NL8003729A

NL8003729A - Inrichting voor optische scherpstelling.

Info

Publication number: NL8003729A
Application number: NL8003729A
Authority: NL
Original assignee: Philips Nv
Priority date: 1980-06-27
Filing date: 1980-06-27
Publication date: 1982-01-18
Also published as: ES8204868A1; GB2078947A; DE3124219A1; ATA280181A; IT8122545A0; ES503348A0; CA1160874A; IT1137923B; AU540312B2; AU7211181A; FR2485781A1; AT371277B; US4354103A; GB2078947B; JPS5730810A

Description

* 1

X

EHN 9777 1 N.V. Philips' Gloeilampenfabrieken te Eindhoven "Inrichting voor optische scherpstelling".

De uitvinding heeft betrekking op een inrichting voor optische scherpstelling, bevattende een stralingsbron, focusseermiddelen cm de straling van de stralingsbron op een object te focusseren, detectiemid-delen cm de f ocusseerafwij king te detecteren en besturingsmiddelen, die 5 de stralingsbron en/of de focusseermiddelen, althans delen hiervan, zodanig verplaatsen ten opzichte van het object, dat de focusseerafwijking wordt verminderd, welke besturingsmiddelen enerzijds aangrijpen op een eerste deel, dat slechts met een snelheid kleiner dan die overeenkomend met de gewenste grensfrequentie van de inrichting kan worden 10 verplaatst, anderzijds op een tweede deel, waarvan de mogelijke verplaatsing aanzienlijk sneller dan van het eerste deel kan zijn. Inrichtingen van deze soort vinden onder andere toepassing voor het uitlezen van op een informatiedrager in optische vorm gecodeerde informatie, zoals in de literatuur onder de benamingen "VLP" respectievelijk "Compact Disc" 15 beschreven systemen.

Een inrichting van de in de aanhef genoemde soort is bekend uit het DTV 2 619 232. Als voordeel cm de bes tur ingsmiddelen te laten aangrijpen op een eerste betrékkelijk langzaam, en een tweede betrekkelijk snel beweegbaar deel wordt genoemd, dat daardoor het eerste deel 20 in staat is, grote brandpunt variaties op te vangen, terwijl het tweede deel zorgt voor de benodigde snelheid van de regeling, maar in het algemeen door zijn lichtere bouw slechts geschikt is om kleinere brandpunt-variaties teweeg te brengen.

In de békende inrichting wordt het door de detectiemiddelen 25 opgewekte regelsignaal aan het eerste en tweede deel beiden in tegen-koppelende zin toegevoegd. De uitvinding berust op het inzicht, dat het daardoor uiterst moeilijk wordt tot een stabiele regeling te kernen, die ook nog de gewenste snelheid dus regel-grensfrequentie vertoont. Voor frequenties van het regelsignaal, waarbij het eerste deel niet meer 30 snel genoeg kan worden verplaatst, ontstaat in de regellus, gevormd door genoemde detectie- en bestur ingsmiddelen op het eerste deel een fase-draaiing, die tot zelfgenereren (slingeren) van het regelsysteem kan leiden. Weliswaar zal de regeling op het tweede deel deze genereemeiging 800 3729

* V

r EHN 9777 2 in theorie proberen tegen te gaan, maar in de praktijk dient men rekening te houden met parasitaire resonanties, waarvan de frequenties dan vele malen bijv. een factor 10 x hoger zouden moeten liggen dan de gewenste grensfrequentie van het regelsysteem. Derhalve zullen, ondanks 5 zorgvuldige mechanische uitvoering extra fasedraaiingen in de regellus, die de detectiemiddelen en de besturingsmiddelen op het tweede deel omvat, worden opgewekt, terwijl dit tweede deel voorts pas bij hoge lusversterking voldoende grote hrandpuntvariaties, dus regelbereik, zal teweegbrengen, zodat deze onderdrukking van de genereemeiging in het 10 algemeen onvoldoende is. Men moet dan zijn toevlucht nemen tot het inbouwen van geschikte electrische netwerken in de regellus, hetgeen in het algemeen leidt tot een verlaging van de grensfrequentie, dus van de hoogste bereikbare snelheid van het regelsysteem.

