устройство для автоматической фокусировки излучения
Классы МПК: | G11B7/09 с обеспечением перемещения светового луча или фокальной плоскости с целью поддержания положения светового луча относительно носителя записи во время работы, например для компенсации неоднородности поверхности носителя или для отслеживания дорожки |
Автор(ы): | Решетов В.П. |
Патентообладатель(и): | Производственное объединение "Уральский оптико-механический завод" |
Приоритеты: |
подача заявки:
1991-04-23 публикация патента:
20.05.1995 |
Использование: автоматика, накопление информации оптическими средствами, видео- и звуковые проигрыватели. Сущность изобретения: подвижный элемент скольжения перемещается в осевом направлении в неподвижном элементе посредством привода фокусировки, функционирующего в соответствии с сигналами блока управления. На фотоприемниках фотоприемного блока формируют интерференционную картину, а фотоприемники объединены в группы и включены в противофазе. Блок управления осуществляет цифровое управление приводом фокусировки. 12 ил.
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10, Рисунок 11, Рисунок 12
Формула изобретения
УСТРОЙСТВО ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОЙ ФОКУСИРОВКИ ИЗЛУЧЕНИЯ, содержащее подшипник на газовой смазке с подвижным и неподвижным элементами скольжения, датчик фокусировки с последовательно установленными на оптической оси лазерного источника излучения светоделителем, объективом и носителем информации с информационными дорожками, а также фотоприемным блоком, установленным с возможностью проецирования на него через светоделитель информационных дорожек носителя информации, выходы фотоприемного блока соединены с входами блока управления, выход которого подключен к приводу фокусировки, причем блок управления состоит из двух усилителей, аналого-цифрового преобразователя, генератора, коммутатора, схемы синхронизации, резистивного блока и задатчика позиции фокуса, отличающееся тем, что, с целью повышения точности фокусировки и упрощения конструкции электронной части устройства, в датчик фокусировки введены зеркало и дополнительный объектив, установленный между светоделителем и фотоприемным блоком, а в блок управления схема осреднения, выполненная в виде сумматора на операционном усилителе, генератор выполнен управляемым, фотоприемный блок, дополнительный объектив, светоделитель, зеркало и объектив установлены внутри подвижного элемента скольжения подшипника на газовой смазке, зеркало оптически связано с объективом, а также с фотоприемным блоком через светоделитель и дополнительный объектив, подвижный элемент размещен внутри неподвижного с возможностью перемещения вдоль оптической оси лазерного источника излучения, привод фокусировки размещен на неподвижном элементе и магнитосвязан с подвижным элементом подшипника на газовой смазке, фотоприемники фотоприемного блока объединены в две группы, в каждой из которых фотоприемники установлены параллельно на краях проекций соответствующих информационных дорожек, группы размещены с параллельным смещением одна относительно другой и подключены в противофазе, усилители блока управления установлены параллельно и их входы подсоединены к входам блока управления, а выходы к входам сумматора, связанного выходом с входом аналого-цифрового преобразователя, первым входом схемы синхронизации и входом резистивного блока, выходы которого соединены с первым групповым входом схемы синхронизации, вход синхронизации и второй групповой вход которого подключены к соответствующим входам аналого-цифрового преобразователя, выходы схемы синхронизации соединены с входами управляемого генератора, выход которого через коммутатор подключен к выходу блока управления, при этом схема синхронизации выполнена из N RS-триггеров с объединенными R-входами, выходы которых соединены с управляющими входами N мультиплексоров "2 на 1", подсоединенных выходами к соответствующим выходам схемы синхронизации, сигнальные шины мультиплексоров связаны с первыми и первым групповым входами схемы синхронизации, объединенные R-входы RS-триггеров с входом синхронизации, S-входы RS-триггеров с вторыми групповыми входами схемы синхронизации, а выходы задатчика позиции фокуса соединены с групповыми входами аналого-цифрового преобразователя блока управления.Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к автоматике и накоплению информации оптическими средствами, в частности к технике записи-воспроизведения информации, и может быть использовано в звуковых и видеопроигрывателях и прочих средствах обеспечения оптической записи-воспроизведения информации. Известно устройство, содержащее исполнительный орган, вспомогательный лазер, луч которого через систему зеркал под углом попадает на микрообъектив и фокусируется на металлической поверхности пленки заготовки диска, далее, отражаясь, возвращается через объектив на фотоприемник с двумя спаренными чувствительными элементами. Если чувствительная поверхность носителя информации совпадает с фокальной плоскостью микрообъектива, то световой поток направляется объективом точно на границу раздела фоточувствительных элементов. В этом случае фототоки двух светодиодов равны, а блок реверса формирует нулевое напряжение. Если же поверхность чувствительного слоя будет смещена относительно фокальной плоскости микрообъектива, световой поток будет выходить из микрообъектива под некоторым углом, зависящим от величины и знака расфокусировки. Точка фокусировки излучения на поверхности фотодиодов смещается относительно границы раздела. На выходе блока появится напряжение, знак которого однозначно связан с направлением расфокусировки. Подключение исполнительного элемента перемещения микрообъектива к выходу блока позволяет замкнуть цепь автоматического регулирования [1]Микрообъектив перемещается в такт с биениями заготовки, обеспечивая совмещение фотоканальной плоскости микрообъектива с поверхностью светочувствительного слоя диска с точностью не хуже 0,5 мкм в полосе частот биений 0-100 Гц. Для наведения на начальный репер и контроля точности фокусировки применяется микроскоп визуального контроля с увеличением 600х. В системах автофокусировки с вспомогательным лазером, луч которого направлен под углом к оптической оси микрообъектива, используют разные длины волн рабочего источника и вспомогательного, чтобы снизить перекрестные помехи. Это делает необходимым использовать оптические фильтры, что усложняет расчет и реализацию оптической системы. Наиболее близким по технической сущности является устройство для автоматической фокусировки излучения на носителе в системе записи-воспроизведения информации, содержащее генератор, исполнительный элемент фокусировки, коммутатор и последовательно соединенные цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) и фильтр нижних частот, а также двухконтурный блок управления, один контур которого состоит из последовательно соединенных фотоприемного блока и дифференциального усилителя, подключенного выходом к сигнальному входу коммутатора, выход которого связан с входом исполнительного элемента фокусировки, а также последовательно соединенные суммирующий резистивный блок и согласующие усилители, через которые выход коммутатора связан с входами исполнительного элемента фокусировки, и последовательно соединенные блок синхронизации импульсов и блок оптронной развязки, при этом блок синхронизации импульсов состоит из последовательно связанных логической схемы ИЛИ и счетчика, входами блока синхронизации являются входы логической схемы ИЛИ, а выходом выход счетчика, коммутатор выполнен в виде двойного мультиплексора, с синхронизирующим входом которого соединен выход блока оптронной развязки, а с другим сигнальным входом выход фильтра нижних частот, другой контур блока управления выполнен четырехканальным, каждый из каналов которого включает в себя датчик углового положения носителя, два RS-триггера, реверсивный счетчик трех состояний, компаратор и цифровой задатчик синтезированных импульсов, выход которого связан с входом компаратора, другой вход которого соединен с выходом реверсивного счетчика, а выход с входом сброса первого RS-триггера, синхронизирующие входы RS-триггеров связаны с выходом датчика углового положения носителя, выход первого RS-триггера соединен со счетным входом реверсивного счетчика, с информационными входами которого связаны выходы другого RS-триггера, выход генератора подключен к тактовым входам реверсивных счетчиков всех каналов, выходы реверсивных счетчиков всех каналов соединены с входами ЦАП, выходы датчиков углового положения носителя всех каналов подключены к входам логической схемы ИЛИ блока синхронизации импульсов, а выход датчика углового положения носителя каждого последующего канала подключен к входам сброса другого RS-триггера и реверсивного счетчика трех состояний предшествующего канала [2]
Фотоприемный блок представляет собой оптическую систему, содержащую лазер, светоделительный кубик, микрообъектив, лимб, плоскость отражения которого помещена в фокальную плоскость микрообъектива, щелевую диафрагму и фотоприемник. В системе использован вспомогательный лазер. Луч его пространственно отделен от луча технологического лазера, а для автофокусировки используется вспомогательная проекционная система. Недостаток этой системы состоит в ограниченности ее технологических возможностей, так как представляется затруднительным реализовать пространственную многослойную запись с автоматическим переходом от одного слоя к другому. Цель изобретения повышение точности фокусировки и упрощение конструкции электронной части устройства. Для достижения цели в устройстве для автоматической фокусировки излучения, содержащем подшипник на газовой смазке с подвижным и неподвижным элементами скольжения, датчик фокусировки с последовательно установленными на оптической оси лазерного источника излучения светоделителем, объективом