DE19919804B4

DE19919804B4 - Autofokus-System

Info

Publication number: DE19919804B4
Application number: DE19919804A
Authority: DE
Inventors: Daniel Gelbart
Original assignee: Creo SRL
Current assignee: Creo SRL
Priority date: 1998-09-22
Filing date: 1999-04-30
Publication date: 2004-10-14
Anticipated expiration: 2019-05-01
Also published as: US6137580A; JP2000097632A; JP3308230B2; DE19919804A1

Abstract

Vorrichtung zur Aufrechterhaltung eines gewünschten Trennungsabstands zwischen einem Objekt und einer optischen Ausgangsstufe eines Hauptoptik-Systems, wobei die Vorrichtung umfasst:
(a) eine zur Erzeugung eines parallel zur Achse der optischen Ausgangsstufe einfallenden Laserstrahls wirksame Laserquelle (4);
(b) ein Paar fest an beiden Seiten der optischen Ausgangsstufe (1) angebrachte optische Elemente (11, 12), wobei ein erstes (11) der beiden optischen Elemente (11, 12) zur Ablenkung des einfallenden, vorher nicht-abgelenkten Laserstrahls zu dem Objekt (3) hin wirksam ist, das Objekt (3) den Einfallsstrahl reflektiert und einen Reflexionsstrahl erzeugt, der zu der optischen Ausgangsstufe (1) zurückwandert, und ein zweites (12) der beiden optischen Elemente (11, 12) zur Ablenkung des reflektierten Strahls wirksam ist;
(c) einen Positionserfassungsdetektor (16), der zum Empfangen des reflektierten Strahls auf einer Eingangsoberfläche davon und zum Bereitstellen eines Ausgangssignals zur Darstellung eines Ansiedlungsortes (20a, 20b) des reflektierten Strahls auf der Eingangsoberfläche wirksam ist, wobei der Ansiedlungsort des Reflexionsstrahls...

Description

Die hierin beschriebene Erfindung betrifft eine verbesserte Technik zum Autofokussieren eines Hauptoptik-Systems, mit dem ein wirksames Lesen und Schreiben auf einer Objektoberfläche durchgeführt werden kann. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf ein Autofokus-System mit einem nullpunktgesteuerten Abstandssensor, der eine Optik verwendet, die optisch getrennt, jedoch mechanisch an die Hauptoptik gekoppelt ist.

Der Stand der Technik beim Autofokussieren beruht prinzipiell auf zwei Verfahrenstechniken. Diese zwei Techniken und ihre damit verbundenen Nachteile werden nachfolgend diskutiert.

Das übliche Autofokussierverfahren eines optischen Systems verwendet die gleiche Optik sowohl für das Abbildungssystem als auch das Autofokussiersystem. Diese Art von Autofokussiersystem, wie es typischerweise in der Compact-Disc-Technologie verwendet wird, ist in 1 dargestellt.

Das Abbildungssystem in seiner einfachsten Form ist eine Laserdiode 4, die durch eine Linse 1 auf ein Material 3 abgebildet wird. Die Linse 1 kann durch eine Fokuseinsteileinrichtung bzw. -aktuator 6 verstellt werden, typischerweise eine Spule, die sich in einem Magnetfeld bewegt. Ein Lichtanteil, der von dem Material 3 zurückreflektiert wird, wird durch ein optisches Element 2, typischerweise ein Beugungsgitter oder einen Teilspiegel, zu einem Fokus-Detektor 5 gelenkt. Wenn sich der Abstand zwischen der Linse 1 und dem Material 3 ändert, wird eine entsprechende Änderung von dem Detektor 5 erfasst und der Aktuator 6 über einen Verstärker 7 angesteuert, um den Fehler auszugleichen. Dies ist der allgemein bekannte Typ eines Ausgleichsdetektors mit Fokuseinstellung. Der prinzipielle Nachteil dieses Systems ist jedoch, dass das optische Abbildungssystem von dem Hauptstrahl und dem Fokusstrahl gemeinsam benutzt wird, so dass Kompromisse erforderlich sind, insbesondere wenn der Laser 4 zum Schreiben verwendet wird. In dieser Art des Autofokus-Systems ist die Lichtabgabe des Lasers 4 datenabhängig, was eine genaue Bestimmung des Fokussierfehlers erschwert. Diese Datenabhängigkeit erfordert üblicherweise eine separate Laserdiode mit niedriger Leistung zum Fokussieren. Die hohe Leistung des Schreiblasers kann auch den Fokus-Detektor bei dem Versuch blenden, den reflektierten Strahl niedriger Leistung zu messen.

