NL8004892A - Inrichting voor het verwerken van optische informatie en werkwijze voor het vervaardigen van een coma-correctieplaat zoals toegepast in een dergelijke inrichting. - Google Patents

Description

if A

EHN 9830 1 N.V. Philips* Gloeilampenfabrieken te Eindhoven.

Inrichting voor het verwerken van optische informatie en werkwijze voor het vervaardigen van een cana-correctieplaat zoals toegepast in een dergelijke inrichting.

De uitvinding heeft betrekking op een inrichting voor het verwerken van optische informatie, bevattende een stelsel van optische e-lementen gerangschikt langs een optische hoofdas voor het geleiden van een lichtbundel naar een stralingsgevoelig detektiestelsel.

5 De uitvinding heeft tevens betrekking pp een werkwijze voor het vervaardigen van een cana-correctieplaat zoals toegepast in deze inrichting.

Een inrichting volgens de uitvinding kan bijvoorbeeld een objectief van een televisiekamera zijn, een microscoop of een inrichting 10 voor het uitlezen van een registratiedrager waarop informatie is aangebracht in een optisch uitleesbare informatiestructuur.

Een dergelijke in de eerste alinea genoemde inrichting is bekend uit het Philips' Technische Tijdschrift, 33, no. 7, blz. 194-197, waarin een inrichting voor het uitlezen van een registratiedrager is beschreven.

15 Het betreft hier een VLP-platenspeler (VLP is een handelsmerk van de N.V. Philips' Gloeilampenfabrieken) welke bedoeld is voor het lezen van video- en/of audioinformatie, welke op een plaat is vastgelegd. De informatie is op het oppervlak van de plaat geschreven in de vorm van 0,8yUm brede putjes die ongeveer 0,16^um diep zijn en die een variabele lengte 20 hebben. De putjes liggen op een spiraalvormig spoor met een spoed van ongeveer 2 yum. Voor het uitlezen van de informatie wordt op het spoor een lichtvlek geprojecteerd met behulp van een lichtbron en een aantal optische elementen. Het licht wordt aan het plaatoppervlak gereflecteerd en weer opgevangen door de optische dementen en geconcentreerd op een de-25 tector, bijvoorbeeld een fotodiode.Aan de putjes in het plaatoppervlak treedt buiging op, waarbij de af gebogen straling niet meer op de optische elementen valt. Bij het passeren van de putjes zal de detektor dus minder licht ontvangen, dan wanneer een vlak deel passeert. Op deze wijze wordt het signaal van de detector gemoduleerd. De informatie kan gekodeerd zijn 30 in de frequentie van de putjes en/of in de verhouding van de lengte van de putjes ten opzichte van de lengte van de tussen twee putjes gelegen tussengebiedjes. De informatie kan ook in digitale vorm gekodeerd zijn. Behalve video- en audio-informatie kan op de plaat ook digitale informatie, 8004892 EHN 9830 2 * bijvoorbeeld van en voor een rekenmachine, opgeslagen zijn.

Een optisch systeem, dat de putjes afzonderlijk kan waarnemen en dat het spoor zo nauwkeurig kan volgen, dat overspraak tussen twee naburige sporen wordt voorkorten, moet aan zeer hoge eisen van afbeeldings-5 scherpte en mechanische precisie voldoen. Anderzijds moet het systeem, met het oog op de productie in grote aantallen, zo eenvoudig mogelijk zijn, goedkoop zijn, en gemakkelijk in te stellen zijn.

Bij goedkope systemen bestaande uit optische elementen kunnen geen nauwe centreertoleranties worden opgelegd, waardoor ontoelaatbare 10 axiale ccma kan optreden. Deze coma komt bijvoorbeeld bij de hierboven beschreven VLP-speler tot uitdrukking in een eenzijdige waas (koneet-staart) bij de lichtvlek.

De uitvinding beoogt dan ook een inrichting van de in de eerste alinea beschreven soort aan te geven, welke door een eenvoudige en goed-15 kope maatregel een geringe ccma heeft en welke eenvoudig in te stellen is.

Volgens de uitvinding wordt een inrichting van de in de eerste alinea beschreven soort gekenmerkt, doordat in het stelsel van optische elementen tenminste één ccma-correctieplaat is aangebracht, bevattende een substraat, voorzien van een zodanig in dikte variërende dielaktrische 2o laag, dat de weglengteverschillen in de lichtbundel welke ontstaan door coma in het stelsel van optische elementen tenminste gedeeltelijk warden gecompenseerd..

