RU2035772C1 - Automatic radiation focusing device - Google Patents

Automatic radiation focusing device Download PDF

Info

Publication number
RU2035772C1
RU2035772C1 SU4937606A RU2035772C1 RU 2035772 C1 RU2035772 C1 RU 2035772C1 SU 4937606 A SU4937606 A SU 4937606A RU 2035772 C1 RU2035772 C1 RU 2035772C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
inputs
outputs
input
control unit
synchronization circuit
Prior art date
Application number
Other languages
Russian (ru)
Inventor
В.П. Решетов
Original Assignee
Производственное объединение "Уральский оптико-механический завод"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Производственное объединение "Уральский оптико-механический завод" filed Critical Производственное объединение "Уральский оптико-механический завод"
Priority to SU4937606 priority Critical patent/RU2035772C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2035772C1 publication Critical patent/RU2035772C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Optical Recording Or Reproduction (AREA)

Abstract

FIELD: automatic control. SUBSTANCE: movable slip member displaces in axial direction within fixed member under action of focusing drive accoirding to signals arriving from control unit. Interference pattern is formed across photodetectors of photodetector unit; photodetectors are grouped and connected in phase opposition. Control unit performs digital control of focusing drive. EFFECT: improved design. 12 dwg

Description

Изобретение относится к автоматике и накоплению информации оптическими средствами, в частности к технике записи-воспроизведения информации, и может быть использовано в звуковых и видеопроигрывателях и прочих средствах обеспечения оптической записи-воспроизведения информации. The invention relates to automation and the accumulation of information by optical means, in particular to a technique for recording and reproducing information, and can be used in audio and video players and other means for providing optical recording and reproduction of information.

Известно устройство, содержащее исполнительный орган, вспомогательный лазер, луч которого через систему зеркал под углом попадает на микрообъектив и фокусируется на металлической поверхности пленки заготовки диска, далее, отражаясь, возвращается через объектив на фотоприемник с двумя спаренными чувствительными элементами. Если чувствительная поверхность носителя информации совпадает с фокальной плоскостью микрообъектива, то световой поток направляется объективом точно на границу раздела фоточувствительных элементов. В этом случае фототоки двух светодиодов равны, а блок реверса формирует нулевое напряжение. Если же поверхность чувствительного слоя будет смещена относительно фокальной плоскости микрообъектива, световой поток будет выходить из микрообъектива под некоторым углом, зависящим от величины и знака расфокусировки. Точка фокусировки излучения на поверхности фотодиодов смещается относительно границы раздела. На выходе блока появится напряжение, знак которого однозначно связан с направлением расфокусировки. Подключение исполнительного элемента перемещения микрообъектива к выходу блока позволяет замкнуть цепь автоматического регулирования [1]
Микрообъектив перемещается в такт с биениями заготовки, обеспечивая совмещение фотоканальной плоскости микрообъектива с поверхностью светочувствительного слоя диска с точностью не хуже 0,5 мкм в полосе частот биений 0-100 Гц. Для наведения на начальный репер и контроля точности фокусировки применяется микроскоп визуального контроля с увеличением 600х.
A device is known that contains an actuator, an auxiliary laser, the beam of which through a system of mirrors at an angle hits the micro lens and focuses on the metal surface of the disk blank film, then, reflected, returns through the lens to a photodetector with two paired sensitive elements. If the sensitive surface of the information carrier coincides with the focal plane of the micro-lens, then the light flux is directed by the lens precisely to the interface of the photosensitive elements. In this case, the photocurrents of the two LEDs are equal, and the reverse unit generates zero voltage. If the surface of the sensitive layer is shifted relative to the focal plane of the micro lens, the light flux will exit the micro lens at a certain angle, depending on the size and sign of the defocus. The radiation focusing point on the surface of the photodiodes is shifted relative to the interface. A voltage will appear at the output of the unit, the sign of which is uniquely associated with the direction of defocus. Connecting the actuating element of the movement of the micro-lens to the output of the unit allows you to close the automatic control circuit [1]
A micro lens moves in time with the beats of the workpiece, ensuring the combination of the photocanal plane of the micro lens with the surface of the photosensitive layer of the disk with an accuracy of no worse than 0.5 μm in the frequency band of the beats 0-100 Hz. A visual inspection microscope with a magnification of 600 x is used to aim at the initial frame and control the accuracy of focusing.

В системах автофокусировки с вспомогательным лазером, луч которого направлен под углом к оптической оси микрообъектива, используют разные длины волн рабочего источника и вспомогательного, чтобы снизить перекрестные помехи. Это делает необходимым использовать оптические фильтры, что усложняет расчет и реализацию оптической системы. In autofocus systems with an auxiliary laser, the beam of which is directed at an angle to the optical axis of the micro-lens, use different wavelengths of the working source and auxiliary to reduce crosstalk. This makes it necessary to use optical filters, which complicates the calculation and implementation of the optical system.

