DE4401733A1 - Optisches Aufzeichnungs- und Wiedergabegerät - Google Patents
Optisches Aufzeichnungs- und WiedergabegerätInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein optisches Aufzeichnungs- und Wie
dergabegerät, mit dem optische Daten auf ein Aufzeichnungsme
dium aufgezeichnet und von ihm wiedergeben werden können.
Insbesondere betrifft die Erfindung ein Gerät, bei dem ein
bandförmiges Aufzeichnungsmedium verwendet wird.
Es sind bereits optische Aufzeichnungs- und Wiedergabegeräte
bekannt, mit denen optische Daten auf ein Aufzeichnungsmedium
wie beispielsweise eine Kompaktspeicherplatte, eine Vi
deospeicherplatte oder eine magneto-optische Speicherplatte
usw. aufgezeichnet und von ihm wiedergegeben werden.
Bei diesen bekannten Geräten ist der Durchmesser des auf das
Aufzeichnungsmedium fallenden Strahls auf ein Minimum ent
sprechend einem Brechungsgrenzwert beschränkt. Die durch die
sen Brechungsgrenzwert bestimmte Datendichte ist damit
gleichfalls beschränkt. Um die aufzuzeichnende Datenmenge zu
erhöhen, muß also der Aufzeichnungsbereich des Aufzeichnungs
mediums vergrößert werden. In der Praxis gibt es jedoch
einen Grenzwert des Durchmessers eines plattenförmigen Auf
zeichnungsträgers.
Es wurden auch bereits bandförmige Aufzeichnungsmedien ver
wendet, die einen größeren Aufzeichnungsbereich als platten
förmige haben.
Beim Aufzeichnen von Daten auf ein Band sowie bei ihrer Wie
dergabe wird ein Aufzeichnungs- und Wiedergabekopf über das
Band hinweggedreht, um die Aufzeichnungs- und Wiedergabege
schwindigkeit zu erhöhen. Dies ist bei den magnetischen Vi
deo-Aufzeichnungsgeräten der Fall.
Im Gegensatz zu der magnetischen Aufzeichnung und Wiedergabe
muß bei dem optischen Verfahren das Aufzeichnungsmedium durch
einen Strahl mit hoher Geschwindigkeit abgetastet werden. Bei
einem optischen Aufzeichnungs- und Wiedergabesystem muß zu
sätzlich eine Scharfeinstellvorrichtung den Strahl auf das
Aufzeichnungsmedium fokussieren, und eine Spurhaltevorrich
tung muß den Strahl auf einer vorbestimmten Aufzeichnungsspur
des Aufzeichnungsmediums führen.
Bei den bisherigen Geräten mit optischen drehbaren Speicher
platten muß zur Bewegung des Strahls relativ zum Aufzeich
nungsmedium das Objektiv nicht bewegt werden. Es kann deshalb
leicht zum Fokussieren und zur Spurhaltung verstellt werden.
Wird aber ein bandförmiges Aufzeichnungsmedium verwendet, so
muß nicht nur dieses, sondern auch der Strahl über das Band
hinwegbewegt werden. Zur Bewegung des Strahls muß das Objek
tiv sehr schnell bewegt werden. Da es dabei aber einer Zen
trifugalkraft ausgesetzt ist, wird eine genaue Fokussierung
und Spurhaltung durch Objektivverstellung schwierig.
Bei einem bekannten Mehrstrahlsystem, bei dem mehrere Strah
len zum gleichzeitigen Aufzeichnen von Daten und zu deren
Wiedergabe auf mehrere Spuren des Aufzeichnungsmediums ein
wirken, ändert sich bei der Fokussierung mit einer Kolli
matorlinse die Vergrößerung, was zu einer Veränderung des Ab
stands zwischen den einwirkenden Strahlen führt.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein optisches Auf
zeichnungs- und Wiedergabegerät anzugeben, das mit einem
bandförmigen optischen Aufzeichnungsmedium arbeitet und eine
verbesserte Fokussierung und Spurhaltung hat. Das Objektiv
soll dabei in einem Drehkopf angeordnet sein.
Die Erfindung soll es auch ermöglichen, bei der optischen
Aufzeichnung und Wiedergabe die Fokussierung mit einer nicht
zum Objektiv gehörenden Linse durchzuführen, um eine Ab
standsänderung zwischen mehreren auf das Aufzeichnungsmedium
einwirkenden Strahlen zu verhindern oder zu begrenzen.
Die Erfindung löst diese Aufgabe durch die Merkmale der Pa
tentansprüche 1 oder 11. Vorteilhafte Weiterbildungen sind
Gegenstand der jeweiligen Unteransprüche.
Bei einem Gerät nach der Erfindung sind eine Lichtquelle, ein
Drehkopf mit einer Ablenkvorrichtung, die einen Lichtstrahl
in einer bestimmten Richtung ablenkt, und eine Objektivlin
sengruppe vorgesehen, die ein Bild mit dem Lichtstrahl auf
einem optischen Aufzeichnungsmedium erzeugt. Der Drehkopf
dreht sich um eine optische Achse des Lichtstrahls, der auf
den Drehkopf fällt und eine bewegliche Linsengruppe zwischen
der Lichtquelle und dem Drehkopf kann zumindest in Richtung
der optischen Achse bewegt werden.
Vorzugsweise ist die bewegliche Linsengruppe auch in einer
Ebene quer zu der optischen Achse bewegbar.
Bei einem vorzugsweisen Ausführungsbeispiel ist eine Relais
linsengruppe zwischen der beweglichen Linsengruppe und der
Objektivlinsengruppe vorgesehen, wobei die Austrittspupille
der beweglichen Linsengruppe mit der Relaislinsengruppe in
optisch konjugierter Lage zur Eintrittspupille der Objek
tivlinsengruppe gehalten wird.