De dikte van de dielektrische laag representeert de weglengte-correctie. De brekingsindex van het materiaal van de dielektrische laag 25 is van invloed op de lichtsnelheid in de laag en dus op de weglengteverschillen.

Dergelijke ccma-correctieplaten zijn ook zeer goed toepasbaar in inrichtingen waarin de optische componenten grote afmetingen hebben.

De dielektrische laag kan bijvoorbeeld worden aangebracht 30 door middel van een spuitproces, door sputteren of door opdampen. Bij kleine verschillen in het dikteverloop is opdampen natuurlijk de meest geschikte werkwijze. Als substraatmaterialen kunnen plaatjes uit bijvoorbeeld glas of kwarts gebruikt worden. Het is echter ook mogelijk een ander optisch element, zoals bijvoorbeeld een lens,een spiegel of een 35 filter als substraat, te gebruiken. De dielektrische laag kan vervaardigd worden uit bijvoorbeeld SiO^, ZnS, TiC^ enz.

Bij voorkeur is in de inrichting volgens de uitvinding de dielektrische laag van een materiaal vervaardigd, dat een brekingsindex _____________________ 8004892 ΕΉΝ 9830 3 '* * r heeft, welke gelijk of nagenoeg gelijk is aan de brekingsindex van het materiaal van het substraat. In dat geval treden er namelijk nagenoeg geen reflëkties op aan het grensvlak tussen de dieléktrische laag en het substraat, welke reflëkties storingen kunnen veroorzaken. In een VLP-5 speler kunnen deze reflëkties bijvoorbeeld aanleiding geven tot ongewenste fluctuaties in het uitgangs-vermogen van de laser. Ook kan gereflecteerd licht ter plaatse van de detector tot interferentie komen met de primaire gemoduleerde lichtbundel en daarbij aanleiding geven tot zeer diepe modulatie van het deteetorsignaal.

10 Dergelijke fluctuaties van het uitgangsvermogen en modulatie zijn in vele gevallen ook bij andere toepassingen, bijvoorbeeld interferometers, ongewenst.

Een voorkeursuitvoeringsvorm van de inrichting volgens de uitvinding wordt gekenmerkt doordat er twee cana-correctieplaten zijn toe-15 gepast en de dikte Z van de dieléktrische lagen pp de platen vanaf de optische hoofdas in een eerste richting constant is en in de loodrecht daarop staande richting ^ verloopt volgens de functie Z = a h 3 20 waarbij = 0 op de optische hoofdas is gelegen en waarin a een constante is, welke afhankelijk is van de gewenste hoeveelheid compenserende ccma W31 en van de brekingsindex n van het materiaal van de dieléktrische laag waarbij geldt 25 .

a 3)TT'(n-1) en welke eerste richtingen van de coma-correctieplaten een hoek van 60° ten opzichte van elkaar zijn gedraaid rond de genoemde optische hoofdas.

30 Het dikteverloop van de dielektrische laag op de eerste cctna- correctieplaat is

Zl=a?j3 35 en op de tweede ccma-correctieplaat Z2 = a Ί 3 8004892 - * PHN 9830 4

Voor de resulterende dikte van de beide lagen samen vinden we bij overgang op poolcoördinaten: Z = Z1 + Z2 = a( *3 + Vs) = 5 = a r3. ^ sin3 (^>-30°) + sin2 (ƒ?+ 30°) 1 = |a j/T r3 sin ψ hetgeen precies het voor een bepaalde corrigerende coma vereiste dücte-10 verloop is. De lagen met het diktererloop Z^ en Z2 kunnen ieder op een andere zijde van een substraat worden aangebracht, zodat twee geïntegreerde cana-correctieplaten zijn ontstaan. Het is echter ook mogelijk volgens de uitvinding dat êên cana-correctieplaat is toegepast en de dikte Z van de dielektrische laag als functie van de plaats in pool-15 coördinaten r en ƒ? op de plaat in hoofdzaak verloopt volgens de functie Z = 3/4 a r3 sin (p waarbij r = 0 op de optische hoofdas is gelegen en waarin a een constante is, welke afhankelijk is van de gewenste hoeveelheid compenserende coma 20 W21 en van de brekingsindex n van het materiaal van de dielektrische laag waarbij geldt: 4 *»1 a “ 3 ff' (n-1) 25 bepaalt de waarde van de coma-term in de functie .

welke de golffront aberraties weergeeft. Dit is een algemeen bekende ' notatie voor de aberraties en is bijvoorbeeld gebruikt in J.Opt.Soc.M. 69 No. 1, 14, 1979 (formule 6.27) en in "wave theory of aberrations" van HH. Hopkings, Oxford, Clarendon Press 1950.