Ein zweites Autofokus-Verfahren des Standes der Technik ist in 2 dargestellt. In diesem Verfahren wird ein separater Abstandssensor 8 verwendet, um die Einstelleinrichtung 6 zu steuern und damit den Abstand zwischen Linse 1 und Material 3 konstant zu halten. Der Hauptnachteil bei diesem System ist jedoch, dass die Steuerung im wesentlichen eine offene Schleife ist.

Irgendwelche Abweichungen oder Änderungen in der Position der Linse 1 werden von dem separaten Abstandssensor 8 nicht erfasst. Weiterhin ist es schwierig, die erwünschte Auflösung und Stabilität zu erreichen, wenn der Abstand zwischen dem Sensor 8 und dem Material 3 groß ist. Das System gemäß 2 gleicht den Fokusfehler nicht aus, sondern bewegt einfach die Linse 1 in die berechnete Position, jedoch ohne jegliche Rückmeldung, ob das System scharf eingestellt ist oder nicht.

Zudem ist aus der DE 30 21 622 C2 und der US 4,866,262 bekannt, zur Scharfeinstellung eines optischen Systems optische Elemente zu befestigen. Hierbei liegt jeweils der Lichtstrahl einer Lichtquelle senkrecht zur Achse des Hauptoptik-Systems. Dabei bedingt die Bewegung des Hauptoptik-Systems unterschiedliche Abstände des Lichtstrahls vom Hauptoptik-System, was zu Fehlern an den Intensitätsdetektoren führen kann. Zudem müssen neben dem Hauptoptiksystem noch mehrere Prismen bzw. Spiegel bewegt werden, was die Geschwindigkeit des Autofokussiervorganges verringert.

Demgemäß ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren bzw. eine Vorrichtung mit einem Autofokus-System bereitzustellen, wobei die für den Autofokus verwendete Optik vom Hauptoptik-System getrennt ist, so dass Beeinflussungen zwischen Fokusstrahlen mit niedriger Leistung und Schreibstrahlen mit hoher Leistung vermieden werden, die den Fokus-Detektor blenden können.

Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und durch ein Verfahren gemäß den Merkmalen des Anspruchs 9.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.

Die hierin beschriebene Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Aufrechterhaltung eines gewünschten Trennungsabstands zwischen einem Objekt und der optischen Ausgangsstufe eines

Hauptoptik-Systems. Die optische Ausgangsstufe kann dabei eine einzelne Linse oder ein komplexes optisches System mit vielen Elementen sein. Die Vorrichtung umfasst eine Laserquelle, um einen parallel zur Achse der optischen Ausgangsstufe einfallenden Laserstrahl zu erzeugen und ein Paar optischer Elemente, die an der jeweiligen Seite der optischen Ausgangsstufe fest angebracht sind. Das erste der zwei optischen Elemente dient zur Ablenkung des vorher nicht-abgelenkten Einfallsstrahls auf seinem Weg zu dem Objekt. Der Einfallsstrahl wird von dem Objekt reflektiert und wird zum Reflexionsstrahl. Das zweite der beiden optischen Elemente dient zum Umlenken des reflektierten Strahls.

