DE2656730A1

DE2656730A1 - Optisches abstandsmessystem zur automatischen fokussierung in optischen speichersystemen

Info

Publication number: DE2656730A1
Application number: DE19762656730
Authority: DE
Inventors: Bernhard Dr Ing Hill; Johann Ing Grad Krueger
Original assignee: Philips Patentverwaltung GmbH
Current assignee: Philips Intellectual Property and Standards GmbH
Priority date: 1976-12-15
Filing date: 1976-12-15
Publication date: 1978-06-22

Description

" Optisches Abstandsmeßsystem zur automatischen Folsussierung
in optischen SpeichersBrstement' Die Erfindung bezieht sich auf ein Abstandsmeßsystem für die Fokuslage eines Lichtstrahls, der über ein auf Abstand zur Speicherplatte gesteuertes oder geregeltes Objektiv auf eine Speicherplatte fällt.
Optische Plattenspeicher sind an sich bekannt, z. B. das VLP-System (Philips Technische Rundschau, Band 33, S. 190 (1973/74)), das eine Art von optischem Festwertspeicher darstellt. Auf der Oberfläche einer rotierenden Platte befindet sich dabei eine Speicherschicht, in der Information optisch erkennbar entlang einer meist spiralförmigen Spur aufgezeichnet wird oder - bei Festspeicilern - aufgezeichnet ist. Die Datenspur wird optisch adressiert bzw. abgetastet, dadurch daß ein Lichtstrahl (meist ein Laserstrahl) über ein in vertikaler und horizontaler Richtung zur Platte elektromechanisch verstellbares Objektiv fokussiert wird. Die horizontale Verstellung dient zur Verfolgung der Informationsspur in radialer Richtung zur Platte, wElrend über die vertikale Verstellung der Lichtstrahl auf kleinsten Fokusdurchmesser auf der Platte fokussiert wird. Die Fokussierung erfolgt automatisch dadurch, daß der Abstand des Objektives zur Speicherschicht gemessen, mit dem "richtigen' Abstand verglichen und aus einer eventuellen Abweichung dieser Werte ein elektronisches Signal abgeleitet wird, mit dessen Hilfe das Verstellsystem so gesteuert wird, daß die Abweichung verschwindet. Einen wichtigen Teil in diesem Regelkreis stellt das Meßsystem zur Ermittlung des vorhandenen Objektivabstandes dar. Bei Plattenspeichern hoher Speicherdichte wird ein Fokusdurchmesser von etwa 1 Mikrometer oder darunter benutzt. Die Tiefenschärfe bei einem solchen Lichtpunktdurchmesser ist so gering, daß im Regelkreis eine genaue Abstandsmessung auf Bruchteile von Mikrometern erforderlich ist.
Bekannte Abstandsmeßsysteme benutzen optische oder kapazitive Meßmethoden. i(:apazitive Meßsysteme sind bei Speicherplatten mit metallischer Oberfläche anwendbar. Man benutzt danneine Metallplatte, die mit dem Objektiv fest verbunden ist, und die in geringem Abstand (z. B. 50 - 100 /um) zur Speicherplatte angeordnet ist. Die Metallplatte bildet mit der Speicherplatte eine Kapazität, die elektronisch gemessen wird. Der Kapazitätswert ist vom Abstand der Platten abhängig und damit ein Maß für dan Abstand. In der Praxis stellt sich bei diesen Systemen der Nachteil ein, daß die zu messenden Kapazitätswerte für die zu erreichende Genauigkeit klein sind (Größenordnung pF). Das System wird dadurch empfindlich gegenüber äußeren kapazitiven EinflüssenR z. B. durch in der Nähe befindliche Gegenstände oder durch elektronische Störsignale.
Bei optischen Abstandsmeßsystemen wird ein Abstands signal aus dem Hauptstrahlengang abgeleitet. Bei dem bekannten VLP-System, z. B. wird vom Hauptlichtstrahl ein Teil abgespalten, der das Objektiv als Randstrahl unter möglichst kleinem Winkel zur Speicherplatte durchläuft. Der an der Speicherplatte reflektierte Strahl durchläuft dann in umgekehrter Richtung erneut das Objektiv und wird dann durch einen geeigneten teil-transparenten Spiegel seitwärts ausgeblendet und auf einen positionsempfindlichen Photodetektor gelenkt. Bei einer Änderung des Abstandes von Objektiv und Platte verschiebt sich der Strahl so, daß am Photodetektor eine Abweichung gemessen wird. Nachteilig bei diesem System ist, daß 1. in den Hauptstrahlengang eingegriffen wird und dadurch sowohl Licht für das Schreiben und/ oder Lesen der Information verlorengeht, als auch durch den zusätzlichen Spiegel Reflexe entstehen, die das Signal/Pauschverhältnis verschlechtern.
2. Die Meßempfindlichkeit durch die Objektivapertur stark beschränkt ist (die Meßempfindlichkeit, d. h. die geometrische Strahlverschiebung bei Abstandsänderung ist umso größer, je flacher der Strahl auf die Speicharplatte auftrifft.
3. Die Meßnoraiiung sehr empfindlich auf Veränderungen der Richung des einfallenden Lichtstrahles reagiert. Diese Einfallsrichtung muß daher sehr gut stabilisiert werden.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein einfach aufgebautes, sehr SnaUeS und höchst meßempfindliches Abstandsmeßsystem der eingangs genannten Art zu schaffen.
Gelöst ird diese Aufgabe dadurch, daß eine zusätzliche Lichtquelle, zwei Linsen und eine positionsempfindliche Photodiode mit dem Objektiv so verbunden sind, daß in der Fokusebene des Objektives bzw. der Speicherebene ein Lichtfleck entsteht, der über eine der Linsen so auf die positionsempfindliche Photodiode abgebildet wird, daß bei einer Abstandsänderung des Objektives zur Speicherplatte sich der Lichtfleck auf der Photodiode verschiebt und dabei ein elektronisches Ausgangssignal zur Objektiv verstellung gewonnen wird.
Ein Vorteil des neuen optischen Abstandssystem ist, daß es alls einfachen, billigen und nur wenige Millimeter großen Komponenten aufgebaut werden kann.
Es können auch nur die Linsen fest mit dem Objektiv verbunden werden und die Lichtquelle und der Detektor raumfest angeordnet werden. Dadurch wird die Masse der zu bewegenden Teile vermindert.
Die Zeichnung stellt zwei Ausführungsbeispiele dar. Es zeigen: Fig. 1 Ein fest mit dem Objektiv verbundenes Abstandsmeßsystem, Fig. 2 ein Abstandsmeßsystem bei dem nur die Linsen und zwei zusätzliche Umlenkprismen mit dem Objektiv verbunden sind.
Nach Fig. 1 sind mit dem zu regelnden Objektiv 0 eine Lichtquelle L, zwei Selfoc-Linsen S1 und 52 sowie ein positionsempfindlicher Detektor, z. B. Photodiode D, über eine Halterung H befestigt.
DaS Bild der Lichtquelle L wird durch die zylinderförmige Selfoc-Linse S1 auf die Platte P abgebildet. Die zylinderförmige Selfoc-Linse S2 bildet weiterhin den auf der Platte P entstehenden Lichtfleck LF auf die positionsempfindliche Photodiode D ab. Der Lichtfleck LF auf der Platte P wird dabeiso gewählt, daß er wesentlich größer ist als die Breite der Informationsspur, so daß er duch die optische, aufgezeichnete Information nur wenig gestört wird. Bei einer Abstandsänderung der Platte P zum Objektiv 0 verschiebt sich das Bild des Lichtfleckes LF auf der Photodiode D entsprechend dem gestrichelt gezeichnet?n Strahlengang L'. Diese' Verschiebung wird elektronich gemessen und daraus ein Signal über die Leitung D' für die entsprechende mechenische Verstellung des Objektives 0 abgeleitet.
Da der Winkel des strahlenganges zur Platte P vergleichsweise sehr flach gewählt werden kann - soweit dies die opticclge Pjj bildung durch die Selfoc-Linsen erlaubt -, wird eine hohe geometrische Abstands empfindlichkeit erreicht. Praktisch realisierbar ist z.B. ein Winkel von 300 Als Lichtquelle L kann eine Laserdiode oder auch eine sehr viel billigere MikroglWnlampe oder eine Lumineszenzdiode gewählt werden. Als positionsempfindlicher Detektor ist eine Zwei selctorph otodiode geeiorjet.
Fällt der Lich-tfleck LFt auf die Mitte zwischen beiden Sektoren, dann wird als Differenz der Photoströme der Wert Null gemessen.
Bei einer Verschiebung nach rechts oder links tritt ein positives oder negatives Differenzsignal auf, das eine positive oder negative Abstandsänderung anzeigt.
In einer abgewandelten weiteren Ausführungsform nach Fig. 2 wird das Abstandsmeßsystem so aufgebaut, daß nur die Selfoc-Linsen S1, S2 sowie 2 Umlenkprismen U1, U2 mit dem bewegten Objektiv 0 über die Halterung H' fest verbunden sind, während die Lichtquelle L und die Photodiode D seitwärts getrennt davon und raumfest aufgebaut sind.
PATENTANSPRÜCHE :

