DE3346812A1

DE3346812A1 - Optische abnehmervorrichtung

Info

Publication number: DE3346812A1
Application number: DE19833346812
Authority: DE
Inventors: Akihiro Tokorozawa Saitama Tachibana; Yoshiyuki Tsukai
Original assignee: Pioneer Electronic Corp
Current assignee: Pioneer Corp
Priority date: 1982-12-25
Filing date: 1983-12-23
Publication date: 1984-08-16
Also published as: JPH0570211B2; GB2133174B; FR2538580A1; GB8334199D0; DE3346812C2; GB2133174A; JPS59119548A; FR2538580B1; US4624526A

Description

Optische Abnehmervorrichtung

Die Erfindung betrifft eine optische Abnehmervorrichtung, insbesondere zur Verwendung bei einer Anordnung zum optischen Lesen einer aufgezeichneten Information.

Bei einer herkömmlichen optischen Abnehmervorrichtung ist es üblich, ein Prisma zu verwenden, um einen reflektierten Lichtstrahl von dem von einer Lichtquelle ausgegebenen Leselichtstrahl zu trennen- Das Halbprisma oder Wollastonprisma (WoIlaston-Doppelbildprisma) sind Beispiele für ein derartiges Prisma. Bei einem Halbprisma ist der reflektierte Lichtstrahl, der vom Prisma austritt, im wesentlichen senkrecht zum Weg des Leselichtstrahles gerichtet. Die Abmessung, insbesondere die Breite der Abnehmervorrichtung wird daher unvermeidlich groß, was ein weiteres Hindernis für die Verringerung der Größe der Anordnung als Ganzes darstellt. Bei einem WoI lastonprisma besteht der Nachteil darin, daß die Herstellungskosten erheblich sind.

Durch die Erfindung soll eine optische Abnehmervorrichtung geschaffen werden, die dadurch vereinfacht ist, daß sich die Verwendung eines Prismas erübrigt und die eine geringere Größe, verglichen mit herkömmlichen Abnehmervorrichtungen, hat, so daß sie mehr Spielraum für die Auslegung der Anordnung läßt, in die die Abnehmervorrichtung einzubauen ist.

Durch die Erfindung soll insbesondere eine optische Abnehmervorrichtung geschaffen werden, die mit relativ niedrigen Kosten hergestellt werden kann.

Die erfindungsgemäße optische Abnehmervorrichtung umfaßt ei-

• ·

ne Quelle eines Beleuchtungslichtstrahles, eine Trenneinrich· tung zum Lenken des Beleuchtungslichtstrahls zur Oberfläche eines Aufzeichnungsträgers und zum Trennen eines Reflektionslichtstrahles_s der von der Oberfläche des Aufzeichnungsträgers reflektiert ist,vom Beleuchtungslichtstrahl und eine Photodetektoreinrichtung zur Aufnahme wenigstens eines Teils des Reflektionslichtstrahles, wobei die erfindungsgemäße Vorrichtung dadurch gekennzeichnet ist, daß die Trenneinrichtung die Funktion hat, daß sie den auftreffenden Lichtstrahl beugt, und daß die Photodetektoreinrichtung an einer Stelle zur Aufnahme des vom Reflektionsstrahls gebeugten Strahles einer gewählten Ordnung angeordnet ist.

Im folgenden werden anhand der zugehörigen Zeichnung besonders bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung näher beschrieben. Es zeigen:

Fig.1 schematisch eine herkömmliche Abneh

mervorrichtung mit einem Halbprisma,

Fig. 2 in einer Fig.1 ähnlichen schematischen

Ansicht eine weitere herkömmliche Abnehmervorrichtung mit einem Wollastonprisma,

Fig.3 schematisch ein Ausführungsbeispiel

der erfindungsgemäßen Abnehmervorrichtung ,

Fig. 4 eine Schnittansicht einer Abnehmervor

richtung, die nach dem in Fig.3 dargestellten Grundprinzip aufgebaut ist,

Fig.5A und 5B das Prinzip des Hologramms, das bei

einem zweiten Ausführungsbeispiel der

erfindungsgemäßen Abnehmervorrichtung angewandt ist, und

Fig. 6 eine Teilansicht des zweiten Ausfüh

rungsbeispiels, bei dem eine Hologrammlinse statt eines herkömmlichen Objektivs verwandt wird.