Наиболее близким по технической сущности является устройство для автоматической фокусировки излучения на носителе в системе записи-воспроизведения информации, содержащее генератор, исполнительный элемент фокусировки, коммутатор и последовательно соединенные цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) и фильтр нижних частот, а также двухконтурный блок управления, один контур которого состоит из последовательно соединенных фотоприемного блока и дифференциального усилителя, подключенного выходом к сигнальному входу коммутатора, выход которого связан с входом исполнительного элемента фокусировки, а также последовательно соединенные суммирующий резистивный блок и согласующие усилители, через которые выход коммутатора связан с входами исполнительного элемента фокусировки, и последовательно соединенные блок синхронизации импульсов и блок оптронной развязки, при этом блок синхронизации импульсов состоит из последовательно связанных логической схемы ИЛИ и счетчика, входами блока синхронизации являются входы логической схемы ИЛИ, а выходом выход счетчика, коммутатор выполнен в виде двойного мультиплексора, с синхронизирующим входом которого соединен выход блока оптронной развязки, а с другим сигнальным входом выход фильтра нижних частот, другой контур блока управления выполнен четырехканальным, каждый из каналов которого включает в себя датчик углового положения носителя, два RS-триггера, реверсивный счетчик трех состояний, компаратор и цифровой задатчик синтезированных импульсов, выход которого связан с входом компаратора, другой вход которого соединен с выходом реверсивного счетчика, а выход с входом сброса первого RS-триггера, синхронизирующие входы RS-триггеров связаны с выходом датчика углового положения носителя, выход первого RS-триггера соединен со счетным входом реверсивного счетчика, с информационными входами которого связаны выходы другого RS-триггера, выход генератора подключен к тактовым входам реверсивных счетчиков всех каналов, выходы реверсивных счетчиков всех каналов соединены с входами ЦАП, выходы датчиков углового положения носителя всех каналов подключены к входам логической схемы ИЛИ блока синхронизации импульсов, а выход датчика углового положения носителя каждого последующего канала подключен к входам сброса другого RS-триггера и реверсивного счетчика трех состояний предшествующего канала [2]
Фотоприемный блок представляет собой оптическую систему, содержащую лазер, светоделительный кубик, микрообъектив, лимб, плоскость отражения которого помещена в фокальную плоскость микрообъектива, щелевую диафрагму и фотоприемник.
The closest in technical essence is a device for automatically focusing radiation on a medium in an information recording-reproduction system, comprising a generator, a focusing executive element, a switch and a series-connected digital-to-analog converter (DAC) and a low-pass filter, as well as a two-loop control unit, one circuit of which consists of a series-connected photodetector unit and a differential amplifier connected by an output to the signal input of the switch, the output to It is connected to the input of the focusing actuator, as well as series-connected summing resistive unit and matching amplifiers, through which the output of the switch is connected to the inputs of the focusing actuator, and series-connected pulse synchronization unit and optocoupler isolation unit, while the pulse synchronization unit consists of series-connected logic circuit OR and counter, the inputs of the synchronization block are the inputs of the logic circuit OR, and the output is the counter output, the switch you full in the form of a double multiplexer, with the synchronizing input of which the output of the optocoupler isolation unit is connected, and the output of the low-pass filter with another signal input, the other circuit of the control unit is made four-channel, each of the channels of which includes a carrier angular position sensor, two RS-flip-flops, a reversible counter of three states, a comparator and a digital synthesized pulse generator, the output of which is connected to the input of the comparator, the other input of which is connected to the output of the reversible counter, and the output is in the reset house of the first RS-trigger, the synchronizing inputs of the RS-triggers are connected to the output of the carrier angular position sensor, the output of the first RS-trigger is connected to the counting input of the reverse counter, the information inputs of which are connected to the outputs of another RS-trigger, the generator output is connected to the clock inputs of the reversing counters of all channels, the outputs of the reversible counters of all channels are connected to the DAC inputs, the outputs of the sensors of the angular position of the carrier of all channels are connected to the inputs of the logic circuit OR block synchronization pulses owls, and the output of the angular position sensor of each subsequent channel carrier is connected to the reset inputs of the RS-trigger another up-down counter and the three states of the previous channel [2]
The photodetector unit is an optical system containing a laser, a beam splitter, a micro lens, a limb, the reflection plane of which is placed in the focal plane of the micro lens, a slit aperture, and a photodetector.

В системе использован вспомогательный лазер. Луч его пространственно отделен от луча технологического лазера, а для автофокусировки используется вспомогательная проекционная система. The system uses an auxiliary laser. Its beam is spatially separated from the beam of the technological laser, and an auxiliary projection system is used for autofocusing.

Недостаток этой системы состоит в ограниченности ее технологических возможностей, так как представляется затруднительным реализовать пространственную многослойную запись с автоматическим переходом от одного слоя к другому. The disadvantage of this system is the limited technological capabilities, since it seems difficult to implement spatial multi-layer recording with an automatic transition from one layer to another.

Цель изобретения повышение точности фокусировки и упрощение конструкции электронной части устройства. The purpose of the invention is improving the accuracy of focusing and simplifying the design of the electronic part of the device.

