DE2501124C3

DE2501124C3 - Einrichtung zum Fokussieren eines Leselichtbündels auf einem teilweise reflektierenden oder teilweise transparenten Informationsträger

Info

Publication number: DE2501124C3
Application number: DE2501124A
Authority: DE
Inventors: Jean Claude Gonez-Le-Chatel Lehureau
Original assignee: Thomson-Brandt SA
Current assignee: Thomson-Brandt SA
Priority date: 1974-01-15
Filing date: 1975-01-14
Publication date: 1981-08-27
Also published as: GB1493963A; JPS5712188B2; FR2271590A1; CA1065054A; US4023033A; DE2501124A1; IT1028311B; DE2501124B2; FR2271590B1; JPS50104539A

Description

a) astigmatische optische Einrichtungen (C) sind auf dem Weg des am Träger (D) reflektierten Lesebündels (4) zwischen der Quelle (O) dieses Lesebündels und der Beobachtungsebene (P; 11, 12) angeordnet,

— wobei sich in der Beobacl.tungsebene ein aus vier Detektorelementen (31,32,33,34) gleicher geometrischer Form gebildetes Detektorsystem befindet, dessen Detektorelemente durch ein rechtwinkeliges Achsenkreuz voneinander getrennt sind,

— wobei die Winkelhalbierenden dieses Achsenkreuzes in ihrer Orientierung den optischen Achsen der astigmatischen optischen Einrichtungen (C) entsprechen, mit einem Mittelpunkt des Achsenkreuzes, der auf der geometrischen Achse des Lesebündels liegt,

— und wobei die Beobachtungsebene (P;11,12) so angeordnet ist, daß die vier Detektorelemente (31,32,33,34) bei richtiger Fokussierung des Lesebündels auf dem Träger (D) mit jeweils gleicher Intensität bestrahlt werden;

b) die Detektorelemente (31, 32, 33, 34) des Detektorsystems sind so geschaltet, daß bei Defokussierung des Lesebündels auf Grund der an benachbarten Detektorelementen empfangenen Intensität ein Signal gebildet wird, welches ein Maß zumindest für die Richtung der Defokussierung darstellt.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die astigmatischen optischen Einrich-. tungen (C)eine zylindrische Sammellinse enthalten.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zylindrische Linse auf der Bahn des reflektierten Teils des Lesebündels derart angeordnet ist, daß sie ohne Einfluß auf den Strahlenverlauf zwischen der Quelle (O)und dem Träger (D)ist.

4. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der reflektierte Teil des Lesebündels, der in der Beobachtungsebene (P; 11,12) empfangen wird, durch einen halbdurchlässigen Spiegel (M) umgelenkt ist, welcher im Strahlengang zwischen der Quelle (O)und dem Objektiv fZ^angeordnet ist.

5. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zylindrische Linse zwischen der Quelle (O)und dem Objektiv (Z^angeordnet ist.

6. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektorelemente (31, 32, 33, 34) quadratische Form haben und jeweils einen Quadranten eines quadratischen Detektorsystems bilden.

7. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung (39) zur Bewegung des Objektivs (L)von dem Signal gesteuert ist.

8. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7,

gekennzeichnet durch die Verwendung in einem optischen Leser für Informationen auf einem Informationsträger, der in der Brennebene des Lesebündels (3) bewegbar ist

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Fokussieren eines· Leselichtbündels auf einen teilweise reflektierenden oder teilweise transparenten Informationsträger, mit einem Objektiv, welches das Lesebündel auf dem Träger konvergieren läßt, und mit optischen Einrichtungen, die einen durch den Träger reflektierten Teil des Lesebündels zu einer Beobachtungsebene leiten.

Eine Fokussiereinrichtung dieser Art ist aus der DE-AS 11 03 050 bekannt. Bei dieser bekannten Einrichtung wird eine Foucaultsche Schneide verwendet, die vor oder hinter dem Brennpunkt in den Strahlengang eingeschoben ist, so daß die beiden Hälften des Strahlenbündels verschieden stark abgeschattet werden. Durch Verschieben der Schneide längs der optischen Achse kann an Hand der gleichmäßigen Abschattung die genaue Stelle des Brennpunktes erkannt werden. Die Abschattung wird durch zwei nebeneinander angeordnete Fotozellen ermittelt. Die Signale dieser Fotozellen werden zur Einstellung des optischen Systems relativ zur Schneide verwendet.

