NL8802689A - Inrichting voor het met optische straling aftasten van een stralingsreflekterend oppervlak. - Google Patents

Description

N.V. Philips' Gloeilampenfabrieken te Eindhoven.

Inrichting voor het met optische straling aftasten van een stralingsreflekterend oppervlak.

De uitvinding heeft betrekking op een inrichting voor het met optische straling aftasten van een stralingsreflekterend informatievlak, welke inrichting bevat een aftastbundel leverende diodelaser, een objektiefstelsel voor het fokusseren van de aftastbundel tot een aftastvlek in het informatievlak en voor het herafbeelden van de aftastvlek op een samengesteld stralingsgevoelig detektiestelsel, en een in de stralingsweg tussen de diodelaser en het objektiefstelsel geplaatst samengesteld diffraktie-element voor het afbuigen van een deel van de door het informatievlak gereflekteerde stralingsbundel naar het stralingsgevoelige detektiestelsel en voor het splitsen van de afgebogen bundel in een aantal deelbundels die een overeenkomstig aantal stralingsvlekken vormen op een overeenkomstig aantal detektorenparen van het samengestelde detektiestelsel waarbij de scheidingsstroken tussen telkens twee tot één paar behorende detektoren een zodanige oriëntatie hebben dat verplaatsingen van de herafgebeelde stralingsvlekken, die het gevolg zijn van variaties in de golflengte van de aftastbundel, geen invloed hebben op de detektorsignalen.

Een dergelijke inrichting, die in principe geschikt is voor het uitlezen van in een optische registratiedrager ingeschreven informatie alsook voor het langs optische weg inschrijven van een dergelijke registratiedrager, is bekend uit het Amerikaanse octrooischrift no. 4,665,310. Het samengestelde diffraktie-element, in de vorm van een diffraktieraster, vervult in deze inrichting twee funkties waarvoor anders twee aparte elementen moeten worden gebruikt.

Op de eerste plaats zorgt het raster er voor dat de door het informatievlak gereflekteerde en door het objektiefstelsel tredende straling uit de weg van de door de diodelaser uitgezonden straling wordt afgebogen, zodat een detektiestelsel in de weg van de gereflekteerde straling geplaats kan worden. Op de tweede plaats splitst het raster de gereflekteerde bundel in twee deelbundels die nodig zijn voor het opwekken van een fokusfoutsignaal, dat wil zeggen een signaal dat informatie bevat over de grootte en de richting van een afwijking tussen het vlak van fokussering van het objektiestelsel en het informatievlak. Aan elk van de deelbundels is een afzonderlijk detektorenpaar toegevoegd, waarbij het verschil tussen de uitgangssignalen van de tot hetzelfde paar behorende detektoren een maat is voor de fokussering van de aftastbundel op het informatievlak.

In de genoemde registratiedrager is de informatie volgens informatiesporen gerangschikt. Indien de scheidingslijn tussen de twee deelrasters evenwijdig is aan de spoorrichting kan, door van elk detektorenpaar de som van de uitgangssignalen te bepalen en deze somsignalen van elkaar af te trekken, een signaal dat informatie bevat over de grootte en de richting van een afwijking tussen het midden van de aftastvlek en de hartlijn van het af te tasten informatiespoor verkregen worden.

Om de gewenste bundelsplitsing tot stand te brengen bestaat het diffraktieraster van de inrichting volgens het Amerikaanse oktrooischrift nr. 466.5310 uit twee deelrasters die dezelfde rasterperiode hebben, terwijl de rasterstroken van het eerste deelraster een eerste hoek en de rasterstroken van het tweede deelraster een tweede hoek, die even groot doch tegengesteld is aan de eerste hoek, maken met de scheidingslijn van de twee deelrasters. Omdat een diffraktieraster een invallende bundel afbuigt in een vlak dwars op de richting van de rasterlijnen, zal het bundelgedeelte dat op een der deelrasters invalt een andere richting krijgen dan het bundelgedeelte dat op het tweede deelraster invalt.

Zoals uiteengezet is in het Amerikaanse octrooischrift no. 4,665,310 is het daar beschreven rasterontwerp gebaseerd op een eerder voorgesteld samengesteld diffraktieraster. Dit laatste raster bestaat uit twee deelrasters waarin de rasterstroken van het ene deelraster dezelfde richting hebben als die van het andere deelraster, echter de rasterperiodes van de twee deelrasters verschillend zijn.

Omdat de hoek waaronder een invallende bundel door een raster wordt afgebogen afhangt van de rasterperiode, wordt het bundelgedeelte dat op een der deelrasters invalt onder een andere hoek afgebogen dan het bundelgedeelte dat op het andere deelraster invalt.

Met aftastinrichtingen voorzien van genoemde rasters zijn goede ervaring opgedaan. Gebleken is echter dat bij gebruik van een raster een afwijking in het opgewekte fokusfoutsignaal op kan treden tengevolge van een variatie in de golflengte van de aftastbundel. Die afwijking kan weliswaar binnen het voor het fokusfoutsignaal vastgelegde tolerantiegebied blijven, maar laat slechts weinig ruimte voor eventuele andere afwijkingen. De laatstgenoemde afwijkingen kunnen bijvoorbeeld ontstaan door montagefouten, door onderlinge bewegingen van de optische komponenten of door verlopende instellingen in de elektronische verwerkingsschakeling.

