NL8801960A

NL8801960A - Inrichting voor het met een sensor-array detecteren van een optische scherpstelling.

Info

Publication number: NL8801960A
Application number: NL8801960A
Authority: NL
Original assignee: Maxtor Corp
Priority date: 1987-08-06
Filing date: 1988-08-05
Publication date: 1989-03-01
Also published as: FR2619241A1; US4816665A; FR2619241B1; JPH01138623A

Description

£

Inrichting voor het met een sensor-array detecteren van een optische scherpstelling.

De uitvinding heeft betrekking op een inrichting voor het regelen van de scherpstelling van een lichtstraal in en optisch stelsel voor gegevensopslag*

Stelsels voor het optisch registreren op en 5 af spelen van platen leggen informatie, zoals videosignalen,.

spraaksignalen, digitale en andere gegevens op een schijf vast in een reeks concentrische of in een spiraal liggende “sporen".

De plaat wordt met een hoog toerental gedraaid en een liqhtbron, zoals een blazer of een andere geschikte detecteerbare stralings-. 10 bron wordt gebruikt voor het aftasten van de plaat. Het licht wordt gereflecteerd aan de gegevenssporen en gemoduleerd door de informatie die in de sporen is vastgelegd. Dit gemoduleerde en gereflecteerde licht wordt gedetecteerd en gedecodeerd teneinde de op de plaat vastgelegde informatie weer te geven.

15 Kort geleden zijn optische platen bruikbare middelen geworden voor de opslag van elektronische informatie en voor gebruik in geheugensystemen voor met computers in verband staande activiteiten. Twee vormen van dergelijke optische geheugens zijn bekend als optische ROM's (read only memories) of WORM's 20 (write once, read many times). Bovendien is een ontwikkeling in gang van optische platen die kunnen functioneren zoals magnetische opslagsystemen met harde of zachte schijven: de informatie op deze nieuwe optische platen kan vele malen worden gewist, ingeschreven en/of uitgelezen .

25 Meestal is de prijs per eenheid van. capaciteit kritiek teneinde de prijs van optische plaat-opslagsysternen laag te houden* Het is gewenst informatie op de optische plaat vast te leggen met een grote oppervlaktedichtheid. In systemen met optische platen is de informatie-rdichtheid afhankelijk van het 30 oppervlak van de scherp gestelde lichtvlek die op de plaat invalt, welke lichtvlek wordt gebruikt bij het uitlezen van informatie van de plaat. Om een in een gering oppervlak invallende vlek in met een hoge dichtheid werkende optische plaatstelsels te bereiken, wordt een objectief-lenzenstelsel met een grote numerieke 35 apertuur gebruikt dat een bijbehorende scherptediepte heeft die 8801960 / -- ·» ' Ί •regering is, vaak in de orde van grootte van microns.

Bij moderne optische plaatmedia is zonder uitzondering sprake van verplaatsing van het oppervlak van de plaat in ieder gegeven punt op de plaat tijdens het ronddraaien, en 5 wel in axiale, zowel als in radiale richting als gevolg van variaties bij de vervaardiging van de plaat en fouten in het positioneren van de plaat. Het gevolg is dat de positie van de lichtvlek op de plaat herhaaldèlijk moet worden gecorrigeerd met gebruikmaking van een servo-stelsel voor de scherpstelling in de 10 axiale richting en een servostelsel voor het spoorvolgen in de radiale richting.

Ofschoon het aan de plaat die möet worden belicht, gereflecteerde licht wordt gebruikt als detectie, lichtstraal voor het scherpstellen kan het doorgelaten licht voor hetzelfde 15 doel worden gebruikt gezien vanuit een vergelijkbaar technisch gezichtpunt.

ASTIGMATISCHE SCHERPSTELLING

Een bekende werkwijze voor het detecteren van fouten in de scherpstelling van een lichtstraal, op een informatie 20 dragend vlak (plaatoppervlak) is een astigmatisch defceetiestelsel voor scherpstellingsfouten. Een cilindrische lens wordt in het objectief-lenzenstelsel ingevoerd om zo de gereflecteerde lichtstraal astigmatisch te maken. Deze astigmatische straal wordt geprojecteerd op een sensor-array die in de stand van de techniek 25 bestaat uit vier stralinggevoelige detectoren die zijn opgesteld in een matrix van twee bij twee. De astigmatische straal projecteert een vlek op de detector-matrix die van vorm verandert afhankelijk van de relatieve scherpstelling van de lichtstraal van het objectiefstelsel. Deze vormverandering van de astigmatische 30 vlek wordt gedetecteerd door de uitgangssignalen van de vier detectoren te combineren.

Een dergelijk ‘bekend stelsel is beschreven in het Amerikaanse octrooischrift 4.123.652. Zoals daar beschreven wordt een aan de plaat gereflecteerde straal astigmatisch gemaakt en 35 vertoont de straal een cirkelvormige doorsnede aan de sensor-matrix wanneer de schergestelde vlek ten opzichte van het oppervlak van de plaat scherp is gesteld. Wanneer het convergentiepunt van de lichtstraal optreedt boven het vlak van het plaatoppervlak, vormt de gereflecteerde staal een eerste ellips op het oppervlak van de

88 0 1 9 60 J

b - 3 - sensor-matrix. Wanneer het convergentiepunt optreedt onder het vlak van het plaatoppervlak, vormt de gereflecteerde straal een tweede ellips die zich onder een rechte hoek met de eerste ellips bevindt.

