DE3104276A1 - Fokussierungseinrichtung fuer optische speicher - Google Patents
Fokussierungseinrichtung fuer optische speicherInfo
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Description
Int. Az.: Case 1415 * 3* 6. Februar 1981
Hewlett-Packard Company
FOKUSSIERUNGSEINRICHTUNG FÜR OPTISCHE SPEICHER
In Lesegeräten für optische Speichermedien, insbesondere in optischen Plattenspeichern hat das Hauptobjektiv die Aufgabe,
einen Lichtpunkt vorgegebener Größe (oft einen möglichst kleinen) auf eine optische Informationsaufnahmeebene zu projizieren.
Das erfordert, daß der Abstand zwischen Objektiv und Filmebene auf beste Fokussierung genau eingestellt und
aufrechterhalten werden muß, auch bei physikalischen Störungen.
Im Falle eines optischen Festwertspeichers (OROM) sind diese Störungen u.a. axiale Abweichungen, Plattenverbiegungen,
ungleichmäßige Plattendicke sowie von der Umgebung verursachte Veränderungen kritischer optischer Abstände. Zur
Kompensation des optischen Systems bezüglich solcher Störungen muß ein automatisches Fokussiersystem ein Fokusfehlersignal
erzeugen und das optische System physikalisch auf optimale Fokussierung nachstellen.
In bekannten optischen Speichereinrichtungen einschließlich
Videoplattengeräten wird der Zugriff zu einem speziellen Datenplatz
typischerweise mittels eines schraubspindel- oder zahnstangenbetriebenen Schlittens bewerkstelligt, der das gesamte
optische System trägt. Der automatische Fokussierungsmechanismus besteht dabei im wesentlichen aus einem elektromagnetischen
oder pneumatischen Positionierer sowie dem Hauptobjektiv. Der Positionierer stellt den axialen Abstand zwischen Objektiv
und Informationsträgerebene entsprechend einem Steuersignal ein, welches aus dem Fokusfehlersignal abgeleitet wird.
Eine solche Anordnung eignet sich jedoch nicht für schnelle optische
Speicherplatten, da sie nicht gleichzeitig die Erfordernisse für schnellen wahlfreien Datenzugriff und Fokussierungsnachstellung
bei hohen Plattendrehzahlen erfüllen kann.
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Int. Az.: Case 1415
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Aus der US-PS 4 051 529 ist ein automatischer Fokussierungsmechanismus
bekannt, der einen beweglichen Spiegel aufweist, welcher sich im Strahlengang zwischen einer Lichtquelle und
dem Hauptobjektiv befindet. Durch Bewegung des Spiegels entsprechend
einem Fokusfehlersignal werden Variationen in den kritischen optischen Strahllängen kompensiert. Bei der bekannten
Vorrichtung ist jedoch der optische Gesamtabstand zwischen beweglichem Spiegel und optischem Aufnahmemedium
fest bis auf kleine Abweichungen durch die Spiegel bewegung.
Dies ist erforderlich wegen der Benutzung konvergierender Linsen im System, die zwischen beweglichem Spiegel und optischem
Aufnahmemedium einen Zwischenbrennpunkt erzeugen. Daher muß bei dieser Vorrichtung das gesamte optische System
von dem Schlitten getragen werden. Eine solche Anordnung eignet sich aber nicht für ein System mit wahlfreiem Zugriff
(z.B. OROM), da die Masse des optischen Systems schnelle seitliche Bewegungen des Schlittens unmöglich macht, wie sie
für einen schnellen Zugriff erforderlich sind.
Der Erfindung gemäß Anspruch 1 liegt die Aufgabe zugrunde, eine optische Speichereinrichtung mit automatischer Fokussierung
zu schaffen, die ein schnellen und wahlfreien Zugriff ermöglicht.
Erfindungsgemäß erfolgt der Fokussierungsvorgang durch die Bewegung
von Elementen die völlig getrennt von dem mechanischen Schlitten sind, welcher den wahlfreien Zugriff zum optischen
Speicher bewirkt. Dadurch ist sichergestellt, daß die Vorrichtung schnell seitlich über den optischen Speicher bewegt werden
kann, während gleichzeitig dauernd die richtige Fokussierung aufrechterhalten wird.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird der bewegliche Kopf von einer Parallelogramm-Aufhängung angetrieben, die aus
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Int. Az.: Case 1415
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zwei flexiblen Gliedern und zwei starren Tragelementen besteht, von denen eines frei beweglich ist und das andere an der
Basis des Gerätes befestigt ist, wobei das Hauptobjektiv am freien Tragelement befestigt ist. Diese Aufhängung erlaubt eine
reibungsfreie Verfahrbarkeit des Objektivs über dem Datenfeld und reduziert dieMasseder beweglichen Teile auf ein Minimum.
