DE2637056A1

DE2637056A1 - Automatische optische einstellvorrichtung und damit ausgeruesteter optischer leser

Info

Publication number: DE2637056A1
Application number: DE19762637056
Authority: DE
Inventors: Jean Claude Lehureau; Roland Malissin; Gerald Roullet
Original assignee: Thomson-Brandt SA
Current assignee: Thomson-Brandt SA
Priority date: 1975-08-19
Filing date: 1976-08-18
Publication date: 1977-03-03
Also published as: CA1082342A; US4128309A; FR2321711B1; JPS5282205A; FR2321711A1

Description

Dipl.-Ing. Dipl.-Chem. Dipl.-Ing.

E. Prinz - Dr. G. Hauser - G. Leiser

Ernsbergerstrasse 19

8 München 60

THOMSON - BRANDT 17. August 1976

173, Bd. Haussmann

75008 PARIS /Frankreich

Unser Zeichen: T 2063

Automatische optische Einstellvorrichtung und damit ausgerüsteter optischer Leser

Die Erfindung bezieht sich auf die Scharf- oder Feineinstellung von optischen Beobachtungsgeräten und ist insbesondere bei der Einstellung von optischen Lesern für Information, die in einer Spur eingetragen ist, welche sich auf einem beweglichen Träger befindet,· anwendbar, bei welchen für das Lesen dieser Spur ein auf die Spur konzentriertes Lesebündel benutzt wird.

Zur Erzielung einer guten Beobachtungs- oder Lesegualität ist es erforderlich, daß die Einstellung sehr genau ist.

Es ist bekannt, zur automatischen Erzielung dieser Einstellung das Leseobjektiv in bezug auf das Objekt zu verschieben oder die Konvergenz des Lesestrahls in Verbindung mit einem elektrischen Steuersignal zu modifizieren, das für die Einstellabweichung kennzeichnend ist.

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Die Erfindung betrifft eine automatische optische Einstellvorrichtung, die ein reflektierendes Element mit veränderlicher Krümmung zum Verändern der Konvergenz des Lesebündels enthält. Bei einer bekannten Vorrichtung (FR-OS 73 166 89) besteht ein solches reflektierendes Element aus einer biegsamen, reflektierenden Membran, auf die ein mit dem elektrischen Steuersignal veränderlicher Druck ausgeübt wird, beispielsweise mittels eines Stapels von piezoelektrischen Plättchen, die unter der Einwirkung des Signals jeweils eine Verformung in ihrer Dicke erfahren, wobei sich diese Verformungen addieren.

In dieser Vorrichtung, in der die Beanspruchung orthogonal zu der reflektierenden Membran ausgeübt wird, ist es schwierig, die Verformung der Membran zu kontrollieren, und bei ihrer Einfügung in eine optische Vorrichtung ist es erforderlich, die reflektierende Oberfläche passend zu positionieren, damit die Vorrichtung zufriedenstellende optische Eigenschaften hat.

Die Erfindung gestattet, diese Nachteile zu beseitigen. Gemäß der Erfindung ist das reflektierende Element aus zwei kreisförmigen und durch ein Bindemittel miteinander verklebten Plättchen gebildet, von denen wenigstens eines, das aus piezoelektrischem Material besteht, vorpolarisiert ist, wobei die Einwirkung eines in der Dicke des Plättchens aufgebauten elektrischen Feldes eine Radialverformung des Plättchens verursacht, durch die das gesamte Element verformt wird, und wobei eine der Stirnflächen des Elements reflektierend ist und das Element Polarisationseinrichtungen für den Aufbau des elektrischen Feldes enthält. Ein solches Element kann, eingefügt in eine optische Vorrichtung, die Feineinstellbewegung bei herkömmlichen Mikroskopen ersetzen oder als Fokus si er ungs nachrege lantr ieb benutzt werden, beispielsweise bei dem Lesen einer Videoplatte.

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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung. In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 ein reflektierendes Element mit veränderlichem

Krümmungsradius, das in einer Vorrichtung nach der Erfindung verwendbar ist,

die Fig. 2a

und 2b eine automatische optische Einstellvorrich

tung, bei welcher das reflektierende Element zwei unterschiedliche Formen hat,

die Fig. 3a und

3b eine weitere Ausführungsform der automatischen

optischen Einstellvorrichtung, und

Fig. 4 eine weitere Ausführungsform des reflektieren

den Elements.

In Fig. 1 ist das reflektierende Element aus zwei vorpolarisierten Plättchen 1 und 2 aus piezoelektrischer Keramik gebildet, die unter der Einwirkung eines in der Dicke der Plättchen aufgebauten elektrischen Feldes radial verformbar sind. Die Dicke der Plättchen liegt in der Größenordnung von 250 ,um und sein Radius zwischen 5 und 10 mm.