Die Erfindung kann auch so realisiert werden, daß die beweg
liche Linsengruppe in erster Linie in einer Ebene quer zur
optischen Achse bewegbar ist und dann noch vorzugsweise auch
in Richtung der optischen Achse bewegt werden kann.
Bei einem Gerät nach der Erfindung kann eine Fokussierlinsen
gruppe im Strahlengang zwischen der Lichtquelle und der Ob
jektivlinsengruppe angeordnet sein und ist in Richtung der
optischen Achse verstellbar. Eine Relaislinsengruppe zwischen
der Fokussierlinsengruppe und der Objektivlinsengruppe hält
einen Punkt, der einen vorbestimmten Abstand zu einem hinte
ren Hauptpunkt der Fokussierlinsengruppe hat, optisch konju
giert zu dem vorderen Brennpunkt der Objektivlinsengruppe.
Der vorbestimmte Abstand ist äquivalent dem Abstand zwischen
der Lichtquelle und einem vorderen Hauptpunkt der Fokussier
linsengruppe, und der hintere Hauptpunkt ist als der Haupt
punkt der Fokussierlinsengruppe auf der Objektivseite des
Strahlenganges definiert, während der vordere Hauptpunkt als
der Hauptpunkt der Fokussierlinsengruppe auf der Lichtquel
lenseite des Strahlenganges definiert ist. Der vordere Brenn
punkt ist als der Brennpunkt der Objektivlinsengruppe auf der
Lichtquellenseite des Strahlenganges definiert.
Vorzugsweise stimmt der vorbestimmte Abstand mit der Brenn
weite der Fokussierlinsengruppe überein. Außerdem werden die
von der Relaislinsengruppe abgegebenen Lichtstrahlen vorzugs
weise parallel gerichtet.
Bei einem vorzugsweisen Ausführungsbeispiel hat die Relais
linseneinheit keine Brechkraft und eine Winkelvergrößerung
von -1.
Die Erfinder haben gefunden, daß bei Verwendung einer Kolli
matorlinse zum Parallelrichten der von einer Lichtquelle ab
gegebenen Strahlen als Spurhaltungs- und Fokussierlinse bei
einem optischen System ohne Relaislinse das folgende Problem
auftritt: Wenn die Kollimatorlinse beispielsweise zum Scharf
einstellen in Richtung der optischen Achse bewegt wird, ver
ursacht ihre Bewegung zum Objektiv hin ein Konvergieren des
auf das Objektiv treffenden Lichtstrahls. Dadurch wird die
numerische Apertur des Objektivs wesentlich verringert. Ent
sprechend wird der Strahldurchmesser beim Auftreffen auf das
Aufzeichnungsmedium erhöht, was zu verstärktem Nebensprechen
und geringerer Datendichte führt. Andererseits verursacht das
Verstellen der Kollimatorlinse zur Lichtquelle hin ein Diver
gieren des Lichtstrahls, so daß durch Vignettierung die nutz
bare Lichtmenge begrenzt wird.
Wenn die Kollimatorlinse in einer Ebene quer zur optischen
Achse verstellt wird, um die Spurhaltung durchzuführen, so
wird der von der Lichtquelle abgegebene Lichtstrahl geneigt,
so daß die von dem Objektiv nicht aufgenommene Lichtmenge zu
nimmt. Somit verändert sich der Nutzungsgrad des Lichtes
durch die Spurhaltung. Die Änderung des Nutzungsgrades kann
vermieden werden, wenn der Durchmesser des auf das Objektiv
treffenden Lichtstrahls vergrößert wird. Dies verringert je
doch den Nutzungsgrad des von der Lichtquelle abgegebenen
Lichtes.
Ist also der Abstand zwischen der Kollimatorlinse und dem Ob
jektiv groß, so können die Spurhaltung und Fokussierung nur
in einem engen Bereich realisiert werden.
Die Erfindung sieht nun ein Relaislinsensystem vor, das zwi
schen der beweglichen Linse zur Spurhaltung und Fokussierung
und dem Objektiv angeordnet ist. Da das Relaislinsensystem
ein Bild einer Laserlichtquelle erzeugt und das Objektiv die
ses Bild erneut abbildet, kann ein optisches Aufzeichnungs-
und Wiedergabegerät realisiert werden, das freizügiger ge
staltet ist und eine verbesserte Lichtnutzung hat.
Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnungen näher
erläutert. Darin zeigen:
Fig. 1 eine Prinzipdarstellung eines optischen Aufzeich
nungs- und Wiedergabegeräts als Ausführungsbei
spiel,
Fig. 2 eine beispielsweise Darstellung des optischen
Systems des in Fig. 1 gezeigten Gerätes,
Fig. 3 eine Darstellung des optischen Systems, in dem
eine Kollimatorlinse in Richtung der optischen
Achse gegenüber einer in Fig. 2 gezeigten Refe
renzposition um 180 µm verstellt ist,
Fig. 4 eine Darstellung des optischen Systems, in dem
die Kollimatorlinse in Richtung der optischen
Achse gegenüber einer in Fig. 2 gezeigten Refe
renzposition um -180 µm verstellt ist,
Fig. 5 eine Darstellung des optischen Systems, in dem
die Kollimatorlinse in einer Ebene quer zur opti
schen Achse gegenüber einer in Fig. 2 gezeigten
Referenzposition um 150 µm verstellt ist,
Fig. 6 ein optisches Vergleichssystem ohne Relaislinsen
gruppe, bei dem eine Kollimatorlinse in Richtung
der optischen Achse um 180 µm verstellt ist,
Fig. 7 das optische Vergleichssystem, bei dem die Kolli
matorlinse in Richtung der optischen Achse um
-180 µm verstellt ist,
Fig. 8 ein optisches Vergleichssystem ohne Relaislinsen
gruppe, bei dem eine Kollimatorlinse in einer
Ebene quer zur optischen Achse um 150 µm ver
stellt ist,
Fig. 9 das optische System eines optischen Aufzeich
nungs- und Wiedergabegeräts als weiteres Ausfüh
rungsbeispiel,
Fig. 10 die Prinzipdarstellung eines optischen
Mehrstrahlsystems für ein optisches Aufzeich
nungs- und Wiedergabegerät als weiteres Ausfüh
rungsbeispiel,
Fig. 11 eine Darstellung des konjugierten Abstandes, der
durch eine in Fig. 10 gezeigte Relaislinsengruppe
bestimmt ist, und
Fig. 12 die Prinzipdarstellung eines optischen Systems
für ein optisches Aufzeichnungs- und Wiedergabe
gerät als weiteres Ausführungsbeispiel.
