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Diese Erfindung betrifft einen optischen Kopf, bei dem
ein Lichtstrahl(bündel) zum Auslesen, Einschreiben oder
Löschen von Information auf einem Informations-
Aufzeichnungsträger, etwa einer optischen Platte, konvergiert
wird.
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Beim üblichen optischen Kopf muß der Strahlschnittpunkt
bzw. Brennpunkt (beam waist) eines konvergenten Lichtstrahls
(oder -strahlenbündels) auf einer lichtreflektierenden Fläche
oder Aufzeichnungsfläche des
Informations-Aufzeichnungsmediums, d. h. der optischen Platte, geformt werden, wenn
Information in die Platte eingeschrieben, aus ihr ausgelesen
oder auf ihr gelöscht wird. Zu diesem Zweck ist der optische
Kopf mit einem Fokus(sier)servosteuersystem für
Fokussiersteuerung in der Weise, daß der Brennpunkt des Lichtstrahls
stets auf der lichtreflektierenden Fläche oder
Aufzeichnungsfläche der optischen Platte gehalten wird, versehen. Bei
einem solchen Fokus(sier)servosteuersystem, insbesondere dem
in der US-A-4 521 680 offenbarten optischen System, welches
einen sogenannten Schneidkanten- oder Schneidenprozeß zum
Detektieren der Fokussierung, d. h. des Scharfstellzustands,
anhand der Bewegung eines Strahlflecks, der auf der
Oberfläche eines in einer Bilderzeugungsebene vorgesehenen
Lichtdetektors geformt oder erzeugt wird, in welcher Ebene
ein Bild betreffend eine lichtreflektierende Fläche oder
Auf Zeichnungsfläche einer optischen Platte erzeugt wird,
verwendet, kann sich eine Abweichung des Brennpunkts eines
konvergenten Strahls von der lichtreflektierenden Fläche oder
Aufzeichnungsfläche der optischen Platte schon bei einem
geringfügigen Fehler der Lange des Strahlengangs des
Lichtstrahls oder einem geringfügigen Fehler der Achse des
Strahlengangs, der durch Änderungen der Umgebungsbedingungen,
insbesondere Umgebungstemperaturänderungen, hervorgerufen
wird, ergeben.
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Außerdem ist aus SPIE, Band 329, Optical Disk
Technology, 1982, S. 223-227, ein optischer Kopf mit einer
Lichtstrahlquelle, einem Kollimatorlinsensystem und einem
Defokussiersteuersystem bekannt. Diese Veröffentlichung zeigt
insbesondere den optischen Kopf als Teil einer
Versuchsanordnung, die für die Durchführung von Tests an TbFe-
Dünnfilmen auf Glasobjektträgern für magnetooptische
Aufzeichnungen eingesetzt wird. Diese Veröffentlichung
erwähnt keine Defokussierkompensation (compension) zwischen
dem Kollimiersystem und dem Defokussierdetektionssystem des
optischen Kopfes.
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Die US-A-4 236 790 offenbart eine temperaturkompensierte
Positioniervorrichtung, um eine erste und eine zweite Fläche
über einen gewünschten Temperaturbereich automatisch in einer
genauen Dimensionsbeziehung zueinander zu halten.
Insbesondere kann diese Vorrichtung in einem Abbildungssystem
zum Aufrechterhalten des durch eine Linse geformten bzw.
erzeugten Bilds auf einer festen Bildebene über einen weiten
Temperaturbereich hinweg oder alternativ in einem System, in
welchem es gewünscht wird, zwei Objekte in einem festen
gegenseitigen Abstand zu halten, eingesetzt werden. Diese
Veröffentlichung lehrt nichts bezüglich der Wechselwirkung
eines Kollimiersystems und eines Fokussiersystems, zwischen
denen die Position oder Lage eines Zwischenbilds auf einer
festen Bildebene gehalten werden soll.
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Erfindungsgemäß wird eine Defokussierkompensation
zwischen dem Kollimiersystem und dem
Defokussierdetektorsystem eines optischen Kopfes erzielt durch einen
optischen Kopf, umfassend eine Strahlquelle zum Erzeugen
eines Lichtstrahls, eine erste Basis zur Halterung der an ihr
montierten Strahlquelle und mit einem linearen
Wärmedehnungskoeffizienten α, einen die an ihm befestigte erste Basis
halternden Rahmen mit einem linearen
Wärmedehnungskoeffizienten γ, einen im Rahmen 74 angeordneten und
befestigten ersten Linsentubus mit einem linearen
Wärmedehnungskoeffizienten β, ein am ersten Linsentubus
befestigtes Kollimatorlinsensystem einer Brennweite f1 zum
Kollimieren des von der Strahlquelle erzeugten Lichtstrahls,
ein Objektiv zum Konvergieren des kollimierten Lichtstrahls
zwecks Erzeugung eines Strahlflecks auf einer
lichtreflektierenden Fläche, einen Lichtdetektor zum Detektieren einer
Defokussierung durch Detektieren des Brennpunkts des von der
reflektierenden Fläche reflektierten Lichtstrahls, der durch
das Objektiv und eine Projektionslinse hindurchfallt, und
eine den Lichtdetektor halternde zweite Basis, einen an der
zweiten Basis befestigten zweiten Linsentubus zur Aufnahme
des Lichtdetektors und der Projektionslinse, die einander
gegenüberstehen, wobei der zweite Linsentubus aus einem
Werkstoff eines festen linearen Wärmedehnungskoeffizienten
geformt ist, der so gewählt ist, daß die durch thermische
Verformung des Rahmens und des ersten Linsentubus
hervorgerufene Defokussierung durch die Defokussierung, die
durch thermische Verformung des zweiten Linsentubus
hervorgerufen wird, aufgehoben wird.
