DE3546012C2 - Vorrichtung zum Lesen von Informationen - Google Patents

Abstract

Eine Vorrichtung zum Lesen von Information umfaßt eine Platte (28) mit einem ebenen optischen Wellenleiter und eine Lichtquelle (32). Ein von der Lichtquelle emittierter Lichtstrahl wird durch ein erstes optisches System (24) in einer vorbestimmten Richtung durch den Wellenleiter geführt. Ein Teil des Lichtstrahls wird durch ein Flächengebiet mit elastischen Wellen (52), das in dem Wellenleiter ausgebildet ist, in Richtung eines zweiten optischen Systems (25) gebeugt. Das zweite optische System führt den Lichtstrahl über den Wellenleiter einem Informationsaufzeichnungsgebiet auf einer Karte (10) zu und führt das von dem Informationsaufzeichnungsgebiet reflektierte Licht einem Photodetektor (46) zu. Der vom Gebiet mit elastischen Wellen nicht gebeugte Lichtstrahl wird einem dritten optischen System (26) zugeführt, das in dem Wellenleiter ausgebildet ist. Das System (26) führt den Lichtstrahl einem Synchronisationssignalaufzeichnungsgebiet auf der Karte zu und führt den von dem Synchronisationssignalaufzeichnungsgebiet reflektierten Lichtstrahl einem Photodetektor (62) zu.

