NL8501665A

NL8501665A - Optische aftasteenheid met positie- en standdetektiestelsel voor een elektromagnetisch gelagerd objektief.

Info

Publication number: NL8501665A
Application number: NL8501665A
Authority: NL
Original assignee: Philips Nv
Priority date: 1985-06-10
Filing date: 1985-06-10
Publication date: 1987-01-02
Also published as: JPS62901A; KR870000601A; HUT44110A; ES8708267A1; AU585770B2; HK92091A; JPS623438A; EP0206396A1; HU200022B; SG50391G; KR870000608A; CN86104848A; BR8602670A; JPH0535485B2; YU98086A; ATE56299T1; EP0206396B1; KR940010944B1; RU2037860C1; CA1263747A

Description

PHN 11.416 1 * : li ί tf.V. Philips' Gloeilampenfabrieken te Eindhoven.

Optische aftasteenheid met positie- en standdetektiestelsel voor een elektromagnetisch gelagerd objektief.

De uitvinding heeft betrekking op een optische aftasteenheid voorzien van een stralingsbron, een objektieflens voor het fokusseren van de door de stralingsbron geleverde stralingsbundel tot een aftastvlek op een af te tasten oppervlak, van een positie- en 5 standdetektiestelsel voor het detekteren van de posities van de objektieflens langs, en kantelingen van deze lens om, twee onderling loodrechte assen die beide dwars staan op de hoofdstraal van de stralingsbundel, en van een aandrijfinrichting voor het verplaatsen en kantelen van de objektieflens in afhankelijkheid van de door het positie-10 en standdetektiestelsel geleverde elektrische regelsignalen. De uitvinding heeft ook betrekking op een inrichting voor het uitlezen en/of inschrijven van informatie in een informatievlak van een optische registratiedrager.

Het begrip objektieflens moet ruim worden opgevat. Deze 15 lens kan samengesteld zijn uit een aantal lenselementen, maar ook bestaan uit één enkel lenselement met bijvoorbeeld een of twee asferische oppervlakken. De objektieflens kan ook gevormd worden door bijvoorbeeld een holografische lens of een andere lens waarvan de werking berust op diffraktie in plaats van op straalbreking.

20 In het Amerikaanse octrooischrift no. 4.425.043 is een j optische aftasteenheid voor gebruik in een inrichting voor het uitlezen en/of inschrijven van een optische registratiedrager beschreven, in welke aftasteenheid de objektieflens met zijn vatting is opgehangen in een elektromagnetisch systeem. Dit systeem zorgt ervoor dat de 25 objektieflens de bewegingen van de aftasteenheid in hoofdzaak volgt, met andere woorden in hoofdzaak een vaste positie in de aftasteenheid inneemt, terwijl er geen lichamelijk kontakt is tussen deze lens en de overige elementen van de aftasteenheid, met andere woorden de objektieflens is zwevend. Daardoor kan de positie of de beweging van de 30 objektieflens niet beïnvloed worden door parasitaire resonanties, welke resonanties wel een rol spelen indien de objektieflens in de aftasteenheid opgehangen zou zijn met behulp van bijvoorbeeld @501655 ï * PHN 11.416 2 mechanische of elastische middelen. Een elektromagnetische ophanging of lagering van de objektieflens komt de stabiliteit van de door de objektieflens gevormde aftastvlek zeer ten goede..

Opdat de objektieflens bewegingen of trillingen van de 5 aftasteenheid kan volgen moeten er voorzieningen getroffen worden om de positie van de objektieflens ten opzichte van de hoofdstraal van de stralingsbundel en de stand van de optische as van deze lens ten opzichte van de richting van de hoofdstraal te kunnen detekteren en om deze positie en stand te kunnen bijregelen.

10 In de ter inzage gelegde Europese octrooiaanvrage no.

0.070.070 worden enkele uitvoeringsvormen van een elektromagnetisch ophangsysteem voor een objektieflens beschreven waarin de magneetspoelen van het systeem door positie- en standsignalen gestuurd worden, zodanig dat tijdens het in werking zijn van de inrichting, de objektieflens niet 15 alleen zwevend gehouden wordt maar ook in de korrekte positie en stand geplaatst wordt. Voor het verkrijgen van de daartoe noodzakelijke regelsignalen kan, volgens het reeds genoemde Amerikaanse octrooischrift no. 4.425.043 op de zijkant van de objektieflens of diens vatting een reflekterend prisma aangebracht worden. Dit prisma maakt deel uit van 20 een afzonderlijk positie- en standdetektiestelsel dat verder een stralingsbron en een stralingsgevoelig detektiestelsel met minstens vier afzonderlijke detektoren bevat. Het prisma reflekteert de door de stralingsbron uitgezonden bundel naar het detektiestelsel en splitst daarbij deze bundel in twee deelbundels die elk opgevangen worden door 25 een afzonderlijk stel van minstens twee detektoren. De stralingsverdeling over de twee deelbundels en daarmee de uitgangssignalen van de detektoren worden bepaald door de stand en de positie van het prisma en dus van de objektieflens ten opzichte van de vaste stand en positie van de stralingsbundel.

30 Het bekende stand- en positiedetektiestelsel vereist een aantal extra voorzieningen, zoals een extra stralingsbron. Bovendien kan er overspraak tussen de verschillende detektorsignalen, en bijgevolg tussen de verschillende regellussen, optreden waardoor het stand- en positiedetektiestelsel als geheel instabiel kan worden. Verder kan 35 het bekende positie- en standdetektiestelsel alleen werkzaam zijn bij een bepaalde positie, gezien in een vlak dwars op de optische as van de objektieflens, van het prisma. In het bekende stelsel moet ofwel 8501665 PHN 11.416 3 verzekerd zijn dat de objektieflens niet om zijn eigen as kan draaien of een extra opnemer aanwezig zijn voor het detekteren van de draaiing van het prisma om de objektiefas zodat de positie van dit prisma bijgeregeld kan worden.

