NL8901245A - Retrofokus objektieflens en optische aftastinrichting voorzien van een dergelijke lens. - Google Patents

Description

De uitvinding heeft betrekking op een objektieflens voor het fokusseren van een divergerende stralingsbundel in een buigingsbegrensde stralingsvlek, bestaande uit een enkelvoudig lenslichaam van doorzichtig materiaal met een eerste brekend oppervlak aan de voorwerpszijde en een tweede brekend oppervlak aan de beeldzijde, van welke oppervlakken er minstens één asferisch is. De uitvinding heeft eveneens betrekking op een optische aftastinrichting voorzien van zo'n lens.

Een dergelijke lens en aftastinrichting zijn bekend uit het Amerikaanse oktrooischrift nr. 4.668.056. In de daar beschreven uitvoeringsvorm waarin een, van een stralingsbron afkomstige, divergerende bundel wordt gefokusseerd tot een buigingsbegrensde stralingsvlek met een halfwaarde-breedte in de orde van 1 pm op een informatievlak van een doorzichtige registratiedrager, is de objektieflens een bikonvexe lens waarvan één van de brekende oppervlakken asferisch is. Onder een asferisch lensoppervlak wordt verstaan een oppervlak waarvan de grondvorm asferisch is, maar de werkelijke vorm kleine afwijkingen daarvan vertoont om te korrigeren voor sferische aberraties van de grondvorm. De bekende lens heeft een relatief groot buigingsbegrensd beeldveld, met een diameter in de orde van 200 pm, zodat een scherpe stralingsvlek ook nog in de omgeving van de optische as gevormd kan worden, waardoor het mogelijk is, door verplaatsing van de objektieflens en de aftastbundel ten opzichte van elkaar, de positie van de aftastvlek ten opzichte van een af te tasten sporenpatroon in het informatievlak bij te regelen,

De bouwlengte, vanaf de stralingsbron tot het informatievlak, van de bekende inrichting wordt ruwweg gegeven door

A

(M+P5+2).f+hh', waarin M de vergroting, f de brandpuntsafstand, dat wil zeggen de afstand tussen het voorwerpbrandpunt en het voorwerpshoofdpunt, en hh' de afstand tussen de hoofdvlakken H en H' van de objektieflens zijn. Voor een dunne lens is de term hh' te verwaarlozen ten opzichte van de vaste term. Van de genoemde uitvoeringsvorm waarin de vergroting in de orde van 4,5 en de brandpuntsafstand in de orde van 3,2 mm zijn, bedraagt de bouwlengte ongeveer 20 mm. Om bij gelijkblijvende vergroting de bouwlengte te verkleinen, zou de brandpuntsafstand verkleind moeten worden. Dan kunnen er echter problemen optreden in verband met de gewenste vrije werkafstand van de objektieflens bij gebruik van deze lens voor het aftasten van een informatievlak in een registratiedrager. Deze informatielaag bevindt zich namelijk achter een doorzichtig substraat dat een bepaalde dikte, bijvoorbeeld 1,2 mm, heeft terwijl de registratiedrager bovendien op enige afstand van de objektieflens geplaatst moet zijn, om te voorkomen dat bij ongewenste bewegingen van de registratiedrager en de objektieflens ten opzichte van elkaar de laatste tegen de registratiedrager zou stoten en daardoor beschadigd zou kunnen worden.

De onderhavige uitvinding heeft ten doel een objektieflens te verschaffen die bij een voldoend grote vrije werkwafst.and een aanzienlijk kleinere brandpuntsafstand dan bekende objektieflenzen heeft, welke objektieflens bovendien relatief eenvoudig te vervaardigen is. Deze objektieflens vertoont als kenmerk, dat zowel het eerste als tweede brekend oppervlak, gezien vanaf de voorwerpszijde, konkaaf is, dat de brandpuntsafstand aanzienlijk kleiner is dan de asdikte en dat het tweede brekende oppervlak asferisch is.

Bij het ontwerp van deze objektieflens, die gekarakteriseerd kan worden als een retrofokus lens of een inverse telefotolens, is gebruik gemaakt van het inzicht dat voor de bedoelde toepassing het beeldveld klein mag zijn en dat die lens koma mag vertonen, omdat die koma bij assemblage van de objektieflens en de stralingsbron in een aftastinrichting gekorapenseerd kan worden door een aangepaste positionering van de stralingsbron. Door de kleine inbouwlengte van de objektieflens en de dienovereenkomstige kleine afmetingen en het geringe gewicht van de aftastinrichting, kan deze snel en nauwkeurig gepositioneerd worden ten opzichte van de af te tasten sporenstruktuur in een informatievlak van een registratiedrager, zodat de objektieflens slechts een klein beeldveld behoeft te hebben.

In de objektieflens volgens de uitvinding wordt de op het eerste oppervlak invallen divergerende bundel nog meer divergerend gemaakt zodat hij het tweede oppervlak volledig vult, terwijl de het tweede oppervlak de verwijde bundel fokusseert.

Opgemerkt wordt dat dit principe van eerst divergeren en vervolgens fokusseren voor een objektieflens, bestemd voor een aftastinrichting, op zichzelf bekend is uit de Europese oktrooiaanvrage nr. 0 294 902 ten name van Aanvraagster. Het bekende objektiefstelsel is echter een spiegelobjektief. De eisen die aan de vormnauwkeurigheid van de reflekterende oppervlakken van het spiegelobjektief gesteld moeten worden, zijn een faktor 5 a 6 groter dan die welke gesteld moeten worden aan doorzichtige brekende oppervlakken, zodat de objektieflens volgens de onderhavige uitvinding aanzienlijk eenvoudiger is.

