DE2643975C2 - Anordnung zur punktförmigen Beleuchtung der reflektierenden Oberfläche eines Trägers - Google Patents

Anordnung zur punktförmigen Beleuchtung der reflektierenden Oberfläche eines Trägers

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DE2643975C2 DE2643975A DE2643975A DE2643975C2 DE 2643975 C2 DE2643975 C2 DE 2643975C2 DE 2643975 A DE2643975 A DE 2643975A DE 2643975 A DE2643975 A DE 2643975A DE 2643975 C2 DE2643975 C2 DE 2643975C2
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Description

a) die lichtelektrischen Zellen (16,17) sind in einer Ebene in der Nähe des zu dem Fokussierpunkt (P2) Konjugierten Punktes (P3) angeordnet, welcher in der Ebene enthalten ist;
b) die lichtelektrischen Zellen (16, 17) liegen beiderseits einer Ebene, die durch die optische Achse (Χ\Χή des Projektionsobjektives (13) verläuft;
c) auf dem Weg zwischen den lichtelektrischen Zellen (16, 17) und der Lichtquelle ist eine Maske (15) so angeordnet, daß sie eine Asymmetrie des Strahlungsbündels hervorruft, indem sie einen Teil dieses Bündels unterbricht
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Maske durch den Rand der Pupille (35) des Projektionsobjektivs (33) gebildet ist
3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Weg zwischen der Lichtquelle und dem Projektionsobjektiv (13,33) ein halbdurchlässiger Spiegel (12, 32) schräg zur optischen Achse (X1X2) des Projektionsobjektivs (13,33) angeordnet ist.
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Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur punktförmigen Beleuchtung der reflektierenden Oberfläche eines Trägers nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1,
Eine solche Anordnung ist aus der DE-OS 24 13 155 bekannt.
Anordnungen zur punktförmigen Beleuchtung eines reflektierenden Trägers finden insbesondere bei optischen Lesern Anwendung, die beispielsweise zum Lesen von Videoinformation bestimmt sind, die in Form von Strichen oder Vertiefungen aufgezeichnet ist, die eine variable Länge und einen variablen Abstand haben und auf der Oberfläche eines Trägers, wie beispielsweise einer Platte, eine Spur bilden. Aufgrund der hohen Dichte von so aufgezeichneten Informationen sind die Informationselemente sehr klein, und es ist außerdem erforderlich, den Träger mit großer Geschwindigkeit vor dem Lesekopf abzuspielen, der ein Projektionsobjektiv enthält. Die Fokussierungsgenauigkeit dieses Objektivs soll sehr groß sein, um einen Lesefleck zu erhalten, dessen Abmessungen ausreichend klein sind, um diese kennzeichnenden Elemente aufzulösen. Nun werden aber die Grenzen dieser Genauigkeit von den Instabilitäten der Bewegung des Trägers, insbesondere in der Achse des den Lesepunkt bildenden konvergenten Lesebündels weit überschritten. Man wird somit veranlaßt, Einrichtungen zur Folgeregelung der Position des Konvergenzpunktes zu benutzen, die trotz dieser Instabilitäten eine gute Obereinstimmung zu erzielen gestatten. Es wird insbesondere eine Fokussierungsrückführschleife benutzt, um die Feinheit des Leseflecks einwandfrei aufrechtzuerhalten.
Aus der DE-OS 2102 922 ist es bekannt, zur Gewinnung des für den Betrieb einer Fokussierungsfolgeregelung bei einem Mikroskop erforderlichen Fehlersignals ein asymmetrisches Hilfslichtbündel in den Strahlengang derart einzuspiegeln, daß es nach Durchlaufen des Projektionsobjektivs, Reflexion auf dem Träger und nach einem erneuten Durchgang durch das Objektiv von lichtelektrischen Zellen erfaßt wird, die das Fehlersignal liefern. Da das Hilfsbündel den Hauptlichtweg nicht stören darf, wird Infrarotstrahlung verwendet Daher entspricht die Fokussierung des Hilfsbündels nicht genau der Fokussierung des Hauptlichtbündels auf dem Träger.
