CN1013721B - 聚焦误差检测系统及光读出和/或写入设备 - Google Patents

聚焦误差检测系统及光读出和/或写入设备

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Abstract

一个位敏辐射检测器(1)，它在一平面表面上包括至少两个相邻的反偏辐敏二极管，该检测器(1)包括一偏置电路(20)，用以在二极管两端上建立反向电压的差值，以调节二极管辐敏区之间的边界(15)。为了调节边界(15)相对于辐射束入射到检测器(1)上地点的位置，可用由辐射束在辐敏二极管中所产生的光电电流，以将边界的实际位置和所需的边界位置相比较。位敏辐射检测器(1)特别适用于光读出和/或写入设备的聚焦误差检测系统中。

Description

本发明涉及一种辐敏半导体器件，该半导体器件包括一半导体本体和一电路，该半导体本体在一基本平坦的表面上提供至少两个子元件，该子元件构成辐敏的二极管，二极管与半导体本体部分毗邻，子元件间的距离应足够小，以使子元件间的半导体本体因在二极管两端加上一反向电压而完全被耗尽区耗尽，以便抑止子元件间的电荷转移;该电路用以在辐敏二极管两端施加反向电压，以及用以检测在该耗尽区所组成的二极管辐敏区中由辐射所产生的光电电流。
上述类型的辐敏半导体器件例如被用于图像再现的光敏电路装置中和用于跟踪或定位光束（或一种不同类型的辐射束）的设备中。其他的辐射检测应用属于光谱分析的范围，特别是从200-1100毫微米的波长范围和例如软X射线的波长中。此外，这样的器件被用以检测微粒子辐射（例如电子α粒子或高能粒子）。另外，这样的半导体器件（具体地说是在可见光的波长范围内）被用在测量定位检测设备，例如用于弯曲测量或例如用于自动装配线中。
本发明还涉及装有这样一种辐敏检测器的聚焦误差检测系统，也涉及在一记录载体的辐射记录表面中用以读出和/或记录信息的装有这样一种聚焦误差检测系统的设备。
一种在开头一段所规定的半导体器件是从申请人的荷兰专利申请第8003906（PHN9796）号在1982年2月1日中公开给公众审查而公知的。所说申请叙述了一种包括四个相对于一公共中心对称安置的辐敏二极管的象限式二极管。当该象限式二极管暴露在一辐射束时，在四个二极管中 就产生电流，每一个二极管电流的大小依赖于入射到相关二极管的辐敏面积的辐射量。二极管电流间的差值代表入射到相对于公共中心的象限式二极管上辐射束位置的特征。上述专利申请也叙述一种使用象限式二极管的聚焦误差检测系统以检测一个目标系统〔例如用在电视唱片的小型唱片（Compact-Disc）〕的辐射反射（或第一）平面和聚焦（或第二）平面间的偏差。已知的象限二极管的作用是非常快速的，它具有高的分辨率和高的辐射灵敏度，但在组装期间正确聚焦时，二极管必须装成使入射到半导体表面的辐射束有关四个象限式二极管精确地对中。鉴于所需公差（诸象限彼此相隔约5微米），这样一种有相应对焦的组装过程是有困难的和花时间的。
相似的组装问题也出现在聚焦误差检测系统中，其中在从辐射反射表面反射的辐射束路径中安置有一分束分件，继而是包括有多个检测器的辐敏检测系统，每一检测器包括两个相邻的细长二极管，由分束元件形成的分束应入射到二极管间的辐敏边界区域。在后一个提到的情况下，通过将这些边界区域彼此成锐角安置，在正确聚焦时，有可能留心做到使由分束形成在检测平面上的辐射点中心位于边界区域上。就如申请人的荷兰专利申请第8202058（PHN10361）中更详细地叙述那样，通过用机械方式移动检测器平板，可得一正确的初步调节。然而，这种机械调节会随时间和/或温度变化，因而需要对检测平面作冗长乏味的重复调节。
本发明的一个目的是要提供一个在开头段落中所说明的一类半导体器件，它特别适用于像聚焦误差检测一类的系统，使得能够从实质上简化零值的调节。此外，像这样一种半导体器件也适用于上述以外的那些场合。在开头段落中所说明的一类半导体器件，达到本目的，就在于该电路包括根据控制信号在二极管两端施加不同反向电压的装置，以便调节二极管辐敏区域间的边界。