Zoals bekend kan de golflengte λ van de door in de praktijk veelvuldig gebruikte, diodelasers uitgezonden stralingsbundels variëren, bijvoorbeeld tengevolge van temperatuurvariaties. Verder kunnen de golflengtes van individuele diodelasers, die met hetzelfde proces op verschillende tijdstippen vervaardigd zijn, onderling verschillen. Een golflengte variatie van de aftastbundel heeft tot gevolg dat de hoeken waaronder de deelbundels door de deelrasters worden afgebogen veranderen, met als gevolg een verandering van de posities van de stralingsvlekken op de detektorenparen.

Om te voorkomen dat deze positie veranderingen invloed hebben op het opgewekte fokusfoutsignaal is reeds voorgesteld de scheidingsstroken van elk der detektorenparen zó te leggen dat de verplaatsing van de stralingsvlekken tengevolge van de golflengte variaties langs deze scheidingsstroken optreedt.

In de richting volgens het Amerikaanse oktrooischrift nr, 4.665.310 zijn deze stroken effektief, dat wil zeggen indien geprojekteerd op het samengestelde raster, dwars op de rasterlijnen van de bijbehorende rasters. Indien de detektorenparen aan één zijde van de optische as van het objektiefstelsel gelegen zijn en in één vlak dat loodrecht is op die optische as en samenvalt met of evenwijdig is aan het stralingsemitterende oppervlak van de diodelaser, zullen de scheidingsstroken even grote doch tegengestelde hoeken (+ιρ, -φ) maken met de lijn die het midden van de twee detektorenparen verbind met het midden van het stralingsemitterende oppervlak van de diodelaser. Een dergelijke maatregel kan ook getroffen worden in een inrichting met een diffraktieraster waarvan de deelrasters verschillende rasterperiodes hebben terwijl de richtingen van de rasterstroken van de twee deelrasters gelijk zijn.

Bij gebruik van een samengestelde detektor met scheve scheidingsstroken moet de afstand, gemeten langs de genoemde scheidingslijn, tussen het midden van de twee detektorenparen en het midden van het stralingsemitterend oppervlak van de diodelaser zeer nauwkeurig ingesteld worden.

De onderhavige uitvinding heeft ten doel een inrichting van de in de aanhef genoemde soort te verschaffen die voor golflengtevariaties gekorrigeerd is, van welke inrichting de toleranties op de posities en parameters van de optische elementen ruimer zijn dan in andere inrichtingen.

De inrichting volgens de uitvinding vertoont als kenmerk, dat de scheidingsstroken van de detektorenparen in principe evenwijdig zijn met een lijn die het midden van het stralingsemitterend oppervlak van de diodelaser verbindt met het midden van het samengestelde stralingsgevoelige detektiestelsel.

De onderhavige uitvinding is gebaseerd op een nieuw ontwerp-concept voor de bedoelde aftastinrichting. Tot nu toe werd uitgegaan van een eind-konfiguratie, voor wat betreft de posities en de parameters van de elementen van de inrichting met uitzondering van de samengestelde detektor, en werd een samengestelde detektor ontworpen met een zodanige geometrie, met name een zodanige hoek φ van de scheidingsstroken, dat de inrichting voor golflengtevariaties gekorrigeerd is. De uitvinding volgens de onderhavige uitvinding wordt ontworpen door eerst, uitgaande van een ruwe opzet van de inrichting een samengestelde detektor met een bepaalde geometrie te ontwerpen die voor wat betreft golflengtevariaties en positietolerantie geoptimaliseerd is. Vervolgens wordt het ontwerp van de inrichting voltooid waarbij gebruik gemaakt wordt van de door de samengestelde detektor geboden ruimere toleranties voor de andere parameters met name de positie van diverse optische elementen.

De uitvinding kan worden toegepast in aftastinrichtingen waarin het diffraktie element wordt gevormd door een uit een aantal deelrasters samengesteld raster.

De deelrasters kunnen rechte rasterstroken en een konstante rasterpriode hebben.

Bij voorkeur toont de inrichting echter als verder kenmerk, dat de deelrasters een verlopende rasterperiode hebben en dat de rasterstroken gekromd zijn.

Bij gebruik van een diffraktieraster met verlopende rasterperiode behoeven minder strenge eisen gesteld te worden aan de onderlinge positienauwkeurigheid van de diodelaser en de detektoren, in de vorm van fotodiodes, hetgeen vooral belangrijk is indien de hoogte, gemeten langs de optische as van het objektiefstelsel, van de inrichting verkleind moet worden. Bovendien kan bij gebruik van rasters met gekromde rasterstroken, door tijdens de vervaardiging van het samengestelde raster de krommingen aan te passen, gekorrigeerd worden voor afbeeldingsfouten, zoals koma en astigmatisme, die bij gebruik van een diffraktieraster met rechte rasterstroken kunnen ontstaan.

