DE3151158C2

DE3151158C2 - Optisches Informationslesegerät

Info

Publication number: DE3151158C2
Application number: DE3151158A
Authority: DE
Inventors: Kimiaki Hachiouji Tokio/Tokyo Yamamoto
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1980-12-27
Filing date: 1981-12-23
Publication date: 1985-08-08
Also published as: JPS57111838A; DE3151158A1; FR2497380B1; FR2497380A1; US4633457A

Abstract

Bei einem optischen Informationslesegerät zum Abtasten einer Informationsspur eines Aufzeichnungsträgers, wie einer Bildplatte, wird mit einer Intensitätsverteilung des durch ein optisches Objektivsystem auf den Aufzeichnungsträger projizierten Lichtbündels gearbeitet, bei der die Intensität längs der Informationsspur größer ist als die Intensität quer zur Informationsspur. Hierdurch läßt sich der Störabstand verbessern und das Übersprechen unterdrücken.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein optisches Informationslesegerät wie es im Oberbegriff des Anspruchs 1 als bekannt vorausgesetzt wird. Insbesondere betrifft die Erfindung ein optisches Informationslesegerät zur Abtastung einer Bildplatte, bei dem das Übersprechen verringert und der Störabstand erhöht wird.

Es sind optische Informationsgeräte bekannt, bei denen ein von einer Lichtquelle abgestrahltes Lichtbündcl gesammelt und auf einen Aufzeichnungsträger projiziert wird, der eine aufgezeichnete Information enthaltende Spur aufweist. Das Informationslesegerät enthält eine Mehrzahl von Detektoren oder Lichtaufnehmern, die so angeordnet sind, daß auf sie ein Lichtbündel fällt, das durch die aufgzeichnete Information moduliert worden ist. Es ist dabei z. B. bekannt, einen Abtastfleck durch ein Objektiv auf eine spiralförmige oder kreisförmige Informationsspur eines Aufzeichnungsträgers zu fokussieren. Der Aufzeichnungsträger kann beispielsweise die Form einer Scheibe haben und eine Bildplatte, eine Schallplatte oder eine Datenplatte sein. Bei solchen Platten können codierte Videosignale, Audiosignale oder Datensignale in der Informationsspur als optische Information aufgezeichnet sein, die durch eine optische Transmissionscharakteristik, Reflexionscharakteristik oder Phasencharakteristik dargestellt ist. Die auf einer solchen Platte aufgezeichnete Information kann dadurch abgetastet oder gelesen werden, daß man ein Laserlichtbündel von einer Laserlichtquelle durch ein Objektiv auf die Informationsspur fokussiert, während die Platte mit hoher Drehzahl rotiert, und das durch die Informationsspur modulierte durchgelassene oder reflektierte Licht erfaßt. Aufzeichnungsträger dieser Art weisen im allgemeinen eine sehr hohe Aufzeichnungsdichte auf. Die Breite der einzelnen Informationsspuren ist daher sehr klein und der Abstand zwischen benachbarten Informationsspuren ist dementsprechend sehr eng. Für ein genaues Ablesen der ursprünglichen Information von der sowohl eine kleine Breite als auch eine kleine Steigerung auweisenden Informationsspur ist es daher erforderlich, den durch das Objektiv erzeugten Abtastfleck exakt auf der Spur zu halten. Wenn jedoch die Position der Platte bezüglich des Objektivs schwankt, kann der Abtastflcck von der Spur abweichen. Optische Informationslesegeräte der vorliegenden Art enthalten daher einen Servomechanismus, durch den der Lagefehler des Abtastfleckes bezüglich der Informationsspur unter Erzeugung eines Lagefehlersignales erfaßt und der Abtastfleck in einer zur Informationsspur und der optischen Achse des Objektivs senkrechten Richtung durch dieses Lagefehlersignal positionsmäßig nachgeregelt wird.

Bei einem aus der DE-OS 24 09 893 bekannten Gerät der oben erwähnten Art wird ein quer zur Spurrichtung länglicher Lesefleck verwendet, um eine sichere Zentrierung des Leseflecks bezüglich der Spur ohne Beeinträchtigung des Auflösungsvermögens in Spurrichtung zu erreichen.

Aus der US-PS 41 79 708 ist ein Lesegerät der oben erwähnten Art bekannt, das mit einem hohlen kohärenten Strahlungsbündel arbeitet, welches im Querschnitt gesehen die Form eines in sich geschlossenen Bandes hat. Die

so Phase soll über die Breite des Bandes gleichförmig sein. Das in sich geschlossene Band kann die Form einer Ellipse haben, deren große Achse parallel zur Spur verläuft. Dadurch ergibt sich in Spurrichtung eine größere effektive Apertur und damit eine schärfere Fokussierung als in Querrichtung der Spur; der Lesefleck hat im Effekt also auch hier quer zur Spur eine größere Abmessung als in Längsrichtung der Spur.