Es ist außerdem bekannt (FR-OS 74 Ol 283), eine stigmatische Zylinderlinse zu benutzen, die ein Lesebündel ergibt, dessen Fleck auf dem Träger nur in dem genauen Fokussierungspunkt im wesentlichen kreisförmig ist Außerhalb dieses Punktes hat dieser Fleck eine elliptische Form, deren Ausdehnung mit der Entfernung von dem Fokussierungspunkt zunimmt und deren Ausrichtung je nach dem, ob sich der Träger vor oder hinter dem kreisförmigen Fokussierungspunkt befindet, unterschiedlich ist Eine lichtelektrische Zelle mit vier Quadranten gestattet, die Änderung der Form des Leseflecks festzustellen, und liefert ein geeignetes elektrisches Signal. Diese Lösung arbeitet zwar korrekt, erfordert aber Hilfseinrichtungen, deren Kosten beträchtlich sind und deren Justierung relativ kritisch ist
Bei der aus der DE-OS 2413155 bekannten Anordnung wird das Lichtbündel aus einer kohärenten Lichtquelle durch ein Projektiocwbjektiv auf der reflektierenden Oberfläche fokussiert Das an der reflektierenden Oberfläche reflektierte und durch das Projektionsobjektiv hindurchgegangene Licht wird von zwei lichtelektrischen Zellen aufgenommen, deren Ausgangssignale in einer Subtraktionsschaltung subtrahiert werden. Das Ausgangssignal der Subtraktionsschaltung steuert eine Regelschleife an, welche die Nachstellung des Projektionsobjektivs bewirkt Vor jeder lichtelektrischen Zelle ist eine Blende derart angeordnet, daß ihre Öffnung einem Konvergenzpunkt des Lichtbündels entspricht, das sich bei einer von zwei Extremstellungen der reflektierenden Oberfläche ergibt, zwischen denen eine Nachführung der Fokussierung möglich ist. Wenn der Konvergenzpunkt des Lichtbündels genau in der Mitte der Blendenöffnung liegt, ist das Signal der zugeordneten lichtelektrischen Zelte maximal. Liegt der Konvergenzpunkt hingegen vor oder hinter der Blendenmitte, so wird das Signal der zugeordneten lichtelektrischen Zelle wesentlich schwächer. Bei dieser bekannten Anordnung ist der Bereich, innerhalb dessen sich eine Abweichung des Fokussierpunktes von der reflektierenden Oberfläche in einer linearen Änderung der Signale der lichtelektrischen Zellen äußert, relativ gering.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Anordnung der eingangs genannten Art den Bereich, in dem sich eine Abweichung des Fokussierpunktes von der reflektierenden Oberfläche in einer linearen
Änderung der Ausgangssignale der lichtelektrischen Zellen äußert, wesentlich zu vergrößern.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst,
Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteren-Sprüchen angegeben.
Weitere Besonderheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung. In den Zeichnungen zeigt in
F i g. 1 eine schematische Schnittansicht einer Lesevorrichtung, die eine Anordnung nach der Erfindung enthält,
F i g. 2a und 2b Erläuterungsansichten der Anordnung von Fig. 1,
F i g. 3 eine schematische Schnittansicht einer Fokussierungsvorrichtung, die eine Anordnung nach der Erfindung enthält, und
F i g. 4 eine Erläuterungsansicht der Anordnung von Fig.3.
Die Lesevorrichtung, die eine Anordnung nach der Erfindung enthält, ist in F i g. 1 schematisch im Schnitt in einer Ebene dargestellt, die durch die optische Hauptachse X\X2 der Vorrichtung und durch eine sekundäre optische Achse XiX* festgelegt ist, die zu der ?s Richtung des Geschwindigkeitsvektors des auf dem Träger 14, welcher zu der Achse X\Xi senkrecht ist, gelesenen Punktes P2 parallel ist Diese Vorrichtung enthält eine Sammellinse 11, einen halbreflektierenden Spiegel 12, ein Objektiv 13, eine Maske 15 und zwei lichtelektrische Zellen 16 und 17.