Das optische Auslesen von mit hoher Dichte aufgezeichneten Informationen stellt hohe Anforderungen an die optische Präzision, insbesondere in bezug auf die Fokussierung des Leselichtbündels auf den Informationsträger. Bei Verwendung der bekannten Einrichtung wirkt sich störend aus, daß dieses System empfindlich auf fehlerhafte Stellen des Informationsträgers anspricht; die Stabilität des auf einem Detektor durch das reflektierte Lichtbündel erzeugten Lichtflecks ist dabei nämlich für die Erzielung eines korrekten Fehlersignals unerläßlich. Dieser Mangel kann dadurch behoben werden, daß das reflektierte Lichtbündel durch ein optisches System hindurchgeführt wird, welches von dem das Auslesen der Informationen ausführenden System vollkommen unabhängig ist. Dies bedeutet jedoch einen sehr hohen Aufwand.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Fokussiereinrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die mit einfachen optischen Mitteln und mittels eines einzigen Detektorsystems eine gegenüber Fehlern des Informationsträgers unempfindliche automatische, nachkorrigierbare Fokussierung ermöglicht; die Einrichtung soll ferner ein Signal zur automatischen, nachkorrigierbaren Fokussierung und auch ein Signal, welches einem Informationssignal entspricht, erzeugen können.

Diese Aufgabe wird durch eine Fokussiereinrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 gelöst, die gemäß der Erfindung durch folgende Merkmale gekennzeichnet ist:

a) astigmatische optische Einrichtungen sind auf dem Weg des am Träger reflektierten Lesebündels zwischen der Quelle dieses Lesebündels und der Beobachtungsebene angeordnet,
— wobei sich in der Beobachtungsebene ein aus vier Detektorelementen gleicher geometrischer Form gebildetes Detektorsystem befindet, dessen Detektorelemente durch ein rechtwinkeliges Achsenkreuz voneinander getrennt sind,

— wobei die Winkelhalbierenden dieses Achsenkreuzes in ihrer Orientierung den optischen Achsen der astigmatischen optischen Einrichtungen entsprechen, mit einem Mittelpunkt des Achsenkreuzes, der auf der geometrischen Achse des Lesebündels liegt,

— und wobei die Beobachtungsebene so angeordnet ist, daß die vier Detektorelemente bei richtiger Fokussierung des Lesebündels auf dem Träger mit jeweils gleicher Intensität bestrahlt werden;

b) die Detektorelemente des Detektorsystems sind so geschaltet, daß bei Defokussierung des Lesebündels auf Grund der an benachbarten Detektorelementen empfangenen Intensität ein Signal gebildet wird, welches ein Maß zumindest für die Richtung der Defokussierung darstellt.

Mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 eine Ausführungsform der Einrichtung nach der Erfindung,

F i g. 2 das Schema einer Ausführungsform der Photodetektoreinrichtungen der Fokussierungseinrichtung nach der Erfindung und

F i g. 3 das Schema einer abgewandelten Ausführungsform.

In den verschiedenen Figuren tragen gleiche Teile gleiche Bezugszeichen.

F i g. 1 zeigt: eine Strahlungsenergiequelle O, welche ein Bündel 3 entlang der x-Achse eines rechtwinkeligen jr.y.z-Koordinatensystems aussendet. Einrichtungen M zum Trennen der Lichtenergie, wie etwa ein halbdurchlässiger Spiegel, der nicht zu der x-Achse normal ist, sondern mit dieser einen Winkel von beispielsweise 45° bildet; ein Objektiv L mit der x-Achse als optischer Achse, welches das Bündel 3 in einem Punkt 10 eines zu der x-Achse normalen Trägers D konvergieren läßt, wo eine aufgezeichnete Information das Lichtbündel 3 moduliert. Das so erhaltene modulierte optische Signal ermöglicht später die Wiedergabe der aufgezeichneten Information mit Hilfe eines herkömmlichen Verfahrens, das hier nicht beschrieben wird.

