способ автоматической фокусировки для записи информации на криволинейных поверхностях

Формула изобретения

1. Способ фокусировки при записи на криволинейных поверхностях, включающий фокусировку основного лазерного пучка и вспомогательного лазерного пучка излучения на рабочую поверхность, непрерывное определение расстояния до точки записи и корректировку фокуса основного лазера согласно изменению расстояния до точки записи, отличающийся тем, что определение расстояния до точки записи производят при пространственном совмещении оптических путей двух падающих пучков, с измерением изменения распределения энергии вспомогательного отраженного пучка в плоскости регистрации за счет создания астигматизма отраженного пучка.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что астигматизм достигается за счет внесения в отраженный пучок оптических искажений путем введения в него непрозрачных элементов.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что измерение изменения распределения энергии вспомогательного отраженного пучка в плоскости регистрации производится за счет применения позиционных фоточувствительных элементов.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области оптоэлектроники и может быть использовано при создании дифракционных оптических элементов для синтеза фотошаблонов или прямого синтеза микроструктур на оптических криволинейных поверхностях.

Известен способ записи информации на плоских оптических дисках, включающий фокусировку лазерного пучка излучения на рабочую поверхность, удержание фокуса на рабочей поверхности при помощи воздушных струй, образующихся при вращении диска (см. А.Корпель, журнал "Автометрия", 1977 г., №5, с.65).

В известном способе за счет высокой скорости вращения диска образуется воздушный подшипник, удерживающий диск в фокусе лазерного пучка с точностью до нескольких микрон.

Основными недостатками известного способа являются его высокая критичность к плоскости диска, что делает невозможным его работу на криволинейных поверхностях, а также необходимость проведения записи на высоких скоростях рабочей поверхности, на которых создаются воздушные струи.

Известен способ записи информации на плоских оптических поверхностях, не зависящий от скорости вращения рабочей поверхности, включающий фокусировку основного и вспомогательного лазерных пучков излучения на сканируемую рабочую поверхность, в область, близкую к точке фокуса основного лазера, непрерывное измерение расстояния при помощи вспомогательного лазера до точки записи и корректировку фокуса основного лазера согласно величине изменения расстояния до точки записи (см. "Киноформы. Оптическая система для синтеза элементов". Препринт №99 Института автоматики и электрометрии Сибирского отделения Академии наук СССР, Новосибирск, 1979 г., с.17-23).

В известном способе используется триангуляционный принцип измерения расстояния до точки фокуса основного лазера, для чего используется вспомогательный лазер. Поскольку запись изображения производится на плоскую поверхность, ошибка в определении расстояния до точки фокуса основного лазера не превышает 2-3%, что вполне допустимо для качественной записи информации. Однако для криволинейных поверхностей триангуляционный принцип измерения расстояния до точки фокуса основного лазера может давать погрешности до 20% и более, что не допустимо при получении высокоточных оптических элементов.

Технической задачей настоящего изобретения является устранение указанного недостатка, а именно, повышение качества получаемых оптических элементов за счет повышения точности определения расстояния до точки фокусировки основного лазера.

Указанная задача в способе записи информации на криволинейных поверхностях, включающем фокусировку основного и вспомогательного лазерных пучков излучения на сканируемую рабочую поверхность, непрерывное измерение расстояния до точки записи и корректировку фокуса основного лазера согласно изменению расстояния до точки записи, достигается тем, что определение расстояния до точки записи производят при пространственном совмещении оптических путей двух падающих пучков.

Указанное выполнение способа, при пространственном совмещении оптических путей двух падающих пучков позволяет совместить точки фокусов основного и вспомогательного лазеров, а также устранить основной недостаток триангуляционного принципа измерения расстояния до точки фокуса основного лазера - смещение точки фокуса вспомогательного лазера в плоскости изображения при изменении угла наклона поверхности.

