DE3027318C2 - Optisches Abtastsystem - Google Patents
Optisches AbtastsystemInfo
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Description
35
Die Erfindung betrifft ein optisches Abtastsystem der im Oberbegriff des Patentanspruchs angegebenen
Gattung.
Aus den deutschen Offenlegungsschriften 25 05 795,
27 34 257 und 24 13 423 sind zwei grundsätzliche Typen eines derartigen optischen Abtastsystems bekannt. Der
erste Typ ist so aufgebaut, daß das von dem Informationsträger reflektierte Licht zum Halbleiter-Laser zurückgeführt wird, wobei die Leistungsschwankung des Halbleiter-Lasers durch Erfassung der
Änderung seiner emittierten Strahlung durch einen Photodetektor (vgl. Offenlegung^chrift 25 05 795) oder
durch Erfassung der Änderung des Innenwiderstandes des Halbleiter-Lasers (vgl. Offenlegungsschrift
27 34 257) ermittelt wird.
F i g. 1 zeigt schematisch den konstruktiven Aufbau eines Informations-Wiedergabegerätes unter Verwendung eines solchen Abtastsystems. Das Bezugszeichen 1
bezeichnet einen Halbleiter-Laser, und das Bezugszeichen 2 eine Platte oder Scheibe mit einem Informationsspeichermedium. Beispielsweise ist das Medium auf
einem kreisförmigen Substrat angeordnet und zeichnet Information in Form von Vertiefungen oder auf der
Basis der Reflexionsmodulation auf. Das Bezugszeichen 3 bezeichnet einen Photodetektor, das Bezugszeichen
41 eine Linse zum Parallelmachen des von dem Halbleiter-Laser kommenden Lichtbündels, und das
Bezugszeichen 42 bezeichnet eine Kondensorlinse, um den Laserstrahl auf einen Fleck zu bündeln, dessen
Durchmesser ungefähr gleich der Wellenlänge des Lichtes auf der Oberfläche der Scheibe 2 ist. Dieses
Gerät zeichnet sich dadurch aus, daß die Scheibe 2 einen Teil eines Oszillators für den Halbleiter-Laser bildet.
Daß heißt die Laser-Schwingung wird durch einen optischen Resonator hervorgerufen, der aus drei
Spiegeln aufgebaut ist, welche von zwei Seitenflächen eines Halbleiterchips und der Scheibe 2 gebildet
werden.
Bei diesem Gerät ändert sich das Licht-Ausgangssigna! der Laser-Schwingung in Abhängigkeit von der.
Lichtmenge, die durch Reflexion von der Scheibe 2 zurückgeführt wird, und somit werden die auf der
Scheibe aufgezeichneten Informationssignale durch Abtastung der Schwankung ausgelesen. Eine Eigenschaft dieses Gerätes besteht darin, daß eine kleine
Anzahl vonι Bauteilen genügt, sp daß es möglich ist, eine
geringe Größe, ein kleines Gewicht und niedrige Kosten zu erreichen; ferner wird die Einstellung des optischen
Systems erlejchteFt Andererseits besteht einer der
Nachteile ^nw derartigen Systems darin, daß der
Rauschpegel des Signals hoch ist
Der zweite Typ des optischen Abtastsystems ist so aufgebaut, daß das von der optischen Scheibe
reflektierte Licht direkt vom Photodetektor empfangen wird, ohne daß es zum Halbleiter-Laser zurückgeführt
wird (vgl Offenlegungsschrift 2413 423), Der Aufbau
eines derartigen optischen Abtastsystems wird nachstehend in Zusammenhang mit der Vorrichtung nach
Fig. 1 näher erläutert Ein Viertelwellenplättchen und
ein Polarisationsprisma werden zwischen dem Halbleiter-Laser 1 und der Scheibe 2 eingesetzt um zu
verhindern, daß das von der optischen Scheibe 2
reflektierte Licht zum Halbleiter-Laser 1 zurückgeführt wird. Das optische Abtastsystem soll in diesem Falle
nachstehend als herkömmliches optisches Abtastsystem bezeichnet werden. Es ist auch nicht der Fall bsir
herkömmlichen optischen Abtastsystem, daß das reflektierte Licht von der Scheibe überhaupt nicht zum Laser
zurückgeführt wird. Bei den impulscodemodulierten Audioscheiben und den Videoscheiben werden Abdrukke unter Verwendung von Kunstharz in Massenproduktion hergestellt Die Abdruck-Scheiben haben eine
