DE2533501B2 - Optoelektronische fokussierungsdetektionsanordnung - Google Patents

Description

Inder Ausfuhrungsform einer Auslesevorrichtung _{bildung def öff 8> die von der} i_nformations-

nach Fig. 1 bezeichnet 1 eine Strahlungsquelle, z.B. flache und dem Objektiv erzeugt wird, zu den EIe-

eine Laserquelle, die ein sehr enges Strahlungs- menten 19 und 20 symmetrisch ist. Dann empfangen

bündel 2 emittiert. Dieses Strahlungsbundcl tritt über die Detektionselemente 19 und 20, die z. B. Puoto-

die Fläche 4 in den Bündelleiter 3 ein. Die Fläche 5 5 diode;, sein können, eine gleiche Strahlungsintensität,

dieses Bündelleiter ist teilweise fur Strahlung durch- Verschiebt sich die Informationsfläche 12 nach links

lässig, so daß em Teil des Strahlungsbündels 2 als bzw. nach rechts, so wird der Abitand zwischen der Auslesebündel 6 durchgelassen wird, während ein
anderer Teil des Bündels 2 zu der Fläche 4 reflektiert wird.

Das Auslesebündel 6 wird von ein^rn Objektiv 10 auf die Informationsfläche 12 eines schematisch dargestellten Aufzeichnungsträgers 11 fokussiert. Die Linse 13 sorgt dafür, daß die ganze Eintrittspupille

des Objektivs 10 ausgefüllt wird. Der Aufzeichnungs- 15 und" 20 abaeeebenen elektrischen Signale können die träger ist z.B. eine runde Scheibe, die in Drehung Größe und"die Richtung einer Abweichung zwischen versetzt werden kann, wie mit dem Pfeil 14 angedeu- der Ist- und der Sollaae der Informationsfläche detektct ist. Das Auslcsebündel 6 wird dann entsprechend tiert werden. In einer"mit den Aus»än«en der Photoder Informationsstruktur moduliert, die nacheinander dioden verbundenen nicht dargestellten clektroniin dem Bündelquerschnitt erscheint. Nach Reflexion 20 sehen Schaltung kann auf bekannte Weise ein Regelan der Informationsfläche 12 passiert das modulierte signal für die Fokussierung erzeugt werden. Aui-lesebündel die Objektivlinsc 10 zum zweiten Mal Im Zusammenhang mit einer schnellen Regelung und fällt dann auf z. B. einen halbdurchlässigen der Fokussierung müssen die Photodioden möglichst Spiegel 15 ein. Dieser Spiegel reflektiert einen Teil klein sein. Bei sich vergrößernden Fokussierfehlern des modulierten Auslesebündels zu dem strahlungs- 25 wird dann bald das Fokussierbündel außerhalb der

, r

Stelle, an der das Fokussierbündel in das Objektiveintritt, und der optischen Achse kleiner bzw. größer werden. Das Fokussierbündel wird dann über einen kleineren bzw. größeren Winkel eebrochen. Dies hat zur Folge, daß die Photodiode 19 mehr bzw. weniger Strahlung als die Photodiode 20 empfängt. Durch Vergleich" der von den Photodioden 19

empfindlichen Signaldetektor 16. Aus dem elektischen Ausi'.angssienal S, dieses Detektors kann die ursprüngliche Information, z. B. Bild- und Toninformation, wiedergewonnen werden, wenn auf dem i Fh

Photodioden gelangen, wie in F i g. 2 be^; 7,. und 7, veranschaulicht ist. In dieser Figur ist nur der Strahlungswea des Fokussierbündels 7 von der Informationsfläche 12 her und unter Fortlassung des halb-

Aufzeichnungsträger ein Fernsehprogramm gespei- 30 durchlässigen Spiegels 15 dargestellt. In F i g. 2 sind

drei Lagen, d, e und / der Informationsfläche in bezug auf das Objektiv 10 dargestellt. Diese verschicdenen Lagen führen zu einem verschiedenen Ver-

_z lauf des Fokussierbündels, wie mit I₁,, 7,, bzw. 7, beerforderlich, geringe Änderungen in der Lage der In- 35 zeichnet ist. Die Lage d ist die Sollagc und das Foki k l f di Dk

chert war.

