DE2734257A1

DE2734257A1 - Optische ausleseeinheit zum abtasten eines mit einer strahlungsreflektierenden informationsstruktur versehenen aufzeichnungstraegers

Info

Publication number: DE2734257A1
Application number: DE19772734257
Authority: DE
Inventors: Jacobus Petrus Josep Heemskerk; Kornelis Antonie Immink; Carel Arthur Jan Simons
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1976-08-02
Filing date: 1977-07-29
Publication date: 1978-02-09
Also published as: DE2760057C2; ATA569577A; NO772674L; ZA773820B; AR216770A1; PL116457B1; AU2741777A; CA1109559A; JPH01264637A; SE8405522L; PL199971A1; JPS638536B2; BR7705041A; BE857364A; SE437737B; NZ184779A; US4365323A; JPH01271925A; NL7608561A; SE7708701L

Description

Hf'NTiiki: M Γ· V^T

12.6.1977 ->r -

"Optische Ausleseeinheit zum Abtasten eines mit einer Strahlungsreflektierenden Informationsstruktur versehenen Aufzeichnungsträgers"

Die Erfindung bezieht sich auf eine optische Ausleseeinheit, mit deren Hilfe bei gegenseitiger Bewegung eines Aufzeichnungsträgers und dieser Ausleseeinheit der Aufzeichnungsträger abgetastet wird, der mit einer Strahlungsreflektierenden und spurförmig angeordneten Informationsstruktur versehen ist, wobei diese Ausleseeinheit ein Objektivsystem zum Fokussieren eines Auslesestrahls auf die Informationsstruktur und

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eine Strahlungsquelle-Detektor-Einheit enthält, die einen Halbleiter-Diodenlaser enthält, der den Auslesestrahl liefert und ausserdem den von der Informationsstruktur reflektierten Auslesestrahl auffängt, wobei bestimmte Eigenschaften des Diodenlasers sich in Abhängigkeit von der ausgelesenen Information ändern.

Unter einer optischen Ausleseeinheit ist das Ganze der Mittel zu verstehen, die dafür sorgen, dass ein Auslesestrahl erzeugt wird, dass dieser Strahl zu einem Auslesefleck mit den gewünschten Abmessungen auf die Informationsstruktur fokussiert wird und dass der reflektierte Auslesestrahl in ein elektrisches Signal umgewandelt wird.

Unter einer "spurförmig angeordneten" Informationsstruktur ist eine Struktur zu verstehen, deren Informationsdetails gemäss konzentrischen oder scheinbar konzentrischen Spuren angeordnet sind, wobei diese letzteren Spuren zusammen eine ununterbrochene spiralförmige Spur bilden.

Die "bestimmten Eigenschaften" des Diodenlasers, sie sich ändern, sind: der Quotient der Spannung über und des Stroms durch den Diodenlaser bei einem bestimmten Strom (nachstehend kurz als der elektrische Widerstand des Diodenlasers bezeichnet) und die Strahlungsintensität, die der Diodenlaser bei einem bestimmten Strom emittiert.

Information, wie ein Farbfernsehprogramm, kann in einem Aufzeichnungsträger in einer spurförmigen

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Informationsstruktur gespeichert werden, wobei die Spuren eine Vielzahl von Gebieten abwechselnd mit Zwischengebieten enthalten. Die Information kann in der Raumfrequenz der Gebiete und den Längen der Gebiete kodiert sein. Die Gebiete können sich optisch von den Zwischengebieten dadurch unterscheiden, dass sie z.B. einen anderen .Absorptionskoeffizienten oder eine andere Phasentiefe aufweisen.

Es ist dabei vorteilhaft, wenn die Informationsstruktur eine reflektierende Struktur ist, d.h., wenn die Gebiete strahlungsabsorbierend und die Zwischengebiete strahlungsreflektierend sind, oder wenn die Gebiete und die Zwischengebiete beide reflektierend sind, aber auf verschiedenen Tiefen in dem Aufzeichnungsträger liegen. Dann durchlaufen nämlich der von der Strahlungsquelle emittierte unmodulierte Auslesestrahl und der von der Informationsstruktur reflektierte modulierte Auslesestrahl grösstenteils denselben optischen Weg, so dass gegenseitige Schwingungen der in dem gemeinsamen Strahlungsweg angebrachten optischen Elemente nahezu das ausgelesene Signal nicht beeinflussen.

Beim Auslesen eines Strahlungsreflektierenden Aufzeichnungsträgers mit Hilfe eines Gaslasers, wie eines Helium-Neon-Lasers, muss der modulierte Auslesestrahl auf einen sich ausserhalb des gemeinsamen Strahlungsweges befindenden strahlungsempfindlichen Detektor gerichtet werden. Dazu kann in dem gemeinsamen Strahlungsweg

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z.B. ein halbdurchlässiger Spiegel angeordnet sein. Dann wird aber, abgesehen von Absorptions- und Reflexionsverlusten in dem optischen Weg, z.B. nur 25$ der von der Quelle emittierten Strahlung für das Auslesen benutzt. Weiter muss bei Anwendung eines Gaslasers dafür gesorgt werden, dass keine Rückkopplung modulierter Strahlung auf den Laser stattfinden kann, weil dann wegen der grossen Kohärenzlänge des Laserstrahls unerwünschte Schwankungen in dem Auslesestrahl auftreten können. Dadurch müssen zusätzliche Massnahmen getroffen werden. Z.B. muss der halbdurchlässige Spiegel durch ein teueres polarisationsempfindliches Teilprisma ersetzt und muss zwischen diesem Prisma und dem Aufzeichnungsträger eine λ/4-Platte angeordnet werden.

In der deutschen Auslegeschrift 2 Zkh 119 wird vorgeschlagen, einen Aufzeichnungsträger mit einem Halbleiter-Diodenlaser auszulesen. Dabei wird die Tatsache benutzt, dass, wenn das von dem Diodenlaser emittierte Strahlungsbündel von dem Aufzeichnungsträger zu dem Diodenlaser reflektiert wird, die Intensität des emittierten Laserstrahls und der elektrische Widerstand des Diodenlasers zunehmen. Beim Abtasten einer Spur eines Aufzeichnungsträgers mit einem derartigen Laserstrahl ändern sich die genannte Intensität und der genannte

Z^ elektrische Widerstand entsprechend der Reihenfolge von

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Gebieten und Zwischengebieten in der betreffenden Spur. Der Aufzeichnungsträger kann dann ohne Anwendung eines gesonderten Detektors ausgelesen werden. Ein Strahlenteilerelement ist nicht mehr erforderlich und die Auslesevorrichtung kann eine einfache Bauart aufweisen.

Um sehr kleine Informationsdetails, z.B. in der Grössenordnung von 1 /Um, auslesen zu können, muss der Auslesestrahl nach wie vor stets scharf auf die Informationsstruktur fokussiert sein. Ferner muss dafür gesorgt werden, dass die Mitte des Ausleseflecks stets mit der Mitte einer auszulesenden Spur zusammenfällt. In der Vorrichtung nach der deutschen Patentanmeldung 2 244 119 ist der Diodenlaser dazu auf einer Kufe befestigt, die durch in den Aufzeichnungsträger gepresste Nuten gezogen wird.

Eine derartige mechanische Führung weist den Nachteil auf, dass der Aufzeichnungsträger sich abnutzt. Ausserdem kann mit der Anordnung nach der zueletzt genannten deutschen Patentanmeldung der Durchmesser des Ausleseflecks nicht genügend klein gemacht werden, so dass das Auflösungsvermögen nicht genügend gross ist, um Informationsdetails in der Grössenordnung von Mikrons auzulesen.

Die Erfindung bezweckt, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die die zuletzt genannten Nachteile nicht aufweist, ein besonders genaues Auslesen gestattet und einfach aufgebaut ist. Die Vor-

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richtung nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlungsquelle-Detektor-Einheit optoelektronische Mittel zum Detektieren einer Abweichung in der Lage des Ausleseflecks in bezug auf eine auszulesende Spur und/oder einer Abweichung zwischen der Soll- und der Istlage der Fokussierungsebene des Objektivsystems enthält.

Die von der Strahlungsquelle-Detektor-Einheit gelieferten Signale, die eine Anzeige über die genannten Abweichungen angeben, werden zu Signalen zur Nachregelung auf an sich bekannte Weise der Lage des Ausleseflecks in bezug auf die auszulesende Spur bzw. auf die Fokussierungsebene des Objektivsystems verarbeitet.

Beim Auslesen des Aufzeichnungsträgers kommt der Auslesekopf nicht mit der Informationsstruktur in Kontakt. Diese Struktur kann dann unter einer transparenten Schutzschicht liegen, wodurch die Auslesung für Staubteilchen, Fingerabdrücke und Kratzer unempfindlich ist.

Für eine Auslesevorrichtung, in der ein Gaslaser als Strahlungsquelle verwendet wird, hat die Anmelderin bereits eine Anzahl von Verfahren zum Detektieren von Lagenfehlern des Ausleseflecks in bezug auf eine auszulesende Spur (z.B. in der DBP 23 20 477) und zum Detektieren von Abweichungen zwischen der Soll- und der Istlage der Fokussierungsebene (z.B. in der DBP 23 22 725) vorgeschlagen.

