ОПТИЧЕСКИЙ СКАНИРУЮЩИЙ БЛОК Российский патент 1995 года по МПК G02B26/10 

Изобретение относится к оптическим сканирующим устройствам и может быть использовано в системах оптической записи.

Известно устройство [1] содержащее оптический сканирующий блок для считывания и/или записи на носитель оптической записи и объектив в держателе, подвешенный в электромагнитной системе. Система обеспечивает соответствие перемещений объектива и сканирующего блока, при этом объектив перемещается бесконтактно, что позволяет избежать нежелательных явлений типа резонансов, присущих механическому перемещению.

Однако, когда возникает необходимость обеспечить слежение объектива за сканирующим блоком, необходимо иметь информацию о положении объектива относительно главного луча пучка излучения и угловое положение оптической оси этого объектива относительно направления главного луча. В известном устройстве это осуществляется путем введения второго источника излучения, что усложняет конструкцию всего сканирующего блока.

Целью изобретения является упрощение конструкции за счет исключения второго источника.

На фиг.1 изображен оптический сканирующий блок, общий вид; на фиг.2 детекторная система, чувствительная к излучению; на фиг.3 блок-схема для обработки сигналов детектора; на фиг.4 объектив, выполненный с коническим кольцевым зеркалом как единое целое; на фиг.5 система электромагнитной подвески; на фиг.6 разрез А-А на фиг.5; на фиг.7 система обнаружения сигнала осевого положения объектива.

Оптический сканирующий блок содержит источник 1 излучения, например диодный лазер, коллиматорную линзу 2 и объектив 3, установленный в держателе 4, кольцевое зеркало 5, которое жестко связанo с объективом и выполнено коническим и отражает часть излучающего пучка b вне зрачка объектива на разделяющий элемент 6, который содержит полупрозрачную поверхность 7, диафрагму 8, систему 9 обнаружения излучения, выполненную в виде двух кольцевых детекторов, установленных в плоскости 10, детектор 11, промежуточное кольцо 12, две группы детекторов 13-16 и 17-20. Кольцевое распределение излучения представлено пунктирными кругами 21, которое может смещаться в направлениях, представленных стрелками 22, 23, носитель 24 записи с информационной поверхностью 25, нанесенной на прозрачную подложку 26, информация размещена на концентрических дорожках 27. Сигналы кольцевых детекторов обрабатываются сумматорами 28-35; 36-43 и вычитателями 44-47. Объектив 3 содержит две сферические поверхности 48, 49, на одну из поверхностей может наноситься пластмассовый слой 50, имеющий асферический профиль 51 с краевым участком 52, скошенной поверхностью 53 и отражающим покрытием 54. Электромагнитную систему для удержания объектива 3 в правильном положении по осям Х и Y и удерживания оси объектива параллельной оси Z, которая содержит кольцо 55, которое расположено в поле магнитных сил по меньшей мере шести неподвижных катушек, установленных в двух плоскостях, смещенных в осевом направлении; три магнитные катушки первой группы 56-58 и три магнитные катушки второй группы 59-61. Для исключения помех и исправления управляющих сигналов для перемещения по осям Х и Y и наклонов α и β сканирующий блок содержит дополнительное средство регулирования, включающее в себя генератор 62, который создает два смещенных на 180^о по фазе периодических сигнала S_w и S_w', фазовый компаратор 63, блок 64.

Устройство работает следующим образом.

Расходящийся считывающий пучок b, излучаемый излучающим источником, преобразуется в параллельный пучок с помощью коллиматорной линзы, занимающей апертуру объектива 3. Объектив фокусирует считывающий пучок для образования ограниченного по дифракции пятна излучения V на поверхности 25 информации дискового носителя 24 записи. Информация расположена на концентричных дорожках 27 или квазиконцентричных дорожках, которые совместно образуют спиральную дорожку. Эта информация содержит множество оптически обнаруживаемых информационных площадок (не показаны), которые чередуются с промежуточными площадками. Информационная поверхность 25 располагается на верхней стороне носителя записи, так что считывающий пучок b пересекает прозрачную подложку 26 носителя записи, прежде чем достигнет информационной поверхности. Информационная поверхность представляет собой отражающую излучение поверхность, так что считывающий пучок отражается в направлении источника излучения.