Bcim Auslesen des Aufzeichnungsträgers, dessen optische Informationsstruktur sehr kleine Details, _z. B. in der Größenordnung von 1 um aufweist, ist es Ä

e g g

formationsfläche detektieren zu können, damit die Fokussierung des Objektivs nachgcrcgclt werden kann. Zur Bestimmung der genannten Änderungen wird der Teil des Strahluncsbündels 2 verwendet,

kussierbündel 7,, fällt symmetrisch auf die Detcktionselemente 19 und 20 ein. Der Winkel \ zwischen dem Hauptstrahl des Fokussierbündels 7,, und dem Hauptstrahl eines anders gerichteten Fokussierbün-

i i Fki d Ab

der an der Fläche 5 des Bündelteilers 3 reflektiert 40 dels, ζ. B. des Bündels I_n ist eine Funktion der Abwird. Dieser Teil verläßt, nach vollständiger Re- weichung s zwischen der Soll- und der Istlage der flexion an der Fläche 4, den Strahlenteiler 3 als ein Informationsfläche 12. Befindet sich die lnformazweites Strahlungsbundcl 7. Das Bündel 7 dient als tionsflächc in der Lage e oder /, so fällt das Fokus-Fokussicrunr.sbündel und tritt durch eine Öffnung 8 sierbündel 7_C oder 7, außerhalb des Bereiches der der Blende 9 hindurch. Das Fokussierbündel tritt in 45 Photodioden ein.

das Objektiv 10 in verhältnismäßig großer Entfer- Fig. 5 zeigt den Verlauf der elektrischen Signale nuns von der optischen Achse 00' dieses Objektivs S₁,, und S₂₀ an den Ausgangsklemmen der Photoein."Nach Brechung durch das Objektiv trifft das dioden 19'und 20 und des Diflerenzsignals S_1n- S.,_n Fokussierbündel 7 die Strahlungsreflektierende Tn- als Funktion der Abweichung .v der Lage der Infonrnformationsfläche 12. Für das Fokussier'oündcl wirkt 5° tionsfiäche 12 von der Sollage. Der Einfangbercich die Informationsfläche als ein Spiegel, der dieses ist verhältnismäßig klein, während die Empfindlich-Bündel zu dem halbdurchlässigen Spiegel 15 reflek- keit, die zu S₁ umgekehrt proportional ist, innerhalb tiert. Von dem Spiegel 15 wird das Bündel 7 zu dieses Bereiches verhältnismäßig groß ist. einem Gebilde zweier strahlungsempfindlicher De- Der Einfangbereich kann dadurch vergrößert tektionselemente 19 und 20 hin gerichtet, die durch 55 werden, daß, wie in Fig. 3 dargestellt ist, eine zueinen engen Spalt 21 voneinander getrennt sind. sätzliche Linse 30 verwendet wird. In F i g. 3 ist nur

In dem Wege des Fokussierbündels ist eine Linse 17 aneeordnet. Diese Hilfslinse fokussiert das Bündel 7 in der Brennebene des Objektivs 10, so daß

das Fokussierbündel das Objektiv als ein paralleles 60 Strahlungsileck 18 (Fig. 1) stets auf dem Gebilde

Bündel verläßt. Auf diese Weise wird ein Strahlungs- der Photodioden 19 und 20 abgebildet. Dadurch, daf?

der Weg des Fokussierbündels von der Brennebene F des Objektivs 10 her dargestellt. Wenn nun das Fokussierbündel stets die linse 30 erreicht, wird dci

fleck 18 konstanter Größe auf der Informationsfläche 12 gebildet, so daß auch der Strahlungsfleck in der Ebc'iie der Detektionselemente 19 und"20 eine konstanie Größe aufweist.

Die Detektionselemente 19 und 20 sind derart angeordnet, daß bei einer richtigen Lace der Informationsflächc 12, wie in F i g. 1 dargestellt ist, die Ab-

diese Photodioden in einiger Entfernung von dem Brennpunkt /.,„ der Linse 30 angeordnet werden wird erzielt, daß sich bei einer Verschiebung der Informationsfläche das Fokussierbündel über die Photodioden 19 und 20 verschiebt. Wie in F i g. t dargestellt ist, die den Verlauf der elektrischen Signale an den Ausgängen der Photodioden in der An-

Ordnung nach F i g. 3 zeigt, hat sich der Einfangbereich erheblich vergrößert. Die Empfindlichkeit hat jedoch erheblich abgenommen; s., ist viel größer als S₁ aus Fig. 5.