Door een matrix van vier sensoren symmetrisch rondom het middelpunt 5 van de "scherpgesteld" cirkelvormige astigmatische straal:te schik ken, kan de positie van de afgebeelde vlek ten opzichte van het oppervlak van de plaat worden bepaald door de uitgangssignalen van de sensor-matrix te combineren. Bijvoorbeeld zullen, wanneer de convergentievlek niet op het oppervlak van de plaat ( in beide 10 richtingen) ligt, twee sensoren van de matrix meer gereflecteerd licht ontvangen dan de overige twee sensoren. Dit verschil kan worden gedetecteerd en er kan een. foutsignaal worden opgewekt voor het regelen van een servosysteem om de objectxeflens zo aan te drijven dat de scherpgestelde vlek op het oppervlak van de plaat 15 blijft staan. Er zijn bezwaren aan het hierboven beschreven stelsel volgens het Amerikaanse octrooischrift. Deze bekende werkwijze vereist dat het licht dat invalt op de sensor-matrix een gelijkmatige intensiteitsverdeling heeft, zodat bij scherpstelling elk element van de sensor-matrix een gelijke hoeveelheid invallend licht 20 ontvangt. Echter vindt terwijl de schergestelde lichtvlek over de gegevenssporen op een optische plaat wordt gevoerd, de fractie plaats. Het van de plaat gereflecteerde licht heeft verschillende diffractie-ordes die zich. op verschillende posities in de gereflecteerde straal bevinden. De verschillende ordes van het afgebogen 25 licht interfereren afhankelijk van de relatieve positie van de scherpgestelde vlek op de microstructuur van de plaat. Bovendien kunnen aberaties in het optische stelsel interferentie-strepen onder de verschillende buigingsordes introduceren dié op een onvoorspelbare wijze kunnen verschijnen en zich verplaatsen. Het gevolg 30 is dat de intensiteitsverdeling van de gereflecteerde straal niet ruimtelijk gelijkmatig en symmetrisch is. Dit gebrek aan gelijkmatigheid en symmetrie genereert een aantal "nuldoorgangen" waar de hoeveelheid licht op elk van de sensoren van de sensor-matrix gelijk is (in het ideale geval een "scherpgestelde toestand" 35 aanwijzen). Aldus kan een corrigerend servosysteem de objeetieflens naar een positie van onscherpte sturen, gebaseerd op foutieve "nuldoorgangen" die afkomstig zijn van de sensor-matrix.

Een bekende poging om dit probleem te vermijden is beschreven in het Amerikaanse octrooischrift 4.450.547. In dit 880 i9 60.1 % * - 4 - octrooischrift worden brandpuntbeelden gevormd in twee door een cylindrische lens die is geplaatst in de lichtweg van een aan het schijfoppervlak gereflecteerde straal, van elkaar verwijderde brandpunten. Op een plaats tussen de twee brandpunten is een 5 messnijkant ingébracht die de straal gedeeltelijk blokkeert.

Wanneer het brandpunt naar binnen of naar buiten toe wordt verplaatst vanuit de optische plaat, wordt het deel van de straal dat niet is geblokkeerd gedraaid in een optisch veld achter de messnijkant.

Een dubbelcel (array met twee sensoren) vangt de straal op eh 10 wordt gebruikt voor het opwekken van een bipolair instelfoutsignaal.

Een nadeel van dit stelsel is dat de dubbelcel-sensor veraf moet worden opgesteld (in het "far field"), en dat een dubbelcel met een relatief groot oppervlak hodig is. Aangezien in het algemeen de snelheid (of daarmee equivalent de bandbreedte) van een 15 fotosensor omgekeerd evenredig is met het actieve oppervlak van de sensor maakt het vereiste van een dubbelcel met groot oppervlak het moeilijk een voldoende bandbreedte te bereiken om de sensor te gebruiken als een data-detector naast het gebruik als detectie-orgaan voor instelfouten.

20 Een ander nadeel van dit bekende stelsel is dat een messnijkant of een Optisch equivalent (bijvoorbeeld een wigprismal) ' in het optische stelsel wordt geïntroduceerd. Een dergelijke messnijkant vergroot de ingewikkeldheid van het optische stelsel door het aantal elementen te laten tpenemen en moet verder voort-25 durend worden bijgesteld en mechanisch worden gestabiliseerd.

Het is daarom een doel van de uitvinding een regelstelsel met scherpstelfoutdetectie te verschaffen dat onafhankelijk is van de intensiteitsverdeling en dat kan worden toegepast in een stelsel met een optische plaat.

30 Een ander doel van de uitvinding is het verschaffen van een scherpstelfout-regelsysteem waarin één enkele sensor-array kan worden benut voor zowel regeling van de scherpstellings-fout als gegevensdetectïe in een grote bandbreedte.

Nog een ander doel van de uitvinding is het ver-35 schaffen van een scherpstelfout-detectiestelsel waarin een scherp ste! fouts ignaal kan worden opgewekt met minder optische elementen.