Bevor das bevorzugte Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Abnehmervorrichtung beschrieben wird, werden zunächst anhand der Figuren 1 und 2 Beispiele bekannter derartiger Vorrichtungen erläutert.

Bei der in Fig. 1 dargestellten optischen Abnehmervorrichtung wird ein Informationsleselichtstrahl, der an einer Laserlichtquelle 1 erzeugt wird, einem Objektiv 13 über ein Halbprisma 12 zugeführt, das als Strahlenteiler wirkt und auf der Aufzeichnungsfläche der Aufzeichnungsplatte 14 konvergiert. Ein .Reflexionsstrahl von der Aufzeichnungsplatte 14 wird wiederum in das Objektiv 13 gelenkt, durch das der Reflexionsstrahl in einen parallelen Lichtstrahl umgewandelt wird. Dieser parallele Refle χionslichtstrahl liegt dann am Halbprisma 12, an dem der Reflexionsstrahl nochmals reflektiert und in eine Richtung senkrecht zum Lichtstrahl von der Lichtquelle 11 gelenkt und von einer Aufnahmefläche einer Lichtaufnahmeeinrichtung 15 aufgenommen wird. Die Lichtaufnahmeeinrichtung 15 ist beispielsweise ein Phototransistor, der die. Intensität des auf treffenden Lichtes in ein elektrisches Signal umwandelt.

Bei der in Fig. 2 dargestellten Abnehmervorrichtung wird das Licht von der Laserlichtquelle 11 in zwei polarisierte Lichtstrahlen mit verschiedenen Schwingungsebenen, beispielsweise in P-polarisiertes Licht mit einer Schwingungs-

richtung parallel zur Einfallsebene und S-polarisiertes Licht mit einer Schwingungsebene senkrecht zum einfallenden Lichtstrahl am WoIlaston-Doppelbildprisma 16 aufgeteilt. Einer dieser polarisierten Lichtstrahlen, beispielsweise das P-polarisierte Licht, wird zum Objektiv 13 über eine

A/4 Platte 17 geleitet, in der das eintretende polarisierte Licht in einen unpolarisierten Lichtstrahl umgewandelt wird. Der durch das Objektiv 13 hindurchgegangene Lichtstrahl wird dann auf die Oberfläche der Platte 14 gelenkt, von der der auftreffende Lichtstrahl reflektiert und wieder zum Objektiv 13 geführt wird. Nach dem Durchgang durch das Objektiv 13 liegt der Reflexionslichtstrahl anschließend an der Λ/4 Platte 17, die den Lichtstrahl in einen S-polarisierten Lichtstrahl umwandelt. Der in dieser Weise erzeugte S-polarisierte Lichtstrahl liegt dann am WoIlastonprisma 16, das den Lichtstrahl zum Photodetektor 15 lenkt.

Aus dem Obigen ist ersichtlich, daß bei beiden herkömmlichen, in den Fig. 1 und 2 dargestellten Abnehmersystem.en ein Prisma (trotz des Unterschieds in der Art des Prismas) dazu verwandt wird, den Reflexionslichtstrahl vom einfallenden Lichtstrahl zu trennen, der von der Lichtquelle erzeugt wird, und daß eine Reihe von Nachteilen mit der Verwendung eines Prismas verbunden ist. Insbesondere im Falle des Halbprismas bei dem in Fig. 1 dargestellten Abnehmersystem ist der Winkelunterschied zwischen dem einfallenden Lichtstrahl und dem von diesem Prisma austretenden Lichtstrahl bis zu 90° groß. Aufgrund dieses großen Winkelunterschiedes ist es schwierig, die Abmessung,insbesondere die Breite des Abnehmersystem, zu verringern. Andererseits besteht im Fall des in Fig.2 dargestellten Abnehmersystems der Nachteil, daß das WoIlastonprisma mit hohen Kosten verbunden ist, und daß die Verwendung eines derartigen Prismas zu hohen Herstellungskosten des Abnehmersystems führt.

