DE2533501A1 - Optoelektronisches fokussierungsdetektionssystem - Google Patents

Optoelektronisches fokussierungsdetektionssystem

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DE2533501A1 DE19752533501 DE2533501A DE2533501A1 DE 2533501 A1 DE2533501 A1 DE 2533501A1 DE 19752533501 DE19752533501 DE 19752533501 DE 2533501 A DE2533501 A DE 2533501A DE 2533501 A1 DE2533501 A1 DE 2533501A1
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Description

PHN.7666. Va/EVH.
Π Μ^κ · 18.6.1975.
.«·.-: PHIT- 7666
α;,:,,:λ.,.,; von» 25. Juli 197:?
Optoelektronisches Fokussierungsdetektionssystem
Die'Erfindung bezieht sich auf ein optoelektronisches Fokussierungsdetektionssystem zur Anwendung in einer Vorrichtung zum Einschreiben von Information als eine optisch auslesbare strahlungsreflelo tierende Struktur in einer Informationsflache eines Aufzeichnungsträgerköi'pers bzw. in einer Vorrichtung zum Auslesen von Information, die als eine optisch auslesbare strahlungsreflektierende Struktur in einer Informationsfläche eines Aufzeichnungsträgers angebracht ist, welches System mit einer Strahlungsquelle versehen ist, die ein enges Fokussierbündel emittiert, das exzentrisch durch ein Objektiv der Einschreibvorx'ichtung
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PHN.7666.
18.6.75ο - 2 -
bzw» der Auslösevorrichtung· hindurch, geht, während das System weiter zwei strahlungsempfindIiehe Detektionselemente zum Auffangen des von der Informationsfläche reflektierten und das Objektiv zum zweiten Mal passierenden Fokussierbttndels enthalte
Unter einem Fokussierungsdetektionssystem ist in dieser Beschreibung ein System zur Bestimmung einer Abweichung zwischen der Soll- und der Istlage der Ebene zu verstehen, in der ein Abbildungsbündel fokussiert wird. Unter einem Fokussierbündel ist ein Hilfsstrahlungsbündel zu verstehen, das zum Detektieren der genannten Abweichung verwendet wird. Unter einem Aufzeichnungsträgerkörper ist ein Trägerkörper zu verstehen, der mit einer strahlungsempfindlichen Schicht versehen ist, in die eine Informationsstrukur eingeschrieben werden kann.· Ein Aufzeichnungsträger ist ein mit Information versehener Aufzeichnungsträgerkörper. Die Informationsfläche ist im Falle des Aufzeichnungsträgerkörpers die Fläche der strahlungsempfindlichen Schicht und im Falle des Aufzeichnungsträgers die Fläche der Informationsstruktur.
Ein optoelektronisches Fokussierungsdetektions· system der obenbeschriebenen Art wurde zur Anwendung in einer Auslesevorrichtung bereits in der älteren deutschen Patentanmeldung 23 22 725*0 der Anmelderin
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vorgeschlagen. In dor früher vorgeschlagenen Vorrichtung weisen die Detektionselemente die Form von Photodioden auf. Die Ausgänge dieser Dioden sind mit einer elektronischen Schaltung verbunden, in der die Diodensignale zu einem Regelsignal zur Nachregelung der Fokussierung des Objektivs, z,B. durch Verschiebung dieses Objektivs, verarbeitet werden.
Der Einfangbereich, d.h. die maximale Abweichung zwischen der Ist— und der Sollfokussierungsebene, die noch detektiert werden kann, wird durch die Abmessung der Dioden bestimmt, Wenn ein grosser Einfangbereich verlangt wird, müssten grosse Dioden verwendet werden» Grosse Dioden weisen jedoch eine grosse Kapazität auf und haben somit zur Folge, dass die Nachregelung der Fokussierung über die elektronische Schaltung weniger schnell vor sich geht.
Die vorliegende Erfindung bezweckt, ein optoelektronisches Fokussierungsdetektionssystem zu schaffen, das den obengenannten Nachteil nicht aufweist und sowohl einen grossen Einfangbereich als auch eine grosse Empfindlichkeit für kleine Fokussierfehler besitzt. Das System nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass in dem Wege des reflektierten Fokussierbündels zu den strahluiigsempfindlichen Detektionselementen ein linsenartiges Element angebracht ist, von dem nur die
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18.6,75. - 4 - .