Для достижения цели в устройстве для автоматической фокусировки излучения, содержащем подшипник на газовой смазке с подвижным и неподвижным элементами скольжения, датчик фокусировки с последовательно установленными на оптической оси лазерного источника излучения светоделителем, объективом и носителем информации с информационными дорожками, а также фотоприемным блоком, установленным с возможностью проецирования на него через светоделитель информационных дорожек носителя информации, выходы фотоприемного блока соединены с входами блока управления, выход которого подключен к приводу фокусировки, причем блок управления состоит из двух усилителей, аналого-цифрового преобразователя, генератора, коммутатора, схемы синхронизации, резистивного блока и задатчика позиции фокуса, в датчик фокусировки введены зеркало и дополнительный объектив, установленный между светоделителем и фотоприемным блоком, а в блок управления схема осреднения, выполненная в виде сумматора на операционном усилителе, генератор выполнен управляемым, фотоприемный блок, дополнительный объектив, светоделитель, зеркало и объектив установлены внутри подвижного элемента скольжения подшипника на газовой смазке, зеркало оптически связано с объективом, а также с фотоприемным блоком через светоделитель и дополнительный объектив, подвижный элемент размещен внутри неподвижного с возможностью перемещения вдоль оптической оси лазерного источника излучения, привод фокусировки размещен на неподвижном элементе и магнитосвязан с подвижным элементом подшипника на газовой смазке, фотоприемники фотоприемного блока объединены в две группы, в каждой из которых фотоприемники установлены параллельно на краях проекций соответствующих информационных дорожек, группы размещены с параллельным смещением друг относительно друга и подключены в противофазе, усилители блока управления установлены параллельно и их входы подсоединены к входам блока управления, а выходы к входам сумматора, связанного выходом с входом аналого- цифрового преобразователя, первым входом схемы синхронизации и входом резистивного блока, выходы которого соединены с первым групповым входом схемы синхронизации, вход синхронизации и второй групповой вход которой подключены к соответствующим входам аналого-цифрового преобразователя, выходы схемы синхронизации соединены с входами управляемого генератора, выход которого через коммутатор подключен к выходу блока управления, при этом схема синхронизации выполнена из N RS-триггеров с объединенными R-входами, выходы которых соединены с управляющими входами N мультиплексоров "2 на 1", подсоединенных выходами к соответствующим выходам схемы синхронизации, сигнальные шины мультиплексоров связаны с первыми групповыми входами схемы синхронизации, объединенные R-входы RS-триггеров с входом синхронизации, S-входы RS-триггеров с вторыми групповыми входами схемы синхронизации, а выходы задатчика позиции фокуса соединены с групповыми входами аналого-цифрового преобразователя блока управления. To achieve the goal in a device for automatically focusing radiation, containing a gas-lubricated bearing with movable and fixed sliding elements, a focusing sensor with a beam splitter, a lens and an information carrier with information tracks, and also a photodetector installed in series with the optical axis of the laser radiation source the ability to project onto it through a beam splitter the information tracks of the information carrier, the outputs of the photodetector unit are connected to the inputs a control lok, the output of which is connected to the focusing drive, the control unit consisting of two amplifiers, an analog-to-digital converter, a generator, a switch, a synchronization circuit, a resistive block, and a focus positioner, a mirror and an additional lens mounted between the beam splitter and the focus sensor are introduced photodetector unit, and in the control unit, the averaging circuit made in the form of an adder on an operational amplifier, the generator is made controllable, the photodetector unit, an additional lens, a beam splitter, a mirror and a lens are mounted inside the movable sliding element of the gas-lubricated bearing, the mirror is optically connected to the lens, as well as to the photodetector block through a beam splitter and an additional lens, the movable element is placed inside the laser radiation source that can be moved along the optical axis, the focusing drive is placed on a fixed element and magnetically connected with a movable bearing element on gas lubrication, photodetectors of the photodetector unit are combined in two groups, in each of which photodetectors are installed in parallel on the projection edges of the corresponding information tracks, the groups are placed with parallel displacement relative to each other and are connected in antiphase, the amplifiers of the control unit are installed in parallel and their inputs are connected to the inputs of the control unit, and the outputs to the inputs of the adder connected by the output to the input analog-to-digital Converter, the first input of the synchronization circuit and the input of the resistive block, the outputs of which are connected to the first group input of the synchronization circuit and, the synchronization input and the second group input of which are connected to the corresponding inputs of the analog-to-digital converter, the outputs of the synchronization circuit are connected to the inputs of the controlled generator, the output of which through the switch is connected to the output of the control unit, while the synchronization circuit is made of N RS triggers with combined R - inputs whose outputs are connected to the control inputs of N 2-by-1 multiplexers, connected by outputs to the corresponding outputs of the synchronization circuit, the signal buses of the multiplexers are connected to group inputs of the synchronization circuit, the combined R inputs of the RS flip-flops with the synchronization input, the S-inputs of the RS flip-flops with the second group inputs of the synchronization circuit, and the outputs of the focus position switch are connected to the group inputs of the analog-to-digital converter of the control unit.

На фиг. 1 представлено устройство в разрезе, общий вид; на фиг. 2 то же, поперечный разрез; на фиг. 3 конструкция жиклера истечения газовой смазки в теле неподвижного элемента; на фиг. 4 блок-схема блока управления; на фиг. 5 структура повторяющихся блоков в схеме синхронизации; на фиг. 6 оптическая схема устройства; на фиг. 7, 8 упрощенные кинетические построения для доказательства изменения оптической разности хода и расщепленных лучей при осевом смещении подвижного элемента скольжения; на фиг. 9 фрагмент блок-схемы, поясняющий его работу; на фиг. 10 матрица фотоприемников в фокусе микрообъектива на поверхности чувствительного слоя, формирующая интеpферограмму; на фиг. 11 диаграммы сигналов фотопреобразования; на фиг. 11А сигнал с первого ряда чувствительных элементов; на фиг. 11Б сигнал с второго ряда; на фиг. 11С сигнал на выходе сумматора; на фиг. 12 структура схемы осреднения сигнала фотопреобразования. In FIG. 1 shows a device in section, General view; in FIG. 2 same, cross section; in FIG. 3 design of the nozzle of the outflow of gas lubricant in the body of the fixed element; in FIG. 4 is a block diagram of a control unit; in FIG. 5 structure of repeating blocks in a synchronization circuit; in FIG. 6 optical diagram of the device; in FIG. 7, 8 simplified kinetic constructions to prove changes in the optical path difference and split beams with axial displacement of the moving sliding element; in FIG. 9 is a fragment of a flowchart explaining its operation; in FIG. 10 a matrix of photodetectors in the focus of a micro lens on the surface of the sensitive layer, forming an interferogram; in FIG. 11 diagrams of photoconversion signals; in FIG. 11A signal from the first row of sensing elements; in FIG. 11B signal from the second row; in FIG. 11C signal at the output of the adder; in FIG. 12 structure of the averaging circuit of the photoconversion signal.

Устройство содержит (фиг. 1) объективы 1 и 2 проекционных систем, неподвижный 3 и подвижный 4 элементы скольжения на газовой смазке, взаимодействующие с возможностью осевого перемещения исполнительным приводом 5 (приводом фокусировки), датчик положения фокуса F рабочей компоненты луча 7, светоде- лительную поверхность 8, отражатель 9, носитель 10 информации, фотоприемный блок 11 и блок 12 управления. The device comprises (Fig. 1) projection system lenses 1 and 2, fixed 3 and movable 4 gas lubricated sliding elements interacting with the possibility of axial movement by an actuator 5 (focusing drive), a focus position sensor F of the beam working component 7, a beam splitter surface 8, reflector 9, information carrier 10, photodetector unit 11 and control unit 12.

