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DE3873809T2 - Fokusdetektor. - Google Patents

Fokusdetektor.

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Publication number
DE3873809T2
DE3873809T2 DE8888303472T DE3873809T DE3873809T2 DE 3873809 T2 DE3873809 T2 DE 3873809T2 DE 8888303472 T DE8888303472 T DE 8888303472T DE 3873809 T DE3873809 T DE 3873809T DE 3873809 T2 DE3873809 T2 DE 3873809T2
Authority
DE
Germany
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reflected
light
optical
angle
reflecting surface
Prior art date
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Application number
DE8888303472T
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DE3873809D1 (de
Inventor
Hitoshi C O Mitsubishi De Imai
Kazuo C O Mitsubishi Den Okada
Michihiro C O Mitsubi Tadokoro
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
Application filed by Mitsubishi Electric Corp filed Critical Mitsubishi Electric Corp
Application granted granted Critical
Publication of DE3873809D1 publication Critical patent/DE3873809D1/de
Publication of DE3873809T2 publication Critical patent/DE3873809T2/de
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Expired - Fee Related legal-status Critical Current

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    • G11B7/00Recording or reproducing by optical means, e.g. recording using a thermal beam of optical radiation by modifying optical properties or the physical structure, reproducing using an optical beam at lower power by sensing optical properties; Record carriers therefor
    • G11B7/08Disposition or mounting of heads or light sources relatively to record carriers
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    • G11B2007/0919Critical angle methods

Landscapes

  • Optical Recording Or Reproduction (AREA)
  • Automatic Focus Adjustment (AREA)
  • Optical Head (AREA)

Description

  • Die Erfindung betrifft ein optisches Informations-, Aufzeichnungs- und Wiedergabesystem, bei dem Licht durch eine Objektivlinse auf einen Informationsträger zum Lesen oder Beschreiben von Informationen fokussiert wird. Dabei soll eine Vorrichtung zur Erfassung des Brennpunktes verwendet werden, die erfaßt, ob das Licht korrekt auf dem Informationsträger fokussiert ist.
  • In optischen Wiedergabe- und Aufnahmesystemen können in verschiedensten Varianten als Informationsträger Compakt-Disks, Video-Disks und optische Speicher Disks verwendet werden. So kann beispielsweise ein Video-Disk-System Verwendung finden. Die Informationswiedergabe von der Disk, die sich mit hoher Drehzahl dreht, erfolgt dadurch, daß ein Strahl einer Laserlichtquelle, beispielsweise eines Halbleiterlasers, durch eine Objektivlinse auf eine Informationsspur fokussiert wird, und daß das durch die Informationsspur geführte oder von dieser reflektierte modulierte Licht erfaßt wird. Ein Merkmal dieser Informationsträger ist die extrem hohe Dichte der gespeicherten Informationen: Die Informationsspuren sind sehr eng nebeneinander gelegt und die Abstände der benachbarten Informationsspuren sind sehr klein. Um die Information richtig von solch eng beieinander liegenden, auf eng begrenzten Raum untergebrachten Informationsspuren, zu lesen, muß die Objektivlinse einen genauen Brennpunkt auf der Oberfläche der Video-Disk erreichen und einen Lichtpunkt mit kleinem Durchmesser und hoher Bildauflösung erzeugen, der der Information auf der Oberfläche der Disk entspricht. Zur Erhaltung eines korrekten Brennpunktes muß das optische Wiedergabe- und Aufnahmesystem dieser Art die Abweichung des Brennpunktes auf der Oberfläche der Disk erfassen, und die Korrektur der Fokussierung erfolgt durch Bewegung der Objektivlinse parallel zu ihrer optischen Achse, unter Berücksichtigung des Fokussierfehlersignales eines Fotosensors.
  • Die Fig. 6 zeigt ein Strahlenverlaufsbild der wichtigsten Elemente der Vorrichtung zur Brennpunkterfassung eines optischen Aufzeichnungs- und Wiedergabesystems, das in der japanischen, offengelegten Patentanmeldung 7246/1981 beschrieben wurde. Der Strahl einer Laserlichtquelle 1 (der auf die Fläche einer Seite linear polarisiert ist) wird mit einer Kollimatorlinse 2 kollimetriert. Weiter ist der Zeichnung ein Polarisationsstrahlteiler 3, ein Viertelwellenlängenblättchen 4, eine Objektivlinse 5, ein Erfassungsprisma 7, mit reflektierender Oberfläche 8 und ein Fotosensor 9 mit zwei Bereichen 9A und 9B zu entnehmen. Aus der französischen Patentanmeldung mit der Nummer FR-A-24 98 340 ist eine ähnliche Anordnung bekannt.
  • Diese Vorrichtung arbeitet nach dem nachfolgend beschriebenen Prinzipien. Der Strahl (der auf die Fläche einer Seite linear polarisiert ist) wird durch die Kollimatorlinse 2 gerichtet, durch den Polarisationstrahlteiler 3 und das Viertelwellenlängenblättchen 4 geführt und mit der Objektivlinse 5 auf den Informationsträger 6, der die Informationsspuren aufweist, gebündelt. In dieser Darstellung (Fig. 6) verlaufen die Informationsspuren senkrecht zur Seite, sie können aber auch parallel zum Blatt (linksrechts- Richtung in der Zeichnung) ausgerichtet sein. Der auf den Informationsträger 6 fokussierte Strahl wird reflektiert und kehrt durch die Objektivlinse 5 und das Viertelwellenlängenblättchen 4 zurück zum Polarisationsstrahlteiler 3.
