liegen.

Nach der Erfindung ist ein optisches System zum Lesen eines Informationsträgers mit reflektiertem Licht, wobei der Informationsträger in einem Aufzeichnungsbereich eine Spur von im wesentlichen konstanter Breite aufweist, entlang welcher eine physikalische Kenngröße des Aufzeichnungsträgers in Übereinstimmung mit einem die Information enthaltenden Signal moduliert ist, mit einer Strahlungsquelle, einem Objektiv, das die Strahlung auf dem Aufzeichnungsbereich konvergieren läßt, und mit Fotodetektoreinrichtungen, die wenigstens einen Teil der vom Aufzeichnungsbereich reflektierten und vom Objektiv wieder aufgenommenen Strahlung erfassen, dadurch gekennzeichnet, daß das Beleuchtungsbündel entlang einer die optische Achse des Objektivs

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enthaltenden Ebene in zwei Hälften aufgeteilt ist, und daß ein optisches Ablenkglied mit ebenen Hauptflachen vorgesehen ist, das wenigsten eine der Hälften des durch die Pupille des Objektivs begrenzten BeleuchtungsbündelB derart überträgt, daß eine gegenseitige Winkelverstellung der Hälften erzeugt wird, damit aus der zu dem Aufzeichnungsbereich gelieferten Beleuchtung zwei getrennte Leseflecke erzeugt werden, die beim Torbeilaufen des Aufzeichnungsträgers Streifen abtasten, .die voneinander durch einen Abstand getrennt sind, der kleiner als die Breite der Spur ist.

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeißpielen anhand der Zeichnung. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine isometrische Ansicht eines optischen Lesesystems nach der Erfindung,

Pig. 2 eine abgeänderte Ausführungsform des optischen Lesesystems von Pig. 1,

Pig. 5 eine andere Ausführungsform des optischen Lesesystems nach der Erfindung und

Pig, 4 eine weitere Ausführungsform des optischen Lesesystems nach der Erfindung.

In der folgenden Bes;"-.!reibung wird als Ausführungsbeispiel der ^ ,11 von geradlinig angeordneten optischen Systemen angenommen, damit die Darstellung vereinfacht wird. Es ist jedoch möglich, wie insbesondere Pig. 4 zeigt, zwischen der Strahlungsquelle und dem Projektionsobjektiv einen Umlenkspiegel vorzusehen, wodurch die Unterbringung des

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Systems im Gehäuse eines Lesegeräts vereinfacht wird. Ferner sind der Klarheit wegen nicht in allen Figuren die Einrichtungen dargestellt, die es ermöglichen, den Konvergenzpunkt des Lesebündels unter der Steuerung von elektrischen Signalen zu verschieben. Beispielsweise kann dieser Konvergenzpunkt entlang der optischen Achse des Objektivs dadurch verschoben werden, daß das Objektiv selbst in dieser Richtung mit Hilfe eines elektromechanischen Wandlers verstellt wird, der mit seiner Halterung verbunden ist. Die Verschiebung des Konvergenzpunktes quer zur Längsachse der Spur kann mit Hilfe eines schwingenden Uralenkspiegels erreicht werden, der zwischen der Strahlungsquelle und dem Objektiv angeordnet ist; die Schwenkachse dieses Spiegels kann durch einen weiteren elektromechanischen Wandler betätigt werden, wie Fig. 4 zeigt.

Fig. 1 zeigt ein Stück eines Informationsträgers 7, auf dem zwei Spurabschnitte in Form von perlenschnurartigen Mikrovertiefungen dargestellt sind. Dieses Informationsträgerstück gehört beispielsweise zu einer reflektierenden Platte mit der Drehachse 25. In diesem Fall ist die Längsachse H der Spur 8 senkrecht zum Radius ρ orientiert, und beim Lesen wird der Platte eine Drehbewegung mit konstanter Drehzahl erteilt, deren Richtung durch den Pfeil angegeben ist. Die übrigen in Fig. 1 dargestellten Teile gehören zu einem Lesekopf, dessen optische Achse Z beispielsweise in der Richtung der Drehachse 25 orientiert ist. Im Verlauf der Drehung der Platte 7 wird dem Lesekopf eine radiale Iranslationsbawegung erteilt, damit er der spiralförmigen Spur 8 folgt.

