PL104485B1 - Optyczno-elektroniczny uklad detekcji ogniskowania - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest optyczno-elektroniczny uklad detekcji ogniskowania, do stosowania w urza¬ dzeniu do zapisywania informacji na powierzchni informacyjnej korpusu nosnika informacji w postaci odczyty- walnej optycznie, odbijajacej promieniowanie struktury lub w urzadzeniu do odczytu informacji, zawartych na powierzchni informacyjnej nosnika informacji w postaci odczytywalnej optycznie, odbijajacej promieniowanie struktury, posiadajacy zródlo promieniowania emitujace waska wiazke ogniskujaca, przechodzaca niewspólsrod- kowo poprzez obiektyw urzadzenia zapisujacego i odpowiednio odczytujacego, dwa czule na promieniowanie elementy detekcyjne do odbierania wiazki ogniskujacej, odbitej od powierzchni informacyjnej i przechodzacej drugi raz poprzez obiektyw.

Uklad detekcji ogniskowania nalezy rozumiec jako uklad do okreslania odchylenia pomiedzy pozadanym, a aktualnym polozeniem obszaru, w którym zogniskowana jest wiazka obrazujaca.

Przez wiazke ogniskujaca nalezy rozumiec pomocnicza wiazke promieniowania stosowana w celu detekcji wspomnianego odchylenia.

Przez korpus nosnika informacji nalezy rozumiec korpus nosnika zaopatrzonego w warstwe czula na pro¬ mieniowanie, na której jest zapisana struktura informacyjna. Nosnikiem informacji jest korpus nosnika informacji zawierajacy informacje. Powierzchnia informacyjna dla korpusu nosnika zapisu oznacza powierzchnie warstwy czulej na promieniowanie, natomiast w przypadku nosnika zapisu, oznacza powierzchnie struktury informacyj¬ nej.

Optyczno-elektroniczny uklad detekcji opisany zostal w niepublikowanym Holenderskim Zgloszeniu Pa¬ tentowym 7 305 517 (PHN.6874). W proponowanym tam urzadzeniu elementy detekcyjne maja postac fo¬ to- diod. Wyjscia wspomnianych diod polaczone sa z obwodem elektronicznym, w którym sygnaly wyjsciowe diod przetwarzane sa w sygnal sterujacy, sluzacy do korekcji ogniskowania obiektywu, na przyklad przez przesu¬ wanie tego obiektywu.

Zakres regulacji, to znaczy maksymalne odchylenie pomiedzy aktualnym, a pozadanym obszarem zognisko¬ wania, które moze byc jeszcze poddawane detekcji, okreslony jest przez wymiary diod. Jezeli pozadany jest wiekszy zakres regulacji, musza byc zastosowane wieksze diody. Z powodu wyzszej pojemnosci wiekszych diod,2 104485 korekcja ogniskowania, dokonywana przez obwód elektroniczny jest wolniejsza.

Figura 1 rysunku przedstawia znane urzadzenie odczytujace, w którym zródlo promieniowania 1, stanowi na przyklad laser, emitujacy bardzo waska wiazke promieniowania 2. Wspomniana wiazka wchodzi do elementu rozszczepiajacego 3 przez powierzchnie 4. Powierzchnia 5 wspomnianego elementu rozszczepiajacego czesciowo przepuszcza promieniowanie, tak, ze czesc wiazki 2 przepuszczana jest jako wiazka czytajaca 6 podczas gdy pozostala czesc wiazki 2 odbijana jest w kierunku powierzchni 4.

Wiazka czytajaca 6 ogniskowana jest na powierzchni informacyjnej 12 schematycznie pokazanego nosnika zapisu 11 przez obiektyw 10. Soczewka 13 zapewnia calkowite zapelnienie otworu wejsciowego obiektywu 10.

Nosnikiem informacji jest na przyklad krazek obracajacy sie, tak jak to wskazuje strzalka 14. Wiazka czytajaca 6 jest modulowana zgodnie ze struktura informacji kolejno pojawiajaca sie w przekroju poprzecznym wiazki. Po odbiciu od powierzchni informacyjnej 12 zmodulowana wiazka czytajaca przechodzi przez soczewke 10 po raz drugi i pada nastepnie na przyklad, na pólprzezroczyste zwierciadlo 15.

Wspomniane zwierciadlo odbija czesc zmodulowanej wiazki czytajacej w kierunku czulego na promienio¬ wanie detektora sygnalu 16. Z wyjsciowego elektrycznego sygnalu Si detektora uzyskuje sie oryginalna infor¬ macje, na przyklad informacje obrazu lub dzwieku, jezeli w nosniku informacji zapisany jest program telewi¬ zyjny.