Im folgenden wird anhand von Fig.3 ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Abnehmersystems beschrieben.

Wie es in Fig.3 dargestellt ist, liegt der von einer Laserquelle 21 ausgehende Lichtstrahl unter einem Einfallswinkel § an einem Beugungsgitter 28, das als Strahlenteiler dient. Bei Beugungsgittern ist die Verteilungdes Beugungslichtes, das durch dieses Gitter hindurchgegangen ist, nach Maßgabe der Tiefe der Schlitze, die das Gitter bilden, und nach Maßgabe des Abstandes P zwischen den Schlitzen bestimmt. Wenn die Tiefe eines Schlitzes d gleich 1/2 (d -L12) ist, dann wird nur ein Beugungsstrahl erster Ordnung erhalten. Weiterhin ist der Winkel, unter dem das Licht das Beugungsgitter 28 verläßt, nach Maßgabe des Abstandes P bestimmt.

Bei diesem Ausführungsbeispiel ist als Beugungsgitter 28 ein Gittertyp gewählt, der nur Beugungslicht erster Ordnung erzeugt, wobei der Winkel, unter dem der Lichtstrahl das Beugungsgitter verläßt, gleich θ ist. Das Licht liegt am Beugungsgitter 28 unter einem Winkel ©'und wird in zwei Beugungslichtstrahlen erster Ordnung aufgeteilt, von denen einer unter einem rechten Winkel an einem Objektiv 23 liegt. Aus Gründen der Einfachheit ist der andere Lichtstrahl vom Beugungsgitter in Fig.3 nicht dargestellt.

Der Lichtstrahl, der durch das Objektiv konvergiert und auf der Oberfläche der Aufzeichnungsplatte 24 fokussiert wird, wird anschließend durch diese Oberfläche reflektiert und wiederum zum Objektiv 23 gelenkt. Durch das Objektiv 23 wird der Reflexionsstrahl in paral leles Licht, umgewandelt, das unter einem rechten Winkel am Beugungsgitter 28 liegt. Durch das Beugungsgitter 28 werden nur zwei Beugungsstrahlen erster Ordnung unter Winkeln von +^ 0 ausgestrahlt. Anschließend wird einer der Beugungsstrahlen, der nicht derjenige ist,der zur Laserstrahlquelle 11 gelenkt wird, von einem Photodetek-

BAD ORIGINAL

tor 25 aufgefangen.

Fig. 4 zeigt eine Schnittansicht einer Abnehmervorrichtung, die einen Aufbau hat, wie er im Obigen anhand von Fig.3 beschrieben wurde. In Fig. 4 sind gleiche Bezugszeichen wie in Fig. 3 für gleiche Bauteile oder entsprechende Bauelemente verwandt.

Der Lichtstrahl von der Laserquelle 21 wird in derselben Weise, wie es beschrieben wurde, zur Oberfläche der Aufzeichnungsplatte 24 gelenkt,und der Reflexionssträhl wird vom Photodetektor 25 aufgefangen. Wie es in der Zeichnung dargestellt ist, kann der tatsächliche Winkelunterschied zwischen dem von der Laserquelle ausgestrahlten Lichtstrahl und dem am Photodetektor liegenden Reflexionsstrahl extrem klein sein, was zur Folge hat, daß der Durchmesser der Abnehmervorrichtung erheblich verringert werden kann. Folglich ist eine Verringerung der Größe der Abnehmervorrichtung als Ganzes möglich.