本发明根据事实承认，通过在二极管两端施加不同反向电压来移动 相邻二极管的辐敏区域间的边界，使得简单的电子零值调节成为可能，在光电式聚焦误差检测系统中使用辐敏器件时，这种调节法可以代替错综复杂的机械调节。
辐敏半导体器件可以表征为该电路包括至少一个微分放大器，这种微分放大器被反馈，而且是用以将辐射所产生的其中一个光电电流转换为一测量信号，为此，其中一个子元件被耦合到微分放大器的反相输入端以将待转换的电流施加到所说输入端，该电路还包括施加电压的装置，这个电压的幅度取决于微分放大器非反相输入端的控制信号。这个实施例利用反馈微分放大器的特性，反馈的结果是反相输入端上的电压取决于非反相输入端上的电压。这就使二极管两端上的反向电压差能调节到一个取决于控制信号的所需数值以在非反相输入端上变化电压。
另一实施例的特征是有一个用于产生测量信号的第二微分放大器，这个测量信号是第一微分放大器的输出电压和第一微分放大器非反相输入端上的控制电压之间的电压差，为些，将第二微分放大器的一个输入端耦合到第一微分放大器的输出端，并为此使电路包括将一个正比于控制电压的电压施加到第二微分放大器另一输入端的装置。在这个实施例中，一个与控制信号无关的测量信号以一简单方法从第一微分放大器的输出信号导出。
一个用于检测在一反射检测表面和一导引辐射束指向检测表面用的物镜系统聚焦平面和反射检测表面之间的用于检测偏差的光电子聚焦误差检测系统包括一个第一辐敏检测器和一个第二辐敏检测器、一个分束元件、一个第一电路和一个第二电路;第一和第二辐敏检测器各包括至少两个在一半导体本体表面上的彼此实际上被安置成相互平行的子元件，这两个子元件与这个半导体本体的相邻部分构成彼此相邻接的两个二极管;该分束元件用以将检测表面所反射的辐射束在所说检测器相邻接二极管边界区域中分别分离成入射到第一检测器和第二检测器的第一分束 和第二分束;该第一电路用以在二极管两端施加一反向电压;该第二电路用以从分束在二极管中所产生的光电电流导出一聚焦误差信号;该检测系统的特征在于该第一电路包括调节装置，根据控制信号，通过在第一检测器的二极管两端和第二检测器的二极管两端所产生的不同反向电压来调节在二极管辐敏区之间的边界，该检测系统还包括一控制装置，用以从这样产生的光电电流导出边界调节装置用的控制信号，使得在位于远离辐射束入射位置之间的中心的第一检测器的那个二极管中所产生的光电电流加上位置接近所说中心的第二检测器的那个二极管中所产生的光电电流之和，对另两个二极管中所产生的光电电流之和基本上维持相等。操作期间，在这样一种光电子聚焦误差检测系统中的二极管间的边界位置要自动调节得使光电电流的第一个总和等于第二个总和，这意味着边界自动地调节到相对于半导体器件上的分束入射位置之间的中心的对称位置。在组装后，这就大大简化系统的调节。
另一个用以检测一反射检测表面和一使辐射束导向该检测表面的物镜系统聚焦平面之间偏差的光电子聚焦检测系统的实施例包括一个辐敏检测器、一个光学系统、一个象散元件、一个第一电路和一个第二电路;该辐敏检测器包括四个相对于半导体本体表面上的一个公共中心对称配置的子元件，这四个子元件和所说半导体本体的相连接部分构成四个相连接的辐敏二极管;该光学系统用以将检测表面所反射的辐射束导向检测器的辐敏二极管;该象散元件要安置在检测表面和检测器之间的光路中;该第一电路用以在二极管两端施加反向电压;该第二电路用以从在二极管中产生的光电电流中导出一聚焦误差信号;该检测系统的特征在于该第一电路包括根据控制信号通过在对角线相对放置的二极管两端产生不同的反向电压来调节辐敏二极管间的边界的装置，所说检测系统还包括一个控制装置以导出根据在二极管中产生的光电电流的控制信号，使得在对角线上相对的二极管中所产生的光电电流基本上维持彼此相等。 在这样一种聚焦检测系统中，半导体器件辐敏区之间的边界以这样的方式自动地调节，使得在入射到半导体器件位置处，辐射束的重心与辐敏区域间的边界交点重合。在利用这样一种聚焦检测电路时，半导体器件可以装得很简单，只需保证辐射束是这样入射到半导体器件上，其重心落在边界的电子调节范围内即可。