Randzone eine Linsenw4.rkung ausübt, während der mittlere Teil dieses Elements die Richtung des Fokussierbündels nicht beeinflusst. Durch die Anwendung des linsenartigen Elements wird erreicht, dass sogar für grosse Fokussierfehler das Fokussierbündel stets auf die Detektionselemente gelangt. Bei kleinen Fokussierfehlern passiert das Fokussierbündel den mittleren Teil des linsenartigen Elements, so dass für diese kleinen Fehler die gleiche Empfindlichkeit wie in dem Falle erreicht wird, in dem kein linsenartiges Element vorhanden wäre.
"Die Erfindung wird nachstehend beispielsweise an Hand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine früher vorgeschlagene Auslesevorrichtung mit einem optoelektronischen Fokussierungs-' detektionssystem,
Fig« 2 die Wirkungsweise dieses Systems,
Fig. 3 und 4 Teile eines optoelektronischen Fokussierungsdetektionssystems nach der Erfindung,
Fig. 5 j 6 und 7 die mit den Systemen nach den Fig. 2, 3 und 4 erhaltenen elektrischen Signale als Funktion des Fokussierfehlers,
Fig. 8 ein linsenartiges Element zur Anwendung in einem System nach der Erfindung, und
Fig. 9 eine Ausführungsform einer Einschreibvorriclitung mit einem optoelektronischen Fokussierungsdetektionssystem nach der Erfindung,,
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" ' " PHN-. 7666.
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In der Ausführungsform einer Auslesevorrichtung nach.Pig. 1 bezeichnet 1 eine Strahlungsquelle, z,B, eine Laserquelle, die ein sehr enges Strahlungsbündel 2 emittiert. Dieses Strahlungsbündel tritt über die Fläche 4 in den Bündelteiler 3 ein. Die Fläche 5 dieses Bündelteilers ist teilweise für Strahlung durchlässig, so dass ein Teil des Strahlungsbündels 2 als Auslesebündel 6 durchgelassen wird, während ein anderer Teil des Bündels 2 zu der Fläche k reflektiert wird.
Das Auslesebündel 6 wird von einem Objektiv auf die Informationsfläche 12 eines schematisch dargestellten Aufzeichnungsträgers 11 fokussiert. Die Linse sorgt dafür, dass die ganze Eintrittspupille des Objektivs 10 ausgefüllt wird. Der Aufzeichnungsträger ist z.B. eine runde Scheibe, die in Drehung versetzt werden kann, wie mit dem Pfeil 14 angedeutet ist. Das Auslesebündel 6 wird dann entsprechend der Informationsstruktur moduliert, die nacheinander in dem Bündelquerschnitt erscheint. Nach Reflexion an der Informationsfläche 12 passiert das modulierte Auslesebündel die Objektivlinse 10 zum zweiten Mal und .fällt dann auf z.B. einen halbdurchlässigen Spiegel 15 ein. Dieser Spiegel reflektiert einen Teil des modulierten Auslesebündels zu dem strahlungsempfindlichen Signaldetektor 16» Aus dem elektrischen Ausgangssignal S. dieses Detektors kann die ursprüngliche Information,
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ΡΗΝβ7666. 18.6.75. - 6 -
z.B. Bild- und Toninformation, wiedergewonnen werden, wenn auf dem Aufzeichnungsträger ein Fernsehprogramm gespeichert war.