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Ein besseres Verständnis dieser Erfindung ergibt sich
aus der folgenden genauen Beschreibung anhand der beigefügten
Zeichnungen, in denen zeigen:
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Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform
des optischen Kopfes gemaß der Erfindung,
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Fig. 2 eine vereinfachte perspektivische Darstellung eines
optischen Systems beim optischen Kopf nach Fig. 1,
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Fig. 3A bis 3C Darstellungen zur Verdeutlichung der
Prinzipien der Scharfeinstell- bzw.
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Fokussierdetektion bei der Ausführungsform des
optischen Kopfes gemaß der Erfindung,
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Fig. 4 eine perspektivische Teildarstellung einer
Anordnung zur Halterung eines
Kollimatorlinsensystems,
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Fig. 5 eine Schnittansicht der Anordnung nach Fig. 4,
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Fig. 6 eine Schnittansicht einer Anordnung zur Halterung
eines Kollimatorlinsensystems bei einer Abwandlung
der Ausführungsform,
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Fig. 7 eine perspektivische Teildarstellung einer
Anordnung zur Halterung eines
Projektionslinsensystems und
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Fig. 8 eine Schnittansicht der Anordnung nach Fig. 7.
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Im folgenden ist eine Ausführungsform der Erfindung
unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Fig. 1
zeigt eine Informationsaufzeichnungs- und
-wiedergabevorrichtung unter Verwendung eines optischen Kopfes gemäß der
Erfindung. Die Bezugsziffer 2 bezeichnet eine optische Platte
als Informations-Aufzeichnungsträger. Die optische Platte 2
umfaßt zwei durchsichtige Scheiben oder Platten 4 und 6, die
mit gegenüberliegenden Seiten von inneren und äußeren
Abstandhaltern 8 bzw. 10 verbunden bzw. verklebt sind. Als
Informations-Aufzeichnungsschichten dienende
lichtreflektierende Schichten 12 und 14 sind durch Ablagerung oder
Aufdampfung an den Innenflächen der durchsichtigen Platten 4
bzw. 6 geformt. In der Oberfläche der lichtreflektierenden
Schichten 12 und 14 ist jeweils eine spiralige Spurführung
oder Führungsspur 16 ausgebildet. Information ist oder wird
in Form von (sog.) Pits oder Grübchen auf der Führungsspur 16
aufgezeichnet. Die optische Platte 2 ist mit einem Mittelloch
versehen. Wenn die optische Platte 2 auf einen Plattenteller
18 aufgesetzt wird, wird dessen zentrale Spindel 20 in das
Mittelloch der optischen Platte 2 eingeführt, so daß damit
die Drehachsen von Plattenteller 18 und optischer Platte 2
ausgefluchtet werden. Der Plattenteller 18 ist drehbar an
einem (nicht dargestellten) Träger oder Lager gelagert und
wird durch einen Antriebsmotor 24 mit konstanter
Geschwindigkeit in Drehung versetzt.
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Ein dargestellter optischer Kopf ist allgemein mit
26 bezeichnet. Er ist durch einen Linearstelltrieb 28 oder
einem Dreharm in der Radialrichtung der optischen Platte 2
bewegbar. Im optischen Kopf 26 ist als Laserstrahlquelle ein
Halbleiter-Laser 30 untergebracht. Beim Einschreiben von
Information auf der optischen Platte 2 wird durch den
Halbleiter-Laser 30 ein Laserstrahl erzeugt oder generiert,
dessen Lichtintensität entsprechend der einzuschreibenden
Information moduliert wird. Beim Auslesen der Information aus
der optischen Platte 2 erzeugt der Halbleiter-Laser 30 einen
Laserstrahl einer konstanten Lichtintensität oder -stärke.
Ein durch den Halbleiter-Laser 30 erzeugter divergenter
Laserstrahl wird durch Kollimatorlinsen 32 und 34 in einen
parallelen Strahl umgesetzt, der auf einen Polarisations-
Strahlteiler 36 gerichtet wird. Der durch den Polarisations-
Strahlteiler 36 reflektierte parallele Laserstrahl tritt
durch eine Viertelwellenlängenscheibe 38 hindurch und in eine
Objektivlinse bzw. ein Objektiv 40 ein. Das Objektiv 40
konvergiert den einfallenden Strahl in Richtung auf die
lichtreflektierende Schicht 14 der optischen Platte 2. Es ist
so gehaltert oder gelagert, daß es durch eine Spule 42 in
Richtung seiner Achse verschiebbar ist. Wenn das Objektiv in
eine vorbestimmte Stellung gebracht ist, wird der
Strahleinschnürungspunkt bzw. Brennpunkt des konvergenten
Laserstrahls vom Objektiv 40 auf die Oberfläche der
lichtreflektierenden Schicht 14 geworfen, d. h. es wird auf
der Oberfläche der lichtreflektierenden Schicht 14 ein
Strahlfleck eines Mindestdurchmessers geformt oder erzeugt.
In diesem Zustand befindet sich das Objektiv 40 in einem
Fokussierzustand, in welchem es für das Einschreiben oder
Auslesen von Information bereit ist. Für das Einschreiben von
Information werden durch den in der Lichtintensität
modulierten Laserstrahl auf der Führungsspur 16 der
lichtreflektierenden Schicht 14 Grübchen bzw. Pits erzeugt. Beim
Auslesen von Information wird andererseits der konstante
Lichtintensität besitzende Laserstrahl in seiner
Lichtintensität moduliert, wenn er durch die auf der
Führungsspur 16 erzeugten Pits reflektiert wird.