Die nach diesen Verfahren abgeleiteten Steuersignale

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können, wie gefunden wurde, von Aenderungen in der Richtung und der Intensität des Auslesestrahls beeinflusst werden, die infolge der Rückkopplung des modulierten Auslesestrahls auf die Strahlungsquelle.auftreten können. Pie Frequenzen dieser optischen Aenderungen liegen nämlich in der Nähe der Frequenzen der gewünschten Regelsignale. Insbesondere zum Erhalten guter Regelsignale müssen zusätzliche Massnahmen getroffen werden, um die Rückkopplung zu vermeiden. In der Vorrichtung nach der vorliegenden Erfindung wird sowohl zum Auslesen der Information als auch zum Ableiten von Regelsignalen die auf den Diodenlaser rückgekoppelte Strahlung benutzt. Das obengenannte Problem der optischen Aenderungen ergibt sich dann nicht.

Zum Detektieren eines Lagenfehlers des Ausleseflecks in bezug auf eine auszulesende Spur kann eine Vorrichtung nach der Erfindung dadurch gekennzeichnet sein, dass die Strahlungsquelle-Detektor-Einheit Mittel zur Umwandlung eines periodischen elektrischen Signals in einer periodischen Verschiebung des Ausleseflecks quer zu der Spurrichtung mit einer den Durchmesser des Auslesestrahls unterschreitenden Amplitude und mit einer die Frequenz, die der mittleren Raumfrequenz der Details der Informationsstruktur entspricht, erheblich unterschreitenden Frequenz enthält, und dass in einer

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elektronischen Schaltung zur Verarbeitung des von dem Diodenlaser gelieferten Signals ein Filter angeordnet ist, mit dessen Hilfe ein niederfrequentes Signal abgetrennt wird, das zu einem Steuersignal verarbeitet wird, das elektromechanischen Mitteln zur Nachregelung der zeitlich ausgemittelten Lage des Ausleseflecks in bezug auf eine auszulesende Spur zugeführt wird.

Es sei bemerkt, dass es aus der offengelegten älteren niederländischen Patentanmeldung 6 601 666 an sich bekannt ist, ein von einem Diodenlaser geliefertes Strahlungsbündel zu verschieben. In diesem Falle wird aber der Laserstrahl nicht auf den Diodenlaser rückgekoppelt, so dass der Diodenlaser nicht als Detektor verwendet wird. Die Verschiebung des Laserstrahls wird nicht dazu benutzt, beim Auslesen eines Aufzeichnungsträgers Lagenfehler des Auslesestrahls zu detektieren. In der zuletzt genannten älteren niederländischen Patentanmeldung werden keine Einzelheiten über die Amplitude und die Frequenz der Strahlverschiebung gegeben.

Zum Detektieren einer Abweichung zwischen der Ist- und der Sollage der Fokussierungsebene des Objektivsystems kann eine Vorrichtung nach der Erfindung weiter dadurch gekennzeichnet sein, dass elektromechanxsche Antriebsmittel zur periodischen Verschiebung der Strahlungsquelle-Detektor-Einheit in Richtung der optischen

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Achse des Objektivsystems vorgesehen sind, wobei die Frequenz der Verschiebung erheblich niedriger als die Frequenz ist, die der mittleren Raumfrequenz der Details in der Informationsstruktur entspricht, während die Amplitude der Verschiebung kleiner als die Tiefenschärfe des Objektivsystems ist, und dass in einer elektronischen Schaltung zur Verarbeitung des von dem Diodenlaser gelieferten Signals ein Filter angeordnet ist, mit dessen Hilfe ein niederfrequentes Signal abgeleitet wird, das zu einem Steuersignal verarbeitet wird, das elektromechanischen Mittely» zur Nachregelung der zeitlich ausgemittolten Lage der Strahlungsquelle-Detektor-Einheit entlang der optischen Achse zugeführt wird.

Es sei bemerkt, dass es aus der US-PS 3 673 412 an sich bekannt ist, einen Auslesefleck entlang der optischen Achse beim Auslesen eines optischen Auf zeichnungstragers schwingen zu lassen. Dabei wird aber ein zusätzlicher im Lichtweg angebrachter schwingender Spiegel verwendet. Weiter wird nicht eine Strahlungs-Quelle-Detektor-Einheit, sondern es werden gesonderte Strahlungsquellen und ein gesonderter Detektor verwendet. Ausserdem wird der Aufzeichnungsträger in Durchsicht und nicht in Reflexion ausgelesen.

Eine Vorrichtung nach der Erfindung, in der sowohl das vom Diodenlaser emittierte Strahlungsbündel periodisch

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verschoben als auch die Lage der Strahlungsquelle-Detektor-Einheit entlang der optischen Achse periodisch geändert wird, kann weiter dadurch gekennzeichnet sein, dass die Zeitfunktionen, die die Aenderungen darstellen, gegeben werden durch:

ρ (f.t) und p(nf.t + ~U*/2) ,

wobei ρ eine periodische Funktion darstellt und f die Frequenz ist, mit der eine der Aenderungen verläuft, während η = 1, 2 usw. ist.

Eine weitere Ausführungsform einer Vorrichtung nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlungsquelle-Detektor-Einheit neben einem den Auslesestrahl liefernden Hauptdiodenlaser zwei Hilfsdiodenlaser enthält, die Hilfsstrahlen gleicher Intensität liefern, wobei jeder Hilfsdiodenlaser seinen eigenen Strahl nach Reflexion an der Informationsstruktur auffängt.

Mit den Hilfsdiodenlasern werden zwei Hilfs-

flecke gebildet, von denen einer vor der Ebene des Ausleseflecks und der andere hinter dieser Ebene liegen kann, und wobei die Lage, in der Breitenrichtung einer Spur, der beiden Hilfsflecke, dieselbe ist. Der Unterschied zwischen den Niederfrequenzkomponenten in den von den

Hilfsdiodenlasern gelieferten Signalen gibt dann eine Anzeige über die Fokussierung des Objektivsystems. Es ist auch möglich, dass die Hilfsflecke in der gleichen

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/η

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Ebene wie der Auslesefleck liegen. Wenn die Hilfsflecke symmetrisch zu dem Auslesefleck in der Breitenrichtung einer Spur verschoben sind, gibt der Unterschied zwischen den Niederfrequenzkomponenten in den von den Hilfsdiodenlasern gelieferten Signalen eine Anzeige über die Lage der Mitte des Ausleseflecks in bezug auf die Mitte der auszulesenden Spur.

Es sei bemerkt, dass von der Anmelderin bereits früher vorgeschlagen wurde, zwei Hilfsstrahlungsflecke zum Detektieren einer Abweichung in der Lage eines Ausleseflecks in bezug auf eine auszulesende Spur (siehe die DBP 2 320 477) bzw. zum Detektieren von Fokussierungsfehlern (siehe die DT-OS 2k k5 333) zu verwenden. In diesen Vorrichtungen müssen gesonderte Strahlungsquellen oder müssen Elemente zur Teilung des Von dem Gaslaser gelieferten Strahlungsbündels in Hilfsbündel vorhanden sein. Die Teilbündel müssen nach Reflexion an dem Aufzeichnungsträger zu gesonderten Detektoren reflektiert werden. Ausserdem sind die abgeleiteten Signale empfindlich für das obenerwähnte optische Rauschen. Ein Vorteil des Diodenlasers ist der, dass mehrere dieser Laser auf einem Halbleitersubstrat integriert werden können, wodurch der zusammengesetzte L^ser sehr klein bleiben kann. Es können dann weiter keine Regelabweichungen infolge gegenseitiger Schwingungen der Strahlungsquellen auftreten.

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Venn zum Detektieren eines Lagenfehlers des Ausleseflecks in bezug auf eine auszulesende Spur und eines Fokussierungsfehlers die obengenannten Möglichkeiten benutzt werden, kann die optische Ausleseeinheit . eine sehr einfache Bauart aufweisen. Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung besteht diese optische Ausleseeinheit aus einem hohlzylindrischen Körper, in dem die Strahlungsquelle-Detektor-Einheit und das Objektivsystem angebracht sind, und ist dieser Körper auf der Aussenseite mit elektromechanischen Mitteln zur Nachregelung der Lage dieses Körpers in seiner Längsrichtung und/oder in mindestens einer von zwei zueinander senkrechten und senkrecht auf der Längsrichtung stehenden Richtungen versehen, wobei die von den optoelektronischen Mitteln gelieferten Regelsignale den elektromechanischen Mitteln zugeführt werden.

Einem Objektivsystem für eine optische Ausleseeinheit nach der Erfindung werden hohe Anforderungen gestellt. Die numerische Apertur dieses Systems muss gross und das System muss optisch gut korrigiert sein. Um diesen Anforderungen entgegenzukommen, ist eine Ausleseeinheit nach der Erfindung weiter dadurch gekennzeichnet, dass das Objektivsystem ein hemisymmetrisches System ist und aus einer ersten und einer zweiten einfachen Linse mit asphärischen Oberflächen besteht. Unter dem

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Ausdruck "hemisymmetrisch" ist zu verstehen, dass die Parameter, wie die Krümmungsradien der Linsenoberflächen oder das Ausmass der Asphärizität dieser Oberflächen, der einen Linse um einen Faktor gleich dam Vergrösserungsfaktor des Linsensystems von den Parametern der anderen Linse verschieden sind. Ein derartiges Linsensystem ist herstellungstechnisch besonders vorteilhaft.

