DE3124219A1 - "vorrichtung zur optischen scharfeinstellung" - Google Patents

"vorrichtung zur optischen scharfeinstellung"

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DE3124219A1
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Jacobus Petrus Josephus Heemskerk
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Description

V. Philips' eioeilampenfabneksn, Endljeven ■ . .-..;- .--..: 3124219
PHN 9777 '"->"'« " * 11.12.1980
"Vorrichtung zur optischen Scharfeinstellung".
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur optischen Scharfeinstellung, die eine Strahlungsquelle, Fokussierungsmittel zum Fokussieren der Strahlung der Strahlungsquelle auf einen Gegenstand, Detektionsmittel zum Detektieren der Fokussierungsabweichung und Steuermittel enthält, die die Strahlungsquelle und/oder die Fokussierungsmittel, wenigstens Teile derselben, derart in bezug auf den Gegenstand verschieben, dass die Fokussierungsabweichung herabgesetzt wird, wobei diese Steuermittel einerseits auf einen ersten Teil angreifen, der nur mit einer Geschwindigkeit niedriger als die Geschwindigkeit, die der gewünschten Grenzfrequenz der Vorrichtung entspricht, verschoben werden kann, und andererseits auf einen zweiten Teil angreift, dessen mögliche Verschiebung erheblich schneller als die des ersten Teiles sein kann. Vorrichtungen dieser Art finden u.a. Anwendung zum Auslesen von auf einem Informationsträger in optischer Form kodierter Information, wie bei in der Literatur unter den Bezeichnungen "VLP" bzw. "Compact Disc" beschriebenen Systemen.
Eine Vorrichtung eingangs erwähnter Art 1st aus der deutschen Offenlegungsschrift 26 I9 232 bekannt. Als Vorteil, der erhalten wird, wenn die Steuermittel auf einen ersten sich verhältnismässig langsam und auf einen zweiten sich verhältnismässig schnell bewegenden Teil angreift, wird erwähnt, dass dadurch der erste Teil imstande ist, grosse Brennweitenänderungen auszugleichen,während der zweite Teil für die benötigte Geschwindigkeit der Regelung sorgt, aber im allgemeinen durch seinen leichter-
™ en Aufbau nur dazu geeignet ist, kleinere Brennweitenänderungen herbeizuführen.
In der bekannten Vorrichtung wird das von den
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Detektionsmitteln erzeugte Regelsignal dem ersten und dem zweiten Teil, beide in gegengekoppelndem Sinne, zugeführt. Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass es dadurch besonders schwierig wird, eine stabile Regelung zu erreichen, die auch noch die gewünschte Geschwindigkeit, also die gewünschte Regelgrenzfrequenz, aufweist. Für Frequenzen des Regelsignals, bei denen der erste Teil nicht mehr genügend schnell verschoben werden kann, wird in der Regelschleife, die durch die genannten Detektions- und Steuermittel gebildet wird, am ersten Teil eine Phasenverschiebung erhalten, die zu Eigenschwinung (Oszillation) des Systems führen kann. Die Regelung wird zwar am zweiten Teil diese Schwingungsneigung in der Theorie zu unterdrücken versuchen, aber in der Praxis sollen Streuschwingungen berücksichtigt werden, deren Frequenzen dann viele Male, z.B. um einen Faktor 10 mal, höher als die gewünschte Grenzfrequenz des Regelsystems liegen müssten. Daher werden, trotz einer sorgfältigen mechanischen Ausführung, zusätzliche Phasenverschiebungen in der Regelschleife, die die Detektionsmittel und die Steuermittel am zweiten Teil enthält, erzeugt, während dieser zweite Teil weiter erst bei hoher Schleifenverstärkung genügend grosse Brennweitenänderungen, also einen genügend grossen Regelbereich, herbeiführen wird, so dass diese Unterdrückung der Schwingungsneigung im allgemeinen ungenügend ist. Dann muss zum Einbauen geeigneter elektrischer Netzwerke in die Regelschleife übergegangen werden, was im allgemeinen zu einer Herabsetzung der Grenzfrequenz, also der höchsterreichbaren Geschwindigkeit des Regelsystems, führt.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung der einfangs genannten Art zu schaffen mit der auf einfache Weise ein Regelsystem mit grosser Grenzfrequenz erhalten werden kann.
Die Erfindung ist dazu dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zum Detektieren der Fokussierungsabweichung ein Strahlungsbündel an einem optischen Weg entlang führen, der praktisch nicht durch Verschiebungen des
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zweiten Teiles der Steuermittel beeinflusst wird, und dass das auf diese Weise von diesen Detektionsmitteln erzeugte Regelsignal in gegenkoppelndem Sinne dem genannten ersten Teil, jedoch in vorwärts regelndem Sinne dem ge-
S nannten zweiten Teil der Steuermittel, zugeführt wird.
