DE2540668A1

DE2540668A1 - Aufzeichnungstraeger fuer ein fernsehsignal

Info

Publication number: DE2540668A1
Application number: DE19752540668
Authority: DE
Inventors: Gijsbertus Bouwhuis
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1974-09-25
Filing date: 1975-09-12
Publication date: 1976-04-15
Also published as: BE833725A; ES441182A1; CA1064610A; AU498992B2; SE411286B; ATA723775A; JPS5158020A; JPS5855569B2; DE2540668C2; AU8503875A; ZA755755B; NL7412634A; IT1047196B; FR2328340A1; SE7510563L; BR7506107A; GB1529954A; AR209505A1; CH610164A5; AT339969B

Description

«Aufzeichnungsträger für ein Fernsehsignal"

Die Erfindung bezieht sich auf einen Aufzeichnungsträger, auf dem ein Fernsehsignal in einer mit optischer Strahlung auslesbaren spurförmigen Informations· struktur mit konstanter Spurbreite gespeichert ist, welche Struktur die Phase eines Auslesestrahlungsbündels moduliert, wobei das Fernsehsignal eine mit der Helligkeitsinformation in der Frequenz modulierte erste Trägerwelle und mit anderer Information, Z₀B. Färb- und Toninformation, modulierte weitere Trägerwellen enthält. Die Erfindung bezieht sich auch auf eine Vorrichtung zum Auslesen eines derartigen Aufzeichnungsträgers.

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Die "andere" Information ist in dem Falle eines Farbfernsehsignal Färb- und Toninformation, wobei Tonsignale auf eine, zwei (stereo) oder sogar vier Träger— wellen aufmoduliert sein können. Im einfachsten Falle ist das Fernsehsignal ein Schwarz-Weiss-Signal und ist der Ton auf eine einzige Trägerwelle aufmoduliert.

In "Philips Technische Rundschau", 33, Nr. 7, S» 193-197 ist ein runder scheibenförmiger Aufzeichnungsträger beschrieben, wobei die Helligkeitsinformation und die Färb- und Toninformation in einer optisch auslesbaren Spur^ auf binäre Weise kodiert, angebracht sind. Die spurförmige Struktur kann aus einer spiralförmigen Spur bestehen, die sich über eine Vielzahl von Windungen auf dem Aufzeichnungsträger erstreckt; sie kann auch aus einer Vielzahl konzentrischer Spuren bestehen. Eine Informationsspur enthält eine Vielzahl in die Aufzeichnungsträgeroberflache gepresster Grübchen. Die Helligkeitsinformation ist inider räumlichen Frequenz der Grübchen enthalten, während die Färb- und Toninformation in Form einer Modulation der Länge der Grübchen festgelegt ist(sogenannte "duty cycle"-Modulation),

Beim Einschreiben des obenbeschriebenen

AufZeichnungsträgers wird ein Einschreibstrahlungsbündel in der Intensität von z.B. einem elektrooptischen Modulator moduliert, dem ein rechteckförmiges elektrisches

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PFN,

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Signal entsprechend der einzuschreibenden Information zugeführt wird. Beim Zusammensetzen dieses rechteck— förmigen Signals aus der Helligkeitsinformation und der Färb- und Toninformation auf elektronischem Wege müssen in dem Signal Begrenzungen vorgenommen werden. Dadurch treten beim Auslesen Mischprodukte zwischen der ersten und der zweiten Trägerwelle auf. Derartige Mischprodukte sind unerwünscht. Tritt nämlich ein Mischprodukt innerhalb des von der ersten modulierten Trägerwelle eingenommenen Frequenzbandes auf, so veranlasst dieses Mischprodukt eine.Interferenzstörung, eine sogenannte Moire"störung, in dem von dem Aufzeichnungsträger ausgelesenen und sichtbar gemachten Helligkeitssignal. Auf gleiche Weise hat ein Mischprodukt mit einer innerhalb der von den modulierten weiteren Trägerwellen eingenommenen Frequenzbänder liegenden Frequenz eine Interferenzstörung z.B. in dem von dem Aufzeichnungsträger ausgelesenen und sichtbar gemachten Farbsignal zur Folge₀ Welche Mischprodukte auftreten und das Mass, in dem diese Mischprodukv.e störend sind, hängt einerseits von dem bei der Aufnahme angewandten photοchemischen Vorgang und von den Signalverarbeitungsschaltungen und andererseits von der Wahl der Trägerfrequenzen ab.

Die vorliegende Erfindung bezweckt, eine Uebertragung eines Fernsehsignals mittels eines

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Aufzeichnungsträgers zu schaffen, bei der das Auftreten von Mischprodukten zwischen der Helligkeitsinformation und z.B, der Färb- und Toninformation möglichst vermieden wird. Nach der Erfindung wird dabei nicht mehr eine binäre Kodierung verwendet, sondern es wird dafür gesorgt, dass eine möglichst lineare Beziehung zwischen einem oder mehreren Parametern der spurförmigen Struktur und der Information des Fernsehsignals besteht. Ein Aufzeichnungsträger nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Spuren der Informationsstruktur kontinuierliche Spuren sind, die in der Ebene dieser . Struktur eine"sinusförmige Windung aufweisen, wobei der Verlauf der Windung durch sowohl die erste als auch die weiteren modulierten Trägerwellen bestimmt wird; dass die Windungsamplitude erheblich kleiner als die Periode der Spurenstruktur· in einer Richtung quer zu der Richtung ist, in der die Spuren ausgelesen werden, und dass die Spuren einen optischen Weglängenunterschied in dem Auslesestrahlungsbündel herbeiführen, der in der Nähe eines ungeraden Vielfachen des Viertels der Wellenlänge der zu verwendenden Auslesestrahlung liegt»

Unter einer sinusförmigen Windung ist eine Windung zu verstehen, die aus sinusförmigen Abweichungen aufgebaut ist, deren Frequenz oder Amplitude sich über den Aufzeichnungsträger ändert.