30 De uitvinding wordt nu bij wijze van voorbeeld nader toegelicht aan de hand van een tekening waarin in fig. 1 schematisch een inrichting volgens de uitvinding wordt getoond, in fig. 2 schematisch een ccma-correctieplaat is weergegeven, in 35 fig. 3a, ben c een stelsel van twee ccma-correctieplaten schematisch in doorsnede en in aanzicht is getooid, in fig. 4 een geïntegreerde ccma-correctieplaat schematisch is weergegeven en in 8004892 pm 9830 5 ¥ =.

fig. 5 en fig. 6 de werkwijze voor het vervaardigen van coma-correctieplaten nader wordt toegelicht.

In figuur 1 is schematisch een inrichting volgens de uitvinding getoond, in dit geval een inrichting voor het uitlezen van een registra-5 tiedrager waarop informatie, bij voorheeld beeld- en/of geluidsinformtie is aangebracht in een optisch uitleesbare infonratiestructuur. In deze figuur is -een schijfvormige registratiedrager 1 die van informatiesporen 2 is voorzien in doorsnede getekend. Op de registratiedrager wordt een lichtvlek 3 afgebeeld welke wordt gevormd door een lichtbundel 4 afkomstig 10 van een lichtbron 5 waarachter een lens 6 is geplaatst. De lichtbundel 4 wordt door een objectief 7 op het vlak van de informatiesporen gefocus-seerd. tot de lichtvlek 3, welke een diameter in de orde van grootte van de putjes in de informatiesporen heeft. De lichtbundel wordt door de informatiestructuur gemoduleerd en gereflecteerd en doorloopt het objectief 15 7 voor de tweede maal en wordt op de detèktor 8 afgebeeld. Het licht van de lichtbron 5 is lineair gepolariseerd. Hierdoor kan met een 1/4 A -plaatje 9 en een polarisatiegevoelige deelspiegel 12 een scheiding van het invallende en gereflecteerde licht verkregen worden. Het systeem bevat verder nog een vlakke spiegel 10. Daar de elementen van het objectief 7 20 niet nauwkeurig gecentreerd zijn rond de optische hoofdas 11, is een ccma-correetieplaat 13 aangebracht, welke een cona heeft die de coma van het objectief 7 tenminste gedeeltelijk ccmpenseert. Daardoor ontstaat een lichtvlek 3 zonder een eenzijdige waas ("komeetstaart").

In figuur 2 is schematisch de ccma-correctieplaat 13 in aan-25 zicht weergegeven. De optische hoofdas staat loodrecht pp bet vlak van de tekening en gaat door het punt r = 0. De plaat bestaat uit een substraat van kwarts met een brekingsindex n = 1,46 met daarop een volgens de uitvinding, in dikte variërende dielektrische laag uit SiO^. De dikte Z van de dieléktrische laag is afhankelijk van onder andere de plaats P op de plaat, 30 welke plaats is vastgelegd door de poolcoördinaten r en ψ . In de praktijk wordt een assortiment van coiH-correctieplaten van verschillende sterkten vervaardigd. Bijvoorbeeld een plaat met een dikteverloop van 0 tot 2000 A een plaat met een dikteverloop van 0 tot 4000 A en een plaat met een dikteverloop van 0 tot 6000 A , voor toepassing in een inrichting volgens fi-35 guur 1, waarin als lichtbron een He-Ne-laser is toegepast. Afhankelijk van de in een systeem waargenomen coma wordt een coraa-correctieplaat met een bepaalde sterkte gekozen uit dit assortiment, in de inrichting geplaatst en rond de optische hoofdas geroteerd totdat de totale cana minimaal 8004892

« N

PHN 9830 6 is en de inrichting aan de gestelde specificaties voldoet. Op de vervaar-dinging van caiB-correctieplaten wordt nog in de beschrijving bij de figuren 5 en 6 ingegaan.