De uitvinding heeft als kenmerk, dat de focusseerafwijking -^ detectiemiddelen een stralingsbundel voert langs een optische weg, die praktisch niet door verplaatsingen van het tweede deel van de besturingsmiddelen wordt beïnvloed en dat het aldus door deze detectiemiddelen opgewekte regelsignaal in tegenkoppelende zin aan genoemd eerste deel, echter in vooruitregelende zin aan genoemd tweede deel van de besturings-20 middelen wordt toegevoerd. Door de maatregelen volgens de uitvinding heeft men de mogelijkheid geschapen, de regeling op het eerste deel genereervrij te ontwerpen, terwijl de regeling op het tweede deel van nature genereervrij is, omdat deze regeling een vooruitregeling betreft, zodat in de regelketen van dit tweede deel zonder gevaar zo nodig ampli-25 tude en/of fasecorrigerende netwerken kunnen worden opgencmen.

De uitvinding zal worden toegelicht aan de hand van de tekening, waarin

Figuur 1 het principe van de bekende inrichting te zien geeft en 30 Figuren 2, 3, 4 en 5 vier verschillende uitvoeringsvoorbeelden van de uitvinding weergegeven. Alle getoonde voorbeelden betreffen inrichtingen voor het uitlezen van in optische code op een drager opgeslagen informatie, maar het zal duidelijk zijn, dat zij ook bruikbaar zijn bij de andere in bovengenoemd DTV vermelde toepassingen.

35 In figuur 1 stelt 1 een drager van in optische code qpgeslagen informatie, bijvoorbeeld een "VLP"-respectievelijk een "Compact Disc" plaat voor. Deze informatie kan qp bekende wijze worden uitgelezen met behulp van een stralingsbron 2, in het bijzonder een laser, waarvan de 800 3 7 29 HM 9777 3 * straling met behulp van een lenzenstelsel 3, 4 op de drager 1 wordt gefocusseerd, waarna uit de gereflecteerde straling na detectie een electrisch signaal kan worden verkregen, dat overeenkomt met de informatie op de drager 1. Tevens zijn vele manieren bekend cm een signaal te ver-5 krijgen, dat een maat is voor de focusseerafwijking, dat wil zeggen de afstand tussen het beeldpunt 5 van de door het lenzenstelsel 3, 4 op de drager 1 afgebeelde bron 2 en de laag 6 op deze drager, die de in optische vorm gecodeerde informatie bevat. Met 7 is schematisch de detector aangeduid, die een electrisch signaal, overeenkomende met de focusseer-10 afwijking, het zogenaamde foutsignaal, levert.

In voomoemd DTV wordt dit foutsignaal (na versterking) in tegenkoppelende zin aan twee besturingsorganen 8 respectievlijk 9 toegevoerd, waarvan het ene (8) slechts.geschikt is vrij langzame verplaatsingen van het beeldpunt 5 te bewerkstelligen, terwijl het andere (9) 15 voor zo snelle verplaatsingen kan zorgen, dat daarmee de gewenste grens-frequentie van de regelinrichting wordt behaald. Schematisch is het besturingsorgaan 8 voorgesteld als een electrodynamische spoel, die het gehele lenzenstelsel 3, 4 in de richting van de optische as kan verplaatsen, terwijl het orgaan 9 een piezokristal kan zijn, dat de stralings-20 bron 2, bijvoorbeeld een diodelaser, in de richting van de optische as kan verplaatsen; uit het volgende zal echter duidelijk zijn, dat ook andere combinaties van besturingsorganen mogelijk zijn.

De inrichtingen volgens de uitvinding onderscheiden zich van deze bekende inrichting door de speciale wijze, waarop het foutsignaal 25 j_s verkregen en door dit foutsignaal ten dele in een tegenkoppellus, ten dele in vooruitregelende zin werkzaam te maken.

Figuur 2 geeft een uitvoeringsvoorbeeld volgens de uitvinding weer, waarbij als stralingsbron gebruik is gemaakt van een gasontladings-laser, bijvoorbeeld een He-Ne laser. Deze bron 11 werpt zijn licht via 30 een prismastelsel 12 en een lenzenstelsel, bestaande uit een veldlens 13 en een objectief lens 14 op de drager 1, waarbij met name deze objectie-lens 14 voor de scherpstelling op het informatiespoor van deze drager 1 zorgdraagt. Het door de drager 1 gereflecteerde licht passeert de lenzen 14 en 13 en wordt daarna met behulp van het prismastelsel 12 in de 35 richting van een fotodiode 15 af gebogen, welke diode een met de informatie op de drager 1 overeenkomend electrisch signaal levert.