Der flexibel abgestützte optische Kopf ermöglicht minimale Zugriffszeiten zu den gespeicherten Daten und ist am leistungsfähigsten,
wenn der erforderliche Verschiebeweg klein ist, z.B.
einige mm.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen bzw. Weiterbildungen der
Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der zugehörigen Zeichnung erläutert. In der
Zeichnung zeigen:
Figur 1 einen Längsschnitt durch den optischen Teil eines optischen
Plattenspeichersystems;
Figur 2 eine Seitenansicht der Aufhängung für die Anordnung nach Figur 1; und
Figur 3 eine Draufsicht auf die Parallelogramm-Aufhängung eines Objektivs in einem optischen Plattenspeichersystem.
Wie in Figur 1 dargestellt ist, wird von einer Lichtquelle 15, z.B.
einem Laser, kommendes Licht mittels eines Kondensors 20 fokussiert
und durch einen Kollimator 12 auf ein Objektiv 10 projiziert. Der
kollimierte Strahl 26 wird von einem Spiegel 14 aufgefangen, der
an einem Objektivträger 16 unter einem Winkel von 45° bezüglich
der Achse des Objektivs 10 befestigt ist. Die Kollimierung des
Strahls stellt sicher, daß die optische Weglänge zwischen KoIlima-
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tor 12 und beweglichem Objektiv 10 unkritisch ist und daher keine Fokusverschiebung an der Oberfläche eines optischen Speichermediums
24, z.B. eines OROM, verursacht. Das ermöglicht,den Kollimator
12 und die Lichtquelle 15 völlig außerhalb des Objektivträgers (Schlittens) 16 anzuordnen. In der Praxis kann der Strahl
nicht vollkommen kollimiert werden. Damit die optische Weglänge
nicht kritisch wird, erzeugt der Kollimator 12 einen leicht konvergenten Strahl, der sich durch Beugung längs seiner Weglänge
verbreitert. Diese Verbreiterung des konvergenten Strahls führt zu einem Strahl bereich, wo er den kleinsten Durchmesser hat, der
Einschnürung 17 in Figur 2. Im allgemeinen wäre der Strahl 26 konvergent bis zum Durchmesser der Einschnürung 17 und anschließend
divergent. Wie jedoch in Figuren 1 bis 3 dargestellt ist, ist die Anordnung in der Vorrichtung so getroffen, daß die Einschnürung 17
im Mittelpunkt (oder dessen Nähe) des Weges liegt, der vom Schlitten 16 über dem Speicher 24 zurückgelegt wird, und eine Weite hat,
derart, daß das Hauptobjektiv 10 nicht ganz ausgefüllt wird.
Während des Betriebs können zahlreiche Einflüsse eine Defokussierung
des vom Objektiv 10 ausgehenden Strahls bezüglich des Speichermediums 24 bewirken. Solche Einflüsse wie axiale Laufabweichung,
unebene Plattenoberfläche, Abweichungen in der Plattendicke und Temperaturänderungen können alle eine leichte Änderung der hinteren
Brennweite erforderlich machen. Bei Auftreten solcher Fehler
wird ein Fokusfehlersignal erzeugt, z.B. durch eine der folgenden Methoden:
1) Erfassung des Astigmatismus im reflektierten Lichtstrahl;
2) überwachung der Phase des Beugungsmusters als eine Funktion
der Bit-Zellen-Bewegung;
3) Messung der Amplitude der zweiten Ableitung des Datensignals; oder
4) Messung des Beleuchtungsgleichgewichts auf einem gespaltenen Detektor.
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Int. Az.: Case 1415
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Das Fokusfehlersignal steuert einen Fokusmotor 13, der eine Axialverschiebung des Kollimators 12 bewirkt. Die benötigte
Kompensationsbewegung fis des Kollimators 12 hängt ab vom Fokusfehler Af in der Ebene der optischen Speicherplatte 24,
und zwar quadratisch vom konjugierten Entfernungsverhältnis CR, d.h. vom Quadrat der Vergrößerung zwischen Kollimator 12
und Objektiv 10. CR ist seinerseits gleich dem Verhältnis der
effektiven Brennweiten von Kollimator 12 und Objektiv 10 und wird Eins, wenn an beiden Enden identische Objektive benutzt
werden. Dementsprechend wird ein kleiner Fokussierungsfehler am Objektiv durch axiale Verschiebung des Kollimators um den
gleichen Betrag in entgegengesetzter Richtung korrigiert.