Claims

P A T E N T A N S P R Ü C H E : 1. Abstandsmeßsystem für die Fokuslage eines Lichtstrahles der über ein auf Abstand zur Speicherplatte gesteuertes oder geregeltes Objektiv auf eine Speicherplatte fallt, dadurch gekennzeichnet, daß eine zusätzliche Lichtquelle, zwei Linsen und eine positionsempfindliche Photodiode mit dem Objektiv so verbunden sind, daß in der Fokusebene des Objektives bzw. in der Speicherebene ein Lichtfleck entsteht, der über eine der Linsen so auf die positionsempfindliche Photodiode abgebildet wird, daß bei einer Abstands änderung des Objektives zur Speicherplatte sich der Lichtfleck auf der Ptlo-todisde verschiebt und dabei ein elektronisches Ausgangssignal zur Objektivverstellung gewonnen wird.
2. Meßsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle eine Mikroglühlampe ist.
3. Meßsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle eine Lumineszenzdiode ist.
4. Meßsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle eine Laserdiode ist.
5. Meßsystem nach Anspruch 1 oder einem der folgender dadurch gekennzeichnet, daß die Linsen zylinderförmige Selfoc- Linsen sind
6 . Meßsyst£-'i nach Anspruch 1 oder einem der folgen den, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die positionsempfindliche Photo diode eine Zweisektorphotodiode ist.
7. Meßsystem nach Anspruch 1 oder einem der folgenden dadurch gekennzeichnet, daß die Linsen und ihnen zugeordne-üe Umlenkprismen fest mit dem Objektiv verbunden und die Lichtquelle und der Detektor raumfest angeordnet sind.
8. Meßsystem nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser des Lichtfleckes auf der Speicherplatte wesentlich größer als die Abmessung eines Datenbits auf der Speicherplatte ist.