Nach der Erfindung kann unter Beibehaltung eines großen Empfangsbcrcich.es die Empfindlichkeit für kleine Fokussierfehler dadurch vergrößert werden, daß dafür gesorgt wird, daß der mittlere Teil der Linse 30 keine Linsenwirkung mehr ausübt. Dies kann dadurch erreicht werden, daß die mittleren Teile 31 der gekrümmten Linsenoberflächen flachgeschliffen werden, wie in F i g. 4 dargestellt ist. Bei kleineren Abweichungen zwischen der Ist- und der Sollage der Informationsfiäche wird das von der Informationsflächc reflektierte Fokussierbündel ungebrochen durch die Linse 30 auf die Photodioden einfallen. Bei kleinen Verschiebungen der Informationsfläche werden verhältnismäßig große Verschiebungen über die Photodioden auftreten, so daß die Empfindlichkeit für diese kleinen Verschiebungen groß ist. Bei größeren Abweichungen zwischen der Ist- und der Sollage der Informationsfläche, 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 eine Anzeige über die Richtung besteht, in der die Fokussierung nachgeregelt werden muß. Das Fokussierbündel l_c in F i g. 4 gehört zu der genannten großen Abweichung, während das Fokussierbündel l_d teilweise auf einen flachen und teilweise auf einen gekrümmten Teil der Linsenoberfläche einfällt.

F i g. 7. in der die Signale an den Ausgangsklemmen der Photodioden in der Anordnung nach F i g. 4 dargestellt sind, zeigt, daß in der Anordnung nach Fig. 4 die Vorteile der Anordnungen nach den F i g. 2 und 3 kombiniert sind. Der Einfarigbereich der Anordnung nach F i g. 4 ist groß, während die Empfindlichkeit befriedigend ist (5., ist etwa gleich S₁).

Die in den F i g. 3 und 4 dargestellten plankonvexen Linsen sind nur beispielsweise gegeben. In der Vorrichtung nach F i g. 4 kann auch eine doppelkonvexe Linse verwendet werden. Statt ebene Flächen 31 an einer Linse zu schleifen, kann auch eine ringförmige Linse (s. Fi g. S) 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 dem eine Strahlungsquelle auf zwei Detektionselemtnten abgebildet wird. Es dürfte einleuchten, daß die vorliegende Erfindung in all denjenigen Fällen anwendbar ist, in denen 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 der Lage der Informationsfläche in bezug auf ein Objektiv verwendet werden, mit dem ein Einschreibstrahlungsfleck auf der Informationsfläche erzeugt wird. Eine Ausführungsform einer der- artigen Vorrichtung ist in Fi g. 9 dargestellt.

In dieser Figur bezeichnet 40 eine Strahlungsquelle (z. B. einen Kryptonlaser), die ein Strahlungs- bündcl 41 hoher Intensität (das Einschreibbündcl) liefert. Das Bündel 41 wird nacheinander von den Prismen 42 und 43 reflektiert und durchlauft 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 44« und 44/' zugeführt wird. Dem Modulator 44 ist ein Polarisator nachgeordnet, der, je nach dem Polarisationszustand des Bündels 41, dieses Bündel durchläßt oder nicht durchläßt. Die so erhaltenen Strahlungsimpulsc werden von einem wellenlängencmpfindlichcn Reflexionselcment 48 zu der strahlungsempfindlichen Fläche 51(7 eines Aufzeichnungsträgerkörpers 51 reflektiert. Mit Hilfe des Objektivs 49 wird die Strahlung zu einem Einschreibfleck mit sehr kleinen Abmessungen (z. B. in der Größenordnung von 1 um) fokussiert. Die Linse 46 sorgt dafür, daß die ganze Pupille des Objektivs ausgefüllt wird. Das Element 47 ist ein Verschlußglied, mit dem das Bündel 41, unabhängig von dem Polarisationszustand, unterbrochen werden kann. Die strahlungsempfindlichc Schicht des Aufzeichnungsträgerkörpers wird von Strahlungsimpulsen beleuchtet, von denen 7. B. die zeitliche Reihenfolge und die Impulsdauer durch das Signal an den Klemmen 44 λ und 44/; bestimmt werden. Dadurch, daß die strahlungsempfindliche Schicht in einer Ebene senkrecht zu der Zeichnungsebene bewegt wird, kann eine spurförmigc Informationsstruktur geschrieben werden.

Das Objektiv 49 ist in einer Lautsprecherspule 50 aufgehängt, wodurch es der Bewegung der strahlungsempfindlichen Schicht 51 λ in einer zu der Ebene dieser Schicht senkrechten Richtung folgen kann. Abweichungen in der Lage der Schicht 51 λ. die annahmeweise strahlungsreflektierend ist. in bezug auf die Solinge können mit dem nachstehend zu beschreibenden System detektiert werden.