kleine Doppelbrechung aufgrund einer Beanspruchung, die während des Abdruckes auftritt Dementsprechend
wird in dem Falle, wo Information von der Abdruck-Scheibe mit dem herkömmlichen optischen Abtastsystem reproduziert wird, ein Teil des reflektierten
Lichtstrahls von der Scheibe aufgrund der Doppelbrechung der Abdruckscheibe zum Halbleiter-Laser zurückgeführt Außerdem wird das reflektierte Licht von
der Scheibe zum Halbleiter-Laser aus solchen Gründen zurückgeführt, wie geringfügige Fehljustierung des
optischen Systems mit dem Viertelwellenplättchen und
dem Polarisationsprisma und Abweichungen bei der
Herstellung der Bauteile. Somit wird also im Falle des herkömmlichen optischen Abtasisystems ein gewisser
Anteil von einigen Prozent des reflektierten Lichtes von der Scheibe zum Halbleiter-Laser zurückgeführt und
sorgt für einen Rauschpegel des Lasers.
Zusammenfassend tritt somit bei der Verwendung von Halbleiter-Lasern das Problem der Erzeugung von
Rauschsignalen des Halbleiter-Lasers auf, die der Rückkopplung oder Rückführung des reflektierten
Lichtes zuzuschreiben sind, und zwar sowohl beim herkömmlichen optischen Abtastsystem als auch bei
dem rückgekoppelten optischen Abtastsystem. Der hohe Rauschpegel des Halbleiter-Lasers führt zu einer
Verschlechterung der Tonqualität bei einem impulsco
demodulierten Audio-Abspielgerät und einer Ver
schlechterung der Bildqualität bei einem Videoscheiben* Abspielgerät
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem optischen Abtastsystem der eingang bezeichneten
Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ist im Kennzeichenteil des Patentanspruchs angegeben. Der
danach vorgesehene im Takt der anliegenden Hochfrequenz erfolgende Ein-Ausschaltbetrieb des Halbleiter-
Lasers bewirkt, daß als Lesestrahlung periodisch ein aus mehreren in der Wellenlänge unterschiedlichen Longitudinalwellen bestehendes Emissionsspektrum erzeugt
wird. Dadurch wird das bei kontinuierlichem Betrieb des
Halbleiter-Lasers mit einer einzigen Wellenlänge
auftretende Rausehen weitgehend vermieden,
Aus der Zeitschrift »Nachrichten Elektronik« 1,1977,
Seiten 7 bis 10 ist es zwar bekannt, daß Halbleiter-Laser
im Anschwingzustand unmittelbar nach dem Einschalten ein sehr breites Spektrum zeigen, bei dem eine
größere Anzahl von Schwingungsmoden vorliegen. Diese Druckschrift enthält jedoch keine Hinweise
darauf, wie dieser Effekt bei seinem periodischen Einsatz zur Verringerung des Rauschens bei einem
optischen Abtastsystem der eingangs bezeichneten Gattung führen kann.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der Beschreibung von Ausführungsbeispielen und unter
Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert Die Zeichnung zeigt in
Fi g, 1 eine Darstellung zur Erläuterung des Aufbaus
eines optischen Abtastsystems, das einen Halbleiter-Laser mit einer Rückkopplung des reflektierten Lichtes
verwendet;
F i g. 2 ein Diagramm zur Erläuterung der Abhängigkeil
der Ausgangsleistung eines Halbleiter-Lasers von der Abweichung einer Scheibe;
F i g. 3 ein Diagramm zur Erläuterung der zeitlichen Schwankung eines Treiberstromes für einen Halbleiter-Laser;
F i g. 4 eine schematische Darstellung zur Erläuterung des Aufbaus einer erfindungsgemäßen Ausführungsform des optischen Abtastsystems;
Fig.5(a) bis 5(d) Diagramme zur Erläuterung von Longitudinalwellen-Schwingungsspektren eines Halbleiter-Lasers;
F i g. 6 bis 8 Diagramme zur Erläuterung, wie sich der Videofrequenz-Rauschpegel durch Hochfrequenzbetrieb
unterdrücken läßt; und in
Fig.9 ein Diagramm zur Erläuterung des Aufbaus eines Meßsystems für das Rauschen eines Halbleiter-Lasers.
