HU200022B - Optical scanner as well as optical reading and/or writing apparatus with the said scanner - Google Patents

Description

A találmány tárgya optikai letapogató egység, amely tartalmaz egy sugárforrást, a sugárforrás által előállított sugárnyalábot a letapogatandó felületre letapogató folttá fókuszáló tárgylencsét, továbbá a tárgylencsének két, a sugárnyaláb fősugarára egyaránt merőleges transzlációs helyzeteit és szöghelyzeteit detektáló rendszert és egy, a tárgylencsét a transzlációs helyzet és szöghelyzet detektáló rendszer vezérlő jelének megfelelően transzlációs irányban mozgató és billentő eszköze van. A találmány tárgya továbbá egy berendezés optikai információhordozó formációs felületére információnak feljegyzésére és/vagy arról információ kiolvasására.

A .tárgylencse' fogalmat a legtágabban értelmezzük. Egy ilyen lencse tartalmazhat több lencseelemet, de egy változat szerint egyetlen lencséből is állhat, például olyan lencséből, amely egy vagy két aszférikus felülettel rendelkezik. Egy további változat szerint tárgylencse lehet például egy holografikus lencse is, vagy egy másmilyen lencse, amelynek működése nem törésen, vagyis refrakción, hanem elhajláson, vagy diffrakción alapszik.

Az US 4 425 043 számú (amerikai) szabadalmi leírás egy olyan optikai letapogató egységet ismertet, amelynek segítségével optikai információhordozón lehet írást és/vagy olvasást elvégezni. Ebben a letapogató egységben a tárgylencse a tartójával együtt egy elektromágneses rendszer segítségével van felfüggesztve. Ez a rendszer biztosítja, hogy a tárgylencse lényegében követi a letapogató egység mozgását, másszóval, a letapogató egységben lénygében rögzített helyzetet foglal el, anélkül, hogy fizikai kapcsolat lenne a lencse és a letapogató egység más részei között, vagyis a tárgylencse lebeg. Ennek eredményeképpen a tárgylencse helyzete vagy mozgása nem befolyásolható nemkívánt rezonanciákkal, amely rezonanciák szerepet játszanak abban az esetben, ha a tárgylencse a letapogató egységben például mechanikus vagy rugalmas eszközök segítségével van felfüggesztve. A tárgylencséknek elektromágneses úton való felfüggesztése vagy alátámasztása az objektív lencsék által képzett letapogató folt stabilitása szempontjából nagyon előnyös.

Amennyiben arra van szükség, hogy az objektív lencsék a letapogató egység mozgásait vagy rezgéseit követni tudják, úgy olyan intézkedésekre van szükség, amelyek lehetővé teszik az objektív lencséknek a sugárnyaláb fősugarához képesti transzlációs helyzetének a korrekcióját, valamint ennek a tárgylencsének az optikai tengelye és a detektálandó fösugár iránya közötti szöghelyzet korrekcióját.

A közzétett EU 0,070,070 számú (európai) szabadalmi bejelentés néhány példát ismertet objektív lencsék elektromágneses felfüggesztésére, amely felfüggesztő rendszerekben a inágneslekercsek transzlációs pozíció és szög pozíció jelekkel vannak vezérelve oly módon, hogy a berendezés működése közben a tárgylencse nem csupán lebegő helyzetben van megtartva, hanem az mindenkor a megfelelő transzlációs- és szöghelyzetbe van beállítva. Az ehhez szükséges vezérlő jelek előállítására az objektív lencse kerületén egy reflektáló prizmát lehet elhelyezni, vagy az olyan módon szerelhető fel, mint ahogy azt a már fentebb említett US 4 425 043 számú (amerikai) szabadalmi leírás ismerteti. Ez a prizma részét képezi egy különálló transzlációs- és szögpozíciót detektáló rendszernek, amely továbbá tartalmaz egy sugárforrást és egy sugárérzékeny detektorrendszert, amely detektorrendszer legalább négy különálló detektort tartalmaz. A prizma visszaveri a sugárforrás által kibocsátott sugárzást a detektáló rendszerre, és ezt a sugárnyalábot két nyalábra hasítja, amelyeket egy különálló, legalább két detektorból álló rendszer veszi. A sugárzás szétosztása két sugárnyalábra, és ennek következtében a detektorok kimenő jelét meghatározza a prizmának és a tárgylencsének a rögzített helyhez képesti transzlációs helyzete és szöghelyzete, valamint a sugárnyaláb irányítottsága.

Az ismert transzlációs- és szöghelyzet detektor rendszer néhány külön intézkedést igényel; mint például egy különálló sugárforrást. Ezen túlmenően, a rendszerben a külön detektor jelek között, és ennek következtében a különböző szabályozó hurkok között áthallás jöhet létre, amely a teljes transzlációs- és szöghelyzet detektáló rendszert bizonytalanná teszi. Ezen túlmenően, az ismert transzlációs- és szöghelyzet detektáló rendszer csak a prizma meghatározott helyzetében tud működni, araikor is az a tárgylencse optikai tengelyére keresztirányú síkba néz. Az ismert rendszerben szükséges egyrészről biztosítani azt, hogy a tárgylencse saját tengelye körül ne tudjon elfordulni, másrészről egy további detektorra van szükség a prizmának a tárgylencse tengelye körüli forgásénak a detektálására annak érdekében, hogy a prizma helyzetét korrigálni lehessen.

A jelen találmány elé célul tűztük ki egy olyan transzlációs- és szöghelyzet detektáló rendszernek a kidolgozását, amely lehetővé teszi a tárgylencsének a két transzlációs és két billenő mozgásának egymástól független mérését, amely csak kisszámú és egyszerű intézkedést tesz szükségessé a letapogató egységben, továbbá, amelyet nem befolyásol a tárgylencsének saját tengelye körüli forgása. Ezt a kitűzött célt a találmány szerint úgy értük el, hogy a transzlációs helyzet és szöghelyzet detektáló rendszer kúpos tükörgyűrűt tartalmaz, amely a tárgylencséhez képest központosán van rögzítve, továbbá sugárérzékeny detektor rendszere van, amely, a tükörgyűrűről reflektált 3 sugár útjában van elrendezve, amely detektor rendszer két, egymástól gyűrű alakú szalaggal elválasztott detektorból áll, és mindkét detektor négy négyedre van felosztva.