Er wordt een beschrijving gegeven van een werkwijze en een inrichting voor astigmatische scherpstellingsregeling die onafhankelijk is van variatie van de intensiteitsverdeling die het 8801960: - 5 - gevolg is van aberaties en interferentie en die wordt ten uitvoer gebracht met een gecombineerde sensor-array voor data en scherp-steilingsfouten. Een objectieflens wordt gebruikt om een laserstraal scherp te stellen voor gebruik bij het uitlezen, inschrijven 5 en/of wissen in een opslagstelsel met een optische plaat. Een astigmatisch scherpstellingsregelstelsel wordt toegepast waarin een cylindrische lens is geplaatst in de lichtweg van licht dat aan de optische plaat is gereflecteerd. Het door de cylindrische lens heen doorgelaten licht vormt een beeld op een sensor-array. De vorm 10 van het beeld op de sensor-array verschuift tussen een cirkel in het seherpstellingspunt en één of twee ellipsen die loodrecht op elkaar staan afhankelijk van of de optische plaat te dichtbij is bij de objectieflens of daarvan te ver is verwijderd.

In de voorkeursuitvoering wordt een ronde dubbelcel-15 sensor zo opgesteld dat een gereflecteerde straal door de cylindrische lens heen wordt ontvangen en opgevangen wanneer de objectieflens "in scherpstelling" verkeert. Een buitenmatrix van vier sensoren is symmetrisch geplaatst rondom de centrale dubbelcel. De sensor is zo dat licht dat invalt op de buitenste vier sensoren, 20 minimaal is wanneer de objectieflens scherp is gesteld. Door alleen de vier buitenste sensoren te gebruiken worden valse scherp-stellingsfoutsignalen vermeden aangezien er slechts één echte "nul" voorwaarde is, namelijk wanneer de objectieflens op de . juiste wijze is scherpgesteld. De som van het licht dat invalt 25 op de centrale ronde dubbelcel is maximaal wanneer de objectieflens is "scherpgesteld". Dit gesommeerde signaal kan gemakshalve worden gebruikt als het signaal dat het scherpstellen vrijgeeft.

Optische platen worden vervaardigd.in bepaalde vormen afhankelijk van het beoogde gebruik. Afhankelijk van 30 de gekozen vorm kan het verschil in lichtsterkte, ontvangen door de centrale ronde dubbelcel, worden gebruikt als het foutsignaal voor het spoorvolg-servostelsel. Het som- en het verschil-licht-sterktesignaal, ontvangen door de twee centrale ronde dubbelcel-sensoren, kunne worden gebruikt als "kwadratuursignalen" voor 35 het tellen van sporen tijdens het aftasten van de plaat. Aan de som van het licht dat invalt op de twee binnengelegen elementen (dubbelcel} wanneer het stelsel op de juiste wijze is scherpgesteld en het spoor volgt, kan gegevensinformatie worden afgeleid.

In een ander uitvoeringsvoorbeeld wordt één enkele sensor gebruikt 8801960.

* - 6 - in het centrale gebied in plaats van een dubbelcel.

De uitvinding wordt hierna toegelicht in een beschrijving van enkele uitvoeringsvoorbeelden van de uitvinding.

De beschrijving verwijst naar een tekening.

5 Fig. 1 is een zijaanzicht van het scherpstellings- detectiestelsel van een opslagstelsel met optische plaat.

Fig. 2A t/m 2C tonen de wijziging in vorm en positie van het beeld op het sensor-vlak na passage door een cylindrische lens.

10 Fig. 3 is een grafische voorstelling die een variatie in het scherpstelfoutsignaal toont die het gevolg is van buigings-patronen.

Fig. 4 is een bovenaanzicht van de voorkeursuitvoe-! ring van de sensor-array volgens de uitvinding.

15 Fig. 5 is een bovenaanzicht voor een ander uitvoeringsvoorbeeld van de sensor-array volgens de uitvinding.

Fig. 6 toont de verschuiving in buigingsintensiteit van een gereflecteerde lichtstraal terwijl de scherpgestelde vlek over de sporen op de plaat tast.

20 Fig. 7 is een bovenaanzicht van een bekende sensor- array.

Ër wordt een beschrijving gegeven van een werkwijze en een inrichting voor het regelen van de scherpstelling van een uitlees- en/of inschrijf- en/of wis-straal in een opslagstelsel met 25 een optische plaat. In de volgende beschrijving worden talloze specifieke bijzonderheden, zoals golflengte, brandpuntsafstand, enzovoort, vermeld teneinde een heer volledige’ beschrijving van de uitvinding te geven. Het zal echter voor de vakman duidelijk zijn dat de uitvinding kan worden uitgevoerd donder deze specifieke 30 bijzonderheden. In andere gevallen zijn algemeen bekende zaken niet in bijzonderheden beschreven teneinde de uitvinding niet op onnodige wijze in de schaduw te stéllen.

Een voorbeeld van het optisch stelsel zoals dat bij de uitvinding kan worden toegepast, is in fig. 1 weergegeven.

35 Een optische plaat 10 is in doorsnede getoond en is voorzien van een aantal gegevenssporen die zijn gedefinieerd door opstaande randen 30. De optische plaat 10 is slechts een voorstelling en is niet op schaal getekend. Ook zijn de verschillende elementen van het optische stelsel in fig. 1 slechts bij wijze van voorstelling 880 1 96 Ο? « i - 7 - en zijn zij niet op schaal getekend. Een lichtstraal 20 die een laser-straal kan zijn, wordt door een straalsplitser 14 naar een keerspiegel 13 gezonden en wordt op de optische plaat 10 scherpgesteld door een objectieflens 11.