Fig. 1 zeigt ein optisches, mit einem magneto-optischen band
förmigem Aufzeichnungsträger arbeitendes Aufzeichnungs- und
Wiedergabesystem. Die Oberfläche eines optischen Aufzeich
nungsbandes 8 ist mit einem Magnetfilm versehen, auf dem Da
ten durch Wärme und ein Magnetfeld aufgezeichnet werden, wozu
ein Laserstrahl dient. Die Wiedergabe der aufgezeichneten Da
ten erfolgt mit dem magneto-optischen Kerr-Effekt, der bei
Reflexion eines Lese-Laserstrahls an dem Aufzeichnungsträger
auftritt, wie es auch bei einer konventionellen magneto-opti
schen Speicherplatte der Fall ist.
Die von einem Halbleiterlaser 1 abgegebenen Strahlen werden
mit einer Kollimatorlinse 2 parallelgerichtet und über einen
ersten Strahlenteiler 3 geleitet. Im dargestellten Ausfüh
rungsbeispiel ist die Kollimatorlinse 2 in Richtung der opti
schen Achse Ax und in einer Ebene Y quer zu der optischen
Achse Ax verstellbar, um die Scharfeinstellung (Fokussierung)
und die Spurhaltung auszuführen.
Der über den ersten Strahlenteiler 3 geleitete Strahl wird
einer Relaislinsengruppe mit Linsen 4 und 5 zugeführt. Der
Halbleiterlaser 1, die Kollimatorlinse 2, der erste Strahlen
teiler 3 und die Relaislinsen 4 und 5 sind in einem festste
henden Geräteteil A angeordnet.
Der aus der Relaislinse 5 austretende Strahl wird an der er
sten Reflexionsfläche 6a eines Prismas 6 normal zur optischen
Achse Ax reflektiert. Das eine Ablenkvorrichtung bildende
Prisma 6 befindet sich in einem Drehkopf B, der sich um die
optische Achse Ax relativ zu dem feststehenden Geräteteil A
dreht. Die an der ersten Relexionsfläche 6a reflektierten
Strahlen werden nochmals an einer zweiten Reflexionsfläche 6b
des Prismas 6 reflektiert, so daß sie dann parallel zur opti
schen Achse Ax gerichtet sind.
Der an der zweiten Reflexionsfläche 6b reflektierte Strahl
fällt dann auf ein Objektiv 7 innerhalb des Drehkopfes B und
wird auf das optische Band 8 konvergiert, so daß er dort ei
nen Lichtpunkt erzeugt. Dieser wird in einer Ebene normal zur
Rotationsachse (d. h. zur optischen Achse Ax) des Drehkopfes B
längs einer Kreislinie geführt, wenn sich der Drehkopf B
dreht. Der Radius des Kreises, auf dem das Objektiv 7 bewegt
wird, ist mit R bezeichnet.
Die Relaislinse 4 kondensiert die von der Kollimatorlinse 2
abgegebenen Strahlen und erzeugt ein Bild 1′ des Halbleiter
lasers 1. Die Relaislinse 5 konvertiert das Bild 1′ in ein
paralleles Licht, das auf das Prisma 6 bzw. das Objektiv 7
fällt. Die Relaislinsen 4 und 5 zwischen der Kollimatorlinse
2 und dem Objektiv 7 tragen zur Freizügigkeit des Aufbaus des
optischen Systems bei und verbessern damit die Lichtnutzung,
die verringert wäre, wenn die Kollimatorlinse 2 bewegt werden
müßte.
Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel dienen die Relais
linsen 4 und 5 dazu, die Austrittspupille der Kollimatorlinse
2 in eine zur Eintrittspupille des Objektivs 7 konjugierte
Lage zu bringen. Da die Relaislinsen 4 und 5 zwischen der
Kollimatorlinse 2 und der Objektivlinse 7 liegen, wird ein
Bild der Austrittspupille der Kollimatorlinse 2 auf die Ein
trittspupille des Objektivs 7 projiziert, so daß eine wirksa
me Lichtübertragung stattfindet, unabhängig von der Bewegung
der Kollimatorlinse 2 in Richtung der optischen Achse Ax bei
der Scharfeinstellung oder innerhalb der Ebene Y normal zur
optischen Achse Ax zur Spurhaltung.
Ein an dem optischen Band 8 reflektierter Lichtstrahl wird
mit dem Objektiv 7 parallelgerichtet und über die Relaislin
sen 5 und 4 auf den ersten Strahlenteiler 3 geleitet. Das an
diesem reflektierte Licht wird durch eine Halbwellenplatte 9
geleitet, mit der die Polarisationsrichtung um 45° gedreht
wird. Anschließend erfolgt mit einem Polarisationsstrahlen
teiler 10 eine Aufteilung in P-polarisiertes Licht und S-po
larisiertes Licht.
Das P-polarisierte Licht wird nach dem Strahlenteiler 10 mit
einer Kondensorlinse 11 auf ein erstes lichtempfindliches
Element 12 gerichtet. Das S-polarisierte Licht wird nach dem
Strahlenteiler 10 mit einer Kondensorlinse 13 auf ein zweites
lichtempfindliches Element 14 gerichtet.