и носителем информации с информационными дорожками, а также фотоприемным блоком, установленным с возможностью проецирования на него через светоделитель информационных дорожек носителя информации, выходы фотоприемного блока соединены с входами блока управления, выход которого подключен к приводу фокусировки, причем блок управления состоит из двух усилителей, аналого-цифрового преобразователя, генератора, коммутатора, схемы синхронизации, резистивного блока и задатчика позиции фокуса, в датчик фокусировки введены зеркало и дополнительный объектив, установленный между светоделителем и фотоприемным блоком, а в блок управления схема осреднения, выполненная в виде сумматора на операционном усилителе, генератор выполнен управляемым, фотоприемный блок, дополнительный объектив, светоделитель, зеркало и объектив установлены внутри подвижного элемента скольжения подшипника на газовой смазке, зеркало оптически связано с объективом, а также с фотоприемным блоком через светоделитель и дополнительный объектив, подвижный элемент размещен внутри неподвижного с возможностью перемещения вдоль оптической оси лазерного источника излучения, привод фокусировки размещен на неподвижном элементе и магнитосвязан с подвижным элементом подшипника на газовой смазке, фотоприемники фотоприемного блока объединены в две группы, в каждой из которых фотоприемники установлены параллельно на краях проекций соответствующих информационных дорожек, группы размещены с параллельным смещением друг относительно друга и подключены в противофазе, усилители блока управления установлены параллельно и их входы подсоединены к входам блока управления, а выходы к входам сумматора, связанного выходом с входом аналого- цифрового преобразователя, первым входом схемы синхронизации и входом резистивного блока, выходы которого соединены с первым групповым входом схемы синхронизации, вход синхронизации и второй групповой вход которой подключены к соответствующим входам аналого-цифрового преобразователя, выходы схемы синхронизации соединены с входами управляемого генератора, выход которого через коммутатор подключен к выходу блока управления, при этом схема синхронизации выполнена из N RS-триггеров с объединенными R-входами, выходы которых соединены с управляющими входами N мультиплексоров "2 на 1", подсоединенных выходами к соответствующим выходам схемы синхронизации, сигнальные шины мультиплексоров связаны с первыми групповыми входами схемы синхронизации, объединенные R-входы RS-триггеров с входом синхронизации, S-входы RS-триггеров с вторыми групповыми входами схемы синхронизации, а выходы задатчика позиции фокуса соединены с групповыми входами аналого-цифрового преобразователя блока управления. На фиг. 1 представлено устройство в разрезе, общий вид; на фиг. 2 то же, поперечный разрез; на фиг. 3 конструкция жиклера истечения газовой смазки в теле неподвижного элемента; на фиг. 4 блок-схема блока управления; на фиг. 5 структура повторяющихся блоков в схеме синхронизации; на фиг. 6 оптическая схема устройства; на фиг. 7, 8 упрощенные кинетические построения для доказательства изменения оптической разности хода и расщепленных лучей при осевом смещении подвижного элемента скольжения; на фиг. 9 фрагмент блок-схемы, поясняющий его работу; на фиг. 10 матрица фотоприемников в фокусе микрообъектива на поверхности чувствительного слоя, формирующая интеpферограмму; на фиг. 11 диаграммы сигналов фотопреобразования; на фиг. 11А сигнал с первого ряда чувствительных элементов; на фиг. 11Б сигнал с второго ряда; на фиг. 11С сигнал на выходе сумматора; на фиг. 12 структура схемы осреднения сигнала фотопреобразования. Устройство содержит (фиг. 1) объективы 1 и 2 проекционных систем, неподвижный 3 и подвижный 4 элементы скольжения на газовой смазке, взаимодействующие с возможностью осевого перемещения исполнительным приводом 5 (приводом фокусировки), датчик положения фокуса F рабочей компоненты луча 7, светоде- лительную поверхность 8, отражатель 9, носитель 10 информации, фотоприемный блок 11 и блок 12 управления. В неподвижный элемент 3 вмонтированы перепускные каналы 13 подвода газовой смазки к жиклерам 14 (фиг. 2, 3), а торцовая сферическая поверхность 15 (фиг. 1) неподвижного элемента с центром сферы в точке фокуса F взаимодействует с основанием 16 посредством регулировочных винтов 17. Расщепленные компоненты лучей обозначены (фиг. 1, 6): 18 луч, падающий под углом
![устройство для автоматической фокусировки излучения, патент № 2035772](/images/patents/438/2035099/946.gif)
![устройство для автоматической фокусировки излучения, патент № 2035772](/images/patents/438/2035030/916.gif)
W2" рабочий луч 6;
W входящий луч 7;
W2"" нормально отраженная компонента от поверхности носителя 10 информации;
W3" отраженная компонента от светоделителя 8;
W4" отраженная компонента от отражателя 9;
W4"" отраженная компонента со смещением
![устройство для автоматической фокусировки излучения, патент № 2035772](/images/patents/438/2035030/916.gif)