Om het beeldveld van deze objektieflens te vergroten kan volgens een verder kenmerk het eerste brekende oppervlak asferisch zijn.

Een voorkeursuitvoeringsvorm van de objektieflens vertoont als kenmerk, dat zich tussen het eerste brekende oppervlak en het tweede brekende oppervlak een derde oppervlak bevindt dat reflekterend is en de hoofdstraal van de door het eerste brekende oppervlak binnentredende bundel over een hoek van ongeveer 90° afbuigt naar het tweede brekende oppervlak.

Daardoor wordt het volume, en daarmee het gewicht, van de objektieflens tot ongeveer de helft gereduceerd, waardoor deze lens nog beter geschikt is voor inbouw in een kleine en lichte aftastinrichting.

Opgemerkt wordt dat in de Europese oktrooiaanvrage 0 272 724 een optische aftastinrichting beschreven is met een objektieflens waarin tussen de twee brekende oppervlakken een reflekterend oppervlak is aangebracht. De grondvorm van deze objektieflens is echter een bikonvexe lens met een relatief grote brandpuntsafstand en niet een retrofokus lens met een korte brandpuntsafstand.

De uitvinding heeft ook betrekking op een optische aftastinrichting voor het aftasten van een informatievlak op een doorzichtig substraat van een registratiedrager, welke aftastinrichting bevat een stralingsbron gelegen tegenover de van het informatievlak afgewende zijde van het substraat en een objektiefstelsel voor het fokusseren van de door de bron geleverde divergerende stralingsbundel tot een aftastvlek op de informatielaag. Deze aftastinrichting vertoont als kenmerk, dat het objektiefstelsel gevormd wordt door een objektieflens zoals hierboven beschreven.

Een dergelijke aftastinrichting heeft een, langs de optische as gemeten, afmeting in de orde van enkele mm's en is in het bijzonder geschikt voor toepassing in draagbare of. in auto's in te bouwen afspeelapparaten voor optische platen, of in geheugensystemen met meerdere optische platen.

Een dergelijke aftastinrichting bestemd voor het uitlezen van een reflekterend informatievlak kan verder gekenmerkt worden door een diffraktie-element voor het afbuigen van straling afkomstig van het informatievlak naar een stralingsgevoelig detektiestelsel dat zich aan dezelfde zijde van de objektieflens bevindt als de stralingsbron.

Het diffraktie-element kan zodanig uitgevoerd worden dat het de op het detektiestelsel invallende bundel geschikt maakt om daarmee, in samenwerking met een aangepast detektiestelsel, fokusfouten te detekteren. Onder een fokusfout wordt verstaan een afwijking tussen het vlak van fokussering van het spiegelobjektief en het informatievlak.

Een eerste uitvoeringsvorm van de aftastinrichting met een diffraktie-element dat is aangepast voor fokusfoutdetektie vertoont als kenmerk, dat het diffraktie-element een astigmatisme introducerend element is en dat het stralingsgevoelige detektiestelsel vier detektoren bevat die in vier verschillende kwadranten rond de hoofdstraal van de door het diffraktie-element afgebogen bundel gelegen zijn.

Het astigmatisme introducerend element kan een lineair raster zijn dan vanwege de plaatsing in een niet-evenwijdig bundel een bepaalde mate van astigmatisme in deze bundel introduceert. De vorm van de door deze bundel gevormde stralingsvlek op het detektiestelsel wordt bepaald door de mate van fokussering op het informatievlak.

Bij een defokussering vervormt deze stralingsvlek tot een elliptische vlek waarvan de lange as, afhankelijk van het teken van de defokussering, gelegen is in een van twee onderling loodrechte richtingen, ook wel de astigmatische richtingen genoemd. De scheidingsstroken tussen de vier detektoren maken hoeken van ongeveer 45° met de astigmatische richtingen.

Indien een grotere mate van astigmatisme gewenst is kan het diffraktie-element een diffraktieraster met rechte rasterstroken en een lineair verlopende rasterperiode zijn. Bij voorkeur is het astigmatische diffraktie-element een holografisch raster met gekromde rasterstroken en een niet-lineair verlopende rasterperiode. Door het aanpassen van de krommingen van de rasterstroken kan gekorrigeerd worden voor afbeeldingsfouten zoals coma.

Opgemerkt wordt dat het gebruik van een raster met lineair variërende rasterperiode in kombinatie met een vier-kwadranten detektor voor het opwekken van een fokusfoutsignaal op zichzelf bekend is uit het Amerikaanse oktrooischrift nr. 4358200. De inrichting volgens dit oktrooischrift bevat echter geen retrofokus objektieflens.

Eén tweede mogelijkheid van fokusfoutdetektie die, voor wat betreft temperatuur-gevoeligheid en eenvoud van afregelen, de voorkeur verdient boven de hierboven genoemde, zogenaamde astigmatische, methode is verwezenlijkt in een uitvoeringsvorm die als kenmerk vertoont dat het eerste diffraktie-element een uit twee deelrasters bestaand diffraktieraster is dat de afgebogen aftastbundel in twee deelbundels splitst, dat het samengestelde detektiestelsel twee detektorenparen bevat waarbij de eerste, respektievelijk tweede, deelbundel samenwerkt met een eerste, respektievelijk tweede, detektorenpaar.

In deze inrichting wordt de aftastvlek herafgebeeld in twee stralingsvlekken op de detektorenparen. Elk van deze stralingsvlekken verschuift dwars op de scheidingsstrook van het bijbehorende detektorenpaar in afhankelijkheid van een fokusfout van de aftastbundel ten opzichte van het informatievlak. Deze verschuiving kan worden gedetekteerd door de uitgangssignalen van de detektoren te vergelijken. Deze methode van fokusfoutdetektie staat bekend als de dubbele Foucaultmethode.

