NO752747L - - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår et optoelektronisk fokuseringsdetekteringssystem for anvendelse i et apparat for opptegning av informasjon i en informasjonsflate på en opptegningsbærer, som en optisk avlesbar strålingsreflekterende struktur, eller i et apparat for avlesning av informasjon i en informasjonsflate på en opptegningsbærer, som en optisk avlesbar strålingsreflekterende struktur, hvilket system omfatter en strålingskildé som leverer en smal fokuseringsstråle som eksentrisk passerer et objektiv i apparatet, og to strålingsfølsomme detekteringselementer som oppfanger fokuseringsstrålen som reflekteres fra infonmasjonsflaten og passerer objektivet for andre gang.

Med et fokuseringsdetekteringssystem skal her forstås et system for detektering av avvikelsen mellom en ønsket stilling og øyeblikkstillingen av et plan i hvilket en av-bildningsstråle fokuseres. Med en fokuseringsstråle skal forstås en hjelpestråle som anvendes for detektering av den nevnte avvikelse. Med en opptegningsbærer skal forstås et legeme som er forsynt med et strålingsfølsomt sjikt i hvilket en informasjonsstruktur kan opptegnes. En opptegningsbærer er et slikt legeme forsynt med informasjon. Informasjonsflaten er overflaten av det strålingsfølsomme sjikt som danner informasjonsstrukturen.

Et optoelektronisk fokuseringsdetekteringssystem som beskrevet innledningsvis er kjent for anvendelse i et avles-ningsapparat, fra nederlandsk patentsøknad nr. 7.305.517. Her har detekteringselementene form av fotodioder. Utgangssignalene fra disse dioder er forbundet med en elektronisk krets i hvilke signalene bearbeides til et styresignal for å korrigere fokuseringen av objektivet, f.eks. ved bevegelse av objektivet.

Innfangningsområdet, dvs. den maksimale avvikelse mellom øyeblikksstillingen og den ønskede stilling av planet hvor fokusering fremdeles kan detekteres, er bestemt av diodenes dimensjoner. Hvis et stort innfangningsområden er ønskelig, må det anvendes store dioder. Store dioder har imidlertid stor kapasitet og følgelig vir fokuseringen korrigeres mindre hurtig ved hjelp av den eltektroniske krets. Hensikten med foreliggende oppfinnelse er å tilveie-bringe et optoelektronisk fokuseringsdetekteringssystem som ikke har denne ulempe og som både har et stort innfangningsom-råde og stor følsomhet for små fokuseringsfeil.

Dette oppnås ifølge oppfinnelsen ved at den reflekter-ende fokuseringsstråle i sin bane til de strålingsfølsomme detekteringselementer har et lihselignende element som bare har linsevirkning i den ytre sone, men hvis sentrale del ikke påvirker retningen av fokuseringsstrålen. Anvendelsen av et slikt linselignende element sikrer at også vesentlige fokuseringsfeil av fokuseringsstrålen alltid treffer detekteringselementene. I tilfelle av små fokuseringsfeil, vil fokuseringsstrålen passere den sentrale dél av det linselignende element, slik at for disse små feil oppnås samme følsomhet som når ikke noe linselignende element anvendes.

Oppfinnelsen skal nedenfor beskrives nærmere under henvisning til tegningen. Fig. 1 viser skjematisk et tidligere kjent apparat forsynt med et optoelektronisk fokuseringsdetekteringssystem. Fig. 2 viser skjematisk virkemåten av dette system. Fig. 3 og 1 viser skjematisk deler av det opto-elektroniske fokuseringsdetekteringssystem ifølge oppfinnelsen. Fig. 5,6 og 7 viser kurver for elektriske signaler som opptas ved systemene på fig. 2,3 og *l som funksjon av fokuseringsfeilene. Fig. 8 viser i perspektiv et iinseelement for anvendelse i systemet ifølge oppfinnelsen.

Fig. 9 viser skjematisk et utførelseseksempel på

et opptegningsapparat forsynt med et optoelektronisk fokuseringsdetekteringssystem ifølge oppfinnelsen.