Durch die Massnahmen nach der Erfindung ist die Möglichkeit erhalten, die Regelung am ersten Teil schwingungsfrei zu entwerfen, während die Regelung am zweiten Teil von sich aus schwingungsfrei ist, weil diese Regelung eine Vorwärtsregelung ist, so dass im Regelkreis dieses zweiten Teiles ohne Gefahr nötigenfalls Amplituden- und/ oder Phasenkorrekturnetzwerke angeordnet werden können.
Einige Ausführungsformen der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 das Prinzip der bekannten Vorrichtung, und
Figuren 2, 3» k und 5 vier verschiedene Ausführungsformen der Erfindung.
Alle dargestellten Beispiele betreffen Vorrichtungen zum Auslesen von in optischem Code auf einem Träger gespeicherten Informationen, aber es ist einleuchtend, dass sie auch bei den anderen in der vorgenannten deutschen Offenlegungsschrift erwähnten Anwendüngen brauchbar sind.
In Fig. 1 bezeichnet 1 einen Träger mit in
optischem Code gespeicherter Information, z.B. eine "VLP"- oder eine "Compact Disc"-Platte. Diese Information kann auf bekannte Weise mit Hilfe einer Strahlungsquelle 2, insbesondere eines Lasers, ausgelesen werden, dessen Strahlung mit Hilfe eines Linsensystems 3,k auf den Träger 1 fokussiert wird, wonach aus der reflektierten Strahlung nach Detektion eine elektrisches Signal erhalten werden kann, das der Information auf dem Träger 1 entspricht. Weiter sind viele Verfahren zum Erhalten eines Signals bekannt, das ein Mass für die Fokussierungsabweichung ist, d.h. für den Abstand zwischen dem Bildpunkt
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5 der von dem Linsensystem 3fk auf dem Träger 1 abgebildeten Quelle 2 und der Schicht 6 auf diesem Träger, die die in optischer Form kodierte Information enthält. Mit ist schematisch der Detektor angegeben, der ein elektrisches Signal, das der Fokussierungsabweichung entspricht, das sogenannte Fehlersignal, liefert.
In der vorgenannten deutschen Offenlegungsschrift wird dieses Fehlersignal (nach Verstärkung) in gegenkoppelndem Sinne zwei Steuergliedern 8 bzw. 9 zugeführt von denen das eine (8) nur dazu geeignet ist, ziemlich langsame Verschiebungen des Bildpunktes 5 zu bewirken, während das andere (9) für derart schnelle Ver-Schiebungen sorgen kann, dass damit die gewünschte Grenzfrequenz der Regelvorrichtung erreicht wird. Schematisch ist das Steuergleid 8 als eine elektrodynamische Spule dargestellt, die das ganze Linsensystem 3,k in Richtung der optischen Achse verschieben kann, während das Glied 9 ein Piezokristall sein kann, der die Strahlungsquelle 2, z.B. einen Diodenlaser, in Richtung der optischen Achse verschieben kann; aus Nachstehendem geht aber hervor, dass auch andere Kombinationen von Steuergliedern möglich sind.
Die Vorrichtungen nach der Erfindung unterscheiden sich von dieser bekannten Vorrichtung durch die besondere Weise, auf die das Fehlersignal erhalten ist, und dadurch, dass dieses Fehlersignal teilweise in einer Gegenkopplungsschleife, teilweise in vorwärts regelndem Sinne wirksam gemacht wird.
Fig. 2 zeigt eine Ausführungsform nach der Erfindung, bei der als Strahlungsquelle ein Gasentladungslaser, z.B. ein He-Ne-Laser, verwendet wird. Diese Quelle 11 wirft ihr Licht über ein Prismensystem 12 und ein aus einer Feldlinse I3 und einer Objektivlinse 14 bestehendes Linsensystem auf den Träger 1, wobei namentlich Objektivlinse 14 für die Scharfeinstellung· auf die Informationaspur dieses Trägers 1 sorgt. Das vom Träger T reflektierte Licht durchläuft die Linsen 14 und 13 und wird
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dann mit Hilfe des Prismensystems 12 in Richtung auf eine Photodiode 15 abgelenkt, die ein der Information auf dem Träger 1 entsprechendes elektrisches Signal liefert. Ein Teil des Lichtes der Quelle 11 wird vom Prismensystem 12 in Richtung auf einen Spiegel 16 abgelenkt, wonach es unter Umgehung der Feldlinse 13 mit Hilfe der Objektivlinse Ik auf den Träger 1 fokussiert, von diesem Träger 1 reflektiert und anschliessend über die Objektivlinse 14 in Richtung auf zwei Photodioden 17 und 18 geschickt wird. Diese Photodioden 17 und 18 sind derart angeordnet, dass bei richtiger Scharfeinstellung beide Dioden eine gleiche Menge Licht empfangen, so dass durch Gegentaktschaltung ihrer elektrischen Ausgangssignale ein Fehlersignal 0 erzeugt wird, während dagegen im Falle einer Fokussierungsabweichung, z.B. dadurch, dass sich der Träger 1 in Richtung der optischen Achse hin und her bewegt, entweder die Diode 17 oder die Diode 18 eine grössere Menge Licht empfängt, so dass durch die genannte Gegentaktschaltung ein Fehlersignal e erzeugt wird, das der genannten Fokussierungsabweichung entspricht.