Носитель записи поворачивается относительно сканирующего блока, пучок, который отражается информационной поверхностью, модулируется во времени в соответствии с последовательностью информационных площадок и промежуточных площадок на считываемой информационной дорожке. Для разделения во времени модулированного пучка от пучка, который излучен источником излучения, установлен разделяющий элемент 6, выполненный в виде полупрозрачного зеркала или светоделительной призмы, поверхность 7 раздела которых отражает часть излучения на детектор 11, выполненный в виде фотодиода и установленный в плоскости 10, которая совпадает с выходной торцовой поверхностью диодного лазера. Детектор 11 информации преобразует модулированный считывающий пучок в электрический сигнал. Объектив сканирующего блока подвешен в электромагнитной системе, которая обеспечивает возможность слежения объектива за перемещениями сканирующего блока. Электромагнитная система включает в себя систему обнаружения линейного и углового положения для измерения отклонения между центром М объектива и главным лучом L пучка b вдоль осей X, Y и наклонов объектива вокруг этих двух осей, так что каждые отклонения от линейного и углового положения могут быть устранены с помощью системы управления.

Начало системы осей X, Y, Z является реальным положением точки М, а ось Z совпадает с главным лучом L. Направление вдоль этой оси может также рассматриваться как осевое направление. Наклон объектива вокруг оси Х можно представить путем наклона на угол α, наклон относительно оси Y углом наклона β. Оси Х и Y проходят, например, в плоскости информации, параллельной радиальному направлению и тангенциальному направлению соответственно.

Система обнаружения линейного и углового положения содержит кольцевое зеркало 5, которое неподвижно связано с объективом и выполнено коническим, система 9 обнаружения, чувствительная к излучению, расположена в плоскости 10.

Коническое кольцевое зеркало 5 отражает часть пучка b, которая падает в пределах апертуры 8, но находится вне зрачка объектива, на разделяющий элемент 6, который отражает часть излучения на систему 9 обнаружения.

Излучение, имеющее вид кольца, приходит на систему 9 обнаружения, при этом средний диаметр этого излучения равен диаметру промежуточного кольца 12.

Распределение излучения среди восьми детекторов зависит от линейного и углового положения конического кольцевого зеркала 5, и следовательно, объектива 3. Смещение зеркала 5 по осям Х и Y приводит к изменению распределения излучения в пределах кольцевого распределения излучения. В случае смещения по оси Х левая часть системы обнаружения будет получать больший или меньший поток, чем правая часть. Аналогично верхняя часть системы обнаружения будет принимать больше излучения или меньше излучения, чем нижняя часть в случае перемещения по оси Y.

Сигналы с детекторов 13-20 смещения по осям Х и Y и поворотные перемещения относительно этих осей могут быть представлены в следующем виде:
-S_x (S₁₄ + S₁₅ + S₁₈ + S₁₉) (S₁₃ + S₁₆ +
+S₁₇ + S₂₀)
-S_y (S₁₃ + S₁₄ + S₁₇ + S₁₈) (S₁₅ + S₁₆ +
+S₁₉ + S₂₀)
-S = (S₁₃ + S₁₄ + S₁₉ + S₂₀) (S₁₇ + S₁₈ +
+S₁₅ + S₁₆)
-S = (S₁₄ + S₁₅ + S₁₇ + S₂₀) (S₁₈ + S₁₉ +
+S₁₃ + S₁₆)
Сигналы индивидуальных детекторов обрабатываются для получения составных сигналов S_x, S_y, S и S с помощью электронной схемы, которая содержит несколько сумматоров 28-35 и 36-43 и несколько вычитателей 44-47.

В сканирующем блоке сигналы используются для приведения в действие или возбуждения магнитных катушек в системе электромагнитной подвески. Линейное положение и угловое положение объектива привязано к линейному положению и угловому положению составного датчика 13-20, который занимает фиксированное положение в сканирующем блоке, при этом во время работы устройства считывания объектив всегда управляется и занимает правильное линейное и угловое положение в сканирующем блоке.