In figuur 3a is een stelsel van twee cana-correctieplaten 5 20 en 21 evenwijdig aan het X-Y-vlak loodrecht qp de optische hoofdas 11 in een doorsnede weergegeven. De X-as staat loodrecht op het vlak van de tekening. In de figuren 3b en 3«c zijn aanzichten van de twee platen gegeven. De optische hoofdas 11 staat in beide figuren loodrecht qp het vlak van tekening en gaat door het punt 0 (£=(),ƒ = 0). De dikte Z van de die-10 lektrische laag op de plaat 20 is in de J richting constant en verloopt in de ^ richting volgens de functie: ’ / Z = a ff

De dikte Z van de dielektrische laag op plaat 21 is in de ^ richting constant en verloopt in de ^ richting volgens de functie: z 15 Z = a*3 2

De ^ en ^ richtingen maken een hoek van 60° met elkaar. Dit heeft tot gevolg,zoals in het voorgaande reeds is aangetoond, dat de resulterende dikte van beide dielektrische lagen sarren verloopt volgens; 20 Z = ·|· a > ^31 r3 sin (j? bij overgang op poolcoördinaten r en ƒ?

In figuur 4 zijn de dielektrische lagen volgens de figuren 3b en 3c qp de twee zijden van één substraat 22 aangehracht.

Een werkwijze voor de vervaardiging van cana-correctieplaten 25 wordt nu bij wijze van voorbeeld verder toegelicht aan de hand van de figuren 5 en 6.

In figuur 5 is schematisch een qpdampinrichting weergegeven, bevattende een damphron 30, voor het verdampen van het dielektrisch materiaal voor het vormen van de dielektrische laag 31 qp het strookvormig 30 substraat 32. Tijdens het opdampen wordt het substraat 32 met een constante snelheid V onder een sjabloon 33 doorgevoerd evenwijdig aan as 34. Het sjabloon 33 is van een opening 35 voorzien. Figuur 6 toont de vorm van deze opening 35. Opening 35 wordt door as 34 verdeeld. Een deel 36 van de rand van de opening aan weerszijde van de as verloopt als een derde-35 machtsfunctie van de afstand tot de as 34, waarbij het snijpunt 37 van de as 34 met dat deel van de rand 36 als nulpunt is genomen. De kraiming van het deel 36 van de rand verloopt volgens x = c y3 8004892

D

Hffiï 9830 7 waarbij y positief is aan een zijde van het nulpunt 37 en negatief aan de andere zijde. Het gewenste dikteverloop kan worden verkregen dcor keuze van de constante C en/of de snelheid V. Door deze wijze van opdampen wordt een strookvormig substraat verkregen met een dikteverloop van de dielek-5 trische laag, dat in de richting van as 34 constant is en in de richting loopdrecht daarop het gewenste derdemachtsverloop heeft. Dit aldus bedekte strookvormig substraat kan vervolgens verdeeld worden in kleine substraten, welke kunnen worden toegepast in een stelsel van twee coma-correctieplaten zoals beschreven bij de figuren 3a, ben c. Het. is echter ook mogelijk 10 de met één dielektrische laag bedekte kleine substraten in het vlak van de substraten over een hoek van 60° te draaien en nogmaals in de opdamp-inrichting te bedekken, waardoor een ccma-correctieplaat zoals beschreven bij figuur 2 wordt verkregen.

15 20 25 30 80 04 8 9 2 35

Claims (10)

1. Inrichting voor het verwerken van optische informatie/ bevat tende een stelsel van optische elementen (6,7/9/10,12,13) gerangschikt langs een optische hoofdas (11) voor het geleiden van een lichtbundel (4) naar een stralingsgevoelig detéktiestelsel (8), met het kenmerk, dat in 5 het stelsel van optische elementen tenminste één ccma-correctieplaat (13,20,21) is aangebracht, bevattende een substraat voorzien van een zodanig in dikte variërende dielektrische laag, dat de weglengteverschillen in de lichtbundel welke ontstaan door ccma in het stelsel van optische elementen tenminste gedeeltelijk worden gecompenseerd.

2. Inrichting volgens conclusie 1,. met het kenmerk, dat de dielektrische laag van een materiaal is vervaardigd met een brekingsindex, welke gelijk is of nagenoeg gelijk is aan de brekingsindex van het materiaal van het substraat.