Nachstehend soll das Rauschen näher erläutert werden, das sich in einem optischen Abtastsystem unter
Verwendung eines Halbleiter-Lasers als Lichtquelle entwickelt. In dem Falle, wo bei der Anordnung gemäß
F i g. 1 die Scheibe 2 nicht vorhanden ist und dementsprechend kein reflektiertes Licht zum Halbleiter-Laser
1 zurückgeführt wird, schwingt der mit Transversalwellen gesteuerte Halbleiter-Laser mit einer
einzigen Longitudinalwelle, wenn er mit Gleichstrom betrieben wird. Der Grund besteht darin, daß der
Halbleiter-Laser ein im wesentlichen homogenes Verstärkungsspektrum hat, so daß sich die Laserlichtenergie
auf eine bestimmte Longitudinalwelle konzentriert, bei der der Gewinn den Verlust übertrifft, wobei
die stabile Schwingung auf dem Gleichspannungsbetrieb basiert
In dem Falle jedoch, wo die Scheibe 2 vorhanden ist und das reflektierte Licht zum Halbleiter-Laser
zurückgeführt wird, führt der Antrieb des Halbleiter-Lasers durch den Gleichstrom zu einem Sprung einer
Longitudinalschwingungswelle zu einer benachbarten Longitudinalwelle oder gleichzeitigen Schwingungen
von mehreren Longitudinalwellen bei kleinen Bewegungen der Scheibe. Der Grund, warum der Rauschpegel
des Halbleiter-Lasers bei einer Rückführung des reflektierten Lichtes hoch ist, ist eine derartige
Änderung der Longitudinalschwingungswelle.
Die Änderung der Longitudinalschwingungswelle wird in der Weise verursacht, daß die Resonanzwelle
eines externen optischer Resonators, der durch die Seitenfläche des Halbleiter-Lasers auf der Seite der
Scheibe und die SoheibenoberflSche gebildet wird, mit
der Respnaiwwelle (Longitudinftlwelle) ernes optischen
Resonators Jn Konkurrenz trittr der von den beiden
Seitenflächen der Halbleiterchips gebildet wird; und daß das Wellehspektfum des externen Resonators sich mit
der Bewegung der Scheibe ändertr
Die Schwingung bei einer einzigen Longitudinalwelle
und die Schwingung bei mehreren Longitudinalwellen findet abwechselnd jedesmal statt, wenn sich die
Scheibe um eine halbe Wellenlänge der Laserschwingung bewegt (λ/2 ~ 0,4 μπι). Aus diesem Grunde wird
die Resonanzbedingung des externen Resonators, der von der Scheibe und der Seitenfläche des Halbleiter-Lasers
gebildet wird, für dieselbe Wellenlänge alle λ/2
identisch.
Das Laserrauschen, das bei der Rückkopplung oder Rückführung des reflektierten Lichtes auftritt, läßt sich
in zwei Gruppen einteilen. Das erste Rauschen beruht
auf der Tatsache, daß die Schwingung bei einer einzigen Longitudinalwelle und die Schwingung bei mehreren
Longitudinalwellen abwechselnd in /abhängigkeit von der Bewegung der Scheibe alle λ/2 auftritt Die
Ausgangsleistung während der Schwingung mit einer einzigen Longitudinalwelle ist hoch, während die
Ausgangsleistung während der Schwingung mit mehreren Longitudinalwellen niedrig ist Dementsprechend
ändert sich die Laser-Ausgangsleistung jedesmal, wenn sich die Scheibe um λ/2 bewegt Der Grund, aus dem
M sich die Ausgangsleistung in Abhängigkeit davon
ändert, ob die Longitudinalschwingungswelle einfach oder mehrfach ist, besteht darin, daß der effektive
Reflexionskoeffizient in dem Falle, wo der externe Resonator als ein Spiegel anzusehen ist während der
Schwingung mit einer einzigen Longitudinalwelle groß und während einer Schwingung mit mehreren Longitudinalwellen
klein ist Die Schwingung mit einer einzigen Longitudinalwelle findet in der Weise statt, daß die
Betriebsart, bei der der effektive Reflexionskoeffizient des externen Resonators maximal wird, gewählt wird.
