DE1613987A1 - Regelanordnung zur Stabilisierung der Brennflecklage eines optischen Linsensystems - Google Patents

Description

• Regelanordnung zur Stabilisierung der Brennflgcklage eine

  - optischen Linsensyetenn

  Die Erfindung bezieht sich auf eine Regelanordnung zur Stabili-

  sierung-der Brenaflecklage eines optischen Linsensystems mit

  elektrisch regelbarer Brennweite in Bezug auf eine Fläche

  mit zeitlich veränderlichem Abstand von der Linse, Eine der--.

  artige Regelanordnung wird beispielsweise benötigfi wenn es

  sich darum handelt, reit einem fokussierten Laserstrahl eine

  physikalische Wirkung zu erzielen, wobei die Fläohfl k in welcher

  die physikalische Wirkung erzielt werden sollj, ihren Abatand

  von der Linse auf Grund von Störeinfliissen, z.8. Temperatur-

  achwankiuagen oder Erschütterungen, verändert. Bei derartigen

  Firr ichtungen ist an -wünschenswert, durch Regelung der. Brenn-

  weite des verwendeten Linsensystems den Fokus unter allen

  Umständers in der ge.ünschtan Fläche zu halten. Die physikalische

  Wirkung kann z,Bs in der .Verdampfung einer,auf der Fläche be-

  findlichen Metallachiuht bestehen.

  Es sind bereits Flegelanordnungen dieser .Art bekannt. Bei der

  einen bekannten ,Anordnung wird eine Defokusqierung d.ec Bxflnn-

  tlecks mit Hilfe von Fotozellen gemessen, welche nahe am

  Brennf lecl£ aufgestellt sind und von einem Teil des reflektiQi#bn

  Lichtes getroffen werden. Ihre Ausgangsspannung dient dazu,

  ein. Fehlersignal für ein Servosysteiii zu erzeugen' welches

  die Linse in einem festen Abstand von der Oberfläche hält, Die

  r>

  Fotozellenanordnung besteht aus zwei Totozellen voll 0,5 ';M`

  Fläche wicl weiteren Zellen in grö;erem Abstand voll

  Brennpunkt, welche größere Abweichungen voll der Mittellego

  anzeigen. Mit dieser Anordnung wurde eine Genauigkeit voll

  einigen hundertstel mm erzielt.

  Bei einer anderen Anordnung bei der das ankommende und das

  reflektierte Licht durch das gleiche Objektivsystem geführt

  wird, ist ein teildurchlässiger Spiegel im Strahlengang

  vorgesehen, welcher das reflekt=ierte Licht mittels einer Linse

  durch eine Lochblende auf eine Fotozelle fokussiert, Die

  Lochblende ist an einer Stimmgabel befestigt" welche eine-

  Abtastbewegung der Blendenöffnung längs der optischen Achse

  bewirkt. Durch diese Bewegung mit eitler Frequenz von einigen

  100 liz wird das die I`otozelle treffende Licht moduliert.