Da die Intensität der jeweiligen polarisierten Lichtkomponen
te abhängig von der Richtung des Magnetfeldes im Bereich des
optischen Bandes 8 ist, auf dem der Lichtfleck erzeugt wird,
ergeben sich Wiedergabesignale entsprechend dem Unterschied
der Ausgangssignale der lichtempfindlichen Elemente 12 und
14. Dieser Unterschied wird mit einem Subtrahierer 15 erfaßt.
Ein Spurfehlersignal und ein Fokusfehlersignal ergeben sich
durch Erfassen mindestens eines der Ausgangssignale der
lichtempfindlichen Elemente 12 und 14. Die Kollimatorlinse 2
wird mit einer nicht dargestellten Vorrichtung entsprechend
dem Spurfehlersignal oder dem Fokusfehlersignal verstellt, um
eine entsprechende Fehlerkompensation durchzuführen. Jedes
der lichtempfindlichen Elemente 12 und 14 hat geteilte Licht
aufnahmebereiche, um in bekannter Weise einen Spurfehler oder
einen Fokusfehler zu erfassen. Da entsprechende Verfahren be
kannt sind, wird dies hier nicht weiter erläutert.
Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel werden die Fokus
sierung und die Spurhaltung mit der Kollimatorlinse 2 reali
siert. Die Relaislinsen 4 und 5 sind gleichartige positive
Linsen und symmetrisch angeordnet, so daß ihre Brennpunkte
zusammenfallen. Sie haben daher insgesamt keine Brechkraft
und eine Winkelvergrößerung von -1. Die konjugierte Länge d
der Relaislinsen 4 und 5 ist deshalb bei diesem Ausführungs
beispiel konstant und beträgt
d = 4 f + 2HH
Darin ist f die Brennweite der positiven Linse (d. h. der Re
laislinsen 4 und 5) und HH jeweils der Abstand zwischen den
Hauptpunkten der positiven Linsen.
Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist die konju
gierte Länge unabhängig vom Abstand zwischen der Kollimator
linse 2 und der Relaislinse 4 also konstant. Die Relaislinsen
4 und 5 können deshalb an beliebiger Stelle zwischen der Kol
limatorlinse 2 und dem Objektiv 7 angeordnet sein, wenn der
Abstand zwischen der Austrittsfläche der Kollimatorlinse 2
und der Eintrittsfläche des Objektivs 7 weitgehend identisch
mit der konjugierten Länge d der Relaislinsen 4 und 5 ist.
Fig. 2 zeigt den konkreteren Aufbau des in Fig. 1 gezeigten
optischen Systems. Die numerischen Daten der optischen Ele
mente sind in den folgenden Tabellen enthalten. Darin ist die
Flächenzahl ausgehend von dem Halbleiterlaser 1 angegeben.
Der Krümmungsradius ist r, die Dicke der Linsen ist d. Der
Brechungsindex an der d-Linie (588 nm) ist nd, die Abbe-Zahl
ist ν, und der Brechungsindex bei der Wellenlänge 780 nm ist
n780.
Da als Ablenkvorrichtung das Prisma 6 dient, wird dessen
Dicke durch einen verringerten Wert ersetzt, um die konju
gierte Länge zu berechnen.
Die folgende Tabelle 1 zeigt den Aufbau der Kollimatorlinse
2. Diese besteht aus fünf Einzellinsen, deren zweite und
dritte miteinander verbunden sind. In Tabelle 1 ist d0 der
Abstand zwischen dem Halbleiterlaser 1 und der ersten Linsen
fläche der Kollimatorlinse 2.
Tabelle 2 zeigt den Aufbau des Strahlenteilers 3. Dabei ist
d1 der Abstand zwischen der letzten Linsenfläche der Kolli
matorlinse 2 und der ersten Fläche des Strahlenteilers 3. Die
verringerte Dicke des Strahlenteilers 3 beträgt 3,972 mm.
Tabelle 3 zeigt den Aufbau der Relaislinsen 4 und 5. Diese
bestehen jeweils aus positiven und negativen Einzellinsen,
die miteinander verbunden sind, damit sie insgesamt dieselbe
positive Brechkraft haben, und sie sind symmetrisch angeord
net. Die Relaislinsen 4 und 5 haben übereinstimmende Brenn
weite. Die konjugierte Länge der Relaislinsen 4 und 5, die in
diesem Ausführungsbeispiel konstant ist, beträgt 199,984 mm.
Der Abstand zwischen der letzten Fläche des Strahlenteilers 3
und der ersten Fläche der Relaislinse 4 ist d2.
Tabelle 4 zeigt den Aufbau des Ablenkprismas 6. Die verrin
gerte Dicke beträgt 37,068 mm. Der Abstand zwischen der letz
ten Linsenfläche der Relaislinse 5 und der ersten Fläche des
Prismas 6 ist d3.
Tabelle 5 zeigt den Aufbau des Objektivs 7. Der Abstand zwi
schen der letzten Fläche des Prismas 6 und der ersten Fläche
des Objektivs 7 ist d4.
In diesem Ausführungsbeispiel hat der Abstand zwischen der
Austrittsfläche der Kollimatorlinse 2 und der Eintrittsfläche
des Objektivs 7 den Wert 199,984 mm und stimmt mit der konju
gierten Länge der Relaislinsen 4 und 5 überein. In der Be
rechnung sind die Dicken des Strahlenteilers 3 und des Pris
mas 6 durch reduzierte Werte ersetzt.
Bei dem vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel
ist die Scharfeinstellgenauigkeit derart, daß bei einer Ver
stellung der Kollimatorlinse in Richtung der optischen Achse
um eine Einheit 1 eine Änderung der hinteren Brennpunktslage
des Objektivs um 0,17 eintritt. Die Spurgenauigkeit ist der
art, daß bei einer Verstellung der Kollimatorlinse innerhalb
einer Ebene normal zur optischen Achse um eine Einheit 1 eine
Änderung der Strahlposition um 0,41 eintritt.