Die optische Achse des Lesekopfesr ££111 mit der optischen Achse eines ^TirojektionsObjektivs 6 susammen, dessen optischer Mi-tte Lpankt der Punkt 0 ist. IrIe Pupille des Objektivs

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liegt in einer XY-Ebene, die senkrecht zur Z-Achse steht und im wesentlichen parallel zu dem die Spur 8 enthaltenden Aufzeichnungsbereich liegt. Der Lesekopf enthält eine Strahlungsquelle 1, der eine Sammellinse 2 zugeordnet ist, welche die aus der Quelle austretende Strahlung im Punkt M auf der Achse Z fokussiert. Die durch den Punkt M gehende Koordinatenebene X₀ Y^ ist eine Detektorebene, die eine punktförmige Lichtquelle enthält. Die Detektorebene ist durch das Objektiv 6 zu dem Aufzeichnungsbereich des Informationsträgers 7 konjugiert, wenn sich der Informationsträger im idealen leseabstand befindet. Das aus dem Punkt M austretende konische Beleuchtungsbündel hat beispielsweise einen kreisrunden Querschnitt 4. Es kann in zwei Halbbündel zerlegt werden, von denen das Halbbündel oberhalb der ZY-Ebene liegt, während das Halbbündel 11 unterhalb der ZY-Ebene liegt. Das untere Halbbündel 11 beleuchtet die untere Hälfte der kreisrunden Pupille des Objektivs 6 und wird in Form eines Leseflecks 13 konvergiert, dessen Mittelpunkt auf der Z-Achse liegt. Die Form des Flecks 13 ist offensichtlich nicht kreisrund, da er von einer nicht kreisrunden strahlenden Öffnung aus projiziert wird, doch bleibt seine Breite entlang der Achse 14 der Spur dennoch so gering, als ob er von der gesamten Pupille des Objektivs 6 aus projiziert wäre. Der Lesefleck 13 hat also eine längliche Form, wobei die große Achse die parallel zur X-Achse liegende Achse X-j ist, während die kleine Achse die parallel zur Y-Achse liegende Achse Y^ ist. Der Winkel α, den die Längsachse 14 der Spur 8 mit der Achse Y^ bildet, ist wesentlich kleiner als 90°. Somit bleibt die Feinablesung der von der Spur 8 getragenen Information gut, ungeachtet der Tatsache, daß nur eine Hälfte des Objektivs 6 für die Fokussierung des Flecks 13 wirksam ist.

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Das obere Halbbündel 10 beleuchtet die obere Hälfte der Pupille des Objektivs 6 nach Durchgang durch ein Brechungsglied 5 mit ebenen Hauptflächen. In Fig. 1 ist das Brechungsglied 5 ein Prisma, das zur geringfügigen Ablenkung des oberen Halbbündels 10 dient. Die Fokussierung des oberen Halbbündels 10 erfolgt in Form eines zweiten Leseflecks 12, der vom Lesefleck 13 vollkommen getrennt ist, aber gleichfalls eine längliche Form hat. Die Leseflecke 12 und 13 liegen in der Richtung Y₁ in einer Linie, denn die Kante des von den Hauptflachen des Prismas 5 gebildeten Flächenwinkels steht senkrecht zur ZY-Ebene. Die der Spurachse erteilte Neigung α ist so bemessen, daß die Leseflecke 12 und 13 zu beiden Seiten der Spur 8 liegen und dabei teilweise über ihre Ränder treten. Die von den Leseflecken 12 und 13 auf dem Aufzeichnungsbereich abgetasteten Streifen sind somit voneinander durch einen Abstand getrennt, der kleiner als die Breite der Spur 8 sind.