Bei der Schwingung mit mehreren Longitudinalwellen ist ei unmöglich, die effektiven Reflexionskoeffizienten
des externen Resonators für sämtliche der unterschiedlichen Schwingungswellen maximal zu machen. Im
Durchschnitt werden sie daher kleiner als der effektive Reflexionskoeffizient während der Schwingung mit
einer einzigen Longitudinalwelle. Da die Reflexionskoeffizienten der den Laser-Resonator bildenden Spiegel
höher sind, wird der Verlust geringer, und der Schwellwertstrom für die Schwingung wird niedriger, so
daß die Ausgangsleistung unter einem festen Strom größer wird. Dementeprechend ist die Ausgangsleistung
größer während der Schwingung mit einer einzigen Longitudinalwelle. Der Frequenzbereich von SchwankUiigen
bei der Ausgangsleistung in Abhängigkeit davon, ob die Longitudinalschwingungswelle einfach
oder mehrfach ist, ist bestimmt durch die RaK;, mit der sich der Abstand zwischen der Scheibe und dem
Halbleiter-Laser um λ/2 ändert, und sie hängt außerdem von der Vertikalbewegung und der Rotationsfrequenz
der Scheibe sowie der Ausbildung einer selbstfokussierenden Steuerung ab. Es handelt sich dabei um einen
niedrigen Frequenzbereich in der Größenordnung von einigen kHz bis zu einigen 10 kHz.
Das zweite Rauschen ist ein kontinuierliches Rauschspektrum,
das sich über einen Bereich von 0 bis 2 GHz erstreckt und während der Schwingung mit Mehrfachlongitudinalwellen
auftritt. Bei der Wiedergabe von
Videoscheiben verschlechtert es den Rauschabstand des Videosignals. Hier soll diese zweite Art von Rauschen
als »Videofrequenz-Rauschen« bezeichnet werden. Dieses Rauschen bildet sich nicht während der
Schwingung mit einer einfachen Longitudinalwelle aus, auch wenn eine Rückkopplung des reflektierten Lichtes
vorliegt. Nur wenn der Laser mit mehreren Longitudinalwellen schwingt, und zwar aufgrund der Rückführung
oder Rückkopplung des reflektierten Lichtes, tritt das Videofrequenz-Rauschen auf. In Wirklichkeit treten
die Oszillation mit einer einfachen Longitudinalwelle und die Oszillation mit mehrfachen Longitudinalwellen
abwechselnd immer dann auf, wenn sich die Scheibe um λ/2 bewegt, und somit tritt das Videofrequenz-Rauschen
unvermeidlicherweise auf.
Die Ausbildung des Rauschens soll nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert werden.
In dem Falle, wo der Abstand zwischen der Scheibe und dem Halbleiter-Laser sich mit der Zeit ändert,
verschlechtern die Schwankungen bei der Ausgangsleistung des Halbleiter-Lasers in Abhängigkeit von einer
Änderung der Schwingungslongitudinalwellen den Rauschabstand beim Auslesesignal der Information,
einem Servo-Steuersignal für einen Lichtfleck usw. Im
Falle der Informationswiedergabe von der Scheibe führt beispielsweise die Vertikalbewegung der Scheibe in
Abhängigkeit von ihrer Rotation zu einer Änderung des Abstandes zwischen der Scheibe und dem Halbleiter-Laser
und führt zu Schwankungen bei der Ausgangsleistung des Halbleiter-Lasers. F i g. 2 zeigt ein Diagramm
zur Erläuterung dieser Situation.