Eine zweite Strahlungsquelle 52 (z. B. ein Helium-Neon-Laser) emittiert ein enges Strahlungsbündcl 53 mit einer von der des Bündels 41 verschiedenen Wellenlänge. Dieses Fokussierbündel passiert eine öffnung in einer Blende 54 und fällt dann auf ein Polarisationsteilprisma 55 auf. Dieses Prisma reflektiert nur Strahlung mit einer bestimmten Lage der Polarisationsebene. Die Polarisationstrennfiäche 55« des Prismas schließt mit dem Hauptstrahl de? Fokussierbündels einen Winkel ein. der in gerinecrr Maße von 45° abweicht, so daß das Bündel da: Objektiv 49 in einiger Entfernung von der optischer Achse passiert. Auf dem Wege zu dem Objektn passiert das Fokussierbündel eine /'4-Platte 56 unc das Element 48, das für die Wellenlänge dieses Bün dels durchlässig ist. Nach Reflexion an der strah lungsempfindlichen Oberfläche 51a durchläuft da Fokussierbündel das Objektiv 49, das Element 4! und die 2'4-Platte 56 zum zweiten Mal. Da es zwe Male die λ'4-Platte 56 durchlaufen hat, ist die PoIa risationsebene des reflektierten Fokussierbündel über 90° in bezug auf die des von der Quelle 5! emittierten Bündels gedreht, so daß das reflektiert Fokussierbündel zu den strahlungsempfindliche] Detektionselementen 59 und 60 durchgelassen wird

Den Detektionselementen 59 und 60 ist nach de Erfindung wieder eine Linse 57, bei der der mittler Teil 58 einer gekrümmten Oberfläche flachgeschliffe ist, vorgeordnet. Diese Linse erfüllt selbstverstanc

ι die gleiche Funktion wie die Linse 30 nach den g. 3 und 4. Die Detektioiiselemcnte 59 und 60 el mit einer elektronischen Schaltung 61 verbuni, in der aus den Detektorsignalen ein Regelsignal - Verschiebung des Objektivs abgeleitet wird.

Dieses Regelsignal wird der Lautsprecher:- /uce führt.

In dem Wege des Fokussiei bündeis 53 ka eine Hilfslinie 62 angebracht werden, die die Funktion wie die llilfslinse 17 nach F i e. I

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

1. lungsempfindlichen Schicht versehen ist, in die eine

   Patentanspruch: Informationsstruktur eingeschrieben werden kann.

   Ein Aufzeichnungsträger ist ein mit Information

   Optoelektronische Fokussierungsdetektionsan- versehener Aufzeichnungsträgerkörper. Die Inforordnung zur Anwendung in einer Vorrichtung 5 mationsfläche ist im Falle des Aufzeichnungsträgerzum Einschreiben von Information in Form einer körpers die Fläche der strahlungsempfindlichen optisch auslesbaren Strahlungsreflektierenden Schicht und im Falle des Aufzeichnungsträgers die Struktur in einer Informationsfläche eines Auf- Fläche der Informationsstruktur.
   Zeichnungsträgers bzw. in einer Vorrichtung zum Eine optoelektronische Fokussierungsdetektions-

   Auslesen von Information, die als eine optisch xo anordnung der oben beschriebenen Art zur Anwenauslesbare Strahlungsreflektierende Struktur in dung in einer Auslesevorrichtung ist aus der DT-OS einer Informationsfläche eines Aufzeichnungs- 23 22 725 bekannt. Dort weisen die Detektionsträgers angebracht ist, welche Anordnung mit elemente die Form von Photodioden auf. Die Auseiner Strahlungsquelle versehen ist, die ein enges gänge dieser Dioden sind mit einer elektronischen Fokussierbündel emittiert, das exzentrisch durch 15 Schaltung verbunden, in der die Diodensignalc zu ein Objektiv der Einschreibvorrichtung bzw. der einem Regelsignal zur Nachregclung der Fokussie-Auslesevorrichtung hindurchgeht, während die rung des Objektivs, z. B. durch Verschiebung dieses Anordnung weiter zwei strahlungsempfindliche Objektivs, verarbeitet werden.