A tárgylencsének a transzlációs helyzetének és szöghelyzetének a detektálására a berendezés sugárforrása által kibocsátott sugárzásnak azt a részét használjuk fel, amely nem esik a tárgylencsének a fényrekeszébe, és nem vesz részt a letapogató folt képzésében, így nincs szükség a helyzetdetektálás céljára külön sugárforrás alkalmazására. Ezt a sugárzást a kúpos tükör reflektálja, és egy gyűrű alakú sugárfoltot hoz létre, amelynek az átlagos átmérője megfelel a sugárérzékeny detektáló rendszer gyűrű alakú szalagja átmérőjének. Ennek a rendszernek egyszerű alakja van, és egyetlen szubsztrátumra integrálható. A kúpos gyűrű billentése, és ezzel együtt a tárgylencse billentése a sugárnyaláb fősugarának tengelyére keresztirányban, valamint a kúpos gyűrűnek ezen tengelyek mentén történő elmozdítása a detektor rendszeren a sugárzás eloszlása intenzitás középpontjának különböző elmozdulásait hozza létre, így ezek az elmozdulások és a billentések egymástól függetlenül detektálhatok. A kúpos gyűrűnek a sugárnyaláb fósugara körüli forgása nem befolyásolja a .detektor jeleit, mivel a kúpos tüköi’ gyűrű alakú.

A találmány alapja az, hogy a kúpos tükörgyűrűnek rögzített transzlációs helyzete és szöghelyzete van a tárgylencséhez képest. Az optikai letapogató rendszer egy előnyös kiviteli alakja szerint a kúpos tükörgyürű egy olyan elem, amely a tárgylencse tartójához van csatlakoztatva.

A letapogató egység egy további kiviteli alakjánál a kúpos tükörgyűrűt a tárgylencse kiugró ferde pereme alkotja, amely kiugró perem reflektáló bevonattal van ellátva. Ebben a kiviteli alakban a kiugró perem az említett lencse részét képezi, amely a tárgylencsével egybefüggően alakítható ki, és már a lencse kialakításával együtt készíthető el, és igy ezt a kiugró peremet már csupán egy reflektáló bevonattal kell ellátni.

A súly és a költségek szempontjából az optikai letapogató egység tárgylencséje csak egyetlen lencséből áll. Ilyen lencsénél szükséges, hogy legyen egy vagy két aszférikus fénytörő rétege. Egy ilyen lencsének a nagytömegű gyártása elfogadható költségek mellett csak úgy lehetsége, ha egy lencse-formát használunk, amelynek a belső felületének az alakja a kívánt lencse felület alakjának a negatívja. Ilyen formák segítségével lehetséges olyan lencséknek a gyártása, amelyek teljesen átlátszó műanyagból készülnek. Előnyös azonban egy üvegidomnak az alkalmazása, amelyre megfelelő lágy állapotban műanyagot csapatunk le, és amelynek a kívánt alakja egy lencse formával állítható elő, 4 amelyet ezután kikeményíthetünk. A műanyag lehet például egy ultraibolya sugárzásra keményedő műgyanta.

Az optikai letapogató egység egy előnyös kiviteli alakjánál, amelynél a tárgylencse egyetlen lencséből áll, amely egy átlátszó idom, és ennek az idomnak a sugárforrás felé eső felülete aszférikus külső profilú műanyag réteggel van bevonva, a találmány szerint a kiugró perem a műanyagból van kialakítva. Előnyös továbbá, ha a sugárérzékeny detektor rendszer detektorai gyűrű alakúak. Mivel a detektorok felületi részei jelenleg kicsik, ezek a detektorok gyors működésűek, és a transzlációs- és szöghelyzet detektáló rendszer sokkal kevésbé érzékeny a zavaró sugárzásokra, amik például a letapogató egységen belül nemkívánt reflexiók következtében lépnek fel.

A találmány szerinti transzlációs- és szöghelyzet detektáló rendszer alkalmazásával lehetővé válik a mágneses térben felfüggesztett tárgylencsét pontosan rögzíteni transzlációs- és szöghelyzetébe abban az esetben, ha a letapogató egység mozgató szervekkel van ellátva, amelyek a transzlációs- és szöghelyzet detektáló rendszer által előállított szervojeleket átalakítják a tárgylencse eltolásával és billentésével.

A találmány tárgya ezért továbbá a transzlációs- és szög helyzet detektáló rendszernek a kombinálása egy különösen erre a célra kialakított elektromágneses mozgató eszközzel. E célnak megfelelően, a letapogató egységet az jellemzi, hogy a mozgató eszköz egy gyűrű alakú permanens mágnest tartalmaz, amely mereven csatlakozik a tárgylencséhez, és két csoport mágnestekercshez, anirly két csoport mindegyike legalább három helytálló mágnestekercset tartalmaz, az első csoport tekercsei a sugárnyaláb hósugarára merőleges első síkban, a második csoport tekercsei az első síkra párhuzamos második síkban vannak elrendezve.

Ez a mozgató eszköz lehetővé teszi a tengelyirányú helyzetnek, vagyis a sugárnyaláb hósugara menti helyzet korrigálását, és ily módon a tárgylencse fókuszának korrekcióját. Ilyen korrekcióra tárcsa alakú információhordozó letapogatásakor van szükség, amikor íb a letapogató eszköz és a letapogatandó információs felület közötti távolság meg tud változni. A fókuszálást vezérlő jelet egy fókuszhiba detektáló rendszer állítja elő, amely egy hagyományos letapogató egységben is megtalálható, és így ezt a jelet a tárgylencsének sem nem a transzlácós helyzet detektáló rendszere, sem nem a szöghelyzet. detektáló rendszere állítja elő.

Az információs felület és a letapogató egység közötti tengelyirányú távolság változása viszonylag nagy lehet, ami azt jelenti, hogy a tárgylencsének a tengelyirányú helyzetét viszonylag nagy tartományon belül kell tudni állítani. A tárgylencsének és a gyűrű alakú mágnesnek a két mágnestekercs csoport közötti tengelyszimmetrikus helyzetéből történő nagymértékű elállítás azt eredményezheti, hogy amikor meghatározott tekercsek működtetésével a tárgylencsének meghatározott billentésével meghatározott elmozdulást hozunk létre, akkor a kívánt irányban ható erőn túlmenően más irányú erők is felléphetnek, mivel a mágnestekercsek által előállított nemkívánt irányú erőhatások ekkor nem semlegesítik egymást. Ez a jelenség áthallást hozhat létre, amit a következőkben mozgató áthallásnak fogunk nevezni, amely eltér a bevezetőben említett detektorjelek közötti áthallástól, amit a következőkben detektor áthallásnak fogunk nevezni.