Fig. 3 zeigt den Strahlengang, wenn die Kollimatorlinse in
Richtung der optischen Achse um + 180 µm gegenüber der in
Fig. 2 gezeigten Position verstellt ist. Die Verstellung der
Kollimatorlinse 2 verursacht eine Änderung von -30 µm der
hinteren Brennpunktslage des Objektivs. Das Vorzeichen ist
positiv, wenn die Verstellung in Richtung zum optischen Band
hin vorgenommen wird.
Fig. 4 zeigt den Strahlengang, wenn die Kollimatorlinse in
Richtung der optischen Achse um -180 µm gegenüber der in
Fig. 2 gezeigten Position verstellt ist. Die Verstellung der
Kollimatorlinse 2 verursacht eine Änderung von + 30 µm der
hinteren Brennpunktslage des Objektivs.
In den in Fig. 3 und 4 gezeigten Fällen fällt der Strahl ohne
Durchmesseränderung auf das Objektiv. Fig. 5 zeigt den Strah
lengang für eine Verstellung der Kollimatorlinse innerhalb
einer Ebene normal zur optischen Achse gegenüber der in Fig.
2 gezeigten Position um 150 µm. Die Verstellung der Kolli
matorlinse bewirkt eine Verlagerung des Strahls um 61 µm, es
tritt jedoch keine Vignettierung auf. Deshalb fällt der
Strahl auch dann noch auf das Objektiv 7.
Fig. 6 und 7 zeigen Vergleichsbeispiele zu den Fig. 3 und
4. Bei einem in Fig. 6 gezeigten optischen System ohne Re
laislinse ist die Kollimatorlinse 2 in Richtung der optischen
Achse um +180 µm verstellt. Bei einem optischen System ohne
Relaislinse nach Fig. 7 ist die Kollimatorlinse 2 in Richtung
der optischen Achse um -180 µm verstellt.
Wie Fig. 6 zeigt, bewirkt eine Verstellung der Kollimatorlin
se in Richtung der optischen Achse bei der Scharfeinstellung
ein Konvergieren des auf das Objektiv treffenden Strahls. Der
Durchmesser d′ dieses Strahls wird sehr klein. Daher wird die
numerische Apertur des von dem Objektiv 7 abgegebenen Strahls
wesentlich verringert. Entsprechend nimmt der Durchmesser des
auf das Aufzeichnungsmedium fallenden Strahls zu, wodurch ein
verstärktes Nebensprechen und eine geringere Datendichte auf
treten.
Wie Fig. 7 zeigt, bewirkt ein Verstellen der Kollimatorlinse
zur Lichtquelle 1 hin ein Divergieren des Strahls, wie es
strichpunktiert angedeutet wird. Dadurch wird infolge Vignet
tierung die nutzbare Lichtmenge begrenzt. Der Öffnungswinkel
der strichpunktierten Linien ist übertrieben dargestellt.
Fig. 8 zeigt ein Vergleichsbeispiel zu Fig. 5. Bei einem op
tischen System ohne Relaislinse ist die Kollimatorlinse 2 in
einer Ebene normal zur optischen Achse um 150 µm verstellt.
Wie Fig. 8 zeigt, wird mehr als die Hälfte des Lichtes ausge
schlossen, so daß dieses Licht nicht auf das Objektiv 7
trifft.
Fig. 9 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines optischen
Aufzeichnungs- und Wiedergabegeräts. Bei diesem Ausführungs
beispiel ist die Ablenkvorrichtung ein Spiegel 20 in dem
Drehkopf B. Wenn dieser sich um die optische Achse Ax dreht,
wird mit dem Lichtstrahl eine zylindrische Innenfläche C ab
getastet, deren Rotationsmitte auf der optischen Achse Ax
liegt. Das optische Band 8 befindet sich auf der zylindri
schen Innenfläche C. Die Relaislinse 4 ist in dem stationären
Geräteteil A angeordnet, während sich die Relaislinse 5 in
dem Drehkopf B nahe dem Objektiv 7 befindet. Der Aufbau des
optischen Systems dieses zweiten Ausführungsbeispiels stimmt
im übrigen mit demjenigen des ersten Ausführungsbeispiels
überein. In Fig. 9 sind Elemente, die auch in Fig. 2 gezeigt
sind, mit denselben Bezugszeichen versehen. Sie werden hier
nicht weiter erläutert.
Der Aufbau der Kollimatorlinse 2 stimmt mit demjenigen des
ersten Ausführungsbeispiels bzw. der Tabelle 1 überein. Die
Tabellen 6 und 7 enthalten numerische Daten der Relaislinsen
4 und 5 und der Kollimatorlinse 7 für das zweite Ausführungs
beispiel. In Tabelle 6 ist der Abstand zwischen der letzten
Linsenfläche der Kollimatorlinse 2 und der ersten Linsenflä
che der Relaislinse 4 mit d5 angegeben. In Tabelle 7 bezeich
net d6 den Abstand zwischen der letzten Linsenfläche der Re
laislinse 5 und der ersten Linsenfläche des Objektivs 7.
Bei dem zweiten Ausführungsbeispiel hat der Abstand zwischen
der Austrittsfläche der Kollimatorlinse 2 und der Eintritts
fläche des Objektivs 7 die Länge 199,984 mm und stimmt mit
der konjugierten Länge der Relaislinsen 4 und 5 überein.
Die Fokussierung und Spurhaltung werden ähnlich wie bei dem
ersten Ausführungsbeispiel mit der Kollimatorlinse 2 vorge
nommen. Die Fokussierempfindlichkeit ist derart, daß bei ei
ner Verstellung der Kollimatorlinse 2 in Richtung der opti
schen Achse um eine Einheit 1 die hintere Brennpunktslage des
Objektivs 7 um 0,36 geändert wird. Die Spurhalteempfindlich
keit ist derart, daß bei einer Verstellung der Kollimatorlin
se 2 in einer Ebene normal zur optischen Achse um eine Ein
heit 1 eine Verlagerung des Strahls um 0,6 erfolgt.
Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel eines Mehrstrahl
systems anhand der Fig. 10 beschrieben. Bei diesem System
wird eine Änderung des Abstandes zwischen den einzelnen von
dem Halbleiterlaser abgegebenen Strahlen auf dem Aufzeich
nungsmedium während der Scharfeinstellung verhindert.
Die Vergrößerung eines aus drei Linsenelementen bestehenden
optischen Systems wird im folgenden anhand der Fig. 11 erläu
tert, um dieses Ausführungsbeispiel besser verständlich zu
machen. In der folgenden Beschreibung ist die Brechkraft der
Kollimatorlinse 2 (Fokussierlinse), der Relaislinse (Linsen 4
und 5) und des Objektivs 7 mit A, B bzw. C bezeichnet. Die
Symbole dx, d1 und d2 bezeichnen den Abstand des vorderen
Hauptpunktes der Kollimatorlinse 2 zur Lichtquelle 1M, den
Abstand zwischen dem hinteren Hauptpunkt der Fokussierlinse 2
und dem vorderen Hauptpunkt der Relaislinsen und den Abstand
zwischen dem hinteren Hauptpunkt der Relaislinsen und dem
vorderen Hauptpunkt des Objektivs 7. Die Konstante D, die
sich durch die Verstellung der Fokussierlinse nicht ändert,
ist D = dx + d1.
Die resultierende Vergrößerung m des in Fig. 10 gezeigten op
tischen Systems ist
m=(1-dx·A) [(1-C·d2-(D-dx)X]-dx·X (1)
Dabei ist X = (B·B·C·d2 + C).
Die Änderung der Vergrößerung durch Fokussieren beträgt:
δm/δdx= -A[1-C·d2-(D-2·dx)(B-B·C·d2+C)] = -A·C[(d2-1/C)-(d1-dx)(d2-1/C)B+(d1-dx)) . . . (2)
Bei der Erfindung erhält die Gleichung (2) den Wert Null, um
die Änderung der Vergrößerung zu eliminieren, die durch Fo
kussieren auftreten würde. Weder A noch C können Null sein,
da im ersten Fall keine Fokussierung stattfindet und c einen
positiven Wert haben muß, um einen Lichtpunkt zu erzeugen.
Damit die Gleichung (2) den Wert Null erhält, muß der folgen
de Ausdruck Null sein:
[(d2-1/C)-(d1-dx)(d2-1/C) B+(d1-dx)) = 0 . . . (3)
Daraus ergibt sich
B = 1/(d1-dx)+1/(d2-1/C) . . . (4)
Die Gleichung (4) zeigt, daß die Relaislinse den Punkt F1 mit
dem Abstand d1-dx von der Relaislinse und den Punkt F2 mit
dem Abstand d2-1/C von dem Objektiv (d. h. den vorderen Brenn
punkt des Objektivs) zueinander konjugiert. Die Relaislinsen
4 und 5 konjugieren also den Punkt F1, der den Abstand dx zum
hinteren Hauptpunkt der Kollimatorlinse 2 auf der Objektiv
seite hat, mit dem vorderen Brennpunkt F2 des Objektivs 7,
wobei dx durch den Abstand zwischen der Lichtquelle 1M und
dem vorderen Hauptpunkt der Kollimatorlinse 2 gegeben ist.
Die in Fig. 10 gezeigte optische Anordnung stimmt mit der in
Fig. 1 gezeigten im wesentlichen überein, jedoch ist der
Halbleiterlaser 1 (Fig. 1) durch einen Mehrstrahl-Halbleiter
laser 1M ersetzt. Der Mehrstrahl-Halbleiterlaser 1M besteht
aus einer Anordnung mehrerer horizontal nebeneinander ange
ordneter Lichtemitter. Ein Bild dieser Emitteranordnung wird
mit den Relaislinsen 4 und 5 und dann auf dem optischen Band
8 als eine in Fig. 10 querliegende Bildanordnung erzeugt.
Bei dem oben beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel haben
gemäß Tabelle 1 der vordere Hauptpunkt und der hintere Haupt
punkt der Kollimatorlinse 2 einen Abstand von 5,139 mm zur
ersten Linsenfläche auf der Rückseite und einen Abstand von
9,6 mm zur neunten Fläche auf der Frontseite.
Ferner ist bei dem ersten Ausführungsbeispiel der Abstand dx
zwischen der Lichtquelle 1M und dem vorderen Hauptpunkt der
Fokussierlinse 2 mit 10,000 mm angegeben, und der Punkt F1
auf der Objektivseite hat einen mit dx übereinstimmenden Ab
stand zum hinteren Hauptpunkt der Fokussierlinse 2 sowie ei
nen Abstand von 0,400 mm zur Austrittsfläche der Fokussier
linse 2 auf der Objektivseite.
Der vordere Brennpunkt F2 des Objektivs 7 hat einen Abstand
von 0,344 mm zur Eintrittsfläche des Objektivs 7 an der Vor
derseite. Entsprechend ist der Abstand zwischen den Punkten
F1 und F2 mit 199,984 mm identisch mit der konjugierten Länge
der Relaislinsen 4 und 5. Die Dicken des Strahlenteilers 3
und des Prismas 6 sind in der Berechnung mit verringerten
Werten angesetzt.
Bei dem ersten Ausführungsbeispiel ist die Vergrößerung in
der Referenzposition 0,408. Die Vergrößerung bei Verstellung
der Fokussierlinse um -180 µm zum Scharfeinstellen des Bildes
an der Position +30 µm (das positive Vorzeichen bezieht sich
auf die Richtung zum optischen Band 8 hin) ist 0,408. Die
Vergrößerung bei Verstellung der Fokussierlinse um +180 µm
zum Scharfeinstellen des Bildes in der Position -30 mm ist
gleichfalls 0,408. Es tritt also keine Änderung der Vergröße
rung auf.