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Es sei bemerkt, dass in der britischen Patentschrift 1 133 480 bereits vorgeschlagen wurde, auf einem Tonaufzeichnungsträger eine sich windende Rille anzubringen, die optisch auslesbar ist. Da die Windung der Rille nur durch die Niederfrequenztoninformation und nicht durch eine Kombination von Hochfrequenzhelligkeitsinformation und niederfrequenter Färb- und Toninformation bestimmt wird, ist die Windung auf dem bekannten Aufzeichnungsträger ganz verschieden von der auf dem jetzt vorgeschlagenen Aufzeichnungsträger, Weiter ist die Rille sehr tief in bezug auf die Wellenlänge der Auslesestrahlung und kann sich die Tiefe der Rille über einige Wellenlängen ändern,, ohne dass das Auslesen beeinflusst wirdo Beim Auslesen wird die Tatsache benutzt, dass sich durch Reflexionen in den Wänden der Rille der Polarisationszustand der Auslesestrahlung ändert. Von einem in dem Wege der am Aufzeichnungsträger reflektierten Strahlung angeordneten Abbildungssystem wird mit Hilfe polarisierender Mittel eine schwarze Linie, deren Verlauf dem der Rille entspricht, auf zwei strahlungsempfindlichen Detektoren abgebildet. Die Phaseneigenschaften der Informationsstruktur werden nicht benutzt, wie dies bei dem Aufzeichnungsträger nach der Erfindung wohl der Fall ist.

Eine Vorrichtung zum Auslesen eines Aufzeichnungs

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trägers nach der Erfindung, die eine Strahlungsquelle und ein Objektivsystem zum Zuführen über den Aufzeichnungsträger von von der Strahlungsquelle stammender Strahlung zu einem strahlungsempfindlichen Detektionssystem enthält, welches Detelctions-System die von der Strahlungsquelle gelieferte und von der Informationsstrulctur modulierte Strahlung in ein elektrisches Signal umwandelt, ist dadurch gekennzeichnet, dass das Informationsdetektionssystem aus zwei strahlungsempfindlichen Detektoren besteht, die in der wirksamen Austrittspupille des Objektivsystems angeordnet sind, wobei die Trennlinie der Detektoren, wenn sie auf die Ebene der Informationsstruktur projiziert werden,' zu der Richtung, in der die Spuren ausgelesen werden, parallel ist, und dass die Ausgänge der Detektoren mit einem Differenzverstärker verbunden sind, dessen Ausgang das Informationssignal entnommen werden.kann.

Unter "wirksamer" Austrittspupille des

Objektivsystems ist die .reelle Austrittspupille dieses Systems zu verstehen, wenn diese Pupille leicht zugänglich ist. Die wirksame Austrittspupille kaiin auch durch eine Abbildung der reellen Pupille gebildet werden, wenn letztere schwer zugänglich ist.

Es sei bemerkt, dass in der deutschen Offen-3.egungs schrift 2 3h2 906 vorgeschlagen wurde, in einer

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Vorrichtung zum Auslesen einer optischen Informationsstruktur zwei Detektoren zu verwenden.! die in der Ausleserichtung dieselbe Lage und in einer Richtung quer zu dieser Richtung verschiedene Lagen einnehmen. In der bekannten Vorrichtung werden die zwei Detektoren jedoch dazu verwendet zu detektieren, ob das Auslesestrahlungsbündel gut in bezug auf die auszulesende Spur zentriert ist, während diese Detektoren nicht zum Auslesen der gespeicherten Information verwendet werden. Das Hochfrequenzinformationssignal wird in der bekannten Vorrichtung dadurch erhalten, dass die Ausgangssignale der beiden Detektoren zueinander addiert werden. In der genannten Patenanmeldung ist noch eine zweite Auslese-Vorrichtung beschrieben, in der das Hochfrequenzinf ormations· signal von dem Unterschied zwischen den AusgangsSignalen zweier Detektoren abgeleitet wird. Dabei sind jedoch die zwei Detektoren in der Ausleserichtung und nicht, wie bei der vorgeschlagenen Vorrichtung, in einer Richtung quer zu dieser Richtung gegeneinander verschoben. Wie nachstehend noch näher erläutert werden wird, werden die Lage der Detektoren und die Weise, in der die Detektorsignale kombiniert werden, durch die Weise bestimmt, in der die Informationsstruktur aufgebaut ist. Dabei wird hervorgehen, dass in der Vorrichtung nach der genannten deutschen Patentanmeldung ein anderer

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Auslösemechanismus als in der vorgeschlagenen Vorrichtung benutzt wird.