Een voorkeursuitvoeringsvorm van de laatstgenoemde inrichting vertoont als kenmerk, dat de deelrasters een verlopende rasterperiode hebben en dat de rasterstroken van de deelrasters gekromd zijn.

Door de verlopende rasterperiode en de gekromde rasterstroken vertoont het samengestelde raster een lenswerking en kan door verplaatsing van dit raster, in dit richting van de scheidingslijn van de deelrasters de energieverdeling van de stralingsvlekken symmetrisch ten opzichte van de bijbehorende detektorenparen gemaakt worden, onder andere doordat de afbeeldingsafstand van het samenstel van objekt.iefstelsel en het raster aangepast wordt aan de afstand, in de richting van de optische as, tussen de diodelaser en de detektoren. Dit is vooral van belang indien de detektoren, in de vorm van fotodioden, en de diodelaser in één komponent verenigd en ten opzichte van elkaar gefixeerd zijn. Een samengesteld raster met verlopende rasterperiodes en gekromde rasterstroken, welk raster ook wordt aangeduid met hologram, biedt de mogelijkheid om te korrigeren voor afbeeldingsfouten, zoals koma en astigmatisme die bij gebruik van een raster met rechte rasterstroken kunnen optreden.

Een aftastinrichting waarin de Foucault-fokusfoutdetektiemethode wordt toegepast kent in principe twee uitvoeringsvormen. De eerste uitvoeringsvorm vertoont als 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, en dat de detektorenparen naast elkaar gelegen zijn in een richting evenwijdig met de scheidingslijn tussen de deelrasters. In deze uitvoeringsvorm worden de deelbundels van de aftastbundel in dezelfde richting echter onder verschillende hoeken afgebogen.

De tweede uitvoeringsvorm vertoont als kenmerk, dat de deelrasters dezelfde gemiddelde rasterperiode hebben terwijl de hoofdrichting van de rasterstroken van het ene deelraster een eerste en die van het andere deelraster een tweede hoek maken met de scheidingslijn van de twee deelrasters en dat de detektorenparen naast elkaar gelegen zijn in een richting dwars op de richting van de genoemde scheidingslijn. Thans worden de deelbundels van de aftastbundel bij voorkeur over dezelfde hoeken maar in verschillende richtingen afgebogen. Deze uitvoeringsvorm verdient de voorkeur boven de vorige uitvoeringsvorm vanwege betere montage toleranties, afregelmogelijkheden en stabiliteit.

Om bij het aftasten van een in sporen gerangschikte informatiestruktuur een informatiespoor nauwkeurig met de aftastvlek te kunnen blijven volgen, kan de aftastinrichting gekenmerkt worden door een diffraktie-element voor het vormen van een aftastbundel en twee hulpbundels uit de door de stralingsbron geleverde stralingsbundel.

De door het diffraktie-element gevormde hulpbundels worden door de objektieflens gefokusseerd tot twee hulpvlekken die op de twee verschillende randen van een afgetast spoor in het informatievlak gelegen zijn. Elk van deze hulpvlekken wordt herafgeheeld op een apart detektor van het detektiestelsel. Ui het verschil van de uitgangssignalen van de twee bedoelde detektoren kan een spoorvolgfoutsignaal, dat wil zeggen, een signaal dat een indikatie geeft over de grootte en de richting van een afwijking tussen het midden van de aftastvlek en de hartlijn van het afgetaste spoor, afgeleid worden.

Elk van de hierboven genoemde rasters kunnen volgens een verder kenmerk van de aftastinrichting aangebracht zijn op één van de oppervlakken van de objektieflens.

Er is dan geen apart drager van zo'n raster nodig waardoor de aftastinrichting verder vereenvoudigd wordt.

De uitvinding zal nu worden toegelicht aan de hand van de tekening. Daarin tonen

Figuur 1 een eerste uitvoeringsvorm van een aftastinrichting voorzien van een eerste variant van de projektielens volgens de uitvinding,

Figuren 2 en 3 verdere uitvoeringsvormen van de aftastinrichting waarin een diffraktieraster op één van de oppervlakken van de objektieflens is aangebracht,

Figuren 4, 5, 6 en 7 verschillende uitvoeringsvormen van een diffraktieraster,

Figuur 8 een uitvoeringsvorm van de aftastinrichting geschikt voor magneto-optische platen,

Figuur 9 een uitvoeringsvorm van de aftastinrichting met een diffraktieraster voor het vormen van twee hulpbundels, en

Figuur 10 een uitvoeringsvorm van de aftastinrichting met een tweede variant van de objektieflens volgens de uitvinding.

Figuur 1 toont, in tangentiële doorsnede, een gedeelte van een optische registratiedrager 1 met een doorzichtig substraat 2 en een informatielaag 3, die afgedekt kan zijn met een beschermlaag 4. Vlakbij deze registratiedrager bevindt zich een aftastinrichting, bevattende een objektieflens 20 en een stralingsbron 30, bijvoorbeeld een diodelaser. De stralingsbron zendt een divergerende aftastbundel 31 uit die door de objektieflens tot een aftastvlek 32, met een halfwaarde-breedte in de orde van 1 pm, in het informatievlak 3 gefokusseerd wordt. Het gehele informatievlak kan worden afgetast door de registratiedrager rond een, niet getekende, as evenwijdig met de optische as 00' te roteren en door de aftastinrichting en de registratiedrager ten opzichte van elkaar te bewegen in radiële richting, de richting loodrecht op het vlak van tekening in figuur 1.