Aus der Zeitschrift »nachrichten elektronik« 1-1977 S. 7- 10 ist ein Doppelheterostruktur-Halbleiterlaser mit Streifenstruktur und einer aktiven GaAlAs-Schicht bekannt, dessen Emissionscharakteristik senkrecht zur aktiven Schicht eine Gaußverteilung aufweist und parallel zur aktiven Schicht durch die Streifensturktur bestimmi wird, so daß das emittierte Strahlungsbündel einen länglichen Querschnitt hat.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein optisches Informationslesegerät der eingangs genannten Art hinsichtlich des Störabstandes des bei der Abtastung erzeugten Signales zu verbessern.

Diese Aufgabe wird bei einem optischen Informationslesegerät gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Weiterbildungen und vorteilhafte Ausgestaltungen des Informationslesegerätes gemäß der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.

Im folgenden werden das der Erfindung zugrundeliegende Problem und Ausführungsbeispiele der Erfindung

b5 unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert.
Es zeigen:

F i g. 1 ein optisches System, das in einem Informationslesegerät gemäß der Erfindung Verwendung finden kann.

Fig.2 ein Ausiührungsbeispiel eines optischen Systems für ein Informationslesegerät gemäß der Erfindung und

F i g. 3 eine graphische Darstellung der Frequenzcharakteristik der abgetasteten Signale bei Verwendung von optischen Filtern.

In F i g. 1 ist das optische System eines Informationslesegerätes, insbesondere eines Pkrttenabtastgerätes dargestellt Eine abzutastende scheibenförmige Platte 1 wird durch eine Antriebswelle 2 mit einer Drehzahl von 7. B. 1800 U/min gedreht. Auf der Pbtte 1 sind eine oder mehrere konzentrische kreisförmige Spuren oder eine spiralenförmige Spur 3 aufgezeichnet Licht von einer Lichtquelle 4, z. B. einem Laser wird über einen Strahlengang, der eine Linse 5, eine λΙ\-Platte A, einen halbdurchlässigen Spiegel 6, einen reflektierenden Spiegel 7 und ein Objektiv 8 enthält, als Fleck auf die Spur 3 der Platte 1 projiziert Das von der Platte 1 reflektierte Licht wird durch das Objektiv 8 gesammelt vom Spiegel reflektiert und vom halbdurchlässigen Spiegel 6 durch eine Linse 9 auf eine Lichtaufnehmeranordnung 10 geworfen. Bei dem in F i g. 1 dargestellten Gerät ist die Lichtaufnehmeranordnung 10 in der Fernfeldzone der Informationsspur 3 angeordnet Das heißt, daß die Lichtaufnehmeranordnung 10 an einer Position angeordnet ist die einen erheblichen Abstand vom Bild der Grübchenstruktur der Spur hat, welches durch das Objektiv 8 erzeugt wird, so daß die gebeugten Bündel der verschiedenen Ordnungen, die durch die Grübchenstruktur der Informationsspur erze.ugt werden, als getrennt wahr genommen oder erfaßt werden können.

Es gibt jedoch auch optische Informationslesegeräte, bei denen die Lichtaufnehmeranordnung 10 am Ort des durch das Objektiv 8 erzeugten Bildes der Grübchen angeordnet ist

Einer der Faktoren, der die Bildqualität bei einem optischen Bildplattensystem der oben erwähnten Art verschlechtert ist der Störabstand (Verhältnis von Nutzsignal zu Störsignal) im Lesesignal und das Übersprechen. Wenn das Signal mit einer hohen Raumfrequenz aufgezeichnet ist, wie z. B. in der Nähe der Mitte der Scheibe oder einem Teil der Informationsspur kleineren Durchmessers, kann unter Umständen das Nutzsignal so klein werden, daß der Störabstand zu einem besonderen Problem wird. Man weiß ferner, daß das Übersprechen, insbesondre bei der Wiedergabe von Information in einem CLV-Bildplattensystem, großen Einf!uß auf die Bildqualität hat.