Annak érdekében, hogy a mozgató áthallást csökkentsük, a letapogató egységben a találmány szerint a tárgylencsének a sugárnyaláb fősugara menti helyzetét érzékelő tengelyirányú helyzetet detektáló rendszere van, amelynek a jele a mágnestekercsbe van vezetve. Ez biztosítja, hogy valamennyi mágnestekercsen átfolyó áram és ezáltal ezen tekercsek által előállított erő korrigálva van, vagy súlyozva van a tárgylencsének a mindenkori tengelyirányú helyzetével, és a gyűrű alakú mágnesnek a mágnestekercsek két síkja közötti felező helyzetben a tengelyközépponthoz képest.

A letapogató egységnek egy előnyős kiviteli alakját az jellemzi, hogy a tengelyirányú helyzetet detektáló rendszer a mágnestekercsek első csoportját első vezérlőjellel, és a mágnestekercsek második csoportját második vezérlőjellel tápláló jelgenerátort tartalmaz, az első és második vezérlő jel azonos amplitúdójú és azonos frekvenciájú, de egymáshoz képest ellentétes fázisú, amely vezérlőjelek a tárgylencsét a sugárnyaláb fősugaréra merőleges tengelyek egyike körül periodikusan billenti, továbbá a tengelyirányú helyzetet detektáló rendszer a periodikus billentést periodikus jellé átalakító transzlációs helyzetet detektáló és szöghelyzetet detektáló rendszert tartalmaz, amely jel amplitúdója és fázisa a mágneses gyűrű tengelyirányú közepének a mágnestekercsek két síkja közötti felezösikból való eltolódásának nagyságára és irányéra jellemző.

Ily módon a járulékos detektáló funkciót minimális számú járulékos elemmel valósítjuk meg, és az optimális működést biztosítjuk olyan körülmények között, amelyek már a letapogató egységben megtalálhatók.

Az optikai letapogató egység nagyon alkalmas kerek, tárcsa alakú információhordozó információs felületére információ feljegyzésére és/vagy arról információ kiolvasására. Egy ilyen berendezésben a tárgylencse és a sugárforrás között egy a kúpos tükörgyűrűről visszaverődő sugarat a sugárforrás által kibocsátott sugárzástól elválasztó elem van elrendezve.

A kúpos tükörgyürű nyílásából kilépő sugárzást a mindenkori letapogatásra, például tárcsa alakú információhordozó letapogatására használhatjuk. Ennek az információ-hordozónak lehet egy sugárzást átbocsátó, vagy sugárzást visszaverő információs felülete. Ez utóbbi esetben az információs felületről viszszavert sugárzás ráirányítható egy sugárérzékeny információs detektorra, az említett elválasztó elemen keresztül. Ez az információs detektor, amely több aldetektorból állhat, más helyen is elhelyezhető, mint a transzlációs- és szöghelyzet detektáló rendszer sugárérzékeny detektor rendszere. Előnyös azonban, ha a sugárérzékeny detektor a transzlációs- és szöghelyzet detektáló rendszer gyűrű alakú belső detektorának belsejében helyezkedik el, amely az információs felületről visszavert sugárzást villamos jellé alakítja át. A kiolvasott információn túlmenően ez a jel tartalmazhat olyan információt, amely a letapogató foltnak az információhordozó információs nyomvonalához képesti helyzetére vonatkozik.

A találmányt a következőkben egy olyan berendezésben való alkalmazás kapcsán írjuk le, amely egy optikai információ-hordozóra történő feljegyzésre és/vagy kiolvasásra alkalmas.

Az ehhez mellékelt rajzokon az

1. ábrán egy olyan olvasó berendezést tüntettünk fel, amely a találmány szerinti transzlációs- és szőghelyzet detektáló rendszerrel van ellátva, a

2. ábra ennek a rendszernek az összetett sugárérzékeny detektorát mutatja, a

3. ábra ettől a detektortól származó jeleket feldolgozó elektronikus áramkört mutatja, a

4. ábrán egy a tárgylencsével egybefüggően kialakított kúpos tükörgyűrüt láthatunk, az

5. ábra egy példakénti elektromágneses felfüggesztő rendszer felülnézete, a

6. ábra ennek rendszernek a keresztmetszetét mutatja, és a

7. ábra azt tünteti fel, hogy hogyan állítjuk elő a tárgylencsének a tengelyirányú helyzetjelét.

Az 1. ábrán látható letapogató egység tartalmaz egy 1 sugárforrást, amely például egy dióda lézer, egy 2 kollimátor lencsét és egy 3 tárgylencsét, amely egy 4 tartóba van beszerelve. Mind a 2 kollimátorlencse, mind a 3 tárgylencse több lencséből állhat, de azok előnyösen egyetlen lencséből vannak, amelyek legalább egy aszférikus fénytörő felületet tartalmaznak.

Az 1 sugárforrás által kibocsátott széttartó b olvasósugár a 2 kollimátorlencse segítségével párhuzamos sugárnyalábbá alakul át, amely sugárnyaláb megfelelő mértékben kitölti a 3 tárgylencse nyílását. A 3 tárgylencse fókuszálja a b olvasósugarat egy korlátozott hajlású V sugárfolttá, amelynek az 5 átmérője a tárcsa alakú 30 információhordozó 31 információs felületén 1 pm. A 30 információhordozó egy kis részének sugárirányú metszete látható az 1. ábrán. Az információ koncentrikus vagy kvázi-koncentrikus 33 pályákon helyezkedik el, amelyek együttesen spirálvonalú pályát alkotnak. Ez az információ optikailag detektálható információs területek sokaságából áll (az ábrán nincs feltüntetve), amely információs területek közbenső területekkel váltakoznak. A 31 információs felület a 30 információ-hordozó felső oldalán helyezkedik el oly módon, hogy a b olvasósugár a 30 információ-hordozó átlátszó 32 szubsztrátumán keresztülhalad, mielőtt a 31 információs felületet eléri. A 31 információs felület ezen túlmenően megfelelően sugárvisszaverő, ily módon a b olvasósugár viszszaverődik a sugárforrás felé.