De objektieflens bestaat uit een relatief dik lichaam 21 van liefst hoogbrekend glas, zoals ZnSe of SFL6 met brekingsindex van respektievelijk 2,53 en 1,80. Dit lichaam is voorzien van een eerste brekend oppervlak 22 en een tweede brekend oppervlak 23. Het oppervlak 22 heeft een divergerende werking op de binnentredende divergerende bundel 31, zodat binnen het lenslichaam deze bundel nog verder divergeert zodanig dat hij het gehele brekende oppervlak 23 vult. Dit oppervlak vertoont een sterk konvergerende werking en fokusseert de bundel in de aftastvlek 32 die buigingsbegrensd is.

Het hoofdpunt van de lens is met H aangegeven en het voorwerpsbrandpunt met F. In de uitvoeringsvorm volgens figuur 1 is het brandpunt F binnen de lens gelegen. Dit brandpunt kan echter ook buiten de lens liggen. De brandpuntsafstand, die gedefinieerd is als de afstand tussen het voorwerpsbrandpunt en het hoofdpunt, is aanzienlijk kleiner dan de axiale dikte d van de lens. De aftastinrichting kan daardoor bijzonder kompakt maar ook erg star uitgevoerd worden.

Van een uitvoeringsvorm van de objektieflens die uit ZnSe bestaat, is de brandpuntsafstand ongeveer 0,5 mm, de axiale dikte d ongeveer 2,8 mm en de afstand tussen de lens en de registratiedrager ongeveer 1,1 mm. Bij een substraatdikte van ongeveer 1,2 mm, is de totale lengte vanaf het voorvlak van de lens tot de informatielaag slechts ongeveer 5,2 mm.

Indien beide oppervlakken 22 en 23 sferisch zouden zijn, zou de objektieflens sferische aberraties vertonen. Om daarvoor te korrigeren is het oppervlak 23 asferisch uitgevoerd, hetgeen betekent dat dit oppervlak een vorm heeft die kleine afwijkingen van een sfeer vertoont, Deze asferische vorm is in de inzet van figuur 1 getoond. Het werkelijke oppervlak is aangegeven met een getrokken kromme 23 terwijl de sferische grondvorm met een streeplijn 23' is aangegeven, die duidelijkheidshalve als een rechte is weergegeven.

Een objektieflens met een asferisch oppervlak 23 heeft een buigingsbegrensd veld van bijvoorbeeld 5 μπι, hetgeen aanzienlijk kleiner is dan dat van de tot nu toe voor dit doel gebruikte objektiefstelsels. Dat betekent dat bij het aftasten van een registratiedrager met informatiesporen het niet meer mogelijk is van het ene spoor naar een ander spoor over te gaan door bewegen van dê aftastbundel en de objektieflens ten opzichte van elkaar. Dat is echter geen bezwaar omdat door een kompaktheid en het geringe gewicht van de aftastinrichting deze inrichting als geheel gemakkelijk met de gewenste snelheid te verplaatsen is.

Indien een groter beeldveld gewenst is, kan ook het eerste brekende oppervlak 22 asferisch uitgevoerd zijn. Dan kan het beeldveld een diameter van bijvoorbeeld 50 pm hebben.

Voor het aanbrengen van een asferisch vorm op het oppervlak 23 of op beide oppervlakken 22 en 23 kan de techniek die in het Amerikaanse oktrooischrift nr. 4.668.065 beschreven is voor het aanbrengen van een asferische vorm op het oppervlak van een konventionele objektieflens, gebruikt worden. Daarbij wordt een objektieflens verkregen waarvan het asferische oppervlak wordt gevormd door het asferische buitenoppervlak van een doorzichtige kunststoflaag die op het sferisch oppervlak van het glaslichaam is aangebracht. De kunststof kan een polymeriseerbare kunststof zijn, bijvoorbeeld een onder invloed van ultraviolette straling uithardende kunststof die in vloeibare toestand op het lensoppervlak aangebracht wordt en met behulp van een matrijs in de gewenste vorm gebracht wordt.

De registratiedrager kan in doorzicht wordt uitgelezen.

Dan is achter deze registratiedrager een stralingsgevoelig detektiestelsel aangebracht voor het omzetten van de door de registratiedrager tredende en overeenkomstig de uitgelezen informatie gemoduleerde uitleesbundel, in een elektrisch signaal. Bij voorkeur echter is het informatievlak reflekterend. Dan wordt de gereflekteerde en gemoduleerde bundel 31' weer door de objektieflens 20 opgevangen om daarin dezelfde weg als de heengaande bundel 31 te doorlopen, maar dan in omgekeerde richting. De bundel 31' kan weer de stralingsbron 30 binnentreden. Indien deze stralingsbron een diodelaser is, kan van het zogenaamde terugkoppeleffekt, dat in het Duitse oktrooischrift nr. 1.584.664 beschreven is, gebruikt gemaakt worden om de ingeschreven informatie uit te lezen.

Gewoonlijk is echter in de gemeenschappelijke stralingsweg van de heengaande bundel 31 en de gereflekteerde bundel 3Γ een bundelscheidingselement geplaatst, bijvoorbeeld een gedeeltelijk doorlatende spieael of prisma 40. waarmee een aedeelte van de gereflekteerde bundel 31' naar het stralingsgevoelige detektiestelsel 50 gereflekteerd wordt, zoals in figuur 1 getoond.