Einige Ausführungsformen der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 einen Teil eines runden scheibenförmigen Auf Zeichnungsträgers mit einer Informations- ■ struktur nach der Erfindung,

Pig, 2 einen Teil einer Spur der Informationsstruktur,

Fig. 3 eine Ausführungsform einer Vorrichtung zum Auslesen eines Aufzeichnungsträgers nach der Erfindung,

Fig. 4a, 4b, 5a, 5b, 6a, 6b, 6c, 6d, 7a und 7b das Prinzip der Auslesung,

Fig. 8 die Amplitude des ausgelesenen

Signals als Funktion des durch die Informationsspuren herbeigeführten optischen Weglängenunterschiedes, und

Fig. 9 einen akustooptischen Modulator «5ur Anwendung in einer Vorrichtung zum Einschreiben einer Informationsstruktur nach der Erfindung.

In Fig. 1 ist ein Teil eines runden scheibenförmigen Aufzeichnungsträgers T, auf dem ein Fernsehsignal angebracht ist, dargestellt. Auf dem Aufzeichnungsträger ist eine Vielzahl konzentrischer oder scheinbar konzentrischer Spuren 2 in Abwechslung mit Zwischen-

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streifen 3 angebracht. Nach der Erfindung winden sich, die Spuren um eine mittlere Lage, wobei die ganze Information des Fernsehsignals, z.B. eines Farbfersehsignals, in der ¥indung der Spuren enthalten ist. Wie Fig. 2 zeigt, in der ein kleiner Teil einer einzigen Spur dargestellt ist, verläuft die Windung einer Spur gemäss zwei modulierten Trägerwellen. Mit der gestrichelten Linie k ist die mittlere Lage der Spurmitte angegeben. Die Spur weist eine erste Windung mit einer kurzen veränderlichen Periode p- und eine zweite Windung mit einer längeren ebenfalls veränderlichen Periode Po auf. Die räumliche Frequenz der ersten Windung wird durch die mit der Helligkeitsinformation des Farbfernsehsignals modulierte Trägerwelle bestimmt, während die Frequenz der zweiten Windung durch eine mit der Färb- und Toninformation modulierte Trägerwelle bestimmt wird.

Wenn die Amplitude der Windung auf dem Aufzeichnungsträger klein in bezug auf die Spurbreite gehalten wird (diese Amplitude ist z.B. 1/10 der Spurbreite), ist das ausgelesene elektrische Signal in erster Annäherung linear mit dem einzuschreibenden Signal. In dem ganzen System von der Bildung des elektrischen Steuersignals für den optischen Modulator bis zu dem Dekodieren des ausgelesenen elektrischen Signals treten keine schroffe Begrenzungen auf. Es ergeben sich nahezu

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keine höhere Harmonische, wodurch nahezu keine Mischprodukte in den Frequenzbändern der Helligkeitsinformation und der Färb- und Toninformation auftreten.

Wie in Fig. 2 dargestellt ist, können sowohl die Helligkeitsinformation als auch die Färb- und Toninformation in der räumlichen Frequenz der Windung der Spur festgelegt werden. Es ist aber auch möglich, diese Helligkeitsinformation und Färb- und Toninformation in einer Amplitudenmodulation einer Windung mit einer konstanten Periode festzulegen. Weiter ist es noch möglich, die Windung der Spur sowohl in der Amplitude als auch in der Frequenz zu modulieren, wobei z.B. die Helligkeitsinformation in der räumlichen Frequenz der Windung und die Färb- und Toninformation in der Amplitude der Windung festgelegt sind»

Die Informationsstruktur ist eine Phasen— struktur, was bedeutet, dass die Phase eines Auslesestrahlungsbündels von ihr geändert wird. Die Informationsspuren liegen z.B. auf einer anderen Höhe in dem Aufzeichnungsträger als die Zwischenstreifen. Der Aufzeichnungsträger kann strahlungsreflektierend oder strahlungsdurchlässig sein. In beiden Fällen muss der Abstand zwischen der Ebene der Spuren und der der Zwischenstreifen derart sein, dass Strahlung, die durch eine Spur hindurchgegangen oder an einer Spur reflektiert ist, einen

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optischen Weg zurücklegt, der etwa (2n+1) Λ, /h kürzer oder länger als der optische ¥eg ist, den Strahlung, die durch einen Zwischenstreifen hindurchgegangen oder an einem solchen Zwischenstreifen reflektiert ist, zurücklegt. Die optische Weglänge ist dabei das Produkt der reellen Weglänge und der Brechungszahl des Mediums, in dem sich dieser Weg befindet. Tk ist die Wellenlänge der verwendeten Auslesestrahlung und η = O, 1, 2 usw. Für einen Aufzeichnungsträger mit einer an Luft grenzenden Informationsstruktur muss z.B. der Abstand zwischen der Ebene der Spuren und der der Zwischenstreifen in der Nähe yon(2n+i) Λ/8 liegen.