Целесообразно определение расстояния до точки записи в заявляемом изобретении производить за счет измерения изменения распределения энергии вспомогательного отраженного пучка в плоскости регистрации за счет создания астигматизма отраженного пучка.

При этом выгодно астигматизм отраженного пучка получать за счет внесения в отраженный пучок оптических искажений, например, путем введения в него непрозрачных элементов, а измерения изменения распределения энергии вспомогательного отраженного пучка в плоскости регистрации производить за счет применения позиционных фоточувствительных элементов.

Заявляемый способ позволяет точно (с ошибкой менее 0.05 мкм) совмещать положение фокуса основного лазера с точкой записи на криволинейной поверхности, а значит получать оптические элементы высокого качества, что не имеет аналогов в оптоэлектронике, а следовательно, соответствует критерию "изобретательский уровень".

На фиг.1-3 приведено устройство, поясняющее пример реализации способа.

Устройство для реализации заявляемого способа (фиг.1-3) содержит: двухсекционный фотоприемник 1, объектив фотоприемника 2, непрозрачный экран 3, полупрозрачное зеркало 4, селективное зеркало 5, основной лазер 6, рабочий объектив 7, рабочую поверхность 8, положение фокальной плоскости рабочего объектива 9, вспомогательный лазер 10, исполнительный механизм перемещения объектива 11.

Устройство работает следующим образом. Сначала рассмотрим ситуацию, когда положение рабочей поверхности совпадает с плоскостью фокусировки рабочего объектива (см.фиг.1). Луч вспомогательного лазера 10, попадая на полупрозрачное зеркало 4 частично отражаясь под углом 90°, проходит через селективное зеркало 5, рабочий объектив 7 и фокусируется вместе с лучом основного лазера 6 на рабочей поверхности 8. Отраженная от рабочей поверхности 8 часть излучения идет назад по тому же пути с той же расходимостью. Поток отраженного излучения проходит через рабочий объектив 7, селективное зеркало 5 и полупрозрачное зеркало 4. Пройдя полупрозрачное зеркало 4 поток разделяется на две равные части, из которых одна отсекается непрозрачным экраном 3, а другая фокусируется объективом фотоприемника 2 на двухсекционный фотоприемник 1 таким образом, чтобы сигналы с обоих частей фотоприемника были равны, следовательно и разностный (дифференциальный) сигнал на выходе приемника был равен нулю.

Сейчас рассмотрим ситуацию, когда положение рабочей поверхности ниже плоскости фокусировки рабочего объектива (см.фиг.2). При смещении рабочей поверхности 8 вниз от фокальной плоскости объектива 9, происходит расфокусировка основного и вспомогательного лучей. При этом мнимый источник излучения оказывается ниже положения фокальной плоскости 9 рабочего объектива 7 на удвоенное расстояние смещения рабочей поверхности 8. Отраженная от рабочей поверхности 8 часть излучения идет назад через рабочий объектив 7, селективное зеркало 5 и полупрозрачное зеркало 4. После прохождения рабочего объектива 7, его волновой фронт представляет собой сходящийся пучок. После отсекания части пучка непрозрачным экраном 3, оставшаяся часть фокусируется на двухсекционный фотоприемник 1 таким образом, что сигналы с обеих частей фотоприемника оказываются неравными, следовательно и разностный, однозначно указывающий на направление и величину смещения рабочей поверхности 8 относительно положения фокальной плоскости объектива 7. Этот сигнал используется для управления исполнительным механизмом перемещения объекта логичным образом работает устройство при положении рабочей поверхности выше плоскости фокусировки рабочего объектива (см. фиг.3), но в этом случае мы будем иметь после рабочего объектива 7 расходящийся пучок, который также вызовет неравномерную засветку двухсекционного фотоприемника 1. При этом знак разностного сигнала сменится на обратный.

Таким образом, заявляемый способ за счет высокоточной фокусировки лазера на рабочую поверхность позволяет получать качественную запись информации на криволинейных поверхностях.