DE2341824C3

DE2341824C3 - Device for reading out a recording medium on which data are attached in at least one track

Info

Publication number: DE2341824C3
Application number: DE19732341824
Authority: DE
Inventors: Gijsbertus Eindhoven Bouwhuis (Niederlande)
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1972-09-02
Filing date: 1973-08-18
Publication date: 1977-05-26

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Auslesen eines Aufzeichnungsträgers gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Aus der DT-OS 16 13 990 ist bekannt, die Spur aus Gebieten veränderlicher Länge aufzubauen, die durch Zwischengebiele voneinander getrennt sind. Die Daten können in Form einer Phasenstruktur oder in Form einer Amplitudenstrukiur gespeichert sein, was bedeutet, daß die Phase oder die Amplitude des Auslesestrahls von dieser Datenstrukair moduliert wird, für den ein schmaler rechteckförmiger Lichtfleck verwendet wird.The invention relates to a device for reading out a recording medium according to the The preamble of claim 1. From DT-OS 16 13 990 is known the track from areas of variable length to be built, which are separated from each other by intermediate areas. The data can be in the form of a Phase structure or be stored in the form of an amplitude structure, which means that the phase or the Amplitude of the readout beam from this data structure is modulated, for which a narrow rectangular light spot is used.

Auch wurde bereits vorgeschlagen, beim Auslesen einer derartigen SttJktur Teile derselben, deren Abmessungen kleiner als das kleinste Detail der Struktur sind, auf dem Detektionssystem abzubilden. Dies läßt sich dadurch erzielen, daß ein sehr kleiner Strahlungsfleck auf die Struktur projiziert und der bestrahlte Teil der optischen Struktur auf dem Detektionssystem abgebildet wird. Auch ist es möglich, einen größeren Strahlungsfleck auf die Struktur m projizieren und nur einen sehr kleinen Teil des bestrahlten Teils dieser Struktur auf dem Detektionssystem abzubilden. Da es erwünscht ist, eine große Menge Daten auf dem Aufzeichnungsträger zu speichern, können die Abmessungen der Gebiete und Zwischengebiete sehr klein werden. So werden z. B. für den Fall, daß man ein Videoprogramm von etwa 45 Minuten auf einem kreisförmigen Aufzeichnungsträger mit einem AußeMurchmesser von 30 cm zu speichern wünscht, die Gebu-ie und Zwischengebiete Abmessungen in der Größenordnung von 1 μπι erhalten. Dies bedeutet, daß für die beiden genannten Ausleseverfahren eine Linse mit einer großen numerischen Apertur verwendet werden muß. Das kleinste Detail, das mit einer Linse ίο abgebildet werden kann, ist ja der Wellenlänge der verwendeten Strahlung geteilt durch die numerische Apertur der Linse proportional. Die numerische Apertur N.A. einer Linse mit einer kreisförmigen Eintrittspupille wird durch:It has also already been proposed, when reading out such a structure, to map parts of the structure, the dimensions of which are smaller than the smallest detail of the structure, on the detection system. This can be achieved in that a very small radiation spot is projected onto the structure and the irradiated part of the optical structure is imaged on the detection system. It is also possible to project a larger radiation spot onto the structure m and to image only a very small part of the irradiated part of this structure on the detection system. Since it is desired to store a large amount of data on the recording medium, the dimensions of the areas and intermediate areas can become very small. So z. B. in the event that you want to store a video program of about 45 minutes on a circular recording medium with an outer diameter of 30 cm, the building and intermediate areas receive dimensions of the order of 1 μm. This means that a lens with a large numerical aperture must be used for the two readout methods mentioned. The smallest detail that can be imaged with a lens ίο is proportional to the wavelength of the radiation used divided by the numerical aperture of the lens. The numerical aperture NA of a lens with a circular entrance pupil is given by:

N.A. = sin u NA = sin u

gegeben, wobei u den halben Winkel darstellt, unter dem der Gegenstand beobachtet wird.given, where u represents half the angle at which the object is observed.