Pig. 3 zeigt eine Vorrichtung nach der

Erfindung zum Auslesen eines reflektierenden Aufzeichnungsträgers. Eine Strahlungsquelle 11, z.B. ein Laser, emittiert ein Auslesestrahlungsbündel 12. Dieses Bündel wird von einem Objektivsystem, -das hier schematisch mit einer einzigen Linse L^ angegeben ist, auf die Informations· ebene 5 des Aufzeichnungsträgers 1 fokussiert. Der Aufzeichnungsträger ist in radialem Schnitt dargestellt. Die Spuren sind wieder mit 2 bezeichnet. Das von dem Aufzeichnungsträger reflektierte und von der Informationsstruktur modulierte Bündel passiert das Objektiv L₁ zum zweiten Mal und wird dann z.B. von einem halbdurchlässigen Spiegel 13 zu einem strahlungsempfindlichen

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Detektionssystem 1k reflektiert.

Nach.der Erfindung ist dieses Detektionssystem in der Ebene der wirksamen Austrittspupille des Objektivsystems L- angebracht. Diese wirksame Austrittspupille ist eine Abbildung der reellen Austrittspupille des Objektivsystems, welche Abbildung von einer Hilfslinse Lp erzeugt wird. In der Figur ist der Uebersichtlichkeit halber nur die Abbildung a¹ eines Punktes a der Austrittspupille dargestellt, Wenn die reelle Austrittspupille des Objektivsystems in genügendem Masse zugänglich ist, braucht selbstverständlich keine Abbildung erzeugt zu werden»

Das strahlungsempfindliche Detektionssystem 1^ besteht aus zwei getrennten Detektoren 15 vaxd 16, Diese Detektoren sind derart angeordnet, dass sie, wenn sie auf den Aufzeichnungsträger projiziert werden, in radialer Richtung gesehen verschiedene Lagen einnehmen. Die elektrischen Signale, die von den Detektoren 15 und 16 geliefert werden, werden einem Differenzverstärker 17 zugeführt. Am Ausgang dieses Verstärkers wird bei Drehung des Aufzeichnungsträgers um eine Achse 6 und bei radialer Verschiebung des Auslesesystems und des Aufzeichnungsträgers gegeneinander ein Signal S. erhalten. Die Information dieses Signals kann weiter auf bekannte Weise sichtbar und hörbar gemacht werden,

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PHN₀7/4b_β ■ . '£3.8.75.

Das System zur Uebertragung eines Fernsehsignals nach der Erfindung unterscheidet sich darin von bekannten Systemen, dass die Information auf dem Aufzeichnungsträger in einer Richtung quer zu der Richtung angebracht ist, in der die Spuren ausgelesen werden, und dass beim Auslesen der Aufzeichnungsträger in derselben Querrichtung abgetastet wird«,

Das Prinzip der Auslesung wird nun an Hand der Pig« 4a, 4b, 5a, 5t>, 6a, 6b, 6c und 6d näher erläutert.

Von einer keine Aberration aufweisenden

Linse L kann eine getreue Abbildung B in der Bildebene b eines Gegenstandes V erzeugt werden, der sich in der Gegenstandsebene ν befindet (vgl. Fig. 4a). Alle Information über den Gegenstand ist in einer beliebigen Ebene durch die optische Achse 00· und senkrecht zu dieser Achse vorhanden. In der Ebene u der Austrittspupille der Linse L kann aber eine bestimmte Information detektiert werden, die in der Praxis oft in der Bildebene nicht .Tiehr von anderer Information getrennt beobachtet werden kann,

Wenn der Gegenstand ein Raster ist, wird ein Strahlungsbündel c von dem Raster in ein Bündel nullter Ordnung C' , zwei Bündel erster Ordnung c ₁ und c * und eine Anzahl nicht dargestellter Bündel höherer Ordnung aufgeteilt» Dabei enthält das Bündel nullter Ordnung keine Information über den Gegenstand; diese

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23.8.75ο

Information ist über die Bündel anderer Ordnungen verteilt ο Vorausgesetzt, dass die Pupille der Linse ge~ nügend gross ist, liefern alle Ordnungen zusammen in der Bildebene eine getreue Abbildung des Rasters. In dieser Bildebene können die gesonderten Ordnungen nicht unterschieden werden. In der Ebene der Austrittspupille treten dagegen die Ordnungen mehr oder weniger getrennt auf« In Fig. 4b ist die Situation in dieser Ebene dargestellt. Der Kreis 20 stellt die Austrittspupille dar, während die Kreise 21 und 22 die Schnitte an der Stelle der Austrittspupille der Bündel der Ordnung +1 bzw. der Ordnung -1 darstellen. Die Lagen der Kreise 21 und 22 in der Ebene der Austrittspupille werden durch die Periode des Rasters bestimmt. Der Winkel °v zwischen den Hauptstrahlen der Bündel erster Ordnung und dem Hauptstrahl des Bündels nullter Ordnung wird durchcC = A /p gegeben, wobei ρ die Periode des Rasters und 7\ die Wellenlänge der Strahlung des Bündels c ist₀ Bei abnehmender Rasterperiode wird der Ablenkwinkel dfr grosser (vgl, die gestrichelten Kreise 21· und 22*). Bei zunehmender Rasterperiode werden sich die Bündel der Ordnung +1 und der Ordnung -1 in immer zunehmendem Masse überlappen,, Indem in der linken und der rechten Hälfte der Pupille gesonderte Detektoren (23 und 24 in Fig. 4b) angeordnet werden, können die Bündel der Ordnung +1 und der Ordnung -1

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gesondert detektiert werden.