  • In der in dieser Zeichnung dargestellten Form wird durch das Viertelwellenlängenblättchen 4 der Lichteinfall auf den Polarisationsstrahlteiler 3 senkrecht zur Ebene der Seite polarisiert, so daß er durch den Polarisationsstrahlteiler 3 reflektiert wird (in der Zeichnung mit einem Winkel von 90º nach links). Der reflektierte Strahl erreicht vom Polarisationsstrahlteiler 3 ein Erfassungsprisma 7 von dessen reflektierender Oberfläche 8 er zu einem Fotosensor 9 gelangt und von diesem empfangen wird.
  • Die reflektierende Oberfläche 8 ist so ausgerichtet, daß wenn die Objektivlinse 5 entsprechend dem Informationsträger 6 richtig fokussiert, der Winkel zwischen der reflektierenden Oberfläche und dem einfallenden Strahl (in diesem Fall parallele Strahlenbündel) gleich oder geringfügig kleiner als der kritische Winkel ist. Wenn er genau gleich dem kritischen Winkel ist und der gesamte vom Polarisationsstrahlteiler 3 reflektierte Strahl genau fokussiert ist, wird an der reflektierenden Oberfläche 8 vollständig reflektiert. Wenn die reflektierende Oberfläche 8 fehlerhaft ist, wird ein Teil des Lichtes in Richtung n in dieser Zeichnung gelenkt. Wenn der Informationsträger vom Brennpunkt in Richtung a in der Zeichnung abweicht, weist der vom Polarisationsstrahlteiler 3 reflektierte Strahl eine flach auftreffende Komponente auf, deren maximaler schiefer Winkel durch ai1 und ai2 angedeutet ist. Wenn der Informationsträger vom Brennpunkt in Richtung b in der Zeichnung abweicht, weist der vom Polarisationsstrahlteiler 3 reflektierte Strahl eine flach auftreffende Komponente auf, deren maximaler schiefer Winkel durch bi1 und bi2 angedeutet ist. In jedem Fall, wenn Informationsträger 6 vom Brennpunkt abweicht, variiert der Strahleneinfall kontinuierlich um den kritischen Winkel, außer für den zentralen Strahl auf der optischen Achse (die gestrichelte Linie in der Figur). Das Reflexinsvermögen der reflektierenden Oberfläche 8 ist sehr stark von leichten Wechseln des Einfallswinkels in der Nähe des kritischen Winkels abhängig, wie dies aus der Fig. 7 zu entnehmen ist. Wenn der Informationsträger in den Richtungen a oder b vom Brennpunkt abweicht, ist die Intensität des reflektierten Strahls auf einer Seite der Ebene, die senkrecht zur Seite des zentralen Strahles ist, geringer als auf der anderen Seite, entsprechend der Abweichungsrichtung. Im Gegensatz hierzu, ist die Intensität des reflektierten Strahles auf beiden Seiten gleich, wenn keine Abweichung des Brennpunktes auftritt. Der Fotosensor 9, der die Verteilung des von der reflektierenden Oberfläche 8 reflektierten Lichtes erfaßt, ist in zwei Bereiche 9A und 9B am mittleren Strahl (optische Achse) geteilt, wie das aus der Fig. 6 hervorgeht. Der Fig. 7 sind die Reflexinsintensitäten Rp und Rs des p- und s-polarisierten Lichtes, wenn der Brechungsindex des Detektorprismas 7 gleich 1,5 ist, zu entnehmen. Die Reflexinsintensität des unpolarisierten Lichtes liegt zwischen diesen beiden Werten und ist gleich (Rp + Rs)/ 2.
  • Wenn der Informationsträger 6 in Richtung a des Lichteinfalls auf der reflektierenden Oberfläche 8 (Fig. 6) verschoben ist, erstreckt sich der Teil, der sich unterhalb des Mittelstrahles befindet in Richtung des Strahleinfalls ai1, und insgesamt ist der Einfall kleiner als der kritische Winkel, so daß ein Teil, ein Strahlenbündel durchgelassener Strahlen, das von den Strahlen n und ai1 begrenzt wird, ist. Die Intensität des reflektierten Strahlenbündels wird ausgehend vom Mittelstrahl bis hin zum äußeren Strahl ar1 mit einem Wert, der den durchgelassenen Strahlen entspricht, reduziert. Der Teil des von der reflektierenden Oberfläche 8 reflektierten Lichtes, der oberhalb des Mittelstrahles ist, erstreckt sich zum Strahl ai2 und der Einfallswinkel wird größer als der kritische Winkel, so daß nichts durchgelassen wird und das gesamte Licht als Bündel reflektierter Strahlen, vom Mittelstrahl bis zum äußeren reflektierten Strahl ar2, reflektiert wird. Darum wird der Bereich 9A des Fotosensors 9 dunkel, während der Bereich 9B erleuchtet wird. Der Bereich 9B wird nicht beleuchtet, wenn die reflektierende Oberfläche 8 des Detektorprismas 7 genau auf den kritischen Winkel gerichtet ist, wird die Reflexin einfach insgesamt, wie aus der Fig. 7 hervorgeht, beibehalten, wenn jedoch die reflektierende Oberfläche 8 geringfügig unterhalb des kritischen Winkels gerichtet ist, wird der Bereich 9B erleuchtet.