В неподвижный элемент 3 вмонтированы перепускные каналы 13 подвода газовой смазки к жиклерам 14 (фиг. 2, 3), а торцовая сферическая поверхность 15 (фиг. 1) неподвижного элемента с центром сферы в точке фокуса F взаимодействует с основанием 16 посредством регулировочных винтов 17. The bypass channels 13 for supplying gas lubricant to the nozzles 14 (Fig. 2, 3) are mounted in the fixed element 3, and the end spherical surface 15 (Fig. 1) of the fixed element with the center of the sphere at the focal point F interacts with the base 16 by means of adjusting screws 17.

Расщепленные компоненты лучей обозначены (фиг. 1, 6): 18 луч, падающий под углом β к нормали поверхности носителя 10 информации и обеспечивающий изменяющуюся оптическую разность хода расщепленных лучей при торцовых биениях на Δ L поверхности носителя 10 информации; 19 луч, отраженный от поверхности носителя 10 информации, отражателя 9 и прошедший светоделитель 8 в ортогональной плоскости к лучу 7; 20 луч неизменного оптического хода, полученный в результате деления луча 7 на светоносителе 8; 20' луч с изменениями оптического хода. The split beam components are indicated (Fig. 1, 6): 18 beam incident at an angle β to the normal to the surface of the information carrier 10 and providing a varying optical path difference of the split rays during end beats on Δ L of the surface of the information carrier 10; 19 a beam reflected from the surface of the information medium 10, the reflector 9 and the transmitted beam splitter 8 in the orthogonal plane to the beam 7; 20 beam of a constant optical path obtained by dividing beam 7 on a light carrier 8; 20 'beam with changes in optical travel.

Энергетические значения лучей 6, 7, 18-21 и отраженных компонентов обозначены (фиг. 6):
W2' рабочий луч 6;
W входящий луч 7;
W2'' нормально отраженная компонента от поверхности носителя 10 информации;
W3' отраженная компонента от светоделителя 8;
W4' отраженная компонента от отражателя 9;
W4'' отраженная компонента со смещением Δ l на поверхности носителя информации;
W5'' отраженная компонента от отражателя 9 в ортогональной плоскости;
W5''' компонента, прошедшая светоделитель 8;
W1' компонента с постоянным оптическим ходом l3, отраженная от светоделителя 8.
The energy values of the rays 6, 7, 18-21 and the reflected components are indicated (Fig. 6):
W 2 'working beam 6;
W incoming beam 7;
W 2 ″ a normally reflected component from the surface of the information medium 10;
W 3 'reflected component from the beam splitter 8;
W 4 'reflected component from the reflector 9;
W 4 '' reflected component with offset Δ l on the surface of the information carrier;
W 5 ″ the reflected component from the reflector 9 in the orthogonal plane;
W 5 ″ component passed the beam splitter 8;
W 1 'component with a constant optical path l 3 reflected from the beam splitter 8.

Блок 12 управления включает в себя генератор 21 (фиг. 4) управляемой частоты импульсов, фотоприемный блок 11, фотоприемники которого сгруппированы в группы 22. Фотоприемники в каждой из групп смещены на π-фазу световой волны источника излучения, а каждая группа запараллельных фотоприемников подключена к усилителям 23 в противофазе, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 24, схему 25 синхронизации генератора 21, подключенного к коммутатору 26 исполнительного привода 5 (привода фокусировки), задатчик 27 позиции фокуса, сумматор 28. Схема 25 синхронизации подключена первым входом к выходу сумматора 28, объединенному c входом АЦП 24, соединенного выходом с вторым (а шина) R-входом схемы 25 синхронизации, первый групповой (S1.Si)-вход этой схемы подключен к выходам блока 29 элементов 3И (совпадений) (фиг. 9), второй групповой вход схемы 25 подключен к выходам блока 30 резисторов дискретно изменяющего номинала.The control unit 12 includes a generator 21 (Fig. 4) of a controlled pulse frequency, a photodetector 11, the photodetectors of which are grouped into groups 22. The photodetectors in each group are shifted by the π phase of the light wave of the radiation source, and each group of parallel photodetectors is connected to amplifiers 23 in antiphase, analog-to-digital Converter (ADC) 24, the synchronization circuit 25 of the generator 21 connected to the switch 26 of the actuator 5 (focus drive), the focus position switch 27, the adder 28. Synchronization circuit 25 connected by the first input to the output of the adder 28, combined with the input of the ADC 24, connected by the output to the second (and bus) R-input of the synchronization circuit 25, the first group (S 1 .S i ) -input of this circuit is connected to the outputs of the block 29 of 3I elements ( coincidences) (Fig. 9), the second group input of the circuit 25 is connected to the outputs of the block 30 of resistors of a discretely changing nominal value.

АЦП 24 (фиг. 4) включает в себя блок 31 пороговых элементов 31 (1...n), блоки 32, 33 D-триггеров, блок 34 инверторов, логический элемент n И-ИЛИ 35 и блок 29 элементов 3И (совпадений).ADC 24 (Fig. 4) includes a block 31 of threshold elements 31 (1 ... n) , blocks 32, 33 of D-flip-flops, a block of 34 inverters, a logical element n AND-OR 35, and a block 29 of elements 3I (matches) .

Пороговые элементы блока 31 выполнены с возрастающими дискретно порогами срабатываний и подключены поканально к информационным входам первого блока 32 D-триггеров, а также к входам блока 34 инверторов, которые подключены к информационным входам второго блока 33 D-триггеров. The threshold elements of block 31 are made with discrete response thresholds and are connected channel by channel to the information inputs of the first block 32 of D-flip-flops, as well as to the inputs of block 34 of inverters, which are connected to the information inputs of the second block 33 of D-flip-flops.