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Lesen von Informationen, insbesondere eine optische Vorrichtung zum Lesen von Informationen, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
• Durch die bemerkenswerte Entwicklung der informationsverarbeitenden Industrie sind Vorrichtungen zum Aufzeichnen und Wiedergeben (Lesen), zur Aufzeichnung und Wiedergabe einer Vielzahl von Informationsarten, der praktischen Verwendung zugeführt worden. Bekannte derartige Vorrichtungen basieren auf der magnetischen Aufzeichnung und Wiedergabe von Informationen. Derartige Vorrichtungen können jedoch nicht einen verlängerten Verbleib der aufgezeichneten Informationen gewährleisten, wodurch die Aufzeichnung mit hoher Speicherdichte schwierig wird.
• Eine Vorrichtung zur optischen Wiedergabe von Informatiotionen ist aus der US-PS 43 60 728 bekannt. Diese Vorrichtung umfaßt eine Sammellinse zum Bündeln des von einer Laserstrahlquelle emittierten Lichts und ein Spiegelpaar zum Reflektieren des gebündelten Lichts um es auf eine Karte zu projizieren, die die Information trägt. Das auf die Karte fallende Licht wird reflektiert, wobei die Reflektivität sich entsprechend dem Vorhandensein von Pits oder aufgezeichneten Daten auf der Karte ändert. Das reflektierte Licht wird durch einen halbdurchlässigen Spiegel abgelenkt und mittels einer Fokusierlinse auf einen Photodetektor, beispielsweise eine Photodiode, fokusiert. Auf diese Weise werden die auf der Karte aufgezeichneten Daten gelesen bzw. optisch wiedergegeben. Zum optischen Abtasten des Aufzeichnungsgebiets auf der Karte wird das Spiegelpaar synchron in Schwingungen versetzt.
• In der Vorrichtung gemäß der US-PS 43 60 728 muß das optische System dreidimensional angeordnet und justiert werden, wodurch die Vorrichtung als ganzes großvolumig wird und die aufwändige Justierung der einzelnen Bauteile verlangt. Auch um das Schwingen der Spiegel zu ermöglichen ist eine komplizierte Konstruktion und eine verteuerte Herstellung erforderlich.
• Aus der japanischen Patentveröffentlichung Nr. 53 13 819 ist eine Vorrichtung zum Lesen von aufgezeichneten Informationen von dem gleichen Erfinder wie die vorliegende Erfindung bekannt, die ebene optische Wellenleiter verwendet. Diese Vorrichtung weist zum Zuführen eines von einer Lichtquelle emittierten Lichtstrahles zu dem Wellenleiter ein Beugungsgitter auf und es umfaßt eine Vorrichtung zur Erzeugung von Ultraschallschwingungen zum Erzeugen von elastischen Oberflächenwellen im optischen Weg des Lichtstrahls. Ein Teil des durch dieses elastische Wellengebiet gehenden Lichtstrahls wird gebrochen und mittels einer Sammellinse auf das Ende eines Wellenleiters gebündelt. Der Brechungswinkel des durch das elastische Wellengebiet gebrochenen Lichtstrahls wird durch Anlegen eines Wechselspannungssignals an die Vorrichtung zur Erzeugung von Ultraschallschwingungen kontinuierlich verändert, um demzufolge die Frequenz der elastischen Oberflächenwellen zu verändern. Folglich wird der auf das Ende des Wellenleiters gebündelte Lichtstrahl für das primäre Abtasten in einer vorbestimmten Richtung abgelenkt.
• Eine derartige Vorrichtung weist einen wesentlichen ebenen Aufbau auf und im Gegensatz zu der zuvor beschriebenen Vorrichtung müssen keine Spiegel mechanisch in Schwingungen versetzt werden. Folglich kann der gesamte Aufbau der Vorrichtung kompakter gemacht und die Anzahl der Justierungen verringert und die Produktionskosten vermindert werden. Nachteilig bei einer derartigen Vorrichtung ist es jedoch, daß zur Festlegung der Zeitfolge des primären Abtastens Synchronisationssignale durch eine Kodiereinrichtung erzeugt werden, die auf einem sich drehenden Teil montiert ist, und die verhindert, daß Größe und Kosten der Vorrichtung noch weiter vermindert werden können.
• Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung zum Lesen von Informationen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zu schaffen, die noch weiter mineaturisiert und mit geringeren Kosten herzustellen ist.
• Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1. Die Vorrichtung zum Lesen von Informationen gemäß der vorliegenden Erfindung weist folgendes auf: Ein Bauteil mit einem optischen Wellenleiter und einer einem Aufzeichnungsmedium gegenüberliegenden Abtastfläche, eine Lichtquelle, erste und zweite Photodetektoren, ein erstes in dem Wellenleiter angeordnetes optisches System, das derart angepaßt ist, daß es von einer Lichtquelle emittiertes Licht über den Wellenleiter und die Abtastfläche auf ein Aufzeichnungsgebiet für Synchronisationssignale auf dem Aufzeichnungsmedium führt, und daß es von dem Aufzeichnungsgebiet für Synchronisationssignale reflektiertes Licht einem ersten Lichtsensorelement zuführt, ein zweites in dem Wellenleiter angeordnetes optisches System zum Zuführen des von der Lichtquelle emittierten Lichts über den Wellenleiter und die Abtastoberfläche zu einem Informationsaufzeichnungsgebiet auf dem Aufzeichnungsmedium und zum Zuführen des von dem Informationsaufzeichnungsgebiet reflektierten Lichts zu einem zweiten Lichtsensorelement, eine Vorrichtung zum Erzeugen von Ultraschallschwingungen zur Erzeugung von elastischen Oberflächenwellen in dem optischen Weg des zweiten optischen Systems, wobei die elastischen Wellen zum Beugen eines Teils des durch das zweite optische System gehenden Lichts in Richtung des Informationsaufzeichnungsgebiets dienen, und einer Signalverarbeitungsvorrichtung zum Betreiben der Vorrichtung zur Erzeugung von Ultraschallschwingungen entsprechend einem Synchronisationssignal, das durch das erste Lichtsensorelement detektiert wird, wodurch kontinuierlich die Frequenz der elastischen Oberflächenwellen verändert wird und zum Abführen eines Signals von dem zweiten Lichtsensorelement entsprechend dem Synchronisationssignal.
• Die Unteransprüche haben vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung zum Inhalt.
• Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von mehreren Ausführungsformen der Erfindung anhand der Zeichnung. Es zeigt
• Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer Karte auf der Informationen aufgezeichnet sind.
• Fig. 2-6G eine Vorrichtung zum Lesen von Informationen gemäße einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die Figuren zeigen im einzelnen:
• Fig. 2 eine perspektivische Darstellung der gesamten Vorrichtung,
• Fig. 3 eine Darstellung mit dem ebenen optischen System und einem Verarbeitungsschaltkreis,
• Fig. 4 eine perspektivische Darstellung eines Teils des ebenen optischen Systems,
• Fig. 5 eine Schnittansicht entlang der Linie V-V in Fig. 4,
• Fig. 6A-6G Zeitdiagramme zur Illustrierung der Arbeitsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
• Fig. 7 eine Darstellung eines ebenen optischen Systems eine Vorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