  • Den in der Fig. 7 dargestellten Verläufen der Kurven Rp und Rs ist zu entnehmen, daß diese am kritischen Winkel unendliche Werte (theoretisch) erreichen, da die Empfindlichkeit in der Nähe des Brennpunktes am größten ist, wenn die reflektierende Oberfläche 8 genau auf den kritischen Winkel gerichtet ist. In dem Fall in dem die reflektierende Oberfläche 8 geringfügig unterhalb des kritischen Winkels gerichtet ist, ist die Empfindlichkeit reduziert. Wenn die reflektierende Oberfläche 8 über den kritischen Winkel hinaus gerichtet ist, entsteht ein totes Band in dem keine Wechsel der Reflexinsintensität vorkommen.
  • Wenn der Informationsträger 6 in Richtung b verschoben ist, wird die Neigung des Lichteinfalls auf die reflektierende Oberfläche 8 genau entgegengesetzt, wie bereits vorangestellt beschrieben, nur die Bedingungen der beleuchteten Bereiche 9A und 9B des Fotosensors 9 sind genau umgekehrt. In diesem Fall sind die von der reflektierenden Oberfläche 8 reflektierten und durchgelassenen Strahlen mit br1, br2 und bt2 bezeichnet. Bei genauer Fokussierung erreichen die Bereiche 9A und 9B des Fotosensors 9 gleiche Intensitäten.
  • Dementsprechend kann mit der Erfassung der Differenz zwischen den Ausgangssignalen der Bereiche 9A und 9B der Differenzwert und die Polarität erfaßt werden. Dadurch ist es möglich, ein Signal für den Wert und die Richtung der Abweichung des Informationsträgers 6 vom Brennpunkt zu erhalten. Die Fokussierung kann durch Bewegung der Objektivlinse 5 parallel zu ihrer optischen Achse korrigiert werden.
  • Der Aufbau der Vorrichtung zur Erfassung des Brennpunktes, wie er entsprechend dem Stand der Technik bereits vorangestellt beschrieben wurde, bringt nachfolgend genannte Probleme und Nachteile mit sich. Um die Vorrichtung so auszurichten, daß bei genauer Fokussierung das Licht auf das Detektorprisma 7 mit dem kritischen Winkel auftrifft, ist die Drehung des Prisma in der Ebene der Seite in Fig. 6 erforderlich. Wie der Fig. 7 zu entnehmen ist, ändert sich die Reflexinscharakteristik in der Nähe des kritischen Winkels, mit einer Diskontinuietät am kritischen Winkel, abrupt, so daß eine sehr genaue Justierung des Prisma erforderlich ist. Wenn der kritische Winkel gerade leicht überschritten ist, entsteht ein totes Band im Brennpunktfehlersignal. Wenn das Prisma unterhalb des kritischen Winkels justiert ist, führt der abrupte Wechsel der Reflexinscharakteristik zu Veränderungen der Anfangscharakteristik des Brennpunktfehlersignales in verschieden hergestellten Einheiten.
  • Bei einem Beispiel dieser Änderung kann es vorkommen, daß die Empfindlichkeitsänderung des Brennpunktfehlersignales in der Nähe des Zustandes mit genau ausgerichtetem Brennpunkt, wie bereits beschrieben wurde, ist.
  • Temperatureinfluß und Alterung kann potentiell größere Veränderungen des Brennpunktfehlersignales am Fotosensor 9, durch Wechsel des Winkels bei dem der Strahl das Prisma 7 erreicht, dadurch, daß kleine Positionsabweichungen des Detektorprisma 7 oder anderer optischer Komponenten auftreten, hervorrufen. Aus der Reflexinscharakteristik in der Nähe des kritischen Winkels, wie sie der Fig. 7 zu entnehmen ist, geht hervor, daß wenn die Abweichung eine Verringerung des Einfallswinkels bewirkt, der abrupte Wechsel der Reflexinscharakteristik zur Änderung des Fokussierungs- oder Brennpunktfehlersignales, wenn die Positionsabweichung den Einfallswinkel vergrößert, die Flachheit der Reflexinscharakteristik oberhalb des kritischen Winkels ein totes Band im Brennpunktfehlersignal bildet, führt.
  • Es ist daher Aufgabe der Erfindung diese Nachteile zu beseitigen und insbesondere eine genaue Möglichkeit zur Erfassung des Zustandes der Fokussierung bei einem optischen System zu schaffen.
  • Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruch 1 genannten Merkmale gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den in den untergeordneten Ansprüchen enthaltenen Merkmalen.