Bisher wurde angenommen, dass die Rasterlinien gerade Linien sind und dass das Raster stillsteht. In der Informationsstruktur eines Aufzeichnungsträgers nach der Erfindung weisen die Spuren sinusförmige Abweichungen auf, und diese Struktur bewegt sich in bezug auf das optische Auslesesystem.

In Fig. 5a ist ein kleiner Teil einer Spur der Informationsstruktur dargestellt. Die Spur wird mit einem Auslesestrahlungsfleck V beleuchtet. Beim Auslesen bewegen sich der Auslesefleck und die Informationsspur in bezug aufeinander in Richtung des Pfeiles 52, Mit Hilfe einer Folgeregelung wird dafür gesorgt, dass der Auslesefleck V und die Austrittspupille des Objektivs stets nahezu auf die gestrichelte Linie 51 zentriert sind. Diese gestrichelte Linie gibt die über einen grossen Abstand ausgemittelte Lage der Spurmitte an. Durch die Windung der Spur, tritt Diffraktion der Strahlung in u.a. den Richtungen auf, die mit den Pfeilen p, q, r und s angegeben sind. Gerade die in diesen Richtungen abgelenkten Bündel sind beim Auslesen der Informationsstruktur von Bedeutung,

In der Ebene der Austrittspupille ergibt

sich die in Fig. 5t> dargestellte Situation. Der mittlere Kreis 53 stellt die Grosse der Austrittspupille, dar,

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. . pun.7746.

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Die Schnitte der Bündel der Ordnungen (-1, +1),(+1, -1 ), ( + 1, +i) und -1, -1) an der Stelle der Austrittspupille_f welche Bündel in den Richtungen p, q, r und s der Fig, 5a abgelenkt werden, sind durch die Kreise 5^i 55 t 56 und 57 angedeutet. Diese Kreise mit Mittelpunkten p^f, q* , r¹ und s· weisen denselben Radius wie der Kreis 53 auf. Der Abstand e in Fig. 5^> wird durch 7\/p_ bestimmt, wobei ρ die Periode der Informationsstruktur in einer Richtung quer zu der Ausleserichtung darstellt. Diese Periode darf als konstant vorausgesetzt werden. Der Abstand f ist eine Funktion von 7^/p.j-t wobei ρ ^ die Periode der Informationsstruktur in der Ausleserichtung darstellt. In dem Falle, in dem das Fernsehsignal in einer Modulation der räumlichen Frequenz der Windung einer Spur festgelegt ist, wird beim Auslesen der Informationsstruktur ρ, variieren.

In den Fig. 6a, 6b, 6c und 6d ist der

Verlauf der Phasen der verschiedenen Bündel der ersten Ordnungen in bezug auf das Bündel nullter Ordnung dargestellt. Der elektrische Feldvektor eTT des Bündels nullter Ordnung dreht sich mit der Geschwindigkeit des Lichtes, gleich wie der der Bündel erster- Ordnung, Für einen bestimmten Punkt in einer Spur besitzt das Bündel der Ordnung (-1, +1) einen Phasenvektor p, der einen bestimmten Winkel mit dem Vektor E₀₀ einschliesst. Das Bündel der Ordnung (+1, -1) besitzt einen Phasenvektor q

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PHN.

unter demselben Winkel zu dem Vektor E_QQ wie der Phasenvektor p» Wenn sich die Informationsspur in bezug auf den Auslesefleck auf die in Fig, 5a dargestellte Weise bewegt, wird die Phase der nach rechts abgelenkten Ordnung zunehmen und die der. nach links abgelenkten Ordnung abnehmen. Beim Bewegen der Informationsspur und des Ausleseflecks V in bezug aufeinander drehen sich die Vektoren ρ und q also in entgegengesetzter Richtung. Die Vektoren r und s gehören zu den Bündeln der Ordnung (+1, +1) und der Ordnung (-1, -1), Auch diese Vektoren drehen sich beim Auslesen der Informationsstruktur in entgegengesetzter Richtung.

Ausgehend von dem Anfangzustand nach Fig. 6a, wird, nachdem sich der Auslesefleck über einen Abstand gleich ^- der lokalen tangentiellen Periode in der Ausleserichtung verschoben hat, die Situation nach Fig, 6b auftreten. In Fig, 6c ist die Situation dargestellt, nachdem sich der Auslesefleck über einen Abstand gleich \ der lokalen tangentiellen Periode.in der Ausleserichtung verschoben hat, während Fig_e 6d die Situation nach dem Zurücklegen eines Abstandes gleich fr der lokalen tangentiellen Periode zeigt. Nach einer Verschiebung des Ausleseflecks über einen Abstand gleich einer ganzen lokalen tangentiellen Periode tritt wieder die Situation nach Fig. 6a auf, . -

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//to, 23-8-75. - 18 -

Die Komponente der Summe der Vektoren ρ

und r in Richtung des Vektors E_Q0 nimmt von 0 (Fig, 6a) auf einen Mindestwert (Fig. 6b) ab, wird dann wieder 0 (Fig. 6c) und nimmt anschliessend auf einen Höchstwert zu (Fig. 6d), Für die Komponente der Summe der Vektoren q und s ist der Verlauf umgekehrt, und zwar von 0 zu einem Höchstwert (Fig. 6b), dann wieder zu (Fig. 6c) und anschliessend zu einem Mindestwert (Fig. 6d),