通过实例，参看图1至10，将更详细地叙述本发明的实施例及其另有的优点，这些图是：
图1和2是本发明半导体器件的辐敏元件;
图3a、3b和3c说明在二极管辐敏区间边界位置上的辐敏元件的辐敏二极管的反向电压不同的影响，
图4和5是本发明的半导体器件，
图6和7展示本发明的一个聚焦误差检测系统，
图8和10展示本发明的另一个聚焦误差检测系统，
图9用于阐明示于图8和10的实施例。
诸图示意性地不按比例画出，为清楚地见，特别是在各横剖面图中夸大地示出了厚度方向的尺寸。一般说来，相同导电类型的半导体区以相同方向划线。通常，实施例的相似元件有相同的参考号码，在某些情况下，为清楚起见在参考号码后附有尾标。
图1和2示出使用于本发明半导体器件的辐敏元件，图1是平面图，而图2是取自线Ⅱ-Ⅱ的剖面图。辐敏元件1包括一低阻抗衬底2，其上有外延层3。此外，辐敏元件在基本上平坦的表面4上备有互相隔离的整流结5（5A，5B）。为此，元件1的表面4备有P型表面区6（6A，6B），该P型表面区与外延层3构成整流结5（pn结）。元件1的表面4还覆盖有钝化的氧化硅抗反射层7。在该层7中，为接点9（9A，9B）形成接触孔8。与衬底2的接触是通过在元件下侧的一个接触金属表面10来提供的。电压VA和VB分别用电压源11A和11B分别加在接触金属表面10和接点9A及 9B之间，以使整流结5A和5B反偏。结果，在外延层3和相关表面区6中靠近各个整流结5处建立起一个耗尽区，它在图2中以虚线表示。当耗尽区伸入外延层3时，这些区以的参考号码（12A，12B）表示。电场线13代表在耗尽区12中的主要电场12。
当能量足够高（至少要等于半导体材料的带隙宽度）的光或辐射入射到元件1的表面4上时，附加的栽流子（空穴和电子）就会在半导体本体中产生。在耗尽区中，这些附加载流子因主要电场的结果被排出去，从而提供通过相关pn结的光电电流。
子元件间的距离是那样的小，以致在辐敏二极管两端加上一个反向电压时，位于相邻子元件间的区域可以被与子元件相关的耗尽区耗尽。
在位于耗尽区12A和12B间的界面处，电场线被偏移，以致电场使产生在耗尽区中的载流子实际上总是移向相应的pn结（耗尽区12A和12B间的边界记有参考号码15）。载流子就是以这种方式提供在这个pn结中所产生的光电电流。在pn结5A和5B中所产生的光电电流分别以IA和IB表示。当垂直入射到表面4的辐射中心与边界15重合时，这样产生的光电电流IA和IB将基本上彼此相等。如果入射辐射束的位置稍为对边界15偏离，IA和IB间就会出现差别。
图3A展示电流IA和IB作为辐射束相对于边界15的入射位置X的函数的变化，这里的反向电压VA和VB彼此相等。图中的参考号码16代表一辐射束，例如一激光束，它在半导体本体的表面4上移动。当辐射束16位于a点处时，在pn结5A下面产生的光电电流几乎只在平行于表面4的这个结的平坦部分中产生。这样就产生通过这个结的数值为IO的电流IA。通过相邻pn结5B的电流IB是小得可以忽略的。由于在表面区6A中复合的结果（如果适用，也有一小部分在外延层3的非耗尽部分复合），故不是所有由辐射束16产生的载流子都有助于点a的光电电流。此外，入射的辐射被钝化层7反射一小部分，并在这辐射到达pn结5A的耗 尽区前，在表面区6A中被稍微吸收。如果辐射束是在点b的位置，pn结5A的弯曲影响而变得可以觉察。表面4和耗尽区间的距离比较短，故只有较少的载流子因复合而损失，而且，在表面区6A也吸收较少的辐射。在层7是恒定的厚度条件下，这将导致对光电电流的附加贡献。然而，在表面区6A和6B之间，层7呈现变厚的部分36，其厚度要选择得使大部分的光在这变厚的部分被反射，以保证电流IA基本上维持不变。
辐射束16一到达实际上位于两表面区之间的中途的点C，辐射束16的一部分辐射就会穿透耗尽层12B。由于主要电场，这部分辐射所产生的载流了主要被转移到pn结5B，使得电流IA减少，同时，电流IB增加。当辐射束16再移动时，电流IB迅速增至数值IO，与此同时电流IA基本上减至零。