Aus der bisherigen Beschreibung ist zu ersehen, wie die von der Quelle abgegebene Strahlung durch das optische Ablenkglied 5 in zwei Teile gespalten wird, von denen jeder den Aufzeichnungsbereich des Informationsträgers quasi punktförmig beleuchtet. Da der Aufzeichnungsbereich örtlich näherungsweise als Planspiegel angesehen werden kann, kann man nun die Rückwege der reflektierten Strahlungen verfolgen. Der Teil der reflektierten Strahlung, der von dem durch den Lesefleck 12 beleuchteten Abschnitt der Spur austritt, enthält eine ungebeugte Komponente der Ordnung Null. Diese Komponente erreicht die untereHälfte der Pupille des Objektivs 6 und bildet von da aus in der Detektorebene Xp Y^ ein Bild der punktförmigen Quelle M, wobei dieses Bild auf der Achse Yjj für einen in Richtung des Objektivs 6 blickenden Beobachter rechts vom Punkt M liegt. Der Teil der reflektierten Strahlung, der von dem

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durch den Lesefleck 13 "beleuchteten Spurabschnitt austritt, enthält gleichfalls eine Beugungskomponente der Ordnung Null, die auf die obere Hälfte der Pupille des Objektivs 6 trifft.

Diese reflektierte Komponente gelangt auf das Prisma 5 und wird von diesem in Form eines Bündels 9 zur Detektorebene Xjj T_D gesdhickt. Ein Bild der punktförmigen Quelle M entsteht somit links auf der Achse Yj.. Somit ergibt schließlich das vom Prisma 5, dem Objektiv 6 und dem reflektierenden Informationsträger 7 gebildete optische System von dem Punkt M zwei Bilder, von denen das eine links und das andere rechts vom Punkt M liegt.

Wenn die mittlere Richtung des Einfallsbündels die Richtung der Z-Achse ist, erhält man nach dem erneuten Durchgang durch dieses optische System die mittleren Austrittsrichtungen 15 und 16, die von der Richtung der Z-Achse verschieden sind. Somit kann sich infolge der räumlichen Entkopplung der Bündel kein optischer Hohlraum zwischen der emittierenden Fläche der Quelle 1 und dem Aufzeichnungsbereich des Informationsträgers 7 bilden.

Bisher wurde unterstellt, daß der Aufzeichnungsbereich des Informationsträgers 7 durch das Objektiv 6 optisch zu der Detektorebene Xj. Xj. konjugiert ist. Dies ergibt die Bildung von scharfen Bildern der punktförmigen Quelle M in der Detektorebene. Wenn man eines der beiden Bündel "betrachtet, das von 3em optischen System 5j β, 7 zurückgeworfen wird, und wenn man annimmt, daß der Informationsträger 7 sich vom Objekt!"/ S antferat, stellt aan fest, daß sich äas scharfe Bild äes Punkts H vor 3er Setektorebene bildet. In der Setektorebene empfängt man eine Strahlung in Form eines Streuflecks«, der die Form eines

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Halbkreises hat. Im Fall des rüokkehrenden Bündels 16 ■ liegt das scharfe Bild im Punkt 20, und der betreffende Halbkreis liegt oberhalb der Achse Y-q. Wenn der Informationsträger 7 näher zum Objektiv 6 gebracht wird, bildet sich das scharfe Bild hinter der Detektorebene im Punkt 21, und es muß dann der unter der Achse Y^ liegende halbkreisförmige Streufleck in Betracht gezogen werden.

Diese Feststellung bezüglich der Abweichungen der Scharfeinstellung ermöglicht die leichte Messung der Defokussierung Δφ des Lesebündels in Bezug auf den Informationsträger 7. Zu diesem Zweck ordnet man in der Detektorebene zwei nebeneinanderliegende Fotodetektorelemente 18 und 19 an, die beispielsweise die rückkehrende Strahlung empfangen, die von der durch den Fleck 12 beleuchteten Zone stammt. Die Trennlinie der Fotodetektoren 18 und 19 fällt mit der Achse Y^ zusammen, und die Fotodetektoren sind mit dem Pluseingang bzw. dem Minuseingang eines Differenzverstärkers 22 verbunden. An den Ausgangsklemmen des Verstärkers 22 erhält man ein Signal S^, das die Defokussierung Δφ darstellt.