Кольцевое коническое зеркало 5 имеет фиксированное линейное и угловое положение относительно объектива. Причем объектив может быть выполнен только из одного линзового элемента, но преломляющие поверхности этой линзы должны иметь асферические поверхности для коррекции аберраций с отражающим покрытием. Объектив 3 при этом содержит две сферические преломляющие поверхности 48, 49. На одну или обе эти поверхности наносится пластмассовый слой 50 с асферическим профилем 51 и приподнятым краевым участком 52 со скошенной поверхностью 53, на которую наносится отражающее покрытие 54.

Детектор информации может быть разделен на вспомогательные детекторы, которые в дополнение к информационному сигналу подают управляющие сигналы, например сигнал слежения.

Сигнал слежения может быть получен путем разделения детектора 11 на вспомогательные детекторы 11а и 11b, которые соответствуют тангенциальному направлению на носителе 24 записи. Разность между выходными сигналами вспомогательных детекторов 11а и 11b содержит информацию о величине и направлении отклонения между центром пятна V считывания и центральной линией считываемой дорожки информации.

Для удержания пятна V излучения в центре информационной дорожки считывающее устройство содержит грубую регулировку и тонкую (точную) регулировку. Для грубой регулировки сканирующий блок может перемещаться, в основном, в радиальном направлении относительно носителя записи. Для этой цели элементы 1,2, 3, 6, 9 и 11 могут быть расположены внутри одного трубчатого держателя, который установлен с возможностью радиального перемещения посредством шарнирного рычага или прямолинейно перемещающейся каретки. Тонкая регулировка может быть осуществлена путем перемещения объектива на очень небольшое расстояние в направлении оси Х или радиальном направлении.

Для удержания объектива в правильном положении по осям Х и Y и поддержания оси объектива параллельной оси Z используется электромагнитная система, содержащая множество катушек, на которые подаются сигналы S_x, S_y, S и S от системы обнаружения линейного и углового положения. При этом кольцо 55, выполненное из постоянного магнита, прикреплено к держателю 4 объектива 3.

Кольцо расположено в поле магнитных сил по меньшей мере шести неподвижных магнитных катушек, которые расположены в двух смещенных в осевом направлении плоскостях. Первая группа: три магнитные катушки 56-58. Магнитные катушки 59-61 второй группы расположены под первой группой магнитных катушек. Магнитные катушки имеют дугообразную форму в соответствии с трехмерным полем постоянного магнита 55, так чтобы сила Лоренца всегда имели максимальное значение.

Для каждого из пяти возможных перемещений по меньшей мере две магнитные катушки возбуждаются посредством сигналов, находящихся в противофазе, так что для большого перемещения необходимо только небольшое изменение лоренцовых сил.

Сканирующий блок используется для считывания с вращающегося дискового носителя записи, при этом могут иметь место относительно большие изменения в осевом расстоянии между объективом и информационной поверхностью. Эти изменения вызываются вибрациями в устройстве считывания, наклоном носителя записи или оси вращения, наклоном информационной поверхности в носителе записи.

Для исключения этих изменений путем обнаружения осевого положения объектива и исправления управляющих сигналов при перемещении по осям Х и Y, а также наклонов α и β в сканирующий блок вводится дополнительное средство регулирования, включающее в себя блок 64, генератор 62, который создает два смещенных на 180^о по фазе периодических сигнала S_w и S_w¹ для получения периодического поворотного движения объектива. Один из этих сигналов подается на верхний комплект магнитных катушек и второй сигнал на нижний комплект магнитных катушек. В пределах одного комплекта магнитные катушки, которые расположены друг напротив друга относительно оси поворота, возбуждаются в противофазе. Эти сигналы создают периодический наклон, например, относительно оси Х объектива 3 с коническим кольцевым зеркалом, так что система обнаружения линейного и углового положения подает дополнительный сигнал S , который является периодическим сигналом определенной фазы. Эта фаза указывает верхний или нижний комплект магнитных катушек, прикладывает большее усилие к кольцевому магниту 55 и объективу 3 и, следовательно, смещает объектив вверх или вниз относительно центрального положения между плоскостями, показанными пунктиром.