• Fig. 8 eine Darstellung des ebenen optischen Systems und einen Verarbeitungsschaltkreis gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
• Fig. 9 einen Schnitt durch einen optischen Wellenleiter gemäß der dritten Ausführungsform,
• Fig. 10 eine Schnittansicht eines modifizierten optischen Wellenleiters,
• Fig. 11 eine perspektivische Ansicht der modifizierten Linsen in dem optischen Wellenleiter,
• Fig. 12 eine Schnittansicht entlang der Linie XII-XII in Fig. 11,
• Fig. 13 eine Schnittansicht eines modifizierten ebenen optischen Systems,
• Fig. 14 und 15 Schnittansichten mit unterschiedlichen Modifizierungen des erfindungsgemäßen Einschubs bzw. der Platte,
• Fig. 16 eine Darstellung eines ebenen optischen Systems gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, und
• Fig. 17 und 18 Schnittansichten mit unterschiedlichen Modifizierungen der optischen Wellenleiter.
• Fig. 1 zeigt eine Karte 10 als ein Aufzeichnungsmedium. Eine Informationsspur 12 a und eine Synchronisationssignalspur 12 b sind parallel zueinander auf der Karte 10 ausgebildet. Aufzeichnungs- oder Informationssignale W sind auf der Spur 12 a quer zu dieser aufgezeichnet. Zu den auf der Spur 12 a aufgezeichneten Informationen zugehörige Synchronisationssignale S werden auf der Spur 12 b quer zu dieser den Signalen W gegenüberliegend aufgezeichnet. In anderen Worten wird jedes Signal S in der Verlängerung des zugehörigen Informationssignals ausgebildet.
• Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, weist eine Vorrichtung zum Lesen von Informationen von einer Karte 10 ein schachtelförmiges Gehäuse 14 auf. Ein Kartenzuführungsmechanismus 16 ist auf der Oberseite des Gehäuses 14 angeordnet, die eine Führungsfläche 14 a bildet. Der Kartenzuführungsmechanismus 16 umfaßt ein paar parallel angeordnete Führungsteile, Führungs- bzw. Transportrollen 20 in einem Führungsteil 18 und einen Motor 21 zum Antreiben der Rollen 20. Wenn die Karte 10 auf der Führungsfläche 14 a plaziert wird, wird sie durch den Kartenzuführungsmechanismus 16 in der Längsrichtung der Informationsspur 12 a zugeführt. Das Gehäuse 14 enthält eine ebene optische Anordnung 22 zum Lesen von Informationen von der Karte 10 und einen Signalverarbeitungsschaltkreis, der später beschrieben werden wird.
• Wie aus Fig. 3 zu ersehen ist, umfaßt die optische Anordnung 22 ein erstes optisches System 24 zur Beleuchtung, ein zweites optisches System 25 zur Wiedergabe der Information und von der Karte 10 und ein drittes optisches System 26 zum Detektieren des Synchronisationssignals S auf der Karte 10. Diese drei optischen Systeme 24, 25 und 26 sind auf einer Platte bzw. einem Einschub 28 montiert. Wie aus den Fig. 4 und 5 zu ersehen ist, weist die Platte 28 eine dreilagige Struktur mit einer oberen Schicht 28 a, einer Zwischenschicht 28 b und einer unteren Schicht 28 c auf. Die Zwischenschicht ist aus einem Material ausgebildet, dessen Brechungsindex größer als der der oberen und der unteren Schicht ist. Beispielsweise ist die Zwischenschicht 28 b aus Acrylharz und die Schichten 28 a und 28 c aus Silizium ausgebildet. Daher wird in die Zwischenschicht 28 b einfallendes Licht an den Grenzschichten zwischen den drei Schichten total reflektiert und breitet sich durch die Zwischenschicht 28 b aus. Damit definiert die Zwischenschicht einen ebenen optischen Wellenleiter 30 zur Übertragung eines Lichtstrahls. Dadurch, daß die Platte 28 flexibel ausgebildet ist, kann sie beim Einbau in das Gehäuse 14 verbogen werden, so daß die Vorrichtung zum Lesen von Information kompakter aufgebaut werden kann. Auch kann die Platte 28 durch Ausbilden von Titanschichten (Ti) als obere und untere Schicht unter und über einer Zwischenschicht aus Lithiumniobat (LiNbO₃) aufgebaut sein, wobei die Schichten mittels der Diffusionsmethode oder der Protonenaustauschmethode erzeugt werden.
• Die Platte 28 weist eine Abschlußkante auf, die als Abtastfläche 29 dient. Die Abtastfläche 29 ist in gleicher Ebene liegend wie die Führungsfläche 14 a des Gehäuses 14 und im rechten Winkel zur Zuführungsrichtung der zu lesenden Karten angeordnet.
• Wie aus den Fig. 3-5 zu ersehen ist, ist eine Lichtquelle 32, wie beispielsweise eine lichtemittierende Diode oder ein Halbleiter-Laser auf der Platte 28 montiert. Das optische System 24 bzw. die Beleuchtungsanordnung 24 umfaßt ein Beugungsgitter 34 das auf der oberen Oberfläche der Zwischenschicht 28 b ausgebildet ist. Das Beugungsgitter 34 führt einen von der Lichtquelle 32 emittierten Lichtstrahl dem Wellenleiter 30 zu. Das optische System 24 umfaßt des weiteren eine optische Wellenleiterlinse 36, die zum Ausrichten des durch das Beugungsgitter 34 gesandten Lichtstrahls als Kollimatorlinse dient. Wie aus den Fig. 4 und 5 zu ersehen ist, ist die Linse 36 eine Luneberg-Linse in Form einer Ausbuchtung die eine konvexgeformte Linse auf der oberen Oberfläche der Zwischenschicht 28 b. Das optische System 25 zur Wiedergabe der Informationen umfaßt Linsen 38 und 40. Die Linse 38 ist derart angeordnet, daß ihre optische Achse in einem bestimmten Winkel zu der optischen Achse der Linse 36 geneigt ist. Die Linse 38 dient als Sammellinse zum Bündeln des auf die Abtastfläche 29 fallenden Lichtstrahls und zum Bilden eines Lichtpunktes darauf. Wenn sich die Karte 10 auf der Abtastfläche 29, d. h. auf der Führungsfläche 14 a des Gehäuses 14 befindet, wird der durch die Linse 38 gebündelte Strahl durch die Karte 10 reflektiert. Ein halbdurchlässiger Spiegel 42 ist zwischen der Linse 38 und der Abtastfläche 29 angeordnet, wodurch der von der Karte 10 reflektierte Strahl im wesentlichen rechtwinkelig abgelenkt wird und auf die Linse 40 projiziert wird, die als Sammellinse dient. Der durch die Linse 40 gebündelte Lichtstrahl wird durch ein Beugungsgitter 44 aus dem Wellenleiter 30 heraus auf die obere Oberfläche der Zwischenschicht 28 b geführt. Der aus dem Wellenleiter 30 herausgeführte Strahl wird durch einen Photodetektor 46, der auf der Platte 28 montiert ist, empfangen und photoelektrisch umgewandelt.
• Eine Vorrichtung 48 zur Erzeugung von Ultraschallschwingungen und ein Ultraschall-Antriebsschaltkreis 50 sind auf der Platte 28 angeordnet. Wenn der Vorrichtung 48 zur Erzeugung von Ultraschallschwingungen von dem Schaltkreis 50 ein Hochfrequenzsignal zugeführt wird, wird in dem Wellenleiter 30 zwischen den optischen Wellenleiterlinsen 36 und 38 ein Flächengebiet 52 mit elastischen Wellen gebildet. Das durch die Linse 36 gehende Licht wird beim Durchgang durch das Gebiet 52 teilweise gebeugt und auf die Linse 38 projiziert. Die Vorrichtung 48 wird beispielsweise mit Impulssignalen (chirp-signals) aus einem Kippschwingungsgenerator oder ähnlichem versorgt, deren Frequenz sich allmählich erhöht oder verringert. Dadurch verändert sich die Schwingungsfrequenz der von der Vorrichtung 48 erzeugten Ultraschallwellen und der Abstand zwischen Schwingungsbäuchen und Schwingungsknoten der stehenden Ultraschallwellen, die im Inneren des Wellenleiters 30 gebildet werden, verringert sich allmählich. Eine derartige Veränderung der stehenden Wellen erzeugt das gleiche Ergebnis als würde die Gitterkonstante des optischen Beugungsgitters verändert. Folglich verändert sich der Beugungswinkel des das Gebiet 52 durchdringenden Lichtstrahls, so daß der Strahl entsprechend der Abstandsänderung zwischen Schwingungsbäuchen und Schwingungsknoten bzw. zwischen dünneren und dichteren Stellen in einem Winkelbereich gedreht wird. Folglich ändert sich der Einfallswinkel des auf die Linse 38 einfallenden Strahles kontinuierlich.