Zur Vereinfachung wird die Beschreibung auf den Fall beschränkt, in welchem die Vorrichtung und die Erscheinungen, die sich darin abspielen, in bezug auf die Schnittebene X1X2ZXjXa symmetrisch sind, was bedeu- J5 tet, daß der Spurverfolgungsfehler Null ist
Die Vorrichtung empfängt ein Bündel parallelen Lichtes mit kreisförmigem Querschnitt und der Achse XiXa, das in der Schnittebene durch die äußersten Strahlen R\ und R2 begrenzt ist Dieses Bündel wird beispielsweise von einem Laser ausgesandt. Es wird durch die Sammellinse 11 in einem Punkt P1 fokussiert, der für die übrige Vorrichtung als Lichtquelle dient
Von diesem Punkt P\ geht das Bündel wieder in Form eines divergenten Bündels aus, das von dem halbdurchlässigen Spiegel 12 reflektiert wird, der senkrecht zu der Schnittebene angeordnet ist und mit der Achse X]X2 sowie mit der Achse X3Xa einen Winkel von 45° bildet
Das Objektiv 13 läßt dann dieses auf die Oberfläche des Aufzeichnungsträgers 14 auftreffende Bündel in > <> dem Punkt P2 konvergieren, der somit das Bild des Punktes P\ ist, das sich durch das optische System ergibt, welches aus dem Spiegel 12 und dem Objektiv 13 besteht.
Die Oberfläche de<s Trägers 14 ist reflektierend und wirft das Lichtbündel zu dem Objektiv 13 zurück. Die Menge des zurückgeworfenen Lichtes sowie seine räumliche Verteilung sind jedoch von der Form der Vertiefungen abhängig, die die aufgezeichneten Informationen darstellen.
Das von dem Träger reflektierte Leselichtbündel wird somit wieder von dem Objektiv 13 aufgenommen und dann durch den halbdurchlässigen Spiegel 12 hindurch in einem Punkt P3 fokussiert, der, wie übrigens auch die Punkte P\ und P2, notwendigerweise ein Fleck mit endlichen Abmessungen ist. Dieser Punkt P3 ist, wie bei Anwendung der herkömmlichen Regeln der geometrischen Optik zu erkennen iat, der Symmetriepunkt des
Punktes P\ mit Bezug auf die Ebene des Spiegels IZ
Da der Punkt P3 das Bild des Punktes P2 ist, das sich durch das Objektiv 13 ergibt, hängt die Verteilung der Energie in dem in dem Punkt A gelegenen Lichtfleck nur von der Verteilung der Energie ab, die von den verschiedenen Teilen des in dem Punkt P2 gelegenen Ljchtfleckes zurückgeworfen wird.
Diese Verteilung ist mit Bezug auf die Schnittebene symmetrisch, da angenommen worden ist, daß der Spurfehler Null ist Sie ist in der Schnittebene um die Achse X\Xi für die hohen Frequenzen der aufgezeichneten Information asymmetrisch. Da die Punkte P\ und P2 Flecke mit endlichen Abmessungen sind, wenn die Länge der die Information tragenden Vertiefungen klein wird, was hohen Frequenzen entspricht, oder wenn eines der Enden einer Vertiefung den in dem Punkt P2 gelegenen Lichtfleck durchquert, was dann hohe Frequenzen ergebenden Obergangsvorgängen entspricht, ändert sich nämlich die Menge des reflektierten Lichtes längs dieses Fleckes in der der Achse X3Xa entsprechenden Richtung. Aus denselben Gründen, aber umgekehrt betrachtet, ist die Lichtverteilung in der Schnittebene um die Achse X\X2 für die niedrigen Frequenzen der aufgezeichneten Information symmetrisch.
Diese Verteilung hängt nicht von irgendeiner Asymmetrie in den Bündeln ab, wenn die Fokussierungsbedingungen eingehalten werden. Insbesondere ruft die Maske 15, die einen Teil 18 des fokussierten Lesebündels abschneidet dann keine Asymmetrie in dem in dem Punkt P3 gelegenen Bild hervor.
Die lichtelektrischen Zellen 16 und 17 sind in der Nähe des Bildpunktes P3 angeordnet der durch das Objektiv 13 aus dem Punkt P2 gebildet wird. Was das betrifft, sind sie in einer Ebene angeordnet, die zu der Achse XfX2 normal ist und durch den Punkt P3 geht und sie liegen beiderseits einer Ebene, die zu der Schnittebene senkrecht ist und durch die Achse X1X2 geht. Sie liefern Signale Si und S2, die nach Filterung mittels eines Tiefpaßfilters gleiche Signale werden, da sie einer Lichtverteilung entsprechen, die, wie erwähnt, bei niedriger Frequenz symmetrisch ist.