  • Die Erfindung, ist ein optisches Informations-, Aufzeichnungs- und Wiedergabesystem mit einer Lichtquelle zum Aussenden eines Lichtbündels, einem optischen System zum Leiten des von der Lichtquelle gelieferten Bündels, einer Objektivlinse zum Fokussieren des vom optischen System auf ein Objekt geleiteten Bündels und einer Vorrichtung zur Erfassung des Brennpunktes. Solch eine Vorrichtung zur Erfassung des Brennpunktes, die aus der FR-A-2498340 bekannt ist enthält eine optische Komponente mit einer reflektierenden Oberfläche, die im wesentlichen auf den kritischen Winkel, zum Empfang wenigstens eines Teiles des auf das Objekt und die fotoelektrischen Elemente, zur Erfassung des Wechsels der Intensitätsverteilung des durch die reflektierende Oberfläche reflektierten oder durchgelassenen fokussierten Strahles, gerichtet ist.
  • Im Gegensatz zur FR-A- 2498340 ist bei dem erfindungsgemäßen optischen System die reflektierende Oberfläche mit einer mehrschichtigen Isolierschicht beschichtet, deren Reflexionsvermögen sich mit der Änderung des Einfallswinkels ebenfalls kontinuierlich ändert und sich die kontinuierliche Änderung über einen Bereich erstreckt, der den kritischen Winkel mit einschließt.
  • Da die reflektierende Oberfläche, erfindungsgemäß eine mit einer mehrschichtigen Isolierschicht beschichtet ist, bei der sich das Reflexionsvermögen kontinuierlich mit dem Einfallswinkel ändert, sind die Anforderungen an die genaue Justierung der die reflektierende Oberfläche aufweisenden optischen Elemente vernachlässigbar. Daher wird eine stabile genaue Erfassung des Fokussierungsgrades, trotz der Alterungseinflüsse und anderer wechselnder Bedingungen, die nach der Justierung auftreten können, aufrechterhalten.
  • Nachfolgend soll die Erfindung an Hand von Ausführungsbeispielen näher beschrieben werden.
  • Dabei zeigt:
  • Fig. 1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen, optischen Informations-, Aufzeichnungs- und Wiedergabesystems mit einer Vorrichtung zur Erfassung des Brennpunktes;
  • Fig. 2 ein Beispiel der Reflexionscharakteristik der in Fig. 1 enthaltenen reflektierenden Oberfläche;
  • Fig. 3 eine schematische Darstellung eines weiteren erfindungsgemäßen, optischen Informations-, Aufzeichnungs- und Wiedergabesystems mit einer Vorrichtung zur Erfassung des Brennpunktes;
  • Fig. 4 eine schematische Darstellung eines optischen Wiedergabe- und Aufzeichnungssystems mit einer dritten erfindungsgemäßen Ausführung der Vorrichtung zur Erfassung des Brennpunktes;
  • Fig. 5 eine schematische Darstellung eines optischen Wiedergabe- und Aufzeichnungssystems mit einer vierten Ausführung der Vorrichtung zur Erfassung des Brennpunktes;
  • Fig. 6 eine schematische Darstellung eines optischen Wiedergabe- und Aufzeichnungssystems mit einer bekannten Ausführung der Vorrichtung zur Erfassung des Brennpunktes;
  • Fig. 7 ein Beispiel des Reflexionsvermögens in der Nähe des kritischen Winkels der in Fig. 6 dargestellten reflektierenden Oberfläche;
  • Fig. 8 ein Beispiel des Reflexionsvermögens einer mit einer mehrschichtigen Isolierschicht versehenen reflektierenden Oberfläche für s-polarisiertes Licht.
  • In Fig. 1 stimmen die Elemente 1 bis 6 und 9 mit den entsprechenden Elementen der in Fig. 6 dargestellten Vorrichtung nach dem bereits beschriebenen Stand der Technik überein. Das optische Element 10 wirkt auch hier als Strahlenteiler. In diesem optischen Element 10 ist eine reflektierende Oberfläche 11 enthalten, die durch einen Überzug aus einer mehrschichtigen dielektrischen Beschichtung gebildet ist und eine Reflexinscharakteristik aufweist, die sich kontinuierlich mit dem Einfallswinkel des einfallenden Strahles ändert.
  • Die Fig. 2 macht die Reflexionscharakteristik der reflektierenden Oberfläche 11 entsprechend dem Einfallswinkel des einfallenden Strahles deutlich.
