DE3105619C2

DE3105619C2 - Optische Wiedergabeanordnung für Videoplatten

Info

Publication number: DE3105619C2
Application number: DE3105619A
Authority: DE
Inventors: Kimiaki Hachiouji Tokyo Yamamoto
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1980-02-20
Filing date: 1981-02-16
Publication date: 1982-11-04
Also published as: DE3105619A1; JPS56116004A; US4507772A; JPS6142244B2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine optische Wiedergabeanordnung für Bildplatten.

Da ein optisches System für Bildplatten ein beugungsbeschränktes optisches System ist müssen die Aberrationen in einem Leseobjektiv für Bildplatten, das zum Lesen von Information verwendet wird, so gut korrigiert sein, wie in einem Objektiv für Mikroskope. Zusätzlich ist leichtes Gewicht ein anderes Erfordernis für ein Leseobjek'.iv für Bildplatten und daher muß es aus einer möglichst geringen Zahl von Linsen bestehen. Aus diesem Grunde sind die Schwierigkeiten, ein gutes Leseobjektiv für Bildplatten zu entwickeln, beträchtlich.

Auf Videoplatten ist die Information in Reihen von Phasenvertiefungen, Pits genannt, aufgezeichnet. Um die Informationsdichte zu erhöhen ist es notwendig, die Abstände zwischen den Vertiefungen und den Spuren (Abstand zwischen benachbarten Reihen von Vertiefungen) auf ein Minimum herabzusetzen. Die Vertiefungsbreite ist enger als der Durchmesser des Lichtpunktstrahls, der zum Lesen der Information von den Platten verwendet wird und die unteren Grenzwerte (Minimalwerte für den Vertiefungsabstand und Spurenabstand) werden durch den Durchmesser des Punktstrahls bestimmt. Um die Informationsdichte zu erhöhen ist es daher notwendig, den Durchmesser des zum Lesen der Information verwendeten Punktstrahls auf ein Minimum herabzusetzen. Um den Durchmesser des Punktstrahls auf ein Minimum herabzusetzen, ist es allgemeine Praxis ein Objektiv mit großer numerischer Apertur (N. A.) als Leseobjektiv für Bildplatten zu verwenden. Wenn eine große N. A. für ein Objektiv gewählt wird, wird der Arbeitsabstand verkürzt und es wird ziemlich schwierig, die Aberrationen gut zu korrigieren. Wenn versucht wird, diese Probleme durch Erhöhung der Zahl der Linsen im Leseobjektiv zu lösen, erhöht sich das Gewicht des Objektivs und daraus ergeben sich andere Nachteile für ein Wiedergabesystem für Bildplatten.

Darüber hinaus muß die Vertiefungsbreite in einem definierten Bereich sein, um die Information mit einem üblichen Leseobjektiv des bisherigen Typs lesen zu können. Aus diesem Grunde muß auch ein Aufzeichnungsobjektiv, das für die Wiedergabe von Information verwendet wird, eine große numerische Apertur sowie einen guten Korrektionszustand haben.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine optische Wiedergabeanordnung für Bildplatten anzugeben, die mit einfachen Mitteln eine gute Wiedergabe zu erzielen gestattet ίο Dies wird erfindungsgemäß erreicht durch die im Patentanspruch 1 enthaltenen Merkmale.

Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnungen näher erläutert In den Zeichnungen zeigt F i g. 1 ein Schema, das den Aufbau eines optischen Wiedergabesystems für Bildplatten veranschaulicht

F i g. 2 eine Draufsicht auf eine Lichtabschirmplatte, die bei dem optischen Wiedergabesystem nach der Erfindung verwendet wird,

Fig.3 grafische Darstellungen, die das Verhältnis zwischen der Vertiefungsbreite und der mit dem optischen System nach der Erfindung erreichbaren Rückstrahlungslichtmenge veranschaulichen,

Fig.4 grafische Darstellungen, die das Verhältnis zwischen der Vertiefungsbreite und der mit üblichen optischen Wiedergabesystemen für Bildplatten erreichbaren Rückstrahlungslichtmenge veranschaulichen,

F i g. 5 ein Diagramm, das die Form einer Vertiefung wiedergibt,

F i g. 6 grafische Darstellungen, die die Intensitätsverteilung des Punktstrahls veranschaulichen, der mit üblichen optischen Systemen und der mit erfindungsgemäßen optischen Systemen erzielbar ist und

F i g. 7 eine grafische Darstellung, die das Verhältnis zwischen der Vertiefungsbreite und der Rückstrahllichtmenge erläutert wenn die Lichtabschirmplatte in dem optischen System nach der Erfindung ein Abschirmverhältnis von 0,3 besitzt