Die Vorrichtung beinhaltet auch einen positionserfassenden Detektor (PSD), der dazu dient, den Reflexionsstrahl auf einer zugehörigen Eingangsoberfläche zu empfangen und ein Ausgangssignal bereitzustellen, das die Ansiedlung des reflektierten Strahls auf seiner Eingangsoberfläche darstellt. Der Ansiedlungsort des reflektierten Strahls auf der Eingangsoberfläche des PSDs ist repräsentativ für die tatsächliche Beabstandung zwischen dem Objekt und der optischen Ausgangsstufe des Hauptoptik-Systems. Die Vorrichtung beinhaltet auch eine Steuerschleife, die das von dem positionserfassenden Detektor stammende Signal interpretiert und ein korrespondierendes Steuersignal abgibt. Das Steuersignal ist so berechnet, dass es die Differenz zwischen der gewünschten Beabstandung und dem tatsächlichen Abstand, wie er von dem PSD gemessen wird, zwischen dem Objekt und der aptischen Ausgangsstufe auf Null bringt. Schließlich weist die Vorrichtung eine Ausgangsstufen-Positioniereinrichtung auf, die im Betrieb das Steuersignal von der Steuerschleife empfängt und die optische Ausgangsstufe proportional zu dem Steuersignal verschiebt, um die gewünschte Beabstandung zwischen dem Objekt und der optischen Ausgangsstufe aufrecht zu erhalten.

In vorteilhafter Weise kann die Vorrichtung ein zusätzliches optisches Element umfassen, welches zum Fokussieren des reflektierten Strahls auf den Positionserfassungsdetektor verwendet werden kann, wodurch die Auflösung des Detektors erhöht wird. Das zusätzliche optische Element kann ein Licht reflektierendes, Licht beugendes oder Licht brechendes Element sein. Das Paar optischer Elemente, das an die optische Ausgangsstufe gekoppelt ist, kann ebenfalls reflektierend, diftraktiv oder refraktiv sein. Vorzugsweise besteht das Paar optischer Elemente aus zwei Spiegeln.

Die Vorrichtung kann auch eine Kollimationslinse einschließen, die im Weg des parallel zur Achse der optischen Ausgangsstufe einfallenden Laserstrahls zwischen der Laserquelle und dem ersten der beiden optischen Elemente angeordnet ist.

Vorteilhafterweise kann die Vorrichtung ferner ein optisches Filter umfassen, das in dem Pfad des Reflexionsstrahls angeordnet ist. Das optische Filter kann Licht einer anderen Wellenlänge als der des Reflexionsstrahls abschwächen. Insbesondere wird das optische Filter Licht von dem Hauptoptik-System nicht durchlassen.

Die Steuerschleife kann ein digitales signalverarbeitendes Steuerteil (DSP-Mikrocontroller) enthalten.

Die Ausgangsstufen-Positioniereinrichtung kann aus mehreren verschiedenen Typen bestehen, u. a. einem Schwingspulenaktuator, einer elektromagnetischen Einstelleinrichtung, einem Drehmagnetaktuator, einer piezoelektrischen Einstelleinrichtung und einer magnetostriktiven Einstelleinrichtung.

Ein zweiter Aspekt dieser Erfindung beinhaltet ein Verfahren zur Aufrechterhaltung einer gewünschten Beabstandung zwischen einem Objekt und einer optischen Ausgangsstufe eines Hauptoptik-Systems. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte:

(a) Erzeugen eines parallel zur Achse der optischen Ausgangsstufe einfallenden Laserstrahls von einer Laserquelle;
(b) Ablenken des vorher nicht-abgelenkten Einfallsstrahls mit einem ersten optischen Element, das fest an der optischen Ausgangsstufe angebracht ist.

Nach der Ablenkung führt der Einfallsstrahl weiter, bis er auf dem Objekt auftrifft und davon reflektiert wird, wodurch er ein Reflexionsstrahl wird. Die sich daran anschließenden Schritte des Autofokussierverfahrens umfassen:

(c) Ablenken des Reflexionsstrahls mit einem zweiten optischen Element, das fest an der optischen Ausgangsstufe angebracht ist;
(d) Messen eines Ansiedlungsortes des reflektierten Strahls, wenn er auf der Eingangsoberfläche eines Positionserfassungsdetektors auftrifft.