Wenn infolge der Instabilitäten in der Bewegung des Trägers 14 dieser sich von dem Objektiv 13 entfernt (F i g. 2a) oder sich dem Objektiv 13 nähert (F i g. 2b), gilt das oben erhaltene Ergebnis nicht mehr.
Unabhängig von der Position des Trägers 14 bleibt jedoch der Punkt P2 fest Er wird jedoch virtuell, wenn sich der Träger 14 dem Objektiv 13 nähert, wobei der reelle Fokussierungspunkt dann der Punkt P4 ist, der zu dem Punkt P2 in bezug auf die reflektierende Oberfläche des Trägers 14 symmetrisch ist. Es ist somit gerechtfertigt, zur Erläuterung der Erscheinungen die vereinfachten F i g. 2ύ und 2b zu verwenden, in denen die Linse 11 und der Spiegel 12 weggelassen worden sind.
In dem Fall von Fig.2a bildet das einfallende Lichtbündel, das von dem Punkt P2 kommt, auf dem Träger 14 einen Lichtfleck, der in der Schnittebene durch die Punkte A1 und A2 begrenzt ist. Dieses Lichtbündel wird auf dem Träger 14 reflektiert und das so erhaltene Lesebündel wird duFch das Objektiv 13 in dem Punkt P3 fokussiert. Dieser Punkt P3 <s\ dss aurch das Objektiv 13 gelieferte Bild eines virtuellen Punktes Pt, der zu dem Punkt P2 mit Bezug auf die reflektierende Oberfläche des Trägen: 14 symmetrisch ist. Da dieser Punkt P5 von dem Objektiv 13 weiter entfernt ist als der Punkt P2, ist der Punkt P3 dem Objektiv 13 näher als die Zellen 16 und 17. und. nachdem das Leselichthiindel in
dem Punkt P3 konvergiert hat, divergiert es, um auf den Zellen 16 und 17 einen Lichtfleck zu bilden, der in der Schnittebene durch die Punkte B\ und Bi begrenzt ist. Dieser Fleck ist nicht das Bild des Flecks A\Ait da sich dessen Bild, weil er weiter von dem Objektiv 13 entfernt =, ist als der Punkt Pi und weniger als der Punkt Ps, zwischen den Zellen 16 und 17 und dem Punkt P3 bilden muß.
F i g. 2a zeigt dann deutlich, daß eine Maske 15, die so eingeschoben ist, daß die Symmetrie des Bündels mit l(, Bezug auf die Achse X1X2 in der Schnittebene gestört wird, eine Asymmetrie des Flecks B\Bz verursacht, die zur Folge hat. daß die Zelle 16 weniger Licht als die Zelle 17 empfängt.
Aufgrund dieser Tatsache sind die Signale S\ und 52, )-, die unter denselben Bedingungen (Tiefpaßfilterung) wie zuvor erhalten werden, nicht mehr gleich: das Signal 52 ist größer als das Signal S\.
In dem Fall von Fig. 2b bildet das einfallende
auf dem Träger 14 einen Lichtfleck, der in der Schnittebene durch die Punkte A\ und A2 begrenzt ist. Dieses konvergente Lichtbündel wird von dem Träger 14 reflektiert und das so erhaltene Lesebündel konvergiert in dem Punkt />«, von dem es wieder in Form ,-, eines divergenten Bündels ausgeht, das anschließend durch das Objektiv 13 in dem virtuellen Punkt P} fokussiert wird. Dieser Punkt P3 ist das von dem Objektiv 13 gelieferte Bild des Punktes Pa. Da dieser Punkt Pt dem Objektiv 13 näher ist als der Punkt Pi, ist ]0 der Punkt P3 von dem Objektiv 13 weiter entfernt als die Zellen 16 und 17 und das Leselichtbündel wird somit von diesen Zellen aufgehalten, auf denen es einen Lichtfleck bildet, der in der Schnittebene durch die Punkte B\ und Bi begrenzt ist. Dieser Fleck ist auch nicht das Bild des J5 Flecks A1Ai, denn dieses Bild müßte sich zwischen den Zellen 16 und 17 und dem Punkt P3 bilden.