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Wenn das Objektiv 40 fokussiert ist, wird der von
der lichtreflektierenden Schicht 14 der optischen Platte 2
reflektierte, d. h. zurückgeworfene divergente Laserstrahl
durch das Objektiv 40 zu einem parallelen Strahl umgewandelt
und für Rückführung zum polarisierenden Strahlteiler 36 durch
die Viertelwellenlängenscheibe 38 hindurch geworfen. Wenn der
Laserstrahl durch die Viertelwellenlängenscheibe 38 in
Vorwärts- und Rückwärtsrichtung durchgelassen wird, wird die
Polarisationsebene des Laserstrahls, verglichen mit dem
Laserstrahl unmittelbar nach der Reflexion, durch den
Polarisations-Strahlteiler 36 um 90º gedreht. Der Laserstrahl
mit um 90º gedrehter Polarisationsebene wird nicht
reflektiert, sondern vom Polarisations-Strahlteiler 36
durchgelassen. Der vom Polarisations-Strahlteiler 36
durchgelassene bzw. von ihm übertragene Laserstrahl wird
durch einen Halbspiegel 44 aufgeteilt. Einer der Teilstrahlen
wird über eine Konvexlinse 46 zu einem ersten Lichtdetektor
48 gerichtet. Der erste Lichtdetektor 48 erzeugt ein erstes
Detektionssignal, das die auf der optischen Platte 2
aufgezeichnete Information enthält. Das erste
Detektionssignal wird einem Signalprozessor zur Umwandlung in
Digitaldaten zugespeist. Der andere Teilstrahl vom
Halbspiegel 44 wird zu einem teilweise lichtblockierenden
Element 52 gerichtet, das nur einen Teil des einfallenden
Laserstrahls, getrennt von einer optischen Achse 53,
durchläßt. Der Strahl vom teilweise lichtblockierenden
Element 52 wird über eine Projektionslinse 54 auf einen
Spiegel 56 und sodann auf einen zweiten Lichtdetektor 58
geworfen. Anstelle des lichtblockierenden Elements 52 kann
ein Prisma, ein Aperturschlitz, eine Schneide oder
Schneidenkante usw. verwendet werden. Der zweite
Lichtdetektor 58 erzeugt ein zweites Detektionssignal, das
einem Fokussiersignalgenerator 60 zugespeist wird, der ein
Fokussiersignal erzeugt, das seinerseits einem Spulentreiber
62 zugespeist wird. Der Spulentreiber 62 steuert die Spule 42
in Abhängigkeit vom Fokussiersignal an, um das Objektiv 40
fokussiert bzw. im Scharfstellzustand zu halten. Für die
genaue Verfolgung der auf der lichtreflektierenden Schicht 14
der optischen Platte 2 erzeugten Führungsspur 16 kann ein
Linearstelltrieb 28 durch Verarbeitung des Signals vom
zweiten Lichtdetektor 28 betätigt werden. Wahlweise kann das
Objektiv 40 seitlich verschoben werden. Als weitere
Alternative kann ein (nicht dargestellter) galvanometrischer
Spiegel betätigt werden.
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Das optische System zum Detektieren des Brennpunkts
bzw. Fokussierzustands gemäß Fig. 1 ist in Fig. 2 in
vereinfachter Form dargestellt. Die Fig. 3A bis 3C
veranschaulichen Bahnen des Laserstrahls bezüglich der
Fokusdetektion. Wenn das Objektiv 40 scharfgestellt oder im
Fokussierzustand ist, ist auf der Oberfläche der
lichtreflektierenden Schicht 14 der Brennpunkt, d. h. der kleinste
Strahlfleck 64 geformt. Der vom Halbleiter-Laser 30 in das
Objektiv 40 einfallende Laserstrahl ist üblicherweise ein
Parallelstrahl, so daß der Strahlfleck (beam waist) am bzw.
im Brennpunkt des Objektivs 40 erzeugt wird. Wenn jedoch der
vom Laser 30 in das Objektiv 40 einfallende Laserstrahl
geringfügig divergent oder konvergent ist, wird der
Strahlfleck in der Nähe des Brennpunkts des Objektivs 40
gebildet. Beim optischen System gemäß den Fig. 1, 2 und 3A
bis 3C wird ein Strahlfleck (bzw. eine Strahleinschnürung) im
Fokussierzustand des Objektivs 40 auf der Lichteinfallsfläche
des Lichtdetektors 58 erzeugt. Dies bedeutet, daß im
Fokussierzustand das Abbild des Strahlflecks 64 auf dem
Zentrum der Lichteinfallsfläche des Lichtdetektors 58 erzeugt
wird.
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Wenn der Strahlfleck 64 auf die in Fig. 3A gezeigte
Weise auf der lichtreflektierenden Schicht 14 erzeugt ist,
wird der von der lichtreflektierenden Schicht 14 reflektierte
Laserstrahl durch das Objektiv 40 in einen zum teilweise
lichtblockierenden Element 52 gerichteten Parallelstrahl
umgewandelt. Der von der optischen Achse 53 abgetrennte und
durch das teilweise lichtblockierende Element 52
hindurchfallende Teil des Laserstrahls wird durch die
Projektionslinse 54 konvergiert und als kleinster Fleck, d. h.
