DE2501124A1

DE2501124A1 - Fokussiereinrichtung

Info

Publication number: DE2501124A1
Application number: DE19752501124
Authority: DE
Inventors: Claude Bricot; Jean Claude Lehureau
Original assignee: Thomson-Brandt SA
Current assignee: Thomson-Brandt SA
Priority date: 1974-01-15
Filing date: 1975-01-14
Publication date: 1975-08-07
Also published as: US4023033A; JPS50104539A; JPS5712188B2; CA1065054A; GB1493963A; FR2271590A1; FR2271590B1; IT1028311B; DE2501124B2; DE2501124C3

Description

75008 Paris /Frankreich

Unser Zeichen: T 1717

Fokussiereinrichtung

Die Erfindung betrifft das Gebiet des optischen Lesens von Information, die auf einem beweglichen Träger, wie etwa einer Platte oder einem Band, aufgezeichnet ist. Sie betrifft insbesondere eine Einrichtung zum Fokussieren des Leselichtbündels auf dem Träger.

Das optische lesen von Information, die mit hoher Dichte aufgezeichnet ist, wirft ein schwieriges technisches Problem hinsichtlich der Genauigkeit auf. Es sind bislang verschiedene Systeme vorgeschlagen worden, die insbesondere darauf abzielen, die relative Lage des Trägers und des Lesers in der Ebene des Lesebündels senkrecht zu dem

509832/0896

Träger sicherzustellen.

Es ist beispielsweise möglich, den von dem Träger reflektierten Teil des Lesebündels und eine Maske zu verwenden, die zweckmässig so angeordnet ist, dass eine Hälfte dieses Bündels zurückgehalten wird, und die einer photoelektrischen Detektoreinrichtung zugeordnet ist, welche ein Fehlersignal liefert, wenn sich der Fokussierungspunkt des Lesebündels infolge einer zufälligen Verschiebung des Trägers nicht mehr auf letzterem befindet. Der Hauptnachteil eines solchen Systems besteht darin, dass es für Fehler des Trägers sehr empfindlich ist: die Stabilität des auf einem Detektor durch das reflektierte Bündel erzeugten Lichtflecks ist dann nämlich für die Erzielung eines korrekten Fehlersignals unerlässlich.

Weitere Lösungen sehen vor, dass ebenfalls der Teil des Lesebündels verwendet wird, der von dem Träger reflektiert wird. Um sich aber von dem vorgenannten Fehler frei zu machen, wird das reflektierte Bündel durch ein optisches System hindurchgeführt, welches von dem das Lesen der Information ausführenden System vollkommen unabhängig ist, was offensichtlich eine schwerfällige Lösung darstellt.

Die Erfindung schafft eine Fokussierungseinrichtung, die das Beseitigen der oben genannten Nachteile durch die Verwendung einer astigmatischenoptischen Einrichtung ermöglicht. Mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

Figur 1 eine Äusführungsform der Einrichtung nach der Erfindung,

509832/0 896

Figur 2 das Schema einer Ausfuhrungsform der Photodetektoreinrichtungen der Fokussierungseinrichtung nach der Erfindung, und

Figur 3 das Schema einer abgewandelten Ausführungsform.

In den verschiedenen Figuren tragen gleiche Teile gleiche Bezugszeichen.

Figur 1 zeigt: eine Strahlungsenergiequelle O, welche ein Bündel 3 entlang der x-Achse eines rechtwinkeligen x,y,z-Koordinatensystems aussendet. Einrichtungen M zum Trennen der Lichtenergie, wie etwa ein halbdurchlässiger Spiegel, der nicht zu der x-Achse normal ist, sondern mit dieser einen Winkel von beispielsweise 45 bildet. ein Objektiv L mit der x-Achse als optischer Achse, welches das Bündel 3 in einem Punkt 10 eines zu der x-Achse normalen Trägers D konvergieren lässt, wo eine aufgezeichnete Information das Lichtbündel 3 moduliert. Das so erhaltene modulierte optische Signal ermöglicht später die Wiedergabe der aufgezeichneten Information mit Hilfe eines herkömmlichen Verfahrens, das hier nicht beschrieben wird.