5 De onderhavige uitvinding heeft ten doel een positie- en standdetektiestelsel te verschaffen dat een onafhankelijke meting van twee translaties en twee kantelingen van de objektieflens mogelijk maakt, dat slechts een gering aantal en eenvoudig te realiseren voorzieningen in de aftasteenheid vraagt, en dat niet beïnvloed wordt 10 door een draaiing van de objektieflens om zijn eigen as. De uitvinding vertoont als kenmerk, dat het stand- en positiedetektiestelsel bevat een ten opzichte van de objektieflens gecentreerde en gefixeerde ringvormige en kegelvormige spiegel en een in de weg van de door de spiegel gereflekteerde straling aangebracht stralingsgevoelig detektiestelsel, 15 bestaande uit twee door een ringvormige strook gescheiden detektoren die elk in vier kwadranten verdeeld zijn.

Voor de positie- en standdetektie van de objektieflens wordt nu gebruik gemaakt van de door de reeds aanwezige stralingsbron uitgezonden straling die niet binnen de pupil van de objektieflens valt 20 en niet in de aftastvlek terechtkomt, zodat geen afzonderlijke stralingsbron voor de positie- en standdetektie nodig is. Deze straling wordt door de kegelvormige spiegel gereflekteerd in een ringvormige __ stralihgsvlek waarvan de gemiddelde diameter past bij die van de ringvormige strook van het stralingsgevoelige detektiestelsel. Dit 25 stelsel heeft een eenvoudige vorm en kan op één substraat geïntegreerd zijn. De kantelingen van de kegelspiegel en dus van de objektieflens om de twee assen dwars op de hoofdstraal van de stralingsbundel en de verplaatsingen van de kegelspiegel in de richting van deze assen veroorzaken elk een andere verplaatsing van het 30 zwaartepunt van de stralingsverdeling over het detektiestelsel waardoor deze verplaatsingen en kantelingen onafhankelijk van elkaar gedetekteerd kunnen worden. Een draaiing van de kegelspiegel om de hoofdstraal van de bundel heeft vanwege de ringvorm van de spiegel geen invloed op de detektorsignalen.

35 Essentieel voor de uitvinding is dat de ringvormige kegelspiegel een vaste positie en stand heeft ten opzichte van de objektieflens. Een uitvoeringsvorm van de optische aftasteenheid kan als 8501665 PHN 11.416 4 c * verder kenmerk vertonen, dat de ringvormige spiegel een met de vatting I van de objektieflens verbonden element is.

Een andere uitvoeringsvorm van de aftasteenheid vertoont als kenmerk, dat de ringvormige kegelspiegel wordt gevormd door een 5 afgeschuinde opstaande rand van een lenselement van de objektieflens, welke opstaande rand van een reflektielaag is voorzien. Bij deze uitvoeringsvorm kan de opstaande rand van het bedoelde lenselement, dat het enige element van de objektieflens kan zijn, reeds tijdens de vervaardiging van het lenselement daarop aangebracht worden, en behoeft 10 deze rand alleen nog maar van een reflektielaag te worden voorzien.

In een optische aftasteenheid wil men, vanwege het gewicht en de kosten het liefst een objektieflens dat uit slechts één lenselement bestaat gebruiken. Een dergelijke lens zal een of twee asferische brekende oppervlakken moeten hebben. Zo'n lenselement 15 zal alleen dan in grote aantallen tegen aanvaardbare kosten vervaardigd kunnen worden indien gebruik gemaakt wordt van lensmatrijzen waarvan de binnenoppervlakken een profiel vertonen dat het omgekeerde is van het gewenste profiel van het lensoppervlak. Met dergelijke matrijzen kunnen geheel uit doorzichtige kunststof bestaande lenselementen geperst 20 worden. Bij voorkeur wordt echter uitgegaan van een glazen voorvorm waarop een zich in voldoend weke toestand bevindende kunststof wordt aangebracht die in vorm wordt gebracht met behulp van een lensmatrijs en daarna wordt uigehard. Deze kunststof kan een met ultraviolette straling uithardbare kunststof zijn.

25 Een voorkeursuitvoeringsvorm van de optische aftastinrichting waarin de objektieflens uit één lenselement bestaat in de vorm van een transparant lichaam waarvan het naar de stralingsbron gerichte oppervlak voorzien is van een laag kunststof met een asferisch buitenprofiel vertoont als verder kenmerk, dat de opstaande rand bestaat 30 uit de genoemde kunststof.

De aftasteenheid kan als verder kenmerk vertonen, dat de detektoren van het stralingsgevoelige detektiestelsel ringvormig zijn. Doordat de oppervlakken van de detektoren nu klein zijn is de responsiesnelheid van deze detektoren groot en is het positie- en 35 standdetektiestelsel minder gevoelig voor stoorstraling veroorzaakt door bijvoorbeeld ongewenste reflekties in de aftasteenheid.

Door gebruik van het positie- en standdetektiestelsel 8501665 PHN 11.416 5 volgens de uitvinding wordt het mogelijk een, in een magneetveld opgehangen objektieflens nauwkeurig in positie en stand gefixeerd te houden, indien de aftasteenheid is voorzien van aandrijfmiddelen die de door de positie- en standdetektiestelsel geleverde servosignalen 5 omzetten in verplaatsingen en kantelingen van de objektieflens.

Een verder aspekt van de uitvinding betreft dan ook de kombinatie van het positie- en standdetektiestelsel met een specifieke elektromagnetische aandrijfinrichting voor dit doel. Volgens dit aspekt vertoont de aftasteenheid als kenmerk, dat de aandrijfinrichting wordt 10 gevormd door enerzijds een met de objektieflens vast verbonden ringvormige permanente magneet en anderzijds twee stellen van telkens minstens drie stationaire magneetspoelen, waarbij de spoelen van het eerste stel gerangschikt zijn in een eerste vlak dwars op de hoofdstraal van de stralingsbundel en de spoelen van het tweede stel in een tweede 15 vlak parallel aan het eerste vlak.

Het deze aandrijfinrichting kan ook de axiale positie, dat wil zeggen de positie langs de hoofdstraal van de stralingsbundel, worden bijgeregeld, en daarmee de fokussering van de objektieflens. Deze regeling is nodig bij de aftasting van een schijfvormige 20 registratiedrager waarbij een variatie in de axiale afstand tussen de aftastinrichting en het punt van het informatievlak dat wordt afgetast kan optreden. Het regelsignaal voor de fokussering wordt geleverd door een fokusfoutdetektiestelsel dat reeds aanwezig is in een konventionele aftasteenheid, en niet door het positie- en detektiestelsel voor de 25 objektieflens.