Obwohl bei dem obigen Ausführungsbeispiel das Beugungsgitter von einem Gittertyp war, der nur Beugungsstrahlen erster Ordnung ausstrahlt, kann das Beugungsgitter auch von einem Gittertyp sein, der nur den Beugungsstrahl nullter Ordnung ausstrahlt. In diesem Fall wird der Abstrahlungswinkel dieses Beugungsstrahls nullter Ordnung in geeigneter Wei?e so gewählt, daß er vom Photodetektor 25 empfangen wird. Es ist weiterhin möglich, ein Beugungsgitter von einem Typ zu verwenden, der nicht nur den Beugungsstrahl erster Ordnung, sondern auch den Beugungsstrahl nullter Ordnung zuläßt,und die Abnehmervorrichtung so aufzubauen, daß nur der Beugungslichtstrahl erster Ordnung oder der Beugungslichtstrahl nullter Ordnung aufgefangen wird.

In den Fig. 5A und 5B ist das Grundprinzip eines zweiten Aus-

führungsbeispiels der erfindungsgemäßen Abnehmervorrichtung dargestellt, bei dem eine Hologrammlinse statt des Beugungsgitters verwandt wird. Das basiert auf der Tatsache, daß das Hologramm die Fähigkeit hat, den auftreffenden Lichtstrahl zu beugen. Fig.5A zeigt eine Ansicht zur Erläuterung der Arbeitsweise des Hologramms. Wie es in Fig.5A dargestellt ist, werden Kugelwellenfronten, die von einer Punktquelle P ausgehen, zu einer photographischen Platte 30 als Licht von einem Objekt gerichtet. Die photographische Platte 30 wird gleichfalls mit einem kohärenten Bezugslichtstrahl belichter, der eine Wellenebene hat, die parallel zur Oberfläche der photographischen Platte 30 verläuft. Fig. 5B zeigt ein sogenanntes Fresnel-Hologramm, das auf der photographischen Platte 30 durch die obige Belichtung und die anschließende Weiterbehandlung erzeugt wird und das die Form einer Vielzahl von koaxialen Interferenzstreifen oder Fresnelzonen hat.

Wenn in der in Fig. 6 dargestellten Weise ein monochromascher Beleuchtungslichtstrahl, der mit dem in Fig. 5A dargestellten Bezugslichtstrahl identisch ist, auf das Fresnel-Hologramm 30 fällt, werden in bekannter Weise die durchgehenden Lichtstrahlen in drei Wellen aufgeteilt.

Die erste Welle ist eine Beugungswelle nullter Ordnung, die eine Richtung und eine Phae hat, die identisch mit der Richtung und der Phase des einfallenden Lichtes sind, während die zweite Welle eine Richtung und eine Phase hat, die identisch mit der Richtung und Phase des Lichtes vom Objekt sind, das die Fresnel-Zonen gebildet hat und ein virtuelles Bild P¹ des Objektes liefert. Die dritte Welle bildet ein reelles Bild Q des Objektes.

Das heißt mit anderen Worten, daß es einen einzigen Beugungslichtstrahl nullter Ordnung parallel zum Beleuchtungslichtstrahl und zwei Beugungslichtstrahlen erster Ordnung gibt,

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von denen einer zur Erzeugung eines reelen Bildes Q auf der Aufzeichnungsfläche der Aufzeichnungsplatte 24 herangezogen werden kann. Der Beleuchtungslichtstrahl kann somit auf der Aufzeichnungsfläche ohne Verwendung eines Objektivs fokussiert werden, das bei bekannten Abnehmereinrichtungen vorgesehen ist.

Der Reflexionslichtstrahl von der Oberfläche der Aufzeichnungplatte liegt wieder am Fresnel-Hologramm 30, das den Reflexionsstrahl in einen Beugungsstrahl nullter Ordnung und in Beugungsstrahlen erster Ordnung aufteilt, die nicht dargestellt sind. Es versteht sich jedoch, daß in der Hologrammlinse 30 der Reflexionsstrahl nicht über denselben Weg wie der Beleuchtungsstrahl geht. Um das Reflexionslicht aufzunehmen, reicht es aus, einen Photodetektor vorzusehender entweder den Beugungsstrahl nullter Ordnung oder den Beugungs- oder Reflexionsstrahl erster Ordnung aufnimmt.Zweckmäßigerweise ist ein kleiner Photodetektor an der Stelle des virtuellen Bildes P¹ .angeordnet, so daß die im Reflexionsstrahl enthaltene Information aufgenommen werden kann.

