Medizinische Physik 3: Medizinische Laserphysik [2004]

11 Optische Datenerfassung
und -verarbeitung
H. Tiziani
11.1 Optische Datenspeicherung und -wiedergabe
bei CD
Die optische Datenspeicherung erlangt immer mehr Bedeutung in der Technik
und Medizin. Dies wird verstärkt durch die Einführung des Lasers, leistungsfähigere
Rechner und Speicher. Beispielhaft wird die Informationsaufnahme
und -wiedergabe anhand des konfokalen optischen Prinzips diskutiert.
Die Datenspeicherung und -wiedergabe der CD-Player arbeitet konfokal.
Das Prinzip ist in Abb. 11.1 skizziert. Ein Laserparallelbündel wird mit einer
NA = 0, 4 Linse mit einer Spot-Breite von ca. 1 µm auf die Disk-Oberfläche
fokussiert (Abb. 11.1a). Fällt der Fokus in ein pit“, eine Vertiefung, so wird
”
das Licht gestreut und durch destruktive Interferenz nicht mehr auf die Photodiode
(die als punktförmiger Detektor wirkt) fokussiert. Das Laserbündel
wird durch eine ca. 1 mm dicke Schicht aus durchsichtigem Plastik auf den
Informationsträger (Al-Schicht mit Vertiefungen) fokussiert.
Für eine Pit-Vertiefung von ∆h = λ
4n
ergibt sich nach diesem einfachen
Prinzip eine optimale Signalstärke (Abb. 11.1b); das Streulicht ist um 180 ◦
gegen die nullte Ordnung phasenverschoben. n ist die Brechzahl des Kunststoffs,
λ die Wellenlänge des verwendeten Lichts.
Die technologische Realisierung ist naturgemäß etwas komplexer. Insbesondere
muss hier für eine radiale Nachführung und eine Fokusnachführung,
also eine Autofokuseinrichtung, gesorgt sein. Der optische Strahlengang eines
realistischen optischen CD-Auslesesystems nach [8], inklusive Autofokus und
Kompensation von Spurabweichungen, ist in Abb. 11.2 skizziert.
Eine bei λ = 780 nm emittierende Infrarotlaserdiode wirkt als Punktlichtquelle.
Das Strahlungsbündel mit elliptischem Querschnitt (die aktive Zone
der Diode ist rechteckig) wird durch eine hier nicht eingezeichnete Optik
kollimiert [2].
Die Infrarotstrahlung fällt durch einen Strahlteiler auf das eigentliche Objektiv
Os. Dies ist entweder eine einzelne, asphärische Linse oder aber ein
zusammengesetztes Objektiv aus sphärischen Linsen. Die NA beträgt 0,45,
die Brennweite i. Allg. 8 mm, und das Gewicht ist < 2 g. Das Gewicht muss
gering sein, um das Objektiv schnell nachführen zu können. Dazu befindet es
sich z.B. in einer magnetischen Halterung innerhalb einer Spule. Der Fokus
fällt durch die 1 mm starke transparente Schutzschicht auf die informationstragende
Aluminiumschicht. Die vergleichsweise große Entfernung zwischen