Unter der Einwirkung ein und desselben Feldes sind diese beiden Plättchen in entgegengesetzten Richtungen verformbar. Sie sind durch eine Verbindungsschicht 3 voneinander getrennt, die aus Klebstoff und Eisenfeilspänen gebildet sein kann. Die äußeren Stirnflächen der Plättchen tragen Elektroden 4 bzw. 5. Eine der Stirnflächen der Zweiplättchenanordnung, die Elektrode 4 in Fig. 1, ist poliert und bildet die reflektierende Stirnfläche. Die beiden Elektroden 4 und 5 sind mit den Klemmen eines Steuergenerators 6 verbunden, der zwischen den

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äußeren Stirnflächen des so aufgebauten Elements ein elektrisches Feld mit veränderlicher Amplitude aufbaut.

Unter dem Einfluß dieses elektrischen Feldes erfolgt beispielsweise eine Zusammenziehung des Plättchens 2 und eine Ausdehnung des Plättchens 1. Diese Radialverformungen bewirken eine Verformung der Gesamtanordnung zu einer Kugelkalotte, und zwar umso stärker, je stärker das aufgebaute Feld ist, unter der Bedingung, daß die Verformungen innerhalb der Grenzen, bleiben,, in denen sie reversibel sind. Das verlangt, daß kein zu geringer Krümmungsradius erreicht wird.

Mit einer Zweiplättchenanordnung, die die oben angegebenen Abmessungen hat (250 ,um Dicke und 5 bis 10 mm Radius), kann der minimale Krümmungsradius der reflektierenden Oberfläche in der Größenordnung von 1 m liegen, was einer Vergenζänderung von 2 Dioptrien entspricht. Je nach der optischen Vorrichtung, in der dieses Element benutzt wird, ist die Regeldynamik mehr oder weniger groß.

Bei Plättchen mit einem Durchmesser von 1 cm, bei denen man zu einer Krümmungsradius von 1 m gelangt, hat der Außenradius r eine relative Änderung Ar/r, die im wesentlichen gleich 4x10 ist. Diese Verformung ist ausreichend klein, um eine beträchtliche mechanische Spannung in dem so verformten Material zu vermeiden.

Die Qualität des so erhaltenen sphärischen Spiegels ist mit dem die Plättchen bildenden Material verknüpft, das isotrop sein soll, und mit der Polierung der reflektierenden Oberfläche, die im Ruhezustand vollkommen plan sein soll.

Die benutzte piezoelektrische Keramik kann Bleizirkönattitanat sein. Diese Material ist schwierig zu polieren. Aus diesem Grund ist es möglich, unter Beibehaltung der Zweiplättchenstruktur ein Blexzirkonattitanatplättchen und ein Glasplättchen zu verwenden; das Glasplättchen kann sehr leicht poliert werden.

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Die Betriebsweise der Vorrichtung bleibt die gleiche, es wird aber allein das Bleizirkonattitanatplättchen verformt: bei der Zusammendrückung oder der Ausdehnung des Bleizirkonattitanats krümmt sich die Gesamtanordnung in der einen oder in der anderen Richtung. Das Glasplättchen folgt den Verformungen, erzeugt sie aber nicht. Die Dynamik der Gesamtanordnung wird zwar halbiert, diese Vorrichtung kann jedoch eine bessere optische Qualität haben.

Dieses reflektierende Element mit veränderlichem Krümmungsradius kann in einer optischen Vorrichtung der in Fig. 2 schematisch dargestellten Cassegrain-Bauart verwendet werden. Bei der in Fig. 2 dargestellten Vorrichtung ist in Fig. 2a das reflektierte Element plan und hat in Fig. 2b einen Krümmungsradius. Sie enthält eine Strahlungsquelle S, die ein Lichtbündel auf das reflektierende Element 10 wirft, das die Vorrichtung von Fig. 1 darstellt, von der allein die reflektierende Stirnfläche 4 gezeigt ist. Im Ruhezustand ist das Element 10 zu der optischen Achse des Bündels rechtwinkelig und sein Mittelpunkt liegt auf der optischen Achse, so daß sich, wenn ein Steuersignal angelegt wird, der Krümmungsmittelpunkt dieser reflektierenden Stirnfläche auf der optischen Achse befindet. Das durch das Element 10 reflektierte Bündel wird auf einen sphärischen Spiegel 11 geworfen, dessen Mittelpunkt ebenfalls auf der optischen Achse liegt, und das so reflektierte Bündel wird mit Hilfe eines symbolisch durch eine Sammellinse 12 dargestellten Objektivs auf die gravierte Oberfläche 13 einer Informationsträgerplatte 14 fokussiert.