Avlesningsapparatet som er vist på fig. 1 har en strålingskilde 1 f.eks. en laser som leverer en meget smal stråle 2. Strålen passerer en stråleoppdelingsinnretning 3 via en flate M. Flaten 5 av innretningen 3 er delvis strål-ingspasserbar, slik at en del av strålen 2 trer ut som en avlesningsstråle 6 mens en annen del av strålen 2 reflekteres tilbake til flaten H,

Avlesningsstrålen 6 fokuseres.^på informasjons flaten 12 på en opptegningsbærer 11 ved hjelp av et objektiv 10. Linsen 13 sikrer at hele inngangsåpningen for objektivet 10 er .fylt. Opptegningsbæreren kan f.eks. være en rund plate som kan roteres som antydet med pilen 1<*>1. Avlesningsstrålen 6 moduleres da i samsvar med informasjonsstrukturen som i tur og orden opptrer i stråletverrsnittet. Etter refleksjon på informasjonsplaten 12 vil den modulerte avlesningsstråle passere linsen 10 for annen gang og treffe f.eks. et delvis gjennomtrengelig speil 15. Speilet reflekterer en del av den modulerte stråle til den strålingsfølsomme signaldetektor 16. Fra det elektriske utgangssignal S^ fra detektoren, kan den opprinnelige informasjon utledes f.eks. bilde og lyd hvis et fjernsynsprogram er lagret på opptegningsbæreren.

Når avlesningen av opptegningsbæreren hvis optiske informasjonsstruktur har meget små detaljer, f.eks. i størrelsesorden lyum, er det nødvendig at små variasjoner i stillingen av. informasjonsflaten kan detekteres, for å mulig-gjøre at fokuseringen av objektivet kan korrigeres. For å bestemme disse variasjoner, anvendes en del av strålen 2 som er reflektert fra flaten 5 i stråleoppdelingsinnretningen. 3. Denne del vil etter fullstendig refleksjon på flaten 4 tre ut av stråleoppdelingsinnretningen 3 som en andre stråle 7. Strålen 7 virker som fokuseringsstråle og passerer en åpning

8 i en blender 9. Fokuseringsstrålen trer inn i objektivet

10 i forholdsvis stor avstand fra dets optiske akse 00.

Etter avbøyning i objektivet vil fokuseringsstrålen 7 treffe den strålingsfølsomme^informasjonsflate 12. For fokus^rangs-strålen virker informasjonsflaten sonr et speil som reflekterer strålen tilbake til det delvis gjennomtrengelige speil 15. Dette speil 15. retter strålen 7 på en enhet som består av to strå- lingsfølsomme detekteringselementer 19 og 20 som er atskilt ved hjelp av en smal sliss 21. Fokuseringsstrålens bane omfatter en linse 17. Linsen 17 fokuserer strålen 7 i objek-tivets 10 brennplan, slik at fokaseringsstrålen trer ut fra objektivet som en parallellstråle. En strålingsflekk 18 av konstant størrelse dannes derfor på informasjonsplaten 12, slik at strålingsflekken i planet for detekteringselementene 19 og 20 altså har en konstant størrelse.

Detekteringselementene 19 og 20 er anordnet slik at når stillingen av informasjonsbæreren 12 er riktig som vist på fig. 1, vil avbildningen av åpningen 8 som dannes av informasjonsflaten og objektivet, være symmetrisk i forhold til elementene 19 og 20. Detekteringselementene 19 og 20 som kan være fotodioder, mottar så samme strålingsstyrke. Når informasjonsflaten 12 beveges til venstre eller høyre på tegningen, vil avstanden mellom stillingen hvor fokuseringsstrålen btrer inn i objektivet 10 og den optiske, akse avta resp. øke. Fokuseringsstrålen vil da bli avbøyet en mindre resp. større vinkel. Resultatet av dette er at fotpdioden 19 vil motta mere stråling resp. mindre stråling enn fotodioden 20. Ved sammenligning av de elektriske signaler som leveres av<H>~: fotodiodene 20, kan størrelsen og retningen av avvikelse mellom øyeblikkstillingen og den ønskede stilling av informasjonsflaten detekteres. I en ikke vist elektronisk krets som er forbundet med fotodiodenes utgang kan det utledes et styresignal på kjent måte.

For å sikre hurtig fokuseringsstyring må fotodiodene være så små som mulig. Ved økende fokuseringsfeil, vil fokuseringsstrålen da hurtig tre ut over fotodiodene, som vist på fig. 2. Fig. 2 viser bare strålingsbanen for fokuseringsstrålen 7 fra informasjonsflaten 12 idet det halvt gjennomtrengelige speil 15 sløyfes. På fig. 2 er vist tre stillinger d,e og f av informasjonsflaten i forhold til objektivet 10. Disse forskjellige stillinger resulterer i forskjellige baner for fokuseringsstrålen betegnet 7^, 7e og 7f. Stillingen d er den ønskede stilling og fokuseringsstrålen 7^faller symmetrisk inn på detektorelementene 19 og 20. Vinkelen a mellom midtlinjen for fokuseringsstrålen 7^ og midtlinjen i en forskjellig avbøyet fokuseringsstråle f.eks. 7g er en funksjon av avvikelsen s mellom den ønskede stilling og øyeblikkstillingen av informasjonsflaten 12. Når informasjonsflaten er i stillingen e eller f, vil fokuseringsstrålen 7g resp. 7^falle utenfor området av fotodiodene.