  • In der bereits genannten Vorrichtung zur Erfassung des Brennpunktes gelangt der mittels des Polarisationsstrahlteiler 3 reflektierte Strahl zum optischen Bauelement 10, wo er von der reflektierenden Oberfläche reflektiert und von einem Fotosensor 9 empfangen wird. Die reflektierende Oberfläche ist so positioniert, daß wenn die Objektivlinse 5 entsprechend dem Informationsträger oder Objekt 6 genau fokussiert, der Lichteinfall (in diesem Fall ein Bündel paralleler Strahlen) mit einem Winkel von ca. 45º auf die reflektierende Oberfläche 11 auftrifft. Unter Berücksichtigung, daß die reflektierende Oberfläche 11 genau auf einen Winkel von 45º ausgerichtet ist, soll nachfolgend diskutiert werden. Ist der Brennpunkt genau ausgebildet und ausgerichtet, wird der gesamte Strahl vom Polarisationsstrahlteiler 3 zur reflektierenden Oberfläche parallel reflektiert, so daß alle Strahlen mit dem gleichen Winkel von 45º auf die reflektierende Oberfläche 11 einfallen, daher ist das Reflexionsvermögen für alle Strahlen gleich. Wenn das Objekt 6 vom Brennpunkt in Richtung a auf der Zeichnung abweicht, enthält das Strahlenbündel, das vom Polarisationsstrahlteiler 3 reflektiert wurde eine schiefe Komponente, deren maximale Schräge auf der reflektierenden Oberfläche 11 durch ai1 und ai2 bezeichnet sind. Wenn das Objekt 6 vom Brennpunkt in Richtung b auf der Zeichnung abweicht, enthält das Strahlenbündel, das auf die reflektierende Oberfläche 11 einfällt eine maximale schräge Komponente die in der Zeichnung durch bi1 und bi2 bezeichnet wird. Wenn dabei das Objekt vom Brennpunkt abweicht, wird der Strahl, außer dem Mittelstrahl auf der optischen Achse (gestrichelte Linie), zur reflektierenden Oberfläche 11 reflektiert, und ändert sich kontinuierlich um den Einfallswinkel, wie dies bei genauer Fokussierung auftritt (in diesem Falle 45º). Wenn sich das Reflexionsvermögen der reflektierenden Oberfläche 11 stetig entsprechend dem Einfallwinkel, wie der Fig. 2 zu entnehmen ist, ändert, steigt die Intensität des von der reflektierenden Oberfläche reflektierten Strahles auf der Fläche, die senkrecht zur Seite des Mittelstrahles ist, an und fällt auf der anderen Seite entsprechend der Abweichungsrichtung ab. Bei genauer Fokussierung ist sowohl der Einfallswinkel auf der reflektierenden Oberfläche 11, wie auch die Intensität des reflektierten Strahles gleich. Der Fotosensor 9 ist in zwei Bereiche 9A und 9B im Bereich des Mittelstrahles (optische Achse), wie in der Seitenansicht der Fig. 1 dargestellt, geteilt und erfaßt die Verteilung der Intensität des von der reflektierenden Oberfläche 11 reflektierten Lichtes.
  • Eine genauere Beschreibung soll nun folgen. Wenn das Objekt in Richtung a, wie dies der Fig. 1 zu entnehmen ist, abweicht, hat das gesamte unterhalb des, ebenfalls der Figur zu entnehmenden Mittelstrahles, auf die reflektierende Oberfläche 11 einfallende Licht bis hinunter zum äußersten Einfallsstrahl ai1 einen kleineren Einfallswinkel als 45º. Aus Fig. 2 geht hervor, daß das Reflexionsvermögen für diesen Teil größer als bei genauer Fokussierung ist. Die Intensität des reflektierten Lichtes steigt im Strahlenbündel ausgehend vom Mittelstrahl bis zum äußeren reflektierten Strahl ar1 an. Der Teil des Lichtes, der oberhalb des Mittelstrahles bis zum äußersten einfallenden Strahl ai2 auf die reflektierende Oberfläche 11 einfällt, hat einen Einfallswinkel, der größer als 45º ist. Es ist für diesen Fall der Fig. 2 zu entnehmen, daß das Reflexionsvermögen für diesen Teil kleiner als bei korrekter Fokussierung ist. Die Intensität des reflektierten Lichtes sinkt für diesen Fall im Strahlenbündel, ausgehend vom Mittelstrahl bis zum äußeren reflektierten Strahl ar2.
  • In diesem Fall ist die Intensitätsverteilung auf dem Fotosensor 9 so, daß der Bereich 9A beleuchtet und der Bereich 9B abgedunkelt ist.
  • Wenn das Objekt in seiner Lage in Richtung b abweicht, ist die Schrägstellung der einfallenden Strahlen auf die reflektierende Oberfläche 11 entgegengesetzt zu dem eben beschriebenen Fall, bei dem die Abweichung in der a Richtung auftrat. Die Beleuchtung und Abdunkelung der Bereiche 9A und 9B des Fotosensors 9 sind entsprechend umgekehrt. Die einfallenden und reflektierten Strahlen sind in diesem Fall mit bi1 bi2, br1 und br2 bezeichnet.
  • Bei genauer Fokussierung sind die vom Fotosensor 9 in den Bereichen 9A und 9B empfangenen Werte des einfallenden Lichtes gleich. Die mit n&sub1; und n&sub2; bezeichneten Strahlen sind in dieser Darstellung die bei genauer Fokussierung übertragenen Strahlen. Die mit at1, at2, bt1 und bt2 bezeichneten Strahlen, sind Strahlen die übertragen werden, wenn das Objekt bzw. der Informationsträger in den Richtungen a und b verschoben ist.
