Метод астигматизма пучка

Этот метод основан на использовании явления астигматизма, которое состоит в том, что лучи одного и того же пучка, идущие в двух взаимно перпендикулярных плоскостях, после прохождения оптической системы не собираются в одном месте, а имеют разные точки сходимости.

В системах автофокусировки для создания требуемой картины астигматизма отраженный от поверхности компакт-диска пучок пропускают через цилиндрическую линзу. Возникающее при этом распределение света в пучке показано на рисунке 3.36. Наибольший интерес здесь представляет отрезок луча между точками А и Е (рис. 3.36а), который и используется для детектирования ошибки фокусировки.

Рис. 3.36. Распределение света в астигматичном пучке: а - общий вид сходящегося пучка; б - четырехплощадочный фотоприемник; в - сечение пучка плоскостью Y0Z; г -форма светового пятна в пучке; д - сечение пучка плоскостью X0Z.

Если рассматривать сечение пучка продольной вертикальной плоскостью Y0Z (рис.3.Збв), то фокус в этой плоскости соответствует точке Е. Если рассматривать сечение того же отрезка луча горизонтальной плоскостью X0Z (рис.3.Збд), то здесь фокус соответствует точке А, после чего пучок вновь расходится.

Таким образом, если рассматривать теперь сечение пучка плоскостью, перпендикулярной направлению распространения луча, то форма светового пятна в промежутке между точками А и Е будет плавно изменяться от вертикальной черты (точка А) до горизонтальной черты (точка Е) (рис. З.Збг). Вначале она принимает форму вертикального эллипса (точка В), который, постепенно расширяясь и уменьшаясь по высоте, превращается в окружность (точка С). Затем окружность начинает вытягиваться по горизонтали и превращается в горизонтальный эллипс (точка D), а он -в свою очередь - в горизонтальную черту (точка Е).

Чтобы использовать явление астигматизма для автофокусировки, на пути луча помещают четырехплощадочный (координатный) фотоприемник, расположение площадок которого подобно показанному на рисунке 3.36б,г. Конструкция оптической системы, реализующей данный метод, представлена на рисунке 3.37.

Излучение лазерного диода фокусируется линзой объектива на поверхности компакт-диска и, отражаясь от нее, попадает на расщепитель луча. Наклонная грань расщепителя направляет отраженный пучок на фотоприемник. Между расщепителем и фотоприемником размещается цилиндрическая линза.

Расположение фотоприемника в системе выбирается таким образом, что когда расстояние от объектива до дорожки в точности равно фокусному, световое пятно на его поверхности имеет форму круга. Причем, центр этого круга должен совпадать с геометрическим центром фотоприемника. Тогда все четыре его площадки выработают одинаковые электрические сигналы (рис,З.Збг, сечение С).

Если в режиме слежения расстояние между объективом и дорожкой изменится в ту или иную сторону, то круг на фотоприемнике трансформируется в эллипс (рис.З.Збг), Освещенность пар площадок 1,3 и 2,4 при этом изменится. Одна из пар получит света меньше и выработает меньший электрический сигнал, другая получит света больше и выработает больший электрический сигнал. Если просуммировать такие сигналы и определить разность полученных сумм, то величина и знак такой разности будут соответствовать величине и знаку ошибки фокусировки.

Разностный сигнал используют для управления исполнительным механизмом автофокусировки, который и компенсирует ошибку, перемещая объектив в ту или иную сторону по вертикали.