Wenn die Abmessung der ausstrahlenden Oberfläche eines Diodenlasers nicht grosser als die gewünschte Abmessung des Ausleseflecks ist, können die Linsen sogar identisch sein, so dass die Herstellung des Linsensystems noch einfacher wird.

Die Erfindung wird nachstehend beispielsweise an Hand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine bekannte Auslesevorrichtung, in der ein Diodenlaser als Strahlungsquelle verwendet wird;

Fig. 2 eine bekannte Ausführungsform eines Aufzeichnungs trägers;

Fig. 3 eine bekannte Ausführungsform eines Diodenlasers;

Fig. k die Weise, in der die Aenderung in einem Diodenlaser gemessen werden kann;

Fi-g. 5 schematisch einen Teil einer Ausführungsform einer Vorrichtung nach der Erfindung; Fig. 6 eine Elektrode des in dieser Vorrichtung _f verwendeten Diodenlasers;

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Fig. 7 das in der Vorrichtung nach Fig. 5 angewandte Prinzip;

Fig. 8 eine Ausführungsform der Mittel zur

Nachregelung der Lage des Diodenlasers in einer Richtung quer zu der Spurrichtung;

Fig. 9 das in einer zweiten Ausführungsform der Vorrichtung nach der Erfindung angewandte Prinzip;

Fig. 10 eine Ausführungsform der Mittel zur Bewegung des Diodenlasers in axialer Richtung; Fig. 11 einen zusammengesetzten Diodenlaser und schematisch die dazu gehörige Signalverarbeitungsschaltung;

Fig. 12 eine Auslesevorrichtung, in der der zusammengesetzte Diodenlaser nach Fig. 11 verwendet wird; Fig. 13 eine vierte Ausführungsform der Vorrichtung nach der Erfindung;

Fig, 14 und 15 eine Vorrichtung zur Bewegung einer optischen Ausleseeinheit in axialer Richtung und in der Querrichtung, und

Fig. 16 einen Schnitt durch eine optische Ausleseeinheit nach der Erfindung.

Mit dem Koordinatensystem XYZ ist angegeben, welche Ansichten der Ausleseeinheit oder der einzelnen Elemente in ,den Figuren dargestellt sind.

In Fig. 1 ist ein Aufzeichnungsträger, der beispielsweise hier scheibenförmig und rund ist, in radialem Schnitt dargestellt. Eine Unteransicht dieses

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Aufzeichnungsträgers zeigt Fig. 2. Die Information kann in einer spiralförmigen Spur angebracht sein, die aus einer Vielzahl scheinbar konzentrischer Teilspuren 3 aufgebaut ist, die sich je über eine Umdrehung auf dem Aufzeichnungsträger erstrecken. Jede Teilspur enthält eine Vielzahl von Gebieten g in Abwechslung mit Zwischengebieten t, wobei die Information in den Längen der Gebiete und der Zwischengebiete festgelegt sein kann. Die Gebiete üben einen anderen Einfluss auf einen Auslesestrahl als die Zwischengebiete aus. Die Weise, in der die Information in den Spuren festgelegt sein kann, ist für die vorliegende Erfindung nicht wesentlich und wird daher nicht näher beschrieben. Die Fläche 2 der Spuren kann auf der Vorderseite des Aufzeichnungsträgers liegen.

Es ist aber auch möglich, dass, wie in Fig. 1 dargestellt ist, sich die Informationsstruktur auf der Rückseite des Aufzeichnungsträgers befindet, so dass der Aufzeichnungsträger selber als Schutzschicht verwendet wird. Die Art der gespeicherten Information ist für die vorliegende Erfindung auch nicht von wesentlicher Bedeutung; es kann sich um ein Farbfersehprogramm oder um eine andere Information handeln.

Der Aufzeichnungsträger wird von einem Strahlungsbündel b ausgelesen, das von einem Halbleiterdiodenlaser herrührt. Von einem Objektivsystem, das der Einfachheit halber

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durch eine einzige Linse 7 dargestellt ist, wird das Bündel b zu einem Auslesefleck V auf die Informationsstruktur fokussiert. Das von der Informationsstruktur reflektierte Strahlungsbündel durchläuft das Objektivsystem zum zweiten Male und tritt in den Diodenlaser ein. Das Objektivsystem kann derart gewählt sein, dass der Auslesefleck grosser als die Breite einer Spur ist. Abgesehen von den optischen Verlusten in der Auslesevorrichtung wird, wenn der Auslesestrahl auf ein Gebiet einfällt, der Strahl grösstenteils ausserhalb der Apertur des Objektivsystems abgelenkt werden, so dass die Intensität der zu dem Diodenlaser zurückkehrenden Strahlung erheblich abnimmt. Wenn der Auslesefleck ausserhalb eines Gebietes auf die Informationsstruktur einfällt, kehrt der Auslesestrahl grösstenteils zu dem Diodenlaser zurück. Bei Drehung des Aufzeichnungsträgers 1 um eine Welle 5 ι die durch die mittlere Oeffnung k geführt ist, wird der reflektierte Auslesestrahl in der Intensität entsprechend der Reihenfolge von Gebieten und Zwischengebieten in einer auszulesenden Spur moduliert. Der reflektierte Auslesestrahl beeinflusst bestimmte Eigenschaften des Diodenlasers.

In Fig. 3 ist eine Ausführungsform eines derartigen Diodenlasers dargestellt. Der Laser besteht aus zwei Schichten 10 und 11 aus z.B. dem Mischkristall AlGaAs,

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■Pte,-

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wobei die Schicht 10 p-leitend und die Schicht 11 n-leitend ist. Die Zwischenschicht 12 besteht aus z.B. reinem GaAs. Auf den Schichten 10 und 11 sind Elektroden 14 und I5 angebracht. Der von der Stromquelle 18 gelieferte Strom I durchläuft die Schichten 10, 12 und 11. An der Grenzfläche der Schichten 10 und 12 werden Elektronen in die Zwischenschicht 12 injiziert. In dieser Zwischenschicht findet Rekombination von Elektronen und Löchern statt, wobei Strahlung mit einer Wellenlänge von etwa 900 nm emittiert wird. Die Endflächen 16 und 17 weisen einen geeigneten Reflexionskoeffizienten auf. Die Strahlung wird von diesen Flächen wiederholte Male reflektiert. Die verstärkte Strahlung oder die Laserstrahlung tritt durch die Flächen 16 und 17 heraus, wie mit den Pfeilen 19 und 20 angegeben ist.

Wie bereits bemerkt wurde, kehrt die von dem Aufzeichnungsträger reflektierte Strahlung zu dem Diodenlaser zurück. Unter gewissen Bedingungen wird die rückgekoppelte Strahlung eine weitere Strahlungsemission stimulieren, so dass die augenblicklich in den Richtungen 19 und 20 emittierte Strahlung durch die Information auf dem Aufzeichnungsträger bestimmt wird. In einer praktischen Ausführungsform einer Vorrichtung nach der Erfindung hat sich herausgestellt, dass, wenn der Strom I durch den Diodenlaser z.B. etwas grosser als ein Schwellwert

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war, die Intensität des emittierten Laserstrahls für den Fall, dass der Laserstrahl ausserhalb eines Gebietes auf den Aufzeichnungsträger einfiel, etwa zweimal grosser als für den Fall war, in dem der Laserstrahl auf ein Gebiet einfiel. Eine wesentliche Bedingung für die Rückkopplungsauslesung ist, dass der Abstand zwischen der Informationsstruktur und dem Diodenlaser grosser als ein bestimmter Mindestwert ist. Nur in diesem Falle wird die optische Rückkopplung zu einer Aenderung in der von dem Diodenlaser emittierten Strahlung führen.

Zur Umwandlung der Intensitätsänderungen im Laserstrahl kann, wie in Fig. 1 dargestellt ist, ein strahlungsempfindlicher Detektor 8, wie eine Photodiode, auf der von dem Aufzeichnungsträger abgekehrten Seite des Diodenlasers angebracht werden. Das Signal S kann in einer bekannten elektronischen Schaltung, wie sie z.B. in "Philips Technical Review" 22» ^Nr· 7, S. 181-185 beschrieben ist, zu einem Informationssignal S. verarbeitet und dekodiert werden. Dieses Signal kann, wenn ein Fernsehprogramm auf dem Aufzeichnungsträger gespeichert ist, mittels einer üblichen Fernsehempfangsvorrichtung 21 sichtbar und hörbar gemacht werden.

In Fig. 1 ist die Photodiode als ein gesondertes Element dargestellt. Die Photodiode kann aber mit dem Diodenlaser zu einem Ganzen integriert werden. Es ist

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weiter nicht notwendig, dass Strahlung auf der Rückseite des Diodenlasers, d.h. in der Richtung 20 nach Fig. 3 ι heraustritt. Der Diodenlaser kann derart ausgebildet sein, dass Strahlung ausser in der Richtung 19 auch in einer Richtung quer oder schräg zu dieser Richtung heraustritt. Dann muss eine Photodiode 8 an der Seitenkante des Diodenlasers statt hinter diesem Laser angeordnet werden.