Блоки 32, 33 и блок 34 инверторов подключены поканально через соответствующие триггеры блока 33 к элементам совпадения в логическом элементе n И-ИЛИ 35, смежные пороговые элементы блока 31 соединены с двумя входами совпадения каждого элемента 3И в блоке 29 (фиг. 9), а третий вход каждого элемента 3И является информационным входом АЦП 24 (фиг. 4, 9), которые подключены к входам задатчика 27 позиции фокуса. Схема 25 синхронизации включает в себя структуры RS-триггеров 36(1...i)(фиг. 4, 5, 9), объединенные R-входами, а выходы триггеров подключены к управляющим входам мультиплексоров 37(1...i), выходы последних являются выходами блока 25, а их первые входы объединены у всех мультиплексоров и являются первым входом блока 25, а вторые являются групповыми входами блока 25, который подключен к групповым выходам блока 30 резисторов (фиг. 4).Blocks 32, 33 and inverter block 34 are connected channel-by-channel through the corresponding triggers of block 33 to coincidence elements in the AND-OR logic element n 35, adjacent threshold elements of block 31 are connected to two coincidence inputs of each element 3 AND in block 29 (Fig. 9), and the third input of each element 3I is the information input of the ADC 24 (Fig. 4, 9), which are connected to the inputs of the setter 27 of the focus position. The synchronization circuit 25 includes structures of RS-flip-flops 36 (1 ... i) (Figs. 4, 5, 9) connected by R-inputs, and the outputs of the triggers are connected to the control inputs of the multiplexers 37 (1 ... i) , the outputs of the latter are the outputs of block 25, and their first inputs are combined at all multiplexers and are the first input of block 25, and the second are group inputs of block 25, which is connected to the group outputs of block 30 of resistors (Fig. 4).

Задатчик 27 позиции фокуса включает в себя буферный регистр 38, подключенный к управляющим Si-входам мультиплексора 39 "1 на n". Луч 7 (W) монохроматического источника (фиг. 1, 6) расщепляется на светоделителе 8 на составляющие W1' и рабочий луч 6 (W2') в ортогональных плоскостях. Отраженная компонента W2'' от плоскости носителя 10 информации, имеющей торцовые биения со смещениями Δ h по оптической оси объектива 1, отражается от светоделителя 8 в ортогональной плоскости и в виде компоненты W3' отражается от отражателя 9 (W4') с направлением падения под углом β к нормали плоскости носителя информации 10. Пройдя объектив 1 и отражаясь от плоскости носителя 10 со смещением Δ l от оптической оси объектива (ввиду наклона под углом β), компонента W4'' отражается от отражателя 9 (W5'') в ортогональной плоскости и в качестве компоненты W5''' проходит светоделитель 8, соединяясь посредством объектива 2 с компонентой W1' в его фокальной плоскости, создает интерферограмму в соответствии с оптической разностью хода лучей по плечам (l3 + l2) и h.The focus position switch 27 includes a buffer register 38 connected to the control S i inputs of the 1-by-1 multiplexer 39. Beam 7 (W) of a monochromatic source (Figs. 1, 6) is split on a beam splitter 8 into components W 1 'and a working beam 6 (W 2 ') in orthogonal planes. The reflected component W 2 ″ from the plane of the information carrier 10 having end beats with displacements Δ h along the optical axis of the lens 1 is reflected from the beam splitter 8 in the orthogonal plane and is reflected from the reflector 9 (W 4 ′) in the form of the component W 3 ′ with the direction falling at an angle β to the normal to the plane of the information medium 10. Having passed the lens 1 and reflected from the plane of the medium 10 with an offset Δ l from the optical axis of the lens (due to the inclination at an angle β), the component W 4 '' is reflected from the reflector 9 (W 5 '' ) in the orthogonal plane and as a component W 5 '''passes the beam splitter 8, connecting through the lens 2 with the component W 1 ' in its focal plane, creates an interferogram in accordance with the optical difference of the rays along the shoulders (l 3 + l 2 ) and h.

Изменения оптической разности хода лучей в связи с изменением одного из плеч вызывают смещение полос интерферограммы, что регистрируется фотоприемным блоком 11. Из построений на фиг. 7 и 8 приведем доказательства того, что изменения оптической разности хода лучей при смещении подвижного элемента по оптической оси объектива 1 на Δ h действительно имеют место. Changes in the optical difference in the path of the rays due to a change in one of the arms cause a shift in the bands of the interferogram, which is recorded by the photodetector unit 11. Of the constructions in FIG. 7 and 8, we give evidence that changes in the optical difference in the path of the rays when the movable element is displaced along the optical axis of the lens 1 by Δ h do occur.

Изменение плеча l1 (фиг. 6) на Δ l при подвижке подвижного элемента 4 на Δ h дает:
Δ l Δ h (1)
Обозначим ход луча W4' (фиг. 6, 7) под углом β С-отрезком, а двойной ход (с учетом луча W4'') 2 С.
Changing the shoulder l 1 (Fig. 6) by Δ l when moving the movable element 4 by Δ h gives:
Δ l Δ h (1)
We denote the beam path W 4 '(Fig. 6, 7) at an angle β with the C-segment, and the double stroke (taking into account the beam W 4 '') 2 C.

Рассмотрев соотношение приращений на фиг. 8:
Δ h Δ C ˙cosβ (2) или заменив на коэффициенты:
К cos β h К ˙Δ С, а с учетом (2) Δ h 2К ˙Δ С
С учетом (1) Δ l 2к ˙Δ С.
Having examined the increment ratio in FIG. 8:
Δ h Δ C ˙cosβ (2) or by substituting the coefficients:
К cos β h К ˙Δ С, and taking into account (2) Δ h 2К ˙Δ С
Given (1) Δ l 2k кΔ C.

Из (3) Δ С Δ l/2К (3)
Условно примем: Δ l единичное приращение:
Δ l 1, тогда Δ С 1/2к (4)
Из (4) видно, что при единичном приращении Δ h 1 изменение хода одного из расщепленных лучей
Δ l 1, (5) а изменение хода другого расщепленного луча
Δ C ≠ 1 (сравним по (4)) Следовательно, оптическая разность хода лучей при подвижках подвижного элемента 4 (фиг. 1) имеет место.
From (3) Δ С Δ l / 2К (3)
Let us conditionally accept: Δ l unit increment:
Δ l 1, then Δ С 1 / 2к (4)
From (4) it can be seen that, at a unit increment Δ h 1, the change in the course of one of the split rays
Δ l 1, (5) and the change in the course of another split beam
Δ C ≠ 1 (comparable in (4)) Therefore, the optical difference in the path of the rays during the movements of the movable element 4 (Fig. 1) takes place.