Mit dem vorliegenden Informationslesegerät kann nun der Störabstand auch in einer Zone, in der die Information mit hoher Frequenz aufgezeichnet ist, verbessert und das Übersprechen beseitigt werden. Dies wird dadurch erreicht, daß man die Intensitätsverteilung indem auf den Aufzeichnungsträger projizierten Lichtbündel so ausbildet, daß die Intensität in der Richtung längs der Informationsspur größer ist als die Intensität in der die Informationsspur unter rechtem Winkel schneidenden Richtung.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist im optischen Slystem zum Lesen der Information ein optisches Filter angeordnet, welches in Längsrichtung der Informations:;pur einen anderen Transmissionsfaktor hat als in der Richtung quer zur Informationsspur. Diese Lösung hat den Vorteil, daß der gewünschte Zweck ohne nennenswerte Erhöhung der Herstellungskosten erreicht wird.

Fig. 2 zeigt vereinfacht einen Teil eines optischen Systems für das Informationslesegerät gemäß Fig. 1, das eine Lichtquelle 11, eine Kollimatorlinse 12, ein Objektiv 13, eine Platte 114 mit einer Informationsspur, ein Polarisationsprisma 15, eine Viertelwellenlängenplatte 16 und einen Detektor oder Lichtaufnehmer 18 enthält. Der Ort der Eintrittspupille des Objektivs 3 ist mit 17 bezeichnet Die Koordinanten am Ort der Platte 4 sind mit μ und ν bezeichnet, wobei die Koordinate μ in Spurrichtung verläuft und die Koordinaten in Beugungseinheiten ac ausgedrückt sind. Die Koordinaten am Ort der Eintrittspupille E in der Ebene 17 sind mit χ und y bezeichnet, und der maximale Radius der Eintrittspupille ist auf den Wert 1 normiert. Wenn in einem solchen optischen System ein optisches Filter mit dem Transmissionskoeffizienten T(χ. y)am Ort der Pupille 17 angeordnet wird, fällt das Licht von der Lichtquelle 17 angeordnet wird, fällt das Licht von der Lichtquelle 11 durch dieses Filter, wird dann von der Platte, die einen Reflexionsfaktor mit periodischer Struktur hat, gebeugt und reflektiert und vom Polarisationsprisma 5 auf den Lichtaufnehmer 18 reflektiert. Wenn das ganze Lichtbündel vom Lichtaufnehmer 18 erfaßt wird, läßt sich das vom Lichtaufnehmer, z. B. einer elektrischen Fotozelle, erzeugte Signal /^durch die folgende Formel (1) darstellen:

HO Σ Σ Σ Σ H(ni. π) R*(m\ η') H(m. η:m'. η') C²'¹""' "" "' (D

in η in' α'

H(in. η; m'. η') = J J /(χ - mμ. χ - η ν) Τ(χ - ηιμ. χ - η ν)

.ν- + χ² < 1
f*(x - m'μ, χ - η' ν) Τ*(χ - ιη'μ, χ - η' ν) d .YdV (2)

Hierbei bedeuten μ, ν und R (m, /^ die jeweiligen Perioden des Transmissionskoeffizienten in der Spurrichtung und in der Radialrichtung bzw. einen Fourier-Koeffizienten der Platte, f(x,y)e\n Produkt der Amplitudenverteilung des in die Pupillenebene eintretenden Lichtes mit der Pupillenfunktion des Objektivs, ω und a die Winkelgeschwindigkeit und den Radius der gerade gelesenen Stelle der Platte. * bedeutet die konjugiert komplexe Funktion.

Gemäß der Formel (1) kann das vom Signalaufnehmer erzeugte Signal als aus Schwebungen eines Spektrums bestehend angesehen werden, von denen die Grundfrequenzkomponente i\(t) von m'—m= 1 frequenzmoduliert und eine Videosignalkomponente ist.

Fig. 3 zeigt unter Voraussetzung daß das Objektiv frei von Bildfehlern und die Intensität des einfallen-

den Bündels gleichförmig ist, die Frequenzcharakteristik von i\(t) für optische Filter mit verschiedenen Transmissionskoeffizienten. Die Kurve 31 gilt für einen Transmissionskoeffizienten T(x,y)=\, die Kurve 32 T(x, Jr)=C-I*¹-*-?), die Kurve 33 für t(x,y)=e~r und die Kurve 34 für T(x,y)=0,b^°^'->\ Beiden Rechnungen wurde angenommen, daß die Grübchen eine rechteckige Querschnittsform haben, daß die Breite 0,32 beträgt, daß das Tastverhältnis 0,5 ist und daß der Spurabstand eine Raumfrequenz von 0,94 hat.