Zumindest ein Bruchteil des Bündels 3 wird durch den Träger D reflektiert. Dieses reflektierte Bündel 4 durchquert das Objektiv L und wird dann durch den halbdurchlässigen Spiegel M abgelenkt, um in einem Punkt A zu konvergieren, welcher zu der Quelle O in bezug auf den Spiegel M symmetrisch ist und auf einer zu der z-Achse parallelen Achse 2 liegt. Durch den Punkt A geht eine zu der Achse 2 normale Ebene F hindurch, welche durch orthogonale Achsen 21 und 22 dargestellt ist, die zu der

509832/0896

y-Achse bzw. zu der x-Achse parallel sind. Auf der Achse 2 ist eine optische Einrichtung C angeordnet, mittels welcher die auf der Bahn des reflektierten Bündels 4 gelegene Anordnung astigmatisch gemacht werden kann. Eine solche Einrichtung kann mit Hilfe einer Zylinderlinse hergestellt werden, wobei die Achse des Zylinders parallel zu der x-Achse gewählt wird. Die Zylinderlinse C bewirkt bekanntlich, dass der punktförmigen Quelle O ein Geradenabschnitt 26 beiderseits des Punktes A in der Ebene F entspricht, der in dem in Figur 1 dargestellten Beispiel zu der y-Achse parallel ist. Zur Verdeutlichung sind in der Zeichnung die im wesentlichen kreisförmigen Spuren 9 und 5 des Bündels 4 auf dem Spiegel M und auf der Zylinderlinse C sowie die Durchmesser 6 und 7 des Lichtflecks 5, welche zu der y-Achse bzw. der x-Achse parallel sind, und die Lichtstrahlen 60 und 70 schematisch dargestellt, welche durch die Enden der Durchmesser 6 bzw. 7 hindurchgehen. Die Lichtstrahlen 60 legen nach Konvergenz in einem Punkt B der Achse 2 den Geradenabschnitt 26 fest. Die Strahlen 70 konvergieren in dem Punkt A. Man wählt eine Beobachtungsebene P, die in Figur 1 durch 2 orthogonale Achsen 11 und 12 dargestellt ist, welche zu der y-Achse bzw. zu der x-Achse parallel sind. Die Ebene P liegt auf der Achse 2 zwischen den Punkten A und B dort, wo die Fläche des Lichtflecks 8 minimal ist.

Was oben beschrieben wurde entspricht dem Fall, in welchem das Bündel 3 auf dem Träger D in dem Punkt richtig fokussiert ist. ·

In dem gegenteiligen Fall, der aus Gründen der Übersichtlichkeit in der Zeichnung nicht dargestellt ist und der aus der zufälligen Verschiebung des Trägers D folgt, stellt man fest, dass in der Ebene P ein Lichtfleck gebildet wird, der gegenüber dem Fleck 8 durch Verlängerung

509832/089 6

längs der Achse 11 oder der Achse 12 verformt ist, je nachdem, ob das Bündel 3 vor oder hinter dem Träger D konvergiert.

In der Beobachtungsebene P ordnet man Einrichtungen zum Feststellen der Form des Lichtflecks an. Diese Einrichtungen, die beispielsweise mit Hilfe von photoelektrischen Zellen hergestellt werden, wie in Figur 2 gezeigt, liefern ein Fokussierungskontrollsignal. Die Detektoreinrichtungen enthalten bei dieser Ausfuhrungsform vier photoelektrische Zellen 31, 32, 33 und 34,die zu einem Quadrat angeordnet sind, dessen Diagonalen durch die Achsen 11 und 12 gebildet sind, und sie sind so angeordnet, dass der oben genannte Lichtfleck 8 im wesentlichen in der Mitte des Quadrats gebildet wird.