  • Durch die Möglichkeit der Erfassung der Differenz zwischen den Ausgängen der Bereiche 9A und 9B und der Bestimmung des Wertes und der Polarität dieser Differenz ist es möglich, ein Signal, das dem Wert und der Richtung der Abweichung des Objektes vom Brennpunkt entspricht, zu erhalten. Der Brennpunkt kann durch paralleles Verschieben der Objektivlinse 5 entlang der optischen Achse korrigiert werden.
  • Ein besonderes Merkmal dieser Erfindung ist die Verwendung einer eine mehrschichtige Isolierschicht aufweisenden reflektierenden Oberfläche, deren Reflexinsvermögen sich entsprechend des Einfallswinkels stetig ändert, wie dies der Fig. 2 zu entnehmen ist. Die Erfindung löst dabei die Probleme des bekannten Systems zur Erfassung des Brennpunktes, die durch den kritischen Winkel hervorgerufen werden. Insbesondere ist keine große Genauigkeit bei der Justierung der optischen Elemente, die die reflektierende Oberfläche tragen, bei der Drehung in die Ebene des Blattes in Fig. 1 erforderlich. Die Vorrichtung nach dem Stand der Technik erfordert eine hohe Genauigkeit bei der Justierung des Detektorprisma, wegen der steilen Neigung und Unstetigkeit der Reflexionscharakteristik in der Nähe des kritischen Winkeis, wie dies bereits beschrieben wurde. Die Reflexionscharakteristik der reflektierenden Oberfläche 11, die im erfindungsgemäßen System verwendet wird, weist keine Unbeständigkeit auf. Das Reflexionsvermögen ändert sich stetig, entsprechend dem Einfallswinkel, wie dies aus Fig. 2 hervorgeht. Eine falsche Justierung der optischen Bauelemente 10 ändert den Charakter des Brennpunktfehlersignales nicht und verursacht kein totes Band. Kurz gesagt die Justiertoleranz kann vernachlässigt werden.
  • Aus den gleichen Gründen ist die Vorrichtung gegenüber Temperaturänderungs- und Alterungseinfluß resistent. Positionsveränderungen im optischen Bauteil oder anderen optischen Elementen bewirkt es eine Veränderung des Einfallswinkels auf das optische Element 10 und nur eine kleinere Veränderung des Brennpunktfehlersignales. Das tote Band, das bei Lösungen die nach dem Stand der Technik ausgebildet sind, auftritt ist aus theoretischen Gründen ausgeschlossen und alle Veränderungen des Brennpunktfehlersignales sind gering. Der Grad der Fokussierung kann auf stabile und genaue Art und Weise bestimmt werden.
  • Im weiteren soll eine kurze zusätzliche Diskussion, des Prinzips nach dem sich das Reflexionsvermögen, wie in der Fig. 2 erkennbar, in Abhängigkeit des Einfallswinkels ändert, geführt werden. Zur Vereinfachung soll angenommen werden, daß das Licht aus einem Medium, wie Luft oder Glas auf eine Platte, die ebenfalls ein Glaskörper ist, einfällt und zwischen dem Medium und der Platte eine dünne einschichtige Beschichtung vorhanden ist. Die charakterisierende Matrix dieser dünnen Schicht ist durch Kogakan Hakumaku (optischer dünner Film) gegeben. Kogaku Gijutsu Serie Vol. 11, Kyoritsu Shuppan ist:
  • λ n sec R . . . (p-polarisiertes Licht)
  • n: Brechungsindex der Beschichtung
  • d: physikalische Dicke der Schicht
  • R: Einfallswinkel auf die Schicht
  • λ: Wellenlänge
  • Die Amplitude des Reflexionsvermögens ist:
  • Die Reflexionsenergie oder die Reflexionsvermögen ist:
  • R = r ² (3)
  • In den oberen Gleichungen
  • no cos Ro (s-polarisiertes Licht)
  • uo = (
  • no sec Ro (p-polarisiertes Licht)
  • ns cos Rs (s-polarisiertes Licht)
  • us = (
  • ns sec Rs (p-polarisiertes Licht)
  • Ro: Einfallswinkel auf die Schicht
  • Rs: Brechungswinkel von der Schicht zur Platte
  • no: Brechungszahl an der Eintrittsseite (Brechungszahl des Medium)
  • ns: Brechungszahl an der Austrittsseite (Brechungszahl der Platte)
  • Die Gleichungen (1) bis (3) zeigen, daß die Reflexionsintensität sich in Abhängigkeit vom Einfallswinkel ändert.
  • Für eine mehrschichtige Beschichtung ist die charakterisierende Matrix das Produkt der charakteristischen Matrizen Mj der einzelnen Schichten:
  • Das Reflexionsvermögen bzw. der Reflexionsgrad kann wieder mit den Gleichungen (2) und (3) berechnet werden.
  • Es ist möglich eine mehrschichtige Beschichtung mit einer bereits beschriebenen Reflexionscharakteristik vorzusehen, beispielsweise eine solche, wie sie der Fig. 2 zu entnehmen ist.
  • In jüngster Zeit sind Computerprogramme zur Analyse solcher mehrschichtigen Beschichtungen verfügbar, so daß die analytische Berechnung wesentlich leichter, als in der Vergangenheit bewältigt werden kann.