在图3A中解释的事例中，电压VA和VB是彼此相等的。在那事例中，辐敏区间的边界15是位于表面区6A和6B之间的中间。
电流IA主要是由边界15左边的耗尽区12A中所产生的载流子产生的，而电流IB主要是由耗尽区12B中产生的载流子产生的。如果VA和VB彼此不相等，耗尽区12A和12B就不再对于表面区6A和6B之间的中心对称，这意味着二极管辐敏区之间的边界15偏离了表面区6A和6B间的中心。对于VA大于VB和VA小于VB的情况下，图3B和3C分别示意性地代表耗尽区12A和12B相对于子元件6A和6B之间的中心的位置，以及电流IA和IB的相应变化。
从图3A、3B和3C显然可以看出，由子元件6和外延层3构成的二极管辐敏区之间的边界15依赖于反向电压VA和VB之间的差别量。
图4展示本发明的器件实施例。图中参考号码20是在辐敏元件1的辐敏二极管两端施加不同反向电压VA和VB用的偏置电路，该二极管是由表面区6A和6B以及外延层3构成的。电路20包括一个反相输入端被连接到表面区6A的接点9A的运算放大器21。运算放大器21的非反相输入 端被连接到一输入端22。运算放大器21的输出端经一电阻23而耦合到其反相输入端。放大器21的输出端被连接到包括一个运算放大器24以及电阻器25、26、27和28的微分放大器的反相输入端40。该微分放大器的非反相输入端41则连接到输入接线端22。运算放大器24的输出端被连接到一输出端29。
表面区6B的触点9B被连接到运算放大器30的反相输入端，其输出端经一电阻器31也被连接到反相输入端。输入接线端22上的控制信号PE通过包括一个运算放大器32以及电阻器33和34的反相放大器反相，并实质上被加到运算放大器30的非反相输入端和加到包括一个运算放大器35以及包括电阻器36、37、38和39的微分放大器的非反相输入端42。运算放大器30的输出端被连接到包括运算放大器35的微分放大器的反相输入端43。运算放大器35的输出端被连接到输出端44。
此外，通过一电压源（未示出）使金属化层10保持在恒定电压VB1A5。作为安排在运算放大器21两端的反馈电阻23的一个结果，是使运算放大器21的反相输入端和非反相输入端的电压基本上彼此相等，以使接点9A和金属化层10之间的电压差等于VB1AS-Vpe，其中Vpe是控制信号PE的电压幅值。运算放大器30的非反相输入端上的电压的-Vpe，使得接点9B和金属化层10之间的电压差等于VB1AS+Vpe。作为接点9A和9B之间的电压差2Vpe的一个结果，元件1的二极管的辐敏区之间的边界15相对于表面区6A和6B之间的中心移动了一个由控制信号PE所确定的距离。如果辐射束入射到表面4，就会在耗尽区12A和12B中产生光电电流IA和IB，电流IA和IB之间的比例是由入射辐射束相对于边界15的位置确定的。通过运算放大器21和30分别将电流IA和IB转换为电压Vma和电压VMb。
电压Vma包括一个由控制信号PE所确定的分量和一个由电流IA所确定的分量。通过运算放大器24，它是作为一个微分放大器而设的，在输出端29上产生一电压Vma，其中由PE所确定的分量被消去，使得电压 Vma正比于电流IA。同理，在输出端44上产生了正比于电流IB的电压Vmb。
当上述辐敏元件1和相关的调节电路20一起装在一个光学系统中时，有可能在组装后，通过一控制信号PE在接点9A和9B之间施加这样的一个电压差，使边界15与辐射束入射到辐敏元件上的位置中心重合。在光电子设备中的这样一种辐敏元件的对准是因为在装配这个设备和正确调节例如一物镜系统的聚焦后，入射束的位置就由测量Vma和Vmb之间的电压差来量度。根据这个测量的结果，接点9A和9B之间的电压差可以通过改变控制信号PE的幅值VPE这样来调节，使得电压差Vma-Vmb表明IA等于IB（校准点）。