Эти изменения вызывают сдвиг интерферограммы и анализируются в блоке 12 (фиг. 4), а возникающие рассогласования отрабатываются исполнительным приводом 5. При подвижках в режиме слежения за изменениями Δ h поверхности носителя 10 восстанавливается заданное цифровым кодом положение неизменности оптической разности хода лучей и в результате этого фокус F может следить не только за поверхностью носителя 10 информации, но и находиться на некоторой глубине от этой поверхности с сокращением постоянства глубины в динамике. Это позволяет осуществлять многослойную запись с просвечиванием поверхности и существенно увеличить плотность записи по количеству числа слоев. Точность позиционирования определяется возможностями системы регулирования. These changes cause a shift in the interferogram and are analyzed in block 12 (Fig. 4), and the resulting discrepancies are processed by the actuator 5. During shifts in the tracking mode of changes Δ h of the surface of the carrier 10, the position of the invariance of the optical path difference of the rays is restored by a digital code, and as a result focus F can monitor not only the surface of the information medium 10, but also be at a certain depth from this surface with a reduction in the constancy of depth in dynamics. This allows for multilayer recording with surface translucency and to significantly increase the recording density by the number of layers. Positioning accuracy is determined by the capabilities of the regulatory system.

В статическом состоянии осуществляется самоцентрирование подвижного элемента 4 на воздушной смазке. Расход воздушной смазки сравнительно мал и обеспечивается конструкцией жиклеров (фиг. 3) с отверстием истечения диаметром порядка 0,06 мм. In a static state, self-centering of the movable element 4 is carried out on air lubrication. The consumption of air lubrication is relatively small and is ensured by the design of the nozzles (Fig. 3) with a discharge hole with a diameter of about 0.06 mm.

Подвижный элемент 4 (фиг. 1) подвешен с возможностью осевых перемещений электромагнитными силами взаимодействия с исполнительным приводом 5 (приводом фокусировки), а неподвижный элемент 3 фиксирован на основании 16 по поверхности 15 регулировочными винтами. The movable element 4 (Fig. 1) is suspended with the possibility of axial movements by electromagnetic forces of interaction with the actuator 5 (focusing drive), and the fixed element 3 is fixed on the base 16 on the surface 15 with adjusting screws.

Фотоприемники фотоприемного блока 11 сгруппированы со смещением на π-фазу световой волны источника излучения (фиг. 4) в группы 22 (фиг. 10), запараллеленные по группам и объединенные по двум каналам через усилители 23 на входы сумматора 28, выполненного на операционном усилителе. При взаимодействии с полосами интерферограммы такая схема дает увеличение крутизны выходного сигнала сумматора при осреднении по передним и задним фронтам импульсов. Пусть на задатчике 27 (фиг. 4) позиции фокуса возбуждена i-шина за счет подачи кода на информационные Si-входы мультиплексора 39 "1 на n". При плюс-рассогласовании сигнал Wiна выходе сумматора 28 возрастает за счет смещения полос интерферограммы. При возрастании Wi происходит последовательное срабатывание пороговых элементов (311.31n).The photodetectors of the photodetector unit 11 are grouped with an offset of the light source of the radiation source (Fig. 4) by the π phase (Fig. 4) into groups 22 (Fig. 10), which are parallelized in groups and combined through two channels through amplifiers 23 to the inputs of the adder 28 made on an operational amplifier. When interacting with interferogram bands, such a scheme gives an increase in the steepness of the output signal of the adder when averaging over the leading and trailing edges of the pulses. Let the i-bus be excited at the focus positioner 27 (Fig. 4) by supplying a code to the information S i- inputs of the multiplexer 39 "1 by n". With plus mismatch, the signal W i at the output of the adder 28 increases due to the displacement of the bands of the interferogram. As W i increases, the threshold elements (31 1 .31 n ) sequentially trigger.

В момент срабатывания порогового элемента, например 31n-1осуществляется подготовка к срабатыванию D-триггера 32n, которое происходит при срабатывании порогового элемента 31n положительным перепадом по С-входу. На выходе инвертора 34n формируется логический "0" (при формировании логической "1" на его входе), и это подготавливает D-триггер 33n к срабатыванию, которое произойдет при положительном перепаде на С-входе D-триггера 33n, то есть когда пороговый элемент 31nвозвратится в исходное состояние "0".At the moment of triggering of the threshold element, for example, 31 n-1 , preparation is made for the triggering of the D-trigger 32 n , which occurs when the threshold element 31 n is triggered by a positive differential across the C input. A logical “0” is formed at the output of the inverter 34 n (when forming a logical “1” at its input), and this prepares the D-trigger 33 n for operation, which will occur when there is a positive difference at the C-input of the D-trigger 33 n , that is when the threshold element 31 n returns to the initial state "0".

До того, как это произойдет, наличие логической "1" на выходах пороговых элементов 31n-1 и 31n (заштрихованы на фиг. 4) и заданное возбуждение логической "1" информационной шины аi задатчика 27 обеспечат срабатывание элемента 3И в блоке 29 элементов совпадений, что вызывает S-срабатывание триггера 36i в схеме 25 синхронизации (фиг. 4, 5). Возникшее состояние триггера посредством мультиплексора 37i и "2 на 1" коммутирует шину с соответствующим резистором 30i, а сигнал выхода схемы синхронизации воздействует на генератор 21 управляемой частоты импульсов так, что частота следования импульсов уменьшается в зависимости от номинала подключенного на его вход резистора 30i. В результате смещения полосы сигнал Wi на выходе сумматора уменьшается и это ведет к возврату порогового элемента 31n в исходное "0" состояние.Before this happens, the presence of a logical "1" at the outputs of the threshold elements 3 1n-1 and 31 n (shaded in Fig. 4) and a given excitation of the logical "1" information bus a i of the setpoint 27 will trigger element 3I in block 29 coincidence elements, which causes the S-response of the trigger 36i in the synchronization circuit 25 (Fig. 4, 5). The resulting trigger state through the multiplexer 37i and 2-by-1 commutes the bus with the corresponding resistor 30i, and the output signal of the synchronization circuit acts on the generator 21 of the controlled pulse frequency so that the pulse repetition rate decreases depending on the value of the resistor 30i connected to its input. As a result of the shift of the strip, the signal W i at the output of the adder decreases and this leads to the return of the threshold element 31n to the initial “0” state.