Een voorkeursuitvoeringsvorm van de inrichting vertoont als kenmerk dat de twee deelrasters dezelfde gemiddelde rasterperiode hebben terwijl de hoofdrichting van de rasterstroken van het eerste deelraster een eerste hoek en die van de rasterstroken van het tweede deelraster een tweede tegengestelde hoek maken met de scheidingslijn van twee deelrasters, en dat de detektorenparen naast elkaar gelegen zijn in een richting dwars op de richting van de genoemde scheidingslijn.

Een tweede uitvoeringsvorm van een inrichting waarin het samengestelde raster bestaat uit twee deelrasters vertoont als kenmerk, dat de rasterstroken van het ene deelraster dezelfde hoofdrichting hebben als die van het andere deelraster dat de gemiddelde rasterperiodes van de deelrasters verschillend zijn en dat de detektorparen naast elkaar gelegen zijn in een richting evenwijdig met de scheidingslijn tussen de deelrasters en dat de scheidingsstroken van de detektorparen op de genoemde verbindingslijn gelegen zijn.

Deze uitvoeringsvorm is niet volledig, echter wel in hoge mate gekorrigeerd voor variaties in de golflengte van de aftastbundel, hetgeen onder omstandigheden voldoende kan zijn. Voor een volledige korrektie moeten de scheidingsstroken van de detektorenparen gelijk doch tegengestelde hoeken in de orde van 0,1° maken met de genoemde verbindingslijn. Deze situatie wordt nog geacht te vallen onder het begrip: in principe evenwijdig met de verbindingslijn.

De uitvinding zal nu worden toegelicht aan de hand van de tekening, daarin tonen: figuur 1, schematisch, een uitvoeringsvorm van een uitleesinrichting met een diffraktieraster, figuur 2, in perspektief en schematisch, een eerste uitvoeringsvorm van het detektiestelsel volgens de uitvinding en het bijbehorende diffraktierastert de figuren 3a en 3b en een bekend detektiestelsel de veranderingen van de stralingsvlekken bij het optreden van fokusfouten, figuur 4 het in de inrichting volgens figuur 2 gebruikte stralingsgevoelige detektiestelsel, figuur 5 een principeschets van de inrichting met daarin aangegeven de instelbare parameters( figuur 6 een tweede uitvoeringsvorm van het detektiestelsel en het bijbehorende diffraktieraster, figuur 7 een alternatief voor het detektiestelsel van figuur 6, en figuur 8 een derde uitvoeringsvorm van het detektiestelsel en het bijbehorende diffraktieraster.

Een derde uitvoeringsvorm van de inrichting vertoont als kenmerk, dat de hoofdrichting van de rasterstroken van het eerste deelraster en eerste hoek en die van de rasterstroken van het tweede deelraster een tweede, tegengestelde hoek maken met de scheidingslijn tussen de deelrasters, dat de gemiddelde rasterperiodes van de twee deelrasters verschillend zijn en dat de detektorenparen zowel in een richting evenwijdig met alsin richting loodrecht op de genoemde scheidingslijn verschillende posities innemen.

In figuur 1 is een klein gedeelte van een optische registratiedrager 1, met een stralingsreflekterend informatievlak 2 in tangentiële doorsnede weergegeven. Deze figuur toont één van de in het informatievlak 2 gelegen sporen 3. Een dergelijk spoor is opgebouwd uit informatiegebiedjes 3a die afwisselen met tussengebiedjes 3b, waarbij bijvoorbeeld de gebiedjes 3a op een andere hoogte gelegen zijn dan de tussengebiedjes 3b. Het informatievlak wordt afgetast door een bundel b afkomstig van een diodelaser 4. Deze bundel wordt door een, schematisch met een enkele lens aangegeven, objektiefstelsel 6 tot een kleine aftastvlek V op het informatievlak gefokusseerd. Het objektiefstelsel kan met een kollimatorlens geïntegreerd zijn zoals in figuur 1 is aangegeven. Het is ook mogelijk dat vóór het objektiefstelsel een aparte kollimatorlens is aangebracht. Bij roteren van de registratiedrager om een as 8, die evenwijdig is met de optische as 00', wordt een spoor 3 afgetast en wordt de uitleesbundel gemoduleerd met de daarin opgeslagen informatie. Door de registratiedrager en de uitleeskop, bestaande uit de bron 4, het objektiefstelsel 6 en het detektiestelsel 10, in radiële richting, of X-richting, ten opzichte van elkaar te bewegen wordt het hele informatievlak afgetast.

De door het informatievlak gereflekteerde en gemoduleerde bundel moet gedetekteerd kunnen worden, zodat deze bundel gescheiden moet worden van de heengaande bundel. De inrichting moet derhalve een bundelscheidingselement bevatten.