Przy odczycie nosnika informacji, którego optyczna struktura informacji zawiera bardzo drobne szczególy na przyklad rzedu ljum, konieczna jest detekcja malych zmian polozenia powierzchni informacyjnej, w celu umozliwienia korekcji ogniskowania obiektywu. Do okreslania wspomnianych zmian wykorzystywana jest czesc wiazki promieniowania 2 odbita przez powierzchnie 5 elementu rozszczepiajacego 3 wiazke. Wspomniana czesc po pelnym odbiciu od powierzchni 4 wychodzi z elementu rozszczepiajacego 3 jako druga wiazka 7. Wiazka 7 jest wiazka ogniskujaca i przechodzi przez otwór 8 przyslony 9, Wiazka ogniskujaca wchodzi do obiektywu 10 w stosunkowo duzej odleglosci od optycznej osi 00' wspomnianego obiektywu. Po zalamaniu sie w obiektywie wiazka ogniskujaca 7 pada na odbijajaca promieniowanie powierzchnie informacyjna 12. Dla wiazki ogniskujacej powierzchnia informacyjna stanowi zwierciadlo odbijajace wspomniana wiazke w kierunku pólprzezroczystego zwierciadla 15. Zwierciadlo 15 kieruje wiazke 7 do zespolu dwu czulych na promieniowanie elementów de¬ tekcyjnych 19 i 20 oddzielonych bardzo waska szczelina 21. Wtórze wiazki ogniskujacej znajduje sie soczew¬ ka 17. Wspomniana soczewka polowa ogniskuje wiazke 7 w plaszczyznie ogniskowej obiektywu 10, tak, ze wiazka ogniskujaca opuszcza obiektyw jako wiazka równolegla. W ten sposób na powierzchni informacyjnej 12 wytwarza sie obszar promieniowania 18 o stalym rozmiarze tak, ze obszar promieniowania w plaszczyznie ele¬ mentów detekcyjnych 19 i 20 równiez posiada staly rozmiar. Elementy detekcyjne 19 i 20 sa tak ustawione, ze kiedy polozenie powierzchni informacyjnej 12 jest prawidlowe, jak pokazuje fig. 1, obraz otworu 8 utworzony przez powierzchnie informacyjna i obiektyw jest symetryczny wzgledem elementów 19 i 20. Elementy detekcyj¬ ne 19 i 20, którymi sa foto-diody odbieraja jednakowe natezenie promieniowania.

Kiedy powierzchnia informacyjna 12 przesunie sie w lewo lub wprawo, odleglosc pomiedzy miejscem, w którym wiazka ogniskujaca wchodzi do obiektywu 10, a optyczna osia, jest odpowiednio mniejsza, lub wieksza. Wiazka ogniskujacajest wiec zalamywana pod odpowiednio mniejszym lub wiekszym katem. W rezulta¬ cie tego, foto-dioda 19 odbiera odpowiednio wiecej lub mniej promieniowania niz foto-dioda 20. Przez porówna¬ nie sygnalów elektrycznych dostarczonych przez foto-diody 19 i 20, amplituda i kierunek odchylenia pomiedzy aktualnym a pozadanym polozeniem powierzchni informacyjnej, zostaja okreslone. W obwodzie elektronicznym, nie pokazanym, polaczonym z wyjsciami foto-diod, jest uzyskany sygnal regulujacy ogniskowanie.

W celu zapewnienia szybkiej regulacji ogniskowania, foto-diody musza byc mozliwie jak najmniejsze. Przy wzroscie bledów ogniskowania, wiazka ogniskujaca szybko wypada poza foto-diody, jak przedstawia to fig. 2.

Przedstawiono tu tylko tor promieniowania wiazki ogniskujacej 7, od powierzchni informacyjnej 12, z pominie¬ ciem pólprzezroczystego zwierciadla 15.

Na figurze 2 pokazane sa trzy polozenia d, e i f powierzchni informacyjnej wzgledem obiektywu 10. Te same polozenia daja w rezultacie rózne tory wiazki ogniskujacej oznaczone 7d, 7e, i 7f. Polozenie d jest poloze¬ niem prawidlowym i wiazka ogniskujaca 7d symetrycznie oddzialywuje na elementy detekcyjne 19 i 20. Kat pomiedzy glówna osia wiazki ogniskujacej 7d a glówna osia wiazki rózniacej sie kierunkiem, na przyklad wiazki ogniskujacej 7e jest funkcja odchylenia pomiedzy pozadanym, a aktualnym polozeniem powierzchni informacyj¬ nej 12.