Zur Messung der Abweichung Δ§ des Lesebündels von der Längsachse 14 der Spur 8 müssen die jeweiligen Intensitäten der beiden rückkehrenden Bündel 15 und 16 gemessen werden. Zu diesem Zweck ordnet man in der Detektorebene Xjj Yjj ein drittes Fotodetektorelement 17 an, das die im rücklcehrenden Bündel 15 enthaltene Strahlung auffängt. Durch Verbindung der Ausgänge der Fotodetektorelemente 18 und 19 mit einer Addierschaltung 23 erhält man ein Ausgangssignal, welches das mehr oder weniger starke Übergreifen des Flecks 12 auf die Spur 8 darstellt. Dieses Signal wird dem einen Eingang eines Differenzverstärkers 24 zugeführt. Der andere Eingang des Differenzverstärkers 24 empfängt ein Signal, das von dem Wandlerelement 17 geliefert wird und das mehr oder weniger starke

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Übergreifen des Flecks 13 auf die Spur 8 darstellt. Das Ausgangssignal S_Ä des Verstärkers 24 hängt somit von der Abweichung Ag ab, welche die Verschiebung der Leseflecke in Bezug auf die Spur kennzeichnet. ""

Es ist zu bemerken, daß das Photodetektorelement 17 ebenfalls durch zwei Photodetektorelemente ersetzt werden kann, die mit einer Addierschaltung und einem Differenzverstärker verbunden sind. Die Kenngrößen der beiden rückkehrenden Bündel 15 und sind nämlich einander vergleichbar, abgesehen von der Tatsache, daß der halbkreisförmige Querschnitt des einen Bündels, komplementär zu dem halbkreisförmigen Querschnitt des anderen Bündels ist. Hinsichtlich des eigentlichen Lesesignals S^ ist in Fig.1 zu erkennen, daß es an einem beliebigen Eingang des Differenzverstärkers 24 verfügbar ist. Da jedoch die beiden Leseflecke 12 und 13 die von der Spur 8 getragene Information mit einer räumlichen Versetzung lesen, wird nur einer der beiden Flecke 12 und 13 zum Lesen der Information benutzt.

Die Regelsignale S^-und S^g enthalten hochfrequente Komponenten des Lesesignals Sup. Wenn diese Komponenten stören, kann man sie mit Hilfe von Tiefpaßfiltern beseitigen, die an die Ausgänge der Verstärker 22 bzw. 24 angeschlossen sind.

Der in Fig.1 dargestellte Lesekopf ermöglicht die Projektion eines Leseflecks 13, dessen Mittelpunkt auf der optischen Achse des Objektivs 6 liegt. Der andere Lesefleck 12 wird wegen der Ablenkwirkung des Prismas 5 so projiziert, daß er außerhalb der optischen Achse liegt. Wenn .der Abstand der Flecke 12 und 13 die Breite der Spur wesentlich überschreitet, was günstig ist, um den Winkel α zu verringern, damit die feinste Ablesung erhalten wird, hat die Bildfeldkrümmung des Objektivs 6 zur Folge, daß die beiden Konvergenzpunkte nicht im gleichen Abstand von der XY-Ebene liegen. Man kann

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diese Abweichung von der Scharfeinstellung dadurch berücksichtigen, daß der Lesekopf geringfügig gegen den Informationsträger 7 so geneigt wird, daß die beiden Konvergenzpunkte in den AufZeichnungsbereich gebracht werden, in dem sich die Spur 8 befindet.

Es ist auch möglich, die der Bildfeldkrümmung des Objektivs zuzuschreibende Abweichung von der Scharfeinstellung dadurch zu beseitigen, daß die in Fig.2 dargestellte abgeänderte Ausführungsform angewendet wird. In Fig.2 sind einige Hauptbestandteile der Anordnung von Fig.1 zu erkennen, die wieder mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind. Das Brechungsglied 5 ist jedoch durch eine Anordnung von zwei gekreuzten Prismen 27 und 28 ersetzt, die jeweils eines der beiden einfallenden Halbbündel 11 bzw. 10 empfangen, die von der Strahlungsquelle kommen. Die Hauptflächen der beiden Prismen 27 und 28 bilden Flächenwinkel, deren Kanten senkrecht zu der YZ-Ebene stehen, welche die beiden Prismen voneinander trennt; diese Prismen lenken die beiden Halbbündel 11 und 10 in entgegengesetzten Richtungen ab, so daß die beiden Leseflecke 13 und 12 symmetrisch gegen die optische Achse verschoben werden. Deshalb haben die beiden Scharfeinstellungs-Abstände, die unter Berücksichtigung der Bildfeldkrümmung des Objektivs 6 bestimmt werden, den ^l gleichen Wert. Die Verwendung von gekreuzten Prismen ermöglicht mit geringem Ablenkwinkel für jedes Prisma eine bessere Trennung der beiden rückkehrenden Bündel 15 und 16, denn die beiden Ablenkungen auf dem Hinweg und auf dem Rückweg addieren sich.