Zumindest ein Bruchteil des Bündels 3 wird durch den Träger D reflektiert. Dieses reflektierte Bündel 4 durchquert das Objektiv L und wird dann durch den halbdurchlässigen Spiegel M abgelenkt, um in einem Punkt A zu konvergieren, welcher zu der Quelle O in bezug auf den Spiegel M symmetrisch ist und auf einer zu der z-Achse parallelen Achse 2 liegt. Durch den Punkt A geht eine zu der Achse 2 normale Ebene F hindurch, welche durch orthogonale Achsen 21 und 22 dargestellt ist, die zu der y-Achse bzw. zu der *-Achse parallel sind. Auf der Achse 2 ist eine optische Einrichtung C angeordnet, mittels welcher die auf der Bahn des reflektierten Bündels 4 gelegene Anordnung astigmatisch gemacht werden kann. Eine solche Einrichtung kann mit Hilfe einer Zylinderlinse hergestellt werden, wobei die Achse des Zylinders parallel zu der x-Achse gewählt wird. Die Zylinderlinse C bewirkt bekanntlich, daß der punktförmigen Quelle O ein Geradenabschnitt 26 beiderseits des Punktes A in der Ebene F entspricht, der in dem in F i g. 1 dargestellten Beispiel zu der y-Achse parallel ist. Zur Verdeutlichung b5 sind in der Zeichnung die im wesentlichen kreisförmigen Spuren 9 und 5 des Bündels 4 auf dem Spiegel Λ/und auf der Zylinderlinse C sowie die Durchmesser 6 und 7 des Lichtflecks 5, welche zu der y-Achse bzw. der x-Achse parallel sind, und die Lichtstrahlen 60 und 70 schematisch dargestellt, welche durch die Enden der Durchmesser 6 bzw. 7 hindurchgehen. Die Lichtstrahlen 60 legen nach Konvergenz in einem Punkt .S der Achse 2 den Geradenabschnitt 26 fest Die Strahlen 70 konvergieren in dem Punkt A Man wählt eine Beobachtungsebene P, die in F i g. 1 durch 2 orthogonale Achsen 11 und 12 dargestellt ist, welche zu der y-Achse bzw. zu der x- Achse parallel sind. Die Ebene fliegt auf der Achse 2 zwischen den Punkten A und B dort, wo die Fläche des Lichtflecks 8 minimal ist

Was oben beschrieben wurde entspricht dem Fall, in welchem das Bündel 3 auf dem Träger D in dem Punkt 10 richtig fokussiert ist

In dem gegenteiligen Fall, der aus Gründen der Übersichtlichkeit in der Zeichnung nicht dargestellt ist und der aus der zufälligen Verschiebung des Trägers D folgt, stellt man fest, daß in der Ebene P ein Lichtfleck gebildet wird, der gegenüber dem Fleck 8 durch Verlängerung längs der Achse 11 oder der Achse 12 verformt ist je nachdem, ob das Bündel 3 vor oder hinter dem Träger D konvergiert.

In der Beobachtungsebene P ordnet man Einrichtungen zum Feststellen der Form des Lichtflecks an. Diese Einrichtungen, die beispielsweise mit Hilfe von photoelektrischen Zellen hergestellt werden, wie in F i g. 2 gezeigt, liefern ein Fokussierungskontrollsignal. Die Detektoreinrichtungen enthalten bei dieser Ausführungsform vier photoelektrische Zellen 31, 32, 33 und 34, die zu einem Quadrat angeordnet sind, dessen Diagonalen durch die Achsen 11 und 12 gebildet sind, und sie sind so angeordnet, daß der oben genannte Lichtfleck 8 im wesentlichen in der Mitte des Quadrats gebildet wird.

Die Zellen, die zu ein und derselben Diagonalen gehören, sind mit einem Addierer verbunden, d. h. in Fig. 2 sind die Zellen 31 und 32 (auf der Achse 11) mit einem Addierer 35 und die Zellen 33 und 34 (auf der Achse 12) mit einem Addierer 36 verbunden. Die Addierer sind mit einem Differenzverstärker 37 verbunden: der Addierer 35 mit dem positiven Eingang des Verstärkers und der Addierer 36 mit seinem negativen Eingang. An dem Ausgang des Verstärkers 37 steht ein elektrisches Signal S zur Verfügung, welches das Fokussierungskontrollsignal darstellt. Zwei Anwendungen dieses Signals sind vorgesehen, beispielsweise: einerseits wird es zu einem Kontrollorgan 38 geleitet, beispielsweise zur Kontrolle durch Sichtbarmachung; andererseits wird das Signal S zu einem Motor 39 geleitet, mittels welchem die Position des Objektivs L (Pfeile 40) in Abhängigkeit von dem Signal S verändert werden kann, wodurch ein Folgeregelsystem für die Fokussierung des Bündels 3 auf dem Träger D geschaffen ist. Es sind die drei Formen von Lichtflecken dargestellt, die sich in der Beobachtungsebene P bilden können: der obenerwähnte Umriß 8 mit minimaler Fläche; ein längs der Achse U verlängerter Umriß 81 und ein längs der Achse 12 verlängerter Umriß 82. Es ist klar, daß unter Berücksichtigung der oben angegebenen Schaltung der photoelektrischen Zellen das Signal S Null, ist, wenn die Fokussierung korrekt ist (der im wesentlichen kreisförmige Fleck 8), daß das Signal S positiv ist, wenn der Träger D sich von dem Objektiv L entfernt hat (Fleck 81), und negativ ist, wenn sich der Träger D dem Objektiv L genähert hat (Fleck 82).