Beim Auslesen des Aufzeichnungsträgers,
dessen optische Informationsstruktur sehr kleine Details, z.B. in der Grössenordnung von 1 /um aufweist, ist es erforderlich, geringe Aendorungen in der Lage der Informationsfläche detektieren zu können, damit die Fokussierung des Objektivs nachgeregelt werden kann. Zur Bestimmung der genannten Aenderungen wird der Teil des Strahlungsbündels 2 verwendet, der an der Fläche 5 des Bündelteilers 3 reflektiert wird. Dieser Teil verlässt, nach vollständiger Reflexion an der Fläche 4, den Strahlenteiler 3 als ein zweites Strahlungsbündel 7» Das Bündel 7 dient als Fokussierungsbündel und tritt durch eine Oeffnung 8 der Blende 9 hindurch. Das Fokussierbündel . tritt in das Objektiv 10 in verhältnismässig grosser Entfernung von der optischen Achse 00f dieses Objektivs ein. Nach Brechung durch das Objektiv trifft das Fokussierbündel 7 die strahlungsreflektierende Informationsfläche 12. Für das Fokussierbündel wirkt die.Informationsflache als ein Spiegel, der dieses Bündel zu dem halbdurchlässigen Spiegel 15 reflektiert. Von dem Spiegel 15 ' wird das Bündel 7 zu einem Gebilde zweier strahlungsempfindlicher Detektionselemente 19 und 20 hin' gerichtet, die
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PHN.7666. 18.6.75c - 7 -
durch einen, engen Spal-t 21 voneinander getrennt sindo
In dem Wege des Fokussierbündels ist eine Linse 17 angeordnet. Diese Hilfslinse fokussiert das Bündel 7 in der Brennebene des Objektivs 10, so dass das Fokussierbündel das Objektiv als ein paralleles Bündel verlässt. Auf diese Weise wird ein Strahlungsfleck 18 konstanter Grosse auf der Informationsflache gebildet» so dass auch der Strahlungsfleck in der Ebene der Detektionselemente 19 und 20 eine konstante Grosse aufweist.
Die Detektionselemente 19 und 20 sind derart
angeordnet, dass bei einer richtigen Lage der Informationsfläche 12, wie in Fig. 1 dargestellt ist, die Abbildung der Oeffnung 8, die von der Informationsflache und dom Objektiv erzeugt wird, zu den Elementen 19 und 20 symmetrisch ist. Dann empfangen die Detektionselemente 19 und 20, die z.B. Photodioden sein können, eine gleiche Strahlungsintensität. Verschiebt sich die Informationsfläche 12 nach links bzw, nach rechts, so wird der Abstand zwischen der Stelle, an der das Fokussierbündel in das Objektiv eintritt, und der optischen Achse kleiner bzw. grosser werden. Das Fokussierbündel wird dann über einen kleineren bzw. grösseren Winkel gebrochen. Dies hat zur Folge, dass die Photodiode 19 mehr bzw« weniger Strahlung als die Photodiode - 20 empfängt« Durch Vergleich
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• . ' 2533S01
PHN.7666.
18.5.75.
der von den Photodioden I9 und 20 abgegebenen elektrischen Signale können die Grosse und die Richtung einer Abweichung zwischen der Ist- und der Sollage der Informations· fläche detektiert werden«, In einer mit den Ausgängen der Photodioden verbundenen nicht dargestellten elektronischen Schaltung kann auf bekannte Weise ein Regelsignal für die Fokussierung erzeugt werden.
Im Zusammenhang mit einer schnellen Regelung der Fokussierung müssen die Photodioden möglichst klein sein. Bei sich vergrösserenden Fokussierfehlern wird dann bald das FokussierbUndel ausserhalb der Photodioden gelangen, wie in Fig. 2 bei 7e und Jf veranschaulicht ist. In dieser Figur ist nur der Strahlungsweg des Fokussierbündels 7 von der Informationsfläche 12 her und unter Fortlassung des halbdurchlässigen Spiegels 15 dargestellt. In Fig. 2 sind drei Lagen, d, e, und f der Informationsfläche in bezug auf das Objektiv 10 .dargestellt. Diese verschiedenen Lagen führen zu einem verschiedenen Verlauf des Fokussierbündels, wie mit 7j» 7 bzw. 7j> bezeichnet
d 6 X
ist. Die Lage d ist die Sollage und das Fokussierbündel 7j fällt symmetrisch auf die Detektionselemente 19 und 20 ein. Der Winkelc6 zwischen dem Hauptstrahl des Fokussierbündels 7,j und dem Hauptstrahl eines anders gerichteten Fokussierbündels, z.B. des Bündels 7 1 ist eine Funktion der Abweichung s zwischen der Soll- und
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2 5 3 3 b 0
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I8.6o75. - 9 -
der Istlage der Informationsflache 12. Befindet sich die Informationsf leiche in der Lage e oder f, so fällt das Fokussierbündel 7 oder 7j> ausserhalb des Bereiches der
e χ
Photodioden ein0
Fig. 5 zeigt den Verlauf der elektrischen
Signale S-g und S20 an den Ausgangsklemmen der Photodioden 19 und 20 und des Differenzsignals S19-S20 als Funktion der Abv/eichung s der Lage der Informationsfläche 12 von der Sollage. Der Einfangbereich ist verhältnismässig klein, während die Empfindlichkeit, die zu S1 umgekehrt proportional ist, innerhalb dieses Bereiches verhältnismässig gross ist.