当接点9A和9B之间的电压差维持不变时，Vma和Vmb之间的电压差就是辐射束入射处的位置相对于和边界15位置相应的所说校准点偏离的一个量度。电压差△Vm＝（Vma-Vmb）接下去可以用作控制信号。偏差△Vm相应于辐射束的入射位置关于边界15被调节位置的具体偏离。这样得出的一个控制系统可以有宽裕的公差来安装，而且它几乎完全由电气或电子方法来校准。
图5展示使用一象限式二极管47的本发明的半导体器件。这样一个二极管包括四个表面区6F、6G、6H和6I。他们被对称地设置于一个公共中心50的位置上。
表面区6F和6G以及表面区6H和6I和接点9F和9G以及接点9H和9I被连接到前述类型的调节电路20A和调节电路20B的输入接线端。如果由表面区6F、6G、6H和6I以及与外延层3一起形成的辐敏二极管两端的电压彼此相等的话，则在辐射束关于表面区对中时光电电流IF、IG、IH和II就基本上相等。装配期间的失调（其结果是在调节光学系统后辐射束的中心入射在位置50′处），可以像本文前述那样，通过调节电路20A和20B的输入端22A和22B上的控制信号PE1和PE2加以改正。在正确调 节控制信号PE1和PE2之后，辐敏区之间的边界15C和15D就以这样一种方式移动，使得边界15C和15D的交点与入射辐射的中心重合。
根据本发明的一种半导体器件可以例如使用在如图6所示的一个聚焦误差检测系统中。图6展示一小部分的圆盘状记录载体61的径向横剖面。反射辐射的信息结构位于该记录载体的上侧，并包括有大批没有示出的安置在信息轨道62。信息结构是由一个辐射源63，例如一半导体二极管激光器所产生的读出射束b来扫描的。一透镜64将发散的射束变为这样一种横剖面的平行射束，使得物镜系统65的光瞳以适当的方式来填充。于是这个物镜系统在信息结构上形成最小尺寸的辐射点Vi。
读出射束是从信息结构反射的，且当记录载体相对于读出射束移动时，被反射的射束依照记录在记录载体的信息时间调制。为了从辐射源所发射的射束分离被调制的射束，将一射束分离棱镜66安置在辐射源和物镜系统之间。这个棱镜可以包括两个在其间插有射束分离层69的棱镜拼件67和68。参考号码70和71分别表示棱镜66的入射面和出射面。层69可以是半透明的镜。为了将读出装置中的辐射损失减至最小，可以使用一个对偏整敏感的分离层。于是，应该将一个λ/4的平板72安置在物镜系统和棱镜66之间，λ是读出射束b的波长。这棱镜根据读出射束横移两次，并旋转射束的偏振平面总计90°。于是，由辐射源所发射的射束几乎全部都由棱镜发送出去，而被调制的射束则几乎全部反射向一个辐敏检测系统73，这个系统供给一个按照存储在记录载体中的信息来调制的信号。
为了产生能提供指示大小和在物镜系统聚焦平面和信息结构的平面之间偏移方向的聚焦误差信号，将一屋脊型棱镜74安置在射束分离棱镜66的出射面71上，该辐敏检测系统73例如包括如参考图1和2所述的两个辐敏器件。在图7中说明了聚焦误差检测的原理，这两个器件有着参考号码76和77。这个图特别展示取自图6中线Ⅺ-Ⅺ的半导体器件的剖面图， 并示意地展示出为置零而设置的调节电压差用的辅助电子电路。
棱镜74的折射边75平行伸到读出装置的图6中的光轴00′。
屋脊棱镜将射束b分成分别入射在器件76和77上的两个分束b1和b2。
图6说明读出射束准确地聚焦在信息结构平面上。读出装置可以结构成使被反射的射束的焦点准确地位于检测器76、77的辐敏元件1的表面上。在正确聚焦的情况下，以射束b1和b2形成在检测器76和77上的辐射点V1和V2的中心间的距离是a。
在聚焦错误的情况下，在相对于有关的检测器的分束b1和b2里的能量分布发生变化，这种变化也可以认为是由分束所形成的辐射点V1和V2相对于检测器的一个位移。如果来自辐射源的射束焦点位于信息结构平面之上，则将射束b1和b2向内移，使半导体区6A和6D比半导体区6B和6C（于是辐射点V1′和V2′间的距离为a′）接收较少的辐射能量。如果由辐射源发射的射束焦点位于信息结构平面之下，则情况相反，这时半导体区6B和6C比半导体区6A、6D和19（于是辐射点V1″和V2″间的距离为a″）接收较少的辐射能量。