Wenn bei dem ersten Ausführungsbeispiel keine Relaislinsen 4
und 5 vorhanden wären, so würde die Vergrößerung in der Refe
renzposition den Wert -0,408 haben. Die Vergrößerung bei Ver
stellen der Fokussierlinse um -280 µm zur Scharfeinstellung
des Bildes in der Position +30 µm (positives Vorzeichen be
zeichnet die Richtung zum optischen Band 8 hin) würde -0,261
sein. Die Vergrößerung bei Verstellung der Fokussierlinse um
+130 µm zum Scharfeinstellen des Bildes in der Position -30 µm
würde -0,550 sein. Es träte also nicht nur eine beachtliche
Änderung der Vergrößerung auf, sondern der Abstand zwischen
den Lichtpunkten würde sich auch ändern.
Bei dem zweiten Ausführungsbeispiel haben die Relaislinsen 4
und 5 eine konjugierte Länge von 199,984 mm, und der vordere
Brennpunkt F2 des Objektivs 7 liegt 0,165 mm hinter der er
sten Linsenfläche.
Bei dem zweiten Ausführungsbeispiel liegt der Punkt F1, der
auf der Objektivseite von dem hinteren Hauptpunkt X2 der Kol
limatorlinse 2 einen Abstand übereinstimmend mit dem Abstand
dx zwischen der Lichtquelle 1M und dem vorderen Hauptpunkt X1
der Kollimatorlinse 2 hat, in einem Abstand von 199,984 mm
zum hinteren Hauptpunkt der Kollimatorlinse 2, der mit der
konjugierten Länge der Relaislinsen 4 und 5 übereinstimmt.
Bei dem zweiten Ausführungsbeispiel ist die Vergrößerung bei
Referenzposition 0,600. Die Vergrößerung bei Verstellung der
Kollimatorlinse um -83 µm zum Scharfeinstellen des Bildes an
der Position +30 µm ist 0,600. Die Vergrößerung bei Verstel
lung der Fokussierlinse um +83 µm zum Scharfeinstellen des
Bildes an der Position -30 µm ist gleichfalls 0,600. Es tritt
also keine Änderung der Vergrößerung auf.
Die Erfindung kann auch auf ein konventionelles optisches
Speicherplattengerät o. ä. angewendet werden.
Bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel haben
die Relaislinsen 4 und 5, deren Winkelvergrößerung -1 ist,
eine konstante konjugierte Länge. Es ist aber auch möglich,
afokale Relaislinsen vorzusehen, deren Winkelvergrößerung
nicht -1 ist, oder auch Relaislinsen mit begrenzter Brenn
weite, wenn die Austrittspupille der Kollimatorlinse (d. h.
der verstellbaren Linse) 2 konjugiert zur Eintrittspupille
des Objektivs 7 liegt. Dies läßt sich aus der Gleichung (4)
ableiten, in der die Vergrößerung der Relaislinsen nicht auf
tritt. Die Winkelvergrößerung von -1 beeinflußt die Position
der Relaislinsen nicht. Wenn diese eine Vergrößerung -1 ha
ben, existiert der oben genannten Hauptpunkt nicht.
Bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen wird
die Kollimatorlinse 2 zum Fokussieren und zur Spurhaltung
verstellt. Es ist aber auch möglich, eine zusätzliche ver
stellbare Linse zur Spurhaltung und Fokussierung zwischen den
Relaislinsen und dem Objektiv vorzusehen. Ferner ist es mög
lich, separate verstellbare Linsen zur Spurhaltung und Fokus
sierung zu benutzen, wie es Fig. 12 zeigt. Hier befindet sich
eine zweite Relaislinse mit Einzellinsen 4A und 5A zwischen
den ersten Relaislinsen (d. h. Kollimatorlinsen 4 und 5). Die
Relaislinse 4A ist in dem feststehenden Geräteteil A und die
Relaislinse 5A in dem Drehkopf B angeordnet. Bei dem in Fig.
12 gezeigten Ausführungsbeispiel dient die zweite Relaislinse
(Kollimatorlinse) 4A in dem feststehenden Geräteteil A zur
Fokussierung und zur Spurhaltung. Es ist aber auch möglich,
eine der Kollimatorlinsen 2 und 4A zum Fokussieren und die
andere Kollimatorlinse 4A oder 2 zur Spurhaltung zu benutzen.
Wie aus der vorgehenden Beschreibung hervorgeht, tritt bei
Anwendung der Erfindung auf ein Mehrstrahlsystem mit einer in
Richtung der optischen Achse zum Fokussieren verstellbaren,
zum Objektiv zusätzlich vorgesehenen Linse keine Vergröße
rungsänderung auf, und der Abstand zwischen den Einzelstrah
len bleibt unverändert.
Da bei dem zweiten Ausführungsbeispiel die verstellbare Linse
außerhalb des Drehkopfes angeordnet ist, kann die Fokussie
rung und/oder Spursteuerung leicht realisiert werden, und der
Drehkopf kann klein und leicht konstruiert sein.
Da die Relaislinsen die Austrittspupille der verstellbaren
Linse konjugiert zu der Eintrittspupille des Objektivs hal
ten, tritt keine oder nur eine geringe Änderung des Durchmes
sers und der Position des auf das Objektiv treffenden Strahls
bei der Verstellung der beweglichen Linse auf. Deshalb ergibt
sich keine Durchmesservergrößerung des Strahls durch Verrin
gerung der numerischen Apertur, und es wird ein Lichtverlust
durch Vignettierung vermieden. Somit führt die Erfindung zu
einem einfachen und zuverlässigen optischen Aufzeichnungs-
und Wiedergabegerät.