Strahlfleckbild, auf die Lichteinfallsfläche des
Lichtdetektors 58 geworfen. Wenn das Objektiv 40 dichter an
die lichtreflektierende Schicht 14 herangeführt wird, wird
der Strahlfleck an einer Stelle zwischen dem Objektiv 40 und
der lichtreflektierenden Schicht 14 geformt, welche den
Laserstrahl auf die in Fig. 3B gezeigte Weise reflektiert. In
einem solchen Defokussierzustand wird der Strahlfleck
gewöhnlich innerhalb der Brennweite des Objektivs 40 geformt
oder erzeugt. Der von der lichtreflektierenden Schicht 14
zurückgeworfene und in das Objektiv 40 einfallende
Laserstrahl wird daher durch das Objektiv 40 zu einem
divergenten oder divergierenden Laserstrahl umgewandelt, wie
sich dies aus der Annahme ergibt, daß der Strahlfleck als
Lichtpunkt wirkt. Der vom teilweise lichtblockierenden
Element 52 durchgelassene Teil des Laserstrahls wird wiederum
divergiert. Aus diesem Grund wird der kleinste Fleck des
durch die Projektionslinse 54 konvergierten Strahls nicht auf
der Lichteinfallsfläche des Lichtdetektors 58, sondern an
einer vom Lichtdetektor 58 entfernteren Stelle erzeugt.
Genauer gesagt: der Laserstrahlteil fällt gemäß Fig. 3B auf
einen Bereich der Lichteinfallsfläche des Lichtdetektors 58
oberhalb von deren Zentrum, wobei auf der Lichteinfallsfläche
ein größeres Strahlmuster als das Strahlfleckabbild geformt
wird. Wenn das Objektiv 40 von der lichtreflektierenden
Schicht 14 getrennt bzw. entfernt ist oder wird, wird der
Laserstrahl gemäß Fig. 3C nach der Formung eines Strahlflecks
von der lichtreflektierenden Schicht 14 reflektiert. In
diesem Defokussierzustand wird der Strahlfleck außerhalb des
Brennpunkts des Objektivs 40 und zwischen dem Objektiv 40 und
der lichtreflektierenden Schicht 14 erzeugt. Der vom Objektiv
40 zum teilweise lichtblockierenden Element 52 gerichtete
reflektierte Laserstrahl wird daher konvergiert. Der auf
diese Weise vom teilweise lichtblockierenden Element 52
durchgelassene Teil des Laserstrahls wird unter Bildung eines
Strahlflecks (oder Schnittpunkts) weiter konvergiert, bevor
er auf die Lichteinfallsfläche des Lichtdetektors 58 fällt.
Auf diese Weise wird gemäß Fig. 3C auf dem Bereich der
Lichteinfallsfläche des Lichtdetektors 58 unterhalb ihres
Zentrums ein Strahlmuster erzeugt, das größer ist als das
Strahlfleckabbild.
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Der oben beschriebene optische Kopf erfordert eine
höchst genaue Positionierung und axiale Ausfluchtung der
optischen Elemente, die für ein zufriedenstellend
fokussiertes Servosystem von Wichtigkeit sind. Insbesondere sind
die Positionierung und Axialausfluchtung des Halbleiter-
Lasers 30 als Laserstrahlquelle für die Gewährleistung einer
zufriedenstellend fokussierten Servowirkung sehr wichtig.
Dies ist deshalb der Fall, weil dann, wenn der
Strahlerzeugungspunkt des Halbleiter-Lasers 30 auch nur geringfügig
von der optischen Achse des optischen Systems abweicht, der
erzeugte Laserstrahl von seiner richtigen Richtung abweichen
wurde, wodurch ein Normalbetrieb des optischen Systems für
Fokussierungsdetektion verhindert werden wurde. Wenn der
Strahlerzeugungspunkt des Halbleiter-Lasers 30 auch nur
geringfügig von einem vorbestimmten Punkt auf der optischen
Achse des optischen Systems abweicht, wird der durch die
Kollimatorlinsen 32 und 34 zu einem Parallelstrahl
umzuwandelnde Strahl durch diese Linsen zu einem divergenten
(divergierenden) oder konvergenten (konvergierenden) Strahl
geformt. Genauer gesagt: bei einem optischen System für
Fokussierungsdetektion, bei dem ein Bild der
lichtreflektierenden
Schicht 14 der optischen Platte auf dem
Lichtdetektor 58 erzeugt und ein von der lichtreflektierenden Fläche
der optischen Platte reflektierter Laserstrahl detektiert
bzw. abgegriffen wird, würde selbst eine geringfügige
Abweichung des Strahlerzeugungspunkts des Halbleiter-Lasers
30 auf der optischen Achse eine vergleichsweise große
Abweichung des Strahlflecks auf dem Lichtdetektor 58
herbeiführen. Im allgemeinen werden die optischen Elemente
des optischen Kopfes bei der Montage desselben mit sehr hoher
Genauigkeit positioniert und axial ausgefluchtet. Diese
optischen Elemente sind jedoch anfällig für eine Verschiebung
aus der genauen Positionierung und Axialausfluchtung bei
Änderungen der Umgebungsbedingungen, insbesondere einer
Temperaturänderung
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Zur Berücksichtigung einer solchen Abweichung aus
der genauen Positionierung und Axialausfluchtung aufgrund von
Änderungen in den Umgebungsbedingungen, speziell der
Abweichung des Strahlerzeugungspunkts des Halbleiter-Lasers
30, wendet die Erfindung eine Anordnung an, welche die
Abweichung innerhalb einer Toleranz zu halten vermag. Genauer
gesagt: der Halbleiter-Laser 30 ist gemäß Fig. 4 an einer
Basis 72 befestigt. Die Basis 72 ist an einem Rahmen 74 so
befestigt, daß der Strahlerzeugungspunkt des Halbleiter-
Lasers 30 auf einer Achse des Rahmens 74 liegt. Die
Kollimatorlinsen 32 und 34 sind an einem im Rahmen 74
angeordneten Linsentubus 76 befestigt. Der Rahmen 74 und der
Linsentubus 76 sind in Punktberührungsbefestigung miteinander
durch Stifte 75 befestigt, die ihrerseits gemäß Fig. 5 in am
Rahmen 74 vorgesehene Führungen (dies) so eingeschraubt sind,
daß die Achsen der Kollimatorlinsen 32 und 34 mit der Achse
des Rahmens 74 übereinstimmen. Vorzugsweise ist gemäß Fig. 6
ein Außenumfangsabschnitt des Linsentubus 76, der dem Umfang
der Kollimatorlinse 32 entspricht, welche dem Halbleiter-
Laser 30 am nächsten liegt, mit Hilfe eines oder mehrerer
Stifte 75 am Rahmen 74 befestigt. Der Außenumfangsabschnitt
des Linsentubus 76 entsprechend dem Außenumfang der
Kollimatorlinse 32, die dem Halbleiter-Laser 30 am nächsten
liegt, kann auch mit Hilfe eines Klebmittels anstelle des
Stifts oder der Stifte 75 am Rahmen befestigt sein.