In den Figuren 1 und 2 ist zu erkennen, daß die Leseflecke eine längliche Form in der Richtung der X-Achse haben, da die diese Flecke bildenden halbkreisförmigen Pupillen in dieser X-Richtung eine um die Hälfte kleinere Öffnung

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haben. Um beim Lesen der Spur das maximale Auflösungsvermögen zu erzielen, ist es erwünscht, daß die kleinste Abmessung der Leseflecke in einer Richtung liegt, die möglichst nahe bei der Richtung der Achse der Spur ist. Unter diesen Bedingungen lesen die Leseflecke das Spursignal mit einer solchen räumlichen Versetzung, daß man darauf verzichten muß, die gesamte reflektierte Strahlung zur Bildung des Lesesignals auszunutzen. Man beschränkt sich dann darauf, nur die Hälfte der reflektierten Strahlung auszunutzen, was einen Lesewirkungsgrad ergibt, der 50% nicht übersteigt.

Venn man eine Verringerung des Auflösungsvermögens in Kauf nimmt, kann man die beiden Leseflecke 12 und 13 in eine Linie senkrecht zu der Längsachse 14 der Spur bringen. In diesem Fall kann der Lesewirkungsgrad nahezu 100% erreichen, weil die beiden gelesenen Komponenten in Phase sind und addiert werden können.

Big.3 zeigt eine andere Ausführungsform, die es ermöglicht, einen Lesewirkungsgrad von nahezu 100% mit einem ausgezeichneten Auflösungsvermögen zu vereinigen.

Anstatt als Brechungsglied ein Prisma zu verwenden, dessen Hauptflächen einen Flächenwinkel bilden, kann man eine brechende Platte 31 anwenden, deren Hauptflächen zueinander parallel sind und gegen das nacheinander durch die beiden Hauptflächen gehende Halbbündel 10 schräg orientiert sind.

Der in Fig.3 schematisch dargestellte Lesekopf enthält eine Strahlungsquelle 1, die An im wesentlichen paralleles Bündel emittiert. DiesesBündel geht durch eine Streulinse 30, durch die es in ein divergierendes konisches Bündel mit kreisrundem Querschnitt umgewandelt wird, dessen Phasenzentrum auf der optischen Achse 2 liegt, die dem Objektiv

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und der Linse 30 gemeinsam ist.

Die obere Hälfte 10 des aus der Linse 30 austretenden Bündels geht schräg durch die Platte 31, bevor es die obere Hälfte der Pupille des Objektivs 6 beleuchtet. Infolge der Versetzung des Halbbündels 10 beim Durchgang durch die Platte 31 wird der Lesefleck 34 oberhalb der Achse Z projiziert. Das andere Halbbündel 11, das nicht auf-die Platte 31 trifft, wird in Form eines zweiten Leseflecks 35 projiziert, der auf der optischen Achse Z liegt. Die Leseflecke 34 und 35 liegen in einer Richtung parallel zu der Zeichenebene, und außerdem ist ihre größte Abmessung diesmal in der gleichen Richtung zu messen, dem die beiden Halbpupillen sind voneinander durch einen Durchmesser getrennt, der senkrecht zu dieser Richtung steht.

Demzufolge ordnet man bei dieser Ausführungsform den Informationsträger 7 so an, daß die Längsachse der Spur senkrecht zur Zeichenebene verläuft. Die Leseflecke und 35 liegen zu beiden Seiten eines Spurelements, und liefern Lesesignale, die addiert werden können, weil sie keinerlei gegenseitige räumliche Versetzung haben, wenn man die Lage der Flecke entlang der Spur betrachtet. Nach Reflexion an dem Aufzeichnungsbereich des Informationsträgers 7 werden zwei rückkehrende Bündel 110 und 111 mit im wesentlichem halbrundem Querschnitt zu der Streulinse 30 geschickt, von wo sie getrennt zu den Photodetektorelementen 17, 18 und 19 divergieren, welche die gleiche Rolle wie bei den vorhergehendem Ausführungsbeispielen spielen. Die Addierschaltung ermöglicht die Bildung der Summe der Lesesignale, und das Summensignal ist am Ausgang 33 verfügbar.