5 De objectieflens is gekoppeld met een elektro- mechanisch servo-stelsel (niet getekend) dat de positie van de objectieflens 11 ten opzichte van de optische plaat 10 zo instelt t dat het licht 20 in een scherpe vlek 19 kan worden geconvergeerd Het licht 20 wordt door de objectieflens 11 heen aan de plaat 10 gereflecteerd naar de keerspiegel 13 en de straalsplitser 14. al het gereflecteerde licht 12 of een gedeelte daarvan wordt aan de straalsplitser 14 gereflecteerd via de lenzen 15 ett 16. De lens 15 is een plat bollenlens in de voorkeursuitvoering van de uitvinding. De lens 16 is een cylindrische lens voor het introduceren 15 van een astigmatisch effect in de lichtstraal 12 en het convergeren van de lichtstraal 12 op de sensor-array 17 in de scherpstellings-vlek 18. Als gevolg van het door de cylindrische lens 16 geïntroduceerde astigmatische effect zal de vorm van de scherp-stellingsvlek 18 de relatieve instelling van de objectieflens 11 20 aanwijzen. Ofschoon niet getekend kunnen passende middelen worden gebruikt voor het collimeren van de lichtstraal 20, Bijvoorbeeld kan een collimerende lens zijn geplaatst tussen een diode-laserbron en de straalsplitser 14.

In de voorkeursuitvoering van de uitvinding wordt 25 de lichtbron afgebeeld op een nagenoeg door diffractie bepaalde vlek. De volle breedte, halverwege het maximum (FWHM) van de diffractie begrensde vlek is gelijk aan (lambda/2/NA) waarin lambda de golflengte is van de lichtbron en NA de numerieke apertuur van de objectieflens is. De bijbehorende scherptediepte 30 wordt uitgedrukt als +/-{lambda/2/NA/NA). Buiten dit traject neemt de grootte van de lichtstraal aanzienlijk toe. Meestal is bij een golflengte van 0,8 ym scherp afgebeeld door middel van een objectieflens met een NA van 0,5, de FWHM 0,8 ym wanneer de aberaties van het gehele optische stelsel minimaal zijn gemaakt.

35 De dieptescherpte van een dergelijk stelsel is + of - 1,6 ym.

Dit wordt uitsluitend bij wijze van voorbeeld vermeld aangezien de uitvinding gelijke toepassing vindt op een aantal golflengten, waarden van de numerieke apertuur en waarde van de scherptediepte.

De vorm van de scherpsteilingsvlek 18 is voor drie 8801960.

- 8 - posities van de objectieflens 11 aangegeven in de figuren 2A t/m 2C. Fig. 2A laat de vorm van de scherpstellingsvlek 18 zien wanneer de objectieflens 11 zo is geplaatst dat het brandpunt 19 "scherp" is afgebeeld. In deze situatie heeft de scherpstellingsvlek 5 18 de in fig. 2A getoonde vorm 18A. Wanneer de objectieflené 11 te dicht bij de optische plaat 10 is, heeft de' scherpstellingsvlek 18 de yorm 18B die in fig. 2B wordt getoond, namelijk een ellips. Wanneer de objectieflens 11 te ver van de optische plaat 10 v verwijderd is, heeft de scherpstellingsvlek 18 de vorm 18G die 10 in fig. 2C wordt getoond, namelijk een ellips waarvan de lange as loodrecht.staat op die van de ellips 18B in fig. 2B.

Zoals eerder gesteld doen zich in moderne plaat-media variaties voor wat betreft de positie van de sporen en een verplaatsing van het oppervlak van de plaat in zowel radiale 15 als axiale richting. Het gevolg is dat de objectieflens 11 voort durend opnieuw moet worden ingesteld om het brandpunt 19 nauwkeurig op de optische plaat 10 af te beelden. Door de vorm van de vlek 18 te detecteren kan een scherpstellingsfoutsignaal worden gegenereerd dat vervolgens kan worden gebruikt voor het regelen 20 van een servo-mechanisme voor het aandrijven van de objectieflens 11 naar de optische plaat 10 toe of daar vandaan. Het brandpunt 19 wordt daardoor op de optische plaat 10, zoals gewenst, afgebeeld gehouden.

In fig. 7 is een bekende sensor die wordt gebruikt 25 voor het genereren van een scherpstellingsfoutsignaal, getoond.

Deze bekende sensor-array 25 bestaat uit vier lichtgevoelige detectoren A-D zo dat de ene diagonale as samenvalt met de lengteas van de ellips 18B in fig. 2B, en de andere diagonale as samensvalt met dë lengte-as van de ellips 18C in figy 2C. Wanneer 30 de objectieflens 11 scherp is gezet, heeft de scherpstellingsvlek 18 de vorm 18A in fig. 2A en zijn in het ideale geval de lichtsterkten op alle vier sensoren gelijk. Wanneer de objectieflens 11 te dicht bij de optische plaat 10 is, valt de ellips 18B op de sensor-array 25. Door het verschil te nemen van de sommen van de 35 diagonaal geplaatste sensoren kan een scherpstellingsvaatsignaal worden gegenereerd aan de hand van de verschillen in invallend licht op de respectievelijk sensorparen (AA,DD) en (BB,CC).