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Die Basis 72, der Linsentubus 76 und der Rahmen 74
bestehen aus Werkstoffen mit jeweiligen linearen
Ausdehnungskoeffizienten α, β und γ, welche einer der Ungleichungen
α ≥ γ ≥ β oder β > γ > α genügen. Mit anderen Worten: der
Wärmedehnungskoeffizient des Rahmens 74 ist so gewählt, daß
er zumindest dem Wärmedehnungskoeffizienten entweder der
Basis 72 oder des Linsentubus 76 gleich ist oder zwischen den
Wärmedehnungskoeffizienten von Basis 72 und Linsentubus 76
liegt. Beispielsweise besteht der Rahmen 74 aus dem gleichen
Werkstoff wie entweder die Basis 72 oder der Linsentubus 74.
Als genaueres Beispiel kann gesagt werden, daß der Rahmen 74,
ebenso wie die Basis 72, aus Messing hergestellt ist, während
der Linsentubus 76 aus Aluminium gefertigt ist. In diesem
Fall ist der Wärmedehnungskoeffizient des Rahmens 74 entweder
gleich oder ungefähr gleich dem Wärmedehnungskoeffizienten
des Linsentubus 76.
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Durch entsprechende Wahl der Werkstoffe für Basis
72, Rahmen 74 und Linsentubus 76, wie oben angegeben, kann
eine Abweichung des Strahlerzeugungspunkts des Halbleiter-
Lasers 30 von der Achse der Kollimatorlinsen 32 und 34
verhindert werden. Auf diese Weise ist es auch möglich, einen
im wesentlichen konstanten Abstand zwischen dem vorderen
Brennpunkt des Kollimatorlinsensystems, einschließlich der
Kollimatorlinsen 32 und 34 und des Halbleiter-Lasers 30,
unabhängig von der Wärmeausdehnung von Basis 72, Rahmen 74
und Linsentubus 76 aufrecht zu erhalten. Damit ist es
möglich, eine Fehlbewertung des Fokussierzustands als
Defokussierzustand oder umgekehrt im
Fokussierdetektorlinsensystem zu vermeiden.
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Wenn beispielsweise die Basis 72 und der Rahmen 74
aus Messing hergestellt sind, bewirkt eine Änderung der
Umgebungstemperatur keine (mechanische) Spannung zwischen
Basis 72 und Rahmen 74, weil deren Wärmedehnungskoeffizienten
gleich sind. Damit ist es möglich, eine Abweichung oder
Verschiebung des Strahlerzeugungspunkts des Halbleiter-Lasers
30 von der Achse der Kollimatorlinsen 32 auf 34 zu
verhindern. Wenn der Rahmen 74 und der Linsentubus 76 aus dem
gleichen Werkstoff hergestellt sind, bewirkt eine Änderung
der Umgebungstemperatur ihre thermische Ausdehnung oder
Zusammenziehung mit im wesentlichen gleicher Größe. Der
Abstand zwischen dem vorderen Brennpunkt des
Kollimatorlinsensystems und dem Halbleiter-Laser 30 kann daher
innerhalb einer Toleranz im wesentlichen konstant gehalten
werden. Aufgrund der Punktberührungsbefestigung des
Außenumfangsabschnitts des Linsentubus 76 (an der Stelle)
entsprechend dem Außenumfang der Kollimatorlinse 32, die dem
Halbleiter-Laser 30 am nächsten liegt, am Rahmen 74 mittels
eines oder mehrerer Stifte 75 führt außerdem die thermische
Ausdehnung oder Zusammenziehung des Linsentubus 76 keine
wesentliche Abweichung bzw. Verschiebung der Kollimatorlinsen
32 und 34 herbei. Der Abstand zwischen dem vorderen
Brennpunkt des Kollimatorlinsensystems und dem Halbleiter-
Laser 30 kann daher konstanter innerhalb einer Toleranz
gehalten werden.