Dieses Fehlersignal e wird nun entsprechend der bekannten Vorrichtung in gegenkoppelndem Sinne einem Steuerglied 19 zugeführt, mit dessen Hilfe die Objektivlinse Ik in Richtung der optischen Achse derart hin und her bewegt wird, dass Fokussierungsabweichungen unterdrückt werden. Da diese Objektivlinse in der Regel verhältnismässig schwer ist, wird diese Verschiebung nicht genügend sohneil stattfinden, um die gewünschte hohe Grenzfrequenz der Regelung zu erzielen. Für diesen Zweck wird das Fehlersignal e zugleich, jedoch nun in vorwärts regelndem Sinne, einem Steuerglied 20 zugeführt, das die Feldlinie 13 in, Richtung der optischen Achse hin und her bewegen kann. Das Vorzeichen dieaer Regelung ist derart gewählt, dass die verbleibenden Fokussierungsabweichungen ausgeglichen werden, wobei zur genauen Be·»· herrschung der Amplitude und Phase des das Steuerglied 20 erreichenden Regelsignals (zur Vermeidung von Unter-
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oder Ueberkompensation) ein Netzwerk 21 zwischengeschaltet werden kann. Diese Vorwärtsregelung ist frei von jeder Eigenschwingungsform, weil das Fehlersignal e von Verschiebungen der Feldlinse 13 unabhängig ist.
In der Ausführungsfrom nach Fig. 3 wird ein Diodenlaser 2 als Strahlungsquelle verwendet. Mit Hilfe des Linsensystems 3» ^i wobei die Linse 3 als Kollimator- und die Linse 4 als Objektivlinse dient, wird diese Quelle 2 wieder auf dem Informationsträger 1 abgebildet (fokussiert). Das Fehlersignal e, das ein Mass für die Fokussierungsabweichung sein muss, wird nun dadurch erhalten, dass aus dem mittleren Teil (also in der Nähe der optischen Achse und um diese Achse herum) des von der Quelle 2 ausgestrahlten Lichtes mit Hilfe eines Prismas 25 ein Teil abgespaltet wird, wonach dieses abgespaltete Lichtbündel wieder über die Linse k, durch Reflexion an dem Träger 1 und dann über die Linsen k und 3 die Photodioden 17 und 18 erreicht, deren Ausgänge im Gegentakt geschaltet sind. Das auf diese Weise erhaltene Fehlersignal e wird nach Fig. 1 dem Steuerglied 8 (das das ganze Linsensystem 3,*l· in Richtung der optischen Achse verschieben kann) bzw. dem Steuerglied 9 (das die Quelle 2 in Richtung der optischen Achse verschieben kann) zugeführt. Eine Verschiebung der Quelle 2 wird zwar zu einer entsprechenden Verschiebung ihres Bildpunktes führen (sich daher als Mittel zum Ausgleichen von Fokussierungsabweichungen eignen), aber das vom Prisma 25 abgespaltete Lichtbündel wird von solchen Verschiebungen nahezu nicht beeinflusst und bei richtiger Scharfeinstellung werden die Photodioden 17 und 18 wieder eine gleiche Menge Licht empfangen, ungeachtet axialer Verschiebungen der Quelle 2. Dadurch, dass das Fehlersignal e in gegenkoppelndem Sinne dem Steuerglied 8, aber in vorwärts regelndem Sinne dem Steuerglied 9 zugeführt wird (wobei wieder das Netzwerk 21 und etwaige Anpassungsverstärker zwischengeschaltet sein können), kann daher wieder eine genügend schnelle Regelung erhalten wer den, die von der Eigenschwingungsneidung frei ist.
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In der Abwandlung nach Fig. 4 wird der mittlere Teil des von der Quelle 2 ausgestrahlten und von der Kollimatorlinse 3 in ein paralleles Bündel umgewandelten Lichtes mit Hilfe eines Spiegels 3I abgespaltet und dann über einen Spiegel 32, die Linse 4, den Träger 1, die Linsen 4 und 3 zu den Photodioden 17 und 18 geführt, wobei in diesen Lichtweg nötigenfalls noch ein Keil 33 aufgenommen sein kann. Die in Form von Prismen ausgeführten Spiegel 31,32 und der Keil 33 können auf einer einzigen Glasplatte montiert oder in eine Kunststoffplatte gepresst werden. Der weitere Aufbau und die Wirkung dieser Vorrichtung sind denen nach Fig. 3 völlig analog.