Wegen der Konfiguration des ersten und zweiten optischen Elementes ist die Ansiedlung des Reflexionsstrahls auf der Eingangsoberfläche des Positionserfassungsdetektors repräsentativ für die tatsächliche Beabstandung zwischen dem Objekt und der optischen Ausgangsstufe des Hauptoptik-Systems. Die folgenden Schritte in dem Autofokussierverfahren umfassen:

(e) Berechnen eines Rückkopplungssignals, basierend sowohl auf der gewünschten Beabstandung als auch der in dem Messschritt bestimmten tatsächlichen Beabstandung zwischen dem Objekt und der optischen Ausgangsstufe des Hauptoptik-Systems.

Das Rückkopplungssignal ist so berechnet, dass es die Differenz zwischen der gewünschten Beabstandung und der durch den Messschritt bestimmten tatsächlichen Beabstandung des Objektes und der optischen Ausgangsstufe auf Null bringt. Schließlich umfasst das Autofokussierverfahren den Schritt:

(f) Verwenden des Rückkopplungssignals zur Steuerung einer Ausgangsstufen-Positioniereinrichtung.

Die Ausgangsstufen-Positioniereinrichtung hat die Funktion, die optische Ausgangsstufe proportional zu dem Rückkopplungssignal zu verschieben, um die gewünschte Beabstandung zwischen dem Objekt und der optischen Ausgangsstufe aufrecht zu erhalten.

Vorteilhafterweise können der erste und zweite Ablenkschritt mit optischen Elementen durchgeführt werden, die Licht reflektieren, beugen oder brechen. Vorzugsweise werden der erste und der zweite Ablenkschritt mittels Spiegeln durchgeführt.

Das Autofokussierverfahren kann ferner den Schritt Fokussieren des Reflexionsstrahls auf die Eingangsoberfläche des Positionsertassungsdetektors umfassen. Der Fokussierschritt kann zwischen dem zweiten Ablenkschritt (c) und dem Messschritt (d) stattfinden. Der Fokussierschritt kann dazu dienen, die Leuchtpunktgröße des Reflexionsstrahls auf der Eingangsoberfläche des Positionserfassungsdetektors zu verkleinern, um die Genauigkeit des Messschritts zu verbessern. Vorzugsweise wird der Fokussierschritt durch ein zusätzliches optisches Element durchgeführt, welches Licht reflektiert, bricht oder beugt.

Das Autofokussierverfahren kann ferner den Schritt Bündeln des parallel zur Achse der optischen Ausgangsstufe einfallenden Laserstrahls vor dem Ablenken umfassen. Der Bündelungsschritt kann zwischen dem Erzeugungsschritt (a) und dem ersten Ablenkschritt (b) stattfinden.

Das Autofokussierverfahren kann ferner den Schritt Filtern des reflektierten Strahls umfassen. Der Filterschritt kann dazu dienen, Licht einer anderen Wellenlänge als derjenigen des Reflexionsstrahls abzuschwächen. Insbesondere kann der Filterschritt jegliches von dem Hauptoptik-System stammende Licht zurückhalten.

Vorteilhafterweise kann der Rechenschritt von einem digitalen signalverarbeitenden Steuerteil (DSP-Mikrocontroller) durchgeführt werden.

Vorzugsweise kann die Ausgangsstufen-Positioniereinrichtung ein Schwingspulenaktuator, eine elektromagnetische Einstelleinrichtung, ein Drehmagnetaktuator, eine piezoelektrische Einstelleinrichtung oder eine magnetostriktive Einstelleinrichtung sein.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel des Autofokus-Systems anhand der Zeichnung näher erläutert und beschrieben. Hierbei zeigen:

1 einen ersten Typ eines Autofokussiersystems des Standes der Technik, wobei der Fokussierstrahl die gleiche Optik wie das Hauptoptik-System benutzt;

2 einen zweiten Typ eines Autofokussiersystems des Standes der Technik, wobei ein externer Abstandssensor verwendet wird, um die Abstandsmessungen zu der Linsen-Positioniereinrichtung zurückzuführen;

3 die vorliegende Erfindung zur Autofokussierung des Hauptoptik-Systems unter Verwendung eines Paars optischer Elemente, die an der Ausgangsstufe des Hauptoptik-Systems fest angebracht sind;

4 die Funktionalität der vorliegenden Erfindung, insbesondere wie eine Änderung der Position des abgetasteten Materials ausgeglichen wird.