Voor het uitlezen van een informatiestruktuur met kleine informatiedetails, bijvoorbeeld in de orde van 1 pm, moet een objektiefstelsel met een grote numerieke apertuur gebruikt worden. De scherptediepte van een dergelijk objektiefstelsel is klein. Aangezien er variaties in de afstand tussen het informatievlak 2 en het objektiefstelsel 6 kunnen optreden die groter dan de scherptediepte zijn, moeten er voorzieningen getroffen worden om deze variaties te kunnen detekteren om, aan de hand daarvan, de fokussering te kunnen bijregelen. Daartoe kan de inrichting voorzien worden van een bundelsplitser die de gereflekteerde bundel splitst in twee deelbundels en van bijvoorbeeld twee detektorenparen, waarvan een eerste paar samenwerkt met de eerste deelbundel en het tweede paar met de tweede deelbundel. De uitgangssignalen van de detektoren worden verwerkt tot onder andere een fokusservosignaal,

Zoals beschreven is in het artikel "optische Fokusfehlerdetektion" in "Neues aus der Technik", no. 6, 15 december 1980, pag. 3, kunnen de bundelscheiding en de bundelsplitsing worden uitgevoerd door één element, namelijk een doorzichtig raster. Dit raster splitst de door het informatievlak 2 gereflekteerde en door het objektiefstelsel 6 tredende bundel in een, onafgebogen, nulde orde deelbundel en een aantal deelbundels van de eerste en hogere ordes. Een van deze bundels, bij voorkeur een eerste-orde deelbundel valt in op het stralingsgevoelige detektiestelsel 10 en wordt gebruikt om onder andere een fokusfoutsignaal op te wekken. De rasterparameters, met name de verhouding van de breedte van de rasterstroken tot die van de raster-tussenstroken en de diepte en de vorm van de rastergroeven, kunnen zo gekozen worden dat een maximale hoeveelheid straling op het detektiestelsel terecht komt.

In figuur 2 zijn, in perspektivisch aanzicht, een eerste uitvoeringsvorm van het stralingsgevoelig detektiestelsel 10 volgens de uitvinding en het daarbij behorende raster weergegeven. De bundel b is hier aangegeven door zijn doorsnede ter plaatse van het raster 9. Dit raster 9 bestaat uit twee deelrasters 12 en 13 die van elkaar gescheiden zijn door de lijn 11. De rasterstroken van de deelrasters zijn aangegeven met 14 respektievelijk 15. Deze rasterstroken worden gescheiden door tussenstroken 16 en 17. In deze uitvoeringsvorm hebben de deelrasters dezelfde rasterperiodes echter de hoofdrichtingen van de, bij voorkeur, gekromde rasterstroken 14 van het deelraster 12 liggen onder een eerste hoek met de scheidingslijn 11, terwijl de hoofdrichtingen van de gekromde rasterstroken 15 van het tweede deelraster 13 een tweede, bij voorkeur even grote doch tegengestelde, hoek maken met de scheidingslijn. De deelbundels worden in hoofdzaak in een inrichting dwars op de hoofdrichtingen afgeboden. Aangezien de hoofdrichtingen verschillend zijn worden de deelbundel b^ en b2 onder verschillende hoeken in het XZ-vlak afgebogen. Dat betekent dat in het vlak van de detektoren, het XY-vlak, de stralingsvlekken en V2 ten opzichte van elkaar verschoven zijn in de X-richting. In deze en volgende figuren zijn X, Y en Z de assen van een koördinatenstelsel waarvan de oorsprong 0 samenvalt met het midden van het stralings-emitterend oppervlak van de diodelaser 4.

Aan elk van de deelbundels b^ en b2 zijn stralingsgevoelige detektoren, in de vorm van fotodioden, 18 en 19, respektievelijk 20 en 21 toegevoegd, die worden gescheiden door smalle stroken 22, respektievelijk 23. Deze detektoren zijn zodanig gepositioneerd dat bij korrekte fokussering van de bundel b op het informatievlak 2, de intensiteitsverdeling van de door de deelbundels bj en b2 gevormde stralingsvlekken V1 en V2 symmetrisch is ten opzichte van de detektoren 18 en 19, respektievelijk 20 en 21. Bij het optreden van een fokusfout worden de stralingsvlekken en V2 asymmmetrisch groter, zoals in de figuren 3a en 3b is aangegeven. Deze figuur toont een bekende samengestelde detektor, dat wil zeggen een detektor waarvan de scheidingsstroken 22 en 23 een hoek +φ respektievelijk -φ maken met de verbindingslijn CL tussen het punt 0 en het midden M van de samengestelde detektor 10, welke verbindingslijn in de figuren 2 en 3 samenvalt met de scheidingsstrook 24 tussen de detektorenparen 18, 19 en 20, 21. Figuur 3a geeft de situatie weer waarin de bundel b gefokusseerd is in een vlak vóór het informatievlak 2, terwijl figuur 3b betrekking heeft op de situatie waarin de bundel b gefokusseerd is in een vlak achter het informatievlak.