Als voorbeeld is in fig. 7 de ellips 18B aangegeven.

88019 60.! - 9 -

Een scherpstellingsfoutsIgnaal wordt als volgt gegenereerd; (AA+DD)-(BB+CC = scherpstelfoutsignaal (FES).

In het in fig. 7 gegeven voorbeeld is FES eèn positief getal omdat het op de sensoren AA en DD het invallende licht 5 meer is dan het invallende licht op de sensoren BB en CC, Aldus geeft een positieve FES aan dat de objectieflens 11 te dicht bij de optische plaat 10 is. Op dezelfde wijze geeft een negatieve FES aan dat de objectieve lens 11 te ver van de optische plaat 10 af is. Een FES met waarde nul zou aanwijzen dat de objectieflens 10 juist is geplaatst en dat het brandpunt 19 op het oppervMk van de optische plaat 10 wordt afgebeeld.

Nu verwijzend naar fig. 3 wordt daar een grafische voorstelling van het scherpstelfoutsignaal als functie van de plaats van de objectieflens weergegeven. In het ideale geval heeft de 15 kromme 21 één enkele nuldoorgaan in de oorsprong van het imaginaire x,y coördinatensysteem in fig. 3. Echter kan als gevolg van aberaties in optische stelsel en van buigingspatronen die resulteren in een ongelijkmatige intensiteitsverdeling van het licht binnen de scherpstellingsvlek 18, een aantal nuldoorgangen, zoals 22,23 20 en 24, het gevolg zijn. Aldus kan de objectieflens 11 worden aange- dreven door een scherpstellingsfoutsignaal naar een stand die niet een scherpstelling is, maar toch een scherpstellingsvlek 18 tot gevolg heeft die een uitgangssignaal nul vanuit de sensor-array 25 levert.

25 Bij het aftasten door het brandpunt 19 van de lichtstraal 20 van de sporen 30 op de optische plaat 10 worden buigingspatronen & 6 6 buiging van 1,0 en -1 orde binnenin de afbeeldingsvlek 18.

Bij het ontbreken van aberaties in het optische stelsel zullen deze buigingsordes symmetrische inteferentiestrepen ten opzichte van de 30 sensor 17 hebben en zal er minder kans zijn dat zij in het scherp stellingsfoutsignaal (FES) de "meervoudige nuldoorgang" tot stand brengen. In de praktijk kunnen echter plaatverwerkingsfouten en mechanische positioneringsfouten aberaties tot stand brengen die zullen maken dat het interferentiepatroon tussen een aantal buigings-35 ordes verschijnt en op onvoorspelbare wijze binnenin de afbeeldings vlek 18 verschuift. Dit veroorzaakt een fout in de nauwkeurigheid van de scherpstelling aangezien het scherpstellingsfoutsignaal een aantal nuldoorgangen heeft. Een dergelijk stelsel zal een scherp- 8801960/ - 10 - stellingsfout veroorzaken bij het uitvoeren van het zoeken van een spoor'of hèt uitlezen van gegevens, bij het inschrijven of bij het wissen. Bijvoorbeeld kan een valse nuluitlezing optreden wanneer de objectieflens niet scherp staat en kan een valse 5 niet- nul-lezing plaatsvinden wanneer de objectieflens scherp is gesteld.

De voorkeursuitvoering van de uitvinding is weergegeven in fig. 4 en verschaft een sensor-array die het probleem van de scherpstellingsfout die is toe te schrijven aan een aantal 10 nuldoorgangen in plaats van één, hetgeen het gevolg is van ongelijkmatige intensiteitsverdelingen van het astigmatische beeld op de sensor-array 18, elimineert. De sensor-array 26 bestaat uit een centrale dubbelcel voorzien van halfronde lichtgevoelige sensoren E en F. De sensor-array -26 is ruimte-15 lijk zo gericht dat de sensor E het+le en de helft van de Θ Θ 0 orde buigingspatroon ontvangt, en dat de sensor F de -1 en de helft van de 0 orde buigingspatroon.

De centrale dubbelcel is omgeven door vier licht_ gevoelige sensoren A,B,C en D in een opstelling gelijk aan die 20 van de sensor-array volgens fig. 7. De grootte en de plaats van de centrale dubbelcel met de" sensoren E en F zijn zo gekozen dan de dubbelcel praktisch samenvalt met de scherp afgebeelde vlek 18A in de scherpstellingsvlek 18. Op deze wijze zullen de sensoren A, B,C en D een uitgangssignaal dat bijna nul is, 25 hebben wanneer de objectieflens 11 scherp is ingesteld.

Wanneer er een zeer geringe hoeveelheid invallend licht is op de sensoren A-D worden er geen scherpstellings-correctiestappen gedaan. Op deze wijze worden valSe niet-nul aflezingen die zich kunnen voordoen met bekende sensoren als 30 gevolg van ongelijkmatige intensiteitsverdeling, vermeden.

Bij de uitvinding wordt indien er enige sterkte van invallend licht Op de sensoren A, B, C en D is, een correctie van de scherpstelling ondernomen. In deze situatie veronderstelt indien de sensoren A, B,C en D een van nul verschillend uitgangssignaal 35 genereren, het regelmechanisme een foute scherpstelling en stelt het de objectieflens 11 in stappen bij totdat een positief of negatief foutsignaal naar nul is teruggebracht en corrigeert het de lenspositie dienovereenkomstig teneinde een uitgangs-dd 0 1 9 nul te verkri3gen uit de sensoren A, B, C en D. In het $ - 11 - uitvoeringsvoorbeeld volgens fig. 4 worden vier van de sensoren gebruikt voor de correctie van de scherpstellingsfout. Echter worden fouten die verbonden zijn met de bekende sensor-array configuratie vermeden.