Bei diesem Schema sind verschiedene Abwandlungen möglich. Macht man die Konjugierte beim Objektiv 10 länger und beim Kollimator
12 kürzer, ist die benötigte Korrekturbewegung proportional kleiner. Das dynamische Verhalten des automatischen Fokussierungssystems
wird dadurch verbessert, da für den Fokusmotor ein kürzerer Hub ausreicht. Wenn eine solche Konfiguration
aber in der Praxis funktionieren soll, muß die Benutzung eines "langsameren" Objektivs möglich sein, d.h. die Größe des Lichtflecks
auf der Platte muß nicht die kl einstmögliche sein. Für
die spezifischen Erfordernisse eines OROM scheint ein Verhältnis Äs/ Lf = 0,3 ein praktisches Minimum zu sein. Dieser Wert
entspricht der Benutzung von relativen Aperturen f/2,4 und f/1-,3 für Objektiv bzw. Kollimator.
Bei einer speziellen bevorzugten Ausführungsform wird der Objektivträger
16 von einer Parallelogramm-Aufhängung angetrieben,
die ein fest auf einer Grundplatte montiertes Tragelement 23 und ein freies Tragelement 25 aufweist, welches den Objektivträger
16 trägt. Die beiden Tragelemente sind durch zwei flexible Verbindungselemente 21, z.B. einem Paar von Bändern
aus Berylliumkupfer oder Federlegierung hoher Er-
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müdungsfestigkeit verbunden. Der Objektivträger 16 läuft innerhalb
des Auslenkungsbereichs über einem Datenfeld 18 auf dem OROM 24 entsprechend einem Antrieb 27, der auf eine der bekannten
Arten die Auslenkung eines flexiblen Teils bewirken kann, z.B. eine Tauchspule, ein beweglicher Magnet oder eine andere
Art von Linearmotor sein kann.
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Claims (6)
- Int. Az.: Case 1415 6. Februar 1981Hewlett-Packard CompanyPATENTANSPRÜCHEf 1./Fokussierungseinrichtung zur Aufrechterhaltung der Fokussierung eines Lichtflecks auf einem optischen Speichermedium in einem optischen Speicher mit einer Lichtquelle, einem zur Ausführung von Translationsbewegungen über dem Speichermedium eingerichteten Abtastkopf, einem fokussierenden Objektiv im Abtastkopf, welches den Lichtstrahl der Oberfläche des Speichermediums zu einem Lichtfleck fokussiert, sowie einer Fokus-Korrektureinrichtung, die entsprechend einem Fehlersignal gesteuert wird, welches Veränderungen der Fokussierung des Lichtflecks darstellt, dadurch gekennzeichnet, daß die Fokus-Korrektureinrichtung getrennt von dem beweglichen Abtastkopf angeordnet ist.
- 2. Fokussierungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η zeichnet, daß die Fokus-Korrektureinrichtung eineKorrekturoptik (12) sowie einen Antrieb (13) aufweist, der entsprechend dem Fehlersignal eine lineare Translationsbewegung der Korrekturoptik bewirkt, derart, daß die Fokussierung des Lichtflecks nachgestellt wird.
- 3. Fokussierungseinrichtung nach Anspruch 2, dadurch g e k e η η zeichnet, daß die Korrekturoptik ein Kollimator (12) ist.
- 4. Fokussierungseinrichtung nach Anspruch 3, dadurch g e k e η η zeichnet, daß der Tastkopf auf einem beweglichen Schlitten (16) montiert ist, der an einem beweglichen Träger befestigt ist, welcher über ein Paar von flexiblen Verbindungsgliedern (21) mit einem festen Träger (23) verbunden ist, welcher seinerseits an einer Grundplatte montiert ist.130062/0505Int. Az.: Case 1415Hewlett-Packard Company -Z-
- 5. Fokussierungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daS das Verhältnis der Brennweiten von Korrekturoptik (12) und Objektiv (10) zwischen 0,3 und 1,0 liegt.
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