A 30 információ-hordozót a letapogató egységhez képest elforgatva a 31 információs felületről visszavert sugárnyaláb az időben modulált, a leolvasandó információs pálya információs területei és közbenső területei váltakozásának megfelelően. Annak érdekében, hogy a modulált nyalábot az 1 sugárforrás által kibocsátott nyalábtól el lehessen különíteni, a sugár útjába 6 szétválasztó eszköz van beiktatva, amely például lehet egy féligáteresztő tükör, vagy sugárhasitó prizma, amely polarizáció-érzékeny is lehet, és amelynek a 7 felülete a sugárzásnak legalább egy részét a sugárérzékeny 11 detektorra vetíti. Az információs 11 detektor lehet például egy fotodióda, amely megfelelően egy olyan 10 síkban van elrendezve, amely egybeesik a diódalézernek a 7 felülethez képest tükörinvertált kilépő felületével. Az információs 11 detektor a modulált olvasósugarat villamos jellé alakítja át, amely önmagában ismert módon kerül feldolgozásra olyan jellé, amely megfelelően megjeleníthető, visszaállítható vagy tovább feldolgozható, attól függően, hogy a 30 információ-hordozón milyen jellegű információ van tárolva. Az információ természete és az információs 11 detektorról származó jelnek a feldolgozása a jelen találmány körén kívül esik, ezért itt részletesebben nem tárgyaljuk.

Annak érdekében, hogy a 3 tárgylencse a letapogató egység mozgásait követni tudja anélkül, hogy bármilyen fizikai érintkezés lenne ezen 3 tárgylencse és letapogató egység többi részei között, a 3 tárgylencse egy elektromágneses rendszerrel van felfüggesztve, amelyet részletesebben az δ. és 6. ábra kapcsán ismertetünk. Ehhez szükséges egy transzlációs- és szöghelyzet detektáló rendszer alkalmazása, amellyel a 3 tárgylencse M középpontja és a b olvasósugár L fősugara közötti eltéréseket méri az X tengely mentén a rajz síkjában, valamint az Y tengely mentén, amely a rajz síkjára merőleges, és amely a 3 tárgylencsének ezen két tengelyéhez képesti billenéseit méri, amelynek a segítségé6 vei a transzlációs helyzetnek és a szöghelyzetnek az ilyen eltérései egy szabályozó rendszei· segítségével kiküszöbölhető.

Az 1. ábra jobboldali részén látható XYZ tengelyrendszer kezdőpontja valójában az M középpontban van, így a L tengely az L fősugárral egybeesik. Ezen Z tengely menti irányt tengelyiránynak is fogjuk nevezni. A 3 tárgylencsének az X tengely körüli billenéseit cc-szöggel, és az Y tengely körüli billenéseit β-szöggel jelöljük. Az X tengely és az Y tengely például az információs síkban van, amely párhuzamos a sugárirány és az érintő irány által meghatározott síkkal.

A találmány szerint a transzlációs- és szöghelyzet detektáló rendszer tartalmaz egy 5 tükörgyűrűt, amely mereven rögzítve van a 3 tárgylencséhez, amely 5 tükörgyűrű kúpus kialakítású, vagyis a reflektáló felület olyan szögben van kialakítva, amely az L fősugárhoz képesti 90°-tól eltér. Ez a detektáló rendszer tartalmaz továbbá egy sugárérzékeny 9 detektáló rendszert, amely a 10 síkban helyezkedik el, és amely a 2. ábrán előlnézetben látható, vagyis az 1. ábrán II-II’ vonal mentén vett metszetben látható. A kúpos 5 tükörgyűrű a 6 szétválasztó eszközre reflektálja a b olvasósugérnak azt a részét, amely a 8 aperturán belül esik, de a 3 tárgylencse pupilláján kívül van. A 6 szétválasztó eszköz a reflektált sugarat részben a 9 detektáló rendszerre vetíti. Ezen a 9 detektáló rendszeren egyes gyűrű alakú sugárkép alakul ki. A sugárérzékeny 9 detektáló rendszer két detektorgyűrűből áll, amelyek egymástól egy 12 közbenső gyűrűvel vannak elválasztva, és amelyek mindegyike négy 13, 14, 15, 16 detektort, illetve 17, 18, 19, 20 detektort tartalmaz. A 2. ábrán szaggatott vonallal jelöltük a gyűrű alakú 21 sugárképet. Ennek a 21 sugárképnek az átlagos átmérője egyenlő a 12 közbenső gyűrű átlagos átmérőjével.

A 21 sugárképen belül a sugárzás eloszlása a nyolc 13-20 detektor között függ a kúpos 5 tükörgyűrűnek, és következésképpen a 3 tárgylencsének a transzlációs- és szöghelyzetétől. Az X tengely vagy Y tengely körüli billent helyzetben a gyűrű alakú 21 sugárkép a 22 nyíllal, illetve a 23 nyíllal jelölt irányban eltolódik. Az 5 tükörgyürűnek az eltolódása az X tengely és Y tengely mentén a gyűrű alakú 21 sugérképen belüli sugáreloszlás megváltozását eredményezi oly módon, hogy az X tengelymenti eltolódás esetén a 9 detektáló rendszer baloldali része több vagy kevesebb sugárzást kap, mint a jobboldal része, mivel a sugárnyalábon belül elhelyezkedő két tükörfél, amelyet a 8 apertúra határol, nem lesz többé azonos. Hasonlóképpen, a 9 detektáló rendszernek a felső része több vagy kevesebb sugárzást kap, mint az alsó része abban az esetben, ha az elmozdulás az Y tengely mentén jön létre.

HU 200022 Β

Ha 13-20 detektorokból érkező jeleket a továbbiakban S-sel jelölünk a megfelelő indexszel ellátva, akkor az X és Y tengelyek mentén létrejövő elmozdulások, valamint ezen tengelyek körüli elfordulások az alábbi öszszefüggésekkel jellemezhetők:

Sx = (Si4 + Si5 + Sis + S19) - (S« + Sie + S17 + Sa)

Sy = (Sl3 + Sl4 + Sl7 + Sis) - (Sis + Sie + Sis + Szó)

S(£= (Sl3 + Sl4 + Sl9 + Szó) - (Sl7 + Sl8 + Sl5 + Sffi)

S/j = (Sl4 + Sl5 + Sl7 + S20) - (Sl8 + Sl9 + Sl3 + Sl6).