In Fig. 2 gibt die Ordinatenachse die Ausgangsleistung
in mW des Halbleiter-Lasers, während die Abszissenachse die Scheibenabweichung in μηι aufgrund
der Vertikalbewegung der Scheibe angibt. Die ausgezogene Linie gibt die Änderung der Ausgangsleistung
in dem Falle an. wo der Laser mit Gleichstrom betrieben wird. Der Betrieb mit Gleichstrom erfolgt
gemäß der ausgezogenen Linie in Fig. 3. In F i g. 3 bezeichnet dabei die Ordinatenachse die Stromstärke in
mA. während die Abszissenachse die Zeit in ns angibt.
Wenn bei der Anordnung nach F i g. 2 die Scheibe um ±10 um von der Fokussierstellung des Lichtfleckes
abweicht, so nimmt die Leistung des Halbleiter-Lasers ab. Dies beruht auf dem Umstand, daß bei dem von der
Scheibe reflektierten Licht die Lichtmenge, die zu einem lichtemittierenden Bereich auf einer Laserfläche zurückgeführt
wird, abnimmt. Aufgrund der kleinen Abweichungen der Scheibe von weniger als I μπι tritt
eine kleine Schwankung bei der Ausgangsleistung alle Λ/2 neben der großen, oben angegebenen Schwankung
auf. Dies ist dk. erste Art des Niederfrequenzrauschens.
Diese Schwankung der Ausgangsleistung beläuft sich auf '/io—V20 der Gleichstromkomponente der Aus
gangsleistung. Wenn die Ausgangsleistung niedrig ist, schwingt der Laser bei mehreren Longitudinalwellen,
und das Videofrequenz-Rauschen steigt zu diesem Zeitpunkt an. Man kann dafür sorgen, daß die
Fokussierstellung des Lichtfleckes der Scheibenabweichung folgt, indem man eine automatisch fokussierende
Steuerung für den Lichtfleck verwendet. Auch mit einer derartigen automatischen Steuerung ist es jedoch
schwierig, die Scheibe und die Fokussierstellung des Lichtfleckes mit einer Genauigkeit von 1 μπι konstant
zu halten, und es ist auch mit einer derartigen automatischen Fokussiersteuerung schwierig, die
Schwankung der Ausgangsleistung aufgrund einer Änderung der Longitudinalschwingungswellen auszuräumen.
Gemäß der Erfindung wird die Schwankung der Ausgangsleistung aufgrund der Änderung der Longitudinalschwingungswellen
dadurch unterdrückt, daß man mit einem ganz speziellen Antriebsverfahren für den
Halbleiter-Laser arbeitet. F i g. 4 zeigt die Konstruktion einer erfindungsgemäßen Ausführungsform. Die Bezugs/eichen
1, 2, 3, 41 und 42 in Fig.4 bezeichnen die
gleichen Teile wie bei der Anordnung gemäß Fig. I. Der Halbleiter-Laser wird mit Strömen betrieben, die
von zwei Stromquellen geliefert werden, nämlich einer Gleichstromquelle 5 und einer Hochfrequenz-Stromquelle
6. Die S, mbole R. L. und C in F i g. 4 bezeichnen
einen Widerstand, eine Spule bzw. einen Kondensator. ^ Die Bauelemente L und C sind eingesetzt, um den
Halbleiter-Laser unabhängig voneinander mit zwei Stromquellen betreiben zu können. Durch das Treiben
des Halbleiter-Lasers mit einer Hochfrequenz-Stromquelle können die Schwankungen der Ausgangsleistung
des Halbleiter-Lasers aufgrund der Rückkopplung oder
Rückführung des reflektierten Lichtes unierdrückt werden. Das Antreiben des Halbleiter-Lasers mit
Gleichstrom und Hochfrequenzstrom wird in der in Fig. 3 dargestellten Weise durchgeführt, daß der
2^ strichliert gezeichnete I lochfrequenzstrom dem mit der
ausgezogenen Linie angegebenen Gleichstrom überlagert wird.
Die Arbeitsweise und die Wirkung bei der Verwendung
eines derartigen erfindungsgemäßen Antriebs wird nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnung
näher erläutert.