De variatie in axiale afstand tussen het informatievlak en de aftasteenheid kan relatief groot zijn, zodat de axiale positie van de objektieflens over relatief grote afstaznd bijgeregeld moet kunnen worden. Een grotere verplaatsing van de objektieflens en de magneetring 30 vanuit de axiale symmetrische stand tussen de twee stellen magneetspoelen kan tot gevolg hebben, dat, bij bekrachtigen van bepaalde spoelen voor het realiseren van een bepaalde verplaatsing of een bepaalde kanteling van de objektieflens, behalve de kracht in de gewenste richting ook ongewenste krachten in andere richtingen kunnen 35 optreden, omdat de door de magneetspoelen opgewekte krachten in de ongewenste richtingen elkaar niet meer opheffen. Er kan dan een overspraak, aan te duiden met aandrijveroverspraak, optreden die 8501665 f . v PHN 11.416 6 verschillend is van de in het begin van deze beschrijving genoemde overspraak tussen de detektorsignalen, aan te duiden met detektoroverspraak.

Om de aandrijveroverspraak te verminderen kan de 5 aftasteenheid volgens de uitvinding als verder kenmerk vertonen, dat een axiaal positiedetektiestelsel aanwezig is voor het detekteren van de positie van de objektieflens in de richting van de hoofdstraal van de stralingsbundel en dat het signaal van dit detektiestelsel wordt toegevoerd aan de magneetspoelen. Daardoor wordt bereikt dat de stroom 10 door iedere magneetspoel, en dus de door deze spoel gegenereerde kracht is gekorrigeerd voor, of gewogen met, de feitélijke axiale positie van de objektieflens en ringmagneet ten opzichte van de axiale middenpositie midden tussen de twee vlakken van de magneetspoelen.

Een voorkeursuitvoeringsvorm van de aftasteenheid 15 vertoont als kenmerk, dat het axiale positiedetektiestelsel bevat een signaalgenerator voor het leveren van een eerste stuursignaal aan het eerste stel magneetspoelen en een tweede stuursignaal voor het tweede stel magneetspoelen, welke signalen gelijke amplitude en frequentie doch een tegengestelde fase hebben en een periodieke kanteling van de 20 objektieflens om een van de assen dwars op de hoofdstraal van de stralingsbundel bewerkstelligen, en dat het axiale positiedetektiestelsel verder bevat de elementen van het positie- en standdetektiestelsel voor het omzetten van de periodieke kanteling in een periodiek signaal waarvan de amplitude en de fase de grootte en de 25 richting representeren van een verplaatsing van het axiale midden van de ringvormige magneet uit een vlak gelegen midden tussen de twee vlakken waarin de magneetspoelen gerangschikt zijn.

De extra detektiefunktie wordt dan gerealiseerd met een minimum aantal extra elementen, terwijl een optimaal gebruik gemaakt 30 wordt van de reeds aanwezige voorzieningen in de aftasteenheid.

De optische aftasteenheid is bij uitstek geschikt om toegepast te worden in een inrichting voor het uitlezen en/of inschrijven van informatie in een informatievlak van een ronde schijfvormige registratiedrager. Een dergelijke inrichting kan als 35 kenmerk vertonen, dat tussen de objektieflens en de stralingsbron een uitkoppelelement is aangebracht voor het scheiden van de door de ringvormige spiegel gereflekteerde straling van de door de stralingsbron 85 0 1 6 6 5 _ « 4 PHN 11.416 7 uitgezonden straling.

De door de opening van de ringvormige spiegel tredende straling wordt gebruikt voor de eigenlijke aftasting van bijvoorbeeld een schijfvormige registratiedrager. Deze registratiedrager kan een 5 stalingsdoorlatend of een stralingsreflekterend informatievlak hebben.

In het laatste geval kan de door het informatievlak gereflekteerde straling via het reeds genoemde uitkoppelelement op een stralingsgevoelige informatiedetektor worden gericht. Deze informatiedetektor, die ook uit meerdere deeldetektoren kan bestaan, kan 10 op een andere ruimtelijke positie geplaatst zijn dan het stralingsgevoelige detektiestelsel van het positie- en standdetektiestelsel. Bij voorkeur is echter binnen de cirkelvormige binnenste detektor van het positie- en standdetektiestelsel een stralingsgevoelige detektor aangebracht voor het omzetten van de door 15 het informatievlak gereflekteerde straling in een elektrisch signaal.

Dit signaal kan behalve de uitgelezen informatie ook informatie over de positie van de aftastvlek ten opzichte van een informatiespoor van de registratiedrager bevatten.

De uitvinding zal nu worden toegelicht door beschrijving 20 van haar toepassing in een inrichting voor het uitlezen en/of inschrijven van een optische registratiedrager. Daarbij zal worden verwezen naar de tekening, waarin: figuur 1 een uitvoeringsvorm van een uitleesinrichting voorzien van een positie- en standdetektiestelsel volgens de uitvinding 25 weergeeft, figuur 2 de samengestelde stralingsgevoelige detektor van dit stelsel toont, figuur 3 een elektronisch circuit voor het verwerken van de signalen van deze detektor laat zien, 30 figuur 4 een objektieflens met een geïntegreerde ringvormige spiegel toont, figuur 5 een uitvoeringsvorm van een elektromagnetisch lageringssysteem in bovenaanzicht toont, figuur 6 dit systeem in dwarsdoorsnede weergeeft, en 35 figuur 7 illustreert hoe een axiaal positiesignaal voor de objektieflens kan worden verkregen.

De aftasteenheid volgens figuur 1 bevat een stralingsbron 8501665 ! ...

PHN 11.416 8 1, bijvoorbeeld een diodelaser, een kollimatorlens 2 en een . .

objektieflens 3 die is aangebracht binnen een vatting 4. Zowel de kollimatorlens als de objektieflens kunnen meerdere lenseleaenten bevatten, maar bestaan bij voorkeur uit een enkel lenselement met 5 minstens een asferisch brekend oppervlak.