In Fig. h ist beispielsweise angegeben, wie der Aufzeichnungsträger ausgelesen werden kann, ohne dass ein strahlungsempfindliches Element verwendet wird. Dabei wird bei einem konstanten Strom I die Aenderung in der Spannung über dem Diodenlaser gemessen. In einer praktischen Ausführungsform einer Vorrichtung nach der Erfindung war der Unterschied zwischen den Diodenspannungen, die auftraten in dem Falle, in dem der Laserstrahl ausserhalb eines Gebietes auf die Informationsstruktur einfiel, und in dem Falle, in dem der Laserstrahl auf ein Gebiet einfiel, etwa 0,1 V. Diese Spannung kann über einen Kopplungekondensator 22 der elektronischen Schaltung 9 zugeführt werden. Die Spule 23 in Reihe mit der Stromquelle bildet für das ausgelesene Signal eine grosse Impedanz.

Beim Auslesen des Aufzeichnungsträgers muss dafür gesorgt werden, dass der Auslesefleck stets genau in bezug auf eine auszulesende Spur ausgerichtet ist.

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Es müssen also Mittel zum Detektieren eines Lagenfehlers des Ausleseflecks in bezug auf die auszulesende Spur vorhanden sein. Ein Lagenfehler kann nach der Erfindung auf dynamische Weise detektiert werden, wenn der Auslesefleck periodisch und quer zu der Spurrichtung bewegt wird. Die Amplitude der periodischen Bewegung muss dabei kleiner als die Breite der Spur sein, so dass der Auslesestrahl stets einen genügend grossen Teil der Spur "sieht". Zum Erzeugen der Bewegung des Ausleseflecks kann das Prinzip angewandt werden, das in der älteren offengelegten niederländischen Patentanmeldung 6 601 und in der UStPS 3 436 679 beschrieben ist. Nach diesem Prinzip wird eine der Elektroden in zwei oder mehr Teilelektroden unterteilt und werden diesen Teilelektroden geeignete Ströme zugeführt. Da für einen Diodenlaser nur Laserwirkung auftreten kann, wenn die Summe der jeweiligen Produkte des Stroms durch eine Teilelektrode und der Länge dieser Teilelektrode einen bestimmten Schwellwert erreicht, kann durch Aenderung der Ströme durch die Elektroden die Stelle, an der der Laserstrahl aus dem Diodenlaser heraustritt, geändert werden. Dann brauchen in der Auslesevorrichtung keine mechanisch bewegten zusätzlichen Elemente, wie ein schwingender Spiegel, angebracht zu werden.

In der Vorrichtung nach der Erfindung muss der

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ΓΗΝ.

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Auslesefleck periodisch um eine mittlere Lage herum verschoben werden, wobei die Amplitude der Verschiebung z.B. nur 0,1 /um ist. Dazu kann z.B. der im rechten Teil der Fig. 5 gezeigte Diodenlaser verwendet werden. Fig. 6 ist eine Unteransicht dieses Diodenlasers. Den Teilelektroden 15' und 15" wird ein von der Gleichstromquelle 18 gelieferter Strom I zugeführt. Zwischen dieser Quelle und der Elektrode 15" ist eine zweite Quelle 2k,

2"JE die z.B. einen Strom I¹ . (sin t) liefert, angeordnet.

Bei der in Fig. 6 dargestellten Form der Elektroden wird Laserwirkung zum Zeitpunkt t = 0 längs der Linie 1.. , zum Zeitpunkt t = -J-T längs der Linie 1_? und zum Zeitpunkt t = -Jt längs der Linie 1» auftreten. Die Amplitude (Δ z) der periodischen Verschiebung wird durch das Verhältnis I'/I bestimmt. Dieses Verhältnis ist z.B. 0,2.

Durch die periodische Verschiebung des Ausleseflecks quer zu der Spurrichtung weist der Auslesestrahl bei Rotation des Aufzeichnungsträgers ausser einer Hochfrequenzmodulation infolge der Reihenfolge von Gebieten und Zwischengebieten in einer Spur auch eine Niederfrequenzmodulation auf. In Fig. 7 ist diese zusätzliche Modulation, die nun annahmeweise sinusförmig ist, dargestellt. Bei einer niederfrequenten Auslesung, d.h., wenn die einzelnen Gebiete nicht gesondert ausgelesen werden, verhält sich eine aus Grübchen aufgebaute

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FUN. 8478. 2ßf - 12.6.77.

Spur wie eine Rinne in dem Aufzeichnungsträger, da die Strahlung teilweise ausserhalb des Objektivsystems ablenkt. Wenn der Auslesefleck nicht in der Querrichtung (r) schwingen würde, kann der Verlauf des Signals als Funktion der Lage des Ausleseflecks mit der Kurve 40 angegeben werden. Die Lage r ist die Mitte einer bestimmten Spur und die Lage r.. und r„ sind die Mitten der benachbarten Spuren; r„ und r· sind Lagen halbwegs zwischen zwei Spuren. In Fig. 7 kann die periodische Bewegung des Ausleseflecks durch die Kurve 41 dargestellt werden. Die Achsen t sind Zeitachsen.

Schwankt der Auslesefleck um die Lage r_, d.h. dass die mittlere Lage des Ausleseflecks eine Abweichung nach rechts in bezug auf die Mitte einer auszulesenden Spur aufweist, so ist das Augangssignal des Diodenlasers mit dem Niederfrequentsignal 42 moduliert. Wenn der Auslesefleck um die Lage r^ schwankt, ist das Ausgangssignal mit dem Niederfrequenzsignal 43 moduliert. Die Frequenz der Signale 42 und 43 1st gleich der Frequenz, mit der der Auslesefleck schwankt. Venn die mittlere Lage des Ausleseflecks mit der Mitte der auszulesenden Spur (der Lage r in Fig. 7) zusammenfällt, ist das Ausgangssignal des Diodenlasers mit dem Signal moduliert, das eine kleine Amplitude und eine Frequenz aufweist, die gleich dem Zweifachen der Frequenz der Signale 42 und 43 ist.

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Venn das Ausgangssignal des Diodenlasers eine Komponente mit einer Frequenz gleich der Frequenz, mit der der Auslesefleck schwankt, enthält, ist ersichtlich, dass der Auslesefleck nicht gut in bezug auf die auszulesende Spur positioniert ist. Durch Vergleich der Phase der Niederfrequenzkomponente mit der Phase des Steuersignals, mit dem der Auslesefleck oszilliert wird, kann die Richtung einer Abweichung bestimmt werden.

Im rechten Teil der Fig. 5 ist schematisch angegeben, wie die Signalverarbeitung stattfindet. Das Ausgangssignal S des Diodenlasers wird einerseits einem Hochpass 25 und andererseits einem Tiefpass 26 zugeführt. Der Hochpass ist mit der elektronischen Schaltung 9 verbunden, die das Signal zu einem Informations· signal S. verarbeitet. Der Tiefpass ist mit einer phasenempfindlichen Schaltung 27 verbunden, in der die Niederfrequenzkomponente des Signals S mit dem Signal der Quelle 24 verglichen und in der ein Steuersignal S zur Nachregelung der Lage des Ausleseflecks in bezug auf die Mitte einer auszulesenden Spur abgeleitet wird.

Für diese Nachregelung kann der Diodenlaser z.B. mit Hilfe einer Spule in einem Magnetfeld angetrieben werden, wie in Fig. 8 dargestellt ist. In dieser Figur ist der Laserstrahl b zu dem Laser hin

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gerichtet. Der Diodenlaser ist in einem Halter 45 befestigt, der eine Antriebsspule 46 trägt. 47 bezeichnet einen Dauermagnet und 48 und 49 bezeichnen Federn. Das Signal S (siehe Fig. 5) wird der Antriebsspule zugeführt. Dadurch kann der Halter 45 und somit der

Diodenlaser 6 in Richtung der Fig. 6 über einen bestimmten Abstand verschoben werden, während die Federn eine Verschiebung in der x- oder y-Richtung nahezu völlig verhindern, Ein Diodenlaser ist ein kleines und leichtes Element, so dass die Antriebsvorriclitung nach Fig. 8 klein und leicht gehalten werden kann. Die Schaltung nach Fig. 5 kann auch sehr klein sein und mit dem Dioden— laser zu einem Ganzen integriert sein.

Die periodische Bewegung des Ausleseflecks quer zu der Spurrichtung kann auch dadurch erhalten werden, dass man den Diodenlaser selber in der z-Richtung schwingen lässt. Diese Schwingung könnte dadurch erzeugt werden, dass in der Vorrichtung nach Fig. 8 der Antriebsspule 46 ein derartiges periodisches Signal zugeführt wird, dass der Halter 45 in Schwingung versetzt wird. Zum Ableiten eines Lagenfehlers des Ausleseflecks in bezug auf die Mitte einer auszulesenden Spur wird dann die Phase der Niederfrequenzkomponente des Ausgangssignals S mit der Phase der periodischen Bewegung des Ausleseflecks verglichen.

