Optische Abtastvorrichtung
Die Erfindung betrifft eine optische Abtastvorrichtung, die sowohl zum Lesen eines optischen als auch eines magneto-optischen Aufzeichnungsträgers sowie eines magneto-optischen Aufzeichnungsträgers geeignet ist, auf dem Daten übereinander sowohl in einer magnetischen Schicht als auch mittels sogenannter Pits gespeichert sind, wobei der Lichtstrahl einer Lichtquelle auf den Aufzeichnungsträger fokussiert und vom Aufzeichnungsträger einen Polarisationsstrahlteiler durchstrahlend auf einen ersten Photdetektor und vom Polarisationsstrahlteiler abgelenkt auf einen zweiten Photodetektor reflektiert wird.
Ein bekannter optischer Aufzeichnungsträger ist z.B. die CD- Platte, bei der auf die lichtdurchlässige Schicht eine lichtreflektierende Aluminiumschicht folgt. Die lichtreflektierende Aluminiumschicht weist Vertiefungen, sogenannte Pits, auf, welche die auf der CD-Platte gespeicherten Daten darstellen. Mittels einer optischen Abtastvorrichtung sind die Daten von der CD-Platte lesbar, weil das Reflexionsverhalten der lichtreflektierenden Aluminiumschicht von dem Muster abhängt, das die Vertiefungen auf der Platte bilden. Von einer Vertiefung, häufig auch groove genannt, wird weniger Licht reflektiert als von einem Hügel, der oft auch als Land bezeichnet wird.
An der Intensität des von der CD-Platte reflektierten Lichts erkennt daher die optische Abtastvorrichtung, ob es sich bei dem abgetasteten Bit z.B. um eine logische Eins oder eine logische Null handelt.
Ein weiterer derartiger optischer Aufzeichnungsträger, unter der Bezeichnung magneto-optische Platte bekannt, ist in dem
Aufsatz "Hagnetooptische Versuche dauern an" in Funkschau 13, 20. Juni 1986, auf Seite 37 - 41 beschrieben.
Im Gegensatz zu einer herkömmlichen CD-Platte weist eine magneto-optische Platte keine Pits auf. Hinter der lichtdurchlässigen Schicht befindet sich eine magnetische Schicht, in die Daten aufzeichenbar und von der Daten lesbar sind. Es wird zunächst erläutert, wie Daten auf eine magneto-optische Platte geschrieben werden.
Mittels eines auf die Platte fokussierten Laserstrahls wird die magnetische Schicht über die Curie-Temperatur erhitzt. Meist genügt es jedoch, die magnetische Schicht nur bis zu der etwas unterhalb der Curie-Temperatur liegenden Kompensationstemperatur zu erwärmen. Hinter dem Brennpunkt auf der Platte ist ein Elektromagnet angeordnet, der den vom Laserstrahl erhitzten Bereich in die eine oder andere Magnetisierungsrichtung magnetisiert. Weil nach Abschalten des Laserstrahls die erhitzte Stelle wieder unter die Curie-Temperatur abkühlt, bleibt die vom Elektromagneten festgelegte Magnetisierungsrichtung erhalten; sie friert sozusagen ein. Auf diese Weise werden die einzelnen Bits in Domänen unterschiedlicher Magnetisierungsrichtung gespeichert. Dabei entspricht z.B. die eine Magnetisierungsrichtung einer Domäne einer logischen Eins, während die entgegengesetzte Magnetisierungsrichtung eine logische Null darstellt.
Zum Lesen der Daten macht man sich den Kerr-Effekt zunutze. Die Polarisationsebene eines linear polarisierten Lichtstrahls wird bei der Reflexion an einem magnetisierten Spiegel um einen meßbaren Winkel gedreht. Je nachdem, in welche Richtung der Spiegel magnetisiert ist, wird die Polarisationsebene des reflektierten Lichtstrahls nach rechts oder nach links gedreht. Weil aber die einzelnen Domänen auf der Platte wie magnetisierte Spiegel wirken, wird die Polarisationsebene eines abtastenden Lichtstrahls je nach der Magnetisie
rungsrichtung der gerade abgetasteten Domäne um einen meßbaren Winkel nach links oder rechts gedreht.
An der Drehung der Polarisationsebene des von der Platte reflektierten Lichtstrahls erkennt die optische Abtastvorrichtung, welches Bit vorliegt, eine logische Eins oder eine logische Null. Im Gegensatz zu einer CD-Platte mit Pits ist eine magneto-optische Platte nahezu beliebig oft lösch- und wieder beschreibbar.