Het verschil tussen de sommen van het lifcht dat 5 invalt op diagonaal geplaatste sensoren(bijvoorbeeld A + D

-(B +C>) wordt gebruikt om vaststellen op het brandpunt boven op het bovenvlak van de plaat ligt. Echter is er als gevolg van de eigenschappen van de scherp gestelde vlek 18 en de sensor-array-inrichting die is beschreven bij het uitvoerings-10 voorbeeld van de uitvinding, in het algemeen weinig of geen licht dat invalt op de sensoren B en C, indien er licht invalt op de sensoren A en D, en omgekeerd. Indien er dus licht invalt op de sensoren A en D wordt verondersteld dat de objectieflens te dicht bij het oppervlak van de plaat is.

15 Zo wordt op dezelfde wijze verondersteld indien het invallende licht wordt gedetecteerd op hètzij de sensor B of de sensor C dat de objectieflens te ver van het oppervlak van de plaat vandaan is.

Ofschoon de uitvinding in zijn voorkeursuitvoering 20 met een astigmatisch lenzenstelsel is besproken, zal het duidelijk zijn dat ieder passend optisch element dat astigmatisme van een afbeeldingsvlek in verbandmmet de afstand van de objectieflens ten opzichte van het oppervlak van de plaat tot stand brengt, bij de uitzending kan worden gebruikt.

25 Bij de uitvinding wordt de som van de centrale

dubbelcel E en F gebruikt voor de detectie van data en als een signaal voor!het vrijgeven van het scherpstellen. De spoor-volginformatie kan worden verkregen uit het verschil van het licht dat invalt op de sensoren E, respectievelijk F. De som 30 en het verschil van het licht dat invalt op de sensoren E en F

kunnen worden gebruikt als kwadratuur-signalen voor het tellen van sporen.

Nu verwijzend naar fig. 6 is voor een voorbeeld van een plaat de intensiteitsverdeling van het invallende licht 35 in de centrale dubbelcel van de voorkeursuitvoering van de uitvinding weergegeven terwijl het brandpunt 19 verschuift over de grenzen van sporen. Fase-variaties onder de verschillende 88019 6 0,'' -12 - diffractie-ordes in de afgebeelde vlek 18 terwijl het brandpunt 19 zich verplaatst over een grens tussen sporen, resulteren in een verschuiving van de intensiteit van links naar rechts, zoals weergegeven door de diffractie-interferentiepatronen 29A-29D.

5 De vlekken 29D en E laten de intensiteit van de verdeling zien wanneer de afgebeelde vlek 19 ongeveer in het midden van een spoor is. In de vlek 29 F en verdergaand t/m 29H begint het brandpunt 19 een tweede grens tussen sporen over te steken, Zoals uit fig. 6 kan blijken is de verdeling in hoofdzaak bipolair zodat door het 10 verschil te nemen tussen de dubbelcelelementen E en F de positie van de scherp afgebeelde vlek 19 tussen de spoorgrenzen eveneens kan worden vastgesteld.

Verwijzend naar fig. 3 zijn op de instelfoutkromme tenminste drie nuldoorgangsignalen, namelijk in de punten 23,23a 15 en 23b. Wanneer de scherp gestelde vlek een grote afstand van het plaatoppervlak vandaan is, wordt het gereflecteerde licht niet langer gecollimeerd. Het gevolg is dat de afmeting van het beeld 18 op de sensor-array 17 groter is dan de afmeting van de sensor-array 17 zelf. Dit resulteert in de "nullen" 23a en 23b. Om het 20 scherpstellingsservostelsel te informeren dat het echte scherp- stellingspunt op de positie 23 is, is in het algemeen een scherp-stellingsvrijgeefsignaal nodig.

De som van de elementen E en F van de binnen gelegen dubbelcel van de sensor-array volgens de uitvinding kan 25 gemakkelijk worden gebruikt als een scherpstellingsvrijgeefsignaal.

De intensiteit op de dubbelcel is het grootst wanneer het brandpunt 19 is afgebeeld. Door de objectieflens 11 zo te vergrendelen dat de piek-intensiteit op de sensoren E en F maximaal wordt gemaakt, wordt de afgebeelde vlék 19 op de juiste wijze afgebeeld.

30 Een ander uitvoeringsvoorbeeld van de sensor- array volgens de uitvinding is in fig. 5 weergegeven. De vier buiten gelegen sensor-elementen A' -D' zijn halfrond en omgeven een centrale cel die in dit uitvoeringsvoorbeeld één enkelvoudige sensor is. Zoals bij hèt uitvoeringsvoorbeeld volgens fig. 4 35 worden de vier buiten gelegen sensoren gebruikt voor het opwekken van een scherpstellingsfoutsignaal. De centrale cel wordt gebruikt voor het vrijgeven van het scherpstellen. Ofschoon het uitvoeringsvoorbeeld volgens fig. 4 is getoond met rechthoekige buiten gelegen sensoren kunnen met dat uitvoeringsvoorbeeld eveneens de halfronde 8601960.