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Statt durch Verschiebung des Diodenlasers könnte die Lage des Ausleseflecks auch dadurch nachgeregelt werden, dass bei einem fest angeordneten Diodenlaser in dem Strahlungsweg zwischen dem Diodenlaser und dem Objektivsystem ein zusätzlicher Spiegel angebracht wird, der um eine Achse gekippt werden kann, die effektiv parallel zu der Richtung eines auszulesenden Spurteiles verläuft. Ein derartiger kippbarer Spiegel ist in "Philips Technical Review" 22» (¹973) Nr. 7, S. 186-189 beschrieben. Vom baulichen Gesichtspunkt ist die Ausführungsform mit einem verschiebbaren Diodenlaser jedoch zu bevorzugen.

Statt elektromagnetischer Elemente können zum Inschwingungversetzen des Ausleseflecks quer zu der Spurrichtung oder zur Nachregelung der Lage des Ausleseflecks in bezug auf eine auszulesende Spur auch elektrostriktive Elemente Anwendung finden.

Eine weitere Bedingung für ein gutes Auslesen des Aufzeichnungsträgers ist, dass der Auslesestrahl b stets scharf auf die Fläche der Informationsstruktur fokussiert sein muss. Wäre dies nicht der Fall, so würde die Modulationstiefe des ausgelesenen Hochfrequenzsignals abnehmen und könnte Uebersprechen zwischen den benachbarten Spuren auftreten. Nach der Erfindung enthält die Strahlungsquelle-Detektor-Einheit opto-

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elektronische Mittel zum Ableiten eines Signals, das eine Anzeige über das Ausmass der Fokussierung gibt, so dass mit Hilfe dieses Signals die Fokussierung nachgeregelt werden kann.
Entsprechend dem beschriebenen Verfahren zum Detektieren von Lagenfehlern des Ausleseflecks in bezug auf die Mitte einer auszulesenden Spur kann zum Detektieren von Fokussierungsfehlern die Fokussierungsebene periodisch verschoben werden. Die Frequenz (z.B. 50 kHz) der Verschiebung ist erheblich niedriger als die Frequenz, die der mittleren Raumfrequenz (z.B. 10 . m ) der Information auf dem Aufzeichnungsträger entspricht, während die Amplitude (z.B. 0,1 /um) der Verschiebung kleiner als die Tiefenschärfe des Objektivsystems ist.

Durch die periodische Verschiebung der Fokussierungsebene wird die Modulationstiefe des vom Diodenlaser gelieferten Signals S sich periodisch mit niedriger Frequenz ändern. Beim Fehlen der periodischen Aenderung kann der Verlauf dieses Signals S als Funktion der Fokussierung durch die Kurve 50 in Fig. 9 dargestellt werden. Der Punkt F gibt die Situation an, in der der Auslesestrahl durchschnittlich scharf auf eine Spur fokussiert ist. Der Punkt F₁ entspricht der Situation, in der hinter der Ebene der Informationsstruktur fokussiert ist, und der Punkt F~ entspricht der Situation,

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in der vor der Ebene der Informationsstruktur fokussiert ist. Die periodische Aenderung der Fokussierung kann durch die Kurve 5I dargestellt werden. Die Achsen t sind wieder Zeitachsen. Durch die periodische Aenderung der Fokussierung tritt im Ausgangssignal S des Diodenlasers eine Niederfrequenzkomponente auf, die einen Verlauf nach einer der Kurven 52, 53 und $k aufweist. T₁ ist die Periode der Defokussierung. Die Signalkomponente nach der Kurve 5^» die auftritt, wenn der Auslesestrahl zeitlich durchschnittlich gut fokussiert ist, weist eine Frequenz auf, die gleich dem Zweifachen der Frequenz ist, mit der die Fokussierung geändert wird. Die Signalkomponenten nach den Kurven 52 und 53 weisen die gleiche Frequenz wie die Aenderung der Fokussierung auf, aber die Phasen dieser Komponenten sind gegeneinander über 180° verschoben.

Durch eine phasenempfindliche Detektion entsprechend dem beschriebenen Verfahren zum Detektieren von Lagenfehlern des Ausleseflecks in bezug auf die Mitte einer auszulesenden Spur kann festgestellt werden, ob der Auslesestrahl durchschnittlich gut fokussiert ist und in welcher Richtung ein· etwaige Abweichung auftritt. Dabei kann eine der nach Fig. 5 analoge Anordnung verwendet werden. In der Schaltung 27 wird dann die Phase der Niederfrequenzkomponente des Signals S mit der Phase der periodischen Defokussierung verglichen. Am Ausgang

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der Schaltung 27 wird ein Signal S„ erhalten, mit dem die Fokussierung nachgeregelt werden kann.

Die periodische Aenderung in der Fokussierung kann dadurch erhalten werden, dass man den Diodenlaser längs der optischen Achse schwingen lässt. Dazu kann z.B. ein Magnetsystem, das in Fig. 10 im Querschnitt dargestellt ist, benutzt werden. In Fig. 10 tritt der Laserstrahl gemäss der Richtung 12 aus. Die Elemente 55, 56, 57» 58 und 59 entsprechen den Elementen 45, 46, 47, 48 und 49 der Fig. 8. Die Antriebsspule wird mit einem Wechselstrom von z.B. 50 kHz und mit einer kleinen Amplitude erregt, derart, dass die Ebene, in der der Auslesestrahl fokussiert wird, über einige Zehntel eines Mikrons in der x-Richtung verschoben wird.

Zur Korrektur der mittleren Lage der Fokussierungsebene mit Hilfe des Signals S„ könnte mit Hilfe eines Magnetsystems die Brennweite des Objektivsystems nachgeregelt oder das Objektivsystem verschoben werden. Vorzugsweise wird aber zur Einstellung der mittleren Lage der Fokussierungsebene die Lage längs der optischen Achse des Diodenlasers dadurch eingestellt, dass in einer Anordnung der in Fig. 10 dargestellten Art der Erregungsspule 56 ein zu S„ proportionaler Strom zugeführt wird.

Statt elektromagnetischer Elemente können auch

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elektrostriktive Elemente zur periodischen Defokussierung des Auslesestrahls oder zur Nachregelung der mittleren Lage der Fokussierungsebene verwendet werden.

Bei Kombination der beschriebenen Verfahren zum Detektieren der Lage des Ausleseflecks und der Lage der Fokussierungsebene in einer einzigen Auslesevorrichtung treten im Ausgangssignal des Diodenlasers zwei Niederfrequenzkomponenten auf. Um diese Komponenten in genügendem Masse voneinander unterscheiden zu können, könnten die Frequenzen, mit der der Auslesefleck in der Ebene der Spuren bzw. senkrecht zu der Ebene der Spuren schwingt, sehr verschieden gewählt werden, und zwar derart, dass die Signale voneinander keine höheren Harmonischen enthalten. Dies würde bedeuten, dass die Frequenz eines Regelsignals hoch sein müsste. Ausserdem müssten dann zwei Signalgeneratoren verwendet werden. Nach der Erfindung können aber die beiden Schwingungen die gleiche Frequenz aufweisen.

Denn sowohl beim Bestimmen eines Fokussierungsfehlere als auch beim Bestimmen eines Fehlers in der Lage des Ausleseflecks in bezug auf die Mitte einer auszulesenden Spur wird eine Niederfrequenzkomponente im Ausgangssignal S des Diodenlasers mit einem Bezugssignal verglichen. Das Bezugssignal wird durch die Bewegung des Diodenlasers längs der optischen Achse

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bzw. durch die Bewegung des Ausleseflecks quer zu der Spurrichtung bestimmt. Die Niederfrequenzkomponenten können zu ihrem zugehörigen Bezugssignal nur gleichphasig oder gegenphasig sein. Wenn nun die Phasen der Bezugssignale gegeneinander über 90° verschoben sind, sind die Niederfrequenzkomponenten in genügendem Masse voneinander getrennt und können die Bezugssignale die gleiche Frequenz aufweisen. Die Bezugssignale können dann von einem Signalgenerator geliefert werden, wobei die Phase eines der Bezugssignale über 90° gegen die Phase des anderen Bezugssignals verschoben ist.

Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung kann zui' Bestimmung eines Lagenfehlers des Ausleseflecks in bezug auf die Mitte einer auszulesenden Spur vorteilhafterweise das Prinzip angewandt werden, das in der DBP 23 20 477 der Anmelderin beschrieben ist. Nach diesem Prinzip werden ausser dem Auslesestrahl zwei Hilfsstrahlen auf die Informationsstruktur projiziert, wobei diese Hilfsstrahlen entweder von gesonderten Gaslasern emittiert oder von dem Auslesestrahl abgespaltet werden.

Die Hilfsstrahlen müssen, nachdem sie mit der Informationsstruktur in Kontakt gewesen sind, zu gesonderten Hilfsdetektoren'hin gerichtet werden. Die bekannte Vorrichtung weist die Nachteile auf, dass verhältnismässig viel Strahlung verloren geht, dass der Strahlungsweg verhältnis-

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massig kompliziert ist und dass der Stabilität der Vorrichtung strenge Anforderungen gestellt werden müssen. Ausserdem können unerwünschte Aenderungen in dem Strahl, der von dem Gaslaser stammt, die abgeleiteten Steuer— signale beeinflussen.