Nachfolgend wird das die Prinzipien und Konzepte der vorliegenden Erfindung verkörpernde Autofokussiersystem mit Bezug auf 3 und 4 beschrieben.

Das Autofokus-System gemäß der vorliegenden Erfindung ist in 3 dargestellt. Das Hauptoptik-System beinhaltet einen Haupt-Laser 4, eine optische Ausgangsstufe (durch eine Linse 1 dargestellt) und ein abzutastendes Material 3. Das Autofokussiersystem umfasst zwei Spiegel 11 und 12, die an der Linse 1 durch ein starres Teil 19 fest angebracht sind, welches Öffnungen 21 aufweist, um den Durchtritt der Lichtstrahlen zu ermöglichen. Dieses Autofokussiersystem umfasst auch eine Sekundär-Laserquelle 13, eine Kollimationslinse 14, eine Ausgangsstufen-Positioniereinrichtung 6, eine Verstärker- und Rückkopplungschleife 7, eine Sekundär-Fokussierlinse 15, ein optisches Filter 17 und einen Positionserfassungsdetektor 16. Die Positioniereinrichtung 6, oft auch als Aktuator bezeichnet, ist unter Verwendung des starren Teils 19 an die Linse 1 und die Spiegel 11, 12 gekoppelt. Die Elemente 1, 6, 11 und 12 bewegen sich somit zusammen als eine einzige optische Einheit.
Bezugnehmend auf 4 wird die Betriebsweise des Autofokus-Systems gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben. Unter der Annahme, dass das optische System originalfokussiert ist, befindet sich die Linse 1 auf der Position 1a. Der Laser 4 durchstrahlt das optische System, das den Strahl an dem Punkt 18a auf der Materialoberfläche 3a fokussiert. Die Sekundär-Laserquelle 13 durchstrahlt die Kollimationslinse 14, reflektiert weg vom ersten Spiegel 11, weg von der Lese-/Schreiboberfläche 3a am Punkt 18a und dann weg vom zweiten Spiegel 12, wo sie durch die Sekundär-Fokussierlinse 15 hindurch, durch das optische Filter 17 hindurch und an der Stelle 20a auf den Positionserfassungsdetektor 16 gerichtet wird. Das optische Filter 17 stellt sicher, dass Licht von jeder anderen Quelle, wie dem Laser 4, zurückgehalten wird. Wenn der Strahl an der Stelle 20a auf dem Positionserfassungsdetektor 16 auftrifft, dann erkennt die Rückkopplungs-Steuerschleife 7, dass das Hauptoptik-System scharf eingestellt ist und weist die Ausgangsstufen-Positioniereinrichtung 6 an, in ihrer gegenwärtigen Position zu bleiben.
Es wird nun angenommen, dass das Material 3 in die Position 3b bewegt wird. Der Lese-/Schreib-Laser 4 durchstrahlt das optische System und die optische Ausgangsstufe 1a, ist jedoch beim Erreichen der neuen Lese-/Schreiboberfläche 3b nicht mehr fokussiert. Die Sekundär-Laserquelle 13 durchstrahlt die Kollimationslinse 14, reflektiert weg von dem ersten Spiegel 11, weg von der Lese-/Schreiboberfläche 3b am Punkt 18b und dann weg von dem zweiten Spiegel 12, wo sie durch die Sekundär-Fokussierlinse 15, durch das optische Filter 17 und an der Stelle 20b auf den Positionserfassungsdetektor 16 gerichtet wird. Die Positionsdifferenz des reflektierten Strahls im scharf eingestellten Zustand, 20a, und im unscharfen Zustand, 20b, wird von dem Positionserfassungsdetektor 16 abgetastet und von der Rückkopplungschleife 7 eingelesen, die ein