Eine Linse mit einer großen numerischen Apertur ist teuer. Außerdem wird, weil die Tiefenschärfe einer Linse der Wellenlänge des verwendeten Lichtes geteilt durch das Quadrat der numerischen Apertur proportional ist, eine derartige Linse eine geringe Tiefenschärfe aufweisen.A lens with a large numerical aperture is expensive. Also, because the depth of field is a Lens proportional to the wavelength of the light used divided by the square of the numerical aperture such a lens would have a shallow depth of field.

Die Erfindung bezweckt, in einer Auslesevorrichtung der eingangs genannten Art die Anwendung einer Linse mit einer großen numerischen Apertur und die ihr anhaftenden Nachteile zu vermeiden, und sie ist gemäß dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 gekennzeichnet. The aim of the invention is to use a lens in a read-out device of the type mentioned at the beginning with a large numerical aperture and its inherent disadvantages, and it is in accordance the characterizing part of claim 1 characterized.

In der Vorrichtung nach der Erfindung wird das Abbildungssystem auf andere Weise verwendet als bisher üblich war. Während in bekannten Auslesevorrichtungen eine Linse mit einem möglichst großenIn the device according to the invention, the imaging system is used in a different way was previously common. While in known readout devices a lens with as large as possible

3; Auslösungsvermögen verwende! wird, ist in der Vorrichtung nach der Erfindung absichtlich ein kleines Auflösungsvermögen gewählt.3; Use triggering ability! is intentionally a small one in the device according to the invention Resolving power chosen.

Die Vorrichtung nach der Erfindung eignet sich besonders gut zum Auslesen eines Aufzcichnungsträgers, in dem die Daten in einer Phasenstruktur gespeichert sind. Dabei kann die Vorrichtung einfach und billig gehalten werden. Für das Auslesen werden dann keine kostspieligen und verwickelten Phasenkontrastanordnungen und interferometrischen Anordnun-The device according to the invention is particularly suitable for reading out a recording medium, in which the data is stored in a phase structure. The device can be simple and kept cheap. No costly and complicated phase contrast arrangements are then required for reading out and interferometric arrangements

4S gen, wie sie bereits früher vorgeschlagen wurden, benötigt.4S gen, as suggested earlier, needed.

Eine Vorrichtung nach der Erfindung läßt sich vorteilhaft auch zum Auslesen eines reflektierenden Aufzeichnungsträgers verwenden. Unier der Abmessung des Querschnittes des Auslesestrahl ist der Abstand zwischen zwei Punkten in diesem Querschnitt zu verstehen, an denen die Strahlungsintensität auf e~² der Intensität in der Mitte des Strahls abgenommen hat. Im Falle eines kreisförmigen Auslesestrahls ist die Abmessung des Querschnittes des Auslesestrahls in der Breitenrichtung der Spur gleich dem Durchmesser des Auslesestrahls.A device according to the invention can advantageously also be used for reading out a reflective recording medium. The dimension of the cross section of the readout beam is to be understood as the distance between two points in this cross section at which the radiation ^{intensity has decreased to e ~ 2} the intensity in the center of the beam. In the case of a circular readout beam, the dimension of the cross section of the readout beam in the width direction of the track is equal to the diameter of the readout beam.

Die Erfindung wird nachstehend beispielsweise an Hand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigtThe invention is explained in more detail below, for example with reference to the drawing. It shows

Fig. 1 das Prinzip der Vorrichtung nach der Erfindung,1 shows the principle of the device according to the invention,

F i g. 2 einen Teil der optischen Struktur des auszulassenden Aufzeichnungsträgers und
F i g. 3 eine Ausführungsform einer Vorrichtung nach der Erfindung zum Auslesen eines reflektierenden Aufzeichnungsträgers.F i g. 2 shows part of the optical structure of the record carrier to be omitted and
F i g. 3 shows an embodiment of a device according to the invention for reading out a reflective recording medium.

Wie in F i g. 1 dargestellt ist, wird eine Linse Li, wenn sie von einem parallelen Strahl B bestrahlt wird, diesenAs in Fig. 1, when a lens Li is irradiated by a parallel beam B , it becomes this

Strahl in einem kleinen Slrahlungsfleck V₁ in der hinteren Brennebene der Linse konzentrieren. Die minimale beugungsbegrenzte Abmessung des Strahlungsfleckes wird durch die Wellenlänge der verwendeten Strahlung und die Linse selber bestimmt. Wenn der Strahl B die ganze Eintrittspupille der Linse ausfüllt, kann die Mindestabmessung des Strahlungsflecks durch:Concentrate the beam in a small spot V ₁ in the rear focal plane of the lens. The minimum diffraction-limited dimension of the radiation spot is determined by the wavelength of the radiation used and the lens itself. If the beam B fills the entire entrance pupil of the lens, the minimum dimension of the radiation spot can be:

V = C —i- V = C -i-

^Imm N.A. ^Imm NA

dargestellt werden, wobei λ die Wellenlänge der verwendeten Strahlung und N.A. die numerische Apertur der Linse darstellt, während Ceine konstante in der Größenordnung von 1 ist, die durch die Intensitätsverteilung über den Auslesestrahl bestimmt wird.where λ is the wavelength of the radiation used and NA is the numerical aperture of the lens, while C is a constant on the order of 1, which is determined by the intensity distribution over the readout beam.

Umgekehrt kann die Linse Li mit einer N.A. gleich der der Linse L\ noch ein Detail, dessen Abmessungen gleich denen von Vi sind, abbilden. Ein Detail V₂, an der Stelle von V, mit Abmessungen, die kleiner als die von Vi sind kann jedoch nicht mehr mit der Linse L₂ abgebildet werden. Dies, hängt mit der Wellcnnatur der Strahlung zusammen. Beim Bestrahlen eines kleinen Details V₂ wird Beugungsstrahlung erhalten. Die Linse Li kann nur eine getreue Abbildung dieses Details erzeugen, wenn diese Beugungsstrahlung von der EintnUspupille der Linse durchgelassen wird. Wenn, wie in F 1 g. 1 dargestellt ist, das Detail V₂ derart klein ist, daß die abgebogene Strahlung größtenteils außerhalb der rintrittspupillc der Linse fällt (siehe Strahlen B m Fig. 1), kann die Linse keine getreue Abbildung des Details V₂ mehr erzeugen. Der Detektor I) empfängt von V₂ dann nur noch sehr wenig Strahlung. Conversely, the lens Li with an NA equal to that of the lens L \ can still image a detail, the dimensions of which are the same as those of Vi. A detail V ₂ , at the point of V, with dimensions that are smaller than those of Vi can, however, no longer be imaged with the lens L _2. This is related to the wave nature of the radiation. When a small detail V ₂ is irradiated, diffraction radiation is obtained. The lens Li can only produce a faithful image of this detail if this diffraction radiation is allowed through by the eye of the lens. If, as in F 1 g. 1 is shown, the detail V _{2 is} so small that the bent radiation falls largely outside the entrance pupil of the lens (see rays B m Fig. 1), the lens can no longer produce _{a true image of the detail V 2.} The detector I) then receives only very little radiation from V _2.

Eine Anordnung nach Fig. 1 kann zum Auslesen eines Aufzeichnungsträgers in Durchsicht verwendet werden. Zu diesem Zweck wird der Aufzeichnungsträger derart angeordnet.daß sich die auszulesende Spur in der Ebene des Details V₂ befindet. Der Aufzeichnungsträger wird darauf derart bewegt, daß die aufeinanderfolgenden Teile der Spur nacheinander an der Stelle von V₂ erscheinen.An arrangement according to FIG. 1 can be used for reading out a recording medium in transparency. For this purpose, the recording medium is arranged in such a way that the track to be read is located in the plane of the detail V ₂ . The record carrier is then moved in such a way that the successive parts of the track appear one after the other at the location of V ₂ .

In Fig. 2 ist ein Teil der optischen Struktur eines auszulesenden Aufzeichnungsträgers, in diesem Falle eines kreisförmigen Aufzeichnungsträgers, dargestellt. Auf dem Aufzeichnungsträger 1 sind eine Anzahl Gebiete b gemäß Spuren 2 angeordnet. Die Gebiete üben cii;cn anderen Einfluß auf ein auf den Aufzeichnungsträger einfallendes Strahlungsbündel als der übrige Teil des Aufzeichnungsträgers, d. h. als die zwischen den Gebieten liegenden Zwischengebiete g und die datcnlosen Zwischenstreifen 3, aus. Die Spuren können parallel zueinander und aiso konzentrisch zu dem Mittelpunkt des Aufzeichnungsträgers angebracht sein. Auch kann eine kontinuierliche spiralförmige Spur auf dem Aufzeichnungsträger angebracht sein. Die Längen der Gebiete und die Abstände /wischen den Gebieten werden durch die in der Spur gespcicherien Daten bestimmt. FIG. 2 shows part of the optical structure of a recording medium to be read out, in this case a circular recording medium. A number of areas b according to tracks 2 are arranged on the recording medium 1. The areas exert a different influence on a radiation beam incident on the recording medium than the rest of the recording medium, ie than the intermediate areas g lying between the areas and the data-free intermediate strips 3. The tracks can be arranged parallel to one another and aiso concentric to the center point of the recording medium. A continuous spiral track can also be provided on the recording medium. The lengths of the areas and the distances between the areas are determined by the data stored in the track.

Ein nicht dargestelltes Strahlungsbündel, /,. B. der Strahl öder Fi g. 1, erzeugt einen Strahlungsfleck Vi auf der optischen Struktur. Indem sich der Aufzeichnungsträger in der mit dem Pfeil 4 angegebenen Richtung bewegt, wird das Strahlungsbündel entsprechend der Reihenfolge von Gebieten und Zwischengebieten in einer Spur zeitlich moduliert. Der Durchmesser d des Lichtflecks Vi ist größer als die Breite der Spuren 2, aber kleiner als die Summe der Spurbreite und des Zweifachen der Breite der datenlosen Zwischenstreifen. A radiation beam, not shown, / ,. B. the beam or Fi g. 1, creates a radiation spot Vi on the optical structure. By moving the record carrier in the direction indicated by arrow 4 , the radiation beam is modulated in time in accordance with the sequence of areas and intermediate areas in a track. The diameter d of the light spot Vi is greater than the width of the tracks 2, but smaller than the sum of the track width and twice the width of the data-less intermediate strips.

Die numerische Apertur der Linse, die den Aufzeichnungsträger auf dem Detektionssystem abbilden muß, wird derart gewählt, daß diese Linse die schmalen Gebiete b nicht mehr abbilden kann. Dann wird, solange ein Strahlungsfleck außerhalb eines Gebietes b projiziert wird, der Detektor D(Fig. 1) Strahlung empfangen. Bei Projektion eines Strahlungsflecks auf ein Gebiet b wird eine feinere Struktur detektiet t und wird eine große Menge Strahlung außerhalb der Eintrittspupille der Linse L abgebogen. Dann gelangt wenig Strahlung auf den Detektor und das Ausgangssignal dieses Detektors ist nahezu gleich Null. The numerical aperture of the lens, which must map the Aufzeich voltage carrier on the detection system, is chosen so that this lens can no longer map the narrow areas b. Then, as long as a radiation spot is projected outside an area b , the detector D (Fig. 1) receives radiation. When a radiation spot is projected onto an area b, a finer structure is detected and a large amount of radiation outside the entrance pupil of the lens L is deflected. Then little radiation reaches the detector and the output signal of this detector is almost equal to zero.

Die Daten können als eine Amplitudenstruktur im Aufzeichnungsträger gespeichert sein, wobei die Gebiete und die Zwischengebiete in derselben Ebene liegen. Dabei können die Gebiete strahlungsabsorbierend sein, während der Aufzeichnungsträger selber strahlungs durchlässig oder strahlungsreflektierend sein kann. Es ist auch möglich, daß die Ebene der Gebiete in geringer Entfernung von der Oberfläche des Aufzeichnungsträgers liegt. Ein Beispiel einer solchen Phasenstruktur ist ein reflektierender Aufzeichnungsträger, in den, an den Stellen der Gebiete, Gruben gepreßt sind, die in einem Abstand von 1/4 λ unter der Oberfläche dc^ Aufzeichnungsträgers liegen. Die Gruben brauchen keine geraden Wände aufzuweisen. Auch ein Aufzeichnungsträger mit einem fließenden Übergang zwischen der Trageroberflächc und dem Boden der Gruben kann mit einer Vorrichtung nach der Erfindung ausgelesen werden. The data can be stored as an amplitude structure in the record carrier, the areas and the intermediate areas lying in the same plane. The areas can be radiation-absorbing, while the recording medium itself can be radiation-permeable or radiation-reflective . It is also possible that the plane of the areas lies at a short distance from the surface of the recording medium. An example of such a phase structure is a reflective recording medium in which, at the locations of the regions, pits are pressed which are at a distance of 1/4 λ below the surface of the recording medium. The pits do not need to have straight walls. A recording medium with a smooth transition between the carrier surface and the bottom of the pits can also be read with a device according to the invention.

Fig. Ϊ zeigt cmc Vorrichtung nach der Erfindung zum Ausleset -iner reflektierenden Grubenstruktur. Das auf die Linse L einfallende Strahlungsbündel B wird zu einem Strahlungsfleck Vi auf den Aufzeichnungsträger 1 fokussiert. Der kreisförmige Aufzeichnungsträger kann sich um eine Welle 7 drehen. Die Strahlung wird vom Aufzeichnungsträger zu der Linse L reflektiert. Dabei wird, solange der Strahlungsfleck V, nicht auf eine Grube projiziert wird, die reflektierte Strahlung die Linse L durchlaufen und vom Tcilpnsma 8 zu dem strahlungsempfindlichcn Detektor Dreflektiert werden. Λιυ Ausgang dieses Detektors erscheint dann ein Signal. Sobald ein Slrahlungsflecks auf eine Grube projiziert wird, w ird bei Reflexion die Strahlung derart abgebeugt werden, daß sie außerhalb der Pupille der Linse /. gelangt. Der Detektor D empfängt dann wenig Strahlung und am Ausgang dieses Detektors erscheint ein sehr kleines Signal. Die Funktionen der Linsen L\ un;l /... in der Vorrichtung nach Fig. I werden in der eben beschriebenen Vorrichtung von einer einzigen I .inse /. erfüllt.Fig. Ϊ shows cmc device according to the invention for reading out a reflective pit structure. The radiation beam B incident on the lens L is focused onto the recording medium 1 to form a radiation spot Vi. The circular recording medium can rotate about a shaft 7. The radiation is reflected from the record carrier to the lens L. As long as the radiation spot V is not projected onto a pit, the reflected radiation will pass through the lens L and be reflected by the part 8 to the radiation-sensitive detector D. Λιυ output of this detector then appears a signal. As soon as a radiation spot is projected onto a pit, the radiation will be deflected when it is reflected in such a way that it is outside the pupil of the lens /. got. The detector D then receives little radiation and a very small signal appears at the output of this detector. The functions of the lenses L \ un; l / ... in the device according to FIG. Fulfills.

Die Vorrichtung nach der Erfindung eignet sich insbesondere zum Auslesen einer obengenannten Phasenstruktur. Indem nämlich der Boden der Gruben in einem Abstand t/4 λ unter der Oberfläche des Aufzeichnungsträgers angebracht wird und durch passende Wahl des Durchmessers des Auslesestrahls in bezug auf die Breite der Gruben, kann erreicht werden, daß bei Projektion eines Strahlungsflecks auf eine Grube die reflektierte Strahlung durch Interferenz völlig eliminiert wird, so daß keine Strahlung auf den Detektor gelangt.The device according to the invention is suitable especially for reading out a phase structure mentioned above. Namely by the bottom of the pits at a distance t / 4 λ below the surface of the recording medium and through suitable choice of the diameter of the readout beam in relation to the width of the pits, can be achieved that when a radiation spot is projected onto a pit, the reflected radiation is caused by interference is completely eliminated so that no radiation reaches the detector.

Der Auslesestrahl Π wird von einer l.ascrquelle 5 geliefert. Um zu verhindern, daß die vom Aufzeichnungsträger reflektierte Strahlung in den Lascrhohllaum eintreten kann, ist das Teilprisnia 8 als ein Polarisationsteilprisma ausgebildet. Dieses Prisma läßt z. B. nur Strahlung mit einer zu der Zeichnungsebene parallelen Polarisationsebene durch und reflektiertThe readout beam Π is supplied by an 1.ascr source 5. In order to prevent the radiation reflected from the recording medium from entering the laser cavity, the partial prism 8 is designed as a partial polarization prism. This prism can z. B. only radiation with a plane of polarization parallel to the plane of the drawing through and reflected

Strahlung mit einer zu der Zeichnungsebene senkrechten Polarisationsebene. Zwischen der Linse L und dem Aufzeichnungsträger 1 ist eine l/4-λ- Platte 6 in diagonaler Lage angeordnet. Dadurch wird erreicht, daß die Polarisationsebene der zu dem Prisma reflektierten Strahlung über 90° gedreht ist, so daß diese Strahlung vom Prisma reflektiert wird.Radiation with a plane of polarization perpendicular to the plane of the drawing. A 1/4 λ plate 6 is arranged in a diagonal position between the lens L and the recording medium 1. It is thereby achieved that the plane of polarization of the radiation reflected to the prism is rotated through 90 °, so that this radiation is reflected by the prism.

Oben war stets von einer Linse mit einer begrenzten numerischen Apertur die Rede. Es ist selbstverständlich auch möglich, der Linse eine gesonderte Begrenzung vorzuordnen und eine Linse mit einer größeren numerischen Apertur zu verwenden, wenn dies aus bestimmten Gründen erwünscht ist.A lens with a limited numerical aperture was always mentioned above. It goes without saying It is also possible to assign a separate delimitation to the lens and a lens with a larger one to use numerical aperture if this is desired for certain reasons.

In einem Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung nach der Erfindung wird mil einem von einem Helium-Neon-Laser herrührenden Laserstrahl (λ = 6328 ÄE), der eine Gaußsche Verteilung mit einem Durchmesser von 2,1 μιη aufweist, eine Linse mit einer Brennweite von 8 mm und einer N.A. = 0,4 bestrahlt. Die Spurenperiode der optischen Struktur des Aufzeichnungsträgers in radialer Richtung beträgt 1,8 μΐη, während die Kleinstabmessung in der Spur 0,9 μιη ist.In one embodiment of a device according to the invention, one of a helium-neon laser is used originating laser beam (λ = 6328 ÄE), which has a Gaussian distribution with a diameter of 2.1 μm, a lens with a focal length of 8 mm and one N.A. = 0.4 irradiated. The track period of the optical structure of the record carrier in radial direction is 1.8 μΐη, while the smallest dimension in the track 0.9 μιη is.

Die Talsache, daß die Erfindung an Hand eines runden scheibenförmigen Aufzeichnungsträgers erläulcrt wurde, bedeutet keineswegs, daß sich die erfindungsgemäße Vorrichtung nur zum Auslesen eines derartigen Aufzeichnungsträgers eignen würde. Auch andere Aufzeichnungsträger, wie bandförmige Aufzeichnungsträger, können mit der beschriebenen Vorrichtung ausgelesen werden.The fact that the invention is based on one round disc-shaped recording medium explained was, in no way means that the device according to the invention is only for reading out a such a recording medium would be suitable. Other recording media, such as tape-shaped recording media, can be read out with the device described.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

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Claims

Patent claims:

1. Device for reading out a recording medium on which data, e.g. B. image and / or sound data, are stored in an optically readable track-shaped information structure, which contains areas with a different optical property than the rest of the information carrier, with a radiation source, a lens system for forming a readout spot on the information structure, the dimension of the Readout spots in the width direction of the tracks are larger than the width of the track and, if several tracks are present, smaller than the sum of the track width unc. of twice the width of the dataless intermediate strip, and with a radiation-sensitive detection system for converting the read-out beam supplied by the radiation source and modulated by the recording medium into an electrical signal, characterized in that the lens system is an objective system (Lw L) , which is almost round readout spot (V]) formed on the information structure, the diameter (d) of the dimension in the Breitenr rect on the track or tracks, and in that in the beam path between the recording medium (1) and the detection system (D), a lens system (Lr, L ) arranged \ y. with such an aperture that a considerable part of the deflected radiation falls outside this aperture when the readout spot is projected onto a narrow area (b) of the recording medium (1).

2. Apparatus according to claim i, for reading out a reflective recording medium, characterized in that the lens system with the limited aperture is formed by the objective system (L) which determines the diameter of the read-out triangle (Fi g. 3).