Az egyes detektorok jelét fel lehet dolgozni oly módon, hogy Sx, Sy, S és S összetett jeleket kapjunk egy elektronikus áramkör segítségével, mint amilyet például a 3. ábrán láthatunk. Ennek az áramkörnek a működése, amely 40-70 és 50-57 összegező áramkört tartalmaz, valamint 48, 49, 58, 59 kivonó áramkört tartalmaz, nyilvánvaló az ábrából, és részletesebb magyarázatot nem igényel.

Az Sx, Sy, S^ és Se összetett jelek egymástól függetlenek, és közöttük kölcsönös áthallás nem jön létre; ily módon a különböző elmozdulások és billenési szögek egymástól függetlenül detektálhatok. A 3 tárgylencsének a Z tengely körüli elfordulása nem okoz változást a gyűrű alakú 21 sugárképben, és következésképpen nem befolyásolja a detektor jeleket. A 3 tárgylencsének a Z tengely menti elmozdulásai szintén nem befolyásolják a 21 sugár képet.

A letapogató egységben a jeleket egy elektromágneses felfüggesztett rendszer mágnestekercseinek táplálására használjuk. Ily módon a 3 tárgylencsének a transzlációsés szöghelyzete a 13-20 detektorok transzlációs helyzetéhez és szöghelyzetéhez van kötve, amely a letapogató egységen belül rögzített helyzetet foglal el. Ily módon működés közben a leolvasó berendezés a 3 tárgylencsét mindig úgy szabályozza, hogy a megfelelő transzlációs- és szöghelyzet legyen biztosítva a letapogató egységen belül.

E célból követelmény az, hogy a kúpos 5 tükörgyűrű a 3 tárgylencséhez rögzített transzlációs- és szöghelyzetben legyen. E célból - amint az az 1. ábrán látható - az 5 tükörgyűrű a 3 tárgylencse 4 tartójának részét képezheti, amelyen belü a 3 tárgylencse mereven rögzítve van. Egy lehetséges változat szerinti az 5 tükórgyűrű egy külön elem is lehet, amely elem a 3 tárgylencse 4 tartójára kívülről vagy belülről rögzíthető. Az 5 tükörgyürűnek a transzlációs- és szőghelyzete nagyon pontosan összekapcsolható a 3 tárgylencse transzlációs- és szöghelyzetével, ha a tárgylencsét formázással alakítjuk ki. Ezt a megoldást szemlélteti a 4. ábra.

Régen ismeretes hogy egy, a fentiekben ismertetett letapogató egységben a több elemből álló tárgylencse helyettesíthető egy olyan tárgylencsével, amely csupán egyetlen lencsét tartalmaz. Jóllehet, szférikus tórőfelületek helyett ennek a lencsének aszférikus törőfelületeket is kell tartalmaznia annak érdekében, hogy a lencseaberrációkat megfelelő módon korrigálni tudjuk. Annak érdekében, hogy ilyen, bonyolult felületi profillal rendelkező egyetlen tárgylencsét nagy mennyiségben, elfogadható áron lehessen gyártani, korábban már azt javasolták, hogy alkalmazzanak egy átlátszó 60 idomot, amely például üvegből van, és amelynek két szférikus 61 és 62 tőröfelülete van. A 61 és 62 törőfelületek egyikére vagy mindkettőjükre megfelelő lágy állapotban műanyagot visznek fel. Ez a műanyag lehet hőre keményedó műanyag, de egy lehetséges változat szerint lehet ultraibolya sugárzásra polimerizálódó műgyanta. Miután a műanyagot felvittük a felületre, az anyagra egy olyan sajtoló idomot nyomunk, amelynek a felületi profilja a kívánt lencseprofil negatívja. Ezt követően, miután az anyag megkeményedett, és a sajtoló idomot eltávolitottuk, egy olyan lencsét kapunk, amelynek aszférikus 64 profillal rendelkező 53 műanyag rétege van. Az ilyen lencséket további megmunkálásnak, mint például polírozásnak nem kell alávetni.

A találmány szerinti sajtoló idom, amelynek segítségével a tárgylencsét kialakítjuk, úgy is kialakítható, hogy az aszférikus 63 réteg mentén egy kiugró 65 perem legyen egy 66 ferde felülettel. A tárgylencse elkészítése után a 66 ferde felületet csupán egy 67 reflektáló bevonattal kell ellátni, például rápárologtatással, annak érdekében, hogy egy a tárgylencsével integrált kúpos tükörgyűrűt kapjunk. A reflektáló kiugró 65 perem a lencsének a sugárforráshoz legközelebb eső részén kialakítható, de egy lehetséges változat szerint egy másik lencsefelületen is elkészíthető.

Egy további lehetséges változat szerint a teljes tárgylencse kialakítható átlátszó műanyagból a kívánt profilú sajtoló idomok segítségével. A lencse felületének kialakításához használt sajtoló idomot a peremén egy olyan bevágással készíthetjük el, hogy az így gyártott lencsének kiugró pereme legyen, amely ferde belső felülettel rendelkezik. Abban az esetben, ha egy üveg idomot alkalmazunk, az első változat szerint úgy annak az az előnye, hogy az a hóméreéklet- változások kai és más környezeti behatásokkal szemben, mint például nedvességgel szemben sokkal ellenállóbb.

Nyilvánvaló, hogy a letapogató egység több lencséből álló tárgylencsét tartalmazhat, és az utolsó lencsének a felülete, amely a sugárforrás felé esik, aszférikus felülettel rendelkezhet, amely integráns részként egy kúpos tükórgyürűt hordozhat. Egy másik lehetséges változat szerint ezt a tükröt egyik másik lencsére is felvihetjük.

-611

Amint az 1. ábrán látható, az információs 11 detektor a transzlációs- és szöghelyzet 9 detektáló rendszer belsejében helyezhető el, és ezzel a 9 detektáló rendszerrel egy közös szubsztrátuma integrálható, amelyhez az ismert és nagyon pontos integrált áramkör gyártási technológia alkalmazható. Az információs 11 detektor állhat egyetlen detektorból, amely a 30 információhordozón tárolt információnak megfelelő jelet állítja elő. Egy változat szerint az információs 11 detektor felosztható aldetektorokra, amelyek információs jelen túlmenően vezérlőjeleket is szolgáltathatnak, mint például nyomvonal vezető jelet.