Этот переход (1 _→ 0) вызывает перепад сигнала (0 _→ 1) на выходе инвертора 34n, что обеспечивает срабатывание D-триггера 33n, так как на его D-входе логическая "1". В результате на входах элемента совпадения логического элемента n И-ИЛИ 35 обеспечивается совпадение и этот элемент срабатывает, формируя короткий импульс и этим импульсом осуществляется R-сброс всех D-триггеров схемы АЦП 24. Кроме того, триггер 36i в блоке 25 синхронизации возвращается в исходное состояние, что вызывает передачу напрямую по смежной входной шине мультиплексора 37i сигнала Wiбольшей амплитуды на его выход. Это увеличивает частоту генератора 21 и вызывает противоположное предыдущему смещение полосы. Далее процесс повторяется, причем сила взаимодействия исполнительного привода 5 оказывается фиксированной с погрешностью, связанной с дискретом порогов срабатываний пороговых элементов и принятыми номиналами резисторов в блоке 30. Интенсивность работы исполнительного привода 5 фокусировки зависит от значений кодового сигнала, записанного в буферном регистре 38 задатчика 27 позиции фокуса, где Fi кодовый сигнал записи позиции.This transition (1 _ → 0) causes a signal drop (0 _ → 1) at the output of the inverter 34 n , which ensures the triggering of the D-trigger 33 n , since the logic “1” is at its D-input. As a result, the coincidence is provided at the inputs of the coincidence element of the AND-OR logic element n and this element is triggered, forming a short pulse and this pulse carries out an R-reset of all D-flip-flops of the ADC circuit 24. In addition, the trigger 36i in the synchronization block 25 is returned to the original a state that causes a direct transmission of a larger amplitude signal W i to its output directly on the adjacent input bus of the multiplexer 37i. This increases the frequency of the oscillator 21 and causes the band offset to be opposite to the previous one. Then the process is repeated, and the interaction force of the actuator 5 is fixed with an error associated with the discrete thresholds of the threshold elements and the accepted values of the resistors in block 30. The intensity of operation of the focusing actuator 5 depends on the values of the code signal recorded in the buffer register 38 of the positioner 27 focus, where F i is the position recording code signal.

В динамическом состоянии осуществляется слежение за поверхностью носителя 10 информации. Конструкция проекционных систем, принятая оптическая схема и структура блока управления реализуют возможность в широком диапазоне изменять позицию фокуса по цифровому кодовому сигналу. Кроме того, это позволяет упразднить вспомогательный лазер, упростить конструкцию путем использования вместо вспомогательного лазера расщепленного луча, входящего в систему. Появляется ряд новых качеств устройства. In a dynamic state, the surface of the information medium 10 is monitored. The design of the projection systems, the adopted optical design, and the structure of the control unit make it possible to change the focus position using a digital code signal over a wide range. In addition, this makes it possible to eliminate the auxiliary laser and simplify the design by using, instead of the auxiliary laser, a split beam entering the system. A number of new qualities of the device appear.

Claims (1)