Aus der DE-OS 37 32 875 ist ein p lattenf ö rmi ger Aufzeichnungsträger bekannt, der eine Kombination aus einer optischen und einer magneto-optischen Platte darstellt. Auf diesem Aufzeichnungsträger sind sowohl Daten mittels Pits als auch in der magnetischen Schicht der Platte gespeichert. Weil die Pits und die magnetischen Domänen übereinander liegen, sind an ein und derselben Stelle sowohl Daten in Form von Pits als auch in der magnetischen Schicht gespeichert. Das Spei cherve rmögen dieser Platte ist daher doppelt so groß wie das einer normalen optischen Platte oder einer magneto-optischen Platte.
In der DE-OS 37 32 874 ist eine optische Abtastvorrichtung erläutert, die für die drei angeführten Plattentypen geeignet ist, denn diese optische Abtastvorrichtung vermag sowohl Daten von einer optischen Platte, z.B. einer Compact-Disc, einer magneto-optischen Platte als auch von einer Platte lesen, die aus der DE-OS 37 32 875 bekannt ist.
Bei dieser optischen Abtastvorrichtung wird das Licht eines Lasers auf die Platte fokussiert und von dort zu einem PolarisationsstrahIteiler reflektiert, der es in Abhängigkeit von seiner Polarisationsrichtung entweder auf einen ersten oder einen zweiten Photodetektor reflektiert. Aus der Differenz der Photospannungen des ersten und des zweiten Photodetektors wird das Datensignal gewonnen, das in den magnetischen Domänen der Platte gespeichert ist. Aus der Summe der Photospannungen des ersten und des zweiten Photodetektors wird dasjeni
ge Datensignal erzeugt, das die mittels der Pits auf der Platte gespeicherten Daten wiedergibt. Die in der DE-OS 37 32 874 beschriebene optische Abtastvorrichtung kann bei einer Platte, wie sie in der DE-OS 37 32 875 angegeben ist, gleichzeitig sowohl die mittels der Pits als auch die in den magnetischen Domänen gespeicherten Daten lesen.
Weil aber die Pits ebenfalls eine - wenn auch nur sehr geringe - Drehung der Polarisationsrichtung des vom Laser abgestrahlten Lichts verursachen, läßt sich Nebensprechen zwischen dem durch Abtasten der Pits gewonnenen Datensignal und dem mit Hilfe des Kerr-Effektes aus den magnetischen Domänen gelesenen Datensignals nicht vollständig vermeiden. Um dieses Nebensprechen genügend zu dämpfen, müssen Mindestabstände zwischen den einzelnen Datenspuren sowie eine Mindestlänge und Mindestbreite der Pits eingehalten werden. Diese Mindestgrößen beschränken aber die Speicherkapazität des Aufzeichnungsträgers.
Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, das unerwünschte Nebensprechen möglichst vollständig zu unterdrücken.
Die Erfindung löst diese Aufgabe dadurch, daß im Strahlengang des von der Lichtquelle ausgesendeten Lichtes ein elektro-optischer Polarisationsmodulator liegt, der den elektrischen Vektor des auf den Aufzeichnungsträger fokussierten Lichtes abwechselnd periodisch parallel und senkrecht zu der abgetasteten Datenspur des Aufzeichnungsträgers mit einer Frequenz kippt, die wesentlich größer gewählt ist als die Frequenz der auf dem Aufzeichnungsträger aufgezeichneten Signale, daß der Ausgang des ersten und des zweiten Photodetektors mit den Eingängen eines Additionsverstärkers verbunden sind, an dessen Ausgang das mittels der Pits gewonnene Datensignal abnehmbar ist, daß die Ausgänge des ersten und zweiten Photodetektors mit den Eingängen eines Differenzverstärkers verbunden sind, dessen Ausgang mit dem Eingang eines Tiefpaßes verbunden ist
und daß am Ausgang des Tiefpaßes das aus der magnetischen Schicht gewonnene Datensignal abnehmbar ist.
Es zeigen
Figur 1 ein Ausführungsbeispiel der Erfindung;
Figur 2 die Lage des elektrischen Vektors auf der Datenspur des Aufzeichnungsträger;
Figur 3 das den opto-elektrischen Modulator steuernde rechteckförmige Steuersignal und die zugehörige Lage des elektrischen Vektors auf der Datenspur;
Figur 4 die Lichtintensitat in den beiden senkrecht aufeinander stehenden Polarisationsebenen in Abhängigkeit vom rechteckförmigen Steuersignal;
Figur 5 die Richtung des elektrischen Vektors vor und hinter dem elektro-optisehen Modulator;
Figur 6 das Nebensprechen im magnetischen Datensignal.
Es wird nun das in Figur 1 abgebildete Ausführungsbeispiel beschrieben und anschließend erläutert.