为了清楚起见，图7所示辐射点V1、V1′和V1″以及V2、V2′和V2″的位置以平行于边界15的方向移动。必须注意，事实上当聚焦改变时，辐射点在这个方向上的位置是没有改变的。如果辐敏区之间的边界15A和15B是以这样的方式来调节，使得在正确聚焦的情况下，辐射点V1和V2的中心分别与边界15A和15B重合，因而，根据关系式Sr＝K｛（IA+ID）-（IB+IC）｝（其中K是常数），从与表面区6A、6B、6C和6D相关的光电电流IA、IB、IC和ID导出聚焦误差Sr的量度，这是完全可能的。
边界15C和15D的正确调节可从调节边界间的距离和一个这样的调节获得，后一个调节保证当边界间的距离保持不变时，这些边界15要调节成使它们的位置相对于以射束b1和b2在检测器76和77上所形成的辐射点间的中心对称。
边界关于辐射点之间的所说中心的一个对称位置完全可以通过电流IA、IB、IC和ID来确定。这是因为差值（IA+IC）-（IB+ID）足以代表边界15A和15B间的中心和辐射点间的中心之间的距离差。
图7也展示一个控制系统，它根据（IA+IC）-（IB+ID）的差值将边界15A和15B相对于辐射点间的中心自动对称化。这个控制系统包括：一个部件，用以确定由偏置电路20和20C所形成的（IA+IC）-（IB+ID）差值的一个量度VE;加法电路80和81及一微分放大器83，以及一个包括控制电路80的部件，用以从信号VE导出调节电路20和22C用的控制信号PE，调节时要使得（IA+IC）-（IB+ID）之差保持等于零。因为在这个控制系统中，在两个控制输入端22和22C上的信号PE的幅度变化导致一相似的电压变化，故边界15A和15B都以一相同的方向并根据控制信号PE的幅度变化在基本上相同的距离上移动，使得边界15A和15B间的距离基本上与控制信号PE无关。
边界15A和15B间的距离可以通过提供一个在输入端22和22C之间的电压差而加以调节。这一点例如可以通过安置在控制电路84的输出端和控制输入端22C之间的连接物-一个加法器电路88而获得。这个加法器电路88的其中一个输入端被连接到控制电路84的输出端。另一个输入端则连接到一个用以调节控制输入端22和22C间的电压差的电位器89。此外，图7中所示的装置包括加法器电路85和86，以及一个差分电路87。差分电路87以通常方式产生一个聚焦误差信号Sf;该关系式为：Sf＝（Vma+Vmd）-（Vmb+Vmc）＝K｛（IA+ID）-（IB+IC）｝式中K是一个常数。
聚焦误差信号Sf代表边界15A和15B之间的距离以及辐射点V1和V2的中心点之间的距离，该差值在边界15A和15B间的距离的正确调节情况下是正比于聚焦误差的。
如果在图6和7中所示的聚焦误差检测器件（它包括用电调节边界的检测器）已经装配起来，该系统可以例如通过电位器89正确调节边界 15A和15B之间的距离，于是可以自动得到边界相对于辐射点之间的中心的所需对称。然而，也可以其它方式得到边界间的正确距离，例如，在前述荷兰专利申请8202058中叙述的机械调节器件来取得。
根据本发明的一种半导体器件也可以被使用在例如图8中所示的象散型聚焦误差检测系统中。图中的参考号码91指一个从一辐射源94产生的读出射束93照明的记录载体。一物镜系统95使读出射束聚焦以在形成信息结构的记录载体91的表面上形成一读出点V。辅助透镜96的焦距要选择得使物镜系统的光瞳适当地填充。读出射束是从记录载体反射的，然后根据存储在待读出的轨迹部分的信息加以调制。为了分离发射的（非调制的）和被反射的（调制的）读出射束，在辐射路径中安置一个射束分离器98。该射束分离器将被调制的读出射束引导到前面叙述过的检测器47，该检测器被连接到导出聚焦误差信号Sf用的检测电路100。
为了要能够测得聚焦误差，在射束分离器98后面的辐射路径中安置一个呈柱面透镜的像散元件101。一像散系统具有两个像散焦线而不是一个焦点，从轴向方向看，该焦线占有不同的位置且彼此垂直伸展。因此，通过物镜系统95和柱面透镜101，将两条焦线102和103分配到读出点V。辐敏检测器47被安置在一平面上。它沿光轴看去位于焦线102和103之间，而适宜处在一个这样的地点，其在与读出点V相关的图像点的两互相垂直方向上的距离与在正确聚焦时的最佳距离相等。
