DE2323586C3

DE2323586C3 - Optisches System zur Abbildung eines Gegenstandes in einer bestimmten Ebene

Info

Publication number: DE2323586C3
Application number: DE2323586A
Authority: DE
Inventors: Christiaan Hendrik Frans Eindhoven Velzel (Niederlande)
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1972-05-11
Filing date: 1973-05-10
Publication date: 1980-05-14
Also published as: DK134208C; FR2184344A5; DK134208B; DE2323586B2; IT985878B; GB1434060A; JPS4950952A; BE799334A; US3876875A; AU5529873A; CH565381A5; AT323819B; DE2323586A1; ES414578A1; ZA732198B; SE391403B; CA984190A; JPS5548366B2; NL7206376A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Fokussicrrungsvorrichtung mit Konstanthaltung der Vergrößerung fur abbildende Systeme mit stationärem fotoelcktrischem Wandler in der Bildebene.

Ein derartiges System kann u. a. in einer Vorrichtung zum Auslesen eines plattenförmigen Aufzeichnungsträgers verwendet werden, auf dem Bild- und/oder Tondaten in /.. B einer spiralförmigen Spur mit einer optischen Struktur angebracht sind. Beim Auslesen eines derartigen Aufzeichnungsträgers wird stets ein kleiner Teil der optischen Struktur des Aufzeichnungsträgers auf einem slrahlungsempfindlichen Dctcktionssystem abgebildet. Dabei muß gesichert werden, daß die Größe dieses Teiles dem kleinsten Detail der optischen Struktur entspricht.

Die Strahlungswege zwischen der ein Auslesebündcl liefernden Strahlungsquelle und der Ebene der auszulesenden Spur und zwischen dieser Ebene und dem Detektionssyslem können geringen Änderungen ausgesetzt sein. Diese Änderungen können durch eine nicht vollständig glatte Beschaffenheit des Aufzeichnungsträgers oder durch beim Rotieren eines folicnartigen Aufzeichnungsträgers auftretende Welligkeiten oder durch Schwingungen von Elementen in der Auslösevorrichtung herbeigeführt werden, Derartige Änderungen können zur Folge haben, daß die Modtllationsl'icfe des von der optischen Struktur modulierten Auslesebündeis abnimmt, Während außerdem Übersprechen auftreten kann. Diese Nachteile können dadurch vermieden Werden, daß ein Abbildungssystem mit einstellbarer Stärke verwendet wird.

Die Erfindung bezweckt, ein optisches System der eingangs genannten An zu schaffen, das schnell eingestellt werden kann und in dem keine Vergrößerungs- oder Bildfehler auftreten.

Das optische System nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß in der hinteren Brennebene eines Objektivs eine spiegelnde Membran angebracht ist, deren Krümmung von einem von der dem fotoelektrischen Wandler nachgeschalteten Auswerts^haltung

ίο angesteuerten Steuerelement eingestellt svird.

Die Auswerteschaltung enthält ein optoelektronisches System (Abbildungsdetektionssysteii), mit dem ein zu der Abweichung zwischen der Ist-Abbildungsebene und der Soll-Abbildungsebene eines Gegenstandes proportionales Signal erhalten werden kann. Ein Detektionssystem dieser Art ist u.a. in den älteren deutschen Patentanmeldungen P 22 11 049 und P 23 13 741 beschrieben.

Vorzugsweise ist in einem optischen System nach der Erfindung zwischen dem Objektiv und der Membran eine Linse angeordnet, die die hintere Brennebene des Objekiiviinsensysiems auf der Membran ubbüücL

Das Steuerelement kann aus einem piezoelktrischen Element bestehen, das aus einer Anzahl zweiseitig eingeklemmter Platten aus piezoelektrischem Material aufgebaut ist. die auf beiden Seiten mit Elektroden versehen sind.

Die Erfindung wird nachstehend beispielsweise anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 schematisch eine bekannte Vorrichtung zum Auslesen eines flarhen Aufzeichnungsträgers.

F ι g. 2 ein optisches System nach der Erfindung, u. a. in einer derartigen Vorrichtung verwendet werden kann, und

1Ί F ι g. 3 ein Beispiel eines Steuerelements.

In der Auslesevorrichtung nach Fig. I wird der in einem radialen Schnitt dargestellte kreisförmige Aufzeichnungsträger 1 mit Hilfe einer von einem nicht dargestellten Motor angetriebenen Welle 4. die durch eine mittlere Öffnung 2 im Aufzeichnungsträger geführt ist. gedreht. Das von der Strahlungsquelle 5 gelieferte Bündel 11 wird vom flachen Spiegel 6 zu dem Aufzeichnungsträger reflektiert.

Auf dem Aufzeichnungsträger sind eine Anzahl

4Ί konzentrischer Spuren 3. oder eine einzige spiralförmige Spur, in du cm Falle auf der Unterseite des Aufzeichnungsträgers, angebracht. Jede Spur ist aus einer Anzahl wechselweise angebrachter Blöcke und Gebiete aufgebaut. Zwischen ilen Spuren befinden sich

ίο datenlose Zwischensircifen 1J Die Blocke in einer Spur können z. B strahlungsabsorbicrend sein, wobei die Ciebiete. ebenso wie die Zwiscbcnstreifen. dann s'rahlungsdurchlässig sind. Die Amplitude eines durch den Aufzeichnungsträgers hindurchtretenden Strah

■n lungsbundels wird dadurch beeinflußt. Auch ist es möglich, die Blöcke und Ciebiete auf verschiedenen Tiefen in dem Aufzeichnungsträger anzubringen. Durch eine derartige sogenannte Phasenstruktur kann die Phase eines .Strahlungsbündels beeinflußt werden. Die

bo Längen der Blöcke und Gebiete stellen die gespeicherten Daten dar. Ein Strahlungsbundel. das von der optischen Struktur der Daten moduliert ist, weist impulsförmige zeitliche Änderungen entsprechend der Reihenfolge von Blöcken und Gebieten in einer· Spur

b1 auf.

Das Von einer Spur des Aufzeichnungsträgers modulierte Auslescbündel 12 wird von der Linse 8 auf einem strahlungsempfindlichen Detektor 9 konzen^

triert. Der Ausgang dieses Detektors kann mit einer Vorrichtung 10 verbunden sein, die mit bekannten elektronischen Mitteln zur Umwandlung des vom Detektor gelieferten Ausgangssignals in Bild- und Tonsignale versehen ist.

Beim Auslesen eines Aufzeichnungsträgers soll jeweils nur ein kleiner Teil, in der Größenordnung des kleinsten Details in der optischen Struktur der Daten, auf dem Detektor 9 abgebildet werden. Dies kann nur der Fall sein, wenn die Ebene der auszulesenden Spur stets in einem richtigen festen Abstand von der Eintrittspupille der Linse 8 liegt. Wie in der Einleitung bemerkt wurde, ist dies überhaupt nicht immer so.

Zur Bestimmung der relativen Lage der Ebene der auszulesenden Spur wurden bereits mehrere Abbildungsdetektionssysteme vorgeschlagen. Dabei werden im allgemeinen zwei oder mehr strahlungsempfindliche Detektoren verwendet, wobei ein Unterschied in den Ausgangssignalen dieser Detektoren eine Anzeige über die relative Lage der Ebene der auszulesenden Spur liefert. In der Vorrichtung nach Fig. ' können an der Stelle des Detektors 9 zwei Detektoren angebracht werden. Der Unterschied zwischen den von diesen Detektoren gelieferten Signalen liefert eine Anzeige über die relative Lage der Ebene der auszulesenden Spur, während die Summe dieser Signale wieder einer Vorrichtung 10 zugeführt werden kann. Für die Beschreibung der verschiedenen Abbildungsdetektionssysteme sei auf z. B. die älteren Patentanmeldungen P 22 11 049 und P 23 13 741 verwiesen.