Voor het scheiden van de heengaande en gereflekteerde bundel wordt steeds «eer gebruik gemaakt van een diffraktieraster. Dit raster kan een afzonderlijk element zijn, geplaatst tussen de stralingsbron en de objektieflens. Bij voorkeur is, zoals figuur 2 toont, het raster 41 aangebracht op het oppervlak 22 van de objektieflens. Dit raster splitst een daarop invallende bundel in een, niet afgebogen deelbundel van de nulde-orde, in twee afgebogen deelbundels van respektievelijk de plus eerste en de min eerste-orde en een aantal in hogere-ordes afgebogen deelbundels. De rasterparameters zoals de verhouding van de breedte van de rasterstroken tot die van de rastertussenstroken en, in het geval van een faseraster, de vorm en de diepte van de rastergroeven kunnen zodanig gekozen worden dat het intensiteitsprodukt van de bij de eerste doorgang door het raster 41 gevormde nulde-orde deelbundel en een bij tweede doorgang door het raster gevormde eerste-orde deelbundel maximaal is. Er kan voor gezorgd worden dat de bij de eerste doorgang door het raster 41 gevormde deelbundels van de eerste-ordes over een zodanige hoek worden afgebogen dat de straling van deze bundels na reflektie door het informatievlak 3 het detektiestelsel 50 niet bereiken.

In de uitvoeringsvorm van figuur 2 zijn de stralingsbron 30 en het stralingsgevoelige detektiestelsel 50 op het enige afstand van het lensoppervlak 22 aangebracht. Dat biedt het voordeel dat bij gebruik van een holografisch raster als diffraktie-element nog een fijne afregeling mogelijk is door de objektieflens eens met dit raster te verplaatsen ten opzichte van het detektiestelsel.

In de uitvoeringsvorm volgens figuur 3 is een diffraktieraster 41' aangebracht op het tweede oppervlak 23 van de objektieflens. Dit raster buigt binnen de objektieflens 20 een deel van de gereflekteerde bundel af van de oorspronkelijke gereflekteerde bundel, zodat het afgebogen bundeldeel onder een andere hoek invalt op het oppervlak 22 en daardoor naar het detektiestelsel 50 gericht wordt.

Het afzonderlijke raster geplaatst tussen de stralingsbron 30 en de objektieflens, of de rasters 41 of 41' op de oppervlakken 22 en 23, kunnen zodanig uitgevoerd worden dat de van dit raster afkomstige en naar het detektiestelsel 50 gerichte bundel geschikt is om, samen met een aangepast detektiestelsel een fokusfoutsignaal te leveren. Een eerste uitvoeringsvorm van een dergelijk raster met het bijbehorende detektiestelsel is in figuur 4 schematisch weergegeven. De bundel 31' is hier aangegeven door zijn doorsnede ter plaatse van het raster bijvoorbeeld raster 41. Dit raster 41 bestaat uit twee deelrasters 42 en 43 die van elkaar gescheiden zijn door de lijn 44. De rasterstroken van de deelrasters zijn aangegeven met 45 respektievelijk 46. Deze rasterstroken worden gescheiden door tussenstroken 47 en 48. In deze uitvoeringsvorm hebben de deelrasters dezelfde rasterperiodes echter de hoofdrichtingen van de, bij voorkeur, gekromde rasterstroken 45 van het deelraster 42 liggen onder een eerste hoek met de scheidingslijn 44, terwijl de hoofdrichtingen van de gekromde rasterstroken 46 van het tweede deelraster 43 een tweede, bij voorkeur even grote doch tegengestelde, hoek maken met de scheidingslijn. De deelbundels worden in hoofdzaak in een richting dwars op de hoofdrichtingen afgebogen. Aangezien de hoofdrichtingen verschillend zijn worden de deelbundels 31a' en 31^' onder verschillende hoeken in het YZ-vlak afgebogen. Dat betekent dat in het vlak van de detektoren, het XY-vlak, de stralingsvlekken 31 ' en 31jj' ten opzichte van elkaar verschoven zijn in de Y-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 stralingsemitterend oppervlak van de diodelaser 30.

Aan elk van de deelbundels 31a' en 31fc' zijn stralingsgevoelige detektoren, in de vorm van fotodioden, 51 en 52, respektievelijk 53 en 54 toegevoegd, die worden gescheiden door smalle stroken 55, respektievelijk 56. Deze detektoren zijn zodanig gepositioneerd dat bij korrekte fokussering van de bundel 31 op het informatievlak 3, de intensiteitsverdeling van de door de deelbundels 31a' en 31^' gevormde stralingsvlekken 33& en 33^ symmetrisch is ten opzichte van de detektoren 51 en 52, respektievelijk 53 en 54. Bij het optreden van een fokusfout worden de stralingsvlekken 33 ' en α 33^' asymmetrisch groter en verplaatst het middelpunt van de stralingsverdeling van elk van deze stralingsvlekken zich dwars op de scheidingsstrook 55, respektievelijk 56, van het bijbehorende detektorenpaar.

Indien de uitgangssignalen van de detektoren 51, 52, 53 en 54 worden voorgesteld door respektievelijk S51, Sg2i S53 en Sg^, dan wordt het fokusfoutsignaal Sf gegeven door:

Sf = (S5t+S54)"(S52+S53)

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

si = S51+S52+S53+S54

Voor het opwekken van een fokusfoutsignaal kan behalve het samengestelde raster volgens figuur 4 ook het in figuur 5 weergegeven raster 41 gebruikt worden. In deze figuur zijn de aftastbundel 31, de doorsnede van de gereflekteerde bundel 31' in het rastervlak, en de deelbundels 31a' en 31^' getoond. De hoofdrichtingen van de, bij voorkeur gekromde, rasterstroken van de twee deelrasters 42 en 43 maken nu dezelfde hoek met de scheidingslijn 44 terwijl de gemiddelde rasterperiodes van de twee deelrasters verschillend zijn. Daardoor is de hoek waaronder de deelbundel 31a' wordt afgebogen verschillend van de hoek waaronder de deelbundel 31^' wordt afgebogen. Dat betekent dat in het vlak van de detektoren 51, 52, 53 en 54 de stralingsvlekken 33a en 33^ ten opzichte van elkaar verschoven zijn in de richting van de scheidingslijn 44.