• Dadurch wird der durch die Linse 38 gebildete Strahlpunkt zum Abtasten im Bereich A zwischen einer durch zwei Striche, gefolgt von einer durchgezogenen Linie (- - ≙ ≙ ≙ ≙) gekennzeichneten Position und einer Position die durch eine gestrichelte Linie (- - - - - - - - -) gekennzeichnet ist, wie dies in Fig. 3 dargestellt ist, bewegt. Der Bereich A weist eine Breite auf, die der Breite der Informationsspur 12 a auf der Karte 10 entspricht. Die Abtastrichtung des Strahlpunktes ist parallel zu der transversalen Richtung der Spur 12 a. Die Karte 10 wird im rechten Winkel zu der Abtastrichtung (die Richtung senkrecht zur Zeichenebene in Fig. 3) geführt.
• Das optische System 26 zum Detektieren des Synchronisationssignals umfaßt einen halbdurchlässigen Spiegel 54 der in der optischen Achse der optischen Wellenleiterlinse 36 des optischen Systems 24 angeordnet ist, und eine Sammellinse 56 und eine Kondensorlinse 58, die je auf einer Seite des halbdurchlässigen Spiegels 54 angeordnet sind. Die Linsen 56 und 58 sind jeweils als optische Wellenleiterlinsen, beispielsweise als Luneberg- Linsen ausgebildet. Von den das Flächengebiet 52 mit elastischen Wellen durchdringenden Lichtstrahlen bewegt sich ein Strahl erster Ordnung ohne durch das Gebiet 52 gebeugt zu werden und fällt auf den halbdurchlässigen Spiegel 54. Nach dem er durch den halbdurchlässigen Spiegel 54 reflektiert worden ist, wird er durch die Sammellinse 56 auf die Abtastoberfläche 29 gebündelt. Falls sich die Karte 10 auf der Abtastoberfläche befindet, wird der gebündelte Lichtstrahl durch die Synchronisationssignalspur 12 b auf der Karte reflektiert und über den halbdurchlässigen Spiegel 54 auf die Kondensorlinse 58projiziert. Der durch die Kondensorlinse 58 gebündelte Lichtstrahl wird durch ein Beugungsgitter 60, das auf der oberen Fläche der Zwischenschicht 28 b ausgebildet ist, aus der Platte 28 ausgeblendet. Der Strahl wird von einem Photodetektor 62 auf der Platte 28 aufgenommen und photoelektrisch umgewandelt.
• Ein Verarbeitungsschaltkreis 64 ist zur Verarbeitung der Ausgangssignale aus den Photodetektoren 46 und 62 vorgesehen. Der Verarbeitungsschaltkreis 64 umfaßt einen Differenzierschaltkreis 68 zum Differenzieren der photoelektrischen Umwandlungssignale aus dem Photodetektor 62. Wenn auf der Karte 10 aufgezeichnete Synchronisationssignale S durch den Photodetektor 62 detektiert werden und der Photodetektor 62 den Signalen S entsprechende Signale ausgibt, wie sie in Fig. 6A dargestellt sind, erfaßt der Schaltkreis 68 die führende und die nachfolgende Flanke des Signals aus dem Photodetektor 62, wie dies in Fig. 6B dargestellt ist. Dann werden, wie in Fig. 6C dargestellt, die positiven Signale aus dem Schaltkreis 68 durch eine Begrenzerschaltung 70 ausgesondert und als Synchronisationssignale einem Eingang eines Sägezahn-Erzeugungsschaltkreises 72 zugeführt. Der Schaltkreis 72 erzeugt sägezahnförmige Wellen, wie sie in Fig. 6B dargestellt sind, die einem Spannungs/Frequenz-Umsetzer 74 zugeführt werden. Der Spannungs/Frequenz-Umsetzer 74 erzeugt Impulssignale (chirp-signals) deren Frequenz sich mit der Spannung ändert, wie dies in Fig. 6E dargestellt ist. Diese Impulssignale werden dann dem Ultraschall-Antriebsschaltkreis 50 zugeführt. Eine Ausgangsspannung aus dem Ultraschall-Antriebsschaltkreis 50 dient zum Betreiben der Vorrichtung zur Erzeugung von Ultraschallschwingungen 48. Dadurch wird die Vorrichtung 48 zur Erzeugung von Ultraschallschwingungen entsprechend der zeitlichen Abfolge des Detektierens der Synchronisationssignale S betrieben.
• Auch die Begrenzerschaltung 70 liefert Synchronisationssignale an den Erzeugungsschaltkreis 66 für Tortastungssignale, der Tortastungssignale (Fig. 6F) erzeugt während die Sägezahnwelle erzeugt wird oder während das Informationssignal von der Karte 10 gelesen wird. Die Tortastungssignale werden einem Gatterschaltkreis 76 zugeführt, der offen ist, während die Tortastungssignale einen hohen Pegel aufweisen, so daß die Ausgabe des Photodetektors 46 einem Ausgangsanschluß 78 zugeführt wird.
• Folglich werden, wie in Fig. 6E gezeigt, dem Ausgangsanschluß 78 der aufgezeichneten Information entsprechende Signale zugeführt. Diese Signale werden verstärkt, geformt und wiedergegeben.
• Nun wird die Funktionsweise der eben beschriebenen Lesevorrichtung erläutert.
• Zuerst wird die Karte 10 auf der Führungsfläche 14 a des Gehäuses 14 plaziert, so daß sich die Informations- und Synchronisationssignalspur 12 a und 12 b auf der Unterseite befinden und die Karte wird dann in Richtung des Pfeiles B (Fig. 2) durch den Zuführungsmechanismus 16 zugeführt. Ein Lichtstrahl aus der Quelle 32 wird durch das Beugungsgitter 34 gebeugt und in die Zwischenschicht 28 b der Platte eingekoppelt. Der Strahl wird durch die Linse 36 ausgerichtet und durchläuft dann das Gebiet 52 mit elastischen Wellen. Dabei wird der primär gebeugte Strahl bzw. der gebeugte Strahl erster Ordnung auf die Linse 38 projiziert. Der Strahl nullter Ordnung, der durch das Gebiet 52 nicht gebeugt wird, trifft auf den halbdurchlässigen Spiegel 54. Nach der Reflexion durch den halbdurchlässigen Spiegel 54 wird der Strahl nullter Ordnung durch die Linse 56 gesammelt und auf die Synchronisationssignalspur 12 b der Karte 10 projiziert. Von der Synchronisationsspur 12 b reflektiert durchläuft der Strahl die Linse 56 und den halbdurchlässigen Spiegel 54 und wird dann durch die Linse 58 gesammelt und fällt auf das Beugungsgitter 60 ein. Der auf das Beugungsgitter 60 einfallende Lichtstrahl wird durch den Photodetektor 62 empfangen. Falls die bestrahlte Spur 12 b irgendwelche Teile mit aufgezeichneten Synchronisationssignalen S aufweist, liefert der Photodetektor 62 Impulssignale, wie sie in Fig. 6A dargestellt sind. Diese Impulssignale werden durch den Differenzierschaltkreis 68 differenziert und dann über die Begrenzungsschaltung 70 als Synchronisationssignale bereitgestellt. Als Reaktion auf die Synchronisationssignale wird eine Sägezahnkurve erzeugt und durch den Spannungs/Frequenz-Umsetzer 74 in komprimierte Impulssignale (chirp-signals) umgewandelt. Die komprimierten Impulssignale werden dem Ultraschall-Antriebsschaltkreis 50 zugeführt und die Vorrichtung 48 zur Erzeugung von Ultraschallschwingungen erzeugt aufgrund der Ausgabe aus dem Schaltkreis 50 Ultraschallwellen.