Indien de uitgangssignalen van de detektoren 18, 19, 20 en 21 worden voorgesteld door respektievelijk S1g, S19, S2q en S2i, dan wordt het fokusfoutsignaal Sj gegeven door:

Sf=(Si8+s2i)-(si9+S2o)

Een signaal dat evenredig is met de uitgelezen informatie, ofwel het informatiesignaal wordt gegeven door:

Si=S18+S19+S20+S21

Indien de scheidingslijn 11 van de twee deelrasters 12 en 13 evenwijdig is aan de richting van een uitgelezen spoor 3 kan uit de detektorensignalen ook een spoorvolgfoutsignaal Sr verkregen worden.

Dit signaal wordt gegeven door:

Sr“(S18+S19}(S20+S215

De inrichting kan zodanig gedimensioneerd en de geometrie van het samengestelde raster en de golflengte van de aftastbundel kunnen zodanig aan elkaar aangepast zijn, dat indien het vlak waarin de aftastbundel b gefokusseerd wordt samenvalt met het informatievlak 2 de deelbundels b^ en b2 gefokusseerd worden op de scheidingsstroken van de fotodiodenparen 18, 19, 20 en 21. Dan is de grootte van de stralingsvlekken V1 en V2 minimaal en is de intensiteitsverdeling van elke vlek symmetrisch ten opzichte van het bijbehorende detektorenpaar.

Bij een verandering van de golflengte van de aftastbundel zullen de hoeken waaronder de deelbundels door de deelrasters worden afgebogen veranderen. Dat betekent voor elke deelbundel dat de positie waar de hoofdstraal van deze deelbundel het bijbehorende fotodiodenpaar treft verschuift. Om te bereiken dat deze verschuiving van de hoofdstraal geen invloed heeft op het fokusfoutsignaal wordt ook in bekende inrichtingen er al voor gezorgd dat deze verschuiving langs de scheidingsstroken 22 en 23 van de detektorenparen optreedt. In een eerder voorgestelde uitvoeringsvorm maken daartoe scheidingsstroken 22 en 23 een zodanige hoek, +Φ en -φ, met de verbindingslijn tussen de punten M en 0 dat de verlengdes van de scheidingsstroken elkaar snijden op de optische as 00', zoals in de figuren 3a en 3b is aangegeven. In deze figuren zijn duidelijkheidshalve de hoeken φ overdreven groot voorgesteld. Indien het vlak van de samengestelde detektor samenvalt met het stralingsemitterend oppervlak (XY) van de diodelaser 4 snijden die verlengdes elkaar in het punt 0.

Indien de scheidingsstroken een hoek ψ met de erbindingslijn CL maken moet de positie van de samengestelde detektor in de Y-richting nauwkeurig ingesteld worden. Bij een verandering van de afstand Y^ tussen de punten M en 0, veranderen ook de posities van de scheidingsstroken ten opzichte van de stralingsvlekken en V2, zodat een dergelijke verandering het fokusfoutsignaal zal beïnvloeden. Weliswaar kunnen, bij gebruik van een samengesteld raster 9 met gekromde rasterstroken, door verplaatsing van het raster de posities van de stralingsvlekken V1 en V£ gekorrigeerd worden, maar een dergelijke korrektie kan maar in beperkte mate plaatsvinden.

Bij gebruik van een samengestelde detektor 10 met scheve scheidingsstroken kan bovendien strooilicht, dat in de inrichting kan ontstaan door bijvoorbeeld valse reflekties, de verschillende detektorsignalen op ongelijke wijze beïnvloeden, zodat het afgeleide fokusfoutsignaal door dit strooilicht beïnvloed wordt. Een dergelijke bundel strooilicht zal immers slechts op een deel, bijvoorbeeld het linkerdeel, van de samengestelde detektor 10, invallen, zoals in figuur 3a met de gestreepte cirkelboog SL is aangegeven. De binnen deze cirkelboog gelegen gedeeltes van de afzonderlijke detektoren hebben verschillende groottes zodat de bijdragen van het strooilicht aan de detektor uitgangssignalen voor de verschillende detektoren verschillend zullen zijn.

Verder kan, indien de scheidingsstrook 22, 23 in een detektorenpaar 18, 19; 20, 21 zodanig verloopt dat de detektoren van dit paar ongelijke groottes hebben, in de kurve die het verloop van het fokusfoutsignaal als funktie van de fokusfout representeert behalve een eerste nulpunt dat overeenkomt met de gewenste fokusinstelling een tweede nulpunt ontstaan dat niet overeenkomt met de gewenste fokusinstelling. De mogelijkheid bestaat dan dat het fokusservosysteem van de inrichting het fokus van de aftastbundel boven of onder het informatievlak 2 instelt.

Volgens de uitvinding wordt de, in figuur 2 aangegeven en in figuur 4 in bovenaanzicht weergegeven, detektor geometrie gebruikt.

In de samengestelde detektor 10 van figuur 4 is de hoek φ gelijk, of vrijwel gelijk, aan nul; met andere woorden de scheidingsstroken 22 en 23 zijn evenwijdig aan elkaar en aan de scheidingsstrook 24 in de verbindingslijn CL. Dan behoeft een minder strengere eis aan de afstand Yt tussen de punten M en 0 gesteld te worden. Bovendien is de inrichting dan minder gevoelig voor een kanteling van de samengestelde detektor 10 om de Y-as.