De deelrasters 42 en 43 kunnen rechte rasterstroken en een konstante rasterperiode hebben. Bij voorkeur wordt echter gebruik gemaakt van een soort rasters, ook wel hologrammen genoemd, die een verlopende rasterperiode hebben waarbij de variatie in de periode bijvoorbeeld in de orde van enige procenten van de gemiddelde rasterperiode is. Bovendien zijn, zoals in de figuren 4 en 5 getoond, de rasterstroken van beide deelrasters gekromd. Deze deelrasters hebben aldus een variabele lenswerking. Vanwege de verlopende rasterperiode kunnen, door verplaatsing van het raster 41 in zijn eigen vlak de posities van de stralingsvlekken 33a en 33^ gevarieerd worden. Door geschikte krommingen van de rasterstroken kunnen aberraties in een richting loodrecht op de richting van de scheidingslijn 44 geminimaliseerd worden. De mogelijkheid om de posities van de stralingsvlekken 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.

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

Opgemerkt wordt dat, afgezien van de hierboven genoemde voordelen van holografische rasters, het raster een holografisch raster moet zijn indien dit raster is aangebracht op een gekromd lensoppervlak, 22 of 23, vanwege de kromming van het betreffende lensoppervlak. Bovendien zal, indien het raster aangebracht is op het oppervlak 23, zoals in figuur getoond, dit raster gekorrigeerd moeten zijn voor het feit dat de hoofdstraal van de bundel 31' het oppervlak 22 niet meer op de optische as treft. De uitvoeringsvorm van figuur 2 verdient daarom de voorkeur boven die van figuur 3.

In figuur 6 is een uitvoeringsvorm van een raster 70 weergegeven dat de gereflekteerde aftastbundel 31' omzet in een astigmatische bundel 31^'. Dit raster heeft in principe rechte rasterstroken 71 en een lineair verlopende rasterperiode. Het raster is zó gedimensioneerd dat de straling van de bundel 3Γ, grotendeels in één orde, bijvoorbeeld de + 1° orde, wordt afgebogen. De eerste orde bundel 31^' wordt niet meer gefokusseerd in één punt maar in twee onderling loodrechte, brandlijnt.jes 75 en 76 waarbij het lijntje 75 gelegen is op een positie waar de bundel 31-j' gefokusseerd zou worden indien het raster niet astigmatisch zou zijn. De brandlijntjes 75 en 76 verschuiven bij het optreden van een fokusfout gelijktijdig in dezelfde richting en over dezelfde afstand. In een vlak ongeveer midden tussen de posities die de astigmatische brandlijntjes innemen indien de aftastbundel scherp op het informatievlak gefokusseerd is, is een zogenaamde vier-kwadranten detektor 80 aangebracht. Deze, in figuur 7 weergegeven detektor bestaat uit vier detektoren 81, 82, 83 en 84 die in vier verschillende kwadranten rond de hoofdstraal van de afgebogen bundel 31 .j', gelegen zijn. Indien de aftastbundel scherp op het informatievlak 3 gefokusseerd is, is de door de bundel 31^' in het vlak van de detektoren gevormde stralingsvlak 33\j' rond zoals in figuur 7 met de getrokken cirkel is aangegeven. Indien een fokusfout optreedt wordt de stralingsvlek 33^' vervormd tot een elliptische vlek zoals in figuur 7 met de gestreepte ellipsen is aangegeven. De lange as van de ellips maakt een hoek van 45° met de scheidingsstroken 85 en 86 waarbij het teken van de hoek bepaald wordt door het teken van de fokusfout. Indien de signalen van de detektoren 81, 82, 83 en 84 worden voorgesteld door Sg^, Sg2* Sg3 en Sg^ dan wordt het fokusfoutsignaal gegeven door:

Sf = (S81+S83^S82+S84*

Indien het raster 70 tussen de stralingsbron 30 en de objektieflens 20 is geplaatst, kan het weer als holografisch raster met gekromde rasterstroken uitgevoerd zijn, waardoor weer de in verband met de figuren 4 en 5 genoemde instel- en korrektiemogelijkheden verkregen worden. Is het raster 70 op één van de lensoppervlakken, 22 of 23, aangebracht dan moet het raster holografisch uitgevoerd zijn om te korrigeren voor de kromming van het betreffende oppervlak, waarbij ook weer de instel- en korrektiemogelijkheden ingebouwd kunnen zijn. Ook verdient het weer de voorkeur het raster 70 op het oppervlak 22 in plaats van op het oppervlak 23 aan te brengen.

Figuur 8 toont een uitvoeringsvorm van de aftastinrichting die speciaal geschikt is voor het inschrijven en uitlezen van zogenaamde magneto-optische registratiedragers. Dergelijke registratiedragers en inschrijf- en uitleesinrichtingen daarvoor zijn beschreven in onder andere het artikel: "Erasable magneto-optical recording" in "Philips' Technical Review" Vol. 42, nr. 2, 1985, blz. 37-47. Zoals beschreven is in dat artikel wordt bij het uitlezen van een magneto-optische registratiedrager bij voorkeur een zogenaamde differentiële methode toegepast. De door het informatievlak gereflekteerde straling, waarvan de polarisatierichting in de tijd gemoduleerd is overeenkomstig de uitgelezen informatie, wordt na doorgang door het objektief, gesplitst in twee onderling loodrecht gepolariseerde deelbundels die op aparte detektoren invallen. In de bekende inrichting wordt de bundelsplitsing tot stand gebracht door een polarisatiegevoelige bundeldeler.