• Da die Frequenz der Ultraschallwellen variiert, wird der Abstand zwischen Schwingungsbäuchen und Schwingungsknoten der stehenden Wellen, die sich in dem Gebiet 52 ausbilden, allmählich kleiner. Daher wird der Lichtstrahl durch das Gebiet 52 in einem sich vergrößernden Winkel gebeugt und auf die Linse 38 projiziert. Folglich dient der durch die Linse 38 auf der Abtastoberfläche 29 in der Platte 28 ausgebildete Strahlpunkt zum Abtasten der Informationsspur 12 a auf der Karte 10 der Breite nach.
• Der von der Informationsspur 12 a reflektierte Lichtstrahl wird über den halbdurchlässigen Spiegel 42, die Linse 40 und das Beugungsgitter 44 aus der Platte 28 ausgeblendet und durch den Photodetektor 46 empfangen. Falls auf der Spur 12 a Information aufgezeichnet ist, ändert sich die Menge des von der Spur 12 a reflektierten Lichts, die als Informationssignal aus dem Photodetektor 46 bereitgestellt wird. Während das Abtasten als Reaktion auf die Synchronisationssignale durchgeführt wird, ist der Gatterschaltkreis 76 offen, so daß die Ausgabe aus dem Photodetektor 46 über den Ausgangsanschluß 78 einem nicht näher dargestellten Signalverarbeitungssystem zugeführt wird. Auf diese Weise wird das optisch auf der Karte 10 aufgezeichnete Informationssignal wiedergegeben.
• Wenn, wie oben beschrieben, die Karte 10 in einer vorbestimmten Richtung zugeführt wird und der Lichtstrahl von der Lesevorrichtung die Karte 10 erreicht und darauf einen Strahlpunkt auf dem Teil der Informationsspur 12 a erzeugt, der die Information enthält, werden die auf der Karte 10 aufgezeichneten Synchronisationssignale ansprechend auf die Information detektiert und der gebeugte Lichtstrahl wird entsprechend der Signalerfassung zur Abtastung gesteuert. Folglich wird die in der Informationsspur 12 a aufgezeichnete Information gelesen.
• Die der oben beschriebenen Lesevorrichtung zugehörige Vorrichtung zur Detektierung der Synchronisationssignale und ebenso ihr Gegenstück auf der Signalwiedergabeseite bestehen aus einem ebenen oder im wesentlichen ebenen optischen System ohne eine routierende Kodiervorrichtung oder irgendwelchen anderen sich bewegenden Mechaniken. Daher kann die Vorrichtung als ganzes kompakt aufgebaut werden. Darüber hinaus vermindert die Abwesenheit von beweglichen Teilen den Geräuschpegel, verbessert die Haltbarkeit und erhöht die Lesegeschwindigkeit. Da die meisten Bauelemente des optischen Systems auf der Platte bzw. dem Einschub ausgebildet sind, ist es möglich höchst zuverlässige Lesevorrichtungen mit einer verringerten Anzahl von Produktionsvorgängen zu schaffen und bei denen keine räumliche Justierung ihrer Bauteile nötig ist. Das ebene optische System kann durch ein Abdruckverfahren oder mittels Lithographie hergestellt werden, wodurch Massenproduktion und reduzierte Herstellungskosten ermöglicht werden.
• Die Lichtquelle 32 für die Informationswiedergabe wird auch als Lichtquelle zur Detektion des Synchronisationssignals verwendet. Mit anderen Worten gesagt, es wird ein Teil des Lichtstrahls aus der Lichtquelle 32 gebeugt und zur Wiedergabe verwendet, während der ungebeugte Strahlteil für die Signaldetektion verwendet wird. Dadurch kann das von der Lichtquelle emittierte Licht effektiver verwendet werden was wiederum zu einer geringeren Leistungsaufnahme führt. In der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das ebene optische System 22 rechtwinklig zur Karte 10 angeordnet. Da die Platte 28 sehr dünn und flexibel ist, kann sie bei Einführen in das Gehäuse 14 vorsichtig gebogen werden, wodurch eine weitere Verkleinerung der Lesevorrichtung ermöglicht wird.
• Fig. 7 zeigt eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
• Gemäß der ersten Ausführungsform wird die Karte 10 in Kontakt mit der Abtastfläche 29 der Platte 28 geführt. Bei der zweiten Ausführungsform werden Felder 80 und 81 mit sogenannten Selfoc-Linsen (Warenzeichen), d. h. Linsen mit verteiltem Brechungsindex (distributed-index- lens) auf der Abtastfläche 29 der Platte 28 angeordnet und die Karte 10 wird kontaktfrei zur Abtastfläche geführt.
• Das Linsenfeld 80 ist in der optischen Achse des optischen Systems 26 zur Detektion angrenzend an die Abtastfläche 29 angeordnet. Das Linsenfeld 80 dient zum Bündeln des Lichtstrahls von der Linse 56 auf die Synchronisationssignalspur 12 b der Karte 10. Das Linsenfeld 81 ist zwischen der Karte 10 und dem halbdurchlässigen Spiegel 42 des optischen Systems 25 zur Wiedergabe der Information angrenzend an die Abtastfläche 29 angeordnet. Jedes Linsenelement des Feldes 81 bündelt den Strahl von dem Spiegel 42 zu einem Strahlpunkt auf der Informationsspur 12 a der Karte 10 und bündelt den von der Spur 12 a reflektierten Lichtstrahl und führt ihn dem halbdurchlässigen Spiegel 42 zu.
• Die Zahl der Linsenelemente des Feldes 81 ist gleich der maximalen Anzahl von Pits die in der Abtastrichtung oder über die Breite der Spur 12 a angeordnet sind. Das Feld 80 kann aus einer einzigen Selfoc-Linse bestehen, wenn es nur dazu vorgesehen ist, das Vorhandensein von Synchronisationssignalen zu detektieren.
• Die anderen Bauteile der zweiten Ausführungsform entsprechen denen der ersten Ausführungsform, so daß auf ihre Beschreibung verzichtet wird.
• Anstatt bei der zweiten Ausführungsform Selfoc-Linsen zu verwenden, kann das optische System derart angeordnet werden, daß die Punkte auf der die Lichtstrahlen durch die Linsen 38 und 56 fokusiert werden außerhalb der Abtastfläche 29 der Platte 28 zu liegen kommen (auf der rechten Seite in Fig. 3). Auch mit einer derartigen Anordnung kann die Karte 10 ohne Kontakt zur Abtastfläche 29 geführt werden, wenn Informationen von der Karte gelesen werden.
• Die Fig. 8 und 9 zeigen eine dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Gemäß der dritten Ausführungsform wird in dem optischen System 26 zur Detektion der Synchronisationssignale ein ader- bzw. rippenartiger optischer Wellenleiter anstelle des ebenen Wellenleiters verwendet und es wird für das optische System 26 eine eigene zusätzliche Lichtquelle 82 vorgesehen.