De door de stralingsbron geleverde divergerende uitleesbundel b wordt door de kollimatorlens omgezet in een evenwijdige bundel, die de opening van de objektieflens 3 op een adequate manier vult. De objektieflens fokusseert de uitleesbundel tot een 10 buigingsbegrensde stralingsvlek V met een diameter van bijvoorbeeld 1 yun, in het informatievlak 31 van een schijfvormige registratiedrager 30, waarvan in figuur 1 een klein gedeelte in radiêle doorsnede is getekend. De informatie is in koncentrische sporen 33, of quasi-koncentrische sporen die samen een spiraalvormig spoor vormen, 15 gerangschikt. Deze informatie bestaat uit een groot aantal, niet weergegeven, optisch detekteerbare informatiegebiedjes die afwisselen met tussengebiedjes. Bij voorkeur bevindt het informatievlak 31 zich aan de bovenzijde van de registratiedrager zodat de uitleesbundel b het doorzichtige substraat 32 van de registratiedrager doorloopt alvorens 20 het informatievlak te bereiken. Verder is het informatievlak bij voorkeur stralingsreflekterend zodat de uitleesbundel in de richting van de stralingsbron gereflekteerd wordt.

Bij roteren van de registratiedrager ten opzichte van de aftasteenheid wordt de door het informatievlak gereflekteerde bundel in 25 de tijd gemoduleerd overeenkomstig de opeenvolging van informatiegebiedjes en tussengebiedjes in een uit te lezen informatiespoor. Om de gemoduleerde bundel te scheiden van de door de stralingsbron uitgezonden bundel is in de stralingsweg een uitkoppelelement 6 in de vorm van bijvoorbeeld een halfdoorlatende 30 spiegel of een, al dan niet polarisatiegevoelig, deelprisma aangebracht, waarvan het scheidingsvlak 7 althans een gedeelte van de straling naar een stralingsgevoelige informatiedetektor 11 reflekteert. De informatiedetektor, in de vorm van bijvoorbeeld een fotodiode, is bij voorkeur aangebracht in een vlak 10 dat samenvalt met de ten opzichte 35 van het scheidingsvlak 7 gespiegelde van het uittreevlak van de diodelaser. De informatiedetektor 11 zet de gemoduleerde uitleesbundel om in een elektrisch signaal dat op bekende wijze wordt verwerkt tot een 8501665 • * PHN 11.416 9 signaal dat geschikt is om, al naar gelang het soort informatie dat in de registratiedrager is opgeslagen, zichtbaar of hoorbaar gemaakt of anderszins verwerkt te worden. De aard van de informatie en de verwerking van het signaal van de informatiedetektor vormen geen 5 onderwerp van de onderhavige uitvinding en zullen hier niet verder besproken worden.

Opdat de objektieflens 3 de bewegingen van de aftasteenheid in hoofdzaak volgt zonder dat er enig lichamelijk kontakt is tussen deze lens in de overige elementen van de aftasteenheid is de 10 objektieflens opgehangen in een elektromagnetisch systeem dat aan de hand van de figuren 5 en 6 nader beschreven zal worden. Daarbij is een positie- en standdetektiestelsel nodig om afwijkingen tussen het midden M van de objektieflens en de hoofdstraal L van de bundel b langs een X-as, gelegen in het vlak van tekening, en langs een Y-as, loodrecht op 15 het vlak van tekening, en om kantelingen van de objektieflens om deze twee assen te kunnen meten, zodat de positie afwijkingen en de kantelingen met behulp van een regelsysteem geëlimineerd kunnen worden.

De oorsprong van het in het rechtergedeelte van figuur 1 20 getekende XYZ-assenstelsel bevindt zich in werkelijkheid in het punt M, zodat de Z-as samenvalt met de hoofdstraal h. De richting van deze as kan ook aangeduid worden met de axiale richting. De kanteling van de objektieflens om de X-as kan aangegeven worden met de kantelhoek en --—_____-die-om de Y-as met de kantelhoekβ) . De X-as, respektievelijk de Y-as, 25 is bijvoorbeeld evenwijdig aan de radiale richting, respektievelijk de tangentiale richting, in het informatievlak.

Volgens de uitvinding wordt het positie- en standdetektiestelsel gevormd door een met de objektieflens vast verbonden ringvormige spiegel 5 die bovendien kegelvormig is, dat wil 30 zeggen dat het spiegelend oppervlak een van 90° afwijkende hoek maakt met de hoofdstraal h, en een in het vlak 10 aangebracht stralingsgevoelige detektiestelsel 9, dat in figuur 2 in vooraanzicht is weergegeven, dus in het aanzicht volgens de lijn II-II'. in figuur 1. De ringvormige spiegel 5 reflekteert het gedeelte van de stralingsbundel b 35 dat binnen het diafragma 8 valt maar buiten de pupil van de objektieflens naar het uitkoppelelement 6, dat op zijn beurt een gedeelte van de straling naar het detektiestelsel 9 reflekteert. Er 8501665 PHN 11.416 10 wordt een ringvormige stralingsvlek op dit stelsel gevormd. Het stralingsgevoelige detektiestelsel 9 bestaat uit twee, door een tussenstrook 12 gescheiden, detektorringen die elk vier detektoren 13, 14, 15 en 16, respektievelijk 17, 18, 19 en 20 bevatten. De ringvormige 5 stralingsvlek is in figuur 2 met de gestreepte cirkels 21 aangegeven. De gemiddelde diameter van deze stralingsvlek is gelijk aan die van de strook 12.

De stralingsverdeling over de acht detektoren is afhankelijk van de positie en kanteling van de ringvormige spiegel 5, en 10 dus van die van de objektieflens 3, Een kanteling om de X-as, respektievelijk om de Y-as, heeft tot gevolg dat de ringvormige stralingsvlek 21 in de richting van de pijl 22, respektievelijk die van de pijl 23 bewogen wordt. Een verschuiving van de spiegel 5 langs de X-en Y-as veroorzaakt een verandering van de stralingsverdeling binnen de 15 ringvormige stralingsvlek, en wel zal bij een verplaatsing langs de X-as het linkergedeelte van het detektiestelsel meer of minder straling ontvangen dan het rechtergedeelte, omdat dan die gedeelten van de twee spiegelhelften die zich binnen de door het diafragma 8 begrensde bundel bevinden niet meer gelijk zijn. Op analoge wijze ontvangt bij een 20 verschuiving langs de Y-as het bovenste gedeelte van het detektiestelsel meer of minder straling dan het onderste gedeelte.