Nach der Erfindung wird die Tatsache benutzt, dass sich drei Diodenlaser leicht zu einem Ganzen integrieren lassen. Dann brauchen keine Strahlen oder Strahlungsquellen in bezug aufeinander ausgerichtet »u werden. Da die von den Aufzeichnungsträgern reflektierten Laserstrahlen wieder von den Diodenlasern aufgefangen werden, brauchen keine zusätzlichen Detektoren verwendet zu werden. Die Auslesevorrichtung weist dann eine sehr einfache Bauart auf, wie in Fig. 12 dargestellt ist.

Fig. 11 zeigt eine Ausführungsform eines aus drei Diodenlasern aufgebauten zusammengesetzten Dioden— lasers j6p_. Dieser Diodenlaser enthält eine gemeinsame Schicht 62 vom n-Leitungstyp, auf der eine gemeinsame Elektrode 61 angebracht ist. Die Schicht vom p-Leitungstyp ist in drei Teile 66, 67 und 68 unterteilt, die über gesonderte Elektroden 69, 70 und 7I mit der Stromquelle verbunden sind. Die wirksamen Gebiete, in denen die Laserwirkung auftritt, sind mit 63, 6k und 65 bezeichnet. In Fig. 11 sind die Laserstrahlen zu dein Leser hin gerichtet.

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Diese Laserstrahlen sind in Fig. 12 mit b-, b_ und b bezeichnet. b₁ ist der Auslesestrahl, der vom Objektivsystem 7 zu einem Auslesefleck V auf die Fläche der Informationsstruktur fokussiert wird. b„ und b„ bezeichnen Hilfsstrahlen, die die gleiche Intensität aufweisen. Diese Intensität kann niedriger als die des Strahls b. sein. Die Strahlen b„ und b„ werden zu Hilfsflecken V₂ und V„ fokussiert. Die Mitten der Hilfsflecke sind in bezug auf die Mitte des Ausleseflecks in der Breitenrichtung der Spuren über einen Abstand, der z.B. gleich einem Viertel der Spurbreite ist, und in entgegengesetzten Richtungen verschoben. Dadurch, dass der zusammengesetzte Diodenlaser ein wenig um die optische Achse des Objektivsystems gekippt wird, wird erreicht, dass die Hilfsflecke etwas in bezug auf den Auslesefleck in der Längsrichtung der Spuren in entgegengesetzten Richtungen verschoben sind.

In Fig. 11 ist weiter dargestellt, wie die Ausgangssignale der gesonderten Diodenlaser verarbeitet werden können. Das Signal der Auslesediode wird über einen Ilochpass 72 der vorgenannten Schaltung 9 zugeführt, an deren Ausgang das Hochfrequenzinformationssignal S. erhalten wird. Die Ausgangssignale der Hilfsdiodenlaser werden über Tiefpässe 73 und 7^ einer elektronischen Schaltung 75 zugeführt, in der die Signale miteinander verglichen werden und in der ein Regelsignal S

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erzeugt wird. Mit diesem Regelsignal werden z.B. bei einer Anordnung der in Fig. 8 dargestellten Art die Lagen der Hilfsstrahlungsflecke derart nachgeregelt, dass das Signal S gleich Null wird. Dann ist auch die Lage des Ausleseflecks automatisch richtig.

Der zusammengesetzte Diodenlaser mit drei gesonderten Lasern kann auch zum Detektieren eines Fokussierungsfehlers verwendet werden. Dazu muss die Fläche, durch die die Laserstrahlen aus den Laserdioden heraustreten, zu der optischen Achse des Objektivsystems schräg angeordnet sein. In Fig. 13 ist diese Situation dargestellt. Die Laserquellen liegen nun in verschiedenen Abständen von dem Objektivsystem, so dass die von diesem System erzeugten Abbildungen V₁, V und V„ der Laserquellen in verschiedenen Ebenen liegen. Es wird dafür gesorgt, dass die Hilfsstrahlen b„ und b„ die gleiche Intensität aufweisen, dass V in einem gleichen Abstand von V₁ wie V hinter V₁ liegt und dass V₁, V„ und V_ dieselben radialen Lagen einnehmen.

Wenn nun, wie in Fig. 13 dargestellt ist, der Auslesestrahl genau auf die Ebene der Spuren fokussiert ist, wird, abgesehen von der Modulation infolge der Informationsdetails, die Strahlungsintensität, die von der Auslesediode aufgefangen wird, maximal sein.

Die Hilfsstrahlen b„ und b„ sind dann fokussiert und

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die Hilfsdioden empfangen eine geringere Strahlungsintensität die aber für die beiden Hilfsdioden gleich ist. Wenn sich die Ebene der Spuren nach rechts verschoben hat, ist die Intensität in dem reflektierten Strahl b„ grosser als die in dem reflektierten Strahl b„. Wenn sich die Ebene der Spuren nach links verschoben hat, ist die Intensität im reflektierten Strahl b„ grosser als die in dem reflektierten Strahl b„. Durch Vergleich der Niederfrequenzkoinponente in den Ausgangssignalen der Hilfsdioden können die Grosse und die Richtung eines Fokussierungsfehlers

detektiert werden. Dies kann mit einer Anordnung erfolgen, die der nach Fig. 11 analog ist. Die Schaltung 75 liefert dann ein Steuersignal S„ zur Nachregelung der Fokussierung. Wie bereits bemerkt wurde, ergibt die Rück— kopplungsauslesung den Vorteil, dass die optische Ausleseeinheit eine sehr einfache Bauaart aufweist; grundsätzlich enthält diese Einheit nur eine Strahlungsquelle-Detektor-Einheit und ein Objektivsystem. Indem die obenbeschriebenen Verfahren zum Ableiten der Regelsignale benutzt werden, brauchen keine zusätzlichen Elemente der Ausleseeinheit hinzugefügt zu werden. Die ganze optische Ausleseeinheit kann dann aus nicht mehr als einem kleinen Rohr mit einer Länge von z.B. 60 mm und einem Durchmesser von z.B. 20 mm bestehen. Dieses Rohr ist dann imstande, sowohl das Hochfrequenzinformationssignal als auch die Regelsignale zu liefern.

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Zum Auslesen einer einzigen Spur eines runden scheibenförmigen Aufzeichnungsträgers wird der Träger um seinen eigenen Mittelpunkt gedreht. Zum reihemnässigen Auslesen aller Spuren kann das Rohr in radialer Richtung in bezug auf den Auf zeichniings träger bewegt werden.

Dazu kann ein Halter, in dem das Rohr bewegbar angeordnet ist, mit einem Schlittenantrieb verbunden sein, wie er in "Philips Technical Review" 22' 0973) Nr.7, S. I78-I8O beschrieben ist. Die Feineinstellung der Lage des Ausleseflecks in bezug auf eine auszulesende Spur und die Nachregelung der Fokussierung des Auslesestrahls können dann dadurch erzielt werden, dass das Rohr in seinem Halter in einer Richtung quer zu der Längsrichtung und in der Längsrichtung bewegt wird, wobei z.B. mit einer Genauigkeit von 0,5 '^um fokussiert und mit einer Genauigkeit von 0,1 /Um positioniert werden kann. Dazu könnte das Rohr auf der Aussenseite mit elektromechanischen Antriebsmitteln versehen sein. In Fig. 16 ist ein Schnitt durch das Rohr nach der Erfindung dargestellt.

Zur Verschiebung des Rohres in seiner Längsrichtung kann das Rohr in einem dem nach Fig. 10 analogen Magnetsystem angebracht sein, wobei dann an der Stelle des Diodenlasers i> das in Fig. 16 dargestellte Rohr 100 angeordnet ist. Der Spule 56 wird dann das Signal S_ zugeführt.

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Die Verschiebung des Rohres in der Querrichtung kann mit Hilfe eines Magnetsystems erhalten werden, dasidem nach Fig. 8 analog ist, wobei dann an der Stelle des Diodenlasers 6_ das Rohr 100 angebracht ist und der Spule 46 das Signal S zugeführt wird.

Analog dem Vorschlag nach der älteren nicht vorveröffentlichten niederländischen Patentanmeldung 7 605 O43 kann die Lage des Ausleseflecks in bezug auf eine auszulesende Spur auch dadurch nachgeregelt werden, dass das Rohr um eine Achse geschwenkt wird. In den Fig. 14 und I5 ist eine Antriebsvorrichtung zum Durchführen der Schwenkbewegung und der axialen Bewegung des Rohres dargestellt.