• Die Lichtquelle 82 ist auf der Platte 28 notiert und ein Lichtstrahl aus der Lichtquelle 82 wird über ein Beugungsgitter 84 in den aderartigen optischen Wellenleiter 86 eingeführt. Wie in Fig. 9 gezeigt ist, ist der Wellenleiter 86 durch Wegätzen der Zwischenschicht 28 b auf der Platte 28 bis auf einen Teil der Zwischenschicht 28 b gebildet, der den Kern 87 des Wellenleiters darstellt und der zusammen mit der unteren Schicht 28 c von der oberen Schicht 28 a oder einer Abdeckschicht mit einem geringeren Brechungsindex abgedeckt ist. Der optische Lichtwellenleiter 86 ist im wesentlichen Y-förmig und umfaßt einen gemeinsamen Zweig 86 a der sich zu der Abtastfläche 29 der Platte 28 erstreckt und zwei Zweige 86 b und 86 c die von dem anderen Ende des gemeinsamen Zweiges aus auseinanderlaufen. Der Strahl aus der Lichtquelle 82 durchdringt den Zweig 86 b und den gemeinsamen Zweig 86 a um zur Abtastfläche 19 zu gelangen. Nach der Reflektion durch die Synchronisationssignalspur 12 b (Fig. 1) der Karte 10, die in Kontakt mit der Abtastfläche 29 steht, durchläuft der Strahl wieder den gemeinsamen Zweig 86 a. Gleichzeitig durchläuft ein Teil des Strahls entlang dem Zweig 86 c und fällt auf das Beugungsgitter 60. Der auf das Beugungsgitter 60 einfallende Strahl wird durch den Photodetektor 62 empfangen und photoelektrisch umgewandelt und das daraus resultierende Signal wird dem Verarbeitungsschaltkreis 64 zugeführt.
• Die Anordnung der optischen Systeme 24, 25 und des Verarbeitungsschaltkreises 64 stimmt mit der Anordnung bei der ersten Ausführungsform überein, so daß sich eine Beschreibung erübrigt. Bei der dritten Ausführungsform können wie bei der ersten Ausführungsform die Synchronisationssignale ohne Verwendung einer rotierenden Kodiervorrichtung oder irgendeines anderen sich bewegenden Mechanismus detektiert werden. Dadurch kann die Lesevorrichtung als ganzes kompakt aufgebaut werden und weist eine geringere Geräuschentwicklung auf. Darüber hinaus ergibt sich eine erhöhte Lebensdauer und eine höhere Lesegeschwindigkeit.
• Bei der dritten Ausführungsform ist der optische Wellenleiter des optischen Systems 26 zur Detektion der Synchronisationssignale nicht auf den in Fig. 9 gezeigten aderförmigen Typ beschränkt und kann beispielsweise auch eine kanalförmige Ausführung sein, wie sie in Fig. 10 gezeigt ist. Dieser kanalförmige Wellenleiter 88 wird durch Einschneiden einer Rille 88 a in die untere Schicht 28 c der Platte 28, füllen der Rille 88 a mit einem Kern 88 b mit höherem Brechungsindex und schließlich durch Abdecken der unteren Schicht 28 c und des Kerns 88 b mit der oberen Schicht 28 a gebildet.
• Obwohl in den beschriebenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung als Wellenleiterlinsen Luneberg-Linsen verwendet worden sind, ist die vorliegende Erfindung natürlich nicht darauf beschränkt. Wie in Fig. 1 11 und 12 gezeigt ist, kann die Wellenleiterlinse beispielsweise eine Index-Mode-Linse (mode-index-lens) sein. Die Index- Mode-Linse wird durch Anordnen eines Gebiets in der Zwischenschicht 28 b gebildet, die einen höheren Brechungsindex als die übrige Zwischenschicht 28 b aufweist und eine konvexe linsenförmige Ausbuchtung in Richtung der Lichtausbreitung besitzt. Alternativ kann ein Teil der Zwischenschicht 28 b ausgezackt oder ausgebuchtet werden, um eine geodätische Linse (geodesic lens) zu bilden.
• In den genannten Ausführungsformen wurden des weiteren Beugungsgitter dazu verwendet, den Lichtstrahl aus dem optischen Wellenleiter auszukoppeln oder in den optischen Wellenleiter einzukoppeln. Das Beugungsgitter kann jedoch auch durch ein rutiliertes Prisma 98 (rutilated prism), wie es in Fig. 13 dargestellt ist, ersetzt werden.
• Die Platte 28 ist nicht auf die dreilagige Struktur beschränkt, sondern kann auch entsprechend Fig. 14 aufgebaut sein. In diesem Fall besteht die Platte 28 aus einem Siliziumsubstrat 90 und drei darauf angeordneten Schichten auf Quarzbasis. Die drei Schichten umfassen eine Pufferschicht 28 c als untere Schicht mit einem kleinen Brechungsindex, eine Kernschicht bzw. Zwischenschicht 28 b als Wellenleiterteil mit einem hohen Brechungsindex und eine Plattierung bzw. eine Abdeckschicht 28 a als obere Schicht mit einem kleinen Brechungsindex. Der Wellenleiter 28 b wird durch ein Direktaufflammverfahren (direct flame diposit method) unter Verwendung SiCl4 oder TiCl4-Gas als Basisgas ausgebildet.
• Mit einer derart aufgebauten Platte kann der Abstand zwischen dem Wellenleiterteil 28 b und dem Siliziumsubstrat 90 durch Verändern der Dicke der Pufferschicht 28 c eingestellt werden. Es ist daher möglich, Photodetektoren, lichtemittierende Elemente, etc. darin einzuschließen und als Teil des ebenen Wellenleiters auszubilden. In diesem Fall sind die Detektoren und Bauelement anstelle der Beugungsgitter angeordnet, da keine derartigen Gitter benötigt werden. Alternativ können die Detektoren und Bauelemente auch in das Substrat 90 integriert werden.
• In einer in Fig. 15 gezeigten Variante ist ein lichtemittierendes Element 92 auf dem Siliziumsubstrat 90 ohne Verwendung eines Beugungsgitters vorgesehen. Ein von der lichtemittierenden Schicht 92 a des Elements 92 ausgesandter Lichtstrahl fällt auf den Kern 28 b der Platte 28, der der Schicht 92 a gegenüberliegend angeordnet ist.
• Fig. 16 zeigt eine vierte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Bei dieser Ausführungsform sind keine Beugungsgitter vorgesehen, und die Photodetektoren 46 und 62 und das lichtemittierende Element 32 ist auf einem Siliziumsubstrat ausgebildet. Die ader- oder kanalförmigen optischen Wellenleiter, wie sie in Fig. 17 oder 18 gezeigt sind, können unter Verwendung der in Fig. 14 gezeigten Platte gebildet werden.
• Bei der Herstellung einer Platte mit einem optischen Wellenleiter unter Verwendung eines Siliziumsubstrats, kann auf dem gleichen Substrat ein elektronischer Schaltkreis ausgebildet werden. Selbst wenn das Substrat nicht aus Silizium gebildet ist, kann der elektrische Schaltkreis in eine IC-Version umgesetzt werden und durch ein Haftmittel oder ähnliches mit dem Wellenleiter verbunden werden.
• In den genannten Ausführungsformen wird der primär gebeugte Strahl zum Abtasten des Informationssignals verwendet. Alternativ kann jedoch auch ein negativ primär gebeugter Strahl oder ein gebeugter Strahl einer zweiten oder höheren Ordnung für diesen Zweck verwendet werden. Für eine sichere Informationsabtastung mit einem größeren Signal/Rausch-Verhältnis wird vorzugsweise ein Laser mit einer einzigen Wellenlänge und einer geringen Bandbreite als Lichtquelle anstelle einer lichtemittierenden Diode verwendet. Wenn nur ein Strahl mit einer einzigen Wellenlänge bzw. ein monochromatischer Strahl mittels eines Beugungsgitters oder ähnlichem dem Wellenleiter zugeführt wird, kann jedoch eine lichtemittierende Diode als Lichtquelle verwendet werden.
• Es ist klar, daß die Vorrichtung zum Lesen von Informationen gemäß der vorliegenden Erfindung nicht auf die Verwendung mit einer Karte, auf der Synchronisationssignale und Informationssignale aufgezeichnet sind, begrenzt ist, und daß er auch für andere Aufzeichnungsmedien verwendet werden kann. Beispielsweise kann die vorliegende Erfindung auch bei optischen Speicherplatten als rotierendes Aufzeichnungsmedium verwendet werden. In diesem Falle ist es nicht notwendig, das Licht zur Wiedergabe der Informationen oszilieren zu lassen. Mit anderen Worten, es besteht keine Notwendigkeit zum Abtasten und folglich auch keine Notwendigkeit für Vorrichtungen zur Erzeugung von Ultraschallschwingungen.