为了使图像点V′的形状从而聚焦的程度能够加以确定，使用了参考图5所叙述的检测器47，该检测器包括四个安置在X-Y坐标系的四个象限中。图9a、9b和9c从取自图8中线92、92′展示检测器47，各种要投射在检测器上的图像点V′的形状是对物镜系统和轨迹平面之间的距离的不同数值而言的。X轴和Y轴向柱面透镜的轴线105即向像散焦线102和103作45°角的延伸，而X轴按平行实际的轨迹方向延伸。
图9a说明物镜系统和轨迹平面间的距离是正确的情况。如果这个距 离过大，焦线102和103就会移近柱面透镜101。于是，检测器47比起离焦线102来要更靠近焦线103。图像点V′于是具有如图9b中所示的形状。如果物镜系统和轨迹平面间的距离太小，焦线102和103就会远离柱面透镜，而且焦线102比起离焦线103要更靠近检测器47。图像点V′于是具有如图9C中所示的形状。
检测电路包括一个自动偏置电路（见图10），该自动偏置电路将边界15C和15D移动的结果，使辐射点V′与边界15C和15D的交点重合。这个电路包括一个用以建立接点9F和9G间电压差的第一部件，以及一个用以建立接点9H和9I间电压差的第二部件。第一部件包括调节电路20A、一个用以输出信号Vmf和Vmg导出电流IF和IG间差值的量度VE1的微分放大器120，以及一个用以从量度VE1导出一加到调节电路20A的输入端22A的信号PE1的控制电路121，以便将IF和IG间的差值减至最小。第二部件包括调节电路20B、一个用以从输出信号Vmh和Vmi导出电流IH和II间差值量度VE2的微分放大器122，以及一个用以导出一个加到电路20B的输入端22B的信号PE2的控制电路123，以便将电流IH和II间的差值减至最小。
通过图10中所示的电路，检测器47被完全自动地调节成使IF和IG间的差值以及IH和II间的差值减至最小，这意味着边界15C和15D间的交点与入射射束的中心重合。此外，检测电路100包括一个第一加法器电路124、一个第二加法器电路125以及一个差分电路126，用以根据关系式：Sf＝Vmf+Vmg-Vmh-Vmi导出聚焦误差信号Sf。
当使用以电气调节检测器的辐敏器之间的边界的检测电路时，安装有检测器的自动对准电路可以非常简单地进行，唯一所需的就是辐射束中心入射到检测器的位置应该位于检测器电子调节的范围内。此外，这样的一种自动调节法的优点是聚焦器件的参数变化小，其结果是辐射束入射到检测器位置的最后变化，对检测器辐敏区域间的边界的正确调节 不会有不利的影响。
必须注意的是，对于聚焦误差检测系统的自动调节法来说，也可能使用图2和5中所示以外的检测器。任何一个检测器，只要能使各自二极管的辐敏区域之间的边界以电子方式调节，原则上就适用于可自动调节的聚焦误差检测系统。一适用的检测器例子在申请人的荷兰专利申请第8501489中已加以说明。
本文所描述的聚焦误差检测系统没有利用光信息结构的，或聚焦在表面上进行的特殊性。因此，聚焦误差检测系统可以使用在，例如显微镜各种需要精确聚焦的装置中。

Claims (8)

1、一种辐敏半导体器件，该半导体器件包括一半导体本体和一电路，该半导体本体在一基本平坦的表面上提供至少两个子元件，该子元件构成辐敏二极管，二极管间有毗邻的半导体本体部分，子元件间的距离应足够小，以使子元件间的半导体本体因在二极管两端加上一反向电压而完全被耗尽区耗尽，以便抑止子元件间的电荷转移；该电路用以在辐敏二极管两端施加反向电压，以及用以检测在该耗尽区所组成的二极管辐敏区中由辐射所产生的光电电流；该辐敏半导体器件的特征在于该电路包括根据一控制信号将不同反向电压施加在二极管两端上的装置，以便调节该二极管辐敏区之间的边界。
