DE2413423C2

DE2413423C2 - Verfahren zum Einschreiben in bzw. Auslesen aus einem beweglichen optischen Informationsträger und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens

Info

Publication number: DE2413423C2
Application number: DE2413423A
Authority: DE
Inventors: Claude Villejuif Bricot; Francois Le Cernay Carvennec; Jean-Pierre Neuilly-Sur-Seine Lacotte; Jean-Claude Gomez-Le-Chatel Lehureau; Jean-Pierre Le Pavillon-La-Rue Merer
Original assignee: Thomson-Brandt SA
Current assignee: Thomson-Brandt SA
Priority date: 1973-03-21
Filing date: 1974-03-20
Publication date: 1983-09-01
Also published as: GB1469962A; CA1014658A; FR2222665A1; JPS5048935A; JPS5632606B2; DE2413423A1; IT1019571B; FR2222665B1; US3919698A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Einschreiben in bzw. Auslesen aus einem eine ebene Oberfläche aufweisenden beweglichen optischen Informationsträger, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Ein solches Verfahren ist aus der US-PS 37 20 924 bekannt. Das Einschreiben bzw. Auslesen erfolgt mittels eines senkrecht auf der ebenen Oberfläche des Informationsträgers auftreffenden Lichtbündels, das aus einer Lichtquelle stammt, die kohärentes, linear polarisiertes Licht durch eine ebene reflektierende Fläche hindurch aussendet, die senkrecht zu der optischen Achse des Lichtbündels ist. Zwischen der ebenen Oberfläche des informationsträgers und der Austrittsfläche des Lasers, die zu der mehrfach umgelenkten optischen Achse senkrecht ist, ist ein Resonator gebildet. Eine kohärente Lichtquelle wird ^M verwendet, um höhere Lichtstärken zu erhalten. Diese kohärenten Lichtquellen senden ganz allgemein eine linear polarisierte Strahlung aus. Als Kehrseite des auf diese Weise erhaltenen Lichtgewinns stellt man indessen fest, daß die Schwingungen der Oberfläche oder ihre Unebenheiten eine zufällige Modulation der Stärke des Beleuchtungsbündels hineinbringen. Diese zufällige Modulation oder dieses optische Rauschen ergibt sich aus der Tatsache, daß die Ausgangsfläche des Lasers und die Oberfläche, die beide zu· der mittleren Richtung des Bündels senkrecht sind, einen Resonanzraum bilden, der folglich ein Mehrwelleninterferometer darstellt, dessen Länge sich, wenn der Informationsträger in Bewegung ist, durch die mechanischen Schwingungen oder die Oberflächenunregelmäßigkeiten desselben willkürlich ändert. Die nacheinander reflektierten Wellen können nur miteinander interferieren, wenn die Kohärenzlänge des Lichts, welches das Bündel bildet, groß gegenüber der Länge des Resonanzraums ist Außerdem tritt das optische Rauschen vor allem bei den kohärenten Lichtquellen auf. Es nimmt deshalb einen Umfang an, der um so größer ist, je größer der Reflexionskoeffizient des Informationsträgers ist

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren bzw. eine Vorrichtung zum Einschreiben in bzw. Auslesen aus einem optischen Informationsträger zu schaffen, durch die das durch Resonatorwirkung zwischen der ebenen Austrittsfläche der kohärenten Lichtquelle und der dazu parallelen Oberfläche des Informationsträgers, auf der das Lichtbündel auftrifft, und durch den unvermeidlichen Höhenschlag des Informationsträgers verursachte optische Rauschen beträchtlich vermindert wird.

Diese Aufgabe wird durch die Lehre des Patentanspruchs 1 gelöst

Durch die Einfügung des λ/4- Plättchens in den Strahlengang des Lichtbündels mit einer solchen Orientierung, daß bei jedem Hindurchtreten des Lichtbündels eine Verdrehung der Polarisationsebene um 45° stattfindet, wird eine Verbesserung des Rauschabstandes, z. B. um einen Faktor 10, erreicht.

Aus der US-PS 33 96 266 ist es an sich bereits bekannt, in einer Vorrichtung zum Auslesen eines optischen Informationsträgers ein λ/4-Plättchen zu verwenden, um die Polarisationsrichtung des Lichtbündels so zu drehen, daß an einem Strahlteiler eine Umlenkung zu dem optischen Informationsträger hin erfolgen kann. Ein weiteres λ/4-Plättchen hat die Aufgabe, die Polarisation des an dem Informationsträger reflektierten, zirkulär polarisierten Lichtes in eine lineare Polarisation umzuformen, die bewirkt, daß dieser Lichtstrahl von dem Strahlteiler nicht abgelenkt und geradeaus -durch diesen hindurch bis zu einem Photodetektor gelangt. Es wird jedoch keine kohärente Lichtquelle verwendet, so daß auch keine Resonanzer, durch Interferenz entstehen können.