Indien de signalen van de detektoren 13 tot en met 20 worden voorgesteld door S gevolgd door de overeenkomstige .indices, dan worden de verplaatsingen langs de X- en Y-as en de kantelingen om deze 25 assen gegeven door:

Sx = (S14 + s15 + s18 + S1g) - (s13 + s16 + s17 + s20) sy = (s13 + s14 + s17 + s18) - (s15 + s16 + s19 + s20)

So<.= {s13 + s14 + s19 + s20) - (s17 + s18 + s15 + s16) S/3= (S14 + s15 + s17 + S20) - (S18 + s19 + s13 + S16) 30

De verwerking van de afzonderlijke detektorsignalen tot de samengestelde signalen Sx, SY, en Sβkan tot stand gebracht worden met behulp van een elektronisch circuit waarvan in figuur 3 een uitvoeringsvoorbeeld is weergegeven. De werking van dit circuit, dat een 35 aantal optelschakelingen (40 tot en met 47 en 50 tot en met 57) en een aantal aftrekschakelingen (48, 49, 58, 59) bevat, is direkt uit de figuur af te lezen en behoeft niet nader toegelicht te worden. De 8501665 EHN 11.416 11 samengestelde signalen Sx, Sy, S^en 5β zijn onafhankelijk van elkaar en spreken niet op elkaar over, zodat de verschillende verplaatsingen en kantelingen onafhankelijk van elkaar gedetekteerd kunnen worden. Een draaiing van de objektieflens om de Z-as veroorzaakt 5 geen verandering van de ringvormige stralingsvlek 21 en heeft derhalve geen invloed op de detektorsignalen. Ook bij verplaatsingen van de objektieflens langs de Z-as treedt geen verandering in de stralingsvlek 21 op.

Deze signalen worden in de aftasteenheid gebruikt voor 10 het aansturen van de magneetspoelen in een elektromagnetisch lageringssysteem. Daarmee wordt bereikt dat de positie en stand van de objektieflens gekoppeld is aan de positie en stand van de samengestelde detektor 13-20, die vast binnen de aftasteenheid is opgesteld, zodat tijdens het bedrijf van de uitleesinrichting steeds zodanig geregeld 15 wordt dat de objektieflens de juiste positie en stand binnen de aftasteenheid inneemt.

Een voorwaarde daarbij is dat de ringvormige spiegel een vaste positie en stand ten opzichte van de objektieflens heeft. Daartoe kan, zoals figuur 1 toont, de spiegel 5 onderdeel vormen van de 20 objektiefhouder- of vatting 4 waarbinnen de objektieflens vast is opgesteld. Het is ook mogelijk dat deze spiegel een apart element is dat op of binnen de objektiefvatting bevestigd is.

Een zeer aantrekkelijke mogelijkheid voor het nauwkeurig koppelen van de positie en stand van de ringvormige spiegel 5 aan die 25 van de objektieflens 3 doet zich voor wanneer deze lens volgens het zogenaamde replika-proces vervaardigd is. Deze mogelijkheid is in figuur 4 geïllustreerd.

Het is reeds geruime tijd bekend dat in de beschreven aftasteenheid in plaats van een objektieflens bestaande uit meerdere 30 elementen ook een objektieflens bestaande uit slechts één lenselement gebruikt kan worden. Dit lenselement moet dan echter asferische in plaats van sferische brekende oppervlakken hebben opdat de lens voldoende gekorrigeerd is voor aberraties. Om dergelijke enkelvoudige objektieflenzen met een gekompliceerd oppervlakteprofiel in 35 grote aantallen tegen een aanvaardbare prijs te kunnen vervaardigen, is reeds voorgesteld om uit te gaan van een transparant lichaam of voorvorm 60 uit bijvoorbeeld glas dat bijvoorbeeld twee sferische brekende 85 0 1 66 5 PHN 11.416 12 oppervlakken 61 en 62 heeft. Op een van deze of op beide oppervlakken kan een zich in voldoend weke toestand bevindende kunststof aangebracht worden. Deze kunststof kan een thermohardende kunststof zijn maar ook een met behulp van ultraviolette straling polymeriseerbare lak. Nadat de 5 kunststof op het oppervlak is aangebracht wordt er een matrijs met een oppervlak waarvan het profiel het negatieve is van het gewenste lensprofiel, in gedrukt. Vervolgens wordt de kunststof uitgehard en wordt de matrijs verwijderd waarbij de lens voorzien van een kunststoflaag 63 met een asferisch profiel 64 beschikbaar komt. Deze 10 lenzen behoeven geen verder bewerken zoals polijsten te ondergaan.

Volgens de uitvinding kan de matrijs waarmee de objektieflens wordt vervaardigd zodanig worden aangepast dat gelijktijdig met de asferische laag 63 een opstaande rand 65 met een schuin binnenvlak 66 gevormd wordt. Na het vervaardigen van de 15 objektieflens behoeft alleen nog het oppervlak 66 van een reflekterende laag 67 voorzien te worden, bijvoorbeeld door opdampen, om een objektieflens met een geïntegreerde ringvormige spiegel te verkrijgen. De reflekterende opstaande rand kan aangebracht zijn op het lensoppervlak dat zich het dichtst bij de stralingsbron bevindt maar ook 20 op het andere lensoppervlak.

De objektieflens kan ook geheel uit een doorzichtige kunststof bestaan en door persen met behulp van matrijzen die het gewenste profiel vertonen, vervaardigd worden. Ook dan kan de matrijs die gebruikt wordt voor het vervaardigen van een lensopervlak, aan de 25 rand een zodanige verdieping hebben, dat de vervaardigde lens een opstaande rand met een schuin binnenoppervlak heeft. De eerstgenoemde, zogenaamde replika-lens heeft, indien zijn voorvorm uit glas bestaat, echter het voordeel dat hij minder beïnvloed wordt door temperatuursvariaties en andere omgevingsinvloeden, zoals vocht.

30 Het is uiteraard ook mogelijk dat de aftasteenheid een objektieflens bevat die uit meerdere lenselementen bestaat en dat het naar de stralingsbron gerichte oppervlak van de laatste lens een asferisch oppervlak heeft en een geïntegreerde ringvormige spiegel draagt. Deze spiegel kan ook op een van de andere lensoppervlakken 35 aangebracht zijn.