Die Zellen, die zu ein und derselben Diagonalen gehören, sind mit einem Addierer verbunden, d.h. in Figur 2 sind die Zellen 31 und 32 (auf der Achse 11) mit einem Addierer 35 und die Zellen 33 und 34 (auf der Achse 12) mit einem Addierer 36 verbunden. Die Addierer sind mit einem Differenzverstärker 37 verbunden: der Addierer 35 mit dem positiven Eingang des Verstärkers und der Addierer 36 mit seinem negativen Eingang. An dem Ausgang des Verstärkers 37 steht ein elektrisches Signal S zur Verfügung, welches das Fokussierungskontrollsignal darstellt, zwei Anwendungen dieses Signals sind vorgesehen, beispielsweise: einerseits wird es zu einem Kontrollorgan 38 geleitet, beispielsweise zur Kontrolle durch Sichtbarmachung, andererseits wird das Signal S zu einem Motor 39 geleitet, mittels welchem die Position des Objektivs L (Pfeile 40) in Abhängigkeit von dem Signal S verändert werden kann, wodurch ein Folgeregelsystem für die Fokussierung des Bündels 3 auf dem Träger D geschaffen ist. Es sind die drei Formen von Lichtflecken dargestellt, die sich in der Beobachtungsebene P bilden können: der oben erwähnte Umriss 8 mit

50983 2/0896

minimaler Fläche, ein längs der Achse 11 verlängerter Umriss 81 und ein längs der Achse 12 verlängerter Umriss 82. Es ist klar, dass unter Berücksichtigung der oben angegebenen Schaltung der photoelektrischen Zellen das Signal S Null ist, wenn die Fokussierung korrekt ist (der im wesentlichen kreisförmige Fleck 8), dass das Signal S positiv ist, wenn der Träger D sich von dem Objektiv L entfernt hat (Fleck 81), und negativ ist, wenn sich der Träger D dem Objektiv L genähert hat (Fleck 82).

Dieses Kontrollsignal S ermöglicht somit, dass die Position der Platte in jedem Zeitpunkt während des Lesens des Trägers D bekannt ist, und zwar mit Hilfe einer Schaltung, die sehr einfach aufgebaut ist.

Figur 3 zeigt schematisch eine abgewandelte Ausführungsform eines Teils der Fokussiereinrichtung nach der Erfindung. Bei dieser Ausführungsform ist die Zylinderlinse C zwischen der Quelle O und dem halbdurchlässigen Spiegel M angeordnet. Als Beispiel ist das Schema in der χ,ζ-Ebene dargestellt und die Achse des Zylinders C liegt in der durch eine y-Achse gehenden senkrechten Ebene.

In der χ,ζ-Ebene wird die Divergenz des von der Quelle O ausgesandten Lichtbündels 41 hinter der Linse C verringert, Es durchquert, wie zuvor das Bündel 3, nacheinander den Spiegel M und das Fokussierungsobjektiv L und konvergiert in einem Punkt B₂ der x-Achse. Der Fokussierungspunkt der nicht dargestellten Lichtstrahlen in der x,y-Ebene ist mit A₂ bezeichnet. Der Informationsträger D ist zwischen den Punkten A₂ und B₂ dort angeordnet, wo der Lichtfleck 11 eine minimale Ausdehnung aufweist.

Wie zuvor, reflektiert der Träger D zumindest einen Teil

509832/0896

de· Lesebündels 41 auf das Objektiv L und den Spiegel M. Das reflektierte Bündel 42 mit der Achse 2, welches auf diese Weise konvergent gemacht ist, wird in einer Ebene P beobachtet, die normal zu der Achse 2 dort angeordnet ist, wo der Lichtfleck 81 eine minimale Ausdehnung hat, wie bei der vorhergehenden Ausführungsform.