  • Fig. 8 zeigt eine Berechnung der Abhängigkeit des Reflexionsgrades vom Einfallswinkel für s-polarisiertes Licht, die mit gewerblich erhältlichen Programmen berechnet wurde. Die Parameter der Schichten sind in der Tabelle 1 enthalten.
  • Mit geeigneter Auswahl der Schichtenausbildung kann eine Charakteristik, entsprechend der in Fig. 2 ablesbaren, oder eine bei der sich die Reflexionsintensität stärker und in Abhängigkeit des Einfallswinkels linear ändert, erreicht werden. Tabelle 1 Ausbildung der Beschichtung Schicht * Brechungszahl (Real) Brechungszahl (Bild) Dicke (nm) Glasäquivalent Luftäquivalent *Die Numerierung von 1, 2, . . . erfolgt ausgehend von der Einfallsseite
  • Der Fig. 3 ist eine andere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems zu entnehmen, bei der ein Fotosensor 12, mit den Bereichen 12A und 12B, in der Seitenansicht dargestellt ist. Der Fotosensor 12 erfaßt die Änderungen der Intensitätsverteilung des Lichtes, das durch das optische Element 10 transmittiert wird. Im übrigen stimmt diese Ausführung mit der überein, deren Aufbau in der Fig. 1 dargestellt ist. In der Fig. 1 wird das von der reflektierenden Oberfläche 11 des optischen Bauelementes 10 reflektierte Licht verwendet, das Reflexionsvermögen und die Durchlässigkeit der reflektierenden Oberfläche 11 hängen jedoch eng zusammen, wenn keine Absorption auftritt, beispielsweise dann, wenn
  • Reflexion + Durchlässigkeit = 1 ist.
  • Die Erfassung der Änderungen der Intensitätsverteilung des durchgelassenen Lichtes bewirkt in beiden Fällen (Fig. 1 und 3) den gleichen Effekt.
  • Es ist möglich, ein Brennpunkt- bzw. Fokussierungsfehlersignal mit der in Fig. 6 dargestellten, bekannten Vorrichtung zu erzeugen, bei der der Fotosensor an einer Position angeordnet ist, bei der das durch die Oberfläche 8 gelassene Licht auf den Fotosensor 9 fällt. In diesem Fall treten die gleichen Probleme, wie sie bei der Verwendung des von der Oberfläche 8 reflektierten Lichtes auf. Zusätzlich wirken sich noch die nachfolgenden Probleme aus. Nämlich, wenn die Oberfläche 8 so ausgerichtet ist, daß der Einfallswinkel des Lichtes in der Nähe des kritischen Winkels ist, ist das durch die Oberfläche 8 durchgehende Licht nahezu in der Richtung der Oberfläche 8 gerichtet. Dabei ist der Durchmesser des transmittierten Lichtes sehr klein und es ist schwierig den Fotosensor 9 so auszurichten, daß das durchgehende Licht genau auf den Fotosensor 9 fällt. Anders ausgedrückt ist es von Vorteil die bekannte Vorrichtung mit reflektiertem Licht anstelle des durchgehenden Lichtes zu benutzen.
  • Bei dem erfindungsgemäßen System, wie es in der Fig. 3 dargestellt ist, bringt die Verwendung des durchgehenden Lichtes nicht dieses zusätzliche Problem mit sich. Bei der erfindungsgemäßen Ausführung (Fig. 3) kann man nicht sagen, daß sie im Vergleich mit der bekannten Ausführung (Fig. 1), bei der reflektiertes Licht benutzt wird, nachteilig ist.
  • Andere Ausführungsformen der Erfindung sind möglich, bei denen nur ein Teil des vom Polarisationsstrahlteiler reflektierten Lichtes verwendet wird und der reflektierte Strahl gebündelt oder gestreut wird. Diese Ausführungen werden nachfolgend mit Hilfe der Fig. 4 und 5 erläutert. Bei dem der Fig. 4 zu entnehmenden Beispiel wird ein Teil des Strahles vom Polarisationstrahlteiler 3 in ein optisches Element 10 gerichtet, das so ausgebildet ist, daß wenn der Brennpunkt korrekt ist, die reflektierende Oberfläche 11 Licht in einem bestimmten festen Verhältnis reflektiert und transmittiert. Das durchgelassene und reflektierte Licht wird von Fotosensoren 13 und 14 empfangen. Der übrige Teil der Vorrichtung (Fig. 4) entspricht der bereits an Hand der Fig. 1 beschriebenen. Wenn das Objekt 6 in die Richtung a oder b bewegt wird, erfolgt eine Abweichung der Lage des Brennpunktes und es entsteht eine entsprechende Differenz der Ausgangssignale der Fotosensoren 13 und 14, so daß ein Fokussierungsfehlersignal, aus dem Wert und der Polarität dieser Differenz, wie beim Beispiel nach Fig. 1, erhalten werden kann. Der restliche Teil des Lichtes, das nicht auf das optische Element 10 gerichtet ist, kann für andere Zwecke benutzt werden. Bei diesem Beispiel ist es nur erforderlich, daß die von den Fotosensoren 13 und 14 empfangenen Intensitäten, bei richtiger Fokussierung im richtigen Verhältnis sind; es ist nicht erforderlich, daß das vom Objekt 6 reflektierte Strahlenbündel parallel ist, wenn der Brennpunkt richtig ist. Die Strahlen können wie in Fig. 5 gebündelt sein oder auseinanderlaufen.