Zoals in figuur 1 is aangegeven, kan de informatiedetektor 11 binnen de samengestelde detektor van het positie- 8501665 PHN 11.416 13 en standdetektiestelsel geplaatst zijn, en met deze op één substraat geïntegreerd zijn, waarbij gebruik gemaakt wordt van bekende en uiterst nauwkeurige technieken voor de vervaardiging van geïntegreerde circuits. De informatiedetektor kan bestaan uit een enkelvoudige 5 detektor die alleen een signaal levert dat de op de registratiedrager opgeslagen informatie representeert. Het is ook mogelijk dat de informatiedetektor verdeeld is in deeldetektoren die behalve het informatiesignaal ook regelsignalen, zoals een spoorvolgsignaal kunnen leveren.

10 Een spoorvolgsignaal kan worden verkregen door de detektor 11 te verdelen in twee deeldetektoren 11a en 11b volgens de gestippelde lijn 45 in figuur 2, welke lijn overeenkomt met de tangentiële richting op de registratiedrager 30. Het verschil tussen de uitgangssignalen van de deeldetektoren 11a en 11b bevat informatie 15 over de grootte en de richting van een afwijking tussen het midden van de uitleesvlek V en de hartlijn van een uit te lezen informatiespoor. De wijze waarop een spoorvolgsignaal kan worden gegenereerd vormt geen onderwerp van de onderhavige uitvinding en zal hier niet verder besproken worden. Bij wijze van voorbeeld wordt verwezen naar het 20 Amerikaanse octrooischrift no. 4.425.043 waar behalve de genoemde

methode voor het opwekken van een spoorvolgsignaal ook een methode voor I

het verkrijgen van een fokusfoutsignaal beschreven is.

In analogie met de laatsgenoemde methode kan in de aftasteenheid volgens de uitvinding een gedeelte van de straling van de 25 door het prisma 6 gereflekteerd hoofdbundel, dat wil zeggen de bundel die op de detektor 11 terecht komt, van de hoofdbundel worden afgesplitst, bijvoorbeeld door een gedeeltelijk doorlatende spiegel. Het afgesplitste gedeelte kan door bijvoorbeeld een dakkant-prisma in twee deelbundels worden gesplitst, welke deelbundels opgevangen worden door 30 drie of vier stralingsgevoelige detektoren die op één lijn dwars op de dakkant van het prisma geplaatst zijn. Het fokusfoutsignaal wordt gegeven door het verschil tussen het somsignaal van de twee buitenste detektoren en het somsignaal van de binnenste detektoren.

Om de stralingsvlek V op een informatiespoor gecentreerd 35 te houden bevat een uitleesinrichting een grofregeling en een fijnregeling. De grofregeling kan daarin bestaan dat de in figuur 1 weergegeven aftasteenheid als een geheel in radiale richting ten 8501665 PHN 11.416 14 opzichte van de registratiedrager bewogen wordt. Daartoe kunnen de elementen 1, 2, 3, 6, 9 en 11 aangebracht zijn binnen één buisvormige houder die door middel van een zwenkarm of een volgens een rechte lijn bewogen slede in radiale richting verplaatst wordt. De 5 fijnregeling kan bestaan uit het instellen van bijvoorbeeld een, in figuur 1 niet weergegeven, kantelspiegel of uit een verplaatsing van de objektieflens over kleine afstanden in de X-, of radiale richting. Zoals in het Amerikaanse octrooischrift no. 4.423.496 beschreven is heeft deze fijnregeling tot gevolg een verplaatsing van de hoofdstraal h van 10 de uitleesbundel ten opzichte van detektoren 11a en 11b, welke verplaatsing onafhankelijk is van een afwijking tussen het midden van de stralingsvlek V en de hartlijn van een uit te lezen spoor. Daardoor wordt een fout, een zogenaamde off-set, in het spoorvolgsignaal geïntroduceerd. Zoals in het Amerikaanse octrooischrift no. 4.423.496 15 beschreven is, kan deze fout worden geëlimineerd door het met behulp van de detektoren 11a en 11b verkregen spoorvolgsignaal te korrigeren met een signaal dat evenredig is met de radiale positie van de objektieflens. In de aftasteenheid volgens de uitvinding wordt dit signaal, Sx, al door het positie- en standdetektiestelsel geleverd en 20 is daarvoor geen apart stelsel nodig zoals wel het geval is in de inrichtingen volgens het Amerikaanse octrooischrift no. 4.423.496.

Bij het uitlezen van een optische registratiedrager met een stralingsreflekterend informatievlak kan, indien de stralingsbron een diodelaser is, gebruik gemaakt worden van het zogenaamde 25 terugkoppeleffekt van de diodelaser. Daarbij wordt de door de informatiestruktuur gemoduleerde bundel niet gescheiden van de door de diodelaser uitgezonden bundel, maar treedt de eerstegenoemde bundel weer de diodelaser binnen en interfereert daar met de in de lasertrilholte opgewekte straling. Daardoor wordt de door de diodelaser uitgezonden 30 bundel overeenkomstig de uitgelezen informatie gemoduleerd. Deze modulatie kan worden gedetekteerd middels een stralingsgevoelige detektor die geplaatst is aan de achterzijde van de diodelaser, door welke achterzijde een straling treedt die gekorreleerd is aan de straling die door de voorzijde van de diodelaser naar buiten treedt. Een 35 ander gevolg van het terugkoppeleffekt is dat de elektrische weerstand van de diodelaser verandert overeenkomstig de uitgelezen informatie. Het detekteren van deze verandering is een tweede mogelijkheid om de in de 85 0 1 6 6 5 PHN 11.416 15 registratiedrager opgeslagen informatie uit te lezen.

Ook in aftasteenheden waarin het terugkoppeleffekt wordt gebruikt kan het positie- en standdetektiestelsel volgens de uitvinding toegepast worden. Een dergelijke aftasteenheid onderscheidt zich van die 5 volgens figuur 1 daarin dat het uitkoppelelement 6 is weggelaten, dat de funktie van de informatiedetektor 11 wordt vervuld door de diodelaser 1 en dat het stralingsgevoelige detektiestelsel 9 voor de positie- en standbepaling om de diodelaser 1 heen is aangebracht.

De uitvinding kan verder eveneens toegepast worden in 10 inrichtingen voor het in doorzicht uitlezen van optische registratiedragers. In dit soort inrichtingen bevindt de informatiedetektor zich aan een andere kant, in een opstelling overeenkomstig figuur 1 aan de bovenkant, van de registratiedrager dan de stralingsbron, zodat deze detektor niet meer geïntegreerd kan 15 worden met het detektiestelsel 9. Dit detektiestelsel kan zich of in de in figuur 1 aangegeven positie bevinden of weer om de diodelaser heen aangebracht zijn.