In de aftastinrichting volgens figuur 8 is een dergelijke bundeldeler niet meer nodig omdat een raster 90 twee ruimtelijk gescheiden bundels 31^ en 312', bij voorkeur de +1e-orde en de -1°-orde bundel, levert. Er kan voor gezorgd worden dat deze bundels dezelfde intensiteit hebben. Tussen de detektoren 50^ en 502 zijn nog polarisatoren 91 en 92 aangebracht zodanig dat de op de detektor 50^ invallende bundel 31-j' een eerste polarisatierichting heeft en de op de detektor 502 invallende bundel 312 een tweede polarisatierichting loodrecht op de eerste polarisatierichting.

In figuur 8 bevindt het raster 90 zich op het eerste lensoppervlak 22. Indien dit raster is aangebracht op het tweede lensoppervlak 23, kan de aftastinrichting het meest kompakt uitgevoerd worden. Dit geldt ook voor de hierboven beschreven uitvoeringsvormen.

Bij het aftasten van een informatievlak met informatiesporen moet ervoor gezorgd worden dat het centrum van de aftastvlek steeds samenvalt met de hartlijn van het afgetaste spoor. Daartoe moet de aftastinrichting voorzien zijn van middelen voor het detekteren van een afwijking tussen het centrum van de aftastvlek en de spoorhartlijn, ofwel van middelen voor het opwekken van een spoorvolgfoutsignaal. Met dit signaal kan dan de positie van de aftastvlek ten opzichte van de spoorthartlijn worden bijgeregeld, bijvoorbeeld door verplaatsing van het informatievlak en de aftastinrichting ten opzichte van elkaar in radiële richting.

Zoals beschreven is in het Amerikaanse oktrooischrift nr. 3.376.842 kan voor het opwekken van dit spoorvolgfoutsignaal een raster gebruikt worden. In figuur 9 is een uitvoeringsvorm van een aftastinrichting met een dergelijk raster 100 weergegeven. Zoals deze figuur laat zien, splitst dit raster een van de bron 30 afkomstige bundel 31 in een, onafgebogen nulde orde bundel 31a, een in de +1e orde afgebogen bundel 31b, een in de -1e orde afgebogen bundel 31c en in een aantal in hogere ordes afgebogen bundels. De laatstgenoemde bundels zijn voor de onderhavige uitvinding niet van belang, omdat zij grotendeels buiten de objektieflens 20 worden afgebogen en bovendien slechts geringe intensiteit hebben. Het raster 100 is een enkelvoudig, dat wil zeggen ongedeeld raster. De parameters van dit raster, met name de verhouding van de breedte van de rasterstroken tot die van de rastertussenstroken en de diepte en de vorm van de rastergroeven kunnen zo gekozen worden dat vrijwel alle straling van de invallende bundel 31 in de bundels 31a, 31^ en 31c terecht komt. Er kan bovendien voor gezorgd worden dat de intensiteit van de bundel 31a enkele malen, bijvoorbeeld 6 maal groter is dan die van elk van de bundels 31^ en 31c.

De bundel 31a is de hoofdbundel of aftastbundel en vormt de aftastvlek 32a in het informatievlak 3. De bundels 31^ en 31c zijn hulpbundels die door de objektieflens 20 gefokusseerd worden in twee hulpvlekken 32jj en 32c in het informatievlak. Omdat de hulpbundels 31^ en 31c onder tegengestelde hoeken zijn afgebogen door het raster 100 liggen de hulpvlekken 32b en 32c in de spoorrichting gezien aan weerszijden van de aftastvlek 32a.

De hoek tussen de richting van de rasterstroken van het raster 100 en de effektieve spoorrichting is zo gekozen dat de stralingsvlekken 32c, 32a en 32^ in de spoorrichting gezien achter elkaar liggen en dat indien het centrum van de aftastvlek 32a op de hartlijn van het afgetaste spoor ligt, het centrum van de hulpvlek 32b op één rand van dit spoor ligt en het centrum van de hulpvlek 32c op de andere rand van dit spoor. In het stralingsgevoelige detektiestelsel 50 is voor elk van de hulpbundels een aparte detektor voorhanden. In de situatie waarin de hulpvlekken 32^ en 32c in gelijke mate het spoor bedekken zijn de uitgangssignalen van de genoemde detektoren gelijk. Bij het optreden van een spoorvolgfout verplaatst het centrum van een van de hulpvlekken zich naar de hartlijn van het spoor toe terwijl het centrum van de andere hulpvlek zich van de hartlijn af beweegt en worden de uitgangssignalen van de genoemde aparte detektoren ongelijk. Het verschil van de uitgangssignalen van de detektoren representeert aldus het spoorvolgfoutsignaal.

Om het aantal deelbundels op het detektiestelsel 50 te beperken, wordt het raster 100 bij voorkeur tussen de stralingsbron 30 en de objektieflens 20 en zo dicht mogelijk bij de stralingsbron geplaatst, zodat de gereflekteerde bundels niet meer door dit raster gaan. Dan kan het raster 100 rechte rasterstroken en een konstante rasterperiode hebben. Op het lensoppervlak 23 kan dan weer een raster 41', zoals in figuur 3 getoond, aangebracht worden. Indien het raster 100 op het lensoppervlak 22 is aangebracht (figuur 9) is dit raster als een holografisch raster uitgevoerd. Onder omstandigheden is het ook mogelijk om een raster 100 op het oppervlak 22 en een raster 41' op het oppervlak 23 van de objektieflens20 aan te brengen.