Die grundlegenden Eigenschaften von λ/4-Plättchen sind in der Literatur ausführlich beschrieben, vgl. z. B. K. Mütze, ABC der Optik, Verlag W. Dausien, 1972, Seiten 457, 698/699 sowie Chr. Gerthsen, Physik, Verlag Springer, 1969, Seiten 348 bis 353. Insbesondere ist dieser Literatur zu entnehmen, daß mit solchen optischen Elementen eine Drehung der Polarisationsrichtung erreicht werden kann.

Bei dem erfindüngsgernäßen Verfahren wird das λ/4-Plättchen im Strahlengang des Lichtbündels so angeordnet, daß der Hauptschnitt des doppelbrechenden Plättchens eine Orientierung von 45° zu der Polarisationsrichtung des Lichtbündels aufweist. Nur bei einer solchen Anordnung ergibt sich durch zweifache Drehung für Interferenzen sämtlicher Ordnung die

gewünschte Beziehung, daß die miteinander interferierenden Strahlen in ihrer Polarisationsrichtung um 90° gegeneinander verdreht sind.

Eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist im Patentanspruch 2 angegeben.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Vorrichtung sind in den Ansprüchen 3 und 4 angegeben.

Ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens wird nun unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Die einzige ι ο Figur der Zeichnung zeigt eine schematische Darstellung der wesentiichen Elemente der Vorrichtung.

Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel weist ein Laser 1 eine Ausgangsfläche 10 auf, aus welcher ein paralleles Bündel 100 kohärenten Lichts austritt, das in der Richtung Eo linear polarisiert ist. Ein Objektiv 2 sammelt das Bündel 100 in einem Punkt 20, der auf der gegenüberliegenden Stirnfläche 30 einer lichtdurchlässigen dünnen Schicht 3 liegt, die zu der Ausgangsfläche 10 des Laseis parallel ist Das divergente Bündel, welches das Medium 3 durchquert hat, wird durch das Objektiv 4 erneut auf den photoelektrischen Detektor 5 gebündelt Die dünne Schicht 3 kann beispielsweise eine Platte aus einem lichtdurchlässigen Material sein, die sich um ihre Achse 300 dreht und auf der dem Objektiv 2 gegenüberliegenden Seite 30 eine Information trägt, die vorher in einer beliebigen Form (beispielsweise Lichtdurchlässigkeitsänderungen) eingeschrieben worden ist Wenn die Platte vor dem Brennpunkt 20 abgespielt wird, moduliert sie die Lichtstärke des Jo Lichtbündels und der Detektor 5 setzt diese Lichtstärkeänderungen in die Form von elektrischen Intensitätsänderungen um.

In dieser ganz klassischen optischen Lesevorrichtung stört jede Änderung der Intensität des Signals, die von is der auf der Schicht 3 eingetragenen Information unabhängig ist, das durch den Photodetektor gemessene Signal und stellt ein Rauschen dar, welches so stark wie möglich verringert werden muß.

Zu diesem Zweck schlägt die Erfindung vor, zwischen die Ausgangsfläche 10 des Lasers und die Schicht 3 und, wenn möglich, zwischen die Fläche 10 und die Linse 2, d.h. in dem Bereich, in welchem das Bündel ein paralleles Bündel ist, eine doppelbrechende Schicht 6 einzuschalten, die so berechnet ist, daß sie für die von dem Laser ausgesandte Strahlung eine Viertelwellenlängeschicht ist. Die neutralen Linien der doppelbrechenden Schicht sind unter 45° zu der Polarisationsrichtung Eo des Lasers orientiert.

Die Anordnung, die durch die Ausgangsfläche 10, >° weiche im allgemeinen ein Spiegel mit einem Reflexionskoeffizienten ist, der für die von dem Laser ausgesandte Strahlung sehr nahe bei Eins liegt, und durch die parallele Stirnfläche 30 mit einem Reflexionskoeffizienten von R=r² gebildet ist, stellt einen'« Resonanzraum dar. Im folgenden soll gezeigt werden, daß die Wirkung des Resonanzraums und das optische Rauschen, welches sich daraus ergibt, durch das Einschalten der Viertelwellenlängeschicht 6 beträchtlich verringert werden. «>

Man bestimmt durch den Realteii des Ausdrucks Εο^χρ(ϊωί) die Augenblicksamplitude der linear polarisierten ebenen Welle, die in einem beliebigen Punkt P in Abwesenheit der Schicht 3 und der doppelbrechenden Schicht 6 gemessen wird.