Амплитуда сигнала S пропорциональна амплитуде отклонения от центрального положения. Путем сравнения фазы сигнала S с амплитудой одного из сигналов S_w', S_w в фазовом компараторе получают сигнал S₂ осевого положения. Этот сигнал складывается с сигналами S_x, S_y, S и S для внесения поправки в исполнительные средства, запитываемые с помощью этих сигналов, относительно осевого положения объектива и кольцевого магнита.

Использование: изобретение относится к оптическим сканирующим устройствам и может быть использовано в системах оптической записи. Сущность изобретения заключается в том, что в сканирующем блоке, содержащем источник излучения, объектив и систему обнаружения линейного и углового положения объектива вдоль и вокруг двух взаимно перпендикулярных осей, установленную на пути излучения, отраженного от зеркала, зеркало выполнено коническим и установлено соосно оптической оси объектива. Кроме того, зеркало выполняется или в виде скошенной кромки объектива, или скошенной кромки линзы с отражающим слоем, а также снабжено системой осевого положения. 8 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. ОПТИЧЕСКИЙ СКАНИРУЮЩИЙ БЛОК, содержащий источник излучения, объектив для фокусировки пучка излучения, создаваемого источником излучения для образования сканирующего пятна на сканируемой поверхности, систему обнаружения линейного и углового положения объектива вдоль и вокруг двух взаимно перпендикулярных осей, проходящих перпендикулярно оптической оси оптического сканирующего блока, установленную на пути излучения, отраженного от входящего в систему зеркала, исполнительное устройство для линейного перемещения и наклона объектива в соответствии с управляющими сигналами, вырабатываемыми системой обнаружения линейного и углового положения, с входящим в нее четырехквадратным детектором, отличающийся тем, что, с целью упрощения конструкции за счет исключения второго источника, зеркало выполнено коническим, установлено соосно с оптической осью объектива и жестко связано с ним, дополнительно введен второй четырехквадратный детектор, установленный концентрично первому, при этом оба они разделены кольцевой полосой. 2. Блок по п. 1, отличающийся тем, что коническое кольцевое зеркало представляет собой скошенную кромку оправы объектива, в которой жестко закреплены линзы объектива. 3. Блок по п.1, отличающийся тем, что коническое зеркало выполнено на поверхности линзы объектива, обращенной к источнику в виде скошенной кромки линзы с отражающим слоем. 4. Блок по пп. 1 3, отличающийся тем, что система линз объектива содержит одну линзу, выполненную в виде прозрачного тела, на поверхности которой, обращенной к источнику излучения, нанесен слой пластмассы, образующий асферический профиль с кольцевой фаской. 5. Блок по п.1, отличающийся тем, что детекторы чувствительной к излучению системы обнаружения выполнены кольцевыми. 6. Блок по пп. 1 и 5, отличающийся тем, что в исполнительное устройство дополнительно введен кольцевой постоянный магнит, жестко связанный с объективом, две группы из по меньшей мере трех неподвижных магнитных катушек, размещенных в двух параллельных плоскостях, перпендикулярных оптической оси оптического сканирующего блока. 7. Блок по пп. 1 6, отличающийся тем, что он дополнительно снабжен системой осевого положения, содержащей генератор сигналов, первый из которых подается на первую группу электромагнитных катушек, а второй управляющий сигнал на вторую группу катушек, сигналы имеют одинаковую амплитуду и частоту, но противоположны по фазе, при этом катушки заставляют объектив периодически наклоняться вокруг одной из двух осей, перпендикулярных оптической оси, а элементы системы обнаружения линейного и углового положения осуществляют преобразование периодического наклона в периодический сигнал, амплитуда и фаза которого несут информацию о величине и направлении смещения аксиального центра кольцевого магнита за пределы плоскости, размещенной между двумя плоскостями, в пределах которых размещены электромагнитные катушки. 8. Блок по пп. 1 7, отличающийся тем, что элемент, разделяющий поток излучения, размещен между источником излучения и коническим кольцевым зеркалом для отделения излучения, отраженного этим зеркалом, от излучения, исходящего от источника излучения. 9. Блок по пп. 1, 5 и 8, отличающийся тем, что чувствительный к излучению, отраженному сканируемой поверхностью, детектор размещен внутри кольцевого внутреннего детектора системы обнаружения линейного и углового положения.