Das optische Wiedergabesystem für Bildplatten, wie es in Fig. 1 gezeigt ist, besitzt eine Laserlichtquelle 1, ein Objektiv 2, eine Objektoberfläche 3, einen Halbspiege! 4, ein Leseobjektiv 5, eine Bildfläche, die Plattenoberfläche 6 und einen Detektor 7. In diesem optischen System wird der von der Laserlichtquelle ausgesandte Lichtstrahl von dem Leseobjektiv auf die Plattenoberfläche 6 konzentriert, von wo der Lichtstrahl reflektiert und gebeugt und dann wieder von dem Leseobjektiv 5 auf den Detektor 7 für die Signalumwandlung gerichtet wird. Bei diesem optischen System erfolgt das Lesen von Information wie folgt. Wenn der so Lichtstrahl auf einen anderen Bereich der Plattenoberfläche als die Vertiefung fällt, wird fast alles Licht reflektiert und mit dem Detektor wird maximale Lichtmenge festgestellt. Wenn der Lichtstrahl auf die Vertiefung fokussiert ist, wird andererseits fast alles Rückstrahllicht nach außen vom Leseobjektiv weggebeugt und mit dem Detektor wird kaum Licht festgestellt. Auf diese Weise kann die Information gelesen werden.

Das erfindungsgemäße optische Wiedergabesystem enthält eine Lichtabschirmplatte 10, die den Mittelbereich 10a des Leseobjektivs abschirmt und den in F i g. 2 gezeigten Aufbau besitzt, wobei sie an oder in der Nähe der Pupille des Objektivs angeordnet ist oder es wird ein Objektiv verwendet, das ein Objektiv genannt werden kann mit einer Lichtabschirmung in seiner Mitte.

Es sei nun der Fall betrachtet, bei dem ein solches Objektiv mit Lichtabschirmung als Leseobjektiv in dem in F i g. 1 gezeigten optischen System verwendet wird.

Wenn die Koordinaten der Objektebene mit u, v, die Koordinaten der Bildebene mit u', v' und die Koordinaten der Pupille des Leseobjektivs mit x, y bezeichnet werden, ist es möglich, unter der Annahme, daß u, ν und u', v" dimensionslose Koordinaten dargestellt in Beugungseinheiten, x, y dimensionslose Koordinaten normalisiert auf den Pupillenradius als 1, p(x, y) die Pupillenfunktion des Objektivs und g(u, vjdie Empfindlichkeitsverteilung des Detektors ist, das elektrische Nachweissignal i(t) durch die folgende Gleichung zu berechnen:

KO = j j g(u,v)\ j ja(_X,y;tMx,y)eW⁺*>dxiy\¹dui_v

a{x,y;t) = { ( A(iS,V)R(i/- AW,V) = J j

Weiter sei R(u', V) die Reflektion an der Bildebene zur Zeit t=0, s die Umfangsgeschwindigkeit der Platte auf der mit dem Lichtstrahl beleuchteten Spur und f(x, y) die Amplitudenverteilung (normalerweise Gauss-Verteilung) des auftreffenden Laserstrahls auf die Objektivpupille.

Wenn es möglich ist, anzunehmen, daß g(u, v)= 1 bei konstanter Detektorempfindlichkeit ist, erlaubt daher die Parseval-Theorie eine Umformung der Gleichung (1) wie folgt:

/(i) = J J I a(x,y;t)p(x,y) 1 ²dxdy (4)

Da die Detektorempfindlichkeit normalerweise als konstant angesehen werden kann, kann das Detektorsignal durch die Gleichung (4) in den meisten Fällen berechnet werden. F i g. 3 zeigt die Resultate, die durch Berechnung der Detektorsignale i(o) durch die Gleichung (4) erhalten wurden, wenn das oben erwähnte Objektiv, das eine Lichtabschirmung hat, als Leseobjektiv verwendet wird, unter der Annahme, daß die Vertiefung eine rechteckige Form besitzt, wie sie in F i g. 5 gezeigt ist.

Für diese Berechnung wurde die Reflektion R(u', v')= 1 außerhalb der Vertiefung und R(u', v')=e"= — 1 innerhalb der Vertiefung gesetzt, wobei die Amplitudenverteilung des auftreffenden Lichtstrahls als konstant mit f(x, j^«=l an der Objektivpupille und das Abschirmverhältnis der Pupille mit 0,5 angesetzt wurde Weiterhin wurde die Vertiefungslänge ( = 2u'/) zweimal so groß als der Lichtstrahlradius angenommen (Radiusstrahlintensität bei 1/e²) und i(o) berechnet als eine Funktion der Vertiefungsbreite ( = 2v'„). Weiter wurde eine Normierung vorgenommen, so daß i(o)·= 1 gesetzt wurde für den Fall, daß der Strahl völlig von der Vertiefung weg ist. In Fig.3 stellt die Kurve A die Berechnungswerte dar, die erhalten wurden, wenn das optische System fokussiert ist, während die Kurve B einer defokussierten Stellung entspricht mit A/4 Wellenebenenabweichung des Leseobjektivs.