Dieses Kontrollsignal 5 ermöglicht somit, daß die Position der Platte in iedem ZeitDunkt während des

Lesens des Trägers D bekannt ist, und zwar mit Hilfe einer Schaltung, die sehr einfach aufgebaut ist.

Fig.3 zeigt schematisch eint: abgewandelte Ausführungsform eines Teils der Fokussiereinrichtung nach der Erfindung. Bei dieser Ausfiihrungsform ist die Zylinderlinse C zwischen der Quelle O und dem halbdurchlässig« n Spiegel Λ/angeordnet. Als Beispiel ist das Schema in der *,z-Ebene dargestellt und die Achse des Zylinders C liegt in der durch eine y-Achse gehenden senkrechten Ebene.

In der jc^z-Ebene wird die Divergenz des von der Quelle O ausgesandten Lichtbündel's 41 hinter der Linse C verringert. Es durchquert, wie zuvor das Bündel 3, nacheinander den Spiegel M und das Fokussierungsobjektiv L und konvergiert in einem Punkt B₂ der x-Achse. Der Fokussierungspunkl der nicht dargestellten Lichtstrahlen in der Ay-Ebene ist mit A₂ bezeichnet. Der Informationsträger D ist zwischen den Punkten A₂ und B₂ dort angeordnet, wo der Lichtfleck 11 eine minimale Ausdehnung aufweist.

Wie zuvor, reflektiert der Träger D zumindest einen Teil des Lesebündels 41 auf das Objektiv L und den Spiegel M. Das reflektierte Bündel 42 mit der Achse 2, welches auf diese Weise konvergenl gemacht ist, wird in einer Ebene P beobachtet, die normal zu der Achse 2 dort angeordnet ist, wo der lichtfleck 81 eine minimale Ausdehnung hat, wie bei der vorhergehenden Ausführungsform.

Wenn infolge der Verschiebung des Trägers D die Fokussierung des Lesebündels 41 nicht mehr korrekt ist, ist der Lichtfleck längs zwei orthogonalen Achsen verformt. Diese Verformungen werden beispielsweise mit Hilfe der vier photoelektrischen Zellen festgestellt, die in F i g. 2 dargestellt sind.

Wenn man beispielsweise annimmt, daß die Positions-Schwankungen des Trägers D längs der x-Achse auf d*= 10 μΐη begrenzt sind und wenn man ein Leseobjektiv L mit einer Brennweite /=3 mm verwendet, soll die Brechkraft der Linse C

D= -

dx

=r 1 dp/

betragen. Eine derartig geringe Brechkraft ermöglicht die Verwendung der in Fig.3 dargestellten Ausfüh-

2« rungsform: sie stört nämlich nicht wesentlich das Lesen.

Die Fokussierungseinrichtung nach der Erfindung ist

bei jeglichem optischen Lesen von Information anwendbar, die von einer ablaufenden Spur getragen wird. Sie eignet sich jedoch insbesondere zum Lesen von Information hoher Dichte, wie beispielsweise Fernsehsignaie.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Einrichtung zum Fokussieren eines Leselichtbündels auf einen teilweise reflektierenden oder teilweise transparenten Informationsträger, mit einem Objektiv, welches das Lesebündel auf dem Träger konvergieren läßt, und mit optischen Einrichtungen, die einen durch den Träger reflektierten Teil des Lesebündels zu einer Beobachtungsebene leiten, gekennzeichnet durch folgende Merkmale: