NL8603010A - Optische aftastinrichting. - Google Patents

Description

*1 sJ 1 V-...

t- PHN 11.966 1 N.V. Philips' Gloeilampenfabrieken te Eindhoven.

Optische aftastinrichting.

De uitvinding heeft betrekking op een inrichting voor het met optische straling aftasten van een stralingsreflekterend informatievlak in een registratiedrager, welke inrichting bevat een stralingsbron voor het leveren van een aftastbundel, een in de weg van 5 deze bundel aangebrachte reflektor voor het reflekteren van de aftastbundel naar de registratiedrager en een objektief voor het fokusseren van de aftastbundel tot een aftastvlek in het informatievlak.

Onder het aftasten van het informatievlak wordt verstaan zowel het aftasten voor het uitlezen van een reeds ingeschreven 10 informatievlak, als het aftasten ten behoeve van het inschrijven van informatie in dit vlak met een stralingsbundel die in intensiteit gemoduleerd is overeenkomstig de in te schrijven informatie.

Een dergelijke inrichting, bestemd voor het uitlezen van een optische registratiedrager die voorzien is van een in een 15 informatievlak gelegen en volgens informatiesporen gerangschikte informatiestruktuur, is bekend uit ‘Philips' Technical Review", Vol. 33,

No. 7 (1973), pag. 186-189. In de bekende inrichting is in de weg van de aftastbundel, waarvan de hoofdstraal in een horizontale richting verloopt, een reflektor aangebracht die deze aftastbundel reflekteert, 20 zodanig dat de hoofdas van de gereflekteerde bundel een hoek van 90° maakt met die van de op de reflektor invallende bundel. De registratiedrager bevindt zich boven de stralingsbron en de reflektor en de hoofdas van de aftastbundel is loodrecht op deze registratiedrager.

De aftastbundel wordt op het informatievlak gefokusseerd door een 25 objektief dat zich tussen de reflektor en de registratiedrager bevindt.

De genoemde reflektor is kantelbaar opgesteld en wordt gebruikt om de positie van de aftastvlek in de radiale richting van de ronde schijfvormige registratiedrager bij te regelen, zodanig dat deze vlek een af te tasten informatiespoor blijft volgen.

30 Meer recente ontwikkelingen van optische aftastinrichtingen, speciaal van die welke bestemd zijn voor het uitlezen van een optische audioplaat en die ook wel CD-spelers worden 8803010 PHN 11.966 2 <s genoemd, hebben geresulteerd in een kompakte en langwerpige uitleeseenheid die bijvoorbeeld beschreven is in "Philips' Technical Review", Vol. 40 (1982), No. 6, pag. 151-155. Deze uitleeseenheid, ook wel lichtpen genoemd, die zowel de stralingsbron als alle benodigde 5 optische komponenten en het stralingsgevoelige detektiestelsel bevat, is gemonteerd op een draaiarm met behulp waarvan de radiale positie van de aftastvlek in het informatievlak kan worden ingesteld. De lichtpen heeft een relatief kleine hoogte, bijvoorbeeld 45 mm en wordt met veel succes toegepast in huidige CD-spelers voor huiskamergebruik.

10 Voor speciale toepassingen, bijvoorbeeld in draagbare spelers of in spelers bestemd voor inbouw in auto's, is het gewenst de inbouwhoogte van de optische aftasteenheid aanzienlijk te reduceren. Daartoe kan de lichtpen vervangen worden door een aftasteenheid waarin het grootste gedeelte van de stralingsweg zich in horizontale richting 15 uitstrekt en waarin gebruik gemaakt wordt van een reflektor om de aftastbundel in vertikale richting te reflekteren naar de registratiedrager toe. Dan moet echter nog steeds ruimte voor dit objektief gereserveerd worden, waardoor een grens gesteld wordt aan de verkleining van de afstand tussen de reflektor en de registratiedrager. 20 De onderhavige uitvinding heeft ten doel een aftastinrichting voor optische registratiedragers te verschaffen waarin een extreem kleine inbouwhoogte gerealiseerd is.

De inrichting volgens de uitvinding vertoont als kenmerk, dat het objektief en de reflektor geïntegreerd zijn in één 25 reflektor-objektief element dat bevat een eerste brekend oppervlak dat naar de stralingsbron toegewend is, een tweede brekend oppervlak dat naar de registratiedrager toegekeerd is en een stralingsreflekterend oppervlak dat tussen het eerste en tweede brekende oppervlak geplaatst is en waarbij minstens één van de brekende oppervlakken konvex en 30 asferisch is.

Het objektief is nu als het ware geplaatst in de ruimte die gereserveerd was voor de reflektor, zodat geen aparte ruimte voor het objektief in de vertikale stralingsweg meer nodig is. De hoogte van de optische aftasteenheid wordt nu bepaald door de som van de hoogte van 35 het reflektor-objektief en de vrije werkafstand van het objektief, dat wil zeggen de afstand tussen het lensoppervlak aan de beeldzijde van het objektief en het beeldvlak van dit objektief. Deze werkafstand is voor 8603010 . s >; ί PHN 11.966 3 het hier gebruikte soort objektieven klein, bijvoorbeeld enige mm's.

De uitvinding maakt een optimaal gebruik van het feit dat men er in de loop van de laatste jaren in geslaagd is een hoogwaardig objektief, dat eeii zeer kleine afbeelding met buigingsbegrensde 5 kwaliteit moet vormen, te ontwerpen dat uit slechts één lenselement met één of twee asferische brekende oppervlakken bestaat. De uitvinding berust op het inzicht dat dit enkelvoudige objektief zich uitstekend leent om geïntegreerd te worden met een reflekterend element, zonder de afbeeldingskwaliteit te beïnvloeden.

10 Opgemerkt wordt dat het, voor andere doeleinden, op zichzelf békend is een lenselement te integreren met een reflektor. Bij wijze van voorbeeld kan verwezen worden naar het Amerikaanse octrooischrift nr. 3.850.520 dat een prisma beschrijft met twee rechte vlakken waarvan er een het intreevlak voor de straling vormt en het 15 andere reflekterend is en onder een hoek van 45° staat met het intreevlak. Een derde oppervlak van het prisma dat zich bevindt in de weg van de gereflekteerde straling heeft een konvex oppervlak en funktioneert als lenselement. Hoewel in het Amerikaanse octrooischrift nr. 3.850.520 gesteld wordt dat het prisma-element kompakt is, heeft dit 20 element op zichzelf ten doel de geometrische afstand tussen een stralingsbron en het punt waar de door deze bron uitgezonden straling gefokusseerd wordt te vergroten, zodat een film tussen de bron en het fokuspunt aangebracht kan worden.

Bovendien is het, bijvoorbeeld uit het Amerikaanse 25 octrooischrift nr. 4.411.500, bekend om in aftastinrichtingen voor optische registratiedragers een prisma te integreren met een of twee lenselementen. Dit prisma bevat echter een halfreflekterend vlak in plaats van een volledig reflekterend vlak en is bedoeld om de van de registratiedrager afkomstige bundel te scheiden van de door de 30 stralingsbron uitgezonden bundel. De lens die met dit prisma is geïntegreerd is een plankonvexe kollimatorlens die, met behoud van zijn oorspronkelijke vorm op het prisma gelijmd wordt danwel uit hetzelfde materiaal en gelijktijdig met het prisma als één element vervaardigd wordt.

35 Het integreren van een hoogwaardig objektief met een reflektor voor gebruik in een optische aftastinrichting om de inbouwhoogte van deze inrichting te verkleinen is noch in de genoemde 8603010 ‘ί

V

ΡΗΝ 11.966 4 referenties noch in andere bekende referenties geopenbaard.

Een eerste uitvoeringsvorm van de aftastinrichting, waarin een kollimatorlens is aangebracht tussen de stralingsbron en het reflektor-objektief, vertoont als verder kenmerk, dat een van de 5 brekende oppervlakken konvex en asferisch is en het andere brekende oppervlak plat is.

Daarbij wordt gebruik gemaakt van het in de Europese octrooiaanvrage nr. 0.146.178 geopenbaarde feit dat bij gebruik van een gekollimeerde bundel een buigingsbegrensde aftastvlek verkregen kan 10 worden met een enkelvoudig objektief dat slechts één konvex en asferisch oppervlak bezit terwijl het andere brekend oppervlak plat is. Bij voorkeur bevindt dit platte oppervlak zich aan de zijde van de registratiedrager, omdat dit oppervlak het minst kwetsbaar is.

Een tweede uitvoeringsvorm van de aftastinrichting, 15 waarin een divergerende bundel op het reflektor-objektief invalt, vertoont als kenmerk, dat zowel het eerste als het tweede brekende oppervlak konvex en asferisch zijn.

De genoemde uitvoeringsvormen vertonen bij voorkeur als verder kenmerk, dat het reflektor-objektief een grondvorm heeft die 20 bestaat uit een halve bol waarvan het platte oppervlak reflekterend is en het ronde oppervlak uit twee gedeeltes bestaat waarvan minstens een deel asferisch is.

Het reflektor-objektief kan geheel uit glas bestaan. De optische eigenschappen van dit element zijn dan vrijwel onafhankelijk 25 van variaties in de omgevingsparameters, zoals temperatuur en vochtigheid. Het aanbrengen van asferische oppervlakken op glas kan echter een moeizaam procédé zijn. Indien het reflektor-objektief geheel uit een doorzichtige kunststof bestaat zijn de asferische oppervlakken gemakkelijker aan te brengen, door bij de vormgeving, 30 bijvoorbeeld door persen of gieten, gebruik te maken van asferische mallen. De optische eigenschappen van een dergelijk element zijn echter wel afhankelijk van variaties in de omgevingsparameters.

Een voor wat betreft maakbaarheid en stabiliteit geoptimaliseerd reflektor-objektief vertoont als kenmerk, dat het 35 bestaat uit een glazen substraat en dat een asferisch oppervlak wordt gevormd door een asferisch buitenoppervlak van een laag doorzichtige kunststof die op het substraat is aangebracht.

8603010

X

PHN 11.966 5 “s -

Bij voorkeur is het materiaal van deze laag een onder invloed van ultraviolette straling uitgehard polymeer. Een voorbeeld van een dergelijk polymeer is polymethylmethacrylaat (PMMA).

De uitvinding zal nu worden toegelicht aan de hand van de 5 tekening, waarin figuur 1 schematisch en in perspektief, een uitvoeringsvorm van een optische aftastinrichting met een geïntegreerd reflektor-objektief weergeeft, en de figuren 2 en 3 verschillende uitvoeringsvormen van het 10 reflektor-ob jektief in dwarsdoorsnede tonen.

In figuur 1 is een gedeelte van een ronde schijfvormige registratiedrager 1 weergegeven. De informatiestruktuur is aangegeven door de informatiesporen 4, gelegen in een informatievlak 3 en bestaande uit een groot aantal informatiegebiedjes 5 die in de spoorrichting t 15 afwisselen met tussengebiedjes 6. De informatiestruktuur bevindt zich bij voorkeur in de bovenzijde van de registratiedrager en wordt door een door het substraat 2 heengaande aftastbundel b uitgelezen. De aftastbundel wordt geleverd door een stralingsbron 7, bijvoorbeeld een halfgeleider-diodelaser, zoals een AlGaAs-laser.

20 De aftastbundel b wordt door een objektief ü gefokusseerd tot een aftastvlek V in het informatievlak. Tussen dit objektief en de diodelaser kan een kollimatorlens 8 aangebracht zijn die de van de diodelaser afkomstige divergerende bundel omzet in een evenwijdige bundel met een zodanige doorsnede dat de pupil van het 25 objektief adequaat gevuld wordt, zodat de aftastvlek V buigingsbegrensd is en dus een minimale diameter heeft. De uitleesbundel wordt door het informatievlak gereflekteerd en, indien de registratiedrager door middel van de aandrijfas A wordt geroteerd, gemoduleerd overeenkomstig de informatie die is opgeslagen in een uit te lezen spoor 4.

30 In de stralingsweg is een bundeldeler 9, bijvoorbeeld in de vorm van een halfdoorlatende spiegel, aangebracht die de van de stralingsbron 7 afkomstige bundel b naar het objektief reflekteert en de van de registratiedrager afkomstige en gemoduleerde bundel doorlaat naar een stralingsgevoelig detektiestelsel 10. Dit detektiestelsel levert een 35 elektrisch signaal dat gemoduleerd is overeenkomstig de informatie die is opgeslagen in een uit te lezen spoor. Het detektiestelsel kan ook signalen leveren die afwijkingen in de positie van de stralingsvlek ten 8603010 *

'V

PHN 11.966 6 opzichte van een uit te lezen spoor en/of fokusfouten representeren, zoals beschreven is in het reeds genoemde "Philips' Technical Review", Vol. 40, No. 6, pag. 151-155.

In plaats van een halfdoorlatende spiegel kan, zoals 5 bekend, ook een polarisatiegevoelig deelprisma als bundeldeler gebruikt worden. In de stralingsweg tussen deze bundeldeler en het objektief moet dan een dubbelbrekende plaat aangebracht zijn die er voor zorgt dat de polarisatierichting van de van de registratiedrager terugkerende bundel over 90° gedraaid is ten opzichte van de polarisatierichting van de 10 door de bron uitgezonden bundel.

De hoofdstraal van de bundel b die uitgezonden wordt door de bron 7 en door het element 9 wordt gereflekteerd en door het element 8 heengaat is in een horizontaal vlak gelegen. In dit vlak ligt ook de hoofdstraal van de terugkerende bundel die de kollimatorlens 8 15 gepasseerd is en door de bundeldeler 9 doorgelaten wordt. In de

Stralingsweg achter de kollimatorlens is een reflektor 12 aangebracht die de aftastbundel onder een hoek van ongeveer 90° reflekteert in de richting van de registratiedrager. Door deze konstruktie heeft de aftastinrichting een inbouwhoogte die aanzienlijk kleiner is dan die van 20 bekende aftestsystemen waarin de elementen 7, 8 en 9 en het objektief in één lijn dwars op de registratiedrager geplaatst zijn.

Volgens de uitvinding wordt de inbouwhoogte nog aanzienlijk verder gereduceerd door het objektief met de reflektor te integreren in één element, dat kortheidshalve aangeduid wordt met 25 reflektor-objektief. Dit element is in figuur 1 met H aangegeven. Het bevat, behalve het reflekterende oppervlak 12 een eerste en tweede stralingsbrekend oppervlak 13 respektievelijk 14, welke laatste twee oppervlakken de ingang- en uitgangoppervlakken van het objektief vormen. Doordat de massa 15 van het objektief nu ondergebracht is in de 30 ruimte die toch al voor de reflektor gereserveerd moest worden, behoeft er niet langer een aparte ruimte voor dit objektief vrijgelaten te worden tussen de reflektor en de registratiedrager. De afstand tussen het reflektor-objektief H en de registratiedrager kan nu zeer klein gehouden worden. Deze afstand wordt bepaald door de vrije werkafstand 35 van het objektief, dat wil zeggen de afstand tussen het beeldvlak van het objektief en het oppervlak 14 daarvan.

Zoals in figuur 1 is aangegeven kunnen beide oppervlakken 8603010 PHN 11.966 7 £ . * 13 en 14 konvex zijn, zodat zij beide een gedeelte van de optische sterkte van het objektief leveren. Indien de op het oppervlak 13 invallende bundel een gekollimeerde bundel is, dus in het geval er tussen de stralingsbron 7 en het reflektor-objektief ü een 5 kollimatorlens aanwezig is, kan een van de oppervlakken 13 en 14 een plat oppervlak zijn en is alleen het andere oppervlak konvex en asferisch. Zoals beschreven is in de Europese octrooiaanvrage nr.

0.146.173, kan een objektief dat één konvex en één plat oppervlak heeft een aanvaardbare aftastvlek uit een gekollimeerde bundel 10 vormen, mits het konvexe oppervlak asferisch is.

In figuur 2 is een uitvoeringsvorm van een reflektor-objektief met een plat oppervlak 14 en een asferisch konvex oppervlak 13 in dwarsdoorsnede weergegeven. Bij voorkeur is, zoals aangegeven in figuur 2, het naar buiten gekeerde oppervlak 14 van het objektief, dus 15 het oppervlak dat kan vervuilen en schoon gemaakt moet worden dus door de gebruiker aangeraakt kan worden, als plat oppervlak uitgevoerd omdat zo'n oppervlak het minst kwetsbaar is.

Indien de het reflektor-objektief binnentredende bundel een divergerende bundel is moeten beide oppervlakken van het objektief 20 konvex en moet minstens een van deze oppervlakken asferisch zijn. In figuur 3 is een reflektor-objektief met twee konvexe en asferische oppervlakken in dwarsdoorsnede weergegeven. Deze uitvoeringsvorm verdient ook de voorkeur indien de binnenkomende bundel gekollimeerd is.

Als de bundel die op het reflektor-objektief invalt 25 gekollimeerd is kan dit objektief ook één konkaaf en een konvex oppervlak hebben, mits het konvexe oppervlak een voldoend grote breking vertoont zodat het objektief konvergerend is.

Zoals reeds opgemerkt is minstens een van de brekende oppervlakken asferisch. Uit het oogpunt van maakbaarheid en toleranties 30 zijn bij voorkeur beide oppervlakken asferisch.

Het reflektor-objektief kan geheel uit glas bestaan. Dit materiaal heeft het voordeel dat het stabiel is, dat wil zeggen vrijwel onafhankelijk van variaties in de omgevingsparameters, met name de temperatuur en vochtigheid. Het aanbrengen van asferische oppervlakken 35 in glas kan echter een moeizaam procédé zijn. Het is ook mogelijk het reflektor-objektief uit een doorzichtige kunststof te vervaardigen, bijvoorbeeld door persen of gieten. Door gebruik te maken van mallen met 8603016 ί * * ΡΗΝ 11.966 8 profielen die het spiegelbeeld zijn van de gewenste asferische profielen, kunnen de asferische oppervlakken eenvoudig en gelijktijdig met de lensvorm vervaardigd worden. De tot nu toe bekende kunststoffen die in aanmerking komen zijn echter nogal gevoelig voor variaties in de 5 temperatuur en vochtigheid.

Een, voor wat betreft maakbaarheid en stabiliteit, optimaal kompromis bieden uitvoeringsvormen die bestaan uit een glazen substraat 15 met een sferisch oppervlak en een plat oppervlak, 17 en 14 in figuur 2, of met twee sferische oppervlakken, 17 en 18 in figuur 3.

10 Op een sferisch oppervlak is dan een laag kunststof, 19 in figuur 2, en 19 en 20 in figuur 3, met een asferisch buitenprofiel, 13 in figuur 2 en 13 en 16 in figuur 3, aangebracht. De doorzichtige kunststoflagen zijn erg dun, zodat veranderingen in de brekingsindex of van de vorm van deze lagen slechts een kleine invloed hebben op het optische gedrag van het 15 reflektor-objektief als geheel.