Aus F i g. 3 ist ersichtlich, daß ab einer Vertiefungsbreite von 0,4 kaum Licht zurückkommt und das Objektiv daher als optisches Wiedergabesystem für Bildplatten bei einer Vertiefungsbreite von 0,4 oder mehr verwendet werden kann, und zwar wenn ein Objektiv mit Lichtabschirmung in der Mitte verwendet wird.

F i g. 4 zeigt die gleiche Charakteristik eines üblichen Objektivs analog F i g. 3. Ein Vergleich von F i g. 3 und 4 erhellt die Tatsache, daß die Vertiefungsbreite, die minimale Rückstrahllichtmenge garantiert, bei einem (D

üblichen Objektiv auf einen sehr engen Bereich beschränkt ist, bei dem erfindungsgemäßen Objektiv mit einer Lichtabschirmung in der Mitte, sich über einen sehr breiten Bereich erstrecken kann. Weiterhin ergibt sich, daß das Objektiv mit einer Lichtabschirmung in der Mitte, einen geringeren Zuwachs an Rückstrahlungslicht in der Stellung λ/4 außer- Fokus gewährleistet. Das bedeutet, daß das Objektiv mit einer Lichtabschirmung in der Mitte bedeutend besser gewährleistet, daß die Videosysteme stabil arbeiten. Weiterhin ist das Objektiv mit einer Lichtabschirmung in der Mitte kompatibel für weitere Vertiefungsbreiten, die der minimalen Rückstrahlungslichtmenge entsprechen. Dies gibt eine Möglichkeit, die numerische Apertur des Objektivs für das Aufzeichnen der Information zu senken und erleichtert damit die Ausbildung der Objektive für die Aufzeichnung. Konkreter ausgedrückt, bedeutet dies, wenn ein übliches Objektiv für die Wiedergabe verwendet wird, ist es notwendig, die Vertiefungsbreiten auf einem bestimmten konstanten Wert (Breite zur Sicherstellung einer minimalen Rückstrahllichtmenge) für die Aufzeichnung von Information auf Bildplatten zu halten. Aus diesem Grunde muß das Aufzeichnungsobjektiv die größte numerische Apertur zusätzlich zu hervorragendem Korrektionszustand besitzen und muß bei der Aufzeichnung von Information genau fokussiert sein (denn Defokussierung erhöht die Vertiefungsbreite und ist unerwünscht). Im Falle der Verwendung eines Objektivs mit Lichtabschirmung in der Mitte erhöht sich jedoch die Rückstrahlungslichtmenge kaum, selbst wenn die Vertiefungsbreite größer als ein bestimmter definierter Wert ist (entsprechend der minimalen Rückstrahllichtmenge) bei der Aufzeichnung. Da das Objektiv mit einer Lichtabschirmung in der Mitte minimale Rückstrahlungslichtmenge bei größerer Vertiefungsbreite gewährleistet als ein übliches Leseobjektiv, kann das Objektiv mit einer Lichtabschirmung in der Mitte eine geringere numerische Apertur besitzen, was die Korrektion der Aberrationen erleichtert. Mit anderen Worten erleichtert ein Objektiv mit einer Lichtabschirmung in der Mitte, das für die Wiedergabe (zum Lesen von Informationen) verwendet werden soll, die Ausbildung eines Aufzeichnungsobjektivs gegenüber einem üblichen Leseobjektiv. Weiterhin erleichtert ein Objektiv mit einer Lichtabschirmung in der Mitte die Aufzeichnungsvorgänge, da es unerwünschte Einflüsse, die auf Defokussierung zurückzuführen sind, welche das Bild unscharf macht, und die Breite der aufgezeichneten Vertiefungen erweitert, verhindern kann. Weiterhin ergibt sich aus Fig.3 und 4, daß wenn eine Defokussierung bei der Wiedergabe auftritt, das Objektiv mit einer Lichtabschirmung in der Mitte eine

kleinere Rückstrahllichtmenge und weniger Veränderung in der Rückstrahllichtmenge aufgrund einer Veränderung der Vertiefungsbreite als ein übliches Objektiv gewährleisten kann. Das erfindungsgemäße Objektiv mit einer Lichtabschirmung in der Mitte beseitigt daher die Gefahr eines Fehllesens schon bei leichter Defokussierung und ermöglicht die Wiedergabe aufgezeichneter Information mit höherer Güte.