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Im folgenden ist die Beziehung zwischen der
Abweichung aufgrund thermischer Ausdehnung oder
Zusammenziehung und der Toleranz erläutert. Wenn ein gegebener
Außenumfangsabschnitt des Linsentubus 76 mit einer
Punktberührungsbefestigung mittels eines oder mehrerer Stifte
75 gemäß Fig. 5 am Rahmen 74 befestigt ist, bestimmt sich der
Abstand X1 vom vorderen Hauptpunkt des
Kollimatorlinsensystems aus den Kollimatorlinsen 32 und 34 zum Halbleiter-
Laser 30 zu:
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X1 = B-A0
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In obiger Gleichung bedeuten: A0 = Abstand von dem mit dem
Stift oder den Stiften 75 in Berührung stehenden Punkt des
Linsentubus 76 zum vorderen Hauptpunkt des
Kollimatorlinsensystems und B = Abstand vom genannten Berührungspunkt des
Linsentubus 76 zum Halbleiter-Laser 30. Wenn eine
Umgebungstemperatur von Δtº auftritt, erfahren der Rahmen 74
und der Linsentubus 76 eine thermische Ausdehnung oder
Zusammenziehung in bezug auf den genannten Berührungspunkt
des Linsentubus 76. Wenn angenommen wird, daß sich der
Abstand vom vorderen Hauptpunkt des Kollimatorlinsensystems
zum Halbleiter-Laser 30 aufgrund thermischer Ausdehnung oder
Zusammenziehung von X1 auf X2 ändert, bestimmt sich der
Abstand X2 zu:
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X2 = B · (1 + γ · Δt) - A0 · (1 + β · Δt) (1)
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Darin bedeuten: β und γ = lineare Ausdehnungskoeffizienten
der Werkstoffe von Linsentubus 76 bzw. Rahmen 74. Die
Änderung ΔX ( ΔX = X2 - X1 ) im Abstand vom vorderen
Hauptpunkt des Kollimatorlinsensystems zum Halbleiter-Laser
30 bestimmt sich zu:
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ΔX = (B · γ - A0 · β) · Δt (2)
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Gemäß der obigen Gleichung ist die Abweichung (oder
auch Verschiebung) des Kollimatorlinsensystems aus den
Kollimatorlinsen 32 und 34 gegenüber dem vorderen Hauptpunkt
des Kollimatorlinsensystems sehr klein. Aus diesem Grund kann
die Position oder Stellung der Kollimatorlinse 32, die dem
Halbleiter-Laser 30 am nächsten liegt, anstelle des vorderen
Hauptpunkts des Kollimatorlinsensystems als Bezugspunkt
herangezogen werden. Wenn in diesem Fall der Abstand von der
Position der Kollimatorlinse 32 gemäß Fig. 5 zum Halbleiter-
Laser 30 mit A1 bezeichnet wird, läßt sich eine der Gleichung
(2) ähnliche Gleichung ableiten, nämlich:
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ΔX = (B · γ - A1 · β) · Δt (3)
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Wenn der Außenumfangsabschnitt des Linsentubus 76
entsprechend dem Außenumfang der Kollimatorlinse 32, die dem
Halbleiter-Laser 30 am nächsten liegt, mittels eines oder
mehrerer Stifte 75 am Rahmen 74 befestigt, d. h. festgelegt
ist, läßt sich die Änderung im Abstand von dem mit dem Stift
oder den Stiften 75 in Berührung stehenden Punkt des
Linsentubus 76 zum Halbleiter-Laser 30 auf die folgende Weise
ableiten oder ermitteln.
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Beim Auftreten einer Temperaturänderung von Δtº
erfahren der Rahmen 74 und der Linsentubus 76 eine thermische
Ausdehnung oder Zusammenziehung gegenüber dem genannten
Berührungspunkt des Linsentubus 76. Die thermische Ausdehnung
oder Zusammenziehung des Linsentubus 76 hat keinen Einfluß
auf den Abstand C vom genannten Berührungspunkt des
Linsentubus 76 zum Halbleiter-Laser 30, vielmehr hat lediglich die
thermische Ausdehnung oder Zusammenziehung des Rahmens 74
einen Einfluß auf den Abstand C. Die Änderung ΔX des
Abstands C, durch die thermische Ausdehnung oder
Zusammenziehung des Rahmens 74 hervorgerufen, bestimmt sich
zu:
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ΔX = γC · Δt (4)
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Gleichung (4) ist gültig, wenn A1 = 0 und B = C in
Gleichung (3) eingesetzt werden.
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Wenn der Wert oder die Größe von ΔX vergrößert
wird, ist der Laserstrahl vom Kollimatorlinsensystem mit den
Kollimatorlinsen 32 und 34 nicht länger ein Parallelstrahl,
sondern ein divergenter oder konvergenter Strahl. Der Strahl
ist divergent, wenn ΔX negativ ist, während er konvergent
ist, wenn ΔX positiv ist. Das Ausmaß der Divergenz oder
Konvergenz vergrößert sich mit zunehmender Größe von
Eine Vergrößerung des Werts von ΔX kann demzufolge zu einer
Fehlbewertung des Fokussierzustands als Defokussierzustand
oder umgekehrt im Fokussierdetektorlinsensystem führen. Aus
diesem Grund sollte möglichst weitgehend eine Bedingung
ΔX = 0 eingehalten werden, d. h. die Materialien von Basis
72, Rahmen 74 und Linsentubus 76 werden bevorzugt so gewählt,
daß sie der oben angegebenen Bedingung genügen. Tatsächlich
ist es jedoch unmöglich, dieser Bedingung vollkommen zu
genügen, weshalb die Werkstoffe und Formen von Basis 72,
Rahmen 74 und Linsentubus 76 so gewählt werden, daß der Wert
oder die Größe von ΔX innerhalb einer Toleranz gehalten
wird, die einer zulässigen Defokussiergröße entspricht.
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Der zulässige Defokussierzustand ist im folgenden
näher betrachtet.
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Es sei angenommen, daß das Objektiv 40 eine ideale,
von Aberration freie Linse ist und einen einfallenden
parallelen Laserstrahl einer räumlich gleichmäßigen
Lichtintensitätsverteilung zur Bildung eines minimalen
Strahlflecks konvergiert. Die Größe a1 dieses Strahlflecks
bestimmt sich zu:
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a1 = 0,82 λ/NA (5)
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worin NA für die numerische Apertur der Linse bzw. des
Objektivs steht.