In den in Fig. 5b schraffierten Ueberlappungs· gebieten der Bündel erster Ordnung mit dem Bündel nullter Ordnung tritt abwechseln konstruktive und destruktive Interferenz zwischen dem Bündel nullter Ordnung und dem betreffenden Bündel erster Ordnung auf, wodurch die Intensitäten in diesen Gebieten abwechselnd grosser und kleiner werden. Die Intensitätsänderungen, die durch den Verlauf der Windung und also durch die gespeicherte Information bestimmt werden, können mit den strahlungsempfindlichen Detektoren 15 und 16 detektiert werden (Fig. 5fc). Die Intensitätsänderungen, die durch die Diffraktion in den Richtungen ρ und r herbeigeführt werden, sind gleichphasig und zu den durch die Diffraktion in den Richtungen q und s herbeigeführten Aenderungen gegenphasig, welche letzteren Aenderungen zueinander gleichphasig sind. Indem nun, wie dies bei der Vorrichtung nach der Erfindung erfolgt, (vgl. die Fig. 3 und 5b) die

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PHN₁ • 23.8.75.

Ausgangssignale der Detektoren 15 und 16 voneinander subtrahiert werden, wird ein elektrisches Signal mit einer Amplitude gleich dem Zweifachen der Amplitude des von den gesonderten Detektoren gelieferten Signals erhalten,

Wie bereits bemerkt wurde, werden die

Lagen der Mittelpunkte p¹, q» , r¹ und s' der Kreise 5^» 55» 56 und 57 der Fig, 5t> durch die Periode in tangentieller Richtung p.. bestimmt. Bei zunehmender räumlicher Frequenz der Information auf dem Aufzeichnungsträger, mit anderen Worten, bei abnehmenden lokalen Perioden der Windung, werden sich die Mittelpunkte p¹, q¹, r¹ und s¹ in bezug auf den mittleren Kreis 53 nach aussen verschieben, so dass die schraffierten Ueberlappungsgebiete der Kreise 5^, 55» 56 und 57 niit dem Kreis 53 kleiner werden. Das Mass, in dem die Bündel der ersten Ordnungen mit dem Bündel nullter Ordnung interferieren, wird dann geringer. Dies bedeutet, dass die Grosse der von den Detektoren 15 und 16 gelieferten Signale bei höheren räumlichen Frequenzen der Information auf dem Aufzeichnungsträger abnimmt·

Das elektrische Signal, das von jedem der Detektoren 15 und 16 geliefert wird, ändert sich zeitlich, mit dem Verlauf der Windung der Spuren auf dem Aufzeichnungsträger» In dem obenbeschriebenen Falle, in dem die Information in der veränderlichen Periode

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PI-IiJ. 77^6. 23.8.75.

der Windung festgelegt ist, weist dieses elektrische Signal eine konstante Amplitude und eine sich ändernde Frequenz auf. Die Information kann auch in einer Amplitudenmodulation der Windung festgelegt werden. In diesem Falle ist die Periode ρ nicht mehr als eine Konstante zu betrachten, und die Mittelpunkte ρ¹ , q¹, r' und s¹ in Fig. 5b werden sich dann beim Auslesen des Aufzeichnungsträgers abwechselnd nach oben und nach unten bewegen» In Termen der Vektordiagramme nach den Fig. 6a, 6b, 6c und 6d ausgedrückt, bedeutet dies, dass sich die Längen der Vektoren mit der gespeicherten Information ändern, während die Geschwindigkeit, mit der sich die Vektoren in bezug auf den Vektor E_Q_ drehen, konstant ist_e Das elektrische· Signal der Detektoren 15 und 16 weist dann eine konstante Frequenz und eine sich ändernde Amplitude auf. ■

In den Fig. 6a, 6b-, 6c und 6d wird angenommen, dass die Spuren der Informationsstruktur einen optischen Weglängenunterschied von 7\/h i*¹ dem Auslesebündel herbeiführen, so dass in der Anfangslage (Fig. 6a) der Winkel zwischen den Vektoren p, q, r und s und dem Vektor B„_o Jl /k ist. Für das Ausleseverfahren nach der Erfindung ist eine derartige Spurenstruktur die günstigste; das ausgelesene Signal ist dann maximal. Der genannte optische Weglängenunterschied kann aber über einen

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PHN.like

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verhältnismässig grossen Bereich um den Wert λ/k variieren, ohne dass dabei die Amplitude des augelesenen Signals zu klein wird. In Fig. 8 ist die Amplitude des ausgelesenen Signals S. als Funktion des optischen Weglängenunterschiedes w, der durch die Spuren herbeigeführt wird, dargestellt,, Daraus ist ersichtlich, dass für Weglängenunterschiede zwischen λ/8 und 3 Λ/8 eine angemessene Informationsauslesung möglich ist. Das Ausleseverfahren nach der Erfindung kann aber nicht für Aufzeichnungsträger verwendet werden, deren Spuren einen optischen Weglängenunterschied, der in der Nähe von Null oder von Λ/2 zu liegen kommt, in dem Auslesestrahlungsbündel herbeiführen.