Ein Signal, das für die Abweichung zwischen der- Spur und dem Fokussierungsfleck des Lesebündels kennzeichnend ist und mittels einer Einrichtung zur Messung der von dem Träger durchgelassenen oder reflektierten Strahlung (je nach dem, ob der Träger im Durchlicht oder im Auflicht gelesen wird) erhalten wird, wird an die Elektroden 4 und 5 des reflektierenden Elements angelegt und bewirkt, daß sich dessen Krümmungsradius ändert,

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wie oben erläutert.

Die optischen Vorrichtungen der Cassegrain-Bauart haben den den Nachteil, daß sie Energieverluste verursachen. Infolgedessen kann es vorteilhaft sein, das reflektierende Element auch nicht auf der optischen Achse der Strahlung zu verwenden, sondern als Umlenkelement. Der Einfallswinkel der Strahlung auf diesem reflektierenden Element soll jedoch klein bleiben. Bei einem Einfallswinkel von etwa 45 tritt nämlich für einen Krümmungsradius unter 20 m ein beträchtlicher Astigmatismus auf.

Eine solche optische Vorrichtung ist in Fig. 3 dargestellt, in welcher die gleichen Elemente wie in Fig. 2 mit gleichen Bezugszeichen versehen sind. Eine Quelle S sendet eine Strahlung aus, die nach dem Durchgang durch eine Sammellinse 15 im wesentlichen parallel ist, damit die auf das reflektierende Element 1O fallenden Strahlen im wesentlichen alle denselben Einfallswinkel haben, der kleiner als 45° ist. Das· durch das reflektierende Element 1O reflektierte Bündel wird durch das Objektiv 12 fokussiert, so daß der Fokussierungspunkt des Bündels genau auf der Spur 13 liegt, die auf dem Informationsträger 14 angebracht ist.

Fig. 3a zeigt die Vorrichtung, wenn kein Steuersignal an das reflektierende Element angelegt ist, wobei das Bündel in dem Punkt O fokussiert ist, und Fig. 3b zeigt dieselbe Vorrichtung, wenn ein Steuersignal diesem reflektierenden Element einen Krümmungsradius gegeben hat, wobei die Spur in bezug auf das Objektiv um die Strecke d verschoben worden ist und wobei der Fokussierungspunkt des Bündels dann O¹ ist.

Damit die Vorrichtung in diesem Fall gute optische Eigenschaften hat, ist es erforderlich, daß zusätzlich zu der guten Planheit des reflektierenden Elements und der Isotropie des piezoelektrischen Materials der Krümmungsradius nicht zu klein wird (unter 20 m) , damit der Astigmatismus des reflektierenden

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Elements nicht zu groß ist.

Das in Fig. 4 dargestellte reflektierende Element, dessen Krümmung mit Hilfe eines elektrischen Signals veränderbar ist, gestattet, diesen Stigmatismusfehler zu beseitigen, damit sich eine größere Dynamik des Systems ergibt, wenn dieses Element als Umlenkelement benutzt wird.

In Fig. 4 sind die gleichen Elemente wie in Fig. 1 mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Es finden sich wieder die beiden Plättchen 1 und 2, die durch eine Verbindungsschicht 3 miteinander verbunden sind. Das Plättchen 2 ist mit einer Elektrode 5 versehen, aber das Plättchen 1 ist nicht mehr mit einer einzigen Schicht überzogen, die die Elektrode und die reflektierende Oberfläche bildete, sondern mit drei aufeinanderfolgenden Schichten: eine Metallschicht 41 bedeckt die Mittelzone des Plättchens 1. Diese Schicht bildet die mit dem Generator 6 verbundene Elektrode, dessen andere Klemme wie zuvor mit der Elektrode 5 verbunden ist. Auf dieser Elektrode und auf demjenigen Teil des Plättchens 1, der nicht von der Elektrode bedeckt ist, ist eine Isolierschicht 42 aufgetragen. Diese Isolierschicht ist anschließend mit einer Metallschicht 43 überzogen worden, welche nach dem Polieren die reflektierende Fläche der Gesamtanordnung bildet. Unter der Einwirkung eines an die Elektroden 5 und 41 angelegten elektrischen Signals wird, da die beiden Plättchen wie zuvor in entgegengesetzter Richtung verformbar sind, das Plättchen 2 in seiner Gesamtheit und das Plättchen 1 in seiner Mittelzone in entgegengesetzter Richtung verformt, so daß in dieser Mittelzone sich die Verformungen addieren, während in der Umfangszone allein das Plättchen 2 verformt wird, was infolgedessen eine Verformung des Plättchens 1 hervorruft, deren Amplitude dort kleiner als in der Mitte ist. Es ist möglich, diese Verformung in der zu den Plättchen senkrechten Ebene einem Parabol gleichzustellen. Nun ist es aber bekannt, da£ ein Rotationspar aboloid für das Punktepaar., das aus dem Brennpunkt des Parabols und

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dem Punkt im Unendlichen in der Richtung der Achse besteht, stigmatisch ist. Wenn man dem reflektierenden Element eine Form gibt, die sich einem Parabolteil annähert, gibt das reflektierende Element der Vorrichtung bessere optische Eigenschaften.