W5"" отраженная компонента от отражателя 9 в ортогональной плоскости;
W5""" компонента, прошедшая светоделитель 8;
W1" компонента с постоянным оптическим ходом l3, отраженная от светоделителя 8. Блок 12 управления включает в себя генератор 21 (фиг. 4) управляемой частоты импульсов, фотоприемный блок 11, фотоприемники которого сгруппированы в группы 22. Фотоприемники в каждой из групп смещены на
![устройство для автоматической фокусировки излучения, патент № 2035772](/images/patents/438/2035004/960.gif)
![устройство для автоматической фокусировки излучения, патент № 2035772](/images/patents/438/2035030/916.gif)
![устройство для автоматической фокусировки излучения, патент № 2035772](/images/patents/438/2035099/946.gif)
![устройство для автоматической фокусировки излучения, патент № 2035772](/images/patents/438/2035030/916.gif)
![устройство для автоматической фокусировки излучения, патент № 2035772](/images/patents/438/2035099/946.gif)
![устройство для автоматической фокусировки излучения, патент № 2035772](/images/patents/438/2035030/916.gif)
![устройство для автоматической фокусировки излучения, патент № 2035772](/images/patents/438/2035030/916.gif)
![устройство для автоматической фокусировки излучения, патент № 2035772](/images/patents/438/2035030/916.gif)
![устройство для автоматической фокусировки излучения, патент № 2035772](/images/patents/438/2035030/916.gif)
![устройство для автоматической фокусировки излучения, патент № 2035772](/images/patents/438/2035030/916.gif)
Обозначим ход луча W4" (фиг. 6, 7) под углом
![устройство для автоматической фокусировки излучения, патент № 2035772](/images/patents/438/2035099/946.gif)
![устройство для автоматической фокусировки излучения, патент № 2035772](/images/patents/438/2035030/916.gif)
![устройство для автоматической фокусировки излучения, патент № 2035772](/images/patents/438/2035030/916.gif)
![устройство для автоматической фокусировки излучения, патент № 2035772](/images/patents/438/2035029/729.gif)
![устройство для автоматической фокусировки излучения, патент № 2035772](/images/patents/438/2035099/946.gif)
К cos
![устройство для автоматической фокусировки излучения, патент № 2035772](/images/patents/438/2035099/946.gif)
![устройство для автоматической фокусировки излучения, патент № 2035772](/images/patents/438/2035029/729.gif)
![устройство для автоматической фокусировки излучения, патент № 2035772](/images/patents/438/2035030/916.gif)
![устройство для автоматической фокусировки излучения, патент № 2035772](/images/patents/438/2035030/916.gif)
![устройство для автоматической фокусировки излучения, патент № 2035772](/images/patents/438/2035029/729.gif)
![устройство для автоматической фокусировки излучения, патент № 2035772](/images/patents/438/2035030/916.gif)
С учетом (1)
![устройство для автоматической фокусировки излучения, патент № 2035772](/images/patents/438/2035030/916.gif)
![устройство для автоматической фокусировки излучения, патент № 2035772](/images/patents/438/2035029/729.gif)
![устройство для автоматической фокусировки излучения, патент № 2035772](/images/patents/438/2035030/916.gif)
![устройство для автоматической фокусировки излучения, патент № 2035772](/images/patents/438/2035030/916.gif)
![устройство для автоматической фокусировки излучения, патент № 2035772](/images/patents/438/2035030/916.gif)
Условно примем:
![устройство для автоматической фокусировки излучения, патент № 2035772](/images/patents/438/2035030/916.gif)
![устройство для автоматической фокусировки излучения, патент № 2035772](/images/patents/438/2035030/916.gif)
![устройство для автоматической фокусировки излучения, патент № 2035772](/images/patents/438/2035030/916.gif)
Из (4) видно, что при единичном приращении
![устройство для автоматической фокусировки излучения, патент № 2035772](/images/patents/438/2035030/916.gif)
![устройство для автоматической фокусировки излучения, патент № 2035772](/images/patents/438/2035030/916.gif)
![устройство для автоматической фокусировки излучения, патент № 2035772](/images/patents/438/2035030/916.gif)
![устройство для автоматической фокусировки излучения, патент № 2035772](/images/patents/438/2035038/8800.gif)
![устройство для автоматической фокусировки излучения, патент № 2035772](/images/patents/438/2035030/916.gif)
![устройство для автоматической фокусировки излучения, патент № 2035772](/images/patents/438/2035004/960.gif)
![устройство для автоматической фокусировки излучения, патент № 2035772](/images/patents/438/2035042/8594.gif)
![устройство для автоматической фокусировки излучения, патент № 2035772](/images/patents/438/2035042/8594.gif)
Класс G11B7/09 с обеспечением перемещения светового луча или фокальной плоскости с целью поддержания положения светового луча относительно носителя записи во время работы, например для компенсации неоднородности поверхности носителя или для отслеживания дорожки