Nyomvonal vezető jel úgy állítható elő, hogy a 11 detektort két 11a és 11b aldetektorra osztjuk, amint az a 2. ábra 45 szaggatott vonalával jelölve van, és amely 45 szaggatott vonal a 30 információhordozó érintő irányának felel meg. A 11a és 11b aldetektorok által adott kimenő jelek közötti különbség tartalmazza azt az információt, hogy milyen mértékben és milyen irányban tér el a letapogató V sugárfolt középpontja a leolvasandó információs nyomvonal középvonalától. A nyomvonal vezető jel előállításának módja meghaladja a jelen találmány körét, és ezért részleteiben azt nem ismertetjük. Példaként hivatkozunk az US 4 425 043 számú (amerikai) szabadalmi leírásra, amely a nyomvonal vezető jel előállítási eljárásán túlmenően egy fókuszáló hibajel előállítási eljárást is ismertet.

A letapogató egységben a találmány szerint lehetőség van - az utóbb említett eljárással analóg módon - a fősugárnyalábból a 6 prizma segítségével reflektált fősugárnyalábból egy részt leválasztani, vagyis abból a sugárnyalábból, ami a 11 detektorra esik, például egy féligáteresztő tükör segítségével. Az így leválasztott rész például egy háromszög prizma segítségével két melléknyalábra osztható, amely melléknyalábok három vagy négy sugárérzékeny detektorra jutnak, amely detektorok a prizma csúcsélére keresztirányú vonal mentén vannak elrendezve. A fókuszhiba jel a két külső detektor és a két belső detektor összegjelének a különbségéből adódik.

Annak érdekében, hogy a V sugárfoltot pontosan egy információs nyomvonalon megtartsuk, egy olvasóberendezés egy durva szabályozást és egy finom szabályozást tartalmaz. A durva szabályozás céljára az 1. ábrán látható letapogató egység teljes egészében az információ-hordozóhoz képest sugárirányban mozgatható. E célból az 1 sugárforrás, 2 kollimátorlencse, 3 tárgylencse, 6 szétválasztó eszköz, 9 detektáló rendszer és 11 detektor egy cső alakú tartó belsejében helyezhető el, amely egy billenthető karon vagy egy egyenes vonalban mozgatható szánon sugárirányban mozgatható. A finomszabályozós elvégezhető például az 1, ábrán fel 8 nem tüntetett, billenthető tükörrel, vagy a tárgylencsének az X irányban vagy sugárirányban történő kismértékű elmozdításával. Amint azt az US 4 423 496 számú (amerikai) szabadalmi leírás ismerteti, ez a finomszabályozás azt eredményezi, hogy a sugárnyalábban az L fősugár a 11a és 11b detektorokhoz képest elmozdul, függetlenül a V sugárfolt középpontja és az olvasandó nyomvonal középvonala közötti eltéréstől. Ez egy hibát hoz létre, amelyet a letapogató jel ofszet hibájának nevezünk. Amint azt az US 4 423 496 számú (amerikai) szabadalmi leirás ismerteti, ez a hiba kiküszöbölhető oly módon, hogy a kapott letapogató jelet a 11a és 11b detektorok segítségével korrigáljuk egy olyan jel alkalmazásával, amely arányos a tárgylencse sugárirányú helyzetével. A találmány szerinti letapogató egységben ez az Sx jel már rendelkezésre áll a transzlációs- és szöghelyzet detektáló rendszerben, így az US 4 423 496 számú (amerikai) szabadalmi leírásban ismertetettől eltérő berendezésben nem szükséges e célból külön rendszert alkalmazni.

Ha egy sugárvisszaverő információs felülettel rendelkező optikai információ-hordozót diódalézerrel olvasunk ki, akkor felhasználhatjuk az ilyen lézernek a visszacsataló hatását. A sugárnyalábot, amelyet az információs struktúra modulál, ekkor nem választjuk szét a diódalézer által kibocsátott sugárzástól, hanem az elsőként említett sugárnyaláb visszalép a diódalézerbe, és interferél a lézer rezonáns üregében előállított sugárzással. Ennek eredményeképpen a diódalézer által kibocsátott sugárnyaláb a kiolvasandó információval összhangban modulálva van. Ez a moduláció egy sugárérzékeny detektorral detektálható, amely detektor a diódalézer mögött van elhelyezve, ahonnan a diódalézer elején kibocsátott sugárzással korrelált sugárzás lép ki. A visszacsatoló hatásnak egy további következménye az, hogy a diódalézer villamos ellenállása a kiolvasandó információnak megfelelően változik. Ennek a változásnak a detektálása egy további lehetőség az információ-hordozón tárolt információnak a kiolvasására.

A találmány szerinti transzlációs- és szőghelyzet detektáló rendszer alkalmazható olyan letapogató egységekben is, amelyek a visszacsatoló hatáson alapulnak. Egy ilyen letapogató egység az 1. ábrán bemutatottól abban tér el, hogy a 6 szétválasztó eszköz elhagyható, az információs 11 detektor szerepét az 1 sugárforrás diódalézere tölti be, és a transzlációs- és szöghelyzet detektor sugárérzékeny 9 detektáló rendszere az 1 sugárforrást alkotó diódalézer körül helyezhető el.

Ezen túlmenően, a találmány szerinti megoldás alkalmazható olyan berendezéseknél is, amelyeknél az optikai információ-hordozót keresztülvilágitják. Ilyen berendezésben az

-713 információ detektort az információ-hordozónak a túlsó oldalán, a sugárforráshoz képesti ellentétes oldalán helyezik el, az 1. ábrán bemutatott elrendezésben, annak felső oldalán. A detektor ebben az esetben inár nem integrálható a 9 detektáló rendszerrel. Ez a detektáló rendszer az 1. ábra szerinti helyzetben rendezhető el, vagy ismét a diódalézer köré helyezhető.

Annak érdekében, hogy a tárgylencsét a megfelelő X helyzetben és Y helyzetben tartsuk, vagy hogy a tárgylencse tengelyét a Z tengellyel párhuzamosan tartsuk, alkalmazhatunk egy több tekercsből álló elektromágneses rendszert, amelybe az Sx, Sy, S_tt‘ és S_ü jeleket vezetjük be, amelyeket a transzlációs- és szöghelyzet detektáló rendszerből nyerünk. Az EU 0,103,929 számú (európai) szabadalmi bejelentés egy olyan elektromágneses rendszert ismertet, amelyben az optikai információ-hordozót kiolvasó tárgylencse oly módon van mozgatva és billentve, hogy ezen tárgylencse által létrehozott sugárfolt az információs felületen a megfelelő sugárirányú és érintőirányú pozícióban legyen. A találmánynak megfelelően, egy hasonló elektromágneses rendszer alkalmazható a tárgylencsének a sugárérzékeny 9 detektáló rendszerhez képesti megfelelő transzlációs- és szöghelyzetben való megtartására.