Die vorgeschlagene Lösung ist außerdem in anderen Arten von optischen Vorrichtungen benutzbar, insbesondere in der oben beschriebenen Cassegrain-Anordnung.

Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen und dargestellten Ausführungsformen beschränkt. Insbesondere ist es möglich, die Form der die Elektroden der Zweiplättchenanordnung bildenden Metallüberzüge so anzupassen, daß der Spiegel nach der Verformung einen Querschnitt hat, welcher der optischen Vorrichtung angepaßt ist, in die er eingefügt werden soll. Es ist möglich, insbesondere einen Spiegel zu erhalten, der einen kreisbogenförmigen Querschnitt in einer Schnittebene hat und in einer zu dieser Schnittebene orthogonalen Schnittebene parabolisch ist, indem eine Stirnfläche der Zweiplättchenanordnung mit einem streifenförmigen Metallüberzug versehen wird.

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Claims

Patentansprüche :

Automatische optische Einstellvorrichtung mit einem reflektierenden Element mit veränderlicher Krümmung, dadurch gekennzeichnet, daß das Element aus zwei durch ein Verbindungsmaterial miteinander verklebten kreisförmigen Plättchen besteht, von denen wenigstens eines, das aus piezoelektrischem Material hergestellt ist, vorpolarisiert ist, so daß ein in der Dicke des Plättchens aufgebautes elektrisches Feld eine Radialverformung des Plättchens verursacht, die das gesamte Element verformt, wobei eine der Stirnflächen des Elements reflektierend ist und wobei das Element Polarisationseinrichtungen für den Aufbau des elektrischen Feldes aufweist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beide Plättchen aus piezoelektrischem Material hergestellt und vorpolarisiert sind, daß unter der Einwirkung ein und desselben elektrischen Feldes die Radialverformung des einen Plättchens in entgegengesetzter Richtung zu der Verformung des anderen Plättchens erfolgt, daß die Plättchen an ihren ersten Stirnflächen miteinander verklebt sind und daß die Polarisationseinrichtungen aus zwei Elektroden bestehen, die auf den zweiten Stirnflächen der Plättchen angeordnet sind.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden dieselben Abmessungen wie die Stirnflächen der Plättchen haben, daß das gesamte reflektierende Element in Form einer Kugelkalotte verformbar ist, daß eine der Elektroden poliert ist und die reflektierende Fläche des Elements bildet und daß der Krümmungsradius der Kalotte von der Amplitude des zwischen den Elektroden aufgebauten elektrischen Feldes abhängig ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eine der Elektroden nur auf einem Teil der ent-

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sprechenden Stirnfläche des ihr zugeordneten Plättchens.angeordnet ist, daß eine Isolierschicht auf die Elektrode und auf den sich außerhalb der Elektrode befindenden Teil der Stirnfläche aufgebracht ist und daß die Isolierschicht mit einem reflektierenden Film überzogen ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Plättchen aus einem vorpolarisierten piezoelektrischen Material besteht, daß das zweite Plättchen aus einem leicht polierbaren Material gebildet ist und daß die reflektierende Fläche auf dem polierten Plättchen gebildet ist.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das piezoelektrische Material Bleizirkonattitanat ist und daß das Verbindungsmaterial ein Gemisch aus Klebstoff und Eisenfeilspänen ist.
7. Vorrichtung nach den Ansprüchen 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Plättchen aus Glas besteht.
8. Optischer Leser zum Lesen eines beweglichen Informationsträgers durch ein auf eine auf dem Informationsträger befindliche Spur konzentriertes Bündel, dadurch gekennzeichnet, daß er für die Fokussierung des Bündels auf den Träger eine optische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7 enthält sowie Einrichtungen zur Feststellung der Fokussierungsabweichung zwischen dem Informationsträger und dem Fokussierungspunkt des Bündels, die ein Fehlersignal liefern, das an die Elektroden des reflektierenden Elements angelegt wird, um dessen Krümmung so zu verändern, daß die Abweichung Null wird.

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