In einem ersten Zeitpunkt nimmt man an, daß das Medium 3, nicht aber die Schicht 6, in der Bahn des Bündels angeordnet ist, wie in der Figur gezeigt.

Die von dem Laset ausgesandte ebene Welle, die durch das Objektiv 2 weitergeleitet wird, welches ein Transmissionsvermögen That, erfährt auf der Stirnfläche 30 eine erste Reflexion, kehrt in sich selbst zurück, wobei sie emeut das Objektiv 2 durchquert, wird dutch die Fläche 10 reflektiert und kommt erneut an dem Punkt Pan, und zwar mit der Augenblicksamplitude:
Eo Trexp ϊ(ωί—ρ),

wobei ρ = 4πά/λ, wenn t/der Abstand zwischen den beiden Flächen 10 und 30 und λ die Wellenlänge der von dem Laser ausgesandten Strahlung ist

Durch denselben Vorgang führt diese erste reflektierte Welle zu einer zweiten reflektierten Welle mit einer Augenblicksamplitude in P:

E₀T²I* exp i((0t—2p)

und so fort

Diese verschiedenen ebenen Wellen mit derselben Polarisationsrichtung überlagern sieb im Punkt P, so daß sich eine resultierende Schwingung ergibt:

£_oexp /" ω /[l + 7rexp (-

deren Stärke /, gemäß der Theorie des Mehrwelleninterferometers gegeben ist durch:

Nun ist aber der Phasenverschiebungswert p, der an die Entfernung d gebunden ist, niemali genau konstant, zumindest in dem Maßstab der Wellenlänge, sobald das Medium 3 in Bewegung ist Die mechanischen Schwingungen der Schicht oder ihre Oberflächenunebenheiten verursachen nämlich zufällige Änderungen des Wertes von c/und folglich des Wertes von p.

Die Intensität I\ ändert sich folglich zufällig zwischen den beiden Extremwerten:

-TA*

(1 -Tr)

^lm (1 + 7/)^Γ'

Die maximale Änderung der Stärke der an dem Ausgang des Resonanzraums aufgefangenen Strahlung hat, unabhängig von der auf dem Medium 3 aufgezeichneten Information, folglich den Wert:

hu hm ~

(1-Γ²/-²)²

₂ °

was einer Rauschleistung B₁ von:

ο _ VT Tr _cl

und einem Rausdiabstand von:
Λ (l-Pr¹)²

(SZB)₁ =

ITr

entspricht.
Das Einführen <wr Vitrtelwellenlänge-Schicht 6 in

den Resonanzraum verändert tiefgreifend die Überlagerung der reflektierten Wellen. Jede reflektierte Welle wird nämlich, nachdem sie die Viertelwellenlänge-Schicht zweimal durchquert hat, in bezug auf die Einfallswelle, durch welche sie hervorgerufen worden ist, um 90° verdreht Deshalb befinden sich die reflektierten Wellen geradzahliger Ordnung in derselben Polarisationsebene wie die Ausgangswelle, während die reflektierten Wellen ungeradzahliger Ordnung sich in einer Ebene befinden, die zu der ersten senkrecht ist. Daraus ergibt sich eine elliptisch polarisierte Welle, deren zwei Bestandteile als Amplitude haben:

+ 7"Vexp(-2/;>)+rVexp(-4/p) + ...| in der Polarisationsebene der Ausgangswelle, und

A₁, = E₀CXpUmI) [7>exp(-/p)-t-r^J/-^Jexp(-3/p) + ...]

in der zu der vorhergehenden senkrechten Polarisationsebene.

Die Lichtstärke I₂ dieser elliptisch polarisierten Welle ist die Summe der Quadrate der Amplituden der beiden linear polarisierten Wellenanteile, nämlich:

h = Aj

1 + rV- 2 7"²Z-²COS 2 ρ

Die Lichtstärke I₂ ändert sich deshalb zufällig zwischen den beiden Extremwerten:

■2,2

T²r

(\-T²r²Y

Die Maximalabweichung zwischen diesen beiden Werten ist:

, _, _ 4 T²r²{\ + Pr²) _p2

h M hm T, ,J 4*2 " ^£0

was einer Rauschleistung B₂ von:

_ _ VTrV(I+ 7"V)
^Bl (1-7-V)²

und einem Rauschabstand von:

⁵⁰ Verringerung des Rauschens und eine Vergrößerung des Rauschabstandes ermöglicht.