Man kann bei der Ausführungsform von Fig.3 auch ohne weiteres eine zweite planparallele Platte vorsehen, die das Bündel 11 mit halbkreisförmigem Querschnitt abfängt.

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Diese zweite Platte muß so orientiert sein, daß der Eesefleck 35 in Bezug auf die optische Achse Z symmetrisch zum Lesefleck 34 liegt.

Die Verwendung von planparallelen Platten kann auch an stelle der Prismen 5 bzw. 28, 27 von Fig.1 und 2 in Betracht gezogen werden. Im Fall von Fig.3 liegen die Hauptflächen der Platte 31 senkrecht zur Zeichenebene. Dagegen ist es im Fall der Figuren 1 und 2 erforderlich, daß die Hauptflächen der planparallelen Platten senkrecht zu der XY-Ebene liegen, durch welche die beiden Beleuchtungs-Halbbündel 10 und 11 voneinander getrennt sind. Die den planparallelen Platten zu erteilende Neigung bezieht sich stets auf die optische Achse Z des Objektivs 6. ,

Fig.4 zeigt eine isometrische Darstellung einer dritten Ausführungsform des mit Reflexion arbeitenden optischen Lesesystems. Diese Variante ermöglicht die Erzielung des größtmöglichen Lesewirkungsgrades mit Hilfe von Prismen. Damit im Rahmen des verfügbaren Formats eine Darstellung in größerem Maßstab möglich ist, ist eine Unterbrechung zwischen dem linken Teil und dem rechten Teil von Fig.4 vorgesehen. Diese Unterbrechung ist durch zwei geschweifte Klammern angedeutet, die durch eine gestrichelte Linie¹ miteinander verbunden sind. Der größte Teil der Bestandteile von Fig.1 ist in Fig.4 mit den gleichen Bezugszeichen wieder zu finden. Bei der Anordnung von Fig.4 ist ein Umlenkspiegel 54 hinzugefügt, der unter Steuerung durch einen elektromechanischen Wandler 52 um eine Achse 55 schwenkbar ist. Durch diese Maßnahme "breitet sich das Beleuchtungsbündel horizontal bis zum Umlenkspiegel aus, und nach Reflexion ist es vertikal auf den Informationsträger 7 gerichtet, der in horizontaler Lage gelesen wird. Die Scharfeinstellung des Objektivs 6 erfolgt durch einen elektromechanischen Wandler 53.

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Bei der Anordnung von Fig.4 ist das Brechungsglied 5, das zur Verdoppelung der Leseflecke dient, durch ein Doppelneigungsprisma gebildet, das in zwei einfache Prismen 50 und 51 zerlegbar ist. Die Hauptflächen der Prismen $0 und 51 bilden Flächenwinkel, deren Kanten parallel zu der die beiden Beleuchtungs- Halbbündel trennenden Ebene YZ liegen. Die Flächenwinkel öffnen sich in entgegengesetzten'Richtungen, so daß die Leseflecke 12 und 13 in der Richtung X^ in einer Linie liegen, und zwar nicht auf der optischen Achse Z, wie Fig.4 zeigt. Damit die beiden Halbpupillen des Objektivs besser unterscheidbar sind, ist die den Lesefleck 12 projizierende Halbpupille schraffiert. Die Leseflecke 12 und 13 haben eine längliche Form, welche die Feinablesung der von der Spur 8 getragenen Information, ermöglicht. Da diese verdoppelte Ablesung ohne gegenseitige räumliche Versetzung in Bezug auf dieLängsache 14 erfolgt, können die von den Photodetektorelementen 17 und 18, 19 gebildeten Lesesignale addiert werden. Das resultierende Lesesignal wird am Ausgang einer Addierschaltung 56 erhalten, die das vom Photodetektorelement 17 gelieferte Signal und die Summe der von den Photodetektorelementen 18 und gelieferten Signale empfängt. Das System von Fig.4 kann auch nur mit einem der beiden Prismen 50 und 51 arbeiten, doch muß dann die Bildfeldkrümmung des Objektivs 6 berücksichtigt werden, die eine Abweichung der Scharfeinstellung zwischen den Flecken 12 und 13 erzeugen kann.