entsprechendes Steuersignal an die Ausgangsstufen-Positioniereinrichtung 6 sendet. Das von der Steuerschleife 7 gesendete Signal hat die Funktion, die auf der Anordnung 19 befestigten optischen Elemente aus der Position 19a in die Position 19b zu bewegen. Wenn die optische Ausgangsanordnung die Position 19b erreicht, ist das Hauptoptik-System wieder fokussiert und der von dem Positionserfassungsdetektor 16 gemessene Reflexionsstrahl kehrt in die Position 20a zurück. Um den Strahl zu der stationären Position 20a zurückzubringen, muss die optische Anordnung 19 sich um genau denselben Wert verschieben, um den sich das Material 3 bewegt hat.
Der Sekundär-Laser 13 wird nicht zum Lesen oder Schreiben verwendet, so dass dieser für eine konstante Fokussierungsfunktion des Hauptoptik-Systems verwendet werden kann. Eine weitere Abtrennung des Autofokussiersystems von dem Hauptoptik-System ist durch das optische Filter 17 bereitgestellt, das den Haupt-Laser 4 sperrt. Da das gesamte Autofokussiersystem von der Hauptsystemoptik optisch unabhängig und isoliert ist, wird es von den Hochleistungsstrahlen, die zum Markieren des Materials 3 verwendet werden, nicht geblendet.
Da die Spiegel 11 und 12 an derselben Anordnung 19 angebracht sind wie die Linse 1, ist das Autofokussiersystem körperlich mit dem Hauptoptik-System verbunden. Diese körperliche Nähe stellt sicher, dass der von dem Positionserfassungsdetektor 16 gemessene Abstand tatsächlich repräsentativ für den Fokus des Hauptoptik-Systems ist, schematisch als Linse 1 dargestellt, wodurch die Möglichkeit einer bleibenden Regelabweichung ausgeschaltet wird, die bei den externen Abstandssensor-Autofokus-Systemen des Standes der Technik gegeben ist.
Für den Fachmann wird offensichtlich sein, dass die in der obigen Beschreibung angegebenen optischen Elemente lediglich stellvertretend für zahlreiche, andere stehen. Die Spiegel 11 und 12 und die Linse 15 können durch jedes beliebige optische Element ersetzt werden, das zur Beugung, Reflexion oder Brechung von Licht geeignet ist. Die Ausgangsstufen-Positioniereinrichtung 6 kann ein Schwingspulenaktuator, eine elektromagnetische Einstelleinrichtung, ein Drehmagnetaktuator, eine piezoelektrische Einstelleinrichtung oder eine magnetostriktive Einstelleinrichtung sein. Die Steuerschleife 7 kann eine analoge Steuerung oder ein DSP-Mikrocontroller sein. Das Hauptoptik-System kann refraktiv sein, wie durch die Linse 1 gezeigt, reflektierend, diffraktiv oder auch eine Kombination daraus.
Als Beispiel wurde ein Prototyp eines Autofokussiersystems unter Verwendung einer Laserdiode der Firma Toshiba (Japan) mit 10 mW und 670 nm sichtbarem Licht als Sekundär-Laserquelle 13 hergestellt. Die Linsen-Positioniereinrichtung 6 war eine Einstelleinrichtung des Lautsprecher-Schwingspulentyps. Der Positionerfassungsdetektor 16 war von United Detector Technology (USA). Die Vorrichtung funktionierte gut, und die Testeinheit war in der Lage, einen gewünschten Trennungsabstand zwischen der Linse 1 und dem Material 3 im 1 mm-Bereich innerhalb 1 Mikron zu halten.