Gdy powierzchnia informacyjna znajduje sie w polozeniu e lub f, wiazka ogniskujaca 7e lub 7f wypada poza zakres foto-diod.

Figura 5 przedstawia przebieg sygnalów elektrycznych Sjc) ^20 na zaciskach wyjsciowych foto-diod 19 i 20, i sygnal róznicowy Sj = Sjc —S20, w funkcji odchylenia s polozenia powierzchni informacyjnej 12 od104485 3 pozadanego polozenia. Zakres regulacji jest stosunkowo maly, natomiast czulosc, która jest odwrotnie propor¬ cjonalna do sygnalu Si jest w tym zakresie stosunkowo wysoka.

Celem niniejszego wynalazku jest opracowanie optyczno-elektronicznego ukladu detekcji ogniskowania, nie posiadajacego wspomnianej wady, który ma zarówno duzy zakres regulacji jak i duza czulosc na male bledy ogniskowania.

Uklad wedlug wynalazku charakteryzuje sie tym, ze w torze odbitej, w kierunku czulych na promieniowa¬ nie elementów detekcyjnych, wiazki ogniskujacej, umieszczony jest element soczewko-podobny, którego tylko zewnetrzna strefa wykazuje dzialanie soczewkowe, podczas gdy centralna czesc wspomnianego elementu nie wplywa na kierunek wiazki ogniskujacej.

Element soczewko-podobny zawiera pojedyncza soczewke, a centralne czesci powierzchni soczewki sa plaskie. Korzystnie element ten zawiera soczewke pierscieniowa.

Zastosowanie elementu soczewko-podobnego zapewnia, ze nawet przy duzych bledach ogniskowania, wiaz¬ ka ogniskujaca zawsze trafia na elementy detekcyjne. W przypadku malych bledów ogniskowania wiazka og¬ niskujaca przechodzi poprzez centralna czesc elementu soczewko-podobnego tak, ze dla malych bledów otrzy¬ muje sie taka sama czulosc jak w przypadku braku elementu soczewko-podobnego.

Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykladzie wykonania na rysunku, na którym fig. 3 i fig. 4 przedstawiaja czesci optyczno-elektronicznego ukladu detekcji ogniskowania, fig. 6, 7 — sygnaly elektryczne otrzymywane w ukladach z fig. 3 i 4 w funkcji bledu ogniskowania, fig. 8 przedstawia element soczewkowy stosowany w ukladzie wedlug wynalazku, a fig. 9 — urzadzenie zapisujace zaopatrzone w optyczno-elektroniczhy uklad detekcji ogniskowania.

Zakres regulacji, to znaczy maksymalne odchylenie pomiedzy aktualnym, a pozadanym obszarem zognisko¬ wania ulega zwiekszeniu po zastosowaniu zgodnie z wynalazkiem dodatkowej soczewki 30, jak pokazuje to fig. 3.

Fig. 3 przedstawia tylko tor wiazki ogniskujacej od powierzchni ogniskowej F obiektywu 10. W zakresie, w którym wiazka ogniskujaca zawsze osiaga soczewke 30, miejsce promieniowania 18 (fig. 1) jest zawsze zobrazo- wywane w zespole foto-diod 19 i 20. Przez umieszczenie wspomnianych foto-diod w pewnej odleglosci od og¬ niska f^Q soczewki 30, na skutek przesuniecia powierzchni informacyjnej, uzyskuje sie przesuniecie wiazki og¬ niskujacej ponad foto-diodami 19 i 20.

Jak mozna zauwazyc na fig. 6, który przedstawia przebieg sygnalów elektrycznych na wyjsciach foto-diod w urzadzeniu wedlug fig. 3, zakres regulacji zasadniczo zwiekszyl sie, jakkolwiek czulosc znacznie zmalala, sygnal S^ jest znacznie wiekszy od sygnalu Si z fig. 5.

Zgodnie z wynalazkiem czulosc dla malych bledów ogniskowania zostaje zwiekszona przy jednoczesnym zachowaniu duzego zakresu regulacji, przez usuniecie dzialania soczewkowego w centralnej czesci soczewki 30.

Osiaga sie to przez zeszlifowanie centralnej czesci 31 krzywej powierzchni soczewki, jak pokazuje to fig. 4.

W przypadku mniejszych odchylen pomiedzy aktualnym a pozadanym polozeniem powierzchni informa¬ cyjnej, wiazka ogniskujaca odbita od powierzchni informacyjnej pada na foto-diody bez zalamania na soczew¬ ce 30. Male odchylenia powierzchni informacyjnej daja w rezultacie duze przesuniecia wiazki ogniskujacej wzgledem foto-diod, tak, ze dla malych odchylen czulosc jest wysoka.