Az 5. ábra egy elektromágneses rendszer felülnézetét mutatja, és a 6. ábra ennek a rendszernek a VI-VI’ vonala mentén vett metszete. Ezeken az ábrákon látható a 3 tárgylencse, és annak 4 tartója. Ehhez a 4 tartóhoz egy állandó mágnesú anyagból levő 70 gyűrű van rögzítve. Ez a 70 gyűrű két tengelyirányban eltolt síkban elrendezett, legalább hat helytálló mágnestekercs mágneses erőterében van elrendezve. Az 5. ábrán a rajz síkjában három 71, 72 és 73 mágnestekercs látható felülnézetben. A 74, 75 és 76 mágnestekercsek második csoportja, amely az előbb említett mágnestekercsek csoportja alatt helyezkedik el, és ezért azok nem láthatók, ugyanilyen alakúak. Alkalmas módon, a mágnestekercseknek ívelt alakjuk van a permanens mágnesből levő 70 gyűrű háromdimenziós mezejének megfelelően, így a Lorentz erők olyan nagyok lehetnek, amekorra az csak lehetséges. Mindegyik síkban három mágnestekercs helyett négy mágnestekercs is lehet, vagyis összesen nyolc mágnestekercs lehet. Az elektromágneses rendszer szerkezeti kialakítására vonatkozó további részletek megismerhetők az EU 0,103,929 számú (európai) szabadalmi bejelentésből. Ez a bejelentés leírja azt is, hogy megfelelő vezérlő jeleket a megfelelő tekercsekbe vezetve hogyan hozhatók létre a tárgylencsének az X irányban vagy Y irányban elmozdulásai, vagy az X tengely vagy Y tengely körüli billentései, valamint az is ismertetve van, hogy hogyan kell a tárgylencsét tengelyirányban mozgatni. Az EU 0,013,929 számú (európai) szabadalmi bejelentés táblázata azt tünteti fel, hogy melyik tekercsen milyen fázisú áramot kell vezetni annak érdekében, hogy a tárgylencsének megfelelő elmozdítását vagy billentését hozzuk létre, amihez egy az Sx, Sy, S,^ vagy S/j jellel arányos áramot kell a táblázat megfelelő pontjába helyettesíteni, az ott feltüntetett mozgások mindegyikének megfelelően. A tárgylencsének a tengelyirányú elmozdításához szükséges áram arányos a fókuszáló hibajellel, amelyet egy hagyományos fókuszáló hibadet.ektoi' rendszer szolgáltat, például az US 4,425,043 számú (amerikai) szabadalmi leírásban ismertetett rendszer szerint.

Mind az öt lehetséges mozgáshoz legalább két mágnestekercset kell egymáshoz képest ellentétes fázisban meghajtani ahhoz, hogy nagymértékű elmozduláshoz a Lorentz erőkben csak kismértékű változás lépjen fel. Ebben az elektromágneses rendszerben az egyes meghajtások megfelelően el vannak választva egymástól, amely az őt szabályozó rendszernek nagy stabilitását biztosítja. Ha az itt ismertetett letapogató egységet egy forgó tárcsa alakú információ-hordozó leolvasására használjuk, akkor a tárgylencse és az információs felület között viszonylag nagy tengelyirányú változások léphetnek fel. Ezek a változások az olvasó berendezés rezgéseitől, vagy az információ-hordozó vagy annak forgási tengelyének ferdeségétól, vagy az információs felületnek az információ-hordozóban levő ferde helyzetétől, vagy különösen abban az esetben jön létre, ha az információ-hordozó nagy, amikor is az információ-hordozó a széle felé megereszkedik. A tárgylencsének a letapogató egységben nagyobb tengelyirányú elmozdulásai esetében ezen változások megfelelő korrekciójánál a különböző működtető szervek között áthallás jöhet létre, amelyet mozgató áthallásnak nevezünk. A találmány szerint ez az áthallás kiküszöbölhető azáltal, hogy a tárgylencsének a letapogató egységen belüli tengelyirányú helyzetét detektáljuk, és azt korrigáljuk a szabályozó jelekkel az X és Y irányú mozgatásokkal, valamint az oC és β irányú billentésekkel, az így kapott tengelyirányú helyzetjelek felhasználásával.

Ez a járulékos szabályozó látható a 7. ábrán. A 7. ábrán a 79 tömb tartalmazza az

1. ábrán látható letapogató egység elemeit, kivéve a 3 tárgylencsét és a kúpos 5 tükörgyűrűt. Egy 77 oszcillátort alkalmazunk, amely két, egymáshoz képest 180°-kal eltolt fázisú periodikus Sw és Sw’ jelet állít elő a tárgylencse periodikus billentő mozgásához. Ezek közül a jelek közül az egyik a mágnestekercsek felső csoportjába, és a másik mágnestekercsek alsó csoportjába van vezetve. Az egyik csoport mágnestekercsei közül azok a tekercsek, amelyek a billentési tengelyhez képest egymással szemben helyezkednek el, ellentétes fázisú meghajtást kapnak. Ezek a jelek a 3 objektív lencsét a kúpos 5 tükör9

-815

1UJ 200022 B gyűrűvel együtt periodikusan billentik, például az X tengely közül, így a transzlaciósés szöghelyzet detektáló rendszer egy járulékos Sgr' jelet állít elő, amely meghatározott fázisú periodikus jel. Ez a fázis jelzi azt, hogy a felső vugy alsó mágnestekercs csoport gyakorol-e nagyobb erőhatást a mágneses 70 gyűrűre és ezzel együtt a 3 tárgylencsére, valamint jelzi azt, hogy a 3 tárgylencse a 80 és 81 síkok közötti központi helyzet felfelé vugy lefelé mozdult-e el. Az S</ jel amplitúdója arányos a központi helyzethez képesti elmozdulás nagyságával. Az S_o-’ jel fázisát összehasonlítva, az Sw vagy Sw’ jellel, a 78 fáziskoparátorban egy Sz tengelyirányú helyzet jelet állítunk elő. Ezt a jelet szuperponáljuk az Sx, Sx, és jelekre acélból, hogy az ezekre a jelekkel vezérelt mozgató szerveket korrigáljuk a tárgylencse és a gyűrű alakú mágnes tengelyirányú helyzetének megfelelően.