Figuur 10 toont een tweede hoofduitvoeringsvorm van de objektieflens 20' die nog kleiner en lichter is dan die van de figuren 1, 2, 3, 8 en 9. De objektieflens van figuur 10 bevat, behalve de twee brekende oppervlakken 22 en 23, een derde oppervlak 110 dat reflekterend is en een hoek van ongeveer 45° maakt met de oorspronkelijke optische as 00'. Daardoor wordt de aftastbundel 31, en eventueel de gereflekteerde bundel 31' binnen de lens 20' opgevouwen. De lens 20' heeft dan dezelfde werking als die van figuren 1, 2, 3, 8 en 9 maar bevat aanzienlijk minder lensmateriaal.

Van de objektieflens 20' is weer één van de oppervlakken (23) of zijn beide oppervlakken 22 en 23, asferisch uitgevoerd. Deze oppervlakken kunnen weer voorzien zijn van een diffraktieraster, zoals aan de hand van de figuren 2, 3, 8 en 9 beschreven is. Eén van de rasters 41 en 41', volgens de figuren 2 en 3 respektievelijk, kan ook worden aangebracht op het reflekterende vlak 110 van de objektieflens 20'.

De objektieflens volgens de uitvinding kan behalve in een uitleesinrichting ook toegepast worden in een inschrijfinrichting of in een gekombineerde inschrijf-uitleesinrichting.

Claims (13)

1. Objektieflens voor het fokusseren van een divergerende stralingsbundel in een buigingsbegrensde stralingsvlek, bestaande uit een enkelvoudig lichaam van doorzichtig materiaal met een eerste brekend oppervlak aan de voorwerpszijde en een tweede brekend oppervlak aan de r beeldzijde, van welke oppervlakken er minstens één asferisch is, met het kenmerk, dat zowel het eerste als tweede brekend oppervlak, gezien vanaf de voorwerpszijde, konkaaf is, dat de brandpuntsafstand aanzienlijk kleiner is dan de asdikte en dat het tweede brekende oppervlak asferisch is.

2. Objektieflens volgens konklusie 1, met het kenmerk, dat ook het tweede brekende oppervlak asferisch is.

3. Objektieflens volgens konklusie 1 of 2, met het kenmerk, dat zich tussen het eerste brekende oppervlak en het tweede brekende oppervlak een derde oppervlak bevindt dat reflekterend is en de hoofdstraal van de door het eerste brekende oppervlak binnentredende bundel over een hoek van ongeveer 90° afbuigt naar het tweede brekende oppervlak.

4. Aftastinrichting voor het aftasten van een informatievlak op een doorzichtig substraat van een registratiedrager, welke aftastinrichting bevat een stralingsbron gelegen tegenover de van het informatievlak afgewende zijde van het substraat en van een objektiefstelsel voor het fokusseren van de door de bron geleverde divergerende stralingsbundel tot een aftastvlek op de informatielaag, met het kenmerk, dat het objektiefstelsel wordt gevormd door een objektieflens volgens konklusie 1, 2 of 3.

5. Aftastinrichting volgens konklusie 4, bestemd voor het aftasten van een reflekterend informatievlak, gekenmerkt, door een diffraktie-element voor het afbuigen van straling afkomstig van het informatievlak naar een stralingsgevoelig detektiestelsel dat zich aan dezelfde zijde van de objektieflens bevindt als de stralingsbron.

6. Aftastinrichting volgens konklusie 4, gekenmerkt, door een diffraktie-element voor het vormen van een aftastbundel en twee hulpbundels uit de door de stralingsbron geleverde stralingsbundel.

7. Aftastinrichting volgens konklusie 5, met het kenmerk, dat het diffraktie-element een astigmatisme introducerend element is en dat het stralingsgevoelige detektiestelsel vier detektoren bevat die in vier verschillende kwadranten rond de hoofdstraal van een door het diffraktie-element afgebogen bundel gelegen zijn.

8. Aftastinrichting volgens konklusie 7, met het kenmerk, dat het astigmatische diffraktieraster een holografisch raster met gekromde rasterstroken en een niet-lineair verlopende rasterperiod is.

9. Aftastinrichting volgens konklusie 5, met het kenmerk, dat het diffraktie-element een uit twee deelrasters bestaand samengesteld diffraktieraster is dat de afgebogen bundel in twee deelbundels splitst en dat het detektiestelsel twee detektorenparen bevat waarbij een eerste, respektievelijk tweede, deelbundel samenwerkt met een eerste, respektievelijk tweede, detektorenpaar.

10. Aftastinrichting volgens konklusie 9, met het kenmerk, dat de deelrasters een verlopende rasterperiode hebben en dat de rasterstroken van de deelrasters gekromd zijn.

11. Aftastinrichting volgens konklusie 9 of 10, 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 en dat de detektorenparen naast elkaar gelegen zijn in een richting evenwijdig met de scheidingslijn tussen de deelrasters.

12. Aftastinrichting volgens konklusie 9 of 10, met het kenmerk, dat de deelrasters dezelfde gemiddelde rasterperiode hebben, dat de hoofdrichting van de rasterstroken van het ene deelraster een eerste en die van het andere deelraster een tweede hoek maken met de scheidingslijn van de twee deelrasters en dat de detektorenparen naast elkaar gelegen zijn in een richting evenwijdig met de richting van de genoemde scheidingslijn.

13. Aftastinrichting volgens konklusie 5, 6, 7 of 9, met het kenmerk, dat het diffraktie-element is aangebracht op één van de oppervlakken van de objektieflens.