УСТРОЙСТВО ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОЙ ФОКУСИРОВКИ ИЗЛУЧЕНИЯ, содержащее подшипник на газовой смазке с подвижным и неподвижным элементами скольжения, датчик фокусировки с последовательно установленными на оптической оси лазерного источника излучения светоделителем, объективом и носителем информации с информационными дорожками, а также фотоприемным блоком, установленным с возможностью проецирования на него через светоделитель информационных дорожек носителя информации, выходы фотоприемного блока соединены с входами блока управления, выход которого подключен к приводу фокусировки, причем блок управления состоит из двух усилителей, аналого-цифрового преобразователя, генератора, коммутатора, схемы синхронизации, резистивного блока и задатчика позиции фокуса, отличающееся тем, что, с целью повышения точности фокусировки и упрощения конструкции электронной части устройства, в датчик фокусировки введены зеркало и дополнительный объектив, установленный между светоделителем и фотоприемным блоком, а в блок управления схема осреднения, выполненная в виде сумматора на операционном усилителе, генератор выполнен управляемым, фотоприемный блок, дополнительный объектив, светоделитель, зеркало и объектив установлены внутри подвижного элемента скольжения подшипника на газовой смазке, зеркало оптически связано с объективом, а также с фотоприемным блоком через светоделитель и дополнительный объектив, подвижный элемент размещен внутри неподвижного с возможностью перемещения вдоль оптической оси лазерного источника излучения, привод фокусировки размещен на неподвижном элементе и магнитосвязан с подвижным элементом подшипника на газовой смазке, фотоприемники фотоприемного блока объединены в две группы, в каждой из которых фотоприемники установлены параллельно на краях проекций соответствующих информационных дорожек, группы размещены с параллельным смещением одна относительно другой и подключены в противофазе, усилители блока управления установлены параллельно и их входы подсоединены к входам блока управления, а выходы к входам сумматора, связанного выходом с входом аналого-цифрового преобразователя, первым входом схемы синхронизации и входом резистивного блока, выходы которого соединены с первым групповым входом схемы синхронизации, вход синхронизации и второй групповой вход которого подключены к соответствующим входам аналого-цифрового преобразователя, выходы схемы синхронизации соединены с входами управляемого генератора, выход которого через коммутатор подключен к выходу блока управления, при этом схема синхронизации выполнена из N RS-триггеров с объединенными R-входами, выходы которых соединены с управляющими входами N мультиплексоров "2 на 1", подсоединенных выходами к соответствующим выходам схемы синхронизации, сигнальные шины мультиплексоров связаны с первыми и первым групповым входами схемы синхронизации, объединенные R-входы RS-триггеров с входом синхронизации, S-входы RS-триггеров с вторыми групповыми входами схемы синхронизации, а выходы задатчика позиции фокуса соединены с групповыми входами аналого-цифрового преобразователя блока управления. DEVICE FOR AUTOMATIC FOCUSING OF RADIATION, comprising a gas-lubricated bearing with movable and fixed sliding elements, a focusing sensor with a beam splitter, a lens and an information carrier with information tracks, as well as a photodetector installed with the possibility of projection onto it, sequentially mounted on the optical axis of the laser radiation source through the beam splitter of the information tracks of the information carrier, the outputs of the photodetector unit are connected to the inputs of the control unit, for which it is connected to the focusing drive, the control unit consisting of two amplifiers, an analog-to-digital converter, a generator, a switch, a synchronization circuit, a resistive unit and a focus position adjuster, characterized in that, in order to increase the focusing accuracy and simplify the design of the electronic part of the device , a mirror and an additional lens mounted between the beam splitter and the photodetector block are introduced into the focusing sensor, and the averaging circuit made in the form of an adder for operation is introduced into the control unit This amplifier, the generator is controllable, the photodetector unit, an additional lens, a beam splitter, a mirror and a lens are mounted inside the movable sliding element of the gas-lubricated bearing, the mirror is optically connected to the lens and also with the photodetector block through a beam splitter and an additional lens, the movable element is placed inside the fixed with the ability to move along the optical axis of the laser radiation source, the focusing drive is placed on a fixed element and magnetically connected to the movable element gas lubricated bearing volume, photodetectors of the photodetector unit are combined in two groups, in each of which photodetectors are mounted parallel to the projection edges of the respective information tracks, the groups are placed with parallel displacement one from the other and are connected in antiphase, the control unit amplifiers are installed in parallel and their inputs are connected to the inputs of the control unit, and the outputs to the inputs of the adder, connected by the output to the input of the analog-to-digital converter, the first input of the synchronization circuit and input the house of the resistive block, the outputs of which are connected to the first group input of the synchronization circuit, the synchronization input and the second group input of which are connected to the corresponding inputs of the analog-to-digital converter, the outputs of the synchronization circuit are connected to the inputs of the controlled generator, the output of which through the switch is connected to the output of the control unit, when This synchronization circuit is made of N RS-flip-flops with combined R-inputs, the outputs of which are connected to the control inputs of N 2-on-1 multiplexers, connected outputs to the corresponding outputs of the synchronization circuit, the signal buses of the multiplexers are connected to the first and first group inputs of the synchronization circuit, the combined R inputs of RS triggers with the synchronization input, the S inputs of RS triggers with the second group inputs of the synchronization circuit, and the outputs of the focus position switch are connected with group inputs of the analog-to-digital converter of the control unit.
SU4937606 1991-04-23 1991-04-23 Automatic radiation focusing device RU2035772C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU4937606 RU2035772C1 (en) 1991-04-23 1991-04-23 Automatic radiation focusing device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU4937606 RU2035772C1 (en) 1991-04-23 1991-04-23 Automatic radiation focusing device

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2035772C1 true RU2035772C1 (en) 1995-05-20

Family

ID=21575235

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SU4937606 RU2035772C1 (en) 1991-04-23 1991-04-23 Automatic radiation focusing device

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2035772C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2447468C2 (en) * 2010-04-02 2012-04-10 Учреждение Российской академии наук Конструкторско-технологический институт научного приборостроения Сибирского отделения РАН Method for automatic focusing of operating radiation on 3d optical surface

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
1. Репринт N 319, Новосибирск, Сибирское отделение, АН СССР, с.18. *
2. Авторское свидетельство СССР N 1705861, кл. G 11B 7/09, 1989. *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2447468C2 (en) * 2010-04-02 2012-04-10 Учреждение Российской академии наук Конструкторско-технологический институт научного приборостроения Сибирского отделения РАН Method for automatic focusing of operating radiation on 3d optical surface

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR20210080431A (en) Method for Confocal Optical Protractor with Structured Light Illumination to Determine Angle
US4732485A (en) Optical surface profile measuring device
NL8702254A (en) TEST SYSTEM FOR OPTICAL DISCS.
DE3137211C2 (en) Device for determining the movement of an object with an interferometer
US6218870B1 (en) Anti-glitch system and method for laser interferometers using frequency dependent hysteresis
NL8502679A (en) OPTICAL TURNOVER ELEMENT AND MOVEMENT METER EQUIPPED WITH THIS ELEMENT.
FR2615280A1 (en) DEVICE FOR MEASURING THE DISTANCE IN RELATIVE MOTION OF TWO MOBILE OBJECTS IN RELATION TO EACH OTHER
US4093338A (en) Apparatus for piecewise generation of grating-like patterns
RU2035772C1 (en) Automatic radiation focusing device
FR2625816A1 (en) METHOD AND DEVICE FOR COMPENSATING THE POSITIONING ERROR OF AN OPTICAL PHOTOTRACER
CN109521655B (en) Fringe locking type holographic interference lithography system and fringe locking method
JPH01116930A (en) Position detecting device for light beam
JPS632323B2 (en)
JPH0843135A (en) Encoder having optical imaging element for optical diffraction
Veillard et al. Real-time tracking of the head-disk separation using laser heterodyne interferometry. I. Instrumentation
JPH10103917A (en) Position measuring apparatus
SU1705700A1 (en) Device to check thickness of films in process of deposition in vacuum chamber of multilayer optical coating
JPH11119276A (en) Lens system
SU1187133A1 (en) Photoelectric automatic collimator
SU1705861A1 (en) Instrument for automatic radiation focusing at medium of the data record-play back system
JPS6122243Y2 (en)
RU1793418C (en) Automatic focusing device for photographic objective
RU1802877C (en) Automatic focusing device for optical data recording and reproducing system
JPH02278122A (en) Optical position detector
SU1388722A1 (en) Device for measuring number of interference bands