Um zu erreichen, daß. auch bei Änderung des Strahlungsweges zwischen der F.bene der auszulesenden Spur und der Linse 8. Mets nur der gewünschte Teil dieser Spur auf dem Detektor b/w. den Detektoren abgebildet wird, wird für die Linse 8 ein System nach der ->5 Erfindung gewählt.

Wie in F"ig. 2 dargestellt ist. enthalt dieses optische System eine erste Objektivline (X Die Linse O erzeugt ein (Zwischen)-Bild B\ des Gegenstandes Ki der Strahlengang ist mit gestrichelten Linien angedeutet. Im Strahlungsweg hinter der Linse O ist eine spiegelnde Membran M. /. B. eine Metallfolie, angeordnet. Die Krümmung der Membran kann mit Hilfe eines Steiierclements 30. das in Fig. J beispielsweise dargestellt ist. geändert werden (siehe die Lage Λ/'Jl Dem <r, Steuerelement 30 werden von einem Abbildungsdetektionssystcm 40 herrührende Signale zugeführt.

Dadurch, daß die Membran in der hinteren Brennebene Fder Linse O angebracht wird, kann das Auftielen eines Vergrößerungsfehlcrs vermieden werden. Nach v> der Erfindung kann aucn bei Objektiven mit einer schwer oder gar nicht zugänglichen hinteren Brennebene. /. B. bei einem aus mehreren Elementen zusammengesetzten Objektiv, in dem die hintere Brennebene innerhalb dieses Objektivs liegt, dieser Vorteil dadurch 5¹S beibehalten werden, daß eine F'eldliuse L\ zwischen dem Objektiv O und der Membran angebracht wird. Die Linse l.\ bildet die hintere Brennebene Fdes Objektivs auf der Membran ab. wie mit vollen Linien angedeutet ist. bo

DiQ Membran M reflektiert die einfallenden Strahlen zu einer Linse Li, die aus dem Zwischenbild B\ das Endbild S₂CrZcUgI.

Wenn der Gegenstand V in dem richtigen Abstand von der Linse O Hegt, wird, wie in F i g, 2 dargestellt ist, aine Abbildung lh ttit einer ebenen Oberfläche der Membran Merzeugt.

Wenn sich die Lage del Gegenstandes Vin bezug auf die Linse O ändert, verschiebt sich auch das Zwischenbild Si, während, wenn die Membran flach bleiben wüoje, das Endbild in einer Ebene erzeugt wird die nicht mit der Ebene des Endbildes S₂ zusammenfällt. Die Änderung der Lage des Gegenstandes V und das Zwischenbild Bi bedeutet, daß die Einfallsrichtung der von dem Zwischenbild herrührenden Strahlen auf die Membran, ebenso wie die Stelle, an der diese Strahlen auf die Membran auftreffen, geändert wird. Durch eine geeignete Anpassung der Krümmung der Membran können diese Änderungen ausgeglichen werden, so daß wieder ein Endbild in der Ebene des Bildes S₂ gebildet wird.

Bei Anwendung des optischen Systems nach F i g. 2 in einer Auslesevorrichtung nach F i g. I wird Jer Abstand, über den der Gegenstand, in diesem Falle die Ebene der auszulesenden Spur, sich verschieben kann, meistens sehr gering sein und in der Größenordnung von 100 μπι liegen. Dadurch braucht die Membran nur in sehr geringem Maße gekrümmt zu werden. Der Bildfehler infolge der Membran wird, weil er zu '. r dritten Potenz des Krümmungsradius umgekehrt proportional ist, dann vernachlässigbar sein.