Een deel van het licht van de bron 11 wordt door het prismastelsel 12 in de richting van een spiegeltje 16 afgebogen, waarna het 800 3 7 29 f PHN 9777 4 buiten de veldlens 13 cm met behulp van de objectieflens 14 op de drager 1 wordt gefocusseerd, door deze drager 1 wordt gereflecteerd en vervolgens via de objectief lens 14 in de richting van twee fotodiodes 17 en 18 wordt gestuurd. Deze fotodiodes 17 en 18 zijn zo opgesteld/ dat 5 bij juiste scherpstelling beide diodes evenveel licht ontvangen, zodat door balansschakeling van hun electrische uitgangssignalen een fout-signaal nul wordt opgewekt, terwijl daarentegen ingeval van een focusseer-afwijking, bijvoorbeeld doordat de drager 1 in de richting van de optische as heen en weer beweegt, hetzij de diode 17, hetzij de diode 18 10 meer licht ontvangt, zodat door genoemde balansschakeling een foutsignaal e wordt opgewekt, dat overeenkomst met genoemde focusseerafwijking.

Dit foutsignaal e wordt nu, overeenkomstig de bekende inrichting, in tegenkoppelende zin aan een besturingsorgaan 19 toegevoerd, met behulp waarvan de objectief lens 14 in de richting van de optische as 15 zodanig wordt heen en weer verplaatst, dat focusseer af wijkingen worden tegengegaan. Aangezien deze objectief lens in de regel relatief zwaar is, zal deze verplaatsing niet snel genoeg plaats vinden om de gewenste hoge grensfrequentie van de regeling te behalen. Voor dat doel wordt het foutsignaal e tevens, maar nu in vooruitregelende zin, aan een besturings-20 orgaan 20 toegevoerd, die de veldlens 13 in de richting van de optische as heen en weer kan verplaatsen. Het teken van deze regeling is zo gekozen, dat resterende f ocusseerafwi j kingen worden gecompenseerd, waarbij voor het nauwkeurig in de hand houden van de amplitude en fase van het, het besturingsorgaan 20 bereikende regelsignaal (teneinde onder- of 25 overcompensatie te voorkomen), een netwerk 21 kan worden tussengescha-keld. Deze vooruitregeling is vrij van iedere vorm van zelf generen, omdat het foutsignaal e onafhankelijk is van verplaatsingen van de veldlens 13.

In het uitvoeringsvoorbeeld volgens figuur 3 is gebruik gemaakt van een diodelaser 2 als stralingsbron. Met behulp van het lenzenstel-30 sel 3, 4, waarbij de lens 3 als collimator- en de lens 4 als objectie-flens dienst doet, wordt deze bron 2 weer afgebeeld (gefocusseerd) op de informatiedrager 1. Het foutsignaal e, dat een maat moet zijn voor de f ocusseerafwi jking, wordt nu verkregen door uit het centrale deel (dus in de buurt van en rondom de optische as) van het door de bron 2 uitge-35 straalde licht met behulp van een prisma 25 een deel af te splitsen, waarna deze af gesplitste lichtbundel wederom via de lens 4, reflectie aan de drager 1 en vervolgens via de lenzen 4 en 3 de fotodiodes 17 en 18 bereikt, waarvan de uitgangen in balans zijn geschakeld. Het aldus 8003729 FHN 9777 5 ct verkregen foutsignaal e wordt overeenkonstig figuur 1 aan besturings-organen 8 (die het hele lenzenstelsel 3, 4 in de richting van de optische as kan verplaatsen) respectievelijk 9 (die de bron 2 in de richting van de optische as kan verplaatsen) toegevoerd. Een verplaatsing van de bron 5 2 zal wel tot een overeenkomstige verplaatsing van zijn beeldpunt leiden (derhalve geschikt zijn als middel om focusseerafwijkingen te compenseren) , maar de door het prisma 25 afgesplitste lichtbundel wordt door zulke verplaatsingen vrijwel niet beïnvloed en bij juiste scherpstelling zullen de fotodiodes 17 en 18 weer evenveel licht ontvangen ongeacht 10 axiale verplaasingen van de bron 2. Door het foutsignaal e derhalve in tegenkoppelende zin aan het besturingsorgaan 8, maar in vooruitregelende zin aan het besturingsorgaan 9 toe te voeren (waarbij weer het netwerk 21 en eventuele aanpassingsversterkers tussengeschakeld kunnen zijn) kan wederom een voldoend snelle regeling worden verkregen, die vrij is van 15 neiging tot zelfgenereren.