Die Fig. 5(a) bis 5(d) zeigen die Longitudinalwellen-
Schwingungsspektren des Halbleiter-Lasers, wobei die
Ordinatenachsen die Lichtausgangsleistung und die
J5 Abszissenachsen die Wellenlängen angeben. In dem
Falle, wo der Laser mit der Gleichstromversorgung in eine stationäre Schwingung gebracht ist und wo das
reflektierte Lieh! nicht zurückgeführt wird, schwingt der Laser mit einer einzigen Longitudinalwelle. wie es in
Fig. 5(a) dargestellt ist. Bei Vorliegen der Rückführung
oder Rückkopplung des reflektierten Lichtes schwingt der Laser bei Betrachtung des Spektrums über eine
durchschnittliche Zeit während der Bewegung der Scheibe mit mehreren Longitudinalwellen, wie es in
Fig. 5(b)dargestellt ist.
Wenn der Halbleiter-Laser mit einem Strom betrieben wird, wobei eine Gleichstromkomponente und eine
Hochfrequenzstromkomponente überlagert sind, wie es mit der gestrichelten Linie in F i g. 3 angedeutet ist, so ist
das Schwingungsspektrum eine Schwingung mit mehreren Longitudinalwellen. wie es in Fig.5(c) dargestellt
ist. Wichtig ist hierbei, daß die Amplitude des Hochfrequenzstromes groß genug gemacht werden
muß, um die Laserschwingung mit der Hochfrequenz 5^ einzuschalten bzw. auszuschalten. Das heißt der
Minimalwert des überlagerten Stromes, bestehend aus der Gleichstromkomponente und der Hochfrequenzstromkomponente, wird kleiner gemacht als der
Schwellwertstrom für die Schwingung. Beim Anstieg der Laserschwingung schwingen einige Longitudinalwellen auch bei einem Halbleiter-Laser, der eine
homogene Spektralverbreiterung hat. Wenn dementsprechend die Laserschwingung bei der hohen Frequenz
ein- und ausgeschaltet wird, wird der Schwmgungszustand mit mehreren Longitudinalwellen gehalten.
Wenn der Laser mit mehreren Longitudinalwellen schwingt, indem man den Hochfrequenzstrom fließen
läßt ändert sich die Ausgangsleistung des Halbleiter-
Lasers weich gegenüber den .Scheibenschwankungen, wie es strichlierl in F i g. 2 angedeutet ist, und die
Schwankungen der Ausgangsleistung alle λ/2 werden unterdrückt. Das bedeutet, die erste Art des Niederfrequenzrauschens,
das durch das abwechselnde Auftreten der einfachen Longitudinalwellen und der mehrfachen
Longitudinalwellen verursacht wird, wird vollständig unterdrückt. Dies deswegen, weil der Schwingungszustanti
mit mehreren Logitudinalwellen durch den Hochfrequenzantrieb stets aufrechterhalten wird und
die Schwingung mit einer einfachen L.ongitudinalwelle nicht stattfindet.
Außerdem wird die /weite Art des Videofrequenz-Rauschens
in erheblichem Ausmaß mit dem Hochfrequen/stromantrieb unterdrückt. Fig. 5(d) zeigt ein
Schwingungsspektrum in dem Falle, wo der Hochfre
quenzantrieb bei Vorliegen der Rückkopplung oder Rückführung des reflektierten Lichtes durchgeführt
wird. F.s liegt kein Videofrequenz-Rauschen bei den Fig. 5(a) und 5(c) vor. das Viuci »frequenz-RauM-iicii ist
in F i g. 5(b) groß, und das Videofrequenz-Rauschen ist in F i g. 5(d) kleiner als in F i g. 5(b).