In figuur 4 is W de totale breedte van de samengestelde detektor 10 en S de nominale afstand tussen de stralingsvlekken V1 en V2 in het vlak van de detektor 10. De nominale afstand S is de afstand tussen de posities die de stralingsvlekken en V2 innemen indien de aftastbundel scherp op het informatievlak 2 gefokusseerd is. De twee detektorenparen 18, 19 en 20, 21 kunnen tegen elkaar, maar ook op enige afstand van elkaar, gelegen zijn zoals in figuur 4, respektievelijk figuur 2, aangegeven is. Bij het ontwerp van de samengestelde detektor 10 spelen de navolgende overwegingen een rol.

Op de eerste plaats is het, met het oog op optimale detektorsignalen, wenselijk dat de verschillende detektoren dezelfde grootte hebben. Indien de detektorenparen tegen elkaar liggen betekent dat: W = 2S. De waarden van W en S zijn het resultaat van een kompromis. Enerzijds zou de breedte van de detektor 10 zo klein mogelijk moeten zijn opdat de samengestelde detektor zo weinig mogelijk strooilicht zal opvangen. Anderzijds zo W zo groot mogelijk moeten zijn opdat het fokusfout-detektiestelsel een zo groot mogelijk invangbereik heeft. Voor S geldt dat de waarde daarvan niet te klein mag zijn opdat dan interferentieverschijnselen tussen de stralingen van de stralingsvlekken V1 en V2 kunnen optreden. Immers deze vlekken zijn geen puntvormige scherp begrensde vlekken, maar vertonen enige uitgebreidheid met een vanaf het centrum naar buiten toe afnemende intensiteit. Anderzijds mag S niet te groot zijn omdat dan naderhand bij het verdere ontwerp van de inrichting kan blijken dat dusdanige verplaatsingen, in bijvoorbeeld de X- en Y-richting, van optische elementen, bijvoorbeeld het raster 9, moeten plaatsvinden dat aberraties kunnen optreden, waardoor de steilheid van de fokusfoutsignaal-kurve rond het nulpunt kleiner wordt.

Een voordeel van de samengestelde detektor met evenwijdige scheidingsstroken kan zijn dat deze detektor gemakkelijker met de vereiste nauwkeurigheid, vooral ten aanzien van de afstand S, te maken is dan een detektor met scheve scheidingsstroken.

In figuur 5 zijn de parameters waartussen, bij de gemaakte keuze φ=0, nog gekozen kan worden om dè gewenste optimalisatie van de inrichting te verkrijgen weergegeven. In deze figuur moet men zich het midden van het stralingsemitterende oppervlak van de diodelaser 4 in de oorprong 0 van het assenkruis XYZ denken. Yd en Zd zijn de afstanden langs de Y- en Z-as tussen het midden M van de detektor 10 en het punt O. In principe zijn deze afstanden vrij te kiezen. In de praktijk zal meestal gebruik gemaakt worden van een diodelaser-fotodiode kombinatie waarbij deze elementen op één blok gemonteerd zijn, zodat de keuzemogelijkheden voor Yd en Zd beperkt zijn. Dan kan bij voorkeur door verschuiven van het raster 9 langs de X- en Y-as en rotatie om de Z-as er voor gezorgd worden dat de stralingsvlekken V-j en V2 op de gewenste posities op de samengestelde detektor 10 terecht komen.

In figuur 6 is een tweede uitvoeringsvorm van de inrichting volgens de uitvinding weergegeven. De hoofdrichtingen van de bij voorkeur gekromde rasterstroken van de twee deelrasters 12 en 13 maken nu dezelfde hoeken met de scheidingslijn 11 terwijl de gemiddelde raster periodes van de twee deelrasters verschillend zijn. Daardoor is de hoek waaronder de deelbundel b2 in het YZ-vlak wordt afgebogen verschillend van de hoek waaronder b^ wordt afgebogen. Dat betekent dat in het vlak XY van de detektoren de stralingsvlekken V1 en V2 ten opzichte van elkaar verschoven zijn in de Y-richting.

Voor wat betreft de werking is de inrichting volgens figuur 6 in grote mate analoog aan die volgens figuur 2 zodat daarop niet meer behoeft te worden ingegaan. Indien de scheidingsstroken 22 en 23 van de detektor 10 in figuur 6 evenwijdig aan elkaar zijn (φ-=0), zoals de onderhavige uitvinding voorstelt, kan het fokusfoutsignaal in hoge, voor de praktijk aanvaardbare, mate onafhankelijk van de aftastbundel-golflengte variatie zijn. Is het onder omstandigheden gewenst deze afhankelijkheid nog verder te reduceren, dan kunnen de scheidingslijnen 22 en 23 onder een zeer kleine hoek in de orde van 0,1° met de verbindingslijn CL tussen de punten M en 0 gepositioneerd worden, zoals in figuur 7 aangegeven is. Vanwege de zeer kleine waarde van de hoek φ1 blijft men nog binnen de geest van de onderhavige uitvinding.