  Die siliusförraige slusganbsspariliung (liebt dann als Fehler-

  signal für (las Servosystem, Duroh Phasonvergleich des Aus-

  gangssignals .der fotoZelle und der Axitriet)sspariiiulig des

  isieeliaaischenchwiliguiigssvstclas wird die Itiollttluä und die

  ;Irüße der Verschiebung los Objektivs i.ri Bezug auf die Auf-

  fangebene ermittelt,

  Von diesen bekanilteli Verfahren scheidet (las erstere in vielen

  Fällen wegen der zucr.i:lü@il Genauigh#3it aus, da der Bronn-

  flock Blei Laserstrahlen voll der Größerordnun`..r weniger Wellen-

  längen -des Lielites ssiii Bann- und- olno Starke VArcinderung

  der Enorgiodicllte bereits bei Verschiebungen von der Größen-

  ordnung (los Drßnnf 1ecks eintritt. 1)as andere Verfahren

  liefert zwar eine-wesentlich höhere (lenaugkeit, ist dagegen

  nicht zur Ausregoltuig sehr rascher Vorgänge der Größen-

  ordnung voll Bruchteilen von--Millisekun(len geeignet, da keine

  größere liagelgescllxindiblioit erhalten werden bann izl.=i der

  Setiwingperlo(le das mechanischen =Schwingsystems entspricht,

  Bei der vorliegenden -Erfindung handelt es sich um die Aufgabe eine Regelanordnung zur Stabilisierung der Brennpunktlage anzugeben, welche eine sehr liolie Genauigkeit vier Regelung reit einer sehr geringen Trägheit verbindet.
• Die Regelanordniulg zur Stabilisierung der Brennflecklage eines optischen -Linsensy steras in einem Aufzeichnungsger-it, i11 welchem ein mit diesem System fokussierter Lichtstrahl auf einen relativ zu 'dem Lichtstrahl bewegten Aufzeichnungsträger eine Spur .aufzeichnet, ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß die Regeleinrichtung einen Strahlenteiler, eile Vörrichtung zur Beeinflussung des Abstandes des Fokus von dem Aufzeichnungsträger mit elektrischen Signalen, eine Potozelle und eine Ausblende orrichtung umfaßt, daß der Strahlenteiler so angeordnet ist, daß ein Teil des-von dem Aufzeielulungsträger ref lelctifli i,en und durch das Linsensystem zurückkehrenden Lichtes auf die I#'otozelle geworfen wird, daß die Ausblendeinrichtung eire Fohussierungsrnittel und eine Blende aufweist, welche je lach der Lage des Hauptfokus bezüglich des Aufzeichnungsträgers eihell veränderlichen Teil des abgezweigten Lichtes auf die Fotozelle gelangen läßt, und da-ß die von der Fotozelle entnommene Signalspannung zur Steuerung 'der den Fokusabstand beeinflussenden Vorrichtung in Sinne einer Stabilisierung der Fokuslage dient. Zweclusäßigerweise wird nach einer Weiterbildung ,der Erfindung von deri abgezweigten Teil der rückke wenden Strahlungsenergie ein weiterer Teil durch. einen zusätzlichen Strahlenteiler abgezweigt und einer zweiten Fotozelle uaausbeülendet zugeführt; chic von dieser Zelle erhaltener elektrischen Signale dienen zur Gewinnung eines Bezugswertes für das von der ersten Fotozelle erhaltene Signal zum Ausgleich von Intensitiitssciwarlkungen. dos rückkehrenden Lichtes infolge Änderungen des Heflexiorrsvermcigens des Aufzeichnungsträger s und Schwankungen der Lichtquelle. Durch die Erfindung wird der Vorteil erreicht, daß die Lage des Brennflecks in Bezug auf die Flüche mit zeitlich veränderlichem Abstand und sehr kurzer Regelzeitkonstante und hoher Genauigkeit konstant gehalten werden kanng wobei nach der Weiterbildung auch der Einfluß von willkürlichen oder unwillkürlichen Schwankungen der Intensität des Lichtstrahlenbündeln kompensiert werden kann.
• Die Erfindung wird im folgenden an Hand der Begleitzeichnung näher erläutert welche ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Regelanordnung zeigt, In der Figur i äst i ein von einer nicht gezeigten Laseranordnung herkommender Lichtstrahl relativ geringer Divergenz, welcher mit Hilfe einer Fokussierungslinse 2 auf eine Fläche 3 konzentriert wird, Diese Fläche 3 kann z,B. eine Schreibfolie sein, welche aus einem Kunststoffband finit aufgedampfter Metallschicht besteht. Diese Metallschicht kann durch den Laserstrahl weggebrannt werden, so daß eine transparente Spur entsteht, wobei die Anzahl der aufeinanderfolgenden ausgebrannten Stellen zur Kennzeichnung eines Signals dienen mann, Infolge von Dickenschwankungen der Schreibfoläe, ferner mechanischen Erschütterungen und Temperatureinflüssen kann sich die Ebene der Sohreibfol%e gegenüber dem Brennpunkt verlagern, so daß die Energiedichte des Laserstrahls vermindert wird und -demgemäß ein Ausbrennen der Metallschicht entweder gar nicht oder nur in unvollständigem Maße erfolgt. Zur Verbesserung dieser bekannten Anordnung ist im Strahlengang eine Strahlenteilerplatte 4 vorgesehen, welche einen Teil des an der Schreibfolie 3 reflektierten Lichtes aus dem Strahlengang abtrennt und auf eine aus einer Zylinderlinse 5, 'einer Spaltblende 6, einer Fotozelle 7, einem weiteren halb-