F i g. 6 zeigt eine Kennlinie zur Erläuterung, daß der
Videofrequenz Rauschpegel durch den Hochfrequenzantrieb unterdrückt wird. Die Ordinatenachse bezeichnet
den Videofrequenz-Rauschpegel, während die Abszissenachse das Rückkopplungsverhältnis des reflektierten
Lichts logarithmisch angibt. Bei dem Laser, der zur Erzielung der Kennlinie verwendet wurde,
handelt es sich um einen Halbleiter-Laser vom CSP-Typ, der einen Schwingungs-Schwellwertstrom
von ύθ mA besitzt. In der Zeichnung ist ein Fall, wo die
Erfindung Anwendung findet, mit einer ausgezogenen Linie angegeben, während ein weiterer Fall, wo die
Erfindung Anwendung findet, mit einer strichlierten Linie angegeben ist. und zwar ein Fall, wo der
Antriebsstrom moduliert ist, indem man einen Hochfrequenzteil von 50 mA (Spitze-Spitze) bei 120 MHz einer
Gleichstromkomponente von 75 mA überlagert. Wenn das Rückkopplungsverhältnis des reflektierten Lichtes
100% beträgt, d.h. wenn das optische Abtastsystem eines vom ersten Typ oder vom SCOOP-Typ ist, wird
das Videofrequenz-Rauschen um ungefähr 10 dB unterdrückt. Auch im Falle von herkömmlichen optischen
Abtastköpfen beträgt das Rückkopplungsverhältnis des reflektierten Lichtes unvermeidlicherweise bis zu
einigen %. Aus F i g. 6 läßt sich entnehmen, daß auch in diesem Falle das Videofrequenz-Rauschen durch den
Hochfrequenzantrieb unterdrückt werden kann.
Fig. 7 zeigt den Unterdrückungseffekt gegenüber dem Videofrequenz-Rauschen gegenüber der beim
Hochfrequenzbetrieb verwendeten Frequenz. Die charakteristischen Kurven oder Kennlinien wurden in
einem Falle erhalten, wo ein Halbleiter-Laser vom CSP-Typ mit einem Gleichstrom von 75 mA und einer
Modulations-Stromamplitude von 5OmA (Spitze-Spitze) betrieben wurde. Aus F i g. 7 läßt sich entnehmen,
daß die Wirkung der Rauschunterdrückung bei Frequenzen von 50 MHz und darüber beträchtlich ist Dies
liegt daran, daß die Schwingung mit mehreren Longitudinalwellen bei oder oberhalb von 50 MHz
auftritt In Fig.7 entspricht die ausgezogene Linie
einem Fall, wo 100% des reflektierten Lichtes zurückgeführt wird, während die strichlierte Linie einem
Fall entspricht, wo 0,5% des reflektierten Lichtes
zurückgeführt wird.
Es ist selbstverständlich, daß die Frequenz des Hochfrequenz-Antriebsstromes eine Frequenz haben
muß, die in ausreichendem Maße höher ist als die Frequenz der Information, die von der Scheibe
wiedergegeben werden soll. Es empfiehlt sich, die Antriebsfrequenz mindestens fünfmal, vorzugsweise
zehnmal höher als die Frequenz der Wiedergabeinformation zu wählen, und zwar unter Berücksichtigung der
Frequenzeigenschaften eines Photodetektors. Die Frequenz der Wiedergabeinformation beträgt 1 bis 10 MHz
in den Fällen einer Videoscheibe und einer pulscodemo-
i" dulierten oder PCM-Audioscheibe. Andererseits muß
der Halbleiter-Laser mit einem Hochfrequenzstrom bei 50MFIz oder darüber betrieben werden, damit er mit
mehrfachen Longitudinalwellen schwingt. Vom Gesichtspunkt der praktischen Verwendung eines Oszilla-
' ' tors sowie einer Detektorschaltung zum Abtasten von
Licht werden oft hohe Frequenzen bis zu einigen Hundert MFIz verwendet. Wenn somit der Halbleiter-Laser
mit einem Hochfrequenzstrom bei 50 MFIz oder darüber betrieben wird, können Schwankungen der
-" Ausgangsleistung aufgrund der .Schwingung bei mehrfachen
LongituJinalwellen unterdrückt werden, und außerdem wird kein nachteiliger Einfluß auf das
Wiedergabesignal ausgeübt, da die Antriebsfrequenz in ausreichendem Maße höher ist als die Frequenz des
-"' Wiedergabesignals. Genauer gesagt erstrecken sich die
Frequenzkennlinien des Photodetektors und des Abtastschaltungssystems
bis hinaus zu einem Wiedergabesignalband, und man kann verhindern, daß sie den
Flochfrequenzbereich des Halbleiter-Laserantriebs er-
'" fassen.