Claims (25)

1. Vorrichtung zum Lesen von Informationen von einem Aufzeichnungsmedium mit einem Informationsaufzeichnungsgebiet, in dem die Information aufgezeichnet ist, und einem Synchronisationssignalaufzeichnungsgebiet, in dem die der Information zugehörigen Synchronisationssignale aufgezeichnet sind, mit

einer Platte mit einem optischen Wellenleiter und einer dem Aufzeichnungsmedium gegenüberliegenden Abtastfläche,

einer Lichtquelle,

einem Photodetektor,

einem ersten ebenen optischen System, das in der Platte ausgebildet ist, zum Führen des von der Lichtquelle emittierten Lichtstrahls in einer vorbestimmten Richtung durch den Wellenleiter,

einem zweiten ebenen optischen System, das in der Platte ausgebildet ist, zum Führen des Lichtstrahls von dem ersten optischen System über dem Wellenleiter und die Abtastfläche zu dem Informationsaufzeichnungsgebiet, und zum Führen des von dem Informationsaufzeichnungsgebiet reflektierten Lichtstrahls zu dem ersten Photodetektor,

einer Detektorvorrichtung zum Detektieren des Synchronisationssignals auf dem Aufzeichnungsmedium,

einer Vorrichtung zur Erzeugung von Ultraschallschwingungen zur Erzeugung von oberflächenelastischen Wellen in dem optischen Pfad des ersten optischen Systems, wobei diese elastischen Wellen zur Beugung eines Teils des das erste optische System durchlaufenden Lichtstrahls in Richtung des zweiten optischen Systems dienen, und