è - 13 - buiten gelegen sensoren volgens fig. 5 worden gebruikt. Ofschoon de uitvinding is beschreven in verband met een lees/schrijfopslagstelsel met optische plaat, zal het duidelijk zijn dat de uitvinding gelijke toepassing heeft op ieder optisch stelsel, waaronder optische 5 compactdisks (CD), optisch ROM-geheugen (OROM), beeldplaat-recorders (VDR), WROM-stelsels met optische platen, zowel als bij uitvoerings-voorbeelden met een aantal platen en dergelijke.

Aldus is een verbeterde sensor-array die kan worden gebruikt bij het detecteren van een scherpstellingspositie, het 10 detecteren van een spoorvolgpositie, het detecteren van het vrijgeven van het scherpstellen, het tellen van sporen zowel als het detecteren van de data beschreven. Ofschoon de uitvinding is beschreven wat betreft zijn gebruik in aandrijvingen van optische platen, heeft de uitvinding gelijke toepassing telkens wanneer verlangd wordt de 15 positie van een voorwerp, zoals een lens, ten opzichte van een oppervlak te regelen.

880 1 96 0/ .

Claims

1. Inrichting voor het detecteren van een optische scherpstelling, gekenmerkt door: een eerste optisch stelsel voor het toevoeren van een eerste lichtstraal naar een oppervlak; 5 een tweede optisch stelsel dat is geplaatst in een lichtweg van een tweede lichtstraal die aan het oppervlak is gereflecteerd, waarbij het tweede optische stelsel een derde lichtstraal levert met een vorm die afhangt van de afstand van het eerste optische stelsel tot het oppervlak; 10 en detectieorganen die zijn geplaatst in een lichtweg van de derde lichtstraal waarbij de detectieorganen zijn voorzien van een eerste opneemorgaan en een tweede opneemorgaan zodat de derde lichtstraal invalt op het eerste opneemorgaan wanneer het eerste optische stelsel op een gewenste afstand is van het 15 oppervlak, en de derde straal op het eerste opneemorgaan en het tweede opneemorgaan valt wanneer het eerste optische stelsel op een afstand van het oppervlak is die verschilt van de gewenste afstand.

2. Inrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, 20 dat het tweede opneemorgaan is voorzien van een eerste, een tweede, een derde en een vierde lichtgevoelige sensor die symmetrisch om het eerste opneemorgaan zijn geplaatst..

3. Inrichting volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat het eerste opneemorgaan is voorzien van een vijfde lichtgevoe- 25 lige sensor.

4. Inrichting volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat het eerste opneemorgaan is voorzien van een vijfde en van een zesde lichtgevoelige sensor.

5. Inrichting volgens conclusie 1, met het kenmerkt, 30 dat het oppervlak deel uitmaakt van een optische plaat met daarop gecodeerde informatie.

6. Inrichting volgens conclusie 5, met het kenmerk dat de optische plaat ronddraait ten opzichte van de eerste straal.

7. Inrichting volgens conclusie I, met het kenmerk, 35 dat het tweede optische stelsel is voorzien van organen voor het introduceren van astigmatisme in de tweede lichtstraal.

8. Inrichting volgens conclusie 7, met het kenmerk, dat de organen voor het introduceren van astigmatisme zijn voorzien 880 1 96 0.' - 15 - van een cylindrische lens.

9. Inrichting volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat het eerste optische stelsel op een afstand van het oppervlak is die groter is dan de gewenste afstand wanneer de derde lichtstraal 5 op de eerste sensor of de derde sensor wordt gedetecteerd.

10. Inrichting volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat het eerste optische stelsel op een afstand is van het oppervlak die groter is dan de gewenste afstand wanneer licht dat invalt op de eerste sensor en de derde sensor, sterker is dan licht dat invalt 10 op de tweede sensor en de vierde sensor.

11. Inrichting volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat het eerste optische stelsel op een afstand van het oppervlak is die kleiner is dan de gewenste afstand, wanneer de derde lichtstraal wordt gedetecteerd op de tweede sensor of de vierde sensor.

12. Inrichting volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat het eerste optische stelsel op een afstand is van het oppervlak die kleiner is dan de gewenste afstand wanneer licht dat invalt op de tweede sensor en de vierde sensor, sterker is dan licht dat invalt op de eerste sensor en de derde sensor.

13. Inrichting volgens conclusie 4, met het kenmerk, dat licht dat invalt op de vijfde sensor en de zesde sensor afhankelijk is van een positie van het eerste optische stelsel ten opzichte van sporen die op het oppervlak aanwezig zijn.

14. Inrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, 25 dat licht dat invalt op het eerste opneemorgaan, maximaal is wanneer het eerste optische stelsel op de gewenste afstand is.

15. Inrichting voor het detecteren van een scherp-stellingspositie, gekenmerkt door: een eerste optisch stelsel voor het verschaffen 30 van een eerste lichtstraal op een oppervlak; een tweede optisch stelsel dat in een lichtweg van een tweede lichtstraal die aan het oppervlak is gereflecteerd, is geplaatst, waarbij het tweede optische stelsel een astigmatische lichtstraal levert met een vorm die afhangt van de afstand van het 35 eerste optische stelsel tot het oppervlak; en detectie-organen die zijn geplaatst in een lichtweg van de asigmatische lichtstraal waarbij de detectie-organen zijn voorzien van een centraal opneemorgaan dat is omgeven door een array van opneemorganen zodat de astigmatisch van opneemorganen 8801960. - 16- zodat de astigmatische lichtstraal invalt op de array wanneer het eerste optische stelsel op een afstand is tot het oppervlak die verschilt van een gewenste afstand.