2、根据权利要求1中所要求的一种半导体器件，其特征在于，该电路包括至少一个微分放大器，这种微分放大器被反馈，而且是用以将辐射所产生的其中一个光电电流转换为一测量信号，为此，其中一个子元件被耦合到微分放大器的反相输入端以将待转换的电流施加到所说输入端，该电路还包括施加电压的装置，该电压的幅度取决于微分放大器非反相输入端的控制信号。
3、根据权利要求2的一种半导体器件，其特征在于该半导体器件有一个用以产生测量信号的第二微分放大器，这个测量信号是第一微分放大器的输出电压和第一微分放大器非反相输入端上的控制电压之间的电压差量，为此，将第二微分放大器的一个输入端耦合到第一微分放大器的输出端，并为此使电路包括将一个正比于控制电压的电压施加到第二微分放大器另一输入端的装置。
4、用一束聚焦在一层记录载体上的辐射光束扫描记录载体以从/向该记录载体光读出和/或记录信息的一种设备，该设备包括一种光电子聚焦误差检测系统，在将辐射光束导向该记录载体的光学系统中，用以检测在该记录载体和物镜系统的聚焦平面之间的偏差，这种聚焦误差检测系统包括一个辐敏半导体器件，该辐敏半导体器件包括至少一个半导体本体，在其基本上是平面的表面上配置至少两个子元件，这些子元件与相邻的半导体部分组成辐敏二极管，子元件之间的距离小到可以使子元件间的半导体本体区由于在二极管两端施加了一反偏电压而完全被与子元件有关的耗尽区所耗尽，结果抑制了子元件之间的电荷转移，该装置还包括一个在辐敏二极管两端施加反向电压用的电路，该电路也用以检测在由耗尽区组成的二极管的辐敏区中因辐射而产生的光电电流，
其特征在于，该电路包括一个在诸二极管两端根据控制信号施加不同反向电压的装置，以调整诸二极管的辐敏区之间的边界。
5、根据权利要求4的一种设备，其特征在于，该电路包括至少一个差分放大器，该放大器有反馈，并供其中一个由辐射产生的光电电流转换为一个测量信号之用，为此目的，其中一个子元件被连接到该差分放大器的倒相输入端以将要转换的电流施加到所述输入端，该电路还包括将一个其幅度随控制信号而定的电压施加到差分放大器的非倒相输入端。
6、根据权利要求5的一种设备，其特征在于，它有一个用以产生测量信号的第二差分放大器，这个测量信号是第一差分放大器的输出电压和第一差分放电器的非相输入端上的控制电压之间的电压差的量度，为此，将第二差分放大器的一个输入端连接到第一差分放大器的输入端，并且，该电路包括将与控制电压成比例的电压加到第二差分放大器另一输入端的装置。
7、根据权利要求4或5或6的一种设备，其特征在于，该聚焦误差检测系统包括一个第一和一个第二半导体器件，各个器件包括至少两个在半导体本体一个表面上基本上是互相平行安置的子元件，这两个子元件和半导本体的相邻部分一起组成两个彼此相邻的二极管，一个分束元件，用以将被记录载体反射的辐射光束分裂成一个第一和一个第二子光束，这两个子光束在两个辐敏器件相邻二极管的边界区中分别入射到两个所说辐敏器件上;该设备有一个第二电路用以从在二极管中由子光束产生的光电电流得出一个聚焦误差信号，该检测系统还包括一控制器件，用以从光电电流得出并从而产生控制信号以调整边界，使得在第一个位于光束入射地点间的中心处较远的器件的二极管中所产生的光电电流和在第二个位于邻近所说中心处的器件的二极管中产生的光电电流之和与在其他两个二极管中产生的光电电流之和基本上维持相等。
8、根据权利要求4或5或6中的一种设备，其特征在于，该聚焦误差系统包括一个辐敏半导体器件，该辐敏半导体器件则包括四个相对于半导体本体的一个表面上的公共点对称放置的子元件，这四个子元件和所说半导体本体的相邻部分一起组成四个相邻的辐敏二极管，一个光学系统，用以将记录载体所反射的辐射光束导向辐敏二极管，在记录载体和检测器之间的光程中安置一个散光元件;一个第二电路用以从二极管中产生的光电电流得出聚焦误差信号，并且该第一电路根据控制信号-它是根据二极管中产生的光电电流的控制器件所提供的-在对角线上相对两端产生不同的反向电压，使在对角线上相对的二极管所产生的光电电流彼此基本上维持相等。
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