3. Inrichting volgens conclusie 1 of 2, met bet kenmerk, dat er 15 twee ccma-correctieplaten (20, 21) zijn toegepast en de dikte Z van de dielektrische lagen op de platen vanaf de optische hoofdas (11) in een eerste richting constant is en in.de loodrecht daarop staande richting verloop volgens de functie: z = a l 3 20 waarbij ^ = 0 op de optische hoofdas is gelegen en waarin a een constante is, welke afhankelijk is van de gewenste hoeveelheid compenserende ccma W-ji en van de brekingsindex n van het materiaal van de dielektrische laag waarbij geldt: W 31 J_ L 25 a - -3—pr· (nH) en welke eerste richtingen van de ccma-correctieplaten een hoek van 60° ten opzichte van elkaar zijn gedraaid rond de genoemde optische hoofdas.

4. Inrichthg volgens conclusie 3, met het kenmerk, dat twee ge- 30 integreerde ccma-correctieplaten zijn toegepast, waarbij de dielektrische lagen zijn aangebracht op de twee zijden van één substraat (22).

5. Inrichting volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat er één ccma-correctieplaat (13) is toegepast en de dikte Z van de dielektrische laag als functie van de plaats in poolcoördinaten r en ψ op de plaat 35 in hoofdzaak verloopt volgens de functie Z = 3/4 a för3 sin ψ waarbij r = 0 cp de optische hoofdas (11) is gelegen en waarin a een constante is, welke afhankelijk is van de gewenste hoeveelheid ccmpense- 80 04 8 9 2 ΡΗΝ 9830 9 Γϊ rende coma en van de brekingsindex n van het materiaal van de dielektrische laag waarbij geldt: W - 4_„ W31 . a “ 3 /T (n-1) 5

6. Inrichting volgens een der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat het substraat een optisch element is, zoals een filter, een spiegel, een 1/4 \ plaat of een lens.

7. Inrichting volgens een der voorgaande conclusies met het ken-10 merk, dat dit een inrichting is voor het uitlezen van een registratie- drager (1) waarop informatie, bijvoorbeeld beeld- en/of geluidsinformatie, is aangebracht in een optisch uitleesbare informatiestructuur (2), welke inrichting een stralingsbron (5) bevat voor het opwekken van. de lichtbundel (4).

8. Werkwi jze voor het vervaardigen van een ccma-correctieplaat zoals toegepast in een inrichting volgens conclusie 3, met het kenmerk, dat in een opdanpinrichting tijdens het opdampen van de dielektrische laag een plaatvormig substraat (31) met een constante snelheid onder een sjabloon (33) wordt doorgeschoven evenwijdig aan een as (34) welke in 20 het vlak van het sjabloon is gelegen, welk sjabloon (33) tussen de op-dampbron (30) en het substraat (31) is gelegen en van een opening (34) is voorzien, welke opening door de as wordt verdeeld en een deel (36) van de rand van de opening aan weerszijden van de as als een derdemachtsfunctie van de afstand tot de as verloopt, waarbij het snijpunt (37) van de as met 25 het deel van de rand als nulpunt is genomen.

9. Werkwijze voor het vervaardigen van een ccma-correctieplaat toegepast in een inrichting volgens conclusie 4, met het kenmerk, dat de werkwijze volgens conclusie 8 wordt toegepast, waarna het aan een zijde van een dielektrische laag voorziene substraat wordt omgekeerd en over 30 een hoek van 60° in het vlak van het substraat wordt gedraaid, waarna de werkwijze volgens conclusie 8 nogmaals wordt toegepast voor het aanbrengen van de tweede dielektrische laag. 1C. Werkwijze voor het vervaardigen van een ccma-correctieplaat zoals toegepast in een inrichting volgens conclusie 5, met het kenmerk, 35 dat de werkwijze volgens conclusie 8 wordt toegepast, waarna het met een eerste dielektrische laag bedekte substraat over een hoek van 60° in het vlak van het substraat wordt gedraaid en vervolgens de werkwijze volgens conclusie 8 nogmaals wordt toegepast. 80 04 89 2 PHN 9830 10 t*

11. Werkwijze volgens conclusie 10, met het kenmerk, dat een strock-vormig substraat met de eerste dielektrische laag wordt bedekt, waarna dit strookvormig substraat in kleine met de eerste dielektrische laag bedekte substraten wordt verdeeld, welke vervolgens 60° in het vlak van 5 de substraten warden .gedraaid en vervolgens nogmaals met een tweede dielektrische laag bedekt. 15 20 25 30 35 80 04 89 2