16. Inrichting volgens conclusie 15, met het kenmerk, 5 dat het oppervlak behoort tot een optische plaat met daarop vastge legde informatie. 17.Inrichting volgens conclusie 16, met het kenmerk, dat de array van opneemorganen is voorzien van een eerste, een tweede, een derde en een vierde lichtgevoelige sensor die symmetrisch 10 om een centraal opneemorgaan zijn geplaatst.

18. Inrichting volgens conclusie 17, met hst kenmerk, dat het centrale opneemorgaan is voorzien van een vijfde lichtgevoelige sensor.

19. Inrichting volgens conclusie 17, met let kenmerk, 15 dat het centrale opneemorgaan is voorzien van een vijfde en van een zesde lichtgevoelige sensor.

20. Inrichting volgens conclusie 15, met het kenmerk, dat het tweede optische stelsel is voorzien van een orgaan voor hèt introduceren van astigmatisme in de tweede lichtstraal.

21. Inrichting volgens conclusie 20, met het kenmerk, dat het orgaan voor het introduceren van astigmatisme is voorzien van een cylindrische lens.

22. Inrichting volgens conclusie 17, met het kenmerk, dat het eerste optische stelsel op een afstand tot het 25 oppervlak is die groter is dan de gewenste afstand wanneer de astigmatische lichtstraal wordt gedetecteerd op de eerste sensor of de derde sensor,

23. Inrichting volgens conclusie 17, met het kenmerk, dat het eerste optische stelsel op een afstand tot het oppervlak is 30 die groter is dan de gewenste afstand, wanneer licht dat invalt op de eerste sensor en de tweede sensor, meer is dan licht dat invélt op de tweede sensor en de vierde sensor.

24. Inrichting volgens conclusie 17, met het kenmerk, dat het eerste optische stelsel op een afstand is tot het oppervlak 35 die kleiner is dan de gewenste afstand, wanneer de astigmatische lichtstraal wordt gedetecteerd op de tweede sensor of de vierde sensor.

25. Inrichting volgens conclusie 17, met het kenmerk, dat het eerste optische stelsel op een afstand is die kleiner is dan

880 I 9 6 0.1 $ • - 17 - de gewenste afstand, wanneer licht dat invalt op de tweede sensor en de vierde sensor, meer is dan licht dat invalt op de eerste sensor en de derde sensor.

26. Inrichting volgens conclusie 19, met het kenmerk, 5 dat licht dat invalt op de vijfde sensor en de zesde sensor afhangt van een positie van het eerste optische stelsel ten opzichte van sporen op de plaat.

27. Inrichting volgens conclusie 15, met het kenmerk, dat licht dat op het eerste opneemorgaan invalt, maximaal is wanneer 10 het eerste optische stelsel op de gewenste afstand is.

28. Werkwijze voor het detecteren van de scherp-stellingspositie van een lichtstraal ten opzichte van een oppervlak gekenmerkt door de stappen: het doorlaten van de eerste lichtstraal door hun 15 eerste optische stelsel heen voor het belichten van een oppervlak? het reflecteren van de eerste lichtstraal aan het oppervlak en het door een tweede optische stelsel heen laten gaan van de gereflecteerde lichtstraal, waarbij het tweede optische stelsel een tweede lichtstraal levert die een vorm heeft die afhangt 20 van de afstand van het eerste optische stelsel tot het oppervlak? het verschaffen van een sensor-array voor het detecteren van de tweede lichtstraal waarbij de sensor-array een centraal opneemorgaan en een daarbuiten gelegen dat het centrale opneemorgaan omgeeft; 25 het genereren van een signaal dat aanwijst dat het eerste optische orgaan op een gewenste afstand is wanneer licht dat invalt, uitsluitend op het centrale opneemorgaan valt.

29. Werkwijze volgens conclusie 28, met het kenmerk, dat het tweede opneemorgaan is voorzien van een eerste, een tweede 30 een derde en een vierde lichtgevoelige sensor.

30. Werkwijze volgens conclusie 29, met het kenmerk, dat het eerste opneemorgaan is voorzien van een vijfde lichtgevoelige sensor.

31. Werkwijze volgens conclusie 29, met het kenmerk, 35 dat het eerste opneemorgaan is voorzien van een vijfde en van een zesde lichtgevoelige sensor.

32. Werkwijze volgens conclusie 29, gekenmerkt door de stapvan het genereren van een verschilsignaal door de som van het licht dat invalt op de eerste sensor en de derde sensor, af te 8301960? - 18 - trekken van de som van het licht dat invalt op de tweede sensor en de vierde sensor, doordat wanneer het verschilsignaal positief is, het eerste optische stelsel op een afstand is die groter is dan de gewenste afstand.

33. Werkwijze volgens conclusie 31, gekenmerkt door de stap van het detecteren van het licht dat invalt op de vijfde sensor en de zesde sensor om het oversteken tussen sporen vast te stellen. o-o-o-o-o-o-o-o f 8801 9 60;'