Claims

Vorrichtung zur Aufrechterhaltung eines gewünschten Trennungsabstands zwischen einem Objekt und einer optischen Ausgangsstufe eines Hauptoptik-Systems, wobei die Vorrichtung umfasst: (a) eine zur Erzeugung eines parallel zur Achse der optischen Ausgangsstufe einfallenden Laserstrahls wirksame Laserquelle (4); (b) ein Paar fest an beiden Seiten der optischen Ausgangsstufe (1) angebrachte optische Elemente (11, 12), wobei ein erstes (11) der beiden optischen Elemente (11, 12) zur Ablenkung des einfallenden, vorher nicht-abgelenkten Laserstrahls zu dem Objekt (3) hin wirksam ist, das Objekt (3) den Einfallsstrahl reflektiert und einen Reflexionsstrahl erzeugt, der zu der optischen Ausgangsstufe (1) zurückwandert, und ein zweites (12) der beiden optischen Elemente (11, 12) zur Ablenkung des reflektierten Strahls wirksam ist; (c) einen Positionserfassungsdetektor (16), der zum Empfangen des reflektierten Strahls auf einer Eingangsoberfläche davon und zum Bereitstellen eines Ausgangssignals zur Darstellung eines Ansiedlungsortes (20a, 20b) des reflektierten Strahls auf der Eingangsoberfläche wirksam ist, wobei der Ansiedlungsort des Reflexionsstrahls auf der Eingangsoberfläche repräsentativ für eine tatsächliche Beabstandung zwischen dem Objekt (3) und der optischen Ausgangsstufe (1) des Hauptoptik-Systems (1, 3, 4) ist; (d) eine Steuerschleife (7), die zur Interpretation des von dem Positionserfassungsdetektor (16) erzeugten Signals und Ausgabe eines entsprechenden Steuersignals wirksam ist, wobei das Steuersignal derart berechnet ist, dass es eine Differenz zwischen der gewünschten Beabstandung und der von dem Positionserfassungsdetektor (16) gemessenen tatsächlichen Beabstandung des Objektes (3) und der optischen Ausgangsstufe (1) auf Null bringt; und (e) eine Ausgangsstufen-Positioniereinrichtung (6), die zum Empfangen des Steuersignals von der Steuerschleife (7) und zum Verschieben der optischen Ausgangsstufe (1) proportional zu dem Steuersignal wirksam ist, um die gewünschte Beabstandung zwischen dem Objekt (3) und der optischen Ausgangsstufe (1) aufrecht zu erhalten.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein zusätzliches optisches Element (15) zur Fokussierung des Reflexionsstrahls auf den Positionserfassungsdetektor (16) vorgesehen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die optischen Elemente (11, 12, 15) Licht reflektierende Elemente, Licht beugende Elemente oder Licht brechende Elemente sein können.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Paar optischer Elemente (11, 12) aus zwei Spiegeln besteht.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass auf einem Pfad des parallel zur Achse der optischen Ausgangsstufe einfallenden Laserstrahls zwischen der Laserquelle (4) und dem ersten (11) der beiden optischen Elemente (11, 12) eine Kollimationslinse (14) angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, ferner umfassend ein auf einem Pfad des Reflexionsstrahls angeordnetes optisches Filter (17), dadurch gekennzeichnet, dass das optische Filter (17) zur Abschwächung von Licht mit einer anderen Wellenlänge als der des Reflexionsstrahls angeordnet ist, wobei das optische Filter (17) insbesondere jegliches von dem Hauptoptik-System (1, 3, 4) stammende Licht sperrt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerschleife (7) ein digitales signalverarbeitendes Steuerteil (DSP-Mikrocontroller) ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgangsstufen-Positioniereinrichtung (6) ein Schwingspulenaktuator, eine elektromagnetische Einstelleinrichtung, ein Drehmagnetaktuator, eine piezoelektrische Einstelleinrichtung oder eine magnetostriktive Einstelleinrichtung sein kann.