  durchlässigen-Spiegel 8 und einer weiteren Fotozelle -9 be-

  stehenden Irießanordnung richtet, Die Länge des Spaltes der

  Blende 6 stimmt etwa reit der Breite_des auf die Zylinderlinse

  auffallenden Lichtstromes bei der maximal zu erwartenden

  Ddfökussierung überein und liegt zu der Brennlinie parallel.

  Die Breite des Spaltes soll hingegen nur einen Bruchteil

  seiner Länge betragen und etwa der Schärfe der Brennlinie

  der Zylinderlinse entsprechen, f3 -

  Die Lage des Spaltes bezüglich der Brennlinie der Zylinder-.

  linse bei der Normallage. des Fokus des optischen Linsen.»

  systenis 2"i.0 -ist so zu wählen f. daß bei einer Verlagerung

  der Brennlinie auf Grund einer Lageversohlebung des Fokus

  in einer der Leiden Richtungen eine momentane Veränderung

  des Fotostromes der Fotozelle 'T eintritt, Eine wesentliche

  Bedingung hierfür ist,' daß sich die Brennlinie im ganzen

  Regelbereich zwar in der Nähe des Spaltes befinden. aber

  nicht mit ihm zusammenfällt, Zur Erläuterung dieser Bedingung

  dient YFigur j2,.

  In Figur 2 ist der Strahlengang hinter der Zylinderlinse 5

  (Figur 1) für den Fall dargestellte daß die Brennebene des

  Linsensystems 2t10 (Figur i) =mit der Fläche B zusamkenfällt*

  In dieser Figur ist die . Verschiebung der Brennlinie mit .A z z

  bezeichnet, Für Az = 0 sei auch z't ' = 0. Bewegt sich die'

  Fläche 3 durch <Ion Deßokussierungsbe-reioh ±A zt so durch-.

  lätutft der Ort der Brennlinie hinter der Zylinderlinse S

  den Bereie4 t,ä zt zwischen Ä und I3.. Der Salt 6 befindet

  sich an einem Ende des Bereiches A; .die Intensität des auf

  die PotozellQ_. fallenden Lichtes hat @dann den unten in

  Figur 2 sklzziex*89.,-__ a;b#;allenden Verlauf, Bezogen auf die

  Falcussierungsstellung A z 4 haben die Intensitätsän-

  derungen ür ehtgege»gesetzte DeiolcussierungsrioItung auch

  entgegengesetztes harzeichen:

  Die Voreslidung einer xylnaherlinse a dtosatr Stelle bringt den Vorteil,

  daß der itoktu*iorrpwnkt in einer Rinhtung eernlcracht zum 6

  Strahl hfD Und her bew«t trerden - z,». tUr eine ßuto-

  natioc gtrehln@tcktt@Irt,#., di,eaatdr@entaun@lreruetunR

  die autowatteol» . robwsiofmu zu *Yö4reni-

  Die an der Fotozelle auftretende Spannung kann iiiin als Regelspannung entweder zur Beeinflussung des Abstandes zwischen der Linse 2 und der Schreibebene 3 etwa mit Hilfe einer der Unterlage des Aufzeichnungsträgers mit elektroniechaniscsien Mitteln senkrecht zur Strahlrichtung vorschiebender Vorrichtung oder zur Beeinflussung der Brechkraft des optischen Systems dienen. Vorzugsweise befindet sich im Hauptstrahlengang eine Linse 10 finit elektrisch regolbarer Brennweite.
• Diese Linse wird durch die Regelspannung so gesteuert, daß sich. die Brennweite des optischen Systems 2, 10 vergrÖßert und der Brennfleck sich uni den Betrag A z in die neue Lage der Schreibfolie verschiebt. Diese Steuerung kann z.B, mit piezoelektrisahen Mitteln erfolgen, " Damit diese Anordnung auch von einer Ilodulation oder ungewollten Schwankungen des Laserstrahls 1 unabhängig ist, wird als Bezugsspannung für die von der Fotozelle 7 erhaltene Regelspannung nicht eine konstante Spannung, sondern die an der Fotozelle 9 auftretende Spannung verwendet.

Claims (1)

1. Patentansprüche @.Y. Regelanordnung zur Stabilisierung der Brennflecklage eines ,optischen Linsensystems in einem Aufzeiolinungsgerät, in welchem ein mit-diesem System fokussierter Lichtstrahl auf einen relativ zu dem Lichtstrahl bewegten Aufzeichnungsträger eine Spur aufzeichnet, dadurch gekennzeichnet, dal3 -die Regel.-einrichtuug einett Strahlenteiler, eine Vorrichtung zur Beeinflussung des Abstandes des Fokus von dem Aufzeichnungsträger mit elektrischen Signalen, eine Fotozelle und eine Aushlendvorricütung umfaßt, daß der Strahlenteiler so angeordnet ist, daß ein Teil des von dem Aufzeichnungsträger reflektierten und durch die Hauptoptik zurückkehrenden Lichtes auf die Fotozelle geworfen wird, daß die Ausblendeinrichtung ein Fokussierungomittel und eine Blende aufweist, welche je nach der Lage des Hauptfokus bezüglich des Auf zeielinungsträgers einen veränderlichen Teil des abgezweigten Lichtes auf-die Fotozelle gelangen läßt, und daß die von der Fotozelle .entnommene Signalspaanung zur Steuerung der den Fokusabstand beeinflussenden Vorrichtung im sinne einer Stabilisierung der Fo%uslage dient. 2. Ilegelanoßdnung nach.Anspruch i , . dadurch gekennzeichnet, . daß von dem abgezweigten ',teil der zurücklceiirenden Strahlüngs- energie ein weiterer Teil. durch einen @satetz3.hexs:S@rnhlsn@ teilen abgezweigt und einer weitere. Fotozelle unaüegeblendet zugeführt wird, und daß das von dieser erhaltenen elektrische Signal zur Gewinnung -eines - Bezugswertes für- -das vön der ersten Totozelle erhaltene Signal zum-Auogleieli von Iltsnsitätsi. schwankungen des zurückkehrenden Lichtes infolge Änderungen vo . des Reflexionsvermögens des Aufzeiclxlzungsträgers und @ahwankungen der Liciitquelle-:-bätiutzt wird,- 2. Regelanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß . das Signal von der zweiten Fotozelle zur Nachregelung der Verstärkung eines Verstärkers dient, welcher die den Fokusabstand beeinflussende Vorrichtung speist. 4. Ziegelanordnung .nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die Ausblendvorrichtung aus einer Zylinderlinse sowie einer Schlitzblende besteht, deren größere Ausdehnung der Zylinderachse parallel liegt und die im Strahlengang zwischen der Fotozelle und der Zylinderlinse vor oder hinter der Brennlinie derselben angeordnet ist. 5. Regelanordnung .nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die den Fokusabstand beeinflussende Vorrichtung eine piezoelektrisch steuerbare Linse variabler Brennweite ist. G. Regelanordnung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die den Fokusabstand beeinflussende Vorrichtung die Unterlage des Aufzeichnungsträgers mit elektromechanischen Mitteln senkrecht zur Strahlrichtung verschiebt.