Om de objektieflens in de korrekte X- en Y-positie en de objektiefas evenwijdig aan de Z*as gefixeerd te houden, kan een 20 elektromagnetisch systeem, bestaande uit een aantal spoelen gebruikt worden aan welke spoelen de signalen Sx, SY, S^cen 5βvan het positie- en standdetektiestelsel toegevoerd worden. In de Europese octrooiaanvrage no. 0.103.929 is een elektromagnetisch systeem beschreven waarin een objektieflens voor het uitlezen van een optische ___________ 25 registratiedrager zodanig verplaatst en gekanteld wordt dat de door deze objektieflens gevormde stralingsvlek het informatievlak in de juiste radiale en tangentiale positie treft. Volgens de uitvinding kan een analoog elektromagnetisch systeem gebruikt worden voor het ten opzichte van het stralingsgevoelige detektiestelsel 9 in positie en stand 30 gefixeerd houden van de objektieflens.

In figuur 5 is het elektromagnetische systeem in bovenaanzicht weergegeven, terwijl figuur 6 een doorsnede van het systeem volgens de lijn VI-VI' toont. In deze figuren is 3 weer de objektieflens en 4 zijn vatting. Op deze vatting is een ring 70 van 35 permanent magnetisch materiaal bevestigd. Deze ring bevindt zich in het magnetische krachtenveld van minstens zes, vast opgestelde, magneetspoelen, die in twee axiaal verschoven vlakken gerangschikt 8501665 PHN 11.416 16 zijn. In het bovenaanzicht volgens figuur 5 zijn drie magneetspoelen 71, 72 en 73 zichtbaar. De onder dit stel magneetspoelen gelegen, en dus niet zichtbare, magneetspoelen 74, 75 en 76 van het tweede stel hebben dezelfde vorm. Bij voorkeur hebben de magneetspoelen een gebogen vorm 5 die overeenstemt met het drie-dimensionale verloop van het veld van de permanente magneet 70, zodat de Lorentz-krachten zo groot mogelijk zijn. In plaats van drie kunnen ook vier magneetspoelen per vlak, dus in totaal acht magneetspoelen aanwezig zijn. Voor verdere bijzonderheden over de konstruktie van het elektromagnetische systeem kan worden 10 verwezen naar de Europese octrooiaanvrage no. 0.103.929. Daarin is ook beschreven hoe door het toevoeren van bepaalde stuursignalen aan bepaalde spoelen verplaatsingen in de X- of Y-richting of kantelingen om de X- of Y-as van de objektieflens gerealiseerd kunnen worden, en tevens hoe de objektieflens in axiale richting bewogen kan worden. In de in de 15 Europese octrooiaanvrage no. 0.103.929 opgenomen matrix, die aangeeft door welke spoelen en met welke fase stroom gestuurd moet worden voor het verkrijgen van een bepaalde verplaatsing of kanteling van de objektieflens, moet voor elk van de daarin aangegeven bewegingen op de daartoe bestemde plaatsen een stroom evenredig met het signaal Sx, 20 Sy, Sg( of gedacht worden. De stroom voor het realiseren van de axiale verplaatsing van de objektieflens is evenredig met het fokusfoutsignaal dat wordt geleverd door een konventioneel fokusfoutdetektiestelsel, bijvoorbeeld het stelsel beschreven in het Amerikaanse octrooischrift no. 4.425.043.

25 Voor ieder van de vijf mogelijke bewegingen worden minstens twee magneetspoelen met signalen die in tegenfase zijn aangestuurd, waardoor over een grote slag een slechts geringe verandering van de Lorentzkrachten optreedt. In dit elektromagnetische systeem zijn de verschillende aandrijvingen onderling goed gescheiden, 30 waardoor een goede stabiliteit van de vijf regelingen gewaarborgd is.

Bij gebruik van de beschreven aftasteenheid voor het uitlezen van een roterende schijfvormige registratiedrager kunnen zich relatief grote variaties in de axiale afstand tussen de objektieflens en het informatievlak voordoen. Deze variaties kunnen veroorzaakt worden 35 door trillingen in de uitleesinrichting door het scheef zijn van de registratiedrager of van de rotatie-as, door het scheef liggen van het informatievlak in de registratiedrager of, vooral bij grotere 8501665 PHN 11.416 17 registratiedragers, het doorbuigen van de registratiedrager naar de randen toe. Bij een grotere axiale verplaatsing van de objektieflens in de aftasteenheid, om voor deze variaties te korrigeren, kan overspraak tussen de diverse aandrijvingen, de zogenaamde aandrijveroverspraak, 5 optreden. Volgens een verder aspekt van de uitvinding kan deze overspraak geëlimineerd worden door de axiale positie van de objektieflens in de aftasteenheid te detekteren en door met het zo verkregen axiale positiesignaal de regelsignalen voor de X- en Y-bewegingen en deo( - en /3 -kantelingen te korrigeren.

10 Deze extra regeling is geïllustreerd in figuur 7. Het blok 79 in deze figuur bevat alle elementen van de aftasteenheid volgens figuur 1 met uitzondering van de objektieflens 3 en de ringvormige spiegel 5. Er wordt gebruik gemaakt van een oscillator 77 die twee 180° in fase verschoven periodieke signalen Sw en Sw' levert om 15 een periodieke kanteling van de objektieflens te realiseren. Een van deze signalen wordt toegevoerd aan de bovenste laag magneetspoelen en het tweede signaal aan de onderste laag magneetspoelen. Binnen één laag magneetspoelen worden die magneetspoelen die, ten opzichte van de as waarom gekanteld moet worden, tegenover elkaar liggen, in tegenfase 20 aangestuurd. Deze signalen veroorzaken een periodieke kanteling, bijvoorbeeld om de X-as van de objektieflens 3 met de ringvormige | j spiegel 5, waardoor het positie- en standdetektiestelsel een extra signaal Sol levert dat een periodiek signaal met een bepaalde fase is.