Dasselbe Ergebnis kann erzielt werden, indem die Viertelwellenlänge-Schicht durch eine doppelbrechende Schicht derselben Orientierung in bezug auf die Polarisationsebene des von dem Laser ausgesandten Lichts ersetzt wird, wobei aber zwischen zwei sich parallel zu ihren neutralen Linien ausbreitenden Wellen ein Gangunterschied eingeführt wird, der gleich einem ungeradzahligen Vielfachen eines Viertels der verwendeten Wellenlänge ist (beispielsweise eine Dreiviertelwellenlänge-Schicht).

Ein weiteres Beispiel der Verwendung des Verfahrens nach der Erfindung, welches ebenfalls in der Figur dargestellt ist, bezieht sich auf das Lesen (durch Reflexion) eines auf der Seite 30 der Platte 3 eingescnriebenen Signals. Ein halbdurchlässiger Spiegel 8 schickt nun einen Teil der durch die Fläche 30 reflektierten Strahlung durch den Kanal des Objektivs 40 zu dem Photodetektor 50 zurück.

Dasselbe Verfahren kann auch zum Verringern des optischen Rauschens bei dem Einschreiben eines Lichtsignals auf eine lichtempfindliche Oberfläche verwendet werden. Wie die Figur ebenfalls zeigt, ist nun ein Modulator 7 in den Weg des Schreibbündels 100 eingefügt und die Ptatie 3 ist auf ihrer Stirnfläche 30 mit einer lichtempfindlichen Schicht überzogen. Das Objektiv 4 und der Photodetektor 5 werden deshalb weggelassen.

Als Anwendungsbeispiel wird der Fall betrachtet, in welchem das verwendete Medium, welches im durchfallenden Licht untersucht wird, eine dünne Glasplatte mit einem Reflexionskoeffizienten von R = 0,04 (mit r = 0,2) und in welchem die das Medium beleuchtende optische Vorrichtung ein Transmissionsvermögen von T— 04 hat. Das Produkt Tr ist nun gleich 0,1 und der Rauschabstand geht von dem Wert

(SZB)₂ =

7-V

entspricht.

Bei einem Vergleich der Werte der Rauschleistung und des Rauschabstands mit und ohne Viertelwellenlänge-Schicht stellt man fest, daß (die Werte von T und R—r¹ sind definitionsgemäß kleiner als Eins) das Vorhandensein der Viertelwellenlänge-Schicht eine 2/j/2xO,l =7

bei Nichtvorhandensein der Viertelwellenlänge-Platte auf den Wert:

(SZB)₁ = 2/)/2x0,01 =70

über, wenn die Viertelwellenlänge-Platte in die Beleuchtungsvorrichtung eingeführt wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Einschreiben in bzw. Auslesen aus einem eine ebene Oberfläche aufweisenden beweglichen optischen Informationsträger mittels eines senkrecht auf der ebenen Oberfläche des Informationsträgers auftretenden Lichtbündels, das aus einer Lichtquelle stammt, die kohärentes linear polarisiertes licht durch eine ebene reflektierende ^|0 Fläche hindurch aussendet, die senkrecht zu der optischen Achse des Lichtbündels ist, dadurch gekennzeichnet, daß in den Strahlengang des Lichtbündels ein λ/4-Plättchen eingefügt wird, dessen Hauptschnitt unter einem Winkel von 45° zu '⁵ der Polarisationsrichtung des aus "der Lichtquelle austretenden Lichtbündels orientiert ist.

2. Vorrichtung zum optischen Einschreiben in bzw. Auslesen aus einem eine ebene Oberfläche aufweisenden, beweglichen optischen Informationsträger mittels eses senkrecht auf der ebenen Oberfläche des Inforwtationsträgers auftreffenden Lichtbündels, mit einer das Lichtbündel liefernden Lichtquelle, die kohärentes, linear polarisiertes Licht durch eine ebene reflektierende Fläche hindurch aussendet, die senkrecht zu der optischen Achse des Lichtbündels ist, gekennzeichnet durch ein im Strahlengang des Lichtbündels (100) angeordnetes λ/4-Plättchen (6), dessen Hauptschnitt unter einem Winkel von 45° zu der Polarisationsrichtung des aus der Lichtquelle (1) austretenden Lichtbündels (100) orientiert ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, die zum Einschreiben in dem optischen Informationsträger bestimmt ist, dadarch gekennzeichnet, daß die einzuschreibende Inft.'roation in Form von elektri- ^s sehen Signalen an einen MoiiFator (7) angelegt ist, der das Lichtbündel (100) unter Steuerung durch die elektrischen Signale moduliert

4. Vorrichtung nach Anspruch 2, die zum Auslesen aus dem optischen Informationsträger bestimmt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die von der durch das Lichtbündel (100) beleuchteten Zone des Informationsträgers (3) ausgehende Strahlung auf einen Fotodetektor (5 bzw. 50) fällt.

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