Bij voorkeur heeft het substraat van het reflektor-objektief de vorm van een halve bol. Dit objektief kan vervaardigd worden door uit te gaan van een glazen kogel die op eenvoudige en goedkope wijze verkregen kan worden met behulp van op zichzelf bekende 20 technieken. Zo kan bijvoorbeeld uitgegaan worden van vierkante blokjes glas die in een trommel rondgeslingerd worden totdat nagenoeg ronde bolletjes ontstaan. Deze bolletjes kunnen eventueel nog gepolijst worden. Een zo verkregen kogel wordt vervolgens doormidden gezaagd waarna de snijkant wordt gepolijst en van een reflekterende bekleding en 25 eventueel een beschermende bekleding wordt voorzien. Op de zo verkregen halve en reflekterende kogel wordt op de gewenste plaatsen een polymeriseerbaar materiaal, bijvoorbeeld een onder invloed van ultraviolette straling uithardend materiaal, aangebracht waarna er een of twee matrijzen met asferische profielen in gedrukt worden. Vervolgens 30 wordt het materiaal, bijvoorbeeld door de matrijs heen, belicht en wordt de matrijs verwijderd, waarbij de kogel met een of twee asferische opperviaktegedeelten beschikbaar komt.

Behalve in een uitleesinrichting kan de uitvinding ook worden toegepast in een inschrijfinrichting. De inrichting voor het 35 inschrijven heeft in principe dezelfde opbouw als de uitleesinrichting volgens figuur 1. De stralingsbundel die het reflektor-objektief binnentreedt moet dan wel gemoduleerd worden met de in te schrijven 860 30 1 0 Ί.

3

A

'«· ΡΗΝ 11.966 9 informatie. Dat kan gerealiseerd worden met een optische modulator in de stralingsweg of door het aansturen van de diodelaser met een stuursignaal dat gemoduleerd is overeenkomstig de in te schrijven informatie.

8603010

Claims (7)

1. Inrichting voor het met optische straling aftasten van een stralingsreflekterend informatievlak in een registratiedrager, welke inrichting bevat een stralingsbron voor het leveren van een aftastbundel, een in de weg van deze bundel aangebrachte reflektor voor 5 het reflekteren van de aftastbundel naar de registratiedrager en een objektief voor het fokusseren van de aftastbundel tot een aftastvlek in het informatievlak, met het kenmerk, dat het objektief en de reflektor geïntegreerd zijn in één reflektor-objektief element dat bevat een eerste brekend oppervlak dat naar de stralingsbron toegewend is, een 10 tweede brekend oppervlak dat naar de registratiedrager toegekeerd is en een stralingsreflekterend oppervlak dat tussen het eerste en tweede brekende oppervlak geplaatst is en waarbij minstens één van de brekende oppervlakken konvex en asferisch is.

2. Inrichting volgens conclusie 1, waarin een kollimatorlens 15 is aangebracht tussen de stralingsbron en het reflektor-objektief, met het kenmerk, dat een van de brekende oppervlakken konvex en asferisch is en het andere brekende oppervlak plat.

3. Inrichting volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat het platte oppervlak van het reflektor-objektief naar de registratiedrager 20 toegewend is.

4. Inrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat beide brekende oppervlakken van het reflektor-objektief konvex zijn.

5. Inrichting volgens conclusie 4, met het kenmerk, dat het reflektor-objektief een grondvorm heeft die bestaat uit een halve bol 25 waarvan het platte oppervlak reflekterend is en het ronde oppervlak uit twee gedeelten bestaat waarvan minstens één deel asferisch is.

6. Inrichting volgens een der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat het reflektor-objektief bestaat uit een glazen lenssubstraat en dat een asferisch oppervlak wordt gevormd door een asferisch 30 buitenoppervlak van een laag doorzichtige kunststof die op het substraat is aangebracht.

7. Inrichting volgens conclusie 6, met het kenmerk, dat de kunststof een onder invloed van ultraviolette straling uitgeharde polymeer is. 8603010