Claims (19)
1. Optisches Aufzeichnungs- und Wiedergabegerät mit einer
Lichtquelle (1), mit einem Drehkopf (B), der eine Ablenk
vorrichtung (6) enthält, welche das Licht der Lichtquelle
(1) in einer vorbestimmten Richtung ablenkt, mit einem
Objektiv (7) zum Erzeugen eines Bildes auf einem opti
schen Aufzeichnungsmedium (8), wobei der Drehkopf (B) um
die optische Achse (Ax) des von der Lichtquelle (1) auf
ihn abgegebenen Lichtes rotiert, und mit einer in dem
Strahlengang zwischen der Lichtquelle (1) und dem Dreh
kopf (B) angeordneten beweglichen Linsengruppe (2), die
zumindest in Richtung der optischen Achse (Ax) und/oder
in einer Ebene quer zur optischen Achse (Ax) verstellbar
ist.
2. Gerät nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Relais
linsengruppe (4, 5) zwischen der beweglichen Linsengruppe
(2) und dem Objektiv (7), wobei die Austrittspupille der
beweglichen Linsengruppe (2) durch die Relaislinsengruppe
(4, 5) weitgehend konjugiert zur Eintrittspupille des Ob
jektivs (7) gehalten wird.
3. Gerät nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine
bewegliche Linsengruppe (2), die in Richtung der opti
schen Achse (Ax) oder in einer Ebene quer zur optischen
Achse (Ax) bewegbar ist.
4. Gerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die
quer zur optischen Achse (Ax) bewegbare Linsengruppe und
die in Richtung der optischen Achse (Ax) bewegbare Lin
sengruppe durch eine einzige Linse (2) gebildet sind.
5. Gerät nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Relaislinsengruppe (4, 5) aus minde
stens zwei Linsenelementen (4, 5) besteht.
6. Gerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die
Linsenelemente (4, 5) gleichartig ausgebildet und symme
trisch zu einer zwischen ihnen liegenden Ebene angeordnet
sind, wobei die Winkelvergrößerung der Relaislinsengruppe
-1 ist.
7. Gerät nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß
die Linsenelemente (4, 5) an einem stationären Element
(A) gehalten sind, das auch die Lichtquelle (1) trägt.
8. Gerät nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß
eines (4) der Linsenelemente (4, 5) an einem stationären
Element gehalten ist, das auch die Lichtquelle (1) trägt,
und daß das andere Linsenelement (5) in dem Drehkopf (B)
angeordnet ist.
9. Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß die bewegliche Linsengruppe (2) eine
Kollimatorlinse ist, die das Licht parallel ausrichtet.
10. Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß die Lichtquelle ein Mehrstrahl-Laser
(1M) ist.
11. Optisches Aufzeichnungs- und Wiedergabegerät mit einer
Mehrstrahl-Lichtquelle (1M), einem Objektiv (7) zum Er
zeugen mehrerer Bilder auf einem optischen Aufzeichnungs
medium (8), mit einer Fokussierlinsengruppe (2) zwischen
der Lichtquelle (1M) und dem Objektiv (7), die in Rich
tung der optischen Achse (Ax) bewegbar ist, und mit einer
Relaislinsengruppe (4, 5) zwischen der Fokussierlinsen
gruppe (2) und dem Objektiv (7), wobei ein in einem vor
bestimmten Abstand (dx) zum hinteren Hauptpunkt der Fo
kussierlinsengruppe (2) angeordneter Punkt durch die Re
laislinsengruppe (4, 5) weitgehend konjugiert zu einem
vorderen Brennpunkt des Objektivs (7) gehalten wird und
der vorbestimmte Abstand (dx) mit dem Abstand zwischen
der Lichtquelle (1M) und dem vorderen Hauptpunkt der Fo
kussierlinsengruppe (2) übereinstimmt, wobei der hintere
Hauptpunkt als der Hauptpunkt der Fokussierlinsengruppe
(2) auf der Objektivseite und der vordere Hauptpunkt als
der Hauptpunkt der Fokussierlinsengruppe (2) auf der
Lichtquellenseite definiert ist, und wobei der vordere
Punkt als der Brennpunkt des Objektivs (7) auf der Licht
quellenseite definiert ist.
12. Gerät nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der
vorbestimmte Abstand (dx) mit der Brennweite der Fokus
sierlinsengruppe (2) übereinstimmt.
13. Gerät nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet,
daß die von der Relaislinsengruppe (4, 5) abgegebenen
Strahlen parallelgerichtet sind.
14. Gerät nach eine der Ansprüche 11 bis 13, gekennzeichnet
durch einen um die optische Achse des von der Lichtquelle
(1M) abgegebenen Lichts drehbaren Kopf (B) mit einer Ab
lenkvorrichtung (6), die das Licht zu dem Objektiv (7)
hin ablenkt, welches in dem drehbaren Kopf (B) angeordnet
ist.
15. Gerät nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Relaislinsengruppe (4, 5) keine Brech
kraft und eine Winkelvergrößerung von -1 hat.
16. Gerät nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die
Relaislinsengruppe (4, 5) aus mindestens zwei Linsenele
menten (4, 5) besteht.
17. Gerät nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die
Linsenelemente (3, 4) gleichartig ausgebildet und symme
trisch zu einer zwischen ihnen liegenden Ebene angeordnet
sind.
18. Gerät nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet,
daß die Linsenelemente (4, 5) an einem stationären Ele
ment (A) zusammen mit der Lichtquelle (1M) gehalten sind.
19. Gerät nach Anspruch 16, 17 oder 18, dadurch gekennzeich
net, daß eines (4) der beiden Linsenelemente (4, 5) mit
der Lichtquelle (1M) an einem stationären Element (A) ge
halten ist, während das andere Linsenelement (5) an einem
Kopf (B) gehalten ist, welcher um die optische Achse (Ax)
der Strahlen drehbar ist und auch das Objektiv (7) sowie
eine Ablenkvorrichtung (6) enthält, die die Strahlen zum
Objektiv (7) hin ablenkt.
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