Die Abwandlung nach Fig. 5 enthält wieder den Diodenlaser 2, die Kollimatorlinse 3 und die Objektivlinse 4, Das Fehlersignal wird nun mittels eines gesonderten Lichtweges erhalten, der eine Hilfslichtquelle 41, z.B. eine Leuchtdiode (LED), eine Linse 42, ein Prisma 43, die Objektivlinse 4, den Informationsträger 1, ein Prisma 44, eine Linse 45 und die Photodioden I7 und 18 enthält.
Dieses Fehlersignal wird wieder einerseits in gegenkoppelndem Sinne dem Steuerglied 8, das die Linsen 3 und 4 in Richtung der optischen Achse hin und her bewegen kann, und andererseits in vorwärts regelndem Sinne dem Steuerglied 9 zugeführt, das den Diodenlaser 2 auf entsprechende Weise bewegen kann. Da das von der Quelle 41 emittierte Strahlungsbündel nicht von dem Steuerglied 9 beeinflusst wird, ist das erzeugte Fehlersignal e ebenfalls von Bewegungen dieses Gliedes 9 unabhängig, so dass die vorwärts regelnde Steuerung an diesem Glied 9 keine Gefahr einer Eigenschwingung mit sich bringt.
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Claims (1)

  1. PHN 9777 "β/-' - 11.12.1980
    PATENTANSPRUECHE;
    (ΐ·, Vorrichtung zur optischen Scharfeinstellung, die eine Strahlungsquelle, Fokussierungsmittel zur Fokussierung der Strahlung der Strahlungsquelle auf einen Gegenstand, Detektionsmittel zum Detektieren der Fokussierungsabweichung und Steuermittel enthält, die die Strahlungsquelle und/oder die Fokussierungsmittel, wenigstens Teile derselben, derart in bezug auf den Gegenstand verschieben, dass die Fokussierungsabweichung herabgesetzt wird, wobei diese Steuermittel einerseits auf einen ersten Teil angreifen, der nur mit einer Geschwindigkeit niedriger als die der gewünschten Grenzfrequenz der Vorrichtung entsprechende Geschwindigkeit verschoben werden kann, und andererseits' auf einen zweiten Teil angreifen, dessen mögliche Verschiebung erheblich schneller „
    als die des ersten Teiles sein kann, dadurch gekenn- *
    zeichnet, dass die Mittel zum Detektieren der Fokussierungs- * abweichung (16, 17, 18) ein Strahlungsbündel an einem optischen Weg entlang führen, der praktisch nicht durch Verschiebungen des zweiten Teiles (13) der Steuermittel be-
    2" einflusst wird, und dass das auf diese Weise von diesen Dötektionsmitteln erzeugte Regelsignal (e) in gegenkoppelndem Sinne dem genannten ersten Teil (1*0 jedoch in vorwärts regelndem Sinne dem genannten zweiten (13) Teil, der Steuermittel zugeführt wird (Fig. 2).
    2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Fokussierungsmittel eine Feldlinse (13) und eine Objektivlinse (14) enthalten, und dass mit Hilfe eines Prismensystems (12) ein Teil der Strahlung der Strahlungsquelle (11) unter Umgehung der Feldlinse (13) über die
    ·"* Objektivlinse (14) und den Informationsträger zu einem
    Gegentaktphotodetektor (17,18) geführt wird, dessen Aus- %
    gangssignal (e) in gegenkoppelndem Sinne die Objektiv ·,
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    Of :'-:l·'. . X ":' 3124219 PHN 9777 '''Jf η 11.12.1980
    linse (14) und in vorwärts regelndem Sinne die Feldlinse (13) steuert (Fig. 2).
    3· Vorrichtung nach Anspruch 1 mit einer Diode als Strahlungsquelle, dadurch gekennzeichnet, dass der Teil der Strahlung der Quelle (2) um die optische Achse der Fokussierungsmittel (3,^·) herum abgespaltet und wenigstens über den Informationsträger (1) zu einem Gegentaktphotodetektor (17»18) geführt wird, dessen Ausgangssignal (e) in gegenkoppelndem Sinne die Fokussierungsmittel (8) und in vorwärts regelndem Sinne die Diode (9) steuert. (Fig. 3).
    4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Fokussierungsabweichung mittels eines von einer Hilfsstrahlungsquelle emittierten Strahlungsbündeis gemessen wird, dessen Verlauf von Verschiebungen des genannten zweiten Teiles der Steuermittel unabhängig ist.
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DE19813124219 1980-06-27 1981-06-20 "vorrichtung zur optischen scharfeinstellung" Withdrawn DE3124219A1 (de)

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