Aus dem Obigen ist ersichtlich, daß die Fokussierung der Lichtstrahlen sowie die Trennung des einfal lendens Lichtstrahles und des Reflexionsstrahles mittels des Hologramms erfolgen können. In diesem Fall besteht der große Vorteil darin, daß kein Objektiv mehr notwendig ist. Gleichfalls ergibt sich der gleiche Vorteil wie beim Beugungsgitter, daß die Größe der Abnehmereinrichtung beträchtlich vermindert werden kann.

Es versteht sich somit, daß gemäß der Erfindung eine Vereinfachung und eine erhebliche Verringerung der Größe der Abnehmervorrichtung möglich werden. Das führt gleichfalls zu einer erheblichen Verringerung der Kosten der Abnehmervorrichtung. Das ist insbesondere dann außerordentlich wichtig,

X A^A.

wenn die Anordnung, in die die Abnehmereinrichtung einzubauen ist, beispielsweise bei einem Videoplattenspieler so aufgebaut ist, daß die Abnehmeranlage als Ganzes in radialer Richtung der Aufzeichnungsplatte bewegt wird, so daß der Ausleselichtstrahl in radialer Richtung verschoben wird. Bei dem bekannten Aufbau der Anordnung würde der relativ große Durchmesser der Abnehmervorrichtung gleichfalls zu einer Zunahme der Größe der Antriebsteile, beispielsweise des magnetischen Kreises führen, die in der Nähe der Abnehmervorrichtung vorgesehen ist. Es versteht sich jedoch ohne weiteres, daß dieser Nachteil durch die erfindungsgemäße Ausbildung vermieden wird.

Claims

Dr. F. Zumetern sen:'-"Dr. E'Ad^mann Dipl.-Ing. F. Klingseisen - Dr. F. Zumstein jun.

PATENTANWÄLTE

ZUGELASSE IM E VERTRETER BEIM EUROPÄISCHEN PATENTAMT REPRESENTATIVES BEFORE THE EUROPEAN PATENT OPFICF.

3/Li

FPGO1-8324

PIONEER ELECTRONIC CORPORATION, Tokyo/Japan

Optische Abnehmervorrichtung

PATENTANSPRÜCHE

J Optische Abnehmervorrichtung mit einer Quelle eines Beleuchtungslichtstrahles, einer Trenneinrichtung, die den Beleuchtungslichtstrahl auf die Oberfläche eines Aufzeichnungsträgers wirft und einen Reflexionslichtstrahl, der von der Oberfläche des Aufzeichnungsträgers reflektiert wird, vom Beleuchtungslichtstrahl trennt, und einer Photodetektoreinrichtung, die wenigstens einen Teil des Reflexionsstrahles aufnimmt,
dadurch gekennzeichnet, daß die Trenneinrichtung die Funktion'hat, daß sie den auftreffenden Lichtstrahl beugt, und daß die Photodetektoreinrichtung an einer Stelle zur Aufnahme des vom Reflexionsstrahl gebeugten Strahls einer gewählten Ordnung angeordnet ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Trenneinrichtung ein Beugungsgitter (28) ist, das

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zwischen der Quelle des Beleuchtungslichtstrahles,der Photodetektoreinrichtung und einem Objektiv zum Fokussieren des Beleuchtungslichtstrahles auf der Oberfläche des Aufzeichnungsträgers angeordnet ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,

daß die Trenneinrichtung eine Hologrammlinse (3o) ist, die direkt den Beleuchtungslichtstrahl auf der Oberfläche des Aufzeichnungsträgers fokussiert.