Verfahren zur Aufrechterhaltung eines gewünschten Trennungsabstands zwischen einem Objekt und einer optischen Ausgangsstufe eines Hauptoptik-Systems mit der Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 8, wobei das Verfahren die Schritte umfasst: (a) Erzeugen eines parallel zur Achse der optischen Ausgangsstufe einfallenden Laserstrahls von einer Laserquelle (4); (b) Ablenken des vorher nicht-abgelenkten Einfallsstrahls mit einem ersten optischen Element (11), das fest an der optischen Ausgangsstufe (1) angebracht ist, wobei der Einfallsstrahl dann weiterführt, bis er auf dem Objekt (3) auftrifft und davon reflektiert wird, wodurch er ein Reflexionsstrahl wird; (c) Ablenken des Reflexionsstrahls mit einem zweiten optischen Element (12), das fest an der optischen Ausgangsstufe (1) angebracht ist; (d) Messen eines Ansiedlungsortes (20a, 20b) des reflektierten Strahls beim Auftreffen auf einer Eingangsoberfläche eines Positionserfassungsdetektors (16), wobei der Ansiedlungsort des Reflexionsstrahls auf der Eingangsoberfläche repräsentativ für eine tatsächliche Beabstandung zwischen dem Objekt (3) und der optischen Ausgangsstufe (1) des Hauptoptik-Systems (1, 3, 4) ist; (e) Berechnen eines Rückkopplungssignals basierend auf: (i) der tatsächlichen Beabstandung zwischen dem Objekt (3) und der optischen Ausgangsstufe (1) des Hauptoptik-Systems (1, 3, 4), wie in dem Messschritt bestimmt, und (ii) der gewünschten Beabstandung zwischen dem Objekt (3) und der optischen Ausgangsstufe (1) des Hauptoptik-Systems (1, 3, 4), wobei das Rückkopplungssignal so berechnet ist, dass es eine Differenz zwischen der gewünschten Beabstandung und der tatsächlichen Beabstandung des Objektes (3) und der optischen Ausgangsstufe (1) auf Null bringt; und (f) Verwenden des Rückkopplungssignals zur Steuerung einer Ausgangsstufen-Positioniereinrichtung (6), wobei die Ausgangsstufen-Positioniereinrichtung (6) die optische Ausgangsstufe (1) proportional zu dem Rückkopplungssignal verschiebt, um die gewünschte Beabstandung zwischen dem Objekt (3) und der optischen Ausgangsstufe (1) aufrecht zu erhalten.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Ablenkschritte mit optischen Elementen (11, 12) durchgeführt werden, die reflektierend, diffraktiv oder refraktiv sein können.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Ablenkschritte mit Spiegeln (11, 12) durchgeführt werden.
Verfahren nach Anspruch 9, ferner umfassend den Schritt: Fokussieren des Reflexionsstrahls auf die Eingangsoberfläche des Positionserfassungsdetektors (16), wobei der Fokussierschritt zwischen dem zweiten Ablenkschritt (c) und dem Messschritt (d) stattfindet, wobei der Fokussierschritt die Leuchtpunktgröße des Reflexionsstrahls auf der Eingangsoberfläche des Positionserfassungsdetektors (16) verkleinert, um die Genauigkeit des Messschritts (d) zu verbessern.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Fokussierschritt durch ein zusätzliches optisches Element (15) durchgeführt wird, das reflektierend, diffraktiv oder refraktiv sein kann.
Verfahren nach Anspruch 9, ferner umfassend den Schritt: Bündeln des parallel zur Achse der optischen Ausgangsstufe einfallenden Laserstrahls vor dem Ablenken, wobei der Bündelungsschritt zwischen dem Erzeugungsschritt (a) und dem ersten Ablenkschritt (b) stattfindet.
Verfahren nach Anspruch 9, ferner umfassend den Schritt: Filtern des reflektierten Strahls, wobei der Filterschritt dazu dient, Licht einer anderen Wellenlänge als derjenigen des Reflexionsstrahls abzuschwächen, wobei des Filterschritt insbesondere jegliches von dem Hauptoptik-System (1, 3, 4) stammende Licht zurückhält.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Rechenschritt (e) von einem digitalen signalverarbeitenden Steuerteil (DSP-Mikrocontroller) (7) durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Verwendungsschritt (f) von einer Ausgangsstufen-Positioniereinrichtung (6) durchgeführt wird, die ein Schwingspulenaktuator, eine elektromagnetische Einstelleinrichtung, ein Drehmagnetaktuator, eine piezoelektrische Einstelleinrichtung oder eine magnetostriktive Einstelleinrichtung sein kann.