In Fig. 14 ist die rohrförmige optische Ausleseeinheit wieder mit 100 bezeichnet. Ein Dauermagnetkreis enthält einen axial magnetisierten Dauermagnet 80 mit einer mittleren Oeffnung 81 und zwei Weicheisenverschlussplatten 82 und 83 an den beiden axialen Enden. Ein hohler Weicheisenkern 84 ist in der mittleren Oeffnung 81 angebracht. Am Rohr 100 ist eine zylindrische und koaxial um den Weicheisenkern 84 angebrachte Spulenkonstruktion befestigt, die axial in dem ringförmigen Luftspalt 86 zwischen der Verschlussplatte 82 und dem Kern 84 und in einem zweiten ringförmigen Luftspalt 87 zwischen der Verschlussplatte 83 und dem Kern 84 bewegbar ist. Die

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Fokussierlagerung ist eine Gleitlagerung für die Parallelführung des Rohres 100 und enthält eine erste mit dem Gestell verbundene Lagerbuchse 88 und eine mit dem Objektiv verbundene und in bezug auf die Lagerbuchse 88 axial bewegbare zweite Lagerbuchse 89. Die Lagerbuchse ist mit Hilfe zweier Lagerstifte 90 fest mit dem Kern verbunden. Diese Lagerstifte sind in dem Kern 8k fest angeordnet, während zwei Lagerbuchsen 91» die in der Lagerbuchse 88 fest angeordnet sind, auf den Stiften schwenkbar sind. In der hier dargestellten Ausführungsform ist die Lagerbuchse 89i wie oben erwähnt, fest mit dem Rohr 100 verbunden und kann sich in der Lagerbuchse verschieben. Es ist natürlich auch möglich, die Aussenwand des Rohres 100 selber als einen Teil der Gleitlagerung zu benutzen.

Der grosse Vorteil der Konstruktion nach Fig. ist der, dass das Rohr 100 in Richtung seiner optischen Achse 92 sowie zur Nachregelung der Lage des Ausleseflecks in bezug auf die Mitte einer auszulesenden Spur um die Schwenkachse 93 mit Hilfe nur eines einzigen elektromagnetischen Systems bewegbar ist, wobei der Dauermagnet 80 eine doppelte Funktion erfüllt. Die Spulenkonstruktion 85 ist mit zwei symmetrisch zu beiden Seiten der Schwenkachse 93 (siehe auch Fig. I5) angebrachten Spulen 9^ versehen, die sowohl zur Fokussierung

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als auch zur Positionierung des Ausleseflecks dienen. Mit Hilfe einer Montageplatte 95 (siehe Fig. 14), auf der der zylindrische Weicheisenkern 84 befestigt ist, ist eine Konstruktion erhalten, bei der zwischen jeder der Verschlussplatten 82 und 83 und dem Kern 84 ein ringförmiger Luftspalt 86 bzw. 87 gebildet wird. Dadurch kann ein hoher Wirkungsgrad der elektromagnetischen Mittel zum axialen Bewegen und Schwenken des Rohres erhalten werden. Ein Teil 96 der Windungen jeder Spule <)h erstreckt sich (siehe Fig. I5) in dem Luftspalt 86 und ein anderer Teil 97 derselben in dem Luftspalt 87. Diese Teile 96 und 97 sind derart angeordnet, dass sie einen gleichgerichteten Beitrag zu einem elektrisch erzeugten Moment um die Schwenkachse 93 liefern.

. Die elektromagnetischen Kräfte, die auf die Teile 96 und 97 der Spulen 94 ausgeübt werden, verlaufen axial. Fokussierbewegungen können ausgeführt werden, wenn die Richtungen der Ströme durch die entsprechenden Teile 96 und 97 der beiden Spulen derart gewählt werden, dass die axialen Kräfte gleichgerichtet und gleich gross sind. Wenn davon abgewichen wird, entsteht eine Schwenkbewegung des Rohres 100, die zur Positionierung des Ausleseflecks in bezug auf eine auszulesende Spur verwendet werden kann.

Beim Auslesen eines Aufzeichnungsträgers, auf

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dem ein Fernsehprogramm gespeichert ist, kann es weiter erforderlich sein, die Lage des Ausleseflecks in tangentieller Richtung, also in der Längsrichtung einer auszulesenden Spur nachzuregeln. Wie bereits in der Dt-OS 23 53 901 beschrieben ist, kann eine Abweichung in der tangentiellen Lage des Ausleseflecks mit Hilfe derselben Hilfsflecke V₃ und V (siehe Fig. 12) detektiert werden, die beim Detektieren eines radialen Lagenfehlers des Ausleseflecks benutzt werden. Dabei muss die Phase der von den Hilfsdiodenlasern gelieferten Regelsignale über einen Betrag gleich einem Viertel der Umdrehungsperiode des runden Aufzeichnungsträgers verschoben werden. Zur Nachregelung der tangentiellen Lage des Auslese— flecks können auch wieder elektromagnetische Mittel verwendet werden. Die ganze Vorrichtung nach Fig. 14 kann z.B. in einem weiteren Magnetsystem angebracht sein, das diese Vorrichtung in der Längsrichtung einer auszulesenden Spur bewegen kann.

St.att elektromagnetischer Mittel können auch elektrostriktive Mittel zum Erzeugen der axialen, der radialen und der tangentiellen Bewegung des Rohres in bezug auf den Aufzeichnungsträger verwendet werden.

In Fig. 16 ist das Rohr, in dem die optische Ausleseeinheit angebracht ist, mit 100 bezeichnet.

In dem Element 101 sind der Diodenlaser und die zugehörigen

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Schaltungen integriert. Der Diodenlaser wird über die Zuführungsleitung 102 gespeist. Das Hochfrequenzinformationssignal S. und die Regelsignale S„, S und S (tangentielle) sind an den Leitungen 1031 1θ4, 105 und 109 verfügbar. Zum Detektieren eines Fokussierfehlers kann der Diodenlaser aus drei gesonderten Laserquellen zusammengesetzt sein, wie im Zusammenhang mit Fig. 13 beschrieben ist. Zum Detektieren der Lage des Ausleseflecks in bezug auf eine auszulesende Spur weist z.B. die den Laserstrahl liefernde Laserquelle die in Fig. 5 und 6 dargestellte Form auf. Andere Kombinationen der beschriebenen Verfahren zum Detektieren eines Fokussierungsfehlers und der Lage des Ausleseflecks sind selbstverständlich auch möglich.

Die ausstrahlende Oberfläche von z.B. 2,5/um χ 0,5/um des Diodenlasers muss auf der Informationsstruktur abgebildet werden. Während in einer Auslesevorrichtung mit einem Gaslaser die Strahlungsquelle in einem verhältnismässig grossen Abstand von dem Objektivsystem liegt, ist in der optischen Ausleseeinheit nach der Erfindung der Abstand zwischen dem Diodenlaser und dem Objektivsystem klein. Dem Objektivsystem müssen daher in'bezug auf die Grosse des Gegenstandsfeldes strengere Anforderungen gestellt werden. Die Wellenlänge (/\ = z.B. 89 nm) der von einem Diodenlaser gelieferten Strahlung ist erheblich grosser als die der von einem Helium-Neon-Laser

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gelieferten Strahlung (^= 633 nm), so dass die numerische Apertur des Objektivsystems in der optischen Ausleseeinheit nach der Erfindung erheblich grosser (z.B. 0,63) als die eines Objektivsystems sein muss, das in einer Auslesevorrichtung mit einem Helium-Neon-Laser verwendet wird (N.A. ist dort z.B. 0_tΌ)· Die Abbildung des Diodenlasers muss genau flach sein.

Um diesen Anforderungen entgegenzukommen, könnte ein Objektivsystem mit einer verhaltnismässig grossen Anzahl von Linsenelementen gewählt werden. Nach der

Erfindung kann aber die Anzahl von Linsenelementen des Objjektivsystems auf zwei beschränkt bleiben, während sich dieses Objektivsystem verhaltnismässig einfach \ herstellen lässt. Wie Fig. 16 zeigt, besteht dieses Objektivsystem aus zwei einfachen Linsen IO6 und 108.

Das System ist hemisymmetrisch, was bedeutet, dass sich die Parameter der Linsen I06 und 1O8 gegenseitig von-r einander ableiten lassen, wenn der gewünschte Vergrösserungsfaktor A des Systems vorgegeben ist. Die Linsen IO6 und 108 weisen je zwei asphärische Oberflächen auf. Derartige Linsen, die auch als Biasphären bezeichnet werden, sind in der Dt-OS 25 20 563 beschrieben.

Wenn die Abmessungen der ausstrahlenden Oberfläche des Diodenlasers nicht grosser als die gewünschte Abmessung des Ausleseflecks sind, brauchen die Linsen IO6

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und 108 nur eine 1:1-Abbildung zu erzeugen. Dann können identische Linsen verwendet werden und ist das Linsensystem symmetrisch, so dass es keine Asymmetriefehler, wie Koma und Astigmatismus aufweist. Die Tatsache, dass der Laserstrahl zwischen den Linsen 106 und 108 ein kollimierter Strahl ist, (vgl. Fig. 16) ist vom Gesichtspunkt der Herstellungstoleranzen günstig.