In de variant volgens figuur 4 wordt het centrale deel van het door de bron 2 uitgestraalde en door de collimatorlens 3 in een evenwijdige bundel omgezette licht met behulp van een spiegeltje 31 af gesplitst en vervolgens via een spiegeltje 32, lens 4, drager 1, lenzen 20 4 en 3 naar de fotodiodes 17 en 18 geleid, in welke lichtweg zo nodig nog een wig 33 kan zijn opgenomen. De in de vorm van prisma's uitgevoerde spiegeltjes 31, 32 en de wig 33 kunnen op een enkele glasplaat worden gemonteerd of in een plastic plaat worden geperst. De verdere qpbouw en de werking van deze inrichting is geheel analoog aan die volgens figuur 25 3.

De variant volgens figuur 5 vertoont wederom de diodelaser 2, de collimatorlens 3 en de objectieflens 4. Het foutsignaal wordt nu verkregen door middel van een afzonderlijke lichtweg, omvattende een hulplichtbron 41, bijvoorbeeld een lichtemitterende diode (LED), lens 30 42, prisma 43, de objectieflens 4, de informatiedrager 1, prisma 44, lens 45 en de fotodiodes 17 en 18. Dit foutsignaal wordt veer enerzijds in tegenkoppelende zin toegevoerd aan het besturingsorgaan 8, dat de lenzen 3 en 4 in de richting van de optische as kan heen en weer bewegen, anderzijds in vooruitregelende zin aan het besturingsorgaan 9, dat de diode-35 laser 2 op overeenkomstige wijze kan bewegen. Daar de van de bron 41 uitgaande stralenbundel niet beïnvloed wordt door het besturingsorgaan 9 is het opgewekte foutsignaal e eveneens onafhankelijk van bewegingen van dit orgaan 9, zodat de vooruitregelende besturing op dit orgaan 9 geen

8 0 0 3 7 2 S

ί ΡΗΝ 9777 6 gevaar voor genereren meebrengt.

5 10 15 20 25 30 35 80037 29

Claims

1. Inrichting voor optische scherpstelling, bevattende een stralingsbron, focusseermiddelen on de straling van de stralingsbron op een object te focusseren, detectieroiddelen on de focusseerafwijking te detecteren en besturingsmiddelen, die de stralingsbron en/of de 5 focusseermiddelen, althans delen hiervan, zodanig verplaatsen ten opzichte van het object, dat de focusseerafwij king wordt verminderd, welke besturingsmiddelen enerzijds aangrijpen op een eerste deel, dat slechts net een snelheid kleiner dan die overeenkomend met de gewenste grens frequentie van de inrichting kan worden verplaatst, anderzijds op een tweede IQ deel, waarvan de mogelijke verplaatsing aanzienlijk sneller dan van het eerste deel kan zijn, met het kenmerk, dat de focusseer afwijking -detectieroiddelen een stralingsbundel voert langs een optische weg, die praktisch niet door verplaatsingen van het tweede deel van de besturingsmiddelen wordt beïnvloed en dat het aldus door deze detectieroiddelen opia gewekte regelsignaal in tegenkoppelende zin aan genoemd eerste deel, echter in vooruitregelende zin aan genoemd tweede deel van de besturingsmiddelen wordt toegevoerd.

2. Inrichting volgens conclusie 1, met het kennerk, dat de focusseermiddelen een veldlens en een objectief lens omvatten en dat met 2D behulp van een prismastelsel een deel van de straling van de stralingsbron buiten de veldlens om via de objectieflens en de informatiedrager naar een balansfotodetector wordt geleid, waarvan het uitgangssignaal in tegenkoppelende zin de objectieflens bestuurt en in vooruitregelende zin de veldlens.

3. Inrichting volgens conclusie 1, met een diode als stralingsbron, met het kenmerk, dat het deel van straling van de bron rondom de optische as van de focusseermiddelen wordt afgesplitst en althans via de informatiedrager naar een balansfotodetector wordt geleid, waarvan het uitgangssignaal in tegenkoppelende zin de focusseermiddelen en in vooruit-30 regelende zin de diode bestuurt.

4. Inrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de focus seer af wij king door middel van een, van een hulpstralingsbron uitgaande stralingsbundel wordt gemeten, waarvan het verloop onafhankelijk is van verplaatsingen van genoemd tweede deel van de besturingsmiddelen. 800 3 7 29 35