Fig.6 zeigt die Intensität der Verteilung eines Punktstrahls auf einer Platte, wenn ein Lichtstrahl mit gleichförmiger Intensitätsverteilung auf das Leseobjektiv fällt, wobei die Kurve a der Intensitätsverteilung, die mit einem üblichen Objektiv, und die Kurve b der Intensitätsverteilung entspricht, die mit einem Objektiv mit Abschirmung in der Mitte erhältlich ist. Wie sich aus F i g. 6 ergibt, hat das Objektiv mit Lichtabschirmung in der Mitte einen mittleren Lichtfleck, der enger als der des üblichen Objektivs ist. Daher ergibt das Objektiv mit Lichtabschirmung in der Mitte einen kleineren Punktstrahl und ermöglicht es. Information zu lesen, die mit höherer Dichte aufgezeichnet ist. Das Objektiv mit Lichtabschirmung in der Mitte ermöglicht so die Aufzeichnung von Information mit höherer Dichte. Darüber hinaus hat das Objektiv mit Lichtabschirmung in der Mitte einen kleineren Bereich für den Lichtdurchtritt, wodurch es leichter ist, ein Objektiv zu entwickeln, das aus einer kleineren Zahl von Linsen besteht und daher leichter im Gewicht ist.

Obwohl die Erfindung anhand eines Beispiels mit einem Objektiv, das Lichtabschirmung für ein Abschirmverhältnis von 0,5 besitzt, beschrieben worden ist, kann auch ein Objektiv mit einer geringeren Abschirmung, das für ein anderes Abschirmverhältnis ausgelegt ist, zufriedenstellend wirksam sein.

Fig.7 zeigt die Detektorsignalcharakteristik eines Objektivs mit einer Lichtabschirmung, die für ein Abschirmverhältnis von 0,3 als weiteres Beispiel ausgelegt ist. Die Rückstrahllichtmenge ist, wie aus F i g. 7 zu ersehen, größer als die der Kurve A in F i g. 3 bei weiteren Vertiefungsbreiten, ist jedoch kleiner als die in Fig.4 gezeigten, die die Charakteristik eines üblichen Objektivs veranschaulicht. Ein Objektiv mit einer Lichtabschirmung, die für das Abschirmverhältnis 0,3 vorgesehen ist, kann daher einen ausreichenden Effekt bei einem Objektiv nach der vorliegenden Erfindung liefern.

Obwohl der Beschreibung ein Objektiv mit einer Lichtabschirmung im Mittelpunkt zugrundegelegt ist, kann das der Erfindung zugrundeliegende Prinzip auch bei Reflektionsobjektiven angewendet werden. Es ist daher möglich, ein optisches System, das ein Reflekiionsobjektiv besitzt, für Bildplatten unter Benutzung der vorliegenden Erfindung auszubilden, indem bei der Ausbildung davon Gebrauch gemacht wird.

Das erfindungsgemäße optische Wiedergabesystem ermöglicht es, ein Leseobjektiv mit geringem Gewicht zu verwenden. Weiterhin ermöglicht es, die Lichtkonvergenz, die auf Beugung im gesammelten Licht zurückzuführen ist, auf ein Minimum herabzusetzen, wodurch es möglich ist, Information mit höherer Dichte wiederzugeben. Weiterhin vergrößert es die Tiefenschärfe, wodurch es einen Beitrag leistet zur Erleichterung der Brennpunkteinstellung auf Bildplattensystemen usw. Darüber hinaus ist es frei von ungünstigen Einflüssen, die auf leichte Defokussierung in der Aufzeichnungsstufe zurückzuführen ist, und kann daher zusammen mit Aufzeichnungsobjektiven verwendet werden, die eine geringe numerische Apertur besitzen, wobei die Ausbildung der Aufzeichnungsobjektive erleichtert wird.

Hierzu 3 Blatt Zcichnunaen

Claims

Patentansprüche:

1. Optische Wiedergabeanordnung für Bildplatten mit einem Linsensystem zur Sammlung des von einer Lichtquelle ausgesandten Lichtes zu einem Punktstrahl auf der Plattenoberfläche und einem Detektor zum Empfang des von der Plattenoberfläche reflektierten Lichts, wobei das optische System so ausgebildet ist, daß das zur Bildung eines Punktstrahls gesammelte Licht, das von der Plattenoberfläche reflektiert wird, mit dem Detektor durch das Linsensystem festgestellt wird, gekennzeichnet durch eine Lichtabschirmplatte (10, 1OaJl die in der Nähe der Pupille des Linsensystems (5) angeordnet ist und zur Abschirmung des Lichtes von dessen Mitte dient

2. Optische Wiedergabeanordnung für Bildplatten r\ach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtabschirmplatte (10, 10a) ein Abschirmverhältnis von mindestens 03 besitzt

3. Optische Wiedergabeanordnung für Bildplatten nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtabschirmplatte (10,10a) ein Lichtabschirmverhältnis von 0,5 besitzt