Eine Schwierigkeit, die sich bei Anwendung eines Diodenlasers ergaben kann, ist, dass die Laserstrahlung astigmatisch ist. Dieser Astigmatismus kann auf Unvollkommenheiten bei der Herstellung der Diodenlaser zurückzuführen sein oder durch den Wellenrohrcharakter des Diodenlasers herbeigeführt werden. Statt einer Strahlung mit einer sphärischen Weilenfront wird dann eine Strahlung mit einer toroidalen Wellenfront emittiert. Mit einer Korrekturlinse 107 kann dieser Astigmatismus derart weit unterdrückt werden, dass er nicht mehr wahrnehmbar ist. Die Linse IO7 kann eine Zylinderlinse sein, wobei die Richtung der Zylinderachse durch den Astigma— (.'■ tismus des Diodenlasers bestimmt wird. Die Linse 107 kann auch eine sogenannte "Nullinse" sein. Eine derartige Linse, diein der optischen Literatur beschrieben ist, weist eine paraxiale Stärke 0 auf. Die Krümmungsradien der Linsenoberflächen sind derart gewählt, dass die Linse als Ganzes keine brechende Wirkung aufweist.

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Dadurch, dass diese Linse über einen bestimmten Winkel gekippt wird, so dass die optische Achse der Linse einen bestimmten Winkel mit der optischen Achse des durch die Linsen 106 und 108 gebildeten Systems einschliesst, weist die Linse einen bestimmten Astigmatismus auf. Die Nullinse wird vor allem verwendet, wenn sich erwarten lässt, dass der Astigmatismus der Diodenlaser eine gewisse Streuung aufweist. Der Schwerpunkt dieser Streuung kann durch Versuche bestimmt und der dazu gehörige Kippwinkel der Nullinse berechnet werden, so dass bei der Massenherstellung der optischen Ausleseeinheit ein mittlerer Kippwinkel der Nullinse eingehalten werden kann oder nur eine geringe Nacheinstellung des Kippwinkels erforderlich ist.

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Claims

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PATENTANSPRUECHE:

Optische Ausleseeinheit, mit deren Hilfe bei gegenseitiger Bewegung eines Aufzeichnungsträgers und dieser Ausleseeinheit dieser Aufzeichnungsträger abgetastet wird, der mit einer Strahlungsreflektierenden und spurförmig angeordneten Informationsstruktur versehen ist, wobei diese Ausleseeinheit ein Objektivsystem zum Fokussieren eines Auslesestrahls auf die Informationsstruktur und eine Strahlungsquelle-Detektor-Einheit enthält, die einen Halbleiter-Diodenlaser enthält, der den Auslesestrahl liefert und ausserdem den von der Informationsstruktur reflektierten Auslesestrahl auffängt, wobei bestimmte Eigenschaften des Diodenlasers sich in Abhängigkeit von der ausgelesenen Information ändern, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlungsquelle-Detektor-Einheit optoelektronische Mittel zum Detektieren einer Abweichung in der Lage de.s Ausleseflecks in bezug auf eine auszulesende Spur und/oder einer Abweichung zwischen der Soll- und der Istlage der Fokussierungsebene des Objektivsystems enthält.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlungsquelle-Detektor-Einheit Mittel zur Umwandlung eines periodischen elektrischen Signals in eine periodische Verschiebung des Auslesestrahls effektiv quer zu der Spurrichtung mit einer den Durchmesser

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OMQlNAL INSPECTED

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des Auslesestrahls unterschreitenden Amplitude und mit einer Frequenz enthält, die erheblich niedriger als die Frequenz ist, die der mittleren Raumfrequenz der Details in der Informationsstruktur entspricht, und dass in einer elektronischen Schaltung zur Verarbeitung des von dem Diodenlaser gelieferten Signals ein Filter zur Abtrennung eines Niderfrequenzsignals angeordnet ist, das zu einem Steuersignal verarbeitet wird, das elektromechanischen Mitteln zur Nachregelung der zeitlich ausgemittelten Lage des Ausleseflecks in bezug auf eine auszulesende Spur zugeführt wird.
3· Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Elektrode, die auf einer Halbleiterschicht des Diodenlasers angebracht ist, aus einer Anzahl von Teilelektroden besteht, und dass diesen Teilelektroden sich periodisch in bezug aufeinander ändernde elektrische

Signale zur periodischen Verschiebung des Auslesestrahls zugeführt werden.
4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass elektromechanische.Antriebsmittel zur periodischen Verschiebung des Diodenlasers quer zu der Spurrichtung vorhanden sind.
5· Vorrichtung nach Anspruch 1, 2, 3 oder k, dadurch gekennzeichnet, dass elektromechanische Antriebsmittel zur periodischen Verschiebung der Strahlungsquelle— Detektor-Einheit in der Richtung der optischen Achse des Objektivsystems vorhanden sind, wobei die Frequenz

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der Verschiebung erheblich niedriger als die Frequenz ist, die der mittleren Raumfrequenz der Details in der Informationsstruktur entspricht, während die Amplitude der Verschiebung kleiner als die Tiefenschärfe des Objektivsystems ist, und dass in einer elektronischen Schaltung zur Verarbeitung des vom Diodenlaser gelieferten Signals ein Filter zum Ableiten eines Niederfrequenzsignals vorhanden ist, das zu einem Steuersignal verarbeitet wird, das elektromechanischen Mitteln zur Nachregelung der zeitlich ausgemittelten Lage der Strahlungsquelle-Detektor-Einheit längs der optischen Achse zugeführt wird.
6. Vorrichtung nach Anspruch 51 in der sowohl das von dem Diodenlaser emittierte Strahlungsbündel periodisch verschoben als auch die Lage der Strahlungsquelle-Detektor-Einheit längs der optischen Achse periodisch geändert wird, dadurch gekennzeichnet, dass die die Aenderungen darstellenden Zeitfunktionen gegeben durch: p(f.t) und p(nf.t + Χ/2) , wobei ρ eine periodische Funktion darstellt, f die Frequenz ist, mit der eine der Aenderungen verläuft und η = 1, 2 usw. ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlungsquelle-Detektor-Einheit neben einem den Auslesestrahl liefernden Hauptdiodenlaser zwei Hilfsdiodenlaser enthält, die Hilfsstrahlen gleicher Intensität liefern, wobei jeder Hilfsdiodenlaserseinen

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273A257 PHN. 84

H 12.6.77. eigenen Hilfsstrahl nach Reflexion an der Informationsstruktur auffängt und wobei die Hilfsdiodenlaser die genannten optoelektronischen Mittel bilden.
8. Vorrichtung nach Anspruch 71 dadurch gekennzeichnet, dass die Linie, die die gesonderten Laserquellen miteinander verbindet, effektiv einen spitzen Winkel mit der Längsrichtung einer auszulesenden Spur einschliesst, und dass die von den Hilfdiodenlasern erzeugten Hilfsstrahlungsflecke in der Breitenrichtung einer auszulesenden Spur in entgegengesetzten Richtungen in bezug auf die Mitte des Ausleseflecks verschoben sind, wobei der Unterschied zwischen den Niederfrequenzkomponenten der Ausgangssignale der Hilfsdiodenlaser eine Anzeige über eine Abweichung zwischen der Mitte des Ausleseflecks und der Mitte einer auszulesenden Spur gibt.
9. Vorrichtung nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, dass die Fläche, durch die der Auslesestrahl und die Hilfsstrahlen heraustreten, einen spitzen Winkel mit der optischen Achse des Objektivsystems einschliesst, und dass die von den Hilfsdiodenlasern erzeugten Hilfsstrahlungsflecke, in der Breitenrichtung der Spur gesehen, dieselbe Lage einnehmen, wobei der Unterschied zwischen den Niederfrequenzkomponenten der Ausgangssignale der Hilfsdiodenlaser eine Anzeige über eine Abweichung zwischen der ist- und der Sollage der Fokussierungsebene des Objektivsystems gibt.

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PhN. 8^78.
10. Optische Ausleseeinheit nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass diese Einheit aus einem hohlzylindrischen Körper besteht, in dem die Strahlungsquelle-Detektor-Einheit und das Objektivsystem angeordnet sind, und dass dieser Körper auf der Aussenseite mit elektromechanischen Mitteln zur Nachregelung der Lage dieses Körpers in seiner Längsrichtung und/oder in mindestens einer von zwei zueinander senkrechten und senkrecht auf der Längsrichtung stehenden Richtungen versehen ist, wobei die von den optoelektronischen Mitteln gelieferten Regelsignale den elektromechanischen Mitteln zugeführt werden.
11. Optische Ausleseeinheit nach Anspruch 1O₄ dadurch gekennzeichnet, dass das Objektivsystem ein hemisymmetrisches System ist und aus einer ersten und einer zweiten einfachen Linse mit asphärischen Oberflächen besteht.
12. Optische Ausleseeinheit nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und die zweite Linse einander gleich sind, und dass die erste Linse eine kollidierende Linse ist.
13. Optische Ausleseeinheit nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der ersten und der zweiten Linse eine Korrekturlinse vorhanden ist, mit deren Hilfe der Astigmatismus der von dem Diodenlaser emittierten'Strahlung grösstenteils ausgeglichen wird.

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PHN. 8>478. C 12.6.77.
14. Optische Ausleseeinheit nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Korrekturlinse eine Nullinse ist, deren optische Achse einen dem Astigmatismus des Diodenlasers angepassten Winkel mit der optischen Achse des durch die erste und die zweite Linse gebildeten Systems einschliesst.

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