Der'Einfangbereich kann dadurch vergrSssert werden, dass, wie in Fig. 3 dargestellt ist, eine zusätzliche Linse 30 verwendet wird. In Fig. 3 ist nur der Weg des Fokussierbündels von der Brennebene F des Objektivs 10 her dargestellt. Wenn nun das Fokussierbündel stets die Linse 30 erreicht, wird der Strahlungsfleck 18 (Fig. 1) stets auf dem Gebilde der Photodioden 19 und 20 abgebildet. Dadurch, dass diese Photodioden in einiger Entfernung von dem Brennpunkt fo0 der Linse 30 angeordnet werden, wird erzielt, dass sich bei einer Verschiebung der Informationsfläche das Fokussierbündel über die Photodiöden 19 "und 20 verschiebt. Wie in Fig. 6 dargestellt ist, die den Verlauf der elektrischen Signale an den
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Ausgängen der Photodiaden .in der Anordnung nach Fig. 3 zeigt, hat sich der Einfangbereich erheblich vergrössert, Die Empfindlichkeit hat jedoch erheblich abgenommen; Sp ist viel grosser als s- aus Fig. 5·
Nach der Erfindung kann unter Beibehaltung eines grossen Empfangbereiches die Empfindlichkeit für kleine Fokussierfehler dadurch vergr8ssert werden, dass dafür gesorgt wird, dass der mittlere Teil der Linse keine Linsenwirkung mehr ausübt. Dies kann dadurch erreicht werden, dass die mittleren Teile 31 der gekrümmten Linsenoberflachen flachgeschliffen werden, wie in Fig. h dargestellt ist. Bei kleineren Abweichungen zwischen der Ist- und der Sollage der Informationsfläche wird das von der Informationsfläche reflektierte Fokussierbündel ungebrochen durch die Linse 30 auf die Photodioden ein—.: i fallenο Bei kleinen Verschiebungen der Informationsfläche werden verhältnismässig grosse Verschiebungen über die Photodioden auftreten, so dass die Empfindlichkeit für diese kleinen Verschiebungen gross ist. Bei grfisseren Abweichungen zwischen der Ist- und der Solllage der Informätionsflache, wie sich z.B..beim Einstellen der Fokussierung eines eben in der Auslesevorrichtung angebrachten Aufzeichnungsträgers ergeben, wird das Fokussierbündel von.der Randzone der Linse 30 zu den Photodioden hin gerichtet werden, so dass stets
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eine Anzeige über die Richtung besteht, in der die Fokussierung nachgeregelt werden muss. Das Fokussierbündol 7 in Fig. 4 gehört zu der genannten grossen Abweichung, während das Polcussierbündel 7 j teilweise auf einen flachen vxiä teilweise auf einen gekrümmten Teil dei- Linsenoberfläche einfällt.
Fig. 7» in der die Signale an den Ausgangsklemmen der Photodioden in der Anordnung nach Fig. 4 dargestellt sind, zeigt, dass in der Anordnung nach Fig. 4 die Vorteile der Anordnungen nach den Fig. 2 und kombiniert sind. Der Einfangbereich der Anordnung nach Fig. 4 ist gross, während die Empfindlichkeit befriedigend ist (so ist etwa gleich s-).
Die in den Fig. 3 und 4 dargestellten plan~ konvexen Linsen sind nur beispielsweise gegeben. In der Vorrichtung nach Fig. 4 kann auch eine doppelkonvexe Linse verwendet werden. Statt ebene Flächen 31 an einer Linse zu schleifen, kann auch eine ringförmige Linse (siehe Fig. 8) für die Linse 30 verwendet werden.