Ein Vergleich von Fig.4 mit Fig.1 läßt erkennen, daß die rückkehrenden Bündel 15 und 16 in Fig.4 auf der Achse Χ_β der Detektorebene konvergieren, während in Fig.1 die Bündel auf der Achse Y_Q konvergieren. Dieso? Unterschied ergibt sich natürlich aus der Änderung der Orientierung der Prismen,

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die das Brechungsglied 5 bilden. Diese Änderung tritt klar in Erscheinung, wenn man die Anordnung der Prismen in Fig.2 mit derjenigen von Fig.4 vergleicht.

In Fig.4 sind die beiden Regelschleifen dargestellt, welche die Scharfeinstellung und die Spurverfolgung aufrecht erhalten. Die eine Regelschleife ist durch eine Verbindung angedeutet, die den Differenzverstärker 22 mit dem elektromechanischen Wandler 53 verbindet, und die andere Regelschleife ist durch eine Verbindung angedeutet, die den Differenzverstärker 24 mit dem elektromechanischen Wandler 52 verbindet.

In der vorstehenden Beschreibung wurden Beispiele gewählt, bei denen das optische Ablenkglied mit ebenen Hauptflächen * eine Anordnung von Prismen oder von planparallelen Platten ist, die aus einem brechenden Material bestehen. Wenn das Lesesystem bereits mit einem Umlenkprisma ausgestattet ist, kann man natürlich das optische Ablenkglied mit diesem Prisma verbinden. In diesem Fall hat das Umlenkprisma eine Eintrittsfläche oder eine Austri.ttsflache, die aus zwei nebeneinanderliegenden ebenen Facetten besteht, die in entgegengesetzten Richtungen geneigt sind.

Wenn das Lesesystem mit einem Umlenkspiegel ausgestattet ist, wurde gezeigt, wie diesem ein brechendes optisches Ablenkglied hinzugefügt werden kann, damit die Unterteilung der vom Objektiv projizierten Beleuchtung in zwei getrennte Flecke erhalten wird. Man kann auch den Umlenkspiegel die Rolle des optischen Ablenkgliedes spielen lassen. Zu diesem Zweck erhält die reflektierende Fläche des Umlenkspiegels die Form eines Flächenwinkels mit einem Öffnungswinkel, der etwas größer oder etwas kleiner als 180° ist. Die Kante des Flächenwinkels liegt auf der optischen Achse des Projektionsobjektiv^. Es ist klar, daß dann die Hauptflächen

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des optischen Ablenkgliedes die Flächen des reflektierenden Flächenwinkels sind.

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Claims

Patentansprüche

Optisches System zum Lesen eines Informationsträgers mit reflektiertem Licht, wobei der Informationsträger in einem Aufzeichnungsbereich eine Spur von im wesentlichen konstanter Breite aufweist, entlang welcher eine physikalische Kenngröße des Aufzeichnungsträgers in Übereinstimmung mit einem die Information enthaltenden Signal moduliert ist, mit einer Strahlungsquelle, einem Objektiv, das die Strahlung auf dem Aufzeichnungebereich konvergieren läßt und mit Photodetektoreinrichtungen, die wenigstens einen Teil der vom Aufzeichnungsbereich reflektierten und vom Objektiv wieder aufgenommenen Strahlung erfassen, dadurch gekennzeichnet, daß das Beleuchtungsbündel entlang einer die optische Achse des Objektivs enthaltenden Ebene in zwei Hälften aufgeteilt ist, und daß ein optisches Ablenkglied mit ebenen Hauptflächen vorgesehen ist, das wenigstens eine der Hälften des durch die Pupille des Objektivs begrenzten Beleuchtungsbündels derart überträgt, daß eine gegenseitige Winkelverstellung der Hälften erzeugt wird, dan it aus der zu dem Aufzeichnungsbereich gelieferten Beleuchtung zv/ei getrennte Leseflecke erzeugt werden, die beim Vorbeilaufen des Aufzeichnungsträgers Streifen abtasten, die voneinander durch einen Abstand getrennt sind, der kleiner als die Breite der Spur ist.
2. Optisches System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das optische Ablenkglied ein brechendes Glied ist.
3. Optisches System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das optische Ablenkglied ein reflektierendes Glied mit zwei einen Flächenwinkel bildenden Umlenkflächen ist und daß die Kante des Flächenwinkels die