Wenn infolge der Verschiebung des Trägers D die Fokussierung de· Lesebündels 41 nicht mehr korrekt ist, ist der Lichtfleck längs zwei orthogonalen Achsen verformt. Diese Verformungen werden beispielsweise mit Hilfe der vier photoelektrischen Zellen-festgestellt, die in Figur 2 dargestellt sind.

Wenn man beispielsweise annimmt, dass die Positionsschwankungen des Trägers D längs der x-Achse auf dx =10 ,um begrenzt sind _un(3 wenn man ein Leseobjektiv L mit einer Brennweite f = 3 mm verwendet, soll die Brechkraft der Lin-

dx

se C D = - —r- — 1 dpt betragen. Eine derartig geringe

Brechkraft ermöglicht die Verwendung der in Figur 3 dargestellten Ausführungsform: sie stört nämlich nicht wesentlich das Lesen.

Die Fokussierungseinrichtung nach der Erfindung ist bei jeglichem optischen Lesen von Information anwendbar, die von einer ablaufenden Spur getragen wird. Sie eignet sich jedoch insbesondere zum Lesen von Information hoher Dichte, wie beispielsweise Fernsehsignale.

509832/0896

Claims

⁸" ' 2bO1

Patentansprüche

!.Einrichtung zum Fokussieren eines Leselichtbündels auf einem beweglichen Informationsträger, mit einem Objektiv, welches das Lesebündel auf dem Träger konvergieren lässt, gekennzeichnet durch astigmatische optische Einrichtungen, durch optische Errichtungen, die zumindest einen durch den Träger reflektierten Teil des Lesebündels zu einer Beobachtungsebene leiten, wobei die astigmatischen optischen Einrichtungen auf der Bahn entweder allein des Lesebündels oder allein des reflektierten Lesebündelteils angeordnet sind, wobei der Träger und die Beobachtungsebene in einer ersten bzw. einer zweiten Ebene angeordnet sind, die so positioniert sind, dass der sich darauf bildende Lichtfleck eine minimale Ausdehnung hat, und durch Einrichtungen zum Feststellen der Form des Lichtfleckes in der Beobachtungsebene, die ein Signal zur Kontrolle der Fokussierung des Lesebündels liefern.
2. Fokussiereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die astigmatischen optischen Einrichtungen aus einer zylindrischen Sammellinse bestehen.
3. Fokussiereinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zylindrische Linse auf der Bahn des reflektierten Teils des Bündels ausserhalb des Lesebündels angeordnet ist..
4. Fokussiereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die optischen Einrichtungen, die den reflektierten Teil des Bündels zu der Beobachtungsebene leiten, das Objektiv und Trenneinrichtungen umfassen, welche den reflektierten Teil in eine von der Richtung des Lesebündels getrennte Richtung ablenken.
5. Fokussiereinrichtung nach Anspruch 2 und 4, dadurch

509832/0896

gekennzeichnet, dass die zylindrische Linse auf der Bahn allein des Lesebündels vor den Trenneinrichtungen angeordnet ist.
6. Fokussiereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis

5, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtungen zum Feststellen der Form des Lichtflecks vier photoelektrische Zellen und Einrichtungen zum Verarbeiten von elektrischen Signalen enthalten, die von den Zellen geliefert werden, dass diese Zellen in der Beobachtungs· ebene zu einem Quadrat angeordnet sind, dessen Diagonalen die Achsen der Verformung durch Verlängerung des Lichtflecks unter der Einwirkung eines Fokussierungsfehlers sind, und dass die Verarbeitungseinrichtungen einen Wert des KontrollsignaIs liefern, der je nach dem, ob in der einen oder anderen Richtung ein Fokussierungsfehler nicht vorhanden oder vorhanden ist, Null, positiv oder negativ ist.
7. Fokussiereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis

6, gekennzeichnet durch Einrichtungen, die unter der Steuerung durch das Kontrollsignal eine Translationsbewegung des Objektivs bewirken.
8. Optischer Leser für Information auf einem beweglichen Informationsträger, gekennzeichnet durch eine Fokussiereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7.

509832/0896

Le e rs e i t e