Das von einer Lichtquelle L, beispielsweise einer Laserdiode, ausgesendete Licht strahlt durch eine Kollimatorlinse KL, einen PrismenstrahIteiler PM1 und einen elektro-optisehen Modulator EOM zu einer Objektivlinse OL, welche das Licht auf einen Aufzeichnungsträger CD z.B. eine magneto-optische Platte fokussiert. Von der magneto-optischen Platte CD wird das Licht zurück zur Objektivlinse OL, zum elektro-optisehen Modulator EOM und zum PrismenstrahIteiler PM1 reflektiert, der es
rechtwinklig zu einem Prismenstrahlteiler PM2 ablenkt. Ein Teil des Lichts durchstrahlt den Prismenstrahlteiler PM2 zu einer Konvexlinse L1 und weiter zu einer Zylinderlinse ZL, die das Licht auf einen Photodetektor PD3 richtet, der als Vierquadrantenphotodetektor aufgebaut ist. Ein Teil des Lichtes Lenkt jedoch der Prismenstrahlteiler PM2 rechtwinklig zu einer 2/ 2-P l a t t e ab, von der das Licht zu einem Polarisationsstrahlteiler PO gelangt. In Abhängigkeit von der Polarisationsrichtung des zum Polarisationsstrahlteiler PO gesendeten Lichtes wird ein Teil geradlinig zu einer Konvexlinse L2 wei- tergeleitet, die es auf einen Photodetektor PD1 richtet. Der andere Teil des Lichtes wird zu einer Konvexlinse L3 gelenkt, die es auf einen Photodetektor PD2 richtet. Der Ausgang des Photodetektors PD1 und der Ausgang des Photodetektors PD2 sind mit den Eingängen eines Additionsverstärkers AV und eines Differenzverstärkers DV verbunden. Am Ausgang des Additionsverstärkers AV ist das mittels der Pits gewonnene Datensignal PS abnehmbar. Am Ausgang eines Tiefpaßes TP, dessen Eingang mit dem Ausgang des Differenzverstärkers DV verbunden ist, ist das aus der magnetischen Schicht der magneto-optischen Platte CD gewonnene Datensignal MS abnehmbar. Der Steuere ingang des elektro-optischen Modulators ist mit dem Ausgang einer Treiberschaltung TS verbunden, die ein rechteckförmiges Steuersignal erzeugt.
In der Figur 2 sind drei Datenspuren T des Aufzeichnungsträgers mit Pits PI dargestellt. Die Magnetisierungsrichtung der Datenspuren ist durch die unterschiedliche Schraffur angedeutet. Der elektrische Vektor EV des auf die magneto-optische Platte fokussierten Lichtes liegt entweder parallel zur Spurrieht ung oder senkrecht zur Spurrichtung.
In der Figur 4 ist das von der Treiberschaltung TS erzeugte rechteckförmi ge Steuersignal RS für den elektro-optischen Modulator gezeigt. Darunter sind die Li cht i nt ensi tat LIP in Spurrichtung und die Lichtintensität LIS senkrecht zur Spurrichtung gezeigt. Bei einem Impuls des recht eckfö rmi gen Steu
ersignals RS liegt der elektrische Vektor parallel zur Spurrichtung. Deshalb ist bei einem Impuls des Steuersignals RS die Licht Intensität in Richtung der Datenspur gesehen ebenfalls synchron mit den Rechteckimpulsen des Steuersignals RS.
Während einer Impulspause im Steuersignal RS steht der elektrische Vektor dagegen senkrecht zur Spurrichtung. Deshalb ist die Lichtintensität senkrecht zur Spurrichtung gesehen während der Impulspausen impulsförmig. Die Lichtintensitat in Richtung der Datenspur gesehen ist deshalb gegenphasig zur Lichtintensität senkrecht zur Datenspur gesehen.
Zum besseren Verständnis ist in Figur 3 nochmals das rechteckförmige Steuersignal RS der Treiberschaltung TS gezeichnet. Unter dem rechteckförmi gen Steuersignal RS ist in der richtigen Reihenfolge die Lage des elektrischen Vektors EV auf der Datenspur gezeigt. Bei einem Impuls liegt der elektrische Vektor EV parallel zur Datenspur, während er bei einer Impulspause senkrecht zur Datenspur steht. Der elektro-optisehe Modulator EOM kippt den elektrischen Vektor EV periodisch in die parallele und wieder zurück in die senkrechte Lage.
In der Figur 5 ist die Richtung des elektrischen Vektors EV vor und hinter dem elektro-optischen Modulator EOM angedeutet. Der elektro-optisehe Modulator EOM bewirkt, daß der elektrische Vektor EV des von ihm zur magneto-optischen Platte gerichteten Lichtes abwechselnd parallel und senkrecht zur Datenspur liegt. Dagegen ist der elektrische Vektor EV des von der magneto-optischen Platte reflektierten und den elektro-optischen Modulator EOM durchstrahlenden Lichts stets parallel zum elektrischen Vektor des von der Laserdiode L ausgesendeten Lichtes.