W przypadku wiekszych odchylen pomiedzy aktualnym a pozadanym polozeniem powierzchni informa¬ cyjnej, na przyklad wystepujacych podczas ustawiania ogniskowania po umieszczeniu nosnika informacji w urza¬ dzeniu odczytujacym, wiazka ogniskujaca jest kierowana do foto-diod przez zewnetrzna strefe soczewki 30, tak, ze zawsze jest wskazanie dotyczace kierunku, w którym ogniskowanie jest korygowane.

Wiazka ogniskujaca 7e na fig. 4 odpowiada wspomnianemu duzemu odchyleniu, podczas gdy wiazka 7g czesciowo pada na plaska, a czesciowo na wypukla czesc powierzchni soczewki.

Figura 7, przedstawia sygnaly na wyjsciowych zaciskach foto-diod, w urzadzeniu wedlug fig. 4. Widac tu, ze urzadzenie z fig. 4 laczy zalety urzadzen z fig. 3 i fig. 2. Zakres regulacji urzadzenia z fig. 4 jest duzy, ajedno¬ czesnie czulosc jest zadawalajaca. Sygnal S^ jest w przyblizeniu równy S«.

Plasko-wypukla soczewka pokazana na fig, 3 i 4 jest podana przykladowo. Mozliwe jest równiez zastoso¬ wanie w urzadzeniu z fig. 4 soczewki obustronnie wypuklej, a zamiast zeszlifowanej plaskiej powierzchni 31 na soczewce, mozliwe jest uzycie jako soczewki 30 pierscieniowej soczewki pokazanej na fig. 8.

Wynalazek objasniony jest w odniesieniu do urzadzenia do odczytu nosnika zapisu z powierzchnia informa¬ cyjna odbijajaca promieniowanie. Wspomniana powierzchnia wykorzystywana jest jako pomocniczy element obrazujacy w ukladzie obrazowania, w którym zródlo promieniowania zobrazowywane jest na dwu elementach detekcyjnych. Rozwiazanie wedlug wynalazku moze byc wykorzystane we wszystkich przypadkach, w których konieczna jest detekcja polozenia powierzchni informacyjnej odbijajacej promieniowanie, wzgledem ukladu obrazujacego. Na przyklad optyczno-elektroniczny system wedlug wynalazku moze byc równiez zastosowany4 104485 w urzadzeniu do zapisywania informacji na korpusie nosnika informacji. Sluzy on do okreslania polozenia powierzchni informacyjnej wzgledem obiektywu, za pomoca którego tworzone jest miejsce zapisu promieniowa¬ nia na powierzchni informacyjnej. Wykonanie takiego urzadzenia przedstawiane jest na fig. 9.

Na figurze 9 zródlo promieniowania 40 (na przyklad laser kryptonowy) dostarcza wiazke promieniowa¬ nia 41 o wysokim natezeniu sluzace jako wiazka zapisujaca. Wiazka 41 jest kolejno odbijana przez pryzmaty 42 i 43 i przechodzi nastepnie przez elektro-optyczny modulator 44. We wspomnianym modulatorze polaryzacja padajacej, liniowo spolaryzowanej wiazki jest przelaczana do jednego z dwu alternatywnych stanów, zgodnie z zapisywanym sygnalem dostarczanym do zacisków 44a i44b. Za modulatorem 44 umieszczony jest polary za¬ tor, który w zaleznosci od stanu polaryzacji wiazki 41 przepuszcza lub nie przepuszcza wspomnianej wiazki.

Czuly na dlugosc fali element odbijaacy 48 odbija otrzymane w powyzszy sposób impulsy w kierunku czulej na promieniowanie powierzchni 5la korpusu nosnika informacji SI. Promieniowanie ogniskowane jest w miejscu zapisu o bardzo malych rozmiarach (na przyklad rzedu 1 jun) przez obiektyw 49. Soczewka 46 zapewnia, ze wejsciowy otwór obiektywu jest wypelniony. Element 47 jest migawka za pomoca której wiazka 41 jest przery¬ wana niezaleznie od stanu polaryzacji. Czula na promieniowanie powierzchnia korpusu nosnika zapisu poddana jelt impulsom promieniowania, których kolejnosc i czas trwania zaleza od sygnalu na zaciskach 44a, 44b. Przez poruszanie warstwy czulej na promieniowanie, w plaszczyznie prostopadlej do plaszczyzny rysunku zostaje zapisana informacja w strukturze, w ksztalcie sciezki.