Opgemerkt wordt dat, aangezien de efficiëntie van een diffraktieraster, dat wil zeggen het quotiënt van de hoeveelheid in de gewenste richting afgebogen straling en de totale hoeveelheid op het raster invallende straling, afhangt van onder andere de rasterperiode, het samengestelde diffraktieraster volgens figuur 2 de voorkeur verdient boven die volgens figuur 6 of 7. Immers, vanwege de ongelijke rasterperiodes van de deelrasters in de laatstgenoemde rasters kunnen de deelbundels ongelijke intensiteiten verkrijgen, waardoor een off-set in het spoorvolgfoutsignaal kan ontstaan. Dit soort off-set kan niet optreden in een inrichting met het diffraktieraster volgens figuur 2.

In figuur 8 is een derde uitvoeringsvorm van de inrichting volgens de uitvinding weergegeven. Het raster 9 bestaat weer uit twee deelrasters 12 en 13. Nu zijn echter zowel de rasterperiode als de hoofdrichting van de, bij voorkeur gekromde, rasterstroken van de twee deelrasters verschillend. De werking van dit raster kan opgevat worden als een kombinatie van die van de rasters in de figuren 2 en 6. Bijgevolg wordt door het raster van figuur 8 de deelbundel b^ zowel in het XZ-vlak als in het YZ-vlak over een andere hoek afgebogen dan de deelbundel b^. In het vlak XY van de samengestelde detektor 10 zijn de stralingsvlekken V1 en V2 zowel in de X- als in de Y-richting ten opzichte van elkaar verschoven. Het zal duidelijk zijn dat ook de detektorenparen 18, 19 en 20,21 in de X- en Y-richting ten opzichte van elkaar verschoven zijn. De scheidingsstroken 22 en 23 zijn volgens de uitvinding evenwijdig aan elkaar terwijl de inrichting toch goed gekorrigeerd is voor variaties in de golflengte van de aftastbundel b.

De uitvinding kan toegepast worden in elk fokusfoutdetektiestelsel waarin van een diffraktie-element gebruik wordt gemaakt voor het scheiden van de door het informatievlak gereflekteerde bundel en de door de diode laser uitgezonden bundel en voor het splitsen van de gereflekteerde bundel in een aantal deelbundels. In de praktijk worden meestal twee deelbundels gebruikt die gevormd worden met behulp van twee deelrasters. Onder omstandigheden kan het gewenst zijn een samengesteld raster met meer dan twee deelrasters te gebruiken zodat meer dan twee deelbundels gevormd worden. Voor elk van de bij deze deelbundels behorende detektorenparen kan de maatregel volgens de uitvinding getroffen worden. De deelrasters kunnen rechte rasterlijnen en een konstante rasterperiode hebben. Bij voorkeur wordt echter gebruik gemaakt van een soort raster, ook wel hologrammen genoemd, waarvan in de figuren 2, 6 en 8 uitvoeringsvormen getoond zijn. Daarvan hebben de deelrasters een verlopende rasterperiode waarbij de variatie in de periode bijvoorbeeld in de orde van enige procenten van de gemiddelde rasterperiode is. Bovendien zijn, zoals in de figuren 2, 6 en 8 getoond, de rasterstroken van beide deelrasters gekromd. Deze deelrasters hebben aldus een variabele lenswerking. Vanwege de verlopende rasterperiode kunnen, door verplaatsing van het raster 9 in zijn eigen vlak de posities van de stralingsvlekken V| en V2 gevarieerd worden. Door de krommingen van de rasterstroken kunnen aberraties in een richting loodrecht op de richting van de scheidingslijn 11 geminimaliseerd worden. De mogelijkheid om de posities van de stralingsvlekken V1 en V2 te verleggen, is vooral van belang indien gebruik gemaakt wordt van een geïntegreerde laser-fotodiode-eenheid, dat wil zeggen een komponent waarin de diodelaser en de fotodetektoren op één drager aangebracht zijn en derhalve ten opzichte van elkaar gefixeerd zijn en dus een vaste onderlinge afstand in de Z-richting hebben. Deze afstand is onderhevig aan fabrikage-toleranties en kan tijdens de assemblage van de inrichting niet gekorrigeerd worden door de fotodioden ten opzichte van de laserdiode in de Z-richting te verplaatsen.

In de uitvoeringsvorm volgens de figuren 6 en 8 kan er voor gezorgd worden dat, ondanks de verschillende hoeken waaronder de deelbundels b^ en b2 in het YZ-vlak worden afgebogen tengevolge van de verschillende gemiddelde rasterperiodes van de deelrasters 12 en 13, de foci van de deelbundels in één XY-vlak liggen, namelijk door het verloop van de rasterperiodes en de krommingen van de rasterstroken van overeenkomstige gedeeltes van de deelrasters verschillend te maken.

Een belangrijk voordeel van het diffraktieraster met gekromde rasterstroken ten opzichte van een raster met rechte rasterstroken is dat de optische aberraties zoals koma en astigmatisme die bij gebruik van het laatstgenoemde raster kunnen optreden bij het eerstgenoemde raster vermeden kunnen worden, door bij de vervaardiging van dit raster met deze aberraties rekening te houden en de krommingen van de rasterstroken daarop aan te passen.