Fig. 2b zeigt dann klar, daß die Maske 15 in einem solchen Fall dazu führt, daß ein Signal 52 erhalten wird, das kleiner ist als das Signal 5i. 4n
Wenn man somit die Differenz der ordnungsgemäß gefilterten Signale 5| und 52 bildet, erhält man ein Signal, das in Abhängigkeit von der Position des Trägers 14 in bezug auf das Objektiv 13 variabel ist und das sich aufhebt und dabei das Vorzeichen ändert, wenn der Träger 14 durch seine normale Leseposition hindurchgeht, die der exakten Konvergenz des einfallenden Lichtbündels auf dem Träger 14 entspricht. Ein solches Signal kann als Fehlersignal benutzt werden, um einen Fokussierungsnachlaufregler zu steuern, der beispiels- -,0 weise den Abstand zwischen dem Träger 14 und dem Objektiv 13 konsta.ithält
Bei der Beschreibung ist von einem Lichtbündel ausgegangen worden, das mit Bezug auf eine Ebene symmetrisch ist, die zu der Schnittebene senkrecht ist und durch die Achse X\Xi geht Diese Symmetrie wird aufgrund der Ausrichtung der Figur als Links/Rechts-Symmetrie bezeichnet Um ein Fehlersignal zu erhalten, ist die Maske 15 eingeführt worden, die eine Links/Rechts-Asymmetrie des hinter dem Objektiv 13 bo gelegenen konvergenten Lesebündels auf dem Weg der Lichtstrahlen hervorruft indem sie einen Teil dieses Bündels unterbricht
Zur Gewinnung dieses Fehlersignals ist also die Links/Rechts- Asymmetrie erforderlich. Diese Asymme- b=, trie kann durch jede Einrichtung erhalten werden, insbesondere, indem eine Maske an einem beliebigen Ort des Weges der Lichtstrahlen eingefügt wird, vorausgesetzt, daß die so bewirkte Unterbrechung nicht ihrerseits symmetrisch ist. Diese Maske kann indessen nicht in einem Konvergenzpunkt des die Vorrichtung durchquerenden Bündels angeordnet werden, denn, da die Asymmetrie des Bündels keine Asymmetrie der Bilder ergibt, ergibt umgekehrt eine Asymmetrie der Bilder keine Asymmetrie des Bündels.
Es ist deshalb besonders zweckmäßig, diese Maske in der Ebene der Pupille des Projektionsobjektivs anzubringen. In diesem Fall kann man nämlich diese Pupille direkt als Maske benutzen und, da sie im allgemeinen kreisförmig ist, wird dann die gewünschte Asymmetrie gesch.-iffen, indem das Beleuchtungsbündel dezentriert wird. Die von der geometrischen Optik ausgehende Schlußfolgerung ist dann aber nicht mehr ausreichend.
Fig.3 zeigt eine Vorrichtung, die das Fokussieren eines Lichtbündels auf der reflektierenden Oberfläche eines Objekts 34 gestattet und einen Meßfühler nach der
El TlIlUUlIg cmiidl'i. Diese Vüfi iCiitüi'ig isi dci VOii F ι g. i
sehr ähnlich, aus Darstellungsgründen sind aber die Lage der Lichtquelle und die Lage der Detektorzellen vertauscht worden. Diese Vorrichtung enthält eine Lichtquelle 30, eine Sammellinse 31, einen halbreflektierenden Spiegel 32, ein Projektionsobjektiv 33, das in einer beweglichen Fassung 35 angebracht ist, zwei lichtelektrische Zellen 36 und 37, eine Subtrahiereinrichtung 39 und Folgeregeleinrichtungen 40. Sie ist im Schnitt i.i einer Ebene dargestellt, die durch die optische Achse XtXi des Objektivs 33 und durch eine sekundäre Achse X3Xa festgelegt ist, welche zu der Achse X\Xi mit Bezug auf die Ebene des Spiegels 32 symmetrisch ist
Die Lichtquelle 30, beispielsweise ein Laser, sendet ein Bündel parallelen Lichtes aus, das in der Schnittebene durch die äußersten Strahlen R\ und Ri begrenzt ist. Dieses Bündel ist um eine durch den mittleren Strahl /?] dargestellte Achse kreiszylindrisch und die Lichtenergieverteilung ist um diesen Strahl symmetrisch. Die Achse des Bündels ist zu der Achse X]Xi parallel, aber in bezug auf diese Achse um eine Strecke Δ so verschoben, daß der Strahl R3 in der Schnittebene bleibt
Die Linse läßt das Lichtbündel in einem Punkt P\ konvergieren, der auf der Achse X\Xi liegt.