Obiektyw 10 jest zawieszony w cewce glosnikowej 50, tak, ze przesuwa sie wraz z warstwa czula na promieniowanie 5la w kierunku prostopadlym do tej warstwy. Odchylenia w polozeniu warstwy 5la przyjetej jako odbijajaca promieniowanie w stosunku do pozadanego polozenia, sa okreslane przez system opisany ponizej.

Drugie zródlo promieniowania 52 (na przyklad laser helowo neonowy) emituje waska wiazke promienio¬ wana 53 o innej dlugosci fali niz wiazka 41. Wspomniana wiazka ogniskujaca przechodzi przez otwór w przyslo¬ nie 54 i pada na polaryzujaco-dzielacy pryzmat 55. Wspomniany pryzmat odbija tylko promieniowanie o specy¬ ficznej orientacji plaszczyzny polaryzacji. Polaryzujaco-dzielaca plaszczyzna 55a pryzmatu tworzy kat z glówna osia wiazki ogniskujacej bliski 45°, tak, ze wiazka przechodzi przez obiektyw 10 w pewnej odleglosci od jego osi optycznej. W drodze do obiektywu, wiazka ogniskujaca przechodzi przez cwierc - falowa plytke 56 i element 48,. który jest przezroczysty dla dlugosci fali wspomnianej wiazki. Po odbiciu od czulej na promieniowanie powierzchni 5la, wiazka ogniskujaca przechodzi przez obiektyw 10, element 48, i cwierc-falowa plytke 56 po raz drugi. Po przejsciu przez plytke 56 po raz drugi, plaszczyzna polaryzacji odbitej wiazki ogniskujacej obraca Sie o 90° w stosunku do wiazki emitowanej przez zródlo 52, tak ze odbita wiazka ogniskujaca przekazywana jest do elementów detekcyjnych 59 i 60 czulych na promieniowanie.

Przed elementami detekcyjnymi 59 i 60 zgodnie z wynalazkiem umieszczona jest soczewka 57, której centralna czesc 58 powierzchni kulistej posiada plaska powierzchnie. Wspomniana soczewka spelnia ta sama funkcje co soczewka 30 z fig. 3 i 4. Elementy detekcyjne 59 i 60 polaczone sa z obwodem elektronicznym 61, w którym z sygnalów detektora wytwarzany jest sygnal sterujacy przemieszczeniem obiektywu. Wspomniany sygnal sterujacy dostarczany jest do cewki glosnikowej 50. Ponadto, w torze wiazki ogniskujacej 53 jer.l umiesz¬ czona soczewka polowa 62, która spelnia ta sama funkcje co soczewka polowa 17 z fig. 1.

Claims (3)

Zastrzezenia patentowe

1. Optyczno-elektroniczny uklad detekcji ogniskowania do stosowania w urzadzeniu do zapisywania infor¬ macji na powierzchni informacyjnej korpusu nosnika informacji, w postaci odczytywalnej optycznie, odbijajacej promieniowanie struktury, lub w urzadzeniu do odczytu informacji zawartych na powierzchni informacyjnej nosnika informacji, w postaci odczytywalnej optycznie, odbijajacej promieniowanie struktury, posiadajacy zródlo promieniowania emitujace waska wiazke ogniskujaca, przechodzaca nie wspólsrodkowo poprzez obiek¬ tyw urzadzenia zapisujacego i odpowiednio odczytujacego, dwa czule na promieniowanie - elementy detekcyjne do odbierania wiazki ogniskujacej odbitej od powierzchni informacyjnej i przechodzacej drugi raz poprze/ obiek¬ tyw, znamienny tym, ze w torze odbitej, w kierunku czulych na promieniowanie elementów detekcyj¬ nych, wiazki ogniskujacej, umieszczony jest element soczewko-podobny, którego tylko zewnetrzna strefa wyka¬ zuje dzialanie soczewkowe, podczas gdy centralna czesc wspomnianego elementu, nie wplywa na kierunek wiazki ogniskujacej.

2. Uklad wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze element soczewko-podobny zawiera pojcdyuczii soczewke, a centralne czesci powierzchni soczewki, sa plaskie.

3. Uklad wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze element soczewko-podobny zawiera soc/ewke pierscieniowa.104 485 Fig. 1 is^> d) .» Fig.2 Fig.4 4 l^ si9-si3 £L Fig.5 Flg.6 Sio S 19 h20 >20 -S S3L Fig.7 Fig 8