Az a tény, hogy a találmányt egy olvasó berendezéssel kapcsolatban ismertettük, nem jelenti azt, hogy a találmány oltalmi köre csupán erre korlátozódnék. Egy lehetséges változat szerint a találmány szerinti letapogató egység olyan berendezésekben is alkalmazható, amelyekben optikai feljegyzéshordozóra információt rögzítenek, amely berendezések gyakorlatilag azonos szerkezeti felépítésűek mint az olvasó berendezések, de amelyek nagyobb sugárzási intenzitással működnek, amely intenzitást a feljegyzendő információnak megfelelően modulénak. E célból a modulátor pl. egy akuszto-optikai modulátor, amely az 1 sugárforrás és a 6 szétválasztó eszköz között a sugár útjában helyezhető el. Ha a sugárforrás egy diódalézer, akkor az ezáltal kibocsátott sugárzás közvetlenül a diódalézert tápláló villamos áram modulálásával modulálható a feljegyzendő információnak megfelelően. Ezen túlmenően a talámány szerinti megoldás más optikai letapogató rendszerekben is alkalmazható, mint pl. letapogató mikroszkópokban, valamint általában olyan leképező rendszerekben, amelyek kis lencséket tartalmaznak és jó minőségű leképezéssel rendelkeznek, amelyben a lencsék képmezeje korlátozható.

Claims (10)

1. Optikai letapogató egység, amely tartalmaz egy sugárforrást, a sugárforrás által előállított sugárnyalábot a letapogatandó felületre letapogató folttá fókuszáló tárgylencsét, továbbá a tárgylencsének két, a sugárnyaláb fősugarára egyaránt merőleges ortogonális tengelyekhez képesti transzlációs helyzeteit és szöghelyzeteit detektáló rendszert, és egy a tárgylencsét a transzlációsés szöghelyzet detektáló rendszer vezérlő jelének megfelelően transzlációs irányban mozgató és billentő eszköze van, azzal jelle10 mezve, hogy a transzlációs- és szöghelyzet detektáló rendszer kúpos tükörgyűrűt (5) tartalmaz, amely a tárgylencséhez (3) képest központosán van rögzítve, továbbá sugárérzékeny detektáló rendszere (9) van, amely a Lükörgyűrűröl (5) reflektált sugár útjában van elrendezve, amely detektáló rendszer (9) két, egymástól közbenső gyűrűvel (12) elválasztott detektorból (13, 14, 15, 16 és 17, 18, 19, 20) áll, és mindkét detektor (13, 14, 15, 16 és 17, 18, 19, 20) négy negyedre van felosztva.

2. Az 1. igénypont szerinti optikai letapogató egység, azzal jellemezve, hogy a kúpos tükörgyűrű (5) a tárgylencse (3) tartójához (41 van csatlakoztatva.

3. Az 1. igénypont szerinti optikai letapogató egység, azzal jellemezve, hogy a kúpos tű körgyűrűt (5) a tárgylencse (3) kiugró ferde pereme (65) alkotja, amelynek ferde felülete (66) reflektáló bevonattal (67) van ellátva.

4. A 3. igénypont szerinti optikai letapogató egység, azzal jellemezve, hogy a tárgylencse (3) egyetlen lencséből áll, amely egy átlátszó idom (60), és ennek az idomnak (60) a sugárforrás (1) felé eső felülete aszférikus külső profilú műanyag réteggel (53) van bevonva és a kiugró perem (65) a műanyagból van kialakítva.

5. Az 1-4. igénypontok bármelyike szerinti optikai letapogató egység, azzal jellemezve, hogy a sugárérzékeny detektáló rendszer (9) detektorai (13, 14, 15, és 17, 18, 19, 20) gyűrű alakúak.

6. Az 1-5. igénypontok bármelyike szerinti optikai letapogató egység, azzal jellemezve, hogy a mozgató eszköz egy állandó mágnesű gyűrűt (70) tartalmaz, amely mereven csatlakozik a tárgylencséhez (3), továbbá két csoport mágnestekercset (71-76) tartalmaz, amely csoportok mindegyike legalább három helytálló mágnestekercset (71-73 ill. 74-76) tartalmaz, az első csoport tekercsei (71-73) a sugárnyaláb fósugarára (L) merőleges első síkban (80), a második csoport tekercsei (74-76) az első síkra (80) párhuzamos második síkban (81) vannak elrendezve.

7. Az 1-6. igénypontok bármelyike szerinti optikai letapogató egység, azzal jellemezve, hogy a tárgylencsének (3) a tengelyirányú helyzetét detektáló rendszere van, amelynek a kimenete mágnestekercsekkel (71— -76) van összekötve.

8. A 7. igénypont szerinti optikai letapogató egység, azzal jellemezve, hogy a tárgylencse (3) tengelyirányú helyzetét detektáló rendszernek egymással ellentétes fázisú vezérlőjelet (Sw, Sw') előállító oszcilétora (77) van, amelynek kimenetéi a mágnestekercsek (71-73, ill. 74-76) első ill. második csoportjához csatlakozik, továbbá a tengelyirányú helyzetet detektáló rendszer transzlációs helyzetet és szőghelyzetet detektáló rendszert tartalmaz.

-917

9. Optikai olvasó és/vagy író berendezés, amely az 1-8. igénypontok bármelyike szerinti optikai letapogató egységet tartalmazza, amelynek optikai feljegyzéshordozóra sugárnyalábot fókuszáló és az optikai fel- 5 jegy zés hordozóról visszaverődő második fénysugarat vevő egysége van, azzal jellemezve, hogy a tárgylencse (3) és sugárforrás (1, közé az első és második sugárnyalábot szétválasztó eszköz (6) van elhelyezve. 10

10. A 9. igénypont szerinti berendezés, azzal jellemezve, hogy a transzlációs- és szöghelyzet detektáló rendszer gyűrű alakú belső detektorainak (17—20) belsejében az információs felületről visszavert sugárzást vil- 15 lamos jellé átalakít sugárérzékeny detektor (11) van elrendezve.