einer Signalverarbeitungsvorrichtung zum Betreiben der Erzeugungsvorrichtung für Ultraschallschwingungen entsprechend einem Synchronisationssignal, das durch die Detektiervorrichtung erfaßt wird, um die Frequenz der oberflächenelastischen Wellen kontinuierlich zu verändern und zum Abführen eines Signals aus dem ersten Photodetektor entsprechend dem Synchronisationssignal, dadurch gekennzeichnet,

daß die Detektiervorrichtung einen zweiten Photodetektor (62) und ein drittes ebenes optisches System (26) enthält, das in der Platte (28) ausgebildet ist, zum Führen des von der Lichtquelle (32, 82) emittierten Lichtstrahls über den Wellenleiter und die Abtastfläche (29) zu dem Synchronisationssignalaufzeichnungsgebiet auf dem Aufzeichnungsmedium (10) und zum Führen des von dem Synchronisationssignalaufzeichnungsgebiet reflektierten Lichts zu dem zweiten Photodetektor (62).

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der optische Wellenleiter ein ebener optischer Wellenleiter (30) ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Platte (28) eine Zwischenschicht (28 b) mit einem vorbestimmten Brechungsindex enthält, die den ebenen optischen Wellenleiter festlegt, und obere und untere Schichten (28 a, 28 c) mit einem kleineren Brechungsindex als die Zwischenschicht enthält, die auf der oberen bzw. unteren Oberfläche der Zwischenschicht ausgebildet sind.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das erste optische System (24) eine optische Wellenleiterlinse (36) zum Ausrichten des von der Lichtquelle (32) emittierten Lichtstrahls enthält, daß das zweite optische System (25) eine erste optische Wellenleiterlinse (38) zum Bündeln des durch die oberflächenelastischen Wellen gebeugten Lichtstrahls auf dem Informationsaufzeichnungsgebiet (12 a) des Aufzeichnungsmediums (10), eine Ablenkvorrichtung (42) zum Ablenken des von dem Informationsaufzeichnungsgebiet reflektierten Lichtstrahls und eine zweite optische Wellenleiterlinse (40) zum Bündeln des abgelenkten Lichtstrahls auf dem ersten Photodetektor (46) aufweist, wobei die drei optischen Wellenleiterlinsen in dem optischen Wellenleiter (30) ausgebildet sind.

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das dritte optische System (26) ein reflektierendes Teil (54) zum Reflektieren des durch die oberflächenelastischen Wellen nicht gebeugten Lichtstrahls, eine erste optische Wellenleiterlinse (56) zum Bündeln des reflektierten Lichtstrahls auf dem Synchronisationssignalaufzeichnungsgebiet (12 b) und eine zweite optische Wellenleiterlinse (58) zum Bündeln des Lichtstrahls von dem Synchronisationssignalaufzeichnungsgebiet auf den zweiten Photodetektor (62) aufweist, wobei die erste und zweite Wellenleiterlinse des dritten optischen Systems in dem optischen Wellenleiter (30) ausgebildet sind.

6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle eine erste Lichtquelleneinheit (32) zum Zuführen eines Lichtstrahls zu dem ersten optischen System (24) und eine zweite Lichtquelleneinheit (82) zum Zuführen eines Lichtstrahls zu dem dritten optischen System (26) aufweist.

7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Platte (28) einen aderförmigen optischen Wellenleiter (86 ) aufweist, der das dritte optische System (26) darstellt und der zur Zuführung des von der zweiten Lichtquelleneinheit (82) emittierten Lichtstrahls auf die Abtastfläche (29) ausgebildet ist, und daß die Platte (28) einen ebenen optischen Wellenleiter zur Ausbreitung des von der ersten Lichtquelleneinheit (32) emittierten Lichtstrahls aufweist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Platte (28) einen kanalförmigen optischen Wellenleiter (88) aufweist, der das dritte optische System (26) darstellt und derart ausgebildet ist, daß er den von der zweiten Lichtquelleneinheit (82) emittierten Lichtstrahl der Abtastfläche (29) zuführt, und daß die Platte (28) einen ebenen optischen Wellenleiter (30) zur Ausbreitung des von der ersten Lichtquelleneinheit (32) emittierten Lichtstrahls aufweist.

9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zur Erzeugung von Ultraschallschwingungen einen Ultraschallvibrator (48) und einen Ultraschall-Antriebsschaltkreis (50) zum Ansteuern des Ultraschallvibrators enthält, und daß die Signalverarbeitungsvorrichtung (64) eine Vorrichtung zum Zuführen von Impulssignalen zu dem Ultraschall-Antriebssteuerschaltkreis aufweist, deren Frequenz sich kontinuierlich entsprechend dem Ausgang des zweiten Photodetektors (62) ändert.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführvorrichtung folgendes aufweist:

Einen Differenzierschaltkreis (68) zum Differenzieren der Ausgabe des zweiten Photodetektors (62), wodurch die führende und die fallende Flanke der Ausgabe erfaßt wird,

eine Begrenzerschaltung (70) zum Ausfiltern eines positiven Signals aus der Ausgabe des Differenzierschaltkreises und zum Bereitstellen eines Signals als Synchronisationssignal,

einen Sägezahn-Erzeugungsschaltkreis (72) zum Erzeugen einer Sägezahnkurve entsprechend der Ausgabe der Begrenzungsschaltung, und

einen Spannungs/Frequenz-Umsetzer (74) zum Erzeugen der Impulssignale als Reaktion auf die Sägezahnkurve und zum Zuführen der Impulssignale zu dem Ultraschall-Antriebsschaltkreis,

und daß die Signalverarbeitungsvorrichtung (64) einen Erzeugungsschaltkreis für Tortastungssignale (66) zum Erzeugen von Tortastungssignalen entsprechend der Ausgabe der Begrenzungsschaltung (70) und einen Gatterschaltkreis zum Ausfiltern der Ausgabe des ersten Photodetektors entsprechend dem Tortastungssignal aufweist.

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