Aus dem Diagramm in Fig. 3 ist ersichtlich, daß bei Verwendung eines Filters (z. B. gemäß den Kurven 33 oder 34), bei dem der Transmissionsfaktor in der Spurnchtung (x-Richtung) größer ist als der Transmissionsfaktor in einer zur Spurrichtung senkrecht verlaufenden Richtung (y-Richtung) in einer optischen Achse des Objektivs entfernten Position die Ansprachecharakteristik des hochfrequenten Bereiches vergrößert wird. Wenn man also ein solches Filter verwendet, wird das Verhältnis von Störsignal zu Nutzsignal im hochfrequenten Bereich, der hinsichtlich des Störabstandes am problematischsten ist, verbessert.

Das sich für die Raumfrequenzen 0 und 0,5 bei Verwendungen der vier Filter rechnerisch ergebende Übersprechen ist in den folgenden Tabellen 1 und 2 für Spurabstände entsprechend 0,8 und 1 und einer G rübchenbreite von 0,32 aufgeführt.

Tabelle 1

Raumfrequenz

Filter 3!

32

34

0 0,5

Tabelle 2

-27 dB -37 dB -31 dB -28 dB -4OdB -53 dB -6OdB -5OdB

Raumfrequenz

Filter 31

32

34

0 0,5

-31 dB -4OdB -36dB -33dB -45 dB -54 dB -66 dB -53 dB

Aus den Tabellen 1 und 2 ist ersichtlich, daß das Übersprechen bei Verwendung der Filter 32,33 und 34 kleiner ist als bei Verwendung keines Filters (Fall 31). Ein Filter, bei dem der Transmissionsfaktor quer zur Spurrichtung, also in y-Richtung abnimmt, hat also auch die Wirkung, daß das Übersprechen verringert wird. Der Grund hierfür liegt vermutlich darin, daß das Übersprechen stark von den Seitenkeulen der Intensitätsverteilung des auf die Platte konzentrierten punktförmigen Bildes abhängt und die Filter mit den Kennlinien 32,33 und 34 eine Dämpfung der Seitenkeulen in ^Richtung bewirken.

Aus den in Fig.3 dargestellten Frequenzgang-Kennlinien und den Werten in den Tabellen 1 und 2 ist ersichtlich, daß optische Filter, in denen der Transmissionsfaktor in Spurrichtung größer ist als der Transmissionsfaktor in der die Spurrichtung unter rechtem Winkel schneidenden Richtung hinsichtlich einer Verbesserung der Ansprache im hochfrequenten Bereich und einer Verringerung des Übersprechens wesentlich effektiver sind als symmetrische optische Filter, bei denen der Transmissionsfaktor in beiden Richtungen erniedrigt ist.

Die obigen Erläuterungen bezogen sich auf ein optisches System, in dem ein Filter zur Verringerung des Übersprechens und zur Verbesserung des Störabstandes angeordnet ist. Wenn jedoch ein Halbleiterlaser als Lichtquelle verwendet wird, nimmt die Intensität der Strahlung mit zunehmender Entfernung von der optischen Achse des Halbleiterlasers ab und die Abnahme in Abhängigkeit von der Entfernung ist in zwei sich unter rechtem Winkel schneidenden Richtungen verschieben. Wenn man daher die Halbleiterlaserlichtquelle so anordnet, daß die Richtung, in die Intensität schneller abfällt, die Spurrichtung unter senkrechtem Winkel schneidet, kann man den selben Effekt erzielen, wie durch Verwendung eines optischen Filters.

Bei den oben erläuterten Ausführungsformen ist das optische Filter am Ort der Eintrittspupille des Objektivs angeordnet. Verwendet man jedoch ein optisches System, bei dem praktisch nur die Axialstrahlen verwendet werden, kann man den gleichen Effekt erreichen, wenn man das Filter irgendwo im Strahlengang anordnet.

Hierzu I Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Optisches Informationslesegerät mit einem ein Objektiv enthaltenden optischen System zum Fokussieren eines Lichtbündels in einen Abtastfleck auf einen Aufzeichnungsträger, der eino Informationsspur aufweist, und zum Lesen der Information mit Hilfe von Licht, das vom Aufzeichnungsträger reflektiert worden ist, dadurch gekennzeichnet, daß das optische System (12,13,15,16) so ausgebildet ist, daß der auf den Aufzeichnungsträger (14) projizierte Abtastfleck in Längsrichtung der Informationsspur eine größere Intensität hat als in einer die Informationsspur unter rechtem Winkel schneidenden Richtung.

2. Informationslesegerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das optische System ein die gewünschte Intensitätsverteilung erzeugendes optisches Filter enthält

3. Informationslesegerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das optische Filter am Ort der Eintrittspupille (17) des Objektivs (13) angeordnet ist.

4. Informationslesegerät nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Laserlichtquelle, die so ausgebildet und angeordnet ist, daß sie die gewünschte Intensitätsverteilung im Abtastfleck erzeugt