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Es sei angenommen, daß die räumliche
Lichtintensitätsverteilung des Laserstrahls der Gaußschen
Verteilung analog ist und einen Radius von ωo aufweist, wobei
die Lichtintensität oder -stärke 1/e² der zentralen
Lichtintensität beträgt, und der Radius ω(Z) des um Z längs
der optischen Achse getrennten Strahls gleich
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ist. Der Radius ω(Z) des Strahls auf der lichtreflektierenden
Schicht im Fall der Defokussierung von Z läßt sich unter
Heranziehung obiger Gleichung ausdrücken zu:
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Die zentrale Lichtintensität oder -stärke
entspricht dabei:
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Die minimale zentrale oder Mitten-Lichtintensität Imin, die
für die Aufzeichnung nötig ist, entspricht:
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Durch Einsetzen von λ = 0,83 um, NA = 0,6 und Imin =
0,7 erhält man:
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Ebenso erhält man durch Einsetzen von λ = 0,83 um,
NA
= 0,5 und Imin = 0,7:
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Die Werte oder Größen von λ und NA können innerhalb
bestimmter Bereiche variiert werden, die um die oben
angegebenen Werte herum zentriert sind. Im Hinblick auf die
Art und Weise der Einstellung von Imin beträgt ein Kriterium
für die zulässige Defokussierung ± 2,0 um. Für die optische
Platte kann somit die Größe oder der Wert von Δx so bestimmt
werden, daß die Defokussierung innerhalb des obengenannten
zulässigen Defokussierungsbereichs bleibt, und die Werkstoffe
und Formen vom Rahmen 74 und Linsentubus 76 können
entsprechend bestimmt werden.
-
Genauer gesagt: da der Halbleiter-Laser 30 und die
Oberfläche des Aufzeichnungsfilms (d. h. lichtreflektierende
Schicht 14) in einer Bildfokussierbeziehung zueinander
stehen, entspricht eine Verschiebung d des Halbleiter-Lasers
30 entsprechend der Defokussierungsgröße δ auf der
Aufzeichnungsfilmoberfläche d = Mδ, wobei M für die
Längsvergrößerung steht. Da die zulässige Defokussierung, wie
erwähnt, ± 2,0 um beträgt, entspricht die zulässige
Abweichung des Halbleiter-Lasers 30 gegenüber dem vorderen
Punkt des Kollimatorlinsensystems aus den Kollimator-Linsen
32 und 34 ± 2·M. Die Abweichung des Halbleiter-Lasers 30
ist daher so begrenzt, daß die Änderung Δx im Abstand
zwischen dem Halbleiter-Laser 30 und dem vorderen Hauptpunkt
des Kollimatorlinsensystems bei Temperaturänderungen
innerhalb des oben angegebenen Toleranzbereichs bleibt. Dies
bedeutet, daß die Parameter sich bestimmen lassen zu:
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(B · γ - A0
· β) · Δt ≤ Mδ (6)
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(B · γ - A1 · β) · Δt ≤ Mδ (7)
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oder
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γC · Δt ≤ Mδ (8)
-
Darin bedeutet: δ = 2,0 um.
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Die Temperatur ändert sich üblicherweise im Bereich
von 0 bis 40ºC, d. h. Δt = 20ºC, bezogen auf die
Normaltemperatur. Die Parameter lassen sich somit bestimmen zu:
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(B · γ - A0 · β) ≤ Mδ/ Δt (10)
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(B · γ - A1 · β) ≤ Mδ/ Δt (11)
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oder
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γC ≤ Mδ/ Δt (12)
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darin bedeuten: δ = 2,0 um und Δt = 20.
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Im folgenden sei die Abweichung der
Projektionslinse 54 im optischen System zum Detektieren oder
Erfassen des Defokussierzustands aufgrund von
Temperaturänderungen betrachtet. Im optischen Fokussierdetektorsystem
gemäß Fig. 7 ist der Lichtdetektor 58, ähnlich wie das
Kollimatorlinsensystem, an einer Basis 38 bzw. 82 befestigt,
und die Basis 82 ist ihrerseits an einem Linsentubus 80
befestigt, an dem die Projektionslinse 54 angebracht ist. Wie
beim Kollimatorlinsensystem verursacht eine
Temperaturänderung eine thermische Ausdehnung oder Zusammenziehung des
Linsentubus 80, wodurch eine Abweichung (oder Verschiebung)
der Projektionslinse 54 herbeigeführt wird. Infolgedessen
kann im Fokussierdetektorsystem eine Fehlbewertung des
Fokussierzustands als Defokussierzustand oder umgekehrt
vorkommen. Diese Fehlbewertung kann jedoch ausgeschaltet
werden, wenn die Abweichung des Kollimatorlinsensystems durch
die Abweichung der Projektionslinse 54 aufgehoben wird.
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Im folgenden sei die Abweichung der
Projektionslinse 54 betrachtet. Wenn der Abstand zwischen dem
hinteren Hauptpunkt der Projektionslinse 54 und dem
Lichtdetektor 58 mit L (vgl. Fig. 8) und die Änderung des
Abstands L aufgrund einer Temperaturänderung um Δt mit ΔL
bezeichnet werden, bestimmt sich diese, auf thermischer
Ausdehnung oder Zusammenziehung beruhende Änderung ΔL zu:
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ΔL = LΔt (13)
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Darin steht für den linearen Ausdehnungskoeffizienten des
Linsentubus 80.