Fig. 5 viser endringen av de elektriske signaler

S 1Q og S2q på utgangsklemmene fra fotodiodene 19 og 20, og differanssignalet S1Q - S2Qsom funksjon av avvikelsen s av

stillingen for informasjonsflaten 12 fra ønsket stilling. Inn-fangningsonrådet er forholdsvis lite, men følsomheten som er inverst proporsjonal med s er forholdsvis stor innenfor dette området.

Innfangningsområdet kan økes ved å anvende en ekstra linse '30 som vist på fig. 3 som bare viser banen for fokuseringsstrålen fra fokuseringsplanet S til objektivet 10. Hvis fokuseringsstrålen alltid når linsen 30, avbildes strålingsflekken 18 (fig. 1) alltid på enheten av fotodiodene 19 og 20. Ved å forflytte fotodiodene et stykke fra brenn-punktet f^0for linsen 30, vil fokuseringsstrålen beveges^over fotodiodene 19 og 20 når informasjonsflaten beveges. Som vist på fig. 6. som viser endringen av de elektriske signaler i utgangen fra fotodioden i anordningen på fig. 3»er innfangningsområdet blitt utvidet vesentlig, men følsomheten er minsket betydelig, idet s2er vesentlig større enn s^på fig. 5.

Ifølge oppfinnelsen kan følsomhetenefor små fokuseringsfeil Økes samtidig som det opprettholdes et stort inn-fangningsområde, ved å sløyfe linsevirkningen i den sentrale del av linsen 30. Dette kan oppnås ved å slipe den sentrale del 30 av den krumme linseflate som vist på fig. 4. I tilfelle av mindre avvikelser mellom øyeblikkstillingen og den ønskede stilling av informasjonsflaten, vil fokuseringsstrålen som reflekteres fra informasjonsflaten falle på fotodiodene uten å være avbøyet av linsen 30. Små avvikelser av informasjonsflaten vil resultere i en forholdsvis stor bevegelse av fokuseringsstrålen over fotodiodene, slik at føl-somheten for disse små avvikelser er stor. I tilfelle av større avvikelser mellom øyeblikkstillingen og -den ønskede stilling av informasjonsplanen som f.eks. opptrer under fokusering etter at opptegningsbæreren er anbrakt i avlesnings apparatet, vil fokuseringsstrålen bli rettet på fotodiodene ved hjelp av den ytre sone av linsen 30, slik at det alltid er en indikering ora retningen i hvilken'fokuseringen skal korrigeres. Fokuseringsstrålen 7e på fig..4 svarer til denne store avvikelse, mens fokuseringsstrålen.'7_ faller del-g

vis på en plan og delvis på en konveks del av linseflaten.

Fig. 7 viser signaler på utgangsklemmene fra fotodiodene i anordningen på fig. 4 som kombinerer fordelene ved anordningene på fig. 2 og 3. Innfangningsområdet på anordningen på fig. 4 er stor samtidig som følsomheten er tilfredsstillende (s^er tilnærmet lik s^).

Den plankonvekse linje som er vist på fig. 3 og 4 er bare vist som et eksempel. Det er alternativt mulig å anvende bikonveks linse i apparatet på fig. 4. Istedetfor å slipe plane flater 31. på en linse er det alternativt mulig å anvende en ringformet linse som vist på fig. 8 sora linsen 30.

Oppfinnelsen er forklart under henvisning til et apparat for avlesning av en opptegningsbærer méd strålingsreflekterende informasjonsflate. Denne flate er anvendt som hjelpeavbildningseleraent i et avbildningssystem hvor en strålingskilde er avbildet på to detekteringselementer. Det ei* klart at oppfinnelsen også kan anvendes i alle tilfeller hvor stillingen av en strålingsreflektérende flate skal bestemmes i forhold til et avbildningsystem. F.eks. kan det optoelektro-niske system ifølge oppfinnelsen også anvendes i et apparat for opptegning av informasjon på en opptegningsbærer, for å bestemme stillingen av informasjonsflaten i forhold til et objektiv ved hjelp av hvilket en opptegningsstrålingsflekk dannefc på informasjonsflaten. Et utførelseseksempel på et3likt apparat er vist på fig. 9.

På fig. 9 leverer en strålingskilde 40, f.eks. en kryptonlaser, en stråle 41 med stor styrke i form av en skrivestråle. Strålen 41 reflekteres av prismene 42 og 43

og passerer så en elektrooptisk modulator 44. I modulatoren blir polariseringen av den innfallende lineært polariserte stråle endret mellom to alternative tilstander i samsvar med signalet som skal opptegnes som tilføres klemmene 44a og 44b.