   Detektionselemente zum Auffangen des von der Der Einfangbereich, d. h. die maximale Abwei-

   Informationsfläche reflektierten und das Objektiv 20 chung zwischen der Ist- und der Sollfokussierungszum zweiten Mal durchlaufenden Fokussierbün- ebene, die noch detektiert werden kann, wird durch dels enthält, dadurch gekennzeichnet, die Abmessung der Dioden bestimmt. Wenn ein grodaß in dem Wege des reflektierten Fokussierbün- ßer Einfangbereich verlangt wird, müßten große Didels zu den strahlungsempfindlichen Detektions- öden verwendet werden. Große Dioden weisen elementen ein linsenartiges Element angeordnet 25 jedoch eine große Kapazität auf und haben somit zur ist, von dem nur die Randzone eine Linsenwir- Folge, daß die Nachregelung der Fokussierung über kung ausübt, während der mittlere Teil dieses die elektronische Schaltung weniger schnell vor sich Elements die Richtung des Fokussierbündels da- geht.

   durch nicht beeinflußr, daß das linsenartige EIe- Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine

   ment aus einer einfachen Linse besteht, bei .der 30 optoelektronische Fokussierungsdetektionsanordnung die mittleren Teile der Linse.ioberfiächen parallele zu schallen, die sowohl einen großen Einfangbereich Ebenen sind oder daß das linsenartige Element als auch eine große Empfindlichkeit für kleine Foaus einer ringförmigen Linse besteht. kussierfehler besitzt, ohne daß große Dioden nötig

   sind.

   35 Die Anordnung nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß in dem Wege des reflektierten

   Fokussierbündels zu den strahlungsempfindlichen De-

   tcktionselementen ein linsenartiges Element angeordnet ist, von dem nur die Randzonc eine Linsen-40 wirkung ausübt, während der mittlere Teil dieses Elements die Richtung des Fokussierbündels dadurch

   Die Erfindung bezieht sich auf eine optoelektro- nicht beeinflußt, daß das linsenartige Element aus nische Fokussierungsdetcktionsanordnung zur An- einer einfachen Linse besteht, bei der die mittleren Wendung in einer Vorrichtung zum Einschreiben Teile der Linsenoberflächen parallele Ebenen sind von Information in Form einer optisch ausles- 45 oder daß das linsenartige Element aus einer ringbaren Strahlungsreflektierenden Struktur in einer In- förmigen Linse besteht.

   formationsfläche eines Aufzeichnungsträgers bzw. in Der Vollständigkeit halber sei bemerkt, daß es an

   einer Vorrichtung zum Auslesen von Information, sich bekannt ist, in optischen Einstellanordnungen die als eine optisch auslesbare strahlungsreflektie- geteilte Linsen für die Führung zweier für die Einrende Struktur in einer Informationsfläche eines Auf- 50 stellung benutzter Strahlenbündel zu verwenden,
   zeiehnungsträgers angebracht ist, welche Anordnung Die Erfindung wird nachstehend beispielsweise

   mit einer Strahlungsquelle versehen ist, die ein enges an Hand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt
   Fokussierbündel emittiert, das exzentrisch durch ein Fig. 1 eine früher vorgeschlagene Auslesevorrich-

   Objektiv der Einschreibvorrichtung bzw. der Aus- tung mit einer optoelektronischen Fokussicrungslesevorrichtung hindurchgeht, während die Anord- 55 detektionsanordnung,

   nung weiter zwei strahlungsempfindliche Detektions- Fig.
2. 2 Strahlengänge zur Verdeutlichung der Wir-

   elcmente zum Auffangen des von der Informations- kungsweise dieser Anordnung,

   fläche reflektierten und das Objektiv zum zweiten Fig. 3 und 4 Teile einer optoelektronischen Fo-

   MaI durchlaufenden Fokussierbündels enthält. kussierungsdetcktionsanordnung nach der Erfin-

   l'nter einer Fokussicrunesdetcktionsanordnimg ist ^6o dung,

   in dieser Beschreibung eine Anordnung zur Bestim- Fig. 5, 6 und 7 die mit den Anordnungen nach

   nning einer Abweichung zwischen der Soll- und der den Fig. 2, 3 und 4 erhaltenen elektrischen Signale Istlagc der Ebene zu verstehen, in der ein Abbil- als Funktion des Fokussierfchlers,
   dungsbündel fokussiert wird. Unter einem Fokussier- Fig. 8 ein linsenartiges Element zur Anwendung

   bündel ist ein Hilfsstrahlungsbündcl zu verstehen, 65 in einer Anordnung nach der Erfindung, und
   das zum Detektieren der genannten Abweichung ver- Fig. 9 eine Ausführungsform einer Einschreibwendet wird. Unter einem .Aufzeichnungsträger ist vorrichtung mit einer optoelektronischen Fokussiecin Trägcrkorpcr zu verstehen, der mit einer strah- rungsJetektionsanordnung nach der Erfindung.