Die Frequenz des von der Treiberschaltung TS erzeugten rechteckförmigen Steuersignales RS ist wesentlich größer gewählt als die Frequenz der von der magneto-optischen Platte CD gelesenen Datensignale PS und MS. Die Frequenz des rechteckförmi
gen Steuersignals RS beträgt beispielsweise 50 MHz, während die Frequenz des mittels der Pits gewonnenen Datensignals PS und die Frequenz des aus der magnetischen Schicht gewonnenen Datensignals MS bei einem CD-Spieler höchstens 720 KHz beträgt.
Infolge der endlichen Schaltgeschwindigkeit des elektro-optischen Modulators und infolge der endlichen Geschwindigkeit des Lichts hat sich aber der elektrische Vektor des vom elektro-optischen Modulator ausgesendeten Lichts ein Stück weiter gedreht, wenn das von der magneto-optischen Platte reflektierte Licht beim elektro-optischen Modulator ankommt. Weil deshalb die elektrischen Vektoren des vom elektro-optischen Modulator ausgesendeten Lichtes und des von der magneto-optischen Platte zurück zum elektro-optischen Modulator reflektierten Lichtes nicht genau parallel sind, während der elektrische Vektor EV in die andere Lage kippt, wird während des Kippens des elektrischen Vektors EV elliptisch polarisiertes Licht erzeugt, dessen störende Wirkung aber vernachlässigbar ist.
Die Erfindung geht nun von der ersten Erkenntnis aus, daß das Nebensprechen im magneto-optischen Datensignal MS von einer unerwünschten Drehung der Polarisationsebene durch Reflexion an den Kanten der Pits verursacht wird. Ferner geht die Erfindung von der zweiten Erkenntnis aus, daß bei parallel zur Spurrichtung verlaufendem elektrischen Vektor die Amplituden der Nebensprechp rodukt e etwa gleich groß aber von entgegengesetzter Polarität sind wie bei senkrecht zur Spurrichtung stehendem elektrischen Vektor.
Wei l nun die Rotationsfrequenz des elektrischen Vektors wesentlich größer gewählt ist als die Frequenz der Datensignale, wird jedes Pits mehrmals mit zur Spurrichtung parallelem und mit zur Spurrichtung senkrechtem elektrischen Vektor abgetastet. Weil außerdem die Nebensprechprodukte bei zur Spurrichtung parallelem elektrischen Vektor etwa gleichen Betrag
aber entgegengesetzte Polarität wie bei senkrecht zur Spurrichtung stehendem elektrischen Vektor haben, löschen sie sich gegenseitig wei testgehend aus. Mit anderen Worten bedeutet dies, daß das zu den Photodetektoren PD1 und PD2 reflektierte Licht nahezu frei von Nebensprechen ist, weil sich die Nebensprechprodukte, die bei parallel zur Spurrichtung verlaufendem elektrischen Vektor erzeugt werden und die Nebensprechprodukte, die bei senkrecht zur Spurrichtung stehendem elektrischen Vektor erzeugt werden, gegenseitig auslöschen.
Der Tiefpaß am Ausgang des Differenzverstärkers DV ist erforderlich, um die Frequenzanteile, die von dem rechteckförmigen Steuersignal RS erzeugt werden, aus dem magneto-optischen Datensignal MS heraus zu filtern.
In Figur 6 ist das aus den in der magnetischen Schicht des Aufzeichnungsträgers gespeicherten Daten gewonnene Datensignal MS gezeigt, dessen Frequenz z.B. 10 KHz betragen möge. Das Datensignal MS ist aber von einer Schwingung mit z.B. 100 KHz überlagert, die von dem Datensignal verursacht wird, das aus den mittels der Pits gespeicherten Daten gewonnen wird. Die Amplituden der überlagerten Schwingung von 100 KHz werden durch die periodische Drehung des elektrischen Vektors und infolge des Tiefpasses TP am Ausgang des Differenzverstärkers DV erheblich verkleinert.
Die Erfindung ist für ein optisches Aufzeichnungs- und/oder Wiedergabegerät geeignet, das sowohl optische als auch magneto-optische Aufzeichnungsträger als auch eine Kombination von beiden lesen kann. Die Erfindung läßt sich vorteilhaft in der Datenverarbeitung einsetzen, weil gleichzeitig Daten gelesen und aufgezeichnet werden können. Aber auch bei CD-Spielern und Videoplattenspielern bietet die Erfindung z.B. den Vorteil, daß gleichzeitig mit der Wiedergabe auch Ton und Bild aufgenommen werden können.