Etter modulatoren 44 er anordnet en polariseringsinnretning 45 som avhengig av tilstanden av polariseringen av strålen 41 slipper gjennom eller sperrer strålen. Et bølgelengdefølsomt refleksjonselemeht 48 reflekterer pulser på den strålingsføl-somme flate 51a av en opptegningsbærer 51. Strålingen fokuseres på et bppÆegriingsspor med meget små dimensjoner, f.eks.

i størrelsesorden l^uHi, ved hjelp av objektivet 49. Linsen 46 sikrer at hele åpningen av objektivet fylles. Elementet 47 er en lukker ved hjelp av hvilken strålen 41 kan avbrytes uavhengig av polariseringstilsfeanden. Det strålingsfølsomme sjikt på opptegningsbæreren utsettes for en strålingspuls hvor f.eks. rekkefølgen i tid og varighet er bestemt av aignalet på klemmene 44a, 44b. Ved å besrege det strålings følsomme sjikt i et plan vinkelrett på tegningens plan, opptegnes en spor-lignende informasjonsstruktur.

Objektivet 10 er opphengt på en svingspole 50 slik at det kan beveges i en retning vinkelrett på det strålingsfølsomme sjikts 51a plan. Avvikelser i stillingen av sjiktet 51a som antas å være strålingsreflekterende i forhold til den ønskede stilling kan detekteres ved hjelp av det system som skal beskrives nedenfor.

En andre strålingskilde 52, f.eks. en helium-neonlaser, leverer en smal stråle 53 med en annen bølgelengde enn3trålen. 41. Fokuseringsstrålen passerer en åpning i en blender 54 og faller på polariseringsoppdelende prisme 55. Prismet reflekterer bare stråling med en bestemt orientering av polarisa-sjonsplanet,. ?;I3el^ polariseringsoppdelende prismes plan 55a danner en vinkel med midtlinjen i fokuseringsstrålen som av-viker lite.fra 45° slik at strålen passerer objektivet 10 i noe avstand fra dets optiske akse. På sin vei til objektivet passerer fokuseringsstrålen en 1/4 bølgelengdeplate 56 og elementet 48 som slipper gjennom strålens bølgelengde. Etter refleksjon på den strålingsfølsomme flate 51a passerer fokuseringsstrålen objektivet 10, elementet 58 og kvartbølgeplaten 56 for annen gang. Da strålen har passert kvartbølgeplaten 56 to ganger, er polariseringsplanet for den reflekterte stråle dreiet 90° i forhold til strålen som leveres av kilden 52,

slik at den reflekterte fokuseringsstråle treffer de strålings-

følsomme detekteringselementer 59 og.60»

Foran detekteringselementene 59 og 60 er det ifølge oppfinnelsen anbragt en linse 57 hvor den sentrale del 58 av den sfæriske flate er slipt plan. Det er klart at denne

linse har samme virkning som linsen 30 på fig. 3 og 4. Detekteringselementene 59 og 60 er forbundet med en elektronisk krets 6l hvor et styresignal for.forflytning av objektivet utledes fra detektorsignalene. Dette styresignålet tilføres svingspolen 50.

Videre kan en linse 62 anordnes i fokuseringsstrålens 53 bane, og denne linse har samme funksjon som linsen 17 på fig. 1.

Claims (3)

1. Optoelektréniske fokuseringsdetekteringssystem for anvendelse i et apparat for opptegning av informasjon i en informasjons flate på en opptegningsbærer, som en optisk avlesbar .strålingsreflekterende struktur, eller i et apparat for avlesning av informasjon i en informasjonsflate på en opptegningsbærer, som en optisk avlesbar strålingsreflekterende struktur, hvilket system omfatter en strålingskilde som leverer en smal fokuseringsstråle som eksentrisk passerer et objektiv i apparatet, og to strålingsfølsomme detekteringselementer som oppfanger fokuseringsstrålen som reflekteres fra informasjonsflaten og passerer objektivet for andre gang, karakterisert ved at den reflekterte fokuseringsstråle i sin bane til de strålingsfølsomme detekteringselementer har et linselignende element som bare har linsevirkning i den ytre sone, men hvis sentrale del ikke påvirker retningen av fokuseringsstrålen.

2. Systera ifølge krav 1, karakterisert ved at det linselignende element består av en enkelt linse hvis sentrale deler hvis linseflater er plane.

3. System ifølge krav 1, karakterisert ved at det linselignende element består av en ringformet linse.