Von diesem Punkt P\ geht das Bündel wieder aus, wobei es divergiert, geht durch den halbdurchlässigen Spiegel 32 hindurch und kommt an dem Objektiv 33 an. Ein Teil des Bündels, der durch die vertikal schraffierte Zone 41 dargestellt ist und durch die Strahlen Ri und A4 begrenzt ist, wird durch die Pupille 35 des Objektivs 33 aufgefangen.
Das Objektiv 33 läßt dann das Bündel in dem virtuellen Punkt P2 konvergieren, der in dem Fall von F i g. 3 unter der reflektierenden Oberfläche des Objekts liegt wobei F i g. 3 die Anordnung in einem Zustand zeigt in dem die Folgeregeleinrichtungen 40 noch nicht damit fertig sind, das Objektiv 33 an einen Ort zu bringen, der es gestattet, den Punkt Pi mit der Oberfläche des Objekts 34 in Deckung zu bringen.
Nach Reflexion an der Oberfläche des Objekts 34 konvergiert das Bündel tatsächlich in dem reellen Punkt Pa, von welchem es in Form eines divergenten Bündels wieder ausgeht das von dem Objektiv 33 wieder aufgenommen wird, welches aus ihm ein konvergentes Bündel macht das nach Reflexion an dem Spiegel 32 in einem Punkt konvergiert der auf der Achse Χ3Λ4 jenseits der Zellen 36 und 37 liegt
Die Zellen 36 und 37 fangen somit schließlich das
Bündel auf, bevor es einmal mehr fokussiert wird, und auf diesen Zellen wird somit ein Lichtfleck gebildet, der in der Schnittebene durch die Punkte B\ und B2 begrenzt ist.
Es ist unangebracht, zu der Feststellung, welche der beiden Zellen 36 und 37 die am stärksten beleuchtete ist, die durch die Fassung 39 unterbrochene Zone 41 der durch die Maske 15 in den F i g. I und 2 verdeckten Zone 18 gleicnzMsetzen. Zur Begründung wird auf Fig.4 Bezug genommen, die einen Schnitt in einer Ebene zeigt, welche zu der Achse X\X2 senkrecht is», und auf der Höhe des Objektivs 33 liegt. Die Achse XjXa ist die gleiche wie in Fig.3, aber auf diese Ebene projiziert. Der Kreis 43 begrenzt den äußeren Umriß des Objektivs 33 und den inneren Umriß der Fassung 35, 1 -, deren äußerer Umriß durch den Kreis 45 begrenzt ist. Der Kreis 42 begrenzt den Schnitt des einfallenden Lichtbündels durch die Ebene von Fig.4 und die Strahlen R\ bis R* sind durch ihre Spur in derselben Ebene dargestellt.
Man erkennt auf diese Weise, daß diese drei Kreise drei Zonen begrenzen:
— eine Zone 41, die vertikal schraffiert ist und dem Teil des Bündels entspricht, der durch die Pupille 35 aufgefangen wird;
— eine zentrale Zone 44, die dem Teil des Bündels entspricht, der durch das Objektiv 33 hindurchgeht; und
— eine horizontal schraffierte Zone 46, die dem Teil 3η des Objektivs entspricht, der nicht durch das Bündel beleuchtet ist und ein unterbrochenes virtuelles Bündel 46 in F i g. 3 darstellt.
Man kann somit das aus dem Objektiv 33 austretende r< Lichtbündel als ein Lichtbündel darstellen, das wahlweise von einem der folgenden drei einfallenden Lichtbündel herrührt:
dem reellen Bündel, das die Zonen 41+44 beleuchtet und durch die reelle Maske 41 unterbrochen ist;
einem virtuellen Bündel, das die Zonen 44 + 46 beleuchtet und durch die virtuelle Maske 46 unterbrochen ist; und
einem virtuellen Bündel, das die Zonen 41 +44 + 46 beleuchtet und durch die reelle Maske 41 und die virtuelle Maske 46 unterbrochen ist.