Die Membran kann auf verschiedene Weise gesteuert werden. So kann die Membran z. B. auf einem piezoelektrischen Element befestigt werden. Wie in F i g. 3 dargestellt ist. besteht ein derartiges Element aus einer Anzahl auf zwei Seiten eingeklemmter Platten 31. aus einem keramischen Material, das eine bestimmte Vorpolarisation aufweist. Zwischen d^n Platten 31 befinden sich elektrisch leitende Beläge 32. die abwechselnd mit den Klemmen 33 und 33' verbunden sind, je nach der von dem Abbildungsdetektionssystem 40 diesen Klemmen zugeführte Spannung wird die Vorpolansation der Platten in größerem oder geringerem Maße unterdrückt, wodurch die Platten 31 und somit die Membran M in größerem oder geringerem Maße gekrümmt werden.

Statt auf piezoelektrischem Wege kann die Krümmung der Membran auch auf elektromagnetischem Wege dadurch eingestellt werden, daß ein elektrisches Strt.insignal, das von dem Abbildungsdeleklionssystem 40 herrührt, durch eine Wicklung einer der Membran gegenüber angeordneten Spule geschickt wird. Auch kann die Ausweichung der Membran noch auf elektrostatischem Wege mit Hilfe einer Membran gegenüber angeordneten Elektrode, der die Ausgangsspannung des Systems 40 zugeführt wird, gesteuert werden.

In all diesen Fällen kann die Membran sehr leicht ausgeführt werden, so daß die Zeit, die vergeht zwischen dem Erscheinen eines Signals an den Klemmen des Steuerelements und dem Zeitpunkt, zu dem die Mem^an die diesem Signal entsprechende Form aufweist, sehr kurz ist. Die Grenzfrequenz der Regelung ist daher hoch.

Die Tatsache, daß das optische System nach der Erfindung für eine Vorrichtung zum Auslesen eines flachen Aufzeichnungsträgers beschrieben ist. bedeutet keineswegs, daß sich die Erfindung auf diese Vorrichtung beschränkt.

Das optische System nach der Erfindung kann dagegen in allen Vorrichtungen verwendet Werden, in denen ein Gegenstand maßgetreu ohne Vcrgrößerungsfehler abgebildet werden muß und in denen ein Abbildungsdetektiorisiysterri vorhanden ist. Dazu sei an das Kopieren von Gegenständen mit einer 1 -zu-1 -Abbildung gedacht, wobei das Maß der Abbildung bedeutend

ist, öder an das Abbilden zweier irr verschiedenen Gegenstandsebenen liegender Gegenstände in einer Bildebene, wie das Abbilden einer Pliöloliiaskc und einer llalbleilermalcrialschcibe in derselben Ebene bei der Herstellung integrierter Schaltungen.

Hierzu i Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Fokussiervorrichtung mit Konstanthaltung der Vergrößerung für abbildende Systeme mit stationärem fotoelektrischem Wandler in der Bildebene, dadurch gekennzeichnet, daß in der hinteren Brennebene eines Objektivs (O) eine spiegeinde Membran (M) angebracht ist, deren Krümmung von einem der dem fotoelektrischen Wandler (9) nachgeschalteten Auswerteschaltung (40) angesteuerten Steuerelement (30) eingestellt wird.

2. Fokussiervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Objektiv (O)und der Membran (M) eine Linse (L 1 Jangeordnet ist, die die hintere Brennebene des Objektivlinsensystems auf der Membran abbildet.

3. Fokussiervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerelement (30) aus einem piezoelektrischen Element (31, 32) besteht, &d\ aus einer Anzahl zweiseitig eingeklemmter Platten (3i) aus piezoelektrischem Material aufgebaut ist, die auf beiden Seiten mit Elektroden (32) versehen sind.

4. Verwendung der Fokussiervorrichtung nach Anspruch 1 bis 3, zum Auslesen eines flachen Aufzeichnungsträgers, auf d^m Daten. /. B. BMcJ- und/oder Tondaten, in mindestens einer eine optische Struktur aufweisenden Spur (3) angebracht sind, wobei das von einer Strahlungsquelle (5) gelieferte und von den Daten modulierte Auslesebündel (12) auf den fotoelektrischen Wandler (9) a-'ftrifft.