De uitvinding is beschreven aan de hand van haar toepassing in een uitleesinrichting, maar kan ook toegepast worden in een inschrijfinrichting of in een gekombineerde inschrijf uitleesinrichting, waarin tijdens het inschrijven de fokussering en de spoorvolging van de inschrijfbundel gekontroleerd worden. Het beschreven fokusfoutdetektiestelsel maakt geen gebruik van speciale eigenschappen van het informatievlak 2. Nodig en voldoende is slechts dat dit vlak reflekterend is. De uitvinding kan daarom in diverse inrichtingen toegepast worden waarin zeer nauwkeurig gefokusseerd moet worden, bijvoorbeeld in mikroskopen, waarin dan eventueel het detekteren van een spoorvolgfout achterwege kan blijven.

Claims (6)

1. Inrichting voor het met optische straling aftasten van een stralingsreflekterend informatievlak, welke inrichting bevat een aftastbundel leverende diodelaser, een objektiefstelsel voor het fokusseren van de aftastbundel tot een aftastvlek in het informatievlak en voor het herafbeelden van de aftastvlek op een samengesteld stralingsgevoelig detektiestelsel, en een in de stralingsweg tussen de diodelaser en het objektiefstelsel geplaatst samengesteld diffraktie-element voor het afbuigen van een deel van de door het informatievlak gereflekteerde stralingsbundel naar het stralingsgevoelige detektiestelsel en voor het splitsen van de afgebogen bundel in een aantal deelbundels die een overeenkomstig aantal stralingsvlekken vormen op een overeenkomstig aantal detektorenparen van het samengestelde detektiestelsel waarbij de scheidingsstroken tussen telkens twee, tot één detektorenpaar behorende detektoren een zodanige oriëntatie hebben dat verplaatsingen van de herafgebeelde stralingsvlekken, die het gevolg zijn van variaties in de golflengte van de aftastbundel, geen invloed hebben op de detektorsignalen, met het kenmerk, dat de scheidingsstroken van de detektorenparen in principe evenwijdig zijn met een lijn die het midden van het stralingsemitterende oppervlak van de diodelaser verbindt met het midden van het samengestelde stralingsgevoelige detektiestelsel.

2. Inrichting volgens konklusie 1, waarin het diffraktie-element wordt gevormd door een uit twee deelrasters bestaand diffraktieraster, met het kenmerk, dat de deelrasters een verlopende rasterperiode hebben en de rasterstroken gekromd zijn.

3. Inrichting volgens konklusie 1, 2 of 4, waarin het diffraktie-element wordt gevormd door een uit twee deelrasters bestaand diffraktieraster, met het kenmerk, dat de deelrasters dezelfde gemiddelde rasterperiode hebben terwijl de hoofdrichting van de rasterstroken van het eerste deelraster een eerste, en die van de rasterstroken van het tweede deelraster een tweede, tegengestelde, hoek maken met de scheidingslijn van de twee deelrasters en dat de detektorenparen naast elkaar gelegen zijn in de richting dwars op de richting van de genoemde scheidingslijn.

4. Inrichting volgens konklusie 1 of 2, waarin het diffraktie-element wordt gevormd door een uit twee deelrasters bestaand diffraktieraster, met het kenmerk, dat de rasterstroken van het ene deelraster dezelfde hoofdrichting hebben als die van het andere deelraster, dat de gemiddelde rasterperiode van de deelrasters verschillend zijn, dat de detektorenparen naast elkaar gelegen zijn in een richting evenwijdig met de scheidingslijn tussen de deelrasters en dat de scheidingsstroken van de detektorenparen op de genoemde verbindingslijn gelegen zijn.

5. Inrichting volgens konklusie 1 of 2, waarin het diffraktie-element wordt gevormd door een uit twee deelrasters bestaand diffraktieraster, met het kenmerk, dat de rasterstroken van het ene deelraster dezelfde hoofdrichting hebben als die van het andere deelraster, dat de gemiddelde rasterperiodes van de deelrasters verschillend zijn dat de detektorenparen naast elkaar gelegen zijn in een richting evenwijdig met de scheidingslijn tussen de deelrasters en dat de scheidingsstroken van de detektorenparen gelijke doch tegengestelde hoeken in de orde van 0,1° met de genoemde verbindingslijn maken.

6. Inrichting volgens konklusie 1 of 2, waarin het diffraktie-element wordt gevormd door een uit twee deelrasters bestaand diffraktieraster, met het kenmerk, dat de hoofdrichting van de rasterstroken van het eerste deelraster en eerste hoek en die van de rasterstroken van het tweede deelraster een tweede, tegengestelde hoek maken met de scheidingslijn tussen de deelrasters, dat de gemiddelde rasterperiodes van de twee deelrasters verschillend zijn en dat de detektorenparen zowel in een richting evenwijdig met als in een richting loodrecht op de genoemde scheidingslijn verschillende posities innemen.