Deze fase geeft aan of de bovenste dan wel de onderste laag 25 magneetspoelen de grootste kracht op de ringmagneet 70 en de objektieflens 3 uitoefent, en dus of de objektieflens naar boven of naar beneden ten opzichte van de middenpositie, tussen de vlakken 80 en 81, verschoven is. De amplitude van het signaal is evenredig met de grootte van de afwijking uit de middenpositie. Door vergelijken van de 30 fase van het signaal S^' met die van een van de signalen Sw, Sw' in de fasevergelijker 78 wordt een axiaal positiesignaal Sz verkregen.

Dit signaal wordt gesuperponeerd op de signalen Sx, Sy, S<y< en ββ , om de met deze signalen te bekrachten aandrijvers te korrigeren voor de axiale positie van de objektieflens en magneetring.

35 Dat de uitvinding is beschreven aan de hand van een uitleesinrichting betekent geenszins dat zij daartoe beperkt is. De aftasteenheid volgens de uitvinding kan ook toegepast worden in 850 1 665 PHN 11.416 18 inrichtingen voor het inschrijven van informatie in optische registratiedragers, welke inrichtingen in principe dezelfde opbouw hebben als de uitleesinrichtingen, maar met een hogere stralingsintensiteit werken, welke intensiteit wordt gemoduleerd 5 overeenkomstig de in te schrijven informatie. Daartoe kan in de stralingsweg tussen de stralingsbron 1 en het uitkoppelelement 6 een modulator, bijvoorbeeld een akousto-optische modulator aangebracht zijn. Indien de stralingsbron een diodelaser is, kan de door deze bron uitgezonden straling rechtstreeks gemoduleerd worden door de elektische 10 stroom, die door de diodelaser gezonden wordt, te moduleren overeenkomstig de in te schrijven informatie. De uitvinding kan verder worden toegepast in andere optische aftaststelsels, zoals een aftastende mikroskoop, en in het algemeen in afbeeldingsstelsels die kleine lenzen bevatten en een hoge afbeeldngskwaliteit bezitten, waarbij het beeldveld 15 van de lenzen beperkt mag zijn.

8501665

Claims

1. Optische aftasteenheid voorzien van een stralingsbron een objektieflens, voor het fokusseren van de door de stralingsbron geleverde stralingsbundel tot een aftastvlek op een af te tasten oppervlak, van een positie- en standdetektiestelsel voor het detekteren 5 van de posities van de objektieflens langs, en kantelingen van deze lens om, twee onderling loodrechte assen die beide dwars staan op de hoofdstraal van de stralingsbundel en van een aandrijfinrichting voor het verplaatsen en kantelen van de objektieflens in afhankelijkheid van de door het positie-en standdetektiestelsel geleverde regelsignalen, net 10 het kenmerk, dat het positie- en standdetektiestelsel bevat een ten opzichte van de objectieflens gecentreerde en gefixeerde ringvormige en kegelvormige spiegel en een in de weg van de door de spiegel gereflekteerde straling aangebracht stralingsgevoelig detektiestelsel, bestaande uit twee door een ringvormige strook gescheiden detektoren die 15 elk in vier kwadranten verdeeld zijn.

2. Optische aftasteenheid volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de ringvormige spiegel een met de vatting van de objektieflens verbonden element is.

3. Optische aftasteenheid volgens conclusie 1, met het 20 kenmerk, dat de ringvormige spiegel wordt gevormd door een afgeschuinde opstaande rand van een lenselement van de objektieflens, welke rand van een reflektielaag is voorzien.

4. Optische aftasteenheid volgens conclusie 3, waarin de objectieflens uit één lenselement bestaat in de vorm van een 25 transparant lichaam waarvan het naar de stralingsbron gerichte oppervlak voorzien is van een laag kunststof met een asferische buitenprofiel, met het kenmerk, dat de opstaande rand bestaat uit de genoemde kunststof.

5. Optische aftasteenheid volgens conclusie 1, 2, 3 of 4, met het kenmerk, dat de detektoren van het stralingsgevoelige 30 detektiestelsel ringvormig zijn.

6. Optische aftasteenheid volgens conclusie 1, 2, 3, 4 of 5, met het kenmerk, dat de aandrijfinrichting wordt gevormd door enerzijds een met de objectieflens vast verbonden ringvormige permanente magneet en anderzijds twee stellen van telkens minstens drie stationaire 35 magneetspoelen, waarbij de spoelen van het eerste stel gerangschikt zijn in een eerste vlak dwars op de hoofdstraal van de stralingsbundel en de spoelen van het tweede stel in een tweede vlak parallel aan het eerste 850 1 66 5 i [ PHN 11.416 20 vlak.

7. Optische aftasteenheid volgens een der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat een axiaal positiedetektiestelsel aanwezig is voor het detekteren van de positie van de objectieflens in 5 de richting van de hoofdstraal van de stralingsbundel en dat het signaal van dit detektiestelsel wordt toegevoerd aan de magneetspoelen.

8. · Optische aftasteenheid volgens conclusie 7, met het kenmerk, dat het axiale positiedetektiestelsel bevat een signaalgenerator voor het van een eerste stuursignaal aan het eerste 10 stel magneetspoelen en een tweede stuursignaal aan het tweede stel magneetspoelen, welke signalen een gelijke amplitude en frequentie doch een tegengestelde fase hebben en een periodieke kanteling van de objektieflens om een van de twee assen dwars op de hoofdstraal van de stralingsbundel bewerkstelligen, en dat het axiale 15 positiedetektiestelsel verder bevat de elementen van het positie- en standdetektiestelsel voor het omzetten van de periodieke kanteling in een periodiek signaal waarvan de amplitude en de fase de grootte en de richting representeren van een verplaatsing van het axiale midden van de ringvormige magneet uit een vlak gelegen midden tussen de twee 20 vlakken waarin de magneetspoelen gerangschikt zijn.

9. Inrichting voor het uitlezen en/of inschrijven van informatie in een informatievlak van een ronde schijfvormige registratiedrager voorzien van een optische aftasteenheid volgens een der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat tussen de objectieflens 25 en de stralingsbron een uitkoppelelement is aangebracht voor het scheiden van de door de ringvormige spiegel gereflekteerde straling van de door de stralingsbron uitgezonden straling.

10. Inrichting volgens conclusie 9, met het kenmerk, dat binnen de ringvormige binnenste detektor van het positie- en 30 standdetektiestelsel een stralingsgevoelige detektor is aangebracht voor het omzetten van de door het informatievlak gereflekteerde straling in een elektrisch signaal. 8501565