Die Erfindung wird nun an Hand einer Vorrichtung zum Auslesen eines Aufzeichnungsträgers mit einer strahlungsreflektierenden Informationsoberfläche beschrieben. Diese Fläche wird als Hilfsabbildungselement in einem Abbildungssystem verwendet, in dein eine Strahlungsquelle auf zwei Detektionselementen abgebildet wird.
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Es dürfte einleuchten, dass die vorliegende Erfindung in all1.denjenigen Fällen anwendbar istf in d enen die Lage einer strahlungsreflektierenden Fläche in bezug auf ein Abbildungssystem bestimmt werden muss. So kann z.B. auch in einer Vorrichtung zum Einschreiben von Information in einen Aufzeichnungsträgerkörper ein optoelektronisches System nach der Erfindung zur Bestimmung dei- Lage der Informationsflache in bezug auf ein Objektiv verwendet werden, mit dem ein Einsehreibstrahlungsfleck auf die Informationsfläche erzeugt wird. Eine Ausführungsform einer derartigen Vorrichtung ist in Fig. 9 dargestellte
In dieser Figur bezeichnet 40 eine Strahlungsquelle (z.B. einen Kryptonlaser), die ein Strahlungsbündel 41 hoher Intensität (das Ei?.ischreibbündel) liefert« Das Bündel 41 wird nacheinander von den Prismen 42 und 4-3 reflektiert und durchläuft dann einen elektrooptischen Modulator 44, In diesem Modulator wird die Polarisation des einfallenden linear polarisierten Bündels in eine von zwei möglichen Lagen geschaltet, je nach dem aufzuzeichnenden Signal, das den Klemmen 44a und 44b zugeführt wird. Dem Modulator 44 ist ein Polarisator nachgeordnet, der, je nach dem Polarisationszustand des Bündels 4i, dieses Bündel durchlässt oder nicht durchlässt. Die so erhaltenen Strahlungsimpulse werden von einem wellenlängen-
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empfindlichen. Reflexionselement 48 zu der strahlungsempfindlichen Fläche 51a eines Aufzeichnungsträgerkörpers 51 reflektiert. Mit Hilfe des Objektivs k9 wird die Strahlung zu einem Einschreibfleck mit sehr kleinen Abmessungen (z.B0 in der Grössenordnung von 1 /um ) fokussiert. Die Linse k6 sorgt dafür, dass die ganze Pupille des Objektivs ausgefüllt wird. Das Element kj ist ein Verschlussglied, mit dem das Bündel kl, unabhängig von dem Polarisationszustand, unterbrochen werden kann. Die strahlungsempfindliche Schicht des Aufzeichnungsträger— körpers wird von Strahlungsimpulsen beleuchtet, von denen z.B. die zeitliche Reihenfolge und die Impulsdauer durch das Signal an den Klemmen kha. und hkh bestimmt werden. Dadurch, dass die strahlungsempfindliche Schicht in einer Ebene senkrecht zu der Zeichnungsebene bewegt wird, kann eine spurförmige Informationsstruktur geschrieben werden.
Das Objektiv 10 ist in einer Lautsprecherspule 50 aufgehängt, wodurch es der Bewegung der strahlungsempfindlichen Schicht 51a. in einer zu der Ebene dieser Schicht senkrechten Richtung folgen kann. Abweichungen in der Lage der Schicht 51a, die annahmeweise strahlungsreflektierend ist, in bezug auf die Sollage können mit dem nachstehend zvl beschreibenden System detektiert werden»
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Eine zweite Strahlungsquelle 52 (z.B. ein
Helium-Neon-Laser) emittiert ein enges Strahlungsbündel mit einer von der des Bündels 41 verschiedenen Wellenlänge, Dieses Fokussierbündel passiert eine Oeffnung in einer Blende $k und fällt dann, auf ein Polarisatioiisteilprisma 55 aufo Dieses Prisma reflektiert nur Strahlung mit einer bestimmten Lage der Polarisationsebene,, Die Polarisations— trennfläche 55a des Prisinas schliesst mit dem Haupt strahl des Fokussierbündels;. einen Winkel ein, der in geringem Masse von 45° abweicht, so dass das Bündel das Objektiv in einiger Entfernung von der optischen Achse passiert. Auf dem Wege zu dem Objektiv passiert das Fokussierbündel eine h/4-Platte 56 und das Element 48, das für die Wellenlange dieses Bündels durchlässig ist. Nach Reflexion an der strahlungsempfindlichen Oberfläche 51a durchläuft das Fokussierbündel das Objektiv 49» das Element 48 und die Λ·/4—Platte 56 zum zweiten Mal. Da es zwei Male die A /4-Platte 56 durchlaufen hat, ist die Polarisationsebene des reflektierten Fokussierbündels über 90° i*1 bezug auf die des von der Quelle 52 emittierten Bündels gedreht, so dass, das reflektierte Fokussierbündel zu den strahlungsempfindlichen Detektionseiement en 33 und durchgelassen wird.