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optische Achse des Objektivs schneidet.
4. Optisches System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,daß das brechende Glied ein Prisma ist, dessen Hauptflächen wenigstens einen Flächenwinkel bilden, und daß die Kante des Flächenwinkels senkrecht zur optischen Achse des Objektivs steht.
5. Optisches System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das brechende Glied durch wenigstens eine planparallele Platte gebildet ist und daß die parallelen Flächen schräg in Bezug auf die optische Achse des Objektivs orientiert sind.
6. Optisches System nach einem der Ansprüche 1, 2, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß das optische Äblenkglied vollständig auf einer einzigen Seite der Schnittebene liegt.
7. Optisches System nach einem der Ansprüche 1, 2, 4, 5, oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß das optische Ablenkglied zwei nebeneinanderliegende Teile aufweist, die sich jeweils auf der einen bzw. auf der anderen Seite der Schnittebene befinden. ■
8. Optisches System nach einem der Ansprüche 1 bis 7_f dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens einer der Leseflecke von dem optischen Ablenkglied in einer Verstellrichtung verschoben wird, die im wesentlichen parallel zu der Schnittebene liegt.
9. Optisches System nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens einer der Leseflecke von dem optischen Ablenkglied in einer Verstellrichtung verstellt wird, die im wesentlichen senkrecht zu der Schnittebene liegt.

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10. Optisches System nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstellrichtung schräg in Bezug auf die Längsachse der Spur ist.
11. Optisches System nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstellrichtung im wesentlichen senkrecht zur Längsachse der Spur liegt.
12. Optisches System nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Prisma eine erste Hauptfläche aufweist, die gleichzeitig durch die beiden Hälften des Beleuchtungsbündels beleuchtet wird, und zwei weitere Hauptflächen, die jeweils von einer der Hälften des Beleuchtungsbündels beleuchtet werden, daß die erste Hauptfläche mit jeder der beiden anderen Hauptflächen zwei entgegengesetzte Flächenwinkel bildet und daß die Kanten der Flachs nwinkel senkrecht zur optischen Achse des Objektivs stehen.
13. Optisches System nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Prisma aus zwei gekreuzten Elementarprismen zusammengesetzt ist, die an einer ihrer Seitenflächen aneinanderstoßen, daß die Hauptflächen der Elementarprismen entgegengesetzte Flächenwinkel bilden und daß die Kanten der Flächenwinkel senkrecht zu der optischen Achse des Objektivs liegen.
14. Optieches Lesesystem nach einem der Ansprüche 1 bis 13» dadurch gekennzeichnet, daß die Photodetektoreinrichtungen zwei Gruppen von Photodetektorelementen enthalten, die so ausgebildet sind, daß sie die beiden Teilstrahlungen empfangen, die jeweils von einer der beiden durch die getrennten Leseflecke beleuchteten Zonen

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des Aufzeichnungsbereichs stammen, daß die Teilstrahlungen von dem Objektiv nach Reflexion an dem Aufzeichnungsbereich aufgefangen werden, und daß wenigstens eine der TeilStrahlungen über das optische Ablenkglied zu den Gruppen von Photodetektorelementen übertragen wird.
15. Lesesystem nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine der Gruppen zwei in einer Ebene nebeneinanderliegende Photodetektorzellen enthält, daß die Trennlinie der Photodetektorzellen parallel zu der Schnittebene liegt und daß die beiden Eingänge einer Subtrahierschaltung jeweils mit einer der Photodetektorzellen verbunden sind, um ein Signal zu liefern, das die Abweichung der Scharfeinstellung darstellt.
16. Leseystem nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrischen Signale, die von der einen bzw. der anderen ."Gruppsvon Photodetektorelementen stammen, einer Subtrahierschalturg zugeführt werden, um ein Signal zu liefern, das die Abweichung der Spurverfolgung darstellt.
17. Leseystem nach einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß das auf der Spur aufgezeichnete Lesesignal durch wenigstens eine der Gruppen von Photodetektorelementen erzeugt wird.
18. Lesesystem nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß elektromechanische Wandlereinrichtungen in Verbindung mit Regelschleifen zur Korrektur der Scharfeinstellungs-Abweichungen und der Spurverfolgungs-Abweichungen vorgesehen sind.

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