  • In all diesen verschiedenen Beispielen des erfindungsgemäßen Systems ist die reflektierende Oberfläche 11 eine mehrschichtige dielektrische Beschichtung mit einer Reflexionscharakteristik, die sich stetig in Abhängigkeit des Einfallswinkels, genau wie in Fig. 2, verändert.
  • Bei der mittels der Fig. 1 beschriebenen Ausführungsform sind die Anforderung an die Drehjustierung des optischen Elementes 10, mit der reflektierenden Oberfläche 11, gering und es ist eine große Toleranz für Positionsabweichungen, die durch Temperaturänderungen und Alterung auftreten können, vorhanden. Im Ergebnis dessen wird eine stabile, sichere und genaue Erfassung der Fokussierung erreicht.
  • In einem optischen System zur Wiedergabe von Video- Disks, bei denen die Informationsspuren spiralförmig oder konzentrische Kreise auf dem Informationsträger sind und die den vorbeschriebenen Ausführungsformen (z. B. wie Fig. 1) entsprechen, ist wenn der Informationsträger bzw. das Objekt so ausgebildet ist, daß die Informationsspuren sich parallel zur Fläche des Blattes (die links-rechts Richtung in der Fig. 1) erstrecken, oder anders ausgedrückt sich die Bereiche 9A und 9B in paralleler Richtung zu den Spuren erstrecken, wirkt sich die Änderung der Intensitätsverteilung nicht auf das Fokussierungsfehlersignal aus, wenn der Strahl über die Spuren bewegt wird (mit Spurfehlersignalkomponente).
  • Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Beispiele begrenzt, so ist beispielsweise in Fig. 1, der auf das optische Element 10 gerichtete Strahl spolarisiert, es ist jedoch genauso möglich ein Halbwellenlängenplättchen zwischen den Polarisationsstrahlteiler 3 und das optische Element 10 zu setzen oder die Positionsverhältnisse von Polarisationsstrahlteiler 3 und optischem Element 10 durch Drehung um 90º zu ändern, so daß sie senkrecht zum Blatt sind, in diesem Fall ist das einfallende Licht p-polarisiert.
  • Das erfindungsgemäße System kann nicht nur zur Erfassung des Brennpunktes in optischen Aufzeichnungs- und Wiedergabesystemen für Video-Disks, sondern auch in optischen Aufzeichnungs- und Wiedergabesystemen für Compakt-Disks, optische Speicherscheiben und optischen Speicherkarten sowie in anderen optischen Systemen verwendet werden.

Claims (6)

1. Optisches Informations-, Aufzeichnungs- und Wiedergabesystem mit einer Lichtquelle (1) zum Aussenden eines Lichtbündels, einem optischen System zum Leiten des von der Lichtquelle gelieferten Bündels und einer Objektivlinse (5) zum Fokussieren des von dem optischen System (2,3,4) geleiteten Bündels auf ein Objekt (6), einer Vorrichtung zur Erfassung des Brennpunktes mit einem optischen Bauelement (10) mit reflektierender Oberfläche (11), die zum Empfangen mindestens eines Teils des Bündels, das auf das Objekt fokussiert wurde und von diesem reflektiert wurde, weitgehend am kritischen Winkel angeordnet ist, und einer photoelektrischen Einrichtung (9) zum Erfassen von Änderungen in der Intensitätsverteilung des von der reflektierenden Oberfläche (11) reflektierten oder durch die reflektierende Oberfläche (11) transmittierten Bündels, dadurch gekennzeichnet daß die reflektierende Oberfläche (11) als mehrschichtige dielektrische Beschichtung ausgebildet ist, deren Reflexionsermögen oder Transmissionsvermögen sich kontinuierlich mit dem Einfallswinkel ändert, wobei die kontinuierliche Änderung in einem Winkelbereich erfolgt, der den kritischen Winkel mit einschließt.
2. System nach Anspruch 1, bei dem das von dem Objekt (6) reflektierte und von dem optischen Bauteil (10) empfangene Bündel in bezug auf die reflektierende Oberfläche (11) p-polarisiert oder s-polarisiert ist.
3. System nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Vorrichtung derart ausgebildet ist, daß bei korrekter Fokussierung des Bündels in bezug auf das Objekt das optische Bauteil (10) ein Bündel von parallelen Strahlen empfängt.
4. System nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Vorrichtung derart ausgebildet ist, daß bei korrekter Fokussierung des Bündels in bezug auf das Objekt (6) das Bauteil (10) divergierende oder konvergierende Strahlen empfängt.
5. System nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die photoelektrische Einrichtung (9) zwei aktive Abschnitte (9A, 9B) aufweist, die sich in einer Richtung parallel zu den Informationsspuren auf dem Objekt (6) erstrecken.
6. System nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem ein Polarisationsstrahlenteiler (3) den Teil des reflektierten Lichtbündels auf das optische Bauteil (10) richtet.
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