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Die Defokussierungsgröße δ1 und δ2 in bezug auf
die Abweichung ΔL der Projektionslinse 54 bzw. die
Abweichung ΔX des Kollimatorlinsensystems, die in der
Richtung, in welcher sich die optische Platte von der
Projektionslinse 40 wegbewegt, positiv sind, bestimmen sich
zu:
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δ1 = (f0/f1)²ΔX = (f0/f1)²(B·γ-A0·β)· Δt (14)
-
und
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δ2 = (f0/f2)ΔL = (f0/f2)² LΔt (15)
-
darin bedeuten: f1 = Brennweite des Kollimatorlinsensystems
mit den Kollimatorlinsen 32 und 34 und f2 = Brennweite des
Objektivs 40. Die Gleichungen (14) und (15) treffen zu bzw.
sind gültig, weil der Halbleiter-Laser 30 und die optische
Platte 2 im Projektionslinsensystem zum Projizieren eines
Laserstrahls auf die lichtreflektierende Fläche der optischen
Platte 2 in einer Bildfokussierbeziehung zueinander stehen
und auch die lichtreflektierende Fläche der optischen Platte
2 sowie der Lichtdetektor 58 im Fokussierdetektorsystem zum
Detektieren der Fokussierung anhand des von der
lichtreflektierenden Fläche der optischen Platte 2
reflektierten Laserstrahls in einer Bildfokussierbeziehung
zueinander stehen.
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Die Defokussierungsgröße δ2 basiert auf dem
Nichtvorhandensein des Fokussierservos, während beim Vorhandensein
der Fokussierservowirkung die Polarität der Defokussiergröße
δ2 umgekehrt ist. Die Gesamt-Defokussiergröße bestimmt sich
somit zu:
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δ = δ1 - δ2
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= { (f0/f1)²(B·γ-A0·β)
-
- (f0/f2)² L}Δt (16)
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Damit δ ausreichend klein ist, muß folgende
Bedingung erfüllt sein:
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(B·γ-A0·β)· L > 0 (17)
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Solange diese Bedingung erfüllt ist, heben die
Defokussiergrößen δ1 und δ2 entsprechend der Abweichung ΔL
der Projektionslinse 54 bzw. der Abweichung Δx des
Kollimatorlinsensystems einander auf.
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Da die Defokussiergröße δ aufgrund der Abweichung
oder Verschiebung der Projektionslinse 54 und der Abweichung
oder Verschiebung des Kollimatorlinsensystems kleiner sein
muß als die zulässige Defokussiergröße d, gilt eine ähnliche
Gleichung:
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{(f0/f1)²(B·γ-A0·β)-(f0/f2)² L}Δt ≤ d (18);
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darin bedeutet: d = 270 um.
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Da sich die Temperatur üblicherweise in einem
Bereich von 0 bis 40ºC, d. h. Δt = 20ºC, bezogen auf die
Normaltemperatur ändert, gilt:
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{(f0/f1)²(B·γ-A0·β)-(f0/f2)² L} ≤ d/δt (19)
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Darin bedeuten: d = 2,0 um und Δt = 20.
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Bevorzugt wird die folgende Gleichung aufgestellt:
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(f0/f1)²(B·γ-A0·β) = (f0/f2)² L (20)
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Die Werkstoffe und Formen der Basis 72, des Rahmens
74 und der Linsentuben 76 und 80 werden jeweils so gewählt,
daß sie den obigen Bedingungen genügen.
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Wie aufgezeigt, ist es erfindungsgemäß möglich, die
Werkstoffe und Formen von Basis 72, Rahmen 74 und Linsentuben
76 und 80 auf der Grundlage der Gesamt-Defokussiergröße δ zu
wählen, welche die Summe aus dem Absolutwert der
Defokussiergröße δ1 aufgrund der Abweichung ΔL der Projektionslinse 54
und dem Absolutwert der Defokussiergröße δ2 aufgrund der
Abweichung des ΔX des Kollimatorlinsensystems darstellt, und
zwar anstelle der Defokussiergröße δ, welche der Differenz
zwischen den oben angegebenen Defokussiergrößen δ1 und δ2
entspricht. Die Gesamt-Defokussiergröße δ als Summe der
Absolutwerte der Defokussiergrößen δ1 und δ2 bestimmt sich
zu:
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δ = δ1 + δ2
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= { (f0/f1)²(B·γ-A0·β) + (f0/f2)² L }Δt (21)
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Da die Defokussiergröße δ aufgrund der Abweichung
der Projektionslinse 54 und der Abweichung des
Kollimatorlinsensystems kleiner sein muß als die zulässige
Defokussiergröße d, gilt ebenfalls die folgende Beziehung:
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{ (f0/f1)²(B·γ-A0·β) + (f0/f2)² L }Δt ≤ d (22)
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Darin bedeutet: δ = 2,0 um.
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Da sich die Temperatur normalerweise in einem
Bereich von 0 bis 40ºc, d. h. Δt = 20ºc gegenüber der
Normaltemperatur ändert, gilt:
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(f0/f1)²(B·γ-A0·β) + (f0/f2)² L ≤ d/Δt (23)
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Darin bedeuten: δ = 2,0 um und Δt = 20. Die Werkstoffe und
Formen von Basis 72, Rahmen 74 und Linsentuben 76 und 80
werden so gewählt, daß sie obigen Bedingungen genügen.
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Der beschriebene Grundgedanke des Wählens der
Werkstoffe und Formen der Basis 72, des Rahmens 74 und der
Linsentuben 76 und 80 in der Weise, daß die durch eine
Abweichung oder Verschiebung von Projektionslinse 54 und
Kollimatorlinsensystem eingeführte Defokussiergröße innerhalb
des zulässigen Defokussiergrößenbereichs gehalten wird, ist
nicht nur auf das oben beschriebene Scharfstell- oder
Fokussierdetektorsystem, sondern auch auf andere
Fokussierdetektorsysteme, wie ein astigmatisches System,
anwendbar.
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Darüber hinaus ist das Fokussierdetektorsystem
nicht auf den sogenannten Schneidkanten- oder Schneidentyp
beschränkt, vielmehr können auch verschiedene andere
Fokussierdetektorsysteme eingesetzt werden.