Den Detektionselementen 59 und 60 ist nach der Erfindung wieder eine Linse 57» bei der der mittlere
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" · "' PHN. 7666.
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Teil 58 einer gekrümmten Oberfläche flachgeschliffen ist, vorgeordnet. Diese Linse erfüllt selbstverständlich die gleiche Funktion wie die Linse 30 nach den Fig. 3 und h, Die Detektionselemente 59 und 60 sind mit einer elektronischen Schaltung 61 verbunden, in der aus den ^etektorsignalen ein Regelsignal zur Verschiebung des Objektivs abgeleitet wird. Dieses Regelsigna], wird der Lautsprecherspule 50 zugeführt.
In dem Wege des Fokussierbündels 53 kann noch eine Hilfslinse 62 angebracht werden, die die gleiche Funktion wie die Hilfslinse 17 nach Fig. 1 erfüllt«
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Claims (2)

  1. PHN.7666. 18.6.75. - 16 -
    PATBNTANS PRUECHE
    Optoelektronisches Fokussierungsdetektionssystem zur Anwendung in einer Vorrichtung zum Einschreiben von Information als eine optisch auslesbare strahlungsreflektierende Struktur in einer Informationsfläche eines Aufzeichnungsträgerkörpers bzw. in einer Vorrichtung zum Auslesen von Information, die als eine optisch auslesbare strahlungsreflektierende Struktur in einer Informationsflache eines Aufzeichnungsträgers angebracht ist, welches System mit einer Strahlungsquelle versehen ist, die ein enges Pokussierbündel emittiert, das exzentrisch -durch ein Objektiv der Einschreibvorrichtung bzw, der Auslesevorrichtung hindurchgeht, während das System weiter zwei strahlungsempfindliohe Detektionselemente zum Auffangen des von der Informationsfläche reflektierten und das Objektiv zum zweiten Mal durchlaufenden Fokussierbündeis enthält, dadurch gekennzeichnet, dass in dem ¥ege des reflektierten Fokussierbündels zu den strahlungsempfindlichen Detektionseleraenten ein linsenartiges Element angeordnet ist, von dem nur die Randzone eine 1/insenwirkung ausübt, während der mittlere Teil dieses Elements die Richtung des Fokussierbündels nicht beeinflusst.
  2. 2, Optoelektronisches System nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass das linsenartige Element
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    PHN.7666. 18.6,75ο - 17 -
    aus einer einfachen Linse besteht, wobei die mittleren Teile der Ldnsenoberflächen flach sind.
    3· OptcDelektronisch.es System nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass das linsenartige Element aus einer ringförmigen Linse bestellte
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    Ag
    Leerseite
DE19752533501 1974-08-08 1975-07-26 Optoelektronische Fokussierungsdetektlonsanordnung Expired DE2533501C3 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
NL7410642A NL7410642A (nl) 1974-08-08 1974-08-08 Opto-elektronisch fokusseringsdetektiestelsel.
NL7410642 1974-08-08

Publications (3)

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ID=

Also Published As

Publication number Publication date
PL104485B1 (pl) 1979-08-31
FR2281622A1 (fr) 1976-03-05
AT346097B (de) 1978-10-25
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ZA754359B (en) 1977-02-23
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