In den Fig. 7& und Tb sind zwei Phasenvektordiagramme, die für den letzteren Fall gelten, dargestellt. Fig. 7a zeigt die der Fig. 6a entsprechende Anfangslage, während Fig. 7*> den Zustand darstellt, nachdem sich der Auslesefleck über einen Abstand gleich ·£■ der örtlichen Windungsperiode über die auszulesende Spur verschoben hat» Die Summe der Vektoren Eqq» ρ und r wird sich in der Praxis sehr wenig ändern und die Aenderung erfolgt mit einer Frequenz gleich dem Zweifachen der der räumlichen Frequenz der Information auf dem Aufzeichnungsträger entsprechenden Frequenz, Die Detektoren 15 und Λ6 liefern dann ein verzerrtes elektrisches Signal mit einer kleinen Amplitude,

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PHIT_-77^5

Die Situation nach Fig. 5b gilt nur für einen strahlungsdurchlässigen Aufzeichnungsträger. Beim Auslesen eines strahlungsref lekti er enden Aufzeichnungsträgers werden nur die schraffierten Teile der Kreise der ersten Ordnungen von dem Objektiv durchgelassen.

Beim Beschreiben des Auslesemechanismus

wird nur von Bündeln erster Ordnung gesprochen. Selbstverständlich wird von der Spurenstruktur auch Strahlung in höheren Ordnungen abgelenkt. Die Strahlungsenergie in den höheren BezugsOrdnungen ist verhältnismässig gering und die Ablenkwinkel sind derart, dass nur ein kleiner Teil der Bündel höherer Ordnungen innerhalb der Pupille der Linse fällt₀ Für das beschriebene Ausleseverfahren sind daher die Bündel höherer Ordnungen vernachlässigbar.

Ferner ist beim. Beschreiben des Ausleseverfahrens nur Ablenkung in den Richtungen p, q, r und s vorausgesetzt. Durch Berechnungen, bei denen von der Theorie von Beugung an Phasenrastern ausgegangen wird, kann nachgewiesen werden, dass die Diffraktion in der Ausleserichtung und die Diffraktion in einer Richtung quer zu der Ausleserichtung keinen Einfluss auf das Hochfrequenzsignal ausüben, das von den Jeweiligen Detektoren 15 und 16 geliefert wird. Die Tatsache, dass keine Diffraktion in der Ausleserichtung auftritt, wird ohne weiteres annehmbar, wenn man bedenkt, dass die Spur

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IIo 77^6 β

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eine kontinuierliche Spur ist₀

Die Bündel der Ordnungen (θ, -1) und (θ, +1), die in Richtungen χ und x¹ senkrecht zu der gestrichelten Linie 51 in Fig. 5t> abgelenkt werden, enthalten keine hochfrequente Fernsehinforraation. Die Strahlungsenergie in diesen Bündeln ist gering in bezug auf die des Bündels der Ordnung (θ, θ) und der Winkel zwischen den Phasenvektoren dieser Bündel und dem Phasenvektor E„_n ist 90° · Interferenz der Bündel der Ordnungen (θ, -1) und (θ, +1 ) mit dem Bündel der Ordnung (θ, θ) führt nur eine geringe Aenderung der Intensität des letzteren Bündels herbei. Der Einfluss der in einer Richtung quer zu der Auslese— richtung abgelenkten Bündel auf die Signale der Detektoren 15 und 16 ist daher vernachlässigbar.

Beim Auslesen des Aufzeichnungsträgers muss der Auslesefleck auf die mittlere Lage der Spurmitte nach wie vor zentriert sein. Zum Detektieren von Abweichungen in der Zentrierung des Ausleseflecks kann die hochfrequente, durch das' Fernsignal bestimmtο seitliche Abweichung der Spuren mit einer zusätzlichen seitlichen Abweichung konstanter Periode moduliert werden, welche Periode um einige G-rö*ssenordnungen länger als die mittlere Periode der Hochfrequenzwindung ist. Durch die zusätzliche seitliche Abweichung wird den Detektorsignalen eine zusätzliche Modulation aufgeprägt, deren

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Phase ein Mass für die Zentrierung des Ausleseflecks in bezug auf die mittlere Lage der Spurmitte ist. Aus den von den Detektoren gelieferten elektrischen Signalen kann auf bekannte Weise eine Niederfrequenzkomponente zur Nachregelung der Zentrierung des Ausleseflecks abgespaltet werden. Die Anwendung einer sich mit seitlichen Abweichungen windenden Spur für Zentrierungszwecke wurde in der deutschen .Patentanmeldung P 24 48 032,8 der Anmelderin vorgeschlagen. . _ , _

Es ist auch möglich, ohne zusätzliche

seitliche Verlagerung der Spuren eine Regelung für die Zentrierung des Ausleseflecks zu erzielen« Dabei wird die Tatsache benutzt, dass Fehler in der Zentrierung immer niederfrequent in bezug auf die·durch das Fernsehsignal bestimmte Windung einer Spur sein werden» Auf gleiche Weise wie in der deutschen Offenlegungsschrift 2 3k2 906 beschrieben i-st, kann durch Abspaltung einer niederfrequenten Komponente der von den Detektoren gelieferten elektrischen Signale ein Regelsignal zur Nachregelung der Lage des Ausleseflecks in bezug auf eine auszulesende Spur abgeleitet werden»

Eine Informations struktur nach der Erfindung kann in einen Aufzeichnungsträgerkörper mit Hilfe einer bereits in der deutschen Patentanmeldung P 24 48 032.8 vorgeschlagenen Vorrichtung ....-. *....,.*.. ί.....