Fig. 8 zeigt die Abhängigkeit der Wirkung der Rauschunterdrückung von der Amplitude des Hochfrequenzstromes.
Die Kennlinien in Fig. 8 wurden in der Weise erhalten, daß man einen Halbleiter-Laser vom
·' CSP-Typ bei einem Schwellwertstrom von 60 mA, mit
einem Gleichstrom von 75 mA und einer Modulations-Stromfrequenz von 120 MHz. betrieb. Der Rauschunterdrückungseffekt
tritt zum ersten Mal auf, wenn die Laserschwingung ein- und ausschaltet, um die mehrfa-
■"> ehe Longiiudinalwelle auszubilden. Wie sich aus F i g. 8
entnehmen läßt, ist der Rauschunterdrückungseffekt beträchtlich bei Werten von oder über:
(75 mA - 60 mA) · 2 = 30 mA (Spitze-Spitze),
was die obigen Ausführungen unterstützt.
In Fig. 8 entspricht die ausgezogene Linie einem Rückkopplungsverhältnis von 100%, während die
strichlierte Linie einem Fall mit einem Rückkopplungsverhältnis von 2,7% entspricht.
Fig.9 zeigt eine schematische Anordnung eines Meßsystems, das verwendet wird, um die Ausbildung
des Rauschens bei einem Halbleiter-Laser aufgrund der Rückkopplung des reflektierten Lichtes zu untersuchen.
Das vom Halbleiter-Laser 1 austretende Licht wird in einer Kollimatorlinse 90 parallel gemacht und das
Lichtbündel auf eine Scheibe 2 mit einer Kondensorlinse 91 fokussiert Der Abstand zwischen dem Halbleiter-Laser 1 und der Scheibe 2 beträgt ungefähr 3 cm. Die
Scheibe 2 kann in Richtung der Brennweite des Lichtfleckes mit «iner Schwingspule 92 in Schwingung
versetzt werden, wie es in F i g. 9 mit dem Doppelpfeil angedeutet ist Als Laserleistung wird ein Laserstrahl,
der auf die gegenüberliegende Seite der Scheibe 2 emittiert wird, mit einem Photodetektor 3 abgetastet
Ein Ausgangssigna! vom Photodetektor 3 wird auf einer Kathodenstrahlröhre 93 zur Anzeige gebracht und einer
Frequenzanalyse mit einem Spektrumanalysalor 95 unterworfen, nachdem es mit einem Videoverstärker 94
verstärkt worden ist. Als Laser-Antriebsstrom wird ein Strom verwendet, der durch Überlagerung einer
Gleichstromkomponente von einer Gleichstromquelle 5 und einer Wechselstromkomponente von einem Hochfrequenzoszillator 6 erhalten worden ist.
Zusammenfassend wird somit ein optisches Abtastsystem angegeben, bei dem ein Halbleiter-Laser zum
Projizieren ..:nes Laserstrahles auf eine optische
Scheibe mit einem Gleichstrom und einem überlagerten Hochfrequenjstrom betrieben wird, wobei der Laser bei
mehrfachen Longitudinalwellen schwingt.
Claims (1)
- Patentanspruch;Optisches Abtastsystem mit mindestens einem Halbleiter-User, der einen Laserstrahl auf einen reflektierenden, scheibenförmigen optischen Jnformationstr8ger projiziert, Mnd mit mindestens einer photoelektrischen Umwandiungseinriehtung, die durch Auswertung der von dem Informationsträger reflektierten Strahlung ein der aufgezeichneten Information entsprechendes elektrisches Signal bildet, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (5. 6, R, L, C) zur Ansteuerung des Halbleiter-Lasers (1) mit einem Gleichstrom und einemüberlagerten Hochfrequenzstrom (Fig.3)mit derartigen Amplitudenwerten, daß die Laser-Schwingung mit der Hochfrequenz periodisch ein- und ausgeschaltet wird, wodurch ein aus mehreren in der Wellenlänge unterschiedlichen Longitudinalwellen bestehendes Emissionsspektrum als Lesestrahlung erzeugt wird.
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