40 Keine dieser Konstruktionen erlaubt es, die Zelle festzustellen, die am stärksten beleuchtet ist. Um aber diese Angabe zu erhalten, kann man die Verteilung der Lichtenergie in dem von der Quelle 30 ausgesandten Bündel untersuchen und beobachten, was sich in dem Strahlengang ereignet.
Bei einem Laser ist, wie übrigens bei jeder Quelle, die ein kreiszylindrisches paralleles Bündel liefert und nicht speziell korrigiert ist, diese Verteilung um die Achse des Bündels symmetrisch und wird in einer durch diese Achse gehenden Ebene im wesentlichen durch eine Gauß'sche Verteilung dargestellt, deren Mitte auf dem Strahl Rj liegt und die durch die Strahlen Ri und R2 begrenzt ist. Ein großer Teil der Lichtenergie des Bündels ist somit um den mittleren Strahl Ri konzentriert und die Zelle, die diesen Strahl empfängt, wird das stärkste Signal liefern.
Folgt man somit in F i g. 3 dem Weg dieses Strahls, so stellt man fest, daß er auf die Zelle 37 trifft, da er die Achse XjXt, in dem Konvergenzpunkt des reflektierten Bündels kreuzen mußte, der in dem Fall von Fig.3 hinter den Zellen liegt, weil er das Bild des Punktes Pa ist, welcher sich durch das Objektiv 33 und den Spiegel 32 ergibt. Das von der Zelle 37 ausgesandte Signal S2 ist somit in diesem Fall stärker als das von der Zelle 36 ausgesandte Signal S\.
Wenn der Fokussierungspunkt P2 des einfallenden Bündels oberhalb der Oberfläche des Obj.:M, 34 liegt, befindet sich der Konvergenzpunkt des reflektierten Bündels immer auf der Achse XjX*. dieses Mal aber vor den Zellen, und der Strahl Rj kreuzt somit diese Achse, um anschließend auf die Zelle 36 zu treffen, die deshalb ein Signal Si liefert, das dieses Mal stärker ist als das Signal S2.
Die Subtrahiereinrichtung 39 bildet die Differenz der Signale St und S2 und gibt ein Fehlersignal an die Folgeregeleinrichtungen 40 ab, die die das Objektiv 33 tragende Fassung 35 in der Achse XiX2 vor- oder zurückbewegen, bis der Punkt P2 genau auf der Oberfläche des Objekts 34 liegt. In diesem Augenblick wird das Bild des Punktes P2 genau auf den Zellen 36 und 37 gebildet und der Strahl R3 trifft auf diese beiden Zellen in einem Punkt, der auf ihrer Verbindungslinie liegt Die Signale S1 und S2 sind dann gleich und ihre Differenz wird Null, wenn die Abweichung zwischen der Oberfläche des Objekts 34 und dem Fokussierungspunkt P2 Null wird.
Die so ausgebildete Fokussierungsvorrichtung ist einfach und erfordert keine heiklen Justierungen.
Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

Patentansprüche;
1. Anordnung zur punktförmigen Beleuchtung der reflektierenden Oberfläche eines Trägers mittels einer kohärenten Lichtquelle, deren LichtbOndel durch ein Projektionsobjektiv hindurchgeht, welches das Lichtbündel auf der reflektierenden Oberfläche fokussiert, mit einer Regelschleife zur Nachstellung der Anordnung derart, daß das Lichtbündel auf der reflektierenden Oberfläche fokussiert gehalten wird, mit zwei lichtelektrischen Zellen, die das an der reflektierenden Oberfläche reflektierte und durch das Projektionsobjektiv hindurchgegangene Licht aufnehmen, und mit einer Subtraktionsschaltung, welche die Signale der Fotodetektoren voneinander subtrahiert und die Regelschleife ansteuert, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:
DE2643975A 1975-09-29 1976-09-29 Anordnung zur punktförmigen Beleuchtung der reflektierenden Oberfläche eines Trägers Expired DE2643975C2 (de)

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Application Number Priority Date Filing Date Title
FR7529705A FR2325953A1 (fr) 1975-09-29 1975-09-29 Senseur optique de focalisation et dispositif de focalisation comportant un tel senseur

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DE2643975A1 DE2643975A1 (de) 1977-04-07
DE2643975C2 true DE2643975C2 (de) 1983-07-07

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