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eingeschrieben werden. In dieser Vorrichtung ist in dem Wege von einer Strahlungsquelle, die ein Einschreibstrahluiigsbündel liefert, zu der strahlungsempfindlichen Oberfläche des Aufzeichnungsträgerkörpers ein Richtungsmodulator, z,B. eine akustooptische Zelle, angeordnet. Eine derartige Zelle ist in Fig. 9 dargestellt.

Die Zelle 60 ist mit zwei elektromechanischen Umsetzern 61 und 62 versehen, die mit den elektrischen Klemmen 65 und 66 verbunden sind. Beim Anlegen eines elektrischen Signals an die Klemmen 65 und 66 werden in dem Medium (z.B. Glas oder Wasser) der Zelle Tonwellen mit einer bestimmten Frequenz erzeugt. Dadurch treten im Medium der Zelle sogenannte Bragg-Diffraktionen auf, so dass ein Strahlungsbündel 63 teilweise über einen Winkelfc als Teilbündel 64 abgelenkt wird. Die Grosse des Winkels ß> ist die Frequenz des zwischen den Klemmen und 66 angelegten elektrischen Signals proportional. Der Winkel, über den das Strahlungsbündel beim Einschreiben eines Aufzeichnungsträgers nach der Erfindung abgelenkt werden muss, ist nur klein. Daher kann die akustooptische Zelle mit hohen Frequenzen gesteuert werden. So kann z.B. der Zelle ein Basissignal mit einer Frequenz in der Grössenordnung von 100 MHz zugeführt werden, wobei dieses Basissignal mit dem Fernsehsignal moduliert wird, dessen Frequenz in der Gr'dssenordmmg von 5 bis 10 MHz liegt.

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Claims

PHN.7 23.8./ü.

PATENTANSPRUECHE

ny Auf zeichnungsträger ι auf dem ein Fernsehsignal

in einer mit optischen Strahlung auslesbaren spurförmigen Informationsstruktur mit konstanter Spurbreite gespeichert ist, welche Struktur die Phase eines Auslesestrahlungsbündels moduliert, wobei das Fernsehsignal eine mit der Helligkeitsinformation modulierte erste Trägerwelle und mit anderer information, z.B. Färb- und Toninformation, modulierte weitere Trägerwellen enthält, dadurch gekennzeichnet, dass die Spuren der Informatiqnsstruktur kontinuierliche Spuren sind, die in der Ebene dieser Struktur eine sinusförmige seitliche Abweichung aufweisen, wobei der Verlauf dieser Abweichung durch sowohl die erste als auch die weiteren modulierten Trägerwellen bestimmt wird; dass die Abweichungsamplitude erheblich kleiner als die Periode der Spurenstruktur in einer Richtung quer zu der Richtung ist, in der die Spuren ausgelesen werden, und dass die Spuren einen optischen Weglängenunterschied im Auslesestrahlungsbündel herbeiführen, der in der Nähe eines ungeraden Vielfachen des Viertels der Wellenlänge der zu verwendenden Auslesestrahlung liegt,
2. . Aufzeichnungsträger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die mit der Helligkeitsinformation modulierte Trägerwelle die räumliche Frequenz der

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~^Z7 ~

Abweichungen der Spuren bestimmt, während die andere Information in der Amplitude der Abweichungen festgelegt ist,
3. Aufzeichnungsträger nach Anspruch 1 oder 2,

dadurch gekennzeichnet, dass die durch das Fernsehsignal bestimmte erste Abweichung mit einer zweiten seitlichen Abweichung der Spuren moduliert ist, welche zweite Windung eine räumliche Frequenz besitzt, die um eine Grössenordnung niedriger als die niedrigste räumliche Frequenz ist, die infolge des Fernsehsignals auf dem Aufzeichnungsträger vorhanden ist.

h_e' Aufzeichnungsträger nach Anspruch 1,2 oder 3»

dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Oberfläche des Auf_zeichnungsträgerkörpers periodische Abweichungen aufweist, die in der Richtung, in der die Spuren ausgelesen werden,' veränderlich sind und deren räumliche Frequenz um einige Grössenordnungen niedriger als die mittlere räumliche Frequenz der durch das Fernsehsignal bestimmten Windung in den Spuren ist.

5β . Vorrichtung zum Auslesen eines Aufzeichnungen trägers nach Anspruch 1, die eine ein Auslesestrahlungsbündel liefernde Strahlungsquelle und ein Objektivsystem zum Zuführen über den Aufzeichnungsträger von von der Strahlungsquelle stammender Strahlung zu einem s.trahlungsempfendlichen Informationsdetektionssystem enthält,

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welches Informationsdetektionssystem das von der Informations struktur modulierte Auslesestrahlungsbündel in ein elektrisches Signal umwandelt, dadurch gekennzeichnet, dass das Informationsdetektionssystem zwei strahlungsempfindliche Detektoren enthält, die in der wirksamen Austrittspupille des Objektivsystems angeordnet sind, wobei die Trennlinie der Detektoren, wenn sie auf der Ebene der Informationsstruktur projiziert werden, zu der Ausleserichtung parallel ist, und dass die Ausgangsklemmen der Detektoren mit einem Differnzverstärker verbunden sind, dessen Ausgang das Informationssignal entnommen werden kann.

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